(57)【要約】【課題】ガソリンに対する水素の添加割合を高くすることを抑制でき、三元触媒のみで大気に排出される排気ガスのＮＯx濃度を低減することができるとともに、内燃機関の高効率化を図ることができる内燃機関および内燃機関の運転方法を提供すること。【解決手段】エンジン１に供給する液体燃料供給装置２と、水素をエンジン１に供給する水素供給装置３と、エンジン１の排気系統５に排出された排気ガスを吸気系統８に再循環させるＥＧＲ装置４と、排気系統５の排気ガスを浄化する三元触媒５１とを備えるエンジン１であって、排気ガスを吸気系統８に再循環する際には、ガソリンおよび水素をエンジン１に供給し、ガソリンおよび水素と、吸気系統８から吸気される空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料タンク内の液体燃料を内燃機関に供給する液体燃料供給手段と、
水素貯留部内に貯留された水素を前記内燃機関に供給する水素供給手段と、
前記内燃機関の排気系統に排出された排気ガスを当該内燃機関の吸気系統に再循環させる排気ガス再循環手段と、
前記排気系統の前記排気ガスを浄化する三元触媒と、
を備える内燃機関であって、
前記排気ガスを前記内燃機関の吸気系統に再循環する際には、前記液体燃料および前記水素を当該内燃機関に供給し、当該液体燃料および水素と、前記吸気系統から吸気される空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関は、前記排気系統に排気ガスのＮＯx濃度を検出するＮＯx濃度検出手段をさらに備え、
前記ＮＯx濃度に基づいて、前記内燃機関に供給される液体燃料に対する前記水素の添加割合を変化させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記液体燃料に対する前記水素の添加割合は、前記排気ガスのＮＯx濃度が前記三元触媒により浄化できるＮＯx濃度以下となる添加割合であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記水素供給手段は、前記水素貯留部内の残存水素量を検出する残存水素量検出手段をさらに備え、
前記残存水素量に基づいて前記液体燃料に対する前記水素の添加割合を変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記残存水素量がなくなった際には、前記液体燃料のみを前記内燃機関に供給するとともに、前記内燃機関の吸気系統への排気ガスの再循環を停止し、当該液体燃料と前記空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記水素供給手段は、前記水素貯留部から前記内燃機関に水素を供給する水素噴射弁までを連結する水素供給通路に当該水素供給通路の通路内圧力を検出する通路内圧力検出手段と、
前記水素貯留部から前記水素噴射弁に供給される水素を遮断する遮断弁と、
をさらに備え、
前記内燃機関への前記液体燃料および前記水素の供給を停止する際には、
前記遮断弁を閉じ前記水素の供給を停止するとともに、前記内燃機関の吸気系統への排気ガスの再循環を停止し、
前記通路内圧力が規定圧力以下となったときに、前記液体燃料の供給を停止することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項７】
液体燃料あるいは水素の少なくともいずれか一方を内燃機関に供給し、当該内燃機関の排気系統の排気ガスを当該内燃機関の吸気系統に再循環し、当該排気系統の当該排気ガスを三元触媒により浄化する内燃機関の運転方法であって、
前記排気ガスを前記内燃機関の吸気系統に再循環する際には、前記液体燃料および前記水素を当該内燃機関に供給し、当該液体燃料および水素と、前記吸気系統から吸気される空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転することを特徴とする内燃機関の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関および内燃機関の運転方法に関し、さらに詳しくは内燃機関に液体燃料および水素を供給する内燃機関および内燃機関の運転方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な乗用車に搭載される内燃機関であるガソリンエンジンは、エンジンに供給する液体燃料であるガソリンと、エンジンの吸気系統から吸気される空気との空燃比が理論空燃比（λ＝１）となるように運転されるものである。エンジンを理論空燃比で運転すると、このエンジンの排気系統に排出される排気ガス中に含まれる有害物質（ＣＯ2，ＨＣ，ＮＯx）は、そのほとんどが三元触媒のみで浄化することできる。したがって、他の触媒、例えばＮＯx吸蔵触媒などを必要とすることがない。しかしながら、上述のようなエンジンにおいては、ガソリンと空気との空燃比を理論空燃比（λ＝１）で運転するために、エンジンの吸気系統から吸気される空気の量を調整するスロットル弁を全開に対して閉じなくてはならず、この全開に対して閉じた状態のスロットル弁によりポンプ損失が発生し、エンジンの高効率化を阻害するという問題がある。
【０００３】
そこで、上記ポンプ損失を低減する方法としては、まずスロットル弁を開くことで、ガソリンと空気との空燃比を理論空燃比よりも高い状態（λ＞１）でエンジンを運転することが考えられる。つまり、エンジンの燃焼室内でガソリンを希薄燃焼させて、エンジンを運転することで高効率化を図るものである。しかしながら、ガソリンは、その可燃範囲が狭く、着火性が低いため、エンジンの高効率を図ることができる程度の希薄燃焼を行えないという問題がある。また、エンジンを理論空燃比よりも高い状態（λ＞１）で運転する、つまりガソリンを希薄燃焼させると、エンジンの排気系統に排出される排気ガスのＮＯx濃度が高くなる。従って、エンジンを理論空燃比で運転することにより、排気ガス中の有害物質を浄化する三元触媒のみでは、排気ガス中に含まれるＮＯxを大気に排出することができる程度に浄化することができず、新たにＮＯx吸蔵触媒が必要となるという問題もある。
【０００４】
また、エンジンの排気系統の排気ガスを吸気系統に再循環させることが考えられる。排気ガスをエンジンの吸気系統に再循環すると、エンジンの吸気系統に吸気される空気の量が減る。従って、ガソリンと空気との理論空燃比でエンジンを運転するためには、スロットル弁を開く必要があり、これにより、ポンプ損失を低減し、高効率化を図ることができる。また、エンジンの吸気系統に再循環された排気ガスは、その熱容量が大きいため、エンジンの燃焼室内でガソリンと空気の混合気が燃焼することで燃焼ガスとなった際に、この燃焼ガスの燃焼温度が低下する。一般に、燃焼ガスの燃焼温度が低下すると、ＮＯxの発生を低減することができるので、排気ガス中のＮＯx濃度を低くすることができる。しかしながら、エンジンの吸気系統に多量に排気ガスを再循環させると、燃焼室内でのガソリンと空気の混合気の燃焼が悪化してしまう。従って、エンジンの吸気系統に再循環させる排気ガスの量は、多量とすることができず、ポンプ損失を低減し、エンジンの高効率化を図ることは困難であった。
【０００５】
