JP2006312910A - 水素利用内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 脱水素触媒の劣化を有効に抑制することができるとともに、構造が簡単で、かつメンテナンスの容易な水素利用内燃機関を提供すること。
【解決手段】 水素化ガソリンを水素化ガソリンインジェクタ２４から噴射して、脱水素反応器２２内の脱水素触媒２１へ供給する。水素化ガソリンは、脱水素触媒２１において脱水素反応し、水素とガソリンとに分離する。この水素およびガソリンは、それぞれ、水素インジェクタ１８およびガソリンインジェクタ２０より噴射されて、内燃機関１０に供給される。脱水素触媒２１の温度が必要以上に高くなった場合には、脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給量を増量する。その結果、脱水素反応の吸熱により、脱水素触媒２１の温度が降下する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、水素利用内燃機関に関する。

従来、例えば特開２００３−３４３３６０号公報に開示されるように、水素生成機能を有する内燃機関のシステムが知られている。このシステムは、具体的には、デカリン等の有機ハイドライドを含む水素化燃料を原料として、水素リッチガスと、ナフタレン等の脱水素生成物とを生成する機構、並びに、生成された水素リッチガスを燃料として作動する水素エンジンを備えている。

上記公報に開示されるシステムは、脱水素触媒を備えており、この脱水素触媒に水素化燃料を供給して脱水素化反応を起こさせることにより、水素化燃料を水素リッチガスと脱水素生成物に分離する。脱水素触媒は、水素エンジンの廃熱により、脱水素化反応が可能な温度に加熱される。

脱水素触媒は、温度が高くなり過ぎると、劣化し易くなる。より具体的には、脱水素触媒の温度が高くなり過ぎると、触媒を構成する貴金属のシンタリング（凝集）を生じたり、水素化燃料中の炭素が遊離して触媒表面を覆うコーキングを生じたりして、脱水素触媒の機能低下を招来し易くなる。

上記公報に開示されるシステムは、脱水素触媒を冷却する冷却水循環系と、この冷却水循環系の作動を制御する温度制御装置とを備えている（上記公報の段落番号００３７参照）。これにより、脱水素触媒の温度が高くなり過ぎるのを防止している。

特開２００３−３４３３６０号公報 特開平７−６３２１８号公報

しかしながら、上述した従来のシステムでは、脱水素触媒を冷却する冷却水の水路や冷却水ポンプなどを設ける必要があるので、システムが複雑かつ大型になる。このため、より簡単なシステムで、脱水素触媒の劣化を抑制したいという要求がある。

また、上述した従来のシステムでは、冷却水の定期的な交換等の管理が必要となるので、メンテナンスが煩雑になる。このため、メンテナンスの容易なシステムで、脱水素触媒の劣化を抑制したいという要求もある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、脱水素触媒の劣化を有効に抑制することができるとともに、構造が簡単で、かつメンテナンスの容易な水素利用内燃機関を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、水素利用内燃機関であって、
内燃機関の排気ガスの熱で加熱されるように設けられ、有機ハイドライドを含む水素化燃料を水素と脱水素燃料とに分離させる脱水素触媒と、
前記脱水素触媒の温度を検出する温度検出手段と、
前記脱水素触媒の温度が第１の判定値を超える場合には、前記脱水素触媒の温度が前記第１の判定値以下の場合よりも、前記脱水素触媒への水素化燃料の供給量を増量する増量手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記脱水素触媒により分離された水素および脱水素燃料を前記内燃機関に供給する供給手段と、
前記増量手段により前記脱水素触媒への水素化燃料の供給量が増量されている場合には、水素化燃料の供給量が増量されていない場合よりも、前記内燃機関に供給される水素の添加割合を大きくする水素割合増大手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
リーンバーン条件の成立時に前記内燃機関をリーンバーン運転させるリーンバーン運転手段と、
前記リーンバーン運転時に、前記水素割合増大手段により前記内燃機関に供給される水素の添加割合が大きくされている場合には、水素の添加割合が大きくされていない場合よりも混合気を更にリーンにする手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第２または第３の発明において、
リーンバーン条件の不成立時にストイキまたはリッチな混合気で前記内燃機関を通常運転させる通常運転手段と、
前記通常運転時に、前記水素割合増大手段により前記内燃機関に供給される水素の添加割合が大きくされている場合には、水素の添加割合が大きくされていない場合よりも点火時期を進角する点火時期進角手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至４の発明の何れかにおいて、
前記脱水素触媒の温度が前記第１の判定値より大きい第２の判定値を超える場合に、前記脱水素触媒への水素化燃料の供給を禁止する禁止手段を備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第２乃至４の発明の何れかにおいて、
前記脱水素触媒の温度が前記第１の判定値より大きい第２の判定値を超える場合に、前記脱水素触媒への水素化燃料の供給を禁止する禁止手段と、
前記禁止手段により前記脱水素触媒への水素化燃料の供給が禁止された場合に、前記内燃機関への水素の供給を禁止する水素供給禁止手段と、
を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、脱水素触媒の温度が過度に高くなりそうな場合、脱水素触媒への水素化燃料の供給量を増大することができる。この水素化燃料の供給量増大により、脱水素触媒において、吸熱反応である脱水素反応がより多量に生じることとなるので、脱水素触媒の温度を降下させることができる。このため、本発明によれば、脱水素触媒が過度に高温になることを有効に抑制することができるので、脱水素触媒の劣化を防止することができる。更に、脱水素触媒を冷却するための特別な機構が不要であるので、構造が簡単であり、また、メンテナンスも容易である。

