(57)【要約】【課題】ＥＧＲクーラーに係わる装置を小容量化し、ＥＧＲクーラーを搭載する車両の小型化及び軽量化を可能とすることにより、コストを低減することのできるＥＧＲクーラーを提供することを課題とする。【解決手段】内燃機関から排出される排気ガスの一部を内燃機関の吸気系統に還流させるＥＧＲ装置において、還流される排気ガスを冷却するＥＧＲクーラー１１は、還流される排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉するフィルタ層１５と、還流される排気ガスに対し、吸熱を伴う反応を引き起こす吸熱改質触媒層１７とを備えている。さらに、フィルタ層１５と吸熱改質触媒層１７とは、熱伝導部材１６を介して隣接し、還流される排気ガスは、フィルタ層１５を通過した後、吸熱改質触媒層１７を流通する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気系統に還流させるＥＧＲ装置において、還流される前記排気ガスを冷却するＥＧＲクーラーであって、
前記還流される排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉するフィルタ層と、
前記還流される排気ガスに対し、吸熱を伴う反応を引き起こす吸熱改質触媒層と
を備え、
前記フィルタ層と前記吸熱改質触媒層とは、熱伝導部材を介して隣接し、
前記還流される排気ガスは、前記フィルタ層を通過した後、前記吸熱改質触媒層を流通することを特徴とするＥＧＲクーラー。
【請求項２】
前記フィルタ層に酸化触媒を付着させたことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲクーラー。
【請求項３】
前記熱伝導部材は、前記フィルタ層を囲み、
前記吸熱改質触媒層は、前記熱伝導部材を囲むことを特徴とする請求項１または２に記載のＥＧＲクーラー。
【請求項４】
前記フィルタ層は、筒状の筒部を有し、
前記熱伝導部材は、前記フィルタ層における前記筒部を囲む中空の筒状の形状を有し、
前記吸熱改質触媒層は、前記熱伝導部材及び前記フィルタ層を囲む中空の有底筒状の形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＥＧＲクーラー。
【請求項５】
前記吸熱改質触媒層を通過した前記還流される排気ガスを冷却する冷却機構を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＥＧＲクーラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はＥＧＲクーラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等のエンジンにおける窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出規制が厳しくなっている。しかしながら、ディーゼルエンジンにおいては、理論空燃比に対して空気が過剰な状態で燃焼が行われるため、窒素酸化物の排出量削減のために、ガソリンエンジンで使用される三元触媒を使用することができない。そこで、ディーゼルエンジンでは、排気ガスの一部をエンジンの吸気系統に還流させ、吸入混合気に混入させることによって、エンジンにおける燃焼温度を下げ、窒素酸化物の発生を抑制するＥＧＲ装置が一般的に使用されている。
【０００３】
とくに、ディーゼルエンジンでは、排気ガス内に酸素が多量に残っているため、排気ガスをエンジンの吸気系統に還流させることにより窒素酸化物（ＮＯｘ）を減らすことができる、すなわちＥＧＲ率を高めることができる。一方、多量の排気ガスを還流すると、還流される排気ガスの温度が高くなり、エンジンの燃焼温度を効果的に下げることができない。そこで、還流される排気ガスを冷却し、エンジンにおける燃焼温度を下げるために、エンジンへ還流される排気ガスの通路にＥＧＲクーラーが設けられる。
