JP4039304B2 - 改質触媒劣化判定装置、燃料改質装置および改質触媒劣化判定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定装置、燃料改質装置および改質触媒劣化判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両用エンジンの燃費を低減させるための技術として、エンジンの燃焼室に供給される燃料や燃焼室からの排気ガスにＣＯおよびＨ2を含む改質ガスを添加する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置は、酸素吸蔵能を有する担体に貴金属を担持させたＣＯシフト触媒を含み、このＣＯシフト触媒は、水性ガスシフト反応によってＣＯおよびＨ2ＯをＨ2およびＣＯ2に改質し、ＣＯおよびＨ2を含む改質ガスを生成する。
【０００３】
ここで、ＣＯシフト触媒は、時間の経過と共に劣化するものであり、それゆえに、ＣＯシフト触媒にて生成される改質ガスにおけるＣＯとＨ2との濃度比（ＣＯ／Ｈ2濃度比）も時間の経過と共に変化する。このため、上述の従来の装置では、ＣＯシフト触媒の流体入口および流体出口における酸素濃度からＣＯシフト触媒の酸素吸蔵能が求められ、求められた酸素吸蔵能を示す数値から、ＣＯシフト触媒の劣化の度合いに関連する改質ガスのＣＯ／Ｈ2濃度比が推定される。そして、推定されたＣＯ／Ｈ2濃度比に基づいて、エンジンへの燃料やエンジンの排気ガスに対する改質ガスの添加量が設定される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−５４４２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒の酸素吸蔵能を精度よく求めることは実際のところ容易なことではない。また、上記従来例のようにして触媒の酸素吸蔵能を求める場合、高価な酸素センサを複数使用しなければならない。従って、上記従来例において、触媒の劣化を容易かつ精度よく把握することは実質的に困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握可能にする改質触媒劣化判定装置、それを備えた燃料改質装置および改質触媒劣化判定方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による改質触媒劣化判定装置は、燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定装置であって、前記改質触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、前記改質触媒に対する混合気の供給が開始された後における前記触媒温度取得手段によって取得された前記改質触媒の温度の上昇度合いが所定の度合いを下回った場合に前記改質触媒が劣化していると判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、改質触媒が劣化すると、当該改質触媒における混合気の反応性が低下することから、改質触媒に対する混合気の供給が開始された後における改質触媒の温度の上昇度合いが小さくなる。従って、かかる構成によれば、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握可能となる。
【０００９】
また、本発明による改質触媒劣化判定装置は、燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定装置であって、前記改質触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、前記改質触媒に供給される混合気の空燃比が変化させられた後における前記触媒温度取得手段によって取得された前記改質触媒の温度の上昇度合いまたは下降度合いに基づいて前記改質触媒の劣化の度合いを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
一般に、改質触媒に供給される混合気がリーン化された場合（混合気の空燃比が大きくされた場合）、改質触媒の温度が上昇することになるが、改質触媒が劣化していると、混合気の空燃比の変化後における改質触媒の温度の上昇度合いは、正常時に比べて小さくなる（上昇速度が遅くなる）。また、改質触媒に供給される混合気がリッチ化された場合（混合気の空燃比が小さくされた場合）、改質触媒の温度は低下することになるが、改質触媒が劣化していると、混合気の空燃比の変化後における改質触媒の温度の下降度合いは、正常時に比べて大きくなる（下降速度が速まる）。
【００１１】
更に、改質触媒に供給される混合気がリーン化された場合（混合気の空燃比が大きくされた場合）、改質触媒の上流側端部が劣化していると、混合気の空燃比の変化後、改質触媒の下流側端部における温度の上昇度合いは、正常時に比べて大きくなる（上昇速度が速まる）。また、改質触媒に供給される混合気がリッチ化された場合（混合気の空燃比が小さくされた場合）、改質触媒の上流側端部が劣化していると、混合気の空燃比の変化後、改質触媒の下流側端部における温度の下降度合いは、正常時に比べて小さくなる（下降速度が遅くなる）。
【００１２】
従って、これらの現象を考慮し、改質触媒に供給される混合気の空燃比が変化させられた後における改質触媒の温度の上昇度合いまたは下降度合いに基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定しても、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握可能となる。
【００１３】
本発明による燃料改質装置は、上述の改質触媒劣化判定装置を備えた燃料改質装置であって、触媒温度取得手段によって取得された改質触媒の温度に基づいて改質触媒に供給される混合気の空燃比を設定する空燃比制御手段を含むことを特徴とする。
【００１４】
このように、上述の改質触媒劣化判定装置を、改質触媒の温度に基づいて改質触媒に供給される混合気の空燃比を設定する空燃比制御手段を含む燃料改質装置に適用すれば、混合気の空燃比設定と改質触媒の劣化判定とに触媒温度取得手段を共用することができるので有利である。
【００１５】
本発明による改質触媒劣化判定方法は、燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定方法であって、
前記改質触媒に対する混合気の供給が開始された後における前記改質触媒の温度を取得し、取得した前記改質触媒の温度の上昇度合いが所定の度合いを下回った場合に前記改質触媒が劣化していると判断することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明による改質触媒劣化判定方法は、燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定方法であって、前記改質触媒に供給される混合気の空燃比が変化させられた後における前記改質触媒の温度を取得し、取得した前記改質触媒の温度の上昇度合いまたは下降度合いに基づいて前記改質触媒の劣化の度合いを判定することを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による改質触媒劣化判定装置、燃料改質装置および改質触媒劣化判定方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２７】
図１は、参考例としての改質触媒劣化判定装置を含む改質器（燃料改質装置）が備えられた車両を示す概略構成図である。同図に示される車両Ｃは、走行用駆動源として、トランスアクスルＴを介して駆動輪Ｗを駆動するエンジン（内燃機関）１を有する。エンジン１は、エンジンブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃焼成分を含む混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生するものである。なお、図１には１気筒のみが示されるが、エンジン１は、多気筒エンジン（例えば、４気筒エンジン）として構成される。
【００２８】
各燃焼室３の吸気ポートは、吸気マニホールド５を構成する吸気管５ａにそれぞれ接続され、各燃焼室３の排気ポートは、排気マニホールド６を構成する排気管６ａにそれぞれ接続されている。また、エンジン１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが各燃焼室３ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、例えば、可変バルブタイミング機能を有する動弁機構（図示省略）によって開閉させられる。更に、エンジン１のシリンダヘッドには、複数の点火プラグ７が各燃焼室３内に臨むように配設されている。また、排気マニホールド６には、各燃焼室３からの排気ガスの空燃比を検出する排気Ａ／Ｆセンサ１９が設置されている。そして、排気マニホールド６は、図示されない触媒装置（三元触媒）に接続されている。
【００２９】
図１に示されるように、吸気マニホールド５を構成する各吸気管５ａは、サージタンク８に接続されており、吸気マニホールド５（各吸気管５ａ）とサージタンク８とは、エンジン１の吸気系統を構成する。また、サージタンク８には、給気管Ｌ１が接続されており、給気管Ｌ１は、エアクリーナ９を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気管Ｌ１の中途（サージタンク８とエアクリーナ９との間）には、スロットルバルブ（本参考例では、スロットルバルブ）１０が組み込まれている。
【００３０】
更に、給気管Ｌ１には、エアクリーナ９とスロットルバルブ１０との間に位置するようにエアフローメータＡＦＭが設置されている。そして、給気管Ｌ１からは、スロットルバルブ１０とエアフローメータＡＦＭとの間に定められた分岐部ＢＰにおいてバイパス管Ｌ２が分岐されている。バイパス管Ｌ２は、中途に流量調整弁１１を有し、その先端（分岐部ＢＰ側の端部と反対側の端部）は、改質器２０に接続されている。
【００３１】
改質器２０は、両端が閉鎖された概ね筒状の本体２１を有し、本体２１の内部には、上述のバイパス管Ｌ２が接続される空燃混合部２２と、空燃混合部２２に隣接する改質反応部２３とが画成されている。空燃混合部２２には、バイパス管Ｌ２に加えて、燃料噴射弁１５が接続されている。燃料噴射弁１５は、図示されない燃料ポンプを介して燃料タンクに接続されており、ガソリン等の炭化水素系燃料を噴射可能なものである。また、改質反応部２３には、例えばジルコニアにロジウムを担持させた改質触媒が配置されている。そして、改質器２０の出口端は、接続管Ｌ３を介してサージタンク８に接続されている。これにより、改質器２０は、給気管Ｌ１をバイパスするように配置されることになる。更に、改質器２０には、温度センサ１２が備えられている。本参考例では、温度センサ１２は、改質反応部２３の下流側に位置するように本体２１に取り付けられており、温度センサ１２は、改質反応部２３から流出する改質ガスの温度を検出する。
【００３２】
上述の点火プラグ（イグナイタ）７、図示されない動弁機構、スロットルバルブ１０、流量調整弁１１、温度センサ１２、排気Ａ／Ｆセンサ１９、エアフローメータＡＦＭ等は、それぞれ、エンジン１の制御手段として機能する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５０に接続されている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および、各種情報やマップ等が記憶される記憶装置等を含む。また、ＥＣＵ５０には、アクセル位置センサ５１からアクセルペダルの踏み込み量を示す信号が与えられると共に、回転数センサ５２からエンジン１の実際の回転数を示す信号が与えられる。そして、ＥＣＵ５０は、エアフローメータＡＦＭ、温度センサ１２、排気Ａ／Ｆセンサ１９等の検出値や、アクセル位置センサ５１および回転数センサ５２からの信号等に基づいて、スロットルバルブ１０や流量調整弁１１の開度、燃料噴射弁１５による燃料噴射量、点火プラグ７による点火タイミング等を制御する。
