(57)【要約】【課題】エンジンの吸気圧力変化により改質器での水素生成能の制御性が低下するのを抑制する。【解決手段】エンジン１０８の吸気圧力変化に対して、エゼクタ１０１から改質器１０４に供給される改質用空気１００ｃと改質用燃料ガス１００ａの混合比率の変動を抑制するように、改質用空気制御弁１１２の開度を制御することで、エゼクタ１０１に吸引される改質用空気流量を制御する。これによって、エンジン１０８の吸気圧力変化に対して、改質器１０４で改質用燃料ガス１００ａが水素ガスに改質する割合が変動するのを抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を含む化合物ガスを供給する供給装置と、
絞り部を含み、供給装置から供給された前記化合物ガスが通る主流路と、主流路に連通し、酸素含有ガスが通る副流路と、が形成されたエゼクタであって、主流路を通る該化合物ガスの絞り部での減圧により、副流路から吸引した酸素含有ガスを該化合物ガスと混合させることが可能なエゼクタと、
エゼクタで混合された前記化合物ガスと酸素含有ガスとを触媒上で反応させることで、該化合物ガスの一部の酸化反応により熱を発生させ、該発生させた熱を利用した該化合物ガスの分解反応により水素ガスを発生させる改質器と、
改質器で発生した改質ガスが吸気通路に供給され、該改質ガスを筒内で燃焼させるエンジンと、
エンジンの吸気圧力変化に対して、エゼクタから改質器へ供給される前記化合物ガスと酸素含有ガスの混合比率の変動を抑制するように、エゼクタに吸引される酸素含有ガス量、または改質器へ供給する前記化合物ガス量を調整する混合比率調整部と、
を備える、エンジンシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンシステムであって、
エンジンの吸気通路におけるスロットル弁より下流側から分岐し、エゼクタの副流路と連通し、酸素含有ガスとしてエンジンの吸気をエゼクタへ導入するための導入路が設けられ、
混合比率調整部は、導入路に設けられた調整弁を有し、エンジンの吸気圧力またはスロットル開度に基づいて調整弁の開度を調整する、エンジンシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のエンジンシステムであって、
混合比率調整部は、エンジンの吸気圧力の上昇またはスロットル開度の増加に対して、調整弁の開度を減少させる、エンジンシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のエンジンシステムであって、
混合比率調整部は、前記化合物ガスを改質器へ供給する副供給装置を有し、エンジンの吸気圧力またはスロットル開度に基づいて、副供給装置から改質器へ供給する前記化合物ガス量を調整する、エンジンシステム。
【請求項５】
請求項４に記載のエンジンシステムであって、
エンジンの吸気通路におけるスロットル弁より下流側から分岐し、エゼクタの副流路と連通し、酸素含有ガスとしてエンジンの吸気をエゼクタへ導入するための導入路が設けられ、
混合比率調整部は、エンジンの吸気圧力の上昇またはスロットル開度の増加に対して、副供給装置から改質器へ供給する前記化合物ガス量を増加させる、エンジンシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のエンジンシステムであって、
エンジンの吸気通路におけるスロットル弁より下流側から分岐し、エゼクタの副流路と連通し、酸素含有ガスとしてエンジンの吸気をエゼクタへ導入するための導入路が設けられ、
混合比率調整部は、エンジンの吸気通路におけるスロットル弁より上流側から分岐し、エゼクタの副流路と連通し、酸素含有ガスとしてエンジンの吸気をエゼクタへ導入するための副導入路を有する、エンジンシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のエンジンシステムであって、
エンジンの吸気通路におけるスロットル弁より下流側から分岐し、エゼクタの副流路と連通し、酸素含有ガスとしてエンジンの吸気をエゼクタへ導入するための導入路が設けられ、
混合比率調整部は、酸素含有ガスとして大気中の空気をエゼクタへ導入するための副導入路を有する、エンジンシステム。
【請求項８】
請求項６または７に記載のエンジンシステムであって、
副導入路の流路面積が導入路の流路面積より小さい、エンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンシステムに関し、特に、水素を含む化合物ガスを改質して水素ガスを発生させ、水素を主成分とする改質ガスをエンジンで燃焼させるエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素を含む化合物ガスを改質して水素ガスを発生させる関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１では、反応器（改質器）において、改質用燃料としての炭化水素の酸化反応（発熱反応）と、炭化水素の改質反応（吸熱反応）とが触媒上で同時に行われることで、水素を含む改質ガスが生成される。反応器の上流側には、改質用空気をノズルから噴射させる主流路と、改質用空気の噴射により改質用燃料（炭化水素）を吸引する副流路とを有するエゼクタが設けられており、改質用空気と改質用燃料とがエゼクタ内で混合されてから反応器へ供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２８９６５８号公報
