特開 2024-131638 供給システム

(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】P2024131638

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】供給システム

(51)【国際特許分類】

   F02B 51/00 20060101AFI20240920BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

F02B51/00

F01N3/08 D

【審査請求】有

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023042030

(22)【出願日】2023-03-16

(71)【出願人】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004222

【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(74)【代理人】

【識別番号】100167793

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 学

(72)【発明者】

【氏名】岡本 毅

【テーマコード（参考）】

3G091

【Ｆターム（参考）】

3G091CA19

3G091CA21

(57)【要約】

【課題】エンジンから排出される窒素酸化物の量を抑制する供給システムにおいて、エンジンから排出される窒素酸化物の量を抑制する。
【解決手段】エンジン７１にオゾンを供給する供給システムＳは、水タンクに貯蔵された水を電気分解して水素及び酸素を生成する電解部１と、電解部１が生成した水素をエンジン７１の吸気管８０に供給する第１供給部２１と、電解部１が生成した酸素からオゾンを生成するオゾン生成部５と、オゾン生成部５が生成したオゾンを吸気管８０に供給する第２供給部２２と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンにオゾンを供給する供給システムであって、
水を電気分解して水素及び酸素を生成する電解部と、
前記電解部が生成した水素を前記エンジンの吸気管に供給する第１供給部と、
前記電解部が生成した酸素からオゾンを生成するオゾン生成部と、
前記オゾン生成部が生成したオゾンを前記吸気管に供給する第２供給部と、
を有する供給システム。

【請求項2】

前記エンジンの排気温度が所定値未満である場合に水素を前記吸気管に供給させ、前記排気温度が前記所定値以上である場合には水素を前記吸気管に供給させない供給制御部を有する、
請求項１に記載の供給システム。

【請求項3】

前記エンジンの排気温度が所定値未満である場合に前記吸気管にオゾンを供給させ、前記排気温度が前記所定値以上である場合にはオゾンを前記吸気管に供給させない供給制御部を有する、
請求項１に記載の供給システム。

【請求項4】

前記電解部と前記吸気管とを接続する管路に設けられた制御弁を開いて、前記電解部と前記制御弁との間の水素タンクに貯蔵されている水素を前記吸気管に供給させる供給制御部を有する、
請求項１に記載の供給システム。

【請求項5】

前記供給制御部は、前記制御弁の開度を調節して、前記エンジンの要求トルクに応じた量の水素を前記水素タンクから前記吸気管に供給させる、
請求項４に記載の供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンにオゾンを供給する供給システムに関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンにオゾンを供給する技術が知られている。特許文献１には、エンジンの吸気管で放電を生じさせることで吸気（空気）からオゾンを生成し、当該オゾンをエンジンに供給する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－５２６０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、空気からオゾンを生成すると、空気に含まれる窒素から窒素酸化物が生成されてしまう。窒素酸化物はエンジンの燃焼過程を経ても残留するので、燃焼後にエンジンから排出される窒素酸化物の量が増加してしまうことがあった。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、エンジンから排出される窒素酸化物の増加を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様においては、エンジンにオゾンを供給する供給システムであって、水を電気分解して水素及び酸素を生成する電解部と、前記電解部が生成した水素を前記エンジンの吸気管に供給する第１供給部と、前記電解部が生成した酸素からオゾンを生成するオゾン生成部と、前記オゾン生成部が生成したオゾンを前記吸気管に供給する第２供給部と、を有する供給システムを提供する。

【0007】

前記エンジンの排気温度が所定値未満である場合に水素を前記吸気管に供給させ、前記排気温度が前記所定値以上である場合には水素を前記吸気管に供給させない供給制御部を有してもよい。

【0008】

前記エンジンの排気温度が所定値未満である場合に前記吸気管にオゾンを供給させ、前記排気温度が前記所定値以上である場合にはオゾンを前記吸気管に供給させない供給制御部を有してもよい。

【0009】

前記電解部と前記吸気管とを接続する管路に設けられた制御弁を開いて、前記電解部と前記制御弁との間の水素タンクに貯蔵されている水素を前記吸気管に供給させる供給制御部を有してもよい。

【0010】

前記供給制御部は、前記制御弁の開度を調節して、前記エンジンの要求トルクに応じた量の水素を前記水素タンクから前記吸気管に供給させてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、エンジンから排出される窒素酸化物の増加を抑制できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】供給システムの構成を説明するための図である。

【図2】供給制御装置の構成を説明するための図である。

【図3】供給制御装置が実行する水素及びオゾンを供給する処理の一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［供給システムＳの構成］
図１は、供給システムＳの構成を説明するための図である。供給システムＳは、電解部１、第１供給部２１、第２供給部２２、供給制御装置４、エンジン７１、温度センサ７２、浄化装置７３、吸気管８０及び排気管８４を含む。供給システムＳは、エンジン７１にオゾンを供給するシステムである。供給システムＳは、例えば車両、船舶、発電所等に設けられている。

