專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以氫氣作為燃料之一來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。
技術(shù)背景在由于地球溫暖化問(wèn)題而尋求脫化石燃料的情況下，以氫氣為燃料來(lái) 驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)正在開(kāi)發(fā)中。作為向發(fā)動(dòng)機(jī)的工作缸(燃燒室) 內(nèi)供給空氣和氫氣的方法，有從同一個(gè)供給管向工作缸供給空氣和氫氣的 方法和分別從不同供給管向工作缸供給空氣和氫氣的方法。比較上述的方 法，為能夠更多地向工作缸內(nèi)供給空氣和氫氣的混合氣體量，優(yōu)選采用分 別從不同供給管向工作缸供給空氣和氫氣的方法。這里，作為向工作缸內(nèi) 供給氫氣的方法，有通過(guò)噴射器噴射氫氣的方法，和利用工作缸內(nèi)的負(fù)壓、 通過(guò)閥的開(kāi)閉來(lái)向工作缸內(nèi)供給氫氣的方法。在使用噴射器的方法中，因 為噴射氫氣的噴射孔的直徑小，所以為了供給規(guī)定量以上的氫氣，噴射壓 必須采用高壓，還需要有加壓泵等升壓裝置。相對(duì)于此，利用工作缸內(nèi)的 負(fù)壓的閥控制的優(yōu)點(diǎn)在于，不需要噴射器這樣的高壓裝置。在利用這種閥 控制來(lái)供給發(fā)動(dòng)機(jī)氫氣的系統(tǒng)中，其公知的方法是將安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的 閥中的一個(gè)閥作為燃料供給用閥來(lái)使用，通過(guò)改變?cè)撻y的打開(kāi)期間來(lái)控制 氫氣的供給。(例如，參照專利文獻(xiàn)l)專利文獻(xiàn)l:日本特開(kāi)昭63 — 195369號(hào)公報(bào)在專利文獻(xiàn)l中，在將由儲(chǔ)氫合金供給的氫氣的氫供給壓保持一定的 基礎(chǔ)上，通過(guò)改變閥的打開(kāi)期間，來(lái)控制氫的供給量，在供給規(guī)定量的氫 之后，由增壓器向工作缸加壓吸氣。但是，在利用儲(chǔ)氫合金，或化學(xué)性地 反復(fù)進(jìn)行氫的存儲(chǔ)和釋放的介質(zhì)(有機(jī)氫化物)通過(guò)催化反應(yīng)來(lái)生成、供 給富氫氣體時(shí)，因?yàn)楦粴錃怏w的壓力根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等有所改變，所以難以 將氫供給壓維持在一定的值。尤其在使用有機(jī)氫化物的氫供給中，由于催化劑溫度、向催化劑供給的有機(jī)氫化物的供給量和氫生成量等條件，生成 的富氫氣體的壓力有變動(dòng)，所以難以將氫供給壓維持在一定的值。如果考慮排氣性能、燃料利用率，則需要根據(jù)供給發(fā)動(dòng)機(jī)的氫量，控 制空氣量。但是，在專利文獻(xiàn)l所述的系統(tǒng)中，由于沒(méi)有考慮由氫供給裝 置供給的富氫氣體的壓力變動(dòng)的情況，所以難以精確良好地控制空氣和富 氫氣體的混合比以及供給量。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種以氫氣為燃料之一來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng) 機(jī)系統(tǒng)，其能夠更加高精度地控制供給向燃燒室的空氣和富氫氣體的供給 量，并且排氣性能和燃料利用率優(yōu)良。作為解決上述課題的第一種方法，提供一種以富氫氣體作為燃料之一 來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，包括檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置 設(shè)置在向所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室供給富氫氣體的富氫氣體供給管上，用于檢測(cè)富氫氣體的供給量或供給壓力；富氫氣體供給閥控制裝置，該富氫氣體供給閥控制裝置基于由所述檢測(cè)裝置檢測(cè)出的供給量或供給壓力，根據(jù)在 所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室設(shè)置的富氫氣體供給閥的開(kāi)閉時(shí)刻及開(kāi)閉上升量進(jìn)行控制；吸氣閥，該吸氣閥獨(dú)立于所述富氫氣體供給閥向所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃 燒室供給空氣；吸氣閥控制裝置，該吸氣閥控制裝置控制由所述吸氣閥吸 入到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的空氣量。