【特許文献２】特開２００７−４２３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、改質用燃料（水素を含む化合物ガス）を反応器（改質器）で改質して水素ガスを発生させるために、改質用空気（酸素含有ガス）と改質用燃料をエゼクタで混合して反応器へ供給している。その場合に、反応器で改質用燃料が水素ガスに改質する割合（水素生成能）は、反応器の触媒温度に大きな影響を受ける。触媒温度は、エゼクタから反応器に供給される改質用空気と改質用燃料の混合比率（空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ）が支配的となって決まるので、反応器での水素生成能の制御性向上のためには、エゼクタから反応器における空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの制御性が重要である。しかし、エゼクタによる改質用空気と改質用燃料の調量は圧力影響が大きく、反応器で発生した改質ガスを燃料としてエンジンの吸気通路へ供給する場合は、エンジンの運転条件に応じて変化する吸気圧力とともにエゼクタでの空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが変動する。エゼクタから反応器における空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが変動すると、反応器で改質用燃料が水素ガスに改質する割合も変動し、水素生成能の制御性が低下する。
【０００５】
本発明は、水素を含む化合物ガスと酸素含有ガスをエゼクタで混合して改質器へ供給し、改質器で発生した改質ガスを燃料としてエンジンの吸気通路へ供給する場合に、エンジンの吸気圧力変化により改質器での水素生成能の制御性が低下するのを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るエンジンシステムは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明に係るエンジンシステムは、水素を含む化合物ガスを供給する供給装置と、絞り部を含み、供給装置から供給された前記化合物ガスが通る主流路と、主流路に連通し、酸素含有ガスが通る副流路と、が形成されたエゼクタであって、主流路を通る該化合物ガスの絞り部での減圧により、副流路から吸引した酸素含有ガスを該化合物ガスと混合させることが可能なエゼクタと、エゼクタで混合された前記化合物ガスと酸素含有ガスとを触媒上で反応させることで、該化合物ガスの一部の酸化反応により熱を発生させ、該発生させた熱を利用した該化合物ガスの分解反応により水素ガスを発生させる改質器と、改質器で発生した改質ガスが吸気通路に供給され、該改質ガスを筒内で燃焼させるエンジンと、エンジンの吸気圧力変化に対して、エゼクタから改質器へ供給される前記化合物ガスと酸素含有ガスの混合比率の変動を抑制するように、エゼクタに吸引される酸素含有ガス量、または改質器へ供給する前記化合物ガス量を調整する混合比率調整部と、を備えることを要旨とする。
【０００８】
本発明の一態様では、エンジンの吸気通路におけるスロットル弁より下流側から分岐し、エゼクタの副流路と連通し、酸素含有ガスとしてエンジンの吸気をエゼクタへ導入するための導入路が設けられ、混合比率調整部は、導入路に設けられた調整弁を有し、エンジンの吸気圧力またはスロットル開度に基づいて調整弁の開度を調整することが好適である。
【０００９】
本発明の一態様では、混合比率調整部は、エンジンの吸気圧力の上昇またはスロットル開度の増加に対して、調整弁の開度を減少させることが好適である。
【００１０】
本発明の一態様では、混合比率調整部は、前記化合物ガスを改質器へ供給する副供給装置を有し、エンジンの吸気圧力またはスロットル開度に基づいて、副供給装置から改質器へ供給する前記化合物ガス量を調整することが好適である。
【００１１】
本発明の一態様では、エンジンの吸気通路におけるスロットル弁より下流側から分岐し、エゼクタの副流路と連通し、酸素含有ガスとしてエンジンの吸気をエゼクタへ導入するための導入路が設けられ、混合比率調整部は、エンジンの吸気圧力の上昇またはスロットル開度の増加に対して、副供給装置から改質器へ供給する前記化合物ガス量を増加させることが好適である。
【００１２】
本発明の一態様では、エンジンの吸気通路におけるスロットル弁より下流側から分岐し、エゼクタの副流路と連通し、酸素含有ガスとしてエンジンの吸気をエゼクタへ導入するための導入路が設けられ、混合比率調整部は、エンジンの吸気通路におけるスロットル弁より上流側から分岐し、エゼクタの副流路と連通し、酸素含有ガスとしてエンジンの吸気をエゼクタへ導入するための副導入路を有することが好適である。
【００１３】
本発明の一態様では、エンジンの吸気通路におけるスロットル弁より下流側から分岐し、エゼクタの副流路と連通し、酸素含有ガスとしてエンジンの吸気をエゼクタへ導入するための導入路が設けられ、混合比率調整部は、酸素含有ガスとして大気中の空気をエゼクタへ導入するための副導入路を有することが好適である。