そこで、従来において、液体燃料であるガソリンと水素をエンジンに供給、つまりガソリンに水素添加して、エンジンの燃焼室内で、ガソリンおよび水素と空気との混合気を希薄燃焼させて、このエンジンを運転する技術が提案されている。ここで、水素は、ガソリンなどの液体燃料と比較して、その可燃範囲が広く、着火性が高い。従って、スロットル弁を開き、エンジンの吸気系統に吸気される空気の量を増やし、ガソリンおよび添加された水素と空気との空燃比を理論空燃比よりも高い状態（λ＞１）でエンジンを運転することができる。これにより、ポンプ損失を低減することができ、このエンジンの高効率化を図ることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２６８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記従来例では、ポンプ損失の低減を図るために、ガソリンおよび添加された水素と空気との空燃比を理論空燃比よりも高い状態（λ＞１）でエンジンを運転する必要がある。従って、三元触媒によりエンジンの排気系統に排出される排気ガスを浄化しても、三元触媒で浄化された後の排気ガスのＮＯx濃度を低くすることができず、新たにＮＯx吸蔵触媒が必要となるという問題がある。また、エンジンの排気系統に排出される排気ガスを三元触媒やＮＯx吸蔵触媒により浄化する必要がない程度までＮＯx濃度を低くするためには、ガソリンに添加する水素を増やす、つまりガソリンに対する水素添加割合を高くし、さらに希薄燃焼側で燃焼させる必要がある。従って、エンジンの運転に必要な水素の量が増えるという問題もある。
【０００８】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、液体燃料に対する水素の添加割合を高くすることを抑制でき、三元触媒のみで大気に排出される排気ガスのＮＯx濃度を低減することができるとともに、内燃機関の高効率化を図ることができる内燃機関および内燃機関の運転方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、液体燃料タンク内の液体燃料を内燃機関に供給する液体燃料供給手段と、水素貯留部内に貯留された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、内燃機関の排気系統に排出された排気ガスを内燃機関の吸気系統に再循環させる排気ガス再循環手段と、排気系統の排気ガスを浄化する三元触媒とを備える内燃機関であって、排気ガスを内燃機関の吸気系統に再循環する際には、液体燃料および水素を当該内燃機関に供給し、液体燃料および水素と、吸気系統から吸気される空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転することを特徴とする。
【００１０】
また、この発明では、上記内燃機関において、排気系統に排気ガスのＮＯx濃度を検出するＮＯx濃度検出手段をさらに備え、ＮＯx濃度に基づいて、内燃機関に供給される液体燃料に対する水素の添加割合を変化させることを特徴とする。
【００１１】
また、この発明では、上記内燃機関において、液体燃料に対する水素の添加割合は、排気ガスのＮＯx濃度が三元触媒により浄化できるＮＯx濃度以下となる添加割合であることを特徴とする。
【００１２】
また、この発明では、上記内燃機関において、水素供給手段は、水素貯留部内の残存水素量を検出する残存水素量検出手段をさらに備え、残存水素量に基づいて液体燃料に対する水素の添加割合を変化させることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明では、残存水素量がなくなった際には、液体燃料のみを内燃機関に供給するとともに、内燃機関の吸気系統への排気ガスの再循環を停止し、液体燃料と、空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転することを特徴とする。
【００１４】
また、この発明では、水素供給手段は、水素貯留部から内燃機関に水素を供給する水素噴射弁までを連結する水素供給通路に当該水素供給通路の通路内圧力を検出する通路内圧力検出手段と、水素貯留部から水素噴射弁に供給される水素を遮断する遮断弁とをさらに備え、内燃機関への液体燃料および水素の供給を停止する際には、遮断弁を閉じ水素の供給を停止するとともに、内燃機関の吸気系統への排気ガスの再循環を停止し、通路内圧力が規定圧力以下となったときに、液体燃料の供給を停止することを特徴とする。
【００１５】
また、この発明では、液体燃料あるいは水素の少なくともいずれか一方を内燃機関に供給し、内燃機関の排気系統の排気ガスを当該内燃機関の吸気系統に再循環し、当該排気系統の当該排気ガスを三元触媒により浄化する内燃機関の運転方法であって、排気ガスを内燃機関の吸気系統に再循環する際には、液体燃料および水素を内燃機関に供給し、液体燃料および水素と、吸気系統から吸気される空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
この発明にかかる内燃機関および内燃機関の運転方法は、排気ガスを内燃機関の吸気系統に再循環する際には、液体燃料および水素を内燃機関に供給するので、排気ガスを多量に再循環しても、液体燃料および水素と吸気系統から吸気される空気との混合気の安定した燃焼が行える。また、多量に排気ガスを再循環することで、液体燃料に対する水素の添加割合を高くすることを抑制でき、排気系統に排出される排気ガスのＮＯx濃度を低減することができる。また、液体燃料および水素と、吸気系統から吸気される空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転するので、排気系統に排出されたＮＯx濃度の低い排気ガスを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができ、他の触媒、例えば、ＮＯx吸蔵触媒などを必要とせず、内燃機関の製造コストを低減することができる。さらに、吸気系統から吸気される空気量は、多量に再循環された排気ガスにより減少するため、内燃機関を液体燃料および水素と空気との空燃比が理論空燃比となるように運転するためには、吸気系統から吸気される空気量を調整するスロットル弁を開く必要がある。これにより、ポンプ損失を低減し、内燃機関の高効率化を図ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。ここで、以下の実施例では、内燃機関として乗用車、トラックなどの車両に搭載されるガソリンエンジンについて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、ディーゼルエンジンなどにも適用可能である。また、内燃機関に供給する液体燃料としてガソリンを用いる場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、液体燃料として軽油、液化天然ガス（ＬＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）などを供給する内燃機関にも適用可能である。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１にかかるエンジン（内燃機関）の構成例を示す図である。図１に示すように、内燃機関であるエンジン１は、液体燃料供給手段である液体燃料供給装置２と、水素供給手段である水素供給装置３と、排気ガス再循環手段であるＥＧＲ装置４と、エンジン１の排気系統５に設けられた三元触媒５１とにより構成されている。なお、６はエンジン１の各気筒であり、７はエンジン１の運転を制御する運転制御装置であるＥＣＵ（Engine Control Unit）であり、８はエンジン１の吸気系統である。
