特開 2024-110819 車両の燃料改質システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024110819

(43)【公開日】2024-08-16

(54)【発明の名称】車両の燃料改質システム

(51)【国際特許分類】

   F02M 21/02 20060101AFI20240808BHJP

   F02M 31/16 20060101ALI20240808BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20240808BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20240808BHJP

   F02B 75/02 20060101ALI20240808BHJP

   C01B 3/02 20060101ALI20240808BHJP

【ＦＩ】

F02M21/02 K

F02M21/02 G

F02M21/02 S

F02M31/16 C

F02D19/02 B

F02D19/02 C

F02D41/04

F02B75/02 Z

C01B3/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023015647

(22)【出願日】2023-02-03

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】松田 啓嗣

(72)【発明者】

【氏名】原田 雄司

【テーマコード（参考）】

3G092

3G301

4G140

【Ｆターム（参考）】

3G092AB01

3G092AB09

3G092AB12

3G092DA01

3G092DA02

3G092DA14

3G092DE17

3G092DF02

3G301HA22

4G140BA02

4G140BB03

(57)【要約】

【課題】車両の搭載に適した燃料改質システムを提供する。
【解決手段】レシプロエンジン３は、圧縮行程、膨張行程、ピストン３２の上昇により燃焼ガスが圧縮される再圧縮行程、ピストンの下降により、排気ガスが排出されつつ、少なくとも吸気が導入される掃気行程を有する変則４ストロークサイクルを実行し、分解器６は、再圧縮行程における燃焼ガスの熱と圧力とを利用して、炭化水素燃料供給部４５から供給された炭化水素燃料をカーボンと水素ガスとに分解し、水素ガス供給部５は、分解器によって生成された水素ガスを燃料として、シリンダ３１内へ供給する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載されかつ、シリンダ内のピストンが往復動するレシプロエンジンと、
炭化水素燃料をカーボンと水素ガスとに分解しかつ、前記カーボンを貯蔵する分解器と、
前記分解器へ前記炭化水素燃料を供給する炭化水素燃料供給部と、
前記分解器によって生成された前記水素ガスを燃料として、前記シリンダ内へ供給する水素ガス供給部と、を備え、
前記レシプロエンジンは、
前記シリンダ内へ供給された前記水素ガスを含む混合気が、前記ピストンの上昇により圧縮される圧縮行程、
前記混合気の燃焼により前記ピストンが下降する膨張行程、
前記ピストンの上昇により燃焼ガスが圧縮される再圧縮行程、及び、
前記ピストンの下降により、前記シリンダ内の排気ガスが排気ポートを通じて排出されつつ、吸気ポートを通じて前記シリンダ内に、少なくとも吸気が導入される掃気行程を有する変則４ストロークサイクルを実行し、
前記分解器は、前記再圧縮行程における前記燃焼ガスの熱と圧力とを利用して、前記炭化水素燃料供給部から供給された前記炭化水素燃料を前記カーボンと前記水素ガスとに分解する、車両の燃料改質システム。

【請求項2】

請求項１に記載の車両の燃料改質システムにおいて、
前記レシプロエンジンは、前記シリンダに連通する第３のポートと、前記第３のポートを開閉する開閉弁と、を有し、
前記分解器は、前記第３のポートに接続され、
前記炭化水素燃料供給部は、前記第３のポート内へ前記炭化水素燃料を噴射する第１インジェクタを有し、
前記開閉弁は、前記再圧縮行程において開弁し、
前記ピストンの上昇により圧縮された前記燃焼ガスと、前記第１インジェクタが噴射した前記炭化水素燃料とが、前記第３のポートを通じて前記分解器へ供給される、車両の燃料改質システム。

【請求項3】

請求項２に記載の車両の燃料改質システムにおいて、
前記開閉弁は、前記掃気行程において再開弁し、
前記排気ポートの排気弁は、前記掃気行程において前記開閉弁の開弁後に開弁し、
前記吸気ポートの吸気弁は、前記掃気行程において前記排気弁の開弁後に開弁する、車両の燃料改質システム。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の車両の燃料改質システムにおいて、
前記レシプロエンジンは、前記車両の走行用の駆動力を出力し、
前記レシプロエンジンを制御する制御器をさらに備え、
前記炭化水素燃料供給部は、前記炭化水素燃料を、前記シリンダ内へ供給可能であり、
前記制御器は、前記レシプロエンジンの運転状態が、前記レシプロエンジンの回転数が第１回転数よりも低くかつ、前記レシプロエンジンの要求負荷が第１負荷よりも低い第１領域である場合に、前記レシプロエンジンに前記変則４ストロークサイクルを実行させ、
前記制御器は、前記レシプロエンジンの運転状態が前記第１領域以外である場合に、前記レシプロエンジンに、前記ピストンの下降により、前記吸気ポートを通じて前記シリンダ内に、少なくとも吸気が導入される吸気行程、前記炭化水素燃料供給部によって前記シリンダ内へ供給された前記炭化水素燃料を含む混合気が、前記ピストンの上昇により圧縮される圧縮行程、前記混合気の燃焼により前記ピストンが下降する膨張行程、及び、前記ピストンの上昇により、前記排気ポートを通じて排気ガスが排出される排気行程を有する通常４ストロークサイクルを実行させる、車両の燃料改質システム。

【請求項5】

請求項４に記載の車両の燃料改質システムにおいて、
前記水素ガス供給部は、前記水素ガスを前記シリンダ内へ噴射する第２インジェクタを有し、
前記炭化水素燃料供給部は、前記炭化水素燃料を前記吸気ポート内へ噴射する第３インジェクタを有している、車両の燃料改質システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示する技術は、車両の燃料改質システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、炭化水素をカーボンと水素とに直接分解する装置が記載されている。この従来の分解装置は、触媒が収容された反応器を備えている。炭化水素を含む原料ガスが反応器に供給されると、触媒の反応により生成されたカーボンが触媒に付着する。水素を含む反応ガスは反応器を通過する。反応器下流の水素精製装置は、反応ガス中の水素を精製し、水素濃度を高める。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１０４５２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

車両（例えば四輪自動車）の技術分野において、カーボンニュートラルへの取り組みが求められている。炭化水素燃料（ガソリン、及び／又は、軽油を含む）を利用するエンジンを搭載した車両においてカーボンニュートラルを実現するためには、エンジンの熱効率の向上、及び／又は、排気エミッション性能の向上に加えて、炭化水素燃料からカーボン（Ｃ）又はＣＯ_２を回収する新たな技術が必要である。

【0005】

炭化水素燃料を利用するエンジンが搭載された車両において、カーボン又はＣＯ_２を回収しようとすれば、（１）炭化水素燃料の燃焼後にＣＯ_２を回収する、又は、（２）炭化水素燃料の燃焼前に炭化水素燃料をカーボンと水素ガスとに分解し、カーボンを回収する、ことが考えられる。回収されたＣＯ_２又はカーボンが車両に貯蔵されることを考慮すれば、ＣＯ_２はカーボンよりも重いため、（２）の方が、車両の燃費性能の点で有利である。また、（２）であれば、水素ガスをエンジンの燃料として利用することも可能である。水素ガスを燃焼させれば、燃焼に起因する炭素酸化物が発生しないという利点もある。

【0006】

そこで、前述した従来の分解装置を車両に搭載することが考えられる。従来の分解装置は、触媒を昇温するための加熱装置を備えている。従来の分解装置が車両に搭載された場合、エンジンの熱を触媒の昇温に利用することが可能である。

【0007】

ところが、水素ガスをエンジンの燃料に使用しようとすれば高濃度の水素ガスが必要である。従来の分解装置は、高濃度の水素ガスを得るために、水素を含む反応ガスから水素を精製するためのＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）法による水素精製装置を必要としている。車両に、水素精製装置を搭載することは、車両重量を増大させるという不都合がある。従来の分解装置は、車両の搭載には不向きである。

