JP2010106689A - Photocatalyst fuel reforming system of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光触媒を用いて燃料を改質し、運転状態に応じて適したオクタン価の燃料を供給する光触媒燃料改質システムに関する。特に、運転状態に応じた速い反応で燃料のオクタン価を制御することが可能であり、予備混合圧縮着火燃焼を行う内燃機関に好適に用いることできる内燃機関の光触媒燃料改質システムに関する。 The present invention relates to a photocatalyst fuel reforming system that reforms fuel using a photocatalyst and supplies a fuel having an octane number suitable for the operating state. In particular, the present invention relates to a photocatalytic fuel reforming system for an internal combustion engine that can control the octane number of the fuel by a fast reaction according to the operating state and can be suitably used for an internal combustion engine that performs premixed compression ignition combustion.
予混合圧縮着火燃焼を行う内燃機関(Homogeneous Charge Compression Ignition 以下「HCCIガソリン内燃機関」と称する。圧縮自己着火式ガソリン内燃機関ともいう。)は、NOxやCO2の排出量が少なく、優れた排ガス性能と高い熱効率を両立でき、理想に近い燃焼を実現できる。 An internal combustion engine (Homogeneous Charge Compression Ignition, hereinafter referred to as “HCCI gasoline internal combustion engine”, which is also referred to as “HCCI gasoline internal combustion engine”) that performs premixed compression ignition combustion has low NOx and CO 2 emissions and excellent exhaust gas. Both performance and high thermal efficiency can be achieved, achieving near ideal combustion.
しかし、HCCIガソリン内燃機関は、吸気行程又は圧縮行程に燃料を噴射して予混合気を形成し、圧縮により着火・燃焼させるために、燃料が比較的早期に噴射される。そのため、高負荷時などに予混合気の燃焼速度が過大になると、過早着火(圧縮行程の途中で混合気の爆発が始まってしまう現象)が生じ、振動等が生じてしまう場合がある。このように、HCCIガソリン内燃機関は、着火や燃焼の制御が難しく、運転領域が制限されるという課題がある。 However, in the HCCI gasoline internal combustion engine, fuel is injected in an intake stroke or a compression stroke to form a premixed gas, and is ignited and burned by compression, so that the fuel is injected relatively early. For this reason, if the combustion speed of the premixed gas becomes excessive at high load or the like, pre-ignition (a phenomenon in which the mixture begins to explode during the compression stroke) may occur, and vibration may occur. As described above, the HCCI gasoline internal combustion engine has a problem in that ignition and combustion are difficult to control and the operation range is limited.
着火時期を制御するために、吸気温度の制御や、内部EGR(排気再循環)装置の導入、可変圧縮装置の制御等、多くの制御システムが試みられている(非特許文献1)。
ところで、近年において、様々な燃料の着火遅れは、ある程度燃料のオクタン価を相関があることが知られており、燃料のオクタン価が高くなると、着火遅れが長く成る傾向があることが報告されている(非特許文献2)。
上記非特許文献2によれば、オクタン価の異なる燃料を複数使用することで、着火時期を制御できる可能性があることを示している。
According to the said
オクタン価の異なる燃料を複数使用するシステムとして、内燃機関の燃焼室内に高オクタン価燃料を供給する第1の燃料供給手段と、低オクタン価燃料を供給する第2の燃料供給手段を備えたシステムが提案されている(特許文献1)。
また、組成が異なる複数種類の燃料に分離する燃料分離部を備え、複数種類の燃料の中からいずれかの燃料を選択又は混合して、内燃機関に所望の燃焼を供給するシステムが提案されている(特許文献2)。
さらに、触媒反応を利用して燃料を改質し、運転状態に応じて改質ガスと高オクタン価燃料とを使い分けて使用するシステムが提案されている(特許文献3)。また、燃料を低オクタン価燃料と高オクタン価燃料に分離分留し、触媒反応を利用して、低オクタン価燃料のオクタン価を高める改質を行ってから、この燃料を分離した高オクタン価燃料と所定の比率で混合させて供給するようにしたシステムが提案されている(特許文献4)。
上記特許文献3又は4に記載されているような触媒反応は、一般的に熱エネルギーを利用する熱触媒反応を意味する。近年は、太陽光等の光エネルギーを利用する、よりクリーンなイメージの光触媒反応も着目されており、光触媒の研究が盛んになっている。
The catalytic reaction described in
光触媒は、バンドギャップエネルギー以上の光を吸収すると価電子帯の電子が伝導帯に励起されることにより正孔を生じる。この正孔と電子が触媒表面に移動することによって、ヒドロキシラジカル、スーパーオキサイドアニオンなどの活性種が生成すると考えられている。
これらの活性種は、非常に高い酸化力を持っており、有機物を容易に酸化分解することができる。近年、光触媒反応を利用して、光触媒を用いた空気浄化、水浄化、防汚・防曇などが実用化されている(非特許文献3)。
These active species have a very high oxidizing power and can easily oxidize and decompose organic substances. In recent years, utilizing a photocatalytic reaction, air purification, water purification, antifouling and antifogging using a photocatalyst have been put into practical use (Non-patent Document 3).
光触媒は光の吸収により、上記メカニズムによって光触媒反応が進行するので、クリーンなイメージの太陽光等の光エネルギーを利用することができる。
このように、光触媒は、従来の触媒とは異なり、熱エネルギーなどを供給する必要がない特徴を有する。
しかし、光触媒は十分な反応速度が得られていないという不都合がある。この理由として、光の利用効率が少ない点が挙げられる。
Since the photocatalyst undergoes a photocatalytic reaction by the above mechanism due to light absorption, it is possible to use light energy such as sunlight with a clean image.
Thus, unlike conventional catalysts, the photocatalyst has a feature that it is not necessary to supply heat energy or the like.
However, the photocatalyst has a disadvantage that a sufficient reaction rate is not obtained. The reason for this is that light utilization efficiency is low.
現在、価格や化学安定性などの観点から酸化チタンが光触媒として最も使用されているが、酸化チタンは、そのバンドギャップが3.2eVと高く、紫外光しか吸収できない。
この紫外光は、太陽光中には約3%程度しか含まれておらず、室内で使用される蛍光灯では、蛍光物質により紫外光を可視光に変換しているために、蛍光灯から照射される光には殆ど含まれていない。また、自動車等の車内においては、紫外線をカットするガラスが多く使用されているために、可視光のみが利用可能であり、紫外線を利用しにくい。
このように、光触媒として酸化チタンを使用した場合は、酸化チタンを励起するバンドギャップエネルギー以上の光エネルギーが得られていないのが実情である。
At present, titanium oxide is most widely used as a photocatalyst from the viewpoint of price and chemical stability. However, titanium oxide has a high band gap of 3.2 eV and can absorb only ultraviolet light.
This ultraviolet light is only about 3% in sunlight, and in fluorescent lamps used indoors, ultraviolet light is converted into visible light by a fluorescent substance. It is hardly contained in the light that is emitted. In addition, in a vehicle such as an automobile, glass that cuts ultraviolet rays is often used, so that only visible light can be used, and ultraviolet rays are difficult to use.
