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JP2005163668A - Internal combustion engine and operating method for internal combustion engine - Google Patents

Internal combustion engine and operating method for internal combustion engine Download PDF

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JP2005163668A JP2003404681A JP2003404681A JP2005163668A JP 2005163668 A JP2005163668 A JP 2005163668A JP 2003404681 A JP2003404681 A JP 2003404681A JP 2003404681 A JP2003404681 A JP 2003404681A JP 2005163668 A JP2005163668 A JP 2005163668A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine and an operating method for the internal combustion engine, capable of suppressing increase in an addition ratio of hydrogen to gasoline, of reducing NO<SB>x</SB>concentration of exhaust gas discharged to the atmosphere only by a three way catalyst, and of enhancing efficiency of the internal combustion engine. <P>SOLUTION: The engine 1 is equipped with a liquid fuel supply device 2 for supplying liquid fuel to the engine 1, a hydrogen supply device 3 for supplying hydrogen to the engine 1, an EGR device 4 for recirculating exhaust gas discharged to an exhaust system 5 of the engine 1 through an intake system 8, and the three way catalyst 51 for purifying exhaust gas in the exhaust system 5. When exhaust gas is recirculated through the intake system 8, gasoline and hydrogen are supplied to the engine 1, and the engine 1 is operated such that an air fuel ratio of gasoline and hydrogen to air sucked from the intake system 8 becomes a theoretical air fuel ratio. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内燃機関および内燃機関の運転方法に関し、さらに詳しくは内燃機関に液体燃料および水素を供給する内燃機関および内燃機関の運転方法に関するものである。   The present invention relates to an internal combustion engine and an internal combustion engine operation method, and more particularly to an internal combustion engine that supplies liquid fuel and hydrogen to the internal combustion engine and an internal combustion engine operation method.

一般的な乗用車に搭載される内燃機関であるガソリンエンジンは、エンジンに供給する液体燃料であるガソリンと、エンジンの吸気系統から吸気される空気との空燃比が理論空燃比(λ=1)となるように運転されるものである。エンジンを理論空燃比で運転すると、このエンジンの排気系統に排出される排気ガス中に含まれる有害物質(CO2,HC,NOx)は、そのほとんどが三元触媒のみで浄化することできる。したがって、他の触媒、例えばNOx吸蔵触媒などを必要とすることがない。しかしながら、上述のようなエンジンにおいては、ガソリンと空気との空燃比を理論空燃比(λ=1)で運転するために、エンジンの吸気系統から吸気される空気の量を調整するスロットル弁を全開に対して閉じなくてはならず、この全開に対して閉じた状態のスロットル弁によりポンプ損失が発生し、エンジンの高効率化を阻害するという問題がある。 A gasoline engine, which is an internal combustion engine mounted on a general passenger car, has an air-fuel ratio of the theoretical air-fuel ratio (λ = 1) between gasoline, which is liquid fuel supplied to the engine, and air sucked from the intake system of the engine. It will be driven to become. When the engine is operated at the stoichiometric air-fuel ratio, most of harmful substances (CO 2 , HC, NO x ) contained in the exhaust gas discharged to the exhaust system of the engine can be purified only by the three-way catalyst. Therefore, no other catalyst such as a NO x storage catalyst is required. However, in the above-described engine, in order to operate the air-fuel ratio between gasoline and air at the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1), the throttle valve that adjusts the amount of air taken in from the intake system of the engine is fully opened. However, there is a problem that a pump loss occurs due to the throttle valve being closed with respect to the fully opened state, thereby hindering high efficiency of the engine.

そこで、上記ポンプ損失を低減する方法としては、まずスロットル弁を開くことで、ガソリンと空気との空燃比を理論空燃比よりも高い状態(λ>1)でエンジンを運転することが考えられる。つまり、エンジンの燃焼室内でガソリンを希薄燃焼させて、エンジンを運転することで高効率化を図るものである。しかしながら、ガソリンは、その可燃範囲が狭く、着火性が低いため、エンジンの高効率を図ることができる程度の希薄燃焼を行えないという問題がある。また、エンジンを理論空燃比よりも高い状態(λ>1)で運転する、つまりガソリンを希薄燃焼させると、エンジンの排気系統に排出される排気ガスのNOx濃度が高くなる。従って、エンジンを理論空燃比で運転することにより、排気ガス中の有害物質を浄化する三元触媒のみでは、排気ガス中に含まれるNOxを大気に排出することができる程度に浄化することができず、新たにNOx吸蔵触媒が必要となるという問題もある。 Therefore, as a method of reducing the pump loss, it is conceivable that the engine is operated in a state where the air-fuel ratio between gasoline and air is higher than the theoretical air-fuel ratio (λ> 1) by first opening the throttle valve. That is, high efficiency is achieved by operating the engine with lean combustion of gasoline in the combustion chamber of the engine. However, gasoline has a problem that its combustible range is narrow and its ignitability is low, so that it cannot perform lean combustion to the extent that high efficiency of the engine can be achieved. Further, when the engine is operated in a state higher than the stoichiometric air-fuel ratio (λ> 1), that is, when gasoline is lean burned, the NO x concentration of the exhaust gas discharged to the engine exhaust system becomes high. Therefore, by operating the engine at a stoichiometric air-fuel ratio, it is possible to purify NO x contained in the exhaust gas to such an extent that it can be discharged into the atmosphere with only a three-way catalyst that purifies the harmful substances in the exhaust gas. There is also a problem that a new NO x storage catalyst is required.

また、エンジンの排気系統の排気ガスを吸気系統に再循環させることが考えられる。排気ガスをエンジンの吸気系統に再循環すると、エンジンの吸気系統に吸気される空気の量が減る。従って、ガソリンと空気との理論空燃比でエンジンを運転するためには、スロットル弁を開く必要があり、これにより、ポンプ損失を低減し、高効率化を図ることができる。また、エンジンの吸気系統に再循環された排気ガスは、その熱容量が大きいため、エンジンの燃焼室内でガソリンと空気の混合気が燃焼することで燃焼ガスとなった際に、この燃焼ガスの燃焼温度が低下する。一般に、燃焼ガスの燃焼温度が低下すると、NOxの発生を低減することができるので、排気ガス中のNOx濃度を低くすることができる。しかしながら、エンジンの吸気系統に多量に排気ガスを再循環させると、燃焼室内でのガソリンと空気の混合気の燃焼が悪化してしまう。従って、エンジンの吸気系統に再循環させる排気ガスの量は、多量とすることができず、ポンプ損失を低減し、エンジンの高効率化を図ることは困難であった。 It is also conceivable to recirculate the exhaust gas of the engine exhaust system to the intake system. Recirculating the exhaust gas to the engine intake system reduces the amount of air that is drawn into the engine intake system. Therefore, in order to operate the engine at a stoichiometric air-fuel ratio of gasoline and air, it is necessary to open the throttle valve, thereby reducing pump loss and increasing efficiency. In addition, because the exhaust gas recirculated to the engine intake system has a large heat capacity, the combustion gas is burned when the mixture of gasoline and air is combusted in the combustion chamber of the engine. The temperature drops. In general, when the combustion temperature of the combustion gas decreases, the generation of NO x can be reduced, so that the NO x concentration in the exhaust gas can be lowered. However, if a large amount of exhaust gas is recirculated through the intake system of the engine, the combustion of the mixture of gasoline and air in the combustion chamber will deteriorate. Therefore, the amount of exhaust gas recirculated to the intake system of the engine cannot be increased, and it has been difficult to reduce pump loss and increase the efficiency of the engine.

そこで、従来において、液体燃料であるガソリンと水素をエンジンに供給、つまりガソリンに水素添加して、エンジンの燃焼室内で、ガソリンおよび水素と空気との混合気を希薄燃焼させて、このエンジンを運転する技術が提案されている。ここで、水素は、ガソリンなどの液体燃料と比較して、その可燃範囲が広く、着火性が高い。従って、スロットル弁を開き、エンジンの吸気系統に吸気される空気の量を増やし、ガソリンおよび添加された水素と空気との空燃比を理論空燃比よりも高い状態(λ>1)でエンジンを運転することができる。これにより、ポンプ損失を低減することができ、このエンジンの高効率化を図ることができる。   Therefore, conventionally, gasoline and hydrogen, which are liquid fuels, are supplied to the engine, that is, hydrogen is added to the gasoline, and the mixture of gasoline, hydrogen, and air is diluted in the combustion chamber of the engine, and this engine is operated. Techniques to do this have been proposed. Here, hydrogen has a wider flammable range and higher ignitability than liquid fuel such as gasoline. Therefore, the throttle valve is opened, the amount of air taken into the engine intake system is increased, and the engine is operated in a state where the air-fuel ratio between gasoline and added hydrogen and air is higher than the theoretical air-fuel ratio (λ> 1). can do. As a result, pump loss can be reduced, and the efficiency of the engine can be increased.

特開平3−26835号公報JP-A-3-26835

ところで、上記従来例では、ポンプ損失の低減を図るために、ガソリンおよび添加された水素と空気との空燃比を理論空燃比よりも高い状態(λ>1)でエンジンを運転する必要がある。従って、三元触媒によりエンジンの排気系統に排出される排気ガスを浄化しても、三元触媒で浄化された後の排気ガスのNOx濃度を低くすることができず、新たにNOx吸蔵触媒が必要となるという問題がある。また、エンジンの排気系統に排出される排気ガスを三元触媒やNOx吸蔵触媒により浄化する必要がない程度までNOx濃度を低くするためには、ガソリンに添加する水素を増やす、つまりガソリンに対する水素添加割合を高くし、さらに希薄燃焼側で燃焼させる必要がある。従って、エンジンの運転に必要な水素の量が増えるという問題もある。 By the way, in the above conventional example, in order to reduce the pump loss, it is necessary to operate the engine with the air-fuel ratio of gasoline and added hydrogen and air higher than the theoretical air-fuel ratio (λ> 1). Therefore, even if purifying exhaust gas discharged by the three-way catalyst in an exhaust system of the engine, it is impossible to lower the concentration of NO x in the exhaust gas after being purified by the three-way catalyst, newly the NO x storage There is a problem that a catalyst is required. Further, in order to lower the concentration of NO x to the extent there is no need to purify the exhaust gas discharged to an exhaust system of the engine by the three-way catalyst and the NO x storage catalyst, increase hydrogen to be added to gasoline, that for gasoline It is necessary to increase the rate of hydrogen addition and burn on the lean burn side. Therefore, there is a problem that the amount of hydrogen required for engine operation increases.

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、液体燃料に対する水素の添加割合を高くすることを抑制でき、三元触媒のみで大気に排出される排気ガスのNOx濃度を低減することができるとともに、内燃機関の高効率化を図ることができる内燃機関および内燃機関の運転方法を提供することを目的とするものである。 The present invention was made in view of the above, it can be suppressed to increase the proportion of the added hydrogen to the liquid fuel, to reduce the concentration of NO x in the exhaust gas discharged into the atmosphere only in the three-way catalyst An object of the present invention is to provide an internal combustion engine and an operation method of the internal combustion engine that can improve the efficiency of the internal combustion engine.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明では、液体燃料タンク内の液体燃料を内燃機関に供給する液体燃料供給手段と、水素貯留部内に貯留された水素を内燃機関に供給する水素供給手段と、内燃機関の排気系統に排出された排気ガスを内燃機関の吸気系統に再循環させる排気ガス再循環手段と、排気系統の排気ガスを浄化する三元触媒とを備える内燃機関であって、排気ガスを内燃機関の吸気系統に再循環する際には、液体燃料および水素を当該内燃機関に供給し、液体燃料および水素と、吸気系統から吸気される空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, according to the present invention, liquid fuel supply means for supplying the liquid fuel in the liquid fuel tank to the internal combustion engine, and hydrogen stored in the hydrogen storage portion are supplied to the internal combustion engine. An internal combustion engine comprising: a hydrogen supply means for exhausting; an exhaust gas recirculation means for recirculating exhaust gas discharged to an exhaust system of the internal combustion engine to an intake system of the internal combustion engine; and a three-way catalyst for purifying the exhaust gas of the exhaust system When the exhaust gas is recirculated to the intake system of the internal combustion engine, liquid fuel and hydrogen are supplied to the internal combustion engine, and the air-fuel ratio between the liquid fuel and hydrogen and the air taken in from the intake system is increased. And operating at a stoichiometric air-fuel ratio.

また、この発明では、上記内燃機関において、排気系統に排気ガスのNOx濃度を検出するNOx濃度検出手段をさらに備え、NOx濃度に基づいて、内燃機関に供給される液体燃料に対する水素の添加割合を変化させることを特徴とする。 Further, in this invention, in the internal combustion engine, further comprising a concentration of NO x detection means for detecting the concentration of NO x in the exhaust gas to the exhaust system, based on the concentration of NO x, the hydrogen to the liquid fuel supplied to the internal combustion engine It is characterized by changing the addition ratio.

また、この発明では、上記内燃機関において、液体燃料に対する水素の添加割合は、排気ガスのNOx濃度が三元触媒により浄化できるNOx濃度以下となる添加割合であることを特徴とする。 According to the present invention, in the internal combustion engine, the addition ratio of hydrogen to the liquid fuel is an addition ratio at which the NO x concentration of the exhaust gas is equal to or less than the NO x concentration that can be purified by the three-way catalyst.

また、この発明では、上記内燃機関において、水素供給手段は、水素貯留部内の残存水素量を検出する残存水素量検出手段をさらに備え、残存水素量に基づいて液体燃料に対する水素の添加割合を変化させることを特徴とする。   According to the present invention, in the internal combustion engine, the hydrogen supply means further includes a residual hydrogen amount detection means for detecting a residual hydrogen amount in the hydrogen reservoir, and changes a hydrogen addition ratio with respect to the liquid fuel based on the residual hydrogen amount. It is characterized by making it.

また、この発明では、残存水素量がなくなった際には、液体燃料のみを内燃機関に供給するとともに、内燃機関の吸気系統への排気ガスの再循環を停止し、液体燃料と、空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転することを特徴とする。   Further, according to the present invention, when the residual hydrogen amount is exhausted, only the liquid fuel is supplied to the internal combustion engine, and the recirculation of the exhaust gas to the intake system of the internal combustion engine is stopped, so that the liquid fuel and the air The operation is performed such that the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio.

