(57)【要約】【課題】改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止し得る内燃機関システムを提供する。【解決手段】内燃機関システムは、燃焼室と燃焼室に接続された吸気流路及び排気流路と排気流路及び吸気流路に接続された排気循環流路とを有する内燃機関と、排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給装置と、排気循環流路に配設され、排気循環流路内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、を備え、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と該燃焼室に接続された吸気流路及び排気流路と該排気流路及び該吸気流路に接続された排気循環流路とを有する内燃機関と、
上記排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給装置と、
上記排気循環流路に配設され、該排気循環流路内の排気と上記改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、を備え、
上記改質触媒上に上記改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、該改質触媒上に該酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う
ことを特徴とする内燃機関システム。
【請求項２】
上記内燃機関が始動する際に、上記還元再生処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関システム。
【請求項３】
上記内燃機関における排気循環が開始される際に、上記還元再生処理を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関システム。
【請求項４】
上記改質器における改質反応が開始される際に、上記還元再生処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の内燃機関システム。
【請求項５】
上記改質触媒が上記酸化再生処理において供給される酸化ガスより酸素濃度が高い酸化ガス及び上記酸化再生処理において供給される酸化ガスより供給量が多い酸化ガスの少なくとも一方に曝された際に、上記改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを供給する緊急還元再生処理を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の内燃機関システム。
【請求項６】
上記還元ガスの供給量が、固定値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の内燃機関システム。
【請求項７】
上記還元ガスの供給量が、可変値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の内燃機関システム。
【請求項８】
上記還元ガスの供給量が、上記内燃機関の運転負荷に応じて設定される可変値であることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関システム。
【請求項９】
上記還元ガスの供給量が、上記内燃機関における排気循環率に応じて設定される可変値であることを特徴とする請求項７又は８に記載の内燃機関システム。
【請求項１０】
上記還元再生処理を行う改質触媒還元再生装置を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つの項に記載の内燃機関システム。
【請求項１１】
上記燃料供給装置が、上記内燃機関の運転負荷及び上記内燃機関における排気循環率に応じて設定される還元ガスの供給量より多くの還元ガスを供給するように改質用燃料を供給して、上記還元再生処理を行うことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つの項に記載の内燃機関システム。
【請求項１２】
上記排気循環流路内に部分酸化反応用空気を供給する部分酸化反応用空気供給装置を備え、
上記燃料供給装置が供給する改質用燃料と上記部分酸化反応用空気供給装置が供給する空気とを利用して部分酸化反応を起こさせる際に、該改質用燃料の供給を断続的かつ段階的に低減して、上記還元再生処理を行うことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つの項に記載の内燃機関システム。
【請求項１３】
上記部分酸化反応用空気供給装置が、上記酸化再生処理を行うことを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関システム。
【請求項１４】
