エンジンの燃料改質装置
【課題】改質触媒の耐久性の低下を抑制し得る装置を提供する。
【解決手段】燃焼室（２）に開口して新気を導入する第１ポート（３Ａ）と、この第１ポート（３Ａ）を開閉する吸気弁（５Ａ）と、この第１ポート（３Ａ）に燃料を供給し得る第１燃料供給装置（３１）と、燃焼室（２）に開口して水分を含んだガスを導入する第２ポート（３Ｂ）と、この第２ポート（３Ｂ）に配置され燃料を水素に改質する改質触媒（７）と、この改質触媒（７）に燃料を供給し得る第２燃料供給装置（３２）と、第２ポート（３Ｂ）を開閉する改質弁（５Ｂ）とを備え、膨張行程もしくは排気行程中に改質弁（５Ｂ）を開いて燃焼ガスを第２ポート（３Ｂ）に噴き戻させ、改質触媒（７）を加熱すると共に、この加熱した改質触媒（７）に第２燃料供給装置（３２）から燃料を供給する。
【解決手段】燃焼室（２）に開口して新気を導入する第１ポート（３Ａ）と、この第１ポート（３Ａ）を開閉する吸気弁（５Ａ）と、この第１ポート（３Ａ）に燃料を供給し得る第１燃料供給装置（３１）と、燃焼室（２）に開口して水分を含んだガスを導入する第２ポート（３Ｂ）と、この第２ポート（３Ｂ）に配置され燃料を水素に改質する改質触媒（７）と、この改質触媒（７）に燃料を供給し得る第２燃料供給装置（３２）と、第２ポート（３Ｂ）を開閉する改質弁（５Ｂ）とを備え、膨張行程もしくは排気行程中に改質弁（５Ｂ）を開いて燃焼ガスを第２ポート（３Ｂ）に噴き戻させ、改質触媒（７）を加熱すると共に、この加熱した改質触媒（７）に第２燃料供給装置（３２）から燃料を供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はエンジン（内燃機関）の燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
改質触媒で例えばガソリン等の燃料の一部を水素へと改質し、この水素を含んだ燃料を燃焼室２に導入して燃焼させると、急速燃焼が可能となり、これによってノッキングの改善やリーン限界、ＥＧＲ限界の拡大を図ることができる。このため、改質触媒を活性温度（例えば６００℃程度）になり得る排気管に備えるものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５７６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、改質触媒がエンジンの運転中、継続して加熱される構成であるので、改質触媒の耐久性が低下してしまう。
【０００５】
そこで本発明は、改質触媒の耐久性の低下を抑制し得る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】
【０００６】
本発明のエンジンの燃料改質装置は、燃焼室に開口して新気を導入する第１ポートと、この第１ポートを開閉する吸気弁と、この第１ポートまたは燃焼室に燃料を供給し得る第１燃料供給装置と、燃焼室に開口して水分を含んだガスを導入する第２ポートと、この第２ポートに配置され燃料を水素に改質する改質触媒と、この改質触媒に燃料を供給し得る第２燃料供給装置と、前記第２ポートを開閉する改質弁とを備えている。そして、膨張行程もしくは排気行程中に前記改質弁を開いて燃焼ガスを前記第２ポートに噴き戻させ、前記改質触媒を加熱すると共に、この加熱した改質触媒に前記第２燃料供給装置から燃料を供給する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、膨張行程もしくは排気行程中以外では改質触媒を加熱する必要がなくなるので、改質触媒の耐久性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態の燃料改質装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態の改質弁の開期間、吸気弁の開期間、改質燃料噴射弁の噴射タイミングを示すタイミングチャートである。
【図３】２つのカムプロフィールの説明図である。
【図４】副ＥＧＲ弁及び改質燃料噴射弁の制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】第２実施形態の燃料改質装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態のエンジン１の燃料改質装置の概略構成図である。図１において３つの各燃焼室２には２つの吸気側ポート３Ａ、３Ｂと２つの排気側ポート４Ａ、４Ｂが開口し、２つの各吸気側ポート３Ａ、３Ｂを２つの各吸気弁５Ａ、５Ｂが、２つの各排気側ポート４Ａ、４Ｂを２つの各排気弁６Ａ、６Ｂが開閉する。つまり、エンジン１の各燃焼室２には４弁を有している。
【００１１】
２つの排気側ポート４Ａ、４Ｂは排気マニフォルド９と接続され、排気マニフォルド９の集合部に一本の排気管１０が接続されている。排気管１０には排気マニフォルド９側に三元触媒１１を備える。三元触媒１１は排気の空燃比がストイキであるとき、排気中の有害成分（ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ）を無害の物質へと同時に転換し得るので、排気の空燃比を検出するＯ2センサ１２を設けている。
【００１２】
一方、２つの各吸気側ポート３Ａ、３Ｂは上流で合流することなく独立に構成されている。すなわち、一方の各吸気側ポート３Ａ（第１ポート）を一定量の容積を有する吸気コレクタ１５に連通し、他方の各吸気側ポート３Ｂを主ＥＧＲ通路２１から分岐する副ＥＧＲ通路２４に連通する。他方の各吸気側ポート３Ｂには改質触媒７を備えている。改質触媒７としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈなどを用いる。Ｐｔ、Ｐｄも用いられ得る。
【００１３】
上記の吸気コレクタ１５には一本の吸気管１６が接続され、吸気管１６の上流端には図示しないエアフィルタを備える。吸気管１６にスロットル弁１７が設けられ、スロットル弁１７の開度によって各燃焼室２に導入される空気流量が調整される。スロットル弁１７の開度によって調整される空気流量は、スロットル弁１７の上流に設けたエアフローメータ１８によって計測される。
【００１４】
上記の主ＥＧＲ通路２１は、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気コレクタ１５に戻す通路である。主ＥＧＲ通路２１には、吸気コレクタ１５に近い位置に、ＥＧＲ率を調整可能な主ＥＧＲ弁２２を、また主ＥＧＲ弁２２の上流にはＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２３を設けている。
