JP5983449B2 - Fuel reforming system - Google Patents

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Description

本発明は、改質した燃料を内燃機関の燃焼室で燃焼させる燃焼システムに関する。   The present invention relates to a combustion system that burns reformed fuel in a combustion chamber of an internal combustion engine.

従来より、燃料の性状を改質器の触媒上で改質させ、その改質した燃料を吸気管に噴射して燃焼室で燃焼させる技術が知られている（特許文献１）。これによれば、燃焼エネルギを増加させることができ、燃費向上（燃料消費率の低下）を図ることができる。   Conventionally, a technique is known in which the properties of fuel are reformed on a catalyst of a reformer, the reformed fuel is injected into an intake pipe and burned in a combustion chamber (Patent Document 1). According to this, combustion energy can be increased and fuel consumption can be improved (decrease in fuel consumption rate).

特開２００４−１９０５８６号公報JP 2004-190586 A

しかしながら、この種の改質燃料は最小着火エネルギが低い成分を含むので、着火し易くなる。そのため、吸気管のうち改質燃料の噴射位置より下流側の部分において、吸気と混合した改質燃料が、燃焼室内の残り火やホットスポット等を火種として吸気管内で燃焼するといった、バックファイヤの発生が懸念されるようになる。   However, since this type of reformed fuel contains a component having a low minimum ignition energy, it becomes easy to ignite. Therefore, in the portion of the intake pipe downstream from the injection position of the reformed fuel, the occurrence of backfire such that the reformed fuel mixed with the intake air burns in the intake pipe using embers or hot spots in the combustion chamber as a fire type. Will become a concern.

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、バックファイヤの抑制を図った燃料改質システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a fuel reforming system that suppresses backfire.

開示された発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、開示された発明の技術的範囲を限定するものではない。 The disclosed inventions adopts the following technical means in order to achieve the above object. In addition, the code | symbol in the parenthesis described in the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later as one aspect, Comprising: The technical scope of the disclosed invention is limited Not what you want.

開示された第１の発明は、燃料の性状を触媒上で改質する改質器（３４）と、改質器で改質された改質燃料を、内燃機関（１０）の燃焼室（１０ａ）へ導く燃料管（１３ｆ）と、を備え、改質燃料が吸気と混合せずに燃焼室へ直接流入することとなるよう、燃料管の通路出口（１０ｆ）が燃焼室に接続され、
燃焼室へ吸気を導く吸気管（１３ｉｎ）の通路出口（１０ｉｎ）は、内燃機関のシリンダ内周面（１１ａ）に沿うスワール流によって吸気が環状に分布するように配置され、燃料管の通路出口（１０ｆ）は、燃焼室において、改質燃料の周りにスワール流が存在するように、スワール流の中心に向けて改質燃料が流入する位置に配置され、燃焼室へ吸気を導く吸気管（１３ｉｎ）の通路出口（１０ｉｎ）を開閉する吸気バルブ（１４ｉｎ）の開弁開始時期（ｔ１）が、燃料管の通路出口（１０ｆ）を開閉する燃料バルブ（１４ｆ）の開弁開始時期（ｔ３）よりも早く、かつ、吸気バルブの閉弁開始時期（ｔ２）が、燃料バルブの閉弁開始時期（ｔ４）よりも早くなるように設定されていることを特徴とする。
開示された第２の発明は、燃料の性状を触媒上で改質する改質器（３４）と、改質器で改質された改質燃料を、内燃機関（１０）の燃焼室（１０ａ）へ導く燃料管（１３ｆ）と、を備え、改質燃料が吸気と混合せずに燃焼室へ直接流入することとなるよう、燃料管の通路出口（１０ｆ）が燃焼室に接続され、
燃焼室へ吸気を導く吸気管（１３ｉｎ）の通路出口（１０ｉｎ）は、内燃機関のシリンダ内周面（１１ａ）に沿うスワール流によって吸気が環状に分布するように配置され、燃料管の通路出口（１０ｆ）は、燃焼室において、改質燃料の周りにスワール流が存在するように、スワール流の中心に向けて改質燃料が流入する位置に配置されていることを特徴とする。
開示された第３の発明は、燃料の性状を触媒上で改質する改質器（３４）と、改質器で改質された改質燃料を、内燃機関（１０）の燃焼室（１０ａ）へ導く燃料管（１３ｆ）と、を備え、改質燃料が吸気と混合せずに燃焼室へ直接流入することとなるよう、燃料管の通路出口（１０ｆ）が燃焼室に接続され、
燃焼室へ吸気を導く吸気管（１３ｉｎ）の通路出口（１０ｉｎ）を開閉する吸気バルブ（１４ｉｎ）の開弁開始時期（ｔ１）が、燃料管の通路出口（１０ｆ）を開閉する燃料バルブ（１４ｆ）の開弁開始時期（ｔ３）よりも早く、かつ、吸気バルブの閉弁開始時期（ｔ２）が、燃料バルブの閉弁開始時期（ｔ４）よりも早くなるように設定されていることを特徴とする。 First invention disclosed, the reformer for reforming the properties of the fuel on the catalyst (34), a reformed reformed fuel in the reformer, the combustion chamber of the internal combustion engine (10) (10a fuel line leading to) and (13f), provided with, so that reformed fuel is able to flow directly into the combustion chamber without mixing with the intake, passage outlet of fuel tube (10f) is connected to the combustion chamber It is,
The passage outlet (10 in) of the intake pipe (13 in) that guides intake air to the combustion chamber is arranged so that the intake air is distributed in an annular shape by the swirl flow along the cylinder inner peripheral surface (11a) of the internal combustion engine. (10f) is arranged at a position where the reformed fuel flows toward the center of the swirl flow so that the swirl flow exists around the reformed fuel in the combustion chamber, and an intake pipe ( The opening timing (t1) of the intake valve (14in) that opens and closes the passage outlet (10in) of 13in) is the opening timing (t3) of the fuel valve (14f) that opens and closes the passage outlet (10f) of the fuel pipe. The closing timing of the intake valve (t2) is set to be earlier than the closing timing (t4) of the fuel valve .
According to a second invention disclosed, a reformer (34) for reforming fuel properties on a catalyst, and a reformed fuel reformed by the reformer are used as a combustion chamber (10a) of an internal combustion engine (10). And a fuel pipe passage outlet (10f) connected to the combustion chamber so that the reformed fuel flows directly into the combustion chamber without being mixed with the intake air.
The passage outlet (10 in) of the intake pipe (13 in) that guides intake air to the combustion chamber is arranged so that the intake air is distributed in an annular shape by the swirl flow along the cylinder inner peripheral surface (11a) of the internal combustion engine. (10f) is characterized in that, in the combustion chamber, the reformed fuel flows toward the center of the swirl flow so that the swirl flow exists around the reformed fuel.
According to a third invention disclosed, a reformer (34) for reforming fuel properties on a catalyst, and a reformed fuel reformed by the reformer are used as a combustion chamber (10a) of an internal combustion engine (10). And a fuel pipe passage outlet (10f) connected to the combustion chamber so that the reformed fuel flows directly into the combustion chamber without being mixed with the intake air.
The opening timing (t1) of the intake valve (14in) that opens and closes the passage outlet (10in) of the intake pipe (13in) that guides intake air to the combustion chamber is the fuel valve (14f) that opens and closes the passage outlet (10f) of the fuel pipe. ), The intake valve closing start timing (t2) is set earlier than the fuel valve closing start timing (t4). And