【０００４】
例えば、特許文献１では、還流される排気ガスに含まれる粒子状物質の捕捉機能を備えたＥＧＲクーラーが記載されている。このＥＧＲクーラーは、排気ガス中の粒子状物質を捕捉及び燃焼し窒素酸化物を浄化する触媒層と、還流される排気ガスを冷却する冷却層とから構成されている。まず、還流される排気ガスは、触媒層において、排気ガス中の粒子状物質が捕捉され、捕捉された粒子状物質は排気ガス中に残留する酸素とともに燃焼される。さらに、触媒層において粒子状物質を除去された排気ガスは、冷却層において冷却されて、エンジンに還流される。
【特許文献１】特開２０００−２４９００３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１におけるＥＧＲクーラーは、触媒層における粒子状物質の燃焼時の発熱によって温度の上昇する排気ガスを、外部から供給される冷却水を内部に循環させる水冷式の冷却層によって冷却しているため、エンジンから排出された排気ガスは、元々その温度が高いうえに、粒子状物質の燃焼時の発熱により温度がさらに上昇するため、冷却層には高い冷却能力が要求される。よって、冷却層に供給される冷却水を冷却する必要があるが、そのための冷却装置にも、高い冷却能力が要求される。従って、冷却装置の大型化や重量増を招くとともに、冷却装置を搭載する車両おいても大型化及び重量増を招き、コストを増大させるという問題点を有している。
【０００６】
この発明は、これらのような問題点を解決するためになされたもので、ＥＧＲクーラーに係わる装置を小容量化し、ＥＧＲクーラーを搭載する車両の小型化及び軽量化を可能とすることにより、コストを低減することのできるＥＧＲクーラー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】
この発明に係るＥＧＲクーラーは、内燃機関から排出される排気ガスの一部を内燃機関の吸気系統に還流させるＥＧＲ装置において、還流される排気ガスを冷却するＥＧＲクーラーであって、還流される排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉するフィルタ層と、還流される排気ガスに対し、吸熱を伴う反応を引き起こす吸熱改質触媒層とを備え、フィルタ層と吸熱改質触媒層とは、熱伝導部材を介して隣接し、還流される排気ガスは、フィルタ層を通過した後、吸熱改質触媒層を流通することを特徴とする。
【０００８】
よって、このＥＧＲクーラーは、まず、フィルタ層において、エンジンに還流される排気ガスであるＥＧＲガスに含まれる粒子状物質を捕捉するとともに、捕捉した粒子状物質を燃焼処理した際の発生熱、及びＥＧＲガスの熱を、熱伝導部材を介して吸熱改質触媒層に伝導する。さらに、吸熱改質触媒層において、伝導された熱を利用して、吸熱改質触媒の作用により、ＥＧＲガスに含まれる炭化水素に対して吸熱反応である改質反応を発生させ、ＥＧＲガスを改質及び冷却することができる。
【０００９】
フィルタ層に酸化触媒を付着させてもよい。フィルタ層に酸化触媒を付着させることによって、フィルタ層におけるＥＧＲガスに含まれる一酸化炭素及び炭化水素の酸化反応（燃焼反応）を促進することができる。よって、排気ガスの温度が低い状態においても、この酸化反応において発生した熱によって、吸熱改質触媒層における改質反応を促進することができる。また、フィルタ層における酸化反応において発生した熱によって、フィルタ層に捕捉した粒子状物質を燃焼することも可能になる。
【００１０】
熱伝導部材は、フィルタ層を囲み、吸熱改質触媒層は、熱伝導部材を囲んでもよい。熱伝導部材はフィルタ層を囲繞する形状とし、さらに吸熱改質触媒層は熱伝導部材を囲繞する形状とすることによって、フィルタ層及び吸熱改質触媒層が、熱伝導部材を介して隣接する面積を増大することができる。さらに、フィルタ層を吸熱改質触媒層が囲繞することによって、フィルタ層で発生した熱は、フィルタ層全体において、吸熱改質触媒層へ確実に伝導されることが可能となる。
