(57)【要約】    【課題】  燃料改質器付き内燃機関において、燃料改質時に吸熱反応を伴う場合は、吸熱分の熱量を燃料改質器に供給する必要がある。また、燃料改質時に発熱反応を伴う場合は、反応熱がエネルギーロスとなる。    【解決手段】  排気系３には排気管内の途中に排気燃料触媒４が設けられ、この排気燃料触媒４に近接して、吸熱反応により、高自着火性燃料を低自着火性燃料に変換する第１の燃料改質器５と、発熱反応により、改質ガスを生成する第２の燃料改質器６とを備え、第１の燃料改質器５は、第２の燃料改質器６にて発生する反応熱を受熱し、この反応熱を低自着火性燃料への変換に利用可能な構成とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の特性を変換する燃料改質器を有する内燃機関において、
前記燃料改質器として、吸熱反応により、高自着火性燃料を低自着火性燃料に変換する第１の燃料改質器と、発熱反応により、改質ガスを生成する第２の燃料改質器とを備え、
前記第１の燃料改質器は、前記第２の燃料改質器から受熱可能な構成で配設され、前記第２の燃料改質器における前記発熱反応にて生じる反応熱を受熱し、前記低自着火性燃料を生成することを特徴とする燃料改質器付き内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関の運転状態に応じて、前記内燃機関への、前記低自着火性燃料と、前記改質ガスと、前記高自着火性燃料との供給割合を制御する供給燃料制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項３】
前記供給燃料制御手段は、前記内燃機関が高負荷のときは、前記低自着火性燃料の供給割合を大きくし、中負荷のときは、前記改質ガスの供給割合を大きくし、低負荷のときは、前記高自着火性燃料の供給割合を大きくすることを特徴とする請求項２記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項４】
前記第１の燃料改質器にて生成された前記低自着火性燃料を貯留する補助燃料タンクを有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項５】
前記補助燃料タンク内の低自着火性燃料残量を検知する補助燃料タンク燃料残量検知手段と、この補助燃料タンク残量検知手段により検出された前記低自着火性燃料残量を基に前記第１の燃料改質器へ供給する前記高自着火性燃料の供給量を制御する改質器燃料供給制御手段とを有し、前記補助燃料タンク残量検出手段により検出された前記低自着火性燃料残量が所定値より少ない場合には、前記改質器燃料供給制御手段により前記第１の燃料改質器へ供給する前記高自着火性燃料の供給量を増加させ、前記吸熱反応により前記低自着火性燃料を生成し、前記補助燃料タンク内に補充することを特徴とする請求項４記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項６】
前記補助燃料タンク内の前記低自着火性燃料残量を検知する補助燃料タンク燃料残量検知手段を有し、この補助燃料タンク燃料残量検知手段により検出された前記低自着火性燃料残量が所定値より少ない場合には、前記供給燃料制御手段にて、前記改質ガスにより前記内燃機関を運転する負荷範囲を拡大するように制御することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項７】
前記補助燃料タンク内の前記低自着火性燃料残量を検知する補助燃料タンク燃料残量検知手段を有し、この補助燃料タンク燃料残量検知手段により検出された前記低自着火性燃料残量が所定値より多い場合には、前記供給燃料制御手段にて、前記改質ガスにより前記内燃機関を運転する負荷範囲を縮小するように制御することを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１つに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項８】
前記内燃機関の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、前記内燃機関が高負荷であるほど圧縮比を小さくし、低負荷であるほど圧縮比を大きくするように制御する圧縮比制御手段とを有し、前記補助燃料タンク内の前記低自着火性燃料残量が所定値より少ない場合には、前記圧縮比制御手段にて、前記内燃機関の高負荷時の所定の圧縮比よりもさらに小さい圧縮比となるように制御することを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１つに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項９】
