JP4038770B2

JP4038770B2 - 改質器の状態判定装置および方法

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Publication number: JP4038770B2
Application number: JP2003303204A
Authority: JP
Inventors: 和弘若尾; 計宏桜井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2008-01-30
Anticipated expiration: 2023-08-27
Also published as: US7159541B2; US20050045118A1; EP1510683A2; JP2005069180A; EP1510683A3; EP1510683B1

Description

本発明は、燃料と空気との混合気を改質して内燃機関に供給するための改質燃料を生成する改質器の状態判定装置および方法に関する。

従来から、車両用内燃機関の燃費を低減させるための技術として、内燃機関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Ｈ_２を含む改質ガス（改質燃料）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（改質器）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Ｈ_２ＯをＨ_２およびＣＯ_２に改質し、ＣＯおよびＨ_２を含む改質ガスを生成する。

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る。それゆえに、ＣＯシフト触媒にて生成される改質ガス中のＣＯとＨ_２との濃度比（ＣＯ／Ｈ_２濃度比）も時間の経過と共に変化し、場合によっては、排気エミッションの悪化を招いてしまうおそれがある。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シフト触媒の状態、すなわち、劣化の度合いに関連する改質ガスのＣＯ／Ｈ_２濃度比が推定される。そして、推定されたＣＯ／Ｈ_２濃度比に基づいて、内燃機関への燃料や、排気ガスに対する改質ガスの添加量が設定される。

特開２００２−５４４２７号公報

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く、このため、上記従来例において、触媒の状態（劣化の度合いや異常）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。

そこで、本発明は、改質触媒の劣化や異常といった改質器の状態判定を容易かつ精度よく実行可能とする改質器の状態判定装置および方法の提供を目的とする。

本発明による改質器の状態判定装置は、燃料と空気との混合気を改質して内燃機関に供給するための改質燃料を生成する改質器の状態判定装置であって、内燃機関の作動状態を検出する機関作動状態検出手段と、機関作動状態検出手段によって検出された内燃機関の作動状態に基づいて改質器が正常に作動しているか否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする。

改質器により生成される改質燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を得る内燃機関では、時間の経過と共に、燃料と空気との混合気を改質する改質触媒が劣化し、場合によっては、改質器に何らかの異常が発生してしまうこともあり得る。このような場合、改質器により生成される改質燃料中の改質ガス成分（例えばＣＯやＨ_２）の割合が低下し、それに応じて、内燃機関の作動状態にも変化が認められる。また、例えば内燃機関の回転数変動といった内燃機関の作動状態は、改質器の作動状態に関連する各種パラメータの中で、容易かつ精度よく取得可能なものである。従って、この改質器の状態判定装置のように、機関作動状態検出手段によって検出された内燃機関の作動状態に基づいて改質器が正常に作動しているか否か判定することにより、改質触媒の劣化や異常等を容易かつ精度よく把握することが可能となる。

この場合、上記作動状態は、内燃機関の回転数変動（目標回転数との偏差）であると好ましく、例えば、所定条件下で内燃機関（燃焼室）における空燃比をリーン化した場合の回転数変動や、所定条件下で点火時期を遅角させた場合の回転数変動、更には、所定条件下で内燃機関（燃焼室）における空燃比をリーン化し、かつ、点火時期を遅角させた場合の回転数変動であると好ましい。

更に、内燃機関に対して改質燃料と共に非改質燃料が供給される場合、改質燃料と非改質燃料との比に応じて、改質器が正常に作動しているか否かを判定するための基準が変化させられると好ましい。

本発明による改質器の状態判定方法は、燃料と空気との混合気を改質して内燃機関に供給するための改質燃料を生成する改質器の状態判定方法であって、内燃機関のアイドル運転時に、改質燃料および空気の混合気をリーン化した場合及び点火時期を遅角させた場合の少なくとも一方の場合の内燃機関の回転数変動を検出し、検出した回転数変動に基づいて改質器が正常に作動しているか否かを判定することを特徴とする。

