(57)【要約】【課題】燃料電池と内燃機関とを組み合わせたシステムの構成を複雑にすることなく、内燃機関を混合燃料でスムーズに始動させる技術を提供することを課題とする。【解決手段】混合燃料を燃焼して動力を発生する内燃機関５へ燃料を供給する燃料供給システム１０１であって、作動中の内燃機関５へ混合燃料を供給する作動用燃料供給手段６と、作動用燃料供給手段６が内燃機関５へ供給する燃料よりも濃度が高い燃料を始動用燃料として内燃機関５へ供給する始動用燃料供給手段６と、を備え、始動用燃料供給手段６は、発電中の燃料電池２のアノード極を混合燃料が通過することで濃縮された混合燃料を始動用燃料として内燃機関５へ供給する。【選択図】図１Ａ
2010019089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の燃料と第二の燃料とを混合した混合燃料を燃焼して動力を発生する内燃機関へ該混合燃料を供給する燃料供給システムであって、
作動中の前記内燃機関へ前記混合燃料を作動用燃料として供給する作動用燃料供給手段と、
前記第一の燃料よりも前記内燃機関の始動性に優れる前記第二の燃料の濃度が前記作動用燃料の濃度よりも高い混合燃料を、始動用燃料として前記内燃機関へ供給する始動用燃料供給手段と、を備え、
前記始動用燃料供給手段は、発電中の燃料電池のアノード極を前記混合燃料が通過することで、電気化学反応が可能な前記第一の燃料が減って前記第二の燃料が濃縮された該混合燃料を、前記始動用燃料として前記内燃機関へ供給する、
燃料供給システム。
【請求項２】
発電中の前記燃料電池のアノード極の通過によって濃縮された前記混合燃料を貯蔵する濃縮燃料貯蔵手段を更に備え、
前記始動用燃料供給手段は、前記濃縮燃料貯蔵手段に貯蔵される前記混合燃料を前記始動用燃料として前記内燃機関へ供給する、
請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項３】
前記濃縮燃料貯蔵手段は、前記燃料電池のアノード極を通過した前記混合燃料の濃度が前記内燃機関の始動に適する所定濃度の場合に、該混合燃料を貯蔵する、
請求項２に記載の燃料供給システム。
【請求項４】
前記混合燃料を貯蔵する第一の混合燃料貯蔵手段、及び第二の混合燃料貯蔵手段と、
前記第一の混合燃料貯蔵手段及び前記第二の混合燃料貯蔵手段の少なくとも何れかに貯蔵される前記混合燃料を前記燃料電池のアノード極へ案内する燃料案内手段と、を更に備え、
前記作動用燃料供給手段は、前記第一の混合燃料貯蔵手段に貯蔵される前記混合燃料を前記作動用燃料として前記内燃機関へ供給し、
前記第二の混合燃料貯蔵手段は、前記燃料電池のアノード極の通過によって濃縮された前記混合燃料を貯蔵し、
前記始動用燃料供給手段は、前記第二の混合燃料貯蔵手段に貯蔵された前記混合燃料を前記始動用燃料として前記内燃機関へ供給する、
請求項１に記載の燃料供給システム。
【請求項５】
前記燃料案内手段は、前記第二の混合燃料貯蔵手段に貯蔵される前記混合燃料が前記内燃機関の始動に適する所定濃度で無い場合に、該第二の混合燃料貯蔵手段に貯蔵された該混合燃料を前記燃料電池のアノード極へ案内する、
請求項４に記載の燃料供給システム。
【請求項６】
前記燃料案内手段は、前記第一の混合燃料貯蔵手段に貯蔵される前記混合燃料を前記燃料電池のアノード極へ案内し、
前記第二の混合燃料貯蔵手段は、発電中の前記燃料電池のアノード極を通過した前記混合燃料が前記内燃機関の始動に適する所定濃度の場合に、該混合燃料を貯蔵し、
前記第一の混合燃料貯蔵手段は、発電中の前記燃料電池のアノード極を通過した、前記第二の混合燃料貯蔵手段が貯蔵しない前記混合燃料を貯蔵する、
請求項４に記載の燃料供給システム。
【請求項７】
前記作動用燃料供給手段は、前記第一の混合燃料貯蔵手段から前記燃料電池のアノード
極を経由して供給される前記混合燃料を、前記作動用燃料として前記内燃機関へ供給する、
請求項６に記載の燃料供給システム。
【請求項８】
前記燃料電池の発電電力と該燃料電池のアノード極を通過する燃料の流量の少なくとも何れかを制御し、該燃料電池の発電電力に対する該燃料電池のアノード極を通過する燃料の流量の比率を下げる制御手段を更に備える、
請求項１から７の何れか一項に記載の燃料供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、運転効率および環境性に優れる電源としての燃料電池と、燃料を燃焼して動力を発生する内燃機関とを組み合わせたシステムが注目されている。燃料電池が燃料と酸化剤との電気化学反応によって発電するのに対し、内燃機関は、燃料が燃えることで動力を発生する。
【０００３】
例えば、特許文献１や２には、炭化水素系の燃料で動作する燃料電池および内燃機関を備えた燃料電池システムが開示されている。また、特許文献３〜５には、ガソリンとエタノールとを混合した燃料を使った内燃機関が開示されている。
【特許文献１】特開２００６−９３０００号公報
【特許文献２】特開２０００−３０３８３６号公報
【特許文献３】特開２００７−３０９２６８号公報
【特許文献４】特開２００７−３１５２９２号公報
【特許文献５】特開２００７−３２７４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池と内燃機関の両方で使用可能な混合燃料は、内燃機関で燃焼可能な成分と、燃料電池における電気化学反応が可能な成分とで構成されている。内燃機関は、燃焼室で燃料を燃やすため、燃焼しにくい成分の存在は好ましくなく、特に、内燃機関を始動する際にこのような要請が高い。本発明は、係る課題に鑑みなされたものであり、燃料電池と内燃機関とを組み合わせたシステムの構成を複雑にすることなく、内燃機関を混合燃料でスムーズに始動させる技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するため、燃料電池が濃縮した混合燃料を始動用燃料として内燃機関に供給する。
【０００６】
詳細には、第一の燃料と第二の燃料とを混合した混合燃料を燃焼して動力を発生する内燃機関へ該混合燃料を供給する燃料供給システムであって、作動中の前記内燃機関へ前記混合燃料を作動用燃料として供給する作動用燃料供給手段と、前記第一の燃料よりも前記内燃機関の始動性に優れる前記第二の燃料の濃度が前記作動用燃料の濃度よりも高い混合燃料を、始動用燃料として前記内燃機関へ供給する始動用燃料供給手段と、を備え、前記始動用燃料供給手段は、発電中の燃料電池のアノード極を前記混合燃料が通過することで、電気化学反応が可能な前記第一の燃料が減って前記第二の燃料が濃縮された該混合燃料を、前記始動用燃料として前記内燃機関へ供給する。
【０００７】
上記燃料供給システムは、混合燃料を燃焼する内燃機関に燃料を供給するものである。混合燃料は、燃料電池で電気化学反応が可能な第一の燃料と、第一の燃料よりも内燃機関を始動させやすい第二の燃料とを混合したものであり、例えば、燃料電池で電気化学反応が可能なエタノール等のアルコールと、アルコールよりも内燃機関で燃焼性に優れるガソリンとの混合物が例示できる。燃焼という場合、広義には燃料電池における電気化学反応も含み得るが、本願では、内燃機関内の燃焼室における燃料の燃焼を指すものとする。
【０００８】
ところで、燃料電池は、アノード極に上記混合燃料が供給されると、混合燃料に含まれている上記第一の燃料が選択的に反応する。すなわち、燃料電池のアノード極を混合燃料が通過すると、混合燃料に含まれている２種の燃料のうち第一の燃料が電極触媒と反応してイオンを生成し、生成されたイオンがカソード極の酸化剤と反応する。アノード極を通過する混合燃料のうち第一の燃料がこのように選択的に反応して消費されることにより、第一の燃料に対する第二の燃料の割合が相対的に高まり、混合燃料中に含まれる第二の燃料の濃度が高くなる。
【０００９】
上記燃料供給システムは、燃料電池によって濃縮されたこのような混合燃料を、内燃機関の始動用燃料として内燃機関へ供給する。作動用燃料供給手段が内燃機関へ供給する混合燃料（作動用燃料）は、燃料電池によって濃縮されたものであるか否かを問わない。なお、作動中の内燃機関とは、始動が完了することで機関内の燃焼室で安定した燃焼が継続的に実現されており、第一の燃料を多く含む混合燃料が供給されても燃焼室内でこれを燃焼することで、機関を継続的に作動させることが可能な状態にある内燃機関をいう。また、始動用燃料とは、内燃機関の燃焼室内において第一の燃料よりも燃焼しやすい第二の燃料が多く含まれていることにより、停止中の内燃機関の燃焼室内で容易に燃焼でき、機関をスムーズに始動させることが可能な燃料である。また、始動性に優れるとは、内燃機関をスムーズに始動させることができることをいう。なお、内燃機関の動力の出力先と燃料電池の電力の出力先とは、同一の機器類であってもよいし、異なる機器類であってもよい。
