JP2009185739A - 燃料改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広い温度領域で改質用燃料を改質できる燃料改質装置を提供すること。
【解決手段】排気ガスから伝達される熱を利用して改質用燃料を改質し、エンジン１の気筒５内で燃焼可能な改質ガスを生成する改質手段として、第１改質触媒３２と第２改質触媒３５とを設ける。これらの第１改質触媒３２と第２改質触媒３５とは、改質用燃料を改質することができる温度である活性温度が異なったものを使用し、第２改質触媒３５の活性温度を、第１改質触媒３２の活性温度よりも低くする。このため、排気ガスの温度が比較的高温の場合には、第１改質触媒３２で改質用燃料を改質することができ、排気ガスの温度が比較的低温の場合には、第２改質触媒３５で改質用燃料を改質することができる。この結果、広い温度領域で改質用燃料を改質することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料改質装置に関するものである。特に、この発明は、燃料を噴射した排気ガスを改質触媒に流すことにより、内燃機関で燃焼可能な改質ガスを生成する燃料改質装置に関するものである。

従来の内燃機関は、燃焼室で燃料を燃焼させることにより、燃料が燃焼する際の圧力によって気筒内に配設されるピストンを作動させることを介してクランクシャフトを回転させている。これにより、従来の内燃機関は、燃料の燃焼時の熱エネルギを運動エネルギとして取り出しており、燃料の燃焼後の排気ガスは、排気通路より大気に放出している。しかし、このような内燃機関では、熱エネルギが熱や音として外部に放出されたり、機械的な損失が発生したりするため、熱エネルギを運動エネルギとして使用できるのは熱エネルギのうちの一部となっている。このため、熱効率はあまり高くないが、従来の内燃機関では、排気ガスを有効利用することにより、熱効率の向上を図っているものがある。

例えば、特許文献１に記載の排気ガス改質装置では、改質触媒を有する触媒装置を内燃機関の排気ガス通路に設け、触媒装置よりも下流の排気ガス通路と触媒装置とを排気ガス再循環用導管で接続している。この排気ガス再循環用導管には、改質用燃料の流量制御用の弁手段を設けており、さらに、触媒装置と内燃機関の吸気通路とは、改質ガス導管で接続している。

排気ガス改質装置を、このように構成することにより、内燃機関の運転時に、排気ガス再循環用導管に設けられる弁手段から排気ガス再循環用導管を流れる排気ガスに対して改質用燃料を供給することができ、改質用燃料を、排気ガス再循環用導管を流れる排気ガスと共に触媒装置に流すことができる。これにより、改質用燃料は、触媒装置が有する改質触媒に流れるため、排気ガスの熱を利用して改質触媒で吸熱反応をさせ、改質することができる。改質触媒で改質用燃料を改質した場合、水素と一酸化炭素を含む改質ガスが生成される。改質触媒で生成された改質ガスは、改質ガス導管を通って内燃機関の吸気通路に流入するため、内燃機関で燃焼させることができる。

また、改質触媒は、温度が活性領域の場合に改質用燃料を改質することができるため、改質触媒の温度が活性領域の場合には弁手段から供給する改質用燃料を増量し、改質触媒の温度が活性領域よりも低い場合には、弁手段から供給する改質用燃料を減少させる。改質触媒は、吸熱反応により改質ガスを生成するので、改質用燃料の改質時には熱が奪われるが、このように改質触媒の温度が活性領域よりも低い場合には、改質用燃料を減少させることにより、改質用燃料を改質することにより改質触媒から奪われる熱を減少させることができる。このため、活性領域を有する改質触媒の温度を一定に維持することができ、改質効率を常に最適状態にすることができる。従って、排気ガスを有効利用することができ、熱効率の向上を図ることができる。

特公昭６１−３５３７５号公報

しかしながら、改質触媒には、上述したように改質用燃料を改質することのできる温度領域である活性領域があり、改質触媒は、温度が活性領域内の場合にのみ、改質用燃料を改質可能になっている。このため、特許文献１に記載の排気ガス改質装置では、改質触媒の温度がこの活性領域を外れた場合、改質用燃料を改質するのが困難になる。従って、内燃機関の運転状態によっては、改質用燃料の改質を行うことが困難になり、改質ガスを生成して改質ガスを内燃機関に供給するのが困難になる虞があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、広い温度領域で改質用燃料を改質できる燃料改質装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る燃料改質装置は、改質させる元になる燃料である改質用燃料を内燃機関の気筒内から排出された排気ガスに対して供給可能な改質用燃料供給手段と、前記改質用燃料供給手段によって前記排気ガスに対して供給された前記改質用燃料を前記排気ガスから伝達される熱を利用して改質することにより前記気筒内で燃焼可能な改質ガスを生成する第１改質手段と、前記改質用燃料供給手段によって前記排気ガスに対して供給された前記改質用燃料を前記排気ガスから伝達される熱を利用して改質することにより前記気筒内で燃焼可能な改質ガスを生成すると共に前記第１改質手段が前記改質用燃料を改質することができる温度よりも低い温度で前記改質用燃料を改質可能な第２改質手段と、を備えることを特徴とする。

この発明では、排気ガスから伝達される熱を利用して改質用燃料を改質し、内燃機関の気筒内で燃焼可能な改質ガスを生成する改質手段として、第１改質手段と第２改質手段とを設けている。これらの第１改質手段と第２改質手段とでは、改質用燃料を改質することができる温度が異なっており、第２改質手段は、第１改質手段が改質用燃料を改質することができる温度よりも低い温度で改質用燃料を改質可能になっている。このため、排気ガスの温度が比較的高温の場合には、第１改質手段で改質用燃料を改質することができ、排気ガスの温度が比較的低温の場合には、第２改質手段で改質用燃料を改質することができる。この結果、広い温度領域で改質用燃料を改質することができる。

また、この発明に係る燃料改質装置は、さらに、前記第２改質手段に流れる前記排気ガスの通路である第２改質手段通路に併設される前記排気ガスの通路であるバイパス通路と、前記第２改質手段通路を開閉可能に設けられると共に前記排気ガスの温度が所定の温度以上の場合には前記第２改質手段通路を閉じる第２改質手段通路開閉手段と、を備えており、前記第１改質手段と前記第２改質手段とは、前記排気ガスの流れ方向における直列に配設されていると共に前記第２改質手段は前記第１改質手段の下流側に設けられていることを特徴とする。

この発明では、バイパス通路と、第２改質手段通路を開閉可能に設けられる第２改質手段通路開閉手段とを備えており、排気ガスの温度が所定の温度以上の場合には、第２改質手段通路開閉手段は第２改質手段通路を閉じるように設けられている。このため、第１改質手段よりも低い温度で改質用燃料を改質可能な第２改質手段が、高温での使用時に不具合が生じる場合でも、排気ガスの温度が所定の温度以上の場合には、第２改質手段通路を閉じることにより、高温の排気ガスが第２改質手段に流れることを抑制できる。この結果、第２改質手段に比較的高温の発温の排気ガスが流れることに起因する第２改質手段の不具合を抑制しつつ、広い温度領域で改質用燃料を改質することができる。

また、この発明に係る燃料改質装置は、前記改質用燃料供給手段は、前記第１改質手段に流れる前記排気ガスに対して前記改質用燃料を供給可能な第１改質用燃料供給手段と、前記第２改質手段に流れる前記排気ガスに対して前記改質用燃料を供給可能な第２改質用燃料供給手段と、からなり、前記第１改質用燃料供給手段と前記第２改質用燃料供給手段とは、前記排気ガスの温度が所定の温度以上の場合には前記第１改質用燃料供給手段のみから前記改質用燃料を供給し、前記排気ガスの温度が前記所定の温度より低い場合には前記第２改質用燃料供給手段のみから前記改質用燃料を供給することを特徴とする。

