燃料分析装置及び燃料分析方法
【課題】燃料の分析を行い得る装置を提供する。
【解決手段】燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒（３）と、この改質触媒（３）に燃料を供給する燃料供給装置（４）と、前記燃料供給装置（４）からの燃料を前記改質触媒（３）に供給している場合に、改質触媒（３）の温度低下に基づいて燃料の性状を推定する燃料性状推定手段（１１）とを備える。
【解決手段】燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒（３）と、この改質触媒（３）に燃料を供給する燃料供給装置（４）と、前記燃料供給装置（４）からの燃料を前記改質触媒（３）に供給している場合に、改質触媒（３）の温度低下に基づいて燃料の性状を推定する燃料性状推定手段（１１）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料分析装置及び燃料分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油製品一成分試験方法によれば、蛍光指示薬を浸み込ませたカラムを用い、燃料成分を知る方法や、ガスクロマトグラフを用いる方法が知られている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】日本工業規格（ＪＩＳ）のＫ２５３６ 石油製品−成分試験方法
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジン（内燃機関）に使用される燃料の性状を知る指標として、ガソリンエンジンではオクタン価が、ディーゼルエンジンではセタン価が用いられている。これらの指標を検出するに際しては化学組成について考慮されておらず、燃焼行程を含めて考えるうえで、燃料の分析が行えることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、上記非特許文献１の技術では、燃料の分析に長い時間を要するために、即時性が求められる車載用の燃料分析装置としては適切でない。
【０００６】
そこで本発明は、車載しても燃料の分析を行い得る装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００８】
本発明は、燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒（３）と、この改質触媒（３）に燃料を供給する燃料供給装置（４）とを備え、前記燃料供給装置（４）からの燃料を前記改質触媒（３）に供給している場合に、改質触媒（３）の温度低下に基づいて燃料の性状を推定するように構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒と、この改質触媒に燃料を供給する燃料供給装置とを備え、前記燃料供給装置からの燃料を前記改質触媒に供給している場合に、改質触媒の温度低下に基づいて燃料の性状を推定するので、燃料の分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態の燃料分析装置の概略構成図である。
【図２】水素の生成と触媒温度変化を示すタイミングチャートである。
【図３】高沸点燃料の具体例を示す表図である。
【図４】同一燃料での触媒温度に依存した水素生成期間の特性図である。
【図５】高沸点燃料の含有割合が最大の燃料と高沸点燃料の含有割合が最小の燃料に対する水素生成期間の特性図である。
【図６】水素生成期間と高沸点燃料の含有割合との関係を表す特性図である。
【図７】第２実施形態の燃料分析装置の概略構成図である。
【図８】第３実施形態の燃料分析装置の概略構成図である。
【図９】第４実施形態の燃料分析装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明の一実施形態の燃料分析装置１の概略構成図である。図１において筒状の管２に円柱状の改質触媒３が隙間無く介装されている。
【００１２】
上記改質触媒３の上流には、燃料噴射弁４（燃料供給装置）を配置し、この燃料噴射弁４には燃料タンク５内の燃料を燃料供給ポンプ６により圧送する。ここで、燃料としては自動車用燃料（ガソリンや軽油）を考えている。
【００１３】
燃料噴射弁４から改質触媒３に向けて燃料を噴射したとき、燃料噴射弁４から噴射された燃料噴霧が、周囲に空気を流さなくてもその噴霧の貫徹力だけで改質触媒３に到達するように、燃料噴射弁４の位置と燃料噴射弁４に供給する燃料圧力とを定める。燃料噴射弁４より噴射された燃料の霧化を促進させるため、燃料噴射弁４の上流側より改質触媒３に向けて空気を流すようにしてもかまわない。
【００１４】
上記改質触媒３の周囲には改質触媒３を活性温度（例えば２００〜４００℃）へと上昇させるため、円筒状のヒータ８を改質触媒を被覆するように設けておく。このヒータ８により活性状態にある改質触媒３では、
ＨＣ（パラフィン）→＋Ｈ2＋ＨＣ（オレフィン） …（１）
などの化学反応式に代表される脱水素反応を行って水素を生成することができる。
【００１５】
本発明において、改質触媒とは、燃料成分の中の少なくとも一部から脱水素過程（脱水素反応）を経て水素を生成しうる能力を持つ触媒のことである。改質触媒としては、市販の有無を問わず、公知の触媒および同様の機能を有する触媒を用いることができる。以下に改質触媒の実施例を示すが、この実施例にとらわれるものでは無い。
【００１６】
触媒は、触媒活性粉末が支持担体に塗布された形態をなし、触媒活性粉末は、酸化物粉末上に金属が高分散に担持されてなるものを言う。ここで金属とは例えば、ロジウム、白金、パラジウムなどの貴金属であり、そのほかに、鉄、コバルト、マンガン、ニッケルなどの非貴金属（卑金属）を用いることができる。酸化物粉末には、シリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア、チタニアなどや、それらを少なくとも一部に含む複合酸化物を用いることができる。支持担体としては、ハニカム形状や球状、リング状のコージェライト、シリコンカーバイド、ステンレス材質などからなる支持担体を挙げることができる。
【００１７】
次に、触媒の実施例の詳細を示す。水中に分散させたアルミナ『酸化物粉体』中に『金属』前駆体としてジニトロジアミン白金塩を加え、６０分攪拌した。その後、１５０度で１昼夜乾燥させ、粉砕の後に４００度で１時間の焼成を行なった。以上の方法で『触媒活性粉末』を調製した。このように調整した『触媒活性粉末』をべ一マイト、水と攪拌し、スラリー状になったものを、コージェライトでできたハニカム担体（支持担体）に塗布、乾燥、焼成の後に『触媒』を得た。
【００１８】
図２（Ａ）は活性状態にある改質触媒３に対してｔ０のタイミングより燃料噴射を行ったときに、水素生成量と改質触媒３の触媒温度［℃］とがどのように変化するのかを示したものである。触媒温度としては改質触媒３により脱水素反応が行われる部位の温度を採用する。具体的には図１に示したように改質触媒３のうち中央より下流側（図で右側）に設けた温度センサ１０により触媒温度を検出すればよい。
【００１９】
図２（Ａ）に示したように、燃料噴射開始前の触媒温度を所定温度Ｔ０［℃］（＝反応初期温度）とすると、触媒温度は燃料噴射を開始するｔ０のタイミングで所定温度Ｔ０より一気に所定温度Ｔａ［℃］へと低下した後、その所定温度Ｔａに暫く維持され、このとき改質触媒３より水素が生成されている。ｔ０のタイミングより水素が生成されるとき、触媒温度が燃料噴射開始前の温度である所定温度Ｔ０より低下するのは、上記（１）式が脱水素反応（吸熱反応）であるからである。しかしながら、所定の期間（時間）が経過したｔ１のタイミングで、触媒温度は所定温度Ｔａを離れて所定温度Ｔｂ［℃］へと上昇し所定温度Ｔｂを維持する。触媒温度が所定温度Ｔｂへと上昇してからは改質触媒３より水素は生成されていない。
