JP4297488B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の燃料として実用化されつつある水素ガス、天然ガス(CNG)等の高圧ガス用、及び一般の液体燃料用の燃料充填装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
地球温暖化防止に対して二酸化炭素CO2の排出抑制は全世界共通の課題となっている。
そして、CO2の排出を巡っては、国内にあっては、炭素税や排出権といったようにCO2の排出そのものをビジネスとして捉える向きもある。そのような中、CO2を排気ガスから分離回収しよう、という動きがある。
そして、収集したCO2を燃料化して更に有効利用する動き(CO2に水素H2を加え反応させてジメチルエーテル「DME」等の液体燃料を精製する)もある。
【0003】
一方、発電等の産業用内燃機関のような燃焼機関では通常、ガス配管網などの燃料供給管から供給される燃料や、石油や軽油など、予め燃料タンクに貯蔵された燃料を利用するため、これらの燃料供給が停止する非常時や、タンク内の燃料を消費し尽くした場合には、機関運転が不能となっていた。
また、軽油を利用して着火促進を行うデュアルフュエル式エンジンや、自着火性に乏しい天然ガスを燃料として利用した予混合圧縮自着火機関など、単独での自立始動や着火制御が困難な燃焼機関において、着火や燃焼制御、始動時用の燃料を、定期的にトラックなどの搬送手段で調達して燃料タンクに貯蔵しておく必要があった。
【0004】
そこで、エンジンの排気に含まれる炭酸ガスを炭酸ガス吸着剤により吸収させ、ついで炭酸ガス吸着剤を加熱して炭酸ガスを回収し、その炭酸ガスと主燃料であるメタンガスとを反応させたものを燃料とした天然ガス改質内燃機関が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2002-13447号公報(第5頁、図2)
【0006】
本発明者は、上記提案(特開2002-13447号公報)が排気ガスから回収したCO2と主燃料のメタンガスを反応させて得られた、水素H2と一酸化炭素COとの混合ガスを機関の運転燃料として用いることで機関の熱効率を向上させているのに対して、排気ガスから回収したCO2と、主燃料(例えば都市ガス「13A」)を改質して得られるH2を反応させてメタノールやジメチルエーテル「DME」などの液体燃料を合成し、タンクに貯蔵することで、通常運転に着火・燃焼制御用補助燃料として用いることが出来るほか、機関始動時の主燃料として用いたり、非常運転時における主燃料として用いることも出来ることに着目した。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、通常運転時における着火、燃焼制御用の補助燃料、機関始動時の補助燃料及び非常時運転用の備蓄燃料として、NOxの排出量が低い合成燃料を機関自体で自達し、備蓄することが出来ると共に、供給量制御が出来るような付帯装置の提供を目的としている。
【0008】
本発明によれば、1次燃料から改質によって水素ガスを抽出して供給する水素ガス供給手段23と、二酸化炭素を回収する回収手段18により回収されて分離された二酸化炭素と水素ガス供給手段23によって供給された水素とを反応させて2次燃料を生成する反応手段22とを備え、1次燃料と空気とをミキサ12で混合して吸気ポート15に流入させ、前記2次燃料を貯蔵タンク25から燃料噴射装置28に供給する内燃機関において、前記回収手段18は排気管16から分岐した排気分流管17に設けて排気ガスから二酸化炭素を回収するものであり、前記貯蔵タンク25から前記燃料噴射装置28に至る燃料供給ライン26に流量制御弁27を設け、前記回収手段18から前記反応手段22に至る二酸化炭素回収ライン21に二酸化炭素濃度センサSR2を設け、内燃機関の負荷センサSR1と前記二酸化炭素濃度センサSR2からの信号を受けて2次燃料の供給量を制御するコントロールユニット30を設け、そのコントロールユニット30は負荷センサSR1の出力信号および流量制御弁27の開度信号を読み込むと、内燃機関の負荷に対して2次燃料の供給量が妥当であるか否かを判定し、2次燃料の供給量が過剰であると判定した場合は2次燃料の供給量又は発生量を減少させ、2次燃料が不足していれば2次燃料の発生量が最大であるか否かを判断し、最大でなければ2次燃料の発生量を増加させ、最大であれば1次燃料の供給量を増加させる機能を有している。
【0009】
係る構成を具備する本発明の内燃機関によれば、排気ガスから二酸化炭素を分離・回収する回収手段と、水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、回収された二酸化炭素と水素ガス供給手段により供給された水素とを反応させて始動時の着火・制御用の補助燃料である液体燃料を生成する反応手段とを有しており、反応手段により生成される液体燃料は、主燃料を供給する供給系統とは別に内燃機関自身で備蓄し、或いは供給するように構成されている。
すなわち、従来技術のように、着火用の液体燃料が無くなる度に液体燃料をトラックなどの搬送手段によって搬送し補填すること無く、内燃機関が着火用の液体燃料を内燃機関自身によって自達出来る。
【0010】
また、合成される液体燃料は、主成分がメタノール「CH3OH」や、ジメチルエーテル、所謂DME「(CH3)2OH」であり、軽油やガソリンなど従来利用されている補助燃料と比べて、NOx等の有害物質の排出量が低い。
【0011】
更に、液体燃料を合成するために利用する水素を、通常運転で利用する主燃料を改質して得られる改質器を利用して生成するので、燃料合成用の水素を特別にトラックなどの搬送手段によって運び込む必要が無い。換言すれば、本発明によれば、従来技術の様に、着火、燃焼制御、機関始動及び非常時運転に用いる液体燃料が無くなる度に液体燃料をトラックなどの搬送手段によって搬送し補填すること無く、内燃機関が着火用の液体燃料を自達し、備蓄することが出来る。
【0013】
また本発明によれば、1次燃料から改質によって水素ガスを抽出して供給する水素ガス供給手段23と、排気ガスから回収されて分離された二酸化炭素と水素ガス供給手段23によって供給された水素とを反応させて2次燃料を生成する反応手段22とを備え、1次燃料と空気とをミキサ12で混合して吸気ポート15に流入させ、前記2次燃料を貯蔵タンク25から燃料噴射装置28に供給する内燃機関において、排気管16から分岐した分流管17Cは大気開放する三方弁VTと開閉弁VC1とを介して内部にヒータ34を有し吸着剤32を充填した二酸化炭素吸着容器29に接続され、さらに吸引用ブロワ36と二酸化炭素濃度センサSR2を介して前記反応手段22に接続され、前記貯蔵タンク25から前記燃料噴射装置28に至る燃料供給ライン26に流量制御弁27を設け、内燃機関の負荷センサSR1と前記二酸化炭素濃度センサSR2からの信号を受けて2次燃料の供給量を制御するコントロールユニット30を設け、そのコントロールユニット30は1次燃料のオクタン価と2次燃料のオクタン価とを入力されて、その後2次燃料を始動用燃料としてエンジンが始動されたらば負荷センサSR1によって出力又は着火時期を検出し、分流管17Cに介装した開閉弁VC1を開き、そして所定時間が経過した時点で開閉弁VC1を閉じ、次いで1次燃料のオクタン価が2次燃料のオクタン価以上か否かを判断し、1次燃料のオクタン価が2次燃料のオクタン価より上であれば着火時期が遅いか否か又は出力が低下しているか否かを判断し、YESであれば流量制御弁27を開きNOであれば流量制御弁27を絞り、1次燃料のオクタン価が2次燃料のオクタン価より下であれば着火時期が遅いか否か/或は出力が低下しているか否かを判断し、YESであれば流量制御弁27を絞り、NOであれば流量制御弁27を開く機能を有している。
【0014】
係る構成を具備することにより、着火時期が早い場合及び/又は出力が過大な場合には、着火性が良好なオクタン価の低い燃料の割合を減少し、着火時期が遅い場合及び/又は出力が低下した場合には、着火性が良好なオクタン価の低い燃料の割合を増加することが出来る。これにより、内燃機関の着火時期が安定し、及び/又は内燃機関出力が安定するのである。
【0016】
係る構成によれば、始動時において、着火性が良好なオクタン価が低い燃料のみを供給するので、始動性が向上するのである。
【0022】
