JP2000297706A - 燃料改質装置付き内燃機関 - Google Patents
燃料改質装置付き内燃機関Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料ポンプ７からの燃料を、蒸発器６にて排
気熱によりガス化し、改質器６にて排気熱と改質触媒と
により水素、一酸化炭素等に改質して、ガス燃料噴射弁
２より機関１に供給する場合、改質器６の触媒へのすす
の付着により活性が低下したときに、その活性を回復す
る。 【解決手段】 改質器６前後の圧力差ΔＰ、温度差ΔＴ
又は改質器６出口側の水素濃度Ｈ2 に基づいて、活性状
態を判定する。活性状態が低下したと判定された場合
は、活性回復のため、２流体噴射弁１２により、改質器
６に空気を噴射供給し、排気温度Texhが低いときは、空
気と共に燃料も噴射供給する。活性回復中は、液体燃料
噴射弁３により、機関１に直接燃料を供給する一方、流
路切換弁１０により、改質ガスの機関１への供給を停止
させて、改質ガスを排気系４へ供給する。
気熱によりガス化し、改質器６にて排気熱と改質触媒と
により水素、一酸化炭素等に改質して、ガス燃料噴射弁
２より機関１に供給する場合、改質器６の触媒へのすす
の付着により活性が低下したときに、その活性を回復す
る。 【解決手段】 改質器６前後の圧力差ΔＰ、温度差ΔＴ
又は改質器６出口側の水素濃度Ｈ2 に基づいて、活性状
態を判定する。活性状態が低下したと判定された場合
は、活性回復のため、２流体噴射弁１２により、改質器
６に空気を噴射供給し、排気温度Texhが低いときは、空
気と共に燃料も噴射供給する。活性回復中は、液体燃料
噴射弁３により、機関１に直接燃料を供給する一方、流
路切換弁１０により、改質ガスの機関１への供給を停止
させて、改質ガスを排気系４へ供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気熱により燃料
をガス化する蒸発器と、ガス化された燃料を排気熱と改
質触媒とにより水素、一酸化炭素等に改質する改質器と
を備えて、改質ガスを機関に供給する燃料改質装置付き
内燃機関に関する。
をガス化する蒸発器と、ガス化された燃料を排気熱と改
質触媒とにより水素、一酸化炭素等に改質する改質器と
を備えて、改質ガスを機関に供給する燃料改質装置付き
内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料改質装置、特にその改質器は、高温
雰囲気下で使用されるため、その構成材料（母材）にＳ
ＵＳ３０４等の耐熱・耐蝕鋼が使用されているが、燃料
蒸気が接触することで、すすが発生し、触媒の表面に付
着して触媒の活性を低下させるという問題を有してい
る。
雰囲気下で使用されるため、その構成材料（母材）にＳ
ＵＳ３０４等の耐熱・耐蝕鋼が使用されているが、燃料
蒸気が接触することで、すすが発生し、触媒の表面に付
着して触媒の活性を低下させるという問題を有してい
る。
【０００３】このため、従来においては、例えば特開昭
５８−７４５０１号公報に記載されているように、改質
器の内壁を銅−マンガン−ニッケル合金からなるろう材
によりコーティングすることで、すすの発生を抑制して
いる。
５８−７４５０１号公報に記載されているように、改質
器の内壁を銅−マンガン−ニッケル合金からなるろう材
によりコーティングすることで、すすの発生を抑制して
いる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、改質器
の内部は極めて複雑かつ微細な構造であることから、均
一にコーティングすることは難しく、わずかなコーティ
ング不良部分からすすが発生し、触媒の表面に付着した
すすや不純物は除去されないため、触媒の活性が低下
し、また圧力損失の増大により燃料が流れにくくなっ
て、改質反応が十分に行われず、改質ガスの供給が不十
分となるという問題があった。
の内部は極めて複雑かつ微細な構造であることから、均
一にコーティングすることは難しく、わずかなコーティ
ング不良部分からすすが発生し、触媒の表面に付着した
すすや不純物は除去されないため、触媒の活性が低下
し、また圧力損失の増大により燃料が流れにくくなっ
て、改質反応が十分に行われず、改質ガスの供給が不十
分となるという問題があった。
【０００５】本発明は、このような実状に鑑み、改質器
内に付着したすすや不純物を除去可能として、改質器の
活性を回復できるようにすることを目的とする。
内に付着したすすや不純物を除去可能として、改質器の
活性を回復できるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１に係
る発明では、排気熱により燃料をガス化する蒸発器と、
ガス化された燃料を排気熱と改質触媒とにより改質する
改質器とを備えて、改質ガスを機関に供給する燃料改質
装置付き内燃機関において、図１に示すように、改質器
の活性状態を判定する改質器活性状態判定手段と、活性
状態が低下したと判定されたときに、改質器に空気を供
給する空気供給手段と、を設けたことを特徴とする。
る発明では、排気熱により燃料をガス化する蒸発器と、
ガス化された燃料を排気熱と改質触媒とにより改質する
改質器とを備えて、改質ガスを機関に供給する燃料改質
装置付き内燃機関において、図１に示すように、改質器
の活性状態を判定する改質器活性状態判定手段と、活性
状態が低下したと判定されたときに、改質器に空気を供
給する空気供給手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００７】請求項２に係る発明では、前記改質器活性
状態判定手段は、改質器前後の圧力差、改質器前後の温
度差又は改質器出口側の改質ガス濃度のうち少なくとも
１つに基づいて、活性状態を判定することを特徴とす
る。