第２の発明によれば、脱水素触媒への水素化燃料の供給量を増量した場合には、水素の消費量を増大させることができる。気体である水素は、貯蔵スペースを多く必要とする。本発明によれば、脱水素触媒への水素化燃料の供給量を増量することによって水素の生成量が増大した場合に、その水素を消費することができるので、水素の貯蔵量が貯蔵スペースに比して過多になるのを有効に防止することができる。

第３の発明によれば、内燃機関に供給される水素の添加割合が大きくされた状況下でリーンバーン運転を行った場合に、混合気を更にリーンにすることができる。混合気がリーンになるほど排気温度が下がる特性があるので、混合気を更にリーンにすることにより、排気温度を低下させることができる。その結果、脱水素触媒の温度をより迅速に降下させることができる。この場合、燃焼促進効果を有する水素の添加割合が大きくされているので、通常の水素添加割合のときよりも更にリーンな混合気でも良好に燃焼させることができる。

第４の発明によれば、内燃機関に供給される水素の添加割合が大きくされた状況下で通常運転を行った場合に、点火時期を早めることができる。点火時期を早めると、ＭＢＴに近づく。点火時期をＭＢＴに近づけると、既燃ガスのする仕事量が増大する、つまり排気損失が低下するので、排気温度が下がる特性がある。よって、通常運転において点火時期を進角することにより、排気温度を低下させることができる。その結果、脱水素触媒の温度をより迅速に降下させることができる。この場合、ノック防止効果を有する水素の添加割合が大きくされていることにより、水素を添加しない場合や水素の添加割合が小さい場合と比べてノッキングが起きにくいので、点火時期の進角が可能となる。

第５の発明によれば、脱水素触媒の温度が何らかの理由で過度の高温になっている場合に、脱水素触媒への水素化燃料の供給を禁止することができる。これにより、脱水素触媒が過度の高温になっている場合であっても、コーキング等の触媒劣化の発生を防止することができる。

第６の発明によれば、脱水素触媒への水素化燃料の供給を禁止されたことによって水素の生成が停止した状況下で、水素を消費することを回避することができる。よって、貯蔵量の比較的少ない水素が無くなってしまうのを防止することができる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。また、内燃機関１０には、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ１３が設けられている。

吸気通路１２には、内燃機関１０に流入する吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１５が配置されている。エアフロメータ１５の下流には、吸入空気量を制御するためのスロットルバルブ１６が配置されている。スロットルバルブ１６の下流には、水素インジェクタ１８が配置されている。水素インジェクタ１８の下流には、ガソリンインジェクタ２０が配置されている。

水素インジェクタ１８には、後述するように、所定の圧力で水素リッチガスが供給されている。水素インジェクタ１８は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量の水素リッチガスを吸気通路１２の内部に噴射することができる。図１に示すシステムでは、水素インジェクタ１８を吸気通路１２に配置することとしているが、その配置はこれに限定されるものではない。すなわち、水素インジェクタ１８は、筒内に水素を噴射できるように内燃機関１０の本体に組み込んでも良い。

