WO2016181814A1 - 燃料改質装置 - Google Patents

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WO2016181814A1
WO2016181814A1 PCT/JP2016/062940 JP2016062940W WO2016181814A1 WO 2016181814 A1 WO2016181814 A1 WO 2016181814A1 JP 2016062940 W JP2016062940 W JP 2016062940W WO 2016181814 A1 WO2016181814 A1 WO 2016181814A1
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reformer
air
mixer
gasoline
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PCT/JP2016/062940
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Inventor
橋本　公太郎
工藤　知英
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本田技研工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
    • F02M27/02—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by catalysts
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a fuel reformer. Specifically, the present invention relates to a fuel reformer that can improve the octane number of a fuel mainly composed of hydrocarbons.
  • anti-knock properties are one important characteristic required for gasoline engine fuel. In general, this value is expressed in octane number. For high compression ratio engines in recent years, high octane fuels are particularly demanded.
  • Patent Document 1 discloses that methanol is mixed with gasoline through an exhaust gas recirculation path including a catalytic reactor and supplied to the engine to reduce harmful substances in the exhaust gas. However, in the technique of Patent Document 1, it is necessary to previously hold methanol in a tank different from the gasoline tank.
  • the present applicant has recently proposed a fuel reforming system that can convert gasoline mainly composed of hydrocarbons into alcohol on a vehicle (Japanese Patent Application No. 2013-240400).
  • the above-mentioned fuel reforming system by the present applicant is, in order from the upstream side, mixing a fuel mainly composed of hydrocarbon and air and supplying the reformer with the fuel, and reforming the fuel using air.
  • a reformer that generates alcohol and a condenser that separates a product gas generated by the reformer into a condensed phase and a gas phase are provided.
  • a main catalyst that extracts hydrogen atoms from hydrocarbons in fuel to generate alkyl radicals
  • a co-catalyst that reduces alkyl hydroperoxides generated from alkyl radicals to generate alcohols
  • the reaction may proceed too rapidly by making the fuel in the mixture of fuel and air that is input to the reformer through the mixer into a rich state exceeding the explosion limit. It is desirable to adjust so that there is no. However, if the mixture is mixed at a temperature lower than the boiling point of the fuel, the fuel is not completely vaporized, so that the concentration may remain within the explosion limit. Recently, the applicant has also studied various types of mixers arranged on the upstream side of the above-described reformer, and can always maintain the concentration of fuel in the mixture of fuel and air within an ideal range. We are ready to propose a better technology that we can do.
  • the present invention has been completed through the above-described process, and it is possible to convert hydrocarbon-based gasoline into alcohol on a vehicle, and an excellent fuel modification that makes this conversion process more stable.
  • the purpose is to provide a quality device.
  • a reformer for example, a later-described reformer including a reforming catalyst (for example, a later-described reforming catalyst 152) that reforms a fuel mainly composed of hydrocarbons using air to generate alcohol.
  • a mixer provided upstream of the reformer, for mixing the fuel and air and supplying the reformer with the mixer (for example, a mixer 14 described later);
  • a condenser for example, a condenser 16 to be described later
  • the mixer is provided with a particulate material or a porous material, and a gap in the particulate material or the porous material is 1 mm or less.
  • the fuel reformer of the above (1) in order from the upstream side, a fuel mainly composed of hydrocarbon and air are mixed and supplied to the reformer, and the fuel is reformed using air to produce alcohol. And a condenser for separating the product gas produced by the reformer into a condensed phase and a gas phase.
  • the mixer is provided with a particulate material or a porous material therein, and the size of the gap in the particulate material or the porous material is set to 1 mm or less.
  • the size of the gap in the particulate substance or porous substance in the mixer is 1 mm or less, and these gaps correspond to the extinction distance region.
  • the size of the gap is the average distance (average size) of the voids between the particles for the particulate substance, and the average distance (average dimension) of the pore diameter for the porous substance.