上記酸化再生処理を行う改質触媒酸化再生装置を備えたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つの項に記載の内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関システムに関する。更に詳細には、本発明は、排気循環流路に配設された改質器における改質触媒の性能低下を抑制ないし防止し得る内燃機関システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、改質触媒の性能低下や劣化を検出することなく、改質触媒の長寿命化を実現し得る内燃機関システムが提案されている（特許文献１参照。）。この内燃機関システムは、燃焼室からの排気ガスを吸気路に循環する排気循環路を有する内燃機関と、その排気循環路を流通する排気ガス中に改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射装置と、その改質用燃料により水素含有ガスを生成する改質触媒を設けた改質器と、改質触媒の所定の再生時期毎に前記排気循環路を開き酸素含有ガスを改質触媒に流通させ改質触媒に析出する炭素を排気中の酸素により酸化させて改質触媒の再生を行う改質触媒再生手段とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８８９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された内燃機関システムにおいては、酸素含有ガスを排気循環路に流通させて改質触媒に析出する炭素成分の酸化除去による再生を行っているため、改質触媒の表面が酸化されて改質触媒の性能が低下し、内燃機関の運転再開時に所望の改質ガスが得られないことがあるという改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止し得る内燃機関システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。そして、その結果、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行うことにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の内燃機関システムは、燃焼室と燃焼室に接続された吸気流路及び排気流路と排気流路及び吸気流路に接続された排気循環流路とを有する内燃機関と、排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給装置と、排気循環流路に配設され、排気循環流路内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、を備える。そして、この内燃機関システムは、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃焼室と燃焼室に接続された吸気流路及び排気流路と排気流路及び吸気流路に接続された排気循環流路とを有する内燃機関と、排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給装置と、排気循環流路に配設され、排気循環流路内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、を備え、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う構成とした。そのため、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止し得る内燃機関システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施例１の内燃機関システムの概略を示す説明図である。
【図２】図２は、各例の内燃機関システムにおける還元ガスの供給方法を説明するグラフ図である。
【図３】図３は、実施例２の内燃機関システムの概略を示す説明図である。
【図４】図４は、実施例３の内燃機関システムの概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係る内燃機関システムについて詳細に説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る内燃機関システムは、燃焼室と燃焼室に接続された吸気流路及び排気流路と排気流路及び吸気流路に接続された排気循環流路とを有する内燃機関と、排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給装置と、排気循環流路に配設され、排気循環流路内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、を備えるものである。そして、本実施形態の内燃機関システムは、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う。
【００１２】
このように、燃焼室と燃焼室に接続された吸気流路及び排気流路と排気流路及び吸気流路に接続された排気循環流路とを有する内燃機関と、排気循環流路内に改質用燃料を供給する燃料供給装置と、排気循環流路に配設され、排気循環流路内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を有する改質器と、を備え、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う構成とすることにより、酸化再生処理に伴い改質触媒上に生成する酸化成分を還元再生することができるため、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。