【００１９】
液体燃料供給手段である液体燃料供給装置２は、図示しない液体燃料タンク内の液体燃料であるガソリンを内燃機関であるエンジン１に供給するものである。この液体燃料供給装置２は、図示しない液体燃料タンクと、図示しない低圧ポンプと、高圧ポンプ２１と、液体燃料噴射弁２２とにより構成されている。図示しない液体燃料タンク内に貯留されているガソリンは、ＥＣＵ７からの低圧ポンプ駆動信号により駆動する低圧ポンプにより加圧され、高圧ポンプ２１に圧送される。高圧ポンプ２１には、少なくとも図示しない電磁弁、加圧室、プランジャが備えられている。高圧ポンプ２１に圧送された加圧されたガソリンは、ＥＣＵ７からの電磁弁開閉信号により、その弁開度が制御される電磁弁から加圧室に供給される。加圧室に供給されたガソリンは、図示しないクランクシャフトの回転力によって上下動するプランジャによりさらに加圧され、液体燃料噴射弁２２に圧送される。液体燃料噴射弁２２は、高圧ポンプ２１から圧送されたガソリンを後述するエンジン１の吸気系統８の吸気通路８１内に噴射するものであり、ＥＣＵ７からの液体燃料噴射信号により、噴射タイミングおよび噴射量が制御される。
【００２０】
水素供給手段である水素供給装置３は、水素貯留部である水素タンク３１内に貯留された水素を内燃機関であるエンジン１に供給するものである。この水素供給装置３は、液体水素を貯留する水素貯留部である水素タンク３１と、水素ポンプ３２と、内燃機関であるエンジン１に水素を供給する水素噴射弁３３と、水素タンク３１から水素噴射弁３３までを連結する水素供給通路３４とにより構成されている。この水素タンク３１内に貯留されている液体水素は、ＥＣＵ７からの水素ポンプ駆動信号により駆動する水素ポンプ３２により、水素供給通路３４を介して、水素燃料噴射弁３３に供給される。ここで、水素タンク３１内で液体であった水素は、水素供給通路３４に流出することで気体となる。水素噴射弁３３は、水素ポンプ３２から供給された気体となった水素を後述するエンジン１の吸気系統８の吸気通路８１内に噴射するものであり、ＥＣＵ７からの水素噴射信号により、噴射タイミングおよびガソリン対しての添加割合に基づく噴射量が制御される。
【００２１】
なお、３５は、水素貯留部である水素タンク３１内の残存水素量を検出し、ＥＣＵ７に残存水素量を出力する残存水素量検出手段であるタンク内圧力センサである。また、水素タンク３１は、液体水素を直接貯留するものに限られず、例えば、水素を吸蔵することができる水素吸蔵合金を水素タンク３１内に配置しても良いし、ガソリンなどの燃料を改質することで生成した水素を気体として貯留しても良い。また、上記液体燃料供給装置２および水素供給装置３は、ともにエンジン１の吸気系統８の吸気通路８１にガソリンおよび水素を噴射するが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガソリンあるいは水素の少なくともいずれか一方を後述するエンジン１の各気筒６に形成される燃焼室Ａに直接噴射する構成としても良い。
【００２２】
排気ガス再循環手段であるＥＧＲ装置４は、内燃機関であるエンジン１の排気系統５に排出された排気ガスをエンジン１の吸気系統８に再循環させるものである。このＥＧＲ装置４は、ＥＧＲ弁４１と、ＥＧＲ通路４２とにより構成されている。ＥＧＲ弁４１は、図示しないサーボモータや磁力によりその開度を変化させるものであり、ＥＣＵ７からのＥＧＲ弁開閉信号により、排気ガスの再循環量を制御するものである。エンジン１の排気系統５の排気通路５２に連通するＥＧＲ通路４２に流入した排気ガスは、ＥＧＲ弁４１により再循環量を調整され、後述するエンジン１の吸気系統８の吸気通路８１のスロットル弁８４より上流側に流入する。
【００２３】
排気系統５は、三元触媒５１と、排気通路５２と、図示しない消音装置とにより構成されている。後述するエンジン１の各気筒６の排気ポート６７から排出された排気ガスは、排気通路５２を介して、三元触媒５１に流入する。三元触媒５１は、エンジン１が各気筒６の燃焼室Ａに供給されるガソリンあるいはガソリン及び水素とエンジン１の吸気系統８から各気筒６の燃焼室Ａに吸気された空気との空燃比が理論空燃比となるように運転することで、その他の触媒を用いずに排気ガス中に含まれる有害物質（ＣＯ2，ＨＣ，ＮＯx）を浄化することができるものである。この三元触媒５１により浄化された排気ガスは、図示しない消音装置を介して、大気に排出される。なお、５３は、各気筒６の排気ポート６７から排出された排気ガスのＮＯx濃度を検出し、ＥＣＵ７に排気ガスのＮＯx濃度を出力するＮＯx濃度検出手段であるＮＯx濃度検出センサである。また、５４は、三元触媒５１に流入する排気ガスのＯ2濃度を検出し、ＥＣＵ７に排気ガスのＯ2濃度を出力するＯ2濃度検出手段であるＯ2濃度検出センサである。
【００２４】
エンジン１の各気筒６は、シリンダブロック６１と、ピストン６２と、シリンダブロック６１に固定されたシリンダヘッド６３と、吸気弁６４と、排気弁６５と、吸気ポート６６と、排気ポート６７と、点火プラグ６８とにより構成されている。ここで、ピストン６２とシリンダヘッド６３との間に燃焼室Ａが形成される。点火プラグ６８は、ＥＣＵ７からの点火信号により、点火するものである。エンジン１の吸気系統８の吸気通路８１内に噴射されたガソリンあるいはガソリンおよび水素と、後述するエアクリーナ８２を介して吸気通路８１内に吸気された空気は、各気筒６の吸気弁６４が開くことで、燃焼室Ａ内に流入する。なお、６９は、燃焼室Ａ内の圧力を検出し、ＥＣＵ７に燃焼室Ａ内の圧力を出力する燃焼室内圧力手段である燃焼室内圧力センサである。
【００２５】
内燃機関の運転制御装置であるＥＣＵ７は、エンジン１の運転を制御するものである。ＥＣＵ７は、エンジン１の各所に取り付けられたセンサ、例えば図示しないクランクシャフトに取り付けられたエンジン回転数を検出する角度センサ、アクセル開度を検出する図示しないアクセル開度センサ、タンク内圧力センサ３５、ＮＯx濃度検出センサ５３、Ｏ2濃度検出センサ５４、燃焼室内圧力センサ６９、後述するエンジン１の吸気系統８のエアフロメータ８３などから、エンジン回転数、アクセル開度、残存水素量、排気ガスのＮＯx濃度、排気ガスのＯ2濃度、燃焼室内圧力、空気量などが入力信号として入力される。また、この入力信号および記憶部７３に記憶されている各種マップに基づいて、液体燃料噴射弁２２および水素噴射弁３３の噴射制御、図示しない低圧ポンプおよび水素ポンプ３２の駆動制御、高圧ポンプ２１の図示しない電磁弁およびＥＧＲ弁４１、並びに後述するエンジン１の吸気系統８のスロットル弁の開閉制御、点火プラグ６８の点火制御などを行う出力信号を出力する。
【００２６】
具体的には、上記入力信号や出力信号の入出力を行うインターフェース部７１と、液体燃料噴射弁２２および水素噴射弁３３の噴射タイミングや噴射量、ＥＧＲ弁の弁開度などを算出する処理部７２と、上記マップなどを記憶する記憶部７３とにより構成されている。処理部７２は、メモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成され、内燃機関であるエンジン１の運転方法などに基づくプログラムをメモリにロードして実行することにより、エンジン１の運転方法などを実現させるものであっても良い。また、記憶部７３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能な揮発性のメモリあるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能な揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００２７】