【００１４】
本発明の一態様では、副導入路の流路面積が導入路の流路面積より小さいことが好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、エンジンの吸気圧力変化に対して、エゼクタから改質器へ供給される水素を含む化合物ガスと酸素含有ガスの混合比率の変動を抑制するように、エゼクタに吸引される酸素含有ガス量、または改質器へ供給する化合物ガス量を調整することで、改質器で化合物ガスが水素ガスに改質する割合が変動するのを抑制することができ、改質器での水素生成能の制御性が低下するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態１に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。
【図２】エンジン吸気圧力に対する、エゼクタから改質器に供給される改質用空気と改質用燃料ガスの混合比率の関係を計測した結果を示す図である。
【図３】空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが目標値に維持されるための吸気圧力と改質用空気制御弁の開度との関係の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態３に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。
【図６】空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが目標値に維持されるためのスロットル弁の開度と改質用空気制御弁の開度との関係の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態４に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。
【図８】空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが目標値に維持されるための吸気圧力とサブインジェクタの噴射量との関係の一例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態５に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態６に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１８】
「実施形態１」
図１は、本発明の実施形態１に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。燃料貯蔵装置としての燃料タンク１０９内には、改質用燃料ガスとしての水素を含む化合物ガスが高圧で充填されている。ここでの改質用燃料ガスとしては、例えばアンモニアガス（ＮＨ3）やヒドラジンガス（Ｎ2Ｈ4）等の窒素と水素の化合物ガスを用いることができる。あるいは、改質用燃料ガスとして、例えばメタン（ＣＨ4）やプロパン（ＬＰＧ）等の炭化水素ガスを用いることもできる。燃料タンク１０９内に充填された改質用燃料ガス１００ａは、燃料ガス供給流路１１０を通って燃料ガス供給装置としてのインジェクタ１０２に供給され、インジェクタ１０２から噴射されることでエゼクタ１０１へ供給される。
【００１９】
エゼクタ１０１には、改質用燃料ガス１００ａが通る主流路１０１ａと、主流路１０１ａに連通し、酸素含有ガス（酸素を含むガス）としての改質用空気１００ｃが通る副流路１０１ｂと、が形成されている。主流路１０１ａの途中には、管径を細く絞ったオリフィス（絞り部）１０１ｃが設けられている。インジェクタ１０２は、エゼクタ１０１の主流路１０１ａ（オリフィス１０１ｃより上流側）に臨んで配置されており、インジェクタ１０２から噴射された改質用燃料ガス１００ａは、主流路１０１ａにおけるオリフィス１０１ｃより上流側の位置に供給される。エンジン１０８の吸気通路１０７は、スロットル弁１０６より下流側（スロットル弁１０６の直下）で枝分かれし、分岐した空気導入路１１１が副流路１０１ｂと連通することで、吸気通路１０７から空気導入路１１１を通って副流路１０１ｂへ改質用空気１００ｃ（エンジン１０８の吸気）が導入される。空気導入路１１１の途中には、改質用空気制御弁１１２が設けられている。インジェクタ１０２から主流路１０１ａに噴射された改質用燃料ガス１００ａは、オリフィス１０１ｃを通過する際に、流速が増し圧力が低下する。このとき生じる負圧により、副流路１０１ｂから改質用空気１００ｃが吸引されて主流路１０１ａに流入し、改質用燃料ガス１００ａと混合する。改質用燃料ガス１００ａと改質用空気１００ｃとの混合ガス１００ｄは、主流路１０１ａ（オリフィス１０１ｃより下流側）を通って改質器１０４へ供給される。
【００２０】
