(57)【要約】【課題】エンジンに供給される燃料を改質する機能を備えたシステムにおいて、低コスト化の要求を満たしながら、燃料改質触媒の劣化診断を行うことができるようにする。【解決手段】燃料改質触媒２８の入口側の温度を検出する入口側温度センサ３０と、燃料改質触媒２８の出口側の温度を検出する出口側温度センサ３１とを設ける。ＥＣＵ３４は、改質運転モード中に、ＥＧＲ弁２５を開弁して排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ還流させながら、改質用燃料噴射弁２６でＥＧＲガス中に改質用の燃料を噴射して、燃料改質触媒２８でＥＧＲガス中の燃料を燃焼性の高い状態に改質する改質制御を実行する。この改質制御の実行中に、出口側温度センサ３１で検出した触媒出口側温度と入口側温度センサ３０で検出した触媒入口側温度との温度差を算出し、この温度差を劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定する劣化診断を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気系に供給される媒体ガス中に改質用の燃料を噴射する改質用燃料噴射手段と、前記媒体ガス中の燃料を改質する燃料改質触媒とを備えた内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置において、
前記燃料改質触媒での反応熱量の情報を検出する反応熱量情報検出手段と、
前記反応熱量情報検出手段で検出した反応熱量の情報に基づいて前記燃料改質触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置。
【請求項２】
前記反応熱量情報検出手段として、前記燃料改質触媒の入口側の温度（以下「触媒入口側温度」という）を検出する入口側温度検出手段と、前記燃料改質触媒の出口側の温度（以下「触媒出口側温度」という）を検出する出口側温度検出手段とを備え、
前記触媒劣化診断手段は、前記燃料改質触媒で燃料を改質する改質制御の実行中に前記入口側温度検出手段で検出した触媒入口側温度と前記出口側温度検出手段で検出した触媒出口側温度とに基づいて前記燃料改質触媒の劣化診断を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置。
【請求項３】
前記反応熱量情報検出手段として、前記燃料改質触媒の温度（以下「触媒温度」という）又は前記燃料改質触媒の出口側の温度（以下「触媒出口側温度」という）を検出する温度検出手段を備え、
前記触媒劣化診断手段は、前記燃料改質触媒で燃料を改質する改質制御の開始前に前記温度検出手段で検出した触媒温度又は触媒出口側温度と前記改質制御の開始後に前記温度検出手段で検出した触媒温度又は触媒出口側温度とに基づいて前記燃料改質触媒の劣化診断を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置。
【請求項４】
内燃機関の吸気系に供給される媒体ガス中に改質用の燃料を噴射する改質用燃料噴射手段と、前記媒体ガス中の燃料を改質する燃料改質触媒とを備えた内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置において、
前記内燃機関の燃焼状態の情報を検出する燃焼状態情報検出手段と、
前記燃焼状態情報検出手段で検出した燃焼状態の情報に基づいて前記燃料改質触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置。
【請求項５】
前記触媒劣化診断手段は、前記燃料改質触媒で燃料を改質する改質制御の開始前に前記燃焼状態情報検出手段で検出した燃焼状態の情報と前記改質制御の開始後に前記燃焼状態情報検出手段で検出した燃焼状態の情報とに基づいて前記燃料改質触媒の劣化診断を行うことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置。
【請求項６】
前記燃焼状態情報検出手段は、前記燃焼状態の情報として、燃焼安定性指標、着火遅れ期間、主燃焼期間、燃焼重心、筒内圧力最大値、ＥＧＲ限界、燃焼速度のうちの少なくとも一つを検出することを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置。
【請求項７】
内燃機関の吸気系に供給される媒体ガス中に改質用の燃料を噴射する改質用燃料噴射手段と、前記媒体ガス中の燃料を改質する燃料改質触媒とを備えた内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置において、
前記燃料改質触媒の出口側で燃料の改質度合を検出する改質度合検出手段と、
前記改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合に基づいて前記燃料改質触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置。
【請求項８】
前記触媒劣化診断手段は、前記燃料改質触媒で燃料を改質する改質制御の開始前に前記改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合と前記改質制御の開始後に前記改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合とに基づいて前記燃料改質触媒の劣化診断を行うことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置。
【請求項９】
前記改質度合検出手段は、前記燃料の改質度合として水素濃度を検出する水素センサであることを特徴とする請求項７又は８に記載の内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に供給される燃料を改質する機能を備えた内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に改質した燃料を供給する技術としては、例えば、特許文献１（特開２００４−２１８５４８号公報）に記載されているように、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給通路の途中に、燃料を改質するためのヒータや改質触媒を備えた改質器を配置するようにしたものがある。
