(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の燃料を、Ｎ−ヒドロキシフタルイミドからなる触媒に接触させて、第１の燃料より着火性の高い第２の燃料に改質する改質手段を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記第２の燃料を用いるディーゼル燃焼を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項３】
前記第１の燃料を用いる予混合圧縮着火燃焼と、前記第２の燃料を用いるディーゼル燃焼とを切り替え可能であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【請求項４】
低負荷時には前記予混合圧縮着火燃焼を行い、高負荷時には前記ディーゼル燃焼を行うことを特徴とする請求項３記載の内燃機関。
【請求項５】
前記予混合圧縮着火燃焼を行うときに空気吸入ポートに前記第１の燃料を噴射する第１の燃料噴射インジェクタと、
前記ディーゼル燃焼を行うときに燃焼室に直接、前記第２の燃料を噴射する第２の燃料噴射インジェクタとを備えることを特徴とする請求項３または請求項４記載の内燃機関。
【請求項６】
燃料の噴射時期を変更することにより、前記予混合圧縮着火燃焼と、前記ディーゼル燃焼との切り替えを行う燃料噴射時期制御手段を備えることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか１項記載の内燃機関。
【請求項７】
前記第１の燃料は、ガソリン、灯油、軽油、アルコールからなる群から選択される少なくとも１種の燃料であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料を使用する内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費、排出物を低減するために、予混合圧縮着火内燃機関に代表される圧縮着火内燃機関が検討されている。前記予混合圧縮着火内燃機関は、内燃機関の燃焼室で、燃料と空気とからなる混合気を圧縮して自着火させるものである。
【０００３】
ところが、前記予混合圧縮着火内燃機関は、該機関の要求負荷が高くなったときにはノッキングを起こしやすく、前記要求負荷が低くなったときに失火しやすいため、安定に運転することができる運転領域が狭いとの問題がある。
【０００４】
前記問題を解決するために、複数の燃料を使用する内燃機関が提案されている。このような内燃機関として、例えば、軽油とガソリンとを用いる予混合圧縮着火燃焼と、軽油のみを用いるディーゼル燃焼とを、該内燃機関の運転状態に応じて切り替えるものが知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、前記内燃機関は、軽油とガソリンという２種類の燃料を用いるために、それぞれ別の燃料タンクと、燃料供給系統とを備えなければならないという不都合がある。
【特許文献１】特開２００４−３０８４２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる不都合を解消して、単一の燃料から必要に応じて複数の燃料を生成することができる内燃機関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】
【０００７】
かかる目的を達成するために、本発明の内燃機関は、第１の燃料を、Ｎ−ヒドロキシフタルイミドからなる触媒に接触させて、第１の燃料より着火性の高い第２の燃料に改質する改質手段を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の内燃機関では、前記改質手段により、前記第１の燃料を、第１の燃料より着火性の高い第２の燃料に改質することができる。従って、本発明の内燃機関によれば、前記第１の燃料から、該第１の燃料と前記第２の燃料という着火性の異なる２種の燃料を生成することができ、両燃料を使い分けることにより、広範囲の負荷に対して該内燃機関を安定に運転することができる。
【０００９】
本発明の内燃機関では、前記第２の燃料を用いるディーゼル燃焼を行うことができる。ディーゼル燃焼には一般に軽油が用いられるが、本発明の内燃機関では、前記改質手段により前記第１の燃料より着火性の高い第２の燃料を生成させることができる。従って、着火性の低い種々の燃料を、ディーゼル燃焼に利用することができる。
