專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及搭載了化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)的氫發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有的將由化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)生成的富氫氣體作為一種燃料而用以驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)，例如，公開有如專利文獻(xiàn)1所示的利用氫的內(nèi)燃機(jī)，其除了能夠供給由上述介質(zhì)生成的富氫氣體以外，還能將上述介質(zhì)也供給到發(fā)動(dòng)機(jī)，或能夠獨(dú)立地向發(fā)動(dòng)機(jī)供給富氫氣體的介質(zhì)。
專利文獻(xiàn)1特開2005-147124號公報(bào)在將由化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)生成的富氫氣體作為一種燃料，并單獨(dú)通過富氫氣體或者通過多種燃料來驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，預(yù)先將由介質(zhì)生成的富氫氣體儲存于緩沖箱，通過將在緩沖箱儲存的富氫氣體供給到發(fā)動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。為了穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，只要增大緩沖箱的容量即可，使得不會出現(xiàn)富氫氣體不足的情況。但是，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)小型化、輕量化，還希望緩沖箱小型化。為了使緩沖箱小型化，在從介質(zhì)需要?dú)鋾r(shí)，高效地生成顯得很重要。從介質(zhì)生成的富氫氣體的量根據(jù)對催化劑的介質(zhì)供給量和催化劑材料的溫度而變化。該催化劑溫度由于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、從介質(zhì)生成氫時(shí)的反應(yīng)量或催化劑的老化狀態(tài)等而變動(dòng)，因此生成的富氫氣體的量也隨其變動(dòng)。伴隨與此，發(fā)生沒有生成必要量的富氫氣體的狀態(tài)，難以對發(fā)動(dòng)機(jī)的要求輸出進(jìn)行即時(shí)響應(yīng)。因此，為了高效率地運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，需要對應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、進(jìn)行考慮了對催化劑的介質(zhì)供給量和催化劑材料的溫度的控制。另外，該問題即使在區(qū)分使用多種燃料的情況下也同樣，希望根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)要求的輸出特性等來選擇燃料形態(tài)，高效地從介質(zhì)生成富氫氣體顯得很重要。
另外，在將富氫氣體以及介質(zhì)作為燃料使用的情況下，需要進(jìn)行考慮了燃燒效率和排氣性能的控制。
在專利文獻(xiàn)1所述的系統(tǒng)中，對于這一點(diǎn)沒有進(jìn)行足夠的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，在將由化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)生成的富氫氣體作為一種燃料來驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，能夠從介質(zhì)高效地生成富氫氣體。
另外，本發(fā)明的其他目的在于提供一種燃燒效率、排氣性能優(yōu)越的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
為了解決上述問題，作為第一手段，提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其具有氫供給裝置，該氫供給裝置搭載了化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)，并進(jìn)行從所述介質(zhì)生成或儲存富氫氣體，將所述富氫氣體作為燃料之一，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，具有檢測發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的檢測部；和根據(jù)所述檢測部的檢測結(jié)果，控制向所述氫供給裝置供給的所述介質(zhì)的供給量的介質(zhì)供給量控制機(jī)構(gòu)。在此，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)能夠通過發(fā)動(dòng)機(jī)推測轉(zhuǎn)矩以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行判斷。
另外，作為第二手段，其特征在于，一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，具有推測氫供給裝置內(nèi)的催化劑溫度的催化劑溫度推測機(jī)構(gòu)；和介質(zhì)供給量控制機(jī)構(gòu)或熱供給量控制機(jī)構(gòu)中的至少任一個(gè)，基于由所述催化劑溫度推測機(jī)構(gòu)推測的催化劑溫度，上述介質(zhì)供給量控制機(jī)構(gòu)控制向所述氫供給裝置供給的所述介質(zhì)的供給量，上述熱供給量控制機(jī)構(gòu)控制向所述氫供給裝置供給的熱供給量。
根據(jù)第二手段，通過基于催化劑溫度，控制向氫供給裝置供給的介質(zhì)的供給量、或控制向氫供給裝置供給的熱供給量的任一個(gè)，能夠調(diào)整催化劑溫度。由此，在驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)下，由于能夠?qū)⒋呋瘎囟瓤刂圃跒榱松筛粴錃怏w的有效的溫度范圍，所以能夠有效地從介質(zhì)生成氫。
另外，為了解決上述第二目的，作為第三手段，提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，具有從化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)生成富氫氣體的氫供給裝置；和用于凈化排氣的三元催化劑，其中將所述富氫氣體以及所述介質(zhì)作為燃料之一，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，具有點(diǎn)火時(shí)間控制機(jī)構(gòu)和空氣過剩率控制機(jī)構(gòu)，根據(jù)向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的所述介質(zhì)和所述富氫氣體的供給量的比例，所述點(diǎn)火時(shí)間控制機(jī)構(gòu)控制發(fā)動(dòng)機(jī)具有的點(diǎn)火火花塞的點(diǎn)火時(shí)間，所述空氣過剩率控制機(jī)構(gòu)控制向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的燃料的空氣過剩率，通過所述空氣過剩率控制機(jī)構(gòu)，將空氣過剩率控制在0.95～1.05或1.8～5.0的范圍。
另外，作為第四手段，其特征在于，一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管配備所述氫供給裝置和用戶凈化發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的凈化催化劑，在比所述氫供給裝置更靠近發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)設(shè)置有所述凈化催化劑，或者使所述氫供給裝置和所述凈化催化劑成為一體。
