(57)【要約】【課題】内燃機関の運転状態に合致した好適な燃焼状態を実現できる燃料を供給方法及び燃料供給装置を提供すること。【解決手段】内燃機関の燃料供給方法は、燃料を超臨界ないし亜臨界状態で触媒に接触させ、得られた改質燃料を燃焼室内に噴霧する方法である。燃料供給装置である。燃料タンクと、燃焼室と、この燃焼室内に燃料を噴霧する燃料噴射手段とを備える。燃料タンクからの燃料を超臨界ないし亜臨界状態にする超臨界生成手段と、この超臨界生成手段で生成する超臨界ないし亜臨界状態の燃料を改質する触媒成分を含む触媒を有し、かかる超臨界生成手段が、上記燃料タンクと上記燃料噴射手段との間に配置され、かかる触媒が、上記超臨界生成手段と上記燃焼室との間などに配置されている。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を超臨界ないし亜臨界状態で触媒に接触させ、得られた改質燃料を燃焼室内に噴霧することを特徴とする内燃機関の燃料供給方法。
【請求項２】
上記燃焼室内での燃焼状態を検出し、この検出値を基にして上記燃料の温度と圧力を調整することより、この燃料を超臨界ないし亜臨界状態にすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給方法。
【請求項３】
上記触媒がクラッキング機能及び／又は水素化機能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料供給方法。
【請求項４】
上記燃料の温度を１５０〜５００℃、圧力を２〜１００ＭＰａに調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の内燃機関の燃料供給方法。
【請求項５】
燃料タンクと、燃焼室と、この燃焼室内に燃料を噴霧する燃料噴射手段とを備えた内燃機関の燃料供給装置において、
上記燃料タンクからの燃料を超臨界ないし亜臨界状態にする超臨界生成手段と、この超臨界生成手段で生成する超臨界ないし亜臨界状態の燃料を改質する触媒成分を含む触媒を有し、
上記超臨界生成手段が、上記燃料タンクと上記燃料噴射手段との間に配置され、上記触媒が、上記超臨界生成手段と上記燃焼室との間、上記超臨界生成手段内、上記燃焼室内及び上記燃料噴射手段内の少なくとも１箇所に配置されていることを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
【請求項６】
上記燃焼室の圧力を検出する圧力検出手段と、温度を検出する温度検出手段を付加してなることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【請求項７】
上記超臨界生成手段による超臨界ないし亜臨界状態の発生に際し、上記燃料の圧力を調整する圧力調整手段と、温度を調整する温度調整手段を備え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供給装置。
【請求項８】
上記触媒がその触媒成分をメッキすることにより上記燃料噴射手段内に配置されてい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供給装置。
【請求項９】
上記触媒成分が、ロジウム、ニッケル、白金、パラジウム、ルテニウム、銅、コバルト及び鉄から成る群より選ばれた少なくとも１種の金属であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つの項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料供給方法及び燃料供給装置に係り、更に詳細には、燃料を超臨界ないし亜臨界状態で触媒に接触させ、得られた改質燃料を供給する方法及び燃料供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃料の一部を超臨界状態にすることにより、微粒子化し、燃料噴射弁から燃焼室に噴射する内燃機関の燃料供給装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１６１８２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃料の種類や性状によって燃焼状態が変化し、これにより、内燃機関からのパティキュレートマター（ＰＭ）、炭化水素（ＨＣ）等の排出成分及び排出量が変化するので、排気ガス浄化触媒による浄化効率が悪化することがあるという問題があった。
