(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼特性を向上させ得る高オクタン価化触媒、これを備えた内燃機関の燃料改質装置及び内燃機関を提供すること。【解決手段】高オクタン価化触媒は、酸素存在下において液相燃料のオクタン価を高める。内燃機関の燃料改質装置は、熱の発生を伴い作動する内燃機関の燃料改質装置であって、酸素存在下において液相燃料のオクタン価を高める高オクタン価化触媒１０を有する高オクタン価化触媒装置と、高オクタン価化触媒装置に酸素を供給する酸素供給器と、を備える。【選択図】図３
2008261330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素存在下において液相燃料のオクタン価を高めることを特徴とする高オクタン価化触媒。
【請求項２】
ロジウムを含有することを特徴とする請求項１に記載の高オクタン価化触媒。
【請求項３】
ロジウムと、シリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア、チタニア及びマグネシアから成る群より選ばれた少なくとも１種の基材と、を含有し、
上記ロジウムが、上記基材に担持されていることを特徴とする請求項１に記載の高オクタン価化触媒。
【請求項４】
ロジウムと、シリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア、チタニア及びマグネシアから成る群より選ばれた少なくとも１種との複合酸化物を含有することを特徴とする請求項１に記載の高オクタン価化触媒。
【請求項５】
熱の発生を伴い作動する内燃機関の燃料改質装置であって、
酸素存在下において液相燃料のオクタン価を高める高オクタン価化触媒を有する高オクタン価化触媒装置と、
上記高オクタン価化触媒装置に酸素を供給する酸素供給器と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料改質装置。
【請求項６】
上記酸素供給器が、液相燃料分子数に対する酸素分子数の比（酸素分子数／液相燃料分子数）が０．００５〜１．０となるように酸素を供給することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項７】
原燃料を気相燃料と液相燃料とに分離する気液分離器と、
上記気相燃料を高分子量化する高分子量化触媒を有する高分子量化触媒装置と、
を更に備え、
上記気液分離器の下流側に、上記高オクタン価化触媒装置と、上記高分子量化触媒装置と、が設けられていることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項８】
上記高オクタン価化触媒装置の下流側に、二酸化炭素検出器、一酸化炭素検出器及びアルデヒド検出器から成る群より選ばれた少なくとも１種の検出器を更に備えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つの項に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項９】
上記二酸化炭素検出器は、赤外線吸収型二酸化炭素検出器及び／又は固体電解質型二酸化炭素検出器であることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項１０】
上記二酸化炭素検出器が、限界二酸化炭素濃度であると判断したときに、
上記酸素供給器が、酸素供給量を低減することを特徴とする請求項８又は９に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項１１】
上記限界二酸化炭素濃度は、上記高オクタン価化触媒装置の出口側において３体積％以下であることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項１２】
上記高オクタン価化触媒装置の上流側に、該高オクタン価化触媒装置への酸素供給量を検出する酸素供給量検出器を更に備え、
上記酸素供給量検出器が、上記酸素供給器による酸素供給量が限界酸素供給量未満であると判断したときに、上記酸素供給器が、酸素供給量の低減を停止することを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１つの項に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項１３】
上記高オクタン価化触媒装置の下流側に、温度測定器を更に備えることを特徴とする請求項５〜１２のいずれか１つの項に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項１４】