状態判定手段は、改質器前後の圧力差、改質器前後の温
度差又は改質器出口側の改質ガス濃度のうち少なくとも
１つに基づいて、活性状態を判定することを特徴とす
る。
【０００８】請求項３に係る発明では、前記空気供給手
段による改質器への空気供給時に、所定の条件下で、改
質器に直接燃料を供給する燃料供給手段を設けたことを
特徴とする（図１参照）。
段による改質器への空気供給時に、所定の条件下で、改
質器に直接燃料を供給する燃料供給手段を設けたことを
特徴とする（図１参照）。
【０００９】請求項４に係る発明では、前記燃料供給手
段は、前記空気供給手段による改質器への空気供給時
に、排気温度が低い状態であることを条件として、改質
器に直接燃料を供給することを特徴とする。ここで、排
気温度が低い状態は、排気温度を直接検出する他、機関
負荷や改質器入口側温度より検出してもよい。
段は、前記空気供給手段による改質器への空気供給時
に、排気温度が低い状態であることを条件として、改質
器に直接燃料を供給することを特徴とする。ここで、排
気温度が低い状態は、排気温度を直接検出する他、機関
負荷や改質器入口側温度より検出してもよい。
【００１０】請求項５に係る発明では、改質器に対し、
空気及び燃料を噴射供給可能な２流体噴射弁を設けて、
前記空気供給手段及び前記燃料供給手段を構成すること
を特徴とする。
空気及び燃料を噴射供給可能な２流体噴射弁を設けて、
前記空気供給手段及び前記燃料供給手段を構成すること
を特徴とする。
【００１１】請求項６に係る発明では、前記燃料供給手
段による改質器への燃料供給時に、蒸発器への燃料供給
を停止する手段を設けたことを特徴とする（図１参
照）。請求項７に係る発明では、前記空気供給手段によ
る改質器への空気供給時に、機関に直接燃料を供給する
一方、改質ガスの機関への供給を停止させて、改質ガス
を排気系へ供給する燃料切換手段を設けたことを特徴と
する（図１参照）。
段による改質器への燃料供給時に、蒸発器への燃料供給
を停止する手段を設けたことを特徴とする（図１参
照）。請求項７に係る発明では、前記空気供給手段によ
る改質器への空気供給時に、機関に直接燃料を供給する
一方、改質ガスの機関への供給を停止させて、改質ガス
を排気系へ供給する燃料切換手段を設けたことを特徴と
する（図１参照）。
【００１２】請求項８に係る発明では、過渡運転状態を
検出する過渡運転状態検出手段と、過渡運転状態のとき
に改質器へ直接燃料を供給する燃料供給手段とを設けた
ことを特徴とする（図１参照）。
検出する過渡運転状態検出手段と、過渡運転状態のとき
に改質器へ直接燃料を供給する燃料供給手段とを設けた
ことを特徴とする（図１参照）。
【００１３】
【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、改質器の
活性状態を判定し、活性状態が低下したと判定されたと
きに、改質器に空気を供給することで、改質器での酸化
反応（改質器内に付着している燃料の燃焼）の促進によ
り、改質器内の温度を上昇させ、これによりすすを燃や
すことで、触媒の活性を回復することができる。従っ
て、改質器の母材やコーティング材にかかわらず、触媒
の活性を維持して、安定した改質ガスの供給が可能とな
る。
活性状態を判定し、活性状態が低下したと判定されたと
きに、改質器に空気を供給することで、改質器での酸化
反応（改質器内に付着している燃料の燃焼）の促進によ
り、改質器内の温度を上昇させ、これによりすすを燃や
すことで、触媒の活性を回復することができる。従っ
て、改質器の母材やコーティング材にかかわらず、触媒
の活性を維持して、安定した改質ガスの供給が可能とな
る。
【００１４】請求項２に係る発明によれば、改質器の活
性低下の原因となるすすの付着により、圧力損失が増大
して改質器出口側圧力が低下し、また改質器の活性低下
による改質反応の低下により、改質器出口側温度が低下
したり、改質ガスの発生量が減少することから、改質器
前後の圧力差、改質器前後の温度差又は改質器出口側の
改質ガス濃度に基づいて、活性状態を的確にとらえるこ
とができる。
性低下の原因となるすすの付着により、圧力損失が増大
して改質器出口側圧力が低下し、また改質器の活性低下
による改質反応の低下により、改質器出口側温度が低下
したり、改質ガスの発生量が減少することから、改質器
前後の圧力差、改質器前後の温度差又は改質器出口側の
改質ガス濃度に基づいて、活性状態を的確にとらえるこ
とができる。
【００１５】請求項３に係る発明によれば、活性回復の
ための改質器への空気供給時に、所定の条件下で、改質
器に直接燃料を供給することで、空気のみの供給では燃
焼が不十分な場合にも燃焼を促進でき、また蒸発器を経
由して燃料を供給する場合に比して応答良く燃焼を促進
でき、触媒の活性をより確実に回復できる。
ための改質器への空気供給時に、所定の条件下で、改質
器に直接燃料を供給することで、空気のみの供給では燃
焼が不十分な場合にも燃焼を促進でき、また蒸発器を経
由して燃料を供給する場合に比して応答良く燃焼を促進
でき、触媒の活性をより確実に回復できる。
【００１６】請求項４に係る発明によれば、活性回復の
ための空気供給時に、排気温度が低い状態であることを
条件として、改質器に直接燃料を供給することで、触媒
温度が低く反応しにくい低排温時に、触媒の活性をより
確実に回復できる。
ための空気供給時に、排気温度が低い状態であることを
条件として、改質器に直接燃料を供給することで、触媒
温度が低く反応しにくい低排温時に、触媒の活性をより
確実に回復できる。
【００１７】請求項５に係る発明によれば、改質器に対
し、２流体噴射弁を設けて、空気及び燃料をそれぞれ噴
射供給可能とすることで、簡易に構成できると共に、空
気、燃料、空気＋燃料の３つの噴射形態で用いることが
できる。
し、２流体噴射弁を設けて、空気及び燃料をそれぞれ噴
