JP5916109B2 - Ethanol engine system - Google Patents

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Description

本発明は、エタノールを燃料とするエタノールエンジンシステムに関する。   The present invention relates to an ethanol engine system using ethanol as a fuel.

エタノールは、さとうきび、とうもろこし等のバイオマスからいわゆるバイオ燃料として得ることができる。このようなカーボンニュートラルなエタノールは、石油燃料に代替することでCOを削減することができる。しかしながら、エタノールは、石油燃料よりも市場価格が高く、そのことが燃料としてのエタノールの普及の妨げにもなっている。 Ethanol can be obtained as so-called biofuel from biomass such as sugar cane and corn. Such carbon neutral ethanol can reduce CO 2 by substituting for petroleum fuel. However, ethanol has a higher market price than petroleum fuel, which has hindered the widespread use of ethanol as a fuel.

ところで、バイオマス由来のエタノールの製造工程は、大きく糖化工程、発酵工程、脱水工程に分けられる。これらの各工程を実施するうえで所定のエネルギーを要するが、中でも脱水工程は、製造工程に要する全エネルギーの25%ほどになる。したがって、脱水工程を行わずに、エタノール水溶液をそのまま燃料として利用できれば、アルコールの製造工程に要するエネルギー量を低減することができ、エタノールの価格を低く抑えることができる。   By the way, the production process of biomass-derived ethanol is roughly divided into a saccharification process, a fermentation process, and a dehydration process. Predetermined energy is required to carry out each of these processes, but the dehydration process is about 25% of the total energy required for the manufacturing process. Therefore, if the aqueous ethanol solution can be used as fuel without performing the dehydration process, the amount of energy required for the alcohol production process can be reduced, and the price of ethanol can be kept low.

一方、様々な分野で広く動力源として利用されているエンジンは、その排熱回収を行うことで高効率化を効果的に図ることができる。中でも燃料の改質を利用した排熱回収システムは、他の排熱回収システムに比べて、部品点数が少なく低コストで実施できることから、エンジンの高効率化を図るために重要であると考えられる。   On the other hand, an engine widely used as a power source in various fields can effectively achieve high efficiency by recovering the exhaust heat. In particular, an exhaust heat recovery system using fuel reforming is less important than other exhaust heat recovery systems and can be implemented at low cost. Therefore, it is considered important to improve engine efficiency. .

従来、エタノールの改質ガスを燃料とするエタノールエンジンシステムとしては、エタノール水溶液を原料に、エンジンの排熱を利用して改質ガスを生成する改質器と、この改質器から供給される改質ガスの燃焼によって動力を発生させるエンジンと、このエンジンの排熱が前記改質器での改質温度に到達するまでの間、つまり、改質器からエンジンに改質ガスの供給が可能となるまでの間、エンジンの吸気管に高濃度のエタノールを噴射してエンジンに動力を発生させるエタノール噴射手段と、を備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, as an ethanol engine system using an ethanol reformed gas as a fuel, a reformer that generates an reformed gas using an ethanol aqueous solution as a raw material and utilizing exhaust heat of the engine is supplied from the reformer. It is possible to supply reformed gas to the engine from the engine that generates power by combustion of the reformed gas and until the exhaust heat of this engine reaches the reforming temperature in the reformer. Until then, there is known an ethanol injection means for injecting high-concentration ethanol into an intake pipe of an engine to generate power in the engine (see, for example, Patent Document 1).

特開2009−74439号公報JP 2009-74439 A

しかしながら、従来のエタノールエンジンシステム(例えば、特許文献1参照)においては、改質用のエタノール水溶液は、燃焼用のエタノールと比較してエタノール濃度が一段と低いために、改質用のエタノール水溶液と、燃焼用のエタノールの2種類を使用しなければならない問題があった。そのため、従来のエタノールエンジンシステムは、改質用のエタノール水溶液と、燃焼用のエタノールとをそれぞれ貯留するために、少なくとも2つのタンクが必要であり、システム自体が大型化する問題があった。   However, in the conventional ethanol engine system (for example, refer to Patent Document 1), the ethanol aqueous solution for reforming has an ethanol concentration much lower than that of ethanol for combustion. There was a problem that two types of ethanol for combustion had to be used. Therefore, the conventional ethanol engine system requires at least two tanks to store the reforming ethanol aqueous solution and the combustion ethanol, respectively, and there is a problem that the system itself becomes large.

そこで、本発明の課題は、エンジンの始動時から所定の回転速度及び所定の負荷で運転する定常運転時に亘って、共通のエタノール水溶液を燃料として使用することができるエタノールエンジンシステムを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ethanol engine system that can use a common aqueous ethanol solution as a fuel from the start of the engine to a steady operation that operates at a predetermined rotational speed and a predetermined load. is there.

前記課題を解決する本発明のエタノールエンジンシステムは、エタノール水溶液の貯留タンクと、この貯留タンクから供給されるエタノール水溶液を原料に改質ガスを生成する改質器と、前記貯留タンクに貯留されるエタノール水溶液がその燃焼室内に直接噴射されると共に前記改質器から改質ガスが供給されて、当該燃焼室内でエタノール水溶液に含まれるエタノールと改質ガスとが燃焼することにより動力を発生させるエンジンと、を備え、前記改質器と前記エンジンとの間には、この改質器から送出される改質ガスと未改質のエタノールを含むエタノール水溶液とを分離し、分離したエタノール水溶液を前記貯留タンクに返送する分離装置を備え、前記分離装置と前記貯留タンクとを接続するエタノール返送配管の延在途中に設けられて、このエタノール返送配管を通流するエタノール水溶液の流量を調整する流量調整装置を備え、前記貯留タンクから前記エンジン及び前記改質器に送出されるエタノール水溶液の濃度のうち、少なくとも一方の濃度を検出するエタノール濃度検出器を備え、前記流量調整装置は、前記エタノール濃度検出器で検出したエタノール水溶液の濃度に応じて前記エタノール返送配管を通流するエタノール水溶液の流量を調整することを特徴とする。
また、前記課題を解決する本発明のエタノールエンジンシステムは、エタノール水溶液の貯留タンクと、この貯留タンクから供給されるエタノール水溶液を原料に改質ガスを生成する改質器と、前記貯留タンクに貯留されるエタノール水溶液がその燃焼室内に直接噴射されると共に前記改質器から改質ガスが供給されて、当該燃焼室内でエタノール水溶液に含まれるエタノールと改質ガスとが燃焼することにより動力を発生させるエンジンと、を備え、前記改質器と前記エンジンとの間には、この改質器から送出される改質ガスと未改質のエタノールを含むエタノール水溶液とを分離し、分離したエタノール水溶液を前記貯留タンクに返送する分離装置を備え、前記分離装置と前記貯留タンクとを接続するエタノール返送配管の延在途中に設けられて、このエタノール返送配管を通流するエタノール水溶液の流量を調整する流量調整装置を備え、前記貯留タンクから前記エンジン及び前記改質器に送出されるエタノール水溶液の濃度のうち、少なくとも一方の濃度を検出するエタノール濃度検出器を備え、前記エンジンは、前記エタノール濃度検出器で検出したエタノール濃度が所定の閾値を超えた場合に、エンジンに供給したエタノール水溶液のエタノールの燃焼のみによって動力を発生し、前記エタノール濃度検出器で検出したエタノール濃度が所定の閾値以下の場合に、エタノール及び改質ガスの燃焼によって動力を発生させることを特徴とする。
Ethanol engine system of the present invention, a storage tank of ethanol aqueous solution, a reformer for generating a reformed gas to the raw material aqueous ethanol solution supplied from the storage tank, is stored in the storage tank to solve the problem An aqueous ethanol solution is directly injected into the combustion chamber and reformed gas is supplied from the reformer, and ethanol and reformed gas contained in the aqueous ethanol solution are combusted in the combustion chamber to generate power. An engine, and a reformed gas sent from the reformer and an aqueous ethanol solution containing unreformed ethanol are separated between the reformer and the engine. Provided with a separation device for returning to the storage tank, provided in the middle of the extension of an ethanol return pipe connecting the separation device and the storage tank. A flow rate adjusting device for adjusting the flow rate of the aqueous ethanol solution flowing through the ethanol return pipe, and detecting at least one of the concentrations of the aqueous ethanol solution sent from the storage tank to the engine and the reformer comprising a ethanol concentration detector, the flow control device is characterized that you adjust the flow rate of the ethanol aqueous solution flowing through the ethanol return pipe according to the concentration of the aqueous ethanol solution is detected by the ethanol concentration detector .
The ethanol engine system of the present invention that solves the above-described problems includes a storage tank for an aqueous ethanol solution, a reformer that generates a reformed gas from the aqueous ethanol solution supplied from the storage tank, and a storage tank that stores the reformed gas. The generated aqueous ethanol solution is directly injected into the combustion chamber and reformed gas is supplied from the reformer, and the ethanol and reformed gas contained in the aqueous ethanol solution are combusted in the combustion chamber to generate power. The reformed gas sent from the reformer and the aqueous ethanol solution containing unreformed ethanol are separated between the reformer and the engine, and the separated aqueous ethanol solution is provided. Is provided in the middle of the extension of the ethanol return pipe that connects the separation device and the storage tank. A flow rate adjusting device for adjusting the flow rate of the aqueous ethanol solution flowing through the ethanol return pipe, and at least one of the concentrations of the aqueous ethanol solution sent from the storage tank to the engine and the reformer When the ethanol concentration detected by the ethanol concentration detector exceeds a predetermined threshold, the engine generates power only by the combustion of ethanol in the aqueous ethanol solution supplied to the engine. When the ethanol concentration detected by the ethanol concentration detector is below a predetermined threshold, power is generated by combustion of ethanol and reformed gas.

本発明によれば、エンジンの始動時から所定の回転速度及び所定の負荷で運転する定常運転時に亘って、共通のエタノール水溶液を燃料として使用することができるエタノールエンジンシステムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the ethanol engine system which can use common ethanol aqueous solution as a fuel can be provided from the time of engine starting to the time of the steady driving | running operated with a predetermined | prescribed rotational speed and a predetermined | prescribed load.

本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムの構成説明図である。1 is a configuration explanatory diagram of an ethanol engine system according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムを構成するエンジンのシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大模式図である。It is a partial expansion schematic diagram showing typically the cylinder head neighborhood of the engine which constitutes the ethanol engine system concerning the embodiment of the present invention. (a)は、本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムを構成する改質器の断面図であり、(b)は、改質器に内蔵する反応セルの断面図であり、(c)は、反応セルに内蔵する反応シートの断面図である。(A) is sectional drawing of the reformer which comprises the ethanol engine system which concerns on embodiment of this invention, (b) is sectional drawing of the reaction cell incorporated in a reformer, (c) is It is sectional drawing of the reaction sheet incorporated in the reaction cell. 本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムを構成する分離装置の構成説明図である。1 is a configuration explanatory diagram of a separation device constituting an ethanol engine system according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムで燃料として使用されるエタノール水溶液の、エタノール濃度[質量%]と、燃料低位発熱量に対する蒸発潜熱の比との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ethanol density | concentration [mass%] of the ethanol aqueous solution used as a fuel with the ethanol engine system which concerns on embodiment of this invention, and the ratio of the latent heat of vaporization with respect to a low fuel calorific value. 本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムで燃料として使用されるエタノール水溶液の、燃料低位発熱量に対する蒸発潜熱の比を、他の燃料(ガソリン、トルエン)との対比で示すグラフである。It is a graph which shows the ratio of the latent heat of vaporization with respect to low fuel calorific value of ethanol aqueous solution used as fuel in the ethanol engine system concerning the embodiment of the present invention by contrast with other fuels (gasoline, toluene). 本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムで燃料として使用されるエタノール水溶液の、モル換算のエタノール濃度と、質量換算のエタノール濃度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ethanol concentration of molar conversion, and the ethanol concentration of mass conversion of the ethanol aqueous solution used as a fuel with the ethanol engine system which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムを構成する制御部の実行する手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the procedure which the control part which comprises the ethanol engine system which concerns on embodiment of this invention performs. 本発明のエタノールエンジンシステムの第1変形例の構成説明図である。It is composition explanatory drawing of the 1st modification of the ethanol engine system of the present invention. 本発明のエタノールエンジンシステムの第2変形例の構成説明図である。It is composition explanatory drawing of the 2nd modification of the ethanol engine system of the present invention. 本発明のエタノールエンジンシステムに使用されるエンジンの変形例を模式的に示す部分拡大模式図である。It is the partial expansion schematic diagram which shows typically the modification of the engine used for the ethanol engine system of this invention.

