(57)【要約】【課題】改質ガスを利用して効率良く排気浄化触媒を早期活性化させること【解決手段】所定の燃料を燃料改質装置５０の燃料改質触媒５１ｂで発熱反応させて改質ガスを生成し、この改質ガスを燃料にして運転可能な内燃機関１において、排気経路４０上の排気浄化装置４２に、燃料改質装置５０から供給された改質ガス又は／及び当該排気浄化装置４２が具備する燃料改質触媒との間にて熱交換可能な排気浄化触媒を設けている。例えば、その排気浄化装置４２は、排気浄化触媒を有する排気ガス通路４２１ａと当該排気ガス通路４２１ａに隣接する改質ガス通路４２１ｂとが形成された排気浄化手段４２１を備えている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の燃料を燃料改質装置の燃料改質触媒で発熱反応させて改質ガスを生成し、該改質ガスを燃料にして運転可能な内燃機関において、
排気経路上の排気浄化装置に、前記燃料改質装置から供給された改質ガス又は／及び当該排気浄化装置が具備する燃料改質触媒との間にて熱交換可能な排気浄化触媒を設けたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記排気浄化装置は、前記排気浄化触媒を有する排気ガス通路と当該排気ガス通路に隣接する改質ガス通路とが形成された排気浄化手段を備えることを特徴とした請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記改質ガス通路上の少なくとも一部分に前記排気浄化装置の燃料改質触媒を備え、前記改質ガスと共に未改質燃料も発生させるべく前記燃料改質装置の制御を行う制御手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の内燃機関。
【請求項４】
熱交換後の前記改質ガスを貯留する改質ガス貯留タンクと、該改質ガス貯留タンクに所定量の改質ガスが貯留された後で機関始動させる制御手段と、を設けたことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の内燃機関。
【請求項５】
熱交換前の前記改質ガスに対して酸素を供給する酸素供給装置を設けたことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系燃料等の所定の燃料を改質して生成した改質燃料で運転可能な内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料改質装置で所定の燃料から生成した改質ガスを燃焼室に供給し、その改質ガスで運転することによって排気ガス中のＨＣ成分等の有害成分の低減を図る内燃機関が知られている。例えば、この種の内燃機関としては、炭化水素系燃料と空気の混合気を燃料改質装置に供給して高温の改質触媒で改質反応させ、これにより生成された水素ガス及び一酸化炭素ガスが主成分の改質ガスを吸気通路に供給して燃焼室で燃焼させるものが下記の特許文献１に開示されている。尚、この特許文献１においては、改質ガスと排気ガスとの間で熱交換させる技術について開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２３９２０３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、そのようなエミッション性能に優れる内燃機関であっても、機関始動時から暖機運転終了までの間においては、改質ガスのみで運転しても排気ガス中の有害成分を低減させることができず、エミッション性能は改善されない、という不都合があった。特に、かかる不都合は、機関始動直後に顕著に表れる。
【０００５】
具体的に、機関始動直後においては、燃料改質装置に供給される炭化水素系燃料の霧化不良や空気との混合不良が起こり易く、また、改質触媒の担体温度を改質反応し得る所定温度まで上昇させ難いので、炭化水素系燃料が改質触媒で改質されずに残ってしまう。従って、機関始動直後の内燃機関においては、その未改質燃料の燃焼に伴い燃焼室でＨＣ等の有害成分が生成され、排気ガスと共に排出されてしまう。
【０００６】
また、一般に、一酸化炭素ガスは燃焼性に優れる水素ガスと比して燃焼速度が遅いので、改質ガス中に一酸化炭素ガスが含まれていると失火や燃焼不良を引き起こし易く、その際には一酸化炭素ガスが燃焼されずにそのまま排出されてしまう。特に、この内燃機関においては、炭化水素系燃料と空気から生成された改質ガス中に水素ガスと一酸化炭素ガスが略同等の割合で含まれているので、改質ガスと空気からなる混合気の希薄側の燃焼限界が狭く、失火や燃焼不良が起こり易い。
【０００７】
更に、機関始動直後においては、一般に、燃焼室への正確な吸入空気量が計測できないので、改質ガスと空気からなる混合気の空燃比を正確に制御することができず、その空燃比を過濃側に設定して過薄混合気による失火の防止を図らんとする。しかしながら、昨今においては空燃比を希薄側に設定しなければ強化された排気ガス規制に対応することができず、これが為、かかる設定を行う場合には、その混合気の希薄側の燃焼限界が狭いと、失火や燃焼不良が起こり易くなってしまい、一酸化炭素ガスがそのまま排出されてしまう。
【０００８】
このように排気ガス中に有害成分が存在しているときには有害成分を排気浄化触媒で浄化させるのが一般的であるが、一般に、機関始動直後の排気浄化触媒の床温は活性温度に達していないので、機関始動直後に発生した排気ガス中の有害成分を浄化することができず、そのまま外に排出してしまう。
【０００９】
ここで、上記特許文献１においては改質ガスと排気浄化装置よりも上流の排気ガスとの間で熱交換させる技術について開示されているが、かかる技術は燃焼室へと吸入される改質ガスの冷却を目的にしていることからも明らかなように、その開示された構成では改質ガスの熱を利用して排気浄化触媒の床温を十分に温度上昇させることができない。
【００１０】
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、排気浄化触媒を効率良く早期に活性化させることができる内燃機関を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、所定の燃料を燃料改質装置の燃料改質触媒で発熱反応させて改質ガスを生成し、この改質ガスを燃料にして運転可能な内燃機関において、排気経路上の排気浄化装置に、燃料改質装置から供給された改質ガス又は／及び当該排気浄化装置が具備する燃料改質触媒との間にて熱交換可能な排気浄化触媒を設けている。
【００１２】
この請求項１記載の内燃機関においては、高温の改質ガスや改質反応により高温になった燃料改質触媒から低温の排気浄化触媒へと伝熱させることができるので、その排気浄化触媒の床温が排気ガスのみで昇温させるよりも早く温度上昇する。
【００１３】
ここで、上記目的を達成する為、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の内燃機関において、排気浄化触媒を有する排気ガス通路と当該排気ガス通路に隣接する改質ガス通路とが形成された排気浄化手段を排気浄化装置に備えている。
【００１４】
従って、この請求項２記載の内燃機関においては、改質ガス通路を流れる高温の改質ガスによって排気ガス通路の排気浄化触媒の床温を温度上昇させることができる。
【００１５】