【００１５】
副ＥＧＲ通路２４にも、常閉の副ＥＧＲ弁２５を設けている。副ＥＧＲ弁２５は主ＥＧＲ弁２２と相違して、開状態と閉状態との２位置を取り得るＯＮ・ＯＦＦ弁である。
なお、構成をシンプルにするため副ＥＧＲ通路２４にはＥＧＲクーラを設けていない。副ＥＧＲ通路２４にＥＧＲクーラを設けてもかまわない。副ＥＧＲ通路２４にＥＧＲクーラを設けてＥＧＲガスを冷却すれば、その分、燃焼室２に改質ガスを多く導入できるので、効果は増す。
【００１６】
２つの各吸気側ポート３Ａ、３Ｂに臨んで燃料噴射弁３１、３２（燃料供給装置）を備える。これら各燃料噴射弁３１、３２には燃料タンク３３内の燃料を燃料供給ポンプ３４で圧送する。ここでの燃料はガソリンである。ただし、燃料がガソリンである場合に限られるものでなく、燃料がアルコールであってもかまわない。
【００１７】
吸気側ポート３Ｂに設ける燃料噴射弁３２（第２燃料供給装置）からの燃料は改質触媒７を指向するようにする。改質触媒７ではこの燃料噴射弁３２からの燃料と、副ＥＧＲ通路２４を介して導入されるＥＧＲガスに含まれる水とを反応させて水素を生成する。燃料噴射弁３２からの燃料の一部が水素に転換されるのであり、この転換された水素と転換されなかった燃料とが改質ガスとなり、吸気側ポート３Ｂを流れるＥＧＲガスと混合しつつ燃焼室２に供給される。
【００１８】
改質触媒７を用いて水素を生成させる目的は２つある。すなわち、ガソリンに比べ燃焼速度の早い水素を燃焼室２に導入して燃焼させることにより、ガソリンだけを燃焼させるときより急速な燃焼が可能になるのであり、これによってノッキングの改善やリーン限界、ＥＧＲ限界の拡大を図ることができる。これが第１の目的である。この目的より、ノッキングが起こりやすい低回転速度高負荷運転時や高いＥＧＲ率での運転を行う低回転速度中負荷域で燃料噴射弁３２から燃料を噴いて改質触媒７を働かせる。
【００１９】
また、燃料が水と反応し、水素が生成される改質反応過程（水蒸気改質反応）において、燃料の総発熱量が反応前後で増加する。これは、排気の熱エネルギーを用いて燃料と水から水素を生成した効果によるものである。この水蒸気改質反応に伴う化学的排熱回収効果により、排気として捨てていたエネルギーを水素として回収し、水素を燃やして動力に変換することで、燃費を向上できる。これが第２の目的である。排熱回収量は排気温度が高いほど増える（つまり燃費が向上する）ので、排気温度が高い高回転速度、高負荷ほど燃料噴射弁３２から燃料を噴いて改質触媒７により燃料改質を行わせる。
【００２０】
上記第１の目的実現のためには、低回転速度高負荷運転時や低回転速度中負荷域が、また上記第２の目的実現のためには高回転速度、高負荷域が改質ガスを燃焼室２に供給することが要求される条件（以下、「改質ガス要求条件」という。）となる。
【００２１】
燃料噴射弁３２から改質触媒７に供給する燃料は改質用燃料であるので、吸気側ポート３Ｂに設ける燃料噴射弁３２（第２燃料供給装置）を、以下「改質燃料噴射弁」という。一方、吸気側ポート３Ａに設ける燃料噴射弁３１（第１燃料供給装置）を、以下「主燃料噴射弁」という。なお、主燃料噴射弁３１は燃焼室２に臨ませて設けてもかまわない。
【００２２】
このように２つの各吸気側ポート３Ａ、３Ｂ、改質触媒７、２つの各燃料噴射弁３１、３２を構成したとき、各吸気側ポート３Ｂからは各改質触媒７によって燃料の一部を水素に改質したガスである改質ガスが燃焼室２に導入される。つまり、各吸気側ポート３Ｂを開閉する吸気弁５Ｂは、改質ガスの導入・遮断を行うのであって、吸気（新気）の導入・遮断を行うのではない。従って、以下では各吸気側ポート３Ａを「ＥＧＲガスポート」として、各吸気側ポート３Ｂを開閉する吸気弁を「改質弁」として再構成する。
【００２３】
このように再構成したとき、各気筒の膨張行程もしくは排気行程中に各改質弁３Ｂを開くことで、燃焼室２内の燃焼ガスを各ＥＧＲガスポート３Ｂに噴き戻させ、各ＥＧＲガスポート３Ｂに設けてある改質触媒７を加熱して改質可能温度以上に上昇させることができる。なお、各改質弁３Ｂを各気筒の膨張行程もしくは排気行程中に開かせる機構については後述する。
【００２４】
エンジンコントローラ４１には、エアフローメータ１８からの吸入空気流量の信号、クランク角センサ４２からのクランク角位置の信号、アクセル開度センサ４３からのアクセル開度の信号、Ｏ2センサ１２からの信号が入力されている。エンジンコントローラ４１では、アクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて、ドライバの要求する車両駆動力を演算し、この車両駆動力が得られるように、スロットル弁１７の開度及び主燃料噴射弁３１からの燃料噴射量を制御する。また、ＥＧＲ領域（ＮＯｘの多く発生する運転領域）になると、ＮＯｘの発生を抑制するため、ＥＧＲガスの割合（ＥＧＲ率）、つまり主ＥＧＲ弁２２の開度を制御する。
【００２５】
また、エンジンコントローラ４１では、改質ガス要求条件を予め定めている。そしてこの改質ガス要求条件になると、副ＥＧＲ弁２５を開くと共に、改質弁３Ｂの動きに合わせて各気筒の膨張行程もしくは排気行程中に各改質燃料噴射弁３２を開いて燃料を改質触媒７に供給する。
【００２６】
改質ガス要求条件のとき、エンジンコントローラ４１で行われる燃料改質の内容を、図２のタイミングチャートを参照してさらに説明する。図２は改質弁５Ｂの開期間、吸気弁５Ａの開期間、改質燃料噴射弁３２の燃料噴射タイミングがどうなるかをモデルで示したタイミングチャートである。なお、３つ気筒で行われる燃料改質の方法は同様であるので、図２では１つの気筒で代表させている。
【００２７】
図２上方に示したように、改質弁５Ｂを排気行程終期にある第１クランク角ＣＡ１で開き、吸気行程の中央位置である第３クランク角ＣＡ３で閉じる。つまり、第１クランク角ＣＡ１から第３クランク角ＣＡ３までの期間が改質弁５Ｂの開期間である。改質弁５Ｂを排気行程終期にある第１クランク角ＣＡ１で開くのは、燃焼ガスを吸気側ポート３Ｂに噴き戻させて改質触媒７を改質可能温度以上に加熱するためである。改質弁５Ｂを吸気行程まで開き続けるのは、改質ガスを燃焼室２に導入するためである。
【００２８】