【００１０】
また、本発明の内燃機関では、前記第１の燃料を用いる予混合圧縮着火燃焼と、前記第２の燃料を用いるディーゼル燃焼とを切り替え可能であることが好ましい。前記予混合圧縮着火燃焼と、ディーゼル燃焼との切り替えは、低負荷時には前記予混合圧縮着火燃焼を行い、高負荷時には前記ディーゼル燃焼を行うというように行う。
【００１１】
本発明の内燃機関では、前記第１の燃料を用いる予混合圧縮着火燃焼と、前記第２の燃料を用いるディーゼル燃焼とを切り替え可能とするために、前記予混合圧縮着火燃焼を行うときに空気吸入ポートに前記第１の燃料を噴射する第１の燃料噴射インジェクタと、前記ディーゼル燃焼を行うときに燃焼室に直接、前記第２の燃料を噴射する第２の燃料噴射インジェクタとを備えることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の内燃機関では、燃料の噴射時期を変更することにより、前記予混合圧縮着火燃焼と、前記ディーゼル燃焼との切り替えを行う燃料噴射時期制御手段を備えることが好ましい。前記燃料噴射時期制御手段は、具体的には、前記予混合圧縮着火燃焼を行うときには燃焼室の空気が圧縮される前に前記第１の燃料を噴射して、該燃料と空気との混合気を形成する。また、前記燃料噴射時期制御手段は、前記ディーゼル燃焼を行うときには、燃焼室の空気が圧縮されて高温になったときに前記第２の燃料を噴射する。
【００１３】
本発明の内燃機関では、前記第１の燃料として、ガソリン、灯油、軽油、アルコールからなる群から選択される少なくとも１種の燃料を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の内燃機関の一態様を示すシステム構成図であり、図２は本実施形態の内燃機関の他の態様を示すシステム構成図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態の第１の内燃機関１ａは、第１の燃料（低着火性燃料）を収容する燃料タンク２と、燃料タンク２から供給される燃料を第１の燃料より着火性の高い第２の燃料（高着火性燃料）に改質する改質器３と、インジェクタ４を介して供給される第２の燃料を用いてディーゼル燃焼を行うエンジン５とを備えている。
【００１６】
前記燃料タンク２に収容されている第１の燃料は、ガソリン、灯油、軽油、アルコール等の燃料であり、これらの燃料は単独であっても２種以上混合されていてもよい。
【００１７】
前記改質器３は、Ｎ−ヒドロキシフタルイミドからなる触媒を収容しており、前記第１の燃料を該触媒に接触させることにより、第１の燃料より着火性の高い第２の燃料に改質する。次に、Ｎ−ヒドロキシフタルイミドによる前記第１の燃料の改質の機構について、第１の燃料がガソリン、灯油等の炭化水素である場合を例に説明する。
【００１８】
Ｎ−ヒドロキシフタルイミドは、まず、次の反応式（１）に示すように、空気中の酸素と反応して、フタルイミドＮ−オキシルラジカルとなる。次に、フタルイミドＮ−オキシルラジカルは反応式（２）に示すように、炭化水素（ＲＨ）から水素を引き抜いて、自身はＮ−ヒドロキシフタルイミドに還元される一方、炭化水素ラジカル（Ｒ・）を生成する。
【００１９】
次に、炭化水素ラジカル（Ｒ・）は、反応式（２）に示すように、空気中の酸素により酸化されて炭化水素の過酸化物ラジカル（ＲＯＯ・）を生成する。そして、反応式（４）に示すように、炭化水素の過酸化物ラジカル（ＲＯＯ・）が炭化水素（ＲＨ）から水素を引き抜いてヒドロペルオキシド（ＲＯＯＨ）を生成すると共に、炭化水素ラジカル（Ｒ・）を生成する。
【００２０】
【化１】
0004832929.tif 000002
【００２１】
反応式（３）、（４）は連鎖反応となるので、ガソリン、灯油等の炭化水素からなる前記第１の燃料が自動酸化されて、該第１の燃料中に、炭化水素（ＲＨ）よりも着火性が高いヒドロペルオキシド（ＲＯＯＨ）が生成する。この結果、前記第１の燃料よりも着火性の高い第２の燃料が得られる。
【００２２】
前記反応式（１）〜（４）は、炭化水素を例として説明しているが、炭化水素に変えてアルコール（ＲＯＨ）を用いた場合にも同様の反応が起きる。アルコール（ＲＯＨ）の場合には、反応式（２）においてＲ・に代えてＨＯＲ・が生成し、反応式（３）においてＲＯ・が酸化されてＨＯＲＯＯ・を生成する。そして、反応式（４）において、ＨＯＲＯＯ・がアルコール（ＲＯＨ）のアルキル基（Ｒ）から水素を引き抜いてヒドロペルオキシド（ＲＯＯＨ）を生成すると共に、ＨＯＲ・を生成する。
