(57)【要約】【課題】設備が過剰に煩雑化するといった不都合を抑制しつつ、燃焼室内においてガス燃料を好適に燃焼させる。【解決手段】エンジン１０は、水素原子を含む組成のガス燃料を燃焼室２５内に導入し、そのガス燃料を点火プラグ２６にて生じる点火火花により燃焼させるものである。エンジン１０の吸気ポート１１ａには、燃焼室２５で燃焼に供されるガス燃料を噴射する燃料噴射弁１５が設けられている。また、ガス燃料の供給経路において燃料噴射弁１５の上流側には、燃料供給元から供給されるガス燃料の解離を実施してその解離により水素分子を生成するガス解離装置５０が設けられている。そして、燃料噴射弁１５は、ガス解離装置５０による解離後のガス燃料と水素分子とをそれぞれ吸気ポート１１ａに噴射する。【選択図】      図１
2014095307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素原子を含む組成のガス燃料を燃焼室（２５）内に導入し、そのガス燃料を点火手段（２６）にて生じる点火火花により燃焼させるガスエンジン（１０）に適用され、
前記燃焼室で燃焼に供されるガス燃料を放出するガス放出手段（１５）と、
ガス燃料の供給経路において前記ガス放出手段の上流側に設けられ、燃料供給元から供給されるガス燃料の解離を実施してその解離により水素分子を生成するガス解離手段（５０）と、
を備え、
前記ガス放出手段は、前記ガス解離手段による解離後のガス燃料と前記水素分子とを放出するものとなっていることを特徴とするガスエンジンの燃料供給装置。
【請求項２】
前記ガス解離手段は、前記燃料供給元から供給されるガス燃料を導入するチャンバ（５１）と、該チャンバ内で放電を生じさせる放電手段（５４）と、その放電手段に対して電圧を印加する電源装置（５５）とを備え、前記放電手段により放電を生じさせることで前記ガス燃料の解離を実施する請求項１に記載のガスエンジンの燃料供給装置。
【請求項３】
前記ガス解離手段での解離により生成された水素分子をその他の解離後ガス燃料とは分ける分離手段（６０〜６４）を有しており、
前記ガスエンジンの吸気行程において、前記ガス放出手段により前記解離後ガス燃料を放出させて前記燃焼室内に充填させた後に前記ガス放出手段により前記水素分子を放出させて前記燃焼室内に充填させる放出制御手段（４０）を備える請求項１又は２に記載のガスエンジンの燃料供給装置。
【請求項４】
前記分離手段は、前記解離後ガス燃料を前記ガス放出手段に対して排出する第１排出部（６１）と、前記水素分子を前記ガス放出手段に対して排出する第２排出部（６２）とを有し、
前記ガス放出手段は、前記第１排出部を介して排出される前記解離後ガス燃料を放出する第１放出手段（１５Ａ）と、前記第２排出部を介して排出される前記水素分子を放出する第２放出手段（１５Ｂ）とを有しており、
前記放出制御手段は、前記第１放出手段による前記解離後ガス燃料の放出を先に実施し、前記第２放出手段による前記水素分子の放出をその後に実施する請求項３に記載のガスエンジンの燃料供給装置。
【請求項５】
前記分離手段は、
前記解離後ガス燃料を前記ガス放出手段に対して排出する第１排出部（６１）と、
前記水素分子を前記ガス放出手段に対して排出する第２排出部（６２）と、
前記第１排出部のガス通路の途中に設けられ、当該ガス通路を開閉する第１開閉弁（６３）と、
前記第２排出部のガス通路の途中に設けられ、当該ガス通路を開閉する第２開閉弁（６４）と、
を有しており、
前記放出制御手段は、前記第１開閉弁が開放された状態で前記ガス放出手段からの前記解離後ガス燃料の放出を実施した後に、前記第２開閉弁が開放された状態で前記ガス放出手段からの前記水素分子の放出を実施する請求項３に記載のガスエンジンの燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジンの燃料供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスエンジンでは、ガス燃料として例えばメタン（ＣＨ4）が用いられ、こうしたガス燃料について燃焼状態を改善することが従来より検討されている。すなわち、例えば燃料噴射弁から吸気ポートにガス燃料が噴射される場合には、ガス燃料は液体燃料に比べて粘性が低いことや噴霧燃料の貫徹力が小さいことに起因して、燃料噴霧が空気（Ｎ2、Ｏ2）に対して混ざりにくく（ミキシング不足が生じ）、結果として燃料の着火性が低くなると考えられる。そしてこれに起因して燃焼状態の悪化が生じうるため、その改善する技術の検討がなされている。