これら第１の発明、第２の発明および第３の発明によれば、改質燃料が吸気と混合せずに燃焼室へ直接流入するので、改質燃料と吸気の混合気が吸気管内に存在しないようにできる。よって、吸気管内で混合気が燃焼するバックファイヤの発生を抑制できる。 These first invention, according to the second invention and the third invention, since the reformed fuel flows directly into the combustion chamber without mixing with the intake air-fuel mixture intake and reformed fuel into the intake pipe It can be made non-existent. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of backfire in which the air-fuel mixture burns in the intake pipe.

本発明の第１実施形態を示す、燃料改質システムの概略図。1 is a schematic view of a fuel reforming system showing a first embodiment of the present invention. 図１に示す燃焼室を上方から見た模式図。The schematic diagram which looked at the combustion chamber shown in FIG. 1 from upper direction. 第１実施形態において、成層燃焼の状況を説明する図。The figure explaining the condition of stratified combustion in a 1st embodiment. 第１実施形態において、燃料バルブと吸気バルブの開閉タイミングを示す図。The figure which shows the opening / closing timing of a fuel valve and an intake valve in 1st Embodiment. 本発明の第２実施形態を示す、燃料改質システムの概略図。The schematic of the fuel reforming system which shows 2nd Embodiment of this invention.

以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。   Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals in the drawings, and the description of the same reference numerals is used.

（第１実施形態）
以下に説明する燃焼システムは、定置式の内燃機関に適用されることを想定したものであり、例えば、発電機を駆動させる駆動源として設置された定置式内燃機関が具体例として挙げられる。 (First embodiment)
The combustion system described below is assumed to be applied to a stationary internal combustion engine. For example, a stationary internal combustion engine installed as a drive source for driving a generator is given as a specific example.

図１に示す内燃機関１０は複数の気筒を有した多気筒エンジンであり、これらの気筒は、シリンダブロック１１内にピストン１２を収容して燃焼室１０ａを形成する。シリンダブロック１１に組付けられたシリンダヘッドには、吸気管１３ｉｎが接続される吸気ポート、排気管１３ｅｘが接続される排気ポート、および燃料管１３ｆが接続される燃料ポートが形成されている。   An internal combustion engine 10 shown in FIG. 1 is a multi-cylinder engine having a plurality of cylinders. These cylinders accommodate a piston 12 in a cylinder block 11 to form a combustion chamber 10a. The cylinder head assembled to the cylinder block 11 is formed with an intake port to which the intake pipe 13in is connected, an exhaust port to which the exhaust pipe 13ex is connected, and a fuel port to which the fuel pipe 13f is connected.

吸気管１３ｉｎにより形成される吸気通路Ｒｉｎは、図示しないエアフィルタを通じて外気から取り込まれた空気（吸気）を、燃焼室１０ａまで流通させる。排気管１３ｅｘにより形成される排気経路Ｒｅｘは、燃焼室１０ａで生じた排気を排出する。燃料管１３ｆにより形成される燃料通路Ｒｆは、後述する改質器３４で改質された燃料（改質燃料）を燃焼室１０ａまで流通させる。   The intake passage Rin formed by the intake pipe 13in circulates air (intake air) taken from outside air through an air filter (not shown) to the combustion chamber 10a. The exhaust path Rex formed by the exhaust pipe 13ex exhausts the exhaust generated in the combustion chamber 10a. The fuel passage Rf formed by the fuel pipe 13f allows the fuel (reformed fuel) reformed by the reformer 34 described later to flow to the combustion chamber 10a.

内燃機関１０は以下に説明する過給器２０を備える。過給器２０は、タービン２１、第１シャフト２２、吸気コンプレッサ２３、第２シャフト２４および燃料コンプレッサ２５を有して構成されている。タービン２１は、排気管１３ｅｘ内に配置され、排気の流速エネルギにより回転駆動する。吸気コンプレッサ２３は、排気管１３ｉｎ内に配置されるとともに、第１シャフト２２によりタービン２１と連結されている。燃料コンプレッサ２５は、燃料管１３ｆ内に配置されるとともに、第２シャフト２４により吸気コンプレッサ２３と連結されている。   The internal combustion engine 10 includes a supercharger 20 described below. The supercharger 20 includes a turbine 21, a first shaft 22, an intake compressor 23, a second shaft 24, and a fuel compressor 25. The turbine 21 is disposed in the exhaust pipe 13ex and is driven to rotate by the flow velocity energy of the exhaust. The intake compressor 23 is disposed in the exhaust pipe 13in and is connected to the turbine 21 by the first shaft 22. The fuel compressor 25 is disposed in the fuel pipe 13 f and is connected to the intake compressor 23 by the second shaft 24.