また、上記目的を達成する為、請求項３記載の発明では、上記請求項２記載の内燃機関において、その改質ガス通路上の少なくとも一部分に排気浄化装置の燃料改質触媒を備え、更に、改質ガスと共に未改質燃料も発生させるべく燃料改質装置の制御を行う制御手段を設けている。
【００１６】
従って、この請求項３記載の内燃機関においては、改質ガス通路を流れる高温の改質ガスによって排気ガス通路の排気浄化触媒の床温を温度上昇させると共に、その改質ガス通路の燃料改質触媒で起こる未改質燃料の改質時の発熱反応によって当該燃料改質触媒を介して排気ガス通路の排気浄化触媒の床温を温度上昇させる。
【００１７】
また、上記目的を達成する為、請求項４記載の発明では、上記請求項１，２又は３に記載の内燃機関において、熱交換後の改質ガスを貯留する改質ガス貯留タンクと、この改質ガス貯留タンクに所定量の改質ガスが貯留された後で機関始動させる制御手段と、を設けている。
【００１８】
この請求項４記載の内燃機関においては、機関始動前に排気浄化触媒が活性化されるので、機関始動直後から排気ガス中の有害成分を浄化することができる。また、機関始動前に生成された改質ガスを改質ガス貯留タンクに貯留しておくことができるので、その改質ガスの供給路の破損等を防ぐことができる。
【００１９】
また、上記目的を達成する為、請求項５記載の発明では、上記請求項１，２，３又は４に記載の内燃機関において、熱交換前の改質ガスに対して酸素を供給する酸素供給装置を設けている。
【００２０】
この請求項５記載の内燃機関においては、既に高温の改質ガスを燃焼させて更に高温にすることができるので、排気浄化触媒の床温を更に早く温度上昇させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る内燃機関は、高温の改質ガスや燃料改質触媒と排気浄化触媒とが熱交換されるように排気浄化装置を構成しているので、その改質ガスや改質時の燃料改質触媒の熱を有効に利用して排気浄化触媒の早期活性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】
【００２２】
以下に、本発明に係る内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２３】
本発明に係る内燃機関の実施例１を図１から図５に基づいて説明する。
【００２４】
図１の符号１は本実施例１の内燃機関を示す。この内燃機関１は、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄを有する機関本体１０と、その第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室に外部からの空気を供給する吸気経路２０と、その夫々の燃焼室で燃焼させる燃料（ここでは、ガソリン等の炭化水素系燃料）を各々噴射する第１から第４の燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄと、その夫々の燃焼室から排出された排気ガスを大気へと放出する排気経路４０と、所定の燃料から改質燃料を生成して吸気経路２０へと供給する燃料改質装置５０と、を備えている。その第１から第４の燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄには、図１に示す燃料ポンプ６１及び燃料供給通路６２を介して炭化水素系燃料が供給される。
【００２５】
先ず、本実施例１の内燃機関１の吸気経路２０には、外部から空気を吸入して導く吸気通路２１と、その導入した空気から塵埃等の異物を除去するエアクリーナ２２と、外部からの吸入空気量を検出するエアフロメータ２３と、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室への吸入空気量を調節するスロットルバルブ２４と、このスロットルバルブ２４を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ２５と、そのスロットルバルブ２４の開度を検出するスロットル開度センサ２６と、そのスロットルバルブ２４で調節された空気を第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室に導く吸気マニホルド２７と、が設けられている。
【００２６】
ここで、そのエアフロメータ２３やスロットル開度センサ２６の検出信号は、制御手段たる電子制御装置（ＥＣＵ）７０に送信される。従って、この電子制御装置７０においては、エアフロメータ２３の検出信号に基づいて外部からの吸入空気量が算出され、スロットル開度センサ２６の検出信号に基づいてスロットルバルブ２４の開度が検出される。
【００２７】
更に、その電子制御装置７０は、スロットルバルブアクチュエータ２５に対してスロットルバルブ２４の開弁角度の制御指令を行い、その開弁角度に応じた所望の量の空気を第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室内へと吸入させるべくスロットルバルブ２４を開閉駆動させる。
【００２８】
また、本実施例１にあっては、上述した第１から第４の燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄを機関本体１０における第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの夫々の吸気ポートに各々配設する。これが為、この内燃機関１においては、その第１から第４の燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄから噴射された各吸気ポートにおける燃料が空気と共に第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室に各々吸入された後、その夫々の混合気に対して第１から第４の点火プラグ１２ａ〜１２ｄから点火される。ここで、本実施例１の電子制御装置７０は、その第１から第４の燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄの燃料噴射時期等を制御すると共に第１から第４の点火プラグ１２ａ〜１２ｄの点火時期を制御する。尚、その第１から第４の燃料噴射装置３０ａ〜３０ｄについては、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室に夫々直接燃料を噴射させるべく配置してもよい。
【００２９】
この内燃機関１においては、その点火後の筒内ガスが機関本体１０における第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの夫々の排気ポートを介して排気経路４０へと排出される。本実施例１の排気経路４０は、その夫々の排気ポートに排出された排気ガスを一経路に纏める排気マニホルド４１と、その排気ガス中の有害成分の浄化を行う排気浄化手段４２１が具備された排気浄化装置４２と、を備えている。
【００３０】
