(57)【要約】【課題】予混合圧縮着火時に着火時期を精密に制御できる内燃機関システムを提供する。【解決手段】エタノールを収容する燃料タンク４ａと、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つを収容する燃料タンク４ｂと、エタノールを改質しジエチルエーテルを得る改質手段９と、熱媒を加熱する熱交換手段１４と、該熱媒によるエタノールを加熱するエタノール加熱手段９ｂと、燃料の混合比を制御する燃料供給制御手段１０とを備える。熱媒により吸気を加熱する吸気加熱手段１８を備える。内燃機関３の停止中、熱媒を貯蔵する断熱貯蔵容器２９を備える。内燃機関３の作動中、温度検出手段３０ａの温度が温度検出手段３０ｂの温度よりも高い場合のみ、熱媒を断熱貯蔵容器２９に流通させる流通制御手段２７を備える。混合燃料を収容する燃料タンク４２と、該混合燃料に水を添加して、エタノール−水混合液と、ガソリン及びＧＴＬナフサとに分離する分離手段４３を備える。【選択図】  図３
2008019848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花点火運転と、予混合圧縮着火運転とを切り替え可能な内燃機関システムにおいて、
エタノールを収容する第１の燃料タンクと、
ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つを収容する第２の燃料タンクと、
第１の燃料タンクから内燃機関に供給されるエタノールの一部を加熱して触媒に接触させることにより改質し、ジエチルエーテルを得る改質手段と、
該内燃機関の排熱と熱媒との間で熱交換し該熱媒を加熱する熱交換手段と、
該熱交換手段により加熱された該熱媒により、該改質手段に供給されるエタノールを加熱するエタノール加熱手段と、
第１の燃料タンクから該内燃機関に供給されるエタノールと、第２の燃料タンクから該内燃機関に供給されるガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つと、該改質手段から該内燃機関に供給されるジエチルエーテルとの混合比を制御する燃料供給制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関システム。
【請求項２】
火花点火運転と、予混合圧縮着火運転とを切り替え可能な内燃機関システムにおいて、
エタノールを収容する第１の燃料タンクと、
ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つを収容する第２の燃料タンクと、
第１の燃料タンクから内燃機関に供給されるエタノールの一部を加熱して触媒に接触させることにより改質し、ジエチルエーテルを得る改質手段と、
該内燃機関の排熱と熱媒との間で熱交換し該熱媒を加熱する熱交換手段と、
該熱交換手段により加熱された該熱媒により、該内燃機関の吸気を加熱する吸気加熱手段と、
第１の燃料タンクから該内燃機関に供給されるエタノールと、第２の燃料タンクから該内燃機関に供給されるガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つと、該改質手段から該内燃機関に供給されるジエチルエーテルとの混合比を制御する燃料供給制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関システム。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関システムにおいて、前記熱交換手段により加熱された前記熱媒により前記改質手段に供給されるエタノールを加熱するエタノール加熱手段を備えることを特徴とする内燃機関システム。
【請求項４】
火花点火運転と、予混合圧縮着火運転とを切り替え可能な内燃機関システムにおいて、
エタノールと、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つとからなる混合燃料を収容する燃料タンクと、
該燃料タンクから供給される該混合燃料に水を添加して、該ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つと、エタノール−水混合液とに分離する分離手段と、
該分離手段から該燃料タンクに供給される該エタノール−水混合液の一部を加熱して触媒に接触させることにより改質し、ジエチルエーテル−水混合液を得る改質手段と、
該内燃機関の排熱と熱媒との間で熱交換し該熱媒を加熱する熱交換手段と、
該熱交換手段により加熱された該熱媒により、該改質手段に供給される該エタノール−水混合液を加熱するエタノール加熱手段と、
該分離手段から該内燃機関に供給されるエタノールと、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つと、該改質手段から該内燃機関に供給されるジエチルエーテル−水混合液との混合比を制御する燃料供給制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関システム。