【００３３】
車両Ｃを作動させる際、改質器２０の空燃混合部２２には、ＥＣＵ５０によって開度調整されるバイパス管Ｌ２の流量調整弁１１を介して空気が導入されると共に、ＥＣＵ５０によって制御される燃料噴射弁１５からガソリン等の燃料が噴射される。ガソリン等の燃料は、空燃混合部２２にて気化すると共にバイパス管Ｌ２からの空気と混ざり合い、改質反応部２３へと流れ込む。改質反応部２３では、改質触媒により炭化水素系燃料と空気とが反応させられ、次の（１）式にて表わされる部分酸化反応が進行する。
ＣmＨn＋（ｍ／２）Ｏ2 → ｍＣＯ＋（ｎ／２）Ｈ2 …（１）
そして、上記（１）式の反応が進行することにより、燃焼成分であるＣＯおよびＨ2を含む改質ガスが生成され、得られた改質ガスは、改質器２０から接続管Ｌ３を介してサージタンク８内に導入される。
【００３４】
また、サージタンク８内には、ＥＣＵ５０によって開度調整される給気管Ｌ１のスロットルバルブ１０を介して空気が導入される。従って、改質器２０からサージタンク８内に導入された改質ガスは、サージタンク８内で更に空気と混合された後、各燃焼室３内に吸入される。そして、所定のタイミングで各点火プラグ７が点火されると、燃焼室３内で燃焼成分であるＣＯおよびＨ2が燃焼してピストン４を往復移動させ、これにより、エンジン１はトランスアクスルＴを介して駆動輪Ｗを駆動する。なお、エンジン１では、改質器２０に対する空気および燃料の供給を停止させ、各吸気管５ａに装備された燃料噴射弁１５ｘから燃料を噴射させて動力を得ることも可能である。
【００３５】
次に、図２を参照しながら、車両Ｃのエンジン１のアイドルオフ時における動作について具体的に説明する。同図に示されるように、ＥＣＵ５０に対してアクセル位置センサ５１からアクセル踏み込み量を示す信号が与えられ、アイドル状態からアイドルオフ状態に移行すると、ＥＣＵ５０は、アクセル位置センサ５１からの信号に応じたエンジン１の目標トルクを定める（Ｓ１０）。目標トルクを定めた後、ＥＣＵ５０は、改質器２０に供給すべき空気の量（改質空気供給量）、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量およびスロットルバルブ１０の開度を同時に設定する（Ｓ１２）。
【００３６】
すなわち、Ｓ１２にて、ＥＣＵ５０は、目標トルクと改質器２０に供給すべき空気の量（改質空気供給量）との関係を規定するように予め作成されているマップから、Ｓ１０にて定めた目標トルクに対応する改質空気供給量を求める。また、Ｓ１２にて、ＥＣＵ５０は、先に求めた改質空気供給量との関係で、改質器２０における混合気の空燃比が例えば５．０になるように燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を算出する。
【００３７】
同時に、Ｓ１２にて、ＥＣＵ５０は、予め作成されているマップから、Ｓ１０にて定めた目標トルクに対応するスロットルバルブ１０の開度を求める。スロットル開度を設定するためのマップは、改質空気供給量と、改質器２０における混合気の空燃比が例えば５．０になるように算出される燃料噴射量とを踏まえた上で、燃焼室３に吸入される混合気の空燃比を所望の値にするためのスロットルバルブ１０の開度を目標トルクに応じて規定するように予め作成されている。
【００３８】
これにより、Ｓ１２の処理において、改質器２０に供給される混合気の量（改質空気供給量＋燃料噴射量）と、燃焼室３に吸入される混合気の量（改質ガス＋スロットルバルブ１０からの空気）との双方が目標トルクに応じて同時に設定される。また、改質器２０における混合気の空燃比は、概ね一定（Ａ／Ｆ＝５．０）に設定され、燃焼室３における混合気の空燃比は、例えば理想空燃比等の所望の値に設定される。
【００３９】
そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ１４にて、スロットルバルブ１０の開度をＳ１２にて求めた開度に設定すると共に、給気管Ｌ１のエアフローメータＡＦＭの指示値が、Ｓ１２にて求めた改質空気供給量と、Ｓ１２にて求めたスロットルバルブ１０の開度に対応する流量との和になるように流量調整弁１１を制御し、更に、燃料噴射弁１５からＳ１２にて求めた量の燃料を噴射させる。この際、改質器２０における混合気の空燃比を正確に設定するために、流量調整弁１１からの空気供給が安定した段階で燃料噴射弁１５から燃料を噴射させると好ましい。
【００４０】
Ｓ１４の処理を実行した後、ＥＣＵ５０は、改質反応部２３の下流側に位置するように本体２１に取り付けられている温度センサ１２から受け取った信号に基づいて、改質器２０の改質反応部２３における触媒床温（例えば、改質反応部２３の平均温度）を推定する（Ｓ１６）。改質反応部２３における触媒床温を推定した後、ＥＣＵ５０は、求めた触媒床温と、Ｓ１２にて定めた燃料噴射量と、図３に例示されるようなマップとを用いて、改質器２０における混合気の空燃比を推定する（Ｓ１８）。
【００４１】
すなわち、触媒床温と改質器２０における混合気の空燃比とは相関関係を有しており、改質器２０における混合気の空燃比によって改質反応部２３における触媒床温が変化する。また、触媒床温は、改質器２０に供給されている燃料の量によっても変化し、改質器２０に供給されている燃料の量が多いほど、触媒床温が上昇する。これを踏まえて、エンジン１では、触媒床温と改質器２０における混合気の空燃比との相関関係を改質器２０への燃料噴射量に応じて規定（補正）するマップ（図３）が予め作成されており、ＥＣＵ５０の記憶装置に記憶されている。そして、このようなマップを用いることにより、改質反応部２３における触媒床温と改質器２０に供給されている燃料の量とから、改質器２０における混合気の空燃比を精度よく推定することが可能となる。
【００４２】
ＥＣＵ５０は、改質器２０における混合気の空燃比を推定した後、空燃比の推定値が予め定められている第１の閾値ＡＦＬを下回っているか否かを判定する（Ｓ２０）。第１の閾値ＡＦＬは、例えば、Ｓ１２にて定まる空燃比の目標値よりも所定量（所定の割合）だけ小さい値として定められる。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ２０にて空燃比の推定値が閾値ＡＦＬを下回っていると判断した場合、空燃比の推定値と閾値ＡＦＬとの偏差に応じた量、あるいは、予め定められた量だけ、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を（僅かに）減少させる（Ｓ２２）。これにより、改質器２０における混合気がリーン化されるので、改質器２０における空燃比を閾値ＡＦＬよりも大きくして目標値（本参考例では、およそ５．０）に近づけることができる。
【００４３】
一方、ＥＣＵ５０は、Ｓ２０にて、空燃比の推定値が第１の閾値ＡＦＬを下回っていないと判断した場合、空燃比の推定値が予め定められている第２の閾値ＡＦＨを上回っているか否かを更に判定する（Ｓ２４）。第２の閾値ＡＦＨは、例えば、Ｓ１２にて決定される空燃比の目標値よりも所定量（所定の割合）だけ大きい値として定められる。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ２４にて空燃比の推定値が閾値ＡＦＨを上回っていると判断した場合、空燃比の推定値と閾値ＡＦＨとの偏差に応じた量、あるいは、予め定められた量だけ、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を（僅かに）増加させる（Ｓ２６）。これにより、改質器２０における混合気がリッチ化されるので、改質器２０における空燃比を閾値ＡＦＨよりも小さくして目標値（本参考例では、１）に近づけることができる。
【００４４】
このように、エンジン１では、温度センサ１２により取得される改質器２０の触媒床温に基づいて、改質器２０の改質反応部２３に供給される混合気の空燃比が概ね一定に設定されるので、改質器２０の改質効率は、所望範囲内に良好に維持されることになる。また、エンジン１では、各燃焼室３における混合気の空燃比も所望の値となるように設定されるので、実際の出力トルクを目標トルクに精度よく一致させることができる。なお、Ｓ２４にて、空燃比の推定値が第２の閾値ＡＦＨを上回っていないと判断された場合、すなわち、ＡＦＬ≦Ａ／Ｆ≦ＡＦＨである場合には、燃料噴射量の補正は行われない。そして、アイドルオフ状態が継続される間、ＥＣＵ５０は、上述のＳ１０〜Ｓ２６の処理を繰り返す。
【００４５】
さて、上述のように、車両Ｃのエンジン１は、改質器２０により生成される改質ガスを用いて駆動されるが、改質器２０の改質反応部２３に配置されている改質触媒は、時間の経過と共に劣化するものである。それゆえに、改質反応部２３にて生成される改質ガスにおけるＣＯおよびＨ2の濃度も触媒が劣化するにつれて低下し、エンジン１に所望のトルクを発生させ得なくなったり、排気エミッションの悪化を招いたりしてしまう。従って、エンジン１ひいては車両Ｃを安定に作動させるためには、改質器２０の改質触媒の劣化を精度よく把握することが重要となる。これを踏まえて、車両Ｃでは、改質器２０に設けられている温度センサ１２と、ＥＣＵ５０とが改質触媒劣化判定装置として機能するように構成されており、ＥＣＵ５０は、改質器２０の作動中、所定時間おきに図４に示される改質触媒劣化判定処理を実行する。
【００４６】
図４に示されるように、ＥＣＵ５０は、改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングになると、改質器２０に供給される混合気の空燃比や供給量といったような改質器２０の作動条件（パラメータ）を触媒劣化判定処理用の値に（例えば、混合気の空燃比をＡＦｒに、混合気の供給量を所定値に）設定する（Ｓ３０）。その後、ＥＣＵ５０は、改質器２０に設けられている温度センサ１２から受け取った信号に基づいて、改質器２０の改質反応部２３における触媒床温（例えば、改質反応部２３の平均温度）を推定（取得）する（Ｓ３２）。そして、改質反応部２３における触媒床温を推定した後、ＥＣＵ５０は、求めた触媒床温と、所定の基準温度Ｔｒとを比較する（Ｓ３４）。
【００４７】
ここで、触媒床温（改質触媒の温度）と、改質触媒の劣化の度合いとは、図５に示されるような相関関係を有している。図５は、改質器２０に供給される燃料と空気との混合気の空燃比と、改質反応時における触媒昇温（例えば、改質反応部２３の平均温度）との関係を示すグラフである。同図からわかるように、改質器２０に供給される混合気の空燃比が一定値ＡＦｒである場合、改質反応時の触媒床温は、触媒の劣化が進行するにつれて（図５における一点鎖線および二点鎖線参照）、触媒の劣化が進んでいない正常時（図５における実線参照）よりも低くなる。
【００４８】
この点に鑑みて、本参考例の車両Ｃにおいては、予め実験データ等に基づいて、改質器２０に供給される混合気の空燃比が改質触媒劣化判定時の値ＡＦｒである場合に改質触媒が正常であると認められ得る下限値としての基準温度Ｔｒが定められており、ＥＣＵ５０の記憶装置に記憶されている。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ３２にて推定した触媒床温が、上記基準温度Ｔｒよりも低い場合に、改質触媒が劣化していると判断し（Ｓ３４）、Ｓ３６にて、車両Ｃに設けられている所定の警告灯５３を点灯させる。なお、Ｓ３６では、警告灯５３を点灯させる代わりに、またはそれに加えて、記憶装置の所定の領域に劣化の事実を記録するようにしてもよい。一方、Ｓ３４にて、触媒床温の推定値が基準温度Ｔｒ以上であると判断された場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒は劣化していないとみなし、次に改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングまで待機する。