フィルタ層は、筒状の筒部を有し、熱伝導部材は、フィルタ層における筒部を囲む中空の筒状の形状を有し、吸熱改質触媒層は、熱伝導部材及びフィルタ層を囲む中空の有底筒状の形状を有してもよい。吸熱改質触媒層は、筒状のフィルタ層の筒部及び端部を囲む形状とすることによって、フィルタ層との隣接面積を増大することができる。よって、フィルタ層の熱を吸熱改質触媒層に有効に伝導することが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、ＥＧＲクーラーは、それのみによって、エンジンに還流される排気ガスに含まれる粒子物質の捕捉、並びにＥＧＲクーラー内の熱を利用した吸熱反応による排気ガスの改質及び冷却を行うことができる。従って、ＥＧＲ装置に係わる設備を削減または小容量化することができるため、ＥＧＲクーラーを搭載する車両の小型化、軽量化及び部品点数の削減を可能とし、コストを低減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態は、ディーゼルエンジンを搭載する車両に用いられる形態を示すものである。
実施の形態
【００１３】
図１に示すように、ディーゼルエンジン１の各シリンダ１ａは、燃料及び空気の混合ガスを各シリンダ１ａに配分するインテークマニホールド１ｂと、各シリンダ１ａから排出される排気ガスを集約するエキゾーストマニホールド１ｃとに連通する。インテークマニホールド１ｂには吸気管２が接続されており、吸気管２を介して、エンジン１に空気が供給される。一方、エキゾーストマニホールド１ｃには、排気管３が接続されており、排気管３を介して、排気ガスが外部に排出される。また、排気管３の途中には、排気ガス中の粒子状物質や窒素酸化物の含有量を低減する排気ガス処理装置４が設けられている。排気ガス処理装置４は、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉するフィルタであるＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置や、窒素酸化物の含有量を低減する触媒等によって構成されている。
【００１４】
さらに、排気管３におけるエキゾーストマニホールド１ｃ及び排気ガス処理装置４の間には、排気管３と吸気管２とを連通するＥＧＲ管５が設けられている。なお、ＥＧＲ管５は、直列に並んだ２つのＥＧＲ管５ａ及び５ｂによって構成され、エンジン１から排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気管２、すなわちエンジン１の吸気系統に還流するものである。また、排気管３にはＥＧＲ管５ａが接続し、吸気管２にはＥＧＲ管５ｂが接続している。さらに、ＥＧＲ管５ａ及び５ｂは、その間に設けられたＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー１１に接続しており、ＥＧＲクーラー１１を介して互いに連通する。また、ＥＧＲ管５ｂの途中には、ＥＧＲ管５ｂを開閉するＥＧＲバルブ６が設けられている。なお、ＥＧＲバルブ６は、その開度を調節することによって、ＥＧＲ管５ｂを流通するＥＧＲガスの流量を調節する。
よって、排気管３は、ＥＧＲ管５ａ、ＥＧＲクーラー１１及びＥＧＲ管５ｂを介して、吸気管２に連通する。
【００１５】
従って、ＥＧＲ管５ａ及び５ｂ、ＥＧＲバルブ６、並びにＥＧＲクーラー１１は、ＥＧＲ装置を構成している。ＥＧＲ装置は、排気ガスの一部をエンジン１の吸気系統に再循環させ、吸入混合ガスに混入させることによって、シリンダ１ａにおける最高燃焼温度を下げて、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制するものである。とくに、ＥＧＲクーラー１１は、エンジン１に再循環されるＥＧＲガスを冷却することによって、エンジン１内における燃焼温度をさらに下げ、窒素酸化物の発生の抑制効果を向上させるものである。