【００１０】
このように構成される燃料供給システムによれば、燃料電池と内燃機関とを組み合わせたシステムの内燃機関へ燃料を供給するにあたり、システム構成を複雑にすることなく、内燃機関を混合燃料でスムーズに始動させることが可能となる。
【００１１】
また、上記燃料供給システムは、発電中の前記燃料電池のアノード極の通過によって濃縮された前記混合燃料を貯蔵する濃縮燃料貯蔵手段を更に備え、前記始動用燃料供給手段は、前記濃縮燃料貯蔵手段に貯蔵される前記混合燃料を前記始動用燃料として前記内燃機関へ供給するようにしてもよい。これによれば、燃料電池によって濃縮された混合燃料が貯蔵されるようになるため、燃料電池および内燃機関の両方が停止状態にあっても、貯蔵されている混合燃料を使って内燃機関をスムーズに始動させることが可能となる。
【００１２】
また、前記濃縮燃料貯蔵手段は、前記燃料電池のアノード極を通過した前記混合燃料の濃度が前記内燃機関の始動に適する所定濃度の場合に、該混合燃料を貯蔵するようにしてもよい。これによれば、内燃機関の始動に適する濃度の混合燃料が貯蔵されるようになる。従って、貯蔵されている混合燃料を使って内燃機関を始動させる際の始動性を確実に高めることが可能となる。なお、ここで、所定濃度とは、濃縮燃料貯蔵手段に貯蔵される混合燃料中に含まれる第二の燃料の濃度であって、燃料電池のアノード極を通過することで第二の燃料の濃度が濃縮された、内燃機関の始動に適する混合燃料の濃度である。
【００１３】
また、上記燃料供給システムは、前前記混合燃料を貯蔵する第一の混合燃料貯蔵手段、及び第二の混合燃料貯蔵手段と、前記第一の混合燃料貯蔵手段及び前記第二の混合燃料貯蔵手段の少なくとも何れかに貯蔵される前記混合燃料を前記燃料電池のアノード極へ案内する燃料案内手段と、を更に備え、前記作動用燃料供給手段は、前記第一の混合燃料貯蔵手段に貯蔵される前記混合燃料を前記作動用燃料として前記内燃機関へ供給し、前記第二の混合燃料貯蔵手段は、前記燃料電池のアノード極の通過によって濃縮された前記混合燃料を貯蔵し、前記始動用燃料供給手段は、前記第二の混合燃料貯蔵手段に貯蔵された前記混合燃料を前記始動用燃料として前記内燃機関へ供給するようにしてもよい。これによれば、燃料電池によって濃縮された混合燃料が貯蔵されるようになるため、燃料電池および内燃機関の両方が停止状態にあっても、貯蔵されている混合燃料を使って内燃機関をスム
ーズに始動させることが可能となる。
【００１４】
また、前記燃料案内手段は、前記第二の混合燃料貯蔵手段に貯蔵される前記混合燃料が前記内燃機関の始動に適する所定濃度で無い場合に、該第二の混合燃料貯蔵手段に貯蔵された該混合燃料を前記燃料電池のアノード極へ案内するようにしてもよい。これによれば、燃料電池によって濃縮され、第二の混合燃料貯蔵手段に貯蔵された混合燃料が所定濃度でない場合に、この燃料が燃料電池によって再び濃縮される。従って、燃料電池における電気化学反応が弱いか、或いは第二の混合燃料貯蔵手段に貯蔵される混合燃料が何らかの原因により希釈されてしまうようなシステム構成となっていても、内燃機関の始動用燃料として用いられる混合燃料の濃度を確実に濃くすることが出来る。
【００１５】
また、前記燃料案内手段は、前記第一の混合燃料貯蔵手段に貯蔵される前記混合燃料を前記燃料電池のアノード極へ案内し、前記第二の混合燃料貯蔵手段は、発電中の前記燃料電池のアノード極を通過した前記混合燃料が前記内燃機関の始動に適する所定濃度の場合に、該混合燃料を貯蔵し、前記第一の混合燃料貯蔵手段は、発電中の前記燃料電池のアノード極を通過した、前記第二の混合燃料貯蔵手段が貯蔵しない前記混合燃料を貯蔵するようにしてもよい。これによれば、燃料電池のアノード極を通過しても所定濃度に達しなかった混合燃料を、燃料電池における電気化学反応あるいは内燃機関の作動用燃料として再び使用することが可能である。
【００１６】
また、前記作動用燃料供給手段は、前記第一の混合燃料貯蔵手段から前記燃料電池のアノード極を経由して供給される前記混合燃料を、前記作動用燃料として前記内燃機関へ供給するようにしてもよい。これによれば、内燃機関の始動用燃料のみならず、作動用燃料として供される混合燃料も濃縮されるため、作動中の内燃機関の燃焼力を高めることが可能である。
【００１７】
また、上記燃料供給システムは、前記燃料電池の発電電力と該燃料電池のアノード極を通過する燃料の流量の少なくとも何れかを制御し、該燃料電池の発電電力に対する該燃料電池のアノード極を通過する燃料の流量の比率を下げる制御手段を更に備えるものであってもよい。燃料電池のアノード極で消費される第一の燃料の量は、燃料電池の発電電力に比例する。従って、燃料電池の発電電力が多くなると、アノード極で消費される第一の燃料の量も増える。また、燃料電池の発電電力に見合う十分な量の燃料が燃料電池のアノード極に供給されている場合、消費される第一の燃料の量は、アノード極を通過する燃料の流量の大小に関わらず一定である。従って、当該アノード極を通過した燃料の濃度は、アノード極を通過する燃料の流量を下げることで高まる。そこで、上記燃料供給システムは、燃料電池の発電電力を上げるか、或いは燃料電池のアノード極を通過する燃料の流量を下げることにより、発電電力に対する燃料の割合を下げる。これにより、アノード極を通過する燃料の濃度を高めることが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
燃料電池と内燃機関とを組み合わせたシステムの構成を複雑にすることなく、内燃機関を混合燃料でスムーズに始動させる技術を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を例示的に説明する。以下に示す各実施形態は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２０】
＜第一実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態について説明する。図１Ａは、本実施形態に係るハイブリッドシステム１の構成図である。図１Ａに示すように、ハイブリッドシステム１は、燃料
電池２、燃料電池２に供給するガソリン・エタノール混合燃料を収容する燃料タンク（以下、メイン燃料タンク３という）、及び燃料電池２から排出されたガソリンリッチ燃料を収容する燃料タンク（以下、サブ燃料タンク４といい、本発明でいう濃縮燃料貯蔵手段に相当する）を備える。また、ハイブリッドシステム１は、ガソリン・エタノール混合燃料を燃焼して動力を出力する内燃機関５を備える。内燃機関５は、電子式燃料噴射装置を介して供給される混合燃料を燃焼して動力を発生する装置であり、主にＥＦＩ６（Electronic Fuel Injection：本発明でいう作動用燃料供給手段に相当する）を介して供給される
、燃料電池２から排出された混合燃料で作動する。なお、内燃機関５は、ＥＦＩ６を介して供給される燃料電池２からの混合燃料（本発明でいう作動用燃料に相当する）のみならず、始動時用ＥＦＩ（以下、ＥＦＩ７といい、本発明でいう始動用燃料供給手段に相当する）を介して供給されるサブ燃料タンク４からの燃料（本発明でいう始動用燃料に相当する）によっても動くことが可能なように構成されている。なお、内燃機関５の排気管の途中には、排気ガスを浄化する排ガス触媒８が設けられている。ハイブリッドシステム１を構成する構成要素のうち、燃料電池２、内燃機関５、及び排ガス触媒８を除いた部分が燃料供給システム１０１である。
【００２１】
このように構成されるハイブリッドシステム１は、乗員等を輸送する車両に搭載されており、図示しないアクセルペダルを介して入力される運転者からの加速要求を受け付けて内燃機関５が駆動輪に動力を伝達すると共に、車両に搭載される各種機器類の状態に応じて燃料電池２がこれら機器類へ電力を供給する。
【００２２】
