(57)【要約】【課題】燃料改質の効率化および耐久性の向上を図ることができる内燃機関を提供すること。【解決手段】燃料改質器３１に導入される排気ガスに燃料を添加する燃料添加装置５５と、添加された燃料を改質する燃料改質器３１と、改質された燃料を含む排気ガスを内燃機関１−１の吸気経路２０に導入する改質燃料導入通路３６と、排気ガスを燃料改質器３１に導入する第１導入通路３３ａと、第１導入通路３３ａから導入される排気ガスよりも低い温度の排気ガスを燃料改質器３１に導入する第２導入通路３３ｂと、燃料改質器３１の温度が所定温度に維持されるように、第１導入通路３３ａあるいは第２導入通路３３ｂから燃料改質器３１に排気ガスを導入する切替弁３４とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料改質器に導入される排気ガスに燃料を添加する燃料添加手段と、
前記添加された燃料を改質する燃料改質器と、
前記改質された燃料を含む排気ガスを内燃機関の吸気経路に導入する改質燃料導入通路と、
排気ガスを前記燃料改質器に導入する第１導入通路と、
前記第１導入通路から導入される排気ガスよりも低い温度の排気ガスを前記燃料改質器に導入する第２導入通路と、
前記燃料改質器に前記第１導入通路あるいは第２導入通路の少なくともいずれか一方から排気ガスを導入する排気ガス導入手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記排気ガス導入手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて、当該燃料改質器に排気ガスを導入することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記燃料改質器の温度を検出する改質器温度検出手段をさらに備え、
前記排気ガス導入手段は、前記検出された燃料改質器の温度が所定温度に維持されるように当該燃料改質器に排気ガスを導入することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記第１導入通路は、前記燃料改質器を通過する前の排気ガスを当該燃料改質器に導入し、
前記第２導入通路は、前記燃料改質器を通過した後の排気ガスを当該燃料改質器に導入することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記内燃機関は、過給機をさらに備え、
前記第１導入通路は、前記過給機のタービンを通過する前の排気ガスを前記燃料改質器に導入し、
前記第２導入通路は、前記過給機のタービンを通過した後の排気ガスを前記燃料改質器に導入することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に関し、更に詳しくは、排気ガスおよびこの排気ガスに添加され改質された燃料を内燃機関の吸気経路に導入する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、乗用車、トラックなどに搭載されるガソリンエンジンなどの内燃機関では、ポンプ損失の低減による燃費の向上、燃料温度の低下によるＮＯxの低減などを図るために、排気経路の排気ガスの一部を吸気経路に導入するものがある。一方、燃焼速度の向上あるいはリーン燃焼などによる燃費の向上、ノッキングの低減などを図るために、燃料改質器を備え、この燃料改質器により燃料を改質し、燃料から水素（Ｈ2）や一酸化炭素（ＣＯ）などを生成し、この生成された水素などを吸気経路に導入する内燃機関がある。ここで、特許文献１に示すように、これらを組み合わせた技術が提案されている。この従来の内燃機関は、排気経路の排気ガスの一部を燃料改質器に導入する際に燃料を添加し、この添加された燃料を燃料改質器に設けられた改質触媒により改質し、この改質された燃料および排気ガスを吸気経路に導入するものである。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−２６４７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料の改質反応には、この燃料改質器に設けられた改質触媒が必要である。この改質触媒は、温度の上昇とともに活性化するため、改質触媒の温度、すなわち燃料改質器の温度を一定以上、例えば６００度以上とする必要がある。この改質触媒の温度を一定以上とするためには、この改質触媒により改質される燃料が添加された排気ガスの温度あるいは燃料改質器を通過し、改質触媒に熱を伝達する排気ガスの温度がこの一定温度以上であることが必要である。これにより、この燃料改質器において燃料の改質を効率良く行うことができる。
【０００５】
