(57)【要約】【課題】この発明は、水素利用内燃機関に関し、良好なエミッション性能および燃費性能を得ることを目的とする。【解決手段】内燃機関１０の排気通路１４には、触媒装置２４が設けられている。触媒装置２４は、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒２６と、このＮＯｘ触媒２６と熱交換可能に設けられた脱水素触媒２８とが一体化されたものである。脱水素触媒２８での脱水素反応により生成された水素リッチガスおよび分離後ガソリンを水素噴射弁１８および燃料噴射弁２０からそれぞれ噴射することにより、水素添加リーンバーン運転を行うことができる。また、水素リッチガスをパイプ５６を通してＮＯｘ触媒２６の上流の排気ガスに添加することにより、水素を還元剤として、ＮＯｘ触媒２６の還元処理を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、このＮＯｘ触媒と熱交換可能に設けられ、水素化燃料を脱水素反応させて水素リッチガスと脱水素燃料とを生成する脱水素触媒とを有する触媒装置と、
前記脱水素触媒に水素化燃料を供給する水素化燃料供給手段と、
前記水素リッチガスを吸気通路内または気筒内に供給する水素供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、前記水素リッチガスを前記ＮＯｘ触媒より上流の排気ガスに添加する水素添加手段と、
を備えることを特徴とする水素利用内燃機関。
【請求項２】
前記脱水素燃料を吸気通路内または気筒内に供給する脱水素燃料供給手段と、
前記脱水素燃料および前記水素リッチガスの双方を用いて気筒内で希薄空燃比燃焼させる水素添加リーンバーン運転手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、前記脱水素燃料のみを気筒内で理論空燃比燃焼させる理論空燃比運転手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の水素利用内燃機関。
【請求項３】
前記ＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に設けられた排気浄化用の上流触媒を更に備え、
前記水素添加手段は、前記上流触媒と前記ＮＯｘ触媒との間の排気ガスに前記水素リッチガスを添加することを特徴とする請求項１または２記載の水素利用内燃機関。
【請求項４】
前記水素添加手段が備える水素リッチガス通路は、前記水素供給手段が備える水素リッチガス通路から分岐して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の水素利用内燃機関。
【請求項５】
前記水素添加手段が備える水素リッチガス通路は、前記水素供給手段が備える水素リッチガス通路とは別個に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の水素利用内燃機関。
【請求項６】
前記脱水素触媒が脱水素反応を継続するのに不適当な高温になるのを防止する温度上昇防止手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の水素利用内燃機関。
【請求項７】
前記温度上昇防止手段は、前記触媒装置の上流側の排気ガスを冷却する冷却手段を含むことを特徴とする請求項６記載の水素利用内燃機関。
【請求項８】
前記ＮＯｘ触媒を迂回して排気ガスを通すバイパス通路と、
脱水素反応を継続することが不適当または不必要な所定の条件の成立時に、前記脱水素触媒への水素化燃料の供給を停止する供給停止手段と、
前記脱水素触媒への水素化燃料の供給が停止された場合に、排気ガスが前記ＮＯｘ触媒を通る状態から前記バイパス通路を通る状態へと切り替える排気通路切替手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の水素利用内燃機関。
【請求項９】
前記脱水素燃料または前記水素化燃料を吸気通路内または気筒内に供給する燃料供給手段と、
前記脱水素触媒への水素化燃料の供給が停止された場合に、吸気通路内または気筒内への前記水素リッチガスの供給を停止し、前記脱水素燃料または前記水素化燃料のみを吸気通路内または気筒内に供給する燃料供給切替手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項８記載の水素利用内燃機関。
【請求項１０】
排気通路に設けられた吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、このＮＯｘ触媒と熱交換可能に設けられ、水素化燃料を脱水素反応させて水素リッチガスと脱水素燃料とを生成する脱水素触媒とを有する触媒装置と、
前記脱水素触媒に水素化燃料を供給する水素化燃料供給手段と、
前記水素リッチガスと気体状態の前記脱水素燃料との混合ガスを吸気通路内または気筒内に供給する混合ガス供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、前記混合ガスを前記ＮＯｘ触媒より上流の排気ガスに添加する混合ガス添加手段と、
前記混合ガス中の前記脱水素燃料が気体状態を保つように前記混合ガスを加熱するヒーターと、
を備えることを特徴とする水素利用内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素利用内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−１４７１２４号公報には、水素化ガソリン等の水素化燃料を脱水素反応させることにより、水素リッチガスと脱水素燃料とを生成し、生成された水素リッチガスと脱水素燃料とを燃焼させて運転可能な水素利用内燃機関が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４７１２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水素は、ガソリン等に比して、高い燃焼性を有している。そのような水素を吸気空気に添加してガソリン等と共に燃焼させると、燃焼を改善することができるので、極めて希薄な混合気であっても良好に燃焼させることができる。このため、上記のような水素利用内燃機関は、高効率なリーンバーン運転を広い運転領域で安定して行うことが可能である。それゆえ、水素利用内燃機関は、優れた燃費性能が得られる次世代内燃機関として期待されている。
【０００５】
ところで、リーンバーン運転中は、排気ガスの中に多量の酸素が含まれているため、三元触媒でＮＯｘを浄化することができない。このため、従来より、リーンバーンエンジンにおいては、リーンバーン運転中に排出されたＮＯｘを吸蔵する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が設けられている。このＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘは、排気空燃比を一時的にリッチまたはストイキとするリッチスパイク処理を行うことにより、Ｎ２に還元して放出することができる。
