JP2007138799A - Internal combustion engine using hydrogen - Google Patents

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Tomohiro Shinagawa
知広 品川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine using hydrogen capable of providing good emission performance and fuel economy performance. <P>SOLUTION: A catalyst device 24 is provided in an exhaust gas passage 14 of the internal combustion engine 10. The catalyst device 10 is a device integrating a storage reduction type NOx catalyst 26 and a dehydrogenation catalyst 28 provided in such a manner that the same can exchanges heat with the NOx catalyst 26. Hydrogen addition lean burn operation can be performed by injecting gasoline after separation and hydrogen rich gas formed by dehydrogenation reaction by the dehydrogenation catalyst 28 from a hydrogen injection valve 18 and a fuel injection valve 20 respectively. Reduction treatment of the NOx catalyst 26 can be performed with using hydrogen as reducing agent by adding hydrogen rich gas to exhaust gas in an upstream of the NOx catalyst 26 through a pipe 56. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素利用内燃機関に関する。   The present invention relates to a hydrogen-utilizing internal combustion engine.

特開２００５−１４７１２４号公報には、水素化ガソリン等の水素化燃料を脱水素反応させることにより、水素リッチガスと脱水素燃料とを生成し、生成された水素リッチガスと脱水素燃料とを燃焼させて運転可能な水素利用内燃機関が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 2005-147124 discloses that a hydrogen-rich gas and a dehydrogenated fuel are generated by dehydrogenating a hydrogenated fuel such as hydrogenated gasoline, and the generated hydrogen rich gas and the dehydrogenated fuel are burned. A hydrogen-utilizing internal combustion engine that can be operated is disclosed.

特開２００５−１４７１２４号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-147124

水素は、ガソリン等に比して、高い燃焼性を有している。そのような水素を吸気空気に添加してガソリン等と共に燃焼させると、燃焼を改善することができるので、極めて希薄な混合気であっても良好に燃焼させることができる。このため、上記のような水素利用内燃機関は、高効率なリーンバーン運転を広い運転領域で安定して行うことが可能である。それゆえ、水素利用内燃機関は、優れた燃費性能が得られる次世代内燃機関として期待されている。   Hydrogen has higher combustibility than gasoline. When such hydrogen is added to the intake air and combusted with gasoline or the like, the combustion can be improved, so even an extremely lean mixture can be combusted satisfactorily. For this reason, the hydrogen-utilized internal combustion engine as described above can stably perform a highly efficient lean burn operation in a wide operation region. Therefore, hydrogen-utilized internal combustion engines are expected as next-generation internal combustion engines that can provide excellent fuel efficiency.

ところで、リーンバーン運転中は、排気ガスの中に多量の酸素が含まれているため、三元触媒でＮＯｘを浄化することができない。このため、従来より、リーンバーンエンジンにおいては、リーンバーン運転中に排出されたＮＯｘを吸蔵する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が設けられている。このＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘは、排気空燃比を一時的にリッチまたはストイキとするリッチスパイク処理を行うことにより、Ｎ２に還元して放出することができる。 By the way, during lean burn operation, since a large amount of oxygen is contained in the exhaust gas, NOx cannot be purified by the three-way catalyst. For this reason, conventionally, in a lean burn engine, an NOx storage reduction catalyst that stores NOx discharged during lean burn operation is provided. The NOx stored in the NOx catalyst can be reduced to N 2 and released by performing a rich spike process in which the exhaust air-fuel ratio is temporarily rich or stoichiometric.

上記水素利用内燃機関を実用化するに当たっては、低エミッション化、特にＮＯｘの処理の最適化に関して、更なる研究の余地が残されている。   In putting the hydrogen-utilized internal combustion engine into practical use, there is still room for further research regarding the reduction of emissions, particularly the optimization of the treatment of NOx.