なお、エンジン１の燃焼においては、燃焼温度が高くなると窒素酸化物の発生量が増大し、反対に、燃焼温度が低くなるとＰＭ、一酸化炭素（ＣＯ）の発生量が増大する。
【００１６】
次に、図２及び３を使用して、ＥＧＲクーラー１１の構造を以下に示す。
図２を参照すると、ＥＧＲクーラー１１は、外殻として、ステンレス綱からなる中空有底円筒形状をしたカバー１２を備え、カバー１２の円形をした両端面部１２ａ及び１２ｂの中心部には、吸気管１３及び排気管１４がそれぞれ接続され、カバー１２の内部に連通する。なお、中空有底円筒形状をしたカバー１２及び吸気管１３は、中心軸ＣＬを同一としている。また、吸気管１３はＥＧＲ管５ａに接続し、排気管１４はＥＧＲ管５ｂに接続している。
【００１７】
さらに、カバー１２の内部において、カバー１２との接合部である吸気管１３の端部１３ａに隣接して、円筒形状をしたフィルタ層１５が設けられている。フィルタ層１５は、吸気管１３と同一の中心軸ＣＬを持ち、吸気管１３及びカバー１２と同心円となる円形をした、中心軸ＣＬと垂直な断面を有しており、吸気管１３側から排気管１４側に向かってカバー１２の内部の途中まで延在している。また、排気管１４側となるフィルタ層１５の端面１５ｂはカバー１２の端面部１２ｂと間隔をあけて対向している。なお、フィルタ層１５の外径は吸気管１３の内径と同一になっている。
また、フィルタ層１５は、耐熱性のあるセラミックなどを使用して形成され、内部を軸方向に格子状に仕切られたメッシュ体によって構成されている。さらに、メッシュ体の格子部の壁面には、ＰｔやＰｄなどの酸化触媒２５が塗布されている。なお、フィルタ層１５の内部は、その端面１５ａ及び１５ｂの間で流体連通となっている。
【００１８】
次に、フィルタ層１５における円筒部の外周面のうち、吸気管１３側の一部分である外周面１５ｃ上には、熱の遮断性に優れた断熱材１８が設けられ、断熱材１８は中空円筒形状を有し、フィルタ層１５の外周面１５ｃに対して、全体を取り囲んで隣接している。すなわち、断熱材１８は、フィルタ層１５と同心円となる環状をした、中心軸ＣＬと垂直な断面を有している。なお、断熱材１８は、内部のフィルタ層１５及び断熱材１８の外部の間における熱の伝導を遮断している。
また、排気管１４側の他の部分である外周面１５ｄ上には、耐熱性を有し熱伝導性に優れる金属を使用した熱伝導部材１６が設けられ、熱伝導部材１６は中空円筒形状を有し、フィルタ層１５の外周面１５ｄに対して、全体を取り囲んで隣接している。すなわち、熱伝導部材１６は、フィルタ層１５と同心円となる環状をした、中心軸ＣＬと垂直な断面を有している。（図３参照）なお、熱伝導部材１６は、内部のフィルタ層１５の熱を熱伝導部材１６の外部に伝導する。
【００１９】
さらに、熱伝導部材１６における円筒状をした外周面１６ａ及びフィルタ層１５の端面１５ｂ上には、これらを取り囲んで隣接する、中空有底円筒形状の吸熱改質触媒層１７が設けられている。なお、吸熱改質触媒層１７は、フィルタ層１５と同心円となる環状または円形をした、中心軸ＣＬと垂直な断面を有している。（図３参照）
吸熱改質触媒層１７は、吸気管１３側に環状をした端面１７ａを有し、端面１７ａは、断熱材１８及び熱伝導部材１６の境界部に位置し、カバー１２の端面部１２ａと対向している。なお、端面１７ａは、カバー１２の端面部１２ａとの間に空隙を形成し、この空隙は、端面１７ａを介して吸熱改質触媒層１７に連通する通路２１ａを形成している。
また、吸熱改質触媒層１７は、排気管１４側に円形をした端面１７ｂを有し、端面１７ｂは、カバー１２の端面部１２ｂ及びフィルタ層１５の端面１５ｂに対して間隔をあけた位置にあり、それぞれに対向している。
【００２０】
また、吸熱改質触媒層１７は、円筒状の外周面１７ｃを有し、外周面１７ｃは、カバー１２の円筒部１２ｃ及び熱伝導部材１６の外周面１６ａに対して間隔をあけた位置にあり、それぞれと対向している。