燃料電池２は、ガソリン・エタノール混合燃料を電解質膜に直接供給することで発電可能なアルコール直接型燃料電池であり、メイン燃料タンク３から供給される混合燃料、及び酸化剤である酸素を含む空気の供給を受けると電気化学反応を起こして発電する。すなわち、電解質膜を触媒層で挟持するように接合した膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）のアノード側を混合燃料が通過し、カソード側を空気が通過すると、
混合燃料中に含まれるエタノールから電極触媒によって分離された陰イオンが電解質膜を透過し、カソード側を通過する酸素と電気化学反応を起こすことにより、アノード側の触媒電極とカソード側の触媒電極との間に電位差を発生する。なお、酸化剤である酸素を含む空気が通過する燃料電池２のカソード側は、内燃機関５の吸気経路の途中に設けられており、内燃機関５が吸気工程になると、酸化剤である酸素を含む空気が燃料電池２の電解質膜のカソード側を通過する。燃料電池２は、このような膜電極接合体がセパレータを介して多数積層されることにより既定の電力を発生する。すなわち、燃料電池２は、膜電極接合体の積層体の両端から電力が取り出されることで、既定の電圧の電力をカーエアコンやカーオーディオ等の各種電子機器類へ供給する。
【００２３】
内燃機関５は、ガソリン（本発明でいう第二の燃料に相当する）とエタノール（本発明でいう第一の燃料に相当する）とを混合した揮発性の高い上記液体燃料を、機関内部に設けられた図示しないシリンダ内に、空気と適当な混合比になるようにＥＦＩ６あるいはＥＦＩ７で噴霧して着火し、シリンダ内で爆発を起こさせる。燃焼室内で起きた爆発力は、シリンダ内を摺動可能なピストンを押して往復運動を発生し、コンロッドを介してピストンと連結されたクランクシャフトが、ピストンの往復運動を回転運動に変え、動力としての回転力を発生する。内燃機関５で発生した動力は、クラッチや変速機構を介して駆動輪に伝達されることで車両を走行させる。
【００２４】
また、ハイブリッドシステム１には、上述したような燃料電池２や内燃機関５の動作を制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵ９（Electric Control Unit）という）を備える。
ＥＣＵ９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、
ＲＯＭ（Read Only Memory）、及び入出力インターフェース等で構成されており、燃料電池２や内燃機関５に設けられた図示しない電磁弁や流量センサ、圧力センサ、回転数セン
サ等の各種制御機器類と接続されることで、燃料電池２や内燃機関５等、ハイブリッドシステム１を構成する機器類を制御する。例えば、ＥＣＵ９は、燃料電池２のアノード側の出口とＥＦＩ６とを繋ぐ燃料経路の途中から分岐する、サブ燃料タンク４への燃料経路の途中に設けられた電磁弁１０と電気的に接続されており、この弁の開閉を制御可能である。その他にも、ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４に設けられたレベルセンサ１１と電気的に接続されており、サブ燃料タンク４内に所定量の燃料があるか否かを検知可能である。なお、所定量とは、サブ燃料タンク４内に貯えておくことが望ましいガソリンリッチ燃料の量であり、例えば、内燃機関５が始動時に消費するガソリンリッチ燃料の量である。より好ましくは、車両の使用環境から想定される内燃機関５の始動頻度に応じて決定される量であり、例えば、内燃機関５の発停が頻繁に繰り返されることが想定されるアイドリングストップ機能付の路線バスや営業用の自動車であれば十数回の始動に耐える量とし、長距離を走行するハイウェイバスや海を行き来する船舶であれば数回の始動に耐える量とする。
【００２５】
ここで、内燃機関５がガソリンリッチ燃料を必要とする理由について説明する。一般的に、ガソリンとエタノールとを混合した混合燃料において、特に、ガソリン中のエタノール濃度が高くなると（例えば、５０％以上）、内燃機関５が低温時、機関内の燃焼が悪化すると言われている。例えば、エタノール濃度が特に高い混合燃料（Ｅ８５等）の場合、内燃機関の低温始動時用にエタノール濃度５０％以下のガソリンリッチ燃料を持っている必要がある。本実施形態は、このようなガソリン・エタノール混合燃料を燃焼して動力を発生する内燃機関を有するシステムである。
【００２６】
なお、燃料電池２へ酸化剤を供給する空気経路について説明する。図１Ｂは、燃料電池２と内燃機関５へ供給される空気の経路を示した構成図である。図１Ｂに示すように、燃料電池２へ供給される空気および内燃機関５へ吸気される空気は、エアフィルタ１２を介して大気から吸引される。ここで、エアフィルタ１２から燃料電池２および内燃機関５へ送られる空気の吸引力は、内燃機関５が吸気工程になることで発生する。すなわち、内燃機関５の吸気バルブが開いた状態でピストンがシリンダ内で下がることにより、エアフィルタ１２と内燃機関５とを繋ぐ空気経路の空気が内燃機関５へ吸引される。燃料電池２のカソード出口の空気経路は、エアフィルタ１２と内燃機関５とを繋ぐ空気経路に繋がれているため、内燃機関５への空気の吸引により、燃料電池２のカソード極にある空気も内燃機関５側へ引かれる。燃料電池２のカソード極の空気が内燃機関５へ引かれるため、燃料電池２のカソード極の気圧が大気よりも若干下がり、エアフィルタ１２から燃料電池２のカソード極へ空気が引かれる。ハイブリッドシステム１の空気経路がこのように構成されていることにより、内燃機関５の作動による燃料電池２のカソードへの酸化剤の供給が実現される。なお、本発明はこのような態様に限定されるものでなく、内燃機関５の吸気経路と独立した燃料電池２への空気供給手段が設けられていてもよい。
【００２７】
次に、本実施形態に係るハイブリッドシステム１の運転制御について説明する。図２は、ハイブリッドシステム１の制御フロー図である。また、図３Ａ〜Ｃは、ハイブリッドシステム１の動作状態を示す状態図である。以下、図２に示す制御フロー図、及び図３Ａ〜Ｃに示す状態図を参照しながら、ハイブリッドシステム１における制御フローについて説明する。
【００２８】
（ステップＳ１０１）車両の乗員によってハイブリッドシステム１のキースイッチがオンにされると、ＥＣＵ９は、内燃機関５に設けられた図示しないセルモータを回すと共に、ＥＦＩ７を制御してサブ燃料タンク４内のガソリンリッチ燃料をシリンダ内に噴射する（図３Ａ参照）。シリンダ内に噴射されたガソリンリッチ燃料は、メイン燃料タンク３内のガソリン・エタノール混合燃料よりもガソリンの濃度が濃く、引火し易いので内燃機関５を速やかに始動させる。
【００２９】
（ステップＳ１０２）ＥＣＵ９は、内燃機関５が始動したらシリンダ内への燃料噴射をＥＦＩ７からＥＦＩ６へ速やかに切り替える。ＥＣＵ９によって制御されるＥＦＩ６が、内燃機関５のシリンダ内へ燃料を噴射することにより、ＥＦＩ６の上流側の混合燃料が内燃機関５へ流れる（図３Ｂ参照）。これにより、燃料電池２のアノード側を、ガソリン・エタノール混合燃料が通過し始める。また、内燃機関５の始動により、燃料電池２のカソード側を空気が通過し始める。すなわち、燃料電池２は、アノード側に燃料が、カソード側に酸化剤が供給されていることにより、電気的負荷が接続されれば電力を供給可能な状態となっている。そこで、ＥＣＵ９は、燃料の噴射をＥＦＩ７からＥＦＩ６へ切り替えたら、図示しない電力コンバータのスイッチング素子等を制御し、燃料電池２の電力を各種補機類や二次バッテリへ給電する。各種補機類や二次バッテリへの給電により、燃料電池２では電気化学反応が進行する。すなわち、燃料電池２のアノード側では混合燃料中に含まれるエタノールの一部が消費されて水酸化物イオンが生成されると共に、燃料電池２のカソード側では空気中に含まれる酸素がアノード側からの水酸化物イオンと反応して水が生成される。従って、燃料電池２のアノード側の下流には、エタノールの一部が消費されてガソリンが濃縮された燃料（ガソリンリッチ燃料）が流れることとなる。
【００３０】
