(57)【要約】【課題】排気ガスの改質の効率化を図る。【解決手段】複数の気筒のうち、排気ガス改質機能を備えた改質用気筒４２に筒内噴射弁５４を設け、改質用気筒以外の気筒４４の吸気側に、改質用気筒４２の排気側からの改質ガスを供給する。改質用気筒４２では、気筒内に供給された燃料及び空気を含む混合気を燃焼させた後、気筒内からの燃焼ガス排気完了までの期間に、筒内噴射弁５４から改質用燃料を噴射し、燃焼ガス（排気ガス）と燃料の混合気体を作成し、改質反応を実行させる。筒内の燃焼ガスの熱量をそのまま吸熱反応である改質反応に利用でき、高効率の改質を可能とし、内燃機関の熱効率の向上に寄与する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を備える内燃機関であって、
前記複数の気筒のうち、少なくとも一つの気筒は排気ガス改質機能を備えた改質用気筒であって筒内噴射弁を備え、
前記複数の気筒のうち、少なくとも前記改質用気筒以外の気筒に、前記改質用気筒の排気管を経て改質ガスを供給するための改質ガス供給手段を備え、
前記改質用気筒にて、該気筒内に供給された燃料及び空気を含む混合気を燃焼させた後、気筒内からの燃焼ガス排気完了までの期間において、前記気筒内へ前記筒内噴射弁から改質用燃料を噴射して前記排気ガスと改質用燃料の混合気体を作成することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関において、
前記複数の気筒では、それぞれ燃料と空気との混合気が供給されて燃焼が行われ、
該燃焼の後、前記改質用気筒においてのみ前記改質用燃料が筒内噴射され、前記排気ガスと燃料との混合気体が作成されることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関において、
前記改質用気筒において、前記燃料と空気を含む混合気を燃焼させた後、前記改質用燃料を噴射する前における前記改質用気筒内での燃料ガスが当量比１以上となるように制御されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関において、
少なくとも前記改質用気筒以外の気筒における排気ガスの当量比が１となるように制御されることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、
前記改質用気筒の前記筒内噴射弁は複数あり、少なくともその一つが、水を含む液体を噴射する噴射弁であることを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関において、
前記改質用気筒の前記筒内噴射弁は、水を含む改質用燃料を噴射する噴射弁であることを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関において、
前記改質用気筒の排気管は、該改質用気筒以外の気筒の吸気管に連結され、連結経路には、改質ガス流量を調整する流量調整弁を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関において、
該改質用気筒の排気管には、前記排気ガスと前記改質用燃料の混合気体の改質反応を進行させる改質触媒が設けられていることを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
燃料改質機能を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼効率の向上等の観点から、燃料を改質して得られた水素ガスなどを燃料と共に燃焼室に供給し、燃焼させる内燃機関が提案されている。例えば、下記特許文献１では、燃料と水を蒸発器で気化させた後に改質器に送って改質し、さらに、水素透過膜を通過させることで改質ガスとして水素ガスを取り出し、この水素ガスを気筒の吸気ポートに供給する構成が採用されている。水素ガスは、他の可燃ガスよりも反応性が高いため、水素を燃料の一部として用いることで、希薄燃焼限界を拡大でき、燃焼を安定化させて失火を防止し、また同時に排気ガスに含まれるハイドロカーボンの減少を可能としている。