さらに、吸熱改質触媒層１７は、円筒状の内周面１７ｄを有し、内周面１７ｄは、熱伝導部材１６を取り囲んで接触している。すなわち、吸熱改質触媒層１７は、熱伝導部材１６を介して、フィルタ層１５と隣接している。
また、吸熱改質触媒層１７は、内部を格子状に仕切られ、格子の壁面に吸熱改質触媒であるＲｈ、ＲｕまたはＮｉなどの金属がコーティングされて形成されている。なお、吸熱改質触媒層１７の内部は、端面１７ａ及び１７ｂの間で流体連通となっている。
【００２１】
次に、吸熱改質触媒層１７の外周面１７ｃ及び端面１７ｂ上には、これらを取り囲んで隣接する、中空有底円筒形状の断熱材１９が設けられている。すなわち、断熱材１９は、フィルタ層１５と同心円となる環状または円形をした、中心軸ＣＬと垂直な断面を有している。（図３参照）断熱材１９の外周面１９ａ及び端面１９ｂは、カバー１２の円筒部１２ｃ及び端面部１２ｂと、それぞれ対向し、それぞれとの間に空隙を形成して、通路２１ａ及び排気管１４に連通する通路２１ｂを形成している。よって、通路２１ａ及び２１ｂによって、吸熱改質触媒層１７及び排気管１４を連通する通路２１が形成されている。
なお、断熱材１９は、吸熱改質触媒層１７及び通路２１間の熱の伝導を遮断している。
【００２２】
さらに、カバー１２の端面部１２ａ及び円筒部１２ｃの内側には、内部を冷却水が流通する冷却機構である冷却層２０が形成されている。冷却層２０は、カバー１２の端面部１２ａに対向する内周面２０ｃを有し、内周面２０ｃは、吸熱改質触媒層１７の端面１７ａとの間に空隙を形成し、通路２１ａを確保している。また、冷却層２０は、カバー１２の円筒部１２ｃに対向する内周面２０ｄを有し、内周面２０ｄは、断熱材１９の外周面１９ａとの間に空隙を形成し、通路２１ｂを確保している。（図３参照）
なお、冷却層２０の内部には、図示しない外部から冷却水が供給される。冷却層２０には、排気管１４側において、図示しない外部から冷却層２０に冷却水を供給するための給水管２０ａが設けられており、一方、吸気管１３側においては、冷却層２０内部の冷却水を図示しない外部へ排出するための排水管２０ｂが設けられている。さらに、給水管２０ａは、ＥＧＲクーラー１１が車両に設置された状態で、ＥＧＲクーラー１１の鉛直方向下側となるように設けられている。また、排水管２０ｂは、同様の設置状態で鉛直方向上側となるように設けられている。
【００２３】
次に、この発明の実施の形態に係るＥＧＲクーラー１１の動作について、図１〜２に基づいて説明する。
図１に示すように、ＥＧＲバルブ６が開弁されることによって、エンジン１の排気ガスが、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ管５ａを経由して、ＥＧＲクーラー１１に供給される。さらに、供給されたＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラー１１から、ＥＧＲ管５ｂを経由して、エンジン１の吸気系統である吸気管２に還流される。
【００２４】
図２を参照すると、ＥＧＲクーラー１１に供給されたＥＧＲガスは、方向Ａの方向で、ＥＧＲ管５ａ及び吸気管１３から供給される。さらに、供給されたＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラー１１の内部をフィルタ層１５、吸熱改質触媒層１７、通路２１の順序で通過し、排気管１４及びＥＧＲ管５ｂを介して、図示しないエンジン１の吸気系統に還流される。そこで、ＥＧＲクーラー１１を通過するＥＧＲガスは、通過の過程において、以下に示すような作用を受ける。
【００２５】
まず、吸気管１３からフィルタ層１５に供給されたＥＧＲガスは、フィルタ層１５によって、内部に含んでいるカーボン等の粒子状物質を捕捉される。また、フィルタ層１５に付着した酸化触媒２５の作用によって、ＥＧＲガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）について、下記の反応式に示されるような、酸化反応、すなわち燃焼が促進される。なお、これらの反応はいずれも発熱反応である。