本ステップＳ１０２の実行によって実現されるハイブリッドシステム１のこのような運転状態、すなわち、燃料電池２から排出される燃料（ガソリンリッチ燃料）が、サブ燃料タンク４に供給されることなく内燃機関５へ供給される運転状態が、本実施形態における通常モードである。ＥＣＵ９は、本ステップＳ１０２の実行によってハイブリッドシステム１の起動が完了したら、運転者の要求に応じて内燃機関５のスロットル開度やＥＦＩ６の噴射量を調整したり、補機類の消費電力量や二次バッテリの充電残量に応じて電力コンバータの昇圧比（昇降圧比）等を調整したりすることにより、内燃機関５や燃料電池２の出力を制御する。内燃機関５や燃料電池２のこのような出力制御は、後述するステップＳ１０６によってハイブリッドシステム１が停止されるまでの間、ＥＣＵ９によって継続されるものとし、以下に記述する制御フローが実行されている間も並列に実行されているものとする。
【００３１】
（ステップＳ１０３）ＥＣＵ９は、上記ステップＳ１０２の実行によってハイブリッドシステム１の起動が完了したら、サブ燃料タンク４に設けられたレベルセンサ１１によって、サブ燃料タンク４内の残量を確認する。ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４内のガソリンリッチ燃料が所定残量以上であれば、ガソリンリッチ燃料の補充の必要が無いと判断し、ステップＳ１０５以降の処理を実行する。一方、ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４内のガソリンリッチ燃料が所定残量未満であれば、ガソリンリッチ燃料の補充の必要があると判断し、ステップＳ１０４の処理を実行する。
【００３２】
（ステップＳ１０４）ＥＣＵ９は、上記ステップＳ１０４の処理によってサブ燃料タンク４の残量が所定残量以下であることを検知すると、電磁弁１０を開く。これにより、燃料電池２のアノード側からＥＦＩ６へ流れる燃料がサブ燃料タンク４内へ流入する（図３Ｃ参照）。発電中の燃料電池２のアノード側から排出される混合燃料は、メイン燃料タンク３内の混合燃料よりもガソリンの濃度が高いガソリンリッチ燃料である。従って、ハイブリッドシステム１が停止されたのち、上記ステップＳ１０１の処理が実行される際に、メイン燃料タンク３内の混合燃料よりも内燃機関５の始動性に優れるガソリンリッチ燃料がＥＦＩ７によって内燃機関５のシリンダ内へ噴射されるため、内燃機関５のスムーズな始動に寄与する。なお、ＥＣＵ９の制御によって実現されるこのような補充状態、すなわち、燃料電池２から排出されるガソリンリッチ燃料がサブ燃料タンク４へ補充される状態が、本実施形態における補充モードである。ＥＣＵ９は、電磁弁１０を一定時間開いたらサブ燃料タンク４へのガソリンリッチ燃料の補充が完了したとみなし、電磁弁１０を閉じる。これにより、ハイブリッドシステム１の運転状態は、補充モードから通常モードへ遷
移する。
【００３３】
（ステップＳ１０５）ＥＣＵ９は、上述したステップＳ１０３、或いはステップＳ１０４の処理が完了したら、ハイブリッドシステム１を停止するか否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ９は、車両のキースイッチがオンのままであれば、ハイブリッドシステム１を通常モードの運転状態に維持する。他方、ＥＣＵ９は、車両のキースイッチがオフになれば、次のステップＳ１０６の処理を実行することにより、ハイブリッドシステム１を停止する。
【００３４】
（ステップＳ１０６）上述したステップＳ１０５の処理によってハイブリッドシステム１の停止が決定されると、ＥＣＵ９は、電力コンバータのスイッチング動作を制御して燃料電池２の電気出力を止めると共に、ＥＦＩ６による内燃機関５内への燃料噴射を停止する。これにより、燃料電池２の電気化学反応が止まると共に内燃機関５の燃焼が停止し、ハイブリッドシステム１の停止処理が完了する。
【００３５】
以上のような制御フローに則って動作する上記ハイブリッドシステム１によれば、ガソリン・エタノール混合燃料を燃焼して動く内燃機関５の始動性能を確保するための複雑な装置類を設けなくて済むため、システム構成を簡略化することが可能である。すなわち、内燃機関５の始動に要するガソリンリッチ燃料を、ＡＰＵ（Auxiliary Power Unit：補助動力装置）としての燃料電池２を利用することで生成しているため、サブ燃料タンク４を設けるだけで内燃機関５の始動性を確保することが可能となり、極めて簡素な構成の燃料供給システムで内燃機関５の始動性を高めることが可能となる。
【００３６】
＜第二実施形態＞
以下、本発明の第二実施形態について説明する。図４は、本実施形態に係るハイブリッドシステム２１の構成図である。説明の便宜上、上述した第一実施形態と同様の構成要素や処理フローについては同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図４に示すように、本実施形態に係るハイブリッドシステム２１は、上述した第一実施形態に係るハイブリッドシステム１と同様、燃料電池２、内燃機関５、ＥＦＩ６，７、排ガス触媒８、メイン燃料タンク３（本発明でいう第一の混合燃料貯蔵手段に相当する）、サブ燃料タンク４（本発明でいう第二の混合燃料貯蔵手段に相当する）、及びＥＣＵ９（本発明でいう制御手段に相当する）が設けられている。
【００３７】
なお、サブ燃料タンク４には、第一実施形態と同様、レベルセンサ１１が設けられているが、その他に、エタノール濃度センサ２２が設けられている。エタノール濃度センサ２２は、サブ燃料タンク４内の燃料のエタノール濃度を電気信号に変換するセンサであり、サブ燃料タンク４内の燃料のエタノール濃度をＥＣＵ９に伝えることが可能である。
【００３８】
このように構成されるハイブリッドシステム２１は、第一実施形態に係るハイブリッドシステム１と同様、乗員等を輸送する車両に搭載されており、運転者からの加速要求を受け付けて内燃機関５が駆動輪に動力を伝達すると共に、燃料電池２が各種機器類へ電力を供給する。
【００３９】
なお、本実施形態に係るハイブリッドシステム２１と、第一実施形態に係るハイブリッドシステム１との相違点は、燃料電池２とメイン燃料タンク３、及びサブ燃料タンク４との燃料経路に接続の仕方にある。本実施形態に係るハイブリッドシステム２１は、内燃機関５への混合燃料の供給は、メイン燃料タンク３から燃料電池２を経由しないでＥＦＩ７へ混合燃料が直接送られることで実現される。燃料電池２のアノード側の入口と出口は、メイン燃料タンク３に接続されており、燃料電池２とメイン燃料タンク３との間で燃料の循環経路が構成されている。メイン燃料タンク３と燃料電池２のアノード側の入口とを繋
ぐ燃料経路（以下、第二実施形態において往路という）は、往路の途中に設けられた電磁式の三方弁である切替弁２３Ａによって、サブ燃料タンク４と接続されている。また、メイン燃料タンク３と燃料電池２のアノード側の出口とを繋ぐ燃料経路（以下、第二実施形態において復路という）は、復路の途中に設けられた電磁式の三方弁である切替弁２３Ｂによって、サブ燃料タンク４と接続されている。サブ燃料タンク４は、上述した第一実施形態と同様、ＥＦＩ７へ燃料を供給する。切替弁２３Ａ，Ｂは、ＥＣＵ９と電気的に接続されており、ＥＣＵ９の指令に応じて往路および復路を流れる燃料の流れを切り替える。上述した第一実施形態と同様、ハイブリッドシステム２１を構成する構成要素のうち、燃料電池２、内燃機関５、及び排ガス触媒８を除いた部分が燃料供給システム２０１である。
【００４０】
次に、本実施形態に係るハイブリッドシステム２１の運転制御について説明する。図５は、ハイブリッドシステム２１の制御フロー図である。また、図６Ａ〜Ｄは、ハイブリッドシステム２１の動作状態を示す状態図である。以下、図５に示す制御フロー図、及び図６Ａ〜Ｄに示す状態図を参照しながら、ハイブリッドシステム２１における制御フローについて説明する。
【００４１】
（ステップＳ２０１）車両の乗員によってハイブリッドシステム２１のキースイッチがオンにされると、ＥＣＵ９は、上述したステップＳ１０１と同様、内燃機関５に設けられた図示しないセルモータを回すと共に、ＥＦＩ７を制御してサブ燃料タンク４内のガソリンリッチ燃料をシリンダ内に噴射する（図６Ａ参照）。ガソリンリッチ燃料によって内燃機関５が速やかに始動する。ＥＣＵ９は、内燃機関５が始動したら、シリンダ内への燃料噴射をＥＦＩ７からＥＦＩ６へ速やかに切り替える。ＥＣＵ９によって制御されるＥＦＩ６が、内燃機関５のシリンダ内へ燃料を噴射することにより、内燃機関５はメイン燃料タンク３内のガソリン・エタノール混合燃料の燃焼によって動力を出力する。
【００４２】
