(57)【要約】【課題】  改質ガスを燃料とする燃料改質器付き内燃機関において、機関筒内に燃焼に寄与しない不活性ガスが送られることを抑止する。【解決手段】  主に部分酸化反応により、炭化水素燃料を改質して水素と一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器３０と、改質器３０に炭化水素燃料を供給する燃料供給管３６と、改質器３０に高純度酸素ガスを供給する酸素ボンベ４２と、改質ガスを燃焼して駆動力を発生する内燃機関１０と、を備える。改質器３０に高純度酸素ガスを供給するようにしたため、生成された改質ガス中に窒素などの不活性ガスが含まれることを抑止でき、改質ガスが流れる経路、制御弁などの構成部材を小型化することが可能となる。また、内燃機関１０の筒内に燃焼に寄与しないガスが送り込まれてしまうことを確実に抑止することができ、機関の高出力化を達成できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主に部分酸化反応により、炭化水素燃料を改質して水素と一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器に前記炭化水素燃料を供給する燃料供給手段と、
前記改質器に高純度酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、
前記改質ガスを燃焼して駆動力を発生する内燃機関と、
を備えたことを特徴とする燃料改質器付き内燃機関。
【請求項２】
前記酸素ガス供給手段は、前記高純度酸素ガスを貯蔵した酸素タンクを含み、当該酸素タンクから前記改質器に前記高純度酸素ガスを供給することを特徴とする請求項１記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項３】
前記酸素ガス供給手段は、空気中から酸素を分離する酸素分離膜を含み、当該酸素分離膜で得られた前記高純度酸素ガスを前記改質器に供給することを特徴とする請求項１記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項４】
前記改質ガスを前記内燃機関の筒内へ直接噴射する噴射弁を備え、
前記酸素タンクから供給される前記高純度酸素ガスの圧力が所定値以上の場合は、圧縮行程で前記内燃機関の筒内へ前記改質ガスを噴射し、
前記酸素タンクから供給される前記高純度酸素ガスの圧力が所定値未満の場合は、吸気行程で前記内燃機関の筒内へ前記改質ガスを噴射することを特徴とする請求項２記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項５】
前記改質ガスを前記内燃機関の筒内へ直接噴射する第１の噴射弁と、
前記改質ガスを前記内燃機関の吸気通路に噴射する第２の噴射弁と、を備え、
前記酸素タンクから供給される前記高純度酸素ガスの圧力が所定値以上の場合は、圧縮行程で前記第１の噴射弁から前記改質ガスを噴射し、
前記酸素タンクから供給される前記高純度酸素ガスの圧力が所定値未満の場合は、前記第２の噴射弁から前記改質ガスを噴射することを特徴とする請求項２記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項６】
前記酸素ガス供給手段は、前記高純度酸素ガスを貯蔵した複数の前記酸素タンクを含み、当該複数の酸素タンクから前記改質器に前記高純度酸素ガスを供給することを特徴とする請求項２記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項７】
前記複数の酸素タンクの内圧をそれぞれ取得する圧力取得手段と、
前記内燃機関の運転状態と前記複数の酸素タンクのそれぞれの内圧とに基づいて、前記複数の酸素タンクの中から特定の酸素タンクを選択し、当該特定の酸素タンクから前記改質器に前記高純度酸素ガスを供給する酸素タンク選択手段と、
を備えたことを特徴とする請求項６記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項８】
酸素タンク選択手段は、前記内燃機関が高負荷域で運転される場合は、内圧の高い前記酸素タンクを選択し、前記内燃機関が軽負荷〜中負荷域で運転される場合は、内圧の低い前記酸素タンクを選択し、選択した前記酸素タンクから前記改質器に前記高純度酸素ガスを供給することを特徴とする請求項７記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項９】
前記改質ガスを前記内燃機関の筒内へ直接噴射する第１の噴射弁と、
前記改質ガスを前記内燃機関の吸気通路に噴射する第２の噴射弁と、を備え、
前記内燃機関が高負荷域で運転される場合は、圧縮行程で前記第１の噴射弁から前記改質ガスを噴射し、
前記内燃機関が軽負荷〜中負荷域で運転される場合は、前記第２の噴射弁から前記改質ガスを噴射することを特徴とする請求項８記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１０】
全ての前記複数の酸素タンクの内圧が所定値未満となった場合は、前記第２の噴射弁から前記改質ガスを噴射することを特徴とする請求項９記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１１】
前記燃料供給手段は、前記炭化水素燃料としての燃料ガスを貯蔵した複数の燃料ガスタンクを含み、当該複数の燃料ガスタンクから前記改質器に前記燃料ガスを供給することを特徴とする請求項１、２及び６〜１０のいずれかに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１２】
前記複数の燃料ガスタンクの内圧をそれぞれ取得する圧力取得手段と、
前記内燃機関の運転状態と前記複数の燃料ガスタンクのそれぞれの内圧とに基づいて、前記複数の燃料ガスタンクの中から特定の燃料ガスタンクを選択し、当該特定の燃料ガスタンクから前記改質器に前記燃料ガスを供給する燃料ガスタンク選択手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１１記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１３】
燃料ガスタンク選択手段は、前記内燃機関が高負荷域で運転される場合は、内圧の高い前記燃料ガスタンクを選択し、前記内燃機関が軽負荷〜中負荷域で運転される場合は、内圧の低い前記燃料ガスタンクを選択し、選択した前記燃料ガスタンクから前記改質器に前記燃料ガスを供給することを特徴とする請求項１２記載の燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１４】
主に部分酸化反応により、炭化水素燃料を改質して水素と一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器に前記炭化水素燃料を供給する燃料供給手段と、
前記改質器に高純度酸素ガスを供給する酸素タンクと、
前記改質器に酸素を含む空気を供給する空気ポンプと、
前記改質ガスを燃焼して駆動力を発生する内燃機関と、
前記改質ガスを前記内燃機関の筒内及び前記内燃機関の吸気通路のいずれか一方に供給するように切り換える切換手段と、を備え、
前記内燃機関の運転状態が高負荷域の運転である場合は、前記酸素タンクから前記改質器へ前記高純度酸素ガスを供給するとともに、前記改質ガスを前記内燃機関の筒内に直接供給し、
前記内燃機関の運転状態が低負荷域の運転である場合は、前記空気ポンプから前記改質器へ空気を供給するとともに、前記改質ガスを前記内燃機関の吸気通路に供給することを特徴とする燃料改質器付き内燃機関。
【請求項１５】
前記改質器を１つ備えたことを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の燃料改質器付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料改質器付き内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２０００−２９１４９９号公報に記載されているように、炭化水素燃料に空気と水を混合し、これを改質触媒に供給し、改質触媒で部分酸化反応や水蒸気改質反応を行わせ、炭化水素燃料を水素と一酸化炭素に改質する方法が知られている。この方法によれば、改質して得られた水素、一酸化炭素を内燃機関で燃焼させることで、排気ガスのエミッションを低減させることができ、燃焼改善を行うことが可能となる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２９１４９９号公報
【特許文献２】特開２００４−３１５３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、改質触媒に空気を供給すると、空気中には不活性ガスである窒素が含まれているため、改質触媒で生成された改質ガス中には、水素、一酸化炭素の他に窒素が含まれ、改質ガスの体積が増加してしまう。このため、改質ガスを空気とともに内燃機関に供給して燃焼させる場合、機関筒内に窒素が送り込まれるため、結果として筒内に送られる空気の量が減り、機関の高出力化を図ることが困難になるという問題がある。
【０００５】
また、改質ガスに窒素が含まれて改質ガスの体積が増加すると、改質ガスが流れる流路、改質ガスを流す空気ポンプ、改質ガスの流れを制御する制御弁などの構成部品が大型化するという問題が生じる。このため、製造コストが増加し、また、車両への搭載性、制御性等が劣化するという問題も生じる。
【０００６】
また、改質ガスを圧縮してシステム内に供給するための空気ポンプの駆動量が増大し、駆動損失が大きくなるため、燃費の悪化と出力低下を招来する。特に、内燃機関の圧縮行程で改質ガスを機関筒内に噴射する場合、空気ポンプの駆動損失が非常に大きくなるという問題が生じる、