另外，作為第五手段，其特征在于，一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其具有富氫氣體供給裝置，其以富氫氣體為燃料供給到發(fā)動(dòng)機(jī)；介質(zhì)燃料供給裝置，其向汽缸內(nèi)直接供給包含所述介質(zhì)的成分；以及燃料供給時(shí)刻控制機(jī)構(gòu)，其在將所述富氫氣體供給到發(fā)動(dòng)機(jī)之后，在活塞壓縮期間向汽缸內(nèi)供給包含所述介質(zhì)的成分，并使其自著火燃燒。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，在搭載了化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，其能夠從介質(zhì)高效地生成富氫氣體。


圖1是將氫供給裝置安裝于排氣管后的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的概略圖；圖2是氫供給裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖3是發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域和供給燃料的關(guān)系圖；圖4是催化劑溫度和轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖；圖5是向氫供給裝置供給的氫化介質(zhì)供給量和轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖；圖6是氫供給裝置的伴隨著催化劑溫度變化的控制流程圖；圖7是控制對氫供給裝置的熱供給量的各方法；圖8是富氫氣體的隨著儲存量變化的控制流程圖；
圖9是判斷氫供給裝置內(nèi)的催化劑老化的圖；圖10是在燃料切換時(shí)進(jìn)行的空燃比、點(diǎn)火時(shí)間控制圖；圖11是富氫氣體燃燒時(shí)的空氣過剩率和Nox排出量的關(guān)系圖；圖12是三元催化劑的凈化率和空氣過剩率的關(guān)系圖；圖13是發(fā)動(dòng)機(jī)從開始啟動(dòng)到三元催化劑活性化的催化劑溫度變化圖；圖14是利用在排氣管安裝了氫供給裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)壓縮著火燃料類型的系統(tǒng)概略圖；圖15是氫濃度和點(diǎn)火時(shí)間的關(guān)系圖。
圖中1-發(fā)動(dòng)機(jī)；2-富氫氣體供給裝置；3-介質(zhì)供給裝置；4-節(jié)流閥；5-氫壓力傳感器；6-氫濃度傳感器；7-吸引、壓縮裝置；8-氣液分離裝置；9-切換閥；10、28-箱；11-氫化介質(zhì)供給裝置；12-氫供給裝置；13-凈化催化劑；14、19、31-溫度檢測機(jī)構(gòu)；15-排氣量調(diào)整閥；17、34-氧傳感器；18-排氣管；20-排氣閥；21-點(diǎn)火火花塞；22-吸氣閥；23-ECU；24、25-泵；26-富氫氣體儲存裝置；27-吸氣管；29-調(diào)節(jié)器；30-安全閥。
具體實(shí)施例方式
以下，利用

本發(fā)明的實(shí)施方式。
圖1是將用于對化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)進(jìn)行脫氫反應(yīng)的氫供給裝置12設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管18，能夠利用從發(fā)動(dòng)機(jī)1排出的排氣熱的系統(tǒng)。向氫供給裝置12供給的排氣量能夠利用排氣量調(diào)整閥15進(jìn)行調(diào)整。另外，在氫供給裝置12的上游側(cè)、下游側(cè)、以及氫供給裝置12內(nèi)，分別設(shè)置有溫度檢測機(jī)構(gòu)14、19、31。在氫供給裝置12，通過氫化介質(zhì)供給裝置11提供氫化介質(zhì)。
所謂上述介質(zhì)，可示出所有能夠進(jìn)行化學(xué)性地儲存/釋放氫的物質(zhì)，如汽油、輕油、煤油、重油、萘烷、環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷、萘、苯、甲苯等碳?xì)湎等剂霞捌浠旌先剂?；或過氧化氫、氨、氮、氧等。其中，化學(xué)性地儲存氫的介質(zhì)稱為氫化介質(zhì)，化學(xué)性地釋放了氫之后的介質(zhì)稱為脫氫化介質(zhì)。氫化介質(zhì)以及脫氫化介質(zhì)分別儲存在箱10、28內(nèi)。這些箱可以形成一體結(jié)構(gòu)。氫化介質(zhì)可以在泵24的壓力作用下通過配管32從介質(zhì)供給裝置(噴射器)11供給到氫供給裝置12。另外，氫化介質(zhì)以及脫氫化介質(zhì)可以在泵25的壓力作用下通過配管33從氫化介質(zhì)供給裝置(噴射器)3供給到發(fā)動(dòng)機(jī)1。另外，供給到發(fā)動(dòng)機(jī)1的氫化介質(zhì)以及脫氫化介質(zhì)可以利用切換閥9進(jìn)行切換。
由氫供給裝置12生成的富氫氣體和脫氫化介質(zhì)的混合體，通過配管35被搬運(yùn)到分離裝置8，通過分離裝置8分離成氫化介質(zhì)以及脫氫化介質(zhì)。之后，富氫氣體通過吸引、壓縮裝置7，儲存在富氫氣體儲存裝置26中，從富氫氣體供給裝置(噴射器)2供給到發(fā)動(dòng)機(jī)1。另一方面，脫氫化介質(zhì)儲存在脫氫化介質(zhì)用箱28內(nèi)。另外，在配置在分離裝置8和發(fā)動(dòng)機(jī)1之間的富氫氣體儲存裝置26內(nèi)，設(shè)置有氫壓力傳感器5和氫濃度傳感器6。另外，在富氫氣體儲存裝置26和富氫氣體供給裝置(噴射器)2之間設(shè)置有調(diào)節(jié)器29，其用于將富氫氣體供給壓力控制在希望的壓力。另外，為了不使來自吸引、壓縮裝置7的氫供給壓力過大，能夠通過安全閥30的開閉調(diào)整氫供給壓力。在發(fā)動(dòng)機(jī)1的吸氣管27設(shè)置有調(diào)整吸入空氣量的節(jié)流閥4，在排氣管18，在凈化催化劑13的上游、下游設(shè)置有氧傳感器17、34。上述氧傳感器17可以是空燃比傳感器。發(fā)動(dòng)機(jī)1的吸氣閥22、排氣閥20可以是能夠改變開閉時(shí)刻、提升(lift)量的結(jié)構(gòu)。
在本系統(tǒng)中，溫度檢測機(jī)構(gòu)14、19、31；介質(zhì)供給裝置(噴射器)3、11；富氫氣體供給裝置(噴射器)2；氫壓力傳感器5和氫濃度傳感器6；節(jié)流閥4；O2傳感器17、34；吸氣閥22；排氣閥20、點(diǎn)火火花塞21、以及排氣量調(diào)整閥15等，與控制裝置(ECU)23電連接，由控制裝置23進(jìn)行控制。
接著，利用圖2說明在圖1所示的氫供給裝置12的結(jié)構(gòu)。氫供給裝置12的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，在設(shè)置了流路突起39的純鋁(熱傳導(dǎo)率250W/mK)高熱傳導(dǎo)基板40上，形成有由Pt/氧化鋁催化劑構(gòu)成的催化劑層42。在該催化劑層42上層疊只選擇性地使氫透過的氫分離膜38，形成隔著墊片37層疊了氫流路36的結(jié)構(gòu)作為基本構(gòu)造，配置于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管。
向氫供給裝置12供給的介質(zhì)，通過燃料流路41，與在高熱傳導(dǎo)基板40的表面上形成的催化劑層42接觸，同時(shí)進(jìn)行脫氫反應(yīng)，生成富氫氣體。生成的富氫氣體，透過氫分離膜39，經(jīng)由墊片37，通過氫流路36從氫供給裝置12排出。另外，沒有透過氫分離膜38的富氫氣體和脫氫化介質(zhì)，通過燃料流路41從氫供給裝置12排出到氫供給裝置12之外。在此，排出了的富氫氣體和脫氫化介質(zhì)，與從氫流路36排出了的富氫氣體合流、混合，供給到圖1的分離裝置8。此外，也可以不混合從氫流路36排出的富氫氣體、從燃料流路41排出的富氫氣體、和脫氫化介質(zhì)，通過另外的配管，將富氫氣體供給到富氫氣體儲存裝置26，將富氫氣體和脫氫化介質(zhì)供給到分離裝置8。另外，在圖2中，為了在低溫下高效地進(jìn)行從介質(zhì)的脫氫化反應(yīng)而設(shè)置氫分離膜38，但也能夠采用沒有氫分離膜38的結(jié)構(gòu)。另外，也可以層疊配置圖2所示的基本構(gòu)造。