これにより、タービン２１、吸気コンプレッサ２３および燃料コンプレッサ２５は連結されて一体に回転する。タービン２１の回転駆動力により吸気コンプレッサ２３が回転すると吸気が圧縮され、その圧縮吸気が燃焼室１０ａへ供給されて過給される。また、タービン２１の回転駆動力により燃料コンプレッサ２５が回転すると改質燃料が圧縮され、その圧縮燃料が燃焼室１０ａへ供給される。   Thereby, the turbine 21, the intake compressor 23, and the fuel compressor 25 are connected and rotate integrally. When the intake compressor 23 rotates by the rotational driving force of the turbine 21, the intake air is compressed, and the compressed intake air is supplied to the combustion chamber 10a and supercharged. Further, when the fuel compressor 25 is rotated by the rotational driving force of the turbine 21, the reformed fuel is compressed, and the compressed fuel is supplied to the combustion chamber 10a.

シリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気バルブ１４ｉｎ、排気ポートを開閉する排気バルブ１４ｅｘ、および燃料ポートを開閉する燃料バルブ１４ｆ（図３参照）が取り付けられている。これらのバルブ１４ｉｎ、１４ｅｘ、１４ｆは、内燃機関１０の出力軸によりカムシャフトを回転駆動させてその駆動力で開閉作動させるように構成してもよいし、電動アクチュエータにより開閉作動させるように構成してもよい。   An intake valve 14in for opening and closing the intake port, an exhaust valve 14ex for opening and closing the exhaust port, and a fuel valve 14f (see FIG. 3) for opening and closing the fuel port are attached to the cylinder head. These valves 14in, 14ex, and 14f may be configured such that the camshaft is rotationally driven by the output shaft of the internal combustion engine 10 and is opened and closed by the driving force, or is configured to be opened and closed by an electric actuator. May be.

また、シリンダヘッドには燃料噴射弁１５が取り付けられている。そして、第１燃料タンクＴａに貯蔵された液体燃料が、図示しない燃料ポンプにより燃料噴射弁１５へ圧送され、燃料噴射弁１５を開弁作動させると液体燃料が燃焼室１０ａへ直接噴射される。第１燃料タンクＴａには、自着火性の高い自着火燃料（例えば軽油）が貯蔵されており、燃焼室１０ａへ噴射された軽油は、ピストン１２により圧縮されて自着火燃焼する。   A fuel injection valve 15 is attached to the cylinder head. The liquid fuel stored in the first fuel tank Ta is pumped to the fuel injection valve 15 by a fuel pump (not shown), and when the fuel injection valve 15 is opened, the liquid fuel is directly injected into the combustion chamber 10a. The first fuel tank Ta stores self-igniting fuel (for example, light oil) having high self-ignitability, and the light oil injected into the combustion chamber 10a is compressed by the piston 12 and self-ignited and combusted.

一方、第２燃料タンクＴｂには、軽油に比べて自着火性が低い燃料（例えばメタノールやエタノール等のアルコール）が液体の状態で貯蔵されている。このアルコール燃料は燃料ポンプ３１により熱交換器３２へ送り込まれる（符号ｆ１参照）。熱交換器３２は、吸気コンプレッサ２３で断熱圧縮昇温した吸気でアルコールを加熱して気化させるものでる。   On the other hand, in the second fuel tank Tb, fuel (eg, alcohol such as methanol or ethanol) having lower self-ignitability than light oil is stored in a liquid state. The alcohol fuel is sent to the heat exchanger 32 by the fuel pump 31 (see reference numeral f1). The heat exchanger 32 heats and vaporizes alcohol with the intake air that has been adiabatically compressed and heated by the intake compressor 23.

熱交換器３２で気化したアルコールガスｆ２は、プレヒート装置３３により加熱された後、改質器３４が有する触媒上で改質される。改質器３４は、排気管１３ｅｘに接続されており、かつ、触媒が配置されたガス通路（図示せず）を内部に形成している。このガス通路には、高温の排気とアルコールガスｆ２が別々の通路で流通するように構成されており、流通する高温排気との熱交換により触媒は活性化温度以上にまで温度上昇する。   The alcohol gas f2 vaporized in the heat exchanger 32 is heated by the preheating device 33 and then reformed on the catalyst of the reformer 34. The reformer 34 is connected to the exhaust pipe 13ex, and forms a gas passage (not shown) in which a catalyst is disposed inside. The gas passage is configured so that the high-temperature exhaust gas and the alcohol gas f2 are circulated through separate passages, and the temperature of the catalyst rises to the activation temperature or higher by heat exchange with the circulated high-temperature exhaust gas.

例えばアルコールガスｆ２がメタノールＣＨ３−ＯＨである場合、加熱と触媒の作用により、水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ）に変換（改質）される。つまり、これらの水素および一酸化炭素が改質燃料となる。このように、改質器３４は、最小着火エネルギの低下を招きつつも単位量当りの燃料から出力される燃焼エネルギが増加するよう、燃料の性状を触媒上で改質するものである。   For example, when the alcohol gas f2 is methanol CH3-OH, it is converted (reformed) into hydrogen (H2) and carbon monoxide (CO) by the action of heating and a catalyst. That is, these hydrogen and carbon monoxide become the reformed fuel. As described above, the reformer 34 reforms the properties of the fuel on the catalyst so that the combustion energy output from the fuel per unit amount increases while causing a decrease in the minimum ignition energy.

また、アルコールガスｆ２がエタノールの場合は、排気中に含まれる水とメタノールとの混合が必要となるため、ガス通路とアルコールガスｆ２とが流通する構成にすればよい。   Further, when the alcohol gas f2 is ethanol, it is necessary to mix water and methanol contained in the exhaust gas, so that the gas passage and the alcohol gas f2 may be circulated.

