(57)【要約】【課題】原燃料の使用効率とオクタン価の向上とに優れた燃料改質システムを提供すること。【解決手段】炭化水素を主体とする燃料を、空気を用いて改質して主生成物としてのアルコールと副生成物としての安息香酸とを生成させる改質触媒を備える改質器１５と、改質器１５の下流側に設けられ、改質触媒による主生成物としてのアルコールは通過させるとともに析出した副生成物としての安息香酸を捕捉するナトリウム触媒からなるフィルタ３１，３２と、フィルタ３１，３２に空気を通し、当該補足した安息香酸をフェノールに改質し、該改質により生成したフェノールを、改質器１５による主生成物に合流させる流路３３１，３３２、又は、エンジンの気筒内に燃料として直接供給する流路３２１，３２２と、を備えた燃料改質システム。【選択図】図２
2016211493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に供給する燃料を改質する燃料改質システムであって、
炭化水素を主体とする燃料を、空気を用いて改質して主生成物としてのアルコールと副生成物としての安息香酸を生成する改質触媒を備える改質器と、
前記改質器の下流に設けられ、前記改質触媒による前記主生成物としてのアルコールは通過させるとともに析出した前記副生成物としての安息香酸を捕捉する、ナトリウム触媒が担持されたフィルタと、
前記フィルタに空気を通し、前記捕捉した安息香酸をフェノールに改質し、該改質により生成したフェノールを、前記改質器による前記主生成物に合流させる流路、又は、前記内燃機関の気筒内に燃料として直接供給する流路と、
を備えた燃料改質システム。
【請求項２】
前記改質器の下流で前記フィルタより上流に設けられ、前記改質器で生成した生成ガスを、改質燃料を主体とする凝縮相にするとともに安息香酸を析出させる凝縮器をさらに備える請求項１に記載の燃料改質システム。
【請求項３】
前記フィルタは複数備えられ、該複数のうちの少なくとも一のフィルタが安息香酸を捕捉する第１の流路構成に置かれているとき、該複数のうちの少なくとも他の一のフィルタが安息香酸をフェノールに改質する第２の流路構成に置かれているように流路構成を切り替える流路切替機構をさらに備える請求項１又は２に記載の燃料改質システム。
【請求項４】
前記フィルタのナトリウム触媒によって改質されたフェノールを含んだ空気をそのまま前記内燃機関の吸気ポートに導入する導入路をさらに備える請求項１から３の何れか一項に記載の燃料改質システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料改質システムに関する。詳しくは、炭化水素を主体とする燃料を改質することで燃料のオクタン価を向上できる燃料改質システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
予め混合した燃料と空気の混合気を点火プラグによる火花点火で燃焼させるガソリンエンジンでは、点火プラグから離隔した未燃焼の混合気（エンドガス）が自着火することによりノッキングが生じることが知られている。ノッキングは、エンジンの圧縮比を高めると生じ易くなるため、近年の高圧縮比エンジンでは、ノッキングの抑制が強く求められている。
【０００３】
ノッキングを抑制する方法としては、点火時期を遅角する方法が挙げられる。しかしながら、点火時期を遅角すると、エンジンの熱効率が低下する。そのため、高圧縮比エンジンにおいても、ノッキングを抑制しつつ高い熱効率が得られる技術の開発が望まれる。
【０００４】
ところで、ノッキングは燃料のオクタン価を高めることで抑制できるため、オクタン価の高い燃料として、ガソリン中にエタノール等のアルコールを予め混合したアルコール含有燃料が一部の地域で広く用いられている。また、このようなアルコール含有燃料の普及に伴い、外部から給油されたアルコール含有燃料を、車両上で高ガソリン濃度の燃料と高アルコール濃度の燃料とに分離する技術の開発が進められている。ガソリンとアルコールとでは、例えばオクタン価や発熱量等の燃料物性において種々の相違点があるため、外部から給油されたアルコール含有燃料をそのまま利用するよりも、車両上で分離し、用途に応じてガソリンとアルコールとを使い分けた方が好ましいからである。ただし、エンジンの要求に応じた分離は容易ではない。
【０００５】
一方、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料との複数の燃料を予め原料燃料タンクに貯留しておき、複数の燃料噴射手段から複数の燃料を運転状態に応じた混合割合で気筒内に供給する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１所載の技術では、各燃料噴射手段に供給される各燃料の流量を燃料流量検出手段で検出し、検出された各燃料の流量に基づいて気筒内に供給される燃料の実混合割合を、実混合割合算出手段で算出する。燃料流量検出手段で検出された各燃料噴射手段に供給される燃料の流量に基づき気筒内に供給される燃料の実混合割合が正確に算出されるとされている。
【０００６】
また、第１燃料（ガソリン等）から改質器を用いて高オクタン価の第２燃料（フェノール等）を生成し、第１燃料および第２燃料を、その混合比を調節しながら内燃機関に供給して内燃機関を運転する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。この提案では、改質器は、第１改質部及びその下流側に連続的に配置されている第２改質部を備えている。第１改質部により単環の芳香族炭化水素から単環の芳香族カルボン酸が生成され、さらに、第２改質部により単環の芳香族カルボン酸から単環フェノール類が生成される。特許文献２所載の技術では、内燃機関の要求負荷に応じた混合比で第１燃料および第２燃料を用いることができるため、資源の有効活用等の観点から、内燃機関の高オクタン価燃料の選択肢の幅が拡張されるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−５４６１０号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８４７４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１所載の技術では、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料との複数の燃料を予め原料燃料タンクに貯留しておくことを要するため、取り扱いが煩雑である。
