JP2007239671A - エンジンシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水素の貯蔵と放出を化学的に繰り返す媒体を搭載し、前記媒体から水素リッチガスを生成または貯蔵を行う水素供給装置を備え、前記水素リッチガスを燃料の一つとして、エンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、エンジンの運転状態を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に応じて、前記水素供給装置へ供給する前記媒体の供給量を制御する媒体供給量制御手段とを有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
前記水素供給装置へ供給する前記媒体の供給量を制御する媒体供給量制御手段、または 前記水素供給装置へ供給する熱供給量を制御する熱供給量制御手段、
の少なくともいずれか一つを有するエンジンシステムであることを特徴とする。
エンジンへ供給する前記媒体と前記水素リッチガスの供給量割合に応じて、
エンジンに備えた点火プラグによる点火時期を制御する点火時期制御手段と、
エンジンに供給する燃料の空気過剰率を制御する空気過剰率制御手段とを有し、
前記空気過剰率制御手段により、空気過剰率を0.95〜1.05または1.8〜5.0の範囲に制御することを特徴とする。
38が積層され、スペーサ37を介して水素流路36が積層された構造を基本構造とし、エンジン排気管に設置される。
10ms以下の応答速度であるため、このような制御を用いると、水素リッチガス貯蔵装置26の小型化または、水素リッチガス貯蔵装置26を不要にすることが可能となり、システム全体として小型化が図れるという効果がある。
70kJの吸熱量が必要となる。図5に、水素供給装置12への熱供給量が一定の場合の、水素供給装置12への水素化媒体供給量と水素化媒体から水素を生成する転化率の関係を示す。水素供給装置12への水素化媒体供給量が増加すると水素化媒体から水素への転化率は低下することが分かる。これは、水素供給装置12への媒体供給量の増加に伴い、水素生成時の反応熱量が増加し、触媒温度が低下することが主な原因である。つまり、触媒温度を所定の温度範囲にするためには、水素供給装置12への熱供給量と水素を生成するための反応量を決める水素供給装置12への水素化媒体供給量の制御が重要となる。
T:水素供給装置12内の触媒温度、Q1:水素リッチガス生成時の反応熱、λ1:水素供給装置12内における部材の熱伝導率、α:排ガスから水素供給装置12への熱伝達率、t:排ガス接触部から触媒表面までの厚み、A:排ガス接触面積、T1:排ガス温度
上記λ1,t,Aは、水素供給装置12の構造に依存する。Q1は、水素リッチガス生成時の反応熱であり、水素供給装置12へ供給する水素化媒体供給量に依存する。排ガス温度T1は、水素供給装置12内を通過する排ガスの平均温度であるため、温度検出手段14,19の平均値とする。計測されたT1と、エンジンの運転状態より推測された排ガス成分および排ガス流量から、レイノルズ数,プラントル数,排ガスの熱伝導率が算出され、αが決定する。つまり、エンジン運転状態,排ガス温度,水素供給装置12への水素化媒体供給量が決まれば、Tが推定可能となる。
(6)水素供給装置12に設置されたヒータの供給電力を減少する方法も考えられる。
(4)〜(6)の制御方法も(1)と同様にエンジンに影響を与えず触媒温度を制御することができる。これらの方法のいずれか一つ、あるいは複数を行うことで触媒温度を低下させることができる。
S701で、図1の水素リッチガス貯蔵装置26内の水素リッチガスの貯蔵量を水素圧力センサー5や水素濃度センサー6により検出して、その値から、制御装置23で所定貯蔵量であるかを判定する。このとき、例えば、エンジン1へ供給する水素リッチガスの圧力P1は、一定であることが望ましいので、水素リッチガス貯蔵装置26内の圧力P2を
P1よりも高い圧力にする必要がある。また逆に水素リッチガス貯蔵装置26内の圧力が所定以上になると、貯蔵装置の破損,漏れあるいは、エンジン1へ供給する水素リッチガスの圧力P1の調整が困難になるという問題がある。S701で水素リッチガスの貯蔵量が所定範囲外の場合、S702で所定範囲以上であるか否かを判定する。所定範囲以上の場合は、水素供給装置12への水素化媒体供給量を低減し、水素リッチガス生成量を低減する。逆にS702で水素リッチガスが所定範囲以下の場合は、S704で水素供給装置12への水素化媒体供給量を増加する。S705でエンジンへ供給する水素リッチガスの供給量を低減し、S706でエンジンへ供給する媒体の供給量を増加させる。そのとき、エンジンの燃焼を制御するため点火プラグ21による点火時期を進角化制御する。ただし、このとき、水素供給装置12の触媒温度が所定以下の場合は、S704で水素供給装置12への水素化媒体供給量は増加させずに、S705にてエンジンへの水素リッチガスの供給を禁止する。