エンジン１の吸気系統８は、各気筒６の燃焼室Ａに、このエンジン１の外部からの空気を吸気させるためのものである。この吸気系統８は、吸気通路８１と、エアクリーナ８２と、エアフロメータ８３と、スロットル弁８４とにより構成されている。エアクリーナ８２は、エンジン１の外部の大気である空気に含まれる不純物を除去するものである。エアフロメータ８３は、各気筒６の吸気ポート６６から燃焼室Ａに吸気される空気量を検出し、ＥＣＵ７にエンジン１に吸気される空気量を出力するものである。スロットル弁８４は、図示しないサーボモータや磁力によりその弁開度を変化させるものであり、ＥＣＵ７からのスロットル弁開閉信号により、ＥＧＲ装置４により吸気系統８の吸気通路８１に再循環された排気ガスとともに燃焼室Ａ内に吸気される空気量を制御するものである。各気筒６の吸気バルブ６６が開弁し、燃焼室Ａ内の発生した負圧により、エアクリーナ８２を介して不純物が除去された空気は、スロットル弁８４により空気量が調整され、各気筒６の吸気ポート６６から燃焼室Ａに吸気される。
【００２８】
次に、内燃機関であるエンジン１の運転方法について説明する。図２は、実施例１にかかるエンジンの運転フローを示す図である。図３−１は、燃費率とＧ／Ｆとの関係を示す図である。図３−２は、排気系統に排出される排気ガス中のＮＯx量とＧ／Ｆとの関係を示す図である。ここで、燃費率とは、エンジンの単位時間当たりの出力に対して必要な燃料（液体燃料であるガソリンおよび水素を合わせたもの）の量をいう。また、Ｇ／Ｆとは各気筒６の燃焼室Ａ内に吸気されるガス（空気と再循環された排気ガスを含む）と、液体燃料であるガソリンおよび水素との質量比をいう（以下、同様）。ここで、燃費率は、その値が低いほど、燃費が優れているものである。また、Ｇ／Ｆは、排気ガスが再循環されない場合は、Ａ／Ｆと同様である。
【００２９】
まず、図２に示すように、ＥＣＵ７の処理部７２は、図示しない角度センサおよびアクセル開度センサ、エアフロメータ８３より出力されたエンジン回転数、アクセル開度、空気量を入力する（ステップＳＴ１）。次に、処理部７２は、通常添加割合マップに基づいて、液体燃料噴射手段２２から噴射するガソリンの噴射量、このガソリンに対する水素の添加割合、吸気系統８に再循環する排気ガスの再循環量に基づくＥＧＲ弁４１の弁開度、スロットル弁８４の弁開度、点火プラグ６８の点火タイミングを算出する（ステップＳＴ２）。これは、記憶部７３に記憶されている図示しないエンジン回転数とアクセル開度とのマップである通常添加割合マップと、ＥＣＵ７に入力信号として入力されたエンジン回転数およびアクセル開度の入力信号に基づいて決定される。ここで、処理部７２が用いる通常添加割合マップは、記憶部７３に記憶されているマップの１つであり、ガソリンに対する水素の添加割合を通常（２０〜３０％程度）で添加してエンジン１を運転する際に用いるマップである。なお、排気ガスが吸気系統８に再循環されると吸気系統８に吸気される空気量が減少するため、スロットル弁８４の弁開度の算出は、ガソリンおよび水素と空気との空燃比が理論空燃費（λ＝１）となるように行われる。
【００３０】
次に、処理部７２は、算出されたガソリンの噴射量、水素の添加割合、ＥＧＲ弁の弁開度、スロットル弁の弁開度、点火タイミングによりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費（λ＝１）で、エンジン１を運転する（ステップＳＴ３）。具体的には、処理部７２は、液体燃焼噴射弁２２に液体燃料噴射信号を出力することで、吸気系統８の吸気通路８１内に、液体燃料噴射弁２２から所定の噴射タイミングで算出された噴射量のガソリンを噴射する。また、処理部７２は、ガソリンに対する水素の添加割合に基づいて、水素噴射弁３３により噴射する水素の噴射量を算出し、水素噴射弁３３に水素噴射信号を出力することで、吸気系統８の吸気通路８１内に、水素噴射弁３３から所定の噴射タイミングで算出された噴射量の水素を噴射する。ここで、液体燃料であるガソリンは液体としてエンジン１に供給されるのに対して、水素は気体としてエンジン１に供給されるため、ガソリンに対する水素の添加割合に基づく水素の噴射量の算出は、ガソリンおよび水素の発熱量に基づいて行われる。
【００３１】
また、処理部７２は、ＥＧＲ弁４１にＥＧＲ弁開閉信号を出力することで、ＥＧＲ弁４１を算出された排気ガスの再循環量に基づいた弁開度に開き、吸気系統８の吸気通路８１内に排気ガスを再循環させる。また、処理部７２は、スロットル弁８４にスロットル弁開閉信号を出力することで、スロットル弁８４を算出された弁開度に開き、吸気系統８の吸気通路８１内に空気を吸気する。各気筒６の吸気バルブ６４が開弁することで、吸気系統８から各気筒６の燃焼室Ａにガソリン、水素、再循環された排気ガス、空気が吸気される。これにより、燃焼室Ａ内は、ガソリンおよび水素と空気との空燃比が理論空燃比（λ＝１）である混合気が充満する。そして、処理部７２は、点火プラグ６８に点火信号を出力することで、点火プラグ６８を点火する。点火プラグ６８が点火することにより、燃料室Ａ内の混合気が着火し、燃焼ガスとなり、ピストン６２を押し下げ、図示しないコンロッドを介して回転自在に連結された図示しないクランクシャフトに回転力を与える。
【００３２】
以上により、ガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃比（λ＝１）としてエンジン１を運転する。上記実施例１の内燃機関であるエンジン１では、排気ガスをエンジン１の吸気系統８に再循環する際には、液体燃料であるガソリンおよび水素をエンジン１に供給するので、排気ガスを多量に再循環しても、ガソリンおよび水素と空気との混合気の安定した燃焼が行える。
【００３３】
次に、実施例１にかかる内燃機関であるエンジン１と従来例であるガソリンに対して水素を添加し希薄燃焼させるエンジンとの比較について説明する。図３−１のＣに示す従来のエンジンは、吸気系統から吸気される空気量を増やし、Ｇ／Ｆを増加させることで、燃費率を低くすることができる。一方、Ｂに示すこの発明にかかるエンジン１は、理論空燃比で運転しているため、排気ガスの再循環量を増やし、Ｇ／Ｆを増加させることで、燃費率を低くすることができる。ここで、従来のエンジンの最低燃費率はｃ点であり、この発明にかかるエンジン１の最低燃費率はｂ点である。従って、燃費率、つまりエンジンの高効率化のみに着目すれば、ｃ点の方がｂ点よりも低いため、従来のエンジンの方が優れているといえる。
【００３４】