【０００６】
上記水素利用内燃機関を実用化するに当たっては、低エミッション化、特にＮＯｘの処理の最適化に関して、更なる研究の余地が残されている。
【０００７】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、良好なエミッション性能および燃費性能が得られる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、水素利用内燃機関であって、
排気通路に設けられた吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、このＮＯｘ触媒と熱交換可能に設けられ、水素化燃料を脱水素反応させて水素リッチガスと脱水素燃料とを生成する脱水素触媒とを有する触媒装置と、
前記脱水素触媒に水素化燃料を供給する水素化燃料供給手段と、
前記水素リッチガスを吸気通路内または気筒内に供給する水素供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、前記水素リッチガスを前記ＮＯｘ触媒より上流の排気ガスに添加する水素添加手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記脱水素燃料を吸気通路内または気筒内に供給する脱水素燃料供給手段と、
前記脱水素燃料および前記水素リッチガスの双方を用いて気筒内で希薄空燃比燃焼させる水素添加リーンバーン運転手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、前記脱水素燃料のみを気筒内で理論空燃比燃焼させる理論空燃比運転手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に設けられた排気浄化用の上流触媒を更に備え、
前記水素添加手段は、前記上流触媒と前記ＮＯｘ触媒との間の排気ガスに前記水素リッチガスを添加することを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記水素添加手段が備える水素リッチガス通路は、前記水素供給手段が備える水素リッチガス通路から分岐して設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記水素添加手段が備える水素リッチガス通路は、前記水素供給手段が備える水素リッチガス通路とは別個に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記脱水素触媒が脱水素反応を継続するのに不適当な高温になるのを防止する温度上昇防止手段を更に備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第６の発明において、
前記温度上昇防止手段は、前記触媒装置の上流側の排気ガスを冷却する冷却手段を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記ＮＯｘ触媒を迂回して排気ガスを通すバイパス通路と、
脱水素反応を継続することが不適当または不必要な所定の条件の成立時に、前記脱水素触媒への水素化燃料の供給を停止する供給停止手段と、
前記脱水素触媒への水素化燃料の供給が停止された場合に、排気ガスが前記ＮＯｘ触媒を通る状態から前記バイパス通路を通る状態へと切り替える排気通路切替手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第９の発明は、第８の発明において、
前記脱水素燃料または前記水素化燃料を吸気通路内または気筒内に供給する燃料供給手段と、
前記脱水素触媒への水素化燃料の供給が停止された場合に、吸気通路内または気筒内への前記水素リッチガスの供給を停止し、前記脱水素燃料または前記水素化燃料のみを吸気通路内または気筒内に供給する燃料供給切替手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第１０の発明は、水素利用内燃機関であって、
排気通路に設けられた吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、このＮＯｘ触媒と熱交換可能に設けられ、水素化燃料を脱水素反応させて水素リッチガスと脱水素燃料とを生成する脱水素触媒とを有する触媒装置と、
前記脱水素触媒に水素化燃料を供給する水素化燃料供給手段と、
前記水素リッチガスと気体状態の前記脱水素燃料との混合ガスを吸気通路内または気筒内に供給する混合ガス供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、前記混合ガスを前記ＮＯｘ触媒より上流の排気ガスに添加する混合ガス添加手段と、
前記混合ガス中の前記脱水素燃料が気体状態を保つように前記混合ガスを加熱するヒーターと、
を備えることを特徴とする。
【００１８】
第１乃至第１０の発明の水素利用内燃機関には、水素化燃料を用いる。この水素化燃料としては、有機ハイドライド、またはガソリン等の内燃機関燃料に水素を付加したもの、或いはそれらの混合物等を用いることができる。また、脱水素燃料とは、上記水素化燃料が脱水素反応して水素を放出した後の反応生成物を意味する。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明によれば、ＮＯｘ触媒が排気を浄化する過程で発生した熱で、脱水素触媒を加熱することができる。このため、排気温度が低い条件下であっても、脱水素触媒を脱水素反応可能な温度に保ち易くすることができる。また、第１の発明によれば、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、水素リッチガスをＮＯｘ触媒より上流の排気ガスに添加することができる。すなわち、還元性の高い水素を還元剤として利用して、ＮＯｘ触媒を還元処理することができる。このため、ＮＯｘ触媒の還元を効果的かつ高効率に行うことができる。よって、大気中へのＮＯｘ放出量を極めて少なくすることができるとともに、燃費性能を向上することもできる。
【００２０】
第２の発明によれば、脱水素燃料および水素リッチガスの双方を用いて気筒内で希薄空燃比燃焼させる水素添加リーンバーン運転を行うことができる。水素添加リーンバーン運転によれば、極めて希薄な空燃比でも安定的に燃焼させることができる。このため、第２の発明によれば、更なる燃費改善およびＮＯｘ低減が図れる。また、第２の発明によれば、ＮＯｘ触媒の還元処理を行うとき、脱水素燃料のみを気筒内で理論空燃比燃焼させることができる。このため、ＮＯｘ触媒の還元処理実行中は、排気ガス中のＮＯｘを三元触媒で浄化することができる。よって、ＮＯｘ触媒の還元処理実行中も、ＮＯｘが大気中に放出されるのを防止することができる。
【００２１】
