CN107965374B - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents

Abstract

将排气处理催化剂提早预热。一种内燃机的排气净化装置，具备配置于内燃机排气通路内的排气处理催化剂(13)和为将该催化剂(13)预热而能向该催化剂(13)仅供给热、或供给热和氢的热和氢生成装置(50)。在热和氢生成装置(50)的预热运转完了变得能发挥重整催化剂(54)的重整作用时，排气处理催化剂(13)的温度为预先设定的活化温度以上时，在热和氢生成装置(50)中进行部分氧化反应，生成的热和氢被供给至排气处理催化剂(50)，在热和氢生成装置(50)的预热运转完了变得能发挥重整催化剂(54)的重整作用时，排气处理催化剂(13)的温度低于预先设定的活化温度时，持续进行稀空燃比下的完全氧化反应，仅热被供给至排气处理催化剂(13)。

Description

内燃机的排气净化装置

技术领域

本发明涉及内燃机的排气净化装置。

背景技术

众所周知下述内燃机，其具备燃料重整装置、用于向燃料重整装置供给空气的空气供给装置、和用于向燃料重整装置供给燃料的燃料供给装置，在内燃机起动时，从燃料供给装置和空气供给装置向燃料重整装置分别供给燃料以及空气来产生放热反应，将拥有由该放热反应产生的热量的重整气体向配置于内燃机排气通路中的三元催化剂供给，由此，促进三元催化剂的预热(例如参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2008－298000号公报

发明内容

然而，在将在这样的燃料重整装置中生成的热或氢、或者热和氢向如三元催化剂之类的排气处理催化剂供给来促进排气处理催化剂的预热的情况下，在排气处理催化剂的温度比活化温度高时，向排气处理催化剂供给氢、或者热和氢的情形与仅供给热的情形相比，能够用较少的燃料将排气处理催化剂提早地预热。与此相对，在排气处理催化剂的温度比活化温度低时，即使向排气处理催化剂供给氢也不能促进排气处理催化剂的预热，通过向排气处理催化剂仅供给热，能够用较少的燃料将排气处理催化剂提早地预热。这样，为了用较少的燃料将排气处理催化剂提早地预热，需要根据排气处理催化剂的温度来向排气处理催化剂供给氢、或热和氢、或者仅供给热。但是，就上述的内燃机而言，对此情况完全没有考虑过。

根据本发明，提供一种内燃机的排气净化装置，其具备：

配置于内燃机排气通路内的排气处理催化剂；和

为了对排气处理催化剂进行预热而能够向排气处理催化剂仅供给热、或供给热和氢的热和氢生成装置，

热和氢生成装置具备被送入燃料与空气的燃烧气体的重整用催化剂，

热和氢生成装置，在热和氢生成装置起动后，在稀空燃比下进行热和氢生成装置的预热运转，直到变得能够发挥重整用催化剂的重整作用为止，当变得能够发挥重整用催化剂的重整作用时，进行部分氧化反应，来生成热和氢，其中，

在热和氢生成装置的预热运转完了从而变得能够发挥重整用催化剂的重整作用时，排气处理催化剂的温度为预先设定的活化温度以上时，在热和氢生成装置中进行部分氧化反应，所生成的热和氢被供给至排气处理催化剂，

在热和氢生成装置的预热运转完了从而变得能够发挥重整用催化剂的重整作用时，排气处理催化剂的温度低于预先设定的活化温度时，持续进行稀空燃比下的完全氧化反应，仅热被供给至该排气处理催化剂。

通过在排气处理催化剂的温度为预先设定的活化温度以上时，向排气处理催化剂供给热和氢，在排气处理催化剂的温度低于预先设定的活化温度时，向排气处理催化剂仅供给热，由此能够用较少的燃料将排气处理催化剂提早地预热。

附图说明

图1是内燃机的总体图。

图2是热和氢生成装置的总体图。

图3是用于说明轻油的重整反应的图。

图4是表示反应平衡温度TB与O₂/C摩尔比的关系的图。

图5是表示每个碳原子的生成分子个数与O₂/C摩尔比的关系的图。

图6是表示重整用催化剂内的温度分布的图。

图7是表示在被供给的空气的温度TA发生了变化时的反应平衡温度TB与O₂/C摩尔比的关系的图。

图8A和图8B是表示排气处理催化剂的温度TD的变化的图。

图9是表示热和氢生成控制的时序图(time chart)。

图10A和图10B是表示进行二次预热的运转(运行：operation)区域的图。

图11是表示热和氢生成控制的时序图。

图12是用于进行热和氢生成控制的流程图。

图13是用于进行热和氢生成控制的流程图。

图14是用于进行热和氢生成控制的流程图。

图15是用于进行热和氢生成控制的流程图。

图16是用于进行限制催化剂温度上升的控制的流程图。

附图标记说明

1：内燃机主体

12：排气管

13：排气处理催化剂

14：颗粒过滤器

50：热和氢生成装置

51：供给导管

53：燃烧器燃烧室

54：重整用催化剂

57：燃烧器(burner)

25a、25b、25c、71、72、73：温度传感器

具体实施方式

图1示出压缩着火式内燃机的总体图。

参照图1，1表示内燃机主体，2表示各气缸的燃烧室，3表示用于向各燃烧室2内分别喷射燃料的电子控制式燃料喷射阀，4表示进气歧管，5表示排气歧管。进气歧管4经由进气导管6与排气涡轮增压器7的压缩机7a的出口连结，压缩机7a的入口经由吸入空气量检测器8与空气滤清器9连结。在进气导管6内配置有由促动器驱动的节流阀10，在进气导管6周围配置有用于冷却在进气导管6内流动的吸入的空气的冷却装置11。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入到冷却装置11内，通过内燃机冷却水来冷却吸入的空气。

另一方面，排气歧管5与排气涡轮增压器7的排气涡轮7b的入口连结，排气涡轮7b的出口经由排气管12与排气处理催化剂13的入口连结。在图1所示的例中，该排气处理催化剂13由NO_X吸藏催化剂构成。排气处理催化剂13的出口与担载了NO_X选择催化剂的颗粒过滤器14连结，在颗粒过滤器14的下游配置有由例如氧化催化剂构成的清洁催化剂(sweepercatalyst)15。在排气处理催化剂13上游的排气管12内配置有用于供给例如轻油的燃料供给阀16，在排气处理催化剂13与颗粒过滤器14之间配置有用于供给尿素水的尿素供给阀17。

另一方面，排气歧管5和进气歧管4经由排气再循环(以下称为EGR)通路18互相连结，在EGR通路18内配置有电子控制式EGR控制阀19。另外，在EGR通路18的周围配置有用于冷却在EGR通路18内流动的EGR气体的冷却装置20。在图1所示的实施例中，内燃机冷却水被导入到冷却装置20内，通过内燃机冷却水来冷却EGR气体。各燃料喷射阀3经由燃料供给管21与共轨22连结，该共轨22经由电子控制式的排出量可变的燃料泵23与燃料箱24连结。储存于燃料箱24内的燃料通过燃料泵23被供给至共轨22内，被供给至共轨22内的燃料经由各燃料供给管21供给至燃料喷射阀3。

电子控制单元30包括数字计算机，具备通过双向总线31来互相连接的ROM(只读存储器)32、RAM(随机存取存储器)33、CPU(微处理器)34、输入端口35以及输出端口36。如图1所示，在排气处理催化剂13的上游侧及排气处理催化剂13的下游侧、以及颗粒过滤器的下游侧分别配置有温度传感器25a、25b、25c，在排气处理催化剂13的上游侧和排气处理催化剂13的下游侧分别配置有NO_X传感器26a、26b。而且，在颗粒过滤器14上安装有用于检测颗粒过滤器14的前后压差的压差传感器27，在颗粒过滤器14的下游侧配置有空燃比传感器28。这些温度传感器25a、25b、25c、NO_X传感器26a、26b、压差传感器27、空燃比传感器28以及吸入空气量检测器8的输出信号分别经由对应的AD转换器37输入到输入端口35。

另外，在油门踏板40上连接有产生与油门踏板40的踏下量成比例的输出电压的负荷传感器41，负荷传感器41的输出电压经由对应的AD转换器37输入到输入端口35。另外，在输入端口35上连接有曲轴每旋转例如15°就产生输出脉冲的曲轴转角传感器42。而且，向输入端口35输入内燃机的起动器开关(starter switch)43的动作信号。另一方面，输出端口36经由对应的驱动电路38与燃料喷射阀3、节流阀10的驱动用促动器、燃料供给阀16、尿素供给阀17、EGR控制阀19以及燃料泵23连接。