一方、図２上方に示したように吸気弁５Ａを排気行程終了タイミングである第２クランク角ＣＡ２で開き、圧縮行程前期にある第４クランク角ＣＡ４で閉じる。つまり、第２クランク角ＣＡ２から第４クランク角ＣＡ４までの期間が吸気弁５Ａの開期間である。これは、吸気（新気）を燃焼室２に導入するためである。
【００２９】
また、図２上方に示したように改質燃料噴射弁３２の燃料噴射タイミングは第１クランク角ＣＡ１と第２クランク角ＣＡ２の間である。これは、排気行程後期に改質可能温度域まで昇圧された改質触媒７にタイミング良く改質のための燃料を供給するためである。
【００３０】
この結果、吸気弁５Ａの開期間と改質弁５Ｂの開期間とがずれることになる。このように、吸気弁５Ａの開期間と改質弁５Ｂの開期間とを異ならせるには、それぞれの開期間に合わせたプロフィールを有する２つのカムを設ければよい。すなわち、従来周知の４弁エンジンでは、ダブルオーバーヘッド・カム（ＤＯＨＣ）型を採用し、１つの気筒に２つの同じプロフィールを有する吸気側カムを設けている。一方、本実施形態でも、ダブルオーバーヘッド・カム型を採用し、改質弁５Ｂを開閉する改質弁用カム８Ｂのプロフィールを、吸気弁５Ａを開閉する吸気弁用カム８Ａのプロフィールと異ならせ、改質専用カムとして設けるのである。つまり、本実施形態では、図３に示したように、改質弁用カム８Ｂと吸気弁用カム８Ａとでカムプロフィールが異なっている。図３は改質弁用カム８Ｂと吸気弁用カム８Ａとを重ねて示したもので、図示の方向にカムが回転するとき、改質弁用カム８Ｂが改質弁５Ｂを開くタイミングが吸気弁用カム８Ａが吸気弁５Ａを開くタイミングより早くなる。この場合に、燃焼ガスの噴き戻しによって改質触媒７が改質可能温度域まで昇温し得るように改質弁用カム８Ｂのカムプロフィールを予め定めておく。
【００３１】
なお、本発明は、改質専用カムを設ける場合に限られるものでない。例えば、１つの気筒に２つの同じプロフィールを有する吸気弁用カム及び改質弁用カムを設けると共に、改質弁用カムによって開閉する各改質弁３Ｂの開閉タイミングを進遅角させ得る機構（改質弁ＶＴＣ機構）を備えさせる。そして、改質弁ＶＴＣ機構の非作動時には、改質弁５Ｂの開閉タイミングを吸気弁５Ａの開閉タイミングと同じにしておく。改質ガス要求条件になると、改質弁ＶＴＣ機構を作動して改質弁５Ｂの開閉タイミングを進角させ、各気筒の膨張行程もしくは排気行程中に各改質弁３Ｂを開かせる。このものによれば、改質弁ＶＴＣ機構に与える制御量（進角量）を制御することで燃焼ガスの噴き戻し量を調整することができる。
【００３２】
図２中段左側には、排気行程終期に改質弁５Ｂのみを開いた直後のタイミングでのＥＧＲガスポート３Ｂの様子を示している。排気行程終期に改質弁５Ｂを開くことによって燃焼室２内の高温の燃焼ガスが改質触媒７のある吸気側ポート３Ｂに吹き戻されている（白抜き矢印参照）。これによって改質触媒７が改質可能温度以上に加熱されることとなる。
なお、副ＥＧＲ弁２５が開かれＥＧＲガスが導入されてはいるが、燃焼室２内の高温の燃焼ガスのほうが燃焼室２へ流れようとするＥＧＲガスより圧力が高いので、燃焼ガスはＥＧＲガスを押しのけて改質触媒７を加熱する。このように改質可能温度以上に加熱された改質触媒７に改質燃料噴射弁３２を開いて燃料を噴射供給することで、改質触媒７により燃料の一部が水素へと転換される。
【００３３】
一方、図２中段右側には、第３クランク角ＣＡ３手前のタイミングでの２つのポート３Ａ、３Ｂの様子を示している。図示しないが、圧縮行程や膨張行程に主燃料噴射弁３１を開いて燃料を吸気側ポート３Ａに供給することで燃料の気化を促進している。ピストンの下動によって燃焼室２内の圧力が大気圧より低下する吸気行程で吸気弁５Ａを開くことで、ほぼ大気圧に近い圧力の吸気側ポート３Ａと、大気圧より低下している燃焼室２との間に圧力差が生じる。この圧力差で吸気側ポート３Ａで気化しつつある燃料と新気とが混合しながら燃焼室２に吸い込まれる。一方、ＥＧＲガスポート３Ｂにおいては、噴き戻し後に燃焼ガスの圧力が弱まった後に、改質触媒７で生成された水素を含む燃料である改質ガスをＥＧＲガスが燃焼室２へと押し流す（白抜き矢印参照）。吸気弁５Ａが開いた後には、ＥＧＲガスポート３Ｂと燃焼室２との間にも大きな圧力差が生じるので、この圧力差で改質ガスが燃焼室２に吸引される。
【００３４】
このようにして、吸気行程の直前に作られた改質ガスが吸気行程で即座に燃焼室２に供給される。
【００３５】
図２下段には、本実施形態の改質触媒７の温度変化を実線で示している。本実施形態との比較のため、主ＥＧＲ通路２１に改質触媒７を設けた場合を参考例として、この参考例での改質触媒７の温度変化を図２下段に破線で重ねて示している。
【００３６】
ガス温度は単純に燃焼室２内がもっとも高く、燃焼室２から離れるほど、配管（排気マニフォルド９や主ＥＧＲ通路２１）からの放熱により温度が低下する。主ＥＧＲ通路２１に改質触媒７を設けている参考例では、改質触媒７付近の排気温度（ＥＧＲガス温度）が低く、改質触媒７の温度が改質可能温度に到達せず（図２下段の破線参照）、改質できない回転速度負荷領域（運転域）が多いという問題がある。一方、本実施形態では、燃焼室２からすぐの位置（ＥＧＲガスポート３Ｂ）に改質触媒７を設けているので、高温の燃焼ガスで改質触媒７の温度を改質可能温度域まで容易に上昇させることが可能となっている（図２下段の実線参照）。つまり、図２下段にハッチングで示した領域に相当する熱エネルギーで燃料を水素へと改質できるのであり、本実施形態によれば、広い運転域で燃料を改質することが可能になる。
【００３７】
また、本実施形態では、排気行程後期にから吸気行程前期にかけての期間で改質触媒７を加熱するため、排気行程後期から吸気行程前期にかけての期間以外の期間では改質触媒７を改質可能温度域へと加熱する必要はない。改質触媒７が高温のガスに晒されている期間が参考例より短くなるのであり、その分、改質触媒７の耐久性が良好になる。
【００３８】
エンジンコントローラ４１で行われるこの制御の内容を、図４のフローチャートを参照して具体的に説明する。図４のフローは一定の周期（例えば１０ｍｓ毎）で実行する。
【００３９】
ステップ１では改質ガス要求条件である否かをみる。改質ガス要求条件は上記第１の目的や第２の目的に従って予め定めておく。改質ガス要求条件であるときにはステップ２に進み、副ＥＧＲ弁２５を全開状態とする。これによって、ＥＧＲガスがＥＧＡガスポート３Ｂに供給される。
【００４０】
ステップ３ではクランク角が改質燃料噴射弁３２の噴射タイミングになったか否かをみる。改質燃料噴射弁３２の燃料噴射タイミングは、図２で示したように排気行程終期に定められている。クランク角が改質燃料噴射弁３２の燃料噴射タイミングになっていなければ、そのまま今回の処理を終了する。