Thus, when titanium oxide is used as a photocatalyst, the actual situation is that light energy higher than the band gap energy for exciting titanium oxide is not obtained.
これに対して、可視光は太陽光に約50%程度含まれおり、室内や車内などにおいても、可視光の利用が可能であるので、可視光によって励起されるバンドギャップを有する物質を光触媒として利用できれば、さらに速い反応速度で光触媒反応を利用できる。
そのため、可視光領域に新たな吸収バンドが現れるように、バンドギャップエネルギーの縮小化が検討されている。
On the other hand, visible light is contained in about 50% of sunlight, and visible light can be used indoors or in a vehicle. Therefore, a substance having a band gap excited by visible light is used as a photocatalyst. If available, the photocatalytic reaction can be used at a higher reaction rate.
Therefore, reduction of the band gap energy has been studied so that a new absorption band appears in the visible light region.
伝導帯及び価電子帯のエネルギーは、酸素の軌道によって支配されるため、バンドギャップエネルギーを縮小化するためには、いずれかの軌道を制御すればよい。
しかし、金属側の軌道を制御すると、電子と正孔の再結合中心を生成するために、光触媒活性が低下することが知られている。
そのため、価電子帯のエネルギーが酸素よりも高い元素に置換してから軌道を制御する必要がある。
Since the energy of the conduction band and the valence band is governed by the orbit of oxygen, any orbit may be controlled in order to reduce the band gap energy.
However, it is known that when the metal side orbit is controlled, the photocatalytic activity is reduced because recombination centers of electrons and holes are generated.
Therefore, it is necessary to control the orbit after substituting with an element whose valence band energy is higher than oxygen.
窒素原子の価電子は、酸素原子の価電子よりも高いエネルギーを持つため、バンドギャップエネルギーを縮小化することができ、可視光を利用できる可能性がある。
例えばNOx処理、アンモニア処理による窒素をドープした酸化チタン(例えば、非特許文献4参照)や、オキシナイトライド系材料(例えば、特許文献5及び特許文献6参照)が提案されている。
For example, titanium oxide doped with nitrogen by NOx treatment or ammonia treatment (see, for example, Non-Patent Document 4) and oxynitride materials (see, for example,
一方、触媒活性そのものを向上させるためにも様々な研究・開発がなされている。
例えば反応物の触媒表面への吸着量を増加させるために、多孔質物質と光触媒を組み合わせたり、光励起により生成された電子や正孔を失活させずに触媒表面に到達させるために、結晶性を向上させたり、粉末を微粉化したりしている(例えば、特許文献7参照)。また、電荷分離を促進させたりするために、金属を担持させたりしている(例えば、特許文献8参照)。
On the other hand, various researches and developments have been made to improve the catalytic activity itself.
For example, in order to increase the amount of adsorption of the reactants on the catalyst surface, a porous material and a photocatalyst are combined, and in order to reach the catalyst surface without deactivating the electrons and holes generated by photoexcitation, Or the powder is pulverized (see, for example, Patent Document 7). Further, in order to promote charge separation, a metal is supported (for example, see Patent Document 8).
光触媒の応用研究・開発も盛んであり、水分解による水素生成や汚れ取りなどの有機物分解以外にも光触媒を応用した例が多数報告されている。
このような応用例として、光触媒含有層を有する親水性メッシュシートを温室屋内に設置し、この親水性メッシュシートに水を流下して蒸発させ、気化熱や気化した水蒸気により周囲の温度や湿度を調節する方法が提案されている(特許文献9)
As such an application example, a hydrophilic mesh sheet having a photocatalyst-containing layer is installed in a greenhouse, water is allowed to flow down to the hydrophilic mesh sheet to evaporate, and the ambient temperature and humidity are controlled by heat of vaporization and vaporized water vapor. A method of adjusting is proposed (Patent Document 9).
また、光触媒は、有機物分解ではなく有機物合成にも応用されている。光学活性体である(S)−リシン(L−リシン)を原料として、光触媒を反応させると、環状アミノ酸の一種であるピペコリン酸が生成される。このピペコリン酸は医薬品の原料となるものの、天然物から得ることは殆ど不可能であるため、光触媒反応により人工的にピペコリン酸(光学活性体)を合成することができる(非特許文献5)。
また、燃料の脱硫効率を改善するために、光触媒を適用する方法も提案されている(特許文献10)。その他、燃料を貯留するタンク内に光触媒を配置し、この光触媒によってタンク内の燃料を改質する燃料タンクが提案されている(特許文献11,12)。
燃料の改質に触媒反応を適用する例は多く見られるものの、例えば、熱触媒反応は、熱エネルギーによって触媒反応が進行するため、刻々と変化する運転状態に応じた速い反応で、燃料を改質することは難しい。また、上記のように光触媒を利用した場合であっても、光触媒反応は、燃料タンク内で進行するため、運転状態に応じた速い反応で燃料を改質することは困難である。 Although there are many examples of applying catalytic reactions to fuel reforming, for example, thermal catalytic reactions progress by catalytic energy due to thermal energy. It is difficult to quality. Even when the photocatalyst is used as described above, the photocatalytic reaction proceeds in the fuel tank, so that it is difficult to reform the fuel with a fast reaction according to the operation state.
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、運転状態に応じた速い反応で燃料を改質し、運転状態に適したオクタン価の燃料を供給することができるので、着火時期を制御することができ、例えばHCCI(予混合圧縮着火式)ガソリン内燃機関に好適に用いることができる内燃機関の光触媒燃料改質システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to reform a fuel by a fast reaction according to an operating state, and to provide an octane fuel suitable for the operating state. Therefore, it is possible to control the ignition timing, and for example, to provide a photocatalytic fuel reforming system for an internal combustion engine that can be suitably used for an HCCI (premixed compression ignition type) gasoline internal combustion engine. .
本発明者らは、上記目的を達成するべく鋭意検討を重ねた結果、光を照射する光源と、燃料タンクから内燃機関の燃焼室に供給される燃料の流通路に配置した光触媒とを設け、上記光源から照射される光の波長領域及び/又は光量を変化させる光制御手段を備えたことによって、上記目的を達成し得ることを見出した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors provided a light source for irradiating light and a photocatalyst disposed in a fuel flow path supplied from a fuel tank to a combustion chamber of an internal combustion engine, It has been found that the above object can be achieved by providing light control means for changing the wavelength region and / or the amount of light emitted from the light source.
即ち、本発明は、内燃機関と、該内燃機関に燃料を供給するための燃料タンクと、光を照射する光源と、上記燃料タンクから内燃機関に供給される燃料の流通路に設けた光触媒とを備えた内燃機関の光触媒燃料改質システムであって、上記光源から照射される光の波長領域及び/又は光量を変更する光制御手段を備え、上記光制御手段は、上記内燃機関の運転状態に応じて、上記光触媒が光源から照射された光の少なくとも一部を吸収して燃料のオクタン価を向上させるように、上記光源から照射される光の波長領域及び/又は光量を変化させる。 That is, the present invention relates to an internal combustion engine, a fuel tank for supplying fuel to the internal combustion engine, a light source for irradiating light, and a photocatalyst provided in a flow passage of fuel supplied from the fuel tank to the internal combustion engine. A photocatalytic fuel reforming system for an internal combustion engine comprising: a light control means for changing a wavelength region and / or a light quantity of light emitted from the light source, wherein the light control means is an operating state of the internal combustion engine. Accordingly, the wavelength region and / or the amount of light emitted from the light source is changed so that the photocatalyst absorbs at least a part of the light emitted from the light source and improves the octane number of the fuel.