改質器１０４内には、改質用燃料ガス（水素を含む化合物ガス）１００ａの分解反応により改質用燃料ガス１００ａを改質して水素ガス（Ｈ2）を発生させるための改質触媒１０３が設けられている。改質器１０４は、エゼクタ１０１で混合された改質用燃料ガス１００ａと改質用空気１００ｃとを改質触媒１０３上で反応させることで、改質用燃料ガス１００ａの一部を酸化反応させる。この酸化反応は発熱反応であるため、酸化反応により熱が発生し、改質触媒１０３の温度が上昇する。そして、この酸化反応により発生した熱が、吸熱反応である改質用燃料ガス１００ａの分解反応に利用される。その結果、改質触媒１０３上で改質用燃料ガス１００ａの分解反応が進行し、水素を主成分とする改質ガス１００ｅが生成される。その際には、ヒータ等により改質触媒１０３を加熱しなくても、改質用燃料ガス１００ａの一部の酸化反応と、この酸化反応による熱を利用した残りの改質用燃料ガス１００ａの分解反応とが進行する。改質器１０４で生成された水素ガスを含む改質ガス１００ｅは、クーラ１０５で冷却されてからエンジン１０８の燃料として吸気通路１０７（スロットル弁１０６より下流側）へ供給され、吸気通路１０７の空気１００ｂ（吸気）と混合してエンジン１０８の筒内へ供給される。エンジン１０８は、筒内の水素ガスを含む改質ガス１００ｅを燃焼させることで動力を発生する。
【００２１】
改質用燃料ガス１００ａがアンモニアガス（窒素と水素の化合物ガス）である場合は、アンモニアガスの酸化反応（発熱反応）は以下の（１）式で表され、アンモニアガスの分解反応（吸熱反応）は以下の（２）式で表される。
【００２２】
ＮＨ3＋３／４Ｏ2→１／２Ｎ2＋３／２Ｈ2Ｏ      （１）
ＮＨ3→１／２Ｎ2＋３／２Ｈ2      （２）
【００２３】
また、改質用燃料ガス１００ａがメタンガス（炭化水素ガス）である場合は、メタンガスの酸化反応（発熱反応）は以下の（３）式で表され、メタンガスの分解反応（吸熱反応）は以下の（４）式で表される。（４）式に示すように、メタンガスの分解反応には水が必要となるため、メタンガスに改質用空気１００ｃと水蒸気を混合してから改質器１０４へ供給することが好ましい。
【００２４】
ＣＨ4＋２Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｈ2Ｏ      （３）
ＣＨ4＋２Ｈ2Ｏ→４Ｈ2＋ＣＯ2      （４）
【００２５】
改質システムにおいて、改質用燃料ガス１００ａと改質用空気１００ｃの供給系には、それぞれ昇圧用ポンプを備えているのが一般的である。これに対して改質用燃料ガス１００ａと改質用空気１００ｃの調量部にエゼクタ１０１を用いると、主流体（改質用燃料ガス１００ａ）が主流路１０１ａのオリフィス１０１ｃを通過する際に生じる負圧で副流路１０１ｂ側の副流体（改質用空気１００ｃ）が吸引されるため、副流体（改質用空気１００ｃ）供給系の昇圧用ポンプが不要となる。さらに、主流路１０１ａに供給される改質用燃料として、大気圧より高い圧力で充填される燃料ガスを選択することで、燃料タンク１０９との差圧を利用して改質用燃料ガス１００ａをエゼクタ１０１に供給することが可能となる。これによって、主流体（改質用燃料ガス１００ａ）供給系の昇圧用ポンプも不要となる。その結果、改質システムの小型化が可能となる。また、改質用燃料ガス１００ａがアンモニアガス等、窒素と水素の化合物ガスである場合は、炭化水素ガスの水蒸気改質に要する水供給系（水タンク、蒸発器等）が不要となるため、改質システムの更なる小型化が可能となる。
【００２６】
エンジン１０８の吸気通路１０７（スロットル弁１０６より下流側）には、吸気圧力センサ１１３が設けられており、エンジン１０８の動作時における吸気通路１０７（スロットル弁１０６より下流側）の圧力（吸気圧力）が吸気圧力センサ１１３により検出される。吸気圧力センサ１１３で検出された吸気圧力を示す信号は、電子制御装置（ＥＣＵ）１１５に入力される。電子制御装置１１５は、吸気圧力センサ１１３で検出された吸気圧力を基にエゼクタ１０１の必要空気量を算出し、空気流量制御信号を出力して改質用空気制御弁１１２の開度を制御する。これによって、空気導入路１１１を流れる改質用空気流量が制御され、エゼクタ１０１に吸引される改質用空気流量が制御される。
【００２７】
ここで、エンジン１０８の吸気圧力（スロットル弁１０６より下流側の圧力）に対する、エゼクタ１０１から改質器１０４に供給される改質用空気１００ｃと改質用燃料ガス１００ａの混合比率（空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ）の関係を計測した結果を図２に示す。図２においては、改質用空気制御弁１１２の開度を一定としている。図２に示すように、エンジン１０８の負荷が高くなり（スロットル弁１０６の開度が大きくなり）、吸気圧力が上昇するに従って、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが増加することがわかる。
【００２８】
改質器１０４で改質用燃料ガス１００ａが水素ガスに分解する割合（以降、水素生成能とする）は、改質触媒１０３の温度に大きな影響を受ける。改質触媒１０３の温度は、改質器１０４での空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが支配的となって決まるので、改質器１０４での水素生成能の制御性向上のためには、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの制御性が重要である。しかし、エゼクタ１０１による改質用空気１００ｃと改質用燃料ガス１００ａの調量は圧力影響が大きく、図２に示すように、エンジン１０８の負荷（スロットル弁１０６の開度）が変化して吸気圧力が変化すると、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが変動する。改質器１０４において、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが変動すると、改質用燃料ガス１００ａが水素ガスに分解する割合も変動し、水素生成能の制御性が低下する。