前記内燃機関の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構と、前記内燃機関が高負荷であるほど圧縮比を小さくし、低負荷であるほど圧縮比を大きくするように制御する圧縮比制御手段とを有し、前記補助燃料タンク内の前記低自着火性燃料残量が所定値より多い場合には、前記圧縮比制御手段にて、前記内燃機関の高負荷時の所定の圧縮比よりも大きい圧縮比となるように制御することを特徴とする請求項５〜請求項８のいずれか１つに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１０】
前記第１の燃料改質器内の温度を検知する改質器温度検知手段と、前記第１の燃料改質器内の温度が所定値以上の場合にのみ、前記吸熱反応を行うように制御する吸熱反応制御手段とを有することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１１】
前記第１の燃料改質器は、前記内燃機関の排気から受熱可能な構成で配設されることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１２】
前記第２の燃料改質器は、前記内燃機関の排気から受熱可能な構成で配設されることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１３】
前記第１及び第２の燃料改質器は、前記内燃機関の排気管内に内包して配設されることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１４】
前記第１及び第２の燃料改質器は、前記内燃機関の排気管内に設けられる排気浄化触媒に近接して配設されることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか１つに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１５】
前記第１及び第２の燃料改質器と前記排気浄化触媒とは、外側から内側に向け、前記排気浄化触媒、前記第１の燃料改質器、前記第２の燃料改質器の順に近接して形成されていることを特徴とする請求項１４記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１６】
前記第１及び第２の燃料改質器と前記排気浄化触媒とは、外側から内側に向け、前記第２の燃料改質器、前記排気浄化触媒、前記第１の燃料改質器の順に近接して形成されていることを特徴とする請求項１４記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１７】
前記内燃機関の排気管内において、前記第１の燃料改質器は、前記第２の燃料改質器の下流に配設され、前記第２の燃料改質器の前記発熱反応にて生じる反応熱が排気を介して前記第１の燃料改質器へと伝熱されることを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１８】
前記第２の燃料改質器の流出口と前記第１の燃料改質器の流入口が接続された構成を有し、前記第１の燃料改質器の下流に、前記第１の燃料改質器にて生成された低自着火性燃料と、前記第２の燃料改質器にて生成された改質ガスとを分離する分離装置を有することを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１つに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１９】
前記低自着火性燃料と前記改質ガスの生成比率を、前記第２の燃料改質器へ供給される前記高自着火性燃料と酸素との比率により制御する生成比率制御手段を有することを特徴とする請求項１８記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項２０】
前記第１の燃料改質器における前記吸熱反応は、脱水素反応、分解反応、異性化反応、環化反応の少なくとも１つによることを特徴とする請求項１〜請求項１９のいずれか１つに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項２１】
前記第２の燃料改質器における前記発熱反応は、部分酸化反応であり、前記改質ガスは、水素と一酸化炭素とを主成分とすることを特徴とする請求項１〜請求項２０のいずれか１つに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項２２】
前記第２の燃料改質器は、ロジウムを含む触媒を用いることを特徴とする請求項１〜請求項２１のいずれか１つに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料改質器付き内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関（以下、「機関」と称する）においては、ノッキングの発生が機関の出力向上の妨げになることが知られている。ノッキングは、燃焼室内で自着火により生じる異常燃焼の一種であり、自着火性の低い燃料を用いることにより回避することが可能である。燃料の自着火性を示す指標としてはオクタン価があり、オクタン価が高いほど、燃料の自着火性は低くなる。
