JPS63285254A - エンジンの改質燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、エンジンの改質燃料供給装置に関するもの
で、より具体的には、液体燃料を改質して生成した水素
ガスを金属水素化物に一旦貯蔵し、その水素をエンジン
始動時に使用するものに関する。

（従来の技術） 一般に、車両等のエンジンの燃料はガソリンが用いられ
ている。しかし、近年ではガソリン燃料に変わる燃料に
ついて種々研究開発が行なわれ、その一つとしてアルコ
ールを燃料とするものが開発されている。すなわち、ア
ルコール（液体）をそのまま気化させ、或いは、エンジ
ンの排気管内に配設された改質ｉ置にアルコールを供給
し、この改質装置により水素、−酸化炭素並びに二酸化
炭素等を主成分とする改質ガス燃料に改質し、この改質
ガスをエンジンに供給するものがある。

前者の手段によれば、一旦エンジンが駆動した後は直接
アルコールを気化させたものをエンジンに供給しても運
転することができる。しかし、エンジンを始動さけるた
めに停止状態のエンジンに気化したアルコールを供給し
てもエンジンがスムーズに始動することができず始動性
が悪いという問題がある。また、後者の手段によれば、
エンジン運転中であれば排気管内の温度は改質温度（３
００〜４００℃）になっているので問題はないが、やは
り、エンジン始動時には排気管内の温度が改質温度まで
上界していないため、改質装置が充分に作動することが
できないという問題を有していた。この問題を解決する
ために、例えば、アルコール燃料のほかにエンジン始動
用としてガソリンを備える手段も考えられるが、２種類
の燃料を搭載しなければならず、装置が複雑になるとと
もに、管理等が煩雑になるという問題がある。

これらの問題を解決する装置として、例えば、特開昭５
７−１２６５５０号公法に示されたエンジンの改質ガス
貯蔵装置がある。この装置は、エンジン運転中に改質装
置より発生された水素ガスを金属水素化物内に貯蔵して
おき、エンジン始動時に貯蔵しておいた水素をエンジン
側へ供給し、始動をするものである。そして、その具体
的構造は、第３図に示ずように、燃料タンク１内に収納
されたアルコール等の液体燃料が、液体燃料供給通路２
を介して改質装置３へ送られる。そして、改質装＠３に
より水素ガスと一酸化炭素とに改質され、これら改質ガ
スは改質装置３に連通ずる改質ガス通路４を介して吸気
通路５へ供給される。

このとき、改質装置３により生成された改質ガスの一部
はポンプ６により吸引されて水素貯蔵室７へ送られ、水
素貯蔵室７内の金属水素化物に吸蔵される。そして、こ
の吸蔵された水素をエンジン始動時にバイパス通路８、
改質ガス通路４を介して吸気通路５へ供給し、始動を行
うようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の装置によれば、エンジン運転中に
改質装置により生成された改質ガスの一部がそのまま水
素貯蔵室へ供給されるようになっているため、水素のみ
ならず一酸化炭素等も金属水素化物へ供給されることに
なる。このとき、実際に金属水素化物内に吸蔵されるの
は供給された改質ガスの内水素ガスのみであるが、同時
に供給されるその他のガス（−酸化炭素、二酸化炭素等
）は金属水素化物の被汚物質であり、金属水素化物の性
能を劣化させてしまう。そのため、金属水素化物の水素
吸蔵性能を長期間維持することはできないという問題が
あった。

そのため本出願人は特願昭６１−１２０３２０において
、改質装置内または改質装置に近設して改質ガス中の水
素ガスのみを透過させて金属水素化物へ導入するパラジ
ウム系分離膜を配設したエンジンの改質燃料供給装置を
提供した。

しかしながら本装置においては、ト１２ガスは常圧でパ
ラジウム県会１１１１１ｍを透過するため、ト１２ガス
の透過速度が遅く所定回のト１２を金属水素化物に貯蔵
するのに長時間を要し、定常走行の時間が短い場合ト１
□ガスの貯蔵が不十分で次の始動時に始動用Ｈ２ガスが
不足するという問題点があった。

本発明は上記した問題点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、改質ガス中の水素ガスのみを迅速
に金属水素化物側へ供給することができるようなエンジ
ンの改質燃料供給装置を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明に係るエンジンの改質
燃料供給装置は、液体燃料を改質ガスに改質する改質装
置を備えた燃料供給装置であって、該改質装置はエンジ
ンに連通された排気管内に配設され、該改質装置により
生成された水素ガスを金属水素化物へ一旦貯蔵させると
ともに、該貯蔵させた水素ガスを放出させて該エンジン
に供給するエンジンの改質燃料供給装置において、該改
質装置内または該改質装置に近設して、改質ガス中の水
素ガスを透過させて該金属水素化物へ導入するパラジウ
ム系分離膜を配設し、また該改質装置より直接該エンジ
ンに至る改質ガス通路、該改質装置の一酸化炭素濃度を
検出する一酸化炭素濃度検出手段、該一酸化炭素濃度検
出手段により検出された一酸化炭素濃度に応じて該改質
ガス通路を開閉する制御弁を設け、改質ガス中の水素ガ
スを該金属水素化物へ導入する際には該改質ガス通路を
遮断し、該改質装置の一酸化炭素濃度が一定値に達する
と該改質ガス通路を開放して一酸化炭素ガスを該改質装
置から排除するようにしたことを特徴とするのである。