【０００３】
上記の着火性に関する課題を改善する技術として、例えば特許文献１の技術が知られている。この技術では、ガスエンジンの着火装置において、ガス燃料と酸化剤とを供給してガス燃料の轟爆により超高温プラズマを発生させ、そのプラズマをシリンダ内に噴射するようにしており、さらに着火装置に対して、酸素富化装置により酸素富化された空気を酸化剤として供給するようにしている。そしてかかる構成により、空気の酸素濃度が高められることで轟爆が発生しやすく、また着火エネルギが増大していることで着火能力が高められ、結果としてガス燃料の着火性が高められるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−９６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の従来技術では、ガスエンジンの付随装置として超高温プラズマを発生させる着火装置や酸素富化装置が必須となっており、設備の煩雑化や大型化が強いられることが考えられる。ゆえに、例えばガスエンジンを家庭用コジェネレーションシステムに用いる場合において支障となることが懸念される。また、酸素富化装置として用いられる酸素富化膜では、吸入空気に対する酸素富化の量に制限があり、比較的少量の空気量（アイドル運転時の必要空気量よりも少量の空気量）に対してしか所定の酸素富化を実施できないとも考えられる。つまり、現時点ではエンジンの吸気量相当を分離できる酸素富化膜は存在せず、今後の見通しも不明である。そのため、実用化の観点からしても課題を残すものとなっている。
【０００６】
本発明は、設備が過剰に煩雑化するといった不都合を抑制しつつ、燃焼室内においてガス燃料を好適に燃焼させることができるガスエンジンの燃料供給装置を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。
【０００８】
本発明は、水素原子を含む組成のガス燃料を燃焼室（２５）内に導入し、そのガス燃料を点火手段（２６）にて生じる点火火花により燃焼させるガスエンジン（１０）に適用される。そして、前記燃焼室で燃焼に供されるガス燃料を放出するガス放出手段（１５）と、ガス燃料の供給経路において前記ガス放出手段の上流側に設けられ、燃料供給元から供給されるガス燃料の解離を実施してその解離により水素分子を生成するガス解離手段（５０）と、を備え、前記ガス放出手段は、前記ガス解離手段による解離後のガス燃料と前記水素分子とを放出するものとなっていることを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、ガス燃料は、ガス放出手段により放出される前に、ガス解離手段により解離される。つまり、燃料分子の化学結合が分裂されて水素分子が生成される。そして、ガス放出手段から解離後のガス燃料と水素分子とがそれぞれ放出される。この場合、燃焼室内に導入される水素分子によって、ガス燃料の着火に至る前において燃焼室内に着火易化状態を創り出すことができ、点火手段の点火によるガス燃料の着火に際して着火性を高め、かつその後の燃焼促進を図ることができる。ここで、ガス燃料から水素を解離させるには、例えば低温プラズマを用いれば足り、高温プラズマを発生させるような大規模な設備を要しない。以上により、設備が過剰に煩雑化するといった不都合を抑制しつつ、燃焼室内においてガス燃料を好適に燃焼させることができる。
【００１０】
また、前記ガス解離手段での解離により生成された水素分子をその他の解離後ガス燃料とは分ける分離手段（６０〜６４）を有しており、前記ガスエンジンの吸気行程において、前記ガス放出手段により前記解離後ガス燃料を放出させて前記燃焼室内に充填させた後に前記ガス放出手段により前記水素分子を放出させて前記燃焼室内に充填させる放出制御手段（４０）を備えるとよい。
【００１１】
