JP2009097421A - Engine system - Google Patents

Engine system Download PDF

Info

Publication number
JP2009097421A
JP2009097421A JP2007269581A JP2007269581A JP2009097421A JP 2009097421 A JP2009097421 A JP 2009097421A JP 2007269581 A JP2007269581 A JP 2007269581A JP 2007269581 A JP2007269581 A JP 2007269581A JP 2009097421 A JP2009097421 A JP 2009097421A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ammonia
gas
hydrogen gas
hydrogen
supplied
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2007269581A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4853451B2 (en
Inventor
Masao Kinoshita
雅夫 木下
Kenji Fukui
健二 福井
Akinori Saito
昭則 斎藤
Norihiko Nakamura
徳彦 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2007269581A priority Critical patent/JP4853451B2/en
Publication of JP2009097421A publication Critical patent/JP2009097421A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4853451B2 publication Critical patent/JP4853451B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance flexibility of combustion control of an internal combustion engine in an engine system for reforming fuel to be burnt in the cylinder of the internal combustion engine. <P>SOLUTION: A fuel reformer 16 forms a hydrogen gas by partially reforming a supplied ammonia gas. A gas compressor 74 separates the ammonia gas from the hydrogen gas by pressurizing the ammonia gas and the hydrogen gas supplied from the fuel reformer 16 by liquefying the ammonia gas. An ammonia injector 22 injects the ammonia separated from hydrogen gas by the gas compressor 74 into an intake pipe 20. A hydrogen injector 72 injects the hydrogen gas separated from the ammonia by the gas compressor 74 into the intake pipe 20. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関のシリンダ内で燃焼させる燃料を改質するエンジンシステムに関する。   The present invention relates to an engine system for reforming fuel burned in a cylinder of an internal combustion engine.

内燃機関のシリンダ内で燃焼させる燃料を改質する技術が下記特許文献１〜３に開示されている。例えば、特許文献１においては、燃焼後の排気ガスの熱を利用してアンモニアガス（燃料ガス）を分解して水素ガスを生成し、この水素ガスを副燃焼室内に導入して初期燃焼を行わせている。アンモニアはガソリン等の石油系燃料と比較して燃焼速度が遅く燃えにくい性質を有するが、特許文献１では、アンモニアガスだけでなく水素ガスも燃焼させることで、燃焼室内のアンモニアガスの燃焼を促進させている。   Techniques for reforming fuel burned in a cylinder of an internal combustion engine are disclosed in Patent Documents 1 to 3 below. For example, in Patent Document 1, hydrogen gas is generated by decomposing ammonia gas (fuel gas) using the heat of exhaust gas after combustion, and initial combustion is performed by introducing this hydrogen gas into the sub-combustion chamber. I let you. Ammonia has a property that combustion speed is slow and difficult to burn compared to petroleum fuel such as gasoline, but in Patent Document 1, combustion of ammonia gas in the combustion chamber is promoted by burning not only ammonia gas but also hydrogen gas. I am letting.

特開平５−３３２１５２号公報JP-A-5-332152 特開２０００−２７４２４９号公報JP 2000-274249 A 特開２００６−５２６８８号公報JP 2006-52688 A 特開２００７−１１３５７０号公報JP 2007-113570 A 特開２００７−２９８６２号公報JP 2007-29862 A 特開２００７−１７２０４４号公報JP 2007-172044 A 米国特許出願公開第２００７／９５０５３号明細書US Patent Application Publication No. 2007/95053 米国特許出願公開第２００６／２０１１３９号明細書US Patent Application Publication No. 2006/2011139

内燃機関のシリンダ内で燃焼させる燃料を燃料改質器で改質するエンジンシステムにおいては、内燃機関の運転条件によっては、改質後の燃料の噴射量を増大させるとともに改質前の燃料の噴射量を減少させることが望ましい場合がある。例えば、アンモニアを燃料改質器で改質して水素を生成するエンジンシステムにおいては、内燃機関の始動時や低負荷運転時には、改質後の水素の噴射量を増大させるとともに改質前のアンモニアの噴射量を減少させることで、燃料の燃焼速度を増大させて内燃機関の燃焼変動（トルク変動）を抑えることが望ましい。しかし、燃料改質器から供給される改質後の燃料には改質前の燃料も混合しているため、改質後の燃料の噴射量を増大させると、改質後の燃料に混合している改質前の燃料の噴射量も増大することになる。その結果、内燃機関の燃焼制御の自由度に制約が生じる。内燃機関の燃焼制御の自由度を高めるためには、改質前の燃料と改質後の燃料とを別系統で内燃機関に供給できることが望ましい。   In an engine system that reforms fuel combusted in a cylinder of an internal combustion engine with a fuel reformer, depending on the operating conditions of the internal combustion engine, the fuel injection amount after reforming is increased and fuel injection before reforming is performed. It may be desirable to reduce the amount. For example, in an engine system that generates hydrogen by reforming ammonia with a fuel reformer, during the start-up of the internal combustion engine or during low load operation, the amount of hydrogen injected after reforming is increased and the ammonia before reforming It is desirable to suppress the combustion fluctuation (torque fluctuation) of the internal combustion engine by increasing the fuel combustion speed by reducing the injection amount of the fuel. However, since the reformed fuel supplied from the fuel reformer is also mixed with the fuel before reforming, increasing the fuel injection amount after reforming will mix with the fuel after reforming. The amount of injected fuel before reforming also increases. As a result, the degree of freedom of combustion control of the internal combustion engine is limited. In order to increase the degree of freedom of combustion control of the internal combustion engine, it is desirable that the fuel before reforming and the fuel after reforming can be supplied to the internal combustion engine by separate systems.

本発明は、内燃機関のシリンダ内で燃焼させる燃料を改質するエンジンシステムにおいて、内燃機関の燃焼制御の自由度を高めることを目的とする。   An object of the present invention is to increase the degree of freedom of combustion control of an internal combustion engine in an engine system for reforming fuel combusted in a cylinder of the internal combustion engine.

本発明に係るエンジンシステムは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。   The engine system according to the present invention employs the following means in order to achieve the above-described object.

本発明に係るエンジンシステムは、アンモニアを蓄えるアンモニア貯蔵装置と、アンモニア貯蔵装置からのアンモニアがガス状態で供給され、該供給されたアンモニアガスを部分的に改質して水素ガスを生成する改質器と、改質器からのアンモニアガス及び水素ガスが供給され、該供給されたアンモニアガス及び水素ガスを加圧してアンモニアガスを液化することで水素ガスから分離する分離器と、分離器で水素ガスから分離されたアンモニアを内燃機関の吸気管内またはシリンダ内へ噴射するアンモニア噴射装置と、分離器でアンモニアから分離された水素ガスを吸気管内またはシリンダ内へ噴射する水素噴射装置と、を備えることを要旨とする。   An engine system according to the present invention includes an ammonia storage device that stores ammonia, and ammonia from the ammonia storage device that is supplied in a gaseous state, and reforming that partially reforms the supplied ammonia gas to generate hydrogen gas. A separator that is supplied with ammonia gas and hydrogen gas from the reformer, pressurizes the supplied ammonia gas and hydrogen gas to liquefy the ammonia gas, and separates the hydrogen gas from the hydrogen gas. An ammonia injection device that injects ammonia separated from gas into the intake pipe or cylinder of the internal combustion engine, and a hydrogen injection device that injects hydrogen gas separated from ammonia by the separator into the intake pipe or cylinder. Is the gist.

本発明の一態様では、アンモニア貯蔵装置は、アンモニアを液体の状態で蓄えるものであり、アンモニア貯蔵装置と改質器との間に、アンモニア貯蔵装置からのアンモニアを減圧することで気化する減圧装置が設けられており、分離器は、改質器からのアンモニアガス及び水素ガスが供給された圧力容器内にアンモニア貯蔵装置からのアンモニアを供給することで、圧力容器内のアンモニアガス及び水素ガスを加圧してアンモニアガスを液化することが好適である。   In one aspect of the present invention, the ammonia storage device stores ammonia in a liquid state, and the pressure reducing device vaporizes the ammonia from the ammonia storage device by reducing the pressure between the ammonia storage device and the reformer. The separator is configured to supply ammonia gas from the ammonia storage device into the pressure vessel to which the ammonia gas and hydrogen gas from the reformer are supplied, so that the ammonia gas and hydrogen gas in the pressure vessel are supplied. It is preferable to liquefy the ammonia gas by applying pressure.

本発明の一態様では、分離器は、改質器から供給されたアンモニアガス及び水素ガスを圧縮する圧縮機を含むことが好適である。   In one aspect of the present invention, it is preferable that the separator includes a compressor that compresses ammonia gas and hydrogen gas supplied from the reformer.

本発明の一態様では、改質器は、アンモニア貯蔵装置からのアンモニアがガス状態で供給される容器であって、その内部で所定の周波数の電磁波が共振する共振容器と、共振容器内で共振する周波数の電磁波を発生させる電磁波発生源と、電磁波発生源で発生した電磁波を共振容器内へ伝搬させる電磁波伝搬手段と、共振容器内に配置された電極であって、該電極近傍にて共振容器内の電磁波の電界強度を局所的に高める放電用電極と、を備え、放電用電極近傍にて共振容器内の電磁波の電界強度を局所的に高めることで発生するプラズマ放電により共振容器内に供給されたアンモニアガスを部分的に改質して水素ガスを生成することが好適である。   In one aspect of the present invention, the reformer is a container to which ammonia from an ammonia storage device is supplied in a gas state, and a resonance container in which an electromagnetic wave with a predetermined frequency resonates, and a resonance in the resonance container. An electromagnetic wave generation source for generating an electromagnetic wave having a frequency to be transmitted, an electromagnetic wave propagation means for propagating the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generation source into the resonant container, and an electrode disposed in the resonant container, wherein the resonant container is disposed in the vicinity of the electrode A discharge electrode for locally increasing the electric field strength of the electromagnetic wave in the container, and supplying the electric field into the resonant container by plasma discharge generated by locally increasing the electric field strength of the electromagnetic wave in the resonant container in the vicinity of the discharge electrode It is preferable to partially reform the generated ammonia gas to generate hydrogen gas.

本発明の一態様では、水素噴射装置は、分離器でアンモニアから分離された水素ガスをシリンダ内へ噴射する水素噴射弁を含み、水素噴射弁におけるシリンダ内に臨む先端部には、噴射した水素ガスが供給され、噴射孔を介してシリンダ内と連通するキャビティ部が設けられていることが好適である。   In one aspect of the present invention, the hydrogen injection device includes a hydrogen injection valve that injects hydrogen gas separated from ammonia by the separator into the cylinder, and the tip of the hydrogen injection valve facing the cylinder has an injected hydrogen It is preferable that a cavity portion that is supplied with gas and communicates with the inside of the cylinder through the injection hole is provided.