以下に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムは、エタノールを炭素源とする改質ガスと、エタノール水溶液とがエンジンに供給されることによって動力を発生するものである。以下に、エタノールエンジンシステムの構成、改質原料及び燃料として使用されるエタノール水溶液、並びにエタノールエンジンシステムの動作について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
The ethanol engine system according to the embodiment of the present invention generates power when a reformed gas using ethanol as a carbon source and an aqueous ethanol solution are supplied to the engine. Hereinafter, the configuration of the ethanol engine system, the aqueous ethanol solution used as the reforming raw material and fuel, and the operation of the ethanol engine system will be described.

<エタノールエンジンシステムの構成>
図1は、本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムの構成説明図である。
図1に示すように、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSは、後記するエタノール水溶液を貯留する貯留タンク4と、エンジン1と、改質器2と、分離装置3と、制御部7と、を備えて構成されている。図1中、符号I、符号I、及び符号Iは、それぞれインジェクタであり、符号Pは低圧ポンプ、符号Pは高圧ポンプであり、符号Vは、バルブであり、符号5は、スロットルであり、符号Dは、エタノール濃度センサである。以下、これらの符号について同じである。
<Configuration of ethanol engine system>
FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of an ethanol engine system according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the ethanol engine system S according to this embodiment includes a storage tank 4 for storing an ethanol aqueous solution, which will be described later, an engine 1, a reformer 2, a separation device 3, a control unit 7, It is configured with. In FIG. 1, reference numerals I 1 , I 2 , and I 3 are injectors, reference numeral P 1 is a low-pressure pump, reference numeral P 2 is a high-pressure pump, reference numeral V 1 is a valve, reference numeral 5 Is a throttle, and symbol D is an ethanol concentration sensor. Hereinafter, these symbols are the same.

≪エンジン≫
エンジン1には、図1に示すように、貯留タンク4からエタノール水溶液が低圧ポンプP、高圧ポンプP、及びインジェクタIを介して供給されると共に、改質器2から改質ガスが分離装置3及びインジェクタIを介して供給される。これによりこのエンジン1は、エタノール水溶液に含まれるエタノール及び改質ガスの燃焼により動力を発生するように構成されている。
≪Engine≫
As shown in FIG. 1, an ethanol aqueous solution is supplied to the engine 1 from a storage tank 4 via a low pressure pump P 1 , a high pressure pump P 2 , and an injector I 1 , and reformed gas is supplied from the reformer 2. It is supplied via the separation device 3 and the injector I 3 . As a result, the engine 1 is configured to generate power by combustion of ethanol and reformed gas contained in the aqueous ethanol solution.

次に参照する図2は、本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムを構成するエンジンのシリンダヘッド近傍を模式的に示す部分拡大模式図である。
図2に示すように、エンジン1は、シリンダ10内で往復移動するピストン11を備え、シリンダ10内の燃焼室12には、吸気管13及び排気管14が接続されている。そして、符号15は、燃焼室12内に臨むように配置された点火プラグであり、符号13aは、吸気弁、符号14aは排気弁である。
FIG. 2 to be referred to next is a partially enlarged schematic view schematically showing the vicinity of the cylinder head of the engine constituting the ethanol engine system according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the engine 1 includes a piston 11 that reciprocates in a cylinder 10, and an intake pipe 13 and an exhaust pipe 14 are connected to a combustion chamber 12 in the cylinder 10. Reference numeral 15 is a spark plug disposed so as to face the combustion chamber 12, reference numeral 13a is an intake valve, and reference numeral 14a is an exhaust valve.

ちなみに、本実施形態でのシリンダ10は、従来の金属製のものよりも断熱性に優れるセラミックで形成されている。ちなみに、このセラミック製のシリンダ10に代えてシリンダ10内に断熱性を有するセラミックライナ(図示省略)を設けたものであってもよい。また、ピストン11については、その表面に断熱性を有するセラミックコーティングを設けた構成とすることもできる。これらのセラミック製のシリンダ10及びセラミックライナ、並びにピストン11のセラミックコーティングは、特許請求の範囲にいう放熱抑制機構に相当する。   Incidentally, the cylinder 10 in the present embodiment is made of ceramic that has better heat insulation than conventional metal ones. Incidentally, a ceramic liner (not shown) having a heat insulating property may be provided in the cylinder 10 in place of the ceramic cylinder 10. Moreover, about the piston 11, it can also be set as the structure which provided the ceramic coating which has heat insulation on the surface. The ceramic cylinder 10 and the ceramic liner, and the ceramic coating of the piston 11 correspond to a heat radiation suppression mechanism in the claims.

このような放熱抑制機構は、後記するように、燃焼室12内に噴射したエタノール水溶液を効率的に燃焼させると共に、排気管14から排出されて改質器2(図1参照)に向けて送出される排気ガスの温度を高く維持することができる。
なお、この放熱抑制機構としては、例えば、ウォータジャケット(図示省略)に通流するクーラントの温度を高く維持する構成とすることもできる。
As will be described later, such a heat dissipation suppression mechanism efficiently burns the aqueous ethanol solution injected into the combustion chamber 12 and discharges it from the exhaust pipe 14 toward the reformer 2 (see FIG. 1). The temperature of the exhaust gas that is produced can be kept high.
In addition, as this heat radiation | emission suppression mechanism, it can also be set as the structure which maintains the temperature of the coolant which flows into a water jacket (illustration omitted) high, for example.

インジェクタIは、後に詳しく説明するように、エタノール水溶液を、貯留タンク4内のエタノール水溶液のエタノール濃度、及び操作者のエンジン1に対する要求トルクに応じた所定の噴射パルス幅で、エンジン1の燃焼室12に直接噴射するものである。そして、インジェクタIは、後に詳しく説明するように、改質ガスを吸気管13に噴射するものである。この吸気管13には、エンジン1の始動時にスロットル5(図1参照)を介して空気が導入されることとなる。
ちなみに、このスロットル5は、後記するように、貯留タンク4内のエタノール水溶液のエタノール濃度、及び要求トルクに応じて、その開度が制御部7によって制御されることとなる。
As will be described in detail later, the injector I 1 uses an aqueous ethanol solution to burn the engine 1 at a predetermined injection pulse width corresponding to the ethanol concentration of the aqueous ethanol solution in the storage tank 4 and the torque required by the operator for the engine 1. Inject directly into the chamber 12. The injector I 3 injects the reformed gas into the intake pipe 13 as will be described in detail later. Air is introduced into the intake pipe 13 through the throttle 5 (see FIG. 1) when the engine 1 is started.
Incidentally, as will be described later, the opening degree of the throttle 5 is controlled by the control unit 7 in accordance with the ethanol concentration of the ethanol aqueous solution in the storage tank 4 and the required torque.

≪改質器≫
図1に示すように、改質器2には、貯留タンク4からエタノール水溶液が、低圧ポンプP、及びインジェクタIを介して供給されると共に、エンジン1から排気ガスが供給される。これによって、改質器2は、エタノール水溶液を原料に改質ガスを生成する。
≪Reformer≫
As shown in FIG. 1, the reformer 2 is supplied with an aqueous ethanol solution from a storage tank 4 via a low-pressure pump P 1 and an injector I 2 , and exhaust gas is supplied from the engine 1. As a result, the reformer 2 generates a reformed gas using an aqueous ethanol solution as a raw material.

更に詳しく説明すると、改質器2は、エンジン1の排気ガスで暖機され、エタノール水溶液と熱交換することで一酸化炭素と水素を主成分とする改質ガスになる。改質反応を下記式(1)に示す。
OH+HO(エタノール水溶液)→2CO+4H(改質ガス)−298kJ・・・式(1)
More specifically, the reformer 2 is warmed up by the exhaust gas of the engine 1 and becomes a reformed gas mainly composed of carbon monoxide and hydrogen by exchanging heat with the aqueous ethanol solution. The reforming reaction is shown in the following formula (1).
C 2 H 5 OH + H 2 O (ethanol aqueous solution) → 2CO + 4H 2 (reformed gas) −298 kJ Formula (1)

前記式(1)に示すように、エタノール水溶液から一酸化炭素(CO)、及び水素(H)に改質する反応は吸熱反応であり、1モルのエタノール(COH)を改質することで298kJのエネルギーが吸収される。 As shown in the formula (1), the reaction for reforming an ethanol aqueous solution into carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) is an endothermic reaction, and 1 mol of ethanol (C 2 H 5 OH) is modified. The energy of 298 kJ is absorbed.

改質器2へのエタノール水溶液の供給量については、改質器2の温度及び圧力に応じて調節されるが、エンジン1の要求トルク等に応じて設定されるインジェクタIから噴射する改質ガス量を確保できる範囲で調整できれば特に制限はない。
ちなみに、エタノールの改質温度は、他のガソリン、トルエン等の燃料の改質温度に比べて低く、200℃〜400℃程度である。したがって、本実施形態におけるエンジン1の排気ガスによる改質器2の暖機工程終了の判断の目安は、例えば、改質器2の後記する反応セル21(図3(a)参照)の温度が、200℃〜400℃程度となったとき、とすることができる。また、インジェクタIの噴射制御についても反応セル21の温度が200℃〜400℃程度を基準に行うことができる。
The supply amount of the aqueous ethanol solution to the reformer 2, is regulated according to the temperature and pressure of the reformer 2, reforming injected from the injector I 3 is set according to the demand torque of the engine 1 If it can adjust in the range which can ensure gas amount, there will be no restriction | limiting in particular.
Incidentally, the reforming temperature of ethanol is lower than the reforming temperature of other fuels such as gasoline and toluene, and is about 200 ° C. to 400 ° C. Therefore, the standard for determining the end of the warm-up process of the reformer 2 by the exhaust gas of the engine 1 in the present embodiment is, for example, the temperature of the reaction cell 21 (see FIG. 3A) described later of the reformer 2. When the temperature reaches about 200 ° C. to 400 ° C. Further, the injection control of the injector I 3 can also be performed based on the temperature of the reaction cell 21 of about 200 ° C. to 400 ° C.

次に参照する図3(a)は、本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムを構成する改質器の断面図であり、図3(b)は、改質器に内蔵する反応セルの断面図であり、図3(c)は、反応セルに内蔵する反応シートの断面図である。   FIG. 3A to be referred to next is a cross-sectional view of a reformer constituting the ethanol engine system according to the embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view of a reaction cell built in the reformer. FIG. 3C is a cross-sectional view of the reaction sheet built in the reaction cell.

図3(a)に示すように、改質器2は、外形が円柱状を呈する複数本の反応セル21と、複数の反応セル21を収容した円筒状の第1ケーシング22と、を備えている。
そして、貯留タンク4内のエタノール水溶液が各反応セル21内を通流するようになっている。また、エンジン1の排気管14(図2参照)を介して排出された高温の排気ガスが反応セル21の外であって第1ケーシング22内を通流するようになっている。
As shown in FIG. 3A, the reformer 2 includes a plurality of reaction cells 21 whose outer shape has a columnar shape, and a cylindrical first casing 22 that accommodates the plurality of reaction cells 21. Yes.
And the ethanol aqueous solution in the storage tank 4 flows through each reaction cell 21. Further, the high-temperature exhaust gas discharged through the exhaust pipe 14 (see FIG. 2) of the engine 1 flows outside the reaction cell 21 and in the first casing 22.

第1ケーシング22及び後記する第2ケーシング24は、熱伝導率が高くなるように金属製(例えば、SUS)で形成されている。
なお、第1ケーシング22、第2ケーシング24の形状は、円筒状に限定されず、その他に例えば、四角形筒状、多角形筒状でもよい。
The first casing 22 and the second casing 24 to be described later are made of metal (for example, SUS) so as to have high thermal conductivity.
In addition, the shape of the 1st casing 22 and the 2nd casing 24 is not limited to cylindrical shape, For example, a square cylinder shape and a polygonal cylinder shape may be sufficient.

反応セル21は、図3(b)に示すように、積層された複数枚の反応シート23と、複数枚の反応シート23を収容した第2ケーシング24と、を備えている。
各反応シート23は、図3(c)に示すように、ベースとなる金属箔25と、金属箔25の両面にそれぞれ形成された多孔質層26と、多孔質層26に担持された触媒27と、を備えている。
As shown in FIG. 3B, the reaction cell 21 includes a plurality of stacked reaction sheets 23 and a second casing 24 that houses the plurality of reaction sheets 23.
As shown in FIG. 3C, each reaction sheet 23 includes a base metal foil 25, a porous layer 26 formed on each surface of the metal foil 25, and a catalyst 27 supported on the porous layer 26. And.