上記構成によれば、燃料ガスの供給経路において、ガス解離手段での解離により水素分子が生成された後、分離手段により水素分子が他のガス燃料とは分けられ、その分けられた水素分子がガス放出手段によって放出される。特にこの場合、ガスエンジンの吸気行程において、解離後ガス燃料（水素以外の燃料成分）が放出されて燃焼室内に充填された後に、水素分子が放出されて燃焼室内に充填されるため、点火手段の付近に水素分子を集中させることが可能となる。したがって、燃焼室内において着火易化状態を創り出す上で好適な構成を実現できる。
【００１２】
点火手段の付近に水素分子が集中することについて補足すると、ポート噴射式エンジンの場合には、エンジン構造からして吸気ポートと点火手段（点火プラグ）とが共にシリンダヘッドに設けられており、燃焼室内に解離後ガス燃料が先に、水素分子が後に吸入される構成では点火手段の付近に水素分子が溜まりやすくなると考えられる。また、筒内直接噴射式のエンジンであっても、やはり燃料噴射弁と点火手段（点火プラグ）とが共にシリンダヘッドに設けられており、燃焼室内において解離後ガス燃料が先に噴射され、水素分子が後に噴射される構成では点火手段の付近に水素分子が溜まりやすくなると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】発明の実施の形態におけるガスエンジンの制御システムの概略を示す構成図。
【図２】メタンの分子構造を示す図。
【図３】メタンの解離の様子を示す図。
【図４】ガス解離装置の構成を説明するための図。
【図５】投入エネルギとメタン改質との相関を示す図。
【図６】エンジンにおいて燃料吸入後及び燃焼時の燃焼室内の様子を模式的に示す図。
【図７】第２の実施形態における燃料供給システムの構成を示す図。
【図８】燃焼室でのガス吸入及び燃焼の様子を説明するための動作説明図。
【図９】２つの噴射弁の動作タイミングを示すタイムチャート。
【図１０】第２の実施形態における燃料供給システムの変形例の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、コジェネレーションシステムに用いられるガスエンジンについて具体化しており、同エンジンは発電用エンジンとして用いられる。また、本実施形態のガスエンジンは、定置式エンジンであり、都市ガス供給設備から本コジェネレーションシステムに供給される都市ガス（メタンを主成分とする天然ガス）を燃料として運転される。
【００１５】
図１において、エンジン１０は、４サイクル／火花点火式の単気筒ガスエンジンであり、エンジン本体１１に吸気管１２と排気管１３とが接続されている。エンジン本体１１において吸気管１２が接続される吸気ポート１１ａには、ガス放出手段として電磁駆動式の燃料噴射弁１５が設けられている。ガス配管Ｌ１，Ｌ２を介して供給されるガス燃料（都市ガス）は、燃料噴射弁１５により吸気ポート１１ａに噴射（放出）される。
【００１６】
ガス配管Ｌ１，Ｌ２のうち上流側のガス配管Ｌ１は、ガス供給源のガス貯蔵タンク等から本コジェネレーションシステムが設置される建物までガス燃料を給送する給送配管であり、このガス配管Ｌ１が燃料供給元に相当する。なお、燃料噴射弁１５では開弁時間（噴射信号のパルス長）に応じて燃料噴射量が制御され、その際、噴射率は、燃料噴射弁１５に対して供給されるガス燃料の圧力（噴射圧）に応じて決定される。この場合、ガス配管Ｌ１，Ｌ２を介して供給されるガス燃料が大気圧付近の低圧状態になっているのであれば、コンプレッサ等の加圧手段（図示略）によってガス燃料が所定の噴射圧（例えば２〜３気圧程度）に加圧されるとよい。
【００１７】
エンジン本体１１の吸気ポート１１ａ及び排気ポート１１ｂには、それぞれ吸気弁２１及び排気弁２２が設けられている。吸気弁２１は燃焼室２５の吸気側開口部を開閉し、排気弁２２は燃焼室２５の排気側開口部を開閉する。これら各弁２１，２２はカム軸２３，２４の回転に応じて開閉動作し、吸気弁２１の開動作により吸気管１２内の空気が燃焼室２５内に導入され、排気弁２２の開動作により燃焼後の排気が排気管１３に排出される。
【００１８】
