(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、燃料改質触媒の性能低下を容易に回復させることを目的とする。【解決手段】アルコール含有燃料とＥＧＲガスとを燃料改質触媒２６において改質反応させ、水素を含む改質ガスに転換する。改質ガスは、吸気通路１２に還流され、主燃料噴射装置１８から噴射された主燃料と共に、内燃機関１０の燃焼室内で燃焼する。水素濃度センサ５８によって検出される改質ガス中の水素濃度が判定限度より小さくなった場合には、燃料改質触媒２６に性能低下が生じたものと判定する。この場合には、改質用燃料の噴射を停止し、ＥＧＲガスを燃料改質触媒２６に流通させる触媒回復制御を実行する。ＥＧＲ流量が多い場合ほど、水素濃度判定限度を低濃度側に補正する。【選択図】図１
2009144657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内または吸気通路内に主燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス中に改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射手段と、
前記主燃料噴射手段および前記改質用燃料噴射手段に前記主燃料および前記改質用燃料としてのアルコール含有燃料を供給するアルコール含有燃料供給手段と、
前記ＥＧＲ通路の途中であって前記改質用燃料噴射手段の下流側に配置され、前記ＥＧＲガスと前記改質用燃料とを改質反応させることにより、それらを、改質反応生成物である可燃成分を含む改質ガスに転換させる燃料改質触媒と、
前記燃料改質触媒の性能低下を検知する触媒性能低下検知手段と、
前記燃料改質触媒の性能が低下していることが検知された場合に、前記改質用燃料噴射手段による前記改質用燃料の噴射を停止または減量した状態でＥＧＲガスを前記燃料改質触媒に流通させることにより前記燃料改質触媒の性能低下を回復させる触媒回復制御を実行する触媒回復手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記触媒回復制御の実行中に空燃比を理論空燃比近傍に制御する空燃比制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記触媒性能低下検知手段は、
前記改質ガス中の可燃成分濃度を検出する可燃成分濃度検出手段と、
前記検出された可燃成分濃度が判定限度より低い場合に前記燃料改質触媒の性能が低下したと判定する判定手段と、
ＥＧＲ流量が多い場合ほど前記判定限度を低濃度側に補正する補正手段と、
を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記触媒回復制御の実行前に改質停止制御を実行する改質停止制御手段を備え、
前記改質停止制御には、前記主燃料の噴射量を増量させる処理と、ＥＧＲ流量を低下させる処理と、点火時期を進角する処理とのうちの少なくとも一つが含まれることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記改質反応に要する熱を前記燃料改質触媒に供給する熱供給手段を備え、
前記熱供給手段は、前記内燃機関の排気ガスの熱を前記燃料改質触媒に伝熱させる熱交換器で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリン等の燃料と、ＥＧＲガスとを改質反応させる燃料改質触媒を備えた内燃機関が知られている。この内燃機関では、排気ガスの熱等によって加熱した燃料改質触媒において燃料とＥＧＲガスとを改質反応させることにより、それらを改質ガスに転換させる。改質ガス中には、改質反応により水素ガスおよび一酸化炭素ガスが生成している。この改質ガスは、吸気通路に還流される。そして、改質ガス中の水素および一酸化炭素は、燃焼室で燃焼する。
【０００３】
上記のような燃料改質触媒を備えたシステムにおいては、燃料に含まれる硫黄分の影響で、燃料改質触媒が被毒劣化することがある。
【０００４】
特開２００６−１３２３５４号公報には、硫黄分を低減させた低硫黄燃料を燃料改質触媒に供給することによって硫黄被毒を回復させることができる、との知見に基づき、蒸発燃料を液化させたものを低硫黄燃料として貯留しておき、燃料改質触媒が硫黄被毒した場合に、低硫黄燃料を燃料改質触媒に供給するようにした技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３２３５４号公報
