(57)【要約】  アルコールを主成分とする第１燃料の変換によって得られるエーテル含有燃料で圧縮エンジンを作動させるための方法及びシステムであって、次の工程及び手段：（ａ）該アルコールを主成分とする第１燃料を燃料タンクから連続的に取り出し、そして該アルコールを主成分とする第１燃料をその液体の状態で最終エンジン噴射圧力にまで加圧し；（ｂ）該アルコールを主成分とする加圧第１燃料を燃料蓄積室に連続的に導入し；（ｃ）該アルコールを主成分とする加圧第１燃料を、該蓄積室を該エンジンの燃料インジェクタに連結するパイプに連続的に分配し；（ｄ）該燃料インジェクタの前に、該アルコールを主成分とする加圧第１燃料を、該燃料インジェクタの上流にある該パイプのそれぞれに配置されているアルコール脱水触媒と接触させることによってエーテル含有燃料に連続的に変換させ； （ｅ）該エーテル含有燃料を噴射圧力で該エンジンに連続的に噴射し；及び（ｆ）該導入されたアルコールを主成分とする第１燃料の一部分を連続的に取り出すことを含む方法及びシステムを提供する。
2013524064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコールを主成分とする第１燃料の変換によって得られるエーテル含有燃料で圧縮エンジンを作動させる方法であって、次の工程：
（ａ）該アルコールを主成分とする第１燃料を燃料タンクから連続的に取り出し、そして該アルコールを主成分とする第１燃料をその液体の状態で最終エンジン噴射圧力にまで加圧し；
（ｂ）該アルコールを主成分とする加圧第１燃料を燃料蓄積室に連続的に導入し；
（ｃ）該アルコールを主成分とする加圧第１燃料を、該蓄積室を該エンジンの燃料インジェクタに連結するパイプに連続的に分配し；
（ｄ）該燃料インジェクタの前に、該アルコールを主成分とする加圧第１燃料を該燃料インジェクタの上流にある該パイプのそれぞれに配置されているアルコール脱水触媒と接触させることによりエーテル含有燃料に少なくとも部分的に連続的に変換させ； 
（ｅ）該エーテル含有燃料を噴射圧力で該エンジンに連続的に噴射し；そして
（ｆ）該導入されたアルコールを主成分とする第１燃料の一部分を該蓄積室から連続的に取り出し；そして
（ｇ）該取り出されたアルコールを主成分とする第１燃料を減圧し、そして該燃料タンクに再循環させること
を含む方法。
【請求項２】
前記アルコールを主成分とする第１燃料を前記エンジンからの高温の排ガスとの間接的な熱交換により予備加熱する追加工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記蓄積室内で前記加圧燃料を加熱する追加工程を含む、請求項1又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記アルコールを主成分とする第１燃料が異なるアルコールの混合物を含有する、請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記アルコールを主成分とする第１燃料がメタノール及び／又はエタノールを含有する、請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項６】
前記アルコールを主成分とする第１燃料がガソリンを含む、請求項１、２、３、４又は５に記載の方法。
【請求項７】
次の構成：
圧縮エンジン；
アルコールを主成分とする第１燃料を保管するように構成された燃料タンク； 
該アルコールを主成分とする第１燃料を加圧するための高圧ポンプ；
該アルコールを主成分とする加圧第１燃料を受け取り、かつ、保管するように構成された蓄積室；
該圧縮エンジンに燃料を噴射するための燃料インジェクタに該蓄積室を連結するための連結パイプ； 
該蓄積室と該燃料インジェクタとの間にある該連結パイプのそれぞれに配置されたアルコール脱水触媒；及び
該アルコールを主成分とする第１燃料の過剰分を該蓄積室から該燃料タンクに再循環させるための再循環ライン
を備える、請求項１に記載の方法で使用するためのシステム。
【請求項８】
前記アルコールを主成分とする第１燃料を前記圧縮エンジンからの高温の排ガスとの間接的な熱交換により加熱するための熱交換器をさらに備える、請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