一方、図３−２のＥに示す従来のエンジンは、吸気系統８から吸気される空気量を増やし、Ｇ／Ｆを増加させることで、排気系統５に排気される排気ガス中のＮＯx量を低くすることができる。一方、Ｄに示すこの発明にかかるエンジン１は、理論空燃比で運転しているため、排気ガスの再循環量を増やし、Ｇ／Ｆを増加させることで、排気系統５に排気される排気ガス中のＮＯx量を低くすることができる。これは、再循環された排気ガスの熱容量が大きいため、燃焼室Ａ内でガソリンおよび水素と空気との混合気が燃焼することで燃焼ガスとなった際に、この燃焼ガスの燃焼温度を低下させることができ、燃焼ガス中のＯ2濃度を低下させることができることで、排気ガス中のＮＯx量を低くすることができるからである。ここで、上記従来のエンジンの最低燃費率ｃ点におけるＧ／Ｆに対応したＮＯx量はｅとなり、この発明にかかるエンジン１の最低燃費率ｂ点におけるＧ／Ｆに対応したＮＯx量はｄとなる。つまり、エンジンの高効率化のみでいえば、従来のエンジンの方が優れているが、排気系統５に排気される排気ガス中のＮＯx量に着目すれば、ｄ点の方がｅ点よりも低いため、この発明にかかるエンジン１の方が優れているといえる。また、従来のエンジンは、エンジンの高効率化および排気系統５に排気される排気ガス中のＮＯx量の低減を図るため、液体燃料および水素と、空気との空燃比を理論空燃比より高い状態（λ＞１）で運転する必要がある。従って、排気系統５に排出された排気ガスに含まれるＮＯxを三元触媒によって大気に排出できる程度まで浄化することができない。つまり、他の触媒、例えば、ＮＯx吸蔵触媒などを用いるか、排気系統５に排気されるＮＯx量をさらに低減するために、ガソリンに対する水素の添加割合を高くしなければならない。
【００３５】
これらにより、この発明にかかるエンジン１は、多量に排気ガスを再循環することで、ガソリンに対する水素の添加割合を高くすることを抑制でき、排気系統５に排出される排気ガス中のＮＯx量、つまり排気ガスのＮＯx濃度を低減することができる。また、液体燃料および水素と、空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転するので、排気系統に排出されたＮＯx濃度の低い排気ガスを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができ、他の触媒、例えば、ＮＯx吸蔵触媒などを必要とせず、内燃機関の製造コストを低減することができる。
【００３６】
さらに、吸気系統８から吸気される空気量は、多量に再循環された排気ガスにより減少するため、エンジン１を液体燃料および水素と空気との空燃比が理論空燃比となるように運転するためには、吸気系統８から吸気される空気量を調整するスロットル弁を開く必要がある。これにより、液体燃料のみで運転するエンジンと比較して、ポンプ損失を低減し、エンジンの高効率化を図ることができる。
【００３７】
〔変形例１〕
水素タンク３１内の残存水素量がなくなった状態で、排気ガスを多量に吸気系統８に再循環すると、各気筒６の燃焼室Ａ内で失火が発生する虞がある。そこで、残存水素量がなくなった際には、液体燃料のみを内燃機関であるエンジン１に供給するとともに、エンジンの吸気系統８への排気ガスの再循環を停止し、ガソリンのみと空気との空燃比が、理論空燃比となるようにエンジン１を運転する。
【００３８】
ここで、実施例１にかかるエンジン１の他の運転方法について説明する。図４は、実施例１にかかるエンジンの他の運転フローを示す図である。なお、図４に示す運転方法は、図１に示す実施例１にかかるエンジン１の運転方法と基本的なフローは略同一なので簡略化して説明する。まず、図４に示すように、ＥＣＵ７の処理部７２は、エンジン回転数、アクセル開度、空気量を入力する（ステップＳＴ１）。次に、処理部７２は、通常添加割合マップに基づいて、ガソリンの噴射量、水素の添加割合、ＥＧＲ弁４１の弁開度、スロットル弁８４の弁開度、点火プラグ６８の点火タイミングを算出する（ステップＳＴ２）。
【００３９】
次に、処理部７２は、残存水素量を入力する（ステップＳＴ４）。ここで、残存水素量とは、水素タンク３１に取り付けられたタンク内圧力センサ３５から出力されたタンク内圧力に基づいて算出されたものである。次に、処理部７２は、残存水素量がなくなったか否かの判断を行う（ステップＳＴ５）。これは、タンク内圧力に基づいて、残存水素量がゼロあるいは略ゼロか否かを判断するものである。次に、残存水素量がなくなっていなければ、処理部７２は、算出されたガソリンの噴射量、水素の添加割合、ＥＧＲ弁の弁開度、スロットル弁の弁開度によりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費（λ＝１）で、エンジン１を運転する（ステップＳＴ３）。
【００４０】
一方、処理部７２は、残存水素量がなくなっていれば、ガソリンに対する水素の添加割合を０とし、ＥＧＲ弁の弁開度を０とし、ガソリンのみのマップに基づいて、液体燃料噴射手段２２から噴射するガソリンの噴射量、スロットル弁８４の弁開度、点火プラグ６８の点火タイミングを算出する（ステップＳＴ６）。これは、記憶部７３に記憶されている図示しないエンジン回転数とアクセル開度とのマップであるガソリンのみのマップと、ＥＣＵ７に入力信号として入力されたエンジン回転数およびアクセル開度の入力信号に基づいて決定される。ここで、処理部７２が用いるガソリンのみのマップは、記憶部７３に記憶されているマップの１つであり、液体燃料であるガソリンのみによりエンジン１を運転する際に用いるマップである。
【００４１】
次に、処理部７２は、算出されたガソリンの噴射量、スロットル弁の弁開度、点火タイミングによりガソリンと空気との空燃比を理論空燃費（λ＝１）で、エンジン１を運転する（ステップＳＴ７）。具体的には、処理部７２は、液体燃焼噴射弁２２に液体燃料噴射信号を出力することで、吸気系統８の吸気通路８１内に、液体燃料噴射弁２２から所定の噴射タイミングで算出された噴射量のガソリンを噴射する。また、処理部７２は、ガソリンに対する水素の添加割合を０とするために、水素噴射弁３３に噴射信号が出力されている場合は、噴射信号の出力を停止する。また、処理部７２は、ＥＧＲ弁４１の開弁度を０とするために、ＥＧＲ弁４１に開閉信号が出力されている場合は、開閉信号の出力を停止する。また、処理部７２は、スロットル弁８４にスロットル弁開閉信号を出力することで、スロットル弁８４を算出された弁開度に開き、吸気系統８の吸気通路８１内に空気を吸気する。各気筒６の吸気バルブ６４が開くことで、吸気系統８から各気筒６の燃焼室Ａにガソリンおよび空気のみが吸気される。これにより、燃焼室Ａ内は、ガソリンと空気との空燃比が理論空燃比（λ＝１）である混合気が充満する。そして、処理部７２は、点火プラグ６８に点火信号を出力することで、点火プラグ６８を点火する。点火プラグ６８が点火することにより、燃料室Ａ内の混合気が着火し、燃焼ガスとなり、ピストン６２を押し下げ、図示しないコンロッドを介して回転自在に連結された図示しないクランクシャフトに回転力を与える。
【００４２】
以上のように、水素タンク３１内の残存水素量がなくなった状態においては、ガソリンのみをエンジン１に供給するとともに、エンジン１の吸気系統８への排気ガスの再循環を停止することで、各気筒６の燃焼室Ａ内で失火が発生する虞を抑制することができる。また、ガソリンと空気との空燃比が理論空燃比となるようにエンジン１を運転するので、残存水素量がなくなった際にも、排気系統に排出された排気ガスに含まれるＮＯxを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができ、エンジン１の製造コストを低減することができる。
【実施例２】
【００４３】