【００４９】
このように、本参考例の車両Ｃでは、ＥＣＵ５０が温度センサ１２によって取得される触媒床温に基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定する。また、改質反応部２３における触媒床温は、改質触媒に関連する各種パラメータの中では、比較的容易かつ精度よく取得可能なものである。従って、本実施形態の車両Ｃにおいては、改質反応部２３に配置されている改質触媒の劣化を精度よく把握することが可能となる。更に、車両Ｃの改質器２０では、触媒床温に基づいて改質反応部２３に供給される混合気の空燃比を設定するために、改質器２０に温度センサ１２が設けられているので、改質触媒の劣化判定専用の温度センサを別箇設ける必要はなく、コストアップ等を必要最小限に抑えつつ、改質触媒の劣化判定を実行することが可能となる。
【００５０】
なお、本参考例において、温度センサ１２は、図６に示されるように、改質反応部２３の上流側に位置するように本体２１（空燃混合部２２の内部）に取り付けられてもよく、このように配置された温度センサ１２の検出値から改質反応部２３における触媒床温（例えば、平均温度）を推定してもよい。また、図７に示されるように、改質反応部２３の混合気の流れ方向中央部付近に温度センサ１２を設置し、温度センサ１２によって改質触媒の温度を直接計測（取得）してもよい。
【００５１】
図８は、本発明による実施形態を説明するための図表である。一般に、改質触媒の劣化が進行するにつれて、当該改質触媒における燃料と空気との混合気の反応性も低下していく。このため、図８における時刻ｔ０において改質触媒に対する混合気の供給が開始された後の改質触媒のある箇所における温度の上昇度合いは、同一の作動条件のもとで、改質触媒が劣化していると（図８における一点鎖線参照）、改質触媒が正常である場合（図８における実線参照）に比べて小さくなる（温度の上昇速度が低くなる）。
【００５２】
従って、図４に示される手順に従って改質触媒の劣化の度合いを判定する代わりに、改質触媒に対する混合気の供給が開始された後における触媒床温（例えば、改質反応部２３の平均温度）の上昇度合いに基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定してもよい。この場合、触媒床温の上昇度合いが所定の度合いを下回った場合に改質触媒が劣化していると判断することが可能であり、これにより、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握することができる。
【００５３】
かかる手法が車両Ｃにおいて適用された場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒に対する混合気の供給が開始された時刻ｔ0から所定時間が経過した段階で（図８における時刻ｔ1に）、温度センサ１２から受け取った信号に基づいて推定した改質反応部２３における触媒床温が予め定められた温度Ｔｓを下回っているか否かを判定する。そして、ＥＣＵ５０は、時刻ｔ1において触媒床温の推定値が温度Ｔｓを下回っている場合に、改質触媒が劣化していると判断する。
【００５４】
また、触媒床温の上昇度合いが所定の度合いを下回ったか否かの判定は、次のような手順に従って行なわれてもよい。この場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒に対する混合気の供給を開始させた後、温度センサ１２から受け取った信号に基づいて改質反応部２３における触媒床温を推定すると共に、混合気の供給を開始させた時刻ｔ0から、触媒温度の推定値が予め定められた温度Ｔｓに達するまでの時間を計測する。そして、ＥＣＵ５０は、触媒温度の推定値が温度Ｔｓに達した段階で、混合気の供給を開始させた時刻ｔ0から触媒温度の推定値が温度Ｔｓに達するまでの時間が、所定の基準時間（図８に示される例においては、ｔ1−ｔ0）を上回っているか否かを判定する。そして、ＥＣＵ５０は、混合気の供給の開始後、触媒温度の推定値が温度Ｔｓに達するまでの時間が、当該基準時間を上回っている場合に、改質触媒が劣化していると判断する。
【００５５】
以下、図９〜図１２を参照しながら、参考例について説明する。なお、上述の参考例及び第１実施形態に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
【００５６】
本発明による改質器２０の改質反応部２３にて進行する上記（１）式の部分酸化反応は、極めて速やかに進行するものであり、改質触媒が劣化していない場合（正常な場合）、燃料および空気の混合気の大部分は、改質触媒の混合気の流れ方向上流側の端部（上流側の領域）において反応する。このため、劣化していない改質触媒（図９における実線参照）においては、改質反応中、改質触媒の下流側端部（下流側領域）の温度が、流れ方向上流側の端部に比べて低くなる。
【００５７】
一方、改質触媒の使用時間が長くなると、まず改質触媒の上流側端部の劣化が進行することから、燃料および空気の混合気は、改質触媒の混合気の流れ方向下流側の領域（端部）において反応するようになる。このため、改質器２０の作動条件を同一に設定した上で、劣化していない改質触媒（図９における実線参照）と、劣化した改質触媒（図９における一点鎖線参照）とを比較すれば、改質反応中、劣化した改質触媒の下流側のある箇所の温度は、図９からわかるように、正常な改質触媒に比べて高まることになる。
【００５８】
これらの点に鑑みて、改質反応部２３の下流側に配置された温度センサ１２（図１参照）により改質触媒（改質反応部２３）の混合気の流れ方向下流側の端部の温度が取得され、取得された改質触媒の下流側端部の温度に基づいて改質触媒の劣化の度合いが判定される。
【００５９】
すなわち、改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングになると、図１０に示されるように、ＥＣＵ５０により、改質器２０に供給される混合気の空燃比や供給量といったような改質器２０の作動条件（パラメータ）が触媒劣化判定処理用の値に設定される（Ｓ４０）。その後、ＥＣＵ５０は、改質器２０に設けられている温度センサ１２から受け取った信号に基づいて、改質反応部２３（改質触媒）の下流側端部（改質反応部２３の最上流端から所定距離を隔てた位置）における温度を取得（推定）する（Ｓ４２）。そして、改質反応部２３の下流側端部の温度を取得した後、ＥＣＵ５０は、求めた下流側端部の温度と、所定の基準温度Ｔｒ’とを比較する（Ｓ４４）。基準温度Ｔｒ’は、改質器２０に供給される混合気の空燃比が改質触媒劣化判定時の値ＡＦｒであり、かつ、改質触媒が正常であると認められる場合の当該下流側端部の温度として予め実験データ等に基づいて定められ、ＥＣＵ５０の記憶装置に記憶されている。
【００６０】
ＥＣＵ５０は、改質反応部２３の下流側端部の温度が、上記基準温度Ｔｒ’よりも高い場合に、改質触媒が劣化していると判断し（Ｓ４４）、Ｓ４６にて、車両Ｃに設けられている所定の警告灯５３を点灯させる。一方、Ｓ４４にて、改質反応部２３の下流側端部の温度が基準温度Ｔｒ’以下であると判断された場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒は劣化していないとみなし、次に改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングまで待機する。このように、改質反応部２３（改質触媒）の下流側端部の温度に基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定しても、改質触媒の劣化を確実に検知することが可能となる。
【００６１】
ところで、改質触媒が劣化して、改質反応が改質触媒の下流側端部において行なわれるようになると、上述のように、改質触媒の下流側端部の温度は上昇し、やがて、図１１に示されるように、ピーク値Ｔｐに達する。従って、図１０のＳ４４では、改質反応部２３の下流側端部の温度が例えばピーク値Ｔｐよりも所定温度だけ低い温度Ｔ1を超えているか否かを判定してもよい。この場合、改質反応部２３の下流側端部の温度が例えばピーク値Ｔｐよりも所定温度だけ低い温度Ｔ1を超えた場合、改質触媒の全体の劣化が進行したとみなされる。
【００６２】
また、改質反応が改質触媒の下流側端部において行なわれるようになると、その後、時間の経過と共に改質触媒の当該下流側端部も劣化していくので、図１１に示されるように、改質触媒の下流側端部の温度は、ピーク値Ｔｐに達した後、低下に転じることになる。これを踏まえて、温度センサ１２によって取得される改質触媒の下流側端部の温度をモニタし、改質触媒の下流側端部の温度がピーク値Ｔｐに達した後、当該ピーク値Ｔｐよりも所定温度ΔＴだけ低下した時点（図１１における温度Ｔ2にまで低下した時点）で改質触媒の全体の劣化が進行したとみなしてもよい。
【００６３】
更に、図１１からわかるように、改質触媒の下流側端部の劣化がある程度進むと、改質触媒の下流側端部の温度は、やがて、正常であると認められる場合の下限値Ｔ3を下回るようになる。従って、温度センサ１２によって取得される改質触媒の下流側端部の温度をモニタし、改質触媒の下流側端部の温度が上記下限値Ｔ3を下回った時点で改質触媒の全体の劣化が進行したとみなしてもよい。
【００６４】
これらの手法によっても、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握可能となる。なお、改質器２０に対して図１２に示されるように温度センサ１２を設置し、改質反応部２３（改質触媒）の下流側端部の温度を温度センサ１２により直接計測（取得）してもよい。
【００６５】
以下、図１３および図１４を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。なお、上述の参考例、実施形態等に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
【００６６】
上記（１）式の部分酸化反応によりＣＯおよびＨ2を含む改質ガスを得る改質器２０では、ある状態から、改質触媒に供給される混合気がリーン化された場合（ある時点で混合気の空燃比がそれまでの値よりも大きくされた場合）、触媒床温（例えば、改質反応部２３の平均温度）が上昇することになる。この場合、改質触媒が劣化していると、混合気の空燃比を変化させた後、触媒床温の上昇度合いは、図１３において一点鎖線で示されるように、正常時（同図における実線参照）に比べて小さくなる（上昇速度が遅くなる）。
【００６７】
また、改質器２０において、ある状態から、改質触媒に供給される混合気がリッチ化された場合（ある時点で混合気の空燃比がそれまでの値よりも小さくされた場合）、触媒床温（例えば、改質反応部２３の平均温度）は低下することになる。この場合、改質触媒が劣化していると、混合気の空燃比を変化させた後、触媒床温の下降度合いは、図１３において二点鎖線で示されるように、正常時（同図における実線参照）に比べて大きくなる（下降速度が速まる）。
【００６８】
従って、このような現象を踏まえて、例えば所定時間おきに、改質器２０に供給される混合気をリーン化またはリッチ化させ、混合気の空燃比を変化させた後の触媒温度の上昇度合いまたは下降度合いに基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定しても、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握可能となる。
【００６９】
