CN103249668B - 具备氢发生装置的内燃机 - Google Patents
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Abstract
一种氢发生装置，具备：分解含有氢原子和氮原子的化合物从而生成氢的分解器；向分解器供给化合物的化合物供给装置；和向分解器供给氧的氧供给装置。分解器包含具有促进化合物分解的催化剂粒子和促进化合物氧化的催化剂粒子的催化剂。向分解器供给化合物和氧，使化合物氧化从而产生氧化热，利用产生的氧化热进行化合物的分解。
Description
技术领域
本发明涉及氢发生装置和具备氢发生装置的内燃机。
背景技术
在燃料电池和以氢为燃料的发动机等中，需要向装置供给氢。作为供给氢的装置，除了对天然气等进行改性的装置或向储氢瓶贮留氢的装置等以外，还已知以氨为原料生成氢的装置。在该装置中，预先将氨贮留于罐中，通过使氨达到高温而分解，能够生成氢。
在特开平5-332152号公报中，公开了一种燃烧发动机，其是使氨气燃烧得到驱动力的氨燃烧发动机，具备使用燃烧室的排气分解氨的氨分解反应器。并且公开了：利用来自燃烧室的排气来加热氨分解反应器内的热交换管。被导入热交换管的氨气，通过吸收排气的热量的吸热反应而被分解为氢和氮。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：特开平5-332152号公报
发明内容
在通过使氨达到高温进行分解来生成氢的氢发生装置中，能够配置包含促进氨分解的催化剂粒子的分解催化剂。通过配置分解催化剂，能够促进氨分解，例如能够降低用于使氨分解的温度。
由于氨的分解反应是吸热反应，因此为了采用分解催化剂来继续氨的分解，需要向分解催化剂供给热。上述的特开平5-332152号公报中所公开的氨燃烧发动机中，利用从燃烧室排出的排气的热将氨气分解为氢和氮。 然而，从排气取得氨分解所需的热的装置，在排气的温度低时，不能够向分解催化剂供给充分的热，有不能适当地生成氢之虞。
例如，在内燃机冷起动时等，排气的温度上升需要时间，因此存在氢发生装置为了适当地产生氢而花费时间之虞。上述的公报中所公开的氨燃烧发动机，配置有对分解氨的热交换管进行加热的辅助加热器。在排气的温度低的情况下，由辅助加热器将热交换管加热。但是，当采用辅助加热器将分解催化剂加热到产生氨分解反应的温度，或者，采用辅助加热器供给用于继续氨分解的热时，需要大的电力。存在为了向辅助加热器供给大的电力而需要大电源的问题。
另外，上述的氨燃烧发动机，配置有氢的吸藏装置。但是，当在氢发生装置上配置氢的吸藏装置时，存在氢发生装置大型化或复杂化的问题。而且存在当氢的吸藏装置所吸藏的氢被消耗时变得不能供给氢的问题。
本发明的目的是提供向催化剂供给用于分解原料的热的性能优异的氢发生装置和具备氢发生装置的内燃机。
本发明的氢发生装置，具备：分解含有氢原子和氮原子的化合物从而生成氢的分解器；向分解器供给上述化合物的化合物供给装置；和向分解器供给氧的氧供给装置。分解器包含具有促进上述化合物分解的催化剂粒子和促进上述化合物氧化的催化剂粒子的催化剂。向分解器供给上述化合物和氧，使上述化合物氧化从而产生氧化热，利用产生的氧化热进行上述化合物的分解。
在上述发明中，优选：上述分解器构成第1分解器，上述氢发生装置还具备第2分解器，所述第2分解器包含具有促进上述化合物分解的催化剂粒子的催化剂，第1分解器的催化剂和第2分解器的催化剂以相互进行热交换的方式形成，化合物供给装置形成为向第1分解器和第2分解器供给上述化合物，并能够调整向第1分解器供给的上述化合物的流量和向第2分解器供给的上述化合物的流量。
在上述发明中，优选：具备检测第2分解器的催化剂的温度的催化剂温度检测器，在第2分解器的催化剂的温度低于所预定的温度的情况下， 使向第2分解器供给的上述化合物的流量减少，并使向第1分解器供给的上述化合物的流量增加。
在上述发明中，优选：氧供给装置向分解器供给氧，使得氧相对于化合物供给装置供给的上述化合物的摩尔比达到0以上0.3以下。
在上述发明中，优选：具备：检测催化剂的温度的催化剂温度检测器；和控制化合物供给装置和氧供给装置之中的至少一方的控制装置，化合物供给装置形成为能够调整向分解器供给的上述化合物的流量，氧供给装置形成为能够调整向分解器供给的氧的流量，控制装置调整向催化剂供给的上述化合物的流量和氧的流量之中的至少一方，使得由催化剂温度检测器所检测的催化剂的温度达到所预定的温度的范围内。
在上述发明中，优选：在由催化剂温度检测器检测催化剂的温度，所检测到的催化剂的温度比所预定的温度高的情况下，控制装置使氧相对于上述化合物的流量比减少。
在上述发明中，优选：在由催化剂温度检测器检测催化剂的温度，所检测到的催化剂的温度比所预定的温度低的情况下，控制装置使氧相对于上述化合物的流量比增加。
在上述发明中，优选：具备配置于催化剂的上游侧流路中的混合器，混合器形成为促进包含从氧供给装置供给的氧的气体和包含从化合物供给装置供给的上述化合物的气体的混合。
本发明的内燃机，具备：上述的氢发生装置；内燃机主体，其包含燃料进行燃烧的燃烧室和与燃烧室连接的内燃机进气通路；和与氢发生装置连接的氢供给机。氧供给装置向分解器供给内燃机进气通路内的空气。氢供给机将在氢发生装置中生成的氢作为燃料向燃烧室供给。
在上述发明中，优选：化合物供给装置包含：贮留液态的上述化合物的罐；和将液态的上述化合物加热使其气化的蒸发器，在蒸发器中生成的气态的上述化合物的至少一部分，不通过分解器而作为燃料被供给到燃烧室。
在上述发明中，优选：内燃机主体形成为由冷却水冷却，氢发生装置 包含配置于分解器的下游侧并冷却从分解器流出的气体的冷却器，冷却器形成为利用内燃机主体的冷却水冷却从分解器流出的气体。
在上述发明中，优选：具备检测内燃机的内燃机转速的转速检测装置，氢供给机形成为能够调整向燃烧室供给的氢的量，检测内燃机转速，内燃机转速越高，越增加向燃烧室供给的氢的量。
在上述发明中，优选：氢发生装置具备控制化合物供给装置和氧供给装置之中的至少一方的控制装置，化合物供给装置形成为能够调整向分解器供给的上述化合物的流量，氧供给装置形成为能够调整向分解器供给的氧的流量，控制装置基于由氢供给机向燃烧室供给的氢的量，调整向分解器供给的氧的流量和上述化合物的流量之中的至少一方。
在上述发明中，优选：具备检测内燃机的负荷的负荷检测装置，氢供给机形成为能够调整向燃烧室供给的氢的量，检测内燃机的负荷，内燃机的负荷越小，越增加向燃烧室供给的氢的量。
在上述发明中，优选：氢发生装置具备控制化合物供给装置和氧供给装置之中的至少一方的控制装置，化合物供给装置形成为能够调整向分解器供给的上述化合物的流量，氧供给装置形成为能够调整向分解器供给的氧的流量，控制装置基于由氢供给机向燃烧室供给的氢的量，调整向分解器供给的氧的流量和上述化合物的流量之中的至少一方。
在上述发明中，优选：氢发生装置具备对催化剂进行加热的加热器，在起动了内燃机时，利用加热器对催化剂进行加热，催化剂的温度变得比所预定的温度高之后，对催化剂开始供给氧和上述化合物。
在上述发明中，优选：化合物供给装置形成为能够调整向分解器供给的上述化合物的流量，氧供给装置形成为能够调整向分解器供给的氧的流量，在催化剂的温度比所预定的温度低的情况下，使氧相对于上述化合物的流量比增加。
在上述发明中，优选：具备检测内燃机主体的温度的内燃机温度检测器，化合物供给装置形成为能够调整向分解器供给的上述化合物的流量，氧供给装置形成为能够调整向分解器供给的氧的流量，在内燃机主体的温 度比所预定的温度低的情况下，氢发生装置向分解器供给上述化合物和氧，使得氧相对于上述化合物的摩尔比达到0.15以上。
在上述发明中，优选：具备检测内燃机的运行状态的运行状态检测装置，化合物供给装置形成为能够调整向分解器供给的上述化合物的流量，氢发生装置基于内燃机的运行状态，使从蒸发器向分解器供给的上述化合物相对于不通过分解器而从蒸发器向燃烧室供给的上述化合物的流量比变化。