ガソリンインジェクタ２０には、後述するように、ガソリンが所定の圧力で供給されている。ガソリンインジェクタ２０は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量のガソリンを吸気通路１２内に噴射することができる。図１に示すシステムでは、ガソリンインジェクタ２０を吸気通路１２に配置することとしているが、その配置はこれに限定されるものではない。すなわち、ガソリンインジェクタ２０は、筒内にガソリンを噴射できるように内燃機関１０の本体に組み込んでも良い。

排気通路１４の途中には、脱水素反応器２２が配置されている。脱水素反応器２２内には、脱水素触媒２１が設置されている。この脱水素触媒２１は、水素化燃料である水素化ガソリンを、脱水素反応させることにより、水素とガソリンとに分離させるものである。脱水素触媒２１は、脱水素反応器２２内において、更に筒状のケーシングに収納されている。脱水素触媒２１の近傍には、脱水素触媒２１の温度を検出する温度センサ２３が設置されている。

排気通路１４を通る排気ガスは、脱水素反応器２２内を通過するとき、脱水素触媒２１を収納するケーシングの外側を流れる。これにより、排気ガスの熱で、脱水素触媒２１を、脱水素反応が可能な温度（例えば３００℃以上）に加熱することができる。また、排気ガスと脱水素触媒２１とが直接に接触することはない。

本実施形態における水素化ガソリンとは、一般的なガソリンに比して有機ハイドライドを多量に含むものである。ここで、「有機ハイドライド」とは、３００℃程度の温度で脱水素反応を起こす炭化水素（ＨＣ）成分であり、具体的には、デカリンやシクロヘキサンがこれに該当する。水素化ガソリンは、例えば次のようにして生成することができる。通常のガソリン（ＬＦＴ−１Ｃ）には、トルエンが４０％程度含まれている。トルエンを水素化すると、有機ハイドライドであるメチルシクロヘキサン（Ｃ_７Ｈ_１４）を生成することができる。つまり、通常のガソリンを原料として、その中に含まれるトルエンを水素化すると、メチルシクロヘキサンを４０％程度含有する水素化ガソリンを生成することができる。

このような水素化ガソリンを脱水素反応させると、水素リッチガスと、通常のガソリンとが生成される。このような脱水素反応は、吸熱反応である。このように、本実施形態における「ガソリン」とは、水素化ガソリンの脱水素反応によって生成された脱水素燃料に相当するものである。

尚、本実施形態では、水素化燃料および脱水素燃料が、それぞれ、水素化ガソリンおよびガソリンであるものとして説明するが、本発明における水素化燃料、脱水素燃料はこれに限定されるものではない。すなわち、水素化燃料は、ガソリンを水素化することによって製造されたものに限らず、他種の燃料を水素化することによって製造されたものであってもよい。

脱水素触媒２１の上部には、水素化ガソリンインジェクタ２４が組み付けられている。水素化ガソリンインジェクタ２４は、後述するように、所定の圧力で水素化ガソリンの供給を受けており、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量の水素化ガソリンを脱水素触媒２１に供給することができる。脱水素触媒２１に供給された水素化ガソリンは、前述したように、脱水素反応し、水素リッチガスとガソリンとに分離される。脱水素反応器２２の下流には、排気ガスを浄化するための触媒３０が配置されている。

本実施形態のシステムは、水素化ガソリンを貯留する水素化ガソリンタンク３２を備えている。この水素化ガソリンタンク３２には、前述したような水素化ガソリンが給油される。水素化ガソリンタンク３２には、水素化ガソリン供給管３４が連通している。水素化ガソリン供給管３４は、その途中にポンプ３６を備え、その端部において水素化ガソリンインジェクタ２４に連通している。水素化ガソリンタンク３２内の水素化ガソリンは、内燃機関の運転中に、ポンプ３６により汲み上げられて、所定の圧力で水素化ガソリンインジェクタ２４に供給される。

水素化ガソリンインジェクタ２４は、脱水素反応器２２内の高温に直接晒されるのを避けるべく、脱水素反応器２２の上方空間に主要部分が突出するように組み付けられている。このため、本実施形態のシステムによれば、水素化ガソリンインジェクタ２４の温度が、不当に高温となることはない。

