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公開番号2025117086
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-12
出願番号2024011765
出願日2024-01-30
発明の名称燃料改質装置及びそれを備えた内燃機関
出願人株式会社豊田中央研究所,株式会社豊田自動織機
代理人弁理士法人YKI国際特許事務所
主分類F02M 27/02 20060101AFI20250804BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】燃料改質装置及びそれを備えた内燃機関において酸素濃度を適切に調整する。
【解決手段】内燃機関200の排気の一部を吸気管に設置された吸気スロットル10の下流に戻すEGR経路内に配置された燃料改質器20と、内燃機関200の吸気スロットル10の上流から燃料改質器20の上流を繋ぐ空気供給経路と、EGR経路において、内燃機関200の排気管から空気供給経路との接続部までの間に設けられたEGR流量調整弁16と、空気供給経路に設けられた空気流量調整弁26と、を備え、EGR流量調整弁16及び空気流量調整弁26によって流量が調整されて燃料、排気ガス及び空気が燃料改質器20に供給される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
内燃機関における燃料を改質して水素を生成させる燃料改質装置であって、
前記内燃機関の排気の一部を吸気管に設置された吸気スロットルの下流に戻すＥＧＲ経路内に配置された燃料改質触媒と、
前記内燃機関の前記吸気スロットルの上流から前記燃料改質触媒の上流を繋ぐ空気供給経路と、
前記ＥＧＲ経路において、前記内燃機関の排気管から前記空気供給経路との接続部までの間に設けられたＥＧＲ流量調整弁と、
前記空気供給経路に設けられた空気流量調整弁と、
を備え、
前記ＥＧＲ流量調整弁及び前記空気流量調整弁によって流量が調整されて燃料、排気ガス及び空気が前記燃料改質触媒に供給されることを特徴とする燃料改質装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
内燃機関における燃料を改質して水素を生成させる燃料改質装置であって、
前記内燃機関の排気の一部を吸気管に設置された第１吸気スロットルの下流及び第２吸気スロットルの上流に戻すＥＧＲ経路内に配置された燃料改質触媒と、
前記吸気管と前記ＥＧＲ経路との接続部の下流及び前記第２吸気スロットルの上流から前記燃料改質触媒の上流を繋ぐ空気供給経路と、
前記ＥＧＲ経路において、前記内燃機関の排気管から前記空気供給経路との接続部までの間に設けられたＥＧＲ流量調整弁と、
前記空気供給経路に設けられた空気流量調整弁と、
を備え、
前記ＥＧＲ流量調整弁及び前記空気流量調整弁によって流量が調整されて燃料、排気ガス及び空気が前記燃料改質触媒に供給されることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料改質装置であって、
前記燃料改質触媒へ燃料を供給する燃料供給手段は、空気を吸引して前記空気供給経路から前記ＥＧＲ経路へと空気を供給することが可能なエゼクタを備えることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項４】
請求項２に記載の燃料改質装置であって、
前記内燃機関は、コンプレッサ及びタービンを備えた過給機付き内燃機関であり、
前記ＥＧＲ経路への排気ガスの取り込み口が前記タービンの下流に設けられており、
前記ＥＧＲ経路の前記吸気管への還流位置が前記コンプレッサの上流に設けられており、
前記コンプレッサの下流から改質ガスを含んだ空気を取り出し、前記空気流量調整弁を介して前記燃料改質触媒の上流に供給されることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の燃料改質装置であって、
前記内燃機関の排気ガスの温度を検知又は推定する手段を有し、
前記排気ガスの温度が高いほど前記燃料改質触媒へ供給される供給燃料流量に対する空気流量比が小さくなるように制御することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の燃料改質装置であって、
前記燃料改質触媒の温度を検知又は推定する手段を有し、
前記燃料改質触媒の温度が高いほど前記燃料改質触媒へ供給される供給燃料流量に対する空気流量比が小さくなるように制御することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項７】
請求項６に記載の燃料改質装置であって、