また、本発明に係るエンジンシステムは、炭化水素系燃料を蓄える燃料貯蔵装置と、燃料貯蔵装置からの炭化水素系燃料がガス状態で供給され、該供給された炭化水素系燃料ガスを部分的に改質して水素ガスを生成する改質器と、改質器からの炭化水素系燃料ガス及び水素ガスが供給され、該供給された炭化水素系燃料ガス及び水素ガスを加圧して炭化水素系燃料ガスを液化することで水素ガスから分離する分離器と、分離器で水素ガスから分離された炭化水素系燃料を内燃機関の吸気管内またはシリンダ内へ噴射する燃料噴射装置と、分離器で炭化水素系燃料から分離された水素ガスを吸気管内またはシリンダ内へ噴射する水素噴射装置と、を備えることを要旨とする。   In addition, an engine system according to the present invention includes a fuel storage device that stores hydrocarbon fuel, a hydrocarbon fuel from the fuel storage device is supplied in a gas state, and the supplied hydrocarbon fuel gas is partially A reformer that generates hydrogen gas by reforming, and a hydrocarbon-based fuel gas and hydrogen gas from the reformer are supplied, and the supplied hydrocarbon-based fuel gas and hydrogen gas are pressurized to generate a hydrocarbon-based gas A separator that separates hydrogen gas by liquefying the fuel gas, a fuel injection device that injects the hydrocarbon-based fuel separated from the hydrogen gas by the separator into the intake pipe or cylinder of the internal combustion engine, and carbonization by the separator And a hydrogen injection device that injects hydrogen gas separated from the hydrogen-based fuel into the intake pipe or the cylinder.

本発明の一態様では、炭化水素系燃料は、プロパン、メタン、及びエタンのいずれか１つ以上を含むことが好適である。   In one embodiment of the present invention, the hydrocarbon-based fuel preferably includes any one or more of propane, methane, and ethane.

本発明によれば、改質前の燃料（アンモニアまたは炭化水素系燃料）と改質後の燃料（水素ガス）とを互いに分離することができるので、改質前の燃料と改質後の燃料とを別系統で内燃機関に供給することができる。その結果、内燃機関の燃焼制御の自由度を高めることができる。   According to the present invention, the fuel before reforming (ammonia or hydrocarbon fuel) and the fuel after reforming (hydrogen gas) can be separated from each other, so the fuel before reforming and the fuel after reforming Can be supplied to the internal combustion engine by a separate system. As a result, the degree of freedom of combustion control of the internal combustion engine can be increased.

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図であり、内燃機関の燃料としてアンモニアを使用するエンジンシステムに適用した例を示す。アンモニアタンク（アンモニア貯蔵装置）１２内にはアンモニア（ＮＨ3）が蓄えられている。アンモニアは、例えば１ＭＰａ程度の圧力で液体の状態でアンモニアタンク１２内に蓄圧されている。アンモニアタンク１２内に蓄圧されたアンモニアは、アンモニアタンク１２と燃料改質器１６との間に設けられた減圧弁（減圧装置）１４で例えば０．５ＭＰａ程度の圧力に減圧されることで気化し、この気化したアンモニアガスが燃料改質器１６に供給される。このように、アンモニアタンク１２からのアンモニアは、ガス状態で燃料改質器１６に供給される。燃料改質器１６は、減圧弁１４からのアンモニアガス（燃料ガス）を部分的に改質（分解）して水素（Ｈ2）ガスを生成する。燃料改質器１６では、アンモニアガスの少なくとも一部が水素ガスと窒素（Ｎ2）ガスに分解される。燃料改質器１６の具体的構成例については後述する。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an engine system according to an embodiment of the present invention, and shows an example applied to an engine system using ammonia as a fuel for an internal combustion engine. Ammonia (NH 3 ) is stored in the ammonia tank (ammonia storage device) 12. Ammonia is accumulated in the ammonia tank 12 in a liquid state at a pressure of about 1 MPa, for example. The ammonia accumulated in the ammonia tank 12 is vaporized by being reduced to a pressure of, for example, about 0.5 MPa by a pressure reducing valve (pressure reducing device) 14 provided between the ammonia tank 12 and the fuel reformer 16. The vaporized ammonia gas is supplied to the fuel reformer 16. Thus, ammonia from the ammonia tank 12 is supplied to the fuel reformer 16 in a gas state. The fuel reformer 16 partially reforms (decomposes) the ammonia gas (fuel gas) from the pressure reducing valve 14 to generate hydrogen (H 2 ) gas. In the fuel reformer 16, at least a part of the ammonia gas is decomposed into hydrogen gas and nitrogen (N 2 ) gas. A specific configuration example of the fuel reformer 16 will be described later.

ガスコンプレッサ（圧縮機）７４は、燃料改質器１６からのアンモニアガスと水素ガス（及び窒素ガス）を圧縮する。ここでは、燃料改質器１６からのアンモニアガスと水素ガスを例えば１ＭＰａ以上の圧力に加圧することで、アンモニアガスと水素ガスのうちアンモニアガスのみを液化する。ここでは、水素ガス（及び窒素ガス）はガス状態を保つ。このアンモニアガスの液化によって、アンモニアガスを水素ガス（及び窒素ガス）から分離することができる。このように、ガスコンプレッサ７４を含んでアンモニアを水素ガス（及び窒素ガス）から分離する気液分離器を構成することができる。   The gas compressor (compressor) 74 compresses ammonia gas and hydrogen gas (and nitrogen gas) from the fuel reformer 16. Here, only ammonia gas is liquefied out of ammonia gas and hydrogen gas by pressurizing ammonia gas and hydrogen gas from the fuel reformer 16 to a pressure of, for example, 1 MPa or more. Here, hydrogen gas (and nitrogen gas) maintains a gas state. By liquefying the ammonia gas, the ammonia gas can be separated from the hydrogen gas (and nitrogen gas). In this way, a gas-liquid separator that includes the gas compressor 74 and separates ammonia from hydrogen gas (and nitrogen gas) can be configured.

アンモニア蓄圧器７６は、ガスコンプレッサ７４で水素ガス（及び窒素ガス）から分離されたアンモニアを蓄圧する。吸気管２０内に臨むアンモニアインジェクタ（アンモニア噴射装置）２２は、アンモニア蓄圧器７６に蓄圧された（水素ガスから分離された）アンモニアを吸気管２０内に噴射する。ガス蓄圧器７８は、ガスコンプレッサ７４でアンモニアから分離された水素ガス（及び窒素ガス）を蓄圧する。吸気管２０内に臨む水素インジェクタ（水素噴射装置）７２は、ガス蓄圧器７８に蓄圧された（アンモニアから分離された）水素ガス（及び窒素ガス）を吸気管２０内に噴射する。アンモニアインジェクタ２２から噴射されたアンモニアと水素インジェクタ７２から噴射された水素ガスは、吸気行程にて空気とともにシリンダ１１内に導入される。内燃機関１０は、燃料（アンモニア及び水素）と空気との混合気をシリンダ１１内で燃焼させることで動力を発生する。燃焼後の排出ガスは、排気行程にてシリンダ１１内から排気管２１内へ排出される。   The ammonia accumulator 76 accumulates ammonia separated from hydrogen gas (and nitrogen gas) by the gas compressor 74. An ammonia injector (ammonia injection device) 22 facing the intake pipe 20 injects the ammonia accumulated in the ammonia accumulator 76 (separated from hydrogen gas) into the intake pipe 20. The gas pressure accumulator 78 accumulates hydrogen gas (and nitrogen gas) separated from ammonia by the gas compressor 74. A hydrogen injector (hydrogen injection device) 72 facing the intake pipe 20 injects hydrogen gas (and nitrogen gas) accumulated in the gas accumulator 78 (separated from ammonia) into the intake pipe 20. Ammonia injected from the ammonia injector 22 and hydrogen gas injected from the hydrogen injector 72 are introduced into the cylinder 11 together with air in the intake stroke. The internal combustion engine 10 generates power by burning a mixture of fuel (ammonia and hydrogen) and air in the cylinder 11. The exhaust gas after combustion is discharged from the cylinder 11 into the exhaust pipe 21 in the exhaust stroke.

シリンダ１１内で燃焼させる燃料ガスを改質する燃料改質器１６の構成例を図２に示す。電磁波発生電源３１は、例えば固体素子やマグネトロンや進行波増幅管により構成することができ、電磁波（例えばマイクロ波）を発生、増幅させる役割を果たす。マイクロ波制御器２８は、電池２７から供給される電力により動作し、電磁波発生電源３１が発生するマイクロ波のゲイン及びパルス幅のいずれか１つ以上を制御することで、その出力を制御する。電磁波発生電源３１は、アンモニアガスを改質する場合にマイクロ波を発生し、発生したマイクロ波は、電磁波伝送路として設けられた同軸ケーブル３７を伝搬する。同軸ケーブル３７の端部には、共振容器３４内に臨む電磁波放射器（電極）３５が接続されており、同軸ケーブル３７を伝搬したマイクロ波は、電磁波放射器３５から共振容器３４内に放射される。このように、同軸ケーブル３７及び電磁波放射器３５が、電磁波発生電源３１で発生したマイクロ波を共振容器３４内へ伝搬させる役割を果たす。   A configuration example of the fuel reformer 16 for reforming the fuel gas burned in the cylinder 11 is shown in FIG. The electromagnetic wave generating power source 31 can be constituted by, for example, a solid element, a magnetron, or a traveling wave amplifier tube, and plays a role of generating and amplifying electromagnetic waves (for example, microwaves). The microwave controller 28 is operated by the electric power supplied from the battery 27, and controls the output by controlling one or more of the gain and pulse width of the microwave generated by the electromagnetic wave generating power supply 31. The electromagnetic wave generating power source 31 generates a microwave when reforming ammonia gas, and the generated microwave propagates through a coaxial cable 37 provided as an electromagnetic wave transmission path. An electromagnetic wave emitter (electrode) 35 facing the resonance container 34 is connected to the end of the coaxial cable 37, and the microwave propagated through the coaxial cable 37 is radiated from the electromagnetic wave radiator 35 into the resonance container 34. The As described above, the coaxial cable 37 and the electromagnetic wave radiator 35 play a role of propagating the microwave generated by the electromagnetic wave generating power supply 31 into the resonant container 34.

共振容器３４は、金属等の導電材料により構成されており、その内部にキャビティ３４ａが形成されている。キャビティ３４ａでは、所定の周波数のマイクロ波（電磁波）が所定の共振モードで共振する。電磁波発生電源３１は、キャビティ３４ａで共振する周波数のマイクロ波を発生させることで、キャビティ３４ａ内へ突出する電磁波放射器３５から放射されたマイクロ波が、キャビティ３４ａ内で共振する。マイクロ波がキャビティ３４ａ内で共振している状態では、マイクロ波のエネルギ反射が少なく、マイクロ波のエネルギのほとんどが共振容器３４内に蓄えられる。共振容器３４には、減圧弁１４と連通する燃料ガス流入口３８と、ガスコンプレッサ７４と連通する燃料ガス流出口３９が設けられており、減圧弁１４からのアンモニアガス（改質前の燃料ガス）は、燃料ガス流入口３８を通ってキャビティ３４ａ内に供給される。   The resonant container 34 is made of a conductive material such as metal, and a cavity 34a is formed therein. In the cavity 34a, a microwave (electromagnetic wave) having a predetermined frequency resonates in a predetermined resonance mode. The electromagnetic wave generating power source 31 generates microwaves having a frequency that resonates in the cavity 34a, so that the microwaves radiated from the electromagnetic wave emitter 35 protruding into the cavity 34a resonate in the cavity 34a. In a state where the microwave is resonating in the cavity 34 a, there is little reflection of the microwave energy, and most of the microwave energy is stored in the resonance container 34. The resonance vessel 34 is provided with a fuel gas inlet 38 that communicates with the pressure reducing valve 14 and a fuel gas outlet 39 that communicates with the gas compressor 74. Ammonia gas (fuel gas before reforming) from the pressure reducing valve 14 is provided. ) Is fed into the cavity 34 a through the fuel gas inlet 38.

