JP2020012419A

JP2020012419A - 燃料気化装置及び気化反応システム

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Publication number: JP2020012419A
Application number: JP2018135194A
Authority: JP
Inventors: 天野　典保; Noriyasu Amano; 典保天野; 慶則中山; Yoshinori Nakayama; 徹齊藤; Toru Saito; 藤井　宏明; Hiroaki Fujii; 宏明藤井; 樋口　和弘; Kazuhiro Higuchi; 和弘樋口
Original assignee: Denso Corp; Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2018-07-18
Filing date: 2018-07-18
Publication date: 2020-01-23

Abstract

【課題】装置を大型化することなく、気化室における燃料の滞留時間を長くして、燃料の気化効率を高めることができる燃料気化装置及び気化反応システムを提供する。【解決手段】燃料気化装置１０は、内燃機関５の排気管５１内に配置された排気浄化触媒５３へ供給する還元剤Ｋを生成するための燃料Ｆを気化させるものである。燃料気化装置１０は、気化室２０を形成する気化容器２、気化室２０の第２内端面２３１に衝突するように燃料Ｆを噴射するインジェクタ３、及び気化室２０に酸素含有気体Ａを導入し、第２内端面２３１に衝突して跳ね返った燃料Ｆが酸素含有気体Ａに巻き込まれた旋回流Ｓを形成するための気体供給ユニット４を備える。インジェクタ３の複数の噴射口３１の各々の噴射軸線Ｐは、導出口２３２を除く第２内端面２３１の部位に向けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料を気化させる燃料気化装置及び気化反応システムに関する。

従来より、内燃機関の排気管内には、ＮＯｘ等の有害物質を一旦吸蔵し、また有害物質を還元するための還元剤が供給されたときに、有害物質を無害なガスに浄化する排気浄化触媒を配置することが知られている。排気浄化触媒へ供給される還元剤は、例えば、排気管に合流する合流管に設けられたインジェクタから噴射される燃料を改質して生成することがある。また、還元剤には、内燃機関における空燃比を燃料リッチ側にした際に排気管へ排気される未燃ガスを用いることもある。また、還元剤を生成する以外にも、インジェクタから噴射される燃料を燃焼させて、この燃焼後の燃焼ガスによって排気浄化触媒を加熱することもある。

燃料を気化させる燃料気化装置を用いたものとしては、例えば、特許文献１に記載された排気浄化装置がある。この排気浄化装置においては、排気管に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒へ供給する還元剤を生成するために、空気に添加された燃料を所要温度に上昇させることが行われている。この燃料を気化させる際には、燃料気化装置として、酸化触媒が担持されたハニカム状の担持体によって構成され、通電によって加熱されるヒータ触媒が用いられている。

特開２００６−２４２０２０号公報

燃料気化装置における燃料の、単位時間当たりの気化量としての気化効率を高めるためには、燃料が分散しやすくするとともに、燃料が気化する時間を長くすることが考えられる。特許文献１の排気浄化装置におけるヒータ触媒においては、ヒータ触媒内を燃料及び空気が略直線状に流れて、燃料が気化される（蒸発する）。そのため、特許文献１においては、燃料が気化する時間を長くするためには、ヒータ触媒を長く形成する必要がある。そのため、ヒータ触媒を大型化することなく、燃料が気化する時間を長くすることができない。また、特許文献１においては、空気の流速を低下させると、燃料が分散しにくくなり、空気の流速を上昇させると、燃料が気化する時間が短くなる。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、装置を大型化することなく、気化室における燃料の滞留時間を長くして、燃料の気化効率を高めることができる燃料気化装置及び気化反応システムを提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、内燃機関（５）の排気管（５１）内に配置された排気浄化触媒（５３）へ供給する還元剤（Ｋ）又は燃焼ガス（Ｈ）を生成するための燃料（Ｆ）を気化させる燃料気化装置（１０）であって、
曲面状の内周面（２１１）及び互いに対向する一対の内端面（２２１，２３１）を有する気化室（２０）を形成する気化容器（２）と、
前記気化容器の、一対の前記内端面のうちの第１内端面（２２１）を形成する第１端部（２２）に配置され、一対の前記内端面のうちの第２内端面（２３１）に衝突するように燃料を噴射するための複数の噴射口（３１）を有するインジェクタ（３）と、
前記気化容器内に酸素含有気体（Ａ）を導入し、前記第２内端面に衝突して跳ね返った燃料が、前記内周面の周方向（Ｃ）に沿って旋回する酸素含有気体に巻き込まれた旋回流（Ｓ）を形成するための気体供給ユニット（４）と、を備え、
前記気化室の前記内周面には、前記気体供給ユニットから前記気化室内へ酸素含有気体を導入するための導入口（２１２）が形成されており、
前記気化室の前記第２内端面には、前記気化室内から外部へ燃料と酸素含有気体との混合気（Ｍ）を導出するための導出口（２３２）が形成されており、
複数の前記噴射口の各々の噴射軸線（Ｐ）は、前記第２内端面における前記導出口を除く部位に向けられており、
前記第２内端面は、前記インジェクタの中心軸線（Ｏ）に対して垂直な垂直面（２３０）、前記中心軸線の位置から外周側に行くほど前記中心軸線の方向の噴射先端側（Ｏ１）に位置する外側傾斜面（２３１Ｂ）、又は前記中心軸線の位置から外周側に行くほど前記中心軸線の方向の噴射基端側（Ｏ２）に位置する内側傾斜面（２３１Ａ）によって形成されている、燃料気化装置にある。

本発明の他の態様は、前記燃料気化装置と、
前記燃料気化装置から燃料と酸素含有気体との混合気（Ｍ）が供給されて、前記混合気の改質反応を行って還元剤を生成するための改質触媒（６２）、又は前記混合気の燃焼反応を行って燃焼ガスを生成するための発熱源（６５）が配置された反応通路（６１）と、を備える気化反応システム（１）にある。

（燃料気化装置）
前記一態様の燃料気化装置においては、気化容器及び気体供給ユニットによって、気化容器の気化室内に、燃料が巻き込まれた酸素含有気体の旋回流を形成する。燃料は、インジェクタの噴射口から噴射されて、気化室の第２内端面に衝突して微細化した状態で酸素含有気体に巻き込まれる。酸素含有気体の旋回流を形成することにより、微細化した燃料が気化室内に滞留する時間を長くすることができる。これにより、旋回流に巻き込まれた燃料が気化しやすくすることができ、燃料気化装置による燃料の気化効率を高めることができる。

また、燃料は、気化容器の気化室における第２内端面に衝突して分散される。そして、この分散された燃料が酸素含有空気の旋回流に巻き込まれる。そのため、燃料が分散されやすい状態を維持したまま、燃料が気化する時間を長くして、燃料の気化効率を高めることができる。

また、旋回流を形成する構成により、酸素含有気体を気化室内へ導入する流速を速くすることによって、燃料が巻き込まれた酸素含有気体が気化室の内周面を旋回する回数、長さ等を増やすことができる。そのため、酸素含有気体に巻き込まれた燃料が気化室内に滞留する時間をより長くすることができる。そして、燃料の滞留時間を長くするために、気化容器を長く形成する必要がなく、燃料気化装置が大型化することを防止することができる。

また、インジェクタの複数の噴射口の各々の噴射軸線は、導出口を除く第２内端面の部位に向けられている。そして、複数の噴射口から噴射された燃料は、垂直面、外側傾斜面又は内側傾斜面として形成された第２内端面に衝突する。これにより、複数の噴射口から噴射された燃料が、導出口へ直接出されてしまうことを防止し、燃料が酸素含有気体の旋回流に巻き込まれやすくすることができる。

それ故、前記一態様の燃料気化装置によれば、装置を大型化することなく、気化室における燃料の滞留時間を長くして、燃料の気化効率を高めることができる。

気化室の内周面の周方向に沿って旋回する酸素含有気体の旋回流は、導出口から気化室の外部へ導出される。気化室内においては、酸素含有気体による旋回流に燃料の噴霧液滴が巻き込まれて、混合気の旋回流が形成される。