【０００３】
燃料の特性を変換する手段としては、主に触媒を用いる燃料改質技術がある。この燃料改質技術により、燃料の自着火性を変換して高オクタン価燃料を生成することにより、ノッキングを回避しつつ機関の出力を向上させることができると共に、より安価な低オクタン価燃料を使用することができるという利点がある。特許文献１では、燃料改質器にて、液体燃料の少なくとも一部を、脱水素環化反応により芳香族炭化水素に富む高オクタン価の液体燃料へと変換し、機関に供給すると共に、脱水素環化反応により副生成物として得られる水素を中心とした改質ガスを燃焼させ、燃料改質器の加熱に利用している。
【０００４】
一方、前記燃料改質技術により、改質ガスを生成するものが知られている。特許文献２では、燃料改質器にて、炭化水素燃料を部分酸化反応などにより改質し、水素及び一酸化炭素を主成分とする改質ガスを生成している。この改質ガスは、高オクタン価燃料に比べ、体積あたりの発熱量が小さいため、機関の出力向上には不適であるが、燃焼速度が大きいため、希薄燃焼により機関を中負荷にて運転するときに適した燃料である。
【特許文献１】特開２００３−１８４６６７号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記燃料改質技術により高オクタン価燃料を生成して機関の出力向上を図る場合において問題となるのは、燃料改質時の反応温度として高温（数百℃）を必要とすることである。この反応温度に達しなければ十分な反応速度が得られない。また、改質反応が吸熱反応である場合には、吸熱分の熱量を燃料改質器に供給し続ける必要がある。
【０００６】
このため、特許文献１では、脱水素環化反応により副生成物として得られる改質ガスを燃焼させ、燃料改質器の加熱に利用している。
【０００７】
しかしながら、脱水素環化反応により得られる改質ガス（副生成物）を燃焼させ、燃料改質器の加熱のために利用することで、当初燃料が有していたエネルギーの一部を失うため、機関の出力や総合熱効率の向上の妨げとなる。
【０００８】
また、機関の出力向上を目指した高オクタン価燃料を生成するための改質反応として、脱水素によらない異性化反応や分解反応など、副生成物が生成されない反応が知られている。これら反応は吸熱反応であるため、吸熱分の熱量を燃料改質器に供給し続ける必要がある。
【０００９】
一方、特許文献２に記載のように、部分酸化反応により水素や一酸化炭素などで構成される改質ガスを生成するときに必要とされる反応温度は、高オクタン価燃料への燃料改質時の反応温度と比べて低く、また、部分酸化反応は発熱反応であることから、改質ガスへの燃料改質時における反応温度を維持することは、高オクタン価燃料への燃料改質時と比べて容易である。
【００１０】
しかしながら、改質ガスへの燃料改質は発熱反応であり、当初燃料が有していたエネルギーの一部は反応熱として失われるため、改質ガスへの燃料改質を多用すると、機関の総合熱効率の低下を生じかねない。
【００１１】
本発明はかかる問題に鑑みなされたものであり、特性の異なる２種類の燃料改質器を組み合わせ、総合熱効率を高く維持すると共に、機関の出力増大を図る手法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そのため本発明では、特性の異なる２種類の燃料改質器として、吸熱反応により、高自着火性燃料（低オクタン価燃料）を低自着火性燃料（高オクタン価燃料）に変換する第１の燃料改質器と、発熱反応により、改質ガスを生成する第２の燃料改質器とを備える。そして、第１の燃料改質器は、第２の燃料改質器における発熱反応により生じる反応熱を受熱し、この反応熱を吸熱反応に利用して、低自着火性燃料（高オクタン価燃料）を生成することができるように配設される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第２の燃料改質器における発熱反応により生じる反応熱を第１の燃料改質器にて回収することができるため、機関の総合熱効率を高く維持することができるだけでなく、第１の燃料改質器にて燃料改質時に必要とされる反応温度を高く維持することができるので、低自着火性燃料（高オクタン価燃料）の生成が促進され、ノッキング等の異常燃焼を回避しつつ、機関の出力向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態における燃料改質器付き内燃機関のシステム図である。
【００１６】
エンジン１は吸気系２と排気系３とを有する。
【００１７】
