(57)【要約】【課題】熱、水素生成装置の作動時に、排気浄化触媒に流入するガスの空燃比を理論空燃比に制御する。【解決手段】熱のみ、又は熱および水素を生成可能な熱、水素生成装置（５０）と、排気ガスの空燃比が理論空燃比のときにガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを同時に低減可能な排気浄化触媒（１４）とを具備している。熱、水素生成装置（５０）において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比が予め設定された目標設定空燃比とされたときに、この目標設定空燃比に応じ、機関から排出される排気ガスの空燃比が、排気浄化触媒（１４）に流入するガスの空燃比を理論空燃比とするのに必要な目標調整空燃比に制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料および空気を燃焼させることにより熱のみ、又は熱および水素を生成可能な熱、水素生成装置を具備しており、流入するガスの空燃比が理論空燃比のときに流入するガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを同時に低減可能な排気浄化触媒が機関排気通路内に配置されており、熱、水素生成装置から排出された燃焼ガスが排気浄化触媒に供給される内燃機関の排気浄化装置において、熱、水素生成装置において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比が予め設定された目標設定空燃比とされたときに、該目標設定空燃比に応じ、機関から排出される排気ガスの空燃比が、該排気浄化触媒に流入するガスの空燃比を理論空燃比とするのに必要な目標調整空燃比に制御される内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
該目標調整空燃比は、熱、水素生成装置において燃焼せしめられる空気量および機関において燃焼せしめられる空気量の和と、熱、水素生成装置において燃焼せしめられる燃料量および機関において燃焼せしめられる燃料量の和との比を理論空燃比とするのに必要な空燃比である請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
熱、水素生成装置から排出された燃焼ガスの機関排気通路内への供給口よりも上流の機関排気通路内に上流側空燃比センサが配置されており、該排気浄化触媒よりも下流の機関排気通路内に下流側空燃比センサが配置されており、該上流側空燃比センサに基づいて機関から排出される排気ガスの空燃比が該目標調整空燃比に制御され、該下流側空燃比センサに基づいて、熱、水素生成装置において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比が該目標設定空燃比に制御される請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
該上流側空燃比センサに基づいて機関から排出される排気ガスの空燃比が該目標調整空燃比に制御されている状態のときに、該下流側空燃比センサによって該排気浄化触媒から流出するガスの空燃比が理論空燃比からずれたか否かが検出され、該下流側空燃比センサによって該排気浄化触媒から流出するガスの空燃比が理論空燃比からずれたことが検出されたときには、該排気浄化触媒から流出するガスの空燃比が理論空燃比となるように、熱、水素生成装置において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比が制御される請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機関排気通路に配置され、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガスに含まれるＮＯＸを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯＸを放出するＮＯＸ浄化触媒と、水素を含む改質ガスを生成するための燃料改質装置とを具備しており、機関始動時に、燃料改質装置において生成された水素を含む改質ガスをＮＯＸ浄化触媒に供給し、それによってＮＯＸ浄化触媒のＮＯＸ浄化率を高めるようにした内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７０６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、排気ガスの空燃比が理論空燃比のときに排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを同時に低減可能な排気浄化触媒を機関排気通路内に配置し、排気浄化触媒に改質ガスを供給するようにした場合において、排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを同時に低減するためには、機関から排出された排気ガスの空燃比および改質ガスの空燃比の双方から定まる空燃比を理論空燃比に制御する必要があり、この場合、排気ガスの空燃比および改質ガスの空燃比の双方から定まる空燃比が理論空燃比からずれると排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを良好に浄化し得なくなる。しかしながら、上述の特許文献１は、排気浄化触媒に改質ガスを供給するようにした場合において、排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを良好に浄化し得るようにした空燃比制御については何ら示唆していない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、燃料および空気を燃焼させることにより熱のみ、又は熱および水素を生成可能な熱、水素生成装置を具備しており、流入するガスの空燃比が理論空燃比のときに流入するガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを同時に低減可能な排気浄化触媒が機関排気通路内に配置されており、熱、水素生成装置から排出された燃焼ガスが排気浄化触媒に供給される内燃機関の排気浄化装置において、熱、水素生成装置において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比が予め設定された目標設定空燃比とされたときに、この目標設定空燃比に応じ、機関から排出される排気ガスの空燃比が、排気浄化触媒に流入するガスの空燃比を理論空燃比とするのに必要な目標調整空燃比に制御される。
【発明の効果】
【０００６】
熱、水素生成装置から排出された燃焼ガスが排気浄化触媒に供給されたとしても、排気浄化触媒に流入するガスの空燃比が理論空燃比に維持されるので、排気浄化触媒においてガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを良好に同時に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は内燃機関の全体図である。
【図２】図２は熱、水素生成装置の全体図である。
【図３】図３は燃料の改質反応を説明するための図である。
【図４】図４は、反応平衡温度ＴＢと、Ｏ２/Ｃモル比との関係を示す図である。
【図５】図５は、炭素原子１個当りの生成分子個数と、Ｏ２/Ｃモル比との関係を示す図である。
【図６】図６は、改質用触媒内の温度分布を示す図である。
【図７】図７は、供給される空気温ＴＡが変化したときの反応平衡温度ＴＢと、Ｏ２/Ｃモル比との関係を示す図である。
【図８】図８Ａおよび８Ｂは、排気浄化触媒の温度変化を示す図である。
【図９】図９は、熱、水素生成制御を示すタイムチャートである。
【図１０】図１０Ａおよび１０Ｂは、２次暖機を行う運転領域を示す図である。
【図１１】図１１は、熱、水素生成制御を示すタイムチャートである。
【図１２】図１２は、熱、水素生成制御を行うためのフローチャートである。
【図１３】図１３は、熱、水素生成制御を行うためのフローチャートである。
【図１４】図１４は、熱、水素生成制御を行うためのフローチャートである。
【図１５】図１５は、熱、水素生成制御を行うためのフローチャートである。
【図１６】図１６は、目標Ｏ２/Ｃモル比に制御するためのフローチャートである。
【図１７】図１７は、触媒温度の上昇規制制御を行うためのフローチャートである。
【図１８】図１８は、空燃比センサの検出部の側面断面図である。
【図１９】図１９は、空燃比センサの出力電流値の変化を示す図である。
【図２０】図２０は、空燃比センサの出力電流値と空燃比との関係を示す図である。
【図２１】図２１は、リッチ破綻制御およびリーン破綻制御を説明するためのタイムチャートである。
【図２２】図２２は、図２１のｔＡ期間およびｔＢ期間における下流側空燃比センサの出力電流値Ｉの変化等を拡大して示した図である。
【図２３】図２３は、機関の空燃比制御を行うためのフローチャートである。
【図２４】図２４は、機関の空燃比制御を行うためのフローチャートである。
【図２５】図２５は、熱、水素生成装置の空燃比制御を行うためのフローチャートである。
【図２６】図２６は、リッチ破綻制御を行うためのフローチャートである。
【図２７】図２７は、リーン破綻制御を行うためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１にガソリンを燃料とする内燃機関の全体図を示す。図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４はサージタンク、５は吸気枝管、６は排気マニホルドを夫々示す。サージタンク４は吸気ダクト７を介して排気ターボチャージャ８のコンプレッサ８ａの出口に連結され、コンプレッサ８ａの入口は吸入空気量検出器９を介してエアクリーナ１０に連結される。吸気ダクト７内にはアクチュエータ１１ａにより駆動されるスロットル弁１１が配置され、吸気ダクト７周りには吸気ダクト７内を流れる吸入空気を冷却するためのインタクーラ１２が配置される。
【０００９】
一方、排気マニホルド６は排気ターボチャージャ８の排気タービン８ｂの入口に連結され、排気タービン８ｂの出口は排気管１３を介して排気浄化触媒１４の入口に連結される。排気浄化触媒１４の出口は排気管１５に連結される。排気マニホルド５とサージタンク４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１６内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１７と、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１８とが配置される。各燃料噴射弁３は燃料供給管１９を介して燃料分配管２０に連結され、この燃料分配管２０は燃料ポンプ２２を介して燃料タンク２１に連結される。
【００１０】
吸入空気は、吸入空気量検出器９、コンプレッサ８ａ、インタクーラ１２および吸気ダクト７を介してサージタンク４内に供給され、サージタンク４内に供給された吸入空気は吸気枝管５を介して各燃焼室２内に供給される。一方、燃料タンク２１内に貯蔵されている燃料、即ちガソリンは燃料ポンプ２２によって燃料分配管２０内に供給され、燃料分配管２０内に供給された燃料は各燃料供給管１９を介して燃料噴射弁３から各燃焼室２に噴射される。各燃焼室２から排出された排気ガスは、排気マニホルド６、排気タービン８ｂ、排気管１３、排気浄化触媒１４および排気管１５を介して外気中に排出される。
【００１１】
本発明による実施例では、排気浄化触媒１４は、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比、例えば排気ガスの空燃比が理論空燃比のときにガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを同時に低減可能な触媒からなり、この触媒には白金Ｐｔ，パラジウムＰｄ，ロジウムＲｈのような貴金属、およびセリウムＣｅが担持されている。このような排気浄化触媒１４の代表的な例としては、三元触媒が挙げられる。また、流入するガスの空燃比がリーンのときにはガスに含まれるＮＯＸを吸蔵し流入するガスの空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯＸを放出するＮＯＸ吸蔵還元触媒も、ＮＯＸ吸蔵還元触媒に流入するガスの空燃比、例えば排気ガスの空燃比が理論空燃比のときにはガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを同時に低減可能であり、従って、排気浄化触媒１４として、このＮＯＸ吸蔵還元触媒を用いることもできる。なお、本発明による実施例では、排気浄化触媒１４として、三元触媒が用いられており、従って、以下、本発明について、排気浄化触媒１４として三元触媒が用いた場合を例にとって説明する。
【００１２】
図１を参照すると、電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。図１に示されるように、排気マニホルド６内には、機関から排出された排気ガスの空燃比を検出するための上流側空燃比センサ２３が配置されており、排気浄化触媒１４下流の排気管１５内には、排気浄化触媒１４から流出したガスの空燃比を検出するための下流側空燃比センサ２４が配置されている。また、排気浄化触媒１４下流の排気管１５内には、排気浄化触媒１４の温度を検出するための温度センサ２５が配置されている。これら上流側空燃比センサ２３、下流側空燃比センサ２４、温度センサ２５および吸入空気量検出器９の出力信号は夫々対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１３】
アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されており、負荷センサ４１の出力電圧は対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。更に入力ポート３５には機関のスタータスイッチ４３の作動信号が入力される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１１の駆動用アクチュエータ１１ａ、ＥＧＲ制御弁１７および燃料ポンプ２２に接続される。
【００１４】
図１に示されるように、熱および水素、又は熱のみを生成可能な熱、水素生成装置５０が設けられており、この熱、水素生成装置５０は供給通路５１を介して排気浄化触媒１４上流の排気管１３内に連結されている。この熱、水素生成装置５０は、例えば、機関始動時に始動され、熱、水素生成装置５０において生成された熱および水素、又は熱は供給通路５１を介して排気浄化触媒１４に供給され、これら熱および水素、又は熱によって排気浄化触媒１４の暖機作用が行われる。この熱、水素生成装置５０は、例えば、車両のエンジンルーム内に配置される。
【００１５】
図２に熱、水素生成装置５０の全体図を示す。この熱、水素生成装置５０は全体的に円筒状をなす。
図２を参照すると、５２は熱、水素生成装置５０の円筒状ハウジング、５３はハウジング５２内に形成されたバーナー燃焼室、５４はハウジング５２内に配置された改質用触媒、５５はハウジング５２内に形成されたガス流出室を夫々示す。図２に示される実施例では、ハウジング５２の長手方向中央部に改質用触媒５４が配置されており、ハウジング５２の長手方向一端部にバーナー燃焼室５３か配置されており、ハウジング５２の長手方向他端部にガス流出室５５か配置されている。図２に示されるように、この実施例では、ハウジング５２の外周全体が断熱材５６により覆われている。
【００１６】
図２に示されるように、バーナー燃焼室５３の一端部には、燃料噴射弁５８を備えたバーナー５７が配置されている。燃料噴射弁５８の先端はバーナー燃焼室５３内に配置されており、この燃料噴射弁５８の先端には燃料噴射口５９が形成されている。また、燃料噴射弁５８周りには空気室６０が形成されており、燃料噴射弁５８の先端周りには空気室６０内の空気をバーナー燃焼室５３内に向けて噴出させるための空気供給口６１が形成されている。図２に示される実施例では、燃料噴射弁５８は、図１に示されるように、燃料タンク２１に接続されており、燃料タンク２１内の燃料が燃料噴射弁５８の燃料噴射口５９から噴射される。図１および図２に示される実施例では、この燃料はガソリンからなる。
【００１７】
一方、空気室６０は、一方では高温空気流通路６２を介して吐出量の制御可能な空気ポンプ６４に接続され、他方では低温空気流通路６３を介して吐出量の制御可能な空気ポンプ６４に接続されている。図２に示されるように、これらの高温空気流通路６２および低温空気流通路６３内には、夫々高温空気弁６５および低温空気弁６６が配置されている。また、図２に示されるように、高温空気流通路６２は、ガス流出室５５内に配置された熱交換部を具備しており、この熱交換部が図２に、符号６２ａでもって図解的に示されている。なお、この熱交換部６２ａは、改質用触媒５４の下流であってガス流出室５５を画定するハウジング５２の周囲に形成することもできる。即ち、この熱交換部６２ａは、ガス流出室５５から流出した高温ガス熱を用いて熱交換作用が行われる場所に配置、又は形成することが好ましい。一方、低温空気流通路６３は、このようにガス流出室５５から流出した高温ガス熱を用いて熱交換作用の行われる熱交換部を有していない。
【００１８】