（ステップＳ２０２）ＥＣＵ９は、上記ステップＳ２０１の処理の実行によって内燃機関５の始動が完了したら切替弁２３Ａ，Ｂを制御し、メイン燃料タンク３と燃料電池２を往路及び復路の両方で繋ぐ（図６Ｂ参照）。すなわち、メイン燃料タンク３と燃料電池２との間を燃料が循環する循環経路を構成する。図示しない燃料循環ポンプによってメイン燃料タンク３と燃料電池２との間を、往路および復路を介して燃料が循環することにより、燃料電池２のアノード側をガソリン・エタノール混合燃料が通過し始める。なお、内燃機関５の始動により、燃料電池２のカソード側には空気が通過している。燃料電池２は、このようにアノード側に燃料が、カソード側に酸化剤が供給されていることにより、電気的負荷が接続されれば電力を供給可能な状態となる。ＥＣＵ９は、燃料電池２への燃料と酸化剤の供給が開始されたら、図示しない電力コンバータのスイッチング素子等を制御し、燃料電池２の電力を各種補機類や二次バッテリへ給電する。これにより、燃料電池２では電気化学反応が進行する。
【００４３】
本ステップＳ２０２の実行によって実現されるハイブリッドシステム２１のこのような運転状態、すなわち、燃料電池２および内燃機関５がメイン燃料タンク３の燃料をそれぞれ消費しながら動作している状態が、本実施形態における通常モードである。ＥＣＵ９は、本ステップＳ２０２の実行によってハイブリッドシステム１の起動が完了したら、上記ステップＳ１０２の記載と同様、内燃機関５や燃料電池２の出力を制御する。
【００４４】
（ステップＳ２０３）ＥＣＵ９は、上記ステップＳ２０２の実行によって燃料電池２の発電を開始したら、燃料電池２に設けられる図示しない温度センサで燃料電池２の温度を計測する。ＥＣＵ９は、燃料電池２の温度が所定温度未満であれば燃料電池２の電気化学反応が十分でなく、燃料電池２のアノード側から排出される燃料にエタノールが多く残留していると判断し、燃料電池２の温度が所定温度以上になるまでステップＳ２０４以降の
処理の実行を保留する。他方、ＥＣＵ９は、燃料電池２の温度が所定温度以上であれば、燃料電池２の電気化学反応が十分であることにより、燃料電池２のアノード側から排出される燃料中に含まれるエタノールが少ないと判断し、ステップＳ２０４以降の処理を実行する。なお、所定温度とは、燃料電池２の温度（例えば、燃料電池スタックから出た冷却水の温度）であって、燃料電池２で電気化学反応が十分に行われていることにより燃料電池２のアノード側から排出される燃料のエタノール濃度が低く、当該アノード側から排出される燃料が内燃機関５の始動に用いることが可能な程度にガソリンリッチとなっているときの燃料電池２の温度である。本実施形態においては、所定温度を６０℃としている。
【００４５】
（ステップＳ２０４）ＥＣＵ９は、上記ステップＳ２０３の実行によって燃料電池２が所定温度に達していれば、次に、レベルセンサ１１でサブ燃料タンク４の残量を確認する。ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４内の燃料が所定残量以上であれば燃料の補充の必要が無いと判断し、ステップＳ２０６以降の処理を実行する。一方、ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４内の燃料が所定残量未満であれば、燃料の補充の必要があると判断し、ステップＳ２０５の処理を実行する。所定残量については前述した通りである。
【００４６】
（ステップＳ２０５）ＥＣＵ９は、上記ステップＳ２０５の処理によってサブ燃料タンク４への燃料の補充を行うことを決定すると、切替弁２３Ｂを切り替え、燃料電池２から復路を介してメイン燃料タンク３へ流れていた燃料をサブ燃料タンク４へ送る（図６Ｃ参照）。これにより、メイン燃料タンク３の燃料の一部が、燃料電池２へよってエタノールが一部消費されてガソリンリッチな状態になり、サブ燃料タンク４へ送られる。換言すると、メイン燃料タンク３の燃料の一部が、サブ燃料タンク４へ移送され、所定残量未満であったサブ燃料タンク４が補充される。このときの状態が、本実施形態における補充モードである。ＥＣＵ９は、切替弁２３Ｂの切替後にレベルセンサ１１でサブ燃料タンク４が所定残量以上であることを検知したら切替弁２３Ｂを切り替え、燃料電池２のアノードの下流をサブ燃料タンク４側からメイン燃料タンク３側へ切り替える。これにより、燃料電池２とメイン燃料タンク３との間を燃料が循環する経路が構成され、サブ燃料タンク４と燃料電池２とを繋ぐ経路が遮断されることでサブ燃料タンク４への燃料の補充が停止される。ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４への燃料の補充が完了したら、ステップＳ２０６の処理を実行する。
【００４７】
（ステップＳ２０６）上記ステップＳ２０４またはステップＳ２０５の処理の実行が完了したら、ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４の燃料の濃度をチェックする。すなわち、ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４に設けられたエタノール濃度センサ２２でサブ燃料タンク４内のガソリン・エタノール混合燃料の濃度をチェックする。ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４内の燃料のエタノール濃度が所定濃度より高い場合、サブ燃料タンク４内の燃料が内燃機関５の始動に適さないと判断し、後述するステップＳ２０７の処理を実行する。他方、ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４内の燃料のエタノール濃度が所定濃度以下である場合、サブ燃料タンク４内の燃料が内燃機関５の始動に適すると判断し、ステップＳ２０８以降の処理を実行する。なお、所定濃度とは、内燃機関５の始動時に供するガソリン・エタノール混合燃料のエタノール濃度であって、該内燃機関５を容易に始動させることができる程度にガソリンリッチな燃料である。本実施形態では、所定濃度を５０％に設定している。
【００４８】
（ステップＳ２０７）ＥＣＵ９は、ステップＳ２０６の処理の実行によってサブ燃料タンク４内の燃料を濃縮することを決定すると、切替弁２３Ａ，Ｂを切り替える。これにより、メイン燃料タンク３と燃料電池２との間を循環する燃料の循環経路が遮断され、燃料電池２とサブ燃料タンク４とを循環する燃料の循環経路が構成される（図６Ｄ参照）。このときの状態が、本実施形態における濃縮モードである。サブ燃料タンク４内のガソリン・エタノール混合燃料が燃料電池２のアノード側を通過し、サブ燃料タンク４へ再び戻ることにより、サブ燃料タンク４内の燃料中に含まれるエタノールが電気化学反応により消
費される。換言すると、サブ燃料タンク４内の燃料のエタノール濃度が低下してガソリンが濃縮され、ガソリンリッチ状態になる。ＥＣＵ９は、ハイブリッドシステム２１の運転モードを濃縮モードに遷移させたらサブ燃料タンク４内の燃料のエタノール濃度を監視する。ＥＣＵ９は、濃縮モードへの遷移後、エタノール濃度センサ２２によってサブ燃料タンク４内の燃料が所定濃度以下であることを検知したら切替弁２３Ａ，Ｂを再び切り替え、ハイブリッドシステム２１の運転モードを濃縮モードから通常モードへ遷移させる。
【００４９】
なお、上記ステップＳ２０４、Ｓ２０５、Ｓ２０６、Ｓ２０７の一連の処理において、切替弁２３Ａ，Ｂの切り替えが頻繁に実行されたが、燃料の流量変動を緩和して燃料電池２の出力変動を抑える観点から、ＥＣＵ９は、切替弁２３Ａ，Ｂを次のように制御しても良い。すなわち、ＥＣＵ９は、補充モードに遷移した状態（すなわち、Ｓ２０５を実行した状態）でサブ燃料タンク４内の燃料濃度をチェックし、エタノールの濃度が所定濃度より高ければ、レベルセンサ１１で所定残量以上を検知したのち切替弁２３Ｂを切り替えないで切替弁２３Ａを切り替え、補充モードから通常モードを経ないで濃縮モードへ直接遷移する。これにより、切替弁２３Ａ，Ｂの動作回数が減って燃料の流量変動が抑制される。
【００５０】
（ステップＳ２０８）ＥＣＵ９は、上述したステップＳ２０６、或いはステップＳ２０７の処理が完了したら、上述したステップＳ１０５と同様、ハイブリッドシステム２１を停止するか否かを判断する。すなわち、ＥＣＵ９は、車両のキースイッチの状態に応じてハイブリッドシステム２１を通常モードの運転状態に維持し、或いはステップＳ２０８の処理を実行することによりハイブリッドシステム２１を停止する。