【００２９】
そこで、本実施形態では、エンジン１０８の吸気圧力（スロットル弁１０６より下流側の圧力）の変化に対して、エゼクタ１０１から改質器１０４に供給される改質用空気１００ｃと改質用燃料ガス１００ａの混合比率（空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ）の変動を抑制するように、改質用空気制御弁１１２の開度を制御することで、エゼクタ１０１に吸引される改質用空気流量を制御する。図２に示すように、エンジン１０８の負荷が高くなり吸気圧力が上昇すると、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが増加するため、エンジン１０８の吸気圧力の上昇に対して、改質用空気制御弁１１２の開度を減少させることで、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの増加を抑制する。その際には、エンジン１０８の吸気圧力変化に対して空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが目標値（例えば一定値）に維持されるための吸気圧力と改質用空気制御弁１１２の開度との関係を表す特性マップ（例えば図３の特性線Ａ参照）を予め作成し、電子制御装置１１５の記憶装置に記憶しておく。図３の特性線Ａに示す特性マップでは、吸気圧力の上昇に対して改質用空気制御弁１１２の開度が減少している。電子制御装置１１５は、この特性マップにおいて、吸気圧力センサ１１３で検出された吸気圧力に対応する改質用空気制御弁１１２の開度を演算して制御する。これによって、吸気圧力センサ１１３で検出された吸気圧力の上昇に対して、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが一定の目標値に維持されるように、改質用空気制御弁１１２の開度を減少させる。
【００３０】
以上説明した本実施形態によれば、エンジン１０８の吸気圧力に応じて、改質用空気制御弁１１２の開度を制御することで、エゼクタ１０１から改質器１０４における空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの変動を抑制することができ、改質器１０４で改質用燃料ガス１００ａが水素ガスに改質する割合を目標値とすることができる。その結果、水素ガス供給量変動によるエンジン１０８のトルク変動を抑制して、エンジン１０８の安定した運転を実現することができる。
【００３１】
「実施形態２」
図４は、本発明の実施形態２に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。以下の実施形態２の説明では、実施形態１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１と同様である。
【００３２】
本実施形態では、改質用空気制御弁１１２は、バルブハウジング１１２ｃと可動部材１１２ａとばね１１２ｂを備える。バルブハウジング１１２ｃには、空気導入路１１１を介して吸気通路１０７と連通する上流ポート１１２ｄと、空気導入路１１１及び副流路１０１ｂを介して主流路１０１ａと連通する下流ポート１１２ｅと、が形成されている。可動部材１１２ａは、バルブハウジング１１２ｃの内部でその中心軸に沿った方向（中心軸方向、図４の上下方向）に移動することで、改質用空気制御弁１１２の開度を変化させる。可動部材１１２ａには、上流ポート１１２ｄからの改質用空気１００ｃの圧力により下流ポート１１２ｅ側（図４の下側）への力が作用するとともに、ばね１１２ｂの押付力（弾性力）により上流ポート１１２ｄ側（図４の上側）への力が作用する。
【００３３】
改質用燃料ガス１００ａがエゼクタ１０１のオリフィス１０１ｃを通過する際に生じる負圧によって、可動部材１１２ａが下流ポート１１２ｅ側（図４の下側）へ押し下げられる。その際に、ばね１１２ｂの押付力とエゼクタ１０１に生じる負圧のバランスは、エンジン１０８の吸気圧力（スロットル弁１０６より下流側の圧力）の影響を受けて変化する。そのため、エンジン１０８の吸気圧力に応じて、可動部材１１２ａの中心軸方向位置が変化し、改質用空気制御弁１１２の開度が変化する。スロットル弁１０６の開度が増加してエンジン１０８の吸気圧力が上昇すると、可動部材１１２ａの中心軸方向位置が下流ポート１１２ｅ側（図４の下側）へ移動し、改質用空気制御弁１１２の開度が減少する。これによって、エンジン１０８の吸気圧力変化に対して、エゼクタ１０１から改質器１０４における空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの変動が抑制されるように、エゼクタ１０１に吸引される改質用空気流量が調整される。その際には、エンジン１０８の吸気圧力変化に対して空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが目標値（例えば一定値）に維持されるように、吸気圧力と改質用空気制御弁１１２の開度との関係を（例えば図３の特性線Ａに示す関係になるように）設計することが好ましい。また、スロットル弁１０６が全開となり吸気圧力が最も高くなる条件であっても、改質用空気制御弁１１２の開度が全閉とならないように、ばね１１２ｂの押付力を設計することが好ましい。
