(57)【要約】【課題】簡易な構成で、より確実に改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことのできる排気ガス改質装置を提供すること。【解決手段】排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることにより改質ガスを生成する改質反応部３２の排気ガスの流れ方向における上流側に、排気ガスと混合することにより発熱反応をするＣａＯを供給可能なＣａＯタンク３５を設ける。内燃機関１の運転時には、ＣａＯタンク３５から改質用通路２２内にＣａＯを供給し、改質用通路２２を流れる排気ガスとＣａＯとを発熱反応させる。これにより、排気ガスとＣａＯとの発熱反応時の反応熱を利用して改質反応部３２を加熱することができ、より確実に排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させ、改質を行うことができる。また、改質反応部３２を加熱する手段として、排気ガスにＣａＯを混合させるＣａＯタンク３５を設けているのみであるため、簡易な構成で改質反応部３２を加熱することができる。【選択図】        図１
2009085028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒内から排出された排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることにより前記気筒内で燃焼可能な燃焼可能ガスを含む改質ガスを生成する改質手段と、
少なくとも前記燃焼可能ガスを前記気筒の吸気通路に流入可能な還流通路と、
前記排気ガスと混合した際に発熱反応をする発熱体を前記排気ガスの流れ方向における前記改質手段の上流側で前記排気ガスに混合可能な発熱体混合手段と、
を備えることを特徴とする排気ガス改質装置。
【請求項２】
さらに、前記排気ガスと前記発熱体とが混合した際に生成される気体と固体とを分離する気固分離手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス改質装置。
【請求項３】
さらに、前記改質手段で前記排気ガスと前記改質用燃料とを吸熱反応させることにより生成された前記改質ガスから前記燃焼可能ガスを分離する燃焼可能ガス分離手段を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス改質装置に関するものである。特に、この発明は、燃料を噴射した排気ガスを改質触媒に流すことにより、内燃機関で燃焼可能な改質ガスを生成する排気ガス改質装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関は、燃焼室で燃料を燃焼させることにより、燃料が燃焼する際の圧力によって気筒内に位置するピストンを作動させることを介してクランクシャフトを回転させている。これにより、従来の内燃機関は、燃料の燃焼時の熱エネルギを運動エネルギとして取り出しており、燃料の燃焼後の排気ガスは、排気通路より大気に放出している。しかし、このような内燃機関では、熱エネルギが熱や音として外部に放出されたり、機械的な損失が発生したりするため、熱エネルギを運動エネルギとして使用できるのは熱エネルギのうちの一部となっている。このため、熱効率はあまり高くないが、従来の内燃機関では、排気ガスを有効利用することにより、熱効率の向上を図っているものがある。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のエンジンでは、熱水を発生させる熱交換器と、燃料と排気ガスとを改質する燃料改質装置を備えており、燃料改質装置は、熱水の熱を利用して燃料と排気ガスとを吸熱反応させることにより、気筒内で燃焼可能な改質ガスを生成している。このように生成された改質ガスは、燃焼室に供給して燃焼室で燃焼させることにより、熱エネルギの化学的な回収を行い、排気ガスを再利用できるため、熱効率の向上を図ることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１５２８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の内燃機関には、このように排気ガスの経路中に改質触媒などの燃料改質装置を有する排気ガス改質装置を備えることにより熱効率の向上を図っているものがあるが、このような燃料改質装置は、燃料と排気ガスと改質する際に吸熱反応により改質を行っている。このため、燃料改質装置で改質を行う際には、外部から熱エネルギを供給する必要がある。燃料改質装置で改質を行う際の熱エネルギの供給源としては、従来の内燃機関に備えられる排気ガス改質装置では運転中の内燃機関から排出される排気ガスの熱を利用したり、特許文献１に記載のエンジンのように熱水を発生させる熱交換器を設け、この熱交換器で発生させた熱水の熱を利用したりする。