そして本発明によれば、1次燃料から改質によって水素ガスを抽出して供給する水素ガス供給手段23と、排気ガスから回収されて分離された二酸化炭素と水素ガス供給手段23によって供給された水素とを反応させて2次燃料を生成する反応手段22とを備え、1次燃料と空気とをミキサ12で混合して吸気ポート15に流入させ、前記2次燃料を貯蔵タンク25から燃料噴射装置28に供給する内燃機関において、排気管16から分岐した排気分流管17Dにブロワ46を介して二酸化炭素のみを透過する分離膜を設けた二酸化炭素回収装置40を備え、前記貯蔵タンク25から前記燃料噴射装置28に至る燃料供給ライン26に流量制御弁27を設け、前記二酸化炭素回収装置40から前記反応手段22に至る二酸化炭素回収ライン21Dに二酸化炭素濃度センサSR2を設け、内燃機関の負荷センサSR1と前記二酸化炭素濃度センサSR2からの信号を受けて2次燃料の供給量を制御するコントロールユニット30を設け、そのコントロールユニットは1次燃料のオクタン価および2次燃料のオクタン価が入力されると負荷センサSR1によって出力又は着火時期を検出し、1次燃料のオクタン価が2次燃料のオクタン価以上か否かを判断し、1次燃料のオクタン価が2次燃料のオクタン価以上であれば着火が遅いか否か又は出力が低下してきているか否かを判断し、YESであれば流量制御弁27を開き、NOであれば流量制御弁27を絞り、1次燃料のオクタン価が2次燃料のオクタン価より下であれば着火時期が遅いか又は出力が低下しているか否かを判断し、YESであれば流量制御弁27を絞り、NOであれば流量制御弁27を開き、流量制御弁27が開いてから、ブロワ46の回転数を増加し、流量制御弁27を絞ってからブロワ46の回転数を減少させる機能を有している。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
【0024】
先ず、図1〜図5を参照して、本発明の第1実施形態を説明する。
図1において、ガスエンジン1は、主燃料である燃料ガス供給ライン10から供給される燃料ガス(例えば都市ガス「13A」)と、空気供給ライン11からの供給空気をミキサ12で混合し、混合された混合ガス燃料をスロットル13を介装した混合ガス供給ライン14で吸気ポート15に流入させるように構成されている。前記燃料ガス供給ライン10と前記混合ガス供給ライン14は、絞り弁Vbを介装し前記ミキサ12を迂回するバイパスライン10Bによって接続されている。
【0025】
一方、ガスエンジン1の排気管16からは、排気ガスの一部を分流させる排気分流管17が分岐しており、該排気分流管17には三方弁VTが介装されており、三方弁VTの排気分流管17から分岐する側のラインは通常は閉鎖されており、大気開放側へ連通している。
【0026】
排気分流管17は、底部が連通した2槽から成る二酸化炭素CO2回収槽18の一方の槽18aの下方に連通している。
該二酸化炭素CO2回収槽18は、内部がアミン溶液のようなCO2吸収液で満たされ、前記排気分流管17を流下した排気ガスが、その溶液中を潜る際に排気ガス中に含まれる二酸化炭素CO2が溶液中に溶け込むように構成されている。そして、二酸化炭素CO2を溶液中に溶かした残りの排気ガスは、一方の槽18aの上部と前記排気管16を連通する還流管19を介して前記排気管16に戻される。
【0027】
また、二酸化炭素CO2回収槽18の他方の槽18b内には、ガスエンジン1の冷却水を分流・循環させる冷却水分流ライン20の一部が配設されており、槽18b内においてエンジンからの温められた冷却水(の保有する温熱)と、二酸化炭素CO2回収槽18内の二酸化炭素CO2の溶け込んだ溶液との間で、熱交換が行われるように構成されている。
尚、冷却水分流ライン20の二酸化炭素CO2回収槽18(18b)に流入する側には冷却水量を調整するための冷却水流量制御弁Vwが介装されている。
【0028】
一旦、二酸化炭素CO2回収槽18の溶液中に溶け込んだ排気中の二酸化炭素CO2は、二酸化炭素CO2回収槽18内の溶液が冷却水の保有する温熱によって温められると、再び気体(二酸化炭素CO2ガス)となって分離し、槽18b上方に排出される。
槽18bの上方は、二酸化炭素CO2回収ライン21によって、反応装置22に連通している。
【0029】
一方、前記燃料ガス供給ライン10は分岐ライン10Aを介して改質器23に接続されており、その改質器23は水素ガス供給ライン24によって前記反応装置22に接続されている。そして、分岐ライン10Aから燃料ガスを改質器23に流入させると、燃料ガスから改質によって水素ガスH2が抽出され、抽出された水素ガスH2は水素ガス供給ライン24から前記反応装置22に流入する。
【0030】
反応装置22では、流入した前述のCO2と水素H2とが反応して、メタノール「CH3OH」と水「H2O」に、更にメタノール「CH3OH」はジメチルエーテル、所謂DME「(CH3)2OH」と水「H2O」に変化する。
反応装置22で得られた液体燃料であるメタノール「CH3OH」及び/又は「(CH3)2OH」は、貯蔵タンク25を介装した液体燃料供給ライン26のその貯蔵タンク25に一端貯蔵され、後述する制御方法に則ってガスエンジン1の燃料噴射装置28に供給される。
尚、貯蔵タンク25の下流側には流量制御弁27が介装されており、その流量制御弁はコントロールユニット30によって開度が制御されるように構成されている。
【0031】
前記コントロールユニット30は、ガスエンジン1に取付けられた負荷センサSR1、CO2回収ライン21の反応装置22近傍に介装されたCO2濃度センサSR2からの情報に基づき、前記冷却水流量制御弁Vwの開度、前記改質器23のH2回質量、液体燃料供給ライン26に介装された流量制御弁27の開度、排気分流管17に介装された三方弁VTの開閉等を調整するように構成されている。尚、前記改質器23のH2改質量は、回収されたCO2量(又は生成される2次燃料の量)によって自動的に決定されるように組まれている。
ここで、図中、符号Liは入力信号ラインLoは出力信号ラインを示す。
【0032】
次に、図2〜図6を参照して、第1実施形態の燃焼制御の方法について説明する。
図2、図3は燃焼制御方法を概念的に説明するためのフローチャートである。
先ず、1次燃料(主燃料)のオクタン価が、2次燃料(生成燃料:液体燃料:メタノール「CH3OH」、ジメチルエーテルDME「(CH3)2OH」等)のオクタン価より高い場合は、図2で示す様に制御される。
図2において、先ず、負荷センサSR1によって出力又は着火時期を検出する(ステップS1)。そして、コントロールユニット30は、着火時期が遅いか否か、或いは出力が低下しているか否かを判断する(ステップS2)。
【0033】
着火時期が遅いか、或いは出力が低下している場合(ステップS2のYES)はステップS3に進み、オクタン価が低く、着火し易い生成燃料(液体燃料:メタノール「CH3OH」、ジメチルエーテルDME「(CH3)2OH」)を増加させるよう制御して、制御を終了する。
一方、着火時期が遅くないか、或いは出力が低下していない場合(ステップS2のNO)は、ステップS4に進み、生成燃料(液体燃料)を減少させるような制御を行って、制御を終了する。
【0034】
次に、1次燃料(主燃料)のオクタン価が、2次燃料(生成燃料)のオクタン価より低い場合について、図3を参照して説明する。
図3において、先ず、負荷センサSR1によって出力又は着火時期を検出し(ステップS11)、コントロールユニット30は、着火時期が遅いか否か、或いは出力が低下しているか否かを判断する(ステップS12)。
【0035】
着火時期が遅いか、或いは出力が低下している場合(ステップS12のYES)は、ステップS13に進み、オクタン価が高く着火し難い生成燃料(液体燃料)を減少させるように制御して、制御を終了する。一方、着火時期が遅くないか、或いは出力が低下していない場合(ステップS12のNO)は、ステップS14に進み、生成燃料(液体燃料)を増加させるよう制御して終了する。
【0036】
図4を参照して、さらに詳細に燃焼制御方法について説明する。
先ず、主燃料のオクタン価及び反応装置で生成される燃料(生成燃料)のオクタン価を入力し(ステップS21)、負荷センサSR1によって出力又は着火時期を検出する(ステップS22)。
【0037】
次のステップS23においてコントロールユニット30は主燃料のオクタン価が精製燃料のオクタン価以上か否かを判断する。
主燃料のオクタン価が生成燃料のオクタン価以上であれば(ステップS23のYES)、ステップS24に進み、主燃料のオクタン価が精製燃料のオクタン価未満であれば(ステップS23のNO)、ステップS25に進む。
【0038】
ステップS24では、コントロールユニット30は、着火時期が遅いか否か、又は出力が低下してきているか否かを判断する。
