JP5251730B2 - 改質ガス生成装置及びこれを備えた改質ガス燃焼エンジンシステム並びに改質触媒の活性回復方法 - Google Patents

Description

本発明は、改質ガス生成装置及びこれを備えた改質ガス燃焼エンジンシステム並びに改質触媒の活性回復方法に関する。

従来、改質触媒の活性回復方法としては、次のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。すなわち、特許文献１に記載の発明は、触媒を用いた自動車燃料の改質反応における触媒活性の制御方法であって、改質反応によって触媒の表面に析出したコーク及び未反応成分を、酸素富化空気の存在下でバーンオフして触媒の劣化を抑制する方法である。

特開２００５−２６２０４０号公報 特許第３５４６６５８号公報

しかしながら、酸素濃度の高い空気が改質触媒に供給され、改質触媒の温度が高温域にある条件でのバーンオフでは、比較的短時間においては改質触媒の活性が回復したように見えても、通常の改質触媒では長時間の使用でシンタリングにより徐々に活性が低下するものと考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる改質ガス生成装置及び改質触媒の活性回復方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることで、耐久性を向上させると共に燃費を向上させることができる改質ガス燃焼エンジンシステムを提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の改質ガス生成装置は、加熱されることによって硫黄及び炭化水素を含有する改質原料から水素を含有する改質ガスを生成する改質反応が行われる改質触媒と、エンジンから排出された排気ガスの熱エネルギを利用して前記改質触媒を加熱する加熱部と、前記改質触媒に前記改質原料を供給する改質原料供給部と、前記改質触媒に酸素含有ガスを供給する酸素含有ガス供給部と、前記改質触媒の温度が所定範囲にあるときは、前記酸素含有ガス供給部によって前記改質触媒に前記酸素含有ガスを供給させることで、前記改質触媒に析出した炭素及び炭化水素を燃焼除去させて前記改質触媒の活性を回復させるが、前記改質触媒の温度が前記所定範囲にないときは、前記改質触媒への前記酸素含有ガスの供給を行わない制御部と、を備え、前記所定範囲の温度は炭素及び炭化水素の燃焼温度よりも高い温度であり、かつ前記改質触媒にシンタリングが生じる温度よりも低い温度である。
請求項２に記載の改質ガス生成装置は、請求項１に記載の改質ガス生成装置において、前記改質触媒にシンタリングが生じる温度は、前記改質触媒に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度よりも低いものである。
請求項３に記載の改質ガス生成装置は、請求項１または２に記載の改質ガス生成装置において、改質用触媒が、セリウム酸化物、アルミニウム酸化物、およびジルコニウム酸化物からなる群から選択された１種または２種以上の酸化物からなる担体に、貴金属としてロジウムを担持したものである。
請求項４に記載の改質ガス生成装置は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置において、前記制御部が、前記改質触媒にて前記改質ガスが生成されるように前記改質原料供給部によって前記改質触媒に前記改質原料を供給させる改質ガス生成機能と、前記改質触媒が前記改質反応に伴って前記改質触媒に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに前記改質原料供給部による前記改質触媒への前記改質原料の供給を停止させると共に前記酸素含有ガス供給部によって前記改質触媒に前記酸素含有ガスを供給させることで、前記改質触媒に析出した炭素及び炭化水素を燃焼除去させて前記改質触媒の活性を回復させる改質触媒活性回復機能と、を選択的に実行するものである。

請求項１〜４に記載の改質ガス生成装置では、制御部によって改質ガス生成機能が実行されると、改質原料供給部によって改質触媒に改質原料が供給され、改質触媒は、加熱部によって加熱されることによって改質ガスを生成する。

ここで、改質触媒において、硫黄及び炭化水素を含有する改質原料から改質ガスを生成する改質反応が行われると、炭素、炭化水素、硫黄が改質触媒に析出する。この析出した炭素、炭化水素、硫黄は、改質触媒での改質反応を進行しにくくするが、この析出した炭素、炭化水素、硫黄を燃焼除去すると、改質触媒の活性は回復する。

しかし、炭素及び炭化水素を燃焼除去（酸化除去）するには改質触媒が高温である必要は無いが、硫黄を燃焼除去するには改質触媒が高温である必要がある。ところが、改質触媒では改質反応中の通常は還元雰囲気であり、改質触媒が高温な状態で硫黄が燃焼除去されると、高い温度と酸化雰囲気のため改質触媒がシンタリングして長時間の使用に耐えられなくなる（改質触媒が劣化する）。

一方、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、炭素及び炭化水素を燃焼除去すれば、硫黄を燃焼除去しなくても、改質触媒の活性が回復することを見出した。つまり、改質触媒の活性を回復させるには、硫黄を燃焼除去させる必要は無く、炭素及び炭化水素を燃焼除去すれば良いのである。

そして、請求項１〜４に記載の改質ガス生成装置では、制御部によって改質触媒活性回復機能が実行されることで改質触媒の活性が回復されるのは、改質触媒に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときとされている。従って、改質触媒の活性回復が硫黄を燃焼除去させるのに必要な高温範囲よりも低い温度範囲にて行われるので、改質触媒にシンタリングが生ずることを抑制することができる。

また、硫黄は燃焼除去されないが、制御部によって改質触媒活性回復機能が実行されることで、炭素及び炭化水素を燃焼除去させることができる。これにより、改質触媒の活性を回復させることができる。

このように、請求項１〜４に記載の改質ガス生成装置によれば、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。

請求項５に記載の改質ガス生成装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置において、前記改質原料がエタノール混合ガソリンとされ、前記制御部が、前記改質触媒活性回復機能として、前記改質触媒の温度が５００〜７００℃となっているときに前記改質触媒の活性回復を開始させ、前記改質触媒の温度が７００℃を上回っているときに前記改質触媒の活性回復を停止させる機能を実行する、構成とされたものである。

ここで、改質触媒の活性を回復させる場合に、改質触媒の温度が５００℃を下回っているとき（例えば、４５０℃のとき）に改質触媒へ酸素含有ガスを供給すると、改質触媒の回復動作が安定せず、改質触媒の活性が徐々に劣化する。また、改質触媒の温度が７００℃を上回っているとき（例えば、７５０℃のとき）に改質触媒へ酸素含有ガスを供給すると、比較的短時間においては改質触媒の活性が回復したように見えても、通常の改質触媒では長時間の使用でシンタリングにより徐々に活性が低下する。

一方、改質触媒の温度が５００〜７００℃となっているときに改質触媒へ酸素含有ガスを供給すると、改質触媒に炭素及び炭化水素が析出されても、この炭素及び炭化水素を燃焼除去させて改質触媒の活性を回復させることができる。

従って、請求項５に記載の改質ガス生成装置によれば、改質触媒の温度が５００〜７００℃となっているときに改質触媒の活性回復が開始され、改質触媒の温度が７００℃を上回っているときに改質触媒の活性回復を停止させるので、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。

請求項６に記載の改質ガス生成装置は、請求項５に記載の改質ガス生成装置において、前記制御部が、前記改質触媒活性回復機能として、前記改質触媒の温度が７００℃を上回っているときに前記酸素含有ガス供給部による前記改質触媒への前記酸素含有ガスの供給を停止させる機能を実行する、構成とされたものである。

請求項６に記載の改質ガス生成装置によれば、改質触媒への酸素含有ガスの供給を停止させるので、改質触媒の活性回復を停止させることができる。

請求項７に記載の改質ガス生成装置は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置において、前記酸素含有ガス供給部が、前記エンジンから排出された前記排気ガスの一部を前記酸素含有ガスとして前記改質触媒に供給した後に前記エンジンに導入する、構成とされたものである。

ここで、例えば、エンジンがストイキ運転される場合でも、排気バルブ通過時の排気ガスには、未燃燃料と酸素が残存する。

従って、請求項７に記載の改質ガス生成装置のように、エンジンから排出された排気ガスの一部を酸素含有ガスとして改質触媒に供給した後にエンジンに導入するようにすれば、改質触媒に酸素含有ガスを供給するための専用の装置を不要にすることができる。これにより、コストアップを抑制することができる。

請求項８に記載の改質ガス生成装置は、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置において、前記エンジンが車両駆動用のエンジンとされ、前記酸素含有ガス供給部が前記エンジンから排出された前記排気ガスの一部を前記酸素含有ガスとして前記改質触媒に供給し、前記制御部が、前記車両が減速しているときに前記改質触媒活性回復機能を実行する、構成とされたものである。