本発明によれば、改質触媒の劣化や異常といった改質器の状態判定を容易かつ精度よく実行可能とする改質器の状態判定装置および方法の実現が可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る改質器の状態判定装置を含む内燃機関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を駆動する内燃機関１を有する。内燃機関１は、エンジンブロック２に形成された燃焼室３の内部で改質ガス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、本実施形態の内燃機関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。

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、内燃機関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、内燃機関１のシリンダヘッドには、点火プラグ７と筒内圧センサ１７とが燃焼室３ごとに配設されている。各筒内圧センサ１７は、対応する燃焼室３の内部圧力（筒内圧力）を検出するものである。また、排気マニホールド６には、各燃焼室３からの排気ガスの温度を検出する排気温度センサ１８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。

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、内燃機関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（本実施形態では、電子スロットルバルブ）１０が組み込まれている。

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。

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空燃混合部２２内に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。本実施形態において、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。

また、内燃機関１は、各吸気管５ａに装備された燃料噴射弁１５ｘを有しており、改質器２０を作動させた状態、または、改質器２０に対する空気および燃料の供給を停止させた状態で、各燃料噴射弁１５ｘから上記燃料タンク内の燃料を各吸気管５ａ内に噴射させて動力を得ることも可能である。なお、燃料噴射弁１５ｘは、対応する燃焼室３内に燃料を直接噴射するものであってもよい。

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、筒内圧センサ１７、排気温度センサ１８、エアフローメータＡＦＭ等は、それぞれ、内燃機関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、クランク角センサ１９からクランク角を示す信号が、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。そして、ＥＣＵ５０は、エアフローメータＡＦＭや、クランク角センサ１９およびアクセル位置センサ５１等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または１５ｘ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。

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。
Ｃ_ｍＨ_ｎ＋（ｍ／２）Ｏ_２ → ｍＣＯ＋（ｎ／２）Ｈ_２ …（１）
そして、上記（１）式の反応が進行することにより、改質ガス成分であるＣＯおよびＨ_２を含む改質ガス（改質燃料）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。

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内で改質ガス成分であるＣＯおよびＨ_２が燃焼してピストン４を往復移動させ、これにより、内燃機関１はトランスアクスルＴを介して駆動輪Ｗを駆動する。

さて、上述のように、車両Ｃの内燃機関１は、改質器２０により生成される改質ガス（改質燃料）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中のＣＯおよびＨ_２の濃度も改質触媒が劣化するにつれて低下し、内燃機関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。また、何らかのトラブルにより、改質器２０における改質ガス（改質燃料）の生成に異常をきたしてしまうことも考えられる。従って、内燃機関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が正常に作動しているか否か、すなわち、改質触媒の劣化度合いや異常を精度よく把握することが重要となる。このため、車両Ｃの内燃機関１では、ＥＣＵ５０と、各種センサ類等とが改質器２０の状態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、所定の機関運転条件下で図２に示される改質器状態判定処理を実行する。

図２に示されるように、本実施形態において、改質器状態判定処理は、機関回転数が概ね一定で実質的に無負荷となる内燃機関１のアイドル運転中に実行され、ＥＣＵ５０は、改質器状態判定処理を実行すべきタイミングになると、内燃機関１がアイドル運転されているか否かを判定する（Ｓ１０）。そして、ＥＣＵ５０は、改質器状態判定処理を実行すべきであって、かつ、内燃機関１がアイドル運転されている場合、各燃焼室３に供給される改質燃料および空気の混合気が所定の割合だけ（僅かに）リーン化されるように、スロットルバルブ１０、流量調整弁１１および燃料噴射弁１５の少なくとも何れか一つを制御する（Ｓ１２）。