【０００３】
また、非特許文献１、２には、多気筒の内燃機関において、多気筒のうちの１つの気筒で過濃混合気を燃焼させ、この気筒からの排気ガスを触媒に供給し、得られたＣＯや、水素を他の気筒に分配して希薄燃焼を行なわせることが提案されている。
【０００４】
特許文献２では、排気ガスを改質して得られた改質ガスを気筒の吸気側へ環流させることが提案されており、排気管から排気ガス改質用の導管を分岐させ、この改質用導管で排気ガスに燃料を混合して排気ガスを改質している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３３９７７２号公報
【特許文献２】特開２００６−３７８７９号公報
【非特許文献１】David P. Meyers, John T. Kubesh,「The Hybrid Rich-burn/lean-burn engine」, ASME 1994, ICE-Vol. 24, Natural Gas and Alternative Fuels for Engines
【非特許文献２】Jack A. Smith, Dan Podnar, David P. Meyers,「The Hybrid Rich-Burn/Lean Burn Engine, Part 2」， ASME 1996, ICE-Vol.27 - 4, 1996 Fall Technical Conference Volume 4
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように燃料を改質するためには、燃料と水をそれぞれ気化させるための熱交換器が必要となる。また、燃料と水による改質は吸熱反応となるため、排気ガスの熱を改質器に移すための熱交換器等を必要とし、エンジンの複雑化、大型化を招く。
【０００７】
次に、特許文献２、非特許文献１，２において、これらに開示された排気ガスの改質も吸熱反応である。そこで、特許文献２では、改質のために必要とされる熱を排気ガスから得るための熱交換機構を設けている。非特許文献１，２では、熱交換機構について特に開示はないが、吸熱反応に必要な熱を得ることは原理上必須であり、熱交換器や、ヒータ等が必要となる。したがって、上記特許文献１と同様、エンジンの複雑化、大型化が避けられない。
【０００８】
また、熱交換器の効率は良くても７０〜８０％であり、排気ガスの熱利用には限界がある。一方で、炭化水素燃料の改質は温度が高いほうが改質率が高いため、熱交換器の効率がエンジン性能に直接的に影響を与えることになり、エンジン性能の向上の妨げとなる。
【０００９】
さらに、改質のための機構（改質触媒、蒸発器等）は、上述のように排気管側に設けられており、燃焼が行われる気筒から離れている。したがって、気筒からの排気ガスが改質部に到達するまでの間に温度が低下することは避けられず、改質に最適な熱量を排気ガスから得ることが難しいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、複数の気筒を備える内燃機関であって、前記複数の気筒のうち、少なくとも一つの気筒は排気ガス改質機能を備えた改質用気筒であって筒内噴射弁を備え、前記複数の気筒のうち、少なくとも前記改質用気筒以外の気筒に、前記改質用気筒の排気管を経て改質ガスを供給するための改質ガス供給手段を備え、前記改質用気筒にて、該気筒内に供給された燃料及び空気を含む混合気を燃焼させた後、気筒内からの燃焼ガス排気完了までの期間において、前記気筒内へ前記筒内噴射弁から改質用燃料を噴射して前記排気ガスと改質用燃料の混合気体を作成する。
【００１１】
本発明の他の態様では、前記複数の気筒では、それぞれ燃料と空気との混合気が供給されて燃焼が行われ、該燃焼の後、前記改質用気筒においてのみ前記改質用燃料が筒内噴射され、前記排気ガスと燃料との混合気体が作成される。
【００１２】
本発明の他の態様では、前記改質用気筒にて、前記燃料と空気を含む混合気を燃焼させた後、前記改質用燃料を噴射する前における前記改質用気筒内での燃料ガスが当量比１以上となるように制御されている。