【０００７】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、改質ガスを燃料とする燃料改質器付き内燃機関において、機関筒内に燃焼に寄与しないガスが送られ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】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、主に部分酸化反応により、炭化水素燃料を改質して水素と一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器に前記炭化水素燃料を供給する燃料供給手段と、前記改質器に高純度酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段と、前記改質ガスを燃焼して駆動力を発生する内燃機関と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記酸素ガス供給手段は、前記高純度酸素ガスを貯蔵した酸素タンクを含み、当該酸素タンクから前記改質器に前記高純度酸素ガスを供給することを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において、前記酸素ガス供給手段は、空気中から酸素を分離する酸素分離膜を含み、当該酸素分離膜で得られた前記高純度酸素ガスを前記改質器に供給することを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第２の発明において、前記改質ガスを前記内燃機関の筒内へ直接噴射する噴射弁を備え、前記酸素タンクから供給される前記高純度酸素ガスの圧力が所定値以上の場合は、圧縮行程で前記内燃機関の筒内へ前記改質ガスを噴射し、前記酸素タンクから供給される前記高純度酸素ガスの圧力が所定値未満の場合は、吸気行程で前記内燃機関の筒内へ前記改質ガスを噴射することを特徴とする。
【００１２】
第５の発明は、第２の発明において、前記改質ガスを前記内燃機関の筒内へ直接噴射する第１の噴射弁と、前記改質ガスを前記内燃機関の吸気通路に噴射する第２の噴射弁と、を備え、前記酸素タンクから供給される前記高純度酸素ガスの圧力が所定値以上の場合は、圧縮行程で前記第１の噴射弁から前記改質ガスを噴射し、前記酸素タンクから供給される前記高純度酸素ガスの圧力が所定値未満の場合は、前記第２の噴射弁から前記改質ガスを噴射することを特徴とする。
【００１３】
第６の発明は、第２の発明において、前記酸素ガス供給手段は、前記高純度酸素ガスを貯蔵した複数の前記酸素タンクを含み、当該複数の酸素タンクから前記改質器に前記高純度酸素ガスを供給することを特徴とする。
【００１４】
第７の発明は、第６の発明において、前記複数の酸素タンクの内圧をそれぞれ取得する圧力取得手段と、前記内燃機関の運転状態と前記複数の酸素タンクのそれぞれの内圧とに基づいて、前記複数の酸素タンクの中から特定の酸素タンクを選択し、当該特定の酸素タンクから前記改質器に前記高純度酸素ガスを供給する酸素タンク選択手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
第８の発明は、第７の発明において、酸素タンク選択手段は、前記内燃機関が高負荷域で運転される場合は、内圧の高い前記酸素タンクを選択し、前記内燃機関が軽負荷〜中負荷域で運転される場合は、内圧の低い前記酸素タンクを選択し、選択した前記酸素タンクから前記改質器に前記高純度酸素ガスを供給することを特徴とする。
【００１６】
第９の発明は、第８の発明において、前記改質ガスを前記内燃機関の筒内へ直接噴射する第１の噴射弁と、前記改質ガスを前記内燃機関の吸気通路に噴射する第２の噴射弁と、を備え、前記内燃機関が高負荷域で運転される場合は、圧縮行程で前記第１の噴射弁から前記改質ガスを噴射し、前記内燃機関が軽負荷〜中負荷域で運転される場合は、前記第２の噴射弁から前記改質ガスを噴射することを特徴とする。
【００１７】
第１０の発明は、第９の発明において、全ての前記複数の酸素タンクの内圧が所定値未満となった場合は、前記第２の噴射弁から前記改質ガスを噴射することを特徴とする。
【００１８】
第１１の発明は、第１、２及び６〜１０の発明のいずれかにおいて、前記燃料供給手段は、前記炭化水素燃料としての燃料ガスを貯蔵した複数の燃料ガスタンクを含み、当該複数の燃料ガスタンクから前記改質器に前記燃料ガスを供給することを特徴とする。
【００１９】
第１２の発明は、第１１の発明において、前記複数の燃料ガスタンクの内圧をそれぞれ取得する圧力取得手段と、前記内燃機関の運転状態と前記複数の燃料ガスタンクのそれぞれの内圧とに基づいて、前記複数の燃料ガスタンクの中から特定の燃料ガスタンクを選択し、当該特定の燃料ガスタンクから前記改質器に前記燃料ガスを供給する燃料ガスタンク選択手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２０】
第１３の発明は、第１２の発明において、燃料ガスタンク選択手段は、前記内燃機関が高負荷域で運転される場合は、内圧の高い前記燃料ガスタンクを選択し、前記内燃機関が軽負荷〜中負荷域で運転される場合は、内圧の低い前記燃料ガスタンクを選択し、選択した前記燃料ガスタンクから前記改質器に前記燃料ガスを供給することを特徴とする。
【００２１】
第１４の発明は、上記の目的を達成するため、主に部分酸化反応により、炭化水素燃料を改質して水素と一酸化炭素を含む改質ガスを生成する改質器と、前記改質器に前記炭化水素燃料を供給する燃料供給手段と、前記改質器に高純度酸素ガスを供給する酸素タンクと、前記改質器に酸素を含む空気を供給する空気ポンプと、前記改質ガスを燃焼して駆動力を発生する内燃機関と、前記改質ガスを前記内燃機関の筒内及び前記内燃機関の吸気通路のいずれか一方に供給するように切り換える切換手段と、を備え、前記内燃機関の運転状態が高負荷域の運転である場合は、前記酸素タンクから前記改質器へ前記高純度酸素ガスを供給するとともに、前記改質ガスを前記内燃機関の筒内に直接供給し、前記内燃機関の運転状態が低負荷域の運転である場合は、前記空気ポンプから前記改質器へ空気を供給するとともに、前記改質ガスを前記内燃機関の吸気通路に供給することを特徴とする。
【００２２】
第１５の発明は、第１〜第１４の発明のいずれかにおいて、前記改質器を１つ備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
第１の発明によれば、改質器に高純度酸素ガスを供給するようにしたため、生成された改質ガス中に窒素などの不活性ガスが含まれることを抑止できる。従って、改質ガスの体積を減少させることができ、改質ガスが流れる経路、制御弁などの構成部材を小型化することが可能となる。また、改質ガスの体積を減少させることが可能となるため、内燃機関の筒内に燃焼に寄与しないガスが送り込まれてしまうことを確実に抑止することができ、機関の高出力化を達成することが可能となる。
【００２４】
第２の発明によれば、高純度酸素ガスを貯蔵した酸素タンクを備えるため、酸素タンクから改質器に高純度酸素ガスを供給することが可能となる。また、生成された改質ガスには供給した高純度酸素ガスにより酸素タンクの内圧がかかるため、この圧力によって圧縮行程で内燃機関の筒内に改質ガスを供給することが可能となる。
【００２５】
第３の発明によれば、空気中から酸素を分離する酸素分離膜を備えるため、酸素分離膜で得られた高純度酸素ガスを改質器に供給することが可能となる。
【００２６】
第４の発明によれば、高純度酸素ガスの圧力が所定値以上の場合は、圧縮行程で内燃機関の筒内へ改質ガスを噴射するため、改質ガスの供給によって筒内への吸入空気量が減少してしまうことがなく、機関の高出力化を達成することができる。また、高純度酸素ガスの圧力が所定値未満の場合は、吸気行程で内燃機関の筒内へ改質ガスを噴射するため、酸素タンクの内圧が低下した場合であっても、内燃機関に改質ガスを供給することができる。
【００２７】
第５の発明によれば、高純度酸素ガスの圧力が所定値以上の場合は、圧縮行程で内燃機関の筒内へ改質ガスを噴射するため、改質ガスの供給によって筒内への吸入空気量が減少してしまうことがなく、機関の高出力化を達成することができる。また、高純度酸素ガスの圧力が所定値未満の場合は、吸気通路に改質ガスを噴射するため、酸素タンクの内圧が低下した場合であっても、内燃機関に改質ガスを供給することができる。
【００２８】
第６の発明によれば、複数の酸素タンクから改質器に高純度酸素ガスを供給するため、特定の酸素タンクの酸素が消費されて内圧が低下した場合であっても、他の酸素タンクの内圧は高圧に維持される。従って、高圧の高純度酸素ガスを長時間に渡って供給することが可能となり、圧縮行程で筒内噴射を行う高負荷域の運転を長時間、長走行距離に渡って行うことができる。
【００２９】
第７の発明によれば、内燃機関の運転状態と複数の酸素タンクのそれぞれの内圧とに基づいて選択された特定の酸素タンクから改質器に高純度酸素ガスを供給するため、運転状態に応じた最適な圧力の改質ガスを内燃機関に供給することが可能となる。
【００３０】
第８の発明によれば、内燃機関が高負荷域で運転される場合は、内圧の高い酸素タンクを選択して改質器に高純度酸素ガスを供給するため、高負荷域の運転では高圧の改質ガスを内燃機関に供給することができる。従って、高負荷域の運転において、圧縮行程噴射により内燃機関の筒内に改質ガスを供給することが可能となる。また、内燃機関が軽負荷〜中負荷域で運転される場合は、内圧の低い酸素タンクを選択して改質器に高純度酸素ガスを供給するため、内圧の高い酸素タンクにおける酸素の消費を抑えることができ、内圧の高い酸素タンクを長時間に渡って高圧に維持することができる。
【００３１】
第９の発明によれば、内燃機関が高負荷域で運転される場合は、内圧の高い酸素タンクが選択されており、圧縮行程で第１の噴射弁から改質ガスを噴射するため、内燃機関の筒内へ直接改質ガスを噴射することができる。また、内燃機関が軽負荷〜中負荷域で運転される場合は、第２の噴射弁から吸気通路に改質ガスを噴射するため、酸素タンクの内圧が低下している場合であっても改質ガスを内燃機関に供給することができる。
【００３２】
第１０の発明によれば、全ての酸素タンクの内圧が所定値未満となった場合は、第２の噴射弁から改質ガスを噴射するため、全ての酸素タンクの内圧が低下した場合であっても吸気行程噴射により内燃機関を運転することができる。
【００３３】
第１１の発明によれば、複数の燃料ガスタンクから改質器に燃料ガスを供給するため、特定の燃料ガスタンクの燃料ガスが消費されて内圧が低下した場合であっても、他の燃料ガスタンクの内圧は高圧に維持される。従って、高圧の燃料ガスを長時間に渡って供給することが可能となり、圧縮行程で筒内噴射を行う高負荷域の運転を長時間、長走行距離に渡って行うことができる。
【００３４】
第１２の発明によれば、内燃機関の運転状態と複数の燃料ガスタンクの内圧とに基づいて選択された特定の燃料ガスタンクから改質器に燃料ガスを供給するため、運転状態に応じた最適な圧力の改質ガスを内燃機関に供給することが可能となる。