【0014】

電解部１は、電源１１、Ｕ字管及び水タンク１５を有している。電源１１の陰極１２及び陽極１３の各々は、Ｕ字管１４に挿入されている。Ｕ字管１４には、水タンク１５から水が供給されている。水タンク１５は、電解質が添加された水を貯蔵している。電解質は、例えば水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、硫酸ナトリウム又は炭酸水素ナトリウムであるが、これに限定するものではない。電解質を添加する前の水は、例えば工業用純水であるが、水道水又はエンジン７１の冷却水であってもよい。

【0015】

電解部１は、陰極１２と陽極１３の間に電圧を印加することにより水を電気分解して水素及び酸素を生成する。具体的には、電解部１の陰極１２から水素が生成され、陽極１３から酸素が生成される。電源１１の電力は、例えばバッテリから供給される。また、電源１１の電力は、供給システムＳが車両に搭載されている場合、車両に搭載されている太陽光発電システム又は回生エネルギシステムから供給されてもよい。

【0016】

電解部１で生成された水素は、第１供給部２１から吸気管８０に供給される。第１供給部２１は、第１管路８１、水素タンク３、制御弁６１及び逆止弁６２１を有する。第１管路８１は、Ｕ字管１４の陰極部１４１と吸気管８０を接続している。水素タンク３は、電解部１と制御弁６１との間に設けられている。水素タンク３は、電解部１の陰極１２から生成された水素が貯蔵されている。制御弁６１は、吸気管８０と水素タンク３との間に設けられており、供給制御装置４の制御により開閉する。

【0017】

逆止弁６２１は、制御弁６１と吸気管８０の間に設けられている。逆止弁６２１は、水素タンク３から吸気管８０に向かう気体を通過させ、吸気管８０から水素タンク３に向かう気体を遮断する。具体的には、逆止弁６２１は、水素タンク３から吸気管８０に向かう水素を通過させ、吸気管８０から水素タンク３に向かう水素を遮断する。逆止弁６２１は、例えばディスク式逆止弁であるが、これに限らず、ポペット式逆止弁、スイング式逆止弁、又は他の方式の逆止弁であってもよい。

【0018】

第２管路８２は、Ｕ字管１４の陽極部１４２とオゾン生成部５を接続している。電解部１で生成された酸素は、第２管路８２からオゾン生成部５に供給される。

【0019】

オゾン生成部５は、電解部１が生成した酸素からオゾンを生成する。オゾン生成部５は、例えば酸素に紫外線を照射することにより酸素をオゾンに変換する。具体的には、オゾン生成部５は、紫外線ランプを点灯させる又はオゾン生成部５内の電極間で放電させることにより、オゾン生成部５を通過する酸素をオゾンに変換する。オゾン生成部５がオゾンを生成する際の電力は、電解部１と同様に、バッテリ、太陽光発電システム又は回生エネルギシステムから供給される。

【0020】

オゾン生成部５には、水を電気分解して生成された酸素が供給されるので、第２管路８２を通ってオゾン生成部５に供給される酸素ガスの窒素の含有率は空気よりも小さい。オゾン生成部５が窒素の含有率が空気よりも小さい酸素ガスからオゾンを生成することにより、オゾン生成部５は、空気からオゾンを生成する場合よりも生成される窒素酸化物の量を少なくできる。

【0021】

第２供給部２２は、オゾン生成部５で生成されたオゾンを、吸気管８０に供給する。第２供給部２２は、第３管路８３及び逆止弁６２２を有する。第３管路８３は、オゾン生成部５と吸気管８０を接続している。逆止弁６２２は、オゾン生成部５と吸気管８０の間に設けられている。逆止弁６２１は、オゾン生成部５から吸気管８０に向かう気体を通過させ、吸気管８０からオゾン生成部５に向かう気体を遮断する。具体的には、逆止弁６２２は、オゾン生成部５から吸気管８０に向かうオゾンを通過させ、吸気管８０からオゾン生成部５に向かうオゾンを遮断する。逆止弁６２２は、逆止弁６２１と同一の方式の逆止弁であっても、異なる方式の逆止弁であってもよい。

【0022】

エンジン７１は、燃料と吸気（空気）との混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる内燃機関である。燃料は、例えばガソリン、軽油又は天然ガスである。エンジン７１は、吸気管８０から吸気（空気）を取り込む際に、吸気管８０に供給されたオゾン及び水素を取り込む。オゾンが気筒に取り込まれることにより燃焼の活性が促されるため、燃料の燃焼効率が向上する。また、水素は、燃料の燃焼性を高めたり燃料として作用したりする。具体的には、エンジン７１は、水素を含む吸気を取り込むことで、水素を取り込まない場合よりも、同量の燃料を噴射した際の出力を高められる。

