燃料改質装置とこれを備えた排気再循環システム
【課題】排熱を有効に活用し、安定した特性の改質済燃料を供給可能な燃料改質装置とこれを備えた排気再循環システムを提供する。
【解決手段】燃料改質装置２０は、内燃機関から排出される燃焼排気等の温度が高く酸素濃度が低い高温低酸素濃度気体ＧＥＸ内に噴霧されて気化された被改質燃料ＦＬ２を高温低酸素濃度気体ＧＥＸと共に導入する被改質燃料気体導入路１３と、所定の細孔径を有する分子篩構造成型体３０と、分子篩構造成型体３０を収納する分子篩構造成型体収納部２１と、被改質燃料ＦＬ２を分子篩構造成型体収納部２１内で高温低酸素濃度気体ＧＥＸの持つ熱エネルギを利用して分子篩構造成型体３０によって接触分解（クラッキング）反応させ、得られた改質済燃料ＦＬ３を導出する改質済燃料導出路１４を具備し、排気再循環システム１の排気流路と吸気流路とを連通する排気再循環流路１３、１４の途中に燃料改質装置２０を配設する。
【解決手段】燃料改質装置２０は、内燃機関から排出される燃焼排気等の温度が高く酸素濃度が低い高温低酸素濃度気体ＧＥＸ内に噴霧されて気化された被改質燃料ＦＬ２を高温低酸素濃度気体ＧＥＸと共に導入する被改質燃料気体導入路１３と、所定の細孔径を有する分子篩構造成型体３０と、分子篩構造成型体３０を収納する分子篩構造成型体収納部２１と、被改質燃料ＦＬ２を分子篩構造成型体収納部２１内で高温低酸素濃度気体ＧＥＸの持つ熱エネルギを利用して分子篩構造成型体３０によって接触分解（クラッキング）反応させ、得られた改質済燃料ＦＬ３を導出する改質済燃料導出路１４を具備し、排気再循環システム１の排気流路と吸気流路とを連通する排気再循環流路１３、１４の途中に燃料改質装置２０を配設する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられる燃料を改質する燃料改質装置と、これを備えて低燃費化及び低エミッション化を図った内燃機関の排気再循環システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃焼排気の清浄化や燃費向上を目的として、燃焼排気の一部を還流して燃焼室内に導入する排気再循環（ＥＧＲ）システムが広く用いられている。
内燃機関において燃焼後の排気中には酸素が含まれていない状態か、酸素濃度が希薄な状態となっており、ＥＧＲシステムでは、燃焼排気の一部を吸気と混ぜることによって吸気中の酸素濃度を低下させることにより、燃焼時の最高温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ） の発生を抑制することが可能となる。
また、燃焼温度の低下は、シリンダ及び燃焼室壁面やピストン表面からの熱エネルギ放散を低減し、熱解離による損失の低減にも寄与する。
【０００３】
さらに、燃焼室内に燃焼排気を還流したときと還流しないときとで同一の出力を得るためには、酸素量を同一にする必要があり、燃焼排気を還流したときのスロットル開度が相対的に大きくなる。その結果、吸気時のポンピングロスが少なくなり燃費の低減を図ることができる。
【０００４】
一方、内燃機関において、触媒を用いて、燃焼効率を向上すべく水素を生成したり、燃焼排気中のＮＯｘを低減すべく還元性の炭化水素を生成したりする等の燃料改質を行うことによって内燃機関のさらなる低燃費化及び低エミッション化を実現する手段について種々検討されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを加熱して改質することでリフォーマガスを生成する燃料改質手段と、該燃料改質手段で生成されたリフォーマガスを内燃機関の吸気通路に供給するリフォーマガス供給手段と、湿度を検出する湿度検出手段と、該湿度検出手段の検出結果に基づいて燃料と酸素を含むガスとの混合比率を変更する混合比率変更手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の制御装置が開示されており、リフォーマガスを生成する触媒として、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ等が例示されている。
【０００６】
特許文献２には、ディーゼルエンジン等の排気通路に配置され分子篩構造の物質に遷移金属を担持させた触媒を収蔵した触媒コンバータと、高温かつ高圧状態で燃料を分解し改質炭化水素を生成して同改質炭化水素を上記触媒コンバータ上流側の排気通路に供給する燃料改質反応炉と、同燃料改質反応炉に圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置と、上記燃料改質反応炉内を高温に加熱する電気的加熱装置と、上記燃料改質反応炉内の圧力及び温度に応じて上記圧縮空気供給装置及び電気的加熱装置の作動を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置が開示され、分子篩構造触媒として、主成分がシリカ、アルミナでＳｉ／Ａｌ比が５〜１００程度であり、結晶構造がＸ型、Ｙ型及びＺＳＭ型等のゼオライト及び、主成分がシリカ、アルミナ及び鉄等の金属で、Ｓｉ／金属比が５〜１００程度、結晶構造がＸ型、Ｙ型及びＺＳＭ型等のメタロシリケート等及びこれらのゼオライト、メタロシリケートを遷移金属でイオン交換したものが用いられている。
【０００７】
一般に、分子篩として用いられるゼオライトは、組成的にはアルミノシリケートの一種で、四面体構造の（ＳｉＯ４）４−と（ＡｌＯ４）５−とを基本単位として、それぞれの四面体の頂点に存在する酸素を共有して三次元的に連結し、結晶中に分子レベルの大きさ（１Å〜１００Å程度）の細孔を有することを特徴とする。
ゼオライト及びゼオライトのＡｌの一部を他の金属元素に置換したメタロシリケート等のゼオライト類似種の結晶には、骨格構造の異なるものが数多く存在し、骨格構造の違いによって結晶中に存在する細孔の大きさ、形状及び分布状態が異なり、発揮される機能、性質も異なるものが種々存在することが知られている。
【０００８】
また、ゼオライトの骨格構造は、ＩＵＰＡＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、 国際純正及び応用化学連合）からゼオライトの構造型の命名権を認められた国際ゼオライト学会（ＩＺＡ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ａｓｓｏｓｉｃａｔｉｏｎ）の構造委員会（ＳＣ、Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）によって決められたアルファベット３文字で表される構造コードによって定義されている。現在、１００種を超える骨格構造が知られている（非特許文献１参照）。
さらに、新たな骨格構造のゼオライト及びゼオライト類似種の開発が様々な企業、研究機関等で試みられており、これらは、ＩＺＡのデータベース（非特許文献２）でも検索できるようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１にあるような従来の内燃機関から排出された燃焼排気に含まれる物質と排気燃料とを反応させて特定のリフォーマガスを生成する燃料改質手段では、運転状況によって変化する燃焼排気の成分によっては必ずしも所望の反応が達成されるとは限らず、燃料改質開始条件の成立の有無によってリフォーマガスの利用の可否が左右されるので制御が複雑である。
加えて、生成されるリフォーマガスの成分比が常に一定であるとは限らず、リフォーマガスを利用した場合に燃焼状態が不安定となる虞もある。
【００１０】
一方、特許文献２にあるような従来の燃料改質反応炉では、例えば、圧縮空気供給装置を必要とする等、構造が複雑となるのに加え、他の従来技術と同様、遷移金属を含む触媒を必要としており、製造コストの増大を招く虞がある。
さらに、当該燃料改質反応炉では、空気存在下で被改質燃料が燃焼しない温度（２００℃）以下に温度制御する必要があり、数百℃で排出される燃焼排気をわざわざ冷却しなければならない等、熱エネルギの効率低下による燃費悪化を招く虞もある。
【００１１】
また、燃料の改質触媒として、ゼオライト又はゼオライト類似種を用いようとした場合、非特許文献１にあるように、骨格構造の異なるゼオライト及びゼオライト類似種が数多く存在し、また、骨格構造や、組成が異なれば、得られる触媒としての性質も異なり、特定の改質反応を示す最適な触媒を見つけることは必ずしも容易なことではない。
【００１２】
さらに、本発明者等の鋭意試験により、従来の遷移金属等を含むゼオライト、又は、メタロシリケートを改質触媒とした場合には、改質反応の進行にしたがって、過剰に分解反応が進み、低分子化すると共に気体のモル数の増加により急激な体積の増加を招いたり、改質済燃料として燃費向上の機能を果たさなくなったりする虞があることが判明した。
【００１３】
そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、内燃機関のさらなる低燃費化、低エミッション化を図るべく、安価な上に構成が簡易で、しかも、燃焼排気のエネルギを有効に活用することが可能で、安定した特性の改質済燃料を供給可能な燃料改質装置とこれを備えた排気再循環システムの提供を目的する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の発明では、燃料を改質する燃料改質装置であって、高温低酸素濃度気体内に噴霧されて気化された被改質燃料を上記高温低酸素濃度気体と共に導入する被改質燃料気体導入路と、被改質燃料の分子径よりも大きい細孔径を有する分子篩構造材料を所定の形状に成型した分子篩構造成型体と、該分子篩構造成型体を収納する分子篩構造成型体収納部と、得られた改質済燃料を導出する改質済燃料導出路と、を具備する（請求項１）、
【００１５】
第１の発明によれば、気化された上記被改質燃料が上記分子篩構造成型体に接触したときに、上記分子篩構造成材料の細孔に吸着され、これに上記高温低酸素濃度気体の熱エネルギが加わると、接触分解反応がおこり、上記被改質燃料が上記分子篩構造成型体収納部内で改質される。
このとき、上記被改質燃料は、酸素濃度の低い上記高温低酸素濃度気体と共に上記分子篩構造成型体収納部に導入されているので、燃焼することなく分解される。
また、接触分解反応によって、分子の大きさが小さくなるので、上記分子篩構造材料の細孔から脱着し、接触分解反応の進行が抑制される。さらに、一旦改質された燃料は、上記分子篩構造材料の細孔を通過し、再吸着することなく、上記改質燃料導出路から導出される。
したがって、接触分解反応を過剰に起こすことなく安定した組成の改質済燃料を供給可能な燃料改質装置が実現できる。
【００１６】
第２の発明では、上記分子篩構造成型体収納部の外側を覆う気密性保持容器内に収納された、二重筒構造となし、上記分子篩構造成型体収納部と上記気密性保持容器との間に保持容器内被改質燃料導入路を形成せしめる（請求項２）。
【００１７】
第２の発明によれば、上記保持容器内被改質燃料導入路に導入された上記高温低酸素濃度気体の熱エネルギによって、予め、上記分子篩構造成型体収納部を周囲から加熱し、上記分子篩構造成型体の触媒活性を高めておくことが可能となり、上記分子篩構造成型体収納部の内部に上記被改質燃料と上記高温低酸素濃度気体とが導入されたときに速やかに上記被改質燃料の接触分解反応を起こさせることが可能となる。
したがって、改質済燃料導出開始初期においても安定した組成の改質済燃料を供給可能な燃料改質装置が実現できる。
【００１８】
具体的には、第３の発明のように、上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、7オングストロームより大きく１５オングストロームより小さい細孔径を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いるのが好ましい（請求項３）。
【００１９】
本発明者等の鋭意試験により、第３の発明の範囲の細孔径を有するゼオライト又はゼオライト類似種であれば、改質前のガソリンが吸着される一方で、接触分解後の低級化した炭化水素は脱着され、再吸着することなく細孔を通過することから、過剰な接触分解反応が起こらず改質済燃料の組成を安定化できることが判明した。
