JPH07292372A - リーンバーンエンジンシステム - Google Patents
リーンバーンエンジンシステムInfo
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- JPH07292372A JPH07292372A JP6107622A JP10762294A JPH07292372A JP H07292372 A JPH07292372 A JP H07292372A JP 6107622 A JP6107622 A JP 6107622A JP 10762294 A JP10762294 A JP 10762294A JP H07292372 A JPH07292372 A JP H07292372A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- plasma
- hydrogen
- exhaust gas
- lean burn
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- Pending
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
- F01N2240/28—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a plasma reactor
Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Liquid Carbonaceous Fuels (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 水素を安全かつ経済的に供給することができ
るリーンバーンエンジンシステムを提供する。 【構成】 プラズマ処理装置２０の燃料改質部２０ｂで
は、第２燃料通路１６ｂを介して供給されたガソリンと
エンジン本体１２からの排出ガスとの混合ガスをプラズ
マ化して、排出ガス成分を無害化すると共に、混合ガス
中のガソリンから水素と低級炭化水素を生成させる。燃
料改質部２０ｂでの処理後のガスは、排気再循環ライン
４６を介して吸気側通路１２ａに供給され、空気と混合
されると共に、第１燃料通路１６ａを介して供給される
ガソリンと希薄燃焼を行うための所定の空燃比で混合さ
れてエンジン本体１２の燃焼室に供給される。エンジン
本体１２の燃焼室では、燃料改質部２０ｂで生成された
水素とガソリンとが燃焼し、安定した希薄燃焼が行われ
る。
るリーンバーンエンジンシステムを提供する。 【構成】 プラズマ処理装置２０の燃料改質部２０ｂで
は、第２燃料通路１６ｂを介して供給されたガソリンと
エンジン本体１２からの排出ガスとの混合ガスをプラズ
マ化して、排出ガス成分を無害化すると共に、混合ガス
中のガソリンから水素と低級炭化水素を生成させる。燃
料改質部２０ｂでの処理後のガスは、排気再循環ライン
４６を介して吸気側通路１２ａに供給され、空気と混合
されると共に、第１燃料通路１６ａを介して供給される
ガソリンと希薄燃焼を行うための所定の空燃比で混合さ
れてエンジン本体１２の燃焼室に供給される。エンジン
本体１２の燃焼室では、燃料改質部２０ｂで生成された
水素とガソリンとが燃焼し、安定した希薄燃焼が行われ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リーンバーンエンジン
システムに係り、例えば、ガソリンに水素を混合するこ
とでリーンバーン（希薄燃焼）を可能としたリーンバー
ンエンジンシステムに関する。
システムに係り、例えば、ガソリンに水素を混合するこ
とでリーンバーン（希薄燃焼）を可能としたリーンバー
ンエンジンシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、地球環境保全の観点から排出ガス
浄化と燃費改善の両立を図る手段としてリーンバーンエ
ンジンの開発が盛んに行われている。リーンバーンエン
ジンは、通常のエンジンにおける燃焼が１４〜１５程度
の空燃比であるのに対して、空燃比を高めた希薄燃焼を
行うことで、ＮＯｘ（窒素酸化物）の減少や低燃費を実
現したエンジンである。希薄燃焼では、燃焼が不安定と
なるため、トルク変動が増加したり、高負荷運転時にお
いて燃費改善効果が余り期待できない等の課題を有して
いる。このため、従来では、例えば各種センサを用いて
空燃比を精密にフィードバック制御する等の各種対策を
とることで、ＮＯｘの減少や省燃費等を可能とする希薄
燃焼を実現していた。これに対し、水素をガソリンと空
気との混合気体に混ぜることで、燃焼を安定化し、比較
的容易に希薄燃焼を可能にする技術が、従来から知られ
ている。この場合、混合気体に混ぜる水素は、可燃性で
爆発しやすいため、液化して貯蔵しておいたり、水素吸
蔵合金という特殊な金属体の中に封入貯蔵している。
浄化と燃費改善の両立を図る手段としてリーンバーンエ
ンジンの開発が盛んに行われている。リーンバーンエン
ジンは、通常のエンジンにおける燃焼が１４〜１５程度
の空燃比であるのに対して、空燃比を高めた希薄燃焼を
行うことで、ＮＯｘ（窒素酸化物）の減少や低燃費を実
現したエンジンである。希薄燃焼では、燃焼が不安定と
なるため、トルク変動が増加したり、高負荷運転時にお
いて燃費改善効果が余り期待できない等の課題を有して
いる。このため、従来では、例えば各種センサを用いて
空燃比を精密にフィードバック制御する等の各種対策を
とることで、ＮＯｘの減少や省燃費等を可能とする希薄
燃焼を実現していた。これに対し、水素をガソリンと空
気との混合気体に混ぜることで、燃焼を安定化し、比較
的容易に希薄燃焼を可能にする技術が、従来から知られ
ている。この場合、混合気体に混ぜる水素は、可燃性で
爆発しやすいため、液化して貯蔵しておいたり、水素吸
蔵合金という特殊な金属体の中に封入貯蔵している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、水素を液化し
て貯蔵する場合は、水素を−２５３℃で保つ必要がある
ため、それに耐える高価な貯蔵タンクを必要とする。ま
た、気体水素を水素吸蔵合金に封入する場合には、同様