【０００３】
このような改質器を備えたシステムでは、改質器に異常（例えば改質触媒の劣化）が発生して燃料を正常に改質できなくなると、内燃機関の燃焼状態が悪化する可能性があるため、改質器の異常が発生した場合には、その異常を早期に検出することが好ましい。
【０００４】
そこで、上記特許文献１では、改質器の異常により燃料の改質状態（例えば高沸点成分の含有割合）が変化すると、燃料の物性（比重や蒸気圧）が変化することに着目して、改質器の下流側に、改質器から送り出された燃料を貯溜する貯溜タンクを設けると共に、この貯溜タンク内の燃料の物性（比重又は蒸気圧）を検出するセンサを設け、このセンサで検出した燃料の物性を基準値と比較して改質器（改質触媒等）の異常の有無を判定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１８５４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１の異常診断技術では、改質器から送り出された燃料を貯溜する貯溜タンクを設ける必要があると共に、この貯溜タンク内の燃料の物性（例えば比重）を検出する特殊なセンサを設ける必要があるため、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができないという欠点がある。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、低コスト化の要求を満たしながら、燃料改質触媒の劣化診断を行うことができる内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の吸気系に供給される媒体ガス中に改質用の燃料を噴射する改質用燃料噴射手段と、媒体ガス中の燃料を改質する燃料改質触媒とを備えた内燃機関の燃料改質システムの触媒劣化診断装置において、燃料改質触媒での反応熱量の情報を検出する反応熱量情報検出手段と、この反応熱量情報検出手段で検出した反応熱量の情報に基づいて燃料改質触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断手段とを備えた構成としたものである。
【０００９】
燃料改質触媒が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒での反応熱量（発熱量又は吸熱量）が減少するため、燃料改質触媒での反応熱量の情報を用いれば、燃料改質触媒の劣化の有無を判定する劣化診断を行うことができる。しかも、従来技術のように燃料を貯溜する貯溜タンクや燃料の物性を検出する特殊なセンサ等を設けるといった必要が無いため、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。
【００１０】
この場合、請求項２のように、反応熱量情報検出手段として、燃料改質触媒の入口側の温度（以下「触媒入口側温度」という）を検出する入口側温度検出手段と、燃料改質触媒の出口側の温度（以下「触媒出口側温度」という）を検出する出口側温度検出手段とを備え、触媒劣化診断手段は、燃料改質触媒で燃料を改質する改質制御の実行中に入口側温度検出手段で検出した触媒入口側温度と出口側温度検出手段で検出した触媒出口側温度とに基づいて燃料改質触媒の劣化診断を行うようにしても良い。
【００１１】
燃料改質触媒が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒での反応熱量が減少して、改質制御の実行中の触媒入口側温度と触媒出口側温度との関係が正常時とは異なってくるため、改質制御の実行中に検出した触媒入口側温度と触媒出口側温度とを用いれば、燃料改質触媒の劣化の有無を精度良く判定することができる。
【００１２】
或は、請求項３のように、反応熱量情報検出手段として、燃料改質触媒の温度（以下「触媒温度」という）又は燃料改質触媒の出口側の温度（以下「触媒出口側温度」という）を検出する温度検出手段を備え、触媒劣化診断手段は、燃料改質触媒で燃料を改質する改質制御の開始前に温度検出手段で検出した触媒温度又は触媒出口側温度と改質制御の開始後に温度検出手段で検出した触媒温度又は触媒出口側温度とに基づいて燃料改質触媒の劣化診断を行うようにしても良い。
【００１３】
燃料改質触媒が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒での反応熱量が減少して、改質制御の開始前の触媒温度又は触媒出口側温度と改質制御の開始後の触媒温度又は触媒出口側温度との関係が正常時とは異なってくるため、改質制御の開始前に検出した触媒温度又は触媒出口側温度と改質制御の開始後に検出した触媒温度又は触媒出口側温度とを用いれば、燃料改質触媒の劣化の有無を精度良く判定することができる。
【００１４】
しかしながら、本発明は、改質制御の開始後（つまり改質制御の実行中）に温度検出手段で検出した触媒温度又は触媒出口側温度に基づいて燃料改質触媒の劣化診断を行うようにしても良い。
【００１５】
また、請求項４のように、内燃機関の燃焼状態の情報を検出する燃焼状態情報検出手段と、この燃焼状態情報検出手段で検出した燃焼状態の情報に基づいて燃料改質触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断手段とを備えた構成としても良い。燃料改質触媒が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒による燃料の改質度合が低下して、内燃機関の燃焼状態が変化するため、燃焼状態の情報を用いれば、燃料改質触媒の劣化の有無を判定する劣化診断を行うことができる。
【００１６】
