(57)【要約】【課題】  水素利用内燃機関に関し、水素ガスを蓄えておくタンクを必要とすることなく、内燃機関の始動直後から水素ガスを液体燃料に添加して噴射できるようにする。【解決手段】  内燃機関２の始動時あるいは始動予測時、燃料噴射装置１８による燃料噴射の開始に先立ち、循環手段３２，５４を作動させて燃料噴射装置１８と水素混合手段５２との間で液体燃料を循環させる。そして、液体燃料を循環ながら、水素生成手段５０を作動させて水素ガスを生成し、生成された水素ガスを水素混合手段５２を作動させて液体燃料に混合していく。【選択図】      図１
2007077956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系の液体燃料と水素ガスとを燃料として使用可能な水素利用内燃機関において、
液体燃料を噴射する燃料噴射装置と、
液体燃料を貯蔵する燃料タンクと、
液体水素化合物から水素ガスを生成する水素生成手段と、
前記燃料タンクから前記燃料噴射装置に供給される液体燃料に前記水素生成手段によって生成された水素ガスを混合する水素混合手段と、
前記燃料噴射装置と前記水素混合手段との間で液体燃料を循環させる循環手段と、
前記内燃機関の始動時あるいは始動予測時、前記燃料噴射装置による燃料噴射の開始に先立ち、前記循環手段を作動させて液体燃料を循環させながら、前記水素生成手段を作動させて水素ガスを生成し、生成された水素ガスを前記水素混合手段を作動させて液体燃料に混合する制御手段と、
を備えることを特徴とする水素利用内燃機関。
【請求項２】
前記水素混合手段は、水素ガスの微細気泡を発生させる手段を含み、水素ガスの微細気泡を液体燃料に混合することを特徴とする請求項１記載の水素利用内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素系の液体燃料と水素ガスとを燃料として使用可能な水素利用内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリン等の液体燃料とともに水素ガスを燃料として使用する内燃機関（水素利用内燃機関）が知られている。水素ガスは液体燃料に比較して燃焼性に優れている特性を有している。このため、低負荷時には、液体燃料に水素ガスを添加することで内燃機関のリーンバーン領域を拡大することができ、燃費の向上やＮＯｘ排出量の低減といった顕著な効果を得られるようになる。一方、高負荷時には、液体燃料に水素ガスを添加することでノッキングを抑制することができ、出力を向上させて車両の加速性能を維持することができる。
【０００３】
このような水素利用内燃機関の１つの例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の水素利用内燃機関は、液体燃料を噴射する噴射弁と水素タンクとを水素導管を介して接続し、１つの噴射弁から液体燃料と水素ガスとを同時に噴射できるようにしている。
【特許文献１】特開２００３−２９３８０９号公報
【特許文献２】特開２００４−１００５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来の水素利用内燃機関は、水素ガスを貯蔵する手段として水素タンクを用いている。しかし、気体燃料である水素ガスはガソリン等の液体燃料に比較して車両に搭載する上での搭載効率に劣る。このため、近年では、水素ガスを車両上で液体水素化合物から生成することにより、搭載効率の高い液体（液体水素化合物）の状態で水素ガスを貯蔵することが提案されている。
【０００５】
液体水素化合物から水素ガスを生成する方法としては、電気分解の他、低温プラズマによる分解（特開２００１−３３５３０２号公報参照）、高活性状態の金属による還元（特開２００４−１２３５１７号公報、特開２００３−２１２５０１号公報参照）等、種々の方法が提案されている。
【０００６】