共振容器３４には、放電用電極３６がキャビティ３４ａ内へ突出して設けられている。ここでの放電用電極３６は、その近傍にてキャビティ３４ａ内のマイクロ波の電界強度を局所的に高める役割を果たす。すなわち、電磁波放射器３５から放射されたマイクロ波はキャビティ３４ａ内を満たすが、放電用電極３６の近傍では、放電用電極３６とキャビティ３４ａ内の空間の透磁率の違いから、キャビティ３４ａ内のマイクロ波の平均電界の数十倍から数百倍程度の高電界を得ることができる。その結果、放電用電極３６の近傍において、マイクロ波供給に伴ってキャビティ３４ａ内の空間中に電流が流れるブレークダウンが発生する。そして、それが起点となって、キャビティ３４ａ内の広い範囲でプラズマ放電が発生することで、キャビティ３４ａ内に供給されたアンモニアガスを水素ガスと窒素ガスに分解する（改質する）ことができる。キャビティ３４ａ内の残留アンモニアガス及び水素ガス（改質後の燃料ガス）は、燃料ガス流出口３９を通ってガスコンプレッサ７４へ供給される。   The resonance vessel 34 is provided with a discharge electrode 36 protruding into the cavity 34a. The discharge electrode 36 here serves to locally increase the electric field strength of the microwave in the cavity 34a in the vicinity thereof. That is, the microwave radiated from the electromagnetic wave emitter 35 fills the cavity 34a, but in the vicinity of the discharge electrode 36, the micro wave in the cavity 34a is caused by the difference in magnetic permeability between the discharge electrode 36 and the space in the cavity 34a. A high electric field of several tens to several hundred times the average electric field of the wave can be obtained. As a result, in the vicinity of the discharge electrode 36, a breakdown occurs in which a current flows in the space in the cavity 34a as the microwave is supplied. As a starting point, plasma discharge is generated in a wide range in the cavity 34a, so that the ammonia gas supplied into the cavity 34a can be decomposed (reformed) into hydrogen gas and nitrogen gas. . Residual ammonia gas and hydrogen gas (reformed fuel gas) in the cavity 34 a are supplied to the gas compressor 74 through the fuel gas outlet 39.

次に、図２に示す燃料改質器１６において、キャビティ３４ａ内でプラズマ放電を効率よく発生させるための好適な構成例について説明する。ただし、以下に説明するマイクロ波の周波数（波長）、共振容器３４（キャビティ３４ａ）の寸法については一例であり、この例に限定されるものではない。そして、以下に説明する条件を必ずしも満たさなくても、キャビティ３４ａ内でプラズマ放電を発生させることができる。   Next, in the fuel reformer 16 shown in FIG. 2, a preferred configuration example for efficiently generating plasma discharge in the cavity 34a will be described. However, the microwave frequency (wavelength) and the dimensions of the resonant container 34 (cavity 34a) described below are merely examples, and the present invention is not limited to this example. And even if the conditions described below are not necessarily satisfied, plasma discharge can be generated in the cavity 34a.

キャビティ３４ａ内におけるマイクロ波の共振周波数は、共振容器３４（キャビティ３４ａ）の形状、大きさ、導電率等に依存する。ここで、図３に示すようにキャビティ３４ａの形状を円柱形状、キャビティ３４ａの直径Ｄを９０ｍｍとし、キャビティ３４ａの高さＨを変化させた場合の共振モードを調べた結果を図４に示す。例えば高さＨが２０ｍｍの場合は、２〜７ＧＨｚの間に、約２．５ＧＨｚ（ＴＭ０１０モード）、約４．１ＧＨｚ（ＴＭ１１０モード）、約５．４ＧＨｚ（ＴＭ２１０モード）、約５．８ＧＨｚ（ＴＭ０２０モード）、約６．７ＧＨｚ（ＴＭ３１０モード）の５種類の共振モードが存在する。また、高さＨが９０ｍｍの場合は、２〜７ＧＨｚの間の共振モードの数が高さＨが２０ｍｍの場合よりも増加し、その共振周波数が高さＨによって変化しない共振モード（例えばＴＭ０１０モード等）と高さＨによって共振周波数が変化する共振モード（例えばＴＥ１１１モード、ＴＭ０１１モード等）が存在する。そして、キャビティ３４ａ内に発生する共振の強さ（蓄積エネルギの大きさ）は、図５に示すように、共振モードの種類により異なる。図５は、高さＨが９０ｍｍの場合におけるＳパラメータの周波数特性を示し、そのレベルが低いほど蓄積エネルギが大きいことを表す。   The resonant frequency of the microwave in the cavity 34a depends on the shape, size, conductivity, and the like of the resonant container 34 (cavity 34a). Here, as shown in FIG. 3, the result of examining the resonance mode when the shape of the cavity 34a is cylindrical, the diameter D of the cavity 34a is 90 mm, and the height H of the cavity 34a is changed is shown in FIG. For example, when the height H is 20 mm, between about 2 to 7 GHz, about 2.5 GHz (TM010 mode), about 4.1 GHz (TM110 mode), about 5.4 GHz (TM210 mode), about 5.8 GHz (TM020). Mode), there are five types of resonance modes of about 6.7 GHz (TM310 mode). Further, when the height H is 90 mm, the number of resonance modes between 2 and 7 GHz increases compared to the case where the height H is 20 mm and the resonance frequency does not change with the height H (for example, TM010 mode). Etc.) and a resonance mode (for example, a TE111 mode, a TM011 mode, etc.) in which the resonance frequency varies depending on the height H. The intensity of resonance (magnification of stored energy) generated in the cavity 34a varies depending on the type of resonance mode, as shown in FIG. FIG. 5 shows the frequency characteristics of the S parameter when the height H is 90 mm. The lower the level, the larger the stored energy.

キャビティ３４ａ内には、共振モードの種類に応じた電界分布が形成される。例えば、ＴＭ０１０モードにおいては、図６（Ａ）に示す電界分布が形成され、ＴＭ０１１モードにおいては、図６（Ｂ）に示す電界分布が形成される。キャビティ３４ａの直径Ｄが９０ｍｍの場合は、２．５ＧＨｚ近傍のＴＭ０１０モードが最も低次の共振モードとなる。ＴＭ０１０モードの電界分布は、図６（Ａ）に示すように、キャビティ３４ａの径方向において中央部が最も高く、周囲部（径方向外側）へ向かうほど低くなるという単調な分布であるため、共振モードの設定が容易となる。そこで、本実施形態では、ＴＭ０１０モードによるマイクロ波共振を利用してキャビティ３４ａ内でプラズマ放電を発生させる。その場合は、キャビティ３４ａの直径Ｄが９０ｍｍであるのに対して、共振が発生するマイクロ波の周波数が約２．５ＧＨｚ（波長が約１２０ｍｍ）となり、キャビティ３４ａの直径Ｄがマイクロ波の波長の約３／４倍となる。   An electric field distribution corresponding to the type of resonance mode is formed in the cavity 34a. For example, the electric field distribution shown in FIG. 6A is formed in the TM010 mode, and the electric field distribution shown in FIG. 6B is formed in the TM011 mode. When the diameter D of the cavity 34a is 90 mm, the TM010 mode near 2.5 GHz is the lowest-order resonance mode. As shown in FIG. 6A, the electric field distribution of the TM010 mode is a monotonous distribution in which the central portion is the highest in the radial direction of the cavity 34a and becomes lower toward the peripheral portion (outward in the radial direction). Mode setting is easy. Therefore, in this embodiment, plasma discharge is generated in the cavity 34a using microwave resonance in the TM010 mode. In this case, while the diameter D of the cavity 34a is 90 mm, the frequency of the microwave at which resonance occurs is about 2.5 GHz (wavelength is about 120 mm), and the diameter D of the cavity 34a is equal to the wavelength of the microwave. About 3/4 times.

キャビティ３４ａ内でＴＭ０１０モードによるマイクロ波共振を効率よく発生させるためには、電磁波放射器３５については、キャビティ３４ａ内における電界強度が高くなる位置に配置することが好ましい。そして、キャビティ３４ａ内でプラズマ放電を効率よく発生させるためには、放電用電極３６については、キャビティ３４ａ内における電界強度が高くなる位置に配置することが好ましい。ＴＭ０１０モードにおいては、図６（Ａ）に示すようにキャビティ３４ａの径方向における中央部で電界強度が最も高くなるため、キャビティ３４ａの径方向における中央部へ電磁波放射器３５及び放電用電極３６を突出させることが好ましい。図２に示す例では、キャビティ３４ａの下面３４ｂから電磁波放射器３５を突出させ、キャビティ３４ａの上面３４ｃから放電用電極３６を突出させており、電磁波放射器３５と放電用電極３６がキャビティ３４ａ高さ方向において対向配置されている。電磁波放射器３５及び放電用電極３６をキャビティ３４ａの径方向における中央部へ突出させた場合の電界分布（ＴＭ０１０モード）を図７に示す。図７に示すように、電磁波放射器３５の近傍及び放電用電極３６の近傍にて電界強度が局所的に高くなる。   In order to efficiently generate the microwave resonance in the TM010 mode in the cavity 34a, the electromagnetic wave emitter 35 is preferably arranged at a position where the electric field strength in the cavity 34a is high. And in order to generate a plasma discharge efficiently in the cavity 34a, it is preferable to arrange | position the electrode 36 for discharge in the position where the electric field strength in the cavity 34a becomes high. In the TM010 mode, as shown in FIG. 6A, the electric field strength is highest at the central portion in the radial direction of the cavity 34a, and therefore the electromagnetic wave emitter 35 and the discharge electrode 36 are connected to the central portion in the radial direction of the cavity 34a. It is preferable to make it protrude. In the example shown in FIG. 2, the electromagnetic wave emitter 35 protrudes from the lower surface 34b of the cavity 34a, and the discharge electrode 36 protrudes from the upper surface 34c of the cavity 34a, and the electromagnetic wave emitter 35 and the discharge electrode 36 are higher than the cavity 34a. Oppositely arranged in the vertical direction. FIG. 7 shows an electric field distribution (TM010 mode) when the electromagnetic wave radiator 35 and the discharge electrode 36 are projected to the central portion in the radial direction of the cavity 34a. As shown in FIG. 7, the electric field strength locally increases in the vicinity of the electromagnetic wave emitter 35 and in the vicinity of the discharge electrode 36.

