JP2003529717A - 改善された放出性を有するガス駆動機関 - Google Patents

改善された放出性を有するガス駆動機関

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Abstract

(57)【要約】 炭化水素燃料、例えば天然ガス（２）を使用する内燃機関（２２）の運転方法。燃料充填物は、機関（２２）と流体連通状態にある変成反応器（４）に導入される。燃料充填物の一部は、反応器（４）中で変成されてＨ2およびＣＯを生成する。排気ガスの一部も反応器（４）に導入されて燃料充填物を希釈する。機関（２２）は、排気ガスリサイクル条件下で希釈化燃料充填物と空気の混合物を燃焼し、ＮＯxがほぼゼロ及びCOがほぼゼロである排気ガスを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 本発明は、ガス燃料駆動内燃機関に関し、又、より詳細には、変成天然ガスを
使用して、ＮＯxがほぼゼロである排気ガスを生成する内燃機関の運転方法に関
する。
【０００２】 天然ガスは、より清浄であり、又、大量に埋蔵されているので、内燃機関のた
めの優れた燃料源と考えられる。しかしながら、天然ガスを内燃機関の燃料とし
て使用することは、問題がないわけではない。例えば、天然ガスを使用する車両
に燃料補給するための簡単な方法がない。又、ディーゼル又はガソリン駆動車両
に比べた場合、同じ距離を走るのにより大きな燃料タンク容量を必要とする。加
えて、天然ガスを内燃機関に使用すると排気ガス放出問題を生じて、排気ガス中
の種々の化合物に対応するために排気ガスの再循環、積極的なクランクケース換
気、及び触媒コンバータを組合わせることが必要となる。例えば、米国特許第５
，６６０，６０２号明細書、米国特許第５，６６６，９２３号明細書及び米国特
許第５，７８７，８６４号明細書には、約２１〜５０％の水素と残部天然ガス成
分、例えば、メタン、二酸化炭素、窒素、エタン、プロパン、イソブタン、ｎ−
ブタン、イソペンタン、ｎ−ペンタン、及びヘキサン、及びヘキサンより多い炭
素数の炭化水素を含む、燃焼機関用代替ガス燃料が開示されている。現在使用さ
れている機関（エンジン）は、なんの実質的な変更をしないで、現行法定基準以
下の放出により、希釈化ガス燃料条件下で前記の代替燃料を使用できる。
【０００３】 メタノールは変成されて水素を生成し、ガソリンと共に内燃機関に用いられて
有害成分を減少することができる。例えば、米国特許第４，２４４，３２８号明
細書及び米国特許第４，３４０，０１３号明細書には、炭化水素と一酸化炭素の
ガス混合物を調整して、燃焼機関の空気／燃料混合物に供給する改善方法及び装
置が開示されている。この方法及び装置は、その内燃機関排気ガス中の有害成分
及びアルデヒドの量を減少するのに有効である。有害成分及びアルデヒドの量を
減少させる改善方法及び燃焼機関が開示されている。
【０００４】 米国特許第４，１４７，１３６号明細書には、炭化水素燃料が供給されるべき
燃料変成反応器を有する内燃機関用の燃料変成装置が開示されている。その反応
器は、燃料を水素リッチの変成ガス混合物に容易に転化し得るように加熱される
触媒担体とその上の触媒を含む。その触媒は、周期的に交互に燃料と空気に曝さ
れるので、その触媒により簡易化された変成反応の間に触媒上に生成、堆積した
炭素を燃焼して、触媒の性能を保持して、触媒の操作可能寿命を延ばすようにす
る。その変成ガス混合物は、信頼性のある点火、及び、燃料に対して非常に希薄
の空気比においてそのガス混合物と空気の混合物の燃焼を確実にして、有害な排
気ガス成分の放出を効果的に減少させる。
【０００５】 米国特許第４，４７６，８１７号明細書には、燃焼及び汚染制御装置が開示さ
れ、制御された量の流体（水蒸気、水、又は、水と添加物の溶液）を内燃機関内
に噴射して、燃焼と効率を改善し、放出を減少させることが開示されている。噴
射される流体量は、機関（エンジン）の必要性に応じて制御される。この水蒸気
は、この機関により生成した熱により発生される。この燃焼ガス温度を利用して
、１以上の固定又は可変のオリフィスコントロールバルブにより流体量を変える
ことにより、水蒸気量を調整する。この水蒸気は、ピストンエンジンに噴射され
、ピーク温度を冷却して、爆発及び過早点火を防止し、ホットスポットを均して
、自動点火又はディーゼリングを防止し、又、膨張サイクルにおける蒸気エネル
ギーを利用し、低速度トルク及び加速を増加させる。この水蒸気を利用して、低
速度から全負荷で加速する間のバキュームスパークアドバンス（vacuum spark a
dvance）のフルリタード（full retard）を起こし、又、大量の水蒸気が、この
サイクル中のこの地点に噴射されて、過早点火及び爆発を防止する。超音波エネ
ルギーを水蒸気に加えて、混合及び分布をより良くする。水素も噴射されて、よ
り多量の空気と共により良く燃焼できるようにする。この水素は、触媒と水蒸気
及び燃料炭化水素並びに超音波エネルギーとを相互に作用させることにより生成
する。時々、排気ガス及び他の添加剤、例えば、過酸化水素、メチルアルコール
及びアンモニアが噴射される。
【０００６】 米国特許第４，３１８，３６９号明細書には、車両に使用するためのリサイク
ル可能の燃料エンジン装置が開示されている。この装置は、複数の触媒床を有す
る水素生成触媒ユニット、並びに燃焼室及び排気室を有する水素燃料エンジンを
含む。この触媒床は、熱が供給されると、炭化水素キャリアーの還元体を触媒し
て水素及びキャリアーの脱水素化体を生成する。この触媒床の１つに、エンジン
排気ガス室から直接熱移動により熱が供給される。その残りの触媒床には、燃焼
室及び排気室からの熱を受けた熱パイプにより熱が供給される。触媒ユニットで
生成された水素は、エンジンに供給され、エンジンを駆動する。触媒床を周期的
に再生する装置及び方法も開示されている。
【０００７】 米国特許第４，４２５，８７６号明細書には、内燃機関のための燃料処理及び
ディストリビューション法であって、運転温度範囲内の実質量の廃熱を用いない
で断熱反応器を運転する工程、並びに、部分燃焼触媒及び解離触媒を含む触媒床
反応器を運転する工程を含む方法が開示されている。実質量のエンジン廃熱が、
吸熱解離触媒をその中に有する吸熱反応器に供給されて、液体アルコールを蒸発
させ、アルコール蒸気を形成する。アルコール蒸気は、空気と混合して、部分燃
焼混合物を形成し、その部分燃焼混合物は、部分燃焼触媒と接触されて、これに
より解離混合物が形成され、又、熱が放出される。この解離混合物及び解離触媒
は、水素リッチの燃料を形成する。この水素リッチの燃料及び吸熱解離触媒は燃
料生成物を形成し、これにより、水素リッチの燃料中の残留未解離アルコールの
少なくとも一部は、排ガスにより提供されるエンジンの廃熱を使用して、水素と
一酸化炭素に解離される。
【０００８】 米国特許第４，４４４，１５８号明細書には、自動車用内燃機関用のメチルア
ルコール処理方法が開示され、メチルアルコールは、内燃機関内で燃焼する水素
リッチの燃料に転化される。
【０００９】 米国特許第４，４７５，４８４号明細書には、内燃機関と共に使用するための
触媒式燃料変換装置が開示されている。この装置は、触媒物質を含む室型触媒反
応器を含み、その中を液体又は蒸発された燃料が通過し、又、その反応器は、内
燃機関（エンジン）から出る排気ガスと密接な熱伝達状態にある。この反応器室
は、エンジン排気マニホールドの排気ガス室内に配置してもよく、又、それに極
めて隣接したところに配置してもよい。好ましい配置において、直列に２つの反
応器があり、その１つは、エンジンの排気マニホールドに形成し、又、他の１つ
は、それに極めて隣接したところに設けられている。
【００１０】 米国特許第４，５４７，３５６号明細書には、水素発生方法が開示されている
。この装置は、高温において水蒸気から水素を発生させる触媒のある反応域を有
