JP2014240636A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】改質触媒に凝縮水が溜まることを防止する。
【解決手段】排気通路５から分岐して吸気通路２のコレクタタンク３に合流するＥＧＲ通路７と、ＥＧＲ通路７内に炭化水素系燃料を噴射する改質燃料用噴射弁８と、ＥＧＲ通路７に介装され、炭化水素系燃料を改質して少なくとも水素ガスを含む改質ガスを生成する改質触媒９と、改質ガスを冷却するＥＧＲクーラ１０と、を備える内燃機関１において、改質燃料用噴射弁８と改質触媒９とＥＧＲクーラ１０とを含んで構成される改質器２０が、ＥＧＲ通路７と排気通路５とが分岐する分岐部１２よりも車載状態で高い位置に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、炭化水素系燃料を改質して水素を含む改質ガスを生成する改質触媒を備える内燃機関に関する。

ＥＧＲ通路に改質触媒を配置し、炭化水素系燃料とＥＧＲガス中の水分とを触媒反応によって少なくとも水素ガスを含む改質ガスに変換し、改質ガスを燃焼室に供給する内燃機関が知られている。例えば特許文献１には、排気通路に介装したケース内に改質触媒を配置し、ケースの上方から炭化水素系燃料及びＥＧＲガスを供給し、得られた改質ガスをケースの下部から内燃機関より上方の吸気経路へ供給する構成が開示されている。

特開２００５−２２６４９７

しかしながら、特許文献１に記載の構成では、改質ガスがケースの下部から取り出されて、内燃機関より上方で吸気通路へ導入される。つまり、ＥＧＲ通路が途中で下向きから上向きへ反転する。このため、改質触媒で生じた凝縮水がケース内に溜まり、改質触媒の劣化や錆の発生を招くこととなる。

そこで本発明では、改質触媒に凝縮水が溜まることを防止することを目的とする。

本発明のある態様によれば、ＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路内に炭化水素系燃料を噴射する改質燃料用噴射弁と、ＥＧＲ通路に介装され、炭化水素系燃料を改質して少なくとも水素ガスを含む改質ガスを生成する改質触媒と、改質ガスを冷却するＥＧＲクーラとを備える内燃機関が提供される。

内燃機関は、改質燃料用噴射弁と改質触媒とＥＧＲクーラとを含んで構成される改質器が、ＥＧＲ通路と排気通路とが分岐する分岐部よりも車載状態で高い位置に配置されていることを特徴とする。

上記態様によれば、改質触媒を含む改質器が分岐部よりも高い位置に配置されているので、凝縮水が改質器内に滞留することを防止できる。その結果、錆の発生による触媒機能の劣化等を防止できる。

図１は、本発明の実施形態を適用する内燃機関の構成図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図1は、本発明の実施形態に係るシステムの構成図である。内燃機関１は、例えば車両用の多気筒内燃機関であり、排気の一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ通路７を備える。なお、吸気通路は、後述するコレクタタンク３及び吸気マニホールド２を含んで構成される。

ＥＧＲ通路７は、排気浄化触媒５よりも上流側で排気通路５から分岐し、コレクタタンク３で合流する。以下、排気通路５から分岐する部位を分岐部１２、コレクタタンク３と合流する部位を合流部１３とする。

合流部１３にはＥＧＲ通路７を開閉するＥＧＲ弁１１が配置され、これにより排気還流量を調節する。分岐部１２は、シリンダヘッド１Ａに設けられた排気ポート４の軸線Ｃよりも高い位置にある。

また、分岐部１２から合流部１３まで、ＥＧＲ通路７の高さが単調に低下する。なお、「ＥＧＲ通路７の高さ」とは、地面等の基準位置からＥＧＲ通路７までの高さであり、「単調に低下する」とは、ＥＧＲ通路７の傾きが下向きのままで、上向きに反転しないとの意味である。したがって、傾きが下向きである限り、途中で勾配が急になったり緩やかになったりするものも含まれる。

内燃機関１は、改質燃料用噴射弁８、改質触媒９、及びＥＧＲクーラ１０を含んで構成されＥＧＲ通路７に介装される改質器２０を備える。燃料改質については後述する。

改質触媒９は、炭化水素系の燃料（以下、改質用燃料ともいう）とＥＧＲガス中の水分とから、触媒反応により水素を含む改質ガスを生成する。また、改質触媒９は分岐部１２より高く、かつ合流部１３より低い位置に配置される。

改質燃料用噴射弁８は、改質用燃料をＥＧＲ通路７に噴射する噴射弁であり、噴孔の延長線が改質触媒９の排気通路５側の端面（つまり、分岐部１２側の端面）を指向するように配置される。改質燃料用噴射弁８の構造は、公知の燃料噴射弁と同様である。また、改質用燃料は、内燃機関１の筒内や吸気ポートに噴射される燃料と同一の燃料タンクに貯留されているものである。

ＥＧＲクーラ１０は、ＥＧＲ通路７の改質触媒９より合流部１３側に配置される。ＥＧＲクーラ１０は内部を通過するガスを冷却するものであり、放熱フィンにより外部へ熱を放出する空冷式であってもよいし、冷却液を循環させることによって冷却する水冷式であってもよい。

