(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外気を燃焼室に導入する吸気通路と、該吸気通路または前記燃焼室にアルコールとガソリンとを単独でまたは混合した燃料を供給する第１燃料供給手段と、前記燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する排気通路と、該排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、該排気ガス分流通路に前記燃料を供給する第２燃料供給手段と、前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスに前記第２燃料供給手段から前記燃料が供給された混合ガスを改質触媒により改質ガスを生成する改質器と、該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、前記第１燃料供給手段と前記第２燃料供給手段とに前記燃料を供給する燃料供給管に前記燃料のガソリンとアルコールとの混合割合を検知する燃料性状検知手段と、
前記改質ガス導入通路に前記改質ガスの燃料組成を判定する燃料組成判定手段とを備え、
該燃料性状検知手段により検出された燃料のガソリンとアルコールとの混合割合に応じて前記改質触媒の劣化を判定し、
前記改質触媒により生成した前記改質ガス中のＨ2若しくはＣＯの量が、予め算出された前記改質触媒により生成される前記改質ガス中のＨ2若しくはＣＯの所定値以下の場合には、前記改質触媒が劣化していると判定し、
前記改質ガス中のＨ2若しくはＣＯの量が前記所定値以下の場合、前記燃料組成判定手段により検出されるＨ2濃度若しくはＣＯ濃度の量から算出される前記改質触媒の劣化速度が、予め求められる所定時間での前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、
前記改質触媒が一定以上の硫黄を含有していると判断され、前記改質触媒が劣化していると判定することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１において、
前記改質触媒の劣化速度と予め所定時間で求められる前記改質触媒の劣化速度の基準値における基準速度との比から前記改質触媒の劣化具合を判定し、硫黄含有量を決定することを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
外気を燃焼室に導入する吸気通路と、該吸気通路または前記燃焼室にアルコールとガソリンとを単独でまたは混合した燃料を供給する第１燃料供給手段と、前記燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する排気通路と、該排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、該排気ガス分流通路に前記燃料を供給する第２燃料供給手段と、前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスに前記第２燃料供給手段から前記燃料が供給された混合ガスを改質触媒により改質ガスを生成する改質器と、該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、前記第１燃料供給手段と前記第２燃料供給手段とに前記燃料を供給する燃料供給管に前記燃料のガソリンとアルコールとの混合割合を検知する燃料性状検知手段と、
前記改質ガス導入通路に前記改質ガスの燃料組成を判定する燃料組成判定手段とを備え、
該燃料性状検知手段により検出された燃料のガソリンとアルコールとの混合割合に応じて前記改質触媒の劣化を判定し、
エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、
前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以下の場合には、前記改質触媒がＨＣ被毒していると判定してＨＣ被毒の回復処理を行なうことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項３において、
エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、
前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、
前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記生成基準値から前記改質触媒が通常の状態で生成される最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以上の場合には、燃料の噴射量を増量し、前記最大生成濃度の増加がある場合には、前記改質触媒が硫黄被毒していると判定して硫黄被毒の回復処理を行なうことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項３又は４において、
エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、
前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、
前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以下であり、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合、
または、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以上で、燃料の噴射量を増加した後、前記最大生成濃度が増加せず、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合には、前記改質触媒がシンタリングしていると判定して前記改質触媒への燃料噴射量を変更することを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
外気を燃焼室に導入する吸気通路と、該吸気通路または前記燃焼室にアルコールとガソリンとを単独でまたは混合した燃料を供給する第１燃料供給手段と、前記燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する排気通路と、該排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、該排気ガス分流通路に前記燃料を供給する第２燃料供給手段と、前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスに前記第２燃料供給手段から前記燃料が供給された混合ガスを改質触媒により改質ガスを生成する改質器と、該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、前記第１燃料供給手段と前記第２燃料供給手段とに前記燃料を供給する燃料供給管に前記燃料のガソリンとアルコールとの混合割合を検知する燃料性状検知手段と、
前記改質ガス導入通路に前記改質ガスの燃料組成を判定する燃料組成判定手段とを備え、
該燃料性状検知手段により検出された燃料のガソリンとアルコールとの混合割合に応じて前記改質触媒の劣化を判定し、
エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、
前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、
前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記生成基準値から前記改質触媒が通常の状態で生成される最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以上の場合には、燃料の噴射量を増量し、前記最大生成濃度の増加がある場合には、前記改質触媒が硫黄被毒していると判定して硫黄被毒の回復処理を行なうことを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項６において、
エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、
前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、
前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以下であり、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合、