【請求項５】
火花点火運転と、予混合圧縮着火運転とを切り替え可能な内燃機関システムにおいて、
エタノールと、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つとからなる混合燃料を収容する燃料タンクと、
該燃料タンクから供給される該混合燃料に水を添加して、該ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つと、エタノール−水混合液とに分離する分離手段と、
該分離手段から該燃料タンクに供給される該エタノール−水混合液の一部を加熱して触媒に接触させることにより改質し、ジエチルエーテル−水混合液を得る改質手段と、
該内燃機関の排熱と熱媒との間で熱交換し該熱媒を加熱する熱交換手段と、
該熱交換手段により加熱された該熱媒により、該内燃機関の吸気を加熱する吸気加熱手段と、
該分離手段から該内燃機関に供給されるエタノールと、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つと、該改質手段から該内燃機関に供給されるジエチルエーテル−水混合液との混合比を制御する燃料供給制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関システム。
【請求項６】
請求項５記載の内燃機関システムにおいて、前記熱交換手段により加熱された前記熱媒により、前記改質手段に供給される前記エタノール−水混合液を加熱するエタノール加熱手段を備えることを特徴とする内燃機関システム。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の内燃機関システムにおいて、高負荷時には火花点火運転を行い、低負荷時には予混合圧縮着火運転を行うことを特徴とする内燃機関システム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の内燃機関システムにおいて、前記内燃機関が停止されている間、前記熱交換手段により加熱された前記熱媒を収容して断熱状態下に貯蔵する断熱貯蔵容器を備えることを特徴とする内燃機関システム。
【請求項９】
請求項８記載の内燃機関システムにおいて、前記断熱貯蔵容器の温度を検出する第１の温度検出手段と、前記熱交換手段により加熱された前記熱媒の温度を検出する第２の温度検出手段とを備え、前記内燃機関の運転中は、第１の温度検出手段により検出される温度が第２の温度検出手段により検出される温度よりも高い場合にのみ、該熱媒を該断熱貯蔵容器に流通させる流通制御手段を備えることを特徴とする内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火運転と、予混合圧縮着火運転とを切替可能な内燃機関システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費を向上し、排出物を低減するために、予混合圧縮着火内燃機関に代表される圧縮着火内燃機関が検討されている。予混合圧縮着火内燃機関は、酸素含有気体と圧縮自着火可能な燃料とをシリンダ内に導入し、圧縮して自着火させるものである。
【０００３】
しかし、予混合圧縮着火内燃機関は、火花点火方式の内燃機関と異なり着火のタイミングを制御することが難しく、安定に運転することができる運転領域が狭いという問題がある。前記問題は、さらに詳しくは、着火性の高い燃料を用いると該機関の要求負荷が高くなったときにノッキングを起こしやすく、着火性の低い燃料を用いると該機関の要求負荷が低くなったときに失火しやすいということである。前記問題を解決するために、運転条件等により火花点火運転と、予混合圧縮着火運転とを切替可能とした内燃機関システムが知られている（例えば特許文献１、２参照）。
【０００４】
また、前記問題を解決するために、着火特性の異なる複数の燃料を用意し、該複数の燃料を前記予混合圧縮着火内燃機関に供給するときにその混合比を制御することにより、着火時期を制御することが考えられる。前記着火特性の異なる複数の燃料として、例えば、ガソリン、ＧＴＬナフサ等の液体炭化水素とエタノールとの組み合わせを挙げることができる。
【０００５】
尚、エタノールによれば、所謂カーボンニュートラル効果を得ることができ、二酸化炭素排出量の削減に寄与することができる。前記カーボンニュートラル効果とは、植物由来のエタノールでは、原料となる植物がその成育過程で光合成を行うことにより二酸化炭素を吸収しているので、該エタノールを燃焼させて二酸化炭素を発生しても、全体としては新たな二酸化炭素を排出したことにならない、というものである。
【０００６】
前記液体炭化水素とエタノールとは、それぞれ別のタンクに収容してもよく、混合燃料として１つのタンクに収容しておき、必要に応じて液体炭化水素とエタノールとに分離するようにしてもよい。前記液体炭化水素とエタノールとの混合燃料は、水を添加すると、該液体炭化水素と、エタノール−水混合液とに容易に分離することが知られている（例えば特許文献３参照）。
