(57)【要約】【課題】  水素化燃料を水素と脱水素燃料に分離して供給する水素利用内燃機関において、脱水素燃料の余剰分が生じることを抑止すること。【解決手段】  水素利用内燃機関は、有機ハイドライド含有燃料を水素と脱水素燃料とに分離する脱水素反応器２０と、脱水素反応器２０により有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を内燃機関に供給する水素供給管５６と、有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を貯留する水素バッファタンク４６と、始動時に、水素バッファタンク４６に貯留されていた水素を燃焼させて脱水素反応器２０を暖機する燃焼加熱装置２４と、を備える。水素を燃焼させて脱水素反応器２０を暖機するため、脱水素反応器２０を短時間で活性温度に到達させることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ハイドライド含有燃料を水素と脱水素燃料とに分離する脱水素触媒と、
前記脱水素触媒により前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、
前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を貯留する貯留手段と、
始動時に、前記貯留手段に貯留されていた水素を燃焼させて前記脱水素触媒を暖機する燃焼加熱装置と、
を備えたことを特徴とする水素利用内燃機関。
【請求項２】
前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器を備え、
前記燃焼加熱装置は、前記脱水素反応器と隣接して設けられたことを特徴とする請求項１記載の水素利用内燃機関。
【請求項３】
前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器を備え、
前記燃焼加熱装置は、前記脱水素反応器の内部に設けられたことを特徴とする請求項１記載の水素利用内燃機関。
【請求項４】
有機ハイドライド含有燃料を水素と脱水素燃料とに分離する脱水素触媒と、
前記脱水素触媒により前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、
始動時に、前記有機ハイドライド含有燃料若しくは前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された脱水素燃料又は水素を燃焼させて前記脱水素触媒を暖機する燃焼加熱装置と、
を備えたことを特徴とする水素利用内燃機関。
【請求項５】
有機ハイドライド含有燃料を水素と脱水素燃料とに分離する脱水素触媒と、
前記脱水素触媒により前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、
始動時に、酸化され易い金属を酸化させた際の反応熱を用いて前記脱水素触媒を暖機する酸化反応加熱手段と、
を備えたことを特徴とする水素利用内燃機関。
【請求項６】
始動時に、前記金属に酸素を含むガスを供給するガス供給手段と、
前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を酸化した前記金属に供給することで、前記金属を還元する還元手段を更に備えたことを特徴とする請求項５記載の水素利用内燃機関。
【請求項７】
前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器を備え、
前記金属は、前記脱水素反応器に隣接して配置された酸化反応加熱装置の内部に設けられたことを特徴とする請求項５又は６記載の水素利用内燃機関。
【請求項８】
前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器と、
内燃機関から排出された排気ガスが通る排気管に設けられ、前記脱水素反応器に隣接して配置された排気ガス室とを更に備え、
前記金属は、前記排気ガス室の内部に設けられたことを特徴とする請求項５又は６記載の水素利用内燃機関。
【請求項９】
前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器を備え、
前記金属は、前記脱水素反応器の内部に設けられたことを特徴とする請求項５又は６記載の水素利用内燃機関。
【請求項１０】
前記金属は、前記脱水素触媒と物理的に接した状態で前記脱水素反応器の内部に担持されていることを特徴とする請求項９記載の水素利用内燃機関。
【請求項１１】
有機ハイドライド含有燃料を水素と脱水素燃料とに分離する脱水素触媒と、
前記脱水素触媒により前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、
始動時に、酸化され易い金属を酸化させた際の反応熱を用いて前記脱水素触媒を暖機する酸化反応加熱手段と、
前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を酸化した前記金属に供給することで、前記金属を還元する還元手段と、
前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器とを備え、
前記金属は、前記脱水素触媒と物理的に接した状態で前記脱水素反応器の内部に担持されていることを特徴とする水素利用内燃機関。
【請求項１２】
有機ハイドライド含有燃料を水素と脱水素燃料とに分離する脱水素触媒と、
前記脱水素触媒により前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、
水素が水素吸蔵金属に吸蔵される際の反応熱を用いて前記脱水素触媒を暖機する水素化反応加熱手段と、
前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を貯留する貯留手段と、
始動時に、前記貯留手段に貯留されていた水素を前記水素化反応加熱手段に供給する水素供給手段と、
を備えたことを特徴とする水素利用内燃機関。
【請求項１３】
前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器を備え、
前記水素吸蔵金属は、前記脱水素反応器に隣接して配置された水素化反応加熱装置の内部に設けられたことを特徴とする請求項１２記載の水素利用内燃機関。
【請求項１４】
前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器を備え、
前記水素吸蔵金属は、前記脱水素反応器の内部に設けられたことを特徴とする請求項１２記載の水素利用内燃機関。
【請求項１５】
有機ハイドライド含有燃料を水素と脱水素燃料とに分離する脱水素触媒と、
前記脱水素触媒により前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、
前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器と、
前記脱水素反応器内に前記有機ハイドライド含有燃料を噴射する噴射手段と、
前記脱水素反応器内に設けられ、前記有機ハイドライド含有燃料を吸着して吸着熱を発生する吸着材と、
始動時に、前記吸着熱を用いて前記脱水素触媒を暖機する吸着反応加熱手段と、
を備えたことを特徴とする水素利用内燃機関。
【請求項１６】
前記脱水素触媒は、前記吸着材を担体として前記吸着材の表面に担持されていることを特徴とする請求項１５記載の水素利用内燃機関。
【請求項１７】
前記吸着材は微小な細孔を備え、当該細孔の直径が１ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１５又は１６記載の水素利用内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水素利用内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００３−３４３３６０号公報に開示されるように、水素生成機能を有する内燃機関のシステムが知られている。このシステムは、具体的には、デカリン等の有機ハイドライドを含む水素化燃料を原料として、水素リッチガスと、ナフタレン等の脱水素生成物とを生成する機構、並びに、生成された水素リッチガスを燃料として作動する水素エンジンを備えている。
【０００３】