氫化介質(zhì)向氫供給裝置12供給的供給量依存于由發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)確定的向發(fā)動(dòng)機(jī)的要求氫量?；趫D3，說明發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的富氫氣體和介質(zhì)的供給方法。在區(qū)域1的低負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中，由于排氣溫度較低，所以來自供給到氫供給裝置12的排氣的熱量變小。因此，難以通過氫供給裝置12生成只由富氫氣體驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)所必要的富氫氣體量。因此，向發(fā)動(dòng)機(jī)供給介質(zhì)和富氫氣體這兩方。另外，在區(qū)域3的高負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，在向發(fā)動(dòng)機(jī)只供給富氫氣體時(shí)，存在壓力伴隨著發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃燒而急劇上升的問題。因此，在該運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中，希望向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給富氫氣體和介質(zhì)這兩方。此時(shí)，通過EGR控制，可以抑制急劇的壓力上升。另外，可以不向發(fā)動(dòng)機(jī)供給介質(zhì)，可以進(jìn)行基于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輔助。對于區(qū)域1、區(qū)域3，在其中間區(qū)域即區(qū)域2的中負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中，能夠只由富氫氣體驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。如上所述，對應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，確定富氫氣體的供給量，伴隨與此，確定向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)的供給量。如此，在各運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，通過控制對發(fā)動(dòng)機(jī)1供給的燃料，在很大的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中系統(tǒng)成立。
供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的介質(zhì)希望是脫氫化介質(zhì)。其理由是因?yàn)橛蓺涔┙o裝置12生成的脫氫化介質(zhì)和富氫氣體的合計(jì)發(fā)熱量，高于向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)的發(fā)熱量。例如，在由作為氫化介質(zhì)的環(huán)己烷生成氫和作為脫氫化介質(zhì)的苯的反應(yīng)中，提高5.6％發(fā)熱量。因此，具有提高合計(jì)效率、削減CO2、用戶燃料利用率提高的效果。
如上所述，根據(jù)各運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，確定向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給的燃料，確定必要的富氫氣體的量。此時(shí)，優(yōu)選通過檢測出發(fā)動(dòng)機(jī)推測轉(zhuǎn)矩及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，判斷必要的富氫氣體的量。在此，發(fā)動(dòng)機(jī)推測轉(zhuǎn)矩，在理論空燃比運(yùn)轉(zhuǎn)(空氣過剩率＝1)時(shí)，根據(jù)節(jié)流開度或吸入空氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來推測。在稀薄(lean)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，除了節(jié)流開度或吸入空氣量和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，還通過燃料供給量推測。另外，除此之外，也可測定發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的燃燒壓力或軸轉(zhuǎn)矩，確定轉(zhuǎn)矩。此外，吸入空氣量由空氣處理器等測定。在進(jìn)行EGR(Exhaust Gas Recirculation排氣再循環(huán))時(shí)，轉(zhuǎn)矩推測也考慮EGR閥開度。另外，在用吸氣閥的開期間、以提升量控制吸入空氣量時(shí)，可以考慮這些因素推測轉(zhuǎn)矩。以下，對于根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制方法進(jìn)行說明。
通過發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、即發(fā)動(dòng)機(jī)推測轉(zhuǎn)矩以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，確定發(fā)動(dòng)機(jī)必要的富氫氣體的量。以次為基礎(chǔ)，確定向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)的量。這是因?yàn)?，從氫供給裝置12生成的富氫氣體的量依存于向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)的供給量。氫化介質(zhì)的供給量，通過氫化介質(zhì)供給裝置11由脈沖控制進(jìn)行控制。此時(shí)，通過控制脈沖寬度、脈沖頻率，控制氫化介質(zhì)的供給量。從向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)的供給時(shí)間到富氫氣體的生成時(shí)間，由于是10ms以下的響應(yīng)速度，所以如果使用這樣的控制，則可以使富氫氣體儲存裝置26小型化或不需要富氫氣體儲存裝置26，具有作為發(fā)動(dòng)機(jī)整體實(shí)現(xiàn)小型化的效果。
接著，作為從氫化介質(zhì)生成氫時(shí)的特性之一，如圖4所示，圖4是表示從氫化介質(zhì)向氫轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率較大地依存于氫供給裝置12內(nèi)的催化劑溫度的情況的圖。如果上述催化劑溫度達(dá)到規(guī)定溫度以上，則轉(zhuǎn)化率將近100％。即，為了有效地從氫化介質(zhì)取出氫，需要使催化劑的溫度在規(guī)定溫度以上。另外，如果氫供給裝置12內(nèi)的催化劑溫度變得過高，則存在催化劑老化或材料受損、氫化介質(zhì)碳化等問題。即，從氫化介質(zhì)生成氫時(shí)的氫供給裝置12內(nèi)的催化劑溫度，總是處在規(guī)定溫度范圍內(nèi)，為了有效地生成氫是很重要的。