本発明によれば、内燃機関の運転状態に応じて、光源から照射される光の波長領域及び/又は光量を変更する光制御手段を備えたことによって、光触媒の反応性を向上させることができ、刻々と変化する運転状態に応じた速い反応で、運転状態に適したオクタン価となるように燃料の改質を行うことができる。
このように本発明によれば、運転状態に応じてオクタン価を制御した燃料を内燃機関に供給することができるので、内燃機関の着火時期を制御することができ、着火や燃焼の制御が難しく、運転領域が制限されるHCCIガソリン内燃機関に好適に用いることができる。
According to the present invention, the reactivity of the photocatalyst can be improved by providing the light control means for changing the wavelength region and / or the amount of light emitted from the light source in accordance with the operating state of the internal combustion engine. The reforming of the fuel can be performed so that the octane number suitable for the operating state can be obtained by a fast reaction corresponding to the operating state that changes every moment.
Thus, according to the present invention, since the fuel whose octane number is controlled according to the operating state can be supplied to the internal combustion engine, it is possible to control the ignition timing of the internal combustion engine, and it is difficult to control ignition and combustion. It can be suitably used for an HCCI gasoline internal combustion engine in which the operating range is limited.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。なお、本明細書において、収率などの「%」は、特記しない限り、質量百分率を表すものとする。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present specification, “%” such as yield represents a mass percentage unless otherwise specified.
図1は、本発明の内燃機関の光触媒燃料改質システムを適用したHCCIガソリン内燃機関(以下、「エンジン2」という。)を示すシステム構成図である。
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an HCCI gasoline internal combustion engine (hereinafter referred to as “
光触媒燃料改質システム1は、エンジン2と、エンジン2に燃料を供給するための燃料タンク3と設けている。
The photocatalytic fuel reforming system 1 includes an
燃料タンク3からエンジン2に燃料を供給するための流通路4には、光触媒改質部5を設けている。光触媒改質部5には、光を照射する光源6と、該光源6から照射された光の少なくとも一部を吸収可能な部位に光触媒7が設けられている。
また、光触媒改質部5を構成する流通路4の側壁の少なくとも一部には、光源5から照射された光を透過させて、該透過した光の少なくとも一部を光触媒7が吸収可能となるように、光透過性基板8が配置されている。
A
In addition, light emitted from the
エンジン2のコントロールユニット(以下「ECU」と称する。)10には、エンジン2の制御のため、図示を省略した各種センサからの検出信号が入力される。各種センサとしては、機関回転速度Neを検出する機関回転センサ、アクセル開度(要求負荷)APOを検出するアクセル開度センサなどがあり、これらのセンサにより検出される結果に基づいて、運転状態パラメータ(運転状態信号)を監視する。
Detection signals from various sensors (not shown) are input to the control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 10 of the
また、ECU10は、エンジン2の運転状態信号に基づいて、光源6に信号を出力し、光源6から照射された光によって光触媒7が活性化されて燃料のオクタン価を向上させるように、光源6から光触媒7に照射される光の波長領域及び/又は光量を変更する。
光源6は、後述するように波長領域が異なる光を照射する複数の光源6を選択的に使用して、光源から照射される光の波長領域を変化させることができるもの、光源に供給される電流又は電圧を変更することによって光源6から照射される光の光量を変化させることができるものを使用することが好ましい。
Further, the
As described later, the
次に、光触媒について説明する。
光触媒7は、光源6から照射される光を吸収可能な位置に配置されていればよく、流通路4を流通する燃料中に懸濁させてもよく、燃料の流通路4を構成する配管の内壁に固定化させてもよい。
光触媒7は、光源6から照射された光を吸収することが可能な部位であれば、燃料タンク3からエンジン2の燃焼室内に供給される燃料の流通路4の一部となる燃料タンク3の底面を含む内壁等に固定化されていてもよい。
Next, the photocatalyst will be described.
The
As long as the
光触媒7は、光源6から照射された光を吸収して励起され、活性種を放出することによって、燃料中のオクタン価の低い物質(例えばn−ヘキサン)をオクタン価の高い物質(例えば2−メチルペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサンなど)に転化する。
The
光触媒7は、バンドギャップエネルギーの異なる複数種類の光触媒を設けることが好ましい。
バンドギャップエネルギーの異なる複数種類の光触媒は、1種類ずつ別々の箇所に配置してもよく、複数種類の光触媒を所定の比率(例えば等量)で混合したものを同じ箇所に配置してもよい。
The
A plurality of types of photocatalysts having different band gap energies may be disposed one by one at different locations, or a mixture of a plurality of types of photocatalysts at a predetermined ratio (for example, equal amount) may be disposed at the same location. .
バンドギャップエネルギーの異なる複数種類の光触媒を設けた場合には、照射する光の波長領域を変更することによって、燃料のオクタン価を制御することができる。
バンドギャップが比較的広い光触媒は、短波長側の光を吸収して燃料中のオクタン価の低い物質をオクタン価の高い物質に転化する。一方、バンドギャップの比較的狭い光触媒は、より長波長側の光も吸収して燃料中のオクタン価の低い物質をオクタン価の高い物質に転化する。
When a plurality of types of photocatalysts having different band gap energies are provided, the octane number of the fuel can be controlled by changing the wavelength region of the irradiated light.
A photocatalyst having a relatively wide band gap absorbs light on the short wavelength side and converts a substance having a low octane number in the fuel into a substance having a high octane number. On the other hand, a photocatalyst having a relatively narrow band gap also absorbs light on a longer wavelength side and converts a substance having a low octane number in the fuel into a substance having a high octane number.
即ち、バンドギャップが比較的狭い光触媒と、バンドギャップが比較的広い光触媒を設けた場合は、長波長側の光を照射するとバンドギャップの狭い光触媒のみが活性化される。一方、短波長側の光を照射すると、バンドギャップの広い光触媒と狭い光触媒の両方が活性化される。 That is, when a photocatalyst with a relatively narrow band gap and a photocatalyst with a relatively wide band gap are provided, only the photocatalyst with a narrow band gap is activated when light on the long wavelength side is irradiated. On the other hand, when the light on the short wavelength side is irradiated, both the photocatalyst having a wide band gap and the photocatalyst having a narrow band gap are activated.
このように光触媒に照射される光の波長領域を変更することによって、光触媒の反応性を制御することができ、活性化された光触媒によって改質される燃料のオクタン価を制御することができる。 Thus, by changing the wavelength region of the light irradiated to the photocatalyst, the reactivity of the photocatalyst can be controlled, and the octane number of the fuel reformed by the activated photocatalyst can be controlled.
