特開 2024-57951 内燃機関システム

(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】P2024057951

(43)【公開日】2024-04-25

(54)【発明の名称】内燃機関システム

(51)【国際特許分類】

   F02M 27/04 20060101AFI20240418BHJP

   F02D 19/08 20060101ALI20240418BHJP

   F02M 26/22 20160101ALI20240418BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20240418BHJP

【ＦＩ】

F02M27/04 A

F02D19/08 C

F02M26/22

F02M21/02 G

F02M21/02 301R

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022164963

(22)【出願日】2022-10-13

(71)【出願人】

【識別番号】000005326

【氏名又は名称】本田技研工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】弁理士法人大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田代 雅彦

【テーマコード（参考）】

3G062

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G062ED08

3G092AB09

3G092AB11

3G092BB13

3G092DE14Y

3G092FA17

(57)【要約】

【課題】 窒素酸化物の排出量を低減することができる内燃機関システムを提供する。
【解決手段】 内燃機関システム１は、燃焼室６と、燃焼室に接続した吸気通路７と、燃焼室に接続した排気通路８と、吸気通路又は燃焼室に燃料を供給する燃料供給装置３４とを有する内燃機関２と、接続通路４１を介して排気通路に接続され、排気通路を流れる排気の一部の供給を受け、排気中に含まれる水蒸気の電解を行う水蒸気電解装置３と、水蒸気電解装置のカソード室４３と吸気通路又は燃焼室とを接続し、カソード室に発生した水素及び未反応の排気を含む混合ガスを吸気通路又は燃焼室に流す第１戻し通路６１と、水蒸気電解装置のアノード室４４と吸気通路とを接続し、アノード室に発生した酸素を吸気通路に流す第２戻し通路６４とを有する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関システムであって、
燃焼室と、前記燃焼室に接続した吸気通路と、前記燃焼室に接続した排気通路と、前記吸気通路又は前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給装置とを有する内燃機関と、
接続通路を介して前記排気通路に接続され、前記排気通路を流れる排気の一部の供給を受け、前記排気中に含まれる水蒸気の電解を行う水蒸気電解装置と、
前記水蒸気電解装置のカソード室と前記吸気通路又は前記燃焼室とを接続し、前記カソード室に発生した水素及び未反応の前記排気を含む混合ガスを前記吸気通路又は前記燃焼室に流す第１戻し通路と、
前記水蒸気電解装置のアノード室と前記吸気通路とを接続し、前記アノード室に発生した酸素を前記吸気通路に流す第２戻し通路とを有する内燃機関システム。

【請求項2】

前記第１戻し通路は、前記カソード室と前記吸気通路とを接続し、
前記第１戻し通路には、前記第１戻し通路を流れる前記混合ガスを冷却する冷却器が設けられている請求項１に記載の内燃機関システム。

【請求項3】

前記冷却器は、前記第１戻し通路の下流端を流れる前記混合ガスの温度を５００℃以下にする請求項２に記載の内燃機関システム。

【請求項4】

前記排気通路と前記吸気通路とに接続され、前記排気通路を流れる前記排気の一部を前記吸気通路に流すＥＧＲ通路を更に有する請求項１に記載の内燃機関システム。

【請求項5】

前記吸気通路における、前記第１戻し通路、前記第２戻し通路、及び前記ＥＧＲ通路より下流側の下流部分に、前記吸気通路を流れるガス中の水素濃度及び酸素濃度を測定するガス濃度センサが設けられ、
前記接続通路に第１流量制御弁が設けられ、
前記ＥＧＲ通路に第２流量制御弁が設けられ、
前記下流部分において前記酸素濃度が５％未満、又は前記水素濃度が４％未満となるように、前記第１流量制御弁及び前記第２流量制御弁が制御される請求項４に記載の内燃機関システム。

【請求項6】

前記排気通路に前記排気の温度を検出する温度センサが設けられ、
前記排気の温度が判定値以下のときに、前記水蒸気電解装置への電力供給が遮断される請求項１に記載の内燃機関システム。