この発明では、第１改質手段に流れる排気ガスに対して改質用燃料を供給可能な第１改質用燃料供給手段と、第２改質手段に流れる排気ガスに対して改質用燃料を供給可能な第２改質用燃料供給手段と、を備えている。また、これらの第１改質用燃料供給手段と第２改質用燃料供給手段とは、排気ガスの温度が所定の温度以上の場合には第１改質用燃料供給手段のみから改質用燃料を供給し、排気ガスの温度が所定の温度より低い場合には第２改質用燃料供給手段のみから改質用燃料を供給する。このように排気ガスの温度に応じて改質用燃料を噴射する燃料供給手段を異ならせることにより、排気ガスの温度が所定の温度以下の場合に改質用燃料を供給した場合には第１改質手段に不具合が生じるような場合でも、排気ガスの温度が所定の温度より低い場合には第１改質手段には改質用燃料を供給しないので、第１改質手段に発生する不具合を抑制することができる。この結果、排気ガスの温度が比較的低い場合に第１改質手段に改質用燃料を供給することに起因する第１改質手段の不具合を抑制しつつ、広い温度領域で改質用燃料を改質することができる。

また、この発明に係る燃料改質装置は、さらに、前記排気ガスを浄化する浄化手段を備えており、前記第１改質手段は、前記浄化手段から伝達される熱を利用して前記改質用燃料を改質することを特徴とする。

この発明では、第１改質手段は、浄化手段から伝達される熱を利用して改質用燃料を改質するように設けられているので、第１改質手段は、排気ガスの熱を利用して改質用燃料を改質し易くなる。この結果、より確実に改質用燃料を改質することができる。

本発明に係る燃料改質装置は、広い温度領域で改質用燃料を改質することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明に係る燃料改質装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。また、以下の説明では、燃料改質装置を備える内燃機関の一例として、内燃機関を運転させる燃料としてガソリンとアルコール燃料とを用いることができる車両であるＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）に搭載される内燃機関の場合について説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る燃料改質装置を備える内燃機関の全体構成図である。同図に示す燃料改質装置３は、車両（図示省略）が有すると共に車両の運転時の原動手段となるエンジン１に備えられている。このエンジン１は、４つの気筒５が直列に配置されている。また、このエンジン１には、気筒５内に連通すると共に気筒５内に吸入される空気が流れる通路である吸気通路１０と、気筒５内で燃料を燃焼させた後、気筒５内から排出される排気ガスが流れる排気通路２０とが接続されている。これらの吸気通路１０と排気通路２０とは、気筒５の数に合わせてそれぞれ４つの通路に分岐しており、分岐した通路が４つの気筒５に対応し、気筒５内に連通してエンジン１に接続されている。

この吸気通路１０と排気通路２０とのうち吸気通路１０には、エンジン１の運転時に気筒５に対して燃料を供給可能な燃料供給手段であるインジェクタ１１が配設されている。このインジェクタ１１は、エンジン１の運転時に気筒５内に燃料を噴射することにより、気筒５に対して燃料を供給可能に設けられている。また、吸気通路１０を流れる空気の流れ方向におけるインジェクタ１１の上流側には、吸気通路１０内を開閉可能なスロットルバルブ１２が配設されており、スロットルバルブ１２のさらに上流側には、吸気通路１０内を流れる空気の流量を検出可能なエアフロメータ１３が設けられている。このように形成される吸気通路１０の入口には、吸気通路１０に流入する空気中の不純物を除去するエアクリーナ１４が設けられている。

また、排気通路２０には、排気ガスの成分を検出可能な排気ガス成分検出手段であるＯ_２センサ４５が設けられており、さらに、排気ガスを浄化し、且つ、改質用燃料の改質を行う触媒部３０が備えられている。この触媒部３０には、排気ガスを浄化する浄化手段である浄化触媒３１が内設されている。さらに、触媒部３０には、改質用の燃料である改質用燃料より、気筒５内で燃焼可能な改質ガスを生成する第１改質手段である第１改質触媒３２が内設されている。この第１改質触媒３２は、触媒部３０に内設される浄化触媒３１の周囲に配設されており、例えばロジウム系の材料が用いられたロジウム触媒となっている。

また、排気通路２０は、排気通路２０内を流れる排気ガスの流れ方向における触媒部３０の上流で通路が分岐しており、分岐した通路のうち、一方の通路は排気通路２０の主となる通路である排気主通路２１となっている。また、排気通路２０の分岐した通路のうち、他方の通路は改質用通路２２となっている。この改質用通路２２は、一端が排気主通路２１に接続され、他端が触媒部３０に接続されている。このように形成される改質用通路２２には、改質させる元になる燃料である改質用燃料を排気ガスに対して供給可能な改質用燃料供給手段である改質用燃料インジェクタ２５が設けられている。この改質用燃料インジェクタ２５は、改質用燃料を改質用通路２２内に噴射することにより、改質用燃料を排気ガスに対して供給可能になっている。

また、改質用燃料インジェクタ２５が設けられる改質用通路２２は、一端が排気主通路２１に接続され、他端が触媒部３０に接続されており、改質用通路２２内を流れる排気ガスは、排気主通路２１側から触媒部３０側に流れる。このため、改質用燃料インジェクタ２５は、改質用通路２２内を流れる排気ガスの流れ方向における触媒部３０の上流側に位置している。換言すると、触媒部３０に設けられる第１改質触媒３２は、改質用燃料インジェクタ２５で改質用燃料を供給する排気ガスの流れ方向における改質用燃料インジェクタ２５の下流側に位置している。

また、触媒部３０には、エンジン１から排出された排気ガスの一部であり、再びエンジン１に吸気させるガスであるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスが流れる通路であるＥＧＲガス通路４０が接続されており、このＥＧＲガス通路４０は、排気ガスが流れる方向において触媒部３０と吸気通路１０との間に設けられている。つまり、ＥＧＲガス通路４０は、触媒部３０と吸気通路１０とを接続している。このように設けられるＥＧＲガス通路４０は、触媒部３０からＥＧＲガス通路４０に流れた排気ガス及び第１改質触媒３２で生成した改質ガスが、触媒部３０側から吸気通路１０側に流れることができるように形成されている。即ち、ＥＧＲガス通路４０は、改質ガスを気筒５の吸気通路１０に流入可能な還流通路となっている。

また、当該ＥＧＲガス通路４０には、ＥＧＲガス通路４０における触媒部３０に接続されている側の端部と吸気通路１０に接続されている側の端部との間に、両端部が接続された通路である第２改質触媒通路５０が接続されている。つまり、第２改質触媒通路５０は、両端がＥＧＲガス通路４０に接続されている。ＥＧＲガス通路４０には、このように第２改質触媒通路５０が接続されているが、ＥＧＲガス通路４０のうち、第２改質触媒通路５０に併設されている部分はバイパス通路４１となっている。つまり、ＥＧＲガス通路４０における、第２改質触媒通路５０の一端が接続されている部分から、第２改質触媒通路５０の他端が接続されている部分までの間の部分は、第１改質触媒３２を通過した排気ガスの通路であるバイパス通路４１として設けられている。

また、第２改質触媒通路５０には、改質用の燃料である改質用燃料より、気筒５内で燃焼可能な改質ガスを生成する第２改質手段である第２改質触媒３５が設けられている。この第２改質触媒３５は、例えば材料に銅が使用される銅触媒が用いられており、第１改質触媒３２が改質用燃料を改質することができる温度よりも低い温度で改質用燃料を改質可能になっている。また、第２改質触媒通路５０には、このように第２改質触媒３５が設けられているため、第２改質触媒通路５０は、第２改質触媒３５に流れる排気ガスの通路である第２改質手段通路として設けられている。