上記公報に開示されるシステムは、水素エンジンの作動中に、その作動に伴って発生する廃熱を利用して、水素化燃料を水素リッチガスと脱水素生成物に分離する。より具体的には、エンジンの廃熱を用いて加熱した触媒上に水素化燃料を噴射し、触媒上で脱水素化反応を起こさせて水素を取り出している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４３３６０号公報
【特許文献２】特開２００２−２５５５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術のようにエンジンの廃熱を利用して脱水素反応を行うシステムでは、エンジン始動時の触媒の温度が外気温と同程度まで低下するという問題がある。そして、脱水素反応は触媒が所定の活性温度（３００℃程度）に到達した状態で行われるため、触媒が活性温度に到達するまでの間、脱水素反応の反応効率が低下するという問題が発生する。このため、始動直後の内燃機関への水素リッチガスの供給量が不足し、燃焼状態の悪化、ノッキングの発生等の問題が発生する。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、水素化燃料を水素と脱水素燃料に分離して供給する水素利用内燃機関において、脱水素燃料の余剰分が生じることを抑止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、有機ハイドライド含有燃料を水素と脱水素燃料とに分離する脱水素触媒と、前記脱水素触媒により前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を貯留する貯留手段と、始動時に、前記貯留手段に貯留されていた水素を燃焼させて前記脱水素触媒を暖機する燃焼加熱装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器を備え、前記燃焼加熱装置は、前記脱水素反応器と隣接して設けられたことを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器を備え、前記燃焼加熱装置は、前記脱水素反応器の内部に設けられたことを特徴とする。
【００１０】
第４の発明は、上記の目的を達成するため、有機ハイドライド含有燃料を水素と脱水素燃料とに分離する脱水素触媒と、前記脱水素触媒により前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、始動時に、前記有機ハイドライド含有燃料若しくは前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された脱水素燃料又は水素を燃焼させて前記脱水素触媒を暖機する燃焼加熱装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
第５の発明は、上記の目的を達成するため、有機ハイドライド含有燃料を水素と脱水素燃料とに分離する脱水素触媒と、前記脱水素触媒により前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、始動時に、酸化され易い金属を酸化させた際の反応熱を用いて前記脱水素触媒を暖機する酸化反応加熱手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
第６の発明は、第５の発明において、始動時に、前記金属に酸素を含むガスを供給するガス供給手段と、前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を酸化した前記金属に供給することで、前記金属を還元する還元手段を更に備えたことを特徴とする。
【００１３】
第７の発明は、第５又は第６の発明のいずれかにおいて、前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器を備え、前記金属は、前記脱水素反応器に隣接して配置された酸化反応加熱装置の内部に設けられたことを特徴とする。
【００１４】
第８の発明は、第５又は第６の発明のいずれかにおいて、前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器と、内燃機関から排出された排気ガスが通る排気管に設けられ、前記脱水素反応器に隣接して配置された排気ガス室とを更に備え、前記金属は、前記排気ガス室の内部に設けられたことを特徴とする。
【００１５】
第９の発明は、第５又は第６の発明のいずれかにおいて、前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器を備え、前記金属は、前記脱水素反応器の内部に設けられたことを特徴とする。
【００１６】
第１０の発明は、第９の発明において、前記金属は、前記脱水素触媒と物理的に接した状態で前記脱水素反応器の内部に担持されていることを特徴とする。
【００１７】
第１１の発明は、上記の目的を達成するため、有機ハイドライド含有燃料を水素と脱水素燃料とに分離する脱水素触媒と、前記脱水素触媒により前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、始動時に、酸化され易い金属を酸化させた際の反応熱を用いて前記脱水素触媒を暖機する酸化反応加熱手段と、前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を酸化した前記金属に供給することで、前記金属を還元する還元手段と、前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器とを備え、
前記金属は、前記脱水素触媒と物理的に接した状態で前記脱水素反応器の内部に担持されていることを特徴とする。
【００１８】
第１２の発明は、上記の目的を達成するため、有機ハイドライド含有燃料を水素と脱水素燃料とに分離する脱水素触媒と、前記脱水素触媒により前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、水素が水素吸蔵金属に吸蔵される際の反応熱を用いて前記脱水素触媒を暖機する水素化反応加熱手段と、前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を貯留する貯留手段と、始動時に、前記貯留手段に貯留されていた水素を前記水素化反応加熱手段に供給する水素供給手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
第１３の発明は、第１２の発明において、前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器を備え、前記水素吸蔵金属は、前記脱水素反応器に隣接して配置された水素化反応加熱装置の内部に設けられたことを特徴とする。
【００２０】
第１４の発明は、第１２の発明において、前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器を備え、前記水素吸蔵金属は、前記脱水素反応器の内部に設けられたことを特徴とする。
【００２１】
第１５の発明は、上記の目的を達成するため、有機ハイドライド含有燃料を水素と脱水素燃料とに分離する脱水素触媒と、前記脱水素触媒により前記有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、前記脱水素触媒が設けられた脱水素反応器と、前記脱水素反応器内に前記有機ハイドライド含有燃料を噴射する噴射手段と、前記脱水素反応器内に設けられ、前記有機ハイドライド含有燃料を吸着して吸着熱を発生する吸着材と、始動時に、前記吸着熱を用いて前記脱水素触媒を暖機する吸着反応加熱手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２２】
第１６の発明は、第１５の発明において、前記脱水素触媒は、前記吸着材を担体として前記吸着材の表面に担持されていることを特徴とする。
【００２３】
第１７の発明は、第１５又は第１６の発明において、前記吸着材は微小な細孔を備え、当該細孔の直径が１ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
第１の発明によれば、始動時に有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を燃焼させて脱水素触媒を暖機するため、脱水素触媒を短時間で活性温度に到達させることができる。これにより、始動直後から水素の生成効率を向上させることが可能となり、内燃機関への水素の供給不足に起因する燃焼状態の悪化を抑止することができる。