前記蓄積室内に配置される加熱手段をさらに備える、請求項７又は８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記脱水触媒を加熱するための加熱手段をさらに備える、請求項７、８又は９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記脱水触媒が触媒ハードウェアとして設けられた、請求項７、８、９又は１０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮着火エンジンの作動方法、特に該エンジンをエーテル含有燃料で作動させることに関する。さらに、本発明は、本発明の使用のためのシステムも提供する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮着火エンジンの最も典型的な例は、高セタン価ディーゼル燃料で作動するディーゼルエンジンである。ディーゼル燃料の燃焼により生じる環境汚染を低減させるために、これまで、ディーゼル燃料を環境に対する影響が軽減した代替燃料と置き換えるいくつかの試みがなされてきた。
【０００３】
エーテル、特に低級アルコールの脱水により製造されるエーテル、例えばジメチルエーテル及びジエチルエーテルは、優れたディーゼル燃料であることが示されている。
【０００４】
低級エーテルをディーゼル燃料として使用することは、多数の文献、例えば米国特許第４，８９２，５６１号、同５，９０６，６６４号及び同７，４４９，０３４号に記載されている。
【０００５】
エーテル系燃料の大きな不利益は、その清浄燃焼の特性及びディーゼルエンジンにおける高い効率にもかかわらず、車両に搭載された状態で保存し取り扱うのが困難なことである。周囲条件では、ジメチルエーテルはガス状である。ジメチルエーテル燃料をより便利なその液体の形態に変えるためには、この燃料を加圧下で保存し、取り扱わなければならない。
【０００６】
ジエチルエーテルは、周囲条件下では液体状ではあるものの、このエーテルは、高い蒸気圧を有するため、空気と接触したときに爆発する危険性が高い。
【０００７】
現代のディーゼルエンジンは、コモンレール燃料システムを備えている。このシステムは、高圧ポンプと、２０００ｂａｒを上回る高圧で燃料を保存する燃料蓄積室とから構成される。この蓄積室は、複数の燃料インジェクタに高圧燃料を供給する。過剰の燃料は蓄積室から取り出され、減圧され、そして燃料タンクに再循環される。 
【０００８】
ディーゼルエンジン用の燃料としてエーテルを使用することに関連する当該システムは、米国特許第６，３４０，００３号に記載されている。この特許の方法によって、最初のメタノール燃料は加圧され、そしてエーテル含有ディーゼル燃料に変換されてから、蓄積室に導入される。この方法の不利益は、エーテルを含有する余分の燃料を蓄積室から除去し、そして燃料タンクに再循環しなければならない場合に生じるものであり、アルコール燃料用の１個と変換されたエーテル含有燃料用の１個の２個のタンクが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４，８９２，５６１号明細書
【特許文献２】米国特許第５，９０６，６６４号明細書
【特許文献３】米国特許第７，４４９，０３４号明細書
【特許文献４】米国特許第６，３４０，００３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一般的な目的は、コモンレール燃料システムを備える圧縮着火エンジンを作動させるために、低級アルコール又は低級アルコールの混合物を主成分とする第１燃料を車両内でエーテルを含有する第２燃料に変換する方法であって、特に車両内で該第２燃料を取り扱いかつ保存することが困難ではないものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的に従って、本発明は、アルコールを主成分とする第１燃料の変換によって得られるエーテル含有燃料で圧縮エンジンを作動させる方法であって、次の工程：
（ａ）該アルコールを主成分とする第１燃料を燃料タンクから連続的に取り出し、そして該アルコールを主成分とする第１燃料をその液体の状態で最終エンジン噴射圧力にまで加圧し；
（ｂ）該アルコールを主成分とする加圧第１燃料を燃料蓄積室に連続的に導入し；
（ｃ）該アルコールを主成分とする加圧第１燃料を、該蓄積室を該エンジンの燃料インジェクタに連結するパイプに連続的に分配し；
（ｄ）該燃料インジェクタの前に、該アルコールを主成分とする加圧第１燃料を、該燃料インジェクタの上流にある該パイプのそれぞれに配置されているアルコール脱水触媒と接触させることによってエーテル含有燃料に連続的に変換させ； 
（ｅ）該エーテル含有燃料を噴射圧力で該エンジンに連続的に噴射し；そして
（ｆ）該導入されたアルコールを主成分とする第１燃料の一部分を該蓄積室から連続的に取り出し；そして
（ｇ）該取り出されたアルコールを主成分とする第１燃料を減圧し、そして該燃料タンクに再循環させること
を含む方法である。
【００１２】
さらに、本発明は、上記方法で使用するためのシステムであって、
圧縮エンジン；
アルコールを主成分とする第１燃料を保管するように構成された燃料タンク； 
該アルコールを主成分とする第１燃料を加圧するための高圧ポンプ；