しかしながら、上記の何れの方法を用いるにしても、生成した水素ガスが噴射弁に到達するにはある程度の時間を要する。このため、内燃機関の始動直後から水素ガスを噴射したい場合には、始動直後に使用する分の水素ガスを蓄えておく必要がある。水素ガスを蓄える手段としてはタンクが考えられるが、車両への搭載性を考慮すると、タンクでの水素ガスの貯蔵はできる限り回避したい。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、水素ガスを蓄えておくタンクを必要とすることなく、内燃機関の始動直後から水素ガスを液体燃料に添加して噴射できるようにした、水素利用内燃機関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】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、炭化水素系の液体燃料と水素ガスとを燃料として使用可能な水素利用内燃機関において、
液体燃料を噴射する燃料噴射装置と、
液体燃料を貯蔵する燃料タンクと、
液体水素化合物から水素ガスを生成する水素生成手段と、
前記燃料タンクから前記燃料噴射装置に供給される液体燃料に前記水素生成手段によって生成された水素ガスを混合する水素混合手段と、
前記燃料噴射装置と前記水素混合手段との間で液体燃料を循環させる循環手段と、
前記内燃機関の始動時あるいは始動予測時、前記燃料噴射装置による燃料噴射の開始に先立ち、前記循環手段を作動させて液体燃料を循環させながら、前記水素生成手段を作動させて水素ガスを生成し、生成された水素ガスを前記水素混合手段を作動させて液体燃料に混合する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、
前記水素混合手段は、水素ガスの微細気泡を発生させる手段を含み、水素ガスの微細気泡を液体燃料に混合することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、燃料噴射の開始に先立って液体水素化合物から水素ガスを生成し、生成した水素ガスを循環している液体燃料に混合することで、燃料噴射の開始時には、水素ガスが添加された液体燃料を最初の燃料噴射から供給することができる。さらに、水素ガスの生成は内燃機関の始動操作が検出されてから、あるいは始動が予測されてから行われ、生成した水素ガスは循環している液体燃料中に蓄えられるので、水素ガスを気体の状態で蓄えておくタンクを不要にすることができる。
【００１１】
第２の発明によれば、水素ガスを微細気泡にして液体燃料に混合することで、水素ガスの液体燃料への溶解を促進することができ、水素ガスの添加割合の高い液体燃料を供給することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
以下、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態１としての水素利用内燃機関（以下、単にエンジンという）のシステム構成を示す図である。本実施形態のエンジンは、複数の気筒（図１では１つの気筒のみを示している）からなるエンジン本体２を有している。エンジン本体２は、気筒毎にピストン８を有し、各気筒の内部にはピストン８の上下運動によって膨張と収縮を繰り返す燃焼室１０が形成されている。エンジン本体２には、各気筒の燃焼室１０に空気を供給するための吸気通路４と、燃焼室１０から燃焼ガスを排出するための排気通路６が接続されている。排気通路６には燃焼ガスを浄化するための触媒（例えばＮＯｘ触媒）２０が配置されている。
【００１４】
エンジン本体２において、吸気通路４と燃焼室１０との接続部には、その連通状態を制御する吸気バルブ１２が設けられ、排気通路６と燃焼室１０との接続部には、その連通状態を制御する排気バルブ１４が設けられている。また、燃焼室１０には、その内部に燃料を直接噴射する筒内インジェクタ１８と、その内部の混合ガスに点火する点火プラグ１６が取り付けられている。
【００１５】
上記の筒内インジェクタ１８は、燃料供給ライン３６によって燃料タンク３０に接続されている。燃料タンク３０には炭化水素系の液体燃料であるガソリンが貯蔵されている。燃料タンク３０内の液体燃料は、燃料供給ライン３６に配置された燃料ポンプ（高圧ポンプ）３２によって吸い上げられ、燃焼室１０内の燃焼ガス圧よりも高い所定圧まで圧縮されてから筒内インジェクタ１８へ供給される。燃料ポンプ３２は、エンジン本体２によって駆動される機械式ポンプでもよく、モータによって駆動される電動式ポンプでもよい。
【００１６】