そして、着火時期が遅いか、又は出力が低下してきているのであれば(ステップS24のYES)、ステップS26に進み、着火時期は遅くなっていないか、或いは出力は低下していないのであれば(ステップS24のNO)、ステップS28に進む。
【0039】
一方、ステップS25では、コントロールユニット30は、着火時期が遅いか否か、又は出力が低下してきているか否かを判断し、着火時期が遅いか、又は出力が低下してきているのであれば(ステップS25のYES)、ステップS28に進み、着火時期は遅くなっていないか、或いは出力は低下していないのであれば(ステップS25のNO)、ステップS26に進む。
【0040】
ステップS26では、コントロールユニット30は液体燃料(生成燃料)供給ライン26に介装された流量制御弁27を開くように制御信号を発信する。
それと共に、冷却水流量制御弁Vwに対して弁を開くように制御信号を出力する。二酸化炭素CO2回収槽18内へ投入される冷却水(の保有する)温熱量を増加し、二酸化炭素CO2回収槽18内の溶液温度を上昇して、二酸化炭素CO2回収槽18の溶液中に溶け込んだ排気中の二酸化炭素CO2ガスの分離量を増加し、以ってオクタン価が低く着火し易い生成燃料の供給量を増加するためである。
【0041】
一方、ステップS28では、コントロールユニット30は液体燃料(生成燃料)供給ライン26に介装された流量制御弁27を絞るように制御信号を発信する。
それと共に、冷却水流量弁Vcに対して弁を絞るように制御信号を出力。二酸化炭素CO2回収槽18内へ投入される冷却水(の保有する)温熱量を減少し、二酸化炭素CO2回収槽18内の溶液温度を下降して、二酸化炭素CO2回収槽18の溶液中に溶け込んだ排気中の二酸化炭素CO2ガスの分離量を減少し、以ってオクタン価が低く着火し易い生成燃料の供給量を減少するためである。
【0042】
図2〜図4は、ガスエンジン1の稼動中における生成燃料の供給量増減制御について説明しているが、図5は、ガスエンジン1の始動時の制御を説明している。
図5において、先ず、ステップS61において、ガスエンジン1の始動時であるか否かを判定する。ここで、始動時であるか否かの判定自体については、従来、公知の手法で判断される。
【0043】
ステップS61で「始動時である」と判定されたのであれば(ステップS61がYES)、主燃料のオクタン価と、生成燃料のオクタン価とを比較する(ステップS62)。換言すれば、主燃料と生成燃料の何れが着火し易いのかを判定する。
始動時については、着火し易い燃料(オクタン価の低い燃料)を使用するためである。
【0044】
そして、生成燃料の方が着火し易い場合には、すなわち、生成燃料のオクタン価が低い場合には(ステップS62がNO)、着火し難い主燃料はガスエンジン1には供給せずに、着火し易い生成燃料のみをガスエンジン1に対して供給する(ステップS63)。
一方、主燃料の方が着火し易い場合(主燃料のオクタン価が低い場合:ステップS62がYES)、着火し易い主燃料のみをガスエンジン1に対して供給する(ステップS64)。
すなわち、始動時には、生成燃料(ステップS63)、主燃料(ステップS64)の何れかの着火し易い燃料のみをガスエンジン1へ供給する。そして、ステップS61に戻る。
【0045】
ステップS61で「始動時ではない」と判定された場合には(ステップS61がNO)、図2〜図4を参照して前述した制御、及び/又は図6を参照して後述する制御を実行する(ステップS65)。
【0046】
次に、図6を参照して、第1実施形態において、生成燃料の発生量を制御する態様について説明する。
先ず、負荷センサSR1の出力信号と、流量制御弁27の開度信号がコントロールユニット30に読み込まれる(ステップS71)。
コントロールユニット30は、ガスエンジン1の負荷に対して、生成燃料の供給量が妥当であるか否かを判定する(ステップS72)。
【0047】
ガスエンジン1の負荷に対して、生成燃料の供給量が過剰であると判定された場合(ステップS72が「過剰」)、生成燃料の供給量或いは発生量を減少するべく、制御を行う(ステップS73)。
【0048】
生成燃料の供給量或いは発生量を減少する具体的な手法としては、信号伝達ラインLoを介して、ガスエンジン1への供給流量を制御する流量制御弁27の開度を小さくして(制御弁27を絞り)、ガスエンジン1への生成燃料供給量量を減少すると共に、残余の生成燃料を貯蔵タンク25内に貯蔵する。
或いは、改質器23を運転制御して、発生する水素ガス量を減少せしめる。改質器23で発生する水素ガスは生成燃料の原料として使用されるので、水素ガス発生量が減少すれば、生成燃料の発生量も当然に減少する。
さらに、三方弁VTの大気開放側に連通する側の開度を増加して、大気中に開放される排気ガス流量を増大させる。その結果、排気分流管17を介して二酸化炭素CO2回収槽18へ到達する排気ガス流量が減少し、生成燃料の原料である二酸化炭素の供給量が減少するので、生成燃料発生量も減少するのである。
【0049】
ここで、ステップS73で生成燃料発生量を減少するのに加えて、コントロールユニット30は、余剰分の生成燃料を貯蔵タンク25内に備蓄するべく、必要な制御を行う。
タンク25内での備蓄に関する制御の具体的内容については、液体貯蔵用のタンク一般における従来、公知の手法をそのまま適用すれば良い。
【0050】
生成燃料発生量を減少する制御を実行したのであれば(ステップS73を完了)、ステップS77に行く。
ガスエンジン1の負荷に対して、生成燃料の供給量が妥当であると判定された場合(ステップS72が「妥当」)、ステップS77に行く。
【0051】
ガスエンジン1の負荷に対して、生成燃料の供給量が不足していると判定された場合(ステップS72が「不足」)、その時点において生成燃料の発生量は最大であるか否かを判断する(ステップS74)。
生成燃料の発生量が最大でない場合(ステップS74がNO)は、生成燃料の発生量或いは供給量を増加する(ステップS75)。
【0052】
生成燃料の発生量或いは供給量を増加する具体的な手法としては、流量制御弁27の開度を大きく(制御弁27を開き)すると共に、必要に応じて、貯蔵タンク25内に貯蔵されている生成燃料を消費する。
或いは、改質器23を運転制御して、発生する水素ガス量を増加させて、生成燃料の発生量を増加させる。
さらに、三方弁VTの大気開放側に連通する側の開度を減少して、大気中に開放される排気ガス流量を減少せしめ、排気分流管17を介して二酸化炭素CO2回収槽18へ到達する排気ガス流量を増加して、生成燃料の原料である二酸化炭素の供給量を増加せしめる。
【0053】
ステップS74で生成燃料の発生量が最大である場合は(ステップS74がYES)、生成燃料の不足分に相当する量について、主燃料の供給量を増加する(ステップS76)。
ガスエンジン1を停止すること無く、出力が多少低下しても運転を続行するためである。
【0054】
生成燃料の発生量を増加(ステップS75)した後、或いは、主燃料の供給量を増加(ステップS76)した後、ステップS77に行く。
【0055】
ステップS77では、制御が終了したか否かを判定し、制御が終了していなければ(ステップS77がNO)、ステップS71に戻る。
【0056】
上述したような構成及び燃焼制御方法を有する第1実施形態では、反応装置22により生成される液体燃料は、主燃料を供給する混合ガス供給ライン(供給系統)14とは別に内燃機関自身で供給(自達)するように構成されている。
すなわち、従来技術のように、着火用の液体燃料等が無くなる度に液体燃料をトラックなどの搬送手段によって搬送し補填すること無く、内燃機関着火用の液体燃料(生成燃料のオクタン価が主燃料よりも低い場合)をシステム内で生成することが出来る。
【0057】
また、合成される液体燃料(生成燃料)は、主成分がメタノール「CH3OH」や、ジメチルエーテル、所謂DME「(CH3)2OH」であり、軽油やガソリンなど従来利用されている補助燃料と比べて、NOx等の有害物質の排出量が低い。
【0058】
更に、液体燃料を合成するために利用する水素を、通常運転で利用する主燃料、例えば都市ガス「13A」を改質して得られるような改質器を利用して生成するので、燃料合成用の水素を特別にトラックなどの搬送手段によって運び込む必要が無い。
【0059】
次に、図7を参照して、本発明の第2実施形態を説明する。
図1〜図6の第1実施形態では、CO2回収装置18bのCO2の溶液に温熱を与えるラインがエンジン冷却水分流管20である。これに対して図7の第2実施形態では、排気ガス流量制御弁Vbを介装した排気ガス分流管17Bにより、CO2回収装置18BのCO2の溶液に温熱を与えており、熱交換した後の排気ガスをCO2回収装置18Bbの溶液中に溶け込ますように構成している。