【特許文献２】特開２００６−１１８４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、低硫黄燃料を得るための燃料蒸発装置や燃料液化装置、燃料改質触媒に供給する燃料を低硫黄燃料に切り換えるための装置など、種々の装置が必要となり、システムが複雑化するので、コスト、重量、占有スペース等が増大し易い。
【０００７】
また、コーキングやシンタリングによって燃料改質触媒の性能が低下することもある。コーキングは、燃料中の炭素が析出して触媒表面を覆う現象である。コーキングの発生後も燃料改質を継続すると、堆積した炭素が燃焼して燃料改質触媒が異常昇温することにより、触媒粒の粗大化するシンタリングが発生する。シンタリングが発生すると、燃料改質触媒の性能を回復させることは不可能となる。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料改質触媒の性能低下を容易に回復させることのできる内燃機関の制御装置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】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の筒内または吸気通路内に主燃料を噴射する主燃料噴射手段と、
前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス中に改質用燃料を噴射する改質用燃料噴射手段と、
前記主燃料噴射手段および前記改質用燃料噴射手段に前記主燃料および前記改質用燃料としてのアルコール含有燃料を供給するアルコール含有燃料供給手段と、
前記ＥＧＲ通路の途中であって前記改質用燃料噴射手段の下流側に配置され、前記ＥＧＲガスと前記改質用燃料とを改質反応させることにより、それらを、改質反応生成物である可燃成分を含む改質ガスに転換させる燃料改質触媒と、
前記燃料改質触媒の性能低下を検知する触媒性能低下検知手段と、
前記燃料改質触媒の性能が低下していることが検知された場合に、前記改質用燃料噴射手段による前記改質用燃料の噴射を停止または減量した状態でＥＧＲガスを前記燃料改質触媒に流通させることにより前記燃料改質触媒の性能低下を回復させる触媒回復制御を実行する触媒回復手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記触媒回復制御の実行中に空燃比を理論空燃比近傍に制御する空燃比制御手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記触媒性能低下検知手段は、
前記改質ガス中の可燃成分濃度を検出する可燃成分濃度検出手段と、
前記検出された可燃成分濃度が判定限度より低い場合に前記燃料改質触媒の性能が低下したと判定する判定手段と、
ＥＧＲ流量が多い場合ほど前記判定限度を低濃度側に補正する補正手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記触媒回復制御の実行前に改質停止制御を実行する改質停止制御手段を備え、
前記改質停止制御には、前記主燃料の噴射量を増量させる処理と、ＥＧＲ流量を低下させる処理と、点火時期を進角する処理とのうちの少なくとも一つが含まれることを特徴とする。
【００１３】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記改質反応に要する熱を前記燃料改質触媒に供給する熱供給手段を備え、
前記熱供給手段は、前記内燃機関の排気ガスの熱を前記燃料改質触媒に伝熱させる熱交換器で構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、内燃機関の筒内または吸気通路内に噴射する主燃料と、燃料改質反応に供する改質用燃料との双方に、アルコール含有燃料を使用することができる。このため、燃料改質触媒の性能が低下していることが検知された場合には、改質用燃料の噴射を停止または減量した状態でＥＧＲガスを燃料改質触媒に流通させるという簡易な触媒回復制御を実行するだけで、燃料改質触媒の性能低下を確実に回復させることができる。すなわち、燃料中の硫黄分は炭化水素燃料に由来するが、アルコール含有燃料では、炭化水素燃料がアルコールによって希釈されているので、炭化水素燃料単体と比べ、硫黄分の含有量が少ない。また、アルコール含有燃料を改質用燃料として用いると、アルコールが有するＯＨ基の作用によって、改質反応が促進される。このため、水素を高効率で多量に生成することができる。その結果、燃料改質触媒に付着した硫黄分が水素と反応し易くなり、Ｈ2Ｓとなって燃料改質触媒から排出され易くなる。