【０００７】
前記液体炭化水素とエタノールとでは、エタノールの方が自己着火性が低い。従って、両者の混合比を調整することにより、例えばオクタン価で表される着火特性を変化させることができ、予混合圧縮着火の着火時期を制御することができる。
【０００８】
しかしながら、予混合圧縮着火の着火時期をさらに効果的に制御することができる内燃機関システムの開発が望まれる。
【特許文献１】特開２００１−１５２９１９号公報
【特許文献２】特開２００２−１３０００６号公報
【特許文献３】特開昭５８−９６１５５号公報
【特許文献４】特開２００１−２０７８４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、かかる不都合を解消して、火花点火運転と、予混合圧縮着火運転とを切替可能であって、予混合圧縮着火運転を行うときに、予混合圧縮着火の着火時期を精密に制御することができる内燃機関システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる目的を達成するために、本発明の第１の態様の内燃機関システムは、火花点火運転と、予混合圧縮着火運転とを切り替え可能な内燃機関システムにおいて、エタノールを収容する第１の燃料タンクと、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つを収容する第２の燃料タンクと、第１の燃料タンクから内燃機関に供給されるエタノールの一部を加熱して触媒に接触させることにより改質し、ジエチルエーテルを得る改質手段と、該内燃機関の排熱と熱媒との間で熱交換し該熱媒を加熱する熱交換手段と、該熱交換手段により加熱された該熱媒により該改質手段に供給されるエタノールを加熱するエタノール加熱手段と、第１の燃料タンクから該内燃機関に供給されるエタノールと、第２の燃料タンクから該内燃機関に供給されるガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つと、該改質手段から該内燃機関に供給されるジエチルエーテルとの混合比を制御する燃料供給制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
前記第１の態様の内燃機関システムによれば、第１の燃料タンクに収容されているエタノールの一部を、前記改質手段によりジエチルエーテルに改質することができる。ここで、前記エタノールは前記ガソリンまたはＧＴＬナフサよりも自己着火性が低いのに対し、ジエチルエーテルは前記ガソリンまたはＧＴＬナフサよりも自己着火性が高い。
【００１２】
そこで、前記内燃機関に供給される前記エタノールと、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つと、ジエチルエーテルとの混合比を、前記燃料供給制御手段により制御することにより、予混合圧縮着火の際に着火時期の制御を精密に行うことができる。
【００１３】
ところで、触媒を用いて前記エタノールを前記ジエチルエーテルに改質するときには、該触媒に接触するエタノールを約２００℃程度の一定の温度に保持する必要がある。ここで、前記エタノールを前記温度に加熱する熱源として、前記内燃機関の排熱を利用することが考えられる。しかし、前記内燃機関の排熱を直接利用しようとすると、放熱が大きいために前記改質手段の温度が不均一になったり、エタノールの潜熱が大きかったりするために、所要の改質性能を維持することが難しい。
【００１４】
そこで、前記第１の態様の内燃機関システムでは、前記熱交換手段により、前記内燃機関の排熱と熱媒との間で熱交換して該熱媒を加熱し、該熱媒を用いて前記エタノール加熱手段にて前記エタノールを加熱する。この結果、前記エタノールの温度を約２００℃程度の一定の温度に容易に保持することができ、該エタノールを前記改質手段にて前記触媒に接触させることにより、所要の改質性能を容易に維持することができる。
【００１５】
次に、本発明の第２の態様の内燃機関システムは、火花点火運転と、予混合圧縮着火運転とを切り替え可能な内燃機関システムにおいて、エタノールを収容する第１の燃料タンクと、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つを収容する第２の燃料タンクと、第１の燃料タンクから内燃機関に供給されるエタノールの一部を加熱して触媒に接触させることにより改質し、ジエチルエーテルを得る改質手段と、該内燃機関の排熱と熱媒との間で熱交換し該熱媒を加熱する熱交換手段と、該熱交換手段により加熱された該熱媒により該内燃機関の吸気を加熱する吸気加熱手段と、第１の燃料タンクから該内燃機関に供給されるエタノールと、第２の燃料タンクから該内燃機関に供給されるガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つと、該改質手段から該内燃機関に供給されるジエチルエーテルとの混合比を制御する燃料供給制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１６】