【００１３】
本発明の他の態様では、上記内燃機関において、少なくとも前記改質用気筒以外の気筒における排気ガスの当量比が１となるように制御される。
【００１４】
本発明の他の態様では、該改質用気筒の排気管には、前記排気ガスと前記改質用燃料の混合気体の改質反応を進行させる改質触媒が設けられている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、排気ガス（燃焼ガス）を改質し、得られた改質ガスを燃料として利用するので、総合的な燃料発熱量を増加させることができる。よって、一層の燃費向上を図ることができる。また、得られる改質ガスには、水素が多く含まれ、このような改質ガスを用いることで気筒内での燃焼が速やかに行なわれる。また、改質ガスに含まれる水素、一酸化炭素のオクタン価は高いので、圧縮比を高めることができ、内燃機関の熱効率を向上することができる。
【００１６】
さらに、排気ガス（燃焼ガス）から改質ガスを得ることができ、この改質ガスを内燃機関の気筒の吸気側に供給するので、内燃機関として作動ガス体積が増加する。したがって、部分負荷時のガス交換損失を減少させることができる。
【００１７】
本発明によれば、燃料と空気との混合気を燃焼させ、この燃焼ガスを排気するまでの間に、筒内で改質用の燃料噴射を行うため、燃焼ガスの熱を燃料の気化及び燃焼ガスの改質反応に非常に有効に利用することができる。また、改質用の燃料は、混合気の燃料と同様の燃料を採用できる。また、筒内で改質用燃料を噴射するため、燃焼ガスの膨張とこれに伴うピストンの移動等により、筒内で燃焼ガスと燃料との撹拌、混合が進む。また、気筒の排気弁から排気ガスが排出される際の高速流及び乱れによっても、燃焼ガス（排気ガス）と改質用燃料とが混合する。したがって、非常に高い改質効率を実現することが可能となる。
【００１８】
また、排気ガスから改質に必要な熱を得るための熱交換器や、改質用燃料の気化のための蒸発器等の構成を省略することができ、内燃機関の小型化に非常に有利となる。
【００１９】
さらに、改質用気筒では、燃料と空気との混合気を燃焼させてから改質のための追加の燃料噴射を実行しており、この改質実行前に、混合気の燃焼によってトルクを得ることができ、その分、内燃機関の熱効率を向上することができる。
【００２０】
また、本発明において、多気筒の内燃機関を採用し、そのうちの一部の気筒を改質用気筒として採用し、ここで得られる改質ガスを残りの気筒に供給した場合には、改質ガスと内燃機関から排気するガスとを分配する機構が不要であり、構成の簡略化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の概要を示している。本実施形態に係る内燃機関１００は、複数の気筒を備えるいわゆる多気筒エンジンを採用し、複数の気筒４０のうち、少なくとも一つの気筒を筒内噴射弁５４を備えた改質用気筒４２として用い、他の気筒４４に改質用気筒４２で得た改質ガスを供給し、燃料と併用している。また、改質用気筒４２は、改質のみを実行するのではなく、他の気筒４４と同様にガソリンなどの燃料と空気との混合気の燃焼を行う。燃焼後、エンジン制御部（ＥＣＵ）２００等の制御により、燃焼ガスが全て気筒から排気されるまでの間（膨張行程から排気行程の間）に、筒内噴射弁５４から改質用に燃料を噴射し、燃焼ガスと改質用燃料との混合気体を形成する。なお、詳しくは後述するが、改質は吸熱反応であり、その反応に必要な熱を燃焼ガスの持つ熱を利用することができ、改質反応を気筒内で行うことができる。
【００２３】
改質用気筒４２の排気ポートの付近には、改質用触媒６２が設けられ、改質用気筒４２から排出される排気ガス（燃焼ガスと改質用燃料の混合気体及び改質反応によって得られた改質ガス）がこの改質用触媒６２に流入する。改質用触媒６２は、省略することもできるが、排気側に設けることで改質効率が向上する。この改質用触媒６２は、排気ガスと燃料との混合気体から改質反応を実行する機能を備え、また、気筒内で開始された改質反応をさらに進行させる機能を備えており、未反応の燃料を分解し、改質反応の化学平衡を改質ガス生成方向に進める。