ただし、電磁波放射器３５や放電用電極３６をキャビティ３４ａ内へ突出させると、キャビティ３４ａにおける共振周波数が変化する。電磁波放射器３５及び放電用電極３６のキャビティ３４ａ内への突出長さ（挿入長さ）をそれぞれ変化させた場合における共振周波数の変化を調べた結果を図８に示す。そして、電磁波放射器３５や放電用電極３６のキャビティ３４ａ内への突出長さを変化させると、結合度も変化する。ここでの結合度は、キャビティ３４ａ内への入射エネルギの指標を表し、結合度のレベルが低いキャビティ３４ａ内への入射エネルギが大きいことを表す。例えば、−１０ｄＢの結合度は供給エネルギの９０％が入射可能であり、−２０ｄＢの結合度は供給エネルギの９９％が入射可能であることを表す。電磁波放射器３５及び放電用電極３６の突出長さをそれぞれ変化させた場合における結合度の変化を調べた結果を図９に示す。さらに、電磁波放射器３５や放電用電極３６のキャビティ３４ａ内への突出長さを変化させると、キャビティ３４ａ内（放電用電極３６近傍）における最大電界強度も変化する。電磁波放射器３５及び放電用電極３６の突出長さをそれぞれ変化させた場合における最大電界強度の変化を調べた結果を図１０に示す。図１０に示すように、放電用電極３６の突出長さが２０ｍｍで電磁波放射器３５の突出長さが９ｍｍである場合に、キャビティ３４ａ内における最大電界強度が最も高くなる。   However, when the electromagnetic wave emitter 35 and the discharge electrode 36 are projected into the cavity 34a, the resonance frequency in the cavity 34a changes. FIG. 8 shows the result of examining the change in the resonance frequency when the projecting length (insertion length) of the electromagnetic wave emitter 35 and the discharge electrode 36 into the cavity 34a is changed. When the projecting length of the electromagnetic wave emitter 35 and the discharge electrode 36 into the cavity 34a is changed, the degree of coupling also changes. Here, the degree of coupling represents an index of incident energy into the cavity 34a, and represents that the incident energy into the cavity 34a having a low level of coupling is large. For example, a coupling degree of -10 dB indicates that 90% of the supplied energy can be incident, and a coupling degree of -20 dB indicates that 99% of the supplied energy can be incident. FIG. 9 shows the result of examining the change in the coupling degree when the projecting lengths of the electromagnetic wave emitter 35 and the discharge electrode 36 are changed. Furthermore, when the projecting length of the electromagnetic wave emitter 35 and the discharge electrode 36 into the cavity 34a is changed, the maximum electric field strength in the cavity 34a (in the vicinity of the discharge electrode 36) also changes. FIG. 10 shows the results of examining the change in the maximum electric field strength when the projecting lengths of the electromagnetic wave emitter 35 and the discharge electrode 36 are changed. As shown in FIG. 10, when the projecting length of the discharge electrode 36 is 20 mm and the projecting length of the electromagnetic wave emitter 35 is 9 mm, the maximum electric field strength in the cavity 34a is the highest.

キャビティ３４ａ内でプラズマ放電を効率よく発生させるためには、結合度のレベルが低く且つ放電用電極３６近傍における最大電界強度が高くなるように、電磁波放射器３５及び放電用電極３６のキャビティ３４ａ内への突出長さを設定することが好ましい。例えば、電磁波発生電源３１で発生させるマイクロ波の周波数を２．４５ＧＨｚ（市販マグネトロンの発振周波数）に設定し、キャビティ３４ａにおける共振周波数を約２．４５ＧＨｚに設定する条件では、電磁波放射器３５の突出長さを３．５ｍｍ、放電用電極３６の突出長さを１０ｍｍに設定することで、図９，１０に示すように、結合度を−２０ｄＢ以下にする（供給エネルギの９９％以上を入射する）ことができるとともに、１Ｗ供給時においてその最大電界強度を３００００Ｖ／ｍ程度まで高めることができる。   In order to efficiently generate a plasma discharge in the cavity 34a, the electromagnetic wave radiator 35 and the discharge electrode 36 in the cavity 34a have a low level of coupling and a high maximum electric field strength in the vicinity of the discharge electrode 36. It is preferable to set the projecting length to. For example, under the condition that the frequency of the microwave generated by the electromagnetic wave generating power supply 31 is set to 2.45 GHz (oscillation frequency of a commercial magnetron) and the resonance frequency in the cavity 34a is set to about 2.45 GHz, the protrusion of the electromagnetic wave radiator 35 By setting the length to 3.5 mm and the discharge length of the discharge electrode 36 to 10 mm, the degree of coupling is -20 dB or less as shown in FIGS. 9 and 10 (99% or more of the supplied energy is incident). And the maximum electric field strength can be increased to about 30000 V / m when 1 W is supplied.

電磁波発生電源３１からキャビティ３４ａ内へマイクロ波を供給して、放電用電極３６によりキャビティ３４ａ内でプラズマ放電を発生させることで、キャビティ３４ａ内に供給されたアンモニアガスが水素ガスに改質される。その際には、電磁波発生電源３１からキャビティ３４ａ内へのマイクロ波エネルギの供給量に応じて、プラズマ放電が発生する領域が変化し、アンモニアガスが水素ガスに改質される割合も変化する。例えば、キャビティ３４ａ内へのマイクロ波エネルギの供給量が０Ｊである（プラズマ放電を発生させない）場合は、キャビティ３４ａ内のガス組成が図１１（Ａ）に示す割合であるのに対して、キャビティ３４ａ内へのマイクロ波エネルギの供給量が約１ｋＪである場合は、キャビティ３４ａ内のアンモニアガスの一部が水素ガスに改質されることで、キャビティ３４ａ内のガス組成が図１１（Ｂ）に示す割合となる。そして、キャビティ３４ａ内へのマイクロ波エネルギの供給量が約３ｋＪである場合は、キャビティ３４ａ内のアンモニアガスの大部分が水素ガスに改質されることで、キャビティ３４ａ内のガス組成が図１１（Ｃ）に示す割合となる。そのため、マイクロ波制御器２８は、電磁波発生電源３１で発生させるマイクロ波の電力を制御してキャビティ３４ａ内に供給されるマイクロ波の電力を制御することで、プラズマ放電が発生する領域を制御することができ、アンモニアガスが水素ガスに改質される割合を制御することができる。   By supplying a microwave from the electromagnetic wave generating power source 31 into the cavity 34a and generating a plasma discharge in the cavity 34a by the discharge electrode 36, the ammonia gas supplied into the cavity 34a is reformed to hydrogen gas. . At that time, the region where the plasma discharge is generated changes according to the amount of microwave energy supplied from the electromagnetic wave generating power supply 31 into the cavity 34a, and the rate at which the ammonia gas is reformed to hydrogen gas also changes. For example, when the supply amount of microwave energy into the cavity 34a is 0 J (no plasma discharge is generated), the gas composition in the cavity 34a is the ratio shown in FIG. When the supply amount of the microwave energy into 34a is about 1 kJ, a part of the ammonia gas in the cavity 34a is reformed to hydrogen gas, so that the gas composition in the cavity 34a is changed to FIG. The ratio is shown in When the supply amount of microwave energy into the cavity 34a is about 3 kJ, most of the ammonia gas in the cavity 34a is reformed to hydrogen gas, so that the gas composition in the cavity 34a is as shown in FIG. The ratio is as shown in (C). For this reason, the microwave controller 28 controls the microwave power generated in the electromagnetic wave generating power supply 31 and controls the microwave power supplied into the cavity 34a, thereby controlling the region where the plasma discharge is generated. And the rate at which ammonia gas is reformed to hydrogen gas can be controlled.

アンモニアは、ガソリン等の炭化水素系燃料や水素と比較して燃焼速度が遅く燃えにくい物質であるが、アンモニアだけでなく水素ガスもシリンダ１１内にて燃焼させることで、アンモニアの燃焼を促進させることができる。アンモニアガスを水素ガスに分解する割合（分解率）を変化させながらアンモニアガス（及び水素ガス）を定容燃焼させた場合のガス圧力を調べた結果を図１２に示す。図１２に示すように、アンモニアガスの分解率を増大させることで、燃料の燃焼速度を増大させることができ、燃焼による圧力を増大させることができる。   Ammonia is a hydrocarbon-based fuel such as gasoline or a substance that has a low combustion speed and is difficult to burn compared to hydrogen, but not only ammonia but also hydrogen gas is combusted in the cylinder 11 to promote the combustion of ammonia. be able to. FIG. 12 shows the result of examining the gas pressure when the ammonia gas (and hydrogen gas) was burned at a constant volume while changing the ratio (decomposition rate) of decomposing ammonia gas into hydrogen gas. As shown in FIG. 12, by increasing the decomposition rate of ammonia gas, the combustion speed of fuel can be increased, and the pressure due to combustion can be increased.

内燃機関１０の負荷（トルク）が低い運転条件では、内燃機関１０の負荷が高い運転条件と比較して、シリンダ内圧力が減少するため、燃焼速度が低下して燃焼変動が生じやすくなる。そのため、マイクロ波制御器２８は、図１１に示すように、内燃機関１０の負荷の減少に対して電磁波発生電源３１からキャビティ３４ａ内へ供給するマイクロ波の電力を増大させることで、プラズマ放電が発生する領域を広げてアンモニアガスが水素ガスに改質される割合を増大させることが好ましい。そして、内燃機関１０の負荷の減少に対して、水素インジェクタ７２からの水素ガスの噴射量を増大させるとともに、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射量を減少させることが好ましい。これによって、内燃機関１０の負荷が変化しても、内燃機関１０の燃焼変動（トルク変動）を抑えた安定な運転を行うことができる。   In an operating condition where the load (torque) of the internal combustion engine 10 is low, the cylinder pressure decreases compared to an operating condition where the load of the internal combustion engine 10 is high. Therefore, as shown in FIG. 11, the microwave controller 28 increases the power of the microwave supplied from the electromagnetic wave generating power supply 31 into the cavity 34 a in response to a decrease in the load of the internal combustion engine 10. It is preferable to increase the rate at which ammonia gas is reformed to hydrogen gas by expanding the region where it is generated. It is preferable to increase the injection amount of hydrogen gas from the hydrogen injector 72 and decrease the injection amount of ammonia from the ammonia injector 22 with respect to the decrease in the load of the internal combustion engine 10. Thereby, even if the load of the internal combustion engine 10 changes, it is possible to perform a stable operation in which the combustion fluctuation (torque fluctuation) of the internal combustion engine 10 is suppressed.

また、内燃機関１０の始動時（冷間始動時）等、混合気温度が低いときは、圧縮温度が低く、燃焼速度を上げることが困難となる。そのため、マイクロ波制御器２８は、内燃機関１０の冷間始動時等、冷却水温度が低いときは、キャビティ３４ａ内へ供給するマイクロ波の電力を増大させることで、アンモニアガスが水素ガスに改質される割合を増大させることが好ましい。さらに、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射を停止させるとともに、水素インジェクタ７２から水素ガスを噴射することが好ましい。これによって、燃料の燃焼速度の低下を抑えて内燃機関１０の安定な始動を行うことができ、内燃機関１０の始動性を向上させることができる。   Further, when the mixture temperature is low, such as when the internal combustion engine 10 is started (during cold start), the compression temperature is low and it is difficult to increase the combustion rate. Therefore, when the coolant temperature is low, such as when the internal combustion engine 10 is cold started, the microwave controller 28 increases the power of the microwave supplied into the cavity 34a so that the ammonia gas is changed to hydrogen gas. It is preferable to increase the proportion to be refined. Furthermore, it is preferable to stop the injection of ammonia from the ammonia injector 22 and to inject hydrogen gas from the hydrogen injector 72. Accordingly, it is possible to stably start the internal combustion engine 10 while suppressing a decrease in the combustion speed of the fuel, and to improve the startability of the internal combustion engine 10.

また、アンモニアは、燃焼速度を低下させる性質がある一方、ノッキングのような急激な燃焼を抑制する効果もある。ノッキングは特に低速高負荷の運転条件で問題となるため、こうした運転条件においては、マイクロ波制御器２８は、キャビティ３４ａ内へのマイクロ波エネルギの供給量を減少させて、アンモニアガスが水素ガスに改質される割合を減少させることが好ましい。さらに、水素インジェクタ７２からの水素ガスの噴射量を減少させるとともに、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射量を増大させることが好ましい。これによって、ノッキングの発生を抑制することができ、熱効率を向上させることができる。   Ammonia has the property of reducing the combustion rate, but also has the effect of suppressing rapid combustion such as knocking. Knocking is a problem particularly in low-speed and high-load operating conditions. Under these operating conditions, the microwave controller 28 reduces the amount of microwave energy supplied into the cavity 34a so that ammonia gas is converted into hydrogen gas. It is preferable to reduce the rate of modification. Furthermore, it is preferable to decrease the injection amount of hydrogen gas from the hydrogen injector 72 and increase the injection amount of ammonia from the ammonia injector 22. Thereby, the occurrence of knocking can be suppressed, and the thermal efficiency can be improved.