【請求項7】

前記第１戻し通路には、前記燃焼室に向けて前記混合ガスを噴射するインジェクタが接続されている請求項１に記載の内燃機関システム。

【請求項8】

前記第１戻し通路には、前記混合ガスを圧縮する圧縮機が設けられている請求項７に記載の内燃機関システム。

【請求項9】

前記燃料供給装置は、水素供給源に接続されている請求項１～８のいずれか１つの項に記載の内燃機関システム。

【請求項10】

前記内燃機関の出力の一部を受けて駆動する発電機を更に有し、
前記発電機が発電した電力の少なくとも一部が前記水蒸気電解装置に供給される請求項１～８のいずれか１つの項に記載の内燃機関システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、気候変動の緩和又は影響軽減を目的とした取り組みが継続され、この実現に向けて内燃機関の排気浄化装置に関する研究開発が行われている。例えば、特許文献１に係る水素エンジンの排気浄化装置は、水素を排気に混合し、水素によって排気中の窒素酸化物を還元する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平２－８６９１５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、特許文献１に係る排気浄化装置は、窒素酸化物を低減するために、燃料として有用である水素を消費するという問題がある。そのため、新しい排気浄化方法を実行可能な内燃機関システムが望まれている。

【0005】

本発明は、以上の背景を鑑み、窒素酸化物の排出量を低減することができる内燃機関システムを提供することを課題とする。そして、本発明は、気候変動の緩和又は影響軽減に寄与することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために本発明のある態様は、内燃機関システム（１）であって、燃焼室（６）と、前記燃焼室に接続した吸気通路（７）と、前記燃焼室に接続した排気通路（８）と、前記吸気通路又は前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給装置（３４）とを有する内燃機関（２）と、接続通路（４１）を介して前記排気通路に接続され、前記排気通路を流れる排気の一部の供給を受け、前記排気中に含まれる水蒸気の電解を行う水蒸気電解装置（３）と、前記水蒸気電解装置のカソード室（４３）と前記吸気通路又は前記燃焼室とを接続し、前記カソード室に発生した水素及び未反応の前記排気を含む混合ガスを前記吸気通路又は前記燃焼室に流す第１戻し通路（６１）と、前記水蒸気電解装置のアノード室（４４）と前記吸気通路とを接続し、前記アノード室に発生した酸素を前記吸気通路に流す第２戻し通路（６４）とを有する。

【0007】

この態様によれば、排気中の水蒸気を電解することによって酸素及び水素が生成され、生成された酸素が吸気通路を介して燃焼室に供給される。これにより、吸気として使用される空気が低減され、燃焼室に供給される窒素ガスが低減される。これにより、燃焼室での燃焼によって発生する窒素酸化物を低減することができる。また、水蒸気の電解によって生成された水素は燃料として使用されるため、燃費が向上する。

【0008】

上記の態様において、前記第１戻し通路は、前記カソード室と前記吸気通路とを接続し、前記第１戻し通路には、前記第１戻し通路を流れる前記混合ガスを冷却する冷却器（６２）が設けられてもよい。

【0009】

この態様によれば、混合ガスが酸素を含む吸気と混合されるときに、水素が意図せず燃焼することを防止することができる。混合ガスの温度が高い場合、水素が酸素と混合したときに燃焼が発生し易くなる。

【0010】

上記の態様において、前記冷却器は、前記第１戻し通路の下流端を流れる前記混合ガスの温度を５００℃以下にしてもよい。

【0011】

この態様によれば、混合ガスが酸素を含む吸気と混合されるときに、水素が意図せず燃焼することを防止することができる。混合ガスの温度が５００℃以下である場合、水素が酸素と混合しても燃焼が発生し難くなる。

【0012】

上記の態様において、前記排気通路と前記吸気通路とに接続され、前記排気通路を流れる前記排気の一部を前記吸気通路に流すＥＧＲ通路（３１）を更に有してもよい。

【0013】

この態様によれば、窒素酸化物の発生が一層抑制される。排気が吸気に混合されることによって、吸気中の酸素濃度が低下する。これにより、燃焼温度が低下するため、窒素酸化物の発生が抑制される。

【0014】

上記の態様において、前記吸気通路における、前記第１戻し通路、前記第２戻し通路、及び前記ＥＧＲ通路より下流側の下流部分（７４）に、前記吸気通路を流れるガス中の水素濃度及び酸素濃度を測定するガス濃度センサ（７６）が設けられ、前記接続通路に第１流量制御弁（６６）が設けられ、前記ＥＧＲ通路に第２流量制御弁（６７）が設けられ、前記下流部分において前記酸素濃度が５％未満、又は前記水素濃度が４％未満となるように、前記第１流量制御弁及び前記第２流量制御弁が制御されてもよい。