エンジン本体１１には気筒ごとに点火プラグ２６が取り付けられている。点火プラグ２６は、エンジン本体１１のヘッド部分において燃焼室２５の略中央となる位置に設けられ、燃焼室２５内に点火電極が露出した状態で取り付けられている。なお、燃焼室２５がドーム型をなしており、かつシリンダが上下方向に延びる向きでエンジン本体１１が配置されていることから、点火プラグ２６の取付位置が燃焼室２５の最上部位置となっている。点火プラグ２６には、点火コイル等よりなる点火装置２７を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２６の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２５内の混合気が着火され燃焼に供される。その他、エンジン本体１１には、エンジンシリンダ内を往復動するピストン２８や、ピストン２８の往復動に応じて回転するクランク軸２９が設けられている。
【００１９】
排気管１３には、排気を浄化するための触媒３１が設けられている。触媒３１は、例えば酸化触媒からなる。また、排気管１３には、触媒上流側において、排気を検出対象として混合気の当量比（＝燃空比）を検出する当量比センサ３２が設けられている。
【００２０】
ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ４０ａや、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ４０ｂよりなる周知のマイクロコンピュータを備えて構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。具体的には、ＥＣＵ４０には、上述の当量比センサ３２以外に、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ４１や、吸気管内圧力等をエンジン負荷として検出する負荷センサ４２が接続されており、これら各センサの検出信号がＥＣＵ４０に逐次入力される。なお、エンジン負荷として、コジェネレーションシステムにおける発電の要求量を検出（取得）することも可能である。そして、ＥＣＵ４０は、それら入力した各種検出信号に基づいて、燃料噴射弁１５による燃料噴射量及び燃料噴射時期や、点火プラグ２６による点火時期等について各々制御指令値を算出するとともに、この制御指令値に基づいて燃料噴射弁１５、点火装置２７等の駆動を制御する。
【００２１】
本実施形態では、エンジン１０の燃焼サイクル（行程）に応じて燃料噴射弁１５による噴射が行われ、具体的には排気行程又は吸気行程において燃料噴射が実施される。
【００２２】
ところで、ガス燃料の主成分であるメタンＣＨ4は図２に示す分子構造を有しており、そのメタンＣＨ4に対して電子を衝突させて解離を生じさせることで、メタンＣＨ4の化学結合を分裂させ、水素Ｈ2を分離生成することができる。つまり、図３に示すように、メタンＣＨ4に対して電子ｅを衝突させると、メタンＣＨ4から水素原子Ｈが分離し、水素原子Ｈ同士が結合することで水素Ｈ2が生成される。そして、この水素Ｈ2をガス燃料と共に燃焼室２５内に導入し燃焼させることで、燃焼促進を図ることが可能となる。
【００２３】
そこで本実施形態では、図１に示すように、ガス燃料の供給経路において燃料噴射弁１５の上流側にガス解離装置５０を設け、そのガス解離装置５０により、ガス配管Ｌ１，Ｌ２を介して供給されるガス燃料に対して解離を生じさせるようにしている。そして、解離後のガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）と水素Ｈ2とを燃料噴射弁１５から噴射し、これらを燃焼室２５内で燃焼させるようにしている。
【００２４】
ここで、ガス解離装置５０の具体的な構成を図４を用いて説明する。なお、図４（ａ）、（ｂ）には、ガス解離装置５０について２方向から見た構成を模式的に示している。ガス解離装置５０は、低温プラズマを発生させる装置として構成されている。
【００２５】
