(57)【要約】 内燃エンジン用の動作制御システム、内燃エンジン、車両及び内燃エンジンを動力とする車両における水素のオンボード発生方法である。動作制御システムは、電流源と、水素前駆体材料の供給源を有するガス発生器と、ＳＣＲ装置及び燃料オクタン価向上装置と、を含む。ガス発生器は、エネルギー源により伝達された太陽エネルギー、電気エネルギー、又はその両方の動作により、含有されている前駆体材料をＨ２ガスに変換するように構成される。ＳＣＲ装置により画定された排ガス流路内に配置された触媒活性化流体透過性媒体がそれを通った排ガスの通過を受け入れ、かつガス発生器からＨ２ガスを少なくとも間欠的に受け取って、ＮＯＸの触媒還元を実行するように、ＳＣＲ装置は、ガス発生器と流体的に協働する。同様に、燃料オクタン価向上装置は、強化されたエネルギー含有量を燃焼しているディーゼル、ガソリン又は関連する燃料に提供する方法として、内燃エンジンに少なくとも間欠的に導入され得るＨ２をガス発生器から伝達するように構成されたＨ２ガス導管を画定する。
2020506320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流源と、
前記電流源により伝達された太陽エネルギーと電気エネルギーのうちの少なくとも１つの動作により、含まれている水素前駆体材料を水素に変換するように構成されたガス発生器と、
選択触媒還元装置及び燃料オクタン価向上装置のうちの少なくとも１つと、を含み、前記選択触媒還元装置が、内燃エンジンの動作結果として発生した排ガスの少なくとも間欠的な処理を提供するように構成され、前記選択触媒還元装置により画定された排ガス流路内に配置された触媒活性化流体透過性媒体がそれを通った前記排ガスの通過を受け入れ、かつ前記ガス発生器から前記水素を少なくとも間欠的に受け取るように、前記ガス発生器と流体的に協働し、さらに、強化されたエネルギー含有量を燃焼している燃料に提供する方法として、前記ガス発生器からの前記水素が内燃エンジンに少なくとも間欠的に導入され得るように、前記燃料オクタン価向上装置が、前記内燃エンジンと流体的に協働するように構成された水素導管を画定する、動作制御システム。
【請求項２】
前記システムが、前記選択触媒還元装置及び前記燃料オクタン価向上装置の両方を含み、後者が排ガス再循環装置の少なくとも一部を形成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記ガス発生器が、その中に水及びアンモニアのうちの少なくとも１つを含む容器を画定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
発生した電流が前記反応器に伝達されて、その中に存在する水を水素及び酸素に分解するように、前記ガス発生器が、前記電流源に結合された水系電解反応器を画定する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記ガス発生器内に配置された水素前駆体材料の供給源が、尿素を含まない、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記電流源が、太陽電池パネルにより、太陽エネルギーの直接変換を介して電流を発生させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記ガス発生器と協働して、前記選択触媒還元装置及び前記燃料オクタン価向上装置のうちの少なくとも１つの動作を調整するエンジン制御ユニットをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記制御ユニットと前記燃料オクタン価向上装置との協働が、前記エンジン制御ユニット及び前記内燃エンジンのうちの少なくとも１つからの受信信号に基づいて、前記水素をオンデマンドで供給する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
排ガス再循環装置を通過した排ガスの少なくとも一部が内燃エンジンの燃焼室に供給されるように、内燃エンジン排気システムと流体的に協働する前記排ガス再循環装置をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ガス発生器と前記内燃エンジンとの間に流体的に配置され、前記ガス発生器内で発生した前記水素の少なくとも一部を貯蔵するように構成されたタンクをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記タンクが、前記タンク内に貯蔵された前記水素の蓄積が自己加圧されるように、その中に配置された収着材料をさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
酸素供給源と、
燃料供給源と、
その中に移動可能なピストンを画定する少なくとも１つの燃焼室であって、前記燃焼室内で酸素含有反応物と燃料含有反応物とを混合して、燃焼反応を行う場合、その結果として生じた膨張ガスが前記ピストンを前記燃焼室内で強制的に移動させ、その後に、前記膨張ガスの少なくとも一部が前記少なくとも１つの燃焼室に流体的に連結された排気システムを通って排出されるように、前記燃焼室が、前記酸素供給源及び前記燃料供給源と流体的に協働する燃焼室と、
動作制御システムと、を含み、前記動作制御システムが、
電流源と、
前記電流源により伝達された太陽エネルギーと電気エネルギーのうちの少なくとも１つの動作により、含まれている水素前駆体材料を水素に変換するように構成されたガス発生器と、
選択触媒還元装置及び燃料オクタン価向上装置のうちの少なくとも１つと、を含み、前記選択触媒還元装置が、前記少なくとも１つの燃焼室に流体的に連結された前記排気システムを通過する排ガスの少なくとも間欠的な処理を提供するように構成され、前記選択触媒還元装置により画定された排ガス流路内に配置された触媒活性化流体透過性媒体がそれを通った前記排ガスの通過を受け入れ、かつ前記ガス発生器から前記水素を少なくとも間欠的に受け取るように、前記ガス発生器と流体的に協働し、さらに、強化されたエネルギー含有量を前記燃料供給源から供給された燃料に提供する方法として、前記ガス発生器からの前記水素が前記少なくとも１つの燃焼室に少なくとも間欠的に導入され得るように、前記燃料オクタン価向上装置が、前記燃料供給源と流体的に協働した水素導管を画定する、前記内燃エンジン。
【請求項１３】
前記エンジンが、火花点火エンジンである、請求項１２に記載の内燃エンジン。
【請求項１４】
前記エンジンが、圧縮点火エンジンである、請求項１２に記載の内燃エンジン。
【請求項１５】
前記圧縮点火エンジンが、ディーゼルエンジン又はガソリン直噴圧縮点火エンジンである、請求項１４に記載の内燃エンジン。
【請求項１６】
発生した電流が前記反応器に伝達されて、その中に存在する水を前記水素及び酸素に分解するように、前記ガス発生器が、前記電流源に結合された水系電解反応器を含む、請求項１２に記載の内燃エンジン。
