(57)【要約】【課題】  水素ガスを燃料の一つとしてエンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、空気と水素リッチガスの供給量を制御し、排気性能，燃費性能に優れたエンジンシステムを提供することにある。【解決手段】  エンジンの燃焼室へ水素リッチガスを供給する水素リッチガス供給管に設けられた水素リッチガスの供給量または供給圧力を検出する検出手段と、検出手段で検出された供給量または供給圧力に基づいて、エンジンの燃焼室に設置している水素リッチガス供給バルブの開閉時期および開閉リフト量で制御する水素リッチガス供給バルブ制御手段と、水素リッチガス供給バルブとは独立して、エンジンの燃焼室に空気を供給する吸気バルブと、吸気バルブによりエンジンの燃焼室に吸入する空気量を制御する吸気バルブ制御手段とを備えたエンジンシステム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素リッチガスを燃料の一つとしてエンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、前記エンジンの燃焼室へ水素リッチガスを供給する水素リッチガス供給管に設けられた水素リッチガスの供給量または供給圧力を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された供給量または供給圧力に基づいて、前記エンジンの燃焼室に設置している水素リッチガス供給バルブの開閉時期および開閉リフト量で制御する水素リッチガス供給バルブ制御手段と、前記水素リッチガス供給バルブとは独立して、前記エンジンの燃焼室に空気を供給する吸気バルブと、前記吸気バルブにより前記エンジンの燃焼室に吸入する空気量を制御する吸気バルブ制御手段とを備えることを特徴とす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において、水素の貯蔵と放出を化学的に繰り返す媒体から水素ガスを生成する水素供給装置を備え、前記水素供給装置で生成された水素リッチガスを前記エンジンの燃焼室へ供給することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のエンジンシステムにおいて、前記水素リッチガス供給バルブ制御手段及び前記吸気バルブ供給手段により、前記エンジンに供給する前記水素ガスと吸入空気量との割合を所定範囲内に制御することを特徴とす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において、前記エンジンの燃焼室へ前記水素ガスを供給した後に空気を供給することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のエンジンシステムにおいて、前記空気量の制御は、過給圧を制御する、または、前記吸気バルブの開閉時期または開閉リフト量を制御することのうち、少なくとも一つ以上を制御することにより行うことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項６】
請求項２に記載のエンジンシステムにおいて、
前記媒体をエンジンの燃焼室に供給するための媒体供給手段を有し、
前記媒体の供給量に応じて前記水素リッチガス供給量バルブの開閉時期および開閉リフト量を制御することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項７】
請求項２に記載のエンジンにおいて、
前記媒体をエンジンの燃焼室に供給するための媒体供給手段を有し、
前記媒体のみをエンジンに運転する際に、前記水素リッチガス供給用バルブを空気供給用に切り替えることを特徴とするエンジンシステム。
【請求項８】
請求項２に記載のエンジンにおいて、
前記媒体をエンジンの燃焼室に供給するための媒体供給手段を有し、
前記水素リッチガス供給管が切替バルブを介して吸気管と接続され、前記水素リッチガス供給用バルブからエンジンの燃焼室へ空気を供給可能なことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項９】
請求項２に記載のエンジンにおいて、
前記媒体を燃料のひとつとしてエンジンの燃焼室に供給するための媒体供給手段を有し、
エンジンへ供給する燃料の供給量に対する水素リッチガスの供給量割合に応じて、前記空気量を制御することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項１０】
