JPWO2016181814A1 - 燃料改質装置 - Google Patents

Abstract

ガソリンと空気を混合器１４で混合して改質器１５に供給し、空気を用いてガソリンを改質してアルコールを生成させ、生成した生成ガスを凝縮器１６で凝縮相と気相とに分離する。混合器１４はその内部に粒子状物質又は多孔質物質が配され、且つ、当該粒子状物質又は多孔質物質における隙間の大きさが１ｍｍ以下である。これにより、炭化水素を主体としたガソリンを車両上でアルコールに変換でき、この変換プロセスが一層安定したものとなる優れた燃料改質装置を提供する。

Description

本発明は、燃料改質装置に関する。詳しくは、炭化水素を主体とする燃料のオクタン価を向上させることがきる燃料改質装置に関する。

周知のとおり、アンチノック性はガソリンエンジンの燃料に求められる一つの重要な特性である。一般に、この値はオクタン価で表される。近年の高圧縮比エンジン向けには、特に高オクタン価の燃料が求められている。

燃料のオクタン価が一定である条件下でエンジンのノッキングを抑制するためには、着火のタイミングを遅らせる方法がある。しかしながら、着火のタイミングを遅らせるとエンジンの熱効率が低下する。そのため、高圧縮比エンジンにおいても、ノッキングを抑制しつつ高い熱効率が得られる技術の開発が望まれる。

ところで、ガソリンのオクタン価を高めるために有害な鉛などを添加せず、また、エンジンの排気に含まれる有害物質を低減するために、適量のアルコール（メタノール）を添加すること自体は以前から知られている（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第４，２４４，３２８号明細書

特許文献１には、ガソリンに対し触媒リアクタを含む排気再循環経路を通してメタノールを混合させてエンジンに供給することにより、排気中の有害物質を低減させることが開示されている。
しかしながら、特許文献１の技術では、ガソリンタンクとは別のタンクに予めメタノールを保有しておく必要がある。

このような現状にあって、本出願人は、炭化水素を主体としたガソリンを車両上でアルコールに変換できる燃料改質システムを最近提案するに至った（特願２０１３−２４０４００）。
本出願人による上記燃料改質システムは、上流側から順に、炭化水素を主体とする燃料と空気とを混合して改質器に供給する混合器と、空気を用いて燃料を改質してアルコールを生成させる改質器と、改質器で生成した生成ガスを凝縮相と気相とに分離する凝縮器とを備えたものである。

この燃料改質システムにおける改質器では、燃料中の炭化水素から水素原子を引き抜いてアルキルラジカルを生成させる主触媒と、アルキルラジカルから生成するアルキルヒドロペルオキシドを還元してアルコールを生成させる助触媒とが作用する。

上述のような燃料改質システムでは、混合器を通して改質器に投入する燃料と空気との混合気における燃料を爆発限界を超えて過濃な状態にすることにより反応が急に進み過ぎることがないように調整することが望ましい。
しかしながら、燃料の沸点以下の温度で混合させると、燃料が完全に気化しないため、その濃度が爆発限界以内に留まってしまうおそれがある。
今般、出願人は、上述の改質器の上流側に配置された混合器についても種々考究し、燃料と空気との混合気における燃料の濃度を常に理想的な範囲の値に維持することができる一層優れた技術の提案を行う準備が整った。

本発明は、上述のような過程を経て完成するに至ったものであり、炭化水素を主体としたガソリンを車両上でアルコールに変換でき、この変換プロセスが一層安定したものとなる優れた燃料改質装置を提供することを目的とする。

（１）炭化水素を主体とする燃料を、空気を用いて改質してアルコールを生成させる改質触媒（例えば、後述の改質触媒１５２）を備える改質器（例えば、後述の改質器１５）と、
前記改質器の上流に設けられ、前記燃料と空気を混合して前記改質器に供給する混合器（例えば、後述の混合器１４）と、
前記改質器の下流に設けられ、前記改質器で生成した生成ガスを、改質燃料を主体とする凝縮相と、気相とに分離する凝縮器（例えば、後述の凝縮器１６）と、を備え、
前記混合器はその内部に粒子状物質又は多孔質物質が配され、且つ、当該粒子状物質又は多孔質物質における隙間の大きさが１ｍｍ以下であることを特徴とする燃料改質装置。