【００１３】
そして、本実施形態においては、例えば、内燃機関が始動する際に、還元再生処理を行うことが好ましい。内燃機関が始動する際に、還元再生処理を行うことにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下が抑制ないし防止され、内燃機関の始動直後から所望の改質ガスを得ることができる。
【００１４】
また、本実施形態においては、例えば、内燃機関における排気循環が開始される際に、還元再生処理を行うことが好ましい。内燃機関における排気循環が開始される際に、還元再生処理を行うことにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下が抑制ないし防止され、内燃機関における排気循環の開始直後から所望の改質ガスを得ることができる。
【００１５】
更に、本実施形態においては、例えば、改質器における改質反応が開始される際に、還元再生処理を行うことが好ましい。改質器における改質反応が開始される際に、還元再生処理を行うことにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下が抑制ないし防止され、改質器における改質反応の開始直後から所望の改質ガスを得ることができる。
【００１６】
また、本実施形態においては、例えば、改質触媒が酸化再生処理において供給される酸化ガスより酸素濃度が高い酸化ガス及び酸化再生処理において供給される酸化ガスより供給量が多い酸化ガスの少なくとも一方に曝された際に、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを供給する緊急還元再生処理を行うことが好ましい。改質触媒が酸化再生処理において供給される酸化ガスより酸素濃度が高い酸化ガス及び酸化再生処理において供給される酸化ガスより供給量が多い酸化ガスの少なくとも一方に曝された際に、緊急還元再生処理を直ちに行うことにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下が抑制ないし防止され、緊急還元再生処理の直後から所望の改質ガスを得ることができる。
【００１７】
更に、本実施形態においては、例えば、還元ガスの供給量が固定値であることが好ましい。還元ガスの供給量を固定値として改質触媒の還元再生処理を行うことにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができれば、特に改質ガスの供給量制御を行う必要がなく、還元再生処理を簡便に行うことができる。
【００１８】
一方、本実施形態においては、例えば、還元ガスの供給量が可変値であることが好ましい。還元ガスの供給量を可変値として改質触媒が曝されている環境に応じて還元再生処理を行うことにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができれば、還元再生処理をより確実に無駄なく行うことができる。
【００１９】
また、本実施形態において還元ガスの供給量を可変値とする場合には、例えば、内燃機関の運転負荷に応じて設定される可変値とすることが好ましい。還元ガスの供給量を内燃機関の運転負荷に応じて設定して還元再生処理を行うことにより、改質触媒の再生され易さに応じた還元再生処理を行うことができる。
【００２０】
更に、本実施形態において還元ガスの供給量を可変値とする場合には、例えば、内燃機関における排気循環率に応じて設定される可変値とすることが好ましい。還元ガスの供給量を内燃機関における排気循環率に応じて設定して還元再生処理を行うことにより、改質器における改質反応へ速やかに移行し得る還元再生処理を行うことができる。
【００２１】
（第２の実施形態）
また、第２の実施形態に係る内燃機関システムは、還元再生処理を行う改質触媒還元再生装置を別途備えた構成が、上記第１の実施形態に係る内燃機関システムと相違する。別途備えた改質触媒還元再生装置によって還元再生処理を行う構成であることにより、いかなる状況下においても、還元再生処理を行うことができるという利点がある。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。
【００２２】
（第３の実施形態）
更に、第３の実施形態に係る内燃機関システムは、燃料供給装置が、内燃機関の運転負荷及び内燃機関における排気循環率に応じて設定される還元ガスの供給量より多くの還元ガスを供給するように改質用燃料を供給して、還元再生処理を行う構成が、上記第１の実施形態に係る内燃機関システムと相違する。内燃機関の運転負荷及び内燃機関における排気循環率に応じて設定される還元ガスの供給量より多くの還元ガスを供給するように燃料供給装置に改質用燃料を供給させることによって還元再生処理を行うことにより、改質触媒還元再生装置（例えば、水素ボンベなど。）を別途備える必要なく、還元再生処理を行うことができるという利点がある。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。
【００２３】
（第４の実施形態）