このようなことから、第１の発明によれば、改質運転中に生ずる硫黄被毒が比較的軽度である。このため、上記のような簡易な触媒回復制御によって、硫黄被毒を十分に回復させることができる。すなわち、触媒回復制御の実行中においては、ＥＧＲガスに含まれる未燃燃料や燃料改質触媒に付着残存していた燃料が改質反応あるいは三元反応することにより、水素が発生する。その水素と燃料改質触媒に付着した硫黄分とが反応し、Ｈ2Ｓとなって燃料改質触媒から排出され、硫黄被毒を確実に回復させることができる。また、コーキングについても、触媒性能低下検知手段により、比較的軽度の段階で高精度に検知することができる。このため、ＥＧＲガスを流すだけで、堆積した炭素を燃料改質触媒から十分に除去することができ、コーキングを回復させることができる。
【００１５】
第２の発明によれば、触媒回復制御の実行中に空燃比を理論空燃比近傍に制御することにより、硫黄被毒やコーキングの回復反応を促進することができ、燃料改質触媒をより迅速かつ確実に回復させることができる。
【００１６】
第３の発明によれば、改質ガス中の可燃成分濃度を可燃成分濃度検出手段により検出し、その検出された可燃成分濃度が判定限度より低い場合に燃料改質触媒の性能が低下したと判定する場合において、ＥＧＲ流量が多い場合ほど判定限度を低濃度側に補正することができる。ＥＧＲ流量が多い場合ほど、ＥＧＲガスが燃料改質触媒内にとどまる時間、つまり反応時間が短くなる。このため、燃料改質触媒の性能が同じであっても、ＥＧＲ流量が多い場合ほど、燃料改質触媒での可燃成分生成量は少なくなる。更に、ＥＧＲ流量が多い場合ほど、燃料改質触媒で生成した可燃成分は希釈される。このため、燃料改質触媒での可燃成分生成量が同じであったとしても、ＥＧＲ流量が多い場合ほど、改質ガス中の可燃成分濃度は低下する。これらのことから、燃料改質触媒の性能が同じであったとしても、ＥＧＲ流量が多い場合ほど、改質ガス中の可燃成分濃度は低下する。従って、燃料改質触媒に一定の性能低下が生じたことを高精度に検知するためには、ＥＧＲ流量が多い場合ほど、水素濃度判定限度を低濃度側に補正することが要請される。第３の発明によれば、この要請を満足することができるので、ＥＧＲ流量の多少にかかわらず、燃料改質触媒の性能低下を高い精度で検知することができる。このため、燃料改質触媒の劣化が回復不可能な状態に進行する前に、確実に触媒回復制御を実行することができる。
【００１７】
第４の発明によれば、触媒回復制御を実行するに際して燃料改質反応を停止させる場合に、内燃機関の燃焼状態の悪化やトルクの低下を確実に防止することができる。このため、良好なドライバビリティが得られる。
【００１８】
第５の発明によれば、内燃機関の排気ガスの熱を燃料改質触媒に伝熱させ、燃料改質反応に吸熱させることができる。このため、内燃機関の廃熱を回収することができ、熱効率を十分に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図を示している。本実施形態のシステムは、多気筒型（図示の構成では４気筒）の内燃機関１０を備えている。本システムでは、ガソリン等の炭化水素燃料と、エタノール等のアルコールとの混合燃料（以下、「アルコール含有燃料」または単に「燃料」と称する）が用いられる。給油されたアルコール含有燃料は、燃料タンク４４に貯留される。燃料タンク４４には、タンク内の燃料を加圧した状態で外部に送出するための燃料ポンプ（図示せず）が付設されている。この燃料ポンプによって加圧されたアルコール含有燃料は、燃料配管４６を通って、後述する主燃料噴射装置１８および改質用燃料噴射装置３４にそれぞれ供給される。
【００２０】
内燃機関１０の吸気通路１２は、吸気マニホールド１４を介して各気筒の吸気ポートに接続されている。吸気通路１２の途中には、吸入空気量を調整する電動式のスロットル弁１６が設置されている。各気筒の吸気ポートには、燃料配管４６を通って供給されるアルコール含有燃料を主燃料として噴射するための電磁弁等からなる主燃料噴射装置１８がそれぞれ設けられている。なお、主燃料噴射装置１８は、吸気ポート内でなく、主燃料を筒内に直接に噴射するように設けられていてもよい。
【００２１】
内燃機関１０の排気通路２０は、排気マニホールド２２を介して各気筒の排気ポートに接続されている。排気通路２０の途中には、燃料改質器２４が設けられている。燃料改質器２４の内部には、燃料改質触媒２６と排気通路２８とが設けられている。燃料改質触媒２６内には、後述する改質反応を触媒する作用を有する金属（例えばＲｈ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ等）が担体に担持されて設置されている。
【００２２】
燃料改質触媒２６と排気通路２８とは、隔壁で隔てられ、遮断されている。燃料改質触媒２６は、排気通路２８を通る排気ガスの熱を受熱することができる。燃料改質触媒２６は、その受熱した熱を反応熱とすることにより、後述する改質反応を生じさせることができる。すなわち、燃料改質器２４は、排気通路２８を通る排気ガスの熱を燃料改質触媒２６に伝熱させる熱交換器としての機能を有している。図示の構成では、排気通路２８は、並行する複数の通路で構成されている。そして、排気通路２８の入口は排気通路２０に接続され、排気通路２８の出口は排気通路３０に接続されている。
【００２３】
排気マニホールド２２の集合部より下流側であって、燃料改質器２４の上流側の排気通路２０からは、ＥＧＲ通路３２が分岐している。このＥＧＲ通路３２によれば、排気通路２０を通る排気ガスの一部をＥＧＲガスとして取り出すことができる。ＥＧＲ通路３２は、燃料改質触媒２６に接続されている。ＥＧＲ通路３２の途中には、改質用燃料噴射装置３４が設けられている。改質用燃料噴射装置３４は、燃料配管４６を通って供給されたアルコール含有燃料を、改質用燃料（改質反応に供するための燃料）として、ＥＧＲガス中に噴射する。改質用燃料噴射装置３４から噴射されたアルコール含有燃料は、ＥＧＲガスと共に燃料改質触媒２６に流入し、燃料改質触媒２６の作用によって改質反応を起こす。
【００２４】
燃料改質触媒２６には、ＥＧＲ通路３６の一端が更に接続されている。このＥＧＲ通路３６の他端は、吸気通路１２に接続されている。このＥＧＲ通路３６を通して、後述する改質ガス、あるいは単なるＥＧＲガスを、吸気通路１２内に還流させ、吸入空気と混合させることができる。ＥＧＲ通路３６の途中には、ＥＧＲ通路３６を通るガスを冷却するＥＧＲクーラ３８と、ＥＧＲ通路３６を開閉可能な電磁弁等で構成されるＥＧＲ弁４０とが設けられている。
【００２５】
排気通路２０を流れる排気ガスのうち、ＥＧＲ通路３２に流入しなかった残りの排気ガスは、排気通路２８，３０を順次通過して、大気中に放出される。燃料改質器２４の下流側の排気通路３０の途中には、有害成分を浄化する三元触媒等を担持した排気浄化触媒４２や、図示しないマフラーが配置されている。また、排気通路２８に、有害成分を浄化する触媒が担持されていてもよい。排気通路２８に排気浄化触媒を担持させることにより、浄化反応の反応熱を排気通路２８で発生させることができるので、燃料改質触媒２６の受熱量（熱回収量）を更に増大させることができ、改質効率を更に向上することができる。
【００２６】
更に、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、燃料性状センサ５２、触媒温度センサ５４、空燃比センサ５６、水素濃度センサ５８等を含むセンサ系統が接続されている。
【００２７】
燃料性状センサ５２は、燃料配管４６の途中に配置されており、燃料のアルコール濃度等の性状を検出する。触媒温度センサ５４は、燃料改質触媒２６に設けられており、燃料改質触媒２６の温度を検出する。空燃比センサ５６は、排気通路２０に設けられており、排気ガスの空燃比に応じた検出信号を出力する。水素濃度センサ５８は、ＥＧＲ通路３６の途中に設けられており、ＥＧＲ通路３６を通る改質ガス中の水素濃度（Ｈ2濃度）に応じた検出信号を出力する。
【００２８】
また、センサ系統には、例えば機関回転数を検出する回転センサ、吸入空気量を検出するエアフローメータ、冷却水温度を検出する水温センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、スロットル弁１６の開度を検出するスロットル開度センサ等のように、内燃機関１０の運転制御に用いられる一般的なセンサが含まれている。
【００２９】
一方、ＥＣＵ５０の出力側には、前述したスロットル弁１６、主燃料噴射装置１８、改質用燃料噴射装置３４、ＥＧＲ弁４０、燃料ポンプ等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の運転状態をセンサ系統によって検出しつつ、各アクチュエータを駆動することによって運転制御を行う。
【００３０】
（空燃比フィードバック制御）
ＥＣＵ５０は、エアフローメータで検出される吸入空気量等に基づいて、主燃料噴射装置１８から噴射すべき燃料量を算出する。また、ＥＣＵ５０は、空燃比センサ５６の検出信号に基づいて主燃料噴射装置１８の燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック制御を行うことにより、内燃機関１０の空燃比（排気通路２０を流れる排気ガスの空燃比）が目標空燃比となるように制御することができる。