かかる手法が車両Ｃにおいて適用された場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングになると、流量調整弁１１の開度と燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を制御して改質器２０に供給される混合気をリーン化（またはリッチ化）させる。その後、ＥＣＵ５０は、改質触媒に対する混合気をリーン化（またはリッチ化）させた時点から所定時間が経過した段階で、温度センサ１２から受け取った信号に基づいて推定した改質反応部２３における触媒床温が所定温度を下回っているか否かを判定する。そして、ＥＣＵ５０は、触媒床温の推定値が当該所定温度を下回っている場合に、改質触媒が劣化していると判断する。
【００７０】
また、本実施形態における改質触媒の劣化判定は、次のような手順に従って行なわれてもよい。この場合も、ＥＣＵ５０は、改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングになると、流量調整弁１１の開度と燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を制御して改質器２０に供給される混合気をリーン化（またはリッチ化）させる。その後、ＥＣＵ５０は、温度センサ１２から受け取った信号に基づいて改質反応部２３における触媒床温を推定すると共に、改質器２０に供給される混合気をリーン化またはリッチ化させてから、触媒温度の推定値が所定温度に達するまでの時間を計測する。そして、ＥＣＵ５０は、触媒温度の推定値が当該所定温度に達した段階で、混合気の空燃比を変化させてから触媒温度の推定値が当該所定温度に達するまでの時間と、所定の基準時間とを比較する。
【００７１】
この際、改質器２０に対する混合気をリーン化させた場合に、混合気の空燃比を変化させてから触媒温度の推定値が上記所定温度に達する（上昇する）までの時間が、上記基準時間を上回っているのであれば、触媒床温の上昇度合いが正常時に比べて小さいことになるので、改質触媒が劣化していると判断することができる。一方、改質器２０に対する混合気をリッチ化させた場合に、混合気の空燃比を変化させてから触媒温度の推定値が上記所定温度に達する（下がる）までの時間が、上記基準時間を下回っているのであれば、触媒床温の下降度合いが正常時に比べて大きいことになるので、改質触媒が劣化していると判断することができる。
【００７２】
図１４は、本発明による他の実施形態における変形例を説明するためのタイムチャートである。改質器２０において、ある状態から、改質触媒に供給される混合気がリーン化された場合（混合気の空燃比が大きくされた場合）、改質触媒の上流側端部が劣化していると、混合気の空燃比の変化後、改質触媒の下流側端部における温度の上昇度合いは、図１４において一点鎖線で示されるように、正常時（同図における実線参照）に比べて大きくなる（上昇速度が速まる）。
【００７３】
また、改質器２０において、ある状態から、改質触媒に供給される混合気がリッチ化された場合（混合気の空燃比が小さくされた場合）、改質触媒の上流側端部が劣化していると、混合気の空燃比の変化後、改質触媒の下流側端部における温度の下降度合いは、図１４において二点鎖線で示されるように、正常時（同図における実線参照）に比べて小さくなる（下降速度が遅くなる）。
【００７４】
従って、このような現象を踏まえて、例えば所定時間おきに、改質器２０に供給される混合気をリーン化またはリッチ化させると共に、温度センサ１２によって取得される改質反応部２３（改質触媒）の下流側端部の温度をモニタし、混合気の空燃比を変化させた後における改質反応部２３の下流側端部の温度の上昇度合いまたは下降度合いに基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定しても、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握可能となる。
【００７５】
以下、図１５〜１７図を参照しながら、他の参考例について説明する。なお、上述の参考例等に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
【００７６】
図１５は、図９と同様に、改質反応部２３の最上流端からの距離と改質触媒の温度との関係を示すものである。上述のように、改質触媒が劣化すると、改質反応が改質触媒の下流側の端部において行なわれるようになる。このため、図１５からわかるように、触媒の劣化が進んでいない正常時（図１５における実線参照）に認められる改質反応部２３（改質触媒）の上流側端部Ｐａと下流側端部Ｐｂとの温度差は、改質触媒の劣化が進行するに従って（図１５における一点鎖線および二点鎖線参照）小さくなり、やがて、改質反応部２３の上流側端部Ｐａの温度よりも下流側端部Ｐｂの温度が高くなる。なお、改質反応部２３の上流側端部Ｐａは、改質反応部２３の最上流端から距離Ｄａの位置にあり、改質反応部２３の下流側端部Ｐｂは、改質反応部２３の最上流端から距離Ｄｂの位置にあるものとする。
【００７７】
このような現象を踏まえ、本参考例では、図１６に示されるように、温度センサ１２ａが改質反応部２３の上流側に位置するように、また、温度センサ１２ｂが改質反応部２３の下流側に位置するように、それぞれ本体２１に対して取り付けられる。上流側の温度センサ１２ａは、改質反応部２３に流れ込む流体の温度を検出し、下流側の温度センサ１２ｂは、改質反応部２３から流出する改質ガスの温度を検出し、それぞれ検出値を示す信号をＥＣＵ５０に与える。そして、本参考例では、改質器２０の作動中、ＥＣＵ５０により、所定時間おきに図１７に示される改質触媒劣化判定処理が実行されることになる。
【００７８】
すなわち、図１７に示されるように、ＥＣＵ５０は、改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングになると、改質器２０に設けられている温度センサ１２ａおよび１２ｂから受け取った信号に基づいて、改質反応部２３（改質触媒）の上流側端部Ｐａにおける温度Ｔａと、下流側端部Ｐｂにおける温度Ｔｂとを推定（取得）する（Ｓ５０）。その後、ＥＣＵ５０は、改質反応部２３の上流側端部Ｐａの温度Ｔａから下流側端部Ｐｂの温度Ｔｂを減じて、両者の偏差ｄＴ（＝Ｔａ−Ｔｂ）を算出する（Ｓ５２）。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ５２にて求めた偏差ｄＴと、所定の基準値ｄＴｒとを比較する（Ｓ５４）。なお、基準値ｄＴｒは、予め実験データ等に基づいて定められ、ＥＣＵ５０の記憶装置に記憶されている。
【００７９】
ＥＣＵ５０は、改質反応部２３（改質触媒）の上流側端部Ｐａにおける温度Ｔａと下流側端部Ｐｂにおける温度Ｔｂとの偏差ｄＴが所定の基準値ｄＴｒを下回っている場合に、改質触媒が劣化していると判断し（Ｓ５４）、Ｓ５６にて、車両Ｃに設けられている所定の警告灯５３を点灯させる。一方、Ｓ５４にて、改質反応部２３の上流側端部Ｐａにおける温度Ｔａと下流側端部Ｐｂにおける温度Ｔｂとの偏差ｄＴが所定の基準値ｄＴｒ以上であると判断された場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒は劣化していないとみなし、次に改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングまで待機する。
【００８０】
このように、改質反応部２３の上流側端部Ｐａの温度Ｔａと、下流側端部Ｐｂの温度Ｔｂとの偏差ｄＴに基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定しても、改質触媒の劣化を精度よく把握することが可能となる。また、本参考例によれば、改質触媒のある一箇所の温度に基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定する場合（上記参考例）のように、触媒の劣化判定のために温度を取得する前に改質触媒の作動条件を一定（同一）にする処理（図４のＳ３０および図１０のＳ４０）が不要となるので、劣化判定処理を容易に実行可能となる。なお、本参考例において、図１８に示されるように、改質反応部２３の上流側端部と下流側端部の温度を直接計測（取得）する温度センサ１２ｘおよび１２ｙが用いられてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明されたように、本発明によれば、改質触媒の劣化の度合いを容易かつ精度よく判定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例に係る改質触媒劣化判定装置を含む燃料改質装置が備えられた車両を示す概略構成図である。
【図２】 図１の車両の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】 改質器における混合気の空燃比を推定するために用いられるマップを例示する模式図である。
【図４】 参考例に係る改質触媒劣化判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】 触媒床温と、改質触媒の劣化の度合いとの相関関係を説明するための図表である。
【図６】 本発明による実施形態を説明するための模式図である。
【図７】 本発明による実施形態を説明するための模式図である。
【図８】 本発明による実施形態を説明するための図表である。
【図９】 参考例を説明するためのものであって、改質反応部の最上流端からの距離と改質触媒の温度との関係を示す図表である。
【図１０】 参考例に係る改質触媒劣化判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】 参考例における変形例を説明するための図表である。
【図１２】 参考例における変形例を説明するための模式図である。
【図１３】 本発明による他の実施形態を説明するための図表である。
【図１４】 本発明による他の実施形態における変形例を説明するための図表である。
【図１５】 参考例を説明するためのものであって、改質反応部の最上流端からの距離と改質触媒の温度との関係を示す図表である。
【図１６】 参考例に係る改質器を説明するための模式図である。
【図１７】 参考例に係る改質触媒劣化判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１８】 参考例における変形例を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ エンジン
３ 燃焼室
４ ピストン
５ 吸気マニホールド
５ａ 吸気管
６ 排気マニホールド
６ａ 排気管
７ 点火プラグ
８ サージタンク
９ エアクリーナ
１０ スロットルバルブ
１１ 流量調整弁
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｘ，１２ｙ 温度センサ
１５，１５ｘ 燃料噴射弁
２０ 改質器
２１ 本体
２２ 空燃混合部
２３ 改質反応部
５０ ＥＣＵ
５３ 警告灯
ＡＦＭ エアフローメータ
Ｃ 車両
Ｌ１ 給気管
Ｌ２ バイパス管
Ｌ３ 接続管
Ｐａ 上流側端部
Ｐｂ 下流側端部
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定装置、燃料改質装置および改質触媒劣化判定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両用エンジンの燃費を低減させるための技術として、エンジンの燃焼室に供給される燃料や燃焼室からの排気ガスにＣＯおよびＨ2を含む改質ガスを添加する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置は、酸素吸蔵能を有する担体に貴金属を担持させたＣＯシフト触媒を含み、このＣＯシフト触媒は、水性ガスシフト反応によってＣＯおよびＨ2ＯをＨ2およびＣＯ2に改質し、ＣＯおよびＨ2を含む改質ガスを生成する。
【０００３】
