JP2007255226A - 燃料供給装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭化水素系燃料に含酸素化合物燃料を添加した混合燃料55を、火花点火式内燃機関1へ供給するための燃料供給装置10であり、この燃料供給装置10は、混合燃料55を貯蔵している混合燃料タンク40の下流に設置されていて混合燃料55を炭化水素リッチ燃料58と含酸素化合物リッチ燃料であるエタノールリッチ燃料56とに分離する分離膜41を備えた第1系統51と、この混合燃料55を内燃機関1の主燃焼室18あるいは副燃焼室370に対して直接供給する第2系統52とを備える。
【選択図】図1
Description
アルコール混合燃料からアルコール分を分離するために、分留装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
本発明は、上記従来の課題に着目して成されたものであって、該装置の大幅な小型化が図れ、さらにエタノールをはじめとする含酸素燃料をうまく活用することで内燃機関の高効率化、クリーン化が図れ、大幅なCO2の削減ができる燃料供給装置を提供することを目的としている。
本発明の燃料供給装置の好ましい実施形態では、上記含酸素化合物燃料がエタノール燃料である。
本発明の燃料供給装置の好ましい実施形態では、上記改質部は触媒である。
本発明の燃料供給装置の好ましい実施形態では、取り出された上記水素リッチガスは、上記内燃機関の主燃焼室または副室に供給される。
本発明の燃料供給装置の好ましい実施形態では、分離された上記エタノールリッチ燃料は、排気浄化触媒の上流に供給して噴射される。
本発明の燃料供給装置の好ましい実施形態では、上記混合燃料からの上記エタノールリッチ燃料の分離及び/又は分離された上記エタノールリッチ燃料から水素リッチガスを取り出す反応に必要なエネルギーが、上記内燃機関から発生した熱を回収することで得られる。
本発明の燃料供給装置の好ましい実施形態では、上記混合燃料からの上記エタノールリッチ燃料の分離及び/又は上記エタノールリッチ燃料の反応器への導入と反応のために、上記内燃機関の排気再循環ガスを掃引ガスとして用いている。
(実施例1)
まず、本発明の燃料供給装置の好ましい実施例1について説明する。
図1は、本発明の燃料供給装置の好ましい実施例1を備える内燃機関の例を示している。
図1に示す内燃機関1は、エンジン本体9と、燃料供給装置10と、吸気部12と、排気部13と、そしてコンピュータ100を有している。
コンピュータ100は、内燃機関1の動作を制御するための電子制御装置(ECU)である。コンピュータ100は、インジェクタ26に対して空燃比制御信号S1を与えることで、吸気ポート19内に燃料噴射を行う。コンピュータ100は、スパークプラグ27に対して点火時期制御信号S2を与えることにより、主燃焼室18内にスパークを発生して混合気に点火をする。
燃料供給装置10は、混合燃料55と水素リッチガス57を、内燃機関1の主燃焼室18内に供給する装置である。燃料供給装置10は、混合燃料タンク40と、第1系統51と、第2系統52を有する。第1系統51と第2系統52は、混合燃料タンク40とインジェクタ26との間に並列に配置されている。
40% 図1の第2系統52は、インジェクタ26に対して直接接続されており、混合燃料55は、第2系統52とインジェクタ26を通じて、主燃焼室18内に噴射して直接供給される。
分離膜41としては、無機金属酸化物からなる膜及び/又は高分子化合物からなる膜を用いており、すなわち分離膜41は、無機金属酸化物からなる膜、高分子化合物からなる膜のいずれか一方又は双方である。
分離膜41がゼオライトの場合に、そのシリカ/アルミナ比は、15〜40であることが好ましく、より好ましくは20〜30である。
シリカ/アルミナ比が15よりも小さいと構造が不安定になり、耐久性が悪くなる場合がある。また、シリカ/アルミナ比が40よりも大きいと、疎水性が大きくなり親水性がなくなり水系のエタノールを分離できなくなることがある。
エタノール/トルエンの混合物を予熱し、その蒸気を140℃で該ゼオライト膜に通し、透過した燃料の成分をガスクロマトグラフで分析した。混合燃料蒸気を該膜に透過させる際、真空ポンプを用い、膜の出口側を10-1mmHg以下に減圧した。
その結果、エタノール/トルエン比は、約96/4となり、エタノールリッチ燃料が得られた。
エタノールリッチ燃料56から取り出された水素リッチガス57は、吸気弁20を開くと、インジェクタ26から吸気ポート19を通じて主燃焼室18内に供給される。つまり、第1系統51からは水素リッチガス57が主燃焼室18内に供給される。また、第2系統52から混合燃料55が、吸気弁20を開くと、インジェクタ26から吸気ポート19を通じて主燃焼室18内に供給される。この水素リッチガス57が、混合燃料55とともに主燃焼室18内に供給されることで、燃焼速度を大幅に高めることができ、燃焼のリーン領域の拡大を図ることができる。
この場合に、エタノールリッチ燃料56中のエタノール濃度を高めることで、排気浄化触媒24のリーンNOX触媒の性能をより高めることができるので、好ましい。
図1の例では、EGRガス60は、一例として分離膜41と改質部42の双方に供給されている。これにより、さらに熱効率を高めて燃費向上が図れる。なお、分離膜41での温度は、例えば200℃位であり、改質部42での温度は300℃〜400℃である。
次に、本発明の好ましい実施例1の動作について、図1を参照しながら説明する。