【００３５】
第１３の発明によれば、内燃機関が高負荷域で運転される場合は、内圧の高い燃料ガスタンクを選択して改質器に燃料ガスを供給するため、高負荷域の運転では高圧の改質ガスを内燃機関に供給することができる。従って、高負荷域の運転において、圧縮行程噴射により内燃機関の筒内に改質ガスを供給することが可能となる。また、内燃機関が軽負荷〜中負荷域で運転される場合は、内圧の低い燃料ガスタンクを選択して改質器に燃料ガスを供給するため、内圧の高い燃料ガスタンクにおける燃料ガスの消費を抑えることができ、内圧の高い燃料ガスタンクを長時間に渡って高圧に維持することができる。
【００３６】
第１４の発明によれば、高負荷域の運転では、酸素タンクから改質器へ高純度酸素ガスを供給するとともに、改質ガスを内燃機関の筒内に直接供給するため、酸素タンクの内圧によって圧縮行程で筒内噴射を行うことができる。従って、改質ガスの体積によって筒内への吸入空気量が減少してしまうことが無く、高出力化を達成することができる。また、低負荷域の運転では、空気ポンプから改質器へ空気を供給するとともに、改質ガスを内燃機関の吸気通路に供給するため、酸素タンク内の酸素を使用する必要がなくなり、酸素タンク内の高純度酸素ガスの消費量を節約することができる。また、吸気通路には負圧が生じるため、改質ガスの圧力を大気圧以上としなくても改質ガスを吸気通路内に供給することができる。従って、空気ポンプの駆動損失を最小限に抑えることができ、燃費、出力への影響を抑えることができる。
【００３７】
第１５の発明によれば、改質器を１つのみ備えるため、改質器からの放熱量を抑えることができ、改質触媒の温度低下を抑えることができる。従って、改質器における反応効率の低下を抑止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】
【００３８】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の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。
【００３９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る燃料改質器付き内燃機関のシステムの構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、例えば自動車などの車両に搭載されるものである。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。吸気管１２にはスロットル弁１６が設けられている。また、排気管１４には排気浄化触媒１８が設けられている。
【００４０】
内燃機関１０の筒内には、その内部を往復運動するピストン２０が設けられている。また、内燃機関１０は、シリンダヘッド２２を備えている。ピストン２０とシリンダヘッド２２との間には、燃焼室２４が形成されている。燃焼室２４には、吸気管１２および排気管１４がそれぞれ接続されている。
【００４１】
シリンダヘッド２２には、燃焼室２４内に改質ガスを噴射する燃料噴射弁２６が設けられている。燃料噴射弁２６には、改質ガス通路２８が連通している。改質ガス通路２８は、改質器３０と接続されている。改質器３０は改質触媒３０ａを備えている。
【００４２】
図１に示すように、改質器３０はシステム内に１つのみ設けられている。これにより、改質器３０からの放熱量を抑えることができ、改質触媒３０ａの温度低下を抑えることができる。従って、改質器３０における反応効率の低下を確実に抑止することが可能となる。
【００４３】
また、改質ガス通路２８には、改質ガスを貯蔵するための貯蔵タンク３２が設けられている。貯蔵タンク３２には、改質ガスの圧力を検出する圧力センサ３４が設けられている。
【００４４】
改質触媒３０に隣接して混合器４６が設けられている。混合器４６には、燃料（炭化水素燃料（ＣｎＨｍ））を供給するための燃料供給管３６が連通している。燃料供給管３６には、混合器４６への燃料の供給量を制御する燃料供給制御弁３８が設けられている。
【００４５】
また、混合器４６には酸素供給管４０が連通しており、酸素供給管４０の他端は酸素ボンベ（酸素タンク）４２に接続されている。酸素ボンベ４２には高圧の高濃度酸素ガスが貯留されている。酸素供給管４０には、酸素の供給量を制御する酸素供給制御弁４４が設けられている。
【００４６】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述したスロットル弁１６、燃料噴射弁２６、圧力センサ３４、燃料供給制御弁３８、酸素供給制御弁４４に加えて、内燃機関１０の運転状態を把握すべく、ノッキングの発生を検知するKCSセンサや、機関回転数、吸気管圧力、排気温度、触媒温度、冷却水温度、潤滑油温度、排気中のＯ２、ＮＯxなどを検出するための各種センサ（不図示）が接続されている。
【００４７】
このように構成された本実施形態のシステムにおいて、燃料供給管３６から供給された燃料と、酸素供給管４０から供給された酸素は、混合器４６で混合された後、改質器３０へ供給される。改質器３０では、改質触媒３０ａによって改質反応（部分酸化反応）が行われ、改質器３０内に供給された燃料、および酸素から改質ガス（水素（Ｈ２）と一酸化炭素（ＣＯ））が生成される。
【００４８】
改質器３０で生成された改質ガスは、貯蔵タンク３２に送られ、更に貯蔵タンク３２から燃料噴射弁２６に送られる。燃料噴射弁２６から内燃機関１０の筒内に噴射された改質ガスは、筒内で着火されて燃焼する。これにより、内燃機関１０が駆動される。この際、改質して得られた水素、一酸化炭素を内燃機関で燃焼させることで、炭化水素燃料を燃焼させる場合に比べて排気ガスのエミッションを低減させることができ、燃焼改善を行うことが可能となる。
【００４９】
改質器３０から燃料噴射弁２６に至る経路には、酸素供給制御弁４４によって減圧、調量された酸素ボンベ４２の圧力が加えられている。従って、改質ガスはこの圧力によって燃料噴射弁２６から内燃機関１０の筒内に噴射される。従って、燃料噴射弁２６から改質ガスを噴射するためにガス圧力を高めるポンプ等の構成が不要となり、システムの簡素化を図ることができる。また、酸素ボンベ４２内に高純度酸素ガスを圧縮して貯留しておくことで、酸素ガスの容積を最小限に抑えることができ、酸素ボンベ４２が占有するスペースを最小限に抑えることができる。
【００５０】
このように、本実施形態では、酸素ボンベ４２による高圧力を燃料噴射弁２６に加えることができるため、圧縮行程において筒内に改質ガスを噴射するようにしている。改質ガスは気体燃料であるため液体燃料に比べると体積が大きいが、圧縮行程噴射を行うことで、筒内への吸入空気量が減少してしまうことを回避できる。従って、吸気行程噴射を行う場合に比べて筒内への吸入空気量を増大させることができ、内燃機関１０の高出力化を達成できる。
【００５１】
また、改質器３０において生成した改質ガスを貯蔵タンク３２に貯蔵するため、加速時などの過渡運転時において内燃機関１０が要求する改質ガス量が増加した場合は、貯蔵タンク３２に貯蔵された改質ガスを筒内に供給することができる。従って、改質ガスを筒内に供給する際の応答性を高めることができる。
【００５２】
ここで、部分酸化反応の反応式は一般的に下式で示される。
ＣｎＨｍ＋０．５×ｎ×Ｏ２→ｎ×ＣＯ＋（ｍ／２）×Ｈ２
このように、部分酸化反応では、炭化水素燃料（ＣｎＨｍ）と酸素（Ｏ２）から一酸化炭素（ＣＯ）と水素（Ｈ２）が生成される。
【００５３】
部分酸化反応を行う際に、炭化水素燃料（ＣｎＨｍ）と空気を反応させた場合、空気中には酸素以外に不活性ガスである窒素が含まれているため、反応式は以下の通りとなる。
ＣｎＨｍ＋（ｎ／０．４２）×（０．２１×Ｏ２＋０．７９×Ｎ２）→ｎ×ＣＯ＋（ｍ／２）×Ｈ２＋（ｎ／０．３２３９）×Ｎ２
【００５４】
このように、炭化水素燃料（ＣｎＨｍ）と空気を反応させた場合は、生成された改質ガス中に窒素が含まれてしまう。例えば、平均炭化水素燃料の組成をＣ７Ｈ１４とすると、改質ガス中の約６０％は不活性ガスで占められることになる。そして、改質ガス中に窒素が含まれていると、窒素の体積分だけ内燃機関１０の筒内に送られる全体の改質ガスの体積が増加し、構成部材が大型になり、コスト面や搭載性で不利になる。
【００５５】
しかし、本実施形態では、改質反応に用いる酸素を酸素ボンベ４２から供給しているため、酸素ボンベ４２に貯留された純酸素を改質反応に用いることができる。従って、改質器３０に窒素が送り込まれることがなく、改質反応によって生成された改質ガス中に窒素が含まれることがない。
【００５６】
従って、燃焼に寄与する水素、一酸化炭素のみを内燃機関１０の筒内に供給することが可能となる。これにより、内燃機関１０の筒内に燃焼に寄与しないガスが含まれてしまうことを抑止でき、機関の高出力化を達成することができる。また、改質ガス中に窒素が含まれることがないため、改質ガスの体積を最小限に抑えることができる。従って、改質器３０、改質ガス通路２８、貯蔵タンク３２、燃料噴射弁２６などの構成部材を小型化することができ、システムを簡素に構成することが可能となる。
【００５７】
以上説明したように実施の形態１によれば、改質反応に用いる酸素として、酸素ボンベ４２から供給した純酸素を用いるようにしたため、改質反応によって生成された改質ガス中に窒素など燃焼に寄与しないガスが含まれてしまうことを抑止できる。従って、内燃機関１０の筒内に燃焼に寄与しないガスが送り込まれてしまうことを確実に抑止することができ、機関の高出力化と構成部材の小型化を達成することが可能となる。
【００５８】
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２は、実施の形態２に係る燃料改質器付き内燃機関のシステムの構成を説明するための図である。図２に示すように、実施の形態２のシステムは、酸素を含むガス（空気）中から酸素を分離するための酸素分離器５１を備えている。
【００５９】
酸素分離器５１は、酸素分離膜５１ａを備えている。酸素分離膜５１ａは空気から酸素のみを分離する機能を有しており、例えば混合伝導性セラミック膜、高分子膜などから構成されている。
【００６０】
酸素分離器５１には、空気供給管５３が連通している。酸素分離器５１には実施の形態１と同様に酸素供給管４０が連通しており、酸素供給管４０には酸素供給制御弁４４が設けられている。また、実施の形態２では、酸素供給管４０に空気ポンプ５６が設けられている。
【００６１】