【0008】

ここに開示する技術は、車両の搭載に適した燃料改質システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

炭化水素燃料の分解と、水素ガスの分離とを同時に行う膜反応器（Membrane Reactor）を、車両の燃料改質システムに利用することが考えられる。膜反応器は、触媒を利用して炭化水素燃料をカーボンと水素ガスとに分解しながら、分離膜が水素ガスのみを透過させることにより、小型でありながら、高濃度の水素ガスを生成できる。ところが、膜反応器において高濃度の水素ガスを効率的に生成しようとすれば、膜反応器に供給する、炭化水素燃料を含む原料ガスの圧力を高めなければならない。

【0010】

本願発明者らは、レシプロエンジンにおいて、ピストンの上昇によりシリンダ内のガスが圧縮されることに着目して、ここに開示する技術を完成させるに至った。

【0011】

具体的に、ここに開示する技術は、車両の燃料改質システムに係る。この車両の燃料改質システムは、
車両に搭載されかつ、シリンダ内のピストンが往復動するレシプロエンジンと、
炭化水素燃料をカーボンと水素ガスとに分解しかつ、前記カーボンを貯蔵する分解器と、
前記分解器へ前記炭化水素燃料を供給する炭化水素燃料供給部と、
前記分解器によって生成された前記水素ガスを燃料として、前記シリンダ内へ供給する水素ガス供給部と、を備え、
前記レシプロエンジンは、
前記シリンダ内へ供給された前記水素ガスを含む混合気が、前記ピストンの上昇により圧縮される圧縮行程、
前記混合気の燃焼により前記ピストンが下降する膨張行程、
前記ピストンの上昇により燃焼ガスが圧縮される再圧縮行程、及び、
前記ピストンの下降により、前記シリンダ内の排気ガスが排気ポートを通じて排出されつつ、吸気ポートを通じて前記シリンダ内に、少なくとも吸気が導入される掃気行程を有する変則４ストロークサイクルを実行し、
前記分解器は、前記再圧縮行程における前記燃焼ガスの熱と圧力とを利用して、前記炭化水素燃料供給部から供給された前記炭化水素燃料を前記カーボンと前記水素ガスとに分解する。

【0012】

レシプロエンジンは、変則４ストロークサイクルを実行する。変則４ストロークサイクルでは、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程を有する通常の４ストロークサイクルの排気行程と吸気行程とに代わり、膨張行程の後に、ピストンの上昇により燃焼ガスが圧縮される再圧縮行程が行われ、再圧縮行程の後のピストン下降時に、排気と吸気とを同時に行う掃気行程が行われる。燃料改質システムは、再圧縮行程における燃焼ガスの熱と圧力とを利用して、炭化水素燃料を分解する。

【0013】

具体的に、燃料改質システムは、分解器と、炭化水素燃料供給部と、水素ガス供給部と、を備えている。

【0014】

炭化水素燃料供給部は、分解器へ炭化水素燃料を供給する。車両に搭載される燃料タンクには、炭化水素燃料が貯留されればよい。炭化水素燃料供給部は、燃料タンクの炭化水素燃料を、分解器へ供給する。

【0015】

分解器は、再圧縮行程における燃焼ガスの熱と圧力とを利用して、炭化水素燃料を、カーボンと水素ガスとに分解する。分解器は、炭化水素燃料を効率的に分解できる。カーボンは、分解器に貯蔵される。

【0016】

水素ガス供給部は、分解器において生成された水素ガスを、燃料として、レシプロエンジンのシリンダ内へ供給する。レシプロエンジンは、水素ガスを燃焼させることによって運転する。燃焼に起因する炭素酸化物は発生しない。車両は、レシプロエンジンの動力を直接的又は間接的に利用して、走行する。変則４ストロークサイクルを実行するレシプロエンジンは、動力を出力しながら、炭化水素燃料の分解のために、分解器へ熱と圧力とを供給できる。

【0017】

この燃料改質システムは、カーボンニュートラルを実現できる。また、この燃料改質システムは、レシプロエンジンに起因する熱と圧力とを利用するため、炭化水素燃料の分解に必要な熱及び／又は圧力を発生させるための、別途の専用デバイスが不要である。燃料改質システムは、車載のシステムとして有用である。

【0018】

前記レシプロエンジンは、前記シリンダに連通する第３のポートと、前記第３のポートを開閉する開閉弁と、を有し、
前記分解器は、前記第３のポートに接続され、
前記炭化水素燃料供給部は、前記第３のポート内へ前記炭化水素燃料を噴射する第１インジェクタを有し、
前記開閉弁は、前記再圧縮行程において開弁し、
前記ピストンの上昇により圧縮された前記燃焼ガスと、前記第１インジェクタが噴射した前記炭化水素燃料とが、前記第３のポートを通じて前記分解器へ供給される、としてもよい。

【0019】

この燃料改質システムでは、分解器が第３のポートに接続されると共に、第１インジェクタが第３のポート内へ炭化水素燃料を噴射する。再圧縮行程において開閉弁が開弁すると、ピストンの上昇によって圧縮された燃焼ガスと、第１インジェクタが噴射した炭化水素燃料とが、第３のポートを通じて分解器へ供給される。分解器は、燃焼ガスの熱と圧力とを利用して、炭化水素燃料を効率的にカーボンと水素ガスとに分解できる。

【0020】

一般的なレシプロエンジンは、複数の吸気ポートと複数の排気ポートとを有している。燃料改質システムのレシプロエンジンにおいては、複数の吸気ポート及び複数の排気ポートのうちの少なくとも一つのポートが、第３のポートに転用されればよい。一般的なレシプロエンジンを、燃料改質システムに流用することができる。

【0021】

前記開閉弁は、前記掃気行程において再開弁し、
前記排気ポートの排気弁は、前記掃気行程において前記開閉弁の開弁後に開弁し、
前記吸気ポートの吸気弁は、前記掃気行程において前記排気弁の開弁後に開弁する、としてもよい。

【0022】

掃気行程においては、第３のポートの開閉弁が最初に開弁する。カーボン及び水素ガスが除去された燃焼ガスが、分解器からシリンダ内へ流入する。

【0023】

開閉弁の開弁に続いて排気弁が開弁する。シリンダ内の高い圧力によって、前記の燃焼ガスが排気ガスとして、シリンダから排気ポートへ排出される。排気弁の開弁タイミングは、掃気行程を前期、中期及び後期に三等分した場合の前期としてもよい。シリンダ内から排気ガスが効率的に排出される。

【0024】

排気弁の開弁後に、吸気弁が開弁する。ピストンの下降によって、吸気ポートを通じて吸気がシリンダ内へ導入される。掃気行程において、排気と吸気とが効率的に行われる。

【0025】

前記レシプロエンジンは、前記車両の走行用の駆動力を出力し、
前記レシプロエンジンを制御する制御器をさらに備え、
前記炭化水素燃料供給部は、前記炭化水素燃料を、前記シリンダ内へ供給可能であり、
前記制御器は、前記レシプロエンジンの運転状態が、前記レシプロエンジンの回転数が第１回転数よりも低くかつ、前記レシプロエンジンの要求負荷が第１負荷よりも低い第１領域である場合に、前記レシプロエンジンに前記変則４ストロークサイクルを実行させ、
前記制御器は、前記レシプロエンジンの運転状態が前記第１領域以外である場合に、前記レシプロエンジンに、前記ピストンの下降により、前記吸気ポートを通じて前記シリンダ内に、少なくとも吸気が導入される吸気行程、前記炭化水素燃料供給部によって前記シリンダ内へ供給された前記炭化水素燃料を含む混合気が、前記ピストンの上昇により圧縮される圧縮行程、前記混合気の燃焼により前記ピストンが下降する膨張行程、及び、前記ピストンの上昇により、前記排気ポートを通じて排気ガスが排出される排気行程を有する通常４ストロークサイクルを実行させる、としてもよい。

【0026】

車両に搭載されたレシプロエンジンが、車両の走行用の駆動力を出力するエンジンである場合、その運転状態は、低負荷から高負荷まで、及び、低回転から高回転まで大きく変化する。レシプロエンジンの回転数が低回転でかつ、要求負荷が低負荷であれば、掃気行程において、要求出力を満たすために必要な新気がシリンダ内に導入される。しかし、レシプロエンジンの回転数が高くなる、及び／又は、要求負荷が高くなって、新気の必要量が増えると、掃気行程において必要量の新気をシリンダ内へ導入することが難しくなる。