本発明によらず、7オングストロームよりも十分小さい細孔径を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いた場合、被改質燃料であるガソリンが吸着され難く、被改質燃料の改質が進行し難いことが判明した。
また、本発明によらず、本発明の範囲と同程度の大きさの細孔を有する場合であっても、本発明の範囲を外れた７オングストロームよりも小さい径の細孔が混在するゼオライト又はゼオライト類似種を用いた場合には、一旦接触分解されて低級化した炭化水素が、小さい径の細孔に再吸着され、接触分解反応を繰り返し、過剰な分解が起こり、改質済燃料としての機能を果たさなくなる虞があることが判明した。
【００２０】
さらに、第４の発明のように、上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、ＳｉとＡｌとの比が５以下であるゼオライト又は、ゼオライト類似種を用いるのが望ましい（請求項４）。
【００２１】
ゼオライトの骨格構造を構成する四面体構造の（ＳｉＯ４）４−と（ＡｌＯ４）５−との中心に位置するＴ原子（テトラへドラル原子）として存在するＳｉとＡｌとの比が５より多い場合には、触媒としての酸化力が弱くなることが判明した。
【００２２】
また、第５の発明のように、上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、国際ゼオライト学会の定義する構造コードがＦＡＵ又はＥＭＴで表される骨格構造を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いても良い（請求項５）。
【００２３】
本発明者等の鋭意試験により、構造コードがＦＡＵで表されるゼオライトが、ガソリンを低級化するのに適していることが判明した。また、構造コードがＥＭＴで表されるゼオライトはＦＡＵで表されるゼオライトと骨格構造が類似しており、同様の効果を発揮できると推察される。
本発明によらず、Ａ型（構造コードＬＴＡ）のゼオライト又はゼオライト類似種を用いた場合には、接触分解反応が起こり難くなる虞があり、モルデナイト（ＭＯＲ）、Ｌ型（ＭＦＩ）等のゼオライトを用いた場合には、過剰に分解反応が進行する虞があることが判明した。
【００２４】
また、第６の発明のように、上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、１２員環によって構成された細孔を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いても良い（請求項６）。
【００２５】
本発明によれば、１２員環によって形成される細孔にガソリンが吸着され、接触分解反応を起こし、改質後には脱着して過剰な分解反応を起こすことなく改質済燃料を導出することができる。
【００２６】
本発明によらず、分子篩構造材料として、１０員環によって細孔が形成されるゼオライト又はゼオライト類似種を用いた場合、接触分解反応を起こさず、１４員環以上によって細孔が形成されるゼオライト又はゼオライト類似種を用いた場合には、被改質燃料分子が複数同時に細孔内に取り込まれ、接触分解反応が安定しなくなる虞があると推察される。
【００２７】
また、第７の発明のように、上記分子篩構造成型体を、ペレット状、筒状、仕切り付き筒状、鞍状、又は、螺旋状のいずれかに成型しても良い（請求項７）。
【００２８】
第７の発明によれば、上記分子篩構造成型体をこのような形状にすることで、接触面積を増加しつつ流路抵抗を小さくすることができるので、効率よく被改質燃料の改質を行うことができる。
【００２９】
また、第８の発明のように、上記分子篩構造成型体を、複数の隔壁によって区画されたハニカム構造体としても良い（請求項８）。
【００３０】
第８の発明によれば、被改質燃料を上記ハニカム構造体の隔壁を透過させることによって、確実に上記分子篩構造材料に接触させることができ、改質済燃料の導出を定量的に制御することが可能となり、さらに安定して被改質燃料の改質を行うことができると期待される。
【００３１】
第９の発明では、内燃機関の燃焼排気流路と吸気流路とを連通する排気再循環流路を具備し、内燃機関の燃焼室内に燃焼排気の一部を導入せしめて燃費の向上と排気の浄化を図る排気再循環システムであって、第１の発明ないし８のいずれかの燃料改質装置を上記再循環流路の途中に設けて、内燃機関の燃焼排気を上記高温低酸素濃度気体とする（請求項９）。
【００３２】
第９の発明によれば、燃焼排気の持つ熱エネルギを有効に利用して被改質燃料を改質できるのに加え、燃焼排気中の酸素濃度が低いことを利用して、被改質燃料を燃焼することなく改質済燃料とすることができる。
また、本発明の燃料改質装置によって安定した組成に改質された改質済燃料が、排気再循環に利用されるので、内燃機関のさらなる燃費向上や、燃焼排気の清浄化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置の概要を示し、（ａ）は、燃料改質装置の断面図、（ｂ）は、本実施形態に用いられる分子篩構造成型体の概要を示す斜視図。
【図２】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置を有する排気再循環システム全体の概要を示す構成図。
【図３】本発明の効果を確認するためのモデル試験装置の概要を示す構成図。
【図４】本発明の燃料改質装置に用いる分子篩構造材料の骨格構造の概要を比較例と共に示す模式図。
【図５】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置の効果について、イソオクタンを改質した後の未反応のイソオクタン残存率を比較例と共に示す特性図。
【図６】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置によってイソオクタンを改質したときにイソオクタン以外に存在する改質済燃料の種類と割合を比較例と共に示す特性図。
【図７】本発明の作動原理を比較例と共に示す模式図。
【図８】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置を備えた内燃機関の燃費向上効果を比較例と共に示す特性図。
【図９】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置を用いて燃料改質をした場合の燃料圧力の変化を比較例と共に示す特性図。
【図１０】本発明の燃料改質装置の改質の進行度合いに対する改質効果の変化を比較例と共に示す特性図。
【図１１】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置の変形態様を示し、（ａ）は装置概要を示す断面図、（ｂ）〜（ｅ）は、各変形態様に用いられる分子篩素体の概要を示す斜視図。
【図１２】本発明の第２の実施形態における燃料改質装置の概要を示す断面図。
【図１３】本発明の第３の実施形態における燃料改質装置の概要を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の第１の実施形態における燃料改質装置２０は、例えば、自動車エンジンなどの内燃機関の燃費を向上すると共に燃焼排気の清浄化を図るための排気循環システム１の排気循環流路１３、１４、１５の途中に設けられて、排気循環流路１３内に噴射された被改質燃料ＦＬ２を所定の細孔径を有する分子篩構造成型体３０によって接触分解して所定の組成を有する改質済燃料ＦＬ３として燃焼排気ＧＥＸの一部と共に吸気ＡＲＩＮに導入することに用いられるものである。
【００３５】
図１、図２を参照して、本発明の第１の実施形態における燃料改質装置２０とこれを用いた内燃機関の排気再循環システム１の概要について説明する。
図１（ａ）に示すように、燃料改質装置２０は、内燃機関から排出される燃焼排気等の温度が高く酸素濃度が低い高温低酸素濃度気体ＧＥＸ内に噴霧されて気化された被改質燃料ＦＬ２を高温低酸素濃度気体ＧＥＸと共に導入する被改質燃料気体導入路１３と、被改質燃料の分子径よりも大きい所定の細孔径を有する分子篩構造成型体３０と、分子篩構造成型体３０を収納する分子篩構造成型体収納部２１と、被改質燃料ＦＬ２を分子篩構造成型体収納部２１の内部２４で高温低酸素濃度気体ＧＥＸの持つ熱エネルギを利用して分子篩構造成型体３０によって接触分解（クラッキング）反応させ、得られた改質済燃料ＦＬ３を導出する改質済燃料導出路１４を具備する。
【００３６】
分子篩構造成型体収納部２１は、略有底筒状に形成され、底部２１０には、気化した被改質燃料ＦＬ２と高温低酸素濃度気体ＧＥＸとを内部２４に導入するための底部通気孔２１１が複数穿設されている。
なお、本実施形態においては、通気孔として、底部通気孔２１１を設けたが、分子篩構造成型体収納部２１の底部２１０に近い位置の側面に設けても良い。
分子篩構造成型体収納部２１は、さらに有底筒状に形成された気密性保持容器２２内に収納されて、二重筒構造となっており、分子篩構造成型体収納部２１の側面及び底部２１０の外周を覆うように気密性保持容器２２との間に保持容器内被改質燃料導入路２３が形成されている。
【００３７】
本実施形態において、分子篩構造成型体収納部２１の上端は外側に向かって張り出すように鍔状に形成されており、機密性保持容器の上端に係止し、蓋２５によって上面が気密に封止されている。
蓋２５には、分子篩構造成型体収納部２１の内部２４に発生した改質済燃料ＦＬ３を導出するための改質済燃料導出路１４が設けられている。
【００３８】
本実施形態において分子篩構造成型体３０は、分子篩構造材料として、フォージャサイト（Ｓｉ／Ａｌ＝１〜３．５）、Ｘ型（Ｓｉ／Ａｌ＝１．１）、又は、Ｙ型（Ｓｉ／Ａｌ＝２．４）のゼオライトからなるモレキュラシーブス１３ｘを用いている。
モレキュラシーブス１３ｘを構成する分子篩構造材料は、国際ゼオライト学会の定義する構造コードがＦＡＵで現される骨格構造を有し、（ＳｉＯ４）４−、又は、（ＡｌＯ４）５−の四面体構造の中心原子（Ｔ原子：Ｓｉ、又は、Ａｌ）が骨格格子の頂点に存在し、この中心原子によって１２員環が形成され、１０Å程度の大口径の細孔を有しており、図１（ｂ）に示すような直径φＤが１ｍｍ〜３ｍｍ、長さＬが２ｍｍ〜５ｍｍ程度のペレット状に成型されている。
なお、本実施形態においては、構造コードがＦＡＵで表されるゼオライトを用いたが、構造コードがＥＭＴで表されるゼオライトも骨格構造が類似しているので、細孔径が同様の範囲であれば、ＦＡＵで表されるゼオライトと同様の効果を発揮できるものと考えられる。また、本発明は、ゼオライトに限定するものではなく、骨格構造及び細孔径が類似であれば、ゼオライト類似種でも良い。但し、本発明において、白金等の金属触媒を担持するものは過剰に分解反応が進む虞があるので好ましくない。
【００３９】
被改質燃料ＦＬ２と高温低酸素濃度気体ＧＥＸとが、被改質燃料導入路１３から、本発明の燃料改質装置２０内に導入されると、保持容器内被改質燃料導入路２３内には、被改質燃料ＦＬ２と共に高温低酸素濃度気体ＧＥＸが導入されるので、高温低酸素濃度気体ＧＥＸの持つ熱エネルギが分子篩構造成型体収納部２１の外周壁全面に伝達されることになる。
さらに、底部通気孔２１１を介して、分子篩構造成型体収納部２１内に被改質燃料ＦＬ２と高温低酸素濃度気体ＧＥＸとが導入されると、分子篩構造成型体３０の特定の大きさを有する細孔に被改質燃料ＦＬ２が吸着される。
この状態で、分子篩構造成型体３０が、高温低酸素濃度気体ＧＥＸの熱エネルギによって加熱されると、分子篩構造成型体３０の細孔に吸着された被改質燃料ＦＬ２が接触分解（クラッキング）反応を起こし、低級化された改質後燃料ＦＬ３となり、分子が小さくなるので、分子篩構造成型体３０の細孔から脱着し、改質済燃料導出路１４から導出される。
高温低酸素濃度気体ＧＥＸは、酸素濃度が低いため、分子篩構造成型体３０と、被改質燃料ＦＬ２とが接触分解反応を起こすときに被改質燃料ＦＬ２の燃焼を抑制することができる。
【００４０】
また、本発明の燃料改質装置２０、高温低酸素濃度気体ＧＥＸの有する熱エネルギを反応の活性化エネルギとして利用しているため、被改質燃料ＦＬ２が過剰に分解されて燃料としての機能を果たさなくなったり、過剰な圧力上昇を招いたり、高温低酸素濃度気体に含まれる成分と反応して所望の低級化炭化水素以外にリフォームされたりすることがなく、被改質燃料ＦＬ２の接触分解反応によって低級化された特定の改質済燃料を生成できることを特徴としている。