図２に示すように、実施の形態２では、吸気管１２に改質ガスを供給する燃料噴射弁２７が設けられており、改質ガス通路２８から燃料噴射弁２７へ改質ガスが送られる。燃料噴射弁２７から吸気管１２へ供給された改質ガスは、スロットル弁１６から流れ込む空気と混合され、内燃機関１０の筒内へ送られる。
【００６２】
このように構成された実施の形態２のシステムにおいて、空気ポンプ５６の作動によって酸素分離器５１の前後に差圧が発生し、空気供給管５３から酸素分離器５１に空気が送られる。酸素分離器５１では、送り込まれた空気中の酸素が酸素分離膜５１ａによって分離される。そして、分離された酸素は酸素供給管４０に送られる。
【００６３】
酸素供給管４０に送られた酸素は、酸素供給制御弁４４によってその流量が調整された後、混合器４６に送られる。そして、実施の形態１と同様に、燃料供給管３６から供給された燃料と、酸素供給管４０から供給された酸素とは、混合器４６において混合され、改質器３０において改質反応が行われる。
【００６４】
このように、実施の形態２では、空気中から分離した酸素を酸素供給管４０へ送り、改質器３０で改質反応させるため、生成された改質ガス中に不活性ガスである窒素が含まれることを抑止できる。従って、不要なガスを取り除くことで改質ガスの体積を減少させることができ、酸素供給管４０、改質ガス通路２８などの経路、貯蔵タンク３２、燃料噴射弁２６、空気ポンプ５６などの構成部材の小型化を達成することができる。また、改質ガスの体積を減少させることで、空気ポンプ５６の駆動量を低減することが可能となり、システム効率を高めることができる。
【００６５】
燃料噴射弁２７には、空気ポンプ５６によって昇圧され、酸素供給制御弁４４によって調整された酸素の圧力が加えられている。この圧力は比較的低い圧力であるため、実施の形態２では燃料噴射弁２７から吸気管１２へ改質ガスを噴射するようにしている。これにより、空気ポンプ５６の駆動量を最小限に抑えることが可能となり、システム効率を高めることができる。但し、吸気行程で筒内噴射を行う場合、または空気ポンプ５６の駆動量が大きく、圧縮行程噴射が可能な程度まで酸素圧力を高圧にできる場合は、実施の形態１と同様に内燃機関１０の筒内に直接改質ガスを噴射するようにしても良い。
【００６６】
以上説明したように実施の形態２によれば、酸素分離膜５１ａによって分離した空気中の酸素を改質反応に用いるため、改質反応によって生成された改質ガス中に窒素など燃焼に寄与しないガスが含まれてしまうことを抑止できる。従って、筒内に燃焼に寄与しないガスが送り込まれてしまうことを確実に抑止することが可能となり、機関の高出力化と構成部材の小型化を達成することが可能となる。
【００６７】
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。実施の形態３のシステムの構成は、図１に示した実施の形態１のものと同様である。
【００６８】
図１に示すシステムにおいて、内燃機関１０を運転して酸素ボンベ４２内の酸素が消費されていくと、酸素ボンベ４２から供給される酸素の圧力が低下する。上述したように酸素供給制御弁４４によって減圧された酸素ボンベ４２の圧力が燃料噴射弁２６に加えられるが、酸素ボンベ４２から供給される酸素圧力が低下すると、燃料噴射弁２６による改質ガスの噴射圧が低下してしまう。
【００６９】
圧縮行程噴射を行う場合、筒内圧力よりも高い圧力で燃料噴射弁２６からの噴射を行う必要があるが、酸素ボンベ４２から供給される酸素圧力が所定値以下になると、圧縮行程で筒内に改質ガスを噴射することが困難となる場合がある。
【００７０】
このため、実施の形態３では、圧縮行程での筒内噴射に適さない圧力まで酸素ボンベ４２から供給される酸素圧力が低下した場合は、燃料噴射弁２６からの燃料噴射を圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り換えるようにしている。吸気行程では、筒内圧力が低いため、酸素ボンベ４２から供給される酸素圧力が低下した場合であっても、燃料噴射弁２６から改質ガスを噴射することが可能である。より詳細には、吸気行程では筒内または吸気管１２が負圧になるため、大気圧以下の噴射圧であっても改質ガスを供給することが可能である。
【００７１】
酸素ボンベ４２から供給される酸素圧力が低下したか否かの判断は、貯蔵タンク３２に設けられた圧力センサ３４の出力に基づいて行う。また、酸素供給管４０などの酸素ボンベ４２の近傍に圧力センサを設けておき、この圧力センサの出力に基づいて酸素圧力が低下したか否かを判断しても良い。
【００７２】
次に、図３のフローチャートに基づいて、本実施形態のシステムにおける処理の手順を説明する。先ず、ステップＳ１では、圧力センサ３４の出力Ｐ１を読み込む。次のステップＳ２では、所定圧力値Ｐ０と出力Ｐ１とを比較し、Ｐ０＞Ｐ１であるか否かを判定する。ここで、所定圧力値Ｐ０は、酸素ボンベ４２による酸素圧力が筒内噴射が可能な圧力であるか否かを判定するためのしきい値である。
【００７３】
ステップＳ２でＰ０＞Ｐ１の場合は、ステップＳ３へ進む。この場合、圧力センサの出力Ｐ１が所定圧力値Ｐ０よりも低いため、酸素ボンベ４２内の酸素が消費されて酸素圧力が低下していると判断できる。従って、この場合は、燃料噴射弁２６からの噴射タイミングを圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り換える。ステップＳ３の後はステップＳ４へ進み、吸気行程噴射に切り換えたことを運転者に知らせるため、アラーム（警告音、警告ランプ点灯）を発生させる。ステップＳ４の後は処理を終了する。
【００７４】
一方、ステップＳ２でＰ０≦Ｐ１の場合は、圧力センサ３２の出力Ｐ１が所定圧力値Ｐ０以上であるため、酸素圧力が低下しておらず、筒内噴射が可能な程度の圧力であると判断できる。従ってこの場合はステップＳ１へ戻り、圧力センサ３４の出力Ｐ１のモニタを継続する。
【００７５】
図３の処理によれば、圧力センサ３４の出力Ｐ１が所定圧力値Ｐ０未満となった場合は、燃料噴射弁２６からの燃料噴射を圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り換えるため、酸素ボンベ４２の圧力に応じた最適なタイミングで燃料噴射を行うことが可能となる。また、酸素ボンベ４２内の酸素圧力が低下していない場合であって、ガス漏れ、または酸素供給制御弁４４などの故障による要因で圧力センサ３４の出力Ｐ１が低下した場合においても、吸気行程噴射に切り換えることで、内燃機関１０に改質ガスを確実に供給することができる。そして、圧力センサ３４の出力Ｐ１が低下した場合はアラームを発生させるため、運転者に酸素圧力低下、または故障発生を認知させることができる。
【００７６】
図４は、実施の形態３の他の例を示す模式図である。図４のシステムでは、図１のシステムに対して、吸気管１２に改質ガスを噴射する燃料噴射弁２７と、貯蔵タンク３２と燃料噴射弁２７を接続する改質ガス通路２９を追加している。
【００７７】
そして、実施の形態３では、改質ガス通路２８に高圧遮断弁５２を設け、改質ガス通路２９に低圧遮断弁５４を設けている。
【００７８】
図４のシステムでは、圧力センサ３４の出力が所定値以下の場合は、高圧遮断弁５２を閉じ、低圧遮断弁５４を開くことで、改質ガス通路２９から燃料噴射弁２７へ改質ガスが送られる。燃料噴射弁２７は、吸気行程で改質ガスを吸気管１２内に噴射する。
【００７９】
これにより、酸素ボンベ４２の内圧が所定値以下になった場合であっても、吸気管１２に改質ガスを供給することができるため、圧縮行程でのみ改質ガスを噴射するシステムと比較すると、酸素ボンベ４２内の酸素の殆どが消費されるまでの間、内燃機関１０を運転することが可能となる。これにより、システムが搭載された車両の走行航続距離を伸ばすことが可能となる。
【００８０】
以上説明したように実施の形態３によれば、酸素ボンベ４２から供給される酸素の圧力が低下した場合は、燃料噴射を圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り換えるようにしたため、酸素ボンベ４２の圧力に応じた最適なタイミングで燃料噴射を行うことが可能となる。従って、酸素圧力が低下した場合であっても内燃機関１０に改質ガスを供給することが可能となる。また、ガス漏れ、または酸素供給制御弁４４などの故障による要因で所望の圧力が得られなくなった場合においても、吸気行程噴射を行うことにより、吸気管１２または筒内の負圧によって改質ガスを内燃機関１０に供給することができる。
【００８１】
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に係る燃料改質器付き内燃機関１０を備えたシステムの構成を説明するための図である。
【００８２】
図５に示すように、実施の形態４のシステムでは、混合器４６へ酸素を供給する経路として、酸素ボンベ４２から純酸素を供給する経路と、空気ポンプ５８から酸素を含むガス（空気）を供給する経路の２つを備えている。
【００８３】
すなわち、図５に示すように、混合器４６に接続された酸素供給管４０には、酸素ボンベ４２と接続された供給管６０と、空気ポンプ５８に接続された供給管６２とが接続されている。供給管６０には酸素供給制御弁６４が設けられ、供給管６２には空気供給制御弁６６が設けられている。
【００８４】
また、実施の形態４では、内燃機関１０の筒内に直接改質ガスを噴射する燃料噴射弁２６と、吸気管１２に燃料を噴射する燃料噴射弁２７の双方を設けている。そして、改質器３０と燃料噴射弁２６は改質ガス通路６８によって接続され、改質器３０と燃料噴射弁２７は改質ガス通路７０によって接続されている。
【００８５】
改質ガス通路６８と改質ガス通路７０には、改質ガスを貯蔵するための貯蔵タンク３２がそれぞれ設けられている。また、改質ガス通路６８には高圧遮断弁７２が設けられ、改質ガス通路７０には低圧遮断弁７４が設けられている。
【００８６】
このように構成された実施の形態４のシステムでは、内燃機関１０の運転状態に応じて、酸素ボンベ４２または空気ポンプ５８の一方から混合器４６へ酸素が送られる。また、運転状態に応じて、燃料噴射弁２６または燃料噴射弁２７の一方から改質ガスが供給される。
【００８７】
すなわち、内燃機関１０が高負荷域で運転されている場合は、空気ポンプ５８の作動が停止され、空気供給制御弁６６が閉じられる。そして、酸素供給制御弁６４を開くことにより、酸素ボンベ４２から混合器４６へ酸素が送られる。
【００８８】
また、高負荷域の運転では、高圧遮断弁７２が開かれ、低圧遮断弁７４が閉じられる。