また、この発明では、水素供給手段は、水素貯留部から内燃機関に水素を供給する水素噴射弁までを連結する水素供給通路に当該水素供給通路の通路内圧力を検出する通路内圧力検出手段と、水素貯留部から水素噴射弁に供給される水素を遮断する遮断弁とをさらに備え、内燃機関への液体燃料および水素の供給を停止する際には、遮断弁を閉じ水素の供給を停止するとともに、内燃機関の吸気系統への排気ガスの再循環を停止し、通路内圧力が規定圧力以下となったときに、液体燃料の供給を停止することを特徴とする。   Further, in the present invention, the hydrogen supply means includes a passage pressure detecting means for detecting a passage pressure of the hydrogen supply passage to a hydrogen supply passage that connects the hydrogen reservoir to a hydrogen injection valve that supplies hydrogen to the internal combustion engine. And a shutoff valve for shutting off hydrogen supplied from the hydrogen reservoir to the hydrogen injection valve, and shutting off the supply of liquid fuel and hydrogen to the internal combustion engine closes the shutoff valve and stops the supply of hydrogen. At the same time, the recirculation of the exhaust gas to the intake system of the internal combustion engine is stopped, and the supply of the liquid fuel is stopped when the pressure in the passage becomes equal to or lower than the specified pressure.

また、この発明では、液体燃料あるいは水素の少なくともいずれか一方を内燃機関に供給し、内燃機関の排気系統の排気ガスを当該内燃機関の吸気系統に再循環し、当該排気系統の当該排気ガスを三元触媒により浄化する内燃機関の運転方法であって、排気ガスを内燃機関の吸気系統に再循環する際には、液体燃料および水素を内燃機関に供給し、液体燃料および水素と、吸気系統から吸気される空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転することを特徴とする。   Further, in the present invention, at least one of liquid fuel and hydrogen is supplied to the internal combustion engine, the exhaust gas of the exhaust system of the internal combustion engine is recirculated to the intake system of the internal combustion engine, and the exhaust gas of the exhaust system is recirculated. A method of operating an internal combustion engine that purifies with a three-way catalyst, wherein when exhaust gas is recirculated to an intake system of the internal combustion engine, liquid fuel and hydrogen are supplied to the internal combustion engine, and the liquid fuel and hydrogen, and the intake system The air-fuel ratio with respect to the air sucked from the engine is operated so as to be the stoichiometric air-fuel ratio.

この発明にかかる内燃機関および内燃機関の運転方法は、排気ガスを内燃機関の吸気系統に再循環する際には、液体燃料および水素を内燃機関に供給するので、排気ガスを多量に再循環しても、液体燃料および水素と吸気系統から吸気される空気との混合気の安定した燃焼が行える。また、多量に排気ガスを再循環することで、液体燃料に対する水素の添加割合を高くすることを抑制でき、排気系統に排出される排気ガスのNOx濃度を低減することができる。また、液体燃料および水素と、吸気系統から吸気される空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転するので、排気系統に排出されたNOx濃度の低い排気ガスを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができ、他の触媒、例えば、NOx吸蔵触媒などを必要とせず、内燃機関の製造コストを低減することができる。さらに、吸気系統から吸気される空気量は、多量に再循環された排気ガスにより減少するため、内燃機関を液体燃料および水素と空気との空燃比が理論空燃比となるように運転するためには、吸気系統から吸気される空気量を調整するスロットル弁を開く必要がある。これにより、ポンプ損失を低減し、内燃機関の高効率化を図ることができるという効果を奏する。 In the internal combustion engine and the operation method of the internal combustion engine according to the present invention, when exhaust gas is recirculated to the intake system of the internal combustion engine, liquid fuel and hydrogen are supplied to the internal combustion engine. However, stable combustion of a mixture of liquid fuel and hydrogen and air taken in from the intake system can be performed. Further, by recirculating the exhaust gas in a large amount, it is possible to suppress an increase in the ratio of hydrogen added to the liquid fuel, and to reduce the NO x concentration of the exhaust gas discharged to the exhaust system. Also, a liquid fuel and hydrogen, the air-fuel ratio of the air taken from the intake system is so operated as a stoichiometric air-fuel ratio, a low concentration of NO x discharged into the exhaust system the exhaust gas only a three-way catalyst Thus, it is possible to purify to the extent that it can be discharged to the atmosphere, and no other catalyst such as a NO x storage catalyst is required, and the manufacturing cost of the internal combustion engine can be reduced. Further, since the amount of air taken in from the intake system is reduced by exhaust gas recirculated in a large amount, the internal combustion engine is operated so that the air-fuel ratio of liquid fuel, hydrogen, and air becomes the stoichiometric air-fuel ratio. Needs to open a throttle valve that adjusts the amount of air taken from the intake system. As a result, the pump loss can be reduced, and the efficiency of the internal combustion engine can be increased.

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの或いは実質的に同一のものが含まれる。ここで、以下の実施例では、内燃機関として乗用車、トラックなどの車両に搭載されるガソリンエンジンについて説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、ディーゼルエンジンなどにも適用可能である。また、内燃機関に供給する液体燃料としてガソリンを用いる場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、液体燃料として軽油、液化天然ガス(LNG)、液化石油ガス(LPG)などを供給する内燃機関にも適用可能である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the best mode for carrying out the invention. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily assumed by those skilled in the art or those that are substantially the same. Here, in the following embodiment, a gasoline engine mounted on a vehicle such as a passenger car or a truck will be described as an internal combustion engine. However, the present invention is not limited to this and can be applied to a diesel engine or the like. . Although the case where gasoline is used as the liquid fuel to be supplied to the internal combustion engine will be described, the present invention is not limited to this. Light oil, liquefied natural gas (LNG), liquefied petroleum gas (LPG), etc. are used as the liquid fuel. The present invention can also be applied to an internal combustion engine that supplies fuel.

図1は、実施例1にかかるエンジン(内燃機関)の構成例を示す図である。図1に示すように、内燃機関であるエンジン1は、液体燃料供給手段である液体燃料供給装置2と、水素供給手段である水素供給装置3と、排気ガス再循環手段であるEGR装置4と、エンジン1の排気系統5に設けられた三元触媒51とにより構成されている。なお、6はエンジン1の各気筒であり、7はエンジン1の運転を制御する運転制御装置であるECU(Engine Control Unit)であり、8はエンジン1の吸気系統である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of an engine (internal combustion engine) according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, an engine 1 that is an internal combustion engine includes a liquid fuel supply device 2 that is liquid fuel supply means, a hydrogen supply device 3 that is hydrogen supply means, and an EGR device 4 that is exhaust gas recirculation means. The three-way catalyst 51 is provided in the exhaust system 5 of the engine 1. Reference numeral 6 denotes each cylinder of the engine 1, 7 denotes an ECU (Engine Control Unit) that is an operation control device that controls the operation of the engine 1, and 8 denotes an intake system of the engine 1.

液体燃料供給手段である液体燃料供給装置2は、図示しない液体燃料タンク内の液体燃料であるガソリンを内燃機関であるエンジン1に供給するものである。この液体燃料供給装置2は、図示しない液体燃料タンクと、図示しない低圧ポンプと、高圧ポンプ21と、液体燃料噴射弁22とにより構成されている。図示しない液体燃料タンク内に貯留されているガソリンは、ECU7からの低圧ポンプ駆動信号により駆動する低圧ポンプにより加圧され、高圧ポンプ21に圧送される。高圧ポンプ21には、少なくとも図示しない電磁弁、加圧室、プランジャが備えられている。高圧ポンプ21に圧送された加圧されたガソリンは、ECU7からの電磁弁開閉信号により、その弁開度が制御される電磁弁から加圧室に供給される。加圧室に供給されたガソリンは、図示しないクランクシャフトの回転力によって上下動するプランジャによりさらに加圧され、液体燃料噴射弁22に圧送される。液体燃料噴射弁22は、高圧ポンプ21から圧送されたガソリンを後述するエンジン1の吸気系統8の吸気通路81内に噴射するものであり、ECU7からの液体燃料噴射信号により、噴射タイミングおよび噴射量が制御される。   The liquid fuel supply device 2 that is a liquid fuel supply means supplies gasoline that is liquid fuel in a liquid fuel tank (not shown) to the engine 1 that is an internal combustion engine. The liquid fuel supply device 2 includes a liquid fuel tank (not shown), a low pressure pump (not shown), a high pressure pump 21, and a liquid fuel injection valve 22. Gasoline stored in a liquid fuel tank (not shown) is pressurized by a low-pressure pump driven by a low-pressure pump drive signal from the ECU 7 and is pumped to the high-pressure pump 21. The high pressure pump 21 is provided with at least a solenoid valve, a pressurizing chamber, and a plunger (not shown). The pressurized gasoline pumped to the high-pressure pump 21 is supplied to the pressurizing chamber from an electromagnetic valve whose valve opening degree is controlled by an electromagnetic valve opening / closing signal from the ECU 7. The gasoline supplied to the pressurizing chamber is further pressurized by a plunger that moves up and down by the rotational force of a crankshaft (not shown) and is pumped to the liquid fuel injection valve 22. The liquid fuel injection valve 22 injects gasoline pumped from the high-pressure pump 21 into an intake passage 81 of an intake system 8 of the engine 1 to be described later. An injection timing and an injection amount are determined by a liquid fuel injection signal from the ECU 7. Is controlled.

水素供給手段である水素供給装置3は、水素貯留部である水素タンク31内に貯留された水素を内燃機関であるエンジン1に供給するものである。この水素供給装置3は、液体水素を貯留する水素貯留部である水素タンク31と、水素ポンプ32と、内燃機関であるエンジン1に水素を供給する水素噴射弁33と、水素タンク31から水素噴射弁33までを連結する水素供給通路34とにより構成されている。この水素タンク31内に貯留されている液体水素は、ECU7からの水素ポンプ駆動信号により駆動する水素ポンプ32により、水素供給通路34を介して、水素燃料噴射弁33に供給される。ここで、水素タンク31内で液体であった水素は、水素供給通路34に流出することで気体となる。水素噴射弁33は、水素ポンプ32から供給された気体となった水素を後述するエンジン1の吸気系統8の吸気通路81内に噴射するものであり、ECU7からの水素噴射信号により、噴射タイミングおよびガソリン対しての添加割合に基づく噴射量が制御される。   A hydrogen supply device 3 that is a hydrogen supply means supplies hydrogen stored in a hydrogen tank 31 that is a hydrogen storage unit to an engine 1 that is an internal combustion engine. The hydrogen supply device 3 includes a hydrogen tank 31 that is a hydrogen storage unit that stores liquid hydrogen, a hydrogen pump 32, a hydrogen injection valve 33 that supplies hydrogen to the engine 1 that is an internal combustion engine, and hydrogen injection from the hydrogen tank 31. It is constituted by a hydrogen supply passage 34 connecting up to the valve 33. The liquid hydrogen stored in the hydrogen tank 31 is supplied to the hydrogen fuel injection valve 33 via the hydrogen supply passage 34 by a hydrogen pump 32 driven by a hydrogen pump drive signal from the ECU 7. Here, the hydrogen that is liquid in the hydrogen tank 31 flows into the hydrogen supply passage 34 to become a gas. The hydrogen injection valve 33 injects the hydrogen supplied from the hydrogen pump 32 into the intake passage 81 of the intake system 8 of the engine 1 described later. The injection amount based on the addition ratio with respect to gasoline is controlled.

なお、35は、水素貯留部である水素タンク31内の残存水素量を検出し、ECU7に残存水素量を出力する残存水素量検出手段であるタンク内圧力センサである。また、水素タンク31は、液体水素を直接貯留するものに限られず、例えば、水素を吸蔵することができる水素吸蔵合金を水素タンク31内に配置しても良いし、ガソリンなどの燃料を改質することで生成した水素を気体として貯留しても良い。また、上記液体燃料供給装置2および水素供給装置3は、ともにエンジン1の吸気系統8の吸気通路81にガソリンおよび水素を噴射するが、本発明はこれに限定されるものではなく、ガソリンあるいは水素の少なくともいずれか一方を後述するエンジン1の各気筒6に形成される燃焼室Aに直接噴射する構成としても良い。   Reference numeral 35 denotes a tank internal pressure sensor which is a residual hydrogen amount detecting means for detecting the residual hydrogen amount in the hydrogen tank 31 which is a hydrogen storage unit and outputting the residual hydrogen amount to the ECU 7. The hydrogen tank 31 is not limited to one that directly stores liquid hydrogen. For example, a hydrogen storage alloy capable of storing hydrogen may be disposed in the hydrogen tank 31, or a fuel such as gasoline may be reformed. The hydrogen produced by doing so may be stored as a gas. The liquid fuel supply device 2 and the hydrogen supply device 3 both inject gasoline and hydrogen into the intake passage 81 of the intake system 8 of the engine 1, but the present invention is not limited to this, and gasoline or hydrogen It is good also as a structure which injects directly into the combustion chamber A formed in each cylinder 6 of the engine 1 mentioned later at least any one of these.

排気ガス再循環手段であるEGR装置4は、内燃機関であるエンジン1の排気系統5に排出された排気ガスをエンジン1の吸気系統8に再循環させるものである。このEGR装置4は、EGR弁41と、EGR通路42とにより構成されている。EGR弁41は、図示しないサーボモータや磁力によりその開度を変化させるものであり、ECU7からのEGR弁開閉信号により、排気ガスの再循環量を制御するものである。エンジン1の排気系統5の排気通路52に連通するEGR通路42に流入した排気ガスは、EGR弁41により再循環量を調整され、後述するエンジン1の吸気系統8の吸気通路81のスロットル弁84より上流側に流入する。   The EGR device 4 as exhaust gas recirculation means recirculates the exhaust gas discharged to the exhaust system 5 of the engine 1 that is an internal combustion engine to the intake system 8 of the engine 1. The EGR device 4 includes an EGR valve 41 and an EGR passage 42. The EGR valve 41 changes its opening degree by a servo motor (not shown) or a magnetic force, and controls the recirculation amount of exhaust gas by an EGR valve opening / closing signal from the ECU 7. The exhaust gas flowing into the EGR passage 42 communicating with the exhaust passage 52 of the exhaust system 5 of the engine 1 is adjusted in recirculation amount by the EGR valve 41, and the throttle valve 84 of the intake passage 81 of the intake system 8 of the engine 1 described later. It flows in more upstream.

