(57)【要約】  【課題】リアクタを排気ガス浄化触媒の上流側に配設した場合でも、排気ガス浄化触媒を早期に活性化温度にまで上昇させることのできるようにする。  【解決手段】リアクタ１３の吸熱反応によって、有機ハイドライトを含む水素化燃料が水素と脱水素燃料に分離される。エンジン１の排気通路１１に、排気ガス浄化触媒１２が配設されると共に、排気ガス浄化触媒１２の上流側においてリアクタ１３が配設される。排気通路１１に、リアクタ１３をバイパスすると共にその下流端が排気ガス浄化触媒１２の上流側に開口されたバイパス通路５２が設けられ、バイパス通路５２に制御弁５１が設けられる。少なくとも排気ガス浄化触媒１２の温度が活性化温度に達していないときには、制御弁５１を制御して、少なくとも一部の排気ガスがバイパス通路５２を通して排気ガス浄化触媒１２に導入される。【選択図】  図１
2009085127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機ハイドライトを含む水素化燃料を吸熱反応によって水素と脱水素燃料に分離するリアクタと、水素および脱水素燃料の少なくとも一方が燃料として供給されるエンジンとを有する水素生成システムを備えた車両であって、
エンジンの排気通路に、排気ガス浄化触媒が配設されると共に、該排気ガス浄化触媒の上流側において前記リアクタが配設され、
前記排気通路に、前記リアクタをバイパスすると共にその下流端が前記排気ガス浄化触媒の上流側に開口されたバイパス通路が設けられ、
前記バイパス通路に、該バイパス通路の開度を調整する制御弁が設けられ、
少なくとも前記排気ガス浄化触媒の温度が活性化温度に達していないときには、前記制御弁を制御して、少なくとも一部の排気ガスを前記バイパス通路を通して前記排気ガス浄化触媒に導入させるように設定されている、
ことを特徴とする水素生成システムを備えた車両の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記リアクタで分離された水素を貯蔵しておくための水素タンクが設けられて、該水素タンク内の水素が燃料としてエンジンに供給されるように設定され、
前記排気ガス浄化触媒の温度が活性化温度に達してなくかつ前記リアクタの温度が反応温度に達していないときに、前記水素タンクの残量が所定量以下のときは、前記制御弁を制御して前記バイパス通路が閉じられる、
ことを特徴とする水素生成システムを備えた車両の制御装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記リアクタで分離された水素を貯蔵しておくための水素タンクと脱水素燃料を貯蔵しておくための脱水素燃料タンクとが設けられて、該水素タンク内の水素と該脱水素燃料タンク内の脱水素燃料とが選択的または両方同時に燃料としてエンジンに供給されるように設定され、
前記排気ガス浄化触媒の温度が活性化温度に達してなくかつ前記リアクタの温度が反応温度に達していないときに、前記水素タンクおよび前記脱水素燃料タンクの残量がそれぞれ所定量以下のときは、前記制御弁を制御して前記バイパス通路が閉じられる、
ことを特徴とする水素生成システムを備えた車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成システムを備えた車両の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近のエンジン、特に自動車用エンジンでは、排気ガスをより十分に浄化することが要求され、このような観点から、エンジンに供給する燃料として水素を使用する水素エンジンが注目されている。このような中、水素を多量かつ安全に貯蔵できしかも水素吸蔵合金を用いる場合に比して軽量ですむことから、有機ハイドライトが注目されている。すなわち、有機ハイドライトを、リアクタによって吸熱反応させることによって水素と脱水素燃料とに分離して、分離された水素を燃料としてエンジンに供給することが考えられている。上記有機ハイドライトを水素と脱水素燃料とに分離する反応は、吸熱反応となるため、リアクタをエンジンの排気通路に配設して、排気ガスの有する高熱を利用してリアクタでの反応（水素の分離）を行わせることが行われている。特許文献１〜３には、エンジンの排気通路に、前記リアクタを配設すると共に、該リアクタの下流側において排気ガス浄化触媒を配設する構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１４７１２４号公報