改質器３４から流出した改質燃料ｆ３は、プレヒート装置３３により冷却される。つまり、プレヒート装置３３内では、改質前のアルコールガスｆ２と改質燃料ｆ３とが熱交換することにより、アルコールガスｆ２は加熱され、改質燃料ｆ３は冷却される。その後、改質燃料ｆ３は燃料コンプレッサ２５により圧縮され、燃料通路Ｒｆを流通して燃焼室１０ａへ直接流入する（符号ｆ４参照）。   The reformed fuel f3 flowing out from the reformer 34 is cooled by the preheating device 33. That is, in the preheating device 33, the alcohol gas f2 is heated and the reformed fuel f3 is cooled by exchanging heat between the reformed alcohol gas f2 and the reformed fuel f3. Thereafter, the reformed fuel f3 is compressed by the fuel compressor 25, flows through the fuel passage Rf, and directly flows into the combustion chamber 10a (see reference numeral f4).

図２に示すように、吸気通路Ｒｉｎの通路出口（つまり燃焼室１０ａへの吸気流入口１０ｉｎ）は、シリンダ内周面１１ａに沿って吸気が環状に分布するように配置されている。要するに、図中の矢印に示すように、ピストン１２の軸線周りに吸気が環状に流れるスワール流となるよう、吸気流入口１０ｉｎは配置されている。燃料通路Ｒｆの通路出口（つまり燃焼室１０ａへの燃料流入口１０ｆ）は、環状に分布される吸気の環状中央部分に向けて改質燃料ｆ４が流入するように配置されている。因みに、図２中の符号１０ｅｘは、燃焼室１０ａからの排気流出口１０ｅｘを示す。   As shown in FIG. 2, the passage outlet of the intake passage Rin (that is, the intake inlet 10in to the combustion chamber 10a) is arranged so that the intake air is distributed annularly along the cylinder inner peripheral surface 11a. In short, as shown by the arrow in the figure, the intake air inlet 10in is arranged so as to form a swirl flow in which the intake air flows in an annular manner around the axis of the piston 12. The passage outlet of the fuel passage Rf (that is, the fuel inlet 10f to the combustion chamber 10a) is arranged so that the reformed fuel f4 flows toward the annular central portion of the intake air that is distributed annularly. In addition, the code | symbol 10ex in FIG. 2 shows the exhaust outlet 10ex from the combustion chamber 10a.

また、図３に示すように、燃料噴射弁１５はピストン１２の軸線上に配置されており、その軸線に沿って軽油を噴射する。したがって、軽油は、符号Ａ２に示すように燃焼室１０ａの中央に分布する。改質燃料ｆ４は、符号Ａ３に示すように軽油の周りに濃く分布する。吸気は、符号Ａ１に示すように改質燃料の周りに濃く分布する。換言すれば、シリンダ内周面１１ａに沿って環状に濃く分布する。   Moreover, as shown in FIG. 3, the fuel injection valve 15 is arrange | positioned on the axis line of piston 12, and injects light oil along the axis line. Accordingly, the light oil is distributed in the center of the combustion chamber 10a as indicated by reference numeral A2. The reformed fuel f4 is densely distributed around the light oil as indicated by reference numeral A3. The intake air is densely distributed around the reformed fuel as indicated by reference numeral A1. In other words, it is densely distributed annularly along the cylinder inner peripheral surface 11a.

中央に分布する軽油は、燃焼室１０ａにて断熱圧縮されて自着火燃焼する。一方、軽油の周りに分布する改質燃料は、軽油の自着火燃焼を火種として着火し、燃焼する。要するに、軽油は改質燃料に比べて自着火温度が低いため自着火しやすい。その一方で、点火による着火に必要な最小エネルギは、改質燃料の方が軽油よりも小さい。そこで本実施形態では、先ず軽油を自着火させ、その燃焼を火種として改質燃料を燃焼させている。   The light oil distributed in the center is adiabatically compressed in the combustion chamber 10a and burns by self-ignition. On the other hand, the reformed fuel distributed around the light oil is ignited and burned by using the self-ignition combustion of the light oil as a fire type. In short, since light oil has a lower self-ignition temperature than reformed fuel, it tends to self-ignite. On the other hand, the minimum energy required for ignition by ignition is smaller for reformed fuel than for light oil. Therefore, in the present embodiment, the light oil is first self-ignited, and the reformed fuel is combusted using the combustion as a fire type.

図４に示すように、吸気バルブ１４ｉｎの開弁期間ｔ１〜ｔ２と、燃料バルブ１４ｆの開弁期間ｔ３〜ｔ４とは完全に一致するものではなく、各々独立して設定されている。本実施形態では、両開弁期間ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４が重複するオーバラップ期間が無くなるように設定されている。   As shown in FIG. 4, the valve opening periods t1 to t2 of the intake valve 14in and the valve opening periods t3 to t4 of the fuel valve 14f do not completely coincide with each other and are set independently. In this embodiment, it is set so that there is no overlap period in which both valve opening periods t1 to t2 and t3 to t4 overlap.

そして、吸気バルブ１４ｉｎの開弁期間ｔ１〜ｔ２は燃料バルブ１４ｆの開弁期間ｔ３〜ｔ４よりも前であり、したがって、吸気バルブ１４ｉｎの開弁開始時期ｔ１は燃料バルブ１４ｆの開弁開始時期ｔ３よりも早く、かつ、吸気バルブ１４ｉｎの閉弁開始時期ｔ２は燃料バルブ１４ｆの閉弁開始時期ｔ４よりも早い。   The valve opening period t1 to t2 of the intake valve 14in is before the valve opening period t3 to t4 of the fuel valve 14f. Therefore, the valve opening start timing t1 of the intake valve 14in is the valve opening start timing t3 of the fuel valve 14f. The closing timing t2 of the intake valve 14in is earlier than the closing timing t4 of the fuel valve 14f.

図中の符号ＢＴＤＣは、ピストン１２が上昇を開始するタイミングであり、下死点位置にある時のタイミングである。そして、燃料バルブ１４ｆの閉弁開始時期ｔ４は、ピストン１２が上昇を開始するＢＴＤＣよりも先である。つまり、圧縮行程が開始される前に、燃料バルブ１４ｆを閉弁させている。   Symbol BTDC in the figure is the timing when the piston 12 starts to rise, and is the timing when the piston 12 is at the bottom dead center position. The valve closing start timing t4 of the fuel valve 14f is earlier than BTDC at which the piston 12 starts to rise. That is, the fuel valve 14f is closed before the compression stroke is started.