請求項２に記載のエンジンにおいて、
前記検出手段で検出された供給量または供給圧力に基づいて、
水素供給装置へ供給する媒体の供給量を制御する媒体供給量制御手段、あるいは、
水素供給装置へ供給する熱供給量を制御する熱供給量制御手段を有することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項１１】
水素リッチガスを燃料の一つとしてエンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、
エンジンの燃焼室に設置された吸気バルブと、前記吸気バルブと接続された吸気管と、前記吸気管に接続され、前記水素リッチガスをエンジンへ供給する水素リッチガス供給管とを有し、
前記吸気管と水素リッチガス供給管との接続部に切替弁が設置されていることを特徴とするエンジンシステム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のエンジンシステムにおいて、
前記エンジンの吸気行程初期に水素リッチガス供給管が吸気バルブと繋がるように前記切替弁を制御し、所定水素量がエンジンに供給されたのち、水素リッチガス供給管と吸気バルブとを遮断し、吸気バルブと吸気管が繋がるように制御する切替弁制御手段を有することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のエンジンシステムにおいて、
前記吸気バルブの開閉時期および開閉リフト量を制御する吸気バルブ制御手段を有することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のエンジンシステムにおいて、
前記水素リッチガス供給管に設けられた水素リッチガスの供給量または供給圧力を検出する検出手段を有し、前記検出手段で検出された供給量または供給圧力に基づいて前記吸気バルブの開閉時期および開閉リフト量を制御することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項１５】
請求項１１に記載のエンジンシステムにおいて、
水素の貯蔵と放出を化学的に繰り返す媒体から水素ガスを生成する水素供給装置を備え、前記水素供給装置で生成された水素リッチガスを前記エンジンの燃焼室へ供給することを特徴とするエンジンシステム。
【請求項１６】
請求項１３に記載のエンジンにおいて、
前記検出手段で検出された供給量または供給圧力に基づいて、
水素供給装置へ供給する媒体の供給量を制御する媒体供給量制御手段、あるいは、
水素供給装置へ供給する熱供給量を制御する熱供給量制御手段を有することを特徴とするエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素ガスを燃料の一つとしてエンジンを駆動するエンジンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化問題から脱化石燃料が求められる状況下、水素ガスを燃料としてエンジンを駆動するエンジンシステムが開発されている。エンジンのシリンダ（燃焼室）内に空気と水素ガスを供給する手法としては、シリンダに対して、空気と水素ガスを一つの供給管から供給する手法、空気と水素ガスを別の供給管から供給する手法がある。上記の手法を比較した場合、シリンダ内への空気と水素ガスの混合ガス量をより多く供給可能な点で空気と水素ガスを別の配管から供給する手法が好ましいと考えられる。ここで、水素ガスをシリンダ内へ供給する手法としては、インジェクタにより水素ガスを噴射する手法，シリンダ内の負圧を利用してバルブの開閉により水素ガスをシリンダ内へ供給する手法がある。インジェクタを用いた手法では、水素ガスを噴射する噴射孔の径が小さいため、所定量以上の水素ガスを供給するためには噴射圧を高圧とする必要があり、加圧ポンプ等の昇圧手段が必要となる。これに対して、シリンダ内の負圧を利用したバルブ制御では、インジェクタのような高圧を必要としない点で利点を有する。このようなバルブ制御を利用して水素をエンジンに供給するシステムとしては、エンジンに設置したバルブの一つを燃料供給用として使用して、そのバルブの開期期間を変更することで水素の供給を制御する方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６３−１９５３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、水素吸蔵合金から供給される水素ガスの水素供給圧を一定のもとバルブの開期期間を変更することで水素の供給量を制御し、所定量の水素を供給したのち、過給器によりシリンダに加圧吸気している。