第３の発明によれば、上流触媒を設けることにより、より高い浄化率で排気ガスを浄化することができる。また、ＮＯｘ触媒の還元処理を行うとき、上流触媒とＮＯｘ触媒との間の排気ガスに水素リッチガスを添加することができるので、水素リッチガスを効率良くＮＯｘ触媒に供給することができる。このため、ＮＯｘ触媒の還元処理を効果的かつ高効率に行うことができる。
【００２２】
第４の発明によれば、簡単な構成で、ＮＯｘ触媒の上流の排気ガスに水素リッチガスを添加することができる。
【００２３】
第５の発明によれば、水素リッチガスを、ＮＯｘ触媒の上流の排気ガスと、内燃機関との両方に同時に添加することができる。
【００２４】
第６の発明によれば、脱水素触媒が脱水素反応を継続するのに不適当な高温になるのを確実に防止することができる。このため、コーキング等による脱水素触媒の機能低下を確実に回避することができる。
【００２５】
第７の発明によれば、触媒装置の上流側の排気ガスを冷却することで、脱水素触媒が過度の高温になるのを防止することができる。このため、コーキング等による脱水素触媒の機能低下を、簡単な構成で、かつ確実に回避することができる。
【００２６】
第８の発明によれば、脱水素反応を継続することが不適当または不必要な場合には、脱水素触媒への水素化燃料の供給を停止するとともに、排気ガスがＮＯｘ触媒を通らずにバイパス通路を通る状態に切り替えることができる。このため、脱水素反応を行わない場合には、ＮＯｘ触媒での排気抵抗をなくすことができるので、内燃機関の背圧を下げることができ、燃費を改善することができる。
【００２７】
第９の発明によれば、脱水素触媒への水素化燃料の供給を停止した場合には、脱水素燃料または水素化燃料の燃焼によって内燃機関の運転を継続することができる。
【００２８】
第１０の発明によれば、ＮＯｘ触媒が排気を浄化する過程で発生した熱で、脱水素触媒を加熱することができる。このため、排気温度が低い条件下であっても、脱水素触媒を脱水素反応可能な温度に保ち易くすることができる。また、第１０の発明によれば、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、水素リッチガスと脱水素燃料との混合ガスをＮＯｘ触媒より上流の排気ガスに添加することができる。すなわち、還元性の高い水素を還元剤として利用して、ＮＯｘ触媒を還元処理することができる。このため、ＮＯｘ触媒の還元を効果的かつ高効率に行うことができる。よって、大気中へのＮＯｘ放出量を極めて少なくすることができるとともに、燃費性能を向上することもできる。更に、第１０の発明によれば、水素化ガソリンの脱水素反応により生成された水素リッチガスおよび脱水素燃料を物理的に分離する必要がないので、システム構成が極めて簡単な水素利用内燃機関を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、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。
【００３０】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。本システムは、以下に説明するように、水素リッチガソリンの給油を受けて、内燃機関１０を運転することができる。水素リッチガソリンは、その成分中にナフテン系の炭化水素を多く含んでいる。
【００３１】
内燃機関１０の燃焼室には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。また、内燃機関１０には、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ１３が設けられている。また、内燃機関１０は、吸気通路１２を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータ１５と、吸気通路１２を流れる空気を絞るスロットルバルブ１６とが設けられている。スロットルバルブ１６は、スロットルモータにより駆動される電子制御スロットルである。スロットルバルブ１６の開度は、スロットル開度センサ１７により検出される。
【００３２】
吸気通路１２には、水素を主成分とする水素リッチガスを噴射する水素噴射弁１８と、後述する分離後ガソリンを噴射する燃料噴射弁２０とが設置されている。水素噴射弁１８には、所定の圧力で水素リッチガスが供給されている。水素噴射弁１８は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量の水素リッチガスを吸気通路１２の内部に噴射することができる。
【００３３】
燃料噴射弁２０には、分離後ガソリンが所定の圧力で供給されている。燃料噴射弁２０は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量の分離後ガソリンを吸気通路１２内に噴射することができる。
【００３４】
なお、水素噴射弁１８および燃料噴射弁２０の配置は、図示の構成に限定されるものではない。例えば、水素噴射弁１８は、水素リッチガスを筒内に直接噴射することができるように配置してもよい。また、燃料噴射弁２０も、分離後ガソリンを筒内に直接噴射することができるように配置してもよい。
【００３５】
排気通路１４の途中には、排気を浄化するための上流触媒２２が配置されている。本実施形態では、上流触媒２２は、三元触媒装置としての機能を有している。
【００３６】
排気通路１４の、上流触媒２２の下流側には、触媒装置２４が配置されている。触媒装置２４は、ＮＯｘ触媒２６と、脱水素触媒２８とが一体化された装置である。触媒装置２４の近傍には、水素リッチガソリンを脱水素触媒２８に向けて噴射する燃料インジェクタ３０が設置されている。
【００３７】
触媒装置２４は、熱交換器のような構造になっており、その内部には、排気ガス流路と燃料流路とが形成されている。この排気ガス流路と燃料流路とは、隔壁で隔てられ、互いに連通しないように形成されている。そして、上記排気ガス流路の内壁にＮＯｘ触媒成分が担持されることでＮＯｘ触媒２６が構成され、上記燃料流路の内壁に脱水素触媒成分が担持されることで脱水素触媒２８が構成されている。ＮＯｘ触媒２６と脱水素触媒２８とは、上記隔壁を介して互いに熱交換が可能になっている。
【００３８】
ＮＯｘ触媒２６は、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒装置としての機能を有している。ＮＯｘ触媒２６は、酸素を含んだリーンな排気ガスが流入したとき、その排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を一時吸蔵することができる。
【００３９】
脱水素触媒２８では、燃料インジェクタ３０から供給された水素リッチガソリンが脱水素反応することにより、水素リッチガスと、分離後ガソリン（脱水素ガソリン）とが生成される。分離後ガソリンは、アロマ系（芳香族系）の成分を多く含み、オクタン価の高いものである。
【００４０】
上記脱水素反応を起こさせるには、脱水素触媒２８が例えば２００〜３００℃程度の一定の温度以上の状態である必要がある。本システムでは、排気ガスの熱により、脱水素触媒２８をそのような温度に加熱することができる。