にコストが高いという問題があり、更に、リーンバーン
エンジンを自動車用エンジンと考えたときには、重量の
増大が問題となる。
て貯蔵する場合は、水素を−２５３℃で保つ必要がある
ため、それに耐える高価な貯蔵タンクを必要とする。ま
た、気体水素を水素吸蔵合金に封入する場合には、同様
にコストが高いという問題があり、更に、リーンバーン
エンジンを自動車用エンジンと考えたときには、重量の
増大が問題となる。
【０００４】そこで、本発明の目的は、水素を安全かつ
経済的に供給することができるリーンバーンエンジンシ
ステムを提供することにある。
経済的に供給することができるリーンバーンエンジンシ
ステムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、希薄燃焼が行われる燃焼室と、炭化水素化合物の燃
料を貯蔵する貯蔵部と、この貯蔵部に貯蔵された燃料を
プラズマ化して水素を発生させるプラズマ処理部と、こ
のプラズマ処理部で発生した水素を前記燃焼室の吸気側
に供給する水素供給手段とをリーンバーンエンジンシス
テムに具備させて前記目的を達成する。請求項２記載の
発明では、請求項１記載のリーンバーンエンジンシステ
ムにおいて、前記プラズマ処理部が、前記燃焼室からの
排出ガスを、プラズマ化する排出ガス処理部と、前記燃
料を添加してからプラズマ化することで前記水素を発生
させる燃料改質部とを備え、前記水素供給手段は、前記
燃料改質部で発生した水素を含む排出ガスを前記燃焼室
の吸気側に供給することで前記目的を達成する。請求項
３記載の発明では、請求項１記載のリーンバーンエンジ
ンシステムに、前記プラズマ処理部でプラズマ化される
燃料に、水を添加する水添加手段を具備させて前記目的
を達成する。請求項４記載の発明では、請求項１記載の
リーンバーンエンジンシステムにおいて、前記炭化水素
化合物の燃料として、ガソリンを使用することで前記目
的を達成する。
は、希薄燃焼が行われる燃焼室と、炭化水素化合物の燃
料を貯蔵する貯蔵部と、この貯蔵部に貯蔵された燃料を
プラズマ化して水素を発生させるプラズマ処理部と、こ
のプラズマ処理部で発生した水素を前記燃焼室の吸気側
に供給する水素供給手段とをリーンバーンエンジンシス
テムに具備させて前記目的を達成する。請求項２記載の
発明では、請求項１記載のリーンバーンエンジンシステ
ムにおいて、前記プラズマ処理部が、前記燃焼室からの
排出ガスを、プラズマ化する排出ガス処理部と、前記燃
料を添加してからプラズマ化することで前記水素を発生
させる燃料改質部とを備え、前記水素供給手段は、前記
燃料改質部で発生した水素を含む排出ガスを前記燃焼室
の吸気側に供給することで前記目的を達成する。請求項
３記載の発明では、請求項１記載のリーンバーンエンジ
ンシステムに、前記プラズマ処理部でプラズマ化される
燃料に、水を添加する水添加手段を具備させて前記目的
を達成する。請求項４記載の発明では、請求項１記載の
リーンバーンエンジンシステムにおいて、前記炭化水素
化合物の燃料として、ガソリンを使用することで前記目
的を達成する。
【０００６】
【作用】請求項１記載のリーンバーンエンジンシステム
では、プラズマ処理部が貯蔵部に貯蔵された燃料をプラ
ズマ化して水素を発生させる。水素供給手段は、このプ
ラズマ処理部で発生した水素を燃焼室の吸気側に供給す
る。これにより、燃焼室では、水素と燃料とが燃焼す
る。請求項２記載のリーンバーンエンジンシステムで
は、プラズマ処理部の排出ガス処理部が、燃焼室からの
排出ガスをプラズマ化する。燃料改質部は、燃焼室から
の排出ガスに燃料を添加してからプラズマ化することで
水素を発生させる。水素供給手段は、燃料改質部で発生
した水素を含む排出ガスを燃焼室の吸気側に供給する。
請求項３記載のリーンバーンエンジンシステムでは、水
添加手段が、プラズマ処理部でプラズマ化される燃料に
水を添加する。請求項４記載のリーンバーンエンジンシ
ステムでは、炭化水素化合物の燃料として、ガソリンを
使用される。
では、プラズマ処理部が貯蔵部に貯蔵された燃料をプラ
ズマ化して水素を発生させる。水素供給手段は、このプ
ラズマ処理部で発生した水素を燃焼室の吸気側に供給す
る。これにより、燃焼室では、水素と燃料とが燃焼す
る。請求項２記載のリーンバーンエンジンシステムで
は、プラズマ処理部の排出ガス処理部が、燃焼室からの
排出ガスをプラズマ化する。燃料改質部は、燃焼室から
の排出ガスに燃料を添加してからプラズマ化することで
水素を発生させる。水素供給手段は、燃料改質部で発生
した水素を含む排出ガスを燃焼室の吸気側に供給する。
請求項３記載のリーンバーンエンジンシステムでは、水
添加手段が、プラズマ処理部でプラズマ化される燃料に
水を添加する。請求項４記載のリーンバーンエンジンシ
ステムでは、炭化水素化合物の燃料として、ガソリンを
使用される。
【０００７】
【実施例】以下、本発明のリーンバーンエンジンシステ
ムにおける実施例を図１ないし図５を参照して詳細に説
明する。図１は、第１の実施例によるリーンバーンエン
ジンシステム１０の構成を表したものである。本実施例
では、リーンバーンエンジンシステム１０を、自動車の
駆動源として使用した場合について説明するが、自動車
以外、例えば、オートバイ、発電機用の原動機等に使用
してもよい。リーンバーンエンジンシステム１０は、燃
焼室やその吸排気系、及びピストンやクランクシャフト
等が設けられたエンジン本体１２と、このエンジン本体
１２の燃焼室に導入される空気を浄化するエアクリーナ
１４と、ガソリンを貯蔵する燃料タンク１６とを備えて
いる。
ムにおける実施例を図１ないし図５を参照して詳細に説
明する。図１は、第１の実施例によるリーンバーンエン
ジンシステム１０の構成を表したものである。本実施例
では、リーンバーンエンジンシステム１０を、自動車の
駆動源として使用した場合について説明するが、自動車
以外、例えば、オートバイ、発電機用の原動機等に使用
してもよい。リーンバーンエンジンシステム１０は、燃
焼室やその吸排気系、及びピストンやクランクシャフト
等が設けられたエンジン本体１２と、このエンジン本体
１２の燃焼室に導入される空気を浄化するエアクリーナ
１４と、ガソリンを貯蔵する燃料タンク１６とを備えて
いる。
【０００８】エンジン本体１２の吸気ポートには、スロ
ットルバルブ等が設けられた吸気側通路１２ａが、排気
ポートには、排気マニホールド等の排気管等で構成され
た排気側通路１２ｂがそれぞれ接続されている。燃料タ
ンク１６は、第１燃料通路１６ａを介して、吸気側通路
１２ａと接続されている。この吸気側通路１２ａと第１
燃料通路１６ａとの接続部分には、例えば、図示しない
燃料噴射ノズル、あるいはベンチュリ等が設けられてい
る。第１燃料通路１６ａを通って供給されるガソリン
は、ここで燃料噴射ノズル等により霧化されてエアクリ
ーナ１４から導入された空気と混合するようになってい
る。
ットルバルブ等が設けられた吸気側通路１２ａが、排気
ポートには、排気マニホールド等の排気管等で構成され
た排気側通路１２ｂがそれぞれ接続されている。燃料タ
ンク１６は、第１燃料通路１６ａを介して、吸気側通路
１２ａと接続されている。この吸気側通路１２ａと第１
燃料通路１６ａとの接続部分には、例えば、図示しない
燃料噴射ノズル、あるいはベンチュリ等が設けられてい
る。第１燃料通路１６ａを通って供給されるガソリン
は、ここで燃料噴射ノズル等により霧化されてエアクリ
ーナ１４から導入された空気と混合するようになってい
る。
【０００９】排気側通路１２ｂからは、循環用通路１８
が分岐しており、この分岐部分には、図示しないが、循
環用通路１８への排出ガスの流量を調整するバルブが設
けられている。また、循環用通路１８と燃料タンク１６
間には、第２燃料通路１６ｂが設けられている。この第
２燃料通路１６ｂと循環用通路１８との接続部分には、
図示しないが、燃料噴射ノズル、ベンチュリを用いたガ
ソリン霧化手段、あるいはガソリンを加熱することで蒸
発させる等のガソリン気化手段が設けられている。循環
用通路１８と吸気側通路１２ｂは、それぞれ、プラズマ
処理部２０の排出部２０ａと燃料改質部２０ｂとに接続
されている。
が分岐しており、この分岐部分には、図示しないが、循
環用通路１８への排出ガスの流量を調整するバルブが設
けられている。また、循環用通路１８と燃料タンク１６
間には、第２燃料通路１６ｂが設けられている。この第
２燃料通路１６ｂと循環用通路１８との接続部分には、
図示しないが、燃料噴射ノズル、ベンチュリを用いたガ
ソリン霧化手段、あるいはガソリンを加熱することで蒸
発させる等のガソリン気化手段が設けられている。循環
用通路１８と吸気側通路１２ｂは、それぞれ、プラズマ
処理部２０の排出部２０ａと燃料改質部２０ｂとに接続
されている。
【００１０】図２は、プラズマ処理部２０における燃料
改質部２０ｂの内部構造を表したものである。この図に
示すように、燃料改質部２０ｂでは、２つの誘電体２
２、２４を上下に挟む網状の電極２６が、複数積み重ね
られている。各誘電体２２は、方形の凹所２２ａによっ
てコの字形状の断面を有しており、平板形状の誘電体２
４と合わさり一体化することで、図２において左右に連
通するガス流通路２８をそれぞれ形成するようになって
いる。以上の各誘電体２２、２４や電極２６は、一体的
に積み重なり、一体化したケーシング３０、３２内に収
容されることで、外部と隔離され、ケーシング３０、３
２の内部は、気密が保たれるようになっている。
改質部２０ｂの内部構造を表したものである。この図に
示すように、燃料改質部２０ｂでは、２つの誘電体２
２、２４を上下に挟む網状の電極２６が、複数積み重ね
られている。各誘電体２２は、方形の凹所２２ａによっ
てコの字形状の断面を有しており、平板形状の誘電体２
４と合わさり一体化することで、図２において左右に連
通するガス流通路２８をそれぞれ形成するようになって
いる。以上の各誘電体２２、２４や電極２６は、一体的
に積み重なり、一体化したケーシング３０、３２内に収
容されることで、外部と隔離され、ケーシング３０、３
２の内部は、気密が保たれるようになっている。
【００１１】図１に示した循環用通路１８は、燃料改質
部２０ｂの各ケーシング３０、３２にそれぞれ半円弧状
に形成された供給口３４に接続されている。循環用通路
１８を流れる排出ガスは、第２燃料通路１６ｂとの接続
部分でガソリンが混合されると共に（図２の矢印Ａ、
Ｂ）、供給口３４を通って燃料改質部２０ｂ内に導入さ
れ、各ガス流通路２８を通って反対側の排出口３６から
排出されるようになっている。誘電体２２、２４を挟ん
で対向する各電極２６は、それぞれ高周波電圧が印加さ
れることで、ガス流通路２８内を流通する排出ガスをプ
ラズマ化するようになっている。このプラズマ化によっ
て、排出ガス中に含まれるガソリンが改質され、水素が
発生する。
部２０ｂの各ケーシング３０、３２にそれぞれ半円弧状
に形成された供給口３４に接続されている。循環用通路
１８を流れる排出ガスは、第２燃料通路１６ｂとの接続
部分でガソリンが混合されると共に（図２の矢印Ａ、
Ｂ）、供給口３４を通って燃料改質部２０ｂ内に導入さ
れ、各ガス流通路２８を通って反対側の排出口３６から
排出されるようになっている。誘電体２２、２４を挟ん
で対向する各電極２６は、それぞれ高周波電圧が印加さ
れることで、ガス流通路２８内を流通する排出ガスをプ
ラズマ化するようになっている。このプラズマ化によっ
て、排出ガス中に含まれるガソリンが改質され、水素が
発生する。
【００１２】プラズマ処理部２０の排出部２０ａも、図
２に示した燃料改質部２０ｂと同様の構成を有している
が、供給される気体の相違から、燃料改質部２０ｂでは
ガソリンの改質が行われるに対し、排出部２０ａでは、
排出ガスの浄化処理のみが行われる。また、これら排出
部２０ａと燃料改質部２０ｂとは、互いにケーシング３
０、３２等によって独立した排出ガスの流通経路を有し
ている。図１に示すように、プラズマ処理部２０の排出
部２０ａと燃料改質部２０ｂにおける各電極２６は、そ
れぞれ、昇圧トランス４０によって電圧が印加されるよ
うになっている。この各電極２６に印加される電圧は、
制御部４２によって制御されるようになっている。この
制御部４２による電圧制御は、排出部２０ａと燃料改質
部２０ｂとで流通する気体の種類や量等が異なるので、
独立して行われる。
２に示した燃料改質部２０ｂと同様の構成を有している
が、供給される気体の相違から、燃料改質部２０ｂでは
ガソリンの改質が行われるに対し、排出部２０ａでは、