氫供給裝置12內(nèi)的催化劑溫度依存于向氫供給裝置12供給的熱供給量和用于從氫化介質(zhì)生成氫的反應(yīng)熱量。氫供給裝置12內(nèi)的催化劑溫度與向氫供給裝置12供給的熱供給量成比例地上升，相反地，在從氫化介質(zhì)生成氫的反應(yīng)是吸熱反應(yīng)的情況下，上述催化劑溫度對應(yīng)于反應(yīng)熱量而下降。例如，在氫化介質(zhì)使用甲基環(huán)己烷時(shí)，為了生成1mol的氫，在常溫常壓下，需要大約70kJ的吸熱量。圖5表示向氫供給裝置12供給的熱供給量為一定時(shí)的、向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)供給量和從氫化介質(zhì)生成氫的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。如果向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)供給量增加，則從氫化介質(zhì)向氫轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化率下降。這主要是因?yàn)?，隨著向氫供給裝置12供給的介質(zhì)供給量增加，氫反應(yīng)時(shí)的反應(yīng)熱量增加，催化劑溫度下降。即，為了將催化劑溫度控制在規(guī)定的溫度范圍，向氫供給裝置12供給的熱供給量和確定用于生成氫的反應(yīng)量的向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)供給量的控制是重要的。
接著，對于催化劑溫度的推測方法進(jìn)行說明。有利用圖1所述的溫度檢測機(jī)構(gòu)31直接測量催化劑溫度的方法、或測量氫供給裝置12內(nèi)的催化劑附近的溫度來預(yù)測的方法。另外，還有根據(jù)向氫供給裝置12內(nèi)傳遞的熱傳遞率和向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)供給量來推測催化劑溫度的方法，其中向氫供給裝置12內(nèi)傳遞的熱傳遞率是通過由溫度檢測機(jī)構(gòu)14、19測量的位于氫供給裝置12的上游側(cè)、下游側(cè)的各自的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件(發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、吸入空氣量、節(jié)流開度、燃料流量等)計(jì)算出的。說明氫供給裝置12內(nèi)的催化劑溫度推測機(jī)構(gòu)。催化劑溫度由以下的函數(shù)得出。
T＝f(Q1、λ1、α、t、A、T1)T氫供給裝置12內(nèi)的催化劑溫度；Q1富氫氣體生成時(shí)的反應(yīng)熱；λ1氫供給裝置12內(nèi)的部件的熱傳導(dǎo)率；α從排氣向氫供給裝置12傳遞的熱傳遞率；t從排氣接觸部到催化劑表面的厚度；A排氣接觸面積；T1排氣溫度。
上述λ1、t、A依存于氫供給裝置12的結(jié)構(gòu)。Q1是富氫氣體生成時(shí)的反應(yīng)熱，依存于向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)供給量。排氣溫度T1由于是通過氫供給裝置12內(nèi)的排氣的平均溫度，所以是溫度檢測機(jī)構(gòu)14、19的平均值。根據(jù)測量了的T1和由發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)推測了的排氣成分以及排氣流量，計(jì)算出雷諾數(shù)、普朗特?cái)?shù)、排氣的熱傳導(dǎo)率，確定α。即，只要確定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、排氣溫度、向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)供給量，就能夠推測T。
圖6表示的是利用上述的催化劑溫度的推測機(jī)構(gòu)，測量或推測氫供給裝置12內(nèi)的催化劑溫度、并以此為準(zhǔn)將催化劑溫度控制在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)的系統(tǒng)流程圖。在S501中，檢查測量或推測的氫供給裝置12內(nèi)的催化劑溫度T是否在規(guī)定范圍內(nèi)。此時(shí)，在偏離規(guī)定范圍的情況下，在S502判斷催化劑溫度T是否高于規(guī)定范圍。該S501、S502的處理基于例如由溫度檢測機(jī)構(gòu)14、19、31等檢測出的溫度，由控制裝置23確定催化劑溫度T，判斷是否在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。在此，介質(zhì)在使用了甲基環(huán)己烷等有機(jī)氫化物時(shí)，優(yōu)選催化劑溫度以250～400℃為規(guī)定的溫度范圍為好。如果，在S502判斷高于規(guī)定的溫度范圍時(shí)，在S503判斷是否能夠增加向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)供給量。該判斷機(jī)構(gòu)例如通過圖1的富氫氣體儲存裝置26的儲存量進(jìn)行判斷。富氫氣體儲存裝置26的儲存量能夠通過氫壓力傳感器5或氫濃度傳感器6檢測出，通過該檢測結(jié)果由控制裝置23判斷儲存量。如果在S503能夠增加氫化介質(zhì)供給量，在S504使從介質(zhì)供給裝置11向氫供給裝置12的氫化介質(zhì)供給量增加。由此，通過氫生成時(shí)的吸熱反應(yīng)量增加，催化劑溫度下降。另一方面，在S503判斷為不可增加氫化介質(zhì)供給量時(shí)，在S505使向氫供給裝置12供給的熱供給量減少。作為控制向氫供給裝置12供給的熱供給量的方法，如圖7所示，例如有(1)使用排氣量調(diào)整閥15減少從發(fā)動(dòng)機(jī)1向氫供給裝置12供給的排氣流量的方法，(2)提早發(fā)動(dòng)機(jī)1內(nèi)的點(diǎn)火火花塞21的點(diǎn)火時(shí)間的方法，(3)推遲排氣閥20的開啟時(shí)間的方法。在(2)、(3)的控制方法中，由于作為發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不用設(shè)置新的輔助儀器就能夠控制，所以能夠簡化系統(tǒng)。另外，相對于(2)、(3)的控制方法，在(1)的控制方法中，例如，由于使配管分支來調(diào)整向氫供給裝置供給的排氣流量即可，所以在不對發(fā)動(dòng)機(jī)造成影響的情況下能夠控制催化劑溫度。另外，作為其他的控制方法，有(4)減少使用在氫供給裝置12設(shè)置的燃燒嘴等燃燒器燃燒的富氫氣體或介質(zhì)的燃燒量的方法，或(5)降低由在汽車搭載的變換器等熱源產(chǎn)生的熱對氫供給裝置12的供給量的方法。此外，還考慮了(6)減少在氫供給裝置12設(shè)置的加熱器的供給量的方法。(4)～(6)的控制方法也和(1)同樣地不會對發(fā)動(dòng)機(jī)造成影響，能夠控制催化劑溫度。通過進(jìn)行這些方法的任一個(gè)或多個(gè)，能夠使催化劑溫度下降。
另一方面，在S502判斷為氫供給裝置12的催化劑溫度在規(guī)定以下的情況下，在S506判斷是否能夠增加對氫供給裝置12的熱供給量。在能夠增加熱供給量時(shí)，與上述同樣地，通過圖7所示的方法，使熱供給量增加。在S506判斷為無法增加熱供給量的情況下，例如，在用戶要求發(fā)動(dòng)機(jī)要有高轉(zhuǎn)矩時(shí)，難以通過點(diǎn)火火花塞21推遲點(diǎn)火時(shí)間，或提早排氣閥20的開啟時(shí)間。另外，在介質(zhì)和富氫氣體的儲存量少時(shí)，難以通過使用了燃燒嘴等的燃燒氣體來增加熱供給。另外，在電池電量的余量少時(shí)，難以增加加熱器的加熱量。在此時(shí)，在S508降低向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)供給量，使氫產(chǎn)生時(shí)的吸熱量下降，從而催化劑溫度上升。此時(shí)，由于富氫氣體儲存量下降，所以在S509使向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的相對于富氫氣體量的介質(zhì)量增加。
另外，伴隨與此，如在S510所述，點(diǎn)火時(shí)間也提前角化。這是因?yàn)闅涞娜紵俣缺冉橘|(zhì)的燃燒速度快。另外，為了使燃燒穩(wěn)定化，可以調(diào)整節(jié)流閥4的開度，控制燃料和空氣的比例。另外，此時(shí)，也可以控制燃料的噴射時(shí)間。
接著，利用圖8說明與富氫氣體的儲存量相關(guān)的控制內(nèi)容。在S701，通過氫壓力傳感器5或氫濃度傳感器6檢測出圖1的富氫氣體儲存裝置26內(nèi)的富氫氣體的儲存量，根據(jù)該值，由控制裝置23判斷是否是規(guī)定儲存量。此時(shí)，例如，優(yōu)選向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給的富氫氣體的壓力P1一定，因此，需要將富氫氣體儲存裝置26內(nèi)的壓力P2設(shè)為高于P1的壓力。另外相反地，如果富氫氣體儲存裝置26內(nèi)的壓力在規(guī)定以上，則存在儲存裝置破損、泄漏或者難以調(diào)整向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給的富氫氣體的壓力P1的問題。在S701判斷為富氫氣體的儲存量在規(guī)定范圍外時(shí)，在S702判斷是否是規(guī)定范圍以上。在規(guī)定范圍以上時(shí)，降低對氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)供給量，降低富氫氣體生成量。相反地在S702判斷為富氫氣體在規(guī)定范圍以下時(shí)，在S704增加對氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)供給量。在S705降低對發(fā)動(dòng)機(jī)供給的富氫氣體的供給量，在S706增加對發(fā)動(dòng)機(jī)供給的介質(zhì)的供給量。此時(shí)，為了控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒，對點(diǎn)火火花塞21的點(diǎn)火時(shí)間進(jìn)行提前角化控制。但是，此時(shí)，在氫供給裝置12的催化劑溫度在規(guī)定以下時(shí)，在S704不增加對氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)供給量，在S705禁止對發(fā)動(dòng)機(jī)供給富氫氣體。
接著，假設(shè)氫供給裝置12內(nèi)的催化劑老化，對于推測其老化狀態(tài)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行說明。以向氫供給裝置12供給的熱供給量一定為基礎(chǔ)(例如發(fā)動(dòng)機(jī)1的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩一定)，且以向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)供給量一定為基礎(chǔ)，計(jì)算由氫供給裝置12上游側(cè)的溫度檢測機(jī)構(gòu)14以及下游側(cè)的溫度檢測機(jī)構(gòu)19檢測出的排氣溫度的溫度差。如圖9所示，在上述條件下，如果氫供給裝置12內(nèi)的催化劑老化，則上述溫度差變小。因此，如果上述排氣溫度的溫度差在規(guī)定值以下，則認(rèn)為氫供給裝置12內(nèi)的催化劑產(chǎn)生老化。這是因?yàn)?，如果催化劑老化，則從氫化介質(zhì)生成氫的反應(yīng)轉(zhuǎn)化率下降，因此反應(yīng)時(shí)的吸熱量變低，在氫供給裝置12前后的排氣溫度差變小。因此，能夠判斷老化狀態(tài)。另外，該上述老化判斷機(jī)構(gòu)，在例如用戶表示出停止發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)的意思時(shí)，即，在由控制裝置23接收了發(fā)動(dòng)機(jī)停止信號的情況下，立即使發(fā)動(dòng)機(jī)1停止，以一定轉(zhuǎn)速、一定轉(zhuǎn)矩使發(fā)動(dòng)機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)定時(shí)間，通過溫度檢測機(jī)構(gòu)14、19檢測溫度進(jìn)行判斷。如果老化狀態(tài)在規(guī)定以上，則通過燈等向用戶發(fā)出警告，需要督促更換氫供給裝置12。由此，具有防止從發(fā)動(dòng)機(jī)1排出的CO2排出量的增加的效果。另外，如果如此判斷老化狀態(tài)，則考慮老化狀態(tài)，需要增加向氫供給裝置12供給的氫化介質(zhì)的供給量。由此，能夠在不有損于用戶要求的車的運(yùn)轉(zhuǎn)性能的狀態(tài)下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。
如上所述，通過推測催化劑的老化狀態(tài)，即使催化劑產(chǎn)生老化，也能夠進(jìn)行對應(yīng)于老化狀態(tài)的最佳的氫供給控制。
接著，對于切換對發(fā)動(dòng)機(jī)1供給的燃料的種類時(shí)的控制方法進(jìn)行說明。如圖10所示，對應(yīng)于向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給的燃料的種類，需要控制點(diǎn)火時(shí)間或空氣過剩率。例如，在將向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的燃料從模式1的富氫氣體切換成模式2的富氫氣體和介質(zhì)的混合燃料時(shí)，在從模式1或從模式2切換成模式3的介質(zhì)燃料時(shí)，為了降低空氣過剩率，需要控制節(jié)流閥4或吸氣閥22。此時(shí)，也可以控制EGR量。關(guān)于點(diǎn)火時(shí)間，為了成為MBT(MinimmumSpark Advance for Best Torque)而需要提前角化。此時(shí)，為了不使轉(zhuǎn)矩變動(dòng)，需要進(jìn)行控制以使供給的切換前和切換后的向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給的燃料的總發(fā)熱量沒有大幅度的變化。氫由于燃燒速度快(是汽油的大約8倍)，另外由于可能會稀薄燃燒(lean burn)(氫的最大空氣過剩率為10.5，汽油的最大空氣過剩率為1.4)，伴隨著向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給的燃料中的富氫氣體的比例減少，通過使點(diǎn)火時(shí)間提前角化，或減小空氣過剩率，能夠高效地運(yùn)轉(zhuǎn)。
接著，說明考慮排氣性能運(yùn)轉(zhuǎn)的方法。圖10的模式1的只是富氫氣體時(shí)，如圖11所示，在空氣過剩率在1.8以下時(shí)，NOx大量地排出。因此，在模式1時(shí)，空氣過剩率在1.8以上，更優(yōu)選的是在2以上運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，如果考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，則空氣過剩率的上限是5.0。另外，關(guān)于模式2、3，由于供給介質(zhì)，所以除了NOx以外還排出未燃的碳化氫或CO。如果凈化催化劑13使用三元催化劑則未燃的碳化氫或CO可被凈化，但此時(shí)，需要考慮圖12所示的凈化特性進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。即，關(guān)于模式2，由于供給富氫氣體和介質(zhì)這兩方，所以有可能稀薄燃燒，由于是圖11、圖12的特性，所以如果空氣過剩率在1.2～1.8的范圍運(yùn)轉(zhuǎn)則NOx在沒有被凈化的狀態(tài)下被排出。因此，在以模式2運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，希望空氣過剩率在0.95～1.05，優(yōu)選的是1.0或1.8～5.0來進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。關(guān)于模式3，希望空氣過剩率在0.95～1.05，優(yōu)選的是1.0來進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。
空氣過剩率的控制，如圖11所示，通過減小節(jié)流開度，能夠使空氣過剩率下降。另外，在將可變閥搭載于發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣閥的情況下，通過減小吸氣閥的開啟期間或提升量，能夠使空氣過剩率下降。
如上所述，通過根據(jù)向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給的燃料成本，來控制空氣過剩率，從而能夠在不依存于向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給的燃料成分的狀態(tài)下，維持高的排氣性能。
接著，對于三元催化劑13和氫供給裝置12在排氣管18的安裝位置進(jìn)行說明。氫供給裝置12，在從氫化介質(zhì)生成氫時(shí)，由于是吸熱反應(yīng)，所以與氫供給裝置12的入口排氣溫度相比，出口排氣溫度下降。另一方面，三元催化劑13，由于是發(fā)熱反應(yīng)，與三元催化劑入口溫度相比，出口溫度上升。如果考慮這些特征，則為了使氫供給裝置12、三元催化劑13這雙方的反應(yīng)率提高，三元催化劑13最好設(shè)置在氫供給裝置12的上游側(cè)(發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè))。另外，為了進(jìn)一步提高向汽車的搭載時(shí)的搭載性、雙方的反應(yīng)率，也可以是氫供給裝置12和三元催化劑13形成為一體的結(jié)構(gòu)。作為氫供給裝置12和三元催化劑13的一體化結(jié)構(gòu)，例如可以形成在圖2所示的氫供給裝置12的高熱傳導(dǎo)基板40的與催化劑層42的相反側(cè)的面上，配置了三元催化劑的結(jié)構(gòu)。另外，為了增加三元催化劑和排氣的接觸面積，可以按照三元催化劑/高熱傳導(dǎo)基材40/催化劑層42/氫分離膜38/墊片37/氫流路36/墊片37/催化劑層42/高熱傳導(dǎo)基材40/三元催化劑的順序，形成層疊了的構(gòu)造。
如上所述，通過配置氫供給裝置12和三元催化劑13，能夠?qū)崿F(xiàn)氫供給的效率化和排氣的凈化性能的提高。
接著，對于啟動(dòng)時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)方法，以凈化催化劑13使用了三元催化劑時(shí)為例進(jìn)行說明。如圖13所示，啟動(dòng)時(shí)，三元催化劑13是低溫，從啟動(dòng)開始隨著時(shí)間的推移，三元催化劑13的溫度上升。三元催化劑13在300℃以上被活性化。因此，直到三元催化劑13被活性化，具有規(guī)定的時(shí)間。在被活性化之前，如果向發(fā)動(dòng)機(jī)供給碳化氫系的介質(zhì)，則由于三元催化劑13沒有凈化排氣，所以排出未燃碳化氫和一氧化碳、NOx等。因此，直到三元催化劑13到達(dá)活性化溫度為止，需要盡量少量地對發(fā)動(dòng)機(jī)供給碳化氫系的介質(zhì)。即，以富氫氣體為主成分在發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，需要降低未然排氣的排出量。為了進(jìn)行上述控制，需要推測三元催化劑13的催化劑溫度。該推測機(jī)構(gòu)，例如根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)1的水溫、向發(fā)動(dòng)機(jī)1吸入的吸入空氣量、和車速，發(fā)動(dòng)機(jī)1開始啟動(dòng)，之后推測對三元催化劑13供給的熱量。進(jìn)而，還通過考慮從發(fā)動(dòng)機(jī)1停止了的時(shí)間到發(fā)動(dòng)機(jī)1的啟動(dòng)的時(shí)間，能夠推測三元催化劑13的溫度。也可以在三元催化劑13設(shè)置溫度檢測裝置，直接檢測出三元催化劑的溫度。
另外，由于為了進(jìn)行該控制，需要在啟動(dòng)時(shí)將富氫氣體供給到發(fā)動(dòng)機(jī)1，因此，需要在富氫氣體儲存裝置26儲存規(guī)定量的富氫氣體。一般地在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，較多地排出HC、CO。尤其在啟動(dòng)時(shí)，由于較多地噴射出需要量以上的燃料，所以在啟動(dòng)之后不久，大量地排出HC、CO。富氫氣體由于是氣體燃料，且能夠稀薄燃燒，因此，在啟動(dòng)時(shí)如果使用富氫氣體，則能夠以少量燃料啟動(dòng)，且可大幅度地降低HC、CO。因此，將至少為了啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)1需要量的富氫氣體儲存在富氫氣體儲存裝置26中是重要的。優(yōu)選的是，直到三元催化劑被活性化，將為了只用富氫氣體來運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)所需要量的富氫氣體儲存于富氫氣體儲存裝置26。在用戶表示出停止發(fā)動(dòng)機(jī)1的意思時(shí)，在通過控制裝置23接收了發(fā)動(dòng)機(jī)停止信號的情況下，通過氫壓力傳感器5或氫濃度傳感器6檢測判斷富氫氣體儲存裝置26內(nèi)的富氫氣體儲存量是否在規(guī)定量以上。在此，在沒有將發(fā)動(dòng)機(jī)1啟動(dòng)時(shí)需要量的富氫氣體儲存在富氫氣體儲存裝置26中時(shí)，在不停止發(fā)動(dòng)機(jī)1的狀態(tài)下，向氫供給裝置12供給氫化介質(zhì)，生成富氫氣體。此時(shí)，停止發(fā)動(dòng)機(jī)1，也可以從發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱以外向氫供給裝置12進(jìn)行熱供給，生成富氫氣體。
通過進(jìn)行這樣的控制，與只將介質(zhì)供給到發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)相比，不僅發(fā)動(dòng)機(jī)開始動(dòng)作時(shí)的排氣性能提高，而且由于發(fā)動(dòng)機(jī)開始動(dòng)作時(shí)的需要的燃料量減少，所以燃料利用率提高。
接著，說明使用了氫供給裝置12的高效率燃燒方法。圖14表示其結(jié)構(gòu)圖。與圖1的結(jié)構(gòu)圖的不同點(diǎn)在于，介質(zhì)的供給裝置3是能夠直接向發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室噴射的結(jié)構(gòu)。其他結(jié)構(gòu)與圖1相同，用同一符號表示。在本系統(tǒng)中，基本結(jié)構(gòu)是由氫供給裝置12生成的富氫氣體被直接噴射向吸氣管27。另外，也可以是由氫供給裝置12生成的富氫氣體直接噴射向發(fā)動(dòng)機(jī)缸內(nèi)的結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)是如下這樣的系統(tǒng)在噴射上述介質(zhì)之前向發(fā)動(dòng)機(jī)供給富氫氣體，且在活塞壓縮期間向缸內(nèi)直接噴射上述介質(zhì)，使上述介質(zhì)自燃燃燒。在通常的自壓縮著火燃燒中，壓縮比高，能夠進(jìn)行高效的燃燒，但由于燃燒擴(kuò)散，所以局部存在過濃的混合氣，在燃燒時(shí)生成黑煙。另外，燃燒溫度不均一，從高溫部生成NOx。本系統(tǒng)的特征是，在使介質(zhì)自壓縮著火燃燒前向發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)供給富氫氣體，因此，伴隨著介質(zhì)的自著火燃燒，氫引火并自然起火，使介質(zhì)的燃燒效率提高。由此，能夠降低黑煙的排出。這是因?yàn)?，與上述介質(zhì)相比，由于氫的可燃范圍大，且燃燒速度高，所以促進(jìn)了上述介質(zhì)的燃燒。另外，伴隨于此，EGR界限也可擴(kuò)大，燃燒溫度也可下降，NOx排出量也可降低。為了進(jìn)行上述這樣的燃燒方式，優(yōu)選介質(zhì)是萘烷這樣的氫生成量多且自著火性高的介質(zhì)。