【請求項１７】
前記反応器中の水の分解により発生した前記酸素の少なくとも一部が前記酸素供給源に供給されるように、前記ガス発生器が、さらに、前記酸素供給源に流体的に連結される、請求項１６に記載の内燃エンジン。
【請求項１８】
前記ガス発生器と前記少なくとも１つの燃焼室との間に流体的に配置され、前記ガス発生器内で発生した前記水素の少なくとも一部を貯蔵するように構成されたタンクをさらに含む、請求項１２に記載の内燃エンジン。
【請求項１９】
前記タンクが、前記タンク内に貯蔵された前記水素の蓄積が自己加圧されるように、その中に配置された収着材料をさらに含む、請求項１８に記載の内燃エンジン。
【請求項２０】
プラットフォームと、内燃エンジンと、排気システムと、動作制御システムと、を含み、
前記プラットフォームが、車輪付きシャーシ、前記車輪付きシャーシと協働する案内装置及び乗員室を含み、
前記内燃エンジンが、前記プラットフォームに固定されて推進力を提供し、前記内燃エンジンが、
酸素供給源と、
燃料供給源と、
その中に移動可能なピストンを画定する少なくとも１つの燃焼室であって、前記燃焼室内で酸素含有反応物と燃料含有反応物とを混合して、燃焼反応を行う場合、その結果として生じた膨張ガスが前記ピストンを前記燃焼室内で強制的に移動させるように、前記燃焼室が、前記酸素供給源及び前記燃料供給源と流体的に協働する燃焼室と、を含み、
前記排気システムが、前記燃焼室内で発生した前記膨張ガスの少なくとも一部が前記排気システムを通って排出されるように、少なくとも１つの燃焼室に流体的に連結され、
前記動作制御システムが、
電流源と、
前記電流源により伝達された太陽エネルギーと電気エネルギーのうちの少なくとも１つの動作により、含有されている水素前駆体材料を水素に変換するように構成されたオンボードガス発生器と、
選択触媒還元装置及び燃料オクタン価向上装置のうちの少なくとも１つと、を含み、前記選択触媒還元装置が、前記排気システムを通過する排ガスの少なくとも間欠的な処理を提供するように構成され、前記選択触媒還元装置により画定された排ガス流路内に配置された触媒活性化流体透過性媒体がそれを通った前記排ガスの通過を受け入れ、かつ前記ガス発生器から前記水素を少なくとも間欠的に受け取るように、前記ガス発生器と流体的に協働し、さらに、強化されたエネルギー含有量を前記燃料供給源から供給された燃料に提供する方法として、前記ガス発生器からの水素が少なくとも１つの燃焼室に少なくとも間欠的に導入され得るように、前記燃料オクタン価向上装置が、前記燃料供給源と流体的に協働する水素導管を画定する、車両。
【請求項２１】
前記エンジンが、圧縮点火エンジンであり、選択触媒還元装置及び燃料オクタン価向上装置のうちの少なくとも１つが、前記選択触媒還元装置と前記燃料オクタン価向上装置の両方を含み、後者が、排ガスの少なくとも一部が排ガス再循環装置により前記排気システムから取り出され、かつ前記燃料供給源により前記燃焼室に噴射されるように、前記排気システムと前記燃料供給源の両方に流体的に連結された前記排ガス再循環装置の少なくとも一部を形成する、請求項２０に記載の車両。
【請求項２２】
前記ガス発生器と前記内燃エンジンとの間に流体的に配置され、前記ガス発生器内で発生した前記水素の少なくとも一部を貯蔵するように構成されたタンクをさらに含み、前記タンクに貯蔵された水素の蓄積が自己加圧されるように、前記タンクが、その中に配置された収着材料を含む、請求項２０に記載の車両。
【請求項２３】
内燃エンジンを動力とする車両における、車両排ガス処理部品及び燃料オクタン価向上部品のうちの少なくとも１つに使用される水素のオンボード発生方法であって、
水素前駆体材料の供給源を提供することと、
太陽エネルギー源及び電気エネルギー源のうちの少なくとも１つにより電流を提供することと、
供給された前記水素前駆体材料が前記エネルギー源の動作により水素に変換されるように、電解式ガス発生器を動作させることと、
前記水素を選択触媒還元装置及び燃料オクタン価向上装置のうちの少なくとも１つに搬送することと、を含み、前記選択触媒還元装置が、前記内燃エンジンの動作結果として発生した排ガスの少なくとも間欠的な処理を提供するように構成され、前記選択触媒還元装置により画定された排ガス流路内に配置された触媒活性化流体透過性媒体がそれを通った前記排ガスの通過を受け入れ、かつ前記ガス発生器から前記水素を少なくとも間欠的に受け取るように、前記ガス発生器と流体的に協働し、さらに、強化されたエネルギー含有量を燃焼している燃料に提供する方法として、前記ガス発生器からの前記水素が内燃エンジンに少なくとも間欠的に導入され得るように、前記燃料オクタン価向上装置が、内燃エンジンと流体的に協働するように構成された水素導管を画定する、水素のオンボード発生方法。
【請求項２４】
前記水素前駆体材料が、水、アンモニア又はそれらの組合わせを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記水素前駆体材料が、尿素を含まない、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、２０１７年１月１０日に出願された米国非仮出願番号１５／４０２，４９８の優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般的に、水素のオンボード生成を提供する車両システムに関し、具体的には、内燃エンジン（ＩＣＥ）点火後の排気副生成物の処理とＩＣＥ運転効率における燃料オクタン価の改善のうちの一方又は両方のための水素のオンボード発生に関する。
【背景技術】
【０００３】
ますます厳しくなる大気環境基準に準拠しようとする試みで、典型的には、自動車相手先ブランド製造業者（ＯＥＭｓ）の形態でのＩＣＥ製造業者は、窒素（通常ＮＯＸと呼ばれる）、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃炭化水素（ＨＣ）及び粒子状物質（ＰＭ）の酸化物の生成を制御するために、排気処理に注目した。これらのＩＣＥは、最も一般的には、火花点火（ＳＩ）エンジン又は圧縮点火（ＣＩ）エンジンのうちのいずれか１種であり、前者がガソリンエンジンを含み、後者が従来のディーゼルエンジンとガソリンベースのＣＩエンジンとの両方を含む。上述した様々な形態の排気のうち、ＮＯxは、地上レベルのオゾン（すなわち、スモッグ）への結合が想定されているため、最近特に高いレベルの精査を受けた。
【０００４】