参照图1，设置有能够生成热和氢、或能够仅生成热的热和氢生成装置50，该热和氢生成装置50经由供给导管51连结至排气处理催化剂13上游的排气管12内。该热和氢生成装置50例如在内燃机起动时被起动，在热和氢生成装置50中生成的热和氢、或热经由供给导管51供给至排气处理催化剂13。由此，通过这些热和氢、或热进行排气处理催化剂13的预热作用。该热和氢生成装置50例如配置于车辆的发动机室内。

图2示出热和氢生成装置50的总体图。该热和氢生成装置50在总体上呈圆筒状。

参照图2，52表示热和氢生成装置50的圆筒状壳体，53表示形成于壳体52内的燃烧器燃烧室，54表示配置于壳体52内的重整用催化剂，55表示形成于壳体52内的气体流出室。在图2所示的实施例中，在壳体52的长度方向中央部配置有重整用催化剂54，在壳体52的长度方向一端部配置有燃烧器燃烧室53，在壳体52的长度方向另一端部配置有气体流出室55。如图2所示，在该实施例中，壳体52的外周整体被绝热材料56覆盖。

如图2所示，在燃烧器燃烧室53的一端部配置有具备燃料喷射阀58的燃烧器57。燃料喷射阀58的顶端配置于燃烧器燃烧室53内，在该燃料喷射阀58的顶端形成有燃料喷射口59。另外，在燃料喷射阀58的周围形成有空气室60，在燃料喷射阀58的顶端周围形成有用于使空气室60内的空气向燃烧器燃烧室53内喷出的空气供给口61。在图2所示的实施例中，如图1所示，燃料喷射阀58与燃料箱24连接，从燃料喷射阀58的燃料喷射口59喷射燃料箱24内的燃料。在图1和图2所示的实施例中，该燃料由轻油构成。

另一方面，空气室60，一方面，经由高温空气流通路62与能够控制排出量的空气泵64连接，另一方面，经由低温空气流通路63与能够控制排出量的空气泵64连接。如图2所示，在上述的高温空气流通路62以及低温空气流通路63内分别配置有高温空气阀65以及低温空气阀66。另外，如图2所示，高温空气流通路62具备配置在气体流出室55内的热交换部，在图2中用标记62a图解地示出该热交换部。再者，该热交换部62a也可以形成于重整用催化剂54的下游的、划定气体流出室55的壳体52的周围。即，优选该热交换部62a配置或形成于能使用从气体流出室55流出的高温气体的热来进行热交换作用的场所。另一方面，低温空气流通路63不具有这样地使用从气体流出室55流出的高温气体的热来进行热交换作用的热交换部。

当高温空气阀65打开、低温空气阀66关闭时，外部空气从空气供给口61经由空气滤清器67、空气泵64、高温空气流通路62以及空气室60向燃烧器燃烧室53内供给。此时，外部空气、即空气在热交换部62a内流通。与此相对，当低温空气阀66打开、高温空气阀65关闭时，外部空气、即空气从空气供给口61经由空气滤清器67、空气泵64、低温空气流通路63以及空气室60被供给。因此，高温空气阀65和低温空气阀66形成了能将经由空气室60向空气供给口61供给空气的空气流通路在高温空气流通路62和低温空气流通路63之间切换的切换装置。

另一方面，在燃烧器燃烧室53内配置有着火装置68，在图2所示的实施例中，该着火装置68由预热塞(glow plug)构成。该预热塞68经由开关69与电源70连接。另一方面，在图2所示的实施例中，重整用催化剂54包含氧化部54a和重整部54b。在图2所示的实施例中，重整用催化剂54的基体由沸石构成，在该基体上，就氧化部54a而言，主要担载有钯Pd，就重整部54b而言，主要担载有铑Rh。另外，在燃烧器燃烧室53内，配置有用于检测重整用催化剂54的氧化部54a的上游侧端面的温度的温度传感器71，在气体流出室55内，配置有用于检测重整用催化剂54的重整部54b的下游侧端面的温度的温度传感器72。而且，在位于绝热材料56的外部的低温空气流通路63中配置有用于检测在低温空气流通路63内流通的空气的温度的温度传感器73。

这些温度传感器71、72以及73的输出信号经由图1所示的各自对应的AD转换器37被输入至输入端口35。另外，表示预热塞68的电阻值的输出信号也经由图1所示的对应的AD转换器37输入到输入端口35。另一方面，图1所示的输出端口36经由对应的驱动电路38分别与燃料喷射阀58、高温空气阀65、低温空气阀66、以及开关69连接。而且，如图1所示，输出端口36与控制空气泵64的排出量的泵驱动电路44连接，空气泵64的排出量通过该泵驱动电路44来驱动控制，以使得变为输出到输出端口36的排出量的指令值。

在热和氢生成装置50的运转开始时，从燃烧器57喷射的燃料通过预热塞68进行着火，由此，通过在燃烧器燃烧室53内从燃烧器57供给的燃料和空气进行反应而开始进行燃烧器燃烧。当开始进行燃烧器燃烧时，重整用催化剂54的温度逐渐上升。此时，燃烧器燃烧在稀空燃比下进行。接着，当重整用催化剂54的温度达到能够将燃料重整的温度时，通常空燃比从稀空燃比被切换为浓空燃比，开始进行重整用催化剂54中的燃料的重整作用。当开始进行燃料的重整作用时，生成氢，包含所生成的氢的高温的气体从气体流出室55的气体流出口74流出。从气体流出口74流出的高温气体如图1所示那样经由供给导管51供给至排气管12内。

这样，在本发明的实施例中，热和氢生成装置50具备燃烧器燃烧室53、为了进行燃烧器燃烧而配置于燃烧器燃烧室53内的燃烧器57、能够控制从燃烧器57向燃烧器燃烧室53内供给的燃料的供给量的燃料供给装置、能够控制从燃烧器57向燃烧器燃烧室53内供给的空气的温度及供给量的空气供给装置、用于使燃料着火的着火装置68、以及被送入燃烧器燃烧气体的重整用催化剂54，空气供给装置具备用于利用燃烧器燃烧气体对从燃烧器57向燃烧器燃烧室53内供给的空气进行加热的热交换部62a。在该情况下，在本发明的实施例中，燃料喷射阀58构成了上述的燃料供给装置，空气室60、空气供给口61、高温空气流通路62、热交换部62a、低温空气流通路63、空气泵64、高温空气阀65以及低温空气阀66构成了上述的空气供给装置。

那么，在本发明的实施例中，在热和氢生成装置50中，通过对燃料进行重整来生成氢。因此，首先，一边参照图3，一边对作为燃料使用轻油的情况下的重整反应进行说明。

在图3的(a)到(c)中，以作为燃料使用了通常所使用的轻油的情况为例，示出进行完全氧化反应时的反应式、进行部分氧化重整反应时的反应式、以及进行水蒸气重整反应时的反应式。再者，各反应式中的发热量ΔH⁰用低位发热量(LHV)表示。那么，从图3的(b)和(c)可知，要由轻油产生氢的话，有进行部分氧化重整反应的方法、和进行水蒸气重整反应的方法这两种方法。水蒸气重整反应是向轻油中添加水蒸气的方法，从图3(c)可知，该水蒸气重整反应是吸热反应。因此，为了发生水蒸气重整反应，需要从外部加热。在大型的氢生成设备中，通常除了部分氧化重整反应之外，为了提高氢的生成效率，还采用了不舍弃所产生的热而将所产生的热用于氢的生成的水蒸气重整反应。

与此相对，在本发明中，为了生成氢和热这两者，没有采用将所产生的热用于氢的生成的水蒸气重整反应，在本发明中，仅使用部分氧化重整反应来生成氢。从图3(b)可知，该部分氧化重整反应是放热反应，因此，即使没有从外部加热，也能用自身产生的热进行重整反应，从而生成氢。那么，如图3(b)的部分氧化重整反应的反应式所示，部分氧化重整反应是以表示进行反应的空气和燃料之比的O₂/C摩尔比为0.5的浓空燃比来进行的，此时生成CO和H₂。