しかしながら、上記従来の内燃機関では、燃料改質器に導入される排気ガスは、この燃料改質器を通過した排気ガスである。つまり、燃料改質器を通過し、この燃料改質器に設けられた改質触媒に熱が奪われ、温度が燃料改質器を通過する前よりも低い排気ガスが燃料改質器に導入されることとなる。従って、燃料改質の効率化が図れないという問題がある。
【０００６】
また、改質触媒は、温度が上昇すればするほど活性化するため、燃料改質器において燃料の改質を効率良く行うことができる。しかし、燃料改質器は、高温状態を長期間維持されることで熱劣化し、耐久性を向上することができないという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃料改質の効率化および耐久性の向上を図ることができる内燃機関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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、燃料改質器に導入される排気ガスに燃料を添加する燃料添加手段と、前記添加された燃料を改質する燃料改質器と、前記改質された燃料を含む排気ガスを内燃機関の吸気経路に導入する改質燃料導入通路と、排気ガスを前記燃料改質器に導入する第１導入通路と、前記第１導入通路から導入される排気ガスよりも低い温度の排気ガスを前記燃料改質器に導入する第２導入通路と、前記燃料改質器に前記第１導入通路あるいは第２導入通路の少なくともいずれか一方から排気ガスを導入する排気ガス導入手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、この発明では、上記内燃機関において、前記排気ガス導入手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて、当該燃料改質器に排気ガスを導入することを特徴とする。
【００１０】
また、この発明では、上記内燃機関において、前記燃料改質器の温度を検出する改質器温度検出手段をさらに備え、前記排気ガス導入手段は、前記検出された燃料改質器の温度が所定温度に維持されるように当該燃料改質器に排気ガスを導入することを特徴とする。
【００１１】
これらの発明によれば、排気ガス導入手段により、第１導入通路あるいは第２導入通路の少なくともいずれか一方から温度の異なる排気ガスが燃料を添加された状態で燃料改質器に導入される。従って、内燃機関の運転状態により燃料改質器の温度がこの燃料改質器に設けられた改質触媒の活性化に必要な温度未満の場合は、排気ガス導入手段により、温度の高い排気ガス、すなわち第１導入通路からの排気ガスをこの燃料改質器に導入することができる。また、内燃機関の運転状態により燃料改質器の温度がこの燃料改質器の熱劣化を抑制するために必要な温度を超える場合は、排気ガス導入手段により、温度の低い排気ガス、すなわち第２導入通路からの排気ガスをこの燃料改質器に導入することができる。つまり、燃料改質器に導入される燃料が添加された排気ガスの温度を調整することで、燃料改質器の温度を調整、例えば所定温度に維持することができる。これにより、燃料改質の効率化を図るとともに耐久性の向上を図ることができる。
【００１２】
また、この発明では、上記内燃機関において、前記第１導入通路は、前記燃料改質器を通過する前の排気ガスを当該燃料改質器に導入し、前記第２導入通路は、前記燃料改質器を通過した後の排気ガスを当該燃料改質器に導入することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、燃料改質器を通過する前の排気ガスあるいはこの燃料改質器を通過した後の排気ガスの少なくともいずれか一方に燃料を添加し、この燃料が添加された排気ガスを燃料改質器に導入し、この燃料改質器に設けられた改質触媒により、添加された燃料が改質される。ここで、燃料改質器を通過する排気ガスの熱エネルギーは、この排気ガスの熱が燃料改質器に伝達されて燃料を改質することで回収される。従って、燃料改質器を通過した後の排気ガスは、この燃料改質器を通過する前の排気ガスよりも、その温度が低くなる。これにより、第１導入通路から燃料改質器に導入される排気ガスと第２導入通路から燃料改質器に導入される排気ガスとの温度を異ならせることができ、この燃料改質器の温度を調整することができる。
【００１４】