既知の排気処理は、ＮＯx、ＣＯ及びＨＣについての車両テールパイプ排気の排出削減対策を提供した。１つの一般的な処理形態は、ＳＩエンジン用の触媒コンバータを含む。これらの装置は、そのようなエンジンに存在する化学量論に近い燃料消費量及びＯ２レベルを利用するが、後者の高いピーク温度と希薄燃焼プロセスがしばしば排ガス流に大量のＯ２を残すため、ＣＩエンジンでは十分に機能せず、このような高いＯ２レベルがＮＯＸ形成を助長する。具体的には、窒素（Ｎ２）と酸素（Ｏ２）は、ＩＣＥ燃焼室又は関連するエンジンシリンダ内で発生するように高温下でともに混合されたとき、それらはそれらの原子状態に解離して、一連の化学反応の後、ＮＯＸ及び他の窒素系酸化物を生成する。そのため、一般的なＣＩエンジン及び特定のディーゼルベースのＣＩエンジンの場合、排ガス再循環（ＥＧＲ）と選択触媒還元（ＳＣＲ）という、ＮＯＸ排気を低減する２つの他の手法が使用される。熱交換器としても作用するＥＧＲシステムは、燃焼室内の温度が低いほど、ＮＯＸ生成量がより低くなるという事実を利用する。それを達成する１つの方法は、シリンダ内にＣＯ２リッチの排ガスを導入することである。ＣＯ２の熱量が高いほど、シリンダ内のかなりの量の潜熱を吸収することを可能にして、局所温度を低下させる。さらに、排ガスの低い酸素含有量は、より少ないＮＯＸ生成反応がシリンダ内に発生し得ることを意味する。一般的なＣＩエンジン及び特別なディーゼルベースのＣＩエンジンに関して、ＥＧＲの使用は、厳しい排出レベル基準を満たすために不可欠である。しかしながら、ＥＧＲシステムは、高いＩＣＥ生成コストと低い燃料経済性（それにより、ＣＯ２及び燃料使用量に直接関係する他のいわゆる温室効果ガス排気生成の増加をもたらす）を有することに加えて、独立型ＮＯＸ還元法として十分でない。
【０００５】
それにより、ＯＥＭｓは、尿素の水溶液又は関連する還元剤が触媒の存在下で排ガス流に注入されてＮＯＸを水及び分子Ｎ２に変換する、ＳＣＲの使用を含む、ＮＯＸ排気を低減する他の方法を見出した。１つの一般的な構成では、ＳＣＲは、ＥＧＲと組み合わされ、一方で、ＳＣＲは、ＮＯＸ還元のための唯一の手段を提供する。それにもかかわらず、従来の尿素系ＳＣＲには欠点がある。例えば、導管、ポンプ及び尿素貯蔵タンクは、システムの重量及び複雑さを増加させる。また、尿素供給源は、定期的に補充されなければならない。さらに、尿素は、重硫酸塩、硫酸塩、硝酸塩及び関連するアンモニウム粉末系化合物の発生をもたらす。この粉末の形成は、低温（すなわち、約１４０℃未満）で特に多く見られ、機器の汚れ問題の原因として特定されている。さらに、尿素系ＳＣＲシステムは、一部のアンモニアが排ガスとともに周囲空気に流れるというアンモニアスリップ問題に悩まされる。
【０００６】
ＣＩエンジンにおけるＮＯＸ還元を達成する第３の手法は、ＮＯＸ吸着剤又はリーンＮＯＸトラップ（ＬＮＴ）と呼ばれる。この手法は、排ガスの収着中に硝酸塩系種を形成するアルカリ系触媒を用いて動作する。構造はＳＣＲのそれよりも簡単であるが、触媒を再生し、活性収着部位を更新する方法としてのディーゼル燃料のその周期的噴射は、燃料使用の不利益をもたらす。
【０００７】
動作の改善に関しては、水素（Ｈ２）を添加して燃料のオクタン価を高めることによりＩＣＥ燃焼効率を改善することができる。効率は、ＳＩエンジンとガソリンベースのＣＩエンジンの高出力とノックフリー動作により改善される。オンボードでＨ２を生成する既知の方法は、中間合成ガス（すなわち、合成ガス）の生成に関する。残念ながら、Ｈ２に加えて、合成ガスは、ＣＯの強い表面吸着のため触媒活性部位に干渉し得るＣＯを含む。水又はアンモニアの電気分解などによる他の生成形態は、Ｈ２を発生させるためにその使用中に利用可能なものよりも多くのエネルギーを必要とすることが多い。さらに、Ｈ２のオンボード発生が燃料オクタン価向上のために利用できる限り、本開示の著者らは、そのような特徴をＮＯＸ及び他の排気を低減するための前述の必要性と組み合わせる試みを知らない。
【発明の概要】
【０００８】
上述の欠点にもかかわらず、本発明者らは、Ｈ２のオンボード発生は、生成されたＨ２が使用に消費するものよりも多くのエネルギーをＩＣＥ動作の少なくともいくつかの形態用の強化電源として発生させるとともに、ＩＣＥ構成に応じてＮＯＸ還元のために使用され得る排気処理を提供できるように行うことができることを発見した。本開示の一実施形態によれば、動作制御システムは、電流源と、Ｈ２前駆体材料の供給源を含有するように構成されたガス発生器と、ＳＣＲ装置及び燃料オクタン価向上装置のうちの一方又は両方と、を含む。ガス発生器は、エネルギー源により伝達された太陽エネルギー、電気エネルギー、又はその両方の動作により、含有されている前駆体材料をＨ２ガスに変換するように構成される。ＳＣＲ装置は、ＳＣＲ装置により画定された排ガス流路内に配置された触媒活性化流体透過性媒体がそれを通った排ガスの通過を受け入れ、かつガス発生器からＨ２ガスを少なくとも間欠的に受け取るように、ガス発生器と流体的に協働する。同様に、強化されたエネルギー含有量を燃焼しているディーゼル、ガソリン又は関連燃料に提供する方法として、ガス発生器からの水素ガスがＩＣＥに少なくとも間欠的に導入され得るように、燃料オクタン価向上装置は、ＩＣＥと流体的に協働するように構成されたＨ２ガス導管を画定する。
【０００９】
本開示の他の実施形態によれば、ＩＣＥが開示されている。ＩＣＥは、酸素供給源、燃料供給源、それぞれ往復移動可能なピストンを内部に画定する１つ以上の燃焼室、排気システム及び動作制御システムを含む。燃焼室内で酸素含有反応物と燃料含有反応物とを混合して、燃焼反応を行う場合、膨張の燃焼生成ガスがピストンを強制的に移動させ、その後に排気システムを通って排ガスとして排出されるように、燃焼室は、酸素供給源及び燃料供給源と流体的に協働する。動作制御システムは、排ガス処理及び燃料オクタン価のうちの一方又は両方を達成するために使用され得る水素のオンボード発生を提供し、電流源、水素前駆体材料の供給源を含み、電流源により伝達された太陽エネルギーと電気エネルギーのうちの少なくとも１つの動作により水素前駆体材料を水素ガスに変換するように構成されたガス発生器及び、ＳＣＲ装置又は燃料オクタン価向上装置のうちの一方又は両方を含む。ＳＣＲ装置が存在した場合、それは、排気システムを通過する排ガスの少なくとも間欠的な処理を提供するように構成され、ＳＣＲ装置により画定された排ガス流路に配置された触媒活性化流体透過性媒体がそれを通った排ガスの通過を受け入れ、かつガス発生器から水素ガスを少なくとも間欠的に受け取るように、ガス発生器と流体的に協働する。同様に、燃料オクタン価向上装置が存在した場合、それは、燃料供給源から供給された燃料に、強化されたエネルギー含有量を提供する方法として、ガス発生器からの水素ガスが少なくとも１つの燃焼室に少なくとも完結的に導入され得るように、燃料供給源と流体的に協働する水素ガス導管を画定する。
【００１０】
本開示のさらに他の実施形態によれば、車両が開示されている。前述の実施形態に関連して説明したＩＣＥに加えて、車両は、車輪付きシャーシ、車輪付きシャーシと協働する案内装置及び乗員室を含むプラットフォームを含む。ＩＣＥは、推進力を車両に提供する一方で、動作制御システムが、排ガス処理及び燃料オクタン価のうちの一方又は両方を達成するために使用され得る水素のオンボード発生を提供する。