【0027】

そこで、制御器は、レシプロエンジンの運転状態に応じて、炭化水素燃料の分解を行う変則４ストロークサイクルと、炭化水素燃料の分解を行わない通常４ストロークサイクルとを切り替える。具体的に、制御器は、レシプロエンジンの運転状態が、レシプロエンジンの回転数が第１回転数よりも低くかつ、要求負荷が第１負荷よりも低い第１領域にある場合に、レシプロエンジンに変則４ストロークサイクルを実行させる。炭化水素燃料がカーボンと水素ガスとに効率的に分解される。

【0028】

制御器は、レシプロエンジンの運転状態が第１領域以外にある場合に、レシプロエンジンに通常４ストロークサイクルを実行させる。炭化水素燃焼供給部は、レシプロエンジンに、炭化水素燃料を供給する。レシプロエンジンは、炭化水素燃料を燃焼させて運転する。通常４ストロークサイクルの実行中は、炭化水素燃料の分解は行われないものの、排気行程及び吸気行程がそれぞれ行われるため、レシプロエンジンは要求出力を達成できる。

【0029】

前記水素ガス供給部は、前記水素ガスを前記シリンダ内へ噴射する第２インジェクタを有し、
前記炭化水素燃料供給部は、前記炭化水素燃料を前記吸気ポート内へ噴射する第３インジェクタを有している、としてもよい。

【0030】

第２インジェクタが水素ガスをシリンダ内へ噴射することにより、レシプロエンジンは、水素ガスを燃料として運転できる。

【0031】

第３インジェクタが炭化水素燃料を吸気ポート内へ噴射することにより、レシプロエンジンは、水素ガスのみならず、炭化水素燃料を使って運転できる。

【発明の効果】

【0032】

前記の車両の燃料改質システムは、車両の搭載に適している。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】図１は、車両に搭載される燃料改質システムを示している。

【図2】図２は、炭化水素燃料を分解する分解器を示している。

【図3】図３は、水素ガスをシリンダ内へ供給する水素ガス供給部を示している。

【図4】図４は、車両の制御システムを示している。

【図5】図５は、変則４ストロークサイクルの各行程を示している。

【図6】図６は、水素ガス供給部のモードを示している。

【図7】図７は、水素ガス供給部のモードの切替制御のフローチャートである。

【図8】図８は、水素ガス供給部の変形例を示している。

【図9】図９は、変形例に係る水素ガス供給部の、モードの切替制御のフローチャートである。

【図10】図１０は、レシプロエンジンの制御用マップを示している。

【図11】図１１は、吸気弁、排気弁、及び、開閉弁のリフトカーブを示している。

【図12】図１２は、変則４ストロークサイクルと通常４ストロークサイクルとの切替制御のフローチャートである。

【図13】図１３は、噴射する燃料の切替制御のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、車両の燃料改質システム、及び、車両の制御システムの実施形態について、図面を参照しながら説明する。ここで説明するシステムは例示である。

【0035】

（燃料改質システムの構成）
図１は、車両に搭載される燃料改質システム１を示している。車両に搭載された燃料タンクには、炭化水素燃料が貯留されている。炭化水素燃料は、例えばガソリンである。炭化水素燃料は、ガソリンに限らない。燃料改質システム１は、炭化水素燃料を、カーボンと水素ガスとに分解する。カーボンは、後述する分解器６に貯蔵される。水素ガスは、レシプロエンジン３の燃料として用いられる。燃料改質システム１は、炭化水素燃料が搭載される車両の、カーボンニュートラルを実現する。

【0036】

燃料改質システム１は、レシプロエンジン３を備えている。レシプロエンジン３は、シリンダ３１と、シリンダ３１内を往復動するピストン３２と、を有している。レシプロエンジン３は、複数のシリンダ３１を有している。複数のシリンダ３１は、例えばレシプロエンジン３のクランクシャフトが伸びる方向に並んでいる。各シリンダ３１のピストン３２は、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに接続されている。コネクティングロッドは、ピストン３２の往復動をクランクシャフトの回転に変換する。クランクシャフトは、変速機を介して駆動輪に接続されている。レシプロエンジン３は、車両の走行用の駆動力を出力する。尚、レシプロエンジン３は、発電機を駆動する駆動源として用いられてもよい。

【0037】

レシプロエンジン３は、吸気ポート３３を有している。吸気ポート３３は、シリンダ３１に連通している。各シリンダ３１は、一つ又は複数の吸気ポート３３を有している。各シリンダ３１は、例えば二つの吸気ポート３３を有していてもよい。吸気ポート３３は、吸気管に接続されている。後述するように、吸気ポート３３を通じて、シリンダ３１内へ吸気が導入される。吸気は、少なくとも新気を含む。吸気に、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスが含まれていてもよい。

【0038】

レシプロエンジン３は、吸気弁３４を有している。吸気弁３４は、吸気ポート３３を開閉するポペット弁である。吸気弁３４が開弁すると、吸気がシリンダ３１内へ導入される。図４に示す吸気動弁装置４１が、吸気弁３４を開閉する。吸気動弁装置４１は、例えば吸気弁３４に機械的に接続された吸気カムシャフトを有している。吸気動弁装置４１は、吸気弁３４のバルブタイミングを、連続的に変更できる（いわゆる、Ｓ－ＶＴ（Sequential-Valve Timing））。吸気動弁装置４１はまた、吸気弁３４のバルブリフトを、連続的に変更できる（いわゆる、ＣＶＶＬ（Continuously Variable Valve Lift））。吸気動弁装置４１は、公知の油圧式又は電動式の機構を採用できる。吸気動弁装置４１は、レシプロエンジン３の運転状態に応じて、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを変更する。

【0039】

レシプロエンジン３は、排気ポート３５を有している。排気ポート３５は、シリンダ３１に連通している。各シリンダ３１は、一つ又は複数の排気ポート３５を有している。各シリンダ３１は、例えば一つの排気ポート３５を有していてもよい。排気ポート３５は、排気管に接続されている。後述するように、排気ポート３５を通じて、シリンダ３１内から排気ガスが排出される。

【0040】

レシプロエンジン３は、排気弁３６を有している。排気弁３６は、排気ポート３５を開閉するポペット弁である。排気弁３６が開弁すると、排気ガスがシリンダ３１の外へ排出される。図４に示す排気動弁装置４２が、排気弁３６を開閉する。排気動弁装置４２は、例えば排気弁３６に機械的に接続された排気カムシャフトを有している。排気動弁装置４２は、排気弁３６のバルブタイミングを、連続的に変更できる（いわゆる、Ｓ－ＶＴ、図１１参照）。排気動弁装置４２はまた、排気弁３６のバルブリフトを、連続的に変更できる（いわゆる、ＣＶＶＬ）。排気動弁装置４２は、公知の油圧式又は電動式の機構を採用できる。排気動弁装置４２は、レシプロエンジン３の運転状態に応じて、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを変更する。

【0041】

レシプロエンジン３は、第３のポート３７を有している。第３のポート３７は、シリンダ３１に連通している。各シリンダ３１は、少なくとも一つの第３のポート３７を有している。各シリンダ３１は、例えば一つの第３のポート３７を有していてもよい。

【0042】

一般的なレシプロエンジンは、一つのシリンダにつき、二つの吸気ポートと二つの排気ポートを有している。二つの排気ポートのうちの一つが、第３のポート３７に転用されてもよい。図１のレシプロエンジン３は、一つのシリンダ３１につき、二つの吸気ポート３３と、一つの排気ポート３５と、一つの第３のポート３７とを有する。尚、図１は、理解を容易にするために、排気ポート３５と、第３のポート３７とを、位置をずらして描いている。