図４に示すように、ガス解離装置５０は、円筒状のチャンバ５１を有しており、そのチャンバ５１内にガス燃料が導入される。チャンバ５１は導電性を有する材料（例えばステンレス鋼）により形成されており、そのチャンバ周壁が接地（アース）されている。チャンバ５１には、絶縁碍子５２により絶縁された状態でチャンバ外側からチャンバ内側に導線５３が挿通されており、チャンバ５１内において導線５３には放電手段としての放電電極５４が取り付けられている。放電電極５４は、図４（ｂ）に示すように、チャンバ５１の中心位置から放射状に延びるように設けられており、放電電極５４に対して高圧電圧が印加されることで、その放電電極５４とチャンバ周壁との間でコロナ放電が発生する。
【００２６】
導線５３には電源装置５５が接続されており、その電源装置５５により放電電極５４に所定の高電圧（例えば−１０ｋＶ）が印加される。さらに電源装置５５にはＥＣＵ４０が接続されており、ＥＣＵ４０によって、ガス解離装置５０による解離実施のオン／オフの制御や、電源装置５５による印加電圧の可変制御を実施できるようになっている。
【００２７】
図５は、投入エネルギとメタン改質との相関を示す図であり、図５では、投入エネルギが大きくなるほど、改質割合が大きくなる関係が示されている。図５の関係は、ガス燃料発熱量を４０．９ＭＪ／Ｎｍ3、メタン解離エネルギを４．４８ｅＶ、１燃焼当たりの投入エネルギを０．３８２Ｊ、エンジン回転速度を１８００ｒｐｍとして求められたものである。この場合、投入エネルギに対して比例的に改質割合が大きくなり、例えば投入エネルギが８０Ｗ程度であれば、チャンバ５１内に導入される全燃料中の３％の改質が実施できることが分かる。
【００２８】
なお、ＣＨ4→ＣＨ3＋Ｈの結合解離エネルギは４３７ｋＪ／ｍｏｌであり、これをｅＶ換算値とアボガドロ定数とで除算することによりメタン解離エネルギの電子ボルトの値（４．４８ｅＶ）が求められる（４．４８ｅＶ＝４３７×１０^3／｛（１．６２×１０^-19）×（６．０２×１０^23）｝）。
【００２９】
図６は、エンジン１０においてガス燃料の吸入後及び燃焼時の燃焼室２５内の様子を模式的に示す図である。図６（ａ）に示すように、燃焼室２５内には、ガス解離装置５０により解離された後のガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）や、水素Ｈ2、空気（Ｎ2、Ｈ2）が流入し、分散された状態で存在している。ここで、水素Ｈ2は分子量が２であり、燃焼室２５内の他の成分に比べて分子量がかなり小さいため、燃焼室２５内では水素Ｈ2が上部に集まりやすくなっている。この場合、上述したとおり燃焼室２５では点火プラグ２６の取付位置が最上部位置となっており、それゆえに点火プラグ２６付近に水素Ｈ2が集中するようになっている。
【００３０】
そしてその状態で、点火プラグ２６による点火が実施される。このとき、水素Ｈ2は着火後における火炎伝播速度が速く、水素Ｈ2の着火がなされた後には燃焼室２５内のガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）に対していち早く火炎が伝播される（図６（ｂ）参照）。これにより、燃焼室２５内におけるガス燃料の燃焼が促進される。
【００３１】
水素Ｈ2の燃焼時には、燃焼室２５内においてＨ2燃焼による膨張が生じ、それによりガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）の圧縮自着火が生じやすくなる。これは、燃焼室２５内での燃焼を促進させる上で有益な事象であると考えられる。つまり、水素Ｈ2の燃焼時の膨張作用によって更なる燃焼アシスト効果が期待できる。
【００３２】
次に、エンジン１０の運転時における動作を説明する。エンジン１０の運転時には、ガス解離装置５０が作動状態、すなわちガス燃料の解離を実施する状態に維持される。そして、エンジン１０においては吸気行程（又は排気行程）になる都度、燃料噴射弁１５からガス燃料が噴射される。このとき、コジェネ用エンジンでは、エンジン運転状態として少なくとも１つの高効率運転状態が定められており、その高効率運転状態が維持されるようＥＣＵ４０により燃料噴射弁１５による燃料噴射量が制御される。
【００３３】
なお、高効率運転状態として、エンジン負荷が各々異なる複数の運転状態を定めておき、例えば発電要求等に応じて運転状態の切替を行う構成とすることも可能である。この場合、ＥＣＵ４０は、都度のエンジン運転状態（いずれかの高効率運転状態）に基づいて、ガス解離装置５０によるガス解離の量（改質割合）を変更するようにしてもよい。例えばエンジン負荷が大きくなるほど、ガス解離の量（改質割合）を大きくする。