【0023】

エンジン７１は、排気管８４から排気する。排気管８４を流れる排気に含まれる窒素酸化物の量は、酸素ガスから生成されたオゾンを吸気管８０に供給する場合、空気から生成されたオゾンを吸気管８０に供給する場合よりも少なくなる。排気管８４には、温度センサ７２及び浄化装置７３が設けられている。

【0024】

温度センサ７２は、排気温度を検出する。温度センサ７２は、例えば熱電対又はサーミスタであるが、これに限定するものではない。温度センサ７２が排気温度を検出する間隔は適宜設定すればよく、具体的な値は例えば１００ミリ秒である。

【0025】

浄化装置７３は、エンジン７１の排気を浄化する。浄化装置７３は、例えば選択触媒還元脱硝装置（いわゆる尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction））である。選択触媒還元脱硝装置は、窒素酸化物とアンモニアを反応させる触媒を有し、排気管８４を流れる排気にアンモニアの前駆体である尿素水を噴射することにより、窒素酸化物とアンモニアとを触媒で反応させることで窒素酸化物を窒素と水に還元させる。また、浄化装置７３は、未燃の燃料を反応させる触媒を有し、未燃の燃料を触媒に反応させて分解させてもよい。

【0026】

供給制御装置４は、水素及びオゾンの吸気管８０への供給を制御する。図２は、供給制御装置４の構成を説明するための図である。供給制御装置４は、記憶部４１及び制御部４２を有する。記憶部４１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びハードディスク等を含む記憶媒体である。記憶部４１は、制御部４２が実行するプログラムを記憶する。

【0027】

制御部４２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含む計算リソースである。制御部４２は、記憶部４１に記憶されたプログラムを実行することにより、取得部４２１及び供給制御部４２２としての機能を実現する。

【0028】

取得部４２１は、エンジン７１の要求トルクをエンジン７１から取得する。具体的には、取得部４２１は、エンジン７１を制御する制御装置からエンジン７１に要求されているトルクの大きさを示す要求トルクを取得する。また、取得部４２１は、温度センサ７２が検出した排気温度を取得する。

【0029】

供給制御部４２２は、電解部１が生成した水素を第１供給部２１から吸気管８０に供給させる。具体的には、供給制御部４２２は、制御弁６１を開いて、水素タンク３に貯蔵されている水素を吸気管８０に供給させる。より具体的には、供給制御部４２２は、制御弁６１の開度を調節して、要求トルクに応じた量の水素を水素タンク３から吸気管８０に供給させる。供給制御部４２２は、要求トルクに比例した量の水素を吸気管８０に供給させる。これにより、エンジン７１は、水素を取り込むことで要求トルクを出力する際に気筒に噴射する燃料の量を低減できる。その結果、供給制御部４２２は、燃焼過程で生成される窒素酸化物や未燃の燃料を低減できるので、浄化装置７３に供給される窒素酸化物の量を低減できる。そのため、供給制御部４２２は、空気からオゾンを生成して吸気管８０に供給する場合よりも浄化装置７３の排気の浄化率を向上できる。

【0030】

供給制御部４２２は、排気温度が所定値未満である場合に水素を吸気管８０に供給させる。所定値は、未燃の燃料や窒素酸化物と、浄化装置７３の触媒とが反応を開始する反応温度である。反応温度は、例えば２００以上３００度以下であるが、これに限定するものではない。これにより、供給制御部４２２は、排気温度が触媒の反応温度よりも低い場合に吸気管８０に水素を供給することで、気筒に噴射する燃料の量を低減できる。その結果、供給制御部４２２は、浄化装置７３に供給される未燃の燃料及び窒素酸化物の量を低減できるので浄化装置７３の排気の浄化率を向上できる。

【0031】

供給制御部４２２は、排気温度が所定値以上である場合には水素を吸気管に供給させない。具体的には、供給制御部４２２は、制御弁６１を閉じて、第１供給部２１の水素タンク３から吸気管８０への水素の供給を停止させる。これにより、供給制御部４２２は、排気温度が反応温度よりも高い場合には、生成された水素を貯蔵できる。

【0032】

供給制御部４２２は、オゾン生成部５が生成したオゾンを吸気管８０に供給させる。例えば、供給制御部４２２は、オゾン生成部５に紫外線を照射させることによりオゾン生成部５を通過する酸素をオゾンに変換させてオゾンを生成させて、生成させたオゾンを第２供給部２２から吸気管８０に供給する。これにより、供給制御部４２２は、空気からオゾンを生成した場合よりも窒素酸化物の含有率が低いオゾンを吸気管８０に供給できるので、燃焼後にエンジンから排出される窒素酸化物の増加を抑制できる。したがって、供給制御部４２２は、空気からオゾンを生成する場合よりも浄化装置７３の排気の浄化率が低下することを抑制できる。