これは、接触分解反応によって分子の大きさが小さくなると、本発明の燃料改質装置２０に用いた分子篩構造成型体３０の特定の大きさの細孔から改質済燃料ＦＬ３が脱着して、接触分解反応が終了し、過剰に分解反応が進行することがないためと推察される。
【００４１】
図２を参照して、本発明の第１の実施形態における燃料改質装置２０を用いた、排気再循環システム１について説明する。
本発明の排気再循環システム１は、内燃機関１０から排出された燃焼排気ＧＥＸの一部を燃焼排気流路１２と吸気流路１１とを連通した排気再循環流路１３、１４、１５を介して吸気側に再循環させる排気再循環システムにおいて、高温低酸素濃度気体である燃焼排気ＧＥＸ内に噴射して気化させた被改質燃料ＦＬ２を本発明の燃料改質装置２０を用いて改質した改質済燃料ＦＬ３として、吸気ＡＲＩＮ内に導入し、内燃機関１０の燃費向上、排気浄化を図るものである。
図２に示すように、内燃機関１０には、図略の燃焼室内に吸気ＡＲＩＮを導入する吸気流路１１と吸気流路１１を開閉する吸気バルブ１１０と、燃焼排気を排出する排気流路１２と、排気流路１２を開閉する排気バルブ１２０と、吸気流路１１内に主燃料ＦＬ１を噴射して混合気を形成する主燃料噴射弁４０と、燃焼室内に導入された混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。
【００４２】
排気流路１２には、排気流路１２内に排出された燃焼排気ＧＥＸの一部を吸気流路１１へ還流する排気再循環流路１３、１４、１５と、排気再循環流路１３内に被改質燃料ＦＬ２を噴射する被改質燃料噴射弁４１と、燃焼排気を浄化する排気浄化装置１８と、改質済燃料ＦＬ３を再循環流路１５内への導入と停止とを制御するＥＧＲバルブ４４とが設けられている。
また、排気再循環流路１３において、被改質燃料ＦＬ２を噴射する位置の下流側には、本発明の第１の実施形態における燃料改質装置２０が設けられている。
【００４３】
内燃機関１０には、機関の運転状況を検出する手段として、一般に用いられている各種のセンサ類が設けられており、エンジン水温ＴＷ、エンジン回転数ＮＥ、筒内圧力ＰＣＹＬ、クランク角ＣＡ等の運転情報が電子制御装置ＥＣＵ６０に伝達されている。
ＥＣＵ６０は、エンジン運転状況に応じて、燃料ポンプ５１、高圧ポンプ５２を駆動し、所定のタイミングで主燃料噴射弁４０を駆動すべく主燃料噴射信号ＩＮＪ１を発信し、被改質燃料噴射弁４１を駆動すべく被改質燃料噴射信号ＩＮＪ２を発信し、燃料改質装置２０によって改質された改質済燃料ＦＬ３を吸気流路１１内に導入すべくＥＧＲバルブ４４を駆動するＥＧＲ駆動信号ＳＥＧＲを発信し、点火プラグ１６を駆動すべく点火信号ＩＧｔを発信する。
燃料タンク５０内の燃料は燃料ポンプ５１によってくみ上げられ、高圧ポンプ５２によって、主燃料噴射弁４０及び被改質燃料噴射弁４１に所定の圧力で供給される。
ＥＣＵ６０からの主燃料噴射信号ＩＮＪ１にしたがって主燃料噴射弁４１によって吸気流路１１内に主燃料ＦＬ１が噴射され、所定の空燃比で混合された吸気と燃料との混合気が機関燃焼室内に導入される。
このとき、内燃機関１０の運転状況に応じてＥＧＲバルブ４４が開閉され、混合気に改質済燃料ＦＬ３を含む排気循環ガスが導入される。
【００４４】
本発明によれば、燃料改質装置２０によって改質される被改質燃料ＦＬ２が接触分解によって特定の成分に分解された改質済燃料ＦＬ３が排気再循環ガスとして利用されるので、安定して燃費向上及び排気浄化を図ることができる。
例えば、ガソリンを主燃料ＦＬ１とする内燃機関１０においては、被改質燃料ＦＬ２もガソリンが用いられ、ガソリンの主成分である、イソオクタン（２、２、４−トリメチルペンタン、Ｃ８Ｈ１８）が、燃焼排気ＧＥＸの熱（３５０℃以上）を受けて分子篩構造成型体３０の触媒作用によって接触分解され、主に下記の反応を基本として２メチル１プロペン（Ｃ４Ｈ８）を生成し、酸素濃度の低い燃焼排気ＧＥＸと共に改質済燃料ＦＬ３として、吸気ＡＲＩＮ内に再循環される。
燃焼排気熱エネルギΔ
Ｃ８Ｈ８----------------------→２Ｃ４Ｈ８＋２Ｈ２
分子篩構造成型体
また、高温低酸素濃度気体である燃焼排気ＧＥＸは、被改質燃料ＦＬ２の分子篩構造成型体３０を触媒として接触分解反応を起こさせるためのエネルギ源及び、低酸素雰囲気を作り被改質燃料ＦＬ２の燃焼を抑制するためだけに用いられ、従来の遷移金属を担持した触媒等を用いた激しい反応とは異なり、燃焼排気ＧＥＸと被改質燃料ＦＬ２との間で反応が起こり難い。このため、運転状況の変化に起因する燃焼排気ＧＥＸの成分の変動があったとしても、上記接触分解反応に影響を及ぼさず、被改質燃料ＦＬ２は、常に特定の成分に改質される。したがって、運転状況に応じた燃焼排気ＧＥＸの成分の変動が主燃料ＦＬ１の燃焼に与える影響の補正が容易である。
【００４５】
本実形態においては、単独の吸気流路１１内に主燃料噴射弁噴射弁４０ により内燃機関１０ の各気筒へ主燃料ＦＬ１ を供給するが、気筒分の主燃料噴射弁を独立に設けて、それぞれの吸気流路へ主燃料ＦＬ１ を噴射してもよい。
また、吸気流路１１内に主燃料を噴射する代わりに、各気筒内へ直接燃料を噴射する、いわゆる直噴式の噴射弁を用いて、燃焼室内に主燃料ＦＬ１を噴射しても良い。
【００４６】
内燃機関１０ に供給される吸気ＡＲＩＮ は、吸気流路１１に設けたスロットル弁４３によって流量調整されて、燃料室内に導入される。スロットル弁４３ の開度は、アクセル４４に設けたアクセル開度センサからのアクセル開度信号ＡＣＰに基づいてＥＣＵ６０によって制御されている。
【００４７】
内燃機関１０の各気筒 で燃焼した混合気は、燃焼排気ＧＥＸとなって排気流路１２へ排出され、一部は燃料改質装置２０の被改質燃料導入路１３に導入され、一部は排気浄化装置１８へ導入される。
被改質燃料導入路１３に導入された燃焼排気ＧＥＸは、被改質燃料を改質するための熱エネルギを与えると共に、酸素濃度が低いため、被改質燃料ＦＬ２の燃焼を抑制し、接触分解反応のみを起こさせることができる。
【００４８】
排気浄化装置１８、例えば、三元触媒等が用いられ、燃焼排気ＧＥＸを浄化した後、大気へ放出される。また、排気浄化装置１８の前後には、酸素センサやＮＯｘセンサ等のガスセンサ１８１、１８２（及び／又は、温度センサ）が設けられ、燃焼排気中の特定成分の濃度（及び／又は、燃焼排気の温度）を検出して、その検出結果は、内燃機関１０に導入される混合気の空燃比を制御したり、排気の状態を検知して、ＥＧＲバルブ４４の開閉を制御したり、排気浄化装置１８の再生制御等に利用される。
なお、燃焼排気流路１２と排気浄化装置１８との間に過給器１７を設けて、燃焼排気ＧＥＸの排出圧力を利用してタービンを回転させ、圧縮機を連動させて、吸気路１１に導入される吸気ＡＲＩＮを過給するようにしても良い。
【００４９】
図３を参照して、本発明の燃料改質装置２０の効果を確認するために行ったモデル試験について説明する。図３に示すように、フラスコ内に、ガソリン燃料の主成分であるイソオクタン（２、２、４−トリメチルペンタン、Ｃ８Ｈ１８）を入れ、これをイソオクタンの沸点（９９℃）まで加熱し、イソオクタンガスを発生させる。
燃焼排気を模した高温低酸素濃度気体ＧＥＸとして不活性な窒素ガスを用い、発生したイソオクタンガスと共に、被改質燃料導入路１３から、燃料改質装置２０に導入し、温度調整可能なヒータ等を用いて４００℃まで加熱した。
分子篩構造成型体収納部２１内で、被改質燃料ＦＬ３として導入したイソオクタンガスと、高温低酸素濃度気体ＧＥＸを模して導入したＮ２ガスとを分子篩構造成型体３０に接触させ、改質済燃料導出路１４から導出される改質済燃料ＦＬ３を捕集し、ガス分析を行った。同様の試験を分子篩構造成型体３０を構成するゼオライトの種類を変えて行い比較例とした。
【００５０】
図４（ａ）に示すようなＦＡＵ型（Ｘ、Ｙ型）の骨格構造を有するゼオライトとしてモレキュラシーブス１３ｘ（細孔径約１０Å、Ｓｉ／Ａｌ＝約１．０、員環数＝１２−１２−１２）を用いた分子篩成型体３０を用いた場合を本発明の実施例１とし、図４（ｂ）に示すようなＬＴＡ型（Ａ型）の骨格構造を有するゼオライトとしてモレキュラシーブス３Ａ（細孔径約３Å、Ｓｉ／Ａｌ＝約１．０、員環数＝８）を用いた場合を比較例１とし、図４（ｃ）に示すようなＬＴＦ型（Ｌ型）の骨格構造を有するモレキュラシーブス５Ａ（細孔径約５Å、Ｓｉ／Ａｌ＝２〜３．０、員環数＝１２）を用いた場合を比較例２とし、図４（ｄ）に示すようなＭＯＲ型（モルデナイト型）の骨格構造を有するモレキュラシーブス（細孔径約７Å、Ｓｉ／Ａｌ＝５〜１０、員環数１２−８）を用いた場合を比較例３として、得られた改質済燃料の組成を調査した。
【００５１】
その結果、図５に示すように、実施例１では、イソオクタンの残存率は投入量の８０％以下となり、比較例１では、ほとんど改質が行われておらず、比較例２では、イソオクタンの残存率が７５％程度となり、実施例１よりもイソオクタンの改質が進んでおり、比較例３では、イソオクタンの残存率が９０％程度であり、実施例１よりも改質が進んでいなかった。比較例４は、分子篩構造成型体３０を用いず、加熱のみの処理を行ったものである。
この結果から、イソオクタンの分子径は約５Åであり、細孔径がイソオクタンの分子径よりも大きい実施例１及び比較例２、比較例３では、何らかの燃料の改質がなされることが判明した。
しかし、細孔径が３Åとイソオクタンの分子径よりも小さい比較例１では、分子篩構造成型体を用いていない比較例４と同様の結果で、ほとんど改質効果がないことが判明した。
以上のことから、本発明の燃料改質装置２０の分子篩構造成型体３０を構成する分子篩構造材料が、７オングストロームより大きい細孔径を有するゼオライト又はゼオライト類似種であるのが望ましいものと判断される。
さらに、１５オングストローム以上との大きな細孔径が存在すると、複数の分子が同時に細孔内に吸着されるため、一旦、接触分解反応により低級化されても、炭化水素が細孔内に存在する他の分子と重合したり、イソオクタン同士の縮合や重合等の反応により、高分子化したりする虞もある。
このことから、本発明の燃料改質装置２０の分子篩構造成型体３０を構成する分子篩構造材料が、１５オングストロームより小さい細孔径を有するゼオライト又はゼオライト類似種であるのが望ましいものと推察される。
【００５２】
図６を参照して、本発明の実施例１における改質済燃料ＦＬ３の成分とその割合について比較例１〜３と併せて説明する。
本図（ａ）に示すように、実施例１では、改質されたイソオクタンの約８０％以上が、２メチル１プロペン（Ｃ４Ｈ８）であり、その他には、僅かに、プロパンＣ３Ｈ８、プロペンＣ３Ｈ６、メチルシクロペンテンＣ６Ｈ１２、シクロヘキサンＣ６Ｈ１２、イソブタンＣ４Ｈ１０が形成された。このことから、実施例１では、接触分解反応が支配的で、多重化、環状化はほとんど起こらず、２メチル１プロペンの選択的生成が可能であることが判明した。
このため、実施例１の分子篩構造成型体を用いた燃料改質装置を排気再循環システムに用いれば、低級炭化水素である２メチル１プロペンの選択的生成により、引火点を下げ、燃焼排気中のＮＯｘ濃度を下げることができるものと推察される。
一方、本図（ｂ）に示すように、比較例１では、元々改質量が少ないものの、検出された改質済燃料は、２、３ジメチルペンタン（Ｃ７Ｈ１６）、２メチル１プロペン（Ｃ４Ｈ８）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、メチルシクロヘキサン（Ｃ７Ｈ１４）、２、４、４トリメチル１ペンテン（Ｃ８Ｈ１６）であり、極、僅かに接触分解が起こっていることが判明した。
また、本図（ｃ）に示しように、比較例２では、実施例１よりも多くの燃料が改質されたが、２メチル１プロペン（Ｃ４Ｈ８）の量は少なく、メチルシクロペンタン（Ｃ６Ｈ１２）、３メチルヘプタン（Ｃ８Ｈ１８）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）、プロペン（Ｃ３Ｈ６）等比較的多種の燃料が分散的に生成され、接触分解反応は少なく、多重化、環状化反応が支配的となっていることが判明した。したがって、このような比較例２のような分子篩構造成型体を排気再循環システムに用いたのでは、燃焼温度の低下の効果は少なく、排気中のＮＯｘ濃度の低減には寄与し難いものと推察される。