この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、良好なエミッション性能および燃費性能が得られる水素利用内燃機関を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a hydrogen-utilizing internal combustion engine that can obtain good emission performance and fuel consumption performance.

第１の発明は、上記の目的を達成するため、水素利用内燃機関であって、
排気通路に設けられた吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、このＮＯｘ触媒と熱交換可能に設けられ、水素化燃料を脱水素反応させて水素リッチガスと脱水素燃料とを生成する脱水素触媒とを有する触媒装置と、
前記脱水素触媒に水素化燃料を供給する水素化燃料供給手段と、
前記水素リッチガスを吸気通路内または気筒内に供給する水素供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、前記水素リッチガスを前記ＮＯｘ触媒より上流の排気ガスに添加する水素添加手段と、
を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention is a hydrogen-utilizing internal combustion engine,
An NOx storage reduction catalyst provided in the exhaust passage, and a dehydrogenation catalyst provided so as to be able to exchange heat with the NOx catalyst and dehydrogenating the hydrogenated fuel to generate a hydrogen rich gas and a dehydrogenated fuel. A catalytic device;
Hydrogenated fuel supply means for supplying hydrogenated fuel to the dehydrogenation catalyst;
Hydrogen supply means for supplying the hydrogen rich gas into the intake passage or the cylinder;
Hydrogen reduction means for adding the hydrogen-rich gas to exhaust gas upstream of the NOx catalyst when reducing NOx stored in the NOx catalyst;
It is characterized by providing.

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記脱水素燃料を吸気通路内または気筒内に供給する脱水素燃料供給手段と、
前記脱水素燃料および前記水素リッチガスの双方を用いて気筒内で希薄空燃比燃焼させる水素添加リーンバーン運転手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、前記脱水素燃料のみを気筒内で理論空燃比燃焼させる理論空燃比運転手段と、
を更に備えることを特徴とする。 The second invention is the first invention, wherein
Dehydrogenation fuel supply means for supplying the dehydrogenation fuel into the intake passage or the cylinder;
Hydrogen addition lean burn operation means for performing lean air-fuel ratio combustion in a cylinder using both the dehydrogenated fuel and the hydrogen rich gas;
Stoichiometric air-fuel ratio operation means for burning only the dehydrogenated fuel in the cylinder when reducing NOx stored in the NOx catalyst;
Is further provided.

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に設けられた排気浄化用の上流触媒を更に備え、
前記水素添加手段は、前記上流触媒と前記ＮＯｘ触媒との間の排気ガスに前記水素リッチガスを添加することを特徴とする。 The third invention is the first or second invention, wherein
An exhaust purification upstream catalyst provided in an exhaust passage upstream of the NOx catalyst;
The hydrogen adding means adds the hydrogen rich gas to exhaust gas between the upstream catalyst and the NOx catalyst.

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記水素添加手段が備える水素リッチガス通路は、前記水素供給手段が備える水素リッチガス通路から分岐して設けられていることを特徴とする。 According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
The hydrogen rich gas passage provided in the hydrogen addition means is provided to be branched from the hydrogen rich gas passage provided in the hydrogen supply means.

また、第５の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記水素添加手段が備える水素リッチガス通路は、前記水素供給手段が備える水素リッチガス通路とは別個に設けられていることを特徴とする。 According to a fifth invention, in any one of the first to third inventions,
The hydrogen rich gas passage provided in the hydrogen addition means is provided separately from the hydrogen rich gas passage provided in the hydrogen supply means.

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記脱水素触媒が脱水素反応を継続するのに不適当な高温になるのを防止する温度上昇防止手段を更に備えることを特徴とする。 According to a sixth invention, in any one of the first to fifth inventions,
The dehydrogenation catalyst further includes a temperature rise prevention means for preventing the dehydrogenation catalyst from becoming an inappropriately high temperature for continuing the dehydrogenation reaction.