１／２ＣＯ＋Ｏ２→ＣＯ２
Ｈ２ｎＣｍ＋（１／２ｎ＋ｍ）Ｏ２→ｎＨ２Ｏ＋ｍＣＯ２
なお、一酸化炭素より炭化水素の方が酸化作用を受けにくいため、炭化水素はフィルタ層１５において一部しか酸化されず、酸化されない炭化水素はＥＧＲガスとともにフィルタ層１５から排出される。
【００２６】
また、フィルタ層１５に捕捉された粒子状物質ついては、上記の酸化反応によって発生した熱によって燃焼されて二酸化炭素となり、ＥＧＲガスとともにフィルタ層１５から排出することができる。
さらに、フィルタ層１５に捕捉された粒子状物質は、図示しないエンジン１において、定期的にスパイク状に高負荷燃焼を行うことによって排気温度を上昇させ、高温となったＥＧＲガスの熱によっても燃焼されて二酸化炭素となり、フィルタ層１５から排出することができる。
従って、フィルタ層１５においては、ＥＧＲガスに含まれる、粒子状物資の捕捉及び燃焼処理、一酸化炭素の二酸化炭素への酸化、及び炭化水素の一部の二酸化炭素への酸化が行われる。また、フィルタ層１５より排出されるＥＧＲガスは、炭化水素、二酸化炭素及び水（水蒸気）を含んでいる。
なお、エンジン１の吸気系統に還流されるＥＧＲガスに含まれる粒子状物質の除去は、粒子状物質によるエンジン１内部の摩耗等を防ぎ、エンジン１の耐久性を向上させる。
【００２７】
次に、フィルタ層１５を通過したＥＧＲガスは、端面１５ｂを経由して、吸熱改質触媒層１７に供給される。なお、吸熱改質触媒層１７に供給されたＥＧＲガスは、熱伝導部材１６に沿って、吸熱改質触媒層１７内を流通する。
また、吸熱改質触媒層１７には、フィルタ層１５における酸化反応によって発生した熱が、熱伝導部材１６を介して方向Ｂの方向（フィルタ層１５の内側から外側へ向う方向）で伝導され、吸熱改質触媒層１７内を流通するＥＧＲガスには伝導された熱が付与される。
【００２８】
さらに、ＥＧＲガスに含まれる水蒸気（Ｈ２Ｏ）及び炭化水素（ＨＣ）については、フィルタ層１５より伝導された熱が付与され、吸熱改質触媒層１７に付着した吸熱改質触媒が水素発生水蒸気改質触媒として作用することによって、下記の一連の反応式に示されるような、還元反応である水蒸気改質反応が促進される。このとき、吸熱改質触媒層１７を囲繞する断熱材１９は、フィルタ層１５から吸熱改質触媒層１７に伝導される熱を外部に逃がさないため、伝導される熱は吸熱改質触媒層１７おける水蒸気改質反応に有効に利用される。
なお、水蒸気改質反応のうち、第１の反応は強い吸熱反応であり、第２の反応は弱い発熱反応である。
（第１の反応）  ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ→ｎＣＯ＋（１／２ｍ＋ｎ）Ｈ２
（第２の反応）  ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２
【００２９】
また、水蒸気改質反応は、排気ガスの温度が高い状態では、熱伝導部材１６を介して吸熱改質触媒層１７に伝導された、フィルタ層１５の排気ガスであるＥＧＲガスの熱によっても発生する。さらに、水蒸気改質反応は、熱伝導部材１６を介して吸熱改質触媒層１７に伝導された、フィルタ層１５において捕捉された粒子状物質の燃焼時に発生する熱によっても発生する。
よって、第１の反応に伴う強い吸熱作用により、フィルタ層１５における酸化反応時に発生した熱、フィルタ層１５及び吸熱改質触媒層１７のＥＧＲガス自体の熱、フィルタ層１５の粒子状物質の燃焼時に発生した熱及び上記の第２の反応において発生した熱が吸収されるため、ＥＧＲガス自体が冷却される。
従って、吸熱改質触媒層１７においては、ＥＧＲガスに含まれる炭化水素を利用したＥＧＲガスの改質が行われるとともに、フィルタ層１５において発生した熱及びＥＧＲガスの熱を利用した吸熱反応によりＥＧＲガスの冷却が行われる。また、吸熱改質触媒層１７におけるＥＧＲガスの改質反応は、外部より燃料（炭化水素）や熱を加える必要のない効率のよいものとなっている。なお、吸熱改質触媒層１７より排出されるＥＧＲガスは、水素、二酸化炭素及び水蒸気を含む。