燃料供給ライン３６における燃料ポンプ３２の上流には、流路切替弁５４が配置されている。流路切替弁５４は、１つの出口ポートと２つの入口ポートを有する３方弁であり、その出口ポートに燃料供給ライン３６の下流側（燃料ポンプ３２の側）が接続され、一方の入口ポートに燃料供給ライン３６の上流側（燃料の吸入口側）が接続されている。流路切替弁５４の他方の入口ポートには、燃料循環ライン３８が接続されている。燃料循環ライン３８は燃料供給ライン３６と並行して配置され、その他方の端部は、燃料供給ライン３６における筒内インジェクタ１８の近傍、具体的には、液体燃料を各気筒の筒内インジェクタ１８に分配するためのデリバリパイプ３６ａに接続されている。
【００１７】
流路切替弁５４の入口ポートは、通常は、燃料供給ライン３６の上流側に設定されている。この場合は、前述のように、燃料ポンプ３２の作動によって燃料タンク３０内から液体燃料が吸い上げられ、加圧された液体燃料が筒内インジェクタ１８へ供給される。一方、流路切替弁５４の入口ポートを燃料循環ライン３８に切替えた場合には、燃料供給ライン３６と燃料循環ライン３８からなる液体燃料の循環系が形成される。この場合、筒内インジェクタ１８の燃料噴射を停止して燃料ポンプ３２を作動させることで、液体燃料を高圧の状態で循環させることができる。燃料ポンプ３２及び流路切替弁５４は、液体燃料を上記の循環系内で循環させる循環手段を構成している。
【００１８】
燃料供給ライン３６における燃料ポンプ３２の下流には、もう一方の燃料である水素ガスを液体燃料に混合するためのマイクロバブル発生装置５２が配置されている。マイクロバブル発生装置５２は、水素ガスを直径数十μｍ以下の微細気泡（マイクロバブルという）にして燃料供給ライン３６中の液体燃料に混合する。マイクロバブル発生装置５２により水素ガスをマイクロバブル化して液体燃料に混合することで、水素ガスを液体燃料中に均一に混合することができ、また、水素ガスの液体燃料への溶解を促進することができる。なお、マイクロバブル発生装置５２によるマイクロバブルの発生方法は、液体燃料中で水素ガスをマイクロバブルにすることができるものであれば、その方法に限定はない。以下に列挙するマイクロバブルの発生方法は、本実施形態のマイクロバブル発生装置５２において採り得る方法の一例である。
【００１９】
まず、マイクロバブルの発生方法の第１例は、液体燃料の激しい流れの中に水素ガスを吹き込むことで、そこに発生する強いせん断力により水素ガスを粉砕する方法である。
【００２０】
マイクロバブルの発生方法の第２例は、水素ガスを加圧してより多く液体燃料中に溶解させた状態から、液体燃料の流速を上げる等してキャビテーションを発生させる方法である。
【００２１】
そして、マイクロバブルの発生方法の第３例は、超音波を与えることで液体燃料中の水素ガスの気泡を加振して分裂させる方法である。
【００２２】
マイクロバブル発生装置５２により液体燃料に混合される水素ガスは、水素生成装置５０から水素ガス供給ライン４６を介して供給される。水素生成装置５０は、液体水素化合物から水素ガスを即座に生成することができる装置である。液体水素化合物としては、水、アルコール、ガソリン、軽油等が使用可能である。本実施形態では、液体水素化合物として水が用いられている。水素生成装置５０による水素ガスの生成方法としては、以下に例示するような方法を採ることができる。
【００２３】
まず、水素生成方法の第１例は、燃料電池に逆起電力を印加することで水を電気分解する方法である。
【００２４】
水素生成方法の第２例は、液体水素化合物を低温プラズマで分解する方法である。具体的には、液体水素化合物に対し直流パルス放電を行うことにより、水素ガスを生成することができる。
【００２５】
水素生成方法の第３例は、高活性状態の金属によって水を還元する方法である。例えば、純水中でアルミニウムやアルミニウム合金を摩擦することで、金属に対する水の腐食反応を加速させて水分子を分解し、純粋な水素ガスを発生させることができる。また、水素化マグネシウムや水素化マグネシウム合金の粉末に水を供給することでも、純粋な水素ガスを発生させることができる。さらに、酸化鉄を還元して得られた金属鉄に水蒸気を反応させることでも、金属鉄の酸化に伴って純粋な水素ガスを発生させることができる。
【００２６】