【００４１】
一方、ステップ３でクランク角が改質燃料噴射弁３２の燃料噴射タイミングになったときにはステップ５に進んで改質燃料噴射弁３２を開き、改質触媒７に向けて燃料を供給する。これによって、改質可能温度域まで昇温している改質触媒７では、燃料の一部を水素に改質する。この改質された水素を含んだ燃料である改質ガスは副ＥＧＲ通路２４を介して流れるＥＧＲガスに運ばれて燃焼室２に導入される。
【００４２】
一方、ステップ１で改質ガス要求条件でなくなると、ステップ５以降に進む。ステップ５では副ＥＧＲ弁２５を全閉状態とし、ステップ６で改質燃料噴射弁３２の作動を停止する。
【００４３】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００４４】
本実施形態では、燃焼室２に開口して新気を導入する吸気側ポート３Ａ（第１ポート）と、この吸気側ポート３Ａを開閉する吸気弁５Ａと、この吸気側ポート３Ａに燃料を供給し得る主燃料噴射弁３１（第１燃料供給装置）と、燃焼室２に開口して水分を含んだガスを導入するＥＧＲガスポート３Ｂ（第２ポート）と、このＥＧＲガスポート３Ｂに配置され燃料を水素に改質する改質触媒７と、この改質触媒７に燃料を供給し得る改質燃料噴射弁３２（第２燃料供給装置）と、ＥＧＲガスポート３Ｂを開閉する改質弁５Ｂとを備え、膨張行程もしくは排気行程中に改質弁５Ｂを開いて燃焼ガスをＥＧＲガスポート３Ｂに噴き戻させ、改質触媒７を加熱すると共に、エンジンコントローラ４１がこの加熱した改質触媒７に改質燃焼噴射弁３２から燃料を供給する（図４のステップ３、４参照）。本実施形態によれば、膨張行程もしくは排気行程中に改質触媒７を加熱し、膨張行程もしくは排気行程中以外では改質触媒７を加熱する必要がなくなるので、改質触媒７の耐久性を向上できる。
【００４５】
本実施形態では、水分を含んだガスを導入する第２ポートは、ＥＧＲガスを導入するＥＧＲガスポート３Ｂであり、このＥＧＲガスポート３Ｂにつながる副ＥＧＲ通路２４を開閉し得る常閉の副ＥＧＲ弁２５を備え、改質ガス要求条件（水素に改質されたガスが要求される条件）のとき、この副ＥＧＲ弁２５を開く（図４のステップ１、２参照）。本実施形態によれば、ＥＧＲガスに含まれる水を改質反応過程（水蒸気改質反応）に用いる、つまり排気として捨てていたエネルギーを水素として回収し、水素を燃やして動力に変換するので、燃費を向上できる。
【００４６】
本実施形態によれば、改質弁５Ｂを開閉する改質弁用カム８Ｂを吸気弁５Ａを開閉する吸気弁用カム８Ａと独立に備え、改質弁用カム８Ｂが改質弁５Ｂをリフトするタイミングを吸気弁用カム８Ａが吸気弁５Ａをリフトするタイミングよりも早くするので（図２参照）、簡単な構成で改質弁５Ｂを膨張行程もしくは排気行程中に開かせることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図５は第２実施形態で、第１実施形態の図１と置き換わるものである。図１と同一部分には同一番号を付している。
【００４８】
第２実施形態は、第１実施形態を前提として、さらに各ＥＧＲガスポート３Ｂを吸気コレクタ１５に連通し、かつ吸気コレクタ１５との各連通部に常閉の開閉弁５１を設けたものである。この各開閉弁５１は、開状態と閉状態との２位置を取り得るＯＮ・ＯＦＦ弁である。この各開閉弁５１はエンジンコントローラ４１によってエンジン高負荷時に開かせる。
【００４９】
第１実施形態では、一方の吸気側ポート３Ａだけを用いて吸気を燃焼室２に供給する構成であるので、エンジン１の高負荷時は吸気の燃焼室２への供給が不足し勝ちとなる。そこで、第２実施形態では、高負荷時に開閉弁５１を開き、ＥＧＲガスポート３Ｂからも吸気を燃焼室２に供給することで、高負荷時に吸気が不足することないようにしたものである。
【００５０】
第２実施形態によれば、吸気側ポート３Ａ（第１ポート）が吸気コレクタ１５と連通している場合に、ＥＧＲガスポート３Ｂ（第２ポート）をこの吸気コレクタ１５と連通させると共に、ＥＧＲガスポート３Ｂの吸気コクレタ１５への連通部に常閉の開閉弁５１を設け、エンジン１の高負荷時にこの開閉弁５１を開くので、エンジン１の高負荷時に充填効率を向上させることができる。
【００５１】
実施形態では、主ＥＧＲ通路から副ＥＧＲ通路を分岐し、この副ＥＧＲ通路にＥＧＲガスポートを連通させた場合で説明したが、これに限られない。ＥＧＲ率制御を行わないエンジンにおいて、改質ガスを生成させるためだけに、ＥＧＲガスをＥＧＲガスポート３Ｂに導入するようにしてもかまわない。
【００５２】
実施形態では、ＥＧＲガスに含まれる水分を改質反応過程（水蒸気改質反応）に用いているが、これに限られるものでない。水蒸気を別に作り水分を含んだガスを改質触媒に導入するようにしてもかまわない。
【符号の説明】
【００５３】
１ エンジン
２ 燃焼室
３Ａ 吸気側ポート（第１ポート）
３Ｂ ＥＧＲガスポート（第２ポート）
５Ａ 吸気弁
５Ｂ 改質弁
７ 改質触媒
２４ 副ＥＧＲ通路
２５ 副ＥＧＲ弁
３１ 主燃料噴射弁（第１燃料供給装置）
３２ 改質燃料噴射弁（第２燃料供給装置）
４１ エンジンコントローラ
【技術分野】
【０００１】
この発明はエンジン（内燃機関）の燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
改質触媒で例えばガソリン等の燃料の一部を水素へと改質し、この水素を含んだ燃料を燃焼室２に導入して燃焼させると、急速燃焼が可能となり、これによってノッキングの改善やリーン限界、ＥＧＲ限界の拡大を図ることができる。このため、改質触媒を活性温度（例えば６００℃程度）になり得る排気管に備えるものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５７６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、改質触媒がエンジンの運転中、継続して加熱される構成であるので、改質触媒の耐久性が低下してしまう。
【０００５】
そこで本発明は、改質触媒の耐久性の低下を抑制し得る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】
【０００６】