する反応器を含む。この反応器内の反応域は、熱発生室の周辺の管形であり、又
、その反応域は、互いに、又、大気及び水蒸気源と相互連結して、反応器を柔軟
に最適化することにより、水素発生を極大化するように構成している。
【００１１】 米国特許第５．１５６．１１４号明細書には、内燃機関用の水性燃料が開示さ
れている。この燃料は、約２０容量％〜約８０容量％の水、及び含炭素燃料、例
えば、エタノール、メタノール、ガソリン、ケロセン燃料、ディーゼル燃料、炭
素含有ガス又は液体燃料、又はそれらの混合物を有する。内燃機関内の水素生成
触媒の存在下に水性燃料を燃焼させる方法が提供される。この方法は、同容量の
ガソリンとほぼ同程度のパワーを生成する。この方法は、この機関用の燃料導入
装置に空気と水性燃料を導入することを含む。
【００１２】 米国特許第５，２９７，５１５号明細書には、燃焼の際に、未燃焼の炭化水素
、水蒸気、及び一酸化炭素を含む排気ガスを生成する、炭化水素リッチの燃料を
、少なくとも１つのシリンダー又は燃焼域中に提供するエンジンが開示されてい
る。この排気ガスは、触媒コンバーター中で処理され、その中で起こる反応工程
では、水素と二酸化炭素を生成し、それらは空気と混合されて、炭化水素希薄、
水素リッチ混合物を形成する。この混合物は、続いて、このエンジンの他のシリ
ンダー又は燃焼域内で点火される。
【００１３】 米国特許第５，４８８，９３２号明細書には、内燃機関の吸気マニホールドに
繋がる補足吸気管を含む、内燃機関用のガス燃料富化装置が開示されている。そ
の補足入力部には、多くの孔が設けられている。内燃機関から出る排気ガス導管
は、環状に吸気管を取り囲み、排気管内の排気から得られる燃料価値のあるもの
を、その孔を通して補足吸気導管に入るようにしている。そのマニホールドの位
置の反対端において、補足吸気管への水供給入口は、補足吸気管への更なる燃料
供給口を提供し、そこで水供給部から供給された水が蒸発され、その後、加水分
解されて、水が水素及び酸素の化学成分に分離され、これにより、前記マニホー
ルドに供給されるリサイクル排気ガスにより富化されたガス燃料が生成される。
【００１４】 これらの開示事項にも拘わらず、依然として、希薄燃焼を可能とし、その結果
、ＮＯxの発生がほぼゼロであるガス燃料、例えば、天然ガス又はプロパンによ
り内燃機関を運転する方法が必要とされている。
【００１５】 発明の要約 本発明の目的は、内燃機関の運転方法を提供することである。
【００１６】 本発明の他の目的は、排気ガスのリサイクルにより吸気希釈を利用して、ＮＯ
xがほぼゼロである排気ガスを与える内燃機関の改善運転方法を提供することで
ある。
【００１７】 本発明の更に他の目的は、ガス燃料、例えば、天然ガス、プロパン、又は同様
のものによる吸気希釈を利用して、ＮＯxがほぼゼロである排気ガスを与える内
燃機関の改善運転方法を提供することである。
【００１８】 又、本発明の更に他の目的は、ガス燃料、例えば、天然ガス、又はプロパンに
よる内燃機関の改善運転方法であって、ガス燃料を変成して水素及び一酸化炭素
を生成する工程を含む方法を提供することである。又、本発明の他の目的は、天
然ガス、水素、及び一酸化炭素からなるガス燃料による内燃機関の改善運転方法
であって、排気ガスのリサクルを利用して、ＮＯxがほぼゼロである排気ガスを
与え、又、及び希薄燃焼条件を利用して低一酸化炭素のものを得る方法を提供す
ることである。
【００１９】 これらの目的及び他の目的は、本明細書及び請求の範囲の記載から明らかとな
る。
【００２０】 これらの目的にしたがって、内燃機関を準備すること、及びその機関を駆動す
るための天然ガス又はプロパンのごときガス燃料源、を含む内燃機関の運転方法
が提供される。又、前記機関と流体連通状態にあるガス燃料を変成するための反
応器が提供される。ガス燃料の一部を水素及び一酸化炭素に転化又は変成して、
メタン、及び／又は、プロパン、水素、水蒸気、窒素、二酸化炭素、及び一酸化
炭素からなる、前記反応器から出るガス混合物を提供する目的で、前記天然ガス
及び／又はプロパンが、前記反応器に添加される。このガス混合物は、空気と混
合されて、ガス混合物と空気の組合わせを調整して、その調整物は、内燃機関に
導入され、燃焼されて、排気ガスを生成する。この内燃機関から出る排気ガスの
一部は、そのガスの一部を水素及び一酸化炭素に変成する目的でリサイクルされ
、又、反応器に導入される。
【００２１】 又、これらの目的にしたがって、ガス燃料を使用して、内燃機関から出る排気
ガス中へのＮＯxの放出がほぼゼロであり、又ＣＯの放出がほぼゼロであるよう
にする方法が提供される。本方法は、燃料及び空気の吸気口を有し、又、排気ガ
スを有する内燃機関を準備することを含む。前記排気ガスの第１の部分は、リサ
イクルされて、前記機関の空気吸気口に添加される。この排気ガスの第2の部分
は、大気中に放出される。天然ガス、並びに、水素及び一酸化炭素から選択され
る少なくとも一種の追加のガスからなるガス燃料が、前記機関に添加されるため
に準備される。この機関は運転されて、燃料及び排気ガスの第１の部分は、その
機関から放出される排気ガス中へのＮＯx放出がほぼゼロとなる排気ガスリサイ
クル条件下、及びその機関から放出される排気ガス中に４％までの酸素を提供す
る燃焼条件下で空気と共に燃焼される。排気ガスの第2の部分中の一酸化炭素は
、酸素とガス酸化触媒を用いて酸化される。したがって、大気中に排出される排
気ガスは、一酸化炭素の放出もＮＯxの放出もほぼゼロである。
【００２２】 図１により、天然ガス又はプロパンガスのごときガス燃料により内燃機関を運
転して、ＮＯxがほぼゼロである排気ガスを生成する新規な方法の第1の実施形態
を示す。図１において、ガス燃料は、管路２に沿って反応器４に導入され、ガス
、例えば天然ガスは変成されて、メタン、水素、一酸化炭素、及び他のガスを含
む燃料を生成する。この燃料は、管路6に沿って、反応器４から除去され、又、
任意に、水を除去し又は凝縮するのに有効な熱交換器８を通過する。更に、この
燃料は、管路１０〜１２に沿って除去される。空気は、スロットル１４を通って
管路１２に導入され、空気は、反応器4から出る燃料と混合されて、組合わせ燃
料混合物を提供する。この燃料混合物は、給気管路１４、１６、及び２０に沿っ
て、内燃機関２２の燃焼域に導入され、そこで、組合わせ燃料混合物は、燃焼さ
れて、パワーと排気ガスを生成する。典型的には、内燃機関は、往復ピストン機
関（エンジン）である。
【００２３】 図1は、４つのレシプロピストンを説明している。本発明において、機関排気
ガスは、管路２４、２６、２８及び３０から排出される。図１において、管路２
４及び２６は、排気ガスを大気中に排気することを示している。しかしながら、
大気中に排気される排気ガス部分は、必要に応じて増減できることを理解すべき
である。図１において、管路２８及び３０は、反応器４に導通しており、反応器
では燃料の一部を変成することを目的として排気ガスをガス燃料処理に使用して
、水素と一酸化炭素を生成させる。即ち、内燃機関から出た排気ガス流を反応器
４にリサイクルし、そこで、その排気ガス流を変成するために天然ガス流２と混
合する。排気ガスは水蒸気を含むので、天然ガスは、排気ガスの存在下に反応器
中で触媒的に水蒸気変成されて、水素及び一酸化炭素を含むガス混合物を形成す
る。更に、水蒸気変成反応は、吸熱反応であるので、天然ガスの少なくとも一部
を水素及び一酸化炭素に転化するために必要とされるエネルギーは、管路２８及
び３０から導入される排気ガスの熱により供給される。天然ガス中のメタンは、
変成されないで、内燃機関中の燃料として使用される。以上のとおり、本発明は
、ＮＯxがほぼゼロである排気ガスで内燃機関を非常に効率的に運転することを
可能とする。
【００２４】 本発明においてＮＯxをほぼゼロとするために、内燃機関に供給するガス燃料