【００３４】
以上説明した本実施形態でも、エンジン１０８の吸気圧力に応じて、改質用空気制御弁１１２の開度が調整されることで、エゼクタ１０１から改質器１０４における空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの変動を抑制して、改質器１０４で改質用燃料ガス１００ａが水素ガスに改質する割合を目標値とすることができる。さらに、本実施形態では、エンジン１０８の吸気圧力変化に対して改質用空気制御弁１１２の開度が機械的に変化するため、エンジン１０８の吸気圧力を吸気圧力センサ１１３で逐次検出する必要がない。したがって、吸気圧力センサ１１３が不要となり、システムを簡素化することができる。
【００３５】
「実施形態３」
図５は、本発明の実施形態３に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。以下の実施形態３の説明では、実施形態１，２と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１，２と同様である。
【００３６】
本実施形態では、スロットル弁１０６の開度が目標開度になるように電子制御装置１１５により制御される。エンジン１０８の吸気圧力（スロットル弁１０６より下流側の圧力）は、スロットル弁１０６の開度が支配的であるため、電子制御装置１１５は、スロットル弁１０６の開度に連動させて改質用空気制御弁１１２の開度を制御することで、スロットル弁１０６の開度（エンジン１０８の吸気圧力）の変化に対して、エゼクタ１０１から改質器１０４における空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの変動を抑制するように、エゼクタ１０１に吸引される改質用空気流量を制御する。図２に示すように、スロットル弁１０６の開度が増加して吸気圧力が上昇すると、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが増加するため、スロットル弁１０６の開度の増加に対して、改質用空気制御弁１１２の開度を減少させることで、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの増加を抑制する。その際には、スロットル弁１０６の開度の変化に対して空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが目標値（例えば一定値）に維持されるためのスロットル弁１０６の開度（目標開度）と改質用空気制御弁１１２の開度との関係を表す特性マップ（例えば図６の特性線Ｂ参照）を予め作成し、電子制御装置１１５の記憶装置に記憶しておく。図６の特性線Ｂに示す特性マップでは、スロットル弁１０６の開度（目標開度）の増加に対して改質用空気制御弁１１２の開度が減少している。電子制御装置１１５は、この特性マップにおいて、与えられたスロットル弁１０６の開度（目標開度）に対応する改質用空気制御弁１１２の開度を演算して制御する。これによって、スロットル弁１０６の開度の増加に対して、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが一定の目標値に維持されるように、改質用空気制御弁１１２の開度を減少させる。
【００３７】
以上説明した本実施形態でも、スロットル弁１０６の開度に応じて、改質用空気制御弁１１２の開度を制御することで、エゼクタ１０１から改質器１０４における空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの変動を抑制して、改質器１０４で改質用燃料ガス１００ａが水素ガスに改質する割合を目標値とすることができる。さらに、本実施形態では、エンジン１０８の吸気圧力を検出する吸気圧力センサ１１３が不要となり、システムを簡素化することができる。
【００３８】
「実施形態４」
図７は、本発明の実施形態４に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。以下の実施形態４の説明では、実施形態１〜３と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１〜３と同様である。
【００３９】
本実施形態では、空気導入路１１１に設けられていた改質用空気制御弁１１２が省略されている。そして、副燃料ガス供給装置としてのサブインジェクタ２１３が設けられており、燃料タンク１０９内に充填された改質用燃料ガス１００ａが副燃料ガス供給流路２１２を通ってサブインジェクタ２１３に供給される。サブインジェクタ２１３は、エゼクタ１０１と改質器１０４間の燃料ガス流路２１４に臨んで配置され、サブインジェクタ２１３から噴射された改質用燃料ガス１００ａは、燃料ガス流路２１４に供給され、エゼクタ１０１から燃料ガス流路２１４に流出する改質用燃料ガス１００ａと改質用空気１００ｃとの１次混合ガス１００ｆと混合する。この混合後における改質用燃料ガス１００ａと改質用空気１００ｃとの２次混合ガス１００ｄが燃料ガス流路２１４から改質器１０４へ供給される。サブインジェクタ２１３からの改質用燃料ガス１００ａの噴射制御は、電子制御装置１１５により行われる。