本発明のエンジンの燃料改質装置は、燃焼室に開口して新気を導入する第１ポートと、この第１ポートを開閉する吸気弁と、この第１ポートまたは燃焼室に燃料を供給し得る第１燃料供給装置と、燃焼室に開口して水分を含んだガスを導入する第２ポートと、この第２ポートに配置され燃料を水素に改質する改質触媒と、この改質触媒に燃料を供給し得る第２燃料供給装置と、前記第２ポートを開閉する改質弁とを備えている。そして、膨張行程もしくは排気行程中に前記改質弁を開いて燃焼ガスを前記第２ポートに噴き戻させ、前記改質触媒を加熱すると共に、この加熱した改質触媒に前記第２燃料供給装置から燃料を供給する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、膨張行程もしくは排気行程中以外では改質触媒を加熱する必要がなくなるので、改質触媒の耐久性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態の燃料改質装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態の改質弁の開期間、吸気弁の開期間、改質燃料噴射弁の噴射タイミングを示すタイミングチャートである。
【図３】２つのカムプロフィールの説明図である。
【図４】副ＥＧＲ弁及び改質燃料噴射弁の制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】第２実施形態の燃料改質装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態のエンジン１の燃料改質装置の概略構成図である。図１において３つの各燃焼室２には２つの吸気側ポート３Ａ、３Ｂと２つの排気側ポート４Ａ、４Ｂが開口し、２つの各吸気側ポート３Ａ、３Ｂを２つの各吸気弁５Ａ、５Ｂが、２つの各排気側ポート４Ａ、４Ｂを２つの各排気弁６Ａ、６Ｂが開閉する。つまり、エンジン１の各燃焼室２には４弁を有している。
【００１１】
２つの排気側ポート４Ａ、４Ｂは排気マニフォルド９と接続され、排気マニフォルド９の集合部に一本の排気管１０が接続されている。排気管１０には排気マニフォルド９側に三元触媒１１を備える。三元触媒１１は排気の空燃比がストイキであるとき、排気中の有害成分（ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ）を無害の物質へと同時に転換し得るので、排気の空燃比を検出するＯ2センサ１２を設けている。
【００１２】
一方、２つの各吸気側ポート３Ａ、３Ｂは上流で合流することなく独立に構成されている。すなわち、一方の各吸気側ポート３Ａ（第１ポート）を一定量の容積を有する吸気コレクタ１５に連通し、他方の各吸気側ポート３Ｂを主ＥＧＲ通路２１から分岐する副ＥＧＲ通路２４に連通する。他方の各吸気側ポート３Ｂには改質触媒７を備えている。改質触媒７としては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈなどを用いる。Ｐｔ、Ｐｄも用いられ得る。
【００１３】
上記の吸気コレクタ１５には一本の吸気管１６が接続され、吸気管１６の上流端には図示しないエアフィルタを備える。吸気管１６にスロットル弁１７が設けられ、スロットル弁１７の開度によって各燃焼室２に導入される空気流量が調整される。スロットル弁１７の開度によって調整される空気流量は、スロットル弁１７の上流に設けたエアフローメータ１８によって計測される。
【００１４】
上記の主ＥＧＲ通路２１は、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気コレクタ１５に戻す通路である。主ＥＧＲ通路２１には、吸気コレクタ１５に近い位置に、ＥＧＲ率を調整可能な主ＥＧＲ弁２２を、また主ＥＧＲ弁２２の上流にはＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２３を設けている。
【００１５】
副ＥＧＲ通路２４にも、常閉の副ＥＧＲ弁２５を設けている。副ＥＧＲ弁２５は主ＥＧＲ弁２２と相違して、開状態と閉状態との２位置を取り得るＯＮ・ＯＦＦ弁である。
なお、構成をシンプルにするため副ＥＧＲ通路２４にはＥＧＲクーラを設けていない。副ＥＧＲ通路２４にＥＧＲクーラを設けてもかまわない。副ＥＧＲ通路２４にＥＧＲクーラを設けてＥＧＲガスを冷却すれば、その分、燃焼室２に改質ガスを多く導入できるので、効果は増す。
【００１６】
２つの各吸気側ポート３Ａ、３Ｂに臨んで燃料噴射弁３１、３２（燃料供給装置）を備える。これら各燃料噴射弁３１、３２には燃料タンク３３内の燃料を燃料供給ポンプ３４で圧送する。ここでの燃料はガソリンである。ただし、燃料がガソリンである場合に限られるものでなく、燃料がアルコールであってもかまわない。
【００１７】
吸気側ポート３Ｂに設ける燃料噴射弁３２（第２燃料供給装置）からの燃料は改質触媒７を指向するようにする。改質触媒７ではこの燃料噴射弁３２からの燃料と、副ＥＧＲ通路２４を介して導入されるＥＧＲガスに含まれる水とを反応させて水素を生成する。燃料噴射弁３２からの燃料の一部が水素に転換されるのであり、この転換された水素と転換されなかった燃料とが改質ガスとなり、吸気側ポート３Ｂを流れるＥＧＲガスと混合しつつ燃焼室２に供給される。
【００１８】
改質触媒７を用いて水素を生成させる目的は２つある。すなわち、ガソリンに比べ燃焼速度の早い水素を燃焼室２に導入して燃焼させることにより、ガソリンだけを燃焼させるときより急速な燃焼が可能になるのであり、これによってノッキングの改善やリーン限界、ＥＧＲ限界の拡大を図ることができる。これが第１の目的である。この目的より、ノッキングが起こりやすい低回転速度高負荷運転時や高いＥＧＲ率での運転を行う低回転速度中負荷域で燃料噴射弁３２から燃料を噴いて改質触媒７を働かせる。
【００１９】
また、燃料が水と反応し、水素が生成される改質反応過程（水蒸気改質反応）において、燃料の総発熱量が反応前後で増加する。これは、排気の熱エネルギーを用いて燃料と水から水素を生成した効果によるものである。この水蒸気改質反応に伴う化学的排熱回収効果により、排気として捨てていたエネルギーを水素として回収し、水素を燃やして動力に変換することで、燃費を向上できる。これが第２の目的である。排熱回収量は排気温度が高いほど増える（つまり燃費が向上する）ので、排気温度が高い高回転速度、高負荷ほど燃料噴射弁３２から燃料を噴いて改質触媒７により燃料改質を行わせる。
【００２０】
上記第１の目的実現のためには、低回転速度高負荷運転時や低回転速度中負荷域が、また上記第２の目的実現のためには高回転速度、高負荷域が改質ガスを燃焼室２に供給することが要求される条件（以下、「改質ガス要求条件」という。）となる。