ここで、車両が減速しているとき（例えば、エンジンブレーキ時）には、エンジンは少量の空気を吸い込んで吸気・排気動作をしている。

従って、請求項８に記載の改質ガス生成装置のように、車両が減速しているときに、エンジンから排出された排気ガスの一部を酸素含有ガスとして改質触媒に供給すれば、車両減速時に排出される排気ガスを有効活用することができる。

請求項９に記載の改質ガス生成装置は、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置において、前記制御部が、前記改質触媒における前記炭素及び前記炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になった場合に前記改質触媒活性回復機能を実行する、構成とされたものである。

請求項９に記載の改質ガス生成装置によれば、制御部では、改質触媒における炭素及び炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になった場合になってはじめて改質触媒活性回復機能が実行される。従って、改質触媒の劣化度に応じた適切なタイミングで改質触媒の活性回復を図ることができる。

請求項１０に記載の改質ガス生成装置は、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置において、前記酸素含有ガス供給部が、酸素濃度が時間平均して０．１〜１．０体積％である前記酸素含有ガスを前記改質触媒に供給する、構成とされたものである。

ここで、改質触媒の活性を回復させる場合に、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して０．１体積％を下回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去が不十分となり、改質触媒の活性回復も不十分となる。また、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して１．０体積％を上回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇が大きくなり、改質触媒にシンタリングが生ずる。

一方、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して０．１〜１．０体積％であると、炭素及び炭化水素を燃焼除去しつつ、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇も抑制される。

従って、請求項１０に記載の改質ガス生成装置のように、酸素濃度が時間平均して０．１〜１．０体積％である酸素含有ガスが改質触媒に供給されるようにすれば、炭素及び炭化水素を燃焼除去しつつ、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇も抑制できる。これにより、より一層効果的に、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。

また、前記課題を解決するために、請求項１１に記載の改質ガス燃焼エンジンシステムは、エンジンと、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置と、前記改質ガス生成装置によって生成された前記改質ガスを前記エンジンに供給する改質ガス供給部と、を備えている。

請求項１１に記載の改質ガス燃焼エンジンシステムによれば、上記改質ガス生成装置によって改質触媒を活性が回復された状態に維持することができるので、耐久性を向上させることができる。

また、改質触媒によって安定して改質反応が行われるため、改質原料から改質ガスを効率良く生成でき、エンジンの燃焼安定性を高め、ＥＧＲガスをエンジンに多く入れることができる。また、改質ガスによって燃料の低位発熱量を増加させることができる。以上の二つの理由から燃費を向上させることができる。

また、前記課題を解決するために、請求項１２に記載の改質触媒の回復方法は、加熱されることによって硫黄及び炭化水素を含有する改質原料から水素を含有する改質ガスを生成する改質反応が行われる改質触媒の温度が、前記改質反応に伴って前記改質触媒に析出した炭素及び炭化水素の燃焼温度よりも高く、前記改質反応に伴って前記改質触媒に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに、前記改質触媒への前記改質原料の供給を停止させると共に前記改質触媒に酸素含有ガスを供給することで、前記改質触媒に前記改質反応に伴って析出した炭素及び炭化水素を燃焼除去させて前記改質触媒の活性を回復させ、前記改質触媒の温度が前記炭素及び炭化水素の燃焼温度以下、または硫黄を燃焼除去し得る温度範囲にあるときは、前記改質触媒への酸素含有ガスの供給を停止して前記改質原料を供給する方法である。

請求項１２に記載の改質触媒は、改質原料が供給されると共に加熱部によって加熱されることによって改質ガスを生成する。

ここで、改質触媒において、硫黄及び炭化水素を含有する改質原料から改質ガスを生成する改質反応が行われると、炭素、炭化水素、硫黄が改質触媒に析出する。この析出した炭素、炭化水素、硫黄は、改質触媒での改質反応を進行しにくくするが、この析出した炭素、炭化水素、硫黄を燃焼除去すると、改質触媒の活性は回復する。

しかし、炭素及び炭化水素を燃焼除去（酸化除去）するには改質触媒が高温である必要は無いが、硫黄を燃焼除去するには改質触媒が高温である必要がある。ところが、改質触媒では改質反応中の通常は還元雰囲気であり、改質触媒が高温な状態で硫黄が燃焼除去されると、高い温度と酸化雰囲気のため改質触媒がシンタリングして長時間の使用に耐えられなくなる（改質触媒が劣化する）。

一方、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、炭素及び炭化水素を燃焼除去すれば、硫黄を燃焼除去しなくても、改質触媒の活性が回復することを見出した。つまり、改質触媒の活性を回復させるには、硫黄を燃焼除去させる必要は無く、炭素及び炭化水素を燃焼除去すれば良いのである。

そして、請求項１２に記載の改質触媒の回復方法では、改質触媒の活性が回復されるのは、改質触媒に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときとされている。従って、改質触媒の活性回復が硫黄を燃焼除去させるのに必要な高温範囲よりも低い温度範囲にて行われるので、改質触媒にシンタリングが生ずることを抑制することができる。

また、硫黄は燃焼除去させないが、炭素及び炭化水素を燃焼除去させるので、これにより、改質触媒の活性を回復させることができる。

このように、請求項１２に記載の改質触媒の回復方法によれば、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。

請求項１３に記載の改質触媒の回復方法は、請求項１２に記載の改質触媒の回復方法において、前記改質原料としてエタノール混合ガソリンを用い、前記改質触媒の温度が５００〜７００℃となっているときに前記改質触媒の活性回復を開始し、前記改質触媒の温度が７００℃を上回っているときに前記改質触媒の活性回復を停止する、方法である。

ここで、改質触媒の活性を回復させる場合に、改質触媒の温度が５００℃を下回っているとき（例えば、４５０℃のとき）に改質触媒へ酸素含有ガスを供給すると、改質触媒の回復動作が安定せず、改質触媒の活性が徐々に劣化する。また、改質触媒の温度が７００℃を上回っているとき（例えば、７５０℃のとき）に改質触媒へ酸素含有ガスを供給すると、比較的短時間においては改質触媒の活性が回復したように見えても、通常の改質触媒では長時間の使用でシンタリングにより徐々に活性が低下する。

一方、改質触媒の温度が５００〜７００℃となっているときに改質触媒へ酸素含有ガスを供給すると、改質触媒に炭素及び炭化水素が析出されても、この炭素及び炭化水素を燃焼除去させて改質触媒の活性を回復させることができる。

従って、請求項１３に記載の改質触媒の回復方法によれば、改質触媒の温度が５００〜７００℃となっているときに改質触媒の活性回復を開始し、改質触媒の温度が７００℃を上回っているときに改質触媒の活性回復を停止するので、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。

請求項１４に記載の改質触媒の回復方法は、請求項１３に記載の改質触媒の回復方法において、前記改質触媒の温度が７００℃を上回っているときに前記改質触媒への前記酸素含有ガスの供給を停止する、方法である。

請求項１４に記載の改質触媒の回復方法によれば、改質触媒への酸素含有ガスの供給を停止するので、改質触媒の活性回復を停止させることができる。

請求項１５に記載の改質触媒の回復方法は、請求項１２〜請求項１４のいずれか一項に記載の改質触媒の回復方法において、前記改質触媒が搭載された車両のエンジンから排出された排気ガスの一部を前記酸素含有ガスとして前記改質触媒に供給した後に前記エンジンに導入する、方法である。

ここで、例えば、エンジンがストイキ運転される場合でも、排気バルブ通過時の排気ガスには、未燃燃料と酸素が残存する。

従って、請求項１５に記載の改質触媒の回復方法のように、エンジンから排出された排気ガスの一部を酸素含有ガスとして改質触媒に供給した後にエンジンに導入するようにすれば、改質触媒に酸素含有ガスを供給するための専用の装置を不要にすることができる。これにより、コストアップを抑制することができる。

請求項１６に記載の改質触媒の回復方法は、請求項１２〜請求項１５のいずれか一項に記載の改質触媒の回復方法において、前記改質触媒が搭載された車両が減速しているときであって、前記改質触媒の温度が前記硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに、前記車両のエンジンから排出された排気ガスの一部を前記酸素含有ガスとして前記改質触媒に供給して前記改質触媒の活性を回復させる、方法である。

ここで、車両が減速しているとき（例えば、エンジンブレーキ時）には、エンジンへの燃料噴射は停止しており、エンジンは少量の空気を吸い込んで吸気・排気動作をしている。

従って、請求項１６に記載の改質触媒の回復方法のように、車両が減速しているときに、エンジンから排出された排気ガスの一部を酸素含有ガスとして改質触媒に供給すれば、車両減速時に排出される排気ガスを有効活用することができる。