しかしながら、水素吸蔵合金や、水素の貯蔵と放出を化学的に繰り返す媒体（有機ハイドライド）から触媒反応を利用して水素リッチガスを生成，供給する際には、運転状態等によって水素リッチガスの圧力が変動するため、水素供給圧を一定の値に維持することは困難である。特に有機ハイドライドを用いた水素供給では、触媒温度，触媒への有機ハイドライドの供給量や水素生成量等の条件により、生成される水素リッチガスの圧力は変動するため水素供給圧を一定の値に維持することは困難である。
【０００５】
排気性能，燃費性能を考慮すると、エンジンに供給する水素量に応じて、空気量を制御する必要があるが、特許文献１に記載のシステムでは水素供給装置から供給される水素リッチガスの圧力が変動した場合については考慮されてなく、空気と水素リッチガスの混合比ならびに供給量を精度良く制御することは困難であった。
【０００６】
本発明では、水素ガスを燃料の一つとしてエンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、燃焼室への空気と水素リッチガスの供給量をより高精度に制御でき、排気性能，燃費性能に優れたエンジンシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するための第一の手段として、水素リッチガスを燃料の一つとしてエンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、前記エンジンの燃焼室へ水素リッチガスを供給する水素リッチガス供給管に設けられた水素リッチガスの供給量または供給圧力を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された供給量または供給圧力に基づいて、前記エンジンの燃焼室に設置している水素リッチガス供給バルブの開閉時期および開閉リフト量で制御する水素リッチガス供給バルブ制御手段と、前記水素リッチガス供給バルブとは独立して、前記エンジンの燃焼室に空気を供給する吸気バルブと、前記吸気バルブにより前記エンジンの燃焼室に吸入する空気量を制御する吸気バルブ制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
第二の手段として、水素リッチガスを燃料の一つとしてエンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、エンジンの燃焼室に設置された吸気バルブと、前記吸気バルブと接続された吸気管と、前記吸気管に接続され、前記水素リッチガスをエンジンへ供給する水素リッチガス供給管とを有し、前記吸気管と水素リッチガス供給管との接続部に切替弁が設置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、水素リッチガスを燃料の一つとしてエンジンを駆動するエンジンシステムにおいて、燃焼室への空気と水素リッチガスの供給量をより高精度に制御でき、排気性能，燃費性能に優れたエンジンシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は、水素の貯蔵と放出を化学的に繰り返す媒体を脱水素反応するための水素供給装置１１をエンジンの排気管１２に設置して、エンジン１から排出される排ガス熱の利用が可能なシステムである。水素供給装置１１には、水素化媒体供給装置１３により、水素化媒体を供給している。また水素供給装置１１には、触媒温度検出装置３５が設置されている。
【００１２】
上記媒体とは、ガソリン，軽油，灯油，重油，デカリン，シクロヘキサン，メチルシクロヘキサン，ナフタレン，ベンゼン，トルエンなどの炭化水素系燃料およびその混合燃料や、過酸化水素，アンモニア，窒素，酸素など、水素を化学的に貯蔵・放出することが可能なものすべてのものを示す。中でも、水素を化学的に貯蔵している媒体は水素化媒体，水素を化学的に放出した後の媒体は脱水素化媒体と呼ぶことにする。水素化媒体および脱水素化媒体は、それぞれ貯蔵装置１４，１５内に貯蔵されている。これらの貯蔵装置は、一体構造になっていてもよい。水素化媒体は、ポンプ１６の圧力により配管２２を通して水素化媒体供給装置（インジェクタ）１３から水素供給装置１１に供給できる構成となっている。また、切替バルブ２５により、エンジン１に供給する水素化媒体および脱水素化媒体を選択し、ポンプ１７の圧力により媒体供給管２３を通して媒体供給装置（インジェクタ）３からエンジン１に供給することが可能な構成になっている。
