(57)【要約】【課題】改質に供する排ガスの温度低下を抑制すること。【解決手段】この排ガス改質装置２０は、改質用燃料Ｆｒと、内燃機関が排出する排ガスＥｘとの混合気を改質触媒によって改質することにより、水素を含む改質ガスを生成する。排ガス改質装置２０は、排ガスＥｘが内部を通過し、かつ内面に浄化触媒が担持される主排ガス通路２５Ｃと、内部に改質触媒が担持されるとともに、主排ガス通路２５Ｃと交差して配置されて、排ガスＥｘの一部が通過する改質通路２５Ｒとを備える。主排ガス通路２５Ｃと改質通路２５Ｒとは、筐体２１内に格納される。そして、排ガス改質装置２０内へ導入された排ガスＥｘは、排ガス導入部筐体２１Ｈの内部で分流されて、主排ガス通路２５Ｃと改質通路２５Ｒとへ振り分けられる。【選択図】        図２−２
2008031931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と、内燃機関が排出する排ガスとの混合気を改質触媒によって改質することにより生成された水素を含む改質ガスを、前記内燃機関の吸気通路へ還流させるものであり、
前記排ガスが内部を通過する主排ガス通路と、
内部には、前記改質触媒が設けられるとともに、前記主排ガス通路と交差して配置されて、前記内燃機関が排出する排ガスの一部が通過する改質通路と、
前記主排ガス通路と改質通路とを内部に格納する筐体と、
前記排ガスの入口側における前記筐体の内部で前記内燃機関から排出される排ガスを分流して、前記主排ガス通路と改質通路とへ振り分ける排ガス分配部と、
を含むことを特徴とする排ガス改質装置。
【請求項２】
前記主排ガス通路の内部には、前記排ガスを浄化する浄化触媒が設けられることを特徴とする請求項１に記載の排ガス改質装置。
【請求項３】
前記筐体は、円筒状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排ガス改質装置。
【請求項４】
前記改質通路よりも前記排ガスの入口側における前記排ガス分配部には、前記改質通路へ前記排ガスを導入するための排ガスガイドを設け、前記排ガスガイドと前記筐体との間に前記改質通路へ前記排ガスを導く通路を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排ガス改質装置。
【請求項５】
前記排ガスガイドには、前記筐体に向かって突出する突起が設けられることを特徴とする請求項４に記載の排ガス改質装置。
【請求項６】
前記改質通路へ流入する排ガスへ水分を供給する水分供給手段と、
前記改質ガスを冷却してから前記吸気通路へ還流させるガス冷却手段の熱を利用して蒸気を発生させ、この蒸気を前記水分供給手段へ供給する沸騰冷却装置と、
を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の排ガス改質装置。
【請求項７】
前記燃料が噴射される攪拌容器を備え、
前記燃料は、前記攪拌容器内に噴射されてから前記改質通路へ流入する前記排ガスに供給されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排ガス改質装置。
【請求項８】
前記沸騰冷却装置は、前記ガス冷却手段、又は前記攪拌容器の少なくとも一方の熱を利用して蒸気を発生させることを特徴とする請求項７に記載の排ガス改質装置。
【請求項９】
内燃機関と、
前記内燃機関が排出する排ガスが流れる排ガス通路の途中に設けられる請求項１〜８のいずれか１項に記載の排ガス改質装置と、
前記排ガス改質装置よって生成された改質ガスを前記内燃機関の吸気通路へ還流させるガス還流通路と、
前記排ガス改質装置と前記吸気通路との間に設けられる還流流量調整手段と、
を含むことを特徴とする排ガス改質システム。
【請求項１０】
前記ガス還流通路の途中、かつ前記排ガス改質装置と前記還流流量調整手段との間には、前記改質ガスの脈動を低減させる脈動低減容器が設けられることを特徴とする請求項９に記載の排ガス改質システム。
【請求項１１】
前記ガス還流通路の途中、かつ前記排ガス改質装置と前記脈動低減容器との間には、前記排ガス改質装置に向かう前記改質ガスの流れを抑える逆止弁が設けられることを特徴とする請求項１０に記載の排ガス改質システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料と、内燃機関が排出する排ガスとの混合気を改質して得られた水素を含む改質ガスを、内燃機関の吸気通路へ還流させる排ガス改質装置及び排ガス改質システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関が排出する排ガスに炭化水素系の燃料を添加し、両者の混合気を改質触媒で改質して得られる改質ガスを、前記内燃機関の吸気管に供給可能とする排ガスの改質装置が知られている（例えば特許文献１）。
【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】
しかしながら、特許文献１に開示された技術は、内燃機関が排出する排ガスを改質装置へ供給するための配管が必要で、この配管から排ガスの熱エネルギが逃げてしまう結果、改質に供する排ガスの温度が低下してしまい、改質効率の低下、生成水素量の低下等を招くという問題があった。そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、改質に供する排ガスの温度低下を抑制できる排ガス改質装置及び排ガス改質システム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】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る排ガス改質装置は、燃料と、内燃機関が排出する排ガスとの混合気を改質触媒によって改質することにより生成された水素を含む改質ガスを、前記内燃機関の吸気通路へ還流させるものであり、前記排ガスが内部を通過する主排ガス通路と、内部には、前記改質触媒が設けられるとともに、前記主排ガス通路と交差して配置されて、前記内燃機関が排出する排ガスの一部が通過する改質通路と、前記主排ガス通路と改質通路とを内部に格納する筐体と、前記排ガスの入口側における前記筐体の内部で前記内燃機関から排出される排ガスを分流して、前記主排ガス通路と改質通路とへ振り分ける排ガス分配部と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