【００２４】
改質用触媒６２からは、ＣＯ、Ｈ2を多く含むガス（改質ガス）が流出し、得られた改質ガスは排気管６０を経て冷却器６６に供給され、冷却された後、改質ガス供給手段５２から、複数の気筒４０のうち、少なくとも改質用気筒４２以外の通常の気筒４４に対して供給されている。
【００２５】
改質ガス供給手段５２は、図１のように各気筒４４の吸気ポートに改質ガス供給管６４を連通し、各吸気ポートに設けられた改質ガスノズル５３を備える。この場合、改質用気筒４２の排気行程を経て排気管６０に排出され、改質用触媒６２及び冷却器６６を経て改質ガス供給管６４に出力される改質ガスが、自動的に各吸気管３０に供給されることとなる。なお、各吸気管３０に均等に改質ガスを供給するために、図１では、３つの気筒用の全吸気管３０に対して共通の改質ガス収容部（改質ガスギャラリ）５１を設け、この収容部５１から各ノズル５３を介して気筒４４の各吸気ポートに改質ガスを供給する。改質用気筒の排気管６０と気筒４４の吸気管３０との間の連結経路、具体的には、改質ガス収容部５１内または改質ガス供給管６４中に流量調整弁を設けることができ、この調整弁により各吸気ポートへの改質ガス供給量を必要に応じて制御することができる。なお、改質ガスの気筒４４の吸気側への供給は、上記のようなノズル５３には限られず、改質ガス噴射弁を設けてもよい。ガス噴射弁を採用することで、改質ガスの噴射タイミング等を正確に制御することができる。各気筒４４に筒内噴射弁を設け、この筒内噴射弁から適切な圧力にて改質ガスを筒内に供給しても良い。
【００２６】
また、改質用気筒４２の吸気管１０と、それ以外の通常の気筒４４の吸気管３０には、その吸気ポート付近に、ガソリンなどの燃料を噴射する燃料噴射弁５０がそれぞれ設けられている。なお、この噴射弁５０から吸気ポートには、燃料タンク２０から低圧ポンプ２２で汲み上げた燃料が噴射されるが、筒内噴射弁を採用して、各気筒内に直接燃料を噴射することも可能である。
【００２７】
改質用気筒４２以外の気筒４４の吸気管３０には、各気筒４４への空気供給量を共通して制御するためのスロットルバルブ３２が設けられ、改質用気筒４２の吸気管１０には、このスロットルバルブ３２とは独立して改質用気筒４２への空気供給を制御するスロットルバルブ１２が設けられている。なお、各スロットルバルブ３２，１２の周辺には、このスロットルを通過する空気流量を測定するためのセンサが取り付けられている。
【００２８】
改質用気筒４２以外の通常の気筒４４の排気管７０には、排気ガスを浄化するための三元触媒などが用いられた排気浄化触媒７２が設けられている。排気浄化触媒７２として、三元触媒を用いる場合、この三元触媒で浄化処理が確実に実行できるようにするためには、気筒４４から排気される排気ガスが三元触媒で処理可能な量論比、つまり当量比１であることが好適である。この場合、各気筒４４の排気管７０の集合部付近には、図１に示すように、Ｏ2センサ７４を設け、排気ガスに含まれる酸素量を検出し、エンジン制御部２００が、検出値に応じてスロットルバルブ３２の開度や燃料噴射弁５０からの噴射量などを制御することが好適である。
【００２９】
以下、本実施形態の内燃機関の構成と動作についてより詳細に説明する。
【００３０】
本実施形態の内燃機関１００は、多気筒であるが、図１の例では、気筒番号＃１、＃２、＃３、＃４から成る４気筒列型エンジンである。各気筒には、吸気バルブ４６を２個、排気バルブ４８を２個、それぞれその気筒上部（シリンダヘッド）に設けており、クランク軸と同期して１／２回転で回転するカムによってバルブの開閉を行なうようになっている。シリンダヘッドのほぼ中央には点火プラグ４５があり、各気筒の吸気ポートに、上記のように燃料（ガソリン）を噴射するための噴射弁５０が設けられている。さらに、４気筒のうち＃２、＃３、＃４の３気筒は、上述の改質用気筒以外の通常の気筒４４であり、その排気ポートが排気浄化触媒７２に連通しており、排気ガスは消音器を介して大気に排出される。