前記第２の態様の内燃機関システムによれば、第１の態様と同一にして、前記内燃機関に供給される前記エタノールと、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つと、ジエチルエーテルとの混合比を、前記燃料供給制御手段により制御することにより、予混合圧縮着火の際に着火時期の制御を精密に行うことができる。
【００１７】
このとき、前記着火時期は、前記内燃機関の吸気を加熱することによっても、制御することができる。そこで、前記第２の態様の内燃機関システムでは、前記熱交換手段により、前記内燃機関の排熱と熱媒との間で熱交換して該熱媒を加熱し、該熱媒を用いて前記吸気加熱手段にて該内燃機関の吸気を加熱する。
【００１８】
このようにすることにより、前記燃料供給制御手段の作用による着火時期の制御を、前記吸気加熱手段における前記吸気の加熱により補完することができ、該着火時期の制御を精密かつ効果的に行うことができる。
【００１９】
また、前記第２の態様の内燃機関システムは、前記熱交換手段により加熱された前記熱媒により前記改質手段に供給されるエタノールを加熱するエタノール加熱手段を備えていてもよい。このようにすることにより、前記燃料供給制御手段の作用による着火時期の制御を、前記吸気加熱手段における前記吸気の加熱により補完することができると共に、前記改質手段にて所要の改質性能を容易に維持することができる。
【００２０】
尚、前記第２の態様の内燃機関システムにおいて、前記エタノール加熱手段を備えることは、前記第１の態様の内燃機関システムにおいて、前記吸気加熱手段を備えることと同義である。
【００２１】
また、前記第１、第２の両態様では、エタノールを収容する第１の燃料タンクと、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つを収容する第２の燃料タンクとに代えて、エタノールと、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つとからなる混合燃料を収容する燃料タンクと、該燃料タンクから供給される該混合燃料に水を添加して、該ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つと、エタノール−水混合液とに分離する分離手段を備えるようにしてもよい。
【００２２】
この場合には、前記分離手段で得られたエタノール−水混合液の一部が、前記第１、第２の両態様と同様にして、前記改質手段にてジエチルエーテル−水混合液に改質される。そして、前記内燃機関に供給される前記エタノール−水混合液と、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも１つと、ジエチルエーテル−水混合液との混合比を、前記燃料供給制御手段により制御する。また、前記エタノール加熱手段を備える場合には、前記熱交換手段により、前記内燃機関の排熱と熱媒との間で熱交換して該熱媒を加熱し、該熱媒を用いて該エタノール加熱手段にて前記エタノール−水混合液を加熱する。
【００２３】
また、前記各態様の内燃機関システムでは、高負荷時には火花点火運転を行い、低負荷時には予混合圧縮着火運転を行う。
【００２４】
また、前記各態様の内燃機関システムでは、前記内燃機関が運転を停止すると、前記熱媒が冷却されてしまい、始動時には冷却された状態から再び加熱されることになる。従って、前記エタノールもしくはエタノール−水混合液の加熱または前記内燃機関の吸気の加熱が可能になるまでに時間がかかる。
【００２５】
そこで、前記各態様の内燃機関システムでは、前記内燃機関が停止されている間、前記熱交換手段により加熱された前記熱媒を収容して断熱状態下に貯蔵する断熱貯蔵容器を備えることが好ましい。前記各態様の内燃機関システムでは、前記内燃機関の停止時に前記断熱貯蔵容器に前記熱媒を収容し、該内燃機関の停止中、貯蔵しておくことにより、該熱媒の冷却を避けることができる。従って、始動時には、直ちに前記エタノールもしくはエタノール−水混合液の加熱または前記内燃機関の吸気の加熱を開始することができる。
【００２６】
前記断熱貯蔵容器としては、例えば、水冷式内燃機関で加熱された冷却水を早期暖機のために貯蔵する蓄熱容器等を用いることができる（特許文献４参照）。
【００２７】
また、前記各態様の内燃機関システムは、前記断熱貯蔵容器を備えるときには、前記断熱貯蔵容器の温度を検出する第１の温度検出手段と、前記熱交換手段により加熱された前記熱媒の温度を検出する第２の温度検出手段とを備え、前記内燃機関の運転中は、第１の温度検出手段により検出される温度が第２の温度検出手段により検出される温度よりも高い場合にのみ、該熱媒を該断熱貯蔵容器に流通させる流通制御手段を備えることが好ましい。
【００２８】