【００４１】
上記脱水素反応は、吸熱反応である。一方、ＮＯｘ触媒２６は、排気を浄化する過程で発熱する。本システムでは、ＮＯｘ触媒２６と脱水素触媒２８とを一体化して熱交換可能に構成したことにより、ＮＯｘ触媒２６で発生した熱で、吸熱反応している脱水素触媒２８を効率良く加熱することができる。このため、排気温度が低い条件下であっても、脱水素触媒２８を脱水素反応可能な温度に保ち易くすることができる。
【００４２】
本システムは、外部より給油された水素リッチガソリンを貯留する燃料タンク３２を備えている。燃料タンク３２内の水素リッチガソリンは、パイプ３４を通り、ポンプ３６により加圧されて、燃料インジェクタ３０へ送られる。
【００４３】
脱水素触媒２８で生成された水素リッチガスおよび分離後ガソリンは、混合ガスの状態で、パイプ３８を通って、水素分離器４０へ送られる。パイプ３８内を通る混合ガスは、パイプ３８の周囲に設けられたヒータ４２によって加熱される。これにより、混合ガス中の分離後ガソリンがパイプ３８内で液化するのを防止することができる。このため、脱水素触媒２８で精製された水素リッチガスおよび分離後ガソリンを円滑に水素分離器４０へ移送することができる。
【００４４】
水素分離器４０には、内燃機関１０の冷却水が導かれている。この冷却水により、水素分離器４０内の水素リッチガスおよび分離後ガソリンの混合ガスが冷却される。その結果、分離後ガソリンが液化し、気体状の水素リッチガスと分離することができる。水素分離器４０は、分離後ガソリンのタンクを兼ねており、液化した分離後ガソリンを貯留することができる。
【００４５】
水素分離器４０内の液化した分離後ガソリンは、パイプ４４を通り、ポンプ４６によって所定の圧力に加圧されて、燃料噴射弁２０へ送られる。
【００４６】
一方、水素分離器４０で分離された水素リッチガスは、パイプ４８を通り、ポンプ５０によって所定の圧力に加圧されて、バッファタンク５２へ送られる。パイプ４８の途中には、水素リッチガスの逆流を防止する逆止弁５４が設けられている。水素噴射弁１８には、バッファタンク５２内の加圧された水素リッチガスが供給される。
【００４７】
水素リッチガスが通るパイプ４８の途中からは、パイプ５６が分岐している。この分岐部には、切替弁５８が設けられている。パイプ５６は、上流触媒２２とＮＯｘ触媒２６（触媒装置２４）との間の排気通路１４に連通している。切替弁５８は、水素リッチガスの流路を水素噴射弁１８側へ連通させる状態と、パイプ５６に連通させる状態とに切替可能になっている。水素リッチガスがパイプ５６に流れるように切替弁５８を切り替えると、上流触媒２２とＮＯｘ触媒２６との間の排気ガスに水素リッチガスを添加することができる。
【００４８】
本実施形態のシステムは、更に、内燃機関１０のクランク軸の回転角を検出するクランク角センサ６０を備えている。クランク角センサ６０の出力によれば、クランク軸の回転位置や、回転速度（エンジン回転数）などを検知することができる。
【００４９】
また、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０を備えている。ＥＣＵ７０には、上述したエアフローメータ１５、スロットル開度センサ１７、クランク角センサ６０などの各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ７０には、点火プラグ１３、スロットルバルブ１６、水素噴射弁１８、燃料噴射弁２０、燃料インジェクタ３０、切替弁５８の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ７０は、上記各種センサから入力される信号に基づき、所定のプログラムに従って、上記各種のアクチュエータを駆動する。
【００５０】
［実施の形態１の動作］
（水素添加リーンバーン運転）
本実施形態のシステムは、燃料噴射弁２０から噴射される分離後ガソリンを主燃料として、理論空燃比よりも希薄な空燃比で燃焼させるリーンバーン運転を行うことができる。そして、本システムによれば、リーンバーン運転を行うとき、水素噴射弁１８から水素リッチガスを噴射することにより、筒内で分離後ガソリンと共に水素を燃焼させることができる。このようにして水素リッチガスの噴射を伴って行うリーンバーン運転を以下「水素添加リーンバーン運転」と称する。
【００５１】
水素を添加してリーンバーンを行うと、水素の高い燃焼性により、ガソリンのみのリーンバーンに比して、燃焼を促進・改善することができる。それゆえ、水素添加リーンバーン運転では、極めて希薄な空燃比であっても、安定して燃焼させることができる。このため、本実施形態のシステムでは、従来のリーンバーンエンジンよりも更に希薄な空燃比での運転を広い運転領域に渡って行うことができ、更なる高効率化、低燃費化が図れる。
【００５２】
また、内燃機関１から直接排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度は、空燃比が希薄なほど低下するという特性を有している。このため、本実施形態では、極めて希薄な水素添加リーンバーン運転を行うことにより、内燃機関１からのＮＯｘ排出量を極めて少なくすることができる。
【００５３】
（水素によるＮＯｘ触媒２６の還元）
上述したように、水素添加リーンバーン運転中は、内燃機関１からの直接のＮＯｘ排出量を極めて少なくできるが、排気ガスの中に多量の酸素が含まれているため、三元触媒（上流触媒２２）でＮＯｘを浄化することができない。そこで、水素添加リーンバーン運転中は、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒２６に吸蔵しておくことにより、大気中へのＮＯｘの放出を防止することができる。
【００５４】
ＮＯｘ触媒２６のＮＯｘ吸蔵能力が限界に近づくと、ＮＯｘ触媒２６の下流のＮＯｘ濃度が徐々に上昇してくる。このようになったときには、ＮＯｘ触媒２６に吸蔵されたＮＯｘをＮ２（窒素ガス）に還元して放出させるリッチスパイクを行って、吸蔵能力を回復させる必要がある。
【００５５】
従来のリーンバーンエンジンにおいては、リッチスパイクを行う場合、燃料噴射量を増量することで、排気空燃比を一時的にリッチにしている。すなわち、排気空燃比をリッチにすることで、排気ガス中の未燃燃料が還元剤となり、吸蔵されたＮＯｘを還元している。
【００５６】
これに対し、本実施形態では、従来のような燃料噴射量増量によるリッチスパイクに代えて、次のような手法でリッチスパイクを行うことにした。すなわち、本実施形態では、吸蔵されたＮＯｘを還元する際、水素リッチガスがパイプ５６に流れるように切替弁５８を切り替えて、上流触媒２２とＮＯｘ触媒２６との間の排気ガスに水素リッチガスを添加する。この処理により、ＮＯｘ触媒２６に水素リッチガスが流入し、水素が還元剤となって、吸蔵されたＮＯｘを還元することができる。
【００５７】