これにより、改質器３０で生成された改質ガスは燃料噴射弁２６へ送られる。燃料噴射弁２６では、圧縮行程で筒内へ改質ガスを噴射する。
【００８９】
このように、高負荷域の運転では、酸素ボンベ４２から改質器３０へ酸素を供給することで、酸素ボンベ４２による高圧力を燃料噴射弁２６にかけることができ、圧縮行程で筒内噴射を行うことができる。従って、改質ガスの体積によって筒内への吸入空気量が減少してしまうことが無く、高出力化を達成することができる。
【００９０】
一方、内燃機関１０が軽負荷、中負荷域で運転されている場合は、空気ポンプ５８が作動し、空気供給制御弁６６が開かれる。そして、酸素供給制御弁６４が閉じられる。
【００９１】
また、軽負荷、中負荷域の運転では、高圧遮断弁７２が閉じられ、低圧遮断弁７４が開かれる。これにより、改質器３０で生成された改質ガスは燃料噴射弁２７へ送られる。燃料噴射弁２７では、吸気行程で吸気管１２へ改質ガスを噴射する。
【００９２】
軽負荷、中負荷域の運転では、スロットル弁１６によって内燃機関１０に送られる空気量が制限されているため、体積の大きな改質ガスを吸気管１２に噴射した場合であっても、筒内に吸入される空気量が減少してしまうことがない。従って、改質ガスを燃料噴射弁２７から吸気管１２へ噴射することで、酸素ボンベ４２内の酸素を使用する必要がなくなり、酸素ボンベ４２内の酸素の消費量を節約することができる。これにより、酸素ボンベを小型化することが可能となる。また、吸気管１２には吸気管負圧があるため、改質ガスの圧力を大気圧以上としなくても改質ガスを吸気管１２内に供給することができる。従って、空気ポンプ５８の駆動損失を最小限に抑えることができ、燃費、出力への影響を抑えることができる。
【００９３】
次に、図６のフローチャートに基づいて、本実施形態のシステムにおける処理の手順を説明する。先ず、ステップＳ１１では、内燃機関１０の運転状態を表す各種パラメータを読み込む。具体的には、機関回転数Ne、吸気管負圧Pm、吸入空気量Gaなどの各パラメータを読み込む。
【００９４】
次のステップＳ１２では、ステップＳ１１で取得した各パラメータに基づいて、現在の運転状態が高負荷の運転状態であるか否かを判定する。
【００９５】
ステップＳ１２で高負荷の運転状態と判定された場合は、ステップＳ１３へ進む。この場合は、ステップＳ１３で燃料噴射弁２６による圧縮行程噴射の制御を開始する。次のステップＳ１４では、空気ポンプ５８を停止させ、空気供給制御弁６６を閉じる。
【００９６】
次のステップＳ１５では、酸素供給制御弁６４の開度を調整して酸素ボンベ４２から混合器４６へ送る酸素量を制御する。また、燃料供給制御弁３８を制御して、混合器４６へ送る燃料の量を制御する。次のステップＳ１６では、高圧遮断弁７２を開き、低圧遮断弁７４を閉じる。そして、次のステップＳ１７では、圧縮行程で燃料噴射弁２６から筒内へ直接改質ガスを噴射する。
【００９７】
これにより、高負荷の運転状態では、酸素ボンベ４２から供給された酸素と、燃料供給管３６から供給された燃料により改質反応が行われ、生成された改質ガスは圧縮行程で筒内へ直接噴射される。これにより、内燃機関１０の高出力化を達成できる。
【００９８】
一方、ステップＳ１２で軽負荷域、中負荷域の運転状態と判定された場合は、ステップＳ１８へ進む。この場合は、ステップＳ１８で燃料噴射弁２７による吸気行程噴射の制御を開始する。次のステップＳ１９では酸素供給制御弁６４を閉じ、次のステップＳ２０では低圧遮断弁７４を開き、高圧遮断弁７２を閉じる。次のステップＳ２１では、空気ポンプ５８を作動させる。
【００９９】
次のステップＳ２２では、空気供給制御弁６６の開度を調整して空気ポンプ５８から混合器４６へ送る空気量を制御する。また、燃料供給制御弁３８を制御して、混合器４６へ送る燃料の量を制御する。次のステップＳ２３では、吸気行程で燃料噴射弁２７から吸気管１２内へ改質ガスを噴射する。
【０１００】
これにより、軽負荷域、中負荷域の運転状態では、空気ポンプ５８から供給された空気と、燃料供給管３６から供給された燃料により改質反応が行われ、生成された改質ガスは吸気行程で吸気管１２へ噴射される。これにより、酸素ボンベ４２内の酸素を節約することが可能となる。
【０１０１】
以上説明したように実施の形態４によれば、軽負荷域、中負荷域の運転状態では、空気ポンプ５８から供給された空気を改質反応に用いるようにしたため、酸素ボンベ４２内の酸素の使用量を最小限に抑えることができる。従って、システムが搭載された車両の走行航続距離を伸ばすことが可能となる。
【０１０２】
また、高負荷域の運転状態では、酸素ボンベ４２内の酸素を改質器３０に供給して改質反応を行うようにしたため、酸素ボンベ４２の酸素圧力によって燃料噴射弁２６から筒内へ圧縮行程噴射を行うことができる。従って、内燃機関１０の高出力化を達成することが可能となる。
【０１０３】
なお、実施の形態４において、酸素ボンベ４２から燃料噴射弁２６に至る経路と、空気ポンプ５８から燃料噴射弁２７に至る経路の双方に個別に改質器３０を設けても良い。
【０１０４】
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。図７は、実施の形態５に係る燃料改質器付き内燃機関１０を備えたシステムの構成を説明するための図である。実施の形態５のシステムは、実施の形態４のシステムと同様に、内燃機関１０の筒内に直接改質ガスを噴射する燃料噴射弁２６と、吸気管１２に改質ガスを噴射する燃料噴射弁２７の双方を備えている。そして、改質器３０と燃料噴射弁２６は改質ガス通路６８によって接続され、改質器３０と燃料噴射弁２７は改質ガス通路７０によって接続されている。
【０１０５】
実施の形態４と同様に、改質ガス通路６８と改質ガス通路７０には、改質ガスを貯蔵するための貯蔵タンク３２がそれぞれ設けられている。また、改質ガス通路６８には高圧遮断弁７２が設けられ、改質ガス通路７０には低圧遮断弁７４が設けられている。
【０１０６】
図７に示すように、実施の形態５のシステムは、２つの酸素ボンベ４２ａ，４２ｂを備えている。酸素ボンベ４２ａは酸素供給管４０ａを介して酸素供給管４０と接続されている。また、酸素ボンベ４２ｂは酸素供給管４０ｂを介して酸素供給管４０と接続されている。燃料供給管４０は、混合器４６と接続されている。
【０１０７】
大型の酸素ボンベを１つ設けたシステムでは、一度ボンベの内圧が低下すると、再充填するまでの間は高圧の酸素を供給することができなくなり、酸素ボンベ内の酸素残量が比較的多い場合であっても、内圧の低下により高圧の酸素供給ができなくなることが懸念される。一方、本実施形態のように２つの酸素ボンベ４２ａ，４２ｂを設けた場合は、一方のボンベから酸素を消費して内圧が低下した場合であっても、他方のボンベは高圧に維持されるため、より長い時間、高圧の酸素を改質器３０へ供給することができる。従って、より長い時間、燃料噴射弁２６からの圧縮行程噴射を行うことができ、２つの酸素ボンベ４２ａ，４２ｂを合計した容量が、１つの酸素ボンベを設けた場合の容量と同一の場合であっても、１つの酸素ボンベを設けた場合に比べて圧縮行程噴射による走行距離を長くすることができる。
【０１０８】
また、２つの酸素ボンベ４２ａ，４２ｂを設けることにより、個々の酸素ボンベの容量を小さくすることができ、各酸素ボンベに同時に酸素を充填することができるため、大型の酸素ボンベを１つ設けた場合に比べて酸素の充填時間を短縮することが可能である。
【０１０９】
酸素供給管４０ａ，４０ｂには、圧力センサ７６ａ，７６ｂがそれぞれ設けられている。また、酸素供給管４０ａ，４０ｂには、酸素供給制御弁４４ａ，４４ｂがそれぞれ設けられている。圧力センサ７６ａ，７６ｂによれば、酸素供給管４０ａ，４０ｂ内の酸素ガスの圧力、すなわち、酸素ボンベ４０ａ，４０ｂの内圧をそれぞれ検出することができる。なお、圧力センサ７６ａ，７６ｂの代わりに積算流量計を設け、流量から圧力を推定しても良い。また、酸素供給制御弁４４ａ，４４ｂによれば、酸素ボンベ４０ａ，４０ｂのそれぞれから酸素供給管４０を介して改質器３０に送られる酸素量を制御することができる。
【０１１０】
改質器３０から燃料噴射弁２６に至る経路には、酸素供給制御弁４４ａ，４４ｂによって減圧された酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの圧力が加えられている。従って、上述した実施形態と同様に改質ガスの圧力を高めることができ、高圧の改質ガスを燃料噴射弁２６から内燃機関１０の筒内に噴射できる。
【０１１１】
このように構成された実施の形態５のシステムでは、実施の形態４と同様に、内燃機関１０の運転状態に応じて、燃料噴射弁２６または燃料噴射弁２７の一方から改質ガスが供給される。
【０１１２】
すなわち、内燃機関１０が高負荷域で運転されている場合は、高圧遮断弁７２が開かれ、低圧遮断弁７４が閉じられる。これにより、改質器３０で生成された改質ガスは燃料噴射弁２６へ送られる。燃料噴射弁２６では、圧縮行程で筒内へ改質ガスを噴射する。
【０１１３】
一方、内燃機関１０が軽負荷、中負荷域で運転されている場合は、高圧遮断弁７２が閉じられ、低圧遮断弁７４が開かれる。これにより、改質器３０で生成された改質ガスは燃料噴射弁２７へ送られる。燃料噴射弁２７では、吸気行程で吸気管１２へ改質ガスを噴射する。
【０１１４】
改質器３０には、燃料供給管３６から燃料が供給され、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂから酸素が供給される。そして、実施の形態５のシステムでは、内燃機関１０の運転状態と、２つの酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの内圧に応じて、改質器３０へ酸素を供給する酸素ボンベ４２ａ，４２ｂを選択するようにしている。
【０１１５】
すなわち、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの双方に十分な量の酸素ガスが充填されている場合は、全ての運転状態（軽負荷域〜高負荷域）において、一方の酸素ボンベ４２ａから改質器３０へ酸素が供給される。
【０１１６】
