(57)【要約】【課題】予混合圧縮着火内燃機関の運転状況に迅速に応答して，その着火タイミングを制御し得るようにした動力装置を提供する。【解決手段】動力装置Ｐは，酸素を含有する気体および燃料よりなる混合気を圧縮し自着火させる予混合圧縮着火内燃機関４と，改質前の液体燃料を前記予混合圧縮着火内燃機関４に供給する装置２，３と，液体燃料を脱水素環化反応により改質し芳香族炭化水素に富む高オクタン価の液体燃料を生成する改質器７と，高オクタン価の液体燃料を前記予混合圧縮着火内燃機関に，それの燃料として供給する装置８とを備えている。【選択図】　　　図１
2004100552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を含有する気体および燃料よりなる混合気を圧縮し自着火させる予混合圧縮着火内燃機関（４）と，改質前の液体燃料を前記予混合圧縮着火内燃機関（４）に供給する装置（２，３；２，３，１１）と，前記液体燃料を脱水素環化反応により改質し芳香族炭化水素に富む高オクタン価の液体燃料を生成する改質器（７）と，前記高オクタン価の液体燃料を前記予混合圧縮着火内燃機関（４）に，それの燃料として供給する装置（８；８，９，１０；８，１１，３；８，９，１０，１１，３）とを備えていることを特徴とする動力装置。
【請求項２】
改質前の前記液体燃料の前記予混合圧縮着火内燃機関（４）への供給量と，前記改質後の前記液体燃料の前記予混合圧縮着火内燃機関（４）への供給量とをそれぞれ調整する調整装置（２，５；２，１０）を備えている，請求項１記載の動力装置。
【請求項３】
前記調整装置（２，５；２，１０）は，前記予混合圧縮着火内燃機関（４）が高負荷下で運転される場合には，その機関（４）への前記高オクタン価の液体燃料の供給割合を増加し，一方，低負荷下で運転される場合には前記機関（４）への前記高オクタン価の液体燃料の供給割合を減少する機能を有する，請求項１または２記載の動力装置。
【請求項４】
前記脱水素環化反応には触媒が用いられており，その触媒が結晶性アルミノシリケートからなる，請求項１，２または３記載の動力装置。
【請求項５】
前記結晶性アルミノシリケートはＭＦＩ構造である，請求項４記載の動力装置。
【請求項６】
前記結晶性アルミノシリケートが，ガリウム，亜鉛および白金から選ばれる少なくとも一種を含む，請求項５記載の動力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，酸素を含有する気体および燃料よりなる混合気を圧縮し自着火させる予混合圧縮着火内燃機関を備えた動力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸素を含有する気体および燃料よりなる混合気を圧縮し自着火させる予混合圧縮着火内燃機関は，極めて希薄な混合気でも燃焼することができ，また均一な混合気を燃料とすることから，高い燃焼効率の達成と排気ガス中の有害物質の低減を行うことができる内燃機関として注目されている。この予混合圧縮着火内燃機関は着火を燃料の自着火によっているために，その着火タイミングを任意に制御することは困難であった。その理由は，燃料の自着火現象が燃料の持つ化学的な反応性と，混合気の圧縮によって生じる圧力・温度の上昇履歴とによって支配されているからである。
【０００３】
そこで，従来技術として，燃焼後のガスを吸気に再循環させて着火タイミングを調節する，といった方法が提案されている（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１９３４４７号公報，段落番号［００１３］
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，燃焼後のガスを吸気に再循環させる方法では，予混合圧縮着火内燃機関の運転状況に応じて迅速な着火タイミングの制御を行うことが困難である，といった問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は，燃焼後のガスの吸気への再循環を行うこと無く，予混合圧縮着火内燃機関の運転状況に迅速に応答して，その着火タイミングを制御し得るようにした前記動力装置を提供することを目的とする。
【０００７】
前記目的を達成するため本発明によれば，酸素を含有する気体および燃料よりなる混合気を圧縮し自着火させる予混合圧縮着火内燃機関と，改質前の液体燃料を前記予混合圧縮着火内燃機関に供給する装置と，前記液体燃料を脱水素環化反応により改質し芳香族炭化水素に富む高オクタン価の液体燃料を生成する改質器と，前記高オクタン価の液体燃料を前記予混合圧縮着火内燃機関に，それの燃料として供給する装置とを備えている動力装置が提供される。
【０００８】