この場合、請求項５のように、触媒劣化診断手段は、燃料改質触媒で燃料を改質する改質制御の開始前に燃焼状態情報検出手段で検出した燃焼状態の情報と改質制御の開始後に燃焼状態情報検出手段で検出した燃焼状態の情報とに基づいて燃料改質触媒の劣化診断を行うようにしても良い。燃料改質触媒が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒による燃料の改質度合が低下して、改質制御の開始前の燃焼状態と改質制御の開始後の燃焼状態との関係が正常時とは異なってくるため、改質制御の開始前に検出した燃焼状態の情報と改質制御の開始後に検出した燃焼状態の情報とを用いれば、燃料改質触媒の劣化の有無を精度良く判定することができる。
【００１７】
しかしながら、本発明は、改質制御の開始後（つまり改質制御の実行中）に燃焼状態情報検出手段で検出した燃焼状態の情報に基づいて燃料改質触媒の劣化診断を行うようにしても良い。
【００１８】
更に、請求項６のように、燃焼状態情報検出手段は、燃焼状態の情報として、燃焼安定性指標、着火遅れ期間、主燃焼期間、燃焼重心、筒内圧力最大値、ＥＧＲ限界、燃焼速度のうちの少なくとも一つを検出するようにすると良い。これらのパラメータは、いずれも内燃機関の燃焼状態を精度良く反映した情報となる。
【００１９】
また、請求項７のように、燃料改質触媒の出口側で燃料の改質度合を検出する改質度合検出手段と、この改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合に基づいて燃料改質触媒の劣化診断を行う触媒劣化診断手段とを備えた構成としても良い。燃料改質触媒が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒による燃料の改質度合が低下するため、燃料の改質度合を用いれば、燃料改質触媒の劣化の有無を判定する劣化診断を行うことができる。
【００２０】
この場合、請求項８のように、触媒劣化診断手段は、燃料改質触媒で燃料を改質する改質制御の開始前に改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合と改質制御の開始後に改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合とに基づいて燃料改質触媒の劣化診断を行うようにしても良い。燃料改質触媒が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒による燃料の改質度合が低下して、改質制御の開始前の燃料の改質度合と改質制御の開始後の燃料の改質度合との関係が正常時とは異なってくるため、改質制御の開始前に検出した燃料の改質度合と改質制御の開始後に検出した燃料の改質度合とを用いれば、燃料改質触媒の劣化の有無を精度良く判定することができる。
【００２１】
しかしながら、本発明は、改質制御の開始後（つまり改質制御の実行中）に改質度合検出手段で検出した燃料の改質度合に基づいて燃料改質触媒の劣化診断を行うようにしても良い。
【００２２】
また、燃料改質触媒によって燃料を水素濃度の高い状態に改質するシステムの場合、請求項９のように、改質度合検出手段は、燃料の改質度合として水素濃度を検出する水素センサを用いるようにしても良い。このようにすれば、燃料の改質度合（水素濃度）を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は本発明の実施例１におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は実施例１（発熱反応触媒の場合）の劣化診断方法を説明するタイムチャートである。
【図３】図３は実施例１（吸熱反応触媒の場合）の劣化診断方法を説明するタイムチャートである。
【図４】図４は実施例１（発熱反応触媒の場合）の触媒劣化診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５は改質用燃料の噴射量と劣化判定閾値との関係を説明する図である。
【図６】図６はＥＧＲガス流量と劣化判定閾値との関係を説明する図である。
【図７】図７は実施例１（吸熱反応触媒の場合）の触媒劣化診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】図８は実施例１（発熱反応触媒の場合）の触媒劣化診断の実行例を説明するタイムチャートである。
【図９】図９は実施例１（吸熱反応触媒の場合）の触媒劣化診断の実行例を説明するタイムチャートである。
【図１０】図１０は実施例２におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【図１１】図１１は実施例２の劣化診断方法を説明するタイムチャートである。
【図１２】図１２は実施例２の触媒劣化診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】図１３は実施例２の触媒劣化診断の実行例を説明するタイムチャートである。
【図１４】図１４は実施例３におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【図１５】図１５は実施例３の劣化診断方法を説明するタイムチャートである。
【図１６】図１６は実施例３の触媒劣化診断ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１７】図１７は実施例３の触媒劣化診断の実行例を説明するタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
【実施例１】
【００２５】
本発明の実施例１を図１乃至図９に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
【００２６】
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、モータ等によって開度調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。
【００２７】