一方、特許文献２所載の技術では、複数の燃料を予め原料燃料タンクに貯留しておく必要はないが、内燃機関の気筒へ供給すべき燃料が必ず２つの改質反応を経るため、無駄に燃料を消費してしまい、原燃料の使用効率の点では課題を残している。また、オクタン価を一層高めたいという要請もある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、原燃料の使用効率とオクタン価の向上とに優れた燃料改質システム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】
【００１０】
上記目的を達成するため、ここに次のような技術を提案する。
（１）内燃機関に供給する燃料を改質する燃料改質システムであって、
炭化水素を主体とする燃料を、空気を用いて改質して主生成物としてのアルコールと副生成物としての安息香酸を生成する改質触媒を備える改質器（例えば、後述の改質器１５）と、
前記改質器の下流に設けられ、前記改質触媒による前記主生成物としてのアルコールは通過させるとともに析出した前記副生成物としての安息香酸を捕捉する、ナトリウム触媒が担持されたフィルタ（例えば、後述の第１フィルタ３１、第２フィルタ３２）と、
前記フィルタに空気を通し、前記捕捉した安息香酸をフェノールに改質し、該改質により生成したフェノールを、前記改質器による前記主生成物に合流させる流路（例えば、後述の第１還流管３３１、第２還流管３３２）、又は、前記内燃機関の気筒内に燃料として直接供給する流路（例えば、後述の第７管路部３２１、第８管路部３２２）と、
を備えた燃料改質システム。
【００１１】
上記（１）の燃料改質システムでは、原燃料が改質器を複数回通過することがないため原燃料の使用効率に優れ、且つ、改質器の副生成物からオクタン価が極めて高いフェノールを得てこれを併せ利用するため実効的なオクタン価を一層高めることができる。
【００１２】
（２）前記改質器の下流で前記フィルタより上流に設けられ、前記改質器で生成した生成ガスを、改質燃料を主体とする凝縮相にするとともに安息香酸を析出させる凝縮器（例えば、後述の凝縮器１６）をさらに備える（１）の燃料改質システム。
【００１３】
上記（２）の燃料改質システムでは、上記（１）の燃料改質システムにおいて特に、固体の安息香酸が増えるため、フィルタでの捕捉率が高まる。その結果、オクタン価をより高めることができる。
【００１４】
（３）前記フィルタは複数備えられ、該複数のうちの少なくとも一のフィルタ（例えば、後述の第１フィルタ３１）が安息香酸を捕捉する第１の流路構成（例えば、後述の流入管路部３１１→第１流路切替器３１２→第１管路部３１３→第１フィルタ３１→第３管路部３１５→第２流路切替器３１７→第５管路部３１９→改質燃料タンク１８の経路）に置かれているとき、該複数のうちの少なくとも他の一のフィルタ（例えば、後述の第２フィルタ３２）が安息香酸をフェノールに改質する第２の流路構成（例えば、後述の第２空気導入管３２４（第２空気バルブ３２６）→第２フィルタ３２→第４管路部３１６→第３流路切替器３１８→第８管路部３２２→エンジン給気ポート）に置かれているように流路構成を切り替える流路切替機構（例えば、後述の流路切替機構３１０）をさらに備える（１）又は（２）の燃料改質システム。
【００１５】
上記（３）の燃料改質システムでは、上記（１）又は（２）の燃料改質システムにおいて特に、改質器からの改質燃料に発生する安息香酸を常に捕捉できる。その結果、オクタン価をより高めることができる。
【００１６】
（４）前記フィルタのナトリウム触媒によって改質されたフェノールを含んだ空気をそのまま前記内燃機関の吸気ポートに導入する導入路（例えば、後述の第７管路部３２１、第８管路部３２２）をさらに備える（１）から（３）の何れか一の燃料改質システム。
【００１７】
上記（４）の燃料改質システムでは、上記（１）から（３）の何れか一の燃料改質システムにおいて特に、ナトリウム触媒により改質されたフェノール入りの空気をそのまま内燃機関の燃料として使うため、特別な機構を要さずにノッキング抑制効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、原燃料の使用効率に優れ、一層オクタン価の高い燃料が得られる燃料改質システムが具現される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料改質システムの構成を示す図である。
【図２】図１の燃料改質システムに適用されるフィルタ機構の一例を示す図である。
【図３】図２のフィルタ機構においてフィルタの再生を行う際のフィルタ再生動作を表すフローチャートである。
【図４】図１の燃料改質システムに適用されるフィルタ機構の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料改質システム１の構成を示す図である。本実施形態の燃料改質システム１は、図示しない車両に搭載され、車両上で図示しない内燃機関（以下エンジンという）の要求に応じて、燃料中に含まれる炭化水素をアルコールに改質してエンジンに供給する。
【００２１】