【００４０】
さらに、本実施形態では、エンジン１０８の吸気圧力（スロットル弁１０６より下流側の圧力）の変化に対して、改質器１０４に供給される改質用空気１００ｃと改質用燃料ガス１００ａの混合比率（空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌ）の変動を抑制するように、サブインジェクタ２１３から改質器１０４への改質用燃料ガス１００ａの供給量を制御する。図２に示すように、スロットル弁１０６の開度が増加して吸気圧力が上昇すると、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが増加するため、エンジン１０８の吸気圧力の上昇（スロットル弁１０６の開度の増加）に対して、サブインジェクタ２１３から改質器１０４への改質用燃料ガス１００ａの噴射量を増加させることで、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの増加を抑制する。その際には、エンジン１０８の吸気圧力変化に対して空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが目標値（例えば一定値）に維持されるための吸気圧力とサブインジェクタ２１３の噴射量との関係を表す特性マップ（例えば図８の特性線Ｃ参照）を予め作成し、電子制御装置１１５の記憶装置に記憶しておく。図８の特性線Ｃに示す特性マップでは、吸気圧力の上昇に対してサブインジェクタ２１３の噴射量が増加している。電子制御装置１１５は、この特性マップにおいて、吸気圧力センサ１１３で検出された吸気圧力に対応するサブインジェクタ２１３の噴射量を演算して制御する。これによって、吸気圧力センサ１１３で検出された吸気圧力の上昇に対して、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが一定の目標値に維持されるように、サブインジェクタ２１３から改質器１０４への改質用燃料ガス１００ａの噴射量を増加させる。なお、実施形態３と同様に、吸気圧力センサ１１３で検出された吸気圧力に代えて、スロットル弁１０６の開度（目標開度）を用いることも可能である。
【００４１】
以上説明した本実施形態では、エンジン１０８の吸気圧力（スロットル弁１０６の開度）に応じて、サブインジェクタ２１３の噴射量を制御することで、改質器１０４での空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの変動を抑制して、改質器１０４で改質用燃料ガス１００ａが水素ガスに改質する割合を目標値とすることができる。
【００４２】
「実施形態５」
図９は、本発明の実施形態５に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。以下の実施形態５の説明では、実施形態１〜４と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１〜４と同様である。
【００４３】
本実施形態では、実施形態２と比較して、空気導入路１１１に設けられていた改質用空気制御弁１１２が省略されている。そして、エンジン１０８の吸気通路１０７は、スロットル弁１０６より上流側でも枝分かれし、分岐した副空気導入路１１７が、空気導入路１１１の途中部と連通することで、空気導入路１１１を介してエゼクタ１０１の副流路１０１ｂと連通する。副空気導入路１１７の断面積（流路面積）は、空気導入路１１１の断面積（流路面積）と比較して十分小さい。吸気通路１０７におけるスロットル弁１０６より下流側から空気導入路１１１にメイン空気１００ｇ（エンジン１０８の吸気）が導入されるとともに、吸気通路１０７におけるスロットル弁１０６より上流側から副空気導入路１１７にサブ空気１００ｈ（エンジン１０８の吸気）が導入される。メイン空気１００ｇとサブ空気１００ｈは、空気導入路１１１の途中部で混合し、改質用空気１００ｃとしてエゼクタ１０１の副流路１０１ｂへ導入される。
【００４４】
スロットル弁１０６の開度が減少してエンジン１０８の吸気圧力（スロットル弁１０６より下流側の圧力）が低下する場合は、空気導入路１１１と吸気通路１０７におけるスロットル弁１０６より上流側（大気圧と同様）との差圧が大きくなるため、副空気導入路１１７を流れるサブ空気１００ｈの流量が増加する。空気導入路１１１を流れるメイン空気１００ｇの流量は、吸気圧力の低下に対して減少するが、そこに逆の特性を示すサブ空気１００ｈを追加供給することで、改質用空気１００ｃの減少分を補償することができる。
【００４５】
一方、スロットル弁１０６の開度が増加してエンジン１０８の吸気圧力（スロットル弁１０６より下流側の圧力）が上昇する場合は、吸気通路１０７におけるスロットル弁１０６前後の差圧は小さくなり、副空気導入路１１７を流れるサブ空気１００ｈの流量が減少する。副空気導入路１１７の流路面積は空気導入路１１１の流路面積より極めて小さいため、差圧が０となるスロットル弁１０６の全開条件では、副空気導入路１１７の管径が圧損となり、サブ空気１００ｈは流れない。改質用空気１００ｃは、管径が大幅に太い空気導入路１１１のみから供給される。
【００４６】