13は、発熱反応のため、三元触媒入口温度にくらべ、出口温度は上昇する。これらの特徴を考えると、水素供給装置12,三元触媒13の双方の反応率を向上させるためには、三元触媒13は、水素供給装置12の上流側(エンジン側)に設置されることが望ましい。また、自動車への搭載性,双方の反応率をより向上させるために、水素供給装置12と三元触媒13が一体化構造であってもよい。水素供給装置12と三元触媒13の一体化構造としては、例えば図2に示す水素供給装置12の高熱伝導基板40の触媒層42とは反対側の面に、三元触媒を配置した構造とすることができる。また、三元触媒と排ガスとの接触面積を大きくするために、三元触媒/高熱伝導基材40/触媒層42/水素分離膜
38/スペーサ37/水素流路36/スペーサ37/触媒層42/高熱伝導基材40/三元触媒の順で積層した構造とすることもできる。
22…吸気バルブ、23…ECU、24,25…ポンプ、26…水素リッチガス貯蔵装置、27…吸気管、29…レギュレータ、30…リリーフバルブ。
Claims (20)
- 水素の貯蔵と放出を化学的に繰り返す媒体を搭載し、前記媒体から水素リッチガスを生成または貯蔵を行う水素供給装置を備え、前記水素リッチガスを燃料の一つとして、エンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、
エンジンの運転状態を検出する検出手段と、前記検出部の検出結果に応じて、前記水素供給装置へ供給する前記媒体の供給量を制御する媒体供給量制御手段を有することを特徴とするエンジンシステム。 - 請求項1に記載のエンジンシステムにおいて、前記検出手段により、エンジン推定トルク及びエンジン回転数を検出することを特徴とするエンジンシステム。
- 水素の貯蔵と放出を化学的に繰り返す媒体を搭載し、前記媒体から水素リッチガスを生成または貯蔵を行う水素供給装置を備え、前記水素リッチガスを燃料の一つとして、エンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、
前記水素供給装置内の触媒温度を推定する触媒温度推定手段と、前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度に基づき、
前記水素供給装置へ供給する前記媒体の供給量を制御する媒体供給量制御手段、
前記水素供給装置へ供給する熱供給量を制御する熱供給量制御手段、
の少なくともいずれか一つを有することを特徴とするエンジンシステム。 - 請求項3に記載のエンジンシステムにおいて、
前記触媒温度推定手段より推定された前記水素供給装置内の触媒温度が所定温度よりも低い場合、
前記媒体供給量制御手段により、前記水素供給装置へ供給する前記媒体の供給量を低減する、
前記熱供給量制御手段により、前記水素供給装置へ供給する熱供給量を増加する、
のうち少なくともいずれか一つを制御することを特徴とするエンジンシステム。 - 請求項3に記載のエンジンシステムにおいて、
前記触媒温度推定手段より推定された前記水素供給装置内の触媒温度が所定温度よりも高い場合、
前記媒体供給量制御手段により、前記水素供給装置へ供給する前記媒体の供給量を増加する、または、
前記熱供給量制御手段により、前記水素供給装置へ供給する熱供給量を低減する、
のうち少なくともいずれか一つを制御することを特徴とするエンジンシステム。 - 請求項3に記載のエンジンシステムにおいて、
エンジンへ供給する前記水素リッチガスの供給量を制御する水素リッチガス供給量制御手段、または、エンジンへ供給する前記媒体の供給量を制御する媒体供給量制御手段の少なくとも1つを有することを特徴とするエンジンシステム。 - 請求項3に記載のエンジンシステムにおいて、
前記熱供給量制御手段により水素供給装置へ供給する熱供給量は、
エンジンから排出される排ガスの流量、
エンジンに備えた点火プラグによる点火の時期、
エンジンに備えた排気バルブの開閉時期、
自動車に搭載されているエンジン以外の熱源から供給される熱供給量、または、
前記水素供給装置に設置されている加熱装置による加熱量、
のうち少なくともいずれか一つを制御することを特徴とするエンジンシステム。 - 請求項3に記載のエンジンシステムにおいて、
前記水素リッチガスを貯蔵する貯蔵装置と、前記貯蔵装置に貯蔵されている前記水素リッチガスの貯蔵量を検出する貯蔵量検出手段、又は、貯蔵されている前記水素リッチガスの濃度を検出する濃度検出手段の少なくとも一つの検出手段とを備え、
前記検出手段の検出結果に応じて、
前記媒体供給量制御手段により、前記水素供給装置へ供給する前記媒体の供給量、
前記水素リッチガス供給量制御手段により、エンジンへ供給する前記水素リッチガスの供給量、または、
前記媒体供給量制御手段により、エンジンへ供給する前記媒体の供給量、
の少なくともいずれか一つを制御することを特徴とするエンジンシステム。 - 水素の貯蔵と放出を化学的に繰り返す媒体から水素リッチガスを生成する水素供給装置と、前記水素供給装置で生成された水素リッチガス及び脱水素化媒体の混合体を分離する分離装置とを備え、前記分離装置により分離された前記水素リッチガスを燃料の一つとして、エンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、
前記分離装置で分離された水素リッチガスの濃度を検出する水素リッチガス濃度検出手段と、前記水素リッチガス濃度検出手段により検出された水素リッチガス濃度に基づいて、