【０００５】
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、内燃機関の運転状態に合致した好適な燃焼状態を実現できる燃料供給方法及び燃料供給装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、燃料を超臨界ないし亜臨界状態で触媒に接触させることなどにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明の内燃機関の燃料供給方法は、燃料を超臨界ないし亜臨界状態で触媒に接触させ、得られた改質燃料を燃焼室内に噴霧する方法である。
また、本発明の内燃機関の燃料供給装置は、燃料タンクと、燃焼室と、この燃焼室内に燃料を噴霧する燃料噴射手段とを備える。
更に、この燃料供給装置では、上記燃料タンクからの燃料を超臨界ないし亜臨界状態にする超臨界生成手段と、この超臨界生成手段で生成する超臨界ないし亜臨界状態の燃料を改質する触媒成分を含む触媒を有し、かかる超臨界生成手段が、上記燃料タンクと上記燃料噴射手段との間に配置され、かかる触媒が、上記超臨界生成手段と上記燃焼室との間などに配置されている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関の燃料供給方法について詳細に説明する。なお、本明細書において、「％」は特記しない限り質量百分率を表すものとする。
【０００９】
上述の如く、本発明の内燃機関の燃料供給方法は、燃料を超臨界ないし亜臨界状態で触媒に接触させ、得られた改質燃料を燃焼室内に噴霧する方法である。
ここで、燃料は、炭化水素系燃料であれば、特に限定されるものではないが、具体的には軽油、ガソリン、ナフテン、ＧＴＬ等を例示することができる。なお、これらの混合燃料を用いることもでき、本発明の要旨の範囲内で水などを更に混合することもできる。
また、「超臨界ないし亜臨界状態」とは、温度が１５０〜４００℃、圧力が２〜５０ＭＰａの範囲の状態をいう。
更に、「改質燃料」とは、燃料成分中の燃焼し難いＨＣ種を燃焼し易いＨＣ種に変換した燃料をいい、具体的には、ナフテン（Ｃ１０Ｈ１８）のような多環のＨＣ種を単環のＨＣ種（Ｃ６Ｈ１０）とオレフィン系のＨＣ種に分解し、ＰＭを生成し難いＨＣ種に変換した燃料等を挙げることができる。
【００１０】
燃料を超臨界ないし亜臨界状態にすることにより、噴霧される燃料を微粒子化でき、ＰＭの低減が可能となるが、更に、燃料を超臨界ないし亜臨界状態にする際に、燃焼室の燃焼状態を検出し、この検出値を基にして、燃料の温度及び圧力の一方又は双方を調整することが望ましく、この場合、代表的には、燃料の温度を２００〜４００℃、圧力を１５〜４０ＭＰａの範囲内で調整することが更に望ましい。
これにより、内燃機関の変動し得る運転状態に合致した、より好適な燃焼状態を得ることができ、その結果、内燃機関からのＰＭやＨＣの排出を低減できる。
【００１１】
また、上述した触媒は、超臨界ないし亜臨界状態の燃料を接触により上述の改質燃料とすることができれば、特に限定されるものではないが、クラッキング機能及び水素化機能の一方又は双方を備えていることが望ましい。
これにより、超臨界ないし亜臨界状態の燃料を触媒に接触させて、燃焼し難いＨＣ種を燃焼し易いＨＣ種に変換することができ、内燃機関からのＰＭやＨＣの排出をいっそう有効に低減できる。
【００１２】
次に、本発明の内燃機関の燃料供給装置について説明する。
上述の如く、本発明の燃料供給装置は、本発明の燃料供給方法に用いることができるものであって、燃料タンクと、燃焼室と、燃料噴射手段と、超臨界生成手段と、触媒を備える。
通常、これら各手段の配置は、内燃機関の燃料供給路における上流側から下流側への順で、燃料タンク、超臨界生成手段、触媒、燃料噴射手段及び燃焼室となる。但し、触媒については、超臨界ないし亜臨界状態の燃料と接触できれば十分であり、上記の順で超臨界生成手段以後、具体的には、超臨界生成手段内、燃焼室内、超臨界生成手段と燃焼室との間、及び燃料噴射手段内の少なくとも１箇所に配置すればよい。
【００１３】