上記（１）の燃料改質装置では、上流側から順に、炭化水素を主体とする燃料と空気を混合して改質器に供給する混合器と、空気を用いて燃料を改質してアルコールを生成させる改質器と、改質器で生成した生成ガスを凝縮相と気相とに分離する凝縮器とが設けられている。特に、混合器はその内部に粒子状物質又は多孔質物質が配され、且つ、当該粒子状物質又は多孔質物質における隙間の大きさが１ｍｍ以下に設定されている。
上記（１）の燃料改質装置では、混合器内における粒子状物質又は多孔質物質における隙間の大きさが１ｍｍ以下であるため、これらの隙間は消炎距離の領域に該当する。従って、過度に急な反応が起こることがなく、ガソリンをアルコールに変換する変換プロセスが安定したものとなる。
なお、ここに隙間の大きさとは、粒子状物質については粒子間の空隙の平均距離（平均寸法）であり、多孔質物質については孔径の平均距離（平均寸法）である。

（２）前記混合器に空気及び燃料を供給する供給装置（例えば、後述の供給装置１０）を更に備え、前記供給装置は空気及び燃料の合計量に対する当該燃料の割合が２２質量パーセント以上になるように調節する上記（１）の燃料改質装置。

上記（２）の燃料改質装置では、上記（１）の燃料改質装置において特に、混合器に供給される空気及び燃料の合計量に対する当該燃料の割合が２２質量パーセント以上となるため、この割合は爆発限界よりも燃料過濃な領域に該当する。従って、過度に急な反応が起こるおそれが極小となり、ガソリンをアルコールに変換する変換プロセスが安定したものとなる。

（３）改質前の燃料を貯留する燃料タンク（例えば、後述の燃料タンク１２）と、
前記燃料タンクに貯留された改質前の燃料を、内燃機関の気筒内又は吸気ポート内に供給する燃料供給手段（例えば、後述の燃料供給部１７）と、
前記凝縮器で分離された気相物質を、前記吸気ポート内に供給する気相供給手段（例えば、後述の気相供給部２０）と、
前記凝縮器で分離された凝縮相中の改質燃料を貯留する改質燃料タンク（例えば、後述の改質燃料タンク１８）と、
前記改質燃料タンクに貯留された改質燃料を、前記気筒内又は前記吸気ポート内に供給する改質燃料供給手段（例えば、後述の改質燃料供給部１９）と、をさらに備えた上記（１）又は（２）の燃料改質装置。

上記（３）の燃料改質装置では、上記（１）又は（２）の燃料改質装置において特に、燃料タンクに貯留された改質前の燃料を内燃機関の気筒内又は吸気ポート内に供給する一方で、凝縮器で分離された気相物質を吸気ポート内に供給するとともに、改質燃料タンクに貯留された凝縮相中の改質燃料を気筒内又は吸気ポート内に供給する。これにより、車両上でエンジンの要求に応じて、高オクタン価のアルコールを供給することができるため、ノッキングを抑制しつつ高い熱効率が得られる。

本発明によれば、炭化水素を主体としたガソリンを車両上でアルコールに変換でき、この変換プロセスが一層安定したものとなる優れた燃料改質装置を具現することができる。

本発明の一実施形態に係る燃料改質装置の構成を示す図である。 図１の燃料改質装置における混合器の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る燃料改質装置の作用を説明するための図である。

本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料改質装置１の構成を示す図である。本実施形態の燃料改質装置１は、図示しない車両に搭載され、車両上で図示しないエンジンの要求に応じて、燃料中に含まれる炭化水素をアルコールに改質してエンジンに供給する。

本実施形態の燃料改質装置１では、燃料としてガソリンを用い、酸化剤として空気を用いる。即ち、本実施形態の燃料改質装置１は、空気中の酸素による酸化反応を利用してガソリンを改質することから、例えば分解反応等を利用した改質と比べて低温で温和な条件下で改質が可能であるため、システム構成を簡易化でき、車両上でのオンデマンド運転に適する。