排気系３には排気管の途中に排気浄化触媒４が設けられ、この排気浄化触媒４に近接して、後述する第１の燃料改質器５と第２の燃料改質器６とが一体に形成され、排気熱を受熱できる構成となっている。
【００１８】
また、燃料タンク７には、外部より給油される低オクタン価燃料が貯留されており、この低オクタン価燃料は、燃料ポンプ８により、エンジン１の吸気系２と、第１の燃料改質器５と、第２の燃料改質器６とに供給される。
【００１９】
第１の燃料改質器５は、触媒（白金系触媒など）を利用した燃料変換器であり、ｎ−パラフィンに代表される低オクタン価燃料を脱水素反応、環化反応、異性化反応、分解反応などにより、機関の高負荷運転に適する高オクタン価燃料へと変換する。燃料改質時の反応温度は３５０〜５５０℃である。反応例として、ｎ−ヘプタンを第１の燃料改質器５にて吸熱反応により燃料改質するときは、以下のような熱化学方程式になる（吸熱量＝Ｑ１）。
【００２０】
Ｃ７Ｈ１６＋Ｑ１＝Ｃ７Ｈ８＋４Ｈ２
第１の燃料改質器５には、その温度を検知する温度センサ９（改質器温度検知手段）が配設されている。この温度センサ９にて検知される温度が所定値以上の場合にのみ、前記吸熱反応を行うように、エンジンコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」と称する；図示せず）に備えられた吸熱反応制御手段（図示せず）にて、第１の燃料改質器５に供給する低オクタン価燃料量を制御する。
【００２１】
第１の燃料改質器５にて生成された高オクタン価燃料は、小容量の補助燃料タンク１０内に貯留される。補助燃料タンク１０内にはその燃料残量を検知するための液面センサ１１（補助燃料タンク燃料残量検知手段）が配設されている。この液面センサ１１で検知される燃料残量が所定値より少ない場合には、前記ＥＣＵに備えられた改質器燃料供給制御手段（図示せず）により、第１の燃料改質器５に供給する低オクタン価燃料量を増加させるように制御し、前記吸熱反応により高オクタン価燃料を生成して、補助燃料タンク１０内に補充する。
【００２２】
補助燃料タンク１０に貯留された高オクタン価燃料は、吸気系２へと供給される。
【００２３】
第２の燃料改質器６は、触媒（ロジウム系触媒など）を利用した燃料変換器であり、少量の空気と共に供給された低オクタン価燃料を部分酸化反応などにより水素及び一酸化炭素を主成分とする改質ガスへと変換する。燃料改質時の反応温度は２００〜４００℃である。反応例として、ｎ−ヘプタンを第２の燃料改質器６にて発熱反応により燃料改質するときは、以下のような熱化学方程式になる（発熱量＝Ｑ２）。
【００２４】
Ｃ７Ｈ１６＋３．５（Ｏ２＋３．７７３Ｎ２）
＝７ＣＯ＋８Ｈ２＋（３．５×３．７７３）Ｎ２＋Ｑ２
第２の燃料改質器６にて生成された水素及び一酸化炭素を主成分とする改質ガスは、吸気系２へと供給される。
【００２５】
尚、図１において、低オクタン価燃料と改質ガスと高オクタン価燃料とを吸気系２に供給しているが、これら燃料の供給には燃料インジェクタ（図示せず）を用いる。また、これら燃料の供給先は、吸気マニホールドのコレクタ部やブランチ部の他、エンジン１内の燃焼室への直接供給としてもよい。
【００２６】
図２は、本実施形態における燃料改質器の構成を示す図である。
【００２７】
排気系３の排気管内に排気浄化触媒４と第１の燃料改質器５と第２の燃料改質器６とが３重に構成され、外側から内側に向け、排気浄化触媒４、第１の燃料改質器５、第２の燃料改質器６の順に配設されている。それぞれの作動流体は互いに混じり合うことは無く、また、第１の燃料改質器５は排気浄化触媒４と第２の燃料改質器６とから熱伝導により受熱可能な構成となっている。第１の燃料改質器５は、その改質反応のために高温（３５０〜５５０℃）を必要とするが、外側の排気浄化触媒４からエンジン１の排気熱を供給されることと、内側の第２の燃料改質器６から部分酸化反応に伴う反応熱を供給されることで、改質反応に必要な温度が維持される。
【００２８】
また、図２の変形例として、排気浄化触媒４と第１の燃料改質器５と第２の燃料改質器６とは３重に構成され、外側から内側に向け、第２の燃料改質器６、排気浄化触媒４、第１の燃料改質器５の順に配設されるものも考えられる。
【００２９】
図３は、本実施形態における内燃機関の燃料供給モードを示す図である。
【００３０】
前記ＥＣＵは、エンジン１の運転状況に応じて、エンジン１への、低オクタン価燃料と改質ガスと高オクタン価燃料との供給割合（燃料比）を制御する供給燃料制御手段を備えている。この供給燃料制御手段は、図３に示された燃料供給モードを基に、機関負荷に応じた燃料比を設定し、制御を行う。エンジン１が低負荷のときは、燃料タンク７内の低オクタン価燃料をエンジン１に供給し、未燃率を低減して総合熱効率の向上を図る。エンジン１が中負荷のときは、第２の燃料改質器６により生成された改質ガスによる希薄燃焼を行う。水素に富む改質ガスは燃焼速度が大きく、希薄燃焼に適するからである。エンジン１が高負荷のときは、第１の燃料改質器５にて生成された高オクタン価燃料を用いてノッキング等の異常燃焼を回避しつつ、機関出力の向上を図る。