排出ガスの浄化処理のみが行われる。また、これら排出
部２０ａと燃料改質部２０ｂとは、互いにケーシング３
０、３２等によって独立した排出ガスの流通経路を有し
ている。図１に示すように、プラズマ処理部２０の排出
部２０ａと燃料改質部２０ｂにおける各電極２６は、そ
れぞれ、昇圧トランス４０によって電圧が印加されるよ
うになっている。この各電極２６に印加される電圧は、
制御部４２によって制御されるようになっている。この
制御部４２による電圧制御は、排出部２０ａと燃料改質
部２０ｂとで流通する気体の種類や量等が異なるので、
独立して行われる。
【００１３】制御部４２は、ＣＰＵ（中央処理装置）
や、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）及びＲＡＭ（ラ
ンダム・アクセス・メモリ）等のメモリを有している。
この制御部４２には、イグニッションセンサやアクセル
センサ、加速度センサ、及びエンジン回転数センサ等の
各種センサ（図示せず）の検出信号が供給されるように
なっている。制御部４２は、これら各種センサの検出信
号を基に、イグニッションのＯＮ／ＯＦＦ、車速、アク
セル開度、エンジン回転数、あるいは排出部２０ａ、燃
料改質部２０ｂへのガス流入量等に応じて、プラズマ処
理部２０の各電極２６に印加する電圧を制御するように
なっている。
や、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）及びＲＡＭ（ラ
ンダム・アクセス・メモリ）等のメモリを有している。
この制御部４２には、イグニッションセンサやアクセル
センサ、加速度センサ、及びエンジン回転数センサ等の
各種センサ（図示せず）の検出信号が供給されるように
なっている。制御部４２は、これら各種センサの検出信
号を基に、イグニッションのＯＮ／ＯＦＦ、車速、アク
セル開度、エンジン回転数、あるいは排出部２０ａ、燃
料改質部２０ｂへのガス流入量等に応じて、プラズマ処
理部２０の各電極２６に印加する電圧を制御するように
なっている。
【００１４】排出部２０ａの排気側は、触媒４４に接続
されている。触媒４４としては、例えば、メタル酸化触
媒、あるいは三元触媒等を用いる。また、排出ガス中の
有害成分が十分少ない場合には、触媒４４を特に設けず
にリーンバーンエンジンシステムを構成してもよい。触
媒４４で処理された排出ガスは、消音器（図示せず）等
を介して外部に放出される。一方、燃料改質部２０ｂの
排気側は、吸気側通路１２ａと連通する排気再循環ライ
ン４６に接続され、燃料改質部２０ｂで処理された排出
ガスが、吸気側通路１２ａと第１燃料通路１６ａとの接
続部分より上流側に供給されるようになっている。
されている。触媒４４としては、例えば、メタル酸化触
媒、あるいは三元触媒等を用いる。また、排出ガス中の
有害成分が十分少ない場合には、触媒４４を特に設けず
にリーンバーンエンジンシステムを構成してもよい。触
媒４４で処理された排出ガスは、消音器（図示せず）等
を介して外部に放出される。一方、燃料改質部２０ｂの
排気側は、吸気側通路１２ａと連通する排気再循環ライ
ン４６に接続され、燃料改質部２０ｂで処理された排出
ガスが、吸気側通路１２ａと第１燃料通路１６ａとの接
続部分より上流側に供給されるようになっている。
【００１５】次に、このように構成された実施例の動作
について説明する。まず、プラズマ処理部２０における
排出ガスの処理について説明する。排出部２０ａでは、
各電極２６に昇圧トランス４０により電圧が印加される
ことで、ガス流通路２８に導入された排出ガスがプラズ
マ化される。これによって、排出ガス中のＮＯｘは、Ｎ
2 とＯ2 に分解され、また、ＣＯやＨＣは酸素と反応し
てＣＯ2 、Ｈ2 Ｏに無害化処理される。
について説明する。まず、プラズマ処理部２０における
排出ガスの処理について説明する。排出部２０ａでは、
各電極２６に昇圧トランス４０により電圧が印加される
ことで、ガス流通路２８に導入された排出ガスがプラズ
マ化される。これによって、排出ガス中のＮＯｘは、Ｎ
2 とＯ2 に分解され、また、ＣＯやＨＣは酸素と反応し
てＣＯ2 、Ｈ2 Ｏに無害化処理される。
【００１６】一方、燃料改質部２０ｂでは、ガス流通路
２８を流通するガソリンと排出ガスとの混合ガスが、各
電極２６によってプラズマ化される。このとき、混合ガ
ス中のガソリンは、水素と低級炭化水素に分解される。
また、エンジン本体１２での燃焼によって生成された、
排出ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ等は、排出部２０ａで
の処理と同様に無害化される。燃料改質部２０ｂの各電
極２６に印加される電圧は、燃料改質部２０ｂに流入す
る混合ガスの量等に応じて、制御部４２により制御され
る。例えば、流量が多いときには、各電極２６に印加す
る電圧を上げるように昇圧トランス４０を制御する。
２８を流通するガソリンと排出ガスとの混合ガスが、各
電極２６によってプラズマ化される。このとき、混合ガ
ス中のガソリンは、水素と低級炭化水素に分解される。
また、エンジン本体１２での燃焼によって生成された、
排出ガス中のＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣ等は、排出部２０ａで
の処理と同様に無害化される。燃料改質部２０ｂの各電
極２６に印加される電圧は、燃料改質部２０ｂに流入す
る混合ガスの量等に応じて、制御部４２により制御され
る。例えば、流量が多いときには、各電極２６に印加す
る電圧を上げるように昇圧トランス４０を制御する。
【００１７】以上の処理により、燃料改質部２０ｂから
は、無害化された排出ガスと共に、ガソリンから生成さ
れた水素及び低級炭化水素が排出され、排気再循環ライ
ン４６を介して吸気側通路１２ａに供給される。なお、
エンジン本体１２からの排出ガス中には、ＮＯｘやＣＯ
等だけでなく、未燃焼のガソリン成分等が残存している
ため、この残存成分も同様に吸気側通路１２ａに供給さ
れる。この燃料改質部２０ｂによる処理後の気体を、以
下、改質ガスという。
は、無害化された排出ガスと共に、ガソリンから生成さ
れた水素及び低級炭化水素が排出され、排気再循環ライ
ン４６を介して吸気側通路１２ａに供給される。なお、