内燃機関が発生する熱を回収すると共に、上記高オクタン価化触媒装置を加熱する熱交換器を更に備えることを特徴とする請求項５〜１３のいずれか１つの項に記載の内燃機関の燃料改質装置。
【請求項１５】
請求項５〜１４のいずれか１つの項に記載の内燃機関の燃料改質装置を具備することを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に係る。更に詳細には、本発明は、酸素存在下において液相燃料のオクタン価を高める高オクタン価化触媒、この触媒を備えた燃料改質装置及びこの燃料改質装置を備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体燃料を改質して、高オクタン価成分を含有する改質燃料および水素を生成する改質器と、前記改質燃料を内燃機関に供給する装置と、分離した水素を燃料電池に供給する装置とを備えた内燃機関が提案されている（特許文献１参照。）。
また、液体燃料を改質して、高オクタン価の改質液体燃料および水素に富む改質ガス燃料を生成する改質器と、前記改質液体燃料と前記改質ガス燃料を分離する気液分離装置と、前記改質液体燃料を内燃機関に供給する装置とを備えた内燃機関が提案されている（特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００３−１８４６６６号公報
【特許文献２】特開２００３−１８４６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１及び２に記載の車両においては、ノッキングの抑制などの燃焼特性が十分でないという問題点があった。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃焼特性を向上させ得る高オクタン価化触媒、この触媒を備えた燃料改質装置及びこの燃料改質装置を備えた内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねたところ、酸素存在下において液相燃料のオクタン価を高める高オクタン価化触媒を作製し、これを配設することなどにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明の高オクタン価化触媒は、酸素存在下において液相燃料のオクタン価を高めることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の内燃機関の燃料改質装置は、熱の発生を伴い作動する内燃機関の燃料改質装置であって、酸素存在下において液相燃料のオクタン価を高める高オクタン価化触媒を有する高オクタン価化触媒装置と、上記高オクタン価化触媒装置に酸素を供給する酸素供給器と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
更に、本発明の内燃機関は、上記本発明の内燃機関の燃料改質装置を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、酸素存在下において液相燃料のオクタン価を高める高オクタン価化触媒を作製し、これを配設することなどとしたため、燃焼特性を向上させ得る高オクタン価化触媒、この触媒を備えた燃料改質装置及びこの燃料改質装置を備えた内燃機関を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の高オクタン価化触媒について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１１】
本発明の高オクタン価化触媒は、酸素存在下において液相燃料のオクタン価（火花点火機関で燃料のアンチノック性を表す値）を高めるものである。本発明の高オクタン価化触媒を備えた内燃機関の燃料改質装置は、液相燃料のオクタン価を高めることができ、燃焼特性を向上させることができる。更に、酸素を含む空気を反応ガス兼キャリアガスとして利用することが可能であり、車載を容易にするという副次的効果も奏する。
【００１２】
なお、従来から燃料のオクタン価を高める触媒は存在した。しかし、燃料の改質雰囲気下において酸素が存在している場合、燃料のオクタン価を高める反応より燃料の酸化を促進する反応が先行してしまい、効率的に燃料のオクタン価を高めることが困難であった。しかしながら、本発明では、後述するように触媒成分としてロジウムを用い、更に、燃料の改質雰囲気下に酸素を供給することにより、効率的にオクタン価を高めることができる。
【００１３】
ここで、本願において、「液相燃料」とは、軽油やガソリン、バイオマスエタノールなどのアルコール燃料等、常温常圧（２５℃、１ａｔｍ）で液体の状態を維持する炭化水素燃料をいう。一方、後述する「気相燃料」とは、水素や、メタン、エタン、エチレン、プロパン、プロピレン、ブタン等、炭素数が１〜４のものを挙げることができるが、ここでは、常温常圧で気体の状態を維持する低分子量炭化水素をいう。上記の例では、水素を除いた炭化水素燃料である。