排気系統5は、三元触媒51と、排気通路52と、図示しない消音装置とにより構成されている。後述するエンジン1の各気筒6の排気ポート67から排出された排気ガスは、排気通路52を介して、三元触媒51に流入する。三元触媒51は、エンジン1が各気筒6の燃焼室Aに供給されるガソリンあるいはガソリン及び水素とエンジン1の吸気系統8から各気筒6の燃焼室Aに吸気された空気との空燃比が理論空燃比となるように運転することで、その他の触媒を用いずに排気ガス中に含まれる有害物質(CO2,HC,NOx)を浄化することができるものである。この三元触媒51により浄化された排気ガスは、図示しない消音装置を介して、大気に排出される。なお、53は、各気筒6の排気ポート67から排出された排気ガスのNOx濃度を検出し、ECU7に排気ガスのNOx濃度を出力するNOx濃度検出手段であるNOx濃度検出センサである。また、54は、三元触媒51に流入する排気ガスのO2濃度を検出し、ECU7に排気ガスのO2濃度を出力するO2濃度検出手段であるO2濃度検出センサである。 The exhaust system 5 includes a three-way catalyst 51, an exhaust passage 52, and a silencer (not shown). Exhaust gas discharged from an exhaust port 67 of each cylinder 6 of the engine 1 to be described later flows into the three-way catalyst 51 through the exhaust passage 52. The three-way catalyst 51 has an air-fuel ratio of gasoline or gasoline and hydrogen supplied to the combustion chamber A of each cylinder 6 by the engine 1 and air taken into the combustion chamber A of each cylinder 6 from the intake system 8 of the engine 1. By operating at a stoichiometric air-fuel ratio, harmful substances (CO 2 , HC, NO x ) contained in the exhaust gas can be purified without using other catalysts. The exhaust gas purified by the three-way catalyst 51 is discharged to the atmosphere through a silencer (not shown). Incidentally, 53 is a concentration of NO x sensor detects the concentration of NO x exhaust gas discharged, a concentration of NO x detection means for outputting a concentration of NO x in the exhaust gas to ECU7 from the exhaust port 67 of each cylinder 6 is there. Further, 54 detects the O 2 concentration of the exhaust gas flowing into the three-way catalyst 51, an O 2 concentration sensor is a O 2 concentration detection means for outputting a O 2 concentration in the exhaust gas to the ECU 7.

エンジン1の各気筒6は、シリンダブロック61と、ピストン62と、シリンダブロック61に固定されたシリンダヘッド63と、吸気弁64と、排気弁65と、吸気ポート66と、排気ポート67と、点火プラグ68とにより構成されている。ここで、ピストン62とシリンダヘッド63との間に燃焼室Aが形成される。点火プラグ68は、ECU7からの点火信号により、点火するものである。エンジン1の吸気系統8の吸気通路81内に噴射されたガソリンあるいはガソリンおよび水素と、後述するエアクリーナ82を介して吸気通路81内に吸気された空気は、各気筒6の吸気弁64が開くことで、燃焼室A内に流入する。なお、69は、燃焼室A内の圧力を検出し、ECU7に燃焼室A内の圧力を出力する燃焼室内圧力手段である燃焼室内圧力センサである。   Each cylinder 6 of the engine 1 includes a cylinder block 61, a piston 62, a cylinder head 63 fixed to the cylinder block 61, an intake valve 64, an exhaust valve 65, an intake port 66, an exhaust port 67, ignition. A plug 68 is used. Here, a combustion chamber A is formed between the piston 62 and the cylinder head 63. The spark plug 68 is ignited by an ignition signal from the ECU 7. Gasoline or gasoline and hydrogen injected into the intake passage 81 of the intake system 8 of the engine 1 and air taken into the intake passage 81 via an air cleaner 82 described later open the intake valve 64 of each cylinder 6. And flows into the combustion chamber A. Reference numeral 69 denotes a combustion chamber pressure sensor which is a combustion chamber pressure means for detecting the pressure in the combustion chamber A and outputting the pressure in the combustion chamber A to the ECU 7.

内燃機関の運転制御装置であるECU7は、エンジン1の運転を制御するものである。ECU7は、エンジン1の各所に取り付けられたセンサ、例えば図示しないクランクシャフトに取り付けられたエンジン回転数を検出する角度センサ、アクセル開度を検出する図示しないアクセル開度センサ、タンク内圧力センサ35、NOx濃度検出センサ53、O2濃度検出センサ54、燃焼室内圧力センサ69、後述するエンジン1の吸気系統8のエアフロメータ83などから、エンジン回転数、アクセル開度、残存水素量、排気ガスのNOx濃度、排気ガスのO2濃度、燃焼室内圧力、空気量などが入力信号として入力される。また、この入力信号および記憶部73に記憶されている各種マップに基づいて、液体燃料噴射弁22および水素噴射弁33の噴射制御、図示しない低圧ポンプおよび水素ポンプ32の駆動制御、高圧ポンプ21の図示しない電磁弁およびEGR弁41、並びに後述するエンジン1の吸気系統8のスロットル弁の開閉制御、点火プラグ68の点火制御などを行う出力信号を出力する。 The ECU 7, which is an operation control device for the internal combustion engine, controls the operation of the engine 1. The ECU 7 includes sensors attached to various parts of the engine 1, for example, an angle sensor that detects an engine speed attached to a crankshaft (not shown), an accelerator opening sensor (not shown) that detects an accelerator opening, an in-tank pressure sensor 35, From the NO x concentration detection sensor 53, the O 2 concentration detection sensor 54, the combustion chamber pressure sensor 69, the air flow meter 83 of the intake system 8 of the engine 1 to be described later, and the like, the engine speed, the accelerator opening, the residual hydrogen amount, and the exhaust gas The NO x concentration, the exhaust gas O 2 concentration, the pressure in the combustion chamber, the amount of air, etc. are input as input signals. Further, based on this input signal and various maps stored in the storage unit 73, the injection control of the liquid fuel injection valve 22 and the hydrogen injection valve 33, the drive control of the low-pressure pump and the hydrogen pump 32 (not shown), and the high-pressure pump 21 An output signal for performing opening / closing control of a solenoid valve and EGR valve 41 (not shown) and a throttle valve of an intake system 8 of the engine 1 to be described later, ignition control of the spark plug 68, and the like is output.

具体的には、上記入力信号や出力信号の入出力を行うインターフェース部71と、液体燃料噴射弁22および水素噴射弁33の噴射タイミングや噴射量、EGR弁の弁開度などを算出する処理部72と、上記マップなどを記憶する記憶部73とにより構成されている。処理部72は、メモリおよびCPU(Central Processing Unit)により構成され、内燃機関であるエンジン1の運転方法などに基づくプログラムをメモリにロードして実行することにより、エンジン1の運転方法などを実現させるものであっても良い。また、記憶部73は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ROM(Read Only Memory)のような読み出しのみが可能な揮発性のメモリあるいはRAM(Random Access Memory)のような読み書きが可能な揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。   Specifically, an interface unit 71 that inputs and outputs the input signal and output signal, and a processing unit that calculates the injection timing and injection amount of the liquid fuel injection valve 22 and the hydrogen injection valve 33, the valve opening of the EGR valve, and the like. 72 and a storage unit 73 for storing the map and the like. The processing unit 72 includes a memory and a CPU (Central Processing Unit), and implements an operation method of the engine 1 by loading a program based on an operation method of the engine 1 that is an internal combustion engine into the memory and executing the program. It may be a thing. The storage unit 73 is a non-volatile memory such as a flash memory, a volatile memory such as a ROM (Read Only Memory) or a volatile memory such as a RAM (Random Access Memory) that can be read and written. The memory can be configured by a combination of these.

エンジン1の吸気系統8は、各気筒6の燃焼室Aに、このエンジン1の外部からの空気を吸気させるためのものである。この吸気系統8は、吸気通路81と、エアクリーナ82と、エアフロメータ83と、スロットル弁84とにより構成されている。エアクリーナ82は、エンジン1の外部の大気である空気に含まれる不純物を除去するものである。エアフロメータ83は、各気筒6の吸気ポート66から燃焼室Aに吸気される空気量を検出し、ECU7にエンジン1に吸気される空気量を出力するものである。スロットル弁84は、図示しないサーボモータや磁力によりその弁開度を変化させるものであり、ECU7からのスロットル弁開閉信号により、EGR装置4により吸気系統8の吸気通路81に再循環された排気ガスとともに燃焼室A内に吸気される空気量を制御するものである。各気筒6の吸気バルブ66が開弁し、燃焼室A内の発生した負圧により、エアクリーナ82を介して不純物が除去された空気は、スロットル弁84により空気量が調整され、各気筒6の吸気ポート66から燃焼室Aに吸気される。   The intake system 8 of the engine 1 is for causing the combustion chamber A of each cylinder 6 to intake air from the outside of the engine 1. The intake system 8 includes an intake passage 81, an air cleaner 82, an air flow meter 83, and a throttle valve 84. The air cleaner 82 removes impurities contained in air that is the atmosphere outside the engine 1. The air flow meter 83 detects the amount of air taken into the combustion chamber A from the intake port 66 of each cylinder 6 and outputs the amount of air taken into the engine 1 to the ECU 7. The throttle valve 84 changes its valve opening degree by a servo motor (not shown) or magnetic force, and the exhaust gas recirculated to the intake passage 81 of the intake system 8 by the EGR device 4 in response to a throttle valve opening / closing signal from the ECU 7. At the same time, the amount of air taken into the combustion chamber A is controlled. The intake valve 66 of each cylinder 6 is opened, and the air from which impurities are removed via the air cleaner 82 due to the negative pressure generated in the combustion chamber A is adjusted by the throttle valve 84, and the air of each cylinder 6 is adjusted. The air is taken into the combustion chamber A from the intake port 66.

次に、内燃機関であるエンジン1の運転方法について説明する。図2は、実施例1にかかるエンジンの運転フローを示す図である。図3−1は、燃費率とG/Fとの関係を示す図である。図3−2は、排気系統に排出される排気ガス中のNOx量とG/Fとの関係を示す図である。ここで、燃費率とは、エンジンの単位時間当たりの出力に対して必要な燃料(液体燃料であるガソリンおよび水素を合わせたもの)の量をいう。また、G/Fとは各気筒6の燃焼室A内に吸気されるガス(空気と再循環された排気ガスを含む)と、液体燃料であるガソリンおよび水素との質量比をいう(以下、同様)。ここで、燃費率は、その値が低いほど、燃費が優れているものである。また、G/Fは、排気ガスが再循環されない場合は、A/Fと同様である。 Next, a method for operating the engine 1 that is an internal combustion engine will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating an operation flow of the engine according to the first embodiment. FIG. 3A is a diagram illustrating a relationship between a fuel consumption rate and G / F. FIG. 3-2 is a diagram showing a relationship between the NO x amount in the exhaust gas discharged to the exhaust system and G / F. Here, the fuel consumption rate means the amount of fuel (a combination of gasoline and hydrogen, which are liquid fuels) required for the output per unit time of the engine. G / F refers to a mass ratio between gas (including air and recirculated exhaust gas) sucked into the combustion chamber A of each cylinder 6 and gasoline and hydrogen as liquid fuel (hereinafter, referred to as G / F). The same). Here, the lower the value of the fuel consumption rate, the better the fuel consumption. G / F is the same as A / F when the exhaust gas is not recirculated.

まず、図2に示すように、ECU7の処理部72は、図示しない角度センサおよびアクセル開度センサ、エアフロメータ83より出力されたエンジン回転数、アクセル開度、空気量を入力する(ステップST1)。次に、処理部72は、通常添加割合マップに基づいて、液体燃料噴射手段22から噴射するガソリンの噴射量、このガソリンに対する水素の添加割合、吸気系統8に再循環する排気ガスの再循環量に基づくEGR弁41の弁開度、スロットル弁84の弁開度、点火プラグ68の点火タイミングを算出する(ステップST2)。これは、記憶部73に記憶されている図示しないエンジン回転数とアクセル開度とのマップである通常添加割合マップと、ECU7に入力信号として入力されたエンジン回転数およびアクセル開度の入力信号に基づいて決定される。ここで、処理部72が用いる通常添加割合マップは、記憶部73に記憶されているマップの1つであり、ガソリンに対する水素の添加割合を通常(20〜30%程度)で添加してエンジン1を運転する際に用いるマップである。なお、排気ガスが吸気系統8に再循環されると吸気系統8に吸気される空気量が減少するため、スロットル弁84の弁開度の算出は、ガソリンおよび水素と空気との空燃比が理論空燃費(λ=1)となるように行われる。   First, as shown in FIG. 2, the processing unit 72 of the ECU 7 inputs an angle sensor and an accelerator opening sensor (not shown), an engine speed, an accelerator opening, and an air amount output from the air flow meter 83 (step ST1). . Next, based on the normal addition ratio map, the processing unit 72 adds the gasoline injection amount injected from the liquid fuel injection means 22, the hydrogen addition ratio to the gasoline, and the exhaust gas recirculation amount recirculated to the intake system 8. Based on the above, the valve opening of the EGR valve 41, the valve opening of the throttle valve 84, and the ignition timing of the spark plug 68 are calculated (step ST2). This is based on a normal addition ratio map that is a map of the engine speed and the accelerator opening (not shown) stored in the storage unit 73, and an input signal of the engine speed and the accelerator opening that is input to the ECU 7 as an input signal. To be determined. Here, the normal addition ratio map used by the processing unit 72 is one of the maps stored in the storage unit 73, and the engine 1 is obtained by adding the hydrogen addition ratio to gasoline in a normal manner (about 20 to 30%). It is a map used when driving. Note that when the exhaust gas is recirculated to the intake system 8, the amount of air taken into the intake system 8 decreases. Therefore, the valve opening degree of the throttle valve 84 is calculated based on the air-fuel ratio of gasoline, hydrogen, and air. The air fuel consumption (λ = 1) is achieved.