ところで、一般に、内燃機関においては、水素を燃焼時の燃料として使用することで、炭化水素系燃料を燃焼させるよりも排気ガス中におけるＣＯ（一酸化炭素）成分，ＣＯ2（二酸化炭素）成分やＨＣ（炭化水素）成分等の有害成分を大幅に低減できることが知られている。これ故、排気浄化手段４２１における三元触媒等の排気浄化触媒の床温（以下、「排気触媒担体温度」ともいう。）が活性温度に達していないが為に排気ガス中の有害成分を浄化し難い状況下においては、その有害成分の排出それ自体を抑えることのできる水素による燃焼がエミッション性能を向上させる上で効果的である。そのような状況下としては、機関始動時等の機関冷間時が代表的であるが、一旦活性化された排気浄化装置４２の排気触媒担体温度が例えば軽負荷運転等によって活性温度よりも低くなってしまったときも含まれる。
【００３１】
従って、本実施例１にあっては、その排気浄化装置４２が活性化していない状況下において、上述した燃料改質装置５０で改質燃料としての水素ガスを生成し、これを燃焼時の燃料にして運転が行えるように構成する。本実施例１においては、炭化水素系燃料を改質反応させることによって水素ガスを生成させる。この燃料改質装置５０は当該技術分野における周知の構成により構築し得るものであり、例えば、本実施例１にあっては、炭化水素系燃料と酸素の混合気を水素ガス及び一酸化炭素ガスを主成分とした改質ガスへと改質し、これが吸気経路２０に供給される以下に示す構成のものを適用する。以下に、本実施例１の燃料改質装置５０について詳述する。
【００３２】
本実施例１の燃料改質装置５０は、炭化水素系燃料と空気（酸素）から水素ガス及び一酸化炭素ガスが主成分の改質ガスを生成する燃料改質手段５１と、この燃料改質手段５１に炭化水素系燃料を供給する燃料供給手段５２と、その燃料改質手段５１に空気を供給する空気供給手段５３と、その燃料改質手段５１で生成された改質ガスを吸気経路２０側へと導く改質ガス供給路５４と、を備えている。
【００３３】
具体的に、その燃料改質手段５１には、図２に示す如く、燃料供給手段５２から供給された炭化水素系燃料と空気供給手段５３から供給された空気が混合される混合部５１ａと、その炭化水素系燃料と空気（酸素）の混合気を改質反応させて水素ガス及び一酸化炭素ガスが主成分の改質ガスを生成する燃料改質触媒５１ｂと、が設けられている。ここで、本実施例１の燃料改質触媒５１ｂとしては、ヒータ等の加熱手段（図示略）を用いて触媒担体を加熱し、その触媒担体を改質反応可能な所定の温度まで昇温させることによって改質反応が始まる所謂電気加熱式の改質触媒を利用する。従って、本実施例１の燃料改質手段５１には、その加熱手段に対して電源（例えば、図２に示す車輌のバッテリ８１）からの電力を供給する電極５１ｃと、この電極５１ｃへの通電／非通電を切り替えるオンオフ切替スイッチ５１ｄと、が設けられている。尚、その加熱手段としては、バーナー等を使用してもよい。
【００３４】
また、本実施例１の燃料供給手段５２としては、例えば、図１に示す燃料ポンプ６１及び燃料供給通路６３を介して供給された炭化水素系燃料を混合部５１ａに噴射させる所謂燃料噴射弁を用いる。
【００３５】
更にまた、本実施例１の空気供給手段５３としては、空気を圧送するポンプ５３ａと、このポンプ５３ａから吐出された空気を混合部５１ａへと導く空気供給路５３ｂと、この空気供給路５３ｂ上に配備されて混合部５１ａへの空気供給量を調節する空気供給量調節弁５３ｃと、を備えて構成させる。
【００３６】
ここで、本実施例１の燃料改質装置５０においては、改質ガス供給路５４の改質ガスが第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの各燃焼室へと個別に供給されるように、図１に示す如く、その第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄに各々対応させて第１から第４の改質ガス供給装置５５ａ〜５５ｄを設けている。これら第１から第４の改質ガス供給装置５５ａ〜５５ｄは、吸気マニホルド２７における第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの各分流通路に配備する。
【００３７】
本実施例１の燃料改質装置５０は、電子制御装置７０の指示に従い改質ガスの生成を実行して、その改質ガスを第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室に供給する。
【００３８】
具体的に、その電子制御装置７０は、改質ガスの生成が求められたときにオンオフ切替スイッチ５１ｄを通電側に切り替えて、燃料改質触媒５１ｂを所定の温度まで上昇させる。そして、この電子制御装置７０は、燃料供給手段５２と空気供給手段５３（ポンプ５３ａ及び空気供給量調節弁５３ｃ）の動作を制御して、所望の改質ガスの生成量に応じた量の炭化水素系燃料と空気を混合部５１ａに供給させる。これにより、この燃料改質装置５０においては、その炭化水素系燃料と空気の混合気が燃料改質触媒５１ｂで改質反応を起こして、水素ガス及び一酸化炭素ガスを主成分とした改質ガスが生成される。しかる後、この燃料改質装置５０は、電子制御装置７０により第１から第４の改質ガス供給装置５５ａ〜５５ｄが駆動制御されることによって吸気マニホルド２７の夫々の分流通路に改質ガスを供給する。その改質ガスは、夫々の分流通路上の空気と共に第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄへと吸入された後に燃焼させられる。
【００３９】
このような構成からなる本実施例１の内燃機関１においては、その燃料改質装置５０を作動させて改質ガスで運転することによって、排気ガス中の有害成分を大幅に低減させることができる。これが為、排気浄化装置４２が活性化していない状況下においては、かかる改質ガスでの運転を実行させることによって良好なエミッション性能を確保することができるようになる。
【００４０】
ここで、かかる状況下であっても、例えば運転者が望む運動性能等の運転条件や走行環境などによっては、改質ガスでの運転よりも炭化水素系燃料で運転させる方が好ましい場合がある。しかしながら、近年においては年を追う毎に排気ガス規制が強化されていく傾向にあり、かかる状況下においてエミッション性能を犠牲にしてまで炭化水素系燃料で運転させることは望ましくない。その一方で、炭化水素系燃料での運転が望まれているにも拘わらず改質ガスで運転し続けることも好ましくはなく、少しでも早く炭化水素系燃料を用いて運転できるようにすることが望ましい。
【００４１】
また、燃料改質装置５０の起動直後においては、供給される炭化水素系燃料の霧化不良や空気との混合不良が起こり易いのでこれらの混合気の空燃比を制御し難く、更に、燃料改質触媒５１ｂの床温を改質反応可能な所定温度まで上昇させ難いので、全ての炭化水素系燃料を改質しきれない場合がある。これが為、かかる場合にはその未改質燃料が燃焼室で燃焼されて有害成分を生成してしまうので、排気浄化装置４２が活性化していない状況下においては、その有害成分を排気浄化装置４２で浄化させることができず、エミッション性能を悪化させてしまう。
【００４２】
従って、この内燃機関１においては、これらの事象に対して良好に対応させるべく、排気浄化装置４２の排気触媒担体温度を素早く活性温度（凡そ３５０℃以上）まで上昇させるように構成する。具体的に、上述したが如き燃料改質装置５０の燃料改質触媒５１ｂで起こる改質反応は発熱反応であり、これを経て生成された改質ガスは高温（凡そ９５０℃位）になっているので、この高温の改質ガスの熱を利用することによって排気浄化装置４２の排気触媒担体温度は、排気ガスのみで昇温させるよりも温度上昇させ易くなる。そこで、この内燃機関１においては、その高温の改質ガスと排気浄化触媒との間で熱交換できるように排気浄化装置４２を構成する。