【００３１】
＃１気筒は、改質用の燃料をシリンダ内に噴射できる筒内噴射弁５４が設けられた改質用気筒４２であり、この＃１気筒の排気管６０は他の気筒の排気管７０とは連通せず、吸気側に配管６４で導かれ、＃２、＃３、＃４の吸気管３０に連通されている。
【００３２】
まず、＃２、＃３、＃４気筒、つまり、改質用気筒４２以外の通常の気筒４４の動作を示す。エンジン制御部２００が、シリンダ内に吸入すべき燃料と空気量について、エンジンの負荷に応じて演算し、その結果に応じて燃料噴射量と空気量を決定し、スロットルバルブ３２を調整する。演算値と、実際の供給量とのずれは、バルブ３２における空気流量を計測しながら調整する。これらの気筒４４では、吸気バルブ４６が開くと同時にクランク軸の回転によってピストンが下降し、調整された燃料と空気とがシリンダ内に吸入され、燃焼可能な混合気を形成する。吸気バルブ４６が閉じるとピストンが上昇し、燃料と空気との混合気を圧縮する。
【００３３】
上死点近傍で点火プラグ４５により混合気を着火し、混合気を燃焼させる。すると、これによってシリンダ内の圧力が急激に上昇し、ピストンを押し下げてトルクを発生する。クランクが回転してピストンが上昇するときに排気バルブ４８を開き、燃焼ガスを排気ポートに押し出す。排気ポート内の燃焼ガスは、排気浄化触媒７２で浄化された後、消音器を通って大気中に放出される。以上の動作は一般的なエンジン（燃料としてガソリンを用いた場合には、ガソリンエンジン）の動作と変わりはない。
【００３４】
次に、＃１気筒（改質用気筒４２）の動作を説明する。スロットルバルブ１２により空気量を調整し、燃料噴射弁５０で燃料を調整し、シリンダ内に空気と燃料を吸入し、形成した混合気に点火して燃焼させる動作までは、上記＃２、＃３、＃４気筒と変わりはないが、吸入した燃料の燃焼が終了した後に、筒内噴射弁５４から改質用燃料を噴射する。なお、この改質用燃料は、燃料噴射弁５０と同じガソリンなどの燃料を用いており、燃料タンク２０から低圧用ポンプ２２で汲み上げた燃料を、さらに筒内噴射に適した高圧用ポンプ２８で汲み上げて噴射する。
【００３５】
燃焼後、排気行程が完了するまでの期間中に、改質用燃料の筒内噴射を行った場合、筒内の燃焼ガスが冷やされ圧力が下がる。したがって、エンジンの効率を向上させる観点から、噴射時期は、膨張行程の遅い方が望ましい。噴射時期は排気行程でも良い。一例として、本実施形態では、エンジン制御部２００の制御により、圧縮上死点後９０度から燃料噴射を開始する。噴射した燃料は高温の既燃ガス(燃焼ガス）によって速やかに蒸発する。燃料の一部は燃焼ガス中に残った酸素と反応して燃焼し、二酸化炭素、一酸化炭素、水が生成される。しかし、燃焼ガス中の酸素は少ないので、既燃ガス成分の二酸化炭素や水と反応し、一酸化炭素、水素を生成する。クランクが回転し、排気バルブ４８が開くと改質用気筒４２の筒内ガスは、排気バルブ４８を通って排気管６０に設置した改質用触媒６２に流入する。この改質用触媒６２により、未反応の燃料は分解、反応し、ＣＯ、Ｈ2を多く含むガスを生成する。
【００３６】
理想的には、燃焼ガスは、下記反応式（１）のように、改質反応の前後で組成が変化し、係数ａ，ｎ，ｍ，ｃの関係は式（２）のようになる。
【化１】
2007332891.tif 000003
【数１】
2007332891.tif 000004
【００３７】
反応式（１）における燃料組成をＣ7Ｈ14とすると、式（２）は、ａ＝２＋（２／７）ｃとなる。また、燃料の発熱量は約４．３ＭＪ／ｍｏｌであり、反応後（右辺）の可燃ガス成分である一酸化炭素及び水素の熱量は、それぞれ、ＣＯが０．２８ＭＪ／ｍｏｌ、Ｈ2が０．２４ＭＪ／ｍｏｌである。したがって、反応後における可燃ガスの発熱量から反応前における燃料発熱量を減じた値は、以下の式（３）で表される。
（２１＋２ｃ）＊０．２８＋（２１＋２ｃ）＊０．２４−（２＋（２ｃ／７））＊４．３
＝（２１＋２ｃ）＊０．５２−（２＋（２ｃ／７））＊４．３
＝２．３２−０．１８８６ｃ                      ・・・（３）
【００３８】