射供給可能とすることで、簡易に構成できると共に、空
気、燃料、空気＋燃料の３つの噴射形態で用いることが
できる。
【００１８】請求項６に係る発明によれば、活性回復の
ための改質器への燃料供給時に、蒸発器への燃料供給を
停止することで、燃料供給が過剰となるのを防止でき
る。請求項７に係る発明によれば、改質器の活性回復中
は、機関に直接燃料を供給することで、改質ガスの生成
が不十分な状態で機関の安定度を損なうことなく運転を
可能とする一方、改質ガスの機関への供給を停止させ
て、改質ガスを排気系へ供給することで、排気中で燃焼
させ、熱源となる排気の温度を高めることができる。
ための改質器への燃料供給時に、蒸発器への燃料供給を
停止することで、燃料供給が過剰となるのを防止でき
る。請求項７に係る発明によれば、改質器の活性回復中
は、機関に直接燃料を供給することで、改質ガスの生成
が不十分な状態で機関の安定度を損なうことなく運転を
可能とする一方、改質ガスの機関への供給を停止させ
て、改質ガスを排気系へ供給することで、排気中で燃焼
させ、熱源となる排気の温度を高めることができる。
【００１９】請求項８に係る発明によれば、急加速時等
の過渡運転状態のときに改質器へ直接燃料を供給するこ
とで、蒸発器を経由して供給される燃料に上乗せする形
で、燃料増量を図ることができると共に、蒸発器を経由
して供給される燃料に比べレスポンスを向上でき、過渡
運転性（加速性能）を向上させることができる。
の過渡運転状態のときに改質器へ直接燃料を供給するこ
とで、蒸発器を経由して供給される燃料に上乗せする形
で、燃料増量を図ることができると共に、蒸発器を経由
して供給される燃料に比べレスポンスを向上でき、過渡
運転性（加速性能）を向上させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
てを説明する。図２は本発明の一実施形態を示す燃料改
質装置付き内燃機関のシステム図である。
てを説明する。図２は本発明の一実施形態を示す燃料改
質装置付き内燃機関のシステム図である。
【００２１】機関１には、各気筒毎に、吸気系にガス燃
料（改質ガス）を噴射する電磁式のガス燃料噴射弁２
と、燃焼室内に直接液体燃料（未改質の燃料）を噴射す
る電磁式の液体燃料噴射弁３とが設けられている。
料（改質ガス）を噴射する電磁式のガス燃料噴射弁２
と、燃焼室内に直接液体燃料（未改質の燃料）を噴射す
る電磁式の液体燃料噴射弁３とが設けられている。
【００２２】機関１の排気系４には、排気熱により燃料
をガス化する蒸発器５と、ガス化された燃料を排気熱と
改質触媒とにより水素、一酸化炭素等に改質する改質器
６とが、改質器６を排気系上流側に配置して、取付けら
れている。
をガス化する蒸発器５と、ガス化された燃料を排気熱と
改質触媒とにより水素、一酸化炭素等に改質する改質器
６とが、改質器６を排気系上流側に配置して、取付けら
れている。
【００２３】ここにおいて、燃料（ガソリン又はメタノ
ール）は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプ７によ
りレギュレータ８を介し、更に電磁式の流量調整弁９を
介して、蒸発器５に供給される。蒸発器５に供給された
燃料は、ここで排気熱を回収して、ガス化する。
ール）は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプ７によ
りレギュレータ８を介し、更に電磁式の流量調整弁９を
介して、蒸発器５に供給される。蒸発器５に供給された
燃料は、ここで排気熱を回収して、ガス化する。
【００２４】蒸発器５からのガス化された燃料は、改質
器６に供給され、ここで排気熱と改質触媒とにより、水
素及び一酸化炭素を主成分とする改質ガスに変換され
る。改質器６からの改質ガスは、電磁式の流路切換弁１
０を介し、更にレギュレータ１１を介して、ガス燃料噴
射弁２に供給され、このガス燃料噴射弁２によって機関
１に噴射供給される。
器６に供給され、ここで排気熱と改質触媒とにより、水
素及び一酸化炭素を主成分とする改質ガスに変換され
る。改質器６からの改質ガスは、電磁式の流路切換弁１
０を介し、更にレギュレータ１１を介して、ガス燃料噴
射弁２に供給され、このガス燃料噴射弁２によって機関
１に噴射供給される。
【００２５】また、燃料ポンプ７により蒸発器５へ至る
燃料供給ラインＬ１の流量調整弁９上流より分岐して、
液体燃料噴射弁３へ至る燃料供給ラインＬ２が設けら
れ、燃料をそのまま、液体燃料噴射弁３によって機関１
に噴射供給可能としてある。
燃料供給ラインＬ１の流量調整弁９上流より分岐して、
液体燃料噴射弁３へ至る燃料供給ラインＬ２が設けら
れ、燃料をそのまま、液体燃料噴射弁３によって機関１
に噴射供給可能としてある。
【００２６】一方、改質器６の入口側に空気噴射弁と燃
料噴射弁とを兼ねる２流体噴射弁１２が設けられ、改質
器６内に空気及び燃料をそれぞれ噴射供給可能としてあ
る。尚、２流体噴射弁１２は、いわゆるアシストエア噴
射機構付きの燃料噴射弁を使用すればよい。
料噴射弁とを兼ねる２流体噴射弁１２が設けられ、改質
器６内に空気及び燃料をそれぞれ噴射供給可能としてあ
る。尚、２流体噴射弁１２は、いわゆるアシストエア噴
射機構付きの燃料噴射弁を使用すればよい。
【００２７】この２流体噴射弁１２への空気の供給は、
機関１のクランク軸によりベルト駆動されるプーリ１３
により電磁クラッチ１４を介して駆動されるエアポンプ
１５を用いて行い、エアポンプ１５からの圧縮空気をレ
ギュレータ１６を介して２流体噴射弁１２に供給する。
機関１のクランク軸によりベルト駆動されるプーリ１３
により電磁クラッチ１４を介して駆動されるエアポンプ
１５を用いて行い、エアポンプ１５からの圧縮空気をレ
ギュレータ１６を介して２流体噴射弁１２に供給する。
【００２８】また、２流体噴射弁１２への燃料の供給