【００１４】
また、一般にパラフィン類は分子量が小さいほど、そして側鎖が大きいほどオクタン価が高い。更にオレフィン類はパラフィン類よりオクタン価が高く、芳香族炭化水素類はリサーチ法オクタン価（ＲＯＭ）が１００〜１２０と更に高いオクタン価を示す。従って、本発明における高オクタン価化触媒は、液相燃料が触媒を通過する前後において、パラフィン類をオレフィン類に変換したり、オレフィン類を芳香族炭化水素類に変換するなど、液相燃料の成分を変え、オクタン価を高める触媒をいう。
【００１５】
本発明の高オクタン価化触媒においては、ロジウムを含有することが望ましい。このような構成とすることにより、酸素雰囲気下において液相燃料のオクタン価をより高めることができる。更に、この高オクタン価化触媒を備えた内燃機関の燃料改質装置は、液相燃料のオクタン価をより高めることができ、燃焼特性をより向上させることができる。
【００１６】
本発明の高オクタン価化触媒として、図１に示すように、ロジウム３と、シリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア、チタニア若しくはマグネシア、又はこれらの任意の組み合わせに係る金属酸化物５からなる基材とを含有し、ロジウム３の粒子が、基材上に担持されている触媒１が挙げられる。また、高オクタン価化触媒として、ロジウムと、シリカ、アルミナ、セリア、ジルコニア、チタニア若しくはマグネシア、又はこれらの任意の組み合わせに係る金属酸化物とを含有し、ロジウムと金属酸化物とが固溶して複合酸化物となっているものを挙げることができる。しかし、本発明の高オクタン価化触媒は、ロジウムが含有されている限り、これらに限定されるものではない。
【００１７】
ここで、図１の触媒１の製造方法としては、まず、金属酸化物粉末を、ロジウム水溶液（硝酸ロジウム水溶液など）に混合、撹拌し、その後この溶液を加熱して乾燥させる。これにより、金属酸化物の表面にロジウムが担持された触媒１の粉末を得ることができる。
【００１８】
また、本発明の高オクタン価化触媒は、図１の触媒１をモノリス担体の内部にコーティングしたものであることが好ましい。具体的には、図２に示すように、複数のセル１４ａを備えるモノリス担体１４の内壁に触媒１がコーティングされているものを使用することが好ましい。これにより、液相燃料と触媒１の接触面積が大幅に向上し、液相燃料を効率的に高オクタン価化することができる。
【００１９】
次に、本発明の燃料改質装置について説明する。本発明の燃料改質装置は、熱の発生を伴い作動する内燃機関の燃料改質装置である。そして当該燃料改質装置は、酸素存在下において液相燃料のオクタン価を高める高オクタン価化触媒を有する高オクタン価化触媒装置と、高オクタン価化触媒装置に空気（酸素）を供給する空気供給器（酸素供給器）と、を備えるものである。このような構成とすることにより、液相燃料のオクタン価をより高めることができ、これを備えた内燃機関の燃焼特性を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の燃料改質装置においては、空気供給器が、液相燃料の分子数に対する酸素分子数の比（酸素分子数／液相燃料の分子数）が０．００５〜１．０となるように、高オクタン価化触媒装置に酸素を供給するものであることが好ましい。酸素分子数／液相燃料の分子数が０．００５未満であると、オクタン価を高めることができないことがあり、１．０を超えると、液相燃料が燃焼してしまうことがある。
【００２１】
更に、本発明の燃料改質装置においては、原燃料を気相燃料と液相燃料とに分離する気液分離器と、気相燃料を高分子量化する高分子量化触媒を有する高分子量化触媒装置と、を備え、気液分離器の下流側に、高オクタン価化触媒装置と、高分子量化触媒装置とが設けられているものであることが望ましい。このような構成とすることにより、気相燃料の分子量を向上させることができ、ノッキングを抑制し得るなど燃焼特性をより向上させることが可能となる。ここで、「高分子量化」とは、気相燃料が高分子量化触媒を通過する前後において、気相燃料の分子量を高めることをいう。
【００２２】
また、本発明の燃料改質装置においては、高オクタン価化触媒装置の下流側に、二酸化炭素検出器、一酸化炭素検出器若しくはアルデヒド検出器、又はこれらの任意の組み合わせに係るものを備えることが望ましい。このような構成とすることにより、液相燃料のオクタン価を効率良く高めることができる。二酸化炭素検出器として、例えば赤外線吸収型の二酸化炭素検出器や固体電解質型の二酸化炭素検出器などを適用することができる。これらはいずれか一方又は双方を用いることができる。