また、第７の発明は、第６の発明において、
前記温度上昇防止手段は、前記触媒装置の上流側の排気ガスを冷却する冷却手段を含むことを特徴とする。 The seventh invention is the sixth invention, wherein
The temperature rise prevention means includes cooling means for cooling the exhaust gas upstream of the catalyst device.

また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記ＮＯｘ触媒を迂回して排気ガスを通すバイパス通路と、
脱水素反応を継続することが不適当または不必要な所定の条件の成立時に、前記脱水素触媒への水素化燃料の供給を停止する供給停止手段と、
前記脱水素触媒への水素化燃料の供給が停止された場合に、排気ガスが前記ＮＯｘ触媒を通る状態から前記バイパス通路を通る状態へと切り替える排気通路切替手段と、
を更に備えることを特徴とする。 Further, an eighth invention is any one of the first to seventh inventions,
A bypass passage that bypasses the NOx catalyst and passes exhaust gas;
Supply stopping means for stopping the supply of hydrogenated fuel to the dehydrogenation catalyst when a predetermined condition that is inappropriate or unnecessary to continue the dehydrogenation is satisfied;
An exhaust passage switching means for switching exhaust gas from passing through the NOx catalyst to passing through the bypass passage when supply of hydrogenated fuel to the dehydrogenation catalyst is stopped;
Is further provided.

また、第９の発明は、第８の発明において、
前記脱水素燃料または前記水素化燃料を吸気通路内または気筒内に供給する燃料供給手段と、
前記脱水素触媒への水素化燃料の供給が停止された場合に、吸気通路内または気筒内への前記水素リッチガスの供給を停止し、前記脱水素燃料または前記水素化燃料のみを吸気通路内または気筒内に供給する燃料供給切替手段と、
を更に備えることを特徴とする。 The ninth invention is the eighth invention, wherein
Fuel supply means for supplying the dehydrogenated fuel or the hydrogenated fuel into an intake passage or a cylinder;
When the supply of hydrogenated fuel to the dehydrogenation catalyst is stopped, the supply of the hydrogen rich gas into the intake passage or the cylinder is stopped, and only the dehydrogenated fuel or the hydrogenated fuel is supplied into the intake passage or Fuel supply switching means to be supplied into the cylinder;
Is further provided.

また、第１０の発明は、水素利用内燃機関であって、
排気通路に設けられた吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、このＮＯｘ触媒と熱交換可能に設けられ、水素化燃料を脱水素反応させて水素リッチガスと脱水素燃料とを生成する脱水素触媒とを有する触媒装置と、
前記脱水素触媒に水素化燃料を供給する水素化燃料供給手段と、
前記水素リッチガスと気体状態の前記脱水素燃料との混合ガスを吸気通路内または気筒内に供給する混合ガス供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、前記混合ガスを前記ＮＯｘ触媒より上流の排気ガスに添加する混合ガス添加手段と、
前記混合ガス中の前記脱水素燃料が気体状態を保つように前記混合ガスを加熱するヒーターと、
を備えることを特徴とする。 The tenth invention is a hydrogen-utilizing internal combustion engine,
An NOx storage reduction catalyst provided in the exhaust passage, and a dehydrogenation catalyst provided so as to be able to exchange heat with the NOx catalyst and dehydrogenating the hydrogenated fuel to generate a hydrogen rich gas and a dehydrogenated fuel. A catalytic device;
Hydrogenated fuel supply means for supplying hydrogenated fuel to the dehydrogenation catalyst;
A mixed gas supply means for supplying a mixed gas of the hydrogen-rich gas and the dehydrogenated fuel in a gaseous state into an intake passage or a cylinder;
A mixed gas adding means for adding the mixed gas to exhaust gas upstream of the NOx catalyst when reducing NOx stored in the NOx catalyst;
A heater for heating the mixed gas so that the dehydrogenated fuel in the mixed gas maintains a gaseous state;
It is characterized by providing.