次に、処理部72は、算出されたガソリンの噴射量、水素の添加割合、EGR弁の弁開度、スロットル弁の弁開度、点火タイミングによりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費(λ=1)で、エンジン1を運転する(ステップST3)。具体的には、処理部72は、液体燃焼噴射弁22に液体燃料噴射信号を出力することで、吸気系統8の吸気通路81内に、液体燃料噴射弁22から所定の噴射タイミングで算出された噴射量のガソリンを噴射する。また、処理部72は、ガソリンに対する水素の添加割合に基づいて、水素噴射弁33により噴射する水素の噴射量を算出し、水素噴射弁33に水素噴射信号を出力することで、吸気系統8の吸気通路81内に、水素噴射弁33から所定の噴射タイミングで算出された噴射量の水素を噴射する。ここで、液体燃料であるガソリンは液体としてエンジン1に供給されるのに対して、水素は気体としてエンジン1に供給されるため、ガソリンに対する水素の添加割合に基づく水素の噴射量の算出は、ガソリンおよび水素の発熱量に基づいて行われる。   Next, the processing unit 72 calculates the air / fuel ratio of gasoline, hydrogen, and air based on the calculated theoretical fuel injection amount, hydrogen addition ratio, EGR valve opening, throttle valve opening, and ignition timing. The engine 1 is operated with fuel consumption (λ = 1) (step ST3). Specifically, the processing unit 72 outputs a liquid fuel injection signal to the liquid combustion injection valve 22 and is calculated at a predetermined injection timing from the liquid fuel injection valve 22 in the intake passage 81 of the intake system 8. Inject an amount of gasoline. Further, the processing unit 72 calculates the injection amount of hydrogen injected by the hydrogen injection valve 33 based on the hydrogen addition ratio with respect to gasoline, and outputs a hydrogen injection signal to the hydrogen injection valve 33, whereby the intake system 8. An injection amount of hydrogen calculated at a predetermined injection timing is injected from the hydrogen injection valve 33 into the intake passage 81. Here, gasoline, which is a liquid fuel, is supplied to the engine 1 as a liquid, whereas hydrogen is supplied to the engine 1 as a gas. Therefore, the calculation of the hydrogen injection amount based on the addition ratio of hydrogen to gasoline is: This is based on the calorific value of gasoline and hydrogen.

また、処理部72は、EGR弁41にEGR弁開閉信号を出力することで、EGR弁41を算出された排気ガスの再循環量に基づいた弁開度に開き、吸気系統8の吸気通路81内に排気ガスを再循環させる。また、処理部72は、スロットル弁84にスロットル弁開閉信号を出力することで、スロットル弁84を算出された弁開度に開き、吸気系統8の吸気通路81内に空気を吸気する。各気筒6の吸気バルブ64が開弁することで、吸気系統8から各気筒6の燃焼室Aにガソリン、水素、再循環された排気ガス、空気が吸気される。これにより、燃焼室A内は、ガソリンおよび水素と空気との空燃比が理論空燃比(λ=1)である混合気が充満する。そして、処理部72は、点火プラグ68に点火信号を出力することで、点火プラグ68を点火する。点火プラグ68が点火することにより、燃料室A内の混合気が着火し、燃焼ガスとなり、ピストン62を押し下げ、図示しないコンロッドを介して回転自在に連結された図示しないクランクシャフトに回転力を与える。   Further, the processing unit 72 outputs an EGR valve opening / closing signal to the EGR valve 41, thereby opening the EGR valve 41 to a valve opening based on the calculated exhaust gas recirculation amount, and an intake passage 81 of the intake system 8. The exhaust gas is recirculated inside. Further, the processing unit 72 outputs a throttle valve opening / closing signal to the throttle valve 84, thereby opening the throttle valve 84 to the calculated valve opening and sucking air into the intake passage 81 of the intake system 8. When the intake valve 64 of each cylinder 6 is opened, gasoline, hydrogen, recirculated exhaust gas, and air are taken into the combustion chamber A of each cylinder 6 from the intake system 8. As a result, the combustion chamber A is filled with an air-fuel mixture in which the air-fuel ratio of gasoline and hydrogen and air is the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1). The processing unit 72 then ignites the spark plug 68 by outputting an ignition signal to the spark plug 68. When the spark plug 68 is ignited, the air-fuel mixture in the fuel chamber A is ignited to become combustion gas, and the piston 62 is pushed down to give a rotational force to a crankshaft (not shown) that is rotatably connected via a connecting rod (not shown). .

以上により、ガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃比(λ=1)としてエンジン1を運転する。上記実施例1の内燃機関であるエンジン1では、排気ガスをエンジン1の吸気系統8に再循環する際には、液体燃料であるガソリンおよび水素をエンジン1に供給するので、排気ガスを多量に再循環しても、ガソリンおよび水素と空気との混合気の安定した燃焼が行える。   As described above, the engine 1 is operated with the air-fuel ratio of gasoline, hydrogen and air as the theoretical air-fuel ratio (λ = 1). In the engine 1 which is the internal combustion engine of the first embodiment, when exhaust gas is recirculated to the intake system 8 of the engine 1, gasoline and hydrogen as liquid fuel are supplied to the engine 1. Even with recirculation, stable combustion of gasoline and a mixture of hydrogen and air can be performed.

次に、実施例1にかかる内燃機関であるエンジン1と従来例であるガソリンに対して水素を添加し希薄燃焼させるエンジンとの比較について説明する。図3−1のCに示す従来のエンジンは、吸気系統から吸気される空気量を増やし、G/Fを増加させることで、燃費率を低くすることができる。一方、Bに示すこの発明にかかるエンジン1は、理論空燃比で運転しているため、排気ガスの再循環量を増やし、G/Fを増加させることで、燃費率を低くすることができる。ここで、従来のエンジンの最低燃費率はc点であり、この発明にかかるエンジン1の最低燃費率はb点である。従って、燃費率、つまりエンジンの高効率化のみに着目すれば、c点の方がb点よりも低いため、従来のエンジンの方が優れているといえる。   Next, a comparison between the engine 1 that is the internal combustion engine according to the first embodiment and the engine that performs lean combustion by adding hydrogen to the gasoline that is the conventional example will be described. In the conventional engine shown in FIG. 3C, the fuel consumption rate can be lowered by increasing the amount of air taken in from the intake system and increasing G / F. On the other hand, since the engine 1 according to the present invention shown in B is operated at the stoichiometric air-fuel ratio, the fuel consumption rate can be lowered by increasing the exhaust gas recirculation amount and increasing G / F. Here, the minimum fuel consumption rate of the conventional engine is the point c, and the minimum fuel consumption rate of the engine 1 according to the present invention is the point b. Therefore, if attention is paid only to the fuel consumption rate, that is, the high efficiency of the engine, since the point c is lower than the point b, it can be said that the conventional engine is superior.

一方、図3−2のEに示す従来のエンジンは、吸気系統8から吸気される空気量を増やし、G/Fを増加させることで、排気系統5に排気される排気ガス中のNOx量を低くすることができる。一方、Dに示すこの発明にかかるエンジン1は、理論空燃比で運転しているため、排気ガスの再循環量を増やし、G/Fを増加させることで、排気系統5に排気される排気ガス中のNOx量を低くすることができる。これは、再循環された排気ガスの熱容量が大きいため、燃焼室A内でガソリンおよび水素と空気との混合気が燃焼することで燃焼ガスとなった際に、この燃焼ガスの燃焼温度を低下させることができ、燃焼ガス中のO2濃度を低下させることができることで、排気ガス中のNOx量を低くすることができるからである。ここで、上記従来のエンジンの最低燃費率c点におけるG/Fに対応したNOx量はeとなり、この発明にかかるエンジン1の最低燃費率b点におけるG/Fに対応したNOx量はdとなる。つまり、エンジンの高効率化のみでいえば、従来のエンジンの方が優れているが、排気系統5に排気される排気ガス中のNOx量に着目すれば、d点の方がe点よりも低いため、この発明にかかるエンジン1の方が優れているといえる。また、従来のエンジンは、エンジンの高効率化および排気系統5に排気される排気ガス中のNOx量の低減を図るため、液体燃料および水素と、空気との空燃比を理論空燃比より高い状態(λ>1)で運転する必要がある。従って、排気系統5に排出された排気ガスに含まれるNOxを三元触媒によって大気に排出できる程度まで浄化することができない。つまり、他の触媒、例えば、NOx吸蔵触媒などを用いるか、排気系統5に排気されるNOx量をさらに低減するために、ガソリンに対する水素の添加割合を高くしなければならない。 On the other hand, in the conventional engine shown in E of FIG. 3-2, the amount of NO x in the exhaust gas exhausted to the exhaust system 5 is increased by increasing the amount of air sucked from the intake system 8 and increasing G / F. Can be lowered. On the other hand, since the engine 1 according to the present invention shown in D is operated at the stoichiometric air-fuel ratio, the exhaust gas exhausted to the exhaust system 5 is increased by increasing the recirculation amount of exhaust gas and increasing G / F. it is possible to reduce the amount of NO x in. This is because the heat capacity of the recirculated exhaust gas is large, so that the combustion temperature of the combustion gas is reduced when the mixture of gasoline and hydrogen and air is combusted in the combustion chamber A to become combustion gas. This is because the amount of NO x in the exhaust gas can be reduced by reducing the O 2 concentration in the combustion gas. Here, the amount of NO x corresponding to the G / F in the lowest fuel consumption rate c of the conventional engine e becomes, the amount of NO x corresponding to the G / F in the lowest fuel consumption rate point b of the engine 1 according to the invention d. In other words, if only the engine efficiency is improved, the conventional engine is superior, but if attention is paid to the amount of NO x in the exhaust gas exhausted to the exhaust system 5, the d point is more than the e point. Therefore, it can be said that the engine 1 according to the present invention is superior. Further, in the conventional engine, in order to increase the efficiency of the engine and reduce the amount of NO x in the exhaust gas exhausted to the exhaust system 5, the air-fuel ratio of liquid fuel, hydrogen, and air is higher than the stoichiometric air-fuel ratio. It is necessary to operate in the state (λ> 1). Therefore, NO x contained in the exhaust gas discharged to the exhaust system 5 cannot be purified to such an extent that it can be discharged to the atmosphere by the three-way catalyst. That is, another catalyst, for example, a NO x storage catalyst or the like is used, or in order to further reduce the amount of NO x exhausted to the exhaust system 5, the hydrogen addition ratio to gasoline must be increased.

これらにより、この発明にかかるエンジン1は、多量に排気ガスを再循環することで、ガソリンに対する水素の添加割合を高くすることを抑制でき、排気系統5に排出される排気ガス中のNOx量、つまり排気ガスのNOx濃度を低減することができる。また、液体燃料および水素と、空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転するので、排気系統に排出されたNOx濃度の低い排気ガスを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができ、他の触媒、例えば、NOx吸蔵触媒などを必要とせず、内燃機関の製造コストを低減することができる。 Accordingly, the engine 1 according to the present invention can suppress an increase in the ratio of hydrogen addition to gasoline by recirculating exhaust gas in a large amount, and the amount of NO x in the exhaust gas discharged to the exhaust system 5 can be suppressed. , i.e. it is possible to reduce the concentration of NO x in the exhaust gas. Also, a liquid fuel and hydrogen, the extent the air-fuel ratio of the air, since the operation such that the stoichiometric air-fuel ratio, can be discharged to the atmosphere with a low concentration of NO x discharged into the exhaust system the exhaust gas only at the three-way catalyst The production cost of the internal combustion engine can be reduced without requiring another catalyst such as a NO x storage catalyst.

さらに、吸気系統8から吸気される空気量は、多量に再循環された排気ガスにより減少するため、エンジン1を液体燃料および水素と空気との空燃比が理論空燃比となるように運転するためには、吸気系統8から吸気される空気量を調整するスロットル弁を開く必要がある。これにより、液体燃料のみで運転するエンジンと比較して、ポンプ損失を低減し、エンジンの高効率化を図ることができる。   Further, since the amount of air sucked from the intake system 8 is reduced by the exhaust gas recirculated in a large amount, the engine 1 is operated so that the air-fuel ratio of liquid fuel, hydrogen, and air becomes the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, it is necessary to open a throttle valve that adjusts the amount of air taken in from the intake system 8. As a result, the pump loss can be reduced and the efficiency of the engine can be increased as compared with an engine that operates only with liquid fuel.

〔変形例1〕
水素タンク31内の残存水素量がなくなった状態で、排気ガスを多量に吸気系統8に再循環すると、各気筒6の燃焼室A内で失火が発生する虞がある。そこで、残存水素量がなくなった際には、液体燃料のみを内燃機関であるエンジン1に供給するとともに、エンジンの吸気系統8への排気ガスの再循環を停止し、ガソリンのみと空気との空燃比が、理論空燃比となるようにエンジン1を運転する。
[Modification 1]
If a large amount of exhaust gas is recirculated to the intake system 8 in a state where there is no remaining hydrogen in the hydrogen tank 31, misfire may occur in the combustion chamber A of each cylinder 6. Therefore, when the amount of remaining hydrogen is exhausted, only liquid fuel is supplied to the engine 1 which is an internal combustion engine, and the exhaust gas recirculation to the intake system 8 of the engine is stopped, so that only the gasoline and air are emptied. The engine 1 is operated so that the fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio.

ここで、実施例1にかかるエンジン1の他の運転方法について説明する。図4は、実施例1にかかるエンジンの他の運転フローを示す図である。なお、図4に示す運転方法は、図1に示す実施例1にかかるエンジン1の運転方法と基本的なフローは略同一なので簡略化して説明する。まず、図4に示すように、ECU7の処理部72は、エンジン回転数、アクセル開度、空気量を入力する(ステップST1)。次に、処理部72は、通常添加割合マップに基づいて、ガソリンの噴射量、水素の添加割合、EGR弁41の弁開度、スロットル弁84の弁開度、点火プラグ68の点火タイミングを算出する(ステップST2)。   Here, another operation method of the engine 1 according to the first embodiment will be described. FIG. 4 is a diagram illustrating another operation flow of the engine according to the first embodiment. The operation method shown in FIG. 4 is simplified because the basic flow is substantially the same as the operation method of the engine 1 according to the first embodiment shown in FIG. First, as shown in FIG. 4, the processing unit 72 of the ECU 7 inputs the engine speed, the accelerator opening, and the air amount (step ST1). Next, the processing unit 72 calculates the gasoline injection amount, the hydrogen addition ratio, the valve opening of the EGR valve 41, the valve opening of the throttle valve 84, and the ignition timing of the spark plug 68 based on the normal addition ratio map. (Step ST2).