【００２１】
燃料噴射弁３２から改質触媒７に供給する燃料は改質用燃料であるので、吸気側ポート３Ｂに設ける燃料噴射弁３２（第２燃料供給装置）を、以下「改質燃料噴射弁」という。一方、吸気側ポート３Ａに設ける燃料噴射弁３１（第１燃料供給装置）を、以下「主燃料噴射弁」という。なお、主燃料噴射弁３１は燃焼室２に臨ませて設けてもかまわない。
【００２２】
このように２つの各吸気側ポート３Ａ、３Ｂ、改質触媒７、２つの各燃料噴射弁３１、３２を構成したとき、各吸気側ポート３Ｂからは各改質触媒７によって燃料の一部を水素に改質したガスである改質ガスが燃焼室２に導入される。つまり、各吸気側ポート３Ｂを開閉する吸気弁５Ｂは、改質ガスの導入・遮断を行うのであって、吸気（新気）の導入・遮断を行うのではない。従って、以下では各吸気側ポート３Ａを「ＥＧＲガスポート」として、各吸気側ポート３Ｂを開閉する吸気弁を「改質弁」として再構成する。
【００２３】
このように再構成したとき、各気筒の膨張行程もしくは排気行程中に各改質弁３Ｂを開くことで、燃焼室２内の燃焼ガスを各ＥＧＲガスポート３Ｂに噴き戻させ、各ＥＧＲガスポート３Ｂに設けてある改質触媒７を加熱して改質可能温度以上に上昇させることができる。なお、各改質弁３Ｂを各気筒の膨張行程もしくは排気行程中に開かせる機構については後述する。
【００２４】
エンジンコントローラ４１には、エアフローメータ１８からの吸入空気流量の信号、クランク角センサ４２からのクランク角位置の信号、アクセル開度センサ４３からのアクセル開度の信号、Ｏ2センサ１２からの信号が入力されている。エンジンコントローラ４１では、アクセル開度とエンジン回転速度とに基づいて、ドライバの要求する車両駆動力を演算し、この車両駆動力が得られるように、スロットル弁１７の開度及び主燃料噴射弁３１からの燃料噴射量を制御する。また、ＥＧＲ領域（ＮＯｘの多く発生する運転領域）になると、ＮＯｘの発生を抑制するため、ＥＧＲガスの割合（ＥＧＲ率）、つまり主ＥＧＲ弁２２の開度を制御する。
【００２５】
また、エンジンコントローラ４１では、改質ガス要求条件を予め定めている。そしてこの改質ガス要求条件になると、副ＥＧＲ弁２５を開くと共に、改質弁３Ｂの動きに合わせて各気筒の膨張行程もしくは排気行程中に各改質燃料噴射弁３２を開いて燃料を改質触媒７に供給する。
【００２６】
改質ガス要求条件のとき、エンジンコントローラ４１で行われる燃料改質の内容を、図２のタイミングチャートを参照してさらに説明する。図２は改質弁５Ｂの開期間、吸気弁５Ａの開期間、改質燃料噴射弁３２の燃料噴射タイミングがどうなるかをモデルで示したタイミングチャートである。なお、３つ気筒で行われる燃料改質の方法は同様であるので、図２では１つの気筒で代表させている。
【００２７】
図２上方に示したように、改質弁５Ｂを排気行程終期にある第１クランク角ＣＡ１で開き、吸気行程の中央位置である第３クランク角ＣＡ３で閉じる。つまり、第１クランク角ＣＡ１から第３クランク角ＣＡ３までの期間が改質弁５Ｂの開期間である。改質弁５Ｂを排気行程終期にある第１クランク角ＣＡ１で開くのは、燃焼ガスを吸気側ポート３Ｂに噴き戻させて改質触媒７を改質可能温度以上に加熱するためである。改質弁５Ｂを吸気行程まで開き続けるのは、改質ガスを燃焼室２に導入するためである。
【００２８】
一方、図２上方に示したように吸気弁５Ａを排気行程終了タイミングである第２クランク角ＣＡ２で開き、圧縮行程前期にある第４クランク角ＣＡ４で閉じる。つまり、第２クランク角ＣＡ２から第４クランク角ＣＡ４までの期間が吸気弁５Ａの開期間である。これは、吸気（新気）を燃焼室２に導入するためである。
【００２９】
また、図２上方に示したように改質燃料噴射弁３２の燃料噴射タイミングは第１クランク角ＣＡ１と第２クランク角ＣＡ２の間である。これは、排気行程後期に改質可能温度域まで昇圧された改質触媒７にタイミング良く改質のための燃料を供給するためである。
【００３０】
この結果、吸気弁５Ａの開期間と改質弁５Ｂの開期間とがずれることになる。このように、吸気弁５Ａの開期間と改質弁５Ｂの開期間とを異ならせるには、それぞれの開期間に合わせたプロフィールを有する２つのカムを設ければよい。すなわち、従来周知の４弁エンジンでは、ダブルオーバーヘッド・カム（ＤＯＨＣ）型を採用し、１つの気筒に２つの同じプロフィールを有する吸気側カムを設けている。一方、本実施形態でも、ダブルオーバーヘッド・カム型を採用し、改質弁５Ｂを開閉する改質弁用カム８Ｂのプロフィールを、吸気弁５Ａを開閉する吸気弁用カム８Ａのプロフィールと異ならせ、改質専用カムとして設けるのである。つまり、本実施形態では、図３に示したように、改質弁用カム８Ｂと吸気弁用カム８Ａとでカムプロフィールが異なっている。図３は改質弁用カム８Ｂと吸気弁用カム８Ａとを重ねて示したもので、図示の方向にカムが回転するとき、改質弁用カム８Ｂが改質弁５Ｂを開くタイミングが吸気弁用カム８Ａが吸気弁５Ａを開くタイミングより早くなる。この場合に、燃焼ガスの噴き戻しによって改質触媒７が改質可能温度域まで昇温し得るように改質弁用カム８Ｂのカムプロフィールを予め定めておく。
【００３１】
なお、本発明は、改質専用カムを設ける場合に限られるものでない。例えば、１つの気筒に２つの同じプロフィールを有する吸気弁用カム及び改質弁用カムを設けると共に、改質弁用カムによって開閉する各改質弁３Ｂの開閉タイミングを進遅角させ得る機構（改質弁ＶＴＣ機構）を備えさせる。そして、改質弁ＶＴＣ機構の非作動時には、改質弁５Ｂの開閉タイミングを吸気弁５Ａの開閉タイミングと同じにしておく。改質ガス要求条件になると、改質弁ＶＴＣ機構を作動して改質弁５Ｂの開閉タイミングを進角させ、各気筒の膨張行程もしくは排気行程中に各改質弁３Ｂを開かせる。このものによれば、改質弁ＶＴＣ機構に与える制御量（進角量）を制御することで燃焼ガスの噴き戻し量を調整することができる。
【００３２】
図２中段左側には、排気行程終期に改質弁５Ｂのみを開いた直後のタイミングでのＥＧＲガスポート３Ｂの様子を示している。排気行程終期に改質弁５Ｂを開くことによって燃焼室２内の高温の燃焼ガスが改質触媒７のある吸気側ポート３Ｂに吹き戻されている（白抜き矢印参照）。これによって改質触媒７が改質可能温度以上に加熱されることとなる。