更に、ＥＣＵ５０は、エアフローメータＡＦＭの測定値および燃料噴射弁１５からの燃料噴射量等に基づいて、各燃焼室３への混合気の空燃比を求め、求めた空燃比が予め定められている目標値に達しているか否か判定する（Ｓ１４）。この目標値は、内燃機関１のアイドル運転時における回転数のばらつきが著しくならない程度にリーンな値に定められる。ＥＣＵ５０は、Ｓ１４にて、各燃焼室３への混合気の空燃比が予め定められている目標値に達したと判断されるまで、Ｓ１２にて燃焼室３への混合気を徐々にリーン化させていく。そして、各燃焼室３への混合気の空燃比が予め定められている目標値に達したと判断した段階で（Ｓ１４）、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ１９からの信号に基づいて、内燃機関１の実際の回転数とアイドル運転時における目標回転数との偏差（回転数変動）を求める（Ｓ１６）。

ここで、機関回転数が概ね一定で実質的に無負荷となるアイドル運転時に各燃焼室３に供給される改質燃料および空気の混合気をリーン化させていくと、図３からわかるように、改質触媒が劣化しておらず、かつ、改質器２０が正常に作動していれば、内燃機関１の実際の回転数とアイドル運転時における目標回転数との偏差は過剰に増大化することはなく、なだらかに増大化する。これに対して、改質触媒の劣化が進行すると、各燃焼室３への混合気をリーン化させていくにつれて、図３において一点鎖線にて示されるように、内燃機関１の実回転数とアイドル運転時の目標回転数との偏差が大きくなっていく。そして、改質触媒の劣化が許容範囲を超えるか、または、改質器２０に何らかの異常が発生しているような場合、図３において二点鎖線にて示されるように、各燃焼室３への混合気をある程度リーン化させると、内燃機関１の実回転数とアイドル運転時の目標回転数との偏差が所定の閾値Ｎｒを上回るようになる。

このような点に鑑みて、本実施形態の車両Ｃでは、予め実験データ等に基づいて上述の閾値Ｎｒ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、Ｓ１６にて求めた回転数変動が、上記閾値Ｎｒを上回った場合に、改質触媒が劣化しているか、または、改質器２０に異常が発生していると判断し（Ｓ１８）、車両Ｃに設けられている所定の警告灯５２を点灯させる（Ｓ２０）。一方、Ｓ１８にて、回転数変動が閾値Ｎｒ以下であると判断した場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒が劣化しておらず、かつ、改質器２０に異常が発生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、本実施形態の車両Ｃでは、改質触媒の劣化等によって改質器２０にて生成される改質ガス中の改質ガス成分（例えばＣＯやＨ_２）の割合が低下し、それに応じて、内燃機関１の作動状態に変化が認められることに着目し、ＥＣＵ５０およびクランク角センサ１９（機関作動状態検出手段）によって検出された内燃機関１の回転数変動（作動状態）に基づいて改質器２０が正常に作動しているか否か判定される。この場合、内燃機関１の回転数変動（目標回転数との偏差）は、改質器２０の作動状態に関連する各種パラメータの中で、容易かつ精度よく取得可能なものである。従って、内燃機関１では、改質触媒の劣化や異常等を容易かつ精度よく把握することが可能となる。

なお、Ｓ１４の処理に関連して、エアフローメータＡＦＭの測定値および燃料噴射弁１５からの燃料噴射量等に基づいて各燃焼室３への混合気の空燃比を求める代わりに、排気管６ａに設けられた排気Ａ／Ｆセンサ（図示省略）によって検出される排気空燃比に基づいて、各燃焼室３への混合気の空燃比を求めてもよい。また、Ｓ２０では、警告灯５２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。

更に、上述の内燃機関１では、改質器２０により生成される改質ガス（改質燃料）と、燃料噴射弁１５ｘからの燃料（非改質燃料）とが同時に使用されることもあるが、このような場合には、改質ガスと非改質燃料との比（改質器２０に供給された燃料の量と、燃料噴射弁１５ｘから噴射された燃料の量との比）に応じて、改質器２０が正常に作動しているか否かを判定するための閾値Ｎｒが変化させられると好ましい。このためには、改質ガスと非改質燃料との比と、閾値Ｎｒとの関係を規定したマップ等をＥＣＵ５０の記憶装置に予め記憶させておくとよい。この場合、図２におけるＳ１８の判定処理の前までに改質ガスと非改質燃料との比が求められると共に、求められた比に対応する閾値Ｎｒが上記マップから読み出される。