前記流通制御手段によれば、前記内燃機関の運転中、第１の温度検出手段により検出される温度が第２の温度検出手段により検出される温度よりも高い場合にのみ、前記熱媒を前記断熱貯蔵容器に流通する。この結果、前記熱媒は、前記熱交換手段に加えて、前記断熱貯蔵容器によっても加熱されることとなり、前記内燃機関の運転中における温度制御の幅を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本発明の内燃機関システムの一構成例を示すシステム構成図、図２は図１に示す内燃機関システムにおけるエンジンルームの構成を示すシステム構成図、図３及び図４は図２のシステムにおける熱媒の作用を説明する作用説明図、図５は本発明の内燃機関システムの他の構成例を示すシステム構成図である。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態の内燃機関システム１は、エンジンルーム２内に配設された内燃機関３と、内燃機関３に燃料を供給する第１燃料タンク４ａと、第２燃料タンク４ｂとを備えている。内燃機関３は、火花点火運転と、予混合圧縮着火運転とを切り替え可能なハイブリッド燃焼機関であり、燃料としてのエタノールと、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも一つとを任意の混合割合で、運転可能なフレキシブルフューエルビークルである。第１燃料タンク４ａは、内燃機関３に供給する燃料としてのエタノールを収容しており、第２燃料タンク４ｂは、内燃機関３に供給する燃料としてのガソリンまたはＧＴＬナフサを収容している。第２燃料タンク４ｂは、ガソリンとＧＴＬナフサとの混合燃料を収容するものであってもよい。
【００３１】
第１燃料タンク４ａは第１導管５ａを介して、内燃機関３の第１インジェクタ６ａに接続されている。第１導管５ａの途中にはポンプ７ａが配設されており、第１燃料タンク４ａに収容されているエタノールが、ポンプ７ａにより第１インジェクタ６ａに供給される。
【００３２】
このとき、ポンプ７ａの下流側には分配装置８が配設されており、分配装置８から第２導管５ｂが分岐している。第２導管５ｂの途中には、改質器９が配設されており、分配装置８から第２導管５ｂを介して改質器９に供給されるエタノールを加熱下に触媒に接触せしめてジエチルエーテルに改質するようになっている。第２導管５ｂは、内燃機関３の第２インジェクタ６ｂに接続されており、改質器９で得られたジエチルエーテルが第２導管５ｂにより第２インジェクタ６ｂに供給される。
【００３３】
一方、第２燃料タンク４ｂは第３導管５ｃを介して、内燃機関３の第３インジェクタ６ｃに接続されている。第３導管５ｃの途中にはポンプ７ｂが配設されており、第２燃料タンク４ｂに収容されているガソリン、ＧＴＬナフサまたは、ガソリンとＧＴＬナフサとの混合燃料等の液体炭化水素が、ポンプ７ｂにより第３インジェクタ６ｃに供給される。
【００３４】
また、内燃機関システム１では、第１乃至第３インジェクタ６ａ，６ｂ，６ｃは、燃料供給制御手段１０と電気的に接続されており、燃料供給制御手段１０は、内燃機関３に供給されるエタノールと、ジエチルエーテルと、前記液体炭化水素との混合比を調整する。
【００３５】
次に、エンジンルーム２には、図２に示すように、前記内燃機関３が配設されていると共に、内燃機関３から排気を排出する排気装置１１と、内燃機関３に吸気を供給する吸気装置１２とを備えている。
【００３６】
排気装置１１は、内燃機関３に接続された排気管１３と、排気管１３の途中で排気管１３に流通される排気と熱媒との間で熱交換し該熱媒を加熱する第１熱交換器１４とを備えている。
【００３７】
一方、吸気装置１２は、内燃機関３に接続され、内燃機関３に吸気を供給する直通ライン１５と、直通ライン１５の上流側で直通ライン１５から分岐し、下流側で再び直通ライン１５に合流する加熱ライン１６とを備えている。直通ライン１５の加熱ライン１６との分岐部の下流には第１流量制御弁１７ａが備えられ、加熱ライン１６の直通ライン１５との合流点の上流には第２流量制御弁１７ｂが備えられており、流量制御弁１７ａ，１７ｂは電磁制御スロットル装置（図示せず）により開度が調整されるようになっている。そして、加熱ライン１６の途中には、第１熱交換器１４で加熱された熱媒と吸気との間で熱交換し該吸気を加熱する吸気加熱手段としての第２熱交換器１８が配設されている。
【００３８】
前記熱媒は、エンジンルーム２内に配設された熱媒循環系１９により循環せしめられる。熱媒循環系１９には、上流側から順に低圧ポンプ２０、流量制御弁２１、第１熱交換器１４、改質器９、第２熱交換器１８が配設されている。前記熱媒は、熱交換器１８で前記吸気との間で熱交換した後、さらにその下流に配設された第３熱交換器２２で、エンジン冷却水循環系２３により供給されるエンジン冷却水と熱交換して冷却された後、低圧ポンプ２０に循環される。熱媒循環系１９には、流量制御弁２１から分岐して、第１熱交換器１４と改質器９との間で熱媒循環系１９に合流するバイパス１９ａが配設されている。また、改質器９は、第１熱交換器１４で加熱された熱媒と、第２導管５ｂから改質器９に供給されるエタノールとの間で熱交換し該エタノールを加熱するエタノール加熱手段を兼ねている。
【００３９】