図１に示すように、本実施形態に係る燃料改質装置１は、空気導入部１１と、燃料タンク１２と、燃料導入部１３と、混合器１４と、改質器１５と、凝縮器１６と、燃料供給部１７と、改質燃料タンク１８と、改質燃料供給部１９と、気相供給部２０と、を含んで構成される。

空気導入部１１は、後述する混合器１４の上流に設けられ、混合器１４内に酸化剤としての空気を導入する。
空気導入部１１は、空気導入管１１０の上流側から順に、空気フィルタ１１１と、空気ポンプ１１２と、空気流量計１１３と、空気バルブ１１４と、を備える。
空気導入部１１は、空気ポンプ１１２を駆動することで、空気フィルタ１１１を介して外気から空気を取り込む。また、空気導入部１１は、空気バルブ１１４を開弁することで、取り込んだ空気を混合器１４内に導入する。

空気流量計１１３で検出された空気流量に基づいて、図示しない電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）により、空気バルブ１１４の開度が調整され、この開度調整によって混合器１４内への空気の導入量が調節される。

燃料供給部１７は、燃料ポンプ１７１と、燃料供給管１７２と、図示しないインジェクタと、を備える。燃料供給部１７は、燃料ポンプ１７１を駆動することで、燃料供給管１７２及びインジェクタを介して、燃料タンク１２内に貯留されたガソリンを図示しないエンジンの気筒内又は吸気ポート内に供給する。
エンジンへのガソリン供給量は、ＥＣＵによりインジェクタの噴射量を調整することによって制御される。

燃料導入部１３は、後述する混合器１４の上流に設けられ、混合器１４内に燃料のガソリンを導入する。
燃料導入部１３は、燃料導入管１３０の上流側から順に、改質ポンプ１３１と、燃料流量計１３２と、燃料バルブ１３３と、を備える。
燃料導入部１３は、改質ポンプ１３１を駆動するとともに燃料バルブ１３３を開弁することで、燃料タンク１２内に貯留されたガソリンを混合器１４内に導入する。

燃料流量計１３２で検出された燃料流量に基づいて、ＥＣＵにより燃料バルブ１３３の開度が調整され、この開度調整によって混合器１４内へのガソリンの導入量が調節される。

この燃料改質装置１では、上述の空気導入部１１及び燃料導入部１３を含んで混合器１４に空気及び燃料を供給する供給装置１０が構成されている。
供給装置１０ではＥＣＵの管理下で空気導入部１１及び燃料導入部１３が連係して動作し、混合器１４に供給される空気及び燃料について、空気及び燃料の合計量に対する当該燃料の割合が２２質量パーセント以上になるように調節が行われる。

この調節が行われるため、混合器１４に供給される空気及び燃料は、空気及び燃料の合計量に対する当該燃料の割合が２２質量パーセント以上となる。この割合は爆発限界よりも燃料過濃な領域に該当する。従って、過度に急な反応が起こるおそれが極小となり、ガソリンをアルコールに変換する変換プロセスが安定したものとなる。

混合器１４は、後述する改質器１５の上流に設けられ、燃料のガソリンと空気を上述のように混合して改質器１５内に供給する。
この混合器１４は、供給される空気と燃料のガソリンとが均一に混合可能な構成となっている。
なお、上述における空気及び燃料の合計量に対する燃料（ガソリン）の割合の上限は略８０質量パーセントである。この上限を超えると酸化改質が起こりにくくなる。

本実施形態では、混合器１４は、その内部に粒子状物質又は多孔質物質が配されている。この粒子状物質又は多孔質物質によって、供給装置１０から供給された空気と燃料とが、流れの分散、変転、転換（回転）を生じて、均一に混合される。
ここで特に、本実施形態では、この粒子状物質又は多孔質物質における隙間の大きさが１ｍｍ以下である。
なお、混合器１４は、図示しないヒータを備えており、ガソリン及び空気を所定の温度まで昇温しながら混合することで、ガソリンと空気の混合気を生成する。