該アルコールを主成分とする加圧第１燃料を受け取り、かつ、保管するように構成された蓄積室；
該圧縮エンジンに燃料を噴射するための燃料インジェクタに該蓄積室を連結するための連結パイプ； 
該蓄積室と該燃料インジェクタとの間にある該連結パイプのそれぞれに配置されたアルコール脱水触媒；及び
該アルコールを主成分とする第１燃料の過剰を該蓄積室から該燃料タンクに再循環するための再循環ライン
を備えるシステムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の方法において使用するためのアルコール脱水反応器を備えたコモンレール燃料噴射ユニットを有するシステムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の方法及びシステムの利点は、形成されたエーテル燃料の全てをエンジン内での燃焼のために直ちに使用し、過剰のエーテル燃料の貯蔵を回避することである。アルコールを主成分とする第１燃料の過剰分は、燃料タンクに再循環される。
【００１５】
エーテル燃料の形成は、アルコールをその対応するエーテルに次の反応に従って触媒により脱水させることにより達成される：
２ＣｎＨ（２ｎ＋２）Ｏ  ⇔  Ｃ２ｎＨ（４ｎ＋２）  ＋  Ｈ２Ｏ
【００１６】
アルコールのエーテルへの脱水は、一般に、硫酸、アルミナ、シリカ・アルミナ、ゼオライト、スルホン酸、ジルコニア・タングステート、リン酸アルミナなどの液体又は固体の酸により触媒される。
【００１７】
アルコール脱水は平衡反応である。したがって、平衡限界は、アルコールのエーテル及び水への１００％の転化を妨げる。
【００１８】
例えば、９５重量％のエタノール及び５重量％の水からなるエタノールを主成分とする第１燃料の反応温度では、１５０〜３５０℃の脱水温度での平衡組成は、９〜２１重量％のエタノール、１９〜２２重量％のＨ２Ｏ及び５９〜７１重量％のジエチルエーテルである。組成が均一なままであることを確保するためには、第１燃料を蓄積室に供給するときの添加剤又は第１燃料への添加剤のいずれかとして燃料タンク内に又は第１燃料を車両に供給したときに、脱水触媒によっては実質的に転化されない乳化剤を含ませることが有利な場合もある。
【００１９】
本発明において、メタノール及びエタノールのみならず、これら及び他のアルコールの混合物も、第１燃料の主成分とすることができる好適なアルコールである。
【００２０】
好ましいアルコール混合物は、メタノールとエタノールとの混合物である。
【００２１】
他の好適なアルコールを主成分とする第１燃料としては、メタノールのみならず、アルコールとガソリンなどの炭化水素とのブレンドが挙げられる。後者のものとしては、典型的には８５％のエタノールと１３％のガソリンと２％のＭＴＢＥ（メチルｔ−ブチルエーテル）を含有する市販のＥ８５が挙げられるのみならず、アルコール、ガソリン及びガソリン添加剤の他の組成物も本発明で使用できる。これらのものは、アルコールと炭化水素との混合物として言及できるが、ガソリン及びガソリン添加剤は、有機金属燃焼触媒などの非炭化水素を少量含有していてもよい。また、第１燃料は水を含むこともできるが、ただし、該第１燃料が水と混和性がある場合や、この水が第１燃料に均一に分布するように乳化剤が存在する場合に限る。
【００２２】
本明細書の目的上、第２燃料とは、上で定義した第１燃料から形成された燃料混合物であると定義される。この第２燃料は、エーテルを含有しており、有用な点火及び燃焼特性で圧縮着火エンジンに使用するのに適している。このものとしては、上記ジエチルエーテル／エタノール／水の混合物及び２０％までのメタノール含有量及び２０％までの水含有量を有するジメチルエーテル／メタノール／水の混合物、並びにガソリンなどの炭化水素もさらに含む同様の混合物が挙げられる。米国特許第７,４４９,０３４号には、ジメチルエーテル、メタノール及び４８％までの水を含有するディーゼル燃料が圧縮着火エンジンにおける効率的な燃料であることが示されている。第１燃料がガソリン（添加剤を含む）を含む場合には、これらは第２燃料にも含まれる。というのは、上記脱水触媒ではガソリンの有意な転化が起こらないと考えられるからである。
【００２３】
第２燃料組成の上記範囲内において、本発明の方法の作動条件は、通常、１５０℃〜３５０℃の噴射温度及び２００〜２４００ｂａｒの噴射圧力に調節される。それによって、アルコールからエーテルと水とアルコールとの混合物への転化が脱水触媒の存在下において好適な反応速度で断熱的態様で進行する。
【００２４】
アルコールを主成分とする第１燃料の温度を脱水反応温度に上昇させるために、燃料を周囲温度から加熱しなければならない。これは、好ましくは、 該アルコールを主成分とする第１燃料が蓄積室に蓄積される前に、加圧燃料をエンジンからの熱い排ガスとの間接的な熱交換状態で熱交換器に通すことによって実施される。