は、燃料ポンプ７より液体燃料噴射弁３に至る燃料供給
ラインＬ２の途中から分岐したラインＬ３により行う。
前記流量調整弁９は、開度制御されるものの、通常は開
弁状態であるが、所定の条件にて閉弁されて、蒸発器５
への燃料供給を停止する。
は、燃料ポンプ７より液体燃料噴射弁３に至る燃料供給
ラインＬ２の途中から分岐したラインＬ３により行う。
前記流量調整弁９は、開度制御されるものの、通常は開
弁状態であるが、所定の条件にて閉弁されて、蒸発器５
への燃料供給を停止する。
【００２９】前記流路切換弁１０は、通常は改質器６か
らの改質ガスをガス燃料噴射弁２へ導くが、所定の条件
にて切換えられると、ガス燃料噴射弁２側を閉止して、
改質器６からの改質ガスを通路１７により排気系４へ供
給する。
らの改質ガスをガス燃料噴射弁２へ導くが、所定の条件
にて切換えられると、ガス燃料噴射弁２側を閉止して、
改質器６からの改質ガスを通路１７により排気系４へ供
給する。
【００３０】ここにおいて、ガス燃料噴射弁２、液体燃
料噴射弁３、２流体噴射弁１２、電磁クラッチ１４、流
量調整弁９及び流路切換弁１０は、マイクロコンピュー
タ内蔵のコントロールユニット２０により制御される。
料噴射弁３、２流体噴射弁１２、電磁クラッチ１４、流
量調整弁９及び流路切換弁１０は、マイクロコンピュー
タ内蔵のコントロールユニット２０により制御される。
【００３１】コントロールユニット２０には、通常の燃
料噴射制御に用いられる図示しないクランク角センサ、
エアフローメータ、スロットル開度センサ、水温センサ
等の他、次のようなセンサ類からの信号が入力されてい
る。
料噴射制御に用いられる図示しないクランク角センサ、
エアフローメータ、スロットル開度センサ、水温センサ
等の他、次のようなセンサ類からの信号が入力されてい
る。
【００３２】すなわち、改質器６の入口側圧力Ｐｉｎを
検出する入口側圧力センサ２１、改質器６の出口側圧力
Ｐｏｕｔを検出する出口側圧力センサ２２が設けられ、
アンプ２３により、これらの出力差（改質器前後の圧力
差）ΔＰ＝Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔが検出されて、コントロー
ルユニット２０に入力されている。
検出する入口側圧力センサ２１、改質器６の出口側圧力
Ｐｏｕｔを検出する出口側圧力センサ２２が設けられ、
アンプ２３により、これらの出力差（改質器前後の圧力
差）ΔＰ＝Ｐｉｎ−Ｐｏｕｔが検出されて、コントロー
ルユニット２０に入力されている。
【００３３】また、改質器６の入口側温度Ｔｉｎを検出
する入口側温度センサ２４、改質器６の出口側温度Ｔｏ
ｕｔを検出する出口側温度センサ２５が設けられ、アン
プ２６により、これらの出力差（改質器前後の温度差）
ΔＴ＝Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔが検出されて、コントロールユ
ニット２０に入力されている。
する入口側温度センサ２４、改質器６の出口側温度Ｔｏ
ｕｔを検出する出口側温度センサ２５が設けられ、アン
プ２６により、これらの出力差（改質器前後の温度差）
ΔＴ＝Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔが検出されて、コントロールユ
ニット２０に入力されている。
【００３４】また、改質器６の出口側にて、改質ガス濃
度、具体的には水素濃度Ｈ2 を検出する水素濃度センサ
２７が設けられ、その出力がコントロールユニット２０
に入力されている。
度、具体的には水素濃度Ｈ2 を検出する水素濃度センサ
２７が設けられ、その出力がコントロールユニット２０
に入力されている。
【００３５】また、排気系４にて、排気温度Ｔｅｘｈを
検出する排気温度センサ２８が設けられ、その出力もコ
ントロールユニット２０に入力されている。次にコント
ロールユニット２０による制御の詳細を図３及び図４の
フローチャートにより説明する。
検出する排気温度センサ２８が設けられ、その出力もコ
ントロールユニット２０に入力されている。次にコント
ロールユニット２０による制御の詳細を図３及び図４の
フローチャートにより説明する。
【００３６】図３は改質器の活性状態を判定するルーチ
ンのフローチャートである。本ルーチンが改質器活性状
態判定手段に相当する。ステップ１（図にはＳ１と記
す。以下同様）では、アンプ２３からの信号に基づい
て、改質器前後の圧力差ΔＰを検出する。尚、アンプ２
３を用いず、圧力センサ２１，２２からの信号（Ｐｉ
ｎ，Ｐｏｕｔ）を直接読込んで、圧力差ΔＰ＝Ｐｉｎ−
Ｐｏｕｔを算出してもよい。
ンのフローチャートである。本ルーチンが改質器活性状
態判定手段に相当する。ステップ１（図にはＳ１と記
す。以下同様）では、アンプ２３からの信号に基づい
て、改質器前後の圧力差ΔＰを検出する。尚、アンプ２
３を用いず、圧力センサ２１，２２からの信号（Ｐｉ
ｎ，Ｐｏｕｔ）を直接読込んで、圧力差ΔＰ＝Ｐｉｎ−
Ｐｏｕｔを算出してもよい。
【００３７】ステップ２では、機関運転状態のパラメー
タとする機関回転数Ｎｅ及び負荷（基本燃料噴射量）Ｔ
ｐに応じてしきい値ｍＰを予め定めて記憶させてあるマ
ップを参照し、実際のＮｅ，Ｔｐから、しきい値ｍＰを
設定する。
タとする機関回転数Ｎｅ及び負荷（基本燃料噴射量）Ｔ
ｐに応じてしきい値ｍＰを予め定めて記憶させてあるマ
ップを参照し、実際のＮｅ，Ｔｐから、しきい値ｍＰを
設定する。
【００３８】ステップ３では、改質器前後の圧力差ΔＰ
としきい値ｍＰとを比較し、ΔＰ≧ｍＰか否かを判定す
る。改質器６の触媒の表面にすすや不純物が付着する
と、圧力損失が増大し、出口側圧力Ｐｏｕｔが大きく低
下することで、改質器前後の圧力差ΔＰが大きくなる。
従って、改質器前後の圧力差ΔＰがしきい値ｍＰ以上に
なったことで、すすや不純物の付着により改質器６が不