以上説明した本実施形態では、マイクロ波共振を利用してプラズマ放電を発生させてアンモニアガスを水素ガスに改質（分解）することで、アンモニアガスの分解率を増大させることが可能となり、燃料改質性能を向上させることができる。さらに、内燃機関の排出ガスの熱を利用して燃料ガスを改質する場合と比較して、燃料ガスの温度上昇を抑えることができるので、シリンダ１１内への燃料ガスの充填効率を高めることができる。   In the present embodiment described above, it is possible to increase the decomposition rate of ammonia gas by generating plasma discharge using microwave resonance and reforming (decomposing) ammonia gas into hydrogen gas. The reforming performance can be improved. Furthermore, since the temperature rise of the fuel gas can be suppressed as compared with the case of reforming the fuel gas using the heat of the exhaust gas of the internal combustion engine, the efficiency of filling the cylinder 11 with the fuel gas can be increased. Can do.

さらに、本実施形態では、燃料改質器１６からのアンモニアガスと水素ガスをガスコンプレッサ７４で加圧してアンモニアガスを液化することで、アンモニア（改質前の燃料）と水素ガス（改質後の燃料）とを互いに分離することができるので、アンモニアと水素ガスとを別系統で噴射することができる。例えば、内燃機関１０の負荷（トルク）が低い運転条件では、水素ガスの噴射量を増大させるとともにアンモニアの噴射量を減少させることが好ましいが、水素インジェクタ７２からは、アンモニアから分離された（アンモニアが混合していない）水素ガスを噴射することができるので、アンモニアの噴射量を増大させることなく水素ガスの噴射量を増大させることができる。したがって、内燃機関１０の燃焼変動（トルク変動）を抑える性能をさらに向上させることができる。また、内燃機関１０の冷間始動時等、冷却水温度が低いときは、アンモニアの噴射を停止させて水素ガスを噴射することが好ましいが、水素インジェクタ７２からは、アンモニアを噴射することなく水素ガスを噴射することができる。したがって、内燃機関１０の始動性をさらに向上させることができる。また、内燃機関１０の低速高負荷の運転条件では、水素ガスの噴射量を減少させるとともにアンモニアの噴射量を減少させることが好ましいが、アンモニアインジェクタ２２からは、水素ガスから分離された（水素ガスが混合していない）アンモニアを噴射することができるので、水素ガスの噴射量を増大させることなくアンモニアの噴射量を増大させることができる。したがって、ノッキングの発生を抑える性能をさらに向上させることができる。   Further, in the present embodiment, ammonia (hydrogen before reforming) and hydrogen gas (after reforming) are obtained by pressurizing the ammonia gas and hydrogen gas from the fuel reformer 16 with the gas compressor 74 to liquefy the ammonia gas. Fuel) can be separated from each other, so that ammonia and hydrogen gas can be injected in separate systems. For example, under operating conditions where the load (torque) of the internal combustion engine 10 is low, it is preferable to increase the injection amount of hydrogen gas and decrease the injection amount of ammonia, but the hydrogen injector 72 is separated from ammonia (ammonia Can be injected without increasing the injection amount of ammonia, so that the injection amount of hydrogen gas can be increased. Therefore, the performance of suppressing the combustion fluctuation (torque fluctuation) of the internal combustion engine 10 can be further improved. In addition, when the coolant temperature is low, such as when the internal combustion engine 10 is cold started, it is preferable to stop the injection of ammonia and inject hydrogen gas. However, the hydrogen injector 72 does not inject ammonia without injecting hydrogen gas. Gas can be injected. Therefore, the startability of the internal combustion engine 10 can be further improved. Further, under the low-speed and high-load operating conditions of the internal combustion engine 10, it is preferable to reduce the hydrogen gas injection amount and the ammonia injection amount, but the ammonia injector 22 is separated from the hydrogen gas (hydrogen gas Since ammonia can be injected, the ammonia injection amount can be increased without increasing the hydrogen gas injection amount. Therefore, the performance of suppressing the occurrence of knocking can be further improved.

以上説明したように、本実施形態によれば、燃料改質器１６からのアンモニア（改質前の燃料）と水素ガス（改質後の燃料）とを互いに分離して別系統で噴射することができるので、内燃機関１０の燃焼制御の自由度を高めることができる。   As described above, according to the present embodiment, ammonia (fuel before reforming) and hydrogen gas (fuel after reforming) from the fuel reformer 16 are separated from each other and injected in separate systems. Therefore, the degree of freedom of combustion control of the internal combustion engine 10 can be increased.

本実施形態では、例えば図１３に示すように、シリンダ１１内に臨む水素インジェクタ７２から水素ガス（及び窒素ガス）をシリンダ１１内に直接噴射することもできる。図１３に示す例では、水素インジェクタ７２が点火栓（図示せず）に近接して配置されている。図１３に示す構成例によれば、水素インジェクタ７２からは、アンモニアから分離された（アンモニアが混合していない）水素ガスをシリンダ１１内に直接噴射することができるので、水素ガスを点火栓近傍に高濃度に集めることが可能となり、より希薄な混合気に着火することができる。   In the present embodiment, for example, as shown in FIG. 13, hydrogen gas (and nitrogen gas) can be directly injected into the cylinder 11 from the hydrogen injector 72 facing the cylinder 11. In the example shown in FIG. 13, the hydrogen injector 72 is disposed close to a spark plug (not shown). According to the configuration example shown in FIG. 13, since hydrogen gas separated from ammonia (non-mixed with ammonia) can be directly injected into the cylinder 11 from the hydrogen injector 72, the hydrogen gas is near the spark plug. It is possible to collect a high concentration and ignite a leaner air-fuel mixture.

また、図１４，１５に示す構成例では、図１３に示す構成例と比較して、シリンダ１１内の周囲部に臨む水素インジェクタ（水素噴射弁）７３がさらに設けられており、ガスコンプレッサ７４でアンモニアから分離された水素ガス（及び窒素ガス）をシリンダ１１内へ向けて噴射する。ここで、図１５は、図１４のＡ部の拡大図を示す。水素インジェクタ７３におけるシリンダ１１内に臨む先端部には、噴射した水素ガスが供給される小キャビティ７３ａが形成されており、小キャビティ７３ａは噴射孔７３ｂを介してシリンダ１１内と連通している。図１４，１５に示す構成例によれば、水素インジェクタ７３から水素ガスを噴射することで、小キャビティ７３ａ内は水素濃度が高くなるため、燃焼時にその圧力が上昇する。その結果、既燃ガスがシリンダ１１内に噴出し、その際のシリンダ１１内流れの乱れにより、燃焼後半時の燃焼を促進させることができる。また、未燃アンモニアの排出を抑制することができる。なお、水素インジェクタ７３がシリンダ１１内に臨む位置は、必ずしもシリンダ１１内の周囲部である必要はない。   In addition, in the configuration example shown in FIGS. 14 and 15, compared to the configuration example shown in FIG. 13, a hydrogen injector (hydrogen injection valve) 73 facing the peripheral portion in the cylinder 11 is further provided. Hydrogen gas (and nitrogen gas) separated from ammonia is injected into the cylinder 11. Here, FIG. 15 shows an enlarged view of part A of FIG. A small cavity 73a to which the injected hydrogen gas is supplied is formed at the tip of the hydrogen injector 73 facing the cylinder 11, and the small cavity 73a communicates with the inside of the cylinder 11 through the injection hole 73b. According to the configuration example shown in FIGS. 14 and 15, by injecting hydrogen gas from the hydrogen injector 73, the hydrogen concentration in the small cavity 73 a increases, so that the pressure rises during combustion. As a result, the burned gas is ejected into the cylinder 11, and the combustion in the latter half of the combustion can be promoted by the disturbance of the flow in the cylinder 11 at that time. Moreover, discharge | emission of unburned ammonia can be suppressed. Note that the position at which the hydrogen injector 73 faces the cylinder 11 does not necessarily have to be the peripheral portion in the cylinder 11.

また、本実施形態では、アンモニアインジェクタ２２についても、シリンダ１１内に臨ませて、アンモニアインジェクタ２２からアンモニアをシリンダ１１内に直接噴射することもできる。   Further, in the present embodiment, the ammonia injector 22 can also face the cylinder 11, and ammonia can be directly injected into the cylinder 11 from the ammonia injector 22.

次に、燃料改質器１６からのアンモニアと水素ガスとを互いに分離する他の構成例について説明する。図１６に示す構成例では、アンモニアタンク１２内にアンモニアが例えば２ＭＰａ程度の圧力で液体の状態で蓄圧されている。燃料改質器１６からのアンモニアガスと水素ガス（及び窒素ガス）は、燃料改質器１６と圧力容器８０との間に設けられた開閉動作可能な遮断バルブ８１が開いているときに圧力容器８０内に供給される。そして、燃料改質器１６をバイパスしてアンモニアタンク１２と圧力容器８０とを繋ぐバイパス管８５が設けられており、バイパス管８５には開閉動作可能な遮断バルブ８２が設けられている。さらに、圧力容器８０とアンモニア蓄圧器７６との間に開閉動作可能な遮断バルブ８３が設けられ、圧力容器８０と水素インジェクタ７２との間に開閉動作可能な遮断バルブ８４が設けられている。各遮断バルブ８１〜８４の開閉制御は制御装置により行うことができる。   Next, another configuration example for separating ammonia and hydrogen gas from the fuel reformer 16 from each other will be described. In the configuration example shown in FIG. 16, ammonia is accumulated in the ammonia tank 12 in a liquid state at a pressure of about 2 MPa, for example. Ammonia gas and hydrogen gas (and nitrogen gas) from the fuel reformer 16 are pressure vessels when the shut-off valve 81 provided between the fuel reformer 16 and the pressure vessel 80 is openable. 80 is supplied. A bypass pipe 85 that bypasses the fuel reformer 16 and connects the ammonia tank 12 and the pressure vessel 80 is provided, and the bypass pipe 85 is provided with a shut-off valve 82 that can be opened and closed. Further, a shut-off valve 83 that can be opened and closed is provided between the pressure vessel 80 and the ammonia accumulator 76, and a shut-off valve 84 that can be opened and closed is provided between the pressure vessel 80 and the hydrogen injector 72. Open / close control of each shut-off valve 81-84 can be performed by a control device.