また、この発明では、上記内燃機関において、前記内燃機関は、過給機をさらに備え、前記第１導入通路は、前記過給機のタービンを通過する前の排気ガスを前記燃料改質器に導入し、前記第２導入通路は、前記過給機のタービンを通過した後の排気ガスを前記燃料改質器に導入することを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、過給機のタービンを通過する前の排気ガスあるいはこの過給機のタービンを通過した後の排気ガスの少なくともいずれか一方に燃料を添加し、この燃料が添加された排気ガスを燃料改質器に導入し、この燃料改質器に設けられた改質触媒により、添加された燃料が改質される。ここで、過給機のタービンを通過する排気ガスの熱エネルギーは、このタービンを回転させることで回収される。従って、タービンを通過した後の排気ガスは、このタービンを通過する前の排気ガスよりも、その温度が低くなる。これにより、第１導入通路から燃料改質器に導入される排気ガスと第２導入通路から燃料改質器に導入される排気ガスとの温度を異ならせることができ、この燃料改質器の温度を調整することができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明にかかる内燃機関は、燃料改質器の温度を調整することで、燃料改質の効率化を図るとともに耐久性の向上を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記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、下記の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１にかかる内燃機関の構成例を示す図である。図１に示すように、この実施例１にかかる内燃機関１−１は、ガソリンエンジンなどである内燃機関本体１０と、吸気経路２０と、この発明にかかる燃料改質器３１および後述する排気ガス導入手段である切換弁３４を備える排気経路３０と、この切換弁３４の切換制御を行うＥＣＵ（Engine Control Unit）４０とにより構成されている。
【００１９】
内燃機関本体１０には、吸気経路２０が接続されており、この吸気経路２０を介して、外部から空気および燃料がこの内燃機関本体１０の各気筒１１に導入される。また、内燃機関本体１０には、排気経路３０が接続されており、この排気経路３０を介して、内燃機関本体１０の各気筒１１から排気された排気ガスが外部に排気される。
【００２０】
吸気経路２０は、エアクリーナー２１と、吸気通路２２と、エアフロメータ２３と、スロットルバルブ２４とにより構成されている。エアクリーナー２１により、粉塵が除去された空気は、吸気通路２２を介して、内燃機関本体１０の各気筒１１に導入される。エアフロメータ２３は、この内燃機関本体１０に導入、すなわち吸入される空気の吸入空気量を検出し、後述するＥＣＵ４０に出力するものである。スロットルバルブ２４は、図示しないアクチュエータにより駆動されることで、内燃機関本体１０の各気筒１１に吸気される吸入空気量を調整するものである。このスロットルバルブ２４の開度の制御、すなわちバルブ開度制御は、後述するＥＣＵ４０により行われる。
【００２１】
また、この吸気経路２０の吸気通路２２には、内燃機関１０に燃料を供給する燃料噴射弁５１が設けられている。この燃料噴射弁５１には、燃料ポンプ５３が駆動することで、燃料通路５４を介して、燃料タンク５２に貯留されていた燃料が圧送される。燃料噴射弁５１の燃料噴射量や噴射タイミングなどの制御、すなわち噴射制御は、後述するＥＣＵ４０により行われる。
【００２２】
排気経路３０は、燃料改質器３１と、排気通路３２と、第１導入通路３３ａと、第２導入通路３３ｂと、排気ガス導入手段である切換弁３４と、燃料添加通路３５と、改質燃料導入通路３６と、改質燃料冷却装置３７と、流量調整弁３８とにより構成されている。燃料改質器３１は、円筒形状に形成され、その中空部３１ａに排気ガス導入通路３１ｂが配置されている。この中空部３１ａは、その両端が排気通路３２と連通している。内燃機関本体１０から排気された排気ガスは、中空部３１ａ内を通過することで燃料改質器３１を通過する。この中空部３１ａを通過した排気ガスは、排気通路３２を介して図示しない浄化装置に導入され、この浄化装置により有害物質が浄化された後、外部に排気される。なお、燃料改質器３１より上流側の排気通路３２には、この排気通路３２に排気される排気ガスに基づいた空燃比を検出し、後述するＥＣＵ４０に出力するＡ／Ｆセンサ３９が設けられている。
【００２３】
排気ガス導入通路３１ｂは、図示しない多数の配管を連通することで構成されている。この各配管は、中空部３１ａと連通しておらず、排気ガス導入通路３１ｂ内の排気ガスが中空部３１ａに流出することはない。この排気ガス導入通路３１ｂ内には、改質触媒３１ｃが設けられている。この改質触媒３１ｃは、ロジウム系の触媒であり、後述する排気ガスに添加された燃料を改質するものである。具体的には、改質触媒３１ｃは、改質反応である吸熱反応により燃料から水素（Ｈ2）や一酸化炭素（ＣＯ）などを生成するものである。具体的な吸熱反応は、例えば、
1.56(7.6ＣＯ2+6.8Ｈ2Ｏ+40.8Ｎ2)+3Ｃ7.6Ｈ12.6+984.8Kcal→31Ｈ2+34.7ＣＯ+63.6Ｎ2
となる。
【００２４】
