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JP4333656B2 - Internal combustion engine using hydrogen - Google Patents
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Description

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。   The present invention relates to a hydrogen-based internal combustion engine that can use hydrocarbon-based liquid fuel and hydrogen gas as fuel.

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。   Conventionally, an internal combustion engine (hydrogen-use internal combustion engine) that uses hydrogen gas as a fuel together with liquid fuel such as gasoline is known. Hydrogen gas has characteristics that are excellent in combustibility compared with liquid fuel. For this reason, when the load is low, the lean burn region of the internal combustion engine can be expanded by adding hydrogen gas to the liquid fuel, and remarkable effects such as improvement of fuel consumption and reduction of NOx emission amount can be obtained. On the other hand, at high loads, knocking can be suppressed by adding hydrogen gas to the liquid fuel, and the output can be improved and the acceleration performance of the vehicle can be maintained.

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。
特開2003−293809号公報 特開2004−100501号公報
One example of such a hydrogen-utilizing internal combustion engine is described in Patent Document 1. The internal combustion engine using hydrogen described in Patent Document 1 connects an injection valve that injects liquid fuel and a hydrogen tank via a hydrogen conduit so that liquid fuel and hydrogen gas can be injected simultaneously from one injection valve. Yes.
JP 2003-293809 A JP 2004-100501 A

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。   The conventional hydrogen-utilized internal combustion engine uses a hydrogen tank as means for storing hydrogen gas. However, hydrogen gas, which is a gaseous fuel, is inferior in mounting efficiency when mounted on a vehicle as compared with liquid fuel such as gasoline. For this reason, in recent years, it has been proposed to store hydrogen gas in a liquid (liquid hydrogen compound) state with high mounting efficiency by generating hydrogen gas from the liquid hydrogen compound on the vehicle.

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。   As a method for generating hydrogen gas from a liquid hydrogen compound, in addition to electrolysis, decomposition by low-temperature plasma (see JP-A-2001-335302), reduction with a highly active metal (JP-A-2004-123517, Various methods have been proposed, such as Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-212501.

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。   However, no matter which method is used, it takes a certain amount of time for the generated hydrogen gas to reach the injection valve. For this reason, when it is desired to inject hydrogen gas immediately after the start of the internal combustion engine, it is necessary to store hydrogen gas for use immediately after the start. A tank is conceivable as a means for storing hydrogen gas, but it is desirable to avoid storing hydrogen gas in the tank as much as possible in consideration of the ability to be mounted on a vehicle.

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。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and can add and inject hydrogen gas to liquid fuel immediately after starting the internal combustion engine without requiring a tank for storing hydrogen gas. An object of the present invention is to provide a hydrogen-utilized internal combustion engine.

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。
In order to achieve the above object, a first invention provides a hydrogen-based internal combustion engine capable of using hydrocarbon liquid fuel and hydrogen gas as fuels.
A fuel injection device for injecting liquid fuel; and
A fuel tank for storing liquid fuel;
Hydrogen generating means for generating hydrogen gas from a liquid hydrogen compound;
Hydrogen mixing means for mixing hydrogen gas generated by the hydrogen generating means with liquid fuel supplied from the fuel tank to the fuel injection device;
A circulation means for circulating liquid fuel between the fuel injection device and the hydrogen mixing means;
When starting or predicting the start of the internal combustion engine, prior to the start of fuel injection by the fuel injection device, the hydrogen generating means is operated to generate hydrogen gas while operating the circulating means to circulate liquid fuel. A control means for operating the hydrogen mixing means to mix the produced hydrogen gas with the liquid fuel;
It is characterized by having.

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。
According to a second invention, in the first invention,
The hydrogen mixing means includes means for generating hydrogen gas fine bubbles, and the hydrogen gas fine bubbles are mixed with the liquid fuel.