【０００６】
しかし、排気ガスの温度は内燃機関の運転状態に応じて変化するのに対し、燃料改質装置で燃料と排気ガスとを吸熱反応によって改質させる場合には、所定の温度以上の熱を供給する必要がある。このため、内燃機関の運転状態によっては排気温度が低過ぎるため、燃料と排気ガスとを改質させることが困難になる虞がある。また、燃料改質装置に安定して熱エネルギを供給するために、特許文献１に記載のエンジンのように熱水を発生させる熱交換器を設ける場合には、装置が複雑になる虞があり、製造コストの上昇を招く虞がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で、より確実に改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことのできる排気ガス改質装置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、この発明に係る排気ガス改質装置は、内燃機関の気筒内から排出された排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることにより前記気筒内で燃焼可能な燃焼可能ガスを含む改質ガスを生成する改質手段と、少なくとも前記燃焼可能ガスを前記気筒の吸気通路に流入可能な還流通路と、前記排気ガスと混合した際に発熱反応をする発熱体を前記排気ガスの流れ方向における前記改質手段の上流側で前記排気ガスに混合可能な発熱体混合手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
この発明では、排気ガスの流れ方向における改質手段の上流側で排気ガスと発熱体を混合可能な発熱体混合手段を設けている。このため、改質手段の上流側で排気ガスと発熱体とを混合させ、排気ガスと発熱体とを発熱反応させることができる。これにより、排気ガスと発熱体との発熱反応時の反応熱を利用して改質手段を加熱することができ、より確実に排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることができる。また、改質手段を加熱する手段として排気ガスに発熱体を混合させる発熱体混合手段を設けているのみであるため、簡易な構成で改質手段を加熱することができる。これらの結果、簡易な構成で、より確実に改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことができる。
【００１０】
また、この発明に係る排気ガス改質装置は、さらに、前記排気ガスと前記発熱体とが混合した際に生成される気体と固体とを分離する気固分離手段を備えていることを特徴とする。
【００１１】
この発明では、気固分離手段を備えているため、排気ガスに発熱体を混合させることにより発生した気体と固体とを分離し、気体のみを還流通路から吸気通路に流入させることができる。これにより、気筒内での燃焼に不必要な不純物が気筒内に流入することを抑制することができる。この結果、より安定した燃焼を得ることができる。
【００１２】
また、この発明に係る排気ガス改質装置は、さらに、前記改質手段で前記排気ガスと前記改質用燃料とを吸熱反応させることにより生成された前記改質ガスから前記燃焼可能ガスを分離する燃焼可能ガス分離手段を備えていることを特徴とする。
【００１３】
この発明では、燃焼可能ガス分離手段を備えているため、改質手段で生成された改質ガスから燃焼可能ガスを分離し、燃焼可能ガスのみを還流通路から吸気通路に流入させることができる。これにより、気筒内での燃焼に不必要な気体が気筒内に流入することを抑制することができる。この結果、より安定した燃焼を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る排気ガス改質装置は、簡易な構成で、より確実に改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る排気ガス改質装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、こ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、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。また、以下の説明では、排気ガス改質装置を備える内燃機関の一例として、内燃機関が、当該内燃機関を運転させる燃料としてガソリンと用いるガソリンエンジンの場合について説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係る排気ガス改質装置を備える内燃機関の全体構成図である。同図に示す排気ガス改質装置３は、車両（図示省略）が有すると共に車両の運転時の原動機となる内燃機関１に備えられている。この内燃機関１は、４つの気筒５が直列に配置されており、当該内燃機関１には、気筒５内に連通すると共に気筒５内に吸入される空気が流れる通路である吸気通路１０と、気筒５内で燃料を燃焼させた後、気筒５内から排出される排気ガスが流れる排気通路２０とが接続されている。これらの吸気通路１０と排気通路２０とは、気筒５の数に合わせてそれぞれ４つの通路に分岐しており、分岐した通路が４つの気筒５に対応し、気筒５内に連通して内燃機関１に接続されている。