【００３１】
図４は、本実施形態における補助燃料タンク内の高オクタン価燃料残量に応じた、内燃機関の燃料供給モードを示す図である。
【００３２】
前記供給燃料制御手段は、補助燃料タンク１０内の高オクタン価燃料残量を液面センサ１１にて検知した結果と、図４に示された燃料供給モードとを基に、機関負荷に応じた燃料比を設定し、制御を行う。
【００３３】
補助燃料タンク１０内の高オクタン価燃料残量が所定値より少ない場合には、改質ガスを使用する燃料供給モード域を拡大し（図４の（Ａ））、第２の燃料改質器６における発熱反応により生じる反応熱を第１の燃料改質器５にて利用し、高オクタン価燃料の生成を促進する。逆に、補助燃料タンク１０内の高オクタン価燃料残量が所定値より多い場合は、改質ガスを使用する燃料供給モード域を縮小する（図４の（Ｂ））。第２の燃料改質器６における燃料改質（発熱反応）を減少させることで、機関の総合熱効率の低下を防止するためである。
【００３４】
図５は、本実施形態における機関負荷に対する圧縮比の設定を示す図である。
【００３５】
本実施形態においては、エンジン１の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構（図示せず）を有しており、この可変圧縮比機構を用い、機関負荷に応じて圧縮比を制御する圧縮比制御手段（図示せず）を前記ＥＣＵに備えている。この圧縮比制御手段は、図５に示された機関負荷に対する圧縮比の設定値に基づいて、圧縮比の制御を行う。エンジン１が低負荷であるときは、総合熱効率を向上するため、圧縮比を上げ、逆に、高負荷であるときは、ノッキング等の異常燃焼回避のため、圧縮比を下げる設定となっている。
【００３６】
図６は、本実施形態における補助燃料タンク内の高オクタン価燃料残量に応じた、機関負荷に対する圧縮比の設定を示す図である。
【００３７】
前記圧縮比制御手段は、補助燃料タンク１０内の高オクタン価燃料残量を液面センサ１１にて検知した結果と、図６に示された機関負荷に対する圧縮比の設定値とを基に、圧縮比の制御を行う。
【００３８】
補助燃料タンク１０内の高オクタン価燃料残量が所定値より少ない場合は、エンジン１への高オクタン価燃料の供給量減少に伴うノッキング等の異常燃焼を回避するため、高負荷時における所定の圧縮比よりもさらに小さい値で圧縮比を制御する（図６（Ａ））。逆に、補助燃料タンク１０内の高オクタン価燃料残量が所定値より多い場合は、エンジン１への高オクタン価燃料の供給量に余裕があり、ノッキング等の異常燃焼が発生しにくいため、高負荷時における所定の圧縮比よりも大きい値で圧縮比を制御する（図６（Ｂ））。
【００３９】
図７は、本実施形態における供給燃料制御及び圧縮比制御のフローを示す図である。
【００４０】
本実施形態において、ＥＣＵは、前述のとおり、吸熱反応制御手段と、改質器燃料供給制御手段と、供給燃料制御手段と、圧縮比制御手段とを有しているが、図７においては、供給燃料制御手段と圧縮比制御手段についてのフローを示す。
【００４１】
ＥＣＵはステップＳ０２にて各種センサからの信号を読み込み、ステップＳ０３にて機関負荷や回転速度といった運転状態を判断する。次に、液面センサ１１で検知した結果を基に、ステップＳ０４にて補助燃料タンク１０内の高オクタン価燃料残量を判断し、ステップＳ０５に進む。ステップＳ０５において、補助燃料タンク１０内の高オクタン価燃料残量が所定値より少ない場合には、「不足」と判断し、ステップＳ１６にて、燃料供給モードテーブル（図４の（Ａ））を読み込み、ステップＳ１７にて、圧縮比テーブル（図６の（Ａ））を読み込み、ステップＳ０８にて圧縮比制御手段により圧縮比を制御し、ステップＳ０９にて供給燃料制御手段によりエンジン１への供給燃料を制御する。また、ステップＳ０５において、補助燃料タンク１０内の高オクタン価燃料残量が所定値より多い場合には、「十分」と判断し、ステップＳ２６にて、燃料供給モードテーブル（図４の（Ｂ））を読み込み、ステップＳ２７にて、圧縮比テーブル（図６の（Ｂ））を読み込み、ステップＳ０８にて圧縮比制御手段により圧縮比を制御し、ステップＳ０９にて供給燃料制御手段によりエンジン１への供給燃料を制御する。また、ステップＳ０５において、補助燃料タンク１０内の高オクタン価燃料残量について「不足」又は「十分」と判断できない場合は「中間」とし、ステップＳ３６にて、燃料供給モードテーブル（図３）を読み込み、ステップＳ３７にて、圧縮比テーブル（図５）を読み込み、ステップＳ０８にて圧縮比制御手段により圧縮比を制御し、ステップＳ０９にて供給燃料制御手段によりエンジン１への供給燃料を制御する。
【００４２】