エンジンに備えた点火プラグによる点火時期を制御する点火時期制御手段を有することを特徴とするエンジンシステム。 - 水素の貯蔵と放出を化学的に繰り返す媒体を搭載し、前記媒体から水素リッチガスを生成または貯蔵を行う水素供給装置を備え、前記水素リッチガスを燃料の一つとして、エンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、
前記水素供給装置がエンジンの排気管に設置され、前記水素供給装置の排ガス上流側に設置された温度検出装置と、前記水素供給装置の排ガス下流側に設置された温度検出装置と、
前記排ガス上流側及び下流側の温度検出装置により検出された温度の差により、前記水素供給装置内における触媒の劣化状態を判定する触媒劣化判断手段とを有することを特徴とするエンジンシステム。 - 請求項10に記載のエンジンシステムにおいて、前記触媒劣化判断手段は、所定のエンジン運転状態および所定量の前記水素リッチガス生成時の前記排ガス上流側及び下流側の温度差に基づいて、触媒の劣化状態を判定することを特徴とするエンジンシステム。
- 請求項10に記載のエンジンシステムにおいて、前記触媒劣化判断手段で判定された触媒の劣化状態が所定値以上になった場合に、ユーザに警告する手段を有することを特徴とするエンジンシステム。
- 請求項10に記載のエンジンシステムにおいて、前記触媒劣化判断手段で判定された触媒の劣化状態に基づいて、前記水素供給装置へ供給する前記媒体の供給量を制御する媒体供給量制御手段を有することを特徴とするエンジンシステム。
- 水素の貯蔵と放出を化学的に繰り返す媒体から水素リッチガスを生成する水素供給装置と、排ガスを浄化するための三元触媒とを備え、前記水素リッチガス及び前記媒体を燃料の一つとして、エンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、
エンジンへ供給する前記媒体と前記水素リッチガスの供給量割合に応じて、
エンジンに備えた点火プラグによる点火時期を制御する点火時期制御手段と、
エンジンに供給する混合気の空気過剰率を制御する空気過剰率制御手段とを有し、
前記空気過剰率制御手段により、空気過剰率を0.95〜1.05または1.8〜5.0の範囲に制御することを特徴とするエンジンシステム。 - 請求項14に記載のエンジンシステムにおいて、前記空気過剰率制御手段により、
エンジンへ供給する燃料が前記媒体単独の場合に空気過剰率を0.95〜1.05の範囲に制御し、
エンジンへ供給する燃料が前記水素リッチガス及び前記媒体の場合に空気過剰率を0.95〜1.05または1.8〜5.0の範囲に制御し、
エンジンへ供給する燃料が前記水素リッチガス単独の場合に空気過剰率を1.8〜5.0の範囲に制御することを特徴とするエンジンシステム。 - 水素の貯蔵と放出を化学的に繰り返す媒体を搭載し、前記媒体から水素リッチガスを生成または貯蔵を行う水素供給装置を備え、前記水素リッチガスを燃料の一つとして、エンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、
エンジンの排気管に前記水素供給装置とエンジンの排ガスを浄化するための浄化触媒とが備えられ、前記水素供給装置よりもエンジン側に前記浄化触媒が設置されている、もしくは、前記水素供給装置と前記浄化触媒が一体化されていることを特徴とするエンジンシステム。 - 請求項16に記載のエンジンシステムにおいて、
前記浄化触媒の触媒温度を推定する触媒温度推定手段を備え、前記触媒温度推定手段に基づき推定された触媒温度が所定値以下の時は、
前記媒体のエンジンへの供給を禁止する、または、エンジンへ供給する前記媒体の供給量を低減する制御を行う制御装置を有するエンジンシステム。 - 請求項17に記載のエンジンシステムにおいて、
前記制御装置により、エンジンの始動時に前記燃料として前記水素リッチガスのみをエンジンに供給することを特徴とするエンジンシステム。 - 請求項16に記載のエンジンシステムにおいて、
貯蔵装置に貯蔵されている前記水素リッチガスの貯蔵量を検出する貯蔵量検出手段と、
エンジン停止信号を受信した時に、前記貯蔵量検出手段により検出された前記水素リッチガスの貯蔵量が所定値の範囲にあるか判定する水素リッチガス貯蔵量判定手段と、
前記水素リッチガス貯蔵量判定手段により前記水素リッチガスの貯蔵量が所定値以下と判定された場合、前記水素供給装置に前記媒体を供給する媒体供給手段と、
を有することを特徴とするエンジンシステム。 - 水素の貯蔵と放出を化学的に繰り返す媒体を搭載し、前記媒体から水素リッチガスを生成または貯蔵を行う水素供給装置を備え、前記水素リッチガスを燃料の一つとして、エンジンを駆動するシステムにおいて、
前記水素リッチガスを燃料としてエンジンに供給する水素リッチガス供給装置と、前記媒体を含む成分をシリンダ内に直接供給する媒体燃料供給装置と、前記水素リッチガスをエンジンに供給した後、ピストン圧縮期間に前記媒体を含む成分をシリンダ内に供給し、自己着火燃焼させる燃料供給時期制御手段とを有することを特徴とするエンジンシステム。
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