(57)【要約】【課題】改質触媒に堆積したコークを、無駄な燃料を消費することなく任意の時期に適宜除去できる内燃機関の排気浄化システムを提供すること。【解決手段】排気浄化システムは、改質触媒で水素を含む改質ガスを生成し、生成した改質ガスをエンジンの排気管内に供給する燃料改質器と、改質触媒に空気を供給する空気供給装置と、改質触媒に燃料を供給する燃料供給装置と、空気供給装置により改質触媒に供給される空気が流通する空気供給ラインに設けられたプラズマリアクタと、改質触媒に堆積したコーク堆積量ΣＣｋを取得するコーク量取得手段と、を備える。この排気浄化システムでは、コーク堆積量ΣＣｋが所定の閾値以上となった場合には、コーク除去フラグＦ＿ＣｋＲｅｇを“１”にセットし、プラズマリアクタによりプラズマを発生させながら、空気供給装置により空気を供給させ、活性酸素を含む活性ガスを改質触媒に供給するコーク除去制御を実行する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気から改質触媒で水素を含むガスを生成し、当該生成したガスを内燃機関の排気通路内に供給する燃料改質器を備えた内燃機関の排気浄化システムであって、
前記改質触媒に空気を供給する空気供給手段と、
前記改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記空気供給手段から前記改質触媒に供給される空気の通路に設けられたプラズマ発生手段と、
前記改質触媒に堆積したコーク量を取得するコーク量取得手段と、
前記取得したコーク量が所定の閾値以上となった場合には、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させながら、前記空気供給手段により空気を供給させる改質器再生手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記排気通路のうち前記燃料改質器からのガスの導入部よりも下流側に設けられた排気浄化触媒と、
当該排気浄化触媒の活性状態を判定する活性判定手段と、
前記排気浄化触媒が活性状態でないと判定された場合には、前記燃料供給手段、前記空気供給手段および前記プラズマ発生手段を制御し、前記燃料改質器からのガスを前記排気通路内に供給する触媒活性前制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記燃料改質器の温度を取得する温度取得手段と、
前記改質触媒を加熱する加熱手段と、をさらに備え、
前記触媒活性前制御手段は、前記取得した温度が第１温度より高い場合には、前記空気供給手段および前記燃料供給手段により前記改質触媒に空気および燃料を供給し、生成したガスを前記排気通路内に供給し、前記取得した温度が第１温度以下である場合には、前記改質触媒に燃料を供給せず、前記加熱手段により前記改質触媒を加熱することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記触媒活性前制御手段は、前記取得した温度が前記第１温度よりも低い第２温度以下である場合には、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させながら前記空気供給手段により前記改質触媒に空気を供給することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記排気通路のうち前記燃料改質器からのガスの導入部よりも下流側に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタと、
前記排気浄化フィルタを昇温し捕集した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生の実行時に、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させながら、前記空気供給手段および前記燃料供給手段により前記改質触媒に空気および燃料を供給するフィルタ再生補助手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記排気浄化触媒は、酸化触媒および排気中のＮＯｘを捕捉する能力があるＮＯｘ捕捉触媒の少なくとも何れかを含むことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。より詳しくは、水素を含む改質ガスを生成し、内燃機関の排気通路内に供給する燃料改質器を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素エネルギーはクリーンなエネルギーであり、燃料電池や内燃機関などのエネルギー源として、将来的に利用の拡大が期待されている。内燃機関に関しては、水素を動力源とした水素内燃機関および水素添加内燃機関、水素を還元剤とするＮＯｘ浄化装置、および燃料電池を用いた補助電源などについての研究がなされている。
【０００３】
水素を製造する装置としては、炭化水素燃料を改質することで水素を製造する改質触媒を備えた燃料改質器が提案されている。改質触媒における改質反応としては、例えば、次式に示すような炭化水素の部分酸化反応により、水素と一酸化炭素とを含む改質ガスを製造する反応が知られている。
ＣｎＨｍ＋１／２ｎＯ２→ｎＣＯ＋１／２ｍＨ２
【０００４】