脱水素触媒２１の下部には、管路３８の一端が接続されている。管路３８の他端は、分離装置４０に連通している。脱水素触媒２１において生成された水素リッチガスとガソリンとの混合物は、管路３８を通って、分離装置４０に流入する。

分離装置４０は、脱水素触媒２１から供給される高温の水素リッチガスおよびガソリンを冷却して、それらを分離する機能を有している。分離装置４０は、内燃機関１０と同様に冷却水の循環により水冷されている。このため、分離装置４０は、効率良く水素リッチガスおよびガソリンを冷却することができる。

分離装置４０の底部には、冷却されることにより液化したガソリンを貯留しておくための液体貯留スペースが設けられている。また、その貯留スペースの上方には、気体のまま残存する水素リッチガスを貯留するための気体貯留スペースが確保されている。分離装置４０には、液体貯留スペースに連通するようにガソリン管路４２が連通していると共に、気体貯留スペースに連通するように水素管路４４が連通している。

ガソリン管路４２は、ガソリンバッファタンク４８に連通している。図１には、水素化ガソリンタンク３２とガソリンバッファタンク４８とが離れた位置に配置された構成が示されているが、その構成はこれに限定されるものではない。すなわち、それらは、単一の筐体に収めることとしてもよい。

ガソリンバッファタンク４８には、ガソリン供給管６０が連通している。ガソリン供給管６０は、その途中にポンプ６２を備え、その端部においてガソリンインジェクタ２０に連通している。ガソリンバッファタンク４８内のガソリンは、内燃機関１０の運転中に、ポンプ６２により汲み上げられて、所定の圧力でガソリンインジェクタ２０に供給される。

水素管路４４は、水素バッファタンク６４に連通している。また、水素管路４４には、分離装置４０内の水素リッチガスを水素バッファタンク６４に圧送するためのポンプ６６と、ポンプ６６の吐出側圧力が過大となるのを防ぐためのリリーフ弁６８が組み込まれている。ポンプ６６およびリリーフ弁６８によれば、水素バッファタンク６４内に、その内圧が過剰とならない範囲で水素リッチガスを送り込むことができる。

水素バッファタンク６４には、水素供給管７１が連通している。水素供給管７１は、その途中にレギュレータ７３を備え、その端部において水素インジェクタ１８に連通している。このような構成によれば、水素インジェクタ１８には、水素バッファタンク６４に水素リッチガスが貯留されていることを条件に、レギュレータ７３により調整される圧力により水素リッチガスが供給される。

また、本実施形態のシステムは、アクセル開度センサ７６と、クランク角センサ７８とを備えている。アクセル開度センサ７６は、アクセルペダルの踏み込み量を検出するセンサである。クランク角センサ７８は、内燃機関１０のクランク軸が所定回転角だけ回転する毎に、Ｈｉ出力とＬｏ出力とを反転させるセンサである。クランク角センサ７８の出力によれば、クランク軸の回転位置や回転速度、更には、機関回転数などを検知することができる。

更に、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８０を備えている。ＥＣＵ８０には、上述したエアフロメータ１５、温度センサ２３、アクセル開度センサ７６、クランク角センサ７８などの各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ８０には、点火プラグ１３、スロットルバルブ１６、インジェクタ１８，２０，２４、ポンプ３６，６２，６６などの機器が接続されている。ＥＣＵ８０は、それらのセンサ出力を基礎として所定の処理を行うことにより、上述した各種の機器の駆動することができる。

［実施の形態１の動作の概要］
ＥＣＵ８０は、内燃機関１０が始動すると、その運転状態に基づいて、予め定められている規則に従って、内燃機関１０に供給するべき水素リッチガスの目標値、およびガソリンの目標値を算出し始める。そして、内燃機関１０の運転中は、それらの目標値が実現されるように、水素インジェクタ１８およびガソリンインジェクタ２０を駆動する。その結果、水素バッファタンク６４に貯留されている水素リッチガス、およびガソリンバッファタンク４８に貯留されているガソリンが、それぞれ適当に吸気通路１２に噴射される。

内燃機関１０に対して水素とガソリンを同時に供給することとすると、水素のみが燃料とされる場合に比して大幅に大きな出力を得ることができる。また、ガソリンのみが燃料とされる場合に比べると、安定した燃焼を確保しうる空気過剰率の限界が大幅に上昇して、燃費特性およびエミッション特性を著しく改善することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、燃費特性、出力特性、およびエミッション特性の良好な内燃機関１０を実現することができる。