【００３１】
（改質運転）
内燃機関１０は、排気ガス（ＥＧＲガス）と改質用燃料との改質反応によって生成された改質ガスを吸気通路１２内に還流させる改質運転を実行可能になっている。改質運転時には、ＥＧＲ通路３２内を流れるＥＧＲガスに対して改質用燃料噴射装置３４から改質用燃料を噴射することにより、改質用燃料を燃料改質触媒２６に供給する。このとき、ＥＣＵ５０は、例えば内燃機関１０の運転状態、ＥＧＲ流量、燃料改質触媒２６の温度等に応じて、改質用燃料の適切な噴射量（供給量）を決定する。
【００３２】
燃料改質触媒２６内では、触媒作用を有する前述したような種類の金属の作用により、改質用燃料と、ＥＧＲガス中の成分とが改質反応（水蒸気改質反応）を起こす。前述したように、本システムでは、アルコール含有燃料が改質用燃料として用いられる。燃料改質触媒２６で生ずる主な改質反応の化学反応式は、改質用燃料中の炭化水素（ここではガソリン）については下記式（１）で、改質用燃料中のアルコール（ここではエタノール）については下記式（２）で、それぞれ表すことができる。
【００３３】
1.56（7.6CO2＋6.8H2O＋40.8N2）＋3C7.6H13.6＋Q1
→31H2＋34.7CO＋63.6N2    ・・・（１）
C2H5OH＋0.4CO2＋0.6H2O＋2.3N2＋Q2→3.6H2＋2.4CO＋2.3N2  ・・・（２）
【００３４】
上記式に示すように、改質反応によれば、ＥＧＲガスおよび改質用燃料を、水素（Ｈ2）および一酸化炭素（ＣＯ）を含む改質ガスに転換させることができる。以下の説明では、水素および一酸化炭素を総称して「可燃成分」とも言う。
【００３５】
上記（１）式中の熱量Q1、及び（２）式中の熱量Q2は、改質反応によって吸収される反応熱である。即ち、これらの改質反応は吸熱反応であるから、上記（１），（２）式中の右辺の可燃成分の有する熱量は、当該各式の左辺に記載された反応前の物質が有する熱量よりも大きくなる。
【００３６】
このため、燃料改質器２４によれば、燃料改質触媒２６が排気通路２８から受熱した熱を、上記改質反応に吸収させることができる。つまり、本実施の形態のシステムでは、排気ガスの熱を回収、利用して、改質用燃料を、より熱量の大きい可燃成分に転換することができる。
【００３７】
上記の改質反応により生成した可燃成分を含む改質ガスは、ＥＧＲ通路３６を通って吸気通路１２内に流入し、吸入空気と混合された上で、内燃機関１０の燃焼室に流入する。そして、改質ガス中の可燃成分は、主燃料噴射装置１８から噴射された主燃料と共に燃焼室で燃焼する。ＥＣＵ５０には、改質運転時に内燃機関１０の燃焼室に流入させるべき要求可燃成分量を運転条件等に基づいて決定するためのマップが記憶されている。ＥＣＵ５０は、燃焼室に流入する可燃成分量がその要求可燃成分量となるように、改質ガス流量をＥＧＲ弁４０によって制御するとともに、空燃比を目標空燃比とする上で必要な総燃料量から、燃焼室に流入した可燃成分量を差し引いた残りの分の燃料を、主燃料噴射手段１８に噴射させる。
【００３８】
改質ガスは、前述したように、燃料改質器２４によって回収された排気ガスの熱を吸熱した分だけ、元の燃料よりも熱量が増えている。よって、改質運転時には、この改質ガスを吸気系に還流させて燃料の一部として内燃機関１０で燃焼させることにより、システム全体としての熱効率が向上するので、内燃機関１０の燃費性能を改善することができる。
【００３９】
また、改質ガスを吸気系に還流させることは、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）の一種でもある。よって、改質運転によれば、ＥＧＲの一般的な効果、すなわちポンプ損失低減による燃費改善効果や燃焼温度低下によるＮＯｘ生成量低減効果などを得ることもできる。このことに関連して、改質運転には更に次のような利点がある。通常のＥＧＲ運転の場合には、ＥＧＲ率を高くしていくと、燃焼が不安定になるので、ＥＧＲ率には限界がある。これに対し、改質運転の場合には、高い燃焼性を有する（燃焼速度の速い）水素が改質ガスに含まれており、この水素が燃料と共に燃焼室で燃焼する。このため、ＥＧＲ率を高くしても燃焼が不安定になりにくく、ＥＧＲ率の限界を高くすることができる。よって、改質運転時には、大量ＥＧＲが可能となるので、ポンプ損失低減による燃費改善効果や燃焼温度低下によるＮＯｘ生成量低減効果などをより大きく発揮させることができる。
【００４０】