在上述发明中，优选：运行状态检测装置具备检测内燃机主体的温度的内燃机温度检测器，检测内燃机主体的温度，内燃机主体的温度越低，越增加向分解器供给的上述化合物相对于不通过分解器而向燃烧室供给的上述化合物的流量比。
根据本发明，能够提供向催化剂供给用于分解原料的热的性能优异的氢发生装置和具备氢发生装置的内燃机。
附图说明
图1是实施方式1中的氢发生装置的概略图。
图2是表示实施方式1中的氢发生装置的电加热器的温度与催化剂的温度的关系的曲线图。
图3是实施方式1中的氢发生装置的电加热器的温度与从分解器流出的气体中所含的氢浓度的曲线图。
图4是表示向实施方式1中的氢发生装置的分解器流入的气体的摩尔比与从分解器流出的气体中所含的氢浓度的关系的曲线图。
图5是表示向实施方式1中的氢发生装置的分解器流入的气体的摩尔比与从分解器流出的气体中所含的氨浓度的关系的曲线图。
图6是表示向实施方式1中的氢发生装置的分解器流入气体的摩尔比与催化剂的温度的关系的曲线图。
图7是实施方式1中的氢发生装置的运行控制的流程图。
图8是实施方式2中的氢发生装置的概略图。
图9是实施方式2中的氢发生装置的运行控制的流程图。
图10是实施方式3中的第1内燃机的概略图。
图11是实施方式3中的内燃机的电子控制单元的概略图。
图12是实施方式3中的内燃机的运行控制的流程图。
图13是实施方式3中的第2内燃机的概略图。
图14是实施方式3中的第3内燃机的概略图。
图15是实施方式3中的第4内燃机的概略图。
图16是实施方式3中的第5内燃机的概略图。
具体实施方式
实施方式1
参照图1～图7对实施方式1中的氢发生装置进行说明。本实施方式中的氢发生装置，使用含有氮原子和氢原子的化合物作为原料。在本实施方式中，作为原料使用了液态的氨。氢发生装置通过向液态的氨供给热使其气化来生成气态的氨。而且，通过将气态的氨升温而在分解催化剂上分解，来生成氢。
图1是本实施方式中的氢发生装置的概略图。本实施方式中的氢发生装置具备用于分解氨的分解器51a。本实施方式中的分解器51a包含催化剂60a。催化剂60a包含：促进氨分解的催化剂粒子、和促进氨氧化的催化剂粒子。本实施方式中的催化剂60a，作为分解氨的分解催化剂发挥功能，而且作为将氨氧化的氧化催化剂发挥功能。即，本实施方式中的分解器51a包含分解催化剂和氧化催化剂。分解器51a包含由分解催化剂和氧化催化剂一体地形成的催化剂60a。
本实施方式中的催化剂60a，形成为蜂窝结构。本实施方式中的催化剂60a，具有沿着流体流动的方向形成的多个流路。催化剂60a包含形成有多个流路的基材。基材由例如堇青石或金属形成。在基材的各个流路的表面形成有涂层。在涂层中配置有担载催化剂粒子的粒子状的载体。
在本实施方式中，用于氧化氨的催化剂粒子和用于分解氨的催化剂粒 子被担载于载体。载体由例如氧化铝形成。用于氧化氨的催化剂粒子的金属，可例示铂等的贵金属、铁等的贱金属。在本实施方式中，采用了铂。用于氧化氨的催化剂粒子不限于该方式，可由促进氨氧化的任意的金属形成。
用于分解氨的催化剂粒子的金属，可例示铂、铑、钌等的贵金属、镍或钴等的贱金属。在本实施方式中，采用了铑和钌。用于分解氨的催化剂粒子不限于该方式，可由促进氨分解的任意的金属形成。
分解器51a包含容器75。催化剂60a配置于容器75的内部。容器75可由例如不锈钢形成。容器75上连接有空气和原料氨流入的流入管71。另外，容器75上连接有包含生成的氢的气体流出的流出管70。
本实施方式中的氢发生装置，具备用于将作为原料的氨向分解器51a供给的化合物供给装置。化合物供给装置包含用于贮留氨的罐64。罐64的内部被加压，贮留有液态的氨49。本实施方式中的化合物供给装置包含用于供给液态的氨49的泵65。泵65与液态氨供给管68连接。
化合物供给装置包含与液态氨供给管68连接的蒸发器66。蒸发器66形成为能够将液态氨加热。蒸发器66能够将液态氨气化。本实施方式中的蒸发器66，安装有电气式的加热器，并形成为从外部供给热。在蒸发器66的出口连接有供给气态的氨的氨供给管61。氨供给管61与流入管71连接。
本实施方式中的氢发生装置，具备向分解器51a供给氧的氧供给装置。本实施方式中的氧供给装置，向分解器51a供给作为含有氧的气体的空气。本实施方式中的氧供给装置包含空气泵76。本实施方式中的空气泵76向分解器51a供给外部气体。氧供给装置包含与空气泵76连接的空气供给管62。空气供给管62与流入管71连接，使得向流入管71供给空气。本实施方式中的氧供给装置形成为向分解器供给空气，但不限于该方式，只要氧供给装置形成为能够向分解器供给含有氧的气体即可。
在流入管71的内部，配置有用于混合向催化剂60a流入的气体的混合器69。混合器69形成为充分混合气态的氨和空气。在本实施方式中，配置有涡旋型的混合器。混合器69配置在空气供给管62与流入管71连接的 位置的下游。
在氨供给管61的途中，配置有用于调整向催化剂60a供给的气态的氨的流量的流量调整阀72a。另外，在空气供给管62的途中，配置有调整向催化剂60a供给的空气的流量的流量调整阀73a。
在流出管70上连接有冷却器85。冷却器85形成为冷却从分解器51a流出的高温的气体。冷媒（致冷剂）通过流入管87流入冷却器85。在冷却器85中进行了热交换的冷媒从流出管88排出。从氢发生装置流出的气体包含氢。当从氢发生装置流出的气体以高温的状态接触含有氧的气体时，有时氢燃烧。或者，被从氢发生装置供给氢的装置有时受到热损伤。因此，本实施方式的氢发生装置，在分解器51a上连接冷却器85，来冷却从分解器51a流出的气体。
本实施方式中的氢发生装置具备作为控制装置的电子控制单元31。本实施方式中的电子控制单元31包含数字计算机。氢发生装置中所包含的各个设备，由电子控制单元31控制。供给氨的泵65和空气泵76被电子控制单元31控制。另外，流量调整阀72a、73a由电子控制单元31控制。
在分解器51a的容器75的内部，在催化剂60a的下游，作为用于检测催化剂60a的温度的催化剂温度检测器，配置有温度传感器74a。由温度传感器74a检测到的温度的信号被输入到电子控制单元31。作为温度传感器74a，不限于该方式，只要形成为能够检测催化剂60a的温度即可。例如，温度传感器74a也可以配置在催化剂60a的内部。
本实施方式中的氢发生装置，具备作为加热催化剂60a的加热器的电加热器63。电加热器63形成为能够将催化剂60a加热。在电加热器63上连接有电源77。本实施方式中的电源77被电子控制单元31控制。
在分解器51a的周围配置有绝热部件67。绝热部件67可由例如玻璃棉（glasswool）等形成。通过在分解器51a的周围配置绝热部件67，能够抑制来自分解器51a的散热。另外，能够抑制配置在氢发生装置的周围的装置、部件受到热损伤。
本实施方式中的加热催化剂60a的加热器，包含电加热器63，但不限 于该方式，只要加热器形成为加热催化剂60a即可。例如，也可以在分解器51a的容器75的内部，在催化剂60a的上游侧配置用于将向催化剂60a流入的气体加热的电加热催化剂（EHC：ElectricallyHeated Catalyst）。
本实施方式的氢发生装置，在起动时利用电加热器63将催化剂60a升温。本实施方式中的电加热器63，将催化剂60a加热到活化温度以上。例如，用电加热器63将催化剂60a加热到催化剂60a的温度达到约200℃以上。
在本实施方式中，在催化剂60a的温度达到所预定的温度以上的情况下，开始氨的供给。例如，在催化剂60a达到活化温度以上的情况下，开始氨的供给。电子控制单元31驱动加热蒸发器66的加热器。电子控制单元31驱动泵65，并使流量调整阀72a成为已打开的状态。液态的氨49如箭头100所示那样被供给到蒸发器66。在蒸发器66中，液态的氨49变化成为气体。变成为气体的氨，通过氨供给管61，如箭头101所示那样被供给到流入管71。
另一方面，电子控制单元31驱动空气泵76。电子控制单元31使流量调整阀73a成为已打开的状态。如箭头102所示，空气通过空气供给管62被供给到流入管71。空气与氨的混合气流入混合器69中被混合。通过混合气从混合器69通过，能够抑制产生空气和氨的局部的浓度的偏差。空气与氨的混合气，此后流入到催化剂60a中。这样，本实施方式中的氢发生装置向催化剂60a除了供给氨之外还供给空气。