また、第２改質触媒３５は、このように排気ガスの流れ方向における触媒部３０の下流側に設けられている。このため、第１改質触媒３２と第２改質触媒３５とは、排気ガスの流れ方向における直列に配設されていると共に、第２改質触媒３５は、第１改質触媒３２の下流側に設けられている。

また、第２改質触媒通路５０には、第２改質触媒通路５０を開閉可能な第２改質手段通路開閉手段である第２改質触媒バルブ５１が設けられており、この第２改質触媒バルブ５１は、第２改質触媒通路５０を流れる排気ガスの流れ方向における第２改質触媒３５の上流側に配設されている。また、第２改質触媒バルブ５１は、排気ガスの温度が所定の温度である切替温度Ｔ以上の場合には、第２改質触媒通路５０を閉じ、排気ガスの温度が切替温度Ｔ未満の場合には第２改質触媒通路５０を開くように設けられている。

また、ＥＧＲガス通路４０には、当該ＥＧＲガス通路４０における触媒部３０に接続されている側の端部と、第２改質触媒通路５０が接続されている部分との間に、ＥＧＲガス通路４０内を流れる排気ガスの温度を検出可能な排気ガス温度検出手段である排気温度センサ４６が設けられている。

また、ＥＧＲガス通路４０には、ＥＧＲガス通路４０を流れる排気ガスや改質ガスを冷却可能な冷却手段であるＥＧＲクーラ５５が設けられている。詳しくは、このＥＧＲクーラ５５は、ＥＧＲガス通路４０における第２改質触媒通路５０が接続されている部分と、吸気通路１０に接続されている側の端部との間に設けられている。

このＥＧＲクーラ５５は、エンジン１を循環し、車両の運転時にエンジン１を冷却する冷却媒体である冷却水（図示省略）と、排気ガス及び改質ガスとの間で熱交換を行うことができるように形成されており、排気ガス及び改質ガスは、冷却水との間で熱交換を行うことにより温度が低下する。

さらに、ＥＧＲガス通路４０には、ＥＧＲクーラ５５が設けられている部分と吸気通路１０に接続されている部分との間の部分、即ち、ＥＧＲガス通路４０における吸気通路１０に接続されている部分の近傍に、ＥＧＲガス通路４０内を開閉可能なＥＧＲガス流量調整バルブ５６が配設されている。

また、このように設けられるＥＧＲガス通路４０と改質用通路２２とは、双方の通路が接続される触媒部３０を挟んで直線状に形成されている。詳しくは、ＥＧＲガス通路４０と改質用通路２２とは、排気主通路２１内を流れる排気ガスの流れ方向に対して略直交する方向で触媒部３０に接続されており、さらに、ＥＧＲガス通路４０と改質用通路２２とは、触媒部３０に対して互いに略対向する位置に接続されている。これにより、ＥＧＲガス通路４０と改質用通路２２とにおける触媒部３０に接続されている部分は、触媒部３０を挟んで直線状に形成されている。

このように形成される排気通路２０は、排気主通路２１を流れる排気ガスの流れ方向における触媒部３０の下流側にも設けられている。即ち、排気通路２０は、排気ガスの流れ方向における触媒部３０の上流側から下流側にかけて連通して形成されている。

また、吸気通路１０に設けられたインジェクタ１１、及び改質用通路２２に設けられた改質用燃料インジェクタ２５は、当該エンジン１を備える車両に設けられ、エンジン１の運転用の燃料を貯留する燃料タンク６０に接続されている。この燃料タンク６０は、燃料タンク６０内の燃料を外部に送出可能な燃料フィードポンプ６１を備えており、燃料タンク６０内の燃料は、この燃料フィードポンプ６１によってインジェクタ１１及び改質用燃料インジェクタ２５に供給可能に設けられている。また、実施例１に係る燃料改質装置３では、燃料タンク６０に貯留される燃料は、ガソリンとアルコール燃料とが混合された混合燃料となっている。

これらのインジェクタ１１及び改質用燃料インジェクタ２５、スロットルバルブ１２、第２改質触媒バルブ５１、ＥＧＲガス流量調整バルブ５６、エアフロメータ１３、Ｏ_２センサ４５、排気温度センサ４６は、車両に搭載されると共に車両の各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０に接続されている。

図２は、図１に示す燃料改質装置の要部構成図である。ＥＣＵ７０には、処理部７１、記憶部８０及び入出力部８１が設けられており、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。また、ＥＣＵ７０に接続されているインジェクタ１１及び改質用燃料インジェクタ２５、スロットルバルブ１２、第２改質触媒バルブ５１、ＥＧＲガス流量調整バルブ５６、エアフロメータ１３、Ｏ_２センサ４５、排気温度センサ４６は、入出力部８１に接続されており、入出力部８１は、これらのスロットルバルブ１２や排気温度センサ４６等との間で信号の入出力を行なう。また、記憶部８０には、実施例１に係る燃料改質装置３を制御するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部８０は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、或いはこれらの組み合わせにより構成することができる。

また、処理部７１は、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されており、スロットルバルブ１２の開閉の制御が可能なスロットルバルブ制御部７２と、エアフロメータ１３での検出結果より運転中のエンジン１の吸入空気量を取得可能な吸入空気量取得部７３と、インジェクタ１１から噴射する燃料の噴射量を制御可能な燃料噴射量制御部７４と、改質用燃料インジェクタ２５から噴射する改質用燃料の噴射量を制御可能な改質用燃料噴射量制御部７５と、ＥＧＲガス流量調整バルブ５６の開閉の制御が可能なＥＧＲガス流量調整バルブ制御部７６と、を有している。

また、処理部７１は、排気温度センサ４６での検出結果より排気ガスの温度である排気温度を取得する排気温度取得手段である排気温度取得部７７と、第２改質触媒バルブ５１の開閉の制御が可能であると共に、排気温度取得部７７で取得した排気温度が切替温度Ｔ以上の場合には、第２改質触媒バルブ５１を閉じることによって第２改質触媒通路５０を閉じ、排気温度取得部７７で取得した排気温度が切替温度Ｔ未満の場合には、第２改質触媒バルブ５１を開くことによって第２改質触媒通路５０を開く制御を行う第２改質手段通路開閉手段制御手段である第２改質触媒バルブ制御部７８と、を有している。

ＥＣＵ７０によって制御される燃料改質装置３の制御は、例えば、排気温度センサ４６などによる検出結果に基づいて、処理部７１が上記コンピュータプログラムを当該処理部７１に組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じて第２改質触媒バルブ５１などを作動させることにより制御する。その際に処理部７１は、適宜記憶部８０へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、このように燃料改質装置３を制御する場合には、上記コンピュータプログラムの代わりに、ＥＣＵ７０とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。

この実施例１に係る燃料改質装置３は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。実施例１に係る燃料改質装置３を備えるエンジン１は、運転時には車両の室内に設けられるアクセルペダル（図示省略）の開度であるアクセル開度に応じてＥＣＵ７０の処理部７１が有するスロットルバルブ制御部７２がスロットルバルブ１２の開度を制御する。これにより、吸気通路１０にはスロットルバルブ１２の開度に応じた空気が流れる。吸気通路１０に空気が流れた場合、この空気の流量をエアフロメータ１３で検出し、エアフロメータ１３での検出結果をＥＣＵ７０の処理部７１が有する吸入空気量取得部７３で取得する。