上記実施例１では、ガソリンに対する水素の添加割合を２０〜３０％程度として、エンジン１を運転したが、実施例１に対して水素の添加割合を減少させても、吸気系統８に排気ガスを循環させることで、排気系統５に排出された排気ガスに含まれるＮＯxを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができる。そこで、残存水素量に基づいて液体燃料であるガソリンに対する水素の添加割合を変化、つまり半減させて、ガソリンおよび水素と空気との空燃比が理論空燃費（λ＝１）となるようにエンジン１を運転する。なお、実施例２にかかる内燃機関であるエンジンは、図１に示すエンジン１と同様であるためその説明は省略する。
【００４４】
ここで、実施例２にかかるエンジン１の運転方法について説明する。図５は、実施例２にかかるエンジンの運転フローを示す図である。図６−１は、燃費率とＧ／Ｆとの関係を示す図である。図６−２は、排気系統に排出される排気ガス中のＮＯx量とＧ／Ｆとの関係を示す図である。なお、図５に示す実施例２にかかるエンジンの運転方法は、図４に示す実施例１にかかる他の運転方法と基本的なフローは、略同一なのでその説明省略する。まず、図５に示すように、ＥＣＵ７の処理部７２は、エンジン回転数、アクセル開度、空気量を入力する（ステップＳＴ１）。次に、処理部７２は、通常添加割合マップに基づいて、ガソリンの噴射量、水素の添加割合、ＥＧＲ弁４１の弁開度、スロットル弁８４の弁開度、点火プラグ６８の点火タイミングを算出する（ステップＳＴ２）。
【００４５】
次に、処理部７２は、残存水素量を入力する（ステップＳＴ４）。次に、処理部７２は、残存水素量が所定量よりも低いか否かの判断を行う（ステップＳＴ８）。これは、タンク内圧力に基づいて、残存水素量が所定量よりも低いか否かを判断するものである。ここで、所定量とは、例えば、水素タンク３１に新に水素を貯留するまでに、排気ガスをエンジン１の吸気系統８に再循環する際において、水素噴射弁３３から吸気系統８の吸気通路８１に水素を噴射できる量や、水素タンク３１内に貯留できる全水素量に対して１０％の量などをいう。残存水素量が所定量以上である場合は、処理部７２は、算出されたガソリンの噴射量、水素の添加割合、ＥＧＲ弁の弁開度、スロットル弁の弁開度によりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費（λ＝１）で、エンジン１を運転する（ステップＳＴ３）。
【００４６】
一方、処理部７２は、残存水素量が所定量よりも低い場合は、記憶部７２の添加割合半減マップに基づいて、ガソリンの噴射量、水素の添加割合、ＥＧＲ弁４１の弁開度、スロットル弁８４の弁開度、点火プラグ６８の点火タイミングを算出する（ステップＳＴ９）。これは、記憶部７３に記憶されている図示しないエンジン回転数とアクセル開度とのマップである添加割合半減マップと、ＥＣＵ７に入力信号として入力されたエンジン回転数およびアクセル開度の入力信号に基づいて決定される。ここで、処理部７２が用いる添加割合半減マップは、記憶部７３に記憶されているマップの１つであり、ガソリンに対する水素の添加割合を通常（２０〜３０％程度）の添加割合に対して半減した添加割合（１０〜１５％程度）で添加してエンジン１を運転する際に用いるマップである。従って、エンジン１の任意の運転状態において、添加割合半減マップに基づいて算出された水素の添加割合は、通常添加割合マップに基づいて算出された水素の添加割合に対して半減した値となる。次に、処理部７２は、算出されたガソリンの噴射量、通常の水素の添加割合に対して半減された水素の添加割合、ＥＧＲ弁の弁開度、スロットル弁の弁開度によりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費（λ＝１）で、エンジン１を運転する（ステップＳＴ３）。
【００４７】
以上により、残存水素量が所定値よりも低い場合は、通常の水素の添加割合に対して半減された水素の添加割合で、エンジン１を運転する。従って、上記実施例２の内燃機関であるエンジン１では、上記実施例１と同様に排気ガスを多量に再循環しても、ガソリンおよび水素と空気との混合気の安定した燃焼が行える。
【００４８】
また、実施例２にかかるエンジン１を水素の添加割合を通常の添加割合に対して半減して運転した際の燃費率とＧ／Ｆとの関係は、図６−１のＦに示すようになり、最低燃費率はｆ点となる。従って、Ｂに示す実施例１にかかるエンジン１のように水素の添加割合を通常の添加割合で運転した際の最低燃費率のｂ点と比較して、燃費率、つまりエンジンの高効率化に着目すれば、エンジン１を水素の添加割合を通常の添加割合で運転した方が優れているといえる。また、実施例２にかかるエンジン１を水素の添加割合を通常の添加割合に対して半減して運転した際の排気系統５に排気される排気ガス中のＮＯx量とＧ／Ｆとの関係は、図６−２のＧに示すようなり、最低燃費率ｆ点におけるＧ／Ｆに対するＮＯx量はｇとなる。従って、Ｄに示す実施例１にかかるエンジン１のように水素の添加割合を通常の添加割合で運転した際のＮＯx量ｄと比較して、排気系統５に排気される排気ガス中のＮＯx量に着目すれば、エンジン１を水素の添加割合を通常の添加割合で運転した方が優れているといえる。
【００４９】
しかしながら、ガソリンに対する水素の添加割合は、実施例１にかかるエンジン１の運転方法に対して、実施例２にかかるエンジンの運転方法は、残存水素量が所定値よりも低い場合は、通常の水素の添加割合に対して半分となる。従って、実施例２かかるエンジン１は、ガソリンに対する水素の添加割合を高くすることをさらに抑制でき、排気系統に排出されたＮＯx濃度の低い排気ガスを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができ、内燃機関の製造コストを低減することができる。
【実施例３】
【００５０】
上記実施例２では、残存水素量が所定値よりも低い場合は、通常の水素の添加割合に対して半減された水素の添加割合で、エンジン１を運転したが、排気系統５に排出された排気ガスのＮＯx濃度が三元触媒のみの浄化により大気に排出できる程度までの濃度であれば水素割合を減少させることができる。そこで、排気系統５に排出された排気ガスのＮＯx濃度に基づいて、液体燃料であるガソリンに対する水素の添加割合を変化させて、ガソリンおよび水素と空気との空燃比が理論空燃費（λ＝１）となるようにエンジン１を運転する。なお、実施例３にかかる内燃機関であるエンジンは、図１に示すエンジン１と同様であるためその説明は省略する。
【００５１】
ここで、実施例３にかかるエンジン１の運転方法について説明する。図７は、実施例３にかかるエンジンの運転フローを示す図である。なお、図６に示す実施例３にかかるエンジンの運転方法は、図５に示す実施例２にかかる運転方法と基本的なフローは、略同一なのでその説明省略する。まず、図６に示すように、ＥＣＵ７の処理部７２は、エンジン回転数、アクセル開度、空気量を入力する（ステップＳＴ１）。次に、処理部７２は、通常添加割合マップに基づいて、ガソリンの噴射量、水素の添加割合、ＥＧＲ弁４１の弁開度、スロットル弁８４の弁開度、点火プラグ６８の点火タイミングを算出する（ステップＳＴ２）。
【００５２】
次に、処理部７２は、残存水素量を入力する（ステップＳＴ４）。次に、処理部７２は、残存水素量が所定量よりも低いか否かの判断を行う（ステップＳＴ８）。これは、タンク内圧力に基づいて、残存水素量が所定量よりも低いか否かを判断するものである。残存水素量が所定量以上である場合は、処理部７２は、算出されたガソリンの噴射量、水素の添加割合、ＥＧＲ弁の弁開度、スロットル弁の弁開度によりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費（λ＝１）で、エンジン１を運転する（ステップＳＴ３）。