  • the apparatus further includes a supply device (for example, supply device 10 described later) for supplying air and fuel to the mixer, and the supply device has a ratio of the fuel to the total amount of air and fuel of 22 mass percent or more.
  • a supply device for example, supply device 10 described later
  • the fuel reformer according to (1) which is adjusted as follows.
  • the ratio of the fuel to the total amount of air and fuel supplied to the mixer is 22 mass percent or more particularly in the fuel reformer of the above (1).
  • the ratio corresponds to the region where the fuel is richer than the explosion limit. Therefore, the risk of an excessively rapid reaction is minimized, and the conversion process for converting gasoline to alcohol becomes stable.
  • a fuel tank for example, a fuel tank 12 described later for storing fuel before reforming
  • Fuel supply means for example, a fuel supply unit 17 described later for supplying the unreformed fuel stored in the fuel tank into the cylinder or the intake port of the internal combustion engine
  • a gas phase supply means for supplying the gas phase substance separated by the condenser into the intake port (for example, a gas phase supply unit 20 described later);
  • a reformed fuel tank for example, a reformed fuel tank 18 described later
  • (5) further comprising reformed fuel supply means for example, a reformed fuel supply unit 19 described later for supplying the reformed fuel stored in the reformed fuel tank into the cylinder or the intake port.
  • the fuel reformer of 1) or (2).
  • the fuel before reforming stored in the fuel tank is supplied into the cylinder or the intake port of the internal combustion engine.
  • the gas phase substance separated by the condenser is supplied into the intake port, and the reformed fuel in the condensed phase stored in the reformed fuel tank is supplied into the cylinder or the intake port.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a fuel reformer 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the fuel reformer 1 according to this embodiment is mounted on a vehicle (not shown), and reforms hydrocarbons contained in the fuel into alcohol and supplies it to the engine in response to a request of an engine (not shown) on the vehicle.
  • gasoline is used as the fuel and air is used as the oxidant. That is, since the fuel reforming apparatus 1 of the present embodiment reforms gasoline using an oxidation reaction by oxygen in the air, the fuel reforming apparatus 1 is under a mild condition at a lower temperature than reforming using, for example, a decomposition reaction. Therefore, the system configuration can be simplified and it is suitable for on-demand operation on a vehicle.
  • the fuel reformer 1 includes an air introduction unit 11, a fuel tank 12, a fuel introduction unit 13, a mixer 14, a reformer 15, and a condenser 16.
  • the air introduction unit 11 is provided upstream of the mixer 14 described later, and introduces air as an oxidant into the mixer 14.
  • the air introduction unit 11 includes an air filter 111, an air pump 112, an air flow meter 113, and an air valve 114 in order from the upstream side of the air introduction pipe 110.
  • the air introduction unit 11 takes in air from the outside air via the air filter 111 by driving the air pump 112.
  • the air introduction unit 11 opens the air valve 114 to introduce the taken-in air into the mixer 14.
  • the opening degree of the air valve 114 is adjusted by an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) (not shown). The amount of air introduced is adjusted.
  • ECU electronice control unit
  • the fuel supply unit 17 includes a fuel pump 171, a fuel supply pipe 172, and an injector (not shown).
  • the fuel supply unit 17 drives the fuel pump 171 to supply gasoline stored in the fuel tank 12 into a cylinder or an intake port of an engine (not shown) via the fuel supply pipe 172 and the injector.
  • the gasoline supply amount to the engine is controlled by adjusting the injection amount of the injector by the ECU.
  • the fuel introduction unit 13 is provided upstream of a mixer 14 described later, and introduces fuel gasoline into the mixer 14.
  • the fuel introduction unit 13 includes a reforming pump 131, a fuel flow meter 132, and a fuel valve 133 in order from the upstream side of the fuel introduction pipe 130.
  • the fuel introduction unit 13 drives the reforming pump 131 and opens the fuel valve 133 to introduce the gasoline stored in the fuel tank 12 into the mixer 14.