【0043】

尚、二つの吸気ポートのうちの一つが、第３のポート３７に転用されてもよい。但し、二つの吸気ポート３３は、シリンダ３１内へ多くの新気を導入できるという利点がある。排気ポート又は吸気ポートが第３のポート３７に転用される場合、一般的なレシプロエンジンを燃料改質システム１のレシプロエンジン３に流用できる。尚、レシプロエンジン３は、一つのシリンダ３１につき、二つの吸気ポート３３と、二つの排気ポート３５と、一つの第３のポート３７とを有してもよい。

【0044】

レシプロエンジン３は、開閉弁３８を有している。開閉弁３８は、第３のポート３７を開閉するポペット弁である。図４に示す第３の動弁装置４３が、開閉弁３８を開閉する。第３の動弁装置４３は、例えば開閉弁３８に機械的に接続された第３のカムシャフトを有している。第３の動弁装置４３は、開閉弁３８を、１サイクル中に２回開弁する（図１１参照）。第３の動弁装置４３はまた、開閉弁３８の開閉を停止できる。開閉弁３８の開閉を停止させる弁停止機構には、公知の油圧式又は電動式の機構を採用できる。弁停止機構は、例えば第３のカムシャフトと開閉弁３８との間に介装されたロッカアームに組み込んでもよい。弁停止機構はまた、ロッカアームを支持するラッシュアジャスタに組み込んでもよい。尚、開閉弁３８は、吸気カムシャフト又は排気カムシャフトに機械的に接続されてもよい。

【0045】

吸気ポートインジェクタ４４が、レシプロエンジン３に取り付けられている。吸気ポートインジェクタ４４の噴射孔は、吸気ポート３３内に臨んでいる。吸気ポートインジェクタ４４は、炭化水素燃料を吸気ポート３３内へ噴射する。吸気ポートインジェクタ４４は、第３インジェクタの一例である。炭化水素燃料供給部４５が、吸気ポートインジェクタ４４に接続されている。炭化水素燃料供給部４５は、炭化水素燃料を貯留する燃料タンクと、炭化水素燃料を圧送する燃料ポンプとを有している。炭化水素燃料供給部４５は、吸気ポートインジェクタ４４へ炭化水素燃料を供給する。

【0046】

第３ポートインジェクタ４６が、レシプロエンジン３に取り付けられている。第３ポートインジェクタ４６の噴射孔は、第３のポート３７内に臨んでいる。第３ポートインジェクタ４６は、炭化水素燃料を第３のポート３７内へ噴射する。第３ポートインジェクタ４６は、第１インジェクタの一例である。炭化水素燃料供給部４５は、第３ポートインジェクタ４６にも接続されている。炭化水素燃料供給部４５は、吸気ポートインジェクタ４４及び第３ポートインジェクタ４６へ、炭化水素燃料を、選択的に供給する。

【0047】

水素インジェクタ４７が、レシプロエンジン３に取り付けられている。水素インジェクタ４７の噴射孔は、シリンダ３１内に臨んでいる。水素インジェクタ４７は、水素ガスをシリンダ３１内へ噴射する。水素インジェクタ４７は、第２インジェクタの一例である。

【0048】

尚、炭化水素燃料を噴射するインジェクタを、シリンダ３１内に臨んで、レシプロエンジン３に取り付け、水素ガスを噴射する水素インジェクタを、吸気ポート３３内に臨んで、レシプロエンジン３に取り付けることもできる。

【0049】

水素ガス供給部５が、水素インジェクタ４７に接続されている。水素ガス供給部５は、水素インジェクタ４７へ水素ガスを供給する。水素ガスは、前述したように、炭化水素燃料から分解された水素ガスである。水素ガス供給部５の構成は、後述する。

【0050】

分解器６が、第３のポート３７に接続されている。分解器６は、炭化水素燃料をカーボンと水素ガスとに分解する。分解器６は、シリンダ３１毎に取り付けられている。分解器６は、複数のシリンダ３１に共通であってもよい。

【0051】

図２は、分解器６の構造を示している。分解器６は、触媒を使って炭化水素燃料をカーボンと水素ガスとに分解すると共に、分離膜６３を使って水素ガスを分離する。分解器６は、いわゆる膜反応器である。炭化水素燃料、例えばイソオクタンの分解は、以下の化学反応式により表される。

【0052】

iC₈H₁₈(g) ＝ 8C(s) + 9H₂
固体であるカーボンの回収は、車両の重量の増大を抑制する。燃料改質システム１は、車載のシステムとして適している。

【0053】

分解器６は、反応容器６１を有している。反応容器６１は、例えば筒状体である。反応容器６１は、例えば多孔質セラミック製である。多孔質セラミックは、例えばジルコニアである。反応容器６１は、後述する触媒の担持体６２を収容する機能と、生成された水素ガスを透過させる機能とを有している。反応容器６１は、前述した二つの機能を有するのであれば、様々な構造を採用することができる。

【0054】

分解器６は、触媒の担持体６２を有している。炭化水素燃料の分解に使用できる触媒は、例えばＮｉ－Ａｌ－Ｆｅ合金である。触媒は、炭化水素燃料の分解に利用できるものであれば、様々な触媒を利用できる。

【0055】

担持体６２は、例えば酸化アルミニウムのボールを使用することができる。触媒は、ボールの表面に塗布される。多数の担持体６２が、反応容器６１の内部に充填されている。担持体６２としてのボールの使用は、触媒の表面積を増大させて分解器６の分解効率を高める。尚、担持体６２の形状は、特定の形状に制限されない。

【0056】

炭化水素燃料の分解により生成されたカーボンは、担持体６２の表面に付着する。分解器６は、カーボンの貯蔵も行う。ボールの使用により、分解器６におけるカーボンの貯蔵量が増えると共に、カーボンの貯蔵量が増えても、分解器６の分解能力を維持できる。また、ボールの使用は、炭化水素燃料から分解された水素ガスの分離を容易にする。後述するように、水素ガスの効率的な分離も、分解器６の分解能力の低下を抑制する。

【0057】

分解器６は、分離膜６３を有している。分離膜６３は、反応容器６１の内面に取り付けられている。反応容器６１は、分離膜６３を保持するホルダである。分離膜６３は、水素ガスのみを透過する機能を有している。分離膜６３は、例えばＰｄ合金の膜である。尚、分離膜６３は、Ｐｄ合金の膜に限定されない。分離膜６３を透過した水素ガスは、反応容器６１を通って反応容器６１の外側へ至る（図２の白抜きの矢印参照）。

【0058】

分解器６は、ケース６４を有している。反応容器６１は、ケース６４の中に収容されている。反応容器６１の外周面と、ケース６４の内周面との間には、空間が形成されている。ケース６４は、水素ガスを集合させて、後述する水素ガス通路５０へ導く機能を有している。

【0059】

ケース６４の端部には、第３のポート３７が接続されている。より詳細に、第３のポート３７は、筒状の反応容器６１の内側に接続されている。燃焼ガスと炭化水素燃料とは、第３のポート３７を通じて、反応容器６１の内側に導入される。反応容器６１の内側において、炭化水素燃料は、カーボンと水素ガスとに分解される。

【0060】

ケース６４の側部には、水素ガス通路５０が接続されている。反応容器６１の内側において生成された水素ガスは、分離膜６３及び反応容器６１を通って反応容器６１の外側へ至る。水素ガスは、水素ガス通路５０を通って、水素ガス供給部５へ送られる。水素ガス通路５０は、図３に示すように、水素ガス供給部５を介して、水素インジェクタ４７に接続されている。

【0061】

図３は、水素ガス供給部５の構造を示している。水素ガス供給部５は、前述したように、水素ガスを水素インジェクタ４７へ供給する。水素ガス供給部５は、複数のシリンダ３１に共通とすればよい。水素ガス供給部５は、シリンダ３１毎に設けられてもよい。