次に、処理部72は、残存水素量を入力する(ステップST4)。ここで、残存水素量とは、水素タンク31に取り付けられたタンク内圧力センサ35から出力されたタンク内圧力に基づいて算出されたものである。次に、処理部72は、残存水素量がなくなったか否かの判断を行う(ステップST5)。これは、タンク内圧力に基づいて、残存水素量がゼロあるいは略ゼロか否かを判断するものである。次に、残存水素量がなくなっていなければ、処理部72は、算出されたガソリンの噴射量、水素の添加割合、EGR弁の弁開度、スロットル弁の弁開度によりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費(λ=1)で、エンジン1を運転する(ステップST3)。   Next, the processing unit 72 inputs the residual hydrogen amount (step ST4). Here, the residual hydrogen amount is calculated based on the tank internal pressure output from the tank internal pressure sensor 35 attached to the hydrogen tank 31. Next, the processing unit 72 determines whether or not there is no remaining hydrogen amount (step ST5). This is to determine whether or not the residual hydrogen amount is zero or substantially zero based on the tank internal pressure. Next, if the remaining hydrogen amount is not exhausted, the processing unit 72 determines the gasoline, hydrogen, air, and air based on the calculated gasoline injection amount, hydrogen addition ratio, EGR valve opening, and throttle valve opening. The engine 1 is operated at the theoretical air fuel ratio (λ = 1) of the air-fuel ratio (step ST3).

一方、処理部72は、残存水素量がなくなっていれば、ガソリンに対する水素の添加割合を0とし、EGR弁の弁開度を0とし、ガソリンのみのマップに基づいて、液体燃料噴射手段22から噴射するガソリンの噴射量、スロットル弁84の弁開度、点火プラグ68の点火タイミングを算出する(ステップST6)。これは、記憶部73に記憶されている図示しないエンジン回転数とアクセル開度とのマップであるガソリンのみのマップと、ECU7に入力信号として入力されたエンジン回転数およびアクセル開度の入力信号に基づいて決定される。ここで、処理部72が用いるガソリンのみのマップは、記憶部73に記憶されているマップの1つであり、液体燃料であるガソリンのみによりエンジン1を運転する際に用いるマップである。   On the other hand, if there is no remaining hydrogen amount, the processing unit 72 sets the hydrogen addition ratio to gasoline to 0, sets the valve opening of the EGR valve to 0, and from the liquid fuel injection means 22 based on the gasoline only map. The injection amount of gasoline to be injected, the valve opening of the throttle valve 84, and the ignition timing of the spark plug 68 are calculated (step ST6). This is because a map of only gasoline, which is a map of the engine speed and the accelerator opening (not shown) stored in the storage unit 73, and an input signal of the engine speed and the accelerator opening input to the ECU 7 as input signals. To be determined. Here, the gasoline-only map used by the processing unit 72 is one of the maps stored in the storage unit 73, and is a map used when the engine 1 is operated only by gasoline that is liquid fuel.

次に、処理部72は、算出されたガソリンの噴射量、スロットル弁の弁開度、点火タイミングによりガソリンと空気との空燃比を理論空燃費(λ=1)で、エンジン1を運転する(ステップST7)。具体的には、処理部72は、液体燃焼噴射弁22に液体燃料噴射信号を出力することで、吸気系統8の吸気通路81内に、液体燃料噴射弁22から所定の噴射タイミングで算出された噴射量のガソリンを噴射する。また、処理部72は、ガソリンに対する水素の添加割合を0とするために、水素噴射弁33に噴射信号が出力されている場合は、噴射信号の出力を停止する。また、処理部72は、EGR弁41の開弁度を0とするために、EGR弁41に開閉信号が出力されている場合は、開閉信号の出力を停止する。また、処理部72は、スロットル弁84にスロットル弁開閉信号を出力することで、スロットル弁84を算出された弁開度に開き、吸気系統8の吸気通路81内に空気を吸気する。各気筒6の吸気バルブ64が開くことで、吸気系統8から各気筒6の燃焼室Aにガソリンおよび空気のみが吸気される。これにより、燃焼室A内は、ガソリンと空気との空燃比が理論空燃比(λ=1)である混合気が充満する。そして、処理部72は、点火プラグ68に点火信号を出力することで、点火プラグ68を点火する。点火プラグ68が点火することにより、燃料室A内の混合気が着火し、燃焼ガスとなり、ピストン62を押し下げ、図示しないコンロッドを介して回転自在に連結された図示しないクランクシャフトに回転力を与える。   Next, the processing unit 72 operates the engine 1 with the theoretical air fuel ratio (λ = 1) of the air-fuel ratio between gasoline and air based on the calculated gasoline injection amount, the throttle valve opening, and the ignition timing ( Step ST7). Specifically, the processing unit 72 outputs a liquid fuel injection signal to the liquid combustion injection valve 22 and is calculated at a predetermined injection timing from the liquid fuel injection valve 22 in the intake passage 81 of the intake system 8. Inject an amount of gasoline. Further, the processing unit 72 stops the output of the injection signal when the injection signal is output to the hydrogen injection valve 33 in order to set the addition ratio of hydrogen to gasoline to zero. Further, the processing unit 72 stops the output of the opening / closing signal when the opening / closing signal is output to the EGR valve 41 in order to set the opening degree of the EGR valve 41 to 0. Further, the processing unit 72 outputs a throttle valve opening / closing signal to the throttle valve 84, thereby opening the throttle valve 84 to the calculated valve opening and sucking air into the intake passage 81 of the intake system 8. By opening the intake valve 64 of each cylinder 6, only gasoline and air are taken into the combustion chamber A of each cylinder 6 from the intake system 8. As a result, the combustion chamber A is filled with an air-fuel mixture in which the air-fuel ratio of gasoline and air is the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1). The processing unit 72 then ignites the spark plug 68 by outputting an ignition signal to the spark plug 68. When the spark plug 68 is ignited, the air-fuel mixture in the fuel chamber A is ignited to become combustion gas, and the piston 62 is pushed down to give a rotational force to a crankshaft (not shown) that is rotatably connected via a connecting rod (not shown). .

以上のように、水素タンク31内の残存水素量がなくなった状態においては、ガソリンのみをエンジン1に供給するとともに、エンジン1の吸気系統8への排気ガスの再循環を停止することで、各気筒6の燃焼室A内で失火が発生する虞を抑制することができる。また、ガソリンと空気との空燃比が理論空燃比となるようにエンジン1を運転するので、残存水素量がなくなった際にも、排気系統に排出された排気ガスに含まれるNOxを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができ、エンジン1の製造コストを低減することができる。 As described above, when there is no remaining hydrogen in the hydrogen tank 31, only gasoline is supplied to the engine 1 and exhaust gas recirculation to the intake system 8 of the engine 1 is stopped. The risk of misfire occurring in the combustion chamber A of the cylinder 6 can be suppressed. Further, since the engine 1 is operated so that the air-fuel ratio between gasoline and air becomes the stoichiometric air-fuel ratio, even when the remaining hydrogen amount is exhausted, the NO x contained in the exhaust gas discharged to the exhaust system is ternary. The catalyst can be purified to such an extent that it can be discharged to the atmosphere, and the manufacturing cost of the engine 1 can be reduced.

上記実施例1では、ガソリンに対する水素の添加割合を20〜30%程度として、エンジン1を運転したが、実施例1に対して水素の添加割合を減少させても、吸気系統8に排気ガスを循環させることで、排気系統5に排出された排気ガスに含まれるNOxを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができる。そこで、残存水素量に基づいて液体燃料であるガソリンに対する水素の添加割合を変化、つまり半減させて、ガソリンおよび水素と空気との空燃比が理論空燃費(λ=1)となるようにエンジン1を運転する。なお、実施例2にかかる内燃機関であるエンジンは、図1に示すエンジン1と同様であるためその説明は省略する。 In the first embodiment, the engine 1 is operated with the hydrogen addition ratio to gasoline being about 20 to 30%. However, even if the hydrogen addition ratio is reduced with respect to the first embodiment, exhaust gas is supplied to the intake system 8. By circulating, NO x contained in the exhaust gas discharged to the exhaust system 5 can be purified to the extent that it can be discharged to the atmosphere with only the three-way catalyst. Therefore, based on the amount of remaining hydrogen, the ratio of hydrogen addition to gasoline as liquid fuel is changed, that is, halved, so that the air-fuel ratio of gasoline, hydrogen, and air becomes the theoretical air-fuel ratio (λ = 1). To drive. The engine that is the internal combustion engine according to the second embodiment is the same as the engine 1 shown in FIG.

ここで、実施例2にかかるエンジン1の運転方法について説明する。図5は、実施例2にかかるエンジンの運転フローを示す図である。図6−1は、燃費率とG/Fとの関係を示す図である。図6−2は、排気系統に排出される排気ガス中のNOx量とG/Fとの関係を示す図である。なお、図5に示す実施例2にかかるエンジンの運転方法は、図4に示す実施例1にかかる他の運転方法と基本的なフローは、略同一なのでその説明省略する。まず、図5に示すように、ECU7の処理部72は、エンジン回転数、アクセル開度、空気量を入力する(ステップST1)。次に、処理部72は、通常添加割合マップに基づいて、ガソリンの噴射量、水素の添加割合、EGR弁41の弁開度、スロットル弁84の弁開度、点火プラグ68の点火タイミングを算出する(ステップST2)。 Here, a method of operating the engine 1 according to the second embodiment will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating an operation flow of the engine according to the second embodiment. FIG. 6A is a diagram illustrating a relationship between a fuel consumption rate and G / F. FIG. 6B is a diagram illustrating a relationship between the NO x amount in the exhaust gas discharged to the exhaust system and G / F. The basic operation flow of the engine operating method according to the second embodiment shown in FIG. 5 is the same as the other operating method according to the first embodiment shown in FIG. First, as shown in FIG. 5, the processing unit 72 of the ECU 7 inputs the engine speed, the accelerator opening, and the air amount (step ST1). Next, the processing unit 72 calculates the gasoline injection amount, the hydrogen addition ratio, the valve opening of the EGR valve 41, the valve opening of the throttle valve 84, and the ignition timing of the spark plug 68 based on the normal addition ratio map. (Step ST2).

次に、処理部72は、残存水素量を入力する(ステップST4)。次に、処理部72は、残存水素量が所定量よりも低いか否かの判断を行う(ステップST8)。これは、タンク内圧力に基づいて、残存水素量が所定量よりも低いか否かを判断するものである。ここで、所定量とは、例えば、水素タンク31に新に水素を貯留するまでに、排気ガスをエンジン1の吸気系統8に再循環する際において、水素噴射弁33から吸気系統8の吸気通路81に水素を噴射できる量や、水素タンク31内に貯留できる全水素量に対して10%の量などをいう。残存水素量が所定量以上である場合は、処理部72は、算出されたガソリンの噴射量、水素の添加割合、EGR弁の弁開度、スロットル弁の弁開度によりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費(λ=1)で、エンジン1を運転する(ステップST3)。   Next, the processing unit 72 inputs the residual hydrogen amount (step ST4). Next, the processing unit 72 determines whether or not the residual hydrogen amount is lower than a predetermined amount (step ST8). This is to determine whether or not the residual hydrogen amount is lower than a predetermined amount based on the tank internal pressure. Here, the predetermined amount is, for example, when the exhaust gas is recirculated to the intake system 8 of the engine 1 before hydrogen is newly stored in the hydrogen tank 31, and the intake passage of the intake system 8 from the hydrogen injection valve 33. The amount of hydrogen that can be injected into 81, the amount of 10% of the total amount of hydrogen that can be stored in the hydrogen tank 31, and the like. When the residual hydrogen amount is equal to or greater than the predetermined amount, the processing unit 72 determines whether gasoline, hydrogen, air, and the like are calculated according to the calculated gasoline injection amount, hydrogen addition ratio, EGR valve opening, and throttle valve opening. The engine 1 is operated at the theoretical air fuel ratio (λ = 1) of the air-fuel ratio (step ST3).

一方、処理部72は、残存水素量が所定量よりも低い場合は、記憶部72の添加割合半減マップに基づいて、ガソリンの噴射量、水素の添加割合、EGR弁41の弁開度、スロットル弁84の弁開度、点火プラグ68の点火タイミングを算出する(ステップST9)。これは、記憶部73に記憶されている図示しないエンジン回転数とアクセル開度とのマップである添加割合半減マップと、ECU7に入力信号として入力されたエンジン回転数およびアクセル開度の入力信号に基づいて決定される。ここで、処理部72が用いる添加割合半減マップは、記憶部73に記憶されているマップの1つであり、ガソリンに対する水素の添加割合を通常(20〜30%程度)の添加割合に対して半減した添加割合(10〜15%程度)で添加してエンジン1を運転する際に用いるマップである。従って、エンジン1の任意の運転状態において、添加割合半減マップに基づいて算出された水素の添加割合は、通常添加割合マップに基づいて算出された水素の添加割合に対して半減した値となる。次に、処理部72は、算出されたガソリンの噴射量、通常の水素の添加割合に対して半減された水素の添加割合、EGR弁の弁開度、スロットル弁の弁開度によりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費(λ=1)で、エンジン1を運転する(ステップST3)。   On the other hand, when the remaining hydrogen amount is lower than the predetermined amount, the processing unit 72 determines the gasoline injection amount, the hydrogen addition rate, the valve opening degree of the EGR valve 41, the throttle based on the addition rate half map of the storage unit 72. The valve opening of the valve 84 and the ignition timing of the spark plug 68 are calculated (step ST9). This is because the addition ratio half map which is a map of the engine speed and the accelerator opening (not shown) stored in the storage unit 73 and the input signal of the engine speed and the accelerator opening which are input to the ECU 7 as input signals. To be determined. Here, the addition ratio half map used by the processing unit 72 is one of the maps stored in the storage unit 73, and the hydrogen addition ratio to gasoline is about the normal (about 20 to 30%) addition ratio. It is a map used when the engine 1 is operated with the addition ratio reduced by half (about 10 to 15%). Therefore, in any operating state of the engine 1, the hydrogen addition ratio calculated based on the addition ratio half map becomes a value half that of the hydrogen addition ratio calculated based on the normal addition ratio map. Next, the processing unit 72 determines the gasoline and hydrogen based on the calculated injection amount of gasoline, the hydrogen addition ratio halved from the normal hydrogen addition ratio, the EGR valve opening degree, and the throttle valve opening degree. The engine 1 is operated with the theoretical air fuel ratio (λ = 1) as the air-fuel ratio between the air and air (step ST3).