気化供給ユニットは、気化容器内へ酸素含有気体を供給する種々の構成とすることができる。酸素含有気体及び混合気の旋回流は、気化容器の形状等の構成と気化供給ユニットの構成とによって形成される。

（気化反応システム）
前記他の態様の気化反応システムは、前述した燃料気化装置を用いて、反応通路において還元剤又は燃焼ガスを生成するものである。気化反応システムにおいては、気化容器において十分に気化された燃料を含む混合気の改質反応又は燃焼反応を行うことにより、還元反応による還元剤の生成又は燃焼反応による燃焼ガスの生成を効果的に行うことができる。

なお、本発明の一態様において示す各構成要素のカッコ書きの符号は、実施形態における図中の符号との対応関係を示すが、各構成要素を実施形態の内容のみに限定するものではない。

実施形態１にかかる、燃料気化装置及び気化反応システムの断面を示す説明図。実施形態１にかかる、排気管に配置された気化反応システムの断面を示す説明図。実施形態１にかかる、図１のIII−III断面を示す説明図。実施形態１にかかる、内側傾斜面による第２内端面と噴射口の噴射軸線との間の関係角度を示す説明図。実施形態１にかかる、内側傾斜面による第２内端面と噴射口の噴射軸線との間の関係角度を示す別の説明図。実施形態１にかかる、他の燃料気化装置の断面を示す説明図。実施形態１にかかる、他の燃料気化装置の断面を示す説明図。実施形態１にかかる、気化容器における加熱面の温度と、燃料の噴霧液滴の蒸発時間との関係を示すグラフ。実施形態１にかかる、インジェクタの先端部における噴射口の形成状態を示す説明図。実施形態２にかかる、燃料気化装置の断面を示す説明図。実施形態２にかかる、外側傾斜面による第２内端面と噴射口の噴射軸線との間の関係角度を示す説明図。実施形態２にかかる、他の燃料気化装置の断面を示す説明図。実施形態３にかかる、燃料気化装置の断面を示す説明図。実施形態４にかかる、排気管に配置された気化反応システムの断面を示す説明図。確認試験にかかる、第２内端面と噴射口の噴射軸線との間の関係角度と、燃料の気化率との関係を示すグラフ。

前述した燃料気化装置及び気化反応システムにかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
＜実施形態１＞
本形態の燃料気化装置１０は、図１及び図２に示すように、内燃機関５の排気管５１内に配置された排気浄化触媒５３へ供給する還元剤Ｋを生成するための燃料Ｆを気化させるものである。燃料気化装置１０は、気化容器２、インジェクタ３及び気体供給ユニット４を備える。気化容器２は、曲面状の内周面２１１及び互いに対向する一対の内端面２２１，２３１を有する気化室２０を形成するものである。インジェクタ３は、気化容器２の、一対の内端面２２１，２３１のうちの第１内端面２２１を形成する第１端部２２に配置されており、一対の内端面２２１，２３１のうちの第２内端面２３１に衝突するように燃料Ｆを噴射するための複数の噴射口３１を有する。気体供給ユニット４は、気化容器２内に酸素含有気体Ａを導入（供給）するものであり、第２内端面２３１に衝突して跳ね返った燃料Ｆが、内周面２１１の周方向Ｃに沿って旋回する酸素含有気体Ａに巻き込まれた旋回流Ｓを形成するためのものである。

図１及び図３に示すように、気化室２０の内周面２１１には、気体供給ユニット４から気化室２０内へ酸素含有気体Ａを導入するための導入口２１２が形成されている。気化室２０の第２内端面２３１には、気化室２０内から外部へ燃料Ｆと酸素含有気体Ａとの混合気Ｍを導出するための導出口２３２が形成されている。複数の噴射口３１の各々の噴射軸線Ｐは、第２内端面２３１における、導出口２３２を除く部位に向けられている。第２内端面２３１は、インジェクタ３の中心軸線Ｏの位置から径方向Ｒの外周側に行くほど中心軸線Ｏの方向の噴射基端側Ｏ２に位置する内側傾斜面２３１Ａによって形成されている。

ここで、インジェクタ３の中心軸線Ｏとは、インジェクタ３における、放射状に配置された複数の噴射口３１の中心を通る軸線のことをいう。気化室２０の周方向Ｃとは、気化室２０の中心軸線Ｏの周りの方向のことをいい、気化室２０の径方向Ｒとは、気化室２０の中心軸線Ｏを中心とする放射状の方向のことをいう。

また、中心軸線Ｏの方向の噴射基端側Ｏ２とは、インジェクタ３の複数の噴射口３１から燃料Ｆが噴射されるときの、中心軸線Ｏの方向に沿った、燃料Ｆの噴射方向の上流側（基端側）のことをいう。中心軸線Ｏの方向の噴射先端側Ｏ１とは、噴射基端側Ｏ２とは反対側のことをいい、中心軸線Ｏの方向に沿った、燃料Ｆの噴射方向の下流側（先端側）のことをいう。

本形態の気化反応システム１は、燃料気化装置１０の他に反応通路６１を備える。反応通路６１は、燃料気化装置１０から燃料Ｆと酸素含有気体Ａとの混合気Ｍが供給される通路である。反応通路６１内には、混合気Ｍの改質反応を行って還元剤Ｋを生成するための改質触媒６２が配置されている。

以下に、本形態の燃料気化装置１０及び気化反応システム１について詳説する。
（排気浄化触媒５３）
図２に示すように、本形態の燃料気化装置１０及び気化反応システム１は、車両に搭載されるものであり、排気浄化触媒５３は、車両に搭載された内燃機関（エンジン）５の排気管５１内に配置されている。排気浄化触媒５３は、排気管５１を流れる排気ガスＧに含まれる、有害ガスとしてのＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵し、排気管５１から大気へＮＯｘが排出されないようにするものである。本形態の排気浄化触媒５３は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒である。排気浄化触媒５３に吸蔵されたＮＯｘは、内燃機関５から排気される未燃ガスとは別に、気化反応システム１によって生成される還元剤Ｋを用いて還元される。排気浄化触媒５３に吸蔵する、排気ガスＧ中の有害ガスは、ＮＯｘ以外のガスとすることもできる。

排気浄化触媒５３に吸蔵されたＮＯｘは、内燃機関５における空燃比を、理論空燃比よりも燃料リッチ側にして、内燃機関５における燃焼運転を行ったときに、内燃機関５から排気管５１に排気される排気ガスＧに含まれる未燃ガスによって還元し、浄化することもできる。この場合には、気化反応システム１は、内燃機関５から排気される未燃ガスによる排気浄化触媒５３中のＮＯｘの還元を補助する目的で使用することができる。

未燃ガス中には、排気浄化触媒５３中のＮＯｘを還元する際の還元剤Ｋとなる一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ₂）、炭化水素（ＨＣ）等が含まれる。また、気化反応システム１の改質触媒６２においては、水素等が生成される。そして、未燃ガス、水素等が、有害物質であるＮＯｘと反応することにより、ＮＯｘが無害なＮ₂（窒素）に還元・浄化される。

本形態の排気浄化触媒５３は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒には、ＮＯｘ（窒素酸化物）が吸蔵される。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、有害物質であるＮＯ、ＮＯ₂、Ｎ₂Ｏ等のＮＯｘを吸蔵し、ＮＯｘを無害なＮ₂（窒素）に還元して浄化するものである。

排気浄化触媒５３は、複数のセル孔を有するハニカム状等に形成されたセラミックス（金属酸化物）の担持体に、ＮＯｘの吸蔵を促進する物質、ＮＯｘの還元反応を促進する触媒としての貴金属、酸素を放出する機能を有する酸化セリウム（セリア、ＣｅＯ₂）等が担持されたものである。排気浄化触媒５３の複数のセル孔は、三角状、四角状、六角状等の種々の形状に形成することができる。排気浄化触媒５３は、排気管５１内に配置された、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯの有害物質を浄化する三元触媒と併用することができる。