【００２０】
このように、触媒温度は脱水素反応（吸熱反応）により低下するのに、水素の生成が長くは続かない結果に終わっている。図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示した触媒温度の変化と同じもので、所定温度Ｔｂから所定温度Ｔａを差し引いた値は改質触媒３の吸熱度合ΔＴ［℃］（＝Ｔｂ−Ｔａ）を表している。また、ｔ０のタイミングからｔ１のタイミングまでの期間が水素生成期間Δｔ［ｍｉｎ］（＝ｔ１−ｔ０）を表す。
【００２１】
水素の生成が長く続かない原因を本発明者が解析したのが図２（Ａ）の下段に示したモデル図である。上記の自動車用燃料（ガソリンや軽油）は、脂肪族、ナフテン族、芳香族からなる様々な燃料種の混合物であるが、ここでは、相対的に低沸点の燃料種からなる燃料（この燃料を以下単に、「低沸点燃料」という。）と、相対的に高沸点の燃料種からなる燃料（この燃料を以下単に、「高沸点燃料」という。）とに大きく分けて考える。
【００２２】
まず、図２（Ａ）下段の左側に示したように、燃料噴射を開始した当初は、低沸点燃料（丸形状で示している）と、高沸点燃料（楕円形状で示している）とが均等に触媒表面と接触し、触媒によりいずれの燃料との間でも脱水素反応（吸熱反応）が行われる。詳細にはパラフィンの重縮合による脱水素反応やナフテン（シクロアルカン）の脱水素反応がおきていると考えられる。
【００２３】
さて、低沸点燃料は気化（蒸発）して触媒表面から脱離するのに対して、高沸点燃料は気化できないため、触媒表面に吸着したままとなる。こうした低沸点燃料と高沸点燃料の挙動の相違により、気化して低沸点燃料がいなくなった触媒表面にも高沸点燃料が付着してゆく。つまり、触媒表面を覆う高沸点燃料の割合が増加してゆくと、やがて図２（Ａ）下段の右側に示したように、低沸点燃料が付着する触媒表面が無くなり、このタイミングで改質触媒による水素生成がやむと考えられる。言い換えると、燃料噴霧の触媒表面への燃料の付着と、触媒表面からの燃料の気化とが連続的に繰り返されるのであれば、水素生成が良好に行われるところ、触媒に付着している燃料が気化できなくなったタイミングで水素が生成されなくなると考えられるのである。従って、ここでいう「低沸点燃料」とは、上記（１）式の脱水素反応（吸熱反応）が行われているときの触媒温度（またはこの温度以下）で気化し得る燃料のことであり、これに対して「高沸点燃料」とは上記（１）式の脱水素反応（吸熱反応）が行われているときの触媒温度（またはこの温度以下）で気化し得ない燃料のこととなる。図３には高沸点燃料の具体例を示す。これらの具体例は全て芳香族である。
【００２４】
こうした燃料挙動の解析の結果、図２（Ｂ）に示した水素生成期間Δｔは、燃料のうちの高沸点燃料の含有割合に依存し、高沸点燃料の含有割合が多いほど水素生成期間Δｔが短くなると考えられる。これは、環境温度（反応初期温度）と燃料噴射量と触媒温度とが同一の条件の場合、高沸点燃料の含有割合が多いほど触媒表面が全て高沸点燃料で覆われてしまうタイミング（ｔ１）が早くなると考えられるためである。すなわち、水素生成期間Δｔを検出すれば、その水素生成期間Δｔより高沸点燃料の含有割合を推定できることとなる。なお、図２（Ｂ）に示した吸熱度合ΔＴは燃料の気化潜熱と吸熱反応熱とに依存している。
【００２５】
本発明の燃料性状の分析のためには、分析中に高沸点燃料と低沸点燃料とが共に存在することが前提である。このため、燃料性状分析に最適な触媒温度の範囲が存在する。これは、改質触媒３の触媒温度が４００℃を超える温度域になると、触媒表面に付着する全ての燃料が気化してしまうため触媒温度は所定温度Ｔａを維持するだけで所定温度Ｔｂへと変化しない（つまりｔ１のタイミングが現れない）し、その一方で、触媒温度が２００℃未満の温度域にある場合には全ての燃料が触媒表面に付着したまま気化することはないため、高沸点燃料の含有割合に関係なくｔ０の直後にｔ１が現れるためである。
【００２６】
このため、環境温度（反応初期温度）と燃料噴射量とが同一の条件の場合、高沸点燃料の含有割合が同一の燃料でも、図４に示したように２００℃〜４００℃の温度範囲で触媒温度に依存した水素生成期間Δｔの特性が得られる。図４において触媒温度が高くなるほど水素生成期間Δｔが短くなるのは、早く触媒から離れていく低沸点燃料の割合が増えるためである。また、環境温度（反応初期温度）と燃料噴射量と触媒温度とが同じ条件でも高沸点燃料の含有割合が大きくなれば水素生成期間Δｔは短くなる側（図では下方）にシフトする。
【００２７】
次に、燃料性状の分析方法を説明する。高沸点燃料の含有割合を、
高沸点燃料の含有割合＝高沸点燃料の量／（高沸点燃料の量＋低沸点燃料の量）
…（２）
の式で定義し、高沸点燃料の含有割合が最大の燃料を基準燃料１、高沸点燃料の含有割合が最小の燃料を基準燃料２とすると、基準燃料１についての高沸点燃料の含有割合は最大含有割合Ｒｍａｘ、基準燃料２についての高沸点燃料の含有割合は最小含有割合Ｒｍｉｎとなる。これら２種の燃料に対して環境温度（反応初期温度）と燃料噴射量とが同一の条件で適合により図５に示したように触媒温度に依存する水素生成期間の各特性が得られたとする。図５において実線が基準燃料１の特性、一点鎖線が基準燃料２の特性である。いま、燃料性状の分析に最適な触媒温度範囲の内の最低温度（２００℃）から最高温度（４００℃）までの間で設定触媒温度Ｔｃａｔ０［℃］を適当（任意）に定めると、この設定触媒温度Ｔｃａｔ０から図５を参照して基準燃料１に対する水素生成期間Δｔ１［ｍｉｎ］と、基準燃料２に対する水素生成期間Δｔ２［ｍｉｎ］とが定まる。横軸に高沸点燃料の含有割合を、縦軸に水素生成期間を採った図６に、基準燃料１に対する水素生成期間Δｔ１と最大含有割合Ｒｍａｘとで定まる点と、基準燃料２に対する水素生成期間Δｔ２と最小含有割合Ｒｍｉｎとで定まる点とをそれぞれプロットし、それら２つの点を結ぶ。これによって、設定触媒温度Ｔｃａｔ０における水素生成期間［ｍｉｎ］と、高沸点燃料の含有割合との関係を表す特性が得られる。これで準備が整った。
【００２８】
後は、図１に戻り、分析装置１にコントローラ１１を設け、コントローラ１１により燃料ポンプ６、燃料噴射弁４及びヒータ８を駆動可能に構成すると共に、温度センサ１０により検出される触媒温度をコントローラ１１に入力させる。上記図６の水素生成期間と、高沸点の燃料種の含有割合との関係を表す特性はコントローラ１１内のＲＯＭに記憶させておく。そして、燃料タンク５に高沸点燃料の含有割合が不明である未知の燃料を入れた後に、コントローラ１１を作動させ、ヒータ８を駆動し、触媒温度を上記の設定触媒温度Ｔｃａｔ０まで高める。ポンプ６を作動させて燃料噴射弁４に燃料タンク５内の燃料を圧送する。温度センサ１０により検出される触媒温度が上記の設定触媒温度Ｔｃａｔ０となったら、燃料噴射弁４を開いて燃料噴射を行わせる。これによって、改質触媒３では上記（１）式の脱水素反応（吸熱反応）を行うので、このときの触媒温度の温度変化（低下）を温度センサ１０によりモニターする。この触媒温度モニターにより、高沸点燃料の含有割合が不明である未知の燃料に対する水素生成期間として、例えば所定期間Δｔｘ［ｍｉｎ］が得られたとする。コントローラ１１では、この得られた所定期間Δｔｘから図６の特性を参照して所定期間Δｔｘに対応する高沸点燃料の含有割合Ｒｘを求めると、この高沸点燃料の含有割合Ｒｘは、高沸点燃料の含有割合が不明であった未知の燃料に対する高沸点燃料の含有割合を表す。これで高沸点燃料の含有割合が不明であった未知の燃料に対する高沸点燃料の含有割合を分析できたので、コントローラ１１では、その分析した数値を表示装置１２に表示させる。このようにして、本発明の燃料分析装置１によれば、高沸点燃料の含有割合が不明である未知の燃料に対してその燃料の高沸点燃料の含有割合を簡易にかつ短時間で推定することが可能となった。