ところで、燃料改質触媒２６を備えたシステムにおいては、一般に、燃料改質触媒２６の性能を低下させる原因として、硫黄被毒や、コーキング、シンタリングが挙げられる。硫黄被毒とは、改質用燃料に含まれる硫黄分が燃料改質触媒２６に付着することによって生ずる、燃料改質触媒２６の劣化である。コーキングとは、改質用燃料中の炭素が析出して触媒表面を覆う現象である。このコーキングが発生している状態で燃料改質を継続すると、堆積した炭素が燃焼して燃料改質触媒２６の温度が異常に上昇することにより、シンタリング（触媒粒の粗大化）が生ずる。
【００４１】
硫黄被毒やコーキングについては、それらの進行状態が、ある程度の範囲内であれば、後述する触媒回復制御を行うことによって、燃料改質触媒２６を正常な状態に回復させることが可能である。一方、シンタリングが発生した場合には、これを回復させることは不可能となる。このため、燃料改質触媒２６に硫黄被毒やコーキングが生じた場合には、回復不可能となる前の段階でこれを精度良く検知し、触媒回復制御を行うことが重要である。
【００４２】
そこで、本実施形態では、水素濃度センサ５８によって検出される改質ガス中の水素濃度に基づいて、燃料改質触媒２６の性能低下を検知することとした。硫黄被毒やコーキングが生じて燃料改質触媒２６の性能が低下すると、改質反応量が減少するので、水素生成量が減少する。その結果、改質ガス中の水素濃度が低下する。すなわち、燃料改質触媒２６の性能低下（劣化）と、改質ガス中の水素濃度の低下とは、精度良く相関する。よって、本実施形態では、改質ガス中の水素濃度を基礎とすることにより、燃料改質触媒２６の性能が硫黄被毒やコーキングによって低下した場合に、その性能低下（劣化）が回復不可能となる前の段階で、その性能低下を精度良く検知することができる。
【００４３】
更に、本実施形態では、燃料改質触媒２６の性能が低下したと判定する水素濃度の判定限度をＥＧＲ流量に応じて補正することとした。図２は、ＥＧＲ流量に基づいて水素濃度判定限度を算出するためのマップを示す図である。図２に示すマップによれば、ＥＧＲ流量が多い場合ほど、水素濃度判定限度を低く算出することができる。
【００４４】
ＥＧＲ流量が多い場合ほど、ＥＧＲガスが燃料改質触媒２６内にとどまる時間、つまり反応時間が短くなる。このため、燃料改質触媒２６の性能が同じであっても、ＥＧＲ流量が多い場合ほど、燃料改質触媒２６での水素生成量は少なくなる。更に、ＥＧＲ流量が多い場合ほど、燃料改質触媒２６で生成した水素は希釈される。このため、燃料改質触媒２６での水素生成量が同じであったとしても、ＥＧＲ流量が多い場合ほど、改質ガス中の水素濃度は低下する。これらのことから、燃料改質触媒２６の性能が同じであったとしても、ＥＧＲ流量が多い場合ほど、改質ガス中の水素濃度は低下する。
【００４５】
従って、燃料改質触媒２６に一定の性能低下が生じたことを高精度に検知するためには、ＥＧＲ流量が多い場合ほど、水素濃度判定限度を低濃度側に補正することが要請される。上記図２に示すマップによれば、この要請を満足することができる。このため、ＥＧＲ流量の多少にかかわらず、燃料改質触媒２６の性能低下を高い精度で検知することができる。
【００４６】
（触媒回復制御）
燃料改質触媒２６の性能が低下したことが検知された場合には、触媒回復制御を実行する。本実施形態における触媒回復制御では、改質用燃料の噴射を停止することによって燃料改質触媒２６での改質反応を停止するとともに、改質用燃料を含まないＥＧＲガスを燃料改質触媒２６に流通させる処理を実行する。すなわち、本実施形態では、改質用燃料を含まないＥＧＲガスをＥＧＲ通路３２，３６を介して吸気通路１２に還流させる通常のＥＧＲ運転を、触媒回復制御として実行する。本実施形態によれば、このような簡易な触媒回復制御を実行するだけで、燃料改質触媒２６の性能低下を確実に回復させることができる。その理由について、以下に説明する。
【００４７】
本実施形態では、前述したように、アルコール含有燃料を改質用燃料として使用する。燃料中の硫黄分は、炭化水素燃料に由来する。アルコール含有燃料では、炭化水素燃料がアルコールによって希釈されているので、炭化水素燃料単体と比べ、硫黄分の含有量は少ない。
更に、アルコール含有燃料を改質用燃料として用いると、アルコールが有するＯＨ基の作用によって、改質反応が促進される。このため、水素を高効率で多量に生成することができる。その結果、燃料改質触媒２６に付着した硫黄分が水素と反応し易くなり、Ｈ2Ｓとなって燃料改質触媒２６から排出され易くなる。
【００４８】