気化反応システム１は、排気浄化触媒５３に吸蔵されたＮＯｘを還元する用途の他に、内燃機関５の始動時に排気浄化触媒５３を暖気（加熱）する用途として使用することもできる。内燃機関５の始動時においては、排気浄化触媒５３が排気ガスＧによって加熱されておらず、排気浄化触媒５３の温度が、例えば１５０℃未満の低温になっている。

排気浄化触媒５３の温度が２００℃未満程度に低い場合には、排気浄化触媒５３がＮＯｘを吸蔵する能力が低く、その性能を確保しにくい。そこで、内燃機関５の始動時において、気化反応システム１によって、排気浄化触媒５３へ改質触媒６２によって生成された還元剤Ｋとしての水素を供給し、この水素と、排気管５１を流れて排気浄化触媒５３中に存在する酸素とを反応させる。これにより、水素と酸素とが反応する際の熱によって、排気浄化触媒５３を昇温させることができる。

排気浄化触媒５３においては、２５０〜３００℃において、ＮＯｘを吸蔵する能力が最も高くなると考えられる。そのため、気化反応システム１を用いることにより、内燃機関５の始動時において、排気浄化触媒５３を２５０〜３００℃に迅速に昇温することができる。

また、気化反応システム１は、内燃機関５から排気管５１へ排気される排気ガスＧ中の未燃ガスによって、排気浄化触媒５３中のＮＯｘを還元する際に、排気浄化触媒５３から排気管５１における排気ガスＧの流れの下流側に流出されるＮＯｘを還元する用途として用いることもできる。内燃機関５から排気管５１へ排気された未燃ガスが排気浄化触媒５３に到達するときには、排気浄化触媒５３に担持された酸化セリウムが酸素を放出する。そして、この酸素と未燃ガスとが反応することにより、排気浄化触媒５３の温度が上昇し、排気浄化触媒５３に吸蔵されたＮＯｘが放出される。そして、このＮＯｘは、排気浄化触媒５３における貴金属を触媒として未燃ガスと反応して還元され、Ｎ₂等の無害な物質に浄化される。

ただし、炭化水素が多く含まれる未燃ガスによるＮＯｘの還元反応の反応速度はそれほど速くない。一方、気化反応システム１から排気浄化触媒５３に供給される水素によるＮＯｘの還元反応の速度は、炭化水素によるＮＯｘの還元反応の速度と比べて速い。そこで、内燃機関５において燃料リッチな状態で燃焼を行った後の排気ガスＧに含まれる未燃ガスによって、排気浄化触媒５３からＮＯｘが放出されるタイミングに合わせて、気化反応システム１から排気浄化触媒５３へ水素を供給する。これにより、排気浄化触媒５３から排気管５１における排気ガスＧの流れの下流側へのＮＯｘの流出をほとんどなくすことができる。

（内燃機関５）
図２に示すように、本形態の内燃機関５は、自己着火によって燃焼を行うディーゼルエンジンであり、ディーゼルエンジンにおいては、燃料弁から噴射された燃料Ｆとしての軽油が空気と混合されて燃焼する。また、本形態のインジェクタ３における燃料Ｆには、軽油が用いられる。

内燃機関５は、複数の気筒を有するレシプロエンジンの他、ロータリーエンジン等の種々のエンジンとすることができる。また、内燃機関５は、ガソリンを用い、点火コイルによってガソリンに着火して燃焼を行うガソリンエンジンとすることもできる。

（排気浄化システム）
気化反応システム１は、排気浄化触媒５３におけるＮＯｘの還元又は排気浄化触媒５３の加熱を行う排気浄化システムとして機能する。気化反応システム１は、排気管５１における、排気浄化触媒５３の配置位置の排気ガスＧの流れの上流側に接続された合流管６を用いて形成されている。

（気化容器２）
図１に示すように、気化容器２は、気体供給ユニット４による混合気Ｍの旋回流Ｓを形成するための容器である。気化容器２は、合流管６内の、排気管５１から離れる側である先端側の位置に配置されている。本形態の気化容器２は、断面円形状の円筒壁部２１と、円筒壁部２１の鉛直方向上側に位置する第１端部２２と、円筒壁部２１の鉛直方向下側に位置する第２端部２３とを有する。円筒壁部２１の内周面２１１には、酸素含有気体Ａの導入口２１２が形成されており、第２端部２３の第２内端面２３１には、混合気Ｍの導出口２３２が形成されている。

気化容器２は、気化室２０の第２内端面２３１が鉛直方向下側になるように配置されている。なお、鉛直方向下側とは、鉛直方向に平行な方向の下側だけでなく、鉛直方向に対して、例えば１０°以下の傾斜角度を有する方向の下側も含む。

気化容器２の円筒壁部２１は、断面円形状に形成する以外にも、断面楕円形状、断面オーバル形状（断面長穴形状）等の曲面状の内周面２１１を有する形状に形成することができる。気化容器２の第１端部２２には、インジェクタ３が配置された配置孔２２２が形成されている。導出口２３２は、気化室２０内から気化室２０の外部にある反応通路６１へ混合気Ｍを導出するためのものであり、気化容器２の第２端部２３に形成されている。

図３に示すように、導入口２１２は、気体供給ユニット４から気化室２０内へ酸素含有気体Ａを導入するためのものであり、気化容器２の円筒壁部２１に形成されている。導入口２１２は、気化容器２の、内周面２１１を形成する円筒壁部２１において、内周面２１１の法線方向に対して内周面２１１の接線方向の側に傾斜する状態で形成されている。換言すれば、導入口２１２の中心軸線は、内周面２１１の法線方向（径方向Ｒ）の中心に向く位置から横にオフセットした位置に配置されている。この構成により、導入口２１２から気化室２０内へ導入された酸素含有気体Ａが内周面２１１の周方向Ｃに沿って流れやすくなる。そして、気化室２０内の内周面２１１の周方向Ｃに沿った、酸素含有気体Ａ及び混合気Ｍの旋回流Ｓを形成しやすくなる。

本形態の導入口２１２の中心軸線は、気化室２０の内周面２１１の接線方向に近い方向に向けられている。導入口２１２は、気化室２０の内周面２１１の接線方向に平行な状態で形成することができる。なお、接線方向とは、法線方向（径方向Ｒ）に直交する方向を示す。

本形態の導入口２１２は、気化容器２の円筒壁部２１（気化室２０の内周面２１１）の１箇所に形成されている。導入口２１２は、酸素含有気体Ａが周方向Ｃの一方側へ旋回するよう、気化容器２の円筒壁部２１の複数箇所に形成することもできる。

図１、図３及び図４に示すように、気化容器２の導出口２３２は、気化容器２の第２端部２３（第２内端面２３１）の中心位置に形成されている。気化容器２の第２端部２３及び第２内端面２３１は、径方向Ｒの内周側としての導出口２３２の側に向けて下降するように傾斜する傾斜板及び傾斜面として形成されている。第２端部２３及び第２内端面２３１は、気化容器２の中心軸線に対して垂直な垂直板及び垂直面２３０として形成することもでき、径方向Ｒの内周側としての導出口２３２の側に向けて上昇するように傾斜する傾斜板及び傾斜面として形成することもできる。本形態の気化容器２の中心軸線は、インジェクタ３の中心軸線Ｏと同じである。