酸素ボンベ４２ａの内圧は酸素が消費されると低下する。そして、実施の形態３で説明したように、酸素ボンベ４２ａから供給される酸素圧力が低下すると、燃料噴射弁２６による改質ガスの噴射圧が低下し、圧縮行程で筒内に改質ガスを噴射することが困難となる場合が生じる。このため、酸素ボンベ４２ａの内圧が所定値以下となった場合は、高負荷域で運転を行う場合のみ、酸素ボンベ４２ｂから改質器３０へ酸素を供給する。酸素ボンベ４２ｂ内には酸素が十分に充填されているため、酸素ボンベ４２ｂの内圧は高圧に維持されている。従って、高負荷域の運転において、酸素ボンベ４２ｂから酸素を供給することで、改質ガス通路６８内の改質ガス圧力を高めることができ、筒内へ圧縮行程噴射を行うことができる。
【０１１７】
一方、軽負荷、中負荷域の運転では、燃料噴射弁２７により、吸気管１２へ吸気行程噴射を行うため、酸素ボンベ４２ｂ内の高圧酸素を改質器３０へ供給する必要はない。従って、軽負荷、中負荷域の運転で燃料噴射弁２７から吸気行程噴射を行う場合は、内圧が所定値以下に低下した酸素ボンベ４２ａから改質器３０へ酸素を供給する。これにより、酸素ボンベ４２ｂ内の酸素の消費量を最小限に抑えることができ、酸素ボンベ４２ｂの内圧を高圧に維持することができるため、燃料噴射弁２６による圧縮行程噴射をより長時間に渡って行うことができる。
【０１１８】
大型の酸素ボンベを１つ設けたシステムでは、軽負荷、中負荷域の運転においても、ボンベ内の高圧ガスが使用されるため、高負荷運転時に使用可能な高圧の酸素量は減少してしまう。本実施形態では、軽負荷、中負荷域の運転で酸素ボンベ４２ｂ内の高圧の酸素が使用されることがないため、酸素ボンベ４２ｂ内の高圧酸素を使用した圧縮行程噴射をより長時間、長走行距離に渡って行うことができる。
【０１１９】
なお、２つの酸素ボンベ４２ａ，４２ｂに残留する酸素ガスの残量に基づいて、改質器３０へ酸素を供給する酸素ボンベ４２ａ，４２ｂを選択しても良い。この場合、高負荷域の運転では、残量が所定値以上の酸素ボンベから改質器３０へ酸素を供給し、軽負荷、中負荷域の運転では、残量が所定値未満の酸素ボンベから改質器３０へ酸素を供給すればよい。
【０１２０】
次に、図８のフローチャートに基づいて、本実施形態のシステムにおける処理の手順を説明する。先ず、ステップＳ３１では、圧力センサ７６ａ，７６ｂの検出値により、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの圧力を取得する。
【０１２１】
次のステップＳ３２では、内燃機関１０の運転状態を表す各種パラメータを取得する。具体的には、機関回転数Ne、吸気管負圧Pm、吸入空気量Gaなどの各パラメータを読み込む。
【０１２２】
次のステップＳ３３では、ステップＳ３１で取得した酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの圧力の少なくとも一方が第１の所定値以上であるか否かを判定する。ここで、第１の所定値は、燃料噴射弁２６からの圧縮行程噴射が可能か否かを判定するための基準値であって、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの圧力が第１の所定値以上の場合は、燃料噴射弁２６からの圧縮行程噴射が可能である。
【０１２３】
ステップＳ３３で、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの圧力の少なくとも一方が第１の所定値以上である場合は、圧縮行程噴射が可能であるため、ステップＳ３４へ進む。一方、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの圧力の双方が第１の所定値未満の場合は、ステップＳ３９へ進む。
【０１２４】
ステップＳ３４では、ステップＳ３２で取得したパラメータに基づいて、現在の運転状態が高負荷域の運転状態であるか否かを判定する。
【０１２５】
ステップＳ３４で高負荷域の運転状態と判定された場合は、ステップＳ３５へ進む。ステップＳ３５では、低圧遮断弁７４を閉じ、高圧遮断弁７２を開く。次のステップＳ３６では、ステップＳ３１で取得した各酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの圧力が第１の所定値以上であるか否かを判定し、圧力が第１の所定値以上の酸素ボンベに接続された酸素供給弁４４ａ，４４ｂを開く。そして、圧力が第１の所定値未満の酸素ボンベに接続された酸素供給弁４４ａ，４４ｂを閉じる。なお、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの圧力の双方が第１の所定値以上の場合は、酸素ボンベ４２ａに接続された酸素供給弁４４ａを開き、酸素ボンベ４２ｂに接続された酸素供給弁４４ｂを閉じる。
【０１２６】
次のステップＳ３７では、内燃機関１０の筒内に接続された燃料噴射弁２６から燃料を噴射する。この際、ステップＳ３５で高圧遮断弁７２が開かれ、ステップＳ３６で圧力が第１の所定値以上の酸素ボンベに接続された酸素供給弁が開かれているため、燃料噴射弁２６にかかる改質ガスの圧力が高められ、圧縮行程で筒内に改質ガスを噴射することができる。また、ステップＳ３５では低圧遮断弁７４が閉じられているため、燃料噴射弁２７からの燃料噴射は停止される。
【０１２７】
次のステップＳ３８では、現在使用中の酸素ボンベの圧力が第１の所定値以上であるか否かを判定し、第１の所定値以上の場合はステップＳ４３へ進む。一方、第１の所定値未満に低下した場合は、ステップＳ３１へ戻る。
【０１２８】
ステップＳ４３では、運転条件に変更が生じたか否かを判定し、変更が生じた場合はステップＳ３１へ戻る。一方、運転条件に変更が生じていない場合は、処理を終了する(RETURN)。
【０１２９】
ステップＳ３４で高負荷域の運転状態ではないと判定された場合、すなわち、軽負荷域、中負荷域の運転状態と判定された場合は、ステップＳ３９へ進む。ステップＳ３９では、低圧遮断弁７４を開き、高圧遮断弁７２を閉じる。次のステップＳ４０では、ステップＳ３１で取得した各酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの圧力に基づいて、各酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの圧力が第１のしきい値未満であるか否かを判定し、圧力が第１のしきい値未満の酸素ボンベに接続された酸素供給弁４４ａ，４４ｂを開く。そして、圧力が第１のしきい値以上の酸素ボンベに接続された酸素供給弁４４ａ，４４ｂを閉じる。なお、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの圧力の双方が第１のしきい値以上の場合は、酸素ボンベ４２ａに接続された酸素供給弁４４ａを開き、酸素ボンベ４２ｂに接続された酸素供給弁４４ｂを閉じる。
【０１３０】
次のステップＳ４１では、内燃機関１０の吸気管１２に接続された燃料噴射弁２７から燃料を噴射する。
【０１３１】
次のステップＳ４２では、現在使用中の酸素ボンベの圧力が第２の所定値以上であるか否かを判定し、第２の所定値以上の場合はステップＳ４３へ進む。一方、現在使用中の酸素ボンベの圧力が第２の所定値未満の場合は、ステップＳ３１へ戻る。第２の所定値は、現在使用中の酸素ボンベが空に近い状態であるか否かを判定するためのしきい値である。ステップＳ４３では、運転条件に変更が生じたか否かを判定し、変更が生じた場合はステップＳ３１へ戻る。一方、運転条件に変更が生じていない場合は、処理を終了する(RETURN)。
【０１３２】
図８の処理によれば、高負荷域の運転状態では、内圧が第１の所定値以上である酸素ボンベから酸素を供給するため、圧縮行程で筒内に改質ガスを噴射することができる。また、軽負荷、中負荷域の運転状態では、内圧が第１の所定値未満の酸素ボンベから酸素を供給するため、内圧の高い酸素ボンベにおける酸素の消費を抑えることができる。従って、内圧の高い酸素ボンベの圧力を高圧に維持することができ、圧縮行程噴射をより長時間に渡って行うことができる。
【０１３３】
以上説明したように実施の形態５によれば、酸素ボンベを複数個設け（酸素ボンベ４２ａ，４２ｂ）、軽負荷、中負荷域の運転状態では低圧の酸素ボンベから酸素を供給し、高負荷域の運転のみで高圧の酸素ボンベから酸素を供給するようにしたため、高圧の酸素ボンベの圧力低下を抑制することができる。従って、高圧の酸素ボンベの圧力を長時間維持することができ、高負荷域での圧縮行程噴射を長時間、長走行距離に渡って行うことができる。
【０１３４】
なお、実施の形態５では２つの酸素ボンベ４２ａ，４２ｂを設けた例を示したが、より多くの酸素ボンベを設けても良い。この場合においても、運転状態と各酸素ボンベの内圧に応じて酸素ボンベを選択することで、運転状態に応じた圧力の酸素ボンベから改質器３０へ酸素を供給することが可能となる。
【０１３５】
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９は、実施の形態６に係る燃料改質器付き内燃機関１０を備えたシステムの構成を説明するための図である。図９のシステムは、図７の構成に加えて、改質器３０に燃料ガスを供給する２つの燃料ガスボンベ（燃料ガスタンク）８０ａ，８０ｂを備えている。
【０１３６】
燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂ内には、高圧の燃料ガスが充填されている。燃料ガスとしては、例えば、メタン（ＣＨ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）などが用いられる。図９に示すように、燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂのそれぞれは、燃料供給管３６ａ，３６ｂを介して燃料供給管３６に接続されている。燃料供給管３６は、混合器４６と接続されている。
【０１３７】
実施の形態５と同様に、２つの燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂを設けた場合は、一方のボンベから多くの燃料ガスを消費した場合であっても、他方のボンベは高圧に維持されるため、より長い時間、高圧の燃料ガスを改質器３０へ供給することができる。従って、より長い時間、燃料噴射弁２６からの圧縮行程噴射を行うことができ、１つの燃料ガスボンベを設けた場合に比べて圧縮行程噴射による走行距離を長くすることができる。
【０１３８】
また、２つの燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂを設けることにより、個々の燃料ガスボンベの容量を小さくすることができ、各燃料ガスボンベに同時に燃料ガスを充填することができるため、大型の燃料ガスボンベを１つ設けた場合に比べて燃料ガスの充填時間を短縮することが可能である。