この部分酸化反応は、燃料と酸素を用いた発熱反応であり、自発的に反応が進行する。このため、一旦、反応が始まると、外部から熱の供給をすることなく水素の製造し続けることができる。また、このような部分酸化反応において、燃料と酸素とを高温状態で共存させた場合には、次式に示すような燃焼反応も改質触媒において進行する。
ＣｎＨｍ＋（ｎ＋１／４ｍ）Ｏ２→ｎＣＯ２＋１／２ｍＨ２Ｏ
【０００５】
改質反応としては、部分酸化反応の他、次式のような水蒸気改質反応も知られている。
ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ→ｎＣＯ＋（ｎ＋１／２ｍ）Ｈ２
この水蒸気改質反応は、燃料と水蒸気とを用いた吸熱反応であり、自発的に進行する反応ではない。このため、水蒸気改質反応は、上述の部分酸化反応に対して制御しやすいものとなっている。
【０００６】
ところで、以上のような燃料改質器では、改質触媒に燃料を供給し続けていると、改質触媒にコークが堆積してしまい、上記改質反応の効率が低下する場合がある。このようにして改質触媒に堆積したコークは、特許文献１に示されているように、改質触媒に供給される空気と燃料との比をストイキよりもリーン側に設定し、改質触媒を酸化雰囲気にすることで燃焼除去することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／０２０９８９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の技術では、酸化雰囲気にしさらに改質触媒を高温にすることで、堆積したコークを燃焼除去するが、この方法では改質触媒が高温になるまで時間がかかってしまうため、改質触媒作動開始直後などはコークの除去ができない。またコークを除去している間は燃料を供給し続ける必要があることから、燃費が悪化するおそれがある。
【０００９】
本発明は、改質触媒に堆積したコークを、無駄な燃料を消費することなく除去できる内燃機関の排気浄化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】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明は、燃料と空気から改質触媒（例えば、後述の改質触媒５２）で水素を含むガスを生成し、当該生成したガスを内燃機関（例えば、後述のエンジン２）の排気通路（例えば、後述の排気管４）内に供給する燃料改質器（例えば、後述の燃料改質器５）を備えた内燃機関の排気浄化システム（例えば、後述の排気浄化システム１）を提供する。前記排気浄化システムは、前記改質触媒に空気を供給する空気供給手段（例えば、後述の空気供給装置８）と、前記改質触媒に燃料を供給する燃料供給手段（例えば、後述の燃料供給装置６）と、前記空気供給手段により前記改質触媒に供給される空気が流通する空気通路（例えば、後述の空気供給ライン８１）に設けられたプラズマ発生手段（例えば、後述のプラズマリアクタ８４）と、前記改質触媒に堆積したコーク量を取得するコーク量取得手段（例えば、図３のＳ５、図４のＳ１４並びに図６のＳ２３、Ｓ２４およびＳ２７の実行に係る手段）と、前記取得したコーク量が所定の閾値以上となった場合には、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させながら、前記空気供給手段により空気を供給させる改質器再生手段（例えば、後述の図６のＳ２２に示すコーク除去制御の実行に係る手段）と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明では、空気供給手段により供給した空気と燃料供給手段により供給した燃料とから改質触媒で水素を含むガスを生成し、生成したガスを内燃機関の排気通路内に供給する燃料改質器について、空気供給手段から改質触媒に供給される空気の通路に、プラズマ発生手段を設けた。このようなプラズマ発生手段を設けることにより、空気供給手段から供給された空気を励起して活性ガスを生成することができる。また本発明では、改質触媒に堆積したコーク量を取得し、このコーク量が所定の閾値以上となった場合、すなわちある程度のコークが堆積したと判断できる場合には、活性酸素を含んだ活性ガスを改質触媒に供給することで、改質触媒を大幅に昇温せずとも堆積したコークを燃焼除去することができる。したがって、本発明によれば、新たに燃料を供給することなく改質触媒のコークを燃焼除去することができるので、無駄な燃料を消費することがなく、また任意の時期に改質触媒のコークを除去することができる。
また、本発明では、プラズマ発生手段を空気供給手段から改質触媒に供給される空気の通路に設けることにより、生成した活性ガスを改質触媒に供給し上述のように堆積したコークを燃焼除去できる他、燃料と空気とを改質触媒に供給することで生成される改質ガスの代わりに活性ガスを内燃機関の排気通路に供給することで、排気通路に設けられる触媒やフィルタなどの各種排気浄化装置と組み合わせて排気を浄化することができる。
【００１２】
この場合、前記排気浄化システムは、前記排気通路のうち前記燃料改質器からのガスの導入部（例えば、後述の導入部４６）よりも下流側に設けられた排気浄化触媒（例えば、後述の酸化触媒４３）と、当該排気浄化触媒の活性状態を判定する活性判定手段（例えば、後述の図３のＳ１の実行に係る手段）と、前記排気浄化触媒が活性状態でないと判定された場合には、前記燃料供給手段、前記空気供給手段および前記プラズマ発生手段を制御し、前記燃料改質器からのガスを前記排気通路内に供給する触媒活性前制御手段（例えば、後述の図３のＳ２および図４の実行に係る手段）と、を備えることが好ましい。