以上説明した本実施形態によれば、以下に列挙する特徴を備えるので、各々の特徴による以下の作用効果が発揮される。   According to this embodiment described above, since the features listed below are provided, the following functions and effects of each feature are exhibited.

＜特徴１＞
ここで、本実施形態に反し、燃料管１３ｆを吸気管１３ｉｎに接続し、改質燃料を吸気と混合させた状態で吸気管１３ｉｎの通路出口１０ｉｎから燃焼室１０ａへ混合気を流入させる構造にすると、吸気管１３ｉｎ内に混合気が存在することとなり、燃焼室内の燃焼を火種として吸気管内で燃焼するといった、バックファイヤの発生が懸念されるようになる。 <Feature 1>
Here, contrary to the present embodiment, the fuel pipe 13f is connected to the intake pipe 13in, and the air-fuel mixture flows into the combustion chamber 10a from the passage outlet 10in of the intake pipe 13in in a state where the reformed fuel is mixed with the intake air. Then, the air-fuel mixture exists in the intake pipe 13in, and there is a concern about the occurrence of backfire such as combustion in the intake pipe using the combustion in the combustion chamber as a fire type.

この懸念に対し、本実施形態では、改質燃料が吸気と混合せずに燃焼室１０ａへ直接流入することとなるよう、燃料管１３ｆと吸気管１３ｉｎとを別々に備え、燃料管１３ｆの通路出口１０ｆを吸気管１３ｉｎに接続させることなく、燃焼室１０ａに接続している。そのため、改質燃料が吸気と混合せずに燃焼室１０ａへ直接流入するので、改質燃料と吸気の混合気が吸気管１３ｉｎ内に存在しないようにできる。よって、前記バックファイヤの発生を抑制できる。   In response to this concern, in the present embodiment, the fuel pipe 13f and the intake pipe 13in are separately provided so that the reformed fuel flows directly into the combustion chamber 10a without being mixed with the intake air, and the passage of the fuel pipe 13f is provided. The outlet 10f is connected to the combustion chamber 10a without being connected to the intake pipe 13in. For this reason, the reformed fuel flows directly into the combustion chamber 10a without being mixed with intake air, so that the mixture of reformed fuel and intake air does not exist in the intake pipe 13in. Therefore, the occurrence of the backfire can be suppressed.

＜特徴２＞
ここで、吸気を圧縮する過給器２０が搭載された内燃機関の場合、改質燃料を加圧して燃焼室１０ａへ流入させないと、燃焼室１０ａ内の混合気が燃料管１３ｆの通路出口１０ｆから逆流して、燃料管１３ｆ内でバックファイヤが発生することが懸念されるようになる。この点を鑑み、本実施形態では、過給器２０が搭載された内燃機関１０において、改質燃料を圧縮する燃料コンプレッサ２５を備えるので、上述した燃料管１３ｆ内でのバックファイヤ発生を抑制できる。 <Feature 2>
Here, in the case of an internal combustion engine equipped with a supercharger 20 that compresses intake air, if the reformed fuel is not pressurized and allowed to flow into the combustion chamber 10a, the air-fuel mixture in the combustion chamber 10a passes through the passage outlet 10f of the fuel pipe 13f. Therefore, there is a concern that backfire occurs in the fuel pipe 13f. In view of this point, in the present embodiment, the internal combustion engine 10 equipped with the supercharger 20 includes the fuel compressor 25 that compresses the reformed fuel, so that the occurrence of backfire in the fuel pipe 13f can be suppressed. .

しかも、本実施形態に係る過給器２０は、タービン２１、吸気コンプレッサ２３および燃料コンプレッサ２５を有して構成されており、吸気コンプレッサ２３を回転させるタービン２１により燃料コンプレッサ２５も回転させている。そのため、燃料コンプレッサ２５専用のタービンを備える場合に比べて、改質燃料を圧縮するための構成を簡素にできる。特に、第１シャフト２２および第２シャフト２４を同軸上に配置しているので、上記構成をより一層簡素にできる。なお、両シャフト２２、２４は別体に形成してもよいし、共通する１本のシャフトで形成してもよい。   Moreover, the supercharger 20 according to this embodiment includes a turbine 21, an intake compressor 23, and a fuel compressor 25, and the fuel compressor 25 is also rotated by the turbine 21 that rotates the intake compressor 23. Therefore, the configuration for compressing the reformed fuel can be simplified as compared with the case where a turbine dedicated to the fuel compressor 25 is provided. In particular, since the first shaft 22 and the second shaft 24 are arranged coaxially, the above configuration can be further simplified. Both shafts 22 and 24 may be formed separately or may be formed by a common shaft.

＜特徴３＞
吸気バルブ１４ｉｎの開弁期間ｔ１〜ｔ２と、燃料バルブ１４ｆの開弁期間ｔ３〜ｔ４とのオーバラップを無くしている。そのため、吸気バルブ１４ｉｎの開弁期間ｔ１〜ｔ２中に燃料室１０ａから改質燃料が吸気管１３ｉｎ内へ逆流してくるおそれを抑制でき、同様にして、燃料バルブ１４ｆの開弁期間ｔ３〜ｔ４中に燃料室１０ａから燃料管１３ｆ内へ吸気が逆流してくるおそれを抑制できる。よって、バックファイヤ回避の確実性を向上できる。 <Feature 3>
An overlap between the valve opening periods t1 to t2 of the intake valve 14in and the valve opening periods t3 to t4 of the fuel valve 14f is eliminated. Therefore, it is possible to suppress the possibility that the reformed fuel flows back into the intake pipe 13in from the fuel chamber 10a during the opening period t1 to t2 of the intake valve 14in, and similarly, the opening period t3 to t4 of the fuel valve 14f. The possibility that the intake air flows back from the fuel chamber 10a into the fuel pipe 13f can be suppressed. Therefore, the certainty of avoiding backfire can be improved.