ここで、ＣＯシフト触媒は、時間の経過と共に劣化するものであり、それゆえに、ＣＯシフト触媒にて生成される改質ガスにおけるＣＯとＨ2との濃度比（ＣＯ／Ｈ2濃度比）も時間の経過と共に変化する。このため、上述の従来の装置では、ＣＯシフト触媒の流体入口および流体出口における酸素濃度からＣＯシフト触媒の酸素吸蔵能が求められ、求められた酸素吸蔵能を示す数値から、ＣＯシフト触媒の劣化の度合いに関連する改質ガスのＣＯ／Ｈ2濃度比が推定される。そして、推定されたＣＯ／Ｈ2濃度比に基づいて、エンジンへの燃料やエンジンの排気ガスに対する改質ガスの添加量が設定される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−５４４２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒の酸素吸蔵能を精度よく求めることは実際のところ容易なことではない。また、上記従来例のようにして触媒の酸素吸蔵能を求める場合、高価な酸素センサを複数使用しなければならない。従って、上記従来例において、触媒の劣化を容易かつ精度よく把握することは実質的に困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握可能にする改質触媒劣化判定装置、それを備えた燃料改質装置および改質触媒劣化判定方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による改質触媒劣化判定装置は、燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定装置であって、前記改質触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、前記改質触媒に対する混合気の供給が開始された後における前記触媒温度取得手段によって取得された前記改質触媒の温度の上昇度合いが所定の度合いを下回った場合に前記改質触媒が劣化していると判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、改質触媒が劣化すると、当該改質触媒における混合気の反応性が低下することから、改質触媒に対する混合気の供給が開始された後における改質触媒の温度の上昇度合いが小さくなる。従って、かかる構成によれば、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握可能となる。
【０００９】
また、本発明による改質触媒劣化判定装置は、燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定装置であって、前記改質触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、前記改質触媒に供給される混合気の空燃比が変化させられた後における前記触媒温度取得手段によって取得された前記改質触媒の温度の上昇度合いまたは下降度合いに基づいて前記改質触媒の劣化の度合いを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
一般に、改質触媒に供給される混合気がリーン化された場合（混合気の空燃比が大きくされた場合）、改質触媒の温度が上昇することになるが、改質触媒が劣化していると、混合気の空燃比の変化後における改質触媒の温度の上昇度合いは、正常時に比べて小さくなる（上昇速度が遅くなる）。また、改質触媒に供給される混合気がリッチ化された場合（混合気の空燃比が小さくされた場合）、改質触媒の温度は低下することになるが、改質触媒が劣化していると、混合気の空燃比の変化後における改質触媒の温度の下降度合いは、正常時に比べて大きくなる（下降速度が速まる）。
【００１１】
更に、改質触媒に供給される混合気がリーン化された場合（混合気の空燃比が大きくされた場合）、改質触媒の上流側端部が劣化していると、混合気の空燃比の変化後、改質触媒の下流側端部における温度の上昇度合いは、正常時に比べて大きくなる（上昇速度が速まる）。また、改質触媒に供給される混合気がリッチ化された場合（混合気の空燃比が小さくされた場合）、改質触媒の上流側端部が劣化していると、混合気の空燃比の変化後、改質触媒の下流側端部における温度の下降度合いは、正常時に比べて小さくなる（下降速度が遅くなる）。
【００１２】
従って、これらの現象を考慮し、改質触媒に供給される混合気の空燃比が変化させられた後における改質触媒の温度の上昇度合いまたは下降度合いに基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定しても、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握可能となる。
【００１３】
本発明による燃料改質装置は、上述の改質触媒劣化判定装置を備えた燃料改質装置であって、触媒温度取得手段によって取得された改質触媒の温度に基づいて改質触媒に供給される混合気の空燃比を設定する空燃比制御手段を含むことを特徴とする。
【００１４】
このように、上述の改質触媒劣化判定装置を、改質触媒の温度に基づいて改質触媒に供給される混合気の空燃比を設定する空燃比制御手段を含む燃料改質装置に適用すれば、混合気の空燃比設定と改質触媒の劣化判定とに触媒温度取得手段を共用することができるので有利である。
【００１５】
本発明による改質触媒劣化判定方法は、燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定方法であって、
前記改質触媒に対する混合気の供給が開始された後における前記改質触媒の温度を取得し、取得した前記改質触媒の温度の上昇度合いが所定の度合いを下回った場合に前記改質触媒が劣化していると判断することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明による改質触媒劣化判定方法は、燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定方法であって、前記改質触媒に供給される混合気の空燃比が変化させられた後における前記改質触媒の温度を取得し、取得した前記改質触媒の温度の上昇度合いまたは下降度合いに基づいて前記改質触媒の劣化の度合いを判定することを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による改質触媒劣化判定装置、燃料改質装置および改質触媒劣化判定方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２７】
図１は、参考例としての改質触媒劣化判定装置を含む改質器（燃料改質装置）が備えられた車両を示す概略構成図である。同図に示される車両Ｃは、走行用駆動源として、トランスアクスルＴを介して駆動輪Ｗを駆動するエンジン（内燃機関）１を有する。エンジン１は、エンジンブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃焼成分を含む混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生するものである。なお、図１には１気筒のみが示されるが、エンジン１は、多気筒エンジン（例えば、４気筒エンジン）として構成される。
【００２８】
各燃焼室３の吸気ポートは、吸気マニホールド５を構成する吸気管５ａにそれぞれ接続され、各燃焼室３の排気ポートは、排気マニホールド６を構成する排気管６ａにそれぞれ接続されている。また、エンジン１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポートを開閉する排気弁Ｖｅとが各燃焼室３ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、例えば、可変バルブタイミング機能を有する動弁機構（図示省略）によって開閉させられる。更に、エンジン１のシリンダヘッドには、複数の点火プラグ７が各燃焼室３内に臨むように配設されている。また、排気マニホールド６には、各燃焼室３からの排気ガスの空燃比を検出する排気Ａ／Ｆセンサ１９が設置されている。そして、排気マニホールド６は、図示されない触媒装置（三元触媒）に接続されている。
【００２９】
図１に示されるように、吸気マニホールド５を構成する各吸気管５ａは、サージタンク８に接続されており、吸気マニホールド５（各吸気管５ａ）とサージタンク８とは、エンジン１の吸気系統を構成する。また、サージタンク８には、給気管Ｌ１が接続されており、給気管Ｌ１は、エアクリーナ９を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気管Ｌ１の中途（サージタンク８とエアクリーナ９との間）には、スロットルバルブ（本参考例では、スロットルバルブ）１０が組み込まれている。
【００３０】
更に、給気管Ｌ１には、エアクリーナ９とスロットルバルブ１０との間に位置するようにエアフローメータＡＦＭが設置されている。そして、給気管Ｌ１からは、スロットルバルブ１０とエアフローメータＡＦＭとの間に定められた分岐部ＢＰにおいてバイパス管Ｌ２が分岐されている。バイパス管Ｌ２は、中途に流量調整弁１１を有し、その先端（分岐部ＢＰ側の端部と反対側の端部）は、改質器２０に接続されている。
【００３１】
改質器２０は、両端が閉鎖された概ね筒状の本体２１を有し、本体２１の内部には、上述のバイパス管Ｌ２が接続される空燃混合部２２と、空燃混合部２２に隣接する改質反応部２３とが画成されている。空燃混合部２２には、バイパス管Ｌ２に加えて、燃料噴射弁１５が接続されている。燃料噴射弁１５は、図示されない燃料ポンプを介して燃料タンクに接続されており、ガソリン等の炭化水素系燃料を噴射可能なものである。また、改質反応部２３には、例えばジルコニアにロジウムを担持させた改質触媒が配置されている。そして、改質器２０の出口端は、接続管Ｌ３を介してサージタンク８に接続されている。これにより、改質器２０は、給気管Ｌ１をバイパスするように配置されることになる。更に、改質器２０には、温度センサ１２が備えられている。本参考例では、温度センサ１２は、改質反応部２３の下流側に位置するように本体２１に取り付けられており、温度センサ１２は、改質反応部２３から流出する改質ガスの温度を検出する。
【００３２】
上述の点火プラグ（イグナイタ）７、図示されない動弁機構、スロットルバルブ１０、流量調整弁１１、温度センサ１２、排気Ａ／Ｆセンサ１９、エアフローメータＡＦＭ等は、それぞれ、エンジン１の制御手段として機能する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５０に接続されている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および、各種情報やマップ等が記憶される記憶装置等を含む。また、ＥＣＵ５０には、アクセル位置センサ５１からアクセルペダルの踏み込み量を示す信号が与えられると共に、回転数センサ５２からエンジン１の実際の回転数を示す信号が与えられる。そして、ＥＣＵ５０は、エアフローメータＡＦＭ、温度センサ１２、排気Ａ／Ｆセンサ１９等の検出値や、アクセル位置センサ５１および回転数センサ５２からの信号等に基づいて、スロットルバルブ１０や流量調整弁１１の開度、燃料噴射弁１５による燃料噴射量、点火プラグ７による点火タイミング等を制御する。
【００３３】
車両Ｃを作動させる際、改質器２０の空燃混合部２２には、ＥＣＵ５０によって開度調整されるバイパス管Ｌ２の流量調整弁１１を介して空気が導入されると共に、ＥＣＵ５０によって制御される燃料噴射弁１５からガソリン等の燃料が噴射される。ガソリン等の燃料は、空燃混合部２２にて気化すると共にバイパス管Ｌ２からの空気と混ざり合い、改質反応部２３へと流れ込む。改質反応部２３では、改質触媒により炭化水素系燃料と空気とが反応させられ、次の（１）式にて表わされる部分酸化反応が進行する。
ＣmＨn＋（ｍ／２）Ｏ2 → ｍＣＯ＋（ｎ／２）Ｈ2 …（１）
そして、上記（１）式の反応が進行することにより、燃焼成分であるＣＯおよびＨ2を含む改質ガスが生成され、得られた改質ガスは、改質器２０から接続管Ｌ３を介してサージタンク８内に導入される。