または、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以上で、燃料の噴射量を増加した後、前記最大生成濃度が増加せず、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合には、前記改質触媒がシンタリングしていると判定して前記改質触媒への燃料噴射量を変更することを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
外気を燃焼室に導入する吸気通路と、該吸気通路または前記燃焼室にアルコールとガソリンとを単独でまたは混合した燃料を供給する第１燃料供給手段と、前記燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する排気通路と、該排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、該排気ガス分流通路に前記燃料を供給する第２燃料供給手段と、前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスに前記第２燃料供給手段から前記燃料が供給された混合ガスを改質触媒により改質ガスを生成する改質器と、該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、前記第１燃料供給手段と前記第２燃料供給手段とに前記燃料を供給する燃料供給管に前記燃料のガソリンとアルコールとの混合割合を検知する燃料性状検知手段と、
前記改質ガス導入通路に前記改質ガスの燃料組成を判定する燃料組成判定手段とを備え、
該燃料性状検知手段により検出された燃料のガソリンとアルコールとの混合割合に応じて前記改質触媒の劣化を判定し、
エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、
前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、
前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以下であり、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合、
または、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以上で、燃料の噴射量を増加した後、前記最大生成濃度が増加せず、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合には、前記改質触媒がシンタリングしていると判定して前記改質触媒への燃料噴射量を変更することを特徴とする内燃機関。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一つにおいて、
前記燃料組成判定手段が、ＣＯセンサ、水素センサの何れか一方又は両方であることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料改質器を搭載した内燃機関に関し、特に、排気ガスの一部の還流ガスに燃料を供給した後に熱で改質して改質ガスを生成し、この改質ガスを吸気通路に供給するようにした内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気ガスの一部を取り出し、これを吸気通路に還流ガスとして供給し、この還流ガスを吸気に混合させることで燃焼時の最高温度を下げ、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX）を低減する排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムがある。また、このＥＧＲシステムを改良したシステムとして、近年、還流ガスに燃料の一部を加え、排気ガスに燃料が混合された混合ガスを排気ガスの熱を利用して加熱すると共に改質触媒を通すことで、この混合ガスに吸熱改質反応を行わせ、混合ガスから水素（Ｈ2）や一酸化炭素（ＣＯ）を含む改質ガス（リフォーマガス）を生成し、このリフォーマガスを吸気通路に供給することにより、効率の良い排気熱の回収、燃費の向上を図ったものが提案されている。
【０００３】
このような従来の内燃機関の排気リフォーマシステムでは、吸気ポートに燃料噴射弁が設けられると共に、排気管から分岐した還流管に別の燃料噴射弁と改質触媒とリフォームガス制御弁が設けられている。そして、従来の内燃機関の排気リフォーマシステムでは、還流管に燃料を噴射し、排気ガスに燃料が混合された混合ガスを改質触媒で吸熱改質反応により改質ガスを生成し、この生成した改質ガスを燃焼室に導入している。
【０００４】
このように、従来の内燃機関の排気リフォーマシステムでは、通常時は、リフォームガス制御弁を閉止し、吸気ポートに燃料を噴射して混合気を燃焼室に導入する一方、改質時は、リフォームガス制御弁を開放し、還流管に燃料を噴射して改質触媒で生成したリフォーマガスを燃焼室に導入し、燃焼させるようにしている。
【０００５】
ところで、近年、燃料として、ガソリンだけでなく、このガソリンにアルコールを混合した燃料を使用可能とした多様燃料車（ＦＦＶ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｆｕｅｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）が利用されている（特許文献１、２）。
【０００６】
このＦＦＶでは、低速低負荷領域においてアルコールとガソリンとの混合燃料からアルコールを分離して改質した燃料を吸気に供給するようにしている。
【０００７】
【特許文献１】特公平３−４３４５８号公報
【特許文献２】特開２００３−２９３８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、ＦＦＶの場合では、アルコールとガソリンとの混合燃料の混合割合、または硫黄の含有量が違う燃料を供給したり、混合されることが考えられ、燃料性状センサ等により燃料の混合割合等の検知を行うことができても硫黄含有量等の判別はできないため、燃料性状により改質触媒の劣化速度が変化し、改質触媒の回復を行う際、硫黄含有量に応じた改質触媒の適正な制御ができない、という問題がある。
【０００９】
また、改質触媒の劣化要因として、炭化水素（ＨＣ）被毒、コーキング、硫黄被毒、シンタリング等多種あり、劣化の回復方法は各々の劣化要因により異なるため、その劣化要因を判別しないと改質触媒の回復方法の選定ができない、という問題がある。
【００１０】
また、特にガソリンの混合割合が多く、かつ硫黄含有量の多い燃料では、排気ガスと燃料との混合ガスが改質器(改質触媒)に流入して改質されると、排気ガス中の炭素（Ｃ）が触媒表面を覆うコーキングが生じるため、ＨＣ被毒の回復を行う際に還流管に流れるガスの空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比（ストイキ）では、炭素の除去が遅く改質触媒の回復に時間がかかるか、回復がうまく行われない、という問題がある。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、改質触媒の劣化の有無を判定し、早期に改質触媒の劣化を判断すると共に、その劣化要因を判別し、その劣化要因に応じた回復方法の選定を行い、改質触媒の最適な改質及び劣化回復を行うことを可能とする内燃機関を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、外気を燃焼室に導入する吸気通路と、該吸気通路または前記燃焼室にアルコールとガソリンとを単独でまたは混合した燃料を供給する第１燃料供給手段と、前記燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する排気通路と、該排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、該排気ガス分流通路に前記燃料を供給する第２燃料供給手段と、前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスに前記第２燃料供給手段から前記燃料が供給された混合ガスを改質触媒により改質ガスを生成する改質器と、該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、前記第１燃料供給手段と前記第２燃料供給手段とに前記燃料を供給する燃料供給管に前記燃料のガソリンとアルコールとの混合割合を検知する燃料性状検知手段と、前記改質ガス導入通路に前記改質ガスの燃料組成を判定する燃料組成判定手段とを備え、該燃料性状検知手段により検出された燃料のガソリンとアルコールとの混合割合に応じて前記改質触媒の劣化を判定し、前記改質触媒により生成した前記改質ガス中のＨ2若しくはＣＯの量が、予め算出された前記改質触媒により生成される前記改質ガス中のＨ2若しくはＣＯの所定値以下の場合には、前記改質触媒が劣化していると判定し、前記改質ガス中のＨ2若しくはＣＯの量が前記所定値以下の場合、前記燃料組成判定手段により検出されるＨ2濃度若しくはＣＯ濃度の量から算出される前記改質触媒の劣化速度が、予め求められる所定時間での前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、前記改質触媒が一定以上の硫黄を含有していると判断され、前記改質触媒が劣化していると判定することを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る内燃機関においては、前記改質触媒の劣化速度と予め所定時間で求められる前記改質触媒の劣化速度の基準値における基準速度との比から前記改質触媒の劣化具合を判定し、硫黄含有量を決定することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る内燃機関は、外気を燃焼室に導入する吸気通路と、該吸気通路または前記燃焼室にアルコールとガソリンとを単独でまたは混合した燃料を供給する第１燃料供給手段と、前記燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する排気通路と、該排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、該排気ガス分流通路に前記燃料を供給する第２燃料供給手段と、前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスに前記第２燃料供給手段から前記燃料が供給された混合ガスを改質触媒により改質ガスを生成する改質器と、該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、前記第１燃料供給手段と前記第２燃料供給手段とに前記燃料を供給する燃料供給管に前記燃料のガソリンとアルコールとの混合割合を検知する燃料性状検知手段と、前記改質ガス導入通路に前記改質ガスの燃料組成を判定する燃料組成判定手段とを備え、該燃料性状検知手段により検出された燃料のガソリンとアルコールとの混合割合に応じて前記改質触媒の劣化を判定し、エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以下の場合には、前記改質触媒がＨＣ被毒していると判定してＨＣ被毒の回復処理を行なうことを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る内燃機関においては、エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記生成基準値から前記改質触媒が通常の状態で生成される最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以上の場合には、燃料の噴射量を増量し、前記最大生成濃度の増加がある場合には、前記改質触媒が硫黄被毒していると判定して硫黄被毒の回復処理を行なうことを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る内燃機関においては、エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以下であり、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合、または、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以上で、燃料の噴射量を増加した後、前記最大生成濃度が増加せず、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合には、前記改質触媒がシンタリングしていると判定して前記改質触媒への燃料噴射量を変更することを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る内燃機関は、外気を燃焼室に導入する吸気通路と、該吸気通路または前記燃焼室にアルコールとガソリンとを単独でまたは混合した燃料を供給する第１燃料供給手段と、前記燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する排気通路と、該排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、該排気ガス分流通路に前記燃料を供給する第２燃料供給手段と、前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスに前記第２燃料供給手段から前記燃料が供給された混合ガスを改質触媒により改質ガスを生成する改質器と、該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、前記第１燃料供給手段と前記第２燃料供給手段とに前記燃料を供給する燃料供給管に前記燃料のガソリンとアルコールとの混合割合を検知する燃料性状検知手段と、前記改質ガス導入通路に前記改質ガスの燃料組成を判定する燃料組成判定手段とを備え、該燃料性状検知手段により検出された燃料のガソリンとアルコールとの混合割合に応じて前記改質触媒の劣化を判定し、エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記生成基準値から前記改質触媒が通常の状態で生成される最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以上の場合には、燃料の噴射量を増量し、前記最大生成濃度の増加がある場合には、前記改質触媒が硫黄被毒していると判定して硫黄被毒の回復処理を行なうことを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る内燃機関においては、エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以下であり、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合、または、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以上で、燃料の噴射量を増加した後、前記最大生成濃度が増加せず、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合には、前記改質触媒がシンタリングしていると判定して前記改質触媒への燃料噴射量を変更することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る内燃機関は、外気を燃焼室に導入する吸気通路と、該吸気通路または前記燃焼室にアルコールとガソリンとを単独でまたは混合した燃料を供給する第１燃料供給手段と、前記燃焼室から排出された排気ガスを外部に排出する排気通路と、該排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、該排気ガス分流通路に前記燃料を供給する第２燃料供給手段と、前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスに前記第２燃料供給手段から前記燃料が供給された混合ガスを改質触媒により改質ガスを生成する改質器と、該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、前記第１燃料供給手段と前記第２燃料供給手段とに前記燃料を供給する燃料供給管に前記燃料のガソリンとアルコールとの混合割合を検知する燃料性状検知手段と、前記改質ガス導入通路に前記改質ガスの燃料組成を判定する燃料組成判定手段とを備え、該燃料性状検知手段により検出された燃料のガソリンとアルコールとの混合割合に応じて前記改質触媒の劣化を判定し、エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以下であり、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合、または、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以上で、燃料の噴射量を増加した後、前記最大生成濃度が増加せず、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合には、前記改質触媒がシンタリングしていると判定して前記改質触媒への燃料噴射量を変更することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る内燃機関においては、前記燃料組成判定手段が、ＣＯセンサ、水素センサの何れか一方又は両方であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の内燃機関によれば、吸気通路または燃焼室にアルコールとガソリンとを単独でまたは混合した燃料を供給する第１燃料供給手段と、排気通路を流れる排気ガスの一部を分流する排気ガス分流通路と、該排気ガス分流通路に前記燃料を供給する第２燃料供給手段と、前記排気ガス分流通路を流れる排気ガスに前記第２燃料供給手段から前記燃料が供給された混合ガスを改質触媒により改質ガスを生成する改質器と、該改質器で生成された改質ガスを前記吸気通路に導入する改質ガス導入通路と、前記第１燃料供給手段と前記第２燃料供給手段とに前記燃料を供給する燃料供給管に前記燃料のガソリンとアルコールとの混合割合を検知する燃料性状検知手段とを備えているため、該燃料性状検知手段により検出された燃料のガソリンとアルコールとの混合割合に応じて前記改質触媒の劣化を判定することができる。