エンジン本体１２からの排出ガス中には、ＮＯｘやＣＯ
等だけでなく、未燃焼のガソリン成分等が残存している
ため、この残存成分も同様に吸気側通路１２ａに供給さ
れる。この燃料改質部２０ｂによる処理後の気体を、以
下、改質ガスという。
【００１８】次に、リーンバーンエンジンシステム１０
全体の動作について説明する。エアクリーナ１４から吸
気側通路１２ａに取り込まれた空気は、まず、燃料改質
部２０ｂから供給された改質ガスと混合される。そし
て、この混合気体は、さらに燃料タンク１６から第１燃
料通路１６ａを介してに供給されるガソリンと混合され
る。このときの混合比は、例えば、空燃比が２０以上に
なるように燃料噴射装置等によって制御される。この混
合気体は、エンジン本体１２の燃焼室内に導入され、燃
焼室では、水素の混合により安定した希薄燃焼が行われ
る。このときの燃焼では、改質ガス中のＮ2 等の不活性
ガスにより燃焼温度の上昇が抑えられるので、ＮＯｘの
発生が抑制される。燃焼工程後の排出ガスは、エンジン
本体１２の排気ポートから吸気側通路１２ａへと排出さ
れ、それぞれ所定の割合でプラズマ処理部２０の排出部
２０ａと燃料改質部２０ｂに供給されて、前述した処理
が行われる。
全体の動作について説明する。エアクリーナ１４から吸
気側通路１２ａに取り込まれた空気は、まず、燃料改質
部２０ｂから供給された改質ガスと混合される。そし
て、この混合気体は、さらに燃料タンク１６から第１燃
料通路１６ａを介してに供給されるガソリンと混合され
る。このときの混合比は、例えば、空燃比が２０以上に
なるように燃料噴射装置等によって制御される。この混
合気体は、エンジン本体１２の燃焼室内に導入され、燃
焼室では、水素の混合により安定した希薄燃焼が行われ
る。このときの燃焼では、改質ガス中のＮ2 等の不活性
ガスにより燃焼温度の上昇が抑えられるので、ＮＯｘの
発生が抑制される。燃焼工程後の排出ガスは、エンジン
本体１２の排気ポートから吸気側通路１２ａへと排出さ
れ、それぞれ所定の割合でプラズマ処理部２０の排出部
２０ａと燃料改質部２０ｂに供給されて、前述した処理
が行われる。
【００１９】以上説明したように、本実施例では、排出
部２０ａによってエンジン本体１２からの排出ガスを処
理するので、有害なＮＯｘやＣＯ等を含まないクリーン
な排出ガスにすることができる。また本実施例では、排
出ガスを再循環させるＥＧＲシステムにおいて、プラズ
マにより水素を発生させる燃料改質部２０ｂを設けたの
で、ＮＯｘの発生を抑制したり、燃費を向上させたりす
ることができる。また、吸気側通路１２ａと第２燃料通
路１６ｂとの接続部分では、排出ガスの熱によりガソリ
ンが気化が促進され、排出ガスとの混合状態を良くする
ことができる。従って、ガソリンのプラズマ化をより効
率的に行い、水素の発生率を良くすることができる。
部２０ａによってエンジン本体１２からの排出ガスを処
理するので、有害なＮＯｘやＣＯ等を含まないクリーン
な排出ガスにすることができる。また本実施例では、排
出ガスを再循環させるＥＧＲシステムにおいて、プラズ
マにより水素を発生させる燃料改質部２０ｂを設けたの
で、ＮＯｘの発生を抑制したり、燃費を向上させたりす
ることができる。また、吸気側通路１２ａと第２燃料通
路１６ｂとの接続部分では、排出ガスの熱によりガソリ
ンが気化が促進され、排出ガスとの混合状態を良くする
ことができる。従って、ガソリンのプラズマ化をより効
率的に行い、水素の発生率を良くすることができる。
【００２０】なお、図３に示すように、第２燃料通路１
６ｃのみを燃料改質部２０ｂに接続し、燃料改質部２０
ｂは、ガソリンの改質のみを行ってもよい。この場合、
排出部２０ａで処理された排出ガスを、例えば、図３に
一点鎖線の矢印で示すように、排気再循環ライン４６に
供給するようにしたり、あるいは、点線の矢印で示すよ
うに、排出部２０ａで処理する前の排出ガスを排気再循
環ライン４６に供給することで、排出ガスの再循環を行
ってもよい。
６ｃのみを燃料改質部２０ｂに接続し、燃料改質部２０
ｂは、ガソリンの改質のみを行ってもよい。この場合、
排出部２０ａで処理された排出ガスを、例えば、図３に
一点鎖線の矢印で示すように、排気再循環ライン４６に
供給するようにしたり、あるいは、点線の矢印で示すよ
うに、排出部２０ａで処理する前の排出ガスを排気再循
環ライン４６に供給することで、排出ガスの再循環を行
ってもよい。
【００２１】次に、第２の実施例によるリーンバーンエ
ンジンシステム５０について説明する。なお、第１の実
施例と同様の構成については同一の符号を付し、その詳
細な説明は適宜省略することとする。図４は、本実施例
のリーンバーンエンジンシステム５０の構成を表したも
のである。本実施例では、エアクリーナ１４とエンジン
本体１２の吸気側との間に、プラズマ処理部５２が配設
されている。このプラズマ処理部５２は、第１の実施例
における燃料改質部２０ｂと同様の構成を有している
（図２参照）。
ンジンシステム５０について説明する。なお、第１の実
施例と同様の構成については同一の符号を付し、その詳
細な説明は適宜省略することとする。図４は、本実施例
のリーンバーンエンジンシステム５０の構成を表したも
のである。本実施例では、エアクリーナ１４とエンジン
本体１２の吸気側との間に、プラズマ処理部５２が配設
されている。このプラズマ処理部５２は、第１の実施例
における燃料改質部２０ｂと同様の構成を有している
（図２参照）。
【００２２】燃料タンク１６の第１燃料通路１６ｄは、
プラズマ処理部５２とエアクリーナ１４との間の空気導
入路５４に接続され、燃料噴射ノズル等のガソリン霧
化、あるいは気化手段によって所定量のガソリンが空気
導入路５４内に供給されるようになっている。この第１
燃料通路１６ｄとの接続部分よりプラズマ処理部５２側
の空気導入路５４には、水供給装置５６が接続されてい
る。水供給装置５６は、水を貯蔵するタンク（図示せ
ず）を備えており、このタンクの水を加熱することで水
蒸気にしたり、あるいは、噴射ノズル等によって水を噴
霧する等して、空気導入路５４に所定量の水蒸気、ある
いは霧状の水を供給するようになっている。なお、本明
細書では、液体状の水（Ｈ2 Ｏ）のみならず、水蒸気、
あるいは霧状の水も「水」という。プラズマ処理部５２