光触媒改質部5で燃料のオクタン価が制御され、運転状態に応じて適したオクタン価の燃料がエンジン2に供給されると、着火遅れ期間が変化し、着火時期の制御が可能となる。
例えば高負荷運転状態である場合に、光触媒改質部5でオクタン価が向上された高オクタン価の燃料がエンジン2に供給されると、着火遅れ期間が長くなり、HCCIガソリン内燃機関における過早着火を回避して、着火時期を制御することができる。
When the octane number of the fuel is controlled by the photocatalytic reforming
For example, when the high-octane fuel whose octane number has been improved in the photocatalytic reforming
光触媒7は、酸化チタン(TiO2)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化タンタル(Ta2O3)、酸化ニオブ(Nb2O3)及び酸化セリウム(CeO2)から成る群より選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
The
例えばTiO2のバンドギャップエネルギーは3.2eVであり、ZrO2のバンドギャップエネルギーは5.0eVであり、Nb2O3のバンドギャップエネルギーは3.0eVである。3.0eVのエネルギーを持つ光の波長は413nmであり、5.0eVのエネルギーを持つ光の波長は248nmである。
TiO2とZrO2の2種類の光触媒を設けた場合は、413nm以上の長波長側の光を照射すると、TiO2のみが活性化され、248nm以下の短波長側の光を照射すると、TiO2とZrO2の両方が活性化される。
For example, the band gap energy of TiO 2 is 3.2 eV, the band gap energy of ZrO 2 is 5.0 eV, and the band gap energy of Nb 2 O 3 is 3.0 eV. The wavelength of light having an energy of 3.0 eV is 413 nm, and the wavelength of light having an energy of 5.0 eV is 248 nm.
When two types of photocatalysts of TiO 2 and ZrO 2 are provided, when irradiating light having a longer wavelength of 413 nm or more, only TiO 2 is activated, and when irradiating light having a shorter wavelength of 248 nm or less, TiO 2 And ZrO 2 are both activated.
図2は、バンドギャップの異なる2種類の光触媒(ZrO2;5.0eV,TiO2;3.2eV)を設けた場合の燃料の転化率(オクタン価)と、波長との関係を示すグラフである。
図2に示すように、例えば413nm以上の長波長側の光が照射された場合は、バンドギャップの比較的大きいTiO2のみが長波長側の光を吸収して、燃料中のオクタン価の低い物質をオクタン価の高い物質に転化する。
一方、例えば248nm以上の短波長側の光が照射された場合は、バンドギャップの小さいZrO2とバンドギャップの大きいTiO2が短波長側の光を吸収して活性化され、燃料の転化率が大きくなり、よりオクタン価を向上させる。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the fuel conversion rate (octane number) and wavelength when two types of photocatalysts (ZrO 2 ; 5.0 eV, TiO 2 ; 3.2 eV) having different band gaps are provided. .
As shown in FIG. 2, for example, when light having a long wavelength side of 413 nm or more is irradiated, only TiO 2 having a relatively large band gap absorbs light having a long wavelength side, and a substance having a low octane number in the fuel. Is converted to a substance with a high octane number.
On the other hand, for example, when light with a short wavelength of 248 nm or more is irradiated, ZrO 2 with a small band gap and TiO 2 with a large band gap are activated by absorbing light with a short wavelength, and the conversion rate of fuel is increased. Increases the octane number.
次に、本発明の一実施形態(第1実施形態)の光触媒改質システムの制御について説明する。
図3は、本発明の第1実施形態に係るエンジン2の光触媒燃料改質システムの処理動作を示すフローチャートである。
図3において、S1では、エンジン2の燃焼室内で図示を省略した点火装置によって点火が行われた後、図示を省略した各種センサから入力されたエンジン回転数や要求負荷信号等に基づいて、運転状態を読み込む。
S2では、S1で読み込んだ値に基づいて、エンジン2のトルクが所定の値Nm1に達しているか否かを判定する。
Nm1に達している場合は、S3の光触媒改質制御に進む。Nm1に達していない場合は、再度、エンジン2のトルクが所定の値にNm1に達しているか否かを判定する。
Next, control of the photocatalytic reforming system according to one embodiment (first embodiment) of the present invention will be described.
FIG. 3 is a flowchart showing the processing operation of the photocatalytic fuel reforming system of the
In FIG. 3, in S1, after ignition is performed in the combustion chamber of the
In S2, it is determined whether or not the torque of the
When Nm1 is reached, the process proceeds to S3 photocatalytic reforming control. If Nm1 has not been reached, it is determined again whether the torque of the
S3では、光触媒改質制御を行う。
S3で行う光触媒改質制御は、エンジン2の運転状態に応じて、光制御手段によって、光源から照射される光の波長領域及び/又は光量を変更することで、光触媒が活性化される度合いを変更し、燃料のオクタン価の低い物質からオクタン価の高い物質へ転化率を変化させる。
In S3, photocatalytic reforming control is performed.
In the photocatalyst reforming control performed in S3, the degree of activation of the photocatalyst is changed by changing the wavelength region and / or the amount of light emitted from the light source by the light control unit according to the operating state of the
機関回転センサ及びアクセル開度センサによって読み込んだ値に基づいて、ECU10が高負荷運転と判定した場合は、ECU10から光源6へ信号を出力し、光源6から照射される光の波長領域及び/又は光量を変更して、光触媒の活性化させる度合いを大きくし、燃料のオクタン価を向上させる。
When the
S4では、ECU10が、エンジン2の吸気弁、排気弁の作動特性を示す信号等に基づいて筒内圧力を検出し、この筒内圧力が所定値P1に達しているか否かを判定する。また、ECU10は、図示しない各種センサから入力されたエンジン回転数検出信号等に基づいて、エンジン回転数が所定値r1に達しているか否かを判定する。
筒内圧力がP1に達していない場合、又は、エンジン回転素がr1に達していない場合は、光触媒改質制御を繰り返す。
筒内圧力がP1に達しており、エンジン回転数がr1に達している場合は、本制御を終了する。
In S4, the
When the in-cylinder pressure does not reach P1, or when the engine rotor does not reach r1, the photocatalytic reforming control is repeated.
When the in-cylinder pressure has reached P1 and the engine speed has reached r1, this control is terminated.
図4は、機関回転数及びトルク(負荷)と、光触媒に照射される光の波長の関係を示すグラフであり、横軸は機関回転数、縦軸はトルクを示している。
バンドギャップが3.2eV程度の光触媒は、413nm以上の長波長側の可視光を吸収できず、短波長側の紫外光しか吸収できない。トルクが大きい高負荷運転状態においては、高オクタン価の燃料が要求される。
図4に示すように、高負荷運転状態において要求される高オクタン価の燃料に改質するためには、光触媒が活性化される短波長側の光を多く照射する必要がある。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the engine speed and torque (load) and the wavelength of light applied to the photocatalyst, where the horizontal axis indicates the engine speed and the vertical axis indicates the torque.
A photocatalyst having a band gap of about 3.2 eV cannot absorb visible light on the long wavelength side of 413 nm or more, and can absorb only ultraviolet light on the short wavelength side. In a high load operation state with a large torque, a high octane number fuel is required.