＜特徴４＞
ここで、本実施形態に反し、燃料バルブ１４ｆを開弁させた後に吸気バルブ１４ｉｎを開弁させると、燃焼室１０ａ内に流入した改質燃料が、燃焼室１０ａ内に吸入される吸気でかき乱されることになるので、燃焼室１０ａ内の所定箇所に改質燃料を分布させるといった成層燃焼が困難になる。 <Feature 4>
Here, contrary to the present embodiment, when the intake valve 14in is opened after the fuel valve 14f is opened, the reformed fuel that has flowed into the combustion chamber 10a is disturbed by the intake air sucked into the combustion chamber 10a. Therefore, stratified combustion in which the reformed fuel is distributed at predetermined locations in the combustion chamber 10a becomes difficult.

この点を鑑みた本実施形態では、吸気バルブ１４ｉｎを開弁させた後に燃料バルブ１４ｆを開弁させるので、燃焼室１０ａ内の所定箇所に改質燃料を分布させることを実現させやすくなる。よって、成層燃焼の実現性を向上できる。   In this embodiment in view of this point, since the fuel valve 14f is opened after the intake valve 14in is opened, it is easy to realize the distribution of the reformed fuel at a predetermined position in the combustion chamber 10a. Therefore, the feasibility of stratified combustion can be improved.

＜特徴５＞
ここで、従来の内燃機関は、ＢＴＤＣを僅かに超えたタイミングで吸気弁１４ｉｎを閉弁させて、燃焼室１０ａへ吸入される吸気量の増大を図り、吸気効率を向上させることが一般的である。しかし本実施形態では、吸気期間ｔ１〜ｔ２および燃料流入期間ｔ３〜ｔ４を、ＢＴＤＣよりも前に終了させている。そのため、燃料室１０ａから改質燃料が吸気管１３ｉｎ内へ逆流することや、燃料室１０ａから燃料管１３ｆ内へ吸気が逆流するおそれを抑制できる。よって、バックファイヤ回避の確実性を向上できる。 <Feature 5>
Here, the conventional internal combustion engine generally closes the intake valve 14in at a timing slightly exceeding BTDC, thereby increasing the amount of intake air taken into the combustion chamber 10a and improving the intake efficiency. is there. However, in this embodiment, the intake periods t1 to t2 and the fuel inflow periods t3 to t4 are ended before BTDC. Therefore, it is possible to suppress the possibility that the reformed fuel flows backward from the fuel chamber 10a into the intake pipe 13in and the intake air flows backward from the fuel chamber 10a into the fuel pipe 13f. Therefore, the certainty of avoiding backfire can be improved.

＜特徴６＞
燃焼室１０ａ内において、吸気をスワール流で環状に分布させ、その中央に改質燃料を分布させるよう、吸気管１３ｉｎの通路出口１０ｉｎおよび燃料管１３Ｆの通路出口１０ｆを配置する。そのため、改質燃料の燃焼炎とシリンダ内周面１１ａとの間に吸気の層が介在することになるので、改質燃料の燃焼熱がシリンダ内周面１１ａからシリンダブロック１１へ伝達されて逃げていくことを抑制できる。よって、内燃機関１０の熱効率を向上できる。 <Feature 6>
In the combustion chamber 10a, the passage outlet 10in of the intake pipe 13in and the passage outlet 10f of the fuel pipe 13F are arranged so that the intake air is distributed in a ring shape by a swirl flow and the reformed fuel is distributed in the center thereof. Therefore, an intake layer is interposed between the combustion flame of the reformed fuel and the cylinder inner peripheral surface 11a, so that the combustion heat of the reformed fuel is transmitted from the cylinder inner peripheral surface 11a to the cylinder block 11 and escapes. It can be suppressed. Therefore, the thermal efficiency of the internal combustion engine 10 can be improved.

＜特徴７＞
改質燃料に比べて自着火性の高い軽油（自着火燃料）を圧縮自着火燃焼させ、かつ、その圧縮自着火燃焼を火種として改質燃料を着火燃焼させる。これによれば、点火装置を用いることなく改質燃料を燃焼させることができる。 <Feature 7>
Gas oil (self-ignited fuel) having higher self-ignitability than the reformed fuel is subjected to compression auto-ignition combustion, and the reformed fuel is ignited and combusted using the compressed auto-ignition combustion as a fire type. According to this, the reformed fuel can be burned without using an ignition device.

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、燃料改質システムを、過給器２０を備えた内燃機関１０に適用させているのに対し、図５に示す本実施形態では、過給器２０を備えていない内燃機関１０に適用させている。そのため、改質燃料を加圧する手段（燃料コンプレッサ２５）も不要になる。 (Second Embodiment)
In the first embodiment, the fuel reforming system is applied to the internal combustion engine 10 provided with the supercharger 20, whereas in the present embodiment shown in FIG. 5, the internal combustion engine not provided with the supercharger 20. It is applied to the engine 10. For this reason, means for pressurizing the reformed fuel (fuel compressor 25) is also unnecessary.

また、本実施形態では、改質燃料に点火するための点火装置１６を備えており、改質燃料を点火燃焼させることが可能である。この場合、軽油を噴射する燃料噴射弁１５Ａは、シリンダブロック１１に搭載すればよい（図５参照）。また、点火装置１６を備えた場合、軽油による着火が不要となるため燃料噴射弁１５Ａを廃止することも可能である。なお、本実施形態では、図１に示す熱交換器３２を廃止している。   In the present embodiment, the ignition device 16 for igniting the reformed fuel is provided, and the reformed fuel can be ignited and burned. In this case, the fuel injection valve 15A for injecting light oil may be mounted on the cylinder block 11 (see FIG. 5). Further, when the ignition device 16 is provided, it is not necessary to ignite with light oil, so that the fuel injection valve 15A can be eliminated. In this embodiment, the heat exchanger 32 shown in FIG. 1 is abolished.