本実施形態のシステムでは、脱水素反応器２２内の脱水素触媒２１の温度が３００℃程度になると、水素化ガソリンを水素リッチガスとガソリンとに分離し得る状態となる。ＥＣＵ８０は、内燃機関１０の始動後、温度センサ２３の出力に基づいて、脱水素反応器２２がその分離処理を実行し得る状態になったか否かを判断する。そして、その処理が実行可能であると判断すると、水素化ガソリンインジェクタ２４に水素化ガソリンを噴射させ始める。

水素化ガソリンインジェクタ２４からの水素化ガソリンの噴射量は、水素インジェクタ１８からの水素噴射量およびガソリンインジェクタ２０からのガソリン噴射量等に基づいて、予め定められている規則に従い、ＥＣＵ８０により算出される。

このようにして水素化ガソリンの噴射が開始されると、脱水素反応器２２の底部から、水素リッチガスとガソリンとが混じり合った高温のガスが流出し始める。この高温のガスが分離装置４０で冷却されることにより、ガソリン管路４２にはガソリンが、また、水素管路４４には水素リッチガスが、それぞれ流通し始める。これにより、ガソリンおよび水素リッチガスがそれぞれガソリンバッファタンク４８および水素バッファタンク６４に供給される。

既述したように、脱水素触媒２１は排気ガスの熱で加熱されている。このため、排気温度の高い運転状態が続いたような場合には、脱水素触媒２１の温度が必要以上に高くなることがある。脱水素触媒２１の温度がそのまま上昇し続けて、脱水素触媒２１が過度に高温になると、触媒を構成する貴金属のシンタリング（凝集）を生じたり、水素化ガソリン中の炭素が遊離して触媒表面を覆うコーキングを生じたりすることにより、脱水素触媒２１の機能低下を招来し易くなる。よって、脱水素触媒２１の温度が過度に高くなりそうな場合には、脱水素触媒２１を冷却する必要がある。

本実施形態では、水素化ガソリンの脱水素反応による吸熱を積極的に利用して、脱水素触媒２１を冷却することとした。より具体的には、脱水素触媒２１を冷却する必要がある場合には、脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給量を増量することとした。脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給量を増量することにより、吸熱反応である脱水素反応がより多量に起こるので、脱水素触媒２１での吸熱量が多くなる。その結果、脱水素触媒２１の温度を降下させることができる。

このようにして脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給量を増量した場合には、水素およびガソリンの生成量も増大する。既述したように、生成されたガソリンは、液体となって貯留されるので、嵩張らない。このため、ガソリンの生成量が増えても、ガソリンバッファタンク４８が短時間に満杯になるようなことにはなりにくい。これに対し、水素は、気体の状態で貯留されるので、嵩張る。このため、水素の生成量が増大すると、水素バッファタンク６４が比較的早期に満杯になり易い。そこで、本実施形態では、脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給量を増量した場合には、通常より多量に生成される水素を消費するべく、内燃機関１０に供給される燃料中の水素の添加割合を大きくするようにした。これにより、水素バッファタンク６４が満杯になるのを有効に抑制することができる。

更に、本実施形態では、内燃機関１０に供給される燃料中の水素の添加割合を大きくした場合には、脱水素触媒２１の温度をより迅速に降下させるべく、排気温度が低下するように内燃機関１０の運転条件を変更することとした。より具体的には、リーンバーン運転を行う場合には、混合気が更にリーンになるようにし、ストイキまたはリッチな混合気の燃焼による通常運転を行う場合には、点火時期を早めるようにする。以下、この点について、リーンバーン運転の場合と、通常運転の場合とに分けて、順次詳しく説明する。

リーンバーン運転においては、混合気がリーンになるほど、排気温度が下がるという特性がある。よって、リーンバーン運転において混合気を更にリーンにすることにより、排気温度が低下するので、脱水素触媒２１の温度をより迅速に降下させることができる。尚、この場合に混合気を更にリーンにすることができる理由は、燃焼促進効果を有する水素の添加割合を大きくしたことにより、通常の水素添加割合のときよりも更にリーンな混合気でも良好に燃焼させることができるからである。