【0060】
それに関連して、第1実施形態における制御方法(図4参照)では、冷却水流量制御弁Vwを開閉制御して、CO2回収装置18bのCO2溶液に投入される熱量を制御しているが、図7の第2実施形態では、三方弁として構成された排気ガス流量制御弁VBの開閉制御により、CO2回収装置18BbのCO2溶液に投入される熱量を制御することとなる。
その他の構成及び作用効果については、第2実施形態は第1実施例と同様である。また、始動時の制御や生成燃料供給量或いは発生量の制御についても、第2実施形態は第1実施形態と同様である。
【0061】
次に、図8及び図9を参照して、本発明の第3実施形態を説明する。
図1〜図6の実施形態では、CO2を取り出す手段として、液を満たしたCO2回収槽を用い、排気ガス中のCO2を一旦そのCO2回収槽内の液中に溶かし、CO2の溶け込んだ液を温めることによって排気ガス中からCO2のみを分離・回収していた。
【0062】
それに対して、図8及び図9の第3実施形態は、CO2を取り出す手段として、内部に例えば活性炭又はゼオライトのような吸着剤を充填し、内装又は外装のヒータを備えた容器を用い、その容器内の吸着剤に、一旦、排気ガス中のCO2を吸着させてから、吸着したCO2を取り出し、或いは回収している。
ここで、吸着したCO2を容器外に取り出し或いは回収するには、当該容器内の温度及び圧力を調節すれば良い。
【0063】
以下、図8、図9の第3実施形態が、図1〜図6の実施形態と異なる点を、主として説明する。
図8において、排気管16から排気ガス分流管17Cが分岐しており、排気ガスの一部が分流している。
排気ガス分流管17Cには三方弁VTが介装されている。この三方弁VTは、図1の三方弁VTと同様である。
そして排気ガス分流管17Cは、分岐点Pで、一対の分岐管17Cb、17Cbに分岐した後、合流点Gで合流して、反応装置22に連通している。
【0064】
各分岐管17Cb、17Cbには、上流から順に開閉弁VC1、吸着剤32を充填し、内部にヒータ34を組み込んだCO2吸着容器29、吸引用ブロワ36、3方弁VC2が夫々介装されている。
3方弁の、合流点Gに向かわないライン(符号ロ)は、図8では明確には示されていないが、共に排気管16に戻されている。
【0065】
コントロールユニット30Cは、周期的に排気分流管17Cbに介装された開閉弁VC1の開閉制御を行う。そして、ガスエンジン1に取付けられた負荷センサSR1、CO2回収ライン21の反応装置22近傍に介装されたCO2濃度センサSR2からの情報に基づき、前記吸引用ブロワ36の負圧の調整と、CO2吸着容器に内装されたヒータ34のON/OFFを制御するように構成されている。
さらに、始動時の制御と、生成燃料の発生量或いは供給量の制御については、図5、図6で説明したのと同様である。
【0066】
なお、前記3方弁VC2の流路切替えパターンは、前記開閉弁VC1の開閉に連動しており、VC1が開の場合は、ライン「イ」からライン「ロ」(排気管に戻される方向)へ流れ、VC1が閉の場合は、ライン「イ」からライン「ハ」(反応装置方向)へ流れる。
その他の構成については、図1〜図6の実施形態と概略同様である。
【0067】
次に、主として図9を用い、図8をも参照して、第3実施形態の燃焼制御について説明する。
先ず、主燃料のオクタン価及びH2とCO2の反応によって得られる生成燃料のオクタン価を入力(ステップS31)した後、エンジン1を始動する(ステップS32)。ここで、エンジン1の始動に際しては、貯蔵タンク25に予め貯蔵されていた生成燃料が始動用燃料として用いられる。
【0068】
次にエンジン負荷センサSR1によって出力又は着火時期を検出する(ステップS33)。そして分岐管17Cbに介装された開閉弁VC1を開く(ステップS34)。
【0069】
コントロールユニット30Cは、所要時間が経過するまで開閉弁VC1を開いた状態のままとし(ステップS35)、所要時間が経過した時点で開閉弁VC1を閉じる(ステップS36)。
【0070】
次に、コントロールユニット30Cは、主燃料のオクタン価が生成燃料のオクタン価以上か否かを判断し(ステップS37)、主燃料のオクタン価が生成燃料のオクタン価以上であれば(ステップS37のYES)、ステップS38に進み、主燃料のオクタン価が生成燃料のオクタン価よりも低ければ(ステップS37のNO)、ステップS39に進む。
【0071】
ステップS38では、コントロールユニット30Cは、着火時期が遅いか否か、又は出力が低下してきているか否かを判断し、着火時期が遅いか、又は出力が低下しているのであれば(ステップS38のYES)、ステップS40に進む。一方、着火時期が遅くなっていないか、或いは出力は低下していないのであれば(ステップS38のNO)、ステップS42に進む。
【0072】
一方、ステップS39においても、コントロールユニット30Cは、着火時期が遅いか否か、又は出力が低下してきているか否かを判断し、着火時期が遅いか、又は出力が低下してきているのであれば(ステップS39のYES)、ステップS42に進む。そして、着火時期は遅くなっていないか、或いは出力は低下していないのであれば(ステップS39のNO)、ステップS40に進む。
【0073】
ステップS40では、コントロールユニット30Cは、オクタン価が低く着火し易い生成燃料(液体燃料)の供給量を増加するべく、供給ライン26に介装された流量制御弁27を開くように制御信号を発信する。
それに連動して、前記ブロワ36の負圧を増加させる(ブロワの回転速度を増す)様に制御信号を発信する(ステップS41)。プロワ36の負圧を増加させることにより、CO2吸着容器29内に吸着されたCO2(生成燃料の原料)の回収量を増加するためである。
そして、ステップS44に進む。
【0074】
一方、ステップS42では、コントロールユニット30Cは、着火性の良い燃料(オクタン価の低い燃料)の供給量を減少するため、液体燃料(生成燃料)供給ライン26に介装された流量制御弁27を絞るように制御信号を発信する。
それに連動して前記ブロワ36の負圧を減少させる(ブロワの回転速度を落とす)様に制御信号を発信して(ステップS43)、ステップS44に進む。
プロワ36の負圧を弱くして、CO2吸着容器29内に吸着されたCO2の回収量を減少するためである。
【0075】
図9では明確に示されてはいないが、ステップS41、ステップS43では、ブロワの負圧を制御することに代えて、或いはブロワの負圧制御に加えて、ヒータ34のON−OFF制御を行っても良い。
すなわち、ステップS41では、CO2の回収量を増加するためヒータ34を作動させてCO2吸着容器29内の温度を上昇する。そして、ステップS43では、CO2の回収量を減少するためヒータ34を非作動状態としてCO2吸着容器29内の温度を常温に維持するのである。
換言すれば、ブロワの負圧を制御することに代えて、或いはブロワの負圧制御に加えて、ヒータ34のON−OFF制御を行うことにより、CO2の回収量を増加或いは減少する制御を行うのである。
【0076】
ステップS44で、コントロールユニット30Cは、運転を終了するか否かを判断する。終了するのであれば(ステップS44のYES)制御を終え、運転続行であれば(ステップS44のNO)、所定時間が経過するまで現状を維持し(ステップS45)、所定時間が経過したら、再びステップS34以下を繰り返す。
【0077】
なお、第3実施形態において、始動時の制御と、生成燃料の発生量或いは供給量の制御は、図5、図6で示すのと同様である。
第3実施形態の作用効果についても、図1〜図6の実施形態と同様である。
【0078】
次に、図10及び図11を参照して第4実施形態を説明する。
図1〜図6の実施形態では、CO2を取り出す手段として、液を満たしたCO2回収槽を用い、排気ガス中のCO2を一旦そのCO2回収槽内の液中に溶かし、CO2の溶け込んだ液を温めることによって液中からCO2のみを分離・回収している。
【0079】
それに対して、図10及び図11の第4実施形態は、CO2を取り出す手段として、CO2のみを透過する分離膜を利用しており、分離膜を有するCO2回収装置に流入する排気ガスの加圧圧力を調節して、回収するべきCO2の量をコントロールしている。
【0080】
以下、主として、図1〜図6の実施形態と異なる点について説明する。
図10において、第4実施形態では、分離膜42aで形成された内部容器42と、気密な外部容器44との2重構造の容器からなるCO2回収装置40が用いられる。