【００２９】
さらに、改質触媒３が活性状態にあれば、改質触媒３に酸素を供給することで、改質触媒３に付着している燃料を燃焼除去することができる。このため、図１において、改質触媒３上流の管２内に空気供給管１５を突出して設け、燃料性状の分析を終了したあとに、エアポンプ１６により圧送した空気（酸素）をこの空気供給管１５を介して改質触媒３に流し、改質触媒３を再生する。なお、空気供給管１５は、燃料噴射弁４からの燃料噴霧の邪魔にならない位置に設けておく。
【００３０】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００３１】
本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒３と、この改質触媒３に燃料を供給する燃料噴射弁４（燃料供給装置）とを備え、燃料噴射弁４からの燃料を改質触媒３に供給している場合に、改質触媒３の温度低下に基づいて燃料の性状を推定するので、燃料の分析を行うことができる。
【００３２】
また、本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、改質触媒３を中心としたもの、言い換えると、燃料の化学組成について考慮したものであるので、装置全体をコンパクトにすることができる。
【００３３】
本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、燃料噴射弁４の燃料は、改質触媒３と接触するに当たり、燃料の少なくとも一部が液体およびまたは液滴であるので、改質触媒３の温度低下は改質触媒３と接触した燃料の蒸発潜熱による温度低下と、脱水素反応に由来する吸熱（温度低下）との合計となり、蒸発潜熱による温度低下と脱水素反応由来の吸熱とを判別しやすくなる。
【００３４】
本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、燃料供給装置は燃料噴射弁４であり、この燃料噴射弁４を用いて改質触媒３に直接燃料を噴射するので、改質触媒３と接触するに当たり、燃料の少なくとも一部を液体およびまたは液滴とすることができる。
【００３５】
本実施形態（請求項４記載の発明）によれば、燃料は高沸点燃料（沸点が相対的に高い燃料種である第１燃料種の燃料）と、低沸点燃料（沸点が相対的に低い燃料種である第２燃料種の燃料）との２つの燃料の混合物であるとみなし、燃料の性状を推定することは、高沸点燃料の含有割合を推定することであるので、高沸点燃料の含有割合を簡易に推定できる。
【００３６】
本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、改質触媒３の温度低下は脱水素反応の吸熱による温度低下であり、改質触媒３への燃料噴射の開始からのこの温度低下が続く期間、つまり水素生成期間Δｔが短いほど高沸点燃料（第１燃料種の燃料）の含有割合が大きいと推定するので、高沸点燃料の含有割合に関係なく、高沸点燃料の含有割合を簡易に推定できる。
【００３７】
本実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、高沸点燃料の含有割合を推定する際に、高沸点燃料と低沸点燃料がともに存在する温度に改質触媒３の温度を保持するので、高沸点燃料の含有割合を推定できない事態となることを避けることができる。
【００３８】
本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、燃料の性状の推定を終了した後に、空気を改質触媒３に導入し改質触媒３を再生させるので、何度でも、高沸点燃料の含有割合を推定できる。
【００３９】
上記のように、燃料分析装置１の全体がコンパクトになったので、車両への搭載が可能である。図７、図８、図９は第２、第３、第４の実施形態の概略構成図で、図１に示した燃料分析装置１を車両を駆動するエンジンに搭載し、エンジン内での燃焼に供される燃料（ガソリンや軽油）の性状を推定させるようにしたものである。図７、図８、図９において図１と同一部分には同一番号を付している。なお、図１に示す空気供給管１５とエアポンプ１６とは省略して示していない。
【００４０】
エンジン本体２１には、空気が吸気通路２２を介して図示しない燃焼室に供給される。燃料タンク２３からの燃料は燃料供給ポンプ２４により燃料噴射弁２５に圧送され、エンジンコントローラ３１からの信号を受けて燃料噴射弁２５が開くことで燃料がエンジン本体２１に供給される。これらの燃料と空気とは混合気を形成して図示しない燃焼室で燃焼され、燃焼後のガスは排気通路２６に設けている排気後処理装置２７によって浄化される。
【００４１】
エンジンとしては、ガソリンを使用燃料として火花点火により混合気に着火して燃焼させるガソリンエンジン、軽油を使用燃料として圧縮着火により混合気を燃焼させるディーゼルエンジンのいずれでもかまわない。
【００４２】
こうしたエンジンを有する車両に対して、燃焼に用いる燃料の性状の分析のため、本発明の燃料分析装置１を搭載するときには、燃焼に用いる燃料を貯蔵している燃料タンク２３内の燃料を燃料供給ポンプ６によって燃料噴射弁４に圧送し、燃料噴射弁４より燃料タンク２３内の燃料を改質触媒３に供給する。そして、改質触媒３によって改質された燃料（水素を含んだ燃料）は、第２実施形態では図７に示したように燃料供給通路４１を介して吸気通路２２に導入する。第２実施形態での排気後処理装置２７は、例えば三元触媒である。そして、第２実施形態では、エンジン始動時に１回、あるいは給油を判定したときに燃料分析を行わせる。
【００４３】
第３実施形態では、改質触媒３によって改質された燃料（水素を含んだ燃料）は、図８に示したように燃料供給通路４２を介して排気後処理装置２７上流の排気通路２６に導入する。第３実施形態での排気後処理装置２７は、例えば三元触媒やＮＯｘトラップ触媒である。ＮＯｘトラップ触媒は、排気中のＮＯｘをトラップするものであり、触媒にトラップされたＮＯｘ量が予め定めている上限値に到達すればＮＯｘトラップ触媒にＮＯｘ還元剤を供給して触媒にトラップされているＮＯｘを全て還元浄化（再生）してやる必要がある。このＮＯｘトラップ触媒の再生処理時に燃料分析装置１を働かせ、改質触媒３からの水素を含んだ燃料を還元剤としてＮＯｘトラップ触媒に供給することで、燃料の性状分析を行わせつつＮＯｘトラップ触媒の再生を行わせることができる。
【００４４】
第４実施形態では、図９に示したように改質触媒３によって改質された燃料（水素を含んだ燃料）を、燃料供給通路４１に設けた凝縮器４５に導く。凝縮器４５では、水素と低沸点成分の燃料分が気体として分離されるので、この気体状態の燃料は燃料供給通路４１を介して吸気通路２２に導入し、凝縮器４５での凝縮により液化した高沸点成分の燃料はリターン通路４６を介して燃料タンク２３に戻す。
【００４５】
一方、コントローラ１１とエンジンコントローラ３１との間では、図７〜図９に示したように双方向通信を行わせる。なお、燃料分析装置１を車両に搭載するときには、排気により改質触媒３を加熱することもできる。
【００４６】
第２、第３、第４の実施形態において、ガソリンエンジンを採用する場合には、推定した高沸点燃料の含有割合に応じて点火時期を補正する。すなわち、高沸点燃料の燃料含有割合が相対的に大きいと推定するとき、高沸点燃料の燃料含有割合が相対的に小さいと推定するときより点火時期を進角側に補正する。これは、高沸点の燃料種は低沸点の燃料種よりも概ねオクタン価が高いため、高沸点燃料の燃料含有割合が相対的に大きいとき、高沸点燃料の燃料含有割合が相対的に小さいときより点火時期を進めることができ、その進角分だけエンジン出力を高めることができるためである。
【００４７】