【0062】

水素ガス供給部５は、第１タンク５１を有している。第１タンク５１は、水素ガス通路５０に接続されている。第１タンク５１は、分解器６からの水素ガスを貯留する。

【0063】

水素ガス供給部５は、バイパス通路５３を有している。バイパス通路５３は、第１タンク５１をバイパスする。第１タンク５１の上流側には第１切替弁５４が設けられ、第１タンク５１の下流側には第２切替弁５５が設けられている。第１切替弁５４及び第２切替弁５５は、後述する制御器２１からの制御信号を受けて、水素ガスの流通経路を、第１タンク５１の側と、バイパス通路５３の側とに切り替える。第１切替弁５４及び第２切替弁５５の切り替えについては、後述する。

【0064】

水素ガス供給部５は、ポンプ５６を有している。ポンプ５６は、第２切替弁５５の下流において、水素ガス通路５０に接続されている。ポンプ５６は、水素ガスの圧力を高める。

【0065】

水素ガス供給部５は、第２タンク５２を有している。第２タンク５２は、ポンプ５６の下流において、水素ガス通路５０に接続されている。第２タンク５２は、水素ガス通路５０において、ポンプ５６と水素インジェクタ４７との間に位置している。第２タンク５２は、高圧の水素ガスを貯留する。

【0066】

第１タンク５１の圧力は、第２タンク５２の圧力よりも低い。低圧の第１タンク５１は、分離膜６３の二次側の圧力（つまり、反応容器６１の外側の圧力）を、一次側の圧力（つまり、反応容器６１の内側の圧力）よりも下げる。低圧の第１タンク５１は、分離膜６３の一次側と二次側との圧力差を大きくする。大きい圧力差は、分離膜６３における水素ガスの透過を促進する。反応容器６１の内部で生成された水素ガスが、反応容器６１の外へ速やかに透過するから、反応容器６１の内部における炭化水素燃料の分解反応が促進される。第１タンク５１は、水素ガス通路５０の圧力を、反応容器６１の内側の圧力よりも低下させる減圧部の一例である。この減圧部と、後述する再圧縮行程における燃焼ガスの熱と圧力との組み合わせは、分解器６の分解反応を、大幅に促進させる。炭化水素燃料の分解反応の促進は、分解器６が小型であっても、レシプロエンジン３の運転に必要な水素ガス量の確保を可能にする。

【0067】

また、後述するように、水素ガスの流通経路が、バイパス通路５３の側に切り替えられた状態では、ポンプ５６の駆動によって分離膜６３の二次側の圧力が低下する。ポンプ５６もまた、水素ガス通路５０の圧力を、反応容器６１の内側の圧力よりも低下させる減圧部の一例である。

【0068】

高圧の第２タンク５２は、水素インジェクタ４７へ高圧の水素ガスを、安定して供給できる。水素インジェクタ４７は、シリンダ３１内の圧力が高い圧縮上死点付近のタイミングで、シリンダ３１内へ、水素ガスを噴射できる。ポンプ５６は、第１タンク５１の圧力を低く維持しながら、水素インジェクタ４７へ高圧の水素ガスを供給することを可能にする。

【0069】

（制御システムの構成）
図４は、燃料改質システム１が搭載された車両の、制御システム２のブロック図である。制御システム２は、制御器２１を有している。制御器２１は、プロセッサ、メモリ、インターフェースなどのハードウエアと、データベースや制御プログラムなどのソフトウエアとで構成されている。

【0070】

回転数センサ２２が、制御器２１に、電気的に接続されている。回転数センサ２２は、レシプロエンジン３に取り付けられている。回転数センサ２２は、クランクシャフトの回転数に対応する計測信号を制御器２１へ出力する。制御器２１は、回転数センサ２２の計測信号に基づいて、レシプロエンジン３の回転数を把握できる。

【0071】

アクセルポジションセンサ２３が、制御器２１に、電気的に接続されている。アクセルポジションセンサ２３は、アクセルペダルに取り付けられている。アクセルポジションセンサ２３は、アクセルペダルの踏み込み量に対応する信号を制御器２１へ出力する。制御器２１は、アクセルポジションセンサ２３の計測信号に基づいて、レシプロエンジン３の要求負荷を把握できる。

【0072】

ノックセンサ２４が、制御器２１に、電気的に接続されている。ノックセンサ２４は、レシプロエンジン３に取り付けられている。ノックセンサ２４は、レシプロエンジン３においてノッキングが発生した場合に、ノック検出信号を制御器２１へ出力する。制御器２１は、ノック検出信号に基づいて、ノッキングの発生を把握できる。

【0073】

タンク圧センサ２５が、制御器２１に、電気的に接続されている。タンク圧センサ２５は、水素ガス供給部５の第２タンク５２に取り付けられている。タンク圧センサ２５は、第２タンク５２の水素ガス量に対応する信号を、制御器２１へ出力する。制御器２１は、タンク圧センサ２５の信号に基づいて、シリンダ３１へ供給可能な水素ガス量を判断できる。

【0074】

前述した吸気動弁装置４１、排気動弁装置４２、及び、第３の動弁装置４３はそれぞれ、制御器２１に電気的に接続されている。制御器２１は、レシプロエンジン３の運転状態に応じて、吸気動弁装置４１、排気動弁装置４２、及び、第３の動弁装置４３のそれぞれに、制御信号を出力する。吸気動弁装置４１は、制御器２１からの制御信号に基づいて、吸気弁３４のバルブタイミング、及び／又は、バルブリフトを変更する。排気動弁装置４２は、制御器２１からの制御信号に基づいて、排気弁３６のバルブタイミング、及び／又は、バルブリフトを変更する。第３の動弁装置４３は、制御器２１からの制御信号に基づいて、開閉弁３８の開閉と停止とを切り替える。

【0075】

前述した吸気ポートインジェクタ４４、第３ポートインジェクタ４６、及び、水素インジェクタ４７はそれぞれ、制御器２１に電気的に接続されている。制御器２１は、吸気ポートインジェクタ４４、第３ポートインジェクタ４６、及び、水素インジェクタ４７のそれぞれに、制御信号を出力する。吸気ポートインジェクタ４４は、制御器２１からの制御信号に基づいて、所定のタイミングで、所定量の炭化水素燃料を、吸気ポート３３内へ噴射する。第３ポートインジェクタ４６は、制御器２１からの制御信号に基づいて、所定のタイミングで、所定量の炭化水素燃料を、第３のポート３７内へ噴射する。水素インジェクタ４７は、制御器２１からの制御信号に基づいて、所定のタイミングで、所定量の水素ガスを、シリンダ３１内へ噴射する。

【0076】

制御システム２は、点火プラグ２６を有している。点火プラグ２６は、シリンダ３１内に臨んで、レシプロエンジン３に取り付けられている。点火プラグ２６は、制御器２１に電気的に接続されている。制御器２１は、点火プラグ２６に、制御信号を出力する。点火プラグ２６は、制御器２１からの制御信号に基づいて、所定のタイミングで、シリンダ３１内の混合気に点火する。

【0077】

前述した水素ガス供給部５は、制御器２１に電気的に接続されている。制御器２１は、水素ガス供給部５の第１切替弁５４、第２切替弁５５、及び、ポンプ５６へ、制御信号を出力する。

【0078】

（変則４ストロークサイクル）
レシプロエンジン３は、分解器６が炭化水素燃料の分解を行うために、変則４ストロークサイクルを実行する。図５は、変則４ストロークサイクルに含まれる各行程を示している。

【0079】

Ｓ１は、圧縮行程である。レシプロエンジン３は、圧縮行程Ｓ１において、ピストン３２の上昇によりシリンダ３１内の混合気を圧縮する。吸気弁３４、排気弁３６及び開閉弁３８は全て閉じている。

【0080】

水素インジェクタ４７は、圧縮行程Ｓ１中に、水素ガスをシリンダ３１内へ噴射する。尚、水素ガスが不足している場合、吸気ポートインジェクタ４４が、後述の掃気行程Ｓ４において、不足分を補うように、炭化水素燃料を吸気ポート３３へ噴射してもよい。また、水素ガスが無い場合、吸気ポートインジェクタ４４が、水素インジェクタ４７に代わって、掃気行程Ｓ４において、炭化水素燃料を吸気ポート３３へ噴射してもよい。シリンダ３１内へ供給する水素ガスが不足する場合に、吸気ポートインジェクタ４４が炭化水素燃料を噴射することにより、レシプロエンジン３の必要燃料量が確保される。レシプロエンジン３は、炭化水素燃料を使って、又は、炭化水素燃料と水素ガスとの両方を使って、運転できる。