【００１７】
この吸気通路１０と排気通路２０とのうち吸気通路１０には、内燃機関１の運転時に気筒５に対して燃料を供給可能な燃料供給手段であるインジェクタ１１が配設されている。このインジェクタ１１は、内燃機関１の運転時に気筒５内に燃料を噴射することにより、気筒５に対して燃料を供給可能に設けられている。また、吸気通路１０を流れる空気の流れ方向におけるインジェクタ１１の上流側には、吸気通路１０内を開閉可能なスロットルバルブ１２が配設されており、スロットルバルブ１２のさらに上流側には、吸気通路１０内を流れる空気の流量を検出可能なエアフロメータ１３が設けられている。このように形成される吸気通路１０の入口には、吸気通路１０に流入する空気の不純物を除去するエアクリーナ１４が設けられている。
【００１８】
また、排気通路２０は、所定の位置で２方向の通路に分岐しており、分岐した排気通路２０のうち一方の通路は排気通路２０の主となる通路である排気主通路２１である。また、分岐した排気通路２０のうち他方の通路は改質用通路２２となっている。このうち、改質用通路２２には排気ガスを改質する改質反応層３０が備えられており、改質反応層３０は内部に混合部３１を有しており、さらに改質反応層３０には、改質反応部３２が内設されている。これらの混合部３１と改質反応部３２との位置関係は、改質反応層３０を流れる排気ガスの流れ方向において、混合部３１は改質反応部３２の上流側に位置している。このように設けられる混合部３１と改質反応部３２とのうち、混合部３１には、改質用燃料を混合部３１内に噴射する改質用燃料インジェクタ２５が設けられている。
【００１９】
また、改質反応部３２は、内燃機関１の気筒５内から排出された排気ガスと、この排気ガスを改質する際に排気ガスに添加する燃料である改質用燃料とを吸熱反応させることにより、気筒５内で燃焼可能な燃焼可能ガスを含む改質ガスを生成する改質手段として設けられている。改質反応部３２は、略六角形の通路が複数形成された、いわゆるハニカム状の形状で形成されており、その通路の表面には、例えばロジウム系の触媒からなる改質触媒（図示省略）がコートされている。このように、改質触媒がコートされることにより、改質反応部３２は改質ガスを生成可能になっている。また、改質反応部３２で改質ガスを生成する際には、内燃機関１の気筒５内で燃焼可能な燃焼可能ガスであるＨ２（水素）を含んだ改質ガスを生成する。
【００２０】
また、排気ガスの流れ方向における改質反応層３０の上流側に位置する改質用通路２２には、排気ガスと混合した際に発熱反応をする発熱体であるＣａＯ（酸化カルシウム）を、改質用通路２２内を流れる排気ガスに混合可能な発熱体混合手段であるＣａＯタンク３５が設けられている。つまり、ＣａＯタンク３５は、改質用通路２２を流れる排気ガスの流れ方向における改質反応部３２の上流側で、ＣａＯを排気ガスに混合可能に設けられている。また、このＣａＯタンク３５は、ＣａＯを貯留可能に形成されていると共に、ＣａＯを任意の供給量で改質用通路２２に供給可能に設けられている。
【００２１】
また、改質用通路２２を流れる排気ガスの流れ方向における改質反応層３０の下流側には、排気ガスとＣａＯとが混合した際に生成される気体と、粒子状の固体である固体粉末とを分離する気固分離手段である気固分離装置３６が設けられている。つまり、気固分離装置３６は、改質ガスと固体粉末とを分離可能に設けられている。この気固分離装置３６は、固体粉末の粒子よりも小さい無数の孔を有するフィルター（図示省略）が備えられており、このフィルターによって改質ガスと固体粉末とを分離可能に設けられている。なお、気固分離装置３６は、フィルター以外で改質ガスと固体粉末とを分離可能に設けられていてもよく、例えば、既知の遠心分離機を用いることにより、改質ガスと固体粉末とを分離可能に設けられていてもよい。
【００２２】
このように、改質ガスと固体粉末とを分離可能に設けられた気固分離装置３６には、改質ガスを気筒５の吸気通路１０に流入可能な還流通路である改質ガス供給通路４０が接続されている。この改質ガス供給通路４０は、気固分離装置３６に接続されている側の端部の反対側に位置する端部が吸気通路１０に接続されており、改質ガスを気固分離装置３６から吸気通路１０に流すことができるように形成されている。また、改質ガス供給通路４０には、改質ガス供給通路４０における吸気通路１０に接続されている部分の近傍に、改質ガス供給通路４０内を開閉可能な改質ガス流量調整バルブ４１が配設されている。