このように、第２、第３、第４の実施形態（請求項８に記載の発明）によれば、燃料タンク２３からの燃料と、吸気通路２２を介して導かれる吸入空気とから混合気を形成して燃焼し、燃焼後のガスを排気通路２６を介して排出するエンジンと、燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒３と、この改質触媒３に燃料タンク２３からの燃料を供給する燃料噴射弁４（燃料供給装置）とを備え、燃料噴射弁４からの燃料を改質触媒３に供給している場合に、改質触媒３の温度低下に基づいて燃料タンク２３からの燃料の性状を推定するので、エンジンに搭載された状態でエンジン内での燃焼に供される燃料の分析を行うことができる。
【００４８】
第２実施形態（請求項９に記載の発明）によれば、高沸点燃料の含有割合の推定中（燃料の性状の推定中）に改質触媒３から出てくる水素を含んだ燃料を吸気通路２２に導入するので、エンジン冷間始動直後でも水素は良好に燃焼することから、エンジンの暖機を早めることができる。
【００４９】
第３実施形態（請求項１０に記載の発明）によれば、排気通路２６に排気中の有害成分を処理する排気後処理装置２７を備え、高沸点燃料の含有割合の推定中（燃料の性状の推定中）に改質触媒３から出てくる水素を含んだ燃料を排気後処理装置２７上流の排気通路に導入する。このため、排気後処理装置２７が三元触媒である場合には、エンジンの冷間始動直後に高沸点燃料の含有割合（燃料の性状）を推定することで、推定中に改質触媒３から出てくる水素を含んだ燃料の燃焼で早期に三元触媒を活性化することができる。また、排気後処理装置２７がＮＯｘトラップ触媒である場合には、ＮＯｘトラップ触媒の再生処理時に高沸点燃料の含有割合（燃料の性状）を推定することで、推定中に改質触媒３から出てくる水素を含んだ燃料が還元剤としてＮＯｘトラップ触媒に供給され、これによってＮＯｘトラップ触媒を再生することができる。
【００５０】
第４の実施形態（請求項１１に記載の発明）によれば、高沸点燃料の含有割合の推定中（燃料の性状の推定中）に改質触媒３から出てくる水素を含んだ燃料を燃料タンク２３に戻すので、エンジンの空燃比に影響を及ぼすことを避けることができる。
【００５１】
高沸点の燃料種は低沸点の燃料種よりも概ねオクタン価が高いので、高沸点燃料の含有割合が相対的に大きくなった場合にも、高沸点燃料の含有割合が相対的に小さい場合の点火時期と同じにしたのでは、無用に点火時期を遅らせることとなり、エンジン出力が不足することになるが、第２、第３、第４の実施形態（請求項１２に記載の発明）によれば、燃料タンク２３からの燃料はガソリンであり、燃料噴射弁４（燃料供給装置）からの燃料は、改質触媒３と接触するに当たり、燃料の少なくとも一部が液体およびまたは液滴であり、燃料は高沸点燃料（第１燃料種の燃料）と、低沸点燃料（第２燃料種の燃料）との２つの燃料の混合物であるとみなし、燃料の性状を推定することは、高沸点燃料の含有割合を推定することであり、改質触媒３の温度低下は脱水素反応の吸熱による温度低下であり、改質触媒３への燃料噴射の開始からのこの温度低下が続く期間、つまり水素生成期間Δｔが短いほど高沸点燃料の含有割合が大きいと推定し、高沸点燃料の含有割合が大きいと推定するとき、点火時期を進角側に補正するので、エンジン内での燃焼に供される燃料に合わせたエンジン出力を発揮させることができる。
【００５２】
実施形態では、燃料の性状を推定することは、高沸点の燃料種の燃料の含有割合を推定することであったが、低沸点の燃料種の燃料含有割合を推定することとしてもかまわない。
【００５３】
実施形態では、
水素生成期間Δｔが短いほど高沸点燃料（第１燃料種の燃料）の含有割合が大きいと推定する場合であったが、水素生成期間Δｔが短いほど低沸点燃料（第２燃料種の燃料）の含有割合が小さいと推定することとしてもかまわない。
【符号の説明】
【００５４】
１ 燃料分析装置
３ 改質触媒
４ 燃料噴射弁（燃料供給装置）
１１ コントローラ
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料分析装置及び燃料分析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油製品一成分試験方法によれば、蛍光指示薬を浸み込ませたカラムを用い、燃料成分を知る方法や、ガスクロマトグラフを用いる方法が知られている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】日本工業規格（ＪＩＳ）のＫ２５３６ 石油製品−成分試験方法
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジン（内燃機関）に使用される燃料の性状を知る指標として、ガソリンエンジンではオクタン価が、ディーゼルエンジンではセタン価が用いられている。これらの指標を検出するに際しては化学組成について考慮されておらず、燃焼行程を含めて考えるうえで、燃料の分析が行えることが望ましい。
【０００５】
しかしながら、上記非特許文献１の技術では、燃料の分析に長い時間を要するために、即時性が求められる車載用の燃料分析装置としては適切でない。
【０００６】
そこで本発明は、車載しても燃料の分析を行い得る装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００８】
本発明は、燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒（３）と、この改質触媒（３）に燃料を供給する燃料供給装置（４）とを備え、前記燃料供給装置（４）からの燃料を前記改質触媒（３）に供給している場合に、改質触媒（３）の温度低下に基づいて燃料の性状を推定するように構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒と、この改質触媒に燃料を供給する燃料供給装置とを備え、前記燃料供給装置からの燃料を前記改質触媒に供給している場合に、改質触媒の温度低下に基づいて燃料の性状を推定するので、燃料の分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態の燃料分析装置の概略構成図である。
【図２】水素の生成と触媒温度変化を示すタイミングチャートである。
【図３】高沸点燃料の具体例を示す表図である。
【図４】同一燃料での触媒温度に依存した水素生成期間の特性図である。
【図５】高沸点燃料の含有割合が最大の燃料と高沸点燃料の含有割合が最小の燃料に対する水素生成期間の特性図である。
【図６】水素生成期間と高沸点燃料の含有割合との関係を表す特性図である。
【図７】第２実施形態の燃料分析装置の概略構成図である。
【図８】第３実施形態の燃料分析装置の概略構成図である。
【図９】第４実施形態の燃料分析装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明の一実施形態の燃料分析装置１の概略構成図である。図１において筒状の管２に円柱状の改質触媒３が隙間無く介装されている。
【００１２】
上記改質触媒３の上流には、燃料噴射弁４（燃料供給装置）を配置し、この燃料噴射弁４には燃料タンク５内の燃料を燃料供給ポンプ６により圧送する。ここで、燃料としては自動車用燃料（ガソリンや軽油）を考えている。
【００１３】
燃料噴射弁４から改質触媒３に向けて燃料を噴射したとき、燃料噴射弁４から噴射された燃料噴霧が、周囲に空気を流さなくてもその噴霧の貫徹力だけで改質触媒３に到達するように、燃料噴射弁４の位置と燃料噴射弁４に供給する燃料圧力とを定める。燃料噴射弁４より噴射された燃料の霧化を促進させるため、燃料噴射弁４の上流側より改質触媒３に向けて空気を流すようにしてもかまわない。
【００１４】
上記改質触媒３の周囲には改質触媒３を活性温度（例えば２００〜４００℃）へと上昇させるため、円筒状のヒータ８を改質触媒を被覆するように設けておく。このヒータ８により活性状態にある改質触媒３では、