この発明に係る排ガス改質装置は、改質装置の内部で改質用排ガスを分流し、分流した排ガスを、改質通路と主排ガス通路とに流す。これによって、改質に供する排ガスの通過する経路を短縮できる。その結果、改質通路へ導入される前において、改質に供する排ガスの放熱量を抑制できるので、改質に供する排ガスの温度低下を抑制できる。
【０００７】
次の本発明に係る排ガス改質装置は、前記排ガス改質装置において、前記主排ガス通路の内部には、前記排ガスを浄化する浄化触媒が設けられることを特徴とする。
【０００８】
次の本発明に係る排ガス改質装置は、前記排ガス改質装置において、前記筐体は、円筒状であることを特徴とする。
【０００９】
次の本発明に係る排ガス改質装置は、前記排ガス改質装置において、前記改質通路よりも前記排ガスの入口側における前記排ガス分配部には、前記改質通路へ前記排ガスを導入するための排ガスガイドを設け、前記排ガスガイドと前記筐体との間に前記改質通路へ前記排ガスを導く通路を形成することを特徴とする。
【００１０】
次の本発明に係る排ガス改質装置は、前記排ガス改質装置において、前記排ガスガイドには、前記筐体に向かって突出する突起が設けられることを特徴とする。
【００１１】
次の本発明に係る排ガス改質装置は、前記排ガス改質装置において、前記改質通路へ流入する排ガスへ水分を供給する水分供給手段と、前記改質ガスを冷却してから前記吸気通路へ還流させるガス冷却手段の熱を利用して蒸気を発生させ、この蒸気を前記水分供給手段へ供給する沸騰冷却装置と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
次の本発明に係る排ガス改質装置は、前記排ガス改質装置において、前記燃料が噴射される攪拌容器を備え、前記燃料は、前記攪拌容器内に噴射されてから前記改質通路へ流入する前記排ガスに供給されることを特徴とする。
【００１３】
次の本発明に係る排ガス改質装置は、前記排ガス改質装置において、前記沸騰冷却装置は、前記ガス冷却手段、又は前記攪拌容器の少なくとも一方の熱を利用して蒸気を発生させることを特徴とする。
【００１４】
次の本発明に係る排ガス改質システムは、内燃機関と、前記内燃機関が排出する排ガスが流れる排ガス通路の途中に設けられる前記排ガス改質装置と、前記排ガス改質装置よって生成された改質ガスを前記内燃機関の吸気通路へ還流させるガス還流通路と、前記排ガス改質装置と前記吸気通路との間に設けられる還流流量調整手段と、を含むことを特徴とする。
【００１５】
この排ガス改質システムは、前記改質装置を備え、改質装置の内部で改質用排ガスを分流し、分流した排ガスを、改質通路と主排ガス通路とに流す。これによって、改質に供する排ガスの通過する経路を短縮できる。その結果、改質通路へ導入される前において、改質に供する排ガスの放熱量を抑制できるので、改質に供する排ガスの温度低下を抑制できる。
【００１６】
次の本発明に係る排ガス改質システムは、前記排ガス改質システムにおいて、前記ガス還流通路の途中、かつ前記排ガス改質装置と前記還流流量調整手段との間には、前記改質ガスの脈動を低減させる脈動低減容器が設けられることを特徴とする。
【００１７】
次の本発明に係る排ガス改質システムは、前記排ガス改質システムにおいて、前記ガス還流通路の途中、かつ前記排ガス改質装置と前記脈動低減容器との間には、前記排ガス改質装置に向かう前記改質ガスの流れを抑える逆止弁が設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係る排ガス改質装置及び排ガス改質システムは、改質に供する排ガスの温度低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。また、本発明は、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。
【００２０】
（実施形態１）
実施形態１は、排ガス改質装置の内部で改質に供する排ガスを分流することにより、改質用排ガスの放熱量を抑制して改質用排ガスの温度低下を抑制する点に特徴がある。
【００２１】
図１は、実施形態１に係る排ガス改質システムの全体構成図である。図１を用いて、この実施形態に係る排ガス改質システムの全体構成を説明する。この実施形態に係る排ガス改質システム１００は、内燃機関１と、排ガス改質装置２０とを備える。内燃機関１が排出する排ガスＥｘの一部は、排ガス改質手段である排ガス改質装置２０（以下改質装置という）へ導かれる。そして、改質装置２０に導かれた排ガスＥｘに、炭化水素（ＨＣ）を含む、改質に供する燃料（改質用燃料）Ｆｒを供給することによって水素（Ｈ2）を生成する。そして、この改質反応によって得られた水素を含むガス（以下改質ガスという）Ｅｘｒを内燃機関１へ還流させる。
【００２２】
内燃機関１は、４個の気筒が直列に配置されているが、気筒数及び気筒配置はこれに限られるものではない。また、内燃機関１は、いわゆるロータリー式の内燃機関であってもよい。内燃機関１に供給される燃料（内燃機関用燃料）Ｆｅは、燃料タンク７０内のフィードポンプ７１によって内燃機関用燃料通路７３を介してポート噴射弁６に供給される。そして、内燃機関用燃料Ｆｅは、ポート噴射弁６から吸気通路３内に噴射され、吸気通路３を通過する空気Ａと混合気を形成する。この混合気は、吸気通路を構成するインテークマニホールド７1〜７4を通って各気筒１ｓ1〜１ｓ4へ導入される。
【００２３】
この実施形態においては、単独のポート噴射弁６により内燃機関１の各気筒へ内燃機関用燃料Ｆｅを供給するが、ポート噴射弁を気筒数分用意して、各気筒１ｓ1〜１ｓ4のインテークマニホールド７1〜７4へ内燃機関用燃料Ｆｅを供給してもよい。また、ポート噴射弁の代わりに、気筒内へ直接燃料を噴射する、いわゆる直噴噴射弁を用いて、内燃機関１へ内燃機関用燃料Ｆｅを供給してもよい。さらに、ポート噴射弁と直噴噴射弁とを備え、内燃機関１の運転条件に応じて両者の燃料噴射割合を変更して、内燃機関１へ内燃機関用燃料Ｆｅを供給してもよい。
【００２４】
内燃機関１に供給される空気Ａは、吸気通路３の入口に取り付けられるエアクリーナ１３でごみ等が除去されてから、内燃機関１へ送られる。内燃機関１へ供給される空気Ａは、吸気通路３に設けられるスロットル弁４によって流量が調整される。スロットル弁４の開度は、アクセル４７Ｐと連動する。この実施形態において、アクセル４７Ｐの開度はアクセル開度センサ４７で検出されて、機関ＥＣＵ５０に取り込まれる。アクセル開度センサ４７からのアクセル開度情報を元に、機関ＥＣＵ５０はスロットル弁４の開度を調整する。
【００２５】