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。   According to the first invention, the hydrogen gas is generated from the liquid hydrogen compound prior to the start of fuel injection, and the generated hydrogen gas is mixed with the circulating liquid fuel. Can be supplied from the first fuel injection. Furthermore, the generation of hydrogen gas is performed after the start operation of the internal combustion engine is detected or after the start is predicted, and the generated hydrogen gas is stored in the circulating liquid fuel. Tanks that can be stored in a state can be eliminated.

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。   According to the second aspect of the invention, the hydrogen gas is made into fine bubbles and mixed with the liquid fuel, whereby the dissolution of the hydrogen gas into the liquid fuel can be promoted, and the liquid fuel with a high hydrogen gas addition ratio is supplied. It becomes possible.

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。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

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。   FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of a hydrogen-utilized internal combustion engine (hereinafter simply referred to as an engine) as Embodiment 1 of the present invention. The engine of the present embodiment has an engine body 2 composed of a plurality of cylinders (only one cylinder is shown in FIG. 1). The engine body 2 has a piston 8 for each cylinder, and a combustion chamber 10 that repeats expansion and contraction by the vertical movement of the piston 8 is formed inside each cylinder. An intake passage 4 for supplying air to the combustion chamber 10 of each cylinder and an exhaust passage 6 for discharging combustion gas from the combustion chamber 10 are connected to the engine body 2. A catalyst (for example, NOx catalyst) 20 for purifying combustion gas is disposed in the exhaust passage 6.

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。   In the engine body 2, an intake valve 12 for controlling the communication state is provided at the connection portion between the intake passage 4 and the combustion chamber 10, and the communication state is provided at the connection portion between the exhaust passage 6 and the combustion chamber 10. An exhaust valve 14 to be controlled is provided. The combustion chamber 10 is provided with an in-cylinder injector 18 that directly injects fuel into the combustion chamber 10 and an ignition plug 16 that ignites the mixed gas therein.

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。   The in-cylinder injector 18 is connected to the fuel tank 30 by a fuel supply line 36. The fuel tank 30 stores gasoline, which is a hydrocarbon-based liquid fuel. The liquid fuel in the fuel tank 30 is sucked up by a fuel pump (high pressure pump) 32 disposed in the fuel supply line 36 and compressed to a predetermined pressure higher than the combustion gas pressure in the combustion chamber 10 before the in-cylinder injector 18. Supplied to. The fuel pump 32 may be a mechanical pump driven by the engine body 2 or an electric pump driven by a motor.

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。   A flow path switching valve 54 is disposed upstream of the fuel pump 32 in the fuel supply line 36. The flow path switching valve 54 is a three-way valve having one outlet port and two inlet ports, and the downstream side of the fuel supply line 36 (the fuel pump 32 side) is connected to the outlet port. The upstream side (fuel inlet side) of the fuel supply line 36 is connected to the fuel supply line 36. A fuel circulation line 38 is connected to the other inlet port of the flow path switching valve 54. The fuel circulation line 38 is arranged in parallel with the fuel supply line 36, and the other end thereof is in the vicinity of the in-cylinder injector 18 in the fuel supply line 36. Specifically, the liquid fuel is supplied to the in-cylinder injector 18 of each cylinder. Is connected to a delivery pipe 36a for distributing to

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。   The inlet port of the flow path switching valve 54 is normally set on the upstream side of the fuel supply line 36. In this case, as described above, the liquid pump is sucked up from the fuel tank 30 by the operation of the fuel pump 32 and the pressurized liquid fuel is supplied to the in-cylinder injector 18. On the other hand, when the inlet port of the flow path switching valve 54 is switched to the fuel circulation line 38, a liquid fuel circulation system including the fuel supply line 36 and the fuel circulation line 38 is formed. In this case, the liquid fuel can be circulated in a high pressure state by stopping the fuel injection of the in-cylinder injector 18 and operating the fuel pump 32. The fuel pump 32 and the flow path switching valve 54 constitute a circulation means for circulating the liquid fuel in the circulation system.