つまり、各反応シート23は、触媒27を担持した多孔質層26、金属箔25、触媒27を担持した多孔質層26の順で積層した三層構造である。
なお、厚さ方向において隣り合う反応シート23,23間には、エタノール水溶液、生成した水素(H)及び一酸化炭素(CO)が通流可能な隙間が形成されている。
That is, each reaction sheet 23 has a three-layer structure in which a porous layer 26 carrying a catalyst 27, a metal foil 25, and a porous layer 26 carrying a catalyst 27 are laminated in this order.
Note that a gap is formed between the reaction sheets 23 adjacent to each other in the thickness direction so that an ethanol aqueous solution, generated hydrogen (H 2 ), and carbon monoxide (CO) can flow therethrough.

また、反応シート23はシート状であるから、その熱容量が小さく、熱が反応シート23を速やかに伝導し、触媒27がその触媒機能を良好に発揮する温度に速やかに昇温する。
これにより、エタノール水溶液を水素(H)と一酸化炭素(CO)とに分解する分解反応の効率は、高くなっている。
Further, since the reaction sheet 23 is in the form of a sheet, its heat capacity is small, heat is quickly conducted through the reaction sheet 23, and the temperature of the catalyst 27 is quickly raised to a temperature at which the catalyst function is satisfactorily exhibited.
Thus, the efficiency of decomposing the decomposition reaction of ethanol aqueous hydrogen and (H 2) and carbon monoxide (CO) is higher.

さらに、各反応シート23には、複数の貫通孔23aが形成されている。
これにより、排気ガスの熱が厚さ方向に良好に伝導し、また、エタノール水溶液、生成した水素(H)及び一酸化炭素(CO)が、厚さ方向にも良好に通流するようになっている。
Furthermore, each reaction sheet 23 has a plurality of through holes 23a.
Thereby, the heat of the exhaust gas is conducted well in the thickness direction, and the ethanol aqueous solution, the generated hydrogen (H 2 ), and carbon monoxide (CO) are also flowed well in the thickness direction. It has become.

金属箔25は、例えばアルミニウム箔で構成され、その厚さは50〜200μm程度とされる。ただし、金属箔25を備えず、又は金属箔25に代えて、ベースとなる多孔質層を備え、反応シート23全体を多孔質構造としてもよい。   The metal foil 25 is made of, for example, an aluminum foil and has a thickness of about 50 to 200 μm. However, the metal foil 25 may not be provided, or instead of the metal foil 25, a porous layer serving as a base may be provided, and the entire reaction sheet 23 may have a porous structure.

多孔質層26は、触媒27を担持するための層であって、エタノール水溶液、生成した水素及び一酸化炭素が通流可能な複数の細孔を有している。
このような多孔質層26は、例えば、アルミナ、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム等を主体とする酸化物で構成される。
The porous layer 26 is a layer for supporting the catalyst 27 and has a plurality of pores through which an aqueous ethanol solution, generated hydrogen and carbon monoxide can flow.
Such a porous layer 26 is made of an oxide mainly composed of alumina, niobium oxide, zirconium oxide or the like, for example.

触媒27は、前記式(1)で示すように、エタノール水溶液を分解し、改質ガス(水素、一酸化炭素)を生成させるための触媒である。
このような触媒27は、例えば、白金、ニッケル、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルト、鉄、ニオブ、銅、亜鉛等から選択された少なくとも1種で構成される。
The catalyst 27 is a catalyst for decomposing an ethanol aqueous solution and generating a reformed gas (hydrogen, carbon monoxide) as shown in the above formula (1).
Such a catalyst 27 is, for example, at least one selected from platinum, nickel, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, molybdenum, rhenium, tungsten, vanadium, osmium, chromium, cobalt, iron, niobium, copper, zinc and the like. Consists of.

≪分離装置≫
分離装置3(図1参照)は、改質器2(図1参照)で生成した改質ガス(水素、一酸化炭素)と、未改質のエタノール水溶液とを分離する装置である。
本実施形態での分離装置3は、改質器2(図1参照)から送出される、改質ガス、エタノール蒸気、及び水蒸気を含む混合ガスを冷却し、改質ガスと、凝縮したエタノール(沸点:78℃)及び水(沸点:100℃)とを分離するようになっている。
≪Separation device≫
The separation device 3 (see FIG. 1) is a device that separates the reformed gas (hydrogen, carbon monoxide) generated in the reformer 2 (see FIG. 1) and the unreformed ethanol aqueous solution.
The separation device 3 in the present embodiment cools the reformed gas, ethanol vapor, and mixed gas containing steam and water vapor sent from the reformer 2 (see FIG. 1), and reformed gas and condensed ethanol ( Boiling point: 78 ° C.) and water (boiling point: 100 ° C.) are separated.

次に参照する図4は、本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムを構成する分離装置の構成説明図である。
図4に示すように、分離装置3は、所定の筐体30内に、凝縮器31と、ドレインタンク32と、を備えて構成されている。また、分離装置3は、図示しないが、ドレインタンク32内に貯留される凝縮したエタノール水溶液の量を検出するセンサ(例えば、水位センサ)と、ドレインタンク32とは別に、凝縮したエタノール水溶液を貯留する予備タンクと、を更に備えている。
Next, FIG. 4 to be referred to is a configuration explanatory diagram of a separation device constituting the ethanol engine system according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4, the separation device 3 includes a condenser 31 and a drain tank 32 in a predetermined housing 30. Although not shown, the separation device 3 stores a condensed ethanol aqueous solution separately from the sensor (for example, a water level sensor) that detects the amount of the condensed ethanol aqueous solution stored in the drain tank 32 and the drain tank 32. And a reserve tank.

凝縮器31は、改質器2(図1参照)から送出される前記混合ガスと、所定のクーラントCLとを熱交換させて、前記したように、混合ガスに含まれるエタノール蒸気及び水蒸気を凝縮させるものである。なお、クーラントCLとしては、特に制限はなく、例えば、水、エチレングリコール等の液冷媒が挙げられる。また、凝縮器31は、図示しないが、放熱フィンを備える空冷の熱交換器であってもよい。   The condenser 31 heat-exchanges the mixed gas sent from the reformer 2 (see FIG. 1) and a predetermined coolant CL, and condenses ethanol vapor and water vapor contained in the mixed gas as described above. It is something to be made. In addition, there is no restriction | limiting in particular as coolant CL, For example, liquid refrigerants, such as water and ethylene glycol, are mentioned. In addition, the condenser 31 may be an air-cooled heat exchanger provided with heat radiation fins, although not shown.

ドレインタンク32は、凝縮器31で凝縮したエタノール及び水を、改質ガスと気液分離するものである。そして、ドレインタンク32で分離された改質ガスは、エンジン1に供給される。また、凝縮したエタノール及び水、つまりエタノール水溶液は、ドレインタンク32の底部から抜き出されると共に、バルブV(図1参照)を介して貯留タンク4(図1参照)に返送される。 The drain tank 32 separates ethanol and water condensed in the condenser 31 from the reformed gas and gas and liquid. The reformed gas separated in the drain tank 32 is supplied to the engine 1. Condensed ethanol and water, that is, an aqueous ethanol solution, are extracted from the bottom of the drain tank 32 and returned to the storage tank 4 (see FIG. 1) via the valve V 1 (see FIG. 1).

ちなみに、ドレインタンク32内に貯留されるエタノール水溶液によって、分離装置3と貯留タンク4の間がシールされるので、改質ガスは分離装置3から貯留タンク4に流入しないようになっている。また、このようなエタノール水溶液によるシールがより確実に行われるように、制御部7は、前記したセンサ(例えば、水位センサ)の検出信号に基づいて、ドレインタンク32内のエタノール水溶液の量が所定量となるようにバルブV(図1参照)の開閉を制御する構成とする。なお、本実施形態でのバルブVは、ノーマルクローズの開閉弁(例えば、バルブVのソレノイドに通電した際に開弁動作するもので、通常は、閉弁状態のもの)を想定している。このバルブVは、後に例示する流量調整弁としてのバルブVと共に、特許請求の範囲にいう「流量調整装置」に相当する。 Incidentally, since the space between the separation device 3 and the storage tank 4 is sealed by the aqueous ethanol solution stored in the drain tank 32, the reformed gas does not flow into the storage tank 4 from the separation device 3. Further, the control unit 7 determines the amount of the aqueous ethanol solution in the drain tank 32 based on the detection signal of the above-described sensor (for example, a water level sensor) so that the sealing with the aqueous ethanol solution is more reliably performed. a structure for controlling the opening and closing of the valve V 1 (see FIG. 1) so as to quantify. Note that the valve V 1 in the present embodiment is assumed to be a normally closed on-off valve (for example, a valve that opens when the solenoid of the valve V 1 is energized and is normally in a closed state). Yes. The valve V 1 corresponds to a “flow rate adjusting device” in the claims together with a valve V 1 as a flow rate adjusting valve exemplified later.

分離装置3から貯留タンク4にエタノール水溶液が返送されることで、貯留タンク4に貯留されるエタノール水溶液のエタノール濃度は、変動することが多い。このようなエタノール濃度の変動は、図1に示すエタノール濃度センサDにより監視することができる。
本実施形態でのエタノール濃度センサDは、貯留タンク4から低圧ポンプP(図1参照)に向けてエタノール水溶液を送り出す、当該貯留タンク4の出口に設けられている。
このエタノール濃度センサDとしては、例えば、エタノール水溶液の密度を測定することでエタノール濃度を検出するもの、エタノール水溶液のpHを測定することでエタノール濃度を検出するもの等が挙げられる。
The ethanol concentration of the aqueous ethanol solution stored in the storage tank 4 often varies as the aqueous ethanol solution is returned from the separation device 3 to the storage tank 4. Such a change in ethanol concentration can be monitored by an ethanol concentration sensor D shown in FIG.
The ethanol concentration sensor D in the present embodiment is provided at the outlet of the storage tank 4 that sends out an aqueous ethanol solution from the storage tank 4 toward the low-pressure pump P 1 (see FIG. 1).
Examples of the ethanol concentration sensor D include one that detects the ethanol concentration by measuring the density of the aqueous ethanol solution, and one that detects the ethanol concentration by measuring the pH of the aqueous ethanol solution.

エタノール濃度センサDを設ける位置としては、貯留タンク4の出口に限定されるものではなく、例えば、貯留タンク4内、貯留タンク4とエンジン1(図1参照)とを接続する配管、貯留タンク4と改質器2(図1参照)とを接続する配管等が挙げられる。   The position where the ethanol concentration sensor D is provided is not limited to the outlet of the storage tank 4. For example, in the storage tank 4, piping connecting the storage tank 4 and the engine 1 (see FIG. 1), the storage tank 4. And a pipe connecting the reformer 2 (see FIG. 1).

ちなみに、貯留タンク4におけるエタノール水溶液のエタノール濃度の変動傾向は、貯留タンク4に貯留される初期の(改質開始前の)エタノール水溶液のエタノール濃度によって決定される。   Incidentally, the variation tendency of the ethanol concentration of the aqueous ethanol solution in the storage tank 4 is determined by the ethanol concentration of the initial aqueous ethanol solution (before the start of reforming) stored in the storage tank 4.

更に詳しく説明すると、前記式(1)で示される改質反応においては、化学量論的に、エタノール1モルと、水1モルとの反応(エタノール濃度50モル%のエタノール水溶液の反応)で改質ガス(2モルの一酸化炭素及び4モルの水素ガス)が生成する。これに対して、貯留タンク4内に貯留されるエタノール水溶液の初期のエタノール濃度が50モル%未満の場合には、改質器2での改質に利用される等モルのエタノール及び水が消費されるので、分離装置3から貯留タンク4に返送されるエタノール水溶液のエタノール濃度は、初期のエタノール濃度よりも低下する。   More specifically, in the reforming reaction represented by the above formula (1), the stoichiometry is modified by a reaction of 1 mol of ethanol and 1 mol of water (reaction of an ethanol aqueous solution having an ethanol concentration of 50 mol%). A gas (2 moles of carbon monoxide and 4 moles of hydrogen gas) is produced. On the other hand, when the initial ethanol concentration of the aqueous ethanol solution stored in the storage tank 4 is less than 50 mol%, equimolar ethanol and water used for reforming in the reformer 2 are consumed. Therefore, the ethanol concentration of the aqueous ethanol solution returned from the separation device 3 to the storage tank 4 is lower than the initial ethanol concentration.