图4示出使空气和燃料在重整用催化剂中反应并达到了平衡时的反应平衡温度TB与空气和燃料的O₂/C摩尔比的关系。再者，图4的实线表示空气温度为25℃时的理论值。如图4的实线所示，在以O₂/C摩尔比＝0.5的浓空燃比进行部分氧化重整反应时，反应平衡温度TB大致为830℃。再者，此时的实际的反应平衡温度TB比830℃稍低，但在下面，使反应平衡温度TB成为图4的实线所示的值，来对本发明的实施例进行说明。

另一方面，从图3(a)的完全氧化反应的反应式可知，在O₂/C摩尔比＝1.4575时空气和燃料之比变为理论空燃比，如图4所示，反应平衡温度TB在空气和燃料之比变为理论空燃比时变得最高。当O₂/C摩尔比在0.5和1.4575之间时，一部分进行部分氧化重整反应，一部分进行完全氧化反应。在该情况下，O₂/C摩尔比越大，则与进行部分氧化重整反应的比例相比，进行完全氧化反应的比例越大，因此，O₂/C摩尔比越大，则反应平衡温度TB越高。

另一方面，图5示出了每个碳原子的生成分子(H₂和CO)的个数与O₂/C摩尔比的关系。如上述那样，O₂/C摩尔比与0.5相比越大，则进行部分氧化重整反应的比例越减少。因此，如图5所示，O₂/C摩尔比与0.5相比越大，H₂和CO的生成量越减少。再者，虽然在图5中没有记载，但当O₂/C摩尔比大于0.5时，通过图3(a)所示的完全氧化反应，CO₂和H₂O的生成量增大。图5示出了假定没有发生图3(d)所示的水煤气变换反应的情况下的H₂和CO的生成量。但是，实际上利用通过部分氧化重整反应生成的CO和通过完全氧化反应生成的H₂O来发生图3(d)所示的水煤气变换反应，通过该水煤气变换反应也能生成氢。

那么，如上述那样，O₂/C摩尔比与0.5相比越大，H₂和CO的生成量越减少。另一方面，如图5所示，当O₂/C摩尔比变得小于0.5时，没能反应的剩余的碳C增加。该剩余的碳C堆积在重整用催化剂的基体的细孔内，发生所谓的积碳。当发生积碳时，重整用催化剂的重整能力显著降低。因此，为了避免发生积碳，需要使O₂/C摩尔比不小于0.5。另外，从图5可知，在不产生剩余的碳C的范围内，氢的生成量变得最大的情形是O₂/C摩尔比为0.5之时。因此，在本发明的实施例中，在为了生成氢而进行部分氧化重整反应时，O₂/C摩尔比原则上设为0.5，以使得在避免发生积碳的同时效率最好地生成氢。

另一方面，即使O₂/C摩尔比大于作为理论空燃比的O₂/C摩尔比＝1.4575，也能进行完全氧化反应，但O₂/C摩尔比越大，应升温的空气量越增大。因此，如图4所示，当O₂/C摩尔比大于表示理论空燃比的O₂/C摩尔比＝1.4575时，O₂/C摩尔比越大，反应平衡温度TB越降低。在该情况下，例如，当O₂/C摩尔比被设为2.6的稀空燃比时，在空气温度为25℃的情况下，反应平衡温度TB大致为920℃。

那么，如前述那样，在图1所示的热和氢生成装置50的运转开始时，在稀空燃比下进行燃烧器燃烧，由此,重整用催化剂54的温度逐渐上升。接着，当重整用催化剂54的温度达到能够将燃料重整的温度时，通常空燃比从稀空燃比被切换为浓空燃比，开始进行重整用催化剂54中的燃料的重整作用。当开始进行燃料的重整作用时，会生成氢。图6示出在重整用催化剂54中的反应成为了平衡状态时的重整用催化剂54的氧化部54a和重整部54b内的温度分布。再者，该图6示出了在外部空气温度为25℃时，该外部空气经由图2所示的低温空气流通路63从燃烧器57向燃烧器燃烧室53内供给的情况下的温度分布。

图6的实线示出了从燃烧器57供给的空气和燃料的O₂/C摩尔比为0.5时的重整用催化剂54内的温度分布。如图6所示，在该情况下，在重整用催化剂54的氧化部54a中，重整用催化剂54内的温度通过由残留氧引起的氧化反应热而朝向下游侧上升。在燃烧气体从重整用催化剂54的氧化部54a内向重整部54b内进入的时候，燃烧气体中的残余氧消失，在重整用催化剂54的重整部54b中，进行燃料的重整作用。该重整反应是吸热反应，因此，重整用催化剂54内的温度随着重整作用的推进、即朝向重整用催化剂54的下游侧降低。此时的重整用催化剂54的下游侧端面的温度为830℃，与图4所示的O₂/C摩尔比＝0.5时的反应平衡温度TB一致。

另一方面，在图6中，用虚线表示了从燃烧器57供给的空气和燃料的O₂/C摩尔比为2.6的稀空燃比时的重整用催化剂54内的温度分布。在该情况下，重整用催化剂54内的温度，在重整用催化剂54的氧化部4a内通过燃料的氧化反应热而朝向下游侧上升。另一方面，在该情况下，在重整用催化剂54的重整部54b内没有进行重整作用，因此重整用催化剂54内的温度，在重整部54b内保持为恒定。此时的重整用催化剂54的下游侧端面的温度为920℃，与图4所示的O₂/C摩尔比＝2.6时的反应平衡温度TB一致。即，图4的反应平衡温度TB表示在外部空气温度为25℃时该外部空气经由图2所示的低温空气流通路63从燃烧器57向燃烧器燃烧室53内供给时的重整用催化剂54的下游侧端面的温度。

接着，一边参照图7，一边对在重整用催化剂中使与燃料进行反应的空气的温度变化时的反应平衡温度TB进行说明。图7与图4同样地示出了使空气和燃料在重整用催化剂中进行反应并达到了平衡时的反应平衡温度TB与空气和燃料的O₂/C摩尔比的关系。再者，在图7中，TA表示空气温度，在该图7中，再次用实线示出了在图4中用实线表示的反应平衡温度TB与O₂/C摩尔比的关系。在图7中，还用虚线示出了在使空气温度TA变化为225℃、425℃、625℃时的反应平衡温度TB与O₂/C摩尔比的关系。从图7可知，当空气温度TA上升时，不管O₂/C摩尔比如何，反应平衡温度TB都整体性地变高。

另一方面，确认出：在本发明的实施例中使用的重整用催化剂54，如果催化剂温度为950℃以下，则不会发生大的热劣化。因此，在本发明的实施例中，950℃被设定为能避免重整用催化剂54的热劣化的容许催化剂温度TX，在图4、图6以及图7中示出了该容许催化剂温度TX。从图6可知，在空气温度TA为25℃时，无论O₂/C摩尔比为0.5时，还是O₂/C摩尔比为2.6时，重整用催化剂54中的反应成为了平衡状态时的重整用催化剂54的温度，不论在重整用催化剂54的哪个位置都为容许催化剂温度TX以下。因此，在该情况下，在实用方面热劣化不会成为问题，能够持续使用重整用催化剂54。

另一方面，从图4可知，即使空气温度TA为25℃时，当O₂/C摩尔比比0.5稍大时，重整用催化剂54中的反应成为了平衡状态时的重整用催化剂54的下游侧端面的温度、即反应平衡温度TB也会超过容许催化剂温度TX，当O₂/C摩尔比比2.6稍小时，重整用催化剂54中的反应成为了平衡状态时的重整用催化剂54的下游侧端面的温度也会超过容许催化剂温度TX。因此，例如，在重整用催化剂54中的反应为平衡状态时要使部分氧化重整反应发生的情况下，也能使O₂/C摩尔比大于0.5，但能够增大O₂/C摩尔比的范围受限。

另一方面，从图7可知，当空气温度TA变高时，在重整用催化剂54中的反应成为了平衡状态时，即使使O₂/C摩尔比为0.5，重整用催化剂54中的反应成为了平衡状态时的重整用催化剂54的下游侧端面的温度也高于容许催化剂温度TX，因此，重整用催化剂54会发生热劣化。因此，在空气温度TA变高了时，在重整用催化剂54中的反应成为了平衡状态时，不能将O₂/C摩尔比设为0.5。因此，在本发明的实施例中，在重整用催化剂54中的反应成为了平衡状态时，空气温度TA被设为25℃左右的低的温度，在将空气温度TA维持在25℃左右的低的温度的状态下，使O₂/C摩尔比为0.5。