作為第二種方法，提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其以富氫氣體作為燃料之一 來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，具有吸氣閥，該吸氣閥設(shè)置于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃 燒室；吸氣管，該吸氣管與所述吸氣閥連接；富氫氣體供給管，該富氫氣 體供給管與所述吸氣管連接，向發(fā)動(dòng)機(jī)供給所述富氫氣體，在所述吸氣管和富氫氣體供給管的連接部設(shè)有切換閥。 發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種以富氫氣體為燃料之一來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā) 動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其能夠更加高精度地控制向燃燒室供給的空氣和富氫氣體的供 給量，并且排氣性能和燃料利用率好。


圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)整體的概略圖； 圖2是氫供給裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖3表示富氫氣體供給閥和吸氣閥的開(kāi)閉上升(shift)量的變化； 圖4表示在低負(fù)荷時(shí)富氫氣體供給閥和吸氣閥的開(kāi)閉上升量的變化； 圖5表示在高負(fù)荷時(shí)富氫氣體供給闊和吸氣閥的開(kāi)閉上升量的變化；圖6是富氫氣體燃燒時(shí)的空氣過(guò)剩率和NOx排出量的關(guān)系圖；圖7是富氫氣體燃燒時(shí)的空氣過(guò)剩率和發(fā)動(dòng)機(jī)效率的關(guān)系圖；圖8是氫供給裝置的催化劑溫度和從氫化介質(zhì)到氫的轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖；圖9是安裝有切換閥20的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)整體的概略圖； 圖IO是供給發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料圖；圖11是表示供給發(fā)動(dòng)機(jī)的各燃料的運(yùn)轉(zhuǎn)方法的控制流程圖； 圖12是向吸氣管供給富氫氣體的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。 符號(hào)說(shuō)明l一發(fā)動(dòng)機(jī)；2 —活塞；3 —介質(zhì)供給裝置；4一富氫氣體供給閥；4'一 富氫氣體供給/吸氣閥；5 —吸氣閥；6—吸氣管；7 —點(diǎn)火火花塞；8 —富氫 氣體供給量檢測(cè)裝置；9一排氣閥；IO —?dú)庖悍蛛x裝置；ll一氫供給裝置； 12 —排氣管；13 —?dú)浠橘|(zhì)供給裝置；14一氫化介質(zhì)存儲(chǔ)裝置；15 —脫氫 化介質(zhì)存儲(chǔ)裝置；16， 17 —燃料加壓泵；18—ECU; 19 —富氫氣體供給管； 20, 21， 25 —切換閥；22—?dú)浠橘|(zhì)配管；23 —介質(zhì)供給管；24—脫氫化 介質(zhì)配管；26—富氫氣體、脫氫介質(zhì)混合氣體配管；27—?dú)淞髀罚?8 —墊 片；29 —?dú)浞蛛x膜；30 —流路突起；31—高熱傳導(dǎo)基板；32 —燃料流路； 33 —催化劑層；34—壓縮機(jī)；35—溫度檢測(cè)裝置。
具體實(shí)施方式
以下，結(jié)合附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。圖1表示在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管12上安裝用于使化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的 存儲(chǔ)和釋放的介質(zhì)發(fā)生脫氫反應(yīng)的氫供給裝置11，并且可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)1 排出的廢氣熱的系統(tǒng)。向氫供給裝置11通過(guò)氫化介質(zhì)供給裝置13供給氫化介質(zhì)。并且在氫供給裝置11上安裝有催化劑溫度撿測(cè)裝置35。上述介質(zhì)表示能夠化學(xué)性的進(jìn)行氫的存儲(chǔ)和釋放的所有物質(zhì)，如汽 油、輕油、煤油、重油、萘烷、環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷、萘、苯、甲苯等碳 化氫系燃料及其混合燃料、或者過(guò)氧化氫、氨、氮、氧等。其中，化學(xué)性 的進(jìn)行氫的存儲(chǔ)的介質(zhì)稱為氫化介質(zhì)，化學(xué)性的進(jìn)行了氫的釋放后的介質(zhì)稱為脫氫化介質(zhì)。