次に、図１６に示す構成例において、燃料改質器１６からのアンモニアと水素ガスとを互いに分離する動作について説明する。まず図１７に示すように、遮断バルブ８２，８３，８４を閉じた状態で遮断バルブ８１を開けることで、燃料改質器１６からのアンモニアガスと水素ガス（及び窒素ガス）が圧力容器８０内に供給される。次に図１８に示すように、遮断バルブ８１を閉じて遮断バルブ８２を開ける（遮断バルブ８３，８４は閉じた状態）ことで、燃料改質器１６から圧力容器８０へのアンモニアガスと水素ガスの供給が停止されるとともに、アンモニアタンク１２からの液体のアンモニアがバイパス管８５内を通って圧力容器８０内に供給される。これによって、圧力容器８０内のアンモニアガスと水素ガス（及び窒素ガス）が加圧される。ここでは、圧力容器８０内のアンモニアガスと水素ガスを例えば１ＭＰａ以上の圧力に加圧することで、アンモニアガスと水素ガスのうちアンモニアガスのみを液化する。ここでは、水素ガス（及び窒素ガス）はガス状態を保つ。このアンモニアガスの液化によって、アンモニアガスを水素ガス（及び窒素ガス）から分離することができる。次に図１９に示すように、遮断バルブ８２を閉じて遮断バルブ８３，８４を開ける（遮断バルブ８１は閉じた状態）ことで、水素ガスから分離されたアンモニアがアンモニア蓄圧器７６（アンモニアインジェクタ２２）へ供給されるとともに、アンモニアから分離された水素ガス（及び窒素ガス）が水素インジェクタ７２へ供給される。以上説明した各遮断バルブ８１〜８４の開閉動作を繰り返すことによって、燃料改質器１６からのアンモニアと水素ガスとを互いに分離することができる。   Next, the operation of separating ammonia and hydrogen gas from the fuel reformer 16 from each other in the configuration example shown in FIG. 16 will be described. First, as shown in FIG. 17, by opening the shut-off valve 81 with the shut-off valves 82, 83, 84 being closed, ammonia gas and hydrogen gas (and nitrogen gas) from the fuel reformer 16 are contained in the pressure vessel 80. To be supplied. Next, as shown in FIG. 18, the shutoff valve 81 is closed and the shutoff valve 82 is opened (the shutoff valves 83 and 84 are closed), so that ammonia gas and hydrogen gas from the fuel reformer 16 to the pressure vessel 80 can be obtained. Is stopped, and liquid ammonia from the ammonia tank 12 is supplied into the pressure vessel 80 through the bypass pipe 85. Thereby, ammonia gas and hydrogen gas (and nitrogen gas) in the pressure vessel 80 are pressurized. Here, only ammonia gas is liquefied out of ammonia gas and hydrogen gas by pressurizing the ammonia gas and hydrogen gas in the pressure vessel 80 to a pressure of, for example, 1 MPa or more. Here, hydrogen gas (and nitrogen gas) maintains a gas state. By liquefying the ammonia gas, the ammonia gas can be separated from the hydrogen gas (and nitrogen gas). Next, as shown in FIG. 19, by closing the shut-off valve 82 and opening the shut-off valves 83 and 84 (the shut-off valve 81 is closed), the ammonia separated from the hydrogen gas is removed from the ammonia accumulator 76 (ammonia injector 22). ) And hydrogen gas (and nitrogen gas) separated from ammonia is supplied to the hydrogen injector 72. By repeating the opening / closing operations of the shut-off valves 81 to 84 described above, ammonia and hydrogen gas from the fuel reformer 16 can be separated from each other.

以下、燃料改質器１６の他の構成例について説明する。図２０に示す構成例では、電磁波発生電源３１で発生したマイクロ波は、電磁波伝送路として設けられた導波管３２内を伝搬する。導波管３２の端部には、開口部３２ａが共振容器３４内に臨んで配置されており、導波管３２内を伝搬したマイクロ波は、この開口部３２ａから共振容器３４内に放射される。このように、導波管３２が、電磁波発生電源３１で発生したマイクロ波を共振容器３４内へ伝搬させる役割を果たし、導波管３２の開口部３２ａが、マイクロ波を共振容器３４内へ放射する電磁波放射器として機能する。導波管３２の開口部３２ａには、導波管３２内からキャビティ３４ａ内へのマイクロ波の透過を許容するとともに、キャビティ３４ａ内から導波管３２内への燃料ガスの流出を遮断する絶縁体３３が設けられている。ここでの絶縁体３３としては、例えば誘電率の低いセラミック等の誘電体を用いることができる。   Hereinafter, another configuration example of the fuel reformer 16 will be described. In the configuration example shown in FIG. 20, the microwave generated by the electromagnetic wave generation power source 31 propagates in the waveguide 32 provided as an electromagnetic wave transmission path. An opening 32a is disposed at the end of the waveguide 32 so as to face the resonance container 34, and the microwave propagated in the waveguide 32 is radiated into the resonance container 34 from the opening 32a. The As described above, the waveguide 32 plays a role of propagating the microwave generated by the electromagnetic wave generating power supply 31 into the resonance container 34, and the opening 32 a of the waveguide 32 radiates the microwave into the resonance container 34. Functions as an electromagnetic radiator. The opening 32a of the waveguide 32 allows insulation of microwaves from the waveguide 32 into the cavity 34a, and insulates the fuel gas from flowing out of the cavity 34a into the waveguide 32. A body 33 is provided. As the insulator 33 here, for example, a dielectric such as ceramic having a low dielectric constant can be used.

次に、図２０に示す燃料改質器１６において、キャビティ３４ａ内でプラズマ放電を効率よく発生させるための好適な構成例について説明する。ただし、以下に説明するマイクロ波の周波数（波長）、共振容器３４（キャビティ３４ａ）の寸法については一例であり、この例に限定されるものではない。そして、以下に説明する条件を必ずしも満たさなくても、キャビティ３４ａ内でプラズマ放電を発生させることができる。   Next, a preferred configuration example for efficiently generating plasma discharge in the cavity 34a in the fuel reformer 16 shown in FIG. 20 will be described. However, the microwave frequency (wavelength) and the dimensions of the resonant container 34 (cavity 34a) described below are merely examples, and the present invention is not limited to this example. And even if the conditions described below are not necessarily satisfied, plasma discharge can be generated in the cavity 34a.

図２１に示すように、同軸系と導波管系とでは電界と磁界の配置が異なる。ここで、図２１（Ａ）は同軸系における電界と磁界の配置を示し、図２１（Ｂ）は導波管系における電界と磁界の配置を示す。そのため、マイクロ波を導波管３２を介してキャビティ３４ａ内に供給する場合は、ＴＭ０１０モードによるマイクロ波共振を効率よく発生させるために、図２０に示すように、導波管３２の開口部３２ａをキャビティ３４ａの側面３４ｄに臨ませる、すなわちマイクロ波をキャビティ３４ａの側面３４ｄから供給することが好ましい。   As shown in FIG. 21, the arrangement of the electric field and the magnetic field is different between the coaxial system and the waveguide system. Here, FIG. 21A shows the arrangement of electric and magnetic fields in the coaxial system, and FIG. 21B shows the arrangement of electric and magnetic fields in the waveguide system. Therefore, when supplying microwaves into the cavity 34a via the waveguide 32, in order to efficiently generate microwave resonance in the TM010 mode, as shown in FIG. Is preferably caused to face the side surface 34d of the cavity 34a, that is, the microwave is supplied from the side surface 34d of the cavity 34a.

また、開口部３２ａの大きさを変化させると、キャビティ３４ａにおける共振周波数及び結合度が変化する。開口部３２ａの幅（キャビティ３４ａの径方向及び高さ方向と垂直な方向の長さ、図２０の図面と垂直な方向の長さ）を変化させた場合における共振周波数の変化を調べた結果を図２２に示し、開口部３２ａの幅を変化させた場合における結合度の変化を調べた結果を図２３に示す。キャビティ３４ａ内でプラズマ放電を効率よく発生させるためには、結合度のレベルが低くなるように開口部３２ａの大きさ（幅）を調整することが好ましい。   Further, when the size of the opening 32a is changed, the resonance frequency and the coupling degree in the cavity 34a are changed. The result of investigating the change of the resonance frequency when the width of the opening 32a (the length in the direction perpendicular to the radial direction and the height direction of the cavity 34a, the length in the direction perpendicular to the drawing of FIG. 20) is changed. FIG. 23 shows the result of examining the change in the degree of coupling when the width of the opening 32a is changed as shown in FIG. In order to efficiently generate plasma discharge in the cavity 34a, it is preferable to adjust the size (width) of the opening 32a so that the level of coupling is low.

以上の実施形態の説明では、燃料改質器１６でアンモニアガスを水素ガスに改質する場合について説明した。ただし、本実施形態では、燃料改質器１６で改質する燃料ガスとして他の種類のガスを用いることも可能である。例えば、燃料改質器１６では、供給された炭化水素系燃料ガスを部分的に改質して水素ガスを生成することもできる。ここでの炭化水素系燃料としては、例えば、プロパン（Ｃ3Ｈ8）を用いることもできるし、メタン（ＣＨ4）を用いることもできるし、エタン（Ｃ2Ｈ6）を用いることもできるし、これらの複数を組み合わせて用いることもできる。その場合は、炭化水素系燃料を蓄える燃料タンク（燃料貯蔵装置）をアンモニアタンク１２の代わりに設け、炭化水素系燃料を吸気管２０内またはシリンダ１１内へ噴射するインジェクタ（燃料噴射装置）をアンモニアインジェクタ２２の代わりに設ける。そして、その場合の動作については、以上の実施形態の説明において、「アンモニア」を「炭化水素系燃料」に置き換えたものを考えればよい。例えば、プロパンガスについては０．８ＭＰａ以上の圧力に加圧することで液化するため、ガスコンプレッサ７４（あるいは圧力容器８０）では、燃料改質器１６から供給されたプロパンガスと水素ガス（及び窒素ガス）を０．８ＭＰａ以上の圧力に加圧することで、プロパンガスを液化して水素ガス（及び窒素ガス）から分離することが可能である。 In the above description of the embodiment, the case where the fuel reformer 16 reforms ammonia gas into hydrogen gas has been described. However, in the present embodiment, other types of gas can be used as the fuel gas reformed by the fuel reformer 16. For example, the fuel reformer 16 can partially reform the supplied hydrocarbon fuel gas to generate hydrogen gas. As the hydrocarbon fuel here, for example, propane (C 3 H 8 ) can be used, methane (CH 4 ) can be used, and ethane (C 2 H 6 ) can also be used. A combination of these can also be used. In that case, a fuel tank (fuel storage device) for storing hydrocarbon fuel is provided instead of the ammonia tank 12, and an injector (fuel injection device) for injecting the hydrocarbon fuel into the intake pipe 20 or the cylinder 11 is ammonia. It is provided in place of the injector 22. Then, with regard to the operation in that case, it is only necessary to consider what replaces “ammonia” with “hydrocarbon fuel” in the description of the above embodiment. For example, since propane gas is liquefied by pressurizing to a pressure of 0.8 MPa or more, the gas compressor 74 (or pressure vessel 80) causes the propane gas and hydrogen gas (and nitrogen gas) supplied from the fuel reformer 16 to be liquefied. ) To a pressure of 0.8 MPa or more, propane gas can be liquefied and separated from hydrogen gas (and nitrogen gas).

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.