如以上说明的那样，在本发明的实施例中，当热和氢生成装置50的运转开始时，在稀空燃比下开始进行燃烧器燃烧，在该稀空燃比下的燃烧器燃烧进行到能够发挥重整用催化剂54的重整作用为止。换句话说，在本发明的实施例中，在热和氢生成装置50起动后，在稀空燃比下进行热和氢生成装置50的预热运转，直到能够发挥重整用催化剂54的重整作用为止。在该情况下，当重整用催化剂54的温度变为700℃的程度时，变得能够发挥重整用催化剂54的重整作用，因此，在本发明的实施例中，在热和氢生成装置50起动后，在稀空燃比下进行热和氢生成装置50的预热运转，直到重整用催化剂54的温度变为700℃为止。在此期间，在热和氢生成装置50中生成的热从气体流出室55的气体流出口74流出，接着，如图1所示，经由供给导管51被供给至排气管12内。接着，当变得能够发挥重整用催化剂的重整作用时，即当重整用催化剂54的温度变为700℃时，通常将空燃比从稀空燃比转换为浓空燃比，进行部分氧化重整反应。当进行部分氧化重整反应时，在重整用催化剂54中生成热和氢。这些热和氢从气体流出室55的气体流出口74流出，接着，经由供给导管51被供给至排气管12内。

接着，说明配置于内燃机排气通路内的排气处理催化剂13的排气净化作用。再者，如前述那样，在图1所示的例子中，该排气处理催化剂13由NO_X吸藏催化剂构成，该NO_X吸藏催化剂13担载了如铂Pt、钯Pd、铑Rh那样的贵金属、和如钾K、钠Na、铯Cs那样的碱金属或如钡Ba、钙Ca那样的碱土金属。该NO_X吸藏催化剂13具有以下的吸藏释放NO_X的功能：当向NO_X吸藏催化剂13流入的排气的空燃比为稀时，吸藏排气中所含有的NO_X，当向NO_X吸藏催化剂13流入的排气的空燃比为浓时，从NO_X吸藏催化剂13释放所吸藏的NO_X。另外，在该NO_X吸藏催化剂13中，从内燃机排出的HC被担载于NO_X吸藏催化剂13上的贵金属氧化，因此该NO_X吸藏催化剂13也具有HC净化功能。

当NO_X吸藏催化剂13即排气处理催化剂13的温度没有达到200℃左右时，该NO_X吸藏催化剂13的NO_X吸藏率、即NO_X吸藏催化剂13的NO_X净化率、和NO_X吸藏催化剂13的HC净化率没有充分变高，因此，在内燃机起动时，为了获得NO_X吸藏催化剂13的高NO_X净化率以及高HC净化率，需要使NO_X吸藏催化剂13即排气处理催化剂13的温度上升到200℃左右的目标预热温度为止。在本发明的实施例中，当内燃机被起动时，利用从内燃机排出的排气，开始进行排气处理催化剂13的预热作用。但是，要利用排气使排气处理催化剂13的温度上升到目标预热温度的话，需要较长的时间。因此，在本发明的实施例中，为了使排气处理催化剂13的温度迅速地上升到目标预热温度，在内燃机起动的同时，开始热和氢生成装置50的运转，利用从热和氢生成装置50供给至排气处理催化剂13的热和氢、或热来促进排气处理催化剂13的预热作用。接着，一边参照图8A和图8B，一边说明该热和氢生成装置50的对排气处理催化剂13的预热促进作用。

图8A和图8B示出了在排气处理催化剂13担载了如铂Pt、钯Pd、铑Rh那样的贵金属的情况下利用热和氢生成装置50进行了排气处理催化剂13的预热时的排气处理催化剂13的温度TD的变化。再者，在图8A和图8B中，横轴表示经过时间。在这些图8A和图8B中，为了容易理解说明，忽略了从内燃机排出的排气的对排气处理催化剂13的预热作用。另外，在图8B中，TK表示贵金属活化的温度，在图8B所示的例子中，该贵金属活化的温度TK设为110℃。再者，以下将该贵金属活化的温度TK称为排气处理催化剂13的活化温度TK。

那么，从图3可知，当比较完全氧化反应和部分氧化重整反应时，完全氧化反应的发热量远大于部分氧化重整反应的发热量，因此，在使用的燃料量相同的情况下，关于供给至排气处理催化剂13的热量，在热和氢生成装置50中进行完全氧化反应时的该热量远大于在热和氢生成装置50中进行部分氧化重整反应时的该热量。在图8A中，在使用的燃料量相同的情况下，用实线A示出了利用以O₂/C摩尔比＝2.6进行完全氧化反应时的生成热来对排气处理催化剂13进行了预热的情况下的排气处理催化剂13的温度变化，用虚线a示出了利用以O₂/C摩尔比＝0.5进行部分氧化重整反应时的生成热来对排气处理催化剂13进行了预热的情况下的排气处理催化剂13的温度变化。比较实线A和虚线a可知，完全氧化反应与部分氧化重整反应相比，仅利用在热和氢生成装置50中生成的热来对排气处理催化剂13进行了预热的情况下的排气处理催化剂13的温度TD的上升速度高。

另一方面，在进行排气处理催化剂13的预热时，如果向排气处理催化剂13供给氢，在贵金属上进行氢的氧化反应，则通过氢的氧化反应热，排气处理催化剂13的温度TD快速地上升。图8A的虚线b示出了在相同的使用燃料量下仅利用以O₂/C摩尔比＝0.5进行部分氧化重整反应时的生成氢来对排气处理催化剂13进行了预热的情况下的排气处理催化剂13的温度变化，图8A的实线B示出了在相同的使用燃料量下利用以O₂/C摩尔比＝0.5进行部分氧化重整反应时的生成热及生成氢来对排气处理催化剂13进行了预热的情况下的排气处理催化剂13的温度变化。在图8A中比较实线A和实线B可知，在也利用氢进行排气处理催化剂13的预热作用的情况下，部分氧化重整反应与完全氧化反应相比，排气处理催化剂13的温度TD的上升速度相当高。

即，在热和氢生成装置50中生成的燃烧气体热，一部分在该燃烧气体在供给导管51内流动的期间散出到外部，而且，该燃烧气体热只不过是通过热传递被供给至排气处理催化剂13，因此实际上用于将排气处理催化剂13加热的热量没有那么多。与此相对，在热和氢生成装置50中生成的氢在到达排气处理催化剂13之前没有被消耗，排气处理催化剂13自身通过氢的氧化反应热被直接加热，因此通过氢的氧化反应热而使排气处理催化剂13快速升温。

在排气处理催化剂13的温度TD低于图8B所示的排气处理催化剂13的活化温度TK时，即使向排气处理催化剂13供给氢，也没有在贵金属上进行氢的氧化反应，因此，此时没有产生由氢的氧化反应引起的氧化反应热。因此，在排气处理催化剂13的温度TD低于排气处理催化剂13的活化温度TK时，从图8A可知，在热和氢生成装置50中进行完全氧化反应时的排气处理催化剂13的升温速度，远大于在热和氢生成装置50中进行部分氧化重整反应时的排气处理催化剂13的升温速度。

与此相对，在排气处理催化剂13的温度TD高于排气处理催化剂13的活化温度TK时，在热和氢生成装置50中进行部分氧化重整反应，由此，如果向排气处理催化剂13供给氢，则通过氢的氧化反应热而使排气处理催化剂13快速升温。因此可知，为了使排气处理催化剂13尽可能较快地升温，优选：在排气处理催化剂13的温度TD低于排气处理催化剂13的活化温度TK时，如图8B中实线A所示，通过在热和氢生成装置50中进行完全氧化反应而向排气处理催化剂13仅供给热，在排气处理催化剂13的温度TD高于排气处理催化剂13的活化温度TK时，如图8B中实线B所示，通过在热和氢生成装置50中进行部分氧化重整反应而向排气处理催化剂13供给热和氢。

但是，实际上总是如图8B所示那样，在排气处理催化剂13的温度TD达到了活化温度TK时，难以将热和氢生成装置50中的反应从完全氧化反应转换为部分氧化重整反应。因此，在本发明的实施例中，在热和氢生成装置50起动后变得能够发挥重整用催化剂54的重整作用时，排气处理催化剂13的温度TD高于图8B所示的排气处理催化剂13的活化温度TK时，将热和氢生成装置50中的反应立即从完全氧化反应转换为部分氧化重整反应，在热和氢生成装置50起动后变得能够发挥重整用催化剂54的重整作用时，排气处理催化剂13的温度TD低于活化温度TK时，在热和氢生成装置50中持续进行完全氧化反应直到排气处理催化剂13的温度TD变得高于活化温度TK为止，在排气处理催化剂13的温度TD变得高于活化温度TK时，将热和氢生成装置50中的反应从完全氧化反应转换为部分氧化重整反应。通过这样进行，能够使排气处理催化剂13的预热最快速。