上記の何れの方法によっても、必要に応じて即座に水等の液体水素化合物から水素ガスを生成することができる。特に、第３例の方法によれば、純粋な水素ガスのみを生成することができる。また、上記の何れの方法でも、比較的低温或いは常温で水素ガスを生成することができるので、マイクロバブル発生装置５２による液体燃料への混合時に、より多くの水素ガスを液体燃料に溶解させることができるという利点もある。
【００２７】
水素生成装置５０により水素ガスを生成することで、水素ガスを液体の状態で貯蔵することが可能になる。これにより、水素ガスを圧力タンク等で気体の状態で貯蔵する場合に比較して、その取り扱いが容易になるだけでなく、高い搭載効率を実現することが可能になる。本実施形態では、水素生成装置５０において水素ガスの生成に用いられる水は、水タンク４０から水供給ライン４４を介して供給される。水供給ライン４４には、水タンク４０から水を吸い上げて水素生成装置５０に供給するための水ポンプ４２が配置されている。
【００２８】
本実施形態のエンジンは、その制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には前述の点火プラグ１６、筒内インジェクタ１８、燃料ポンプ３２、水ポンプ４２、マイクロバブル発生装置５２、水素生成装置５０，流路切替弁５４等の種々の機器が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、エンジン本体２の運転状態に関する情報（アクセル開度、車速、エンジン回転数、空燃比、水温、ノック信号等）を取得する運転状態測定装置６２や、運転席のドアが開いたことを検出するドアスイッチ６４等の種々のセンサ類が接続されている。ＥＣＵ６０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を制御している。
【００２９】
上記のようなシステム構成により、本実施形態のエンジンによれば、液体燃料へ水素ガスを添加する必要が生じたときには、水素生成装置５０により水から水素ガスを即座に生成し、生成した水素ガスをマイクロバブル化して液体燃料に混合することができる。図２のフローチャートに示すルーチンは、本実施形態においてＥＣＵ６０により実行されるエンジン始動時の水素添加制御のルーチンである。以下、図２のフローチャートに沿って、エンジン始動時に実行される水素添加制御の具体的な内容について説明する。なお、図２に示すルーチンは、所定のクランク角毎に周期的に実行されている。
【００３０】
図２に示すルーチンの最初のステップＳ１００では、ドアスイッチ６４の信号から運転席のドアが開いたか否か判定される。運転席のドアが開いたとき、ドアスイッチ６４の信号はオフからオンに切り替わる。運転席のドアが開くことで、ドライバにエンジン本体２を始動させる意思があることが推定される。つまり、エンジン本体２の始動が予測される。運転席のドアが閉じている間は、以降のステップの処理は行われず、ステップＳ１００の判定のみが繰り返し実行される。
【００３１】
運転席のドアが開いたとき、つまり、エンジン本体２の始動が予測されるときには、ステップＳ１０２の判定が実行される。ステップＳ１０２では、エンジン始動時における水素添加の実行条件が成立しているか否か判定される。エンジン始動時の水素添加の実行条件とは、例えば、冷却水温が基準温度以下になっていること、大気の状態が低負荷運転時に失火しやすい状態になっていること、或いは、燃料タンク３０内の液体燃料の性状が失火しやすい燃料性状であること等である。水素添加の実行条件が成立しなかったときは、水素生成装置５０における水素生成処理は実行されず（ステップＳ１２２）、マイクロバブル発生装置５２によるマイクロバブル化処理も実行されない（ステップＳ１２４）。
【００３２】
水素添加の実行条件が成立している場合には、ステップＳ１０４以降の処理によって液体燃料への水素ガスの添加が行われる。まず、ステップＳ１０４では、予め記憶されているマップから、エンジン始動時に要求される水素の添加割合が求められる。水素添加割合は、例えば、液体燃料と水素ガスを合わせた燃料全体の総発熱量に対する水素ガスの発熱量の比として定義することができる。次のステップＳ１０６では、上記の循環系内で液体燃料を循環させるときの液体燃料の流量（油圧ポンプ３２の吐出流量）と要求水素添加割合とから、要求水素生成量（水素ガスの必要生成量）が求められる。
【００３３】