そして、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSは、このエタノール濃度センサDで検出するエタノール濃度に基づいて、制御部7は、後記するように、インジェクタIによるエタノール水溶液(燃料)の噴射パルス幅を制御する。 Then, in the ethanol engine system S according to the present embodiment, the control unit 7 controls the injection pulse width of the aqueous ethanol solution (fuel) by the injector I 1 based on the ethanol concentration detected by the ethanol concentration sensor D as described later. To control.

また、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSにおいては、エタノール濃度センサDで検出されるエタノール濃度が所定の閾値(例えば、後記する第1閾値C1)よりも下回った場合には、制御部7は、後記するように、バルブVを閉じて、貯留タンク4内のエタノール水溶液のエタノール濃度が更に低下するのを防止する。そして、分離装置3で分離されたエタノール水溶液は、ドレインタンク32とは別の、前記した予備タンク(図示省略)に貯留されることとなる。 Further, in the ethanol engine system S according to the present embodiment, when the ethanol concentration detected by the ethanol concentration sensor D falls below a predetermined threshold (for example, a first threshold C1 described later), the control unit 7 , as described later, by closing the valve V 1, the ethanol concentration of the ethanol aqueous solution in the storage tank 4 is prevented from lowering further. The aqueous ethanol solution separated by the separation device 3 is stored in the above-described reserve tank (not shown) separate from the drain tank 32.

また、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSにおいては、エタノール濃度センサDで検出されるエタノール濃度が所定の閾値(例えば、後記する第2閾値C2)よりも上回った場合には、制御部7は、バルブVを閉じると共に、インジェクタI,Iをオフにする。つまり、エタノールエンジンシステムSは、改質器2での改質ガスの生成を中断して、エンジン1には、インジェクタIを介してエタノール水溶液を供給するのみで動力を得ることとなる。
なお、この第2閾値C2は、特許請求の範囲にいう「閾値」に相当する。
In the ethanol engine system S according to the present embodiment, when the ethanol concentration detected by the ethanol concentration sensor D exceeds a predetermined threshold (for example, a second threshold C2 described later), the control unit 7 The valve V 1 is closed and the injectors I 2 and I 3 are turned off. That is, the ethanol engine system S obtains power only by supplying the ethanol aqueous solution to the engine 1 through the injector I 1 by interrupting the generation of the reformed gas in the reformer 2.
The second threshold C2 corresponds to a “threshold” in the claims.

また、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSにおいては、エタノール濃度センサDで検出されるエタノール濃度が、例えば前記第1閾値C1を下回り、又は前記第2閾値C2を上回った際に、そのことが操作者に認知可能なように点灯するランプ等の表示手段を備えることもできる。   Further, in the ethanol engine system S according to the present embodiment, when the ethanol concentration detected by the ethanol concentration sensor D is, for example, lower than the first threshold value C1 or higher than the second threshold value C2, that is the case. Display means such as a lamp that is lit so as to be recognized by the operator can also be provided.

≪制御部≫
次に、このエタノールエンジンシステムSを電子制御する制御部7(図1参照)について説明する。
制御部7は、CPU、ROM、RAM、各種インタフェイス、電子回路等を含んで構成されており、その内部に記憶されたプログラムに従って、エタノールエンジンシステムSを総合的に制御する。そして、制御部7は、後記する手順に従って、図1に示すインジェクタI,I,I、低圧ポンプP、高圧ポンプP、バルブV、及びスロットル5を制御するようになっている。この制御部7の実行する手順については、エタノールエンジンシステムSの動作の説明と共に後に詳しく説明する。
≪Control part≫
Next, the control part 7 (refer FIG. 1) which electronically controls this ethanol engine system S is demonstrated.
The control unit 7 includes a CPU, a ROM, a RAM, various interfaces, an electronic circuit, and the like, and comprehensively controls the ethanol engine system S according to a program stored therein. The control unit 7 controls the injectors I 1 , I 2 , I 3 , the low pressure pump P 1 , the high pressure pump P 2 , the valve V 1 , and the throttle 5 shown in FIG. Yes. The procedure executed by the control unit 7 will be described in detail later together with the description of the operation of the ethanol engine system S.

<エタノール水溶液>
図1に示す、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSでは、インジェクタIによってエンジン1の燃焼室12(図2参照)に直接噴射されるエタノール水溶液と、インジェクタIによって改質器2の反応セル21(図3(a)参照)に噴射されるエタノール水溶液とは、貯留タンク4から供給される共通のエタノール水溶液が使用される。
<Ethanol aqueous solution>
In the ethanol engine system S according to the present embodiment shown in FIG. 1, an aqueous ethanol solution directly injected into the combustion chamber 12 (see FIG. 2) of the engine 1 by the injector I 1 and the reaction of the reformer 2 by the injector I 2 . As the ethanol aqueous solution injected into the cell 21 (see FIG. 3A), a common ethanol aqueous solution supplied from the storage tank 4 is used.

次に、エタノールエンジンシステムSで使用されるエタノール水溶液について説明する。
エンジン1の燃焼室12(図2参照)にエタノール水溶液を噴射して燃焼させる場合に、燃焼するエタノール水溶液中のエタノールの発熱量(燃料低位発熱量)に対する、燃焼室12内で気化に要するエタノール水溶液の蒸発潜熱の比が、所定値以下となることが望まれる。そして、一般に、供給される燃料の発熱量に対して、エンジン(例えば、ガソリンエンジン)からエンジン冷却水に逃がす熱が最大で30%から40%であることを考慮すると、前記のエタノールの燃料低位発熱量に対するエタノール水溶液の蒸発潜熱の比は、前記の「30%から40%」の範囲よりも小さくなるように設定することができる。
次に参照する図5は、本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムで燃料として使用されるエタノール水溶液の、エタノール濃度[質量%]と、燃料低位発熱量(LHV:Lower Heating Value)に対する蒸発潜熱の比との関係を示すグラフである。
Next, an aqueous ethanol solution used in the ethanol engine system S will be described.
When the aqueous ethanol solution is injected into the combustion chamber 12 (see FIG. 2) of the engine 1 and burned, the ethanol required for vaporization in the combustion chamber 12 with respect to the calorific value of the ethanol in the combusted aqueous ethanol solution (low fuel calorific value) It is desirable that the ratio of the latent heat of vaporization of the aqueous solution be a predetermined value or less. In general, considering that the heat released from the engine (for example, gasoline engine) to the engine cooling water is 30% to 40% at the maximum with respect to the calorific value of the supplied fuel, the ethanol fuel level is low. The ratio of the latent heat of vaporization of the ethanol aqueous solution to the calorific value can be set to be smaller than the above-mentioned range of “30% to 40%”.
FIG. 5 to be referred to next is the latent heat of vaporization with respect to the ethanol concentration [mass%] and the lower heating value (LHV) of the ethanol aqueous solution used as fuel in the ethanol engine system according to the embodiment of the present invention. It is a graph which shows the relationship with ratio.

図5に示すように、本実施形態における、エンジン1の燃焼室12(図2参照)に噴射するエタノール水溶液のエタノール濃度は、前記の「30%から40%」の範囲内(図5の縦軸0.3〜0.4の範囲内)での任意の値に対応する20質量%以上(図5の横軸20質量%以上)に設定した。ちなみに、このエタノール水溶液のエタノール濃度の20質量%の値は、本実施形態での前記第1閾値C1に相当し、燃焼室12内に噴射するエタノール水溶液のエタノール濃度の下限値となっている。   As shown in FIG. 5, the ethanol concentration of the aqueous ethanol solution injected into the combustion chamber 12 (see FIG. 2) of the engine 1 in the present embodiment is within the range of “30% to 40%” (the vertical axis in FIG. 5). It was set to 20% by mass or more (horizontal axis of 20% by mass or more in FIG. 5) corresponding to an arbitrary value in the range of the axis 0.3 to 0.4. Incidentally, the value of 20% by mass of the ethanol concentration of the aqueous ethanol solution corresponds to the first threshold value C1 in the present embodiment, and is the lower limit value of the ethanol concentration of the aqueous ethanol solution injected into the combustion chamber 12.

ちなみに、エンジン1の燃焼室12に直接噴射されることとなるエタノール水溶液は、その燃料低位発熱量に対する蒸発潜熱の比が他の燃料よりも比較的大きい。
図6は、本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムで燃料として使用されるエタノール水溶液の、燃料低位発熱量に対する蒸発潜熱の比を、他の燃料(ガソリン、トルエン)との対比で示すグラフである。
Incidentally, the ethanol aqueous solution to be directly injected into the combustion chamber 12 of the engine 1 has a relatively large ratio of latent heat of vaporization to the lower heating value of the fuel than other fuels.
FIG. 6 is a graph showing the ratio of latent heat of vaporization to the lower fuel heating value of the aqueous ethanol solution used as fuel in the ethanol engine system according to the embodiment of the present invention in comparison with other fuels (gasoline and toluene). is there.

図6に示すように、ガソリン、トルエン、及びエタノールの「燃料低位発熱量に対する蒸発潜熱の比(蒸発潜熱/燃料低位発熱量)」を比較すると、エタノールの「蒸発潜熱/燃料低位発熱量」の比は、炭化水素系燃料であるガソリン及びトルエンよりも大きい。これは、分子構造中に酸素を含むエタノールの蒸発潜熱が比較的大きいためである。また、図6に示すように、不燃の水を多く含むエタノール水溶液ほど(エタノール濃度が低いエタノール水溶液ほど)、「蒸発潜熱/燃料低位発熱量」の比が大きくなる。   As shown in FIG. 6, when comparing the ratio of the latent heat of vaporization to the lower fuel calorific value of gasoline, toluene, and ethanol (the latent heat of vaporization / lower calorific value of fuel), The ratio is larger than gasoline and toluene, which are hydrocarbon fuels. This is because the latent heat of vaporization of ethanol containing oxygen in the molecular structure is relatively large. Further, as shown in FIG. 6, the ratio of “the latent heat of vaporization / the lower heating value of fuel” increases as the aqueous ethanol solution containing more noncombustible water (the lower the ethanol concentration, the higher the ethanol aqueous solution).

したがって、エタノール濃度が低いエタノール水溶液ほど、燃焼室12内での気化が不十分になると一般に考えられるところ、これに対して、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSでは、エタノール水溶液を直接燃焼室12に噴射し、望ましくは併せてエンジン1の圧縮比を14以上とすることで、エタノール水溶液の気化が促進されて安定した燃焼が可能となることを本発明者らは確認した。ちなみに、通常の火花点火エンジンの場合には、圧縮比が14以上となるとノッキングを生じる虞があるが、本実施形態で使用するエタノール水溶液は、「蒸発潜熱/燃料低位発熱量」の比、及び顕熱が高く、またエタノール自体のオクタン価が111と高いために、圧縮比が大きくてもノッキングが起こらない利点もある。   Accordingly, it is generally considered that an ethanol aqueous solution having a lower ethanol concentration is insufficiently vaporized in the combustion chamber 12. On the other hand, in the ethanol engine system S according to this embodiment, the ethanol aqueous solution is directly applied to the combustion chamber 12. The present inventors have confirmed that when the compression ratio of the engine 1 is set to 14 or higher, vaporization of the aqueous ethanol solution is promoted and stable combustion is possible. Incidentally, in the case of a normal spark ignition engine, there is a possibility that knocking may occur when the compression ratio is 14 or more, but the ethanol aqueous solution used in this embodiment has a ratio of “evaporation latent heat / low fuel calorific value” and Since the sensible heat is high and the octane number of ethanol itself is as high as 111, there is an advantage that knocking does not occur even if the compression ratio is large.

なお、エンジン1の燃焼室12に噴射するエタノール水溶液のエタノール濃度は、その上限値を100質量%に設定することができるが、改質器2に供給するエタノール水溶液のエタノール濃度としては、次に説明する濃度とすることが望ましい。   The upper limit of the ethanol concentration of the aqueous ethanol solution injected into the combustion chamber 12 of the engine 1 can be set to 100% by mass. The ethanol concentration of the aqueous ethanol solution supplied to the reformer 2 is as follows. It is desirable that the concentration be explained.

図1に示す改質器2にインジェクタIを使用して噴射されるエタノール水溶液としては、前記式(1)で示される改質反応を参照すると、そのエタノール濃度が化学量論的にはエタノールと水のモル数が等しい、50モル%エタノール水溶液が望ましい。
次に参照する図7は、本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムで燃料として使用されるエタノール水溶液の、モル換算のエタノール濃度と、質量換算のエタノール濃度との関係を示すグラフである。
The aqueous ethanol solution is injected using the injector I 2 to the reformer 2 shown in FIG. 1, with reference to the reforming reaction represented by the formula (1), its ethanol concentration to stoichiometric ethanol A 50 mol% aqueous ethanol solution having the same number of moles of water and water is desirable.
Next, FIG. 7 to be referred to is a graph showing the relationship between the molar equivalent ethanol concentration and the mass equivalent ethanol concentration of the aqueous ethanol solution used as fuel in the ethanol engine system according to the embodiment of the present invention.