図４は、本発明の第１実施形態における変形例に関連するものであり、内燃機関１のアイドル運転時に点火プラグ７による点火時期を変化させた場合の回転数変動の変化を示すグラフである。機関回転数が概ね一定で実質的に無負荷となるアイドル運転時に各燃焼室３における点火時期を遅角させていくと、改質触媒が劣化しておらず、かつ、改質器２０が正常に作動していれば、図４における実線からわかるように、回転数変動、すなわち、内燃機関１の実際の回転数とアイドル運転時における目標回転数との偏差は、点火時期を過剰に遅角させない限り所定範囲内に収まる。これに対して、改質触媒の劣化が進行すると、アイドル運転時に各燃焼室３における点火時期を遅角させていくにつれて、図４における一点鎖線からわかるように、回転数変動（実回転数と目標回転数との偏差）が大きくなる。そして、改質触媒の劣化が許容範囲を超えるか、または、改質器２０に何らかの異常が発生しているような場合、図４における二点鎖線からわかるように、アイドル運転時に各燃焼室３における点火時期をある程度遅角させると、回転数変動が所定の閾値Ｎｒ´を上回るようになる。

従って、図２に示される手順の代わり、図５に示される手順に従い、所定の機関運転条件下で点火時期を遅角させた場合の回転数変動に基づいて改質器２０の作動状態（触媒の劣化の度合い等）を判定することも可能である。図５の例では、改質器状態判定処理は、機関回転数が概ね一定で実質的に無負荷となる内燃機関１のアイドル運転中に実行され、ＥＣＵ５０は、改質器状態判定処理を実行すべきタイミングになると、内燃機関１がアイドル運転されているか否かを判定する（Ｓ３０）。更に、ＥＣＵ５０は、改質器状態判定処理を実行すべきであって、かつ、内燃機関１がアイドル運転されている場合、各燃焼室３における点火時期を所定角度だけ遅角させる（Ｓ３２）。

各燃焼室３について点火時期を遅角させ、各燃焼室３における点火が実行されると、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ１９からの信号に基づいて、内燃機関１の実際の回転数とアイドル運転時における目標回転数との偏差（回転数変動）を求める（Ｓ３４）。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ３４にて求めた偏差（回転数変動）が、上記閾値Ｎｒ´を上回った場合に、改質触媒が劣化しているか、または、改質器２０に異常が発生していると判断し（Ｓ３６）、車両Ｃに設けられている所定の警告灯５２を点灯させる（Ｓ３８）。なお、Ｓ３８では、警告灯５２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、Ｓ３６にて、回転数変動が閾値Ｎｒ´以下であると判断された場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒は劣化しておらず、かつ、改質器２０に異常が発生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、図５に示される手順に従い、所定の機関運転条件下で点火時期を遅角させた場合の回転数変動に基づいて改質器２０の作動状態（触媒の劣化の度合い）を判定すれば、各燃焼室３における失火を確実に防止しつつ、改質触媒の劣化や異常等を容易かつ精度よく把握することが可能となる。また、改質器２０により生成される改質ガス（改質燃料）と、燃料噴射弁１５ｘからの燃料（非改質燃料）とが同時に使用される場合には、改質ガスと非改質燃料との比に応じて、改質器２０が正常に作動しているか否かを判定するための閾値Ｎｒ´が変化させられると好ましい。更に、図２の改質器状態判定処理と、図５の改質器状態判定処理とを組み合わせ、内燃機関１のアイドル運転時等に、各燃焼室３への混合気の空燃比をリーン化し、かつ、各燃焼室３における点火時期を遅角させた場合の回転数変動に基づいて、改質器２０の状態判定処理が実行されてもよい。また、本実施形態は、改質ガスと非改質燃料との比に基づいて閾値Ｎｒが変化させられるものとして説明されたが、これに限られるものではない。すなわち、閾値Ｎｒを固定とし、Ｓ１２での目標空燃比や、Ｓ３２での目標点火時期を改質ガスと非改質燃料との比に基づいて変化させてもよい。