【００１３】
水素供給装置１１で生成された水素リッチガスと脱水素化媒体の混合体は、配管２６を通して分離装置１０へ運ばれ、分離装置１０により水素リッチガスと脱水素化燃料に分離される。その後、脱水素化媒体は、配管２４を介して、脱水素化媒体貯蔵装置１５内に貯蔵される。一方、水素リッチガスは、水素リッチガス供給管１９を通してエンジン１の燃焼室へ供給される。その際、水素リッチガス供給用バルブ４により、エンジン１へ供給される水素リッチガス量が調整される。水素リッチガス供給用バルブ４は、開閉時期，開閉リフト量を可変制御することが可能である。また、水素リッチガス供給管１９には、水素リッチガスの供給量あるいは圧力を検出する検出装置８が設置されている。また、水素リッチガス供給管１９には水素濃度検出装置が設置されていてもよい。
【００１４】
エンジン１への空気の供給は、上記水素リッチガス供給バルブ４とは独立して、吸気管６を通して吸気バルブ５から供給される。吸気バルブ５は、開閉時期，開閉リフト量を可変制御できる構造となっており、エンジン１へ供給する空気量の制御が可能である。また吸気管６には、空気を過給することができる圧縮機３４が搭載されている。
【００１５】
本システムにおいて、水素リッチガス供給用バルブ４，吸気バルブ５，検出装置８，媒体供給装置（インジェクタ）３，１３，点火プラグ７、等は制御装置（ＥＣＵ）１８と電気的に接続され、制御装置１８により制御される。
【００１６】
本実施形態では、水素供給装置１１で生成した水素リッチガスを水素リッチガス供給管から加圧装置を介さずにエンジン１に水素リッチガスを供給する構成としている。エンジン１の吸気行程時の負圧を利用することで、水素リッチガス供給用バルブの開閉により水素リッチガスを供給することができる。このため、水素リッチガスの加圧装置が不必要となる。また、水素リッチガス供給バルブ４がエンジン１に直接搭載されており、インジェクタ等を用いたときよりも水素リッチガスの供給流量を大きくできる。また、本実施形態では、水素リッチガス供給用バルブ４は、開閉時期と開閉リフト量を可変制御できる構造としている。水素リッチガスのエンジン１への供給量はエンジン１の要求出力により決定され、この水素リッチガス供給量に対して、検出装置８で検出された水素リッチガスの供給量あるいは圧力に基づき、水素リッチガス供給用バルブ４の開閉時期と開閉リフト量が制御される。このように、水素供給装置１１で生成される水素リッチガスの供給圧，供給量に変動が生じても、水素リッチガスの供給量あるいは圧力を検出し、それを水素リッチガス供給用バルブ４の制御にフィードバックしているため、必要な水素リッチガス量を精度良くエンジンへ供給することができる。また、燃焼室内に供給された水素リッチガス量に応じて、吸気バルブの開閉時期と開閉リフト量を制御することで燃焼室に供給する空気量を制御することで、エンジン１の要求出力に対して、水素リッチガス及び空気の供給量及び空燃比を精度良く制御することが可能となり、これにより、優れた排気性能，燃費性能を得ることができる。
【００１７】
また、本システムにおいては、通常の水素エンジンで問題となるバックファイアが起こりにくいという特徴も有する。これは、水素リッチガスをエンジン１に供給した後に、空気をエンジン１に供給するため、吸気行程時に点火プラグ７付近に水素と空気の可燃混合気が分布しにくいという特徴を有することに起因する。
【００１８】
本システムでは、運転状態等により水素供給装置１１により生成される水素リッチガスの供給量や供給圧が変動した場合にも、所定の空燃比で水素リッチガス及び空気の供給量を調整することができるが、水素リッチガスの供給圧はなるべく一定とすることが好ましい。水素リッチガスの供給圧の変動を抑制するために、エンジン１の燃焼室の体積に対して水素リッチガス供給管の体積をより大きくすることで、水素供給装置１１側の圧力変動の影響を小さくすることができる。また、この際、バッファタンクを設けておくことも有効である。また、水素供給装置１１の圧力は、水素供給装置１１への媒体供給量，触媒温度に依存する。従って、検出装置８で検出した水素リッチガスの供給量又は圧力の値に基づいて、水素供給装置１１へ供給する媒体の供給量を制御する、あるいは、水素供給装置へ供給する熱供給量を制御することで水素供給装置１１の圧力を調整することができる。