アクセル開度が大きくなると、スロットル弁４の開度は大きくなり、アクセル開度が小さくなると、スロットル弁４の開度は小さくなる。内燃機関１へ供給される空気は、吸気通路３であってスロットル弁４の上流に設けられるエアフローセンサ４２で流量が計測されて、その計測値は機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０に取り込まれる。機関ＥＣＵ５０は、エアフローセンサ４２により計測された吸入空気量Ｇａと、回転数センサ４３で計測される内燃機関１の機関回転数ＮＥとから、内燃機関１に対する燃料噴射量Ｑｆを決定する。
【００２６】
内燃機関１の各気筒１ｓ1〜１ｓ4で燃焼した混合気は、排ガスＥｘとなってエキゾーストマニホールド８へ排出される。この排ガスＥｘは、排気通路９を通って改質装置２０へ導入され、排ガスＥｘを改質するための熱を与える。改質装置２０から排出された排ガスＥｘは、大気中へ放出される。排気通路９には、Ａ／Ｆ（Air／Fuel：空燃比）センサ４５が取り付けられており、排ガスＥｘの空燃比を計測する。そして、排ガスＥｘの空燃比から内燃機関１の燃焼状態を判定し、所定の空燃比から外れた場合には、機関ＥＣＵ５０で決定される燃料噴射量を補正する。
【００２７】
排気通路９には改質装置２０が接続されており、内燃機関１が排出する排ガスＥｘが改質装置２０へ供給される。この実施形態に係る改質装置２０は、内燃機関１が排出する排ガスＥｘの一部を改質するとともに、残りの排ガスは浄化触媒により浄化する構成となっている。排ガス改質装置２０へ供給された排ガスＥｘの一部は、改質装置２０の内部で改質用の排ガスとして分けられる。そして、改質に供されない排ガスＥｘは、改質装置２０内を通過する過程で、改質装置２０が備える浄化触媒によって浄化される。
【００２８】
この実施形態において、改質に供される排ガスＥｘへ改質用燃料Ｆｒを供給するにあたっては、改質装置２０と接続される攪拌容器１６内に改質用燃料Ｆｒを噴射し、ここで十分に改質用燃料Ｆｒを攪拌してから、改質用燃料Ｆｒを前記排ガスＥｘへ供給する。前記攪拌容器１６には改質用燃料噴射弁２が取り付けられている。改質用燃料噴射弁２には、燃料タンク７０内のフィードポンプ７１から改質用燃料通路７２を介して改質用燃料Ｆｒが供給される。そして、改質用燃料噴射弁２は、攪拌容器１６内へ改質用燃料Ｆｒを供給し、改質用燃料Ｆｒは攪拌容器１６内で十分に攪拌される。これによって、改質用燃料Ｆｒと改質に供する排ガスＥｘとが混合しやすくなる。
【００２９】
攪拌容器１６は、改質装置２０へ改質用の排ガスＥｘが供給される経路上へ接続されており、攪拌した改質用燃料Ｆｒは、改質装置２０内で改質に供される排ガスＥｘへ供給される。改質装置２０内では、改質用燃料Ｆｒと排ガスＥｘとが混合されて、改質用混合気Ｇｍｒが形成される。なお、この実施形態において、改質用燃料Ｆｒは、内燃機関１の各気筒１ｓ1〜１ｓ4へ供給される内燃機関用燃料Ｆｅの一部であり、内燃機関１の運転条件や改質触媒の温度等に応じて改質用燃料Ｆｒの噴射量Ｑｆｒが決定される。
【００３０】
ここで、攪拌容器１６は、高温にさらされる改質装置２０の近傍に配置されているため、改質用燃料噴射弁２は高温にさらされて、耐久性が低下するおそれがある。このため、攪拌容器１６は、排ガスＥｘの温度を冷却する排ガス冷却手段を備える。排ガス冷却手段としては、例えば、ウォータージャケットを用い、これを攪拌容器１６に取り付ける。これによって、攪拌容器１６を冷却して、改質用燃料噴射弁２の昇温を抑制し、改質用燃料噴射弁２の耐久性低下を抑制する。
【００３１】
改質装置２０内で生成された改質用混合気Ｇｍｒは、改質装置２０が備える改質触媒で改質される。改質装置２０の詳細な構成については後述するが、ここでは、改質装置２０の概略構成を説明する。改質装置２０は、改質用混合気Ｇｍｒが通過する改質通路を備えており、この改質通路の内部には改質触媒が設けられる（例えば、改質通路の内面に改質触媒を担持する）。また、改質装置２０には、前記改質通路とは別個に、排ガスＥｘが通過する主排ガス通路が設けられており、改質通路に導かれない排ガスＥｘが、主排ガス通路を通過する。この実施形態において、主排ガス通路の内部には浄化触媒が設けられており（例えば、主排ガス通路の内面に浄化触媒を担持する）、主排ガス通路を通過する排ガスを浄化する。
【００３２】
このような構成により、改質装置２０は熱交換器を構成し、改質通路に導かれない排ガスＥｘの熱を前記改質触媒へ与え、改質触媒の温度（以下改質触媒温度という）を、活性温度Ｔａ以上に保持して、改質通路内を流れる改質用混合気Ｇｍｒを改質し、水素を含む改質ガスＥｘｒを生成する。ここで、改質触媒には、例えば、ロジウム（Ｒｈ）系の触媒や、ロジウム（Ｒｈ）とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とを組み合わせた触媒等が用いられる。
【００３３】
改質装置２０には、改質触媒の温度を測定するため、改質触媒床温度センサ４４が取り付けられる。改質触媒そのものの温度を測定することは困難であるため、改質触媒を担持する触媒床の温度を測定して、改質触媒温度とする。改質触媒温度が低い場合、改質ガスＥｘｒ中の水素濃度は低く、改質触媒温度が高くなるほど改質ガスＥｘｒ中の水素濃度は高くなる。このため、改質触媒温度が活性温度Ｔａ以上になってから、排ガスＥｘの改質を開始するように、改質触媒床温度センサ４４により改質触媒温度を監視する。なお、ロジウム系の改質触媒を用いる場合、活性温度Ｔａは６００℃程度である。
【００３４】
改質装置２０には、改質装置２０の改質通路と、吸気通路３とを接続する、ガス還流通路１０が取り付けられている。ガス還流通路１０は、排ガスＥｘ又は改質ガスＥｘｒを、内燃機関１の吸気側、すなわち吸気通路３へ還流させる。これによって、内燃機関１の各気筒１ｓ1〜１ｓ4の燃焼室へ改質ガスＥｘｒを還流させる。ガス還流通路１０にはガス冷却器１２が設けられており、改質ガスＥｘｒを冷却する。また、ガス冷却器１２とガス還流通路１０の出口１０ｏとの間には、還流流量調整手段である還流流量調整弁５が設けられており、機関ＥＣＵ５０からの指令により、吸気通路３へ還流させる改質ガスＥｘｒの流量を調整する。
【００３５】
この実施形態において、改質ガスＥｘｒは内燃機関１の吸気通路３へ一括で還流させているが、還流流量調整弁５を内燃機関１の各気筒１ｓ1〜１ｓ4毎に設け、各気筒１ｓ1〜１ｓ4それぞれに対して個別に改質ガスＥｘｒを還流させてもよい。なお、吸気通路３へ還流させる改質ガスＥｘｒの流量は、還流流量調整弁５の開度、開弁時間によって調整される。
【００３６】