水素は、ガソリン等の炭化水素燃料に比して、高い還元性を有している。そのような水素を還元剤に利用してリッチスパイクを行った場合には、排気中の未燃燃料を還元剤とするリッチスパイクに比して、吸蔵されたＮＯｘを余すことなく還元して除去することができる。その結果、水素を用いてリッチスパイクを行うと、ＮＯｘ触媒２６のＮＯｘ吸蔵能力をより高く引き出すことができ、リッチスパイクを行うべき周期を長くすることができる。また、水素の高い還元性により、吸蔵されたＮＯｘを迅速に還元させることができるので、リッチスパイク継続時間を短くすることもできる。このようなことから、本実施形態によれば、大気中へのＮＯｘ放出量を従来よりも更に低減することができる。また、リッチスパイクを行うときに燃料噴射量を増量する必要がないので、燃費性能もより向上させることができる。
【００５８】
（ＮＯｘ触媒２６還元処理中の理論空燃比運転）
上記のような水素を用いたリッチスパイクを行っている間は、水素リッチガスが水素噴射弁１８側へ供給されなくなる。そこで、この間は、燃料噴射弁２０から噴射される分離後ガソリンのみを燃焼させて内燃機関１０を運転する。このとき、本実施形態では、理論空燃比で分離後ガソリンを燃焼させることとした。リッチスパイクを行う間、分離後ガソリンで理論空燃比運転を行うことにより、この間に内燃機関１から排出されるＮＯｘを上流触媒２２で浄化することができる。これにより、本実施形態では、リッチスパイクの実行中にもＮＯｘが大気中に放出されるのを防止することができ、優れたエミッション性能が得られる。
【００５９】
［実施の形態１における具体的処理］
図２は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。図２に示すルーチンでは、まず、内燃機関１の運転状態を表す各種のパラメータの値が取得される（ステップ１００）。具体的には、エンジン回転数、スロットル開度、空燃比、水素添加割合等の値がそれぞれ取得される。これらの値は、前述した各種センサの出力に基づいて取得するか、あるいはＥＣＵ７０に記憶されたマップに従って取得することができる。なお、上記水素添加割合とは、燃料噴射弁２０からの分離後ガソリンの噴射量に対する、水素噴射弁１８からの水素リッチガスの噴射量の割合を意味する。
【００６０】
そして、本ルーチンでは、上記ステップ１００で取得されたパラメータに基づいて、水素添加リーンバーン運転が行われるとともに、水素リッチガスおよび分離後ガソリンを生成すべく、脱水素触媒２８における脱水素反応が行われる（ステップ１０２）。このとき、水素噴射弁１８、燃料噴射弁２０、および燃料インジェクタ３０からの水素リッチガス、分離後ガソリン、および水素リッチガソリンの噴射量は、それぞれ、運転状態に応じ、ＥＣＵ７０に記憶されたマップに従って制御される。
【００６１】
水素添加リーンバーン運転の継続中、ＥＣＵ７０は、ＮＯｘ触媒２６の還元処理が必要となったか否かを判定する（ステップ１０４）。この判定は、次のようにして行うことができる。内燃機関１からのＮＯｘ排出量は、内燃機関１の運転状態（特にエンジン回転数、スロットル開度、空燃比、および水素添加割合）と相関を有している。ＥＣＵ７０には、その相関関係がマップとして予め記憶されている。ＥＣＵ７０は、そのマップに基づいて算出されるＮＯｘ排出量を積算することにより、前回の還元処理を行ったときからのＮＯｘ総排出量を算出している。そのＮＯｘ総排出量がＮＯｘ触媒２６の吸蔵限界に達した場合には、ＮＯｘ触媒２６の還元処理が必要と判定される。なお、このステップ１０４の判定は、このような方法に限定されるものではない。例えば、ＮＯｘ触媒２６の下流側のＮＯｘ濃度をＮＯｘセンサーで実測することによって、上記判定を行っても良い。
【００６２】
上記ステップ１０４でＮＯｘ触媒２６の還元処理が未だ必要ではないと判定された場合には、水素添加リーンバーン運転が継続される。一方、上記ステップ１０４でＮＯｘ触媒２６の還元処理が必要と判定された場合には、前述したようにして、水素によるＮＯｘ触媒２６の還元処理を行う（ステップ１０６）。すなわち、切替弁５８を切り替えて水素リッチガスをパイプ５６側に流し、ＮＯｘ触媒２６の上流の排気ガスに水素リッチガスを添加する。
【００６３】
また、上記ステップ１０６では、ＮＯｘ触媒２６の還元処理開始に伴い、水素添加リーンバーン運転から理論空燃比運転へ移行する。具体的には、スロットル開度を小さくするとともに分離後ガソリンの燃料噴射量を増量することで理論空燃比を実現する。更に、点火時期を遅角することにより、水素添加リーンバーン運転用の点火時期から、ストイキ燃焼用の点火時期に変更する。
【００６４】
ＮＯｘ触媒２６の還元処理開始後、所定の終了条件が成立した場合には、この還元処理が終了される（ステップ１０８）。すなわち、切替弁５８を切り替えて、水素リッチガスを水素噴射弁１８側へ供給する。また、ステップ１０８では、還元処理の終了に伴い、理論空燃比運転が終了され、水素添加リーンバーン運転が再開される。すなわち、スロットル開度、分離後ガソリンの燃料噴射量、および点火時期が水素添加リーンバーン運転用の値に戻されるとともに、水素噴射弁１８から水素リッチガスの噴射が再開される。
【００６５】
なお、上述した実施の形態１においては、水素化ガソリンが前記第１の発明における「水素化燃料」に、分離後ガソリンが前記第１の発明における「脱水素燃料」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ７０が、燃料インジェクタ３０から水素化ガソリンを噴射させることにより前記第１の発明における「水素化燃料供給手段」が、パイプ４８を通って送られた水素リッチガスを水素噴射弁１８から噴射させることにより前記第１の発明における「水素供給手段」が、上記ステップ１０４および１０６の処理を実行して水素リッチガスをパイプ５６を通して排気通路１４に導入することにより前記第１の発明における「水素添加手段」が、それぞれ実現されている。
【００６６】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が、パイプ４４を通って送られた分離後ガソリンを燃料噴射弁２０から噴射させることにより前記第２の発明における「脱水素燃料供給手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第２の発明における「水素添加リーンバーン運転手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行して分離後ガソリンのみの理論空燃比運転を実行することにより前記第２の発明における「理論空燃比運転手段」が、それぞれ実現されている。
【００６７】
また、上述した実施の形態１においては、パイプ５６が前記第４の発明における「水素添加手段が備える水素リッチガス通路」に、パイプ４８が第４の発明における「水素供給手段が備える水素リッチガス通路」に、それぞれ相当している。
【００６８】
実施の形態２．
次に、図３および図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略または簡略する。
【００６９】
［システム構成の説明］