【0081】
排気管16からは排気分流管17Dが分岐し、前記CO2回収装置40の外部容器44の一端に連通しており、その外部容器44の他端は、図示では明確に描かれていないが、前記排気管16に還流するように構成されている。
【0082】
一方、分離膜42aで形成された内部容器42は、排気分流が流入してくる側とは反対の側が、CO2回収ライン21Dを介して、反応装置22に連通している。
【0083】
前記排気分流管17Dの外部容器44に流入する上流には、加圧用のブロワ46が介装されている。そしてプロワ46は、コントロールユニット30Dと出力信号ラインLoで接続されている。
その他の装置及び構成に関しては、図1〜図6の実施形態と概略同様である。
【0084】
次に、主として図11を用い、図10をも参照して、第4実施形態の燃焼制御方法について説明する。
【0085】
先ず、主燃料のオクタン価及び反応装置で生成される燃料のオクタン価を入力し(ステップS51)、負荷センサSR1によって出力又は着火時期を検出する(ステップS52)。
【0086】
次のステップS53において、コントロールユニット30Dは主燃料のオクタン価が精製燃料のオクタン価以上か否かを判断し、主燃料のオクタン価が精製燃料のオクタン価以上であれば(ステップS53のYES)、ステップS54に進み、主燃料のオクタン価が精製燃料のオクタン価未満であれば(ステップS54のNO)、ステップS55に進む。
【0087】
ステップS54では、コントロールユニット30Dは、着火時期が遅いか否か、又は出力が低下してきているか否かを判断し、着火時期が遅いか、又は出力が低下してきているのであれば(ステップS54のYES)、ステップS56に進み、着火時期は遅くなっていないか、或いは出力は低下していないのであれば(ステップS54のNO)、ステップS58に進む。
【0088】
一方、ステップS55でも同様な工程が行われる。すなわち、コントロールユニット30Dは、着火時期が遅いか否か、又は出力が低下してきているか否かを判断し、着火時期が遅いか、又は出力が低下してきているのであれば(ステップS55のYES)、ステップS58に進み、着火時期は遅くなっていないか、或いは出力は低下していないのであれば(ステップS55のNO)、ステップS56に進む。
【0089】
ステップS56では、コントロールユニット30Dは、オクタン価が低く着火し易い生成燃料(液体燃料)の供給量を増加するために、供給ライン26に介装された流量制御弁27を開くように制御信号を発信する。
それに連動して、排気ガス加圧用ブロワ46の回転速度を増加させるように制御信号を出力する(ステップS57)。
排気ガス加圧用ブロワ46の回転速度を増加して、CO2回収装置40の外部容器44と内部容器42との間の空間における排気ガスの圧力を昇圧して、分離膜42aを浸透して反応装置22へ送られるCO2量を増加するためである。
そして、ステップS60へ行く。
【0090】
一方、ステップS58では、コントロールユニット30Dは、液体燃料(生成燃料)供給ライン26に介装された流量制御弁27を絞るように制御信号を発信する。
それに連動して、排気ガス加圧用ブロワ46の回転速度を落とすように制御信号を出力(ステップS59)。
排気ガス加圧用ブロワ46の回転速度を減少して、CO2回収装置40の外部容器44と内部容器42との間の空間における排気ガスの圧力を減圧して、分離膜42aを浸透して反応装置22へ送られるCO2量を減少するためである。
そして、ステップS60へ行く。
【0091】
ステップS60では、制御が終了するか否かを判断し、制御が終了していない場合(ステップS60がNO)には、ステップS52に戻る。
【0092】
図10、図11の第4実施形態においても、始動時の制御と生成燃料の発生量或いは供給量の制御は、図5、図6で説明したのと同様である。
また、第4実施形態の作用効果は、図1〜図6の第1実施形態と同様である。
【0093】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付言する。
例えば、図示の例では、CO2回収槽18、18Bにおいて排気ガスからCO2を液中に溶かした残りの排気ガスを排気管16に還流しているが、独自に大気に放散させてもよい。
また、吸着剤を充填したCO2吸着容器29及び再抽出用のブロワ36を2組用いているが、1組であってもよいし、3組以上であってもよい。
【0094】
さらに、図示の実施形態では、都市ガスを改質することにより水素ガスを生成しているが、水素ガスの供給については、その他の手法を採用しても良い。例えば、水素ガスボンベやその他の発生手段、例えば風力発電や太陽光発電の電力を用いて水を電気分解することで生成した水素を利用することが可能である。
【0095】
【発明の効果】
本発明の作用効果を、以下に列挙する。
(1) 排気ガスから二酸化炭素を分離・回収する回収手段と、水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、回収された二酸化炭素と水素ガス供給手段により供給された水素とを反応させて始動時の着火・制御用の補助燃料である液体燃料を生成する反応手段とを有しており、反応手段により生成される液体燃料は、主燃料を供給する供給系統とは別に内燃機関自身で供給するように構成されていので、従来技術のように、着火、燃焼制御、機関始動及び非常時運転に用いる液体燃料が無くなる度に液体燃料をトラックなどの搬送手段によって搬送し補填すること無く、内燃機関が着火用の液体燃料を自達し、備蓄することが出来る。
(2) 合成される液体燃料は、主成分がメタノール「CH3OH」や、ジメチルエーテル、所謂DME「(CH3)2OH」であり、軽油やガソリンなど従来利用されている補助燃料と比べて、NOx等の有害物質の排出量が低い。
(3) 液体燃料を合成するために利用する水素を、通常運転で利用する主燃料を改質して得られる改質器を利用して生成するので、燃料合成用の水素を特別にトラックなどの搬送手段によって運び込む必要が無い。
(4) 始動時に着火性の良好な燃料が供給されるので、始動性が向上する。
(5) 生成燃料が過剰な場合に対処することが出来る。
(6) 生成燃料が不足している場合でも、内燃機関の運転を停止すること無く、低出力運転を継続することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の第1実施例の概略構成を示すブロック図。
【図2】第1実施形態において、主燃料のオクタン価が生成燃料のオクタン価以上の場合の概略燃焼制御方法を示すフローチャート。
【図3】第1実施形態において、主燃料のオクタン価が生成燃料のオクタン価未満の場合の概略燃焼制御方法を示すフローチャート。
【図4】第1実施形態の詳細な燃焼制御方法を示すフローチャート。
【図5】第1実施形態における始動時の制御方法を示すフローチャート。
【図6】第1実施形態における生成燃料の発生量或いは供給量の制御方法を示すフローチャート。
【図7】本発明の第2実施形態の概略構成を示すブロック図。
【図8】本発明の第3実施形態の概略構成を示すブロック図。
【図9】本発明の第3実施形態の詳細な燃焼制御方法を示すフローチャート。
【図10】本発明の第4実施形態の概略構成を示すブロック図。
【図11】本発明の第4実施形態の詳細な燃焼制御方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
1・・・ガスエンジン
10・・・燃料ガス供給ライン
11・・・空気供給ライン
12・・・ミキサ
13・・・スロットル
14・・・混合ガス供給ライン
15・・・吸気ポート
16・・・排気管
17・・・排気分岐管
18・・・二酸化炭素CO2回収槽
18a・・・一方の槽
18b・・・他方の槽
20・・・冷却水分流ライン
21・・・二酸化炭素CO2回収ライン
22・・・反応装置
23・・・改質器
24・・・水素供給ライン
25・・・貯蔵タンク
26・・・液体燃料供給ライン
27・・・流量制御弁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel filling device for high-pressure gas such as hydrogen gas and natural gas (CNG), which is being put into practical use as a fuel for automobiles, and a general liquid fuel.