さらに、本図（ｄ）に示すように、比較例３では、燃料の改質量は実施例１よりも低く、また、改質済燃料は、メチルシクロペンタン（Ｃ６Ｈ１２）、２メチル１プロペン（Ｃ４Ｈ８）、３メチルヘプタン（Ｃ８Ｈ１８）、シクロヘキサンＣ６Ｈ１２、プロペン（Ｃ３Ｈ６）が生成されており、低級化の効果は低く、多重化、環状化が支配的であることが判明した。
したがって、このような比較例３のような分子篩構造成型体を排気再循環システムに用いたのでは、燃焼温度の低下の効果は少なく、排気中のＮＯｘ濃度の低減には寄与し難いものと推察される。
【００５３】
図７を参照して、本発明の燃料改質装置の作動原理を概説する。
本図（ａ）に示すように、本発明の実施例１では、モレキュラシーブス１３ｘの細孔径は約１０Åで、被改質燃料であるイソオクタンの分子径５Åよりも大きく、ＦＡＵ型の骨格構造の頂点に位置するＳｉやＡｌ等のＴ原子１２個からなる１２員環によって大細孔を形成しており、被改質燃料がこの細孔に接触すると、細孔内に吸着され、燃焼排気等の高温で低酸素濃度の気体によって熱エネルギΔが加えられると、接触分解反応を起こして、低級の２メチル１プロペン（Ｃ４Ｈ８）に分解され、細孔から脱着する。
一方、本図（ｂ）に示すように、比較例１では、モレキュラシーブス３Ａの細孔径は３Åで、被改質燃料であるイソオクタンの分子径５Åより小さく、ＴＬＡ型の骨格構造の頂点に位置するＴ原子によって８員環によって小細孔を形成しており、被改質燃料が接触しても吸着できないため、反応性は低い。
また、本図（ｃ）に示すように、比較例１では、ＬＴＦ型（ＨＳ−５００）の細孔径は、約７Å程度で、Ｔ原子によって１２員環と８員環が形成されている。被改質燃料がこの細孔に接触すると細孔内に吸着され、さらに、燃焼排気等の高温で低酸素濃度の気体によって熱エネルギΔが加えられると、実施例１と同様に接触分解反応を起こす。しかし、小径の８員環も存在するため、一端接触分解され低級化された炭化水素が細孔から脱着しても再度小径の細孔吸着されされ、さらに、低級化されたり、再結合して多重化したりするため、過剰に改質が進み、多種の燃料に分かれるものと推察される。
比較例３の場合、骨格構造はＭＯＲ型で、比較例２と同様に、１２員環と８員環が存在するが、Ｔ原子として、ＳｉがＡｌの５倍〜１０倍存在し、これが、触媒活性を低下させているものと推察される。
以上のことから、本発明の分子篩構造成型体３０に用いる分子篩構造材料には、ＳｉとＡｌの比が５以下のゼオライト又はゼオライト類似種を用いるのが望ましいことが判明した。
【００５４】
図８〜図１０を参照して、本発明の燃料改質装置２０を具備する内燃機関の燃費向上効果について説明する。燃料改質をしない通常のＥＧＲシステムを比較例４とし、従来の白金等の遷移金属を担持させた燃料改質触媒を用いた場合を比較例５とする。
図８に示すように、比較例４における燃費を１００とした場合、比較例５では、５％程度の燃費低減を図ることができるが、本発明の実施例１では、１０％程度の燃費向上を図ることができる。
一方、比較例４の燃料の改質しない排気再循環システムで再循環される燃焼排気の圧力を１００としたとき、比較例５では、図９に示すように、圧力が６０％程度上昇し、本発明の実施例１では、２０％程度上昇している。
これは、比較例５では、過剰に被改質燃料の分解が進み、発生する気体の種類が多岐に渡り、気体のモル数が増加し、体積が急激に膨張したためであり、実施例１では、２０％程度の燃料改質が行われているためである。
また、図１０に示すように、比較例８では、燃料改質開始初期には、実施例１よりも高い燃料改質の効果を示すが、一定時間以上改質が進むと、改質の効果が低下してしまう。
一方、本発明の実施例１では、燃料改質の効果がほぼ一定に維持される。
これは、比較例５の場合、金属触媒によって燃料改質の反応速度が高くなり、初期には高い効果を示すが、反応の進行に伴って、図９に示すように、分解が過剰に進み、燃焼性向上に寄与しなくなるためと推察される。
一方、実施例１では、一旦改質された燃料は、分子篩構造成型体から離れ、それ以上改質が進まず、未反応の被改質燃料だけが改質されるため、ほぼ直線的に被改質燃料の接触分解反応が維持されるためと推察される。
【００５５】
図１１を参照して、本発明の第２の実施形態における燃料改質装置２０ａについて説明する。上記実施形態においては、分子篩構造成型体３０として、ペレット状に成型されたモレキュラシーブス１３ｘを用いた例を示したが、本実施形態においては上記実施形態と同様の構成に加え、分子篩構造成型体３０ａとして、ＦＡＵ型のゼオライト粉末を、押出成形やプレス成形等の公知の成型方法により、所定の形状に成型し、ゼオライトの骨格構造を変化させない程度の温度で焼結させて、分子篩構造成型体３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄとして、筒状（３０ａ）、仕切り付き筒状（３０ｂ）、鞍状（３０ｃ）、又は、螺旋状（３０ｄ）のいずれかの形状に成型して分子篩構造成型体収納部２１内に充填した点が相違する。
分子篩構造成型体３０ａは、本図（ｂ）に示すように、外径φＤ１、内径φＤ２、長さＬの中空円筒状に成型してあり、Ｄ１とＬは略同一の長さである。
分子篩構造成型体３０ｂは、本図（ｃ）に示すように、外径φＤ１、内径φＤ２、長さＬの中空円筒状で、内側の中心に厚みｔの仕切りが設けてあり、Ｄ１とＬは略同一の長さである。
分子篩構造成型体３０ｃは、本図（ｄ）に示すように、鞍状に成型してある。
また、分子篩構造成型体３０ｄは、本図（ｅ）に示すように、略平板状の成型体を捻ったような螺旋状に成型してある。
分子篩構造成型体をこれらに示したような形状とすることによって、上記実施形態に示したようなペレット状に比べ、分子篩構造材料単位重量当たりの表面積を増やし、分子篩構造成型体収納部２１内を被改質燃料ＦＬ２と高温低酸素濃度気体ＧＥＸとが流動するときの接触面積が増えるので、さらに被改質燃料ＦＬ２を効率的に改質し、安定して供給できると期待される。
【００５６】
図１２を参照して、本発明の第３の実施形態における燃料改質装置２０ｅについて説明する。本実施形態においては、分子篩構造成型体３０ｅとして、分子篩構造材料粉末を押出成形等の成型方法により、格子状の隔壁によって区画されたハニカム構造体を形成した点が相違する。
分子篩構造成型体３０ｅをこのような構造とすることによって、分子篩構造成型体収納部２１ｅの内側２４を被改質燃料ＦＬ２と高温低酸素濃度気体ＧＥＸとが流動するときに、ハニカム構造体の隔壁を透過するので、確実に分子篩構造材料に接触させることができ、改質済燃料ＦＬ３の導出を定量的に制御することが可能となり、さらに安定して被改質燃料ＦＬ２の改質を行うことができると期待される。
【００５７】
図１３を参照して、本発明の第４の実施形態における燃料改質装置２０ｆについて説明する。本実施形態においては、上記実施形態と同様の構成に加えて、分子篩構造成型体収納部２１ｆの外側に設けた気密性保持容器２２ｆのさらに外側に第２の気密性保持容器２５ｆを設けて、気密性保持容器２２ｆと第２の気密性保持容器２５ｆとの間に、加熱用高温低酸素濃度気体導入路２６ｆを設け、加熱用高温低酸素濃度気体導入路１３１と、加熱用高温低酸素濃度気体導出路１３２とを形成した点が相違する。
このような構成とすることによって、高温低酸素濃度気体ＧＥＸの熱エネルギを装置全体の予熱に利用することができ、さらに、安定した組成の改質済燃料を供給可能としたり、高温低酸素濃度気体ＧＥＸの熱エネルギの不足を補ったりすることが可能となる。
【００５８】
本発明は、上記実施形態に限定するものでなく、選択的接触分解を実施する分子篩構造成型体によって低酸素雰囲気下で燃料を改質する燃料改質装置及びこれを用いた排気再再循環装置によって燃費の向上と排気の浄化を図ろうとする本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、内燃機関としてポート噴射式のエンジンを例に説明したが、燃料を直接燃焼室内に噴射する筒内噴射式エンジンであっても良い。
【符号の説明】
【００５９】
１ 排気再循環システム
１０ 内燃機関
１１ 吸気流路
１２ 排気流路
１３ 排気再循環路（被改質燃料導入路）
１４ 排気再循環流路（改質済燃料導出路）
１５ 排気再循環流路
１６ 点火プラグ
１７ 過給器
１８ 排気浄化装置
１８１、１８２ ガスセンサ（及び／又は温度センサ）
２０ 燃料改質装置
２１ ＥＧＲバルブ
３０ 分子篩構造成型体
４０ 主燃料噴射弁
４１ 被改質燃料噴射弁
４３ スロットル弁
４４ アクセル開度センサ
５０ 燃料タンク
５１ 燃料ポンプ
５２ 圧縮ポンプ
５３、５４ 高圧燃料供給流路
６０ 電子制御装置
ＡＲＩＮ 吸気
ＧＥＸ 燃焼排気
ＦＬ１ 主燃料
ＦＬ２ 被改質燃料
ＦＬ３ 改質済燃料
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６０】
【特許文献１】特開２００６−２９１７５７号公報
【特許文献２】特開平１０−８９０５７号公報
【非特許文献】
【００６１】
【非特許文献１】「Ａｔｌａｓ ｏｆ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ Ｔｙｐｅｓ （Ｃｈ．Ｂａｅｒｌｏｃｈｅｒ、 Ｗ．Ｍ．Ｍｅｉｅｒ ａｎｄ Ｄ．Ｈ．Ｏｌｓｏｎ、 ５ｔｈ． Ｒｅｖｉｓｅｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ、 ２００１、 Ｅｌｓｅｖｉｅｒ)」
【非特許文献２】国際ゼオライト学会データベースＵＲＬ：ｈｔｔｐ：ｗｗｗ．ｉｚａ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｏｒｇ／ｄａｔａｂａｓｅｓ／
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられる燃料を改質する燃料改質装置と、これを備えて低燃費化及び低エミッション化を図った内燃機関の排気再循環システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃焼排気の清浄化や燃費向上を目的として、燃焼排気の一部を還流して燃焼室内に導入する排気再循環（ＥＧＲ）システムが広く用いられている。
内燃機関において燃焼後の排気中には酸素が含まれていない状態か、酸素濃度が希薄な状態となっており、ＥＧＲシステムでは、燃焼排気の一部を吸気と混ぜることによって吸気中の酸素濃度を低下させることにより、燃焼時の最高温度を低下させ、窒素酸化物（ＮＯｘ） の発生を抑制することが可能となる。
また、燃焼温度の低下は、シリンダ及び燃焼室壁面やピストン表面からの熱エネルギ放散を低減し、熱解離による損失の低減にも寄与する。
【０００３】
さらに、燃焼室内に燃焼排気を還流したときと還流しないときとで同一の出力を得るためには、酸素量を同一にする必要があり、燃焼排気を還流したときのスロットル開度が相対的に大きくなる。その結果、吸気時のポンピングロスが少なくなり燃費の低減を図ることができる。
【０００４】
一方、内燃機関において、触媒を用いて、燃焼効率を向上すべく水素を生成したり、燃焼排気中のＮＯｘを低減すべく還元性の炭化水素を生成したりする等の燃料改質を行うことによって内燃機関のさらなる低燃費化及び低エミッション化を実現する手段について種々検討されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、燃料と酸素を含むガスとからなる混合ガスを加熱して改質することでリフォーマガスを生成する燃料改質手段と、該燃料改質手段で生成されたリフォーマガスを内燃機関の吸気通路に供給するリフォーマガス供給手段と、湿度を検出する湿度検出手段と、該湿度検出手段の検出結果に基づいて燃料と酸素を含むガスとの混合比率を変更する混合比率変更手段とを具えたことを特徴とする内燃機関の制御装置が開示されており、リフォーマガスを生成する触媒として、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｈ等が例示されている。
【０００６】