As shown in FIG. 4, in order to reform to a high octane fuel required in a high-load operation state, it is necessary to irradiate a lot of light on the short wavelength side where the photocatalyst is activated.
次に、本発明の実施形態(第2〜8実施形態)に係る光触媒改質システムについて説明する。
図5は、本発明の第2実施形態における光触媒改質部5の構成を示す概略図である。
図5に示すように、本例においては、光触媒改質部5は、長波長(例えば410〜420nm)側の光を照射する光源6Aと、短波長(例えば245〜250nm)側の光を照射する光源6Bを設けている。また、光触媒7として、バンドギャップの狭い光触媒とバンドギャップの広い光触媒の両方を設けている。
Next, a photocatalytic reforming system according to an embodiment (second to eighth embodiments) of the present invention will be described.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the configuration of the photocatalytic reforming
As shown in FIG. 5, in this example, the photocatalytic reforming
ECUは、各種センサから入力された信号に基づいて、エンジンの運転状態に応じて、例えば、高負荷、高速回転の運転状態の場合は、短波長側の光を照射する光源6Bを選択的に点灯させる信号を出力し、光源6Bを点灯させる。
Based on signals input from various sensors, the ECU selectively selects the
光源6Bから光が照射されると、光触媒7が活性化されて、燃料中のオクタン価の低い物質をオクタン価の高い物質へ転化する。光源6Bから短波長の光が照射されると、この短波長の光を吸収するバンドギャップの狭い光触媒とバンドギャップの広い光触媒の両方が活性化され、オクタン価の高い物質への転化率が大きくなり、燃料のオクタン価が向上される。
When light is irradiated from the
高負荷運転状態において、光触媒改質部5から高オクタン価の燃料がエンジン2に供給されると、着火遅れ期間が長くなり、HCCIガソリン内燃機関における過早着火等の不具合を回避して、着火時期を制御することができる。
When high octane number fuel is supplied from the photocatalytic reforming
一方、低負荷、低速回転の運転状態の場合は、ECUは、高オクタン価の燃料を供給する必要性が低いため、長波長側の光を照射する光源6Aを選択的に点灯させる信号を出力し、光源Aを点灯させる。
On the other hand, in the low-load, low-speed operation state, the ECU is less likely to supply high-octane fuel, and therefore outputs a signal for selectively lighting the
光源6Aから長波長の光が照射されると、この長波長の光を吸収するバンドギャップの狭い光触媒のみ活性化され、この長波長の光を吸収しないバンドギャップの広い光触媒は活性化されず、燃料の転化率は小さくなり、燃料のオクタン価はやや大きくなる。
When long wavelength light is irradiated from the
低負荷運転状態においては、予混合気の燃焼速度が過大になりにくく、過早着火等が起こりにくいため、着火遅れ期間を変化させる必要性が低く、比較的オクタン価の低い燃料が供給されても容易に着火時期を制御することができる。 In low-load operation conditions, the premixed gas combustion rate is unlikely to be excessive and premature ignition is unlikely to occur, so there is little need to change the ignition delay period and even if fuel with a relatively low octane number is supplied The ignition timing can be easily controlled.
図6は、本発明の第3実施形態における光触媒改質部5の構成を示す概略図である。
図6に示すように、本例において、光触媒改質部5に設けた光源6には、特定の波長領域の光を透過させ、他の波長領域の光をカットするカットオフフィルター(光学フィルター)9を設けている。また、光触媒7として、バンドギャップの狭い光触媒とバンドギャップの広い光触媒の両方を設けている。
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of the photocatalytic reforming
As shown in FIG. 6, in this example, the
ECUは、各種センサから入力された信号に基づいて、エンジンの運転状態に応じて、例えば、高負荷、高速回転の運転状態の場合は、短波長側(例えば波長領域が250nm以下)の光を透過するカットオフフィルター9を設けた光源6を選択的に点灯させる信号を出力し、光源6を点灯させる。
Based on the signals input from the various sensors, the ECU emits light on the short wavelength side (for example, the wavelength region is 250 nm or less) in the operating state of a high load and high speed rotation according to the operating state of the engine. A signal for selectively lighting the
光触媒7には、カットオフフィルター9を透過した短波長側(例えば波長領域が250nm以下)の光のみが照射される。
光源6からカットオフフィルター9を介して短波長側の光が照射されると、この短波長の光を吸収するバンドギャップの狭い光触媒とバンドギャップの広い光触媒の両方が活性化され、オクタン価の高い物質への転化率が大きくなり、燃料のオクタン価が向上される。
The
When light on the short wavelength side is irradiated from the
一方、低負荷、低速回転の運転状態の場合は、ECUは、高オクタン価の燃料を供給する必要性が低いため、短波長側(例えば波長領域が250nm以下)の光をカットし、長波長側(例えば波長領域が250nmを超える)の光を透過するカットオフフィルター9を設けた光源6を選択的に点灯させる信号を出力し、光源6を点灯させる。
On the other hand, in the low-load, low-speed operation state, the ECU needs to supply high-octane fuel, so the light on the short wavelength side (for example, the wavelength region is 250 nm or less) is cut and the long wavelength side is cut. A signal for selectively lighting the
光触媒7には、カットオフフィルター9を透過した長波長側(例えば波長領域が251〜450nm程度)の光のみが照射される。
光源6からカットオフフィルター9を介して長波長側の光が照射されると、この長波長の光を吸収するバンドギャップの狭い触媒のみが活性化され、バンドギャップの広い触媒は活性化されないので、燃料の転化率は小さくなり、燃料のオクタン価はやや大きくなる。
The
When light of a long wavelength side is irradiated from the
光制御手段によって、光源から光触媒に照射される光の波長領域を変更することが可能であると、光触媒反応によって、燃料の転化率を制御して、燃料のオクタン価を制御することができる。本例の光触媒燃料改質システムによれば、エンジンの運転状態に応じた速い反応で、オクタン価が制御された燃料を供給することができ、着火時期を制御することができる。 If it is possible to change the wavelength range of light irradiated from the light source to the photocatalyst by the light control means, the conversion rate of the fuel can be controlled by the photocatalytic reaction, and the octane number of the fuel can be controlled. According to the photocatalyst fuel reforming system of this example, the fuel whose octane number is controlled can be supplied with a fast reaction according to the operating state of the engine, and the ignition timing can be controlled.
図7は、本発明の第4実施形態における光触媒改質部5の構成を示す概略図である。
図7に示すように、本例において、光触媒改質部5に複数の光源6を設け、各光源6には、電源11から電流(A)が供給され、電圧(V)が印加される。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of the photocatalytic reforming
As shown in FIG. 7, in this example, a plurality of
ECUは、エンジンの運転状態に応じて、例えば高負荷、高速回転の運転状態の場合は、電流値及び/又は電圧値を大きくする信号を出力し、光源6から照射される光量を増大させる。
The ECU outputs a signal for increasing the current value and / or the voltage value according to the operating state of the engine, for example, in the case of an operating state of high load and high speed rotation, and increases the amount of light emitted from the
図8は、光触媒の燃料の転化率(オクタン価)と、光源6から照射される光の光量(mW/cm2)との関係を示すグラフである。
図8に示すように、光量が多量となる程、光触媒が活性化されて、燃料の転化率が高くなる。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the fuel conversion rate (octane number) of the photocatalyst and the amount of light (mW / cm 2 ) emitted from the
As shown in FIG. 8, the greater the amount of light, the more the photocatalyst is activated and the higher the fuel conversion rate.