更に、スロットルバルブ１４の下流側には、サージタンク１５が設けられている。このサージタンク１５には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１６が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１６に接続された吸気ポート（図示せず）又はその近傍に、それぞれ吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁１７が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ１８が取り付けられ、各点火プラグ１８の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００２８】
一方、エンジン１１の排気管１９には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２０が設けられ、この触媒２０の上流側と下流側に、それぞれ排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２１，２２（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。
【００２９】
このエンジン１１には、排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ還流させるＥＧＲ装置２３が搭載されている。このＥＧＲ装置２３は、排気管１９のうちの触媒２０の上流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１４の下流側との間にＥＧＲ配管２４が接続され、このＥＧＲ配管２４に、排出ガス還流量（外部ＥＧＲ量）を調整するＥＧＲ弁２５が設けられている。
【００３０】
更に、ＥＧＲ配管２４には、ＥＧＲガス（媒体ガス）中に改質用の燃料を噴射する改質用燃料噴射弁２６（改質用燃料噴射手段）を備えた燃料噴射装置２７と、ＥＧＲガス中の燃料を改質する燃料改質触媒２８を備えた燃料改質器２９が設けられている。この燃料改質触媒２８での反応熱量の情報を検出する反応熱量情報検出手段として、燃料改質触媒２８の入口側のＥＧＲガスの温度（以下「触媒入口側温度」という）を検出する入口側温度センサ３０（入口側温度検出手段）と、燃料改質触媒２８の出口側のＥＧＲガスの温度（以下「触媒出口側温度」という）を検出する出口側温度センサ３１（出口側温度検出手段）とが設けられている。各気筒の燃料噴射弁１７と改質用燃料噴射弁２６には、共通の燃料タンク（図示せず）から燃料が供給される。
【００３１】
また、エンジン１１には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３２や、クランク軸（図示せず）が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３３等が設けられ、このクランク角センサ３３の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００３２】
これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３４に入力される。このＥＣＵ３４は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。
【００３３】
また、ＥＣＵ３４は、エンジン１１の運転状態が所定の改質運転領域（例えば低回転・低負荷運転領域）のときに、通常運転モードから改質運転モードに切り換える。この改質運転モードでは、ＥＧＲ弁２５を開弁して排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ還流させながら、改質用燃料噴射弁２６でＥＧＲガス中に改質用の燃料を噴射して気化させ、燃料改質触媒２８でＥＧＲガス中の燃料を燃焼性の高い状態（例えば水素濃度の高い状態）に改質する改質制御を実行することで、改質された燃料をエンジン１１の吸気管１２に供給する。
【００３４】
燃料改質触媒２８が発熱反応触媒の場合、ＥＣＵ３４は、後述する図４の触媒劣化診断ルーチンを実行することで、改質制御の実行中に出口側温度センサ３１で検出した触媒出口側温度と入口側温度センサ３０で検出した触媒入口側温度との温度差を所定の劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定する劣化診断を行う。
【００３５】
図２に示すように、燃料改質触媒２８が発熱反応触媒の場合、燃料改質触媒２８が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒２８での発熱量が減少して、改質制御の実行中の触媒入口側温度に対する触媒出口側温度の上昇具合が正常時とは異なってくるため、改質制御の実行中に検出した触媒出口側温度と触媒入口側温度との温度差を劣化判定閾値と比較すれば、燃料改質触媒２８の劣化の有無を精度良く判定することができる。
【００３６】
以下、燃料改質触媒２８が発熱反応触媒の場合にＥＣＵ３４が実行する図４の触媒劣化診断ルーチンの処理内容を説明する。
【００３７】
図４に示す触媒劣化診断ルーチンは、ＥＣＵ３４の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう触媒劣化診断手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、改質運転モードであるか否かを判定し、改質運転モードではない（つまり通常運転モードである）と判定された場合には、ステップ１０２以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００３８】
一方、上記ステップ１０１で、改質運転モードであると判定された場合には、ステップ１０２以降の処理を次のようにして実行する。まず、ステップ１０２で、ＥＧＲ弁２５を開弁して排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ還流させるようにした後、ステップ１０３に進み、改質用燃料噴射弁２６でＥＧＲガス中に改質用の燃料を噴射して気化させるようにして、燃料改質触媒２８でＥＧＲガス中の燃料を燃焼性の高い状態に改質する改質制御を実行する。この際、改質用燃料の噴射量とＥＧＲガス流量（例えばＥＧＲ弁２５の開度）は、それぞれエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度やエンジン負荷等）に応じてマップ等により算出される。