ＨＣ（パラフィン）→＋Ｈ2＋ＨＣ（オレフィン） …（１）
などの化学反応式に代表される脱水素反応を行って水素を生成することができる。
【００１５】
本発明において、改質触媒とは、燃料成分の中の少なくとも一部から脱水素過程（脱水素反応）を経て水素を生成しうる能力を持つ触媒のことである。改質触媒としては、市販の有無を問わず、公知の触媒および同様の機能を有する触媒を用いることができる。以下に改質触媒の実施例を示すが、この実施例にとらわれるものでは無い。
【００１６】
触媒は、触媒活性粉末が支持担体に塗布された形態をなし、触媒活性粉末は、酸化物粉末上に金属が高分散に担持されてなるものを言う。ここで金属とは例えば、ロジウム、白金、パラジウムなどの貴金属であり、そのほかに、鉄、コバルト、マンガン、ニッケルなどの非貴金属（卑金属）を用いることができる。酸化物粉末には、シリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア、チタニアなどや、それらを少なくとも一部に含む複合酸化物を用いることができる。支持担体としては、ハニカム形状や球状、リング状のコージェライト、シリコンカーバイド、ステンレス材質などからなる支持担体を挙げることができる。
【００１７】
次に、触媒の実施例の詳細を示す。水中に分散させたアルミナ『酸化物粉体』中に『金属』前駆体としてジニトロジアミン白金塩を加え、６０分攪拌した。その後、１５０度で１昼夜乾燥させ、粉砕の後に４００度で１時間の焼成を行なった。以上の方法で『触媒活性粉末』を調製した。このように調整した『触媒活性粉末』をべ一マイト、水と攪拌し、スラリー状になったものを、コージェライトでできたハニカム担体（支持担体）に塗布、乾燥、焼成の後に『触媒』を得た。
【００１８】
図２（Ａ）は活性状態にある改質触媒３に対してｔ０のタイミングより燃料噴射を行ったときに、水素生成量と改質触媒３の触媒温度［℃］とがどのように変化するのかを示したものである。触媒温度としては改質触媒３により脱水素反応が行われる部位の温度を採用する。具体的には図１に示したように改質触媒３のうち中央より下流側（図で右側）に設けた温度センサ１０により触媒温度を検出すればよい。
【００１９】
図２（Ａ）に示したように、燃料噴射開始前の触媒温度を所定温度Ｔ０［℃］（＝反応初期温度）とすると、触媒温度は燃料噴射を開始するｔ０のタイミングで所定温度Ｔ０より一気に所定温度Ｔａ［℃］へと低下した後、その所定温度Ｔａに暫く維持され、このとき改質触媒３より水素が生成されている。ｔ０のタイミングより水素が生成されるとき、触媒温度が燃料噴射開始前の温度である所定温度Ｔ０より低下するのは、上記（１）式が脱水素反応（吸熱反応）であるからである。しかしながら、所定の期間（時間）が経過したｔ１のタイミングで、触媒温度は所定温度Ｔａを離れて所定温度Ｔｂ［℃］へと上昇し所定温度Ｔｂを維持する。触媒温度が所定温度Ｔｂへと上昇してからは改質触媒３より水素は生成されていない。
【００２０】
このように、触媒温度は脱水素反応（吸熱反応）により低下するのに、水素の生成が長くは続かない結果に終わっている。図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示した触媒温度の変化と同じもので、所定温度Ｔｂから所定温度Ｔａを差し引いた値は改質触媒３の吸熱度合ΔＴ［℃］（＝Ｔｂ−Ｔａ）を表している。また、ｔ０のタイミングからｔ１のタイミングまでの期間が水素生成期間Δｔ［ｍｉｎ］（＝ｔ１−ｔ０）を表す。
【００２１】
水素の生成が長く続かない原因を本発明者が解析したのが図２（Ａ）の下段に示したモデル図である。上記の自動車用燃料（ガソリンや軽油）は、脂肪族、ナフテン族、芳香族からなる様々な燃料種の混合物であるが、ここでは、相対的に低沸点の燃料種からなる燃料（この燃料を以下単に、「低沸点燃料」という。）と、相対的に高沸点の燃料種からなる燃料（この燃料を以下単に、「高沸点燃料」という。）とに大きく分けて考える。
【００２２】
まず、図２（Ａ）下段の左側に示したように、燃料噴射を開始した当初は、低沸点燃料（丸形状で示している）と、高沸点燃料（楕円形状で示している）とが均等に触媒表面と接触し、触媒によりいずれの燃料との間でも脱水素反応（吸熱反応）が行われる。詳細にはパラフィンの重縮合による脱水素反応やナフテン（シクロアルカン）の脱水素反応がおきていると考えられる。
【００２３】
さて、低沸点燃料は気化（蒸発）して触媒表面から脱離するのに対して、高沸点燃料は気化できないため、触媒表面に吸着したままとなる。こうした低沸点燃料と高沸点燃料の挙動の相違により、気化して低沸点燃料がいなくなった触媒表面にも高沸点燃料が付着してゆく。つまり、触媒表面を覆う高沸点燃料の割合が増加してゆくと、やがて図２（Ａ）下段の右側に示したように、低沸点燃料が付着する触媒表面が無くなり、このタイミングで改質触媒による水素生成がやむと考えられる。言い換えると、燃料噴霧の触媒表面への燃料の付着と、触媒表面からの燃料の気化とが連続的に繰り返されるのであれば、水素生成が良好に行われるところ、触媒に付着している燃料が気化できなくなったタイミングで水素が生成されなくなると考えられるのである。従って、ここでいう「低沸点燃料」とは、上記（１）式の脱水素反応（吸熱反応）が行われているときの触媒温度（またはこの温度以下）で気化し得る燃料のことであり、これに対して「高沸点燃料」とは上記（１）式の脱水素反応（吸熱反応）が行われているときの触媒温度（またはこの温度以下）で気化し得ない燃料のこととなる。図３には高沸点燃料の具体例を示す。これらの具体例は全て芳香族である。
【００２４】
こうした燃料挙動の解析の結果、図２（Ｂ）に示した水素生成期間Δｔは、燃料のうちの高沸点燃料の含有割合に依存し、高沸点燃料の含有割合が多いほど水素生成期間Δｔが短くなると考えられる。これは、環境温度（反応初期温度）と燃料噴射量と触媒温度とが同一の条件の場合、高沸点燃料の含有割合が多いほど触媒表面が全て高沸点燃料で覆われてしまうタイミング（ｔ１）が早くなると考えられるためである。すなわち、水素生成期間Δｔを検出すれば、その水素生成期間Δｔより高沸点燃料の含有割合を推定できることとなる。なお、図２（Ｂ）に示した吸熱度合ΔＴは燃料の気化潜熱と吸熱反応熱とに依存している。
【００２５】
本発明の燃料性状の分析のためには、分析中に高沸点燃料と低沸点燃料とが共に存在することが前提である。このため、燃料性状分析に最適な触媒温度の範囲が存在する。これは、改質触媒３の触媒温度が４００℃を超える温度域になると、触媒表面に付着する全ての燃料が気化してしまうため触媒温度は所定温度Ｔａを維持するだけで所定温度Ｔｂへと変化しない（つまりｔ１のタイミングが現れない）し、その一方で、触媒温度が２００℃未満の温度域にある場合には全ての燃料が触媒表面に付着したまま気化することはないため、高沸点燃料の含有割合に関係なくｔ０の直後にｔ１が現れるためである。
【００２６】
このため、環境温度（反応初期温度）と燃料噴射量とが同一の条件の場合、高沸点燃料の含有割合が同一の燃料でも、図４に示したように２００℃〜４００℃の温度範囲で触媒温度に依存した水素生成期間Δｔの特性が得られる。図４において触媒温度が高くなるほど水素生成期間Δｔが短くなるのは、早く触媒から離れていく低沸点燃料の割合が増えるためである。また、環境温度（反応初期温度）と燃料噴射量と触媒温度とが同じ条件でも高沸点燃料の含有割合が大きくなれば水素生成期間Δｔは短くなる側（図では下方）にシフトする。
【００２７】
次に、燃料性状の分析方法を説明する。高沸点燃料の含有割合を、
高沸点燃料の含有割合＝高沸点燃料の量／（高沸点燃料の量＋低沸点燃料の量）
…（２）