図２は、図１の燃料改質装置１における混合器１４の構成を説明するための図である。
図２の（Ａ）は混合器１４の部分破断図、図２の（Ｂ）は図２の（Ａ）の一つの部位Ｐを拡大して示す一の態様の模式図、図２の（Ｃ）は図２の（Ａ）の一つの部位Ｐを拡大して示す他の態様の模式図である。
図２の（Ａ）の混合器１４には、空気導入部１１の空気導入管１１０から空気が供給されると共に、燃料導入部１３の燃料導入管１３０から燃料（ガソリン）が供給される。
図２の（Ａ）において混合器１４が一部破断して描かれている内部の部分１４１には、粒子状物質又は多孔質物質が配されている。

図２の（Ｂ）の態様では、混合器１４の内部に粒子状物質が充填されている。そして、この物質の粒子相互間、及び、粒子と混合器１４内壁との間の隙間の平均的大きさ（相互間の距離）Ｄ１は１ｍｍ以下である。なお、この隙間の大きさＤ１が１ｍｍ以下であるという条件は、圧力や温度には依存しない。そして、平均粒径が略１ｍｍ以下の粒子状物質を適用することにより充足される。
図２の（Ｂ）の態様の場合、粒子状物質としては、例えば、石英砂、二酸化ケイ素、ゼオライト等を適用可能である。

図２の（Ｃ）の態様では、混合器１４の内部に多孔質物質が配されている。そして、この多孔質物質における隙間（空隙）の大きさ（空隙の差し渡しの距離）、即ち、平均孔径Ｄ２は１ｍｍ以下である。なお、この平均孔径Ｄ２が１ｍｍ以下という条件は、圧力や温度には依存しない。そして、多孔質物質の平均孔径が１ｍｍ以下であれば実効的に略充足される。
図２の（Ｃ）の態様の場合、多孔質物質としては、例えば、ステンレスの焼結体であるポーラスステンレスや、その他のポーラス金属を適用可能である。

上述の距離Ｄ１及びＤ２は、何れも消炎距離内に該当する。ここに消炎距離とは、火炎伝播の理論における一つの特性であり、周囲への熱損失が化学燃焼反応により発生した熱を上回るために火炎の伝播が生じない距離又は直径（所定の形状に対する）である。

従って、本燃料改質装置１では、図２の（Ｂ）のように混合器１４の内部に粒子状物質が充填されている態様であっても、図２の（Ｃ）のように混合器１４の内部に多孔質物質が配されている態様であっても、内部の物質における隙間の大きさは消炎距離内の領域に該当しているため、過度に急な反応が起こることがなく、ガソリンをアルコールに変換する変換プロセスが安定したものとなる。

図３は、本発明の一実施形態に係る燃料改質装置の作用を説明するための図である。即ち、図３は、供給装置１０の、空気導入部１１により導入される空気と燃料導入部１３により導入される液状のガソリンにおける、ガソリンの割合（横軸：単位質量パーセント）、及び、混合器１４内に配される粒子状物質または多孔質物質の隙間の大きさ（縦軸：単位ｍｍ）に係る定量的な条件を表している。

上述のように、空気導入部１１及び燃料導入部１３を有する供給装置１０によって、混合器１４に供給する混合気における空気及び燃料の合計量に対するガソリン（燃料）の割合は２２質量パーセント以上であり、上限は略８０質量パーセントである。
即ち、本発明の一実施形態においては、燃料の割合は、２２質量パーセント以上略８０質量パーセント以下となり、これは爆発限界を超えて燃料過濃であるという第１の条件を充足する。

更に、混合器１４内における粒子状物質または多孔質物質の隙間の大きさは１ｍｍ以下である。既述のとおり、隙間の大きさとは、粒子状物質については粒子間の空隙の平均距離（平均寸法）であり、多孔質物質については孔径の平均距離（平均寸法）である。この寸法は、混合気が通る隙間の大きさが消炎距離以下であるという第２の条件を充足する。
即ち、本発明の一実施形態の装置は、上述した第１の条件及び第２の条件の双方を充足する図３の領域Ｓ内で作動する。
従って、本発明の上述した実施形態に係る燃料改質装置では、過度に急な反応が起こることがなく、ガソリンをアルコールに変換する変換プロセスが安定したものとなる。