氫化介質(zhì)和脫氫化介質(zhì)分別存儲(chǔ)在存儲(chǔ)裝置14、 15內(nèi)。這些存儲(chǔ)裝置可以采用一體結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)是氫化介質(zhì)能夠在泵16的壓力作用下通過(guò)配管22從氫化介質(zhì)供給裝置(噴射器)13向氫供給裝置11 供給。另外，提供切換閥25選擇供給發(fā)動(dòng)機(jī)1的氫化介質(zhì)和脫氫化介質(zhì)， 也能夠由泵17的壓力通過(guò)介質(zhì)供給管23從介質(zhì)供給裝置(噴射器)3供 給發(fā)動(dòng)機(jī)l。在氫供給裝置11生成的富氫氣體和脫氫化介質(zhì)的混合體，通過(guò)配管 26運(yùn)送到分離裝置10，由分離裝置10將其分離為富氫氣體和脫氫化燃料。 之后，脫氫化介質(zhì)經(jīng)配管24被存儲(chǔ)在脫氫化介質(zhì)存儲(chǔ)裝置15內(nèi)。另一方 面，富氫氣體通過(guò)富氫氣體供給管19向發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃燒室供給。這時(shí)， 提供富氫氣體供給用閥4調(diào)整供給發(fā)動(dòng)機(jī)1的富氫氣體的量。富氫氣體供 給用閥4能夠?qū)﹂_(kāi)閉時(shí)刻、開(kāi)閉上升量進(jìn)行可變控制。另外，在富氫氣體 供給管19上安裝有檢測(cè)富氫氣體的供給量或壓力的檢測(cè)裝置8。并且，也 可以在富氫氣體供給管19上安裝氫濃度檢測(cè)裝置。向發(fā)動(dòng)機(jī)l的空氣的供給，與上述富氫氣體供給閥4獨(dú)立，通過(guò)吸氣 管6由吸氣閥5來(lái)供給。吸氣閥5具有能夠?qū)﹂_(kāi)閉時(shí)刻和幵閉上升量進(jìn)行 可變控制的結(jié)構(gòu)，所以能夠控制供給發(fā)動(dòng)機(jī)l的空氣量。另外在吸氣管6 上配置有能夠?qū)諝膺M(jìn)行加壓的壓縮機(jī)34。在本系統(tǒng)中，富氫氣體供給用閥4、吸氣闊5、檢測(cè)裝置8、介質(zhì)供給 裝置(噴射器)3、介質(zhì)供給裝置(噴射器)13、點(diǎn)火火花塞7等與控制 裝置(ECU) 18電連接，由控制裝置18來(lái)控制。在本實(shí)施方式中，其結(jié)構(gòu)是，將在氫供給裝置11生成的富氫氣體從 富氫氣體供給管而不經(jīng)過(guò)加壓裝置供給向發(fā)動(dòng)機(jī)1。通過(guò)利用發(fā)動(dòng)機(jī)1在 吸氣行程時(shí)的負(fù)壓，能夠通過(guò)富氫氣體供給用閥的開(kāi)閉來(lái)供給富氫氣體。 因此，不需要富氫氣體的加壓裝置。另外，富氫氣體供給閥4直接搭載在發(fā)動(dòng)機(jī)1上，能夠比使用噴射器等時(shí)增大富氫氣體的供給流量。另外，在 本實(shí)施方式中，富氫氣體供給用閥4具有能夠?qū)﹂_(kāi)閉時(shí)刻和開(kāi)閉上升量進(jìn) 行可變控制的結(jié)構(gòu)。供給發(fā)動(dòng)機(jī)1的富氫氣體的供給量由發(fā)動(dòng)機(jī)1的要求輸出決定，相對(duì)于該富氫氣體供給量，根據(jù)檢測(cè)裝置8檢測(cè)出的富氫氣體 的供給量或壓力來(lái)控制富氫氣體供給用閥4的開(kāi)閉時(shí)刻和開(kāi)閉上升量。這 樣，即使在氫供給裝置11生成的富氫氣體的供給壓、供給量發(fā)生變動(dòng)， 由于通過(guò)檢測(cè)出富氫氣體的供給量或壓力，并將其反饋給富氫氣體供給用 閥4的控制，所以也能夠非常精確地供給發(fā)動(dòng)機(jī)必要的富氫氣體量。另外， 通過(guò)對(duì)應(yīng)于供給燃燒室內(nèi)的富氫氣體量來(lái)控制吸氣閥的開(kāi)閉時(shí)刻和開(kāi)閉 上升量，從而控制供給燃燒室的空氣量，由此對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)l的要求輸出， 能夠精確地控制富氫氣體和空氣的供給量及空燃比，由此，就能夠得到優(yōu) 良的排氣性能和燃料利用率。另外，本系統(tǒng)還具有的特點(diǎn)在于，難以產(chǎn)生在通常的氫發(fā)動(dòng)機(jī)中成為 問(wèn)題的逆火(backfire)。這是因?yàn)榫哂性诠┙o發(fā)動(dòng)機(jī)1富氫氣體之后，供 給發(fā)動(dòng)機(jī)1空氣，從而在吸氣行程時(shí)在點(diǎn)火火花塞7附近難以分布?xì)浜涂?氣的可燃混合氣體的特征。本系統(tǒng)中，即使在氫供給裝置11生成的富氫氣體的供給量或供給壓 因運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而有所變動(dòng)的情況下，也能夠以規(guī)定的空燃比調(diào)整富氫氣體和 空氣的供給量，但優(yōu)選使富氫氣體的供給壓盡可能一定。