通常運転においては、一般に、点火時期を早めると、ＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）に近づく。点火時期をＭＢＴに近づけると、既燃ガスのする仕事量が増大する、つまり排気損失が低下するので、排気温度が下がるという特性がある。よって、通常運転において点火時期を進角することにより、排気温度が低下するので、脱水素触媒２１の温度をより迅速に降下させることができる。尚、この場合に点火時期を進角することができる理由は、ノック防止効果を有する水素の添加割合を大きくしたことにより、水素を添加しない場合や水素の添加割合が小さい場合と比べて、点火時期を早めてもノッキングが起きにくいからである。

また、本実施形態では、脱水素触媒２１の温度が何らかの理由で過度の高温になっている場合には、コーキングの発生を防止するべく、脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給を禁止するようにした。更に、脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給を禁止した場合には、水素の生成が停止するので、貯留された水素を温存するべく、ガソリンのみを内燃機関１０に供給してストイキ燃焼をすることとした。

［実施の形態１における具体的処理］
図２は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ８０が実行するルーチンのフローチャートである。図２に示すルーチンでは、まず、脱水素触媒２１の温度が第１の判定値を超えているか否かが判別される（ステップ１００）。この第１の判定値は、脱水素触媒２１の温度を降下させ始める必要があるか否かを判定するための温度である。より具体的には、第１の判定値は、脱水素触媒２１の温度がこの第１の判定値以下であればシンタリングやコーキング等の脱水素触媒２１の劣化が生じるおそれはなく、かつ、この第１の判定値を超えて脱水素触媒２１の温度が更に上昇し続けると脱水素触媒２１の劣化につながるおそれがある、というような温度とされる。本実施形態では、第１の判定値は、具体的には５００℃とされる。

上記ステップ１００において脱水素触媒２１の温度が５００℃以下であることが認められた場合には、脱水素触媒２１の温度を降下させる必要はまだないと判断できる。そこで、この場合には、通常通りの量の水素化ガソリンを脱水素触媒２１へ供給する（ステップ１０２）。この場合の水素化ガソリンの供給量は、内燃機関１０への水素およびガソリンの供給量等に基づいて、所定の規則に従い、ＥＣＵ８０により算出される。

上記ステップ１０２において通常通りの量の水素化ガソリンを脱水素触媒２１へ供給している場合は、ＥＣＵ８０は、リーンバーン運転が可能なリーンバーン条件が成立しているか否かを判定する。このリーンバーン条件の成立の判定は、アクセル開度や機関回転数などに基づいて、公知の手法により行うことができる。そして、リーンバーン条件の成立が認められた場合には、所定の規則により演算された量の水素およびガソリンを内燃機関１０に供給する。これにより、リーンバーン運転が行われる。また、リーンバーン条件の不成立が認められた場合には、ストイキまたはリッチな混合気が形成されるように、水素およびガソリン、あるいはガソリンのみを内燃機関１０に供給する。これにより、ストイキまたはリッチな混合気の燃焼による通常運転が行われる。

一方、上記ステップ１００において脱水素触媒２１の温度が５００℃を超えていることが認められた場合には、脱水素触媒２１の劣化を回避するために、脱水素触媒２１の温度を降下させ始める必要があると判断できる。しかしながら、何らかの原因によって、脱水素触媒２１の温度が、水素化ガソリンを供給するとコーキングを生じてしまうほどの高温になっている場合には、水素化ガソリンの供給を避ける必要がある。そこで、脱水素触媒２１の温度が５００℃を超えていることが認められた場合には、次に、脱水素触媒２１の温度が第２の判定値を超えているか否かが判別される（ステップ１０４）。この第２の判定値は、前記第１の判定値より大きい値であり、脱水素触媒２１の劣化を防止するためには水素化ガソリンの供給を避けなければならないような温度である。より具体的には、第２の判定値は、水素化ガソリンを脱水素触媒２１に供給すると、コーキング等の劣化が生じるおそれのあるような温度とされる。本実施形態では、第２の判定値は、具体的には６５０℃とされる。

上記ステップ１０４において脱水素触媒２１の温度が６５０℃を超えていることが認められた場合には、脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給が禁止される（ステップ１０６）。これにより、脱水素触媒２１の温度が何らかの理由によって６５０℃を超えていた場合であっても、コーキングの発生を回避することができる。