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。   A microbubble generator 52 for mixing hydrogen gas, which is the other fuel, with the liquid fuel is disposed downstream of the fuel pump 32 in the fuel supply line 36. The microbubble generator 52 converts hydrogen gas into fine bubbles (referred to as microbubbles) having a diameter of several tens of μm or less and mixes them with the liquid fuel in the fuel supply line 36. By making hydrogen gas into microbubbles by the microbubble generator 52 and mixing it with liquid fuel, the hydrogen gas can be uniformly mixed in the liquid fuel, and the dissolution of hydrogen gas into the liquid fuel can be promoted. Can do. The method for generating microbubbles by the microbubble generator 52 is not limited as long as hydrogen gas can be converted into microbubbles in the liquid fuel. The microbubble generation method listed below is an example of a method that can be employed in the microbubble generator 52 of the present embodiment.

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。   First, a first example of a microbubble generation method is a method in which hydrogen gas is blown into a vigorous flow of liquid fuel, and the hydrogen gas is pulverized by a strong shearing force generated there.

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。   The second example of the microbubble generation method is a method of generating cavitation by increasing the flow rate of the liquid fuel from a state in which hydrogen gas is pressurized and dissolved in the liquid fuel more.

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。   And the 3rd example of the generation method of a microbubble is a method which vibrates and splits the bubble of hydrogen gas in liquid fuel by giving an ultrasonic wave.

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。   The hydrogen gas mixed with the liquid fuel by the microbubble generator 52 is supplied from the hydrogen generator 50 through the hydrogen gas supply line 46. The hydrogen generator 50 is an apparatus that can immediately generate hydrogen gas from a liquid hydrogen compound. As the liquid hydrogen compound, water, alcohol, gasoline, light oil or the like can be used. In this embodiment, water is used as the liquid hydrogen compound. As a method for generating hydrogen gas by the hydrogen generator 50, a method exemplified below can be adopted.

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。   First, a first example of a hydrogen generation method is a method of electrolyzing water by applying a counter electromotive force to a fuel cell.

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。   A second example of the hydrogen generation method is a method of decomposing a liquid hydrogen compound with low-temperature plasma. Specifically, hydrogen gas can be generated by performing direct current pulse discharge on the liquid hydrogen compound.

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。   A third example of the hydrogen generation method is a method of reducing water with a highly active metal. For example, by rubbing aluminum or an aluminum alloy in pure water, the corrosion reaction of water against the metal can be accelerated, water molecules can be decomposed, and pure hydrogen gas can be generated. Pure hydrogen gas can also be generated by supplying water to the powder of magnesium hydride or magnesium hydride alloy. Furthermore, pure hydrogen gas can be generated along with oxidation of metallic iron by reacting water vapor with metallic iron obtained by reducing iron oxide.

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。   Any of the above methods can immediately generate hydrogen gas from a liquid hydrogen compound such as water as needed. In particular, according to the method of the third example, only pure hydrogen gas can be generated. In addition, since any of the above methods can generate hydrogen gas at a relatively low temperature or room temperature, more hydrogen gas can be dissolved in the liquid fuel when the microbubble generator 52 mixes with the liquid fuel. There is also an advantage of being able to.

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。   By generating the hydrogen gas with the hydrogen generator 50, the hydrogen gas can be stored in a liquid state. Thereby, compared with the case where hydrogen gas is stored in a gas state in a pressure tank or the like, not only the handling is facilitated, but also high mounting efficiency can be realized. In the present embodiment, water used for generating hydrogen gas in the hydrogen generator 50 is supplied from the water tank 40 via the water supply line 44. The water supply line 44 is provided with a water pump 42 for sucking water from the water tank 40 and supplying it to the hydrogen generator 50.