【0015】

この態様によれば、混合ガスが酸素を含む吸気と混合されるときに、水素が意図せず燃焼することを防止することができる。

【0016】

上記の態様において、前記排気通路に前記排気の温度を検出する温度センサ（７２）が設けられ、前記排気の温度が判定値以下のときに、前記水蒸気電解装置への電力供給が遮断されてもよい。

【0017】

この態様によれば、排気の温度を高く、電解反応の効率が高い状態において水蒸気電解装置を使用することができる。これにより、電力の使用効率を向上させることができる。

【0018】

上記の態様において、前記第１戻し通路には、前記燃焼室に向けて前記混合ガスを噴射するインジェクタ（８１）が接続されてもよい。

【0019】

この態様によれば、水素が燃焼室に供給されるため、吸気通路内での水素の意図しない燃焼を防止することができる。

【0020】

上記の態様において、前記第１戻し通路には、前記混合ガスを圧縮する圧縮機（８２）が設けられてもよい。

【0021】

この態様によれば、内燃機関の圧縮行程において水素を含む混合気を燃焼室に噴射することができる。

【0022】

上記の態様において、前記燃料供給装置は、水素供給源（３５）に接続されてもよい。

【0023】

この態様によれば、内燃機関を水素エンジンとして使用することができる。

【0024】

上記の態様において、前記内燃機関の出力の一部を受けて駆動する発電機（５３）を更に有し、前記発電機が発電した電力の少なくとも一部が前記水蒸気電解装置に供給されてもよい。

【0025】

この態様によれば、水蒸気電解装置のために新たにバッテリを設ける必要がなくなる。

【発明の効果】

【0026】

以上の構成によれば、窒素酸化物の排出量を低減することができる内燃機関システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】第１実施形態に係る内燃機関システムの説明図

【図2】水蒸気電解装置の説明図

【図3】第２実施形態に係る内燃機関システムの説明図

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関システムの実施形態について説明する。内燃機関システムは、車両や船舶等の移動体に設けられてよく、地面や建造物に設けられてもよい。以下の実施形態では、内燃機関システムが、駆動源として車両に搭載された例について説明する。

【0029】

（第１実施形態）
図１に示すように、内燃機関システム１は、内燃機関２と、水蒸気電解装置３とを有する。内燃機関２は、燃焼室６と、燃焼室６に接続した吸気通路７と、燃焼室６に接続した排気通路８とを有する。内燃機関２は、燃焼室６を形成するエンジンブロック９を有する。エンジンブロック９には、シリンダ１１が形成されている。シリンダ１１には、ピストン１２が摺動可能に設けられている。エンジンブロック９には、クランクシャフト１３が回転可能に支持されている。ピストン１２は、コンロッド１４を介してクランクシャフト１３に接続されている。燃焼室６は、シリンダ１１と、ピストン１２によって画定されている。

【0030】

エンジンブロック９には、燃焼室６に接続する吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されている。吸気ポート１６には吸気管２１が接続されている。吸気通路７は、吸気管２１及び吸気ポート１６によって形成されている。吸気管２１は、下流端において吸気ポート１６に接続している。吸気管２１には、上流側から、空気入口２２、エアクリーナ（不図示）、スロットルバルブ２４が設けられている。排気ポート１７には、排気管２６が接続されている。排気ポート１７及び排気管２６によって排気通路８が形成されている。排気管２６は、上流端において排気ポート１７に接続している。排気管２６には、上流側から触媒コンバータ２７、マフラー（不図示）、排気出口２９が設けられている。触媒コンバータ２７の内部には、少なくとも窒素酸化物を窒素に還元するための触媒が設けられている。触媒は、例えば公知の三元触媒であってよい。