由于向催化剂60a流入的气体中含有氧，因此通过催化剂60a的氧化功能，所供给的一部分的氨氧化。氨按以下的式子那样发生氧化反应。
NH3+（3/4）O2→（1/2）N2+（3/2）H2O...（1）
氨的氧化是放热反应。因此，催化剂60a被加热。氧化反应中未被使用的氨，通过催化剂60a的分解功能而产生分解反应。氨被改性成为氮和氢。氨的分解反应如以下的式子所示那样产生。
NH3→（1/2）N2+（3/2）H2...（2）
氨的分解反应在规定的温度以上产生。另外，氨的分解反应是吸热反 应。本实施方式的氢发生装置，能够在催化剂60a中使氨的一部分氧化，并利用其氧化热进行氨的分解。从催化剂60a流出的分解气体，除了氢和氮以外还包含水蒸气。所生成的分解气体，如箭头103所示，通过流出管70而流出。从分解器51a流出的高温的气体由冷却器85冷却。
本实施方式中的化合物供给装置，通过调整流量调整阀72a的开度，能够调整向催化剂60a供给的氨的流量。本实施方式中的氧供给装置，通过调整流量调整阀73a的开度，能够调整向催化剂60a供给的空气的流量、即氧的流量。这样，本实施方式中的氢发生装置，具备调整向催化剂60a供给的空气的流量（氧的流量）相对于氨的流量的比率的流量比调整装置。流量比调整装置能够调整向催化剂60a供给的气体的氧相对于氨的流量比（摩尔比）。
图2是表示在本实施方式的氢发生装置中，将催化剂加热的电加热器的温度与催化剂的温度的关系的曲线图。图2是将向分解器51a供给的气体的氧相对于氨的摩尔比固定来生成了氢时的曲线图。当使电加热器的温度逐渐地上升下去时，在电加热器的温度大致为200℃时催化剂的温度急剧地上升。即，在电加热器的温度大致为200℃时，催化剂60a中所含的促进氧化反应的催化剂粒子活化。可知由于产生氨的氧化而发生了氧化热。
图3表示说明在本实施方式的氢发生装置中将催化剂加热的电加热器的温度与从分解器流出的气体中所含的氢浓度的关系的曲线图。图3是与图2同样地将向分解器51a供给的气体的氧相对于氨的摩尔比固定来生成了氢时的曲线图。可知当电加热器的温度低于约200℃时，未生成氢。可知在电加热器的温度变为约200℃时，生成了氢。参照图2和图3可知，在催化剂的温度变为约200℃时，由于氧化反应，催化剂60a的温度急剧地上升，而且氨被分解。
再者，在图2和图3的试验中，对于向分解器供给的空气的流量设为零的情况也进行了试验，但即使将电加热器的温度上述到200℃，也没有观察到氢的生成。这样，本实施方式中的氢发生装置，能够降低在起动时等为产生分解反应而应该利用加热器加热催化剂的温度。
图4表示说明向本实施方式的分解器供给的气体的氧相对于氨的摩尔比、与从分解器流出的气体的氢浓度的关系的曲线图。在该试验中从速度V1到速度V4变更空间速度进行了多次的试验。当使氧相对于氨的摩尔比从零附近逐渐地上升时，可知所生成的气体的氢浓度上升。当为摩尔比Rmax时，氢浓度达到最大。在比摩尔比Rmax大的区域，摩尔比越大，氢浓度越减少。
图5表示说明向本实施方式的分解器供给的气体的氧相对于氨的摩尔比、与从分解器流出的气态氨浓度的关系的曲线图。纵轴是在分解器中未被分解而流出的氨浓度。当将氧相对于氨的摩尔比上升下去时，可知从分解器流出的氨浓度减少。可知，氧相对于氨的摩尔比为约0.2时，从分解器流出的气态氨浓度变为零。即可知供给到分解器的氨大致全部被消耗。
参照图4和图5，在氧相对于氨的摩尔比小的区域中，用于进行氨分解的热量不足。当使氧相对于氨的摩尔比上升下去时，催化剂的温度上升。因此，在从分解器流出的气体的氢浓度上升的同时，从分解器流出的气态氨浓度减少。
然而，氧相对于氨的摩尔比超过约0.2时，所供给的全部的氨被消耗。而且，所生成的氢因氧化反应而被消耗。因此，当使氧相对于氨的摩尔比上升下去时，所生成的气体的氢浓度减少。这样，通过变更向分解器供给的氧相对于氨的摩尔比，能够调整从氢发生装置流出的气体中所含的氢浓度和氨浓度。
另外，根据图4和图5的曲线图可知，即使变更向催化剂流入的气体的空间速度，所生成的气体的氢浓度以及氨浓度也大致相同。本实施方式中的氢发生装置，即使使空间速度比现有技术中的氢发生装置高，也能够以大的浓度生成氢。因此，相比于现有技术中的氢发生装置，能够使分解器小型化。或者，能够减少为了制造催化剂而使用的催化剂金属的量。
图6表示在本实施方式的氢发生装置中，使向分解器供给的气体的氧相对于氨的摩尔比变化时的催化剂的温度的曲线图。当增大氧相对于氨的摩尔比时，即增大氧的含有率时，可知催化剂60a的温度上升。例如，当 增大向催化剂60a流入的气体中所含的空气的比率时，更多地发生氧化反应，催化剂60a的温度上升。可知通过这样地变更氧相对于氨的摩尔比，能够调整催化剂的温度。
然而，当催化剂的温度变为高温时，有时催化剂劣化。例如，当催化剂的温度变为高温时，有时产生催化剂粒子凝聚的烧结（sintering）。或者，在担载催化剂粒子的基材由金属形成的情况下，有时产生基材的热损伤。因此，催化剂的温度优选为例如约1000℃以下。
参照图6，氧相对于氨的摩尔比约为0.3时的催化剂的温度低于1000℃。因此，氢发生装置优选控制使得氧相对于氨的摩尔比达到约0以上约0.3以下。
本实施方式中的氢发生装置，能够调整氧相对于氨的摩尔比而产生氧化热，并利用氨的氧化热进行氨的分解。参照图1，在氢发生装置的起动时等，进行电加热器63的通电，将催化剂60a加热。催化剂60a升温到能够得到规定的活性的温度后，停止电加热器63的通电。这样，本实施方式中的氢发生装置，在进行氨分解的运行期间中，不对催化剂60a进行来自外部的热供给而能够进行氨的分解。
图7表示说明本实施方式中的氢发生装置的运行控制的流程图。图7所示的运行控制，例如能够以所预定的时间间隔反复进行。本实施方式中的氢发生装置，检测分解器的催化剂的温度，并调整向催化剂供给的气体的氧相对于氨的摩尔比，使得催化剂的温度达到所预定的温度范围内。在本实施方式中，调整氨的流量和空气的流量。
参照图1和图7，在步骤201中，检测催化剂60a的温度。催化剂60a的温度，能够由配置于催化剂60a的下游的温度传感器74检测出。
在步骤202中，判别催化剂60a的温度是否大于所预定的高温侧的温度判定值。即，判别是否脱离了所预定的温度范围。作为催化剂60a的高温侧的温度判定值，例如能够采用催化剂60a的劣化显著进行的温度。在步骤202中，在催化剂60a的温度高于所预定的高温侧的温度判定值的情况下，转移到步骤203。
在步骤203中，进行减少空气相对于氨的流量比的控制。在本实施方式中，向催化剂供给的气体的空间速度不变更而减少了空气相对于氨的流量比。参照图1，在本实施方式中，进行减小调整空气流量的流量调整阀73a的开度，但增大调整氨流量的流量调整阀72a的开度的控制。参照图6，通过进行该控制，氧相对于氨的摩尔比减少，能够降低催化剂60a的温度。在步骤203中，催化剂60a的温度一下降到所预定的温度就结束该控制。或者，也可以一变化到所预定的流量比就结束该控制。
在步骤202中，在催化剂60a的温度为所预定的高温侧的温度判定值以下的情况下，转移到步骤204。在步骤204中，判别催化剂60a的温度是否低于所预定的低温侧的温度判定值。即，判别催化剂60a的温度是否脱离了所预定的温度范围。作为催化剂60a的低温侧的温度判定值，例如能够采用催化剂60a的活化温度。
在步骤204中，在催化剂60a的温度低于所预定的低温侧的温度判定值的情况下，转移到步骤205。在步骤205中，进行使空气相对于氨的流量比增加的控制。在本实施方式中，催化剂中的气体的空间流量不变更而使空气相对于氨的流量比增加。参照图1，在本实施方式中，进行增大调整空气流量的流量调整阀73a的开度，但减小调整氨流量的流量调整阀72a的开度的控制。参照图6，通过进行该控制，氧相对于氨的摩尔比增加，能够提高催化剂60a的温度。在步骤205中，催化剂60a的温度一上升到所预定的温度就结束该控制。或者，也可以一变化到所预定的流量比就结束该控制。