この排気ガス導入通路３１ｂには、改質触媒３１ｃの温度を検出し、後述するＥＣＵ４０に出力する改質器温度検出手段である改質触媒温度センサ３１ｄが設けられている。また、排気ガス導入通路３１ｂは、その一端が燃料添加通路３５および切換弁３４を介して、第１導入通路３３ａおよび第２導入通路３３ｂと連通しており、他方の端部が改質燃料導入通路３６と連通している。ここで、燃料添加通路３５には、燃料改質器３１に導入される排気ガスに燃料を添加する燃料添加手段である燃料添加装置５５が設けられている。この燃料添加装置５５には、上記燃料噴射弁５１と同様に、燃料ポンプ５３が駆動することで、燃料通路５４および分岐通路５６を介して、燃料タンク５２に貯留されていた燃料が圧送される。燃料添加装置５５の燃料添加量や添加タイミングなどの制御、すなわち添加制御は、後述するＥＣＵ４０により行われる。
【００２５】
この排気ガス導入通路３１ｂは、燃料添加装置５５により燃料が添加された内燃機関本体１０から排気された排気ガスを導入するものである。この導入された燃料を添加された排気ガスは、改質触媒３１により改質され、水素（Ｈ2）、一酸化炭素（ＣＯ）を含む排気ガス、すなわち改質された燃料を含む排気ガスとなり、改質燃料導入通路３６に流出する。
【００２６】
第１導入通路３３ａは、一方の端部が燃料改質器３１を通過する前の排気ガスを導入できる位置で排気通路３２と連通しており、他方の端部が切換弁３４を介して排気ガス導入通路３１ｂと連通している。また、第２導入通路３３ｂは、一方の端部が燃料改質器３１を通過した後の排気ガスを導入できる位置で排気通路３２と連通しており、他方の端部が切換弁３４を介して排気ガス導入通路３１ｂと連通している。ここで、燃料改質器３１を通過した後であるこの燃料改質器３１よりも下流側の排気通路３２内の排気ガスの温度は、燃料改質器３１を通過する前であるこの燃料改質器３１より上流側の排気通路３２内の排気ガスの温度よりも低くなる。これは、この燃料改質器を通過する排気ガス、すなわち中空部３１ａを通過する排気ガスの熱が燃料改質器３１、すなわちこの排気ガス導入通路３１ｂを介して改質触媒３１ｃに伝達されるためである。つまり、この実施例１にかかる内燃機関１−１は、燃料改質器３１を通過する排気ガスの熱エネルギーをこの排気ガスの熱が燃料改質器３１に伝達され、燃料を改質することで回収することができる。
【００２７】
従って、第１導入通路３３ａは、第２導入通路３３ｂから燃料改質器３１、すなわち排気ガス導入経路３１ｂに導入される低温（例えば６５０℃程度）の排気ガスよりも、高温（例えば７５０℃程度）の排気ガスを導入することができる。つまり、第１導入通路３３ａから燃料改質器３１に導入される排気ガスと第２導入通路３３ｂから燃料改質器に導入される排気ガスとの温度を異ならせることができる。
【００２８】
切替弁３４は、排気ガス導入手段であり、燃料改質器３１、すなわち排気ガス導入通路３１ｂと、第１導入通路３３ａあるいは第２導入通路３３ｂとを連通させるものである。この切替弁３４による排気ガス導入通路３１ｂと、第１導入通路３３ａあるいは第２導入通路３３ｂとの連通の切換の制御、すなわち切換制御は、後述するＥＣＵ４０により行われる。
【００２９】
改質燃料導入通路３６には、改質燃料冷却装置３７および流量調整弁３８が設けられており、吸気経路２０のスロットルバルブ２４の下流側の吸気通路２２と連通している。改質燃料冷却装置３７は、排気ガス導入通路３１ｂからこの改質燃料導入通路３６に流入した高温（例えば７００℃程度）の改質された燃料を含む排気ガスを冷却するものである。この排気ガスを冷却することにより、この排気ガスが空気および燃料とともに内燃機関本体１０の各気筒１１に導入された際における体積効率の低下を抑制することができ、燃費の向上を図ることができる。流量調整弁３８は、改質された燃料を含む排気ガスを再度内燃機関本体１０の各気筒１１に導入する量である排気ガス再循環量を調整するものである。この流量調整弁３８の流量調整弁の開度の制御、すなわち流量調整弁開度制御は、後述するＥＣＵ４０により行われる。
【００３０】
ＥＣＵ４０は、内燃機関１−１を運転制御するものであり、内燃機関１−１が搭載された図示しない車両の各所に取り付けられたセンサから、各種入力信号が入力される。具体的には、内燃機関本体１０の図示しないクランクシャフトに取り付けられた角度センサにより検出された機関回転数、エアフロメータ２３により検出された吸入空気量、図示しないアクセルペダルセンサにより検出されたアクセル開度、Ａ／Ｆセンサ３９により検出された空燃比、改質触媒温度センサ３１ｄにより検出された燃料改質器３１の温度Ｔなどがある。ＥＣＵ４０は、これら入力信号および記憶部４３に記憶されている各種マップに基づいて各種出力信号を出力する。具体的には、スロットルバルブ２４のバルブ開弁制御を行うバルブ開度信号、燃料噴射弁５１の噴射制御を行う噴射信号、内燃機関本体１０の図示しない点火プラグの点火制御を行う点火信号、切換弁３４の切換制御を行う切換信号、流量調整弁３８の流量調整弁開度制御を行う流量調整弁開度信号、燃料添加装置５５の添加制御を行う添加信号などの出力信号などがある。