[0002]
[Prior art]
Carbon dioxide CO to prevent global warming 2 Emission control is a common issue worldwide.
And CO 2 When it comes to emissions of CO2 in Japan, such as carbon tax and emission rights 2 There is also a direction that regards the emissions themselves as a business. Under such circumstances, CO 2 There is a movement to separate and collect the gas from the exhaust gas.
And the collected CO 2 To make more efficient use of CO2 as fuel (CO 2 Hydrogen H 2 And a liquid fuel such as dimethyl ether “DME” is purified).
[0003]
On the other hand, in a combustion engine such as an industrial internal combustion engine such as power generation, in order to use fuel stored in a fuel tank in advance, such as fuel supplied from a fuel supply pipe such as a gas pipe network, oil or light oil, In the event of an emergency when these fuel supplies stop or when the fuel in the tank is exhausted, engine operation has become impossible.
Combustion engines that are difficult to independently start and control independently, such as dual fuel engines that use light oil to promote ignition and premixed compression self-ignition engines that use natural gas with poor self-ignitability as fuel. However, it is necessary to periodically procure fuel for ignition, combustion control, and start-up by a conveying means such as a truck and store it in a fuel tank.
[0004]
Therefore, the carbon dioxide contained in the exhaust of the engine is absorbed by the carbon dioxide adsorbent, and then the carbon dioxide adsorbent is heated to recover the carbon dioxide, and the carbon dioxide and the methane gas that is the main fuel are reacted. A natural gas reforming internal combustion engine using fuel has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2002-13447 A (page 5, FIG. 2)
[0006]
The present inventor confirmed that the above proposal (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-13447) recovered CO from exhaust gas. 2 The heat efficiency of the engine is improved by using a mixed gas of hydrogen H2 and carbon monoxide CO obtained by reacting methane gas as the main fuel with the operating fuel of the engine, but recovered from the exhaust gas CO 2 And H obtained by reforming the main fuel (for example, city gas “13A”) 2 Synthesizes liquid fuel such as methanol and dimethyl ether “DME” and stores it in a tank, which can be used as an auxiliary fuel for ignition and combustion control in normal operation, and as a main fuel at engine start We paid attention to the fact that it can be used as the main fuel during emergency operation.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention provides NO fuel as auxiliary fuel for ignition and combustion control during normal operation, auxiliary fuel during engine start-up, and reserve fuel for emergency operation. x The purpose of the present invention is to provide an incidental device that allows the engine itself to supply and reserve synthetic fuel with a low emission amount and to control the supply amount.
[0008]
According to the present invention, the hydrogen gas supply means 23 for extracting and supplying hydrogen gas by reforming from the primary fuel, and the carbon dioxide and hydrogen gas supply means recovered and separated by the recovery means 18 for recovering carbon dioxide. Reaction means 22 for reacting with the hydrogen supplied by 23 to generate secondary fuel, and mixing the primary fuel and air in the
[0009]
According to the internal combustion engine of the present invention having such a configuration, the recovery means for separating and recovering carbon dioxide from the exhaust gas, the hydrogen gas supply means for supplying hydrogen gas, and the recovered carbon dioxide and hydrogen gas supply means Reaction means that reacts with the supplied hydrogen to generate liquid fuel that is auxiliary fuel for ignition and control at the start, and the liquid fuel generated by the reaction means supplies main fuel Separately from the supply system, the internal combustion engine itself is configured to store or supply.
That is, as in the prior art, the internal combustion engine itself can supply the ignition liquid fuel by itself without transporting and supplementing the liquid fuel by a transport means such as a truck each time there is no liquid fuel for ignition.
[0010]
In addition, the liquid fuel to be synthesized contains methanol “CH” as a main component. 3 OH "and dimethyl ether, so-called DME" (CH 3 ) 2 OH "and emits less harmful substances such as NOx than conventional auxiliary fuels such as light oil and gasoline.
[0011]
Furthermore, since hydrogen used for synthesizing liquid fuel is generated using a reformer obtained by reforming main fuel used in normal operation, hydrogen for fuel synthesis is specially used for trucks, etc. There is no need to carry it by means of transport. In other words, according to the present invention, the liquid fuel is transported by a transport means such as a truck every time when there is no liquid fuel used for ignition, combustion control, engine start-up and emergency operation as in the prior art. The internal combustion engine can obtain and store liquid fuel for ignition.
[0013]
Further, according to the present invention, hydrogen gas supply means 23 for extracting and supplying hydrogen gas by reforming from the primary fuel, and carbon dioxide recovered from the exhaust gas and separated and supplied by the hydrogen gas supply means 23 Reaction means 22 for reacting with hydrogen to generate secondary fuel, and mixing the primary fuel and air in the
[0014]
By having such a configuration, when the ignition timing is early and / or when the output is excessive, the ratio of the low octane fuel having good ignitability is reduced, and when the ignition timing is late and / or the output is reduced. In this case, it is possible to increase the proportion of the low octane fuel having good ignitability. This stabilizes the ignition timing of the internal combustion engine and / or stabilizes the output of the internal combustion engine.
[0016]
According to such a configuration, only the fuel with good ignitability and low octane number is supplied at the time of starting, so that the starting performance is improved.
[0022]
According to the present invention, the hydrogen gas supply means 23 that extracts and supplies hydrogen gas by reforming from the primary fuel, and the carbon dioxide and hydrogen gas supply means 23 that are recovered and separated from the exhaust gas are supplied. Reaction means 22 for reacting with hydrogen to generate secondary fuel, and mixing the primary fuel and air in the
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0024]
First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In FIG. 1, a
[0025]
On the other hand, an exhaust
[0026]
The
Carbon dioxide CO 2 The
[0027]
Carbon dioxide CO 2 In the
Carbon dioxide CO in the cooling water flow line 20 2 A cooling water flow rate control valve Vw for adjusting the cooling water amount is interposed on the side flowing into the recovery tank 18 (18b).
[0028]
Once carbon dioxide CO 2 Carbon dioxide CO in the exhaust gas dissolved in the solution in the
Above the
[0029]
On the other hand, the fuel
[0030]
In the
Methanol “CH” which is the liquid fuel obtained in the
A flow
[0031]
The
Here, in the figure, symbol Li indicates an input signal line Lo and output signal line.
[0032]
Next, a combustion control method according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
2 and 3 are flowcharts for conceptually explaining the combustion control method.
First, the octane number of the primary fuel (main fuel) is the secondary fuel (produced fuel: liquid fuel: methanol “CH” 3 OH ", dimethyl ether DME" (CH 3 ) 2 In the case where the octane number is higher than “OH” or the like, control is performed as shown in FIG.
In FIG. 2, first, output or ignition timing is detected by the load sensor SR1 (step S1). Then, the
[0033]
If the ignition timing is late or the output is low (YES in step S2), the process proceeds to step S3, where the generated fuel (liquid fuel: methanol “CH”) that has a low octane number and is easy to ignite. 3 OH ", dimethyl ether DME" (CH 3 ) 2 OH ") is increased and the control is terminated.