一方、エンジン冷却水循環系２３は、第１冷却水導管２３ａと、第２冷却水導管２３ｂと、第３冷却水導管２３ｃと、第４冷却水導管２３ｄとからなる。第１冷却水導管２３ａは、内燃機関３と、改質器９の上流側の第２導管５ｂに配設されているエタノールプリ加熱器２４とを接続し、内燃機関３で加熱されたエンジン冷却水をエタノールプリ加熱器２４に供給する。第２冷却水導管２３ｂは、エタノールプリ加熱器２４と内燃機関３とを接続し、エタノールプリ加熱器２４で冷却されたエンジン冷却水を内燃機関３に供給する。第３冷却水導管２３ｃは、第３の熱交換器２２を介して内燃機関３と第２の熱交換器１８とを接続し、第３熱交換器２２で熱媒との間で熱交換しさらに加熱されたエンジン冷却水を第２熱交換器１８に供給する。第４冷却水導管２３ｄは、第２熱交換器１８と内燃機関３とを接続し、第２熱交換器１８で前記吸気と熱交換して冷却されたエンジン冷却水を内燃機関３に供給する。尚、第４冷却水導管２３ｄは、第１冷却水導管２３ａに接続されている。
【００４０】
次に、図３を参照して、本実施形態の内燃機関システム１における熱媒の作用の一態様について説明する。
【００４１】
前記熱媒としては、鉱物油系、シリコーンオイル系等で、沸点が２００℃以上の熱媒を用いることができる。前記熱媒は一般的にプラント等で使用されている、それ自体公知のものを用いることができ、特殊なものを用いる必要はない。
【００４２】
熱媒循環系１９では、前記熱媒を低圧ポンプ２０により循環させ、まず流量制御弁２１を介して必要量を第１熱交換器１４に供給する一方、余分な熱媒はバイパス１９により第１熱交換器１４を迂回させる。そして、第１熱交換器１４で、排気と、供給された熱媒との間で熱交換して該熱媒を加熱し、加熱された熱媒を改質器９に供給する。
【００４３】
このとき、改質器９の上流側には温度センサ２５が配設されている。流量制御弁２１は、温度センサ２５で検出される熱媒の温度が改質器９でエタノールをジエチルエーテルに改質するために適切な温度（概ね２００℃）となるようにフィードバック制御され、第１熱交換器１４に供給する前記熱媒の量を制御する。
【００４４】
改質器９は、第２導管５ｂを介して供給されるエタノールを加熱するエタノール加熱手段を兼ねており、前記エタノールと前記熱媒とが対向流を形成するように構成される。改質器９に供給された前記熱媒は、まず改質器本体９ａを加熱し、次いで第４熱交換器９ｂでエタノールを加熱する。
【００４５】
改質器９は、重量にほぼ比例する熱容量を備えており、エタノールを排気で直接に加熱しようとすると改質開始時等に該熱容量が温度の攪乱要因となる。しかし、本実施形態では、前記熱媒によりまず改質器９を改質温度近傍まで加熱して、その後、エタノールを改質器９に供給することにより、改質開始時から安定して改質を行うことができる。このとき、触媒を前記熱媒で包囲するように構成することにより、触媒の温度を安定させ、空間的に温度が不均一になることを防止して、優れた改質性能を得ることができる。
【００４６】
また、本実施形態では、改質器９の上流側の第２導管５ｂに、エタノールプリ加熱器２４を備え、改質器９に供給されるエタノールを予め加熱するようにしているので、前記熱媒の必要熱容量が過度となることを防止することができる。エタノールプリ加熱器２４は、第１冷却水導管２３ａにより、内燃機関３で加熱されたエンジン冷却水を供給することにより、改質器９に供給されるエタノールを予め８０℃程度の温度に加熱することができる。
【００４７】
改質器９から排出された前記熱媒は、次いで第２熱交換器１８に供給され、吸気との間で熱交換して該吸気を加熱する。前記熱媒は、前記吸気を加熱した後にも相当の熱量を有しているので、次いで第３熱交換器２２に供給され、第３冷却水導管２３ｃから第３熱交換器２２に供給されるエンジン冷却水との間で熱交換することにより、約８０℃の温度に冷却される。そして、前記のように冷却された前記熱媒が、低圧ポンプ２０に循環される。
【００４８】
ところで、第２熱交換器１８に供給される前記吸気は、前記熱媒との熱交換により加熱される前に、予め第３冷却水導管２３ｃから供給されるエンジン冷却水との間で熱交換することにより加熱されていてもよい。このとき、第３冷却水導管２３ｃから供給されるエンジン冷却水は、内燃機関３で加熱されているので、図２に示すように第３熱交換器２２に供給される。
【００４９】
第３冷却水導管２３ｃから供給されるエンジン冷却水は、第３熱交換器２２に供給され、前記熱媒と熱交換して加熱され、第４冷却水導管２３ｄに排出される。そこで、この場合には、第４冷却水導管２３ｄの途中にヒータコア２６を設けておくことにより、エンジン冷却水によりヒータコア２６を加熱して早期に暖房を使用することが可能になる。或いは、第３熱交換器２２で加熱されたエンジン冷却水により暖機を行うことができる。
【００５０】
熱媒循環系１９は、制御系と熱交換系とのみで構成されるため、圧力損失は少なく、高圧は必要としない。従って、前記熱媒の循環には低圧ポンプ２０を用いることができる。
【００５１】