本実施形態の燃料改質システム１では、燃料としてガソリンを用い、酸化剤として空気を用いる。即ち、本実施形態の燃料改質システム１は、空気中の酸素による酸化反応を利用してガソリンを改質することから、例えば分解反応等を利用した改質と比べて低温で温和な条件下で改質が可能であるため、システム構成を簡易化でき、車両上でのオンデマンド運転に適する。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態に係る燃料改質システム１は、空気導入部１１と、燃料タンク１２と、燃料導入部１３と、混合器１４と、改質器１５と、凝縮器１６と、燃料供給部１７と、改質燃料タンク１８と、改質燃料供給部１９と、気相供給部２０と、フィルタ機構３０とを含んで構成される。
【００２３】
空気導入部１１は、後述する混合器１４の上流に設けられ、混合器１４内に酸化剤としての空気を導入する。
空気導入部１１は、空気導入管１１０の上流側から順に、空気フィルタ１１１と、空気ポンプ１１２と、空気流量計１１３と、空気バルブ１１４と、を備える。
空気導入部１１は、空気ポンプ１１２を駆動することで、空気フィルタ１１１を介して外気から空気を取り込む。また、空気導入部１１は、空気バルブ１１４を開弁することで、取り込んだ空気を混合器１４内に導入する。
【００２４】
空気流量計１１３で検出された空気流量に基づいて、図示しない電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）により、空気バルブ１１４の開度が調整され、この開度調整によって混合器１４内への空気の導入量が調節される。
【００２５】
燃料供給部１７は、燃料ポンプ１７１と、燃料供給管１７２と、図示しないインジェクタと、を備える。燃料供給部１７は、燃料ポンプ１７１を駆動することで、燃料供給管１７２及びインジェクタを介して、燃料タンク１２内に貯留されたガソリンを図示しないエンジンの気筒に供給する。
エンジンへのガソリン供給量は、ＥＣＵによりインジェクタの噴射量を調整することによって制御される。
【００２６】
燃料導入部１３は、後述する混合器１４の上流に設けられ、混合器１４内に燃料のガソリンを導入する。
燃料導入部１３は、燃料導入管１３０の上流側から順に、改質ポンプ１３１と、燃料流量計１３２と、燃料バルブ１３３と、を備える。
燃料導入部１３は、改質ポンプ１３１を駆動するとともに燃料バルブ１３３を開弁することで、燃料タンク１２内に貯留されたガソリンを混合器１４内に導入する。
【００２７】
燃料流量計１３２で検出された燃料流量に基づいて、ＥＣＵにより燃料バルブ１３３の開度が調整され、この開度調整によって混合器１４内へのガソリンの導入量が調節される。
【００２８】
この燃料改質システム１では、上述の空気導入部１１及び燃料導入部１３を含んで混合器１４に空気及び燃料を供給する供給システム１０が構成されている。
供給システム１０ではＥＣＵの管理下で空気導入部１１及び燃料導入部１３が連係して動作し、混合器１４に供給される空気及び燃料について、空気及び燃料の合計量に対する当該燃料の割合が２２質量パーセント以上になるように調節が行われる。
【００２９】
この調節が行われるため、混合器１４に供給される空気及び燃料は、空気及び燃料の合計量に対する当該燃料の割合が２２質量パーセント以上となる。この割合は爆発限界よりも燃料過濃な領域に該当する。従って、過度に急な反応が起こるおそれが極小となり、ガソリンをアルコールに変換する変換プロセスが安定したものとなる。
【００３０】
混合器１４は、後述する改質器１５の上流に設けられ、燃料のガソリンと空気を上述のように混合して改質器１５内に供給する。
この混合器１４は、供給される空気と燃料のガソリンとが均一に混合可能な構成となっている。
なお、上述における空気及び燃料の合計量に対する燃料（ガソリン）の割合の上限は略８０質量パーセントである。この上限を超えると酸化改質が起こりにくくなる。
【００３１】
本実施形態では、混合器１４は、その内部に粒子状物質又は多孔質物質が配されている。この粒子状物質又は多孔質物質によって、供給システム１０から供給された空気と燃料とが、流れの分散、変転、転換（回転）を生じて、均一に混合される。
ここで特に、本実施形態では、この粒子状物質又は多孔質物質における隙間の大きさが１ｍｍ以下である。
粒子状物質としては、例えば、石英砂、二酸化ケイ素、ゼオライト等を適用可能である。また、多孔質物質としては、例えば、ステンレスの焼結体であるポーラスステンレスや、その他のポーラス金属を適用可能である。
なお、混合器１４は、図示しないヒータを備えており、ガソリン及び空気を所定の温度まで昇温しながら混合することで、ガソリンと空気の混合気を生成する。
【００３２】
改質器１５は、混合器１４から供給される混合気中のガソリンの主成分である炭化水素を、混合気中の空気を用いて改質してアルコールを生成させる。具体的には、改質器１５としては、流通反応器及び完全混合反応器のいずれであってもよい。
【００３３】
ここで、流通反応器とは、混合器１４から導入されたガソリンと空気の混合気が、その前後に供給された混合気と反応器内部で混合されることなく、ピストンのように押し流されながら改質されて流出する反応器である。この流通反応器では、反応器から流出する流体の組成と反応器内部の流体の組成は相違し、混合気が反応器内部に滞留している時間のばらつきが小さい特性を有する。
【００３４】
これに対して、完全混合反応器とは、混合器１４から導入されたガソリンと空気の混合気が、改質器内で反応物と均一に混合されて改質される反応器である。この完全混合反応器では、反応器から流出する流体の組成と反応器内部の流体の組成は同一であり、混合気が反応器内部に滞留している時間のばらつきが大きい特性を有する。
【００３５】
図１の燃料改質システム１では、改質器１５には、温度センサ（不図示）と、改質器１５内を冷却するための冷却部１５３と、が設けられる。冷却部１５３は、温度センサの検出温度に基づいてＥＣＵにより制御され、エンジンの冷却水を改質器１５に供給することで改質器１５を冷却する。
【００３６】