請求項１７に記載の改質触媒の回復方法は、請求項１２〜請求項１６のいずれか一項に記載の改質触媒の回復方法において、前記改質触媒における前記炭素及び前記炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になった場合であって、前記改質触媒の温度が前記硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに、前記改質触媒に前記酸素含有ガスを供給して前記改質触媒の活性を回復させる、方法である。

請求項１７に記載の改質触媒の回復方法によれば、改質触媒における炭素及び炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になった場合になってはじめて改質触媒の活性を回させる。従って、改質触媒の劣化度に応じた適切なタイミングで改質触媒の活性回復を図ることができる。

請求項１８に記載の改質触媒の回復方法は、請求項１２〜請求項１７のいずれか一項に記載の改質触媒の回復方法において、酸素濃度が時間平均して０．１〜１．０体積％である前記酸素含有ガスを前記改質触媒に供給する、方法である。

ここで、改質触媒の活性を回復させる場合に、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して０．１体積％を下回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去が不十分となり、改質触媒の活性回復も不十分となる。また、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して１．０体積％を上回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇が大きくなり、改質触媒にシンタリングが生ずる。

一方、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して０．１〜１．０体積％であると、炭素及び炭化水素を燃焼除去しつつ、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇も抑制される。

従って、請求項１８に記載の改質触媒の回復方法のように、酸素濃度が時間平均して０．１〜１．０体積％である酸素含有ガスを改質触媒に供給するようにすれば、炭素及び炭化水素を燃焼除去しつつ、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇も抑制できる。これにより、より一層効果的に、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。

以上詳述したように、本発明によれば、改質触媒のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒の活性を回復させることができる。

本発明の第一実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステムの全体構成を示す図である。 図１のエンジン及び排気系を示す図である。 図１の改質器をより具体的に示す図である。 本発明の第一実施形態におけるＥＣＵの動作の流れを表すフローチャートである。 本発明の第二実施形態におけるＥＣＵの動作の流れを表すフローチャートである。 本発明の第三実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステムの全体構成を示す図である。 本発明の第三実施形態におけるＥＣＵの動作の流れを表すフローチャートである。 本発明の第三実施形態におけるＥＣＵの動作の流れを表すフローチャートである。 本発明の第三実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステムの全体構成を示す図である。 本発明の第四実施形態におけるＥＣＵの動作の流れを表すフローチャートである。 改質触媒の劣化と回復および硫黄の触媒への吸着の変化を示す説明図である。 改質触媒の回復時に酸素を供給することの効能について実験した結果を示す図である。 改質触媒に吸着されている硫黄及び炭素の量を調べた結果を示す図である。 改質触媒について改質反応時の温度と回復反応時の温度を変化させたときの相違ついて調べた結果を示す図である。 改質触媒について改質反応時の温度と回復反応時の温度を変化させたときの相違ついて調べた結果を示す図である。 改質触媒について酸素濃度を１．０％とし６５０℃で回復反応させたときの結果を示す図である。 改質触媒について酸素濃度を０．５％とし６５０℃で回復反応させたときの結果を示す図である。 改質触媒について酸素濃度を０．５％とし６００℃で回復反応させたときの結果を示す図である。 改質触媒について酸素濃度を０．５％とし５５０℃で回復反応させたときの結果を示す図である。 改質触媒について酸素濃度を０．５％とし５００℃で回復反応させたときの結果を示す図である。 改質触媒として別のものを用いた場合の実験検討結果を示す図である。 改質触媒の劣化及び回復のイメージ図である。 改質触媒の性能の違いを検討した結果を示す図である。 改質触媒の性能の違いを検討した結果を示す図である。 改質触媒の回復率の定義を説明する図である。

［第一実施形態］
はじめに、本発明の第一実施形態について説明する。

図１には、本発明の第一実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム１００の全体構成が示されている。この図に示される改質ガス燃焼エンジンシステム１００は、例えば、乗用自動車等の車両に好適に搭載されるものであり、次の構成とされている。

すなわち、改質ガス燃焼エンジンシステム１００は、エンジン１２と、燃料タンク１４と、燃料ポンプ１６と、燃料噴射用インジェクタ１８と、改質用ポンプ２０と、改質用インジェクタ２２と、ＥＧＲ機構２４と、改質器２６と、改質触媒温度センサ２８と、排気酸素濃度センサ３０と、制御部としてのＥＣＵ３２とを主要な構成として備えている。

エンジン１２は、車両駆動用であり、例えば火花点火式エンジンとされている。このエンジン１２は、シリンダ３４と、ピストン３６と、吸気系３８と、排気系４０と、吸気バルブ４２と、排気バルブ４４と、点火プラグ４６とを備えている。

燃料タンク１４は、硫黄及び炭化水素を含有する改質原料としてのエタノール混合ガソリンを貯蔵するためのものであり、燃料ポンプ１６は、燃料タンク１４に貯蔵されたエタノール混合ガソリンを燃料噴射用インジェクタ１８に供給する構成とされている。燃料噴射用インジェクタ１８は、燃料ポンプ１６から供給されたエタノール混合ガソリンを吸気系３８に噴射する構成とされている。

改質用ポンプ２０は、燃料タンク１４に貯蔵されたエタノール混合ガソリンを改質用インジェクタ２２に供給する構成とされており、改質用インジェクタ２２は、改質用ポンプ２０から供給されたエタノール混合ガソリンを後述するＥＧＲ機構２４の上流側ＥＧＲ通路４８に噴射する構成とされている。

ＥＧＲ機構２４は、上流側ＥＧＲ通路４８と、下流側ＥＧＲ通路５０と、冷却器５２と、ＥＧＲバルブ５４とを有して構成されている。上流側ＥＧＲ通路４８は、後述する改質触媒６２に対する上流側に設けられており、排気系４０における改質器２６に対する上流側と改質触媒６２とを連通している。

一方、下流側ＥＧＲ通路５０は、改質触媒６２に対する下流側に設けられており、改質触媒６２とＥＧＲバルブ５４とを連通している。冷却器５２は、下流側ＥＧＲ通路５０の中間部に設けられており、ＥＧＲバルブ５４は、下流側ＥＧＲ通路５０によって搬送されたＥＧＲガスを吸気系３８に供給する構成とされている。

ここで、図２には、エンジン１２及び排気系４０が示されている。この図に示されるように、上流側ＥＧＲ通路４８は、排気マニホールド５６における集合部５８に対する上流側から排気ガスの一部をＥＧＲガスとして採取するように構成されている。なお、このように構成されているのは、排気バルブ４４に近い位置からＥＧＲガスを採取すると、ＥＧＲガス中の酸素濃度を確保しやすいためである。

改質器２６は、排気系４０に一体的に設けられており、加熱部としての排気触媒６０と、改質触媒６２とにより構成されている。排気触媒６０は、例えば、三元触媒により構成されており、排気系４０を流れる排気ガスを浄化する機能を有している。

ここで、図３には、この改質器２６がより具体的に示されている。この図に示されるように、改質器２６は、例えば、改質触媒６２と排気触媒６０とが交互に配列された構成とされている。この改質器２６において、排気触媒６０は、上述の排気系４０を流れる排気ガスの熱エネルギを利用して改質触媒６２を加熱する構成とされている。つまり、この改質器２６は、熱交換型改質器として構成されている。

一方、改質触媒６２は、例えば、ジルコニア系担体材料（例えば、第一稀元素化学工業株式会社製）を含む構成とされている。そして、この改質触媒６２は、上述の上流側ＥＧＲ通路４８から排気ガスの一部であるＥＧＲガスとエタノール混合ガソリン（改質原料）が供給されると、排気触媒６０によって加熱されることによって改質ガスを生成するように構成されている。すなわち、この改質触媒６２が排気触媒６０によって加熱されると、この改質触媒６２では、ＥＧＲガス中の水蒸気でエタノール混合ガソリンを水蒸気改質して改質ガスを生成する改質反応が行われるようになっている。

図１に示される改質触媒温度センサ２８は、上述の改質触媒６２に一体的に設けられ、この改質触媒６２の温度に応じた信号をＥＣＵ３２に出力する構成とされている。一方、排気酸素濃度センサ３０は、排気系４０に一体的に設けられ、この排気系４０を流れる排気ガス中の酸素濃度に応じた信号をＥＣＵ３２に出力する構成とされている。

ＥＣＵ３２は、改質触媒温度センサ２８及び排気酸素濃度センサ３０から出力された信号に応じてポンプ、改質用インジェクタ２２、ＥＧＲバルブ５４を制御する構成とされている。このＥＣＵ３２の動作詳細については後述する。