【００１１】
本開示のさらなる他の実施形態によれば、内燃エンジンを動力とする車両での水素ガスのオンボード発生方法が開示されている。発生した水素ガスは、車両排ガス処理部品及び燃料オクタン価向上部品のうちの一方又は両方に使用され得る。
【００１２】
本開示の概念は、特定のＩＣＥ構成を主に参照して本明細書に記載されたが、概念はそのように限定されず、輸送ベースの使用のためのあらゆるＩＣＥに適用可能であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照番号で示されている以下の図面と併せて読むと、最もよく理解することができる。
【図１】本開示の一実施形態に係る、太陽エネルギー又は電気エネルギーを使用した水素製造システムの概略図を示す；
【図２】本開示の一実施形態に係る、図１の水素製造システムを含む車両の簡略図を示す；
【図３】本開示の一実施形態に係る、車両にオンボードされた図１の水素製造システムの概念的な配置及びその排気システムとの統合を示す；
【図４】図３の排気システムを構成するいくつかの排ガス処理部品の追加の詳細を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書に開示された実施形態は、ＩＣＥの排気処理のために使用され得る従来の尿素系ＳＣＲプロセスに存在するアンモニアを置き換える方法として、車両にオンボードされたＨ２ガスの発生に関連する。エンジン構成に応じて、生成されたＨ２は、エンジンに供給された燃料のオクタン価を増加させて、エンジン効率又は出力を増加させるために選択的に使用され得る。さらに、オンボードで発生したＨ２ガスは、水又はアンモニアの電解により、車両に既に存在している太陽エネルギー又は電気エネルギーを使用して行われる。より具体的な形態では、生成されたＨ２ガスは、ＳＣＲ装置内の尿素の代わりとして、排ガス中のＮＯＸ排気を低減するために使用される。
【００１５】
図１に示すように、動作制御システム１は、機械的又は電気的（後者が適切なモータに結合された場合）動力の地上（すなわち、固定）供給源、並びに以下に詳細に説明される、車両及び関連する輸送ベースのプラットフォーム用の駆動動力のオンボード供給源として使用してもよいＩＣＥの下流排出副生成物の後処理と上流燃料オクタン価向上のうちの一方又は両方用のＨ２の選択的な発生を提供するために使用される。本開示の文脈から明らかになるように、このようなＩＣＥは、ガソリン圧縮点火（ＧＣＩ）エンジン用のものと同様に、前述のＳＩ、ＣＩ変形のものであり得る。動作制御システム１は、電流源２（現在、太陽電池パネル、車両構成におけるＩＣＥに結合された場合にも使用され得る電池電力並びにオルタネータのような他の形態として示される）、水素前駆体材料をＨ２に変換するように構成されたガス発生器（すなわち、反応器）３、電解分解により発生したＨ２を収容する任意選択のタンク４及び排気システム（例えば、以下により詳細に説明される車両排気システム７０）を通って流れる燃焼副生成物を処理するか又は使用する様々な部品（以下により詳細に説明される）を含む。動作制御システム１の部分は、それらがそのような排気システムの１つ以上の部品に機能的に組み込まれるように、そのような導管に沿って流体的に結合される。
【００１６】
燃料オクタン価について、ＳＩエンジンのノックフリー動作に必要な燃料オクタンが負荷により大きく変化するため、全負荷動作条件を除いて、使用された燃料のオクタン価は十分に活用されない。それにもかかわらず、ノックフリー動作への回避が非常に望ましいため、これらの全負荷状況に対して必要なオクタンが存在することを確実にするために、十分なオクタン価を有するガソリンを生成するために追加のコスト及びエネルギー消費は必要とされる。代わりに、本明細書に開示された動作制御システム１を使用することにより、Ｈ２（オクタン価向上剤）は、例えば高い圧縮比での動作、並びにエンジンの物理的構造の小型化のような複数の要因でＩＣＥの効率を改善するために使用され得る。フィルタ８が存在する構成用の長い微粒子フィルタ８の寿命のような他の利点も実現され得る。特に、Ｈ２を添加すると、燃料のオクタン価を高め、それにより燃焼プロセスの効率を向上させる。これにより、１ストローク当たり同じ動力出力を得るために、燃焼室に導入する必要がある燃料が少なくなる。燃焼室でより濃厚なガスを燃焼させることの他の利点は、その後に微粒子フィルタ８に移動して、フィルタ８の表面に付着し、フィルタ８の寿命を延ばす傾向があるパティキュレートを燃焼させることにより、フィルタ８を洗浄するために使用され得る残りの未燃の過剰燃料である。
【００１７】
ＣＩとＧＣＩエンジンについても同様に、Ｈ２アシストオクタン価向上は、点火遅れを修正するために使用され得る。例えば、ＥＧＲ６から利用可能な冷却を使用することは、ＮＯＸと粒子状排気の両方を同時に低減する方法として、ＧＣＩエンジンの比較的低い燃焼温度を促進することに役立つことができる。そのような強化された冷却は、点火遅れ期間を増加させる傾向があり、それにより少ない燃焼騒音を生成する熱発生率を遅くし得る。これらの低い充填温度から生じたサイクル効率の変化はまた、熱伝達特性を調整する。
【００１８】
上述したように、動作制御システム１は、（輸送ベースのプラットフォームの場合）車両電池、オルタネータなどを含む様々なタイプの電流源を使用し得る。好ましい実施形態では、電流源は、太陽電池パネル２である。そのような太陽電池パネル２は、ガス発生器３の電気化学セルに必要な電圧差（＞１．２３Ｖ）を提供して、電解反応を開始させ、Ｈ２とＯ２ガスに分解するようにサイズ付けられる。一形態では、太陽電池パネル２は、層状の一連のサブ部品で構成され、１つ以上のガラス保護板により囲まれた多数の個々のほぼ平面の電池セル、セルを保護板に密封的に固定するために使用された封入剤及び膜を含む。
【００１９】
ガス発生器３は、太陽電池パネル２から電流を受け取り、燃料オクタン価向上と排ガス後処理を提供する以下に説明される１つ以上の装置にその後に供給されるＨ２ガスを生成するために使用される。ガス発生器３は、印加された電流に応答して、水又はアンモニアのような水素含有前駆体材料をＨ２ガスに分解する１つ以上の電解反応器で構成される。太陽電池パネル２（又は他の電流源）からガス発生器３内に含まれた電解質（すなわち、水又はアンモニア）への過電圧の印加は、溶液活性化障壁及び関連する限定された自己イオン化（特に電解質が水の場合）を克服する電流を生じ、それにより、電解及びカソードでのＨ２とアノードでのＯ２の発生を引き起こす。負帯電カソードの水中では、還元半反応が起こり、カソードからの電子ｅ−が水素カチオンと結合してＨ２ガスを生成し、
【００２０】
【化１】
2020506320.tif 000003
【００２１】
同様に、正帯電アノードで酸化半反応が起こり、Ｏ２ガスを発生させ、アノードに電子を供与して回路を完成させ、
【００２２】