充填物は、充填希釈化（charge dilution）に供されて、変成に使用する排気ガ
スと混合する。所定量の燃料の燃焼工程に追加のガスを導入することにより、燃
焼工程に使用するガスの熱容量を増加させる。この熱容量の増加は、燃料工程の
ピーク温度を低下させるが、この温度はＮＯxをほぼゼロとするのに重要である
。本発明において、混合により排気ガスを燃料の変成に使用して、内燃機関に充
填される燃料ガスを希釈化する。排気ガスは、等容量の空気に比べて、より高い
熱容量を有する。したがって、排気ガスの単位容量あたりの熱容量が空気に比べ
て大きいので、充填希釈化ガス（charge dilution gas）として排気ガスを使用
すると、機関内のＮＯx放出をより効率的に減少させる。
【００２５】 しかしながら、ＮＯxをほぼゼロとするために燃焼充填物を希釈化することは
、本明細書において失火（misfire）と称する好ましくない燃焼効果を生ずる問
題がある。従来の燃料では、ＮＯxをほぼゼロとする目的で十分な充填希釈化ガ
スを混合するために、通常失火は起こる。したがって、機関内の失火を減らすた
めに、燃料中に燃焼性ガスを提供することが重要となる。本発明において、失火
を減少させる燃焼性ガス混合物は、変成中に生成する水素及び一酸化炭素である
。即ち、天然ガスの変成中に生成した水素と一酸化炭素の混合物は、排気ガス充
填希釈化下の機関失火を減少させる。
【００２６】 必要の場合、追加の水素又は一酸化炭素を変成ガス燃料に添加することができ
る。あるいは、所望の場合、リサイクル排気ガスを含む変成ガス燃料に炭化水素
燃料の別供給源のごとき未変成燃料を混合できる。
【００２７】 この変成方法は、酸素なくして完了できる水蒸気変成反応のみで構成できる。
この変成方法は、又、自熱変成反応で構成できる。この方法は、水蒸気変成と部
分酸化変成の組合わせである。水素と一酸化炭素を形成する炭化水素の部分酸化
は、酸素の存在を必要とする。変成器内の酸素量は、機関の当量比（Φ）とも称
される、空気対燃料比により調節できる。例えば、等量比１．０２のものは、排
気ガス中の酸素０〜０．２５％を生成する。当量比０．９８のものは、排気酸素
約０．５％を生成し、当量比０．８のものは、排気酸素約４％を生成する。燃料
変成器に入る排気ガス酸素の量は、全燃料変成工程に寄与する部分酸化の相対量
および水蒸気変成反応を決定する。この反応は、発熱反応であるので、ある程度
の部分酸化変成は有効である。水蒸気変成方法によって生成できる水素及び一酸
化炭素の量は、その反応器の温度によって制約される。この反応器の温度は、吸
熱水蒸気変成反応によって必要な熱エネルギー量によって低下される。この反応
器温度の低下は、生成される水素と一酸化炭素の量を制約する。発熱部分酸化反
応によって放出されるエネルギーは、適度の水素と一酸化炭素を生成するに必要
とされる水蒸気変成量を支えるのに十分な高い反応器温度を保ち、機関内の充填
希釈化燃焼を支持できる。
【００２８】 できる限り水蒸気変成を多くして、又部分酸化変成量を最小化して、燃料を機
関のシャフト作業量へ変換する全エネルギー効率を最大化することが望まれる。
【００２９】 排気ガス中で減少させる必要がある他の空気汚染物は、一酸化炭素である。し
たがって、残留するＣＯをＣＯ2に転化してＣＯをほぼゼロとするために、排気
ガス２４及び２６を排気触媒に通過させることができる。即ち、図１に示すよう
に、管路２６中の排気は、管路２４に導入され、又、両排気は、排気触媒３２を
通過して、ＣＯがほぼゼロである排気ガスを提供する。
【００３０】 触媒コンバータ３２は、一酸化炭素を排出前の排気ガス中の遊離酸素と反応さ
せて二酸化炭素に転化する酸化触媒であってもよい。又、触媒コンバータ３２は
、排出前の排気ガス中に残るＮＯ又はＮＯ2とＣＯを反応させることにより、Ｃ
ＯをＣＯ2に転化する還元触媒であってもよい。
【００３１】 以上のとおり、排気ガスの再循環を本発明において利用して、燃料を変成して
水素と一酸化炭素を提供し、又、充填希釈を提供して、ＮＯxの放出が僅かであ
るか、ほぼゼロであるものを提供する一方、希薄燃焼のコントロールレベルを利
用して、反応器内の部分酸化変成量を調整することを目的とし、又、触媒コンバ
ータ３２中で一酸化炭素を二酸化炭素に転化することを目的として、排気ガス中
に十分な酸素を提供できる。反応器４に入る排気ガス中に酸素約０．２５％〜約
４％を提供するために希薄燃焼条件が利用される。本発明の目的のために必要と
される希薄燃焼量は、反応器に導入される燃料量を規制することにより得ること
ができる。適切な燃料量は、図１の排気流２４又は２６中に配置された酸素セン
サーにより決定できる。あるいは、燃料量は、空気及び燃料の質量流速を知るこ
とにより規制することができる。排気ガスが反応器中のガス燃料と混合する場合
、計量された量の酸素又は空気を変成に必要な燃料と水とともに反応器４に導入
できる。
【００３２】 本発明において、触媒コンバータ３２に入る一酸化炭素量は、排気流２４及び
２６中に存在する酸素０〜４％の範囲内の７０００〜２００ｐｐｍの範囲内であ
る。
【００３３】 排気ガスが再循環して、図２に示される変成反応器のガス燃料と混合するとき
に、充填希釈化が起こることに留意すべきである。図２の変成反応器4中で、再
循環される排気ガスは、触媒床５０を通過する前に燃料と混合され、その触媒床
で変成が起こり、少なくとも燃料の一部は、水素と一酸化炭素に変成される。排
気ガスで希釈されて変成された燃料は、機関の燃焼域に向う。以上のとおり、充
填燃料の有意量の希釈化が達成されて、ＮＯxがほぼゼロである排気ガスを生成
することが理解できるであろう。
【００３４】 ここで図３を参照すると、排気ガスによって燃焼充填物を希釈化することなく
、変成を完了できることに留意すべきである。変成器４において、触媒床５０は
、２つの同心シリンダーの間に含まれていて、燃料、水、及び空気は、前記シリ
ンダー間に導入される。排気ガスは、細いシリンダーの内側に導入されるように
記載されており、燃料の変成のために、燃料、水及び触媒床の予熱に使用される
。その後、排気ガスは、排気されるか、その一部は、所望であれば、充填希釈の
ために変成燃料と混合される。変成燃料は、所望であれば、排気ガスから分離し
て触媒床から除去できる。
【００３５】 本発明は、主に天然ガスに関して記述するが、本発明は、あらゆる炭化水素燃
料に適用性があることが理解されるべきである。本明細書において使用されてい
るように、炭化水素燃料は、天然ガス、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン
、より重い炭化水素、及び二酸化炭素を含むが、メタノールが含まれていない。
炭化水素燃料は、しばしば不純物を含むが、アルコール類は受容可能な不純物で
はないことが理解されねばならない。天然ガスは、主にメタンから構成されるが
、少量のエタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、より重い炭化水素、
及び二酸化炭素を含むことができるが、そのようなものは、本明細書において使
用される天然ガスの定義の範囲に含まれる。本発明において有用な天然ガスは、
地中埋蔵ガス及びウエルヘッドガスを含むが、それに限定されない。本明細書に
おいて使用される用語、ガス燃料は、天然ガス及び天然ガスを構成する全ての成
分、例えば、液体プロパンとして利用可能なプロパンガスを含むことを意味する
。炭化水素燃料及び天然ガス中に存在する、より重い炭化水素の例を表２中に挙
げる。
【００３６】 反応器又は変成器４は、適正な触媒が被覆されたラーシッヒリング又は類似の
担体から構成される。又は、その触媒は、コージーライト又は他の適切な材料か
らなるモノリス上に被覆されてもよい。この触媒は、本変成反応を促進する全て
の金属から構成できる。好ましい触媒は、ニッケルである。
【００３７】 反応器４は、天然ガスの有効量を水素及び一酸化炭素に適切に変成できる温度