【００５１】
（ステップＳ２０９）上述したステップＳ２０８の処理によってハイブリッドシステム１の停止が決定されると、ＥＣＵ９は、電力コンバータのスイッチング動作を制御して燃料電池２の電気出力を止め且つ図示しない燃料循環ポンプを停止すると共に、ＥＦＩ６による内燃機関５内への燃料噴射を停止する。これにより、ハイブリッドシステム２１の停止処理が完了する。
【００５２】
以上のような制御フローに則って動作する上記ハイブリッドシステム２１によれば、上述した第一実施形態と同様の効果の他、次のような効果がある。すなわち、本実施形態によれば、サブ燃料タンク４内の燃料の濃度に応じて濃縮モードに遷移し、これを所望の濃度に濃縮する処理を実行しているため、内燃機関５の始動用燃料として要求される燃料が極めてガソリンリッチであるような場合であっても、このような要求を満足する濃度の始動用燃料を生成することができる。また、燃料電池２が極めて小型である故に第一実施形態のような構成では十分に燃料を濃縮できないような場合であっても、本実施形態によれば十分にガソリンリッチな燃料を生成することが可能になる。また、本実施形態によればサブ燃料タンク４内に一旦収容された燃料の濃縮も可能であるため、何らかの原因によってサブ燃料タンク４内の燃料が希釈されてしまった場合であっても、これを濃縮することが可能である。更に、内燃機関５への燃料の供給が燃料電池２を介していないため、運転者によってアクセル開度が変更され、内燃機関５で消費される燃料の量が変動しても、燃料電池２へ影響を与えなくて済む。
【００５３】
なお、上記補充モードの説明においては、燃料電池２を流れる燃料の流量制御について特に言及しなかったが、本実施形態は次のように変形してもよい。すなわち、ハイブリッドシステム２１の運転モードが、ＥＣＵ９によって通常モードから濃縮モードへ遷移されたら、ＥＣＵ９は、濃縮モードで運転中、燃料電池２とサブ燃料タンク４との間を循環する燃料の流速を下げても良い。ＥＣＵ９は、運転モードを濃縮モードに遷移させたら、図示しない燃料循環ポンプの回転数を下げるか、或いは図示しない流量調整弁の開度を調整等することにより、燃料電池２のアノード側を通過する燃料の流量が所定流量になるよう
に制御する。燃料電池２のアノード側を通過する燃料の流速が遅くなることにより、燃料電池２の発電量に対する燃料の流量の割合が小さくなるため、単位燃料量あたりに消費されるエタノールの量が増え、燃料電池２のアノード側から排出される燃料が、燃料の流速を下げる前よりもガソリンリッチな状態になる。
【００５４】
ここで、所定流量とは、ハイブリッドシステム２１の運転モードが濃縮モードの際に、燃料電池２のアノード側を通過する燃料の流量であり、例えば、燃料電池２の発電量から推定される、燃料電池２のアノード側へ供すべき必要最小量の燃料供給流量である。以下、ハイブリッドシステム２１の運転モードが濃縮モードの際の、ＡＰＵとしての燃料電池２の運転モード（すなわち、所定流量で燃料が供されている燃料電池２の状態）をＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードといい、それ以外の状態をＡＰＵ通常モードという。ＡＰＵ通常モードにおいて燃料電池２のアノード側に供される燃料の流量は、燃料電池２の発電効率や燃料電池２の耐久性、信頼性確保の観点から決定される燃料流量／発電電流比で決定される運転モードである。また、ＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードにおいて燃料電池２のアノード側に供される燃料の流量は、上述したように燃料電池２のアノード側から排出される燃料中のエタノール濃度が低くなるように燃料流量／発電電流比を低く抑えた運転モードである。
【００５５】
図７は、燃料電池２の動作領域を、発電電流と燃料流量との関係において画定した図である。図７でいう「通常領域」がＡＰＵ通常モードの動作領域に相当し、「高濃度領域」がＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードの動作領域に相当する。図７に示すように、ＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードの動作領域は、ＡＰＵ通常モードの動作領域に比べて、燃料流量／発電電流比が低くなるように設定されている。なお、図７でいう「燃料欠領域」は、燃料流量／発電電流比が低すぎることにより、発電電流に見合う燃料が供給されず、燃料が不足している状態である。燃料電池２が燃料欠領域で実際に動作することは無く、燃料が不足することにより燃料電池の発電電力が低下する。このため、燃料欠の状態にある燃料電池２では、高濃度領域と燃料欠領域とを画定する境界線Ｂ上で動作することになる。
【００５６】
なお、通常領域と高濃度領域とを画定する境界線Ａは、燃料電池２における電気化学反応の反応量等によって定まるものではなく、ハイブリッドシステム２１を構成する燃料電池２やメイン燃料タンク３、サブ燃料タンク４の容量、配管の圧力損失等により任意に決定されるものである。すなわち、境界線Ａは、燃料電池２の運転モードを、ＡＰＵ通常モードとＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードとに仮想的に切り替えるために設けた境界線であり、通常領域において燃料電池２の発電効率が高まり、高濃度領域において燃料が効率的に濃縮されるように、燃料電池２の動作領域を画定している。
【００５７】
なお、上記ＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードは、ハイブリッドシステム２１が濃縮モードの場合のみならず、補充モードにおいても実現するようにしてもよい。また、ＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードは、燃料電池２の電気化学反応を不安定にする可能性がある。このため、燃料電池２が所定温度以上であることが、ＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードを実現する上で好ましい。この場合、ＥＣＵ９がこのような条件判定を行い、判定結果に基づいて上記流量制御を適宜実行する。
【００５８】
また、ＥＣＵ９は、燃料の流量調整によってＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードを実現するのみならず、図示しない電力コンバータのスイッチング周波数を調整することで燃料電池の電気出力を増大させて、燃料流量／発電電流比が低くなるようにすることで、ＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードを実現してもよい。また、ＥＣＵ９は、燃料の流量調整と燃料電池２の電気出力の両方を同時に制御することでＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードを実現してもよい。
【００５９】
＜第三実施形態＞
以下、本発明の第三実施形態について説明する。図８は、本実施形態に係るハイブリッドシステム３１の構成図である。説明の便宜上、上述した第一実施形態や第二実施形態と同様の構成要素や処理フローについては同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図８に示すように、本実施形態に係るハイブリッドシステム３１は、上述した第一実施形態や第二実施形態に係るハイブリッドシステム１，２１と同様、燃料電池２、内燃機関５、ＥＦＩ６，７、排ガス触媒８、メイン燃料タンク３、サブ燃料タンク４、及びＥＣＵ９が設けられている。本実施形態に係るハイブリッドシステム３１は、上記各実施形態と同様、乗員等を輸送する車両に搭載されており、内燃機関５が駆動輪に動力を伝達すると共に燃料電池２が各種機器類へ電力を供給する。
【００６０】
本実施形態に係るハイブリッドシステム３１の構成は、上述した第二実施形態に係るハイブリッドシステム２１とほぼ同様であるが、次の二点が異なる。第一点は、切替弁２３Ａが設けられておらず、往路とサブ燃料タンク４とが接続されていない点である。第二点は、サブ燃料タンク４にエタノール濃度センサ２２が設けられていない点である。その他の構成については上述した第二実施形態と同様であるため、本実施形態の構成の詳細説明については省略する。従って、上述した各実施形態と同様、ハイブリッドシステム３１を構成する構成要素のうち、燃料電池２、内燃機関５、及び排ガス触媒８を除いた部分が燃料供給システム３０１である。