エンジン冷却水の温度は、７０℃〜１００℃が好ましい。エンジン冷却水の温度が７０℃未満では改質反応速度が小さく、１００℃を超えるとエンジン冷却水の使用が難しくなる。なお、冷却部１５３は、改質反応が進行して改質器１５内の温度が高温に達しているときには、エンジン冷却水で改質器１５を冷却するが、改質反応の初期で改質器１５内の温度が低温の場合には、逆にエンジン冷却水で改質器１５を暖めるように作用する。
【００３７】
また、改質器１５は、ガソリン中に主体的に含まれる炭化水素を、酸化剤としての空気を用いて改質し、アルコールを生成させる改質触媒１５２を備える。具体的には、改質器１５は、円筒状のケーシング１５１と、ケーシング１５１内に充填された固体状の改質触媒１５２と、を備える。
【００３８】
固体状の改質触媒１５２は、小球状の多孔質担体と、当該多孔質担体の表面に担持された主触媒及び助触媒と、を含んで構成される。主触媒及び助触媒は、均一に混合された状態で、小球状の多孔質担体の表面に担持される。このように本実施形態の改質触媒１５２は、多孔質担体が小球状であることにより、その表面に担持される主触媒及び助触媒の表面積が増大し、燃料のガソリンや酸化剤の空気との接触面積が増大する。
【００３９】
小球状の多孔質担体としては、例えば、シリカビーズ、アルミナビーズ、シリカアルミナビーズ等が用いられる。中でも、シリカビースが好ましく用いられる。多孔質担体の粒径は、好ましくは３μｍ〜５００μｍである。
【００４０】
主触媒は、ガソリン中の炭化水素から水素原子を引き抜いてアルキルラジカルを生成させるように作用する。具体的には、主触媒としては、Ｎ−ヒドロキシイミド基を有するＮ−ヒドロキシイミド基含有化合物が用いられる。中でも、Ｎ−ヒドロキシフタルイミド（以下、「ＮＨＰＩ」という。）又はＮＨＰＩ誘導体がその作用が顕著である。
【００４１】
助触媒は、アルキルラジカルから生成するアルキルヒドロペルオキシドを還元してアルコールを生成させる能力を有する。具体的には、助触媒としては、遷移金属化合物が用いられる。中でも、コバルト化合物、マンガン化合物及び銅化合物からなる群より選ばれる化合物が好ましく用いられる。コバルト化合物としては酢酸コバルト（ＩＩ）等が用いられ、マンガン化合物としては酢酸マンガン（ＩＩ）等が用いられ、銅化合物としては塩化銅（Ｉ）等が用いられる。
【００４２】
上述した主触媒及び助触媒の多孔質担体への担持方法については、公知の含浸法等が採用される。例えば、主触媒及び助触媒を所定の混合比で含有するスラリーを調製した後、調製したスラリー中に小球状の多孔質担体を浸漬させる。次いで、スラリー中から多孔質担体を引き上げ、多孔質担体の表面に付着した余分なスラリーを除去した後、所定の条件で乾燥する。これにより、多孔質担体の表面に主触媒及び助触媒が均一に担持された改質触媒１５２が得られる。
【００４３】
ここで、改質器１５内で進行する改質反応について、以下に詳しく説明する。
先ず、本実施形態の改質反応は、下記の反応式（１）に示すように、ガソリン中の炭化水素から水素原子が引き抜かれてアルキルラジカルが生成する水素引き抜き反応により開始される。この水素引き抜き反応は、主触媒、ラジカル及び酸素分子等の作用により進行する。
ＲＨ  →  Ｒ・      ・・・反応式（１）
［反応式（１）中、ＲＨは炭化水素を表し、Ｒ・はアルキルラジカルを表す。］
【００４４】
次いで、水素引き抜き反応により生成したアルキルラジカルは、下記の反応式（２）に示すように、酸素分子と結合してアルキルペルオキシラジカルを生成する。
Ｒ・  ＋  Ｏ２  →  ＲＯＯ・      ・・・反応式（２）
［反応式（２）中、Ｏ２は酸素分子を表し、ＲＯＯ・はアルキルペルオキシラジカルを表す。］
【００４５】
次いで、反応式（２）により生成したアルキルペルオキシラジカルは、下記の反応式（３）に示すように、ガソリン中に含まれる炭化水素から水素原子を引き抜いて、アルキルヒドロペルオキシドを生成する。
ＲＯＯ・  ＋  ＲＨ  →  ＲＯＯＨ  ＋  Ｒ・      ・・・反応式（３）
［反応式（３）中、ＲＯＯＨはアルキルヒドロペルオキシドを表す。］
【００４６】
次いで、反応式（３）により生成したアルキルヒドロペルオキシドは、下記の反応式（４）に示すように、助触媒の作用によりアルコールに還元される。
ＲＯＯＨ  →  ＲＯＨ      ・・・反応式（４）
［反応式（４）中、ＲＯＨはアルコールを表す。］
【００４７】
また、反応式（３）により生成したアルキルヒドロペルオキシドは、下記の反応式（５）に示すように、助触媒又は熱の作用によりアルコキシラジカルとヒドロキシラジカルとに分解する。
ＲＯＯＨ  →  ＲＯ・  ＋  ・ＯＨ      ・・・反応式（５）
［反応式（５）中、ＲＯ・はアルコキシラジカルを表し、・ＯＨはヒドロキシラジカルを表す。］
【００４８】
次いで、反応式（５）により生成したアルコキシラジカルは、ガソリン中に含まれる炭化水素から水素原子を引き抜いて、アルコールを生成する。
ＲＯ・  ＋  ＲＨ  →  ＲＯＨ  ＋  Ｒ・      ・・・反応式（６）
【００４９】
以上のようにして、ガソリン中に主体的に含まれる炭化水素が酸化改質され、アルコールに変換される。より詳しくは、ガソリン中に含まれる炭化水素は炭素数が４〜１０の炭化水素であるため、これら炭化水素が、炭素数４〜１０のアルコールに変換される。このようにして、本実施形態の燃料改質システム１では、ガソリンのオクタン価を向上できるようになっている。
【００５０】
次に、凝縮器１６は、改質器１５の下流でフィルタ機構３０より上流に設けられ、改質器１５で生成した生成ガスを、改質燃料を主体とする凝縮相と、気相とに分離する。凝縮器１６は、その内部に図示しない熱交換器を有しており、改質器１５の出口から流出する生成ガスを冷却することで、改質燃料を主体とする凝縮相と気相とに分離する。なお、凝縮相の物質には、主生成物であるアルコールの他に後述する副生成物の安息香酸や水等が含まれ、気相の物質には、窒素、酸素、その他の副生成物のガス成分等が含まれる。