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。   The engine of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 60 as its control device. Various devices such as the ignition plug 16, the in-cylinder injector 18, the fuel pump 32, the water pump 42, the microbubble generator 52, the hydrogen generator 50, and the flow path switching valve 54 are connected to the output side of the ECU 60. Yes. On the input side of the ECU 60, there is an operating state measuring device 62 that acquires information relating to the operating state of the engine body 2 (accelerator opening, vehicle speed, engine speed, air-fuel ratio, water temperature, knock signal, etc.), and a driver's seat door. Various sensors such as a door switch 64 that detects opening are connected. The ECU 60 controls each device according to a predetermined control program based on the output of each sensor.

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。   With the system configuration as described above, according to the engine of the present embodiment, when it is necessary to add hydrogen gas to the liquid fuel, the hydrogen generator 50 immediately generates hydrogen gas from water, and the generated hydrogen gas Can be microbubbled and mixed with liquid fuel. The routine shown in the flowchart of FIG. 2 is a routine for hydrogenation control at the time of engine start, which is executed by the ECU 60 in the present embodiment. Hereinafter, the specific content of the hydrogen addition control executed at the time of engine start will be described along the flowchart of FIG. Note that the routine shown in FIG. 2 is periodically executed for each predetermined crank angle.

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。   In the first step S100 of the routine shown in FIG. 2, it is determined from the signal of the door switch 64 whether the driver's seat door has been opened. When the driver's seat door opens, the signal of the door switch 64 switches from off to on. It is estimated that the driver's intention to start the engine body 2 is opened by opening the door of the driver's seat. That is, the start of the engine body 2 is predicted. While the driver's seat door is closed, the processing in the subsequent steps is not performed, and only the determination in step S100 is repeatedly executed.

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)。   When the door of the driver's seat is opened, that is, when the start of the engine body 2 is predicted, the determination in step S102 is executed. In step S102, it is determined whether or not an execution condition for hydrogenation at the time of engine start is satisfied. The execution conditions of hydrogen addition at the time of engine start include, for example, that the cooling water temperature is lower than the reference temperature, the atmospheric state is in a state where misfire is easily caused during low load operation, or the inside of the fuel tank 30 The property of the liquid fuel is a property of fuel that easily misfires. When the hydrogenation execution condition is not satisfied, the hydrogen generation process in the hydrogen generator 50 is not executed (step S122), and the microbubble generation process by the microbubble generator 52 is not executed (step S124).

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。   If the execution condition for hydrogenation is satisfied, hydrogen gas is added to the liquid fuel by the processing after step S104. First, in step S104, a hydrogen addition ratio required at the time of starting the engine is obtained from a map stored in advance. The hydrogen addition ratio can be defined, for example, as the ratio of the calorific value of hydrogen gas to the total calorific value of the entire fuel including liquid fuel and hydrogen gas. In the next step S106, the required hydrogen production amount (necessary production amount of hydrogen gas) is calculated from the flow rate of liquid fuel (discharge flow rate of the hydraulic pump 32) and the required hydrogen addition ratio when the liquid fuel is circulated in the circulation system. ) Is required.

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。   In step S108, pressurization of the liquid fuel is started by the operation of the fuel pump 32, and the inlet port of the flow path switching valve 54 is switched to the fuel circulation line 38. Thus, the high-pressure liquid fuel pressurized by the fuel pump 32 returns to the fuel supply line 36 again through the fuel circulation line 38 and circulates in the liquid fuel circulation system including the fuel supply line 36 and the fuel circulation line 38. To do. The discharge flow rate of the fuel pump 32 at this time is set to a predetermined circulation flow rate.

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。   In step S <b> 110, a hydrogen generation process corresponding to the required hydrogen generation amount is executed by the operation of the water pump 42 and the hydrogen generator 50. In the next step S112, the hydrogen gas generated by the hydrogen generator 50 is microbubbled by the microbubble generator 52, and the microbubbled hydrogen gas is mixed with the liquid fuel circulating in the circulation system. The In this way, by circulating the liquid fuel, and hydrogen gas is microbubbled and mixed with the circulating liquid fuel, the hydrogen gas generated before starting the engine body 2 can be stored in the liquid fuel. .