【００３９】
この後、ステップ１０４に進み、入口側温度センサ３０で検出した触媒入口側温度と出口側温度センサ３１で検出した触媒出口側温度を読み込んだ後、ステップ１０５に進み、改質用燃料の噴射量とＥＧＲガス流量に応じた劣化判定閾値をマップ等により算出する。燃料改質触媒２８が発熱反応触媒の場合、劣化判定閾値のマップは、例えば、改質用燃料の噴射量が多くなるほど劣化判定閾値が大きくなる（図５参照）と共に、ＥＧＲガス流量が多くなるほど劣化判定閾値が大きくなる（図６参照）ように設定されている。更に、触媒入口側温度に応じて劣化判定閾値を補正するようにしても良い。
【００４０】
この後、ステップ１０６に進み、触媒出口側温度と触媒入口側温度との温度差が劣化判定閾値以上であるか否かを判定する。このステップ１０６で、触媒出口側温度と触媒入口側温度との温度差が劣化判定閾値以上であると判定された場合には、ステップ１０７に進み、燃料改質触媒２８の劣化無し（正常）と判定して、本ルーチンを終了する。
【００４１】
これに対して、上記ステップ１０６で、触媒出口側温度と触媒入口側温度との温度差が劣化判定閾値よりも小さいと判定された場合には、ステップ１０８に進み、燃料改質触媒２８の劣化有り（異常）と判定して、ステップ１０９に進み、フェールセーフ処理を実行する。このフェールセーフ処理では、ＥＧＲ弁２５の開度を減少させてＥＧＲガス流量を減量すると共に、改質用燃料噴射弁２６による改質用燃料の噴射を停止して、燃料の改質を禁止する。
【００４２】
一方、燃料改質触媒２８が吸熱反応触媒の場合、ＥＣＵ３４は、後述する図７の触媒劣化診断ルーチンを実行することで、改質制御の実行中に出口側温度センサ３１で検出した触媒出口側温度と入口側温度センサ３０で検出した触媒入口側温度との温度差を所定の劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定する劣化診断を行う。
【００４３】
図３に示すように、燃料改質触媒２８が吸熱反応触媒の場合、燃料改質触媒２８が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒２８での吸熱量が減少して、改質制御の実行中の触媒入口側温度に対する触媒出口側温度の低下具合が正常時とは異なってくるため、改質制御の実行中に検出した触媒出口側温度と触媒入口側温度との温度差を劣化判定閾値と比較すれば、燃料改質触媒２８の劣化の有無を精度良く判定することができる。
【００４４】
以下、燃料改質触媒２８が吸熱反応触媒の場合にＥＣＵ３４が実行する図７の触媒劣化診断ルーチンの処理内容を説明する。尚、図７のルーチンは、図４のルーチンのステップ１０６の処理をステップ１０６ａの処理に変更したものである。
【００４５】
本ルーチンでは、ステップ１０１で、改質運転モードであると判定された場合に、ステップ１０２に進み、ＥＧＲ弁２５を開弁した後、ステップ１０３に進み、改質用燃料噴射弁２６で改質用の燃料を噴射して、燃料改質触媒２８でＥＧＲガス中の燃料を改質する改質制御を実行する。
【００４６】
この後、ステップ１０４に進み、触媒入口側温度と触媒出口側温度を読み込んだ後、ステップ１０５に進み、改質用燃料の噴射量とＥＧＲガス流量に応じた劣化判定閾値をマップ等により算出する。燃料改質触媒２８が吸熱反応触媒の場合、劣化判定閾値のマップは、例えば、改質用燃料の噴射量が多くなるほど劣化判定閾値が小さくなると共に、ＥＧＲガス流量が多くなるほど劣化判定閾値が小さくなるように設定されている。更に、触媒入口側温度に応じて劣化判定閾値を補正するようにしても良い。
【００４７】
この後、ステップ１０６ａに進み、触媒出口側温度と触媒入口側温度との温度差が劣化判定閾値以下であるか否かを判定する。このステップ１０６ａで、触媒出口側温度と触媒入口側温度との温度差が劣化判定閾値以下であると判定された場合には、ステップ１０７に進み、燃料改質触媒２８の劣化無し（正常）と判定して、本ルーチンを終了する。
【００４８】
これに対して、上記ステップ１０６ａで、触媒出口側温度と触媒入口側温度との温度差が劣化判定閾値よりも大きいと判定された場合には、ステップ１０８に進み、燃料改質触媒２８の劣化有り（異常）と判定して、ステップ１０９に進み、フェールセーフ処理（ＥＧＲガス流量を減量すると共に改質用燃料の噴射を停止して燃料の改質を禁止する処理）を実行する。
【００４９】
図８及び図９を用いて本実施例１の触媒劣化診断の実行例を説明する。
図８及び図９に示すように、通常運転モードから改質運転モードに切り換えられたときに、ＥＧＲ弁２５を開弁して排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ還流させながら、改質用燃料噴射弁２６でＥＧＲガス中に改質用の燃料を噴射して、燃料改質触媒２８でＥＧＲガス中の燃料を燃焼性の高い状態に改質する改質制御を実行する。
【００５０】
本実施例１では、この改質制御の実行中に出口側温度センサ３１で検出した触媒出口側温度と入口側温度センサ３０で検出した触媒入口側温度との温度差を算出し、この温度差を劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定する劣化診断を行うようにしたので、燃料改質触媒２８の劣化の有無を精度良く判定することができる。しかも、従来技術のように燃料を貯溜する貯溜タンクや燃料の物性を検出する特殊なセンサ等を設けるといった必要が無いため、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。
【００５１】
また、図８及び図９に破線で示すように、燃料改質触媒２８の劣化診断機能を備えていないシステムでは、燃料改質触媒２８の劣化が発生しても、それを検出できず、燃料改質触媒２８の劣化発生時にフェールセーフ処理を実施できないため、エンジン１１の燃焼状態が悪化してトルク変動が発生してドライバビリティが悪化する可能性がある。