【００３４】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００３５】
ガス燃料の供給経路において燃料噴射弁１５の上流側にガス解離装置５０を設け、燃料噴射弁１５から、ガス解離装置５０による解離後のガス燃料と水素Ｈ2とを噴射する構成とした。この場合、エンジン１０の燃焼室２５内に導入される水素Ｈ2によって、ガス燃料の着火に至る前において燃焼室２５内に着火易化状態を創り出すことができ、点火プラグ２６の点火によるガス燃料の着火に際して着火性を高め、かつその後の燃焼促進を図ることができる。つまり、メタンＣＨ4をそのまま燃焼室２５内で燃焼させる場合と比べて、着火性を大いに向上させることができる。ここで、ガス燃料から水素を解離させるには、低温プラズマを用いれば足り、高温プラズマを発生させるような大規模な設備を要しない。以上により、設備が過剰に煩雑化するといった不都合を抑制しつつ、燃焼室２５内においてガス燃料を好適に燃焼させることができる。
【００３６】
特に、燃焼室２５内において点火プラグ２６の近傍に水素Ｈ2が集中するように構成した。具体的には、水素Ｈ2の分子量が小さいことを考慮し、その上で、燃焼室２５内において点火プラグ２６の電極部分が最も高い位置になるようにして水素Ｈ2が集中しやすい構成とした。これにより、点火プラグ２６による点火時には、先ずは点火火花により水素Ｈ2を燃焼させ、さらに水素Ｈ2の燃焼による火炎伝播の早さを利用して他のガス燃料の着火性を良好なものにするができる。
【００３７】
ガス解離装置５０を、チャンバ５１内における電子の運動エネルギによりメタンＣＨ4を解離させて水素Ｈ2を生成するものとした。この場合、ガス解離装置５０において水素Ｈ2を生じさせるには、ＣＨ4→ＣＨ3＋Ｈの結合解離に要するエネルギを投入すれば足り、家庭用コジェネレーションシステムに用いる場合を想定しても実用化に適したものとなっている。
【００３８】
なお、上記図１の構成では、ガス放出手段として電磁駆動式の燃料噴射弁１５を用い、エンジン１０の燃焼サイクルに同期させてガス燃料の放出（燃料噴射）を実施する構成としたが、これを変更し、エンジン１０の燃焼サイクルに同期させずにガス燃料の放出を実施する構成としてもよい。例えば、エンジン１０の吸気管１２で生じる吸気負圧によりガス燃料を吸気管１２内に放出する燃料放出装置を用いるとよい。この場合、燃料放出装置は、ガス燃料を流通させるガス通路と、そのガス通路の開口面積（弁開度）を可変調整可能な弁体と、弁体を所望のリフト位置に駆動させるソレノイド等の駆動部とを有する比例制御弁であるとよく、弁体リフト量に応じて通路開口面積を変更することで吸気管１２内へのガス供給量（ガス放出量）を調整するものであるとよい。
【００３９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、ガス燃料の供給経路において、ガス解離装置５０での解離により生成された水素Ｈ2をその他の解離後ガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）とは分ける分離手段を有しており、解離後ガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）と水素Ｈ2とを別々に噴射する構成としている。このとき、エンジン吸気行程において、燃料噴射弁１５により解離後ガス燃料を噴射して燃焼室２５内に充填した後に、燃料噴射弁１５により水素Ｈ2を噴射して燃焼室２５内に充填するようにしている。
【００４０】
図７は、本実施形態における燃料供給システムの構成を示す図である。図７に示すように、ガス燃料の供給経路においてガス解離装置５０の下流側には、ガス解離装置５０による解離後のガス成分を、解離後ガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）と水素Ｈ2とに分離する分離装置６０が設けられており、その分離装置６０にはガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）を排出する燃料用排出通路６１と、水素Ｈ2を排出する水素用排出通路６２とが接続されている。