【００２５】
第２の発明によれば、燃焼加熱装置を脱水素反応器と隣接して設けたため、燃焼加熱装置で発生した燃焼熱を脱水素反応器に伝達することができ、脱水素触媒を確実に暖機することが可能となる。
【００２６】
第３の発明によれば、燃焼加熱装置を脱水素反応器の内部に設けたため、燃焼加熱装置で発生した燃焼熱を脱水素反応器内の脱水素触媒に伝達することができ、脱水素触媒を確実に暖機することが可能となる。
【００２７】
第４の発明によれば、始動時に有機ハイドライド含有燃料若しくは有機ハイドライド含有燃料から取り出された脱水素燃料又は水素を燃焼させて脱水素触媒を暖機するため、脱水素触媒を短時間で活性温度に到達させることができる。これにより、始動直後から水素の生成効率を向上させることが可能となり、内燃機関への水素の供給不足に起因する燃焼状態の悪化を抑止することができる。
【００２８】
第５の発明によれば、始動時に、酸化され易い金属を酸化させた際の反応熱を用いて脱水素触媒を暖機するため、脱水素触媒を短時間で活性温度に到達させることができる。これにより、始動直後から水素の生成効率を向上させることが可能となり、内燃機関への水素の供給不足に起因する燃焼状態の悪化を抑止することができる。
【００２９】
第６の発明によれば、始動時に酸化され易い金属に酸素を含むガスを供給するため、この金属を酸化することができる。また、有機ハイドライド含有燃料から取り出された水素を酸化した金属に供給して還元するため、次回の始動時に再び酸化反応を行うことが可能となる。
【００３０】
第７の発明によれば、酸化され易い金属を脱水素反応器に隣接して配置された酸化反応加熱装置の内部に設けたため、酸化反応加熱装置内で発生した酸化反応による反応熱を脱水素反応器に伝達することができ、脱水素触媒を確実に暖機することが可能となる。
【００３１】
第８の発明によれば、酸化され易い金属を脱水素反応器に隣接して配置された排気ガス室の内部に設けたため、排気ガス室内で発生した酸化反応による反応熱を脱水素反応器に伝達することができ、脱水素触媒を確実に暖機することが可能となる。
【００３２】
第９の発明によれば、酸化され易い金属を脱水素反応器の内部に設けたため、酸化反応による反応熱を脱水素反応器内の脱水素触媒に直接伝達することができ、脱水素触媒を確実に暖機することが可能となる。
【００３３】
第１０の発明によれば、酸化され易い金属と脱水素触媒とを物理的に接した状態で担持したため、熱損失を最小限に抑えた状態で酸化反応による反応熱を脱水素触媒に直接伝達することができる。
【００３４】
第１１の発明によれば、酸化され易い金属を酸化させた際の反応熱を用いて脱水素触媒を暖機するため、脱水素触媒を短時間で活性温度に到達させることができる。これにより、始動直後から水素の生成効率を向上させることが可能となり、内燃機関への水素の供給不足に起因する燃焼状態の悪化を抑止することができる。そして、酸化され易い金属と脱水素触媒とを物理的に接した状態で担持したため、熱損失を最小限に抑えた状態で酸化反応による反応熱を脱水素触媒に直接伝達することができる。
【００３５】
第１２の発明によれば、水素が水素吸蔵金属に吸蔵される際の反応熱を用いて脱水素触媒を暖機するため、脱水素触媒を短時間で活性温度に到達させることができる。これにより、始動直後から水素の生成効率を向上させることが可能となり、内燃機関への水素の供給不足に起因する燃焼状態の悪化を抑止することができる。また、水素吸蔵金属は脱水素触媒の活性温度の近傍に達すると吸蔵していた水素を放出するため、次回の始動時に再び水素吸蔵金属に水素を吸蔵することができる。
【００３６】
第１３の発明によれば、水素吸蔵金属を脱水素反応器に隣接して配置された水素化反応加熱装置の内部に設けたため、水素化反応加熱装置内で発生した水素吸蔵による反応熱を脱水素反応器に伝達することができ、脱水素触媒を確実に暖機することが可能となる。
【００３７】
第１４の発明によれば、水素吸蔵金属を脱水素反応器の内部に設けたため、水素吸蔵による反応熱を脱水素反応器内の脱水素触媒に直接伝達することができ、脱水素触媒を確実に暖機することが可能となる。
【００３８】
第１５の発明によれば、始動時に、有機ハイドライド含有燃料が吸着材に吸着される際の吸着熱を用いて脱水素触媒を暖機するため、脱水素触媒を短時間で活性温度に到達させることができる。これにより、始動直後から水素の生成効率を向上させることが可能となり、内燃機関への水素の供給不足に起因する燃焼状態の悪化を抑止することができる。
【００３９】
第１６の発明によれば、吸着材を担体として脱水素触媒を吸着材の表面に担持したため、吸着熱を脱水素触媒に直接伝達することができる。
【００４０】
第１７の発明によれば、吸着材の細孔の直径を１ｎｍ以上、５０ｎｍ以下とすることにより、脱水素触媒を活性温度に到達させるために必要十分な吸着熱を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面に基づいてこの発明の一実施形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００４２】
図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。このシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気管１２および排気管１４が連通している。
【００４３】
吸気管１２には、吸入空気量を制御するためのスロットルバルブ１３が組み込まれている。スロットルバルブ１３の下流には、水素供給用インジェクタ１６が配置されている。また、内燃機関１０の吸気ポートには、ガソリン供給用インジェクタ１８が配置されている。
【００４４】
水素供給用インジェクタ１６には、後述するように、所定の圧力で水素リッチガスが供給されている。水素供給用インジェクタ１６は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量の水素リッチガスを吸気管１２の内部に噴射することができる。図１に示すシステムでは、水素供給用インジェクタ１６を吸気管１２に配置することとしているが、その配置はこれに限定されるものではない。すなわち、水素供給用インジェクタ１６は、筒内に水素が噴射できるように内燃機関１０の本体に組み込んでも良い。
【００４５】
ガソリン供給用インジェクタ１８には、後述するように、所定の圧力でガソリンが供給されている。ガソリン供給用インジェクタ１８は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量のガソリンを吸気ポート内に噴射することができる。
【００４６】
排気管１４には、排気ガス室５８が設けられている。排気管１４を流れる排気ガスは、排気ガス室５８に送られた後、排気ガスを浄化するための触媒を経由して外部に排出される。
【００４７】
排気ガス室５８には脱水素反応器２０が装着されている。また、脱水素反応器２０には、水素化ガソリンインジェクタ２２が組み付けられている。更に、脱水素反応器２０には、燃焼加熱装置２４が装着されている。
【００４８】
水素化ガソリンインジェクタ２２は、後述するように、所定の圧力で水素化ガソリンの供給を受けており、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量の水素化ガソリンを脱水素反応器２０の内部に供給することができる。ここで、内燃機関１０が必要とする水素量は、内燃機関１０の運転状態に応じて変動する。後述するＥＣＵ８０は、内燃機関１０が必要とする水素量と、運転状態（機関回転数、負荷（スロットル開度））との関係を定めたマップを記憶しており、このマップから必要水素量を求め、水素化ガソリンインジェクタ２２の開弁・閉弁状態を制御する。また、脱水素反応器２０は、排気ガス室５８から放射される排気熱を利用して、上記の如く供給される水素化ガソリンを水素リッチガスと脱水素化ガソリン（脱水素燃料）とに分離し、それらを流出させる機能を有している。
【００４９】
本実施形態のシステムは、水素化ガソリンタンク２６を備えている。水素化ガソリンタンク２６の中には、一般的なガソリンに比して有機ハイドライドを多量に含む水素化ガソリンが貯留される。ここで、「有機ハイドライド」とは、３００℃程度の温度で脱水素反応を起こす炭化水素（ＨＣ）成分であり、具体的には、デカリンやシクロヘキサンがこれに該当する。