したがって、高負荷運転状態において、光源6から照射される光の光量が多量となるように制御されると、光触媒が活性化して燃料の転化率(オクタン価)が高くなり、高オクタン価の燃料がエンジンに供給される。そして、高オクタン価の燃料供給によって、着火遅れ期間が長くなり、HCCIガソリン内燃機関における過早着火等の不具合を回避して、着火時期を制御することができる。
Therefore, in a high-load operation state, when the amount of light emitted from the
一方、低負荷、低速回転の運転状態の場合は、高オクタン価の燃料を供給する必要性が低いため、ECUは、電流値及び/又は電圧値を大きくする信号を出力し、光源6から照射される光量を減少させる。
On the other hand, in the low-load, low-speed operation state, the need for supplying high-octane fuel is low, so the ECU outputs a signal for increasing the current value and / or voltage value and is emitted from the
図8に示すように、光量が少なくなると、燃料の転化率が低くなる。低負荷運転状態においては、予混合気の燃焼速度が過大になりにくく、過早着火等が起こりにくいため、着火遅れ期間を長くする必要性が低く、比較的オクタン価の低い燃料が供給されても容易に着火時期を制御することができる。 As shown in FIG. 8, when the amount of light decreases, the fuel conversion rate decreases. In the low-load operation state, the premixed gas combustion rate is unlikely to be excessive and premature ignition is unlikely to occur, so there is little need to lengthen the ignition delay period and even if fuel with a relatively low octane number is supplied The ignition timing can be easily controlled.
なお、第2実施形態又は第3実施形態と、第4実施形態とを組み合わせて、光源から照射される光の波長領域及び光量を変更して、光触媒による燃料の転化率(オクタン価)を制御し、着火時期を制御するようにしてもよい。例えば異なる波長領域の光を照射する光源を選択的に点灯させる(第2実施形態)と共に、各々の光源の電流値及び/又は電圧値を変化させるようにしてもよい(第4実施形態)。また、例えば異なる波長領域の光を透過するカットオフフィルターを設けた光源を選択的に点灯させる(第3実施形態)と共に、各々の光源の電流値及び/又は電圧値を選択的に変化させるようにしてもよい(第4実施形態)。 The second embodiment or the third embodiment is combined with the fourth embodiment to change the wavelength region and the amount of light emitted from the light source, thereby controlling the fuel conversion rate (octane number) by the photocatalyst. The ignition timing may be controlled. For example, light sources that irradiate light in different wavelength regions may be selectively turned on (second embodiment), and the current value and / or voltage value of each light source may be changed (fourth embodiment). Further, for example, a light source provided with a cut-off filter that transmits light in different wavelength regions is selectively turned on (third embodiment), and the current value and / or voltage value of each light source is selectively changed. (4th Embodiment).
図9は、本発明の第5実施形態における光触媒改質部5の構成を示す概略図である。
図9に示すように、本例において、光触媒改質部5に複数の光源6を設け、各光源6には、光源6から照射された光の一部を吸収する透過率の異なる減光(Neutral Density,ND)フィルター12A,12Bを設けている。本例において、複数の光源6のうち、半数の光源には透過率の高い減光フィルター12Aを設け、他の半数の光源には透過率の低い減光フィルター12Bを設けている。
FIG. 9 is a schematic view showing the configuration of the photocatalytic reforming
As shown in FIG. 9, in this example, a plurality of
ECUは、各種センサから入力された信号に基づいて、エンジンの運転状態に応じて、例えば高負荷の運転状態の場合は、透過率の高い減光フィルター12Aを設けた光源を選択的に点灯させる信号を出力し、光源6を点灯させる。
Based on signals input from various sensors, the ECU selectively turns on the light source provided with the
光触媒7には、光源6から透過率の高い減光フィルター12Aを介してフォトン数が高く、光量の多い光が照射される。光触媒7は、この光量の多い光を吸収して活性化され、燃料が改質されて燃料のオクタン価が向上される。光触媒改質部5から高オクタン価の燃料が、HCCIガソリン内燃機関に供給されると、着火遅れ期間が長くなり、着火時期を制御することができる。
The
一方、低負荷、低速回転の運転状態の場合は、ECUは、高オクタン価の燃料を供給する必要性が低いため、透過率の低い減光フィルター12Bを設けた光源を選択的に点灯させる信号を出力し、光源6を点灯させる。
On the other hand, in the low-load, low-speed operation state, the ECU is less likely to supply high-octane fuel, so a signal for selectively lighting the light source provided with the light-reducing
光触媒7には、光源6から透過率の低い減光フィルター12Bを介してフォトン数が低く、光量の少ない光が照射される。光触媒7は、この光量の少ない光を吸収して活性化され、オクタン価の低い物質への転化率が低くなり、燃料のオクタン価がやや大きくなる。
低負荷運転状態においては、予混合気の燃焼速度が過大になりにくく、過早着火等が起こりにくいため、比較的オクタン価の低い燃料が供給されても容易に着火時期を制御することができる。
The
In the low-load operation state, the combustion speed of the premixed gas is unlikely to be excessive and pre-ignition is unlikely to occur, so that the ignition timing can be easily controlled even when fuel having a relatively low octane number is supplied.
なお、第2実施形態又は第3実施形態と、第5実施形態とを組み合わせて、光源から照射される光の波長領域及び光量を変更して、光触媒による燃料の転化率(オクタン価)を制御し、着火時期を制御するようにしてもよい。例えば異なる波長領域の光を照射する光源(第2実施形態)に、透過率の異なる減光フィルター(第5実施形態)を設け、各々の光源を選択的に点灯させるようにしてもよい。また、例えば複数の光源の各々に、異なる波長領域の光を透過するカットオフフィルター(第3実施形態)と、透過率の異なる減光フィルター(第5実施形態)とを設け、各々の光源を選択的に点灯させるようにしてもよい。 The second embodiment or the third embodiment is combined with the fifth embodiment to change the wavelength region and the amount of light emitted from the light source, thereby controlling the fuel conversion rate (octane number) by the photocatalyst. The ignition timing may be controlled. For example, a light-reducing filter (fifth embodiment) having a different transmittance may be provided in a light source (second embodiment) that irradiates light in different wavelength regions, and each light source may be selectively turned on. In addition, for example, each of the plurality of light sources is provided with a cut-off filter (third embodiment) that transmits light in different wavelength regions and a neutral density filter (fifth embodiment) having different transmittances. You may make it light selectively.