とエンジン本体１２との間の空気導入路５８には、燃料
タンク１６の第２燃料通路１６ｅが接続され、プラズマ
処理部５２で処理された気体に燃料噴射ノズル等によっ
てガソリンが混合されるようになっている。
プラズマ処理部５２とエアクリーナ１４との間の空気導
入路５４に接続され、燃料噴射ノズル等のガソリン霧
化、あるいは気化手段によって所定量のガソリンが空気
導入路５４内に供給されるようになっている。この第１
燃料通路１６ｄとの接続部分よりプラズマ処理部５２側
の空気導入路５４には、水供給装置５６が接続されてい
る。水供給装置５６は、水を貯蔵するタンク（図示せ
ず）を備えており、このタンクの水を加熱することで水
蒸気にしたり、あるいは、噴射ノズル等によって水を噴
霧する等して、空気導入路５４に所定量の水蒸気、ある
いは霧状の水を供給するようになっている。なお、本明
細書では、液体状の水（Ｈ2 Ｏ）のみならず、水蒸気、
あるいは霧状の水も「水」という。プラズマ処理部５２
とエンジン本体１２との間の空気導入路５８には、燃料
タンク１６の第２燃料通路１６ｅが接続され、プラズマ
処理部５２で処理された気体に燃料噴射ノズル等によっ
てガソリンが混合されるようになっている。
【００２３】次に、このように構成された実施例の動作
について説明する。エアクリーナ１４から導入された空
気には、先ず燃料タンク１６から第１燃料通路１６ｄを
介して供給されたガソリンが所定の混合比で混合され
る。そして、その混合気体に、更に水供給装置５６によ
って所定量の水蒸気、あるいは霧状の水が混合される。
ガソリンや水が混合された気体は、プラズマ処理部５２
に供給され、図２で示したように、電圧が印加された電
極の間を流れることで、プラズマ化される。すなわち、
混合気体中のガソリンは、水素と低級炭化水素に分解さ
れる。
について説明する。エアクリーナ１４から導入された空
気には、先ず燃料タンク１６から第１燃料通路１６ｄを
介して供給されたガソリンが所定の混合比で混合され
る。そして、その混合気体に、更に水供給装置５６によ
って所定量の水蒸気、あるいは霧状の水が混合される。
ガソリンや水が混合された気体は、プラズマ処理部５２
に供給され、図２で示したように、電圧が印加された電
極の間を流れることで、プラズマ化される。すなわち、
混合気体中のガソリンは、水素と低級炭化水素に分解さ
れる。
【００２４】ところで、このときの反応では、ガソリン
の構成元素である炭素が、すすとなる可能性がある。し
かし、本実施例では、水供給装置５６によって水を混合
しているので、プラズマ処理部５２内では、水（Ｈ
2 Ｏ）が空気中の酸素と共にＯＨ基となり、生成された
低級炭化水素の炭素と結合してすすの発生を抑制する。
プラズマ処理部５２で処理された気体、すなわち水素と
低級炭化水素を含む気体は、空気導入路５８に導入され
ると共に、第２燃料通路１６ｅから供給されたガソリン
と混合される。このときの混合比は、第１の実施例と同
様に、例えば、空燃比が２０以上になるように制御さ
れ、エンジン本体１２の燃焼室では、水素の混合により
安定した希薄燃焼が行われる。
の構成元素である炭素が、すすとなる可能性がある。し
かし、本実施例では、水供給装置５６によって水を混合
しているので、プラズマ処理部５２内では、水（Ｈ
2 Ｏ）が空気中の酸素と共にＯＨ基となり、生成された
低級炭化水素の炭素と結合してすすの発生を抑制する。
プラズマ処理部５２で処理された気体、すなわち水素と
低級炭化水素を含む気体は、空気導入路５８に導入され
ると共に、第２燃料通路１６ｅから供給されたガソリン
と混合される。このときの混合比は、第１の実施例と同
様に、例えば、空燃比が２０以上になるように制御さ
れ、エンジン本体１２の燃焼室では、水素の混合により
安定した希薄燃焼が行われる。
【００２５】以上説明したように、第２の実施例では、
水供給装置５６によってプラズマ処理部５２への混合気
体に水を供給するようにしているので、すすの発生を防
止することができる。なお、以上の各実施例では、プラ
ズマ処理装置２０の各排出部２０ａ及び燃料改質部２０
ｂや、プラズマ処理部５２は、平板状の電極２６の間に
気体を流通させることで、ガソリン等をプラズマ化する
構造であったが、例えば、図５に示すような構造のもの
でもよい。すなわち、棒状の内部電極６２と、この内部
電極６２の外側に配設された円筒形状の外部電極６４
と、この外部電極６４の内周面に接触して設けられた筒
部材６６とを備えたプラズマ放電管６０を用いてもよ
い。この場合、ガソリン等が混合された気体は、図５の
矢印で示すように、内部電極６２と筒部材６６との間の
空間を流通し、昇圧トランス４０によって内部電極６２
と外部電極６４との間に電圧が印加されることで、プラ
ズマ化される。
水供給装置５６によってプラズマ処理部５２への混合気
体に水を供給するようにしているので、すすの発生を防
止することができる。なお、以上の各実施例では、プラ
ズマ処理装置２０の各排出部２０ａ及び燃料改質部２０
ｂや、プラズマ処理部５２は、平板状の電極２６の間に
気体を流通させることで、ガソリン等をプラズマ化する
構造であったが、例えば、図５に示すような構造のもの
でもよい。すなわち、棒状の内部電極６２と、この内部
電極６２の外側に配設された円筒形状の外部電極６４
と、この外部電極６４の内周面に接触して設けられた筒
部材６６とを備えたプラズマ放電管６０を用いてもよ
い。この場合、ガソリン等が混合された気体は、図５の
矢印で示すように、内部電極６２と筒部材６６との間の
空間を流通し、昇圧トランス４０によって内部電極６２
と外部電極６４との間に電圧が印加されることで、プラ
ズマ化される。
【００２６】また、以上の各実施例では、ガソリンをプ
ラズマ化することで水素を生成する場合について説明し
たが、例えば軽油やメタノール等の炭化水素化合物から
水素を生成してもよい。また、燃料改質部２０ｂやプラ
ズマ処理部５２で生成された水素と低級炭化水素の内、
水素のみをエンジン本体１２に供給するようにしてもよ
い。更に、エンジン本体１２の燃料（ガソリン）と、水
素を生成するための燃料とが、異なる炭化水素化合物で
あってもよい。例えば、エンジン本体１２の燃料として
ガソリンを用いると共に、水素発生用の燃料としてメタ