【００２３】
また、吸気通路１０に設けられるインジェクタ１１、及び改質反応層３０の混合部３１に設けられた改質用燃料インジェクタ２５は、当該内燃機関１を備える車両に設けられ、内燃機関１の運転用の燃料を貯留する燃料タンク４５に接続されている。この燃料タンク４５は、燃料タンク４５内の燃料を外部に送出可能なフィードポンプ４６を備えており、燃料タンク４５内の燃料は、このフィードポンプ４６によってインジェクタ１１及び改質用燃料インジェクタ２５に供給可能に設けられている。
【００２４】
これらのインジェクタ１１及び改質用燃料インジェクタ２５、スロットルバルブ１２、改質ガス流量調整バルブ４１、エアフロメータ１３、ＣａＯタンク３５は、車両に搭載されると共に車両の各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０に接続されている。
【００２５】
この実施例１に係る排気ガス改質装置３は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。実施例１に係る排気ガス改質装置３を備える内燃機関１は、内燃機関１を搭載する車両の運転時には車両の室内に設けられるアクセルペダル（図示省略）の開度に応じてＥＣＵ５０がスロットルバルブ１２の開度を制御する。これにより、吸気通路１０にはスロットルバルブ１２の開度に応じた空気が流れる。吸気通路１０に空気が流れた場合、この空気の流量をエアフロメータ１３で検出し、エアフロメータ１３での検出結果をＥＣＵ５０で取得する。
【００２６】
エアフロメータ１３での検出結果を取得したＥＣＵ５０は、アクセルペダルの開度などの運転状態に関する情報と合わせて総合的に判断してインジェクタ１１制御し、インジェクタ１１を作動させる。内燃機関１の運転時には、インジェクタ１１及び改質用燃料インジェクタ２５には、燃料タンク４５が備えるフィードポンプ４６によって燃料タンク４５内の燃料が供給されるため、ＥＣＵ５０がインジェクタ１１を作動させることにより、インジェクタ１１は、ＥＣＵ５０での制御に応じた量の燃料を吸気通路１０内に噴射する。
【００２７】
このように、吸気通路１０内に対してインジェクタ１１から燃料を噴射することにより、噴射した燃料は吸気通路１０内を流れる空気と混合し、混合気となって吸気通路１０内を流れる。吸気通路１０内を流れる混合気は、分岐して形成される吸気通路１０に沿って分岐し、内燃機関１が有する４つの気筒５内に吸入される。気筒５内に吸入された混合気は、それぞれの気筒５の燃焼行程で混合気中の燃料が燃焼し、燃焼後の排気ガスは、排気行程で気筒５内から排気通路２０に流出する。排気通路２０に排気ガスが流れた場合、排気ガスの大部分は排気通路２０の排気主通路２１を通り、大気に放出される。
【００２８】
また、排気通路２０に流れた排気ガスのうち、一部の排気ガスは改質用通路２２に流れるが、この改質用通路２２にはＣａＯタンク３５が設けられている。また、ＣａＯタンク３５は、内部に貯留されているＣａＯをＥＣＵ５０によって任意の供給量で改質用通路２２を流れる排気ガスに対して供給可能に形成されており、ＥＣＵ５０で制御することにより、ＣａＯタンク３５は、排気ガスに対して任意の供給量でＣａＯを供給する。
【００２９】
ＣａＯタンク３５をＥＣＵ５０で制御することにより、ＣａＯタンク３５に貯留されたＣａＯを、改質用通路２２を流れる排気ガスに対して供給した場合、排気ガスとＣａＯとは混合する。ここで、内燃機関１を運転させる燃料としてガソリンを用いた場合における排気ガスの主な成分は、ＣＯ２（二酸化炭素）、Ｈ２Ｏ（水）、Ｎ２（窒素）になっている。このような成分からなる排気ガスに対してＣａＯを供給し、排気ガスとＣａＯとが混合した場合、ＣａＯは、排気ガスに含まれるＨ２Ｏと発熱反応をする。詳しくは、ＣａＯとＨ２Ｏとは発熱反応をして、下記の化学反応式（１）に示すようにＣａ（ＯＨ）２（水酸化カルシウム）を生成する。その際に、ＣａＯとＨ２Ｏとの発熱反応により、排気ガスは１００℃前後に発熱する。
ＣａＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）２・・・（１）
【００３０】
このように、改質用通路２２を流れる排気ガスに対してＣａＯタンク３５からＣａＯを供給した場合には、ＣａＯと排気ガスとが混合することにより発熱反応をするが、ＣａＯと混合した排気ガスは、ＣａＯとＨ２Ｏとが発熱反応をした際の反応熱を元に、さらに発熱反応をする。詳しくは、ＣａＯとＨ２Ｏとの発熱反応によって生成されたＣａ（ＯＨ）２と、排気ガスに含まれるＣＯ２とが発熱反応をして、下記の化学反応式（２）に示すように、ＣａＣＯ３（炭酸カルシウム）とＨ２Ｏとを生成する。その際に、Ｃａ（ＯＨ）２とＣＯ２との発熱反応により、排気ガスは７００〜８００℃に発熱する。
Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２→ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ・・・（２）
【００３１】
このように、ＣａＯと混合することにより温度が上昇した排気ガスは、改質反応層３０内に流れる。この改質反応層３０は、混合部３１と改質反応部３２とを有しており、ＣａＯと発熱反応をすることにより高温となった排気ガスが改質反応部３２に流れた際には、改質反応部３２は排気ガスの熱により加熱され、温度が上昇する。
【００３２】
また、改質反応層３０の混合部３１には改質用燃料インジェクタ２５が設けられているが、改質用燃料インジェクタ２５は、ＥＣＵ５０によって制御し、作動可能に設けられている。さらに、改質用燃料インジェクタ２５には、インジェクタ１１と同様に燃料タンク４５内の燃料が供給されるため、ＥＣＵ５０によって改質用燃料インジェクタ２５を作動させることにより、改質用燃料インジェクタ２５は、ＥＣＵ５０での制御に応じた量の燃料を改質用燃料として混合部３１内に噴射する。
【００３３】
このように、混合部３１内に対して改質用燃料インジェクタ２５から改質用燃料を噴射することにより、噴射した改質用燃料は混合部３１内を流れる排気ガスと混合し、排気ガスの流れ方向における混合部３１の下流側に位置する改質反応部３２に流れる。このように排気ガスと改質用燃料とが混合された状態で改質反応部３２に流れた場合、改質反応部３２は、高温となった排気ガスの熱によって加熱され高温になっているため、排気ガスと改質用燃料とを改質触媒によって吸熱反応させる。詳しくは、改質用燃料であるガソリンの主成分の化学式をａＣｎＨｍとした場合に、このａＣｎＨｍと、排気ガスに含まれるＣＯ２とＨ２Ｏとが吸熱反応をして、下記の化学反応式（３）に示すように、ｂＨ２とｃＣＯ（一酸化炭素）とを生成する。即ち、改質反応部３２は、排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることにより、改質ガスを生成する。
ａＣｎＨｍ＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ→ｂＨ２＋ｃＣＯ・・・（３）
【００３４】
ＣａＯタンク３５から排気ガスにＣａＯを供給することにより生成された生成物や、改質反応部３２で吸熱反応をすることにより生成された改質ガス、さらに、改質反応部３２で吸熱反応をしなかった排気ガスは、改質反応層３０から流出し、排気ガスの流れ方向における改質反応層３０の下流側に位置する気固分離装置３６に流れる。つまり、気固分離装置３６には、主にＨ２、ＣＯ、ＣａＣＯ３、Ｈ２Ｏ、Ｎ２が流れる。この気固分離装置３６は、気体と固体粉末とを分離可能に設けられているが、気固分離装置３６に流れるＨ２、ＣＯ、ＣａＣＯ３、Ｈ２Ｏ、Ｎ２のうち、Ｈ２、ＣＯ、Ｈ２Ｏ、Ｎ２は気体の状態で気固分離装置３６に流入し、ＣａＣＯ３は固体粉末の状態で気固分離装置３６に流入する。このため、ＣａＣＯ３は気固分離装置３６で分離され、残りが改質ガスとして改質ガス供給通路４０に流れる。
【００３５】
改質ガスが流れる改質ガス供給通路４０には改質ガス流量調整バルブ４１が設けられており、この改質ガス流量調整バルブ４１は、ＥＣＵ５０によって開度を制御可能に設けられている。このためＥＣＵ５０は、車両の運転状態に応じて改質ガス流量調整バルブ４１を制御することにより、改質ガス流量調整バルブ４１の開度を調整する。
【００３６】
ここで、改質ガス流量調整バルブ４１が設けられる改質ガス供給通路４０は、吸気通路１０に接続されているが、吸気通路１０内を流れる空気と改質ガス供給通路４０内を流れる改質ガスとでは、改質ガス供給通路４０内を流れる改質ガスの方が圧力が高くなっている。このため、吸気通路１０と改質ガス供給通路４０とが連通した状態では、改質ガス供給通路４０内を流れる改質ガスは、吸気通路１０内に流入する。従って、ＥＣＵ５０によって改質ガス流量調整バルブ４１を制御し、改質ガス流量調整バルブ４１の開度を大きくした場合には、改質ガス供給通路４０内を流れる改質ガスの吸気通路１０内への流入量は多くなり、改質ガス流量調整バルブ４１の開度を小さくした場合には、吸気通路１０内への改質ガスの流入量は少なくなる。
【００３７】
吸気通路１０には、このように改質ガス流量調整バルブ４１の開度に応じた量の改質ガスが流れるが、これらの改質ガスは、内燃機関１の運転時には吸気通路１０内を流れる空気と共に内燃機関１の気筒５内に吸入される。このように気筒５内の吸入される改質ガスには、燃焼可能ガスであるＨ２が含まれており、改質ガスが流入した気筒５内で燃料が燃焼する場合には、燃料と共にＨ２も燃焼する。このＨ２は急速燃焼をするガスであるため、Ｈ２が燃焼する際には、気筒５内のＨ２は急速な燃焼速度で燃焼する。排気ガスを改質することにより生成された改質ガスに含まれるＨ２は、このように気筒５内で燃焼させることができるため、排気ガスを再利用することになり、熱効率が向上する。