【００５３】
一方、処理部７２は、残存水素量が所定量よりも低い場合は、記憶部７２の各添加割合減少マップに基づいて、ガソリンの噴射量、水素の添加割合、ＥＧＲ弁４１の弁開度、スロットル弁８４の弁開度、点火プラグ６８の点火タイミングを算出する（ステップＳＴ１０）。これは、記憶部７３に記憶されている図示しないエンジン回転数とアクセル開度とのマップである各添加割合減少マップと、ＥＣＵ７に入力信号として入力されたエンジン回転数およびアクセル開度の入力信号に基づいて決定される。ここで、処理部７２が用いる各添加割合減少マップは、記憶部７３に記憶されている複数のマップであり、ガソリンに対する水素の添加割合を通常（２０〜３０％程度）の添加割合に対して、例えば所定間隔で減少した添加割合で添加してエンジン１を運転する際に用いる複数のマップである。例えば、通常の水素の添加割合を２０％とし、所定間隔を２とすると添加割合減少マップは、１８％、１６％、１４％…４％、２％の添加割合で添加してエンジン１を運転する際に用いるマップとなる。なお、処理部７２は、最初に残存水素量が所定量よりも低いと判断した際には、各添加割合減少マップのうち最も水素の添加割合減少量が多い添加割合減少マップを用いる。
【００５４】
次に、処理部７２は、算出された水素の添加割合が最低添加割合以上か否かを判断する（ステップＳＴ１１）。ここで、最低添加割合は、各添加割合減少マップごとに規定されており、処理部７２により算出された吸気系統８に再循環する排気ガスの再循環量に対して、各気筒６の燃焼室Ａ内で安定した燃焼を行うことができるガソリンに対する水素の添加割合である。これは、排気ガスを多量に吸気系統８に再循環した状態で、水素の添加割合が最低添加割合よりも低いと、各気筒６の燃焼室Ａ内で失火が発生する虞があるからである。算出された水素の添加割合が最低添加割合よりも低い場合は、ステップＳＴ１０に戻る。処理部７２は、ステップ１０に戻ったと判断した場合は、直近で用いた添加割合減少マップよりも、水素の添加割合減少量が１間隔分少ない添加割合減少マップを用いて、ステップＳＴ９を繰り返す。
【００５５】
次に、処理部７２は、排気系統５に排出された排気ガスのＮＯx濃度を入力する（ステップＳＴ１２）。ここで、ＮＯx濃度は、排気系統５の排気通路５２の三元触媒５１の上流側に取り付けられたＮＯx濃度センサから出力されたものである。次に、処理部７２は、排気ガスのＮＯx濃度が規定濃度以下であるか否の判断を行う（ステップＳＴ１３）。これは、排気ガスのＮＯx濃度によって、大気に排出できる程度に三元触媒５１のみによりＮＯxを浄化できない排気ガスが排気系統５に排気されることを抑制するためである。ここで、規定濃度とは、排気系統５に排出される排気ガスのＮＯxが三元触媒５１のみにより大気に排出できる程度に浄化できる濃度である。つまり、ステップＳＴ１３は、液体燃料であるガソリンに対する水素の添加割合を、排気系統５に排出される排気ガスのＮＯx濃度が三元触媒５１により浄化できるＮＯx濃度以下となる添加割合とするものである。
【００５６】
次に、排気ガスのＮＯx濃度が規定濃度以下である場合は、処理部７２は、算出されたガソリンの噴射量、水素の添加割合、ＥＧＲ弁の弁開度、スロットル弁の弁開度によりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費（λ＝１）で、エンジン１を運転する（ステップＳＴ３）。一方、排気ガスのＮＯx濃度が規定濃度よりも高い場合は、処理部７２は、直近で用いた添加割合減少マップよりも、水素の添加割合減少量が１間隔分少ない添加割合減少マップを用いて、ステップＳＴ１０に戻り、ステップＳＴ１０からステップＳＴ１３までを繰り返す。なお、処理部７２は、水素の添加割合減少量が隣接する添加割合減少マップの間におけるガソリンに対する水素の添加割合を算出する際には、この隣り合う添加割合減少マップどうしを直線補完することで、ガソリンに対する水素の添加割合を算出しても良い。
【００５７】
以上により、残存水素量が所定値よりも低い場合は、排気系統５に排出された排気ガスのＮＯx濃度が三元触媒のみの浄化により大気に排出できる程度までの濃度となる減少した水素割合でエンジン１を運転する。従って、上記実施例３の内燃機関であるエンジン１では、上記実施例１と同様に排気ガスを多量に再循環しても、ガソリンおよび水素と空気との混合気の安定した燃焼が行える。また、ガソリンに対する水素の添加割合を高くすることをさらに抑制でき、排気系統に排出されたＮＯx濃度の低い排気ガスを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができ、内燃機関の製造コストを低減することができる。
【００５８】
上記実施例２および実施例３にかかるエンジン１において、上記変形例１と同様に、残存水素量がなくなった際には、液体燃料のみを内燃機関であるエンジン１に供給するとともに、エンジンの吸気系統８への排気ガスの再循環を停止し、ガソリンのみと空気との空燃比が、理論空燃比となるようにエンジン１を運転してもよい。これにより、各気筒６の燃焼室Ａ内で失火が発生する虞を抑制することができる。また、残存水素量がなくなって際にも、排気系統に排出された排気ガスに含まれるＮＯxを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができ、エンジン１の製造コストを低減することができる。
【実施例４】
【００５９】
図８は、実施例４にかかるエンジン（内燃機関）の構成例を示す図である。図８に示すエンジン１´が図１に示すエンジン１と異なる点は、水素供給装置３に通路内圧力センサ３６および遮断弁３７が備えられている点である。なお、図８に示すエンジン１´の基本的構成は、図１に示すエンジン１の基本的構成と略同様であるためその説明は省略する。
【００６０】
水素供給手段である水素供給手段３には、水素ポンプ３２の下流側、つまり水素噴射弁３３側の水素供給通路３４に、この水素供給通路３４の通路内圧力を検出し、ＥＣＵ７に通路内圧力を出力する通路内圧力検出手段である通路内圧力センサが取り付けられている。また、水素ポンプ３２の上流側、つまり水素タンク３１側の水素供給通路３４に、水素貯留部である水素タンク３１から水素噴射弁３３に供給される水素を遮断する遮断弁３７が取り付けられている。この遮断弁３７は、図示しないサーボモータや磁力により開閉を行うものであり、ＥＣＵ７からの遮断弁開閉信号により、水素タンク３１から水素供給通路３４を介して水素噴射弁３３に水素を供給することを遮断するものである。
【００６１】
液体燃料であるガソリンとともに、水素を供給される内燃機関であるエンジン１´では、エンジン１´の運転を停止する場合に、イグニッション（ＩＧ）をＯＦＦすると共に、エンジン１´の運転を停止すると、水素供給手段である水素供給装置３の水素貯留部である水素タンク３１から水素噴射弁３３までを連結する水素供給通路３４内に水素が残留することとなる。この残留した水素は、時間経過により水素供給通路３４からエンジン１´が搭載されている車両内、あるいは車両外部に漏れ出す虞がある。これは、水素は、全原子中、最も径が小さく、最も漏れ易い物質であるためである。
【００６２】