燃料供給装置10の混合燃料タンク40内の混合燃料55は、図示しない燃料ポンプにより混合燃料タンク4から送り出されて、第1系統51の例えばチューブを通じて分離膜41に供給される。しかもこの混合燃料55は、第2系統52の例えばチューブを通じてインジェクタ26に供給される。
インジェクタ26は、水素リッチガス57を混合燃料55とともに主燃焼室18内に直接噴射するので、主燃焼室18内における混合燃料の燃焼速度を大幅に高めることができ、燃焼のリーン領域の拡大を図ることができる。
次に、本発明の燃料供給装置の好ましい実施例2を説明する。
図2は、本発明の燃料供給装置の好ましい実施例2を備える火花点火式内燃機関(以下、内燃機関という)の例を示している。
図2の実施例2の燃料供給装置210が、図1の実施例1の燃料供給装置10と異なるのは、分離膜41と改質部42が一体化された構造を有していることである。図2の実施例2の燃料供給装置210の他の構成要素と内燃機関201の構成要素は、図1の実施例1の燃料供給装置10の他の構成要素と内燃機関1の構成要素と同じであるので、その説明を用いる。
図2と図3の分離改質部290は、図1の実施例1における分離膜41と改質部42が別体になっている場合に比べて、燃料供給装置210の部品点数を減らし、燃料供給装置210と分離改質部のサイズをコンパクト化できるメリットがある。
次に、本発明の燃料供給装置の好ましい実施例3を説明する。
図4は、本発明の燃料供給装置の好ましい実施例3を備える火花点火式内燃機関(以下、内燃機関という)の例を示している。
図4の実施例3の燃料供給装置310の構成は、図2の燃料供給装置210の構成
と同じである。
混合燃料55は第2系統52を介してインジェクタ26に供給され、分離された水素リッチガス57は第1系統51を介してインジェクタ26に供給されることにより、インジェクタ26は、混合燃料55と、エタノールリッチ燃料56から取り出された水素リッチガス57を供給する。
水素リッチガス57が、混合燃料55とともに副燃焼室370に供給されることにより、副燃焼室370と主燃焼室318内における混合燃料の燃焼速度を大幅に高めることができ、燃焼のリーン領域の拡大を図ることができる。
エタノール燃料以外の含酸素化合物燃料としては、例えばDME(ジメチルエーテル)、MTBE(メチルtert−ブチルエーテル)、DEE(ジエチルエーテル)、ETBE(エチルtert−ブチルエーテル)を採用できる。
9 エンジン本体
10 燃料供給装置
11 シリンダヘッド
12 吸気部
13 排気部
14 ピストン
15 コンロッド
16 クランクシャフト
17 シリンダブロック
18 主燃焼室
19 吸気ポート
20 吸気弁
21 排気ポート
22 排気弁
23 排気マニホールド
24 排気浄化触媒
35 マフラー
26 インジェクタ
27 スパークプラグ
40 混合燃料タンク
41 分離膜
42 改質部
51 第1系統
52 第2系統
55 混合燃料
56 分離されたエタノールリッチ燃料
57 水素リッチガス
58 炭化水素リッチ燃料
60 EGRガス
100 コンピュータ
201 火花点火式内燃機関(内燃機関)
290 分離改質部
301 火花点火式内燃機関(内燃機関)
318 主燃焼室
370 副燃焼室
Claims (10)
- 炭化水素系燃料に含酸素化合物燃料を添加した混合燃料を、内燃機関へ供給するための燃料供給装置であって、
上記混合燃料を貯蔵している混合燃料タンクの下流に設置され、上記混合燃料を炭化水素リッチ燃料と含酸素化合物リッチ燃料とに分離する分離膜を備えた第1系統と、
上記混合燃料を上記内燃機関の燃焼室に直接供給する第2系統と、
を備えたことを特徴とする燃料供給装置。 - 上記混合燃料を分離する分離膜が、無機金属酸化物からなる膜及び/又は高分子化合物からなる膜を用いたことを特徴とする請求項1に記載の燃料供給装置。
- 上記含酸素化合物燃料がエタノール燃料であることを特徴とする請求項1に記載の燃料供給装置。
- 上記分離されたエタノールリッチ燃料から水素を取り出すための改質部を有することを特徴とする請求項3に記載の燃料供給装置。
- 上記改質部には触媒が設置されたことを特徴とする請求項4に記載の燃料供給装置。
- 取り出された上記水素は、上記内燃機関の主燃焼室または副室に供給されることを特徴とする請求項4又は5に記載の燃料供給装置。
- 分離された上記エタノールリッチ燃料は、排気浄化触媒の上流に供給して噴射されることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1つの項に記載の燃料供給装置。
- 上記混合燃料を分離する上記分離膜と上記エタノールリッチ燃料から上記水素を取り出す上記触媒が一体化されていることを特徴とする請求項5に記載の燃料供給装置。
- 上記混合燃料からの上記エタノールリッチ燃料の分離及び/又は分離された上記エタノールリッチ燃料から上記水素を取り出す反応に必要なエネルギーが、上記内燃機関から発生した熱を回収することで得られることを特徴とする請求項4〜8のいずれか1つの項に記載の燃料供給装置。
- 上記混合燃料からの上記エタノールリッチ燃料の分離及び/又は上記エタノールリッチ燃料の反応器への導入と反応のために、上記内燃機関の排気再循環ガスを掃引ガスとして用いることを特徴とする請求項9に記載の燃料供給装置。
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