また、第４の実施形態に係る内燃機関システムは、排気循環流路内に部分酸化反応用空気を供給する部分酸化反応用空気供給装置を別途備え、燃料供給装置が供給する改質用燃料と部分酸化反応用空気供給装置が供給する空気とを利用して部分酸化反応を起こさせる際に、改質用燃料の供給を断続的かつ段階的に低減して、還元再生処理を行う構成が、上記第１の実施形態に係る内燃機関システムと相違する。排気循環流路内に部分酸化反応用空気を供給する部分酸化反応用空気供給装置を別途備え、燃料供給装置が供給する改質用燃料と部分酸化反応用空気供給装置が供給する空気とを利用して部分酸化反応を起こさせる際に、燃料供給装置に改質用燃料の供給を断続的かつ段階的に低減させることによって、還元再生処理を行うことにより、改質触媒還元再生装置（例えば、水素ボンベなど。）を別途備える必要なく、改質触媒の温度が低い場合であっても、還元再生処理を行うことができるという利点がある。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。
【００２４】
更に、本実施形態においては、部分酸化反応用空気供給装置が、酸化再生処理を行うものであることが好ましい。部分酸化反応用空気供給装置によって酸化再生処理を行うことにより、内燃機関の運転状態によらず、酸化再生処理を行うことができるという利点がある。
【００２５】
（第５の実施形態）
また、第５の実施形態に係る内燃機関システムは、酸化再生処理を行う改質触媒酸化再生装置を別途備えた構成が、上記第１の実施形態に係る内燃機関システムと相違する。別途備えた改質触媒酸化再生装置によって酸化再生処理を行う構成であることにより、内燃機関の運転状態によらず、酸化再生処理を行うことができるという利点がある。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の内燃機関システムを若干の実施例に基づいて図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
（実施例１）
図１は、実施例１の内燃機関システムの概略を示す説明図である。図１に示すように、本例の内燃機関システム１Ａは、往復動型内燃機関の一例である４サイクルのエンジン１０と、燃料供給装置２０と、改質器３０とを備える。
【００２８】
そして、エンジン１０は、燃焼室１１と、燃焼室１１の吸気口１１ａに接続された吸気流路（以下「吸気パイプ」という。）１２及び燃焼室１１の排気口１１ｂに接続された排気流路（以下「排気パイプ」という。）１３と、排気パイプ１３及び吸気パイプ１２に接続され、排気パイプ１３から吸気パイプ１２に排気の一部を分流、すなわち還流させるための排気循環流路（以下「ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）パイプ」という。）１４とを備える。また、エンジン１０は、燃焼室１１内でストイキ燃焼させた排気の一部を排気パイプ１３からＥＧＲパイプ１４に分流させ、排気に燃料噴射装置２０により改質用燃料を添加し、改質器３０で改質用燃料を水素を含む改質ガスに改質して、吸気パイプ１２に還流することができる。
【００２９】
また、エンジン１０には、吸気口１１ａの開閉を行う吸気バルブ１１ｃと、排気口１１ｂの開閉を行う排気バルブ１１ｄと、燃焼室１１内で往復動するピストン１１ｅと、燃焼室１１内で混合気に電気火花をとばすスパークプラグ１１ｆとが配設されている。
【００３０】
更に、吸気パイプ１２には、吸気口１１ａ近傍に主燃料供給装置１２ａが配設されており、主燃料供給装置１２ａの吸気方向上流側に吸気パイプ１２内を燃焼室１１に向かって流通する空気の空気量を制御するための吸気制御バルブ１２ｂが更に配設されている。ここで、主燃料供給装置１２ａは、燃焼室１１内又は吸気パイプ１２内に主燃料を噴射する機能を有するものである。
【００３１】
また、排気パイプ１３には、排気パイプ１３内を流通する排気の排気量を制御するための排気制御バルブ１３ａが配設されている。
【００３２】
更に、ＥＧＲパイプ１４には、排気ガスの流通方向（図中矢印αで示す。）の上流側から下流側に向かう方向に、ＥＧＲ内に改質用燃料を供給する燃料供給装置２０と、改質触媒を有する改質器３０と、ＥＧＲクーラ１４ｂと、ＥＧＲバルブ１４ｃとが順次配設されている。なお、改質用燃料は、上記主燃料と同一であってもよく、異なっていてもよい。ここで、改質触媒は、ＥＧＲパイプ１４内の排気と改質用燃料とを利用する改質反応により水素を含む改質ガスを生成するものである。代表的には、改質用燃料と排気の少なくとも一部とを反応させ、燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する機能を有するものであり、例えば、貴金属、より具体的にはロジウムを挙げることができる。なお、通常、排気は熱や水分を含むため、改質用燃料を添加することにより、改質触媒は、熱分解反応、水蒸気改質反応、水性ガスシフト反応の少なくとも１つを促進して、水素を含む改質ガスを生成する。また、ＥＧＲクーラ１４ｂは、排気や改質ガスを冷却する機能を有するものである、ＥＧＲバルブ１４ｃは、排気や改質ガスの流量を制御する機能を有するものである。
【００３３】
また、本例においては、ＥＧＲパイプ１４の改質器３０より排気ガスの流通方向（図中矢印αで示す。）の上流側に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う改質触媒還元再生装置１４ａが配設されている。
【００３４】