【００３８】
なお、気固分離装置３６によって改質ガスから分離されたＣａＣＯ３は無害なため、所定量が溜まったら廃棄してもよいが、チョークやゴム等の添加剤として使用してもよく、また、加熱してＣａＯに再生してもよい。このように、ＣａＣＯ３を加熱してＣａＯを再生する場合にはＣＯ２が発生するが、このＣＯ２は、地下等に埋設するなど、大気の放出されないように処理するのが好ましい。
【００３９】
以上の排気ガス改質装置３は、排気ガスの流れ方向における改質反応部３２の上流側で排気ガスとＣａＯとを混合可能なＣａＯタンク３５を設けている。このため、改質反応部３２の上流側で排気ガスとＣａＯとを混合させ、排気ガスとＣａＯとを発熱反応させることができる。これにより、排気ガスとＣａＯとの発熱反応時の反応熱を利用して改質反応部３２を加熱することができ、より確実に排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることができる。また、改質反応部３２を加熱する手段として、排気ガスにＣａＯを混合させるＣａＯタンク３５を設けているのみであるため、簡易な構成で改質反応部３２を加熱することができる。これらの結果、簡易な構成で、より確実に改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことができる。
【００４０】
また、気固分離装置３６を備えているため、排気ガスにＣａＯを混合させることにより発生した気体と固体粉末の状態で生成されるＣａＣＯ３とを分離し、気体のみを改質ガス供給通路４０から吸気通路１０に流入させることができる。これにより、気筒５内での燃焼に不必要な不純物が気筒５内に流入することを抑制することができる。この結果、より安定した燃焼を得ることができる。
【００４１】
また、ＣａＯと排気ガスに含まれるＨ２Ｏとの発熱反応は常温で反応することができ、ＣａＯとＨ２Ｏとの反応により生成されたＣａ（ＯＨ）２と排気ガスに含まれるＣＯ２との発熱反応は、ＣａＯとＨ２Ｏとの発熱反応時の反応熱により発熱反応をする。また、Ｃａ（ＯＨ）２とＣＯ２との発熱反応時の反応熱は高温であるため、改質反応部３２でａＣｎＨｍとＣＯ２とＨ２Ｏとを吸熱反応させる際に必要な熱を改質反応部３２に与えることができ、改質反応部３２で改質用燃料と排気ガスとを改質反応させることができる。従って、改質反応部３２で改質用燃料と排気ガスとを改質反応させる際に、排気ガスの温度に影響されず、即ち、内燃機関１の運転状態に影響されずに、改質反応を行わせることができる。この結果、より確実に改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことができる。
【００４２】
また、ＣａＯと発熱反応をさせるＨ２Ｏは、排気ガス中のＨ２Ｏを利用するため、ＣａＯとＨ２Ｏとを発熱反応をさせることを目的としてＨ２Ｏを供給する供給装置を設けることなく、発熱反応をさせることができる。この結果、より確実に簡易な構成で改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことができる。
【００４３】
また、改質反応部３２を加熱する熱源として、Ｃａ（ＯＨ）２とＣＯ２とが発熱反応をする際の反応熱を利用しているので、排気ガス中のＣＯ２を減少させることができる。この結果、ＣＯ２の排出量を低減することができる。
【実施例２】
【００４４】
実施例２に係る排気ガス改質装置６０は、実施例１に係る排気ガス改質装置３と略同様の構成であるが、改質反応部３２の下流側にＣＯシフト反応層６１とＨ２分離器６２とが設けられている点に特徴がある。他の構成は実施例１と同様なので、その説明を省略すると共に、同一の符号を付す。図２は、本発明の実施例２に係る排気ガス改質装置を備える内燃機関の全体構成図である。実施例２に係る排気ガス改質装置６０は、実施例１に係る排気ガス改質装置３と同様に内燃機関１に備えられており、排気通路２０は、排気主通路２１と改質用通路２２とに分岐している。このうち、改質用通路２２には、ＣａＯタンク３５、改質反応層３０、気固分離装置３６が設けられており、改質反応層３０は、さらに混合部３１と改質反応部３２とを有している。
【００４５】
さらに、実施例２に係る排気ガス改質装置６０では、気固分離装置３６の下流側には改質用通路２２が接続されており、この改質用通路２２を流れる排気ガスの流れ方向における気固分離装置３６の下流側に、ＣＯシフト反応層６１が設けられている。このＣＯシフト反応層６１は、改質反応部３２で生成した改質ガスのうち、燃焼可能ガス以外の気体より燃焼可能ガスを生成可能に設けられており、既知のＣＯシフト反応用触媒（図示省略）を有している。つまり、ＣＯシフト反応層６１は、改質ガスのＨ２以外の気体よりＨ２を生成可能に設けられている。