以上のようにして、エンジン１０８の吸気圧力（スロットル弁１０６の開度）の変化に対して、空気導入路１１１を流れるメイン空気１００ｇと副空気導入路１１７を流れるサブ空気１００ｈとの流量割合が変化することで、エゼクタ１０１から改質器１０４における空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの変動を抑制するように、エゼクタ１０１に吸引される改質用空気流量が調整される。図２に示すように、スロットル弁１０６の開度が増加して吸気圧力が上昇すると、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが増加するため、吸気圧力の上昇（スロットル弁１０６の開度の増加）に対して、副空気導入路１１７を流れるサブ空気１００ｈの流量が減少することで、空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの増加が抑制される。その際に、吸気圧力の変化に対して空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌが目標値（例えば一定値）に維持されるように、空気導入路１１１と副空気導入路１１７の流路面積を設計することが好ましい。ここで、サブ空気１００ｈの流量は、副空気導入路１１７の途中に絞り弁を設け、例えばＩＳＣＶ（アイドルスピードコントロールバルブ）のようにより積極的な制御をしてもよいが、好ましくは、副空気導入路１１７の流路面積（管径）を最適化して設計することで、差圧のみを用いて制御なしに空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌを調量することができる。
【００４７】
以上説明した本実施形態では、エンジン１０８の吸気圧力（スロットル弁１０６の開度）に応じて、空気導入路１１１を流れるメイン空気１００ｇと副空気導入路１１７を流れるサブ空気１００ｈとの流量割合が調整されることで、エゼクタ１０１から改質器１０４における空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの変動を抑制して、改質器１０４で改質用燃料ガス１００ａが水素ガスに改質する割合を目標値とすることができる。さらに、本実施形態では、エンジン１０８の吸気圧力を検出する吸気圧力センサ１１３が不要となり、システムを簡素化することができる。
【００４８】
「実施形態６」
図１０は、本発明の実施形態６に係るエンジンシステムの概略構成を示す図である。以下の実施形態６の説明では、実施形態１〜５と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１〜５と同様である。
【００４９】
本実施形態では、実施形態５と比較して、副空気導入路１１７の一端が大気中の空気と連通し、副空気導入路１１７の他端が空気導入路１１１の途中部と連通することで空気導入路１１１を介してエゼクタ１０１の副流路１０１ｂと連通する。副空気導入路１１７には、一端（大気側）から他端（空気導入路１１１）へのガスの流れを許容するとともに、他端（空気導入路１１１）から一端（大気側）へのガスの流れを遮断する逆止弁１１８が設けられている。吸気通路１０７におけるスロットル弁１０６より下流側から空気導入路１１１にメイン空気１００ｇ（エンジン１０８の吸気）が導入されるとともに、副空気導入路１１７にサブ空気１００ｈ（大気中の空気）が導入される。メイン空気１００ｇとサブ空気１００ｈは、空気導入路１１１の途中部で混合し、改質用空気１００ｃとしてエゼクタ１０１の副流路１０１ｂへ導入される。システムの停止後には、残留した改質用燃料ガス１００ａが大気中へ逆流するのを逆止弁１１８により防止することができる。
【００５０】
以上説明した本実施形態でも、実施形態５と同様に、エンジン１０８の吸気圧力（スロットル弁１０６の開度）に応じて、空気導入路１１１を流れるメイン空気１００ｇと副空気導入路１１７を流れるサブ空気１００ｈとの流量割合が調整されることで、エゼクタ１０１から改質器１０４における空燃比Ａｉｒ／Ｆｕｅｌの変動を抑制することができる。
【００５１】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５２】
１００ａ  改質用燃料ガス、１００ｂ  空気、１００ｃ  改質用空気、１００ｄ  混合ガス、１００ｅ  改質ガス、１０１  エゼクタ、１０１ａ  主流路、１０１ｂ  副流路、１０１ｃ  オリフィス、１０２  インジェクタ、１０３  改質触媒、１０４  改質器、１０５  クーラ、１０６  スロットル弁、１０７  吸気通路、１０８  エンジン、１０９  燃料タンク、１１０  燃料ガス供給流路、１１１  空気導入路、１１２  改質用空気制御弁、１１２ａ  可動部材、１１２ｂ  ばね、１１２ｃ  バルブハウジング、１１２ｄ  上流ポート、１１２ｅ  下流ポート、１１３  吸気圧力センサ、１１５  電子制御装置、１１７  副空気導入路、１１８  逆止弁、２１２  副燃料ガス供給流路、２１３  サブインジェクタ、２１４  燃料ガス流路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図４】
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