【化２】
2020506320.tif 000004
【００２３】
これらの様々な半反応は、適切な塩基又は酸とバランスが取れている。いずれかの半反応対を組み合わせると、水のＨ２とＯ２への全体的な分解が起こり、
【００２４】
【化３】
2020506320.tif 000005
【００２５】
標準温度と圧力でのＨ２とＯ２への純水の分解は、熱力学的に有利ではない。例えば、水系電解槽の標準電位は、２５℃で−１．２３Ｖである。したがって、反応を前進させるために少なくともこのレベルの電位を印加しなければならない。
【００２６】
ガス発生器３は、電気と流体導管、並びに電解により生成されたＨ２とＯ２の供給用の様々な吸気口と排出口を含む。燃焼プロセス中にガソリン、ディーゼル燃料又は関連燃料から利用可能なオクタン価を高めるために、電解により発生したＨ２は、吸気マニホールドに供給される少量の温蒸気と結合され、次いで燃焼室に送られ得る。したがって、Ｈ２をオンボードで生成し、それをＩＣＥに送ることにより、それはオクタン価を増加させ、そのため、高価な高オクタン価ガソリンで車両１０に燃料を供給する必要性を低減するか又は排除しながら、エンジン効率の増加を可能にする。発生したＨ２をＩＣＥに直接的に送ることに加えて、特にＩＣＥがＣＩ変形として構成された場合、燃焼室に供給されたいくつかの吸気を不活性副生成物（すなわち、廃棄物）ガスと置き換えて、燃焼プロセスを冷却することによりＮＯＸ生成を限定するために、それはさらに修正された熱交換器として作用するＥＧＲ６を通ってＩＣＥに間接的に注入され得る。
【００２７】
タンク４は、１つ以上のポンプ又はコンプレッサ（図示せず）に流体的に結合されて、ガス発生器３内で生成されたＨ２の貯蔵及び送達を助け得る。ガス発生器３によって生成されるＯ２は、ＩＣＥに排出されるか又は向けられて出力を高めることができるが、生成されたＨ２は、ＩＣＥ又は触媒に直接注入されても、後で使用される任意の小型貯蔵タンク４に向けられてもよい。タンク４が使用される場合、それはある形態では簡易容器であるが、別の形態では、より低い圧力でより多くのガス状Ｈ２を貯蔵する手段としてＨ２親和性を有する収着剤を含んでもよい。ガス発生器３の電解槽から発生してタンク４に貯蔵された蓄積したＨ２は、タンク４内に十分な圧力を発生させて別のポンプ又はコンプレッサ（図示せず）の必要性を回避することができる。そのような状況では、タンク４は本文脈内で自己加圧されていると見なされる。本明細書で述べたように、ＣＩエンジンで使用するために生成されたＨ２ガスは、１つ以上の後処理の形態に向けられてＮＯＸを低減する。過剰のＨ２が残っている状況では、それは後処理におけるさらなる利用のためにタンク４に貯蔵されるか、又はＩＣＥに向けられて着火遅れを減少させエンジン効率を向上させることができる。一方、ＮＯＸ排出量が既に大気質基準を満たしている可能性があるため、従来の三元触媒によって提供されるものを超えて、後処理においてＮＯＸレベルを低下させる必要がないＳＩエンジンの場合、生成されたＨ２ガスは、燃料オクタン価向上又は他のそのような目的のためにＩＣＥに直接送ることができる。
【００２８】
生成されたＨ２を使用して処理するか又は燃焼副生成物を使用する動作制御システム１の様々な部品又は装置は、システム１の後処理部分と呼ばれ、ＮＯＸ低減のためのＳＣＲ５及び燃料オクタン価向上とＮＯＸ低減のためのＥＧＲ６のうちの少なくとも１つを含む。これらの部品の全ては、後者の論理ベースの構成及び動作を通じて電気制御ユニット（ＥＣＵ）７に応答して以下の主要な機能を実行する。（ａ）車両１０上にＨ２ガスを発生させ、（ｂ）生成されたＨ２を、後処理におけるＮＯＸ低減のためにＳＣＲ５に向けることによって利用し、（ｃ）生成されたＨ２をエンジンシリンダに注入するか又はそれをＥＧＲ６と組み合わせてＩＣＥの運転効率を向上させる。
【００２９】
前述の微粒子フィルタ８及び１つ以上の酸化触媒９などの他の任意選択の要素を、排気システム７０を構成する導管内に流体的に配置してもよい。理解できるように、存在する場合、酸化触媒９はＳＣＲ５の上流に位置し、好ましくはＩＣＥの排気マニホールドから来る排ガスの貫流を促進する１つ以上のキャニスターベースの金属又はセラミック基板を含む。適切な触媒（例えば、一般に貴金属化合物又は混合物、特に白金族元素）が基材上に配置される。酸化触媒９は、ＳＣＲ５で起こる還元とは別の反応でＣＯ及び未燃炭化水素を変換するためにＯ２を添加する手段として、一般にＣＩベースのエンジンで使用される（特にＧＣＩエンジン用）ときに特に有用であり得る。特に、酸化触媒９は、ＣＯ及び未燃炭化水素を酸化して水及びＣＯ２を形成する。このような状況では、生成されたＨ２を酸化触媒９に送達することができ、それにより、希薄条件下でのＨ２の発熱酸化を、酸化触媒９の着火温度を低減するために使用することができる。これは次に、燃焼副生成物の排ガス流路中のＣＯ及び未燃炭化水素の濃度低下を促進するのを助ける。
【００３０】
特にＳＣＲ５に関しては、ガス発生器３によって生成されたＨ２を受け取ることによって、そのＮＯＸ低減のために面積又はアンモニアに頼る必要がなくなる。ＳＩエンジンとして構成されたＩＣＥの一部として使用されるとき、ＳＣＲ５による後処理のＮＯＸ中にＨ２を使用することにより、尿素ベースのＳＣＲに関連する困難を回避する。ＳＣＲ５の構造は、ＩＣＥの排気マニホールドから来る排ガス導管と流体連通している入口によって接続されるキャニスターベースの貫流セラミック又は金属基板を含むという点で酸化触媒９といくらか類似し得る。例えば、基板は、１つ以上の卑金属成分（例えば、鉄、コバルト、銅又はバナジウム）から作られる触媒活性混合物又は化合物を有する多孔質アルミナ、シリカ、ゼオライト又はジルコニアコア、又は白金族の貴金属、並びに金属酸化物を含有する触媒（鉄、コバルト、ニッケル、モリブデンなど）から作られてもよい。別の形態では、触媒は、ＩＢ族、ＩＶＡ族、ＶＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩ族などからなる群から選択される１種又は複数種の金属及びそれらの混合物を含む酸性固体成分をベースとしてもよい。このような構造は、生成されたＨ２などの還元剤にさらされたときに排ガス中のＮＯＸ成分の効率的な変換を可能にする。好ましくは、ＳＣＲ５は酸化触媒９の下流に配置される。動作の一形態において、ＳＣＲ５は、ＩＣＥ冷却剤温度、大気圧、周囲温度などに関連するものなどのプリセットに応答し得るようにして、これらの条件の所与のレベルに対して、ＮＯＸ生産の予想されるレベルを予測することができる。一形態では、これらのプリセット値及び対応するＮＯＸレベルは、以下でより詳細に説明するＥＣＵ７のメモリに組み込まれ得る、又はＥＣＵ７によってアクセスされ得るルックアップテーブル又は同様のデータ構造に格納されてもよい。
【００３１】