前記熱媒の流量は、改質器９においてエタノールをジエチルエーテルに改質するための温度制御安定性を維持できる量が必要とされる。しかし、エタノールの量自体が少ないため、前記熱媒の流量はそれほど多くを要するものではなく、例えば数リットル／分で十分である。従って、低圧ポンプ２０も小型のものでよく、消費電力も多くても数十ワットである。
【００５２】
低圧ポンプ２０を通過する前記熱媒は、前述のように、第３熱交換器２２で８０℃程度の温度とされている。従って、低圧ポンプ２０は、耐熱の配慮は必要であるものの、特殊な耐熱手段は必要としない。
【００５３】
また、前記熱媒は、エタノールに比較して流量が大であり、熱容量が大きく放熱の影響が小さい上、加熱途中で沸騰することもないので、エタノールを排気で直接に加熱しようとする場合に比較して、高い制御安定性を得ることができる。
【００５４】
また、本実施形態では、前記熱媒を第１熱交換器１４と、バイパス１９ａとに分配するために流量制御弁２１を用いているが、流量制御弁２１に代えて、バイメタル等のサーモバルブを用いるようにしてもよい。前記サーモバルブによれば、電源や制御回路が不要であるので、装置構成を簡便化することができる。
【００５５】
本実施形態の内燃機関システム１によれば、前述のようにして排気と熱交換して加熱された熱媒を用いてエタノールを加熱することにより、改質器９にて所要の改質性能を容易に確保することができる。この結果、エタノールと、ジエチルエーテルと、前記液体炭化水素との混合比を調整することにより、燃料の着火特性を連続的に変化させることができ、予混合圧縮着火運転時の着火時期の制御を精密に行うことができる。
【００５６】
また、本実施形態の内燃機関システム１によれば、前述のようにして排気と熱交換して加熱された熱媒を用いて吸気を加熱することにより、予混合圧縮着火運転時の着火時期の制御を精密かつ効果的に行うことができる。
【００５７】
本実施形態の内燃機関システム１は、前述のようにして排気と熱交換して加熱された熱媒を用いるエタノール加熱手段（改質器９（第４熱交換器９ｂ））と、吸気加熱手段（第２熱交換器１８）との両方を備えているが、エタノール加熱手段だけを備えるようにしてもよく、吸気加熱手段だけを備えるようにしてもよい。ただし、吸気加熱手段だけを備える場合には、改質器９に供給されるエタノールを、前記熱媒以外の熱源により加熱する手段が必要である。
【００５８】
次に、図４を参照して、本実施形態の内燃機関システム１における熱媒の作用の他の態様について説明する。
【００５９】
図４に示す構成は、熱媒循環系１９において、改質器９の上流側に制御弁２７を設け、制御弁２７から分岐する導管２８ａに接続された断熱貯蔵容器２９を備え、断熱貯蔵容器２９は導管２８ｂにより制御弁２７の下流側で熱媒循環系１９に接続されている。また、制御弁２７の上流側の熱媒循環系１９には熱媒の温度を検出する温度センサ３０ａが設けられており、断熱貯蔵容器２９には該断熱貯蔵容器２９の温度を検出する温度センサ３０ｂが設けられている。温度センサ３０ａ，３０ｂはいずれも制御弁３７に電気的に接続されて、検出した温度を制御弁３７に出力するようになっている。
【００６０】
また、熱媒循環系１９において、改質器９の下流側には、吸収式空調機再生器３１が介装されている。吸収式空調機再生器３１には、図示しない吸収式空調機から水を吸収した臭化リチウムを供給する水−臭化リチウム導管３２ａが接続されると共に、吸収式空調機再生器３１において水を吸収した臭化リチウムを蒸留して、得られた水を排出する排水導管３２ｂ、前記蒸留により再生された臭化リチウムを前記吸収式空調機に再供給する臭化リチウム導管３２ｃが接続されている。
【００６１】
以上の構成を除き、図４に示す構成は、図３に示す構成と同一であるので、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。尚、図４では、エタノールプリ加熱器２４、温度センサ２５、ヒータコア２６は省略して示している。
【００６２】
図４に示す構成では、図３に示す場合と同一の熱媒を低圧ポンプ２０により熱循環系１９に循環させ、図３に示す場合と同一にして、第１熱交換器１４で加熱する。第１熱交換器１４で加熱された前記熱媒は、図３に示す場合と同一にして、改質器９でエタノールを加熱し、次いで第２熱交換器１８で内燃機関３の吸気を加熱した後、第３熱交換器２２でエンジン冷却水との間で熱交換することにより、約８０℃の温度に冷却される。そして、前記のように冷却された前記熱媒が、低圧ポンプ２０に循環される。
【００６３】
ところで、前記熱媒は、内燃機関３が停止されると第１熱交換器１４で加熱されることがなくなり冷却される。前記熱媒は、一旦冷却されてしまうと、再び加熱されるまでに時間を要するので、始動時には前記エタノールの加熱または前記吸気の加熱が可能になるまでに時間を要する。
【００６４】
そこで、図４に示す構成では、内燃機関３が停止されると制御弁２７が内燃機関３の停止を検出し、導管２８ａを介して前記熱媒を断熱貯蔵容器２９に導入し、断熱貯蔵容器２９に収容して、前記熱媒を第１熱交換器１４で加熱されたままの温度で貯蔵する。一方、断熱貯蔵容器２９は、内燃機関３の作動を検出したならば、導管２８ｂを介して貯蔵していた前記熱媒を熱循環系１９に供給し、循環させる。この結果、始動時から高温の熱媒を熱循環系に循環させることができ、極めて短時間のうちに前記エタノールの加熱または前記吸気の加熱が可能になる。