【００２３】
また、本発明の燃料改質装置においては、触媒装置下流に設置された二酸化炭素検出器が、予め設定された限界二酸化炭素濃度であると判断したときに、空気供給器が、空気供給量を低減するものであることが望ましい。このような構成とすることにより、液相燃料の過度な酸化による焼損を防ぐことができるため、液相燃料のオクタン価を効率良く高めることができる。更に、本発明の燃料改質装置においては、上記の限界二酸化炭素濃度は、高オクタン価化触媒装置の出口側において３体積％以下であることが好ましく、１体積％以下であることがより好ましい。限界二酸化炭素濃度が３体積％超である場合には、液相燃料の燃焼が促進されていることがある。
【００２４】
更に、本発明の燃料改質装置においては、高オクタン価化触媒装置の下流側に、温度測定器を備えるものであることが望ましい。本装置では触媒内部で発熱反応と、吸熱反応が併発若しくは逐次的に進行する場合があり、過度な反応を監視するためにも上記温度測定器を有することが好ましい。上記温度測定器としては、熱電対を使用することができる。
【００２５】
更にまた、本発明の燃料改質装置においては、内燃機関が発生する熱を回収すると共に、高オクタン価化触媒装置を加熱する熱交換器を備えるものであることが望ましい。廃熱が回収できるため全体的なエネルギー効率を向上させることができると共に、燃料改質装置を小型化し得るという副次的効果も奏する。なお、本発明においては、内燃機関が発生する熱には、その排気系が発生する熱を含むものとし、その排気系には、排気系に設けられた排気触媒コンバータなども含むものとする。
【００２６】
次に、本発明の内燃機関について説明する。上述の如く、本発明の内燃機関は、上記本発明の燃料改質装置を具備するものである。このような構成とすることにより、ノッキングが抑制されるなどの燃焼特性が向上したものとなる。
【００２７】
次に、本発明の内燃機関の実施形態を、図面を用いて説明する。
【００２８】
（第一実施形態）
図３は、本発明における内燃機関の第一実施形態の構成を示す概略図である。同図に示すように、本実施形態の内燃機関は、酸素存在下において液相燃料のオクタン価を高める高オクタン価化触媒１２を有する高オクタン価化触媒装置１０と、高オクタン価化触媒装置に酸素を供給する空気供給器の一部である第一空気供給路２０と、内燃機関の一例であるエンジン３０と、を備えている。高オクタン価化触媒装置１０は、上述の高オクタン価化触媒１２と、高オクタン価化触媒１２を内部で保持するケーシング１１と、を備えている。そして、高オクタン価化触媒装置１０は、後述する燃料タンク４０とエンジン３０とを連通する液相燃料供給路２２上に設けられている。更に、高オクタン価化触媒装置１０の上流側で、かつ液相燃料供給路２２上には、液相燃料を気化する気化器２４が設けられている。気化器２４としては、液相燃料を噴霧して気化するインジェクタを使用することができる。また、気化器２４と高オクタン価化触媒装置１０の間の液相燃料供給路２２には、上記第一空気供給路２０が接続されている。更に、高オクタン価化触媒装置１０とエンジン３０との間の液相燃料供給路２２には、第二空気供給路５２が接続されている。
【００２９】
本実施形態の動作について説明する。本実施形態の内燃機関では、まず液相燃料が液相燃料供給路２２を通じて気化器２４に供給される。そして液相燃料は気化器２４により気化され、その後、高オクタン価化触媒装置１０に供給される。更に、高オクタン価化触媒装置１０には、第一空気供給路２０から空気（酸素）が供給される。供給された液相燃料及び酸素は高オクタン価化触媒１２のロジウムと接触することにより、液相燃料が変換され、高オクタン価化される。高オクタン価化された液相燃料は、第二空気供給路５２から供給された空気と混合され、エンジン３０に供給される。本実施形態の内燃機関では、高オクタン価化触媒装置１０により、液相燃料のオクタン価が高められるため、ノッキングを抑制し、燃焼特性を向上させることができる。
【００３０】
なお、図３では、気化器２４を、第一空気供給路２０及び液相燃料供給路２２の接続部の上流側に設けた。しかし、本実施形態では、図４に示すように、気化器２４を第一空気供給路２０及び液相燃料供給路２２の接続部と、高オクタン価化触媒装置１０との間に設けてもよい。
【００３１】
（第二実施形態）