以上により、残存水素量が所定値よりも低い場合は、通常の水素の添加割合に対して半減された水素の添加割合で、エンジン1を運転する。従って、上記実施例2の内燃機関であるエンジン1では、上記実施例1と同様に排気ガスを多量に再循環しても、ガソリンおよび水素と空気との混合気の安定した燃焼が行える。   As described above, when the amount of remaining hydrogen is lower than the predetermined value, the engine 1 is operated at a hydrogen addition rate that is halved with respect to a normal hydrogen addition rate. Therefore, in the engine 1 which is the internal combustion engine of the second embodiment, even when exhaust gas is recirculated in a large amount as in the first embodiment, stable combustion of gasoline, a mixture of hydrogen and air can be performed.

また、実施例2にかかるエンジン1を水素の添加割合を通常の添加割合に対して半減して運転した際の燃費率とG/Fとの関係は、図6−1のFに示すようになり、最低燃費率はf点となる。従って、Bに示す実施例1にかかるエンジン1のように水素の添加割合を通常の添加割合で運転した際の最低燃費率のb点と比較して、燃費率、つまりエンジンの高効率化に着目すれば、エンジン1を水素の添加割合を通常の添加割合で運転した方が優れているといえる。また、実施例2にかかるエンジン1を水素の添加割合を通常の添加割合に対して半減して運転した際の排気系統5に排気される排気ガス中のNOx量とG/Fとの関係は、図6−2のGに示すようなり、最低燃費率f点におけるG/Fに対するNOx量はgとなる。従って、Dに示す実施例1にかかるエンジン1のように水素の添加割合を通常の添加割合で運転した際のNOx量dと比較して、排気系統5に排気される排気ガス中のNOx量に着目すれば、エンジン1を水素の添加割合を通常の添加割合で運転した方が優れているといえる。 Further, the relationship between the fuel consumption rate and G / F when the engine 1 according to the second embodiment is operated with the hydrogen addition ratio reduced to half of the normal addition ratio is as shown in F of FIG. Therefore, the minimum fuel consumption rate is f point. Therefore, compared with the point b of the minimum fuel consumption rate when the hydrogen addition ratio is operated at the normal addition ratio as in the engine 1 according to the first embodiment shown in B, the fuel efficiency, that is, the engine efficiency is improved. If attention is paid, it can be said that it is better to operate the engine 1 at a normal addition rate of hydrogen. Further, the relationship between the NO x amount in the exhaust gas exhausted to the exhaust system 5 and the G / F when the engine 1 according to the second embodiment is operated with the hydrogen addition ratio reduced to half the normal addition ratio. Is as indicated by G in FIG. 6B, and the NO x amount with respect to G / F at the lowest fuel efficiency rate f is g. Therefore, as compared with the NO x amount d when the hydrogen addition ratio is operated at the normal addition ratio as in the engine 1 according to the first embodiment shown in D, the NO in the exhaust gas exhausted to the exhaust system 5 is compared. If attention is paid to the amount of x , it can be said that it is better to operate the engine 1 at a normal hydrogen addition rate.

しかしながら、ガソリンに対する水素の添加割合は、実施例1にかかるエンジン1の運転方法に対して、実施例2にかかるエンジンの運転方法は、残存水素量が所定値よりも低い場合は、通常の水素の添加割合に対して半分となる。従って、実施例2かかるエンジン1は、ガソリンに対する水素の添加割合を高くすることをさらに抑制でき、排気系統に排出されたNOx濃度の低い排気ガスを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができ、内燃機関の製造コストを低減することができる。 However, the proportion of hydrogen added to gasoline is different from that of the engine 1 according to the first embodiment in the case of the engine operation method according to the second embodiment, when the residual hydrogen amount is lower than a predetermined value. It becomes half with respect to the addition ratio of. Accordingly, the engine 1 according to the second embodiment can further suppress an increase in the ratio of hydrogen added to gasoline, and the exhaust gas having a low NO x concentration discharged to the exhaust system can be discharged to the atmosphere with only the three-way catalyst. It can purify and can reduce the manufacturing cost of the internal combustion engine.

上記実施例2では、残存水素量が所定値よりも低い場合は、通常の水素の添加割合に対して半減された水素の添加割合で、エンジン1を運転したが、排気系統5に排出された排気ガスのNOx濃度が三元触媒のみの浄化により大気に排出できる程度までの濃度であれば水素割合を減少させることができる。そこで、排気系統5に排出された排気ガスのNOx濃度に基づいて、液体燃料であるガソリンに対する水素の添加割合を変化させて、ガソリンおよび水素と空気との空燃比が理論空燃費(λ=1)となるようにエンジン1を運転する。なお、実施例3にかかる内燃機関であるエンジンは、図1に示すエンジン1と同様であるためその説明は省略する。 In Example 2 described above, when the residual hydrogen amount was lower than the predetermined value, the engine 1 was operated at a hydrogen addition rate halved with respect to the normal hydrogen addition rate, but was discharged into the exhaust system 5. concentration of NO x in the exhaust gas can be reduced hydrogen ratio if the concentration of the extent that can be discharged to the atmosphere by purification of the only three-way catalyst. Therefore, based on the concentration of NO x exhaust gas discharged to the exhaust system 5, by changing the adding ratio of hydrogen to gasoline is a liquid fuel, air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel of gasoline and hydrogen and air (lambda = The engine 1 is operated so as to satisfy 1). In addition, since the engine which is an internal combustion engine concerning Example 3 is the same as that of the engine 1 shown in FIG. 1, the description is abbreviate | omitted.

ここで、実施例3にかかるエンジン1の運転方法について説明する。図7は、実施例3にかかるエンジンの運転フローを示す図である。なお、図6に示す実施例3にかかるエンジンの運転方法は、図5に示す実施例2にかかる運転方法と基本的なフローは、略同一なのでその説明省略する。まず、図6に示すように、ECU7の処理部72は、エンジン回転数、アクセル開度、空気量を入力する(ステップST1)。次に、処理部72は、通常添加割合マップに基づいて、ガソリンの噴射量、水素の添加割合、EGR弁41の弁開度、スロットル弁84の弁開度、点火プラグ68の点火タイミングを算出する(ステップST2)。   Here, a method of operating the engine 1 according to the third embodiment will be described. FIG. 7 is a diagram illustrating an operation flow of the engine according to the third embodiment. The operation method of the engine according to the third embodiment shown in FIG. 6 is substantially the same as the operation method according to the second embodiment shown in FIG. First, as shown in FIG. 6, the processing unit 72 of the ECU 7 inputs the engine speed, the accelerator opening, and the air amount (step ST1). Next, the processing unit 72 calculates the gasoline injection amount, the hydrogen addition ratio, the valve opening of the EGR valve 41, the valve opening of the throttle valve 84, and the ignition timing of the spark plug 68 based on the normal addition ratio map. (Step ST2).

次に、処理部72は、残存水素量を入力する(ステップST4)。次に、処理部72は、残存水素量が所定量よりも低いか否かの判断を行う(ステップST8)。これは、タンク内圧力に基づいて、残存水素量が所定量よりも低いか否かを判断するものである。残存水素量が所定量以上である場合は、処理部72は、算出されたガソリンの噴射量、水素の添加割合、EGR弁の弁開度、スロットル弁の弁開度によりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費(λ=1)で、エンジン1を運転する(ステップST3)。   Next, the processing unit 72 inputs the residual hydrogen amount (step ST4). Next, the processing unit 72 determines whether or not the residual hydrogen amount is lower than a predetermined amount (step ST8). This is to determine whether or not the residual hydrogen amount is lower than a predetermined amount based on the tank internal pressure. When the residual hydrogen amount is equal to or greater than the predetermined amount, the processing unit 72 determines whether gasoline, hydrogen, air, and the like are calculated according to the calculated gasoline injection amount, hydrogen addition ratio, EGR valve opening, and throttle valve opening. The engine 1 is operated at the theoretical air fuel ratio (λ = 1) of the air-fuel ratio (step ST3).

一方、処理部72は、残存水素量が所定量よりも低い場合は、記憶部72の各添加割合減少マップに基づいて、ガソリンの噴射量、水素の添加割合、EGR弁41の弁開度、スロットル弁84の弁開度、点火プラグ68の点火タイミングを算出する(ステップST10)。これは、記憶部73に記憶されている図示しないエンジン回転数とアクセル開度とのマップである各添加割合減少マップと、ECU7に入力信号として入力されたエンジン回転数およびアクセル開度の入力信号に基づいて決定される。ここで、処理部72が用いる各添加割合減少マップは、記憶部73に記憶されている複数のマップであり、ガソリンに対する水素の添加割合を通常(20〜30%程度)の添加割合に対して、例えば所定間隔で減少した添加割合で添加してエンジン1を運転する際に用いる複数のマップである。例えば、通常の水素の添加割合を20%とし、所定間隔を2とすると添加割合減少マップは、18%、16%、14%…4%、2%の添加割合で添加してエンジン1を運転する際に用いるマップとなる。なお、処理部72は、最初に残存水素量が所定量よりも低いと判断した際には、各添加割合減少マップのうち最も水素の添加割合減少量が多い添加割合減少マップを用いる。   On the other hand, when the remaining hydrogen amount is lower than the predetermined amount, the processing unit 72 determines the gasoline injection amount, the hydrogen addition rate, the valve opening degree of the EGR valve 41 based on each addition rate decrease map in the storage unit 72, The valve opening of the throttle valve 84 and the ignition timing of the spark plug 68 are calculated (step ST10). This is because each addition rate reduction map, which is a map of the engine speed and the accelerator opening (not shown) stored in the storage unit 73, and the input signal of the engine speed and the accelerator opening input to the ECU 7 as input signals. To be determined. Here, each addition rate reduction map used by the processing unit 72 is a plurality of maps stored in the storage unit 73, and the hydrogen addition rate to gasoline is about the normal (about 20 to 30%) addition rate. , For example, a plurality of maps used when the engine 1 is operated with the addition ratio decreased at predetermined intervals. For example, if the normal hydrogen addition rate is 20% and the predetermined interval is 2, the addition rate reduction map is operated with the addition rate of 18%, 16%, 14% ... 4%, 2%, and the engine 1 is operated. It becomes a map used when doing. When the processing unit 72 first determines that the residual hydrogen amount is lower than the predetermined amount, the processing unit 72 uses the addition rate reduction map having the largest hydrogen addition rate reduction amount among the addition rate reduction maps.

次に、処理部72は、算出された水素の添加割合が最低添加割合以上か否かを判断する(ステップST11)。ここで、最低添加割合は、各添加割合減少マップごとに規定されており、処理部72により算出された吸気系統8に再循環する排気ガスの再循環量に対して、各気筒6の燃焼室A内で安定した燃焼を行うことができるガソリンに対する水素の添加割合である。これは、排気ガスを多量に吸気系統8に再循環した状態で、水素の添加割合が最低添加割合よりも低いと、各気筒6の燃焼室A内で失火が発生する虞があるからである。算出された水素の添加割合が最低添加割合よりも低い場合は、ステップST10に戻る。処理部72は、ステップ10に戻ったと判断した場合は、直近で用いた添加割合減少マップよりも、水素の添加割合減少量が1間隔分少ない添加割合減少マップを用いて、ステップST9を繰り返す。   Next, the processing unit 72 determines whether or not the calculated hydrogen addition ratio is equal to or higher than the minimum addition ratio (step ST11). Here, the minimum addition ratio is defined for each addition ratio reduction map, and the combustion chamber of each cylinder 6 with respect to the recirculation amount of the exhaust gas recirculated to the intake system 8 calculated by the processing unit 72. A ratio of hydrogen to gasoline that can perform stable combustion in A. This is because if a large amount of exhaust gas is recirculated to the intake system 8 and the hydrogen addition rate is lower than the minimum addition rate, misfire may occur in the combustion chamber A of each cylinder 6. . If the calculated hydrogen addition ratio is lower than the minimum addition ratio, the process returns to step ST10. When determining that the processing unit 72 has returned to Step 10, the processing unit 72 repeats Step ST9 using an addition rate reduction map in which the hydrogen addition rate reduction amount is one interval less than the most recently used addition rate reduction map.

次に、処理部72は、排気系統5に排出された排気ガスのNOx濃度を入力する(ステップST12)。ここで、NOx濃度は、排気系統5の排気通路52の三元触媒51の上流側に取り付けられたNOx濃度センサから出力されたものである。次に、処理部72は、排気ガスのNOx濃度が規定濃度以下であるか否の判断を行う(ステップST13)。これは、排気ガスのNOx濃度によって、大気に排出できる程度に三元触媒51のみによりNOxを浄化できない排気ガスが排気系統5に排気されることを抑制するためである。ここで、規定濃度とは、排気系統5に排出される排気ガスのNOxが三元触媒51のみにより大気に排出できる程度に浄化できる濃度である。つまり、ステップST13は、液体燃料であるガソリンに対する水素の添加割合を、排気系統5に排出される排気ガスのNOx濃度が三元触媒51により浄化できるNOx濃度以下となる添加割合とするものである。 Next, the processing unit 72 inputs the NO x concentration of the exhaust gas discharged to the exhaust system 5 (step ST12). Here, the NO x concentration is output from a NO x concentration sensor attached to the upstream side of the three-way catalyst 51 in the exhaust passage 52 of the exhaust system 5. Next, the processing unit 72 determines whether or not the NO x concentration of the exhaust gas is equal to or lower than a specified concentration (step ST13). This is because the concentration of NO x in the exhaust gas, in order to prevent the exhaust gas can not purify NO x by only three-way catalyst 51 to an extent that can be discharged into the atmosphere is exhausted to the exhaust system 5. Here, the specified concentration is a concentration that can be purified to such an extent that NO x of the exhaust gas discharged to the exhaust system 5 can be discharged to the atmosphere only by the three-way catalyst 51. That is, step ST13 is that the addition ratio of hydrogen to gasoline is a liquid fuel, the addition ratio of the concentration of NO x exhaust gas discharged into the exhaust system 5 becomes less concentration of NO x which can be purified by a three-way catalyst 51 It is.