この実施形態においては、ガス冷却器１２の出口に、排ガス改質装置２０に向かう改質ガスＥｘｒの流れを抑える逆止弁１５が設けられており、改質ガスＥｘｒの逆流を抑制する。また、逆止弁１５と還流流量調整弁５との間には、脈動低減容器１４が設けられている。ガス還流通路１０は、改質装置２０の改質通路を介して排気通路９とつながっているため、内燃機関１が排出する排ガスＥｘの脈動の影響によって改質ガスＥｘｒにも脈動が発生するおそれがある。その結果、吸気通路３へ還流させる改質ガスＥｘｒの流量が不正確になるおそれがある。このため、脈動低減容器１４及び逆止弁１５によって改質ガスＥｘｒの脈動を低減する。これによって、決定した流量で改質ガスＥｘｒを吸気通路３に還流させて、内燃機関１を安定して運転することができる。さらに、脈動低減容器１４により、改質ガスＥｘｒ中に含まれる水分を除去することもでき、また、改質ガスＥｘｒの脈動低減により、ガス冷却器１２の保護も期待できる。次に、改質装置２０での改質反応を説明する。
【００３７】
改質用燃料Ｆｒと排ガスＥｘとの改質用混合気Ｇｍｒは、改質装置２０の改質通路の内面に設けられる改質触媒により、式（１）に示す改質反応により改質されて改質ガスＥｘｒとなる。
１．５６（７．６ＣＯ2＋６．８Ｈ2Ｏ＋４０．８Ｎ2）＋３Ｃ7.6Ｈ13.6＋４１２２ｋＪ→３１Ｈ2＋３４．７ＣＯ＋６３．６Ｎ2・・・（１）
【００３８】
ここで、左辺第１項が排ガスＥｘ、左辺第２項が燃料（炭化水素ＣＨであり、この実施形態ではガソリン）、右辺が改質ガスＥｘｒを示す。右辺の改質ガスＥｘｒに含まれる水素は、全改質ガスの体積に対して２４ｖｏｌ％である。また、この改質反応は吸熱反応であり、これにより排ガスＥｘの熱エネルギを回収することになる。このように、吸熱反応により排ガスＥｘが改質されるため、内燃機関１に供給する燃料の量が同一であっても、排ガスＥｘの熱を吸収した分だけ内燃機関１での燃焼における発熱量が増加する。
【００３９】
また、水素（Ｈ2）の発熱量は２４１．７ｋＪ／ｍｏｌであり、ガソリン（ＣＨ1.869）の発熱量は５９６．５ｋＪ／ｍｏｌである。しかし、式（１）の改質反応により、３モルのガソリン（燃料）から３１モルの水素が発生する。したがって、前記発熱量と、式（１）の改質によるモル数変化とを乗ずると、ガソリン単独を燃焼させる場合と比較して、改質ガスＥｘｒの発熱量は大幅に増加する。これにより、内燃機関１の出力トルクが増加し、また燃料消費は低減される。
【００４０】
改質装置２０で生成された改質ガスＥｘｒは、ガス還流通路１０を通って、吸気通路３へ導入される。改質ガスＥｘｒは、７００℃前後の高温になるため、ガス還流通路１０の途中に設けられたガス冷却器１２で冷却されてから吸気通路３へ導入される。吸気通路３へ導入される改質ガスＥｘｒの流量（還流流量）は、還流流量調整弁５で制御される。吸気通路３へ導入される改質ガスＥｘｒの流量は、内燃機関１の運転条件に基づき、当該運転条件における最大限の改質ガスを内燃機関１に導入できるように決定されるが、その詳細については後述する。この場合、改質ガスＥｘｒに含まれる水素、一酸化炭素（ＣＯ）の量を考慮し、ポート噴射弁６の燃料噴射量を低減して空燃比Ａ／Ｆを最適化する。
【００４１】
改質ガスＥｘｒに含まれる水素（Ｈ2）は、ガソリンと比較して最大点火エネルギが１／１０程度であり、最大燃焼速度が１０倍弱である。このため、水素はガソリンと比較して急速燃焼する。上記改質反応によって得られた水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に供給すると、改質ガスＥｘｒ中の水素により、燃焼改善効果が得られる。内燃機関１の運転においては、排ガスＥｘを吸気側に還流させる、いわゆるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を実行することがある。
【００４２】
内燃機関１が軽負荷で運転されているときにＥＧＲを実行すると、ポンプロスが低減されて燃料消費を低減できるが、排ガスＥｘの環流量（ＥＧＲ量）が多すぎると燃焼速度が遅くなって燃焼が悪化する。その結果、内燃機関１の出力トルクが低下し、ドライバビリティが悪化する。この実施形態に係る内燃機関１は、水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に還流させるので、改質ガスＥｘｒの還流量を増加させた場合でも、水素が急速燃焼することで、燃焼悪化が抑制される。その結果、燃焼悪化に起因する出力トルクの低下を抑制して、ドライバビリティの悪化を抑えることができる。
【００４３】
また、内燃機関１が高負荷（例えばＷＯＴ領域での運転や負荷率で８０％程度を超える領域での運転）においてＥＧＲを実行すると、燃焼室の温度を低下させることができるので、ストイキ（λ＝１）で運転できる領域が拡大する。しかし、ＥＧＲにより燃焼が悪化して、出力トルクが低下し、ドライバビリティを悪化させることがある。この実施形態に係る内燃機関１は、排ガスＥｘだけではなく、水素を含む改質ガスＥｘｒを内燃機関１に還流させるので、改質ガスＥｘｒ中の水素が急速燃焼することで燃焼悪化が抑制される。また、水素の急速燃焼によりノッキングを改善できるので、点火時期を進角させて、内燃機関１の出力トルクを向上させることができる。その結果、燃焼悪化に起因する出力トルクの低下を抑制して、ドライバビリティの悪化を抑えることができる。次に、改質装置２０の構造を説明する。
【００４４】
図２−１は、実施形態１に係る排ガス改質装置を示す斜視図である。図２−２は、実施形態１に係る排ガス改質装置を示す断面図である。図２−３は、図２−２のＡ−Ａ矢視図である。図２−４は、図２−２のＢ−Ｂ矢視図である。図３−１は、実施形態１に係る排ガス改質装置が備える熱交換用構造体を示す斜視図である。図３−２は、実施形態１に係る排ガス改質装置が備える熱交換用構造体を示す正面図である。図３−３は、実施形態１に係る排ガス改質装置が備える熱交換用構造体を示す平面図である。図３−４は、実施形態１に係る排ガス改質装置が備える熱交換用構造体を示す側面図である。図３−５は、実施形態１に係る排ガス改質装置が備える熱交換用構造体の他の例を示す一部斜視図である。
【００４５】
図２−１、図２−２に示すように、この実施形態に係る改質装置２０は、筐体２１内に熱交換用構造体２４を配置して構成される。筐体２１は、排ガス導入部筐体２１Ｈと、胴部２１Ｂと、排ガス排出部筐体２１Ｆとで構成される。図２−１、図２−３、図２−４に示すように、筐体２１の胴部２１Ｂは円筒形状であり、筐体２１の軸方向（主排ガス通路を排ガスＥｘが流れる方向と平行）に垂直な断面形状は、円形である。また、排ガス導入部筐体２１Ｈ及び排ガス排出部筐体２１Ｆは円錐台形状であり、筐体２１の軸方向に垂直な断面形状は、円形である。このように、筐体２１は、全体として円筒形状に構成される。これによって、筐体２１の剛性を向上させることができる。その結果、排気通路内の脈動に起因する筐体２１の振動を抑制できるので、筐体２１からの放射音を低減することができる。