（作　用） エンジン運転中に改質装置にて生成された改質ガスのう
ち、水素ガスはパラジウム分離膜を透過して金属水素化
物側へ供給される。しかし、その他の一酸化炭素等のガ
スはパラジウム分離膜を透過することができないので、
金属水素化物側へ被毒物質となる一酸化炭素等が供給さ
れるおそれがない。

また、パラジウム分離膜は高温度領域内に置かれるほど
その性能が向上する性質を有し、排気管内に配設されて
いるため、より分離性能が向上する。

さらに水素ガスをパラジウム系分離膜を透過させて金属
水素化物側へ供給する際には、直接エンジンに至る改質
ガス通路は遮断され、改質ガスは改質ガス通路を流れる
ことができず改質装置内で高圧状態となるため、水素ガ
スは速やかにパラジウム系分離膜を透過することができ
る。

（実施例） 以下、本発明に係るエンジンの改質燃料供給装置の好適
な一実施例に付いて説明する。

第１図に示されるように、まず、アルコール等の液体燃
料が収納された燃料タンク１０の上端部には液送ポンプ
１２を有する燃料供給管１４が接続されており、その先
端部には気化器１６が接続され、エンジン１８に燃料が
供給されるようになっている。

そして、この燃料供給管１４の上流側には分岐管２０が
取り付けられており、この分岐管２０の中間部には第１
のバルブ２２が介装されているとともにその先端部には
定量インジェクターにより所定量のアルコールを噴震可
能なアルコール定量噴霧装置２４が設けられている。さ
らに、アルコール定量噴霧装置２４の先端部は連通管２
６の後端拡大部２６ａで囲繞されており、また、連通管
２６の先端部はベーパライデー２８に接続されている。

このベーパライザー２８はアルコール定量噴霧装置２４
にて霧状にされたアルコールをさらに気化させるように
なっている。そして、ベーパライザー２８の先端部は改
質装置３０に接続されており、ベーパライ沓アー２８で
気化されたアルコールをこの改質装置３０にて改質し、
水素ガス、−ｍ化炭Ｍ等を生成するようになっている。

この改質装置３０は第２図に詳細に示されるように、前
後端を縮径された略円筒状の容器本体３２内に、その容
器本体３２より一回り小さな円柱状の改質用触媒３４が
配設されており、容器本体３２の内周面と改質用触媒３
４の外周面との間に空ｊｍ部３６を画成している。そし
て、改質袋Ｎ３０内に流入されたアルコール（蒸気）が
改質用触媒３４を通過せずにいきなり空間部３６内へ入
ることがないように、容器本体３２の内周面の前後部に
はそれぞれ鍔部３８を径方向内方へ突出形成しており、
その鍔部３８の内周縁部は改質用触媒３４の前後端部に
気密状態に当接されている。さらに、空間部３６内には
多数の伝熱フィン４０が配設されている。

そして、前記ベーパライザー２８と改質装置３０は、エ
ンジン１８に接続された排気管４２内に挿入配置され、
高温度領域内に置かれるようになっている。さらに改質
装置３０は、高温度の排気ガスの温度を上記伝熱フィン
４０により熱伝導され、その内部はより高温となり、改
質能力が向上される。

また、改質装置３０の先端部には改質ガス通路４４が接
続されており、その改質ガス通路４４の先端部は気化器
１６に接続されている。この改質ガス通路４４は、中間
部に第４のバルブ４５が介装され、開閉されるようにな
っており、さらに改質装置３０の先端部と第４のバルブ
４５との間には赤外線吸収方式によるＣＯモニター４３
が介装されＣＯ濃度を検知するようになっている。一方
、改質装置３０の容器本体３２の側周部には第２のバル
ブ４６を有する分流管４８が配設され、金属水素化物５
０を備えた水素計Ｒ室５２に連通されている。この水素
貯蔵室５２内部には圧力センサー５３が設けられており
、圧力を測定するようになっている。

さらに、この水素貯蔵室５２と改質ガス通路４４とはバ
イパス通路５４により連通状態にあり、バイパス通路５
４の中間部に介装された第３のバルブ５６により、開閉
されるようになっている。