で運転される。反応器４に入るガス燃料対排気ガス比は重要であり、その比は、
約０．０２〜約０．３５の範囲とすることができる。
【００３８】 メタン対（水素＋一酸化炭素）のモル比は約２．３である。しかしながら、そ
の機関のパワー要件に基づいており、機関の具体的パワー要件が低い場合は、そ
の比を４に増加することができる。更に広く、この比は、約１〜約４の範囲とす
ることができる。反応器４の運転温度は、反応器内の空間速度及び変成量にある
程度基づいていて、約４５０℃から約８００℃の範囲とすることができる。変成
目的に対しては、可能な最も高い温度で運転することが好ましい。しかしながら
、反応器の温度がより高くなると、ＮＯxの放出がより多くなることとなり得る
。したがって、この反応器の好ましい運転範囲は、約５００℃〜約６００℃とな
る。
【００３９】 天然ガスの変成のために、熱は、管路２８及び３０に沿って導入される排気ガ
スによって供給される。しかしながら、天然ガスは又、変成器４の導入前に加熱
することもできる。例えば、天然ガスは、排気ガスからの熱、又は管路６中の変
成燃料からの熱を用いて熱交換器中で加熱できる。
【００４０】 本発明において、変成器４から出る燃料又は変成ガスは、４００℃〜６００℃
の範囲の温度であり、又、典型的には１〜１０モルパーセントの水を含んでいる
。最大パワー出力を増大するために、又、機関のノッキングを防ぐために、機関
２２に入るガスの充填密度を増加させることを目的として、変成ガスを冷却する
ことが望ましい。更に、機関性能への悪影響を避けるために、変成ガス中に含ま
れる水を凝縮除去するように、変成ガスを冷却することが重要である。好ましく
は、変成器４から出る変成ガスは、凝縮器8中で５５°〜１２０°F（１２〜５０
℃）の範囲の温度に冷却する。
【００４１】 前述のとおり、変成ガスは、内燃機関２２中で燃焼するために空気と混合する
。本発明において、変成ガスは、内燃機関２２に導入するために、変成ガス対空
気の比が約０．２〜約１、好ましくは、０．４〜０．６７の範囲で空気と混合さ
れる。
【００４２】 本発明は、往復ピストンエンジンに限定されることなく、ロータリーエンジン
及びガスタービンエンジンを含めて、異なる種類の内燃機関（エンジン）に適用
できることが理解されるであろう。
【００４３】 ２本の管路２８及び３０を図１に示すが、変成器４への排気ガスの循環は、必
要に応じて上向きでも下向きでも調整できる。変成器４への排気ガス循環は、機
関２２から出る全排気ガスの約２５〜約６５％、好ましくは３０〜６０％の範囲
である。
【００４４】 本発明において、機関２２から出る排気ガスは、主として二酸化炭素、一酸化
炭素、窒素及び水蒸気で構成される。典型的には、二酸化炭素の量は、約５〜約
６％の範囲であり、窒素の量は、約７４〜約７９％の範囲であり、又、水蒸気の
量は、約６〜約１２％の範囲である。
【００４５】 本発明は、内燃機関を運転して、ＮＯxがほぼゼロである排気ガスを生成する
性能を有する。「ＮＯxがほぼゼロである」という用語により、大気中に排気さ
れる排気ガスが約１０ｐｐｍ未満のＮＯxを含むことを意味する。「ＣＯがほぼ
ゼロである」という用語により、大気中に排気される排気ガスが約１０ｐｐｍ未
満、好ましくは５ｐｐｍ未満のＣＯを含むことを意味する。
【００４６】 変成に必要な水蒸気及びエネルギーは、一部、内燃機関からの排気ガスにより
供給される。反応器から出るガス混合物と空気を混合して、燃焼ガスの組合わせ
を提供するための手段、及びその燃焼組合わせを燃焼させて排気ガスを生成する
内燃機関の燃焼域に供給するための手段が設けられる。その排気ガスの少なくと
も一部を反応器にリサイクルするための手段、及びＮＯx含有量の低下された排
気ガスの残部を大気中に放出するための手段が設けられる。
【００４７】 本発明は、又、ＮＯxとＣＯの双方の量が低下された排気ガスを放出する改善
された燃焼機関を提供する。この機関は、機関内の燃焼用に少なくとも一部の炭
化水素燃料を変成するための反応器と流体連通状態におかれる。ガス燃料を変成
のための反応器に導入する手段が設けられ、又、ガス燃料の少なくとも１０％を
変成する反応器に内燃機関から出る排気ガスの一部をリサイクル手段が設けられ
る。更に、反応器内には、排気ガスの存在下又はその利用により、ガス燃料、例
えば天然ガス又はプロパンガスの触媒的水蒸気変成及び部分酸化変成を行うため
の手段が設けられて、水素、水蒸気、窒素、二酸化炭素及び一酸化炭素一酸化炭
素、並びにメタン又はプロパンのごとき全ての未変成ガスを形成する。
【００４８】 ニッケル被覆した５／１６インチ（７．９ｍｍ）×５／１６インチ（７．９ｍ
ｍ）のサイズのアルミラーシッヒリングを充填した塔から構成した反応器を使用
した実験結果を表１に示す。この塔は、直径４インチ（９．８ｃｍ）、長さ２４
インチ（６１ｃｍ）である。機関排気ガスは反応器を通し、又、メタンガスは上
流で添加される。表１に、反応器に入るガス及び出るガスの組成を示す。この結
果により、高度希釈化燃料混合物の燃焼を可能とするメタン対水素の比が得られ
ることが分かる。表１は、反応器に入る排気ガス中の全ての酸素が完全に反応す
ること、及び水蒸気と一酸化炭素との反応が優勢であることを示している。即ち
、反応したメタンの各モルごとに、２モルの水素と１モルの一酸化炭素が生成さ
れる。反応器を出る水素濃度を検討すると、一酸化炭素の量が極端に少ないこと
が分かり、それは、形成される一酸化炭素の殆どが利用可能の水蒸気と反応して
、追加の水素と二酸化炭素を生成することを示している。
【００４９】
【表１】
【００５０】 ここで図４により、低放出物の排気ガスを生成する内燃機関の第２の実施形態
を図示する。本実施形態において、排気ガスは、ＮＯxの放出及びＣＯの放出共
ほぼゼロである。図４には、内燃機関４２が設けられている。ガス燃料は、管路
４３及び４４に沿って内燃機関４２に導入する。空気は、管路４４に沿って導入
することを示している。ガス燃料は、便宜上、管路４３及び４４に沿って導入す
ることを示すが、燃料は空気管路４４とは別に内燃機関４２の燃焼室に導入でき
ることが理解されるであろう。燃料と空気混合物の燃焼後、排気ガスは、管路４
５に沿って、内燃機関から除去される。排気ガスの第１の部分は、管路４１に沿
ってリサイクルされて、内燃機関４２にガス燃料と共に再循環される。排気ガス
の第２の部分は、管路４６に沿って大気に放出される前に、酸化又は３方触媒（
three-way catalyst）を使用する触媒コンバータ中に送られる。再循環される排
気ガスの温度を低下させるために、熱交換器４８を排気ガス再循環管路４９に設
けることができる。排気ガスの温度を低下させることは、機関の容積効率を増加
することになる。用語「容積効率」は、内燃機関が１サイクル中に処理できるガ
ス量を意味するものとして使用する。容積効率が高ければ高いほど、同じ当量比
に対して加えられることのできる燃料量は多くなり、したがって、機関のパワー
出力が大きくなる。熱交換器４８は、又、再循環される排気ガスから水を除去す
るように機能する。熱交換器４８は、周囲の空気、機関冷却液又は他の冷却手段
を利用して冷却できる。
【００５１】 図４で説明される実施態様において、炭化水素燃料は、天然ガス、水素、及び
／又は一酸化炭素を含む。これらの成分の量は、天然ガス源に基づいて変わり得
る。本発明の実施形態において有用な炭化水素燃料は、水素、及び、選択的に一
酸化炭素を含み、多量の排気希釈化の下に天然ガスの燃焼限界を広げて、ＮＯx
がほぼゼロとなるようにする。
【００５２】 炭化水素燃料は、水素約２０〜約６０容量％、天然ガス残量を含むべきである
。一酸化炭素は、水素の一部に代えて使用することができる。一酸化炭素を水素
と組合わせるとき、両者のモル量は、又、約２０〜約６０容量％の範囲とすべき
である。水素を一酸化炭素によって置換する場合、当量量使用されるべきである