  • the opening of the fuel valve 133 is adjusted by the ECU based on the fuel flow detected by the fuel flow meter 132, and the amount of gasoline introduced into the mixer 14 is adjusted by this opening adjustment.
  • a supply device 10 that includes the air introduction unit 11 and the fuel introduction unit 13 and supplies air and fuel to the mixer 14 is configured.
  • the air introduction unit 11 and the fuel introduction unit 13 operate in cooperation with each other under the control of the ECU, and for the air and fuel supplied to the mixer 14, the ratio of the fuel to the total amount of air and fuel is 22. Adjustments are made to be greater than or equal to mass percent.
  • the ratio of the fuel and air supplied to the mixer 14 to the total amount of air and fuel is 22 mass percent or more. This ratio corresponds to a region where the fuel is richer than the explosion limit. Therefore, the risk of an excessively rapid reaction is minimized, and the conversion process for converting gasoline to alcohol becomes stable.
  • the mixer 14 is provided upstream of the reformer 15 described later, and mixes fuel gasoline and air as described above and supplies the mixture into the reformer 15.
  • the mixer 14 is configured to uniformly mix the supplied air and fuel gasoline.
  • the upper limit of the ratio of fuel (gasoline) to the total amount of air and fuel in the above is approximately 80 mass percent. Exceeding this upper limit makes it difficult for oxidative reforming to occur.
  • the mixer 14 has a particulate material or a porous material disposed therein.
  • the air and the fuel supplied from the supply device 10 are dispersed, changed, and converted (rotated) in the flow, and mixed uniformly.
  • the size of the gap in the particulate material or porous material is 1 mm or less.
  • the mixer 14 includes a heater (not shown), and generates a mixture of gasoline and air by mixing gasoline and air while raising the temperature to a predetermined temperature.
  • FIG. 2 is a view for explaining the configuration of the mixer 14 in the fuel reformer 1 of FIG. 2A is a partially cutaway view of the mixer 14,
  • FIG. 2B is a schematic view of one embodiment showing an enlarged portion P of FIG. 2A, and
  • FIG. ) Is a schematic view of another embodiment showing an enlarged portion P of FIG. 2A.
  • 2A is supplied with air from the air introduction pipe 110 of the air introduction section 11 and fuel (gasoline) from the fuel introduction pipe 130 of the fuel introduction section 13.
  • a particulate substance or a porous substance is disposed in an inner portion 141 in which the mixer 14 is drawn with a part broken away in FIG.
  • the mixer 14 is filled with particulate matter.
  • grains and the inner wall of the mixer 14 is 1 mm or less.
  • the condition that the size D1 of the gap is 1 mm or less does not depend on pressure or temperature.
  • a particulate material having an average particle size of about 1 mm or less in the case of the embodiment shown in FIG. 2B, for example, quartz sand, silicon dioxide, zeolite, or the like can be applied as the particulate matter.
  • a porous material is disposed inside the mixer 14.
  • the size of the gap (void) in the porous material that is, the average pore diameter D2 is 1 mm or less.
  • the condition that the average pore diameter D2 is 1 mm or less does not depend on the pressure or temperature. And if the average hole diameter of a porous material is 1 mm or less, it will be substantially satisfied effectively.
  • the porous material for example, porous stainless steel, which is a sintered body of stainless steel, or other porous metals can be applied.
  • the extinguishing distance is a characteristic in the theory of flame propagation, and the distance or diameter (for a given shape) at which flame propagation does not occur because the heat loss to the surroundings exceeds the heat generated by the chemical combustion reaction. It is.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the fuel reformer according to the embodiment of the present invention. That is, FIG. 3 shows the ratio (horizontal axis: unit mass percent) of the gasoline in the liquid gasoline introduced by the air introduction unit 11 and the air introduced by the air introduction unit 11 of the supply device 10 and the mixer. 14 represents a quantitative condition relating to the size of the gap between the particulate substance or the porous substance arranged in the vertical axis (vertical axis: unit mm).