【００２５】
蓄積室から、アルコールを主成分とする第１燃料をこの蓄積室と燃料インジェクタとを連結するパイプのそれぞれに通し、上記アルコール脱水反応を触媒する触媒と好適な温度で接触させる。
【００２６】
脱水触媒は、米国特許第６，３１９，８７７号に開示されるようにパイプの側壁に触媒ハードウェアの形態で配置してもよいし、又は蓄積室と燃料インジェクタとの間にあるパイプのそれぞれに搭載されている反応室内に配置してもよい。
【００２７】
本発明の実施形態では、触媒は、反応温度にまで電気加熱される。
【００２８】
エンジンの始動中に、その排ガスは、アルコールを主成分とする第１燃料を必要な反応温度に加熱するのには不十分な温度である場合がある。これらの条件下では、上記作動方法において、例えば蓄積室内に搭載される電気ヒーターやエンジンヒーターの手段により加圧燃料をさらに加熱する追加工程を含むことが好ましい。
【００２９】
本発明の方法における作動条件は、所望の点火特性を有するエーテル燃料を得るために調節される。
【００３０】
本発明の上記特徴及び側面を、次の記載において図面を参照して詳細に説明する。図は、本発明の方法において使用するためのアルコール脱水反応器を備えたコモンレール燃料噴射ユニットを有するシステムを概略的に示している。
【００３１】
本発明の特定の実施形態で使用するためのコモンレール燃料噴射システムを有する圧縮着火エンジンは、アルコールを主成分とする第１燃料のための燃料タンク２を備え、該燃料タンクは、ライン３を介して高圧ポンプ４に連結されている。このアルコールを主成分とする第１燃料は、ポンプ４で最終噴射圧力にまで加圧され、そしてこのコモンレールシステムの蓄積室６に通される。アルコールを主成分とする加圧第１燃料は、蓄積室６に導入される前に、熱交換器８内におけるエンジン（図示しない）からの高温の排ガス７との間接的な熱交換により加熱される。
【００３２】
アルコールを主成分とする加圧第１燃料は、熱交換器８内においてアルコール脱水反応温度、例えば１５０℃〜３００℃に間接的に予備加熱される。
【００３３】
標準的なエンジン負荷サイクルの間に、上記予備加熱され加圧されたアルコールを主成分とする第１燃料は蓄積室６に連続的に通され、そしてライン９ａ、９ｂ、９ｃ及び９ｄを介して燃料インジェクタ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及び１１ｄに分配される。
アルコールを主成分とする第１燃料は、燃料インジェクタへの導入前に、ライン９ａ〜９ｄのそれぞれに配置された脱水触媒の存在下で脱水される。脱水触媒は、ライン９ａ〜９ｄ内における触媒ハードウェアの形態とすることができ、或いは、図に示されるとおり、反応器１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄ内における固定床として配置できる。アルコールを主成分とする第１燃料は、脱水触媒との接触により、エーテルとアルコールと水、及び場合によってはガソリンを含む上記第２燃料混合物に部分的に変換される。
【００３４】
エンジンの始動中又は低負荷サイクル時に、このエンジンの排ガス温度は、熱交換器８において適当な熱を与えるのには十分に高くない場合がある。これらのエンジンサイクル時に、アルコールを主成分とする加圧第１燃料は、蓄積室８内において、この蓄積室内に配置される電気ヒーター１２によりさらに加熱される。その代わりに又はそれに加えて、触媒を電熱により加熱することもできる（図示しない）。
【００３５】
上記システムが連続的に働くときに、アルコールを主成分とする第１燃料の過剰分を蓄積室６から連続的に取り出さなければならない。これは、油圧により又は電磁的に作動する弁１４により達成される。
【００３６】
上記取り出されたアルコールを主成分とする第１燃料は、ライン１６において減圧８され燃料タンク２に戻される。
【００３７】
コモンレール噴射システムを有するエンジンを踏まえて上記の説明を行ったが、当業者であれば、本発明は、他のタイプの圧縮エンジンで使用するのにも好適であることが分かるであろう。
【００３８】
上記説明及び図は、単に概略的なものに過ぎず、他に圧縮エンジンにおいて慣用されている部品及び手段は当業者にとって自明であり、図には示されていない。
【符号の説明】
【００３９】
２  燃料タンク
３  ライン
４  高圧ポンプ
６  蓄積室
８  熱交換器
９  ライン
１０  反応器
１１  燃料インジェクタ
１４  弁
１６  ライン 
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【国際調査報告】
2013524064.tif 000004
2013524064.tif 000005
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