本発明の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of an engine system concerning an embodiment of the present invention. 燃料改質器１６の概略構成を示す図である。2 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel reformer 16. FIG. キャビティ３４ａの形状の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the shape of the cavity 34a. キャビティ３４ａの高さＨを変化させた場合の共振モードを調べた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the resonance mode at the time of changing the height H of the cavity 34a. Ｓパラメータの周波数特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the frequency characteristic of S parameter. ＴＭ０１０モード及びＴＭ０１１モードにおける電界分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the electric field distribution in TM010 mode and TM011 mode. 電磁波放射器３５及び放電用電極３６をキャビティ３４ａの径方向における中央部へ突出させた場合の電界分布の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of electric field distribution at the time of making the electromagnetic wave radiator 35 and the electrode 36 for discharge protrude to the center part in the radial direction of the cavity 34a. 電磁波放射器３５及び放電用電極３６のキャビティ３４ａ内への突出長さをそれぞれ変化させた場合における共振周波数の変化を調べた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the change of the resonant frequency when changing the protrusion length into the cavity 34a of the electromagnetic wave radiator 35 and the electrode 36 for discharge, respectively. 電磁波放射器３５及び放電用電極３６のキャビティ３４ａ内への突出長さをそれぞれ変化させた場合における結合度の変化を調べた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the change of the coupling degree when changing the protrusion length in the cavity 34a of the electromagnetic wave radiator 35 and the electrode 36 for discharge, respectively. 電磁波放射器３５及び放電用電極３６のキャビティ３４ａ内への突出長さをそれぞれ変化させた場合における最大電界強度の変化を調べた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the change of the maximum electric field intensity when changing the protrusion length into the cavity 34a of the electromagnetic wave radiator 35 and the electrode 36 for discharge, respectively. キャビティ３４ａ内へのマイクロ波エネルギの供給量を変化させた場合におけるキャビティ３４ａ内のガス組成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the gas composition in the cavity 34a at the time of changing supply_amount | feed_rate of the microwave energy in the cavity 34a. アンモニアガスの分解率を変化させながら定容燃焼させた場合のガス圧力を調べた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the gas pressure at the time of carrying out constant volume combustion, changing the decomposition rate of ammonia gas. 本発明の実施形態に係るエンジンシステムの他の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the engine system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るエンジンシステムの他の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the engine system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るエンジンシステムの他の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the engine system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るエンジンシステムの他の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the engine system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るエンジンシステムの他の概略構成における動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement in the other schematic structure of the engine system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るエンジンシステムの他の概略構成における動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement in the other schematic structure of the engine system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るエンジンシステムの他の概略構成における動作を説明する図である。It is a figure explaining the operation | movement in the other schematic structure of the engine system which concerns on embodiment of this invention. 燃料改質器１６の他の概略構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing another schematic configuration of the fuel reformer 16. 同軸系と導波管系における電界と磁界の配置を示す図である。It is a figure which shows arrangement | positioning of the electric field and magnetic field in a coaxial system and a waveguide system. 開口部３２ａの幅を変化させた場合における共振周波数の変化を調べた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the change of the resonant frequency when changing the width | variety of the opening part 32a. 開口部３２ａの幅を変化させた場合における結合度の変化を調べた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the change of the coupling degree when changing the width | variety of the opening part 32a.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 内燃機関、１１ シリンダ、１２ アンモニアタンク、１４ 減圧弁、１６ 燃料改質器、２０ 吸気管、２１ 排気管、２２ アンモニアインジェクタ、２８ マイクロ波制御器、３１ 電磁波発生電源、３２ 導波管、３３ 絶縁体、３４ 共振容器、３４ａ キャビティ、３５ 電磁波放射器、３６ 放電用電極、３７ 同軸ケーブル、３８ 燃料ガス流入口、３９ 燃料ガス流出口、７２，７３ 水素インジェクタ、７３ａ 小キャビティ、７３ｂ 噴射孔、７４ ガスコンプレッサ、７６ アンモニア蓄圧器、７８ ガス蓄圧器、８０ 圧力容器、８１，８２，８３，８４ 遮断バルブ、８５ バイパス管。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine, 11 Cylinder, 12 Ammonia tank, 14 Pressure reducing valve, 16 Fuel reformer, 20 Intake pipe, 21 Exhaust pipe, 22 Ammonia injector, 28 Microwave controller, 31 Electromagnetic wave generation power supply, 32 Waveguide, 33 Insulator, 34 Resonant vessel, 34a Cavity, 35 Electromagnetic wave emitter, 36 Electrode for discharge, 37 Coaxial cable, 38 Fuel gas inlet, 39 Fuel gas outlet, 72, 73 Hydrogen injector, 73a Small cavity, 73b Injection hole, 74 gas compressor, 76 ammonia accumulator, 78 gas accumulator, 80 pressure vessel, 81, 82, 83, 84 shutoff valve, 85 bypass pipe.

Claims (7)

アンモニアを蓄えるアンモニア貯蔵装置と、
アンモニア貯蔵装置からのアンモニアがガス状態で供給され、該供給されたアンモニアガスを部分的に改質して水素ガスを生成する改質器と、
改質器からのアンモニアガス及び水素ガスが供給され、該供給されたアンモニアガス及び水素ガスを加圧してアンモニアガスを液化することで水素ガスから分離する分離器と、
分離器で水素ガスから分離されたアンモニアを内燃機関の吸気管内またはシリンダ内へ噴射するアンモニア噴射装置と、
分離器でアンモニアから分離された水素ガスを吸気管内またはシリンダ内へ噴射する水素噴射装置と、
を備える、エンジンシステム。 An ammonia storage device for storing ammonia;
A reformer that is supplied with ammonia from an ammonia storage device in a gas state and that partially reforms the supplied ammonia gas to generate hydrogen gas;
A separator that is supplied with ammonia gas and hydrogen gas from the reformer, and that separates hydrogen gas by liquefying ammonia gas by pressurizing the supplied ammonia gas and hydrogen gas;
An ammonia injection device for injecting ammonia separated from hydrogen gas by a separator into an intake pipe or a cylinder of an internal combustion engine;
A hydrogen injection device that injects hydrogen gas separated from ammonia by a separator into an intake pipe or a cylinder;
An engine system comprising: 請求項１に記載のエンジンシステムであって、
アンモニア貯蔵装置は、アンモニアを液体の状態で蓄えるものであり、
アンモニア貯蔵装置と改質器との間に、アンモニア貯蔵装置からのアンモニアを減圧することで気化する減圧装置が設けられており、
分離器は、改質器からのアンモニアガス及び水素ガスが供給された圧力容器内にアンモニア貯蔵装置からのアンモニアを供給することで、圧力容器内のアンモニアガス及び水素ガスを加圧してアンモニアガスを液化する、エンジンシステム。 The engine system according to claim 1,
The ammonia storage device stores ammonia in a liquid state.
Between the ammonia storage device and the reformer, there is provided a decompression device that vaporizes by decompressing the ammonia from the ammonia storage device,
The separator supplies the ammonia gas from the ammonia storage device into the pressure vessel to which the ammonia gas and the hydrogen gas from the reformer are supplied, thereby pressurizing the ammonia gas and the hydrogen gas in the pressure vessel to generate the ammonia gas. Liquefied engine system. 請求項１に記載のエンジンシステムであって、
分離器は、改質器から供給されたアンモニアガス及び水素ガスを圧縮する圧縮機を含む、エンジンシステム。 The engine system according to claim 1,
The separator is an engine system including a compressor that compresses ammonia gas and hydrogen gas supplied from the reformer. 請求項１〜３のいずれか１に記載のエンジンシステムであって、
改質器は、
アンモニア貯蔵装置からのアンモニアがガス状態で供給される容器であって、その内部で所定の周波数の電磁波が共振する共振容器と、
共振容器内で共振する周波数の電磁波を発生させる電磁波発生源と、
電磁波発生源で発生した電磁波を共振容器内へ伝搬させる電磁波伝搬手段と、
共振容器内に配置された電極であって、該電極近傍にて共振容器内の電磁波の電界強度を局所的に高める放電用電極と、
を備え、
放電用電極近傍にて共振容器内の電磁波の電界強度を局所的に高めることで発生するプラズマ放電により共振容器内に供給されたアンモニアガスを部分的に改質して水素ガスを生成する、エンジンシステム。 The engine system according to any one of claims 1 to 3,
The reformer
A container in which ammonia from an ammonia storage device is supplied in a gas state, and a resonant container in which electromagnetic waves of a predetermined frequency resonate;
An electromagnetic wave source that generates an electromagnetic wave having a frequency that resonates within the resonant container;
An electromagnetic wave propagation means for propagating the electromagnetic wave generated from the electromagnetic wave generation source into the resonant container;
An electrode disposed in the resonant container, the discharge electrode for locally increasing the electric field strength of the electromagnetic wave in the resonant container in the vicinity of the electrode;
With
An engine that generates hydrogen gas by partially reforming the ammonia gas supplied into the resonant vessel by plasma discharge generated by locally increasing the electric field strength of the electromagnetic wave in the resonant vessel in the vicinity of the discharge electrode. system. 請求項１〜４のいずれか１に記載のエンジンシステムであって、
水素噴射装置は、分離器でアンモニアから分離された水素ガスをシリンダ内へ噴射する水素噴射弁を含み、
水素噴射弁におけるシリンダ内に臨む先端部には、噴射した水素ガスが供給され、噴射孔を介してシリンダ内と連通するキャビティ部が設けられている、エンジンシステム。 The engine system according to any one of claims 1 to 4,
The hydrogen injection device includes a hydrogen injection valve that injects hydrogen gas separated from ammonia by a separator into a cylinder,
An engine system, wherein a tip of a hydrogen injection valve facing the inside of a cylinder is provided with a cavity that is supplied with injected hydrogen gas and communicates with the inside of the cylinder through an injection hole. 炭化水素系燃料を蓄える燃料貯蔵装置と、
燃料貯蔵装置からの炭化水素系燃料がガス状態で供給され、該供給された炭化水素系燃料ガスを部分的に改質して水素ガスを生成する改質器と、
改質器からの炭化水素系燃料ガス及び水素ガスが供給され、該供給された炭化水素系燃料ガス及び水素ガスを加圧して炭化水素系燃料ガスを液化することで水素ガスから分離する分離器と、
分離器で水素ガスから分離された炭化水素系燃料を内燃機関の吸気管内またはシリンダ内へ噴射する燃料噴射装置と、
分離器で炭化水素系燃料から分離された水素ガスを吸気管内またはシリンダ内へ噴射する水素噴射装置と、
を備える、エンジンシステム。 A fuel storage device for storing hydrocarbon fuel;
A reformer for supplying hydrocarbon fuel from the fuel storage device in a gas state, and partially reforming the supplied hydrocarbon fuel gas to generate hydrogen gas;
Separator that is supplied with hydrocarbon fuel gas and hydrogen gas from the reformer, and pressurizes the supplied hydrocarbon fuel gas and hydrogen gas to liquefy the hydrocarbon fuel gas to separate it from hydrogen gas When,
A fuel injection device that injects hydrocarbon-based fuel separated from hydrogen gas by a separator into an intake pipe or a cylinder of an internal combustion engine;
A hydrogen injection device that injects hydrogen gas separated from hydrocarbon fuel by a separator into an intake pipe or a cylinder;
An engine system comprising: 請求項６に記載のエンジンシステムであって、
炭化水素系燃料は、プロパン、メタン、及びエタンのいずれか１つ以上を含む、エンジンシステム。 The engine system according to claim 6, wherein
The hydrocarbon fuel is an engine system including any one or more of propane, methane, and ethane.
JP2007269581A 2007-10-16 2007-10-16 Engine system Expired - Fee Related JP4853451B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007269581A JP4853451B2 (en) 2007-10-16 2007-10-16 Engine system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007269581A JP4853451B2 (en) 2007-10-16 2007-10-16 Engine system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009097421A true JP2009097421A (en) 2009-05-07
JP4853451B2 JP4853451B2 (en) 2012-01-11

Family

ID=40700663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007269581A Expired - Fee Related JP4853451B2 (en) 2007-10-16 2007-10-16 Engine system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4853451B2 (en)