改質器１５は、混合器１４から供給される混合気中のガソリンの主成分である炭化水素を、混合気中の空気を用いて改質してアルコールを生成させる。具体的には、改質器１５としては、流通反応器及び完全混合反応器のいずれであってもよい。

ここで、流通反応器とは、混合器１４から導入されたガソリンと空気の混合気が、その前後に供給された混合気と反応器内部で混合されることなく、ピストンのように押し流されながら改質されて流出する反応器である。この流通反応器では、反応器から流出する流体の組成と反応器内部の流体の組成は相違し、混合気が反応器内部に滞留している時間のばらつきが小さい特性を有する。

これに対して、完全混合反応器とは、混合器１４から導入されたガソリンと空気の混合気が、改質器内で反応物と均一に混合されて改質される反応器である。この完全混合反応器では、反応器から流出する流体の組成と反応器内部の流体の組成は同一であり、混合気が反応器内部に滞留している時間のばらつきが大きい特性を有する。

図１の燃料改質装置１では、改質器１５には、温度センサ（不図示）と、改質器１５内を冷却するための冷却部１５３と、が設けられる。冷却部１５３は、温度センサの検出温度に基づいてＥＣＵにより制御され、エンジンの冷却水を改質器１５に供給することで改質器１５を冷却する。

エンジン冷却水の温度は、７０℃〜１００℃が好ましい。エンジン冷却水の温度が７０℃未満では改質反応速度が小さく、１００℃を超えるとエンジン冷却水の使用が難しくなる。なお、冷却部１５３は、改質反応が進行して改質器１５内の温度が高温に達しているときには、エンジン冷却水で改質器１５を冷却するが、改質反応の初期で改質器１５内の温度が低温の場合には、逆にエンジン冷却水で改質器１５を暖めるように作用する。

また、改質器１５は、ガソリン中に主体的に含まれる炭化水素を、酸化剤としての空気を用いて改質し、アルコールを生成させる改質触媒１５２を備える。具体的には、改質器１５は、円筒状のケーシング１５１と、ケーシング１５１内に充填された固体状の改質触媒１５２と、を備える。

固体状の改質触媒１５２は、小球状の多孔質担体と、当該多孔質担体の表面に担持された主触媒及び助触媒と、を含んで構成される。主触媒及び助触媒は、均一に混合された状態で、小球状の多孔質担体の表面に担持される。このように本実施形態の改質触媒１５２は、多孔質担体が小球状であることにより、その表面に担持される主触媒及び助触媒の表面積が増大し、燃料のガソリンや酸化剤の空気との接触面積が増大する。

小球状の多孔質担体としては、例えば、シリカビーズ、アルミナビーズ、シリカアルミナビーズ等が用いられる。中でも、シリカビースが好ましく用いられる。多孔質担体の粒径は、好ましくは３μｍ〜５００μｍである。

主触媒は、ガソリン中の炭化水素から水素原子を引き抜いてアルキルラジカルを生成させるように作用する。具体的には、主触媒としては、Ｎ−ヒドロキシイミド基を有するＮ−ヒドロキシイミド基含有化合物が用いられる。中でも、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド（以下、「ＮＨＰＩ」という。）又はＮＨＰＩ誘導体がその作用が顕著である。

助触媒は、アルキルラジカルから生成するアルキルヒドロペルオキシドを還元してアルコールを生成させる能力を有する。具体的には、助触媒としては、遷移金属化合物が用いられる。中でも、コバルト化合物、マンガン化合物及び銅化合物からなる群より選ばれる化合物が好ましく用いられる。コバルト化合物としては酢酸コバルト（ＩＩ）等が用いられ、マンガン化合物としては酢酸マンガン（ＩＩ）等が用いられ、銅化合物としては塩化銅（Ｉ）等が用いられる。

上述した主触媒及び助触媒の多孔質担体への担持方法については、公知の含浸法等が採用される。例えば、主触媒及び助触媒を所定の混合比で含有するスラリーを調製した後、調製したスラリー中に小球状の多孔質担体を浸漬させる。次いで、スラリー中から多孔質担体を引き上げ、多孔質担体の表面に付着した余分なスラリーを除去した後、所定の条件で乾燥する。これにより、多孔質担体の表面に主触媒及び助触媒が均一に担持された改質触媒１５２が得られる。