活性状態にあることを検出し得る。
としきい値ｍＰとを比較し、ΔＰ≧ｍＰか否かを判定す
る。改質器６の触媒の表面にすすや不純物が付着する
と、圧力損失が増大し、出口側圧力Ｐｏｕｔが大きく低
下することで、改質器前後の圧力差ΔＰが大きくなる。
従って、改質器前後の圧力差ΔＰがしきい値ｍＰ以上に
なったことで、すすや不純物の付着により改質器６が不
活性状態にあることを検出し得る。
【００３９】ΔＰ＜ｍＰの場合は、一応、活性状態とみ
なして、次のチェックを行う。ステップ４では、アンプ
２６からの信号に基づいて、改質器前後の温度差ΔＴを
検出する。尚、アンプ２６を用いず、温度センサ２４，
２５からの信号（Ｔｉｎ，Ｔｏｕｔ）を直接読込んで、
温度差ΔＴ＝Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔを算出してもよい。
なして、次のチェックを行う。ステップ４では、アンプ
２６からの信号に基づいて、改質器前後の温度差ΔＴを
検出する。尚、アンプ２６を用いず、温度センサ２４，
２５からの信号（Ｔｉｎ，Ｔｏｕｔ）を直接読込んで、
温度差ΔＴ＝Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔを算出してもよい。
【００４０】ステップ５では、機関回転数Ｎｅ及び負荷
Ｔｐに応じてしきい値ｍＴを予め定めて記憶させてある
マップを参照し、実際のＮｅ，Ｔｐから、しきい値ｍＴ
を設定する。
Ｔｐに応じてしきい値ｍＴを予め定めて記憶させてある
マップを参照し、実際のＮｅ，Ｔｐから、しきい値ｍＴ
を設定する。
【００４１】ステップ６では、改質器前後の温度差ΔＴ
としきい値ｍＴとを比較し、ΔＴ≧ｍＴか否かを判定す
る。改質器６の触媒の表面にすすや不純物が付着したり
して、改質器６の活性が低下すると、改質器６での反応
が十分に起きなくなり、出口側温度Ｔｏｕｔが低下する
ことで、改質器前後の温度差ΔＴが大きくなる。従っ
て、改質器前後の温度差ΔＴがしきい値ｍＴ以上になっ
たことで、改質器６が不活性状態にあることを検出し得
る。
としきい値ｍＴとを比較し、ΔＴ≧ｍＴか否かを判定す
る。改質器６の触媒の表面にすすや不純物が付着したり
して、改質器６の活性が低下すると、改質器６での反応
が十分に起きなくなり、出口側温度Ｔｏｕｔが低下する
ことで、改質器前後の温度差ΔＴが大きくなる。従っ
て、改質器前後の温度差ΔＴがしきい値ｍＴ以上になっ
たことで、改質器６が不活性状態にあることを検出し得
る。
【００４２】ΔＴ＜ｍＴの場合は、一応、活性状態とみ
なして、次のチェックを行う。ステップ７では、水素濃
度センサ２７により、改質器出口側の水素濃度Ｈ2 を検
出する。
なして、次のチェックを行う。ステップ７では、水素濃
度センサ２７により、改質器出口側の水素濃度Ｈ2 を検
出する。
【００４３】ステップ８では、機関回転数Ｎｅ及び負荷
Ｔｐに応じてしきい値ｍＨ2 を予め定めて記憶させてあ
るマップを参照し、実際のＮｅ，Ｔｐから、しきい値ｍ
Ｈ2を設定する。
Ｔｐに応じてしきい値ｍＨ2 を予め定めて記憶させてあ
るマップを参照し、実際のＮｅ，Ｔｐから、しきい値ｍ
Ｈ2を設定する。
【００４４】ステップ９では、改質器出口側の水素濃度
Ｈ2 としきい値ｍＨ2 とを比較し、Ｈ2 ≦ｍＨ2 か否か
を判定する。改質器６の触媒の表面にすすや不純物が付
着したりして、改質器６の活性が低下すると、改質器６
での反応が十分に起きなくなり、出口側の水素濃度Ｈ2
が低下する。従って、出口側の水素濃度Ｈ2 がしきい値
ｍＨ2 以下になったことで、改質器６が不活性状態にあ
ることを検出し得る。
Ｈ2 としきい値ｍＨ2 とを比較し、Ｈ2 ≦ｍＨ2 か否か
を判定する。改質器６の触媒の表面にすすや不純物が付
着したりして、改質器６の活性が低下すると、改質器６
での反応が十分に起きなくなり、出口側の水素濃度Ｈ2
が低下する。従って、出口側の水素濃度Ｈ2 がしきい値
ｍＨ2 以下になったことで、改質器６が不活性状態にあ
ることを検出し得る。
【００４５】Ｈ2 ＞ｍＨ2 の場合は、いずれのチェック
においてもＯＫであるので、活性状態とみなす。すなわ
ち、ステップ１０へ進んで、活性状態判定フラグＦｃを
活性状態を示すＦｃ＝０として、本ルーチンを終了す
る。
においてもＯＫであるので、活性状態とみなす。すなわ
ち、ステップ１０へ進んで、活性状態判定フラグＦｃを
活性状態を示すＦｃ＝０として、本ルーチンを終了す
る。
【００４６】一方、ステップ３での判定でΔＰ≧ｍＰ、
又はステップ６での判定でΔＴ≧ｍＴ、又はステップ９
での判定でＨ2 ≦ｍＨ2 の場合は、不活性状態とみな
す。すなわち、ステップ１１へ進んで、活性状態判定フ
ラグＦｃを不活性状態を示すＦｃ＝１として、本ルーチ
ンを終了する。
又はステップ６での判定でΔＴ≧ｍＴ、又はステップ９
での判定でＨ2 ≦ｍＨ2 の場合は、不活性状態とみな
す。すなわち、ステップ１１へ進んで、活性状態判定フ
ラグＦｃを不活性状態を示すＦｃ＝１として、本ルーチ
ンを終了する。
【００４７】図５は実際のΔＰ、ΔＴ、Ｈ2 の変化に対
して、活性状態フラグＦが設定される様子を示してい
る。尚、本実施形態では、ΔＰ≧ｍＰ、又はΔＴ≧ｍ
Ｔ、又はＨ2 ≦ｍＨ2 の場合に不活性状態と判定した
が、ΔＰ≧ｍＰ、かつΔＴ≧ｍＴ、かつＨ2 ≦ｍＨ2 の
場合に不活性状態と判定してもよいし、いずれか２つの
アンド条件で不活性状態と判定するようにしてもよい。
して、活性状態フラグＦが設定される様子を示してい
る。尚、本実施形態では、ΔＰ≧ｍＰ、又はΔＴ≧ｍ
Ｔ、又はＨ2 ≦ｍＨ2 の場合に不活性状態と判定した
が、ΔＰ≧ｍＰ、かつΔＴ≧ｍＴ、かつＨ2 ≦ｍＨ2 の
場合に不活性状態と判定してもよいし、いずれか２つの
アンド条件で不活性状態と判定するようにしてもよい。
【００４８】また、本判定は、精度向上のため、暖機完