本実施形態によれば、第１の燃料改質器５と第２の燃料改質器６とが一体に形成される構成を有しているので、第２の燃料改質器６における発熱反応で生じる反応熱を利用し、第１の燃料改質器５での改質反応に必要な反応温度を高く維持することが可能となり、低自着性燃料（高オクタン価燃料）の生成を促進することができ、ノッキング等の異常燃焼を回避しつつ、機関の出力向上を実現することができる。
【００４３】
また本実施形態によれば、第１の燃料改質器５と第２の燃料改質器６とが一体に形成される構成を有しているので、第２の燃料改質器６における発熱反応で生じる反応熱を第１の燃料改質器５にて回収することで、機関の総合熱効率を高く維持することができる。
【００４４】
また本実施形態によれば、機関の運転状況に応じて、機関への、高自着火性燃料（低オクタン価燃料）と改質ガスと低自着火性燃料（高オクタン価燃料）との供給割合（燃料比）を制御する供給燃料制御手段を備えているため、機関が低負荷のときは、高自着火性燃料（低オクタン価燃料）により未燃率を低減して熱効率を高め、中負荷のときは、水素を多く含む、燃焼速度の速い改質ガスを燃料とした希薄燃焼により、高効率と低エミッションとを実現し、高負荷のときは、低自着火性燃料（高オクタン価燃料）により、機関の出力を向上することができる。
【００４５】
また本実施形態によれば、第１の燃料改質器５にて生成された低自着火性燃料（高オクタン価燃料）は、小容量の補助燃料タンク１０内に貯留されるため、機関の急激な高負荷要求に対しても、低自着火性燃料（高オクタン燃料）を遅れなく供給することができ、また、機関が中負荷のときに改質ガスを使用している場合においても、低自着火性燃料（高オクタン価燃料）を生成し、高負荷での使用に備えることができる。
【００４６】
また本実施形態によれば、補助燃料タンク１０内にはその燃料残量を検知するための液面センサ１１（補助燃料タンク燃料残量検知手段）が配設され、この液面センサ１１で検知される燃料残量が所定値より少ない場合には、ＥＣＵに備えられた改質器燃料供給制御手段により、第１の燃料改質器５に供給する高自着火性燃料量（低オクタン価燃料量）を増加させるように制御し、低自着火性燃料（高オクタン価燃料）を生成して、補助燃料タンク１０内に補充するため、低自着火性燃料（高オクタン価燃料）の残量不足による加速不良等を回避することができる。
【００４７】
また本実施形態によれば、排気系３には排気管内に排気浄化触媒４が設けられ、この排気浄化触媒４に近接して、第１の燃料改質器５と第２の燃料改質器６とが一体に形成され、排気熱を受熱できる構成となっているので、第１の燃料改質器５及び第２の燃料改質器の昇温効果が高まり、各燃料改質器において燃料改質するのに必要とされる反応温度を保持することができる。また、各燃料改質器が排気熱の一部を回収することで、機関の総合熱効率を向上することができる。さらに、排気浄化触媒４に近接して、第１の燃料改質器５と第２の燃料改質器６とを一体化することにより、低コスト化、小型化、軽量化が実現できる。
【００４８】
また本実施形態によれば、排気系３の排気管内に排気浄化触媒４と第１の燃料改質器５と第２の燃料改質器６とが３重に構成され、外側から内側に向け、排気浄化触媒４、第１の燃料改質器５、第２の燃料改質器６の順に配設されているので、反応温度として高温を最も必要とする第１の燃料改質器５に対し、排気浄化触媒４と第２の燃料改質器６との両方から伝熱し、第１の燃料改質器５が必要とする反応温度を維持することができる。
【００４９】
また本実施形態によれば、排気系３の排気管内に排気浄化触媒４と第１の燃料改質器５と第２の燃料改質器６とは３重に構成され、外側から内側に向け、第２の燃料改質器６、排気浄化触媒４、第１の燃料改質器５の順に配設されているので、反応温度として高温を最も必要とする第１の燃料改質器５に対し、排気浄化触媒４と第２の燃料改質器６の両方から伝熱し、第１の燃料改質器５が必要とする反応温度を維持することができると共に、第２の燃料改質器６が過剰な高温となることを回避することもできる。
【００５０】
また本実施形態によれば、機関の運転状況に応じて、機関への、高自着火性燃料（低オクタン価燃料）と改質ガスと低自着火性燃料（高オクタン価燃料）との供給割合（燃料比）を制御する供給燃料制御手段を備えているため、補助燃料タンク１０内の低自着火性燃料（高オクタン価燃料）残量が所定値より少ない場合には、改質ガスによる燃料供給モード域を拡大し（すなわち、改質ガスにより内燃機関を運転する負荷範囲を拡大し）、第２の燃料改質器６における発熱反応により生じる反応熱を第１の燃料改質器５にて利用し、低自着火性燃料（高オクタン価燃料）の生成を促進することにより、低自着火性燃料（高オクタン価燃料）の残量不足を解消することができる。
【００５１】