【００３１】
ここで、燃料噴射弁５１から内燃機関１−１に供給される燃料噴射量は、これら入力信号のうち機関回転数および吸入空気量に基づいて算出される。この燃料噴射量の算出は、上記入力信号と記憶部４３に記憶されている燃料噴射量マップとに基づいて算出しても良いし、上記入力信号とＡ／Ｆセンサ３９により検出された空燃比とに基づいて算出しても良い。また、流量調整弁３８により、内燃機関１−１の吸気経路２０に導入される改質された燃料を含む排気ガスの排気ガス再循環量は、これら入力信号のうち機関回転数および吸入空気量と記憶部４３に記憶されている排気ガス再循環量マップとに基づいて算出される。また、燃料添加装置５５から排気ガス導入通路３１ｂに導入される排気ガスに添加される燃料添加量は、これら入力信号のうち改質触媒温度センサ３１ｄにより検出された燃料改質器３１の温度と上記算出された排気ガス再循環量とに基づいて算出される。具体的に、燃料添加量は、この燃料改質器３１の温度と上記算出された排気ガス再循環量とから、排気ガスに対して添加される燃料の濃度が燃料改質器３１の改質触媒３１ｃによりこの燃料を最も効率良く改質することができる濃度となるように決定される。なお、排気ガスに燃料を添加する場合は、上記算出された燃料噴射量からこの燃料添加量を減じた量を燃料噴射量として燃料噴射弁５１から内燃機関１−１に供給することが好ましい。これにより、改質された燃料を含む排気ガスを再度内燃機関本体１０の各気筒１１に導入した際に、空燃比がリッチ状態で内燃機関１−１が運転されることを抑制することができる。また、上記排気ガス再循環量は、改質触媒３１ｃにより改質された燃料の量、特に生成された水素の排気ガスに対する濃度に応じて補正しても良い。
【００３２】
具体的に、このＥＣＵ４０は、上記入力信号や出力信号の入出力を行う入出力ポート（Ｉ／Ｏ）４１と、処理部４２と、上記燃料噴射量マップ、排気ガス再循環量マップなどの各種マップなどを格納する記憶部４３とにより構成されている。処理部４２は、メモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成され、後述する切替弁３４の切替制御方法などに基づくプログラムをメモリにロードして実行することにより、切替弁３４の切替制御方法などを実現させるものであっても良い。また、記憶部４３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能な揮発性のメモリあるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能な揮発性のメモリ、ある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、この実施例では、切替弁３４の切替制御方法をＥＣＵ４０により実現させるが、これに限定されるものではなく、このＥＣＵ４０とは個別に形成された制御装置により実現しても良い。
【００３３】
次に、実施例１にかかる内燃機関１−１の切換弁３４の動作、すなわち切替弁３４の切替制御について説明する。図２は、実施例１にかかる内燃機関の切換弁の動作フローを示す図である。まず、同図に示すように、ＥＣＵ４０の処理部４２は、燃料改質器３１の温度Ｔを取得する（ステップＳＴ１０１）。つまり、改質器温度検出手段である改質触媒温度センサ３１ｄにより検出された改質触媒３１ｃの温度を取得する。
【００３４】
次に、ＥＣＵ４０の処理部４２は、取得された温度Ｔが予め記憶部４３に記憶されていた所定温度Ｔ１よりも低いか否かを判断する（ステップＳＴ１０２）。ここで、所定温度Ｔ１は、改質触媒３１ｃの活性化に必要な温度（例えば６００℃）、あるいは燃料改質器３１の熱劣化を抑制することができる温度である。
【００３５】
次に、ＥＣＵ４０の処理部４２は、取得された温度Ｔが所定温度Ｔ１よりも低い場合は、改質触媒３１ｃの活性化を図るため、第１導入通路３３ａから排気ガスを排気ガス導入する（ステップＳＴ１０３）。具体的には、処理部４２は、入出力ポート４１を介して切替弁３４に切換信号を出力し、第１導入通路３３ａと排気ガス導入通路３１ｂとを燃料添加通路３５を介して連通する。従って、燃料改質器３１を通過した後の排気ガスよりも高温の排気ガスが第１導入通路３３ａおよび切換弁３４を介して燃料添加通路３５に導入される。この燃料添加通路３５に導入された排気ガスは、燃料添加装置５５により燃料が添加された状態で、排気ガス導入通路３１ｂに導入される。つまり、排気ガス導入手段である切替弁３４により、温度の高い排気ガスである第１導入通路３３ａからの排気ガスに燃料を添加して排気ガス導入通路３１ｂに導入することができる。