接著，說明從氫供給裝置12生成的富氫氣體以及用分離裝置8分離了脫氫化介質(zhì)之后的富氫氣體的濃度對應(yīng)于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而變化時(shí)，考慮了該變化的運(yùn)轉(zhuǎn)方法。在富氫氣體儲存裝置26內(nèi)設(shè)置氫濃度傳感器6，檢測向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的氫濃度。通過這樣地檢測以及推測氫濃度，點(diǎn)火時(shí)間等發(fā)動(dòng)機(jī)的控制也可根據(jù)需要來進(jìn)行必要的變更。例如圖15所示，如果氫濃度高，最佳點(diǎn)火時(shí)間需要推遲。這是因?yàn)闅涞娜紵俣扰c汽油等碳化氫燃燒相比是它的7～8倍，所以隨著氫濃度變高，最佳點(diǎn)火時(shí)間推遲。因此，通過檢測以及推測氫濃度，對應(yīng)于此，控制點(diǎn)火時(shí)間的定時(shí)，能夠進(jìn)行低排氣、高效率的燃燒。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其具有氫供給裝置，該氫供給裝置搭載了化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)，并進(jìn)行從所述介質(zhì)生成或儲存富氫氣體，將所述富氫氣體作為燃料之一，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，具有檢測發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的檢測機(jī)構(gòu)；和根據(jù)所述檢測機(jī)構(gòu)的檢測結(jié)果，控制向所述氫供給裝置供給的所述介質(zhì)的供給量的介質(zhì)供給量控制機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，通過所述檢測機(jī)構(gòu)檢測出發(fā)動(dòng)機(jī)推測轉(zhuǎn)矩以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
3.一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其具有氫供給裝置，該氫供給裝置搭載了化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)，并進(jìn)行從所述介質(zhì)生成或儲存富氫氣體，將所述富氫氣體作為燃料之一，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，具有推測所述氫供給裝置內(nèi)的催化劑溫度的催化劑溫度推測機(jī)構(gòu)；和介質(zhì)供給量控制機(jī)構(gòu)或熱供給量控制機(jī)構(gòu)中的至少任一個(gè)，基于由所述催化劑溫度推測機(jī)構(gòu)推測的催化劑溫度，所述介質(zhì)供給量控制機(jī)構(gòu)控制向所述氫供給裝置供給的所述介質(zhì)的供給量，所述熱供給量控制機(jī)構(gòu)控制向所述氫供給裝置供給的熱供給量。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，在由所述催化劑溫度推測機(jī)構(gòu)推測的所述氫供給裝置內(nèi)的催化劑溫度低于規(guī)定溫度時(shí)，進(jìn)行如下之中的至少任一個(gè)的控制，即通過所述介質(zhì)供給量控制機(jī)構(gòu)，降低向所述氫供給裝置供給的所述介質(zhì)的供給量；通過所述熱供給量控制機(jī)構(gòu)，增加向所述氫供給裝置供給的熱供給量。
5.如權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，在由所述催化劑溫度推測機(jī)構(gòu)推測的所述氫供給裝置內(nèi)的催化劑溫度高于規(guī)定溫度時(shí)，進(jìn)行如下之中的至少任一個(gè)的控制，即通過所述介質(zhì)供給量控制機(jī)構(gòu)，增加向所述氫供給裝置供給的所述介質(zhì)的供給量；或通過所述熱供給量控制機(jī)構(gòu)，降低向所述氫供給裝置供給的熱供給量。
6.如權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，具有以下機(jī)構(gòu)的至少一個(gè)，這些機(jī)構(gòu)是控制向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的所述富氫氣體的供給量的富氫氣體供給量控制機(jī)構(gòu)；或控制向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的所述介質(zhì)的供給量的介質(zhì)供給量控制機(jī)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，通過所述熱供給量控制機(jī)構(gòu)向氫供給裝置供給的熱供給量，控制從發(fā)動(dòng)機(jī)排出的排氣的流量；發(fā)動(dòng)機(jī)具有的點(diǎn)火火花塞的點(diǎn)火時(shí)間；發(fā)動(dòng)機(jī)具有的排氣閥的開閉時(shí)間；從汽車上搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)以外的熱源供給的熱供給量；或在所述氫供給裝置設(shè)置的加熱裝置的加熱量之中的至少任一個(gè)。
8.如權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，具有儲存所述富氫氣體的儲存裝置；和檢測在所述儲存裝置儲存的所述富氫氣體的儲存量的儲存量檢測機(jī)構(gòu)或檢測儲存的所述富氫氣體的濃度的濃度檢測機(jī)構(gòu)的至少一個(gè)的檢測機(jī)構(gòu)，根據(jù)所述檢測機(jī)構(gòu)的檢測結(jié)果，進(jìn)行以下之中的至少任一個(gè)的控制，即通過所述富氫氣體供給量控制機(jī)構(gòu)，控制向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的所述富氫氣體的供給量；通過所述介質(zhì)供給量控制機(jī)構(gòu)，控制向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的所述介質(zhì)的供給量。
9.一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)；其具有從化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)生成富氫氣體的氫供給裝置、和分離由所述氫供給裝置生成的富氫氣體以及脫氫化介質(zhì)的混合體的分離裝置，將由所述分離裝置分離了的所述富氫氣體作為燃料之一，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，具有富氫氣體濃度檢測機(jī)構(gòu)，其檢測由所述分離裝置分離了的富氫氣體的濃度；和點(diǎn)火時(shí)間控制機(jī)構(gòu)，其基于由所述富氫氣體濃度檢測機(jī)構(gòu)檢測出的富氫氣體濃度，控制發(fā)動(dòng)機(jī)具有的點(diǎn)火火花塞的點(diǎn)火時(shí)間。
10.一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其具有氫供給裝置，該氫供給裝置搭載了化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)，并進(jìn)行從所述介質(zhì)生成或儲存富氫氣體，將所述富氫氣體作為燃料之一，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管設(shè)置所述氫供給裝置，所述發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有溫度檢測裝置，其被配置在所述氫供給裝置的排氣上游側(cè)；溫度檢測裝置，其被配置在所述氫供給裝置的排氣下游側(cè)；以及催化劑老化判斷機(jī)構(gòu)，通過由所述排氣上游側(cè)以及下游側(cè)的溫度檢測裝置檢測出的溫度差，判定所述氫供給裝置內(nèi)的催化劑的老化狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，所述催化劑老化判斷機(jī)構(gòu)，基于規(guī)定的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以及規(guī)定量的所述富氫氣體生成時(shí)的所述排氣上游側(cè)以及下游側(cè)的溫度差，判定催化劑的老化狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求10所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，具有在由所述催化劑老化判斷機(jī)構(gòu)判定的催化劑的老化狀態(tài)在規(guī)定值以上的情況下，向用戶發(fā)出警告的機(jī)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求10所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，具有介質(zhì)供給量控制機(jī)構(gòu)，其基于由所述催化劑老化判斷機(jī)構(gòu)判定的催化劑的老化狀態(tài)，控制向所述氫供給裝置供給的所述介質(zhì)的供給量。