更に、中央演算処理装置（ＣＰＵ）やインターフェース回路等からなるコントローラ４０は、主燃料供給装置１２ａや吸気制御バルブ１２ｂ、排気制御バルブ１３ａ、燃料供給装置２０、ＥＧＲバルブ１４ｃ、改質触媒還元再生装置１４ａ、更には吸気バルブ１１ｃや排気バルブ１１ｄ、ピストン１１ｅなどの制御部（図示せず。）と接続され、制御に関する信号の入出力を行い、所定のプログラムの実行により、これらを適宜作動させるようになっている。
【００３５】
そして、改質器３０の改質触媒上では、改質用燃料から改質反応により水素を含む改質ガスが得られる一方で、一部が炭素成分として生成（堆積）することがある。
【００３６】
そこで、本例の内燃機関システム１Ａにおいては、例えば、燃料噴射装置２０による改質用燃料の供給を停止すると共に、燃焼室１１内でストイキ燃焼させた排気に含まれる酸素などの酸化ガスを改質触媒上の炭素成分に供給して、酸化再生処理を行うことができる。更に、本例の内燃機関システム１Ａにおいては、改質触媒還元再生装置１４ａにより、改質触媒上に酸化再生処理より生成する酸化成分に還元ガスを供給して、還元再生処理を行うことができる。
【００３７】
このように、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う構成とすることにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の性能低下・劣化を検出することなく、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。但し、改質触媒は、低いながらも改質性能を有しているため、時間を掛けて改質触媒自らが生成する微量の水素により改質触媒上に生成する酸化成分を還元して、性能低下を回復することができることは言うまでもない。
【００３８】
析出した炭素が酸化されるプロセスをより具体的に説明すると、触媒上に析出した炭素成分は、酸化反応が進行可能な温度以上で、ある濃度以上の酸素が供給されると、酸化され、二酸化炭素又は一酸化酸素の状態で、触媒表面から脱離する。その際、触媒表面は、高温で酸素含有ガスに曝されることになるため、触媒表面は酸化される。なお、酸化される温度、必要な酸素濃度は触媒仕様により異なる。
【００３９】
また、触媒表面が還元されるプロセスをより具体的に説明すると、上記プロセスで酸化された触媒表面に、ある温度以上で、還元成分が供給されることで触媒表面が還元される。上記還元成分としては、水素が望ましいが、水素を生成可能な炭化水素等でも代替可能である。また、上記酸化と同様に、還元可能な温度、還元に必要な水素濃度は、触媒仕様により異なる。
【００４０】
また、本例の内燃機関システム１Ａにおいては、例えば、内燃機関が始動する際や内燃機関における排気循環が開始される際、改質器における改質反応が開始される際などいずれの時期においても還元再生処理を行うことができる。ここで、内燃機関が始動するタイミングは、例えば、主燃料供給装置１２ａや吸気制御バルブ１２ｂ、吸気バルブ１１ｃ、ピストン１１ｅなどからコントローラ４０に入力される信号により判断することができる。また、内燃機関における排気循環が開始されるタイミングは、例えば、排気制御バルブ１３ａからコントローラ４０に入力される信号により判断することができる。更に、改質器における改質反応が開始されるタイミングは、例えば、燃料供給装置２０からコントローラ４０に入力される信号により判断することができる。排気循環が開始されるタイミングにおいては、改質触媒や雰囲気温度が高くなっているため、より短時間で還元再生処理を行うことができる。また、改質器における改質反応が開始されるタイミングは、例えば、本例の内燃機関システム１Ａにおいて、改質器３０に破線で示す温度センサ１４ｄが配設され、コントローラ４０と温度センサとが接続され（図示せず。）、制御に関する信号の入出力を行う構成である場合には、温度センサ１４ｄからコントローラ４０に入力される信号により判断することもできる。改質反応が開始されるタイミングにおいては、改質触媒や雰囲気温度がより高くなっているため、更に短時間で還元再生処理を行うことができる。また、この時期に還元再生処理を行うと、改質器における改質を行うＥＧＲ改質運転にそのまま移行することができるという利点がある。
【００４１】
更に、本例の内燃機関システム１Ａにおいて、例えば、改質器３０に破線で示す酸素センサ１４ｅが配設され、コントローラ４０と酸素センサ１４ｅとが接続され（図示せず。）、制御に関する信号の入出力を行う構成である場合には、改質触媒が酸化再生処理において供給される酸化ガスより酸素濃度が高い酸化ガス及び酸化再生処理において供給される酸化ガスより供給量が多い酸化ガスの少なくとも一方に曝されたタイミングを酸素センサ１４ｅからコントローラ４０に入力される信号により判断して、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを供給する緊急還元再生処理を行うこともできる。例えば、ＥＧＲ改質運転中であっても、突発的に、所定の酸化ガスに曝された場合に、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを緊急的に供給することができるため、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の性能低下・劣化を検出することなく、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。