なお、本実施形態では、改質用ポンプ２０及び改質用インジェクタ２２が、本発明における改質原料供給部に相当する。また、上流側ＥＧＲ通路４８及びＥＧＲバルブ５４は、本発明における酸素含有ガス供給部に相当する。また、下流側ＥＧＲ通路５０、冷却器５２、ＥＧＲバルブ５４は、本発明における改質ガス供給部に相当する。

また、この改質ガス燃焼エンジンシステム１００では、改質触媒６２、排気触媒６０（加熱部）、改質用ポンプ２０及び改質用インジェクタ２２（改質原料供給部）、上流側ＥＧＲ通路４８及びＥＧＲバルブ５４（酸素含有ガス供給部）によって改質ガス生成装置１０が構成されている。

次に、本発明の第一実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム１００の動作について説明する。

図４には、ＥＣＵ３２の動作の流れを表すフローチャートが示されている。ＥＣＵ３２は、図４のフローチャートで示されるプログラムをエンジン１２の作動時に実行する。

つまり、ＥＣＵ３２は、図４のフローチャートで示されるプログラムを開始すると、ステップＳ１において、ＥＧＲバルブ５４を開放させて、排気系４０を流れる排気ガスの一部であるＥＧＲガス（水蒸気含有ガス）を上流側ＥＧＲ通路４８、改質触媒６２、下流側ＥＧＲ通路５０に流通させる。

続いて、ＥＣＵ３２は、ステップＳ２において、改質用ポンプ２０及び改質用インジェクタ２２を作動させ、燃料タンク１４に貯蔵された改質原料としてのエタノール混合ガソリンを上流側ＥＧＲ通路４８に供給させる。

これにより、改質触媒６２が排気触媒６０によって加熱され、改質触媒６２では、ＥＧＲガス中の水蒸気でエタノール混合ガソリンが水蒸気改質されて改質ガスが生成される改質反応が行われる。そして、この改質触媒６２にて生成された改質ガスは、下流側ＥＧＲ通路５０、冷却器５２、ＥＧＲバルブ５４を通じて吸気系３８に供給される。また、この吸気系３８に供給された改質ガスは、燃料噴射用インジェクタ１８から噴射されたエタノール混合ガソリンの燃料ガスと共にシリンダ３４内に供給され、このシリンダ３４内において燃焼される。

そして、ＥＣＵ３２は、ステップＳ３において、改質触媒温度センサ２８から出力された信号を検出し、ステップＳ４において、この改質触媒温度センサ２８から出力された信号に基づいて改質触媒６２の温度が予め設定された範囲（６００〜７００℃）にあるか否かを判断する。

続いて、ＥＣＵ３２は、ステップＳ４において、改質触媒６２の温度が予め設定された範囲（６００〜７００℃）にあると判断した場合には、ステップＳ５において、排気酸素濃度センサ３０から出力された信号を検出し、ステップＳ６において、この排気酸素濃度センサ３０から出力された信号に基づいて排気ガス中の酸素濃度が予め設定された範囲（時間平均して０．１〜１．０体積％）にあるか否かを判断する。

ここで、ＥＣＵ３２は、ステップＳ４において、改質触媒６２の温度が予め設定された範囲（６００〜７００℃）にないと判断した場合、又は、ステップＳ６において、排気ガス中の酸素濃度が予め設定された範囲（時間平均して０．１〜１．０体積％）にないと判断した場合には、ステップＳ２に戻り、エタノール混合ガソリンの上流側ＥＧＲ通路４８への供給を継続させる。これにより、改質触媒６２での改質ガスの生成が継続される。

一方、ＥＣＵ３２は、ステップＳ６において、排気ガス中の酸素濃度が予め設定された範囲（時間平均して０．１〜１．０体積％）にあると判断した場合には、ステップＳ７において、ＥＧＲバルブ５４を開放させたまま、改質用ポンプ２０及び改質用インジェクタ２２を停止させる。

これにより、改質触媒６２へのエタノール混合ガソリンの供給が停止されると共に、上流側ＥＧＲ通路４８から改質触媒６２にＥＧＲガス（酸素含有ガス）が供給されることで、改質触媒６２に析出した炭素及び炭化水素が燃焼除去され、改質触媒６２の活性回復が開始される。

そして、ＥＣＵ３２は、改質触媒６２の活性回復を開始してから予め設定した時間が経過した場合には、ステップＳ２に戻り、エタノール混合ガソリンの上流側ＥＧＲ通路４８への供給を再開させる。これにより、改質触媒６２の活性回復が停止され、改質触媒６２での改質ガスの生成が再開される。

なお、ＥＣＵ３２は、改質触媒６２の活性回復の開始後、改質触媒６２から排出されるＥＧＲガス中の酸素濃度が予め設定された酸素濃度よりも高くなったと判断した場合に、ステップＳ２に戻っても良い。また、ＥＣＵ３２は、改質触媒６２の活性回復の開始後、改質触媒６２の温度が一旦上昇してから下降したと判断した場合に、ステップＳ２に戻っても良い。

そして、ＥＣＵ３２は、エンジン１２が停止されるまで、図４のフローチャートで示されるプログラムを繰り返し実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ３２が実行するステップＳ２が本発明における改質ガス生成機能に相当し、ＥＣＵ３２が実行するステップＳ３〜ステップＳ７が本発明における改質触媒活性回復機能に相当する。

次に、本発明の第一実施形態の作用及び効果について説明する。

本発明の第一実施形態に係る改質ガス生成装置１０では、上述のように、ＥＣＵ３２によってステップＳ２（改質ガス生成機能）が実行されると、改質用ポンプ２０及び改質用インジェクタ２２から改質触媒６２に改質原料であるエタノール混合ガソリンが供給され、改質触媒６２は、排気触媒６０によって加熱されることによって改質ガスを生成する。

ここで、改質触媒６２において、硫黄及び炭化水素を含有するエタノール混合ガソリンから改質ガスを生成する改質反応が行われると、炭素、炭化水素、硫黄が改質触媒６２に析出する。この析出した炭素、炭化水素、硫黄は、改質触媒６２での改質反応を進行しにくくするが、この析出した炭素、炭化水素、硫黄を燃焼除去すると、改質触媒６２の活性は回復する。

しかし、炭素及び炭化水素を燃焼除去（酸化除去）するには改質触媒６２が高温である必要は無いが、硫黄を燃焼除去するには改質触媒６２が高温（例えば、７５０℃以上）である必要がある。ところが、改質触媒６２では改質反応中の通常は還元雰囲気であり、改質触媒６２が高温な状態で硫黄が燃焼除去されると、高い温度と酸化雰囲気のため改質触媒６２がシンタリングして長時間の使用に耐えられなくなる（改質触媒６２が劣化する）。

一方、発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、炭素及び炭化水素を燃焼除去すれば、硫黄を燃焼除去しなくても、改質触媒６２の活性が回復することを見出した。つまり、改質触媒６２の活性を回復させるには、硫黄を燃焼除去させる必要は無く、炭素及び炭化水素を燃焼除去すれば良いのである。

そして、本発明の第一実施形態に係る改質ガス生成装置１０では、上述のように、ＥＣＵ３２によってステップＳ３〜ステップＳ７（改質触媒活性回復機能）が実行されることで改質触媒６２の活性が回復されるのは、改質触媒６２の温度が６００〜７００℃にある場合であり、改質触媒６２に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度範囲（例えば、７５０℃以上）よりも低い温度範囲にあるときとされている。従って、改質触媒６２の活性回復が硫黄を燃焼除去させるのに必要な高温範囲よりも低い温度範囲にて行われるので、改質触媒６２にシンタリングが生ずることを抑制することができる。

また、硫黄は燃焼除去されないが、ＥＣＵ３２によってステップＳ３〜ステップＳ７（改質触媒活性回復機能）が実行されることで、炭素及び炭化水素を燃焼除去させることができる。これにより、改質触媒６２の活性を回復させることができる。

このように、本発明の第一実施形態に係る改質ガス生成装置１０によれば、改質触媒６２のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒６２の活性を回復させることができる

また、本発明の第一実施形態に係る改質ガス生成装置１０では、酸素濃度が時間平均して０．１〜１．０体積％であるＥＧＲガスが改質触媒６２に供給される。

ここで、改質触媒６２の活性を回復させる場合に、改質触媒６２へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して０．１体積％を下回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去が不十分となり、改質触媒６２の活性回復も不十分となる。また、改質触媒６２へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して１．０体積％を上回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒６２の温度上昇が大きくなり、改質触媒６２にシンタリングが生ずる。

一方、改質触媒６２へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して０．１〜１．０体積％であると、炭素及び炭化水素を燃焼除去しつつ、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒６２の温度上昇も抑制される。