特許文献２には、ディーゼルエンジン等の排気通路に配置され分子篩構造の物質に遷移金属を担持させた触媒を収蔵した触媒コンバータと、高温かつ高圧状態で燃料を分解し改質炭化水素を生成して同改質炭化水素を上記触媒コンバータ上流側の排気通路に供給する燃料改質反応炉と、同燃料改質反応炉に圧縮空気を供給する圧縮空気供給装置と、上記燃料改質反応炉内を高温に加熱する電気的加熱装置と、上記燃料改質反応炉内の圧力及び温度に応じて上記圧縮空気供給装置及び電気的加熱装置の作動を制御する制御装置とを備えたことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置が開示され、分子篩構造触媒として、主成分がシリカ、アルミナでＳｉ／Ａｌ比が５〜１００程度であり、結晶構造がＸ型、Ｙ型及びＺＳＭ型等のゼオライト及び、主成分がシリカ、アルミナ及び鉄等の金属で、Ｓｉ／金属比が５〜１００程度、結晶構造がＸ型、Ｙ型及びＺＳＭ型等のメタロシリケート等及びこれらのゼオライト、メタロシリケートを遷移金属でイオン交換したものが用いられている。
【０００７】
一般に、分子篩として用いられるゼオライトは、組成的にはアルミノシリケートの一種で、四面体構造の（ＳｉＯ４）４−と（ＡｌＯ４）５−とを基本単位として、それぞれの四面体の頂点に存在する酸素を共有して三次元的に連結し、結晶中に分子レベルの大きさ（１Å〜１００Å程度）の細孔を有することを特徴とする。
ゼオライト及びゼオライトのＡｌの一部を他の金属元素に置換したメタロシリケート等のゼオライト類似種の結晶には、骨格構造の異なるものが数多く存在し、骨格構造の違いによって結晶中に存在する細孔の大きさ、形状及び分布状態が異なり、発揮される機能、性質も異なるものが種々存在することが知られている。
【０００８】
また、ゼオライトの骨格構造は、ＩＵＰＡＣ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｏｎ ｏｆ Ｐｕｒｅ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、 国際純正及び応用化学連合）からゼオライトの構造型の命名権を認められた国際ゼオライト学会（ＩＺＡ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ａｓｓｏｓｉｃａｔｉｏｎ）の構造委員会（ＳＣ、Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ）によって決められたアルファベット３文字で表される構造コードによって定義されている。現在、１００種を超える骨格構造が知られている（非特許文献１参照）。
さらに、新たな骨格構造のゼオライト及びゼオライト類似種の開発が様々な企業、研究機関等で試みられており、これらは、ＩＺＡのデータベース（非特許文献２）でも検索できるようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１にあるような従来の内燃機関から排出された燃焼排気に含まれる物質と排気燃料とを反応させて特定のリフォーマガスを生成する燃料改質手段では、運転状況によって変化する燃焼排気の成分によっては必ずしも所望の反応が達成されるとは限らず、燃料改質開始条件の成立の有無によってリフォーマガスの利用の可否が左右されるので制御が複雑である。
加えて、生成されるリフォーマガスの成分比が常に一定であるとは限らず、リフォーマガスを利用した場合に燃焼状態が不安定となる虞もある。
【００１０】
一方、特許文献２にあるような従来の燃料改質反応炉では、例えば、圧縮空気供給装置を必要とする等、構造が複雑となるのに加え、他の従来技術と同様、遷移金属を含む触媒を必要としており、製造コストの増大を招く虞がある。
さらに、当該燃料改質反応炉では、空気存在下で被改質燃料が燃焼しない温度（２００℃）以下に温度制御する必要があり、数百℃で排出される燃焼排気をわざわざ冷却しなければならない等、熱エネルギの効率低下による燃費悪化を招く虞もある。
【００１１】
また、燃料の改質触媒として、ゼオライト又はゼオライト類似種を用いようとした場合、非特許文献１にあるように、骨格構造の異なるゼオライト及びゼオライト類似種が数多く存在し、また、骨格構造や、組成が異なれば、得られる触媒としての性質も異なり、特定の改質反応を示す最適な触媒を見つけることは必ずしも容易なことではない。
【００１２】
さらに、本発明者等の鋭意試験により、従来の遷移金属等を含むゼオライト、又は、メタロシリケートを改質触媒とした場合には、改質反応の進行にしたがって、過剰に分解反応が進み、低分子化すると共に気体のモル数の増加により急激な体積の増加を招いたり、改質済燃料として燃費向上の機能を果たさなくなったりする虞があることが判明した。
【００１３】
そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、内燃機関のさらなる低燃費化、低エミッション化を図るべく、安価な上に構成が簡易で、しかも、燃焼排気のエネルギを有効に活用することが可能で、安定した特性の改質済燃料を供給可能な燃料改質装置とこれを備えた排気再循環システムの提供を目的する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第１の発明では、燃料を改質する燃料改質装置であって、高温低酸素濃度気体内に噴霧されて気化された被改質燃料を上記高温低酸素濃度気体と共に導入する被改質燃料気体導入路と、被改質燃料の分子径よりも大きい細孔径を有する分子篩構造材料を所定の形状に成型した分子篩構造成型体と、該分子篩構造成型体を収納する分子篩構造成型体収納部と、得られた改質済燃料を導出する改質済燃料導出路と、を具備する（請求項１）、
【００１５】
第１の発明によれば、気化された上記被改質燃料が上記分子篩構造成型体に接触したときに、上記分子篩構造成材料の細孔に吸着され、これに上記高温低酸素濃度気体の熱エネルギが加わると、接触分解反応がおこり、上記被改質燃料が上記分子篩構造成型体収納部内で改質される。
このとき、上記被改質燃料は、酸素濃度の低い上記高温低酸素濃度気体と共に上記分子篩構造成型体収納部に導入されているので、燃焼することなく分解される。
また、接触分解反応によって、分子の大きさが小さくなるので、上記分子篩構造材料の細孔から脱着し、接触分解反応の進行が抑制される。さらに、一旦改質された燃料は、上記分子篩構造材料の細孔を通過し、再吸着することなく、上記改質燃料導出路から導出される。
したがって、接触分解反応を過剰に起こすことなく安定した組成の改質済燃料を供給可能な燃料改質装置が実現できる。
【００１６】
第２の発明では、上記分子篩構造成型体収納部の外側を覆う気密性保持容器内に収納された、二重筒構造となし、上記分子篩構造成型体収納部と上記気密性保持容器との間に保持容器内被改質燃料導入路を形成せしめる（請求項２）。
【００１７】
第２の発明によれば、上記保持容器内被改質燃料導入路に導入された上記高温低酸素濃度気体の熱エネルギによって、予め、上記分子篩構造成型体収納部を周囲から加熱し、上記分子篩構造成型体の触媒活性を高めておくことが可能となり、上記分子篩構造成型体収納部の内部に上記被改質燃料と上記高温低酸素濃度気体とが導入されたときに速やかに上記被改質燃料の接触分解反応を起こさせることが可能となる。
したがって、改質済燃料導出開始初期においても安定した組成の改質済燃料を供給可能な燃料改質装置が実現できる。
【００１８】
具体的には、第３の発明のように、上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、7オングストロームより大きく１５オングストロームより小さい細孔径を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いるのが好ましい（請求項３）。
【００１９】
本発明者等の鋭意試験により、第３の発明の範囲の細孔径を有するゼオライト又はゼオライト類似種であれば、改質前のガソリンが吸着される一方で、接触分解後の低級化した炭化水素は脱着され、再吸着することなく細孔を通過することから、過剰な接触分解反応が起こらず改質済燃料の組成を安定化できることが判明した。
本発明によらず、7オングストロームよりも十分小さい細孔径を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いた場合、被改質燃料であるガソリンが吸着され難く、被改質燃料の改質が進行し難いことが判明した。
また、本発明によらず、本発明の範囲と同程度の大きさの細孔を有する場合であっても、本発明の範囲を外れた７オングストロームよりも小さい径の細孔が混在するゼオライト又はゼオライト類似種を用いた場合には、一旦接触分解されて低級化した炭化水素が、小さい径の細孔に再吸着され、接触分解反応を繰り返し、過剰な分解が起こり、改質済燃料としての機能を果たさなくなる虞があることが判明した。
【００２０】
さらに、第４の発明のように、上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、ＳｉとＡｌとの比が５以下であるゼオライト又は、ゼオライト類似種を用いるのが望ましい（請求項４）。
【００２１】
ゼオライトの骨格構造を構成する四面体構造の（ＳｉＯ４）４−と（ＡｌＯ４）５−との中心に位置するＴ原子（テトラへドラル原子）として存在するＳｉとＡｌとの比が５より多い場合には、触媒としての酸化力が弱くなることが判明した。
【００２２】
また、第５の発明のように、上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、国際ゼオライト学会の定義する構造コードがＦＡＵ又はＥＭＴで表される骨格構造を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いても良い（請求項５）。
【００２３】
本発明者等の鋭意試験により、構造コードがＦＡＵで表されるゼオライトが、ガソリンを低級化するのに適していることが判明した。また、構造コードがＥＭＴで表されるゼオライトはＦＡＵで表されるゼオライトと骨格構造が類似しており、同様の効果を発揮できると推察される。
本発明によらず、Ａ型（構造コードＬＴＡ）のゼオライト又はゼオライト類似種を用いた場合には、接触分解反応が起こり難くなる虞があり、モルデナイト（ＭＯＲ）、Ｌ型（ＭＦＩ）等のゼオライトを用いた場合には、過剰に分解反応が進行する虞があることが判明した。
【００２４】
また、第６の発明のように、上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、１２員環によって構成された細孔を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いても良い（請求項６）。
【００２５】
本発明によれば、１２員環によって形成される細孔にガソリンが吸着され、接触分解反応を起こし、改質後には脱着して過剰な分解反応を起こすことなく改質済燃料を導出することができる。
【００２６】
本発明によらず、分子篩構造材料として、１０員環によって細孔が形成されるゼオライト又はゼオライト類似種を用いた場合、接触分解反応を起こさず、１４員環以上によって細孔が形成されるゼオライト又はゼオライト類似種を用いた場合には、被改質燃料分子が複数同時に細孔内に取り込まれ、接触分解反応が安定しなくなる虞があると推察される。
【００２７】
また、第７の発明のように、上記分子篩構造成型体を、ペレット状、筒状、仕切り付き筒状、鞍状、又は、螺旋状のいずれかに成型しても良い（請求項７）。
【００２８】
第７の発明によれば、上記分子篩構造成型体をこのような形状にすることで、接触面積を増加しつつ流路抵抗を小さくすることができるので、効率よく被改質燃料の改質を行うことができる。
【００２９】
また、第８の発明のように、上記分子篩構造成型体を、複数の隔壁によって区画されたハニカム構造体としても良い（請求項８）。
【００３０】
第８の発明によれば、被改質燃料を上記ハニカム構造体の隔壁を透過させることによって、確実に上記分子篩構造材料に接触させることができ、改質済燃料の導出を定量的に制御することが可能となり、さらに安定して被改質燃料の改質を行うことができると期待される。
【００３１】