なお、副ＥＧＲ弁２５が開かれＥＧＲガスが導入されてはいるが、燃焼室２内の高温の燃焼ガスのほうが燃焼室２へ流れようとするＥＧＲガスより圧力が高いので、燃焼ガスはＥＧＲガスを押しのけて改質触媒７を加熱する。このように改質可能温度以上に加熱された改質触媒７に改質燃料噴射弁３２を開いて燃料を噴射供給することで、改質触媒７により燃料の一部が水素へと転換される。
【００３３】
一方、図２中段右側には、第３クランク角ＣＡ３手前のタイミングでの２つのポート３Ａ、３Ｂの様子を示している。図示しないが、圧縮行程や膨張行程に主燃料噴射弁３１を開いて燃料を吸気側ポート３Ａに供給することで燃料の気化を促進している。ピストンの下動によって燃焼室２内の圧力が大気圧より低下する吸気行程で吸気弁５Ａを開くことで、ほぼ大気圧に近い圧力の吸気側ポート３Ａと、大気圧より低下している燃焼室２との間に圧力差が生じる。この圧力差で吸気側ポート３Ａで気化しつつある燃料と新気とが混合しながら燃焼室２に吸い込まれる。一方、ＥＧＲガスポート３Ｂにおいては、噴き戻し後に燃焼ガスの圧力が弱まった後に、改質触媒７で生成された水素を含む燃料である改質ガスをＥＧＲガスが燃焼室２へと押し流す（白抜き矢印参照）。吸気弁５Ａが開いた後には、ＥＧＲガスポート３Ｂと燃焼室２との間にも大きな圧力差が生じるので、この圧力差で改質ガスが燃焼室２に吸引される。
【００３４】
このようにして、吸気行程の直前に作られた改質ガスが吸気行程で即座に燃焼室２に供給される。
【００３５】
図２下段には、本実施形態の改質触媒７の温度変化を実線で示している。本実施形態との比較のため、主ＥＧＲ通路２１に改質触媒７を設けた場合を参考例として、この参考例での改質触媒７の温度変化を図２下段に破線で重ねて示している。
【００３６】
ガス温度は単純に燃焼室２内がもっとも高く、燃焼室２から離れるほど、配管（排気マニフォルド９や主ＥＧＲ通路２１）からの放熱により温度が低下する。主ＥＧＲ通路２１に改質触媒７を設けている参考例では、改質触媒７付近の排気温度（ＥＧＲガス温度）が低く、改質触媒７の温度が改質可能温度に到達せず（図２下段の破線参照）、改質できない回転速度負荷領域（運転域）が多いという問題がある。一方、本実施形態では、燃焼室２からすぐの位置（ＥＧＲガスポート３Ｂ）に改質触媒７を設けているので、高温の燃焼ガスで改質触媒７の温度を改質可能温度域まで容易に上昇させることが可能となっている（図２下段の実線参照）。つまり、図２下段にハッチングで示した領域に相当する熱エネルギーで燃料を水素へと改質できるのであり、本実施形態によれば、広い運転域で燃料を改質することが可能になる。
【００３７】
また、本実施形態では、排気行程後期にから吸気行程前期にかけての期間で改質触媒７を加熱するため、排気行程後期から吸気行程前期にかけての期間以外の期間では改質触媒７を改質可能温度域へと加熱する必要はない。改質触媒７が高温のガスに晒されている期間が参考例より短くなるのであり、その分、改質触媒７の耐久性が良好になる。
【００３８】
エンジンコントローラ４１で行われるこの制御の内容を、図４のフローチャートを参照して具体的に説明する。図４のフローは一定の周期（例えば１０ｍｓ毎）で実行する。
【００３９】
ステップ１では改質ガス要求条件である否かをみる。改質ガス要求条件は上記第１の目的や第２の目的に従って予め定めておく。改質ガス要求条件であるときにはステップ２に進み、副ＥＧＲ弁２５を全開状態とする。これによって、ＥＧＲガスがＥＧＡガスポート３Ｂに供給される。
【００４０】
ステップ３ではクランク角が改質燃料噴射弁３２の噴射タイミングになったか否かをみる。改質燃料噴射弁３２の燃料噴射タイミングは、図２で示したように排気行程終期に定められている。クランク角が改質燃料噴射弁３２の燃料噴射タイミングになっていなければ、そのまま今回の処理を終了する。
【００４１】
一方、ステップ３でクランク角が改質燃料噴射弁３２の燃料噴射タイミングになったときにはステップ５に進んで改質燃料噴射弁３２を開き、改質触媒７に向けて燃料を供給する。これによって、改質可能温度域まで昇温している改質触媒７では、燃料の一部を水素に改質する。この改質された水素を含んだ燃料である改質ガスは副ＥＧＲ通路２４を介して流れるＥＧＲガスに運ばれて燃焼室２に導入される。
【００４２】
一方、ステップ１で改質ガス要求条件でなくなると、ステップ５以降に進む。ステップ５では副ＥＧＲ弁２５を全閉状態とし、ステップ６で改質燃料噴射弁３２の作動を停止する。
【００４３】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００４４】
本実施形態では、燃焼室２に開口して新気を導入する吸気側ポート３Ａ（第１ポート）と、この吸気側ポート３Ａを開閉する吸気弁５Ａと、この吸気側ポート３Ａに燃料を供給し得る主燃料噴射弁３１（第１燃料供給装置）と、燃焼室２に開口して水分を含んだガスを導入するＥＧＲガスポート３Ｂ（第２ポート）と、このＥＧＲガスポート３Ｂに配置され燃料を水素に改質する改質触媒７と、この改質触媒７に燃料を供給し得る改質燃料噴射弁３２（第２燃料供給装置）と、ＥＧＲガスポート３Ｂを開閉する改質弁５Ｂとを備え、膨張行程もしくは排気行程中に改質弁５Ｂを開いて燃焼ガスをＥＧＲガスポート３Ｂに噴き戻させ、改質触媒７を加熱すると共に、エンジンコントローラ４１がこの加熱した改質触媒７に改質燃焼噴射弁３２から燃料を供給する（図４のステップ３、４参照）。本実施形態によれば、膨張行程もしくは排気行程中に改質触媒７を加熱し、膨張行程もしくは排気行程中以外では改質触媒７を加熱する必要がなくなるので、改質触媒７の耐久性を向上できる。
【００４５】
本実施形態では、水分を含んだガスを導入する第２ポートは、ＥＧＲガスを導入するＥＧＲガスポート３Ｂであり、このＥＧＲガスポート３Ｂにつながる副ＥＧＲ通路２４を開閉し得る常閉の副ＥＧＲ弁２５を備え、改質ガス要求条件（水素に改質されたガスが要求される条件）のとき、この副ＥＧＲ弁２５を開く（図４のステップ１、２参照）。本実施形態によれば、ＥＧＲガスに含まれる水を改質反応過程（水蒸気改質反応）に用いる、つまり排気として捨てていたエネルギーを水素として回収し、水素を燃やして動力に変換するので、燃費を向上できる。
【００４６】
本実施形態によれば、改質弁５Ｂを開閉する改質弁用カム８Ｂを吸気弁５Ａを開閉する吸気弁用カム８Ａと独立に備え、改質弁用カム８Ｂが改質弁５Ｂをリフトするタイミングを吸気弁用カム８Ａが吸気弁５Ａをリフトするタイミングよりも早くするので（図２参照）、簡単な構成で改質弁５Ｂを膨張行程もしくは排気行程中に開かせることができる。
【００４７】
（第２実施形態）