（第２内端面２３１の関係角度θ２）
図４に示すように、垂直面２３０に対して内側傾斜面２３１Ａによる第２内端面２３１を形成する傾斜角度θ１は、インジェクタ３の噴射口３１の噴射軸線Ｐとの関係で決定することができる。インジェクタ３の複数の噴射口３１は、気化室２０の導出口２３２に向けて燃料Ｆが噴射されることを防止するために、気化室２０の径方向Ｒの外周側へ傾斜して燃料Ｆを噴射する状態で形成されている。外周側へ傾斜して燃料Ｆを噴射するとは、噴射口３１から噴射される燃料Ｆの方向が、中心軸線Ｏから径方向Ｒの外周側に傾斜していることを示す。また、噴射口３１のすべてについて、インジェクタ３の中心軸線Ｏと噴射口３１の噴射軸線Ｐとの間の噴射角度をα［°］とする。噴射口３１の噴射軸線Ｐとは、噴射口３１の中心を通る中心軸線のことをいう。

噴射口３１のすべてについて、内側傾斜面２３１Ａによる第２内端面２３１と噴射口３１の噴射軸線Ｐとの間の関係角度θ２［°］は、θ２≦９０−α／２を満たす。この関係角度θ２が９０−α／２以下であることにより、噴射口３１から噴射された燃料Ｆの噴霧液滴が第２内端面２３１に衝突したときに、この燃料Ｆの噴霧液滴が気化室２０の外周側としての内周面２１１の側に跳ねやすくすることができる。これにより、燃料Ｆの噴霧液滴が、気化室２０内を旋回する酸素含有気体Ａに巻き込まれやすくすることができる。その結果、燃料Ｆの気化効率を向上させることができる。

燃料Ｆの噴霧液滴が、第２内端面２３１に衝突したときに、完全に反発して跳ね返る（弾性衝突する）とした場合には、光の反射と同様に、噴霧液滴が第２内端面２３１に衝突するときの、噴霧液滴の進入ラインＬ１と第２内端面２３１との間の鋭角状の進入角度γ１と、噴霧液滴が第２内端面２３１から跳ね返るときの、噴霧液滴の進出ラインＬ２と第２内端面２３１との間の鋭角状の進出角度γ２とが同じになる。そして、噴霧液滴の進出ラインＬ２がインジェクタ３の中心軸線Ｏと平行になる場合は、関係角度θ２が、θ２＝９０−α／２として表される。なお、α／２［°］は、第２内端面２３１と垂直面２３０との間の傾斜角度θ１ともなる。

インジェクタ３の中心軸線Ｏに対するインジェクタ３の複数の噴射口３１の噴射角度αは、互いに同じであってもよく、インジェクタ３の先端部における噴射口３１の形成位置によって適宜異なっていてもよい。中心軸線Ｏに対する複数の噴射口３１の噴射角度αは、インジェクタ３の先端部の径方向Ｒの外周側に位置する噴射口３１ほど大きくなるようにしてもよい。

実際には、燃料Ｆの噴霧液滴が第２内端面２３１に衝突したときには、この噴霧液滴が複数の噴霧液滴に分散されて跳ね返ると考えられる。また、燃料Ｆの噴霧液滴が第２内端面２３１に衝突したときに、この噴霧液滴は、第２内端面２３１から完全に反発しては跳ね返らない。つまり、燃料Ｆの噴霧液滴の衝突は非弾性衝突となる。ただし、θ２≦９０−α／２の式は、第２内端面２３１の関係角度θ２を決定する式として有効である。θ２≦９０−α／２の式は、噴射角度αがそれぞれ異なる複数の噴射口３１について有効である。

また、燃料Ｆの噴霧液滴が第２内端面２３１に衝突するためには、噴射口３１の関係角度θ２は、０［°］≦θ２であることが必要である。

また、図５に示すように、噴射口３１から噴射される燃料Ｆの噴霧液滴は、円錐状に広がる状態で噴射される。噴射口３１から噴射される燃料Ｆの広がり角度をβ［°］とする。そして、この広がり角度βで広がる燃料Ｆの噴霧液滴における、最も内周側に位置する部分Ｆ１の進出ラインＬ２が、インジェクタ３の中心軸線Ｏと平行になる場合は、関係角度θ２［°］が、θ２＝９０−（α／２＋β／２）として表される。そして、各噴射口３１についての関係角度θ２が、θ２≦９０−（α／２＋β／２）であることにより、第２内端面２３１に衝突する燃料Ｆの噴霧液滴の全体が、気化室２０の外周側としての内周面２１１の側に跳ねやすくすることができる。これにより、燃料Ｆの噴霧液滴が、気化室２０内を旋回する酸素含有気体Ａに、さらに巻き込まれやすくすることができる。

なお、噴射口３１から噴射される燃料Ｆの噴霧液滴の最も内周側に位置する部分Ｆ１についての関係角度θ２が、θ２≦９０−（α／２＋β／２）の関係式を満たせば、この燃料Ｆの噴霧液滴の全体についての関係角度θ２が当該関係式を満たすことになる。

噴射口３１のすべてについて、内側傾斜面２３１Ａによる第２内端面２３１と噴射口３１の噴射軸線Ｐとの間の関係角度θ２は、θ２≦９０−（α／２＋β／２）とすることが好ましい。この場合には、噴射口３１から噴射された燃料Ｆの噴霧液滴が第２内端面２３１に衝突したときに、この燃料Ｆの噴霧液滴が気化室２０の外周側としての内周面２１１の側にさらに跳ねやすくすることができる。

図１、図４及び図５に示すように、内側傾斜面２３１Ａによる第２内端面２３１は、直線状の断面形状を有する平坦面によって形成することができる。この場合には、垂直面２３０に対する第２内端面２３１の傾斜角度θ１は、第２内端面２３１の全体において一定になる。なお、図４及び図５においては、便宜的に、噴射口３１の一つについての関係角度θ２を示す。すべての噴射口３１について、関係角度θ２の関係式が満たされることが好ましい。

また、図６に示すように、内側傾斜面２３１Ａによる第２内端面２３１は、中心軸線Ｏの方向の噴射先端側Ｏ１に向けて凸状に膨らむ曲面によって形成することもできる。この場合には、気化室２０の径方向Ｒの外周側に行くに連れて、垂直面２３０に対する第２内端面２３１の傾斜角度θ１が大きくなる。また、この場合には、複数の噴射口３１における、径方向Ｒの最も外周側に位置する噴射口３１について、関係角度θ２がθ２≦９０−α／２となるようにする。

また、図示は省略するが、内側傾斜面２３１Ａによる第２内端面２３１は、中心軸線Ｏの方向の噴射基端側Ｏ２に向けて凸状に膨らむ曲面によって形成することもできる。この場合には、気化室２０の径方向Ｒの外周側に行くに連れて、垂直面２３０に対する第２内端面２３１の傾斜角度θ１が小さくなる。また、この場合には、複数の噴射口３１における、径方向Ｒの最も内周側に位置する噴射口３１について、関係角度θ２がθ２≦９０−α／２となるようにする。

また、第２内端面２３１は、種々の屈曲形状に形成することもできる。例えば、図７に示すように、第２内端面２３１は、第２内端面２３１の内周側位置及び外周側位置の少なくともいずれかを垂直面２３０として形成し、第２内端面２３１の残部を内側傾斜面２３１Ａとすることができる。また、第２内端面２３１は、平坦面と曲面とを組み合わせた形状に形成することもできる。

（具体的な傾斜角度θ１）
図４及び図５に示すように、第２内端面２３１を内側傾斜面２３１Ａによって形成する場合、換言すれば気化室２０の第２内端面２３１を導出口２３２が位置する内周側に向けて下降傾斜して形成する場合には、気化容器２の中心軸線Ｏに対して垂直な垂直面２３０を想定したときに、第２内端面２３１は、垂直面２３０に対して３０°以内の傾斜角度θ１で形成することが好ましい。この場合において、傾斜角度θ１が３０°超過であって４５°、６０°と大きくなるほど、第２内端面２３１に衝突した燃料Ｆの噴霧液滴が、導出口２３２が位置する第２内端面２３１の内周側（中心側）へ跳ね返りやすくなる。この場合には、燃料Ｆの噴霧液滴が、酸素含有気体Ａによる旋回流Ｓに巻き込まれずに導出口２３２へ導出される可能性が高くなる。