【００６５】
このとき、制御弁２７は通常は導管２８ａを閉鎖しており、前記熱媒が断熱貯蔵容器２９に導入されることはない。また、導管２８ｂは図示しない逆止弁を備えており、熱循環系１９を循環している前記熱媒が導管２８ｂから断熱貯蔵容器２９に流入しないようになっている。
【００６６】
ところで、内燃機関３の作動中に、前記熱媒が熱循環系１９を循環しているときに、条件によっては、前記熱媒の温度Ｔ１が断熱貯蔵容器２９内の温度Ｔ２よりも低くなることがある。そこで、図４に示す構成では、熱循環系１９において制御弁２７の上流側に設けられた温度センサ３０ａにより、前記熱媒の温度Ｔ１を検出すると共に、断熱貯蔵容器２９に設けられた温度センサ３０ｂにより断熱貯蔵容器２９の温度Ｔ２を検出する。そして、制御弁２７は、温度センサ３０ａ，３０ｂで検出された温度を比較し、断熱貯蔵容器２９の温度Ｔ２が前記熱媒の温度Ｔ１より高温の場合（Ｔ２＞Ｔ１）にのみ、前記熱媒を断熱貯蔵容器２９に流通させる。
【００６７】
このとき、前記熱媒は、制御弁２７から導管２８ａを介して断熱貯蔵容器２９に導入された後、断熱貯蔵容器２９を通過して導管２８ｂから熱循環系１９に戻されることにより、加熱される。従って、前記熱媒は、第１熱交換器１４に加えて、断熱貯蔵容器２９によっても加熱されることとなり、内燃機関３の運転中における温度制御の幅を拡大することができる。
【００６８】
また、図４の構成においては、熱循環系１９の途中、例えば、改質器９と第２熱交換器１８との間に、吸収式空調器再生器３１を介装してもよい。吸収式空調器（図示せず）は、例えば、水を冷媒とし、臭化リチウムを吸収液として用いるものであり、臭化リチウムに吸収された水が、水−臭化リチウム導管３２ａを介して吸収式空調機再生器３１に供給される。吸収式空調機再生器３１は、前記熱媒により水を吸収した臭化リチウムを加熱し、蒸留して、水と臭化リチウムとを分離する。分離された水は排水導管３２ｂから排出され、前記蒸留により分離され、再生された臭化リチウムは、臭化リチウム導管３２ｃを介して前記吸収式空調機に再供給される。
【００６９】
次に、図５に、本実施形態の他の内燃機関システム４１を示す。内燃機関システム４１は、エタノールと、ガソリン及びＧＴＬナフサの少なくとも一つとの混合燃料を収容する燃料タンク４２と、燃料タンク４２から供給される該混合燃料に水を添加して、エタノール−水混合液と、ガソリン、ＧＴＬナフサまたは、ガソリンとＧＴＬナフサとの混合燃料等の液体炭化水素とに分離する分離器４３とを備え、分離器４３に第１導管５ａ、第３導管５ｃが接続されていることを除いて、図１に示す内燃機関システム１と全く同一の構成を備えている。
【００７０】
ただし、内燃機関システム３１では、分離器４３で得られたエタノール−水混合液が第１導管５ａを介して、内燃機関３の第１インジェクタ６ａに供給される。また、改質器９では、分配装置８から第２導管５ｂを介して供給されるエタノール−水混合液を加熱下に触媒に接触せしめて、ジエチルエーテル−水混合液に改質する。改質器９で得られたジエチルエーテル−水混合液は第２導管５ｂにより第２インジェクタ６ｂに供給される。
【００７１】
そして、燃料供給制御手段１０により、内燃機関３に供給されるエタノール−水混合液と、ジエチルエーテル−水混合液と、前記液体炭化水素との混合比が調整される。
【００７２】
内燃機関システム４１では、前記熱媒の作用は、エタノールがエタノール−水混合液に置き換えられ、ジエチルエーテルがジエチルエーテル−水混合液に置き換えられることを除いて、内燃機関システム１の場合と同一である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の内燃機関システムの一構成例を示すシステム構成図。
【図２】図１に示す内燃機関システムにおけるエンジンルームの構成を示すシステム構成図。
【図３】図２のシステムにおける熱媒の作用の一態様を説明する作用説明図。
【図４】図２のシステムにおける熱媒の作用の他の態様を説明する作用説明図。
【図５】本発明の内燃機関システムの他の構成例を示すシステム構成図。
【符号の説明】
【００７４】
１，３１…内燃機関システム、  ３…内燃機関、  ４ａ…第１の燃料タンク、  ４ｂ…第２の燃料タンク、  ９…改質手段、  ９ｂ…エタノール加熱手段、  １０…燃料供給制御装置、  １４…熱交換手段、  １８…吸気加熱手段、  ２７…流通制御手段、  ２９…断熱貯蔵容器、  ３０ａ…第１の温度検出手段、  ３０ｂ…第２の温度検出手段、  ４２…燃料タンク、  ４３…分離手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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