の式で定義し、高沸点燃料の含有割合が最大の燃料を基準燃料１、高沸点燃料の含有割合が最小の燃料を基準燃料２とすると、基準燃料１についての高沸点燃料の含有割合は最大含有割合Ｒｍａｘ、基準燃料２についての高沸点燃料の含有割合は最小含有割合Ｒｍｉｎとなる。これら２種の燃料に対して環境温度（反応初期温度）と燃料噴射量とが同一の条件で適合により図５に示したように触媒温度に依存する水素生成期間の各特性が得られたとする。図５において実線が基準燃料１の特性、一点鎖線が基準燃料２の特性である。いま、燃料性状の分析に最適な触媒温度範囲の内の最低温度（２００℃）から最高温度（４００℃）までの間で設定触媒温度Ｔｃａｔ０［℃］を適当（任意）に定めると、この設定触媒温度Ｔｃａｔ０から図５を参照して基準燃料１に対する水素生成期間Δｔ１［ｍｉｎ］と、基準燃料２に対する水素生成期間Δｔ２［ｍｉｎ］とが定まる。横軸に高沸点燃料の含有割合を、縦軸に水素生成期間を採った図６に、基準燃料１に対する水素生成期間Δｔ１と最大含有割合Ｒｍａｘとで定まる点と、基準燃料２に対する水素生成期間Δｔ２と最小含有割合Ｒｍｉｎとで定まる点とをそれぞれプロットし、それら２つの点を結ぶ。これによって、設定触媒温度Ｔｃａｔ０における水素生成期間［ｍｉｎ］と、高沸点燃料の含有割合との関係を表す特性が得られる。これで準備が整った。
【００２８】
後は、図１に戻り、分析装置１にコントローラ１１を設け、コントローラ１１により燃料ポンプ６、燃料噴射弁４及びヒータ８を駆動可能に構成すると共に、温度センサ１０により検出される触媒温度をコントローラ１１に入力させる。上記図６の水素生成期間と、高沸点の燃料種の含有割合との関係を表す特性はコントローラ１１内のＲＯＭに記憶させておく。そして、燃料タンク５に高沸点燃料の含有割合が不明である未知の燃料を入れた後に、コントローラ１１を作動させ、ヒータ８を駆動し、触媒温度を上記の設定触媒温度Ｔｃａｔ０まで高める。ポンプ６を作動させて燃料噴射弁４に燃料タンク５内の燃料を圧送する。温度センサ１０により検出される触媒温度が上記の設定触媒温度Ｔｃａｔ０となったら、燃料噴射弁４を開いて燃料噴射を行わせる。これによって、改質触媒３では上記（１）式の脱水素反応（吸熱反応）を行うので、このときの触媒温度の温度変化（低下）を温度センサ１０によりモニターする。この触媒温度モニターにより、高沸点燃料の含有割合が不明である未知の燃料に対する水素生成期間として、例えば所定期間Δｔｘ［ｍｉｎ］が得られたとする。コントローラ１１では、この得られた所定期間Δｔｘから図６の特性を参照して所定期間Δｔｘに対応する高沸点燃料の含有割合Ｒｘを求めると、この高沸点燃料の含有割合Ｒｘは、高沸点燃料の含有割合が不明であった未知の燃料に対する高沸点燃料の含有割合を表す。これで高沸点燃料の含有割合が不明であった未知の燃料に対する高沸点燃料の含有割合を分析できたので、コントローラ１１では、その分析した数値を表示装置１２に表示させる。このようにして、本発明の燃料分析装置１によれば、高沸点燃料の含有割合が不明である未知の燃料に対してその燃料の高沸点燃料の含有割合を簡易にかつ短時間で推定することが可能となった。
【００２９】
さらに、改質触媒３が活性状態にあれば、改質触媒３に酸素を供給することで、改質触媒３に付着している燃料を燃焼除去することができる。このため、図１において、改質触媒３上流の管２内に空気供給管１５を突出して設け、燃料性状の分析を終了したあとに、エアポンプ１６により圧送した空気（酸素）をこの空気供給管１５を介して改質触媒３に流し、改質触媒３を再生する。なお、空気供給管１５は、燃料噴射弁４からの燃料噴霧の邪魔にならない位置に設けておく。
【００３０】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００３１】
本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒３と、この改質触媒３に燃料を供給する燃料噴射弁４（燃料供給装置）とを備え、燃料噴射弁４からの燃料を改質触媒３に供給している場合に、改質触媒３の温度低下に基づいて燃料の性状を推定するので、燃料の分析を行うことができる。
【００３２】
また、本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、改質触媒３を中心としたもの、言い換えると、燃料の化学組成について考慮したものであるので、装置全体をコンパクトにすることができる。
【００３３】
本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、燃料噴射弁４の燃料は、改質触媒３と接触するに当たり、燃料の少なくとも一部が液体およびまたは液滴であるので、改質触媒３の温度低下は改質触媒３と接触した燃料の蒸発潜熱による温度低下と、脱水素反応に由来する吸熱（温度低下）との合計となり、蒸発潜熱による温度低下と脱水素反応由来の吸熱とを判別しやすくなる。
【００３４】
本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、燃料供給装置は燃料噴射弁４であり、この燃料噴射弁４を用いて改質触媒３に直接燃料を噴射するので、改質触媒３と接触するに当たり、燃料の少なくとも一部を液体およびまたは液滴とすることができる。
【００３５】
本実施形態（請求項４記載の発明）によれば、燃料は高沸点燃料（沸点が相対的に高い燃料種である第１燃料種の燃料）と、低沸点燃料（沸点が相対的に低い燃料種である第２燃料種の燃料）との２つの燃料の混合物であるとみなし、燃料の性状を推定することは、高沸点燃料の含有割合を推定することであるので、高沸点燃料の含有割合を簡易に推定できる。
【００３６】
本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、改質触媒３の温度低下は脱水素反応の吸熱による温度低下であり、改質触媒３への燃料噴射の開始からのこの温度低下が続く期間、つまり水素生成期間Δｔが短いほど高沸点燃料（第１燃料種の燃料）の含有割合が大きいと推定するので、高沸点燃料の含有割合に関係なく、高沸点燃料の含有割合を簡易に推定できる。
【００３７】
本実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、高沸点燃料の含有割合を推定する際に、高沸点燃料と低沸点燃料がともに存在する温度に改質触媒３の温度を保持するので、高沸点燃料の含有割合を推定できない事態となることを避けることができる。
【００３８】
本実施形態（請求項７に記載の発明）によれば、燃料の性状の推定を終了した後に、空気を改質触媒３に導入し改質触媒３を再生させるので、何度でも、高沸点燃料の含有割合を推定できる。
【００３９】
上記のように、燃料分析装置１の全体がコンパクトになったので、車両への搭載が可能である。図７、図８、図９は第２、第３、第４の実施形態の概略構成図で、図１に示した燃料分析装置１を車両を駆動するエンジンに搭載し、エンジン内での燃焼に供される燃料（ガソリンや軽油）の性状を推定させるようにしたものである。図７、図８、図９において図１と同一部分には同一番号を付している。なお、図１に示す空気供給管１５とエアポンプ１６とは省略して示していない。
【００４０】
エンジン本体２１には、空気が吸気通路２２を介して図示しない燃焼室に供給される。燃料タンク２３からの燃料は燃料供給ポンプ２４により燃料噴射弁２５に圧送され、エンジンコントローラ３１からの信号を受けて燃料噴射弁２５が開くことで燃料がエンジン本体２１に供給される。これらの燃料と空気とは混合気を形成して図示しない燃焼室で燃焼され、燃焼後のガスは排気通路２６に設けている排気後処理装置２７によって浄化される。
【００４１】
エンジンとしては、ガソリンを使用燃料として火花点火により混合気に着火して燃焼させるガソリンエンジン、軽油を使用燃料として圧縮着火により混合気を燃焼させるディーゼルエンジンのいずれでもかまわない。
