JP4329748B2 - Internal combustion engine using hydrogen - Google Patents

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Abstract

In an internal combustion engine using hydrocarbon fuel and hydrogen gas as fuels and including a fuel injection device that injects liquid fuel, a hydrogen-blended fuel in which hydrogen gas is contained in the form of minute bubbles in a liquid hydrocarbon fuel, that is supplied to the fuel injection device. The hydrogen-blended fuel is stored in a fuel tank. Hydrogen gas that has escaped from the hydrogen-blended fuel in the fuel tank is fed to a minute-bubble producing device, which forms the fuel gas into minute bubbles and mixes the minute bubbles back into the hydrogen-blended fuel.

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。   The present invention relates to a hydrogen-based internal combustion engine that can use hydrocarbon-based liquid fuel and hydrogen gas as fuel.

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。   Conventionally, an internal combustion engine (hydrogen-use internal combustion engine) that uses hydrogen gas as a fuel together with liquid fuel such as gasoline is known. Hydrogen gas has characteristics that are excellent in combustibility compared with liquid fuel. For this reason, when the load is low, the lean burn region of the internal combustion engine can be expanded by adding hydrogen gas to the liquid fuel, and remarkable effects such as improvement of fuel consumption and reduction of NOx emission amount can be obtained. On the other hand, at high loads, knocking can be suppressed by adding hydrogen gas to the liquid fuel, and the output can be improved and the acceleration performance of the vehicle can be maintained.

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
One example of such a hydrogen-utilizing internal combustion engine is described in Patent Document 1. The internal combustion engine using hydrogen described in Patent Document 1 connects an injection valve that injects liquid fuel and a hydrogen tank via a hydrogen conduit so that liquid fuel and hydrogen gas can be injected simultaneously from one injection valve. Yes.
JP 2003-293809 A JP 2004-100501 A

しかしながら、上記の従来の水素利用内燃機関では、2系統の燃料供給系、すなわち、水素ガスを噴射弁に供給する供給系と、液体燃料を噴射弁に供給する供給系を別々に設ける必要がある。このため、液体燃料のみを使用する内燃機関に比較して、システム構成は極めて複雑になり、部品点数の増加に伴う車両への搭載性の悪化や、製造コストの増加を招いてしまう。   However, in the above-described conventional hydrogen-utilized internal combustion engine, it is necessary to separately provide two fuel supply systems, that is, a supply system that supplies hydrogen gas to the injection valve and a supply system that supplies liquid fuel to the injection valve. . For this reason, compared with an internal combustion engine that uses only liquid fuel, the system configuration becomes extremely complicated, leading to deterioration in mountability on a vehicle accompanying an increase in the number of parts and an increase in manufacturing cost.

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、システムの複雑化を招くことなく、液体燃料に加えて水素ガスも燃料として利用できるようにした、水素利用内燃機関を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a hydrogen-based internal combustion engine that can use hydrogen gas as fuel in addition to liquid fuel without complicating the system. The purpose is to do.

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、
液体水素化合物を貯蔵する貯蔵手段と、
前記貯蔵手段に貯蔵されている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、
前記内燃機関に水素ガスを供給する必要性を判定する判定手段と、
前記判定手段により水素ガスを供給する必要があると判断されたとき、前記水素生成手段及び前記水素混合手段を作動させる制御手段と、
を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a first invention provides a hydrogen-based internal combustion engine capable of using hydrocarbon liquid fuel and hydrogen gas as fuels.
A fuel injection device for injecting liquid fuel; and
Storage means for storing liquid hydrogen compounds;
Hydrogen generating means for generating hydrogen gas from the liquid hydrogen compound stored in the storage means;
Hydrogen mixing means for mixing the hydrogen gas generated by the hydrogen generation means with the liquid fuel supplied to the fuel injection device;
Determining means for determining the necessity of supplying hydrogen gas to the internal combustion engine;
Control means for operating the hydrogen generation means and the hydrogen mixing means when it is determined by the determination means that hydrogen gas needs to be supplied;
It is characterized by having.

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。
According to a second invention, in the first invention,
The hydrogen mixing means includes means for generating hydrogen gas fine bubbles, and the hydrogen gas fine bubbles are mixed with the liquid fuel.

第3の発明は、第1又は第2の発明において、
前記判定手段により水素ガスを供給する必要があると判断された場合に、必要な水素混合量を決定する水素混合量決定手段を備え、
前記制御手段は、前記水素混合量決定手段により決定された水素混合量に従って前記水素生成手段に水素ガスを生成させることを特徴としている。
According to a third invention, in the first or second invention,
A hydrogen mixing amount determining means for determining a necessary hydrogen mixing amount when it is determined by the determining means that it is necessary to supply hydrogen gas;
The control means causes the hydrogen generation means to generate hydrogen gas in accordance with the hydrogen mixing amount determined by the hydrogen mixing amount determination means.

第4の発明は、第3の発明において、
前記水素混合量決定手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて必要な水素混合量を決定することを特徴としている。
According to a fourth invention, in the third invention,
The hydrogen mixing amount determining means determines a necessary hydrogen mixing amount based on an operating state of the internal combustion engine.

第5の発明は、第3の発明において、
前記水素混合量決定手段は、液体燃料の性状に基づいて必要な水素混合量を決定することを特徴としている。
According to a fifth invention, in the third invention,
The hydrogen mixing amount determining means determines a necessary hydrogen mixing amount based on the properties of the liquid fuel.

第6の発明は、第3の発明において、
前記水素混合量決定手段は、大気の状態に基づいて必要な水素混合量を決定することを特徴としている。
According to a sixth invention, in the third invention,
The hydrogen mixing amount determining means determines a necessary hydrogen mixing amount based on the atmospheric state.

第7の発明は、第3の発明において、
前記水素混合量決定手段は、前記内燃機関の排気通路に配置される触媒の状態に基づいて必要な水素混合量を決定することを特徴としている。
According to a seventh invention, in the third invention,
The hydrogen mixing amount determining means determines a necessary hydrogen mixing amount based on a state of a catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine.

また、第8の発明は、第7の発明の水素利用内燃機関とモータとを有し、少なくとも前記モータにより車両を駆動可能なハイブリッド車両の制御装置において、
水素ガスを供給する必要があると判断されたとき、前記内燃機関の燃焼が停止している状態において前記モータによって前記内燃機関を強制的に回転させるとともに、前記水素生成手段及び前記水素混合手段を作動させ、水素ガスが混合した液体燃料を前記燃料噴射装置から噴射することを特徴としている。
Further, an eighth invention is a control device for a hybrid vehicle having the hydrogen-utilized internal combustion engine and the motor of the seventh invention, and capable of driving the vehicle by at least the motor.
When it is determined that it is necessary to supply hydrogen gas, the internal combustion engine is forcibly rotated by the motor in a state where combustion of the internal combustion engine is stopped, and the hydrogen generation means and the hydrogen mixing means are It is operated, and liquid fuel mixed with hydrogen gas is injected from the fuel injection device.

第1の発明によれば、水素ガスは液体水素化合物の状態で貯蔵され、水素ガスを供給する必要があるときに液体水素化合物から生成されるので、水素ガスを取り扱いが難しく且つ搭載効率の劣る気体の状態で貯蔵する必要が無い。また、生成された水素ガスは液体燃料へ混合されて燃料噴射装置に供給されるので、水素ガスを気体の状態で扱う範囲は水素ガスの生成から液体燃料への混合までの間に限定され、さらに、水素ガスを液体燃料と一体に液体として噴射することができる。したがって、第1の発明によれば、水素ガスと液体燃料を別々の燃料供給系を用いて燃料噴射装置に供給する場合のような複雑なシステムは不要であり、システムの複雑化を招くことなく液体燃料に加えて水素ガスも燃料として使用することができる。   According to the first invention, the hydrogen gas is stored in a liquid hydrogen compound state, and is generated from the liquid hydrogen compound when it is necessary to supply the hydrogen gas. Therefore, it is difficult to handle the hydrogen gas and the mounting efficiency is inferior. There is no need to store it in the gaseous state. Further, since the generated hydrogen gas is mixed with the liquid fuel and supplied to the fuel injection device, the range of handling the hydrogen gas in a gaseous state is limited to the period from the generation of the hydrogen gas to the mixing with the liquid fuel, Furthermore, hydrogen gas can be injected as a liquid integrally with the liquid fuel. Therefore, according to the first invention, a complicated system as in the case of supplying hydrogen gas and liquid fuel to the fuel injection device using separate fuel supply systems is not required, and the system is not complicated. In addition to liquid fuel, hydrogen gas can also be used as fuel.

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。これにより、水素ガスの混合から燃料噴射までの間に水素ガスが液体燃料から分離する可能性は少なく、分離した水素ガスに対する対策が不要になって、システム構成をより簡略化することができる。   According to the second aspect of the present invention, hydrogen gas is made into fine bubbles and mixed with the liquid fuel, so that the hydrogen gas can be uniformly mixed with the liquid fuel, and the dissolution of the hydrogen gas into the liquid fuel is promoted. can do. Thereby, there is little possibility that the hydrogen gas is separated from the liquid fuel during the period from the mixing of the hydrogen gas to the fuel injection, and a countermeasure for the separated hydrogen gas becomes unnecessary, and the system configuration can be further simplified.

第3の発明によれば、水素ガスを供給する必要があるときに必要な量の水素ガスが生成されるので、必要量の水素ガスを過不足なく液体燃料に混合することができる。これにより、水素ガスの生成量と供給量とのずれを調整するためのバッファタンクは不要となり、システム構成をより簡略化することができる。   According to the third aspect, since a necessary amount of hydrogen gas is generated when it is necessary to supply hydrogen gas, the necessary amount of hydrogen gas can be mixed with the liquid fuel without excess or deficiency. This eliminates the need for a buffer tank for adjusting the deviation between the amount of hydrogen gas generated and the amount of supply, and the system configuration can be further simplified.

第4の発明によれば、内燃機関の運転状態に応じた混合割合で水素を液体燃料に混合することができる。   According to the fourth invention, hydrogen can be mixed with the liquid fuel at a mixing ratio according to the operating state of the internal combustion engine.

第5の発明によれば、液体燃料の性状に応じた混合割合で水素を液体燃料に混合することができる。   According to the fifth aspect, hydrogen can be mixed into the liquid fuel at a mixing ratio according to the properties of the liquid fuel.

第6の発明によれば、大気の状態に応じた混合割合で水素を液体燃料に混合することができる。   According to the sixth aspect of the invention, hydrogen can be mixed with the liquid fuel at a mixing ratio corresponding to the atmospheric state.

第7の発明によれば、触媒の状態に応じた混合割合で水素を液体燃料に混合することができる。   According to the seventh aspect, hydrogen can be mixed into the liquid fuel at a mixing ratio corresponding to the state of the catalyst.

第8の発明によれば、触媒の還元や暖機のために水素ガスを供給する必要があると判断されたときには、モータにより内燃機関を強制回転させた時のポンプ作用によって、水素ガスが混合された液体燃料を排気通路に送ることができ、触媒の還元処理や暖機処理を効率的に行うことができる。また、第8の発明によれば、内燃機関の燃焼を停止させてもモータによって走行が可能であるので、触媒の還元処理や暖機処理を必要なときに行うことができる。   According to the eighth invention, when it is determined that it is necessary to supply hydrogen gas for catalyst reduction or warm-up, the hydrogen gas is mixed by the pump action when the motor is forcibly rotated by the motor. The liquid fuel thus made can be sent to the exhaust passage, and the reduction process and warm-up process of the catalyst can be performed efficiently. According to the eighth aspect of the invention, since the motor can travel even when the combustion of the internal combustion engine is stopped, it is possible to perform catalyst reduction processing or warm-up processing when necessary.

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。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

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。   FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a hydrogen-utilized internal combustion engine (hereinafter simply referred to as an engine) as Embodiment 1 of the present invention. The engine of the present embodiment has an engine body 2 composed of a plurality of cylinders (only one cylinder is shown in FIG. 1). The engine body 2 has a piston 8 for each cylinder, and a combustion chamber 10 that repeats expansion and contraction by the vertical movement of the piston 8 is formed inside each cylinder. An intake passage 4 for supplying air to the combustion chamber 10 of each cylinder and an exhaust passage 6 for discharging combustion gas from the combustion chamber 10 are connected to the engine body 2. A catalyst (for example, NOx catalyst) 20 for purifying combustion gas is disposed in the exhaust passage 6.

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。   In the engine body 2, an intake valve 12 for controlling the communication state is provided at the connection portion between the intake passage 4 and the combustion chamber 10, and the communication state is provided at the connection portion between the exhaust passage 6 and the combustion chamber 10. An exhaust valve 14 to be controlled is provided. The combustion chamber 10 is provided with an in-cylinder injector 18 that directly injects fuel into the combustion chamber 10 and an ignition plug 16 that ignites the mixed gas therein.

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。燃料タンク30には、重質度、オクタン価、アルコール添加度等、燃料タンク30内の液体燃料の性状(燃料性状)に応じた信号を出力する燃料性状センサ54が取り付けられている。   The in-cylinder injector 18 is connected to the fuel tank 30 by a fuel supply line 36. The fuel tank 30 stores gasoline, which is a hydrocarbon-based liquid fuel. The liquid fuel in the fuel tank 30 is sucked up by a fuel pump (high pressure pump) 32 disposed in the fuel supply line 36 and compressed to a predetermined pressure higher than the combustion gas pressure in the combustion chamber 10 before the in-cylinder injector 18. Supplied to. The fuel pump 32 may be a mechanical pump driven by the engine body 2 or an electric pump driven by a motor. The fuel tank 30 is provided with a fuel property sensor 54 that outputs a signal corresponding to the property (fuel property) of the liquid fuel in the fuel tank 30 such as the degree of heavyness, the octane number, and the degree of alcohol addition.

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。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。   A microbubble generator 52 for mixing hydrogen gas, which is the other fuel, with the liquid fuel is disposed downstream of the fuel pump 32 in the fuel supply line 36. The microbubble generator 52 converts hydrogen gas into fine bubbles (referred to as microbubbles) having a diameter of several tens of μm or less and mixes them with the liquid fuel in the fuel supply line 36. The method for generating microbubbles by the microbubble generator 52 is not limited as long as hydrogen gas can be converted into microbubbles in the liquid fuel. The microbubble generation method listed below is an example of a method that can be employed in the microbubble generator 52 of the present embodiment.

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。   First, a first example of a microbubble generation method is a method in which hydrogen gas is blown into a vigorous flow of liquid fuel, and the hydrogen gas is pulverized by a strong shearing force generated there.

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。   The second example of the microbubble generation method is a method of generating cavitation by increasing the flow rate of the liquid fuel from a state in which hydrogen gas is pressurized and dissolved in the liquid fuel more.

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。   And the 3rd example of the generation method of a microbubble is a method which vibrates and splits the bubble of hydrogen gas in liquid fuel by giving an ultrasonic wave.

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。また、水素ガスをマイクロバブル化することで、飽和水素量を超える水素ガスを供給した場合であっても、ある程度の量であれば、液体燃料から分離することなくマイクロバブルの状態で液体燃料中に均一に存在させることができる。したがって、一旦混合された水素ガスが燃料噴射までの間に液体燃料から分離する可能性は少なく、マイクロバブル発生装置52から筒内インジェクタ18まで、水素ガスを液体燃料と一体に実質的に液体の状態で取り扱うことが可能になる。   By making hydrogen gas into microbubbles by the microbubble generator 52 and mixing it with liquid fuel, the hydrogen gas can be uniformly mixed in the liquid fuel, and the dissolution of hydrogen gas into the liquid fuel can be promoted. Can do. In addition, even if hydrogen gas exceeding the saturated hydrogen amount is supplied by making the hydrogen gas into microbubbles, the liquid gas can be contained in the liquid fuel in a microbubble state without being separated from the liquid fuel as long as it is a certain amount. Can be present uniformly. Therefore, there is little possibility that the hydrogen gas once mixed is separated from the liquid fuel before the fuel injection, and the hydrogen gas is substantially integrated with the liquid fuel from the microbubble generator 52 to the in-cylinder injector 18. It becomes possible to handle in a state.

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。   The hydrogen gas mixed with the liquid fuel by the microbubble generator 52 is supplied from the hydrogen generator 50 through the hydrogen gas supply line 46. The hydrogen generator 50 is an apparatus that can immediately generate hydrogen gas from a liquid hydrogen compound. As the liquid hydrogen compound, water, alcohol, gasoline, light oil or the like can be used. In this embodiment, water is used as the liquid hydrogen compound. As a method for generating hydrogen gas by the hydrogen generator 50, a method exemplified below can be adopted.

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。   First, a first example of a hydrogen generation method is a method of electrolyzing water by applying a counter electromotive force to a fuel cell.

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。   A second example of the hydrogen generation method is a method of decomposing a liquid hydrogen compound with low-temperature plasma. Specifically, hydrogen gas can be generated by performing direct current pulse discharge on the liquid hydrogen compound.

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。   A third example of the hydrogen generation method is a method of reducing water with a highly active metal. For example, by rubbing aluminum or an aluminum alloy in pure water, the corrosion reaction of water against the metal can be accelerated, water molecules can be decomposed, and pure hydrogen gas can be generated. Pure hydrogen gas can also be generated by supplying water to the powder of magnesium hydride or magnesium hydride alloy. Furthermore, pure hydrogen gas can be generated along with oxidation of metallic iron by reacting water vapor with metallic iron obtained by reducing iron oxide.

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。   Any of the above methods can immediately generate hydrogen gas from a liquid hydrogen compound such as water as needed. In particular, according to the method of the third example, only pure hydrogen gas can be generated. In addition, since any of the above methods can generate hydrogen gas at a relatively low temperature or room temperature, more hydrogen gas can be dissolved in the liquid fuel when the microbubble generator 52 mixes with the liquid fuel. There is also an advantage of being able to.

水素生成装置50により水素ガスを生成することで、水素ガスを液体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。   By generating the hydrogen gas with the hydrogen generator 50, the hydrogen gas can be stored in a liquid state. Thereby, compared with the case where hydrogen gas is stored in a gas state in a pressure tank or the like, not only the handling is facilitated, but also high mounting efficiency can be realized. In the present embodiment, water used for generating hydrogen gas in the hydrogen generator 50 is supplied from the water tank 40 via the water supply line 44. The water supply line 44 is provided with a water pump 42 for sucking water from the water tank 40 and supplying it to the hydrogen generator 50.

上記のようなシステム構成によれば、水素ガスを気体の状態で取り扱う必要のある範囲は、水素生成装置50からマイクロバブル発生装置52までの水素ガス供給ライン46に限定される。これにより、従来のように貯蔵タンクから燃料噴射までの間、水素ガスを気体の状態で取り扱う場合に比較して、水素ガスの漏れ等への対策が簡単になる。また、筒内インジェクタ18に供給される液体燃料に水素ガスが混合した水素添加燃料は、実質的に液体であるので、従来の液体燃料用の筒内インジェクタをそのまま用いることができる。   According to the system configuration as described above, the range in which hydrogen gas needs to be handled in a gaseous state is limited to the hydrogen gas supply line 46 from the hydrogen generator 50 to the microbubble generator 52. Thereby, compared with the case where hydrogen gas is handled in a gaseous state between the storage tank and fuel injection as in the prior art, measures against leakage of hydrogen gas and the like are simplified. Moreover, since the hydrogenated fuel obtained by mixing hydrogen gas with the liquid fuel supplied to the in-cylinder injector 18 is substantially liquid, a conventional in-cylinder injector for liquid fuel can be used as it is.

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等の種々の機器が接続されている。ECU60の入力側には、前述の燃料性状センサ54の他、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や、大気の状態に関する情報(温度、湿度、大気圧等)を取得する大気状態測定装置64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。   The engine of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 60 as its control device. Connected to the output side of the ECU 60 are various devices such as the ignition plug 16, the in-cylinder injector 18, the fuel pump 32, the water pump 42, the microbubble generator 52, and the hydrogen generator 50. On the input side of the ECU 60, in addition to the fuel property sensor 54 described above, information on the operating state of the engine body 2 (accelerator opening, vehicle speed, engine speed, air-fuel ratio, water temperature, knock signal, etc.) is acquired. Various sensors, such as the apparatus 62 and the atmospheric condition measuring apparatus 64 which acquires the information (temperature, humidity, atmospheric pressure, etc.) regarding the atmospheric condition, are connected. The ECU 60 controls each device according to a predetermined control program based on the output of each sensor.

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高負荷運転時におけるノッキングの抑制に用いている。図2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。   In the engine of this embodiment, the addition of hydrogen gas to liquid fuel is used to suppress knocking during high-load operation. FIG. 2 is a flowchart showing a routine for hydrogenation control executed by the ECU 60 in the present embodiment. The routine shown in FIG. 2 is periodically executed for each predetermined crank angle.

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によってエンジン本体2に発生しているノッキングの大きさ(ノックレベル)が測定される。次のステップS102では、測定されたノックレベルから水素添加なしのときのノックレベルが求められ、この水素無添加時のノックレベルに基づいて水素添加の実行条件の成否が判定される。水素添加の実行条件が成立した場合には、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。   In the first step S100 of the routine shown in FIG. 2, the magnitude (knock level) of knocking occurring in the engine body 2 is measured by the operating state measuring device 62. In the next step S102, a knock level when no hydrogen is added is obtained from the measured knock level, and success or failure of the hydrogenation execution condition is determined based on the knock level when no hydrogen is added. When the hydrogen addition execution condition is satisfied, the hydrogen gas is added to the liquid fuel by the processing from step S104 to step S110.

ステップS104では、予め記憶されているマップから、ノックレベルとそれ以外のエンジン本体2の運転状態、例えば、アクセル開度、エンジン回転数、水温、空燃比等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。マップでは、水素添加なしのときのノックレベルが大きいほど要求水素添加割合も大きく設定されている。   In step S104, the required hydrogen addition ratio corresponding to the knock level and other operating states of the engine body 2, for example, the accelerator opening, the engine speed, the water temperature, the air-fuel ratio, etc., is obtained from the map stored in advance. . The hydrogen addition ratio can be defined, for example, as the ratio of the calorific value of hydrogen gas to the total calorific value of the entire fuel including liquid fuel and hydrogen gas. In the map, the required hydrogen addition ratio is set larger as the knock level without hydrogen addition is larger.

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(水素ガスの必要生成量)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。   In the next step S106, a required hydrogen generation amount (required hydrogen gas generation amount) corresponding to the required hydrogen addition ratio is obtained. Specifically, the required load of the engine body 2 is determined from the accelerator opening, the engine speed, and the like, and the load (hydrogen load) shared by the hydrogen gas is determined from the required load and the required hydrogen addition ratio. Then, based on the amount of heat generated per unit amount of hydrogen gas, the amount of hydrogen gas corresponding to the hydrogen load is calculated as the required hydrogen generation amount.

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。生成された水素ガスが、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。   In the next step S108, water corresponding to the required hydrogen generation amount is supplied from the water tank 40 to the hydrogen generator 50 by the operation of the water pump 42. Then, the hydrogen generation process is executed by the operation of the hydrogen generation device 50 to generate the required hydrogen generation amount of hydrogen gas. The generated hydrogen gas is supplied from the hydrogen generator 50 to the microbubble generator 52.

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。   In the next step S110, hydrogen gas is microbubbled by the microbubble generator 52, and the microbubbled hydrogen gas is mixed with the liquid fuel. The liquid fuel mixed with hydrogen gas is supplied from the microbubble generator 52 to the in-cylinder injector 18 and directly injected from the in-cylinder injector 18 into the combustion chamber 10.

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、高負荷時のノッキングは抑制され、ステップS100で測定されるノックレベルは小さくなる。ステップS102の判定において水素添加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S112)、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S114)。   By injecting fuel containing hydrogen gas having excellent combustibility, knocking at high load is suppressed, and the knock level measured in step S100 is reduced. When the hydrogen addition execution condition is not satisfied in the determination in step S102, the hydrogen generation process in the hydrogen generator 50 is stopped (step S112), and then the microbubble generation process by the microbubble generator 52 is also stopped ( Step S114).

上記の水素添加制御ルーチンによれば、ノッキング抑制のために水素ガスが必要となったとき、水素生成装置50により水から水素ガスが即座に生成され、生成された水素ガスはマイクロバブル化されて液体燃料に混合される。これにより、高負荷運転時におけるノッキングを速やかに抑制することができ、点火時期の進角等による高効率な運転が可能になる。   According to the above hydrogenation control routine, when hydrogen gas is required to suppress knocking, hydrogen gas is immediately generated from water by the hydrogen generator 50, and the generated hydrogen gas is microbubbled. Mixed with liquid fuel. Thereby, knocking at the time of high load operation can be quickly suppressed, and highly efficient operation by advancement of ignition timing or the like becomes possible.

また、上記のように、必要に応じて水から水素ガスを生成することで、水素ガスを取り扱いが難しく且つ搭載効率の劣る気体の状態で貯蔵する必要が無い。しかも、水素ガスは必要量のみ生成され、生成された必要量の水素ガスは全てマイクロバブル化されて液体燃料に混合されるので、水素ガスの生成量と供給量とのずれを調整するためのバッファタンクを設ける必要もない。   Further, as described above, by generating hydrogen gas from water as necessary, it is not necessary to store the hydrogen gas in a gas state that is difficult to handle and inferior in mounting efficiency. Moreover, only the required amount of hydrogen gas is generated, and all the required amount of generated hydrogen gas is microbubbled and mixed with the liquid fuel, so that the deviation between the generated amount of hydrogen gas and the supply amount is adjusted. There is no need to provide a buffer tank.

なお、本実施形態では、ECU60によりステップS100及びS102の処理が実行されることにより、第1の発明にかかる「判定手段」が実現されている。また、ECU60によりステップS108及びS110、或いはS112及びS114の処理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。また、ECU60によりステップS104及びS106の処理が実行されることにより、第3の発明にかかる「水素混合量決定手段」が実現されている。   In the present embodiment, the “determining means” according to the first aspect of the present invention is realized by the processing of steps S100 and S102 being executed by the ECU 60. Further, the “control means” according to the first aspect of the present invention is realized by the ECU 60 executing the processes of steps S108 and S110 or S112 and S114. Further, the processing of steps S104 and S106 is executed by the ECU 60, thereby realizing the “hydrogen mixture amount determining means” according to the third invention.

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。
Embodiment 2.
Hereinafter, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

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リーンバーン運転時における燃焼変動の抑制に用いている。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。   The engine of the present embodiment can be realized by causing the ECU 60 to execute the routine of FIG. 3 instead of the routine of FIG. 2 in the system configuration according to the first embodiment. In the engine of this embodiment, the addition of hydrogen gas to the liquid fuel is used to suppress combustion fluctuations during lean burn operation. FIG. 3 is a flowchart showing a routine for hydrogenation control executed by the ECU 60 in the present embodiment. The routine shown in FIG. 3 is periodically executed for each predetermined crank angle.

図3に示すルーチンの最初のステップS200では、運転状態測定装置62によってエンジン本体2に発生している燃焼変動の大きさ(燃焼変動レベル)が測定される。燃焼変動レベルは、具体的には、エンジン回転数や筒内圧力の変動から測定することができる。次のステップS202では、測定された燃焼変動レベルから水素添加なしのときの燃焼変動レベルが求められ、この水素無添加時の燃焼変動レベルに基づいて水素添加の実行条件の成否が判定される。水素添加の実行条件が成立した場合には、ステップS204乃至ステップS210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。   In the first step S200 of the routine shown in FIG. 3, the magnitude of combustion fluctuation (combustion fluctuation level) generated in the engine body 2 is measured by the operating state measuring device 62. Specifically, the combustion fluctuation level can be measured from fluctuations in engine speed and in-cylinder pressure. In the next step S202, the combustion fluctuation level when no hydrogen is added is obtained from the measured combustion fluctuation level, and the success or failure of the hydrogen addition execution condition is determined based on the combustion fluctuation level when no hydrogen is added. When the hydrogen addition execution condition is satisfied, the hydrogen gas is added to the liquid fuel by the processes in steps S204 to S210.

ステップS204では、予め記憶されているマップから、燃焼変動レベルとそれ以外のエンジン本体2の運転状態、例えば、アクセル開度、エンジン回転数、水温、空燃比等に応じた要求水素添加割合が求められる。マップでは、水素添加なしのときの燃焼変動レベルが大きいほど、また、アクセル開度やエンジン回転数から求まるエンジン負荷が低いほど、要求水素添加割合も大きく設定されている。次のステップS206では、要求水素添加割合に応じた要求水素生成量が求められる。   In step S204, the required hydrogen addition ratio corresponding to the combustion fluctuation level and the other operating state of the engine body 2, for example, the accelerator opening, the engine speed, the water temperature, the air-fuel ratio, etc. is obtained from the map stored in advance. It is done. In the map, the required hydrogen addition ratio is set larger as the combustion fluctuation level without hydrogen addition is larger, and as the engine load obtained from the accelerator opening and the engine speed is lower. In the next step S206, a required hydrogen generation amount corresponding to the required hydrogen addition ratio is obtained.

次のステップS208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。水素生成装置50により生成された水素ガスは、マイクロバブル発生装置52によってマイクロバブル化されて液体燃料に混合される(ステップS210)。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。   In the next step S208, a hydrogen generation process corresponding to the required hydrogen generation amount is executed by the operation of the water pump 42 and the hydrogen generator 50. The hydrogen gas generated by the hydrogen generator 50 is microbubbled by the microbubble generator 52 and mixed with the liquid fuel (step S210). The liquid fuel mixed with hydrogen gas is supplied from the microbubble generator 52 to the in-cylinder injector 18 and directly injected from the in-cylinder injector 18 into the combustion chamber 10.

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、低負荷時の燃焼変動は抑制され、ステップS200で測定される燃焼変動レベルは小さくなる。ステップS202の判定において水素添加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S212)、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S214)。   By injecting the fuel containing hydrogen gas having excellent combustibility, the combustion fluctuation at the time of low load is suppressed, and the combustion fluctuation level measured in step S200 becomes small. When the hydrogen addition execution condition is not satisfied in the determination of step S202, the hydrogen generation process in the hydrogen generator 50 is stopped (step S212), and then the microbubble generation process by the microbubble generator 52 is also stopped ( Step S214).

上記の水素添加制御ルーチンによれば、燃焼変動の抑制のために水素ガスが必要となったとき、水素生成装置50により水から水素ガスが即座に生成され、生成された水素ガスはマイクロバブル化されて液体燃料に混合される。これにより、リーンバーン運転時の燃焼変動を速やかに抑制することができ、リーンバーン領域を拡大することができる。   According to the hydrogen addition control routine described above, when hydrogen gas is required to suppress combustion fluctuations, hydrogen gas is immediately generated from water by the hydrogen generator 50, and the generated hydrogen gas is converted into microbubbles. And mixed with liquid fuel. Thereby, the combustion fluctuation | variation at the time of lean burn operation can be suppressed rapidly, and a lean burn area | region can be expanded.

なお、本実施形態では、ECU60によりステップS200及びS202の処理が実行されることにより、第1の発明にかかる「判定手段」が実現されている。また、ECU60によりステップS208及びS210、或いはS212及びS214の処理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。また、ECU60によりステップS204及びS206の処理が実行されることにより、第3の発明にかかる「水素混合量決定手段」が実現されている。   In the present embodiment, the “determination means” according to the first aspect of the present invention is realized by the processing of steps S200 and S202 being executed by the ECU 60. Further, the “control means” according to the first aspect of the present invention is realized by the ECU 60 executing the processes of steps S208 and S210 or S212 and S214. Further, the processing of steps S204 and S206 is executed by the ECU 60, thereby realizing the “hydrogen mixture amount determining means” according to the third aspect of the invention.

実施の形態3.
以下、図4を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
Embodiment 3.
The third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

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4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燃料性状の補正に用いている。液体燃料の燃料性状が変化すると、それに応じてエンジン本体2の運転性能(失火限界、ノック限界等)も変化してしまう。本実施形態では、水素ガスの添加により燃料性状を補正することで、常に一定のエンジン性能が得られるようにしている。図4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4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。   The engine of the present embodiment can be realized by causing the ECU 60 to execute the routine of FIG. 4 instead of the routine of FIG. 2 in the system configuration according to the first embodiment. The engine of this embodiment uses the addition of hydrogen gas to the liquid fuel to correct the fuel properties. When the fuel properties of the liquid fuel change, the operation performance (misfire limit, knock limit, etc.) of the engine body 2 changes accordingly. In this embodiment, by correcting the fuel properties by adding hydrogen gas, a constant engine performance is always obtained. FIG. 4 is a flowchart showing a routine for hydrogenation control executed by the ECU 60 in the present embodiment. The routine shown in FIG. 4 is periodically executed for each predetermined crank angle.

図4に示すルーチンの最初のステップS300では、燃料性状センサ54の信号から燃料タンク30に貯蔵されている液体燃料の燃料性状(重質度、オクタン価、アルコール添加度等)が推定される。なお、燃料性状は、エンジン回転数や筒内圧力の変動状態から推定することもできる。次のステップS302では、推定された燃料性状が水素添加を必要とする燃料性状か否か判定される。水素添加を必要とする燃料性状とは、例えば、重質燃料、低オクタン燃料、アルコール添加度の高い燃料等である。そして、水素添加を必要とする燃料性状と推定された場合に、ステップS304乃至ステップS310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。   In the first step S300 of the routine shown in FIG. 4, the fuel properties (heavyness, octane number, degree of alcohol addition, etc.) of the liquid fuel stored in the fuel tank 30 are estimated from the signal of the fuel property sensor 54. The fuel property can also be estimated from the fluctuation state of the engine speed and the in-cylinder pressure. In the next step S302, it is determined whether or not the estimated fuel property is a fuel property that requires hydrogenation. Examples of fuel properties that require hydrogenation include heavy fuel, low-octane fuel, and fuel with a high degree of alcohol addition. Then, when it is estimated that the fuel property requires hydrogenation, hydrogen gas is added to the liquid fuel by the processing in steps S304 to S310.

ステップS304では、予め記憶されているマップから、燃料性状とエンジン本体2の運転状態に応じた要求水素添加割合が求められる。マップでは、重質なほど、オクタン価が低いほど、また、アルコール添加度が高いほど要求水素添加割合は大きく設定されている。次のステップS306では、要求水素添加割合に応じた要求水素生成量が求められる。   In step S304, the required hydrogen addition ratio corresponding to the fuel properties and the operating state of the engine body 2 is obtained from the map stored in advance. In the map, the required hydrogen addition ratio is set larger as the heavier, the lower octane number, and the higher the degree of alcohol addition. In the next step S306, a required hydrogen generation amount corresponding to the required hydrogen addition ratio is obtained.

次のステップS308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。水素生成装置50により生成された水素ガスは、マイクロバブル発生装置52によってマイクロバブル化されて液体燃料に混合される(ステップS310)。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。   In the next step S308, the hydrogen generation process corresponding to the required hydrogen generation amount is executed by the operation of the water pump 42 and the hydrogen generator 50. The hydrogen gas generated by the hydrogen generator 50 is microbubbled by the microbubble generator 52 and mixed with the liquid fuel (step S310). The liquid fuel mixed with hydrogen gas is supplied from the microbubble generator 52 to the in-cylinder injector 18 and directly injected from the in-cylinder injector 18 into the combustion chamber 10.

給油等により燃料タンク30内の液体燃料の性状が変化したときには、ステップS302の判定で水素添加の必要はないと判断される場合がある。その場合には、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S312)、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S314)。   When the property of the liquid fuel in the fuel tank 30 changes due to refueling or the like, it may be determined in step S302 that it is not necessary to add hydrogen. In that case, the hydrogen generation process in the hydrogen generator 50 is stopped (step S312), and then the microbubble generation process by the microbubble generator 52 is also stopped (step S314).

上記の水素添加制御ルーチンによれば、液体燃料の性状が水素添加の必要な燃料性状のときには、水素生成装置50により水から水素ガスが即座に生成され、生成された水素ガスはマイクロバブル化されて液体燃料に混合される。これにより、燃料性状の差は水素の添加度によって補正され、燃料性状によらず常に一定のエンジン性能を維持することができる。   According to the above hydrogenation control routine, when the property of the liquid fuel is a fuel property requiring hydrogenation, hydrogen gas is immediately generated from water by the hydrogen generator 50, and the generated hydrogen gas is microbubbled. And mixed with liquid fuel. Thus, the difference in fuel properties is corrected by the degree of hydrogen addition, and constant engine performance can always be maintained regardless of the fuel properties.

なお、本実施形態では、ECU60によりステップS300及びS302の処理が実行されることにより、第1の発明にかかる「判定手段」が実現されている。また、ECU60によりステップS308及びS310、或いはS312及びS314の処理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。また、ECU60によりステップS304及びS306の処理が実行されることにより、第3の発明にかかる「水素混合量決定手段」が実現されている。   In the present embodiment, the “determination means” according to the first aspect of the present invention is realized by the processing of steps S300 and S302 being executed by the ECU 60. Further, the “control means” according to the first aspect of the present invention is realized by the ECU 60 executing the processes of steps S308 and S310 or S312 and S314. Further, the processing of steps S304 and S306 is executed by the ECU 60, thereby realizing the “hydrogen mixture amount determining means” according to the third aspect of the invention.

実施の形態4.
以下、図5を参照して、本発明の実施の形態4について説明する。
Embodiment 4.
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

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5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、大気状態がエンジン本体2の運転性能(失火限界、ノック限界等)に与える影響を補正すため、水素ガスを液体燃料に添加する。図5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5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。   The engine of the present embodiment can be realized by causing the ECU 60 to execute the routine of FIG. 5 instead of the routine of FIG. 2 in the system configuration according to the first embodiment. In the engine of the present embodiment, hydrogen gas is added to the liquid fuel in order to correct the influence of atmospheric conditions on the operating performance (misfire limit, knock limit, etc.) of the engine body 2. FIG. 5 is a flowchart showing a routine for hydrogenation control executed by the ECU 60 in the present embodiment. The routine shown in FIG. 5 is periodically executed for each predetermined crank angle.

図5に示すルーチンの最初のステップS400では、大気状態測定装置64によって現在の大気の状態(温度、湿度、大気圧等)が測定される。次のステップS402では、測定された大気状態が水素添加を必要とする大気状態か否か判定される。例えば、ノッキングは高温、高圧、低湿度ほど発生しやすく、大気状態によってはノッキング抑制のために水素添加が必要となる。一方、失火は低温、低圧ほど発生しやすく、大気状態によっては失火防止のために水素添加が必要となる。水素添加を必要とする大気状態である場合には、ステップS404乃至ステップS410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。   In the first step S400 of the routine shown in FIG. 5, the current atmospheric state (temperature, humidity, atmospheric pressure, etc.) is measured by the atmospheric state measuring device 64. In the next step S402, it is determined whether or not the measured atmospheric condition is an atmospheric condition requiring hydrogenation. For example, knocking is more likely to occur at higher temperatures, higher pressures, and lower humidity, and depending on atmospheric conditions, hydrogenation is required to suppress knocking. On the other hand, misfires are more likely to occur at lower temperatures and lower pressures, and depending on atmospheric conditions, hydrogen addition is required to prevent misfires. In the case of an atmospheric condition that requires hydrogen addition, hydrogen gas is added to the liquid fuel by the processing in steps S404 to S410.

ステップS404では、予め記憶されているマップから、大気状態とエンジン本体2の運転状態に応じた要求水素添加割合が求められる。マップでは、アクセル開度とエンジン回転数から求まるエンジン負荷が高負荷の場合には、高温ほど、高圧ほど、また、低湿度ほど要求水素添加割合は大きく設定されている。エンジン負荷が低負荷の場合には、低温ほど、また、低圧ほど要求水素添加割合は大きく設定されている。次のステップS406では、要求水素添加割合に応じた要求水素生成量が求められる。   In step S404, a required hydrogen addition ratio corresponding to the atmospheric state and the operating state of the engine body 2 is obtained from a map stored in advance. In the map, when the engine load obtained from the accelerator opening and the engine speed is high, the required hydrogen addition ratio is set larger as the temperature is higher, the pressure is higher, and the humidity is lower. When the engine load is low, the required hydrogen addition ratio is set larger as the temperature is lower and the pressure is lower. In the next step S406, a required hydrogen generation amount corresponding to the required hydrogen addition ratio is obtained.

次のステップS408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。水素生成装置50により生成された水素ガスは、マイクロバブル発生装置52によってマイクロバブル化されて液体燃料に混合される(ステップS410)。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。   In the next step S408, the hydrogen generation process corresponding to the required hydrogen generation amount is executed by the operation of the water pump 42 and the hydrogen generator 50. The hydrogen gas generated by the hydrogen generator 50 is microbubbled by the microbubble generator 52 and mixed with the liquid fuel (step S410). The liquid fuel mixed with hydrogen gas is supplied from the microbubble generator 52 to the in-cylinder injector 18 and directly injected from the in-cylinder injector 18 into the combustion chamber 10.

天気の変化や車両の走行高度の変化等により大気状態が変化したときには、ステップS402の判定で水素添加の必要はないと判断される場合がある。その場合には、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S412)、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S414)。   When the atmospheric state changes due to a change in weather or a change in the traveling altitude of the vehicle, it may be determined in step S402 that it is not necessary to add hydrogen. In that case, the hydrogen generation process in the hydrogen generator 50 is stopped (step S412), and then the microbubble generation process by the microbubble generator 52 is also stopped (step S414).

上記の水素添加制御ルーチンによれば、現時点の大気状態が水素添加の必要な大気状態のときには、水素生成装置50により水から水素ガスが即座に生成され、生成された水素ガスはマイクロバブル化されて液体燃料に混合される。これにより、温度、湿度、大気圧等の影響による高負荷運転時のノッキングや低負荷運転時の失火は抑制され、大気状態によらず常に一定のエンジン性能を維持することができる。   According to the above hydrogenation control routine, when the current atmospheric state is an atmospheric state that requires hydrogenation, hydrogen gas is immediately generated from water by the hydrogen generator 50, and the generated hydrogen gas is microbubbled. And mixed with liquid fuel. Thereby, knocking at the time of high load operation and misfire at the time of low load operation due to the influence of temperature, humidity, atmospheric pressure, etc. are suppressed, and constant engine performance can always be maintained regardless of atmospheric conditions.

なお、本実施形態では、ECU60によりステップS400及びS402の処理が実行されることにより、第1の発明にかかる「判定手段」が実現されている。また、ECU60によりステップS408及びS410、或いはS412及びS414の処理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。また、ECU60によりステップS404及びS406の処理が実行されることにより、第3の発明にかかる「水素混合量決定手段」が実現されている。   In the present embodiment, the “determination means” according to the first aspect of the present invention is realized by the ECU 60 executing the processes of steps S400 and S402. Further, the “control means” according to the first aspect of the present invention is realized by the ECU 60 executing the processes of steps S408 and S410 or S412 and S414. Further, the processing of steps S404 and S406 is executed by the ECU 60, thereby realizing the “hydrogen mixture amount determining means” according to the third aspect of the invention.

実施の形態5.
以下、図6を参照して、本発明の実施の形態5について説明する。
Embodiment 5.
The fifth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

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6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、触媒20の還元処理或いは暖機処理のために水素ガスを液体燃料に添加する。図6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6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。   The engine of the present embodiment can be realized by causing the ECU 60 to execute the routine of FIG. 6 instead of the routine of FIG. 2 in the system configuration according to the first embodiment. The engine of this embodiment adds hydrogen gas to the liquid fuel for the reduction process or warm-up process of the catalyst 20. FIG. 6 is a flowchart showing a routine for hydrogenation control executed by the ECU 60 in the present embodiment. The routine shown in FIG. 6 is periodically executed for each predetermined crank angle.

図6に示すルーチンの最初のステップS500では、運転状態測定装置62によって触媒20の状態、具体的には、触媒20のNOx吸蔵量と触媒20の温度が測定される。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。また、触媒20の温度は、温度センサにより直接測定することも、排気ガスの温度から間接的に測定することもできる。   In the first step S500 of the routine shown in FIG. 6, the operating state measuring device 62 measures the state of the catalyst 20, specifically, the NOx occlusion amount of the catalyst 20 and the temperature of the catalyst 20. The NOx occlusion amount of the catalyst 20 can be indirectly measured by the lean burn operation time from the previous reduction process. Further, the temperature of the catalyst 20 can be measured directly by a temperature sensor or indirectly from the temperature of the exhaust gas.

次のステップS502では、ステップS500で測定された触媒20の状態から、触媒処理の要求の有無が判定される。例えば、触媒20のNOx吸蔵量が限界に近い場合は、触媒20の還元処理が必要と判断される。また、触媒20の温度がその浄化性能が最大となる適正温度よりも低い場合には、触媒20の暖機処理が必要と判断される。何れの場合にも、その処理の方法としては水素ガスを液体燃料に添加して触媒20に供給すればよい。還元処理のために水素ガスを添加する場合は、水素ガスを還元剤として触媒20に作用させて触媒20の吸蔵能力を効率的に回復することができる。暖機処理のために水素ガスを添加する場合は、水素ガスを触媒20上で酸素と反応させ、その際の反応熱によって触媒20を効率的に暖機することができる。したがって、何れかの触媒処理要求が有る場合には、ステップS504乃至ステップS510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。   In the next step S502, the presence or absence of a request for catalyst treatment is determined from the state of the catalyst 20 measured in step S500. For example, when the NOx occlusion amount of the catalyst 20 is close to the limit, it is determined that the reduction treatment of the catalyst 20 is necessary. Further, when the temperature of the catalyst 20 is lower than an appropriate temperature at which the purification performance is maximized, it is determined that the catalyst 20 needs to be warmed up. In any case, as a treatment method, hydrogen gas may be added to the liquid fuel and supplied to the catalyst 20. When hydrogen gas is added for the reduction treatment, the hydrogen gas can be made to act on the catalyst 20 as a reducing agent to efficiently restore the storage capacity of the catalyst 20. When hydrogen gas is added for the warm-up process, the hydrogen gas is reacted with oxygen on the catalyst 20, and the catalyst 20 can be efficiently warmed by the reaction heat at that time. Therefore, when there is any catalyst processing request, hydrogen gas is added to the liquid fuel by the processing from step S504 to step S510.

ステップS504では、予め記憶されているマップから、触媒処理要求の内容(還元処理の要求か、或いは暖機処理の要求か)とエンジン本体2の運転状態に応じた要求水素添加割合が求められる。次のステップS506では、要求水素添加割合に応じた要求水素生成量が求められる。   In step S504, the required hydrogen addition ratio corresponding to the content of the catalyst processing request (reduction processing request or warm-up processing request) and the operating state of the engine body 2 is obtained from a map stored in advance. In the next step S506, a required hydrogen generation amount corresponding to the required hydrogen addition ratio is obtained.

次のステップS508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。水素生成装置50により生成された水素ガスは、マイクロバブル発生装置52によってマイクロバブル化されて液体燃料に混合される(ステップS510)。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。その際の燃料噴射の方法としては、吸気行程或いは圧縮行程で噴射する主噴射と、膨張行程或いは排気行程で噴射する副噴射の2段噴射が採られる。副噴射で噴射された燃料中の水素ガスは、燃焼することなくそのまま触媒20まで流れ、触媒20の還元処理或いは暖機処理に供せられる。   In the next step S508, the hydrogen generation process corresponding to the required hydrogen generation amount is executed by the operation of the water pump 42 and the hydrogen generator 50. The hydrogen gas generated by the hydrogen generator 50 is microbubbled by the microbubble generator 52 and mixed with the liquid fuel (step S510). The liquid fuel mixed with hydrogen gas is supplied from the microbubble generator 52 to the in-cylinder injector 18 and directly injected from the in-cylinder injector 18 into the combustion chamber 10. As a method of fuel injection at that time, a two-stage injection of a main injection injected in an intake stroke or a compression stroke and a secondary injection injected in an expansion stroke or an exhaust stroke is adopted. The hydrogen gas in the fuel injected by the sub-injection flows as it is to the catalyst 20 without being burned, and is used for the reduction process or warm-up process of the catalyst 20.

触媒20の還元処理或いは暖機処理が完了した場合には、ステップS502の判定において触媒処理の要求は撤回される。その場合には、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S512)、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S514)。   When the reduction process or warm-up process of the catalyst 20 is completed, the request for the catalyst process is withdrawn in the determination of step S502. In that case, the hydrogen generation process in the hydrogen generator 50 is stopped (step S512), and then the microbubble generation process by the microbubble generator 52 is also stopped (step S514).

上記の水素添加制御ルーチンによれば、触媒20の還元処理或いは暖機処理が必要とされるときには、水素生成装置50により水から水素ガスが即座に生成され、生成された水素ガスはマイクロバブル化されて液体燃料に混合される。これにより、還元処理が要求されている場合には、触媒20のNOx吸蔵能力を速やかに回復することができ、また、暖機処理が要求されている場合には、触媒20の温度を適正温度まで速やかに暖機することができる。   According to the above hydrogenation control routine, when the reduction process or warm-up process of the catalyst 20 is required, hydrogen gas is immediately generated from water by the hydrogen generator 50, and the generated hydrogen gas is microbubbled. And mixed with liquid fuel. Thereby, when the reduction process is requested | required, the NOx occlusion capability of the catalyst 20 can be recovered rapidly, and when the warm-up process is requested | required, the temperature of the catalyst 20 is made into appropriate temperature. Can be warmed up quickly.

なお、本実施形態では、ECU60によりステップS500及びS502の処理が実行されることにより、第1の発明にかかる「判定手段」が実現されている。また、ECU50によりステップS508及びS510、或いはS512及びS514の処理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。また、ECU60によりステップS504及びS506の処理が実行されることにより、第3の発明にかかる「水素混合量決定手段」が実現されている。   In the present embodiment, the “determination means” according to the first aspect of the present invention is realized by the processing of steps S500 and S502 being executed by the ECU 60. Further, the “control means” according to the first aspect of the present invention is realized by the ECU 50 executing the processes of steps S508 and S510, or S512 and S514. Further, the processing of steps S504 and S506 is executed by the ECU 60, thereby realizing the “hydrogen mixture amount determining means” according to the third aspect of the invention.

実施の形態6.
以下、図7及び図8を参照して、本発明の実施の形態6について説明する。
Embodiment 6 FIG.
Hereinafter, Embodiment 6 of the present invention will be described with reference to FIG. 7 and FIG.

図7は本発明の水素利用内燃機関が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。本実施形態にかかるハイブリッド車両の駆動システムは、その動力装置として、実施の形態1にかかるシステム構成のエンジン(図1に示すエンジン)を備えている。図7中、実施の形態1と同一の要素は同一の符号を付している。   FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a hybrid vehicle drive system to which the hydrogen-utilized internal combustion engine of the present invention is applied. The hybrid vehicle drive system according to the present embodiment includes an engine having the system configuration according to the first embodiment (the engine shown in FIG. 1) as the power unit. In FIG. 7, the same elements as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

この駆動システムは、もう1つの動力装置としてモータ72を備えている。また、駆動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ76も備えている。エンジン本体2、モータ72及びジェネレータ76は、動力分割機構70を介して相互に連結されている。動力分割機構70につながるモータ72の回転軸には、減速機74が接続されている。減速機74は、モータ72の回転軸と駆動輪92につながる駆動軸90とを連結している。動力分割機構70は、エンジン本体2の駆動力をジェネレータ76側と減速機74側とに分割する装置である。動力分割機構70による駆動力の配分は任意に変更することができる。   This drive system includes a motor 72 as another power unit. In addition, a generator 76 that generates electric power upon receiving a driving force is also provided. The engine body 2, the motor 72, and the generator 76 are connected to each other via a power split mechanism 70. A reduction gear 74 is connected to the rotating shaft of the motor 72 connected to the power split mechanism 70. The speed reducer 74 connects the rotation shaft of the motor 72 and the drive shaft 90 connected to the drive wheels 92. The power split mechanism 70 is a device that splits the driving force of the engine body 2 into the generator 76 side and the speed reducer 74 side. The distribution of the driving force by the power split mechanism 70 can be arbitrarily changed.

この駆動システムには、さらに、インバータ78、コンバータ80及び高圧バッテリ82が含まれている。インバータ78は、ジェネレータ76及びモータ72に接続されるとともに、コンバータ80を介して高圧バッテリ82にも接続されている。ジェネレータ76で発電された電力は、インバータ78を介してモータ72に供給することもできるし、インバータ78及びコンバータ80を介して高圧バッテリ82に充電することもできる。また、高圧バッテリ82に充電されている電力は、コンバータ80及びインバータ78を介してモータ72に供給することができる。   The drive system further includes an inverter 78, a converter 80, and a high voltage battery 82. Inverter 78 is connected to generator 76 and motor 72, and is also connected to high voltage battery 82 via converter 80. The electric power generated by the generator 76 can be supplied to the motor 72 via the inverter 78, or the high voltage battery 82 can be charged via the inverter 78 and the converter 80. Further, the electric power charged in the high voltage battery 82 can be supplied to the motor 72 via the converter 80 and the inverter 78.

この駆動システムによれば、モータ72を停止させてエンジン本体2の駆動力のみによって駆動輪92を回転させることもできるし、逆に、エンジン本体2を停止させてモータ72の駆動力のみによって駆動輪92を回転させることもできる。モータ72とエンジン本体2の双方を作動させ、双方の駆動力によって駆動輪92を回転させることもできる。また、この駆動システムによれば、モータ72をエンジン本体2のスタータとして機能させることもできる。つまり、エンジン本体2の始動時、モータ72の駆動力の一部或いは全部を動力分割機構70を介してエンジン本体2に入力することで、エンジン本体2をクランキングすることができる。さらに、エンジン本体2の始動に関係なく、停止しているエンジン本体2を必要に応じて強制的に回転させることもできる。   According to this drive system, the motor 72 can be stopped and the driving wheel 92 can be rotated only by the driving force of the engine body 2, and conversely, the engine body 2 is stopped and driven only by the driving force of the motor 72. The ring 92 can also be rotated. It is also possible to operate both the motor 72 and the engine main body 2 and rotate the driving wheels 92 by both driving forces. Further, according to this drive system, the motor 72 can also function as a starter of the engine body 2. That is, when the engine body 2 is started, the engine body 2 can be cranked by inputting a part or all of the driving force of the motor 72 to the engine body 2 via the power split mechanism 70. Further, the stopped engine body 2 can be forcibly rotated as necessary regardless of the start of the engine body 2.

本実施形態の駆動システムは、ECU60によって制御されている。ECU60は、エンジン本体2を含むエンジンシステムのみならず、モータ72、ジェネレータ76、動力分割機構70、インバータ78及びコンバータ80等を含む駆動システムの全体を総合的に制御している。図8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8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。   The drive system of this embodiment is controlled by the ECU 60. The ECU 60 comprehensively controls not only the engine system including the engine body 2 but also the entire drive system including the motor 72, the generator 76, the power split mechanism 70, the inverter 78, the converter 80, and the like. FIG. 8 is a flowchart showing a routine for hydrogenation control executed by the ECU 60 in the present embodiment. The routine shown in FIG. 8 is periodically executed for each predetermined crank angle.

図8に示すルーチンの最初のステップS600では、エンジン本体2が燃焼作動しているか否か判定される。エンジン本体2が燃焼作動している場合には、ステップS602乃至ステップS608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。   In the first step S600 of the routine shown in FIG. 8, it is determined whether or not the engine body 2 is in a combustion operation. When the engine main body 2 is in a combustion operation, hydrogen gas is added to the liquid fuel by the processes in steps S602 to S608.

ステップS602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。例えば、高負荷運転時にはノッキングを抑制するための水素添加割合が求められ、低負荷運転時には失火や燃焼変動を抑制するための水素添加割合が求められる。次のステップS604では、要求水素添加割合に応じた要求水素生成量が求められる。   In step S602, the required hydrogen addition ratio corresponding to the operating state of the engine body 2 is obtained from a map stored in advance. For example, a hydrogen addition ratio for suppressing knocking is required during high load operation, and a hydrogen addition ratio for suppressing misfire and combustion fluctuation is required during low load operation. In the next step S604, a required hydrogen generation amount corresponding to the required hydrogen addition ratio is obtained.

次のステップS606では、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。水素生成装置50により生成された水素ガスは、マイクロバブル発生装置52によってマイクロバブル化されて液体燃料に混合される(ステップS608)。水素ガスが混合された液体燃料がエンジン本体2に供給されることで、高負荷運転時には、ノッキングを速やかに抑制して点火時期の進角等による高効率な運転が可能になる。また、低負荷運転時には、失火や燃焼変動を速やかに抑制してリーンバーン領域を拡大することが可能になる。   In the next step S606, the hydrogen generation process corresponding to the required hydrogen generation amount is executed by the operation of the hydrogen generator 50. The hydrogen gas generated by the hydrogen generator 50 is microbubbled by the microbubble generator 52 and mixed with the liquid fuel (step S608). By supplying the liquid fuel mixed with hydrogen gas to the engine body 2, during high load operation, knocking is quickly suppressed and high-efficiency operation such as advance of ignition timing becomes possible. Further, during low load operation, it is possible to quickly suppress misfires and combustion fluctuations and expand the lean burn region.

一方、ステップS600の判定でエンジン本体2の燃焼が停止している場合には、続いてステップS610の判定が行われる。ステップS610では、触媒20の状態から触媒処理の要求の有無が判定される。触媒20のNOx吸蔵量が限界に近い場合は、触媒20の還元処理が必要と判断される。また、触媒20の温度がその浄化性能が最大となる適正温度よりも低い場合には、触媒20の暖機処理が必要と判断される。ステップS610の判定の結果、何れかの触媒処理要求が有る場合には、以下に説明するステップS616乃至ステップS624の処理によって液体燃料への水素ガスの添加と、水素ガスが添加された液体燃料の触媒20への供給が行われる。   On the other hand, when the combustion of the engine body 2 is stopped in the determination in step S600, the determination in step S610 is subsequently performed. In step S610, the presence or absence of a request for catalyst processing is determined from the state of the catalyst 20. When the NOx occlusion amount of the catalyst 20 is close to the limit, it is determined that the reduction treatment of the catalyst 20 is necessary. Further, when the temperature of the catalyst 20 is lower than an appropriate temperature at which the purification performance is maximized, it is determined that the catalyst 20 needs to be warmed up. If there is any catalyst processing request as a result of the determination in step S610, the addition of hydrogen gas to the liquid fuel and the liquid fuel to which hydrogen gas has been added by the processing in steps S616 to S624 described below. Supply to the catalyst 20 is performed.

まず、ステップS616では、予め記憶されているマップから、触媒処理要求の内容(還元処理の要求か、或いは暖機処理の要求か)に応じた要求水素添加割合が求められる。ステップS618では、要求水素添加割合に応じた要求水素生成量が求められる。次のステップS620では、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。水素生成装置50により生成された水素ガスは、マイクロバブル発生装置52によってマイクロバブル化されて液体燃料に混合される(ステップS622)。   First, in step S616, a required hydrogen addition ratio corresponding to the content of the catalyst processing request (reduction processing request or warm-up processing request) is obtained from a map stored in advance. In step S618, a required hydrogen production amount corresponding to the required hydrogen addition ratio is obtained. In the next step S620, a hydrogen generation process corresponding to the required hydrogen generation amount is executed by the operation of the hydrogen generator 50. The hydrogen gas generated by the hydrogen generator 50 is microbubbled by the microbubble generator 52 and mixed with the liquid fuel (step S622).

次のステップS624では、動力分割機構70が操作され、モータ72の駆動力の一部或いは全部が動力分割機構70を介してエンジン本体2に入力される。これにより、エンジン本体2はモータ72の駆動力によって強制的に回転させられ、吸気通路から空気を吸い込んで排気通路6へ排出するポンプとして作動する。   In the next step S624, the power split mechanism 70 is operated, and part or all of the driving force of the motor 72 is input to the engine body 2 via the power split mechanism 70. Thus, the engine body 2 is forcibly rotated by the driving force of the motor 72 and operates as a pump that sucks air from the intake passage and discharges it to the exhaust passage 6.

また、ステップ624では、モータ72によるエンジン本体2の強制回転と同時に、ECU60から筒内インジェクタに噴射指令が供給され、水素ガスが混合された液体燃料(水素添加燃料)が筒内インジェクタから燃焼室内に噴射される。この場合、各気筒の筒内インジェクタを作動させてもよく、特定気筒の筒内インジェクタ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の本数を決めてもよい。   In step 624, simultaneously with the forced rotation of the engine main body 2 by the motor 72, an injection command is supplied from the ECU 60 to the in-cylinder injector, and liquid fuel (hydrogenated fuel) mixed with hydrogen gas is supplied from the in-cylinder injector to the combustion chamber. Is injected into. In this case, the in-cylinder injector of each cylinder may be operated, or only the in-cylinder injector of a specific cylinder may be operated. Alternatively, the number of in-cylinder injectors to be operated may be determined according to the amount of hydrogenated fuel supplied.

筒内インジェクタから燃焼室内に噴射された水素添加燃料は、エンジン本体2のポンプ作用によって、吸気通路から吸入された空気とともにそのまま排気通路6へ排出される。このとき、要求されている触媒処理が還元処理の場合には、吸気通路のスロットルは閉じられる。スロットルを閉じることで吸入空気量を絞り、水素添加燃料の空気による希釈度を小さくすることができる。これにより、触媒20には極めて水素濃度の高いガスが流入することとなり、触媒20の周囲雰囲気は濃い還元雰囲気とされる。   The hydrogenated fuel injected from the in-cylinder injector into the combustion chamber is discharged into the exhaust passage 6 as it is together with the air sucked from the intake passage by the pump action of the engine body 2. At this time, if the required catalyst process is a reduction process, the throttle of the intake passage is closed. By closing the throttle, the amount of intake air can be reduced, and the dilution of hydrogenated fuel with air can be reduced. As a result, a gas having a very high hydrogen concentration flows into the catalyst 20, and the atmosphere around the catalyst 20 is a rich reducing atmosphere.

要求されている触媒処理が暖機処理の場合には、スロットルが開かれて燃料噴射量に応じた量の空気が燃焼室内へ吸入される。スロットルの開度は、水素添加燃料と空気の空燃比が触媒20上での燃焼反応に適した所定の空燃比になるように制御される。水素添加燃料と空気の混合気が排気通路6を通って触媒20に供給され、水素添加燃料と酸素が触媒20上で燃焼反応を起こすことで、触媒20の温度は上昇していく。   When the requested catalyst process is a warm-up process, the throttle is opened and an amount of air corresponding to the fuel injection amount is drawn into the combustion chamber. The opening of the throttle is controlled so that the air-fuel ratio of the hydrogenated fuel and air becomes a predetermined air-fuel ratio suitable for the combustion reaction on the catalyst 20. The mixture of hydrogenated fuel and air is supplied to the catalyst 20 through the exhaust passage 6, and the hydrogenated fuel and oxygen cause a combustion reaction on the catalyst 20, whereby the temperature of the catalyst 20 rises.

触媒20の還元処理或いは暖機処理が完了した場合には、ステップS610の判定において触媒処理の要求は撤回される。その場合には、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S612)、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S614)。   When the reduction process or warm-up process of the catalyst 20 is completed, the request for the catalyst process is withdrawn in the determination of step S610. In that case, the hydrogen generation process in the hydrogen generator 50 is stopped (step S612), and then the microbubble generation process by the microbubble generator 52 is also stopped (step S614).

上記の水素添加制御ルーチンによれば、エンジン本体2の燃焼作動中は、エンジン本体2の運転状態に応じて液体燃料への水素添加を行うことで、ノック限界やリーン限界を拡大してエンジン本体2を効率的に運転することができる。そして、エンジン本体2の燃焼停止時に、モータ72によってエンジン本体2を回転させながら水素添加燃料の噴射を行うことで、エンジン本体2の運転性能に影響を与えることなく、触媒20の還元処理や暖機処理を効率良く行うことができる。   According to the hydrogen addition control routine described above, during the combustion operation of the engine body 2, the knock limit and the lean limit are expanded by adding hydrogen to the liquid fuel according to the operating state of the engine body 2, thereby increasing the engine body. 2 can be operated efficiently. When the combustion of the engine body 2 is stopped, the hydrogenated fuel is injected while rotating the engine body 2 by the motor 72, so that the reduction performance and warming of the catalyst 20 are not affected without affecting the operation performance of the engine body 2. Machine processing can be performed efficiently.

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8の発明にかかる「制御装置」が実現されている。   In the present embodiment, the “control device” according to the eighth aspect of the present invention is realized by the ECU 60 executing the hydrogen addition control routine.

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。
Others.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the following modifications may be made.

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。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。   The engine shown in FIG. 1 includes the in-cylinder injector 18 that directly injects fuel into the combustion chamber 10 as a fuel injection device, but may be a port injector that injects fuel into the intake port. Moreover, although the engine shown in FIG. 1 is comprised as a gasoline engine which uses gasoline as a fuel, this invention is applicable also to the diesel engine which uses light oil as a fuel.

また、図7の構成では、ハイブリッド車両はエンジン本体2によってもモータ72によっても走行可能に構成されているが、本発明を適用するにあたってはハイブリッド車両は少なくともモータ72によって走行可能であればよい。つまり、エンジン本体2は発電専用であってもよい。   In the configuration of FIG. 7, the hybrid vehicle is configured to be able to travel by both the engine body 2 and the motor 72, but the hybrid vehicle only needs to be capable of traveling by at least the motor 72 in applying the present invention. That is, the engine body 2 may be dedicated to power generation.

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。It is a figure which shows the system configuration | structure of the hydrogen utilization internal combustion engine as Embodiment 1 of this invention. 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。It is a flowchart shown about the routine of hydrogenation control performed in Embodiment 1 of this invention. 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。It is a flowchart shown about the routine of hydrogenation control performed in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3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。It is a flowchart shown about the routine of hydrogenation control performed in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4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。It is a flowchart shown about the routine of hydrogenation control performed in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5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。It is a flowchart shown about the routine of hydrogenation control performed in Embodiment 5 of this invention. 本発明の水素利用内燃機関が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the drive system of the hybrid vehicle to which the hydrogen utilization internal combustion engine of this invention was applied. 本発明の実施の形態6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。It is a flowchart shown about the routine of hydrogenation control performed in Embodiment 6 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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
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 燃料性状センサ
60 ECU
62 運転状態測定装置
64 大気状態測定装置
70 動力分割機構
72 モータ
74 減速機
76 ジェネレータ
78 インバータ
80 コンバータ
82 高圧バッテリ
2 Engine body 4 Intake passage 6 Exhaust passage 10 Combustion chamber 18 In-cylinder injector 20 Catalyst 30 Fuel tank 32 Fuel pump 36 Fuel supply line 40 Water tank 42 Water pump 44 Water supply line 46 Hydrogen gas supply line 50 Hydrogen generator 52 Micro bubble Generator 54 Fuel property sensor 60 ECU
62 Operating state measuring device 64 Atmospheric state measuring device 70 Power split mechanism 72 Motor 74 Reducer 76 Generator 78 Inverter 80 Converter 82 High voltage battery

Claims (6)

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、
液体水素化合物を貯蔵する貯蔵手段と、
前記貯蔵手段に貯蔵されている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微細気泡にして混合する水素混合手段と、
前記内燃機関に水素ガスを供給する必要性を判定する判定手段と、
前記判定手段により水素ガスを供給する必要があると判断された場合に、必要な水素混合量を決定する水素混合量決定手段と、
前記判定手段により水素ガスを供給する必要があると判断された場合に、前記水素生成手段を作動させて前記水素混合量決定手段により決定された量の水素を生成させる制御手段と、
を備えることを特徴とする水素利用内燃機関。
In a hydrogen-based internal combustion engine that can use hydrocarbon-based liquid fuel and hydrogen gas as fuel,
A fuel injection device for injecting liquid fuel; and
Storage means for storing liquid hydrogen compounds;
Hydrogen generating means for generating hydrogen gas from the liquid hydrogen compound stored in the storage means;
Hydrogen mixing means for mixing the hydrogen gas generated by the hydrogen generating means into fine bubbles and mixing the liquid fuel supplied to the fuel injection device;
Determining means for determining the necessity of supplying hydrogen gas to the internal combustion engine;
A hydrogen mixing amount determining means for determining a necessary hydrogen mixing amount when it is determined by the determining means that hydrogen gas needs to be supplied;
Control means for operating the hydrogen generating means to generate the amount of hydrogen determined by the hydrogen mixing amount determining means when it is determined by the determining means that hydrogen gas needs to be supplied;
An internal combustion engine using hydrogen.
前記水素混合量決定手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて必要な水素混合量を決定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。 2. The hydrogen-using internal combustion engine according to claim 1, wherein the hydrogen mixture amount determining means determines a necessary hydrogen mixture amount based on an operating state of the internal combustion engine. 前記水素混合量決定手段は、液体燃料の性状に基づいて必要な水素混合量を決定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。 2. The hydrogen-utilizing internal combustion engine according to claim 1, wherein the hydrogen mixture amount determining means determines a necessary hydrogen mixture amount based on properties of the liquid fuel. 前記水素混合量決定手段は、大気の状態に基づいて必要な水素混合量を決定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。 2. The hydrogen-using internal combustion engine according to claim 1, wherein the hydrogen mixing amount determining means determines a necessary hydrogen mixing amount based on an atmospheric state. 前記水素混合量決定手段は、前記内燃機関の排気通路に配置される触媒の状態に基づいて必要な水素混合量を決定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。 2. The hydrogen-using internal combustion engine according to claim 1, wherein the hydrogen mixing amount determining means determines a necessary hydrogen mixing amount based on a state of a catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine. 請求項5記載の水素利用内燃機関とモータとを有し、少なくとも前記モータにより車両を駆動可能なハイブリッド車両の制御装置において、
水素ガスを供給する必要があると判断されたとき、前記内燃機関の燃焼が停止している状態において前記モータによって前記内燃機関を強制的に回転させるとともに、前記水素生成手段及び前記水素混合手段を作動させ、水素ガスが混合した液体燃料を前記燃料噴射装置から噴射することを特徴とする水素利用内燃機関を有するハイブリッド車両の制御装置。
In the control apparatus of the hybrid vehicle which has a hydrogen utilization internal combustion engine and a motor of Claim 5, and can drive a vehicle at least with the motor,
When it is determined that it is necessary to supply hydrogen gas, the internal combustion engine is forcibly rotated by the motor in a state where combustion of the internal combustion engine is stopped, and the hydrogen generation means and the hydrogen mixing means are A control device for a hybrid vehicle having a hydrogen-using internal combustion engine, wherein the control device is operated and injects liquid fuel mixed with hydrogen gas from the fuel injection device.
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