【００６１】
次に、本実施形態に係るハイブリッドシステム３１の運転制御について説明する。図９は、ハイブリッドシステム３１の制御フロー図である。また、図１０Ａ〜Ｃは、ハイブリッドシステム３１の動作状態を示す状態図である。以下、図９に示す制御フロー図、及び図１０Ａ〜Ｃに示す状態図を参照しながら、ハイブリッドシステム３１における制御フローについて説明する。
【００６２】
（ステップＳ３０１）車両の乗員によってハイブリッドシステム３１のキースイッチがオンにされると、ＥＣＵ９は、上述したステップＳ１０１やＳ２０１と同様、ＥＦＩ７を制御してサブ燃料タンク４内のガソリンリッチ燃料をシリンダ内に噴射し（図１０Ａ参照）、内燃機関５を始動する。ＥＣＵ９は、内燃機関５が始動したら、シリンダ内への燃料噴射をＥＦＩ７からＥＦＩ６へ速やかに切り替える。
【００６３】
（ステップＳ３０２）ＥＣＵ９は、内燃機関５の始動が完了したら、切替弁２３Ｂを制御し、燃料電池２のアノード出口をメイン燃料タンク３と復路で繋ぐ（図１０Ｂ参照）。すなわち、メイン燃料タンク３と燃料電池２との間を燃料が循環する循環経路を構成する。燃料は、燃料循環ポンプによってメイン燃料タンク３と燃料電池２との間を循環する。ＥＣＵ９は、燃料電池２への燃料と酸化剤の供給を開始したら、燃料電池２の電力を各種補機類や二次バッテリへ給電する。この状態が、本実施形態における通常モードである。
【００６４】
（ステップＳ３０３）ＥＣＵ９は、燃料電池２が発電を開始したら、上述したステップＳ２０３と同様、燃料電池２に設けられる図示しない温度センサで燃料電池２の温度を計測する。ＥＣＵ９は、燃料電池２の温度が所定温度以上になると、ステップＳ３０４以降の処理を実行する。
【００６５】
（ステップＳ３０４）ＥＣＵ９は、燃料電池２が所定温度に達したら、上述したステップＳ２０４と同様、レベルセンサ１１でサブ燃料タンク４の残量を確認する。ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４内の燃料が所定残量以上であればステップＳ３０６以降の処理を実行する。一方、ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４内の燃料が所定残量未満であれば、ステップＳ３０５の処理を実行する。
【００６６】
（ステップＳ３０５）ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４への燃料の補充を行うことを決定すると、切替弁２３Ｂを切り替え、燃料電池２から復路を介してメイン燃料タンク３へ流れていた燃料をサブ燃料タンク４へ送る（図１０Ｃ参照）。これにより、燃料電池２へよってエタノールが一部消費されてガソリンリッチな状態になった混合燃料がサブ燃料タンク４へ送られる。この状態が、本実施形態における補充モードである。ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４が所定残量以上であることを検知したら切替弁２３Ｂを切り替え、燃料電池２のアノードの下流をサブ燃料タンク４側からメイン燃料タンク３側へ切り替える。これにより、サブ燃料タンク４への燃料の補充が停止される。ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４への燃料の補充が完了したら、ステップＳ３０６の処理を実行する。
【００６７】
（ステップＳ３０６）ＥＣＵ９は、上述したステップＳ３０４、或いはステップＳ３０５の処理が完了したら、上述したステップＳ１０５やＳ２０８と同様、ハイブリッドシステム３１を停止するか否かを判断する。
【００６８】
（ステップＳ３０７）ステップＳ３０６でハイブリッドシステム３１の停止が決定されると、ＥＣＵ９は、電力コンバータのスイッチング動作を制御して燃料電池２の電気出力を止め且つ図示しない燃料循環ポンプを停止すると共に、ＥＦＩ６による内燃機関５内への燃料噴射を停止する。これにより、ハイブリッドシステム３１の停止処理が完了する。
【００６９】
本実施形態に係るハイブリッドシステム３１によれば、上述した第一実施形態と同様の効果の他、次のような効果が期待できる。すなわち、本実施形態によれば、内燃機関５への燃料の供給が燃料電池２を介していないため、内燃機関５の動作状態に影響されることなく、サブ燃料タンク４へガソリンリッチを安定して補充可能である。本実施形態によれば第二実施形態のようにハイブリッドシステム３１の運転モードを濃縮モードにすることはできないものの、内燃機関５へ供される燃料が燃料電池２を通過しないため、例えば、燃料電池２の運転モードを前述したＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モード、或いはＡＰＵ通常モードに遷移させることが可能である。従って、サブ燃料タンク４へ一旦供給された混合燃料を濃縮することはできないものの、サブ燃料タンク４へ補充する混合燃料の濃度を制御することは可能である。
【００７０】
＜第四実施形態＞
以下、本発明の第四実施形態について説明する。図１１は、本実施形態に係るハイブリッドシステム４１の構成図である。説明の便宜上、上述した各実施形態と同様の構成要素や処理フローについては同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図１１に示すように、本実施形態に係るハイブリッドシステム４１は、上述した各実施形態に係るハイブリッドシステム１，２１，３１と同様、燃料電池２、内燃機関５、ＥＦＩ６，７、排ガス触媒８、メイン燃料タンク３、サブ燃料タンク４、及びＥＣＵ９が設けられている。本実施形態に係るハイブリッドシステム４１は、上記各実施形態と同様、乗員等を輸送する車両に搭載されており、内燃機関５が駆動輪に動力を伝達すると共に燃料電池２が各種機器類へ電力を供給する。
【００７１】
本実施形態に係るハイブリッドシステム４１の構成は、上述した第一実施形態に係るハイブリッドシステム２１とほぼ同様であるが、次の点が異なる。すなわち、上述した第一実施形態には、燃料電池２のアノード出口とサブ燃料タンク４とを繋ぐ経路に、電磁式の三方弁である切替弁２３Ｂやメイン燃料タンク３へ燃料を戻す経路は設けられていなかったが、本実施形態にはこのような構成が備わっている。また、ハイブリッドシステム４１は、燃料電池２のアノード出口にエタノール濃度センサ２２が設けられている。その他の構成は上述した第一実施形態と同様である。従って、上述した各実施形態と同様、ハイブリッドシステム４１を構成する構成要素のうち、燃料電池２、内燃機関５、及び排ガス触
媒８を除いた部分が燃料供給システム４０１である。
【００７２】
次に、本実施形態に係るハイブリッドシステム４１の運転制御について説明する。図１２は、ハイブリッドシステム４１の制御フロー図である。また、図１３Ａ〜Ｃは、ハイブリッドシステム４１の動作状態を示す状態図である。以下、図１２に示す制御フロー図、及び図１３Ａ〜Ｃに示す状態図を参照しながら、ハイブリッドシステム４１における制御フローについて説明する。
【００７３】
（ステップＳ４０１）車両の乗員によってハイブリッドシステム３１のキースイッチがオンにされると、ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４内のガソリンリッチ燃料で内燃機関５を始動する（図１３Ａ参照）。
【００７４】
（ステップＳ４０２）ＥＣＵ９は、内燃機関５が始動したら、シリンダ内への燃料噴射をＥＦＩ７からＥＦＩ６へ速やかに切り替える。なお、ＥＣＵ９は、ＥＦＩの切り替え前に切替弁２３Ｂを制御し、燃料電池２のアノードの下流側をサブ燃料タンク４側ではなく、メイン燃料タンク３側にしているものとする。すなわち、燃料電池２のアノードから排出される燃料が、内燃機関５側とメイン燃料タンク３側とへ分流される状態にしておくものとする。メイン燃料タンク３への燃料の流れは、図示しない燃料循環ポンプによって実現される。ＥＣＵ９によって制御されるＥＦＩ６が、内燃機関５のシリンダ内へ燃料を噴射することにより、ＥＦＩ６の上流側の混合燃料が内燃機関５へ流れる（図１３Ｂ参照）。これにより、燃料電池２のアノード側を、ガソリン・エタノール混合燃料が通過する。ＥＣＵ９は、燃料の噴射をＥＦＩ７からＥＦＩ６へ切り替えたら、図示しない電力コンバータのスイッチング素子等を制御し、燃料電池２の電力を各種補機類や二次バッテリへ給電する。燃料電池２における電気化学反応が進行することで燃料電池２のアノード側を通過する混合燃料中に含まれるエタノールの一部が消費され、燃料電池２のアノード側の下流にガソリンリッチ燃料が流れる。この状態が、本実施形態における通常モードである。