【００４３】
以下に、図３から図５を用いて本実施例１の具体的な排気浄化装置４２の構成を詳述する。その図３における符号４２Ａは本実施例１の排気浄化装置を示し、その各図における符号４２１Ａは本実施例１の排気浄化手段を示す。
【００４４】
本実施例１の排気浄化装置４２Ａは、図４に示すハニカム状の排気ガス通路４２１ａが形成された排気浄化手段４２１Ａにおいて排気ガス中の有害成分を浄化させるものである。従って、その排気浄化手段４２１Ａの各排気ガス通路４２１ａには排気浄化触媒が配設されており、本実施例１にあっては、その各排気ガス通路４２１ａの排気浄化触媒と改質ガスとの間での熱交換を実現させる為に、その各排気ガス通路４２１ａの近傍で改質ガスを流動させる複数の改質ガス通路４２１ｂを排気浄化手段４２１Ａに設ける。
【００４５】
具体的に、本実施例１の排気浄化手段４２１Ａにおいては、ハニカム状の排気ガス通路４２１ａの夫々の内壁面に所定の活性温度（凡そ３５０℃以上）で排気ガス中の有害成分を浄化させる排気浄化触媒を配設（例えば、コーティング）し、その各排気ガス通路４２１ａと互いに隣接するようにハニカム状の改質ガス通路４２１ｂを形成する。例えば、この排気浄化手段４２１Ａとしては、図４に示す如く、各排気ガス通路４２１ａと各改質ガス通路４２１ｂを夫々が隣接するよう略直交させ且つ図４の紙面上下方向で交互に配置した所謂クロスフロー型の排気浄化用触媒担体が考えられる。
【００４６】
この種の排気浄化手段４２１Ａは、図５に示す如く、平面間に所定の間隔を設けて配置した複数枚の平箔４２１Ａ1とその夫々の間に交互に配設した第１及び第２の波箔４２１Ａ2，４２１Ａ3とで構成する。ここでは、その第１波箔４２１Ａ2と第２波箔４２１Ａ3を夫々の波形が直交するように配置して、その第１波箔４２１Ａ2の波形の両面とこれを挟持する２枚の平箔４２１Ａ1の平面とで囲まれた複数の空間を各々排気ガス通路４２１ａとし、その第２波箔４２１Ａ3の波形の両面とこれを挟持する２枚の平箔４２１Ａ1の平面とで囲まれた複数の空間を各々改質ガス通路４２１ｂとする。即ち、この排気浄化手段４２１Ａは、１枚の第１波箔４２１Ａ2によって形成された複数の排気ガス通路４２１ａを有するハニカム層と１枚の第２波箔４２１Ａ3によって形成された複数の改質ガス通路４２１ｂを有するハニカム層の多層構造になっている。この排気浄化手段４２１Ａにおいては、第１波箔４２１Ａ2の波形の両面とこれら各両面に対向する平箔４２１Ａ1の平面に排気浄化触媒を配設する。
【００４７】
従って、本実施例１にあっては、そのような排気ガス通路４２１ａと改質ガス通路４２１ｂを有する排気浄化手段４２１Ａによって、改質ガス通路４２１ｂを流れる高温の改質ガスの熱が平箔４２１Ａ1を介して排気浄化触媒へと伝わり、この排気浄化触媒の床温を素早く上昇させることができる。
【００４８】
ここで、この排気浄化手段４２１Ａは、最も外側（図４の紙面上下方向の外側）の両端の平箔４２１Ａ1に各々第２波箔４２１Ａ3を挟持させて、改質ガス通路４２１ｂを排気ガス通路４２１ａよりも外側に位置させるよう構成することが好ましい。これにより、この排気浄化手段４２１Ａの全ての排気ガス通路４２１ａを改質ガス通路４２１ｂで挟み込むことができるので、排気浄化手段４２１Ａの外部の雰囲気温度による排気浄化触媒の冷却を抑制し、全ての排気ガス通路４２１ａの排気浄化触媒の床温を均等に昇温させることができる。
【００４９】
更に、この排気浄化手段４２１Ａは、排気ガス通路４２１ａのハニカム層の高さｈ１（＝第１波箔４２１Ａ2の最大厚さ）が改質ガス通路４２１ｂのハニカム層の高さｈ２（＝第２波箔４２１Ａ3の最大厚さ）よりも高くなるように構成することが好ましい。これにより、排気ガス通路４２１ａの断面積を大きくすることができるので、排圧低減による機関出力の向上が可能になる。例えば、生成された改質ガスの空燃比が「５」のときに夫々の燃焼室に対して空気で希釈して空燃比１５以上の改質ガスの混合気を供給すると、その改質ガスの量は燃焼室から排出された排気ガスの約１／３以下になる。
【００５０】
また、本実施例１の排気浄化装置４２Ａは、燃料改質装置５０で生成された改質ガスを改質ガス通路４２１ｂへと導く為、燃料改質手段５１と改質ガス供給路５４の間に介装する。これにより、温度低下が極力抑えられた高温（凡そ９５０℃位）の改質ガスを排気浄化手段４２１Ａの改質ガス通路４２１ｂに流入させることができるので、より早く排気浄化触媒の床温を上昇させることができる。
【００５１】
ここで、その改質ガス通路４２１ｂを通過した改質ガスは、第１から第４の改質ガス供給装置５５ａ〜５５ｄから吸気マニホルド２７の夫々の分流通路に噴射され、空気と共に第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄに吸入されて燃焼される。従って、この内燃機関１においては、その燃焼後の排気ガス中の有害成分が上述したが如く大幅に低減されているので良好なエミッション性能を確保することができる。一方、そのような排気ガスであっても例えば上述した未改質燃料等によって有害成分が存在してしまう場合もあるが、この内燃機関１においては、高温の改質ガスによって排気浄化装置４２Ａの早期活性化が図られているので、その有害成分を早い段階から浄化することができる。
【００５２】
以上示した如く、本実施例１の内燃機関１においては、高温の改質ガスの熱を排気浄化触媒に伝熱させる構成を採っているので、その排気浄化触媒の床温を排気ガスのみで昇温させるよりも早く活性温度まで温度上昇させて、排気浄化装置４２Ａの早期活性化を図ることができる。従って、この内燃機関１においては、仮に改質ガスでの運転で有害成分が生成されたとしてもこれを排気浄化装置４２Ａで浄化することができ、また、早期に炭化水素系燃料での燃焼へと切り替えることもできるので、所望の運転条件等に応じた最適な燃焼制御の実現が可能になる。
【００５３】
また、この種の内燃機関１においては、改質ガスを高温のままで燃焼室に吸入させると、吸入効率が悪化して出力低下等の不都合を招来してしまうので、その改質ガスを冷却させる冷却器等が具備されるのが一般的である。しかしながら、この内燃機関１では、排気浄化手段４２１Ａにおいて高温の改質ガスの熱が排気浄化触媒や排気ガスに吸熱されるので、その改質ガスを改めて冷却することなく各燃焼室へと送ることができ、部品点数の削減やコスト低減という効果をも得ることができる。
【００５４】
ところで、排気浄化装置４２Ａが上記の如き構成によって早期に活性化されるとはいっても、改質ガスが生成され始めた機関始動直後においては、即座に排気浄化触媒を活性温度まで上昇させることができるとは限らない。
【００５５】
そこで、本実施例１の内燃機関１においては、機関始動前に排気浄化装置４２Ａを活性化させ、活性化後に機関始動させる機関始動前の暖機制御機能を電子制御装置７０に設けることが好ましい。
【００５６】
この機関始動前の暖機制御機能とは、例えば機関始動前のイグニッションＯＮ信号等を検知した際に燃料改質装置５０を作動させ、機関始動前に高温の改質ガスを生成させるよう構成したものである。これにより、この内燃機関１においては、その生成された改質ガスが排気浄化手段４２１Ａの改質ガス通路４２１ｂを通過して排気浄化触媒の床温を上昇させることができるので、排気浄化装置４２Ａの機関始動前の活性化が可能になる。