このように、式（３）は、燃焼ガス中に残存する酸素の係数ｃの一次関数になる。よって、ｃ＜１２．３を満たせば、反応後の発熱量は増加する。残存酸素量が増加すると、燃料がＣＯに酸化されることによる発熱量の減少がＣＯ2やＨ2Ｏを還元して発熱量を増加させる効果を打ち消すために、発熱量の利得は減少する。
【００３９】
ここで、最も大きい発熱量利得が得られるのは、ｃ＝０、すなわち、量論比（理論空燃比）で燃焼したガスに燃料（改質用燃料）を加える条件であり、この場合、改質ガスの発熱量は、燃料の１２７％弱まで増加する。理論空燃比で燃焼させたガス（燃焼ガス）の成分は、燃焼反応に対して当量比１となり、燃料も酸素も残存しないことになる。このため、反応式（１）に示されるように、改質用に追加するａモルの燃料から、ａモルより多いモル数の一酸化炭素及び水素を得ることができる。具体的には、ｎ（１＋ａ）モルのＣＯ、ｍ（１＋ａ）／２モルのＨ2を得ることができる。したがって、＃１の気筒４２の点火燃焼時の空燃比が量論比になるように制御することが、より高い熱効率を実現する上で有効であり、そのためには、気筒４２への吸入空気量を他の気筒４４とは独立して制御することが望ましい。図１のように気筒４２の吸気管１０にスロットルバルブ１２を設け、また流量を計測するための流量計１４を設けることが好適である。さらに、理論空燃比となるように吸気量及び燃料供給量を制御し、気筒４２内で燃焼して得られた燃焼ガス（本実施形態において、改質のための燃料噴射前の混合気）の当量比を１以上として残存酸素がないように制御することが好適である。さらに好ましくは、不完全燃焼が少ない当量比１となるように制御する。
【００４０】
＃１の気筒４２の排気管６０は、上述のように、＃２〜＃４の気筒４４の吸気管３０と連結されており、燃料（吸気ポートへの噴射の場合）及び新気と混ざって気筒４４の筒内に吸入され、点火・燃焼後に排気される。エンジン制御部２００は、気筒４４への吸入量を上流に設けたスロットルバルブ３２によって流量調整し、また改質ガス量は、気筒４２のスロットルバルブ１２、流量計１４により間接的に調整し、燃料の噴射量は、燃料噴射弁５０からの噴射量などを制御する。このようにして、＃２〜＃４の気筒４４からの排気ガスは、当量比が１となるように制御し、排気浄化触媒７２での浄化反応を確実に実行させることが可能とする。
【００４１】
以上の動作により、エンジンそのものの熱効率が変わらない場合でも、燃料の発熱量が増加するため、システム全体の熱効率が向上する。また、＃１の気筒４２における排気ガス改質に必要なＣＯ2、Ｈ2Ｏは、上記反応式（１）の左辺（燃焼ガス成分）から理解できるように、エンジン燃焼によって得ることができる。また、同時にこの気筒４２でエンジン燃焼を実行しているので、動力を取り出すことが可能となっている。
【００４２】
また、本実施形態では、改質用気筒４２において排気ガス（燃焼ガス）から得た改質ガスを他の気筒４４に供給する。このように排気ガスから改質ガスを得ることができるので、他の気筒４４での作動ガス体積を増加させることが可能となる。特に、この改質ガスとして、ＣＯ、Ｈ2を得ることができ、上述のようにモル数が増加するので、作動ガス体積の増加の効果が大きい。さらに、当量比が一定となるように制御するので、供給燃料が少ない部分負荷状態において、吸入空気量を減らす必要があるが、改質ガスにより作動ガス量を増やすことができるので、気筒４４において吸入に必要なエネルギ、すなわち、部分負荷時のガス交換損失を減少させることができる。
【００４３】
ここで、上述の説明では、＃２〜＃４の気筒４４について、燃料噴射弁５０を設け燃料タンク２０からの燃料と、改質ガスとを混合気燃焼の燃料として併用しているが、＃２〜＃４の気筒４４の燃料を全て改質ガスとすることも可能である。この場合、図１に示す気筒４４用の燃料噴射弁５０を省略する。このように、改質ガスのみを気筒４４の燃料とする場合、改質ガス供給手段としては、少なくとも噴射時期と噴射量を制御可能な改質ガス噴射弁を気筒４４の吸気ポート付近、又は気筒４４の筒内に設けることが好適である。このように気筒４４の燃料を全て改質ガスとすることで、本実施形態の内燃機関１００は、最も高い効率を達成することができる。一方で、図１のように＃２〜＃４気筒の吸気ポートあるいは筒内に燃料噴射弁を備け、さらに、負荷変化（トルク要求）に応じて、高負荷（トルク要求大）の時に、改質ガス以外のガソリンなどの燃料を併用しても良い。