為了抑制富氫氣 體的供給壓的變動(dòng)，通過(guò)相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃燒室的體積進(jìn)一步增大富氫 氣體供給管的體積，由此能夠減少氫供給裝置11 一側(cè)的壓力變動(dòng)的影響。 另外，這時(shí)，預(yù)先設(shè)置緩沖罐也是有效的。并且，氫供給裝置11的壓力 依賴于向氫供給裝置11供給的介質(zhì)供給量、催化劑溫度。因此，基于檢 測(cè)裝置8檢測(cè)出的富氫氣體的供給量或壓力的值，通過(guò)控制供給氫供給裝 置11的介質(zhì)的供給量，或者，控制供給氫供給裝置的熱供給量，由此可 以調(diào)整氫供給裝置ll的壓力。接下來(lái)，利用圖2對(duì)圖1所示的氫供給裝置11的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。氫 供給裝置ll的結(jié)構(gòu)是如圖2所示，在設(shè)有流路突起30的純鋁(熱傳導(dǎo) 率250W/mK)高熱傳導(dǎo)基板31上，形成有由Pt/氧化鋁催化劑構(gòu)成的催 化劑層33。并且形成了在該催化劑層33上層疊有選擇性地只使氫透過(guò)的氫分離膜29，并隔著墊片28層疊氫流路27的基本構(gòu)造，然后設(shè)置在發(fā)動(dòng) 機(jī)排氣管12上。供給氫供給裝置11的介質(zhì)通過(guò)燃料流路32，與在高熱傳導(dǎo)基板31 的表面上形成的催化劑層33接觸，同時(shí)進(jìn)行脫氫反應(yīng)，生成富氫氣體。 生成的富氫氣體透過(guò)氫分離膜29，經(jīng)過(guò)墊片28由氫流路27從氫供給裝置 ll排出。另外，沒(méi)有透過(guò)氫分離膜29的富氫氣體和脫氫化介質(zhì)通過(guò)燃料 流路32排放到氫供給裝置11的外部。這里所排放的富氫氣體和脫氫化介 質(zhì)與由氫流路27排放的富氫氣體合流并混合，然后供給向圖1的分離裝 置10。另外，也可以構(gòu)成為由氫流路27排放的富氫氣體和由燃料流路32 排出的富氫氣體和脫氫化介質(zhì)不混合，而是分別由不同的配管，將富氫氣 體供給向富氫氣體供給管19，將富氫氣體和脫氫化介質(zhì)供給向分離裝置 10。另外，在圖2中，雖然為了使介質(zhì)在低溫下更有效率地進(jìn)行脫氫化反 應(yīng)而配置有氫分離膜29，但也可以構(gòu)成為不具有氫分離膜29。而且，也 可以將圖2所示的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行層疊配置。圖3表示富氫氣體供給用閥4和吸氣閥5的閥定時(shí)(valve timing)以 及開(kāi)閉上升量的控制方法。富氫氣體供給用閥4在吸氣行程的開(kāi)始時(shí)期(活 塞2處于上止點(diǎn)附近)開(kāi)始打開(kāi)，在吸氣行程的中途關(guān)閉。與此同時(shí)，吸 氣閥5開(kāi)始打開(kāi)，在吸氣行程的結(jié)束時(shí)(活塞2處于下止點(diǎn)附近)吸氣閥 5關(guān)閉。因?yàn)楦粴錃怏w供給用閥4和吸氣閥5具有能夠連續(xù)改變開(kāi)閉上升 量和作用角的結(jié)構(gòu)，所以能夠獨(dú)立地控制富氫氣體供給用閥4和吸氣閥5。 這樣通過(guò)控制開(kāi)閉時(shí)刻和開(kāi)閉上升量，與只控制開(kāi)閉時(shí)刻的情況相比，能 夠更加精確地調(diào)整供給向燃燒室的富氫氣體和空氣的供給量。圖4表示當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于低負(fù)荷時(shí)的閥的開(kāi)閉上升量的動(dòng)作。在低負(fù)荷 的情況下，因?yàn)闅涔┙o量少，所以富氫氣體供給用閥4的作用角和開(kāi)閉上 升量變小。在富氫氣體供給用閥4關(guān)閉時(shí)，吸氣閥5開(kāi)始打開(kāi)，為了向發(fā) 動(dòng)機(jī)l供給規(guī)定量的空氣，控制吸氣閥5的關(guān)閉時(shí)刻和開(kāi)閉上升量。另一 方面，在高負(fù)荷的情況下，如圖5所示，因?yàn)楦粴錃怏w的供給量大，所以 富氫氣體供給用閥4的作用角和開(kāi)閉上升量變大。另外，在富氫氣體供給 用閥4關(guān)閉時(shí)，吸氣閥5開(kāi)始打開(kāi)。這時(shí)，如果吸氣閥5的關(guān)閉時(shí)刻超過(guò) 吸氣行程的下止點(diǎn)，則由于不能自然吸氣，所以通過(guò)壓縮機(jī)34向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給必要量的空氣量。