ここで、超臨界生成手段は燃料タンクからの燃料を超臨界ないし亜臨界状態にする機能を果たすもので、燃料の圧力及び温度を制御する機能を有すれば十分であるが、自動車エンジンでは、５ＭＰａ以上の高圧状態を実現できる高圧ポンプを用いることができる。
例えば、最近の直噴型ガソリン及びディーゼル車に搭載されている高圧ポンプの圧を利用して、燃料を超臨界ないし亜臨界状態にすることができる。
【００１４】
図１に、本発明の燃料供給装置を、内燃機関としてコモンレールシステムを備えた直噴型４気筒２．５Ｌエンジンに適用した例を示す。
同図において、この燃料供給装置は、燃料タンク１と、高圧ポンプ３０と、コモンレール４０と、燃料噴射手段の一例であるインジェクタ２０と、燃焼室の一例である気筒１０を備えており、本例の場合、高圧ポンプ３０、コモンレール４０、分配管５０が協働して、超臨界生成手段として機能する。また、インジェクタ２０は、シリンダヘッド６０内に設置され、電磁式で、それぞれ各気筒１０に配向している。
燃料タンク１には燃料の一例である軽油がためられており、この軽油は高圧ポンプ３０で超臨界ないし亜臨界状態にされ、コモンレール４０及び分配管５０を介してインジェクタ２０に供給され、インジェクタ２０によって各気筒１０内に噴霧される。
【００１５】
また、図１の燃料供給装置において、分配管５０には、圧力調整手段の一例である調圧弁５２が設けられており、燃料を適切な圧力でインジェクタ２０に圧送でき、燃料の超臨界状態を調整できるようになっている。更に、シリンダヘッド６０は、冷却水で温度調整可能な温度調整手段としても機能し、ここに配置されたインジェクタ２０を温度調整することによって、燃料の超臨界状態を調整できるようになっている。
更にまた、気筒１０には筒内圧センサ１２が設置されていて内圧が検知可能となっており、上述の調圧弁５２やシリンダヘッド６０と協働して燃料の超臨界状態を制御し、気筒内で急激な圧力変化が起こらない燃焼状態を実現できるようになっている。かかる制御は、上述した本発明の燃料供給方法での温度調整や圧力調整に従って行えばよい。
【００１６】
なお、触媒、即ち超臨界ないし亜臨界状態の燃料を改質する触媒は、図１の燃料供給装置では、インジェクタ２０内の燃料流路にメッキで配置されている（図２参照。）が、気筒１０のピストン表面にメッキしてもよい。
また、図１においては、上述の燃料供給装置の下流側に、排気ガス浄化触媒７０とＰＭ捕集手段８０が設置されており、排気ガスの浄化及びＰＭ除去が図られている。
【００１７】
ところで、高圧ポンプ３０としては、例えば、機関駆動式で、吐出圧力が制御可能なものを用いることができるが、これは加圧だけを行なうので、そのままでは燃料が高温・高圧になり、装置の部品が損傷又は破損する可能性がある。
図１の燃料供給装置では、圧力調整手段として機能する調圧弁５２と温度調整手段として機能するシリンダヘッド６０を備えるので、上記損傷や破損を防止して耐久性を向上することができる。即ち、燃料が超臨界ないし亜臨界状態から更に加圧されて高圧になった場合や後述する触媒によって燃料のモル数増加に伴う圧力上昇によって高圧になった場合等、燃料の圧力が好適な範囲を超えて高圧になった場合には、圧力調整手段により減圧されて、上述した好適な圧力範囲に調整される。
この圧力調整手段は、好適な圧力範囲に調整できれば特に限定されるものではないが、具体的には、燃料供給路を超臨界生成手段と燃料噴射手段の間で分岐して燃料タンク１に連結する圧力調整路に設けた調圧弁５２を例示することができる（図１参照。）。なお、上記した高圧ポンプ３０は吐出圧力を制御できる場合には圧力調整手段としても機能する。
【００１８】
また、上述したように、燃料が超臨界ないし亜臨界状態から更に加圧されて高温になった場合や後述する触媒による反応によって高温になった場合等、燃料の温度が上述した好適な範囲を超えて高温になった場合には、シリンダヘッド６０のような温度調整手段により冷却されて、好適な圧力範囲に調整される。
【００１９】
ここで、インジェクタの簡略化した模式的構造図及びその部分の模式的構成図を図２に示す。同図に示すように、燃料噴射装置内の燃料流路２２を通って送られた燃料は、燃料流路に配置された触媒２４により改質されて噴孔２６より噴射される。
【００２０】
なお、触媒はその触媒成分をメッキすることにより、燃料噴射手段内に配置されていることが望ましい。上述した他の場合、即ち超臨界生成手段と燃焼室との間及び超臨界生成手段内に触媒を配置する場合と比較して、流路が狭いため、より燃料と触媒の接触回数が増え、十分な改質が行なえると考えられる。