【００２２】
また、改質ガス導入通路に改質ガスの燃料組成を判定する燃料組成判定手段を備えることで、改質ガスの燃料組成を判定することができる。
【００２３】
また、前記燃料組成判定手段として、ＣＯセンサ、水素センサの何れか一方又は両方を用いることで、改質ガスの濃度を測定することができる。
【００２４】
また、前記改質触媒により生成した前記改質ガス中のＨ2、若しくはＣＯの量が、予め算出された前記改質触媒により生成される前記改質ガス中のＨ2若しくはＣＯの所定値以下の場合には、前記改質触媒が劣化していると判定するため、早期に改質触媒の劣化を判断することができると共に、改質効率を早期に向上させることができる。
【００２５】
また、前記改質ガス中のＨ2若しくはＣＯの量が前記所定値以下の場合、前記燃料組成判定手段により検出されるＨ2濃度若しくはＣＯ濃度の量から算出される前記改質触媒の劣化速度が、予め求められる所定時間での前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、前記改質触媒が一定以上の硫黄を含有していると判断し、前記改質触媒が劣化していると判定することができるため、早期に改質触媒の劣化を判断することができると共に、改質効率を早期に向上させることができる。
【００２６】
また、前記改質触媒の劣化速度と予め所定時間で求められる前記改質触媒の劣化速度の基準値における基準速度との比から前記改質触媒の劣化具合を判定し、硫黄含有量を決定することができるため、硫黄含有量に応じた燃料の噴射量、回復量を決定することができる。
【００２７】
また、エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以下の場合には、前記改質触媒がＨＣ被毒していると判定してＨＣ被毒の回復処理を行なうことができるため、ＨＣ被毒に応じた回復処理を実施することにより早期に改質触媒の改質性能を回復することができる。
【００２８】
また、エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記生成基準値から前記改質触媒が通常の状態で生成される最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以上の場合には、燃料の噴射量を増量し、前記最大生成濃度の増加がある場合には、前記改質触媒が硫黄被毒していると判定して硫黄被毒の回復処理を行なうことができるため、硫黄被毒に応じた回復処理を実施することにより早期に改質触媒の改質性能を回復することができる。
【００２９】
また、エンジン条件、燃料条件から前記改質触媒によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、前記燃料組成判定手段により、前記改質触媒の劣化速度が前記改質触媒の劣化速度の基準値以上であり、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以下であり、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合、または、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、前記最大生成濃度の基準値に対する第一の割合以上で、燃料の噴射量を増加した後、前記最大生成濃度が増加せず、前記最大生成濃度の基準値に対して更に低く設定した第二の割合以上の場合には、前記改質触媒がシンタリングしていると判定して前記改質触媒への燃料噴射量を変更することができるため、エンジン条件変更処理を実施することにより一定量以上の改質性能を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００３１】
図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関を表す概略構成図、図２は、図１に示す構成を簡略に示す図である。
【００３２】
本実施例の内燃機関は、燃料として、ガソリンだけでなく、このガソリンにエタノールを混合した燃料を使用可能とした多様燃料を使用可能な内燃機関であって、多様燃料車（ＦＦＶ）に適用されるものである。
図１、２に示すように、本実施例の内燃機関において、この内燃機関としてのエンジン１１はポート噴射式の４気筒型であって、シリンダブロック上にシリンダヘッドが締結されており、複数のシリンダボアにピストンがそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロックの下部にクランクケースが締結され、このクランクケース内にクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストンはコネクティングロッドを介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。
尚、エンジン１１は４気筒エンジンに限定されるものではなく、他の気筒エンジンに用いるようにしてもよい。
【００３３】
シリンダブロックとシリンダヘッドとピストンにより４つの気筒に対応して燃焼室１２がそれぞれ構成されており、この各燃焼室１２は、上部に吸気ポート１３及び排気ポート１４が対向してそれぞれ形成されており、この各吸気ポート１３及び排気ポート１４は、図示しない吸気弁及び排気弁によって開閉可能となっている。
【００３４】
そして、吸気管（吸気通路）１５の下流端部がインテークマニホールド１６を介して各吸気ポート１３に連結されており、この吸気管１５の上流端部にはエアクリーナ１７が取付けられている。そして、このエアクリーナ１７の下流側にスロットル弁１８を有する電子スロットル装置１９が設けられている。また、インテークマニホールド１６には、各燃焼室１２に対応した吸気ポート１３に燃料を供給可能な第１インジェクタ（第１燃料供給手段）２０が装着されている。この第１インジェクタ２０は、デリバリパイプ２１に連結され、デリバリパイプ２１には、燃料供給管２２により燃料タンク２３内の燃料ポンプ２４に連結されている。なお、図示しないが、各燃焼室１２には、混合気に着火する点火プラグが装着されている。
【００３５】
一方、各排気ポート１４には、エキゾーストマニホールド２５を介して排気管（排気通路）２６が連結されており、この排気管２６には、改質器２７と三元触媒２８ａが充填されている三元触媒装置２８とマフラー２９が装着されている。この改質器２７は、後述するように、熱交換構造になっており、三元触媒３０が充填されているガス浄化部２７ａと、その回りに改質触媒３１が充填されている改質室２７ｂとからなり、排気ガスの一部に燃料を供給した後、排気熱を利用して改質触媒３１により混合ガスを改質して改質ガスを生成するものである。また、三元触媒２８ａ、３０は、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、ＮＯXの有害物質を同時に浄化処理することができるものであり、空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍にあるときに、排気ガス中の有害物質を浄化することができる。また、三元触媒２８ａ、３０により浄化された排気ガスはマフラー２９を介して大気中に排出される。
【００３６】
ここで、改質器２７について詳細に説明する。この改質器２７は、熱交換構造になっており、排気管２６と連結される改質器２７のガス浄化部２７ａには三元触媒３０が充填され、ガス浄化部２７ａの回りには改質室２７ｂが設けられ、この改質室２７ｂには改質触媒３１が充填されている。改質触媒３１としては、例えば、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、白金（Ｐｔ）等が用いられる。
【００３７】
排気管２６における改質器２７の上流側に、排気ガス分流管（排気ガス分流通路）３２が分岐して設けられ、この排気ガス分流管３２の下流側端部が改質器２７における改質室２７ｂの一端部に連結されている。そして、この排気ガス分流管３２には、排気管２６から排気ガス分流管３２に分流された排気ガスの一部に対して燃料を噴射する第２インジェクタ（第２燃料供給手段）３３が設けられている。この第２インジェクタ３３は、第１インジェクタ２０と同様に、燃料供給管２２により燃料タンク２３内の燃料ポンプ２４に連結されている。
【００３８】