【００１３】
本発明では、排気を浄化する排気浄化触媒を、排気通路のうち燃料改質器からのガスの導入部よりも下流側に設けた。そして、この排気浄化触媒が活性状態でないと判定された場合、すなわち排気浄化触媒が活性に達しておらずその浄化性能を十分に発揮できない状態である場合には、燃料供給手段、空気供給手段およびプラズマ発生手段を制御し、燃料改質器からガスを排気通路内に供給する。ここで、例えば燃料改質器から還元性能の高い水素を含む改質ガスを供給した場合には、活性に達する前の排気浄化触媒の浄化性能を向上することができる。
【００１４】
この場合、前記排気浄化システムは、前記改質触媒の温度を取得する温度取得手段（例えば、後述の改質器温度センサ９３およびＥＣＵ７）と、前記改質触媒を加熱する加熱手段（例えば、後述のグロープラグ５５）と、をさらに備え、前記触媒活性前制御手段は、前記取得した温度が第１温度より高い場合には、前記空気供給手段および前記燃料供給手段により前記改質触媒に空気および燃料を供給し、生成したガスを前記排気通路内に供給し、前記取得した温度が第１温度以下である場合には、前記改質触媒に燃料を供給せず、前記加熱手段により前記改質触媒を加熱することが好ましい。
【００１５】
この発明では、触媒活性前制御手段は、改質触媒の温度が第１温度より高い場合には、改質触媒に空気および燃料を供給し、生成した改質ガスを排気通路内に供給する。これにより、活性に達する前の排気浄化触媒の浄化性能を向上することができる。また、触媒活性前制御手段は、このように活性に達していない排気浄化触媒に対し燃料改質器から改質ガスを供給しその浄化性能を向上することが好ましい状態であっても、改質触媒の温度が第１温度以下である場合には、改質触媒に燃料を供給せず、加熱手段により改質触媒を加熱する。これにより、低温の改質触媒に燃料が供給されることで、改質反応が生じることなく未燃燃料が排気通路に流入してしまい、燃料が無駄に消費されるのを回避し、さらに低温の改質触媒が速やかに活性に達するように昇温することができる。
【００１６】
この場合、前記触媒活性前制御手段は、前記取得した温度が前記第１温度よりも低い第２温度以下である場合には、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させながら前記空気供給手段により前記改質触媒に空気を供給することが好ましい。
【００１７】
本発明では、触媒活性前制御手段は、改質触媒の温度が第１温度よりもさらに低い第２温度以下である場合、すなわち、例えば燃料改質器の始動開始直後であり改質触媒が第２温度以下の低温である場合には、プラズマを発生させながら空気を供給し、改質触媒に活性ガスを供給することにより、低温からの改質触媒における改質反応を促進することができる。したがって、内燃機関の始動を開始してから、燃料を供給し改質ガスを生成できるようになるまでのタイムラグを短縮することができる。すなわち、内燃機関の始動開始後、速やかに改質ガスの供給を開始することができる。
【００１８】
この場合、前記排気浄化システムは、前記排気通路のうち前記燃料改質器からのガスの導入部よりも下流側に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集する排気浄化フィルタ（例えば、後述のＤＰＦ４２）と、前記排気浄化フィルタを昇温し捕集した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生の実行時に、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発生させながら、前記空気供給手段および前記燃料供給手段により前記改質触媒に空気および燃料を供給するフィルタ再生補助手段（例えば、後述の図６のＳ３２の実行に係る手段）と、をさらに備えることが好ましい。
【００１９】
本発明では、排気浄化フィルタで捕集した粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生の実行に合わせて、プラズマを発生させながら改質触媒に空気および燃料を供給する。これにより、フィルタ再生中の排気浄化フィルタに水素を含んだ改質ガスを供給することできるので、排気温度が低く粒子状物質を燃焼させにくい状態であっても、粒子状物質の燃焼を促進することができる。また、水素の分子径は炭化水素の分子径と比較して小さいため、大量の粒子状物質が堆積している場合であっても、その深部まで改質ガスを供給することができる。したがって、効率的に粒子状物質の燃焼を促進することができる。フィルタ再生は、一般的にはポスト噴射で排気通路に供給された未燃燃料を燃焼させて排気浄化フィルタを昇温することで行われるが、このようなフィルタ再生の実行に合わせて改質ガスを供給することにより、ポスト噴射量を低減しかつフィルタ再生にかかる時間を短縮できるので、燃費を向上することができる。
また、プラズマを発生させることにより、改質触媒および排気浄化フィルタに、活性酸素を含んだ活性ガスを供給することができる。これにより、改質触媒における改質反応および排気浄化フィルタにおける粒子状物質の燃焼を促進することができるので、燃費をさらに向上することができる。
【００２０】