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)。   After the hydrogen gas is added to the liquid fuel by the processes in steps S104 to S112, the determination in step S114 is performed. In step S114, it is determined whether or not there is a request for starting the engine body 2. When a start switch such as an ignition switch is switched from OFF to ON, it can be determined that a start request has been made. If there is a start request, engine start control for starting the engine body 2 such as cranking by a starter is executed (step S116).

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。   After the engine start control is executed, it is determined in step S118 whether or not the start of the engine body 2 has been completed. For example, when the engine speed increases to a predetermined reference speed, it can be determined that the start is completed. Until the start of the engine body 2 is completed, the switching operation of the flow path switching valve 54 is not performed unless the fuel pressure falls below a predetermined value, and the circulation of the liquid fuel in the circulation system is continued.

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。   When the start of the engine body 2 is completed, the process of step S120 is executed. In step S120, the circulation of the liquid fuel is stopped by the switching operation of the flow path switching valve 54 and returned to the normal fuel supply system that supplies fuel from the fuel tank 30 to the in-cylinder injector 18. At this time, since the required amount of hydrogen gas is already added to the liquid fuel in the fuel supply line 36, the liquid fuel in which the hydrogen gas is sufficiently mixed can be injected immediately after the start of fuel injection. it can.

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。   According to the hydrogen addition control routine described above, hydrogen injection is generated by the hydrogen generator 50 prior to the start of the engine body 2, and the generated hydrogen gas is mixed with the circulated liquid fuel to start fuel injection. Sometimes liquid fuel with added hydrogen gas can be supplied from the first fuel injection. In addition, since the hydrogen gas is microbubbled and mixed with the liquid fuel, the dissolution of the hydrogen gas into the liquid fuel can be promoted, and the liquid fuel with a high hydrogen gas addition ratio can be supplied. Therefore, according to the engine of the present embodiment, stable combustion can be realized by adding hydrogen gas immediately after the engine main body 2 is started, and the air-fuel ratio can be made lean and the ignition timing can be greatly retarded. Thus, the catalyst 20 can be quickly heated.

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。   Furthermore, according to the hydrogen addition control routine described above, hydrogen gas is generated from water when the start of the engine body 2 is predicted, and the generated hydrogen gas is stored as microbubbles in the circulating liquid fuel. . Therefore, in the engine of this embodiment, a tank for storing hydrogen gas in a gas state can be eliminated, and the manufacturing cost can be reduced correspondingly, and the mounting property to the vehicle is improved.

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。   In the present embodiment, the “control means” according to the first aspect of the present invention is realized by the ECU 60 executing the hydrogen addition control routine.

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。
Embodiment 2. FIG.
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

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。   FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a hybrid vehicle drive system to which the hydrogen-utilized internal combustion engine of the present invention is applied. The hybrid vehicle drive system according to the present embodiment includes an engine having the system configuration according to the first embodiment (the engine shown in FIG. 1) as the power unit. In FIG. 3, the same elements as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

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。   This drive system includes a motor 72 as another power unit. In addition, a generator 76 that generates electric power upon receiving a driving force is also provided. The engine body 2, the motor 72, and the generator 76 are connected to each other via a power split mechanism 70. A reduction gear 74 is connected to the rotating shaft of the motor 72 connected to the power split mechanism 70. The speed reducer 74 connects the rotation shaft of the motor 72 and the drive shaft 90 connected to the drive wheels 92. The power split mechanism 70 is a device that splits the driving force of the engine body 2 into the generator 76 side and the speed reducer 74 side. The distribution of the driving force by the power split mechanism 70 can be arbitrarily changed.