また、改質器２７における改質室２７ｂの他端部には、この改質器２７で生成された改質ガスを吸気管１５に導入する改質ガス導入管（改質ガス導入通路）３４の一端部が接続されており、この改質ガス導入管３４の他端部は、吸気管１５における電子スロットル装置１９の下流側に連結されている。そして、この改質ガス導入管３４には、吸気管１５に導入する改質ガス量を制御する流量調整弁３５と、この流量調整弁３５を動作させるアクチュエータ３５ａとが設けられている。
【００３９】
また、改質ガス導入通路３４に冷却装置３６を設け、改質器２７から排出された改質ガスや排気ガスを冷却させている。改質器２７から排出された改質ガスや改質反応が行われなかった排気ガスは高温状態にあり、これらがそのまま吸気通路１５へ導入されると、外部から吸入した空気が温められて燃焼室１２内の各気筒への充填効率が悪化する。そこで、冷却装置３６により、改質器２７から排出された改質ガスを冷却させることで、燃焼室１２内の各気筒への改質ガスや排気ガスの充填効率の悪化を抑えることができる。
【００４０】
なお、本実施例のエンジン１１では、第１インジェクタ２０により吸気ポート１３を流れる吸気に対して燃料噴射したり、第２インジェクタ３３により排気ガス分流管３２を流れる排気ガスに対して燃料を噴射するものであり、第１インジェクタ２０による燃料噴射を吸気燃料噴射、第２インジェクタ３３による燃料噴射を排気燃料噴射と称して区別する。
【００４１】
従って、流量調整弁３５が開放された状態では、排気管２６を流れる排気ガスの一部が排気ガス分流管３２に分流され、この排気ガスに対して、第２インジェクタ３３が燃料噴射（排気燃料噴射）を行う。燃料と排気ガスとが混合した混合ガスは、改質器２７の改質室２７ｂに流れ、排気管２６から改質器２７のガス浄化部２７ａを流れる排気ガスの熱により加熱される。この結果、この混合ガスは蒸発が促進されて気化すると共に、この気化した混合ガスが吸熱反応を起こして改質され、水素（Ｈ2）や一酸化炭素（ＣＯ）などを含む改質ガスが生成される。
【００４２】
例えば、排気ガスが「７．６ＣＯ2＋６．８Ｈ2Ｏ＋４０．８Ｎ2」で、そのガソリン燃料が「Ｃ7.6Ｈ13.6」である場合の吸熱反応は、
１．５６（７．６ＣＯ2＋６．８Ｈ2Ｏ＋４０．８Ｎ2）＋３（Ｃ7.6Ｈ13.6）＋９８４．８ｋｃａｌ→３１Ｈ2＋３４．７ＣＯ＋６３．６Ｎ2
で表される。即ち、このときの吸熱反応によれば、３モルのガソリン燃料から３１モルの水素（Ｈ2）ガスと３４．７モルの一酸化炭素（ＣＯ）ガスが生成される。
【００４３】
改質器２７で生成された改質ガスは、改質室２７ｂから改質ガス導入管３４に流れ、流量調整弁３５の開度によりその供給量が調整され、吸気管１５を流れる吸気に対して供給される。そして、吸気と改質ガスとが混合した混合ガスがインテークマニホールド１６から吸気ポート１３を通って燃焼室１２に導入され、点火プラグにより着火して爆発し、排気弁の開放時に、排気ガスが排気ポート１４から排気管２６に排出される。この場合、改質ガスが水素を含んでいるため、燃焼室１２での燃焼効率が良く、燃費を向上することができると共に、ＮＯXの発生を抑制して排気浄化効率を向上することができる。
【００４４】
また、各インジェクタ２０には、燃料タンク２３に貯留された燃料が燃料供給管２２と、燃料供給管２２に接続されているデリバリパイプ２１とを介して供給される。エンジン１１は、燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能に構成されているので、燃料タンク２３には、所定のアルコール濃度を有する燃料が貯留される。この燃料は、ガソリン１００％の場合や、メタノール、エタノール等のアルコールがガソリンに混合された混合燃料の場合、更にはアルコール１００％の場合もある。
【００４５】
車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）４１が搭載されており、このＥＣＵ４１は、第１インジェクタ２０、第２インジェクタ３３、点火プラグなどを駆動制御することで、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを制御可能となっている。即ち、吸気管１５の上流側にはエアフローセンサ４２が装着されており、計測した吸入空気量をＥＣＵ４１に出力している。また、電子スロットル装置１９はスロットルポジションセンサ４３を有しており、現在のスロットル開度をＥＣＵ４１に出力している。更に、クランク角センサ４４は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ４１に出力し、このＥＣＵ４１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。
【００４６】
従って、ＥＣＵ４１は、検出した吸入空気量、スロットル開度（または、アクセル開度）、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて、全体の燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。この場合、全体の燃料噴射量とは、第１インジェクタ２０及び第２インジェクタ３３が噴射する燃料噴射量の合計である。
【００４７】
また、ＥＣＵ４１は、第２インジェクタ３３や流量調整弁３５などを駆動制御することで、吸気管１５に導入する改質ガス量を制御可能となっている。即ち、改質器２７の改質室２７ｂには、床温センサ４５が設けられており、現在の改質室２７ｂの温度（床温）をＥＣＵ４１に出力している。
【００４８】
従って、ＥＣＵ４１は、検出した改質器２７の床温に基づいてこの改質器２７が活性温度にあるかどうかを判定する。また、ＥＣＵ４１は、エンジン回転数とエンジン負荷（例えば、スロットル開度）に基づいて吸気管１５に還流可能な排気ガス量の上限値を算出する。そして、ＥＣＵ４１は、改質器２７の温度が活性温度以上にあると判定したときには、吸気管１５に還流可能な排気ガス量に基づいて吸気管１５に導入可能な改質ガス量を算出し、流量調整弁３５の開度をアクチュエータ３５ａにより設定すると共に、第２インジェクタ３３による排気燃料噴射量を設定する。この場合、吸入空気量やエンジン回転数などに基づいて算出された全体の燃料噴射量から、ここで設定された第２インジェクタ３３による排気燃料噴射量を減算することで、第１インジェクタ２０が噴射する吸気燃料噴射量が設定される。
【００４９】
また、改質ガス導入通路３４に温度センサ４６を設け、改質ガス温度を検知するようにしている。また、改質ガス導入通路３４に水素（Ｈ2）センサ４７、ＣＯセンサ４８を設け、改質ガス量を検知するようにしている。
【００５０】
また、燃料供給管２２には、燃料の混合割合を検知する燃料性状センサ４９が設けられている。この燃料性状センサ４９により、燃料のガソリンとアルコールとの混合割合を検知する。
【００５１】
燃料供給管２２には、アルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ５０が設けられている。このアルコール濃度センサ５０は、燃料の誘電率に基づいてアルコール濃度を検出する静電容量式のものが用いられているが、燃料の屈折率に基づいてアルコール濃度を検出する光学式のものを使用してもよく、その検出原理には限定されない。
【００５２】
尚、本実施例では、アルコール濃度センサ７５０を燃料供給管７２に設けているが、本発明はこれに限定されるものではなく、空燃比センサ５１からの出力信号に基づいた排気空燃比の学習によりアルコール濃度を推定してもよく、この推定手段をアルコール濃度検出手段としてもよい。その場合には、上記アルコール濃度センサ５０を設けなくてもよい。
【００５３】
また、本実施例のエンジン１１は、燃料として、ガソリンだけでなく、このガソリンにエタノールを混合した燃料を使用可能であり、燃料タンク２３に補給される燃料は、それまで使用していた燃料とその性状が同じものであるとは限らない。そのため、本実施例では、燃料性状検出手段として空燃比センサ５１及びＥＣＵ４１を適用し、ＥＣＵ４１は、この空燃比センサ５１が計測した排気空燃比をフィードバックし、この排気空燃比がストイキからリーン側またはリッチ側にずれたときに燃料性状が変更されたことを判別し、変更された燃料性状に合わせて制御し、全体の燃料噴射量を補正している。
【００５４】
[運転制御方法]
つぎに、本実施例の内燃機関における運転制御方法について図３、６のフローチャートに基づいて図１、２を参照しつつ具体的に説明する。
本実施例に係る内燃機関における運転制御方法は、燃料のガソリン混合比の判定方法と、改質触媒の劣化種類の判定方法とからなる。
まず、燃料のガソリン混合比の判定方法について説明する。
[燃料のガソリン混合比の判定]
本実施例の内燃機関における燃料のガソリン混合比判定方法について図３のフローチャートに基づいて図１、２を参照しつつ具体的に説明する。
図３は、本実施例に係る内燃機関における燃料のガソリン混合比判定方法を示すフローチャートである。