ここで、改質器１５内で進行する改質反応について、以下に詳しく説明する。
先ず、本実施形態の改質反応は、下記の反応式（１）に示すように、ガソリン中の炭化水素から水素原子が引き抜かれてアルキルラジカルが生成する水素引き抜き反応により開始される。この水素引き抜き反応は、主触媒、ラジカル及び酸素分子等の作用により進行する。
［化１］

ＲＨ → Ｒ・ ・・・反応式（１）

［反応式（１）中、ＲＨは炭化水素を表し、Ｒ・はアルキルラジカルを表す。］

次いで、水素引き抜き反応により生成したアルキルラジカルは、下記の反応式（２）に示すように、酸素分子と結合してアルキルペルオキシラジカルを生成する。
［化２］

Ｒ・ ＋ Ｏ_２ → ＲＯＯ・ ・・・反応式（２）

［反応式（２）中、Ｏ_２は酸素分子を表し、ＲＯＯ・はアルキルペルオキシラジカルを表す。］

次いで、反応式（２）により生成したアルキルペルオキシラジカルは、下記の反応式（３）に示すように、ガソリン中に含まれる炭化水素から水素原子を引き抜いて、アルキルヒドロペルオキシドを生成する。
［化３］

ＲＯＯ・ ＋ ＲＨ → ＲＯＯＨ ＋ Ｒ・ ・・・反応式（３）

［反応式（３）中、ＲＯＯＨはアルキルヒドロペルオキシドを表す。］

次いで、反応式（３）により生成したアルキルヒドロペルオキシドは、下記の反応式（４）に示すように、助触媒の作用によりアルコールに還元される。
［化４］

ＲＯＯＨ → ＲＯＨ ・・・反応式（４）

［反応式（４）中、ＲＯＨはアルコールを表す。］

また、反応式（３）により生成したアルキルヒドロペルオキシドは、下記の反応式（５）に示すように、助触媒又は熱の作用によりアルコキシラジカルとヒドロキシラジカルとに分解する。
［化５］

ＲＯＯＨ → ＲＯ・ ＋ ・ＯＨ ・・・反応式（５）

［反応式（５）中、ＲＯ・はアルコキシラジカルを表し、・ＯＨはヒドロキシラジカルを表す。］

次いで、反応式（５）により生成したアルコキシラジカルは、ガソリン中に含まれる炭化水素から水素原子を引き抜いて、アルコールを生成する。
［化６］

ＲＯ・ ＋ ＲＨ → ＲＯＨ ＋ Ｒ・ ・・・反応式（６）

以上のようにして、ガソリン中に主体的に含まれる炭化水素が酸化改質され、アルコールに変換される。より詳しくは、ガソリン中に含まれる炭化水素は炭素数が４〜１０の炭化水素であるため、これら炭化水素が、炭素数４〜１０のアルコールに変換される。このようにして、本実施形態の燃料改質装置１では、ガソリンのオクタン価を向上できるようになっている。

次に、凝縮器１６は、改質器１５の下流に設けられ、改質器１５で生成した生成ガスを、改質燃料を主体とする凝縮相と、気相とに分離する。凝縮器１６は、その内部に図示しない熱交換器を有しており、改質器１５の出口から流出する生成ガスを冷却することで、改質燃料を主体とする凝縮相と気相とに分離する。なお、凝縮相の物質には、アルコールを主成分とする改質燃料の他に副生成物の水等が含まれ、気相の物質には、窒素、酸素、その他の副生成物のガス成分等が含まれる。

改質燃料タンク１８は、凝縮器１６で分離された凝縮相中の改質燃料を貯留する。改質燃料タンク１８は、改質器１５によりガソリンを改質することで生成した改質燃料のアルコールを、一時的に貯留するバッファタンクとして機能する。

改質燃料供給部１９は、改質燃料タンク１８に貯留された改質燃料を、エンジンの気筒内又は吸気ポート内に供給する。改質燃料供給部１９は、改質燃料ポンプ１９１と、改質燃料供給管１９２と、図示しないインジェクタと、を備える。改質燃料供給部１９は、改質燃料ポンプ１９１を駆動することで、改質燃料供給管１９２及びインジェクタを介して、改質燃料タンク１８内に貯留された改質燃料を、図示しないエンジンの吸気ポート内に供給する。アルコール供給量は、ＥＣＵによりインジェクタの噴射量を調整することで制御される。