高温空気弁６５が開弁し、低温空気弁６６が閉弁せしめられると外気は、エアクリーナ６７、供給空気量検出器７４、空気ポンプ６４、高温空気流通路６２および空気室６０を介して空気供給口６１からバーナー燃焼室５３内に供給される。このとき外気、即ち、空気は熱交換部６２ａ内を流通せしめられる。これに対し、低温空気弁６６が開弁し、高温空気弁６５が閉弁せしめられると外気、即ち、空気は、エアクリーナ６７、供給空気量検出器７４、空気ポンプ６４、低温空気流通路６３および空気室６０を介して空気供給口６１から供給される。従って、高温空気弁６５および低温空気弁６６は、空気室６０を介して空気供給口６１に空気を供給する空気流通路を、高温空気流通路６２と低温空気流通路６３との間で切換え可能な切換え装置を形成している。
【００１９】
一方、バーナー燃焼室５３内には点火装置６８が配置されており、図２に示される実施例では、この点火装置６８はグロープラグからなる。このグロープラグ６８はスイッチ６９を介して電源７０に接続されている。一方、図２に示される実施例では、改質用触媒５４が、酸化部５４ａと改質部５４ｂからなる。図２に示される実施例では、改質用触媒５４の基体はゼオライトからなり、この基体上に、酸化部５４ａでは主にパラジウムＰｄが担持されており、改質部５４ｂでは主にロジウムＲｈが担持されている。また、バーナー燃焼室５３内には、改質用触媒５４の酸化部５４ａの上流側端面の温度を検出するための温度センサ７１が配置されており、ガス流出室５５内には、改質用触媒５４の改質部５４ｂの下流側端面の温度を検出するための温度センサ７２が配置されている。更に、断熱材５６の外部に位置する低温空気流通路６３には、低温空気流通路６３内を流通する空気の温度を検出するための温度センサ７３が配置されている。
【００２０】
これらの温度センサ７１、７２および７３の出力信号は、図１に示される夫々対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、グロープラグ６８の抵抗値を示す出力信号も、図１に示される対応するAD変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。一方、図１に示される出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して夫々燃料噴射弁５８、高温空気弁６５、低温空気弁６６、およびスイッチ６９に接続される。更に、図１に示されるように、出力ポート３６は、空気ポンプ６４の吐出量を制御するためのポンプ駆動回路４４に接続されており、空気ポンプ６４の吐出量は、このポンプ駆動回路４４によって、供給空気量検出器７４により検出された空気量が目標供給空気量に一致するように、駆動制御される。従って、バーナー燃焼室５３内に供給される空気量は、常に、目標供給空気量に維持されている。
【００２１】
熱、水素生成装置５０の運転開始時には、バーナー５７から噴射された燃料がグロープラグ６８により着火され、それにより、バーナー燃焼室５３内において、バーナー５７から供給された燃料および空気が反応することによりバーナー燃焼が開始される。バーナー燃焼が開始されると、改質用触媒５４の温度が次第に上昇する。このとき、バーナー燃焼はリーン空燃比のもとで行われている。次いで、改質用触媒４４の温度が、燃料を改質可能な温度に到達すると、通常は、空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切換えられ、改質用触媒４４における燃料の改質作用が開始される。燃料の改質作用が開始されると、水素が生成され、生成された水素を含む高温のガスが、ガス流出室５５のガス流出口７４から流出せしめられる。ガス流出口７４から流出した高温のガスは、図１に示されるように、供給通路５１を介して排気浄化触媒１４に供給される。
【００２２】
このように、本発明の実施例では、熱、水素生成装置５０は、バーナー燃焼室５３と、バーナー燃焼を行うためにバーナー燃焼室５３内に配置されたバーナー５７と、バーナー５７からバーナー燃焼室５３内に供給される燃料の供給量を制御可能な燃料供給装置と、バーナー５７からバーナー燃焼室５３内に供給される空気の温度および供給量を制御可能な空気供給装置と、燃料を着火させるための着火装置６８と、バーナー燃焼ガスが送り込まれる改質用触媒５４とを具備しており、空気供給装置が、バーナー５７からバーナー燃焼室５３内に供給される空気をバーナー燃焼ガスにより加熱するための熱交換部６２ａを具備している。この場合、本発明の実施例では、燃料噴射弁５８が上述の燃料供給装置を構成しており、空気室６０、空気供給口６１、高温空気流通路６２、熱交換部６２ａ、低温空気流通路６３、空気ポンプ６４、高温空気弁６５および低温空気弁６６が上述の空気供給装置を構成している。
【００２３】
さて、本発明の実施例では、熱、水素生成装置１において、燃料を改質することにより水素を生成するようにしている。そこでまず初めに、図３を参照しつつ、燃料の改質反応について説明する。
【００２４】
図３の（ａ）から（ｃ）には、燃料の反応に関し、完全酸化反応が行われたときの反応式、部分酸化改質反応が行われたときの反応式、および水蒸気改質反応が行われたときの反応式が示されている。なお、各反応式における発熱量ΔＨ０は低位発熱量（ＬＨＶ）で示されている。さて、図３の（ｂ）および（ｃ）からわかるように、燃料から水素を発生させるには、部分酸化改質反応を行わせる方法と、水蒸気改質反応を行わせる方法との二つの方法がある。水蒸気改質反応は、燃料に水蒸気を添加する方法であり、図３（ｃ）からわかるように、この水蒸気改質反応は吸熱反応である。従って、水蒸気改質反応を生じさせるには外部から熱を加える必要がある。大型の水素生成プラントでは、通常、部分酸化改質反応に加え、水素の生成効率を高めるために、発生した熱を捨てずに、発生した熱を水素の生成のために使用する水蒸気改質反応が用いられている。
【００２５】
これに対し、本発明では、水素と熱の両方を生成するために、発生した熱を水素の生成のために使用する水蒸気改質反応は用いておらず、本発明では、部分酸化改質反応のみを用いて水素を生成している。この部分酸化改質反応は、図３（ｂ）からわかるように、発熱反応であり、従って外部から熱を加えなくても自分の発生した熱でもって改質反応が進行し、水素が生成される。なお、図３（ｂ）の部分酸化改質反応の反応式に示されるように、部分酸化改質反応は、反応せしめられる空気と燃料との比を示すＯ２/Ｃモル比が０．５のリッチ空燃比でもって行われ、このときＣＯとＨ２とが生成される。
【００２６】
図４は、空気と燃料とを改質触媒において反応させて平衡に達したときの反応平衡温度ＴＢと、空気と燃料のＯ２/Ｃモル比との関係を示している。なお、図４の実線は、空気温が２５℃のときの理論値を示している。図４の実線に示されるように、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のリッチ空燃比でもって部分酸化改質反応が行われたときには、平衡反応温度ＴＢはほぼ８３０℃となる。なお、このときの実際の平衡反応温度ＴＢは８３０℃よりも若干低くなるが、以下、平衡反応温度ＴＢは図４の実線に示す値になるものとして、本発明による実施例について説明する。
【００２７】
一方、図３（ａ）の完全酸化反応の反応式からわかるように、Ｏ２/Ｃモル比＝１．４５７５のときに空気と燃料との比が理論空燃比となり、図４に示されるように、反応平衡温度ＴＢは、空気と燃料との比が理論空燃比になったときに最も高くなる。Ｏ２/Ｃモル比が０．５と１．４５７５との間では、一部では部分酸化改質反応が行われ、一部では完全酸化反応が行われる。この場合、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなるほど、部分酸化改質反応が行われる割合に比べて完全酸化反応が行われる割合が大きくなるので、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなるほど、反応平衡温度ＴＢが高くなる。
【００２８】
一方、図５は、炭素原子１個当りの生成分子（Ｈ２およびＣＯ）の個数とＯ２/Ｃモル比との関係を示している。上述したように、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも大きくなるほど、部分酸化改質反応が行われる割合が減少する。従って、図５に示されるように、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも大きくなるほど、Ｈ２およびＣＯの生成量が減少する。なお、図５には記載していないが、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも大きくなると、図３（ａ）に示される完全酸化反応によって、ＣＯ２とＨ２Ｏの生成量は増大する。ところで、図５は、図３（ｄ）に示される水性ガスシフト反応が生じないと仮定した場合のＨ２およびＣＯの生成量を示している。しかしながら、実際には部分酸化改質反応によって生成されたＣＯと完全酸化反応にとって生成されたＨ２Ｏとにより図３（ｄ）に示される水性ガスシフト反応が生じ、この水性ガスシフト反応によっても、水素が生成される。
【００２９】
さて、上述したように、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも大きくなるほど、Ｈ２およびＣＯの生成量が減少する。一方、図５に示されるように、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも小さくなると、反応し得ない余剰の炭素Ｃが増大する。この余剰の炭素Ｃは改質用触媒の基体の細孔内に付積し、いわゆる、コーキングを起こす。コーキングを起こすと改質用触媒の改質能力が著しく低下する。従って、コーキングを起こすのを回避するために、Ｏ２/Ｃモル比は０．５よりも小さくさせないようにする必要がある。また、図５からわかるように、余剰の炭素Ｃが生じない範囲で、水素の生成量が最大となるのは、Ｏ２/Ｃモル比が０．５のときである。従って、本発明の実施例では、水素を生成するために部分酸化改質反応が行われるときには、コーキングを起こすのを回避しつつ、水素を最も効率よく生成しうるように、Ｏ２/Ｃモル比が、原則０．５とされる。
【００３０】
一方、Ｏ２/Ｃモル比が、理論空燃比であるＯ２/Ｃモル比＝１．４５７５よりも大きくされても完全酸化反応が行われるが、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなるほど昇温すべき空気量が増大する。従って、図４に示されるように、Ｏ２/Ｃモル比が、理論空燃比を示すＯ２/Ｃモル比＝１．４５７５よりも大きくされると、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなるほど、反応平衡温度ＴＢが低下する。この場合、例えば、Ｏ２/Ｃモル比が２．６のリーン空燃比にされると、空気温が２５℃である場合には、反応平衡温度ＴＢはほぼ９２０℃となる。
【００３１】
さて、前述したように、図１に示される熱、水素生成装置５０の運転が開始されると、リーン空燃比のもとでバーナー燃焼が行われ、それにより改質用触媒５４の温度が次第に上昇する。次いで、改質用触媒５４の温度が、燃料を改質可能な温度に到達すると、通常は、空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切換えられ、改質用触媒５４における燃料の改質作用が開始される。燃料の改質作用が開始されると、水素が生成される。図６には、改質用触媒５４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒５４の酸化部５４ａおよび改質部５４ｂ内の温度分布を示している。なお、この図６は、外気温が２５℃のときに、この外気が図２に示される低温空気流通路６３を介して、バーナー５７からバーナー燃焼室５３内に供給された場合の温度分布を示している。
【００３２】
図６の実線は、バーナー５７から供給される空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が０．５のときの改質用触媒５４内の温度分布を示している。図６に示されるように、この場合には、改質用触媒５４の酸化部５４ａでは、改質用触媒５４内の温度は、残存酸素による酸化反応熱により下流側に向けて上昇する。燃焼ガスが改質用触媒５４の酸化部５４ａ内から改質部５４ｂ内に進む頃には、燃焼ガス中の残存酸素は消滅し、改質用触媒５４の改質部５４ｂでは燃料の改質作用が行われる。この改質反応は吸熱反応であり、従って改質用触媒５４内の温度は、改質作用が進むに従って、即ち、改質用触媒５４の下流側に向けて低下する。このときの改質用触媒５４の下流側端面の温度は８３０℃であり、図４に示されるＯ２/Ｃモル比＝０．５のときの反応平衡温度ＴＢに一致する。
【００３３】
一方、図６には、バーナー５７から供給される空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が２．６のリーン空燃比であるときの改質用触媒５４内の温度分布が、破線で示されている。この場合も、改質用触媒５４内の温度は、改質用触媒５４の酸化部５４ａ内では、燃料の酸化反応熱によって下流側に向けて上昇する。一方、この場合には、改質用触媒５４の改質部５４ｂ内において改質作用は行われないので、改質用触媒５４内の温度は、改質部５４ｂ内では一定に保持される。このときの改質用触媒５４の下流側端面の温度は９２０℃であり、図４に示されるＯ２/Ｃモル比＝２．６のときの反応平衡温度ＴＢに一致する。即ち、図４の反応平衡温度ＴＢは、外気温が２５℃のときにこの外気が図２に示される低温空気流通路６３を介して、バーナー５７からバーナー燃焼室５３内に供給されたときの改質用触媒５４の下流側端面の温度を示していることになる。
【００３４】
次に、図７を参照しつつ、改質触媒において燃料と反応する空気の温度を変化させたときの反応平衡温度ＴＢについて説明する。図７は、図４と同様に、空気と燃料とを改質触媒において反応させて平衡に達したときの反応平衡温度ＴＢと、空気と燃料のＯ２/Ｃモル比との関係を示している。なお、図７においてＴＡは空気温を示しており、この図７には、図４において実線で示される反応平衡温度ＴＢとＯ２/Ｃモル比との関係が再度実線で示されている。図７には更に、空気温ＴＡを２２５℃、４２５℃、６２５℃に変化させたときの反応平衡温度ＴＢとＯ２/Ｃモル比との関係が破線で示されている。図７から、空気温ＴＡが上昇すると、Ｏ２/Ｃモル比にかかわらず反応平衡温度ＴＢが全体的に高くなることがわかる。
【００３５】
一方、本発明の実施例において用いられている改質用触媒５４は、触媒温度が９５０℃以下であれば、大きな熱劣化を生じないことが確認されている。従って、本発明の実施例では、９５０℃が、改質用触媒５４の熱劣化を回避しうる許容触媒温度ＴＸとされており、この許容触媒温度ＴＸが図４、図６および図７に示されている。図６からわかるように、空気温ＴＡが２５℃のときには、Ｏ２/Ｃモル比が０．５のときでも、Ｏ２/Ｃモル比が２．６のときでも、改質用触媒５４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒５４の温度は、改質用触媒５４のいずれの場所でも、許容触媒温度ＴＸ以下となる。従って、この場合には、実用上、熱劣化を問題とすることなく、改質用触媒５４を使用し続けることができる。
【００３６】
一方、図４からわかるように、空気温ＴＡが２５℃のときでも、Ｏ２/Ｃモル比が０．５よりも少し大きくなると、改質用触媒５４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒５４の下流側端面の温度、即ち、反応平衡温度ＴＢは許容触媒温度ＴＸを越えてしまい、Ｏ２/Ｃモル比が２．６よりも少し小さくなると、改質用触媒５４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒５４の下流側端面の温度は許容触媒温度ＴＸを越えてしまう。従って、例えば、改質用触媒５４における反応が平衡状態であるときに部分酸化改質反応を生じさせる場合、Ｏ２/Ｃモル比を０．５よりも大きくすることもできるが、Ｏ２/Ｃモル比を大きくし得る範囲は限られている。
【００３７】
一方、図７からわかるように、空気温ＴＡが高くなると、改質用触媒５４における反応が平衡状態になっているときに、Ｏ２/Ｃモル比を０．５にしたとしても、改質用触媒５４における反応が平衡状態になったときの改質用触媒５４の下流側端面の温度は、許容触媒温度ＴＸよりも高くなり、従って、改質用触媒５４が熱劣化することになる。従って、空気温ＴＡが高くなったときには、改質用触媒５４における反応が平衡状態になっているときに、Ｏ２/Ｃモル比を０．５とすることができない。そこで、本発明の実施例では、改質用触媒５４における反応が平衡状態になったときには、空気温ＴＡが２５℃程度の低い温度とされ、空気温ＴＡを２５℃程度の低い温度に維持した状態で、Ｏ２/Ｃモル比が０．５とされる。
【００３８】