【００５２】
これに対して、本実施例１では、改質制御の実行中に検出した触媒出口側温度と触媒入口側温度との温度差を劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定し、燃料改質触媒２８の劣化有りと判定された場合には、フェールセーフ処理（ＥＧＲガス流量を減量すると共に改質用燃料の噴射を停止して燃料の改質を禁止する処理）を実行するようにしたので、エンジン１１の燃焼状態の悪化を抑制してトルク変動の発生を抑制することができ、ドライバビリティの悪化を防止することができる。
【００５３】
尚、上記実施例１では、改質制御の実行中に検出した触媒出口側温度と触媒入口側温度との温度差を劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定するようにしたが、劣化診断方法は、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、改質制御の実行中に検出した触媒出口側温度と触媒入口側温度との温度比を劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定するようにしても良い。
【００５４】
また、改質制御の開始前に検出した触媒出口側温度と改質制御の開始後に検出した触媒出口側温度との温度差又は温度比を劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定するようにしても良い。或は、燃料改質触媒２８の温度（触媒温度）を検出する触媒温度センサを設け、改質制御の開始前に検出した触媒温度と改質制御の開始後に検出した触媒温度との温度差又は温度比を劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定するようにしても良い。
【００５５】
燃料改質触媒２８が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒２８での反応熱量が減少して、改質制御の開始前の触媒温度又は触媒出口側温度と改質制御の開始後の触媒温度又は触媒出口側温度との関係が正常時とは異なってくるため、改質制御の開始前に検出した触媒温度又は触媒出口側温度と改質制御の開始後に検出した触媒温度又は触媒出口側温度とを用いれば、燃料改質触媒２８の劣化の有無を精度良く判定することができる。
【００５６】
しかしながら、本発明は、改質制御の開始後（つまり改質制御の実行中）に検出した触媒温度又は触媒出口側温度を劣化判定値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定するようにしても良い。
【実施例２】
【００５７】
次に、図１０乃至図１３を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。
【００５８】
本実施例２では、図１０に示すように、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎（又は特定の気筒のみ）に燃焼状態を検出する燃焼状態検出センサとして、各気筒毎（又は特定の気筒のみ）に筒内圧力を検出する筒内圧力センサ３５が設けられている。この筒内圧力センサ３５は、点火プラグ１８と一体化したタイプのものを用いても良いし、点火プラグ１８とは別体で取り付けるタイプのものを用いても良い。尚、温度センサ３０，３１を省略した構成としても良い。
【００５９】
また、本実施例２では、ＥＣＵ３４により後述する図１２の触媒劣化診断ルーチンを実行することで、改質制御の実行中に筒内圧力センサ３５の出力に基づいてエンジン１１の燃焼状態の情報である燃焼パラメータを算出（検出）し、この燃焼パラメータを所定の劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定する劣化診断を行う。ここで、燃焼パラメータとしては、例えば、燃焼安定性指標ＣＯＶ（例えば図示平均有効圧力の変動率）、着火遅れ期間、主燃焼期間、燃焼重心、筒内圧力最大値等のうちの一つを算出する。
【００６０】
図１１に示すように、燃料改質触媒２８が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒２８による燃料の改質度合が低下して、エンジン１１の燃焼状態が変化して燃焼パラメータが変化するため、改質制御の実行中に検出した燃焼パラメータを劣化判定閾値と比較すれば、燃料改質触媒２８の劣化の有無を精度良く判定することができる。
【００６１】
以下、本実施例２でＥＣＵ３４が実行する図１２の触媒劣化診断ルーチンの処理内容を説明する。
【００６２】
図１２に示す触媒劣化診断ルーチンは、ＥＣＵ３４の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、改質運転モードであるか否かを判定し、改質運転モードであると判定された場合には、ステップ２０２に進み、ＥＧＲ弁２５を開弁した後、ステップ２０３に進み、改質用燃料噴射弁２６で改質用の燃料を噴射して、燃料改質触媒２８でＥＧＲガス中の燃料を改質する改質制御を実行する。
【００６３】
この後、ステップ２０４に進み、筒内圧力センサ３５の出力に基づいて燃焼パラメータ（例えば、燃焼安定性指標ＣＯＶ、着火遅れ期間、主燃焼期間、燃焼重心、筒内圧力最大値等のうちの一つ）を算出する。このステップ２０４の処理が特許請求の範囲でいう燃焼状態情報検出手段としての役割を果たす。
【００６４】
この後、ステップ２０５に進み、改質用燃料の噴射量とＥＧＲガス流量に応じた劣化判定閾値をマップ等により算出する。更に、改質制御の開始前に検出した燃焼パラメータに応じて劣化判定閾値を補正するようにしても良い。
【００６５】
この後、ステップ２０６に進み、燃焼パラメータを劣化判定閾値と比較して、燃焼パラメータが正常範囲内であるか否かを判定する。この際、燃焼パラメータとして、燃焼安定性指標ＣＯＶ、着火遅れ期間、主燃焼期間を用いる場合には、燃焼パラメータ（燃焼安定性指標ＣＯＶ、着火遅れ期間、主燃焼期間）が劣化判定閾値以下であるか否かによって、燃焼パラメータが正常範囲内であるか否かを判定する。一方、燃焼パラメータとして、燃焼重心、筒内圧力最大値を用いる場合には、燃焼パラメータ（燃焼重心、筒内圧力最大値）が劣化判定閾値以上であるか否かによって、燃焼パラメータが正常範囲内であるか否かを判定する。