【００４４】
（変形例１）
図２は、上記実施形態に係る内燃機関の変形例１を示す。変形例１に係る内燃機関１１０の図１の内燃機関１００との相違は、改質用気筒４２の水噴射用の筒内噴射弁５６を設け、改質用気筒内に水タンク２４からポンプ２６で汲み上げた水を噴射することである。他の点については、上述の通りであり説明を省略する。水を噴射することで、改質反応における水性ガス反応を起きやすくするとともに、炭素の析出を抑制する。上述の反応式（１）に示すように燃焼ガスの改質反応において、燃焼ガス中の水（水蒸気）は、改質ガス成分の水素の材料となる。そして、改質反応の左辺（材料）に存在する水を、気筒内に供給することにより改質反応を反応式の右辺に進めることが可能となり、燃料消費量を増加させることなく、改質反応性を高め内燃機関１１０全体の熱効率を向上することが可能となる。
【００４５】
ここで、水の噴射は、上記のように炭素の析出抑制の他、改質反応を進めるために用いており、改質のための燃料噴射タイミングと同様に、燃焼後、排気行程完了までの間、より具体的には、膨張行程のできるだけ後か、排気行程において実行することが好適である。エンジン制御部２００が、改質のための燃料噴射タイミングの制御と共にこの水噴射タイミングを制御することで、適切な時期に、燃焼ガスと改質用燃料の混合気体にさらに水を添加することができる。このような燃焼後の排気完了までの期間に水を噴射すれば、燃焼ガスの熱により、噴射された水は直ちに水蒸気となり、効率的に反応の進行に寄与することができる。なお、燃料と水の筒内噴射はどちらが先でも良いが、筒内温度の急激な低下を緩和する観点からは、同時に噴射するよりも、ずらして実行することが好適である。
【００４６】
（変形例２）
図３は、上記実施形態に係る内燃機関の他の変形例２を示す。図１の内燃機関１００と相違する点は、変形例２の内燃機関１２０では、＃１の気筒４２の筒内噴射弁５８から、水と燃料（改質用燃料）のエマルジョンを噴射することである。また、燃料タンク２０の他に水タンク２４を備え、水タンク２４から低圧ポンプ２６で汲み上げた水と、燃料タンク２０から低圧ポンプ２２で汲み上げた燃料を高圧ポンプ２８で汲み上げることでエマルジョン状態を形成し、この高圧ポンプ２８から筒内噴射弁５８に水と燃料のエマルジョンを供給している。エマルジョン状態で燃料と水とを筒内に供給することにより、筒内で燃料と水とが分離して存在することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施形態に係る内燃機関の概略を説明する図である。
【図２】変形例１に係る内燃機関の概略を説明する図である。
【図３】変形例２に係る内燃機関の概略を説明する図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０，３０  吸気管、１２，３２  スロットルバルブ、１４  流量計、２０  燃料タンク、２２，２６  低圧ポンプ、２８  高圧ポンプ、４０  気筒、４２  改質用気筒（＃１）、４４  改質用以外の通常の気筒（＃２〜＃４）、４５  点火プラグ、４６  吸気バルブ、４８  排気バルブ、５０  燃料噴射弁、５１  改質ガス収容部（改質ガスギャラリ）、５２  改質ガス供給手段、５３  改質ガスノズル、５４  筒内（燃料）噴射弁、５６  水噴射弁、５８  筒内噴射弁、６０，７０  排気管、６２  改質用触媒、６４  改質ガス供給管、６６  冷却器、７２  排気浄化触媒、２００  エンジン制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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