ＥＧＲ６は、ＩＣＥの排気システムの導管に流体的に配置された弁と熱交換器の両方を含む。一形態では、弁は、ＩＣＥの排気マニホールド内又はその周囲に配置されて、選択量の燃焼副生成物ガス流をＩＣＥ空気吸入マニホールドに再循環させることができる。好ましい一形態では、ＥＧＲ６は、温度に基づき得るため、以下でより詳細に論じるＥＣＵ７から来る温度センサに基づく制御信号に応答することにより、ＥＧＲ６は、排気の一部を吸入マニホールドに受け取られる空気と混合して吸入マニホールドへ再循環される排気流の量を調整してもよい。
【００３２】
次に図２及び図３を参照すると、動作制御システム１を使用できる自動車１０が示される。車両１０は、乗員室３０を支持する車輪付きシャーシ２０と、駆動ユニット４０及び変速機５０（駆動ユニット４０とともにまとめてドライブトレインと呼ばれる）として構成されたＩＣＥと、ステアリング、加速器及び制動装置などの案内装置６０と、駆動ユニット４０内で起こる燃焼のガス状副生成物を処理し排出するために駆動ユニット４０に流体的に結合された排気システム７０とを含む。サスペンション（図示せず）もまた、車輪とシャーシ２０との間に緩衝されたコンプライアントカップリングを提供するために含まれてもよい。以上のように、好ましい車両の一形態では、電流源は、車両１０のルーフに取り付けられた（又はその一部として形成された）太陽電池パネル２である。単一パネルとして示されるが、太陽電池パネル２はまた、車両１０上の様々な場所に配置され、ガス発生器３の電極に送達される電圧又は電流のいずれかを増加させる手段で電気的に接続され得る多数の離散時間パネルで構成されてもよい。いずれの変形も本開示の範囲内にあると見なされる。
【００３３】
現在、セダンとして示されるが、車両１０は、トラック、バス、バン、ＳＵＶ、ＣＵＶなどを含む他のアーキテクチャ、並びにＩＣＥが駆動又は他の形態の機械力又は電力を提供するために使用される、他の輸送ベースのプラットフォームを含んでもよいことが理解されるであろう。車両１０の外部を構成する様々な車体パネルの各々は、様々なビーム、フレーム又は関連する構造部材（図示せず）を介して、既知の方法でシャーシ２０に固定されてもよい。さらに、車両１０は他の部品が取り付けられるシャーシ２０に関して論じられるが、そのような議論は、ユニボディ構造として知られる比較的最近の変形に加えて、伝統的なボディオンフレームの車両アーキテクチャにも同様に適用可能であり、フレームによって伝統的に果たされた役割は、モノコック設計を通して高い慣性モーメントの形成によって置き換えられ、より伝統的なボディオンフレームの設計に搭載されなかった部品（例えば、外装パネル、ルーフなど）は、構造部材であることがさらに理解されるであろう。車両１０がボディオンフレーム構造であるかユニボディ構造であるかにかかわらず、シャーシ２０は基本的な構造的枠組みを形成する。ユニボディ（又はモノコック）設計は、構造シャーシと車体、フェンダーと関連コーチワークとの間の線をぼかす傾向があることが当業者には理解されよう。しかしながら、いずれの構成においても、車両１０はシャーシ２０に関連する基本的な構造的特徴を含み、いずれの変形も本開示の範囲内にあると見なされる。
【００３４】
駆動ユニット４０は、ＳＩパワープレートの例としてのガソリンエンジン又はＣＩパワープラントのディーゼル又はガソリンベースの例のいずれかとして構成されてもよい。ＩＣＥ部品を有することに加えて、駆動ユニット４０は、電池サプリメントをも含んで、ハイブリッドエンジンの属性を付与してもよい。いずれのバージョンも、発電電力の少なくとも一部がＩＣＥから得られる限り、本開示の範囲内にあると見なされる。駆動ユニット４０は、車両１０、商用車（大型トラックなどを含む）、海上、航空及び鉄道を含む様々な輸送用途、並びに様々な民間、軍事、産業、農業又は類似の、車両１０を推進する、又は別の方法で動力を供給する必要がある状況で使用してもよい。車両での使用に加えて、駆動ユニット４０は、可動又は静止発電機及び関連する発電設備に使用されてもよい。そのような使用も本開示の範囲内にあると見なされる。
【００３５】
好ましい一形態では、駆動ユニット４０は、そのシリンダ数が一般的に４つ、６つ又は８つのシリンダの変形である多シリンダＩＣＥである。シリンダブロックは、同数の往復ピストンを含むシリンダによって占められる空間を画定するために使用される。シリンダヘッドは、シリンダブロックの上部に配置され、空気と燃料がカムシャフト作動弁を通して選択的に導入され、次に混合され点火される燃焼室を画定する。ＩＣＥのＳＩバージョンでは、スパークプラグが含まれて燃料／空気混合物の燃焼を開始する一方で、ＩＣＥのＣＩバージョンでは、そのような開始源を必要としない。燃焼室は、（Ｏ２を供給するための）吸入口と（ガソリン、ディーゼル燃料又は他のエネルギーに富んだ流体を供給するための）燃料吸入口の両方に流体的に連結される。１つ以上の燃料噴射器で終端し得るエア用マニホールド及び燃料経路（ポート噴射、コモンレール噴射など）を含む導管を使用して、それぞれの反応物質を燃焼室に供給する。燃焼室内で燃料／空気混合物が燃焼すると、燃焼ガスがピストンをシリンダの長手方向に沿って移動させて、クランクケース内に収容され、接続ロッドを介してピストンに結合されるクランクシャフトに移動を与える。カップリングはピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換し、クランクシャフトは変速機５０を介してドライブシャフトを回転させて車両１０の前後の車軸の一方又は両方の車輪を回転させることができる。クランクシャフトはまた、１つ以上のカムシャフトに回転可能に連結されるため、前者の回転運動は後者に与えられて、燃焼室の吸入弁及び排気弁の開閉は、所与のサイクル内の特定のストローク（すなわち、４サイクルエンジンの吸入、圧縮、点火／出力及び排気）と一致するようにタイミングを合わせることができる。往復運動及び回転部品の潤滑は、シリンダブロックの下部に位置するオイルサンプに貯蔵されたオイルを通して行われ、オイルポンプは、シリンダブロック内にピストン、クランクシャフト、接続ロッド及び他の摩擦、熱又は摩耗が発生した部品へのオイルの循環を促進する。排気路も燃焼室に流体的に結合することにより、燃焼室に取り付けられた弁を選択的に開閉すると、燃焼副生成物を形成するガスが排気路を通って排気システム７０内に導かれ得る。
【００３６】
排気システム７０は、車両１０から排出される前に駆動ユニット４０の動作中に形成される燃焼副生成物を処理するために使用される。排気システム７０は、燃焼プロセス中に形成される燃焼ガス副生成物を受け取るために燃焼室内のいくつかの弁を通して流体的に結合された排気マニホールドを含む。追加の導管は、様々なセンサ（例えば、ＮＯＸセンサ、Ｏ２センサ及び排気ガス温度センサ、中間温度センサなどの温度センサ）、１つ以上の触媒装置（例えば、ガソリンＳＩを使用するＩＣＥ構成における従来の三元触媒コンバータ）、ライトオフコンバータ、排気管、マフラー及びテールパイプを通って排気マニホールドからそのガスを送るために使用される。