【００４６】
また、改質用通路２２を流れる排気ガスの流れ方向におけるＣＯシフト反応層６１の下流側には、改質反応部３２で生成された改質ガスから燃焼可能ガスであるＨ２を分離する燃焼可能ガス分離手段であるＨ２分離器６２が設けられている。このＨ２分離器６２は、例えばＰｄ（パラジウム）を主成分とするＨ２分離膜（図示省略）を備えることにより、改質ガスからＨ２を分離可能に設けられている。
【００４７】
このようにＨ２を分離可能に設けられたＨ２分離器６２には、改質ガスのうち主にＨ２分離器６２で分離したＨ２を吸気通路１０に流入可能な改質ガス供給通路４０と、Ｈ２分離器６２に流れた改質ガスのうち、改質ガス供給通路４０に流れる気体以外の気体、つまり、改質ガスのうちＨ２以外の気体が流れる通路である改質ガス側排気通路６５とが接続されている。Ｈ２分離器６２に接続される改質ガス供給通路４０は、少なくとも燃焼可能ガスであるＨ２を気筒５の吸気通路１０に流入可能に形成されている。
【００４８】
さらに、改質ガス供給通路４０には、改質ガス供給通路４０における吸気通路１０に接続されている部分の近傍に、改質ガス供給通路４０内を開閉可能な改質ガス流量調整バルブ４１が配設されており、改質ガス流量調整バルブ４１は、ＥＣＵ５０によって制御可能に設けられている。
【００４９】
この実施例２に係る排気ガス改質装置６０は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。実施例２に係る排気ガス改質装置６０を備える内燃機関１の運転時には、アクセルペダルの開度に応じてＥＣＵ５０でスロットルバルブ１２の開度を制御することにより、スロットルバルブ１２の開度に応じた量の空気が吸気通路１０に流れる。吸気通路１０を流れる吸入空気量は、吸気通路１０に設けられるエアフロメータ１３で検出し、ＥＣＵ５０に伝達される。
【００５０】
また、吸気通路１０にはインジェクタ１１が設けられており、このインジェクタ１１をＥＣＵ５０で制御することにより、内燃機関１の運転状態に応じた量の燃料をインジェクタ１１から噴射する。インジェクタ１１から燃料が噴射された場合、燃料は吸気通路１０内を流れる空気と混合し、混合気の状態で内燃機関１の各気筒５内に吸気される。
【００５１】
気筒５内に吸気された混合気は、気筒５の燃焼行程で燃焼し、燃焼後のガスが排気ガスとなって排気行程で各気筒５内から排気通路２０に流れる。排気通路２０に流れた排気ガスは、排気主通路２１と改質用通路２２とに分かれて流れる。このうち、改質用通路２２に流れた排気ガスには、ＣａＯタンク３５からＣａＯが供給される。これにより、排気ガスとＣａＯとが、上記化学反応式（１）、（２）に示す発熱反応をし、発熱をする。改質用通路２２を流れる排気ガスの流れ方向におけるＣａＯタンク３５の下流側には、改質反応層３０が設けられているため、ＣａＯと排気ガスとが発熱反応をした際の反応熱は、改質反応層３０が有する改質反応部３２を流れる際に改質反応部３２に伝達される。これにより、改質反応部３２は温度が上昇する。
【００５２】
また、改質反応層３０の混合部３１には改質用燃料インジェクタ２５が設けられており、内燃機関１の運転状態に応じてＥＣＵ５０で改質用燃料インジェクタ２５を制御することにより、改質用燃料インジェクタ２５は混合部３１内の排気ガスに対して改質用燃料を噴射する。
【００５３】
混合部３１で改質用燃料が噴射された排気ガスは、改質用燃料と混合した状態で混合部３１の下流側に位置する改質反応部３２に流れる。この改質反応部３２は、ＣａＯと排気ガスとの発熱反応により温度が上昇しているため、排気ガスと改質用燃料とが混合した状態で改質反応部３２に流れた場合には、改質反応部３２は排気ガスと改質用燃料とを、上記化学反応式（３）に示す吸熱反応をさせて改質し、改質ガスを生成する。
【００５４】
改質反応部３２で生成された改質ガスや改質反応部３２で吸熱反応をしなかった排気ガス、さらに、ＣａＯタンク３５から排気ガスにＣａＯを供給することによって生成された生成物は、改質反応層３０の下流側に位置する気固分離装置３６に流れ、気固分離装置３６で気体と固体粉末とに分離される。このため、ＣａＣＯ３は気固分離装置３６で分離され、残りの気体が改質ガスとして、気固分離装置３６の下流側に位置するＣＯシフト反応層６１に流れる。
【００５５】
このように、ＣＯシフト反応層６１にはＣａＣＯ３を分離した後の改質ガスが流れるが、改質ガスがＣＯシフト反応層６１に流れる際には改質ガスは３００℃程度まで冷却されており、また、ＣＯシフト反応層６１はＣＯシフト反応用触媒を有しているため、ＣＯシフト反応層６１は改質ガスにＣＯシフト反応を行わせる。詳しくは、ＣＯシフト反応層６１は、改質ガスの成分のうちＣＯとＨ２ＯとをＣＯシフト反応させて、下記の化学反応式（４）に示すように、ＣＯ２とＨ２とを生成する。即ち、ＣＯシフト反応層６１は、改質ガスに含まれるＨ２以外の気体をＣＯシフト反応させることにより、燃焼可能ガスであるＨ２を生成する。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２・・・（４）