【００２３】
尚、前記反応式（１）〜（４）は８０℃程度の温度で行われることが好ましく、熱源としては例えばエンジン５の排気などを用いることができる。
【００２４】
次に、Ｎ−ヒドロキシフタルイミドにより、第１の燃料として灯油を自動酸化した例を示す。
【００２５】
まず、灯油１００ｇに触媒としてのＮ−ヒドロキシフタルイミドを１ｇまたは１０ｇ混合し、空気を吹き込みながら、８０℃の温度に１時間保持した。次に、反応溶液を室温まで冷却した後、Ｎ−ヒドロキシフタルイミドを濾別して除去し、濾液として第２の燃料を得た。
【００２６】
次に、軽油、灯油、前記第２の燃料とについて、着火性を評価した。着火性の評価は、噴霧着火試験装置（Ｆｕｅｌｔｅｃｈ社製、商品名：ＦＩＡ−１００）を用い、燃焼室温度５００℃、圧力２ＭＰａの条件で燃料を噴射し、燃料噴射から燃焼室圧力が０．０２ＭＰａ上昇するまでの時間を着火遅れ時間として測定することにより行った。１０回の測定の平均値を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１から、第１の燃料として灯油をＮ−ヒドロキシフタルイミドに接触させ、自動酸化して得られた第２の燃料は、第１の燃料としての灯油よりも着火遅れ時間が短く、着火性が高くなっていることが明らかである。また、前記第２の燃料は、触媒量の増加と共に、軽油の着火性に近づく傾向を示しており、ディーゼル燃焼に用いることができることが明らかである。
【００２９】
次に、図２を参照して、本実施形態の第２の内燃機関１ｂについて説明する。内燃機関１ｂは、第１の燃料（低着火性燃料）を収容する燃料タンク２と、燃料タンク２から供給される燃料を第１の燃料より着火性の高い第２の燃料（高着火性燃料）に改質する改質器３と、インジェクタ４ａを介して供給される第２の燃料を用いてディーゼル燃焼を行うエンジン５とを備えている。燃料タンク２と改質器３との間には、三方弁等からなる分配器６が設けられており、燃料タンク２に収容されている第１の燃料を、改質器３を経由することなく、インジェクタ４ｂを介して直接エンジン５に供給できるようになっている。
【００３０】
インジェクタ４ａは、前記第２の燃料を直接エンジン５の燃焼室に噴射するようになっており、インジェクタ４ｂは前記第１の燃料をエンジン５の空気吸入ポートに噴射するようになっている。また、内燃機関１ｂは、インジェクタ４ａ，４ｂの燃料噴射時期を制御する燃料噴射時期制御装置７を備えている。
【００３１】
内燃機関１ｂによれば、前記分配器６を備えるので、燃料タンク２に収容されている第１の燃料自体と、該第１の燃料を改質器３により上述のようにして改質し、該第１の燃料より着火性が高くなっている第２の燃料との２種の燃料を用いることができる。そこで、内燃機関１ｂは、低負荷時には、燃焼室の空気が圧縮される前に前記第１の燃料をインジェクタ４ｂからエンジン５の空気吸入ポートに噴射して、該燃焼室に該燃料と空気との混合気を形成し、該混合気による予混合圧縮着火燃焼を行う。また、内燃機関１ｂは、高負荷時には、燃焼室の空気が圧縮されて高温になったときに前記第２の燃料をインジェクタ４ａから直接エンジン５の燃焼室に噴射して、ディーゼル燃焼を行う。内燃機関１ｂにおいて、前記予混合圧縮着火燃焼と、前記ディーゼル燃焼との切り替えは、燃料噴射時期制御装置７により、第１の燃料と第２の燃料との燃料噴射時期を変更することにより行うことができる。
【００３２】
そして、内燃機関１ｂによれば、第１の燃料と第２の燃料という着火性の異なる２種の燃料を使い分けることにより、広範囲の負荷に対して安定に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の内燃機関の一実施形態を示すシステム構成図。
【図２】本発明の内燃機関の他の実施形態を示すシステム構成図。
【符号の説明】
【００３４】
１ａ，１ｂ…内燃機関、  ２…燃料タンク、  ３…改質手段、  ４ａ…第２のインジェクタ、  ４ｂ…第１のインジェクタ、  ７…燃料噴射時期制御装置。
【図１】
0004832929.tif 000004
【図２】
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