【００５０】
通常のガソリン（ＬＦＴ−１Ｃ）には、トルエンが４０％程度含まれている。トルエンを水素化すると、有機ハイドライドであるメチルシクロヘキサン（Ｃ７Ｈ１４）を生成することができる。つまり、通常のガソリンを原料として、その中に含まれるトルエンを水素化すると、メチルシクロヘキサンを４０％程度含有する水素化ガソリンを生成することができる。本実施形態では、便宜上、水素化ガソリンタンク２６には、このような組成を有する水素化ガソリンが給油されるものとする。
【００５１】
水素化ガソリンタンク２６には、水素化ガソリン供給管２８が連通している。水素化ガソリン供給管２８は、その途中にポンプ３０を備え、その端部において水素化ガソリンインジェクタ２２に連通している。水素化ガソリンタンク２６内の水素化ガソリンは、内燃機関の運転中に、ポンプ３０により汲み上げられて、所定の圧力で水素化ガソリンインジェクタ２２に供給される。
【００５２】
脱水素反応器２０は、上述した通り、排気ガス室５８に組み付けられており、排気ガス室５８における排気熱を受けて所定の温度に活性化される。すなわち、脱水素反応器２０は、排気熱を利用して水素化ガソリンを処理するための装置である。このため、内燃機関の運転中は、脱水素反応器２０の内部は、３００℃程度の温度に上昇する。
【００５３】
脱水素反応器２０の内部には、反応室が形成されている。反応室内には、脱水素反応を行うための触媒（脱水素触媒）が担体に担持されている。脱水素触媒としては、白金（Ｐｔ）などの貴金属が用いられる。水素化ガソリンインジェクタ２２から噴射された燃料は、その反応室の内部で、脱水素反応により水素リッチガスと脱水素化ガソリンとに分離され、脱水素反応器２０に接続された管路３２に導かれる。脱水素反応器２０には管路３２を介して分離装置３４が連通している。
【００５４】
脱水素反応器２０には、温度センサ７４が装着されている。温度センサ７４によれば、脱水素反応器２０の内部の温度を検出することができる。従って、温度センサ７４の検出値に基づいて、脱水素反応器２０が活性温度に到達したか否か、すなわち脱水素反応器２０の暖機が完了したか否かを判定することができる。
【００５５】
既述した通り、本実施形態において用いられる水素化ガソリンは、通常のガソリンに含まれているトルエンを、有機ハイドライド化したものである。従って、その水素化ガソリンに脱水素処理を施せば、その結果生成されるのは、水素リッチガスと通常のガソリン（脱水素燃料）である。具体的には、有機ハイドライドであるメチルシクロヘキサンＣ７Ｈ１４は、脱水素反応により、下記の通り水素Ｈ２とトルエンＣ７Ｈ８に分離される。
Ｃ７Ｈ１４→Ｃ７Ｈ８＋３Ｈ２        ・・・（１）
（１）式で示される脱水素反応は吸熱反応である。
【００５６】
このため、脱水素反応器２０から分離装置３４へは、具体的には、水素リッチガスと、通常のガソリンとの混合物が供給されることになる。
【００５７】
分離装置３４は、脱水素反応器２０から供給される高温の水素リッチガスおよび脱水素化ガソリン（通常のガソリン）を冷却して、それらを分離する機能を有している。分離装置３４は、内燃機関１０と同様に冷却水の循環により水冷されている。このため、分離装置３４は、効率良く水素リッチガス及び脱水素化ガソリンを冷却することができる。
【００５８】
分離装置３４の底部には、冷却されることにより液化した脱水素化ガソリンを貯留しておくための液体貯留スペースが設けられている。また、その貯留スペースの上方には、気体のまま残存する水素リッチガスを貯留するための気体貯留スペースが確保されている。分離装置３４には、液体貯留スペースに連通するようにガソリン管路３６が連通していると共に、気体貯留スペースに連通するように水素管路３８が連通している。
【００５９】
ガソリン管路３６は、ガソリンバッファタンク４０に連通している。液体貯留スペース内の脱水素化ガソリンは、ガソリン管路３６を通ってガソリンバッファタンク４０に送られる。図１には、水素化ガソリンタンク２６とガソリンバッファタンク４０とが離れた位置に配置された構成が示されているが、その構成はこれに限定されるものではない。すなわち、それらは、単一の筐体に収めることとしてもよい。
【００６０】
ガソリンバッファタンク４０には、ガソリン供給管４２が連通している。ガソリン供給管４２は、その途中にポンプ４４を備え、その端部においてガソリン供給用インジェクタ１８に連通している。ガソリンバッファタンク４０内の脱水素化ガソリンは、内燃機関１０の運転中に、ポンプ４４により汲み上げられて、所定の圧力でガソリン供給用インジェクタ１８に供給される。
【００６１】
水素管路３８は、水素バッファタンク４６に連通している。また、水素管路３８には、分離装置３４内の水素リッチガスを水素バッファタンク４６に圧送するためのポンプ４８と、ポンプ４８の吐出側圧力が過大となるのを防ぐためのリリーフ弁５０が組み込まれている。ポンプ４８およびリリーフ弁５０によれば、水素バッファタンク４６内に、その内圧が過剰とならない範囲で水素リッチガスを送り込むことができる。
【００６２】
水素バッファタンク４６には、圧力センサが組み付けられている。圧力センサは、水素バッファタンク４６の内圧に応じた出力を発するセンサである。圧力センサの出力によれば、水素バッファタンク４６内に貯留されている水素リッチガスの量を推定することができる。
【００６３】
水素バッファタンク４６には、水素供給管５２が連通している。水素供給管５２は、その途中にレギュレータ５４を備え、その端部において水素供給用インジェクタ１６に連通している。このような構成によれば、水素供給用インジェクタ１６には、水素バッファタンク４６に水素リッチガスが貯留されていることを条件に、レギュレータ５４により調整される圧力により水素リッチガスが供給される。
【００６４】
水素バッファタンク４６には、水素供給管５６が連通している。水素供給管５６は、その途中に水素供給弁６０を備え、その端部において燃焼加熱装置２４に連通している。このような構成によれば、燃焼加熱装置２４には、水素バッファタンク４６に水素リッチガスが貯留されていることを条件に、水素供給弁６０により調整される圧力により水素リッチガスが供給される。
【００６５】
燃焼加熱装置２４には、空気供給管６２が連通している。空気供給管６２には、空気供給弁６４が設けられている。このような構成によれば、空気供給弁６４を開くことにより、燃焼加熱装置２４に酸素を含むガス（ここでは空気）を送ることができる。
【００６６】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ８０を備えている。ＥＣＵ８０は、本実施形態のシステムを制御する機能を有している。すなわち、ＥＣＵ８０には、温度センサ７４などシステムが備える各種センサの出力が供給されている。また、ＥＣＵ８０には、上述したポンプ３０，４４，４８、レギュレータ５４、水素供給弁６０、空気供給弁６４並びにインジェクタ１６，１８，２２などのアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ８０は、それらのセンサ出力を基礎として所定の処理を行うことにより、上述した各種のアクチュエータを適当に駆動することができる。
【００６７】
次に、図２に基づいて本実施形態のシステムの運転モードを説明する。本実施形態のシステムは、水素化ガソリンを脱水素化処理して得られたガソリン（脱水素燃料）と空気の混合気を使用して内燃機関１０を運転するストイキ燃焼モードと、ガソリン、水素及び空気の混合気を使用してリーンバーン燃焼により内燃機関１０を運転する水素添加燃焼モード（リーンバーン燃焼モード）の２種類のモードを備えている。
【００６８】
図２に示すように、アイドリング〜常用回転域では水素添加燃焼モードで運転が行われる。水素添加燃焼モードで運転が可能な範囲の上限は、脱水素反応器２０で生成できる最大の水素量から定められており、これ以上の高負荷、高回転域ではストイキ燃焼モードで運転が行われる。水素添加燃焼モードの運転では、リーンバーンにより燃費、効率を向上させることができ、また、ＮＯＸの排出を抑えることができるため、エミッションを向上させることができる。
【００６９】
ところで、脱水素反応器２０において、脱水素反応を効率良く行うためには、脱水素反応器２０内の脱水素触媒を所定の活性温度（２５０℃〜３００℃程度）に維持する必要がある。このため、冷間始動直後など脱水素反応器２０の温度が低い場合は、脱水素反応の反応効率が低下する。この場合、脱水素反応器２０で生成される水素リッチガス量が少なくなるため、水素添加燃焼モードでの運転時に内燃機関１０へ供給される水素量が不足して、ノッキングが発生する場合がある。