【００３７】
ＥＣＵ７は、動作制御システム１からデータを受信し、動作制御システム１に論理ベースの命令を提供するために使用される。当業者には理解されるように、ＥＣＵ７は、そのような制御ユニット間の所望の統合度又は自律性に応じて、単一のユニット、又は車両１０全体にわたるユニットの分散集合のうちの１つとしてもよい。したがって、一構成では、各ＥＣＵ７は、より少数の部品機能に関連するより離散的な一組の動作能力を有するように構成され得るが、別の構成では、ＥＣＵ７は、より包括的な機能を有することにより、より多くの部品を制御するように作用してもよい。この後者の構成の一例では、ＥＣＵ７は、動作制御システム１を調整することに加えて、駆動ユニット４０又は他の何らかの車両部品をさらに監視及び制御してもよい。一形態では、ＥＣＵ７は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として構成される。そのような変形の全ては、ＥＣＵ７によって実行される機能の構造及び範囲にかかわらず、本開示の範囲内にあると見なされる。同様に、乗員室３０内にあるように概略的に示されているが、ＥＣＵ７は、配線、ハーネス又はバスへの接続が容易に利用可能である車両１０内の任意の適切な場所に位置することが理解されるであろう。ＥＣＵ７は、それぞれバスを介して接続されて、信号ベースのデータの受信、並びにコマンド又は関連する命令の送信のための論理回路への接続性を提供する１つ以上の入力／出力（Ｉ／Ｏ）、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を備える。様々なアルゴリズム及び関連する制御論理は、当業者に知られている方法でＥＣＵ７のＲＯＭ又はＲＡＭに記憶されてもよい。したがって、一形態では、排気システム７０の監視及び選択的制御を提供するとともに、Ｈ２支援燃料オクタン価上昇の発生を調整するために、ＣＰＵを動作制御システム１の他の部品上で動作させることができる。制御論理は、予めプログラムされたアルゴリズム又は関連するプログラムコードで具体化してもよく、それはＣＰＵによって動作され、次にＩ／Ｏポートを介して以下に説明するように動作制御システム１に伝達されることができる。Ｉ／Ｏの一形態では、様々なセンサからの信号がＥＣＵ７と交換される。エンジン又は関連する駆動ユニット４０が動作可能であるか否かを示す点火信号（図示せず）などの他のそのような信号もまた、制御論理による適切な処理のためにＥＣＵ７に信号で提供されてもよい。
【００３８】
より具体的には、ＥＣＵ７は、駆動ユニット４０と動作制御システム１の一方又は両方の動作を少なくとも部分的に管理するために使用される。ＥＣＵ７は、確率的モデル予測制御（ＳＭＰＣ）スキームなどのモデル予測制御スキーム、又は多入力多出力（ＭＩＭＯ）プロトコルなどのその変形を使用して実装してもよい。入力は、様々な後処理部品、センサ（例えば、排ガス温度センサ、Ｏ２センサ、ＮＯＸセンサ及びＳＯＸセンサなど）に関連する多数の値、推定値（例えば、上述のルックアップテーブルからの）などを含む。このようにして、１つ以上の感知値に関連する出力電圧は、ＥＣＵ７によって受信され、次にデジタル化され、所定のテーブル、マップ、行列又はアルゴリズム値と比較される。その差に基づいて、特定の動作状態を示す出力が生成される。これらの出力は、動作制御システム１における調整に使用することができ、一実施形態では、出力は、次に１つ以上の動作制御システム１の部品に導入するＨ２還元剤の量を決定するのに役立つことができる、予測されたＮＯＸ変換効率を含む。
【００３９】
ＥＣＵ７は、電解液内に位置するガス発生器３の陽極及び陰極に印加される電圧及びアンペア数の制御、並びに電解液及び他の必要な材料の供給及び循環に使用することができる。好ましい一形態では、ＥＣＵ７は、ＳＣＲ５及びＥＧＲ６装置を含む動作制御システム１を構成する様々な部品を制御する手段として、様々な圧力及び温度センサなどの様々なセンサから信号を受信するように接続される。例えば、ＥＣＵ７は、様々なパラメータ（例えば、駆動ユニット４０に関連する前述の冷却剤温度、大気圧及び周囲温度）で、ＲＡＭ又はＲＯＭに含まれることができるルックアップテーブルに事前に組み込まれてもよい。他の形態では、ＥＣＵ７は、ＣＰＵが様々なセンサからの入力に基づいて適切なロジックベースの制御信号を生成することを可能にする１つ以上の等式−又は式ベースのアルゴリズムを含んでもよく、さらに他の形態では、ＥＣＵ７は、その監視と制御機能を促進するルックアップテーブルとアルゴリズム両方の機能を含んでもよい。
【００４０】
特に、図３及び４を参照すると、本開示の一実施形態に係る、車両１０への動作制御システム１の基本要素の配置（図３）と動作制御システム１のいくつかの部品を通った排ガス流路の一部（図４）とを示す概略図が示される。具体的には、システム１は、好ましくはガス発生器３の形での水電解装置により製造された実質的に純粋なＨ２源とＯ２源を生成する。ＥＣＵ７は、駆動ユニット４０に、エンジン速度、エンジン負荷などを含む動作データを受信するために使用されたロジックを提供する（例えば、図示しないセンサにより）。同様に、発生した反応物（すなわち、Ｈ２とＯ２）をガス発生器３から、適切な計量装置（図示せず）により、駆動ユニット４０の燃焼室のそれぞれの吸気口に供給できるように、ＥＣＵ７は、その動作を管理する方法として、制御ロジックを動作制御システム１に提供することの一部としてこのデータを取得し処理し得る。上述したように、いくつかの発生したＨ２は、タンク４に配置された吸着装置により将来使用のために貯蔵され得、このような貯蔵が、Ｈ２が還元剤として、燃料オクタン価向上又は他の選択的反応又は関連する動作のために必要とされるまで保存できるという点で有用である。吸着装置によるＨ２の吸着レベルに応じて、タンク４内に十分な内部Ｈ２圧力が発生してポンプ、圧縮機又は関連する加圧装置の必要性を回避してもよい。他の状況では、Ｈ２の十分な量と圧力を１つ以上の後処理部品に供給するために、そのような加圧装置が含まれてもよい。
【００４１】
以下の２つの例は、ＳＩエンジンとＣＩエンジンにおける動作制御システム１及びその制御インフラストラクチャを実施するさらなる詳細を与える。
【実施例１】
【００４２】
一形態では、車両１０は、ＳＩエンジンにより推進され、軽量車両として構成されてもよい。太陽電池パネル２は、１平方メートル（ｍ２）の露出面積を有し、太陽エネルギー強度が２２００ＫＷｈ／ｍ２／年と仮定された。太陽電池パネル２の効率は１５％と仮定され、一方、ガス発生器３内の電解反応変換効率が８５％と仮定された。年間ベースで生成されたＨ２の量（太陽エネルギー強度の日々の変動と季節変動を考慮に入れる）は、次のように決定され得る。
【００４３】
【数１】
2020506320.tif 000006
【００４４】
太陽電池パネルにより一年間で発生するＨ２生成に利用可能なエネルギーは以下に等しい：