図５は、本発明における内燃機関の第二実施形態の構成を示す概略図である。同図に示すように、本実施形態の内燃機関は、高オクタン価化触媒を有する高オクタン価化触媒装置１０と、空気供給器である空気供給路２０及びコンプレッサ５０と、エンジン３０と、燃料タンク４０と、を備える。燃料タンク４０には、軽油やガソリン、バイオマスエタノールなどのアルコール燃料等、液相燃料たる原燃料が貯蔵されている。コンプレッサ５０は、上記第二空気供給路５２にも接続されており、圧縮空気をエンジン３０に供給する。そして、本実施形態の内燃機関では、高オクタン価化触媒装置１０が、エンジン３０の上部に設けられ、シリンダーブロック及びシリンダーヘッド中の冷却水が満たされたウォータージャケット３２の近傍に設けられている。ウォータージャケット３２はエンジンの熱エネルギにより加熱されていることから、この近傍に高オクタン価化触媒を１２を設けることにより、ウォータージャケット３２からの伝熱によって触媒１２が温められ、ロジウムの触媒活性を向上させることができる。
【００３２】
本実施形態の動作について説明する。本実施形態の内燃機関では、まず液相燃料が液相燃料供給路２２を通じて気化器２４に供給される。そして液相燃料は気化器２４により気化され、その後、高オクタン価化触媒装置１０に供給される。更に、高オクタン価化触媒装置１０には、第一空気供給路２０から空気（酸素）が供給される。供給された液相燃料及び酸素は、ウォータージャケット３２により加熱された高オクタン価化触媒１２のロジウムと接触することにより、液相燃料が変換され、高オクタン価化される。高オクタン価化された液相燃料は、第二空気供給路５２から供給された空気と混合され、エンジン３０に供給される。本実施形態の内燃機関では、加熱された高オクタン価化触媒装置１０により、第一実施形態に比べ、より液相燃料のオクタン価が高められるため、ノッキングを抑制し、燃焼特性を向上させることができる。
【００３３】
（第三実施形態）
図６は、本発明における内燃機関の第三実施形態の構成を示す概略図である。同図に示すように、本実施形態の内燃機関は、高オクタン価化触媒１２を有する高オクタン価化触媒装置１０と、空気供給器である空気供給路２０及びコンプレッサ５０と、エンジン３０と、燃料タンク４０と、気液分離器６０、気化器７０と、排気触媒コンバータ８０と、を備える。燃料タンク４０には、原燃料として軽油やガソリン、バイオマスエタノールなどのアルコール燃料等が貯蔵されている。そして、気液分離器６０は、原燃料を気相燃料と液相燃料とに分離する機能を有する。気液分離器６０としては、従来のものを使用することができる。しかし、図示しないが、気液分離器６０は、燃料タンクを兼ねていてもよい。つまり、燃料タンクの上部から気相燃料を取出し、下部から液相燃料を取出することができる。このように、燃料タンクの空間部分を気液分離器として機能させる構成とすることにより、部品数を少なくすることができる。気化器７０は、気相燃料、液相燃料及び空気を混合し、更に混合気を気化する機能を有する。気化器７０としては、排気ガスの熱により液相燃料を気化する装置を用いることができる。排気触媒コンバータ８０は、エンジン３０から排出される排気ガス中の炭化水素及び一酸化炭素を酸化して、二酸化炭素及び水に変換し、更に排気ガス中の窒素酸化物を還元して窒素に変換する機能を有する。
【００３４】
本実施形態の動作について説明する。本実施形態の内燃機関では、まず、原燃料が原燃料供給路２８を通じて燃料タンク４０から気液分離器６０に送給される。供給された原燃料は、気相分離器６０において気相燃料と液相燃料とに分離される。原燃料がガソリンの場合、ガソリンは沸点が３００〜４９０Ｋの石油留分であり、パラフィン、オレフィン及び芳香族炭化水素など複数の成分が含有されていることから、気相分離器６０において、気相成分と液相成分が容易に分離される。分離された気相燃料は、気相燃料供給路２６を通じて気化器７０に供給される。次に分離された液相燃料は、液相燃料供給路２２を通じて気化器２４に供給される。そして、液相燃料は気化器２４により気化され、その後、高オクタン価化触媒装置１０に供給される。更に、高オクタン価化触媒装置１０には、第一空気供給路２０から空気（酸素）が供給される。供給された液相燃料及び酸素は高オクタン価化触媒１２のロジウムと接触することにより、液相燃料が変換され、高オクタン価化される。高オクタン価化された液相燃料は、液相燃料供給路２２を通じて気化器７０に供給される。一方、コンプレッサ５０により圧縮された空気も空気供給路５２を通じて気化器７０に送給される。その後、高オクタン価化された液相燃料と、気相燃料と、空気とが、気化器７０において混合され、更に気化される。そして、気化された液相燃料と気相燃料と空気との混合ガスがエンジン３０に供給される。混合ガスは、エンジン３０において燃焼し、排気ガスとなる。排気ガスは、排気触媒コンバータ８０を通過して、浄化されて外部に排出される。
【００３５】