〔第２実施形態〕
以下、図６および図７を参照しながら、参考例としての第２実施形態について説明する。なお、上述の第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。

図６は、内燃機関１の機関回転数と負荷とをそれぞれ所定値に維持した状態で点火プラグ７による点火時期を変化させた場合のトルクの変化を示すグラフである。同図からわかるように、改質器２０が正常に作動している場合、各燃焼室３における混合気の燃焼速度が高く保たれ、ノッキングが発生しない範囲で大きなトルクが得られる最適な点火タイミング（ＭＢＴ、最適な燃焼開始時期）は遅角側にある。

これに対して、改質触媒の劣化が進行すると、改質器２０における改質ガスの生成量が減少して各燃焼室３における混合気の燃焼速度が低下するので、機関回転数と負荷（吸入空気量）とがそれぞれ所定値に維持された状態では、改質触媒の劣化が進行していくにつれて、図６において一点鎖線で示されるように、ＭＢＴは進角側に移っていく。そして、改質触媒の劣化が許容範囲を超えるか、または、改質器２０に何らかの異常が発生したような場合には、図６において二点鎖線で示されるように、ＭＢＴは所定の閾値（角度）θｒを超えるようになる。

従って、改質器２０の作動状態（触媒の劣化の度合い等）は、機関回転数と負荷（吸入空気量）とが所定値に維持されている状態での混合気の燃焼速度、すなわち、内燃機関１のＭＢＴに基づいて判定されてもよい。この場合、図７に示されるように、ＥＣＵ５０は、改質器状態判定処理を実行すべきタイミングになると、内燃機関１の回転数および吸入空気量（負荷）をそれぞれ予め定められた一定の値に設定する（Ｓ４０）。更に、ＥＣＵ５０は、各燃焼室３における点火時期を所定角度だけ進角させ（Ｓ４２）、クランク角センサ１９からの信号（機関回転数）と、機関回転数と内燃機関１が発生するトルクとの関係を規定する所定のマップとからその段階における内燃機関１の発生トルクを求める（Ｓ４４）。

内燃機関１の発生トルクを求めると、ＥＣＵ５０は、Ｓ４４で求めた内燃機関１の発生トルクの変動等に基づいて、Ｓ４２にて定められた点火時期がＭＢＴであるか否かを判定する（Ｓ４６）。本実施形態では、内燃機関１の発生トルクが所定時間の間、概ね一定になった場合に、Ｓ４２にて定められた点火時期がＭＢＴであると判断され、Ｓ４６でこのように判断されるまで、ＥＣＵ５０は、Ｓ４２にて各燃焼室３における点火時期を進角させる。そして、ＥＣＵ５０は、Ｓ４２にて定められた点火時期がＭＢＴであると判断した場合（Ｓ４６）、更に、ＭＢＴすなわちＳ４２にて定められた点火時期が所定の閾値（角度）θｒを上回っているか否かを判定する（Ｓ４８）。