気相供給部２０は、凝縮器１６で分離された気相物質を、エンジンの吸気ポート内に供給する。気相供給部２０は、エンジンの吸気ポートに接続された気相供給管２０１を備える。凝縮器１６で分離された気相物質は、気相供給管２０１を介して、エンジンの吸気ポート内に供給される。

以上の構成を備える本実施形態の燃料改質装置１は、ＥＣＵにより制御されて以下のように動作する。
先ず、エンジンの運転状態に応じて、ガソリンの改質が必要であると判断された場合には、エンジン冷却水の温度が所定温度以上であるか否かを判別する。エンジン始動直後でエンジン冷却水の温度が所定温度未満であるときには、前回改質時に改質燃料タンク１８内に貯留された改質燃料を、改質燃料ポンプ１９１によりエンジンの吸気ポート内に供給する。

これに対して、エンジン冷却水の温度が所定温度以上であるときには、燃料バルブ１３３及び空気バルブ１１４を開弁する。次いで、改質ポンプ１３１により、燃料タンク１２からガソリンを圧送して混合器１４内に導入する。同時に、空気ポンプ１１２により、空気フィルタ１１１を通過した空気を混合器１４内に導入する。

本実施形態の燃料改質装置１では、供給装置１０において、ＥＣＵの管理下で、空気導入部１１及び燃料導入部１３が連係して動作し、混合器１４に供給される空気及び燃料について、当該燃料（ガソリン）の割合が２２質量パーセント以上になるように調節が行われる。

また、ＥＣＵの管理下で、所望の適正な改質反応時間が得られるように、燃料流量計１３２でモニターされたガソリン流量及び空気流量計１１３でモニターされた空気流量に基づいて、燃料バルブ１３３及び空気バルブ１１４の各開度についてフィードバック制御が行われる。

次いで、混合器１４内に導入されたガソリンと空気を、所定温度に暖めながら均一に混合して混合気とした後、改質器１５内に供給する。改質器１５内に供給された混合気中のガソリンの主成分である炭化水素は、改質触媒１５２の作用により上述の反応式（１）〜（６）が進行することで、アルコールに変換される。このとき、温度センサでモニターされた温度に基づいて、エンジン冷却水の供給を制御する。これにより、改質器１５内の温度が所望の適正温度に維持される。

次いで、改質器１５で生成した生成ガスを、凝縮器１６内の熱交換器により冷却することで、凝縮相と気相とに分離する。分離された凝縮相には改質燃料のアルコールが主として含まれており、改質燃料は、改質燃料タンク１８内に導入されて貯留される。改質燃料タンク１８内の改質燃料は、改質燃料ポンプ１９１によりエンジンの吸気ポート内に供給する。一方、分離された気相物質は、エンジンの吸気ポートに導入することで、エンジンの気筒内での燃焼に供される。

エンジンの運転状態に応じて、ガソリンの改質が不要であると判断された場合には、先ず、空気ポンプ１１２を停止して空気バルブ１１４を閉弁し、混合器１４内への空気の供給を停止する。次いで、改質器１５内がガソリンで満たされて空気が全て流出した後に、改質ポンプ１３１を停止して燃料バルブ１３３を閉弁し、混合器１４内へのガソリンの供給を停止する。これにより、システム停止中に、改質器１５内に残存した酸素により改質反応が進行してしまう事態が回避される。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
（１）本実施形態の燃料改質装置では、上流側から順に、炭化水素を主体とする燃料と空気を混合して改質器に供給する混合器１４と、空気を用いて燃料を改質してアルコールを生成させる改質器１５と、改質器１５で生成した生成ガスを凝縮相と気相とに分離する凝縮器１６とが設けられている。特に、混合器１４はその内部に粒子状物質又は多孔質物質が配され、且つ、当該粒子状物質又は多孔質物質における隙間の大きさが１ｍｍ以下である。
このような燃料改質装置１では、混合器１４内における粒子状物質又は多孔質物質における隙間の大きさが１ｍｍ以下であるため、これらの隙間は消炎距離の領域に該当する。従って、過度に急な反応が起こることがなく、ガソリンをアルコールに変換する変換プロセスが安定したものとなる。
なお、既述のとおり、隙間の大きさとは、粒子状物質については粒子間の空隙の平均距離（平均寸法）であり、多孔質物質については孔径の平均距離（平均寸法）である。