【特許文献２】特開２００６−１０４９９４号公報
【特許文献３】特開２００６−３１２９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記各特許文献に記載のように、排気ガス浄化触媒の上流側にリアクタを配設する配設態様は、リアクタを早期にその反応温度にまで上昇させて、有機ハイドライトから水素を早期に分離させるという点では好ましいものとなる。しかしながら、リアクタにおいて水素を分離させるための反応は吸熱反応になるため、リアクタを通過した排気ガスは、その温度が相当に低下されることになる。したがって、リアクタの下流側において排気ガス浄化触媒を配設したものにあっては、排気ガス浄化触媒をその活性化温度にまで上昇させるのに多大な時間を要することになってしまい、排気ガス浄化の上で問題を生じることになる。
【０００４】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、リアクタを排気ガス浄化触媒の上流側に配設した場合でも、排気ガス浄化触媒を早期に活性化温度にまで上昇させることのできるようにした水素生成システムを備えた車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
有機ハイドライトを含む水素化燃料を吸熱反応によって水素と脱水素燃料に分離するリアクタと、水素および脱水素燃料の少なくとも一方が燃料として供給されるエンジンとを有する水素生成システムを備えた車両であって、
エンジンの排気通路に、排気ガス浄化触媒が配設されると共に、該排気ガス浄化触媒の上流側において前記リアクタが配設され、
前記排気通路に、前記リアクタをバイパスすると共にその下流端が前記排気ガス浄化触媒の上流側に開口されたバイパス通路が設けられ、
前記バイパス通路に、該バイパス通路の開度を調整する制御弁が設けられ、
少なくとも前記排気ガス浄化触媒の温度が活性化温度に達していないときには、前記制御弁を制御して、少なくとも一部の排気ガスを前記バイパス通路を通して前記排気ガス浄化触媒に導入させるように設定されている、
ようにしてある。上記解決手法によれば、排気ガス浄化触媒の温度が活性化温度に達していないときには、リアクタを通過する前の高温の排気ガスバイパス通路を通して排気ガス浄化触媒に導入させることにより、排気ガス浄化触媒を早期に活性化温度にまで上昇させることができる。
【０００６】
上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記リアクタで分離された水素を貯蔵しておくための水素タンクが設けられて、該水素タンク内の水素が燃料としてエンジンに供給されるように設定され、
前記排気ガス浄化触媒の温度が活性化温度に達してなくかつ前記リアクタの温度が反応温度に達していないときに、前記水素タンクの残量が所定量以下のときは、前記制御弁を制御して前記バイパス通路が閉じられる、
ようにしてある（請求項２対応）。この場合、水素タンクの残量が少ないときは、バイパス通路を閉じておくことによりリアクタの温度を高温に維持する方向の制御を行って、燃料としての水素を確実に確保することができる。
【０００７】
前記リアクタで分離された水素を貯蔵しておくための水素タンクと脱水素燃料を貯蔵しておくための脱水素燃料タンクとが設けられて、該水素タンク内の水素と該脱水素燃料タンク内の脱水素燃料とが選択的または両方同時に燃料としてエンジンに供給されるように設定され、
前記排気ガス浄化触媒の温度が活性化温度に達してなくかつ前記リアクタの温度が反応温度に達していないときに、前記水素タンクおよび前記脱水素燃料タンクの残量がそれぞれ所定量以下のときは、前記制御弁を制御して前記バイパス通路が閉じられる、