即，在本发明的实施例中，内燃机的排气净化装置具备配置于内燃机排气通路内的排气处理催化剂13、和为了对排气处理催化剂13进行预热而能够向排气处理催化剂13仅供给热、或供给热和氢的热和氢生成装置50，热和氢生成装置50具备被送入燃料与空气的燃烧气体的重整用催化剂54。该热和氢生成装置50，在热和氢生成装置50起动后，在稀空燃比下进行热和氢生成装置50的预热运转，直到变得能够发挥重整用催化剂54的重整作用为止，当变得能够发挥重整用催化剂54的重整作用时，进行部分氧化反应来生成热和氢。在该情况下，在本发明的实施例中，在热和氢生成装置50的预热运转完了从而变得能够发挥重整用催化剂54的重整作用时，排气处理催化剂13的温度TD为预先设定的活化温度TK以上时，在热和氢生成装置50中进行部分氧化反应，所生成的热和氢被供给至排气处理催化剂13。与此相对，在热和氢生成装置50的预热运转完了从而变得能够发挥重整用催化剂54的重整作用时，排气处理催化剂13的温度TD低于预先设定的活化温度TK时，持续进行稀空燃比下的完全氧化反应，仅热被供给至排气处理催化剂13。

另外，在本发明的实施例中，在热和氢生成装置50的预热运转完了从而变得能够发挥重整用催化剂54的重整作用时，排气处理催化剂13的温度TD低于预先设定的活化温度TK时，持续进行稀空燃比下的完全氧化反应，其后，在排气处理催化剂13的温度TD变为预先设定的活化温度TK以上时，从稀空燃比下的完全氧化反应转换为部分氧化重整反应。

再者，产生图8A及图8B所示的关系的不限于作为排气处理催化剂13使用NO_X吸藏催化剂的情况，在作为排气处理催化剂13使用了担载有如铂Pt、钯Pd、铑Rh那样的贵金属的催化剂、例如氧化催化剂的情况下，也同样地产生图8A及图8B所示的关系。因此，在作为排气处理催化剂13使用氧化催化剂的情况下也能够应用本发明。

接着，一边参照图9，一边对利用了图2所示的热和氢生成装置50的热和氢生成方法的概要进行说明。再者，该图9示出了在热和氢生成装置50的预热运转完了从而变得能够发挥重整用催化剂54的重整作用时，排气处理催化剂13的温度TD为预先设定的活化温度TK以上的情况。另外，该图9示出了预热塞68的工作状态、来自燃烧器57的供给空气量、来自燃烧器57的供给燃料量、进行反应的空气和燃料的O₂/C摩尔比、从燃烧器57供给的空气的供给空气温度、重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC以及排气处理催化剂13的温度TD。再者，图9等中所示的对于重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC的各目标温度和对于重整用催化剂54的温度的各目标温度为理论值，在本发明的实施例中，如前述那样，例如，实际的平衡反应温度TB比作为目标温度的830℃稍低。这些各目标温度根据热和氢生成装置50的结构等而变化，因此实际上需要进行实验来预先确定与热和氢生成装置50的结构相应的最适合的各目标温度。

当内燃机被起动时，热和氢生成装置50同时被起动。当热和氢生成装置被起动50时，预热塞68被接通，接着，空气经由高温空气流通路62被供给至燃烧器燃烧室53内。在该情况下，也可以如在图9中用虚线所示那样，在空气经由高温空气流通路62供给至燃烧器燃烧室53内之后使预热塞68接通。接着，从燃烧器57喷射燃料。当从燃烧器57喷射的燃料通过预热塞68进行着火时，将燃料量增量，并且将进行反应的空气和燃料的O₂/C摩尔比从4.0减少为3.0，在燃烧器燃烧室53内开始进行燃烧器燃烧。从开始燃料的供给起到燃料着火为止的期间，为了极力抑制HC的产生量，空燃比被设为稀空燃比。

接着，持续进行燃烧器燃烧、即稀空燃比下的完全氧化反应，由此，使重整用催化剂54温度逐渐地上升。另一方面，当开始进行燃烧器燃烧时，通过重整用催化剂54而向气体流出室55内流出的气体的温度逐渐地上升。因此，在热交换部62a中被该气体加热的空气的温度也逐渐地上升，其结果是，从高温空气流通路62向燃烧器燃烧室53内供给的空气的温度逐渐地上升。由此，促进重整用催化剂54的预热。在本发明的实施例中，如图9所示，将这样地在稀空燃比下进行的重整用催化剂54的预热称为一次预热、或热和氢生成装置50的预热。再者，在图9所示的例子中，在该一次预热运转的期间，供给空气量和燃料量被增量。

该一次预热运转、即热和氢生成装置50的预热运转，持续进行到变得能够在重整用催化剂54中进行燃料的重整为止。在图9所示的例子中，当重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC变为700℃时，判断为变得能够在重整用催化剂54中进行燃料的重整，因此，在图9所示的例子中，一次预热运转、即热和氢生成装置50的预热运转持续进行到重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC变为700℃为止。再者，在图9所示的例子中，从氢生成装置50的运转开始起到重整用催化剂54的一次预热运转完了为止，即，从氢生成装置50的运转开始起到热和氢生成装置50的预热完了为止，如图9所示，进行反应的空气和燃料的O₂/C摩尔比被设为3.0～4.0，进行稀空燃比下的完全氧化反应。当然，此时，由于重整用催化剂54的温度比容许催化剂温度TX低很多，因此也能够将进行反应的空气和燃料的O₂/C摩尔比设为例如2.0～3.0这样的接近于理论空燃比的O₂/C摩尔比。

另一方面，如图9所示，当内燃机被起动时，排气处理催化剂13的温度TD立即稍微上升。接着，在图9所示的例子中，在进行一次预热运转、即热和氢生成装置50的预热运转的期间，排气处理催化剂13的温度TD一点一点地上升，排气处理催化剂13的温度TD在进行一次预热运转、即热和氢生成装置50的预热运转的期间超过预先设定的活化温度TK。即使这样地排气处理催化剂13的温度TD超过了预先设定的活化温度TK，在热和氢生成装置50中也持续进行稀空燃比下的完全氧化反应。接着，排气处理催化剂13的温度TD进一步一点一点地上升，在图9所示的例子中，在重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC变为700℃时，排气处理催化剂13的温度TD变为预先设定的活化温度TK以上。

接着，当重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC变为700℃时，判断为变得能够在重整用催化剂54中进行燃料的重整。此时，由于排气处理催化剂13的温度TD变为预先设定的活化温度TK以上，因此开始进行用于生成氢的部分氧化重整反应。在本发明的实施例中，此时，如图9所示，首先进行二次预热运转，当二次预热运转完了时，进行通常运转。该二次预热运转是为了一边生成氢一边使重整用催化剂54的温度进一步上升而进行的。当开始进行二次预热运转时，在热和氢生成装置50中生成的热和氢被供给至排气处理催化剂13，其结果是，如图9所示，排气处理催化剂13的温度TD快速地上升。

另一方面，该二次预热运转持续进行到重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC达到反应平衡温度TB为止，当重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC达到反应平衡温度TB时向通常运转转移。再者，在开始二次预热运转时，算出使排气处理催化剂13的温度TD上升到目标预热温度所需要的热和氢生成装置50的输出热量(kW)的要求值。在该情况下，该输出热量(kW)的要求值基本上基于排气处理催化剂13的目标预热温度与当前的排气温度的温度差、和从内燃机排出的排气量的积来算出。当算出了热和氢生成装置50的输出热量(kW)的要求值时，算出产生该输出热量(kW)的要求输出热量所需要的目标供给燃料量，如图9所示，在从二次预热运转向通常运转转移时，来自燃烧器57的供给燃料量增大到该目标供给燃料量。

再者，在排气处理催化剂13由NO_X吸藏催化剂构成的情况下，上述的排气处理催化剂13的目标预热温度如前述那样被设为例如200℃。因此，在图9所示的例子中，使排气处理催化剂13的温度TD上升到200℃所需要的热和氢生成装置50的输出热量(kW)被作为要求值。另一方面，在图10A中，进行该二次预热运转的热和氢生成装置50的运转区域GG用由实线GL、GU、GS围出的阴影线区域表示。再者，在图10A中，纵轴表示进行反应的空气和燃料的O₂/C摩尔比，横轴表示重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC。