【００３６】
また、ＥＣＵ４０の処理部４２は、取得された温度Ｔが所定温度Ｔ１以上の場合は、燃料改質器３１の熱劣化を抑制するため、第２導入通路３３ｂから排気ガスを導入する（ステップＳＴ１０４）。具体的には、処理部４２は、入出力ポート４１を介して切替弁３４に切換信号を出力し、第２導入通路３３ｂと排気ガス導入通路３１ｂとを燃料添加通路３５を介して連通する。従って、燃料改質器３１を通過した前の排気ガスよりも低温の排気ガスが第２導入通路３３ｂおよび切換弁３４を介して燃料添加通路３５に導入される。この燃料添加通路３５に導入された排気ガスは、燃料添加装置５５により燃料が添加された状態で、排気ガス導入通路３１ｂに導入される。つまり、排気ガス導入手段である切替弁３４により、温度の低い排気ガスである第２導入通路３３ｂからの排気ガスに燃料を添加して排気ガス導入通路３１ｂに導入することができる。つまり、切換弁３４により、内燃機関１−１の運転状態である燃料改質器３１の温度Ｔに応じて、温度の異なる排気ガスを燃料改質器３１（排気ガス導入通路３１ｂ）に導入する。これにより、燃料改質器３１に導入される燃料が添加された排気ガスの温度を調整するので、燃料改質器３１の温度Ｔを調整、例えば所定温度Ｔ１に維持することができる。
【００３７】
排気ガス導入通路３１ｂに導入された排気ガスに添加された燃料は、改質触媒３１ｃにより吸熱反応を起こし、水素（Ｈ2）や一酸化炭素（ＣＯ）などが生成される。この水素（Ｈ2）や一酸化炭素（ＣＯ）を含む排気ガス、すなわち改質された燃料を含む排気ガスは、改質燃料冷却装置３７により冷却され、流量調整弁３８により排気ガス再循環量を調整されて吸気経路２０の吸気通路２２に流出する。吸気通路２２に流出した改質された燃料を含む排気ガスは、空気及び燃料噴射弁５１により噴射された燃料とともに、内燃機関本体１０の各気筒１１に導入される。この際に、燃料以外に水素を含んでいるため、図示しない点火プラグが点火することで燃焼する際の燃焼速度や発熱量が向上する。これにより、この実施例１にかかる内燃機関１−１は、トルクの増加、燃費の向上、ノッキングの低減を図ることができる。また、空気および燃料以外に排気ガスを含んでいるため、図示しない点火プラグが点火することで燃焼する際の燃焼温度を低下することができるとともに、ポンプ損失を低減することができる。これにより、この実施例１にかかる内燃機関１−１は、排気ガスに含まれる有害物質であるＮＯxの低減や燃費のさらなる向上を図ることができる。
【００３８】
以上のように、燃料改質器３１の温度Ｔが所定温度Ｔ１よりも低い場合、例えば内燃機関１−１の機関冷間時および軽負荷運転時などにおいては、温度の高い排気ガスを燃料改質器３１に導入する。従って、燃料改質器３１の温度Ｔを改質触媒３１ｃが活性化する温度まで短時間に上昇させることができる。また、燃料改質器３１の温度Ｔが所定温度Ｔ１となるように維持されるため、改質触媒３１ｃは、活性化した状態で維持される。これらにより、燃料改質の効率化を図ることができる。また、燃料改質器３１の温度ＴがＴ１以上の場合、例えば、内燃機関１−１の高負荷運転時においては、温度の低い排気ガスを燃料改質器３１に導入する。従って、燃料改質器３１の温度Ｔが燃料改質器３１の熱劣化を抑制できない温度まで上昇することを抑制できる。これにより、耐久性の向上を図ることができる。
【００３９】
なお、上記実施例１では、燃料改質器３１の温度Ｔ、すなわち改質触媒３１ｃの温度に基づいて、切替弁３４の切換制御を行う場合について説明したが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、内燃機関１−１の運転状態に応じて変化する排気ガス（排気ガス導入通路３１ｂに導入される燃料が添加された排気ガス、あるいは内燃機関本体１０から排気される排気ガスなど）の温度に基づいて切換弁３４の切換制御を行っても良い。
【実施例２】
【００４０】
図３は、実施例２にかかる内燃機関の構成例を示す図である。同図に示す内燃機関１−２が、図１に示す内燃機関１−１と異なる点は、過給機６０を備えている点である。なお、図３に示す内燃機関１−２の基本的構成は、図１に示す内燃機関１−１の基本的構成と同様であるため、その説明は省略する。
【００４１】
過給機６０は、タービン６１と、コンプレッサ６２と、回転軸６３とにより構成されている。なお、６４は、吸気通路２２に設けられ、コンプレッサ６２により圧縮された空気を冷却するインタークーラーである。また、６５は、コンプレッサ６２より圧縮され、内燃機関本体１０の各気筒１１に過給される空気の圧力である過給圧が所定過給圧以上となることを抑制する過給圧調整弁である。また、６６は、過給圧調整弁６５が開くことで、タービン６１を介さずにタービン６１の上流側の排気ガスを下流側に排気する過給圧調整通路である。タービン６１は、内燃機関本体１０と燃料改質器３１との間の排気通路３２に配置されている。このタービン６１は、内燃機関本体１０から排気通路３２に排気された排気ガスにより回転するものである。このタービン６１は回転軸６３によりコンプレッサ６２と連結されている。コンプレッサ６２は、エアクリーナー２１とインタークーラー６４との間の吸気通路２２に配置されている。このコンプレッサ６２は、タービン６１が排気ガスにより回転すると、回転軸６３を介して同一方向に回転し、吸気通路２２内の空気を圧縮するものである。