以上説明したように、本発明の実施例では、熱、水素生成装置５０の運転が開始されると、リーン空燃比のもとでバーナー燃焼が開始され、このリーン空燃比のもとでのバーナー燃焼は、改質用触媒５４による改質作用が可能となるまで行われる。別の言い方をすると、本発明の実施例では、熱、水素生成装置５０の始動後、改質用触媒５４による改質作用が可能となるまでリーン空燃比のもとで熱、水素生成装置５０の暖機運転が行われる。この場合、改質用触媒５４の温度が７００℃程度になると改質用触媒５４による改質作用が可能となり、従って、本発明の実施例では、熱、水素生成装置５０の始動後、改質用触媒５４の温度が７００℃になるまで、リーン空燃比のもとで熱、水素生成装置５０の暖機運転が行われる。この間、熱、水素生成装置５０において生成された燃焼ガスはガス流出室５５のガス流出口７４から流出せしめられ、次いで、供給通路５１を介して、排気浄化触媒１４に供給される。次いで、改質用触媒による改質作用が可能になると、即ち、改質用触媒５４の温度が７００℃になると、通常は、空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切換えられ、部分酸化改質反応が行われる。部分酸化改質反応が行われると、改質用触媒４４において熱および水素が生成される。これらの熱および水素はガス流出室５５のガス流出口７４から流出せしめられ、水素を含む燃焼ガスは、供給通路５１を介して、排気浄化触媒１４に供給される。
【００３９】
さて、本発明の実施例では、機関の始動時に、排気浄化触媒１４の温度を目標暖機温度まで、すみやかに上昇させるために、機関の始動と同時に、熱、水素生成装置５０の運転が開始され、熱、水素生成装置５０から排気浄化触媒１４に供給された熱および水素、又は熱によって排気浄化触媒１４の暖機作用が促進される。そこで、まず初めに、図８Ａおよび図８Ｂを参照しつつ、この熱、水素生成装置５０による排気浄化触媒１４の暖機促進作用について説明する。
【００４０】
図８Ａおよび図８Ｂは、熱、水素生成装置５０により排気浄化触媒１４の暖機を行なったときの排気浄化触媒１４の温度ＴＤの変化を示している。なお、図８Ａおよび図８Ｂにおいて、横軸は時間経過を示している。これら図８Ａおよび図８Ｂでは、説明をわかり易くするために、機関から排出された排気ガスによる排気浄化触媒１４の暖機作用については無視している。また、図８Ｂにおいて、ＴＫは、排気浄化触媒１４に担持されている貴金属が、水素の酸化反応に対して活性化する温度を示しており、図８Ｂに示す例では、この貴金属が活性化する温度ＴＫは１１０℃とされている。
【００４１】
さて、図３からわかるように、完全酸化反応と、部分酸化改質反応とを比較すると、完全酸化反応の方が部分酸化改質反応に比べて、はるかに発熱量が大きく、従って、使用燃料量が同一である場合には、排気浄化触媒１４に供給される熱量は、熱、水素生成装置５０において完全酸化反応が行われているときの方が、熱、水素生成装置５０において部分酸化改質反応が行われてときに比べて、はるかに大きい。図８Ａには、使用燃料量が同一の場合において、Ｏ２/Ｃモル比＝２．６でもって完全酸化反応が行われたときの生成熱により排気浄化触媒１４が暖機された場合の排気浄化触媒１４の温度変化が実線Ａで示されており、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの生成熱のみにより排気浄化触媒１４が暖機された場合の排気浄化触媒１４の温度変化が破線ａで示されている。実線Ａと破線ａとを比較するとわかるように、熱、水素生成装置５０において生成された熱のみにより排気浄化触媒１４が暖機された場合の排気浄化触媒１４の温度ＴＤの上昇速度は、完全酸化反応の方が部分酸化改質反応に比べて、高いことがわかる。
【００４２】
一方、排気浄化触媒１４の暖機時に、排気浄化触媒１４に水素が供給され、貴金属上において水素の酸化反応が行われると、水素の酸化反応熱によって、排気浄化触媒１４の温度ＴＤは急速に上昇する。図８Ａの破線ｂは、同一の使用燃料量のもとで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの生成水素のみにより排気浄化触媒１４が暖機された場合の排気浄化触媒１４の温度変化を示しており、図８Ａの実線Ｂは、同一の使用燃料量のもとで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの生成熱および生成水素により排気浄化触媒１４が暖機された場合の排気浄化触媒１４の温度変化を示している。図８Ａにおいて実線Ａと実線Ｂとを比較するとわかるように、水素による排気浄化触媒１４の暖機作用も行われている場合には、排気浄化触媒１４の温度ＴＤの上昇速度は、部分酸化改質反応の方が完全酸化反応に比べて、はるかに高いことがわかる。
【００４３】
即ち、熱、水素生成装置５０において生成された燃焼ガス熱の一部は、この燃焼ガスが供給通路５１内を流れる間に外部に逃げ、しかも、この燃焼ガス熱は、熱伝達によって排気浄化触媒１４に供給されるにすぎないので、実際に排気浄化触媒１４の加熱のために用いられる熱量はそれほど多くはない。これに対し、熱、水素生成装置５０において生成された水素は、排気浄化触媒１４に到達するまで消費されず、排気浄化触媒１４自体が水素の酸化反応熱によって直接加熱されるために、水素の酸化反応熱によって、排気浄化触媒１４は急速に昇温せしめられることになる。
【００４４】
ところで、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが、図８Ｂに示される排気浄化触媒１４の活性化温度ＴＫよりも低いときには、排気浄化触媒１４に水素が供給されたとしても、貴金属上において水素の酸化反応は行われず、従って、このときには水素の酸化反応による酸化反応熱は発生しない。従って、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが、排気浄化触媒１４の活性化温度ＴＫよりも低いときには、図８Ａからわかるように、熱、水素生成装置５０において完全酸化反応が行われているときの方が、熱、水素生成装置５０において部分酸化改質反応が行われてときに比べて、排気浄化触媒１４の昇温速度が、はるかに大きくなる。
【００４５】
これに対し、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが、排気浄化触媒１４の活性化温度ＴＫよりも高いときに、熱、水素生成装置５０において部分酸化改質反応が行われ、それにより排気浄化触媒１４に水素が供給されると、水素の酸化反応熱によって、排気浄化触媒１４は急速に昇温せしめられる。従って、排気浄化触媒１４を、できるだけ早く昇温させるためには、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが、排気浄化触媒１４の活性化温度ＴＫよりも低いときには、図８Ｂにおいて実線Ａで示されるように、熱、水素生成装置５０において完全酸化反応を行うことにより熱のみを排気浄化触媒１４に供給し、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが、排気浄化触媒１４の活性化温度ＴＫよりも高くなったときには、図８Ｂにおいて実線Ｂで示されるように、熱、水素生成装置５０において部分酸化改質反応を行うことにより熱および水素を排気浄化触媒１４に供給することが好ましいことがわかる。
【００４６】
しかしながら、実際には、常に、図８Ｂに示されるように、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが活性化温度ＴＫになったときに、熱、水素生成装置５０における反応を、完全酸化反応から部分酸化改質反応に切換えるのは困難である。そこで、本発明の実施例では、熱、水素生成装置５０の始動後、改質用触媒５４による改質作用が可能となったときに、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが、図８Ｂに示される排気浄化触媒１４の活性化温度ＴＫよりも高いときには、熱、水素生成装置５０における反応を、ただちに、完全酸化反応から部分酸化改質反応に切換え、熱、水素生成装置５０の始動後、改質用触媒５４による改質作用が可能となったときに、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが活性化温度ＴＫよりも低いときには、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが活性化温度ＴＫよりも高くなるまで、熱、水素生成装置５０において完全酸化反応を続行させ、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが活性化温度ＴＫよりも高くなったときに、熱、水素生成装置５０における反応を、完全酸化反応から部分酸化改質反応に切換えるようにしている。このようにすることによって、排気浄化触媒１４の暖機を最も早めることができる。
【００４７】
即ち、本発明の実施例では、熱、水素生成装置５０の暖機運転が完了して改質用触媒５４による改質作用が可能になったときに、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＫ以上であるときには、熱、水素生成装置５０において部分酸化反応が行われて、生成された熱および水素が排気浄化触媒１４に供給される。これに対し、熱、水素生成装置５０の暖機運転が完了して改質用触媒５４による改質作用が可能になったときに、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＫ未満であるときには、リーン空燃比による完全酸化反応が続行されて、熱のみが排気浄化触媒１４に供給される。
【００４８】
次に、図９を参照しつつ、図２に示される熱、水素生成装置５０による熱、水素生成方法の概要について説明する。なお、この図９は、熱、水素生成装置５０の暖機運転が完了して改質用触媒５４による改質作用が可能になったときに、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＫ以上である場合を示している。また、この図９には、グロープラグ６８の作動状態、バーナー５７からの供給空気量、バーナー５７からの供給燃料量、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比、バーナー５７から供給される空気の供給空気温、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣおよび排気浄化触媒１３の温度ＴＤが示されている。なお、図９等に示される改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣに対する各目標温度および改質用触媒５４の温度に対する各目標温度は、理論値であり、本発明による実施例では、前述したように、例えば、実際の平衡反応温度ＴＢは、目標温度である８３０℃よりも若干低くなる。これらの各目標温度は、熱、水素生成装置５０の構造等によって変化し、従って、実際には、実験を行って、熱、水素生成装置５０の構造に応じた最適の各目標温度を予め定める必要がある。
【００４９】
機関が始動されると、熱、水素生成装置５０が同時に始動される。熱、水素生成装置５０が始動されると、グロープラグ６８がオンとされ、次いで、空気が高温空気流通路６２を介してバーナー燃焼室５３内に供給される。この場合、図９において、破線で示されるように、空気が高温空気流通路６２を介してバーナー燃焼室５３内に供給された後、グロープラグ６８をオンにすることもできる。次いで、バーナー５７から燃料が噴射される。バーナー５７から噴射された燃料がグロープラグ６８により着火されると、燃料量が増量されると共に、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が４．０から３．０に減少され、バーナー燃焼室５３内においてバーナー燃焼が開始される。燃料の供給が開始されてから燃料が着火されるまでの期間は、ＨＣの発生量を極力抑えるために、空燃比がリーン空燃比とされている。
【００５０】
次いで、バーナー燃焼、即ち、リーン空燃比による完全酸化反応が続行され、それにより、改質用触媒５４の温度が徐々に上昇せしめられる。一方、バーナー燃焼が開始されると、改質用触媒５４を通ってガス流出室５５内に流出するガスの温度が次第に上昇する。従って、このガスにより熱交換部６２ａにおいて加熱される空気の温度も次第に上昇し、その結果、高温空気流通路６２からバーナー燃焼室５３内に供給される空気の温度が次第に上昇する。それにより、改質用触媒５４の暖機が促進されることになる。このようにリーン空燃比のもとで行われる改質用触媒５４の暖機を、本発明の実施例では、図９に示されるように１次暖機と称している。なお、図９に示される例では、この１次暖機運転の間に、供給空気量と燃料量が増量されている。
【００５１】
この１次暖機運転、即ち、熱、水素生成装置５０の暖機運転は、改質用触媒５４において燃料の改質が可能になるまで続行される。図９に示される例では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になると、改質用触媒５４において燃料の改質が可能になったと判断され、従って、図９に示される例では、１次暖機運転は、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になるまで続行される。なお、図９に示される例では、水素生成装置５０の運転が開始されてから改質用触媒５４の１次暖機が完了するまで、図９に示されるように、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が３．０から４．０とされ、リーン空燃比による完全酸化反応が行われている。無論、このときには、改質用触媒５４の温度は許容触媒温度ＴＸよりもかなり低いので、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比を、例えば、２．０から３．０のような理論空燃比に近いＯ２/Ｃモル比とすることもできる。
【００５２】
一方、図９に示されるように、機関が始動されると、排気浄化触媒１４の温度ＴＤは、ただちに少し上昇する。次いで、図９に示される例では、１次暖機運転、即ち、熱、水素生成装置５０の暖機運転が行われている間、排気浄化触媒１４の温度ＴＤは少しずつ上昇し、排気浄化触媒１４の温度ＴＤは、１次暖機運転が行われている間に、予め設定された活性化温度ＴＫを越える。このように排気浄化触媒１４の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＫを越えたとしても、熱、水素生成装置５０ではリーン空燃比による完全酸化反応が続行される。次いで、排気浄化触媒１４の温度ＴＤは更に少しずつ上昇し、図９に示される例では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になったときには、排気浄化触媒１４の温度ＴＤは予め設定された活性化温度ＴＫ以上になっている。
【００５３】
次いで、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になると、改質用触媒５４において燃料の改質が可能になったと判断される。このとき、排気浄化触媒１４の温度ＴＤは予め設定された活性化温度ＴＫ以上となっているので、水素を生成するための部分酸化改質反応が開始される。本発明の実施例では、このとき、図９に示されるように、まず初めに２次暖機運転が行われ、このとき、排気浄化触媒１４の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値が算出され、この出力熱量（ｋＷ）の要求出力熱量を発生させるのに必要な目標供給燃料量が算出されて、供給燃料量がこの目標供給燃料量とされる。次いで、２次暖機運転が完了すると通常運転が行われる。この２次暖機運転は、水素を生成しながら改質用触媒５４の温度を更に上昇させるために行われる。２次暖機運転が開始されると、熱、水素生成装置５０において生成された熱および水素か排気浄化触媒１４に供給され、この結果、図９に示されるように、排気浄化触媒１４の温度ＴＤは急速に上昇する。
【００５４】
一方、この２次暖機運転は、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度ＴＢに達するまで続行され、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度ＴＢに達すると通常運転に移行する。なお、２次暖機運転が開始されるときには、排気浄化触媒１４の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値が算出される。この場合、この出力熱量（ｋＷ）の要求値は、基本的には、排気浄化触媒１４の目標暖機温度と現在の排気ガス温ＴＤとの温度差と、機関から排出される排気ガス量との積に基づいて算出される。熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値が算出されると、この出力熱量（ｋＷ）の要求出力熱量を発生させるのに必要な目標供給燃料量が算出され、図９に示されるように、２次暖機運転から通常運転に移行するときに、バーナー５７からの供給燃料量がこの目標供給燃料量まで増大される。
【００５５】
なお、排気ガスの空燃比が理論空燃比のときに排気浄化触媒１４により排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを同時に低減可能になるのは、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが一定温度を越えたときであり、以下、この一定温度を三元活性温度ＴＥと称する。この三元活性温度ＴＥは、水素の酸化反応に対する活性化温度ＴＫよりも高く、この三元活性温度ＴＥは、図９に示されるように、例えば１８０℃である。上述の排気浄化触媒１４の目標暖機温度は、三元活性温度ＴＥよりも若干高くされ、図９に示される例では、この目標暖機温度は、例えば、２２０℃とされる。従って、図９に示される例では、排気浄化触媒１４の温度ＴＤを２２０℃まで上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）が要求値とされる。一方、図１０Ａには、この２次暖機運転が行われる熱、水素生成装置１の運転領域ＧＧが、実線ＧＬ，ＧＵ，ＧＳで囲まれたハッチング領域で示されている。なお、図１０Ａにおいて、縦軸は反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比を示しており、横軸は改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣを示している。