ここで、上述のように、改質触媒の劣化が進行していくにつれて、ＭＢＴは進角側に移っていき、改質触媒の劣化が許容範囲を超えるか、または、改質器２０に何らかの異常が発生したような場合には、ＭＢＴは、所定の閾値（角度）θｒを超えるようになる。従って、ＥＣＵ５０は、ＭＢＴすなわちＳ４２にて定められた点火時期が所定の閾値θｒを上回った場合に、改質触媒が劣化しているか、または、改質器２０に異常が発生していると判断し（Ｓ４８）、車両Ｃに設けられている所定の警告灯５２を点灯させる（Ｓ５０）。一方、Ｓ４８にてＭＢＴが所定の閾値θｒを上回っていないと判断した場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒が劣化しておらず、かつ、改質器２０に異常が発生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、図７に示される手順に従い、内燃機関１のＭＢＴに基づいて改質器２０の作動状態（触媒の劣化の度合い）を判定しても、改質触媒の劣化や異常等を容易かつ精度よく把握することが可能となる。そして、内燃機関１のＭＢＴに基づいて改質器２０の状態を判定すれば、内燃機関１の負荷の状態に拘わらず、内燃機関１が負荷域にある場合であっても（アイドル運転時以外であっても）、改質触媒の劣化や異常等を容易かつ精度よく把握することが可能となる。また、この場合も、改質器２０により生成される改質ガス（改質燃料）と、燃料噴射弁１５ｘからの燃料（非改質燃料）とが同時に使用される場合には、改質ガスと非改質燃料との比に応じて、改質器２０が正常に作動しているか否かを判定するための閾値θｒが変化させられると好ましい。

一方、筒内圧センサ１７を備えた図１の内燃機関１では、筒内圧センサ１７によって検出された筒内圧力から把握される各燃焼室３における混合気の燃焼速度に基づいて、改質器２０の作動状態（触媒の劣化の度合い等）が判定されてもよい。すなわち、各燃焼室３における混合気の燃焼速度は、筒内圧センサ１７によって検出される筒内圧力に基づいて求められる燃焼割合から正確に把握可能であるので、各燃焼室３における燃焼割合に基づいて改質器２０の作動状態を判定することができる。

この場合、ＥＣＵ５０は、図８に示されるように、改質器状態判定処理を実行すべきタイミングになると、内燃機関１の回転数および吸入空気量（負荷）をそれぞれ予め定められた一定の値に設定する（Ｓ６０）。ここで、図８の改質器状態判定処理は、内燃機関１のアイドル運転中に実行され得るものであり、この際、ＥＣＵ５０は、内燃機関１の回転数および吸入空気量をアイドル運転に際して要求される値に設定する。

Ｓ６０にて、内燃機関１の回転数および吸入空気量（負荷）をそれぞれ予め定められた一定の値に設定した後、ＥＣＵ５０は、所定の計算式等を用いて、各燃焼室３内において燃焼が開始される時点（点火時）よりも十分に前の所定の基準時になると、各燃焼室３における燃焼割合の算出を開始し（Ｓ６２）、算出した燃焼割合が概ね１００％になっていると判断されるまで（Ｓ６４）、Ｓ６２の処理を継続する。

ここで、改質触媒が劣化しておらず、かつ、改質器２０が正常に作動していれば、燃焼室３における混合気の燃焼速度が高く保たれ、燃焼割合は、図９において実線で示されるように、燃焼室３における燃焼開始後速やかに概ね１００％となる。これに対して、改質器２０の改質触媒の劣化が進行すると、改質器２０における改質ガスの生成量が減少して燃焼室３における混合気の燃焼速度が低下するので、図９において一点鎖線で示されるように、燃焼割合が概ね１００％になるときのクランク角が大きくなる。そして、改質触媒の劣化が許容範囲を超えるか、または、改質器２０に何らかの異常が発生したような場合には、図９において二点鎖線で示されるように、燃焼割合が概ね１００％になるときのクランク角が所定の閾値（角度）θｘを超えるようになる。