このように、過給器２０を備えていない内燃機関１０に対しても、燃料管１３ｆと吸気管１３ｉｎとを別々に備え、燃料管１３ｆの通路出口１０ｆを吸気管１３ｉｎに接続させることなく、燃焼室１０ａに接続する、といった構成にすることは可能である。   Thus, the internal combustion engine 10 that does not include the supercharger 20 is also provided with the fuel pipe 13f and the intake pipe 13in separately, and without connecting the passage outlet 10f of the fuel pipe 13f to the intake pipe 13in. It is possible to connect to the combustion chamber 10a.

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be modified as follows. Moreover, you may make it combine the characteristic structure of each embodiment arbitrarily, respectively.

・上記第１実施形態では、成層燃焼させる内燃機関１０に本発明を適用させているが、燃焼室１０ａ内で改質燃料と吸気を撹拌させて燃焼させる内燃機関に本発明を適用させてもよい。   In the first embodiment, the present invention is applied to the internal combustion engine 10 that performs stratified combustion. However, the present invention may be applied to an internal combustion engine that stirs and burns reformed fuel and intake air in the combustion chamber 10a. Good.

・上記各実施形態とは別に、改質器４０へ供給する燃料に排ガスを混合させることで、改質に必要な水成分を燃料に混合させることも可能である。また、燃料タンク３８に貯蔵させておく燃料に、予め水を混入させておき、上述した排ガスの混合を廃止するようにしてもよい。要するに、燃料タンク３８にアルコールを貯蔵することに替え、アルコール水を貯蔵させるようにしてもよい。   -Apart from the above embodiments, it is also possible to mix water components necessary for reforming with the fuel by mixing exhaust gas with the fuel supplied to the reformer 40. Further, the fuel stored in the fuel tank 38 may be mixed with water in advance, and the above-described mixing of exhaust gas may be abolished. In short, instead of storing alcohol in the fuel tank 38, alcohol water may be stored.

・上記第１実施形態では、吸気バルブ１４ｉｎの開弁期間ｔ１〜ｔ２と、燃料バルブ１４ｆの開弁期間ｔ３〜ｔ４とのオーバラップを無くしているが、オーバラップ期間が存在していてもよい。   In the first embodiment, the overlap between the valve opening periods t1 to t2 of the intake valve 14in and the valve opening periods t3 to t4 of the fuel valve 14f is eliminated, but an overlap period may exist. .

・上記各実施形態では、本発明にかかる燃焼システムを定置式の内燃機関に適用させているが、車両に搭載された内燃機関に適用させることも可能である。   In each of the above embodiments, the combustion system according to the present invention is applied to a stationary internal combustion engine. However, it can also be applied to an internal combustion engine mounted on a vehicle.

１０ｆ…燃料管の通路出口、１０ｉｎ…吸気管の通路出口、１３ｆ…燃料管、１３ｉｎ…吸気管、１４ｆ…燃料バルブ、１４ｉｎ…吸気バルブ、１５…燃料噴射弁、３４…改質器。   10f: fuel pipe passage outlet, 10in: intake pipe passage outlet, 13f: fuel pipe, 13in: intake pipe, 14f: fuel valve, 14in: intake valve, 15: fuel injection valve, 34: reformer.

Claims (7)