。即ち、排気ガス充填希釈下に機関の失火を低下させて、ＮＯxをほぼゼロとす
るために、天然ガスの燃料充填物に、水素、一酸化炭素又はそれらの混合物のい
ずれかを添加することができる。
【００５３】 排出される排気ガス中の一酸化炭素がほぼゼロとなるような条件下で内燃機関
を運転するために、その機関は、使用される排気触媒の種類によるが、当量比Φ
で、約１．０２〜約０．７０の範囲で、好ましくは、１．０２〜０．８０の範囲
で運転される。排出される排気ガス中のＮＯxがほぼゼロとなるような条件下で
内燃機関を運転するために、その機関は、（空気＋再循環される排気）対ガス燃
料の当量比、Φで、約０．８〜約０．４５の範囲で、好ましくは、０．６５〜０
．５２の範囲で、運転される。
【００５４】 本発明にしたがって、内燃機関４２から放出される排気ガスの３０〜５０容量
％は、リサイクルされて、排気ガス中にＮＯxがほぼゼロとするように混合物希
釈のために、ガス燃料／空気混合物に添加される。
【００５５】 大気中に排気される排気ガスの第２の部分は、まず触媒反応器４７内で処理さ
れるべく管路４６に沿って進む。触媒反応器４７は、希薄燃焼から得られる過剰
の酸素、あるいは化学量論的操作から得られるＮＯxとの反応を利用して排気中
の一酸化炭素を二酸化炭素に酸化する。したがって、排気ガスの第２の部分が大
気中に排出される前に、一酸化炭素は、二酸化炭素に転化される。触媒反応器４
７は、微粒子及び押出し成形された平行通路体の床により形成することができる
。微粒子の床及び平行通路体の基体材料は、アルミナ又はコージーライトのごと
き適切な耐火物とすることができる。触媒は、その基体材料の上に被覆でき、又
、プラチナ、パラジウム、ロジウム、又はそれらの混合物を含むことができる。
典型的には、反応器４７に入る一酸化炭素の量は、１０００ｐｐｍ未満であり、
又、典型的には、反応器を出るその量は、５ｍｍｐ未満である。更に、反応器の
運転温度は、典型的には、３００℃を超える。
【００５６】 本発明のこの実施態様により、ＮＯx及び一酸化炭素の量を減少させた排気ガ
スを大気中に放出する、改善された内燃機関を提供する。機関排気ガスの一部は
、再循環され、天然ガス、水素及び／又は一酸化炭素から構成されるガス燃料と
共に導入されて、機関から放出されるガス中にＮＯxがほぼゼロとなるようにす
る。更に、再循環された排気ガス、天然ガス、水素及び空気の混合物は、混合さ
れて、排気ガス中の酸素が４％未満となるようにする。前述のとおり、この酸素
は、排気ガスの第２の部分を大気中に放出する前に、酸化触媒反応器中で一酸化
炭素を二酸化炭素に酸化するのに使用できる。排気ガスの一部をリサイクルする
手段が設けられ、又、リサイクルされた排気ガスと空気とを混合して燃料供給物
とする手段が設けられる。排気ガスの残留物及び第２の部分を処理して、その中
の一酸化炭素を酸素又はＮＯxで処理して、大気中に放出される前に、一酸化炭
素を二酸化炭素に転化する追加的手段が設けられる。大気中に排出される排気ガ
スは、ＮＯxもＣＯもほぼゼロである。
【００５７】 図５に、希薄燃焼のみを使用した場合及び穏和な希薄燃焼と排気ガス再循環の
組合わせを使用した場合のＮＯxの減少の比較を示す。双方の場合とも、燃料は
、天然ガス７０容量％及び水素３０容量％の混合物である。図５の当量比は、実
際の重量対燃料重量の比により化学量の空気対燃料比を除することにより算出す
ることができ、ここで全ての比は、重量基準で計算される。図５は、排気ガスの
再循環（ＥＧＲ）により得られる非常に低い当量比で、僅か２％の排気ガス酸素
による内燃機関の運転により、１０ｐｐｍ未満のＮＯx放出が得られることを示
している。
【００５８】 図６は、燃焼限界を拡張するために天然ガスに水素のみを添加する効果と水素
と一酸化炭素の当モル濃度を添加する効果との比較を示す。図６中の当量比は、
排気ガスの再循環がデータに対して示されていない点は除いて、図５に関して記
述したものと同様に計算する。図６は、水素３０％及び天然ガス７０％で構成さ
れる燃料に対する当量比に対応するＮＯx形成は、水及び一酸化炭素混合物２６
％と天然ガス７４％にほぼ等価であることを示す。又、図６は、水素５０％及び
天然ガス５０％で構成される燃料に対する当量比に対応するＮＯx形成は、水及
び一酸化炭素混合物４３％と天然ガス５７％にほぼ等価であることを示す。した
がって、このデータは、非常な低当量比で機関の運転を可能とするのに十分な量
で水素と一酸化炭素の混合物を添加した場合、ＮＯx放出は、１０ｐｐｍ未満に
減少できることを示す。
【００５９】 本発明の第３の実施形態において、図１に示される内燃機関２が燃焼される前
に、天然ガスを選択的変成によりオクタン強化に供することができる。この天然
ガスは、本発明において変成されてオクタンレーティングを改善する。内燃機関
用の燃料として、天然ガスはメタンを主成分として、多くの成分を含むという問
題を有する。メタンは、最も高いオクタンレーティング（octane rating）を有
するから、最も好ましい物質である。エタン、プロパン、ブタン、等（表２参照
）のごとき天然ガス中のその他の残りの成分は、低オクタンレーティングである
。以上のとおり、そのような成分は、量が変わり得るから、天然ガスの源に基づ
いて、天然ガスのオクタンレーティングは変わり得る。オクタンレーティングは
、内燃機関のパワー、効率及び信頼性を決定する上で重要であることは理解でき
るであろう。内燃機関の効率と信頼性に関しては、オクタンレーティングは、高
く、又、できる限り一定でなければならない。メタン以外の成分せいで、天然ガ
スは、組成において又はオクタンレーティングにおいて一定ではないと評価され
るであろう。このように、本発明の実施形態にしたがって、天然ガスを選択的に
変成して、その中の低オクタンレーティング成分を、水素、一酸化炭素及び／又
は一酸化炭素の少なくとも一種に転化すること及び最高のオクタン成分であるメ
タンの実質的全てを保持することが望まれる。これにより、変成天然ガスにより
内燃機関を高性能及び高効率で燃焼できる。水素も一酸化炭素も共に優れたアン
チノッキング性燃料であり、天然ガス中に存在するより長鎖の化合物のアンチノ
ッキング性に比べて優れていることに留意する必要がある。以上のとおり、本発
明の実施形態にしたがって天然ガスを変成することは、天然ガスの源に拘らず、
一定のより高いオクタンレーティングを有する燃料を提供する。
【００６０】 この実施形態において、メタンを実質的に分解しないでより高級の炭化水素の
熱分解を起こす、水蒸気変成、部分酸化変成、熱触媒変成、又は高温変成により
、天然ガスを選択的に変成できる。天然ガスの選択的変成には、制御された高温
度において、触媒の存在下、２以上の炭素数の炭化水素化合物と水とを反応させ
て、存在する水分量に応じて、水素、一酸化炭素、及び／又は二酸化炭素を形成
することが含まれる。選択的変成は、変成工程から実質的にメタンが除外される
ように制御される。本発明における部分酸化変成は、天然ガス中のメタン以外の
炭化水素と制御された量の酸素とを制御された温度により反応させて、水素と一
酸化炭素とを形成することが含まれる。部分酸化は、酸化工程からメタンを除去
し、メタンをできるだけ少なくするように制御される。天然ガスの熱触媒変成に
は、ガスを高温に供して、２以上の炭素数の炭化水素から水素と炭素を形成し、
天然ガス中のメタンの変化を最少化することを含む。このように、本発明の実施
形態の変成反応器は、これらのどのような形式の反応器であってもよい。更に、
上記のとおり、ある程度のメタンの変成は起こるが、燃料に対する最も高いオク
タンレーティングを得るために、最低限にすべきである。又、変成工程における
過剰水素の発生は、従来の内燃機関の性能を悪くする原因となるから、それを避
けるよう配慮されるべきである。以上のとおり、水素量は制御して、使用される
特定の内燃機関のデザインに適合するようにすべきである。典型的には、水素の