【０１３９】
燃料供給管３６ａ，３６ｂには、圧力センサ８２ａ，８２ｂがそれぞれ設けられている。また、燃料供給管３６ａ，３６ｂには、燃料供給制御弁３８ａ，３８ｂがそれぞれ設けられている。圧力センサ８２ａ，８２ｂによれば、燃料供給管３６ａ，３６ｂ内の燃料ガスの圧力、すなわち、燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの内圧をそれぞれ検出することができる。また、燃料供給制御弁３８ａ，３８ｂによれば、燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂのそれぞれから燃料供給管３６ａ，３６ｂを介して改質器３０に送られる燃料ガス量を制御することができる。
【０１４０】
改質器３０から燃料噴射弁２６に至る経路には、酸素供給制御弁４４ａ，４４ｂによって減圧された酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの圧力とともに、燃料供給制御弁３８ａ，３８ｂによって減圧された燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力が加えられている。従って、改質ガスの圧力を高めることができ、高圧の改質ガスを燃料噴射弁２６から内燃機関１０の筒内に噴射できる。
【０１４１】
実施の形態６では、実施の形態５と同様に、内燃機関１０の運転状態と、２つの酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの内圧に応じて、改質器３０へ酸素を供給する２つの酸素ボンベ４２ａ，４２ｂを選択する。
【０１４２】
そして、実施の形態６では、燃料ガスの供給においても、内燃機関１０の運転状態と、２つの燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂ内のガス圧力に応じて、燃料ガスを供給する燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂを選択するようにしている。
【０１４３】
すなわち、燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの双方に十分な量の燃料ガスが充填されている場合は、全ての運転状態（軽負荷〜高負荷域）において、一方の燃料ガスボンベ８０ａから改質器３０（混合器４６）へ燃料ガスが供給される。
【０１４４】
燃料ガスボンベ８０ａの内圧は燃料ガスが消費されると低下する。そして、燃料ガスボンベ８０ａの内圧が所定値以下となった場合は、高負荷域で運転を行う場合のみ、燃料ガスボンベ８０ｂから改質器３０へ燃料ガスを供給する。燃料ガスボンベ８０ｂ内には燃料ガスが十分に充填されているため、燃料ガスボンベ８０ｂの内圧は高圧に維持されている。従って、高負荷域の運転において、燃料ガスボンベ８０ｂから燃料ガスを供給することで、改質ガス通路６８内の改質ガス圧力を高めることができ、筒内へ圧縮行程噴射を行うことができる。
【０１４５】
一方、軽負荷、中負荷域の運転では、燃料噴射弁２７により、吸気管１２へ吸気行程噴射を行うため、燃料ガスボンベ８０ｂ内の高圧燃料ガスを改質器３０へ供給する必要はない。従って、軽負荷、中負荷域の運転で燃料噴射弁２７から吸気行程噴射を行う場合は、内圧が所定値以下に低下した燃料ガスボンベ８０ａから改質器３０へ燃料ガスを供給する。これにより、燃料ガスボンベ８０ｂ内の燃料ガスの消費量を最小限に抑えることができ、燃料ガスボンベ８０ｂの内圧を高圧に維持することができるため、燃料噴射弁２６による圧縮行程噴射をより長時間に渡って行うことができる。
【０１４６】
なお、２つの燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂに残留する燃料ガスの残量に基づいて、改質器３０へ燃料ガスを供給する燃料ガスボンベを選択しても良い。この場合、高負荷域の運転では、残量が所定値以上の燃料ガスボンベから改質器３０へ燃料ガスを供給し、軽負荷、中負荷域の運転では、残量が所定値未満の燃料ガスボンベから燃料ガスを供給すればよい。
【０１４７】
次に、図１０のフローチャートに基づいて、本実施形態のシステムにおける処理の手順を説明する。先ず、ステップＳ５１では、圧力センサ８２ａ，８２ｂの検出値により、燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力を取得する。
【０１４８】
次のステップＳ５２では、内燃機関１０の運転状態を表す各種パラメータを取得する。具体的には、機関回転数Ne、吸気管負圧Pm、吸入空気量Gaなどの各パラメータを読み込む。
【０１４９】
次のステップＳ５３では、ステップＳ５１で取得した燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力の少なくとも一方が第３の所定値以上であるか否かを判定する。ここで、第３の所定値は、燃料噴射弁２６からの圧縮行程噴射が可能か否かを判定するための基準値であって、燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力が第３の所定値以上の場合は、燃料噴射弁２６からの圧縮行程噴射が可能である。
【０１５０】
ステップＳ５３で、燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力の少なくとも一方が第３の所定値以上である場合は、圧縮行程噴射が可能であるため、ステップＳ５４へ進む。一方、燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力の双方が第３の所定値未満の場合は、ステップＳ５９へ進む。
【０１５１】
ステップＳ５４では、ステップＳ５２で取得したパラメータに基づいて、現在の運転状態が高負荷域の運転状態であるか否かを判定する。
【０１５２】
ステップＳ５４で高負荷域の運転状態と判定された場合は、ステップＳ５５へ進む。ステップＳ５５では、低圧遮断弁７４を閉じ、高圧遮断弁７２を開く。次のステップＳ５６では、ステップＳ５１で取得した各燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力が第３の所定値以上であるか否かを判定し、圧力が第３の所定値以上の燃料ガスボンベに接続された燃料供給弁３８ａ，３８ｂを開く。そして、圧力が第３の所定値未満の酸素ボンベに接続された燃料供給弁３８ａ，３８ｂを閉じる。なお、燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力の双方が第３の所定値以上の場合は、燃料ガスボンベ８０ａに接続された燃料供給弁３８ａを開き、燃料ガスボンベ８０ｂに接続された燃料供給弁３８ｂを閉じる。
【０１５３】
次のステップＳ５７では、内燃機関１０の筒内に接続された燃料噴射弁２６から燃料を噴射する。この際、ステップＳ５５で高圧遮断弁７２が開かれ、ステップＳ５６で圧力が第３の所定値以上の燃料ガスボンベに接続された燃料供給弁が開かれているため、燃料噴射弁２６にかかる改質ガスの圧力が高められ、圧縮行程で筒内に改質ガスを噴射することができる。また、ステップＳ５５では低圧遮断弁７４が閉じられているため、燃料噴射弁２７からの燃料噴射は停止される。
【０１５４】
次のステップＳ５８では、現在使用中の燃料ガスボンベの圧力が第３の所定値以上であるか否かを判定し、第３の所定値以上の場合はステップＳ５３へ進む。一方、第３の所定値未満に低下した場合は、ステップＳ５１へ戻る。
【０１５５】
ステップＳ５３では、運転条件に変更が生じたか否かを判定し、変更が生じた場合はステップＳ５１へ戻る。一方、運転条件に変更が生じていない場合は、処理を終了する(RETURN)。
【０１５６】
ステップＳ５４で高負荷域の運転状態ではないと判定された場合、すなわち、軽負荷域、中負荷域の運転状態と判定された場合は、ステップＳ５９へ進む。ステップＳ５９では、低圧遮断弁７４を開き、高圧遮断弁７２を閉じる。次のステップＳ６０では、ステップＳ５１で取得した各燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力に基づいて、各燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力が第３のしきい値未満であるか否かを判定し、圧力が第３のしきい値未満の燃料ガスボンベに接続された燃料供給弁３８ａ，３８ｂを開く。そして、圧力が第３のしきい値以上の燃料ガスボンベに接続された燃料供給弁３８ａ，３８ｂを閉じる。なお、燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力の双方が第３のしきい値以上の場合は、燃料ガスボンベ８０ａに接続された燃料供給弁３８ａを開き、燃料ガスボンベ８０ｂに接続された燃料供給弁３８ｂを閉じる。
【０１５７】
次のステップＳ６１では、内燃機関１０の吸気管１２に接続された燃料噴射弁２７から燃料を噴射する。
【０１５８】
次のステップＳ６２では、現在使用中の燃料ガスボンベの圧力が第４の所定値以上であるか否かを判定し、第４の所定値以上の場合はステップＳ６３へ進む。一方、現在使用中の酸素ボンベの圧力が第４の所定値未満の場合は、ステップＳ５１へ戻る。第４の所定値は、現在使用中の燃料ガスボンベが空に近い状態であるか否かを判定するためのしきい値である。ステップＳ６３では、運転条件に変更が生じたか否かを判定し、変更が生じた場合はステップＳ６１へ戻る。一方、運転条件に変更が生じていない場合は、処理を終了する(RETURN)。
【０１５９】
図１０の処理によれば、高負荷域の運転状態では、内圧が第３の所定値以上である燃料ガスボンベから燃料ガスを供給するため、圧縮行程で筒内に改質ガスを噴射することができる。また、軽負荷、中負荷域の運転状態では、内圧が第３の所定値未満の燃料ガスボンベから燃料ガスを供給するため、内圧の高い燃料ガスボンベにおける燃料ガスの消費を抑えることができる。従って、内圧の高い燃料ガスボンベの圧力を高圧に維持することができ、圧縮行程噴射をより長時間に渡って行うことができる。
【０１６０】