【００７０】
このため、本実施形態では、冷間始動時など脱水素反応器２０の温度が低下している場合は、燃焼加熱装置２４へ水素リッチガス及び空気を送ることで、燃焼加熱装置２４内で水素リッチガスを燃焼させるようにしている。
【００７１】
具体的には、冷間始動時などにおいて、脱水素反応器２０の温度が低下している場合は、水素供給弁６０及び空気供給弁６４が開かれる。これにより、水素供給管５６から燃焼加熱装置２４へ水素リッチガスが供給され、また空気供給管６２から燃焼加熱装置２４へ空気が供給される。これにより、燃焼加熱装置２４内で水素と空気中の酸素が反応し、水素リッチガスが燃焼する。
【００７２】
燃焼加熱装置２４内で水素リッチガスが燃焼すると、燃焼加熱装置２４と隣接する脱水素反応器２０へ燃焼熱が伝達される。これにより、燃焼加熱装置２４内における燃焼熱により、脱水素反応器２０を短時間で暖機することが可能である。
【００７３】
始動時には、前回の機関運転時の脱水素反応により生成された水素リッチガスが水素バッファタンク内に貯留されている。従って、始動直後においても水素バッファタンク４６内の水素リッチガスを燃焼加熱装置２４に送ることができる。これにより、始動直後から水素リッチガスの燃焼熱により脱水素反応器２０を暖機することが可能である。本実施形態によれば、脱水素反応器２０を機関始動直後の短時間で活性温度に到達させることができるため、始動直後に水素化ガソリンインジェクタ２２から脱水素反応器２０へ水素化ガソリンを噴射することで、脱水素反応を効率良く行うことができるが、水素化ガソリンインジャクタ２２からの燃料噴射は、脱水素反応器２０の温度が所定温度以上となった時点から行っても良い。
【００７４】
なお、水素バッファタンク４６内の水素リッチガスを燃焼加熱装置２４に送らずに内燃機関１０の筒内で燃焼させた場合は、排気ガス室５８を介して排気熱を脱水素反応器２０に伝達することは可能であるが、水素リッチガスの燃焼エネルギーはクランクシャフトの駆動トルクに変換されてしまうため、水素リッチガスの燃焼エネルギーを効率良く脱水素反応器２０へ伝達することはできない。本実施形態によれば、水素リッチガスの燃焼エネルギーの殆どを脱水素反応器２０に伝達することができるため、少量の水素リッチガスで脱水素反応器２０を効率良く暖機することが可能となる。従って、水素バッファタンク４６の小型化を図ることも可能である。
【００７５】
脱水素反応器２０が燃焼加熱装置２４内での燃焼熱により活性温度に到達した後は、水素供給弁６０及び空気供給弁６４を閉じ、燃焼加熱装置２４への水素リッチガス、空気の供給を停止する。これにより、燃焼加熱装置２４内での水素リッチガスの燃焼が停止する。
【００７６】
脱水素反応器２０が活性温度に達した状態では、脱水素反応器２０内における脱水素反応の反応効率を高めることができ、脱水素反応を促進することができる。従って、水素化ガソリンインジェクタ２２から水素化ガソリンを供給することで、水素リッチガス、及びガソリンを脱水素反応器２０内で効率良く生成することが可能である。脱水素反応器２０は、排気ガス室５８における排気熱を受けて活性温度に維持される。
【００７７】
脱水素反応器２０が活性温度に達するまでは、水素バッファタンク４６内に貯留されていた水素リッチガスを水素供給用インジェクタ１６から噴射することで、始動直後から水素添加燃焼モードによる運転が可能である。
【００７８】
以上説明したように実施の形態１によれば、脱水素反応器２０と隣接するように燃焼加熱装置２４を設け、水素バッファタンク４６に貯留されている水素リッチガスを燃焼加熱装置２４で燃焼させるようにしたため、燃焼加熱装置２４内で発生させた燃焼熱により脱水素反応器２０を暖機することができる。これにより、始動直後から脱水素反応の反応効率を高めることが可能となり、内燃機関１０へ十分な量の水素リッチガスを供給することが可能となる。従って、内燃機関１０への水素リッチガスの供給不足に起因してノッキング等の燃焼悪化が発生してしまうことを確実に抑止できる。
【００７９】
なお、燃焼加熱装置２４内で燃焼する燃料は、水素バッファタンク４６内の水素リッチガスに限定されるものではない。例えば、水素化ガソリンタンク２６内に貯留されている水素化ガソリン、又はガソリンバッファタンク４０内に貯留されているガソリンを燃焼加熱装置２４内で燃焼させることで、脱水素反応器２０を暖機しても良い。
【００８０】
また、上述した説明では、燃焼加熱装置２４を脱水素反応器２０に併設しているが、燃焼加熱装置２４は脱水素反応器２０内に設けても良い。
【００８１】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図３は、実施の形態２に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。実施の形態２のシステムでは、実施の形態１の燃焼加熱装置２４の代わりに酸化反応加熱装置６６を設けている。
【００８２】
図３に示すように、脱水素反応器２０には酸化反応加熱装置６６が装着されている。そして、水素バッファタンク４６に連通した水素供給管５６は、その端部において酸化反応加熱装置６６に連通している。また、酸化反応加熱装置６６には空気供給管６２が連通している。実施の形態２のシステムの他の構成は、実施の形態１のシステムと同様である。
【００８３】
酸化反応燃焼装置６６の内部には、酸化されやすい金属が担持されている。ここでは、酸化され易い金属として鉄（Ｆｅ）を担持しているが、他の金属であっても良い。そして、実施の形態２では、酸化反応燃焼装置６６内に担持された金属が酸化する際の熱を利用して脱水素反応器２０を暖機する。
【００８４】
冷間始動時などにおいて、脱水素反応器２０の温度が低下している場合は、水素供給弁６０が閉じられ、空気供給弁６４が開かれる。これにより、空気供給管６２から酸化反応加熱装置６６内に空気が送られる。酸化反応加熱装置６６内では、空気中の酸素と酸化反応燃焼装置６６内に担持された鉄が反応して、下式のように酸化反応が行われる。
４Ｆｅ＋３Ｏ２→２Ｆｅ２Ｏ３＋ΔＱ        ・・・（２）
【００８５】
上式において、ΔＱは鉄が酸化する際に発生する反応熱である。このように、酸化反応加熱装置６６内では、鉄が酸化されて酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が生成され、反応熱が発生する。酸化による反応熱は、酸化反応燃焼装置６６と隣接して設けられた脱水素反応器２０へ伝達される。これにより、脱水素反応器２０を暖機することができ、脱水素反応器２０を短時間で活性温度に到達させることが可能となる。従って、脱水素反応器２０内での脱水素反応を促進することができる。
【００８６】
脱水素反応器２０の暖機が完了した後は、空気供給弁６４が閉じられる。これにより、酸化反応燃焼装置６６内における酸化反応が停止する。
【００８７】
内燃機関１０の運転中又は停止時には、酸化反応燃焼装置６６内で酸化された鉄を還元するため、水素供給弁６０が開かれ、水素バッファタンク４６内の水素リッチガスが酸化反応燃焼装置６６へ送られる。これにより、酸化反応燃焼装置６６内では、内燃機関１０の排気熱、又は余熱により下式のように還元反応が行なわれる。
Ｆｅ２Ｏ３＋３Ｈ２→２Ｆｅ＋３Ｈ２Ｏ        ・・・（３）
【００８８】
これにより、酸化反応燃焼装置６６内で酸化鉄が鉄に還元され、次回の暖機時に再び酸化反応を行うことが可能となる。従って、酸化反応による始動時の暖機を繰り返し行うことが可能となる。
【００８９】
以上説明したように実施の形態２によれば、酸化反応加熱装置６６内に酸化され易い金属を担持し、酸化反応加熱装置６６内に酸素を供給して酸化反応を行うようにしたため、酸化の際の反応熱により脱水素反応器２０を暖機することが可能となる。従って、始動後、短時間で脱水素反応器２０の暖機を完了することが可能となる。これにより、始動直後から脱水素反応の反応効率を高めることができ、内燃機関１０へ十分な量の水素リッチガスを供給することが可能となるため、内燃機関１０への水素リッチガスの供給不足に起因してノッキング等の燃焼悪化が発生してしまうことを確実に抑止できる。また、機関運転時に水素供給管５６から酸化反応加熱装置６６内に水素リッチガスを送るようにしたため、酸化した金属を還元することができ、次回の暖機時に再び酸化反応を行うことが可能となる。