この場合、前記排気浄化触媒は、酸化触媒および排気中のＮＯｘを捕捉する能力があるＮＯｘ捕捉触媒の少なくとも何れかを含むことが好ましい。
【００２１】
本発明によれば、排気浄化触媒に酸化触媒を含めた場合には、燃料改質器で生成した改質ガスを供給することで、活性に達する前の酸化触媒の浄化性能を向上することができる。また、排気浄化触媒にＮＯｘ捕捉触媒を含めた場合には、燃料改質器で生成した含水素の改質ガスを供給することで、低温におけるＮＯｘ捕捉触媒のＮＯｘ捕捉性能を、改質ガスを供給しない場合と比較して向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンとその排気を浄化する排気浄化システムの構成を示す模式図である。
【図２】上記実施形態に係る燃料改質器の構成を示す断面図である。
【図３】上記実施形態に係る燃料改質器の制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】上記実施形態に係る触媒活性前制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図５】上記実施形態に係る燃料改質器のコーク堆積量を算出するためのマップの構成を示す図である。
【図６】上記実施形態に係る触媒活性後制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図７】上記実施形態に係るＤＰＦに新たに捕集されるＰＭの量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」という）２と、その排気を浄化する排気浄化システム１の構成を示す模式図である。エンジン２は、各気筒２１の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンである。エンジン２の気筒２１ごとに設けられたインジェクタからの燃料噴射量は、後述する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７によって設定される。また、このインジェクタの開弁時間は、設定された燃料噴射量が得られるように、ＥＣＵ７からの駆動信号により制御される。
【００２４】
エンジン２には、吸気が流通する吸気管３と、排気が流通する排気管４と、吸気管３に吸気を圧送する過給機７と、が設けられている。吸気管３は、吸気マニホールド３１の複数の分岐部を介してエンジン２の各気筒２１の吸気ポートに接続されている。排気管４は、排気マニホールド４１の複数の分岐部を介してエンジン２の各気筒２１の排気ポートに接続されている。過給機７は、排気管４を流通する排気の運動エネルギにより駆動されるタービンと、タービンにより回転駆動され、吸気管３内の吸気を加圧するコンプレッサと、を備える。
【００２５】
排気管４には、上流側から順に、排気浄化触媒としての酸化触媒４３と、排気浄化フィルタとしてのＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）４２とが設けられている。排気管４のうち酸化触媒４３の上流側には、後述する燃料改質器５からのガスを排気管４内に導入する導入部４６が形成されている。
【００２６】
酸化触媒４３は、排気中の炭化水素や一酸化炭素などの酸化を促進することにより排気を浄化する。また、酸化触媒４３は、後述のＤＰＦ再生制御においてポスト噴射（排気工程中における燃料噴射）が実行され未燃燃料が供給されると、これを燃焼し下流側に設けられたＤＰＦ４２を昇温する。
【００２７】
ＤＰＦ４２は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素を主成分とする粒子状物質（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）」という）を、フィルタ壁の表面およびフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。
【００２８】
図２は、燃料改質器５の構成を示す断面図である。
燃料改質器５は、円筒状の改質触媒５２と、この改質触媒５２を収容する筒状のケーシング５３と、ケーシング５３内の改質触媒５２に燃料と空気の混合気を噴射する噴射装置５４と、改質触媒５２の中心に設けられた加熱手段としてのグロープラグ５５と、を含んで構成される。
【００２９】
噴射装置５４は、後述の燃料供給装置６および空気供給装置８から供給された燃料および空気を混合し、霧状の燃料を改質触媒５２の上端側から中心へ向けて噴射する。
グロープラグ５５は、その発熱部が改質触媒５２の中心に位置するように、噴射装置５４に対向して設けられている。グロープラグ５５は、通電すると発熱し、改質触媒５２を中心側から加熱する。図示しないグロープラグ５５の駆動装置はＥＣＵ７に接続されており、したがってグロープラグ５５による改質触媒５２の昇温はＥＣＵ７により制御される。
【００３０】
改質触媒５２は、ロジウム、白金、パラジウム、ニッケル、およびコバルトよりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属触媒成分と、セリア、ジルコニア、アルミナ、およびチタニアよりなる群から選ばれる少なくとも１種の酸化物又はこれらを基本組成とした複合酸化物と、を含む。この改質触媒５２は、噴射装置５４から噴射された霧状の燃料を部分酸化反応により改質し、水素、一酸化炭素、および軽質の炭化水素などの還元性気体を含む改質ガスを生成する。生成された改質ガスは、ケーシング５３に形成されたガス供給通路５９および排気管４のうち酸化触媒４３の上流側に形成された導入部４６を介して、排気管４内のうち酸化触媒４３の上流側に供給される（上述の図１参照）。