また本実施形態によれば、機関の運転状況に応じて、機関への、高自着火性燃料（低オクタン価燃料）と改質ガスと低自着火性燃料（高オクタン価燃料）との供給割合（燃料比）を制御する供給燃料制御手段を備えているため、補助燃料タンク１０内の低自着火性燃料（高オクタン価燃料）残量が所定値より多い場合には、改質ガスによる燃料供給モード域を縮小し（すなわち、改質ガスにより内燃機関を運転する負荷範囲を縮小し）、第２の燃料改質器６における発熱反応によるエネルギーロスを最小限とし、機関の総合熱効率の低下を防止することができる。
【００５２】
また本実施形態によれば、第１の燃料変換器５には、その温度を検知する温度センサ９（改質器温度検知手段）が配設され、この温度センサ９にて検知される温度が所定値以上の場合にのみ、改質反応（吸熱反応）を行うように、ＥＣＵに備えられた吸熱反応制御手段にて、第１の燃料改質器５に供給する低オクタン価燃料量を制御するので、第１の燃料改質器５内の温度が所定値以上でない場合に高自着火性燃料（低オクタン価燃料）が供給され、低自着火性燃料（高オクタン価燃料）への変換が十分に行われないことに起因した、機関の高負荷時のノッキングの発生等を回避することができる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、エンジン１の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を有しており、この可変圧縮比機構を用い、機関負荷に応じて圧縮比を制御する圧縮比制御手段をＥＣＵに備えているので、高負荷時においては圧縮比を小さくすることにより、ノッキング等の異常燃焼を回避することができ、低負荷時においては圧縮比を大きくすることにより、総合熱効率を向上することができる。
【００５４】
また本実施形態によれば、補助燃料タンク１０内の低自着火性燃料（高オクタン価燃料）残量が所定値より少ない場合は、機関の高負荷時における所定の圧縮比よりもさらに小さい値で圧縮比を制御するので、機関への低自着火性燃料（高オクタン価燃料）の供給量減少に伴うノッキング等の異常燃焼の発生を回避することができる。
【００５５】
また本実施形態によれば、補助燃料タンク１０内の低自着火性燃料（高オクタン価燃料）残量が所定値より多い場合は、機関への低自着火性燃料（高オクタン価燃料）の供給量に余裕があり、ノッキング等の異常燃焼が発生しにくいため、高負荷時における所定の圧縮比よりも大きい値で圧縮比を制御するので、高い総合熱効率を実現することができる。
【００５６】
また本実施形態によれば、第１の燃料改質器５において、白金系触媒などに用い、脱水素反応、環化反応、異性化反応、分解反応などにより、高自着火性燃料（低オクタン価燃料）を機関の高負荷運転に適する低自着火性燃料（高オクタン価燃料）へと確実に変換し、機関の出力向上を実現することができる。
【００５７】
また本実施形態によれば、第２の燃料改質器６において、部分酸化反応を用いることにより、高自着火性燃料（低オクタン価燃料）を容易に水素と一酸化炭素を主成分とする改質ガスへと変換することができる。
【００５８】
また本実施形態によれば、第２の燃料改質器６において、ロジウム系触媒を用いることにより、ロジウムを含まない触媒に比べ、触媒成分は少量で、反応温度は低温で、かつ、高自着火性燃料（低オクタン価燃料）を改質ガスへ変換する効率（変換効率）を高くすることができる。
【００５９】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００６０】
図８は、本発明の第２の実施形態における燃料改質器の構成を示す図である。
【００６１】
図２にて示した第１の実施形態と異なる点について説明する。
【００６２】
本実施形態では、排気系３の排気管内において、排気浄化触媒４の内部に、第２の燃料改質器６を上流側に、第１の燃料改質器５を下流側に配設し、排気浄化触媒４中を流れるエンジンの排気を介して、第２の燃料改質器６における反応熱が第１の燃料改質器５に伝熱される点が第１の実施形態と異なる。
【００６３】
特に本実施形態によれば、第２の燃料改質器６における発熱反応により生じる反応熱を、簡便に第１の燃料改質器５へと伝熱することが可能となるだけでなく、第２の燃料改質器６における反応熱により、機関の排気温度が上昇するため、排気浄化触媒４における排気浄化の効果が高まる。
【００６４】
また本実施形態によれば、排気系３の排気管内に排気浄化触媒４と第１の燃料改質器５と第２の燃料改質器６とが３重構造となっている図２で示した第１の実施形態と比べて、構造が単純であり、コストや信頼性の面で有利である。
【００６５】
また本実施形態によれば、第１の燃料改質器５及び第２の燃料改質器６の構造や大きさについて、それぞれ個別に最適化された設計が行い易い。
【００６６】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００６７】
図９は、本発明の第３の実施形態における燃料改質器と気液分離装置との構成を示す図である。
【００６８】
図２にて示した第１の実施形態と異なる点について説明する。
【００６９】