【００５１】
改質燃料タンク１８は、凝縮器１６で分離された凝縮相中の改質燃料を貯留する。改質燃料タンク１８は、改質器１５によりガソリンを改質することで生成した改質燃料のアルコールを、一時的に貯留するバッファタンクとして機能する。
【００５２】
ここで、本実施形態の燃料改質システム１では、次のような反応が起こる点に着目している。
即ち、ガソリン中に含まれる芳香族成分として代表的な物質であるトルエンは、酸素によって酸化され、ベンジルアルコール、ベンズアルデヒド、を経由し、安息香酸が生じる。
この改質反応は下記の反応式（７）の通りである：
【化１】
2016211493.tif 000003
即ち、改質触媒１５２における改質反応により、主成分としてアルコールが生成し、副生成物として安息香酸が生成する。
【００５３】
本実施形態では特に、改質器１５の次段の凝縮器１６から改質燃料タンク１８への改質燃料移送管３０１にナトリウム触媒からなるフィルタを備えたフィルタ機構３０を介挿して上述の副生成物である安息香酸を捕捉するようにしている。この場合、改質器１５の次段に凝縮器１６が設けられているため、固体の安息香酸が増える。このため、フィルタでの安息香酸の捕捉率が高まる。このフィルタ機構３０については後に図面を参照してさらに詳述する。
【００５４】
改質燃料供給部１９は、改質燃料タンク１８に貯留された改質燃料を、インジェクタによりエンジンの気筒内に供給する。改質燃料供給部１９は、改質燃料ポンプ１９１と、改質燃料供給管１９２と、図示しないインジェクタと、を備える。改質燃料供給部１９は、改質燃料ポンプ１９１を駆動することで、改質燃料供給管１９２及びインジェクタを介して、改質燃料タンク１８内に貯留された改質燃料を、図示しないエンジンの気筒内に供給する。アルコール供給量は、ＥＣＵによりインジェクタの噴射量を調整することで制御される。
【００５５】
気相供給部２０は、凝縮器１６で分離された気相物質を、エンジンの吸気ポート内に供給する。気相供給部２０は、エンジンの吸気ポートに接続された気相供給管２０１を備える。凝縮器１６で分離された気相物質は、気相供給管２０１を介して、エンジンの吸気ポート内に供給される。
【００５６】
ここで、改質器１５の次段の凝縮器１６から改質燃料タンク１８への改質燃料移送管３０１に介挿されたフィルタ機構３０について詳述する。
図２は、図１の燃料改質システムに適用されるフィルタ機構の一例を示す図である。
図２のフィルタ機構３０は相似な構成の第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２と、これら第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２に係る流路を切替える流路切替機構３１０を含んで構成される。
【００５７】
第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２は、ナトリウム触媒をシリカの粒に担持させ、このようにナトリウム触媒を担持したシリカの粒をケースに充填して構成される。このような構成の第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２では、シリカの粒が細密に充填された状態で生じている空隙より大きな物質を捕捉して除去する。
【００５８】
流路切替機構３１０は、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２の上流側に、上述の改質燃料移送管３０１のうち凝縮器１６の直下の部分である流入管路部３１１と、流入管路部３１１に入口が接続された三方弁である第１流路切替器３１２と、第１流路切替器３１２の一方の出口と第１フィルタ３１の入口を結ぶ第１管路部３１３と、第１流路切替器３１２の他方の出口と第２フィルタ３２の入口を結ぶ第２管路部３１４と、を有する。
【００５９】
流路切替機構３１０は、さらに、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２の下流側に、第１フィルタ３１の出口に直結した第３管路部３１５と、第２フィルタ３２の出口に直結した第４管路部３１６と、第３管路部３１５に入口が接続された三方弁である第２流路切替器３１７と、第４管路部３１６に入口が接続された三方弁である第３流路切替器３１８と、第２流路切替器３１７の一方の出口を改質燃料タンク１８に繋ぐ第５管路部３１９と、第３流路切替器３１８の一方の出口を改質燃料タンク１８に繋ぐ第６管路部３２０と、第２流路切替器３１７の他方の出口をエンジン給気ポート(不図示)に繋ぐ第７管路部３２１と、第３流路切替器３１８の他方の出口をエンジン給気ポート(不図示)に繋ぐ第８管路部３２２と、を有する。
【００６０】
第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２の下流側における第７管路部３２１及び８管路部３２２は、フィルタのナトリウム触媒によって改質されたフェノールを含んだ空気をそのまま該当する内燃機関の吸気ポートに導入する導入路を構成している。
【００６１】
尚、第１フィルタ３１の入口に空気を導入する第１空気導入管３２３が設けられ、同様に、第２フィルタ３２の入口に空気を導入する第２空気導入管３２４が設けられている。
第１空気導入管３２３には第１空気バルブ３２５が介挿され、同様に、第２空気導入管３２４には第２空気バルブ３２６が介挿されている。
【００６２】
図２においては、流路切替機構３１０中の管路について、或る時点で流体が流れている管路を実線で、流体が流れていない管路を破線で表している。
以上、図２を参照して説明したフィルタ機構３０の動作については、図１を参照して説明した燃料改質システム１の全体的な動作を説明した後にフローチャートを伴って詳述する。
【００６３】