在本实施方式中，向催化剂60a供给的气体的总流量不变更而使空气相对于氨的流量比变化，但不限于该方式，也可以变更向催化剂60a供给的气体的总流量。例如，在催化剂温度超过了高温侧的温度判定值的情况下，也可以不改变向催化剂供给的氨的流量而将空气的流量设为零。
在本实施方式的运行控制中，在判别了催化剂温度的高温侧的温度判定值之后，判别了低温侧的温度判定值，但不限于该方式，也可以在判别了低温侧的温度判定值之后，判别高温侧的温度判定值。或者，也可以同 时地判别高温侧的温度判定值和低温侧的温度判定值。而且，判别了催化剂温度的高温侧的温度判定值和低温侧的温度判定值这两方，但不限于该方式，也可以采用任一方。
然而，本实施方式中的氢发生装置，为了将向催化剂60a供给的氧相对于氨的摩尔比控制为所希望的值，能够使用催化剂60a的温度来控制。参照图6，催化剂60a的温度与向催化剂60a供给的氧相对于氨的摩尔比对应。因此，通过检测催化剂60a的温度，能够推定向催化剂60a供给的氧相对于氨的摩尔比。即，能够推定向催化剂60a供给的空气相对于氨的流量比。
例如，在增高向催化剂60a供给的氧相对于氨的摩尔比的情况下，能够进行控制使得催化剂60a的温度变高。能够控制空气的流量和氨的流量，使得氧相对于氨的摩尔比变为与催化剂的温度对应的目标值。这样，本实施方式中的氢发生装置，能够采用催化剂温度的目标值来代替氧相对于氨的摩尔比的目标值。
作为本实施方式中的含有氢原子和氮原子的化合物、即生成氢的原料，取氨为例进行了说明，但不限于该方式，原料能够采用含有氢原子和氮原子、且进行分解而生成氢的任意的化合物。例如，原料能够包含联氨（N2H4）。
本实施方式中的化合物供给装置，形成为供给液态原料，但不限于该方式，也可以形成为供给气态原料。
另外，作为将成为原料的气体分解和氧化的催化剂，不限于蜂窝结构，能够采用任意结构的催化剂。例如，催化剂也可以包含：具有担载了催化剂粒子的小型的球状的载体的颗粒（pellet）催化剂。另外，在本实施方式中，采用了分解催化剂和氧化催化剂一体地形成的催化剂，但不限于该方式，也可以由分解催化剂和氧化催化剂构成具有促进化合物分解的催化剂粒子和促进化合物氧化的催化剂粒子的催化剂。例如，可以沿着排气的流动方向在上游侧配置蜂窝结构的氧化催化剂，并在下游侧配置蜂窝结构的分解催化剂。在具备氧化催化剂和分解催化剂的装置中，在应该检测催化 剂的温度的情况下，能够检测例如分解催化剂的温度。
实施方式2
参照图8和图9，对实施方式2中的氢发生装置进行说明。本实施方式中的氢发生装置，除了包含促进氧化的催化剂粒子和促进分解的催化剂粒子的分解器以外，还具备包含促进分解的催化剂粒子的分解器。
图8表示本实施方式中的氢发生装置的概略图。本实施方式中的氢发生装置，除了作为第1分解器的分解器51a以外，还具备作为第2分解器的分解器51b。第1分解器与实施方式1中的分解器51a同样。
分解器51b包含催化剂60b。本实施方式中的催化剂60b形成为蜂窝结构。本实施方式中的催化剂60b包含促进分解的催化剂粒子。本实施方式中的催化剂60b，未担载用于促进氧化的催化剂粒子，但不限于该方式，也可以担载有促进氧化的催化剂粒子。
空气供给管62与分解器51a的流入管71连接。本实施方式中的氧供给装置形成为：向分解器51a的催化剂60a供给氧，但不向分解器51b的催化剂60b供给氧。
本实施方式中的氢发生装置，以催化剂60a和催化剂60b进行热交换的方式形成。在本实施方式中，分解器51a的容器75与分解器51b的容器75相互接触地配置。作为催化剂60a和催化剂60b相互热交换的构成，不限于该方式，例如，也可以在分解器51a与分解器51b之间配置热交换器。热交换器，例如可例示：包含配置于催化剂60a的内部的第1散热片和配置于催化剂60b的内部的第2散热片，且第1散热片和第2散热片由能传热的部件相互连接的热交换器。
在分解器51b的容器75的内部，在催化剂60b的下游，配置有温度传感器74b来作为检测催化剂60b的温度的催化剂温度检测器。本实施方式中的化合物供给装置，形成为能够向催化剂60a、60b供给作为化合物的氨。化合物供给装置中，与蒸发器66连接的氨供给管61分支。分支了的氨供给管61，与分解器51a的流入管71以及分解器51b的流入管71连接。在朝向分解器51b的氨供给管61的途中，配置有调整向催化剂60b供给 的气态氨的流量的流量调整阀72b。
本实施方式中的化合物供给装置，形成为：通过调整流量调整阀72a、72b的开度能够调整向各催化剂60a、60b供给的氨的流量。或者，形成为：能够变更向分解器51a的催化剂60a供给的氨与向分解器51b的催化剂60b供给的氨的流量比。
分解器51b的容器75上连接有流出管70。与分解器51a的容器75连接的流出管70以及与分解器51b的容器75连接的流出管70，相互合流而与冷却器85连接。
本实施方式中的氢发生装置，具备电子控制单元31。各温度传感器74a、74b的输出被输入到电子控制单元31。另外，各流量调整阀72a、72b、73a由电子控制单元31控制。
本实施方式的氢发生装置，在作为第1分解器的分解器51a中，能够一边进行氨的氧化一边进行氨的分解。另外，在作为第2分解器的分解器51b中，能够进行氨的分解。而且，在分解器51a的催化剂60a中产生的氧化热被传递到分解器51b的催化剂60b。本实施方式的氢发生装置，在分解器51b的催化剂60b中也能够利用在催化剂60a中产生的氧化热来进行氨的分解。
本实施方式中的氢发生装置，形成为：能够变更向作为第1分解器的分解器51a供给的氨的流量以及向作为第2分解器的分解器51b供给的氨的流量。根据该构成，能够根据氢发生装置所要求的氢量、催化剂的温度等的运行状态来将向第1分解器供给的氨流量以及向第2分解器供给的氨流量最佳化。能够根据运行状态适当地进行氢的生成。
图9表示本实施方式中的氢发生装置的运行控制的流程图。在本实施方式的运行控制中，进行控制使得作为第2分解器的分解器51b的催化剂60b的温度达到所预定的温度范围内。图9所示的控制，例如可每隔所预定的时间间隔反复进行。
在步骤211中，检测第2分解器的催化剂的温度。参照图8，电子控制单元31利用温度传感器74b检测分解器51b的催化剂60b的温度。
接着，在步骤212中，判别分解器51b的催化剂60b的温度是否低于所预定的低温侧的温度判定值。作为低温侧的温度判定值，例如能够采用分解器51b的催化剂60b活化的温度。在步骤212中，在作为第2分解器的分解器51b的催化剂60b的温度低于低温侧的温度判定值的情况下，转移到步骤213。
在步骤213中，增加向分解器51a供给的氨相对于向分解器51b供给的氨的流量比。在本实施方式中，进行减少向分解器51b供给的氨的流量，但是增加向分解器51a供给的氨的流量的控制。参照图8，在本实施方式中，进行增大与分解器51a连通的流量调整阀72a的开度，但减小与分解器51b连通的流量调整阀72b的开度的控制。
通过进行该控制，能够进行减少向不伴有发热的催化剂60b供给的氨的流量、增大向伴有发热的催化剂60a供给的氨的流量的控制。能够向产生氨的氧化的分解器51a供给较多的氨。在催化剂60b中，氨的分解反应变少，因此能够使催化剂60b的温度上升。能够抑制：分解器51b的催化剂60b的温度过于下降，氨的分解能力变得低于所希望的能力。在该情况下，也可以增加向分解器51a供给的空气的流量。通过增加向分解器51a供给的空气的流量，能够抑制催化剂60a的温度降低。或者，能够使催化剂60a的温度上升。其结果，能够使催化剂60b的温度快速上升。
关于步骤213，例如可在第2分解器的催化剂60b的温度达到所预定的温度以上时结束。或者，也可以变化到所预定的流量比而结束。步骤213中的分解器51b的升温一结束，就结束该控制。
在步骤212中，在分解器51b的催化剂60b的温度为低温侧的温度判定值以上的情况下，转移到步骤214。