本実施形態では、排気系３の排気管内において、第２の燃料改質器６の流出口と第１の燃料改質器５の流入口とが接続される構成を有し、第１の燃料改質器５の下流に気液分離装置（凝縮器）１２を有する。この気液分離装置１２は、第１の燃料改質器にて生成された高オクタン価燃料と、第２の燃料改質器にて生成された改質ガスとを分離する。また、第１の燃料改質器５で生成される高オクタン価燃料と、第２の燃料改質器６で生成される改質ガスとの比率（生成比率）を制御する生成比率制御手段（図示せず）を前記ＥＣＵに備えている。
【００７０】
第２の燃料改質器６には、所望の改質ガス量に相当する低オクタン価燃料量及び空気量と、所望の高オクタン価燃料量に相当する低オクタン価燃料量とが同時に供給される。第２の燃料改質器６において低オクタン価燃料と空気とが部分酸化反応により燃料改質され、第１の燃料改質器５へは改質ガスと残りの低オクタン価燃料が供給される。この残りの低オクタン価燃料が第１の燃料改質器５にて高オクタン価燃料へと変換され、気液分離装置１２には改質ガスと高オクタン価燃料との混合燃料が流入する。気液分離装置１２では熱交換により、前記混合燃料を冷却し、液体となる高オクタン価燃料成分とガスのまま残る改質ガス成分とに分離し、各々を機関へと供給する。尚、気液分離装置１２の代わりに、分離膜などを用いてもよい。
【００７１】
また、第２の燃料改質器６へ供給される低オクタン価燃料と酸素との比率を制御する生成比率制御手段を前記ＥＣＵに備えることにより、第１の燃料改質器５で生成される高オクタン価燃料と、第２の燃料改質器６で生成される改質ガスとの比率（生成比率）を制御することが可能となる。改質ガスのみが要求される場合には、第２の燃料改質器６へ部分酸化反応のために必要とされる低オクタン価燃料量と空気量とを供給すれば良い。この場合、生成された改質ガスは第１の燃料改質器を通過し、気液分離装置１２を介して機関へと供給可能である。逆に、高オクタン価燃料のみが要求される場合には、第２の燃料改質器６へ低オクタン価燃料のみを供給すれば、第２の燃料改質器６において、酸素不足により部分酸化反応による燃料改質は行われず、低オクタン価燃料はほぼそのまま第１の燃料改質器５へと移動し、高オクタン燃料へと変換される。
【００７２】
特に本実施形態によれば、排気系３の排気管内において、第２の燃料改質器６の流出口と第１の燃料改質器５の流入口とが接続されるため、第２の燃料改質器６における反応熱を最大限、第１の燃料改質器５における改質反応（吸熱反応）に利用することが可能となり、機関の総合熱効率の向上が実現される。
【００７３】
また本実施形態によれば、排気系３の排気管内において、第２の燃料改質器６の流出口と第１の燃料改質器５の流入口とが接続されるため、第１の燃料改質器５にて副生成物として生じる水素等の改質ガスは、第２の燃料改質器６で生成される改質ガスと一体での利用が可能となるので、機関の高負荷時には低自着火性燃料（高オクタン価燃料）による出力向上効果を最大化しつつ、機関の中負荷時には副生成物である水素等の改質ガスも利用することで、当初燃料が有していたエネルギーを有効に利用することが可能となり、機関の総合熱効率のさらなる向上が実現される。
【００７４】
また本実施形態によれば、第１の燃料改質器５で生成される低自着火性燃料（高オクタン価燃料）と、第２の燃料改質器６で生成される改質ガスとの比率（生成比率）を制御する生成比率制御手段を前記ＥＣＵに備えることにより、第１の燃料改質器５及び第２の燃料改質器に６おける生成燃料量を緻密に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】第１の実施形態における燃料改質器付き内燃機関のシステム図
【図２】第１の実施形態における燃料改質器の構成を示す図
【図３】第１の実施形態における内燃機関の燃料供給モードを示す図
【図４】第１の実施形態における補助燃料タンク内の高オクタン価燃料残量に応じた内燃機関の燃料供給モードを示す図
【図５】第１の実施形態における機関負荷に対する圧縮比の設定を示す図
【図６】第１の実施形態における補助燃料タンク内の高オクタン価燃料残量に応じた機関負荷に対する圧縮比の設定を示す図
【図７】第１の実施形態における供給燃料制御及び圧縮比制御のフローを示す図
【図８】第２の実施形態における燃料改質器の構成を示す図
【図９】第３の実施形態における燃料改質器と気液分離装置との構成を示す図
【符号の説明】
【００７６】
１  エンジン
２  吸気系
３  排気系
４  排気浄化触媒
５  第１の燃料改質器
６  第２の燃料改質器
７  燃料タンク
８  燃料ポンプ
９  温度センサ
１０  補助燃料タンク
１１  液面センサ
１２  気液分離装置
【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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