【0033】

供給制御部４２２は、排気温度が所定値未満である場合に吸気管８０にオゾンを供給させる。供給制御部４２２は、吸気管８０にオゾンを供給させることにより燃料の燃焼効率を高められるので、エンジン７１で生成される窒素酸化物の量を低減できる。したがって、供給制御部４２２は、エンジン７１から排出される窒素酸化物を抑制することができる。また、供給制御部４２２は、浄化装置７３の排気の浄化率を向上できる。

【0034】

供給制御部４２２は、排気温度が所定値以上である場合にはオゾンを吸気管８０に供給させない。具体的には、供給制御部４２２は、電解部１の電源１１に陰極１２と陽極１３への電圧の印加を停止させ、オゾン生成部５の動作を停止させる。これにより、供給制御部４２２は、排気温度が反応温度よりも高い場合には、水を電気分解したりオゾンを生成したりするための電力を抑制できるので消費電力を低減できる。

【0035】

［水素及びオゾンを供給する処理］
図３は、供給制御装置４が実行する水素及びオゾンを供給する処理の一例を示すフローチャートである。図３のフローチャートは、供給システムＳが搭載されている装置が動作している間、繰り返し実行される。

【0036】

取得部４２１は、排気温度を取得する（ステップＳ１）。具体的には、取得部４２１は、温度センサ７２が検出した排気温度を取得する。

【0037】

取得部４２１は、排気温度が所定値未満であるか否かを判定する（ステップＳ２）。取得部４２１は、排気温度が所定値以上の場合（ステップＳ２でＮｏ）、排気温度が所定値未満になるまで待機する。取得部４２１は、排気温度が所定値未満の場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、要求トルクを取得する（ステップＳ３）。

【0038】

供給制御部４２２は、要求トルクが取得された場合、要求トルクに応じた量の水素を第１供給部２１から吸気管８０に供給させる（ステップＳ４）。具体的には、供給制御部４２２は、制御弁６１の開度を調節して、要求トルクに比例した量の水素を、第１供給部２１の水素タンク３から吸気管８０に供給させる。

【0039】

供給制御部４２２は、第２供給部２２からオゾンを吸気管８０に供給させる（ステップＳ５）。具体的には、まず、供給制御部４２２は、排気温度が所定値未満の場合に、電解部１に水を電気分解させて酸素及び水素を生成させる。続いて、供給制御部４２２は、オゾン生成部５を動作させてオゾン生成部５を通過する酸素に紫外線を照射させることによりオゾンに変換させる。なお、ステップＳ５の処理は、ステップＳ４の前に実行されてもよく、ステップＳ４と並列に実行されてもよい。

【0040】

［供給システムＳの効果］
以上説明したとおり、供給システムＳは、まず、水を電気分解して水素及び酸素を生成する。続いて、供給システムＳは、電気分解で生成された酸素からオゾンを生成する。これにより、供給システムＳは、窒素の含有率が空気よりも小さい酸素ガスからオゾンを生成できるので、窒素酸化物の生成を抑制できる。そして、供給システムＳは、生成した水素及びオゾンを吸気管８０に供給する。その結果、供給システムＳは、燃焼後にエンジン７１から排出される窒素酸化物の増加を抑制できる。

【0041】

供給システムＳは、オゾンを吸気管８０に供給することで燃料の燃焼効率を向上させられる。その結果、供給システムＳは、未燃の燃料や窒素酸化物を低減できるので浄化装置７３の排気の浄化率を向上できる。さらに、供給システムＳは、燃料に代わって水素を吸気管８０に供給することで燃料の噴射量を低減できる。そのため、供給システムＳは、未燃の燃料及び窒素酸化物を低減できるので、排気の浄化率を向上できる。

【0042】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

【符号の説明】

【0043】

Ｓ 供給システム
１ 電解部
１１ 電源
１２ 陰極
１３ 陽極
１４ Ｕ字管
１５ 水タンク
１４１ 陰極部
１４２ 陽極部
２１ 第１供給部
２２ 第２供給部
３ 水素タンク
４ 供給制御装置
４１ 記憶部
４２ 制御部
４２１ 取得部
４２２ 供給制御部
５ オゾン生成部
６１ 制御弁
６２１ 逆止弁
６２２ 逆止弁
７１ エンジン
７２ 温度センサ
７３ 浄化装置
８０ 吸気管
８１ 第１管路
８２ 第２管路
８３ 第３管路
８４ 排気管

【図1】

【図2】

【図3】