ノールを用いてもよい。第２燃料通路１６ｂと循環用通
路１８との接続部分、あるいは第２燃料通路１６ｄや空
気導入路５８との接続部分において、ガソリンを気化、
あるいは霧化する手段としては、超音波振動を用いたも
のや排出ガスの熱を利用してガソリンを蒸発させるもの
であってもよい。
ラズマ化することで水素を生成する場合について説明し
たが、例えば軽油やメタノール等の炭化水素化合物から
水素を生成してもよい。また、燃料改質部２０ｂやプラ
ズマ処理部５２で生成された水素と低級炭化水素の内、
水素のみをエンジン本体１２に供給するようにしてもよ
い。更に、エンジン本体１２の燃料（ガソリン）と、水
素を生成するための燃料とが、異なる炭化水素化合物で
あってもよい。例えば、エンジン本体１２の燃料として
ガソリンを用いると共に、水素発生用の燃料としてメタ
ノールを用いてもよい。第２燃料通路１６ｂと循環用通
路１８との接続部分、あるいは第２燃料通路１６ｄや空
気導入路５８との接続部分において、ガソリンを気化、
あるいは霧化する手段としては、超音波振動を用いたも
のや排出ガスの熱を利用してガソリンを蒸発させるもの
であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】本発明のリーンバーンエンジンシステム
によれば、燃料をプラズマ化することで水素を発生させ
るようにしているので、水素を安全かつ経済的に供給す
ることができる。
によれば、燃料をプラズマ化することで水素を発生させ
るようにしているので、水素を安全かつ経済的に供給す
ることができる。
【図１】本発明の第１の実施例によるリーンバーンエン
ジンシステムの構成を概略的に示す説明図である。
ジンシステムの構成を概略的に示す説明図である。
【図２】同システムの燃料改質部の構造を示す斜視図で
ある。
ある。
【図３】同システムの変形例を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施例によるリーンバーンエン
ジンシステムの構成を概略的に示す説明図である。
ジンシステムの構成を概略的に示す説明図である。
【図５】第１及び第２の実施例における燃料改質部とプ
ラズマ処理部の変形例を示す説明図である。
ラズマ処理部の変形例を示す説明図である。
１０、５０ リーンバーンエンジンシステム １２ エンジン本体 １４ エアクリーナ １６ 燃料タンク １６ａ、１６ｄ 第１燃料通路 １６ｂ、１６ｃ、１６ｅ 第２燃料通路 １８ 循環用通路 ２０ プラズマ処理装置 ２０ａ 排出部 ２０ｂ 燃料改質部 ２２、２４ 誘電体 ２２ａ 凹所 ２６ 電極 ２８ ガス流通路 ３０、３２ ケーシング ３４ 供給口 ３６ 排出口 ４０ 昇圧トランス ４２ 制御部 ４４ 触媒 ４６ 排気再循環ライン ５２ プラズマ処理部 ５４、５８ 空気導入路 ５６ 水供給装置 ６０ プラズマ放電管 ６２ 内部電極 ６４ 外部電極 ６６ 筒部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 雅博 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内 (72)発明者 高木 真一 東京都千代田区外神田２丁目19番12号 株 式会社エクォス・リサーチ内
Claims (4)
- 【請求項１】 希薄燃焼が行われる燃焼室と、 炭化水素化合物の燃料を貯蔵する貯蔵部と、 この貯蔵部に貯蔵された燃料をプラズマ化して水素を発
生させるプラズマ処理部と、 このプラズマ処理部で発生した水素を、前記燃焼室の吸
気側に供給する水素供給手段とを具備することを特徴と
するリーンバーンエンジンシステム。 - 【請求項２】 前記プラズマ処理部は、前記燃焼室から
の排出ガスを、プラズマ化する排出ガス処理部と、前記
燃料を添加してからプラズマ化することで前記水素を発
生させる燃料改質部とを備え、 前記水素供給手段は、前記燃料改質部で発生した水素を
含む排出ガスを前記燃焼室の吸気側に供給することを特
徴とする請求項１記載のリーンバーンエンジンシステ
ム。 - 【請求項３】 前記プラズマ処理部でプラズマ化される
燃料に、水を添加する水添加手段を備えたことを特徴と
する請求項１記載のリーンバーンエンジンシステム。 - 【請求項４】 前記炭化水素化合物の燃料として、ガソ
リンを使用することを特徴とする請求項１記載のリーン
バーンエンジンシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6107622A JPH07292372A (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | リーンバーンエンジンシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6107622A JPH07292372A (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | リーンバーンエンジンシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07292372A true JPH07292372A (ja) | 1995-11-07 |
Family
ID=14463857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6107622A Pending JPH07292372A (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | リーンバーンエンジンシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07292372A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001014698A1 (en) * | 1999-08-23 | 2001-03-01 | Massachusetts Institute Of Technology | Emission abatement system |