前記のような改質器を備えると，動力装置内で燃焼性の異なる液体燃料を生成し，その改質後の液体燃料と改質前の液体燃料とを任意の割合で予混合圧縮着火内燃機関に供給することができるので，予混合圧縮着火内燃機関の運転状況に迅速に応答して両液体燃料の供給割合を変え，その着火タイミングを制御することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に示す動力装置Ｐにおいて．燃料タンク１が開度調節可能な第１調節弁２を有する第１供給管３を介して予混合圧縮着火内燃機関４に接続される。また，燃料タンク１は開度調節可能な第２調節弁５を有する第２供給管６を介して改質器７に接続され，その改質器７は第３供給管８を介して予混合圧縮着火内燃機関４に接続される。さらに，予混合圧縮着火内燃機関４には図示しない供給手段によって，酸素を含有する気体，例えば空気が供給されるようになっている。燃料タンク１には予混合圧縮着火内燃機関４の燃料が注入されている。燃料としては予混合圧縮着火内燃機関４で使用することができ，且つ改質器７にて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に改質できるものであればどのようなものでも良い。このような燃料としては一般的に炭化水素，特に飽和炭化水素が好適である。また，二重結合を持つ不飽和炭化水素や，含酸素化合物であるアルコールやエーテルを用いることも可能である。
【００１０】
改質器７には脱水素環化反応を促進する触媒が充填される。脱水素環化反応用触媒としては，例えばゼオライトのような結晶性アルミノシリケート，特に，ＭＦＩ構造を持ったもの，例えばＺＳＭ−５ゼオライトが好適であり，好ましくは，ガリウム，亜鉛および白金から選ばれる少なくとも一種を含有することが望ましい。また脱水素環化反応は４００〜７００℃に設定される。
【００１１】
表１は，プロトン型ＺＳＭ−５（Ｈ−ＺＳＭ−５），ガリウム修飾ＺＳＭ−５（Ｇａ−ＺＳＭ−５）および亜鉛修飾ＺＳＭ−５（Ｚｎ−ＺＳＭ−５）をそれぞれ触媒とし，またｎ−ペンタンおよびｎ−ヘプタンをそれぞれ改質原料として脱水素環化反応を行った結果を示す。ガリウムおよび亜鉛の量は，それぞれ触媒重量の２ｗｔ％とした。
【００１２】
【表１】
2004100552.tif 000003
【００１３】
表１より，改質原料としてｎ−ペンタンを用いた場合において，触媒としてＨ−ＺＳＭ−５を用いると，脱水素環化反応が十分に進行することが明らかである。Ｇａ−ＺＳＭ−５またはＺｎ−ＺＳＭ−５を用いると，Ｈ−ＺＳＭ−５の場合よりもさらに芳香族炭化水素と水素の収量が増加していることが判る。これは，Ｈ−ＺＳＭ−５を白金で修飾した場合についても言える。改質原料としてｎ−ヘプタンを用い，また触媒としてＧａ−ＺＳＭ−５を用いると，ｎ−ペンタンを用いた場合よりも前記収量の増加が認められた。
【００１４】
図１において，第１調節弁２を開くことにより燃料タンク１の液体燃料が改質されずに予混合圧縮着火内燃機関４に供給される。供給量は第１調節弁２の開度により調整される。また，第２調節弁５を開くことにより燃料タンク１の液体燃料が改質器７に導入されて改質される。改質後の芳香族炭化水素に富む高オクタン価の液体燃料は第３供給管８を通じて予混合圧縮着火内燃機関４に供給される。改質器７への液体燃料の供給量は第２調節弁５の開度により調整される。予混合圧縮着火内燃機関４の運転状況に応じて第１調節弁２および第２調節弁５の開度を調節することにより，予混合圧縮着火内燃機関４の着火タイミングを調節することが可能である。
【００１５】
この場合，第１調節弁２および第１供給管３は，改質前の液体燃料を予混合圧縮着火内燃機関４に供給する装置を構成する。また第３供給管８は高オクタン価の液体燃料を予混合圧縮着火内燃機関４に，それの燃料として供給する装置を構成する。
【００１６】
さらに改質前の液体燃料の予混合圧縮着火内燃機関４への供給量は第１調節弁２により調整され，また改質後の液体燃料の予混合圧縮着火内燃機関４への供給量は第２調節弁５により調整されるので，両弁２，５は両供給量をそれぞれ調整する調整装置を構成する。したがって，その調整装置は，予混合圧縮着火内燃機関４が高負荷下で運転される場合には，その機関４への高オクタン価の液体燃料の供給割合を増加し，一方，低負荷下で運転される場合には，その機関４への高オクタン価の液体燃料の供給割合を減少する機能を有する。
【００１７】
図２に示す動力装置Ｐは，図１のものにおいて，その第３供給管８に，改質器７側より順次，改質後の液体燃料を一時的に貯蔵する貯蔵タンク９および第３調節弁１０を装置したものである。このように貯蔵タンク９を設けることにより予混合圧縮着火内燃機関４の運転状況の変化に対し，より一層迅速に対応することが可能となる。予混合圧縮着火内燃機関４への改質後の液体燃料の供給量は第３調節弁１０の開度により調整される。
【００１８】