了後（水温が例えば８０℃以上）の定常運転状態におい
て実施するのが望ましい。図４は活性状態の判定結果
（活性状態判定フラグＦｃ）に応じた制御を行うルーチ
ンのフローチャートである。
了後（水温が例えば８０℃以上）の定常運転状態におい
て実施するのが望ましい。図４は活性状態の判定結果
（活性状態判定フラグＦｃ）に応じた制御を行うルーチ
ンのフローチャートである。
【００４９】ステップ２１では、活性状態判定フラグＦ
ｃの値を判定する。Ｆｃ＝０（活性状態）の場合は、ス
テップ２２へ進む。ステップ２２では、電磁クラッチ１
４をＯＦＦにして、エアポンプ１５を停止状態とする。
ｃの値を判定する。Ｆｃ＝０（活性状態）の場合は、ス
テップ２２へ進む。ステップ２２では、電磁クラッチ１
４をＯＦＦにして、エアポンプ１５を停止状態とする。
【００５０】ステップ２３では、流量調整弁９を開弁さ
せ、かつ機関運転状態のパラメータとする機関回転数Ｎ
ｅ及び負荷（基本燃料噴射量）Ｔｐに応じて開度制御し
て、蒸発器５へ燃料を供給する。
せ、かつ機関運転状態のパラメータとする機関回転数Ｎ
ｅ及び負荷（基本燃料噴射量）Ｔｐに応じて開度制御し
て、蒸発器５へ燃料を供給する。
【００５１】ステップ２４では、流路切換弁１０によ
り、改質ガスをガス燃料噴射弁２に供給し、ガス燃料噴
射弁２により改質ガスを機関１に供給することで、機関
１を改質ガスにより運転する。
り、改質ガスをガス燃料噴射弁２に供給し、ガス燃料噴
射弁２により改質ガスを機関１に供給することで、機関
１を改質ガスにより運転する。
【００５２】ステップ２５では、過渡運転状態（例えば
スロットル開度の変化率ΔＴｖｏが所定値以上）か否か
を判定する。尚、スロットル開度の変化率ΔＴｖｏは、
時刻ｔ１（直前）でのスロットル開度をＴｖｏ１、時刻
ｔ２（現時点）でのスロットル開度をＴｖｏ２とする
と、ΔＴｖｏ＝（Ｔｖｏ２−Ｔｖｏ１）／（ｔ２−ｔ
１）より求める。
スロットル開度の変化率ΔＴｖｏが所定値以上）か否か
を判定する。尚、スロットル開度の変化率ΔＴｖｏは、
時刻ｔ１（直前）でのスロットル開度をＴｖｏ１、時刻
ｔ２（現時点）でのスロットル開度をＴｖｏ２とする
と、ΔＴｖｏ＝（Ｔｖｏ２−Ｔｖｏ１）／（ｔ２−ｔ
１）より求める。
【００５３】そして、過渡運転状態の場合のみ、ステッ
プ２６で、２流体噴射弁１２を燃料噴射弁として用い、
これにより燃料を改質器６へ噴射供給して、本ルーチン
を終了する。
プ２６で、２流体噴射弁１２を燃料噴射弁として用い、
これにより燃料を改質器６へ噴射供給して、本ルーチン
を終了する。
【００５４】以上のように、改質器６が活性状態にある
場合は、燃料を蒸発器５に供給してガス化した後、改質
器６に供給して、水素及び一酸化炭素を主成分とする改
質ガスに変換し、この改質ガスをガス燃料噴射弁２によ
り機関１に供給して、改質ガスによる運転を行う。
場合は、燃料を蒸発器５に供給してガス化した後、改質
器６に供給して、水素及び一酸化炭素を主成分とする改
質ガスに変換し、この改質ガスをガス燃料噴射弁２によ
り機関１に供給して、改質ガスによる運転を行う。
【００５５】但し、急加速時等の過渡運転状態の場合
は、蒸発器５への燃料供給とは別に、２流体噴射弁１２
を用いて、改質器６へ直接燃料を噴射供給することで、
蒸発器５を経由して供給される燃料に上乗せする形で、
燃料増量を図ることができると共に、蒸発器５を経由し
て供給される燃料に比べレスポンスを向上でき、過渡運
転性（加速性能）を向上させることができる。尚、燃料
増量を行う過渡運転状態について、排気温度Ｔｅｘｈが
所定値以上であることを条件とするようにしてもよい。
は、蒸発器５への燃料供給とは別に、２流体噴射弁１２
を用いて、改質器６へ直接燃料を噴射供給することで、
蒸発器５を経由して供給される燃料に上乗せする形で、
燃料増量を図ることができると共に、蒸発器５を経由し
て供給される燃料に比べレスポンスを向上でき、過渡運
転性（加速性能）を向上させることができる。尚、燃料
増量を行う過渡運転状態について、排気温度Ｔｅｘｈが
所定値以上であることを条件とするようにしてもよい。
【００５６】ここで、ステップ２５の部分が過渡運転状
態検出手段に相当し、ステップ２６の部分が過渡運転状
態での改質器への燃料供給手段に相当する。Ｆｃ＝１
（不活性状態）の場合は、ステップ２７へ進む。
態検出手段に相当し、ステップ２６の部分が過渡運転状
態での改質器への燃料供給手段に相当する。Ｆｃ＝１
（不活性状態）の場合は、ステップ２７へ進む。
【００５７】ステップ２７では、液体燃料噴射弁３によ
り、機関１へ直接燃料を供給する。すなわち、液体燃料
をそのまま用いて機関１を運転する。ステップ２８で
は、電磁クラッチ１４をＯＮにして、エアポンプ１５を
作動させる。これにより、２流体噴射弁１２による空気
噴射が可能となる。このように触媒活性回復のための空
気供給時のみ電磁クラッチ１４を締結してエアポンプ１
５を駆動することで、エアポンプ１５を駆動するための
機関負荷を最小限に抑えることができる。
り、機関１へ直接燃料を供給する。すなわち、液体燃料
をそのまま用いて機関１を運転する。ステップ２８で
は、電磁クラッチ１４をＯＮにして、エアポンプ１５を
作動させる。これにより、２流体噴射弁１２による空気
噴射が可能となる。このように触媒活性回復のための空
気供給時のみ電磁クラッチ１４を締結してエアポンプ１
５を駆動することで、エアポンプ１５を駆動するための
機関負荷を最小限に抑えることができる。
【００５８】ステップ２９では、排気温度センサ２８か
らの信号で、排気温度Ｔｅｘｈを検出する。ステップ３
０では、機関運転状態のパラメータとする機関回転数Ｎ
ｅ及び負荷（基本燃料噴射量）Ｔｐに応じてしきい値ｍ
Ｔｅｘｈを予め定めて記憶させてあるマップを参照し、
実際のＮｅ，Ｔｐから、しきい値ｍＴｅｘｈを設定す
る。
らの信号で、排気温度Ｔｅｘｈを検出する。ステップ３