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，能夠積極地利用發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)壓向發(fā)動(dòng)機(jī)1 供給富氫氣體，也能夠供給與發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)條件相對(duì)應(yīng)的必要量的富氫 氣體。并且，由于根據(jù)這些可以控制能夠供給發(fā)動(dòng)機(jī)l的空氣量，所以可 以將供給發(fā)動(dòng)機(jī)1的富氫氣體和吸入空氣量的比例控制在規(guī)定范圍內(nèi)。圖6表示氫發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣過(guò)剩率和NOx排出量之間的關(guān)系。由該圖可 知，空氣過(guò)剩率以2附近為界，隨著空氣過(guò)剩率的增加，NOx排出量急劇 地降低。并且，圖7表示空氣過(guò)剩率和發(fā)動(dòng)機(jī)效率之間的關(guān)系。由該圖可 知，在規(guī)定范圍內(nèi)，相對(duì)于空氣過(guò)剩率，發(fā)動(dòng)機(jī)效率提高。通過(guò)以上這些， 在排氣性能和燃料利用率的觀點(diǎn)上，優(yōu)選以空氣過(guò)剩率為2 3的方式來(lái) 進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，通過(guò)使空氣過(guò)剩率處于規(guī)定范圍內(nèi)，來(lái)控制上述供給向 發(fā)動(dòng)機(jī)1的空氣量。發(fā)動(dòng)機(jī)在高負(fù)荷的情況下，由于富氫氣體的供給量多， 所以有時(shí)吸氣閥5的打開(kāi)時(shí)刻延遲，在吸氣行程中不能向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給必 要的空氣量。這時(shí)，通過(guò)利用壓縮機(jī)34壓縮空氣再供給向發(fā)動(dòng)機(jī)1，由此 將供給向發(fā)動(dòng)機(jī)1的富氫氣體和吸入空氣量的比例控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。 壓縮機(jī)34也可以是控制壓縮壓力的結(jié)構(gòu)。另外，壓縮機(jī)34可以采用利用 廢氣的能量的渦輪增壓器、或利用發(fā)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)能量的增壓器或電壓縮的 電動(dòng)渦輪機(jī)。并且，為了在更廣的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域得到穩(wěn)定的增壓壓力，優(yōu)選采 用渦輪增壓器、增壓器、電動(dòng)渦輪機(jī)中兩種以上的組合結(jié)構(gòu)。下面，對(duì)在氫供給裝置11生成的氫的反應(yīng)進(jìn)行說(shuō)明。在氫化介質(zhì)使 用萘烷、環(huán)己垸、甲基環(huán)己垸等碳化氫系燃料的情況下，如圖8所示，從 氫化介質(zhì)生成氫時(shí)的轉(zhuǎn)化率依賴于催化劑溫度。如果催化劑溫度在規(guī)定溫 度以下，則不能生成氫。在使用表現(xiàn)出這種特性的氫化介質(zhì)的情況下，當(dāng) 氫供給裝置U內(nèi)的催化劑溫度檢測(cè)裝置35在規(guī)定的范圍以下時(shí)，優(yōu)選從 介質(zhì)供給裝置3向發(fā)動(dòng)機(jī)1只供給介質(zhì)，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)。如此， 作為除富氫氣體以外還以介質(zhì)為燃料來(lái)供給到發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下的發(fā)動(dòng)機(jī) 系統(tǒng)，其它的實(shí)施方式如圖9所示。圖9所示的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)是 在富氫氣體供給管19上設(shè)置切換閥20，通過(guò)切換閥20連結(jié)富氫氣體供給 管19和吸氣管6。在這種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，能夠通過(guò)切換閥20來(lái)選擇由富 氫氣體供給/吸氣用閥4，供給的氣體(富氫氣體、空氣)的種類。在只用介質(zhì)使發(fā)動(dòng)機(jī)1工作時(shí)，該切換閥20以斷開(kāi)與富氫氣體供給管19的連接、 而與吸氣管6連接的方式進(jìn)行控制，從而從富氫氣體供給/吸氣用閥4，供 給空氣。富氫氣體供給用閥4，和吸氣閥5被控制成用于吸氣，以進(jìn)行相 同動(dòng)作。通過(guò)如此切換，在只用介質(zhì)使發(fā)動(dòng)機(jī)1工作時(shí)，壓縮機(jī)34不工 作，可以驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠防止伴隨著壓縮機(jī)34工作引起的發(fā)動(dòng)機(jī)效率 的下降。