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010109599A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 トヨタ自動車株式会社 Controller for internal combustion engine
WO2010109601A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 トヨタ自動車株式会社 Controller of internal combustion engine
JP2012202259A (en) * 2011-03-24 2012-10-22 Hitachi Zosen Corp Injection device
CN102859170A (en) * 2010-04-28 2013-01-02 丰田自动车株式会社 Ammonia-fueled internal combustion engine
JP2014095307A (en) * 2012-11-08 2014-05-22 Denso Corp Fuel supply device of gas engine
WO2015107972A1 (en) * 2014-01-16 2015-07-23 信哉 荒木 Ammonia engine
JP6391789B1 (en) * 2017-10-18 2018-09-19 ダイハツディーゼル株式会社 Engine fuel supply system
WO2020208875A1 (en) * 2019-04-11 2020-10-15 株式会社豊田自動織機 Reformer system and engine system
WO2021024511A1 (en) * 2019-08-06 2021-02-11 株式会社セイブ・ザ・プラネット Method for combusting ammonia, and ammonia combustion system
CN113661317A (en) * 2019-04-26 2021-11-16 国立大学法人东海国立大学机构 Fuel reforming apparatus and fuel reforming method
RU2761286C1 (en) * 2020-12-11 2021-12-06 Харбин Инджиниринг Юниверсити Marine diesel fuel supply system
CN114104242A (en) * 2021-11-19 2022-03-01 哈尔滨工程大学 Hybrid power system of liquid ammonia hydrogen production ship
CN114483387A (en) * 2022-01-26 2022-05-13 武汉理工大学 Exhaust gas reforming dual-fuel engine system and control method
CN114483333A (en) * 2022-01-26 2022-05-13 武汉理工大学 Dual-fuel engine test system and method
JP7079890B1 (en) 2021-12-13 2022-06-02 株式会社Ｈｉｔ研究所 How to run the engine
CN114718771A (en) * 2022-03-18 2022-07-08 武汉理工大学 Waste heat treatment system of ammonia fuel hybrid power engine and ship
CN114810433A (en) * 2022-04-15 2022-07-29 佛山仙湖实验室 Fuel supply and flame-spraying ignition system of ammonia-hydrogen fusion internal combustion engine and electric control method
CN115126626A (en) * 2022-07-13 2022-09-30 重庆凯瑞动力科技有限公司 Low-temperature hydrogen injection system for liquid hydrogen engine
CN115217621A (en) * 2022-04-14 2022-10-21 广州汽车集团股份有限公司 Internal combustion engine and internal combustion engine control method
CN115306596A (en) * 2022-07-27 2022-11-08 清华大学 Hydrogen-ammonia fusion engine and combustion control method thereof
WO2023153322A1 (en) * 2022-02-09 2023-08-17 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 Engine
JP7479603B2 (en) 2020-11-02 2024-05-09 株式会社Ｈｉｔ研究所 Hydrogen gas supply device and engine operating method
CN118008597A (en) * 2024-04-09 2024-05-10 潍柴动力股份有限公司 Control method of ammonia engine system and vehicle
CN118008598A (en) * 2024-04-09 2024-05-10 潍柴动力股份有限公司 Control method of ammonia engine system and vehicle

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05332152A (en) * 1991-06-25 1993-12-14 Koji Korematsu Ammonia combustion engine
JPH07331265A (en) * 1994-06-13 1995-12-19 Mikio Sugiyama Method for utilizing liquid ammonia as hydrogen fuel
JP2004352543A (en) * 2003-05-28 2004-12-16 Toyota Motor Corp Hydrocarbon modification system and internal combustion engine equipped with hydrocarbon modification system
JP2005145748A (en) * 2003-11-14 2005-06-09 Tama Tlo Kk Hydrogen production apparatus
JP2005240586A (en) * 2004-02-24 2005-09-08 Nippon Steel Corp Complex system of low-temperature plasma device and gas engine, and energy generating method
JP2007138915A (en) * 2005-11-21 2007-06-07 Shigenobu Fujimoto Energy excited state maintaining method of resonance molecule

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05332152A (en) * 1991-06-25 1993-12-14 Koji Korematsu Ammonia combustion engine
JPH07331265A (en) * 1994-06-13 1995-12-19 Mikio Sugiyama Method for utilizing liquid ammonia as hydrogen fuel
JP2004352543A (en) * 2003-05-28 2004-12-16 Toyota Motor Corp Hydrocarbon modification system and internal combustion engine equipped with hydrocarbon modification system
JP2005145748A (en) * 2003-11-14 2005-06-09 Tama Tlo Kk Hydrogen production apparatus
JP2005240586A (en) * 2004-02-24 2005-09-08 Nippon Steel Corp Complex system of low-temperature plasma device and gas engine, and energy generating method
JP2007138915A (en) * 2005-11-21 2007-06-07 Shigenobu Fujimoto Energy excited state maintaining method of resonance molecule

Cited By (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010109599A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 トヨタ自動車株式会社 Controller for internal combustion engine
WO2010109601A1 (en) * 2009-03-25 2010-09-30 トヨタ自動車株式会社 Controller of internal combustion engine
CN102859170A (en) * 2010-04-28 2013-01-02 丰田自动车株式会社 Ammonia-fueled internal combustion engine
JP2012202259A (en) * 2011-03-24 2012-10-22 Hitachi Zosen Corp Injection device
CN103403339A (en) * 2011-03-24 2013-11-20 日立造船株式会社 Injection device
KR20140010966A (en) * 2011-03-24 2014-01-27 히다치 조센 가부시키가이샤 Injection device
JP2014095307A (en) * 2012-11-08 2014-05-22 Denso Corp Fuel supply device of gas engine
WO2015107972A1 (en) * 2014-01-16 2015-07-23 信哉 荒木 Ammonia engine
JP2015135067A (en) * 2014-01-16 2015-07-27 信哉 荒木 Ammonia engine
JP6391789B1 (en) * 2017-10-18 2018-09-19 ダイハツディーゼル株式会社 Engine fuel supply system
JP2019074053A (en) * 2017-10-18 2019-05-16 ダイハツディーゼル株式会社 Fuel supply device for engine
WO2020208875A1 (en) * 2019-04-11 2020-10-15 株式会社豊田自動織機 Reformer system and engine system
JP2020172904A (en) * 2019-04-11 2020-10-22 株式会社豊田自動織機 Reforming system and engine system
CN113661317A (en) * 2019-04-26 2021-11-16 国立大学法人东海国立大学机构 Fuel reforming apparatus and fuel reforming method
CN113661317B (en) * 2019-04-26 2024-05-03 国立大学法人东海国立大学机构 Fuel reforming device and fuel reforming method
US11964251B2 (en) 2019-04-26 2024-04-23 National University Corporation Tokai National Higher Education And Research System Fuel-reforming device and fuel-reforming method
JP2021025715A (en) * 2019-08-06 2021-02-22 株式会社セイブ・ザ・プラネット Combustion method and combustion system for ammonia
WO2021024511A1 (en) * 2019-08-06 2021-02-11 株式会社セイブ・ザ・プラネット Method for combusting ammonia, and ammonia combustion system
JP7236348B2 (en) 2019-08-06 2023-03-09 株式会社セイブ・ザ・プラネット Ammonia combustion method and ammonia combustion system
JP7479603B2 (en) 2020-11-02 2024-05-09 株式会社Ｈｉｔ研究所 Hydrogen gas supply device and engine operating method
RU2761286C1 (en) * 2020-12-11 2021-12-06 Харбин Инджиниринг Юниверсити Marine diesel fuel supply system
CN114104242A (en) * 2021-11-19 2022-03-01 哈尔滨工程大学 Hybrid power system of liquid ammonia hydrogen production ship
JP7079890B1 (en) 2021-12-13 2022-06-02 株式会社Ｈｉｔ研究所 How to run the engine
JP2023087161A (en) * 2021-12-13 2023-06-23 株式会社Ｈｉｔ研究所 Operating method for engine
WO2023112637A1 (en) * 2021-12-13 2023-06-22 株式会社Ｈｉｔ研究所 Engine operation method
CN114483387A (en) * 2022-01-26 2022-05-13 武汉理工大学 Exhaust gas reforming dual-fuel engine system and control method
CN114483333B (en) * 2022-01-26 2022-12-20 武汉理工大学 Dual-fuel engine test system and method
CN114483387B (en) * 2022-01-26 2023-02-28 武汉理工大学 Exhaust gas reforming dual-fuel engine system and control method
CN114483333A (en) * 2022-01-26 2022-05-13 武汉理工大学 Dual-fuel engine test system and method
WO2023153322A1 (en) * 2022-02-09 2023-08-17 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 Engine
CN114718771A (en) * 2022-03-18 2022-07-08 武汉理工大学 Waste heat treatment system of ammonia fuel hybrid power engine and ship
CN115217621A (en) * 2022-04-14 2022-10-21 广州汽车集团股份有限公司 Internal combustion engine and internal combustion engine control method
CN114810433B (en) * 2022-04-15 2023-03-10 佛山仙湖实验室 Fuel supply and flame injection ignition system of ammonia-hydrogen fusion internal combustion engine and electric control method
CN114810433A (en) * 2022-04-15 2022-07-29 佛山仙湖实验室 Fuel supply and flame-spraying ignition system of ammonia-hydrogen fusion internal combustion engine and electric control method
CN115126626A (en) * 2022-07-13 2022-09-30 重庆凯瑞动力科技有限公司 Low-temperature hydrogen injection system for liquid hydrogen engine
CN115306596A (en) * 2022-07-27 2022-11-08 清华大学 Hydrogen-ammonia fusion engine and combustion control method thereof
CN118008597A (en) * 2024-04-09 2024-05-10 潍柴动力股份有限公司 Control method of ammonia engine system and vehicle
CN118008598A (en) * 2024-04-09 2024-05-10 潍柴动力股份有限公司 Control method of ammonia engine system and vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
JP4853451B2 (en) 2012-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4853451B2 (en) Engine system
JP2009097422A (en) Fuel reforming device for internal combustion engine, and engine system
EP2180177B1 (en) Compressed ignition internal combustion engine, glow plug, and injector
US6782875B2 (en) Systems and methods for conditioning or vaporizing fuel in a reciprocating internal combustion engine
US9322373B2 (en) Multi-fuel plasma injector
JP2009097419A (en) Engine system
US11725586B2 (en) Jet engine with plasma-assisted combustion
WO2015138987A1 (en) Pre-chamber injector-igniter for gaseous fuel combustion and associated systems and methods
WO2011043399A1 (en) Internal combustion engine
KR20140147077A (en) Method for organizing a working process for a gas piston engine with spark ignition
US20190186438A1 (en) Electromagnetic Wave Modification of Fuel in a Power-generation Turbine
WO2020217998A1 (en) Fuel-reforming device and fuel-reforming method
JP2013231355A (en) Ignition control device
WO2011152493A1 (en) Control device for internal combustion engine
US20190186287A1 (en) Power-generation Turbine Including Resonator-based Diagnostics
CN114810427A (en) High-energy green liquid propeller ignition device and method for exciting plasma by microwave
US20190186435A1 (en) Fuel Injection Using a Dielectric of a Resonator
US20190186437A1 (en) Electromagnetic Wave Modification of Fuel in a Jet Engine
JP4415900B2 (en) Internal combustion engine using hydrogen
RU2496997C2 (en) Ice and method of its operation
JP2009097420A (en) Fuel reformer for internal combustion engine, and engine system
KR100684737B1 (en) Apparatus for reforming fuel and fuel cell system with the same
US20190186372A1 (en) Power-generation Gas Turbine with Fuel Injection Using a Dielectric of a Resonator
Nishiyama et al. 5.2 Lean Limit Expansion up to Lambda 2 by Multi-Point Microwave Discharge Igniter
JP5973956B2 (en) Ignition device for internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20101013

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20101117

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20101117

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20110913

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110927

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111010

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141104

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141104

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees