JP4240028B2

JP4240028B2 - 水素利用内燃機関

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Publication number: JP4240028B2
Application number: JP2005270327A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　　誠
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: JP2007077966A

Description

本発明は、炭化水素系の液体燃料と水素ガスとを燃料として使用可能な水素利用内燃機関に関する。

従来、ガソリン等の液体燃料とともに水素ガスを燃料として使用する内燃機関（水素利用内燃機関）が知られている。水素ガスは液体燃料に比較して燃焼性に優れている特性を有している。このため、低負荷時には、液体燃料に水素ガスを添加することで内燃機関のリーンバーン領域を拡大することができ、燃費の向上やＮＯｘ排出量の低減といった顕著な効果を得られるようになる。一方、高負荷時には、液体燃料に水素ガスを添加することでノッキングを抑制することができ、出力を向上させて車両の加速性能を維持することができる。

このような水素利用内燃機関の１つの例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の水素利用内燃機関は、液体燃料を噴射する噴射弁と水素タンクとを水素導管を介して接続し、１つの噴射弁から液体燃料と水素ガスとを同時に噴射できるようにしている。
特開２００３−２９３８０９号公報特開２００４−１００５０１号公報

上記の従来の水素利用内燃機関は、水素ガスを貯蔵する手段として水素タンクを用いている。しかし、気体燃料である水素ガスはガソリン等の液体燃料に比較して車両に搭載する上での搭載効率に劣る。このため、近年では、水素ガスを車両上で液体水素化合物から生成することにより、搭載効率の高い液体（液体水素化合物）の状態で水素ガスを貯蔵することが提案されている。

液体水素化合物から水素ガスを生成する方法としては、電気分解の他、低温プラズマによる分解（特開２００１−３３５３０２号公報参照）、高活性状態の金属による還元（特開２００４−１２３５１７号公報、特開２００３−２１２５０１号公報参照）等、種々の方法が提案されている。

しかしながら、上記の何れの方法を用いるにしても、液体水素化合物から水素ガスを生成するには多量の電気エネルギが必要とされる。水素ガスの生成のための電気エネルギは、簡単には車載のバッテリから供給することができる。しかし、バッテリに電気エネルギを充電するためには、内燃機関によってオルタネータを駆動する必要があり、その分、内燃機関の燃料消費量が増大してしまう。液体燃料への水素添加によって得られる効果を享受しつつ、高いエネルギ効率を実現するためには、水素ガスを生成するための電気エネルギをどのようにして確保するかが重要となる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、車両の減速エネルギを利用して液体燃料に混合する水素ガスを生成することで、高いエネルギ効率を実現できるようにした、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、炭化水素系の液体燃料と水素ガスとを燃料として使用可能な水素利用内燃機関において、
液体燃料を噴射する燃料噴射装置と、
液体燃料を貯蔵する燃料タンクと、
電気エネルギを用いて液体水素化合物から水素ガスを生成する水素生成手段と、
前記燃料タンクから前記燃料噴射装置に供給される液体燃料に前記水素生成手段によって生成された水素ガスを混合する水素混合手段と、
前記燃料噴射装置と前記水素混合手段との間で液体燃料を循環させる循環手段と、
車両の減速エネルギを電気エネルギとして回収する回生発電手段と、
前記回生発電手段による回生発電時であって、前記燃料噴射装置による燃料噴射の停止中は、前記循環手段を作動させて液体燃料を循環させながら、前記水素生成手段を作動させて前記回生発電手段により回収された減速エネルギを利用して水素ガスを生成し、生成された水素ガスを前記水素混合手段を作動させて液体燃料に混合する制御手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記水素混合手段は、水素ガスの微細気泡を発生させる手段を含み、水素ガスの微細気泡を液体燃料に混合することを特徴としている。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
燃焼室内の混合気に点火する点火装置を備え、
前記制御手段は、前記回生発電手段による回生発電時であって、前記燃料噴射装置による燃料噴射の停止中、排気通路に設けられた触媒を還元処理するための条件が成立したときには、前記点火装置による点火は停止して、前記燃料噴射装置による燃料噴射を実行することを特徴としている。

第４の発明は、第１又は第２の発明において、
前記燃料噴射装置は前記燃焼室内に直接燃料を噴射するように構成され、
前記制御手段は、前記回生発電手段による回生発電時であって、前記燃料噴射装置による燃料噴射の停止中、排気通路に設けられた触媒を還元処理するための条件が成立したときには、噴射した燃料が燃焼室内で燃焼しないタイミングで前記燃料噴射装置による燃料噴射を実行することを特徴としている。

第１の発明によれば、車両の減速エネルギを電気エネルギとして回収し、この回収した減速エネルギを水素ガスの生成に有効利用することで、高いエネルギ効率を実現することができる。また、生成した水素ガスを液体燃料に混合することで、燃料噴射の再開時には、水素ガスが添加された液体燃料を最初の燃料噴射から供給することができる。さらに、液体燃料を循環させ、循環している液体燃料に水素ガスを混合することで、多くの水素ガスを液体燃料中に蓄えることができる。

第２の発明によれば、水素ガスを微細気泡にして液体燃料に混合することで、水素ガスの液体燃料への溶解を促進することができ、より多くの水素ガスを液体燃料中に蓄えることができる。液体燃料への水素ガスの混合可能量が増える分、水素ガスの生成量も増やすことができ、より多くの減速エネルギを水素ガスの生成に利用することが可能になって、より高いエネルギ効率を実現することができる。

第３の発明及び第４の発明によれば、還元能力の高い水素ガスを多く含んだ液体燃料を、燃焼室内で燃焼させることなくそのまま触媒に供給することができ、触媒の還元処理を効果的に行うことができる。

実施の形態１．
以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。

図１は本発明の実施の形態１としての水素利用内燃機関（以下、単にエンジンという）のシステム構成を示す図である。本実施形態のエンジンは、複数の気筒（図１では１つの気筒のみを示している）からなるエンジン本体２を有している。エンジン本体２は、気筒毎にピストン８を有し、各気筒の内部にはピストン８の上下運動によって膨張と収縮を繰り返す燃焼室１０が形成されている。エンジン本体２には、各気筒の燃焼室１０に空気を供給するための吸気通路４と、燃焼室１０から燃焼ガスを排出するための排気通路６が接続されている。排気通路６には燃焼ガスを浄化するための触媒（例えばＮＯｘ触媒）２０が配置されている。

エンジン本体２において、吸気通路４と燃焼室１０との接続部には、その連通状態を制御する吸気バルブ１２が設けられ、排気通路６と燃焼室１０との接続部には、その連通状態を制御する排気バルブ１４が設けられている。また、燃焼室１０には、その内部に燃料を直接噴射する筒内インジェクタ１８と、その内部の混合ガスに点火する点火プラグ１６が取り付けられている。

上記の筒内インジェクタ１８は、燃料供給ライン３６によって燃料タンク３０に接続されている。燃料タンク３０には炭化水素系の液体燃料であるガソリンが貯蔵されている。燃料タンク３０内の液体燃料は、燃料供給ライン３６に配置された燃料ポンプ（高圧ポンプ）３２によって吸い上げられ、燃焼室１０内の燃焼ガス圧よりも高い所定圧まで圧縮されてから筒内インジェクタ１８へ供給される。燃料ポンプ３２は、エンジン本体２によって駆動される機械式ポンプでもよく、モータによって駆動される電動式ポンプでもよい。

燃料供給ライン３６における燃料ポンプ３２の上流には、流路切替弁５４が配置されている。流路切替弁５４は、１つの出口ポートと２つの入口ポートを有する３方弁であり、その出口ポートに燃料供給ライン３６の下流側（燃料ポンプ３２の側）が接続され、一方の入口ポートに燃料供給ライン３６の上流側（燃料の吸入口側）が接続されている。流路切替弁５４の他方の入口ポートには、燃料循環ライン３８が接続されている。燃料循環ライン３８は燃料供給ライン３６と並行して配置され、その他方の端部は、燃料供給ライン３６における筒内インジェクタ１８の近傍、具体的には、液体燃料を各気筒の筒内インジェクタ１８に分配するためのデリバリパイプ３６ａに接続されている。

流路切替弁５４の入口ポートは、通常は、燃料供給ライン３６の上流側に設定されている。この場合は、前述のように、燃料ポンプ３２の作動によって燃料タンク３０内から液体燃料が吸い上げられ、加圧された液体燃料が筒内インジェクタ１８へ供給される。一方、流路切替弁５４の入口ポートを燃料循環ライン３８に切替えた場合には、燃料供給ライン３６と燃料循環ライン３８からなる液体燃料の循環系が形成される。この場合、筒内インジェクタ１８の燃料噴射を停止して燃料ポンプ３２を作動させることで、液体燃料を高圧の状態で循環させることができる。燃料ポンプ３２及び流路切替弁５４は、液体燃料を上記の循環系内で循環させる循環手段を構成している。

燃料供給ライン３６における燃料ポンプ３２の下流には、もう一方の燃料である水素ガスを液体燃料に混合するためのマイクロバブル発生装置５２が配置されている。マイクロバブル発生装置５２は、水素ガスを直径数十μｍ以下の微細気泡（マイクロバブルという）にして燃料供給ライン３６中の液体燃料に混合する。マイクロバブル発生装置５２により水素ガスをマイクロバブル化して液体燃料に混合することで、水素ガスを液体燃料中に均一に混合することができ、また、水素ガスの液体燃料への溶解を促進することができる。なお、マイクロバブル発生装置５２によるマイクロバブルの発生方法は、液体燃料中で水素ガスをマイクロバブルにすることができるものであれば、その方法に限定はない。以下に列挙するマイクロバブルの発生方法は、本実施形態のマイクロバブル発生装置５２において採り得る方法の一例である。

まず、マイクロバブルの発生方法の第１例は、液体燃料の激しい流れの中に水素ガスを吹き込むことで、そこに発生する強いせん断力により水素ガスを粉砕する方法である。

マイクロバブルの発生方法の第２例は、水素ガスを加圧してより多く液体燃料中に溶解させた状態から、液体燃料の流速を上げる等してキャビテーションを発生させる方法である。

そして、マイクロバブルの発生方法の第３例は、超音波を与えることで液体燃料中の水素ガスの気泡を加振して分裂させる方法である。

マイクロバブル発生装置５２により液体燃料に混合される水素ガスは、水素生成装置５０から水素ガス供給ライン４６を介して供給される。水素生成装置５０は、液体水素化合物から水素ガスを即座に生成することができる装置である。液体水素化合物としては、水、アルコール、ガソリン、軽油等が使用可能である。本実施形態では、液体水素化合物として水が用いられている。水素生成装置５０による水素ガスの生成方法としては、以下に例示するような方法を採ることができる。

まず、水素生成方法の第１例は、燃料電池に逆起電力を印加することで水を電気分解する方法である。

水素生成方法の第２例は、液体水素化合物を低温プラズマで分解する方法である。具体的には、液体水素化合物に対し直流パルス放電を行うことにより、水素ガスを生成することができる。

水素生成方法の第３例は、高活性状態の金属によって水を還元する方法である。例えば、純水中でアルミニウムやアルミニウム合金を摩擦することで、金属に対する水の腐食反応を加速させて水分子を分解し、純粋な水素ガスを発生させることができる。また、水素化マグネシウムや水素化マグネシウム合金の粉末に水を供給することでも、純粋な水素ガスを発生させることができる。さらに、酸化鉄を還元して得られた金属鉄に水蒸気を反応させることでも、金属鉄の酸化に伴って純粋な水素ガスを発生させることができる。

上記の何れの方法によっても、必要に応じて即座に水等の液体水素化合物から水素ガスを生成することができる。特に、第３例の方法によれば、純粋な水素ガスのみを生成することができる。また、上記の何れの方法でも、比較的低温或いは常温で水素ガスを生成することができるので、マイクロバブル発生装置５２による液体燃料への混合時に、より多くの水素ガスを液体燃料に溶解させることができるという利点もある。

水素生成装置５０の動力としては電気エネルギが用いられる。水素生成装置５０は、バッテリ５８からの電気エネルギの供給の他、回生発電装置５６から直接、電気エネルギの供給を受けることも可能になっている。回生発電装置５６は、車両の駆動系に配置され、車両の減速エネルギを電気エネルギとして回収する装置である。回生発電装置５６が回収した電気エネルギは、通常はバッテリ５８に充電されるが、後述のように所定の条件が成立したときには、水素生成装置５０に直接供給されるようになっている。

水素生成装置５０により水素ガスを生成することで、水素ガスを液の状態で貯蔵することが可能になる。これにより、水素ガスを圧力タンク等で気体の状態で貯蔵する場合に比較して、その取り扱いが容易になるだけでなく、高い搭載効率を実現することが可能になる。本実施形態では、水素生成装置５０において水素ガスの生成に用いられる水は、水タンク４０から水供給ライン４４を介して供給される。水供給ライン４４には、水タンク４０から水を吸い上げて水素生成装置５０に供給するための水ポンプ４２が配置されている。

本実施形態のエンジンは、その制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には前述の点火プラグ１６、筒内インジェクタ１８、燃料ポンプ３２、水ポンプ４２、マイクロバブル発生装置５２、水素生成装置５０，流路切替弁５４等の種々の機器が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、エンジン本体２の運転状態に関する情報（アクセル開度、車速、エンジン回転数、空燃比、水温、ノック信号等）を取得する運転状態測定装置６２等の種々のセンサ類が接続されている。ＥＣＵ６０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を制御している。

上記のようなシステム構成により、本実施形態のエンジンによれば、液体燃料へ水素ガスを添加する必要が生じたときには、水素生成装置５０により水から水素ガスを即座に生成し、生成した水素ガスをマイクロバブル化して液体燃料に混合することができる。図２のフローチャートに示すルーチンは、本実施形態においてＥＣＵ６０により実行される水素添加制御のルーチンである。以下、図２のフローチャートに沿って、本実施形態にかかる水素添加制御のより具体的な内容について説明する。なお、図２に示すルーチンは、所定のクランク角毎に周期的に実行されている。

図２に示すルーチンの最初のステップＳ１００では、運転状態測定装置６２によって測定されるエンジン本体２の運転状態に基づき、水素添加の実行条件が成立しているか否か判定される。水素添加の実行条件とは、例えば、エンジン本体２がノッキングが発生しうる運転領域で運転されていることとか、燃焼変動が発生しうる運転領域で運転されていること等である。水素添加の実行条件が成立している場合には、さらに、次のステップＳ１０２の判定が行われ、その判定結果に応じた水素添加処理が実行される。

ステップＳ１０２では、回生制御の実行中か否か、つまり、回生発電装置５６の作動中か否か判定される。例えば、加速時や定常走行時のようにエンジン本体２が燃焼作動しているときには、回生制御は実行されていない。この場合は、以下に説明するステップＳ１０４乃至ステップＳ１１０の処理によって液体燃料への水素ガスの添加が行われる。

ステップＳ１０４では、予め記憶されているマップから、エンジン本体２の運転状態に応じた要求水素添加割合が求められる。水素添加割合は、例えば、液体燃料と水素ガスを合わせた燃料全体の総発熱量に対する水素ガスの発熱量の比として定義することができる。次のステップＳ１０６では、要求水素添加割合に応じた要求水素生成量（単位時間当たりの必要生成量）が求められる。具体的には、アクセル開度やエンジン回転数等からエンジン本体２の要求負荷が求められ、この要求負荷と要求水素添加割合とから、水素ガスが分担する負荷（水素負荷）が求められる。そして、水素ガスの単位量当たりの発熱量等に基づいて、水素負荷に応じた水素ガス量が要求水素生成量として算出される。

次のステップＳ１０８では、水ポンプ４２の作動により要求水素生成量に応じた水が水タンク４０から水素生成装置５０に供給される。そして、水素生成装置５０の作動により水素生成処理が実行されて要求水素生成量の水素ガスが生成される。このときの水素生成装置５０の動力には、バッテリ５８に蓄電されている電気エネルギが用いられる。生成された水素ガスは、水素生成装置５０からマイクロバブル発生装置５２へ供給される。

次のステップＳ１１０では、マイクロバブル発生装置５２により水素ガスがマイクロバブル化され、このマイクロバブル化された水素ガスが液体燃料に混合される。水素ガスが混合された液体燃料は、マイクロバブル発生装置５２から筒内インジェクタ１８に供給され、筒内インジェクタ１８から燃焼室１０内に直接噴射される。

燃焼性に優れた水素ガスを含む燃料が噴射されることで、高負荷運転時のノッキングや低負荷運転時の燃焼変動は抑制される。ステップＳ１００の判定で水素添加の実行条件が成立しなかったときには、水素生成装置５０における水素生成処理が停止され（ステップＳ１２２）、続いて、マイクロバブル発生装置５２によるマイクロバブル化処理も停止される（ステップＳ１２４）

ステップＳ１０２の判定の結果、回生制御が実行されている場合には、さらに、燃料カット制御の実行中か否か、つまり、筒内インジェクタ１８の燃料噴射が停止しているか否か判定される（ステップＳ１１２）。車両の減速時には、基本的には、燃料カット制御によって筒内インジェクタ１８の燃料噴射は停止されるため、ステップＳ１１２のＹｅｓルートが選択される。ただし、エンジン回転数が所定回転数（例えばアイドル回転数）まで低下したときには、それ以上のエンジン回転数の低下を防止するために燃料噴射が一時的に再開され、ステップＳ１１２のＮｏが選択される。ステップＳ１１２のＹｅｓルートが選択される場合、以下に説明するステップＳ１１４乃至ステップＳ１１８の処理によって液体燃料への水素ガスの添加が行われる。

ステップＳ１１４では、燃料ポンプ３２を作動させたまま流路切替弁５４の切替え操作が行われる。これにより、燃料ポンプ３２によって加圧された高圧の液体燃料は、燃料循環ライン３８を通って再び燃料供給ライン３６に戻り、燃料供給ライン３６と燃料循環ライン３８からなる液体燃料の循環系を循環する。なお、このときの燃料ポンプ３２の吐出流量は所定の循環時流量に設定される。

次のステップＳ１１６では、水ポンプ４２及び水素生成装置５０の作動により要求水素生成量に応じた水素生成処理が実行される。要求水素生成量は、上記の循環系内で液体燃料を循環させるときの液体燃料の流量と要求水素添加割合とから算出される。このとき、回生発電装置５６の接続先はバッテリ５８から水素生成装置５０に切替えられ、回生発電装置５６が発電した電気エネルギの全てが水素生成装置５０に供給されて水素生成処理に用いられる。

次のステップＳ１１８では、マイクロバブル発生装置５２により水素ガスがマイクロバブル化され、このマイクロバブル化された水素ガスが循環系内を循環する液体燃料に混合される。このように、液体燃料を循環させ、循環している液体燃料に水素ガスをマイクロバブル化して混合することで、生成した水素ガスを液体燃料中に貯蔵することができる。

ステップＳ１１２の判定でＮｏルートが選択される場合は、ステップＳ１２０の処理が実行される。ステップＳ１２０では、流路切替弁５４の切替え操作によって液体燃料の循環は停止され、燃料タンク３０から筒内インジェクタ１８へ燃料を供給する通常の燃料供給系へ戻される。このとき、燃料供給ライン３６内の液体燃料には既に要求水素添加割合の水素ガスが添加されているので、燃料噴射の再開直後から、十分に水素ガスが混合された液体燃料を噴射することができる。

上記の水素添加制御ルーチンによれば、回生発電装置５６で発電された電気エネルギを水素生成装置５０における水素生成処理に利用することで、バッテリ５８が満充電の場合でも、回生発電装置５６を作動させて車両の減速エネルギを回収することができる。このように、車両の減速エネルギを有効利用して水素ガスを生成することで、エネルギを無駄にすることがなく、高いエネルギ効率を実現することができる。

また、上記の水素添加制御ルーチンによれば、生成した水素ガスを液体燃料に混合することで、燃料噴射の再開時には、水素ガスが添加された液体燃料を最初の燃料噴射から供給することができる。

さらに、上記の水素添加制御ルーチンによれば、液体燃料を燃料供給ライン３６及び燃料循環ライン３８で循環させ、この循環している液体燃料に水素ガスをして混合することで、多くの水素ガスを液体燃料中に蓄えることができる。特に、本実施形態のように、水素ガスをマイクロバブル化して液体燃料に混合すれば、水素ガスの液体燃料への溶解を促進することができ、より多くの水素ガスを液体燃料中に蓄えることができる。これによれば、より多くの減速エネルギを水素ガスの生成に利用することが可能になって、より高いエネルギ効率を実現することができる。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ６０により上記の水素添加制御ルーチンが実行されることにより、第１の発明にかかる「制御手段」が実現されている。

実施の形態２.
以下、図３を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。

本実施形態のエンジンは、実施の形態１にかかるシステム構成において、ＥＣＵ６０に、図２のルーチンに代えて図３のルーチンを実行させることにより実現することができる。本実施形態のエンジンは、液体燃料への水素ガスの添加を触媒２０の還元処理のためにも利用している。図３は、本実施形態においてＥＣＵ６０により実行される水素添加制御のルーチンを示すフローチャートである。図３において、実施の形態１にかかる水素添加制御ルーチンと同一内容の処理については、同一のステップ番号を付している。また、それらの処理についての重複する説明は省略するものとする。なお、図３に示すルーチンは、所定のクランク角毎に周期的に実行されている。

図３に示すルーチンでは、水素添加実行条件が成立し（ステップＳ１００の判定結果がＹｅｓ）、回生制御の実行中であって（ステップＳ１０２の判定結果がＹｅｓ）、且つ、燃料カット制御が実行されているとき（ステップＳ１１２の判定結果がＹｅｓ）、ステップＳ１１４乃至Ｓ１１８の処理の後、ステップＳ２００の判定が行われる。

ステップＳ２００では、触媒還元処理の実行条件が成立しているか否か判定される。この実行条件は、触媒２０のＮＯｘ吸蔵量が所定の基準量を超えていれば成立する。触媒２０のＮＯｘ吸蔵量は、前回の還元処理からのリーンバーン運転時間によって間接的に測定することができる。触媒還元処理の実行条件が成立するまでの間は、次のステップＳ２０２及びＳ２０４の処理はスキップされる。

触媒還元処理の実行条件が成立した場合は、ステップＳ２０２及びＳ２０４の処理が実行される。ステップＳ２０２では、流路切替弁５４の切替え操作によって液体燃料の循環は停止され、燃料タンク３０から筒内インジェクタ１８へ燃料を供給する通常の燃料供給系へ戻される。

次のステップＳ２０４では、筒内インジェクタ１８に噴射指令が供給され、水素ガスが混合された液体燃料（水素リッチな燃料）が筒内インジェクタ１８から燃焼室１０内に直接噴射される。ステップＳ１１４乃至Ｓ１１８の処理によって燃料供給ライン３６内の液体燃料には既に水素ガスが添加されているので、燃料噴射の開始直後から、筒内インジェクタ１８からは十分に水素ガスが混合された液体燃料が噴射される。このとき、燃料カット中も点火プラグ１６が作動しているならば、点火による燃料の燃焼を防止するため、筒内インジェクタ１８の燃料噴射タイミングは点火プラグ１６の作動後、例えば、膨張行程中や排気行程中に設定される。ステップＳ２０４の処理では、全気筒の筒内インジェクタ１８を作動させてもよく、特定気筒の筒内インジェクタ１８のみ作動させてもよい。或いは、水素添加燃料の供給量に応じて作動させる筒内インジェクタ１８の本数を決めてもよい。

