(57)【要約】【課題】改質ガスから改質触媒の劣化の有無を判定し、前記改質触媒の劣化回復の検知性能を向上させた内燃機関の燃料改質装置を提供する。【解決手段】本実施例の燃料改質装置を適用したエンジンシステムでは、改質触媒の回復運転を開始し（ステップＳ１１）、改質触媒の劣化度を読み込み（ステップＳ１２）、改質触媒の劣化度が、劣化限度を超えているか否かを判定し（ステップＳ１３）、改質触媒の回復に要する延長時間を算出し（ステップＳ１４）、改質触媒への燃料供給を停止し（ステップＳ１５）、ストイキに対して微小にリーン側として運転を行ない（ステップＳ１６）、ＮＯｘ量が規定値以上であるか否か判定し（ステップＳ１７）、安定して回復するのに要する延長時間を経過しているか否かの判定を行い（ステップＳ１８）、改質触媒の回復運転を終了する（ステップＳ１９）ものである。これにより、改質触媒の劣化回復を判定し、検知する。【選択図】図３
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【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、
該改質ガス導入通路に前記改質ガスを検知し前記改質触媒の劣化具合を検知する改質触媒劣化検知手段とを備え、
前記改質触媒劣化検知手段により前記改質触媒が劣化していると検知された場合、前記第２燃料供給手段より前記排気ガス分流通路に前記燃料を供給するのを停止し、
前記排気ガスを還流させ、前記排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側とした運転状態で行い、
前記改質触媒劣化検知手段により検出された改質ガス中のＮＯｘ若しくは酸素の量を検出し、
前記改質触媒により生成した前記改質ガス中のＮＯｘ若しくは酸素の量が、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ＮＯｘ若しくは酸素の規定値以上となると共に、安定した場合には、前記改質触媒が回復していると判定し、
前記改質触媒の劣化回復を検知することを特徴とする内燃機関の燃料改質装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記改質ガス中のＨ2、ＣＯの何れか一方又は両方の生成量の減る量が、前記改質触媒が正常状態の時の改質ガス中のＨ2、ＣＯの何れか一方又は両方の生成量の減る量より大きい場合には、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の燃料改質装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記改質触媒により生成した前記改質ガス中のＮＯｘ若しくは酸素の量が、安定した後、前記改質触媒の回復時間を延長することを特徴とする内燃機関の燃料改質装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか一つにおいて、
前記改質触媒劣化検知手段が、ＮＯｘセンサ、Ｏ2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の燃料改質装置。
【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の燃料改質装置に関し、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の燃料改質装置に関する。
【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（ＥＧＲ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】
また、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。
【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（特許文献１、２）。
【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、排気ガス熱を燃料の改質に利用した従来の内燃機関の排気リフォーマシステムでは、長時間の改質運転により改質触媒が燃料被毒により劣化し、改質性能が低下し、Ｈ2、ＣＯ等を含む改質ガスの生成が低下する、という問題がある。
【０００９】
この改質触媒の劣化は、噴射燃料が改質触媒に付着することにより起こり、更には排気ガス中の炭素（Ｃ）が触媒表面を覆うコーキングが生じる等により更に触媒の劣化が激しくなる、という問題がある。
【００１０】
また、改質触媒による改質反応は酸素のない理論空燃比（ストイキ）の状態で行われており、改質触媒は燃料の供給を停止し、還流ガスを改質器に供給することで回復することができるが、ストイキの状態で改質触媒の回復を行うと、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ共に微量となるため、改質触媒の回復の判定が困難である、という問題がある。
【００１１】
また、燃料が改質触媒に付着して劣化したり、コーキングにより生じた炭素が改質触媒に付着しているため、より燃料が付着し易くなっているため、改質ガス中のＨＣをセンサで検知しても完全に改質触媒から炭素が離脱し、改質触媒が完全に回復しているか否かをセンサで検知できない、という問題がある。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、改質ガスから改質触媒の劣化の有無を判定し、前記改質触媒の劣化回復の検知性能を向上させた内燃機関の燃料改質装置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】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の燃料改質装置は、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、該改質ガス導入通路に前記改質ガスを検知し前記改質触媒の劣化具合を検知する改質触媒劣化検知手段とを備え、前記改質触媒劣化検知手段により前記改質触媒が劣化していると検知された場合、前記第２燃料供給手段より前記排気ガス分流通路に前記燃料を供給するのを停止し、前記排気ガスを還流させ、前記排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側とした運転状態で行い、前記改質触媒劣化検知手段により検出された改質ガス中のＮＯｘ若しくは酸素の量を検出し、前記改質触媒により生成した前記改質ガス中のＮＯｘ若しくは酸素の量が、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ＮＯｘ若しくは酸素の規定値以上となると共に、安定した場合には、前記改質触媒が回復していると判定し、前記改質触媒の劣化回復を検知することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る内燃機関の燃料改質装置においては、前記改質ガス中のＨ2、ＣＯの何れか一方又は両方の生成量の減る量が、前記改質触媒が正常状態の時の改質ガス中のＨ2、ＣＯの何れか一方又は両方の生成量の減る量より大きい場合には、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。