On the other hand, if the ignition timing is not late or the output has not decreased (NO in step S2), the process proceeds to step S4, where control is performed to reduce the generated fuel (liquid fuel), and the control is terminated. .
[0034]
Next, a case where the octane number of the primary fuel (main fuel) is lower than the octane number of the secondary fuel (generated fuel) will be described with reference to FIG.
In FIG. 3, first, the output or ignition timing is detected by the load sensor SR1 (step S11), and the
[0035]
If the ignition timing is late or the output is low (YES in step S12), the process proceeds to step S13, and control is performed so as to reduce the generated fuel (liquid fuel) that has a high octane number and is difficult to ignite. finish. On the other hand, if the ignition timing is not late or the output has not decreased (NO in step S12), the process proceeds to step S14, where control is performed to increase the generated fuel (liquid fuel) and the process ends.
[0036]
The combustion control method will be described in more detail with reference to FIG.
First, the octane number of the main fuel and the octane number of the fuel (produced fuel) generated by the reactor are input (step S21), and the output or ignition timing is detected by the load sensor SR1 (step S22).
[0037]
In the next step S23, the
If the octane number of the main fuel is greater than or equal to the octane number of the produced fuel (YES in step S23), the process proceeds to step S24. If the octane number of the main fuel is less than the octane number of the refined fuel (NO in step S23), the process proceeds to step S25.
[0038]
In step S24, the
If the ignition timing is late or the output is decreasing (YES in step S24), the process proceeds to step S26, and if the ignition timing is not delayed or the output is not decreasing ( (NO in step S24), the process proceeds to step S28.
[0039]
On the other hand, in step S25, the
[0040]
In step S <b> 26, the
At the same time, a control signal is output to open the cooling water flow rate control valve Vw. Carbon dioxide CO 2 Increasing the amount of heat of cooling water (stored) in the
[0041]
On the other hand, in step S <b> 28, the
At the same time, a control signal is output so as to throttle the cooling water flow valve Vc. Carbon dioxide CO 2 Decrease the amount of heat of cooling water (held) put into the
[0042]
2 to 4 describe the supply fuel amount increase / decrease control during operation of the
In FIG. 5, first, in step S61, it is determined whether or not the
[0043]
If it is determined in step S61 that the engine is “starting” (YES in step S61), the octane number of the main fuel is compared with the octane number of the generated fuel (step S62). In other words, it is determined which of the main fuel and the generated fuel is easy to ignite.
This is because fuel that is easy to ignite (fuel having a low octane number) is used at the time of starting.
[0044]
If the generated fuel is more easily ignited, that is, if the octane number of the generated fuel is low (NO in step S62), the main fuel that is difficult to ignite is not supplied to the
On the other hand, when the main fuel is easier to ignite (when the octane number of the main fuel is lower: YES in step S62), only the main fuel that is easily ignited is supplied to the gas engine 1 (step S64).
That is, at the time of start-up, only the easily ignitable fuel of the generated fuel (step S63) or the main fuel (step S64) is supplied to the
[0045]
If it is determined in step S61 that it is not “starting” (NO in step S61), the control described above with reference to FIGS. 2 to 4 and / or the control described later with reference to FIG. 6 is executed. (Step S65).
[0046]
Next, with reference to FIG. 6, the aspect which controls the generation amount of produced | generated fuel in 1st Embodiment is demonstrated.
First, the output signal of the load sensor SR1 and the opening signal of the
The
[0047]
When it is determined that the supply amount of the generated fuel is excessive with respect to the load of the gas engine 1 (step S72 is “excess”), control is performed to reduce the supply amount or generation amount of the generated fuel (step S72). S73).
[0048]
As a specific method for reducing the supply amount or generation amount of the generated fuel, the opening degree of the
Alternatively, the operation of the
Further, the opening degree of the three-way valve VT communicating with the atmosphere opening side is increased to increase the flow rate of the exhaust gas released into the atmosphere. As a result, the carbon dioxide CO is discharged via the
[0049]
Here, in addition to reducing the generated fuel generation amount in step S <b> 73, the
As for the specific contents of the control relating to the stockpile in the
[0050]
If the control for reducing the generated fuel generation amount has been executed (step S73 is completed), the process goes to step S77.
If it is determined that the supply amount of the generated fuel is appropriate for the load of the gas engine 1 (step S72 is “valid”), the process goes to step S77.
[0051]
When it is determined that the supply amount of the generated fuel is insufficient with respect to the load of the gas engine 1 (step S72 is “insufficient”), it is determined whether or not the generated fuel generation amount is the maximum at that time. (Step S74).
If the generated fuel generation amount is not the maximum (NO in step S74), the generated fuel generation amount or supply amount is increased (step S75).
[0052]
As a specific method of increasing the generation amount or supply amount of the generated fuel, the
Alternatively, operation of the
Further, the opening degree of the three-way valve VT communicating with the atmosphere opening side is reduced to reduce the flow rate of the exhaust gas released to the atmosphere, and the carbon dioxide CO through the
[0053]
When the generated fuel generation amount is the maximum in step S74 (YES in step S74), the main fuel supply amount is increased for the amount corresponding to the shortage of the generated fuel (step S76).
This is because the operation is continued without stopping the
[0054]
After increasing the generated fuel generation amount (step S75) or increasing the main fuel supply amount (step S76), the process proceeds to step S77.
[0055]
In step S77, it is determined whether or not the control is finished. If the control is not finished (NO in step S77), the process returns to step S71.
[0056]
In the first embodiment having the configuration and the combustion control method as described above, the liquid fuel generated by the
That is, the liquid fuel for igniting the internal combustion engine (the octane number of the generated fuel is higher than that of the main fuel) without transporting and supplementing the liquid fuel by a transport means such as a truck each time the liquid fuel for ignition is exhausted as in the prior art. Can be generated in the system.
[0057]
In addition, the main component of the synthesized liquid fuel (produced fuel) is methanol “CH”. 3 OH "and dimethyl ether, so-called DME" (CH 3 ) 2 OH "and emits less harmful substances such as NOx than conventional auxiliary fuels such as light oil and gasoline.
[0058]
Further, since the hydrogen used for synthesizing the liquid fuel is generated using a reformer obtained by reforming the main fuel used in normal operation, for example, city gas “13A”, the fuel synthesis Therefore, it is not necessary to carry hydrogen for transportation by a transport means such as a truck.
[0059]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the first embodiment of FIGS. 2 CO of
[0060]
In relation thereto, in the control method (see FIG. 4) in the first embodiment, the cooling water flow rate control valve Vw is controlled to open and close, and the CO 2 CO of
Regarding other configurations and operational effects, the second embodiment is the same as the first embodiment. In addition, the second embodiment is the same as the first embodiment in terms of control at start-up and control of the amount of generated fuel or the amount of generated fuel.
[0061]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In the embodiment of FIGS. 2 As a means to extract CO 2 CO in exhaust gas using recovery tank 2 Once the CO 2 Dissolved in the liquid in the recovery tank, CO 2 CO2 from the exhaust gas by warming the dissolved liquid 2 Only separated and recovered.
[0062]
On the other hand, the third embodiment of FIGS. 2 As a means for taking out, an adsorbent such as activated carbon or zeolite is filled inside, and a container equipped with an interior or exterior heater is used. The adsorbent in the container is once filled with CO in the exhaust gas. 2 Adsorbed and then adsorbed CO 2 Is taken out or collected.
Where the adsorbed CO 2 In order to take out or collect the product outside the container, the temperature and pressure in the container may be adjusted.
[0063]
Hereinafter, differences of the third embodiment of FIGS. 8 and 9 from the embodiments of FIGS. 1 to 6 will be mainly described.
In FIG. 8, an exhaust gas branch pipe 17C is branched from the
A three-way valve VT is interposed in the exhaust gas branch pipe 17C. This three-way valve VT is the same as the three-way valve VT of FIG.
The exhaust gas branch pipe 17C branches at a branch point P into a pair of branch pipes 17Cb and 17Cb, and then joins at a junction G and communicates with the
[0064]
Each branch pipe 17Cb, 17Cb is filled with an on-off valve VC1 and an adsorbent 32 in order from the upstream side, and a
Although the line (reference symbol B) of the three-way valve that does not face the confluence G is not clearly shown in FIG. 8, both are returned to the
[0065]
The
Further, the control at the time of starting and the control of the generation amount or supply amount of the generated fuel are the same as those described with reference to FIGS.