図５は第２実施形態で、第１実施形態の図１と置き換わるものである。図１と同一部分には同一番号を付している。
【００４８】
第２実施形態は、第１実施形態を前提として、さらに各ＥＧＲガスポート３Ｂを吸気コレクタ１５に連通し、かつ吸気コレクタ１５との各連通部に常閉の開閉弁５１を設けたものである。この各開閉弁５１は、開状態と閉状態との２位置を取り得るＯＮ・ＯＦＦ弁である。この各開閉弁５１はエンジンコントローラ４１によってエンジン高負荷時に開かせる。
【００４９】
第１実施形態では、一方の吸気側ポート３Ａだけを用いて吸気を燃焼室２に供給する構成であるので、エンジン１の高負荷時は吸気の燃焼室２への供給が不足し勝ちとなる。そこで、第２実施形態では、高負荷時に開閉弁５１を開き、ＥＧＲガスポート３Ｂからも吸気を燃焼室２に供給することで、高負荷時に吸気が不足することないようにしたものである。
【００５０】
第２実施形態によれば、吸気側ポート３Ａ（第１ポート）が吸気コレクタ１５と連通している場合に、ＥＧＲガスポート３Ｂ（第２ポート）をこの吸気コレクタ１５と連通させると共に、ＥＧＲガスポート３Ｂの吸気コクレタ１５への連通部に常閉の開閉弁５１を設け、エンジン１の高負荷時にこの開閉弁５１を開くので、エンジン１の高負荷時に充填効率を向上させることができる。
【００５１】
実施形態では、主ＥＧＲ通路から副ＥＧＲ通路を分岐し、この副ＥＧＲ通路にＥＧＲガスポートを連通させた場合で説明したが、これに限られない。ＥＧＲ率制御を行わないエンジンにおいて、改質ガスを生成させるためだけに、ＥＧＲガスをＥＧＲガスポート３Ｂに導入するようにしてもかまわない。
【００５２】
実施形態では、ＥＧＲガスに含まれる水分を改質反応過程（水蒸気改質反応）に用いているが、これに限られるものでない。水蒸気を別に作り水分を含んだガスを改質触媒に導入するようにしてもかまわない。
【符号の説明】
【００５３】
１ エンジン
２ 燃焼室
３Ａ 吸気側ポート（第１ポート）
３Ｂ ＥＧＲガスポート（第２ポート）
５Ａ 吸気弁
５Ｂ 改質弁
７ 改質触媒
２４ 副ＥＧＲ通路
２５ 副ＥＧＲ弁
３１ 主燃料噴射弁（第１燃料供給装置）
３２ 改質燃料噴射弁（第２燃料供給装置）
４１ エンジンコントローラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に開口して新気を導入する第１ポートと、
この第１ポートを開閉する吸気弁と、
この第１ポートまたは燃焼室に燃料を供給し得る第１燃料供給装置と、
燃焼室に開口して水分を含んだガスを導入する第２ポートと、
この第２ポートに配置され燃料を水素に改質する改質触媒と、
この改質触媒に燃料を供給し得る第２燃料供給装置と、
前記第２ポートを開閉する改質弁と
を備え、
膨張行程もしくは排気行程中に前記改質弁を開いて燃焼ガスを前記第２ポートに噴き戻させ、前記改質触媒を加熱すると共に、この加熱した改質触媒に前記第２燃料供給装置から燃料を供給することを特徴とするエンジンの燃料改質装置。
【請求項２】
前記水分を含んだガスを導入する第２ポートは、ＥＧＲガスを導入するＥＧＲガスポートであり、
このＥＧＲガスポートにつながるＥＧＲ通路を開閉し得る常閉のＥＧＲ弁を備え、
前記水素に改質されたガスが要求される条件のとき、このＥＧＲ弁を開くことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項３】
前記改質弁を開閉する改質弁用カムを前記吸気弁を開閉する吸気弁用カムと独立に備え、
改質弁用カムが前記改質弁をリフトするタイミングを吸気弁用カムが前記吸気弁をリフトするタイミングよりも早くすることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項４】
前記第１ポートが吸気コレクタと連通している場合に、前記第２ポートをこの吸気コレクタと連通させると共に、第２ポートの吸気コレクタへの連通部に常閉の開閉弁を設け、エンジンの高負荷時にこの開閉弁を開くことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項１】
燃焼室に開口して新気を導入する第１ポートと、
この第１ポートを開閉する吸気弁と、
この第１ポートまたは燃焼室に燃料を供給し得る第１燃料供給装置と、
燃焼室に開口して水分を含んだガスを導入する第２ポートと、
この第２ポートに配置され燃料を水素に改質する改質触媒と、
この改質触媒に燃料を供給し得る第２燃料供給装置と、
前記第２ポートを開閉する改質弁と
を備え、
膨張行程もしくは排気行程中に前記改質弁を開いて燃焼ガスを前記第２ポートに噴き戻させ、前記改質触媒を加熱すると共に、この加熱した改質触媒に前記第２燃料供給装置から燃料を供給することを特徴とするエンジンの燃料改質装置。
【請求項２】
前記水分を含んだガスを導入する第２ポートは、ＥＧＲガスを導入するＥＧＲガスポートであり、
このＥＧＲガスポートにつながるＥＧＲ通路を開閉し得る常閉のＥＧＲ弁を備え、
前記水素に改質されたガスが要求される条件のとき、このＥＧＲ弁を開くことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項３】
前記改質弁を開閉する改質弁用カムを前記吸気弁を開閉する吸気弁用カムと独立に備え、
改質弁用カムが前記改質弁をリフトするタイミングを吸気弁用カムが前記吸気弁をリフトするタイミングよりも早くすることを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの燃料改質装置。
【請求項４】
前記第１ポートが吸気コレクタと連通している場合に、前記第２ポートをこの吸気コレクタと連通させると共に、第２ポートの吸気コレクタへの連通部に常閉の開閉弁を設け、エンジンの高負荷時にこの開閉弁を開くことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一つに記載のエンジンの燃料改質装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２９０８８（Ｐ２０１３−２９０８８Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６７１２５（Ｐ２０１１−１６７１２５）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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