本発明の第1実施形態に係る、図1に示す光触媒改質部5において、光触媒7を加熱する加熱装置として、光源6を用いてもよい。
光源6から発生する熱エネルギーを光触媒7に供給することによって、光触媒7を活性化する光を照射した場合に、光触媒7の反応性が大幅に向上し、ECU10から出力された信号に素早く応答して、燃料のオクタン価を向上させることができる。
In the
By supplying heat energy generated from the
図10は、本発明の第6実施形態における光触媒改質部5の概略を示す構成図である。
図10に示すように、本例の光触媒改質部5には、光触媒7に熱を伝達するための熱伝達装置として、赤外線を照射する光源13を設けている。
赤外線を照射する光源13から熱エネルギーを光触媒7に供給することによって、特定の波長領域の光を吸収して光触媒7が活性化する際に、光触媒7の反応性を大幅に向上させることができ、エンジン2の運転状態に応じた速い反応で、燃料のオクタン価を向上させることができる。
FIG. 10 is a configuration diagram showing an outline of the photocatalytic reforming
As shown in FIG. 10, the
By supplying thermal energy to the
図11は、本発明の第7実施形態における光触媒改質部5の概略を示す構成図である。
図11に示すように、本例の光触媒改質部5には、光触媒7に熱を伝達するための熱伝達装置として、エンジン2から排出された排熱を利用する伝熱配管14を設けている。
伝熱配管14を通じて、排熱の熱エネルギーを光触媒7に供給することによって、光触媒7が活性化する際に、光触媒7の反応性を大幅に向上させることができ、エンジン2の運転状態に応じた速い反応で、燃料のオクタン価を向上させることができる。
FIG. 11 is a configuration diagram showing an outline of the photocatalytic reforming
As shown in FIG. 11, the
By supplying the heat energy of the exhaust heat to the
図12は、本発明の第8実施形態における光触媒改質部5の概略を示す構成図である。
図12に示すように、本例の光触媒改質部5には、光触媒7に熱を伝達するための熱伝達装置として、ヒータ15を設けている。このヒータ15は、流通路4の内壁に配置された光触媒7に伝熱ができるように配置している。
ヒータ15を通じて、排熱の熱エネルギーを光触媒7に供給することによって、光触媒7が活性化する際に、光触媒7の反応性を大幅に向上させることができ、エンジン2の運転状態に応じた速い反応で、燃料のオクタン価を向上させることができる。
FIG. 12 is a configuration diagram showing an outline of the photocatalytic reforming
As shown in FIG. 12, the
By supplying the heat energy of exhaust heat to the
図13は、本発明の第9実施形態に係り、内燃機関の光触媒燃料改質システムを示すシステム構成図である。
図13に示すように、本例の光触媒燃料改質システム1は、光触媒改質部5によりオクタン価を向上させた燃料を貯留する貯留タンク16を設けている。
貯留タンク16にオクタン価を向上させた燃料を予め貯留しておくことによって、例えば高負荷の運転状態において、貯留タンク16から高オクタン価の燃料を多量にエンジン2に供給することができる。
このように運転状態に応じて、予め改質された後に貯留されていた高オクタン価の燃料を多量にエンジン2に供給することができると、応答性が良好となり、運転状態に即応した着火時期の制御が可能となる。
FIG. 13 is a system configuration diagram showing a photocatalytic fuel reforming system for an internal combustion engine according to the ninth embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 13, the photocatalytic fuel reforming system 1 of this example is provided with a
By storing the fuel whose octane number is improved in the
As described above, if a large amount of high octane fuel stored after being reformed in advance can be supplied to the
第1〜9の実施形態は、各々を選択して組み合わせて用いてもよい。
例えば第1〜5の実施形態に係る光触媒改質部5に、第6〜9のいずれかに示す加熱装置を設けることによって、光触媒7の反応性を大幅に向上させて、エンジン2の運転状態に応じた速い反応で、燃料のオクタン価を向上させることができる。
The first to ninth embodiments may be selected and used in combination.
For example, the reactivity of the
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
光触媒として、市販の酸化チタン(P−25、TiO2;バンドギャップエネルギー3.0eV)、酸化ニオブ(Nb2O3:バンドギャップエネルギー3.4eV)、酸化タンタル(Ta2O3:バンドギャップエネルギー4.0eV)、酸化ジルコニウム(ZrO2:バンドギャップエネルギー5.0eV)を各0.2g(但し、酸化チタン(P−25)は0.02g)を用いた。
改質する燃料としてn−ヘキサンを用いた。
上記各光触媒とn−ヘキサン1.5mLをビーカーに投入し、撹拌子を用いて撹拌して、n−ヘキサンに光触媒を懸濁させた懸濁液を得た。
上記懸濁液を入れた反応容器に、光源として超高圧Hgランプを用いて、可視光(360〜400nm)領域から350nmの短波長領域に、波長領域を変更した光を照射した。照射時間は5時間であった。
上記のように、波長領域を変更した光を光触媒に照射したところ、活性化された光触媒は、酸化チタンと酸化ニオブであった。
また、上記のように波長領域を変更した光を光触媒に照射すると、燃料中のn−ヘキサンの一部がメチルペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサンに転化(異性化)した。燃料(n−ヘキサン)の転化率(オクタン価)を下記の測定方法により算出した。実施例1における燃料のオクタン価の向上代は約6であった。
Example 1
As a photocatalyst, commercially available titanium oxide (P-25, TiO 2 ; band gap energy 3.0 eV), niobium oxide (Nb 2 O 3 : band gap energy 3.4 eV), tantalum oxide (Ta 2 O 3 : band gap energy) 4.0 g) and 0.2 g of zirconium oxide (ZrO 2 : band gap energy 5.0 eV) (0.02 g of titanium oxide (P-25)) were used.
N-hexane was used as the fuel to be reformed.
Each photocatalyst and 1.5 mL of n-hexane were charged into a beaker and stirred using a stirrer to obtain a suspension in which the photocatalyst was suspended in n-hexane.
The reaction vessel containing the suspension was irradiated with light having a changed wavelength region from a visible light (360 to 400 nm) region to a short wavelength region of 350 nm using an ultrahigh pressure Hg lamp as a light source. The irradiation time was 5 hours.
As described above, when the photocatalyst was irradiated with light having a changed wavelength region, the activated photocatalyst was titanium oxide and niobium oxide.
Further, when the photocatalyst was irradiated with light having a changed wavelength region as described above, a part of n-hexane in the fuel was converted (isomerized) into methylpentane, methylcyclopentane, and cyclohexane. The conversion rate (octane number) of the fuel (n-hexane) was calculated by the following measuring method. The margin for improving the octane number of the fuel in Example 1 was about 6.
〔オクタン価の測定方法〕
燃料中に含まれる生成物の量をGC−FID(Gas chromatograph - Flame ionization detector)、GC−MS(Gas chromatograph - Mass spectrometer)にて測定した。
測定の結果、燃料中には、メチルペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサンが検出され、n−ヘキサンが極小量ではあるが、異性化、環化、部分酸化したことを確認された。
n−ヘキサンのオクタン価は24.8と低いのに対して、異性化して得られた2−メチルペンタンのオクタン価は73.4、シクロヘキサンのオクタン価は83.0、メチルシクロペンタンのオクタン価は91.3と高い。
表1に、各触媒によってn−ヘキサンを異性化して得られた2−メチルペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタンの転化率(収率:%)を示す。この表1及び上記オクタン価に基づいて、各実施例及び比較例におけるオクタン価の向上代を算出した。
[Measurement method of octane number]
The amount of the product contained in the fuel was measured by GC-FID (Gas chromatograph-Flame ionization detector) and GC-MS (Gas chromatograph-Mass spectrometer).