第９の発明では、内燃機関の燃焼排気流路と吸気流路とを連通する排気再循環流路を具備し、内燃機関の燃焼室内に燃焼排気の一部を導入せしめて燃費の向上と排気の浄化を図る排気再循環システムであって、第１の発明ないし８のいずれかの燃料改質装置を上記再循環流路の途中に設けて、内燃機関の燃焼排気を上記高温低酸素濃度気体とする（請求項９）。
【００３２】
第９の発明によれば、燃焼排気の持つ熱エネルギを有効に利用して被改質燃料を改質できるのに加え、燃焼排気中の酸素濃度が低いことを利用して、被改質燃料を燃焼することなく改質済燃料とすることができる。
また、本発明の燃料改質装置によって安定した組成に改質された改質済燃料が、排気再循環に利用されるので、内燃機関のさらなる燃費向上や、燃焼排気の清浄化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置の概要を示し、（ａ）は、燃料改質装置の断面図、（ｂ）は、本実施形態に用いられる分子篩構造成型体の概要を示す斜視図。
【図２】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置を有する排気再循環システム全体の概要を示す構成図。
【図３】本発明の効果を確認するためのモデル試験装置の概要を示す構成図。
【図４】本発明の燃料改質装置に用いる分子篩構造材料の骨格構造の概要を比較例と共に示す模式図。
【図５】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置の効果について、イソオクタンを改質した後の未反応のイソオクタン残存率を比較例と共に示す特性図。
【図６】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置によってイソオクタンを改質したときにイソオクタン以外に存在する改質済燃料の種類と割合を比較例と共に示す特性図。
【図７】本発明の作動原理を比較例と共に示す模式図。
【図８】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置を備えた内燃機関の燃費向上効果を比較例と共に示す特性図。
【図９】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置を用いて燃料改質をした場合の燃料圧力の変化を比較例と共に示す特性図。
【図１０】本発明の燃料改質装置の改質の進行度合いに対する改質効果の変化を比較例と共に示す特性図。
【図１１】本発明の第１の実施形態における燃料改質装置の変形態様を示し、（ａ）は装置概要を示す断面図、（ｂ）〜（ｅ）は、各変形態様に用いられる分子篩素体の概要を示す斜視図。
【図１２】本発明の第２の実施形態における燃料改質装置の概要を示す断面図。
【図１３】本発明の第３の実施形態における燃料改質装置の概要を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の第１の実施形態における燃料改質装置２０は、例えば、自動車エンジンなどの内燃機関の燃費を向上すると共に燃焼排気の清浄化を図るための排気循環システム１の排気循環流路１３、１４、１５の途中に設けられて、排気循環流路１３内に噴射された被改質燃料ＦＬ２を所定の細孔径を有する分子篩構造成型体３０によって接触分解して所定の組成を有する改質済燃料ＦＬ３として燃焼排気ＧＥＸの一部と共に吸気ＡＲＩＮに導入することに用いられるものである。
【００３５】
図１、図２を参照して、本発明の第１の実施形態における燃料改質装置２０とこれを用いた内燃機関の排気再循環システム１の概要について説明する。
図１（ａ）に示すように、燃料改質装置２０は、内燃機関から排出される燃焼排気等の温度が高く酸素濃度が低い高温低酸素濃度気体ＧＥＸ内に噴霧されて気化された被改質燃料ＦＬ２を高温低酸素濃度気体ＧＥＸと共に導入する被改質燃料気体導入路１３と、被改質燃料の分子径よりも大きい所定の細孔径を有する分子篩構造成型体３０と、分子篩構造成型体３０を収納する分子篩構造成型体収納部２１と、被改質燃料ＦＬ２を分子篩構造成型体収納部２１の内部２４で高温低酸素濃度気体ＧＥＸの持つ熱エネルギを利用して分子篩構造成型体３０によって接触分解（クラッキング）反応させ、得られた改質済燃料ＦＬ３を導出する改質済燃料導出路１４を具備する。
【００３６】
分子篩構造成型体収納部２１は、略有底筒状に形成され、底部２１０には、気化した被改質燃料ＦＬ２と高温低酸素濃度気体ＧＥＸとを内部２４に導入するための底部通気孔２１１が複数穿設されている。
なお、本実施形態においては、通気孔として、底部通気孔２１１を設けたが、分子篩構造成型体収納部２１の底部２１０に近い位置の側面に設けても良い。
分子篩構造成型体収納部２１は、さらに有底筒状に形成された気密性保持容器２２内に収納されて、二重筒構造となっており、分子篩構造成型体収納部２１の側面及び底部２１０の外周を覆うように気密性保持容器２２との間に保持容器内被改質燃料導入路２３が形成されている。
【００３７】
本実施形態において、分子篩構造成型体収納部２１の上端は外側に向かって張り出すように鍔状に形成されており、機密性保持容器の上端に係止し、蓋２５によって上面が気密に封止されている。
蓋２５には、分子篩構造成型体収納部２１の内部２４に発生した改質済燃料ＦＬ３を導出するための改質済燃料導出路１４が設けられている。
【００３８】
本実施形態において分子篩構造成型体３０は、分子篩構造材料として、フォージャサイト（Ｓｉ／Ａｌ＝１〜３．５）、Ｘ型（Ｓｉ／Ａｌ＝１．１）、又は、Ｙ型（Ｓｉ／Ａｌ＝２．４）のゼオライトからなるモレキュラシーブス１３ｘを用いている。
モレキュラシーブス１３ｘを構成する分子篩構造材料は、国際ゼオライト学会の定義する構造コードがＦＡＵで現される骨格構造を有し、（ＳｉＯ４）４−、又は、（ＡｌＯ４）５−の四面体構造の中心原子（Ｔ原子：Ｓｉ、又は、Ａｌ）が骨格格子の頂点に存在し、この中心原子によって１２員環が形成され、１０Å程度の大口径の細孔を有しており、図１（ｂ）に示すような直径φＤが１ｍｍ〜３ｍｍ、長さＬが２ｍｍ〜５ｍｍ程度のペレット状に成型されている。
なお、本実施形態においては、構造コードがＦＡＵで表されるゼオライトを用いたが、構造コードがＥＭＴで表されるゼオライトも骨格構造が類似しているので、細孔径が同様の範囲であれば、ＦＡＵで表されるゼオライトと同様の効果を発揮できるものと考えられる。また、本発明は、ゼオライトに限定するものではなく、骨格構造及び細孔径が類似であれば、ゼオライト類似種でも良い。但し、本発明において、白金等の金属触媒を担持するものは過剰に分解反応が進む虞があるので好ましくない。
【００３９】
被改質燃料ＦＬ２と高温低酸素濃度気体ＧＥＸとが、被改質燃料導入路１３から、本発明の燃料改質装置２０内に導入されると、保持容器内被改質燃料導入路２３内には、被改質燃料ＦＬ２と共に高温低酸素濃度気体ＧＥＸが導入されるので、高温低酸素濃度気体ＧＥＸの持つ熱エネルギが分子篩構造成型体収納部２１の外周壁全面に伝達されることになる。
さらに、底部通気孔２１１を介して、分子篩構造成型体収納部２１内に被改質燃料ＦＬ２と高温低酸素濃度気体ＧＥＸとが導入されると、分子篩構造成型体３０の特定の大きさを有する細孔に被改質燃料ＦＬ２が吸着される。
この状態で、分子篩構造成型体３０が、高温低酸素濃度気体ＧＥＸの熱エネルギによって加熱されると、分子篩構造成型体３０の細孔に吸着された被改質燃料ＦＬ２が接触分解（クラッキング）反応を起こし、低級化された改質後燃料ＦＬ３となり、分子が小さくなるので、分子篩構造成型体３０の細孔から脱着し、改質済燃料導出路１４から導出される。
高温低酸素濃度気体ＧＥＸは、酸素濃度が低いため、分子篩構造成型体３０と、被改質燃料ＦＬ２とが接触分解反応を起こすときに被改質燃料ＦＬ２の燃焼を抑制することができる。
【００４０】
また、本発明の燃料改質装置２０、高温低酸素濃度気体ＧＥＸの有する熱エネルギを反応の活性化エネルギとして利用しているため、被改質燃料ＦＬ２が過剰に分解されて燃料としての機能を果たさなくなったり、過剰な圧力上昇を招いたり、高温低酸素濃度気体に含まれる成分と反応して所望の低級化炭化水素以外にリフォームされたりすることがなく、被改質燃料ＦＬ２の接触分解反応によって低級化された特定の改質済燃料を生成できることを特徴としている。
これは、接触分解反応によって分子の大きさが小さくなると、本発明の燃料改質装置２０に用いた分子篩構造成型体３０の特定の大きさの細孔から改質済燃料ＦＬ３が脱着して、接触分解反応が終了し、過剰に分解反応が進行することがないためと推察される。
【００４１】
図２を参照して、本発明の第１の実施形態における燃料改質装置２０を用いた、排気再循環システム１について説明する。
本発明の排気再循環システム１は、内燃機関１０から排出された燃焼排気ＧＥＸの一部を燃焼排気流路１２と吸気流路１１とを連通した排気再循環流路１３、１４、１５を介して吸気側に再循環させる排気再循環システムにおいて、高温低酸素濃度気体である燃焼排気ＧＥＸ内に噴射して気化させた被改質燃料ＦＬ２を本発明の燃料改質装置２０を用いて改質した改質済燃料ＦＬ３として、吸気ＡＲＩＮ内に導入し、内燃機関１０の燃費向上、排気浄化を図るものである。
図２に示すように、内燃機関１０には、図略の燃焼室内に吸気ＡＲＩＮを導入する吸気流路１１と吸気流路１１を開閉する吸気バルブ１１０と、燃焼排気を排出する排気流路１２と、排気流路１２を開閉する排気バルブ１２０と、吸気流路１１内に主燃料ＦＬ１を噴射して混合気を形成する主燃料噴射弁４０と、燃焼室内に導入された混合気に点火する点火プラグ１６とが設けられている。
【００４２】
排気流路１２には、排気流路１２内に排出された燃焼排気ＧＥＸの一部を吸気流路１１へ還流する排気再循環流路１３、１４、１５と、排気再循環流路１３内に被改質燃料ＦＬ２を噴射する被改質燃料噴射弁４１と、燃焼排気を浄化する排気浄化装置１８と、改質済燃料ＦＬ３を再循環流路１５内への導入と停止とを制御するＥＧＲバルブ４４とが設けられている。
また、排気再循環流路１３において、被改質燃料ＦＬ２を噴射する位置の下流側には、本発明の第１の実施形態における燃料改質装置２０が設けられている。
【００４３】
内燃機関１０には、機関の運転状況を検出する手段として、一般に用いられている各種のセンサ類が設けられており、エンジン水温ＴＷ、エンジン回転数ＮＥ、筒内圧力ＰＣＹＬ、クランク角ＣＡ等の運転情報が電子制御装置ＥＣＵ６０に伝達されている。
ＥＣＵ６０は、エンジン運転状況に応じて、燃料ポンプ５１、高圧ポンプ５２を駆動し、所定のタイミングで主燃料噴射弁４０を駆動すべく主燃料噴射信号ＩＮＪ１を発信し、被改質燃料噴射弁４１を駆動すべく被改質燃料噴射信号ＩＮＪ２を発信し、燃料改質装置２０によって改質された改質済燃料ＦＬ３を吸気流路１１内に導入すべくＥＧＲバルブ４４を駆動するＥＧＲ駆動信号ＳＥＧＲを発信し、点火プラグ１６を駆動すべく点火信号ＩＧｔを発信する。
燃料タンク５０内の燃料は燃料ポンプ５１によってくみ上げられ、高圧ポンプ５２によって、主燃料噴射弁４０及び被改質燃料噴射弁４１に所定の圧力で供給される。
ＥＣＵ６０からの主燃料噴射信号ＩＮＪ１にしたがって主燃料噴射弁４１によって吸気流路１１内に主燃料ＦＬ１が噴射され、所定の空燃比で混合された吸気と燃料との混合気が機関燃焼室内に導入される。
このとき、内燃機関１０の運転状況に応じてＥＧＲバルブ４４が開閉され、混合気に改質済燃料ＦＬ３を含む排気循環ガスが導入される。
【００４４】
本発明によれば、燃料改質装置２０によって改質される被改質燃料ＦＬ２が接触分解によって特定の成分に分解された改質済燃料ＦＬ３が排気再循環ガスとして利用されるので、安定して燃費向上及び排気浄化を図ることができる。
例えば、ガソリンを主燃料ＦＬ１とする内燃機関１０においては、被改質燃料ＦＬ２もガソリンが用いられ、ガソリンの主成分である、イソオクタン（２、２、４−トリメチルペンタン、Ｃ８Ｈ１８）が、燃焼排気ＧＥＸの熱（３５０℃以上）を受けて分子篩構造成型体３０の触媒作用によって接触分解され、主に下記の反応を基本として２メチル１プロペン（Ｃ４Ｈ８）を生成し、酸素濃度の低い燃焼排気ＧＥＸと共に改質済燃料ＦＬ３として、吸気ＡＲＩＮ内に再循環される。
燃焼排気熱エネルギΔ
Ｃ８Ｈ８----------------------→２Ｃ４Ｈ８＋２Ｈ２
分子篩構造成型体