【0081】

点火プラグ２６は、圧縮上死点付近のタイミングで、シリンダ３１内の混合気に点火をする。混合気は燃焼を開始する。Ｓ２は、膨張行程である。ピストン３２は、膨張行程Ｓ２において、混合気の燃焼により下降する。吸気弁３４、排気弁３６及び開閉弁３８は全て閉じている。

【0082】

Ｓ３は、再圧縮行程である。レシプロエンジン３は、再圧縮行程Ｓ３において、ピストン３２の上昇によりシリンダ３１内の燃焼ガスを圧縮する。再圧縮行程Ｓ３において、開閉弁３８は開弁する。圧縮された燃焼ガスが、第３のポート３７を通じて分解器６へ導入される。また、第３ポートインジェクタ４６が、再圧縮行程Ｓ３において、第３のポート３７内へ炭化水素燃料を噴射する。炭化水素燃料は、燃焼ガスと共に、分解器６へ導入される。前述したように、分解器６において、燃焼ガスの熱と触媒により、炭化水素燃料が、カーボンと水素ガスとに分解される。カーボンは、分解器６に貯蔵される。水素ガスは、燃焼ガスの圧力により、分解器６の分離膜６３を透過して、水素ガス供給部５へ送られる。

【0083】

再圧縮行程における燃焼ガスの高い圧力が、分解器６の内側に付与されるため、分解器６の内側において生成された水素ガスは、速やかに分離膜６３を透過する。前述した化学反応式の右辺の水素ガスが、分解器６の内側から排出されるから、分解器６の内側における炭化水素燃料の分解反応が促進される。レシプロエンジン３の再圧縮行程Ｓ３の圧力を利用する分解器６は、小型であっても、レシプロエンジン３の運転に必要な量の水素ガスを生成できる。

【0084】

Ｓ４は、掃気行程である。掃気行程Ｓ４において、ピストン３２が下降する。開閉弁３８は、掃気行程Ｓ４において開弁する。開閉弁３８が開弁すると、カーボン及び水素ガスが除去された燃焼ガスが、分解器６からシリンダ３１へ導入される。

【0085】

掃気行程Ｓ６において、排気弁３６は開弁する。シリンダ３１内の燃焼ガスが、排気ポート３５へ排出される。掃気行程Ｓ６において、吸気弁３４も開弁する。吸気ポート３３を通じて、吸気がシリンダ３１内へ導入される。吸気には、少なくとも新気が含まれる。吸気に、ＥＧＲガスが含まれてもよい。このＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路を通じて吸気管に還流した、いわゆる外部ＥＧＲガスである。レシプロエンジン３は、掃気行程Ｓ６においてシリンダ３１内のガス交換を行う。

【0086】

掃気行程Ｓ４の後、レシプロエンジン３は、圧縮行程Ｓ１へ戻る。

【0087】

このように、変形４ストロークサイクルを実行するレシプロエンジン３を含む燃料改質システム１は、炭化水素燃料の分解により生成されたカーボンを、分解器６に貯蔵する。また、レシプロエンジン３は、炭化水素燃料の分解により生成された水素ガスを燃焼させるため、燃焼に起因する炭素酸化物は発生しない。燃料改質システム１は、カーボンニュートラルを実現できる。

【0088】

また、この燃料改質システム１は、レシプロエンジン３に起因する熱と圧力とを利用するため、炭化水素燃料の分解に必要な熱及び／又は圧力を発生させるための、別途の専用デバイスが不要である。燃料改質システム１は、車載のシステムとして有用である。

【0089】

尚、分解器６のカーボン貯蔵量が多くなれば、分解器６からカーボンが回収される。例えば車両のメンテナンス入庫の際に、分解器６から、カーボンが付着した担持体６２が取り出され、例えばミルを使って、カーボンが担持体６２から除去される。回収したカーボンは、産業用カーボンとして利用できる。カーボンが除去された担持体６２は、必要に応じて触媒が再塗布された上で、分解器６に再充填可能である。

【0090】

（水素ガス供給部のモード切替）
水素ガス供給部５は、レシプロエンジン３の状態に応じて、第１モード、第２モード、及び、第３モードを切り替える。図６は、水素ガス供給部５の各モードを示している。

【0091】

第１モードは、炭化水素燃料の分解を行って、生成された水素ガスを第１タンク５１に貯留しつつ、水素ガスをレシプロエンジン３へ供給するモードである。第１モードにおいて、第１切替弁５４及び第２切替弁５５は、水素ガスの流通経路を、第１タンク５１の側にする。分解器６からの水素ガスは、第１タンク５１に流入する。前述したように、第１タンク５１は、水素ガス通路５０の圧力を、反応容器６１の内側の圧力よりも低下させる。

【0092】

また、ポンプ５６は、駆動する。第１タンク５１の水素ガスが昇圧されて、第２タンク５２へ送られる。第２タンク５２に高圧の水素ガスが貯留する。そして、第２タンク５２から水素インジェクタ４７へ高圧の水素ガスが供給され、水素インジェクタ４７は、シリンダ３１内へ水素ガスを噴射する。

【0093】

第１モードは、例えばレシプロエンジン３の始動時、及び／又は、第２タンク５２の低圧時のモードとしてもよい。第１タンク５１に予め貯留されていた水素ガスを利用しながら、レシプロエンジン３の始動、及び／又は、運転が可能になる。尚、前述したように、水素ガスが不足する場合、炭化水素燃料が吸気ポート３３内へ噴射される。

【0094】

第２モードは、炭化水素燃料の分解を行って、生成された水素ガスを直ぐに、レシプロエンジン３へ供給するモードである。第２モードにおいて、第１切替弁５４及び第２切替弁５５は、水素ガスの流通方向を、バイパス通路５３の側にする。分解器６からの水素ガスは、第１タンク５１をバイパスして、ポンプ５６に至る。ポンプ５６は、駆動する。ポンプ５６が駆動すると、入口側の圧力が低下する。ひいては分解器６の分離膜６３の二次側の圧力が低下する。第２モードにおけるポンプ５６は、減圧部に相当する。

【0095】

ポンプ５６の駆動により水素ガスが昇圧されて、第２タンク５２へ送られる。第２タンク５２に高圧の水素ガスが貯留する。そして、第２タンク５２から水素インジェクタ４７へ高圧の水素ガスが供給され、水素インジェクタ４７は、シリンダ３１内へ水素ガスを噴射する。

【0096】

第２モードは、例えばレシプロエンジン３の通常運転時のモードとしてもよい。通常運転時は、前述した始動時、第２タンク５２の低圧時、及び、後述するフューエルカット時以外を意味する。第２モードは、変則４ストロークサイクル実行時の、基本モードであってもよい。燃料改質システム１は、分解器６における炭化水素燃料の分解効率が高いため、炭化水素燃料を分解しながら、生成された水素ガスをレシプロエンジン３へ供給して、レシプロエンジン３を運転できる。

【0097】

第３モードは、レシプロエンジン３への水素ガスの供給を停止しつつ、炭化水素燃料の分解を行って、生成された水素ガスを第１タンク５１に貯留するモードである。水素インジェクタ４７は駆動を停止し、水素ガスの噴射を停止する一方で、第３ポートインジェクタ４６は、第３のポート３７へ炭化水素燃料を噴射する。

【0098】

第３モードにおいて、第１切替弁５４及び第２切替弁５５は、水素ガスの流通経路を、第１タンク５１の側にする。分解器６からの水素ガスは、第１タンク５１に貯留される。ポンプ５６は、停止する。水素ガスは、第１タンク５１から第２タンク５２へ送られない。尚、ポンプ５６は、駆動してもよい。この場合、第２タンク５２から水素インジェクタ４７ヘの水素ガスの供給が停止される。