第１乃至第１０の発明の水素利用内燃機関には、水素化燃料を用いる。この水素化燃料としては、有機ハイドライド、またはガソリン等の内燃機関燃料に水素を付加したもの、或いはそれらの混合物等を用いることができる。また、脱水素燃料とは、上記水素化燃料が脱水素反応して水素を放出した後の反応生成物を意味する。   Hydrogenated fuel is used in the hydrogen-utilizing internal combustion engine of the first to tenth inventions. As the hydrogenated fuel, an organic hydride, a fuel obtained by adding hydrogen to an internal combustion engine fuel such as gasoline, a mixture thereof, or the like can be used. The dehydrogenated fuel means a reaction product after the hydrogenated fuel dehydrogenates and releases hydrogen.

第１の発明によれば、ＮＯｘ触媒が排気を浄化する過程で発生した熱で、脱水素触媒を加熱することができる。このため、排気温度が低い条件下であっても、脱水素触媒を脱水素反応可能な温度に保ち易くすることができる。また、第１の発明によれば、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、水素リッチガスをＮＯｘ触媒より上流の排気ガスに添加することができる。すなわち、還元性の高い水素を還元剤として利用して、ＮＯｘ触媒を還元処理することができる。このため、ＮＯｘ触媒の還元を効果的かつ高効率に行うことができる。よって、大気中へのＮＯｘ放出量を極めて少なくすることができるとともに、燃費性能を向上することもできる。   According to the first aspect of the invention, the dehydrogenation catalyst can be heated with the heat generated in the process in which the NOx catalyst purifies the exhaust gas. For this reason, even under conditions where the exhaust temperature is low, the dehydrogenation catalyst can be easily maintained at a temperature at which dehydrogenation reaction is possible. In addition, according to the first invention, when the NOx stored in the NOx catalyst is reduced, the hydrogen rich gas can be added to the exhaust gas upstream of the NOx catalyst. In other words, the NOx catalyst can be reduced by using highly reducing hydrogen as a reducing agent. For this reason, the reduction of the NOx catalyst can be performed effectively and with high efficiency. Therefore, the amount of NOx released into the atmosphere can be extremely reduced, and the fuel efficiency can be improved.

第２の発明によれば、脱水素燃料および水素リッチガスの双方を用いて気筒内で希薄空燃比燃焼させる水素添加リーンバーン運転を行うことができる。水素添加リーンバーン運転によれば、極めて希薄な空燃比でも安定的に燃焼させることができる。このため、第２の発明によれば、更なる燃費改善およびＮＯｘ低減が図れる。また、第２の発明によれば、ＮＯｘ触媒の還元処理を行うとき、脱水素燃料のみを気筒内で理論空燃比燃焼させることができる。このため、ＮＯｘ触媒の還元処理実行中は、排気ガス中のＮＯｘを三元触媒で浄化することができる。よって、ＮＯｘ触媒の還元処理実行中も、ＮＯｘが大気中に放出されるのを防止することができる。   According to the second invention, it is possible to perform the hydrogen addition lean burn operation in which the lean air-fuel ratio combustion is performed in the cylinder using both the dehydrogenated fuel and the hydrogen rich gas. According to the hydrogen addition lean burn operation, stable combustion can be achieved even with an extremely lean air-fuel ratio. For this reason, according to 2nd invention, the further fuel consumption improvement and NOx reduction can be aimed at. Further, according to the second invention, when the reduction process of the NOx catalyst is performed, only the dehydrogenated fuel can be burned in the stoichiometric air-fuel ratio in the cylinder. For this reason, during the execution of the reduction process of the NOx catalyst, the NOx in the exhaust gas can be purified by the three-way catalyst. Therefore, it is possible to prevent NOx from being released into the atmosphere even during the reduction process of the NOx catalyst.