従って、上述のように、酸素濃度が時間平均して０．１〜１．０体積％であるＥＧＲガスが改質触媒６２に供給されるようにすれば、炭素及び炭化水素を燃焼除去しつつ、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒６２の温度上昇も抑制できる。これにより、より一層効果的に、改質触媒６２のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒６２の活性を回復させることができる。

また、例えば、エンジン１２がストイキ運転される場合でも、排気バルブ４４通過時の排気ガスには、未燃燃料と酸素が残存する。

従って、本発明の第一実施形態に係る改質ガス生成装置１０のように、エンジン１２から排出された排気ガスの一部であるＥＧＲガスを酸素含有ガスとして改質触媒６２に供給した後にエンジン１２に導入するようにすれば、改質触媒６２に酸素含有ガスを供給するための専用の装置を不要にすることができる。これにより、コストアップを抑制することができる。

また、この改質ガス生成装置１０を備えた改質ガス燃焼エンジンシステム１００によれば、上記改質ガス生成装置１０によって改質触媒６２を活性が回復された状態に維持することができるので、耐久性を向上させることができる。

また、改質触媒６２によって安定して改質反応が行われるため、改質原料であるエタノール混合ガソリンから改質ガスを効率良く生成でき、エンジン１２の燃焼安定性を高め、ＥＧＲガスをエンジン１２に多く入れることができる。また、改質ガスによって燃料の低位発熱量を増加させることができる。以上の二つの理由から燃費を向上させることができる。

［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態について説明する。

本発明の第二実施形態は、上述の本発明の第一実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム１００におけるＥＣＵ３２に、図５のフローチャートで示されるプログラムを実行させるようにしたものである。

すなわち、ＥＣＵ３２は、ステップＳ１〜ステップＳ７に加えて、ステップＳ１１〜ステップＳ１４を実行するように構成されている。

つまり、ＥＣＵ３２は、ステップＳ７の後、ステップＳ１１において、改質触媒温度センサ２８から出力された信号を検出し、ステップＳ１２において、この改質触媒温度センサ２８から出力された信号に基づいて改質触媒６２の温度が７００℃を上回っているか否かを判断する。

ここで、ＥＣＵ３２は、ステップＳ１２において、改質触媒６２の温度が７００℃を上回っていないと判断している間は、ステップＳ１３において、改質触媒６２の活性回復開始後、一定時間経過したと判断するまで、ステップＳ１１〜ステップＳ１３を繰り返し実行する。これにより、改質触媒６２の活性回復が継続して行われる。

一方、ＥＣＵ３２は、ステップＳ１２において、改質触媒６２の温度が７００℃を上回っていると判断した場合には、ステップＳ１４において、ＥＧＲバルブ５４を閉止させる。これにより、上流側ＥＧＲ通路４８から改質触媒６２へのＥＧＲガス（酸素含有ガス）の供給が停止され、改質触媒６２の活性回復が停止される。そして、ＥＣＵ３２は、ステップＳ２に戻る。

これにより、改質触媒６２の温度が６００〜７００℃となっている場合には、再び、改質触媒６２の活性回復が開始され、改質触媒６２の温度が６００〜７００℃となっていない場合には、改質触媒６２による改質ガスの生成が行われる。また、改質触媒６２の活性回復が開始された後であって、改質触媒６２の温度が７００℃を上回っている場合には、改質触媒６２の活性回復が停止される。

そして、ＥＣＵ３２は、エンジン１２が停止されるまで、図５のフローチャートで示されるプログラムを繰り返し実行する。

次に、本発明の第二実施形態の作用及び効果について説明する。

本発明の第二実施形態では、上述のように、改質触媒６２の温度が６００〜７００℃となっているときに改質触媒６２の活性回復が開始され、改質触媒６２の温度が７００℃を上回っているときに改質触媒６２の活性回復が停止される。

ここで、改質触媒６２の活性を回復させる場合に、改質触媒６２の温度が６００℃を下回っているとき（例えば、５５０℃のとき）に改質触媒６２へ酸素含有ガスを供給すると、改質触媒６２の回復動作が安定せず、改質触媒６２の活性が徐々に劣化する。また、改質触媒６２の温度が７００℃を上回っているとき（例えば、７５０℃のとき）に改質触媒６２へ酸素含有ガスを供給すると、比較的短時間においては改質触媒６２の活性が回復したように見えても、通常の改質触媒６２では長時間の使用でシンタリングにより徐々に活性が低下する。

一方、改質触媒６２の温度が６００〜７００℃となっているときに改質触媒６２へ酸素含有ガスを供給すると、改質触媒６２に炭素及び炭化水素が析出されても、この炭素及び炭化水素を燃焼除去させて改質触媒６２の活性を回復させることができる。

従って、本発明の第二実施形態のように、改質触媒６２の温度が６００〜７００℃となっているときに改質触媒６２の活性回復が開始され、改質触媒６２の温度が７００℃を上回っているときに改質触媒６２の活性回復が停止されるようにすれば、改質触媒６２のシンタリングを抑制しつつ、改質触媒６２の活性を回復させることができる。

なお、本実施形態においては、改質触媒６２の温度が７００℃を上回っているときに改質触媒６２へのＥＧＲガスの供給が維持されたまま、改質用ポンプ２０及び改質用インジェクタ２２が作動されて改質触媒６２での改質ガスの生成が開始されることで、改質触媒６２の活性回復が停止されても良い。

［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態について説明する。

図６には、本発明の第三実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム２００の全体構成が示されている。この本発明の第三実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム２００は、上述の本発明の第一実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム１００に対し、ＥＣＵ３２にＣＰＵ７２が接続されると共に、ＥＣＵ３２が以下のように動作するように変更されたものである。

なお、ＣＰＵ７２は、車両統合制御用であり、図示しないアクセルペダルのオンオフ操作状態を検出するスイッチから出力された信号に応じた信号をＥＣＵ３２に出力する構成とされている。

次に、本発明の第三実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム２００の動作について説明する。

図７，図８には、ＥＣＵ３２の動作の流れを表すフローチャートが示されている。ＥＣＵ３２は、ＣＰＵ７２から出力された信号に基づいてアクセルペダルがオフとされていると判断している間（つまり、車両が減速している間）、図７のフローチャートで示されるプログラムを実行する。なお、ＥＣＵ３２が図７のフローチャートで示されるプログラムを実行する前の段階では、ＥＧＲバルブ５４を閉止され、改質用ポンプ２０及び改質用インジェクタ２２が停止されている。

ＥＣＵ３２は、図７のフローチャートで示されるプログラムを開始すると、ステップＳ２１において、改質触媒温度センサ２８から出力された信号を検出し、ステップＳ２２において、この改質触媒温度センサ２８から出力された信号に基づいて改質触媒６２の温度が予め設定された範囲（６００〜７００℃）にあるか否かを判断する。

ここで、ＥＣＵ３２は、ステップＳ２２において、改質触媒６２の温度が予め設定された範囲（６００〜７００℃）にないと判断した場合には、後述するステップＳ２６に移行する（つまり、何もアクションせずにＥＧＲバルブ５４を閉止したままに維持する）。

一方、ＥＣＵ３２は、ステップＳ２２において、改質触媒６２の温度が予め設定された範囲（６００〜７００℃）にあると判断した場合には、ステップＳ２３において、ＥＧＲバルブ５４を開放させる。

これにより、上流側ＥＧＲ通路４８から改質触媒６２にＥＧＲガス（酸素含有ガス）が供給されることで、改質触媒６２に析出した炭素及び炭化水素が燃焼除去され、改質触媒６２の活性回復が開始される。

続いて、ＥＣＵ３２は、ステップＳ２４において、改質触媒温度センサ２８から出力された信号を検出し、ステップＳ２５において、この改質触媒温度センサ２８から出力された信号に基づいて改質触媒６２の温度が７００℃を上回っているか否かを判断する。

ここで、ＥＣＵ３２は、ステップＳ２５において、改質触媒６２の温度が７００℃を上回っていないと判断している間は、ステップＳ２１〜ステップＳ２５を繰り返し実行する。これにより、改質触媒６２の活性回復が継続して行われる。

一方、ＥＣＵ３２は、ステップＳ２５において、改質触媒６２の温度が７００℃を上回っていると判断した場合には、ステップＳ２６において、ＥＧＲバルブ５４を閉止させる。これにより、上流側ＥＧＲ通路４８から改質触媒６２へのＥＧＲガス（酸素含有ガス）の供給が停止され、改質触媒６２の活性回復が停止される。そして、ＥＣＵ３２は、ステップＳ２１に戻る。