【００４２】
また、本例の内燃機関システム１Ａにおいては、還元ガスの供給量は、改質触媒表面を還元し得る供給量であればよいため、例えば、図２（Ａ）で示すように、固定値で一定量をある時間供給するようにしてもよい。また、可変値で供給してもよい。更に、本例の内燃機関システム１Ａにおいては、図２（Ｂ）で示すように内燃機関の運転負荷や図２（Ｃ）で示すように内燃機関における排気循環率に応じて設定される可変値としてもよい。この場合、無駄なく確実に改質触媒表面を還元し得る。なお、触媒表面の還元には、ある程度以上の温度が必要になる場合がある。その場合には、ある温度以下で供給された水素などの還元ガスは改質触媒表面の還元に寄与せず、改質触媒表面の還元が完了するまでには、より多くの水素などの還元ガスを供給する必要が生じる。しがたって、内燃機関の運転負荷や排気循環率に応じて水素などの還元ガスを供給することが好ましい。つまり、内燃機関の運転負荷がわかれば、排気温度を推算することができ、改質触媒表面が還元可能な温度か否かを判断することができる。内燃機関の運転負荷がある負荷以上でない場合には、還元再生処理用の水素などの還元ガスの供給を行わず、ある負荷以上である場合には、還元再生処理用の水素などの還元ガスの供給を行うというものである。また、改質触媒の温度が高いほど還元再生速度は速まるため、必要量の水素を供給できればより短時間で改質触媒表面の還元再生処理を行うことができる。したがって、内燃機関の運転負荷に応じて還元ガスの供給量を変えることが好ましい。上記固定値は、内燃機関システムの各構成に応じて、予備実験により予め設定すればよく、上記可変値も、内燃機関システムの各構成と内燃機関の運転負荷や内燃機関の排気循環率に応じて、予備実験により予め設定し得るマップを設定すればよい。
【００４３】
（実施例２）
図３は、実施例２の内燃機関システムの概略を示す説明図である。なお、実施例１と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
【００４４】
図３に示すように、本例の燃料改質システム１Ｂは、ＥＧＲパイプ１４の改質器３０より排気ガスの流通方向（図中矢印αで示す。）の上流側に、改質触媒還元再生装置１４ａが配設されておらず、燃料供給装置２０が、内燃機関の運転負荷及び内燃機関における排気循環率に応じて設定される還元ガスの供給量より多くの還元ガスを供給するように改質用燃料を供給して、還元再生処理を行う構成が、実施例１の内燃機関システムと相違している。なお、図示しないが、改質触媒還元再生装置１４ａを別途備えていてもよい。
【００４５】
このように、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う構成とすることにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の性能低下・劣化を検出することなく、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。水素ではなく、水素生成可能な改質用燃料を供給する場合には、改質触媒の温度が低すぎると、炭素析出を招くおそれがある。したがって、内燃機関の運転負荷や内燃機関の排気循環率に応じて、所定の温度以上の場合に、図２（Ｄ）に示すように、水素生成可能な改質用燃料を短時間・断続的に供給することが好ましい。特に、本例の内燃機関システムにおいて、通常のＥＧＲ改質運転中より過剰に改質用燃料を供給することにより、還元再生処理に必要な還元ガスを供給する場合、燃料供給装置２０からの燃料供給量を変えることにより、ＥＧＲ改質運転に速やかに移行することができる。
【００４６】
析出した炭素が酸化されるプロセスをより具体的に説明すると、触媒上に析出した炭素成分は、酸化反応が進行可能な温度以上で、ある濃度以上の酸素が供給されると、酸化され、二酸化炭素又は一酸化酸素の状態で、触媒表面から脱離する。その際、触媒表面は、高温で酸素含有ガスに曝されることになるため、触媒表面は酸化される。なお、酸化される温度、必要な酸素濃度は触媒仕様により異なる。
【００４７】
また、触媒表面が還元されるプロセスをより具体的に説明すると、上記プロセスで酸化された触媒表面に、ある温度以上で、還元成分が供給されることで触媒表面が還元される。上記還元成分としては、水素が望ましいが、水素を生成可能な炭化水素等でも代替可能である。また、上記酸化と同様に、還元可能な温度、還元に必要な水素濃度は、触媒仕様により異なる。
【００４８】
また、本例の内燃機関システム１Ｂにおいては、例えば、内燃機関が始動する際や内燃機関における排気循環が開始される際、改質器における改質反応が開始される際などいずれの時期においても還元再生処理を行うことができるが、排気温度が高いという観点から、内燃機関における排気循環が開始される際、改質器における改質反応が開始される際などの時期に上記還元再生処理を行うことが好ましい。ここで、内燃機関が始動するタイミングは、例えば、主燃料供給装置１２ａや吸気制御バルブ１２ｂ、吸気バルブ１１ｃ、ピストン１１ｅなどからコントローラ４０に入力される信号により判断することができる。また、内燃機関における排気循環が開始されるタイミングは、例えば、排気制御バルブ１３ａからコントローラ４０に入力される信号により判断することができる。