【００５６】
図５を参照しつつ説明したように、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比が０．５よりも小さくなるとコーキングを起こす。図１０Ａにおける実線ＧＬは、コーキングの発生に対するＯ２/Ｃモル比の境界を示しており、この境界ＧＬよりもＯ２/Ｃモル比が小さい領域ではコーキングを起こす。なお、改質用触媒５４の温度が低くなると、Ｏ２/Ｃモル比が大きくなっても、即ち、空燃比のリッチの度合いが低下しても、炭素Ｃが酸化されることなく改質用触媒の基体の細孔内に付積するようになり、コーキングを起こす。従って、図１０Ａに示されるように、コーキングを起こすＯ２/Ｃモル比の境界ＧＬは、改質用触媒５４の温度が低くなるほど高くなる。従って、コーキングの発生を回避するために、部分酸化改質反応は、即ち、熱、水素生成装置５０の２次暖機運転および通常運転は、このＯ２/Ｃモル比の境界ＧＬ上、又は境界ＧＬの上側で行われる。
【００５７】
一方、図１０Ａにおいて、実線ＧＵは、熱、水素生成装置５０の２次暖機運転時において、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸを越えないようにするためのＯ２/Ｃモル比の上限ガード値を示しており、実線ＧＳは、熱、水素生成装置５０の２次暖機運転時において、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸを越えないようにするための改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣの上限ガード値を示している。２次暖機運転が開始された後、Ｏ２/Ｃモル比が０．５とされ、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のときの反応平衡温度ＴＢに達すると、通常運転に移行し、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣを反応平衡温度ＴＢに維持した状態で水素が生成し続けられる。
【００５８】
図１０Ｂは、通常運転に移行するまでの２次暖機運転制御の一例を示している。図１０Ｂに示される例では、矢印で示されるように、改質用触媒５４の下流側端面の温度が７００℃になると、改質用触媒５４の２次暖機を促進するために、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５６でもって部分酸化改質反応が開始され、次いで、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが８３０℃になるまで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５６でもって部分酸化改質反応が続行される。次いで、改質用触媒５４の下流側端面の温度が８３０℃になると、Ｏ２/Ｃモル比は、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５となるまで減少せしめられる。次いで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５になると、改質用触媒５４における改質反応が平衡状態となる。次いで、Ｏ２/Ｃモル比は０．５に維持され、通常運転に移行する。
【００５９】
さて、このように、改質用触媒５４における改質反応が平衡状態となったときに、燃料と反応せしめられる空気の温度ＴＡが高いと、図７を参照しつつ説明したように、反応平衡温度ＴＢが高くなる。その結果、改質用触媒５４の温度が、許容触媒温度ＴＸよりも高くなるために、改質用触媒５４が熱劣化を生ずることになる。そこで、本発明の実施例では、Ｏ２/Ｃモル比が０．５に維持されて改質用触媒５４における改質反応が平衡状態となったときには、高温空気流通路６２からバーナー燃焼室５３内への高温の空気の供給を停止し、低温空気流通路６３からバーナー燃焼室５３内に低温の空気が供給される。このとき、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣは８３０℃に維持され、従って、改質用触媒５４の温度は、許容触媒温度ＴＸ以下に維持される。従って、改質用触媒５４の熱劣化を回避しつつ、部分酸化改質反応により水素を生成することができる。
【００６０】
なお、図１０Ａおよび１０Ｂに示される運転領域ＧＧ内において２次暖機運転が行われているときには、改質用触媒５４における改質反応が平衡状態とはなっていないので、空気温ＴＡが高くても、図７に示されるように、改質用触媒５４の温度が上昇するわけではない。しかしながら、この２次暖機運転は改質用触媒５４の温度が高い状態で行われているので、何らかの原因で、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸよりも高くなってしまう危険性がある。そこで、本発明の実施例では、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸよりも高くなることがないように、２次暖機運転が開始されると同時に、高温空気流通路６２からバーナー燃焼室５３内への高温の空気の供給を停止し、低温空気流通路６３からバーナー燃焼室５３内に低温の空気が供給される。即ち、図９に示されるように、供給空気温が低下せしめられる。その後、通常運転が完了するまで、低温空気流通路６３からバーナー燃焼室５３内に低温の空気が供給され続ける。
【００６１】
前述したように、燃料と反応せしめられる空気の温度ＴＡが２５℃のときには、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のときの平衡反応温度ＴＢは８３０℃となる。従って、一般的に言うと、燃料と反応せしめられる空気の温度がＴＡ℃ときには、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５のときの平衡反応温度ＴＢは（ＴＡ＋８０５℃）となる。従って、本発明の実施例では、燃料と反応せしめられる空気の温度がＴＡの場合、２次暖機運転が開始されたときには、改質用触媒４の下流側端面の温度ＴＣが（ＴＡ＋８０５℃）になるまで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５６でもって部分酸化改質反応が続行され、次いで、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが（ＴＡ＋８０５℃）になると、Ｏ２/Ｃモル比は、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５となるまで減少せしめられる。次いで、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５になると、Ｏ２/Ｃモル比は０．５に維持される。
【００６２】
なお、上述の燃料と反応せしめられる空気の温度ＴＡとは、図４に示されるような平衡反応温度ＴＢを算出するときに用いられる空気の温度であり、バーナー燃焼室５３内におけるバーナー燃焼の反応熱の影響を受けていない空気の温度である。例えば、空気供給口６１から供給される空気、或いは、空気室６０内の空気は、バーナー燃焼の反応熱の影響を受け、バーナー燃焼の反応熱エネルギを吸収して温度上昇をしている。従って、これら空気の温度は、既に反応の過程にある空気の温度を示しており、従って、平衡反応温度ＴＢを算出するときの空気の温度ではない。
【００６３】
ところで、平衡反応温度ＴＢを算出する必要があるのは、部分酸化改質反応が行われているとき、即ち、低温空気流通路６３から低温の空気がバーナー燃焼室５３内に供給されているときである。そこで、本発明の実施例では、バーナー燃焼室５３内におけるバーナー燃焼の反応熱の影響を受けていない空気の温度を検出するために、図２に示されるように、温度センサ７３を、断熱材５６の外部に位置する低温空気流通路６３に配置し、この温度センサ７３により検出された温度を、平衡反応温度ＴＢを算出するときの空気の温度ＴＡとして用いている。
【００６４】
一方、停止指令が発せられると、図９に示されるように、燃料の供給が停止される。このとき、空気の供給を停止すると、熱、水素生成装置５０内に残存している燃料によって改質用触媒５４がコーキングを起こす危険性がある。そこで、本発明の実施例では、熱、水素生成装置５０内に残存している燃料を燃焼除去するために、図９に示されるように、停止指令が発せられてから暫くの間、空気が供給し続けられる。
【００６５】
このように、本発明の実施例では、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸよりも高くなることがないように、２次暖機運転の開始と同時に、高温空気流通路６２からバーナー燃焼室５３内への高温の空気の供給が停止され、低温空気流通路６３からバーナー燃焼室５３内に低温の空気が供給される。別の言い方をすると、このとき、バーナー燃焼室５３内に空気を送り込む空気流通経路が、高温の空気を送り込む高温空気流通経路から、低温の空気を送り込む低温空気流通経路に切り替えられる。このようにバーナー燃焼室５３内に空気を送り込む空気流通経路を、高温空気流通経路と、低温空気流通経路との間で切り替えることができるように、本発明の実施例では、高温空気弁６５と低温空気弁６６からなる切換え装置が設けられている。この場合、本発明の実施例では、エアクリーナ６７から高温空気流通路６２を介して空気供給口６１に至る空気流通経路が高温空気流通経路に該当しており、エアクリーナ６７から低温空気流通路６３を介して空気供給口６１に至る空気流通経路が低温空気流通経路に該当している。
【００６６】
次に、図１１を参照しつつ、熱、水素生成装置５０の暖機運転が完了して改質用触媒５４による改質作用が可能になったときに、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＫ未満である場合について説明する。なお、この図１１には図９と同様に、グロープラグ６８の作動状態、バーナー５７からの供給空気量、バーナー５７からの供給燃料量、反応せしめられる空気と燃料のＯ２/Ｃモル比、バーナー５７から供給される空気の供給空気温、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣおよび排気浄化触媒１３の温度ＴＤが示されている。
【００６７】
図１１を参照すると、図１１に示される場合でも、機関が始動されると、熱、水素生成装置５０が同時に始動される。機関が始動されると、排気浄化触媒１４の温度ＴＤは、ただちに少し上昇する。次いで、１次暖機運転が行われている間、即ち、熱、水素生成装置５０においてリーン空燃比による完全酸化反応が続行されている間、排気浄化触媒１４の温度ＴＤは少しずつ上昇する。しかしながら、図１１に示される例では、図９に示される場合と異なって、改質用触媒５４による改質作用が可能になったときに、即ち、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になったときに、排気浄化触媒１４の温度ＴＤは、依然として、予め設定された活性化温度ＴＫ未満に維持されている。
【００６８】
なお、図１１において、熱、水素生成装置５０が始動されてから、１次暖機運転が終了するまでの間におけるグロープラグ６８の作動状態、バーナー５７からの供給空気量の変化、バーナー５７からの供給燃料量の変化、Ｏ２/Ｃモル比の変化、バーナー５７からの供給空気温の変化、および改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣの変化は、図９に示される場合と同一である。従って、熱、水素生成装置５０が始動されてから、１次暖機運転、即ち、熱、水素生成装置５０の暖機運転が終了するまでの間における、図１１に示されるグロープラグ６８の作動状態、バーナー５７からの供給空気量の変化、バーナー５７からの供給燃料量の変化、Ｏ２/Ｃモル比の変化、バーナー５７からの供給空気温の変化、および改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣの変化については説明を省略する。
【００６９】
さて、図１１に示されるように、改質用触媒５４による改質作用が可能になったときに、即ち、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃になったときに、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが、予め設定された活性化温度ＴＫ未満のときには、リーン空燃比による完全酸化反応が続行される。このとき、排気浄化触媒１４の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値が算出され、この出力熱量（ｋＷ）の要求出力熱量を発生させるのに必要な目標供給燃料量が算出されて、供給燃料量がこの目標供給燃料量とされる。このときには、熱、水素生成装置５０から排気浄化触媒１４に熱のみが供給され、それによって、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが少しずつ上昇せしめられる。このリーン空燃比による完全酸化反応は、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＫに到達するまで続行される。なお、本発明の実施例では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃に到達してから排気浄化触媒１４の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＫに到達するまでの間においてリーン空燃比による完全酸化反応が行われているときの運転モードを、図１１に示されるように熱生成モードと称している。
【００７０】
図１１に示されるように、運転モードが熱生成モードであるときには、Ｏ２/Ｃモル比＝２．６のリーン空燃比でもって完全酸化反応が行われる。なお、図１１に示される場合でも、運転モードが熱生成モードとされたときに、排気浄化触媒１４の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値が算出され、次いで、この出力熱量（ｋＷ）の要求出力熱量を発生させるのに必要な目標供給燃料量が算出される。図１１に示される例では図１１に示されるように、運転モードが熱生成モードにされたときに、バーナー５７からの供給燃料量がこの目標供給燃料量まで増大される。
【００７１】
一方、運転モードが熱生成モードにされたときには、図１１からわかるように、改質用触媒５４における改質反応が平衡状態とはなっていないので、空気温ＴＡが高くても、図７に示されるように、改質用触媒５４の温度が上昇するわけではない。しかしながら、この熱生成モード時には、改質用触媒５４の温度が高い状態でリーン空燃比による完全酸化反応が行われているので、何らかの原因で、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸよりも高くなってしまう危険性がある。そこで、本発明の実施例では、改質用触媒５４の温度が許容触媒温度ＴＸよりも高くなることがないように、運転モードが熱生成モードとされるのと同時に、高温空気流通路６２からバーナー燃焼室５３内への高温の空気の供給を停止し、低温空気流通路６３からバーナー燃焼室５３内に低温の空気が供給される。即ち、図１１に示されるように、供給空気温が低下せしめられる。その後、低温空気流通路６３からバーナー燃焼室５３内に低温の空気が供給され続ける。
【００７２】
一方、運転モードが熱生成モードにされているときに、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが予め設定された活性化温度ＴＫに到達すると、Ｏ２/Ｃモル比が２．６から０．５に変更され、通常運転が開始される。このとき、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われ、熱、水素生成装置５０において生成された熱および水素が排気浄化触媒１４に供給される。その結果、図１１に示されるように、排気浄化触媒１４の温度ＴＤは目標暖機温度まで急速に上昇せしめられる。次いで、停止指令が発せられると、図１１に示されるように、燃料の供給が停止され、次いで、暫くして。空気の供給が停止される。
【００７３】
次に、図１２から図１５に示される熱、水素生成制御ルーチンについて説明する。この熱、水素生成制御ルーチンは、図１に示される機関のスタータスイッチ４３がオンにされたとき、或いは、機関の運転中において、改質用触媒４の温度が、例えば、目標暖機温度よりも低下したときに実行される。なお、機関のスタータスイッチ４３は、運転者により手動でオンにされる場合と、機関および電気モータを駆動源とするハイブリッド車両におけるように自動的にオンとされる場合とがある。