ようにしてある（請求項３対応）。この場合、水素タンクおよび脱水素燃料タンクがそれぞれその残量が少ないときは、バイパス通路を閉じておくことによりリアクタの温度を高温に維持する方向の制御を行って、燃料としての水素あるいは脱水素燃料を確実に確保することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、リアクタを排気ガス浄化触媒の上流側に配設した場合でも、バイパス通路を利用して排気ガス浄化触媒を早期に活性化温度にまで上昇させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１において、１はエンジン（エンジン本体）で、実施形態では、バンケル式とされた２ロータのロータリピストンエンジンとされている。エンジン１へ吸気を供給する吸気通路２には、スロットル弁３が配設され、スロットル弁３の下流側において、第１燃料噴射弁４が配設されている。この第１燃料噴射弁４は、後述するように、有機ハイドライトから分離された脱水素燃料としてのトルエンを噴射するものとなっている（ポート噴射）。
【００１０】
エンジン１の排気通路１１には、その上流側から下流側へ順次、リアクタ１３，排気ガス浄化触媒１２（実施形態では三元触媒）が配設されている。リアクタ１３は、脱水素反応器で、有機ハイドライトとしてのメチルシクロヘキサンが供給されたときに、排気ガスの有する高熱を吸熱した吸熱反応によって、トルエンと水素に分離するものである。リアクタ１３は、通路１４を介して、メチルシクロヘキサンを貯溜したメチルシクロヘキサンタンク１５に接続され、この通路１４には、リアクタ１３に向けてメチルシクロヘキサンを供給するためのポンプ１６が接続されている。
【００１１】
前記リアクタ１３は、通路２１を介して、気液分離装置２２に接続されている。すなわち、リアクタ１３で分離された水素とトルエンとが混在した状態でもって、通路２１を介して気液分離装置２２に供給され、この気液分離装置２２でもって水素（ガス）と脱水素燃料としてのトルエン（液体）とに分離される。この気液分離装置２２で分離された水素は、ポンプ２３が接続された通路２４を介して、水素タンク２５に供給、貯溜される。また、気液分離装置２２で分離されたトルエンは、通路２６を介してトルエンタンク２７に供給、貯溜される。
【００１２】
上記水素タンク２５は、通路３１を介して第２燃料噴射弁３２に接続されており、この通路３１には、元弁３３，レギュレータ３４が接続されている。上記第２燃料噴射弁３２は、燃焼室（ロータ室）に直接水素を噴射するものとなっている。上記元弁３３は、イグニッションスイッチがＯＦＦされたときに閉弁される一方、イグニッションスイッチがＯＮされたときに開弁されるようになっている。上記レギュレータ３４は、水素タンク２５に貯溜されている高圧の水素を、所定の一定圧力にまで低下させるものである。
【００１３】
前記トルエンタンク２７は、通路４１を介して前記第１燃料噴射弁４に接続されて、この通路４１には、元弁４２，ポンプ４３が接続されている。元弁４２は、イグニッションスイッチがＯＦＦされたときに閉弁される一方、イグニッションスイッチがＯＮされたときに開弁されるようになっている。上記ポンプ４３は、トルエンタンク２７内のトルエンを第１燃料噴射弁４に供給するためのものである。
【００１４】
前記吸気通路２と排気通路１１とは、ＥＧＲ弁４１が接続されたＥＧＲ通路４２によって接続されている。このＥＧＲ通路４２は、その上流端がエンジン１とリアクタ１３との間において排気通路１１に開口され、その下流端が、スロットル弁３の下流でかつ第１燃料噴射弁４の上流側において吸気通路２に開口されている。
【００１５】
排気通路１１には、制御弁５１が接続されたバイパス通路５２が設けられている。このバイパス通路５２は、リアクタ１３をバイパスするもので、その上流端が、ＥＧＲ通路４２が排気通路１１へ開口する部位よりも下流側でかつリアクタ１３の上流側において排気通路１１に開口され、その下流端が、リアクタ１３と排気ガス浄化触媒１２との間において排気通路１１に開口されている。なお、制御弁５１は、電磁式の開閉弁によって構成されて、後述のようにして開閉制御される。
【００１６】