図３は、本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。なお、図３において、図１に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００７０】
図３に示すように、実施の形態２のシステムでは、上流触媒２２と触媒装置２４との間の排気通路１４の外周側に、ウォータージャケット６２が設けられている。ウォータージャケット６２には、冷却水通路６４が接続されている。冷却水通路６４の途中には、制御弁６６が設けられている。制御弁６６の開度は、ＥＣＵ７０により制御される。
【００７１】
制御弁６６を開くと、内燃機関１の冷却水を冷却水通路６４を介してウォータージャケット６２に流通させることができる。これにより、触媒装置２４の上流側の排気ガスを冷却することができる。
【００７２】
ウォータージャケット６２と触媒装置２４との間の排気通路１４には、温度センサ６８が設けられている。温度センサ６８によれば、触媒装置２４に流入する排気ガスの温度を検出することができる。
【００７３】
［実施の形態２の特徴］
脱水素触媒２８が過度に高温になると、水素リッチガソリン中の炭素が遊離して脱水素触媒２８の表面にこびりつき易くなり、脱水素触媒２８の性能低下を招来する。このような現象は、コーキングと呼ばれる。コーキングを回避するためには、脱水素触媒２８の温度が概ね５００℃以下の状態で脱水素反応を行う必要がある。
【００７４】
しかしながら、内燃機関１のエンジン回転数や負荷が高くなってくると、排気温度が高くなるため、脱水素触媒２８も５００℃以上の高温になり易い。脱水素触媒２８がこのような高温になった場合には、コーキングを回避するため、脱水素触媒２８への水素化ガソリンの供給を停止する必要がある。そうすると、水素リッチガスを生成できなくなるので、水素添加リーンバーン運転を継続できなくなる。
【００７５】
そこで、本実施形態では、脱水素触媒２８の温度が５００℃を超えそうなときには、触媒装置２４に流入する排気ガスを冷却して温度を下げることにより、脱水素触媒２８の温度が５００℃以上になるのを防止することとした。
【００７６】
［実施の形態２における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ７０は、図２に示すルーチンに加えて、図４に示すルーチンを更に実行するものとする。
【００７７】
図４に示すルーチンによれば、まず、温度センサ６８の出力に基づいて、触媒装置２４の上流の排気ガス温度が取得される（ステップ１２０）。次いで、その排気ガス温度が５００℃を超えているか否かが判別される（ステップ１２２）。排気ガス温度が５００℃以下である場合には、脱水素触媒２８の温度は５００℃以下であると考えられるので、脱水素触媒２８の温度を下げる必要はない。よって、この場合には、排気ガスの冷却は行わない。
【００７８】
一方、上記ステップ１２２において、排気ガス温度が５００℃を超えていることが認められた場合には、このままであると脱水素触媒２８の温度が５００℃以上になるおそれがあると判断できる。そこで、この場合には、制御弁６６を所定の開度に開き、ウォータージャケット６２に冷却水を導入する（ステップ１２４）。これにより、触媒装置２４に流入する排気ガスの温度が下がるので、脱水素触媒２８の温度を下げることができる。
【００７９】
ウォータージャケット６２への冷却水供給が開始された後、温度センサ６８の出力に基づき、排気ガス温度が再度取得され、その排気ガス温度が５００℃を超えているか否かが判別される（ステップ１２６）。排気ガス温度が５００℃以下に下がっていた場合には、ウォータージャケット６２を流れる冷却水量が十分であると判断できるので、そのまま本ルーチンの処理を終了する。
【００８０】
一方、上記ステップ１２６で排気ガス温度が５００℃を超えていた場合には、触媒装置２４に流入する排気ガス温度を更に下げるべきと判断できる。そこで、この場合には、制御弁６６の開度を所定量増加させ（ステップ１２８）、その後、上記ステップ１２６以下の処理が再度実行される。このような処理により、排気温度が高いほど、ウォータージャケット６２を流れる冷却水量を増大させることができる。
【００８１】
以上述べたような処理により、本実施形態では、排気温度の高い高回転・高負荷域であっても、脱水素触媒２８の温度をコーキングが生じないような温度（例えば５００℃以下）に保つことができる。よって、高回転・高負荷域であっても、脱水素触媒２８への水素化ガソリンの供給を継続して、水素リッチガスを生成することができる。このため、本実施形態では、水素添加リーンバーン運転を行う運転領域を高回転側、高負荷側に拡大することができるので、更なる低燃費化および低ＮＯｘ化が図れる。
【００８２】
なお、上述した実施の形態２においては、排気ガス温度を温度センサ６８により実測して求めることとしたが、排気ガス温度を内燃機関１の運転状態から推定して求めるようにしてもよい。
【００８３】
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ７０が、図４に示すルーチンの処理を実行することにより前記第６の発明における「温度上昇防止手段」が実現されている。また、ウォータージャケット６２および冷却水通路６４が前記第７の発明における「冷却手段」に相当している。
【００８４】
実施の形態３．
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略または簡略する。
【００８５】
［システム構成の説明］
図５は、本発明の実施の形態３のシステム構成を説明するための図である。なお、図５において、図１に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００８６】
図５に示すように、実施の形態３のシステムでは、ＮＯｘ触媒２６を迂回して排気ガスを流通させるためのバイパス通路７２が設けられている。バイパス通路７２の一端は、触媒装置２４の上流側で排気通路１４に接続され、この接続部には、切替弁７４が設置されている。バイパス通路７２の他端は、触媒装置２４の下流側で排気通路１４に接続されている。切替弁７４は、ＥＣＵ７０の指令に基づき、排気ガスをＮＯｘ触媒２６に流す状態と、排気ガスをバイパス通路７２に流す状態とに切替可能になっている。
【００８７】
上流触媒２２と触媒装置２４との間の排気通路１４には、ＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサ７６が設置されている。
【００８８】
燃料タンク３２と燃料インジェクタ３０とを結ぶパイプ３４の途中からは、パイプ７８が分岐している。この分岐部には、切替弁８０が設置されている。パイプ７８は、燃料噴射弁２０に接続されている。切替弁８０は、ＥＣＵ７０の指令に基づき、水素化ガソリンを燃料インジェクタ３０に送る状態と、水素化ガソリンを燃料噴射弁２０に送る状態とに切替可能になっている。
【００８９】