図１を参照して説明したような構成を備える本実施形態の燃料改質システム１は、ＥＣＵにより制御されて以下のように動作する。
先ず、エンジンの運転状態に応じて、ガソリンの改質が必要であると判断された場合には、エンジン冷却水の温度が所定温度以上であるか否かを判別する。エンジン始動直後でエンジン冷却水の温度が所定温度未満であるときには、前回改質時に改質燃料タンク１８内に貯留された改質燃料を、改質燃料ポンプ１９１によりエンジンに供給する。
【００６４】
これに対して、エンジン冷却水の温度が所定温度以上であるときには、燃料バルブ１３３及び空気バルブ１１４を開弁する。次いで、改質ポンプ１３１により、燃料タンク１２からガソリンを圧送して混合器１４内に導入する。同時に、空気ポンプ１１２により、空気フィルタ１１１を通過した空気を混合器１４内に導入する。
【００６５】
本実施形態の燃料改質システム１では、供給装置１０において、ＥＣＵの管理下で、空気導入部１１及び燃料導入部１３が連係して動作し、混合器１４に供給される空気及び燃料について、当該燃料（ガソリン）の割合が２２質量パーセント以上になるように調節が行われる。
【００６６】
また、ＥＣＵの管理下で、所望の適正な改質反応時間が得られるように、燃料流量計１３２でモニターされたガソリン流量及び空気流量計１１３でモニターされた空気流量に基づいて、燃料バルブ１３３及び空気バルブ１１４の各開度についてフィードバック制御が行われる。
【００６７】
次いで、混合器１４内に導入されたガソリンと空気を、所定温度に暖めながら均一に混合して混合気とした後、改質器１５内に供給する。改質器１５内に供給された混合気中のガソリンの主成分である炭化水素は、改質触媒１５２の作用により上述の反応式（１）〜（６）の反応が進行することで、アルコールに変換される。このとき、温度センサでモニターされた温度に基づいて、エンジン冷却水の供給を制御する。これにより、改質器１５内の温度が所望の適正温度に維持される。
また、改質触媒１５２の作用によりガソリンの改質が進むと、上述の反応式（７）の反応も進行して、主生成物としてのアルコールと副生成物としての安息香酸が生成する。
【００６８】
次いで、改質器１５で生成した生成ガスを、凝縮器１６内の熱交換器により冷却することで、凝縮相と気相とに分離する。分離された凝縮相には主生成物であるアルコールの他に副生成物の安息香酸や水等が含まれており、このように分離された改質燃料が改質燃料移送管３０１を通して改質燃料タンク１８内に導入されて貯留される。
【００６９】
本実施形態では特に、改質燃料移送管３０１に介挿されたフィルタ機構３０により副生成物の安息香酸が捕捉され、透過した主生成物であるアルコールが改質燃料タンク１８に貯留される。
改質燃料タンク１８内の改質燃料（アルコール）は、改質燃料ポンプ１９１によりインジェクタに供給されエンジンの気筒内での燃焼に供される。一方、分離された気相物質はエンジンの吸気ポート内に供給する。
【００７０】
エンジンの運転状態に応じて、ガソリンの改質が不要であると判断された場合には、先ず、空気ポンプ１１２を停止して空気バルブ１１４を閉弁し、混合器１４内への空気の供給を停止する。次いで、改質器１５内がガソリンで満たされて空気が全て流出した後に、改質ポンプ１３１を停止して燃料バルブ１３３を閉弁し、混合器１４内へのガソリンの供給を停止する。これにより、システム停止中に、改質器１５内に残存した酸素により改質反応が進行してしまう事態が回避される。
【００７１】
ここに、改質燃料移送管３０１に介挿されたフィルタ機構３０は、既述の図２の構成を有する。このようなフィルタ機構３０の動作について、図２と共に、フィルタ機構３０の動作を表すフローチャートである図３を併せ参照して説明する。
図３は、より詳細には、図２のフィルタ機構においてフィルタの再生を行う際のフィルタ再生動作を表すフローチャートである。
即ち、フィルタ機構３０における第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２は、既述のように安息香酸を捕捉するが、次第に目詰まりを起こして流路の抵抗が大きくなりフィルタとしての機能が低下する。このため、本実施形態では、次の反応式（８）で示されるような再生処理を間欠的に施してフィルタの機能を回復させる。
【化２】
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即ち、既述のようにナトリウム触媒を担持したシリカの粒をケースに充填して構成され第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２を加熱して空気を通すことにより、フェノールを生成させる。
【００７２】
フィルタ再生動作の処理手順は次のとおりである。以下の順次のステップによる処理は、例えば、上述のＥＣＵが主体となって実行される。
フィルタを通過する改質燃料の圧力を常時或いは周期的に計測して第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２のうち稼働中のフィルタの状態を監視する(ステップＳ３０１)。この圧力の検出ポイントは、例えば、流入管路部３１１であり、ここに圧力センサ（不図示）を設けて検出する。
この圧力が既定値未満であれば（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）フィルタは目詰まりに至らず正常に機能しており、再生処理に付することを要しない。このため、次の、改質燃料の量が既定値に達したか否かの判断（ステップＳ３０２）に移行する。
【００７３】
ステップＳ３０２では、フィルタの再生を定期的に行うために、フィルタの稼働時間と相関を持つ改質された燃料の量を監視している。この監視は、例えば、改質燃料タンク１８の液位センサ（不図示）の検出値に基づいて行う。