ステップＳ１０８では、燃料ポンプ３２の作動により液体燃料の加圧が開始されるとともに、流路切替弁５４の入口ポートが燃料循環ライン３８に切替えられる。これにより、燃料ポンプ３２によって加圧された高圧の液体燃料は、燃料循環ライン３８を通って再び燃料供給ライン３６に戻り、燃料供給ライン３６と燃料循環ライン３８からなる液体燃料の循環系を循環する。なお、このときの燃料ポンプ３２の吐出流量は所定の循環時流量に設定される。
【００３４】
ステップＳ１１０では、水ポンプ４２及び水素生成装置５０の作動により要求水素生成量に応じた水素生成処理が実行される。そして、次のステップＳ１１２では、水素生成装置５０によって生成された水素ガスがマイクロバブル発生装置５２によりマイクロバブル化され、このマイクロバブル化された水素ガスが循環系内を循環する液体燃料に混合される。このように、液体燃料を循環させ、循環している液体燃料に水素ガスをマイクロバブル化して混合することで、エンジン本体２の始動前に生成した水素ガスを液体燃料中に貯蔵することができる。
【００３５】
上記のステップＳ１０４乃至Ｓ１１２の処理により液体燃料への水素ガスの添加が行われた後、ステップＳ１１４の判定が実行される。ステップＳ１１４では、エンジン本体２の始動要求の有無が判定される。イグニッションスイッチ等のスタートスイッチがオフからオンに切り替わったとき、始動要求が有ったものと判断することができる。始動要求が有った場合には、スタータによるクランキング等、エンジン本体２を始動せるエンジン始動制御が実行される（ステップＳ１１６）。
【００３６】
エンジン始動制御の実行後、ステップＳ１１８では、エンジン本体２の始動が完了したか否か判定される。例えば、エンジン回転数が所定の基準回転数まで上昇したら、始動が完了したと判断することができる。エンジン本体２の始動が完了するまでの間は、燃圧が所定値より低下しない限り流路切替弁５４の切替え操作は行われず、液体燃料の循環系内での循環が継続される。
【００３７】
エンジン本体２の始動が完了したときには、ステップＳ１２０の処理が実行される。ステップＳ１２０では、流路切替弁５４の切替え操作によって液体燃料の循環は停止され、燃料タンク３０から筒内インジェクタ１８へ燃料を供給する通常の燃料供給系へ戻される。このとき、燃料供給ライン３６内の液体燃料には既に要求水素添加割合の水素ガスが添加されているので、燃料噴射の開始直後から、十分に水素ガスが混合された液体燃料を噴射することができる。
【００３８】
上記の水素添加制御ルーチンによれば、エンジン本体２の始動に先立って水素生成装置５０により水素ガスを生成し、生成した水素ガスを循環している液体燃料に混合することで、燃料噴射の開始時には、水素ガスが添加された液体燃料を最初の燃料噴射から供給することができる。しかも、水素ガスはマイクロバブル化して液体燃料に混合されるので、水素ガスの液体燃料への溶解を促進することができ、水素ガスの添加割合の高い液体燃料を供給することができる。したがって、本実施形態のエンジンによれば、エンジン本体２の始動直後から水素ガスの添加による安定した燃焼を実現することができ、空燃比の大幅なリーン化や、点火時期の大幅な遅角化による触媒２０の早期昇温が可能になる。
【００３９】
さらに、上記の水素添加制御ルーチンによれば、水素ガスはエンジン本体２の始動が予測されたときに水から生成され、生成した水素ガスは循環している液体燃料中にマイクロバブル化して蓄えられる。したがって、本実施形態のエンジンでは、水素ガスを気体の状態で蓄えておくタンクを不要にすることができ、その分、製造コストを抑えることができ、また、車両への搭載性も向上する。
【００４０】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ６０により上記の水素添加制御ルーチンが実行されることにより、第１の発明にかかる「制御手段」が実現されている。
【００４１】
実施の形態２．
以下、図３及び図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
【００４２】
図３は本発明の水素利用内燃機関が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。本実施形態にかかるハイブリッド車両の駆動システムは、その動力装置として、実施の形態１にかかるシステム構成のエンジン（図１に示すエンジン）を備えている。図３中、実施の形態１と同一の要素は同一の符号を付している。
