(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼効率を向上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１は，第１の燃料を供給される主燃焼室３１およびその第１の燃料に着火すべく，第２の燃料を燃焼させて火炎を生じる副燃焼室３３を有する内燃機関２３と，燃料を脱水素環化反応により改質して芳香族化合物に富む高オクタン価の液体燃料を生成すると共に水素に富むガス燃料を生成する改質器５と，液体燃料とガス燃料を分離する気液分離装置８と，液体燃料を前記第１の燃料として主燃焼室３１に，またガス燃料を第２の燃料として副燃焼室３３にそれぞれ供給する装置１１，１７とを備えている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の燃料を供給される主燃焼室（３１）およびその第１の燃料に着火すべく，第２の燃料を燃焼させて火炎を生じる副燃焼室（３３）を有する内燃機関（２３）と，燃料を脱水素環化反応により改質して芳香族化合物に富む高オクタン価の液体燃料を生成すると共に水素に富むガス燃料を生成する改質器（５）と，前記液体燃料と前記ガス燃料を分離する気液分離装置（８）と，前記液体燃料を前記第１の燃料として前記主燃焼室（３１）に，また前記ガス燃料を前記第２の燃料として前記副燃焼室（３３）にそれぞれ供給する装置（１１，１７）とを備えていることを特徴とする動力装置。
【請求項２】
前記気液分離装置（８）で分離された前記ガス燃料から水素を分離する水素分離装置（１４）を備え，分離した水素を前記第２の燃料として前記副燃焼室（３３）に供給するようにした，請求項１記載の動力装置。
【請求項３】
脱水素環化反応に用いられる触媒が結晶性アルミノシリケートである，請求項１または２記載の動力装置。
【請求項４】
前記結晶性アルミノシリケートはＭＦＩ構造を有する，請求項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，ガリウム，亜鉛および白金の中から選ばれる少なくとも一種を含む，請求項４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】
本発明は動力装置，特に，主，副燃焼室を有する内燃機関を備えた動力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記内燃機関として，主燃焼室に，主吸気弁から希薄な主混合気を供給し，また副燃焼室に，副吸気弁から濃厚な副混合気を供給して，その副混合気の燃焼による火炎によって主混合気を着火・燃焼させるようにしたものが知られている（例えば，特公昭６１−３１３０１号公報参照）。この内燃機関においては，希薄な主混合気を燃焼させることにより優れた燃焼効率を得ることができ，また燃焼が均一に起こるため窒素酸化物や一酸化炭素といった汚染物質を削減することが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の技術は，副混合気に，燃焼速度の遅い炭化水素系の燃料を使用しているため，主混合気の希薄度合を十分に高めて燃焼効率をさらに向上させることは困難であった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は，前記内燃機関の燃焼効率を一層向上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。
【０００５】
前記目的を達成するため本発明によれば，第１の燃料を供給される主燃焼室およびその第１の燃料に着火すべく，第２の燃料を燃焼させて火炎を生じる副燃焼室を有する内燃機関と，燃料を脱水素環化反応により改質して芳香族化合物に富む高オクタン価の液体燃料を生成すると共に水素に富むガス燃料を生成する改質器と，前記液体燃料と前記ガス燃料を分離する気液分離装置と，前記液体燃料を前記第１の燃料として前記主燃焼室に，また前記ガス燃料を前記第２の燃料として前記副燃焼室にそれぞれ供給する装置とを備えている動力装置が提供される。
【０００６】