【００６６】
このステップ２０６で、燃焼パラメータが正常範囲内であると判定された場合には、ステップ２０７に進み、燃料改質触媒２８の劣化無し（正常）と判定して、本ルーチンを終了する。
【００６７】
これに対して、上記ステップ２０６で、燃焼パラメータが正常範囲内ではないと判定された場合には、ステップ２０８に進み、燃料改質触媒２８の劣化有り（異常）と判定して、ステップ２０９に進み、フェールセーフ処理（ＥＧＲガス流量を減量すると共に改質用燃料の噴射を停止して燃料の改質を禁止する処理）を実行する。
【００６８】
図１３を用いて本実施例２の触媒劣化診断の実行例を説明する。
図１３に示すように、通常運転モードから改質運転モードに切り換えられたときに、ＥＧＲ弁２５を開弁して排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ還流させながら、改質用燃料噴射弁２６でＥＧＲガス中に改質用の燃料を噴射して、燃料改質触媒２８でＥＧＲガス中の燃料を燃焼性の高い状態に改質する改質制御を実行する。
【００６９】
本実施例２では、この改質制御の実行中に筒内圧力センサ３５の出力に基づいてエンジン１１の燃焼状態の情報である燃焼パラメータを算出（検出）し、この燃焼パラメータを劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定する劣化診断を行うようにしたので、燃料改質触媒２８の劣化の有無を精度良く判定することができる。
【００７０】
また、図１３に破線で示すように、燃料改質触媒２８の劣化診断機能を備えていないシステムでは、燃料改質触媒２８の劣化が発生しても、それを検出できず、燃料改質触媒２８の劣化発生時にフェールセーフ処理を実施できないため、エンジン１１の燃焼状態が悪化してトルク変動が発生してドライバビリティが悪化する可能性がある。
【００７１】
これに対して、本実施例２では、改質制御の実行中に検出した燃焼パラメータを劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定し、燃料改質触媒２８の劣化有りと判定された場合には、フェールセーフ処理（ＥＧＲガス流量を減量すると共に改質用燃料の噴射を停止して燃料の改質を禁止する処理）を実行するようにしたので、エンジン１１の燃焼状態の悪化を抑制してトルク変動の発生を抑制することができ、ドライバビリティの悪化を防止することができる。
【００７２】
尚、上記実施例２では、改質制御の実行中に検出した燃焼パラメータを劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定するようにしたが、劣化診断方法は、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、改質制御の開始前に検出した燃焼パラメータと改質制御の開始後に検出した燃焼パラメータとの差又は比を劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定するようにしても良い。
【００７３】
燃料改質触媒２８が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒２８による燃料の改質度合が低下して、改質制御の開始前の燃焼状態と改質制御の開始後の燃焼状態との関係が正常時とは異なってくるため、改質制御の開始前に検出した燃焼パラメータと改質制御の開始後に検出した燃焼パラメータとを用いれば、燃料改質触媒２８の劣化の有無を精度良く判定することができる。
【００７４】
また、上記実施例２では、燃焼パラメータ（燃焼状態の情報）として、燃焼安定性指標ＣＯＶ、着火遅れ期間、主燃焼期間、燃焼重心、筒内圧力最大値等を検出するようにしたが、これに限定されず、燃焼パラメータ（燃焼状態の情報）として、例えば、ＥＧＲ限界、燃焼速度、エンジン回転変動、トルク変動等を検出するようにしても良い。
【００７５】
また、上記実施例２では、燃焼状態を検出するセンサとして、筒内圧力センサ３５を用いるようにしたが、これに限定されず、例えば、点火プラグ１８に流れるイオン電流を検出するセンサを点火プラグ１８と一体又は別体で設けるようにしても良い。
【実施例３】
【００７６】
次に、図１４乃至図１７を用いて本発明の実施例３を説明する。但し、前記実施例１，２と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１，２と異なる部分について説明する。
【００７７】
本実施例３では、図１４に示すように、ＥＧＲ配管２４のうちの燃料改質触媒２８の出口側に、燃料の改質度合を検出する改質度合センサ３６（改質度合検出手段）が設けられている。この改質度合センサ３６は、例えば、燃料の改質度合として水素濃度を検出する水素センサを用いる。尚、温度センサ３０，３１を省略した構成としても良い。
【００７８】
また、本実施例３では、ＥＣＵ３４により後述する図１６の触媒劣化診断ルーチンを実行することで、改質制御の実行中に改質度合センサ３６で検出した燃料の改質度合（例えば水素濃度）を所定の劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定する劣化診断を行う。
【００７９】
図１５に示すように、燃料改質触媒２８が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒２８による燃料の改質度合が低下するため、改質制御の実行中に検出した改質度合を劣化判定閾値と比較すれば、燃料改質触媒２８の劣化の有無を精度良く判定することができる。
【００８０】
以下、本実施例３でＥＣＵ３４が実行する図１６の触媒劣化診断ルーチンの処理内容を説明する。
【００８１】