如一边参照图5一边进行了说明的那样，当进行反应的空气和燃料的O₂/C摩尔比小于0.5时，发生积碳。图10A中的实线GL表示相对于积碳的发生的O₂/C摩尔比的边界，在O₂/C摩尔比小于该边界GL的区域中发生积碳。再者，当重整用催化剂54的温度变低时，即使O₂/C摩尔比变大，即，即使空燃比的浓的程度降低，碳C也不会被氧化，变得堆积在重整用催化剂的基体的细孔内，发生积碳。因此，如图10A所示，重整用催化剂54的温度越低，发生积碳的O₂/C摩尔比的边界GL越高。因此，为了避免积碳的产生，部分氧化重整反应、即热和氢生成装置50的二次预热运转以及通常运转在该O₂/C摩尔比的边界GL上或边界GL的上侧进行。

另一方面，在图10A中，实线GU表示用于在热和氢生成装置50的二次预热运转时避免重整用催化剂54的温度超过容许催化剂温度TX的O₂/C摩尔比的上限警戒值，实线GS表示用于在热和氢生成装置50的二次预热运转时避免重整用催化剂54的温度超过容许催化剂温度TX的重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC的上限警戒值。在开始进行二次预热运转后，O₂/C摩尔比被设为0.5，当重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC达到O₂/C摩尔比＝0.5时的反应平衡温度TB时，向通常运转转移，在将重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC维持在反应平衡温度TB的状态下持续生成氢。

图10B示出了直到向通常运转转移为止的二次预热运转控制的一例。在图10B所示的例子中，如由箭头所示的那样，当重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC变为700℃时，为了促进重整用催化剂54的二次预热，以O₂/C摩尔比＝0.56开始进行部分氧化重整反应，接着，以O₂/C摩尔比＝0.56持续进行部分氧化重整反应直到重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC变为830℃为止。接着，当重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC变为830℃时，使O₂/C摩尔比减少直到变为O₂/C摩尔比＝0.5为止。接着，当变为O₂/C摩尔比＝0.5时，重整用催化剂54中的重整反应变为平衡状态。接着，O₂/C摩尔比被维持在0.5，向通常运转转移。

这样，在重整用催化剂54中的重整反应变为了平衡状态时，如果与燃料进行反应的空气的温度TA高，则如一边参照图7一边进行了说明的那样，反应平衡温度TB变高。其结果是，由于重整用催化剂54的温度变得比容许催化剂温度TX高，因此重整用催化剂54发生热劣化。因此，在本发明的实施例中，在O₂/C摩尔比被维持在0.5、重整用催化剂54中的重整反应变为了平衡状态时，停止从高温空气流通路62向燃烧器燃烧室53内的高温空气的供给，从低温空气流通路63向燃烧器燃烧室53内供给低温的空气。此时，重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC被维持在830℃，因此，重整用催化剂54的温度被维持在容许催化剂温度TX以下。因此，能够在避免重整用催化剂54的热劣化的同时，通过部分氧化重整反应来生成氢。

再者，在图10A和图10B所示的运转区域GG内进行二次预热运转时，重整用催化剂54中的重整反应没有变为平衡状态，因此即使空气温度TA高，也并不如图7所示那样重整用催化剂54的温度上升。但是，由于该二次预热运转在重整用催化剂54的温度高的状态下进行，因此存在由于某些原因，重整用催化剂54的温度变得比容许催化剂温度TX高的危险性。因此，在本发明的实施例中，在开始进行二次预热运转的同时，停止从高温空气流通路62向燃烧器燃烧室53内的高温空气的供给，从低温空气流通路63向燃烧器燃烧室53内供给低温的空气，以使得重整用催化剂54的温度不会比容许催化剂温度TX高。即，如图9所示，使供给空气温度降低。其后，从低温空气流通路63向燃烧器燃烧室53内持续供给低温的空气，直到通常运转完了为止。

如前述那样，在与燃料进行反应的空气的温度TA为25℃时，O₂/C摩尔比＝0.5时的反应平衡温度TB变为830℃。因此，一般而言，在与燃料进行反应的空气的温度为TA℃时，O₂/C摩尔比＝0.5时的反应平衡温度TB为(TA+805℃)。因此，在本发明的实施例中，在与燃料进行反应的空气的温度为TA的情况下，在开始进行二次预热运转时，以O₂/C摩尔比＝0.56持续进行部分氧化重整反应，直到重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC变为(TA+805℃)为止，接着，当重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC变为(TA+805℃)时，使O₂/C摩尔比减少到O₂/C摩尔比＝0.5为止。接着，当O₂/C摩尔比＝0.5时，O₂/C摩尔比被维持在0.5。

再者，上述的与燃料进行反应的空气的温度TA是在计算如图4所示的反应平衡温度TB时使用的空气的温度，是不受燃烧器燃烧室53内的燃烧器燃烧的反应热的影响的空气的温度。例如，从空气供给口61供给的空气、或者空气室60内的空气受到燃烧器燃烧的反应热的影响，吸收燃烧器燃烧的反应热能量而使温度上升。因此，这些空气的温度表示已经处于反应的过程的空气的温度，因此不是计算反应平衡温度TB时的空气的温度。

可是，需要算出反应平衡温度TB的情形是进行部分氧化重整反应之时、即，从低温空气流通路63向燃烧器燃烧室53内供给低温的空气之时。因此，在本发明的实施例中，为了检测出不受燃烧器燃烧室53内的燃烧器燃烧的反应热的影响的空气的温度，如图2所示，在位于绝热材料56的外部的低温空气流通路63中配置温度传感器73，使用由该温度传感器73检测出的温度来作为计算反应平衡温度TB时的空气的温度TA。

另一方面，当发出停止指令时，如图9所示，燃料的供给被停止。此时，若停止空气的供给，则存在由于残留在热和氢生成装置50内的燃料而导致重整用催化剂54发生积碳的危险性。因此，在本发明的实施例中，为了燃烧除去残留在热和氢生成装置50内的燃料，如图9所示，在发出停止指令后的暂时的期间，持续供给空气。

这样，在本发明的实施例中，在开始进行二次预热运转的同时，停止从高温空气流通路62向燃烧器燃烧室53内的高温空气的供给，从低温空气流通路63向燃烧器燃烧室53内供给低温的空气，以使得重整用催化剂54的温度不会高于容许催化剂温度TX。换句话说，此时，将向燃烧器燃烧室53内送入空气的空气流通路径从送入高温空气的高温空气流通路径切换为送入低温空气的低温空气流通路径。在本发明的实施例中，设置有包含高温空气阀65和低温空气阀66的切换装置，以使得能够这样地将向燃烧器燃烧室53内送入空气的空气流通路径在高温空气流通路径和低温空气流通路径之间切换。在该情况下，在本发明的实施例中，从空气滤清器67经由高温空气流通路62直到空气供给口61的空气流通路径相当于高温空气流通路径，从空气滤清器67经由低温空气流通路63直到空气供给口61的空气流通路径相当于低温空气流通路径。

接着，一边参照图11，一边说明在热和氢生成装置50的预热运转完了从而变得能够发挥重整用催化剂54的重整作用时，排气处理催化剂13的温度TD低于预先设定的活化温度TK的情况。再者，在该图11中，与图9同样地示出了预热塞68的工作状态、来自燃烧器57的供给空气量、来自燃烧器57的供给燃料量、进行反应的空气和燃料的O₂/C摩尔比、从燃烧器57供给的空气的供给空气温度、重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC以及排气处理催化剂13的温度TD。

参照图11，在图11所示的情况下，当内燃机被起动时，热和氢生成装置50同时被起动。当内燃机被起动时，排气处理催化剂13的温度TD立即稍微上升。接着，在进行一次预热运转、即热和氢生成装置50的预热运转的期间，即，在热和氢生成装置50中持续进行稀空燃比下的完全氧化反应的期间，排气处理催化剂13的温度TD一点一点地上升。但是，在图11所示的例子中，与图9所示的情况不同，在变得能够发挥重整用催化剂54的重整作用时，即，重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC变为700℃时，排气处理催化剂13的温度TD仍然维持为低于预先设定的活化温度TK。