これにより、改質触媒６２の温度が６００〜７００℃となっている場合には、再び、改質触媒６２の活性回復が開始され、改質触媒６２の温度が６００〜７００℃となっていない場合には、改質触媒６２の活性回復が開始されない。また、改質触媒６２の活性回復が開始された後であって、改質触媒６２の温度が７００℃を上回っている場合には、改質触媒６２の活性回復が停止される。

そして、ＥＣＵ３２は、アクセルペダルがオンとされるまで、図７のフローチャートで示されるプログラムを繰り返し実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ３２が実行するステップＳ２１〜ステップＳ２６が本発明における改質触媒活性回復機能に相当する。

一方、ＥＣＵ３２は、ＣＰＵ７２から出力された信号に基づいてアクセルペダルがオンとされていると判断している間（つまり、車両が加速している間）、図８のフローチャートで示されるプログラムを実行する。

つまり、ＥＣＵ３２は、図８のフローチャートで示されるプログラムを開始すると、ステップＳ３１において、ＣＰＵ７２に予め設定された要求マップと比較し、ＥＧＲバルブ５４を開放させるか、ＥＧＲバルブ５４を閉止させるかを判断する。なお、このとき、ＥＣＵ３２は、例えばＣＰＵ７２から車両の加速状況に応じて出力された加速信号に基づいて、ＥＧＲバルブ５４を開放させるか、ＥＧＲバルブ５４を閉止させるかを判断しても良い。

そして、ＥＣＵ３２は、ステップＳ３１において、ＥＧＲバルブ５４を開放させると判断した場合には、ステップＳ３２において、ＥＧＲバルブ５４を開放させると共に、改質用ポンプ２０及び改質用インジェクタ２２を作動させ、燃料タンク１４に貯蔵されたエタノール混合ガソリンを上流側ＥＧＲ通路４８に供給させる。

これにより、改質触媒６２が排気触媒６０によって加熱され、改質触媒６２では、ＥＧＲガス中の水蒸気でエタノール混合ガソリンが水蒸気改質されて改質ガスが生成される改質反応が行われる。そして、この改質触媒６２にて生成された改質ガスは、下流側ＥＧＲ通路５０、冷却器５２、ＥＧＲバルブ５４を通じて吸気系３８に供給される。また、この吸気系３８に供給された改質ガスは、燃料噴射用インジェクタ１８から噴射されたエタノール混合ガソリンの燃料ガスと共にシリンダ３４内に供給され、このシリンダ３４内において燃焼される。

一方、ＥＣＵ３２は、ステップＳ３１において、ＥＧＲバルブ５４を閉止させると判断した場合には、ステップＳ３３において、ＥＧＲバルブ５４を閉止させる。これにより、ＥＣＵ３２が図８のフローチャートで示されるプログラムを実行する前の段階で改質触媒６２の活性回復が実行されていた場合には、上流側ＥＧＲ通路４８から改質触媒６２へのＥＧＲガス（酸素含有ガス）の供給が停止され、改質触媒６２の活性回復が停止される。

そして、ＥＣＵ３２は、アクセルペダルがオフとされるまで、図８のフローチャートで示されるプログラムを繰り返し実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ３２が実行するステップＳ３２が本発明における改質ガス生成機能に相当する。

次に、本発明の第三実施形態の作用及び効果について説明する。

本発明の第三実施形態では、エンジン１２が搭載された車両が減速しているときにＥＣＵ３２がステップＳ２１〜ステップＳ２６（改質触媒活性回復機能）を実行する。

ここで、図示しないアクセルペダルがオフとされて、車両が減速しているとき（例えば、エンジン１２ブレーキ時）には、エンジン１２は少量の空気を吸い込んで吸気・排気動作をしている。

従って、本実施形態のように、車両が減速しているときに、エンジン１２から排出された排気ガスの一部であるＥＧＲガスを酸素含有ガスとして改質触媒６２に供給すれば、車両減速時に排出される排気ガスを有効活用することができる。

［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態について説明する。

図９には、本発明の第四実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム３００の全体構成が示されている。この本発明の第四実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム３００は、上述の本発明の第一実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム１００に対し、排気温度センサ７４が追加されると共に、ＥＣＵ３２が以下のように動作するように変更されたものである。

なお、排気温度センサ７４は、排気系４０に一体的に設けられ、この排気系４０を流れる排気ガスの温度に応じた信号をＥＣＵ３２に出力する構成とされている。

次に、本発明の第四実施形態に係る改質ガス燃焼エンジンシステム３００の動作について説明する。

図１０には、ＥＣＵ３２の動作の流れを表すフローチャートが示されている。本実施形態において、ＥＣＵ３２は、上述のステップＳ６とステップＳ７の間に、ステップＳ４１〜ステップＳ４５を実行するように構成されている。

つまり、ＥＣＵ３２は、ステップＳ６の後、ステップＳ４１において、排気温度センサ７４から出力された信号を検出すると共に、改質触媒温度センサ２８から出力された信号を検出し、ステップＳ４２において、排気ガスの温度と改質触媒６２の温度との差を算出する。

続いて、ＥＣＵ３２は、ステップ４３において、予め記憶された改質触媒６２の劣化度および温度差の算出値のマップと、上述の温度差の算出値とを比較し、ステップ４４において、改質触媒６２の劣化度（つまり、改質触媒６２における炭素及び炭化水素の析出状態）を決定する。

なお、エタノール混合ガソリンの水蒸気改質反応は、吸熱反応であり、改質触媒６２で吸熱反応が起こると改質触媒６２の温度は、この改質触媒６２を加熱している排気触媒６０の温度よりも低下する。そこで、本実施形態では、改質触媒６２が劣化すると改質触媒６２の温度と排気触媒６０の温度（排気ガスの温度）との差が小さくなることを利用して改質触媒６２の劣化度を検出するようにしている。つまり、例えば、排気ガスの温度と改質触媒６２の温度との差が小さいほど、改質触媒６２は劣化していることになる。

そして、ＥＣＵ３２は、ステップ４５において、改質触媒６２の劣化度が予め定められた上限値に達しているか否か、すなわち、改質触媒６２における炭素及び炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になっているか否かを判断することで、改質触媒６２の活性回復が必要か否かを判断する。

ここで、ＥＣＵ３２は、ステップ４５において、改質触媒６２の劣化度が予め定められた上限値に達していないと判断した場合、すなわち、改質触媒６２の活性回復が必要でないと判断した場合には、ステップＳ２に戻り、エタノール混合ガソリンの上流側ＥＧＲ通路４８への供給を継続させる。これにより、改質触媒６２での改質ガスの生成が継続される。

一方、ＥＣＵ３２は、ステップ４５において、改質触媒６２の劣化度が予め定められた上限値に達していると判断した場合、すなわち、改質触媒６２の活性回復が必要であると判断した場合には、ステップＳ７において、ＥＧＲバルブ５４を開放させたまま、改質用ポンプ２０及び改質用インジェクタ２２を停止させる。

これにより、改質触媒６２へのエタノール混合ガソリンの供給が停止されると共に、上流側ＥＧＲ通路４８から改質触媒６２にＥＧＲガス（酸素含有ガス）が供給されることで、改質触媒６２に析出した炭素及び炭化水素が燃焼除去され、改質触媒６２の活性回復が開始される。

そして、ＥＣＵ３２は、改質触媒６２の活性回復を開始してから予め設定した時間が経過した場合には、ステップＳ２に戻り、エタノール混合ガソリンの上流側ＥＧＲ通路４８への供給を再開させる。これにより、改質触媒６２の活性回復が停止され、改質触媒６２での改質ガスの生成が再開される。

なお、ＥＣＵ３２は、改質触媒６２の活性回復の開始後、改質触媒６２から排出されるＥＧＲガス中の酸素濃度が予め設定された酸素濃度よりも高くなったと判断した場合に、ステップＳ２に戻っても良い。また、ＥＣＵ３２は、改質触媒６２の活性回復の開始後、改質触媒６２の温度が一旦上昇してから下降したと判断した場合に、ステップＳ２に戻っても良い。

そして、ＥＣＵ３２は、エンジン１２が停止されるまで、図１０のフローチャートで示されるプログラムを繰り返し実行する。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ３２が実行するステップＳ２が本発明における改質ガス生成機能に相当し、ＥＣＵ３２が実行するステップＳ７が本発明における改質触媒活性回復機能に相当する。