また、高温低酸素濃度気体である燃焼排気ＧＥＸは、被改質燃料ＦＬ２の分子篩構造成型体３０を触媒として接触分解反応を起こさせるためのエネルギ源及び、低酸素雰囲気を作り被改質燃料ＦＬ２の燃焼を抑制するためだけに用いられ、従来の遷移金属を担持した触媒等を用いた激しい反応とは異なり、燃焼排気ＧＥＸと被改質燃料ＦＬ２との間で反応が起こり難い。このため、運転状況の変化に起因する燃焼排気ＧＥＸの成分の変動があったとしても、上記接触分解反応に影響を及ぼさず、被改質燃料ＦＬ２は、常に特定の成分に改質される。したがって、運転状況に応じた燃焼排気ＧＥＸの成分の変動が主燃料ＦＬ１の燃焼に与える影響の補正が容易である。
【００４５】
本実形態においては、単独の吸気流路１１内に主燃料噴射弁噴射弁４０ により内燃機関１０ の各気筒へ主燃料ＦＬ１ を供給するが、気筒分の主燃料噴射弁を独立に設けて、それぞれの吸気流路へ主燃料ＦＬ１ を噴射してもよい。
また、吸気流路１１内に主燃料を噴射する代わりに、各気筒内へ直接燃料を噴射する、いわゆる直噴式の噴射弁を用いて、燃焼室内に主燃料ＦＬ１を噴射しても良い。
【００４６】
内燃機関１０ に供給される吸気ＡＲＩＮ は、吸気流路１１に設けたスロットル弁４３によって流量調整されて、燃料室内に導入される。スロットル弁４３ の開度は、アクセル４４に設けたアクセル開度センサからのアクセル開度信号ＡＣＰに基づいてＥＣＵ６０によって制御されている。
【００４７】
内燃機関１０の各気筒 で燃焼した混合気は、燃焼排気ＧＥＸとなって排気流路１２へ排出され、一部は燃料改質装置２０の被改質燃料導入路１３に導入され、一部は排気浄化装置１８へ導入される。
被改質燃料導入路１３に導入された燃焼排気ＧＥＸは、被改質燃料を改質するための熱エネルギを与えると共に、酸素濃度が低いため、被改質燃料ＦＬ２の燃焼を抑制し、接触分解反応のみを起こさせることができる。
【００４８】
排気浄化装置１８、例えば、三元触媒等が用いられ、燃焼排気ＧＥＸを浄化した後、大気へ放出される。また、排気浄化装置１８の前後には、酸素センサやＮＯｘセンサ等のガスセンサ１８１、１８２（及び／又は、温度センサ）が設けられ、燃焼排気中の特定成分の濃度（及び／又は、燃焼排気の温度）を検出して、その検出結果は、内燃機関１０に導入される混合気の空燃比を制御したり、排気の状態を検知して、ＥＧＲバルブ４４の開閉を制御したり、排気浄化装置１８の再生制御等に利用される。
なお、燃焼排気流路１２と排気浄化装置１８との間に過給器１７を設けて、燃焼排気ＧＥＸの排出圧力を利用してタービンを回転させ、圧縮機を連動させて、吸気路１１に導入される吸気ＡＲＩＮを過給するようにしても良い。
【００４９】
図３を参照して、本発明の燃料改質装置２０の効果を確認するために行ったモデル試験について説明する。図３に示すように、フラスコ内に、ガソリン燃料の主成分であるイソオクタン（２、２、４−トリメチルペンタン、Ｃ８Ｈ１８）を入れ、これをイソオクタンの沸点（９９℃）まで加熱し、イソオクタンガスを発生させる。
燃焼排気を模した高温低酸素濃度気体ＧＥＸとして不活性な窒素ガスを用い、発生したイソオクタンガスと共に、被改質燃料導入路１３から、燃料改質装置２０に導入し、温度調整可能なヒータ等を用いて４００℃まで加熱した。
分子篩構造成型体収納部２１内で、被改質燃料ＦＬ３として導入したイソオクタンガスと、高温低酸素濃度気体ＧＥＸを模して導入したＮ２ガスとを分子篩構造成型体３０に接触させ、改質済燃料導出路１４から導出される改質済燃料ＦＬ３を捕集し、ガス分析を行った。同様の試験を分子篩構造成型体３０を構成するゼオライトの種類を変えて行い比較例とした。
【００５０】
図４（ａ）に示すようなＦＡＵ型（Ｘ、Ｙ型）の骨格構造を有するゼオライトとしてモレキュラシーブス１３ｘ（細孔径約１０Å、Ｓｉ／Ａｌ＝約１．０、員環数＝１２−１２−１２）を用いた分子篩成型体３０を用いた場合を本発明の実施例１とし、図４（ｂ）に示すようなＬＴＡ型（Ａ型）の骨格構造を有するゼオライトとしてモレキュラシーブス３Ａ（細孔径約３Å、Ｓｉ／Ａｌ＝約１．０、員環数＝８）を用いた場合を比較例１とし、図４（ｃ）に示すようなＬＴＦ型（Ｌ型）の骨格構造を有するモレキュラシーブス５Ａ（細孔径約５Å、Ｓｉ／Ａｌ＝２〜３．０、員環数＝１２）を用いた場合を比較例２とし、図４（ｄ）に示すようなＭＯＲ型（モルデナイト型）の骨格構造を有するモレキュラシーブス（細孔径約７Å、Ｓｉ／Ａｌ＝５〜１０、員環数１２−８）を用いた場合を比較例３として、得られた改質済燃料の組成を調査した。
【００５１】
その結果、図５に示すように、実施例１では、イソオクタンの残存率は投入量の８０％以下となり、比較例１では、ほとんど改質が行われておらず、比較例２では、イソオクタンの残存率が７５％程度となり、実施例１よりもイソオクタンの改質が進んでおり、比較例３では、イソオクタンの残存率が９０％程度であり、実施例１よりも改質が進んでいなかった。比較例４は、分子篩構造成型体３０を用いず、加熱のみの処理を行ったものである。
この結果から、イソオクタンの分子径は約５Åであり、細孔径がイソオクタンの分子径よりも大きい実施例１及び比較例２、比較例３では、何らかの燃料の改質がなされることが判明した。
しかし、細孔径が３Åとイソオクタンの分子径よりも小さい比較例１では、分子篩構造成型体を用いていない比較例４と同様の結果で、ほとんど改質効果がないことが判明した。
以上のことから、本発明の燃料改質装置２０の分子篩構造成型体３０を構成する分子篩構造材料が、７オングストロームより大きい細孔径を有するゼオライト又はゼオライト類似種であるのが望ましいものと判断される。
さらに、１５オングストローム以上との大きな細孔径が存在すると、複数の分子が同時に細孔内に吸着されるため、一旦、接触分解反応により低級化されても、炭化水素が細孔内に存在する他の分子と重合したり、イソオクタン同士の縮合や重合等の反応により、高分子化したりする虞もある。
このことから、本発明の燃料改質装置２０の分子篩構造成型体３０を構成する分子篩構造材料が、１５オングストロームより小さい細孔径を有するゼオライト又はゼオライト類似種であるのが望ましいものと推察される。
【００５２】
図６を参照して、本発明の実施例１における改質済燃料ＦＬ３の成分とその割合について比較例１〜３と併せて説明する。
本図（ａ）に示すように、実施例１では、改質されたイソオクタンの約８０％以上が、２メチル１プロペン（Ｃ４Ｈ８）であり、その他には、僅かに、プロパンＣ３Ｈ８、プロペンＣ３Ｈ６、メチルシクロペンテンＣ６Ｈ１２、シクロヘキサンＣ６Ｈ１２、イソブタンＣ４Ｈ１０が形成された。このことから、実施例１では、接触分解反応が支配的で、多重化、環状化はほとんど起こらず、２メチル１プロペンの選択的生成が可能であることが判明した。
このため、実施例１の分子篩構造成型体を用いた燃料改質装置を排気再循環システムに用いれば、低級炭化水素である２メチル１プロペンの選択的生成により、引火点を下げ、燃焼排気中のＮＯｘ濃度を下げることができるものと推察される。
一方、本図（ｂ）に示すように、比較例１では、元々改質量が少ないものの、検出された改質済燃料は、２、３ジメチルペンタン（Ｃ７Ｈ１６）、２メチル１プロペン（Ｃ４Ｈ８）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、メチルシクロヘキサン（Ｃ７Ｈ１４）、２、４、４トリメチル１ペンテン（Ｃ８Ｈ１６）であり、極、僅かに接触分解が起こっていることが判明した。
また、本図（ｃ）に示しように、比較例２では、実施例１よりも多くの燃料が改質されたが、２メチル１プロペン（Ｃ４Ｈ８）の量は少なく、メチルシクロペンタン（Ｃ６Ｈ１２）、３メチルヘプタン（Ｃ８Ｈ１８）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ヘキサン（Ｃ６Ｈ１２）、プロペン（Ｃ３Ｈ６）等比較的多種の燃料が分散的に生成され、接触分解反応は少なく、多重化、環状化反応が支配的となっていることが判明した。したがって、このような比較例２のような分子篩構造成型体を排気再循環システムに用いたのでは、燃焼温度の低下の効果は少なく、排気中のＮＯｘ濃度の低減には寄与し難いものと推察される。
さらに、本図（ｄ）に示すように、比較例３では、燃料の改質量は実施例１よりも低く、また、改質済燃料は、メチルシクロペンタン（Ｃ６Ｈ１２）、２メチル１プロペン（Ｃ４Ｈ８）、３メチルヘプタン（Ｃ８Ｈ１８）、シクロヘキサンＣ６Ｈ１２、プロペン（Ｃ３Ｈ６）が生成されており、低級化の効果は低く、多重化、環状化が支配的であることが判明した。
したがって、このような比較例３のような分子篩構造成型体を排気再循環システムに用いたのでは、燃焼温度の低下の効果は少なく、排気中のＮＯｘ濃度の低減には寄与し難いものと推察される。
【００５３】
図７を参照して、本発明の燃料改質装置の作動原理を概説する。
本図（ａ）に示すように、本発明の実施例１では、モレキュラシーブス１３ｘの細孔径は約１０Åで、被改質燃料であるイソオクタンの分子径５Åよりも大きく、ＦＡＵ型の骨格構造の頂点に位置するＳｉやＡｌ等のＴ原子１２個からなる１２員環によって大細孔を形成しており、被改質燃料がこの細孔に接触すると、細孔内に吸着され、燃焼排気等の高温で低酸素濃度の気体によって熱エネルギΔが加えられると、接触分解反応を起こして、低級の２メチル１プロペン（Ｃ４Ｈ８）に分解され、細孔から脱着する。
一方、本図（ｂ）に示すように、比較例１では、モレキュラシーブス３Ａの細孔径は３Åで、被改質燃料であるイソオクタンの分子径５Åより小さく、ＴＬＡ型の骨格構造の頂点に位置するＴ原子によって８員環によって小細孔を形成しており、被改質燃料が接触しても吸着できないため、反応性は低い。
また、本図（ｃ）に示すように、比較例１では、ＬＴＦ型（ＨＳ−５００）の細孔径は、約７Å程度で、Ｔ原子によって１２員環と８員環が形成されている。被改質燃料がこの細孔に接触すると細孔内に吸着され、さらに、燃焼排気等の高温で低酸素濃度の気体によって熱エネルギΔが加えられると、実施例１と同様に接触分解反応を起こす。しかし、小径の８員環も存在するため、一端接触分解され低級化された炭化水素が細孔から脱着しても再度小径の細孔吸着されされ、さらに、低級化されたり、再結合して多重化したりするため、過剰に改質が進み、多種の燃料に分かれるものと推察される。
比較例３の場合、骨格構造はＭＯＲ型で、比較例２と同様に、１２員環と８員環が存在するが、Ｔ原子として、ＳｉがＡｌの５倍〜１０倍存在し、これが、触媒活性を低下させているものと推察される。
以上のことから、本発明の分子篩構造成型体３０に用いる分子篩構造材料には、ＳｉとＡｌの比が５以下のゼオライト又はゼオライト類似種を用いるのが望ましいことが判明した。
【００５４】
図８〜図１０を参照して、本発明の燃料改質装置２０を具備する内燃機関の燃費向上効果について説明する。燃料改質をしない通常のＥＧＲシステムを比較例４とし、従来の白金等の遷移金属を担持させた燃料改質触媒を用いた場合を比較例５とする。
図８に示すように、比較例４における燃費を１００とした場合、比較例５では、５％程度の燃費低減を図ることができるが、本発明の実施例１では、１０％程度の燃費向上を図ることができる。
一方、比較例４の燃料の改質しない排気再循環システムで再循環される燃焼排気の圧力を１００としたとき、比較例５では、図９に示すように、圧力が６０％程度上昇し、本発明の実施例１では、２０％程度上昇している。
これは、比較例５では、過剰に被改質燃料の分解が進み、発生する気体の種類が多岐に渡り、気体のモル数が増加し、体積が急激に膨張したためであり、実施例１では、２０％程度の燃料改質が行われているためである。
また、図１０に示すように、比較例８では、燃料改質開始初期には、実施例１よりも高い燃料改質の効果を示すが、一定時間以上改質が進むと、改質の効果が低下してしまう。
一方、本発明の実施例１では、燃料改質の効果がほぼ一定に維持される。
これは、比較例５の場合、金属触媒によって燃料改質の反応速度が高くなり、初期には高い効果を示すが、反応の進行に伴って、図９に示すように、分解が過剰に進み、燃焼性向上に寄与しなくなるためと推察される。
一方、実施例１では、一旦改質された燃料は、分子篩構造成型体から離れ、それ以上改質が進まず、未反応の被改質燃料だけが改質されるため、ほぼ直線的に被改質燃料の接触分解反応が維持されるためと推察される。