また、本実施形態のシステムでは、上流触媒２２とＮＯｘ触媒２６（触媒装置２４）との間の排気通路１４と、水素分離器４０とを結ぶパイプ８２が設けられている。このパイプ８２は、水素分離器４０内の水素リッチガスを水素噴射弁１８側へ送るパイプ４８とは別個に設けられている。パイプ８２の途中には、ＥＣＵ７０の指令に基づいて開閉可能な制御弁８４が設置されている。
【００９０】
［実施の形態３の特徴］
本実施形態の内燃機関１０は、水素添加リーンバーン運転が可能であるが、高負荷領域においては、高トルクを発生する必要があるため、理論空燃比運転を行う。理論空燃比運転を行う場合には、水素リッチガスを燃焼に供する必要はないので、脱水素触媒２８で水素リッチガスを生成する必要はなくなる。
【００９１】
また、高負荷領域においては、排気温度が上昇するので、脱水素触媒２８の温度が高くなり易く、前述したコーキングが起き易くなる。このため、水素リッチガスを生成する必要がないのであれば、高負荷運転領域においては、脱水素触媒２８での脱水素反応を停止するのが好ましい。
【００９２】
そこで、本実施形態では、内燃機関１の運転状態が高負荷領域にあるとき、あるいは排気温度が高いときには、脱水素触媒２８への水素化ガソリンの噴射を停止し、脱水素反応を起こさせないようにした。
【００９３】
上記ようにして脱水素反応を停止しているときは、水素分離器４０内に貯留された分離後ガソリンを燃料噴射弁２０から噴射して、理論空燃比運転を行うことができる。更に、本実施形態では、パイプ７８を設けたことにより、燃料タンク３２内の水素化ガソリンをそのまま燃料噴射弁２０へ送ることができる。このため、本実施形態では、分離後ガソリンに代えて、水素分離前の水素化ガソリンをそのまま燃焼させることによる理論空燃比運転を行うこともできる。これにより、水素分離器４０内に貯留された分離後ガソリンを消費した後は、水素化ガソリンをそのまま燃焼させることによって内燃機関１の運転を継続することができる。
【００９４】
脱水素反応の停止中は、脱水素触媒２８を脱水素反応可能な温度に保つ必要はなくなる。また、脱水素反応の停止中は、理論空燃比運転が行われるので、排気ガス中のＮＯｘは上流触媒２２で浄化することが可能である。このようなことから、脱水素反応の停止中は、排気ガスを触媒装置２４（ＮＯｘ触媒２６）に通す必要がなくなる。そこで、本実施形態では、脱水素反応を停止して理論空燃比運転を行っている間は、排気ガスをバイパス通路７２に導き、ＮＯｘ触媒２６を通さないようにした。これにより、ＮＯｘ触媒２６での排気抵抗（圧力損失）がなくなるので、内燃機関１の背圧を下げることができ、燃費性能を向上させることができる。
【００９５】
また、本実施形態では、ＮＯｘ触媒２６の上流の排気ガスに水素リッチガスを添加するためのパイプ８２を、水素噴射弁１８に水素リッチガスを送るためのパイプ４８とは別個に設けた。これにより、水素リッチガスを用いたリッチスパイクの実行中も、水素噴射弁１８に水素リッチガスを供給することができる。このため、水素添加リーンバーン運転を行いながらリッチスパイクを行うことができ、燃費性能をさらに向上することができる。
【００９６】
［実施の形態３における具体的処理］
図６は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ７０は、図２に示すルーチンに加えて、図６に示すルーチンを更に実行するものとする。
【００９７】
図６に示すルーチンによれば、まず、現在のエンジン回転数およびスロットル開度が取得される（ステップ１４０）。次いで、その取得されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、理論空燃比運転が必要とされるような高負荷運転領域であるか否かが判別される（ステップ１４２）。また、ステップ１４２では、温度センサ７６により検出される排気温度が５００℃以上であるか否かの判別も行われる。
【００９８】
上記ステップ１４２で高負荷運転領域ではなく、かつ、排気温度が５００℃未満であることが認められた場合には、脱水素触媒２８に水素化ガソリンを噴射して脱水素反応を継続しつつ、水素添加リーンバーン運転を行う（ステップ１４４）。
【００９９】
一方、上記ステップ１４２で高負荷運転領域であることが認められた場合には、高トルクを発生するべく、理論空燃比運転を行う必要がある。また、上記ステップ１４２で排気温度が５００℃以上であることが認められた場合には、脱水素触媒２８でコーキングが生じ易いと判断できるので、脱水素反応を停止して、理論空燃比運転を行うのが好ましいと判断できる。これらの場合には、次に、水素分離器４０内に溜まっている分離後ガソリンの量が所定量以上であるか否かが判別される（ステップ１４６）。なお、水素分離器４０内の分離後ガソリンの量は、図示しないセンサにより検出されているか、あるいは水素化ガソリンおよび分離後ガソリンの噴射量に基づいて推定されているものとする。
【０１００】
上記ステップ１４６において、水素分離器４０内の分離後ガソリンの量が所定量以上であった場合には、水素分離器４０内にまだ十分に分離後ガソリンがあると判断できる。この場合には、燃料噴射弁２０から理論空燃比に相当する量の分離後ガソリンを噴射して、理論空燃比運転が行われる（ステップ１４８）。また、ステップ１４８では、燃料インジェクタ３０からの水素化ガソリンの噴射を停止することにより、脱水素触媒２８での脱水素反応を停止する。更に、ステップ１４８では、排気ガスがＮＯｘ触媒２６を通らずにバイパス通路７２を通るように、切替弁７４が切り替えられる。
【０１０１】
上記の処理によって分離後ガソリンの燃焼による理論空燃比運転が継続されると、水素分離器４０内の分離後ガソリンが次第に減少していく。そして、上記ステップ１４６において、分離後ガソリンの量が所定量未満であることが認められた場合には、これ以上分離後ガソリンを消費する余裕はないと判断できる。そこで、この場合には、水素化ガソリンによる理論空燃比運転が行われる（ステップ１５０）。具体的には、切替弁８０を切り替えて、燃料タンク３２内の水素化ガソリンをパイプ７８を通して燃料噴射弁２０へ送り、燃料噴射弁２０から理論空燃比に相当する量の水素化ガソリンを噴射する。また、このステップ１５０では、燃料インジェクタ３０からの水素化ガソリンの噴射を停止することにより、脱水素触媒２８での脱水素反応を停止する。更に、ステップ１５０では、排気ガスがＮＯｘ触媒２６を通らずにバイパス通路７２を通るように、切替弁７４が切り替えられる。
【０１０２】
なお、本実施形態では、前述した図２に示すルーチンに従ってＮＯｘ触媒２６の還元処理を行ってもよいが、水素噴射弁１８と並行して排気通路１４にも水素リッチガスを供給することにより、水素添加リーンバーン運転を行いながらＮＯｘ触媒２６の還元処理を行うようにしてもよい。
【０１０３】
また、上述した実施の形態３においては、パイプ８２が前記第５の発明における「水素添加手段が備える水素リッチガス通路」に、パイプ４８が第５の発明における「水素供給手段が備える水素リッチガス通路」に、それぞれ相当している。
【０１０４】