在步骤214中，判别分解器51b的催化剂60b的温度是否大于所预定的高温侧的温度判定值。作为高温侧的温度判定值，例如能够采用产生氧化热的催化剂60a的温度达到发生劣化的温度时的催化剂60b的温度。在步骤214中，在分解器51b的催化剂60b的温度为所预定的高温侧的温度判定值以下的情况下，结束该控制。在分解器51b的催化剂60b的温度大 于所预定的高温侧的温度判定值的情况下，转移到步骤215。
在步骤215中，进行使向分解器51a供给的氨相对于向分解器51b供给的氨的流量比减少的控制。在本实施方式中，进行增加向分解器51b供给的氨的流量，但减少向分解器51a供给的氨的流量的控制。参照图8，在本实施方式中，进行减小与分解器51a连通的流量调整阀72a的开度，但增大与分解器51b连通的流量调整阀72b的开度的控制。
通过进行该控制，能够使催化剂60a的温度降低。在该情况下，也可以使向分解器51a供给的空气的流量减少。通过使向分解器51a供给的空气的流量减少，能够使催化剂60a的温度快速地下降。由于向不产生氨的氧化反应而产生分解反应的催化剂60b供给的氨的流量变多，因此能够使催化剂60b的温度降低。能够抑制：分解器51a的催化剂60a的温度过于升高从而催化剂60a劣化。
在步骤215中，例如可在第2分解器的催化剂60b的温度变为所预定的温度以下时结束。或者，也可以一变化到所预定的流量比就结束该控制。
这样，在本实施方式的氢发生装置的控制中，能够基于催化剂的温度调整向产生氧化反应的催化剂以及不产生氧化反应的催化剂供给的氨的流量。
在本实施方式的运行控制中，检测了第2分解器的催化剂的温度，但不限于该方式，也可以检测第1分解器的催化剂的温度。另外，在本实施方式中，在进行了低温侧的温度判定值的判别后进行了高温侧的温度判定值的判别，但不限于该方式，可以先进行任一项。或者，也可以同时地进行低温侧的温度判定值的判别和高温侧的温度判定值的判别。或者，也可以进行采用了低温侧的温度判定值或高温侧的温度判定值的任一方的温度判定值的控制。
关于其他的构成、作用和效果，与实施方式1同样，因此在此不重复说明。
实施方式3
参照图10～图16，对实施方式3中的具备氢发生装置的内燃机进行说 明。在本实施方式中，取配置于车辆上的内燃机为例进行说明。
图10是本实施方式中的内燃机的概略图。本实施方式中的内燃机为火花点火式。内燃机具备内燃机主体1。内燃机主体1包含气缸体2和气缸盖4。在气缸体2的内部配置有活塞3。由活塞3的冠面和气缸盖4形成燃烧室5。燃烧室5按各个气缸而形成。
在燃烧室5上连接有内燃机进气通路和内燃机排气通路。在气缸盖4上形成有进气口7和排气口9。进气阀6配置于进气口7的端部，形成为能够将与燃烧室5连通的内燃机进气通路开闭。排气阀8配置于排气口9的端部，形成为能够将与燃烧室5连通的内燃机排气通路开闭。在气缸盖4上固定有作为点火装置的火花塞10。火花塞10形成为在燃烧室5中对燃料进行点火。本实施方式中的火花塞10是等离子流火花塞。
各气缸的进气口7，经由对应的进气支管13与平衡罐（调整槽：surge tank）14连结。平衡罐14经由进气导管15与空气滤清器12连结。在进气导管15上配置有检测吸入空气量的空气流量计16。在进气导管15的内部配置有由步进电动机17驱动的节流阀18。
本实施方式中的内燃机，具备净化排气的排气净化装置。排气净化装置包含催化转换器21。各气缸的排气口9与排气歧管19连结。排气歧管19与催化转换器21连结。本实施方式中的催化转换器21包含氧化催化剂20。催化转换器21与排气管22连接。
本实施方式中的排气净化装置包含氧化催化剂，但不限于该方式而能够配置净化排气的任意的装置。例如，排气净化装置可以包含三元催化剂和/或用于净化NOX的催化剂。
本实施方式中的内燃机具备氢发生装置。本实施方式中的氢发生装置的构成,与实施方式1中的氢发生装置同样（参照图1）。氢发生装置具备包含催化剂60a的分解器51a。分解器51a的流入管71与空气供给管62连接。空气供给管62，在节流阀18的上游与内燃机进气通路连接。在本实施方式的内燃机中，通过节流阀的下游侧的压力变得低于上游侧的压力，可从燃料喷射阀86喷射氢等。分解器51a的流出管70与冷却器85连接。
冷却内燃机主体1的内燃机冷却水向本实施方式中的冷却器85流入。冷却器85形成为在从分解器51a流出的气体和内燃机主体1的冷却水之间进行热交换。从分解器51a流出的气体由内燃机冷却水冷却。根据该构成，能够利用内燃机主体的内燃机冷却水冷却从分解器51a流出的气体。
本实施方式中的蒸发器66包含加热部66a。本实施方式中的加热部66a形成为利用电加热器加热。加热部66a不限于该方式，只要形成为将液态氨气化即可。例如，加热部66a可以形成为通过与在排气净化装置中流动的排气的热交换而将液态氨气化。
本实施方式中的内燃机，具备：将在氢发生装置中生成的氢作为燃料向燃烧室供给的氢供给机。本实施方式中的氢供给机包含朝向内燃机进气通路的内部喷射氢的燃料喷射阀86。燃料喷射阀86经由供给管90与冷却器85连接。在分解器51a中生成的氢，如箭头103所示，通过流出管70、冷却器85和供给管90，被供给到燃料喷射阀86。通过打开燃料喷射阀86，含有氢的气体被放出到内燃机进气通路。
通过将在分解器51a中生成的含有氢的气体用冷却器85冷却，在氢被放出到内燃机进气通路中时，能够抑制氢与空气接触而燃烧。而且，能够抑制：燃烧的氢在内燃机进气通路逆流的逆火。
图11表示本实施方式中的内燃机的电子控制单元的概略图。本实施方式中的内燃机的控制装置包含电子控制单元31。本实施方式中的电子控制单元31包含数字计算机。电子控制单元31包含：经由双向总线32而相互连接的RAM（随机存取存储器）33、ROM（只读存储器）34、CPU（微处理器）35、输入端口36和输出端口37。
参照图10和图11，空气流量计16产生与被吸入到燃烧室5的吸入空气量成比例的输出电压。该输出电压经由对应的AD变换器38输入到输入端口36。在油门踏板40上连接有负荷传感器41。负荷传感器41产生与油门踏板40的踏下量成比例的输出电压。该输出电压经由对应的AD变换器38输入到输入端口36。另外，曲轴每旋转例如30°曲轴转角传感器42就产生输出脉冲，该输出脉冲被输入到输入端口36。通过曲轴转角传感器42 的输出，能够检测内燃机转速。
另外，内燃机的内燃机主体1由内燃机冷却水冷却。内燃机包含内燃机冷却水温度传感器43来作为检测内燃机主体1的温度的内燃机温度检测器。内燃机冷却水温度传感器43形成为检测内燃机冷却水的温度。内燃机冷却水温度传感器43的输出，经由对应的AD变换器38输入到输入端口36。而且，氢发生装置中所包含的温度传感器等的信号被输入到电子控制单元31。
电子控制单元31的输出端口37，经由各自对应的驱动电路39与燃料喷射阀86以及火花塞10连接。本实施方式中的电子控制单元31形成为进行燃料喷射控制。另外，输出端口37经由对应的驱动电路39与驱动节流阀18的步进电动机17连接。而且，电子控制单元31与氢发生装置中所包含的流量调整阀和泵等连接。电子控制单元31控制氢发生装置中所包含的设备。
作为内燃机的控制装置，不限于该方式，只要形成为能够控制内燃机即可。例如控制装置包含控制氢发生装置的电子控制单元和控制内燃机主体的电子控制单元，这些多个电子控制单元采用CAN（Controller Area Network）通信等的通信方法相互连接也可以。
参照图10，本实施方式中的内燃机，由燃料喷射阀86向进气支管13的内部喷射在氢发生装置的分解器51a中生成的氢以及在氢发生装置中未被分解的气态氨。所吸入的空气、氢和氨的混合气，通过进气口7被供给到燃烧室5。
本实施方式中的内燃机，在燃烧室5中燃料被燃烧而产生排气。在燃烧室5中产生的排气从燃烧室5向排气口9流出。流出到排气口9的排气，向催化转换器21流入。在催化转换器21的氧化催化剂20中，排气中所含的未燃的燃料等被氧化。由催化转换器21净化了的排气，通过排气管22而排出。