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。   The drive system further includes an inverter 78, a converter 80, and a high voltage battery 82. Inverter 78 is connected to generator 76 and motor 72, and is also connected to high voltage battery 82 via converter 80. The electric power generated by the generator 76 can be supplied to the motor 72 via the inverter 78, or the high voltage battery 82 can be charged via the inverter 78 and the converter 80. Further, the electric power charged in the high voltage battery 82 can be supplied to the motor 72 via the converter 80 and the inverter 78.

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。   According to this drive system, the motor 72 can be stopped and the driving wheel 92 can be rotated only by the driving force of the engine body 2, and conversely, the engine body 2 is stopped and driven only by the driving force of the motor 72. The ring 92 can also be rotated. It is also possible to operate both the motor 72 and the engine main body 2 and rotate the driving wheels 92 by both driving forces. Further, according to this drive system, the motor 72 can also function as a starter of the engine body 2. That is, when the engine body 2 is started, the engine body 2 can be cranked by inputting a part or all of the driving force of the motor 72 to the engine body 2 via the power split mechanism 70. Further, the stopped engine body 2 can be forcibly rotated as necessary regardless of the start of the engine body 2.

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。   The drive system of this embodiment is controlled by the ECU 60. The ECU 60 comprehensively controls not only the engine system including the engine body 2 but also the entire drive system including the motor 72, the generator 76, the power split mechanism 70, the inverter 78, the converter 80, and the like. FIG. 4 is a flowchart showing a routine for hydrogenation control executed by the ECU 60 in the present embodiment. This routine also includes engine start control for starting the engine body 2 during traveling by the motor 72. Hereinafter, the specific contents of the hydrogenation control in the hybrid vehicle will be described with reference to the flowchart of FIG. Note that the routine shown in FIG. 4 is periodically executed for each predetermined crank angle.

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)。   In the first step S200 of the routine shown in FIG. 4, it is determined whether or not an execution condition for hydrogenation is satisfied. If the engine main body 2 has not yet started at the present time, the coolant temperature is below the reference temperature, the atmospheric condition is likely to be misfired during low-load operation, or the fuel tank 30 It is determined as an execution condition for hydrogenation that the liquid fuel in the tank is easily misfired. On the other hand, when the engine main body 2 has already started at the present time, the engine main body 2 is further operated in an operation region where knocking may occur, or is operated in an operation region where combustion fluctuations may occur. It is also determined as an execution condition for hydrogenation. When the hydrogenation execution condition is not satisfied, the hydrogen generation process in the hydrogen generator 50 is not executed (step S224), and the microbubble generation process by the microbubble generator 52 is not executed (step S226).

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。   If the execution conditions for hydrogenation are satisfied, hydrogen gas is added to the liquid fuel by the processing after step S202. First, in step S202, a required hydrogen addition ratio corresponding to the operating state of the engine body 2 is obtained from a map stored in advance. If the engine body 2 has not yet been started at the present time, the required hydrogen addition rate is the hydrogen addition rate required at the time of engine startup. On the other hand, when the engine body 2 has already been started at the present time, the required hydrogen addition rate is the hydrogen addition rate required from the accelerator opening, the engine speed, and the like.

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。   In step S204, a required hydrogen production amount corresponding to the required hydrogen addition rate is obtained. If the engine main body 2 has not yet started at the present time, the required hydrogen generation amount is determined by the flow rate of liquid fuel (discharge flow rate of the hydraulic pump 32) and the required hydrogen addition ratio when the liquid fuel is circulated in the circulation system. Is calculated from On the other hand, when the engine main body 2 has already been started at the present time, the required hydrogen generation amount is calculated from the required hydrogen addition rate, the required load of the engine main body 2, the calorific value per unit amount of hydrogen gas, and the like. .

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。   In the next step S206, it is determined whether or not the engine start request flag is on. The engine start request flag is switched from off to on when the ECU 60 determines that the engine body 2 needs to be started. The engine start request flag is switched from ON to OFF again when the start of the engine body 2 is completed.