更に、改質器における改質反応が開始されるタイミングは、例えば、燃料供給装置２０からコントローラ４０に入力される信号により判断することができる。排気循環が開始されるタイミングにおいては、改質触媒や雰囲気温度が高くなっているため、より短時間で還元再生処理を行うことができる。また、改質器における改質反応が開始されるタイミングは、例えば、本例の内燃機関システム１Ｂにおいて、改質器３０に破線で示す温度センサ１４ｄが配設され、コントローラ４０と温度センサ１４ｄとが接続され（図示せず。）、制御に関する信号の入出力を行う構成である場合には、温度センサ１４ｄからコントローラ４０に入力される信号により判断することもできる。改質反応が開始されるタイミングにおいては、改質触媒や雰囲気温度がより高くなっているため、更に短時間で還元再生処理を行うことができる。また、改質器における改質を行うＥＧＲ改質運転にそのまま移行することができるという利点がある。
【００４９】
更に、本例の内燃機関システム１Ｂにおいて、例えば、改質器３０に破線で示す酸素センサ１４ｅが配設され、コントローラ４０と酸素センサ１４ｅとが接続され（図示せず。）、制御に関する信号の入出力を行う構成である場合には、改質触媒が酸化再生処理において供給される酸化ガスより酸素濃度が高い酸化ガス及び酸化再生処理において供給される酸化ガスより供給量が多い酸化ガスの少なくとも一方に曝されたタイミングを酸素センサ１４ｅからコントローラ４０に入力される信号により判断して、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを供給する緊急還元再生処理を行うこともできる。例えば、ＥＧＲ改質運転中であっても、突発的に、所定の酸化ガスに曝された場合に、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを緊急的に供給することができるため、改質触媒の性能低下・劣化を検出することなく、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。
【００５０】
（実施例３）
図４は、実施例３の内燃機関システムの概略を示す説明図である。なお、実施例１と同一の構成については、同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
【００５１】
図４に示すように、本例の内燃機関システム１Ｃは、ＥＧＲパイプ１４の改質器３０より排気ガスの流通方向（図中矢印αで示す。）の上流側に、改質触媒還元再生装置１４ａが配設されておらず、ＥＧＲパイプ１４内に部分酸化反応用空気を供給する部分酸化反応用空気供給装置１４ｆが配設されており、燃料供給装置２０が供給する改質用燃料と部分酸化反応用空気供給装置１４ｆが供給する空気とを利用して部分酸化反応を起こさせる際に、改質用燃料の供給を断続的かつ段階的に低減して、還元再生処理を行う構成が、実施例３の内燃機関システムと相違している。なお、図示しないが、改質触媒還元再生装置１４ａを別途備えていてもよい。また、本例の内燃機関システム１Ｃにおいては、部分酸化反応用空気供給装置１４ｆに酸化再生処理を行わせてもよく、ＥＧＲパイプ１４の改質器３０より排気ガスの流通方向（図中矢印αで示す。）の上流側に、２次空気供給装置のような図示しない改質触媒酸化再生装置を別途備えていてもよい。
【００５２】
このように、改質触媒上に改質反応により生成する炭素成分に酸化ガスを供給する酸化再生処理を行うと共に、改質触媒上に酸化再生処理により生成する酸化成分に還元ガスを供給する還元再生処理を行う構成とすることにより、改質触媒の水素生成能の回復が速くなり、改質触媒の性能低下・劣化を検出することなく、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。また、所望の改質ガスを得ることができるため、内燃機関システムの燃費を向上させることができる。水素ではなく、水素生成可能な改質用燃料を供給する場合には、改質触媒の温度が低すぎると、炭素析出を招くおそれがあるが、部分酸化反応は水蒸気改質反応より低温から進行するため、改質触媒の温度が低い場合に適している。したがって、内燃機関の運転負荷や内燃機関の排気循環率に応じて、所定の温度以上の場合に、図２（Ｅ）において実線で示すように、水素生成可能な改質用燃料を短時間・断続的にかつ段階的に低減して供給することが好ましい。なお、空気は図２（Ｅ）において破線で示すように供給すればよく、排気中の酸素濃度が部分酸化反応に十分な量であれば、別途空気を供給する必要がないことは言うまでもない。
【００５３】
析出した炭素が酸化されるプロセスをより具体的に説明すると、触媒上に析出した炭素成分は、酸化反応が進行可能な温度以上で、ある濃度以上の酸素が供給されると、酸化され、二酸化炭素又は一酸化酸素の状態で、触媒表面から脱離する。その際、触媒表面は、高温で酸素含有ガスに曝されることになるため、触媒表面は酸化される。なお、酸化される温度、必要な酸素濃度は触媒仕様により異なる。
【００５４】
また、触媒表面が還元されるプロセスをより具体的に説明すると、上記プロセスで酸化された触媒表面に、ある温度以上で、還元成分が供給されることで触媒表面が還元される。上記還元成分としては、水素が望ましいが、水素を生成可能な炭化水素等でも代替可能である。また、上記酸化と同様に、還元可能な温度、還元に必要な水素濃度は、触媒仕様により異なる。