圖10表示在氫化介質(zhì)使用萘烷、環(huán)己垸、甲基環(huán)己垸等碳化氫系燃 料的情況下，與此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的供給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃料 種類和空氣過(guò)剩率、EGR(Exhaust Gas Recirculation:排氣再循環(huán))控制的有 無(wú)。在脫氫化介質(zhì)存儲(chǔ)裝置15中沒(méi)有存儲(chǔ)規(guī)定量的脫氫化介質(zhì)的情況下， 在區(qū)域l、 2中，可以供給氫化介質(zhì)以代替脫氫化介質(zhì)。圖ll表示供給發(fā) 動(dòng)機(jī)1的燃料選擇中的系統(tǒng)整體的控制流程。在sl101中輸入用戶要求的 發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷和轉(zhuǎn)速，之后，在s1102中，通過(guò)氫供給裝置11內(nèi)的催化 劑溫度檢測(cè)裝置35檢測(cè)出催化劑溫度。另外，也可以從氫供給裝置ll的 前后的廢氣溫度以及氫化介質(zhì)的供給量推斷出催化劑溫度。并且還可以檢 測(cè)出脫氫化介質(zhì)存儲(chǔ)裝置15和氫化介質(zhì)存儲(chǔ)裝置14的剩余量。由s1101、 s1102供給發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃料的選擇在s1103中進(jìn)行。在圖10的發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn) 轉(zhuǎn)區(qū)域3、 4中催化劑溫度在規(guī)定值以上的情況下，燃料選擇富氫氣體， 目標(biāo)空氣過(guò)剩率在s1105決定?？諝膺^(guò)剩率根據(jù)圖10表示的運(yùn)轉(zhuǎn)圖來(lái)決 定。富氫氣體供給閥4的幵閉時(shí)刻在sll06決定。這時(shí)，通過(guò)由富氫氣體 供給量檢測(cè)裝置8進(jìn)行反饋控制來(lái)控制開(kāi)閉時(shí)刻。接下來(lái)在s1107中決定 吸氣閥5的開(kāi)閉時(shí)刻。這時(shí)，在吸氣閥5的關(guān)閉時(shí)刻在下止點(diǎn)附近，不能 向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給用于滿足目標(biāo)空氣過(guò)剩率的空氣量的運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域中，通過(guò)壓 縮機(jī)34進(jìn)行加壓并向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給空氣。這時(shí)，保持增壓壓力一定來(lái)控 制吸氣閥5的關(guān)閉時(shí)刻?；蛘?，也可以使吸氣閥5的關(guān)閉時(shí)刻保持在下止 點(diǎn)附近來(lái)控制增壓壓力。另外，也可以結(jié)合上述兩種方法來(lái)控制空氣量。 在sll08中，對(duì)應(yīng)于空氣過(guò)剩率和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來(lái)控制點(diǎn)火時(shí)刻。下面，在圖 10中選擇區(qū)域2時(shí)，且氫供給裝置11內(nèi)的催化劑溫度在規(guī)定值以上、而 且脫氫介質(zhì)存儲(chǔ)裝置15也存儲(chǔ)有規(guī)定值以上的脫氫介質(zhì)的情況下，在圖 11中，從sll03進(jìn)入到s1109。在sl110中決定富氫氣體混合比例。富氫氣體混合比例基本上以熱量比例來(lái)說(shuō)為20%以上，根據(jù)氫供給裝置ll內(nèi) 的催化劑溫度來(lái)控制富氫氣體供給比例。根據(jù)富氫氣體供給比例在sllll 中決定目標(biāo)空氣過(guò)剩率?？諝膺^(guò)剩率根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)決定在2 3之間。之 后，由s1112、 s1113進(jìn)行富氫氣體供給閥的幵閉時(shí)刻和脫氫化介質(zhì)的噴射 控制。s1114、 s1115的控制和sl107、 s1108的控制同樣地進(jìn)行。接下來(lái)如 果在s1103中選擇脫氫化介質(zhì)，則進(jìn)入到s1116。在s1102中，在脫氫化 介質(zhì)用容器在規(guī)定范圍以下的情況下，選擇氫化介質(zhì)。在slll7中決定目 標(biāo)空氣過(guò)剩率。這種情況下，空氣過(guò)剩率以l進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。