なお、高オクタン価化された液相燃料と気相燃料は、次のように、運転状況に応じてエンジン３０に供給することが好ましい。まず、エンジン３０の負荷が低く、しかもエンジン回転数が低い領域（通常運転に使用している領域）では、気相燃料を供給する。気相燃料は希薄燃焼が可能で、高圧縮比下でノッキングを起こさない特性から、大幅な燃費向上が可能となる。次に、エンジン負荷が高い領域では、液相燃料を供給する。この領域で気相燃料を使用すると、吸気の充填効率が低下して出力が低下するため、液相燃料でかつ高オクタン価の燃料が好ましい。これら以外の中間の領域では、気相燃料と液相燃料とを併用する。具体的には、主に気相燃料を使用し、不足分として液相燃料を供給する。このように気相燃料と液相燃料を使い分けることによって、いずれの領域においても高圧縮比化を実現でき、熱効率の向上による燃費及び出力の大幅な向上を図ることができる。また、低負荷運転時は気相燃料を使用し、高負荷運転時は液相燃料を使用することで、特に低負荷運転時の燃費の向上と高負荷運転時の出力向上とを高い次元で両立させることができる。なお、エンジン３０への液相燃料及び気相燃料の供給量は、気相燃料供給路２６及び液相燃料供給路２２にそれぞれ設けたバルブ（図示せず）により制御することができる。
【００３６】
（第四実施形態）
図７は、本発明における内燃機関の第四実施形態の構成を示す概略図である。同図に示すように、本実施形態の内燃機関では、図６の第三実施形態の内燃機関における気相燃料供給路２６上に高分子量化触媒装置９０が設けられている。高分子量化触媒装置９０の内部には、気相燃料が通過する前後において、気相燃料の分子量を高める高分子量化触媒９２が設けられている。高分子量化触媒９２は、触媒成分として白金と亜鉛とを含有する触媒であり、更に図２に示すように、白金と亜鉛がモノリス担体の内壁にコーティングされていることが好ましい。モノリス担体を使用することにより、気相燃料と触媒成分の接触面積が大幅に向上し、気相燃料を効率的に高分子量化することができる。
【００３７】
本実施形態の動作について説明する。本実施形態の内燃機関では、まず、燃料タンク４０から気液分離器６０に送給される原燃料は、気液分離器６０において、気相燃料と液相燃料とに分離される。また、液相燃料は、気液分離器６０の下流側に設けられた高オクタン価化触媒装置１０における高オクタン価化触媒１２によって、コンプレッサ５０により圧縮され空気供給路２０により供給された酸素存在下において、オクタン価が高められる。一方、気相燃料は、気液分離器６０の下流側に設けられた高分子量化触媒装置９０における高分子量化触媒９２によって、高分子量化される。更に、液相燃料が高オクタン価化されたものと気相燃料が高分子量化されたものとが気化器７０に送給される。一方、コンプレッサ５０により圧縮された空気（酸素）も気化器７０に送給させる。更にまた、液相燃料が高オクタン価化されたものと気相燃料が高分子量化されたものと酸素とが、気化器７０において気化される。そして、気化された液相燃料が高オクタン価化されたものと気相燃料が高分子量化されたものと外気との混合ガスがエンジン３０に供給される。混合ガスは、エンジン３０において燃焼し、排気ガスとなる。排気ガスは、排気触媒コンバータ８０を通過して、浄化されて排出される。
【００３８】
本実施形態の内燃機関では、気相燃料は高分子量化触媒９２により分子量が高められる。具体的には、炭素数１〜４の低分子量炭化水素を結合させ、炭素数が６〜１０の炭化水素にすることができる。これにより、液相燃料だけでなく、気相燃料のオクタン価を向上させることにより、ノッキングを抑制し得るなど燃焼特性を向上させることができる。
【００３９】
（第五実施形態）
図８は、本発明における内燃機関の第五実施形態の構成を示す概略図である。同図に示すように、本実施形態の内燃機関は、高オクタン価化触媒１２を有する高オクタン価化触媒装置１０と、空気供給器の一部である空気供給路２０と、エンジン３０と、熱交換器９４と、を備える。熱交換器９４は、内燃機関の排気管９６に設けられ、排気ガスの廃熱を回収すると共に、接続された高オクタン価化触媒装置１０を加熱する。高オクタン価化触媒装置１０に供給される液相燃料に対して、空気供給路２０は酸素を含む空気を供給する。そして、液相燃料は、熱交換器により加熱された高オクタン価化触媒装置１０において、高オクタン価化触媒１２によって、高オクタン価化される。そして、液相燃料が高オクタン価化されたものと空気とがエンジン３０に供給される。
【００４０】
本実施形態の内燃機関では、高オクタン価化触媒装置１０における高オクタン価化触媒１２が熱交換器からの伝熱によって加熱されることから、ロジウムの触媒活性を向上させることができる。そのため、加熱された高オクタン価化触媒装置１０により、第一実施形態に比べ、より液相燃料のオクタン価が高められるため、ノッキングを抑制し、燃焼特性を向上させることができる。
【００４１】
（第六実施形態）