モル濃度は、燃料モル濃度の６０％を超えるべきでない。
【００６１】 天然ガスは、水蒸気変成を使用して、本発明にしたがって選択的に変成されて
、メタン以外の炭化水素が反応され得るかを決定した。使用された装置は、図４
に示す。このテストは、広範囲にわたる炭化水素混合物を有するガス、例えば天
然ガスが、選択的に変成されて、変成されたガス中に相当量の残留炭化水素とし
てメタンを提供できるか否かを決定するために実施された。このテストのために
、この反応器に入るガスと出るガスの双方を、熱伝導分析器（GPA2145-93による
GPA2186-86物理定数及びGPA2172-86による計算）により分析した。この方法では
、ＣＯ、Ｈ2、Ｈ2Ｓ及びＨ2Ｏの量は、測定できなかった。しかしながら、この
テストにより、より大きな炭素数の炭化水素がメタンと反応することができなか
ったことを首尾よく決定できた。
【００６２】 以上により、窒素、メタン、二酸化炭素及びより高級の炭化水素のみが測定で
きた。表２から、エタン以上の高級炭化水素が反応したことが判るであろう。即
ち、天然ガス中のより高級の炭化水素の量を、選択的変成の前に測定し、又、そ
の炭化水素の量を、変成後に測定した。表２から、変成された天然ガス中に残留
するエタンあるいはより高級の炭化水素量が検知できない程度であることが判る
であろう。したがって、いかなるメタンの実質的変成をしないで、天然ガス中の
より高級な炭化水素が選択的に変成できて、オクタンレーティングの増加した変
成燃料を提供できることが、表２から理解できるであろう。ある程度の量の窒素
、メタン及び二酸化炭素が増加すると考えられることに留意すべきである。しか
しながら、これは濃度が定義される方法に由来する。即ち、炭化水素の変成は、
存在する全モル数の増加となり、その増加は、特定の炭化水素の関数である。例
えば、1モルのプロパンは、６モルの水と反応して、７モルの水と３モルの一酸
化炭素を生成する。したがって、反応器に入る７モルが反応して、１０モルが生
成して出て行く。
【００６３】
【表２】
【００６４】 本発明を好ましい実施形態によって説明したが、この特許請求の範囲が本発明
の精神に入るその他の実施形態をも包含することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、ＮＯxがほぼゼロである排気ガスを提供する内燃機関の説明図である
。
【図１】 図１は、ＮＯxがほぼゼロである排気ガスを提供する内燃機関の説明図である
。
【図２】 図２は、排気ガスを燃料、水及び空気充填物と混合する、本発明において有用
な変成反応器の説明図である。
【図３】 図３は、排気ガスを変成燃料から分離除去する、本発明において有用な変成反
応器の説明図である。
【図４】 図４は、ＮＯxがほぼゼロであり、ＣＯがほぼゼロである排気ガスを提供する
内燃機関の説明図である。
【図５】 図５は、ＮＯxの放出がほぼゼロとなるように水素及び天然ガスの組合わせを
利用した排気ガス希釈化の有効性を説明するグラフである。
【図６】 図６は、ＮＯxの放出がほぼゼロとなるように希薄燃焼条件条件のレーティン
グにおいて、水素及び一酸化炭素の有効性を説明するグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｌ 25/07 ５１０ 25/07 ５１０Ｚ ５７０ ５７０Ｊ 31/20 31/20 Ｃ (31)優先権主張番号 ０９／５４１，５４２ (32)優先日 平成12年４月３日(2000．4．3) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (52)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関を準備する工程、 その機関を駆動するための炭化水素燃料源を準備する工程、 その機関と流体連通状態にある反応器を準備する工程、 その機関から出る排気ガスの第１の部分をその反応器にリサイクルする工程、 前記炭化水素燃料を前記反応器に添加する工程、 前記排気ガスの第１の部分を使用して前記反応器内の前記炭化水素燃料を自熱
    変成して、メタン、水素及び一酸化炭素を含むガス混合物を形成する工程、 前記反応器から出る前記ガス混合物を空気と組合わせて、組合わせ混合物を調
    整する工程、 この組合わせ混合物を前記内燃機関内の燃焼域に供給する工程、及び 前記組合わせ混合物を燃焼させて、ＮＯxがほぼゼロである排気ガスを生成す
    る工程、 を含む内燃機関の運転方法。
  2. 【請求項２】 炭化水素燃料が天然ガス及びプロパンガスからなる群から選
    択される、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 変成に使用される排気ガスの第１の部分をガス混合物と混合
    して、前記機関に添加するための希釈化ガス混合物を提供する工程を更に含む、
    請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 炭化水素燃料を４５０〜８００℃の範囲の温度で変成するこ
    とを含む、請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 炭化水素燃料を５００〜６００℃の範囲の温度で変成するこ
    とを含む、請求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 反応器に添加される炭化水素燃料の少なくとも１０％を変成
    することを更に含む、請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 反応器から出るガス混合物を冷却し、又、そこから出る凝縮
    水を除去する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 ガス混合物と空気を０．２〜１の範囲内の比で組合わせるこ
    とを更に含む、請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 排気ガスの第２の部分中の一酸化炭素を二酸化炭素に転化し
    、一酸化炭素がほぼゼロである、大気へ排出される排気ガスを提供することを更
    に含む、請求項１に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 内燃機関を準備する工程、 その機関を駆動するための炭化水素燃料源を準備する工程、 その機関と流体連通状態にある反応器を準備する工程、 その機関から出る排気ガスの一部をその反応器にリサイクルする工程、 前記排気ガスに対して炭化水素燃料を０．２〜０．３５の範囲の比で前記反応
    器に添加する工程、 前記排気ガスを使用して、４５０〜８００℃の範囲の温度で少なくとも１０％
    の前記炭化水素燃料を自熱変成して水素及び一酸化炭素を含むガス混合物を形成
    する工程、 前記炭化水素燃料を変成するために使用される前記排気ガスを前記ガス混合物
    と混合し、希釈化ガス混合物を調整する工程、 この希釈化ガス混合物を空気と組合わせて、空気に対するガス混合物が０．２
    〜１の範囲の比である組合わせ混合物を準備する工程、及び 前記組合わせ混合物を前記機関内で燃焼させる工程、 を含む内燃機関の運転方法。
  11. 【請求項１１】 内燃機関を準備する工程、 その機関を駆動するための炭化水素燃料源を準備する工程、 その機関と流体連通状態にある反応器を準備する工程、 炭化水素燃料と水蒸気を前記反応器に添加する工程、 前記機関から出る排気ガスを使用して、前記炭化水素燃料を自熱変成して、水
    素及び一酸化炭素を含むガス混合物を形成する工程、 前記反応器から得た前記ガス混合物を空気と組合わせて、組合わせ混合物を調