【００７４】
熱、水素生成制御ルーチンが実行されると、まず初めに、図１２のステップ１００において、温度センサ７１の出力信号に基づいて、改質用触媒５４の上流側端面の温度ＴＣＵが、改質用触媒５４の上流側端面上において酸化反応を行いうる温度、例えば、３００℃以上であるか否かが判別される。改質用触媒５４の上流側端面の温度ＴＣＵが、３００℃以下の場合には、ステップ１０１に進んで、グロープラグ６８がオンとされる。次いで、ステップ１０２では、グロープラグ６８がオンとされてから一定時間を経過したが否かが判別され、一定時間を経過したときにはステップ１０３に進む。
【００７５】
ステップ１０３では、始動および着火時の目標供給空気量ＱＡが算出される。この目標供給空気量ＱＡは、予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いで、ステップ１０４では、この目標供給空気量ＱＡを空気ポンプ６４から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ６４に供給され、空気ポンプ６４からは、空気が目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。このとき、空気ポンプ６４から吐出された空気は、高温空気流通路６２を介してバーナー燃焼室５３に供給される。なお、熱、水素生成装置５０の作動が停止されるときに、高温空気弁６５が開弁されると共に低温空気弁６６が閉弁されており、従って、熱、水素生成装置５０が作動せしめられたときには、高温空気流通路６２を介して空気がバーナー燃焼室５３に供給される。
【００７６】
次いで、ステップ１０５では、グロープラグ６８の抵抗値から、グロープラグ６８の温度ＴＧが算出される。次いで、ステップ１０６では、グロープラグ６８の温度ＴＧが７００℃を越えたか否かが判別される。グロープラグ６８の温度ＴＧが７００℃を越えていないと判別されたときにはステップ１０３に戻る。これに対し、グロープラグ６８の温度ＴＧが７００℃を越えたと判別されたときには、着火可能であると判断され、ステップ１０７に進む。
【００７７】
ステップ１０７では、燃料噴射弁５８から、始動および着火時の目標供給燃料量ＱＦでもって燃料を噴射させるのに必要な燃料噴射量指令値ＱＦＩ、例えば、燃料噴射弁駆動電圧、或いは、燃料噴射弁駆動電流が算出される。この燃料噴射量指令値ＱＦＩと目標供給燃料量ＱＦとの関係は、予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いで、ステップ１０８では、この燃料噴射量指令値ＱＦＩに学習値ＫＧを乗算することによって、最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯ（＝ＫＧ・ＱＦＩ）が算出される。なお、この学習値ＫＧについては後述する。次いで、ステップ１０９では、燃料噴射弁５８からこの最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯに応じた燃料がバーナー燃焼室５３に供給される。次いで、ステップ１１０では、温度センサ７１の出力信号に基づいて、改質用触媒５４の上流側端面の温度ＴＤが検出される。次いで、ステップ１１１では、温度センサ７１の出力信号から、燃料が着火したか否かが判別される。
【００７８】
燃料が着火すると、改質用触媒５４の上流側端面の温度ＴＣＵが瞬時に上昇し、従って、温度センサ７１の出力信号から、燃料が着火したか否かを判別できることになる。ステップ１１１において、燃料が着火していないと判別されたときには、ステップ１０７に戻り、ステップ１１１において、燃料が着火したと判別されたときには、ステップ１１２に進んで、グロープラグ６８がオフとされる。次いで、ステップ１１３に進む。なお、燃料が着火されると、改質用触媒５４の上流側端面の温度ＴＣＵは、ただちに、改質用触媒５４の上流側端面上において酸化反応を行いうる温度、例えば、３００℃以上となる。一方、ステップ１００において、改質用触媒５４の上流側端面の温度ＴＣＵが３００℃以上であると判別されたときにも、ステップ１１３に進む。
【００７９】
ステップ１１３からステップ１１８では、１次暖機運転が行われる。即ち、ステップ１１３では、燃料噴射弁５８から、１次暖機運転時の目標供給燃料量ＱＦでもって燃料を噴射させるのに必要な燃料噴射量指令値ＱＦＩが算出される。この燃料噴射量指令値ＱＦＩと１次暖機運転時の目標供給燃料量ＱＦとの関係は、予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いで、ステップ１１４では、この燃料噴射量指令値ＱＦＩに学習値ＫＧを乗算することによって、最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯ（＝ＫＧ・ＱＦＩ）が算出される。次いで、ステップ１１５では、１次暖機運転時の目標供給燃料量ＱＦから、Ｏ２/Ｃモル比を３．０とするのに必要な目標供給空気量ＱＡが算出される。次いで、ステップ１１６では、燃料噴射弁５８からこの最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯに応じた燃料がバーナー燃焼室５３に供給される。次いで、ステップ１１７では、１次暖機運転時の目標供給空気量ＱＡを空気ポンプ６４から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ６４に供給され、空気ポンプ６４からは、空気が目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。
【００８０】
なお、本発明の実施例では、この１次暖機運転が行われているときには、図９および図１１に示されるように、供給空気量および供給燃料量が段階的に増大される。次いで、ステップ１１８では、温度センサ７２の出力信号に基づいて、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えたか否かが判別される。改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えていないと判別されたときには、ステップ１１３に戻り、１次暖機運転が継続して行われる。これに対し、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが７００℃を越えたと判別されたときにはステップ１１９に進む。ステップ１１９では、低温空気弁６６が開弁され、ステップ１２０では、高温空気弁６５が閉弁される。従って、このときには、空気は低温空気流通路６３を介してバーナー燃焼室５３に供給される。次いで、ステップ１２１に進む。
【００８１】
ステップ１２１では、温度センサ２５の出力信号に基づいて、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが活性化温度ＴＫよりも高いか否かが判別される。ステップ１２１において、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが活性化温度ＴＫよりも高いと判別されたときには、ステップ１２２に進んで、図９に示されるように、２次暖機運転が開始される。即ち、ステップ１２２では、熱、水素生成装置５０におけるＯ２/Ｃモル比が０．５６となるように制御される。このＯ２/Ｃモル比の制御は、図１６に示される制御ルーチンを用いて実行される。
【００８２】
図１６を参照すると、まず初めに、ステップ１５０において、排気浄化触媒１４の温度ＴＤを目標暖機温度まで上昇させるのに必要な熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値が算出される。次いで、ステップ１５１では、この出力熱量（ｋＷ）の要求出力熱量を発生させるのに必要な目標供給燃料量ＱＦが算出される。次いで、この目標供給燃料量ＱＦから、Ｏ２/Ｃモル比を目標Ｏ２/Ｃモル比とするのに必要な目標供給空気量ＱＡが算出される。なお、図１４のステップ１２２におけるＯ２/Ｃモル比の制御が、図１６に示される制御ルーチンを用いて実行されたときには、この目標Ｏ２/Ｃモル比は０．５６とされる。次いで、ステップ１５３では、熱、水素生成装置５０の出力熱量（ｋＷ）の要求値を低下すべきであることを示す要求出力低下指令が発せられているか否かが判別される。この要求出力低下指令については、後述する。この要求出力低下指令は、通常は発せられておらず、従って、通常は、ステップ１５５にジャンプする。
【００８３】
ステップ１５５では、燃料噴射弁５８から、ステップ１５０において算出された目標供給燃料量ＱＦでもって燃料を噴射させるのに必要な燃料噴射量指令値ＱＦＩが算出される。この燃料噴射量指令値ＱＦＩと目標供給燃料量ＱＦとの関係は、予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いで、ステップ１５６では、この燃料噴射量指令値ＱＦＩに学習値ＫＧを乗算することによって、最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯ（＝ＫＧ・ＱＦＩ）が算出される。次いで、ステップ１５７では、燃料噴射弁５８からこの最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯに応じた燃料がバーナー燃焼室５３に供給される。次いで、ステップ１５８では、ステップ１５２において算出された目標供給空気量ＱＡを空気ポンプ６４から吐出させるのに必要なポンプ駆動電力が空気ポンプ６４に供給され、空気ポンプ６４からは、空気が目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。このとき、部分酸化改質反応が開始され、熱、水素生成装置５０において、熱および水素が生成される。次いで、図１４のステップ１２３に進む。
【００８４】
図１４のステップ１２３では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、温度センサ７３により検出された空気温ＴＡと８０５℃との和（ＴＡ＋８０５℃）に到達したか否かが判別される。前述したように、この温度（ＴＡ＋８０５℃）は、空気温がＴＡ℃のときに、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応が行われたときの反応平衡温度ＴＢを示している。従って、ステップ１２３では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）に到達したか否かを判別していることになる。
【００８５】
改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）に到達していないと判別されたときには、ステップ１２２に戻り、図１６に示される制御ルーチンを用いて、Ｏ２/Ｃモル比が０．５６となるように制御され続ける。これに対し、ステップ１２３において、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが、反応平衡温度（ＴＡ＋８０５℃）に到達したと判別されたときには、ステップ１２４に進み、空気ポンプ１５の吐出量を一定に維持した状態で、燃料噴射量が、Ｏ２/Ｃモル比を０．５とするのに必要な目標供給燃料量ＱＦまで徐々に増大される。その結果、Ｏ２/Ｃモル比が徐々に減少する。次いで、ステップ１２５では、Ｏ２/Ｃモル比が０．５になったか否かが判別される。Ｏ２/Ｃモル比が０．５になっていないと判別されたときには、ステップ１２４に戻る。これに対し、ステップ１２５において、Ｏ２/Ｃモル比が０．５になったと判別されたときには、２次暖機運転は完了したと判断される。２次暖機運転が完了したと判断されたときには、ステップ１２８に進んで、通常運転が行われる。
【００８６】
一方、ステップ１２１において、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが活性化温度ＴＫ未満であると判別されたときには、ステップ１２６に進んで、図１１に示されるように、運転モードが熱生成モードとされる。即ち、ステップ１２６では、図１６に示される制御ルーチンを用いて、Ｏ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比２．６に制御される。このとき、燃料噴射弁５８からは、図１６に示される制御ルーチンにおいて算出された最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯに応じた燃料がバーナー燃焼室５３に供給され、空気ポンプ６４からは、空気が図１６に示される制御ルーチンにおいて算出された目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。このときにはＯ２/Ｃモル比が２．６のリーン空燃比でもって完全酸化反応が続行され、熱のみが排気浄化触媒１４に供給される。次いで、ステップ１２７では、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが活性化温度ＴＫに到達したか否かが判別される。排気浄化触媒１４の温度ＴＤが活性化温度ＴＫに到達していないときには、ステップ１２６に戻る。これに対し、ステップ１２７において、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが活性化温度ＴＫに到達したと判別されたときにはステップ１２８に進んで、通常運転が行われる。
【００８７】
ところで、本発明の実施例では、通常運転時の運転モードとして、熱、水素生成運転モードと熱生成運転モードとの二つの運転モードが選択可能である。熱、水素生成運転モードは、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５でもって部分酸化改質反応を行う運転モードであり、この熱、水素生成運転モードでは熱および水素が生成される。一方、熱生成運転モードは、例えば、Ｏ２/Ｃモル比＝２．６でもって完全酸化反応を行う運転モードであり、この熱生成運転モードでは水素は生成されず、熱のみが生成される。これらの熱、水素生成運転モードと熱生成運転モードは、必要に応じ、選択的に用いられる。
【００８８】
即ち、ステップ１２８では、熱、水素生成運転モードであるか否かが判別される。ステップ１２８において、熱、水素生成運転モードであると判別されたときには、ステップ１２９に進み、図１６に示される制御ルーチンを用いて、Ｏ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比０．５に制御される。このとき、燃料噴射弁５８からは、図１６に示される制御ルーチンにおいて算出された最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯに応じた燃料がバーナー燃焼室５３に供給され、空気ポンプ６４からは、空気が図１６に示される制御ルーチンにおいて算出された目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。このときにはＯ２/Ｃモル比が０．５のリッチ空燃比でもって部分酸化改質反応が行われ、熱および水素が排気浄化触媒１４に供給される。次いで、ステップ１３１に進む。
【００８９】
一方、ステップ１２８において、熱、水素生成運転モードでないと判別されたとき、即ち、熱生成運転モードであると判別されたときには、ステップ１３０に進み、図１６に示される制御ルーチンを用いて、Ｏ２/Ｃモル比が目標Ｏ２/Ｃモル比２．６に制御される。このとき、燃料噴射弁５８からは、図１６に示される制御ルーチンにおいて算出された最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯに応じた燃料がバーナー燃焼室５３に供給され、空気ポンプ６４からは、空気が図１６に示される制御ルーチンにおいて算出された目標供給空気量ＱＡでもって吐出される。このときにはＯ２/Ｃモル比が２．６のリーン空燃比でもって完全酸化反応が続行され、熱のみが排気浄化触媒１４に供給される。次いで、ステップ１３１に進む。
【００９０】
ステップ１３１では、熱、水素生成装置５０の運転を停止すべきであるか否かが判別される。この場合、本発明の実施例では、通常運転が一定期間続行されたとき、又は、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが目標暖機温度に達したとき、又は、その他の理由により熱、水素生成装置５０の運転を停止すべき指令が発せられたときに、熱、水素生成装置５０の運転を停止すべきであると判別される。ステップ１３１において、熱、水素生成装置５０の運転を停止すべきでないと判別されたときにはステップ１２８に戻って通常運転が続行される。
【００９１】
これに対し、ステップ１３１において、熱、水素生成装置５０の運転を停止すべきであると判別されたときには、ステップ１３２に進んで、バーナー５７からの燃料噴射が停止される。次いで、ステップ１３３では、残存する燃料を燃焼除去するために、空気ポンプ６４から空気が供給され続ける。次いで、ステップ１３４では、一定時間経過したか否かが判別される。一定時間経過していないと判別されたときには、ステップ１３３に戻る。これに対し、ステップ１３４において、一定時間経過したと判別されたときには、ステップ１３５に進んで、空気ポンプ６５の作動が停止され、バーナー燃焼室５３内への空気の供給が停止される。次いで、ステップ１３６では、低温空気弁６６が閉弁され、ステップ１３７では、高温空気弁６５が開弁される。次いで、熱、水素生成装置５０の作動が停止せしめられている間、低温空気弁６６が閉弁され続け、高温空気弁６５が開弁され続ける。