参照图10和图11，本实施方式中的内燃机，能够以氨和氢之中的至少一方为燃料在燃烧室5中进行燃烧。本实施方式中的内燃机，具备检测 内燃机的运行状态的运行状态检测装置。作为内燃机的运行状态，例如可例示内燃机转速、内燃机的负荷等。本实施方式中的内燃机，检测运行状态，根据内燃机的运行状态进行使向燃烧室5供给的氨量和氢量变化的控制。
本实施方式中的内燃机，具备检测内燃机转速的转速检测装置。另外，本实施方式中的内燃机，具备检测内燃机的负荷的负荷检测装置。向燃烧室5供给的氨量和氢量，例如可基于内燃机转速和内燃机的负荷选定。预先制成使内燃机转速和内燃机的负荷成为函数的氨的供给量的图以及氢的供给量的图，并将该图存储于电子控制单元31的ROM34中。
例如，利用曲轴转角传感器42的输出等检测内燃机转速。或者，由负荷传感器41的输出等检测负荷。基于检测到的内燃机转速或负荷等的运行状态，能够使用存储于电子控制单元31的图选定向燃烧室供给的氨量以及氢量。
在本实施方式的内燃机中，向燃烧室5供给的空气量，能够通过控制节流阀18的开度来调整。向燃烧室5流入的氨和氢的混合气的量，能够通过控制燃料喷射阀86的喷射时间或喷射流量来调整。而且，氢发生装置能够调整向燃料喷射阀86供给的混合气中所含的氢量和氨量的比率。
通过调整向氢发生装置的分解器51a供给的空气流量和氨流量，能够改变向燃烧室5供给的氢量和氨量的比率。参照图4和图5，在本实施方式的氢发生装置中，通过使向分解器51a供给的空气相对于氨的流量比变化，能够使从分解器51a流出的氢浓度和氨浓度变化。例如，通过在氧相对于氨的摩尔比为0以上Rmax以下的范围内增大氧相对于氨的摩尔比，能够使从分解器51a流出的氢浓度上升并使氨浓度减少。
从分解器51a流出的气体的总流量，可通过控制向分解器51a供给的空气流量和氨流量来调整。例如，从燃料喷射阀86喷射的每单位时间的混合气的量，与从分解器51a流出的气体的流量相当。因此，基于从燃料喷射阀86喷射的每单位时间的混合气的量，能够调整向分解器51a供给的氨流量和空气流量。
然而，氨具有燃烧速度慢、并且着火性差的燃烧特性。在燃烧室5中使氨燃烧的情况下，氢作为促进燃烧室5中的燃料燃烧的助燃剂发挥功能。因此，在燃烧室5中氨的燃烧性差的情况下，优选提高燃料中所含的氢的比率。例如，在内燃机转速高的情况和/或内燃机的负荷低的情况下，优选增大向燃烧室供给的燃料的氢相对于氨的比率。
图12表示本实施方式中的内燃机的运行控制的流程图。在步骤221中，检测内燃机的运行状态。接着，在步骤222中，基于检测出的内燃机的运行状态选定向燃烧室供给的氢量和氨量。例如，可根据预先存储于电子控制单元的图来选定氢量和氨量。
接着，在步骤223中，基于向燃烧室供给的氢量和氨量，控制氢发生装置。向燃烧室供给的氢量和氨量，与从氢发生装置的分解器流出的氢量和氨量对应。基于向燃烧室供给的氢量和氨量，调整向氢发生装置的分解器供给的空气流量和氨流量的比率。通过进行该控制，能够调整向燃料室供给的氢量和氨量，并能够在氢发生装置中生成适当量的氢。在本实施方式中，控制了向燃烧室供给的氨量和氢量两方，但不限于该方式，也可以控制任一方的量。
在作为内燃机的运行状态检测内燃机转速的情况下，可进行内燃机转速越高，越增加向燃烧室供给的氢的量的控制。或者，可进行内燃机的转速越高，越增大向燃烧室供给的燃料的氢相对于氨的比率的控制。参照图4，在氢发生装置中，可进行内燃机的转速越高，越增加向分解器供给的气体的空气相对于氨的流量比的控制。通过进行该控制，即使内燃机的转速变高，也能够在燃烧室中进行稳定的燃烧。
在作为内燃机的运行状态检测内燃机的负荷的情况下，可进行内燃机的负荷越小，越增加向燃烧室供给的氢的量的控制。或者，可进行内燃机的负荷越小，越增大向燃烧室供给的燃料的氢相对于氨的比率的控制。参照图4，在氢发生装置中，可进行内燃机的负荷越小，越增加向分解器供给的气体的空气相对于氨的流量比的控制。通过进行该控制，即使内燃机的负荷变小，也能够在燃烧室中进行稳定的燃烧。
另外，作为内燃机的运行状态，可例示内燃机主体1的温度。例如，可检测内燃机冷却水的温度作为内燃机主体1的温度。内燃机有时内燃机主体1的温度低。由于氨的着火性差，因此在内燃机主体1的温度低的情况下，优选向燃烧室5供给提高了氢相对于氨的比率的燃料。本实施方式中的内燃机，在内燃机主体1的温度比所预定的温度判定值低的情况下，进行增加向燃烧室5供给的氢量相对于氨量之比的控制。可进行控制使得从氢发生装置流出的气体的氢相对于氨的比率达到所预定的比率以上。可将向分解器51a供给的空气相对于氨的流量比控制在所预定的比率以上。或者，可进行内燃机主体1的温度越低，越增大向分解器51a供给的空气相对于氨的流量比的控制。
例如，在长时间停止内燃机后进行了起动的情况下，内燃机主体1为低温。本实施方式中的内燃机，在冷起动时，利用配置于分解器51a的周围的加热器63（参照图1）将催化剂60a加热到催化剂60a的温度达到所预定的温度以上。例如，在催化剂60a的温度达到活化温度以上时，对催化剂60a供给氨和空气。在本实施方式中，在起动了内燃机时，控制使得向分解器51a供给的空气相对于氨的流量比达到所预定的比率以上。或者，可检测内燃机主体1的温度，进行在内燃机主体1的温度上升的同时，逐渐地减小向分解器51a供给的空气相对于氨的流量比的控制。
参照图4和图5，例如，在内燃机主体1的温度低于所预定的温度判定值的情况下，可使氧相对于氨的摩尔比为0.15以上。即，可使空气相对于氨的摩尔比为0.7以上。通过进行该控制，能够使从分解器流出的气体中所含的氨的浓度大致为0%。可更优选地使氧相对于氨的摩尔比为0.2以上。能使从分解器流出的气体中所含的燃料的大致全部为氢。其结果，能够在燃烧室5中进行稳定的燃烧。
作为内燃机的运行状态，不限于内燃机转速、内燃机的负荷、和内燃机主体的温度等，可采用任意的运行状态。
参照图10，本实施方式的内燃机，实施方式1中的氢发生装置安装于内燃机的进气通路。如在实施方式1中说明那样，向分解器供给的氧相对 于氨的摩尔比的控制，可采用催化剂的温度进行。即，在根据氢发生装置所要求的氢量和氨量控制分解器的情况下，可利用分解器51a的温度传感器74a检测催化剂60a的温度，基于检测到的催化剂60a的温度，调整向分解器51a供给的氨流量和空气流量。
另外，与实施方式1同样地，在调整向分解器51a供给的氨的流量和氧的流量的情况下，优选进行控制使得催化剂60a的温度达到所预定的规定的范围内。作为催化剂60a的温度范围，例如作为低温侧的温度判定值可例示催化剂60a活化的温度，另外，作为高温侧的温度判定值可例示催化剂60a的耐热温度。
图13表示本实施方式中的第2内燃机的概略图。本实施方式中的第2内燃机，形成为：在蒸发器66中生成的气态氨的一部分不通过分解器51a而向燃烧室5供给。
本实施方式中的第2内燃机，具备朝向内燃机进气通路喷射气态氨的氨喷射阀83。氨喷射阀83经由供给管89与氢发生装置的蒸发器66连接。在蒸发器66中生成的氨的一部分，如箭头106所示，通过供给管89被供给到氨喷射阀83。在蒸发器66中气化了的氨的一部分，从氨喷射阀83喷射到进气支管13的内部。参照图11和图13，电子控制单元31的输出端口37经由对应的驱动电路39与氨喷射阀83连接。氨喷射阀83被电子控制单元31控制。
在本实施方式的第2内燃机中，也能将氨和氢之中的至少一方作为燃料而在燃烧室5中使燃料燃烧。在本实施方式的第2内燃机中，通过调整向氢发生装置的分解器51a供给的空气流量和氨流量，能够调整从燃料喷射阀86喷射并向燃烧室5供给的氢量和氨量。而且，通过控制氨喷射阀83，能够调整向燃烧室5供给的氨量。
向燃烧室5供给的氨量和氢量，可基于内燃机的运行状态确定。电子控制单元31基于向燃烧室5供给的氨量和氢量，控制氢发生装置、燃料喷射阀86和氨喷射阀83。
在第2内燃机中，在蒸发器66中生成的气态氨的一部分不通过分解器 51a而被供给到燃烧室5。在内燃机的运行中，有时减少向燃烧室5供给的氢量、或使氢量为零。在该情况下，可减少从蒸发器66向分解器51a供给的氨量，增多向氨喷射阀83供给的氨量。例如，在使向燃烧室5供给的氢量为零的情况下，可使分解器51a停止。即，可将分解器51a在需要氢时进行驱动。