【００５６】
ＣＯシフト反応層６１によりＨ２が生成された改質ガスは、さらにＣＯシフト反応層６１の下流側に位置するＨ２分離器６２に流れる。改質ガスがＨ２分離器６２に流れた場合、Ｈ２分離器６２は、改質ガスをＨ２と、Ｈ２以外の気体とに分離する。詳しくは、Ｈ２分離器６２に流れる改質ガスは、Ｈ２、ＣＯ２、Ｎ２を主成分としているが、Ｈ２分離器６２はこのうちＨ２を分離し、Ｈ２と、ＣＯ２及びＮ２とに分離する。分離した改質ガスのうち、ＣＯ２とＮ２とは、改質ガス側排気通路６５に流れて大気に放出される、または、改質ガス側排気通路６５から排気主通路２１に流れて、排気主通路２１を流れる排気ガスと合流する。
【００５７】
また、Ｈ２分離器６２で分離した改質ガスのうち、Ｈ２は改質ガス供給通路４０に流れ、ＥＣＵ５０で改質ガス流量調整バルブ４１の開度を調整することにより流量が調整されて、吸気通路１０に流れる。吸気通路１０に流れたＨ２は、吸気通路１０を流れる空気と燃料との混合気と共に内燃機関１に吸入される。Ｈ２を含む混合気が内燃機関１に吸入された場合、Ｈ２は混合気中の燃料と共に内燃機関１の気筒５内で燃焼し、燃焼後の排気ガスが排気通路２０に流れる。
【００５８】
以上の排気ガス改質装置６０は、Ｈ２分離器６２を備えているため、改質反応部３２で生成された改質ガスから燃焼可能ガスであるＨ２を分離し、Ｈ２のみを改質ガス供給通路４０から吸気通路１０に流入させることができる。これにより、気筒５内での燃焼に不必要な気体が気筒５内に流入することを抑制することができる。この結果、より安定した燃焼を得ることができ、燃焼効率を向上させることができる。
【００５９】
なお、実施例２に係る排気ガス改質装置６０では、ＣＯシフト反応層６１は気固分離装置３６の下流側に設けられているが、ＣＯシフト反応層６１は気固分離装置３６の上流側に設けてもよい。ＣＯシフト反応層６１を気固分離装置３６の上流側に設けた場合でも、気固分離装置３６でＣａＣＯ３を分離する順番とＣＯシフト反応層６１でＨ２を生成する順番とが入れ替わるのみであり、これらが入れ替わった場合でもＨ２分離器６２にはＣａＣＯ３が分離され、ＣＯシフト反応層６１でＨ２が生成された後の改質ガスが流れる。これにより、固体粉末の状態で生成されるＣａＣＯ３によってＨ２分離器６２に損傷を与えることがなく、且つ、より多くのＨ２を内燃機関１に供給することができるため、より安定した燃焼を、より確実に得ることができる。
【００６０】
また、上述した排気ガス改質装置３、６０を備える内燃機関１は、ガソリンを燃料とする内燃機関１となっているが、内燃機関１の燃料はガソリン以外のものでもよく、例えば、軽油やアルコールなどでもよい。内燃機関１の燃料がガソリン以外の場合でも、排気ガスと混合した際に発熱反応をする発熱体を排気ガスに混合可能な発熱体混合手段を設けて、発熱体を排気ガスの流れ方向における改質反応部３２の上流側で排気ガスに混合させることにより、反応熱によって改質反応部３２を加熱することができる。これにより、簡易な構成で、より確実に排気ガスと改質用燃料とを吸熱反応させることができる。この結果、簡易な構成で、より確実に改質用燃料と排気ガスとの改質を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明に係る排気ガス改質装置は、改質ガスを排気ガスと共に内燃機関に吸気させる排気ガス改質装置に有用であり、特に、改質ガスを吸熱反応により生成する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例１に係る排気ガス改質装置を備える内燃機関の全体構成図である。
【図２】本発明の実施例２に係る排気ガス改質装置を備える内燃機関の全体構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  内燃機関
３、６０  排気ガス改質装置
５  気筒
１０  吸気通路
１１  インジェクタ
１２  スロットルバルブ
１３  エアフロメータ
１４  エアクリーナ
２０  排気通路
２１  排気主通路
２２  改質用通路
２５  改質用燃料インジェクタ
３０  改質反応層
３１  混合部
３２  改質反応部
３５  ＣａＯタンク
３６  気固分離装置
４０  改質ガス供給通路
４１  改質ガス流量調整バルブ
４５  燃料タンク
４６  フィードポンプ
５０  ＥＣＵ
６１  ＣＯシフト反応層
６２  Ｈ２分離器
６５  改質ガス側排気通路
【図１】
2009085028.tif 000003
【図２】
2009085028.tif 000004