次に、排気ガスのNOx濃度が規定濃度以下である場合は、処理部72は、算出されたガソリンの噴射量、水素の添加割合、EGR弁の弁開度、スロットル弁の弁開度によりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費(λ=1)で、エンジン1を運転する(ステップST3)。一方、排気ガスのNOx濃度が規定濃度よりも高い場合は、処理部72は、直近で用いた添加割合減少マップよりも、水素の添加割合減少量が1間隔分少ない添加割合減少マップを用いて、ステップST10に戻り、ステップST10からステップST13までを繰り返す。なお、処理部72は、水素の添加割合減少量が隣接する添加割合減少マップの間におけるガソリンに対する水素の添加割合を算出する際には、この隣り合う添加割合減少マップどうしを直線補完することで、ガソリンに対する水素の添加割合を算出しても良い。 Then, when the concentration of NO x in the exhaust gas is the normal concentration or less, the processing unit 72, injection amount of the calculated gasoline, the addition ratio of the hydrogen, the valve opening of the EGR valve, the valve opening of the throttle valve The engine 1 is operated with the theoretical air fuel ratio (λ = 1) of the air / fuel ratio of gasoline, hydrogen, and air (step ST3). On the other hand, when the concentration of NO x in the exhaust gas is higher than the normal concentration, the processing section 72, than the addition ratio decrease map using the most recent, with the addition ratio decrease map addition ratio decrease of hydrogen 1 interval worth less Returning to step ST10, steps ST10 to ST13 are repeated. In addition, when calculating the addition ratio of hydrogen to gasoline between the addition ratio reduction maps adjacent to each other, the processing unit 72 linearly complements the adjacent addition ratio reduction maps. Alternatively, the ratio of hydrogen to gasoline may be calculated.

以上により、残存水素量が所定値よりも低い場合は、排気系統5に排出された排気ガスのNOx濃度が三元触媒のみの浄化により大気に排出できる程度までの濃度となる減少した水素割合でエンジン1を運転する。従って、上記実施例3の内燃機関であるエンジン1では、上記実施例1と同様に排気ガスを多量に再循環しても、ガソリンおよび水素と空気との混合気の安定した燃焼が行える。また、ガソリンに対する水素の添加割合を高くすることをさらに抑制でき、排気系統に排出されたNOx濃度の低い排気ガスを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができ、内燃機関の製造コストを低減することができる。 By the above, if the residual hydrogen quantity is lower than a predetermined value, decreased hydrogen percentage concentration of NO x in the exhaust gas discharged into the exhaust system 5 is a concentration of an extent that can be discharged to the atmosphere by purification of the only three-way catalyst Then, the engine 1 is operated. Therefore, in the engine 1 that is the internal combustion engine of the third embodiment, even if the exhaust gas is recirculated in a large amount as in the first embodiment, stable combustion of gasoline, a mixture of hydrogen and air can be performed. In addition, it further suppressed by increasing the proportion of the added hydrogen to gasoline, it can be purified to an extent that can be discharged to the atmosphere with a low concentration of NO x discharged into the exhaust system the exhaust gas only at the three-way catalyst, an internal combustion engine The manufacturing cost can be reduced.

上記実施例2および実施例3にかかるエンジン1において、上記変形例1と同様に、残存水素量がなくなった際には、液体燃料のみを内燃機関であるエンジン1に供給するとともに、エンジンの吸気系統8への排気ガスの再循環を停止し、ガソリンのみと空気との空燃比が、理論空燃比となるようにエンジン1を運転してもよい。これにより、各気筒6の燃焼室A内で失火が発生する虞を抑制することができる。また、残存水素量がなくなって際にも、排気系統に排出された排気ガスに含まれるNOxを三元触媒のみで大気に排出できる程度まで浄化することができ、エンジン1の製造コストを低減することができる。 In the engine 1 according to the second and third embodiments, as in the first modification, when the residual hydrogen amount is exhausted, only the liquid fuel is supplied to the engine 1 that is an internal combustion engine, and the intake air of the engine The engine 1 may be operated so that the exhaust gas recirculation to the system 8 is stopped and the air-fuel ratio of only gasoline and air becomes the stoichiometric air-fuel ratio. Thereby, a possibility that misfire may occur in the combustion chamber A of each cylinder 6 can be suppressed. In addition, even when the amount of residual hydrogen is exhausted, NO x contained in the exhaust gas exhausted to the exhaust system can be purified to the extent that it can be exhausted to the atmosphere with only a three-way catalyst, and the manufacturing cost of the engine 1 is reduced. can do.

図8は、実施例4にかかるエンジン(内燃機関)の構成例を示す図である。図8に示すエンジン1´が図1に示すエンジン1と異なる点は、水素供給装置3に通路内圧力センサ36および遮断弁37が備えられている点である。なお、図8に示すエンジン1´の基本的構成は、図1に示すエンジン1の基本的構成と略同様であるためその説明は省略する。   FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of an engine (internal combustion engine) according to the fourth embodiment. The engine 1 ′ shown in FIG. 8 is different from the engine 1 shown in FIG. 1 in that the hydrogen supply device 3 includes a passage pressure sensor 36 and a shut-off valve 37. Note that the basic configuration of the engine 1 ′ shown in FIG. 8 is substantially the same as the basic configuration of the engine 1 shown in FIG.

水素供給手段である水素供給手段3には、水素ポンプ32の下流側、つまり水素噴射弁33側の水素供給通路34に、この水素供給通路34の通路内圧力を検出し、ECU7に通路内圧力を出力する通路内圧力検出手段である通路内圧力センサが取り付けられている。また、水素ポンプ32の上流側、つまり水素タンク31側の水素供給通路34に、水素貯留部である水素タンク31から水素噴射弁33に供給される水素を遮断する遮断弁37が取り付けられている。この遮断弁37は、図示しないサーボモータや磁力により開閉を行うものであり、ECU7からの遮断弁開閉信号により、水素タンク31から水素供給通路34を介して水素噴射弁33に水素を供給することを遮断するものである。   The hydrogen supply means 3, which is a hydrogen supply means, detects the pressure in the hydrogen supply passage 34 downstream of the hydrogen pump 32, that is, in the hydrogen supply passage 34 on the hydrogen injection valve 33 side. An in-passage pressure sensor that is a means for detecting in-passage pressure is attached. Further, a shutoff valve 37 for shutting off hydrogen supplied from the hydrogen tank 31 serving as a hydrogen reservoir to the hydrogen injection valve 33 is attached to the hydrogen supply passage 34 upstream of the hydrogen pump 32, that is, the hydrogen tank 31 side. . This shut-off valve 37 opens and closes by a servo motor (not shown) and magnetic force, and supplies hydrogen from the hydrogen tank 31 to the hydrogen injection valve 33 via the hydrogen supply passage 34 by a shut-off valve open / close signal from the ECU 7. Is to shut off.

液体燃料であるガソリンとともに、水素を供給される内燃機関であるエンジン1´では、エンジン1´の運転を停止する場合に、イグニッション(IG)をOFFすると共に、エンジン1´の運転を停止すると、水素供給手段である水素供給装置3の水素貯留部である水素タンク31から水素噴射弁33までを連結する水素供給通路34内に水素が残留することとなる。この残留した水素は、時間経過により水素供給通路34からエンジン1´が搭載されている車両内、あるいは車両外部に漏れ出す虞がある。これは、水素は、全原子中、最も径が小さく、最も漏れ易い物質であるためである。   In the engine 1 ′ that is an internal combustion engine supplied with hydrogen together with gasoline that is liquid fuel, when stopping the operation of the engine 1 ′, turning off the ignition (IG) and stopping the operation of the engine 1 ′, Hydrogen remains in the hydrogen supply passage 34 that connects the hydrogen tank 31 that is the hydrogen storage part of the hydrogen supply device 3 that is the hydrogen supply means to the hydrogen injection valve 33. The remaining hydrogen may leak from the hydrogen supply passage 34 into the vehicle in which the engine 1 ′ is mounted or to the outside of the vehicle over time. This is because hydrogen has the smallest diameter among all atoms and is the substance that leaks most easily.

従って、イグニッションをOFF、つまり内燃機関であるエンジン1´への液体燃料であるガソリンおよび水素の供給を停止する際には、水素タンク31から水素供給通路34に流出する水素を遮断するとともに、水素供給通路34に残留する水素をエンジン1´に供給するまで、エンジン1´を運転し続ける必要がある。また、排気ガスをエンジン1´の吸気系統8に再循環している際には、エンジン1´に供給する水素がなくなると、エンジン1´、つまり各気筒6の燃焼室A内で失火が発生する虞がある。   Therefore, when the ignition is turned off, that is, when the supply of gasoline and hydrogen as liquid fuel to the engine 1 ′, which is an internal combustion engine, is stopped, the hydrogen flowing out from the hydrogen tank 31 to the hydrogen supply passage 34 is shut off, Until the hydrogen remaining in the supply passage 34 is supplied to the engine 1 ′, the engine 1 ′ needs to be continuously operated. Further, when exhaust gas is recirculated to the intake system 8 of the engine 1 ′, if there is no more hydrogen supplied to the engine 1 ′, misfire occurs in the engine 1 ′, that is, the combustion chamber A of each cylinder 6. There is a risk of doing.

そこで、内燃機関であるエンジン1´への液体燃料であるガソリンおよび水素の供給を停止する際には、遮断弁37を閉じ水素の供給を停止するとともに、内燃機関であるエンジン1´の吸気系統8への排気ガスの再循環を停止し、通路内圧力が規定圧力以下となったときに、液体燃料であるガソリンの供給を停止し、エンジン1´の運転を停止する。   Therefore, when stopping the supply of gasoline and hydrogen, which are liquid fuels, to the engine 1 ′, which is an internal combustion engine, the shutoff valve 37 is closed to stop the supply of hydrogen, and the intake system of the engine 1 ′, which is an internal combustion engine. When the recirculation of the exhaust gas to 8 is stopped and the pressure in the passage becomes equal to or lower than the specified pressure, the supply of gasoline as liquid fuel is stopped and the operation of the engine 1 'is stopped.

ここで、実施例4にかかるエンジン1´の他の運転方法について説明する。図9は、実施例4にかかるエンジンの他の運転フローを示す図である。なお、図9に示す運転方法は、図1に示す実施例1にかかるエンジン1の運転方法と基本的なフローは略同一なので簡略化して説明する。まず、図9に示すように、ECU7の処理部72は、エンジン回転数、アクセル開度、空気量を入力する(ステップST1)。次に、処理部72は、通常添加割合マップに基づいて、ガソリンの噴射量、水素の添加割合、EGR弁41の弁開度、スロットル弁84の弁開度、点火プラグ68の点火タイミングを算出する(ステップST2)。次に、処理部72は、算出されたガソリンの噴射量、水素の添加割合、EGR弁の弁開度、スロットル弁の弁開度によりガソリンおよび水素と空気との空燃比を理論空燃費(λ=1)で、エンジン1´を運転する(ステップST3)。   Here, another operation method of the engine 1 ′ according to the fourth embodiment will be described. FIG. 9 is a diagram illustrating another operation flow of the engine according to the fourth embodiment. The operation method shown in FIG. 9 is simplified because the basic flow is substantially the same as the operation method of the engine 1 according to the first embodiment shown in FIG. First, as shown in FIG. 9, the processing unit 72 of the ECU 7 inputs the engine speed, the accelerator opening, and the air amount (step ST1). Next, the processing unit 72 calculates the gasoline injection amount, the hydrogen addition ratio, the valve opening of the EGR valve 41, the valve opening of the throttle valve 84, and the ignition timing of the spark plug 68 based on the normal addition ratio map. (Step ST2). Next, the processing unit 72 calculates the air-fuel ratio of gasoline, hydrogen, and air based on the calculated air-fuel ratio (λ) based on the calculated gasoline injection amount, hydrogen addition ratio, EGR valve opening, and throttle valve opening. = 1), the engine 1 'is operated (step ST3).

次に、処理部72は、イグニッション(IG)のOFFを入力する(ステップST14)。次に、処理部72は、EGR弁の弁開度を0とし、遮断弁37の弁開度を0とする。(ステップST15)。具体的には、処理部72は、EGR弁41の開弁度を0とするために、EGR弁41に開閉信号が出力されている場合は、開閉信号の出力を停止する。これにより、エンジン1´の吸気系統8への排気ガスの再循環を停止する。また、処理部72は、遮断弁37の弁開度を0、つまり遮断弁37を閉弁するために、遮断弁37に開閉信号が出力されている場合は、開閉信号の出力を停止する、あるいは遮断弁37を開く出力信号が出力されている場合は、遮断弁37を閉じる出力信号を出力する。これにより、水素タンク31から水素供給通路34を介して水素噴射弁33に水素が供給されることを停止する。   Next, the processing unit 72 inputs ignition (IG) OFF (step ST14). Next, the processing unit 72 sets the valve opening of the EGR valve to 0 and sets the valve opening of the shut-off valve 37 to 0. (Step ST15). Specifically, the processing unit 72 stops the output of the opening / closing signal when the opening / closing signal is output to the EGR valve 41 in order to set the opening degree of the EGR valve 41 to 0. Thereby, the recirculation of the exhaust gas to the intake system 8 of the engine 1 ′ is stopped. The processing unit 72 stops the output of the opening / closing signal when the opening degree of the cutoff valve 37 is 0, that is, when the opening / closing signal is output to the cutoff valve 37 in order to close the cutoff valve 37. Or when the output signal which opens the shut-off valve 37 is output, the output signal which closes the shut-off valve 37 is output. As a result, the supply of hydrogen from the hydrogen tank 31 to the hydrogen injection valve 33 via the hydrogen supply passage 34 is stopped.