次に、本発明の第四実施形態の作用及び効果について説明する。

本発明の第四実施形態では、排気ガスの温度と改質触媒６２の温度との差から、改質触媒６２の劣化度が予め定められた上限値に達していると判断された場合、すなわち、改質触媒６２における炭素及び炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になっていると判断された場合に、ＥＣＵ３２によってステップＳ７（改質触媒活性回復機能）が実行される。

この構成によれば、ＥＣＵ３２では、改質触媒６２の劣化度が予め定められた上限値に達した場合、すなわち、改質触媒６２における炭素及び炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になった場合になってはじめてステップＳ７（改質触媒活性回復機能）が実行される。従って、改質触媒６２の劣化度に応じた適切なタイミングで改質触媒６２の活性回復を図ることができる。

なお、本実施形態において、ステップＳ３〜ステップＳ６と、ステップＳ４１〜ステップＳ４５を入れ替えても良い。この場合には、ステップＳ４１〜ステップＳ４５の後に、ＥＣＵ３２が実行するステップＳ３〜ステップＳ７が本発明における改質触媒活性回復機能に相当する。

また、本実施形態においては、改質触媒６２の温度が７００℃を上回っているときに改質触媒６２へのＥＧＲガスの供給が停止されることで、改質触媒６２の活性回復が停止されても良い。

また、ステップＳ４１〜ステップＳ４５は、上述の本発明の第三実施形態におけるステップＳ２２とステップＳ２３との間で実行されても良い。なお、この場合、ステップ４５において、改質触媒６２の劣化度が予め定められた上限値に達していないと判断した場合、すなわち、改質触媒６２の活性回復が必要でないと判断した場合には、ステップＳ２１に戻れば良い。

次に、本発明の第一実施形態に係る改質ガス生成装置に関する実験検討結果について説明する。

図１１は、改質触媒の劣化と回復および硫黄の触媒への吸着の変化を示す説明図である。この図に示されるように、改質触媒の劣化が進行すると、改質触媒によって生成される改質ガス中の水素の濃度は減少するが、改質触媒が所定の劣化度まで劣化すると、改質触媒が回復されることにより、改質触媒によって生成される改質ガス中の水素の濃度が増加する。

また、改質触媒は硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに活性が回復されるので、改質触媒中の硫黄分は飽和した状態で一定となる。しかしながら、炭素及び炭化水素が燃焼除去されることで改質触媒を回復させることができることがこの図より分かった。

図１２は、改質触媒の回復時に酸素を供給することの効能について実験した結果を示す図である。燃料にはエタノールとガソリンの混合品を用い（エタノール８５体積％、ガソリン１５体積％）、改質触媒にはコージェライトハニカムにジルコニア系担体２４０ｇ／Ｌコート、Ｒｈ（ロジウム）を２ｇ／Ｌで担持したものを用いた。また、改質触媒を６５０℃に設定した電気炉に入れ、改質反応（２０分）と回復反応（１５分）を交互に行わせた。各データは、回復時に酸素（酸素含有ガス中の酸素濃度１体積％）が供給された改質触媒と回復時に酸素が供給されない改質触媒とについて、各改質反応２０分間に３回測定（一回の測定には１分３０秒かかる）した場合の各改質触媒が生成する改質ガス中の水素の濃度を測定した結果である。この図より、回復時に酸素を供給した場合の方が、回復時に酸素を供給しない場合よりも改質ガス中の水素の濃度が高く、改質触媒が回復されていることが分かった。

ただし、改質触媒の活性を回復させる場合に、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して０．１体積％を下回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去が不十分となり、改質触媒の活性回復も不十分となる。また、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度が時間平均して１．０体積％を上回っていると、炭素及び炭化水素の燃焼除去に伴う改質触媒の温度上昇が大きくなり、改質触媒にシンタリングが生ずる。従って、改質触媒へ供給される酸素含有ガスの酸素濃度は時間平均して０．１〜１．０体積％とすべきである。

図１３は、改質触媒の回復時に酸素を供給した場合と酸素を供給しない場合とについて改質触媒が回復した後に改質触媒に吸着されている硫黄及び炭素の量を調べた結果を示す図である。この図に示されるように、改質触媒は硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに活性が回復されるので、酸素の供給の有無にかかわらず、改質触媒中の硫黄は飽和した状態で一定となる。一方、炭素については改質触媒の回復時に酸素が供給された場合の方が酸素が供給されない場合よりも多く燃焼除去されることがこの図より分かった。

図１４，図１５は、改質触媒について改質反応時の温度と回復反応時の温度を変化させたときの相違ついて調べた結果を示す図である。改質触媒については、７５０℃で改質反応を行わせると共に７５０℃で回復反応させたもの、６００℃で改質反応を行わせると共に６５０℃で回復反応させたもの（二種類）を用いた。なお、回復時に酸素は供給していない。図１４に示されるように、７５０℃で改質反応を行わせると共に７５０℃で回復反応させた改質触媒では、燃料投入後、最初に劣化が生じるが、その大きな劣化は見られなかった。また、６００℃で改質反応を行わせると共に６５０℃で回復反応させた改質触媒では、燃料投入後、ゆるやかに劣化が生じた。また、図１５に示されるように、７５０℃で改質反応を行わせると共に７５０℃で回復反応させた場合は、改質触媒が高温となるため、多くの硫黄が低減した。しかしながら、７５０℃で回復反応させた場合、短時間では改質触媒に劣化が見受けられなかったが、長時間の使用では改質触媒にシンタリングが生じた。従って、改質触媒の回復時の温度は７００℃以下とすべきである。

図１６は、改質触媒について酸素含有ガス中の酸素濃度を１．０％とし６５０℃で回復反応させたときの結果を示す図である。この図に示されるように、改質触媒について酸素含有ガス中の酸素濃度を１．０％とし６５０℃で回復反応させた場合には、改質触媒を安定して回復させることができることが分かった。

図１７〜図２０は、改質触媒について酸素含有ガス中の酸素濃度を０．５％とし５００〜６５０℃で回復反応させたときの結果を示す図である。すべて改質反応は６００℃で行った。図１７に示されるように、改質触媒について６５０℃で回復反応させた場合には、改質触媒を安定して回復させることができることが分かった。また、図１８に示されるように、改質触媒について６００℃で回復反応させた場合には、改質触媒に急激な劣化は生じず改質触媒を安定して回復させることができることが分かった。一方、図１９に示されるように、改質触媒について５５０℃で回復反応させた場合には、改質触媒の回復が安定せず、且つ、改質触媒が徐々に劣化することが分かった。また、図２０に示されるように、改質触媒について５００℃で回復反応させた場合には、改質触媒が徐々に劣化することが分かった。従って、この場合、改質触媒の回復時の温度は６００℃以上とすべきである。

また、上記実施形態では、改質触媒として、コージェライトハニカムにジルコニア系担体２４０ｇ／Ｌコート、Ｒｈ（ロジウム）を２ｇ／Ｌで担持したものが用いられていたが、以下に、改質触媒として、セリウム酸化物が主成分（８０ｗｔ％）であり、アルミニウム酸化物を１１ｗｔ％、ジルコニウム酸化物を９ｗｔ％含み、貴金属としてＲｈ（ロジウム）を２ｗｔ％担持したものを用いた場合の実験結果を示す。

図２１は、改質触媒として、セリウム酸化物が主成分（８０ｗｔ％）であり、アルミニウム酸化物を１１ｗｔ％、ジルコニウム酸化物を９ｗｔ％含み、貴金属としてＲｈ（ロジウム）を２ｗｔ％担持したものを用いた場合の実験結果を示す図である。この場合の実験条件は図１２の場合と同一である。横軸は改質触媒の改質時に改質触媒に燃料を投入した通算時間である。また、改質触媒の回復は、５００℃、酸素含有ガス中の酸素濃度１％で実施した。

また、新たな知見として、ガソリン中の硫黄は、改質時に硫化水素（Ｈ_２Ｓ）になるのではなく、改質触媒の回復動作時に炭素と中間生成された炭化物と共に硫黄酸化物（ＳＯ_２）となって除去されていることが分かった。つまり、硫黄は初期に酸化されてもある一定量まで改質触媒に留まるが、それを超えると周囲の炭素分と共に酸化除去される。

改質中の硫化水素については、検知管にて測定を試みたが、検出できなかった（その量は１０００ｐｐｂ以下であった）。改質触媒の回復中の硫化水素は、紫外線吸収法に基づく硫化水素計で測定した。理解を容易にするため、参考までに、改質触媒の劣化及び回復のイメージ図を図２２に示す。Ｅ８５はエタノール８５体積％、ガソリン１５体積％の燃料を示している。この場合、酸素が無いとＥ８５が炭素で覆われて、活性が失われる。