【００５５】
また、本例の内燃機関システム１Ｃにおいては、例えば、内燃機関が始動する際や内燃機関における排気循環が開始される際、改質器における改質反応が開始される際などいずれの時期においても還元再生処理を行うことができるが、排気温度が低いという観点から、内燃機関が始動する際などの時期に上記還元再生処理を行うことが好ましい。ここで、内燃機関が始動するタイミングは、例えば、主燃料供給装置１２ａや吸気制御バルブ１２ｂ、吸気バルブ１１ｃ、ピストン１１ｅなどからコントローラ４０に入力される信号により判断することができる。また、内燃機関における排気循環が開始されるタイミングは、例えば、排気制御バルブ１３ａからコントローラ４０に入力される信号により判断することができる。更に、改質器における改質反応が開始されるタイミングは、例えば、燃料供給装置２０からコントローラ４０に入力される信号により判断することができる。排気循環が開始されるタイミングにおいては、改質触媒や雰囲気温度が高くなっているため、より短時間で還元再生処理を行うことができる。また、改質器における改質反応が開始されるタイミングは、例えば、本例の内燃機関システム１Ｂにおいて、改質器３０に破線で示す図温度センサ１４ｄが配設され、コントローラ４０と温度センサ１４とが接続され（図示せず。）、制御に関する信号の入出力を行う構成である場合には、温度センサ１４ｄからコントローラ４０に入力される信号により判断することもできる。改質反応が開始されるタイミングにおいては、改質触媒や雰囲気温度がより高くなっているため、更に短時間で還元再生処理を行うことができる。また、改質器における改質を行うＥＧＲ改質運転にそのまま移行することができるという利点がある。
【００５６】
更に、本例の内燃機関システム１Ｃにおいて、例えば、改質器３０に破線で示す酸素センサ１４ｅが配設され、コントローラ４０と酸素センサ１４ｅとが接続され（図示せず。）、制御に関する信号の入出力を行う構成である場合には、改質触媒が酸化再生処理において供給される酸化ガスより酸素濃度が高い酸化ガス及び酸化再生処理において供給される酸化ガスより供給量が多い酸化ガスの少なくとも一方に曝されたタイミングを酸素センサ１４ｅからコントローラ４０に入力される信号により判断して、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを供給する緊急還元再生処理を行うこともできる。例えば、ＥＧＲ改質運転中であっても、突発的に、所定の酸化ガスに曝された場合に、改質触媒上に生成する酸化成分に還元ガスを緊急的に供給することができるため、改質触媒の性能低下・劣化を検出することなく、改質触媒の酸化による性能低下を抑制ないし防止することができる。
【００５７】
更にまた、本例の内燃機関システム１Ｃにおいては、改質器３０やその雰囲気温度が水蒸気改質反応が進行する温度より低く部分酸化反応が進行する温度以上である場合には、燃料供給装置２０が供給する改質用燃料と部分酸化反応用空気供給装置１４ｆが供給する空気とを利用して部分酸化反応を起こさせる際に、改質用燃料の供給を断続的かつ段階的に低減して、還元再生処理を行うと共に、水蒸気改質反応が進行する温度以上である場合には、燃料供給装置２０が、内燃機関の運転負荷及び内燃機関における排気循環率に応じて設定される還元ガスの供給量より多くの還元ガスを供給するように改質用燃料を供給して、還元再生処理を行う構成とすることにより、改質触媒還元再生装置（例えば、水素ボンベなど。）を別途備える必要なく、還元再生処理を行うことができるという利点がある。もちろん、改質触媒還元再生装置を別途備え、部分酸化反応が進行する温度未満である場合に、改質触媒還元再生装置から水素ガスを供給して、還元再生処理を行うようにしてもよい。
【００５８】
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【００５９】
すなわち、上述した各実施形態や各実施例の燃料改質システムに記載した構成は、各実施形態や実施例毎に限定されるものではなく、例えば、各実施形態や実施例の構成を上述した各実施形態や実施例以外の組み合わせにしたり、構成の細部を変更したりすることができる。
【００６０】
また、例えば、上述した各形態においては、内燃機関として往復動型内燃機関を例示したが、これに限定されるものではなく、従来公知の内燃機関などについても適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  内燃機関システム
１０  エンジン
１１  燃焼室
１１ａ  吸気口
１１ｂ  排気口
１２ｃ  吸気バルブ
１３ｄ  排気バルブ
１１ｅ  ピストン
１１ｆ  スパークプラグ
１２  吸気パイプ
１２ａ  主燃料供給装置
１２ｂ  吸気制御バルブ
１３  排気パイプ
１３ａ  排気制御バルブ
１４  ＥＧＲパイプ
１４ａ  改質触媒還元再生装置
１４ｂ  ＥＧＲクーラ
１４ｃ  ＥＧＲバルブ
１４ｄ  温度センサ
１４ｅ  酸素センサ
１４ｆ  部分酸化反応用空気供給装置（改質触媒酸化再生装置）
２０  燃料噴射装置
３０  改質器
４０  コントローラ  
【図１】
2015121151.tif 000003
【図２】
2015121151.tif 000004
【図３】
2015121151.tif 000005
【図４】
2015121151.tif 000006