このようなことから、本システムでは、改質運転中に生ずる硫黄被毒が比較的軽度である。このため、簡易な触媒回復制御によって、硫黄被毒を十分に回復させることができる。すなわち、触媒回復制御の実行中においては、ＥＧＲガスに含まれる未燃燃料や燃料改質触媒２６に付着残存していた燃料が改質反応あるいは三元反応することにより、水素が発生する。その水素と燃料改質触媒２６に付着した硫黄分とが反応し、Ｈ2Ｓとなって燃料改質触媒２６から排出され、硫黄被毒を確実に回復させることができる。
【００４９】
また、コーキングについても、上述した燃料改質触媒２６の性能低下検知手法により、比較的軽度の段階でとどめられている。このため、ＥＧＲガスを流すだけで、堆積した炭素を燃料改質触媒２６から十分に除去することができ、コーキングを回復させることができる。
【００５０】
上記のような触媒回復制御における反応は、燃料改質触媒２６に流入するＥＧＲガスの空燃比が理論空燃比近傍である場合に、最も促進される。このため、触媒回復制御の実行中は、内燃機関１０の空燃比が理論空燃比近傍となるように、主燃料噴射装置１８の噴射量を制御することが好ましい。
【００５１】
［実施の形態１における具体的処理］
図３は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１０が改質運転されている場合に実行される。本ルーチンによれば、まず、ＥＧＲ流量が算出される（ステップ１００）。この場合、ＥＧＲ流量は、機関回転数、機関負荷、ＥＧＲ弁４０の開度等に基づいて、公知の手法により算出することができる。
【００５２】
次いで、ステップ１００で算出されたＥＧＲ流量と、ＥＣＵ５０に予め記憶された図２に示すマップとに基づいて、水素濃度の判定限度が決定される（ステップ１０２）。すなわち、水素濃度判定限度は、ＥＧＲ流量が多い場合ほど、小さい値に決定される。
【００５３】
続いて、水素濃度センサ５８により検出された、改質ガス中の水素濃度が読み込まれる（ステップ１０４）。そして、その改質ガス中の水素濃度が、上記ステップ１０２で決定された判定限度以下であるか否かが判別される（ステップ１０６）。
【００５４】
上記ステップ１０６で、改質ガス中の水素濃度が判定限度より高いと判別された場合には、燃料改質触媒２６の性能は低下しておらず、硫黄被毒やコーキング等は認められないと判断することができる。この場合には、ステップ１００以下の処理が繰り返され、改質運転が継続される。
【００５５】
これに対し、上記ステップ１０６で、改質ガス中の水素濃度が判定限度以下であると判別された場合には、硫黄被毒やコーキング等により、燃料改質触媒２６に一定の性能低下が認められると判断することができる。この段階での硫黄被毒やコーキングは、触媒回復制御によって十分に回復させることが可能である。そこで、この場合には、触媒回復制御を実行するため、まず、改質運転を停止するための改質停止制御が実行される（ステップ１０８）。
【００５６】
上記ステップ１０８の改質停止制御においては、具体的には、次のような処理が実施される。
・改質反応により生成される可燃成分が燃焼室内に供給されなくなる分を補填するために、主燃料噴射装置１８による主燃料の噴射量を増量する処理が実施される。
・改質ガス中の水素ガスが気筒内に供給されなくなることに伴い、ＥＧＲ限界が低下する。このことに対応するため、ＥＧＲ弁４０の開度を小さくすることにより、ＥＧＲ率（ＥＧＲ流量）を低下させる処理が実施される。
・燃焼速度の速い水素ガスが燃焼室に供給される改質運転時と、主燃料のみが燃焼室で燃焼する非改質運転時とでは、最適点火時期が大きく異なる。このことに対応するため、点火時期を補正（遅角）する処理が実施される。
【００５７】
上記ステップ１０８の改質停止制御に続いて、触媒回復制御が実行される（ステップ１１０）。すなわち、改質用燃料噴射装置３４からの改質用燃料の噴射を停止した状態で、ＥＧＲガスを燃料改質触媒２６に流通させる。また、燃料改質触媒２６に流入するＥＧＲガスの空燃比が理論空燃比となるように、空燃比フィードバック制御が実行される。
【００５８】
以上説明したような図３に示すルーチンの制御によれば、硫黄被毒やコーキングによる燃料改質触媒２６の性能低下を精度良く検知することができる。このため、燃料改質触媒２６の劣化が回復不可能な状態に至る前に、確実にこれを検知して、触媒回復制御を実行することができる。また、本システムでは、アルコール含有燃料を改質用燃料および主燃料として使用していることにより、改質運転中に燃料改質触媒２６に生ずる硫黄被毒やコーキングが比較的軽度である。また、アルコール中のＯＨ基の作用により、触媒回復制御において硫黄被毒やコーキングを効率良く回復させることができる。これらのことから、本システムによれば、ＥＧＲガスを燃料改質触媒２６に流通させるという簡易な触媒回復制御を行うだけで、燃料改質触媒２６の性能低下（劣化）を十分に回復させることができる。