図９は、本発明における内燃機関の第六実施形態の構成の一部を示す概略図である。同図に示すように、本実施形態の内燃機関は、高オクタン価化触媒装置１０の下流側に二酸化炭素検出器１００と、温度測定器１１０とを備えたこと以外は、第四実施形態と同様の構成である。
【００４２】
本発明の燃料改質装置は、酸素存在下において液相燃料のオクタン価を高めるものである。そして、燃料改質装置に用いられる高オクタン価化触媒は、ロジウムを含むものである。ロジウムは、酸素存在下において液相燃料のオクタン価を高める性質だけでなく、酸素が過剰に存在する場合、液相燃料を酸化させてしまう性質も有する。従って、本実施形態の内燃機関では、二酸化炭素検出器を高オクタン価化触媒装置１０の下流側に設け、二酸化炭素量を検出し、二酸化炭素量が所定量（３体積％）を超えた場合には、液相燃料のオクタン価化反応よりも酸化反応が促進されていると判断して、高オクタン価化触媒装置１０に導入する空気（酸素）量を減少させる制御を行うことが好ましい。これにより、高オクタン価化触媒装置１０中の酸素量が減少し、液相燃料の酸化反応（燃焼反応）を防止して、高オクタン価化された液相燃料をエンジンに供給することができる。
【００４３】
また、液相燃料の酸化反応が起こっている場合、発熱反応が進行していることから、高オクタン価化触媒装置１０から排出される気体の温度が通常より高くなる。従って、温度測定器により高オクタン価化触媒装置１０の出口温度を測定し、その温度が所定値（例えば７００℃）を超えた場合には、液相燃料のオクタン価化反応よりも酸化反応が促進されていると判断して、高オクタン価化触媒装置１０に導入する空気（酸素）量を減少させる制御を行うことが好ましい。
【００４４】
図１０は、上記第六実施形態における空気供給量制御の一例を説明するフロー図である。本実施形態においては、まず、ＳＴＥＰ１（Ｓ１）に示すように、予め最低空気供給量（Ｆ＊）と、限界二酸化炭素濃度（Ｃ＊）と、限界ガス温度（Ｔ＊）とが設定してある。この最低空気供給量（Ｆ＊）は、ロジウムが液相燃料の高オクタン価化反応を起こす最低空気量である。限界二酸化炭素濃度（Ｃ＊）は、上述の、高オクタン価化触媒装置１０の出口における二酸化炭素濃度の所定値である。更に、限界ガス温度（Ｔ＊）も、上述の、高オクタン価化触媒装置１０の出口における気体温度の所定値である。
【００４５】
次に、ＳＴＥＰ２（Ｓ２）において、空気供給量（Ｆ）、二酸化炭素濃度（Ｃ）及びガス温度（Ｔ）を検出する。空気供給量Ｆは、図示しないが高オクタン価化触媒装置１０の上流側に設けられた流量計などの空気供給量検出器により検出することができる。また、二酸化炭素濃度（Ｃ）及びガス温度（Ｔ）は、上述のように、高オクタン価化触媒装置１０の下流側に設けられた二酸化炭素検出器１００及び温度測定器１１０により検出することができる。
【００４６】
次に、ＳＴＥＰ３（Ｓ３）において、二酸化炭素濃度（Ｃ）が限界二酸化炭素濃度（Ｃ＊）を超えているかどうか、若しくは、ガス温度（Ｔ）が限界ガス温度（Ｔ＊）を超えているか否か判断する。もし、二酸化炭素濃度（Ｃ）が限界二酸化炭素濃度（Ｃ＊）を超えておらず、かつガス温度（Ｔ）が限界ガス温度（Ｔ＊）を超えていない場合には、高オクタン価化反応に異常がないと判断し、空気供給量制御を終了して、通常運転に戻す。しかし、二酸化炭素濃度（Ｃ）が限界二酸化炭素濃度（Ｃ＊）を超えている、若しくは、ガス温度（Ｔ）が限界ガス温度（Ｔ＊）を超えている場合には、高オクタン価化反応に異常が生じ、酸化反応が進行していると判断して、酸化反応を抑制するために、空気供給量Ｆを低減する（Ｓ４）。
【００４７】
次に、ＳＴＥＰ５（Ｓ５）において、空気供給量（Ｆ）が最低空気供給量（Ｆ＊）を超えているか否か判断する。空気供給量（Ｆ）が最低空気供給量（Ｆ＊）を超えている場合には、高オクタン価化反応に異常が無いと判断し、空気供給量制御を終了して、通常運転に戻す。しかし、空気供給量（Ｆ）が最低空気供給量（Ｆ＊）以下と判断した場合には、ＳＴＥＰ６（Ｓ６）に進み、高オクタン価化触媒装置１０への空気の供給を停止し、更に警報フラグを発生し、ドライバに高オクタン価化触媒装置１０の異常を知らせる。つまりＳＴＥＰ６（Ｓ６）に進んだ段階では、空気供給量（Ｆ）を最低空気供給量（Ｆ＊）以下にしても、二酸化炭素濃度（Ｃ）が限界二酸化炭素濃度（Ｃ＊）を超えている、若しくは、ガス温度（Ｔ）が限界ガス温度（Ｔ＊）を超えていることから、燃料改質装置に何かしらの異常が発生した可能性がある。従って、異常を知らされたドライバは点検を行うことにより、早期に燃料改質装置の異常を発見し、修理を行うことが可能となる。
【００４８】