吸入空気量取得部７３で取得した吸入空気量は、アクセル開度などの運転状態に関する情報と共にＥＣＵ７０の処理部７１が有する燃料噴射量制御部７４に伝達され、伝達された運転状態に関する情報に応じて燃料噴射量制御部７４によってインジェクタ１１を制御し、インジェクタ１１を作動させる。エンジン１の運転時には、インジェクタ１１には、燃料タンク６０が備える燃料フィードポンプ６１によって燃料タンク６０内の燃料が供給されるため、燃料噴射量制御部７４がインジェクタ１１を作動させることにより、インジェクタ１１は、燃料噴射量制御部７４での制御に応じた燃料を吸気通路１０内に噴射する。

このように、吸気通路１０内に対してインジェクタ１１から燃料を噴射することにより、噴射した燃料は吸気通路１０内を流れる空気と混合し、混合気となって吸気通路１０内を流れる。吸気通路１０内を流れる混合気は、分岐して形成される吸気通路１０に沿って分岐し、エンジン１が有する４つの気筒５内に吸入される。

気筒５内に吸入された混合気は、それぞれの気筒５の燃焼行程で混合気中の燃料が燃焼し、燃焼後の排気ガスは、排気行程で気筒５内から排気通路２０に流出する。排気通路２０に排気ガスが流れた場合、排気ガスの大部分は排気通路２０の排気主通路２１を通り、触媒部３０に流れて触媒部３０に設けられる浄化触媒３１に流れる。浄化触媒３１に流れた排気ガスは浄化触媒３１によって浄化され、排気ガスの流れ方向における触媒部３０の下流側に位置する排気通路２０に流れて大気に放出される。また、このように排気ガスが浄化触媒３１を通過する際には、浄化触媒３１には排気ガスの熱が伝達されるため、浄化触媒３１は、排気ガスの熱により温度が上昇する。

一方、排気通路２０を流れる排気ガスのうち、一部の排気ガスは改質用通路２２に流れる。改質用通路２２には、このように一部の排気ガスが流れるが、この改質用通路２２には改質用燃料インジェクタ２５が設けられている。改質用燃料インジェクタ２５は、改質用通路２２内を流れる排気ガスに対して、排気ガスの改質を行う際に用いる燃料である改質用燃料を噴射可能に設けられており、その噴射量は、ＥＣＵ７０の処理部７１が有する改質用燃料噴射量制御部７５によって制御可能に設けられている。つまり、改質用燃料噴射量制御部７５は改質用燃料インジェクタ２５を制御することにより改質用燃料インジェクタ２５を作動させることができるが、改質用燃料インジェクタ２５には、インジェクタ１１と同様に燃料タンク６０が備える燃料フィードポンプ６１によって燃料タンク６０内の燃料が供給される。このため、改質用燃料噴射量制御部７５が改質用燃料インジェクタ２５を作動させることにより、改質用燃料インジェクタ２５は、改質用燃料噴射量制御部７５での制御に応じて燃料タンク６０内の燃料を、改質用燃料として改質用通路２２内に噴射する。

改質用燃料噴射量制御部７５によって制御される改質用燃料インジェクタ２５から改質用燃料を噴射した場合、改質用燃料は改質用通路２２を流れる排気ガスと混合し、混合した状態で触媒部３０に流入する。このように、改質用燃料と混合した状態で触媒部３０に流入した排気ガスは、触媒部３０に設けられている第１改質触媒３２を通過する。

ここで、第１改質触媒３２は、浄化触媒３１の周囲に配設されて浄化触媒３１と一体となって触媒部３０に内設されているが、浄化触媒３１は、排気主通路２１から流れる排気ガスの熱が伝達されることにより、温度が高くなっている。このため、このように温度が高くなった浄化触媒３１の熱は第１改質触媒３２に伝達され、第１改質触媒３２の温度も上昇する。

このように、第１改質触媒３２の温度が上昇した場合において、第１改質触媒３２の温度が、当該第１改質触媒３２で改質用燃料を改質することのできる温度である活性温度以上になった場合には、第１改質触媒３２は改質用燃料を改質することできる。このため、第１改質触媒３２の温度が上昇し、活性温度以上になった場合において、改質用燃料と混合した排気ガスが第１改質触媒３２を通過する際には、第１改質触媒３２は改質用燃料に熱を与えながら、通過する改質用燃料を改質し、改質ガスを生成する。

つまり、第１改質触媒３２は、浄化触媒３１を介して排気ガスの熱が伝達されることにより温度が上昇して活性温度以上になった場合、改質用燃料を改質するが、第１改質触媒３２の作用で改質用燃料が混合された排気ガスを改質する際には、この熱を利用し、吸熱反応により改質する。このため、換言すると、触媒部３０に内設される第１改質触媒３２は、浄化触媒３１が排気ガスを浄化する際に排気ガスから伝達される熱を利用して改質ガスを生成可能に設けられている。この改質により生成した改質ガスは、水素を含んでおり、燃焼可能な気体となっている。

第１改質触媒３２で、このように改質用燃料を改質して改質ガスを生成した場合、生成した改質ガス及び改質ガスに改質されずに第１改質触媒３２を通過する排気ガスは、ＥＧＲガスとして触媒部３０に接続されているＥＧＲガス通路４０に流れる。改質ガスを含むＥＧＲガスは、このように触媒部３０からＥＧＲガス通路４０に流れるが、このＥＧＲガス通路４０には、排気温度センサ４６が設けられている。この排気温度センサ４６は、このように改質ガスや排気ガスが含まれるＥＧＲガスの温度である排気温度を検出し、ＥＣＵ７０の処理部７１が有する排気温度取得部７７に伝達する。これにより排気温度取得部７７は、排気温度を取得する。

排気温度を取得した排気温度取得部７７は、取得した排気温度をＥＣＵ７０の処理部７１が有する第２改質触媒バルブ制御部７８に伝達する。排気温度取得部７７から排気温度が伝達された第２改質触媒バルブ制御部７８は、伝達された排気温度が、切替温度Ｔ以上であるかを判定する。この判定により、排気温度が切替温度Ｔ以上の場合には、第２改質触媒バルブ制御部７８は第２改質触媒バルブ５１に制御信号を送信して、第２改質触媒通路５０を閉じるように第２改質触媒バルブ５１を制御する。また、第２改質触媒バルブ制御部７８で判定する排気温度が、切替温度Ｔ未満の場合には、第２改質触媒バルブ制御部７８は第２改質触媒バルブ５１に制御信号を送信して、第２改質触媒通路５０を開くように第２改質触媒バルブ５１を制御する。

第２改質触媒バルブ制御部７８は、このように排気温度と切替温度Ｔとを比較し、比較した結果に応じて第２改質触媒バルブ５１を制御するが、この比較に用いる切替温度Ｔは、予めＥＣＵ７０の記憶部８０に記憶されている。また、この切替温度Ｔは、第１改質触媒３２の活性温度に近い値になっている。このため、排気温度が切替温度Ｔ以上の場合には第２改質触媒通路５０を閉じ、排気温度が切替温度Ｔ未満の場合には第２改質触媒通路５０を開くように第２改質触媒バルブ５１を制御することにより、第１改質触媒３２の温度が活性温度に到達している場合には第２改質触媒通路５０を閉じ、第１改質触媒３２の温度が活性温度に到達していない場合には第２改質触媒通路５０を開くことになる。