【００１５】
本発明に係る内燃機関の燃料改質装置においては、前記改質触媒により生成した前記改質ガス中のＮＯｘ若しくは酸素の量が、安定した後、前記改質触媒の回復時間を延長することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る内燃機関の燃料改質装置においては、前記改質触媒劣化検知手段が、ＮＯｘセンサ、Ｏ2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】
【００１７】
本発明によれば、改質器で生成された改質ガスを吸気通路に導入する改質ガス導入通路に前記改質ガスを検知し改質触媒の劣化具合を検知する改質触媒劣化検知手段を備え、前記改質触媒劣化検知手段により前記改質触媒が劣化していると検知された場合、第２燃料供給手段より排気ガス分流通路に燃料を供給するのを停止し、排気ガスを還流させ、前記排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側とした運転状態で行い、前記改質触媒劣化検知手段により検出された改質ガス中のＮＯｘ若しくは酸素の量を検出することで、前記改質触媒の劣化回復を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る内燃機関の燃料改質装置をエンジンシステムに適用した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】
【００１９】
図１は、本発明の実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムを示す概略構成図であり、図２は、図１に示す構成を簡略に示す図である。
【００２０】
本実施例の内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムは、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に示すように、本実施例の内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおいて、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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２２−１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。
【００２３】
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、二重管構造になっており、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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２２−２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。
【００２６】
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。
【００２７】
また、燃料供給管２２−２には、フィルタ３７を設けている。フィルタ３７により燃料中の不純物を除去した後、第２インジェクタ３３に供給するようにしている。
【００２８】
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を冷却させている。冷却装置３６には図示しない冷却管が連結されており、冷却装置３６内を通過する改質ガスを冷却するようにしている。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の充填効率の悪化を抑えることができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、排気ガス分流管３２には、攪拌容器３８を設けている。攪拌容器３８で排気ガスと燃料とを混合し、混合気としている。攪拌容器３８には図示しない冷却管が連結されており、攪拌容器３８内の排気ガス、燃料を冷却するようにしている。また、第２インジェクタ３３より排気ガス分流管３２に燃料を噴射して排気ガスと混合させ、混合ガスとしてもよい。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、各第１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２２−１と、燃料供給管２２−１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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
また、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。よって、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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、ＮＯｘセンサ４９、Ｏ2（酸素）センサ５２を設け、改質ガスの成分量を検知するようにしている。また、ＮＯｘセンサ４９、Ｏ2センサ５２は、冷却装置３６の上流側に設けるようにしてもよい。
【００４１】
よって、これらのＨ2センサ４７、ＣＯセンサ４８、ＮＯｘセンサ４９、Ｏ2センサ５２により検出される濃度等から排気ガスが改質触媒３１により改質されているか否かを判断する。これにより、改質触媒３１が劣化しているか否かを判断する。
【００４２】