  • the ratio of gasoline (fuel) to the total amount of air and fuel in the air-fuel mixture supplied to the mixer 14 by the supply device 10 having the air introduction part 11 and the fuel introduction part 13 is 22 mass percent or more.
  • the upper limit is approximately 80 mass percent. That is, in one embodiment of the present invention, the ratio of the fuel is 22 mass percent or more and approximately 80 mass percent or less, which satisfies the first condition that the fuel is richer than the explosion limit.
  • the size of the gap between the particulate substance or the porous substance in the mixer 14 is 1 mm or less.
  • the size of the gap is the average distance (average size) of the voids between the particles for the particulate substance, and the average distance (average dimension) of the pore diameter for the porous substance.
  • This dimension satisfies the second condition that the size of the gap through which the air-fuel mixture passes is equal to or less than the extinguishing distance. That is, the apparatus of one embodiment of the present invention operates in the region S of FIG. 3 that satisfies both the first condition and the second condition described above. Therefore, in the fuel reformer according to the above-described embodiment of the present invention, an excessively rapid reaction does not occur, and the conversion process for converting gasoline into alcohol becomes stable.
  • the reformer 15 reforms hydrocarbon, which is the main component of gasoline in the air-fuel mixture supplied from the mixer 14, using air in the air-fuel mixture to generate alcohol.
  • the reformer 15 may be either a flow reactor or a complete mixing reactor.
  • the flow reactor is a mixture of gasoline and air introduced from the mixer 14 while being swept away like a piston without being mixed with the mixture supplied before and after the mixture in the reactor.
  • the composition of the fluid flowing out from the reactor is different from the composition of the fluid inside the reactor, and the characteristics of the dispersion of the time during which the air-fuel mixture stays in the reactor is small.
  • a complete mixing reactor is a reactor in which a mixture of gasoline and air introduced from the mixer 14 is uniformly mixed with a reactant in the reformer and reformed.
  • the composition of the fluid flowing out from the reactor and the composition of the fluid in the reactor are the same, and the time during which the mixture stays in the reactor has a large variation.
  • the reformer 15 is provided with a temperature sensor (not shown) and a cooling unit 153 for cooling the interior of the reformer 15.
  • the cooling unit 153 is controlled by the ECU based on the temperature detected by the temperature sensor, and cools the reformer 15 by supplying engine coolant to the reformer 15.
  • the temperature of engine cooling water is preferably 70 ° C to 100 ° C. If the temperature of the engine cooling water is less than 70 ° C., the reforming reaction rate is small, and if it exceeds 100 ° C., it becomes difficult to use the engine cooling water.
  • the cooling unit 153 cools the reformer 15 with engine cooling water when the reforming reaction proceeds and the temperature in the reformer 15 reaches a high temperature. When the temperature in the cooler 15 is low, the reformer 15 is conversely warmed with engine cooling water.
  • the reformer 15 includes a reforming catalyst 152 that reforms hydrocarbons mainly contained in gasoline using air as an oxidant to generate alcohol.
  • the reformer 15 includes a cylindrical casing 151 and a solid reforming catalyst 152 filled in the casing 151.
  • the solid reforming catalyst 152 includes a small spherical porous carrier, and a main catalyst and a promoter supported on the surface of the porous carrier.
  • the main catalyst and the cocatalyst are supported on the surface of a small spherical porous support in a uniformly mixed state.
  • the reforming catalyst 152 of the present embodiment has a small spherical porous carrier, which increases the surface area of the main catalyst and the promoter supported on the surface of the reforming catalyst 152. The contact area increases.
  • the small spherical porous carrier for example, silica beads, alumina beads, silica alumina beads and the like are used. Of these, silica beads are preferably used.
  • the particle size of the porous carrier is preferably 3 ⁇ m to 500 ⁇ m.
  • the main catalyst acts to extract hydrogen atoms from hydrocarbons in gasoline to generate alkyl radicals.