また、この第２改質触媒通路５０は、ＥＧＲガス通路４０に接続されている。また、ＥＧＲガス通路４０における第２改質触媒通路５０に併設されている部分はバイパス通路４１となっている。触媒部３０からＥＧＲガス通路４０に流れたＥＧＲガスは、この第２改質触媒通路５０とＥＧＲガス通路４０との接続部分の方向に流れるが、排気温度が切替温度Ｔ以上であることにより第２改質触媒バルブ５１が第２改質触媒通路５０を閉じた場合には、ＥＧＲガスは第２改質触媒通路５０には流れずに、バイパス通路４１に流れる。第２改質触媒通路５０には、第２改質触媒３５が配設されているが、ＥＧＲガスがバイパス通路４１に流れた場合、ＥＧＲガスは第２改質触媒３５には流れずに、バイパス通路４１を通って吸気通路１０の方向に流れる。

このように、第１改質触媒３２の温度が活性温度以上になった場合には改質用燃料が第１改質触媒３２で改質されるのに対し、第１改質触媒３２の温度が、活性温度未満の場合には、第１改質触媒３２は改質用燃料を改質することができない。このため、改質用燃料と混合した排気ガスが第１改質触媒３２を通過する際には、改質用燃料は第１改質触媒３２によって改質されずに、第１改質触媒３２を通過する。

改質ガスが生成されずに、改質用燃料が混合された状態で第１改質触媒３２を通過した排気ガスは、触媒部３０からＥＧＲガス通路４０に流れる。このＥＧＲガス通路４０には、排気温度センサ４６が設けられているが、第１改質触媒３２が活性温度に達しないということは、排気ガスの温度が低いことになる。このため、排気温度センサ４６で検出し、ＥＣＵ７０の処理部７１が有する排気温度取得部７７で取得する排気温度も低くなるため、第２改質触媒バルブ制御部７８で切替温度Ｔと比較した場合、排気温度は切替温度Ｔ未満であると判定される。これにより、第２改質触媒バルブ制御部７８は、第２改質触媒通路５０を開くように第２改質触媒バルブ５１を制御する。

このように、第２改質触媒通路５０を開いた場合において、ＥＧＲガス通路４０を流れるＥＧＲガスが第２改質触媒通路５０とＥＧＲガス通路４０との接続部分に到達した場合、ＥＧＲガスは、バイパス通路４１と第２改質触媒通路５０との双方に流れる。このうち、バイパス通路４１に流れたＥＧＲガスは、そのままバイパス通路４１内を吸気通路１０の方向に流れる。また、第２改質触媒通路５０に流れたＥＧＲガスは、第２改質触媒通路５０に配設されている第２改質触媒３５に流れる。

ＥＧＲガスが第２改質触媒３５に流れた場合、ＥＧＲガスの熱、即ちＥＧＲガスに含まれる排気ガスの熱は第２改質触媒３５に伝達され、第２改質触媒３５の温度は上昇する。この第２改質触媒３５は、第１改質触媒３２が改質用燃料を改質することができる温度よりも低い温度で改質用燃料を改質可能になっており、つまり、第２改質触媒３５は、第１改質触媒３２よりも活性温度が低くなっている。このため、排気温度が第１改質触媒３２を活性温度まで上昇させることが出来ない温度であっても、第２改質触媒３５は第１改質触媒３２と比較して活性温度が低いため、この排気ガスの熱が第２改質触媒３５に伝達された場合には、第２改質触媒３５は活性温度に到達する。

このため、改質用燃料が混合されているＥＧＲガスが第２改質触媒３５を通過する場合には、第２改質触媒３５は改質用燃料に熱を与えながら、通過する改質用燃料を改質し、改質ガスを生成する。つまり、第２改質触媒３５は、ＥＧＲガスに含まれる排気ガスの熱が伝達されることにより温度が上昇して活性温度以上になった場合、改質用燃料を改質するが、第２改質触媒３５の作用で改質用燃料が混合された排気ガスを改質する際には、この熱を利用し、吸熱反応により改質する。この改質により生成した改質ガスは、水素を含んでおり、燃焼可能な気体となっている。

第２改質触媒３５で改質用燃料を改質することにより生成された改質ガスを含むＥＧＲガスは、第２改質触媒通路５０を流れて、ＥＧＲガス通路４０に接続されている第２改質触媒通路５０の両端部のうち、吸気通路１０寄りの位置でＥＧＲガス通路４０に接続されている端部の方向に流れ、ＥＧＲガス通路４０内に流入する。これにより、バイパス通路４１を流れたＥＧＲガスと第２改質触媒通路５０を流れたＥＧＲガスとが合流する。

これらのように、排気温度が第１改質触媒３２の活性温度以上の場合には、改質用燃料は第１改質触媒３２で改質され、排気温度が第１改質触媒３２の活性温度より低い場合には、改質用燃料は第２改質触媒３５で改質される。このため、ＥＧＲガス通路４０において、バイパス通路４１及び第２改質触媒通路５０よりもＥＧＲガスの流れ方向における下流側に位置するＥＧＲガス通路４０内を流れるＥＧＲガスには、いずれの場合にも改質ガスが含まれている。

このように、改質ガスが含まれた状態でＥＧＲガス通路４０を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲガス通路４０に設けられるＥＧＲクーラ５５を通過する。その際に、ＥＧＲクーラ５５は、ＥＧＲガスと冷却水との間で熱交換を行わせる。これにより、ＥＧＲガスは、温度が低下する。

ＥＧＲクーラ５５によって温度が低下したＥＧＲガスは、さらにＥＧＲガス通路４０を流れ、ＥＧＲガス流量調整バルブ５６の方向に向かう。このＥＧＲガス流量調整バルブ５６は、ＥＣＵ７０の処理部７１が有するＥＧＲガス流量調整バルブ制御部７６によって制御可能に設けられており、ＥＧＲガス流量調整バルブ制御部７６は、ＥＧＲガス流量調整バルブ５６を制御することによりＥＧＲガス流量調整バルブ５６の開度を調整する。

ここで、ＥＧＲガス流量調整バルブ５６が設けられるＥＧＲガス通路４０は、吸気通路１０に接続されているが、吸気通路１０内を流れる空気とＥＧＲガス通路４０内を流れるＥＧＲガスとでは、ＥＧＲガス通路４０内を流れるＥＧＲガスの方が、吸気通路１０内を流れる空気よりも圧力が高くなっている。このため、吸気通路１０とＥＧＲガス通路４０とが連通した状態では、ＥＧＲガス通路４０内を流れるＥＧＲガスは、吸気通路１０内に流入する。

従って、ＥＧＲガス流量調整バルブ制御部７６によってＥＧＲガス流量調整バルブ５６を制御し、ＥＧＲガス流量調整バルブ５６の開度を大きくした場合には、ＥＧＲガス通路４０内を流れるＥＧＲガスの吸気通路１０内への流入量は多くなり、ＥＧＲガス流量調整バルブ５６の開度を小さくした場合には、吸気通路１０内へのＥＧＲガスの流入量は少なくなる。

吸気通路１０には、このようにＥＧＲガス流量調整バルブ５６の開度に応じた量のＥＧＲガスが流れるが、このＥＧＲガスには、改質ガスが含まれており、さらに改質ガスには、水素や一酸化炭素などの燃焼可能なガスが含まれている。このため、ＥＧＲガスが流入した気筒５内で燃料が燃焼する場合には、燃料と共に改質ガスも燃焼する。特に、水素は急速燃焼をするガスであるため、水素が燃焼をする際には、気筒５内の水素は急速な燃焼速度で燃焼する。