図7に示すように、エタノール水溶液のエタノール濃度が50モル%のものは、質量換算では、約72質量%となる。一方、エタノール濃度が72質量%(50モル%)を超えると、改質器2(図1参照)でアルコール水溶液の改質が行われる際に、前記式(1)で示される改質反応における、化学量論的な水(HO)の不足により、触媒27(図3(c)参照)の表面に不純物が堆積することがある。そのため、触媒27の性能が低下してアルコール水溶液の改質効率が低下する虞がある。これにより、本実施形態での改質器2の反応セル21(図3(a)参照)に噴射するエタノール水溶液のエタノール濃度は、70質量%以下に設定されている。ちなみに、このエタノール水溶液のエタノール濃度の70質量%の値は、本実施形態での前記第2閾値C2に相当し、改質器2の反応セル21に噴射するエタノール水溶液のエタノール濃度の上限値となっている。 As shown in FIG. 7, when the ethanol concentration of the ethanol aqueous solution is 50 mol%, it is about 72 mass% in terms of mass. On the other hand, when the ethanol concentration exceeds 72% by mass (50 mol%), when reforming of the aqueous alcohol solution is performed in the reformer 2 (see FIG. 1), in the reforming reaction represented by the above formula (1). Impurities may accumulate on the surface of the catalyst 27 (see FIG. 3C) due to a shortage of stoichiometric water (H 2 O). For this reason, the performance of the catalyst 27 may be reduced, and the reforming efficiency of the aqueous alcohol solution may be reduced. Thereby, the ethanol concentration of the aqueous ethanol solution injected into the reaction cell 21 (see FIG. 3A) of the reformer 2 in this embodiment is set to 70% by mass or less. Incidentally, the value of 70% by mass of the ethanol concentration of the aqueous ethanol solution corresponds to the second threshold value C2 in the present embodiment, and the upper limit value of the ethanol concentration of the aqueous ethanol solution injected into the reaction cell 21 of the reformer 2 is It has become.

以上のように、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSにおいては、貯留タンク4に貯留するエタノール水溶液のエタノール濃度を、20質量%〜70質量%に設定することを想定しているが、本発明は貯留タンク4に貯留するエタノール水溶液のエタノール濃度をこれに限定するものではなく、エンジン温度、圧縮比、燃料噴射パルス幅、要求空気量等の諸条件を理想的に実現することを前提に、理論上は、エタノール濃度が0質量%を超え、100質量%未満の範囲内で、望ましくは20質量%以上、100質量%未満の範囲内で適宜に設定することができる。   As described above, in the ethanol engine system S according to the present embodiment, it is assumed that the ethanol concentration of the ethanol aqueous solution stored in the storage tank 4 is set to 20% by mass to 70% by mass. Is not intended to limit the ethanol concentration of the aqueous ethanol solution stored in the storage tank 4, but on the premise that various conditions such as engine temperature, compression ratio, fuel injection pulse width, required air volume are ideally realized, Theoretically, the ethanol concentration can be appropriately set within a range of more than 0% by mass and less than 100% by mass, preferably within a range of 20% by mass or more and less than 100% by mass.

<エタノールシステムの動作>
次に、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSの動作について説明する。
なお、以下の動作説明では、貯留タンク4内に70質量%エタノール水溶液(エタノール濃度50モル%未満のエタノール水溶液)が貯留され、エンジン1の圧縮比が14に設定されているエタノールエンジンシステムSを想定している。
<Operation of ethanol system>
Next, the operation of the ethanol engine system S according to this embodiment will be described.
In the following description of the operation, an ethanol engine system S in which a 70 mass% ethanol aqueous solution (ethanol aqueous solution having an ethanol concentration of less than 50 mol%) is stored in the storage tank 4 and the compression ratio of the engine 1 is set to 14 is used. Assumed.

まず、操作者がイグニッションキー(図示省略)を操作することでスタータスイッチがオンになると、スタータモータ(図示省略)が駆動する。このとき制御部7は、常法により始動時に予め設定された始動時要求空気量(スロットル5の初期開度)に基づいて燃料量を決定する。次いで、制御部7は、燃料噴射時の燃料圧力を、図示しない燃圧センサにより取得して、その圧力に応じて適正な燃料量となるように、インジェクタIにおける燃料噴射パルス幅を決定する。また、制御部7は、点火プラグ15(図2参照)による点火時期についても、予めエンジン1の回転速度により決められた値を所定の定数テーブルから読み取って点火を行う。
図8は、本発明の実施形態に係るエタノールエンジンシステムを構成する制御部の実行する手順を示すフロー図である。以下では、主に図8を参照しながら適宜図1を参照して説明する。
First, when an operator operates an ignition key (not shown) to turn on a starter switch, a starter motor (not shown) is driven. At this time, the control unit 7 determines the fuel amount on the basis of the required air amount at startup (initial opening of the throttle 5) set in advance at the time of startup by a conventional method. Next, the control unit 7 obtains the fuel pressure at the time of fuel injection by a fuel pressure sensor (not shown), and determines the fuel injection pulse width in the injector I 1 so that an appropriate fuel amount is obtained according to the pressure. The control unit 7 also performs ignition by reading a value determined in advance by the rotational speed of the engine 1 from a predetermined constant table for the ignition timing by the ignition plug 15 (see FIG. 2).
FIG. 8 is a flowchart showing a procedure executed by the control unit constituting the ethanol engine system according to the embodiment of the present invention. The following description will be given with reference to FIG. 1 as appropriate with reference mainly to FIG.

このようなエンジン1の始動時に、貯留タンク4内のエタノール水溶液は、図8に示すように、低圧ポンプP、高圧ポンプP、及びインジェクタIがオンになることで(ステップS1)、インジェクタIを介してエンジン1の燃焼室12内に直接噴射されて燃焼する。 When the engine 1 is started, the ethanol aqueous solution in the storage tank 4 is turned on by the low pressure pump P 1 , the high pressure pump P 2 , and the injector I 1 as shown in FIG. 8 (step S1). The fuel is directly injected into the combustion chamber 12 of the engine 1 through the injector I 1 and burned.

また、制御部7は、インジェクタI,Iをオフにすると共に、バルブVを制御オフの状態(制御を行わない状態)とする。バルブVは制御を行わないとき、閉弁状態となっている。(通常、閉弁状態)(ステップS1)。ステップS1では、I,Iをオフとしているため、ドレインタンク32内の液面は変わらないことから、前記のとおり、バルブVを制御オフの状態としている。 In addition, the control unit 7 turns off the injectors I 2 and I 3 and sets the valve V 1 to a control-off state (a state in which control is not performed). When the valve V 1 was not performed control has become a closed state. (Normally, the valve is closed) (step S1). In step S1, since I 2 and I 3 are turned off, the liquid level in the drain tank 32 does not change. Therefore, as described above, the valve V 1 is in the control-off state.

ちなみに、バルブVの制御オン(制御を行う)のときは、前記したように、ドレインタンク32内に設けられる前記のセンサ(図示省略)の検出信号に基づいて行われ、ドレインタンク32内のエタノール水溶液の量が所定量に満たない場合には、制御部7は、バルブVを閉弁状態とし、逆にドレインタンク32内のエタノール水溶液の量が所定量以上のときは、バルブVを開弁状態になるよう制御され、エタノール水溶液はドレインタンク32内の底部から抜き出され、貯留タンク4に返送される。つまりバルブVを制御オン(制御を行う)にすることで、ドレインタンク32内にエタノール水溶液が常に所定量貯留されている状態となる。これによりドレインタンク32からエタノール水溶液が溢れること、また改質ガスが貯留タンク4へ流れることを防止できる。 Incidentally, when the control of the valve V 1 is ON (control is performed), as described above, it is performed based on the detection signal of the sensor (not shown) provided in the drain tank 32, If the amount of ethanol solution is less than the predetermined amount, the control unit 7, when the valve V 1 and a closed state, the amount of aqueous ethanol drain tank 32 to reverse a predetermined amount or more, the valve V 1 And the ethanol aqueous solution is extracted from the bottom of the drain tank 32 and returned to the storage tank 4. That By the control on the valves V 1 (performs control), a state of an aqueous ethanol solution in the drain tank 32 is always a predetermined amount reservoir. Thereby, it is possible to prevent the aqueous ethanol solution from overflowing from the drain tank 32 and the reformed gas from flowing into the storage tank 4.

そして、エンジン1から排出される高温の排気ガスが改質器2に供給されることで(ステップS2)、改質器2は暖機される。   And the high temperature exhaust gas discharged | emitted from the engine 1 is supplied to the reformer 2 (step S2), and the reformer 2 is warmed up.

一方、制御部7は、改質器2の反応セル21(図3(a)参照)の適所に配置された図示しない温度センサによって改質器2が所定の改質温度に暖機されたか否かを判断する(ステップS3)。ちなみに、本実施形態での制御部7は、前記した暖機工程終了の判断の目安としての、200℃〜400℃の範囲内で予め設定された閾値を基準に暖機されたか否かを判断する。   On the other hand, the control unit 7 determines whether or not the reformer 2 has been warmed up to a predetermined reforming temperature by a temperature sensor (not shown) disposed at an appropriate position of the reaction cell 21 (see FIG. 3A) of the reformer 2. Is determined (step S3). Incidentally, the control unit 7 in this embodiment determines whether or not the engine has been warmed up based on a preset threshold within a range of 200 ° C. to 400 ° C. as a guideline for determining the end of the warming-up process described above. To do.

そして、制御部7は、改質器2の暖機が完了していないと判断した場合には(ステップS3のNo)、再びステップS2,S3を実行し、暖機が完了したと判断した場合には(ステップS3のYes)、インジェクタI,Iをオンにすると共に、バルブVの制御をオンとする(ステップS4)。これにより、貯留タンク4内のエタノール水溶液は、低圧ポンプP及びインジェクタIを介して改質器2に供給される。そして、改質器2の反応セル21においては、前記式(1)で示される改質反応が進行して改質ガスが生成する。
ちなみに、本実施形態でのインジェクタI,Iは、反応セル21(図3(a)参照)の温度が、200℃〜400℃程度となるように噴射パルス幅が制御され、改質器2へのエタノール水溶液の供給量が制御される。
When the controller 7 determines that the warming up of the reformer 2 has not been completed (No in step S3), the control unit 7 executes steps S2 and S3 again and determines that the warming up has been completed. (Yes in step S3), the injectors I 2 and I 3 are turned on and the control of the valve V 1 is turned on (step S4). As a result, the aqueous ethanol solution in the storage tank 4 is supplied to the reformer 2 via the low-pressure pump P 1 and the injector I 2 . In the reaction cell 21 of the reformer 2, the reforming reaction represented by the formula (1) proceeds to generate a reformed gas.
Incidentally, in the injectors I 2 and I 3 in this embodiment, the injection pulse width is controlled so that the temperature of the reaction cell 21 (see FIG. 3A) is about 200 ° C. to 400 ° C., and the reformer The supply amount of the ethanol aqueous solution to 2 is controlled.

次いで、改質ガス、及び未改質のエタノール水溶液(エタノール蒸気及び水蒸気)は、改質器2から分離装置3に送出されて、この分離装置3で改質ガスとエタノール水溶液とに分離される。そして、改質ガスは、インジェクタI(図2参照)を介してエンジン1の吸気管13(図2参照)に噴射される。つまり、エンジン1の燃焼室12内では、インジェクタIで噴射されたエタノール水溶液に含まれるエタノールと、インジェクタIで吸気管13に供給された改質ガスとが燃焼する。 Next, the reformed gas and the unreformed ethanol aqueous solution (ethanol vapor and water vapor) are sent from the reformer 2 to the separation device 3 and separated into the reformed gas and the ethanol aqueous solution by the separation device 3. . Then, the reformed gas is injected into the intake pipe 13 (see FIG. 2) of the engine 1 via the injector I 3 (see FIG. 2). That is, in the combustion chamber 12 of the engine 1, the ethanol contained in the aqueous ethanol solution injected by the injector I 1 and the reformed gas supplied to the intake pipe 13 by the injector I 3 are combusted.