【００４２】
ここで、この実施例２にかかる内燃機関１−２において、第１導入通路３３ｃは、一方の端部が過給機６０のタービン６１を通過する前の排気ガスを導入できる位置で排気通路３２と連通しており、他方の端部が切換弁３４を介して排気ガス導入通路３１ｂと連通している。また、第２導入通路３３ｄは、一方の端部が過給機６０のタービン６１を通過した後の排気ガスを導入できる位置で排気通路３２と連通しており、他方の端部が切換弁３４を介して排気ガス導入通路３１ｂと連通している。
【００４３】
図４−１は、排気ガス温度と機関回転数との関係を示す図である。図４−２は、排気ガス温度と負荷との関係を示す図である。図４−１および図４−２に示すように、排気ガス温度は、内燃機関１−２の機関回転数と内燃機関１−２の負荷によって変化する。具体的には、タービン６１を通過する前の排気ガスの温度である上流側排気ガス温度ＴAおよびタービン６１を通過した後の排気ガスの温度である下流側排気ガス温度ＴBは、内燃機関１−２の機関回転数が一定となるまで上昇し、その後機関回転数が上昇してもほぼ一定の温度となる。一方、上流側排気ガス温度ＴAおよび下流側排気ガス温度ＴBは、内燃機関１−２の負荷の上昇に伴って上昇する。ここで、下流側排気ガス温度ＴBは、内燃機関１−２の機関回転数および負荷が変化しても、上流側排気ガス温度ＴAよりも低くなる。これは、この過給機６０のタービン６１を通過する排気ガスがこのタービン６１を回転させるためである。つまり、この実施例２にかかる内燃機関１−２は、タービン６１を通過する排気ガスの熱エネルギーをこの排気ガスがこのタービン６１を回転させることで回収することができる。
【００４４】
従って、第１導入通路３３ｃは、内燃機関１−２の機関回転数や負荷などの運転状態が変化しても、常に第２導入通路３３ｄから燃料改質器３１、すなわち排気ガス導入経路３１ｂに導入される低温の排気ガスよりも、高温の排気ガスを導入することができる。つまり、第１導入通路３３ｃから燃料改質器３１に導入される排気ガスと第２導入通路３３ｄから燃料改質器に導入される排気ガスとの温度を異ならせることができる。
【００４５】
次に、実施例２にかかる内燃機関１−２の切換弁３４の動作について説明する。図５は、実施例２にかかる内燃機関の切換弁の動作フローを示す図である。まず、同図に示すように、ＥＣＵ４０の処理部４２は、内燃機関１−２の負荷Ｓを取得する（ステップＳＴ２０１）。この内燃機関１−２の負荷Ｓは、例えば、内燃機関の１−２の機関回転数、アクセル開度、吸入空気量などに基づいて算出されるものである。
【００４６】
次に、ＥＣＵ４０の処理部４２は、取得された負荷Ｓが予め記憶部４３に記憶されていた所定負荷Ｓ１よりも低いか否かを判断する（ステップＳＴ２０２）。ここで、所定負荷Ｓ１は、図４−２に示すように、上流側排気ガスＴAが所定温度Ｔ２となる際の負荷とする。この所定温度Ｔ２は、改質触媒３１ｃの燃料改質の効率化を図ることができる最低の温度あるいは燃料改質器３１の熱劣化の抑制することができる最高の温度に設定されるものである。なお、負荷Ｓ１は、例えば所定温度Ｔ２を改質触媒３１ｃの燃料改質の効率化を図ることができる最低の温度に設定した場合は、上流側排気ガスＴAが所定温度Ｔ２となる際の負荷よりも高い負荷に設定しても良い。また、所定温度Ｔ２を改質触媒３１ｃの燃料改質の効率化を図ることができる最低の温度に設定した場合は、下流側排気ガスＴBが所定温度Ｔ２となる際の負荷に設定しても良い。
【００４７】
次に、ＥＣＵ４０の処理部４２は、取得された負荷Ｓが所定負荷Ｓ１よりも低い場合は、改質触媒３１ｃの活性化を図るため、第１導入通路３３ｃから排気ガスを排気ガス導入する（ステップＳＴ２０３）。具体的には、処理部４２は、入出力ポート４１を介して切替弁３４に切換信号を出力し、第１導入通路３３ｃと排気ガス導入通路３１ｂとを燃料添加通路３５を介して連通する。従って、タービン６１を通過した後の排気ガスよりも高温の排気ガスが第１導入通路３３ｃおよび切換弁３４を介して燃料添加通路３５に導入され、燃料添加装置５５により燃料が添加され、排気ガス導入通路３１ｂに導入される。つまり、排気ガス導入手段である切替弁３４により、温度の高い排気ガスである第１導入通路３３ｃからの排気ガスに燃料を添加して排気ガス導入通路３１ｂに導入することができる。
【００４８】