また、これらのように気筒５内で燃焼する改質ガスは、エンジン１の運転に用いられる燃料であるガソリンとアルコール燃料との混合燃料よりも発熱量が高いため、改質ガスが燃焼した際には、エンジン１の出力は増加する。従って、ＥＧＲガスに含まれる改質ガスを燃焼させる場合において、エンジン１の出力を一定にする場合には、改質ガスを燃焼させない場合と比較してスロットルバルブ１２は閉じ、インジェクタ１１から噴射する燃料の噴射量を低減させる。

以上の燃料改質装置３は、排気ガスから伝達される熱を利用して改質用燃料を改質し、エンジン１の気筒５内で燃焼可能な改質ガスを生成する改質手段として、第１改質触媒３２と第２改質触媒３５とを設けている。これらの第１改質触媒３２と第２改質触媒３５とでは、改質用燃料を改質することができる温度である活性温度が異なっており、第２改質触媒３５の活性温度は、第１改質触媒３２の活性温度よりも低くなっている。このため、排気ガスの温度が比較的高温の場合には、第１改質触媒３２で改質用燃料を改質することができ、排気ガスの温度が比較的低温の場合には、第２改質触媒３５で改質用燃料を改質することができる。この結果、広い温度領域で改質用燃料を改質することができる。

また、実施例１に係る燃料改質装置３は、バイパス通路４１と、第２改質触媒通路５０を開閉可能に設けられる第２改質触媒バルブ５１とを備えており、排気ガスの温度が所定の温度以上の場合には、第２改質触媒バルブ５１は第２改質触媒通路５０を閉じるように設けられている。このため、第１改質触媒３２よりも低い温度で改質用燃料を改質可能な第２改質触媒３５が、高温での使用時に不具合が生じる場合でも、排気ガスの温度が所定の温度以上の場合には、第２改質触媒通路５０を閉じることにより、高温の排気ガスが第２改質触媒３２に流れることを抑制できる。

つまり、例えば第２改質触媒３５を銅触媒により設けた場合、活性温度はロジウム触媒の活性温度よりも低いため、ロジウム触媒よりも低い温度で改質用燃料を改質することができるが、銅触媒は、高温になった場合、シンタリング等が発生する虞があり、改質性能が低下するなどの不具合が生じる虞がある。このため、排気ガスの温度が所定の温度である切替温度Ｔ以上の場合には、第２改質触媒バルブ５１で第２改質触媒通路５０を閉じることにより、高温の排気ガスが第２改質触媒３５に流れることを抑制でき、第２改質触媒３５が高温の排気ガスに晒されることを抑制できる。この結果、第２改質触媒３５に比較的高温の発温の排気ガスが流れることに起因する第２改質触媒３５の不具合を抑制しつつ、広い温度領域で改質用燃料を改質することができる。

また、第１改質触媒３２は、浄化触媒３１から伝達される熱を利用して改質用燃料を改質するように設けられているので、第１改質触媒３２は、排気ガスの熱を利用して改質用燃料を改質し易くなる。この結果、より確実に改質用燃料を改質することができる。

実施例２に係る燃料改質装置９０は、実施例１に係る燃料改質装置３と略同様の構成であるが、改質用燃料の噴射用のインジェクタを２つ設け、排気温度に応じて改質用燃料を噴射するインジェクタを切り替えている点に特徴がある。他の構成は実施例１と同様なので、その説明を省略すると共に、同一の符号を付す。図３は、本発明の実施例２に係る燃料改質装置を備える内燃機関の全体構成図である。実施例２に係る燃料改質装置９０は、実施例１に係る燃料改質装置３と同様にエンジン１に備えられている。また、エンジン１には排気通路２０が接続されており、排気通路２０は、排気主通路２１及び改質用通路２２を有している。さらに、排気通路２０には、浄化触媒３１及び第１改質触媒３２を内設すると共にＥＧＲガス通路４０が接続された触媒部３０が設けられており、触媒部３０に接続されたＥＧＲガス通路４０は、触媒部３０に接続されている側の端部の反対側に位置する端部が吸気通路１０に接続されている。また、ＥＧＲガス通路４０には、ＥＧＲガス通路４０内を流れる排気ガス等のガスの温度を検出可能な排気温度センサ４６及びＥＧＲガス通路４０内を開閉可能なＥＧＲガス流量調整バルブ５６が設けられている。

また、ＥＧＲガス通路４０には、両端が当該ＥＧＲガス通路４０に接続された通路であり、且つ、第２改質触媒３５と第２改質触媒バルブ５１とが配設された第２改質触媒通路５０が接続されている。このように第２改質触媒通路５０が接続されているＥＧＲガス通路４０における第２改質触媒通路５０と併設している部分は、バイパス通路４１となっている。

また、実施例２に係る燃料改質装置９０は、排気ガスに対して改質用燃料を供給する改質用燃料供給手段である改質用燃料インジェクタ２５が２つ設けられている。この２つの改質用燃料インジェクタ２５のうち、一方の改質用燃料インジェクタ２５は実施例１に係る燃料改質装置３に備えられる改質用燃料インジェクタ２５と同様に改質用通路２２に設けられた第１改質用燃料インジェクタ９１となっており、第１改質触媒３２に流れる排気ガスに対して改質用燃料を供給可能な第１改質用燃料供給手段として設けられている。

また、他方の改質用燃料インジェクタ２５は、第２改質触媒通路５０に設けられた第２改質用燃料インジェクタ９２となっている。この第２改質用燃料インジェクタ９２は、第２改質触媒通路５０内を流れる排気ガス或いはＥＧＲガスの流れ方向における第２改質触媒３５の上流側で、且つ、第２改質触媒バルブ５１の下流側に配設されている。また、この第２改質用燃料インジェクタ９２は、第２改質触媒３５に流れる排気ガスに対して改質用燃料を供給可能な第２改質用燃料供給手段として設けられている。

これらの第１改質用燃料インジェクタ９１と第２改質用燃料インジェクタ９２とは、排気ガスの温度に応じていずれか一方の改質用燃料インジェクタ２５から改質用燃料を噴射するように設けられている。詳しくは、第１改質用燃料インジェクタ９１と第２改質用燃料インジェクタ９２とは、排気ガスの温度が所定の温度である切替温度Ｔ以上の場合には、第１改質用燃料インジェクタ９１のみから改質用燃料を噴射し、排気ガスの温度が切替温度Ｔより低い場合には第２改質用燃料インジェクタ９２のみから改質用燃料を噴射するように設けられている。

また、この実施例２に係る燃料改質装置９０が有するＥＣＵ７０は、実施例１に係る燃料改質装置３が有するＥＣＵ７０と同様に処理部７１と記憶部８０と入出力部８１とを有している（図２参照）。このうち、処理部７１は、少なくともスロットルバルブ制御部７２と、吸入空気量取得部７３と、燃料噴射量制御部７４と、改質用燃料噴射量制御部７５と、ＥＧＲガス流量調整バルブ制御部７６と、排気温度取得部７７と、第２改質触媒バルブ制御部７８と、を有している。

この実施例２に係る燃料改質装置９０は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。実施例２に係る燃料改質装置９０を備えるエンジン１の運転時の基本的な作用は、実施例１に係る燃料改質装置３と同様な作用をする。即ち、エンジン１の気筒５内で燃料と空気との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスの熱によって浄化触媒３１の温度を上昇させる。

また、排気通路２０を流れる排気ガスのうち、一部の排気ガスは改質用通路２２に流れ、この排気ガスは、触媒部３０を通過してＥＧＲガス通路４０に流れるが、このＥＧＲガス通路４０には、排気温度センサ４６が設けられている。この排気温度センサ４６は、ＥＧＲガス通路４０内を流れる排気ガスを含むＥＧＲガスの温度を検出する。排気温度センサ４６で検出した排気温度は、ＥＣＵ７０の処理部７１が有する排気温度取得部７７に伝達されて排気温度取得部７７で取得し、取得した排気温度が切替温度Ｔ以上の場合には、ＥＣＵ７０の処理部７１が有する第２改質触媒バルブ制御部７８から第２改質触媒バルブ５１に対して制御信号を送信し、第２改質触媒バルブ５１によって第２改質触媒通路５０を閉じる制御を行う。