【００４２】
こうしたエンジンを有する車両に対して、燃焼に用いる燃料の性状の分析のため、本発明の燃料分析装置１を搭載するときには、燃焼に用いる燃料を貯蔵している燃料タンク２３内の燃料を燃料供給ポンプ６によって燃料噴射弁４に圧送し、燃料噴射弁４より燃料タンク２３内の燃料を改質触媒３に供給する。そして、改質触媒３によって改質された燃料（水素を含んだ燃料）は、第２実施形態では図７に示したように燃料供給通路４１を介して吸気通路２２に導入する。第２実施形態での排気後処理装置２７は、例えば三元触媒である。そして、第２実施形態では、エンジン始動時に１回、あるいは給油を判定したときに燃料分析を行わせる。
【００４３】
第３実施形態では、改質触媒３によって改質された燃料（水素を含んだ燃料）は、図８に示したように燃料供給通路４２を介して排気後処理装置２７上流の排気通路２６に導入する。第３実施形態での排気後処理装置２７は、例えば三元触媒やＮＯｘトラップ触媒である。ＮＯｘトラップ触媒は、排気中のＮＯｘをトラップするものであり、触媒にトラップされたＮＯｘ量が予め定めている上限値に到達すればＮＯｘトラップ触媒にＮＯｘ還元剤を供給して触媒にトラップされているＮＯｘを全て還元浄化（再生）してやる必要がある。このＮＯｘトラップ触媒の再生処理時に燃料分析装置１を働かせ、改質触媒３からの水素を含んだ燃料を還元剤としてＮＯｘトラップ触媒に供給することで、燃料の性状分析を行わせつつＮＯｘトラップ触媒の再生を行わせることができる。
【００４４】
第４実施形態では、図９に示したように改質触媒３によって改質された燃料（水素を含んだ燃料）を、燃料供給通路４１に設けた凝縮器４５に導く。凝縮器４５では、水素と低沸点成分の燃料分が気体として分離されるので、この気体状態の燃料は燃料供給通路４１を介して吸気通路２２に導入し、凝縮器４５での凝縮により液化した高沸点成分の燃料はリターン通路４６を介して燃料タンク２３に戻す。
【００４５】
一方、コントローラ１１とエンジンコントローラ３１との間では、図７〜図９に示したように双方向通信を行わせる。なお、燃料分析装置１を車両に搭載するときには、排気により改質触媒３を加熱することもできる。
【００４６】
第２、第３、第４の実施形態において、ガソリンエンジンを採用する場合には、推定した高沸点燃料の含有割合に応じて点火時期を補正する。すなわち、高沸点燃料の燃料含有割合が相対的に大きいと推定するとき、高沸点燃料の燃料含有割合が相対的に小さいと推定するときより点火時期を進角側に補正する。これは、高沸点の燃料種は低沸点の燃料種よりも概ねオクタン価が高いため、高沸点燃料の燃料含有割合が相対的に大きいとき、高沸点燃料の燃料含有割合が相対的に小さいときより点火時期を進めることができ、その進角分だけエンジン出力を高めることができるためである。
【００４７】
このように、第２、第３、第４の実施形態（請求項８に記載の発明）によれば、燃料タンク２３からの燃料と、吸気通路２２を介して導かれる吸入空気とから混合気を形成して燃焼し、燃焼後のガスを排気通路２６を介して排出するエンジンと、燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒３と、この改質触媒３に燃料タンク２３からの燃料を供給する燃料噴射弁４（燃料供給装置）とを備え、燃料噴射弁４からの燃料を改質触媒３に供給している場合に、改質触媒３の温度低下に基づいて燃料タンク２３からの燃料の性状を推定するので、エンジンに搭載された状態でエンジン内での燃焼に供される燃料の分析を行うことができる。
【００４８】
第２実施形態（請求項９に記載の発明）によれば、高沸点燃料の含有割合の推定中（燃料の性状の推定中）に改質触媒３から出てくる水素を含んだ燃料を吸気通路２２に導入するので、エンジン冷間始動直後でも水素は良好に燃焼することから、エンジンの暖機を早めることができる。
【００４９】
第３実施形態（請求項１０に記載の発明）によれば、排気通路２６に排気中の有害成分を処理する排気後処理装置２７を備え、高沸点燃料の含有割合の推定中（燃料の性状の推定中）に改質触媒３から出てくる水素を含んだ燃料を排気後処理装置２７上流の排気通路に導入する。このため、排気後処理装置２７が三元触媒である場合には、エンジンの冷間始動直後に高沸点燃料の含有割合（燃料の性状）を推定することで、推定中に改質触媒３から出てくる水素を含んだ燃料の燃焼で早期に三元触媒を活性化することができる。また、排気後処理装置２７がＮＯｘトラップ触媒である場合には、ＮＯｘトラップ触媒の再生処理時に高沸点燃料の含有割合（燃料の性状）を推定することで、推定中に改質触媒３から出てくる水素を含んだ燃料が還元剤としてＮＯｘトラップ触媒に供給され、これによってＮＯｘトラップ触媒を再生することができる。
【００５０】
第４の実施形態（請求項１１に記載の発明）によれば、高沸点燃料の含有割合の推定中（燃料の性状の推定中）に改質触媒３から出てくる水素を含んだ燃料を燃料タンク２３に戻すので、エンジンの空燃比に影響を及ぼすことを避けることができる。
【００５１】
高沸点の燃料種は低沸点の燃料種よりも概ねオクタン価が高いので、高沸点燃料の含有割合が相対的に大きくなった場合にも、高沸点燃料の含有割合が相対的に小さい場合の点火時期と同じにしたのでは、無用に点火時期を遅らせることとなり、エンジン出力が不足することになるが、第２、第３、第４の実施形態（請求項１２に記載の発明）によれば、燃料タンク２３からの燃料はガソリンであり、燃料噴射弁４（燃料供給装置）からの燃料は、改質触媒３と接触するに当たり、燃料の少なくとも一部が液体およびまたは液滴であり、燃料は高沸点燃料（第１燃料種の燃料）と、低沸点燃料（第２燃料種の燃料）との２つの燃料の混合物であるとみなし、燃料の性状を推定することは、高沸点燃料の含有割合を推定することであり、改質触媒３の温度低下は脱水素反応の吸熱による温度低下であり、改質触媒３への燃料噴射の開始からのこの温度低下が続く期間、つまり水素生成期間Δｔが短いほど高沸点燃料の含有割合が大きいと推定し、高沸点燃料の含有割合が大きいと推定するとき、点火時期を進角側に補正するので、エンジン内での燃焼に供される燃料に合わせたエンジン出力を発揮させることができる。
【００５２】
実施形態では、燃料の性状を推定することは、高沸点の燃料種の燃料の含有割合を推定することであったが、低沸点の燃料種の燃料含有割合を推定することとしてもかまわない。
【００５３】
実施形態では、
水素生成期間Δｔが短いほど高沸点燃料（第１燃料種の燃料）の含有割合が大きいと推定する場合であったが、水素生成期間Δｔが短いほど低沸点燃料（第２燃料種の燃料）の含有割合が小さいと推定することとしてもかまわない。
【符号の説明】
【００５４】
１ 燃料分析装置
３ 改質触媒
４ 燃料噴射弁（燃料供給装置）
１１ コントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒と、
この改質触媒に燃料を供給する燃料供給装置と、
前記燃料供給装置からの燃料を前記改質触媒に供給している場合に、改質触媒の温度低下に基づいて燃料の性状を推定する燃料性状推定手段と
を備えることを特徴とする燃料分析装置。
【請求項２】
前記燃料供給装置からの燃料は、前記改質触媒と接触するに当たり、燃料の少なくとも一部が液体およびまたは液滴であることを特徴とする請求項１に記載の燃料分析装置。
【請求項３】
前記燃料供給装置は燃料噴射弁であり、この燃料噴射弁を用いて前記改質触媒に直接燃料を噴射することを特徴とする請求項１に記載の燃料分析装置。
【請求項４】
前記燃料は沸点が相対的に高い燃料種である第１燃料種の燃料と、沸点が相対的に低い燃料種である第２燃料種の燃料との２つの燃料の混合物であるとみなし、
前記燃料の性状を推定することは、第１燃料種の燃料と第２燃料種の燃料との２つの燃料のうちのいずれか一方の燃料の含有割合を推定することであることを特徴とする請求項２に記載の燃料分析装置。