【0031】

内燃機関システム１は、排気通路８と吸気通路７とに接続され、排気通路８を流れる排気の一部を吸気通路７に流すＥＧＲ通路３１を有する。ＥＧＲ通路３１は、排気通路８の触媒コンバータ２７よりも上流側の部分に接続されている。ＥＧＲ通路３１は、吸気通路７のスロットルバルブ２４よりも下流側の部分に接続されているとよい。ＥＧＲ通路３１には、内部を流れるガスを冷却するＥＧＲクーラー３２が設けられている。ＥＧＲクーラー３２は、空冷式又は水冷式の熱交換器であるとよい。ＥＧＲクーラー３２は、排気を２００℃以下、好ましくは１５０℃以下、より好ましくは１３０℃以下まで冷却する。

【0032】

内燃機関２は、吸気通路７又は燃焼室６に燃料を供給する燃料供給装置３４を有する。燃料供給装置３４は、インジェクタであってよい。燃料供給装置３４が供給する燃料は、水素、メタン、プロパン等のガス燃料、ガソリン、軽油、エタノール等の液体燃料であってよい。本実施形態では、燃料は水素である。燃料供給装置３４は、水素供給源３５に接続されている。水素供給源３５は、高圧水素タンクであるとよい。燃料供給装置３４は、燃料供給通路３６を介して水素供給源３５に接続されている。燃料供給通路３６には流量制御弁３８及び減圧弁３９が設けられている。本実施形態では、燃料供給装置３４は吸気通路７を構成する吸気ポート１６に水素を噴射する。

【0033】

内燃機関２のクランクシャフト１３は、減速機等の伝達機構（不図示）を介して負荷に接続されている。本実施形態では、クランクシャフト１３は伝達機構を介して車輪に接続されている。

【0034】

水蒸気電解装置３は、接続通路４１を介して排気通路８に接続されている。水蒸気電解装置３は、排気通路８を流れる排気の一部の供給を受け、排気中に含まれる水蒸気の電解（電気分解）を行う。接続通路４１はＥＧＲ通路３１を介して排気通路８に接続されてもよい。本実施形態では、接続通路４１は、ＥＧＲ通路３１におけるＥＧＲクーラー３２よりも排気通路８側の部分に接続されている。

【0035】

図２に示すように、水蒸気電解装置３は、ケース４２と、ケース４２内をカソード室４３とアノード室４４とに区画する膜電極複合体４６とを有する。膜電極複合体４６は、電解質膜４７と、電解質膜４７のカソード室４３側の面に設けられたカソード電極４８と、電解質膜４７のアノード室４４側の面に設けられたアノード電極４９とを有する。電解質膜４７は、固体高分子電解質膜であってよく、例えば、水分を含むパーフルオロスルホン酸といったフッ素系電解質の薄膜であるとよい。また、電解質膜４７は、炭化水素系電解質の薄膜であってもよい。水蒸気電解装置３は、複数の膜電極複合体４６によって区画された複数のカソード室４３及び複数のアノード室４４を有してもよい。

【0036】

カソード電極４８には直流電源であるバッテリ５１の負極が接続され、アノード電極４９にはバッテリ５１の正極が接続されている。図１に示すように、内燃機関システム１は、内燃機関２の出力の一部を受けて駆動する発電機５３を有してもよい。発電機５３は、例えばベルト等の動力伝達機構（不図示）を介してクランクシャフト１３に接続され、クランクシャフト１３の回転力を受けて回転するとよい。発電機５３で発電された電力は、ＡＣ－ＤＣコンバータ（不図示）を介してバッテリ５１に供給されるとよい。発電機５３が発電した電力の少なくとも一部がバッテリ５１を介して水蒸気電解装置３に供給されるとよい。また、バッテリ５１は、外部電源と接続され、充電されてもよい。

【0037】

図２に示すように、ケース４２は、カソード室４３に接続するカソード入口５６及びカソード出口５７と、アノード室４４に接続するアノード出口５８を有する。接続通路４１は、ＥＧＲ通路３１を介して、排気通路８の触媒コンバータ２７よりも上流側の部分と、カソード入口５６とを接続する。これにより、排気通路８を流れる排気の一部が接続通路４１を介してカソード室４３に流れる。排気は、窒素ガス、水蒸気、二酸化炭素、一酸化炭素、炭化水素、及び窒素化合物を含む。排気中の酸素ガス濃度は３％以下である。

【0038】

カソード室４３に排気が供給されることによって、膜電極複合体４６は、２００℃以上８００℃以下、好ましくは６００℃以上７００℃以下に加熱される。これにより、水蒸気電解装置３による高温水蒸気電解が可能になる。