ステップＳ３０２で、改質された燃料の量が既定値に満たないと判断されたときには（ステップＳ３０２：ＮＯ）、フィルタの稼働時間が再生処理に付するに満たない状態であり、ステップＳ３０１に戻る。
【００７４】
ステップＳ３０１でフィルタを通過する改質燃料の圧力が既定値に達したときには（ステップＳ３０１：ＮＯ）、フィルタは目詰まりしており、再生処理に付すべくステップＳ３０３に移行する。
また、ステップＳ３０２で、改質された燃料の量が既定値に達したときには（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、フィルタの稼働時間が再生処理に付するべき状態であり、再生処理に付すべくステップＳ３０３に移行する。
【００７５】
ステップＳ３０３では、一のフィルタへの改質燃料の供給ライン（管路）を他の一のフィルタへの改質燃料の供給ライン（管路）へと切り替える。同時に、燃料が新たに流れるフィルタの下流側のライン（管路）を給気ポート側から改質燃料タンク側へと切り替える。
【００７６】
図２を参照して説明したフィルタ機構３０について、上記の切替え動作をさらに具体的に説明する。
ここでは、図２の現在の状態（既述の実線と破線との関係）になる前の状態、即ち、第１流路切替器３１２は入口と他方の出口とが連通し、第２流路切替器３１７は入口と他方の出口とが連通し、第３流路切替器３１８は入口と一方の出口とが連通している状態から説明する。
この状態では、流入管路部３１１→第１流路切替器３１２→第２管路部３１４→第２フィルタ３２→第４管路部３１６→第３流路切替器３１８→第６管路部３２０→改質燃料タンク１８の経路で改質燃料が流れる。
一方、このとき、第１流路切替器３１２→第１管路部３１３→第１フィルタ３１→第３管路部３１５→第２流路切替器３１７→第５管路部３１９→改質燃料タンク１８の経路には改質燃料が流れない。
【００７７】
この状態で、ステップＳ３０１でフィルタを通過する改質燃料の圧力が既定値に達したことが検出されたときには（ステップＳ３０１：ＮＯ）、第２フィルタ３２は目詰まりしている可能性が高い。このためステップ３０３で第１流路切替器３１２において他方の出口から一方の出口へと連通流路を切り替える。これにより、第２フィルタ３２への改質燃料の供給ラインである第２管路部３１４から、第１フィルタ３１への改質燃料の供給ラインである第１管路部３１３へと、フィルタへの改質燃料の供給ラインを切り替える。
同時に、第２流路切替器３１７において他方の出口から一方の出口へと連通流路を切り替え、且つ、第３流路切替器３１８において一方の出口から他方の出口へと連通流路を切り替える。
【００７８】
ステップ３０３で、上述のように、第１流路切替器３１２、第２流路切替器３１７、及び、第３流路切替器３１８を切り替えると、図２において実線にて図示されているような流路が構成される。
即ち、流入管路部３１１→第１流路切替器３１２→第１管路部３１３→第１フィルタ３１→第３管路部３１５→第２流路切替器３１７→第５管路部３１９→改質燃料タンク１８の経路で改質燃料が流れる。
一方、第１流路切替器３１２→第２管路部３１４→第２フィルタ３２の経路には改質燃料が流れなくなる。
以上が、ステップ３０３における図２のフィルタ機構３０（流路切替機構３１０）の動作である。
【００７９】
次いで、切り替えによって改質燃料が流れなくなったライン（管路）の流路を、改質燃料側から吸気ポート側へと切り替える（ステップＳ３０４）。
図２のフィルタ機構３０では、第１流路切替器３１２における連通流路の切り替えによって改質燃料が流れなくなった第２管路部３１４→第２フィルタ３２→第４管路部３１６→第３流路切替器３１８の経路での、第３流路切替器３１８における連通流路を切り替える。この切り替えにより、第３流路切替器３１８における連通流路を他方側出口に切り替えて、第３流路切替器３１８→第８管路部３２２→エンジン給気ポート(不図示)の流路を構成する。
【００８０】
次いで、出口がエンジン給気ポート側に連通するようになったライン（管路）側のフィルタを加熱する（ステップＳ３０５）。
図２のフィルタ機構３０では、第２フィルタ３２をヒータ（不図示）によって加熱する。
ステップＳ３０５での加熱の結果、フィルタ（フィルタ機構３０では、この場合は第２フィルタ３２）の温度を温度センサ（不図示）で監視して（ステップＳ３０６）、所定の温度になるのを待機し（ステップＳ３０６：ＮＯ）、所定の温度に達したときに（ステップＳ３０６：ＹＥＳ）、フィルタに空気を導入する（ステップＳ３０７）。
【００８１】
図２のフィルタ機構３０では、ステップＳ３０７で、第２空気導入管３２４に介挿された第２空気バルブ３２６を開いて空気を導入する。
このようにフィルタを加熱し空気を流通させることにより、反応式（８）で示されるような再生処理の反応が進む。
ステップＳ３０７で該当するフィルタ（フィルタ機構３０では、この場合は第２フィルタ３２）に空気を導入してから、空気の流通時間を監視し（ステップＳ３０８）、空気の流通時間が所定時間になるのを待機する（ステップＳ３０８：ＮＯ）。この待機時間（ステップＳ３０８：ＮＯ）の間、上述の再生処理の反応が概ね持続する。
反応式（８）で示されるような再生処理が持続している間、フィルタで捕捉された安息香酸からフェノールが生成する。
【００８２】
図２のフィルタ機構３０では、このようにフィルタからフェノールが生成する時点では、ステップＳ３０４で既に、第３流路切替器３１８の出口が第８管路部３２２→エンジン給気ポート(不図示)の流路を構成している。
上述のように、第８管路部３２２は、フィルタ（この場合は第２フィルタ３２）のナトリウム触媒によって改質されたフェノールを含んだ空気をそのまま該当する内燃機関の吸気ポートに導入する導入路を構成していることは既述の通りである。
従って、オクタン価の高いフェノールがエンジンの運転に供され、実効的に、オクタン価の高い燃料での運転状態が実現する。
空気の流通時間が所定時間に達したら（ステップＳ３０８：ＹＥＳ）、加熱を終了する（ステップＳ３０９）。