【００３４】
また、サージタンク８内には、ＥＣＵ５０によって開度調整される給気管Ｌ１のスロットルバルブ１０を介して空気が導入される。従って、改質器２０からサージタンク８内に導入された改質ガスは、サージタンク８内で更に空気と混合された後、各燃焼室３内に吸入される。そして、所定のタイミングで各点火プラグ７が点火されると、燃焼室３内で燃焼成分であるＣＯおよびＨ2が燃焼してピストン４を往復移動させ、これにより、エンジン１はトランスアクスルＴを介して駆動輪Ｗを駆動する。なお、エンジン１では、改質器２０に対する空気および燃料の供給を停止させ、各吸気管５ａに装備された燃料噴射弁１５ｘから燃料を噴射させて動力を得ることも可能である。
【００３５】
次に、図２を参照しながら、車両Ｃのエンジン１のアイドルオフ時における動作について具体的に説明する。同図に示されるように、ＥＣＵ５０に対してアクセル位置センサ５１からアクセル踏み込み量を示す信号が与えられ、アイドル状態からアイドルオフ状態に移行すると、ＥＣＵ５０は、アクセル位置センサ５１からの信号に応じたエンジン１の目標トルクを定める（Ｓ１０）。目標トルクを定めた後、ＥＣＵ５０は、改質器２０に供給すべき空気の量（改質空気供給量）、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量およびスロットルバルブ１０の開度を同時に設定する（Ｓ１２）。
【００３６】
すなわち、Ｓ１２にて、ＥＣＵ５０は、目標トルクと改質器２０に供給すべき空気の量（改質空気供給量）との関係を規定するように予め作成されているマップから、Ｓ１０にて定めた目標トルクに対応する改質空気供給量を求める。また、Ｓ１２にて、ＥＣＵ５０は、先に求めた改質空気供給量との関係で、改質器２０における混合気の空燃比が例えば５．０になるように燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を算出する。
【００３７】
同時に、Ｓ１２にて、ＥＣＵ５０は、予め作成されているマップから、Ｓ１０にて定めた目標トルクに対応するスロットルバルブ１０の開度を求める。スロットル開度を設定するためのマップは、改質空気供給量と、改質器２０における混合気の空燃比が例えば５．０になるように算出される燃料噴射量とを踏まえた上で、燃焼室３に吸入される混合気の空燃比を所望の値にするためのスロットルバルブ１０の開度を目標トルクに応じて規定するように予め作成されている。
【００３８】
これにより、Ｓ１２の処理において、改質器２０に供給される混合気の量（改質空気供給量＋燃料噴射量）と、燃焼室３に吸入される混合気の量（改質ガス＋スロットルバルブ１０からの空気）との双方が目標トルクに応じて同時に設定される。また、改質器２０における混合気の空燃比は、概ね一定（Ａ／Ｆ＝５．０）に設定され、燃焼室３における混合気の空燃比は、例えば理想空燃比等の所望の値に設定される。
【００３９】
そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ１４にて、スロットルバルブ１０の開度をＳ１２にて求めた開度に設定すると共に、給気管Ｌ１のエアフローメータＡＦＭの指示値が、Ｓ１２にて求めた改質空気供給量と、Ｓ１２にて求めたスロットルバルブ１０の開度に対応する流量との和になるように流量調整弁１１を制御し、更に、燃料噴射弁１５からＳ１２にて求めた量の燃料を噴射させる。この際、改質器２０における混合気の空燃比を正確に設定するために、流量調整弁１１からの空気供給が安定した段階で燃料噴射弁１５から燃料を噴射させると好ましい。
【００４０】
Ｓ１４の処理を実行した後、ＥＣＵ５０は、改質反応部２３の下流側に位置するように本体２１に取り付けられている温度センサ１２から受け取った信号に基づいて、改質器２０の改質反応部２３における触媒床温（例えば、改質反応部２３の平均温度）を推定する（Ｓ１６）。改質反応部２３における触媒床温を推定した後、ＥＣＵ５０は、求めた触媒床温と、Ｓ１２にて定めた燃料噴射量と、図３に例示されるようなマップとを用いて、改質器２０における混合気の空燃比を推定する（Ｓ１８）。
【００４１】
すなわち、触媒床温と改質器２０における混合気の空燃比とは相関関係を有しており、改質器２０における混合気の空燃比によって改質反応部２３における触媒床温が変化する。また、触媒床温は、改質器２０に供給されている燃料の量によっても変化し、改質器２０に供給されている燃料の量が多いほど、触媒床温が上昇する。これを踏まえて、エンジン１では、触媒床温と改質器２０における混合気の空燃比との相関関係を改質器２０への燃料噴射量に応じて規定（補正）するマップ（図３）が予め作成されており、ＥＣＵ５０の記憶装置に記憶されている。そして、このようなマップを用いることにより、改質反応部２３における触媒床温と改質器２０に供給されている燃料の量とから、改質器２０における混合気の空燃比を精度よく推定することが可能となる。
【００４２】
ＥＣＵ５０は、改質器２０における混合気の空燃比を推定した後、空燃比の推定値が予め定められている第１の閾値ＡＦＬを下回っているか否かを判定する（Ｓ２０）。第１の閾値ＡＦＬは、例えば、Ｓ１２にて定まる空燃比の目標値よりも所定量（所定の割合）だけ小さい値として定められる。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ２０にて空燃比の推定値が閾値ＡＦＬを下回っていると判断した場合、空燃比の推定値と閾値ＡＦＬとの偏差に応じた量、あるいは、予め定められた量だけ、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を（僅かに）減少させる（Ｓ２２）。これにより、改質器２０における混合気がリーン化されるので、改質器２０における空燃比を閾値ＡＦＬよりも大きくして目標値（本参考例では、およそ５．０）に近づけることができる。
【００４３】
一方、ＥＣＵ５０は、Ｓ２０にて、空燃比の推定値が第１の閾値ＡＦＬを下回っていないと判断した場合、空燃比の推定値が予め定められている第２の閾値ＡＦＨを上回っているか否かを更に判定する（Ｓ２４）。第２の閾値ＡＦＨは、例えば、Ｓ１２にて決定される空燃比の目標値よりも所定量（所定の割合）だけ大きい値として定められる。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ２４にて空燃比の推定値が閾値ＡＦＨを上回っていると判断した場合、空燃比の推定値と閾値ＡＦＨとの偏差に応じた量、あるいは、予め定められた量だけ、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を（僅かに）増加させる（Ｓ２６）。これにより、改質器２０における混合気がリッチ化されるので、改質器２０における空燃比を閾値ＡＦＨよりも小さくして目標値（本参考例では、１）に近づけることができる。
【００４４】
このように、エンジン１では、温度センサ１２により取得される改質器２０の触媒床温に基づいて、改質器２０の改質反応部２３に供給される混合気の空燃比が概ね一定に設定されるので、改質器２０の改質効率は、所望範囲内に良好に維持されることになる。また、エンジン１では、各燃焼室３における混合気の空燃比も所望の値となるように設定されるので、実際の出力トルクを目標トルクに精度よく一致させることができる。なお、Ｓ２４にて、空燃比の推定値が第２の閾値ＡＦＨを上回っていないと判断された場合、すなわち、ＡＦＬ≦Ａ／Ｆ≦ＡＦＨである場合には、燃料噴射量の補正は行われない。そして、アイドルオフ状態が継続される間、ＥＣＵ５０は、上述のＳ１０〜Ｓ２６の処理を繰り返す。
【００４５】
さて、上述のように、車両Ｃのエンジン１は、改質器２０により生成される改質ガスを用いて駆動されるが、改質器２０の改質反応部２３に配置されている改質触媒は、時間の経過と共に劣化するものである。それゆえに、改質反応部２３にて生成される改質ガスにおけるＣＯおよびＨ2の濃度も触媒が劣化するにつれて低下し、エンジン１に所望のトルクを発生させ得なくなったり、排気エミッションの悪化を招いたりしてしまう。従って、エンジン１ひいては車両Ｃを安定に作動させるためには、改質器２０の改質触媒の劣化を精度よく把握することが重要となる。これを踏まえて、車両Ｃでは、改質器２０に設けられている温度センサ１２と、ＥＣＵ５０とが改質触媒劣化判定装置として機能するように構成されており、ＥＣＵ５０は、改質器２０の作動中、所定時間おきに図４に示される改質触媒劣化判定処理を実行する。
【００４６】
図４に示されるように、ＥＣＵ５０は、改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングになると、改質器２０に供給される混合気の空燃比や供給量といったような改質器２０の作動条件（パラメータ）を触媒劣化判定処理用の値に（例えば、混合気の空燃比をＡＦｒに、混合気の供給量を所定値に）設定する（Ｓ３０）。その後、ＥＣＵ５０は、改質器２０に設けられている温度センサ１２から受け取った信号に基づいて、改質器２０の改質反応部２３における触媒床温（例えば、改質反応部２３の平均温度）を推定（取得）する（Ｓ３２）。そして、改質反応部２３における触媒床温を推定した後、ＥＣＵ５０は、求めた触媒床温と、所定の基準温度Ｔｒとを比較する（Ｓ３４）。
【００４７】
ここで、触媒床温（改質触媒の温度）と、改質触媒の劣化の度合いとは、図５に示されるような相関関係を有している。図５は、改質器２０に供給される燃料と空気との混合気の空燃比と、改質反応時における触媒昇温（例えば、改質反応部２３の平均温度）との関係を示すグラフである。同図からわかるように、改質器２０に供給される混合気の空燃比が一定値ＡＦｒである場合、改質反応時の触媒床温は、触媒の劣化が進行するにつれて（図５における一点鎖線および二点鎖線参照）、触媒の劣化が進んでいない正常時（図５における実線参照）よりも低くなる。
【００４８】
この点に鑑みて、本参考例の車両Ｃにおいては、予め実験データ等に基づいて、改質器２０に供給される混合気の空燃比が改質触媒劣化判定時の値ＡＦｒである場合に改質触媒が正常であると認められ得る下限値としての基準温度Ｔｒが定められており、ＥＣＵ５０の記憶装置に記憶されている。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ３２にて推定した触媒床温が、上記基準温度Ｔｒよりも低い場合に、改質触媒が劣化していると判断し（Ｓ３４）、Ｓ３６にて、車両Ｃに設けられている所定の警告灯５３を点灯させる。なお、Ｓ３６では、警告灯５３を点灯させる代わりに、またはそれに加えて、記憶装置の所定の領域に劣化の事実を記録するようにしてもよい。一方、Ｓ３４にて、触媒床温の推定値が基準温度Ｔｒ以上であると判断された場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒は劣化していないとみなし、次に改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングまで待機する。
【００４９】
このように、本参考例の車両Ｃでは、ＥＣＵ５０が温度センサ１２によって取得される触媒床温に基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定する。また、改質反応部２３における触媒床温は、改質触媒に関連する各種パラメータの中では、比較的容易かつ精度よく取得可能なものである。従って、本実施形態の車両Ｃにおいては、改質反応部２３に配置されている改質触媒の劣化を精度よく把握することが可能となる。更に、車両Ｃの改質器２０では、触媒床温に基づいて改質反応部２３に供給される混合気の空燃比を設定するために、改質器２０に温度センサ１２が設けられているので、改質触媒の劣化判定専用の温度センサを別箇設ける必要はなく、コストアップ等を必要最小限に抑えつつ、改質触媒の劣化判定を実行することが可能となる。