図３に示すように、本実施例に係る内燃機関における燃料のガソリン混合比判定方法は、燃料性状センサ４９において読み込まれた信号から燃料のガソリン混合割合を検知し、燃料のガソリン混合割合が規定値以上の時（即ち、ガソリンの混合割合が多い場合）には、改質触媒３１の劣化速度の判定を行い、予め所定時間で求められる改質触媒３１の劣化速度が基準値以上の場合には、一定以上の硫黄が含有されていると判断し、改質触媒３１の劣化速度と基準速度の比から硫黄の含有量を決定し、燃料の噴射量、回復量を決定するものである。
【００５５】
即ち、図３に示すように、本実施例に係る内燃機関における燃料のガソリン混合比判定方法は、燃料性状センサ４９において燃料のガソリン混合割合の値を読み込む工程（ステップＳ１１）と、燃料性状センサ４９において読み込まれた燃料がガソリン、アルコール、又はこれらの混合燃料であるか否かと、燃料のガソリン混合割合が規定値以下であるか否かを判定する工程（ステップＳ１２）と、燃料のガソリン混合割合が規定値以上の時（即ち、ガソリンの混合割合が多い場合）で、劣化速度が予め求められる所定時間での改質触媒３１の劣化速度の基準値以上であるか否かを判定する工程（ステップＳ１３）と、ステップＳ１３で検出された劣化速度と改質触媒３１の劣化速度の基準値での基準速度との比から改質触媒３１の硫黄含有量を決定する工程（ステップＳ１４）と、エンジン条件、ガソリン混合割合、硫黄含有量から燃料の噴射量、回復量を決定する工程（ステップＳ１５）とからなるものである。
【００５６】
まず、図３において、ステップＳ１１では、燃料性状センサ４９において燃料のガソリン混合割合の値を読み込む。即ち、燃料はガソリン、アルコール、又はこれらの混合燃料であり、燃料性状センサ４９によりガソリンの混合割合を読み込む。そして、ステップＳ１１において燃料のガソリン混合割合を読み込んだ後、ステップＳ１２へ移行する。
【００５７】
ステップＳ１２では、燃料性状センサ４９において読み込まれた燃料がガソリン、アルコール、又はこれらの混合燃料であるか否かと、燃料のガソリン混合割合が規定値以下であるか否かを判定する。ステップＳ１２の判定の結果、燃料性状センサ４９において読み込まれた燃料のガソリン混合割合が規定値以下でないと判定された場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、即ち、燃料のガソリンの割合が多いと判定された場合には、ステップＳ１３へ移行する。
【００５８】
そして、ステップＳ１３では、燃料のガソリン混合割合が規定値以上の時（即ち、ガソリンの混合割合が多い場合）には、改質触媒３１の劣化速度が基準値以上であるか否かを判定する。
即ち、改質触媒３１により生成される改質ガスの生成低下速度が基準値以上であるか否かを判定する。
【００５９】
改質触媒３１の劣化速度は、図４に示すように、例えばＨ2センサ４７で検出された改質器２７の改質触媒３１で改質された改質ガスの水素（Ｈ2）濃度が所定時間における低下の程度を見て判断される。
即ち、改質ガスのＨ2濃度が所定時間として例えば時間Ｔ1までに低下する基準速度を基準値とすると、改質ガスのＨ2濃度が所定時間として例えば時間Ｔ1より早い時間Ｔ2、Ｔ3で基準値での改質ガスのＨ2濃度と同じ割合にまで低下する場合、改質触媒３１の硫黄含有量が多いと判断される。この時の改質触媒３１の劣化速度を基準値以上とする。
また、改質ガスのＨ2濃度が所定時間として例えば時間Ｔ1より遅い時間4で基準値での改質ガスのＨ2濃度と同じ割合にまで低下する場合、改質触媒３１の硫黄含有量は少ないと判断される。この時の改質触媒３１の劣化速度を基準値以下とする。
【００６０】
そして、ステップＳ１３の判定の結果、改質触媒３１の劣化速度が基準値以上であると判定された場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、即ち、改質触媒３１の硫黄含有量が多いと判定された場合には、ステップＳ１４へ移行する。
【００６１】
また、改質触媒３１の劣化速度が基準値以上であるか否かを判定する際に、Ｈ2センサ４７により判定する他に、ＣＯセンサ４８、エンジン条件から判定するようにしてもよい。エンジン条件としては、例えばトルクの変動、トルクの出力の有無、改質触媒３１の改質量が正常値の範囲内か否か等がある。
【００６２】
そして、ステップＳ１４では、ステップＳ１３で検出された改質触媒３１の劣化速度と予め求められる所定時間での改質触媒３１の劣化速度での基準速度の比から硫黄含有量を決定する。例えば、図５の上側図に示すように、硫黄含有量に応じて改質触媒３１の劣化具合をランクＡ、Ｂ、Ｃに分けた場合に、改質触媒３１の硫黄含有量が高いほどランクＡとし、改質触媒３１の硫黄含有量を決定する。そして、ステップＳ１４において改質触媒３１の硫黄含有量を決定した後、ステップＳ１５へ移行する。
【００６３】
そして、ステップＳ１５では、エンジン条件、燃料のガソリン混合割合、改質触媒３１の硫黄含有量から燃料の噴射量、回復量を決定する。
即ち、改質触媒３１の硫黄含有量が多いほど回復時間を長くする。具体的には、図５の下側図に示すように、改質触媒３１の硫黄含有量が高く、例えば改質触媒３１の劣化具合がランクＡ（図５中、上側図参照）の場合であるほど改質触媒３１の回復時間を長くする。また、改質触媒３１の硫黄含有量がそれほど多くなく、例えば改質触媒３１の劣化具合がランクＢ、Ｃ（図５中、上側図参照）の場合であれば改質触媒３１の回復時間を短くする。
また、この改質触媒３１の回復を行う際には、第２インジェクタ３３から燃料は噴射しないようにしている。
【００６４】
よって、本実施例に係る内燃機関においては、燃料のガソリン混合比判定方法に従い、燃料性状センサ４９において検出された燃料のガソリン混合割合を判定して規定値以上の時（即ち、ガソリンの混合割合が多い場合）には、改質触媒３１の劣化速度を判定し、その劣化速度が予め求められる所定時間での改質触媒３１の劣化速度の基準値以上であると判定された場合には、改質触媒３１が一定以上の硫黄を含有しているものと判断し、改質触媒３１の劣化速度と前記基準値での基準速度の比から改質触媒３１の硫黄含有量を決定する。
【００６５】
これにより、早期に改質触媒３１の硫黄成分による劣化を判断することができると共に、エンジン条件、燃料のガソリン混合割合、改質触媒３１の硫黄含有量から燃料の噴射量、回復量を決定することで、改質触媒３１の改質効率を早期に向上させることができる。
【００６６】
また、本実施例の内燃機関では、ＦＦＶの場合のように、ガソリンの混合割合に応じた改質触媒３１の硫黄成分による劣化を早期に発見することで、改質触媒３１の改質性能の効率の低下に伴うシステム全体としての改質効率の低下を防止することができ、燃費の低下を抑制することができる。
【００６７】
そして、図３に示すステップＳ１５において、燃料の噴射量、回復量を決定した後、図６に示すＳ２１へ移行する。
【００６８】
また、改質触媒３１の劣化の有無を確認する程度でよい場合には、ステップＳ１５で運転制御を終了する。
【００６９】
一方、図３に示すステップＳ１２において、燃料性状センサ４９において読み込まれた燃料のガソリン混合割合が規定値以下（即ち、ガソリンの混合割合が少ない場合）であると判定された場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、即ち、燃料のアルコールの割合が多いと判定された場合には、ステップＳ１５へ移行する。そして、ステップＳ１５において、燃料の噴射量、回復量を決定した後、図６に示すＳ２１へ移行し、改質触媒３１の劣化種類の判定を行う。
【００７０】
[改質触媒の劣化種類の判定]
つぎに、本実施例の内燃機関における改質触媒の劣化種類の判定について図６のフローチャートに基づいて図１、２を参照しつつ具体的に説明する。
図６は、本実施例に係る内燃機関における改質触媒の劣化種類の判定方法を示すフローチャートである。
図６に示すように、本実施例に係る内燃機関における改質触媒の劣化種類の判定方法は、エンジン条件、燃料条件等から改質触媒３１によって発生する改質ガスの生成基準値を算出し、改質触媒３１の劣化速度が予め求められる所定時間での改質触媒３１の劣化速度の基準値以上か否かを判断し、改質触媒３１のＨＣ被毒の有無を判定する。また、改質触媒３１の劣化速度が前記基準値以上であり、改質触媒３１が所定量以上に劣化しているか否かを判定し、改質触媒３１の硫黄被毒、シンタリングの有無を判定する。
これにより、改質触媒３１の劣化種類に応じた回復制御を実施することで早期に改質触媒の改質性能を回復するものである。
【００７１】
即ち、図６に示すように、本実施例に係る内燃機関における改質触媒の劣化種類の判定方法は、エンジン、ＥＧＲ量からエンジン条件、燃料条件を読み込む工程（ステップＳ２１）と、ステップＳ２１において読みこまれたエンジン条件、燃料条件から改質触媒３１によって発生する改質ガスの生成基準値の算出を行う工程（ステップＳ２２）と、改質触媒３１の劣化速度が基準値以上であるか否かを判定する工程（ステップＳ２３）と、改質触媒３１の劣化速度が基準値以上の場合に、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）以上か否かを判定する工程（ステップＳ２４）と、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）以上でない場合に、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）よりも更に低く設定した割合（Ｙ％）以上か否かを判定する工程（ステップＳ２５）と、燃料のガソリン混合割合、改質触媒３１の硫黄含有量から改質触媒３１のシンタリングを回復するために必要な燃料の噴射量、回復量を決定する工程（ステップＳ２６）とからなる。