その一方で、分離装置3で分離されたエタノール水溶液は、開となったバルブVを介して貯留タンク4に返送される。この際、返送されるエタノール水溶液のエタノール濃度は、前記したように、初期のエタノール濃度よりも低下している。そのため、貯留タンク4内のエタノール濃度は、このエタノールエンジンシステムSの運転時間の長さに比例して、漸次に低下していく。 On the other hand, aqueous ethanol solution separated in the separation device 3 is returned to the storage tank 4 via a valve V 1 became open. At this time, the ethanol concentration of the returned ethanol aqueous solution is lower than the initial ethanol concentration as described above. Therefore, the ethanol concentration in the storage tank 4 gradually decreases in proportion to the length of operation time of the ethanol engine system S.

この際、貯留タンク4の出口に配置されたエタノール濃度センサDは、漸次に低下していくエタノール濃度を検出すると共に、その検出信号を制御部7に出力する。
これに対して、制御部7は、エタノール濃度センサDで検出したエタノール濃度、及び操作者の所定の入力装置(例えば、アクセル操作子)によるエンジン1への要求トルクに応じて、インジェクタIの燃料噴射パルス幅の補正、スロットル5の開度の補正等を行う(ステップS5参照)。
At this time, the ethanol concentration sensor D disposed at the outlet of the storage tank 4 detects the ethanol concentration that gradually decreases and outputs the detection signal to the control unit 7.
On the other hand, the control unit 7 controls the injector I 1 according to the ethanol concentration detected by the ethanol concentration sensor D and the torque required for the engine 1 by the operator's predetermined input device (for example, accelerator operation element). Correction of the fuel injection pulse width, correction of the opening of the throttle 5 and the like are performed (see step S5).

そして、制御部7は、エタノール濃度が閾値(前記のエタノール濃度の下限値として規定する第1閾値C1)以上か否かを判断する(ステップS6)。その結果、エタノール濃度が第1閾値C1未満であると判断した場合には(ステップS6のNo)、制御部7は、ステップS7に進んでバルブVの制御をオフ(通常、閉弁状態)とする。このバルブVの制御オフにより、貯留タンク4内のエタノール水溶液のエタノール濃度が低下し続けることが防止される。
なお、このバルブVが閉じられることに連動して、分離装置3で分離されたエタノール水溶液は、ドレインタンク32に代えて、図示しない前記の予備タンクに貯留先が変更されることとなる。また、この予備タンクの容量が満たされたとき、又はこの予備タンク自体を備えていないエタノールエンジンシステムSにおいては、制御部7は、バルブVの制御をオフ(通常、閉弁状態)とすると共に、インジェクタI,Iをオフとする構成とすることができる。つまり改質器2へのエタノール水溶液の供給を停止し、エタノール水溶液のみを燃料としてエンジン1は運転される。
そして、制御部7は、このようなステップS7を実行した後に次のステップS8に進む。
And the control part 7 judges whether ethanol concentration is more than a threshold value (1st threshold value C1 prescribed | regulated as said lower limit of the said ethanol concentration) (step S6). If a result, the ethanol concentration is determined to be smaller than the first threshold value C1 (No in step S6), and the control unit 7 turns off the control of the valve V 1 proceeds to step S7 (usually closed) And The control off of the valve V 1, the ethanol concentration of the ethanol aqueous solution in the storage tank 4 is prevented from continuing to drop.
Incidentally, in conjunction with that the valve V 1 is closed, an aqueous ethanol solution separated by the separating apparatus 3, instead of the drain tank 32, so that the stored destination to the preliminary tank (not shown) is changed. Also, when the capacity of the auxiliary tank has been filled, or in ethanol engine system S which is not provided with the auxiliary tank itself, the control unit 7, and turns off (usually closed) the control of the valve V 1 In addition, the injectors I 2 and I 3 can be turned off. That is, the supply of the ethanol aqueous solution to the reformer 2 is stopped, and the engine 1 is operated using only the ethanol aqueous solution as fuel.
Then, after executing such step S7, the control unit 7 proceeds to the next step S8.

また、エタノール濃度センサDで検出したエタノール濃度が閾値(前記の第1閾値C1)以上であると判断した場合には(ステップS6のYes)、次のステップS8に進む。
このステップS8では、操作者によって、このエタノールエンジンシステムSに対する停止指令が入力されているか否か(停止指令があったか否か)が判断される。この際、制御部7は、停止指令が無いと判断した場合には(ステップS8のNo)、再びステップS5に戻って、このエタノールエンジンシステムSの運転を継続する。
If it is determined that the ethanol concentration detected by the ethanol concentration sensor D is equal to or higher than the threshold (the first threshold C1) (Yes in step S6), the process proceeds to the next step S8.
In step S8, it is determined whether or not a stop command for the ethanol engine system S has been input by the operator (whether or not a stop command has been received). At this time, if the control unit 7 determines that there is no stop command (No in step S8), the control unit 7 returns to step S5 again and continues the operation of the ethanol engine system S.

そして、停止指令があったと判断した場合には(ステップS8のYes)、制御部7は、低圧ポンプP、高圧ポンプPを停止し、インジェクタI,I,Iをオフにすると共に、バルブVを閉とする(ステップS9)。そのことで、エタノールエンジンシステムSの一連の動作が終了する。 If it is determined that a stop command has been issued (Yes in step S8), the control unit 7 stops the low-pressure pump P 1 and the high-pressure pump P 2 and turns off the injectors I 1 , I 2 , and I 3. together, the valve V 1 is closed (step S9). As a result, a series of operations of the ethanol engine system S is completed.

次に、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSの作用効果について説明する。
以上のような本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSによれば、エタノールの改質温度が200〜400℃程度と他の燃料に比べて低く、エンジン1の排気温度で改質可能である。また、エタノールは、水を使って改質を行う水蒸気改質を行うことで、改質時の吸熱量が大きくなる。そして、エンジン1の排熱を改質ガスの生成に利用することで、改質ガス(燃料)へのエネルギーの回収量が増加することとなる。したがって、このエタノールエンジンシステムSは、エンジン1の高効率化を図ることができる。また、エタノールは、水に容易に溶けるために、燃料としてのエタノール水溶液は、安定して貯留タンク4に貯留することができる。
Next, effects of the ethanol engine system S according to the present embodiment will be described.
According to the ethanol engine system S according to this embodiment as described above, the reforming temperature of ethanol is about 200 to 400 ° C., which is lower than other fuels, and can be reformed at the exhaust temperature of the engine 1. In addition, the amount of heat absorbed during reforming of ethanol increases by performing steam reforming using water. Then, by using the exhaust heat of the engine 1 for the generation of reformed gas, the amount of energy recovered into the reformed gas (fuel) increases. Therefore, the ethanol engine system S can improve the efficiency of the engine 1. Further, since ethanol is easily dissolved in water, an aqueous ethanol solution as fuel can be stably stored in the storage tank 4.

また、このエタノールエンジンシステムSによれば、従来のエタノールエンジンシステム(例えば、特許文献1参照)と異なって、エンジン1の始動時から所定の回転速度及び所定の負荷で運転する定常運転時に亘って、共通のエタノール水溶液を燃料として使用することができる。そのため、複数の濃度のエタノールを使用しなくてもよいので、貯留タンク4を複数設ける必要がない。そのため、従来のエタノールエンジンシステム(例えば、特許文献1参照)と異なって、システム自体のコンパクト化を達成することができる。   In addition, according to the ethanol engine system S, unlike the conventional ethanol engine system (see, for example, Patent Document 1), the engine 1 is started from the time of starting to the time of steady operation at a predetermined rotational speed and a predetermined load. A common aqueous ethanol solution can be used as a fuel. Therefore, it is not necessary to use a plurality of concentrations of ethanol, so there is no need to provide a plurality of storage tanks 4. Therefore, unlike the conventional ethanol engine system (see, for example, Patent Document 1), the system itself can be made compact.

また、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSによれば、エタノール水溶液を燃料として使用するので、エタノール製造時における脱水工程が不要となって、バイオエタノール普及促進に効果的である。また、エタノール水溶液は、水の濃度が高いと(エタノール濃度が低いと)、法定の非危険物扱いとなって、取り扱いが容易となる。   Moreover, according to the ethanol engine system S according to the present embodiment, an ethanol aqueous solution is used as a fuel, so that a dehydration step at the time of ethanol production is not required, which is effective for promoting the spread of bioethanol. Further, when the concentration of water is high (the ethanol concentration is low), the aqueous ethanol solution becomes a legal non-hazardous material and is easy to handle.

また、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSによれば、例えばエンジン1の始動時に、燃焼室12の壁面温度が低い場合において、ピストン11の圧縮により、燃焼室12内はエタノール水溶液の沸点以上の高温状態となる。そのため、比較的に低濃度のエタノール水溶液を燃料として用いても、エンジン1を始動することができる。   Further, according to the ethanol engine system S according to the present embodiment, when the wall surface temperature of the combustion chamber 12 is low, for example, when the engine 1 is started, the compression of the piston 11 causes the combustion chamber 12 to have a boiling point equal to or higher than the boiling point of the aqueous ethanol solution. It becomes a high temperature state. Therefore, the engine 1 can be started even when a relatively low concentration aqueous ethanol solution is used as fuel.

また、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSによれば、エンジン1の始動後に、燃焼室12の温度がエタノール水溶液の沸点以上になると、エンジン1のサイクル毎にエタノール水溶液を安定的に気化することができ、燃焼効率が向上する。   Further, according to the ethanol engine system S according to the present embodiment, when the temperature of the combustion chamber 12 becomes equal to or higher than the boiling point of the aqueous ethanol solution after the engine 1 is started, the aqueous ethanol solution is stably vaporized for each cycle of the engine 1. Combustion efficiency is improved.

また、一般には、ウォータジャケット等のエンジン冷却機構によって、燃焼室壁面の温度は所定の温度に保たれるところ、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSによれば、エタノール水溶液の発熱量に対する蒸発潜熱、顕熱が大きいために、エンジン1の燃焼室12の内部から燃焼室12の壁面温度を冷却することができる。これにより、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSによれば、エンジン冷却機構を省略することができる。   In general, the temperature of the combustion chamber wall surface is maintained at a predetermined temperature by an engine cooling mechanism such as a water jacket. According to the ethanol engine system S according to the present embodiment, the latent heat of vaporization with respect to the heating value of the aqueous ethanol solution Since the sensible heat is large, the wall surface temperature of the combustion chamber 12 can be cooled from the inside of the combustion chamber 12 of the engine 1. Thereby, according to ethanol engine system S concerning this embodiment, an engine cooling mechanism can be omitted.

また、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSによれば、エンジン冷却機構を省略することができるので、エンジン1からの排熱の大部分は排気ガスに集めることができる。そのため、このエタノールエンジンシステムSによれば、排熱のエクセルギを向上することができる。このことは排熱回収によって動力を生成する能力が高くなることを意味する。   Further, according to the ethanol engine system S according to the present embodiment, since the engine cooling mechanism can be omitted, most of the exhaust heat from the engine 1 can be collected in the exhaust gas. Therefore, according to the ethanol engine system S, exhaust heat exergy can be improved. This means that the ability to generate power by exhaust heat recovery is increased.

また、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSによれば、燃焼室12内で、エタノール水溶液に含まれるエタノールと、改質ガスとを燃焼させるので、エタノール水溶液に含まれるエタノールの燃焼は、改質ガス中の水素によって促進される。これにより、エタノール濃度が低いエタノール水溶液であっても、より確実に安定して燃焼させることができる。   Further, according to the ethanol engine system S according to the present embodiment, the ethanol contained in the ethanol aqueous solution and the reformed gas are combusted in the combustion chamber 12, so that the combustion of the ethanol contained in the ethanol aqueous solution is reformed. Promoted by hydrogen in the gas. Thereby, even an ethanol aqueous solution having a low ethanol concentration can be reliably and stably burned.

また、改質ガス中の水素は、ガソリン等の炭化水素燃料に比べ、燃焼速度が速く、可燃範囲が広いため、空気過剰での燃焼(希薄燃焼)が可能となる。
そのため、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSによれば、エンジン1の低負荷運転条件においても、空気を絞る必要がなくなり、ポンピングロスを低減することができ、エンジン1の熱効率を更に向上させることができる。そして、エンジン1の作動ガスが空気過剰になることから、作動ガスの比熱比が向上し、これによってもエンジン1の熱効率が向上することとなる。
Further, since hydrogen in the reformed gas has a higher combustion speed and a wider flammable range than hydrocarbon fuels such as gasoline, combustion with excess air (lean combustion) is possible.
Therefore, according to the ethanol engine system S according to the present embodiment, it is not necessary to squeeze the air even under the low-load operation condition of the engine 1, the pumping loss can be reduced, and the thermal efficiency of the engine 1 is further improved. Can do. And since the working gas of the engine 1 becomes excessive in air, the specific heat ratio of the working gas is improved, and this also improves the thermal efficiency of the engine 1.