（２）また、本実施形態の燃料改質装置１では、混合器１４に空気及び燃料を供給する供給装置１０を更に備え、供給装置１０は空気及び燃料の合計量に対する当該燃料の割合が２２質量パーセント以上になるように調節する。
このような燃料改質装置１では、特に、混合器１４に供給される空気及び燃料の合計量に対する当該燃料の割合が２２質量パーセント以上となるため、この割合は爆発限界よりも燃料過濃な領域に該当する。従って、過度に急な反応が起こるおそれが極小となり、ガソリンをアルコールに変換する変換プロセスが安定したものとなる。

（３）また、本実施形態の燃料改質装置１では、改質前の燃料を貯留する燃料タンク１２と、燃料タンク１２に貯留された改質前の燃料を、内燃機関の気筒内又は吸気ポート内に供給する燃料供給手段１７と、凝縮器１６で分離された気相物質を、吸気ポート内に供給する気相供給手段２０と、凝縮器１６で分離された凝縮相中の改質燃料を貯留する改質燃料タンク１８と、改質燃料タンク１８に貯留された改質燃料を、気筒内又は吸気ポート内に供給する改質燃料供給手段１９と、をさらに備えた。
このような燃料改質装置１では、上記（１）又は（２）の場合において特に、燃料タンク１２に貯留された改質前の燃料を内燃機関の気筒内又は吸気ポート内に供給する一方で、凝縮器１６で分離された気相物質を吸気ポート内に供給するとともに、改質燃料タンク１８に貯留された凝縮相中の改質燃料を気筒内又は吸気ポート内に供給する。これにより、車両上でエンジンの要求に応じて、高オクタン価のアルコールを供給することができるため、ノッキングを抑制しつつ高い熱効率が得られる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
上記実施形態では、燃料としてガソリンを用いがこれに限定されない。例えば、エタノール等のアルコールを含有するアルコール含有ガソリンを用いた場合であっても、上記実施形態と同様の効果が奏される。

１…燃料改質装置
１０…供給装置
１２…燃料タンク
１４…混合器
１５…改質器
１６…凝縮器
１７…燃料供給部（燃料供給手段）
１８…改質燃料タンク
１９…改質燃料供給部（改質燃料供給手段）
２０…気相供給部（気相供給手段）
１５２…改質触媒

Claims (3)

1. 炭化水素を主体とする燃料を、空気を用いて改質してアルコールを生成させる改質触媒を備える改質器と、
   前記改質器の上流に設けられ、前記燃料と空気を混合して前記改質器に供給する混合器と、
   前記改質器の下流に設けられ、前記改質器で生成した生成ガスを、改質燃料を主体とする凝縮相と、気相とに分離する凝縮器と、を備え、
   前記混合器は、その内部に粒子状物質又は多孔質物質が配され、且つ、当該粒子状物質又は多孔質物質における隙間の大きさが１ｍｍ以下であることを特徴とする燃料改質装置。
2. 前記混合器に空気及び燃料を供給する供給装置を更に備え、
   前記供給装置は、空気及び燃料の合計量に対する当該燃料の割合が２２質量パーセント以上になるように調節することを特徴とする請求項１に記載の燃料改質装置。
3. 改質前の燃料を貯留する燃料タンクと、
   前記燃料タンクに貯留された改質前の燃料を、内燃機関の気筒内又は吸気ポート内に供給する燃料供給手段と、
   前記凝縮器で分離された気相物質を、前記吸気ポート内に供給する気相供給手段と、
   前記凝縮器で分離された凝縮相中の改質燃料を貯留する改質燃料タンクと、
   前記改質燃料タンクに貯留された改質燃料を、前記気筒内又は前記吸気ポート内に供給する改質燃料供給手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料改質装置。

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