水素は，可燃混合気を形成する領域が広く，且つ燃焼速度が極めて速い。そこで，第１の燃料に着火する第２の燃料として，水素に富むガス燃料を使用すると，第１の燃料である主燃焼室の主混合気の希薄度合を十分に高めてもそれを完全に燃焼させることが可能である。また主燃焼室に供給する燃料の一部を，脱水素環化反応により，芳香族化合物に富む高オクタン価の液体燃料と，水素に富むガス燃料とに改質することが可能であるから，第２の燃料としての水素を予め用意する必要が無い。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１に示す動力装置１において，燃料タンク２が第１開閉弁３を有する第１供給管４を介して改質器５の入口側に接続され，その改質器５の出口側は第２開閉弁６を有する第２供給管７を介して気液分離装置８の入口側に接続される。気液分離装置８の液体出口ａ側は第３開閉弁９を有する第３供給管１０を介して，第１混合気調製器１１の第１入口側に接続される。気液分離装置８のガス出口ｂ側は三方弁１２の第１，第２ポートに接続された第４供給管１３を介して水素分離装置１４の入口側に接続される。水素分離装置１４の水素出口ｃ側は第４開閉弁１５を有する第５供給管１６を介して第２混合気調製器１７の第１入口側に接続される。水素分離装置１４の炭化水素ガス出口ｄ側は第５開閉弁１８を有する第６供給管１９を介して第１混合気調製器１１の第２入口側に接続される。三方弁１２の第３ポートは第７供給管２１を介して第２混合気調製器１７の第２入口側に接続される。第１混合気調製器１１の出口側は第８供給管２２を介して内燃機関２３における第１の燃料導入側に接続される。第２混合気調製器１７の出口側は第９供給管２４を介して，内燃機関２３の第２の燃料導入側に接続される。
【０００８】
燃料タンク２には，内燃機関の燃料として使用され，且つ改質器５にて脱水素環化反応により改質される燃料が入れられている。このような燃料には炭化水素，アルコール，エーテル等が該当する。改質器５は，燃料タンク２より供給された燃料を脱水素環化反応により改質して，芳香族化合物に富む高オクタン価の液体燃料と，水素に富むガス燃料とを生成するものである。
【０００９】
気液分離装置８は，改質器５の生成物より，高オクタン価の液体燃料とガス燃料を分離する機能を有する。気液分離装置８で分離された液体燃料の全部または一部は第３開閉弁９を有する第３供給管１０を介して第１混合気調製器１１に供給される。一方，気液分離装置１１で分離されたガス燃料の全部または一部は，水素分離装置１４にて水素と炭化水素ガスとに分離される。水素分離装置１４で分離された水素の全部または一部は第４開閉弁１５を有する第５供給管１６を介して第２混合気調製器１７に供給される。一方，水素分離装置１４で分離された炭化水素ガスの全部または一部は第５開閉弁１８を有する第６供給管１９を介して第１混合気調製器１１に供給される。三方弁１２を切り替えることにより，気液分離装置８で分離されたガス燃料の全部または一部を水素分離装置１４を経ることなく第２混合気調製器１７に導入することができる。また燃料タンク２は第６開閉弁２５を有する第１０供給管２６を介して第１混合気調製器１１の第３入口側に接続される。
【００１０】
図２に示すように，内燃機関２３におけるシリンダブロック２７のシリンダ孔２８にピストン２９が摺動自在に嵌合される。シリンダヘッド３０には，ピストン２９により区画された主燃焼室３１と，その室３１にトーチノズル３２を介して連通する副燃焼室３３と，主燃焼室３１にそれぞれ開口する主吸気ポート３４および図示しない排気ポートと，副燃焼室３３に開口する副吸気ポート３５とが形成されている。主吸気ポート３４は主吸気弁３６により，また副吸気ポート３３は副吸気弁３７により，さらに排気ポートは図示しない排気弁によりそれぞれ開閉される。シリンダヘッド３０に螺着された点火栓３８の電極は副燃焼室３３に臨んでいる。主吸気ポート３４は第１の燃料導入側であって，そこに第８供給管２２が接続される。一方，副吸気ポート３５は第２の燃料導入側であって，そこに第９供給管２４が接続される。
【００１１】
第１混合気調製器１１は，燃料タンク２内の燃料，気液分離装置８で分離された高オクタン価の液体燃料および水素分離装置１４で分離された炭化水素ガスから選択される少なくとも一種と，空気とより主混合気を調製し，その主混合気を第８供給管２２および内燃機関２３の主吸気ポート３４を経てその主燃焼室３１に供給する装置として機能する。
【００１２】
第２混合気調製器１７は，水素と空気とよりなる副混合気または水素に富むガス燃料と空気とよりなる副混合気を調製し，その副混合気を第９供給管２４および内燃機関２３の副吸気ポート３５を経てその副燃焼室３３に供給する装置として機能する。
【００１３】
改質器５に脱水素環化反応を促進する作用を持つ触媒が充填されている。この種の触媒には，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ＺＳＭ−５ゼオライトが好適であり，好ましくは，ガリウム，亜鉛，白金の中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の温度は４００〜７００℃に設定される。
【００１４】
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，燃料としてｎ−ペンタンを用いて，脱水素環化反応を行った改質結果を示す。ガリウムおよび亜鉛の量は触媒重量の２ｗｔ％とした。改質条件は重量空間速度（ＷＨＳＶ）２ｈ−１，改質温度５５０℃，改質圧力０．１ＭＰａとした。