一方、内側傾斜面２３１Ａによる第２内端面２３１の傾斜角度θ１が３０°以内である場合、及び第２内端面２３１が垂直面２３０である場合には、第２内端面２３１に衝突する燃料Ｆの噴霧液滴が気化室２０の外周側へ跳ね返りやすくなる。そのため、これらの場合には、第２内端面２３１に衝突した燃料Ｆの噴霧液滴が、酸素含有気体Ａによる旋回流Ｓに巻き込まれやすくなる。そして、燃料Ｆの噴霧液滴が気化室２０内に滞留する時間を長くして、燃料Ｆの気化効率を高めることができる。

（ヒータ２４）
図１に示すように、気化容器２の第２端部２３には、第２内端面２３１を加熱するヒータ２４が配置されている。本形態のヒータ２４は、第２端部２３の外側面に配置されている。第２内端面２３１は、ヒータ２４によって加熱された加熱面となる。第２内端面２３１は、インジェクタ３から噴射された、燃料Ｆの噴霧液滴が衝突して、噴霧液滴を微細化させる面となる。ヒータ２４は、第２端部２３を加熱する種々の構成とすることができる。ヒータ２４は、通電によって発熱する発熱体によって構成することができる。

ヒータ２４によって気化容器２の第２端部２３を加熱する温度は、燃料Ｆの噴霧液滴が第２内端面２３１に接触した際に分裂（気化）しやすい温度とする。気化容器２の第２端部２３を加熱する温度は、インジェクタ３から噴射される燃料Ｆが遷移沸騰する温度又は膜沸騰する温度とする。具体的には、気化容器２の第２端部２３を加熱する温度は、３５０℃以上とすることができる。

図８には、燃料Ｆとしての軽油の噴霧液滴が加熱面に接触するときに、加熱面の温度（℃）と噴霧液滴の蒸発時間（ｓ）との関係を示す。加熱面の温度が３５０℃未満である場合には、噴霧液滴が核沸騰し、３５０℃に近づくに連れて蒸発時間が短くなる。また、噴霧液滴が核沸騰する際には、噴霧液滴は加熱面に付着する。

一方、加熱面の温度が３５０〜４８０℃の付近においては、噴霧液滴が遷移沸騰し、加熱面の温度が４８０℃を超えると、噴霧液滴が膜沸騰する。核沸騰とは、沸点に達した部分から蒸気泡が発生する状態の沸騰を示し、膜沸騰とは、加熱面（伝熱面）を、沸騰した蒸気が膜となって覆う状態の沸騰を示す。また、遷移沸騰とは、核沸騰と膜沸騰との間を遷移する状態の沸騰を示す。

また、遷移沸騰を行う際には、噴霧液滴と加熱面との間に薄い蒸気の膜が形成されるライデンフロスト現象が生じる。そのため、遷移沸騰する際には、噴霧液滴は加熱面に付着せず、衝突時の運動エネルギーによってせん断されて微粒化し、気化室２０内に跳ね返る。ライデンフロスト現象を利用した燃料Ｆの噴霧液滴の気化を促進したければ、ヒータ２４によって気化容器２の第２端部２３を加熱する温度は３５０℃以上とすることができ、好ましくは４００℃以上とすることができる。

ただし、ヒータ２４による気化容器２の第２端部２３の加熱温度には、部分的な偏りが生じるおそれがある。そして、局所的に３５０℃付近の核沸騰が生じることを防ぐためには、ヒータ２４による気化容器２の第２端部２３の加熱温度は膜沸騰が生じる５００℃以上とすることが好ましい。

（インジェクタ３）
図１に示すように、インジェクタ３は、燃料Ｆを噴射する燃料噴射弁であり、合流管６の、排気管５１から離れた側に位置する先端部であって、気化容器２の第１端部２２に配置されている。インジェクタ３は、気化容器２の中心軸線Ｏ上の位置に、気化容器２と同心状に配置されている。インジェクタ３の先端部は、気化容器２の中心軸線Ｏ上の位置に形成された導出口２３２と対向している。

図１及び図２に示すように、インジェクタ３へは、燃料タンク３３から燃料ポンプ３４によって燃料Ｆが送り出される。また、インジェクタ３には、燃料Ｆを加熱する燃料ヒータ３２が設けられている。燃料ヒータ３２によってインジェクタ３から噴射される燃料Ｆが加熱されることにより、燃料Ｆが気化しやすくすることができる。

図１及び図９に示すように、インジェクタ３の先端部には、気化容器２の第２内端面２３１に向けて燃料Ｆを噴射する噴射口３１が形成されている。噴射口３１は、インジェクタ３の先端部に複数形成されている。そして、複数の噴射口３１から噴射される燃料Ｆの噴霧液滴は、噴霧液滴の全体が、気化容器２の中心軸線Ｏの周りに、円環状の断面を有する円錐状に広がって、気化容器２の第２内端面２３１に衝突する。

複数の噴射口３１は、燃料Ｆの噴霧液滴が導出口２３２に直接噴射されないように形成することが好ましい。燃料Ｆは、導出口２３２の形成部位を除く第２内端面２３１に衝突するように噴射することが好ましい。また、燃料Ｆの一部は、気化室２０の内周面２１１に衝突してもよい。第２内端面２３１及び場合によっては内周面２１１に衝突する燃料Ｆの噴霧液滴は、分散されて跳ね返る。

気化容器２の導出口２３２は、第２内端面２３１の中心部に形成されている。インジェクタ３は、気化容器２の第１端部２２における、導出口２３２に対向する位置に配置されている。図９に示すように、複数の噴射口３１は、インジェクタ３の中心軸線Ｏの周りに放射状に複数形成されるとともに、図４及び図５に示すように、インジェクタ３の中心軸線Ｏの側から外周側へ傾斜して燃料Ｆを噴射する状態で形成されている。また、各噴射口３１から噴射される燃料Ｆの噴霧液滴は、円錐状に広がるように噴射される。本形態のインジェクタ３の中心軸線Ｏは、気化容器２の中心軸線Ｏと同じである。

気化容器２及び気化室２０は、種々の形態によって形成することができる。気化室２０は、気化容器２の全体に形成してもよく、一部に形成してもよい。図１に示すように、本形態の気化室２０は、気化容器２の上側部分に形成されている。本形態の気化容器２の円筒壁部２１における、第２端部２３の混合気Ｍの流れの下流側位置には、気化室２０の導出口２３２から導出された混合気Ｍが通過する通路部２０１が形成されている。通路部２０１は、導出口２３２から混合気Ｍの流れの下流側に向けて拡径する状態で形成されている。

（気体供給ユニット４）
気体供給ユニット４は、酸素含有気体Ａを気化容器２へ供給する種々の構成とすることができる。図１及び図２に示すように、本形態の気体供給ユニット４は、気化容器２の円筒壁部２１における導入口２１２の形成位置に接続された、酸素含有気体Ａの導入管４１と、導入管４１へ酸素含有気体Ａを供給する供給源４２とを有する。導入管４１内の通路は、導入口２１２を介して気化室２０に連通されている。

本形態の導入管４１は、気化容器２の円筒壁部２１の、中心軸線Ｏの方向の噴射基端側Ｏ２の端部に接続されている。導入管４１は、気化容器２の円筒壁部２１の、中心軸線Ｏの方向の種々の位置に接続してもよい。導入管４１には、酸素含有気体Ａを加熱するための気体ヒータ４３が配置されている。気化室２０内に導入される酸素含有気体Ａは、気体ヒータ４３によって予熱される。