上述したように本実施形態では、実施の形態５と同様に、運転状態と２つの酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの内圧に応じて改質器３０へ酸素を供給する酸素ボンベ４２ａ，４２ｂを選択するため、図８の処理と図１０の処理は並行して行われる。このとき、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂ、燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの内圧は、内燃機関１０の運転に伴って低下していくが、好適には、酸素ボンベ、燃料ガスボンベの一方の内圧が低下して、軽負荷〜中負荷域と高負荷域とで使用するボンベが異なることとなった場合は、酸素ボンベ、燃料ガスボンベの他方についても、軽負荷、中負荷域と高負荷域とで使用するボンベを切り換えることが好適である。
【０１６１】
このため、内燃機関１０の運転に伴って、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂと燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力が同程度の割合で低下していくことが望ましい。より詳細には、図８の処理によれば、先に酸素が消費される酸素ボンベ４２ａの内圧が図８中の第１の所定値未満に低下すると、高負荷域の運転で酸素を供給するボンベが酸素ボンベ４２ａから酸素ボンベ４２ｂに切り換わる。また、図１０の処理によれば、先に燃料ガスが消費される燃料ガスボンベ８０ａの内圧が図１０中の第３の所定値未満に低下すると、高負荷域の運転で燃料ガスを供給するボンベが燃料ガスボンベ８０ａから燃料ガスボンベ８０ｂに切り換わる。この場合において、酸素ボンベ４２ａの内圧が第１の所定値に達するタイミングと、燃料ガスボンベ８０ａの内圧が第３の所定値に達するタイミングが同じタイミングであることが望ましい。
【０１６２】
これにより、酸素ボンベ４２ａ、燃料ガスボンベ８０ａの一方のみが低圧になることを抑止でき、高負荷運転時に高圧の改質ガスを燃料噴射弁２６に安定して供給することができる。従って、圧縮行程噴射を行うことのできる時間、走行距離をより増加することが可能となる。
【０１６３】
酸素ボンベ４２ａの内圧が第１の所定値に達するタイミングと、燃料ガスボンベ８０ａの内圧が第３の所定値に達するタイミングとを同時期にするためには、酸素と燃料ガスとの混合比に合わせて、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂ、燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの容量を決定すれば良い。
【０１６４】
例えば燃料ガスとしてメタン（ＣＨ４）を用いた場合は、改質器３０において以下の反応式による反応（部分酸化反応）が行われる。
ＣＨ４＋（１／２）Ｏ２→ＣＯ＋２Ｈ２
上式に示されるように、燃料ガスとしてメタンを用いた場合は、燃料ガス１モルに対して酸素０．５モルが反応する。従って、燃料ガスボンベ８０ａの容量を酸素ボンベ４０ａの容量の２倍としておくことで、燃料ガスボンベ８０ａ内の圧力と酸素ボンベ４０ａ内の圧力を同程度の割合で低下させることができ、酸素ボンベ４２ａの内圧が第１の所定値に達するタイミングと、燃料ガスボンベ８０ａの内圧が第３の所定値に達するタイミングとを同時期にすることが可能である。
【０１６５】
また、燃料ガスとしてプロパン（Ｃ３Ｈ８）を用いた場合は、改質器３０において以下の反応式による反応（部分酸化反応）が行われる。
Ｃ３Ｈ８＋（３／２）Ｏ２→３ＣＯ＋４Ｈ２
上式に示されるように、燃料ガスとしてプロパンを用いた場合は、燃料ガス１モルに対して酸素１．５モルが反応する。従って、酸素ボンベ４０ａの容量を燃料ガスボンベ８０ａの容量の１．５倍とすることで、燃料ガスボンベ８０ａ内の圧力と酸素ボンベ４０ａ内の圧力を同程度の割合で低下させることができ、酸素ボンベ４２ａの内圧が第１の所定値に達するタイミングと、燃料ガスボンベ８０ａの内圧が第３の所定値に達するタイミングとを同時期にすることが可能である。
【０１６６】
これにより、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂ、燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂを満充填した後、内燃機関１０の運転により酸素ガスボンベ４０ａの内圧が第１の所定値未満となる場合は、燃料ガスボンベ８０ａの内圧も第３の所定値未満となり、高負荷域の運転において酸素ボンベ４０ｂ内の酸素ガスの使用が開始されるタイミングと燃料ガスボンベ８０ｂ内の燃料ガスの使用が開始されるタイミングを同じタイミングにすることができる。従って、燃料ガスボンベと酸素ガスボンベの一方の圧力のみがより早く低圧になることがなく、高負荷域で燃料噴射弁２６から改質ガスを噴射できる時間、走行距離をより長くすることができる。
【０１６７】
また、燃料ガスボンベ８０ａおよび酸素ボンベ４０ａの内圧が同じタイミングで所定値未満となるため、軽負荷、中負荷域の運転において、吸気行程における供給ガス量を増加することができる。従って、ポンピングロスを低減することができ、燃費を向上することができる。
【０１６８】
また、酸素ボンベ、燃料ガスボンベの一方において、改質器３０へガスを供給するボンベの切り換えが行われた場合は、酸素ボンベ、燃料ガスボンベの他方においても改質器３０へガスを供給するボンベを切り換えるようにしても良い。例えば、酸素ボンベ４２ａの内圧が低下して第１の所定値未満になった場合は、高負荷域の運転で使用する酸素ボンベを酸素ボンベ４２ａから酸素ボンベ４２ｂに切り換えるとともに、燃料ガスボンベ８０ａの内圧が第３の所定値未満まで低下していない場合においても、高負荷域の運転で使用する燃料ガスボンベを燃料ガスボンベ８０ａから燃料ガスボンベ８０ｂに切り換えるようにする。これにより、高負荷域の運転で使用される燃料ガスボンベ、酸素ガスボンベの一方のみが低圧になることを抑止できる。従って、高負荷運転時に高圧の改質ガスを燃料噴射弁２６に安定して供給することができ、圧縮行程噴射を行うことのできる時間、走行距離をより増加することが可能となる。
【０１６９】
以上説明したように実施の形態６によれば、複数の燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂを設け、軽負荷、中負荷域の運転状態では低圧の燃料ガスボンベから燃料ガスを供給し、高負荷域の運転のみで高圧の燃料ガスボンベから燃料ガスを供給するようにしたため、高圧の燃料ガスボンベの圧力低下を抑制することができる。従って、高圧の燃料ガスボンベの圧力を長時間維持することができ、高負荷域での圧縮行程噴射を長時間に渡って行うことができる。
【０１７０】
また、内燃機関１０の運転に伴って、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂの圧力と燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力を同程度の割合で低下させるため、燃料ガスボンベと酸素ガスボンベの一方の圧力のみがより早く低圧になることがなく、高負荷域で燃料噴射弁２６から改質ガスを噴射できる時間、走行距離をより長くすることができる。
【０１７１】
なお、実施の形態６においても、より多くの燃料ガスボンベを設けても良い。この場合においても、運転状態と各燃料ガスボンベの内圧に応じて燃料ガスボンベを選択することで、運転状態に応じた圧力の燃料ガスボンベから改質器３０へ燃料ガスを供給することが可能である。
【０１７２】
また、実施の形態５，６では、酸素ボンベ４２ａ，４２ｂ又は燃料ガスボンベ８０ａ，８０ｂの圧力が低下した場合は、燃料噴射弁２７から吸気管１２へ吸気行程噴射を行うこととしたが、実施の形態３と同様に燃料噴射弁２６から筒内へ吸気行程噴射を行っても良い。
【０１７３】
また、上述した実施形態では、吸気行程で燃料噴射弁２７から吸気管１２へ改質ガスを噴射することとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。吸気行程以外の行程で燃料噴射弁２７から改質ガスを噴射しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る燃料改質器付き内燃機関１０を備えたシステムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る燃料改質器付き内燃機関１０を備えたシステムの構成を示す模式図である。
【図３】実施の形態３のシステムにおける処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態３に係る燃料改質器付き内燃機関１０を備えたシステムの構成の他の例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態４に係る燃料改質器付き内燃機関１０を備えたシステムの構成を示す模式図である。
【図６】実施の形態４のシステムにおける処理の手順を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態５に係る燃料改質器付き内燃機関１０を備えたシステムの構成を示す模式図である。
【図８】実施の形態５のシステムにおける処理の手順を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態６に係る燃料改質器付き内燃機関１０を備えたシステムの構成を示す模式図である。
【図１０】実施の形態６のシステムにおける処理の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１７５】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
２６，２７  燃料噴射弁
３０  改質器
３４  圧力センサ
３６  燃料供給管
４０  酸素供給管
４２，４２ａ，４２ｂ  酸素ボンベ
５０  ＥＣＵ
５１  酸素分離器
５１ａ  酸素分離膜
５８  空気ポンプ
７２  高圧遮断弁
７４  低圧遮断弁
７６ａ，７６ｂ，８２ａ，８２ｂ  圧力センサ
８０ａ，８０ｂ  燃料ガスボンベ
【図１】
2006170182.tif 000003
【図２】
2006170182.tif 000004
【図３】
2006170182.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006170182.tif 000009
【図８】
2006170182.tif 000010
【図９】
2006170182.tif 000011
【図１０】
2006170182.tif 000012