従って、ＥＣＵ５０は、Ｓ６２にて算出された燃焼割合が概ね１００％になったと判断されると（Ｓ６４）、燃焼室３ごとに、燃焼割合が概ね１００％になったときのクランク角を求め（Ｓ６６）、すべての燃焼室３について、燃焼割合が概ね１００％になったときのクランク角の平均値θ１を求める。そして、ＥＣＵ５０は、求めたクランク角（の平均値）θ１と閾値θｘとを比較し（Ｓ６８）、クランク角θ１が所定の閾値θｘを上回った場合に、改質触媒が劣化しているか、または、改質器２０に異常が発生していると判断して、車両Ｃに設けられている所定の警告灯５２を点灯させる（Ｓ７０）。一方、Ｓ６８にてクランク角θ１が所定の閾値θｘを上回っていないと判断した場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒が劣化しておらず、かつ、改質器２０に異常が発生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、図８に示される手順に従い、内燃機関１における筒内圧力（燃焼割合）に基づいて改質器２０の作動状態（触媒の劣化の度合い）を判定すれば、改質触媒の劣化や異常等を容易かつ精度よく把握することが可能となる。特に、内燃機関１における燃焼割合に基づいて改質器２０の状態を判定すれば、内燃機関１の負荷の状態に拘わらず、内燃機関１が負荷域にある場合であっても（アイドル運転時以外であっても）、改質触媒の劣化や異常等を容易かつ精度よく把握することが可能となる。また、この場合も、改質器２０により生成される改質ガス（改質燃料）と、燃料噴射弁１５ｘからの燃料（非改質燃料）とが同時に使用される場合には、改質ガスと非改質燃料との比に応じて、改質器２０が正常に作動しているか否かを判定するための閾値θｘが変化させられると好ましい。なお、燃焼割合が概ね１００％に達した時点におけるクランク角を用いる代わりに、燃焼割合が例えば１０％に達した時点から９０％に達した時点までのクランク角の変化量に基づいて、改質器２０の状態を判定してもよい。すなわち、改質触媒が劣化した場合、燃焼速度が緩慢となるので、このようなクランク角の変化量を用いても改質器２０の状態を判定することができる。

更に、排気温度センサ１８を備えた図１の内燃機関１では、排気温度センサ１８によって検出された排気温度から把握される各燃焼室３における混合気の燃焼速度に基づいて、改質器２０の作動状態（触媒の劣化の度合い等）が判定されてもよい。すなわち、各燃焼室３における混合気の燃焼速度は、排気温度センサ１８によって検出される排気温度とも相関を有しており、排気温度センサ１８の検出値から把握可能であるので、排気温度センサ１８によって検出される排気温度に基づいて改質器２０の作動状態を判定することができる。

この場合、図１０に示されるように、ＥＣＵ５０は、改質器状態判定処理を実行すべきタイミングになると、内燃機関１の回転数および吸入空気量（負荷）をそれぞれ予め定められた一定の値に設定する（Ｓ８０）。図１０の改質器状態判定処理も、内燃機関１のアイドル運転中に実行され得るものであり、この際、ＥＣＵ５０は、内燃機関１の回転数および吸入空気量をアイドル運転に際して要求される値に設定する。Ｓ８０にて内燃機関１の回転数および吸入空気量（負荷）をそれぞれ予め定められた一定の値に設定した後、ＥＣＵ５０は、所定のタイミングになると、排気温度センサ１８からの信号に基づいて、各燃焼室３からの排気ガスの温度を検出する（Ｓ８２）。

ここで、改質触媒が劣化しておらず、かつ、改質器２０が正常に作動していれば、燃焼室３における混合気の燃焼速度が高く保たれるので、排気ガスの温度は比較的低く維持される。これに対して、改質器２０の改質触媒の劣化が進行すると、改質器２０における改質ガスの生成量が減少して燃焼室３における混合気の燃焼速度が低下するので、排気ガスの温度が高まる。そして、改質触媒の劣化が許容範囲を超えるか、または、改質器２０に何らかの異常が発生したような場合には、排気ガスの温度は所定の閾値を超えるようになる。