さらに、実施例２に係る燃料改質装置９０では、排気温度取得部７７で取得した排気温度が切替温度Ｔ以上の場合には、ＥＣＵ７０の処理部７１が有する改質用燃料噴射量制御部７５で第１改質用燃料インジェクタ９１と第２改質用燃料インジェクタ９２とを制御し、第１改質用燃料インジェクタ９１のみから改質用燃料を噴射させる。

これにより、第１改質用燃料インジェクタ９１で噴射した改質用燃料は、改質用通路２２内を流れる排気ガスと混合し、混合した排気ガスは改質用通路２２から触媒部３０に流れる。ここで、排気温度が切替温度Ｔ以上であるということは、第１改質触媒３２は、実施例１に係る燃料改質装置３が備える第１改質触媒３２と同様に、活性温度に到達していることになる。このため、排気ガスと共に触媒部３０に流入した改質用燃料は、第１改質触媒３２で吸熱反応によって改質され、改質ガスが生成される。第１改質触媒３２で生成した改質ガスは、触媒部３０からＥＧＲガス通路４０に流れる。

このＥＧＲガス通路４０には、第２改質触媒通路５０が接続されているが、この第２改質触媒通路５０に配設される第２改質触媒バルブ５１は、排気温度センサ４６で検出した排気温度が切替温度Ｔ以上であることにより、第２改質触媒通路５０を閉じている。このため、ＥＧＲガス通路４０を流れる、改質ガスや排気ガスを含むＥＧＲガスは、第２改質触媒通路５０には流れずに、バイパス通路４１に流れて、吸気通路１０の方向に向かう。

これに対し、排気温度取得部７７で取得した排気温度が切替温度Ｔ未満の場合には、ＥＣＵ７０の処理部７１が有する第２改質触媒バルブ制御部７８で、第２改質触媒バルブ５１によって第２改質触媒通路５０を開く制御を行う。

さらに、実施例２に係る燃料改質装置９０では、排気温度取得部７７で取得した排気温度が切替温度Ｔ未満の場合には、ＥＣＵ７０の処理部７１が有する改質用燃料噴射量制御部７５で第１改質用燃料インジェクタ９１と第２改質用燃料インジェクタ９２とを制御し、第２改質用燃料インジェクタ９２のみから改質用燃料を噴射させる。これにより、改質用通路２２を流れる排気ガスには、改質用燃料が供給されないため、改質用通路２２を流れる排気ガスが触媒部３０に流入した場合でも、触媒部３０が有する第１改質触媒３２は排気ガスを改質することができなくなる。このため、触媒部３０に流入した排気ガスは、触媒部３０を素通りしてＥＧＲガス通路４０に流入する。

改質用燃料が混合された状態の排気ガスが流入するＥＧＲガス通路４０には、第２改質触媒通路５０が接続されているが、この第２改質触媒通路５０に配設される第２改質触媒バルブ５１は、排気温度センサ４６で検出した排気温度が切替温度Ｔ未満であることにより、第２改質触媒通路５０を開いている。このため、ＥＧＲガス通路４０を流れる、排気ガスを含むＥＧＲガスは、ＥＧＲガス通路４０における第２改質触媒通路５０が接続されている部分に到達した場合には、ＥＧＲガスは第２改質触媒通路５０とバイパス通路４１との２方向に分かれて流れる。

２方向に分かれて流れた排気ガスのうち、第２改質触媒通路５０に流入した排気ガスは、第２改質触媒３５に向けて流れる。その際に、このように排気温度が切替温度Ｔ未満の場合には、第２改質用燃料インジェクタ９２は改質用燃料を噴射するため、第２改質触媒通路５０を流れて第２改質触媒３５に向けて流れる排気ガスは、第２改質用燃料インジェクタ９２が噴射した改質用燃料が混合された状態で流れる。改質用燃料が混合した排気ガスが第２改質触媒３５に流れた場合、第２改質触媒３５には排気ガスの熱が伝達される。

ここで、この第２改質触媒３５は、活性温度が第１改質触媒３２の活性温度よりも低いため、排気温度センサ４６で検出した排気温度が切替温度Ｔ未満の場合でも、第２改質触媒３５に排気ガスの熱が伝達された場合、第２改質触媒３５は活性温度に到達し易くなっている。このため、改質用燃料が混合した排気ガスが第２改質触媒３５に流れた場合において、第２改質触媒３５の温度が活性温度以上になっている場合には、第２改質触媒３５は、排気ガスと共に第２改質触媒３５に流入した改質用燃料を、第２改質触媒３５で吸熱反応によって改質し、改質ガスを生成する。第２改質触媒３５で生成した改質ガスは、第２改質触媒通路５０を通ってＥＧＲガス通路４０内に流入する。これにより、第２改質触媒通路５０を流れて改質ガスを含むＥＧＲガスと、バイパス通路４１を流れたＥＧＲガスとは合流する。

これらのように、排気温度が第１改質触媒３２の活性温度以上の場合には、改質用燃料を第１改質触媒３２のみに供給し、排気温度が第１改質触媒３２の活性温度より低い場合には、改質用燃料を第２改質触媒３５のみに供給することにより、改質が困難な方の改質触媒に改質用燃料を供給することを抑制しつつ、広い排気温度領域で改質用燃料を改質することができる。このため、ＥＧＲガス通路４０において、バイパス通路４１及び第２改質触媒通路５０よりもＥＧＲガスの流れ方向における下流側に位置するＥＧＲガス通路４０内を流れるＥＧＲガスには、いずれの場合にも改質ガスが含まれている。

第１改質触媒３２または第２改質触媒３５で生成された改質ガスは、ＥＧＲガスとして吸気通路１０に流れ、吸気通路１０を流れる空気と燃料との混合気と共にエンジン１に吸入される。改質ガスを含む混合気がエンジン１に吸入された場合、改質ガスは混合気中の燃料と共にエンジン１の気筒５内で燃焼する。また、このように改質ガスを気筒５内で燃焼させることにより、インジェクタ１１から噴射する燃料の噴射量を低減させることができる。

以上の燃料改質装置９０は、第１改質触媒３２に流れる排気ガスに対して改質用燃料を供給可能な第１改質用燃料インジェクタ９１と、第２改質触媒３５に流れる排気ガスに対して改質用燃料を供給可能な第２改質用燃料インジェクタ９２と、を備えている。また、これらの第１改質用燃料インジェクタ９１と第２改質用燃料インジェクタ９２とは、排気ガスの温度が所定の温度以上の場合には第１改質用燃料インジェクタ９１のみから改質用燃料を供給し、排気ガスの温度が所定の温度より低い場合には第２改質用燃料インジェクタ９２のみから改質用燃料を供給する。このように排気ガスの温度に応じて改質用燃料を噴射する改質用燃料インジェクタ２５を異ならせることにより、排気ガスの温度が所定の温度以下の場合に改質用燃料を供給した場合には第１改質触媒３２に不具合が生じるような場合でも、排気ガスの温度が所定の温度以下の場合には第１改質触媒３２には改質用燃料を供給しないので、第１改質触媒３２に発生する不具合を抑制することができる。