【００９２】
次に、図１７を参照しつつ触媒温度の上昇規制制御ルーチンについて説明する。このルーチンは一定時間毎の割り込みによって実行される。
図１７を参照すると、まず初めに、ステップ１６０において、温度センサ７２により検出されている改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが読み込まれる。次いで、ステップ１６１では、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが許容触媒温度ＴＸを越えたか否かが判別される。改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが許容触媒温度ＴＸを越えていないと判別されたときには、処理サイクルを完了する。
【００９３】
これに対し、ステップ１６１において、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが許容触媒温度ＴＸを越えたと判別されたときには、ステップ１６２に進んで、低温空気弁６６が開弁され、次いで、ステップ１６３において、高温空気弁６５が閉弁される。次いで、処理サイクルを完了する。即ち、熱、水素生成装置５０の運転中において、改質用触媒５４の下流側端面の温度ＴＣが許容触媒温度ＴＸを越えたときには、バーナー燃焼室５３内に空気を送り込む空気流通経路が、高温の空気を送り込む高温空気流通経路から、低温の空気を送り込む低温空気流通経路に切り替えられ、バーナー燃焼室５３内に供給されるバーナー燃焼用空気の温度が低下せしめられる。
【００９４】
次に、図１８を参照しつつ、図１に示される上流側空燃比センサ２３および下流側空燃比センサ２４の構造について簡単に説明する。図１に示される上流側空燃比センサ２３および下流側空燃比センサ２４は同一構造のコップ型の限界電流式空燃比センサからなり、これら空燃比センサ２３，２４は、ジルコニアからなる固体電解質層８０と、その一方の側面上に配置された排気側電極８１と、その他方の側面上に配置された大気側電極８２と、通過するガス、例えば排気ガスの拡散律速を行う拡散律速層８３と、基準ガス室８４と、空燃比センサ２３，２４の加熱を行うヒータ部８５とを具備する。排気側電極８１および大気側電極８２は、白金等の貴金属により形成されており、拡散律速層８３は、アルミナ等の多孔質焼結体により形成されている。
【００９５】
図１８に示されるように、排気側電極８１と大気側電極８２との間には、電子制御ユニット３０によって制御される印加電圧制御装置８６によりセンサ印加電圧Ｖが印加され、センサ印加電圧Ｖが印加されたときに固体電解質層８０を通ってこれら電極８１、８２間に流れる電流値Ｉが電流検出器８７によって検出される。この電流検出器８７によって検出される電流値が空燃比センサ２３，２４の出力電流値Ｉであり、この空燃比センサ２３，２４の出力電流値Ｉが電子制御ユニット３０に入力される。
【００９６】
このように構成された空燃比センサ２３，２４は、図１９に示すような電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を有する。図１９からわかるように、空燃比センサ２３，２４の出力電流値Ｉは、空燃比センサ２３，２４の周囲を流れるガスの空燃比Ａ/Ｆ、例えば排気ガスの空燃比Ａ/Ｆが高くなるほど、即ちリーンになるほど、大きくなる。一方、図２０は、印加電圧Ｖを０．４５Ｖ程度（図１９における破線）の一定電圧に維持したときの、空燃比センサ２３，２４の周囲を流れるガスの空燃比Ａ/Ｆと出力電流値Ｉとの関係を示している。図２０からわかるように、空燃比センサ２３，２４の周囲を流れるガスの空燃比Ａ/Ｆが高くなるほど、即ち、リーンになるほど、空燃比センサ２３，２４からの出力電流値Ｉが大きくなる。なお、空燃比センサ２３，２４の周囲を流れるガスの空燃比Ａ/Ｆが理論空燃比であるときには、空燃比センサ２３，２４の出力電流値Ｉが零になる。
【００９７】
さて、前述したように、本発明による実施例では、排気浄化触媒１４として、三元触媒が用いられており、この三元触媒は、三元触媒に流入するガスの空燃比、例えば排気ガスの空燃比が理論空燃比のときにガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを同時に低減可能な触媒からなる。従って、排気浄化触媒１４として、三元触媒が用いられている場合には、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比を理論空燃比に維持する必要がある。従って、機関運転中は、基本的には、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比となるように、機関から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比に制御される。
【００９８】
一方、前述したように、熱、水素生成装置５０では、リッチ空燃比又はリーン空燃比のもとで燃焼が行われており、従って、熱、水素生成装置５０が作動せしめられているときには、熱、水素生成装置５０から供給通路５１を介して、リッチ空燃比の燃焼ガス又はリーン空燃比の燃焼ガスが排気浄化触媒１４に供給される。従って、熱、水素生成装置５０が作動せしめられているときには、機関から排出される排気ガスの空燃比が理論空燃比に制御されていても、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比は理論空燃比ではなくなり、ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを浄化し得なくなる。そこで本発明による実施例では熱、水素生成装置５０が作動せしめられたときでも、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比となるように制御される。
【００９９】
即ち、前述したように、熱、水素生成装置５０では、運転状態に応じた目標Ｏ２/Ｃモル比が予め設定されており、例えば、部分酸化改質反応が行われるときには、この目標Ｏ２/Ｃモル比は０．５とされ、完全酸化反応が行われるときには、この目標Ｏ２/Ｃモル比は２．６とされる。一方、前述したように、Ｏ２/Ｃモル比＝１．４５７５のときに空気と燃料との比が理論空燃比となる。この場合、理論空燃比＝１４．６であることを考えると、Ｏ２/Ｃモル比＝０．５は、空燃比＝５．０のリッチ空燃比に相当し、Ｏ２/Ｃモル比＝２．６は、空燃比＝２６．０のリーン空燃比に相当する。従って、熱、水素生成装置５０では、運転状態に応じた目標設定空燃比が予め設定されており、例えば、部分酸化改質反応が行われるときには、この目標設定空燃比は５。０とされ、完全酸化反応が行われるときには、この目標設定空燃比は２６。０とされると言い換えることができる。
【０１００】
本発明による実施例では、熱、水素生成装置５０における目標設定空燃比に応じて、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比となるように、機関から排出される排気ガスの空燃比が調整される。即ち、熱、水素生成装置５０における目標設定空燃比がリッチ空燃比になると、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比となるように、機関から排出される排気ガスの空燃比がリーン空燃比とされ、熱、水素生成装置５０における目標設定空燃比がリッチ空燃比になると、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比となるように、機関から排出される排気ガスの空燃比がリーン空燃比とされる。このように機関から排出される排気ガスの空燃比を調整することにより排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比に維持され、その結果、排気浄化触媒１４において、ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを同時に低減できることになる。
【０１０１】
即ち、本発明による実施例では、燃料および空気の燃焼させることにより熱のみ、又は熱および水素を生成可能な熱、水素生成装置５０を具備しており、流入するガスの空燃比が理論空燃比のときに流入するガス中に含まれるＨＣ，ＣＯおよびＮＯＸを同時に低減可能な排気浄化触媒１４が機関排気通路内に配置されており、熱、水素生成装置５０から排出された燃焼ガスが排気浄化触媒１４に供給される。この場合、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比が予め設定された目標設定空燃比とされたときに、この目標設定空燃比に応じ、機関から排出される排気ガスの空燃比が、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比を理論空燃比とするのに必要な目標調整空燃比に制御される。
【０１０２】
この場合、本発明による実施例では、この目標調整空燃比は、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気量および機関において燃焼せしめられる空気量の和と、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる燃料量および機関において燃焼せしめられる燃料量の和との比を理論空燃比とするのに必要な空燃比とされる。即ち、この目標調整空燃比は、機関および熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気量の総和と、機関および熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる燃料量の総和との比が理論空燃比となるような空燃比とされる。この場合、具体的には、上流側空燃比センサ２３の出力信号に基づいて機関から排出される排気ガスの空燃比が目標調整空燃比に制御される。
【０１０３】
ところでこのように、熱、水素生成装置５０における目標設定空燃比に応じて、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比となるように、機関から排出される排気ガスの空燃比を調整するようにした場合、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比が目標設定空燃比に正確に一致していれば、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比に維持される。しかしながら、実際には、経時変化等により、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比が目標設定空燃比に正確に一致しない場合がある。
【０１０４】
そこで本発明による実施例では、熱、水素生成装置５０における目標設定空燃比に応じて、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比となるように、機関から排出される排気ガスの空燃比が、上流側空燃比センサ２３に基づいて正確に調整され、このとき排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比であるか否かが下流側空燃比センサ２４により検出される。このとき排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比でない場合には、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられている空気および燃料の空燃比が目標設定空燃比に正確に一致していないことになる。この場合、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比になるように、熱、水素生成装置５０への供給空気量又は供給燃料量を制御すれば、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比を目標設定空燃比に正確に一致させることができる。
【０１０５】
ところで、この場合、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比を空燃比センサによって検出し、この空燃比センサの出力信号に基づいてこれら空気および燃料の空燃比を制御すれば、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比を目標設定空燃比に正確に一致させることが可能となる。ところが熱、水素生成装置５０において部分酸化改質反応が行われた場合には水素が生成され、従って、空燃比センサによる検出ガス中に水素が含まれることになる。しかしながら、検出ガス中に水素が含まれていると、水素が空燃比センサの拡散律速層８３内をさほど律速されることなく急速に拡散するために、空燃比センサによって検出される空燃比がリッチ側にずれてしまう。従って、燃焼ガス中に水素が含まれている場合には、空燃比センサによってガスの空燃比を正確に検出するのは困難である。また、図１８に示すような簡素な構造の空燃比センサでは、５。０程度のリッチ空燃比を検出することはできない。従って、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比を空燃比センサによって検出し、この空燃比センサの出力信号に基づいて、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比を目標設定空燃比に正確に一致させるように制御することは困難である。
【０１０６】
ところで、上述したように、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比になるように、熱、水素生成装置５０への供給空気量又は供給燃料量を制御すると、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比を目標設定空燃比に正確に一致させることが可能である。また、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比に制御されている場合には、排気浄化触媒１４から流出するガス中には水素はほとんど含まれておらず、また排気浄化触媒１４から流出するガスの空燃比はほぼ理論空燃比であるので、排気浄化触媒１４から流出するガスの空燃比は、空燃比センサにより正確に検出することができる。そこで、本発明による実施例では、排気浄化触媒１４の下流に配置された下流側空燃比センサ２４に基づいて、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比になるように、熱、水素生成装置５０への供給空気量又は供給燃料量を制御しており、このとき、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比は目標設定空燃比に正確に一致せしめられる。従って、別の言い方をすると、本発明による実施例では、下流側空燃比センサ２４に基づいて、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比を目標設定空燃比に制御していると言うことができる。
【０１０７】
一方、上述したように、空燃比センサは水素の影響を受けるので、図１に示されるように、上流側空燃比センサ２３は、熱、水素生成装置５０から排出された燃焼ガスの排気管１３への供給口５１ａよりも上流の排気管１３内に配置されている。即ち、本発明による実施例では、熱、水素生成装置５０から排出された燃焼ガスの機関排気通路内への供給口５１ａよりも上流の機関排気通路内に上流側空燃比センサ２３が配置されており、排気浄化触媒１４よりも下流の機関排気通路内に下流側空燃比センサ２４が配置されており、上流側空燃比センサ２３に基づいて機関から排出される排気ガスの空燃比が、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比を理論空燃比とするのに必要な目標調整空燃比に制御され、下流側空燃比センサ２４に基づいて、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比が目標設定空燃比に制御される。
【０１０８】
この場合、本発明による実施例では、上流側空燃比センサ２３に基づいて機関から排出される排気ガスの空燃比が上述の目標調整空燃比に制御されている状態のときに、下流側空燃比センサ２４によって排気浄化触媒１４から流出するガスの空燃比が理論空燃比からずれたか否かが検出され、下流側空燃比センサ１４によって排気浄化触媒１４から流出するガスの空燃比が理論空燃比からずれたことが検出されたときには、排気浄化触媒１４から流出するガスの空燃比が理論空燃比となるように、熱、水素生成装置５０において燃焼せしめられる空気および燃料の空燃比が制御される。
【０１０９】
さて、本発明の実施例において実行されている制御の一例について具体的に説明すると、熱、水素生成装置５０の運転状態に応じた目標Ｏ２/Ｃモル比、熱、水素生成装置５０への目標供給空気量ＱＡ、および熱、水素生成装置５０への目標供給燃料量ＱＦは予め設定されている。一方、機関への供給燃料量ＧＦは、機関に対する要求トルクから定まる。この場合、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比を理論空燃比（＝１４．６）とするには、機関への供給空気量ＧＡを下式のようにする必要がある。