| US6651597B2 (en) | 2002-04-23 | 2003-11-25 | Arvin Technologies, Inc. | Plasmatron having an air jacket and method for operating the same |
| JP2004510087A (ja) * | 2000-06-08 | 2004-04-02 | ナイト，インコーポレイティド | 燃焼強化システムおよび燃焼強化方法 |
| US6843054B2 (en) | 2003-01-16 | 2005-01-18 | Arvin Technologies, Inc. | Method and apparatus for removing NOx and soot from engine exhaust gas |
| US6903259B2 (en) | 2002-12-06 | 2005-06-07 | Arvin Technologies, Inc. | Thermoelectric device for use with fuel reformer and associated method |
| US6946419B2 (en) | 2000-10-04 | 2005-09-20 | Alstom Technology Ltd | Process for the regeneration of a catalyst plant and apparatus for performing the process |
| US7014930B2 (en) | 2002-01-25 | 2006-03-21 | Arvin Technologies, Inc. | Apparatus and method for operating a fuel reformer to generate multiple reformate gases |
| JP2007009778A (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-18 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関 |
| US7703445B2 (en) | 2004-07-28 | 2010-04-27 | Nissan Motor Co., Ltd. | Fuel supply system |
| JP2011185234A (ja) * | 2010-03-11 | 2011-09-22 | Hino Motors Ltd | 排気浄化装置 |
| JP2014125979A (ja) * | 2012-12-26 | 2014-07-07 | Nissan Motor Co Ltd | エンジンの制御装置及び制御方法 |
| DE102019128882B3 (de) * | 2019-10-25 | 2020-12-17 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur prozessintegrierten Sauerstoff-Versorgung eines Wasserstoff-Kreislaufmotors mit Kreislaufführung eines Edelgases |
-
1994
- 1994-04-22 JP JP6107622A patent/JPH07292372A/ja active Pending
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6560958B1 (en) | 1998-10-29 | 2003-05-13 | Massachusetts Institute Of Technology | Emission abatement system |
| US6718753B2 (en) | 1999-08-23 | 2004-04-13 | Massachusetts Institute Of Technology | Emission abatement system utilizing particulate traps |
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| JP2011185234A (ja) * | 2010-03-11 | 2011-09-22 | Hino Motors Ltd | 排気浄化装置 |
| JP2014125979A (ja) * | 2012-12-26 | 2014-07-07 | Nissan Motor Co Ltd | エンジンの制御装置及び制御方法 |
| DE102019128882B3 (de) * | 2019-10-25 | 2020-12-17 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur prozessintegrierten Sauerstoff-Versorgung eines Wasserstoff-Kreislaufmotors mit Kreislaufführung eines Edelgases |
| WO2021078333A1 (de) | 2019-10-25 | 2021-04-29 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. | Verfahren zur prozessintegrierten sauerstoff-versorgung eines wasserstoff-kreislaufmotors mit kreislaufführung eines edelgases |
| US11808238B2 (en) | 2019-10-25 | 2023-11-07 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Method for process-integrated oxygen supply of a hydrogen circulation engine comprising recirculation of a noble gas |
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