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。   When the engine start request flag is on, hydrogen addition control at the time of engine start is executed by the processing of steps S212 to S222. First, in step S212, pressurization of the liquid fuel is started by the operation of the fuel pump 32, and the inlet port of the flow path switching valve 54 is switched to the fuel circulation line 38. Thus, the high-pressure liquid fuel pressurized by the fuel pump 32 returns to the fuel supply line 36 again through the fuel circulation line 38 and circulates in the liquid fuel circulation system including the fuel supply line 36 and the fuel circulation line 38. To do. The discharge flow rate of the fuel pump 32 at this time is set to a predetermined circulation flow rate.

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。   In step S214, a hydrogen generation process corresponding to the required hydrogen generation amount is executed by the operation of the water pump 42 and the hydrogen generator 50. In the next step S216, the hydrogen gas generated by the hydrogen generator 50 is microbubbled by the microbubble generator 52, and the microbubbled hydrogen gas is mixed with the liquid fuel circulating in the circulation system. The In this way, by circulating the liquid fuel, and hydrogen gas is microbubbled and mixed with the circulating liquid fuel, the hydrogen gas generated before starting the engine body 2 can be stored in the liquid fuel. .

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。   After the hydrogen gas is added to the liquid fuel by the processes in steps S212 to S216, engine start control for starting the engine body 2 is executed (step S218). In the engine start control, part or all of the driving force of the motor 72 is input to the engine body 2 via the power split mechanism 70 by the operation of the power split mechanism 70. Thereby, the engine main body 2 is cranked by the driving force of the motor 72, and then the hydrogen added fuel is injected from the in-cylinder injector 18, whereby the engine main body 2 is started.

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。   After the engine start control is executed, it is determined in step S220 whether or not the engine main body 2 has been started. For example, when the engine speed increases to a predetermined reference speed, it can be determined that the start is completed. Until the start of the engine body 2 is completed, the switching operation of the flow path switching valve 54 is not performed unless the fuel pressure falls below a predetermined value, and the circulation of the liquid fuel in the circulation system is continued.

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。   When the start of the engine body 2 is completed, the process of step S222 is executed. In step S222, the circulation of the liquid fuel is stopped by the switching operation of the flow path switching valve 54 and returned to the normal fuel supply system that supplies fuel from the fuel tank 30 to the in-cylinder injector 18. At this time, since the required amount of hydrogen gas is already added to the liquid fuel in the fuel supply line 36, the liquid fuel in which the hydrogen gas is sufficiently mixed can be injected immediately after the start of fuel injection. it can.

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。   When the start of the engine body 2 is completed, the engine start request flag is switched from on to off. As a result, the determination result in step S206 is No at the next execution of this routine. In this case, hydrogen addition control during engine operation is executed by the processing of steps S208 and S210. First, in step S208, a hydrogen generation process corresponding to the required hydrogen generation amount is executed by the operation of the hydrogen generator 50. The hydrogen gas generated by the hydrogen generator 50 is microbubbled by the microbubble generator 52 and mixed with the liquid fuel (step S210). By supplying the liquid fuel mixed with hydrogen gas to the engine body 2, during high load operation, knocking is quickly suppressed and high-efficiency operation such as advance of ignition timing becomes possible. Further, during low load operation, it is possible to quickly suppress misfires and combustion fluctuations and expand the lean burn region.

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。   According to the hydrogen addition control routine described above, during traveling by the motor 72, hydrogen gas is generated by the hydrogen generator 50 prior to starting the engine body 2, and the generated hydrogen gas is mixed with the circulating liquid fuel. Thus, at the start of fuel injection, liquid fuel to which hydrogen gas has been added can be supplied from the first fuel injection. In addition, since the hydrogen gas is microbubbled and mixed with the liquid fuel, the dissolution of the hydrogen gas into the liquid fuel can be promoted, and the liquid fuel with a high hydrogen gas addition ratio can be supplied. Therefore, according to the hybrid vehicle drive system of the present embodiment, stable combustion can be realized by adding hydrogen gas immediately after the engine body 2 is started, and the air-fuel ratio can be greatly reduced and the ignition timing can be greatly increased. Thus, the catalyst 20 can be raised in temperature early by slowing down.