第１のバルブ２２、第２のバルブ４６、第３のバルブ５
６、第４のバルブ４５、アルコール定量噴霧装置２４、
ＣＯモニター４３及び圧力センサー５３はコントロール
ユニット５７にケーブル等を介して接続されており、Ｃ
Ｏモニター４３及び圧力センサー５３はそれぞれ得られ
た情報をコントロールユニット５７へ送り、第１のバル
ブ２２、第２のバルブ４６、第３のバルブ５６、第４の
パル７４５及びアルコール定量噴霧装置２４はコントロ
ールユニット５７からの指令により開開、噴霧されるよ
うになっている。

ここで、本発明にあっては、上記改質ガス装置３０内に
パラジウム系分離膜５８が配設されている。すなわち、
第２図に詳細に示すように、改質用触媒３４の側周部に
、内外面をパンチングメタル等の多数の透孔を有する支
持用ステンレス６０で覆われたパラジウム系分離膜５８
を被覆しである。このパラジウム系分離膜は、常温では
水素を吸蔵する性質を有し、温度が高くなるにつれて水
素のみを透過せる半透膜としての性質が現われる。

そして、その性能は温度が高いほど向上される。

次に、本実施例における作用について説明する。

エンジン１８始動時は第３のバルブ５６を問いて水素貯
蔵室５２より供給される水素を用いる。エンジン１８始
動後は燃料タンク１０より燃料供給管１４を通って気化
器１６で気化されたアルコール等の液体燃料が用いられ
、同時に第３のバルブ５６は閉じられる。そして、圧力
センサー５３は水素貯蔵室５２の圧力を測定し、その情
報はコントロールユニツ］−５７へ送られ、圧力が１０
７（９／ｄより低い時は、コントロールユニット５７よ
り第１．２．４のバルブへ指令が送られ、第１のバルブ
２２及び第２のバルブ４６が開けられ、第４のバルブ４
５が閉じられる。すると、燃料タンク１０内のアルコー
ルの一部が分岐管２ｏ側へ流入され、アルコール定恐噴
霧装＠２４により、コントロールユニット５７の指令に
応じて、所定量のアルコールが噴霧され、ベーパライザ
ー２８を通過することにより気化されて改質装置３ｏ内
に流入される。気化したアルコールは改質用触媒３４に
より分解されて１」２ガス、ＣＯガス等の改質ガスとな
るが、全ガス圧は１０に９／ｃｄになるべくアルコール
定堡噴霧装＠２４によりアルコールが噴霧されており、
その時、Ｈ２２ガス圧は約６Ｋｇ／ｃｄ、ＣＯガス分圧
は約３　Ｋｌ　／　ａＡとなっている。改質ガスの内、
水素ガスはパラジウム系分離１１４５８を透過して空間
部３６へ流れ込み分流管４８を介して水素貯蔵室５２内
の金属水素化物５ｏへ吸蔵される。パラジウム系分離膜
５８は高温度下に置かれ、また高圧状態に置かれる程、
水素をより速やかに透過させることができるが、パラジ
ウム系分離膜５８を収容する改質装置３０は、高温度下
の排気管４２内に配置され、また第４のバルブ４５は閑
じられ改質ガスは改質ガス通路４４を流れることができ
ず改質装置３０内で高圧状態となっているため、これら
の条件を充たし、水素ガスはパラジウム県会１！ｍｌ！
５８を速やかに透過する。水素ガスが金属水素化物５０
に吸蔵されるに従って改質ガスのＣＯ′ａ度が増してい
く。ＣＯ母度は、改質装置に設けられたＣＯモニター４
３により検知されており、ＣＯＷ度が９０％以上になる
と、コントロールユニット５７に送られた情報により、
コントロールユニット５７は第４のバルブ４５へ指令を
送り第４のバルブ４５は開けられ、ＣＯガスは改質ガス
通路４４を通ってエンジン１８へ送られ燃焼される。こ
れにより改質装置３０内のＣＯガスが排除され、改質装
置３０内のガス圧を下げ、改質装置３０に入ってくる気
化したアルコールの改質が再び可能となる。第４のバル
ブ４５はタイマースイッチにより１０秒間開いたのち再
び閉じられる。次に、水素貯蔵室５２内の圧力が１０　
Ｋ９　／　ｃｉ未渦のときは再びアルコール定量噴霧装
置２４によりアルコールをベーパライザー２８に噴霧し
て改質装置で改質を行ない水素ガスを分離。