【0099】

第３モードは、例えばレシプロエンジン３の、フューエルカット時のモードとしてもよい。制御器２１は、アクセルポジションセンサ２３の計測信号に基づいて、フューエルカットか否かを判断できる。第３モードにおいて、第１タンク５１の水素ガスの貯留量は増える。第１タンク５１に貯留された水素ガスは、第１モードにおいて、水素インジェクタ４７へ供給される。

【0100】

第１モード、第２モード、第３モードの切り替えは、レシプロエンジン３の運転状態、第２タンク５２の圧力、及び、フューエルカットであるか否かに応じて、行われてもよい。図７は、水素ガス供給部５のモード切り替えに関する制御手順を示している。スタート後のステップＳ７１において、制御器２１は各種信号を読み込む。続くステップＳ７２において、制御器２１は、水素ガス供給部５を第２モードにすべきか否かを判断する。前述したように、レシプロエンジン３の通常運転時に、制御器２１は、水素ガス供給部５を第２モードにすべきと判断する。ステップＳ７２の判断がＹｅｓであれば、制御器２１は、続くステップＳ７３において、第１切替弁５４及び第２切替弁５５により、第１タンク５１がバイパスされるよう、水素ガスの流通経路をバイパス通路５３の側にする。そして、ステップＳ７６において、制御器２１は、ポンプ５６を駆動する。

【0101】

ステップＳ７２の判断がＮｏであれば、制御器２１は、ステップＳ７４において、第１切替弁５４及び第２切替弁５５により、水素ガスの流通経路を第１タンク５１の側にする。そして、ステップＳ７５において、制御器２１は、水素ガス供給部５を第３モードにすべきか否かを判断する。前述したように、レシプロエンジン３のフューエルカット時に、制御器２１は、水素ガス供給部５を第３モードにすべきと判断する。ステップＳ７５の判断がＹｅｓであれば、制御器２１は、ステップＳ７７において、ポンプ５６を停止する。ステップＳ７５の判断がＮｏであれば、制御器２１は、ステップＳ７６において、ポンプ５６を駆動する。水素ガス供給部５は第１モードになる。

【0102】

図８は、水素ガス供給部の変形例を示している。水素ガス供給部５９は、第２タンク５２に代えて、第２ポンプ５７を有している。第２ポンプ５７は、水素ガス通路５０における、分解器６と第１切替弁５４との間に位置している。尚、図８の水素ガス供給部５９では、２台のポンプを区別するために、第２切替弁５５と水素インジェクタ４７との間に位置するポンプを、第１ポンプ５６と呼ぶ。第１ポンプ５６は、水素インジェクタ４７へ高圧の水素ガスを供給するポンプである。

【0103】

第２ポンプ５７が駆動すると、第２ポンプ５７の入口側の圧力が低下する。入口側の圧力低下は、分解器６における分離膜６３の二次側の圧力を下げる。第２ポンプ５７は、水素ガス通路５０の圧力を、反応容器６１の内側の圧力よりも低下させる減圧部の一例である。

【0104】

水素ガス供給部５９も、第１モード、第２モード及び第３モードを切り替える。図９は、水素ガス供給部５９のモード切り替えに関する制御手順を示している。スタート後のステップＳ９１において、制御器２１は各種信号を読み込む。続くステップＳ９２において、制御器２１は、水素ガス供給部５９を第２モードにすべきか否かを判断する。ステップＳ９２の判断がＹｅｓであれば、制御器２１は、続くステップＳ９３において、第１切替弁５４及び第２切替弁５５により、第１タンク５１がバイパスされるよう、水素ガスの流通経路をバイパス通路５３の側にする。そして、ステップＳ９６において、制御器２１は、第１ポンプ５６及び第２ポンプ５７を駆動する。炭化水素燃料から分解された水素ガスが、第２ポンプ５７、バイパス通路５３、及び、第１ポンプ５６を通って、水素インジェクタ４７へ供給される。

【0105】

ステップＳ９２の判断がＮｏであれば、制御器２１は、ステップＳ９４において、第１切替弁５４及び第２切替弁５５により、水素ガスの流通経路を第１タンク５１の側にする。そして、ステップＳ９５において、制御器２１は、水素ガス供給部５９を第３モードにすべきか否かを判断する。ステップＳ９５の判断がＹｅｓであれば、制御器２１は、ステップＳ９７において、第１ポンプ５６を停止し、第２ポンプ５７を駆動する。水素インジェクタ４７への水素ガスの供給が停止されつつ、生成された水素ガスが、第１タンク５１に貯留される。ステップＳ９５の判断がＮｏであれば、制御器２１は、ステップＳ９６において、第１ポンプ５６及び第２ポンプ５７を駆動する。炭化水素燃料から分解された水素ガスが、第１タンク５１へ供給されつつ、第１タンク５１から第１ポンプ５６を通って、水素インジェクタ４７へ供給される。水素ガス供給部５９は第１モードになる。

【0106】

（変則４ストロークサイクルと通常４ストロークサイクルとの切替）
燃料改質システム１に含まれるレシプロエンジン３は、車両の走行用の駆動力を出力するエンジンでもある。レシプロエンジン３の運転状態は、低負荷から高負荷まで、及び、低回転から高回転まで大きく変化する。

【0107】

変則４ストロークサイクルは、掃気行程を有している。レシプロエンジン３の回転数が低回転でかつ、要求負荷が低負荷であれば、掃気行程において、要求出力を満たすために必要な新気がシリンダ３１内に導入される。しかし、レシプロエンジン３の回転数が高くなる、及び／又は、要求負荷が高くなって、新気の必要量が増えると、掃気行程において必要量の新気をシリンダ３１内へ導入することが難しくなる。

【0108】

そこで、車両の制御システム２では、レシプロエンジン３の回転数及び要求負荷に係る運転状態に応じて、炭化水素燃料の分解を行う変則４ストロークサイクルと、炭化水素燃料の分解を行わない通常４ストロークサイクルとが切り替わる。

【0109】

図１０は、レシプロエンジン３の制御マップ１０１を示している。制御マップ１０１は、エンジンの回転数と要求負荷とによって規定されたレシプロエンジン３の運転領域に対応する。制御器２１は、制御マップ１０１に従って、レシプロエンジン３を運転する。

【0110】

制御マップ１０１は、レシプロエンジン３の運転領域を、第１領域１０２と第２領域１０３とに分割している。第１領域１０２は、回転数が第１回転数Ｎ１よりも低くかつ、要求負荷が負荷Ｐｅ１よりも低い領域である。第２領域１０３は、回転数が第１回転数Ｎ１以上の領域、及び／又は、要求負荷が負荷Ｐｅ１よりも高い領域である。第１回転数Ｎ１は、レシプロエンジン３の運転領域を、回転数の方向に、低回転領域、中回転領域、及び、高回転領域に三等分した場合の、中回転領域に含まれる回転数としてもよい。負荷Ｐｅ１は、レシプロエンジン３の運転領域を、負荷の方向に、低負荷領域、中負荷領域、及び、高負荷領域に三等分した場合の、中負荷領域に含まれる負荷としてもよい。

【0111】

制御器２１は、第１領域１０２において、レシプロエンジン３に、変則４ストロークサイクルを実行させる。具体的に、制御器２１は、吸気動弁装置４１及び排気動弁装置４２を通じて、吸気弁３４及び排気弁３６を所定のタイミングで開弁させながら、第３の動弁装置４３を通じて、開閉弁３８を所定のタイミングで開弁させる。

【0112】

図１１は、吸気弁３４、排気弁３６、及び、開閉弁３８のリフトカーブを例示している。図１１の横軸はクランク角であり、縦軸はバルブリフトである。チャート１１１は、変則４ストロークサイクル実行時の、吸気弁３４、排気弁３６、及び、開閉弁３８のリフトカーブである。

【0113】

チャート１１１において、開閉弁３８は、再圧縮行程において開弁すると共に、掃気行程において開弁する。再圧縮行程においてシリンダ３１内の燃焼ガスが、第３のポート３７に導入され、掃気行程において分解器６からシリンダ３１へ、燃焼ガスが流入する。開閉弁３８は、１サイクル当たり２回開弁する。