【００９０】
なお、実施の形態２で、は酸化反応加熱装置６６を脱水素反応器２０に併設しているが、酸化反応加熱装置６６は脱水素反応器２０内に設けても良い。
【００９１】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図４は、実施の形態３に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。実施の形態３は、実施の形態２における酸化反応加熱装置６６を排気通路１４の排気ガス室５８と一体に構成したものである。酸化反応加熱装置６６と排気ガス室５８を一体化することで、システムをコンパクトに構成することができる。
【００９２】
図４に示すように、実施の形態３では、水素バッファタンク４６に連通した水素供給管５６は、その端部において排気管１４に設けられた排気ガス室５８に連通している。また、実施の形態３では、空気供給管６２が排気ガス室５８に連通している。
【００９３】
排気ガス室５８内には、酸化され易い金属が担持されている。ここでは、酸化され易い金属として鉄（Ｆｅ）を担持しているが、他の金属であっても良い。実施の形態３のシステムの他の構成は、実施の形態１のシステムと同様である。
【００９４】
このように構成された実施の形態３のシステムにおいて、冷間始動時など脱水素反応器２０の温度が低下している場合は、水素供給弁６０が閉じられ、空気供給弁６４が開かれる。これにより、空気供給管６２から排気ガス室５８内に空気が送られる。排気ガス室５８内では、空気中の酸素と排気ガス室５８内に担持された鉄が反応して、実施の形態２の（２）式と同様に酸化反応が行われる。
【００９５】
酸化反応で発生した反応熱は、排気ガス室５８と隣接して設けられた脱水素反応器２０に送られる。これにより、脱水素反応器２０を暖機することができ、脱水素反応器２０を短時間で活性温度に到達させることが可能となる。従って、脱水素反応器２０内での脱水素反応を促進することができる。
【００９６】
脱水素反応器２０の暖機が完了した後は、空気供給弁６４が閉じられる。これにより、排気ガス室５８内における酸化反応が停止する。
【００９７】
内燃機関１０の運転中又は停止時には、排気ガス室５８内で酸化された鉄を還元するため、水素供給弁６０が開かれ、排気ガス室５８内へ水素リッチガスが送られる。これにより、排気ガス室５８内では、内燃機関１０の排気熱、又は余熱により還元反応が行われ、実施の形態２の（３）式と同様に酸化鉄が還元される。
【００９８】
これにより、次回の暖機時に排気ガス室５８内で再び酸化反応を行うことが可能となる。従って、酸化反応による始動時の暖機を繰り返し行うことが可能となる。
【００９９】
以上説明したように実施の形態３によれば、排気ガス室５８内に酸化され易い金属を担持し、排気ガス室５８内に酸素を供給して酸化反応を行うようにしたため、酸化の際の反応熱により脱水素反応器２０を暖機することが可能となる。従って、始動後、短時間で脱水素反応器２０の暖機を完了することが可能となる。これにより、始動直後から脱水素反応の反応効率を高めることができ、内燃機関１０へ十分な量の水素リッチガスを供給することが可能となるため、内燃機関１０への水素リッチガスの供給不足に起因してノッキング等の燃焼悪化が発生してしまうことを確実に抑止できる。また、機関停止時に水素供給管５６から排気ガス室５８内に水素リッチガスを送るようにしたため、酸化した金属を還元することができ、次回の暖機時に再び酸化反応を行うことが可能となる。
【０１００】
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。図５は、実施の形態４に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。実施の形態４は、実施の形態２における酸化反応加熱装置６６を脱水素反応器２０と一体に構成したものであり、脱水素反応器２０内に酸化され易い金属を担持したものである。酸化反応加熱装置６６と脱水素反応器２０を一体化することで、システムをコンパクトに構成することができる。
【０１０１】
図５に示すように、実施の形態４では、水素バッファタンク４６に連通した水素供給管５６は、その端部において脱水素反応器２０に連通している。また、脱水素反応器２０には空気供給管６２が連通している。
【０１０２】
脱水素反応器内２０には、酸化され易い金属が担持されている。より具体的には、酸化され易い金属は、脱水素触媒が担持された担体上に脱水素触媒と近接して配置されている。ここでは、酸化され易い金属として鉄（Ｆｅ）を担持しているが、他の金属であっても良い。実施の形態４のシステムの他の構成は、実施の形態１のシステムと同様である。
【０１０３】
このように構成された実施の形態４のシステムにおいて、冷間始動時など脱水素反応器２０の温度が低下している場合は、水素供給弁６０が閉じられ、空気供給弁６４が開かれる。これにより、空気供給管６２から脱水素反応器２０内に空気が送られる。脱水素反応器２０内では、空気中の酸素と脱水素反応器２０内に担持された鉄が反応して、実施の形態２の（２）式と同様に酸化反応が行われる。そして、酸化反応の際の反応熱により、脱水素反応器２０が加熱される。
【０１０４】
この際、酸化反応が行われる鉄は脱水素触媒の近傍に配置されているため、酸化反応による反応熱が脱水素触媒に伝達される際の熱損失を最小限に抑えることができ、反応熱を直接的に脱水素触媒に伝達することが可能である。これにより、脱水素反応器２０をレスポンス良く暖機することができ、脱水素反応器２０を短時間で活性温度に到達させることが可能となる。従って、脱水素反応器２０内での脱水素反応を促進することができる。
【０１０５】
なお、脱水素触媒を酸化され易い金属で構成しても良い。これにより、脱水素触媒で行われる酸化反応により脱水素触媒自体を直接昇温することが可能となる。
【０１０６】
脱水素反応器２０の暖機が完了した後は、空気供給弁６４が閉じられる。これにより、脱水素反応器２０内における酸化反応が停止する。
【０１０７】
内燃機関１０の運転を停止した際には、脱水素反応器２０内で酸化された鉄を還元するため、水素供給弁６０が開かれ、脱水素反応器２０内へ水素リッチガスが送られる。これにより、脱水素反応器２０内では内燃機関１０の余熱により還元反応が行われ、実施の形態２の（３）式と同様に酸化鉄が還元される。
【０１０８】
これにより、次回の暖機時に脱水素反応器２０内で再び酸化反応を行うことが可能となる。従って、酸化反応による始動時の暖機を繰り返し行うことが可能となる。
【０１０９】
以上説明したように実施の形態４によれば、脱水素反応器２０内に酸化され易い金属を担持し、脱水素反応器２０内に酸素を供給して酸化反応を行うようにしたため、酸化の際の反応熱により脱水素反応器２０を暖機することが可能となる。従って、始動後、短時間で脱水素反応器２０の暖機を完了することが可能となる。これにより、始動直後から脱水素反応の反応効率を高めることができ、内燃機関１０へ十分な量の水素リッチガスを供給することが可能となるため、内燃機関１０への水素リッチガスの供給不足に起因してノッキング等の燃焼悪化が発生してしまうことを確実に抑止できる。また、機関停止時に水素供給管５６から脱水素反応器２０内に水素リッチガスを送るようにしたため、脱水素反応器２０内で酸化した金属を還元することができ、次回の暖機時に再び酸化反応を行うことが可能となる。
【０１１０】
実施の形態５．
次に、本発明の実施の形態５について説明する。実施の形態５は、実施の形態４のシステムにおいて、脱水素反応器２０内に担持された脱水素触媒と、暖機用に担持された酸化され易い金属とを物理的に接した状態で配置したものである。
【０１１１】
図６は、脱水素反応器２０の反応室内の様子を拡大して示す模式図である。図６に示すように、脱水素反応器２０内では、脱水素触媒２０ａと酸化され易い金属６８とが物理的に接触した状態で担持されている。
【０１１２】
実施の形態４と同様に、冷間始動時など脱水素反応器２０の温度が低下している場合は、水素供給弁６０が閉じられ、空気供給弁６４が開かれる。これにより、空気供給管６２から脱水素反応器２０内に空気が送られる。脱水素反応器２０内に空気が送られると、空気中の酸素と脱水素反応器２０内に担持された酸化され易い金属６８が反応して、酸化反応が行われる。そして、酸化反応の際の反応熱により、脱水素反応器２０が暖機される。
【０１１３】