【００５９】
なお、上述した実施の形態１では、触媒回復制御時に改質用燃料の噴射を停止するようにしているが、本発明では、触媒回復制御時に、回復を妨げない程度の少量の改質用燃料を噴射することとしてもよい。すなわち、本発明では、触媒回復制御時に、通常の改質運転時に比して改質用燃料の噴射量を減少させればよい。
【００６０】
また、本実施形態では、燃料改質触媒２６の性能低下を判定する水素濃度判定限度をＥＧＲ流量のみに基づいて決定しているが、本発明では、ＥＧＲ流量に加えて、改質用燃料の噴射量、燃料改質触媒２６の温度、燃料性状等の情報を更に加味して、水素濃度判定限度を決定するようにしてもよい。
【００６１】
また、アルコール濃度の異なる燃料やガソリン１００％の燃料など、複数種類の燃料を使用可能なシステムの場合には、ユーザーが給油する燃料の種類によって、使用される燃料の性状が変化する。そこで、このようなシステムの場合には、燃料性状センサ５２で検出される燃料のアルコール濃度が所定濃度以上であると認められた場合に本実施形態の触媒回復制御の実行を許可し、燃料のアルコール濃度が上記所定濃度より低い場合には、他の方法で燃料改質触媒２６の回復を図るようにしても良い。
【００６２】
また、本実施形態では、ＥＧＲ通路３６に水素濃度センサ５８を設けているが、本発明では、水素濃度センサ５８に代えて、一酸化炭素濃度を検出するＣＯ濃度センサや、水素と一酸化炭素とを合わせた可燃成分の濃度を検出する水素・ＣＯ濃度センサを用いてもよい。前述した化学反応式に示されるように、水素と一酸化炭素とは一定の割合で生成する。よって、ＣＯ濃度センサあるいは水素・ＣＯ濃度センサを用いた場合であっても、本実施形態と同様に、燃料改質触媒２６の性能低下を正確に検知することができる。
【００６３】
また、本実施形態では、燃料改質器２４において、内燃機関１０の排気ガスの熱を燃料改質触媒２６に伝熱させ、改質反応に吸熱させるようにしているが、本発明は、燃料改質触媒２６に加える熱を排気ガスの熱で賄う構成に限定されるものではない。すなわち、本発明では、燃料改質触媒２６をヒータや燃焼器などで加熱する構成としてもよい。
【００６４】
また、上述した実施の形態１においては、主燃料噴射装置１８が前記第１の発明における「主燃料噴射手段」に、主燃料改質用燃料噴射装置３４が前記第１の発明における「改質用燃料噴射手段」に、燃料タンク４４および燃料配管４６が前記第１の発明における「アルコール含有燃料供給手段」に、燃料改質器２４が前記第５の発明における「熱供給手段」に、水素濃度センサ５８が前記第３の発明における「可燃成分濃度検出手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００〜１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「触媒性能低下検知手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「触媒回復手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「判定手段」が、上記ステップ１００および１０２の処理を実行することにより前記第３の発明における「補正手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第４の発明における「改質停止制御手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】ＥＧＲ流量に基づいて水素濃度判定限度を算出するためのマップである。
【図３】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  吸気マニホールド
１６  スロットル弁
１８  主燃料噴射装置
２０，２８，３０  排気通路
２４  燃料改質器
２６  燃料改質触媒
３２，３６  ＥＧＲ通路
３４  改質用燃料噴射装置
３８  ＥＧＲクーラ
４０  ＥＧＲ弁
４２  排気浄化触媒
４４  燃料タンク
４６  燃料配管
５０  ＥＣＵ
５２  燃料性状センサ
５４  触媒温度センサ
５６  空燃比センサ
５８  水素濃度センサ
【図１】
2009144657.tif 000003
【図２】
2009144657.tif 000004
【図３】
2009144657.tif 000005