０では、機関運転状態のパラメータとする機関回転数Ｎ
ｅ及び負荷（基本燃料噴射量）Ｔｐに応じてしきい値ｍ
Ｔｅｘｈを予め定めて記憶させてあるマップを参照し、
実際のＮｅ，Ｔｐから、しきい値ｍＴｅｘｈを設定す
る。
【００５９】ステップ３１では、排気温度Ｔｅｘｈとし
きい値ｍＴｅｘｈとを比較し、Ｔｅｘｈ≦ｍＴｅｘｈ
（低排気温度）か否かを判定する。Ｔｅｘｈ＞ｍＴｅｘ
ｈ（高排気温度）の場合は、ステップ３２へ進み、流量
調整弁９を開弁させて、蒸発器５へ燃料を供給した上
で、ステップ３３で、２流体噴射弁１２を空気噴射弁と
して用い、改質器６へ空気のみを噴射供給する。ここ
で、噴射する空気量は機関運転状態（Ｎｅ，Ｔｐ）によ
って決定する。
きい値ｍＴｅｘｈとを比較し、Ｔｅｘｈ≦ｍＴｅｘｈ
（低排気温度）か否かを判定する。Ｔｅｘｈ＞ｍＴｅｘ
ｈ（高排気温度）の場合は、ステップ３２へ進み、流量
調整弁９を開弁させて、蒸発器５へ燃料を供給した上
で、ステップ３３で、２流体噴射弁１２を空気噴射弁と
して用い、改質器６へ空気のみを噴射供給する。ここ
で、噴射する空気量は機関運転状態（Ｎｅ，Ｔｐ）によ
って決定する。
【００６０】Ｔｅｘｈ≦ｍＴｅｘｈ（低排気温度）の場
合は、ステップ３４へ進み、２流体噴射弁１２により、
改質器６へ空気及び燃料を噴射供給する。ここで、噴射
する空気量は機関運転状態（Ｎｅ，Ｔｐ）によって決定
し、燃料量は空気量に対し機関運転状態（Ｎｅ，Ｔｐ）
に応じた任意の比率で決定する。このときは、ステップ
３５で、流量調整弁９を閉弁させて、蒸発器５への燃料
供給を停止する。
合は、ステップ３４へ進み、２流体噴射弁１２により、
改質器６へ空気及び燃料を噴射供給する。ここで、噴射
する空気量は機関運転状態（Ｎｅ，Ｔｐ）によって決定
し、燃料量は空気量に対し機関運転状態（Ｎｅ，Ｔｐ）
に応じた任意の比率で決定する。このときは、ステップ
３５で、流量調整弁９を閉弁させて、蒸発器５への燃料
供給を停止する。
【００６１】これらの後、ステップ３６では、流路切換
弁１０の切換えにより、改質器６からの改質ガスをガス
燃料噴射弁２側（機関１側）へ供給することなく、通路
１７により排気系４へ供給する。
弁１０の切換えにより、改質器６からの改質ガスをガス
燃料噴射弁２側（機関１側）へ供給することなく、通路
１７により排気系４へ供給する。
【００６２】以上のように、改質器６が不活性状態にあ
る場合は、活性回復のため、２流体噴射弁１２により改
質器６に空気を噴射供給することで、改質器６での酸化
反応（改質器６内に付着している燃料の燃焼）の促進に
より、改質器６内の温度を上昇させ、これによりすすを
燃やすことで、触媒の活性を回復する。
る場合は、活性回復のため、２流体噴射弁１２により改
質器６に空気を噴射供給することで、改質器６での酸化
反応（改質器６内に付着している燃料の燃焼）の促進に
より、改質器６内の温度を上昇させ、これによりすすを
燃やすことで、触媒の活性を回復する。
【００６３】また、排気温度が高い状態では、２流体噴
射弁１２により改質器６に空気のみを噴射供給するが、
排気温度が低い状態では、２流体噴射弁１２により空気
と共に燃料を噴射供給することで、触媒温度が低く反応
しにくい低排温時にも燃焼を促進でき、また蒸発器５を
経由して燃料を供給する場合に比して応答良く燃焼を促
進でき、触媒の活性をより確実に回復できる。
射弁１２により改質器６に空気のみを噴射供給するが、
排気温度が低い状態では、２流体噴射弁１２により空気
と共に燃料を噴射供給することで、触媒温度が低く反応
しにくい低排温時にも燃焼を促進でき、また蒸発器５を
経由して燃料を供給する場合に比して応答良く燃焼を促
進でき、触媒の活性をより確実に回復できる。
【００６４】また、活性回復のための改質器６への燃料
供給時は、流量調整弁９を閉弁させて、蒸発器５への燃
料供給を停止することで、燃料供給が過剰となるのを防
止できる。
供給時は、流量調整弁９を閉弁させて、蒸発器５への燃
料供給を停止することで、燃料供給が過剰となるのを防
止できる。
【００６５】また、改質器６の活性回復中は、液体燃料
噴射弁３により機関１に直接燃料を供給することで、改
質ガスの生成が不十分な状態で機関１の安定度を損なう
ことなく運転を可能とする一方、流路切換弁１０によ
り、改質ガスの機関１への供給を停止させて、改質ガス
を排気系４へ供給することで、排気中で燃焼させ、改質
ガスを排気温度の上昇に用いることができる。
噴射弁３により機関１に直接燃料を供給することで、改
質ガスの生成が不十分な状態で機関１の安定度を損なう
ことなく運転を可能とする一方、流路切換弁１０によ
り、改質ガスの機関１への供給を停止させて、改質ガス
を排気系４へ供給することで、排気中で燃焼させ、改質
ガスを排気温度の上昇に用いることができる。
【００６６】ここで、ステップ２８，３３，３４の部分
が活性回復のための改質器への空気供給手段に相当し、
ステップ３１，３４の部分が活性回復のための改質器へ
の燃料供給手段に相当する。また、ステップ３５の部分
が蒸発器への燃料停止手段に相当する。また、ステップ
２７，３６の部分が燃料切換手段に相当する。
が活性回復のための改質器への空気供給手段に相当し、
ステップ３１，３４の部分が活性回復のための改質器へ
の燃料供給手段に相当する。また、ステップ３５の部分
が蒸発器への燃料停止手段に相当する。また、ステップ
２７，３６の部分が燃料切換手段に相当する。
【図１】 本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】 本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステ
ム図
ム図
【図３】 改質器活性状態判定のフローチャート
【図４】 判定結果に応じた制御のフローチャート
【図５】 活性状態判定フラグＦｃの変化の様子を示す