【0114】

掃気行程においては、排気弁３６も開弁する。排気弁３６は、開閉弁３８の開弁後に、開弁する。排気弁３６の開弁タイミングは、掃気行程を前期、中期及び後期に三等分した場合の前期としてもよい。掃気行程の前期は、シリンダ３１内の圧力が高い。排気弁３６が開弁すると、シリンダ３１内の高い圧力によって、シリンダ３１から排気ポート３５へ排気ガスが効率的に排出される。

【0115】

掃気行程においては、吸気弁３４も開弁する。吸気弁３４は、排気弁３６の開弁後に、開弁する。吸気弁３４の開弁タイミングは、掃気行程の中期としてもよい。相対的に速い速度でピストン３２が下降することにより、吸気が吸気ポート３３からシリンダ３１内へ導入される。

【0116】

尚、制御器２１は、吸気弁３４及び／又は排気弁３６の、バルブタイミング及び／又はバルブリフト制御を通じて、変則４ストロークサイクル実行中の、レシプロエンジン３の負荷を変更する。

【0117】

制御器２１は、第２領域１０３において、レシプロエンジン３に、通常４ストロークサイクルを実行させる。具体的に、制御器２１は、吸気動弁装置４１及び排気動弁装置４２を通じて、吸気弁３４及び排気弁３６を所定のタイミングで開弁させながら、第３の動弁装置４３を通じて、開閉弁３８の開弁を停止させる。図１１のチャート１１２は、通常４ストロークサイクル実行時の、吸気弁３４、及び、排気弁３６のリフトカーブを例示している。変則４ストロークサイクル実行時に対して、通常４ストロークサイクル実行時は、排気弁３６の開弁時期が進角される。また、開閉弁３８の開弁が停止する。通常４ストロークサイクル実行時には、排気行程及び吸気行程がそれぞれ実行されるため、シリンダ３１内に、より大量の新気が導入可能である。レシプロエンジン３は要求出力を達成できる。

【0118】

図１２のフローチャートは、変則４ストロークサイクルと、通常４ストロークサイクルとの切り替えに係る制御手順を示している。スタート後のステップＳ１２１において、制御器２１は、各種信号を読み込み、続くステップＳ１２２において、制御器２１は、読み込んだ信号と、制御マップ１０１に基づき、レシプロエンジン３の運転状態が第１領域にあるか否かを判断する。ステップＳ１２２の判断がＹｅｓの場合、つまり、レシプロエンジン３の運転状態が第１領域１０２にある場合、制御器２１は、ステップＳ１２３において、第３のポート３７の開閉弁３８を開閉させる。レシプロエンジン３は、変則４ストロークサイクルを実行する。

【0119】

ステップＳ１２４において、制御器２１は、吸気弁３４及び／又は排気弁３６の開弁を、要求出力に応じて調整する。続くステップＳ１２５において、制御器２１は、燃料の設定を行う。ステップＳ１２５の燃料設定については後述する。

【0120】

ステップＳ１２２に戻り、ステップＳ１２２の判断がＮｏの場合、制御器２１は、ステップＳ１２６において、開閉弁３８を停止させる。レシプロエンジン３は、通常４ストロークサイクルを実行する。

【0121】

ステップＳ１２７において、制御器２１は、吸気弁３４及び／又は排気弁３６の開弁を、要求出力に応じて調整する。続くステップＳ１２８において、制御器２１は、ノックセンサ２４がノッキングを検出したか否かを判断する。ステップＳ１２８の判断がＹｅｓの場合、制御器２１は、ステップＳ１２９において、水素インジェクタ４７に、水素ガスを噴射させて、異常燃焼の発生を抑制する。

【0122】

一般的に、炭化水素燃料を利用するエンジンが高負荷で運転している場合は、異常燃焼（例えばノッキング）が発生しやすいという問題がある。レシプロエンジン３の運転状態が第２領域１０３にある場合は、炭化水素燃料を燃焼させるため、要求負荷が高まれば、異常燃焼が生じる恐れがある。

【0123】

ここで、炭化水素燃料の燃焼と、水素ガスの燃焼とを比較すると、水素ガスの燃焼は、燃焼速度が大幅に速いという特徴を有している。そこで、車両の制御システム２は、レシプロエンジン３の運転状態が第２領域１０３にある場合であって、ノッキングが検出された場合には、吸気ポートインジェクタ４４が炭化水素燃料を吸気ポート３３内へ噴射することに加えて、水素インジェクタ４７が水素ガスをシリンダ３１内に噴射する。水素ガスは、例えば第１タンク５１に貯留されている水素ガスが利用される。水素インジェクタ４７は、例えば圧縮行程中のタイミングで、水素ガスをシリンダ３１内に噴射してもよい。適切なタイミングでシリンダ３１内へ噴射された水素ガスは、燃焼促進剤として機能し、燃焼速度を高める。炭化水素燃料を用いた燃焼が行われている場合であって、レシプロエンジン３の運転状態が高負荷である場合に、異常燃焼が抑制できる。水素ガス噴射による異常燃焼の抑制は、レシプロエンジン３の熱効率を下げずに、異常燃焼が抑制できるという利点がある。

【0124】

ステップＳ１２８の判断がＮｏの場合、制御器２１は、水素インジェクタ４７に、水素ガスを噴射させない。

【0125】

尚、ステップＳ１２８は、要求負荷Ｐｅが、負荷Ｐｅ２以上であるか否かを判断してもよい。負荷Ｐｅ２は、図１０に示すように、レシプロエンジン３の運転領域を負荷方向に、低負荷、中負荷、及び、高負荷の領域に三等分した場合の、高負荷の領域に含まれる負荷としてもよい。異常燃焼が発生しやすい領域において水素ガスをシリンダ３１内へ噴射することにより、異常燃焼が未然に回避される。

【0126】

図１３は、図１２のフローチャートのステップＳ１２５の燃料設定に関する制御手順を示している。先ずステップＳ１３１において、制御器２１は、タンク圧センサ２５の信号に基づいて、シリンダ３１へ供給可能な水素ガス量を取得する。そして、ステップＳ１３２において、制御器２１は、要求出力と、水素ガス量とに基づいて、水素ガスのみの噴射が可能か否か、換言すれば、水素ガス量によって要求出力が満たされるか否かを判断する。

【0127】

ステップＳ１３２の判断がＹｅｓの場合、制御器２１は、ステップＳ１３３において、水素ガスのみの噴射を設定する。ステップＳ１３２の判断がＮｏの場合、水素ガスが不足しているため、制御器２１は、ステップＳ１３４において、水素ガスと炭化水素燃料との両方の噴射を設定する。炭化水素燃料の噴射量は、水素ガスの不足分の量に設定される。

【0128】

変則４ストロークサイクルと、通常４ストロークサイクルとの切り替えは、レシプロエンジン３のカーボンニュートラル化を進めつつ、レシプロエンジン３を駆動源とする車両の走行を可能にする。

【0129】

尚、ここに開示する技術は、前記の構成に限らない。例えばレシプロエンジン３は、圧縮着火式のエンジンであってもよい。

【0130】

また、燃料改質システム１の分解器６は、膜反応器に限定されない。燃焼ガスの熱と圧力を利用して炭化水素燃料を分解できるのであれば、分解器６は、どのような構造であってもよい。

【符号の説明】

【0131】

１ 燃料改質システム
３ レシプロエンジン
３１ シリンダ
３２ ピストン
３３ 吸気ポート
３４ 吸気弁
３５ 排気ポート
３６ 排気弁
３７ 第３のポート
３８ 開閉弁
４４ 吸気ポートインジェクタ（第３インジェクタ）
４５ 炭化水素燃料供給部
４６ 第３ポートインジェクタ（第１インジェクタ）
４７ 水素インジェクタ（第２インジェクタ）
５ 水素ガス供給部
５９ 水素ガス供給部
６ 分解器
Ｓ１ 圧縮行程
Ｓ２ 膨張行程
Ｓ３ 再圧縮行程
Ｓ４ 掃気行程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】