在第2内燃机中，可基于内燃机的运行状态，使从蒸发器66向分解器51a供给的氨量、和从蒸发器66经由氨喷射阀83向燃烧室5供给的氨量变化。
例如，作为内燃机的运行状态检测负荷，内燃机的负荷越小，越增加从蒸发器66向分解器51a供给的氨流量，能够在氢发生装置中生成较多的氢。能够向燃烧室供给较多的氢。通过增大向分解器51a供给氨的流量调整阀72a的开度，能够增加向分解器51a供给的氨流量。关于向分解器51a供给的空气流量，可基于氢发生装置所要求的氢量和氨量确定。另外，优选进行内燃机的负荷越小，越减少从氨喷射阀83喷射的氨量的控制。通过进行该控制，内燃机的负荷越小，能够越增大向燃烧室5供给的燃料氢的比例，能够进行稳定的燃烧。
作为内燃机的运行状态检测内燃机转速的情况也能进行同样的控制。例如，可进行内燃机转速越高，越增加从蒸发器66向分解器51a供给的氨量的控制，另一方面进行越减少从蒸发器66经由氨喷射阀83向内燃机进气通路供给的氨量的控制。能够增多在分解器51a中生成的氢量。内燃机转速越高，能向燃烧室供给越多的氢。
在作为内燃机的运行状态检测内燃机主体1的温度的情况下，能进行下述控制：内燃机主体1的温度越低，越减少从蒸发器66经由氨喷射阀83向内燃机进气通路喷射的氨量，越增多从蒸发器66向分解器51a供给的氨量。能够增多在分解器51a中生成的氢量。内燃机主体的温度越低，能够向燃烧室供给越多的氢。
再者，在进行减少向燃烧室5供给的氨量的控制的情况下，也可以使来自氨喷射阀83的氨的供给量为零。例如，在内燃机冷起动时和/或内燃 机主体1的温度低于所预定的温度的情况下，能够向分解器51a供给在蒸发器66中气化的氨的全部。
图14表示本实施方式中的第3内燃机的概略图。在第3内燃机中，氢发生装置具备分解器51a，形成为分解器51a的催化剂60a与排气净化装置进行热交换。在本实施方式中，形成为在催化转换器21的氧化催化剂20中发生的热被传递到分解器51a的催化剂60a。在本实施方式的第3内燃机中，催化转换器21和分解器51a相互接触而配置。
在本实施方式的第3内燃机中，通过催化转换器21和分解器51a接触，氧化催化剂20发生的热传递到催化剂60a，但不限于该方式，能够将排气净化装置中所包含的任意设备的热传递到分解器的催化剂。例如，催化转换器也可以包含三元催化剂。或者，也可以形成为：在内燃机排气通路流动的排气，通过配置于催化剂60a的内部的热交换器的内部。或者，也可以在氧化催化剂20和催化剂60a之间配置热交换器。热交换器，例如可例示：包含配置于氧化催化剂20的内部的第1散热片、和配置于催化剂60a的内部的第2散热片，且第1散热片和第2散热片由能传热的部件相互连接的热交换器。
另外，在本实施方式的第3内燃机中，在向分解器51a供给氨的流路的途中，连接有绕过分解器51a的旁通管91。旁通管91与蒸发器66的出口连接。在旁通管91的途中配置有调整气态氨的流量的流量调整阀92。流量调整阀92由电子控制单元31控制。旁通管91连接于将冷却器85和燃料喷射阀86连接的供给管90的途中。
在本实施方式的第3内燃机中，能够将在蒸发器66中气化了的氨的一部分如箭头104所示那样通过旁通管91向供给管90供给。能够将在蒸发器66中生成的气态氨不通过分解器51a而向内燃机进气通路供给。或者，能够使向分解器51a供给的化合物相对于不通过分解器51a而向燃烧室5供给的化合物的流量比变化。例如，通过减小流量调整阀72a的开度，增大流量调整阀92的开度，能够在减少向分解器51a供给的氨量的同时，增多向燃料喷射阀86直接供给的氨量。
本实施方式的第3内燃机，能够使在催化转换器21的氧化催化剂20中发生的热传递到分解器51a的催化剂60a，能量效率提高。能够从排气净化装置供给用于在分解器51a中分解氨的热。其结果，能够减少为了催化剂60a升温而消耗的氨量。
另外，在内燃机冷起动时等的催化转换器21的温度低的情况下，能够在分解器51a中使氨氧化，并利用催化剂60a的氧化热将催化转换器21升温。例如，在冷起动时，利用电加热器63将催化剂60a升温到活化温度以上后，产生氨的氧化反应。能够将在催化剂60a中发生的热传递到催化转换器21的氧化催化剂20。因此，能够用短时间将氧化催化剂20升温到活化温度以上。因此，在催化转换器21为低温的情况下，能够提高从排气净化装置排出的排气的性状。
在本实施方式的第3内燃机中，能够进行控制使得氢发生装置的分解器51a的催化剂60a的温度达到所预定的温度范围内。催化剂60a的温度范围，优选确定使得催化剂60a和氧化催化剂20都达到活化温度以上。另外，催化剂60a的温度范围，优选确定使得催化剂60a和氧化催化剂20低于容许的耐热温度。在催化剂60a的温度低于所预定的低温侧的温度判定值的情况下，能够进行增加向催化剂60a供给的空气相对于氨的流量比的控制。在催化剂60a的温度高于所预定的高温侧的温度判定值的情况下，能够进行降低向催化剂60a供给的空气相对于氨的流量比的控制。
图15表示本实施方式中的第4内燃机的概略图。本实施方式中的第4内燃机，除了作为第1分解器的分解器51a以外，还具备作为第2分解器的分解器51b。
分解器51a的催化剂60a，包含促进氨分解的催化剂粒子和促进氨氧化的催化剂粒子。向分解器51a供给空气的空气供给管62，形成为从内燃机进气通路取得空气。在分解器51a的出口连接有流出管70。流出管70与冷却器85连接。在冷却器85上连接有供给管90。供给管90与燃料喷射阀86连接。分解器51b的催化剂60b包含促进氨分解的催化剂粒子。形成为：经由流量调整阀72b向分解器51b供给气态氨而不供给空气。分 解器51b形成为不产生氨的氧化反应而产生氨的分解反应。
分解器51b的催化剂60b形成为与催化转换器21的氧化催化剂20进行热交换。在本实施方式中，分解器51b和催化转换器21接触。
在本实施方式的第4内燃机中，在内燃机起动时等的催化转换器21的温度低的情况下，不向分解器51b供给氨、且向分解器51a供给氨。例如，在冷起动时利用电加热器63将催化剂60a加热到活化温度。催化剂60a一达到活化温度就能够产生氧化反应、进行氨的分解。因此，在催化转换器21为低温的情况下，也能够在催化剂60a中进行氨的分解。
随着催化转换器21的氧化催化剂20的温度上升，分解器51b的催化剂60b的温度也上升。在催化剂60b的温度达到了所预定的温度以上的情况下，向分解器51b供给氨。氧化催化剂20的热被传递到分解器51b的催化剂60b，在分解器51b中能够进行氨的分解。例如，在催化剂60b的温度上升到活化温度以上的情况下，打开流量调整阀72b，向分解器51b供给氨。能够在催化剂60b中进行氨的分解。在该情况下，能够进行减少向分解器51a供给的氨的流量的控制。
在第4内燃机中，能够根据内燃机的运行状态，使向第1分解器供给的氨流量和向第2分解器供给的氨流量变化。因此，能够提供能量效率优异的内燃机。另外，由于能够使用排气净化装置的热进行氨的分解，因此能够减少为了将分解催化剂加热而消耗的氨量。
图16表示本实施方式中的第5内燃机的概略图。第5内燃机，在内燃机上安装有与实施方式2中的氢发生装置同样的氢发生装置。在第5内燃机中，具备作为第1分解器的分解器51a、和作为第2分解器的分解器51b。分解器51a包含促进氨分解的催化剂粒子和促进氨氧化的催化剂粒子。分解器51b包含促进氨分解的催化剂粒子。
分解器51b的催化剂60b，形成为与催化转换器21的氧化催化剂20进行热交换。在本实施方式中，分解器51b与催化转换器21接触。而且，分解器51b的催化剂60b形成为与分解器51a的催化剂60a进行热交换。在本实施方式中，分解器51a和分解器51b相互接触而配置。在蒸发器66 中生成的氨，经由供给管89而从氨喷射阀83喷射。在分解器51a、51b中生成的氢，从燃料喷射阀86喷射。关于其他的构成，与本实施方式中的第4内燃机同样。