このようにして脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給が禁止された場合には、ストイキの混合気が形成される量のガソリンのみが内燃機関１０へ供給される。すなわち、ガソリンのみのストイキ燃焼による運転が行われる（ステップ１０８）。つまり、内燃機関１０への水素の供給が禁止される。これにより、脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給が禁止されたことにより水素およびガソリンの生成が停止している状況下で、ガソリンに比して貯蔵量の少ない水素がなくなってしまうのを防止することができる。

上記ステップ１０４において脱水素触媒２１の温度が６５０℃以下であることが認められた場合には、脱水素触媒２１の温度は、５００℃より大きく６５０℃以下であることになる。この場合には、脱水素触媒２１の温度を降下させ始める必要があり、かつ、水素化ガソリンを脱水素触媒２１に供給してもコーキング等の劣化が生じるおそれはないと判断できる。そこで、脱水素触媒２１を冷却するべく、脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給量を増量する（ステップ１１０）。すなわち、上記ステップ１０２の処理において供給する量よりも多い量の水素化ガソリンを脱水素触媒２１に供給する。これにより、脱水素触媒２１において、吸熱反応である水素化ガソリンの脱水素反応がより多量に行われるので、脱水素触媒２１の温度が降下していく。

上記ステップ１１０の処理に続き、リーンバーン条件が成立しているか否かが判定される（ステップ１１２）。このリーンバーン条件の成否は、上記ステップ１０２の処理で説明したのと同様に、アクセル開度や機関回転数などに基づき、公知の手法により判定することができる。

上記ステップ１１２においてリーンバーン条件の成立が認められた場合には、リーンバーン運転が実行される（ステップ１１４）。ここでのリーンバーン運転は、上記ステップ１０２の処理を経た場合、すなわち脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給量が増量されていない場合のリーンバーン運転と比べて、次の二点で運転条件が異なるものとされる。一点目は、水素化ガソリンの供給量が増量されていない場合よりも、内燃機関１０に供給される燃料中の水素の添加割合が大きくされることである。これにより、水素の消費量が増大するので、水素化ガソリン供給量の増大によって水素生成量が増大している状況下であっても、水素バッファタンク６４が満杯になるのを有効に抑制することができる。二点目は、水素化ガソリンの供給量が増量されていない場合よりも、混合気が更にリーンになるように、水素噴射量、ガソリン噴射量、吸入空気量等が設定されることである。燃焼性の高い水素の添加量増大によって希薄燃焼限界が広がるので、上記のように通常よりも希薄な混合気での燃焼が可能となる。このようにして混合気を更にリーンにすることにより、排気温度が低下する。このため、脱水素触媒２１の温度を更に迅速に降下させることができる。

一方、上記ステップ１１２においてリーンバーン条件の不成立が認められた場合には、リーンバーン運転を行うことができないと判断できるので、ストイキまたはリッチな混合気の燃焼による通常運転が実行される（ステップ１１６）。ここでの通常運転は、上記ステップ１０２の処理を経た場合、すなわち脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給量が増量されていない場合の通常運転と比べて、次の二点で運転条件が異なるものとされる。一点目は、水素化ガソリンの供給量が増量されていない場合よりも、内燃機関１０に供給される燃料中の水素の添加割合が大きくされることである。これにより、水素の消費量が増大するので、水素化ガソリン供給量の増大によって水素生成量が増大している状況下であっても、水素バッファタンク６４が満杯になるのを有効に抑制することができる。二点目は、水素化ガソリンの供給量が増量されていない場合よりも、点火時期を早める（進角する）ことである。ノック防止効果の高い水素の添加量増大によって、このような点火時期の進角が可能となる。点火時期を進角すると、ＭＢＴに近づくので、排気損失が低下する結果、排気温度が下がる。このため、脱水素触媒２１の温度を更に迅速に降下させることができる。

上記ステップ１１０〜１１６の処理からなる触媒降温制御を開始した場合、ＥＣＵ８０は、触媒降温制御の終了条件の成立を監視している（ステップ１１８）。そして、この終了条件が成立するまで、ステップ１１０〜１１６の処理が繰り返し行われる。触媒降温制御の終了条件としては、例えば、脱水素触媒２１の温度が所定温度（例えば４００℃）まで降下したこと、あるいは、触媒降温制御を開始してから所定時間が経過したこと、などの条件を設定することができる。