【００５７】
ここで、かかる時点においては、内燃機関１が未だ始動していないので、その熱交換後の改質ガスは改質ガス供給路５４上で行き場を失う。これが為、このままでは、生成された改質ガスが改質ガス通路４２１ｂに流入しなくなり、排気浄化触媒の床温を上昇させることができなくなる。更に、改質ガスの生成量の増加に伴って内圧が上昇し、改質ガス供給路５４が破損してしまう虞もある。従って、機関始動前の暖機制御を実行させるべく内燃機関１を構成する場合には、その熱交換後の改質ガスを貯留する図１に示す改質ガス貯留タンク５６を改質ガス供給路５４上に設ける。これにより、機関始動前の排気浄化装置４２Ａの早期活性化を確実に実行することができ、更に、改質ガス供給路５４の破損等を防ぐこともできる。
【００５８】
更に、この機関始動前の暖機制御機能においては、その排気浄化装置４２Ａが活性化した後で内燃機関１を始動させるべく構成されている。これが為、かかる暖機制御においては、その活性化について判別可能な活性化判別条件が設定されている。
【００５９】
その活性化判別条件としては、温度センサ（図示略）で直接検出した排気浄化触媒の床温を利用するのが最も精度が高く確実であるが、その排気浄化触媒の床温について推定可能な排気ガス温度を利用することもできる。例えば、排気浄化手段４２１Ａの排気ガス通路４２１ａを通過した排気ガスの温度を図１に示す排気温センサ４３から検出し、その排気ガス温度が予め実験等で求めた所定値以上であれば排気浄化装置４２Ａの活性化と判断させる。尚、その排気ガス温度と排気浄化触媒の床温は略同じ温度であるので、その所定値については排気浄化触媒の活性温度を設定してもよい。
【００６０】
また、改質ガスの生成量やこれと同量である改質ガス貯留タンク５６への改質ガスの貯留量を検知し、これが予め実験等で求めた所定量以上になったときに排気浄化装置４２Ａの活性化と判断させてもよい。その改質ガスの生成量については、燃料供給手段５２と空気供給手段５３の炭化水素系燃料と空気の供給量から検知することができる。また、改質ガスの貯留量については、その生成量を用いて検知することもでき、改質ガス貯留タンク５６に設けたセンサを利用して検知することもできる。例えば、改質ガス貯留タンク５６への改質ガスの流入量を検出する流量センサを設け、その流入量の積算値から改質ガスの貯留量を検知してもよい。また、改質ガス貯留タンク５６の内圧を検出する圧力センサを設け、その圧力値から改質ガスの貯留量を推定してもよい。
【００６１】
かかる内燃機関１においては、そのような機関始動前の暖機制御を行うことによって、機関始動直後から即座に排気浄化装置４２Ａで排気ガス中の有害成分を浄化することができるようになる。
【００６２】
一方、例えば再始動時等の状況においては既に排気浄化装置４２Ａが活性化していることもあるので、そのような状況では、あえて機関始動前に暖機制御を行う必要はない。また、長時間の軽負荷運転等によって排気浄化触媒の床温が活性温度よりも低くなってしまうこともあり、かかる場合には、エミッション性能の悪化を抑制する為に再び暖機制御を行うべきである。他方、その暖機制御を継続し続けた場合には、排気浄化触媒の床温が過剰なまでに上昇して破損等を引き起こす虞がある。
【００６３】
そこで、本実施例１の内燃機関１においては、排気浄化装置４２Ａに対しての暖機制御の実行期間を次のように定めて制御することが好ましい。
【００６４】
例えば、ここでは、排気温センサ４３の検出値から推定した排気浄化触媒の床温が第１所定値以下のときに暖機制御を実行させ、その床温が第２所定値以上のときに暖機制御を停止させるべく電子制御装置７０の暖機制御機能を構築する。その第１所定値としては、排気浄化触媒の活性温度（例えば、３５０℃）を設定する。一方、その第２所定値としては、暖機制御の停止後直ぐに排気浄化触媒の床温が低下する場合も想定できるので、その活性温度よりも高めの温度（例えば、４５０℃）を設定する。
【００６５】
これにより、この内燃機関１においては、機関始動時等の機関冷間時（上述した機関始動前の暖機制御を行う場合には機関始動前）に排気浄化触媒の床温が第１所定値以下になっていれば、改質ガスを生成して排気浄化装置４２Ａの暖機制御を行い、その排気浄化装置４２Ａを早期活性化させる。
【００６６】
また、この内燃機関１においては、排気浄化触媒の床温が第２所定値以上になったときに暖機制御を停止して炭化水素系燃料での運転に切り替える。その後、その炭化水素系燃料の燃焼により有害成分が生成されるが、ここでは排気浄化装置４２Ａが活性化しているので、その有害成分は排気浄化装置４２Ａにて浄化される。
【００６７】
また、この内燃機関１においては、長時間の軽負荷運転等によって排気浄化触媒の床温が第１所定値以下になったときに、炭化水素系燃料での運転から改質ガスでの運転に切り替え、再び排気浄化装置４２Ａの暖機制御を実行する。これが為、その排気浄化装置４２Ａにおいては、排気浄化触媒の床温が活性温度以上にまで上昇して再び活性化させられる。ここで、その第１所定値を排気浄化触媒の活性温度よりも少し高い温度（例えば、３６０℃）に設定してもよく、これによって排気浄化触媒の床温が活性温度以下に低下する前に暖機制御が行えるので、排気浄化装置４２Ａの活性状態の維持が可能になり好ましい。
【００６８】
このように、暖機制御の実行期間を上記の如く設定することによって、排気浄化装置４２Ａの早期活性化を図りつつその活性状態を保つことができるので、内燃機関１の運転中の良好なエミッション性能を確保し続けることが可能になる。また、改質ガスでの運転は有害成分の生成が低減される一方で燃料消費率の悪化を招いてしまうが、ある時期（排気浄化触媒の床温が第２所定値以上になったとき）に暖機制御を停止して炭化水素系燃料での運転に切り替えるので、燃料消費率の悪化を抑えつつ良好なエミッション性能を確保することができる。また、暖機制御を停止させることによって排気浄化装置４２Ａの過熱を抑制し、その破損等を防止することができるようになる。
【実施例２】
【００６９】
次に、本発明に係る内燃機関の実施例２を同じく図１から図５に基づいて説明する。
【００７０】
本実施例２は、前述した実施例１の内燃機関１において、排気浄化装置４２Ａを以下に示す排気浄化装置４２Ｂに置き換え、燃料改質装置５０の燃料改質手段５１の容量（単位時間当たりの改質ガスの生成可能容量）を実施例１よりも小さくしたものである。
【００７１】
本実施例２の排気浄化装置４２Ｂは、実施例１の排気浄化装置４２Ａが具備している排気浄化手段４２１Ａを排気浄化手段４２１Ｂへと変更したものである。この排気浄化手段４２１Ｂは、具体的に、実施例１の排気浄化手段４２１Ａにおいて、各改質ガス通路４２１ｂの内壁面に燃料改質手段５１の燃料改質触媒５１ｂと同じ燃料改質触媒を配設（例えば、コーティング）したものである。この排気浄化手段４２１Ｂにおいては、第２波箔４２１Ａ3の波形の両面とこれら各両面に対向する平箔４２１Ａ1の平面に燃料改質触媒を配設している。
【００７２】
ここで、本実施例２にあっては、燃料改質手段５１の混合部５１ａに対する炭化水素系燃料と空気の供給量は実施例１と同量であるものとする。この本実施例２の内燃機関１においては、その炭化水素系燃料と空気の混合気の一部が小容量の燃料改質手段５１で改質ガスへと改質され、その改質ガスと残りの未改質の炭化水素系燃料及び空気の混合気が排気浄化手段４２１Ｂの各改質ガス通路４２１ｂへと流入する。