【００１９】
次に、図１で示した水素供給装置１１の構成について図２を用いて説明する。水素供給装置１１の構成は、図２に記載のように、流路突起３０が設けられた純アルミニウム（熱伝導率：２５０Ｗ／ｍＫ）高熱伝導基板３１の上に、Ｐｔ／アルミナ触媒からなる触媒層３３が形成されている。この触媒層３３の上に水素のみを選択的に透過する水素分離膜
２９が積層され、スペーサ２８を介して水素流路２７が積層された構造を基本構造とし、エンジン排気管１２に設置される。
【００２０】
水素供給装置１１へ供給される媒体は、燃料流路３２を通り、高熱伝導基板３１の表面上に形成された触媒層３３と接触しながら脱水素反応が進行し、水素リッチガスが生成する。生成された水素リッチガスは、水素分離膜２９を透過し、スペーサ２８を介して、水素流路２７より水素供給装置１１から排出される。また、水素分離膜２９を透過しなかった水素リッチガスと脱水素化媒体は、燃料流路３２を通って水素供給装置１１の外に排出される。ここで排出された水素リッチガスと脱水素化媒体は、水素流路２７より排出された水素リッチガスと合流し、混合され、図１の分離装置１０に供給される。なお、水素流路２７より排出される水素リッチガスと、燃料流路３２より排出される水素リッチガスと脱水素化媒体とを混合せず、別個の配管により、水素リッチガスを水素リッチガス供給管１９へ供給し、水素リッチガスと脱水素化媒体を分離装置１０に供給にする構成としてもよい。また、図２では、媒体からの脱水素化反応を低温で効率よく行うために水素分離膜２９を設ける構成としたが、水素分離膜２９がない構成とすることも可能である。また、図２に示した基本構造を積層して配置してもよい。
【００２１】
図３に水素リッチガス供給用バルブ４と吸気バルブ５のバルブタイミングおよび開閉リフト量の制御方法を示す。水素リッチガス供給用バルブ４は、吸気行程の開始時期（ピストン２が上死点付近）に開き始め、吸気行程の途中で閉じる。それと同時に吸気バルブ５が開き始め、吸気行程の終了時（ピストン２が下死点付近）で吸気バルブ５が閉じる。水素リッチガス供給用バルブ４および吸気バルブ５は、開閉リフト量，作用角を連続的に変化させることができる構造となっており、水素リッチガス供給用バルブ４および吸気バルブ５を独立に制御することが可能である。このように開閉時期及び開閉リフト量を制御することで、開閉時期のみを制御する場合と比較して燃焼室へ供給する水素リッチガス，空気の供給量をより精度良く調整することができる。
【００２２】
図４にエンジンが低負荷時における、バルブの開閉リフト量の動きを示している。低負荷の場合、水素供給量が少ないので、水素リッチガス供給用バルブ４の作用角および開閉リフト量は小さくなる。水素リッチガス供給用バルブ４を閉じるタイミングで、吸気バルブ５を開き始め、所定量の空気がエンジン１へ供給される用に吸気バルブ５の閉じるタイミングおよび開閉リフト量を制御する。一方、高負荷の場合、図５に示すように、水素リッチガス供給量が大きいため、水素リッチガス供給用バルブ４の作用角および開閉リフト量が大きくなる。一方、水素リッチガス供給用バルブ４を閉じるタイミングで、吸気バルブ５を開き始める。このとき、吸気バルブ５の閉時期が吸気行程の下死点を越えると、自然吸気されないため、圧縮機３４を介してエンジン１へ必要量の空気を供給する。
【００２３】
このような構造および制御を行うことで、エンジンの負圧を積極的に利用して水素リッチガスをエンジン１へ供給することができ、エンジン１の運転条件に応じた必要量の水素リッチガスを供給することが可能となる。またそれに応じてエンジン１へ供給できる空気量を制御できるため、エンジン１へ供給される水素リッチガスと吸入空気量の割合を所定範囲内に制御することが可能となる。
【００２４】
図６に水素エンジンの空気過剰率とＮＯｘ排出量の関係を示す。この図から空気過剰率が２付近を境に、空気過剰率の増加とともにＮＯｘ排出量が急激に低下することがわかる。更に図７に空気過剰率とエンジン効率の関係を示す。この図より、所定範囲内において、空気過剰率に対し、エンジン効率は向上するということがわかる。これらのことから、空気過剰率は２〜３で運転することが、排気，燃費の観点で望ましい。よって、上記、エンジン１へ供給する空気量は、空気過剰率を所定範囲内になるように制御する。エンジンが高負荷の場合、水素リッチガス供給量が多いため、吸気バルブ５の開時期が遅くなり、吸気行程中に必要な空気量をエンジン１へ供給することができない場合がある。そのときは、圧縮機３４により空気を圧縮してエンジン１へ供給することで、エンジン１へ供給される水素リッチガスと吸入空気量の割合を所定範囲内に制御する。圧縮機３４は、圧縮圧を制御する構造であってもよい。また、圧縮機３４は、排ガスのエネルギーを使ったターボチャージャや、エンジンの駆動エネルギーを使ったスーパーチャージャや電気的に圧縮する電動ターボを用いることができる。また、より広い運転域で安定した過給圧を得るためには、ターボチャージャ，スーパーチャージャ，電動ターボの二つ以上を組み合わせて用いることが好ましい。