再者，在图11中，从热和氢生成装置50起动起直到一次预热运转、即热和氢生成装置50的预热运转结束为止的期间的预热塞68的工作状态、来自燃烧器57的供给空气量的变化、来自燃烧器57的供给燃料量的变化、O₂/C摩尔比的变化、来自燃烧器57的供给空气的温度的变化、以及重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC的变化，与图9所示的情况相同。因此，对于从热和氢生成装置50起动起直到一次预热运转、即热和氢生成装置50的预热运转结束为止的期间的、图11所示的预热塞68的工作状态、来自燃烧器57的供给空气量的变化、来自燃烧器57的供给燃料量的变化、O₂/C摩尔比的变化、来自燃烧器57的供给空气的温度的变化、以及重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC的变化，省略说明。

那么，如图11所示，在变得能够发挥重整用催化剂54的重整作用时，即，重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC变为700℃时，排气处理催化剂13的温度TD低于预先设定的活化温度TK时，持续进行稀空燃比下的完全氧化反应。因此，此时，从热和氢生成装置50向排气处理催化剂13仅供给热，由此，排气处理催化剂13的温度TD一点一点地上升。该稀空燃比下的完全氧化反应持续进行到排气处理催化剂13的温度TD达到预先设定的活化温度TK为止。再者，在本发明的实施例中，将在从重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC达到700℃起直到排气处理催化剂13的温度TD达到预先设定的活化温度TK为止的期间进行稀空燃比下的完全氧化反应时的运转模式如图11所示那样称为热生成模式。

如图11所示，在运转模式为热生成模式时，以O₂/C摩尔比＝2.6的稀空燃比进行完全氧化反应。再者，在图11所示的情况下，在运转模式被设为热生成模式时，也算出使排气处理催化剂13的温度TD上升到目标预热温度所需要的热和氢生成装置50的输出热量(kW)的要求值，接着，算出产生该输出热量(kW)的要求输出热量所需要的目标供给燃料量。在图11所示的例子中，如图11所示，在运转模式被设为热生成模式时，来自燃烧器57的供给燃料量被增大到该目标供给燃料量。

另一方面，在运转模式被设为热生成模式时，从图11可知，重整用催化剂54的重整反应没有变为平衡状态，因此即使空气温度TA较高，也并不如图7所示那样重整用催化剂54的温度上升。但是，在该热生成模式时，由于在重整用催化剂54的温度较高的状态下进行稀空燃比下的完全氧化反应，因此存在由于某些原因导致重整用催化剂54的温度变得高于容许催化剂温度TX的危险性。因此，在本发明的实施例中，为了使得重整用催化剂54的温度不会高于容许催化剂温度TX，在将运转模式设为热生成模式的同时，停止从高温空气流通路62向燃烧器燃烧室53内的高温空气的供给，从低温空气流通路63向燃烧器燃烧室53内供给低温的空气。即，如图11所示，使供给空气温度降低。其后，从低温空气流路63向燃烧器燃烧室53内持续供给低温的空气。

另一方面，在运转模式被设为热生成模式时，当排气处理催化剂13的温度TD达到预先设定的活化温度TK时，将O₂/C摩尔比从2.6变更为0.5，开始进行通常运转。此时，以O₂/C摩尔比＝0.5进行部分氧化重整反应，在热和氢生成装置50中生成的热和氢被供给至排气处理催化剂13。其结果是，如图11所示，排气处理催化剂13的温度TD快速上升到目标预热温度。接着，当发出停止指令时，如图11所示，停止燃料的供给，接着，暂时停止空气的供给。

另一方面，在至此进行了说明的例子中，排气处理催化剂13的活化温度TK、即贵金属活化的温度TK被设为110℃。然而，当在内燃机燃烧室2中进行预混合燃烧时，排气中的烯烃类的浓度增大。该烯烃类具有吸附于排气处理催化剂13所担载的贵金属的表面从而使贵金属中毒的作用，因此，当排气中的烯烃类的浓度增大时，排气处理催化剂13所担载的贵金属的中毒加重。当贵金属的中毒加重时，贵金属活化的温度TK、即排气处理催化剂13的活化温度TK变高。因此，在本发明的实施例中，在内燃机中进行了预混合燃烧时，对于该排气处理催化剂13的预先设定的活化温度TK变高。

接着，说明图12～图16所示的热和氢生成控制程序。该热和氢生成控制程序，在图1所示的内燃机的起动器开关43被接通时、或者在内燃机的运转中重整用催化剂54的温度例如低于目标预热温度时被执行。再者，内燃机的起动器开关43，有由驾驶员手动接通的情况、和如在以内燃机和电动机为驱动源的混合动力车辆中那样自动接通的情况。

当执行热和氢生成控制程序时，首先，在图12的步骤100中，基于温度传感器71的输出信号判别重整用催化剂54的上游侧端面的温度TD是否为能在重整用催化剂54的上游侧端面上进行氧化反应的温度、例如300℃以上。在重整用催化剂54的上游侧端面的温度TD为300℃以下的情况下，进入到步骤101，预热塞68被接通(ON)。接着，在步骤102中，判别是否从预热塞68被接通起经过了一定时间，在经过了一定时间时进入到步骤103。

在步骤103中，使空气泵64工作，空气经由高温空气流通路62被供给至燃烧器燃烧室53。再者，在停止热和氢生成装置50的工作时，打开高温空气阀65，并且关闭低温空气阀66，因此，在使热和氢生成装置50工作时，经由高温空气流通路62向燃烧器燃烧室53供给空气。接着，在步骤104中，根据预热塞68的电阻值算出预热塞68的温度TG。接着，在步骤105中，判别预热塞68的温度TG是否超过了700℃。在判别为预热塞68的温度TG没有超过700℃时，返回到步骤103。与此相对，在判别为预热塞68的温度TG超过了700℃时，判断为能够着火，进入到步骤106。

在步骤106中，从燃烧器57向燃烧器燃烧室53喷射燃料，接着，在步骤107中，基于温度传感器71的输出信号来检测重整用催化剂54的上游侧端面的温度TD。接着，在步骤108中，根据温度传感器71的输出信号判别是否燃料着火了。当燃料着火时，重整用催化剂54的上游侧端面的温度TD瞬时地上升，因此，能够根据温度传感器71的输出信号来判别是否燃料着火了。在步骤108中判别为燃料没有着火时，返回到步骤106，在步骤108中判别为燃料着火了时，进入到步骤109，预热塞68被断开(OFF)。接着，进入图13的步骤110。再者，当燃料着火时，重整用催化剂54的上游侧端面的温度TD立即变为能在重整用催化剂54的上游侧端面上进行氧化反应的温度、例如300℃以上。另一方面，在步骤100中判别为重整用催化剂54的上游侧端面的温度TD为300℃以上时，也进入到步骤110。

在步骤110和步骤111中，进行一次预热运转。即，为了使得O₂/C摩尔比变为3.0，在步骤110中控制空气泵65的排出量，在步骤111中控制来自燃烧器57的供给燃料量。再者，在本发明的实施例中，在进行该一次预热运转时，如图9和图11所示，供给空气量和供给燃料量被阶段性地增大。接着，在步骤112中，基于温度传感器72的输出信号来判别重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC是否超过了700℃。在判别为重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC没有超过700℃时，返回到步骤110，继续地进行一次预热运转、即热和氢生成装置50的预热运转。与此相对，在判别为重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC超过了700℃时，进入到步骤113。

在步骤113中，打开低温空气阀66，在步骤114中，关闭高温空气阀65。因此，此时，空气经由低温空气流通路63被供给至燃烧器燃烧室53。接着，在步骤115中，算出使排气处理催化剂13的温度TD上升到目标预热温度所需要的热和氢生成装置50的输出热量(kW)的要求值。接着，在步骤116中，算出产生该输出热量(kW)的要求输出热量所需要的目标供给燃料量。

接着，在步骤117中，根据当前在内燃机中进行的燃烧的形态来确定排气处理催化剂13的活化温度TK、即贵金属活化的温度TK。

即，当前在内燃机中进行基于扩散燃烧的通常燃烧时，活化温度TK被设为110℃。与此相对，当前在内燃机中进行预混合燃烧时，活化温度TK被设为比110℃高的温度。在内燃机中进行预混合燃烧时的活化温度TK是根据预混合燃烧的形态预先通过实验求出的，例如被设为140℃。当在步骤117中活化温度TK被确定时，进入到步骤118，判别排气处理催化剂13的温度TD是否高于活化温度TK。该排气处理催化剂13的温度TD是根据图1所示的温度传感器25a和温度传感器25b的任一方、或双方的检测信号求出的。