【００４１】
また、本実施形態の構成では、燃料噴射弁として、解離後のガス燃料を噴射するための噴射弁１５Ａと、水素Ｈ2を噴射するための噴射弁１５Ｂとを有しており、燃料用排出通路６１には噴射弁１５Ａが接続され、水素用排出通路６２には噴射弁１５Ｂが接続されている。噴射弁１５Ａ，１５Ｂは、エンジン１０の吸気ポート１１ａに対してガス燃料、水素をそれぞれ噴射する。なお、燃料用排出通路６１、水素用排出通路６２が第１排出部、第２排出部にそれぞれ相当し、噴射弁１５Ａ，１５Ｂが第１放出手段、第２放出手段にそれぞれ相当する。
【００４２】
分離装置６０は、ガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）と水素Ｈ2との分子量（質量）の違いを利用してこれらを互いに分離させるものであり、ガス解離装置５０からのガス燃料等が流入される容器（分離用チャンバ）内では下部空間にガス燃料が貯められ、上部空間に水素が貯められることとなる。この場合、燃料用排出通路６１は、分離装置６０の下部空間からガス燃料が流入するようにして設けられ、水素用排出通路６２は、分離装置６０の上部空間から水素が流入するようにして設けられている。
【００４３】
ＥＣＵ４０は、噴射弁１５Ａ，１５Ｂを個別に開弁駆動させるように制御を実施し、特にガス燃料噴射用の噴射弁１５Ａを先に開弁駆動させ、その後、水素噴射用の噴射弁１５Ｂを開弁駆動させるようにしている。この場合、吸気行程においてその期間終了の直前（下死点ＢＤＣの直前）の期間にて、噴射弁１５Ｂにより水素Ｈ2が噴射される。この一連の動作を図８、図９を用いて説明する。図８は、燃焼室２５でのガス吸入及び燃焼の様子を説明するための動作説明図であり、図９は、噴射弁１５Ａ，１５Ｂの動作タイミングを示すタイムチャートである。
【００４４】
排気行程において図９のタイミングｔ１では噴射弁１５Ａが開弁され、吸気ポート１１ａに解離後のガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）が噴射される。そして、吸気行程では、吸気弁２１が開弁されかつピストン２８が下動することに伴い、燃焼室２５内に空気と共に解離後のガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）が吸入される（図８（ａ）、（ｂ））。
【００４５】
そして、吸気行程のタイミングｔ２では、噴射弁１５Ａが閉弁されてガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）の噴射が終了される。さらにその後、吸気行程のタイミングｔ３では、噴射弁１５Ｂが開弁されて吸気ポート１１ａに水素Ｈ2が噴射され、その水素Ｈ2が燃焼室２５内に吸入される。このとき、燃焼室２５内では、先に噴射された解離後のガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）よりも上方の空間に水素Ｈ2が入り込むこととなり、水素Ｈ2が点火プラグ２６の近傍に集中しやすくなる（図８（ｃ）参照）。そして、ピストン２８が下動から上動に切り替わるタイミング（ＢＤＣ）、又はその直前のタイミングｔ４で、噴射弁１５Ｂが閉弁されて水素Ｈ2の噴射が終了される。
【００４６】
なお、ポート噴射式エンジンの場合には、エンジン構造からして吸気ポート１１ａと点火プラグ２６とが共にシリンダヘッドに設けられており、燃焼室２５内に解離後のガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）が先に、水素Ｈ2が後に吸入される構成では点火プラグ２６の付近に水素Ｈ2が溜まりやすくなっている。
【００４７】
その後、圧縮行程では、燃焼室２５内でガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）と水素Ｈ2とが上下に二層化された状態（層状化された状態）のまま、ＴＤＣ付近で点火プラグ２６による点火が実施され、ガス燃料が燃焼に供される（図８（ｄ）参照）。
【００４８】