【００３１】
図１に戻って、以上のように構成された燃料改質器５には、改質ガスを生成するための原料となる燃料および空気を燃料改質器５に供給する燃料供給装置６および空気供給装置８が接続されている。
【００３２】
燃料供給装置６は、燃料を貯蔵する燃料タンク６３と、この燃料タンク６３内の燃料を、燃料供給ライン６１を介して燃料改質器５の噴射装置に圧送する燃料ポンプ（図示せず）と、燃料供給ライン６１を流通する燃料の流量を調整する流量調整弁６２と、を含んで構成される。燃料タンク６３には、炭化水素系燃料やアルコール系燃料などの燃料が貯蔵されている。燃料ポンプおよび流量調整弁６２の図示しない駆動装置は、それぞれＥＣＵ７に接続されており、したがって燃料供給装置６から燃料改質器５への燃料の供給量はＥＣＵ７により制御される。
【００３３】
空気供給装置８は、空気供給ライン８１を介して燃料改質器５の噴射装置に空気を圧送するエアコンプレッサ８２と、空気供給ライン８１を流通する空気の流量を調整する流量調整弁８３と、を含んで構成される。エアコンプレッサ８２および流量調整弁８３の図示しない駆動装置は、それぞれＥＣＵ７に接続されており、したがって空気供給装置８から燃料改質器５への空気の供給量はＥＣＵ７により制御される。
【００３４】
また、空気供給ライン８１には、プラズマ発生手段としてのプラズマリアクタ８４が設けられている。プラズマリアクタ８４は、通電されるとプラズマを発生し、空気供給装置８により供給された空気を励起し、活性酸素を含んだ活性ガスを生成する。このようにして生成された活性ガスは、燃料改質器５内の改質触媒および排気管４内に供給される。プラズマリアクタ８４の図示しない駆動装置は、ＥＣＵ７に接続されており、したがってその通電量はＥＣＵ７により制御される。
【００３５】
図１に、戻って、ＥＣＵ７には、排気温度センサ９２、改質器温度センサ９３、クランク角度位置センサ９４、アクセル開度センサ９５、およびイグニッションスイッチ９６などが接続されている。排気温度センサ９２は、排気管４のうち酸化触媒４３とＤＰＦ４２との間を流通する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。ＥＣＵ７は、この排気温度センサ９２の出力に基づいて、酸化触媒の温度を推定する。改質器温度センサ９３は、燃料改質器５の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。ＥＣＵ７は、この改質器温度センサ９３の出力に基づいて、燃料改質器５の改質触媒の温度を推定する。
【００３６】
クランク角度位置センサ９４は、エンジン２のクランク角度を示すパルス信号をＥＣＵ７に送信する。アクセル開度センサ９５は、車両のアクセルペダルの開度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。イグニッションスイッチ９６は、図示しない車両の運転席に設けられ、エンジンの始動又は停止を指令する信号をＥＣＵ７に送信する。ここで、エンジン２の回転数は、クランク角度位置センサ９４から送信されるパルス信号に基づいてＥＣＵ７により算出され、エンジン２の発生トルクは、燃料噴射量に基づいてＥＣＵ７により算出される。また、この燃料噴射量は、アクセル開度センサ９５の出力に基づいてＥＣＵ７により算出される。以下では、この発生トルクをエンジン２の負荷を表す負荷パラメータとする。
【００３７】
図３は、燃料改質器の制御の手順を示すメインフローチャートである。この図３に示す処理は、イグニッションスイッチの操作に基づくエンジンの始動開始後、ＥＣＵにより所定の制御周期の下で繰り返し実行される。
Ｓ１では、酸化触媒が活性状態であるか否かを判定する。より具体的には、現在の酸化触媒の温度を取得し、取得した酸化触媒温度が、酸化触媒の活性状態を判定するために設定された閾値より高いか否かを判定することにより、酸化触媒が活性状態であるか否かが判定される。
【００３８】
Ｓ１における判定がＮＯの場合、酸化触媒は活性状態でないと判定されたことに応じてＳ２に移り、図４を参照して説明する酸化触媒活性前制御を実行し、ステップＳ４に移る。一方、Ｓ１における判定がＹＥＳの場合、酸化触媒は活性状態であると判定されたことに応じてＳ３に移り、図６を参照して説明する酸化触媒活性後制御を実行し、Ｓ４に移る。
【００３９】
図４は、触媒活性前制御（図３中Ｓ２参照）の具体的な手順を示すフローチャートである。以下、詳細に説明するように、この触媒活性前制御では、改質触媒の状態に応じて空気供給装置、燃料供給装置およびプラズマリアクタを制御し、燃料改質器からのガスを排気管内に供給することにより、活性に達していない酸化触媒の浄化性能を向上する。
【００４０】
Ｓ１１では、改質触媒へ空気を供給し、Ｓ１２に移る。Ｓ１２では、改質触媒の温度を取得し、取得した改質触媒の温度が、改質触媒の活性温度近傍に設定された第１温度以下であるか否かを判定する。