在步骤118中判别为排气处理催化剂13的温度TD高于活化温度TK时，进入到步骤119，如图9所示，开始进行二次预热运转。即，在步骤119中，在原样维持了来自燃烧器57的供给燃料量的状态下使空气泵64的排出量减少，以使得O₂/C摩尔比变为0.56。此时，开始进行部分氧化重整反应，热和氢被供给至排气处理催化剂13。接着，在步骤120中，判别重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC是否达到了由温度传感器73检测出的空气温度TA与805℃之和(TA+805℃)。如前述那样，该温度(TA+805℃)表示在空气温度为TA℃时以O₂/C摩尔比＝0.5进行部分氧化重整反应时的反应平衡温度TB。因此，在步骤120中，判别重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC是否达到了反应平衡温度(TA+805℃)。

在判别为重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC没有达到反应平衡温度(TA+805℃)时，返回到步骤119，继续控制空气泵64的排出量，以使得O₂/C摩尔比变为0.56。与此相对，在步骤120中判别为重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC达到了反应平衡温度(TA+805℃)时，进入到步骤121，在将空气泵15的排出量维持为恒定的状态下，将燃料喷射量逐渐增大到在步骤116中算出的供给燃料量。其结果，O₂/C摩尔比逐渐减少。接着，在步骤122中，判别O₂/C摩尔比是否变为了0.5。在判别为O₂/C摩尔比没有变为0.5时，返回到步骤121。与此相对，在步骤122中判别为O₂/C摩尔比变为了0.5时，判断为二次预热运转完了。在判断为二次预热运转完了时，进入到步骤126，进行通常运转。

另一方面，在步骤118中判别为排气处理催化剂13的温度TD低于活化温度TK时，进入到步骤123，如图11所示，运转模式被设为热生成模式。即，在步骤123中，以在步骤116中算出的供给燃料量从燃烧器57喷射燃料，控制空气泵64的排出量，以使得O₂/C摩尔比变为2.6。此时，继续进行在稀空燃比下的完全氧化反应，仅热被供给至排气处理催化剂13。接着，在步骤124中，判别排气处理催化剂13的温度TD是否达到了活化温度TK。在排气处理催化剂13的温度TD没有达到活化温度TK时，返回到步骤123。

与此相对，在步骤124中判别为排气处理催化剂13的温度TD达到了活化温度TK时，进入到步骤125，在原样地维持来自燃烧器57的供给燃料量的状态下，使空气泵64的排出量减少，以使得O₂/C摩尔比变为0.5。此时，开始进行部分氧化重整反应，热和氢被供给至排气处理催化剂13。接着，进入到步骤126，进行通常运转。

在本发明的实施例中，作为通常运转时的运转模式，能够选择热和氢生成通常运转模式和热生成通常运转模式这两种通常运转模式。热和氢生成通常运转模式是以O₂/C摩尔比＝0.5进行部分氧化重整反应的通常运转模式，在该热和氢生成通常运转模式下生成热和氢。另一方面，热生成通常运转模式是以例如O₂/C摩尔比＝2.6进行完全氧化反应的通常运转模式，在该热生成通常运转模式下没有生成氢，仅生成热。这些热和氢生成通常运转模式和热生成通常运转模式可根据需要来选择性地使用。

那么，返回到图14，在步骤126中，判别是否为热和氢生成通常运转模式。在步骤121中判别为是热和氢生成通常运转模式时，进入到步骤127，通过在固定了供给燃料量的状态下调整供给空气量，来以O₂/C摩尔比＝0.5进行部分氧化重整反应。此时，生成热和氢，热和氢被供给至排气处理催化剂13。接着，进入到步骤129。另一方面，在步骤126中判别为不是热和氢生成通常运转模式时，即，判别为是热生成通常运转模式时，进入到步骤128，通过在固定了供给燃料量的状态下调整供给空气量，来以O₂/C摩尔比＝2.6进行完全氧化反应。此时，仅生成热，仅热被供给至排气处理催化剂13。接着，进入到步骤129。

在步骤129中，判别是否应该停止热和氢生成装置50的运转。在该情况下，在本发明的实施例中，在通常运转持续进行了一定期间时、或排气处理催化剂13的温度TD达到了目标预热温度时、或由于其他的原因发出了应该停止热和氢生成装置50的运转的指令时，判别为应该停止热和氢生成装置50的运转。在步骤129中，判别为不应该停止热和氢生成装置50的运转时，返回到步骤126。与此相对，在步骤129中判别为应该停止热和氢生成装置50的运转时，进入到步骤130，停止从燃烧器57喷射燃料。

接着，在步骤131中，为了燃烧除去残存的燃料，从空气泵64继续供给空气。接着，在步骤132中，判别是否经过了一定时间。在判别为没有经过一定时间时，返回到步骤131。与此相对，在步骤132中判别为经过了一定时间时，进入到步骤133，停止空气泵65的工作，停止向燃烧器燃烧室53内供给空气。接着，在步骤134中，关闭低温空气阀66，在步骤135中，打开高温空气阀65。接着，在热和氢生成装置50的工作停止的期间，低温空气阀66继续关闭，高温空气阀65继续打开。

接着，一边参照图16，一边说明限制催化剂温度上升的控制程序。该程序通过每隔一定时间的插入来执行。

参照图16，首先，在步骤200中，读取由温度传感器72检测到的重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC。接着，在步骤201中，判别重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC是否超过了容许催化剂温度TX。在判别为重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC没有超过容许催化剂温度TX时，结束处理循环。

与此相对，在步骤201中，判别为重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC超过了容许催化剂温度TX时，进入到步骤202，打开低温空气阀66，接着，在步骤203中，关闭高温空气阀65。接着，结束处理循环。即，在热和氢生成装置50的运转中，重整用催化剂54的下游侧端面的温度TC超过了容许催化剂温度TX时，将向燃烧器燃烧室53内送入空气的空气流通路径从送入高温空气的高温空气流通路径切换为送入低温空气的低温空气流通路径，使向燃烧器燃烧室53内供给的燃烧器燃烧用空气的温度降低。

Claims (2)

1.一种内燃机的排气净化装置，具备：

配置在内燃机排气通路内的排气处理催化剂；和

为了对该排气处理催化剂进行预热而能够向该排气处理催化剂仅供给热、或供给热和氢的热和氢生成装置，

该热和氢生成装置具备被送入燃料与空气的燃烧气体的重整用催化剂，

该热和氢生成装置，在热和氢生成装置起动后，在稀空燃比下进行热和氢生成装置的预热运转，直到变得能够发挥重整用催化剂的重整作用为止，当变得能够发挥重整用催化剂的重整作用时，进行部分氧化反应，来生成热和氢，其中，

在所述热和氢生成装置的预热运转完了从而变得能够发挥重整用催化剂的重整作用时，该排气处理催化剂的温度为预先设定的活化温度以上时，在该热和氢生成装置中进行部分氧化反应，所生成的热和氢被供给至该排气处理催化剂，

在该热和氢生成装置的预热运转完了从而变得能够发挥重整用催化剂的重整作用时，该排气处理催化剂的温度低于预先设定的活化温度时，持续进行稀空燃比下的完全氧化反应，仅热被供给至该排气处理催化剂，

燃烧器；

燃烧器燃烧室；

热交换部，其用于通过燃烧器燃烧气体对从该燃烧器向该燃烧器燃烧室内供给的空气进行加热；和

切换装置，其将从该燃烧器向该燃烧器燃烧室内送入空气的空气流通路径在高温空气流通路径和低温空气流通路径之间切换，所述高温空气流通路径是送入在该热交换部中被加热了的空气的流通路径，所述低温空气流通路径是送入温度比在该热交换部中被加热了的空气低的空气的流通路径，

在所述热和氢生成装置的预热运转时，从该燃烧器向该燃烧器燃烧室内送入空气的空气流通路径被设为该高温空气流通路径，

在所述热和氢生成装置的预热运转完了从而变得能够发挥重整用催化剂的重整作用时，将从该燃烧器向该燃烧器燃烧室内送入空气的空气流通路径从该高温空气流通路径切换为该低温空气流通路径。

2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置，

在该热和氢生成装置的预热运转完了从而变得能够发挥重整用催化剂的重整作用时，该排气处理催化剂的温度低于预先设定的活化温度时，持续进行稀空燃比下的完全氧化反应后，该排气处理催化剂的温度变为该预先设定的活化温度以上时，从稀空燃比下的完全氧化反应切换为部分氧化反应。

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