なお、図９に示す制御では、噴射弁１５Ａの開弁期間と噴射弁１５Ｂの開弁期間との間にインターバルを設けているが、そのインターバルを設けず両噴射弁１５Ａ，１５Ｂを連続駆動する構成であってもよい。
【００４９】
以上詳述したように本実施形態によれば、エンジン吸気行程において、解離後ガス燃料（水素以外の燃料成分）が放出されて燃焼室２５内に充填された後に、水素Ｈ2が放出されて燃焼室２５内に充填されるため、点火プラグ２６の付近に水素Ｈ2を集中させることが可能となる。したがって、燃焼室２５内において着火易化状態を創り出す上で好適な構成を実現できる。
【００５０】
特に、解離後ガス燃料を噴射する噴射弁１５Ａと、水素Ｈ2を噴射する噴射弁１５Ｂとを別々に設けたため、解離後ガス燃料の供給量と、水素Ｈ2の供給量とを各々高精度に制御することが可能となる。
【００５１】
図７の構成の変形例として、図１０に示す構成としてもよい。図１０では、燃料用排出通路６１と水素用排出通路６２とに、これら各排出通路６１，６２をそれぞれ開閉する開閉弁６３，６４が設けられている。また、開閉弁６３，６４の下流側では両通路６１，６２が集約され、さらにその下流側に燃料噴射弁１５が設けられている。開閉弁６３，６４の開閉はＥＣＵ４０により制御される。本構成では、開閉弁６３が開弁された状態で燃料噴射弁１５が開弁され、それにより吸気ポート１１ａに対してガス燃料が噴射される。また、開閉弁６４が開弁された状態で燃料噴射弁１５が開弁され、それにより吸気ポート１１ａに対して水素が噴射される。
【００５２】
この場合、各開閉弁６３，６４の開閉制御は、図９で説明した制御に準じて行われればよく、ガス燃料排出用の開閉弁６３が先に開弁駆動され、その状態で燃料噴射弁１５から吸気ポート１１ａにガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）が噴射される。そしてその後、水素排出用の開閉弁６４が開弁駆動され、その状態で燃料噴射弁１５から吸気ポート１１ａに水素Ｈ2が噴射される。
【００５３】
（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
【００５４】
・上記各実施形態では、エンジン１０の運転中はガス解離装置５０が作動状態、すなわちガス解離を実施する状態に維持される構成としたが、これを変更し、エンジン１０の運転中にガス解離装置５０の作動状態がオン／オフで切り替えられる構成としてもよい。例えば、エンジン１０の高負荷運転時にのみガス解離装置５０が作動状態になる構成であってもよい。
【００５５】
・上記第２の実施形態において分離装置６０を次のように構成してもよい。ガス解離装置５０からのガス燃料等が流入される容器（分離用チャンバ）内に、解離後ガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）と水素Ｈ2とを分離する分離膜部材を設ける。この分離膜部材は、水素Ｈ2の通過は許容するが、ガス燃料（ＣＨ4、ＣＨ3）の通過は許容しないものであり、容器内に略水平に延びる向きに設けられる。これにより、水素Ｈ2を分離して貯留させる上で好適な構成となる。
【００５６】
・上記各実施形態では、ガス放出手段として用いる燃料噴射弁１５をポート噴射式としたが、これを変更し、同燃料噴射弁１５を筒内噴射式とすることも可能である。
【００５７】
・上記各実施形態では、メタンＣＨ4を対象として解離を実施する構成について説明したが、これ以外に、プロパンＣ3Ｈ8、ブタンＣ4Ｈ10、アセチレンＣ2Ｈ2といった他の炭化水素のガス燃料を対象として解離を実施する構成であってもよい。また、ジメチルエーテルをガス燃料として用いる場合に、そのジメチルエーテルを対象として解離を実施する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１０…エンジン（ガスエンジン）、１５…燃料噴射弁（ガス放出手段）、２５…燃焼室、２６…点火プラグ（点火手段）、５０…ガス解離装置（ガス解離手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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