図１６に示す触媒劣化診断ルーチンは、ＥＣＵ３４の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、改質運転モードであるか否かを判定し、改質運転モードであると判定された場合には、ステップ３０２に進み、ＥＧＲ弁２５を開弁した後、ステップ３０３に進み、改質用燃料噴射弁２６で改質用の燃料を噴射して、燃料改質触媒２８でＥＧＲガス中の燃料を改質する改質制御を実行する。
【００８２】
この後、ステップ３０４に進み、改質度合センサ３６で検出した燃料の改質度合（例えば水素濃度）を読み込んだ後、ステップ３０５に進み、改質用燃料の噴射量とＥＧＲガス流量に応じた劣化判定閾値をマップ等により算出する。更に、改質制御の開始前に検出した改質度合に応じて劣化判定閾値を補正するようにしても良い。
【００８３】
この後、ステップ３０６に進み、改質度合が劣化判定閾値以上であるか否かを判定する。このステップ３０６で、改質度合が劣化判定閾値以上であると判定された場合には、ステップ３０７に進み、燃料改質触媒２８の劣化無し（正常）と判定して、本ルーチンを終了する。
【００８４】
これに対して、上記ステップ３０６で、改質度合が劣化判定閾値よりも小さいと判定された場合には、ステップ３０８に進み、燃料改質触媒２８の劣化有り（異常）と判定して、ステップ３０９に進み、フェールセーフ処理（ＥＧＲガス流量を減量すると共に改質用燃料の噴射を停止して燃料の改質を禁止する処理）を実行する。
【００８５】
図１７を用いて本実施例３の触媒劣化診断の実行例を説明する。
図１７に示すように、通常運転モードから改質運転モードに切り換えられたときに、ＥＧＲ弁２５を開弁して排出ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側へ還流させながら、改質用燃料噴射弁２６でＥＧＲガス中に改質用の燃料を噴射して、燃料改質触媒２８でＥＧＲガス中の燃料を燃焼性の高い状態に改質する改質制御を実行する。
【００８６】
本実施例３では、この改質制御の実行中に改質度合センサ３６で燃料の改質度合（例えば水素濃度）検出し、この改質度合を劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定する劣化診断を行うようにしたので、燃料改質触媒２８の劣化の有無を精度良く判定することができる。
【００８７】
また、図１７に破線で示すように、燃料改質触媒２８の劣化診断機能を備えていないシステムでは、燃料改質触媒２８の劣化が発生しても、それを検出できず、燃料改質触媒２８の劣化発生時にフェールセーフ処理を実施できないため、エンジン１１の燃焼状態が悪化してトルク変動が発生してドライバビリティが悪化する可能性がある。
【００８８】
これに対して、本実施例３では、改質制御の実行中に検出した改質度合を劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定し、燃料改質触媒２８の劣化有りと判定された場合には、フェールセーフ処理（ＥＧＲガス流量を減量すると共に改質用燃料の噴射を停止して燃料の改質を禁止する処理）を実行するようにしたので、エンジン１１の燃焼状態の悪化を抑制してトルク変動の発生を抑制することができ、ドライバビリティの悪化を防止することができる。
【００８９】
尚、上記実施例３では、改質制御の実行中に検出した改質度合を劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定するようにしたが、劣化診断方法は、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、改質制御の開始前に検出した改質度合と改質制御の開始後に検出した改質度合との差又は比を劣化判定閾値と比較して燃料改質触媒２８の劣化の有無を判定するようにしても良い。
【００９０】
燃料改質触媒２８が劣化すると、正常時（劣化無し時）と比べて、燃料改質触媒２８による燃料の改質度合が低下して、改質制御の開始前の燃料の改質度合と改質制御の開始後の燃料の改質度合との関係が正常時とは異なってくるため、改質制御の開始前に検出した改質度合と改質制御の開始後に検出した改質度合とを用いれば、燃料改質触媒２８の劣化の有無を精度良く判定することができる。
【００９１】
また、上記各実施例１〜３では、ＥＧＲ配管に改質用燃料噴射弁と燃料改質触媒を配置したシステムに本発明を適用したが、これに限定されず、例えば、吸気管に吸入空気を過給する過給機を設けると共に、吸気管のうちの過給機の下流側に改質用燃料噴射弁と燃料改質触媒を配置したシステムに本発明を適用しても良い。
【００９２】
その他、本発明は、吸気ポート噴射式エンジンに限定されず、筒内噴射式エンジンや、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。
【符号の説明】
【００９３】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１４…スロットルバルブ、１７…燃料噴射弁、１８…点火プラグ、１９…排気管、２３…ＥＧＲ装置、２４…ＥＧＲ配管、２５…ＥＧＲ弁、２６…改質用燃料噴射弁（改質用燃料噴射手段）、２７…燃料噴射装置、２８…燃料改質触媒、２９…燃料改質器、３０…入口側温度センサ（入口側温度検出手段）、３１…出口側温度センサ（出口側温度検出手段）、３４…ＥＣＵ（触媒劣化診断手段，燃焼状態情報検出手段）、３５…筒内圧力センサ、３６…改質度合センサ（改質度合検出手段）
【図１】
2012241608.tif 000003
【図２】
2012241608.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2012241608.tif 000007
【図６】
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【図７】
2012241608.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2012241608.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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