【００２５】
次に水素供給装置１１で生成する水素の反応について説明する。水素化媒体に、デカリン，シクロヘキサン，メチルシクロヘキサンなどの炭化水素系燃料を使用した場合、図８に示すように、水素化媒体から水素を生成する際の転化率が触媒温度に依存する。触媒温度が所定以下になると水素を生成することができない。このような特性を示す水素化媒体を使用する場合は、水素供給装置１１内の触媒温度検出装置３５が所定範囲以下の際は、媒体供給装置３から媒体のみをエンジン１へ供給し、エンジン１を駆動させる運転を行うことが好ましい。このように水素リッチガスの他に媒体を燃料としてエンジンへ供給する場合のエンジンシステムとして、他の実施形態を図９に示す。図９に示すエンジンシステムでは、水素リッチガス供給管１９に切替バルブ２０が設けられ、切替バルブ２０で水素リッチガス供給管１９と吸気管６と連結された構造としている。このエンジンシステムでは、水素リッチガス供給／吸気用バルブ４′から供給するガス（水素リッチガス，空気）の種類を切替バルブ２０により選択することができる。媒体のみでエンジン１を動作させるときは、この切替バルブ２０は、水素リッチガス供給管１９との接続を遮断し、吸気管６とつながるように制御し、水素リッチガス供給／吸気用バルブ４′から空気を供給する。水素リッチガス供給用バルブ４′と吸気バルブ５は、吸気用に利用され、同じ動きを行うように制御される。このように切り替えることで、媒体のみでエンジン１を動作する際に圧縮機３４を動作することなく、エンジンを駆動することが可能となり、圧縮機３４を動作することに伴うエンジン効率の低下を防ぐことが可能となる。
【００２６】
図１０に水素化媒体に、デカリン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの炭化水素系燃料を使用した場合のエンジン１の運転状態に応じた、エンジン１に供給する燃料の種類と空気過剰率，ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation ：排気再循環）制御の有無を示す。脱水素化媒体が脱水素化媒体貯蔵装置１５内に所定量の貯蔵されていない場合は、領域１，２には、脱水素化媒体の代わりに水素化媒体を供給しても良い。図１１には、エンジン１へ供給する燃料選択における全体システムの制御フローを示す。ｓ１１０１にて、ユーザが要求するエンジンの負荷、回転数を入力し、その後、ｓ１１０２にて、水素供給装置１１内の触媒温度検出装置３５により触媒温度を検出する。または、水素供給装置１１の前後の排ガス温度、および水素化媒体の供給量より触媒温度を推定しても良い。さらに脱水素化媒体貯蔵装置１５，水素化媒体貯蔵装置１４の残量を検出する。Ｓ１１０１，１１０２によりエンジン１へ供給する燃料の選択をｓ１１０３で行う。図１０のエンジンの運転領域３，４の場合で触媒温度が所定値以上の場合、燃料に水素リッチガスが選択され、目標空気過剰率がｓ１１０５にて決定される。空気過剰率は、図１０で示す運転マップに応じて決定される。水素リッチガス供給バルブ４の開閉時期をｓ１１０６により決定される。その際、水素リッチガス供給量検出装置８によりフィードバック制御を行うことで、開閉時期を制御する。次にｓ１１０７にて、吸気バルブ５の開閉時期を決定する。その際、吸気バルブ５の閉時期が下死点付近にて、目標空気過剰率を満足するための空気量をエンジン１へ供給できない運転域においては、圧縮機３４により過給してエンジン１へ空気を供給する。その際、過給圧一定にて、吸気バルブ５の閉時期を制御する、もしくは、吸気バルブ５の閉時期を下死点付近のままで、過給圧を制御してもよい。また、上記両方の手法を組み合わせて、空気量の制御を行っても良い。ｓ１１０８にて，空気過剰率、運転状態に応じて、点火時期を制御する。次に図１０において、領域２を選択した場合でかつ水素供給装置１１内の触媒温度が所定値以上であり、かつ脱水素媒体貯蔵装置１５が所定値以上、貯蔵されている場合、図１１において、ｓ１１０３からｓ１１０９に進む。