また、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１４２の条件成立時に上記ステップ１４８または１５０において燃料インジェクタ３０からの水素化ガソリンの噴射を停止させることにより前記第８の発明における「供給停止手段」が、上記ステップ１４８または１５０において切替弁７４の切り替えを行うことにより前記第８の発明における「排気通路切替手段」が、それぞれ実現されている。
【０１０５】
また、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ７０が、パイプ４４を通って送られた分離後ガソリン、またはパイプ７８を通って送られた水素化ガソリンを燃料噴射弁２０から噴射させることにより前記第９の発明における「燃料供給手段」が、上記ステップ１４８または１５０において分離後ガソリンまたは水素化ガソリンのみによる運転を行わせることにより前記第９の発明における「燃料供給切替手段」が、それぞれ実現されている。
【０１０６】
実施の形態４．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略または簡略する。
【０１０７】
［システム構成の説明］
図７は、本発明の実施の形態４のシステム構成を説明するための図である。なお、図７において、図１に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【０１０８】
図７に示すシステムでは、脱水素触媒２８で生成された水素リッチガスと分離後ガソリンとを分離せずに内燃機関１に供給し、燃焼させるようにした。本システムにおいて、吸気通路１２には、混合ガス噴射弁８８が設置されている。そして、脱水素触媒２８で生成された水素リッチガスと気体状の分離後ガソリンとは、混合ガスの状態で、パイプ８６を通り、ポンプ９４により加圧されてて、混合ガス噴射弁８８に供給される。パイプ８６の途中には、逆止弁９２が設置されている。
【０１０９】
また、本システムでは、パイプ８６に沿って、ヒーター９０が設けられている。ヒーター９０でパイプ８６内の混合ガスを分離後ガソリンの沸点以上の温度に加熱することにより、パイプ８６内で分離後ガソリンが液化するのを防止することができる。
【０１１０】
また、本システムでは、上流触媒２２とＮＯｘ触媒２６との間の排気通路１４と、脱水素触媒２８とを結ぶパイプ９６が設けられている。パイプ９６の途中には、ＥＣＵ７０の指令に基づいて開閉可能な制御弁９７が設置されている。また、パイプ９６に沿って、ヒーター９８が設けられている。ヒーター９８でパイプ９６内の混合ガスを分離後ガソリンの沸点以上の温度に加熱することにより、パイプ９６内で分離後ガソリンが液化するのを防止することができる。
【０１１１】
［実施の形態４の特徴］
本実施形態では、水素リッチガスと分離後ガソリンとの混合ガスを、混合ガス噴射弁８８から噴射することにより、水素添加リーンバーン運転を行うことができる。本実施形態によれば、水素分離器４０が不要であり、また、水素リッチガスおよび分離後ガソリンを吸気通路１２へ供給するラインも別々にせずに共用できるので、システム構成を極めて簡素化することができる。また、本実施形態によれば、分離後ガソリンが元々気化しているので、混合気中に分離後ガソリンが極めて均一に存在した状態で燃焼に付することができる。このため、本実施形態によれば、希薄な混合気をより安定的に燃焼させることができる。
【０１１２】
本実施形態では、水素リッチガスと分離後ガソリンとを混合状態のままで噴射するので、水素添加割合は、水素化ガソリンの組成によって所定の割合に決まってしまう。水素添加リーンバーン運転において必要とされる水素添加割合は、リーン燃焼の安定性等の要請によって変化するが、筒内乱れや点火強化等の他の燃焼向上システムと組み合わせることにより、必要な水素添加割合を減少させることも可能である。本実施形態では、そのような他の燃焼向上システムを必要に応じて組み合わせることにより、必要な水素添加割合を水素化ガソリンの組成から定まる所定割合以下とすることができる。
【０１１３】
また、本実施形態では、ＮＯｘ触媒２６の還元処理を行う場合には、制御弁９７を開くことにより、水素リッチガスと分離後ガソリンとの混合ガスをＮＯｘ触媒２６の上流の排気ガスに添加することができる。すなわち、水素リッチガスと分離後ガソリンとを還元剤として、リッチスパイクを行うことが可能である。このため、炭化水素燃料のみが還元剤となってリッチスパイクが行われる場合と比べ、吸蔵されたＮＯｘを効果的かつ高効率に還元することができ、前記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【０１１４】
なお、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ７０が、パイプ８６を通って送られた水素リッチガスおよび分離後ガソリンの混合ガスを混合ガス噴射弁８８から噴射させることにより前記第１０の発明における「混合ガス供給手段」が、ＮＯｘ触媒２６の還元処理を行う際に上記混合ガスをパイプ９６を通して排気通路１４に導入することにより前記第１０の発明における「混合ガス添加手段」が、それぞれ実現されている。
【０１１５】
以上説明した各実施の形態においては、上流触媒２２とＮＯｘ触媒２６との間の排気ガスに水素リッチガスまたは水素リッチガスを含む混合ガスを添加する構成について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、本発明では、上流触媒２２の上流に水素リッチガスまたは水素リッチガスを含む混合ガスを添加する構成であっても良い。
【０１１６】
また、本発明は、上流触媒２２がないシステムに適用することも可能である。この場合、前述した上流触媒２２およびＮＯｘ触媒２６の両方の機能を、ＮＯｘ触媒２６に持たせるようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態３のシステム構成を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態４のシステム構成を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
１８  水素噴射弁
２０  燃料噴射弁
２２  上流触媒
２４  触媒装置
２６  ＮＯｘ触媒
２８  脱水素触媒
３０  燃料インジェクタ
３２  燃料タンク
４０  水素分離器
５８  切替弁
６２  ウォータージャケット
６８  温度センサ
７０  ＥＣＵ
７２  バイパス通路
７４  切替弁
８４  制御弁
８８  混合ガス噴射弁
９０  ヒーター
９７  制御弁
９８  ヒーター
【図１】
2007138799.tif 000003
【図２】
2007138799.tif 000004
【図３】
2007138799.tif 000005
【図４】
2007138799.tif 000006
【図５】
2007138799.tif 000007
【図６】
2007138799.tif 000008
【図７】
2007138799.tif 000009