  • an N-hydroxyimide group-containing compound having an N-hydroxyimide group is used as the main catalyst.
  • N-hydroxyphthalimide hereinafter referred to as “NHPI”
  • NHPI derivative has a remarkable effect.
  • the cocatalyst has the ability to reduce an alkyl hydroperoxide generated from an alkyl radical to generate an alcohol.
  • a transition metal compound is used as the promoter.
  • a compound selected from the group consisting of a cobalt compound, a manganese compound, and a copper compound is preferably used.
  • Cobalt acetate (II) or the like is used as the cobalt compound
  • manganese (II) acetate or the like is used as the manganese compound
  • copper (I) chloride or the like is used as the copper compound.
  • a known impregnation method or the like is employed. For example, after preparing a slurry containing a main catalyst and a promoter in a predetermined mixing ratio, a small spherical porous carrier is immersed in the prepared slurry. Next, the porous carrier is pulled up from the slurry to remove excess slurry adhering to the surface of the porous carrier, and then dried under predetermined conditions. Thereby, the reforming catalyst 152 in which the main catalyst and the promoter are uniformly supported on the surface of the porous carrier is obtained.
  • the reforming reaction of the present embodiment is initiated by a hydrogen abstraction reaction in which hydrogen atoms are extracted from hydrocarbons in gasoline to generate alkyl radicals.
  • This hydrogen abstraction reaction proceeds by the action of the main catalyst, radicals, oxygen molecules and the like.
  • RH represents a hydrocarbon
  • R. represents an alkyl radical.
  • reaction formula (2) the alkyl radical generated by the hydrogen abstraction reaction is combined with oxygen molecules to generate an alkyl peroxy radical.
  • Reaction formula (2) [In Reaction Formula (2), O 2 represents an oxygen molecule, and ROO ⁇ represents an alkyl peroxy radical. ]
  • reaction formula (3) the alkyl peroxy radical generated by the reaction formula (2) pulls out hydrogen atoms from hydrocarbons contained in gasoline to generate an alkyl hydroperoxide.
  • reaction formula (3) ROO ⁇ + RH ⁇ ROOH + R ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ Reaction formula (3)
  • ROOH represents alkyl hydroperoxide.
  • hydrocarbons mainly contained in gasoline are oxidized and reformed and converted to alcohol. More specifically, since hydrocarbons contained in gasoline are hydrocarbons having 4 to 10 carbon atoms, these hydrocarbons are converted into alcohols having 4 to 10 carbon atoms. Thus, in the fuel reformer 1 of this embodiment, the octane number of gasoline can be improved.
  • the condenser 16 is provided downstream of the reformer 15 and separates the generated gas generated by the reformer 15 into a condensed phase mainly composed of reformed fuel and a gas phase.
  • the condenser 16 has a heat exchanger (not shown) inside, and by cooling the product gas flowing out from the outlet of the reformer 15, it is converted into a condensed phase mainly composed of reformed fuel and a gas phase.
  • the condensed phase material includes by-product water in addition to the reformed fuel mainly composed of alcohol, and the gas phase material includes nitrogen, oxygen, and other by-product gas components. Etc. are included.
  • the reformed fuel tank 18 stores the reformed fuel in the condensed phase separated by the condenser 16.
  • the reformed fuel tank 18 functions as a buffer tank that temporarily stores the reformed fuel alcohol generated by reforming gasoline by the reformer 15.
  • the reformed fuel supply unit 19 supplies the reformed fuel stored in the reformed fuel tank 18 into an engine cylinder or an intake port.
  • the reformed fuel supply unit 19 includes a reformed fuel pump 191, a reformed fuel supply pipe 192, and an injector (not shown).
  • the reformed fuel supply unit 19 drives the reformed fuel pump 191 to convert the reformed fuel stored in the reformed fuel tank 18 via the reformed fuel supply pipe 192 and the injector into an engine (not shown). Supply into the intake port.
  • the alcohol supply amount is controlled by adjusting the injection amount of the injector by the ECU.