また、ステップＳ２４において前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）以上の場合に、燃料の噴射量を増加する工程（ステップＳ２７）と、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度の最大生成濃度の増加の有無を判定する工程（ステップＳ２８）と、最大生成濃度の増加がある場合に、改質触媒３１の硫黄被毒回復時の空燃比（Ａ／Ｆ）をリーン側に制御する工程（ステップＳ２９）と、燃料のガソリン混合割合、硫黄含有量から改質触媒３１の硫黄被毒を回復するために必要な燃料の噴射量、回復量を決定する。
また、ステップＳ２３において、改質触媒３１の劣化速度が前記基準値以下の場合に、燃料のガソリン混合割合、硫黄含有量から改質触媒３１のＨＣ被毒を回復するために必要な燃料の噴射量、回復量を決定する。
【００７２】
まず、図６において、ステップＳ２１では、エンジン条件、燃料条件を読み込む。エンジン条件としては、燃料性状センサ４９により算出される燃路種類、改質ガス流量、床温センサ４５より算出される改質触媒３１の温度、Ｈ2センサ４７、ＣＯセンサ４８等に基づいて算出される値をいう。そして、ステップＳ２１においてエンジン条件、燃料条件を読み込んだ後、ステップＳ２２へ移行する。
【００７３】
ステップＳ２２では、ステップＳ２１において読みこまれたエンジン条件、燃料条件から改質触媒３１によって発生する改質ガスの生成基準値の算出を行う。そして、ステップＳ２２において生成基準値の算出を行った後、ステップＳ２３へ移行する。
【００７４】
ステップＳ２３では、改質触媒３１の劣化速度が基準値以上であるか否かを判定する。改質触媒３１の劣化速度の判定は、上述の図３に示すステップＳ１３のようにして行う。
即ち、改質触媒３１により生成される改質ガスの生成低下速度が基準値以上であるか否かを判定する。
そして、ステップＳ２３の判定の結果、改質触媒３１の劣化速度が基準値以上であると判定された場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）には、ステップＳ２４へ移行する。
【００７５】
ステップＳ２４では、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）以上か否かを判定する。最大生成濃度の基準値とは、ステップＳ２２で求められる改質触媒３１によって発生する改質ガスの生成基準値から通常の改質触媒３１の状態で最大限生成される前記改質ガス中のＨ2、ＣＯの量をいう。割合（Ｘ％）とは、改質触媒３１の劣化速度の基準値以上に劣化している改質触媒３１の中で更に改質触媒３１の劣化度合いを確認するために設定した所定の割合である。
即ち、ステップＳ２４は、改質触媒３１の劣化速度が基準値以上に劣化している改質触媒３１の劣化度合いを確認している。ステップＳ２４の判定の結果、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、改質触媒３１の最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）以上でないと判定された場合（ステップＳ２４：Ｎｏ）、即ち、ステップＳ２４において改質触媒３１の劣化度合いが高い場合には、ステップＳ２５へ移行する。
【００７６】
ステップＳ２５では、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）よりも更に低い割合（Ｙ％）を基準値として、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｙ％）以上か否かを判定する。
また、割合（Ｙ％）とは、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）以下に劣化している改質触媒３１の中で更に改質触媒３１の劣化度合いを確認するために設定した所定の割合である。
即ち、ステップＳ２４は、改質触媒３１の劣化速度が基準値以上で、かつ、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）において改質触媒３１の劣化度合いが悪い中で更にその劣化度合いを詳細に確認している。
【００７７】
ステップＳ２５の判定の結果、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、改質触媒３１の最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｙ％）以上であると判定された場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）には、改質触媒３１がシンタリングを起こしていると判定し、ステップＳ２６へ移行する。
【００７８】
そして、ステップＳ２６では、燃料のガソリン混合割合、硫黄含有量から改質触媒３１のシンタリング量に応じた燃料の噴射量、回復量の修正値を決定する。例えば、燃料の噴射量を通常の状態よりも減量し、燃料の噴射時間を通常よりも長くする。
【００７９】
そして、ステップＳ２６において、改質触媒３１のシンタリング量に応じた燃料の噴射量、回復量の修正値の決定後、決定された燃料の噴射量と噴射時間の状態を繰り返して行い、改質触媒３１のシンタリングの回復を行なう。そして、再度、ステップＳ２１から判定して改質触媒３１の劣化速度が図４に示すような基準値以下となった後、通常の回復運転の状態に戻し、運転制御を終了する。
【００８０】
また、ステップＳ２５において、ステップＳ２５の判定の結果、改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、改質触媒３１の最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｙ％）以上でないと判定された場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、即ち、ステップＳ２５において改質触媒３１の劣化度合いが更に高い場合には、ステップＳ３０へ移行し、触媒異常と判断し、改質触媒３１が使用できない状態となっていると判断し、改質触媒３１の交換を行う。
【００８１】
また、ステップＳ２３において、判定の結果、改質触媒３１の劣化速度が基準値以上でないと判定された場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）には、改質触媒３１がＨＣ被毒を起こしていると判定し、ステップＳ２６へ移行する。
【００８２】
そして、ステップＳ２６では、燃料のガソリン混合割合、改質触媒３１の硫黄含有量から改質触媒３１のＨＣ被毒を回復するために必要な燃料の噴射量、回復量を決定する。例えば、燃料の噴射量、燃料の噴射時間を通常通りとして回復運転を行う。
【００８３】
そして、ステップＳ２６において、改質触媒３１のＨＣ被毒を回復するために必要な燃料の噴射量、回復量の決定後、決定された燃料の噴射量、噴射時間、即ち、通常通りの燃料の回復運転を繰り返して行い、改質触媒３１のＨＣ被毒の回復を行なう。そして、再度、ステップＳ２１から判定して改質触媒３１の劣化速度が図４に示すように基準値以下となった後、通常の回復運転の状態に戻し、運転制御を終了する。
【００８４】
また、改質触媒３１がＨＣ被毒の他に、改質触媒３１がコーキングを起こしている場合には、改質触媒３１のＨＣ被毒の回復と同時にコーキングの回復も行う。
【００８５】
また、ステップＳ２４において、判定の結果、改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、改質触媒３１の最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）以上であると判定された場合（ステップＳ２４：Ｙｅｓ）、即ち、ステップＳ２４において、改質触媒３１の劣化度合いが低い場合には、ステップＳ２７へ移行する。
【００８６】
そして、ステップＳ２７では、燃料の噴射量を増量する。ステップＳ２７において燃料の噴射量を増加した後、ステップＳ２８へ移行する。
【００８７】
そして、ステップＳ２８では、最大生成濃度の増加の有無を判定する。燃料の噴射量を増量することにより、改質触媒３１の最大生成濃度の増加がある場合には、改質触媒３１が触媒としての機能を有していると判断できる。ステップＳ２８の判定の結果、最大生成濃度の増加があると判定された場合（ステップＳ２８：Ｙｅｓ）には、ステップＳ２９へ移行する。