従って、イグニッションをＯＦＦ、つまり内燃機関であるエンジン１´への液体燃料であるガソリンおよび水素の供給を停止する際には、水素タンク３１から水素供給通路３４に流出する水素を遮断するとともに、水素供給通路３４に残留する水素をエンジン１´に供給するまで、エンジン１´を運転し続ける必要がある。また、排気ガスをエンジン１´の吸気系統８に再循環している際には、エンジン１´に供給する水素がなくなると、エンジン１´、つまり各気筒６の燃焼室Ａ内で失火が発生する虞がある。
【００６３】
そこで、内燃機関であるエンジン１´への液体燃料であるガソリンおよび水素の供給を停止する際には、遮断弁３７を閉じ水素の供給を停止するとともに、内燃機関であるエンジン１´の吸気系統８への排気ガスの再循環を停止し、通路内圧力が規定圧力以下となったときに、液体燃料であるガソリンの供給を停止し、エンジン１´の運転を停止する。
【００６４】
ここで、実施例４にかかるエンジン１´の他の運転方法について説明する。図９は、実施例４にかかるエンジンの他の運転フローを示す図である。なお、図９に示す運転方法は、図１に示す実施例１にかかるエンジン１の運転方法と基本的なフローは略同一なので簡略化して説明する。まず、図９に示すように、ＥＣＵ７の処理部７２は、エンジン回転数、アクセル開度、空気量を入力する（ステップＳＴ１）。次に、処理部７２は、通常添加割合マップに基づいて、ガソリンの噴射量、水素の添加割合、ＥＧＲ弁４１の弁開度、スロットル弁８４の弁開度、点火プラグ６８の点火タイミングを算出する（ステップＳＴ２）。次に、処理部７２は、算出されたガソリンの噴射量、水素の添加割合、ＥＧＲ弁の弁開度、スロットル弁の弁開度によりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費（λ＝１）で、エンジン１´を運転する（ステップＳＴ３）。
【００６５】
次に、処理部７２は、イグニッション（ＩＧ）のＯＦＦを入力する（ステップＳＴ１４）。次に、処理部７２は、ＥＧＲ弁の弁開度を０とし、遮断弁３７の弁開度を０とする。（ステップＳＴ１５）。具体的には、処理部７２は、ＥＧＲ弁４１の開弁度を０とするために、ＥＧＲ弁４１に開閉信号が出力されている場合は、開閉信号の出力を停止する。これにより、エンジン１´の吸気系統８への排気ガスの再循環を停止する。また、処理部７２は、遮断弁３７の弁開度を０、つまり遮断弁３７を閉弁するために、遮断弁３７に開閉信号が出力されている場合は、開閉信号の出力を停止する、あるいは遮断弁３７を開く出力信号が出力されている場合は、遮断弁３７を閉じる出力信号を出力する。これにより、水素タンク３１から水素供給通路３４を介して水素噴射弁３３に水素が供給されることを停止する。
【００６６】
次に、アイドリング時のガソリンのみのマップに基づいて、ガソリンの噴射量、スロットル弁８４の弁開度、点火プラグ６８の点火タイミングを算出する（ステップＳＴ１６）。これは、記憶部７３に記憶されている図示しないエンジン回転数とアクセル開度とのマップであるアイドリング時のガソリンのみのマップと、ＥＣＵ７に入力信号として入力されたエンジン回転数およびアクセル開度の入力信号に基づいて決定される。ここで、処理部７２が用いるアイドリング時のガソリンのみのマップは、記憶部７３に記憶されているマップの１つであり、内燃機関であるエンジン１´がアイドリング時に液体燃料であるガソリンのみによりエンジン１´を運転する際に用いるマップである。
【００６７】
次に、処理部７２は、算出されたガソリンの噴射量、スロットル弁の弁開度、点火タイミングにより、エンジン１´をアイドリング運転する（ステップＳＴ１７）。このとき、水素供給通路３４内の水素は、水素噴射弁３３により、吸気系統８の吸気通路８１に噴射される。
【００６８】
次に、処理部７２は、水素供給通路３４内の通路内圧力が規定圧力以下か否かを判断する（ステップＳＴ１８）。このとき、処理部７２には、すでに水素供給通路３４に取り付けられた通路内圧力センサ３６から出力された通路内圧力が入力されている。ここで、規定値とは、水素供給通路３４内の通路内圧力が大気圧かあるいは略大気圧か否かを判断するものである。次に、通路内圧力が規定圧力以下である場合は、処理部７２は、内燃機関であるエンジン１´の運転を停止する（ステップＳＴ１９）。なお、通路内圧力が規定圧力よりも高い場合は、上記ステップＳＴ１７、１８を繰り返す。
【００６９】
以上のように、エンジン１´へのガソリンおよび水素の供給を停止する際には、遮断弁３７を閉じ水素の供給を停止するとともに、排気ガスの再循環を停止し、通路内圧力が規定圧力以下となったときに、ガソリンの供給を停止し、エンジン１´の運転を停止するので、水素供給通路内に水素が残留せず、水素が水素供給通路から外部に漏れ出す虞を抑制できる。また、エンジン１´に供給する水素がなくなることで、エンジン１´で失火が発生する虞を抑制できる。
【００７０】
上記実施例４では、イグニッション（ＩＧ）をＯＦＦとして、エンジン１´を停止することで、エンジン１´へのガソリンおよび水素の供給を停止する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、アクセル開度が０の場合も、エンジン１´へのガソリンおよび水素の供給を停止されるので、この場合にも適用することができる。また、この発明は、排気ガスを内燃機関であるエンジン１、１´の吸気系統８に再循環している際には、液体燃料であるガソリンおよび水素をエンジン１、１´に供給するものであるが、エンジン１、１´の始動時などは、水素のみをエンジン１、１´に供給しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、この発明にかかる内燃機関および内燃機関の運転方法は、内燃機関に液体燃料および水素を供給する内燃機関および内燃機関の運転方法に有用であり、特に、液体燃料に対する水素の添加割合を高くすること抑制でき、三元触媒のみで大気に排出される排気ガスのＮＯx濃度を低減することができるとともに、内燃機関の高効率化を図るのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施例１にかかるエンジン（内燃機関）の構成例を示す図である。
【図２】実施例１にかかるエンジンの運転フローを示す図である。
【図３−１】燃費率とＧ／Ｆとの関係を示す図である。
【図３−２】排気系統に排出される排気ガス中のＮＯx量とＧ／Ｆとの関係を示す図である。
【図４】実施例１にかかるエンジンの他の運転フローを示す図である。
【図５】実施例２にかかるエンジンの運転フローを示す図である。
【図６−１】燃費率とＧ／Ｆとの関係を示す図である。
【図６−２】排気系統に排出される排気ガス中のＮＯx量とＧ／Ｆとの関係を示す図である。
【図７】実施例３にかかるエンジンの運転フローを示す図である。
【図８】実施例４にかかるエンジン（内燃機関）の構成例を示す図である。
【図９】実施例４にかかるエンジンの運転フローを示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１、１´  エンジン（内燃機関）
２  液体燃料供給装置（液体燃料供給手段）
３  水素供給装置（水素供給手段）
４  ＥＧＲ装置（排気ガス再循環手段）
５  排気系統
５１  三元触媒
６  各気筒
７  ＥＣＵ
８  吸気系統
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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