導入管４１は、気化容器２の円筒壁部２１における、導入口２１２の縁部であって気化室２０の径方向Ｒの外周側の位置に設けられている。図３に示すように、導入管４１の軸線方向は、気化室２０内に酸素含有気体Ａ及び混合気Ｍの旋回流Ｓを形成するために、径方向Ｒよりも周方向Ｃに近い側に向けられている。換言すれば、導入管４１は、内周面２１１の法線方向（径方向Ｒ）の中心に向く位置から横にオフセットした位置に配置されている。

酸素含有気体Ａの供給源４２は、導入管４１に接続されており、酸素含有気体Ａとしての空気を加圧して送り出すエアポンプによって構成されている。また、供給源４２は、ブロア（送風装置）とすることもでき、酸素含有気体Ａを送り出す種々の構成とすることができる。

本形態の酸素含有気体Ａは、空気である。酸素含有気体Ａは、酸素とすることができ、空気に比べて酸素濃度を高くした気体とすることもできる。

なお、気体供給ユニット４は、改質触媒６２によって発生した熱を回収する熱回収通路を有していてもよい。熱回収通路は、改質触媒６２が配置された合流管６に形成することができる。

（改質触媒６２）
図１に示すように、改質触媒６２においては、主に、以下に示す反応が行われて、燃料Ｆから還元剤Ｋとしての水素が生成される。まず、改質触媒６２においては、インジェクタ３から噴射された燃料Ｆにおける炭化水素（ＨＣ）と酸素（Ｏ₂）とによって水が生成される。この水が生成される反応は、発熱を伴った酸化反応として、ＨＣ＋Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂（反応式１）として表される。

次いで、主に、改質触媒６２においては、インジェクタ３から噴射された燃料Ｆにおける炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）と水（Ｈ₂Ｏ）とによって水素（Ｈ₂）が生成される。この水素が生成される反応には、２通りの反応がある。その一つは、吸熱を伴った水蒸気改質反応として、ＨＣ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ＋Ｈ₂（反応式２）として表される。もう一つは、発熱を伴った水性ガスシフト反応として、ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋Ｈ₂（反応式３）として表される。

反応式１の酸化反応によって生成された水が、反応式２の水蒸気改質反応及び反応式３の水性ガスシフト反応に用いられる。また、水蒸気改質反応によって生成された一酸化炭素又は燃料Ｆに含まれる一酸化炭素が、水性ガスシフト反応に用いられる。

改質触媒６２は、ヒータ２４によって加熱される混合気Ｍ、合流管６からの熱伝達等によって加熱される。改質触媒６２の温度が低い状態であって混合気Ｍが燃料リーンの状態においては、主に反応式１の酸化反応が生じ、このときの発熱によって改質触媒６２が加熱される。そして、改質触媒６２の温度が６５０℃以上であって混合気Ｍが燃料リッチの状態になると、反応式２の水蒸気改質反応及び反応式３の水性ガスシフト反応が生じる。還元剤Ｋは、燃料Ｆを改質したものであるので、改質還元剤ということもできる。本形態においては、反応式１〜３によって表される各反応を合わせて、改質反応という。改質触媒６２においては、反応式１〜３によって示される各反応とは異なる改質反応が行われてもよい。

改質触媒６２は、複数の孔を有する多孔体によって構成されている。改質触媒６２は、複数のセル孔を有するハニカム体によって構成することができる。改質触媒６２には、酸化触媒としてのＲｈ等を担持しておくことができる。気化室２０の導出口２３２から改質触媒６２へ供給される混合気Ｍは、改質触媒６２の複数の孔を通過する際に改質され、混合気Ｍから、水素及び一酸化炭素を含む還元剤Ｋが生成される。

また、本形態の気化容器２において混合気Ｍを生成する際には、気体供給ユニット４による空気の供給量に対するインジェクタ３による燃料Ｆの供給量を多くして、意図的に燃料リッチな混合気Ｍを生成する。そして、酸化反応が行われた後においても、混合気Ｍ中に炭化水素が残存するようにし、水蒸気改質反応及び水性ガスシフト反応が行われる際の炭化水素を確保する。また、改質触媒６２が熱によって損傷しないようにするため、改質触媒６２の温度が９００℃未満になるように各反応が制御される。

（合流管６）
図２に示すように、気化反応システム１は、排気管５１に合流する状態で形成された合流管６の内部及び外部に形成されている。合流管６は、排気管５１における、排気浄化触媒５３の配置位置の上流側の位置に接続されている。合流管６は、排気管５１を構成する側壁の一部に設けられた開口部５４に接続されている。

燃料気化装置１０は、合流管６における先端部に接続されており、改質触媒６２が配置された反応通路６１は、合流管６内に形成されている。本形態の合流管６は、水平方向又は水平方向に近い状態に配置された排気管５１に対して、上方から接続されている。また、排気管５１内には、排気ガスＧが流れる排気通路５２が形成されている。

気化容器２は、合流管６の先端部に形成されている。改質触媒６２は、合流管６における、排気管５１に近い位置に配置されている。合流管６における、改質触媒６２が配置された通路形成部材６３と、気化容器２との間には、燃料Ｆと空気との混合気Ｍが通過する通路スペーサ６４が配置されている。

（制御装置７）
図２に示すように、気化反応システム１におけるインジェクタ３、ヒータ２４、及び空気の供給源４２等は、制御装置７に接続されている。インジェクタ３、ヒータ２４及び供給源４２等は、制御装置７からの指令を受けて動作する。制御装置７は、車両の、コンピュータを用いた電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって構築されている。制御装置７は、内燃機関５の電子制御ユニットに構築することができ、内燃機関５の電子制御ユニットとは別の電子制御ユニットに構築することもできる。

（ＮＯｘセンサ７１）
図２に示すように、排気管５１における、排気浄化触媒５３の下流側位置には、排気浄化触媒５３に吸蔵しきれなくなったＮＯｘが流出したことを検出するＮＯｘセンサ７１を配置することができる。この場合には、ＮＯｘセンサ７１が排気浄化触媒５３からのＮＯｘの流出を検出するときには、気化反応システム１から排気浄化触媒５３へ還元剤Ｋを供給することができる。そして、排気浄化触媒５３におけるＮＯｘを還元剤Ｋとしての水素等によって還元することができる。

（気化反応システム１の動作）
図２に示すように、内燃機関５における燃焼状態を受けて、又は排気管５１における、排気浄化触媒５３の下流側位置に配置されたＮＯｘセンサ７１から信号を受けて、排気浄化触媒５３に吸蔵されたＮＯｘを浄化するときには、制御装置７からの指令を受けて、ヒータ２４への通電、及び空気の供給源４２の動作が行われる。また、制御装置７からの指令を受けて、インジェクタ３からの燃料Ｆの噴射が行われる。

供給源４２としてのエアポンプが動作すると、酸素含有気体Ａとしての空気（大気）が気体ヒータ４３によって加熱されて予熱される。そして、予熱された空気が導入管４１及び導入口２１２を介して気化室２０内へ導入される。予熱された空気が気化室２０内に導入されることにより、気化室２０における燃料Ｆの気化効率をより高くすることができる。また、導入口２１２が気化室２０の径方向Ｒよりも周方向Ｃの側に向けられていることにより、空気は気化室２０の内周面２１１に沿って気化室２０内に流れる。

また、インジェクタ３から気化室２０内に噴射された燃料Ｆの噴霧液滴は、気化室２０の第２内端面２３１に衝突して、複数に分裂しながら跳ね返る。このとき、第２内端面２３１から跳ね返る燃料Ｆの噴霧液滴が、気化室２０内を周方向Ｃに旋回する空気に巻き込まれる。そして、空気とともに気化室２０内を旋回する燃料Ｆの噴霧液滴には遠心力が作用し、この燃料Ｆの噴霧液滴は、遠心力が作用する間は気化室２０内を旋回し続ける。そして、噴霧液滴が気化（蒸発）して空気と混合され、空気と燃料Ｆの混合気Ｍが生成される。