    整する工程、 この組合わせ混合物を前記内燃機関内の燃焼域に供給する工程、及び 前記組合わせ混合物を燃焼させてＮＯｘがほぼゼロである排気ガスを生成する
    工程、 を含む内燃機関の運転方法。
  12. 【請求項１２】 天然ガスが供給される内燃機関であって、ＮＯxがほぼゼ
    ロである排気ガスを生成する内燃機関の改善された運転方法であって、その改善
    方法が その天然ガス及び前記機関から出る排気ガスと流体連通状態にある反応器を準
    備する工程、 前記機関から出る排気ガスの一部を前記反応器にリサイクルする工程、 天然ガスを前記反応器に添加する工程、 前記排気ガスを使用して、前記反応器内の天然ガスを自熱変成して、メタン、
    水素及び一酸化炭素を含むガス混合物を形成する工程、 前記反応器からの前記ガス混合物を空気と組合わせて、組合わせ混合物を調整
    する工程、 この組合わせ混合物を前記内燃機関内の燃焼域に供給する工程、及び 前記組合わせ混合物を希薄燃焼条件下で燃焼させてＮＯｘがほぼゼロである排
    気ガスを生成する工程、 を含む内燃機関の運転方法。
  13. 【請求項１３】 変成するために使用される前記排気ガスと前記ガス混合物
    とを混合して、前記機関に添加するための希釈化ガス混合物を調整する工程を含
    む、請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 ４８０℃〜８００℃の範囲の温度で前記天然ガスを変成す
    ることを含む、請求項１２に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記反応器に添加される天然ガスの少なくとも１０％を変
    成することを含む、請求項１２に記載の方法
  16. 【請求項１６】 前記ガス混合物と空気を０．２〜１の範囲の比で組合わせ
    ることを含む、請求項１２に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 内燃機関を準備する工程、 その機関を駆動するための天然ガス及びプロパンガスの少なくとも一種の源を
    準備する工程、 その内燃機関から出る排気ガス流を水蒸気変成域にリサイクルし、ここで、前
    記リサイクルされた排気ガス流を天然ガス及びプロパンガスの少なくとも一種と
    混合する工程、 前記水蒸気変成域中の前記天然ガス及びプロパンガスの少なくとも一種を触媒
    的に水蒸気変成して、水素及び一酸化炭素並びに前記排気ガス含む希釈化ガス混
    合物を形成する工程、 前記水蒸気変成域を出る前記希釈化ガス混合物と空気を組合わせて、組合わせ
    混合物を調整する工程、 この組合わせ混合物を前記内燃機関内の燃焼域に供給する工程、及び この燃焼域内の組合わせ混合物を燃焼させて、ＮＯxがほぼゼロである排気ガ
    スを生成する工程、 を含む内燃機関の運転方法。
  18. 【請求項１８】 燃料として天然ガスを使用する内燃機関の運転の改善方法
    であって、 内燃機関を準備する工程、 その機関を駆動するための天然ガス源を準備する工程、 前記機関と流体連通状態にある変成反応器を準備する工程、 その反応器内の前記天然ガスを選択的に変成して、メタン以外の、天然ガス中
    の実質的に全ての炭化水素を変成して、メタン、水素及び一酸化炭素を含むガス
    燃料を調整する工程、 前記反応器から得た前記ガス燃料と空気を組合わせて、組合わせ混合物を調整
    する工程、 この組合わせ混合物を前記内燃機関内の燃焼域に供給する工程、及び 前記組合わせ混合物を燃焼させる工程、 を含む方法。
  19. 【請求項１９】 天然ガス中の実質的に全ての炭化水素を水蒸気変成により
    変成する、請求項１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 天然ガス中の実質的に全ての炭化水素を部分酸化変成によ
    り変成する、請求項１８に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 実質的に全ての炭化水素を高温度変成により変成する、請
    求項１８に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 前記天然ガスの変成のために排気ガスの一部をリサイクル
    する工程を更に含む、請求項１８に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記排気ガスと前記ガス燃料とを混合し、前記機関に添加
    するための希釈化ガス燃料を調整して、ＮＯxの減少した排気ガスを提供する工
    程を更に含む、請求項２２に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記ガス混合物と空気を０．２〜１の範囲の比で組合わせ
    ることを含む、請求項１８に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 ４５０℃〜８００℃の範囲の温度で前記ガス燃料を変成す
    ることを含む、請求項１８に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記機関から出る排気ガスの一部を前記天然ガスの変成の
    ためにリサイクルする工程を含む、請求項２５に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記排気ガスと前記ガス燃料とを混合し、前記機関に添加
    するための希釈化ガス燃料を提供して、ＮＯxの減少した排気ガスを提供する工
    程を含む、請求項２６に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 天然ガスを燃料として使用する内燃機関の運転の改良方法
    であって、 リサイクルされる排気ガスを有する内燃機関を準備する工程、 前記機関を駆動する天然ガス源を準備する工程、 前記機関と流体連通状態にある変成反応器を準備する工程、 前記機関から出る前記排気ガス流を前記反応器にリサイクルし、このリサイク
    ルされた排気ガスを前記天然ガスを変成するために使用する工程、 前記反応器内の前記天然ガスを選択的に変成し、天然ガス中のメタン以外の実
    質的に全ての炭化水素を変成し、メタン、水素及び一酸化炭素を含むガス燃料を
    調整する工程、 前記排気ガスと混合して、希釈化ガス燃料を準備する工程、 前記反応器から出る前記希釈化ガス燃料と空気を組合わせて、組合わせ混合物
    を調整する工程、 この組合わせ混合物を前記内燃機関内の燃焼域に供給する工程、及び 前記燃焼域内の前記組合わせ混合物を燃焼させる工程、 を含む方法。
  29. 【請求項２９】 前記ガス燃料を水蒸気変成することを含む、請求項２８に
    記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記希釈化ガス燃料と空気を０．２〜１の範囲の比で組合
    わせることを含む、請求項２８に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 ガス燃料を使用する内燃機関から出る排気ガス中へのＮＯ
    xの放出をほぼゼロとし、又ＣＯの放出をほぼゼロとする方法であって、 燃料吸気口を有し、又、排気ガスを有する内燃機関を準備する工程、 天然ガス、並びに、水素及びＣＯから選択される少なくとも一種の追加のガス
    を含むガス燃料を準備し、前記機関にそのガス燃料を添加する工程、 排気ガスの第１の部分をリサイクルし、又、前記機関に前記第１の部分を添加
    する工程、 その排気ガスの第２の部分を大気へ排出する工程、 前記機関を下記のように運転して、前記ガス燃料充填物及び空気を燃焼させ、
    ここで、この充填物を排気ガスの第１の部分で希釈化する工程、 前記機関から出る前記排気ガス中へのＮＯxの放出がほぼゼロとなる排気ガス