【００４６】
熱交換用構造体２４の形状は、直方体（四角柱形状）であり、筐体２１を構成する胴部２１Ｂの内部に格納される。改質通路２５Ｒが開口していない熱交換用構造体２４の側部２４Ｓ１と、前記側部２４Ｓ１と対向する筐体２１の内面２１Ｉとの間に形成される空間（外側主排ガス通路）２５ＣＳは、内燃機関１から排出され、かつ改質に供されない排ガスＥｘが流れる。
【００４７】
図２−２、図２−４に示すように、改質通路２５Ｒの入口２５ＲＩが開口する熱交換用構造体２４の側部２４Ｓ２と、前記側部２４Ｓ２と対向する筐体２１の内面２１Ｉとの間に形成される空間には、排ガス排出部筐体２１Ｆ側に排ガス出口側密封手段２７Ｅが設けられる。これによって、前記空間の排ガス導入部筐体２１Ｈ側には開口部Ｏが形成されるので、この開口部から、改質に供する排ガス（改質用排ガス）Ｅｘが前記空間に流入する。そして、流入する排ガスＥｘには改質用燃料Ｆｒが供給されて改質用混合気Ｇｍｒが形成される。前記空間は、この改質用混合気Ｇｍｒを熱交換用構造体２４の改質通路２５Ｒへ導入する、改質用混合気溜２６Ｉとして機能する。
【００４８】
また、図２−２、図２−３、図２−４に示すように、改質通路２５Ｒの出口２５ＲＥが開口する熱交換用構造体２４の側部２４Ｓ３と、前記側部２４Ｓ３と対向する筐体２１の内面２１Ｉとの間に形成される空間には、排ガス導入部筐体２１Ｈ側に排ガス入口側密封手段２７Ｉが、排ガス排出部筐体２１Ｆ側に排ガス出口側密封手段２７Ｅが設けられる。これによって、前記空間は、改質用混合気Ｇｍｒが改質通路２５Ｒ内の改質触媒で改質されて生成された改質ガスＥｘｒが集められる、改質ガス溜２６Ｅとして機能する。
【００４９】
次に、熱交換用構造体２４の構造を説明する。図３−１〜図３−４に示すように、熱交換用構造体２４には、主排ガス通路２５Ｃと、改質通路２５Ｒとが形成される。図２−２に示すように、熱交換用構造体２４は筐体２１内に格納されるので、熱交換用構造体２４に設けられる主排ガス通路２５Ｃと、筐体２１の内部に配置される改質通路２５Ｒとは、筐体２１の内部に格納されることになる。
【００５０】
なお、図３−５に示す熱交換用構造体２４'のように、改質通路２５Ｒ'を主排ガス通路２５Ｃ'の貫通方向（排ガスＥｘの流れ方向）に向かって複数に分割し、また、主排ガス通路２５Ｃ'を改質通路２５Ｒ'の貫通方向（改質用混合気Ｇｍｒの流れ方向）に向かって分割してもよい。このようにすると、改質通路２５Ｒ'及び主排ガス通路２５Ｃ'の表面積を大きくすることができるので、主排ガス通路２５Ｃ'から改質通路２５Ｒ'への伝熱効率を向上させることができる。その結果、改質効率を向上させることができる。
【００５１】
この実施形態において、主排ガス通路２５Ｃと、改質通路２５Ｒとは、共通の構造体に形成されて、熱交換用構造体２４を構成する。このようにすることで、熱交換用構造体２４の強度を向上させることができ、また、組み立ても不要になるので、熱交換用構造体２４の製造を簡略化することができる。
【００５２】
改質装置２０の筐体２１を構成する排ガス導入部筐体２１Ｈは、排気通路９（図１、図２−１、図２−２参照）と接続されており、排気通路９から流入する排ガスＥｘを排ガス導入部筐体２１Ｈの内部で分流し、主排ガス通路２５Ｃと改質通路２５Ｒとに振り分ける。すなわち、改質通路２５Ｒには、排気通路９から流入する排ガスＥｘの一部が、改質用排ガスとして流れ、残りの排ガスＥｘは、主排ガス通路２５Ｃを流れる。
【００５３】
このように、改質装置２０が備える筐体２１を構成する排ガス導入部筐体２１Ｈは、排ガス分配部として機能する。そして、改質用排ガスＥｘは改質装置２０の内部で分流され、かつ、分流されて改質に供される排ガスＥｘは、改質装置２０内の排ガス導入部筐体２１Ｈ、及び改質装置２０内の改質用混合気溜２６Ｉを流れるのみなので、改質用排ガスＥｘの流れる経路を短縮できる。その結果、改質用排ガスＥｘの温度低下を抑制できる。
【００５４】
図２−２、図２−３に示すように、改質通路２５Ｒは、主排ガス通路２５Ｃに対して交差して配置される。この実施形態では、改質通路２５Ｒが、主排ガス通路２５Ｃに対して直交する。なお、改質通路２５Ｒと主排ガス通路２５Ｃとが交差する角度（流路交差角度）は９０度に限られるものではない。改質通路２５Ｒの内面には、改質触媒が担持されている。また、主排ガス通路２５Ｃの内面及び改質通路２５Ｒが開口していない熱交換用構造体２４の側部２４Ｓ１、並びに前記側部２４Ｓ１と対向する筐体２１の内面２１Ｉには、排ガスＥｘを浄化する浄化触媒が担持されている。この実施形態では、浄化触媒として三元触媒を用いるが、浄化触媒の種類はこれに限定されものではなく、内燃機関１の種類によって適宜変更することができる。
【００５５】
改質通路２５Ｒの内面に担持されている改質触媒は、主排ガス通路２５Ｃを流れる排ガスＥｘにより加熱される。また、主排ガス通路２５Ｃの内面等に担持される浄化触媒が排ガスを浄化する際に発生する熱によっても、改質通路２５Ｒの内面に担持されている改質触媒は加熱される。さらに、上述した、改質用排ガスＥｘの通過する経路を短縮することによって、改質用排ガスＥｘの温度低下を抑制できる。これらの作用により、改質通路２５Ｒの内面に担持されている改質触媒は、効率的に昇温するので改質反応が促進され、水素を効率的に生成することができ、また、水素の生成量も増加する。
【００５６】
改質用混合気溜２６Ｉには、攪拌容器１６から改質用燃料Ｆｒが供給される（図２−２参照）。改質に供される排ガスＥｘと改質用燃料Ｆｒとの混合を促進するためには、改質用混合気溜２６Ｉの排ガスＥｘの入口側（内燃機関１側）から改質用燃料Ｆｒを投入することが好ましい。より好ましくは、熱交換用構造体２４の改質通路２５Ｒの開口部よりも排ガスＥｘの入口側で、改質用燃料Ｆｒを投入することが好ましい。このようにすれば、改質用排ガスＥｘと改質用燃料Ｆｒとの混合が促進されて、より均一な改質用混合気Ｇｍｒが生成されるので、効率的に改質できる。
【００５７】
改質用混合気溜２６Ｉの排ガスＥｘの入口側から改質用燃料Ｆｒを投入するためには、攪拌容器１６からの改質用燃料投入口１６Ｓを、できるだけ改質装置２０の排ガスＥｘの入口側に設ける。また、熱交換用構造体２４の改質通路２５Ｒの開口部よりも排ガスＥｘの入口側で、改質用燃料Ｆｒを投入するためには、改質通路２５Ｒの開口部よりも排ガスＥｘの入口側に、改質用燃料投入口１６Ｓを設ける。次に、熱交換用構造体２４の他の構成を説明する。