【0039】

カソード電極４８では、以下の式（１）に表されるように、排気中の水蒸気（水）が還元される。
Ｈ_２Ｏ＋２ｅ^－→Ｈ_２＋Ｏ^２－ ...（１）
式（１）の反応によって、カソード室４３には水素ガスが発生する。水素ガスは、未反応の排気と混合する。

【0040】

カソード電極４８で発生した酸素イオン（Ｏ^２－）は、電解質膜４７を通過してアノード室４４側に移動する。アノード電極４９では、以下の式（２）の電気化学反応が行われる。
Ｏ^２－→０．５Ｏ_２＋２ｅ^－ ...（２）
式（２）の反応によって、アノード室４４には酸素ガスが発生する。

【0041】

図１に示すように、内燃機関システム１は、水蒸気電解装置３のカソード室４３と吸気通路７又は燃焼室６とを接続する第１戻し通路６１を有する。第１戻し通路６１は、カソード室４３に発生した水素及び未反応の排気を含む混合ガスを吸気通路７又は燃焼室６に流す。本実施形態では、第１戻し通路６１は、カソード出口５７と吸気通路７とを接続している。第１戻し通路６１は、吸気通路７において、スロットルバルブ２４より下流側に接続しているとよい。

【0042】

第１戻し通路６１には、第１戻し通路６１を流れる混合ガスを冷却する冷却器６２が設けられている。冷却器６２は、空冷式又は水冷式の熱交換器であるとよい。冷却器６２は、空気又は冷却液である冷却媒体の供給量を調節することによって、混合ガスの温度を調節することができる。

【0043】

内燃機関システム１は、水蒸気電解装置３のアノード室４４と吸気通路７とを接続する第２戻し通路６４を有する。第２戻し通路６４は、アノード出口５８と吸気通路７とを接続している。第２戻し通路６４は、アノード室４４に発生した酸素を吸気通路７に流す。第２戻し通路６４は、吸気通路７において、第１戻し通路６１よりも上流側に接続していてもよく、又は下流側に接続していてもよい。また、第２戻し通路６４は、ＥＧＲ通路３１を介して吸気通路７に接続していてもよい。本実施形態では、第２戻し通路６４は、ＥＧＲ通路３１におけるＥＧＲクーラー３２よりも排気通路８側の部分に接続している。これにより、カソード室４３に発生した酸素は、ＥＧＲ通路３１において排気（ＥＧＲガスともいう）に混合された後、排気と共にＥＧＲクーラー３２で冷却され、その後に吸気通路７に供給される。

【0044】

接続通路４１には第１流量制御弁６６が設けられている。ＥＧＲ通路３１には第２流量制御弁６７が設けられている。本実施形態では、第２流量制御弁６７は、ＥＧＲ通路３１における接続通路４１よりも吸気通路７側の部分に設けられている。

【0045】

第１戻し通路６１には、第１戻し通路６１を流れる混合ガスの温度を測定する第１温度センサ７１が設けられている。第１温度センサ７１は、第１戻し通路６１の下流端に設けられているとよい。排気通路８には、排気通路８を流れる排気の温度を検出する第２温度センサ７２が設けられている。第２温度センサ７２は、排気通路８において、触媒コンバータ２７より上流側に設けられているとよい。

【0046】

吸気通路７における、第１戻し通路６１、第２戻し通路６４、及びＥＧＲ通路３１より下流側の下流部分７４に、吸気通路７を流れるガス中の水素濃度及び酸素濃度を測定するガス濃度センサ７６が設けられている。ガス濃度センサ７６は、公知の酸素ガス濃度センサ及び水素ガス濃度センサを含むとよい。酸素濃度センサは、公知のジルコニア酸素センサ等であってよい。水素濃度センサは、例えば公知の接触燃焼式や、熱伝導式、半導体式、ＭＥＭＳ式（Micro Electro Mechanical Systems）のセンサであってよい。