Ｓ１２における判定がＮＯの場合、すなわち改質触媒の温度が第１温度より高い場合には、改質触媒は活性状態であると判断し、改質触媒で改質ガスを生成するべくＳ１３に移る。Ｓ１３では、改質触媒へ燃料を供給し、Ｓ１４に移る。ここで、上記Ｓ１１における空気の供給と合わせて燃料を供給することにより、改質触媒では改質ガスが生成されるとともに、生成した改質ガスが排気管内の酸化触媒に供給され、活性に達していない酸化触媒による浄化性能が向上する。
【００４１】
Ｓ１４では、燃料改質器内の改質触媒に堆積したコークの量に相当するコーク堆積量ΣＣｋを更新し、図３のＳ４に移る。より具体的には、Ｓ１４では、コーク堆積量ΣＣｋの前回制御時の値に、今回制御時に、改質触媒に燃料を供給することで新たに堆積したコーク量ΔＣｋを加算することで、コーク堆積量ΣＣｋの今回制御時の値を算出する。なお、新たに堆積したコーク量ΔＣｋは、今回制御時に供給した空気中の酸素と燃料中の炭素のモル比（以下、「Ｏ／Ｃ比」という）に基づいて、図５に示すようなマップを検索することにより算出される。図５に示すマップによれば、Ｏ／Ｃ比が“１．０”以下である場合、コーク量ΔＣｋはＯ／Ｃ比が大きくなるに従い小さくなるように定められ、Ｏ／Ｃ比が“１．０”より大きい場合、コーク量ΔＣｋはＯ／Ｃ比によらず“０”になるように定められる。
【００４２】
一方、Ｓ１２における判定がＹＥＳの場合、すなわち改質触媒の温度が第１温度以下である場合には、改質触媒は活性に達していない状態であると判断し、Ｓ１５に移る。Ｓ１５では、グロープラグをオンにし、すなわちグロープラグに通電することにより改質触媒を加熱し、Ｓ１６に移る。なおＳ１６以降で説明するように、改質触媒が活性に達していない状態であると判断された場合には、未燃燃料が未反応のまま排気管内に流入するのを防止するため、改質触媒に燃料を供給しない。
【００４３】
Ｓ１６では、改質触媒の温度が、上記第１温度よりもさらに低い第２温度以下であるか否かを判定する。
Ｓ１６の判定がＹＥＳの場合であり改質触媒の温度が第２温度以下である場合には、Ｓ１７に移り、プラズマリアクタをオンにし、すなわちプラズマリアクタに通電することによりプラズマを発生させ、図３のＳ４に移る。ここで、Ｓ１１における空気の供給と合わせてプラズマを発生させることにより、空気を励起して生成された活性ガスが改質触媒に供給される。このように活性酸素を含んだ活性ガスを改質触媒に供給することにより、活性ガスを供給しない場合と比較して、より低い温度から改質反応（部分酸化反応）を進行させることができるので、早期の改質ガスの生成が可能となる。
一方、Ｓ１６の判定がＮＯの場合であり改質触媒の温度が第１温度以下でありかつ第２温度より高い場合には、活性ガスの供給は必要ないと判断し、図３のＳ４に移る。
【００４４】
図６は、酸化触媒活性後制御（図３中Ｓ３参照）の具体的な手順を示すフローチャートである。
Ｓ２１では、コーク除去フラグＦ＿ＣｋＲｅｇが“１”であるか否かを判定する。このコーク除去フラグＦ＿ＣｋＲｅｇは、燃料改質器内の改質触媒に堆積したコークを除去するコーク除去制御の実行が要求されている状態であることを示すフラグであり、後述の図３のＳ６において“０”から“１”にセットされ、後述のＳ２５において“１”から“０”にリセットされる。Ｓ２１における判定がＹＥＳの場合には、Ｓ２２に移り、コーク除去制御を開始するか又は前回制御時から引き続き行った後、Ｓ２３に移る。
【００４５】
このコーク除去制御では、より具体的には、プラズマリアクタをオンにし、プラズマを発生させながらさらに空気を供給することにより、改質触媒に活性炭素を含む活性ガスを供給し、改質触媒に堆積したコークを燃焼除去する。Ｓ２３では、コーク堆積量ΣＣｋを減算しＳ２４に移る。より具体的には、コーク堆積量ΣＣｋの前回制御時の値に、今回制御時に、改質触媒に活性ガスを供給することで新たに除去されたコーク量ｄＣｋを減算することで、コーク堆積量ΣＣｋの今回制御時の値を算出する。なお、新たに除去されたコーク量ｄＣｋには、例えば予め実験を行うことで定められた定数が用いられるが、これに限らず所定のマップを検索することで定められた値を用いてもよい。
【００４６】
Ｓ２４では、改質触媒に堆積したコークが除去されたか否か、すなわちコーク堆積量ΣＣｋ＝０であるか否かを判定する。Ｓ２４の判定がＹＥＳの場合、コークの除去が完了したと判断できるので、Ｓ２５に移りコーク除去フラグＦ＿ＣｋＲｅｇを“１”から“０”にリセットした後、Ｓ３１に移る。Ｓ２４の判定がＮＯの場合、引き続きコーク除去制御を行う必要があると判断し、コーク除去フラグＦ＿ＣｋＲｅｇを“１”にしたまま、Ｓ３１に移る。
【００４７】
Ｓ２１における判定がＮＯである場合、Ｓ２６に移り、改質ガス供給制御を開始するか又は前回制御時から引き続き行った後、Ｓ２７に移る。この改質ガス供給制御では、より具体的には、空気と燃料を改質触媒に供給することにより、改質触媒で改質ガスを生成するとともに生成した改質ガスを排気管内に供給する。Ｓ２７では、Ｓ２６における燃料の供給に伴い、今回制御時に燃料改質器内の改質触媒に堆積したコークの量に相当するコーク堆積量ΣＣｋを更新し、Ｓ３１に移る。より具体的には、コーク堆積量ΣＣｋの前回値に、今回、改質触媒に燃料を供給することで新たに堆積したコーク量ΔＣｋを加算することで、コーク堆積量ΣＣｋの今回値を算出する。ここで、新たに堆積したコーク量ΔＣｋを算出する手順は、図４のＳ１４と同じであるので、説明を省略する。
【００４８】