在本实施方式的第5内燃机中，对不具有发热功能的分解器51b的催化剂60b，除了在催化转换器21的氧化催化剂20中发生的热以外，还能够供给在分解器51a的催化剂60a中发生的热。例如，在内燃机起动时等，通过在分解器51a的催化剂60a中产生氨的氧化，能够用短时间将分解器51b的催化剂60b升温到活化温度以上。
在第5内燃机的运行控制中，例如，能够检测不供给空气的分解器51b的催化剂60b的温度。在催化剂60b的温度低于所预定的低温侧的温度判定值的情况下，能够进行增加向具有氧化功能的催化剂60a供给的氨流量，但减少向不具有氧化功能的催化剂60b供给的氨流量的控制。其结果，能够使分解器51b的催化剂60b的温度上升。在催化剂60b的温度变得高于所预定的高温侧的温度判定值的情况下，能够进行减少向具有氧化功能的催化剂60a供给的氨流量、增加向不具有氧化功能的催化剂60b供给的氨流量的控制。
本实施方式中的燃料喷射阀和氨喷射阀形成为：向内燃机进气通路喷射燃料，但不限于该方式，各个喷射阀只要形成为能够向燃烧室供给燃料即可。例如，各个喷射阀可以配置为向燃烧室直接喷射燃料。
关于其他的构成、作用和效果，与实施方式1或2同样，因此在此不重复说明。
上述的实施方式能够适当组合。在上述的各个图中，同一或相当的部分附带了同一附图标记。再者，上述的实施方式是例示，并不限定发明。另外，在实施方式中，包含请求保护的技术方案中所包含的变更。
附图标记说明
1 内燃机主体
5 燃烧室
13 进气支管
20 氧化催化剂
31 电子控制单元
41 负荷传感器
42 曲轴转角传感器
43 内燃机冷却水温度传感器
49 氨
51a、51b 分解器
60a、60b 催化剂
61 氨供给管
62 空气供给管
63 电加热器
66 蒸发器
72a 流量调整阀
72b 流量调整阀
73a 流量调整阀
74a 温度传感器
74b 温度传感器
76 空气泵
83 氨喷射阀
85 冷却器
86 燃料喷射阀
89 供给管
90 供给管
91 旁通管
92 流量调整阀
Claims (17)
1.一种内燃机，其特征在于，具备：
包含燃料进行燃烧的燃烧室以及与燃烧室连接的内燃机进气通路的内燃机主体；
氢发生装置；
与氢发生装置连接的氢供给机；和
检测内燃机的运行状态的运行状态检测装置，
氢发生装置包含：分解含有氢原子和氮原子的化合物从而生成氢的分解器；向分解器供给所述化合物的化合物供给装置；向分解器供给氧的氧供给装置；和控制化合物供给装置和氧供给装置之中的至少一方的控制装置，
分解器包含：具有促进所述化合物分解的催化剂粒子和促进所述化合物氧化的催化剂粒子的催化剂，所述分解器形成为使所述化合物氧化从而产生氧化热，利用产生的氧化热进行所述化合物的分解，
化合物供给装置形成为能够调整向分解器供给的所述化合物的流量，
氧供给装置形成为能够调整向分解器供给的氧的流量，
氢供给机将在氢发生装置中生成的氢作为燃料向燃烧室供给，
控制装置，基于内燃机的运行状态，设定向燃烧室供给的所述化合物的量和氢的量，基于向燃烧室供给的所述化合物的量和氢的量，调整向分解器供给的氧的流量和所述化合物的流量之中的至少一方。
2.根据权利要求1所述的内燃机，
所述分解器构成第1分解器，
氢发生装置还具备第2分解器，所述第2分解器包含具有促进所述化合物分解的催化剂粒子的催化剂，
第1分解器的催化剂和第2分解器的催化剂，以相互进行热交换的方式形成，
化合物供给装置形成为向第1分解器和第2分解器供给所述化合物，并能够调整向第1分解器供给的所述化合物的流量和向第2分解器供给的所述化合物的流量。
3.根据权利要求2所述的内燃机，其特征在于，
氢发生装置具备检测第2分解器的催化剂的温度的催化剂温度检测器，
在第2分解器的催化剂的温度低于所预定的温度的情况下，使向第2分解器供给的所述化合物的流量减少，并使向第1分解器供给的所述化合物的流量增加。
4.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，氧供给装置向分解器供给氧，使得氧相对于化合物供给装置供给的所述化合物的摩尔比达到0以上0.3以下。
5.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
氢发生装置包含检测催化剂的温度的催化剂温度检测器，
控制装置，调整向催化剂供给的所述化合物的流量和氧的流量之中的至少一方，使得由催化剂温度检测器所检测的催化剂的温度达到所预定的温度的范围内。
6.根据权利要求5所述的内燃机，其特征在于，在由催化剂温度检测器检测催化剂的温度，所检测到的催化剂的温度比所预定的温度高的情况下，控制装置使氧相对于所述化合物的流量比减少。
7.根据权利要求5所述的内燃机，其特征在于，在由催化剂温度检测器检测催化剂的温度，所检测到的催化剂的温度比所预定的温度低的情况下，控制装置使氧相对于所述化合物的流量比增加。
8.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
氢发生装置具备配置于催化剂的上游侧流路中的混合器，
混合器形成为促进包含从氧供给装置供给的氧的气体和包含从化合物供给装置供给的所述化合物的气体的混合。
9.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
内燃机主体包含与燃烧室连接的内燃机进气通路，
氧供给装置向分解器供给内燃机进气通路内的空气。
10.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
化合物供给装置包含：
贮留液态的所述化合物的罐；和
将液态的所述化合物加热使其气化的蒸发器，
在蒸发器中生成的气态的所述化合物的至少一部分，不通过分解器而作为燃料被供给到燃烧室。
11.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
内燃机主体形成为由冷却水冷却，
氢发生装置包含配置于分解器的下游侧并冷却从分解器流出的气体的冷却器，
冷却器形成为利用内燃机主体的冷却水冷却从分解器流出的气体。
12.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
具备检测内燃机的内燃机转速的转速检测装置，
氢供给机形成为能够调整向燃烧室供给的氢的量，
检测内燃机转速，内燃机转速越高，越增加向燃烧室供给的氢的量。
13.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
具备检测内燃机的负荷的负荷检测装置，
氢供给机形成为能够调整向燃烧室供给的氢的量，
检测内燃机的负荷，内燃机的负荷越小，越增加向燃烧室供给的氢的量。
14.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
氢发生装置具备对催化剂进行加热的加热器，
在启动了内燃机时，利用加热器对催化剂进行加热，催化剂的温度变得比所预定的温度高之后，对催化剂开始供给氧和所述化合物。
15.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，
运行状态检测装置具备检测内燃机主体的温度的内燃机温度检测器，
在内燃机主体的温度比所预定的温度低的情况下，氢发生装置向分解器供给所述化合物和氧，使得氧相对于所述化合物的摩尔比达到0.15以上。
16.根据权利要求10所述的内燃机，其特征在于，氢发生装置基于内燃机的运行状态，使从蒸发器向分解器供给的所述化合物相对于不通过分解器而从蒸发器向燃烧室供给的所述化合物的流量比变化。
17.根据权利要求16所述的内燃机，其特征在于，
运行状态检测装置具备检测内燃机主体的温度的内燃机温度检测器，
检测内燃机主体的温度，内燃机主体的温度越低，越增加向分解器供给的所述化合物相对于不通过分解器而向燃烧室供给的所述化合物的流量比。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161012 Termination date: 20161216 |