この場合，第１調節弁２および第１供給管３は，改質前の液体燃料を予混合圧縮着火内燃機関４に供給する装置を構成する。また第３供給管８，貯蔵タンク９および第３調節弁１０は高オクタン価の液体燃料を予混合圧縮着火内燃機関４に，それの燃料として供給する装置を構成する。
【００１９】
さらに改質前の液体燃料の予混合圧縮着火内燃機関４への供給量は第１調節弁２により調整され，また改質後の液体燃料の予混合圧縮着火内燃機関４への供給量は第３調節弁１０により調整されるので，両弁２，１０は両供給量をそれぞれ調整する調整装置を構成する。したがって，その調整装置は，予混合圧縮着火内燃機関４が高負荷下で運転される場合には，その機関４への高オクタン価の液体燃料の供給割合を増加し，一方，低負荷下で運転される場合には，その機関４への高オクタン価の液体燃料の供給割合を減少する機能を有する。
【００２０】
図３に示す動力装置Ｐは，第１供給管３において第１調節弁２と予混合圧縮着火内燃機関４との間に混合器１１を装置し，その混合器１１に改質器６から伸びる第３供給管８を接続したものである。その他の構成は図１の動力装置と同じである。
【００２１】
この動力装置Ｐによれば，予混合圧縮着火内燃機関４への改質前の液体燃料と改質後の液体燃料との供給に当り，両液体燃料を混合器１１によって予め混合して供給することが可能である。
【００２２】
この場合，第１調節弁２，第１供給管３および混合器１１は，改質前の液体燃料を予混合圧縮着火内燃機関４に供給する装置を構成する。また第３供給管８，混合器１１および第１供給管３の一部は高オクタン価の液体燃料を予混合圧縮着火内燃機関４に，それの燃料として供給する装置を構成する。
【００２３】
さらに改質前の液体燃料の予混合圧縮着火内燃機関４への供給量は第１調節弁２により調整され，また改質後の液体燃料の予混合圧縮着火内燃機関４への供給量は第２調節弁５により調整されるので，両弁２，５は両供給量をそれぞれ調整する調整装置を構成する。したがって，その調整装置は，予混合圧縮着火内燃機関４が高負荷下で運転される場合には，その機関４への高オクタン価の液体燃料の供給割合を増加し，一方，低負荷下で運転される場合には，その機関４への高オクタン価の液体燃料の供給割合を減少する機能を有する。
【００２４】
図４に示す動力装置Ｐは，図３のものにおいて，その第３供給管８に，図２のものと同様に，改質器７側より順次，改質後の液体燃料を一時的に貯蔵する貯蔵タンク９および第３調節弁１０を装置したものである。その他の構成は図３の動力装置と同じである。
【００２５】
この動力装置Ｐによれば，高オクタン価の液体燃料の貯蔵と，改質前の液体燃料および高オクタン価液体燃料よりなる混合液体燃料の予混合圧縮着火内燃機関４への供給が可能となる。予混合圧縮着火内燃機関４への改質後の液体燃料の供給量は第３調節弁１０の開度により調整される。
【００２６】
この場合，第１調節弁２，第１供給管３および混合器１１は，改質前の液体燃料を予混合圧縮着火内燃機関４に供給する装置を構成する。また第３供給管８，貯蔵タンク９，第３調節弁１０，混合器１１および第１供給管３の一部は高オクタン価の液体燃料を予混合圧縮着火内燃機関４に，それの燃料として供給する装置を構成する。
【００２７】
さらに改質前の液体燃料の予混合圧縮着火内燃機関４への供給量は第１調節弁２により調整され，また改質後の液体燃料の予混合圧縮着火内燃機関４への供給量は第３調節弁１０により調整されるので，両弁２，１０は両供給量をそれぞれ調整する調整装置を構成する。したがって，その調整装置は，予混合圧縮着火内燃機関４が高負荷下で運転される場合には，その機関４への高オクタン価の液体燃料の供給割合を増加し，一方，低負荷下で運転される場合には，その機関４への高オクタン価の液体燃料の供給割合を減少する機能を有する。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば，前記のように構成することにより，予混合圧縮着火内燃機関の着火タイミングをその機関の運転状況に応じて迅速に調節することが可能な動力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】動力装置の第１実施例のブロック図である。
【図２】動力装置の第２実施例のブロック図である。
【図３】動力装置の第３実施例のブロック図である。
【図４】動力装置の第４実施例のブロック図である。
【符号の説明】
１　　燃料タンク
２　　第１調節弁
３　　第１供給管
４　　予混合圧縮着火内燃機関
５　　第２調節弁
７　　改質器
８　　第３供給管
９　　貯蔵タンク
１０　　第３調節弁
１１　　混合器
Ｐ　　　動力装置
【図１】
2004100552.tif 000004
【図２】
2004100552.tif 000005
【図３】
2004100552.tif 000006
【図４】
2004100552.tif 000007