【００５８】
図４−１〜図４−４は、実施形態１に係る熱交換用構造体の他の構成例を示す斜視図である。図４−１〜図４−４に示す熱交換用構造体は、複数の管と複数の板とを組み合わせて、主排ガス通路２５Ｃと改質通路２５Ｒとを構成する。図４−１に示す熱交換用構造体２４ａは、断面外形状及び断面内形状が矩形の複数の角管２８を改質通路２５Ｒとする。角管２８の両端の開口部には、前記角管２８の開口に合わせた複数の開口部が形成された板状部材２９が取り付けられている。すなわち、熱交換用構造体２４ａは、角管２８の両端の開口部を、２枚の板状部材２９で挟持して構成される。そして、隣接する角管２８で囲まれる空間が主排ガス通路２５Ｃとなる。
【００５９】
図４−２に示す熱交換用構造体２４ｂは、断面外形状及び断面内形状が矩形の複数の円管３０を改質通路２５Ｒとする。円管３０の両端の開口部には、前記円管３０の開口に合わせた複数の開口部が形成された板状部材３１が取り付けられている。すなわち、熱交換用構造体２４ｂは、円管３０の両端の開口部を、２枚の板状部材３１で挟持して構成される。この熱交換用構造体２４ｂでは、円管３０同士の間が、主排ガス通路２５Ｃとなる。このため、円管３０の外面には、浄化触媒が担持される。
【００６０】
この熱交換用構造体２４ｂは、円管３０の本数を多くすることができるので、円管３０の内部に形成される改質通路２５Ｒの伝熱面積を大きくすることができる。その結果、伝熱性能が向上するので、改質通路２５Ｒ、すなわち円管３０の内面に担持される改質触媒の昇温速度を高くでき、改質効率の向上、及び水素の生成量増加を図ることができる。また、円管３０の外面の面積も大きくできるので、浄化触媒が担持される面積を大きくして、浄化性能を確保しやすくなる。
【００６１】
図４−３に示す熱交換用構造体２４ｃは、断面外形状及び断面内形状が矩形の複数の角管３２を主排ガス通路２５Ｃとする。角管３２の両端の開口部には、前記角管３２の開口に合わせた複数の開口部が形成された板状部材３３が取り付けられている。すなわち、熱交換用構造体２４ｃは、角管３２の両端の開口部を、２枚の板状部材３３で挟持して構成される。そして、隣接する角管３２で囲まれる空間が改質通路２５Ｒとなる。
【００６２】
図４−４に示す熱交換用構造体２４ｄは、断面外形状及び断面内形状が円形の複数の円管３４を主排ガス通路２５Ｃとする。このため、円管３４の内面には、浄化触媒が担持される。円管３４の両端の開口部には、前記円管３４の開口に合わせた複数の開口部が形成された板状部材３５が取り付けられている。すなわち、熱交換用構造体２４ｄは、円管３４の両端の開口部を、２枚の板状部材３５で挟持して構成される。この熱交換用構造体２４ｄでは、円管３４同士の間が、改質通路２５Ｒとなる。このため、円管３４の外面には、改質触媒が担持される。
【００６３】
この熱交換用構造体２４ｄは、円管３４の本数を多くすることができるので、円管３４の間に形成される改質通路２５Ｒの伝熱面積を大きくすることができる。その結果、伝熱性能が向上するので、改質通路２５Ｒ、すなわち円管３４の外面に担持される改質触媒の昇温速度を高くでき、改質効率の向上、及び水素の生成量増加を図ることができる。また、円管３４の内面の面積も大きくできるので、浄化触媒が担持される面積を大きくして、浄化性能を確保しやすくなる。次に、実施形態１の変形例に係る改質装置を説明する。
【００６４】
（変形例）
実施形態１の変形例に係る改質装置は、実施形態１に係る改質装置と略同様であるが、改質装置の軸方向（改質に供されない排ガスの流れ方向と平行な方向）に直交する断面形状が楕円状である点が異なる。他の構成は、実施形態１に係る改質装置と同様である。
【００６５】
図５−１は、実施形態１の変形例に係る排ガス改質装置を示す断面図である。図５−２は、図５−１のＣ−Ｃ断面図である。上述したように、実施形態１の変形例に係る改質装置２０ｅは、改質装置２０ｅの軸Ｚ方向に直交する断面形状が、略楕円形状となっている。このようにすることで、改質装置２０ｅの筐体２１ｅは、平面部の比率を極小（この変形例では平面部なし）にできるので、筐体２１ｅの剛性を向上させることができる。その結果として、筐体２１ｅからの放射音を低減することができる。
【００６６】
また、この変形例では、改質装置２０ｅが備える熱交換用構造体２４ｅに形成される改質通路２５Ｒｅが、楕円の長辺と平行になるように形成される。このようにすることで、主排ガス通路２５Ｃｅと改質通路２５Ｒｅとの間における伝熱面積をより大きくすることができるので、改質通路２５Ｒｅに担持される改質触媒の温度をより早く昇温させることができ、また、改質触媒をより高い温度に維持することができる。その結果、より効率的に改質ガスＥｘｒを生成できるとともに、改質ガスＥｘｒに含まれる水素の量も増加する。
【００６７】
以上、この実施形態及びその変形例では、改質装置の内部で改質用排ガスを分流し、かつ改質に供される排ガスは、改質装置内の排ガス導入部筐体、及び改質装置内の改質用混合気溜を流れるのみとした。これによって、改質用排ガスの通過する経路を短縮できる。その結果、改質触媒を備える改質通路へ導入される前における改質用排ガスの放熱量を抑制できるので、改質触媒を備える改質通路へ導入される前における改質用排ガスの温度低下を抑制できる。また、改質用排ガスの温度低下が抑制できる結果、改質触媒を必要な温度（活性温度）以上に保ちやすくなるため、改質可能な内燃機関の運転範囲が拡大する。
【００６８】
さらに、改質触媒を備える改質通路へ導入される前における改質用排ガスの温度低下を抑制できるので、改質時においては、改質に供さない排ガスの温度低下が小さくなる。これによって、改質装置の後流に浄化触媒を配置した場合には、当該浄化触媒の暖機時間を短縮できる。また、改質装置の内部で改質用排ガスを分流することにより、改質装置の外側を取り回す改質用排ガスの配管が不要になるので、改質装置をコンパクトにできる。その結果、車両への搭載性が向上する。なお、実施形態１及びその変形例で開示した構成は、以下の実施形態でも適宜適用できる。
【００６９】
（実施形態２）
実施形態２に係る改質装置は、実施形態１に係る改質装置と略同様であるが、改質用排ガスを熱交換用構造体へ導入する前に、前記排ガスを熱交換用構造体へ導く排ガスガイドを設けた点が異なる。他の構成は、実施形態１に係る改質装置と同様である。
【００７０】
図６−１は、実施形態２に係る排ガス改質装置を示す断面図である。図６−２は、実施形態２に係る排ガス改質装置が備える排ガスガイドの構成を示す拡大断面図である。この実施形態に係る改質装置２０ｆは、筐体２１内の排ガスＥｘの入口側、すなわち、排ガス導入部筐体２１Ｈ側に、改質用排ガスＥｘを改質用混合気溜２６Ｉに導く排ガスガイド３６が設けられる。