[0066]
The flow path switching pattern of the three-way valve VC2 is linked to the opening / closing of the on-off valve VC1, and when VC1 is open, the line “I” to the line “B” (the direction returned to the exhaust pipe) When VC1 is closed, it flows from line “I” to line “C” (reactor direction).
About another structure, it is the same as that of embodiment of FIGS.
[0067]
Next, the combustion control of the third embodiment will be described mainly using FIG. 9 and also referring to FIG.
First, the octane number and H of the main fuel 2 And CO 2 After inputting the octane number of the produced fuel obtained by the above reaction (step S31), the
[0068]
Next, an output or ignition timing is detected by the engine load sensor SR1 (step S33). Then, the on-off valve VC1 interposed in the branch pipe 17Cb is opened (step S34).
[0069]
The
[0070]
Next, the
[0071]
In step S38, the
[0072]
On the other hand, also in step S39, the
[0073]
In step S40, the
In conjunction with this, a control signal is transmitted so as to increase the negative pressure of the blower 36 (increase the rotational speed of the blower) (step S41). By increasing the negative pressure of the
Then, the process proceeds to step S44.
[0074]
On the other hand, in step S42, the
In conjunction with this, a control signal is transmitted so as to decrease the negative pressure of the blower 36 (decrease the rotational speed of the blower) (step S43), and the process proceeds to step S44.
Decrease the negative pressure of
[0075]
Although not clearly shown in FIG. 9, in step S41 and step S43, on / off control of the
That is, in step S41, CO 2 In order to increase the amount of CO 2 The temperature in the
In other words, instead of controlling the negative pressure of the blower or in addition to the negative pressure control of the blower, by performing ON-OFF control of the
[0076]
In step S44, the
[0077]
In the third embodiment, the control at the time of starting and the control of the generation amount or supply amount of the generated fuel are the same as those shown in FIGS.
The operational effects of the third embodiment are also the same as those of the embodiment of FIGS.
[0078]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
In the embodiment of FIGS. 2 As a means to extract CO 2 CO in exhaust gas using recovery tank 2 Once the CO 2 Dissolved in the liquid in the recovery tank, CO 2 CO2 from the liquid by warming the dissolved liquid 2 Only separated and recovered.
[0079]
On the other hand, the fourth embodiment of FIGS. 2 As a means to extract CO 2 CO that has a separation membrane is used. 2 CO to be recovered by adjusting the pressure of the exhaust gas flowing into the recovery device 2 Is controlling the amount.
[0080]
Hereinafter, differences from the embodiment of FIGS. 1 to 6 will be mainly described.
In FIG. 10, in the fourth embodiment, a CO having a double structure of an
[0081]
From the
[0082]
On the other hand, the
[0083]
A pressurizing
Other devices and configurations are substantially the same as those in the embodiment of FIGS.
[0084]
Next, the combustion control method of the fourth embodiment will be described mainly using FIG. 11 and also referring to FIG.
[0085]
First, the octane number of the main fuel and the octane number of the fuel produced by the reactor are input (step S51), and the output or ignition timing is detected by the load sensor SR1 (step S52).
[0086]
In the next step S53, the control unit 30D determines whether or not the octane number of the main fuel is greater than or equal to the octane number of the refined fuel. If the octane number of the main fuel is greater than or equal to the octane number of the refined fuel (YES in step S53), the control unit 30D If the octane number of the main fuel is less than the octane number of the refined fuel (NO in step S54), the process proceeds to step S55.
[0087]
In step S54, the control unit 30D determines whether the ignition timing is late or whether the output is decreasing, and if the ignition timing is late or the output is decreasing (step S54). If YES, the process proceeds to step S56, and if the ignition timing is not delayed or the output has not decreased (NO in step S54), the process proceeds to step S58.
[0088]
On the other hand, a similar process is performed in step S55. That is, the control unit 30D determines whether the ignition timing is late or whether the output is decreasing, and if the ignition timing is late or the output is decreasing (YES in step S55). The process proceeds to step S58, and if the ignition timing is not delayed or the output has not decreased (NO in step S55), the process proceeds to step S56.
[0089]
In step S56, the control unit 30D issues a control signal to open the
In conjunction with this, a control signal is output so as to increase the rotational speed of the exhaust gas pressurizing blower 46 (step S57).
Increase the rotational speed of the exhaust
Then, the process goes to step S60.
[0090]
On the other hand, in step S58, the control unit 30D transmits a control signal so as to throttle the
In conjunction with this, a control signal is output so as to reduce the rotational speed of the exhaust gas pressurizing blower 46 (step S59).
Reduce the rotational speed of the exhaust
Then, the process goes to step S60.
[0091]
In step S60, it is determined whether or not the control is finished. If the control is not finished (step S60 is NO), the process returns to step S52.
[0092]
Also in the fourth embodiment of FIGS. 10 and 11, the control at the time of start-up and the control of the generation amount or supply amount of the generated fuel are the same as those described with reference to FIGS.
Moreover, the effect of 4th Embodiment is the same as that of 1st Embodiment of FIGS.
[0093]
It should be noted that the illustrated embodiment is merely an example, and is not a description of the purpose of limiting the technical scope of the present invention.
For example, in the illustrated example, CO 2 In the
Also, CO filled with adsorbent 2 Although two sets of the
[0094]
Further, in the illustrated embodiment, the hydrogen gas is generated by reforming the city gas. However, other methods may be adopted for supplying the hydrogen gas. For example, it is possible to use hydrogen generated by electrolyzing water using hydrogen gas cylinders or other generating means such as wind power or solar power.
[0095]
【The invention's effect】
The effects of the present invention are listed below.
(1) At the time of start by reacting the recovery means for separating and recovering carbon dioxide from the exhaust gas, the hydrogen gas supply means for supplying hydrogen gas, and the recovered carbon dioxide and hydrogen supplied by the hydrogen gas supply means The liquid fuel generated by the reaction means is supplied by the internal combustion engine itself separately from the supply system for supplying the main fuel. Therefore, as in the prior art, the internal combustion engine is transported without being transported and supplemented by transport means such as a truck each time the liquid fuel used for ignition, combustion control, engine start-up and emergency operation is exhausted. Can self-accumulate and store liquid fuel for ignition.
(2) The main component of the synthesized liquid fuel is methanol “CH 3 OH "and dimethyl ether, so-called DME" (CH 3 ) 2 OH "and emits less harmful substances such as NOx than conventional auxiliary fuels such as light oil and gasoline.
(3) Hydrogen used for synthesizing liquid fuel is generated using a reformer obtained by reforming the main fuel used in normal operation. It is not necessary to carry it in by the carrying means.
(4) Since the fuel with good ignitability is supplied at the start, the startability is improved.
(5) It is possible to cope with the case where the generated fuel is excessive.
(6) Even when the produced fuel is insufficient, it is possible to continue the low output operation without stopping the operation of the internal combustion engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a first example of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a schematic combustion control method when the octane number of the main fuel is equal to or higher than the octane number of the produced fuel in the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart showing a schematic combustion control method when the octane number of the main fuel is less than the octane number of the produced fuel in the first embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing a detailed combustion control method according to the first embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing a control method at start-up in the first embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing a method for controlling the generation amount or supply amount of generated fuel in the first embodiment.
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart showing a detailed combustion control method according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a flowchart showing a detailed combustion control method according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Gas engine
10 ... Fuel gas supply line
11 ... Air supply line
12 ... Mixer
13 ... Throttle
14 ... Mixed gas supply line
15 ... Intake port
16 ... Exhaust pipe
17 ... Exhaust branch pipe
18 ... CO2 CO 2 Collection tank
18a ... one tank
18b ... the other tank
20 ... Cooling moisture flow line
21 ... CO2 CO 2 Collection line
22 ... Reactor
23 ... reformer
24 ... Hydrogen supply line
25 ... Storage tank
26 ... Liquid fuel supply line
27 ... Flow control valve
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