As a result of the measurement, methylpentane, methylcyclopentane, and cyclohexane were detected in the fuel, and it was confirmed that isomerization, cyclization, and partial oxidation occurred although n-hexane was a minimal amount.
Although the octane number of n-hexane is as low as 24.8, the octane number of 2-methylpentane obtained by isomerization is 73.4, the octane number of cyclohexane is 83.0, and the octane number of methylcyclopentane is 91.3. And high.
Table 1 shows the conversion rates (yield:%) of 2-methylpentane, cyclohexane and methylcyclopentane obtained by isomerizing n-hexane with each catalyst. Based on Table 1 and the octane number, the allowance for increasing the octane number in each example and comparative example was calculated.
(実施例2)
可視光(360〜400nm)領域から300nmの短波長領域に、波長領域を変更したこと以外は、実施例1と同様にして、光を照射した。
上記のように、波長領域を変更した光を光触媒に照射したところ、活性化された光触媒は、酸化チタン、酸化ニオブ及び酸化タンタルであった。
実施例2の燃料のオクタン価の向上代は約8であった。
(Example 2)
Light was irradiated in the same manner as in Example 1 except that the wavelength region was changed from the visible light (360 to 400 nm) region to a short wavelength region of 300 nm.
As described above, when the photocatalyst was irradiated with light having a changed wavelength region, the activated photocatalyst was titanium oxide, niobium oxide, and tantalum oxide.
The margin for improving the octane number of the fuel of Example 2 was about 8.
(実施例3)
可視光(360〜400nm)領域から230nmの短波長領域に、波長領域を変更したこと以外は、実施例1と同様にして、光を照射した。
上記のように、波長領域を変更した光を光触媒に照射したところ、活性化された光触媒は、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル及び酸化ジルコニウムであった。
実施例3の燃料のオクタン価の向上代は約12であった。
(Example 3)
Light was irradiated in the same manner as in Example 1 except that the wavelength region was changed from the visible light (360 to 400 nm) region to a short wavelength region of 230 nm.
As described above, when the photocatalyst was irradiated with light having a changed wavelength region, the activated photocatalyst was titanium oxide, niobium oxide, tantalum oxide, and zirconium oxide.
The margin for improving the octane number of the fuel of Example 3 was about 12.
(比較例)
波長領域を400nmにして、波長領域を変更しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、光を照射した。
上記のように、一定の波長領域(400nm)の光を光触媒に照射したところ、活性化された光触媒は、酸化チタンのみあった。
比較例の燃料のオクタン価の向上代は約4であった。
(Comparative example)
The light was irradiated in the same manner as in Example 1 except that the wavelength region was 400 nm and the wavelength region was not changed.
As described above, when the photocatalyst was irradiated with light in a certain wavelength region (400 nm), the activated photocatalyst was only titanium oxide.
The margin for improving the octane number of the fuel of the comparative example was about 4.
図14は、実施例1〜3及び比較例における照射した光の波長領域と、光触媒によるオクタン価の向上代の関係を示すグラフである。
図14に示すように、光触媒が、光源から照射された光の少なくとも一部を吸収して燃料のオクタン価を向上させるように、光源から照射される光の波長領域を変更する制御を行うと、燃料のオクタン価が向上された。
この結果から、内燃機関の運転状態に応じて、光源から照射される光の波長領域を変更する光制御手段を備えたことによって、刻々と変化する運転状態に応じて、光触媒の反応性を向上させて、燃料のオクタン価を制御することができ、着火時期の制御が可能であることが確認できた。
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the wavelength range of irradiated light and the allowance for increasing the octane number by the photocatalyst in Examples 1 to 3 and Comparative Example.
As shown in FIG. 14, when the photocatalyst performs control to change the wavelength region of the light emitted from the light source so as to absorb at least part of the light emitted from the light source and improve the octane number of the fuel, The octane number of the fuel has been improved.
From this result, the reactivity of the photocatalyst is improved according to the operation state changing every moment by providing the light control means for changing the wavelength region of the light emitted from the light source according to the operation state of the internal combustion engine. It was confirmed that the octane number of the fuel could be controlled and the ignition timing could be controlled.
1 内燃機関の光触媒燃料改質システム
2 HCCIガソリン内燃機関(エンジン)
3 燃料タンク
4 流通路
5 光触媒燃料改質部
6 光源
6A,6B 光源
7 光触媒
8 光透過性基板
9 カットオフフィルター
10 ECU
11 電源
12A,12B 減光フィルター
13 赤外線を照射する光源
14 伝熱配管
15 ヒータ
16 貯留タンク
1 Photocatalytic fuel reforming system for
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3
DESCRIPTION OF
Claims (13)
上記光源から照射される光の波長領域及び/又は光量を変更する光制御手段を備え、
上記光制御手段は、上記内燃機関の運転状態に応じて、上記光触媒が光源から照射された光の少なくとも一部を吸収して燃料のオクタン価を向上させるように、上記光源から照射される光の波長領域及び/又は光量を変化させることを特徴とする内燃機関の光触媒燃料改質システム。 An internal combustion engine comprising: an internal combustion engine; a fuel tank for supplying fuel to the internal combustion engine; a light source for irradiating light; and a photocatalyst provided in a flow path of fuel supplied from the fuel tank to the internal combustion engine. A photocatalytic fuel reforming system,
A light control means for changing the wavelength region and / or the amount of light emitted from the light source;
The light control means is configured to reduce the light emitted from the light source so that the photocatalyst absorbs at least part of the light emitted from the light source and improves the octane number of the fuel according to the operating state of the internal combustion engine. A photocatalytic fuel reforming system for an internal combustion engine characterized by changing a wavelength region and / or a light quantity.
上記光制御手段は、上記内燃機関の運転状態に応じて、上記複数の光源を選択的に使用して、上記光源から照射される光の波長領域を変化させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の内燃機関の光触媒燃料改質システム。 Provide multiple light sources that emit light in different wavelength regions,
The said light control means changes the wavelength range of the light irradiated from the said light source selectively using these light sources according to the driving | running state of the said internal combustion engine. 4. The photocatalytic fuel reforming system for an internal combustion engine according to any one of 3 above.
上記光制御手段は、上記内燃機関の運転状態に応じて、上記光学フィルターを有する光源又は光学フィルターを有していない光源を選択的に使用して、上記光源から照射される光の波長領域を変化させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の内燃機関の光触媒燃料改質システム。 A light source having an optical filter that transmits light in a specific wavelength region, and a light source not having the optical filter,
The light control means selectively uses a light source having the optical filter or a light source not having the optical filter according to an operating state of the internal combustion engine, and sets a wavelength region of light emitted from the light source. The photocatalytic fuel reforming system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the system is changed.
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