在slll8中，以 與吸氣管6連接的方式對(duì)圖9的切換閥20進(jìn)行切換。此后，在slll9中 進(jìn)行脫氫化介質(zhì)的噴射控制，在s1120中使用富氫氣體供給閥4和吸氣閥 5進(jìn)行向發(fā)動(dòng)機(jī)1供給的空氣量的控制。這以后，在s1121中根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū) 域進(jìn)行點(diǎn)火時(shí)刻控制。下面，圖12表示富氫氣體供給閥沒(méi)有安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室，而是安 裝在吸氣管上的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是，在吸氣管6上安裝 切換閥21，能夠選擇與發(fā)動(dòng)機(jī)1相連的配管是富氫氣體供給用的富氫氣體 供給管19還是吸氣管6。在吸氣行程時(shí)的初期，發(fā)動(dòng)機(jī)1與富氫氣體供給 管19相連，在向發(fā)動(dòng)機(jī)供給規(guī)定量的富氫氣體之后，能夠?qū)η袚Q閥21進(jìn) 行切換，以使吸氣管6和發(fā)動(dòng)機(jī)1相連。另外，在吸氣行程時(shí)沒(méi)有供給發(fā) 動(dòng)機(jī)規(guī)定的空氣量的情況下，通過(guò)使用壓縮機(jī)34進(jìn)行加壓而向發(fā)動(dòng)機(jī)1 供給規(guī)定空氣量。在本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中，因?yàn)榭梢杂猛粋€(gè)閥兼用作富氫氣 體供給用閥和吸氣閥，所以能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)成部件的簡(jiǎn)化，也能實(shí)現(xiàn)閥控制的 簡(jiǎn)化。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其以富氫氣體作為燃料之一來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，包括檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置設(shè)置在向所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室供給富氫氣體的富氫氣體供給管上，用于檢測(cè)富氫氣體的供給量或供給壓力；富氫氣體供給閥控制裝置，該富氫氣體供給閥控制裝置基于由所述檢測(cè)裝置檢測(cè)出的供給量或供給壓力，根據(jù)在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室設(shè)置的富氫氣體供給閥的開(kāi)閉時(shí)刻及開(kāi)閉上升量進(jìn)行控制；吸氣閥，該吸氣閥獨(dú)立于所述富氫氣體供給閥向所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室供給空氣；吸氣閥控制裝置，該吸氣閥控制裝置控制由所述吸氣閥吸入到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的空氣量。
7. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，具有用于向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室供給所述介質(zhì)的介質(zhì)供給裝置， 在只有所述介質(zhì)在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將所述富氫氣體供給用閥切換為空 氣供給用閥。
8. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 具有用于向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室供給所述介質(zhì)的介質(zhì)供給裝置， 所述富氫氣體供給管通過(guò)切換閥與吸氣管相連，可以從所述富氫氣體供給用閥向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室供給空氣。
9. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 具有以所述介質(zhì)作為燃料之一并將其供給向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的介質(zhì)供給裝置，根據(jù)富氫氣體相對(duì)于供給向發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給量的供給量比例，控制 所述空氣量。