【００７３】
その際、本実施例２の排気浄化手段４２１Ｂにおいては、流入してきた高温の改質ガスが実施例１と同様に排気ガス通路４２１ａの排気浄化触媒との間の熱交換に供され、その排気浄化触媒の床温を上昇させる。また、本実施例２の排気浄化手段４２１Ｂにおいては、各改質ガス通路４２１ｂに燃料改質触媒を設けているので、夫々の改質ガス通路４２１ｂで未改質の炭化水素系燃料と空気の混合気が改質反応を起こして改質ガスを生成する。これが為、この排気浄化手段４２１Ｂにおいては、その各改質ガス通路４２１ｂで生成された高温の改質ガスによって排気浄化触媒の床温を上昇させ、更に、その夫々の改質ガス通路４２１ｂにおいての改質時の発熱反応によって燃料改質触媒が直接的に平箔４２１Ａ1を加熱して排気浄化触媒の床温を上昇させる。
【００７４】
その夫々の改質ガス通路４２１ｂにおいての発熱反応やこれにより生成された改質ガスの熱量は、燃料改質手段５１から流入してきた改質ガスの熱量よりも大きい。従って、本実施例２の内燃機関１によれば、実施例１と同様の効果を奏するだけでなく、その実施例１よりも大きな熱量で排気浄化触媒と熱交換されるので、その排気浄化触媒の床温を更に早く活性温度まで上昇させ、より早期に排気浄化装置４２Ｂを活性化させることができる。これが為、この内燃機関１においては、より早期に炭化水素系燃料での燃焼へと切り替えることができるので、所望の運転条件等に応じた更に最適な燃焼制御の実現が可能になる。
【００７５】
また、本実施例２にあっては、燃料改質手段５１の容量を実施例１よりも小さくしている（換言すれば、熱容量を実施例１よりも小さくしている）ので、コストの低減効果を得られるだけでなく、燃料改質触媒５１ｂの初期加熱時の投入電力を低減することもできる。
【００７６】
尚、本実施例２の内燃機関１は、実施例１と同じ容量の燃料改質手段５１を適用してもよく、かかる場合には混合部５１ａへの炭化水素系燃料と空気の供給量を実施例１よりも増加させる。
【００７７】
ところで、この本実施例２の内燃機関１においても、実施例１にて説明した機関始動前の暖機制御を実行してもよく、また、実施例１と同様の実行期間を設定して排気浄化装置４２Ｂの暖機制御を実行してもよい。
【００７８】
また、本実施例２の夫々の改質ガス通路４２１ｂには改質ガスを供給せずに炭化水素系燃料と空気（酸素）を供給し、その通路上の燃料改質触媒においての改質反応のみを利用して排気浄化触媒の早期活性化を図ってもよい。
【実施例３】
【００７９】
次に、本発明に係る内燃機関の実施例３を同じく図１から図５に基づいて説明する。
【００８０】
本実施例３は、前述した実施例１の内燃機関１において、排気浄化装置４２Ａを以下に示す排気浄化装置４２Ｃに置き換えたものである。
【００８１】
前述したが如く、燃料改質装置５０の燃料改質手段５１において全ての炭化水素系燃料が改質しきれないことがあり、かかる場合には、その未改質の炭化水素系燃料が燃焼室で燃焼されて有害成分を生成してしまう。従って、前述した実施例１の内燃機関１であっても、排気浄化装置４２Ａが活性化するまでは、その有害成分を排気浄化装置４２Ａで浄化させることができずに大気へと放出してしまう。
【００８２】
また、その実施例１の内燃機関１においては、機関始動前の暖機制御を実行すればその有害成分を排気浄化装置４２Ａで浄化できるようになるが、改質ガス（水素ガス）に比べて燃焼性に劣り且つ着火限界の狭い未改質燃料が多量に発生してしまうと、夫々の燃焼室に吸入される混合気中の水素ガス濃度が低下して、失火等の燃焼不良が起こり、トルク変動を生じさせる可能性がある。
【００８３】
そこで、本実施例３の内燃機関１においては、第１から第４の気筒１１ａ〜１１ｄの夫々の燃焼室よりも上流に、その未改質燃料（炭化水素系燃料）の流量を低減させる未改質燃料流量調節手段を配備する。本実施例３にあっては、その未改質燃料流量調節手段を排気浄化装置４２Ｃに設ける。
【００８４】
本実施例３の排気浄化装置４２Ｃは、実施例１の排気浄化装置４２Ａが具備している排気浄化手段４２１Ａを排気浄化手段４２１Ｃへと変更したものであり、その排気浄化手段４２１Ｃに未改質燃料流量調節手段を配備している。具体的に、この排気浄化手段４２１Ｃは、実施例１の排気浄化手段４２１Ａにおいて、未改質燃料流量調節手段としてのＨＣ吸着剤を各改質ガス通路４２１ｂの内壁面に配設（例えば、コーティング）したものである。そのＨＣ吸着剤としては、未改質燃料（炭化水素系燃料）を吸着させる一方で改質ガスを透過させることが可能なゼオライト等を使用する。
【００８５】
これにより、燃料改質手段５１から排出された改質ガスは、排気浄化手段４２１Ｃの排気浄化触媒を暖めながら改質ガス通路４２１ｂを通過して燃焼室に送られる。
【００８６】
一方、燃料改質手段５１から排出された未改質燃料は、その改質ガス通路４２１ｂのＨＣ吸着剤に吸着される。これが為、本実施例３の内燃機関１においては、夫々の燃焼室に未改質燃料が吸入されなくなるので、排気浄化装置４２Ｃの活性化前であっても良好なエミッション性能を確保することができ、更に、失火等の燃焼不良を抑制してトルク変動を防ぐことができる。
【００８７】
また、この吸着された未改質燃料は、排気浄化手段４２１Ｃの温度上昇に伴い所定の温度に達したＨＣ吸着剤から徐々に脱離して、少しずつ燃焼室に送られる。これが為、本実施例３の内燃機関１においては、その燃焼室内に未改質燃料が吸入されたとしても混合気中の水素ガス濃度が極端に低下しないので、失火等の燃焼不良を抑制してトルク変動を防ぐことができる。更に、この内燃機関１においては、その脱離した未改質燃料が夫々の燃焼室において燃焼されて有害成分を生成するが、そのような脱離現象が生じるときには既に排気浄化触媒が活性温度に達するに十分な時間が経過しており、その有害成分は排気浄化触媒によって浄化することができるので、エミッション性能の悪化を招くことはない。
【００８８】
以上示した如く、本実施例３の内燃機関１によれば、実施例１と同様の効果を奏するだけでなく、未改質燃料に起因する失火等の燃焼不良を抑制しながらも良好なエミッション性能を確保することができる。
【００８９】
ところで、この本実施例３の内燃機関１においても、実施例１にて説明した機関始動前の暖機制御を実行してもよく、また、実施例１と同様の実行期間を設定して排気浄化装置４２Ｃの暖機制御を実行してもよい。
【実施例４】
【００９０】
次に、本発明に係る内燃機関の実施例４を図１，図２及び図４から図６に基づいて説明する。
【００９１】
本実施例４は、前述した実施例１の内燃機関１において、排気浄化装置４２Ａを以下に示す排気浄化装置４２Ｄに置き換えたものである。
【００９２】
本実施例４の排気浄化装置４２Ｄは、前述した実施例２，３の夫々の排気浄化装置４２Ｂ，４２Ｃの効果を同時に実現させるべく、実施例１の排気浄化装置４２Ａにおける排気浄化手段４２１Ａを図６に示す排気浄化手段４２１Ｄへと変更したものである。具体的に、この排気浄化手段４２１Ｄは、実施例１の排気浄化手段４２１Ａにおいて、夫々の改質ガス通路４２１ｂの内壁面における改質ガス入口側（改質ガスの流動方向に対する上流側）に実施例２と同様の燃料改質触媒４４を配設（例えば、コーティング）し、その内壁面における改質ガス出口側（改質ガスの流動方向に対する下流側）に実施例３と同様のＨＣ吸着剤等の未改質燃料流量調節手段４５を配設（例えば、コーティング）したものである。