【００７１】
図６−１、図６−２に示すように、排ガスガイド３６は、板状部材であって、例えば、金属板を板金加工することによって製造されて、溶接等の接合手段によって、筐体２１又は熱交換用構造体２４の少なくとも一方へ取り付けられる。図６−２に示すように、排ガスガイド３６は、改質用混合気溜２６Ｉの入口２６Ｉｉに、排ガスガイド３６の排ガス出口側端部３６ｅｔが重なるように設けられる。そして、排ガスガイド３６と筐体２１（排ガス導入部筐体２１Ｈ）との間に、改質用排ガスＥｘを改質通路２５Ｒへ導く通路（導入通路）３７が形成される。
【００７２】
この実施形態に係る改質装置２０ｆは、改質用混合気溜２６Ｉへ改質用排ガスＥｘを導く前の経路上に、導入通路３７が設けられるので、改質用排ガスＥｘを改質通路２５Ｒへ確実に導くことができる。また、改質通路２５Ｒへ流入する改質用混合気Ｇｍｒに、主排ガス通路２５Ｃへ流れるべき排ガスＥｘが混入することを抑制できる。さらに、排気脈動に起因して改質用燃料Ｆｒが主排ガス通路２５Ｃ側へ流れ、改質に供されない排ガスＥｘと混合することも抑制できるので、改質用燃料Ｆｒの無駄な消費を抑制できる。これらの作用により、改質効率を向上させることができる。また、改質用燃料Ｆｒと改質に供されない排ガスＥｘとの混合を抑制できるので、適切な空燃比の排ガスが主排ガス通路２５Ｃを通過するので、浄化性能の低下を抑制できる。
【００７３】
攪拌容器１６からの改質用燃料投入口１６Ｓは、排ガスガイド３６の排ガス出口側端部３６ｅｔよりも、導入通路３７の排ガス入口３７ｉ側に設けることが好ましい。あるいは、攪拌容器１６からの改質用燃料投入口１６Ｓは、改質通路２５Ｒの開口部よりも導入通路３７の排ガス入口３７ｉ側に設けることが好ましい。これによって、改質用燃料Ｆｒと改質用排ガスＥｘとの混合を促進して、より均一な改質用混合気Ｇｍｒを改質通路２５Ｒへ供給することができる。
【００７４】
また、この実施形態では、排ガスガイド３６の途中に、筐体２１（排ガス導入部筐体２１Ｈ）に向かって、すなわち導入通路３７の内部へ向かって突出する突起３６Ｔが形成される。この突起３６Ｔは、必ずしも設ける必要はないが、突起３６Ｔを設けることにより、改質に供しない排ガスＥｘが改質用混合気溜２６Ｉへ流入すること、排気脈動により改質用燃料Ｆｒが改質に供されない排ガスＥｘと混合すること、及び排気脈動により改質用排ガスＥｘが主排ガス通路２５Ｃ側へ逆流することをより効果的に抑制できる。その結果、改質効率を向上させ、また、ガス浄化性能の低下を抑制できる。
【００７５】
以上、この実施形態では、改質装置の内部で改質用排ガスを分流し、かつ排ガスガイドを設けて改質用排ガスを改質用混合気溜へ導くようにした。これによって、改質用排ガスの温度低下を抑制して、改質効率の向上を図ることができる。また、排ガスガイドによって改質用混合気や改質用燃料が主排ガス通路に流出することを抑制できるので、改質効率を向上させ、また水素生成量を増加させることができるとともに、排ガス浄化性能の低下を抑制することができる。なお、実施形態２で開示した構成は、以下の実施形態でも適宜適用できる。
【００７６】
（実施形態３）
実施形態３に係る排ガス改質システムは、実施形態１に係る排ガス改質システムと略同様であるが、改質用に供する排ガスへ、さらに水を水蒸気の形で添加して、改質効率を向上させる点が異なる。他の構成は、実施形態１に係る改質装置と同様である。
【００７７】
図７は、実施形態３に係る排ガス改質システムの全体構成図である。図７に示す排ガス改質システム１００ｇでは、ガス還流通路１０に設けられて、改質ガスＥｘｒを冷却するガス冷却器１２に、蒸気発生手段である沸騰冷却装置６０を設ける。ガス冷却器１２は、水（Ｈ2Ｏ）を用いて改質ガスＥｘｒを冷却する、水冷式の冷却器である。沸騰冷却装置６０とガス冷却器１２とは、沸騰冷却装置６０で液体に戻った水をガス冷却器１２へ戻す第１冷却水通路６３と、ガス冷却器１２で昇温した水を沸騰冷却装置６０へ送る第２冷却水通路６４とで接続されている。第１冷却水通路６３には逆止弁６６が設けられており、ガス冷却器１２から沸騰冷却装置６０への水の逆流を防止する。
【００７８】
沸騰冷却装置６０は、改質ガスＥｘｒを冷却する際に、ガス冷却器１２が改質ガスＥｘｒから奪った熱を利用して、改質に供するための蒸気（水蒸気）を発生させる。沸騰冷却装置６０の蒸気溜６０Ｅには、ガス冷却器１２で改質ガスＥｘｒを冷却して得られた蒸気が溜められている。沸騰冷却装置６０は、蒸気溜６０Ｅの蒸気を蒸気流量調整弁６２から取り出す。そして、取り出された蒸気は、蒸気供給通路６５を介して水分供給手段である蒸気供給弁１１から攪拌容器１６内へ供給されて、改質に供される。蒸気流量調整弁６２の開度は機関ＥＣＵ５０によって開弁量や開弁時間を制御されて、攪拌容器１６内へ供給される蒸気量が制御される。
【００７９】
攪拌容器１６内へ供給されなかった蒸気は、沸騰冷却装置６０の冷却部６０Ｃで冷却されて水に戻されて、再びガス冷却器１２へ供給されて改質ガスＥｘｒを冷却する。なお、冷却部６０Ｃは、走行風やファンの風等により冷却されて、蒸気の液化を促進する。攪拌容器１６内へ蒸気が供給されると、ガス冷却器１２に流れる水の量が減少し、改質ガスＥｘｒの冷却能力が低下する。このため、沸騰冷却装置６０は、補給用の補助タンク６１を備えており、攪拌容器１６へ供給して減少した水を補助タンク６１から供給して補う。
【００８０】
この実施形態に係る排ガス改質システム１００ｇでは、改質ガスＥｘｒの熱を利用して蒸気を生成し、これを改質に供する。これにより、水の蒸発熱を改質ガスＥｘｒの熱で補うことができるので、攪拌容器１６へ水（水蒸気）を供給する際には、水の蒸発に用いられる熱を低減できる。その結果、改質に必要な熱を確保できるので、水を供給することによる水素の生成量増加、及び改質効率の向上を図ることができる。また、改質ガスＥｘｒの熱も有効に利用できる。さらに、ガス冷却器１２による改質ガスＥｘｒの冷却効率も向上し、ガス冷却器１２自体の冷却も期待できる。次に、この実施形態３の変形例を説明する。
【００８１】
（変形例）
実施形態３の変形例は、実施形態３と略同様の構成であるが、改質用排ガスへ供給する水蒸気を、改質用燃料を攪拌する攪拌容器の冷却手段に接続した沸騰冷却装置で生成する点が異なる。他の構成は、実施形態３と同様である。
【００８２】