Ｓ３１では、ＤＰＦ再生フラグＦ＿ＤＰＦＲｅｇが“１”であるか否かを判定する。このＤＰＦ再生フラグＦ＿ＤＰＦＲｅｇは、ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去するＤＰＦ再生制御の実行が要求されている状態であることを示すフラグであり、後述の図３のＳ９において“０”から“１”にセットされ、後述のＳ３５において“１”から“０”にリセットされる。また、このＤＰＦ再生フラグＦ＿ＤＰＦＲｅｇが“１”にセットされている間は、図３の燃料改質器の制御とは別の図示しない処理により、ＤＰＦ再生制御が実行される。このＤＰＦ再生制御では、ポスト噴射を実行することでＤＰＦを昇温するとともに、堆積したＰＭを燃焼除去する。
【００４９】
Ｓ３１における判定がＮＯでありＤＰＦ再生制御の実行中でない場合には、Ｓ３６に移る。Ｓ３６では、ＤＰＦに捕集されているＰＭの量に相当するＰＭ堆積量ΣＰＭを更新し、図３のＳ４に移る。より具体的には、Ｓ３６では、ＰＭ堆積量ΣＰＭの前回制御時の値に、今回制御時に新たに捕集されたＰＭの量ΔＰＭを加算することで、ＰＭ堆積量ΣＰＭの今回制御時の値を算出する。なお、今回制御時に新たに捕集されたＰＭの量ΔＰＭは、例えば、エンジンの回転数と負荷パラメータとに基づいて、図７に示すようなマップを検索することで算出される。図７に示すマップによれば、エンジンの回転数および負荷パラメータが大きくなるに従い、新たに捕集されるＰＭの量ΔＰＭは大きな値に定められる。
【００５０】
図６に戻って、Ｓ３１における判定がＹＥＳでありＤＰＦ再生制御の実行中である場合には、Ｓ３２に移り、ＤＰＦ再生制御の実行に合わせて、ＤＰＦ再生補助制御を開始するか又は前回制御時から引き続き行った後、Ｓ３３に移る。ＤＰＦ再生補助制御では、プラズマリアクタによりプラズマを発生させながら空気および燃料を改質触媒に供給することにより、排気管内のＤＰＦに改質ガスを供給する。これにより、ＤＰＦにおけるＰＭの燃焼を促進されるので、上記ＤＰＦ再生制御にかかるポスト噴射量を低減し、ＤＰＦ再生制御にかかる時間を短縮することができる。また、このＤＰＦ再生補助制御では、プラズマを発生させることにより、改質ガスに活性酸素を含めることができる。これにより、ＤＰＦにおけるＰＭの酸化反応が促進され、活性ガスを供給しない場合と比較してより低温でＰＭを燃焼させることができるので、ポスト噴射量をさらに低減し、またＤＰＦ再生制御にかかる時間をさらに短縮することができる。
【００５１】
Ｓ３３では、ＰＭ堆積量ΣＰＭを減算しＳ３４に移る。より具体的には、ＰＭ堆積量ΣＰＭの前回制御時の値に、今回制御時にＤＰＦ再生制御およびＤＰＦ再生補助制御を実行することでＤＰＦから除去されたＰＭの量ｄＰＭを減算することで、ＰＭ堆積量ΣＰＭの今回制御時の値を算出する。なお、新たに除去されたＰＭの量ｄＰＭには、例えば予め実験を行うことで定められた定数が用いられるが、これに限らず所定のマップを検索することで定められた値を用いてもよい。
【００５２】
Ｓ３４では、ＤＰＦに堆積していたＰＭが除去されたか否か、すなわちＰＭ堆積量ΣＰＭ＝０であるか否かを判定する。Ｓ３４の判定がＹＥＳの場合、ＰＭの除去が完了したと判断できるので、Ｓ３５に移りＤＰＦ再生フラグＦ＿ＤＰＦＲｅｇを“１”から“０”にリセットした後、図３のＳ４に移る。Ｓ３４の判定がＮＯの場合、引き続きＤＰＦ再生制御およびＤＰＦ再生補助制御を行う必要があると判断し、ＤＰＦ再生フラグＦ＿ＤＰＦＲｅｇを“１”にしたまま、図３のＳ４に移る。
【００５３】
図３に戻って、以上のような触媒活性前制御又は触媒活性後制御を実行した後、Ｓ４では、コーク除去フラグＦ＿ＣｋＲｅｇが“０”であるか否かを判定する。Ｓ４の判定がＮＯの場合には、Ｓ７に移る。一方、Ｓ４の判定がＹＥＳの場合にはＳ５に移り、コーク堆積量ΣＣｋを取得するとともに、取得したコーク堆積量ΣＣｋが、コーク除去制御の開始を判定するために設定された所定の閾値を上回ったか否かを判定する。
【００５４】
Ｓ５の判定がＹＥＳの場合には、Ｓ６に移り、図６のＳ２２に示すコーク除去制御の実行を要求するべく、コーク除去フラグＦ＿ＣｋＲｅｇを“０”から“１”にセットした後、Ｓ７に移る。一方、Ｓ５の判定がＮＯの場合には、コーク除去フラグＦ＿ＣｋＲｅｇを“０”のまま更新することなく、Ｓ７に移る。
【００５５】
Ｓ７では、ＤＰＦ再生フラグＦ＿ＤＰＦＲｅｇが“０”であるか否かを判定する。Ｓ７の判定がＮＯの場合には、本処理を終了する。一方、Ｓ７の判定がＹＥＳの場合にはＳ８に移り、ＰＭ堆積量ΣＰＭを取得するとともに、取得したＰＭ堆積量ΣＰＭが、ＤＰＦ再生制御の開始を判定するために設定された所定の閾値を上回ったか否かを判定する。
【００５６】
Ｓ８の判定がＹＥＳの場合には、Ｓ９に移り、図示しないＤＰＦ再生制御および図６のＳ３３のＤＰＦ再生補助制御の実行を要求するべく、ＤＰＦ再生フラグＦ＿ＤＰＦＲｅｇを“０”から“１”にセットした後、本処理を終了する。一方、Ｓ８の判定がＮＯの場合には、ＤＰＦ再生フラグＦ＿ＤＰＦＲｅｇを“０”のまま更新することなく、本処理を終了する。
【００５７】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）空気供給ラインにプラズマリアクタを設けた。これにより、空気供給装置８から供給された空気を励起して活性ガスを生成することができる。またコーク堆積量ΣＣｋが所定の閾値以上となった場合には、活性酸素を含んだ活性ガスを改質触媒に供給することで、改質触媒を大幅に昇温せずとも堆積したコークを燃焼除去することができる。したがって、本実施形態によれば、新たに燃料を供給することなく改質触媒のコークを燃焼除去することができるので、無駄な燃料を消費することなく任意の時期に改質触媒のコークを除去することができる。