ｓ１１１０において水素リッチガス混合割合を決定する。水素リッチガス混合割合は、基本的に熱量割合で２０％以上であり、水素供給装置１１内の触媒温度に応じて、水素リッチガス供給割合を制御する。水素リッチガス供給割合に応じてｓ１１１１にて目標空気過剰率を決定する。空気過剰率は、運転状態に応じて、２〜３の間で決定される。その後、ｓ１１１２，ｓ１１１３により水素リッチガス供給バルブの開閉時期、および脱水素化媒体の噴射制御を行う。ｓ１１１４，ｓ１１１５の制御は、ｓ１１０７，ｓ１１０８の制御と同様に行う。次にｓ１１０３にて脱水素化媒体を選択されると、ｓ１１１６に進む。Ｓ１１０２にて、脱水素化媒体用タンクが所定範囲以下の場合は、水素化媒体を選択する。Ｓ１１１７において、目標空気過剰率を決定する。この場合は、空気過剰率は１で運転される。Ｓ１１１８において、図９の切替バルブ２０を吸気管６と接続されるように切り替える。その後、ｓ１���１９にて脱水素化媒体の噴射制御を行い、ｓ１１２０にて水素リッチガス供給バルブ４および吸気バルブ５を用いてエンジン１へ供給する空気量制御を行う。その後、ｓ１１２１にて運転領域に応じた点火時期制御を行う。
【００２７】
次に水素リッチガス供給バルブをエンジン燃焼室に取り付けずに、吸気管に取り付けた構成のシステム構成図を図１２に示す。このシステム構成では、吸気管６に切替バルブ
２１が搭載されており、エンジン１と接続される配管を水素リッチガス供給用水素リッチガス供給管１９と吸気管６のどちらかに選択することができる。吸気行程時初期においては、エンジン１は水素リッチガス供給管１９と接続されており、所定量の水素リッチガスがエンジンに供給された後に、吸気管６がエンジン１と接続されるように切替バルブ２１を切り替えることができる。また、吸気行程時に所定の空気量がエンジンに供給されない場合は、圧縮機３４を使って過給することで、所定空気量をエンジン１へ供給するよう制御される。本システム構成では、水素リッチガス供給用バルブと吸気バルブをひとつのバルブで兼用しているため、構成部品の簡素化，バルブ制御の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】全体エンジンシステムの概略図。
【図２】水素供給装置の構成図。
【図３】水素リッチガス供給バルブと吸気バルブの開閉リフト量変化。
【図４】低負荷における水素リッチガス供給バルブと吸気バルブの開閉リフト量変化。
【図５】高負荷における水素リッチガス供給バルブと吸気バルブの開閉リフト量変化。
【図６】水素リッチガス燃焼時の空気過剰率とＮＯｘ排出量の関係図。
【図７】水素リッチガス燃焼時の空気過剰率とエンジン効率の関係図。
【図８】水素供給装置の触媒温度と水素化媒体から水素への転化率の関係図。
【図９】切替バルブ２０を搭載した全体エンジンシステムの概略図。
【図１０】エンジンへ供給する燃料マップ。
【図１１】エンジンへ供給する各燃料の運転方法を示す制御フロー図。
【図１２】吸気管に水素リッチガスを供給するエンジンシステム構成図。
【符号の説明】
【００２９】
１  エンジン  
２  ピストン
３  媒体供給装置
４  水素リッチガス供給バルブ
４′  水素リッチガス供給／吸気バルブ
５  吸気バルブ
６  吸気管
７  点火プラグ
８  水素リッチガス供給量検出装置
９  排気バルブ
１０  気液分離装置
１１  水素供給装置
１２  排気管
１３  水素化媒体供給装置
１４  水素化媒体貯蔵装置
１５  脱水素化媒体貯蔵装置
１６，１７  燃料加圧ポンプ
１８  ＥＣＵ
１９  水素リッチガス供給管
２０，２１，２５  切替バルブ
２２  水素化媒体配管
２３  媒体供給管
２４  脱水素化媒体配管
２６  水素リッチガス，脱水素媒体混合ガス配管
２７  水素流路
２８  スペーサ
２９  水素分離膜
３０  流路突起
３１  高熱伝導基板
３２  燃料流路
３３  触媒層
３４  圧縮機
３５  温度検出装置
【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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【図１１】
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【図１２】
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