【0047】

内燃機関システム１は、制御装置７８を有する。制御装置７８は、電子制御装置であり、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）、不揮発性メモリ、揮発性メモリ、及びインターフェースを有する演算装置である。制御装置７８は、不揮発性メモリに記憶されたプログラムをマイクロプロセッサが実行することによって各種のアプリケーションを実現する。制御装置７８は、単一のユニットによって形成されてもよく、互いに協働する複数のユニットによって形成されてもよい。制御装置７８には、冷却器６２、第１流量制御弁６６、第２流量制御弁６７、第１温度センサ７１、第２温度センサ７２、ガス濃度センサ７６が接続されている。また、制御装置７８には、燃料供給装置３４、スロットルバルブ２４が接続されている。

【0048】

冷却器６２は、第１戻し通路６１の下流端を流れる混合ガスの温度を５００℃以下にする。具体的には、制御装置７８は、第１温度センサ７１からの信号に基づいて第１戻し通路６１の下流端を流れる混合ガスの温度を取得し、取得した混合ガスの温度に基づいて冷却器６２を制御する。例えば、制御装置７８は、第１温度センサ７１から取得した温度が上昇するにつれて、冷却器６２の冷却能力を増大させるとよい。

【0049】

冷却器６２を通過した混合ガスは５００℃以下まで冷却される。また、ＥＧＲクーラー３２を通過した排気は２００℃以下まで冷却される。吸気入口から吸入される空気（外気）は通常５０℃以下である。そのため、吸気通路７内で、空気、混合ガス、排気が混合した場合の温度は５００℃以下になる。水素の発火温度は空気中で５２７℃である。そのため、吸気通路７内での水素を含むガスの温度が水素の発火温度以下になり、水素の発火（燃焼）が抑制される。

【0050】

また、内燃機関システム１では、吸気通路７の下流部分７４において酸素濃度が５％未満、又は水素濃度が４％未満となるように、第１流量制御弁６６及び第２流量制御弁６７が制御される。具体的には、制御装置７８は、ガス濃度センサ７６からの信号に基づいて下流部分７４におけるガスの酸素濃度及び水素濃度を取得し、取得した酸素濃度及び水素濃度に基づいて第１流量制御弁６６及び第２流量制御弁６７を制御する。制御装置７８は、下流部分７４の水素濃度の上昇に応じて、第１流量制御弁６６の開度を小さくするとよい。これにより、水蒸気電解装置３に供給される水の量が低下し、水蒸気電解装置３において発生する水素の量が低下する。また、制御装置７８は、下流部分７４の酸素濃度の上昇に応じて第２流量制御弁６７の開度を大きくするとよい。これにより、酸素濃度が低いＥＧＲガスの量が増加し、下流部分７４における酸素濃度が低下する。

【0051】

一般的に酸素濃度が５％以上、かつ水素濃度が４％以上であるガスは点火前に発火し易い傾向がある。内燃機関システム１では、第１流量制御弁６６及び第２流量制御弁６７によって、吸気通路７の下流部分７４におけるガスの酸素濃度が５％未満、又は水素濃度が４％未満に維持されるため、下流部分７４における水素の異常燃焼が抑制される。

【0052】

排気の温度が判定値以下のときに、水蒸気電解装置３への電力供給が遮断される。具体的には、制御装置７８は第２温度センサ７２からの信号に基づいて排気通路８の触媒コンバータ２７より上流側の部分を流れる排気の温度を取得し、排気の温度が判定以下であるときに、水蒸気電解装置３への電力供給を停止する。判定値は、例えば６００℃～８００℃に設定されているとよい。内燃機関２の始動直後には、排気の温度が低い。そのため、温度が低い排気が水蒸気電解装置３に供給されても膜電極複合体４６の温度が所定の高温まで上昇しない。そのため、電解の効率が低下する。そのため、排気の温度が低い場合には、水蒸気電解装置３への電力供給を停止することによって、効率が悪い状態で電解を行うことが防止される。制御装置７８は、排気の温度が判定以下であるときに、第１流量制御弁６６を全閉にしてもよい。

【0053】

第１実施形態に係る内燃機関システム１によれば、排気中の水蒸気を電解することによって酸素及び水素が生成され、生成された酸素が吸気通路７を介して燃焼室６に供給される。これにより、二次空気として必要な空気量が低減され、燃焼室６に供給される窒素ガスが低減される。これにより、燃焼室６での燃焼によって発生する窒素酸化物を低減することができる。また、水蒸気の電解によって生成された水素は燃料として使用されるため、燃費が向上する。