更に、触媒による燃料改質反応等で高温になった場合には、上述した温度調整手段により迅速に好適な温度範囲にすることができる。
上述したように触媒成分をメッキすることにより、精密な構造を有するインジェクタ等の燃料噴射手段に、好適な状態で触媒を配置することができる。
【００２１】
かかる触媒の触媒成分は、ロジウム（Ｒｈ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ルテニウム（Ｒｕ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）又は鉄（Ｆｅ）及びこれらの任意の組合せに係る金属であることが望ましい。
燃料は、超臨界ないし亜臨界状態の高温・高圧の状態になることにより、例えば、上述したナフテンは開環分解の他、脱水素して芳香族ＨＣを生成する場合があるが、上記した金属は水素分子を解離して活性化し、水素化に活性を示すので、生成した芳香族ＨＣは速やかに水素と反応して、全体としては、ナフテンの開環分解反応が進行すると考えられる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明する。
【００２３】
（実施例１）
図１及び図２に示した燃料供給装置において、インジェクタ２０に触媒の触媒成分であるＰｔをメッキ処理することにより、本例の燃料供給装置を製造した。
【００２４】
（比較例１）
インジェクタ２０に触媒の触媒成分をメッキ処理しなかったこと以外は、実施例１と同様の構成を採用して、本例の内燃機関の燃料供給装置を製造した。
【００２５】
［性能評能］
上述した各例の燃料供給装置を用いて下記の条件によって、ＰＭ、ＨＣ及びＮＯｘの排出量を燃料噴射時期を変えて測定した。測定値をプロットして得られた結果を図３に示す。従来のプロットは、触媒を用いていない場合（比較例１）であり、本実施例のプロットは、触媒を用いている場合（実施例１）である。
（性能評価条件）
・エンジン              直噴型４気筒・２．５Ｌディーゼルエンジン
・最大トルク            ２５０Ｎｍ／２０００ｒｐｍ
・燃料                  基底燃料（ＪＩＳ  ＩＩ号軽油）
・燃料改質触媒          Ｐｔ（インジェクタにメッキ処理）
【００２６】
図３より、本発明の範囲に属する実施例は、本発明外の比較例よりも、ＰＭ、ＨＣ及びＮＯｘの排出量が低減されていることがわかり、これにより、内燃機関の運転状態に合致した好適な燃焼状態を得ることができる燃料が供給されていることがわかる。
【００２７】
以上、本発明を実施例により詳細に説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上記実施例では、ディーゼルエンジンを例にとって説明したが、本発明の内燃機関の燃料供給装置はこれに限定されるものでなく、本発明の内燃機関の燃料供給装置は、火花点火式ガソリンエンジン、車両でない内燃機関などにも使用可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、燃料を超臨界ないし亜臨界状態で触媒に接触させることなどとしたため、内燃機関の運転状態に合致した好適な燃焼状態を実現できる燃料供給方法及び燃料供給装置を提供することができる付箋。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料供給装置の一例を示す構成図である。
【図２】インジェクタの模式的構造図及び模式的構成を示す拡大断面図である。
【図３】各例の燃料供給装置を用いた場合の排気成分排出量を示すグラフである。
【符号の説明】
１    燃料タンク
１０    燃焼室
１２    筒内圧センサ
２０    燃料噴射装置
２２    燃料流路
２４    触媒
２６    噴孔
３０    高圧ポンプ
４０    コモンレール
５０    高圧分配管
５２    調圧弁
６０    シリンダヘッド
７０    排気ガス浄化触媒
８０    ＰＭ捕集手段
【図１】
2004257334.tif 000002
【図２】
2004257334.tif 000003
【図３】
2004257334.tif 000004