【００７５】
（ステップＳ４０３）次に、ＥＣＵ９は、燃料電池２のアノードから排出される燃料の濃度をチェックする。すなわち、ＥＣＵ９は、燃料電池２のアノードの下流側に設けられたエタノール濃度センサ２２で燃料電池２から排出されるガソリン・エタノール混合燃料の濃度をチェックする。ＥＣＵ９は、検出したエタノール濃度が所定濃度より高い場合、内燃機関５の始動に適さない燃料であると判断し、後述するステップＳ４０４以降の処理の実行を保留する。他方、ＥＣＵ９は、検出したエタノール濃度が所定濃度より低い場合、内燃機関５の始動に適する燃料であると判断し、後述するステップＳ４０４以降の処理を実行する。
【００７６】
（ステップＳ４０４）ＥＣＵ９は、燃料電池２のアノード出口から排出される燃料のエタノール濃度が所定濃度以下の場合、次に、レベルセンサ１１でサブ燃料タンク４の残量を確認する。ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４内の燃料が所定残量以上であれば燃料の補充の必要が無いと判断し、ステップＳ４０６以降の処理を実行する。一方、ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４内の燃料が所定残量未満であれば、燃料の補充の必要があると判断し、ステップＳ４０５の処理を実行する。
【００７７】
（ステップＳ４０５）ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４への燃料の補充を行うことを決定すると、切替弁２３Ｂを切り替え、燃料電池２から復路を介してメイン燃料タンク３へ流れていた燃料をサブ燃料タンク４へ送る（図１３Ｃ参照）。これにより、燃料電池２でエタノールが消費されて所定濃度以下となったガソリンリッチな混合燃料が、サブ燃料タンク４へ送られる。この状態が、本実施形態における補充モードである。ＥＣＵ９は、サブ燃料タンク４が所定残量以上であることを検知したら切替弁２３Ｂを切り替え、燃料電池２のアノードの下流をサブ燃料タンク４側からメイン燃料タンク３側へ切り替える。ＥＣ
Ｕ９は、サブ燃料タンク４への燃料の補充が完了したら、ステップＳ４０６の処理を実行する。
【００７８】
（ステップＳ４０６）ＥＣＵ９は、上述したステップＳ４０４、或いはステップＳ４０５の処理が完了したら、ハイブリッドシステム４１を停止するか否かを判断する。
【００７９】
（ステップＳ４０７）ステップＳ４０６でハイブリッドシステム４１の停止が決定されると、ＥＣＵ９は、電力コンバータのスイッチング動作を制御して燃料電池２の電気出力を止め且つ図示しない燃料循環ポンプを停止すると共に、ＥＦＩ６による内燃機関５内への燃料噴射を停止する。これにより、ハイブリッドシステム４１の停止処理が完了する。
【００８０】
本実施形態に係るハイブリッドシステム４１によれば、上述した第一実施形態と同様の効果の他、次のような効果が期待できる。すなわち、本実施形態によれば、燃料電池２のアノードから排出される燃料の濃度に応じてサブ燃料タンク４への補充の可否を決定しているため、上記第一実施形態に比べ、サブ燃料タンク４へ濃度の薄い燃料を補充する虞が無い。また、燃料電池２のアノードの下流側が内燃機関５のみならず、メイン燃料タンク３へも繋がっているため、第一実施形態のように内燃機関５の燃料消費量の変化による燃料電池２の電気出力の変動が抑制される。例えば、内燃機関５へ供する燃料の流量に比べ、メイン燃料タンク３へ戻る燃料の流量が極めて大きくなるようにシステムを構成しておくことにより、内燃機関５の燃料消費量の変化に起因する燃料電池２の電気出力の変動を大幅に抑制することが可能である。
【００８１】
また、燃料電池２のアノードの下流側が、内燃機関５のみならずメイン燃料タンク３とも繋がっているため、内燃機関５の運転状態に左右されることなく、燃料電池２のアノード側を通過する燃料の流量を任意に調整することが可能である。従って、燃料電池２の運転状態を、前述したようなＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードやＡＰＵ通常モードに遷移させることが可能である。なお、燃料電池２の運転状態をＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードにする場合、内燃機関５の燃料消費量によっては燃料電池２から排出される燃料を十分に濃縮できないことも考えられるが、少なくともＡＰＵ通常モードよりも高濃度の燃料を排出させてサブ燃料タンク４へ供給させることは可能である。燃料電池２の運転状態をＡＰＵ通常モードからＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードにすることで、高濃度の燃料を排出させるようにするためには、前述したような燃料の循環流量の調整のみならず、電力コンバータの昇圧比を上げて燃料電池２の出力電力を増大させることで実現するようにしてもよい。なお、燃料電池２の運転状態をＡＰＵガソリンリッチ燃料補充モードにするには、前述したように、燃料電池２に設けられる図示しない温度センサで燃料電池２の温度を予め計測し、燃料電池２の温度が所定温度以上であることを確認してからモード遷移を実行することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１Ａ】第一実施形態に係るハイブリッドシステムの構成図（燃料経路）。
【図１Ｂ】第一実施形態に係るハイブリッドシステムの構成図（空気経路）。
【図２】第一実施形態に係るハイブリッドシステムの制御フロー図。
【図３Ａ】第一実施形態に係るハイブリッドシステムの動作状態図。
【図３Ｂ】第一実施形態に係るハイブリッドシステムの動作状態図。
【図３Ｃ】第一実施形態に係るハイブリッドシステムの動作状態図。
【図４】第二実施形態に係るハイブリッドシステムの構成図。
【図５】第二実施形態に係るハイブリッドシステムの制御フロー図。
【図６Ａ】第二実施形態に係るハイブリッドシステムの動作状態図。
【図６Ｂ】第二実施形態に係るハイブリッドシステムの動作状態図。
【図６Ｃ】第二実施形態に係るハイブリッドシステムの動作状態図。
【図６Ｄ】第二実施形態に係るハイブリッドシステムの動作状態図。
【図７】燃料電池の動作領域を示す図。
【図８】第三実施形態に係るハイブリッドシステムの構成図。
【図９】第三実施形態に係るハイブリッドシステムの制御フロー図。
【図１０Ａ】第三実施形態に係るハイブリッドシステムの動作状態図。
【図１０Ｂ】第三実施形態に係るハイブリッドシステムの動作状態図。
【図１０Ｃ】第三実施形態に係るハイブリッドシステムの動作状態図。
【図１１】第四実施形態に係るハイブリッドシステムの構成図。
【図１２】第四実施形態に係るハイブリッドシステムの制御フロー図。
【図１３Ａ】第四実施形態に係るハイブリッドシステムの動作状態図。
【図１３Ｂ】第四実施形態に係るハイブリッドシステムの動作状態図。
【図１３Ｃ】第四実施形態に係るハイブリッドシステムの動作状態図。
【符号の説明】
【００８３】
１，２１，３１，４１・・・ハイブリッドシステム
１０１，２０１，３０１，４０１・・・燃料供給システム
２・・・燃料電池
３・・・メイン燃料タンク
４・・・サブ燃料タンク
５・・・内燃機関
６，７・ＥＦＩ
８・・・排ガス触媒
９・・・ＥＣＵ
１０・・電磁弁
１１・・レベルセンサ
１２・・エアフィルタ
２２・・エタノール濃度センサ
２３Ａ，Ｂ・・・切替弁
２４・・分離装置
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2010019089.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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