  • the vapor phase supply unit 20 supplies the vapor phase material separated by the condenser 16 into the intake port of the engine.
  • the gas phase supply unit 20 includes a gas phase supply pipe 201 connected to the intake port of the engine.
  • the gas phase material separated by the condenser 16 is supplied into the intake port of the engine via the gas phase supply pipe 201.
  • the fuel reformer 1 of the present embodiment having the above configuration is controlled by the ECU and operates as follows. First, when it is determined that gasoline reform is required according to the operating state of the engine, it is determined whether or not the temperature of the engine cooling water is equal to or higher than a predetermined temperature. Immediately after the engine is started, when the temperature of the engine cooling water is lower than a predetermined temperature, the reformed fuel stored in the reformed fuel tank 18 at the previous reforming is supplied into the intake port of the engine by the reformed fuel pump 191. .
  • the fuel valve 133 and the air valve 114 are opened.
  • the reforming pump 131 pumps gasoline from the fuel tank 12 and introduces it into the mixer 14.
  • air that has passed through the air filter 111 is introduced into the mixer 14 by the air pump 112.
  • the air introduction unit 11 and the fuel introduction unit 13 operate in cooperation with each other in the supply device 10 under the control of the ECU, and the air and fuel supplied to the mixer 14 are Adjustment is performed so that the ratio of the fuel (gasoline) is 22 mass percent or more.
  • the fuel valve 133 is controlled based on the gasoline flow rate monitored by the fuel flow meter 132 and the air flow rate monitored by the air flow meter 113 so that a desired appropriate reforming reaction time can be obtained under the control of the ECU. In addition, feedback control is performed for each opening degree of the air valve 114.
  • the gasoline and air introduced into the mixer 14 are uniformly mixed while being heated to a predetermined temperature to obtain an air-fuel mixture, and then supplied into the reformer 15.
  • the hydrocarbons, which are the main components of gasoline in the gas mixture supplied into the reformer 15, are converted into alcohol by the above reaction formulas (1) to (6) by the action of the reforming catalyst 152. Is done.
  • supply of engine cooling water is controlled based on the temperature monitored by the temperature sensor. Thereby, the temperature in the reformer 15 is maintained at a desired appropriate temperature.
  • the product gas generated in the reformer 15 is cooled by a heat exchanger in the condenser 16 to be separated into a condensed phase and a gas phase.
  • the separated condensed phase mainly contains reformed fuel alcohol, and the reformed fuel is introduced into the reformed fuel tank 18 and stored.
  • the reformed fuel in the reformed fuel tank 18 is supplied into the intake port of the engine by the reformed fuel pump 191.
  • the separated gas phase material is introduced into the intake port of the engine and is used for combustion in the cylinder of the engine.
  • the air pump 112 is stopped and the air valve 114 is closed to supply the air into the mixer 14. To stop.
  • the reforming pump 131 is stopped, the fuel valve 133 is closed, and the supply of gasoline into the mixer 14 is stopped. This avoids a situation in which the reforming reaction proceeds due to oxygen remaining in the reformer 15 while the system is stopped.
  • a mixer 14 that mixes fuel mainly composed of hydrocarbons and air and supplies the mixture to the reformer, and reforms the fuel using air.
  • a reformer 15 that generates alcohol
  • a condenser 16 that separates the product gas generated in the reformer 15 into a condensed phase and a gas phase are provided.
  • the mixer 14 has a particulate substance or a porous substance disposed therein, and a gap in the particulate substance or the porous substance is 1 mm or less.
  • the size of the gap in the particulate matter or porous substance in the mixer 14 is 1 mm or less, these gaps correspond to the extinction distance region. Therefore, an excessively rapid reaction does not occur, and the conversion process for converting gasoline into alcohol becomes stable.
  • the size of the gap is an average distance (average size) of voids between particles for a particulate material, and an average distance (average size) of pore diameters for a porous material.