【００４３】
この駆動システムは、もう１つの動力装置としてモータ７２を備えている。また、駆動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ７６も備えている。エンジン本体２、モータ７２及びジェネレータ７６は、動力分割機構７０を介して相互に連結されている。動力分割機構７０につながるモータ７２の回転軸には、減速機７４が接続されている。減速機７４は、モータ７２の回転軸と駆動輪９２につながる駆動軸９０とを連結している。動力分割機構７０は、エンジン本体２の駆動力をジェネレータ７６側と減速機７４側とに分割する装置である。動力分割機構７０による駆動力の配分は任意に変更することができる。
【００４４】
この駆動システムには、さらに、インバータ７８、コンバータ８０及び高圧バッテリ８２が含まれている。インバータ７８は、ジェネレータ７６及びモータ７２に接続されるとともに、コンバータ８０を介して高圧バッテリ８２にも接続されている。ジェネレータ７６で発電された電力は、インバータ７８を介してモータ７２に供給することもできるし、インバータ７８及びコンバータ８０を介して高圧バッテリ８２に充電することもできる。また、高圧バッテリ８２に充電されている電力は、コンバータ８０及びインバータ７８を介してモータ７２に供給することができる。
【００４５】
この駆動システムによれば、モータ７２を停止させてエンジン本体２の駆動力のみによって駆動輪９２を回転させることもできるし、逆に、エンジン本体２を停止させてモータ７２の駆動力のみによって駆動輪９２を回転させることもできる。モータ７２とエンジン本体２の双方を作動させ、双方の駆動力によって駆動輪９２を回転させることもできる。また、この駆動システムによれば、モータ７２をエンジン本体２のスタータとして機能させることもできる。つまり、エンジン本体２の始動時、モータ７２の駆動力の一部或いは全部を動力分割機構７０を介してエンジン本体２に入力することで、エンジン本体２をクランキングすることができる。さらに、エンジン本体２の始動に関係なく、停止しているエンジン本体２を必要に応じて強制的に回転させることもできる。
【００４６】
本実施形態の駆動システムは、ＥＣＵ６０によって制御されている。ＥＣＵ６０は、エンジン本体２を含むエンジンシステムのみならず、モータ７２、ジェネレータ７６、動力分割機構７０、インバータ７８及びコンバータ８０等を含む駆動システムの全体を総合的に制御している。図４は、本実施形態においてＥＣＵ６０により実行される水素添加制御のルーチンを示すフローチャートである。このルーチンには、モータ７２での走行中にエンジン本体２を始動させるエンジン始動制御も含まれている。以下、図４のフローチャートに沿って、ハイブリッド車両における水素添加制御の具体的な内容について説明する。なお、図４に示すルーチンは、所定のクランク角毎に周期的に実行されている。
【００４７】
図４に示すルーチンの最初のステップＳ２００では、水素添加の実行条件が成立しているか否か判定される。現時点において未だエンジン本体２が始動していない場合には、冷却水温が基準温度以下になっていること、大気の状態が低負荷運転時に失火しやすい状態になっていること、或いは、燃料タンク３０内の液体燃料の性状が失火しやすい燃料性状であること等が水素添加の実行条件として判定される。一方、現時点においてエンジン本体２が既に始動している場合には、さらに、エンジン本体２がノッキングが発生しうる運転領域で運転されていることや、燃焼変動が発生しうる運転領域で運転されていること等も水素添加の実行条件として判定される。水素添加の実行条件が成立しなかったときには、水素生成装置５０における水素生成処理は実行されず（ステップＳ２２４）、マイクロバブル発生装置５２によるマイクロバブル化処理も実行されない（ステップＳ２２６）。
【００４８】
水素添加の実行条件が成立している場合には、ステップＳ２０２以降の処理によって液体燃料への水素ガスの添加が行われる。まず、ステップＳ２０２では、予め記憶されているマップから、エンジン本体２の運転状態に応じた要求水素添加割合が求められる。現時点において未だエンジン本体２が始動していない場合には、要求水素添加割合はエンジン始動時に要求される水素の添加割合となる。一方、現時点においてエンジン本体２が既に始動している場合には、要求水素添加割合はアクセル開度やエンジン回転数等から要求される水素の添加割合となる。