【0054】

（第２実施形態）
図３に示すように、第２実施形態に係る内燃機関システム１は、第１実施形態に係る内燃機関システム１と比較して、第１戻し通路６１の接続先が異なる。第２実施形態に係る内燃機関システム１において、第１戻し通路６１には、燃焼室６に向けて混合ガスを噴射するインジェクタ８１が接続されている。すなわち、第１戻し通路６１はインジェクタ８１を介して燃焼室６に接続されている。この構成によれば、混合ガスが吸気通路７を介さずに直接に燃焼室６に供給されるため、吸気通路７で水素を含む混合ガスが燃焼することが避けられる。この場合、第１戻し通路６１から冷却器６２を省略してもよい。

【0055】

第１戻し通路６１には、混合ガスを圧縮する圧縮機８２が設けられているとよい。混合ガスは、圧縮機８２において加圧され、インジェクタ８１から燃焼室６に向けて噴射される。圧縮機８２が混合ガスを圧縮することによって、インジェクタ８１は圧縮行程時の燃焼室６に混合ガスを噴射することができる。

【0056】

インジェクタ８１は、制御装置７８によって制御される。インジェクタ８１は、燃焼サイクルの所定のタイミングで混合ガスを燃焼室６に噴射する。例えば、ピストン１２が下降する吸気行程においてインジェクタ８１は混合ガスを噴射してもよい。また、圧縮行程の終期、すなわちピストン１２が上死点にあるときに、インジェクタ８１は混合気を噴射してもよい。

【0057】

燃料供給装置３４は、水素ガスを燃焼室６に噴射するインジェクタであってもよい。この場合、水素ガスを噴射する燃料供給装置３４と、混合ガスを噴射するインジェクタ８１とは、同じタイミングで水素ガス及び混合ガスを噴射してもよい。

【0058】

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、吸気通路７の下流部分７４を流れるガスの水素濃度及び酸素濃度を取得するために、ガス濃度センサ７６に代えて他の複数のセンサが設けられてもよい。例えば、第１戻し通路６１に水素濃度センサ及び第１流量センサが設けられ、第２戻し通路６４に酸素濃度センサ及び第２流量センサが設けられ、吸気通路７のＥＧＲ通路３１よりも上流側に第３流量センサが設けられるとよい。制御装置７８は、水素濃度センサ及び第１流量センサの検出値に基づいて第１戻し通路６１を流れる水素の流量を取得し、酸素濃度センサ及び第２流量センサの検出値に基づいて第２戻し通路６４を流れる酸素の流量を取得し、第３流量センサの検出値に基づいて吸気通路７の第２戻し通路６４より上流側を流れる空気の流量を取得し、第１戻し通路６１を流れる水素の流量と、第２戻し通路６４を流れる酸素の流量と、吸気通路７の第２戻し通路６４より上流側を流れる空気の流量とに基づいて、下流部分７４を流れるガスの水素濃度及び酸素濃度を取得してもよい。

【0059】

制御装置７８は、第２戻し通路６４を流れる酸素ガスの流量を取得し、少なくとも第２戻し通路６４を流れる酸素ガスの流量に基づいてスロットルバルブ２４の開度を制御してもよい。例えば、制御装置７８は、第２戻し通路６４を流れる酸素ガスの流量が大きくなるについて、スロットルバルブ２４の開度を小さくするとよい。

【符号の説明】

【0060】

１ ：内燃機関システム
２ ：内燃機関
３ ：水蒸気電解装置
６ ：燃焼室
７ ：吸気通路
８ ：排気通路
２７ ：触媒コンバータ
３１ ：ＥＧＲ通路
３２ ：ＥＧＲクーラー
３４ ：燃料供給装置
４１ ：接続通路
４３ ：カソード室
４４ ：アノード室
４６ ：膜電極複合体
５１ ：バッテリ
５３ ：発電機
６１ ：第１戻し通路
６２ ：冷却器
６４ ：第２戻し通路
６６ ：第１流量制御弁
６７ ：第２流量制御弁
７１ ：第１温度センサ
７２ ：第２温度センサ
７４ ：下流部分
７６ ：ガス濃度センサ
７８ ：制御装置
８１ ：インジェクタ
８２ ：圧縮機

【図1】

【図2】

【図3】