機関への供給空気量ＧＡ＝（機関への供給燃料量ＧＦ＋熱、水素生成装置５０への目標供給燃料量ＱＦ）・１４．６−熱、水素生成装置５０への供給空気量ＱＡ
即ち、機関から排出される排気ガスの空燃比を、目標空燃比（Ａ/Ｆ）０＝ＧＡ/ＧＦ＝（（ＧＦ＋ＧＦ）・１４．６−ＱＡ）/ＧＦに制御する必要がある。
【０１１０】
そこで、本発明による実施例では、上流側空燃比センサ２３に基づいて、機関から排出される排気ガスの空燃比が、正確に目標空燃比（Ａ/Ｆ）０となるように、機関への供給空気量ＧＡが制御される。この場合、機関への供給空気量ＧＡには制御遅れが存在するので、機関から排出される排気ガスの空燃比が目標空燃比（Ａ/Ｆ）０からずれた場合には、最初に、機関から排出される排気ガスの空燃比が目標空燃比（Ａ/Ｆ）０となるように機関への供給燃料量ＧＦを制御し、機関への供給空気量ＧＡが制御目標値に近づいてきたら機関への供給燃料量ＧＦを減少させるように制御することもできる。
【０１１１】
一方、本発明による実施例では、このように上流側空燃比センサ２３に基づいて機関から排出される排気ガスの空燃比が目標空燃比（Ａ/Ｆ）０に制御されている状態で、下流側空燃比センサ２４により、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比となるように、燃料噴射弁５８への燃料噴射量指令値ＱＦＩに対する学習値ＫＧが制御される。例えば、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側になったときには、学習値ＫＧが減少せしめられ、燃料噴射弁５８への最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯ（＝ＫＧ・ＱＦＩ）が小さくされる。このとき、燃料噴射弁５８からの燃料噴射量は減少せしめられる。これに対し、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比よりもリーン側になったときには、学習値ＫＧが増大せしめられ、燃料噴射弁５８からの最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯ（＝ＫＧ・ＱＦＩ）が大きくされる。このとき、燃料噴射弁５８からの燃料噴射量は増大せしめられる。このようにして、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比に制御される。
【０１１２】
このように本発明による実施例では、学習値ＫＧを制御することによって、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比に制御される。この場合、本発明による実施例では、学習値ＫＧを制御するにあたって、リッチ破綻制御、或いはリーン破綻制御を用いている。従って、次に、これらリッチ破綻制御、およびリーン破綻制御について簡単に説明する。
【０１１３】
さて、前述したように、この三元触媒には白金Ｐｔ，パラジウムＰｄ，ロジウムＲｈのような貴金属に加え、セリウムＣｅが担持されており、このセリウムＣｅは酸素吸蔵能力を有する。三元触媒は、三元触媒に流入するガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘとを同時に浄化する機能を有するが、排気浄化触媒１４が酸素吸蔵能力を有している場合には、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側或いはリーン側に若干ずれたとしても未燃ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘとが同時に浄化される。
【０１１４】
即ち、排気浄化触媒１４が酸素吸蔵能力を有していると、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が若干リーンになったときにはガス中に含まれる過剰な酸素が排気浄化触媒１４内に吸蔵され、排気浄化触媒１４の表面上が理論空燃比に維持される。その結果、排気浄化触媒１４の表面上において未燃ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘが同時に浄化され、このとき排気浄化触媒１４から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。一方、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が若干リッチになったときにはガス中に含まれる未燃ＨＣ、ＣＯ等を還元させるのに不足している酸素が排気浄化触媒１４から放出され、この場合にも排気浄化触媒１４の表面上が理論空燃比に維持される。その結果、排気浄化触媒１４の表面上において未燃ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘが同時に浄化され、このとき排気浄化触媒１４から流出するガスの空燃比は理論空燃比となる。
【０１１５】
このように、排気浄化触媒１４が酸素吸蔵能力を有している場合には、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側或いはリーン側に若干ずれたとしても未燃ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘとが同時に浄化され、排気浄化触媒１４から流出するガスの空燃比は理論空燃比となる。この場合、排気浄化触媒１４に吸蔵されている酸素量が零になると、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側にずれたときに、未燃ＨＣ、ＣＯは浄化されずに排気浄化触媒１４から流出し、排気浄化触媒１４から流出するガスの空燃比はリッチとなる。これをリッチ破綻と称している。一方、排気浄化触媒１４に吸蔵されている酸素量が飽和すると、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比に対してリーン側にずれたときに、ＮＯｘが浄化されずに排気浄化触媒１４から流出すると共に、排気浄化触媒１４から流出するガスの空燃比はリーンとなる。これをリーン破綻と称している。
【０１１６】
本発明による実施例では、このようなリッチ破綻およびリーン破綻を利用して学習値ＫＧを制御している。以下、この学習値ＫＧの制御方法について、図２１および図２２を参照しつつ説明する。図２１は、熱、水素生成装置５０への目標供給空気量ＱＡと、熱、水素生成装置５０への目標供給燃料量ＱＦと、燃料噴射弁５８への最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯと、学習値ＫＧと、排気浄化触媒１４から流出する排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）と、排気浄化触媒１４に吸蔵されている酸素吸蔵量ＯＳＡと、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉとの変化を示している。一方、図２２は、図２１における期間ｔＡおよび期間ｔＢにおける燃料噴射弁５８への最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯ、学習値ＫＧおよび下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの変化の拡大図を示している。なお、排気浄化触媒１４上における未燃ＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘの酸化還元反応は排気浄化触媒１４の温度ＴＤが三元活性温度ＴＥ以上にならないと生じず、従って、学習値ＫＧの制御は、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが三元活性温度ＴＥを越えているときに行われる。
【０１１７】
図２１を参照すると、時刻ｔ１におけるように排気浄化触媒１４から流出する排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）が、わずかばかりリッチのときには、排気浄化触媒１４に吸蔵されている酸素が消費され、従って、酸素吸蔵量ＯＳＡが次第に減少する。次いで、酸素吸蔵量ＯＳＡが零になるとリッチ破綻を生じ、排気浄化触媒１４から流出する排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）はリッチになる。その結果、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが負の値となる。下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉがリッチ破綻判定値Ｉｒ以下になると、図２２の期間ｔＡに示されるように、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの低下速度に比例して学習値ＫＧが減少せしめられ、その結果、熱、水素生成装置５０への供給燃料量が減少せしめられる。
【０１１８】
次いで、排気浄化触媒１４から流出する排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）がリーンになると、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが下限ピークに達し、次いで、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉがリッチ破綻判定値Ｉｒまで上昇する間、学習値ＫＧは、リッチ破綻後の低下速度よりも遅い速度で上昇する。下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉがリッチ破綻判定値Ｉｒに達すると、その後、学習値ＫＧは一定に保持される。このときの学習値ＫＧは、リッチ破綻が生じる前の学習値ＫＧに比べて小さくなる。なお、このとき排気浄化触媒１４から流出する排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）は、わずかばかりリーンとなっており、従って、図２１の時刻ｔ２におけるように、酸素吸蔵量ＯＳＡが次第に増大していく。
【０１１９】
次いで、酸素吸蔵量ＯＳＡが吸蔵酸素飽和量ＭＡＸに達すると、今度は、リーン破綻を生じ、排気浄化触媒１４から流出する排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）はリーンになる。その結果、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが正の値となる。下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉがリーン破綻判定値Ｉｓ以上になると、図２２の期間ｔＢに示されるように、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの上昇速度に比例して、前回のリッチ破綻時の低下速度よりも若干遅い速度で、学習値ＫＧが増大せしめられ、その結果、熱、水素生成装置５０への供給燃料量が増大せしめられる。
【０１２０】
次いで、排気浄化触媒１４から流出する排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）がリッチになると、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが上限ピークに達し、次いで、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉがリーン破綻判定値Ｉｓまで減少する間、学習値ＫＧは、リーン破綻後の上昇速度よりも遅い速度で減少する。下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉがリーン破綻判定値Ｉｓに達すると、その後、学習値ＫＧは一定に保持される。このときの学習値ＫＧは、リーン破綻が生じる前の学習値ＫＧに比べて大きくなる。なお、このとき排気浄化触媒１４から流出する排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）は、わずかばかりリッチとなっており、従って、図２１の時刻ｔ３におけるように、酸素吸蔵量ＯＳＡが次第に増大していく。
【０１２１】
次いで、酸素吸蔵量ＯＳＡが零になると、再び、リッチ破綻を生じ、排気浄化触媒１４から流出する排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）はリッチになる。下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉがリッチ破綻判定値Ｉｒ以下になると、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの低下速度に比例して、前回のリーン破綻時の上昇速度よりも若干遅い速度で、学習値ＫＧが減少せしめられ、次いで、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが下限ピークに達すると、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉがリッチ破綻判定値Ｉｒまで増大する間、学習値ＫＧは、リッチ破綻後の低下速度よりも遅い速度で増大する。
【０１２２】
このようにして、学習値ＫＧは、排気浄化触媒１４から流出する排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）が理論空燃比となる値に次第に近づいていく。学習値ＫＧが、排気浄化触媒１４から流出する排気ガスの空燃比（Ａ/Ｆ）が理論空燃比となる値に近づいていくと、図２１の時刻ｔ４に示されるように、酸素吸蔵量ＯＳＡの変化速度が遅くなる。この場合、本発明による実施例では、リッチ破綻してからリーン破綻するまでの経過時間ｔ、或いは、リーン破綻してからリッチ破綻するまでの経過時間ｔが、予め定められた基準時間ｔＭＡＸを越えたときに、学習が完了したと判断され、学習が完了したときの学習値ＫＧが、再度、学習が完了するまで用いられる。
【０１２３】
次に、図２３および図２４を参照しつつ、機関の空燃比制御ルーチンについて説明する。この空燃比制御ルーチンは、一定時間毎の割込みによって実行される。
図２３を参照すると、まず初めに、ステップ２００において、例えば、機関に対する要求トルクに基づき、機関への供給燃料量ＧＦが算出される。次いで、ステップ２０１では、熱、水素生成装置５０が作動せしめられているか否かが判別される。熱、水素生成装置５０が作動せしめられていないときには、ステップ２２２に進んで、上流側空燃比センサ２３および下流側空燃比センサ２４の出力信号に基づき、排気浄化触媒１４から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比、又はリーン空燃比となるように、機関空燃比のフィードバック制御が行われる。このフィードバック制御については、説明を省略する。
【０１２４】
これに対し、ステップ２０１において、熱、水素生成装置５０が作動せしめられていると判別されたときには、ステップ２０２に進んで、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが三元活性温度ＴＥよりも高いか否かが判別される。排気浄化触媒１４の温度ＴＤが三元活性温度ＴＥよりも低いときには、ステップ２２２に進む。これに対し、排気浄化触媒１４の温度ＴＤが三元活性温度ＴＥよりも高いときには、ステップ２０３に進み、学習値ＫＧを用いた学習が完了したか否かが判別される。学習が完了しているときにはステップ２２２に進む。これに対し、学習が完了していないときには、ステップ２０４に進んで、機関から排出される排気ガスの空燃比を正確に目標空燃比（Ａ/Ｆ）０に制御すべきことを示す空燃比制御フラグがセットされる。この空燃比制御フラグがセットされると、機関から排出される排気ガスの空燃比を、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比が理論空燃比となるのに必要な目標調整空燃比に制御するための空燃比制御が開始される。
【０１２５】
空燃比制御フラグがセットされると、ステップ２０５に進んで、熱、水素生成装置５０への目標供給燃料量ＱＦと、熱、水素生成装置５０への目標供給空気量ＱＡとが読み込まれる。次いで、ステップ２０６では、次式に基づいて、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比を理論空燃比とするのに必要な機関への供給空気量ＧＡが算出される。
機関への供給空気量ＧＡ＝（機関への供給燃料量ＧＦ＋熱、水素生成装置５０への目標供給燃料量ＱＦ）・１４．６−熱、水素生成装置５０への供給空気量ＱＡ
次いで、ステップ２０７では、算出された機関への供給空気量ＧＡが、現在の機関の運転状態から供給可能な最大供給空気量ＧＡＸよりも大きいか否かが判別される。例えば、排気ターボチャージャ８が作動していないために、機関へ供給可能な最大供給空気量ＧＡＸが少なく、その結果、算出された機関への供給空気量ＧＡを機関へ供給し得ないというような機関運転状態となる場合がある。この機関の運転状態に応じた最大供給空気量ＧＡＸは予め求められていて予め記憶されている。
【０１２６】