【００４９】
ステップＳ２０４では、要求水素添加割合に応じた要求水素生成量が求められる。現時点において未だエンジン本体２が始動していない場合には、要求水素生成量は、循環系内で液体燃料を循環させるときの液体燃料の流量（油圧ポンプ３２の吐出流量）と要求水素添加割合とから算出される。一方、現時点においてエンジン本体２が既に始動している場合には、要求水素生成量は、要求水素添加割合、エンジン本体２の要求負荷、及び水素ガスの単位量当たりの発熱量等から算出される。
【００５０】
次のステップＳ２０６では、エンジン始動要求フラグがオンになっているか否か判定される。エンジン始動要求フラグは、ＥＣＵ６０によってエンジン本体２の始動が必要と判断されたときにオフからオンに切替えられる。エンジン始動要求フラグは、エンジン本体２の始動が完了したとき再びオンからオフに切替えられる。
【００５１】
エンジン始動要求フラグがオンの場合は、ステップＳ２１２乃至Ｓ２２２の処理によってエンジン始動時の水素添加制御が実行される。まず、ステップＳ２１２では、燃料ポンプ３２の作動により液体燃料の加圧が開始されるとともに、流路切替弁５４の入口ポートが燃料循環ライン３８に切替えられる。これにより、燃料ポンプ３２によって加圧された高圧の液体燃料は、燃料循環ライン３８を通って再び燃料供給ライン３６に戻り、燃料供給ライン３６と燃料循環ライン３８からなる液体燃料の循環系を循環する。このときの燃料ポンプ３２の吐出流量は所定の循環時流量に設定される。
【００５２】
ステップＳ２１４では、水ポンプ４２及び水素生成装置５０の作動により要求水素生成量に応じた水素生成処理が実行される。そして、次のステップＳ２１６では、水素生成装置５０によって生成された水素ガスがマイクロバブル発生装置５２によりマイクロバブル化され、このマイクロバブル化された水素ガスが循環系内を循環する液体燃料に混合される。このように、液体燃料を循環させ、循環している液体燃料に水素ガスをマイクロバブル化して混合することで、エンジン本体２の始動前に生成した水素ガスを液体燃料中に貯蔵することができる。
【００５３】
上記のステップＳ２１２乃至Ｓ２１６の処理により液体燃料への水素ガスの添加が行われた後、エンジン本体２を始動せるエンジン始動制御が実行される（ステップＳ２１８）。エンジン始動制御では、動力分割機構７０の操作によりモータ７２の駆動力の一部或いは全部が動力分割機構７０を介してエンジン本体２に入力される。これにより、エンジン本体２はモータ７２の駆動力によってクランキングされ、続いて筒内インジェクタ１８から水素添加燃料が噴射されることにより、エンジン本体２は始動に至る。
【００５４】
エンジン始動制御の実行後、ステップＳ２２０では、エンジン本体２の始動が完了したか否か判定される。例えば、エンジン回転数が所定の基準回転数まで上昇したら、始動が完了したと判断することができる。エンジン本体２の始動が完了するまでの間は、燃圧が所定値より低下しない限り流路切替弁５４の切替え操作は行われず、液体燃料の循環系内での循環が継続される。
【００５５】
エンジン本体２の始動が完了したときには、ステップＳ２２２の処理が実行される。ステップＳ２２２では、流路切替弁５４の切替え操作によって液体燃料の循環は停止され、燃料タンク３０から筒内インジェクタ１８へ燃料を供給する通常の燃料供給系へ戻される。このとき、燃料供給ライン３６内の液体燃料には既に要求水素添加割合の水素ガスが添加されているので、燃料噴射の開始直後から、十分に水素ガスが混合された液体燃料を噴射することができる。
【００５６】
エンジン本体２の始動が完了することで、エンジン始動要求フラグはオンからオフに切替えられる。その結果、本ルーチンの次回の実行時にはステップＳ２０６の判定結果はＮｏとなる。この場合は、ステップＳ２０８及びＳ２１０の処理によってエンジン運転時の水素添加制御が実行される。まず、ステップＳ２０８では、水素生成装置５０の作動により要求水素生成量に応じた水素生成処理が実行される。水素生成装置５０により生成された水素ガスは、マイクロバブル発生装置５２によってマイクロバブル化されて液体燃料に混合される（ステップＳ２１０）。水素ガスが混合された液体燃料がエンジン本体２に供給されることで、高負荷運転時には、ノッキングを速やかに抑制して点火時期の進角等による高効率な運転が可能になる。また、低負荷運転時には、失火や燃焼変動を速やかに抑制してリーンバーン領域を拡大することが可能になる。