【００５０】
なお、本参考例において、温度センサ１２は、図６に示されるように、改質反応部２３の上流側に位置するように本体２１（空燃混合部２２の内部）に取り付けられてもよく、このように配置された温度センサ１２の検出値から改質反応部２３における触媒床温（例えば、平均温度）を推定してもよい。また、図７に示されるように、改質反応部２３の混合気の流れ方向中央部付近に温度センサ１２を設置し、温度センサ１２によって改質触媒の温度を直接計測（取得）してもよい。
【００５１】
図８は、本発明による実施形態を説明するための図表である。一般に、改質触媒の劣化が進行するにつれて、当該改質触媒における燃料と空気との混合気の反応性も低下していく。このため、図８における時刻ｔ０において改質触媒に対する混合気の供給が開始された後の改質触媒のある箇所における温度の上昇度合いは、同一の作動条件のもとで、改質触媒が劣化していると（図８における一点鎖線参照）、改質触媒が正常である場合（図８における実線参照）に比べて小さくなる（温度の上昇速度が低くなる）。
【００５２】
従って、図４に示される手順に従って改質触媒の劣化の度合いを判定する代わりに、改質触媒に対する混合気の供給が開始された後における触媒床温（例えば、改質反応部２３の平均温度）の上昇度合いに基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定してもよい。この場合、触媒床温の上昇度合いが所定の度合いを下回った場合に改質触媒が劣化していると判断することが可能であり、これにより、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握することができる。
【００５３】
かかる手法が車両Ｃにおいて適用された場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒に対する混合気の供給が開始された時刻ｔ0から所定時間が経過した段階で（図８における時刻ｔ1に）、温度センサ１２から受け取った信号に基づいて推定した改質反応部２３における触媒床温が予め定められた温度Ｔｓを下回っているか否かを判定する。そして、ＥＣＵ５０は、時刻ｔ1において触媒床温の推定値が温度Ｔｓを下回っている場合に、改質触媒が劣化していると判断する。
【００５４】
また、触媒床温の上昇度合いが所定の度合いを下回ったか否かの判定は、次のような手順に従って行なわれてもよい。この場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒に対する混合気の供給を開始させた後、温度センサ１２から受け取った信号に基づいて改質反応部２３における触媒床温を推定すると共に、混合気の供給を開始させた時刻ｔ0から、触媒温度の推定値が予め定められた温度Ｔｓに達するまでの時間を計測する。そして、ＥＣＵ５０は、触媒温度の推定値が温度Ｔｓに達した段階で、混合気の供給を開始させた時刻ｔ0から触媒温度の推定値が温度Ｔｓに達するまでの時間が、所定の基準時間（図８に示される例においては、ｔ1−ｔ0）を上回っているか否かを判定する。そして、ＥＣＵ５０は、混合気の供給の開始後、触媒温度の推定値が温度Ｔｓに達するまでの時間が、当該基準時間を上回っている場合に、改質触媒が劣化していると判断する。
【００５５】
以下、図９〜図１２を参照しながら、参考例について説明する。なお、上述の参考例及び第１実施形態に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
【００５６】
本発明による改質器２０の改質反応部２３にて進行する上記（１）式の部分酸化反応は、極めて速やかに進行するものであり、改質触媒が劣化していない場合（正常な場合）、燃料および空気の混合気の大部分は、改質触媒の混合気の流れ方向上流側の端部（上流側の領域）において反応する。このため、劣化していない改質触媒（図９における実線参照）においては、改質反応中、改質触媒の下流側端部（下流側領域）の温度が、流れ方向上流側の端部に比べて低くなる。
【００５７】
一方、改質触媒の使用時間が長くなると、まず改質触媒の上流側端部の劣化が進行することから、燃料および空気の混合気は、改質触媒の混合気の流れ方向下流側の領域（端部）において反応するようになる。このため、改質器２０の作動条件を同一に設定した上で、劣化していない改質触媒（図９における実線参照）と、劣化した改質触媒（図９における一点鎖線参照）とを比較すれば、改質反応中、劣化した改質触媒の下流側のある箇所の温度は、図９からわかるように、正常な改質触媒に比べて高まることになる。
【００５８】
これらの点に鑑みて、改質反応部２３の下流側に配置された温度センサ１２（図１参照）により改質触媒（改質反応部２３）の混合気の流れ方向下流側の端部の温度が取得され、取得された改質触媒の下流側端部の温度に基づいて改質触媒の劣化の度合いが判定される。
【００５９】
すなわち、改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングになると、図１０に示されるように、ＥＣＵ５０により、改質器２０に供給される混合気の空燃比や供給量といったような改質器２０の作動条件（パラメータ）が触媒劣化判定処理用の値に設定される（Ｓ４０）。その後、ＥＣＵ５０は、改質器２０に設けられている温度センサ１２から受け取った信号に基づいて、改質反応部２３（改質触媒）の下流側端部（改質反応部２３の最上流端から所定距離を隔てた位置）における温度を取得（推定）する（Ｓ４２）。そして、改質反応部２３の下流側端部の温度を取得した後、ＥＣＵ５０は、求めた下流側端部の温度と、所定の基準温度Ｔｒ’とを比較する（Ｓ４４）。基準温度Ｔｒ’は、改質器２０に供給される混合気の空燃比が改質触媒劣化判定時の値ＡＦｒであり、かつ、改質触媒が正常であると認められる場合の当該下流側端部の温度として予め実験データ等に基づいて定められ、ＥＣＵ５０の記憶装置に記憶されている。
【００６０】
ＥＣＵ５０は、改質反応部２３の下流側端部の温度が、上記基準温度Ｔｒ’よりも高い場合に、改質触媒が劣化していると判断し（Ｓ４４）、Ｓ４６にて、車両Ｃに設けられている所定の警告灯５３を点灯させる。一方、Ｓ４４にて、改質反応部２３の下流側端部の温度が基準温度Ｔｒ’以下であると判断された場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒は劣化していないとみなし、次に改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングまで待機する。このように、改質反応部２３（改質触媒）の下流側端部の温度に基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定しても、改質触媒の劣化を確実に検知することが可能となる。
【００６１】
ところで、改質触媒が劣化して、改質反応が改質触媒の下流側端部において行なわれるようになると、上述のように、改質触媒の下流側端部の温度は上昇し、やがて、図１１に示されるように、ピーク値Ｔｐに達する。従って、図１０のＳ４４では、改質反応部２３の下流側端部の温度が例えばピーク値Ｔｐよりも所定温度だけ低い温度Ｔ1を超えているか否かを判定してもよい。この場合、改質反応部２３の下流側端部の温度が例えばピーク値Ｔｐよりも所定温度だけ低い温度Ｔ1を超えた場合、改質触媒の全体の劣化が進行したとみなされる。
【００６２】
また、改質反応が改質触媒の下流側端部において行なわれるようになると、その後、時間の経過と共に改質触媒の当該下流側端部も劣化していくので、図１１に示されるように、改質触媒の下流側端部の温度は、ピーク値Ｔｐに達した後、低下に転じることになる。これを踏まえて、温度センサ１２によって取得される改質触媒の下流側端部の温度をモニタし、改質触媒の下流側端部の温度がピーク値Ｔｐに達した後、当該ピーク値Ｔｐよりも所定温度ΔＴだけ低下した時点（図１１における温度Ｔ2にまで低下した時点）で改質触媒の全体の劣化が進行したとみなしてもよい。
【００６３】
更に、図１１からわかるように、改質触媒の下流側端部の劣化がある程度進むと、改質触媒の下流側端部の温度は、やがて、正常であると認められる場合の下限値Ｔ3を下回るようになる。従って、温度センサ１２によって取得される改質触媒の下流側端部の温度をモニタし、改質触媒の下流側端部の温度が上記下限値Ｔ3を下回った時点で改質触媒の全体の劣化が進行したとみなしてもよい。
【００６４】
これらの手法によっても、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握可能となる。なお、改質器２０に対して図１２に示されるように温度センサ１２を設置し、改質反応部２３（改質触媒）の下流側端部の温度を温度センサ１２により直接計測（取得）してもよい。
【００６５】
以下、図１３および図１４を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。なお、上述の参考例、実施形態等に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
【００６６】
上記（１）式の部分酸化反応によりＣＯおよびＨ2を含む改質ガスを得る改質器２０では、ある状態から、改質触媒に供給される混合気がリーン化された場合（ある時点で混合気の空燃比がそれまでの値よりも大きくされた場合）、触媒床温（例えば、改質反応部２３の平均温度）が上昇することになる。この場合、改質触媒が劣化していると、混合気の空燃比を変化させた後、触媒床温の上昇度合いは、図１３において一点鎖線で示されるように、正常時（同図における実線参照）に比べて小さくなる（上昇速度が遅くなる）。
【００６７】
また、改質器２０において、ある状態から、改質触媒に供給される混合気がリッチ化された場合（ある時点で混合気の空燃比がそれまでの値よりも小さくされた場合）、触媒床温（例えば、改質反応部２３の平均温度）は低下することになる。この場合、改質触媒が劣化していると、混合気の空燃比を変化させた後、触媒床温の下降度合いは、図１３において二点鎖線で示されるように、正常時（同図における実線参照）に比べて大きくなる（下降速度が速まる）。
【００６８】
従って、このような現象を踏まえて、例えば所定時間おきに、改質器２０に供給される混合気をリーン化またはリッチ化させ、混合気の空燃比を変化させた後の触媒温度の上昇度合いまたは下降度合いに基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定しても、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握可能となる。
【００６９】
かかる手法が車両Ｃにおいて適用された場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングになると、流量調整弁１１の開度と燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を制御して改質器２０に供給される混合気をリーン化（またはリッチ化）させる。その後、ＥＣＵ５０は、改質触媒に対する混合気をリーン化（またはリッチ化）させた時点から所定時間が経過した段階で、温度センサ１２から受け取った信号に基づいて推定した改質反応部２３における触媒床温が所定温度を下回っているか否かを判定する。そして、ＥＣＵ５０は、触媒床温の推定値が当該所定温度を下回っている場合に、改質触媒が劣化していると判断する。
【００７０】
また、本実施形態における改質触媒の劣化判定は、次のような手順に従って行なわれてもよい。この場合も、ＥＣＵ５０は、改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングになると、流量調整弁１１の開度と燃料噴射弁１５からの燃料噴射量を制御して改質器２０に供給される混合気をリーン化（またはリッチ化）させる。その後、ＥＣＵ５０は、温度センサ１２から受け取った信号に基づいて改質反応部２３における触媒床温を推定すると共に、改質器２０に供給される混合気をリーン化またはリッチ化させてから、触媒温度の推定値が所定温度に達するまでの時間を計測する。そして、ＥＣＵ５０は、触媒温度の推定値が当該所定温度に達した段階で、混合気の空燃比を変化させてから触媒温度の推定値が当該所定温度に達するまでの時間と、所定の基準時間とを比較する。