従って、ＥＣＵ５０は、Ｓ８２にて排気ガスの温度を求めると、求めた排気温度と上記閾値とを比較し（Ｓ８４）、排気温度が所定の閾値を上回った場合に、改質触媒が劣化しているか、または、改質器２０に異常が発生していると判断して、車両Ｃに設けられている所定の警告灯５２を点灯させる（Ｓ８６）。一方、Ｓ８４にて排気温度が所定の閾値を上回っていないと判断した場合、ＥＣＵ５０は、改質触媒が劣化しておらず、かつ、改質器２０に異常が発生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、図１０に示される手順に従い、内燃機関１の排気温度に基づいて改質器２０の作動状態（触媒の劣化の度合い）を判定しても、改質触媒の劣化や異常等を容易かつ精度よく把握することが可能となる。そして、内燃機関１における排気温度に基づいて改質器２０の状態を判定すれば、内燃機関１の負荷の状態に拘わらず、内燃機関１が負荷域にある場合であっても（アイドル運転時以外であっても）、改質触媒の劣化や異常等を容易かつ精度よく把握することが可能となる。また、この場合も、改質器２０により生成される改質ガス（改質燃料）と、燃料噴射弁１５ｘからの燃料（非改質燃料）とが同時に使用される場合には、改質ガスと非改質燃料との比に応じて、改質器２０が正常に作動しているか否かを判定するための閾値が変化させられると好ましい。

本発明の第１実施形態に係る改質触媒劣化判定装置が適用された内燃機関を備えた車両を示す概略構成図である。図１の内燃機関における改質器状態判定処理を説明するためのフローチャートである。図１の内燃機関における燃焼室への混合気の空燃比と回転数変動との相関を示すグラフである。本発明の第１実施形態における変形例に関連するものであって、内燃機関のアイドル運転時に点火時期を変化させた場合の回転数変動の変化を示すグラフである。本発明の第１実施形態の変形例における改質器状態判定処理を説明するためのフローチャートである。参考例としての第２実施形態に関連するものであって、内燃機関の機関回転数と負荷とをそれぞれ所定値に維持した状態で点火時期を変化させた場合のトルクの変化を示すグラフである。第２実施形態における改質器状態判定処理を説明するためのフローチャートである。第２実施形態の変形例における改質器状態判定処理を説明するためのフローチャートである。第２実施形態を説明するためのものであって、改質触媒の劣化等による燃焼割合の変化を説明するためのグラフである。第２実施形態の変形例における改質器状態判定処理を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１内燃機関
３燃焼室
４ピストン
７点火プラグ
１０スロットルバルブ
１１流量調整弁
１５，１５ｘ燃料噴射弁
１７筒内圧センサ
１８排気温度センサ
１９クランク角センサ
２０改質器
２１本体
２２空燃混合部
２３改質反応部
５１アクセル位置センサ
５２警告灯
ＡＦＭエアフローメータ
Ｃ車両

Claims

燃料と空気との混合気を改質して内燃機関に供給するための改質燃料を生成する改質器の状態判定装置であって、
前記内燃機関の作動状態を検出する機関作動状態検出手段と、
前記機関作動状態検出手段によって検出された前記内燃機関の作動状態に基づいて前記改質器が正常に作動しているか否かを判定する判定手段とを備え、
前記作動状態は、前記内燃機関の回転数変動であり、
前記判定手段は、前記内燃機関のアイドル運転時に、前記内燃機関における混合気をリーン化した場合及び点火時期を遅角させた場合の少なくとも一方の場合の前記回転数変動に基づいて、前記改質器が正常に作動しているか否かを判定することを特徴とする改質器の状態判定装置。
前記内燃機関に対して改質燃料と共に非改質燃料が供給される場合、改質燃料と非改質燃料との比に応じて、前記改質器が正常に作動しているか否かを判定するための基準が変化させられることを特徴とする請求項１記載の改質器の状態判定装置。
燃料と空気との混合気を改質して内燃機関に供給するための改質燃料を生成する改質器の状態判定方法であって、
前記内燃機関のアイドル運転時に、前記内燃機関における混合気をリーン化した場合及び点火時期を遅角させた場合の少なくとも一方の場合の前記内燃機関の回転数変動を検出し、検出した前記回転数変動に基づいて前記改質器が正常に作動しているか否かを判定することを特徴とする改質器の状態判定方法。