また、本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSによれば、分離装置3を介して改質ガスをエンジン1に供給するので、未改質のエタノール水溶液が吸気管13からエンジン1に供給されるのを防止することができる。
また、改質ガスが分離装置3を通ることで、エンジン1へ供給される改質ガスの温度を下げることができる。これにより、エタノールエンジンシステムSは、水素によるバックファイアを防止することができると共に、エンジン1への吸入空気量の低下を防止することができる。
Further, according to the ethanol engine system S according to the present embodiment, the reformed gas is supplied to the engine 1 via the separation device 3, so that an unmodified ethanol aqueous solution is supplied to the engine 1 from the intake pipe 13. Can be prevented.
Further, the temperature of the reformed gas supplied to the engine 1 can be lowered by the reformed gas passing through the separation device 3. As a result, the ethanol engine system S can prevent backfire due to hydrogen and can also prevent a reduction in the amount of intake air to the engine 1.

このような本実施形態に係るエタノールエンジンシステムSは、動力源を要するあらゆるものに適用することができ、具体的には、車両、船舶等の移動体のほか、発電機、建設機械等に利用することができる。   Such an ethanol engine system S according to the present embodiment can be applied to anything that requires a power source. Specifically, it is used for a generator such as a vehicle or a ship, a generator, a construction machine, or the like. can do.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、種々の他の形態で実施することができる。なお、以下に本発明の他の実施形態について説明するが、前記実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement with a various other form. In addition, although other embodiment of this invention is described below, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as the said embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

前記実施形態に係るエタノールエンジンシステムSにおいては、エンジン1の高温の排気ガスを利用することによりエタノール水溶液の改質を行って排熱のエクセルギを向上させる構成となっているが、本発明は他の排熱回収機構を併設した構成とすることもできる。ここで参照する図9は、本発明のエタノールエンジンシステムの第1変形例の構成説明図であり、図10は、本発明のエタノールエンジンシステムの第2変形例の構成説明図である。なお、図9及び図10においては、作図の便宜上、制御部7の記載を省略しているが、図9及び図10中の低圧ポンプP、高圧ポンプP、及びインジェクタI,I,Iは、図1の低圧ポンプP、高圧ポンプP、及びインジェクタI,I,Iと同様に制御部7で制御される。 In the ethanol engine system S according to the above embodiment, the high temperature exhaust gas of the engine 1 is used to improve the ethanol aqueous solution to improve the exhaust heat exergy. It is also possible to adopt a configuration in which an exhaust heat recovery mechanism is also provided. FIG. 9 referred to here is a configuration explanatory diagram of a first modification of the ethanol engine system of the present invention, and FIG. 10 is a configuration explanatory diagram of a second modification of the ethanol engine system of the present invention. In FIGS. 9 and 10, the description of the control unit 7 is omitted for the convenience of drawing, but the low pressure pump P 1 , the high pressure pump P 2 , and the injectors I 1 and I 2 in FIGS. 9 and 10 are omitted. , I 3 are controlled by the control unit 7 in the same manner as the low pressure pump P 1 , high pressure pump P 2 , and injectors I 1 , I 2 , I 3 of FIG.

図9に示すように、第1変形例に係るエタノールエンジンシステムSは、スロットル5を介してエンジン1に空気を供給する経路上にターボチャージャ6を備える構成となっている。このターボチャージャ6は、エンジン1から改質器2に向けて供給される排気ガスをエンジン1の吸気圧縮に利用するようになっている。
そして、改質器2からの改質ガスが分離装置3を介してターボチャージャ6の上流側に供給されること以外は、前記実施形態に係るエタノールエンジンシステムSと同様の構成となっている。
As shown in FIG. 9, the ethanol engine system S according to the first modification is configured to include a turbocharger 6 on a path for supplying air to the engine 1 via the throttle 5. The turbocharger 6 uses exhaust gas supplied from the engine 1 toward the reformer 2 for intake air compression of the engine 1.
The configuration is the same as that of the ethanol engine system S according to the embodiment except that the reformed gas from the reformer 2 is supplied to the upstream side of the turbocharger 6 via the separator 3.

このような第1変形例によれば、インジェクタIを介して供給される改質ガスの圧力を、前記実施形態に係るエタノールエンジンシステムSよりも低く抑えることができる。
また、この第1変形例によれば、エンジン1のトルクが向上するので、例えば建設機械といった高トルクが必要なエンジン分野への適用範囲が広がる。
According to the first modification, the pressure of the reformed gas supplied via the injector I 3, can be kept lower than ethanol engine system S according to the embodiment.
Further, according to the first modification, the torque of the engine 1 is improved, so that the range of application to the engine field requiring high torque, such as construction machinery, is expanded.

ちなみに、ガソリンは、オクタン価が90〜100程度であり、また、前記したように、「蒸発潜熱/燃料低位発熱量」の比(図6参照)が小さいために、圧縮比を14以上に設定した条件で吸気圧力を上げてエンジンを運転するとノッキングが発生する。
これに対して、エタノール水溶液は、「蒸発潜熱/燃料低位発熱量」の比が大きく、オクタン価も高い。そのため、この第1変形例に係るエタノールエンジンシステムSでは、エンジン1の圧縮比を14以上に設定した構成にターボチャージャ6を併設したとしてもノッキングを生じることなく、高トルク及び高出力を達成することができる。
また、本発明においては、この第1変形例でのターボチャージャ6に代えて、蒸気タービン等のランキンサイクルを利用した他の排熱回収手段を併設した構成とすることもできる。
Incidentally, the gasoline has an octane number of about 90 to 100, and the compression ratio is set to 14 or more because the ratio of “latent heat of vaporization / low heating value of fuel” (see FIG. 6) is small as described above. Knocking occurs when the engine is operated with the intake pressure increased under certain conditions.
On the other hand, the ethanol aqueous solution has a large ratio of “latent heat of vaporization / low fuel heating value” and a high octane number. Therefore, in the ethanol engine system S according to the first modification, even if the turbocharger 6 is provided in the configuration in which the compression ratio of the engine 1 is set to 14 or more, high torque and high output are achieved without causing knocking. be able to.
Moreover, in this invention, it can replace with the turbocharger 6 in this 1st modification, and can also be set as the structure which provided together with the other waste heat recovery means using Rankine cycles, such as a steam turbine.

次に、第2変形例に係るエタノールエンジンシステムSについて説明する。
図10に示すように、この第2変形例においては、エンジン1の排気ガスの一部をエンジン1の吸気管13(図2参照)に戻す、排気再循環(EGR:Exhaust Gas Recirculation)用の配管(図10中、符号EGRで示す)を備えている。この配管EGRは、エンジン1と改質器2との接続配管の途中から分岐すると共に、その先端がエンジン1の吸気管13に合流している。この配管EGRには、常法によって制御部(図示省略)が排気再循環ガスの流量を調整するための流量調整バルブVが設けられている。
そして、改質器2からの改質ガスが分離装置3を介して流量調整バルブVの下流側の配管EGRに供給されること以外は、前記実施形態に係るエタノールエンジンシステムSと同様の構成となっている。
Next, an ethanol engine system S according to a second modification will be described.
As shown in FIG. 10, in the second modification, a part of the exhaust gas of the engine 1 is returned to the intake pipe 13 (see FIG. 2) of the engine 1 for exhaust gas recirculation (EGR). A pipe (indicated by EGR in FIG. 10) is provided. The pipe EGR branches from the middle of the connection pipe between the engine 1 and the reformer 2, and the tip of the pipe EGR merges with the intake pipe 13 of the engine 1. This pipe EGR is flow regulating valve V 2 is provided for the control unit by a conventional method (not shown) to adjust the flow rate of the exhaust recirculation gas.
A configuration similar to that of the ethanol engine system S according to the above embodiment except that the reformed gas from the reformer 2 is supplied to the pipe EGR on the downstream side of the flow rate adjustment valve V2 via the separation device 3. It has become.

このような第2変形例によれば、改質ガスと排気再循環ガスとをエンジン1に供給することで、エンジン1内の燃焼温度を下げることができる。これにより、第2変形例に係るエタノールエンジンシステムSでは、幅広い運転条件において排気ガス中のNOxの量を低減することができる。
また、この第2変形例では、排気再循環ガスを通流させる配管EGRにて改質ガスをエンジン1に供給することができるので、分離装置3からエンジン1に改質ガスを供給するための配管の長さを短縮することができる。これにより、第2変形例のエタノールエンジンシステムSを、よりコンパクトな構成とすることができる。
また、この第2変形例においては、配管EGRを通流する排気再循環ガスと熱交換させてこの排気再循環ガスを冷却する熱交換器をこの配管EGRに設ける構成とすることができる。
According to such a second modification, the combustion temperature in the engine 1 can be lowered by supplying the reformed gas and the exhaust gas recirculation gas to the engine 1. Thereby, in the ethanol engine system S according to the second modification, the amount of NOx in the exhaust gas can be reduced under a wide range of operating conditions.
Further, in the second modification, the reformed gas can be supplied to the engine 1 through the pipe EGR through which the exhaust gas recirculation gas flows, so that the reformed gas is supplied from the separation device 3 to the engine 1. The length of the piping can be shortened. Thereby, ethanol engine system S of the 2nd modification can be made into a more compact composition.
Moreover, in this 2nd modification, it can be set as the structure which provides in this piping EGR the heat exchanger which heat-exchanges with the exhaust gas recirculation gas which flows through piping EGR, and cools this exhaust gas recirculation gas.

また、本発明においては、改質器2で生成した改質ガスを排気再循環ガスと共にエンジン1に供給する他の構成とすることもできる。つまり、本発明においては、図3(a)に示す反応セル21の内側に、エタノール水溶液と共に排気ガスの一部を一緒に流すことで、エンジン1に排気再循環ガスと改質ガスとを供給することができる。   In the present invention, the reformed gas generated by the reformer 2 may be supplied to the engine 1 together with the exhaust gas recirculation gas. That is, in the present invention, exhaust gas recirculation gas and reformed gas are supplied to the engine 1 by flowing a part of the exhaust gas together with the aqueous ethanol solution inside the reaction cell 21 shown in FIG. can do.

また、前記実施形態でのエタノールエンジンシステムSの動作(図8参照)においては、エタノール濃度50モル%未満のエタノール水溶液を燃料として使用する場合について説明した。しかしながら、本発明においては、エタノール濃度50モル%を超えるエタノール水溶液を使用することもできる。   In the operation of the ethanol engine system S in the embodiment (see FIG. 8), the case where an aqueous ethanol solution having an ethanol concentration of less than 50 mol% is used as the fuel has been described. However, in the present invention, an ethanol aqueous solution having an ethanol concentration exceeding 50 mol% can also be used.

例えば、エタノール濃度50モル%を超えるエタノール水溶液、又は100%エタノールを使用する場合に、前記の制御部7(図1参照)がエタノール濃度センサDにて当該エタノール濃度を検出することとなる。この際、制御部7は、エタノール濃度センサDで検出したエタノール濃度が前記の第2閾値C2(例えば、70質量%)を超えた判断すると、図1に示すバルブVを閉じると共に、インジェクタI,Iをオフにする。つまり、エタノールエンジンシステムSは、改質器2での改質ガスの生成を中断して、エンジン1には、インジェクタIを介してエタノール水溶液を供給するのみで動力を得ることとなる。 For example, when an ethanol aqueous solution having an ethanol concentration exceeding 50 mol% or 100% ethanol is used, the control unit 7 (see FIG. 1) detects the ethanol concentration by the ethanol concentration sensor D. At this time, the control unit 7, the ethanol concentration sensor ethanol concentration detected by D is the second threshold value C2 (e.g., 70 wt%) Judging exceeded, closes the valve V 1 shown in FIG. 1, the injector I 2, to turn off the I 3. That is, the ethanol engine system S obtains power only by supplying the ethanol aqueous solution to the engine 1 through the injector I 1 by interrupting the generation of the reformed gas in the reformer 2.

そして、エタノール濃度センサDで検出したエタノール濃度が前記の第2閾値C2(例えば、70質量%)以下になったと判断した場合に、再び、図1に示すバルブVを開けると共に、インジェクタI,Iをオンにする。つまり、エンジン1には、改質ガスとエタノール水溶液とが供給されることとなる。 When it is determined that the ethanol concentration detected by the ethanol concentration sensor D has become equal to or less than the second threshold value C2 (for example, 70% by mass), the valve V1 shown in FIG. 1 is opened again and the injector I 2 is used. , to turn on the I 3. That is, the reformed gas and the ethanol aqueous solution are supplied to the engine 1.

