(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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、
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。
【請求項６】
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、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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ＣＯ２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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−７４４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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２】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、（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。
【図４】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５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
＜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Ｉ１、符号Ｉ２、及び符号Ｉ３は、それぞれインジェクタであり、符号Ｐ１は低圧ポンプ、符号Ｐ２は高圧ポンプであり、符号Ｖ１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。
【００１４】
≪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Ｐ１、高圧ポンプＰ２、及びインジェクタＩ１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Ｉ３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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
インジェクタＩ１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Ｉ３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。
【００１９】
≪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Ｐ１、及びインジェクタＩ２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。
【００２０】
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。
Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋Ｈ２Ｏ（エタノール水溶液）→２ＣＯ＋４Ｈ２（改質ガス）−２９８ｋＪ・・・式（１）
【００２１】
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（Ｈ２）に改質する反応は吸熱反応であり、１モルのエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）を改質することで２９８ｋＪのエネルギーが吸収される。
【００２２】
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Ｉ３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Ｉ３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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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（Ｈ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）が通流可能な隙間が形成されている。
【００２８】
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（Ｈ２）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。
【００２９】
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（Ｈ２）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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
≪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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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Ｖ１（図１参照）を介して貯留タンク４（図１参照）に返送される。
【００３７】
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Ｖ１（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Ｖ１は、ノーマルクローズの開閉弁（例えば、バルブＶ１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Ｖ１は、後に例示する流量調整弁としてのバルブＶ１と共に、特許請求の範囲にいう「流量調整装置」に相当する。
【００３８】
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Ｐ１（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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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Ｉ１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。
【００４３】
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Ｖ１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。
【００４４】
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Ｖ１を閉じると共に、インジェクタＩ２，Ｉ３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Ｉ１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。
【００４５】
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。
【００４６】
≪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Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３、低圧ポンプＰ１、高圧ポンプＰ２、バルブＶ１、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。
【００４７】
＜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Ｉ１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Ｉ２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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
図１に示す改質器２にインジェクタＩ２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。
【００５５】
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（Ｈ２Ｏ）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。
【００５６】
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。
【００５７】
＜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。
【００５８】
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Ｉ１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。
【００５９】
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Ｐ１、高圧ポンプＰ２、及びインジェクタＩ１がオンになることで（ステップＳ１）、インジェクタＩ１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。
【００６０】
また、制御部７は、インジェクタＩ２，Ｉ３をオフにすると共に、バルブＶ１を制御オフの状態（制御を行わない状態）とする。バルブＶ１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、Ｉ２，Ｉ３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Ｖ１を制御オフの状態としている。
【００６１】
ちなみに、バルブＶ１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Ｖ１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Ｖ１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Ｖ１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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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Ｉ２，Ｉ３をオンにすると共に、バルブＶ１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Ｐ１及びインジェクタＩ２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Ｉ２，Ｉ３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。
【００６５】
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Ｉ３（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Ｉ１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Ｉ３で吸気管１３に供給された改質ガスとが燃焼する。
【００６６】
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Ｖ１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。
【００６７】
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Ｉ１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）。
【００６８】
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Ｖ１の制御をオフ（通常、閉弁状態）とする。このバルブＶ１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Ｖ１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Ｖ１の制御をオフ（通常、閉弁状態）とすると共に、インジェクタＩ２，Ｉ３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。
【００６９】
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。
【００７０】
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Ｐ１、高圧ポンプＰ２を停止し、インジェクタＩ１，Ｉ２，Ｉ３をオフにすると共に、バルブＶ１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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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Ｐ１、高圧ポンプＰ２、及びインジェクタＩ１，Ｉ２，Ｉ３は、図１の低圧ポンプＰ１、高圧ポンプＰ２、及びインジェクタＩ１，Ｉ２，Ｉ３と同様に制御部７で制御される。
【００８４】
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。
【００８５】
このような第１変形例によれば、インジェクタＩ３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。
【００８６】
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。
【００８７】
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Ｖ２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Ｖ２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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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Ｖ１を閉じると共に、インジェクタＩ２，Ｉ３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Ｉ１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。
【００９２】
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Ｖ１を開けると共に、インジェクタＩ２，Ｉ３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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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Ｉ３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。
【００９７】
また、前記実施形態でのバルブＶ１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Ｖ１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Ｖ１は、前記実施形態における開閉弁としてのバルブＶ１と共に、特許請求の範囲にいう「流量調整装置」に相当する。
【符号の説明】
【００９８】
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
Ｉ１    インジェクタ
Ｉ２    インジェクタ
Ｉ３    インジェクタ
Ｐ１    低圧ポンプ
Ｐ２    高圧ポンプ
Ｓ      エタノールエンジンシステム
【図１】
0005916109.tif 000002
【図２】
0005916109.tif 000003
【図３】
0005916109.tif 000004
【図４】
0005916109.tif 000005
【図５】
0005916109.tif 000006
【図６】
0005916109.tif 000007
【図７】
0005916109.tif 000008
【図８】
0005916109.tif 000009
【図９】
0005916109.tif 000010
【図１０】
0005916109.tif 000011
【図１１】
0005916109.tif 000012