燃料供給管２２−１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。
【００４３】
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、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。
【００４４】
[運転制御方法]
つぎに、本実施例の内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法について図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。
ここでは、気流としてタンブルを用いて説明する。
図３は、本実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法を示すフローチャートである。
本実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法は、改質触媒３１の劣化の有無を判定し、改質触媒３１の劣化が劣化限度を超えている場合には、改質触媒３１の回復に要する時間の延長時間を算出し、第２インジェクタ３３より改質触媒３１への燃料の供給を停止し、排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側とした状態で運転を行い、ＮＯｘセンサ４９により測定されるＮＯｘ量が規定値以上となり、改質触媒３１が回復していると判定され、回復に要する延長時間を経過した後、回復運転を終了するものである。
【００４５】
即ち、図３に示すように、本実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法は、改質触媒３１の回復運転を開始する工程（ステップＳ１１）と、改質触媒３１の劣化度を判定する劣化度の読み込み工程（ステップＳ１２）と、読み込まれた改質触媒３１の劣化度が、改質触媒３１の劣化限度を超えているか否かを判定する工程（ステップＳ１３）と、改質触媒３１の劣化具合から改質触媒３１の回復を安定なものとするために回復時間を延長するための延長時間の算出を行う工程（ステップＳ１４）と、第２インジェクタ３３より改質触媒３１に燃料を供給するのを停止する工程（ステップＳ１５）と、排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側とした状態で運転を行う工程（ステップＳ１６）と、ＮＯｘセンサ４９により測定されるＮＯｘ量が規定値以上であるか否かの判定を行う工程（ステップＳ１７）と、ＮＯｘ量が規定値以上であって改質触媒３１が回復していると判定され、算出された改質触媒３１の回復に要する延長時間を経過しているか否かの判定を行う工程（ステップＳ１８）と、改質触媒３１の回復運転を終了する工程（ステップＳ１９）と、からなるものである。
【００４６】
まず、図３において、ステップＳ１１では、改質触媒３１の回復運転を開始する。即ち、攪拌容器３８において第２インジェクタ３３より改質触媒３１に供給される噴射燃料と排気ガスとを混合し、混合ガスとする。この混合ガスを改質触媒３１に供給し、混合ガスを改質する。そして、ステップＳ１１において改質触媒３１の回復運転を開始した後、ステップＳ１２へ移行する。
【００４７】
ステップＳ１２では、改質触媒３１の劣化度を読み込む。具体的には、Ｈ2センサ４７、ＣＯセンサ４８の何れか一方又は両方を用いて第２インジェクタ３３により改質触媒３１に供給される噴射燃料に対するＨ2、ＣＯの何れか一方又は両方の生成量が減る量が所定値以上であるか否かを判定する。
ここで、所定値とは、改質触媒３１が正常状態の時に生成される改質ガス中のＨ2、ＣＯの何れか一方又は両方の生成量の減る量の基準量をいう。
そして、改質触媒３１が劣化すると、燃料噴射量に対して時間に対する改質ガス中のＨ2、ＣＯの生成量が急激に低下する。
【００４８】
また、Ｈ2センサ４７、ＣＯセンサ４８の何れか一方又は両方を用いて第２インジェクタ３３により改質触媒３１に供給される噴射燃料に対する改質ガス中のＨ2、ＣＯの何れか一方又は両方の生成率が、改質触媒３１が正常状態の時の改質ガス中のＨ2、ＣＯの何れか一方又は両方の生成率以上であるか否かを見て改質触媒３１の劣化度を判定するようにしてもよい。
【００４９】
図４は、改質生成濃度から改質の回復の有無を表す図である。
また、改質係数は改質器２７に供給する排気ガスの流量とそのときの温度係数を乗じたものである。
図４に示すように、改質係数と改質生成濃度との関係から予め求められる劣化度数（例えば、パターン１、２、３）がある。そして、アルコール濃度、運転状態等に応じて予め求めた劣化度数の何れかを選定し、その選定された劣化度数に基づいて改質触媒３１が改質をこのまま継続して良いか回復が必要か否かを決定する。
【００５０】
そして、改質触媒３１の劣化度を読み込んだ後、図３に示すステップＳ１３へ移行する。
【００５１】
ステップＳ１３では、読み込まれた改質触媒３１の劣化度が、劣化限度を超えているか否かを判定する。ステップＳ１３の判定の結果、改質触媒３１の劣化度が、改質触媒３１の劣化限度を超えていると判定された場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４へ移行する。
【００５２】
ステップＳ１４では、改質触媒３１の劣化具合から改質触媒３１の回復を安定なものとするために回復時間を延長するための延長時間の算出を行う。この延長時間は、自動タイマーにより延長を行なうようにしてもよい。改質触媒３１をより安定に回復するために要する延長時間を算出した後、ステップＳ１５へ移行する。
【００５３】
ステップＳ１５では、第２インジェクタ３３より攪拌容器３８に燃料を供給するのを停止した後、ステップＳ１６へ移行する。
【００５４】
ステップＳ１６では、排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側にした状態で運転を行う。例えば排気ガスのストイキが１４．６としたとき微小にリーン側とした状態の空燃比としては、１４．７〜１４．８程度とするのが好ましい。ストイキに対して微小にリーン側にして運転を行った後、ステップＳ１７へ移行する。
【００５５】
ステップＳ１７では、改質ガス中のＮＯｘ量が規定値以上であるか否かの判定を行う。具体的には、ＮＯｘセンサ４９により改質ガス中のＮＯｘ量を測定し、ＮＯｘセンサ４９により測定されるＮＯｘ量が規定値以上であって安定した場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）には、改質触媒３１が回復していると判断して、ステップＳ１８へ移行する。