このようなエタノールエンジンシステムSにおいては、予め、高濃度のエタノール水溶液(共沸点エタノール水溶液を含む)又は100%エタノールで貯留タンク4に満たしておき、このエタノールエンジンシステムSの稼動により消費された高濃度エタノール水溶液又は100%エタノールの量に応じた量の水を、別途に設けられた水タンクから補充可能な構成にすることもできる。このようなエタノールエンジンシステムSによれば、エタノールの燃焼のみによる動力発生から、エタノール及び改質ガスの燃焼による動力発生に自動的に切り替わるシステムを構築することができる。   In such an ethanol engine system S, the storage tank 4 is filled with a high-concentration ethanol aqueous solution (including an azeotropic ethanol aqueous solution) or 100% ethanol in advance, and the high amount consumed by the operation of the ethanol engine system S. An amount of water corresponding to the concentration ethanol aqueous solution or 100% ethanol may be replenished from a separately provided water tank. According to such an ethanol engine system S, it is possible to construct a system that automatically switches from power generation by only ethanol combustion to power generation by ethanol and reformed gas combustion.

また、このエタノールエンジンシステムSは、70質量%以下の(50モル%未満の)エタノール水溶液で貯留タンク4を満たした状態で稼動し、その後、高濃度エタノールを貯留タンク4内に注ぎ足した場合にも同様の自動切換え運転が可能となる。   The ethanol engine system S is operated in a state where the storage tank 4 is filled with an ethanol aqueous solution of 70% by mass or less (less than 50 mol%), and then high-concentration ethanol is poured into the storage tank 4. The same automatic switching operation is possible.

また、貯留タンク4内のエタノール濃度の調節方法としては、例えば、前記の第1閾値C1を下回り、又は前記第2閾値C2を上回った際に、そのことが操作者に認知可能なように点灯するランプ等の前記の表示手段に基づいて、操作者が、貯留タンク4に水又は高濃度エタノールを追加することを排除するものではない。   Further, as a method for adjusting the ethanol concentration in the storage tank 4, for example, when the value is lower than the first threshold C1 or exceeds the second threshold C2, it is lit so that the operator can recognize it. It is not excluded that the operator adds water or high-concentration ethanol to the storage tank 4 on the basis of the display means such as the lamp to be operated.

また、前記実施形態では、改質ガスがエンジン1の吸気管13に供給されるエタノールエンジンシステムSについて説明したが、本発明はエンジン1の副燃焼室に改質ガスが供給される構成とすることができる。次に参照する図11は、本発明のエタノールエンジンシステムに使用されるエンジンの変形例を模式的に示す部分拡大模式図である。
図11に示すように、この変形例に係るエンジン1は、シリンダヘッド部分に副燃焼室16が設けられている。そして、この副燃焼室16内に、点火プラグ15及びインジェクタIが臨むように配置されている。
このような変形例によれば、より少ない改質ガスであってもこれを効率よく燃焼させることができる。なぜなら、改質ガスの燃焼火炎によってエンジン1の燃焼室12(主燃焼室)に供給されたエタノール水溶液に引火させることができるため、エンジン1に供給する空気と燃料(改質ガスとエタノールの合計)の比(空燃比)を大きくすることができる。つまり、希薄燃焼させることができるため、効率向上を達成することができる。特にポンピング損失の大きい低負荷域は、その効果が大きい。
In the above-described embodiment, the ethanol engine system S in which the reformed gas is supplied to the intake pipe 13 of the engine 1 has been described. However, the present invention has a configuration in which the reformed gas is supplied to the auxiliary combustion chamber of the engine 1. be able to. FIG. 11 referred to next is a partially enlarged schematic view schematically showing a modification of the engine used in the ethanol engine system of the present invention.
As shown in FIG. 11, the engine 1 according to this modification is provided with a sub-combustion chamber 16 in the cylinder head portion. Then, the sub-combustion chamber 16, is disposed so as to face the spark plug 15 and the injector I 3.
According to such a modification, even if there is less reformed gas, it can be burned efficiently. This is because the aqueous ethanol solution supplied to the combustion chamber 12 (main combustion chamber) of the engine 1 can be ignited by the combustion flame of the reformed gas, so that the air and fuel supplied to the engine 1 (the sum of the reformed gas and ethanol) ) Ratio (air-fuel ratio) can be increased. That is, since the lean combustion can be performed, the efficiency improvement can be achieved. In particular, the effect is large in a low load region where pumping loss is large.

また、前記実施形態でのバルブVは、開閉弁を想定しているが、本発明は、この開閉便に代えて、通流するエタノール水溶液の流量が調整可能な流量調整弁としてのバルブVを使用した構成とすることもできる。なお、この流量調整弁としてのバルブVは、前記実施形態における開閉弁としてのバルブVと共に、特許請求の範囲にいう「流量調整装置」に相当する。 The valve V 1 of the the above embodiment, it is assumed that on-off valve, the present invention is, instead of the opening and closing flight, the valve V as a flow rate of aqueous ethanol adjustable flow control valve for flowing 1 may be used. The valve V 1 as the flow rate adjusting valve corresponds to the “flow rate adjusting device” in the claims together with the valve V 1 as the on-off valve in the embodiment.

1 エンジン
2 改質器
3 分離装置
4 貯留タンク
5 スロットル
6 ターボチャージャ
7 制御部
10 シリンダ
11 ピストン
12 燃焼室
13 吸気管
14 排気管
16 副燃焼室
D エタノール濃度センサ
EGR 配管
インジェクタ
インジェクタ
インジェクタ
低圧ポンプ
高圧ポンプ
S エタノールエンジンシステム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Reformer 3 Separator 4 Storage tank 5 Throttle 6 Turbocharger 7 Control part 10 Cylinder 11 Piston 12 Combustion chamber 13 Intake pipe 14 Exhaust pipe 16 Subcombustion chamber D Ethanol concentration sensor EGR piping I 1 Injector I 2 Injector I 3 injectors P 1 low pressure pump P 2 high pressure pump S ethanol engine system

Claims (6)

エタノール水溶液の貯留タンクと、
この貯留タンクから供給されるエタノール水溶液を原料に改質ガスを生成する改質器と、
前記貯留タンクに貯留されるエタノール水溶液がその燃焼室内に直接噴射されると共に前記改質器から改質ガスが供給されて、当該燃焼室内でエタノール水溶液に含まれるエタノールと改質ガスとが燃焼することにより動力を発生させるエンジンと、
を備え、
前記改質器と前記エンジンとの間には、この改質器から送出される改質ガスと未改質のエタノールを含むエタノール水溶液とを分離し、分離したエタノール水溶液を前記貯留タンクに返送する分離装置を備え、
前記分離装置と前記貯留タンクとを接続するエタノール返送配管の延在途中に設けられて、このエタノール返送配管を通流するエタノール水溶液の流量を調整する流量調整装置を備え、
前記貯留タンクから前記エンジン及び前記改質器に送出されるエタノール水溶液の濃度のうち、少なくとも一方の濃度を検出するエタノール濃度検出器を備え、
前記流量調整装置は、前記エタノール濃度検出器で検出したエタノール水溶液の濃度に応じて前記エタノール返送配管を通流するエタノール水溶液の流量を調整することを特徴とするエタノールエンジンシステム。
A storage tank for an aqueous ethanol solution;
A reformer that generates reformed gas from the ethanol aqueous solution supplied from the storage tank, and
The ethanol aqueous solution stored in the storage tank is directly injected into the combustion chamber and the reformed gas is supplied from the reformer, and the ethanol and the reformed gas contained in the ethanol aqueous solution are combusted in the combustion chamber. An engine that generates power by
With
Between the reformer and the engine, the reformed gas sent from the reformer and the ethanol aqueous solution containing unreformed ethanol are separated, and the separated ethanol aqueous solution is returned to the storage tank. Equipped with a separating device,
Provided in the middle of the extension of the ethanol return pipe connecting the separation device and the storage tank, the flow rate adjusting device for adjusting the flow rate of the aqueous ethanol solution flowing through the ethanol return pipe,
An ethanol concentration detector that detects at least one of the concentrations of the aqueous ethanol solution sent from the storage tank to the engine and the reformer;
The ethanol flow rate adjusting device adjusts the flow rate of the aqueous ethanol solution flowing through the ethanol return pipe according to the concentration of the aqueous ethanol solution detected by the ethanol concentration detector.
請求項1に記載のエタノールエンジンシステムにおいて、
前記エンジンは、前記燃焼室で発生した燃焼熱の放熱を抑制する放熱抑制機構を更に備えることを特徴とするエタノールエンジンシステム。
The ethanol engine system according to claim 1,
The ethanol engine system further includes a heat dissipation suppression mechanism that suppresses heat dissipation of combustion heat generated in the combustion chamber.
請求項2に記載のエタノールエンジンシステムにおいて、
エンジン冷却機構を省略したことを特徴とするエタノールエンジンシステム。
The ethanol engine system according to claim 2 ,
An ethanol engine system characterized by omitting the engine cooling mechanism.
エタノール水溶液の貯留タンクと、
この貯留タンクから供給されるエタノール水溶液を原料に改質ガスを生成する改質器と、
前記貯留タンクに貯留されるエタノール水溶液がその燃焼室内に直接噴射されると共に前記改質器から改質ガスが供給されて、当該燃焼室内でエタノール水溶液に含まれるエタノールと改質ガスとが燃焼することにより動力を発生させるエンジンと、
を備え、
前記改質器と前記エンジンとの間には、この改質器から送出される改質ガスと未改質のエタノールを含むエタノール水溶液とを分離し、分離したエタノール水溶液を前記貯留タンクに返送する分離装置を備え、
前記分離装置と前記貯留タンクとを接続するエタノール返送配管の延在途中に設けられて、このエタノール返送配管を通流するエタノール水溶液の流量を調整する流量調整装置を備え、
前記貯留タンクから前記エンジン及び前記改質器に送出されるエタノール水溶液の濃度のうち、少なくとも一方の濃度を検出するエタノール濃度検出器を備え、
前記エンジンは、前記エタノール濃度検出器で検出したエタノール濃度が所定の閾値を超えた場合に、エンジンに供給したエタノール水溶液のエタノールの燃焼のみによって動力を発生し、前記エタノール濃度検出器で検出したエタノール濃度が所定の閾値以下の場合に、エタノール及び改質ガスの燃焼によって動力を発生させることを特徴とするエタノールエンジンシステム。
A storage tank for an aqueous ethanol solution;
A reformer that generates reformed gas from the ethanol aqueous solution supplied from the storage tank, and
The ethanol aqueous solution stored in the storage tank is directly injected into the combustion chamber and the reformed gas is supplied from the reformer, and the ethanol and the reformed gas contained in the ethanol aqueous solution are combusted in the combustion chamber. An engine that generates power by
With
Between the reformer and the engine, the reformed gas sent from the reformer and the ethanol aqueous solution containing unreformed ethanol are separated, and the separated ethanol aqueous solution is returned to the storage tank. Equipped with a separating device,
Provided in the middle of the extension of the ethanol return pipe connecting the separation device and the storage tank, the flow rate adjusting device for adjusting the flow rate of the aqueous ethanol solution flowing through the ethanol return pipe,
An ethanol concentration detector that detects at least one of the concentrations of the aqueous ethanol solution sent from the storage tank to the engine and the reformer;
When the ethanol concentration detected by the ethanol concentration detector exceeds a predetermined threshold, the engine generates power only by the combustion of ethanol in the ethanol aqueous solution supplied to the engine, and the ethanol detected by the ethanol concentration detector An ethanol engine system that generates power by combustion of ethanol and reformed gas when the concentration is below a predetermined threshold.
請求項4に記載のエタノールエンジンシステムにおいて、The ethanol engine system according to claim 4,
前記エンジンは、前記燃焼室で発生した燃焼熱の放熱を抑制する放熱抑制機構を更に備えることを特徴とするエタノールエンジンシステム。  The ethanol engine system further includes a heat dissipation suppression mechanism that suppresses heat dissipation of combustion heat generated in the combustion chamber.
請求項5に記載のエタノールエンジンシステムにおいて、The ethanol engine system according to claim 5,
エンジン冷却機構を省略したことを特徴とするエタノールエンジンシステム。An ethanol engine system characterized by omitting the engine cooling mechanism.
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