図８は、実施形態３に係る排ガス改質システムが備える沸騰冷却装置の変形例の構成を示す説明図である。図８に示す例では、改質用燃料Ｆｒが供給される攪拌容器１６（図７参照）を冷却するウォータージャケット１６Ｗに、蒸気発生手段である沸騰冷却装置６０を設ける。ウォータージャケット１６Ｗは、水（Ｈ2Ｏ）を用いて攪拌容器１６を冷却する、水冷式の冷却器である。沸騰冷却装置６０とウォータージャケット１６Ｗとは、沸騰冷却装置６０で液体に戻った水をウォータージャケット１６Ｗへ戻す第１冷却水通路６３と、ガス冷却器１２で昇温した水を沸騰冷却装置６０へ送る第２冷却水通路６４とで接続されている。第１冷却水通路６３には逆止弁６６が設けられており、ウォータージャケット１６Ｗから沸騰冷却装置６０への水の逆流を防止する。
【００８３】
沸騰冷却装置６０は、攪拌容器１６を冷却する際に、ウォータージャケット１６Ｗが攪拌容器１６から奪った熱を利用して、改質に供するための蒸気（水蒸気）を発生させる。沸騰冷却装置６０の蒸気溜６０Ｅには、ウォータージャケット１６Ｗにより攪拌容器１６を冷却することにより得られた蒸気が溜められている。沸騰冷却装置６０は、蒸気溜６０Ｅの蒸気を蒸気流量調整弁６２から取り出す。そして、取り出された蒸気は、蒸気供給通路６５を介して水分供給手段である蒸気供給弁１１から攪拌容器１６内へ供給されて、改質に供される。蒸気流量調整弁６２の開度は機関ＥＣＵ５０によって開弁量や開弁時間を制御されて、攪拌容器１６内へ供給される蒸気量が制御される。
【００８４】
攪拌容器１６内へ供給されなかった蒸気は、沸騰冷却装置６０の冷却部６０Ｃで冷却されて水に戻されて、再びガス冷却器１２へ供給されて改質ガスＥｘｒを冷却する。なお、冷却部６０Ｃは、走行風やファンの風等により冷却されて、蒸気の液化を促進する。攪拌容器１６内へ蒸気が供給されると、ガス冷却器１２に流れる水の量が減少し、改質ガスＥｘｒの冷却能力が低下する。このため、沸騰冷却装置６０は、補給用の補助タンク６１が備えており、攪拌容器１６へ供給して減少した水を補助タンク６１から供給して補う。この変形例でも、実施形態３に係る排ガス改質システムと同様の作用、効果が得られる。また、攪拌容器１６の冷却効率が向上するので、改質用燃料噴射弁２をより効果的に冷却して、耐久性低下をより効果的に抑制できる。
【００８５】
以上、この実施形態及びその変形例では、改質ガスの熱を利用して蒸気を生成し、これを改質に供するので、水の蒸発に用いられる熱を低減できる。これによって、改質に必要な熱を確保できるので、水を供給することによる水素の生成量増加、及び改質効率の向上を図ることができる。また、改質ガスＥｘｒの熱を有効に利用できる。また、改質ガス等の冷却効率も向上する。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
以上のように、本発明に係る排ガス改質装置及び排ガス改質システムは、排ガスに燃料を供給して、水素を含む改質ガスを生成する排ガス改質に有用であり、特に、改質に供する排ガスの温度低下を抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】実施形態１に係る排ガス改質システムの全体構成図である。
【図２−１】実施形態１に係る排ガス改質装置を示す斜視図である。
【図２−２】実施形態１に係る排ガス改質装置を示す断面図である。
【図２−３】図２−２のＡ−Ａ矢視図である。
【図２−４】図２−２のＢ−Ｂ矢視図である。
【図３−１】実施形態１に係る排ガス改質装置が備える熱交換用構造体を示す斜視図である。
【図３−２】実施形態１に係る排ガス改質装置が備える熱交換用構造体を示す正面図である。
【図３−３】実施形態１に係る排ガス改質装置が備える熱交換用構造体を示す平面図である。
【図３−４】実施形態１に係る排ガス改質装置が備える熱交換用構造体を示す側面図である。
【図３−５】実施形態１に係る排ガス改質装置が備える熱交換用構造体の他の例を示す一部斜視図である。
【図４−１】実施形態１に係る熱交換用構造体の他の構成例を示す斜視図である。
【図４−２】実施形態１に係る熱交換用構造体の他の構成例を示す斜視図である。
【図４−３】実施形態１に係る熱交換用構造体の他の構成例を示す斜視図である。
【図４−４】実施形態１に係る熱交換用構造体の他の構成例を示す斜視図である。
【図５−１】実施形態１の変形例に係る排ガス改質装置を示す断面図である。
【図５−２】図５−１のＣ−Ｃ断面図である。
【図６−１】実施形態２に係る排ガス改質装置を示す断面図である。
【図６−２】実施形態２に係る排ガス改質装置が備える排ガスガイドの構成を示す拡大断面図である。
【図７】実施形態３に係る排ガス改質システムの全体構成図である。
【図８】実施形態３に係る排ガス改質システムが備える沸騰冷却装置の変形例の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００８８】
１  内燃機関
２  改質用燃料噴射弁
３  吸気通路
５  還流流量調整弁
９  排気通路
１０  ガス還流通路
１１  蒸気供給弁
１２  ガス冷却器
１３  エアクリーナ
１４  脈動低減容器
１５  逆止弁
１６  攪拌容器
１６Ｗ  ウォータージャケット
１６Ｓ  改質用燃料投入口
２０、２０ｅ、２０ｆ  改質装置（排ガス改質装置）
２１、２１ｅ  筐体
２１Ｂ  胴部
２１Ｆ  排ガス排出部筐体
２１Ｈ  排ガス導入部筐体
２１Ｉ  内面
２４、２４'、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ  熱交換用構造体
２５Ｒ、２５Ｒｅ  改質通路
２５Ｃ、２５Ｃｅ  主排ガス通路
２６Ｅ  改質ガス溜
２６Ｉ  改質用混合気溜
２７Ｅ  排ガス出口側密封手段
２７Ｉ  排ガス入口側密封手段
３６  排ガスガイド
３６Ｔ  突起
３６ｅｔ  排ガス出口側端部
３７  導入通路
５０  機関ＥＣＵ
６０  沸騰冷却装置
６１  補助タンク
６２  蒸気流量調整弁
６５  蒸気供給通路
６６  逆止弁
１００、１００ｇ  排ガス改質システム
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図３−５】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図４−４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７】
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【図８】
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