この際、実施の形態５では、脱水素触媒２０ａと酸化され易い金属６８を物理的に接触させているため、金属６８が酸化した際の反応熱は脱水素触媒２０ａに直接伝達される。従って、脱水素触媒２０ａを昇温させる際の熱損失を最小限に抑えることができる。これにより、脱水素触媒２０ａの昇温のレスポンスが良好となり、脱水素触媒２０を暖機する際の効率を更に向上することが可能となる。従って、始動直後から水素リッチガスの生成効率を高めることができ、始動時のノッキングの発生を確実に抑止することが可能となる。
【０１１４】
また、脱水素触媒２０ａとして利用される多くの金属は、白金（Ｐｔ）などの貴金属成分を含んでおり、これらの貴金属成分は酸化還元反応の活性エネルギーを低下させる働きがある。従って、脱水素触媒２０ａを酸化され易い金属６８に接触させることで、金属６８における酸化還元反応の活性エネルギーを低下させることができ、酸化還元反応の時間を短縮することができる。従って、脱水素触媒２０ａをレスポンス良く昇温することが可能となる。
【０１１５】
また、還元反応の活性エネルギーが低下するため、内燃機関１０の停止時などに脱水素反応器２０の温度が低下している場合であっても、確実に還元反応を行うことが可能となる。
【０１１６】
以上説明したように実施の形態５によれば、実施の形態４のシステムにおいて、脱水素触媒２０ａと酸化され易い金属６８を物理的に接触させたため、酸化の際の反応熱を直接脱水素触媒２０ａに伝達させることができ、脱水素触媒２０ａを短時間で効率良く昇温することが可能となる。また、脱水素触媒２０ａにより酸化還元反応の活性エネルギーを低下させることができるため、酸化反応時間を短縮することができ、脱水素触媒２０ａをレスポンス良く昇温することが可能となる。更に、内燃機関１０の停止時などにおいて、脱水素反応器２０の温度が低い場合であっても、確実に還元反応を行うことが可能となる。
【０１１７】
実施の形態６．
次に、本発明の実施の形態６について説明する。図７は、実施の形態６に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。実施の形態６のシステムは、実施の形態１における燃焼加熱装置２４の代わりに水素化反応加熱装置７０を設けたものである。
【０１１８】
図７に示すように、脱水素反応器２０には水素化反応加熱装置７０が装着されている。そして、水素バッファタンク４６に連通した水素供給管５６は、その端部において水素化反応加熱装置７０に連通している。また、実施の形態６では、空気供給管６２、空気供給弁６４を設けていない。実施の形態６のシステムの他の構成は、実施の形態１のシステムと同様である。
【０１１９】
水素化反応加熱装置７０の内部には、水素吸蔵金属又は水素吸蔵合金が担持されている。水素吸蔵金属又は水素吸蔵合金は、例えば、Ｍｇ、ＭｇＮｉ２、ＣａＮｉ５、などの金属であり、以下の説明ではこれらの金属を水素吸蔵金属と総称する。これらの水素吸蔵金属は、水素を吸蔵することで熱を発生し、所定温度に達すると吸蔵した水素を放出する特性を有している。本実施形態では、水素吸蔵金属としてマグネシウム（Ｍｇ）を用いている。
【０１２０】
冷間始動時などにおいて、脱水素反応器２０の温度が低下している場合は、水素供給弁６０が開かれる。具体的には、温度センサ７４で検出された脱水素反応器２０の温度が１００℃以下である場合は、水素供給弁６０が開かれる。これにより、水素バッファタンク５４内の水素リッチガスが水素供給管５６から水素化反応加熱装置７０へ送られる。水素化反応加熱装置７０へ水素リッチガスが送られると、以下の反応が行われ、水素リッチガスが水素吸蔵金属（Ｍｇ）に吸蔵される。
２Ｍｇ＋Ｈ２→２ＭｇＨ
【０１２１】
これにより、水素吸蔵金属が水素化される。この際、上式で示される反応は発熱反応であるため、水素化反応加熱装置７０内では、水素吸蔵金属への水素リッチガスの吸蔵に伴い、反応熱が発生する。この反応熱は水素化反応加熱装置７０と隣接する脱水素反応器２０に伝達される。従って、水素吸蔵金属に水素が吸蔵される際の反応熱により脱水素反応器２０を暖機することができる。
【０１２２】
これにより、始動時に脱水素反応器２０を暖機することができ、脱水素反応器２０を短時間で活性温度に到達させることが可能となる。従って、脱水素反応器２０内での脱水素反応を促進することができる。
【０１２３】
水素吸蔵金属をマグネシウムで構成した場合、水素吸蔵金属の温度が３００℃程度に達すると、下式の反応が行われ、水素吸蔵金属に吸蔵されている水素が放出される。
２ＭｇＨ→２Ｍｇ＋Ｈ２
水素吸蔵金属をマグネシウム以外の上述した合金で構成した場合においても、水素吸蔵金属の温度が脱水素反応器２０の活性温度の近傍に達すると、吸蔵されている水素が放出される。例えば、水素吸蔵金属をＭｇＮｉ２で構成した場合は、水素吸蔵金属の温度が２００℃に達すると、吸蔵されている水素が放出される。
【０１２４】
従って、脱水素反応器２０が脱水素反応に最適な活性温度の近傍に達すると、水素化されていた水素吸蔵金属を元の金属状態に戻すことができる。これにより、次の始動時に水素を再び水素吸蔵金属に吸蔵させることができ、始動時の暖機を繰り返し行うことができる。
【０１２５】
水素吸蔵金属の温度が脱水素反応器２０の活性温度の近傍に到達して、水素吸蔵金属から水素が放出された場合、水素供給弁６０を引き続き開状態にすることで、放出された水素は水素供給管５６を通って水素バッファタンク４６へ送られる。なお、システムの停止時には、水素供給弁６０を閉じることで、水素化反応加熱装置７０内から水素が放出された状態を維持しておくことが好適である。
【０１２６】
以上説明したように実施の形態６によれば、水素化反応加熱装置７０内に水素吸蔵金属を担持し、水素化反応加熱装置７０内に水素リッチガスを供給するようにしたため、水素が水素吸蔵金属に吸蔵される際の反応熱によって脱水素反応器２０を暖機することが可能となる。従って、始動後、短時間で脱水素反応器２０の暖機を完了することが可能となる。これにより、始動直後から脱水素反応の反応効率を高めることができ、内燃機関１０へ十分な量の水素リッチガスを供給することが可能となるため、内燃機関１０への水素リッチガスの供給不足に起因してノッキング等の燃焼悪化が発生してしまうことを確実に抑止できる。また、脱水素反応器２０が暖機されて活性温度に到達すると、水素吸蔵金属に吸蔵されている水素が放出されるため、次回の暖機時に再び水素吸蔵金属に水素を吸蔵させることが可能となる。
【０１２７】
実施の形態７．
次に、本発明の実施の形態７について説明する。図８は、実施の形態７に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。実施の形態７のシステムは、実施の形態６と同様に、水素吸蔵金属の性質を利用して脱水素反応器２０を暖機するものであるが、脱水素反応器２０内に水素吸蔵金属を担持したものである。
【０１２８】
図８に示すように、水素バッファタンク４６に連通した水素供給管５６は、その端部において脱水素反応器２０に連通している。脱水素反応器２０内には、脱水素触媒とともに水素吸蔵金属が担持されている。
【０１２９】
脱水素反応器２０内に水素吸蔵金属を担持することで、システムをコンパクトに構成することができる。また、脱水素反応器２０内には酸素が混入しないため、水素吸蔵金属の酸化による劣化を最小限に抑えることができる。
【０１３０】
図９は、脱水素反応器２０内の反応室を詳細に示す模式図である。図９に示すように、脱水素反応器２０内の反応室内には、脱水素触媒２０ａが担体に担持され、脱水素触媒２０ａと隣接するように水素吸蔵金属７０が担持されている。実施の形態６で説明したように、水素吸蔵金属７０は水素を吸蔵する際に熱を発生し、所定の温度に達すると吸蔵していた水素を放出する特性を有している。
【０１３１】
従って、水素供給弁６０を開いて脱水素反応器２０内に水素リッチガスを供給すると、脱水素反応器２０内に担持された水素吸蔵金属７０に水素が吸蔵され、脱水素反応器２０内で反応熱が発生する。水素吸蔵金属７０で発生した反応熱は、水素吸蔵金属７０と隣接して配置された脱水素触媒２０ａに伝達される。これにより、始動時に脱水素反応器２０を直接暖機することができ、脱水素反応器２０の昇温のレスポンスを更に向上することが可能となる。従って、脱水素反応器２０を短時間で活性温度に到達させることが可能となり、脱水素反応器２０内での脱水素反応を促進することができる。
【０１３２】
そして、脱水素反応器２０が脱水素反応に最適な活性温度の近傍に達すると、水素吸蔵金属７０に吸蔵されていた水素が放出される。これにより、次の始動時に水素吸蔵金属７０に水素を吸蔵させることができ、始動時の暖機を繰り返し行うことができる。