第３の発明によれば、上流触媒を設けることにより、より高い浄化率で排気ガスを浄化することができる。また、ＮＯｘ触媒の還元処理を行うとき、上流触媒とＮＯｘ触媒との間の排気ガスに水素リッチガスを添加することができるので、水素リッチガスを効率良くＮＯｘ触媒に供給することができる。このため、ＮＯｘ触媒の還元処理を効果的かつ高効率に行うことができる。   According to the third invention, the exhaust gas can be purified at a higher purification rate by providing the upstream catalyst. Further, when the reduction treatment of the NOx catalyst is performed, the hydrogen rich gas can be added to the exhaust gas between the upstream catalyst and the NOx catalyst, so that the hydrogen rich gas can be efficiently supplied to the NOx catalyst. For this reason, the reduction treatment of the NOx catalyst can be performed effectively and with high efficiency.

第４の発明によれば、簡単な構成で、ＮＯｘ触媒の上流の排気ガスに水素リッチガスを添加することができる。   According to the fourth aspect of the invention, the hydrogen rich gas can be added to the exhaust gas upstream of the NOx catalyst with a simple configuration.

第５の発明によれば、水素リッチガスを、ＮＯｘ触媒の上流の排気ガスと、内燃機関との両方に同時に添加することができる。   According to the fifth aspect of the invention, the hydrogen rich gas can be simultaneously added to both the exhaust gas upstream of the NOx catalyst and the internal combustion engine.

第６の発明によれば、脱水素触媒が脱水素反応を継続するのに不適当な高温になるのを確実に防止することができる。このため、コーキング等による脱水素触媒の機能低下を確実に回避することができる。   According to the sixth aspect of the invention, it is possible to reliably prevent the dehydrogenation catalyst from becoming an inappropriately high temperature for continuing the dehydrogenation reaction. For this reason, it is possible to reliably avoid the functional degradation of the dehydrogenation catalyst due to coking or the like.

第７の発明によれば、触媒装置の上流側の排気ガスを冷却することで、脱水素触媒が過度の高温になるのを防止することができる。このため、コーキング等による脱水素触媒の機能低下を、簡単な構成で、かつ確実に回避することができる。   According to the seventh invention, it is possible to prevent the dehydrogenation catalyst from becoming excessively high temperature by cooling the exhaust gas upstream of the catalyst device. For this reason, it is possible to reliably avoid the functional degradation of the dehydrogenation catalyst due to coking or the like with a simple configuration.

第８の発明によれば、脱水素反応を継続することが不適当または不必要な場合には、脱水素触媒への水素化燃料の供給を停止するとともに、排気ガスがＮＯｘ触媒を通らずにバイパス通路を通る状態に切り替えることができる。このため、脱水素反応を行わない場合には、ＮＯｘ触媒での排気抵抗をなくすことができるので、内燃機関の背圧を下げることができ、燃費を改善することができる。   According to the eighth invention, when it is inappropriate or unnecessary to continue the dehydrogenation reaction, the supply of the hydrogenated fuel to the dehydrogenation catalyst is stopped and the exhaust gas does not pass through the NOx catalyst. The state can be switched to pass through the bypass passage. For this reason, when the dehydrogenation reaction is not performed, the exhaust resistance at the NOx catalyst can be eliminated, so that the back pressure of the internal combustion engine can be lowered and the fuel consumption can be improved.

第９の発明によれば、脱水素触媒への水素化燃料の供給を停止した場合には、脱水素燃料または水素化燃料の燃焼によって内燃機関の運転を継続することができる。   According to the ninth aspect, when the supply of the hydrogenated fuel to the dehydrogenation catalyst is stopped, the operation of the internal combustion engine can be continued by the combustion of the dehydrogenated fuel or the hydrogenated fuel.