【００８８】
そして、ステップＳ２９では、改質触媒３１の硫黄被毒回復を行う際、改質触媒３１の硫黄含有量が多い場合、改質触媒３１の硫黄被毒回復時の空燃比（Ａ／Ｆ）をリーン側に制御する。即ち、改質触媒３１の硫黄被毒回復を行う際に、空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチ状態にある排気ガスに更に燃料を供給し、排気ガスと燃料との混合ガスが改質器２７の改質触媒３１に流入して改質されると、排気ガス中の炭素（Ｃ）が触媒表面を覆うコーキングが生じ、触媒性能が低下してしまう。そのため、改質触媒３１の硫黄含有量が多い場合には、排気ガス分流管３２から改質器２７に排気ガスを流入させ、改質触媒３１の硫黄被毒の回復を行う時の空燃比（Ａ／Ｆ）はリーン側に制御する。
【００８９】
また、ステップＳ２９は、改質触媒３１の硫黄含有量が多くない場合には、改質触媒３１の硫黄被毒の回復時の空燃比（Ａ／Ｆ）をリーン側に制御しなくてもよい。
【００９０】
そして、ステップＳ２６では、燃料のガソリン混合割合、改質触媒３１の硫黄含有量から改質触媒３１の硫黄被毒を回復するために必要な燃料の噴射量、回復量を決定する。例えば、燃料の噴射量を減量し、燃料の噴射時間を通常よりも長くする。
【００９１】
そして、ステップＳ２６において、改質触媒３１のＨＣ被毒を回復するために必要な燃料の噴射量、回復量の決定後、決定された燃料の噴射量と噴射時間の状態を繰り返して行い、改質触媒３１の硫黄被毒の回復を行なう。そして、再度、ステップＳ２１から判定して改質触媒３１の劣化速度が図４に示すような基準値以下となった後、通常の回復運転の状態に戻し、運転制御を終了する。
【００９２】
また、改質触媒３１が硫黄被毒の他に、改質触媒３１がコーキングを起こしている場合には、改質触媒３１の硫黄被毒の回復と同時にコーキングの回復も行う。
【００９３】
また、ステップＳ２８において、判定の結果、最大生成濃度の増加がないと判定された場合（ステップＳ２８：Ｎｏ）、即ち、改質触媒３１が触媒として機能していない場合
には、ステップＳ２５へ移行する。そして、上述のように、改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｙ％）が一定量以上か否かを判定する。ステップＳ２５の判定の結果、改質触媒の最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｙ％）が一定量以上であると判定された場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）には、上述のように、触媒のシンタリングを起こしていると判定し、ステップＳ２６へ移行する。
【００９４】
そして、ステップＳ２６において、上述のように、燃料のガソリン混合割合、硫黄含有量から触媒のシンタリング量に応じた燃料の噴射量、回復量の修正値を決定する。そして、改質触媒３１のシンタリング量に応じた燃料の噴射量、回復量の修正値の決定後、決定された燃料の噴射量と噴射時間の状態を繰り返して行い、改質触媒３１のシンタリングの回復を行なう。そして、再度、ステップＳ２１から判定して改質触媒３１の劣化速度が図４に示すような基準値以下となった後、通常の回復運転の状態に戻し、運転制御を終了する。
【００９５】
このように、本実施例の内燃機関では、改質触媒の劣化種類の判定方法に従い、エンジン条件、燃料条件から生成基準値を算出して改質触媒３１の劣化速度の算出を行い、この劣化速度が基準値以下の場合には、改質触媒３１がＨＣ被毒していると判定してＨＣ被毒の回復を行なうことができる。この結果、ＨＣ被毒に応じた回復処理を実施することにより早期に改質触媒３１の改質性能を回復することができる。
【００９６】
また、改質触媒３１の劣化速度が基準値以上の場合には、改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）以上か否か判定し、改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、この最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）以上の場合には、燃料の噴射量を増加し、最大生成濃度の増加があった場合には、改質触媒３１が硫黄被毒していると判定して硫黄被毒の回復を行うことができる。この結果、硫黄被毒に応じた回復処理を実施することにより早期に改質触媒３１の改質性能を回復することができる。
【００９７】
また、改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）以下であり、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｙ％）以上である場合、又は、前記改質ガス中のＨ2濃度若しくはＣＯ濃度が、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｘ％）以上で、燃料の噴射量を増量した後、最大生成濃度が増加せず、最大生成濃度の基準値に対する割合（Ｙ％）以上であった場合には、改質触媒３１がシンタリングしていると判定して改質触媒３１のシンタリング量に応じた燃料の噴射量、回復量の修正値を決定することができる。この結果、シンタリング量に応じ、決定された燃料の噴射量、回復量の修正値に応じた回復処理を実施することにより早期に改質触媒３１の改質性能を回復することができる。
【００９８】
従って、本実施例の内燃機関では、改質触媒３１の被毒要因に応じた回復処理を実施することにより、改質触媒３１の改質性能を早期に回復することができる。
【００９９】
また、本実施例の内燃機関では、ＦＦＶの場合のように、改質触媒３１の劣化度合いに応じた劣化要因を早期に発見することで、改質触媒３１の改質性能の効率の低下に伴うシステム全体としての改質効率の低下を防止することができ、燃費の低下を抑制することができる。
【０１００】
また、本実施例では、図３に示す燃料のガソリン混合比の判定方法と、図６に示す改質触媒の劣化種類の判定方法とからなる運転制御方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、図３に示す燃料のガソリン混合比の判定方法、図６に示す改質触媒の劣化種類の判定方法の何れか一方のみを実施するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、改質器により改質された改質ガスの燃料組成を判定して改質触媒の劣化の有無を判定することで、早期に改質触媒の劣化を判断することができ、改質効率を早期に向上させると共に、改質触媒の劣化要因に応じた回復制御を実施することで、早期に改質触媒の改質性能を回復するものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の一実施例に係る内燃機関を表す概略構成図である。
【図２】図１に示す構成を簡略に示す図である。
【図３】本発明の実施例に係る内燃機関における燃料のガソリン混合比判定方法を示すフローチャートである。
【図４】水素濃度から求められる劣化速度と硫黄含有量の関係を表す図である。
【図５】硫黄含有量から求められる改質触媒の回復時間の関係を表す図である。
【図６】本発明の実施例に係る内燃機関における改質触媒の劣化種類の判定方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０３】
１１  エンジン（内燃機関）
１２  燃焼室
１３  吸気ポート
１４  排気ポート
１５  吸気管（吸気通路）
１６  インテークマニホールド
１７  エアクリーナ
１８  スロットル弁
１９  電子スロットル装置
２０  第１インジェクタ（第１燃料供給手段）
２１  デリバリパイプ
２２  燃料供給管
２３  燃料タンク
２４  燃料ポンプ
２５  エキゾーストマニホールド
２６  排気管（排気通路）
２７  改質器
２７ａ  ガス浄化部
２７ｂ  改質室
２８  三元触媒装置
２８ａ、３０  三元触媒
２９  マフラー
３１  改質触媒
３２  排気ガス分流管（排気ガス分流通路）
３３  第２インジェクタ（第２燃料供給手段）
３４  改質ガス導入管（改質ガス導入通路）
３５  流量調整弁
３５ａ  アクチュエータ
３６  冷却装置
４１  電子制御ユニット、ＥＣＵ（燃料噴射制御手段）
４２  エアフローセンサ
４３  スロットルポジションセンサ
４４  クランク角センサ
４５  床温センサ
４６  温度センサ
４７  水素（Ｈ2）センサ
４８  ＣＯセンサ
４９  燃料性状センサ
５０  アルコール濃度センサ
５１  空燃比センサ
【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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