【００９３】
従って、本実施例４においては、実施例２と同様に、燃料改質手段５１の容量を小さくする又は混合部５１ａへの炭化水素系燃料と空気の供給量を増加させる。
【００９４】
この本実施例４の内燃機関１によれば、燃料改質手段５１で生成された改質ガスは排気浄化手段４２１Ｄの夫々の改質ガス通路４２１ｂを通過して排気浄化触媒の床温を上昇させる。
【００９５】
一方、この本実施例４の内燃機関１においては、燃料改質手段５１で改質されずに残った未改質燃料と空気の混合気も各改質ガス通路４２１ｂに流入する。そして、その各改質ガス通路４２１ｂにおいては、その混合気が先ず上流側の燃料改質触媒４４にて改質反応を起こし、実施例２と同様に、これにより生成された改質ガスの熱と改質時の発熱反応によって排気浄化触媒の床温を上昇させる。また、この各改質ガス通路４２１ｂにおいては、その上流側での改質反応によっても改質しきれなかった未改質燃料が存在する場合、その未改質燃料を下流側の未改質燃料流量調節手段（ＨＣ吸着剤）４５が吸着する。
【００９６】
従って、この本実施例４の内燃機関１によれば、実施例２，３の夫々の効果を得ることができるので、より早期に排気浄化装置４２Ｄを活性化させながらも、未改質燃料に起因する失火等の燃焼不良を抑制しつつ良好なエミッション性能を確保することができるようになる。
【００９７】
ところで、この本実施例４の内燃機関１においても、実施例１にて説明した機関始動前の暖機制御を実行してもよく、また、実施例１と同様の実行期間を設定して排気浄化装置４２Ｄの暖機制御を実行してもよい。
【実施例５】
【００９８】
次に、本発明に係る内燃機関の実施例５を図１，図２，図４，図５及び図７に基づいて説明する。
【００９９】
本実施例５は、前述した夫々の実施例１〜４の内燃機関１において、各々の排気浄化装置４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄを以下に示す排気浄化装置４２Ｅに置き換えて、この排気浄化装置４２Ｅと燃料改質装置５０の位置関係を図７に示す如く変更したものである。従って、本実施例５の排気浄化装置４２Ｅには、その各実施例１〜４の排気浄化手段４２１Ａ，排気浄化手段４２１Ｂ，排気浄化手段４２１Ｃ又は排気浄化手段４２１Ｄの内の何れか１つが配備されている。
【０１００】
一般に、排気浄化装置の排気浄化触媒の容量は、全ての燃焼室から最大量の排気ガスが排出された際にもその中の有害成分が確実に浄化されるように設定している。一方、機関始動時から暖機運転終了までの間においては、その最大量に比べて排気ガスの排出量は少なく、その少ない排出量の排気ガス中の有害成分が浄化できればよい。従って、その間においては、必ずしも全体の排気浄化触媒が活性温度に達している必要はない。
【０１０１】
そこで、本実施例５にあっては、その機関始動時から暖機運転終了までの間の排気ガスの排出量に見合う一部の排気浄化触媒を対象にして暖機制御できるように排気浄化装置４２Ｅと燃料改質装置５０の位置関係を設定する。
【０１０２】
ここで、排気浄化手段４２１Ａ（排気浄化手段４２１Ｂ，４２１Ｃ，４２１Ｄ）における排気ガスの流動方向に対して上流側の排気浄化触媒の床温を上昇させた場合には、排気ガスがそこを通過しながら温度上昇し、その排気ガスによって下流側の排気浄化触媒も暖めることができる。また、その上流側の排気浄化触媒を暖めることによって、燃焼室から排出された排気ガスを高温のまま更に昇温させることができ、全体の排気浄化触媒の温度上昇を早めることができる。
【０１０３】
従って、本実施例５にあっては、その上流側の排気浄化触媒が先に活性化されるように排気浄化装置４２Ｅと燃料改質装置５０の位置関係を設定する。具体的には、図７に示す如く、燃料改質手段５１と改質ガス供給路５４の間に排気浄化手段４２１Ａ（排気浄化手段４２１Ｂ，４２１Ｃ，４２１Ｄ）の上流側の端部を配置し、その上流側の端部における夫々の改質ガス通路４２１ｂを介して燃料改質手段５１と改質ガス供給路５４を連通させる。
【０１０４】
この本実施例５の内燃機関１においては、燃料改質手段５１で生成された改質ガスが排気浄化手段４２１Ａ（排気浄化手段４２１Ｂ，４２１Ｃ，４２１Ｄ）における上流側の端部の各改質ガス通路４２１ｂに流入する。ここで、排気浄化手段４２１Ｂ，４２１Ｄを有する排気浄化装置４２Ｅの場合には、実施例２，４と同様に、燃料改質手段５１から改質ガスと共に未改質燃料も排出されるように混合部５１ａへの炭化水素系燃料と空気の供給量を調節する。
【０１０５】
これにより、その排気浄化手段４２１Ａ（排気浄化手段４２１Ｂ，４２１Ｃ，４２１Ｄ）においては、高温の改質ガスの熱が平箔４２１Ａ1を介して各排気ガス通路４２１ａにおける上流側の端部の排気浄化触媒に伝わり、その排気浄化触媒の床温を上昇させる。また、排気浄化手段４２１Ｂ，４２１Ｄを有する排気浄化装置４２Ｅの場合には、実施例２，４と同様に、その上流側の端部における各改質ガス通路４２１ｂの燃料改質触媒にて未改質燃料と空気の混合気が改質反応を起こし、その上流側の端部の排気浄化触媒の床温を更に上昇させる。
【０１０６】
ここで、本実施例５にあっては、改質ガスで暖める排気浄化触媒の分量（即ち、熱容量）が前述した各実施例１〜４よりも少ないので、各実施例１〜４と同量の改質ガスが排気浄化手段４２１Ａ（排気浄化手段４２１Ｂ，４２１Ｃ，４２１Ｄ）に供給されるのであれば、その上流側の端部の排気浄化触媒をより早く昇温することができる。
【０１０７】
尚、排気浄化手段４２１Ｃ，４２１Ｄを有する排気浄化装置４２Ｅの場合には、実施例３，４と同様に、その上流側の端部における各改質ガス通路４２１ｂの未改質燃料流量調節手段（ＨＣ吸着剤）に未改質燃料が吸着される。
【０１０８】
ところで、この排気浄化手段４２１Ａ（排気浄化手段４２１Ｂ，４２１Ｃ，４２１Ｄ）においては、その排気浄化触媒の床温の上昇に伴って各排気ガス通路４２１ａの上流側の端部を流れる排気ガスの温度も上昇する。この排気ガスの温度上昇には、排気浄化触媒からの伝熱によるものと、浄化反応する際の反応温度によるものがある。これが為、この排気浄化手段４２１Ａ（排気浄化手段４２１Ｂ，４２１Ｃ，４２１Ｄ）においては、その温度上昇した排気ガスが各排気ガス通路４２１ａの下流側へと流れた際に、その下流側の各排気ガス通路４２１ａの排気浄化触媒も暖める。
【０１０９】
従って、この本実施例５の内燃機関１においては、少量の排気ガスの排出量に応じた一部の排気浄化触媒が先に活性化し、その後で残りの排気浄化触媒が活性化する。特に、ここでは、上流側の排気浄化触媒を活性化させた後で下流側の排気浄化触媒を活性化させるので、燃料改質手段５１で生成された改質ガスと各燃焼室から排出された排気ガスの夫々の熱量を無駄にすることなく全体の排気浄化触媒が早期に活性化する。これが為、機関始動時から内燃機関１の暖機運転終了までの間においては、上述したが如く上流側の排気浄化触媒のみで少量の排気ガス中の有害成分を浄化することができる。また、この本実施例５の内燃機関１においては、全体の排気浄化触媒を早期活性化することができるので、その暖機運転の終了後は当然のことながら、その暖機運転が終了する以前に車輌加速等で排気ガスの排出量が増加しても有害成分を浄化することができる。
【０１１０】