貯蔵し、以上の操作を水素貯蔵室５２内の圧力が１０Ｋ
ｇ／ｃＩｉに達するまで繰り返す。水素貯蔵室５２内の
圧力が１０Ｋｇ／ｃｄに達すると、圧力センサー５３が
これを検知してその情報はコントロールユニット５７へ
送られ、コントロールユニット５７からの指令により第
１のバルブ２２及び第２のバルブ４６が閉じられアルコ
ールめ改質を終了する。そして、燃料タンク１０内のア
ルコールは通常のガソリン燃料と同様の作用により、燃
料供給管１４、気化器１６を介してエンジン１８へ供給
される。次期エンジンの始動時に第３のバルブ５６が開
かれて、エンジン１８側は大気圧であるので圧力差によ
り、金属水素化物５０に吸蔵されていた水素がエンジン
１８に供給される。

なお、上記実施例では、エンジン始動時のみ金属水素化
物内に貯蔵さ「た水素ガスを放出させる構造のものを示
したが、本発明はこれに限ることなく、例えば、エンジ
ン運転中であっても、外気温が低くアルコールをそのま
ま気化させるだけではエンジンがスムーズに運転できな
い場合に、金属水素化物内の水素ガスを放出しエンジン
に供給させても良い。

さらに、上記実施例では、改質装置を円筒状に形成した
が、本発明はこれに限ることはなく種々の形状とするこ
とができるのはいうまでもなく、また、パラジウム系分
離膜を改質用触媒の周囲に配設したが、例えば、上記実
施例における分流管４８の入り口部のみにパラジウム系
分離膜を取り付けても良い。さらにまた、霧状のアルコ
ールを気化するためのベーパライザーを改質装置と別個
に形成したが、改質装置内にベーパライザー等を配設し
、液体燃料の気化と改質とを同時に行なうようにしても
良い。

なお、上記実施例は、エンジン始動後はアルコールをそ
のまま気化させてエンジンに供給させる場合であるが、
従来例として示した装置のごとく常に改質ガスをエンジ
ンに供給する場合においても、この改質燃料供給装置と
は別個に本発明に係る改質燃料供給装置を設ける等によ
り本発明を実施することができる。

（発明の効果） 以上のように本発明に係るエンジンの改質燃料供給装置
によれば、改質装置内にパラジウム系分離膜を配設し、
改質装置で生成された改質ガスのうち、水素ガスのみ金
属水素化物へ導入するようにしたので、改質ガスのうち
金属水素化物の被毒物質となる一酸化炭素等は金属水素
化物と接触するおそれがなくなる。モの結果、長期間金
属水素化物の水素吸蔵性能が維持できるようになる。

また、パラジウム系分離膜を排気管内に配設された改質
装置内に設けたことにより、パラジウム光分ｍ膜も作動
時（エンジン運転中）に高温度下に置かれることになり
、その水素分離性能が向上されることになる。　さらに
水素ガスをパラジウム系分離膜を透過させて金属水素化
物側へ供給する際には、直接エンジンに至る改質ガス通
路は遮断され、改質ガスは改質ガス通路を流れることが
できず改質装置内で高圧状態となるため、水素ガスは速
やかにパラジウム系分離膜を透過することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジンの改質燃料供給装置の一
実施例を示す原理図、第２図はその要部拡大断面図、第
３図は従来例を示す原理図である。 １０・・・燃料タンク　　１８・・・エンジン３０・・
・改質装置　　　３４・・・改質用触媒４２・・・排気
管　　　　４３・・・ＣＯモニター４４・・・改質ガス
通路　４５・・・制御弁５０・・・金属水素化物　５８
・・・パラジウム系分離膜特許出願人　　　マツダ株式
会社 代　理　人　　　　　　　　弁理士　−色健輔同　　　
　　　　弁理士　松本雅利 第１図 ベア 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体燃料を改質ガスに改質する改質装置を備えた燃料供
   給装置であって、該改質装置はエンジンに連通された排
   気管内に配設され、該改質装置により生成された水素ガ
   スを金属水素化物へ一旦貯蔵させるとともに、該貯蔵さ
   せた水素ガスを放出させて該エンジンに供給するエンジ
   ンの改質燃料供給装置において、該改質装置内または該
   改質装置に近設して、改質ガス中の水素ガスを透過させ
   て該金属水素化物へ導入するパラジウム系分離膜を配設
   し、また該改質装置より直接該エンジンに至る改質ガス
   通路、該改質装置の一酸化炭素濃度を検出する一酸化炭
   素濃度検出手段、該一酸化炭素濃度検出手段により検出
   された一酸化炭素濃度に応じて該改質ガス通路を開閉す
   る制御弁を設け、改質ガス中の水素ガスを該金属水素化
   物へ導入する際には該改質ガス通路を遮断し、該改質装
   置の一酸化炭素濃度が一定値に達すると該改質ガス通路
   を開放して一酸化炭素ガスを該改質装置から排除するよ
   うにしたことを特徴とするエンジンの改質燃料供給装置
   。