【請求項５】
前記改質触媒の温度低下は前記脱水素反応の吸熱による温度低下であり、前記改質触媒への燃料噴射の開始からのこの温度低下が続く期間が短いほど前記第１燃料種の燃料の含有割合が大きいとまたは前記第２燃料種の燃料の含有割合が小さいと推定することを特徴とする請求項４に記載の燃料分析装置。
【請求項６】
前記いずれか一方の燃料の含有割合を推定する際に、前記２つの燃料がともに存在する温度に前記改質触媒の温度を保持することを特徴とする請求項５に記載の燃料分析装置。
【請求項７】
前記燃料の性状の推定を終了した後に、空気を前記改質触媒に導入し改質触媒を再生させることを特徴とする請求項６に記載の燃料分析装置。
【請求項８】
燃料タンクからの燃料と吸気通路を介して導かれる吸入空気とから混合気を形成して燃焼し、燃焼後のガスを排気通路を介して排出するエンジンを備え、
前記改質触媒に供給する燃料は前記燃料タンクからの燃料であることを特徴とする請求項１に記載の燃料分析装置。
【請求項９】
前記燃料の性状の推定中に前記改質触媒から出てくる水素を含んだ燃料を前記吸気通路に導入することを特徴とする請求項８に記載の燃料分析装置。
【請求項１０】
前記排気通路に排気中の有害成分を処理する排気後処理装置を備え、
前記燃料の性状の推定中に前記改質触媒から出てくる水素を含んだ燃料をこの排気後処理装置上流の排気通路に導入することを特徴とする請求項８に記載の燃料分析装置。
【請求項１１】
前記燃料の性状の推定中に前記改質触媒から出てくる水素を含んだ燃料を前記燃料タンクに戻すことを特徴とする請求項８に記載の燃料分析装置。
【請求項１２】
前記燃料タンクからの燃料はガソリンまたは軽油であり、
前記燃料供給装置からの燃料は、前記改質触媒と接触するに当たり、燃料の少なくとも一部が液体およびまたは液滴であり、
前記燃料は沸点が相対的に高い燃料種である第１燃料種の燃料と、沸点が相対的に低い燃料種である第２燃料種の燃料との２つの燃料の混合物であるとみなし、前記燃料の性状を推定することは、第１燃料種の燃料と第２燃料種の燃料との２つの燃料のうちのいずれか一方の燃料の含有割合を推定することであり、
前記改質触媒の温度低下は前記脱水素反応の吸熱による温度低下であり、前記改質触媒への燃料噴射の開始からのこの温度低下が続く期間が短いほど前記第１燃料種の燃料の含有割合が大きいとまたは前記第２燃料種の燃料の含有割合が小さいと推定し、前記第１燃料種の燃料含有割合が大きいとまたは前記第２燃料種の燃料の含有割合が小さい推定するとき、点火時期を進角側に補正することを特徴とする請求項８に記載の燃料分析装置。
【請求項１３】
燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒と、
この改質触媒に燃料を供給する燃料供給装置と
を備え、
前記燃料供給装置からの燃料を前記改質触媒に供給している場合に、改質触媒の温度低下に基づいて燃料の性状を推定することを特徴とする燃料分析方法。
【請求項１】
燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒と、
この改質触媒に燃料を供給する燃料供給装置と、
前記燃料供給装置からの燃料を前記改質触媒に供給している場合に、改質触媒の温度低下に基づいて燃料の性状を推定する燃料性状推定手段と
を備えることを特徴とする燃料分析装置。
【請求項２】
前記燃料供給装置からの燃料は、前記改質触媒と接触するに当たり、燃料の少なくとも一部が液体およびまたは液滴であることを特徴とする請求項１に記載の燃料分析装置。
【請求項３】
前記燃料供給装置は燃料噴射弁であり、この燃料噴射弁を用いて前記改質触媒に直接燃料を噴射することを特徴とする請求項１に記載の燃料分析装置。
【請求項４】
前記燃料は沸点が相対的に高い燃料種である第１燃料種の燃料と、沸点が相対的に低い燃料種である第２燃料種の燃料との２つの燃料の混合物であるとみなし、
前記燃料の性状を推定することは、第１燃料種の燃料と第２燃料種の燃料との２つの燃料のうちのいずれか一方の燃料の含有割合を推定することであることを特徴とする請求項２に記載の燃料分析装置。
【請求項５】
前記改質触媒の温度低下は前記脱水素反応の吸熱による温度低下であり、前記改質触媒への燃料噴射の開始からのこの温度低下が続く期間が短いほど前記第１燃料種の燃料の含有割合が大きいとまたは前記第２燃料種の燃料の含有割合が小さいと推定することを特徴とする請求項４に記載の燃料分析装置。
【請求項６】
前記いずれか一方の燃料の含有割合を推定する際に、前記２つの燃料がともに存在する温度に前記改質触媒の温度を保持することを特徴とする請求項５に記載の燃料分析装置。
【請求項７】
前記燃料の性状の推定を終了した後に、空気を前記改質触媒に導入し改質触媒を再生させることを特徴とする請求項６に記載の燃料分析装置。
【請求項８】
燃料タンクからの燃料と吸気通路を介して導かれる吸入空気とから混合気を形成して燃焼し、燃焼後のガスを排気通路を介して排出するエンジンを備え、
前記改質触媒に供給する燃料は前記燃料タンクからの燃料であることを特徴とする請求項１に記載の燃料分析装置。
【請求項９】
前記燃料の性状の推定中に前記改質触媒から出てくる水素を含んだ燃料を前記吸気通路に導入することを特徴とする請求項８に記載の燃料分析装置。
【請求項１０】
前記排気通路に排気中の有害成分を処理する排気後処理装置を備え、
前記燃料の性状の推定中に前記改質触媒から出てくる水素を含んだ燃料をこの排気後処理装置上流の排気通路に導入することを特徴とする請求項８に記載の燃料分析装置。
【請求項１１】
前記燃料の性状の推定中に前記改質触媒から出てくる水素を含んだ燃料を前記燃料タンクに戻すことを特徴とする請求項８に記載の燃料分析装置。
【請求項１２】
前記燃料タンクからの燃料はガソリンまたは軽油であり、
前記燃料供給装置からの燃料は、前記改質触媒と接触するに当たり、燃料の少なくとも一部が液体およびまたは液滴であり、
前記燃料は沸点が相対的に高い燃料種である第１燃料種の燃料と、沸点が相対的に低い燃料種である第２燃料種の燃料との２つの燃料の混合物であるとみなし、前記燃料の性状を推定することは、第１燃料種の燃料と第２燃料種の燃料との２つの燃料のうちのいずれか一方の燃料の含有割合を推定することであり、
前記改質触媒の温度低下は前記脱水素反応の吸熱による温度低下であり、前記改質触媒への燃料噴射の開始からのこの温度低下が続く期間が短いほど前記第１燃料種の燃料の含有割合が大きいとまたは前記第２燃料種の燃料の含有割合が小さいと推定し、前記第１燃料種の燃料含有割合が大きいとまたは前記第２燃料種の燃料の含有割合が小さい推定するとき、点火時期を進角側に補正することを特徴とする請求項８に記載の燃料分析装置。
【請求項１３】
燃料の少なくとも一部から脱水素反応を経て水素を生成し得る能力を有する改質触媒と、
この改質触媒に燃料を供給する燃料供給装置と
を備え、
前記燃料供給装置からの燃料を前記改質触媒に供給している場合に、改質触媒の温度低下に基づいて燃料の性状を推定することを特徴とする燃料分析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１９７１２６（Ｐ２０１０−１９７１２６Ａ）
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４０３５５（Ｐ２００９−４０３５５）
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月９日（２０１０．９．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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