【００７１】
この際、改質器２０に対する混合気をリーン化させた場合に、混合気の空燃比を変化させてから触媒温度の推定値が上記所定温度に達する（上昇する）までの時間が、上記基準時間を上回っているのであれば、触媒床温の上昇度合いが正常時に比べて小さいことになるので、改質触媒が劣化していると判断することができる。一方、改質器２０に対する混合気をリッチ化させた場合に、混合気の空燃比を変化させてから触媒温度の推定値が上記所定温度に達する（下がる）までの時間が、上記基準時間を下回っているのであれば、触媒床温の下降度合いが正常時に比べて大きいことになるので、改質触媒が劣化していると判断することができる。
【００７２】
図１４は、本発明による他の実施形態における変形例を説明するためのタイムチャートである。改質器２０において、ある状態から、改質触媒に供給される混合気がリーン化された場合（混合気の空燃比が大きくされた場合）、改質触媒の上流側端部が劣化していると、混合気の空燃比の変化後、改質触媒の下流側端部における温度の上昇度合いは、図１４において一点鎖線で示されるように、正常時（同図における実線参照）に比べて大きくなる（上昇速度が速まる）。
【００７３】
また、改質器２０において、ある状態から、改質触媒に供給される混合気がリッチ化された場合（混合気の空燃比が小さくされた場合）、改質触媒の上流側端部が劣化していると、混合気の空燃比の変化後、改質触媒の下流側端部における温度の下降度合いは、図１４において二点鎖線で示されるように、正常時（同図における実線参照）に比べて小さくなる（下降速度が遅くなる）。
【００７４】
従って、このような現象を踏まえて、例えば所定時間おきに、改質器２０に供給される混合気をリーン化またはリッチ化させると共に、温度センサ１２によって取得される改質反応部２３（改質触媒）の下流側端部の温度をモニタし、混合気の空燃比を変化させた後における改質反応部２３の下流側端部の温度の上昇度合いまたは下降度合いに基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定しても、改質触媒の劣化を容易かつ精度よく把握可能となる。
【００７５】
以下、図１５〜１７図を参照しながら、他の参考例について説明する。なお、上述の参考例等に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
【００７６】
図１５は、図９と同様に、改質反応部２３の最上流端からの距離と改質触媒の温度との関係を示すものである。上述のように、改質触媒が劣化すると、改質反応が改質触媒の下流側の端部において行なわれるようになる。このため、図１５からわかるように、触媒の劣化が進んでいない正常時（図１５における実線参照）に認められる改質反応部２３（改質触媒）の上流側端部Ｐａと下流側端部Ｐｂとの温度差は、改質触媒の劣化が進行するに従って（図１５における一点鎖線および二点鎖線参照）小さくなり、やがて、改質反応部２３の上流側端部Ｐａの温度よりも下流側端部Ｐｂの温度が高くなる。なお、改質反応部２３の上流側端部Ｐａは、改質反応部２３の最上流端から距離Ｄａの位置にあり、改質反応部２３の下流側端部Ｐｂは、改質反応部２３の最上流端から距離Ｄｂの位置にあるものとする。
【００７７】
このような現象を踏まえ、本参考例では、図１６に示されるように、温度センサ１２ａが改質反応部２３の上流側に位置するように、また、温度センサ１２ｂが改質反応部２３の下流側に位置するように、それぞれ本体２１に対して取り付けられる。上流側の温度センサ１２ａは、改質反応部２３に流れ込む流体の温度を検出し、下流側の温度センサ１２ｂは、改質反応部２３から流出する改質ガスの温度を検出し、それぞれ検出値を示す信号をＥＣＵ５０に与える。そして、本参考例では、改質器２０の作動中、ＥＣＵ５０により、所定時間おきに図１７に示される改質触媒劣化判定処理が実行されることになる。
【００７８】
すなわち、図１７に示されるように、ＥＣＵ５０は、改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングになると、改質器２０に設けられている温度センサ１２ａおよび１２ｂから受け取った信号に基づいて、改質反応部２３（改質触媒）の上流側端部Ｐａにおける温度Ｔａと、下流側端部Ｐｂにおける温度Ｔｂとを推定（取得）する（Ｓ５０）。その後、ＥＣＵ５０は、改質反応部２３の上流側端部Ｐａの温度Ｔａから下流側端部Ｐｂの温度Ｔｂを減じて、両者の偏差ｄＴ（＝Ｔａ−Ｔｂ）を算出する（Ｓ５２）。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ５２にて求めた偏差ｄＴと、所定の基準値ｄＴｒとを比較する（Ｓ５４）。なお、基準値ｄＴｒは、予め実験データ等に基づいて定められ、ＥＣＵ５０の記憶装置に記憶されている。
【００７９】
ＥＣＵ５０は、改質反応部２３（改質触媒）の上流側端部Ｐａにおける温度Ｔａと下流側端部Ｐｂにおける温度Ｔｂとの偏差ｄＴが所定の基準値ｄＴｒを下回っている場合に、改質触媒が劣化していると判断し（Ｓ５４）、Ｓ５６にて、車両Ｃに設けられている所定の警告灯５３を点灯させる。一方、Ｓ５４にて、改質反応部２３の上流側端部Ｐａにおける温度Ｔａと下流側端部Ｐｂにおける温度Ｔｂとの偏差ｄＴが所定の基準値ｄＴｒ以上であると判断された場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒は劣化していないとみなし、次に改質触媒劣化判定処理を実行するタイミングまで待機する。
【００８０】
このように、改質反応部２３の上流側端部Ｐａの温度Ｔａと、下流側端部Ｐｂの温度Ｔｂとの偏差ｄＴに基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定しても、改質触媒の劣化を精度よく把握することが可能となる。また、本参考例によれば、改質触媒のある一箇所の温度に基づいて改質触媒の劣化の度合いを判定する場合（上記参考例）のように、触媒の劣化判定のために温度を取得する前に改質触媒の作動条件を一定（同一）にする処理（図４のＳ３０および図１０のＳ４０）が不要となるので、劣化判定処理を容易に実行可能となる。なお、本参考例において、図１８に示されるように、改質反応部２３の上流側端部と下流側端部の温度を直接計測（取得）する温度センサ１２ｘおよび１２ｙが用いられてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明されたように、本発明によれば、改質触媒の劣化の度合いを容易かつ精度よく判定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例に係る改質触媒劣化判定装置を含む燃料改質装置が備えられた車両を示す概略構成図である。
【図２】 図１の車両の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】 改質器における混合気の空燃比を推定するために用いられるマップを例示する模式図である。
【図４】 参考例に係る改質触媒劣化判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図５】 触媒床温と、改質触媒の劣化の度合いとの相関関係を説明するための図表である。
【図６】 本発明による実施形態を説明するための模式図である。
【図７】 本発明による実施形態を説明するための模式図である。
【図８】 本発明による実施形態を説明するための図表である。
【図９】 参考例を説明するためのものであって、改質反応部の最上流端からの距離と改質触媒の温度との関係を示す図表である。
【図１０】 参考例に係る改質触媒劣化判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１１】 参考例における変形例を説明するための図表である。
【図１２】 参考例における変形例を説明するための模式図である。
【図１３】 本発明による他の実施形態を説明するための図表である。
【図１４】 本発明による他の実施形態における変形例を説明するための図表である。
【図１５】 参考例を説明するためのものであって、改質反応部の最上流端からの距離と改質触媒の温度との関係を示す図表である。
【図１６】 参考例に係る改質器を説明するための模式図である。
【図１７】 参考例に係る改質触媒劣化判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１８】 参考例における変形例を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ エンジン
３ 燃焼室
４ ピストン
５ 吸気マニホールド
５ａ 吸気管
６ 排気マニホールド
６ａ 排気管
７ 点火プラグ
８ サージタンク
９ エアクリーナ
１０ スロットルバルブ
１１ 流量調整弁
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｘ，１２ｙ 温度センサ
１５，１５ｘ 燃料噴射弁
２０ 改質器
２１ 本体
２２ 空燃混合部
２３ 改質反応部
５０ ＥＣＵ
５３ 警告灯
ＡＦＭ エアフローメータ
Ｃ 車両
Ｌ１ 給気管
Ｌ２ バイパス管
Ｌ３ 接続管
Ｐａ 上流側端部
Ｐｂ 下流側端部
Claims (5)
- 燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定装置であって、
前記改質触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、
前記改質触媒に対する混合気の供給が開始された後における前記触媒温度取得手段によって取得された前記改質触媒の温度の上昇度合いが所定の度合いを下回った場合に前記改質触媒が劣化していると判定する判定手段とを備えることを特徴とする改質触媒劣化判定装置。 - 燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定装置であって、
前記改質触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、
前記改質触媒に供給される混合気の空燃比が変化させられた後における前記触媒温度取得手段によって取得された前記改質触媒の温度の上昇度合いまたは下降度合いに基づいて前記改質触媒の劣化の度合いを判定する判定手段とを備えることを特徴とする改質触媒劣化判定装置。 - 請求項１又は２に記載の改質触媒劣化判定装置を備える燃料改質装置であって、前記触媒温度取得手段によって取得された前記改質触媒の温度に基づいて前記改質触媒に供給される混合気の空燃比を設定する空燃比制御手段を含むことを特徴とする燃料改質装置。
- 燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定方法であって、
前記改質触媒に対する混合気の供給が開始された後における前記改質触媒の温度を取得し、取得した前記改質触媒の温度の上昇度合いが所定の度合いを下回った場合に前記改質触媒が劣化していると判断することを特徴とする改質触媒劣化判定方法。 - 燃料と空気との混合気を改質する改質触媒の劣化を判定するための改質触媒劣化判定方法であって、前記改質触媒に供給される混合気の空燃比が変化させられた後における前記改質触媒の温度を取得し、取得した前記改質触媒の温度の上昇度合いまたは下降度合いに基づいて前記改質触媒の劣化の度合いを判定することを特徴とする改質触媒劣化判定方法。
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