また、気化室２０内を旋回する間に燃料Ｆの噴霧液滴の粒径が小さくなると、噴霧液滴に作用する遠心力が小さくなる。そのため、噴霧液滴は、空気とともに混合気Ｍとなって導出口２３２へ導かれる。また、気化室２０内の混合気Ｍが導出口２３２へ導かれる流れにより、空気及び混合気Ｍの旋回流Ｓは、気化室２０内を旋回しながら導出口２３２へ導かれる。

気化室２０の導出口２３２から反応通路６１内へ流れた混合気Ｍは改質触媒６２へ流れる。そして、改質触媒６２において、混合気Ｍの改質反応が行われて還元剤Ｋが生成される。改質触媒６２において生成された還元剤Ｋは、反応通路６１から排気管５１の排気通路５２へ流れ、排気浄化触媒５３に供給される。

（作用効果）
本形態の燃料気化装置１０及び気化反応システム１においては、気化容器２及び気体供給ユニット４によって、気化容器２の気化室２０内に、燃料Ｆの噴霧液滴が巻き込まれた酸素含有気体Ａとしての空気の旋回流Ｓを形成する。燃料Ｆの噴霧液滴は、インジェクタ３の噴射口３１から噴射されて、気化室２０の第２内端面２３１に衝突して微細化した状態で空気に巻き込まれる。そして、燃料Ｆの噴霧液滴は、空気の旋回流Ｓに巻き込まれて気化する。

旋回流Ｓを形成することにより、微細化した燃料Ｆの噴霧液滴が気化室２０内に滞留する時間を長くすることができる。これにより、旋回流Ｓに巻き込まれた燃料Ｆの噴霧液滴が気化しやすくすることができ、燃料気化装置１０による燃料Ｆの気化効率を高めることができる。

また、燃料Ｆの噴霧液滴は、気化容器２の気化室２０における第２内端面２３１に衝突して分散される。そして、この分散された燃料Ｆが空気の旋回流Ｓに巻き込まれる。そのため、燃料Ｆが分散されやすい状態を維持したまま、燃料Ｆが気化する時間を長くして、燃料Ｆの気化効率を高めることができる。

燃料Ｆの気化効率は、燃料Ｆの単位時間当たりの気化量として捉えることができる。本形態の燃料気化装置１０においては、燃料Ｆが分散しやすく、かつ燃料Ｆの気化時間を長くすることができるため、燃料Ｆの気化効率を効果的に高めることができる。

また、旋回流Ｓを形成する構成により、空気を気化室２０内へ導入する流速を速くすることによって、燃料Ｆの噴霧液滴が巻き込まれた空気が気化室２０の内周面２１１を旋回する回数、長さ等を増やすことができる。そのため、空気に巻き込まれた燃料Ｆの噴霧液滴が気化室２０内に滞留する時間をより長くすることができる。そして、燃料Ｆの噴霧液滴の滞留時間を長くするために、気化容器２を長く形成する必要がなく、燃料気化装置１０が大型化することを防止することができる。

さらに、インジェクタ３の複数の噴射口３１の各々の噴射軸線Ｐは、第２内端面２３１における、導出口２３２を除く部位に向けられている。そして、複数の噴射口３１から噴射された燃料Ｆは、内側傾斜面２３１Ａとして形成された第２内端面２３１に衝突する。また、第２内端面２３１に衝突した燃料Ｆの噴霧液滴のほとんどは、衝突時に分散しつつ気化室２０の径方向Ｒの外周側へ跳ね返る。これにより、複数の噴射口３１から噴射された燃料Ｆが、導出口２３２へ直接出されてしまうことを防止し、燃料Ｆの噴霧液滴が空気の旋回流Ｓに効果的に巻き込まれるようにすることができる。

それ故、本形態の燃料気化装置１０によれば、装置を大型化することなく、気化室２０における燃料Ｆの噴霧液滴の滞留時間を長くして、燃料Ｆの気化効率を高めることができる。

また、気化反応システム１においては、燃料気化装置１０、及び反応通路６１に収容された改質触媒６２によって、水素、一酸化炭素等の還元剤Ｋが生成される。そして、気化反応システム１においては、気化容器２において十分に気化された燃料Ｆを含む混合気Ｍの改質反応を行うことにより、還元反応による還元剤Ｋの生成を効果的に行うことができる。

＜実施形態２＞
本形態は、図１０及び図１２に示すように、気化室２０の第２内端面２３１が、インジェクタ３の中心軸線Ｏの位置から径方向Ｒの外周側に行くほど中心軸線Ｏの方向の噴射先端側Ｏ１に位置する外側傾斜面２３１Ｂによって形成された場合について示す。
図１０に示すように、本形態の外側傾斜面２３１Ｂによる第２内端面２３１は、直線状の断面形状を有する平坦面によって形成されている。そして、垂直面２３０に対する第２内端面２３１の傾斜角度θ１は、第２内端面２３１の全体において一定である。

本形態においては、図１１に示すように、噴射口３１のすべてについて、噴射口３１から噴射される燃料Ｆの広がり角度をβ［°］としたとき、外側傾斜面２３１Ｂによる第２内端面２３１と噴射軸線Ｐとの間の関係角度θ２は、β／２［°］以上である。各噴射口３１から噴射される燃料Ｆの噴霧液滴の全体が、第２内端面２３１に平行に移動せずに、第２内端面２３１に衝突するためには、関係角度θ２はβ／２［°］以上であることが必要である。

また、噴射口３１から噴射された燃料Ｆの噴霧液滴が第２内端面２３１に衝突して分散されやすくするためには、外側傾斜面２３１Ｂによる第２内端面２３１の傾斜角度θ１は、例えば、３０°以内とすることができる。第２内端面２３１に衝突したときに、燃料Ｆの噴霧液滴が分散しやすくなることを考慮すると、本形態の関係角度θ２は、できるだけ９０°に近い角度として設定することができる。

図１２に示すように、外側傾斜面２３１Ｂによる第２内端面２３１は、中心軸線Ｏの方向の噴射基端側Ｏ２に向けて凸状に膨らむ曲面によって形成することもできる。また、図示は省略するが、外側傾斜面２３１Ｂによる第２内端面２３１は、中心軸線Ｏの方向の噴射先端側Ｏ１に向けて凸状に膨らむ曲面によって形成することもできる。また、外側傾斜面２３１Ｂによる第２内端面２３１は、種々の屈曲形状、平坦面と曲面との組み合わせ等によって形成することもできる。

本形態の燃料気化装置１０及び気化反応システム１における、その他の構成、作用効果等については、実施形態１の場合と同様である。また、本形態においても、実施形態１に示した符号と同一の符号が示す構成要素は、実施形態１の場合と同様である。

＜実施形態３＞
本形態は、図１３に示すように、気化室２０の第２内端面２３１における、導出口２３２の縁部に、第１内端面２２１に向けて突出する環状突起２３３が形成された場合について示す。環状突起２３３は、円筒形状に形成することができ、多角形状等に形成することもできる。本形態の気化室２０の内周面２１１における導入口２１２は、気化室２０における第２内端面２３１側の位置、換言すれば気化室２０における中心軸線Ｏの方向の噴射先端側Ｏ１の位置に配置されている。より具体的には、本形態の導入口２１２は、気化室２０における第２内端面２３１の外周側の位置に配置されている。

また、本形態の環状突起２３３の先端位置２３４は、噴射口３１のすべてから噴射される燃料Ｆの噴霧液滴が環状突起２３３に衝突しないことを条件として、導入口２１２の中心位置Ｑよりも中心軸線Ｏの方向の噴射基端側Ｏ２に位置する。本形態の第２内端面２３１は、内側傾斜面２３１Ａによって形成されている。第２内端面２３１が、垂直面２３０又は外側傾斜面２３１Ｂによって形成されている場合にも、本形態の環状突起２３３の構成を同様に適用することができる。