図２３〜図２５は、今回検討した触媒（セリウム酸化物、ジルコニウム酸化物、アルミニウム酸化物からなり、貴金属としてＲｈ（ロジウム）を２ｗｔ％担持したもの）と、先回検討した触媒（図１２において検討した改質触媒であって、コージェライトハニカムにジルコニア系担体２４０ｇ／Ｌコート、Ｒｈ（ロジウム）を２ｇ／Ｌで担持したもの）の比較が示されている。回復率は、図２５に示されるように、初期状態での改質ガス中の水素濃度Ａに対し、初期状態から劣化後（ｔ秒後）に回復した状態における改質ガス中の水素濃度Ｂの割合としている。図２３に示されるように、改質触媒を６５０℃で回復させた場合、回復時の酸素濃度が高い場合には、両者共に同様の回復率を有するが、回復時の酸素濃度が低い場合には、今回検討した触媒の方が先回検討した触媒よりも高い回復率を有する。また、図２４に示されるように、回復時の酸素濃度を０．５体積％で回復させた場合、回復時の温度が高い場合（６００℃以上）には、両者共に同様の回復率を有するが、回復時の温度が低い場合（５００℃以上６００℃未満）には、今回検討した触媒の方が先回検討した触媒よりも高い回復率を有する。このように、今回検討した触媒は、低酸素濃度、低温で十分に回復できることが分かった。従って、この場合、改質触媒の回復時の温度は５００℃以上とすべきである。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能であることは勿論である。

１０ 改質ガス生成装置
２０ 改質用ポンプ（改質原料供給部の一部）
２２ 改質用インジェクタ（改質原料供給部の一部）
３２ ＥＣＵ（制御部）
４８ 上流側ＥＧＲ通路（酸素含有ガス供給部の一部）
５０ 下流側ＥＧＲ通路（改質ガス供給部の一部）
５２ 冷却器（改質ガス供給部の一部）
５４ ＥＧＲバルブ（酸素含有ガス供給部の一部、改質ガス供給部の一部）
６０ 排気触媒（加熱部）
６２ 改質触媒
１００，２００，３００ 改質ガス燃焼エンジンシステム

Claims (18)

1. 加熱されることによって硫黄及び炭化水素を含有する改質原料から水素を含有する改質ガスを生成する改質反応が行われる改質触媒と、
   エンジンから排出された排気ガスの熱エネルギを利用して前記改質触媒を加熱するための加熱部と、
   前記改質触媒に前記改質原料を供給するための改質原料供給部と、
   前記改質触媒に酸素含有ガスを供給するための酸素含有ガス供給部と、
   前記改質触媒の温度が所定範囲にあるときは、前記酸素含有ガス供給部によって前記改質触媒に前記酸素含有ガスを供給させることで、前記改質触媒に析出した炭素及び炭化水素を燃焼除去させて前記改質触媒の活性を回復させるが、前記改質触媒の温度が前記所定範囲にないときは、前記改質触媒への前記酸素含有ガスの供給を行わない制御部と、
   を備え、
   前記所定範囲の温度は炭素及び炭化水素の燃焼温度よりも高い温度であり、かつ前記改質触媒にシンタリングが生じる温度よりも低い温度である、
   改質ガス生成装置。
2. 前記改質触媒にシンタリングが生じる温度は、前記改質触媒に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度よりも低い、
   請求項１記載の改質ガス生成装置。
3. 前記改質触媒は、セリウム酸化物、アルミニウム酸化物、およびジルコニウム酸化物からなる群から選択された１種または２種以上の酸化物からなる担体に、貴金属としてロジウムを担持したものである
   請求項１または２に記載の改質ガス生成装置。
4. 前記制御部は、
   前記改質触媒にて前記改質ガスが生成されるように前記改質原料供給部によって前記改質触媒に前記改質原料を供給させる改質ガス生成機能と、
   前記改質触媒が前記改質反応に伴って前記改質触媒に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに前記改質原料供給部による前記改質触媒への前記改質原料の供給を停止させると共に前記酸素含有ガス供給部によって前記改質触媒に前記酸素含有ガスを供給させることで、前記改質触媒に析出した炭素及び炭化水素を燃焼除去させて前記改質触媒の活性を回復させる改質触媒活性回復機能と、を選択的に実行する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置。
5. 前記改質原料は、エタノール混合ガソリンとされ、
   前記制御部は、前記改質触媒活性回復機能として、前記改質触媒の温度が５００〜７００℃となっているときに前記改質触媒の活性回復を開始させ、前記改質触媒の温度が７００℃を上回っているときに前記改質触媒の活性回復を停止させる機能を実行する、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置。
6. 前記制御部は、前記改質触媒活性回復機能として、前記改質触媒の温度が７００℃を上回っているときに前記酸素含有ガス供給部による前記改質触媒への前記酸素含有ガスの供給を停止させる機能を実行する、
   請求項５に記載の改質ガス生成装置。
7. 前記酸素含有ガス供給部は、前記エンジンから排出された前記排気ガスの一部を前記酸素含有ガスとして前記改質触媒に供給した後に前記エンジンに導入する、
   請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置。
8. 前記エンジンは、車両駆動用のエンジンとされ、
   前記酸素含有ガス供給部は、前記エンジンから排出された前記排気ガスの一部を前記酸素含有ガスとして前記改質触媒に供給し、
   前記制御部は、前記車両が減速しているときに前記改質触媒活性回復機能を実行する、
   請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置。
9. 前記制御部は、前記改質触媒における前記炭素及び前記炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になった場合に前記改質触媒活性回復機能を実行する、
   請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置。
10. 前記酸素含有ガス供給部は、酸素濃度が時間平均して０．１〜１．０体積％である前記酸素含有ガスを前記改質触媒に供給する、
    請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置。
11. エンジンと、
    請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の改質ガス生成装置と、
    前記改質ガス生成装置によって生成された前記改質ガスを前記エンジンに供給する改質ガス供給部と、
    を備えた改質ガス燃焼エンジンシステム。
12. 加熱されることによって硫黄及び炭化水素を含有する改質原料から水素を含有する改質ガスを生成する改質反応が行われる改質触媒の温度が、前記改質反応に伴って前記改質触媒に析出した炭素及び炭化水素の燃焼温度よりも高く、前記改質反応に伴って前記改質触媒に析出した硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに、前記改質触媒への前記改質原料の供給を停止させると共に前記改質触媒に酸素含有ガスを供給することで、前記改質触媒に前記改質反応に伴って析出した炭素及び炭化水素を燃焼除去させて前記改質触媒の活性を回復させ、
    前記改質触媒の温度が前記炭素及び炭化水素の燃焼温度以下、または硫黄を燃焼除去し得る温度範囲にあるときは、前記改質触媒への酸素含有ガスの供給を停止して前記改質原料を供給する
    改質触媒の活性回復方法。
13. 前記改質原料としてエタノール混合ガソリンを用い、前記改質触媒の温度が５００〜７００℃となっているときに前記改質触媒の活性回復を開始し、前記改質触媒の温度が７００℃を上回っているときに前記改質触媒の活性回復を停止する、
    請求項１２に記載の改質触媒の活性回復方法。
14. 前記改質触媒の温度が７００℃を上回っているときに前記改質触媒への前記酸素含有ガスの供給を停止する、
    請求項１３に記載の改質触媒の活性回復方法。
15. 前記改質触媒が搭載された車両のエンジンから排出された排気ガスの一部を前記酸素含有ガスとして前記改質触媒に供給した後に前記エンジンに導入する、
    請求項１２〜請求項１４のいずれか一項に記載の改質触媒の活性回復方法。
16. 前記改質触媒が搭載された車両が減速しているときであって、前記改質触媒の温度が前記硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに、前記車両のエンジンから排出された排気ガスの一部を前記酸素含有ガスとして前記改質触媒に供給して前記改質触媒の活性を回復させる、
    請求項１２〜請求項１５のいずれか一項に記載の改質触媒の活性回復方法。
17. 前記改質触媒における前記炭素及び前記炭化水素の析出状態が予め定められた所定状態になった場合であって、前記改質触媒の温度が前記硫黄を燃焼除去し得る温度範囲よりも低い温度範囲にあるときに、前記改質触媒に前記酸素含有ガスを供給して前記改質触媒の活性を回復させる、
    請求項１２〜請求項１６のいずれか一項に記載の改質触媒の活性回復方法。
18. 酸素濃度が時間平均して０．１〜１．０体積％である前記酸素含有ガスを前記改質触媒に供給する、
    請求項１２〜請求項１７のいずれか一項に記載の改質触媒の活性回復方法。

Images