10. 如權(quán)利要求2所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 具有基于所述檢測(cè)裝置檢測(cè)出的供給量或供給壓力，控制向氫供給裝置供給的介質(zhì)的供給量的介質(zhì)供給量控制裝置，或者控制向氫供給裝置供 給的熱供給量的熱供給量控制裝置。
11. 一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其以富氫氣體作為燃料之一來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，其 特征在于，具有吸氣閥，該吸氣閥設(shè)置于發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室；吸氣管，該吸氣管 與所述吸氣閥連接；富氫氣體供給管，該富氫氣體供給管與所述吸氣管連 接，向發(fā)動(dòng)機(jī)供給所述富氫氣體，在所述吸氣管和富氫氣體供給管的連接部設(shè)有切換閥。
12. 如權(quán)利要求U所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 具有切換閥控制裝置，該切換閥控制裝置控制所述切換闊，使得在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的吸氣行程初期，使富氫氣體供給管與吸氣閥相連，并在供給發(fā) 動(dòng)機(jī)規(guī)定氫量之后，進(jìn)行控制以斷開(kāi)富氫氣體供給管和吸氣閥，使吸氣閥 和吸氣管相連。
13. 如權(quán)利要求U所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于，具有控制所述吸氣閥的開(kāi)閉時(shí)刻和開(kāi)閉上升量的吸氣閥控制裝置。
14. 如權(quán)利要求13所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 具有檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置設(shè)置在所述富氫氣體供給管上，檢測(cè)富氫氣體的供給量或供給壓力，基于所述檢測(cè)裝置檢測(cè)出的供給量或供給壓 力，控制所述吸氣閥的開(kāi)閉時(shí)刻及開(kāi)閉上升量。
15. 如權(quán)利要求ll所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 具有氫供給裝置，該氫供給裝置從化學(xué)性地反復(fù)進(jìn)行氫的存儲(chǔ)和釋放的介質(zhì)中生成氫氣，將由所述氫供給裝置生成的富氫氣體供給向所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室。
16. 如權(quán)利要求13所述的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其特征在于， 具有基于所述檢測(cè)裝置檢測(cè)出的供給量或供給壓力，控制向氫供給裝置供給的介質(zhì)的供給量的介質(zhì)供給量控制裝置，或者控制向氫供給裝置供 給的熱供給量的熱供給量控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其以氫氣作為燃料之一來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且控制空氣和富氫氣體的供給量，排氣性能、燃料利用率好。該發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括檢測(cè)裝置，該檢測(cè)裝置設(shè)置在向所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室供給富氫氣體的富氫氣體供給管上，用于檢測(cè)富氫氣體的供給量或供給壓力；富氫氣體供給閥控制裝置，該富氫氣體供給閥控制裝置基于由所述檢測(cè)裝置檢測(cè)出的供給量或供給壓力，根據(jù)在所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室設(shè)置的富氫氣體供給閥的開(kāi)閉時(shí)刻及開(kāi)閉上升量進(jìn)行控制；吸氣閥，該吸氣閥獨(dú)立于所述富氫氣體供給閥向所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室供給空氣；吸氣閥控制裝置，該吸氣閥控制裝置控制由所述吸氣閥吸入到所述發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的空氣量。
文檔編號(hào)F02M21/02GK101255832SQ200810004069
公開(kāi)日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者小村昭義, 島田敦史, 杉政昌俊, 板橋武之, 石川敬郎 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所