また、規定値とは、後述するＮＯｘ濃度の回復レベルにおける値をいう。
また、安定した場合とは、改質ガス中のＮＯｘ濃度が定常状態となる場合をいう。
【００５６】
図５は、経過時間と改質ガス中のガス成分のガス濃度との関係を示す図である。
図５に示すように、改質触媒３１の回復を開始する際、上述のように、ストイキに対して微小にリーン側として運転を行う。例えば、排気ガスのストイキが１４．６の時、微小にリーン側にした空燃比としては、例えば１４．７〜１４．８程度とする。これは、ＨＣが出てきた分だけＮＯｘが浄化され、ＮＯｘのガス濃度がゼロとなるが、空燃比をリーン側とすると、反応が起こらなくなるためである。
【００５７】
そして、ＮＯｘの濃度が規定値である回復レベルを超え、ＮＯｘの濃度変化が安定する安定レベルの状態である定常状態となった後、改質触媒３１の回復をより安定なものとするため、回復時間を延長して行う。このとき、ＮＯｘの濃度変化が安定レベルとなった後、タイマー運転として回復時間を延長するようにしてもよい。また、改質触媒３１の回復時間の延長は、改質触媒３１の回復をより安定なものとするために行うものであるため、回復時間の延長は行わないようにしてもよい。
【００５８】
また、ＮＯｘセンサ４９に代えてＯ2センサ５２を用いて改質ガス中のＯ2濃度を検出して改質触媒３１か回復しているか否かを判断してもよい。また、ＮＯｘセンサ４９、Ｏ2センサ５２の両方を用いて改質ガス中のＮＯｘ濃度、Ｏ2濃度を検出して改質触媒３１が回復しているか否かを判断するようにしてもよい。
【００５９】
ステップＳ１８では、改質触媒３１の劣化具合から算出された回復に要する延長時間を経過しているか否かの判定を行う。延長時間としては、例えば２〜３分であり、数分程度で良い。そして、延長時間を経過していると判定された場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）には、改質触媒３１は安定して回復していると判断して、ステップＳ１９へ移行する。
【００６０】
ステップＳ１９では、改質触媒３１の回復運転を終了し、運転制御を終了する。そして、通常通り第２インジェクタ３３より改質触媒３１に燃料を供給し、改質反応を行うようにする。
【００６１】
一方、図３に示すステップＳ１３において、読み込まれた改質触媒３１の劣化度を判定した結果、改質触媒３１の劣化度が、劣化限度を超えていないと判定された場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１２へ移行する。そして、ステップＳ１２において、改質触媒３１の劣化度の判定を再度行う。
【００６２】
また、図３に示すステップＳ１７において、ＮＯｘセンサ４９により測定されるＮＯｘ量が規定値以下の場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）には、改質触媒３１は回復していないと判断して、再度ＮＯｘセンサ４９によりＮＯｘ量が規定値以上となるまで測定される。
【００６３】
また、図３に示すステップＳ１８において、改質触媒３１が予め算出された回復に要する延長時間を経過していないと判定された場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）には、改質触媒３１はまだ安定した回復状態にないと判断して、再度回復に要する延長時間を経過するまで改質触媒３１を安定して回復させるようにしている。
【００６４】
このように、本実施例の内燃機関の燃料改質装置では、本実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法に従い、改質触媒３１の劣化の有無とその度合を判定し、改質触媒３１を安定して回復するのに要する延長時間を算出し、改質触媒３１への燃料の供給を停止してストイキに対して微小にリーン側にして運転を行い、ＮＯｘセンサ４９により測定されるＮＯｘ量が規定値以上であるか否かを判定し、回復が安定するまで行う。この結果、改質触媒３１の劣化を抑制し、改質触媒３１の回復の判定を行うことができると共に、改質触媒３１の改質性能を回復することができる。
【００６５】
また、改質触媒３１の回復の判定を行い、改質触媒３１の改質性能を回復することで、エミッションを悪化させないようにすることができると共に、排気管２６に設けている三元触媒２８ａ、３０を保護することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明に係る内燃機関の燃料改質装置は、改質器で生成された改質ガスを検知し改質触媒の劣化具合を検知し、前記改質触媒が劣化している場合、前記改質器に供給する排気ガスに燃料を供給するのを停止し、排気ガスを還流させると共に、前記排気ガスの空燃比をストイキに対して微小にリーン側とした運転状態で、前記改質ガス中のＮＯｘ若しくは酸素の量を検出することで、前記改質触媒の改質性能を回復し、前記改質触媒の劣化回復を検知するものであり、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】
【００６７】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムを示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】本実施例に係る内燃機関の燃料改質装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法を示すフローチャートである。
【図４】改質生成濃度から改質の回復の有無を表す図である。
【図５】経過時間と改質ガス中のガス成分のガス濃度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６８】
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
２２−１、２２−２  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
３７  フィルタ
３８  攪拌容器
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  ＮＯｘセンサ
５０  アルコール濃度センサ
５１  空燃比センサ
５２  Ｏ2（酸素）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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