【００８３】
図２のフィルタ機構３０では、第２フィルタ３２のヒータ（不図示）への通電をオフにする。
ステップＳ３０９での加熱の終了後、フィルタの温度を監視し（ステップＳ３１０）、冷却を待機する（ステップＳ３１０：ＮＯ）。フィルタが冷却したら（ステップＳ３１０：ＹＥＳ）、フィルタへの空気の導入を終了する（ステップＳ３１１）。
【００８４】
図２のフィルタ機構３０では、第２フィルタ３２の温度を温度センサ（不図示）で監視し、温度が所定値まで降下したら、第２空気導入管３２４に介挿された第２空気バルブ３２６を閉じて空気の導入を断つ。
この時点では、第２フィルタ３２は再生処理が完了し、稼働中の第１フィルタ３１と交替可能な待機状態になる。
この状態で、ステップＳ３０１及びステップＳ３０２について既述のように、フィルタ（この場合には第１フィルタ３１）を通過する改質燃料の圧力が既定値に達し、或いはまた、改質燃料の量が既定値に達した場合には、ステップＳ３０３以降のように、再生処理に付されるフィルタが第２フィルタ３２から第１フィルタ３１に交替する。
【００８５】
このように交替して再生処理に付される第１フィルタ３１について、ステップＳ３０７〜ステップＳ３０８で説明したように、反応式（８）の反応によってフェノールが生成し、生成したフェノールが、今度は、第７管路部３２１を通してエンジン給気ポート(不図示)に供給される。
【００８６】
このように、第７管路部３２１もフィルタのナトリウム触媒によって改質されたフェノールを含んだ空気をそのまま該当する内燃機関の吸気ポートに導入する導入路を構成していることは既述の通りである。
従って、第１フィルタ３１について再生処理を行う期間中においても、オクタン価の高いフェノールがエンジンの運転に供され、実効的に、オクタン価の高い燃料での運転状態が実現する。
【００８７】
以上、図２を参照して説明したところを敷衍すれば、流路切替機構は、フィルタは複数備えられ、該複数のうちの少なくとも一のフィルタが安息香酸を捕捉する第１の流路構成に置かれているとき、該複数のうちの少なくとも他の一のフィルタが安息香酸をフェノールに改質する第２の流路構成に置かれているように流路構成を切り替える機構である。
【００８８】
図４は、図１の燃料改質システムに適用される他の態様のフィルタ機構の構成例を示す図である。
図４において、既述の図２との対応部には同一の符号を附して示し、これら対応部に係る詳細な説明は省略する。
図４のフィルタ機構３０ａにおける図２のフィルタ機構３０との相違点は、フィルタ機構３０の流路切替機構３１０における第７管路部３２１及び第８管路部３２２に替えて、第１還流管３３１及び第２還流管３３２が設けられて流路切替機構３１０ａが構成されている点である。
【００８９】
即ち、フィルタ機構３０では第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２に対して既述の再生処理を施したときに反応式（８）の反応で生じるフェノールを、そのまま該当する内燃機関の吸気ポートに導入する導入路としての第７管路部３２１及び第８管路部３２２を備えていた。これに対し、フィルタ機構３０ａでは、第１フィルタ３１の下流の第２流路切替器３１７における他方の出口を第２フィルタ３２の上流の第２管路部３１４の中間点に接続する第１還流管３３１、及び、第２フィルタ３２下流の第３流路切替器３１８における他方の出口を第１フィルタ３１の上流の第１管路部３１３の中間点に接続する第２還流管３３２が設けられている。
【００９０】
図４のフィルタ機構３０ａでは、上述のような構成の流路切替機構３１０ａによって、第１フィルタ３１及び第２フィルタ３２に対して既述の再生処理を施したときに反応式（８）の反応で生じるフェノールを、流入管路部３１１からの改質燃料の流れに合流させて混合している。即ち、オクタン価の高いフェノールを改質燃料に混合させて、改質燃料のオクタン価の一層の向上をはかっている。
【００９１】
図４のフィルタ機構３０ａにおけるフィルタの再生を行う際のフィルタ再生動作は、図３のフローチャートを参照して説明したものと略同様であるが、若干の相違がある。
即ち、図４のフィルタ機構３０ａにおけるフィルタ再生動作では、図３のフローチャートのステップＳ３０４に替えて、改質燃料が流れなくなったラインの流路を、上述の第１還流管３３１又は第２還流管３３２によって、流入管路部３１１からの改質燃料の流れに合流させるように切り替える。フィルタの再処理に関するその他の点は、図３のフローチャートにより説明したところと同様である。
【００９２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
上記実施形態では、燃料としてガソリンを用いがこれに限定されない。例えば、エタノール等のアルコールを含有するアルコール含有ガソリンを用いた場合であっても、上記実施形態と同様の効果が奏される。
また、フィルタ機構における流路切替機構としては、フィルタの再生処理で生成されるフェノールを、図２の態様におけるように該当する内燃機関の気筒内に燃料として直接供給する流路と、当該生成されるフェノールを図４の態様におけるように改質器による主生成物に合流させる流路とを併せ持ち、双方を切り替え可能に構成することもできる。
【符号の説明】
【００９３】
１…燃料改質システム
１５…改質器
１６…凝縮器
３０、３０ａ…フィルタ機構
３１…第１フィルタ
３２…第２フィルタ
３１０、３１０ａ…流路切替機構
３２１…第７管路部
３２２…第８管路部
３３１…第１還流管
３３２…第２還流管
【図１】
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【図２】
2016211493.tif 000006
【図３】
2016211493.tif 000007
【図４】
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