ステップ２０７において、算出された機関への供給空気量ＧＡが最大供給空気量ＧＡＸよりも多いと判別されたときには、算出された機関への供給空気量ＧＡを少なくとも最大供給空気量ＧＡＸまで減少させるために、熱、水素生成装置５０への供給空気量ＱＡを低下させる必要がある。そのためには、熱、水素生成装置５０の要求出力を低下させる必要がある。従って、ステップ２０７において、算出された機関への供給空気量ＧＡが最大供給空気量ＧＡＸよりも多いと判別されたときには、ステップ２０９に進んで、熱、水素生成装置５０の要求出力を低下させる要求出力低下指令が発せられる。要求出力低下指令が発せられたときの処理ルーチンについては、後で説明する。
【０１２７】
ステップ２０７において、算出された機関への供給空気量ＧＡが最大供給空気量ＧＡＸよりも少ないと判別されたときには、ステップ２０８に進んで、要求出力低下指令が発せられている場合には、要求出力低下指令が解除される。次いで、ステップ２１４に進んで、算出された機関への供給空気量ＧＡと算出された機関への供給燃料量ＧＦから、機関から排出される排気ガスの目標空燃比（Ａ/Ｆ）０＝ＧＡ/ＧＦが算出される。次いで、ステップ２１５では、図２０に示される関係から、この目標空燃比（Ａ/Ｆ）０に対応する上流側空燃比センサ２３の目標電流値Ｉ０が算出される。次いで、ステップ２１６では、上流側空燃比センサ２３の出力電流値Ｉが読み込まれる。
【０１２８】
次いで、ステップ２１７では、上流側空燃比センサ２３の出力電流値Ｉが目標電流値Ｉ０＋α（αは小さな一定値）よりも大きいか否かが判別される。Ｉ＞Ｉ０＋αのときにはステップ２１８に進んで、機関への供給空気量ＧＡに対する補正値ΔＧＡから一定値βが減算される。次いで、ステップ２２１進んで機関への供給空気量ＧＡに補正値ΔＧＡが加算される。このときには、機関への供給空気量ＧＡが減少せしめられる。これに対し、ステップ２１７において、Ｉ＞Ｉ０＋αではないと判別されたときには、ステップ２１９に進んで、上流側空燃比センサ２３の出力電流値Ｉが目標電流値Ｉ０―αよりも小さいか否かが判別される。Ｉ＜Ｉ０ーαのときにはステップ２２０に進んで、機関への供給空気量ＧＡに対する補正値ΔＧＡに一定値βが加算される。次いで、ステップ２２１進む。このときには、機関への供給空気量ＧＡが増大せしめられる。このようにして機関から排出される排気ガスの空燃比が目標空燃比（Ａ/Ｆ）０に正確に制御される。
【０１２９】
一方、ステップ２０７において、算出された機関への供給空気量ＧＡが最大供給空気量ＧＡＸよりも多いと判別されたときには、前述したように、ステップ２０９に進んで、要求出力低下指令が発せられる。次いで、ステップ２１０では、熱、水素生成装置５０への目標供給空気量ＱＡから一定値ΔＱＡが減算される。次いで、ステップ２１１では、算出された目標供給空気量ＱＡを、熱、水素生成装置５０における現在の目標空燃比で除算することにより、熱、水素生成装置５０への目標供給燃料量ＱＦが算出される。次いで、ステップ２１２では、次式に基づいて、排気浄化触媒１４に流入するガスの空燃比を理論空燃比とするのに必要な機関への供給空気量ＧＡが算出される。
機関への供給空気量ＧＡ＝（機関への供給燃料量ＧＦ＋熱、水素生成装置５０への目標供給燃料量ＱＦ）・１４．６−熱、水素生成装置５０への供給空気量ＱＡ
次いで、ステップ２１３では、算出された機関への供給空気量ＧＡが、現在の機関の運転状態から供給可能な最大供給空気量ＧＡＸよりも大きいか否かが判別される。
【０１３０】
機関への供給空気量ＧＡが最大供給空気量ＧＡＸよりも大きいときにはステップ２１０に戻る。これに対し、機関への供給空気量ＧＡが最大供給空気量ＧＡＸよりも小さくなると、ステップ２１４に進んで、熱、水素生成装置５０の要求出力が低下せしめられたときの機関への供給空気量ＧＡと、要求トルクに応じた機関への供給燃料量ＧＦから、機関から排出される排気ガスの目標空燃比（Ａ/Ｆ）０＝ＧＡ/ＧＦが算出される。即ち、機関への供給空気量ＧＡが最大供給空気量ＧＡＸよりも大きい場合には、機関への供給空気量ＧＡが最大供給空気量ＧＡＸになるまで熱、水素生成装置５０の要求出力が低下せしめられ、熱、水素生成装置５０の要求出力が低下せしめられた状態で、機関から排出される排気ガスの空燃比が目標空燃比（Ａ/Ｆ）０に制御される。
【０１３１】
一方、ステップ２０９において、要求出力低下指令が発せられると、図１６に示されるＯ２/Ｃモル比の制御ルーチンのステップ１５３からステップ１５４に進んで、熱、水素生成装置５０の要求出力が低下せしめられたときの目標供給燃料量ＱＦおよび目標供給空気量ＱＡが読み込まれる。次いで、ステップ１５５では、燃料噴射弁５８から、ステップ１５４において読込まれた目標供給燃料量ＱＦでもって燃料を噴射させるのに必要な燃料噴射量指令値ＱＦＩが算出される。次いで、ステップ１５６では、最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯ（＝ＫＧ・ＱＦＩ）が算出される。次いで、ステップ１５７では、燃料噴射弁５８からこの最終的な燃料噴射量指令値ＱＦＩＯに応じた燃料がバーナー燃焼室５３に供給される。次いで、ステップ１５８では、ステップ１５４において読込まれた目標供給空気量ＱＡでもって、空気ポンプ６４から、空気が吐出される。
【０１３２】
次に、図２５を参照しつつ、熱、水素生成装置の空燃比制御ルーチンについて説明する。この空燃比制御ルーチンも、一定時間毎の割込みによって実行される。
図２５を参照すると、まず初めに、ステップ３００において、空燃比制御フラグがセットされているか否かが判別される。この空燃比制御フラグは、図２３のステップ２０３においてセットされる。空燃比制御フラグがセットされていないときには処理サイクルを完了する。従って、空燃比制御フラグがセットされていないときには、熱、水素生成装置５０の空燃比制御は行われない。これに対し、ステップ３００において、空燃比制御フラグがセットされていると判別されたときには、ステップ３０１に進んで、経過時間ｔに割込み時間間隔Δｔが加算される。次いで、ステップ３０２では、経過時間ｔが基準時間ｔＭＡＸを越えたか否かが判別される。経過時間ｔが基準時間ｔＭＡＸを越えていないときには、ステップ３０５に進む。
【０１３３】
ステップ３０５では、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが読込まれる。次いで、ステップ３０６では、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉがリッチ破綻判定値Ｉｒ以下になったか否かが判別される。下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉがリッチ破綻判定値Ｉｒ以下になったときには、ステップ３０８に進んで、リッチ破綻制御が開始される。このリッチ破綻制御が、図２６に示されている。一方、ステップ３０６において、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉがリッチ破綻判定値Ｉｒ以上であると判別されたときには、ステップ３０７に進んで、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉがリーン破綻判定値Ｉｓ以上になったか否かが判別される。下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉがリーン破綻判定値Ｉｓ以上になったときには、ステップ３０９に進んで、リーン破綻制御が開始される。このリーン破綻制御が、図２７に示されている。
【０１３４】
図２６に示されるリッチ破綻制御が開始されると、まず初めに、ステップ３２０において、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの変化率ｄＩ/ｄｔが検出されたか否かが判別される。リッチ破綻が生じた後、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの変化率ｄＩ/ｄｔが検出されていないときには、ステップ３２１に進んで、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの変化率ｄＩ/ｄｔが検出される。次いで、ステップ３２２では、学習値ＫＧに対する補正値ΔＫＧが、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの変化率ｄＩ/ｄｔに定数Ｃ１を乗算した値（Ｃ１・ｄＩ/ｄｔ）とされる。次いで、ステップ３２３では、熱、水素生成装置５０において水素が生成されているか否かが判別される。熱、水素生成装置５０において水素が生成されていないときには、ステップ３２５にジャンプして、学習値ＫＧから補正値ΔＫＧが減算される。このとき学習値ＫＧは補正値ΔＫＧだけ減少せしめられる。
【０１３５】
一方、ステップ３２３において、熱、水素生成装置５０において水素が生成されていると判別されたときには、ステップ３２４に進んで、補正値ΔＫＧに定数Ｃ２（＜１．０）が乗算される。次いで、ステップ３２５に進む。従って、熱、水素生成装置５０において水素が生成されているときには、熱、水素生成装置５０において水素が生成されていないときに比べて、補正値ΔＫＧが小さくされる。即ち、熱、水素生成装置５０において水素が生成されているときに、リッチ破綻が生じると、排気浄化触媒１４に流入した水素の一部が排気浄化触媒１４をすり抜け、下流側空燃比センサ２４に到達する。ところが前述したように、下流側空燃比センサ２４に水素が供給されると、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉはリッチ側にずれ、図２２の期間ｔＡにおいて破線で示されるように、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの変化率ｄＩ/ｄｔが、下流側空燃比センサ２４に水素が供給されていない場合に比べて、大きく現れる。従って、熱、水素生成装置５０において水素が生成されているときには、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの変化率ｄＩ/ｄｔを小さな変化率ｄＩ/ｄｔに修正するために、ステップ３２４において、補正値ΔＫＧが小さくされる。
【０１３６】
一方、ステップ３２０において、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの変化率ｄＩ/ｄｔが検出されたと判別されたときには、ステップ３２６に進んで、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが下限ピークになったか否かが判別される。下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが、まだ下限ピークになっていないときにはステップ３２７に進んで、学習値ＫＧから補正値ΔＫＧが減算される。その後、学習値ＫＧは、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが下限ピークに達するまで、補正値ΔＫＧずつ減少せしめられる。一方、ステップ３２６において、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが下限ピークになったと判別されたときには、ステップ３３８に進んで、学習値ＫＧに定数Ｃ３・補正値ΔＫＧ（Ｃ３＜１．０）が加算される。従って、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが下限ピークになった後は、補正値ΔＫＧは、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが下限ピークになる前の低下速度に比べて遅い速度で上昇せしめられる。次いで、ステップ３２９では、経過時間ｔが零とされる。
【０１３７】
一方、図２７に示されるリーン破綻制御が開始されると、まず初めに、ステップ３４０において、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの変化率ｄＩ/ｄｔが検出されたか否かが判別される。リーン破綻が生じた後、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの変化率ｄＩ/ｄｔが検出されていないときには、ステップ３４１に進んで、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの変化率ｄＩ/ｄｔが検出される。次いで、ステップ３４２では、学習値ＫＧに対する補正値ΔＫＧが、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの変化率ｄＩ/ｄｔに定数Ｃ４を乗算した値（Ｃ４・ｄＩ/ｄｔ）とされる。次いで、ステップ３４３では、学習値ＫＧに補正値ΔＫＧが加算される。このとき学習値ＫＧは補正値ΔＫＧだけ増大せしめられる。
【０１３８】
一方、ステップ３４０において、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉの変化率ｄＩ/ｄｔが検出されたと判別されたときには、ステップ３４４に進んで、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが上限ピークになったか否かが判別される。下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが、まだ上限ピークになっていないときにはステップ３４５に進んで、学習値ＫＧに補正値ΔＫＧが加算される。その後、学習値ＫＧは、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが上限ピークに達するまで、補正値ΔＫＧずつ増大せしめられる。一方、ステップ３４４において、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが上限ピークになったと判別されたときには、ステップ３４６に進んで、学習値ＫＧから定数Ｃ５・補正値ΔＫＧ（Ｃ５＜１．０）が減算される。従って、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが上限ピークになった後は、補正値ΔＫＧは、下流側空燃比センサ２４の出力電流値Ｉが上限ピークになる前の上昇速度に比べて遅い速度で低下せしめられる。次いで、ステップ３４７では、経過時間ｔが零とされる。
【０１３９】
図２６からわかるように、リッチ破綻制御が完了したときには、経過時間ｔが零とされ、図２７からわかるように、リーン破綻制御が完了したときにも、経過時間ｔが零とされる。この経過時間ｔの増大作用は、リッチ破綻制御が完了すると、或いは、リーン破綻制御が完了すると、図２５のステップ３０１において開始される。従って、この経過時間ｔは、リッチ破綻制御が完了したときからの経過時間、或いは、リーン破綻制御が完了したときからの経過時間を表している。図２５のステップ３０２において、経過時間ｔが基準時間ｔＭＡＸを越えたと判別されると、ステップ３０３に進んで、学習値ＫＧを用いた学習が完了したと判断され、経過時間ｔが零とされる。次いで、ステップ３０４において、空燃比制御フラグがリセットされる。
【０１４０】
なお、図２１、図２２、図２６および図２７に示されるリッチ破綻制御およびリーン破綻制御は一例を示すものであって、種々の制御方法が知られており、図２１、図２２、図２６および図２７に示される以外の種々のリッチ破綻制御方法およびリーン破綻制御方法を用いることができる。
【符号の説明】
【０１４１】
１    機関本体
１３，１５    排気管
１４    排気浄化触媒
２３    上流側空燃比センサ
２４    下流側空燃比センサ
５０    熱、水素生成装置
５１    供給通路
５３    バーナー燃焼室
５４    改質用触媒
５７    バーナー
【図１】
2018150818.tif 000003
【図２】
2018150818.tif 000004
【図３】
2018150818.tif 000005
【図４】
2018150818.tif 000006
【図５】
2018150818.tif 000007
【図６】
2018150818.tif 000008
【図７】
2018150818.tif 000009
【図８】
2018150818.tif 000010
【図９】
2018150818.tif 000011
【図１０】
2018150818.tif 000012
【図１１】
2018150818.tif 000013
【図１２】
2018150818.tif 000014
【図１３】
2018150818.tif 000015
【図１４】
2018150818.tif 000016
【図１５】
2018150818.tif 000017
【図１６】
2018150818.tif 000018
【図１７】
2018150818.tif 000019
【図１８】
2018150818.tif 000020
【図１９】
2018150818.tif 000021
【図２０】
2018150818.tif 000022
【図２１】
2018150818.tif 000023
【図２２】
2018150818.tif 000024
【図２３】
2018150818.tif 000025
【図２４】
2018150818.tif 000026
【図２５】
2018150818.tif 000027
【図２６】
2018150818.tif 000028
【図２７】
2018150818.tif 000029