つまり、例えば第１改質触媒３２がロジウム触媒により設けた場合、第１改質触媒３２が低温の状態で改質用燃料を第１改質触媒３２に流すと、カーボン析出などの反応が生じる虞があり、改質性能が低下するなどの不具合が生じる虞がある。このため、排気ガスの温度が所定の温度である切替温度Ｔ未満の場合には、第２改質用燃料インジェクタ９２からのみ改質用燃料を噴射し、第１改質用燃料インジェクタ９１は改質用燃料を噴射しないようにすることにより、第１改質触媒３２の温度が低い状態で改質用燃料が第１改質触媒３２に供給されることを抑制できる。この結果、排気ガスの温度が比較的低い場合に第１改質触媒３２に改質用燃料を供給することに起因する第１改質触媒３２の不具合を抑制しつつ、広い温度領域で改質用燃料を改質することができる。

なお、実施例２に係る燃料改質装置９０では、第１改質用燃料インジェクタ９１による改質用燃料の噴射と、第２改質用燃料インジェクタ９２による改質用燃料の噴射とが、切替温度Ｔを境にして完全に切り替えられているが、改質用燃料の噴射のオーバーラップ期間を設けてもよい。改質触媒による改質用燃料の改質は、改質触媒の温度によって明確に改質の可否が分かれておらず、第１改質触媒３２は、第１改質触媒３２の温度が所定の温度より低下するに従って徐々に改質効率が低下し、第２改質触媒３５は、第２改質触媒３５の温度が所定の温度より上昇するに従って徐々に改質効率が低下する。このため、互いに改質効率が低下している温度領域では、第１改質用燃料インジェクタ９１と第２改質用燃料インジェクタ９２との双方から改質用燃料を噴射することにより、第１改質触媒３２と第２改質触媒３５で、改質効率が低下した状態で改質用燃料を改質することができる。これにより、第１改質触媒３２と第２改質触媒３５とで、それぞれ低下した改質効率を補うことができる。

また、上述した燃料改質装置では、第１改質触媒３２にはロジウム触媒が用いられており、第２改質触媒３５には銅触媒が用いられているが、第１改質触媒３２と第２改質触媒３５とは、これら以外の材質からなる触媒を用いてもよい。

また、上述した燃料改質装置では、燃料タンク６０に貯留され、エンジン１の運転や改質用燃料として用いられる燃料はガソリンとアルコール燃料との混合燃料となっているが、この燃料は、ガソリンのみやアルコール燃料のみでもよい。または、インジェクタ１１から噴射し、エンジン１の運転に用いる燃料の燃料タンクと、改質用燃料の燃料タンクとは別々にし、それぞれ異なる性状の燃料を用いてもよい。エンジン１の運転に用いる燃料は、エンジン１の気筒５内で燃料し、エンジン１を運転させることのできる燃料であればよく、改質用燃料は、第１改質触媒３２や第２改質触媒３５で改質することによりエンジン１の気筒５内で燃焼可能な改質ガスを生成できる燃料であればよい。

また、上述した燃料改質装置では、ＥＧＲガス通路４０と改質用通路２２とは、排気主通路２１内を流れる排気ガスの流れ方向に対して略直交する方向で触媒部３０に接続されているが、ＥＧＲガス通路４０と改質用通路２２とは、これ以外の形態で配設されていてもよい。例えば、ＥＧＲガス通路４０と改質用通路２２とは、改質用通路２２から触媒部３０内に流れ、さらにＥＧＲガス通路４０に流れる排気ガスや改質ガスの流れが、排気主通路２１内を流れる排気ガスの流れ方向に向流するように形成されていてもよい。ＥＧＲガス通路４０と改質用通路２２とは、改質用燃料が供給された改質用通路２２内の排気ガスが触媒部３０内の第１改質触媒３２に流れて第１改質触媒３２で改質ガスを生成し、この改質ガス及び排気ガスがＥＧＲガス通路４０に流れるように設けられていれば、その形態は問わない。

以上のように、本発明に係る燃料改質装置は、改質用燃料を改質することにより生成した改質ガスを内燃機関に供給する燃料改質装置に有用であり、特に、排気ガスの熱を用いて改質用燃料を改質する燃料改質装置に適している。

本発明の実施例１に係る燃料改質装置を備える内燃機関の全体構成図である。 図１に示す燃料改質装置の要部構成図である。 本発明の実施例２に係る燃料改質装置を備える内燃機関の全体構成図である。

符号の説明

１ エンジン
３、９０ 燃料改質装置
５ 気筒
１０ 吸気通路
１１ インジェクタ
１２ スロットルバルブ
２０ 排気通路
２１ 排気主通路
２２ 改質用通路
２５ 改質用燃料インジェクタ
３０ 触媒部
３１ 浄化触媒
３２ 第１改質触媒
３５ 第２改質触媒
４０ ＥＧＲガス通路
４１ バイパス通路
４６ 排気温度センサ
５０ 第２改質触媒通路
５１ 第２改質触媒バルブ
５５ ＥＧＲクーラ
６０ 燃料タンク
７０ ＥＣＵ
７１ 処理部
７２ スロットルバルブ制御部
７３ 吸入空気量取得部
７４ 燃料噴射量制御部
７５ 改質用燃料噴射量制御部
７６ ＥＧＲガス流量調整バルブ制御部
７７ 排気温度取得部
７８ 第２改質触媒バルブ制御部
８０ 記憶部
８１ 入出力部
９１ 第１改質用燃料インジェクタ
９２ 第２改質用燃料インジェクタ

Claims (4)

1. 改質させる元になる燃料である改質用燃料を内燃機関の気筒内から排出された排気ガスに対して供給可能な改質用燃料供給手段と、
   前記改質用燃料供給手段によって前記排気ガスに対して供給された前記改質用燃料を前記排気ガスから伝達される熱を利用して改質することにより前記気筒内で燃焼可能な改質ガスを生成する第１改質手段と、
   前記改質用燃料供給手段によって前記排気ガスに対して供給された前記改質用燃料を前記排気ガスから伝達される熱を利用して改質することにより前記気筒内で燃焼可能な改質ガスを生成すると共に前記第１改質手段が前記改質用燃料を改質することができる温度よりも低い温度で前記改質用燃料を改質可能な第２改質手段と、
   を備えることを特徴とする燃料改質装置。
2. さらに、前記第２改質手段に流れる前記排気ガスの通路である第２改質手段通路に併設される前記排気ガスの通路であるバイパス通路と、
   前記第２改質手段通路を開閉可能に設けられると共に前記排気ガスの温度が所定の温度以上の場合には前記第２改質手段通路を閉じる第２改質手段通路開閉手段と、
   を備えており、
   前記第１改質手段と前記第２改質手段とは、前記排気ガスの流れ方向における直列に配設されていると共に前記第２改質手段は前記第１改質手段の下流側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料改質装置。
3. 前記改質用燃料供給手段は、前記第１改質手段に流れる前記排気ガスに対して前記改質用燃料を供給可能な第１改質用燃料供給手段と、前記第２改質手段に流れる前記排気ガスに対して前記改質用燃料を供給可能な第２改質用燃料供給手段と、からなり、
   前記第１改質用燃料供給手段と前記第２改質用燃料供給手段とは、前記排気ガスの温度が所定の温度以上の場合には前記第１改質用燃料供給手段のみから前記改質用燃料を供給し、前記排気ガスの温度が前記所定の温度より低い場合には前記第２改質用燃料供給手段のみから前記改質用燃料を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料改質装置。
4. さらに、前記排気ガスを浄化する浄化手段を備えており、
   前記第１改質手段は、前記浄化手段から伝達される熱を利用して前記改質用燃料を改質することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料改質装置。

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