次に、アイドリング時のガソリンのみのマップに基づいて、ガソリンの噴射量、スロットル弁84の弁開度、点火プラグ68の点火タイミングを算出する(ステップST16)。これは、記憶部73に記憶されている図示しないエンジン回転数とアクセル開度とのマップであるアイドリング時のガソリンのみのマップと、ECU7に入力信号として入力されたエンジン回転数およびアクセル開度の入力信号に基づいて決定される。ここで、処理部72が用いるアイドリング時のガソリンのみのマップは、記憶部73に記憶されているマップの1つであり、内燃機関であるエンジン1´がアイドリング時に液体燃料であるガソリンのみによりエンジン1´を運転する際に用いるマップである。   Next, the gasoline injection amount, the valve opening of the throttle valve 84, and the ignition timing of the spark plug 68 are calculated based on the map of gasoline only at idling (step ST16). This is a map of only the gasoline at idling, which is a map of the engine speed and the accelerator opening (not shown) stored in the storage unit 73, and the engine speed and the accelerator opening that are input to the ECU 7 as input signals. It is determined based on the input signal. Here, the map of only the gasoline at idling used by the processing unit 72 is one of the maps stored in the storage unit 73, and the engine 1 'which is the internal combustion engine uses only gasoline which is liquid fuel at the time of idling. It is a map used when driving 1 '.

次に、処理部72は、算出されたガソリンの噴射量、スロットル弁の弁開度、点火タイミングにより、エンジン1´をアイドリング運転する(ステップST17)。このとき、水素供給通路34内の水素は、水素噴射弁33により、吸気系統8の吸気通路81に噴射される。   Next, the processing unit 72 performs an idling operation of the engine 1 ′ based on the calculated gasoline injection amount, the throttle valve opening, and the ignition timing (step ST17). At this time, hydrogen in the hydrogen supply passage 34 is injected into the intake passage 81 of the intake system 8 by the hydrogen injection valve 33.

次に、処理部72は、水素供給通路34内の通路内圧力が規定圧力以下か否かを判断する(ステップST18)。このとき、処理部72には、すでに水素供給通路34に取り付けられた通路内圧力センサ36から出力された通路内圧力が入力されている。ここで、規定値とは、水素供給通路34内の通路内圧力が大気圧かあるいは略大気圧か否かを判断するものである。次に、通路内圧力が規定圧力以下である場合は、処理部72は、内燃機関であるエンジン1´の運転を停止する(ステップST19)。なお、通路内圧力が規定圧力よりも高い場合は、上記ステップST17、18を繰り返す。   Next, the processing unit 72 determines whether or not the passage pressure in the hydrogen supply passage 34 is equal to or lower than a specified pressure (step ST18). At this time, the in-passage pressure output from the in-passage pressure sensor 36 already attached to the hydrogen supply passage 34 is input to the processing unit 72. Here, the specified value is used to determine whether the pressure in the hydrogen supply passage 34 is atmospheric pressure or substantially atmospheric pressure. Next, when the pressure in the passage is equal to or lower than the specified pressure, the processing unit 72 stops the operation of the engine 1 ′ that is an internal combustion engine (step ST19). If the passage pressure is higher than the specified pressure, steps ST17 and ST18 are repeated.

以上のように、エンジン1´へのガソリンおよび水素の供給を停止する際には、遮断弁37を閉じ水素の供給を停止するとともに、排気ガスの再循環を停止し、通路内圧力が規定圧力以下となったときに、ガソリンの供給を停止し、エンジン1´の運転を停止するので、水素供給通路内に水素が残留せず、水素が水素供給通路から外部に漏れ出す虞を抑制できる。また、エンジン1´に供給する水素がなくなることで、エンジン1´で失火が発生する虞を抑制できる。   As described above, when the supply of gasoline and hydrogen to the engine 1 ′ is stopped, the shutoff valve 37 is closed to stop the supply of hydrogen, and the recirculation of the exhaust gas is stopped. When it becomes below, supply of gasoline is stopped and operation of engine 1 'is stopped, so that hydrogen does not remain in the hydrogen supply passage, and the risk of hydrogen leaking out from the hydrogen supply passage can be suppressed. Further, since there is no hydrogen supplied to the engine 1 ′, it is possible to suppress the possibility of misfire in the engine 1 ′.

上記実施例4では、イグニッション(IG)をOFFとして、エンジン1´を停止することで、エンジン1´へのガソリンおよび水素の供給を停止する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、アクセル開度が0の場合も、エンジン1´へのガソリンおよび水素の供給を停止されるので、この場合にも適用することができる。また、この発明は、排気ガスを内燃機関であるエンジン1、1´の吸気系統8に再循環している際には、液体燃料であるガソリンおよび水素をエンジン1、1´に供給するものであるが、エンジン1、1´の始動時などは、水素のみをエンジン1、1´に供給しても良い。   In the fourth embodiment, the case where the supply of gasoline and hydrogen to the engine 1 ′ is stopped by turning off the ignition (IG) and stopping the engine 1 ′ has been described. However, the present invention is limited to this. It is not a thing. For example, even when the accelerator opening is 0, the supply of gasoline and hydrogen to the engine 1 ′ is stopped. Therefore, the present invention can also be applied to this case. Further, the present invention supplies gasoline and hydrogen, which are liquid fuels, to the engine 1, 1 'when the exhaust gas is recirculated to the intake system 8 of the engine 1, 1', which is an internal combustion engine. However, only hydrogen may be supplied to the engine 1, 1 'when starting the engine 1, 1'.

以上のように、この発明にかかる内燃機関および内燃機関の運転方法は、内燃機関に液体燃料および水素を供給する内燃機関および内燃機関の運転方法に有用であり、特に、液体燃料に対する水素の添加割合を高くすること抑制でき、三元触媒のみで大気に排出される排気ガスのNOx濃度を低減することができるとともに、内燃機関の高効率化を図るのに適している。 As described above, the internal combustion engine and the operation method of the internal combustion engine according to the present invention are useful for the internal combustion engine that supplies liquid fuel and hydrogen to the internal combustion engine and the operation method of the internal combustion engine, and in particular, addition of hydrogen to the liquid fuel. It is possible to suppress an increase in the ratio, and it is possible to reduce the NO x concentration of the exhaust gas discharged to the atmosphere using only the three-way catalyst, and it is suitable for increasing the efficiency of the internal combustion engine.

実施例1にかかるエンジン(内燃機関)の構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration example of an engine (an internal combustion engine) according to a first embodiment. 実施例1にかかるエンジンの運転フローを示す図である。It is a figure which shows the driving | running flow of the engine concerning Example 1. FIG. 燃費率とG/Fとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a fuel consumption rate and G / F. 排気系統に排出される排気ガス中のNOx量とG/Fとの関係を示す図である。Is a diagram showing the relationship between the amount of NO x and G / F of the exhaust gas exhausted to the exhaust system. 実施例1にかかるエンジンの他の運転フローを示す図である。It is a figure which shows the other driving | operation flow of the engine concerning Example 1. FIG. 実施例2にかかるエンジンの運転フローを示す図である。It is a figure which shows the driving | running flow of the engine concerning Example 2. FIG. 燃費率とG/Fとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a fuel consumption rate and G / F. 排気系統に排出される排気ガス中のNOx量とG/Fとの関係を示す図である。Is a diagram showing the relationship between the amount of NO x and G / F of the exhaust gas exhausted to the exhaust system. 実施例3にかかるエンジンの運転フローを示す図である。It is a figure which shows the driving | running flow of the engine concerning Example 3. FIG. 実施例4にかかるエンジン(内燃機関)の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of an engine (an internal combustion engine) according to a fourth embodiment. 実施例4にかかるエンジンの運転フローを示す図である。It is a figure which shows the driving | running flow of the engine concerning Example 4. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1、1´ エンジン(内燃機関)
2 液体燃料供給装置(液体燃料供給手段)
3 水素供給装置(水素供給手段)
4 EGR装置(排気ガス再循環手段)
5 排気系統
51 三元触媒
6 各気筒
7 ECU
8 吸気系統
1, 1 'engine (internal combustion engine)
2 Liquid fuel supply device (liquid fuel supply means)
3 Hydrogen supply device (hydrogen supply means)
4 EGR device (exhaust gas recirculation means)
5 Exhaust system 51 Three-way catalyst 6 Each cylinder 7 ECU
8 Intake system

Claims (7)

液体燃料タンク内の液体燃料を内燃機関に供給する液体燃料供給手段と、
水素貯留部内に貯留された水素を前記内燃機関に供給する水素供給手段と、
前記内燃機関の排気系統に排出された排気ガスを当該内燃機関の吸気系統に再循環させる排気ガス再循環手段と、
前記排気系統の前記排気ガスを浄化する三元触媒と、
を備える内燃機関であって、
前記排気ガスを前記内燃機関の吸気系統に再循環する際には、前記液体燃料および前記水素を当該内燃機関に供給し、当該液体燃料および水素と、前記吸気系統から吸気される空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転することを特徴とする内燃機関。
Liquid fuel supply means for supplying liquid fuel in the liquid fuel tank to the internal combustion engine;
Hydrogen supply means for supplying hydrogen stored in the hydrogen storage part to the internal combustion engine;
Exhaust gas recirculation means for recirculating exhaust gas discharged to the exhaust system of the internal combustion engine to the intake system of the internal combustion engine;
A three-way catalyst for purifying the exhaust gas of the exhaust system;
An internal combustion engine comprising:
When the exhaust gas is recirculated to the intake system of the internal combustion engine, the liquid fuel and hydrogen are supplied to the internal combustion engine, and the liquid fuel and hydrogen and the air taken in from the intake system are emptied. An internal combustion engine that is operated so that a fuel ratio becomes a stoichiometric air-fuel ratio.
前記内燃機関は、前記排気系統に排気ガスのNOx濃度を検出するNOx濃度検出手段をさらに備え、
前記NOx濃度に基づいて、前記内燃機関に供給される液体燃料に対する前記水素の添加割合を変化させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
The internal combustion engine further comprises a concentration of NO x detection means for detecting the concentration of NO x in the exhaust gas to the exhaust system,
2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein an addition ratio of the hydrogen to the liquid fuel supplied to the internal combustion engine is changed based on the NO x concentration.
前記液体燃料に対する前記水素の添加割合は、前記排気ガスのNOx濃度が前記三元触媒により浄化できるNOx濃度以下となる添加割合であることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関。 3. The internal combustion engine according to claim 2, wherein the addition ratio of the hydrogen to the liquid fuel is an addition ratio at which the NO x concentration of the exhaust gas is equal to or less than the NO x concentration that can be purified by the three-way catalyst. 前記水素供給手段は、前記水素貯留部内の残存水素量を検出する残存水素量検出手段をさらに備え、
前記残存水素量に基づいて前記液体燃料に対する前記水素の添加割合を変化させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の内燃機関。
The hydrogen supply means further comprises a residual hydrogen amount detection means for detecting a residual hydrogen amount in the hydrogen reservoir,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein an addition ratio of the hydrogen to the liquid fuel is changed based on the residual hydrogen amount.
前記残存水素量がなくなった際には、前記液体燃料のみを前記内燃機関に供給するとともに、前記内燃機関の吸気系統への排気ガスの再循環を停止し、当該液体燃料と前記空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転することを特徴とする請求項4に記載の内燃機関。   When the residual hydrogen amount is exhausted, only the liquid fuel is supplied to the internal combustion engine, and the recirculation of exhaust gas to the intake system of the internal combustion engine is stopped, and the liquid fuel and the air are emptied. The internal combustion engine according to claim 4, wherein the engine is operated such that the fuel ratio becomes a stoichiometric air-fuel ratio. 前記水素供給手段は、前記水素貯留部から前記内燃機関に水素を供給する水素噴射弁までを連結する水素供給通路に当該水素供給通路の通路内圧力を検出する通路内圧力検出手段と、
前記水素貯留部から前記水素噴射弁に供給される水素を遮断する遮断弁と、
をさらに備え、
前記内燃機関への前記液体燃料および前記水素の供給を停止する際には、
前記遮断弁を閉じ前記水素の供給を停止するとともに、前記内燃機関の吸気系統への排気ガスの再循環を停止し、
前記通路内圧力が規定圧力以下となったときに、前記液体燃料の供給を停止することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の内燃機関。
The hydrogen supply means includes a passage pressure detection means for detecting a passage pressure of the hydrogen supply passage to a hydrogen supply passage connecting the hydrogen reservoir to a hydrogen injection valve for supplying hydrogen to the internal combustion engine,
A shut-off valve that shuts off hydrogen supplied from the hydrogen reservoir to the hydrogen injection valve;
Further comprising
When stopping the supply of the liquid fuel and the hydrogen to the internal combustion engine,
Closes the shut-off valve and stops the supply of hydrogen, and stops the recirculation of exhaust gas to the intake system of the internal combustion engine,
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the supply of the liquid fuel is stopped when the pressure in the passage becomes equal to or lower than a specified pressure.
液体燃料あるいは水素の少なくともいずれか一方を内燃機関に供給し、当該内燃機関の排気系統の排気ガスを当該内燃機関の吸気系統に再循環し、当該排気系統の当該排気ガスを三元触媒により浄化する内燃機関の運転方法であって、
前記排気ガスを前記内燃機関の吸気系統に再循環する際には、前記液体燃料および前記水素を当該内燃機関に供給し、当該液体燃料および水素と、前記吸気系統から吸気される空気との空燃比が、理論空燃比となるように運転することを特徴とする内燃機関の運転方法。
Supply at least one of liquid fuel or hydrogen to the internal combustion engine, recirculate the exhaust gas of the exhaust system of the internal combustion engine to the intake system of the internal combustion engine, and purify the exhaust gas of the exhaust system by a three-way catalyst An internal combustion engine operating method
When the exhaust gas is recirculated to the intake system of the internal combustion engine, the liquid fuel and hydrogen are supplied to the internal combustion engine, and the liquid fuel and hydrogen and the air taken in from the intake system are emptied. An operation method of an internal combustion engine, wherein the operation is performed so that the fuel ratio becomes a stoichiometric air-fuel ratio.
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