  • the fuel reformer 1 of the present embodiment further includes a supply device 10 that supplies air and fuel to the mixer 14, and the supply device 10 has a ratio of the fuel to the total amount of air and fuel of 22. Adjust to at least mass percent.
  • a ratio of the fuel to the total amount of air and fuel supplied to the mixer 14 is 22 mass percent or more, this ratio is fuel richer than the explosion limit. Corresponds to the area. Therefore, the risk of an excessively rapid reaction is minimized, and the conversion process for converting gasoline to alcohol becomes stable.
  • the fuel tank 12 that stores the fuel before reforming, and the fuel before reforming that is stored in the fuel tank 12 are injected into the cylinder or the intake air of the internal combustion engine.
  • a reformed fuel supply means 19 for supplying the reformed fuel stored in the reformed fuel tank 18 into the cylinder or the intake port.
  • the fuel before reforming stored in the fuel tank 12 is supplied into the cylinder or the intake port of the internal combustion engine.
  • the gas phase substance separated by the condenser 16 is supplied into the intake port, and the reformed fuel in the condensed phase stored in the reformed fuel tank 18 is supplied into the cylinder or the intake port.
  • gasoline is used as a fuel, it is not limited to this.
  • alcohol-containing gasoline containing alcohol such as ethanol
  • the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained.

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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

燃料改質装置
　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・　＋　Ｏ２　→　ＲＯＯ・　　　・・・反応式（２）
 
［反応式（２）中、Ｏ２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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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10286467A (ja) * 1997-02-17 1998-10-27 Daicel Chem Ind Ltd 酸化触媒系、酸化方法および酸化物の製造方法
JP2909590B2 (ja) * 1988-03-16 1999-06-23 アンスティテュ・フランセ・デュ・ペトロール 気相において酸化しうる仕込原料の酸化方法およびこの方法の実施のための反応器
JP2000291499A (ja) * 1999-04-06 2000-10-17 Nissan Motor Co Ltd 燃料改質装置付き内燃機関
JP2008261330A (ja) * 2007-03-19 2008-10-30 Nissan Motor Co Ltd 高オクタン価化触媒、内燃機関の燃料改質装置及び内燃機関
WO2015076305A1 (ja) * 2013-11-20 2015-05-28 本田技研工業株式会社 燃料改質システム
JP2015098864A (ja) * 2013-11-20 2015-05-28 本田技研工業株式会社 内燃機関の制御装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5532898B2 (ja) * 1973-07-26 1980-08-27
JP2000213444A (ja) * 1999-01-26 2000-08-02 Komatsu Ltd エンジンの着火時期制御装置および方法
JP2004285926A (ja) * 2003-03-24 2004-10-14 Toyota Motor Corp 燃料改質装置を備えた車両
JP4803186B2 (ja) * 2008-01-09 2011-10-26 トヨタ自動車株式会社 燃料改質装置
JP2009185625A (ja) * 2008-02-04 2009-08-20 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の燃料改質および廃熱回収装置と、燃料改質および廃熱回収方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2909590B2 (ja) * 1988-03-16 1999-06-23 アンスティテュ・フランセ・デュ・ペトロール 気相において酸化しうる仕込原料の酸化方法およびこの方法の実施のための反応器
JPH10286467A (ja) * 1997-02-17 1998-10-27 Daicel Chem Ind Ltd 酸化触媒系、酸化方法および酸化物の製造方法
JP2000291499A (ja) * 1999-04-06 2000-10-17 Nissan Motor Co Ltd 燃料改質装置付き内燃機関
JP2008261330A (ja) * 2007-03-19 2008-10-30 Nissan Motor Co Ltd 高オクタン価化触媒、内燃機関の燃料改質装置及び内燃機関
WO2015076305A1 (ja) * 2013-11-20 2015-05-28 本田技研工業株式会社 燃料改質システム
JP2015098864A (ja) * 2013-11-20 2015-05-28 本田技研工業株式会社 内燃機関の制御装置

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