14.一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其具有從化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)生成富氫氣體的氫供給裝置、和用于凈化排氣的三元催化劑，將所述富氫氣體以及所述介質(zhì)作為燃料之一，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，具有點(diǎn)火時(shí)間控制機(jī)構(gòu)和空氣過剩率控制機(jī)構(gòu)，根據(jù)向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的所述介質(zhì)和所述富氫氣體的供給量的比例，所述點(diǎn)火時(shí)間控制機(jī)構(gòu)控制發(fā)動(dòng)機(jī)具有的點(diǎn)火火花塞的點(diǎn)火時(shí)間，所述空氣過剩率控制機(jī)構(gòu)控制向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的混合氣的空氣過剩率，通過所述空氣過剩率控制機(jī)構(gòu)，將空氣過剩率控制在0.95～1.05或1.8～5.0的范圍。
15.如權(quán)利要求14所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，通過所述空氣過剩率控制機(jī)構(gòu)，在向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的燃料是單獨(dú)的所述介質(zhì)的情況下，將空氣過剩率控制在0.95～1.05的范圍，在向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的燃料是所述富氫氣體以及所述介質(zhì)的情況下，將空氣過剩率控制在0.95～1.05或1.8～5.0的范圍，在向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的燃料是單獨(dú)的所述富氫氣體的情況下，將空氣過剩率控制在1.8～5.0的范圍。
16.一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其具有氫供給裝置，該氫供給裝置搭載了化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)，并進(jìn)行從所述介質(zhì)生成或儲存富氫氣體，將所述富氫氣體作為燃料之一，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管配備所述氫供給裝置和用于凈化發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的凈化催化劑，在比所述氫供給裝置更靠近發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)設(shè)置有所述凈化催化劑，或者使所述氫供給裝置和所述凈化催化劑成為一體。
17.如權(quán)利要求16所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，具有推測所述凈化催化劑的催化劑溫度的催化劑溫度推測機(jī)構(gòu)，并具有控制裝置，其在基于所述催化劑溫度推測機(jī)構(gòu)推測的催化劑溫度在規(guī)定值以下時(shí)，進(jìn)行禁止向發(fā)動(dòng)機(jī)供給所述介質(zhì)的控制、或進(jìn)行降低向發(fā)動(dòng)機(jī)供給的所述介質(zhì)的供給量的控制。
18.如權(quán)利要求17所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，通過所述控制裝置，在發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)只供給所述富氫氣體作為所述燃料。
19.如權(quán)利要求16所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，具有儲存量檢測機(jī)構(gòu)，其檢測在儲存裝置儲存的所述富氫氣體的儲存量；富氫氣體儲存量判斷機(jī)構(gòu)，其在接收了發(fā)動(dòng)機(jī)停止信號時(shí)，判斷由所述儲存量檢測機(jī)構(gòu)檢測出的所述富氫氣體的儲存量是否在規(guī)定值的范圍；以及介質(zhì)供給機(jī)構(gòu)，其在通過所述富氫氣體儲存量判斷機(jī)構(gòu)判斷為所述富氫氣體的儲存量在規(guī)定值以下的情況下，向所述氫供給裝置供給所述介質(zhì)。
20.一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其具有氫供給裝置，該氫供給裝置搭載了化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)，并進(jìn)行從所述介質(zhì)生成或儲存富氫氣體，將所述富氫氣體作為燃料之一，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，具有富氫氣體供給裝置，其將所述富氫氣體作為燃料供給到發(fā)動(dòng)機(jī)；介質(zhì)燃料供給裝置，其向汽缸內(nèi)直接供給包含所述介質(zhì)的成分；以及燃料供給時(shí)刻控制機(jī)構(gòu)，其在將所述富氫氣體供給到發(fā)動(dòng)機(jī)之后，在活塞壓縮期間向汽缸內(nèi)供給包含所述介質(zhì)的成分，并使其自著火燃燒。
全文摘要
目的是提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，在將由化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)生成的富氫氣體作為一種燃料來驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，能夠從介質(zhì)高效地生成富氫氣體。該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)具有氫供給裝置，該氫供給裝置搭載了化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的儲存和釋放的介質(zhì)，并進(jìn)行從所述介質(zhì)生成或儲存富氫氣體，將所述富氫氣體作為燃料之一，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，具有檢測發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的檢測部；和根據(jù)所述檢測部的檢測結(jié)果，控制向所述氫供給裝置供給的所述介質(zhì)的供給量的介質(zhì)供給量控制機(jī)構(gòu)。
文檔編號F02M27/02GK101033719SQ200710004709
公開日2007年9月12日 申請日期2007年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者島田敦史, 石川敬郎, 板橋武之, 兼元大 申請人:株式會社日立制作所