    リサイクル条件下、 前記機関から放出される前記排気ガス中に酸素を提供するような希薄燃焼条件
    下、 又、 酸化触媒を用いて、前記排気ガスの第２の部分中のＣＯを酸化して、大気中に
    排出される排気ガスの第２部分中に放出するＣＯをほぼゼロとする工程、 を含む方法。
  32. 【請求項３２】 前記追加のガスが水素である、請求項３１に記載の方法。
  33. 【請求項３３】 前記追加のガスがＣＯである、請求項３１に記載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記リサイクルされた排気ガスの第１の部分が前記機関か
    ら放出される排気ガスの３０〜５０％を含む、請求項３１に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 ０．７〜０．９９の範囲内の当量比の空気と燃料を用いる
    ことを含む、請求項３１に記載の方法。
  36. 【請求項３６】 ０．８〜０．９５の範囲内の当量比の空気と燃料を用いる
    ことを含む、請求項３１に記載の方法。
  37. 【請求項３７】 前記ＮＯx放出が１０ｐｐｍより少なく、又、前記ＣＯ放
    出が１０ｐｐｍより少ない、請求項３１に記載の方法。
  38. 【請求項３８】 前記機関から放出される前記排気ガス中に４％までの酸素
    を提供する希薄燃焼条件下で、前記機関を運転することを含む、請求項３１に記
    載の方法。
  39. 【請求項３９】 前記ガス燃料が天然ガス、並びに水素及びＣＯの組合わせ
    を含む、請求項３１に記載の方法。
  40. 【請求項４０】 ガス燃料を使用する内燃機関から得た排気ガス中へのＮＯ
    xの放出をほぼゼロとし、又ＣＯの放出をほぼゼロとする方法であって、 燃料吸気口を有し、又、排気ガスを有する内燃機関を準備する工程、 天然ガス、並びに、水素及びＣＯから選択される少なくとも一種の追加のガス
    を含むガス燃料を準備し、前記機関にそのガス燃料を添加する工程、 排気ガスの第１の部分を再循環し、又、前記機関に前記第１の部分を添加する
    工程、 その排気ガスの第２の部分を大気へ排出する工程、 前記機関を下記のように運転して、前記ガス燃料充填物及び空気を燃焼させて
    、この充填物を排気ガスの第１の部分で希釈化する工程、 前記機関から出る前記排気ガス中に減少されたＮＯxが放出される排気ガスリ
    サイクル条件下、 前記機関から放出される前記排気ガス中に最低限量の酸素を提供する化学量論
    的運転条件下、 及び、 還元触媒を用いて、前記排気ガスの第２の部分中のＣＯを酸化して、残ってい
    る放出されたＮＯxと反応させて、大気中に排出される排気ガスの第２部分中に
    放出するＣＯ及びＮＯxをほぼゼロとする工程、 を含む方法。
  41. 【請求項４１】 ガス燃料を使用する内燃機関から出る排気ガス中へのＮＯ
    xの放出をほぼゼロとし、又ＣＯの放出をほぼゼロとする方法であって、 燃料吸気口を有し、又、排気ガスを有する内燃機関を準備する工程、 前記機関の運転中の不点火を回避するに十分な天然ガス及び水素からなるガス
    燃料を準備し、前記機関にそのガス燃料を添加する工程、 前記排気ガスの約３０％〜約５０％からなる排気ガスの第１の部分を再循環す
    る工程、 その排気ガスの第２の部分を大気へ排出する工程、 前記機関を下記のように運転して、０．４５〜０．６の範囲の当量比の前記ガ
    ス燃料充填物と空気を燃焼させる工程、 前記機関から放出される前記排気ガス中に１０ｐｐｍ以下のＮＯxが放出され
    るように、又、 前記機関から放出される前記排気ガス中に０．５％以上の酸素を提供する希薄
    燃焼条件下、 及び 酸化触媒を用いて、前記排気ガスの第２の部分中のＣＯを酸化して、大気中に
    排出される排気ガスの第２部分中に放出されるＣＯが１０ｐｐｍ以下となるよう
    にする工程、 を含む方法。
  42. 【請求項４２】 内燃機関を準備する工程、 その機関を駆動するためのガス燃料源を準備する工程、 その機関と流体連通状態にある反応器を準備する工程、 その機関から出る排気ガスの第１の部分をその反応器にリサイクルする工程、 前記ガス燃料を前記反応器に添加する工程、 前記排気ガスの第１の部分を使用して前記反応器内の前記ガス燃料を水蒸気変
    成してメタン、水素及び一酸化炭素を含むガス混合物を形成する工程、 前記反応器から出る前記ガス混合物と空気を組合わせて、組合わせ混合物を調
    整する工程、 この組合わせ混合物を前記内燃機関内の燃焼域に供給する工程、及び 前記組合わせ混合物を燃焼させてＮＯxがほぼゼロである排気ガスを生成する
    工程 を含む、内燃機関の運転方法。
  43. 【請求項４３】 前記ガス燃料が天然ガス及びプロパンガスから構成される
    群から選択される、請求項４２に記載の方法。
  44. 【請求項４４】 水蒸気変成に使用される排気ガスの第１の部分と前記ガス
    混合物とを混合して、前記機関に添加する希釈化ガス混合物を提供することを更
    に含む、請求項４２に記載の方法。
  45. 【請求項４５】 ４５０〜８００℃の範囲の温度で前記ガス燃料を水蒸気変
    成することを含む、請求項４２に記載の方法。
  46. 【請求項４６】 ５００〜６００℃の範囲の温度で前記ガス燃料を水蒸気変
    成することを含む、請求項４２に記載の方法。
  47. 【請求項４７】 前記反応器に添加される前記ガス燃料の少なくとも１０％
    を変成することを更に含む、請求項４２に記載の方法。
  48. 【請求項４８】 前記反応器を出る前記ガス混合物を冷却し、又、それによ
    り出る凝縮水を除去することを更に含む、請求項４２に記載の方法。
  49. 【請求項４９】 前記ガス混合物を空気と０．２〜１の範囲の比で組合わせ
    ることを更に含む、請求項４２に記載の方法。
  50. 【請求項５０】 前記排気ガスの第２の部分中の一酸化炭素を二酸化炭素に
    転化して、一酸化炭素がほぼゼロである、大気中に排出される排気ガスを生成す
    ることを更に含む、請求項４２に記載の方法。
  51. 【請求項５１】 排気ガスを生成する燃焼域を有する内燃機関の運転方法で
    あって、 燃焼域に炭化水素燃料を供給して前記機関を運転する工程、 反応器と前記燃焼域を流体的に連通する工程、 前記燃焼域から出る排気ガスの第１の部分を前記反応器へリサイクルする工程
    、 炭化水素燃料を前記反応器へ添加する工程、 前記排気ガスの第１の部分を使用して、前記反応器内の炭化水素燃料を水蒸気
    変成して、メタン、水素及び一酸化炭素を含むガス混合物を形成する工程、 前記反応器からのガス混合物と空気を混合して組合わせ混合物を形成する工程
    、及び 前記組合わせ混合物を前記燃焼域に供給して、ＮＯxがほぼゼロである排気ガ
    スを生成する工程、 を含む方法。
  52. 【請求項５２】 排気ガスを生成する燃焼域を有する内燃機関の運転方法で
    あって、 燃焼域にガス燃料を供給して前記機関を運転する工程、 反応器と前記燃焼域を流体的に連通する工程、 前記燃焼域から出る排気ガスの第１の部分を前記反応器へリサイクルする工程
    、 ガス燃料を前記反応器へ添加する工程、 前記排気ガスの第１の部分を使用して、前記反応器内のガス燃料を水蒸気変成
    して、メタン、水素及び一酸化炭素を含むガス混合物を形成する工程、 前記反応器から得られるガス混合物と空気を組合わせて、組合せ混合物を形成
    する工程、及び 前記組合わせ混合物を前記燃焼域に供給して、ＮＯxがほぼゼロである排気ガ
    スを生成する工程、 を含む方法。
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