【００５５】
図１１を参照して、本発明の第２の実施形態における燃料改質装置２０ａについて説明する。上記実施形態においては、分子篩構造成型体３０として、ペレット状に成型されたモレキュラシーブス１３ｘを用いた例を示したが、本実施形態においては上記実施形態と同様の構成に加え、分子篩構造成型体３０ａとして、ＦＡＵ型のゼオライト粉末を、押出成形やプレス成形等の公知の成型方法により、所定の形状に成型し、ゼオライトの骨格構造を変化させない程度の温度で焼結させて、分子篩構造成型体３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄとして、筒状（３０ａ）、仕切り付き筒状（３０ｂ）、鞍状（３０ｃ）、又は、螺旋状（３０ｄ）のいずれかの形状に成型して分子篩構造成型体収納部２１内に充填した点が相違する。
分子篩構造成型体３０ａは、本図（ｂ）に示すように、外径φＤ１、内径φＤ２、長さＬの中空円筒状に成型してあり、Ｄ１とＬは略同一の長さである。
分子篩構造成型体３０ｂは、本図（ｃ）に示すように、外径φＤ１、内径φＤ２、長さＬの中空円筒状で、内側の中心に厚みｔの仕切りが設けてあり、Ｄ１とＬは略同一の長さである。
分子篩構造成型体３０ｃは、本図（ｄ）に示すように、鞍状に成型してある。
また、分子篩構造成型体３０ｄは、本図（ｅ）に示すように、略平板状の成型体を捻ったような螺旋状に成型してある。
分子篩構造成型体をこれらに示したような形状とすることによって、上記実施形態に示したようなペレット状に比べ、分子篩構造材料単位重量当たりの表面積を増やし、分子篩構造成型体収納部２１内を被改質燃料ＦＬ２と高温低酸素濃度気体ＧＥＸとが流動するときの接触面積が増えるので、さらに被改質燃料ＦＬ２を効率的に改質し、安定して供給できると期待される。
【００５６】
図１２を参照して、本発明の第３の実施形態における燃料改質装置２０ｅについて説明する。本実施形態においては、分子篩構造成型体３０ｅとして、分子篩構造材料粉末を押出成形等の成型方法により、格子状の隔壁によって区画されたハニカム構造体を形成した点が相違する。
分子篩構造成型体３０ｅをこのような構造とすることによって、分子篩構造成型体収納部２１ｅの内側２４を被改質燃料ＦＬ２と高温低酸素濃度気体ＧＥＸとが流動するときに、ハニカム構造体の隔壁を透過するので、確実に分子篩構造材料に接触させることができ、改質済燃料ＦＬ３の導出を定量的に制御することが可能となり、さらに安定して被改質燃料ＦＬ２の改質を行うことができると期待される。
【００５７】
図１３を参照して、本発明の第４の実施形態における燃料改質装置２０ｆについて説明する。本実施形態においては、上記実施形態と同様の構成に加えて、分子篩構造成型体収納部２１ｆの外側に設けた気密性保持容器２２ｆのさらに外側に第２の気密性保持容器２５ｆを設けて、気密性保持容器２２ｆと第２の気密性保持容器２５ｆとの間に、加熱用高温低酸素濃度気体導入路２６ｆを設け、加熱用高温低酸素濃度気体導入路１３１と、加熱用高温低酸素濃度気体導出路１３２とを形成した点が相違する。
このような構成とすることによって、高温低酸素濃度気体ＧＥＸの熱エネルギを装置全体の予熱に利用することができ、さらに、安定した組成の改質済燃料を供給可能としたり、高温低酸素濃度気体ＧＥＸの熱エネルギの不足を補ったりすることが可能となる。
【００５８】
本発明は、上記実施形態に限定するものでなく、選択的接触分解を実施する分子篩構造成型体によって低酸素雰囲気下で燃料を改質する燃料改質装置及びこれを用いた排気再再循環装置によって燃費の向上と排気の浄化を図ろうとする本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態においては、内燃機関としてポート噴射式のエンジンを例に説明したが、燃料を直接燃焼室内に噴射する筒内噴射式エンジンであっても良い。
【符号の説明】
【００５９】
１ 排気再循環システム
１０ 内燃機関
１１ 吸気流路
１２ 排気流路
１３ 排気再循環路（被改質燃料導入路）
１４ 排気再循環流路（改質済燃料導出路）
１５ 排気再循環流路
１６ 点火プラグ
１７ 過給器
１８ 排気浄化装置
１８１、１８２ ガスセンサ（及び／又は温度センサ）
２０ 燃料改質装置
２１ ＥＧＲバルブ
３０ 分子篩構造成型体
４０ 主燃料噴射弁
４１ 被改質燃料噴射弁
４３ スロットル弁
４４ アクセル開度センサ
５０ 燃料タンク
５１ 燃料ポンプ
５２ 圧縮ポンプ
５３、５４ 高圧燃料供給流路
６０ 電子制御装置
ＡＲＩＮ 吸気
ＧＥＸ 燃焼排気
ＦＬ１ 主燃料
ＦＬ２ 被改質燃料
ＦＬ３ 改質済燃料
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６０】
【特許文献１】特開２００６−２９１７５７号公報
【特許文献２】特開平１０−８９０５７号公報
【非特許文献】
【００６１】
【非特許文献１】「Ａｔｌａｓ ｏｆ Ｚｅｏｌｉｔｅ Ｆｒａｍｅｗｏｒｋ Ｔｙｐｅｓ （Ｃｈ．Ｂａｅｒｌｏｃｈｅｒ、 Ｗ．Ｍ．Ｍｅｉｅｒ ａｎｄ Ｄ．Ｈ．Ｏｌｓｏｎ、 ５ｔｈ． Ｒｅｖｉｓｅｄ Ｅｄｉｔｉｏｎ、 ２００１、 Ｅｌｓｅｖｉｅｒ)」
【非特許文献２】国際ゼオライト学会データベースＵＲＬ：ｈｔｔｐ：ｗｗｗ．ｉｚａ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｏｒｇ／ｄａｔａｂａｓｅｓ／
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を改質する燃料改質装置であって、
高温低酸素濃度気体内に噴霧されて気化された被改質燃料を上記高温低酸素濃度気体と共に導入する被改質燃料気体導入路と、
被改質燃料の分子径よりも大きい細孔径を有する分子篩構造材料を所定の形状に成型した分子篩構造成型体と、
該分子篩構造成型体を収納する分子篩構造成型体収納部と、
得られた改質済燃料を導出する改質済燃料導出路と、を具備することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
上記分子篩構造成型体収納部の外側を覆う気密性保持容器内に収納された、二重筒構造となし、上記分子篩構造成型体収納部と上記気密性保持容器との間に保持容器内被改質燃料導入路を形成せしめた請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項３】
上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、7オングストロームより大きく１５オングストロームより小さい細孔径を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いる請求項１又は２に記載の燃料改質装置。
【請求項４】
上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、ＳｉとＡｌとの比が５以下であるゼオライト又は、ゼオライト類似種を用いる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、国際ゼオライト学会の定義する構造コードがＦＡＵ又はＥＭＴで表される骨格構造を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項６】
上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、１２員環によって構成された細孔を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項７】
上記分子篩構造成型体が、ペレット状、筒状、仕切り付き筒状、鞍状、又は、螺旋状のいずれかである請求項１ないし６のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項８】
上記分子篩構造成型体が、複数の隔壁によって区画されたハニカム構造体である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項９】
内燃機関の燃焼排気流路と吸気流路とを連通する排気再循環流路を具備し、内燃機関の燃焼室内に燃焼排気の一部を導入せしめて燃費の向上と排気の浄化を図る排気再循環システムであって、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の燃料改質装置を上記再循環流路の途中に設けて、内燃機関の燃焼排気を上記高温低酸素濃度気体としたことを特徴とする排気再循環システム。
【請求項１】
燃料を改質する燃料改質装置であって、
高温低酸素濃度気体内に噴霧されて気化された被改質燃料を上記高温低酸素濃度気体と共に導入する被改質燃料気体導入路と、
被改質燃料の分子径よりも大きい細孔径を有する分子篩構造材料を所定の形状に成型した分子篩構造成型体と、
該分子篩構造成型体を収納する分子篩構造成型体収納部と、
得られた改質済燃料を導出する改質済燃料導出路と、を具備することを特徴とする燃料改質装置。
【請求項２】
上記分子篩構造成型体収納部の外側を覆う気密性保持容器内に収納された、二重筒構造となし、上記分子篩構造成型体収納部と上記気密性保持容器との間に保持容器内被改質燃料導入路を形成せしめた請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項３】
上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、7オングストロームより大きく１５オングストロームより小さい細孔径を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いる請求項１又は２に記載の燃料改質装置。
【請求項４】
上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、ＳｉとＡｌとの比が５以下であるゼオライト又は、ゼオライト類似種を用いる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、国際ゼオライト学会の定義する構造コードがＦＡＵ又はＥＭＴで表される骨格構造を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項６】
上記被改質燃料がイソオクタンを主成分とするガソリンであって、上記分子篩構造材料として、１２員環によって構成された細孔を有するゼオライト又はゼオライト類似種を用いる請求項１ないし５のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項７】
上記分子篩構造成型体が、ペレット状、筒状、仕切り付き筒状、鞍状、又は、螺旋状のいずれかである請求項１ないし６のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項８】
上記分子篩構造成型体が、複数の隔壁によって区画されたハニカム構造体である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項９】
内燃機関の燃焼排気流路と吸気流路とを連通する排気再循環流路を具備し、内燃機関の燃焼室内に燃焼排気の一部を導入せしめて燃費の向上と排気の浄化を図る排気再循環システムであって、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の燃料改質装置を上記再循環流路の途中に設けて、内燃機関の燃焼排気を上記高温低酸素濃度気体としたことを特徴とする排気再循環システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１５３５８０（Ｐ２０１１−１５３５８０Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６００３（Ｐ２０１０−１６００３）
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２７日（２０１０．１．２７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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