【００３０】
次に、吸熱改質触媒層１７を通過したＥＧＲガスは、端面１７ａを経由して、通路２１に供給される。
また、冷却層２０には、図示しない外部より給水管２０ａを介して冷却水が供給され、供給された冷却水は、冷却層２０を満たしながら冷却層２０内を流通し、排水管２０ｂから排出される。
よって、通路２１を流通するＥＧＲガスは、冷却層２０によってさらに冷却される。
なお、通路２１ａ及び冷却層２０における内周面２０ｃの部位は、断熱材１８によってフィルタ層１５と熱的に遮断されているため、通路２１ａのＥＧＲガス及び冷却層２０は、フィルタ層１５内の高温のＥＧＲガスの影響を受けることがない。また、通路２１ｂ及び冷却層２０における内周面２０ｄの部位は、断熱材１９によって吸熱改質触媒層１７と熱的に遮断されているため、通路２１ｂのＥＧＲガス及び冷却層２０は、吸熱改質触媒層１７内の熱、すなわちフィルタ層１５から伝導される熱の影響を受けることがない。
【００３１】
さらに、通路２１を通過したＥＧＲガスは、排気管１４よりＥＧＲクーラー１１の外部に排出され、排出されたＥＧＲガスは、ＥＧＲ管５ｂを介してエンジン１の吸気系統に供給される。（図１参照）
このとき、ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラー１１によって冷却された状態であり、水素、二酸化炭素及び水蒸気を含んだものとなっている。
【００３２】
ここで、冷却されたＥＧＲガスは、供給する水素、二酸化炭素及び水蒸気が増大するためＥＧＲ率を向上させることができるとともに、エンジン１（図１参照）の燃焼温度を下げることによりＥＧＲ効果を向上させ、窒素酸化物の発生量を効果的に低減させるものである。
また、水素は、エンジン１に添加されると燃焼効率を向上させるものであり、燃料消費率を向上させるものである。これは未燃物として排出される炭化水素が水素を添加することにより効率よく燃焼するためである。よって、通常、ＥＧＲ率を高めるとエンジン１の燃焼が困難になるが、水素は、エンジン１の燃焼性を向上させるため、より高いＥＧＲ率での運転が可能となり、窒素酸化物の発生量を低減することができるとともに燃料の燃焼時における炭化水素の発生量を低減するものである。さらに、水素は、高い空燃比でのエンジン１の運転を可能にし、燃焼時における燃料消費量を低減するため、一酸化炭素の発生量を低減するものである。（図１参照）
【００３３】
また、二酸化炭素は、比熱が高いため、ＥＧＲガス及びエンジン１（図１参照）の吸気混合ガスの混合ガスの温度の上昇を抑制し、ＥＧＲ効果を向上させるものである。
従って、ＥＧＲクーラー１１を介してエンジン１（図１参照）に供給されるＥＧＲガスは、高いＥＧＲ率及びＥＧＲ効果を有するものである。
【００３４】
このように、この実施の形態に係るＥＧＲクーラー１１は、排気ガスの一部であるＥＧＲガスに含まれる粒子状物質を捕捉するフィルタ層１５と、ＥＧＲガスに対し、吸熱を伴う反応を引き起こす吸熱改質触媒層１７とを備え、フィルタ層１５と吸熱改質触媒層１７とは、熱伝導部材１６介して隣接しており、ＥＧＲガスは、フィルタ層１５を通過した後、吸熱改質触媒層１７を流通する。
【００３５】
よって、このＥＧＲクーラー１１は、まず、フィルタ層１５において、ＥＧＲガスに含まれる粒子状物質を捕捉するとともに、捕捉した粒子状物質を燃焼により処理した際の発生熱及びＥＧＲガスの熱を、熱伝導部材１６を介して吸熱改質触媒層１７に伝導する。さらに、吸熱改質触媒層１７において、伝導された熱を利用して、吸熱改質触媒の作用により、ＥＧＲガスに含まれる炭化水素に対して、吸熱反応である水蒸気改質反応を発生させ、ＥＧＲガスを改質及び冷却することができる。すなわち、ＥＧＲクーラー１１は、それのみによって、ＥＧＲガスに含まれる粒子物質の捕捉、並びにＥＧＲクーラー１１内の熱を利用した吸熱反応によるＥＧＲガスの改質及び冷却を行うことができる。従って、粒子状物質の捕捉装置及びＥＧＲガスの改質に係わる装置を別個に設ける必要がなく、ＥＧＲガスの冷却装置も別個に設ける必要がないか、或いは設ける場合であっても、小容量なものでよい。よって、ＥＧＲクーラー１１を搭載する車両の小型化、軽量化及び部品点数の削減を可能とし、コストを低減することが可能になる。