図２は、本発明における制御系統例を示すものであり、図中Ｕは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）である。このコントローラＵには、各種センサＳ１〜Ｓ５からの信号が入力される。センサＳ１は、リアクタ１３の温度を検出する温度センサである。センサＳ２は、排気ガス浄化触媒１２の温度を検出する温度センサである。センサＳ３は、トルエンタンク２７内のトルエンの残量（貯溜量）を検出する残量センサである。センサＳ４は、水素タンク２５内の圧力を検出する圧力センサで、貯溜水素量を検出するものとなっている。センサＳ５は、メチルシクロヘキサンタンク１５内のメチルシクロヘキサンの残量（貯溜量）を検出する残量センサである。また、コントローラＵは、前述した各センサＳ１〜Ｓ５での検出結果に応じて、各燃料噴射弁４，３２，各元弁３３，４２，および制御弁５１を制御する。
【００１７】
次に、図３，図４に示すフローチャートを参照しつつ、コントローラＵの制御内容について使用燃料の使い分けの制御（図３）と、制御弁５１の開閉制御（図４）とに着目して説明する。なお、以下の説明でＱはステップを示す。
【００１８】
まず、図３から説明すると、Ｑ１において、センサＳ３で検出されるトルエンタンク２７に貯溜されているトルエン量が、あらかじめ設定された所定量以上であるか否かが判別される。このＱ１の判別でＮＯのとき、すなわちトルエンタンク２７内のトルエン貯溜量が少ないときは、Ｑ２において、センサＳ５で検出されるメチルシクロヘキサンタンク１５内に貯溜されているメチルシクロヘキサンの貯溜量が、あらかじめ設定された所定量以下であるか否かが判別される。このＱ２の判別でＮＯときは、使用燃料として水素が選択される（第２燃料噴射弁３２からの水素噴射実行で、第１燃料噴射弁４は休止）。
【００１９】
前記Ｑ１の判別でＹＥＳのとき、あるいはＱ２の判別でＹＥＳのときは、それぞれＱ４に移行して、使用燃料としてトルエンが選択される（第１燃料噴射弁４からのトルエン噴射実行で、第２燃料噴射弁３２は休止）。このように、基本的に、メチルシクロヘキサンタンク１５内にメチルシクロヘキサンが十分に貯溜されている状態（リアクタ１３を利用して水素を十分に得ることができる状態）では、使用燃料として水素を用いる制御が優先される。ただし、トルエンタンク２７内のトルエン貯溜量が多いときは、燃料としてトルエンを優先的に使用する制御態様に変更される。
【００２０】
次に、図４のフローチャートについて説明すると、まずＱ１１において、温度センサＳ２で検出される排気ガス浄化触媒１２の温度が、所定温度（実施形態では活性化温度に設定）以下であるか否かが判別される。このＱ１１の判別でＮＯのときは、Ｑ１２において、制御弁５１が閉じられる。すなわち、エンジン１からの高温の排気ガスは、バイパス通路５２を通ることなく全てリアクタ１３に導入され、その後に排気ガス浄化触媒１２に導入されるようになっている。このように、排気ガス浄化触媒１２によって効果的に排気ガス浄化が可能な状態のときは、リアクタ１３の温度を上昇させることを優先した制御とされる（燃料としての水素あるいは脱水素燃料の確保を優先した制御）。
【００２１】
前記Ｑ１１の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１３において、センサＳ１で検出されるリアクタ１３の温度が所定温度（実施形態では反応温度）以下であるか否かが判別される。このＱ１３の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１４において、水素タンク２５の残量が所定量以下であるか否かが判別される。このＱ１４の判別でＹＥＳのときは、Ｑ１５において、現在、エンジンに供給する燃料として水素が使用されているか否かが判別される（図３のＱ３の処理が実行されているか否かの判別）。このＱ１５の判別でＹＥＳのときは、前述したＱ１２に移行して、リアクタ１３の温度を上昇させることを優先した制御状態とされる（燃料としての水素の確保を優先した制御）。
【００２２】