なお、上記実施形態では、液相燃料の酸化反応を検出する手段として二酸化炭素検出器を設けた。しかし、液相燃料の酸化反応により一酸化炭素やアルデヒドも生成することから、一酸化炭素検出器又はアルデヒド検出器を使用してもよい。また、二酸化炭素検出器、一酸化炭素検出器及びアルデヒド検出器を組み合わせて使用してもよい。更に、上記実施形態では、温度測定器を高オクタン価化触媒装置１０の下流側に設置したが、高オクタン価化触媒１２自体の温度を測定するように、触媒１２の内部に設けてもよい。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明を若干の実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
【００５０】
（実施例１）
＜高オクタン価化触媒の作製＞
ＢＥＴ比表面積が１００ｍ２／ｇである酸化アルミニウムを、ロジウム金属含有量が１５質量％である硝酸ロジウムの溶液に含浸し、乾燥・焼成して、ロジウム担持酸化アルミニウム粉末を得た。この粉末のロジウム含有量は２．０質量％であった。
得られたロジウム担持酸化アルミニウムに塗布助剤としてアルミナゾルを加え、ボールミルにて１時間分散させ、スラリーを得た。その後、このスラリーを１平方インチ当たり４００セルを有するコージェライト製ハニカム担体（体積：０．１２Ｌ）に、粉末塗布量が７．２ｇとなるように塗布し、乾燥・焼成して、ロジウム担持酸化アルミニウム触媒を得た。
【００５１】
［性能評価］
上記触媒０．００６Ｌに毎分０．５Ｌの窒素ガス雰囲気下で、毎分０．３ｍＬのイソオクタンを気化した後に供給し、雰囲気温度を調整することで、触媒の温度特性を確認した。
つまり、各温度において、触媒の出口におけるガスをガスクロマトグラフィーにより分析した。得られた結果を図１１（Ａ）に示す。
【００５２】
更に、上記触媒０．００６Ｌに毎分０．５Ｌの空気雰囲気下で、毎分０．３ｍＬのイソオクタンを気化した後に供給し、雰囲気温度を調整することで、触媒の温度特性を確認した。
つまり、各温度において、触媒の出口におけるガスをガスクロマトグラフィーにより分析した。得られた結果を図１１（Ｂ）に示す。
【００５３】
図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）とを比較すると、図１１（Ｂ）より、酸素を微少量供給することにより、イソオクタン（液相燃料）の一部が、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素となり、オクタン価が高められていることが分かる。
また、図１１（Ｂ）より、ＣＯ２も副生するが、温度の上昇と共に、その量が減少していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明における高オクタン価化触媒の例を示す概略図である。
【図２】高オクタン価化触媒をモノリス担体に塗布した状態を示す概略図である。
【図３】本発明における内燃機関の第一実施形態の構成の一例を示す概略図である。
【図４】本発明における内燃機関の第一実施形態の構成の他の例を示す概略図である。
【図５】本発明における内燃機関の第二実施形態の構成を示す概略図である。
【図６】本発明における内燃機関の第三実施形態の構成を示す概略図である。
【図７】本発明における内燃機関の第四実施形態の構成を示す概略図である。
【図８】本発明における内燃機関の第五実施形態の構成を示す概略図である。
【図９】本発明における内燃機関の第六実施形態の構成の一部を示す概略図である。
【図１０】第六実施形態における酸素供給量制御の一例を説明するフロー図である。
【図１１】実施例において、触媒に酸素を供給しない場合及び触媒に酸素を供給した場合のガス成分と触媒入口温度との関係を示すグラフ（Ａ）及び（Ｂ）である。
【符号の説明】
【００５５】
１    高オクタン価化触媒
３    ロジウム
５    金属酸化物
１０    高オクタン価化触媒装置
１１    ケーシング
１２    高オクタン価化触媒
１４    モノリス担体
１４ａ  セル
２０    第一空気供給路
２２    液相燃料供給路
２４    気化器
２６    気相燃料供給路
２８    原燃料供給路
３０    エンジン
３２    ウォータージャケット
４０    燃料タンク
５０    コンプレッサ
５２    第二空気供給路
６０    気液分離器
７０    気化器
８０    排気触媒コンバータ
９０    高分子量化触媒装置
９１    ケーシング
９２    高分子量化触媒
９４    熱交換器
９６    排気管
１００    二酸化炭素検出器
１１０    温度測定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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