ところで、上述した実施の形態１では、脱水素触媒２１への水素化ガソリンの供給量を増量した場合には、内燃機関１０に供給される燃料中の水素の添加割合を大きくすることとしているが、水素の貯蔵スペースが十分にある場合などには、水素の消費量を増やさなくてもよいので、水素の添加割合を通常と同じままにすることとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、温度センサ２３が前記第１の発明における「温度検出手段」に相当している。また、ＥＣＵ８０が、上記ステップ１００および１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「増量手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、水素インジェクタ１８およびガソリンインジェクタ２０が前記第２の発明における「供給手段」に相当している。また、ＥＣＵ８０が、上記ステップ１１４または１１６の処理を実行することにより前記第２の発明における「水素割合増大手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ８０が、リーンバーン条件の成立時にリーンバーン運転を実行することにより前記第３の発明における「リーンバーン運転手段」が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第３の発明における「混合気を更にリーンにする手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ８０が、リーンバーン条件の不成立時にストイキまたはリッチな混合気の燃焼による通常運転を実行することにより前記第４の発明における「通常運転手段」が、上記ステップ１１６の処理を実行することにより前記第４の発明における「点火時期進角手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ８０が、上記ステップ１０４および１０６の処理を実行することにより前記第５および第６の発明における「禁止手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第６の発明における「水素供給禁止手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１３ 点火プラグ
１４ 排気通路
１５ エアフロメータ
１６ スロットルバルブ
１８ 水素インジェクタ
２０ ガソリンインジェクタ
２１ 脱水素触媒
２２ 脱水素反応器
２３ 温度センサ
２４ 水素化ガソリンインジェクタ
３２ 水素化ガソリンタンク
３６ ポンプ
４０ 分離装置
４８ ガソリンバッファタンク
６２ ポンプ
６４ 水素バッファタンク
６６ ポンプ
７３ レギュレータ
８０ ＥＣＵ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気ガスの熱で加熱されるように設けられ、有機ハイドライドを含む水素化燃料を水素と脱水素燃料とに分離させる脱水素触媒と、
   前記脱水素触媒の温度を検出する温度検出手段と、
   前記脱水素触媒の温度が第１の判定値を超える場合には、前記脱水素触媒の温度が前記第１の判定値以下の場合よりも、前記脱水素触媒への水素化燃料の供給量を増量する増量手段と、
   を備えることを特徴とする水素利用内燃機関。
2. 前記脱水素触媒により分離された水素および脱水素燃料を前記内燃機関に供給する供給手段と、
   前記増量手段により前記脱水素触媒への水素化燃料の供給量が増量されている場合には、水素化燃料の供給量が増量されていない場合よりも、前記内燃機関に供給される水素の添加割合を大きくする水素割合増大手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の水素利用内燃機関。
3. リーンバーン条件の成立時に前記内燃機関をリーンバーン運転させるリーンバーン運転手段と、
   前記リーンバーン運転時に、前記水素割合増大手段により前記内燃機関に供給される水素の添加割合が大きくされている場合には、水素の添加割合が大きくされていない場合よりも混合気を更にリーンにする手段と、
   を備えることを特徴とする請求項２記載の水素利用内燃機関。
4. リーンバーン条件の不成立時にストイキまたはリッチな混合気で前記内燃機関を通常運転させる通常運転手段と、
   前記通常運転時に、前記水素割合増大手段により前記内燃機関に供給される水素の添加割合が大きくされている場合には、水素の添加割合が大きくされていない場合よりも点火時期を進角する点火時期進角手段と、
   を備えることを特徴とする請求項２または３記載の水素利用内燃機関。
5. 前記脱水素触媒の温度が前記第１の判定値より大きい第２の判定値を超える場合に、前記脱水素触媒への水素化燃料の供給を禁止する禁止手段を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の水素利用内燃機関。
6. 前記脱水素触媒の温度が前記第１の判定値より大きい第２の判定値を超える場合に、前記脱水素触媒への水素化燃料の供給を禁止する禁止手段と、
   前記禁止手段により前記脱水素触媒への水素化燃料の供給が禁止された場合に、前記内燃機関への水素の供給を禁止する水素供給禁止手段と、
   を備えることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項記載の水素利用内燃機関。

Images