【０１３３】
温度センサ７４により脱水素反応器２０が活性温度に達していることが検出された場合は、水素供給弁６０が閉じられる。そして、水素吸蔵金属７０から放出された水素は、脱水素反応で生成された水素、ガソリンとともに分離装置３４へ送られる。
【０１３４】
以上説明したように実施の形態７によれば、脱水素反応器２０内に水素吸蔵金属７０を担持し、脱水素反応器２０内に水素リッチガスを供給するようにしたため、水素が水素吸蔵金属７０に吸蔵される際の反応熱によって、脱水素反応器２０を直接暖機することが可能となる。従って、始動後、短時間で脱水素反応器２０の暖機を完了することが可能となる。これにより、始動直後から脱水素反応の反応効率を高めることができ、内燃機関１０へ十分な量の水素リッチガスを供給することが可能となるため、内燃機関１０への水素リッチガスの供給不足に起因してノッキング等の燃焼悪化が発生してしまうことを確実に抑止できる。また、脱水素反応器２０が暖機されて活性温度に到達すると、水素吸蔵金属７０に吸蔵されている水素が放出されるため、次回の暖機時に再び水素吸蔵金属７０に水素を吸蔵させることが可能となる。
【０１３５】
実施の形態８．
次に、本発明の実施の形態８について説明する。図１０は、実施の形態８に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。図１０に示すように、実施の形態８のシステムでは、水素バッファタンク４６に接続された水素供給管５６、および空気供給管６０は設けられていない。
【０１３６】
実施の形態８は、脱水素反応器２０内にミクロまたはメソ細孔を備えた吸着材を配置し、水素化ガソリンインジェクタ２４から噴射した水素化ガソリンが吸着材に吸着される際の吸着熱を利用して脱水素反応器２０を暖機するものである。
【０１３７】
吸着材は、活性炭、ゼオライト、ＦＳＭ、カーボンナノチューブ、チタニアナノチューブ、ＢＮナノチューブ等から構成され、微小な細孔を備えている。高温耐性を考慮すると、吸着材としてゼオライト、またはＦＳＭを用いることが好適である。
【０１３８】
このように構成された吸着材では、細孔により表面積が拡大されており、細孔に水素化ガソリンが付着すると吸着熱が発生する。従って、吸着熱によって脱水素反応器２０を暖機することが可能である。
【０１３９】
吸着熱は、吸着材７２に付着する液体の性質、吸着材７２の材質等により変動する。吸着材７２として上述した材料を用い、水素化ガソリンを付着させて吸着熱を発生させる場合、吸着材７２の細孔径を１ｎｍ以上、５０ｎｍ以下、特に好ましくは、２ｎｍ以上、２０ｎｍ以下とすることが好ましい。これにより、吸着材７２に水素化ガソリンが付着した際に、脱水素反応器２０を活性温度に到達させるために必要十分な吸着熱を発生させることができる。
【０１４０】
実施の形態１で説明したように、脱水素反応器２０内には脱水素触媒が担持されている。実施の形態８において、脱水素反応器２０内に配置された吸着材は、例えば脱水素触媒が担持された担体と隣接して設けられている。これにより、吸着材で発生した吸着熱を隣接する脱水素触媒の担体に伝達することができ、脱水素触媒を確実に昇温することができる。
【０１４１】
また、脱水素触媒が担持された担体自体を吸着材で構成しても良い。この場合、上述した材料で構成される吸着材の表面に脱水素触媒が担持される。これにより、吸着材で発生した吸着熱を直接的に脱水素触媒に伝達することができ、脱水素触媒を確実に暖機することが可能となる。
【０１４２】
これにより、始動時に脱水素反応器２０を暖機することができ、脱水素反応器２０を短時間で活性温度に到達させることが可能となる。従って、脱水素反応器２０内での脱水素反応を促進することができる。
【０１４３】
内燃機関１０の運転が停止した後は、余熱により吸着材７２に吸着された水素化ガソリンが蒸発するため、吸着材７２は乾燥状態に戻る。従って、次回の始動時に、再び水素化ガソリンを吸着材７２に付着させることで、吸着熱を発生させることができる。また、吸着材７２から水素化ガソリンが蒸発する際には吸熱反応が生じるため、脱水素触媒の凝集を防止することが可能である。
【０１４４】
図１１は、脱水素反応器２０の内部に設けられた吸着材７２に水素化ガソリンが付着して吸着熱を発生し、更に水素化ガソリンが蒸発する様子を示す模式図である。図１１（Ａ）は、内燃機関１０の始動前に、吸着材７２が乾燥している状態を示している。内燃機関１０の始動時には、乾燥している吸着材７２に向けて水素化ガソリンインジャクタ２２から水素化ガソリンが噴射される。これにより、図１１（Ｂ）に示すように、吸着材７２に水素化ガソリンが吸着され、吸着材７２の細孔が水素化ガソリンで満たされる。この際、吸着材７２から吸着熱が発生する。内燃機関１０の運転後は、図１１（Ｃ）に示すように、余熱により吸着材７２に吸着された水素化ガソリンが蒸発する。これにより、吸着材７２は乾燥状態に戻る。
【０１４５】
以上説明したように実施の形態８によれば、脱水素反応器２０内に吸着材７２を設け、水素化ガソリンインジェクタ２２から噴射した水素化ガソリンを吸着材７２に付着させるようにしたため、水素化ガソリンが付着した際の吸着熱によって脱水素反応器２０を昇温することができる。従って、始動後、短時間で脱水素反応器２０の暖機を完了することが可能となる。これにより、始動直後から脱水素反応の反応効率を高めることができ、内燃機関１０へ十分な量の水素リッチガスを供給することが可能となるため、内燃機関１０への水素リッチガスの供給不足に起因してノッキング等の燃焼悪化が発生してしまうことを確実に抑止できる。また、内燃機関１０の運転を停止した後は、余熱により吸着材７２に付着した水素化ガソリンが蒸発するため、次の暖機時に再び吸着材７２に水素化ガソリンを付着させることで、繰り返し脱水素反応器２０の暖機を行うことが可能となる。
【０１４６】
なお、上述した各実施形態では、水素化ガソリンのみを燃料として供給し、水素化ガソリンから脱離して得られた水素とガソリンを内燃機関１０に供給する一元燃料のシステムに本発明を適用した例を示したが、燃料としてメチルシクロヘキサンと通常のガソリンの２種類を供給し、メチルシクロヘキサンから脱離させた水素と、通常のガソリンを内燃機関１０に供給する２元燃料のシステムに適用することも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。
【図２】実施の形態１〜８に係るシステムの運転モードを示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。
【図６】実施の形態５において、脱水素反応器の反応室内の様子を拡大して示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態６に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態７に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。
【図９】実施の形態７において、脱水素反応器内の反応室を詳細に示す模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態８に係る内燃機関システムの構成を説明するための図である。
【図１１】実施の形態８において、脱水素反応器の内部に設けられた吸着材に水素化ガソリンが付着して吸着熱を発生し、更に水素化ガソリンが蒸発する様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１６  水素供給用インジェクタ
２０  脱水素反応器
２０ａ  脱水素触媒
２２  水素化ガソリンインジェクタ
２４  燃焼加熱装置
４６  水素バッファタンク
５８  排気ガス室
６６  酸化反応加熱装置
７０  水素化反応加熱装置
７２  吸着材
８０  ＥＣＵ
【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】
2006257906.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006257906.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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