【００５７】
上記の水素添加制御ルーチンによれば、モータ７２での走行中、エンジン本体２の始動に先立って水素生成装置５０により水素ガスを生成し、生成した水素ガスを循環している液体燃料に混合することで、燃料噴射の開始時には、水素ガスが添加された液体燃料を最初の燃料噴射から供給することができる。しかも、水素ガスはマイクロバブル化して液体燃料に混合されるので、水素ガスの液体燃料への溶解を促進することができ、水素ガスの添加割合の高い液体燃料を供給することができる。したがって、本実施形態のハイブリッド車両の駆動システムによれば、エンジン本体２の始動直後から水素ガスの添加による安定した燃焼を実現することができ、空燃比の大幅なリーン化や、点火時期の大幅な遅角化による触媒２０の早期昇温が可能になる。
【００５８】
さらに、上記の水素添加制御ルーチンによれば、水素ガスはエンジン本体２の始動直前に水から生成され、生成した水素ガスは循環している液体燃料中にマイクロバブル化して蓄えられる。したがって、本実施形態のハイブリッド車両の駆動システムでは、水素ガスを気体の状態で蓄えておくタンクが不要であり、その分、製造コストを抑えることができ、また、車両への搭載性も向上する。
【００５９】
なお、本実施形態では、ＥＣＵ６０により上記の水素添加制御ルーチンが実行されることにより、第１の発明にかかる「制御装置」が実現されている。
【００６０】
その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００６１】
図１に示すエンジンでは、燃料噴射装置として、燃焼室１０内に直接燃料を噴射する筒内インジェクタ１８を備えているが、吸気ポートに燃料を噴射するポートインジェクタであってもよい。また、図１に示すエンジンは、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンとして構成されているが、本発明は軽油を燃料とするディーゼルエンジンにも適用することができる。
【００６２】
また、図３の構成では、ハイブリッド車両はエンジン本体２によってもモータ７２によっても走行可能に構成されているが、本発明を適用するにあたってはハイブリッド車両は少なくともモータ７２によって走行可能であればよい。つまり、エンジン本体２は発電専用であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態１としての水素利用内燃機関のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行される水素添加制御のルーチンについて示すフローチャートである。
【図３】本発明の水素利用内燃機関が適用されたハイブリッド車両の駆動システムの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２において実行される水素添加制御のルーチンについて示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
２  エンジン本体
４  吸気通路
６  排気通路
１０  燃焼室
１８  筒内インジェクタ
２０  触媒
３０  燃料タンク
３２  燃料ポンプ
３６  燃料供給ライン
３６ａ  デリバリパイプ
３８  燃料循環ライン
４０  水タンク
４２  水ポンプ
４４  水供給ライン
４６  水素ガス供給ライン
５０  水素生成装置
５２  マイクロバブル発生装置
５４  流路切替弁
６０  ＥＣＵ
６２  運転状態測定装置
６４  ドアスイッチ
７０  動力分割機構
７２  モータ
７４  減速機
７６  ジェネレータ
７８  インバータ
８０  コンバータ
８２  高圧バッテリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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