なお、ＥＧＲ弁１１及び改質燃料用噴射弁８は図示しないコントローラにより制御される。

次に、改質器２０による燃料改質について説明する。

内燃機関１は、回転速度や負荷等の運転条件に基づいて制御され、所定の運転領域では、燃焼室内の温度上昇抑制等の為にＥＧＲ弁１１を開いて排気還流（ＥＧＲ）を実行する。

シリンダヘッド１Ａには、高温の排気が流れる排気ポート４を冷却するための冷却液通路が備えられているので、内燃機関１から排出された排気は冷却され、排気中の水分が凝縮する。よって、ＥＧＲ実行時には、凝縮した水分（以下、凝縮水ともいう）を含む排気が分岐部１２からＥＧＲ通路７へと流れ込む。

ＥＧＲ実行中に改質燃料用噴射弁８から改質用燃料を噴射すると、凝縮水を含む排気と改質用燃料とが改質触媒９に流入し、改質触媒９内では排気の熱を利用した改質反応が進行し、水素ガスを含む改質ガスが生成される。すなわち、ＥＧＲ通路７に噴射された改質用燃料が、改質触媒９において排気の熱及び排気中の水分を利用して少なくとも水素ガスを含むガスに改質される。生成された改質ガスは、ＥＧＲクーラ１０にて冷却された後、コレクタタンク３、吸気マニホールド２を介して燃焼室へ供給され、燃焼に供される。

次に、改質器２０を上記のように配置することによる作用、効果について説明する。

改質器２０は、分岐部１２よりも車載状態で高い位置に配置される。このため、ＥＧＲ通路７内の余剰の凝縮水は、図１のように合流部１３が改質器２０よりも高い場合は排気通路５へ流れ落ち易くなり、凝縮水がＥＧＲ通路７の、特に改質器２０に滞留することを防止できる。

なお、図１とは異なり、改質器２０が合流部１３よりも高い場合、つまり改質器２０が分岐部１２及び合流部１３のいずれよりも高い場合は、凝縮水は合流部１３または分岐部１２のいずれかへ流れ落ち易くなる。この場合も図１の場合と同様に凝縮水の滞留を防止できる。

上記のように、改質器２０を分岐部１２よりも車載状態で高い位置に配置することで、ＥＧＲ通路７内に凝縮水が滞留することを防止できる。そして、凝縮水の滞留を防止することで、改質器２０を含むＥＧＲ通路７での錆の発生を抑制し、錆による改質器２０の性能劣化を抑制することができる。

また、図１に示すようにＥＧＲ通路７の高さが合流部１３から分岐部１２まで単調に低下すると、ＥＧＲ通路７内での滞留をより効果的に防止できる。

排気通路５は、一般的な車両と同様にシリンダヘッド１Ａの側面に接続され、途中で方向転換して車両の下方に向けてのび、再度方向転換をして車両下面に沿って車両後方に向けて延びるように取り回されている。また、上述したように分岐部１２はシリンダヘッド１Ａに設けられた排気ポート４の軸線Ｃよりも高い位置にある。

内燃機関１を車両に搭載する場合には、エンジンルーム内のレイアウトの制約等があるので、上述した排気通路５の取り回しを実現させるために、シリンダヘッド側面の接続部から下方に方向転換するまでの距離は制限される。したがって、排気ポート４の軸線Ｃよりも高いという条件により、排気ポート４との接続部から分岐部１２までの距離は制限される。すなわち、排気ポート４の出口から改質器２０までの距離が制限されることで、改質触媒９に到達するまでの排気温度の低下が抑制される。

これにより改質触媒９での排気温度を高く維持できるため、改質触媒９の機能がより活性化し、改質反応が促進される。改質反応が促進される分、改質触媒９として使用する貴金属の量を少なくしてコストダウンを図ることができる。

改質燃料用噴射弁８は、噴孔の延長線が改質触媒９の分岐部１２側端部を指向するよう配置されているので、改質触媒９に改質用燃料が均質に供給される。これにより、改質の効率が向上するので、改質触媒９として使用する貴金属の量を少なくしてコストダウンを図ることができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ 内燃機関
２ 吸気マニホールド
３ コレクタタンク
４ 排気ポート
５ 排気通路
６ 排気浄化触媒
７ ＥＧＲ通路
８ 改質用噴射弁
９ 改質触媒
１０ ＥＧＲクーラ
１１ ＥＧＲ弁
１２ 分岐部
１３ 合流部
２０ 改質器

Claims (5)

1. 排気通路から分岐して吸気通路に合流するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路内に炭化水素系燃料を噴射する改質燃料用噴射弁と、
   前記ＥＧＲ通路に介装され、前記炭化水素系燃料を改質して少なくとも水素ガスを含む改質ガスを生成する改質触媒と、
   前記改質ガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   を備える内燃機関において、
   前記改質燃料用噴射弁と前記改質触媒と前記ＥＧＲクーラとを含んで構成される改質器が、前記ＥＧＲ通路と前記排気通路とが分岐する分岐部よりも車載状態で高い位置に配置されることを特徴とする内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関において、
   前記改質器は、前記ＥＧＲ通路と前記吸気通路とが合流する合流位置よりも車載状態で低い位置に配置されることを特徴とする内燃機関。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関において、
   前記合流位置から前記分岐部まで、前記ＥＧＲ通路の高さが単調に低下することを特徴とする内燃機関。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関において、
   前記分岐部は、車載状態で前記排気通路の軸線よりも高い位置にあることを特徴とする内燃機関。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関において、
   前記改質燃料用噴射弁は、噴孔の延長線が前記改質触媒の前記排気通路側の端面を指向するよう配置されることを特徴とする内燃機関。

Images