上記の水素添加制御ルーチンによれば、水素ガスが混合された液体燃料を燃焼室１０内で燃焼させることなく、そのまま触媒２０に供給することができる。水素ガスは高い還元能力を有しているので、水素ガスを触媒２０に供給することで、触媒２０の還元処理を効果的に行うことができる。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

上記実施の形態では、回生発電装置５６から水素生成装置５０へ直接、電気エネルギを供給しているが、回生発電装置５６からバッテリ５８を経由して水素生成装置５０へ供給するようにしてもよい。この場合は、回生発電装置５６が発電した電気エネルギのうち、バッテリ５８への充電分を差し引いた残りの電気エネルギを水素生成装置５０へ供給することができる。

また、図１に示すエンジンでは、燃料噴射装置として、燃焼室１０内に直接燃料を噴射する筒内インジェクタ１８を備えているが、吸気ポートに燃料を噴射するポートインジェクタであってもよい。その場合、燃料カット時には点火プラグの作動は停止する。これにより、触媒還元処理のためにポートインジェクタから水素添加燃料を噴射したとき、水素添加燃料が燃焼室内で燃焼してしまうことを防止できる。

また、図１に示すエンジンは、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンとして構成されているが、本発明は軽油を燃料とするディーゼルエンジンにも適用することができる。

本発明の実施の形態１としての水素利用内燃機関のシステム構成を示す図である。本発明の実施の形態１において実行される水素添加制御のルーチンについて示すフローチャートである。本発明の実施の形態２において実行される水素添加制御のルーチンについて示すフローチャートである。

符号の説明

２エンジン本体
４吸気通路
６排気通路
１０燃焼室
１８筒内インジェクタ
２０触媒
３０燃料タンク
３２燃料ポンプ
３６燃料供給ライン
３６ａデリバリパイプ
３８燃料循環ライン
４０水タンク
４２水ポンプ
４４水供給ライン
４６水素ガス供給ライン
５０水素生成装置
５２マイクロバブル発生装置
５４流路切替弁
５６回生発電装置
５８バッテリ
６０ＥＣＵ
６２運転状態測定装置

Claims

炭化水素系の液体燃料と水素ガスとを燃料として使用可能な水素利用内燃機関において、
液体燃料を噴射する燃料噴射装置と、
液体燃料を貯蔵する燃料タンクと、
電気エネルギを用いて液体水素化合物から水素ガスを生成する水素生成手段と、
前記燃料タンクから前記燃料噴射装置に供給される液体燃料に前記水素生成手段によって生成された水素ガスを混合する水素混合手段と、
前記燃料噴射装置と前記水素混合手段との間で液体燃料を循環させる循環手段と、
車両の減速エネルギを電気エネルギとして回収する回生発電手段と、
前記回生発電手段による回生発電時であって、前記燃料噴射装置による燃料噴射の停止中は、前記循環手段を作動させて液体燃料を循環させながら、前記水素生成手段を作動させて前記回生発電手段により回収された減速エネルギを利用して水素ガスを生成し、生成された水素ガスを前記水素混合手段を作動させて液体燃料に混合する制御手段と、
を備えることを特徴とする水素利用内燃機関。
前記水素混合手段は、水素ガスの微細気泡を発生させる手段を含み、水素ガスの微細気泡を液体燃料に混合することを特徴とする請求項１記載の水素利用内燃機関。
燃焼室内の混合気に点火する点火装置を備え、
前記制御手段は、前記回生発電手段による回生発電時であって、前記燃料噴射装置による燃料噴射の停止中、排気通路に設けられた触媒を還元処理するための条件が成立したときには、前記点火装置による点火は停止して、前記燃料噴射装置による燃料噴射を実行することを特徴とする請求項１又は２記載の水素利用内燃機関。
前記燃料噴射装置は前記燃焼室内に直接燃料を噴射するように構成され、
前記制御手段は、前記回生発電手段による回生発電時であって、前記燃料噴射装置による燃料噴射の停止中、排気通路に設けられた触媒を還元処理するための条件が成立したときには、噴射した燃料が燃焼室内で燃焼しないタイミングで前記燃料噴射装置による燃料噴射を実行することを特徴とする請求項１又は２記載の水素利用内燃機関。