【００４５】
【数２】
2020506320.tif 000007
【００４６】
そのエネルギーにより発生できたＨ２の量は以下に等しい：
【００４７】
【数３】
2020506320.tif 000008
【００４８】
車両１０が年間１２，０００マイル走行し、その燃費が３０ｍｐｇであり、かつガソリンの平均密度が０．７４ｋｇ／Ｌであると知っていると仮定すると、そこから、ＮＯＸを低減するために必要なＨ２の量は次のように推定でき、推定された排ガスの量が、
【００４９】
【数４】
2020506320.tif 000009
【００５０】
により決定され得、式中、ＣＨｙはガソリン、ディーゼル燃料などの燃料を表し、ｙ＝１．５〜２である。したがって、空気比は以下のとおりである：
【００５１】
【数５】
2020506320.tif 000010
【００５２】
Ｏ２は、駆動ユニット４０の燃焼室内に存在する空気中のＮ２の百万分率（ｐｐｍ）レベルと反応して、ＮＯＸを生成する。前述の仮定を考慮すると、ｙ＝２のときの排ガスの総モルが６１．１×１０４モル／年に等しく、これは、１００ｐｐｍの排ガス中のＮＯＸ濃度に対して、約６１．１モル／年のＮＯＸが発生したことを意味する。化学量論的には、所与の数のＮＯモルは完全に処理される同じ数のＨ２モルを必要とするが、実際には、ＮＯの後処理が過剰量のＨ２ガスを必要とする。したがって、ＮＯＸを処理するために必要なＨ２ガスの量は、約４８８．８モル／年に等しい。
【００５３】
【数６】
2020506320.tif 000011
【００５４】
他のｙ値及び過剰のＨ２について、必要な量のＨ２は、以下の表に示す。
【００５５】
【表１】
2020506320.tif 000012
【００５６】
上述した計算は、車両１０上に１ｍ２の太陽電池パネル２を使用することが、駆動ユニット４０のようなＩＣＥ用のＮＯＸ後処理とオクタン価向上のうちの一方又は両方に使用されるＨ２を発生させるのに十分な電力を有する電気化学セルベースのオンボードガス発生器３を提供するのに十分であることを実証した。
【実施例２】
【００５７】
他の形態では、車両１０は、ＣＩエンジンにより推進され、大型車両として構成されてもよい。上述した実施例の式（１）〜（６）で実行された計算を繰り返し、同じ地域で、燃費が８ｍｐｇで年間１００，０００マイル走行するディーゼルトラック用の３０ｍ２の太陽電池パネル２を仮定し、このような車両１０は、年間およそ１９１１モルのＮＯを生成し、一方、太陽電池パネル２が年間１．２８×１０５モルのＨ２を生成する。後処理に必要なＨ２の量は０．１５×１０５モルであり、再び示されるように、後処理の必要性を満たすのに十分なＨ２がオンボードで生成され、次に、残りのＨ２を貯蔵のために駆動ユニット４０又はタンク４に送る。これは、他のｙ値及び過剰のＨ２について示しており、必要なＨ２の量は以下の表に示す。
【００５８】
【表２】
2020506320.tif 000013
【００５９】
本開示で論じた特徴を説明し、定義する目的のために、ここではパラメータ又は他の変数の「機能」である変数への言及は、その変数が排他的に列挙されたパラメータの関数であることを示すものではないか又は可変である。むしろ、列挙されたパラメータの「関数」である変数への本明細書での言及は、変数が単一のパラメータ又は複数のパラメータの関数であり得るように限定のないことを意図している。同様に、特定の方法で「構成」又は「プログラム」されて、特定の手段で特定の特性又は関数を具体化する本開示の構成要素の本明細書での列挙は、意図された使用の列挙と対照的な構造的な列挙であることに留意すべきである。より具体的には、構成要素が「プログラム」又は「構成」された手段の本明細書での言及は、構成要素の既存の物理的状態を示し、そして、構成要素の構造的特徴の明確な列挙として解釈されるべきである。
【００６０】
本開示の主題をその特定の実施形態を参照して詳細に説明したが、本明細書に開示された様々な詳細は、本明細書に付随する各図面に特定の要素が示されている場合であっても、これらの詳細が本明細書に記載された様々な実施形態の必須構成要素である要素に関係することを意味するものではないことに留意すべきである。さらに、添付の特許請求の範囲で定義される実施形態を含むが、これらに限定されない本開示の範囲から逸脱することなく、修正及び変更が可能であることは明らかである。より具体的には、本開示のいくつかの態様が好ましくは又は特に有利であると本明細書で特定されるが、本開示は必ずしもこれらの態様に限定されないことに留意すべきである。
【００６１】
以下の特許請求の範囲のうちの１つ以上は、語「ｗｈｅｒｅｉｎ」を遷移句として利用することに留意すべきである。本開示で論じた特徴を定義する目的で、この語は、構造の一連の特性の列挙を導入するために使用され、より一般的に使用される開放型の前置き語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様の方法で解釈されるべきである開放型の遷移句として、特許請求の範囲に導入されることに留意されたい。
【００６２】
「好ましくは」、「一般的に」及び「典型的に」のような語は、特許請求の範囲を限定するか又は特定の特徴が本明細書に開示された構造又は機能にとって決定的で、本質的で、又はさらに重要であることを意味するように用いられないことに留意すべきである。むしろ、これらの語は、単に開示された主題の特定の実施形態において利用されてもされなくてもよい、代替又は追加の特徴を強調することを意図したものに過ぎない。同様に、「実質的に」及び「約」並びにそれらの変形という語は、定量的な比較、値、測定又は他の表現に起因する可能性がある本質的な不確実性の程度を表すために本明細書で利用されていることに留意されたい。そのため、これらの語の使用は、定量的表現が問題の主題の基本機能に変化をもたらさずに、記載された基準と異なり得る程度を表す。
【００６３】
当業者には、特許請求される主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載される実施形態に対して様々な修正及び変更がなされ得ることが明らかであろう。したがって、本明細書は、本明細書に記載される様々な実施形態の修正及び変更を包含することが意図されるが、そのような修正及び変更が、添付の特許請求の範囲及びその等価物の範囲内に入ることを条件とする。
【図１】
2020506320.tif 000014
【図２】
2020506320.tif 000015
【図３】
2020506320.tif 000016
【図４】
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【国際調査報告】
2020506320.tif 000018
2020506320.tif 000019
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