また、ＥＣＵ４０の処理部４２は、取得された負荷Ｓが所定温度Ｓ１以上の場合は、燃料改質器３１の熱劣化を抑制するため、第２導入通路３３ｄから排気ガスを排気ガス導入する（ステップＳＴ２０４）。具体的には、処理部４２は、入出力ポート４１を介して切替弁３４に切換信号を出力し、第２導入通路３３ｄと排気ガス導入通路３１ｂとを燃料添加通路３５を介して連通する。従って、タービン６１を通過した前の排気ガスよりも低温の排気ガスが第２導入通路３３ｄおよび切換弁３４を介して燃料添加通路３５に導入され、燃料添加装置５５により燃料が添加され、排気ガス導入通路３１ｂに導入される。つまり、排気ガス導入手段である切替弁３４により、温度の低い排気ガスである第２導入通路３３ｂからの排気ガスに燃料を添加して排気ガス導入通路３１ｂに導入することができる。つまり、切換弁３４により、内燃機関１−２の運転状態であるこの内燃機関１−２の負荷Ｓに応じて、温度の異なる排気ガスを燃料改質器３１（排気ガス導入通路３１ｂ）に導入する。これにより、燃料改質器３１に導入される燃料が添加された排気ガスの温度を調整するので、燃料改質器３１の温度Ｔを調整することができ、燃料改質の効率化および耐久性の向上を図ることができる。
【００４９】
なお、上実施例２では、吸気経路２０のスロットルバルブ２４の下流側の吸気通路２２に改質燃料導入通路３６が連通しているが、この発明はこれに限定されるものではない。例えば、改質燃料導入通路３６を吸気経路２０のインタークーラー６４よりも上流側の吸気通路２２に連通させても良い。この場合は、改質燃料導入通路３６に改質燃料冷却装置３７を設けなくても良い。これは、排気ガス導入通路３１ｂから改質燃料導入通路３６に流入した高温の改質された燃料を含む排気ガスは、流量調整弁３８を介して吸気通路２２に流出するが、この流出した改質された燃料を含む排気ガスはインタークーラー６４を通過することで、冷却されるからである。
【００５０】
なお、上記実施例では、第１導入通路通３３ａ，３３ｃと第２導入通路３３ｂ，３３ｄとが切替弁３４により、切り替えられているがこれに限定されるものではない。例えば、切換弁３４のかわりに、第１導入通路通３３ａ，３３ｃと第２導入通路３３ｂ，３３ｄとのそれぞれから排気ガス導入通路３１ｂに導入される排気ガスの流量を調整する排気ガス流量調整弁を設けても良い。この場合は、排気ガス導入通路３１ｂに導入される排気ガスの温度を任意に調整できるので、燃料改質器３１の温度の調整を容易に行うことができる。
【００５１】
また、上記実施例において、排気ガス導入通路３１ｂを構成する複数の配管の外周面に三元触媒などの浄化触媒を設けても良い。これにより、燃料改質器３１の下流側の排気通路３２に新たな浄化装置を設ける必要がなくなり、部品点数の削減による小型化、低コスト化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、この発明にかかる内燃機関は、排気ガスに添加された燃料を改質する燃料改質器を備える内燃機関に有用であり、特に、燃料改質の効率化および耐久性の向上を図るのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施例１に内燃機関の構成例を示す図である。
【図２】実施例１にかかる内燃機関の切換弁の動作フローを示す図である。
【図３】実施例２に内燃機関の構成例を示す図である。
【図４−１】排気ガス温度と機関回転数との関係を示す図である。
【図４−２】排気ガス温度と負荷との関係を示す図である。
【図５】実施例２にかかる内燃機関の切換弁の動作フローを示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１−１，１−２  内燃機関
１０  内燃機関本体
１１  気筒
２０  吸気経路
２１  エアクリーナー
２２  吸気通路
２３  エアフロメータ
２４  スロットルバルブ
３０  排気経路
３１  燃料改質器
３１ａ  中空部
３１ｂ  排気ガス導入通路
３１ｃ  改質触媒
３１ｄ  改質触媒温度センサ（改質器温度検出手段）
３２  排気通路
３３ａ，３３ｃ  第１導入通路
３３ｂ，３３ｄ  第２導入通路
３４  切換弁（排気ガス導入手段）
３５  燃料添加通路
３６  改質燃料導入通路
３７  改質燃料冷却装置
３８  流量調整弁
３９  Ａ／Ｆセンサ
５１  燃料噴射弁
５２  燃料タンク
５３  燃料ポンプ
５４  燃料通路
５５  燃料添加装置（燃料添加手段）
５６  分岐通路
６０  過給機
６１  タービン
６２  コンプレッサ
６３  回転軸
６４  インタークーラー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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