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。   Furthermore, according to the hydrogen addition control routine described above, hydrogen gas is generated from water immediately before the engine main body 2 is started, and the generated hydrogen gas is stored as microbubbles in the circulating liquid fuel. Therefore, the hybrid vehicle drive system of the present embodiment does not require a tank for storing hydrogen gas in a gaseous state, and accordingly, the manufacturing cost can be reduced, and the mountability to the vehicle is improved. .

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。   In the present embodiment, the “control device” according to the first aspect of the present invention is realized by the ECU 60 executing the above hydrogenation control routine.

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。
Others.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the following modifications may be made.

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。   The engine shown in FIG. 1 includes the in-cylinder injector 18 that directly injects fuel into the combustion chamber 10 as a fuel injection device, but may be a port injector that injects fuel into the intake port. Moreover, although the engine shown in FIG. 1 is comprised as a gasoline engine which uses gasoline as a fuel, this invention is applicable also to the diesel engine which uses light oil as a fuel.

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。   In the configuration of FIG. 3, the hybrid vehicle is configured to be able to travel by both the engine main body 2 and the motor 72, but the hybrid vehicle only needs to be capable of traveling by at least the motor 72 in applying the present invention. That is, the engine body 2 may be dedicated to power generation.

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。It is a figure which shows the system configuration | structure of the hydrogen utilization internal combustion engine as Embodiment 1 of this invention. 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。It is a flowchart shown about the routine of hydrogenation control performed in Embodiment 1 of this invention. 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。It is a figure which shows the structure of the drive system of the hybrid vehicle to which the hydrogen utilization internal combustion engine of this invention was applied. 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。It is a flowchart shown about the routine of hydrogenation control performed in Embodiment 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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
2 Engine body 4 Intake passage 6 Exhaust passage 10 Combustion chamber 18 In-cylinder injector 20 Catalyst 30 Fuel tank 32 Fuel pump 36 Fuel supply line 36a Delivery pipe 38 Fuel circulation line 40 Water tank 42 Water pump 44 Water supply line 46 Hydrogen gas supply line 50 Hydrogen generator 52 Micro bubble generator 54 Flow path switching valve 60 ECU
62 Operating state measuring device 64 Door switch 70 Power split mechanism 72 Motor 74 Reducer 76 Generator 78 Inverter 80 Converter 82 High voltage battery

Claims (2)

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。
In a hydrogen-based internal combustion engine that can use hydrocarbon-based liquid fuel and hydrogen gas as fuel,
A fuel injection device for injecting liquid fuel; and
A fuel tank for storing liquid fuel;
Hydrogen generating means for generating hydrogen gas from a liquid hydrogen compound;
Hydrogen mixing means for mixing hydrogen gas generated by the hydrogen generating means with liquid fuel supplied from the fuel tank to the fuel injection device;
A circulation means for circulating liquid fuel between the fuel injection device and the hydrogen mixing means;
When starting or predicting the start of the internal combustion engine, prior to the start of fuel injection by the fuel injection device, the hydrogen generating means is operated to generate hydrogen gas while operating the circulating means to circulate liquid fuel. A control means for operating the hydrogen mixing means to mix the produced hydrogen gas with the liquid fuel;
An internal combustion engine using hydrogen.
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。
2. The hydrogen-using internal combustion engine according to claim 1, wherein the hydrogen mixing means includes means for generating hydrogen gas fine bubbles, and the hydrogen gas fine bubbles are mixed with the liquid fuel.
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