また、本実施形態では、プラズマリアクタを空気供給ラインに設けることにより、生成した活性ガスを改質触媒に供給し上述のように堆積したコークを燃焼除去できる他、改質ガスの代わりに活性ガスを排気管に供給することで、排気管に設けられる触媒やフィルタなどの各種排気浄化装置と組み合わせて、排気を浄化することができる。
【００５８】
（２）本実施形態では、酸化触媒を、排気管のうち燃料改質器からのガスの導入部よりも下流側に設けた。そして、この酸化触媒が活性状態でないと判定された場合、すなわち酸化触媒が活性に達しておらずその浄化性能を十分に発揮できない状態である場合には、燃料供給装置、空気供給装置およびプラズマリアクタを制御し、燃料改質器からガスを排気管内に供給する。ここで、例えば燃料改質器から還元性能の高い水素を含む改質ガスを供給した場合には、活性に達する前の排気浄化触媒の浄化性能を向上することができる。
【００５９】
（３）図４の触媒活性前制御では、改質触媒の温度が第１温度より高い場合には、改質触媒に空気および燃料を供給し、生成した改質ガスを排気管内に供給する。これにより、活性に達する前の酸化触媒の浄化性能を向上することができる。また、図４の触媒活性前制御では、このように活性に達していない酸化触媒に対し燃料改質器から改質ガスを供給しその浄化性能を向上することが好ましい状態であっても、改質触媒の温度が第１温度以下である場合には、改質触媒に燃料を供給せず、グロープラグにより改質触媒を加熱する。これにより、低温の改質触媒に燃料が供給されることで、改質反応が生じることなく未燃燃料が排気管に流入してしまい、燃料が無駄に消費されるのを回避し、さらに低温の改質触媒が速やかに活性に達するように昇温することができる。
【００６０】
（４）図４の触媒活性前制御では、改質触媒の温度が第１温度よりもさらに低い第２温度以下である場合、すなわち、例えば燃料改質器の始動開始直後であり改質触媒が第２温度以下の低温である場合には、プラズマを発生させながら空気を供給し、改質触媒に活性ガスを供給することにより、低温からの改質触媒における改質反応を促進することができる。したがって、エンジンの始動を開始してから、燃料を供給し改質ガスを生成できるようになるまでのタイムラグを短縮することができる。すなわち、エンジンの始動開始後、速やかに改質ガスの供給を開始することができる。
【００６１】
（５）本実施形態では、ＤＰＦ再生の実行に合わせて、プラズマを発生させながら改質触媒に空気および燃料を供給する。これにより、ＤＰＦ再生中のＤＰＦに水素および一酸化炭素を含んだ改質ガスを供給することできるので、排気温度が低くＰＭを燃焼させにくい状態であっても、ＰＭの燃焼を促進することができる。また、水素および一酸化炭素の分子径は炭化水素の分子径と比較して小さいため、大量のＰＭが堆積している場合であっても、その深部まで改質ガスを供給することができる。したがって、効率的にＰＭの燃焼を促進することができるので、ポスト噴射量を低減しＤＰＦ再生にかかる時間を短縮できるので、燃費を向上することができるので、燃費を向上することができる。また、プラズマを発生させることにより、改質触媒およびＤＰＦに活性酸素を含んだ活性ガスを供給することができる。これにより、改質触媒における部分酸化反応およびＤＰＦにおけるＰＭの燃焼を促進することができるので、燃費をさらに向上することができる。
【００６２】
なお、上記実施形態では、排気管のうち燃料改質器からのガスの導入口の下流側には、酸化触媒とＤＰＦとを設けたが、本発明はこれに限るものではない。排気管には、これらの他、排気中のＮＯｘを吸着する能力を有するＮＯｘ吸着触媒を設けてもよい。このようなＮＯｘ吸着触媒において特にＡｇを含有するものは、水素を含んだ改質ガスの存在下では、低温からＮＯｘを吸着する能力がある。したがって、このようなＮＯｘ吸着触媒を設けた上で、必要に応じて燃料改質器で改質ガスを生成し、生成した改質ガスをＮＯｘ吸着触媒に供給することで、低温におけるＮＯｘ吸着触媒の浄化性能を向上するようにしてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、改質触媒５２の温度を改質器温度センサ９３の出力に基づいて直接的に取得したが、これに限らない。改質触媒５２の温度は、例えば、グロープラグの内部抵抗値に基づいて間接的に取得してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…排気浄化システム
２…エンジン（内燃機関）
４…排気管（排気通路）
４２…ＤＰＦ（排気浄化フィルタ）
４３…酸化触媒（排気浄化触媒）
４６…導入部
７…ＥＣＵ（コーク量取得手段、改質器再生手段、活性判定手段、触媒活性前制御手段、温度取得手段、フィルタ再生補助手段）
５…燃料改質器
５２…改質触媒
５５…グロープラグ（加熱手段）
６…燃料供給装置（燃料供給手段）
８…空気供給装置（空気供給手段）
８１…空気供給ライン（空気通路）
８４…プラズマリアクタ（プラズマ発生手段）
９３…改質器温度センサ（温度取得手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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