【００３６】
また、熱伝導部材１６を介して吸熱改質触媒層１７に伝導された熱は、ＥＧＲガスと接触して吸熱改質触媒層１７における吸熱反応に有効に利用されることが可能になる。
また、フィルタ層１５に酸化触媒２５を付着させることによって、フィルタ層１５におけるＥＧＲガスに含まれる一酸化炭素及び炭化水素の酸化反応（燃焼反応）を促進することができる。よって、排気ガスの温度が低い状態においても、この酸化反応において発生した熱によって、吸熱改質触媒層１７における水蒸気改質反応を発生することができる。また、フィルタ層１５における酸化反応において発生した熱によって、フィルタ層１５に捕捉した粒子状物質を燃焼することも可能になる。
【００３７】
また、熱伝導部材１６はフィルタ層１５を囲繞する形状とし、さらに吸熱改質触媒層１７は熱伝導部材１６を囲繞する形状とすることによって、フィルタ層１５及び吸熱改質触媒層１７が、熱伝導部材１６を介して隣接する面積を増大することができる。さらに、フィルタ層１５を吸熱改質触媒層１７が囲繞することによって、フィルタ層１５で発生した熱は、フィルタ層１５全体において吸熱改質触媒層１７へ有効に伝導されることが可能になる。
また、吸熱改質触媒層１７は、フィルタ層１５の筒状の外周面１５ｃ及び端面１５ｂを囲む形状とすることによって、フィルタ層１５との隣接面積を増大することができる。よって、フィルタ層１５の熱を吸熱改質触媒層に有効に伝導することが可能になる。
【００３８】
実施の形態において、吸熱改質触媒層１７に、水素発生水蒸気改質触媒を付着させていたが、これに限定されるものではなく、ＡＴＲ触媒等を使用してもよい。
また、実施の形態において、冷却層２０をカバー１２の内側に設けていたが、これに限定されるものでなく、吸熱改質触媒層１７のみによって還流されるＥＧＲガスを冷却することもできる。
また、実施の形態において、吸熱改質触媒層１７は、熱伝導部材１６を介して、フィルタ層１５を取り囲むように隣接していたが、これに限定されるものでない。例えば、直方体形状のフィルタ層１５及び吸熱改質触媒層１７を、互いに面積の大きい面で隣接するように並列に配置し、フィルタ層１５及び吸熱改質触媒層１７の間に熱伝導部材１６を設けるように構成するなど、隣接する面積が大きくなるようものであればよい。
また、実施の形態において、フィルタ層１５は、セラミックによるメッシュ体としていたが、これに限定されるものではない。例えば、材質としてコーディライト、メタル、またはＳｉＣ（炭化珪素）を使用したものであってもよい。さらに、フィルタ層１５は、その形状がモノリス構造やハニカム構造であってもよく、泡構造（フォーム状）であってもよい。また、フィルタ層１５は、繊維状の素材を織り込んで布状に形成したものであってもよく、繊維状の素材を重ね合わせてマット状に形成したものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施の形態を示すエンジンの全体系統図である。
【図２】この発明の実施の形態に係るＥＧＲクーラーの断面側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１  ＥＧＲクーラー、１５  フィルタ層、１６  熱伝導部材、１７  吸熱改質触媒層、２０  冷却層（冷却機構）、２５  酸化触媒。
【図１】
2010007512.tif 000003
【図２】
2010007512.tif 000004
【図３】
2010007512.tif 000005