第２内端面２３１に環状突起２３３が形成されていることにより、気化室２０内を旋回する酸素含有気体Ａに燃料Ｆの噴霧液滴が十分に混合される前に、酸素含有気体Ａが導出口２３２へすり抜けにくくすることができる。また、環状突起２３３の先端位置２３４が、導入口２１２の中心位置Ｑよりも中心軸線Ｏの方向の噴射基端側Ｏ２に位置することにより、酸素含有気体Ａと燃料Ｆの噴霧液滴との混合をより効果的に行い、燃料Ｆの気化効率を高めることができる。

また、環状突起２３３が形成されていることにより、酸素含有気体Ａ及び混合気Ｍの旋回流Ｓが環状突起２３３の周りを旋回しようとするため、旋回流Ｓを強化することができる。また、環状突起２３３が形成されていることにより、燃料Ｆが巻き込まれた酸素含有気体Ａの旋回流Ｓが気化室２０に留まる時間を長くすることができる。これによっても、燃料Ｆの気化効率を高めることができる。

＜実施形態４＞
本形態は、図１４に示すように、合流管６の反応通路６１内に、改質触媒６２を配置する代わりに、混合気Ｍの燃焼反応を行うための発熱源６５を配置した場合について示す。本形態の気化反応システム１は、気化室２０の導出口２３２から反応通路６１内に供給される混合気Ｍを発熱源６５によって加熱して、混合気Ｍ中の燃料Ｆを自己着火させるよう構成されている。

発熱源６５は、通電によって発熱するグロープラグによって構成されている。発熱源６５は、燃料Ｆとしての軽油が気化して、酸素含有気体Ａとしての空気に混合された混合気Ｍを、自己着火する温度まで加熱する。反応通路６１においては、混合気Ｍが自己着火して燃焼したことによる高温の燃焼ガスＨが生成される。そして、この燃焼ガスＨは、合流管６の反応通路６１から排気管５１の排気通路５２における排気浄化触媒５３へ供給される。この燃焼ガスＨの供給によって、排気浄化触媒５３が、有害ガスとしてのＮＯｘを吸蔵する能力が十分に発揮される温度に加熱される。そして、排気浄化触媒５３によるＮＯｘの吸蔵を効果的に行うことができる。

＜確認試験＞
本確認試験においては、内側傾斜面２３１Ａによる第２内端面２３１と噴射口３１の噴射軸線Ｐとの間の関係角度θ２を変化させたときの、関係角度θ２と燃料Ｆの気化率［％］との関係を確認した。関係角度θ２は、傾斜角度θ１と噴射角度αとの間の傾斜関係によって決定される。傾斜角度θ１は、２０°とし、噴射角度αを適宜変更した。

燃料Ｆの気化率は、噴霧液滴（液体）の状態の燃料Ｆが気化（蒸発）した割合を示す。試験を行った結果、図１５に示すように、関係角度θ２が７５°である場合の燃料Ｆの気化率に比べて、関係角度θ２が９０°である場合の燃料Ｆの気化率が小さくなることが分かった。関係角度θ２は８０°以下であることが好ましく、７５°以下であることがより好ましいことが分かった。また、噴射角度αは、θ２≦９０−α／２の関係式より、２０°以上であることが好ましく、３０°以上であることがより好ましいことが分かった。また、θ１＝α／２の関係（図４参照）から、前述したようにθ１が３０°以下であることが好ましいことから、噴射角度αは、６０°以下とすることが好ましい。

本発明は、各実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。また、本発明は、様々な変形例、均等範囲内の変形例等を含む。

１気化反応システム
１０燃料気化装置
２気化容器
２０気化室
２３１第２内端面
３インジェクタ
３１噴射口
４気体供給ユニット

Claims

内燃機関（５）の排気管（５１）内に配置された排気浄化触媒（５３）へ供給する還元剤（Ｋ）又は燃焼ガス（Ｈ）を生成するための燃料（Ｆ）を気化させる燃料気化装置（１０）であって、
曲面状の内周面（２１１）及び互いに対向する一対の内端面（２２１，２３１）を有する気化室（２０）を形成する気化容器（２）と、
前記気化容器の、一対の前記内端面のうちの第１内端面（２２１）を形成する第１端部（２２）に配置され、一対の前記内端面のうちの第２内端面（２３１）に衝突するように燃料を噴射するための複数の噴射口（３１）を有するインジェクタ（３）と、
前記気化容器内に酸素含有気体（Ａ）を導入し、前記第２内端面に衝突して跳ね返った燃料が、前記内周面の周方向（Ｃ）に沿って旋回する酸素含有気体に巻き込まれた旋回流（Ｓ）を形成するための気体供給ユニット（４）と、を備え、
前記気化室の前記内周面には、前記気体供給ユニットから前記気化室内へ酸素含有気体を導入するための導入口（２１２）が形成されており、
前記気化室の前記第２内端面には、前記気化室内から外部へ燃料と酸素含有気体との混合気（Ｍ）を導出するための導出口（２３２）が形成されており、
複数の前記噴射口の各々の噴射軸線（Ｐ）は、前記第２内端面における前記導出口を除く部位に向けられており、
前記第２内端面は、前記インジェクタの中心軸線（Ｏ）に対して垂直な垂直面（２３０）、前記中心軸線の位置から外周側に行くほど前記中心軸線の方向の噴射先端側（Ｏ１）に位置する外側傾斜面（２３１Ｂ）、又は前記中心軸線の位置から外周側に行くほど前記中心軸線の方向の噴射基端側（Ｏ２）に位置する内側傾斜面（２３１Ａ）によって形成されている、燃料気化装置。
前記導出口は、前記第２内端面の中心部に形成されており、
前記インジェクタは、前記気化容器の前記第１端部における、前記導出口に対向する位置に配置されており、
複数の前記噴射口は、前記インジェクタの中心軸線の周りに放射状に複数形成されるとともに、前記中心軸線の側から外周側へ傾斜して燃料を噴射する状態で形成されている、請求項１に記載の燃料気化装置。
前記導入口は、前記気化容器の、前記内周面を形成する壁部において、前記内周面の径方向（Ｒ）に対して前記内周面の周方向の側に傾斜する状態で形成されている、請求項１又は２に記載の燃料気化装置。
前記第２内端面は、前記内側傾斜面によって形成されており、かつ、前記噴射口のすべてについて、前記インジェクタの中心軸線と前記噴射口の噴射軸線（Ｐ）との間の噴射角度をα［°］としたとき、前記内側傾斜面と前記噴射軸線との間の関係角度（θ２）［°］は、θ２≦９０−α／２である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料気化装置。
前記第２内端面は、前記外側傾斜面によって形成されており、かつ、前記噴射口のすべてについて、前記噴射口から噴射される燃料の広がり角度をβ［°］としたとき、前記外側傾斜面と前記噴射軸線との間の関係角度（θ２）［°］は、θ２≧β／２である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料気化装置。
前記第２内端面は、平坦面、曲面、又は平坦面と曲面の組み合わせによって形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料気化装置。
前記気化容器の、前記第２内端面を形成する第２端部（２３）には、前記第２内端面に衝突する燃料を加熱するヒータ（２４）が配置されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料気化装置。
前記第２内端面における、前記導出口の縁部には、前記第１内端面に向けて突出する環状突起（２３３）が形成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の燃料気化装置。
前記環状突起の先端位置（２３４）は、前記噴射口のすべてから噴射される燃料が前記環状突起に衝突しないことを条件として、前記導入口の中心位置（２１３）よりも前記中心軸線の方向の噴射基端側に位置する、請求項８に記載の燃料気化装置。
請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料気化装置と、
前記燃料気化装置から燃料と酸素含有気体との混合気（Ｍ）が供給されて、前記混合気の改質反応を行って還元剤を生成するための改質触媒（６２）、又は前記混合気の燃焼反応を行って燃焼ガスを生成するための発熱源（６５）が配置された反応通路（６１）と、を備える気化反応システム（１）。