【００１５】
【表１】
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【００１６】
表１より，Ｈ−ＺＳＭ−５を触媒として用いると，脱水素環化反応が十分に進行することが明らかである。Ｈ−ＺＳＭ−５をガリウムまたは亜鉛で修飾した触媒を用いると，芳香族炭化水素と水素の収量が，Ｈ−ＺＳＭ−５を用いた場合よりも増加していることが判る。
【００１７】
前記構成において，燃料タンク２の燃料は第１開閉弁３が開の状態で第１供給管４を通じて改質器５に供給される。改質器５では燃料の脱水素環反応による改質が行われ，これにより芳香族化合物に富む高オクタン価の液体燃料と，水素に富むガス燃料とが生成される。
【００１８】
改質器５の生成物は第２開閉弁６が開の状態で第２供給管７を通じて気液分離装置８に導入される。気液分離装置８では高オクタン価の液体燃料とガス燃料とが相互に分離され，高オクタン価の液体燃料は第３開閉弁９が開の状態で第３供給管１０を通じて第１混合気調製器１１に導入される。気液分離装置８で分離されたガス燃料は三方弁１２の第１，第２ポートが連通の状態で，第４供給管１３を通じて水素分離装置１４に導入される。
【００１９】
水素分離装置１４では，ガス燃料が水素と炭化水素ガスとに分離され，炭化水素ガスは第５開閉弁１８が開の状態で第６供給管１９を通じて第１混合気調製器１１に供給される。一方，水素分離装置１４で分離された水素は第４開閉弁１５が開の状態で第５供給管１６を通じて第２混合気調製器１７に供給される。
【００２０】
第１混合気調製器１１では，例えば，燃料タンク１より供給された燃料，芳香族化合物に富む高オクタン価の液体燃料および炭化水素ガスと，空気とよりなる主混合気が調製され，その主混合気は第８供給管２２を通じて内燃機関２３の主吸気ポート３４に供給される。この場合，燃料タンク１より供給された燃料，芳香族化合物に富む高オクタン価の液体燃料および炭化水素ガスの割合は任意である。一方，第２混合気調製器１７では水素または水素に富むガス燃料と，空気とよりなる副混合気が調製され，その副混合気は第９供給管２４を通じて内燃機関２３の副吸気ポート３５に供給される。
【００２１】
内燃機関２３において，そのピストン２９の吸気工程で主，副吸気弁３６，３７が開くと，主混合気が主吸気ポート３４から主燃焼室３１に，また副混合気が副吸気ポート３５から副燃焼室３３にそれぞれ供給される。そして，次の圧縮工程で副燃焼室３３内の副混合気が点火栓３８の火花放電により着火され，その火炎がトーチノズル３２を通じて主燃焼室３１に噴入し，主燃焼室３１の主混合気を着火・燃焼させる。これにより総合空燃比が希薄な混合気の燃焼が可能になる。次いでピストン２９は膨張行程に移り，それに次ぐ排気行程で排気弁が開かれた時，排ガスが排気ポートおよび排気管を経て排出される。このようにして内燃機関２３の運転が行われる。
【００２２】
表２は，ガリウム修飾ＺＳＭ−５（Ｇａ−ＺＳＭ−５）を触媒とし，燃料としてハイオクタン価ガソリンの基剤であるイソオクタン（２，２，４−トリメチルペンタン）を用いて，脱水素環化反応を行った改質結果を示す。ガリウムの量は触媒重量の１．５ｗｔ％とした。改質条件は重量空間速度（ＷＨＳＶ）２ｈ−１，改質温度５３０℃，改質圧力０．１ＭＰａとした。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
イソオクタンを燃料として用いると未反応分が生ずるが，このような燃料も本発明において使用可能である。
【００２５】
【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，第１の燃料の希薄度合を十分に高めても，それを完全に燃焼させることが可能となり，より一層の燃焼効率の向上と，排気ガス中の汚染物質の低減を図ることができる。また，燃料タンク内の燃料を改質して水素を生成することが可能であるから，予め水素を用意する必要が無く，動力装置の構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】動力装置の系統図である。
【図２】内燃機関の断面図である。
【符号の説明】
１…………動力装置
５…………改質器
８…………気液分離装置
１１，１７……第１，第２混合気調製器（装置）
１４………水素分離装置
２３………内燃機関
３１………主燃焼室
３３………副燃焼室
【図１】
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【図２】
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