前記Ｑ１３の判別でＮＯのとき、Ｑ１４の判別でＮＯのとき、あるいはＱ１５の判別でＮＯのときは、それぞれＱ１６において、制御弁５１が開かれて、高温の排気ガスがリアクタ１３を通ることなく、バイパス通路５２から直接的に排気ガス浄化触媒１２に導入される。このように、リアクタ１３の温度が十分に高いとき、あるいは燃料としての水素（あるいは脱水素燃料）を緊急に確保する必要性が低いときは、Ｑ１６の処理によって、排気ガス浄化触媒１２の活性化を優先した制御とされる。
【００２３】
以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。有機ハイドライトとしては、メチルシクロヘキサン系に限らず、例えばデリカン系（ナフタレンと水素に分離）やシクロヘキサン系（ベンゼンと水素に分離）等、適宜のものを用いることができる。たださい、メチルシクロヘキサン系の有機ハイドライトは、常温、常圧（大気圧）でもって液体状態であり、しかも分離されるトルエンはガソリンの性状に近いので、もっとも好ましいものである。
【００２４】
リアクタ１３で分離される水素と脱水素燃料とは、いずれか一方を選択的に使用燃料として用いる他、混合状態で使用したり（量燃料噴射弁４，３２の両方から燃料噴射を実行する燃料供給態様）、あるいは水素のみを使用することもできる。分離された水素のみを燃料として使用する場合は、燃料として使用されない脱水素燃料を一時的にタンクに蓄えておき（トルエンタンク２７が相当）、有機ハイドライトを貯溜するタンク（実施形態ではメチルシクロヘキサンタンク１５に相当）に有機ハイドライトを補充するときに、脱水素燃料をその貯溜タンクから除去するようにすればよい（タンク毎交換することも可能）。排気ガス浄化触媒１２は、もっぱらＮＯｘを除去するものであってもよい（特に水素のみを燃料として使用する場合）。
【００２５】
リアクタ１３で分離された水素と脱水素燃料とを選択的に燃料として使用するときは、例えばエンジン１の運転状態に応じて使用燃料を選択することができ（例えば高負荷時には脱水素燃料を使用し、低負荷時には水素を使用する）、あるいは走行環境状態に応じて使用燃料を選択することもできる（例えば郊外では脱水素燃料を使用し、市街地では水素を使用する）、さらに運転者により操作されるマニュアルスイッチの操作状態に応じて使用燃料を選択するようにする等、適宜の手法によって使用燃料を使い分けすることができる。
【００２６】
図４のＱ１５において、トルエンタンク２７の残量が所定量以下であるか否かを判別させるようにして、トルエンタンク２７の残量が所定量以下のときにはＱ１２へ移行させ（燃料確保を優先した制御の実行）、そうでないときにはＱ１６へ移行させるようにしてもよい（両方のタンク２５，２７の残量に応じたバイパス通路５２の開閉制御）。制御弁５１は、全開と全閉との二者択一的な使用でなく、段階的あるいは無段階式に開閉制御するようにしてもよい（エンジン１からの高温の排気ガスのうち、一部をリアクタ１３に導入させ、残りをバイパス通路５２を通して排気ガス浄化触媒１２に導入させる制御態様）。エンジン１としては、往復動型のエンジンであってもよい。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものであり、また方法（水素の生成および供給方法）の発明として把握することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態を示す全体系統図。
【図２】本発明の制御系統をブロック図的に示す図。
【図３】本発明の制御例を示すフローチャート。
【図４】本発明の制御例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２８】
１：エンジン
２：吸気通路
４：第１燃料噴射弁（脱水素燃料としてのトルエン噴射用）
１１：排気通路
１２：排気ガス浄化触媒
１３：リアクタ
１５：メチルシクロヘキサンタンク（有機ハイドライト貯溜用）
２２：気液分離装置
２５：水素タンク
２７：トルエンタンク（脱水素燃料貯溜用）
３２：第２燃料噴射弁（水素噴射用）
５１：制御弁
５２：バイパス通路
【図１】
2009085127.tif 000003
【図２】
2009085127.tif 000004
【図３】
2009085127.tif 000005
【図４】
2009085127.tif 000006