ここで、本実施例５においては、前述した各実施例１〜４の排気浄化手段４２１Ａ，排気浄化手段４２１Ｂ，排気浄化手段４２１Ｃ又は排気浄化手段４２１Ｄの内の何れか１つが配備された排気浄化装置４２Ｅについて例示した。しかしながら、その内の排気浄化手段４２１Ｂ，排気浄化手段４２１Ｃ及び排気浄化手段４２１Ｄについては、改質ガスが通過しなければ何らの作用効果も得ることのない燃料改質触媒や未改質燃料流量調節手段（ＨＣ吸着剤）が下流側の各改質ガス通路４２１ｂにも配設されている。これが為、本実施例５の排気浄化装置４２Ｅに関しては、その排気浄化手段４２１Ｂ，排気浄化手段４２１Ｃ又は排気浄化手段４２１Ｄに替えて、これらから下流側の改質ガス通路４２１ｂの燃料改質触媒や未改質燃料流量調節手段（ＨＣ吸着剤）を取り除いた図７に示す排気浄化手段４２１Ｅに置き換えることが好ましい。
【０１１１】
また、本実施例５においては、排気ガス通路４２１ａや改質ガス通路４２１ｂ等が全て一体化された排気浄化手段４２１Ａ，排気浄化手段４２１Ｂ，排気浄化手段４２１Ｃ，排気浄化手段４２１Ｄ又は排気浄化手段４２１Ｅを備えた排気浄化装置４２Ｅについて例示した。しかしながら、本実施例５の排気浄化装置４２Ｅと燃料改質装置５０の位置関係では、その排気浄化手段４２１Ａ，４２１Ｂ，４２１Ｃ，４２１Ｄ，４２１Ｅにおいて、改質ガスが通過することのない下流側に改質ガス通路４２１ｂを設けても何ら意味がない。また、全体が一体化されていると上流側の熱が平箔４２１Ａ1等の構造体を介して下流側に伝熱されてしまい、上流側の排気浄化触媒の早期活性化の妨げになる虞がある。
【０１１２】
そこで、本実施例５の内燃機関１においては、そのような排気浄化装置４２Ｅに替えて図８に示す排気浄化装置４２Ｆへと置き換えることが好ましい。この排気浄化装置４２Ｆは、前段の第１排気浄化手段４２１Ｆ1と後段の第２排気浄化手段４２１Ｆ2とからなる分割構造の排気浄化手段４２１Ｆを備えている。
【０１１３】
ここで、その第１排気浄化手段４２１Ｆ1は、前述した排気浄化手段４２１Ａ，排気浄化手段４２１Ｂ，排気浄化手段４２１Ｃ又は排気浄化手段４２１Ｄと同一の構成からなるクロスフロー型の排気浄化用触媒担体であって、改質ガスを通過させる上流側に配設する。また、第２排気浄化手段４２１Ｆ2は、ハニカム状に排気ガス通路４２１ａのみが形成された排気浄化用触媒担体であって、下流側に配設する。
【０１１４】
そして、このような排気浄化装置４２Ｆに置き換えることによって、この内燃機関１は、上述した排気浄化装置４２Ｅのような上流から下流への熱の逃げを防止することができるので、その排気浄化装置４２Ｅの場合よりも早く上流側の排気浄化触媒の床温を昇温させ、全体の排気浄化触媒の更なる早期活性化を図ることができる。
【０１１５】
ところで、この本実施例５の内燃機関１においても、実施例１にて説明した機関始動前の暖機制御を実行してもよく、また、実施例１と同様の実行期間を設定して排気浄化装置４２Ｅ（又は排気浄化装置４２Ｆ）の暖機制御を実行してもよい。
【実施例６】
【０１１６】
次に、本発明に係る内燃機関の実施例６を図９に基づいて説明する。
【０１１７】
本実施例６は、前述した各実施例１〜５の内燃機関１において更に早期に排気浄化触媒を活性化させるべく構成したものである。
【０１１８】
具体的に、本実施例６においては、その夫々の実施例１〜５の内燃機関１において、燃料改質手段５１と排気浄化手段４２１Ａ（排気浄化手段４２１Ｂ，排気浄化手段４２１Ｃ，排気浄化手段４２１Ｄ，排気浄化手段４２１Ｅ，第１排気浄化手段４２１Ｆ1）の間へと酸素を供給する酸素供給装置を設ける。
【０１１９】
例えば、本実施例６の酸素供給装置としては、図９に示す如く、燃料改質手段５１の改質ガス排出部に空気を導く空気供給通路５７ａと、この空気供給通路５７ａを開閉させる開閉弁５７ｂと、で構成した空気供給装置を利用する。ここで、その空気供給通路５７ａは、空気供給手段５３におけるポンプ５３ａと空気供給量調節弁５３ｃの間の空気供給路５３ｂから空気を取り込んで、燃料改質手段５１の改質ガス排出部へと送出する。また、その開閉弁５７ｂは、機関始動前等の初期状態において閉弁されているものとする。
【０１２０】
この本実施例６の内燃機関１においては、電子制御装置７０が燃料改質手段５１で改質ガスを生成させ始めたとき（即ち、燃料改質装置５０の起動時）に、その電子制御装置７０に開閉弁５７ｂを開弁させ、空気供給通路５７ａから燃料改質手段５１の改質ガス排出部へと空気を供給させる。
【０１２１】
ここで、生成された改質ガスは前述したが如く高温（凡そ９５０℃）状態にあり、その改質ガスの中には高温での着火性の良い水素ガスが含まれているので、これに空気が供給されるとその水素ガスを着火点として改質ガスの一部が燃焼し、残りの改質ガスが更に高温になる。
【０１２２】
従って、この本実施例６の内燃機関１においては、燃料改質手段５１の改質ガス排出部で更に高温化された改質ガスが排気浄化手段４２１Ａ（排気浄化手段４２１Ｂ，排気浄化手段４２１Ｃ，排気浄化手段４２１Ｄ，排気浄化手段４２１Ｅ，第１排気浄化手段４２１Ｆ1）の各改質ガス通路４２１ｂに流入する。これが為、本実施例６の内燃機関１によれば、その夫々の改質ガス通路４２１ｂに前述した各実施例１〜５よりも高温の改質ガスを通過させるので、その各実施例１〜５に比べて更に早期に排気浄化触媒を活性化させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、改質ガスを利用して排気浄化触媒の早期活性化を図る技術に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明に係る内燃機関の実施例１〜５における全体構成を示す図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の燃料改質装置の一例を示す図である。
【図３】実施例１〜３の排気浄化装置と燃料改質装置について示す図である。
【図４】実施例１〜４の排気浄化手段の構成について説明する全体図である。
【図５】実施例１〜４の排気浄化手段の構成について説明する部品図である。
【図６】実施例４の排気浄化装置と燃料改質装置について示す図である。
【図７】実施例５の排気浄化装置と燃料改質装置について示す図である。
【図８】実施例５における別構成の排気浄化装置と燃料改質装置について示す図である。
【図９】本発明に係る内燃機関の実施例６における全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１  内燃機関
２０  吸気経路
２７  吸気マニホルド
４０  排気経路
４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅ，４２Ｆ  排気浄化装置
４３  排気温センサ
５０  燃料改質装置
５１  燃料改質手段
５１ｂ  燃料改質触媒
５４  改質ガス供給路
５５ａ〜５５ｄ  第１から第４の改質ガス供給装置
５６  改質ガス貯留タンク
５７ａ  空気供給通路
５７ｂ  開閉弁
７０  電子制御装置
４２１，４２１Ａ，４２１Ｂ，４２１Ｃ，４２１Ｄ，４２１Ｅ，４２１Ｆ  排気浄化手段
４２１Ｆ1  第１排気浄化手段
４２１Ｆ2  第２排気浄化手段
４２１ａ  排気ガス通路
４２１ｂ  改質ガス通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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