燃料の性状を触媒上で改質する改質器（３４）と、
前記改質器で改質された改質燃料を、内燃機関（１０）の燃焼室（１０ａ）へ導く燃料管（１３ｆ）と、
を備え、
前記改質燃料が吸気と混合せずに前記燃焼室へ直接流入することとなるよう、前記燃料管の通路出口（１０ｆ）が前記燃焼室に接続され、
前記燃焼室へ吸気を導く吸気管（１３ｉｎ）の通路出口（１０ｉｎ）は、前記内燃機関のシリンダ内周面（１１ａ）に沿うスワール流によって吸気が環状に分布するように配置され、
前記燃料管の通路出口（１０ｆ）は、前記燃焼室において、前記改質燃料の周りに前記スワール流が存在するように、前記スワール流の中心に向けて前記改質燃料が流入する位置に配置され、
前記燃焼室へ吸気を導く吸気管（１３ｉｎ）の通路出口（１０ｉｎ）を開閉する吸気バルブ（１４ｉｎ）の開弁開始時期（ｔ１）が、前記燃料管の通路出口（１０ｆ）を開閉する燃料バルブ（１４ｆ）の開弁開始時期（ｔ３）よりも早く、かつ、前記吸気バルブの閉弁開始時期（ｔ２）が、前記燃料バルブの閉弁開始時期（ｔ４）よりも早くなるように設定されていることを特徴とする燃料改質システム。 A reformer (34) for reforming the properties of the fuel on the catalyst;
A fuel pipe (13f) for guiding the reformed fuel reformed by the reformer to the combustion chamber (10a) of the internal combustion engine (10);
With
A passage outlet (10f) of the fuel pipe is connected to the combustion chamber so that the reformed fuel flows directly into the combustion chamber without being mixed with intake air .
The passage outlet (10 in) of the intake pipe (13 in) that guides intake air to the combustion chamber is arranged so that the intake air is distributed in an annular shape by a swirl flow along the cylinder inner peripheral surface (11a) of the internal combustion engine,
The passage outlet (10f) of the fuel pipe is arranged at a position where the reformed fuel flows toward the center of the swirl flow so that the swirl flow exists around the reformed fuel in the combustion chamber. And
The valve opening start timing (t1) of the intake valve (14in) for opening and closing the passage outlet (10in) of the intake pipe (13in) for guiding intake air to the combustion chamber is a fuel valve for opening and closing the passage outlet (10f) of the fuel pipe. The opening timing (t2) of the intake valve is set earlier than the opening timing (t3) of the fuel valve, and the closing timing (t2) of the intake valve is earlier than the closing timing (t4) of the fuel valve. A fuel reforming system. 燃料の性状を触媒上で改質する改質器（３４）と、A reformer (34) for reforming the properties of the fuel on the catalyst;
前記改質器で改質された改質燃料を、内燃機関（１０）の燃焼室（１０ａ）へ導く燃料管（１３ｆ）と、A fuel pipe (13f) for guiding the reformed fuel reformed by the reformer to the combustion chamber (10a) of the internal combustion engine (10);
を備え、With
前記改質燃料が吸気と混合せずに前記燃焼室へ直接流入することとなるよう、前記燃料管の通路出口（１０ｆ）が前記燃焼室に接続され、A passage outlet (10f) of the fuel pipe is connected to the combustion chamber so that the reformed fuel flows directly into the combustion chamber without being mixed with intake air.
前記燃焼室へ吸気を導く吸気管（１３ｉｎ）の通路出口（１０ｉｎ）は、前記内燃機関のシリンダ内周面（１１ａ）に沿うスワール流によって吸気が環状に分布するように配置され、The passage outlet (10 in) of the intake pipe (13 in) that guides intake air to the combustion chamber is arranged so that the intake air is distributed in an annular shape by a swirl flow along the cylinder inner peripheral surface (11a) of the internal combustion engine,
前記燃料管の通路出口（１０ｆ）は、前記燃焼室において、前記改質燃料の周りに前記スワール流が存在するように、前記スワール流の中心に向けて前記改質燃料が流入する位置に配置されていることを特徴とする燃料改質システム。The passage outlet (10f) of the fuel pipe is arranged at a position where the reformed fuel flows toward the center of the swirl flow so that the swirl flow exists around the reformed fuel in the combustion chamber. The fuel reforming system characterized by the above-mentioned. 燃料の性状を触媒上で改質する改質器（３４）と、A reformer (34) for reforming the properties of the fuel on the catalyst;
前記改質器で改質された改質燃料を、内燃機関（１０）の燃焼室（１０ａ）へ導く燃料管（１３ｆ）と、A fuel pipe (13f) for guiding the reformed fuel reformed by the reformer to the combustion chamber (10a) of the internal combustion engine (10);
を備え、With
前記改質燃料が吸気と混合せずに前記燃焼室へ直接流入することとなるよう、前記燃料管の通路出口（１０ｆ）が前記燃焼室に接続され、A passage outlet (10f) of the fuel pipe is connected to the combustion chamber so that the reformed fuel flows directly into the combustion chamber without being mixed with intake air.
前記燃焼室へ吸気を導く吸気管（１３ｉｎ）の通路出口（１０ｉｎ）を開閉する吸気バルブ（１４ｉｎ）の開弁開始時期（ｔ１）が、前記燃料管の通路出口（１０ｆ）を開閉する燃料バルブ（１４ｆ）の開弁開始時期（ｔ３）よりも早く、かつ、前記吸気バルブの閉弁開始時期（ｔ２）が、前記燃料バルブの閉弁開始時期（ｔ４）よりも早くなるように設定されていることを特徴とする燃料改質システム。The valve opening start timing (t1) of the intake valve (14in) for opening and closing the passage outlet (10in) of the intake pipe (13in) for guiding intake air to the combustion chamber is a fuel valve for opening and closing the passage outlet (10f) of the fuel pipe. The opening timing (t2) of the intake valve is set earlier than the opening timing (t3) of the fuel valve, and the closing timing (t2) of the intake valve is earlier than the closing timing (t4) of the fuel valve. A fuel reforming system. 排気の流速エネルギにより回転駆動するタービン（２１）と、
前記タービンの回転駆動力により回転して吸気を圧縮する吸気コンプレッサ（２３）と、
前記タービンの回転駆動力により回転して前記改質燃料を圧縮する燃料コンプレッサ（２５）と、
を有して構成された過給器（２０）が前記内燃機関に備えられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料改質システム。 A turbine (21) that is rotationally driven by the flow velocity energy of the exhaust;
An intake air compressor (23) that rotates by the rotational driving force of the turbine and compresses the intake air;
A fuel compressor (25) that rotates by the rotational driving force of the turbine and compresses the reformed fuel;
The fuel reforming system according to any one of claims 1 to 3, wherein the internal combustion engine is provided with a supercharger (20) configured to include 前記燃焼室へ吸気を導く吸気管（１３ｉｎ）の通路出口（１０ｉｎ）を開閉する吸気バルブ（１４ｉｎ）の開弁期間と、前記燃料管の通路出口（１０ｆ）を開閉する燃料バルブ（１４ｆ）の開弁期間とのオーバラップ期間が無くなるように設定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料改質システム。 An opening period of an intake valve (14in) that opens and closes a passage outlet (10in) of an intake pipe (13in) that guides intake air to the combustion chamber, and a fuel valve (14f) that opens and closes a passage outlet (10f) of the fuel pipe. The fuel reforming system according to any one of claims 1 to 4, wherein an overlap period with the valve opening period is set to be eliminated. 前記燃焼室へ吸気を導く吸気管（１３ｉｎ）の通路出口（１０ｉｎ）を開閉する吸気バルブ（１４ｉｎ）の閉弁開始時期（ｔ２）、および前記燃料管の通路出口（１０ｆ）を開閉する燃料バルブ（１４ｆ）の閉弁開始時期（ｔ４）が、前記内燃機関のピストン上昇開始時期以前に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料改質システム。   The closing timing (t2) of the intake valve (14in) that opens and closes the passage outlet (10in) of the intake pipe (13in) that guides intake air to the combustion chamber, and the fuel valve that opens and closes the passage outlet (10f) of the fuel pipe The fuel reforming system according to any one of claims 1 to 5, wherein the valve closing start timing (t4) of (14f) is set before the piston rising start timing of the internal combustion engine. 前記改質燃料に比べて自着火性の高い自着火燃料を噴射する燃料噴射弁（１５）を備え、
前記自着火燃料を圧縮自着火燃焼させ、かつ、その圧縮自着火燃焼を火種として前記改質燃料を着火燃焼させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料改質システム。 A fuel injection valve (15) for injecting self-ignition fuel having higher self-ignition properties than the reformed fuel;
The fuel reforming according to any one of claims 1 to 6, wherein the self-ignition fuel is subjected to compression self-ignition combustion, and the reformed fuel is ignited and combusted using the compression self-ignition combustion as a fire type. system.
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