図
図
１ 機関 ２ ガス燃料噴射弁 ３ 液体燃料噴射弁 ４ 排気系 ５ 蒸発器 ６ 改質器 ７ 燃料ポンプ ９ 流量調整弁 １０ 流路切換弁 １２ ２流体噴射弁 １４ 電磁クラッチ １５ エアポンプ ２０ コントロールユニット ２１ 入口側圧力センサ ２２ 出口側圧力センサ ２４ 入口側温度センサ ２５ 出口側温度センサ ２７ 水素濃度センサ ２８ 排気温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 21/02 ３０１ Ｆ０２Ｍ 21/02 ３０１Ｒ 23/04 23/04 Ｚ 31/18 31/18 63/00 63/00 Ｐ
Claims (8)
- 【請求項１】排気熱により燃料をガス化する蒸発器と、
ガス化された燃料を排気熱と改質触媒とにより改質する
改質器とを備えて、改質ガスを機関に供給する燃料改質
装置付き内燃機関において、 改質器の活性状態を判定する改質器活性状態判定手段
と、 活性状態が低下したと判定されたときに、改質器に空気
を供給する空気供給手段と、 を設けたことを特徴とする燃料改質装置付き内燃機関。 - 【請求項２】前記改質器活性状態判定手段は、改質器前
後の圧力差、改質器前後の温度差又は改質器出口側の改
質ガス濃度のうち少なくとも１つに基づいて、活性状態
を判定することを特徴とする請求項１記載の燃料改質装
置付き内燃機関。 - 【請求項３】前記空気供給手段による改質器への空気供
給時に、所定の条件下で、改質器に直接燃料を供給する
燃料供給手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請
求項２記載の燃料改質装置付き内燃機関。 - 【請求項４】前記燃料供給手段は、前記空気供給手段に
よる改質器への空気供給時に、排気温度が低い状態であ
ることを条件として、改質器に直接燃料を供給すること
を特徴とする請求項３記載の燃料改質装置付き内燃機
関。 - 【請求項５】改質器に対し、空気及び燃料を噴射供給可
能な２流体噴射弁を設けて、前記空気供給手段及び前記
燃料供給手段を構成することを特徴とする請求項３又は
請求項４記載の燃料改質装置付き内燃機関。 - 【請求項６】前記燃料供給手段による改質器への燃料供
給時に、蒸発器への燃料供給を停止する手段を設けたこ
とを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１つに記
載の燃料改質装置付き内燃機関。 - 【請求項７】前記空気供給手段による改質器への空気供
給時に、機関に直接燃料を供給する一方、改質ガスの機
関への供給を停止させて、改質ガスを排気系へ供給する
燃料切換手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求
項６のいずれか１つに記載の燃料改質装置付き内燃機
関。 - 【請求項８】過渡運転状態を検出する過渡運転状態検出
手段と、過渡運転状態のときに改質器へ直接燃料を供給
する燃料供給手段とを設けたことを特徴とする請求項１
〜請求項７のいずれか１つに記載の燃料改質装置付き内
燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10486199A JP4013398B2 (ja) | 1999-04-13 | 1999-04-13 | 燃料改質装置付き内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10486199A JP4013398B2 (ja) | 1999-04-13 | 1999-04-13 | 燃料改質装置付き内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000297706A true JP2000297706A (ja) | 2000-10-24 |
| JP4013398B2 JP4013398B2 (ja) | 2007-11-28 |
Family
ID=14392043
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10486199A Expired - Fee Related JP4013398B2 (ja) | 1999-04-13 | 1999-04-13 | 燃料改質装置付き内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4013398B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2007113420A (ja) * | 2005-10-18 | 2007-05-10 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の制御装置 |
| JP2007113421A (ja) * | 2005-10-18 | 2007-05-10 | Toyota Motor Corp | 内燃機関の制御装置 |
| JP2008184942A (ja) * | 2007-01-29 | 2008-08-14 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関の燃料性状判定装置 |
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-
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- 1999-04-13 JP JP10486199A patent/JP4013398B2/ja not_active Expired - Fee Related
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