前記燃料改質触媒の温度が一定となるように供給燃料流量に対する空気流量比を制御することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載の燃料改質装置であって、
前記内燃機関の始動及び暖機過程の少なくとも一方において前記燃料改質触媒に排気ガスを流入させないように制御することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項９】
請求項１又は２に記載の燃料改質装置であって、
前記燃料改質触媒へ供給される燃料はアンモニアであることを特徴とする燃料改質装置。
【請求項１０】
請求項１又は２に記載の燃料改質装置であって、
前記ＥＧＲ経路への排気ガスの取り込み口が前記内燃機関に設けられた三元触媒の下流に配置されており、
前記内燃機関へ供給される混合気が量論比となるように制御されることを特徴とする燃料改質装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料改質装置及びそれを備えた内燃機関に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
燃料改質触媒と排気ガスの熱を利用して、水及び二酸化炭素を含有する排気ガスから水素を含有する改質ガスを生成する燃料改質装置が知られている。
【０００３】
例えば、排気循環装置の系統内に燃料噴霧器と燃料蒸発部と燃料改質触媒を含む燃料改質装置を配置し、燃料改質触媒の温度を検出し、その温度に応じて、燃料改質装置に供給する排気ガスの酸素量、排気ガス量及び燃料量を調整することによって燃料改質触媒入口における酸素と燃料中炭素のモル比を制御する技術が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１３－１３３２５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来技術では、酸素濃度を変化させる手段として空気供給装置を用いるとされているが、酸素濃度を調整するための具体的な方法は示されていない。
【０００６】
また、一般的に、排気脈動や圧力損失のために排気管内圧力は大気圧より高くなるため、大気中の空気をＥＧＲ経路中に導入するにはポンプ等により空気を加圧して供給する必要がある。そのため、ポンプ等における動力損失が課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様は、内燃機関における燃料を改質して水素を生成させる燃料改質装置であって、前記内燃機関の排気の一部を吸気管に設置された吸気スロットルの下流に戻すＥＧＲ経路内に配置された燃料改質触媒と、前記内燃機関の前記吸気スロットルの上流から前記燃料改質触媒の上流を繋ぐ空気供給経路と、前記ＥＧＲ経路において、前記内燃機関の排気管から前記空気供給経路との接続部までの間に設けられたＥＧＲ流量調整弁と、前記空気供給経路に設けられた空気流量調整弁と、を備え、前記ＥＧＲ流量調整弁及び前記空気流量調整弁によって流量が調整されて燃料、排気ガス及び空気が前記燃料改質触媒に供給されることを特徴とする燃料改質装置である。
【０００８】
本発明の別の態様は、内燃機関における燃料を改質して水素を生成させる燃料改質装置であって、前記内燃機関の排気の一部を吸気管に設置された第１吸気スロットルの下流及び第２吸気スロットルの上流に戻すＥＧＲ経路内に配置された燃料改質触媒と、前記吸気管と前記ＥＧＲ経路との接続部の下流及び前記第２吸気スロットルの上流から前記燃料改質触媒の上流を繋ぐ空気供給経路と、前記ＥＧＲ経路において、前記内燃機関の排気管から前記空気供給経路との接続部までの間に設けられたＥＧＲ流量調整弁と、前記空気供給経路に設けられた空気流量調整弁と、を備え、前記ＥＧＲ流量調整弁及び前記空気流量調整弁によって流量が調整されて燃料、排気ガス及び空気が前記燃料改質触媒に供給されることを特徴とする燃料改質装置である。
【０００９】
ここで、前記燃料改質触媒へ燃料を供給する燃料供給手段は、空気を吸引して前記空気供給経路から前記ＥＧＲ経路へと空気を供給することが可能なエゼクタを備えることが好適である。
【００１０】
また、前記内燃機関は、コンプレッサ及びタービンを備えた過給機付き内燃機関であり、前記ＥＧＲ経路への排気ガスの取り込み口が前記タービンの下流に設けられており、前記ＥＧＲ経路の前記吸気管への還流位置が前記コンプレッサの上流に設けられており、前記コンプレッサの下流から改質ガスを含んだ空気を取り出し、前記空気流量調整弁を介して前記燃料改質触媒の上流に供給されることが好適である。
（【００１１】以降は省略されています）

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