第１０の発明によれば、ＮＯｘ触媒が排気を浄化する過程で発生した熱で、脱水素触媒を加熱することができる。このため、排気温度が低い条件下であっても、脱水素触媒を脱水素反応可能な温度に保ち易くすることができる。また、第１０の発明によれば、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、水素リッチガスと脱水素燃料との混合ガスをＮＯｘ触媒より上流の排気ガスに添加することができる。すなわち、還元性の高い水素を還元剤として利用して、ＮＯｘ触媒を還元処理することができる。このため、ＮＯｘ触媒の還元を効果的かつ高効率に行うことができる。よって、大気中へのＮＯｘ放出量を極めて少なくすることができるとともに、燃費性能を向上することもできる。更に、第１０の発明によれば、水素化ガソリンの脱水素反応により生成された水素リッチガスおよび脱水素燃料を物理的に分離する必要がないので、システム構成が極めて簡単な水素利用内燃機関を実現することができる。   According to the tenth aspect of the invention, the dehydrogenation catalyst can be heated with the heat generated in the process of purifying the exhaust gas by the NOx catalyst. For this reason, even under conditions where the exhaust temperature is low, the dehydrogenation catalyst can be easily maintained at a temperature at which dehydrogenation reaction is possible. According to the tenth aspect, when reducing NOx stored in the NOx catalyst, a mixed gas of hydrogen-rich gas and dehydrogenated fuel can be added to the exhaust gas upstream of the NOx catalyst. In other words, the NOx catalyst can be reduced by using highly reducible hydrogen as a reducing agent. For this reason, the reduction of the NOx catalyst can be performed effectively and with high efficiency. Therefore, the amount of NOx released into the atmosphere can be extremely reduced and the fuel efficiency can be improved. Furthermore, according to the tenth invention, it is not necessary to physically separate the hydrogen-rich gas and the dehydrogenated fuel produced by the dehydrogenation reaction of hydrogenated gasoline, so that a hydrogen-based internal combustion engine with a very simple system configuration is realized. can do.

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。本システムは、以下に説明するように、水素リッチガソリンの給油を受けて、内燃機関１０を運転することができる。水素リッチガソリンは、その成分中にナフテン系の炭化水素を多く含んでいる。 Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the system of this embodiment includes a spark ignition type internal combustion engine 10. As will be described below, the present system can operate the internal combustion engine 10 by receiving hydrogen-rich gasoline. Hydrogen-rich gasoline contains a large amount of naphthenic hydrocarbons in its components.

内燃機関１０の燃焼室には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。また、内燃機関１０には、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ１３が設けられている。また、内燃機関１０は、吸気通路１２を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータ１５と、吸気通路１２を流れる空気を絞るスロットルバルブ１６とが設けられている。スロットルバルブ１６は、スロットルモータにより駆動される電子制御スロットルである。スロットルバルブ１６の開度は、スロットル開度センサ１７により検出される。   An intake passage 12 and an exhaust passage 14 communicate with the combustion chamber of the internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 is provided with a spark plug 13 for igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber. The internal combustion engine 10 is also provided with an air flow meter 15 that detects the amount of intake air flowing through the intake passage 12 and a throttle valve 16 that restricts the air flowing through the intake passage 12. The throttle valve 16 is an electronically controlled throttle that is driven by a throttle motor. The opening degree of the throttle valve 16 is detected by a throttle opening degree sensor 17.

吸気通路１２には、水素を主成分とする水素リッチガスを噴射する水素噴射弁１８と、後述する分離後ガソリンを噴射する燃料噴射弁２０とが設置されている。水素噴射弁１８には、所定の圧力で水素リッチガスが供給されている。水素噴射弁１８は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量の水素リッチガスを吸気通路１２の内部に噴射することができる。   The intake passage 12 is provided with a hydrogen injection valve 18 that injects a hydrogen-rich gas containing hydrogen as a main component, and a fuel injection valve 20 that injects gasoline after separation, which will be described later. Hydrogen rich gas is supplied to the hydrogen injection valve 18 at a predetermined pressure. The hydrogen injection valve 18 is opened in response to a drive signal supplied from the outside, so that an amount of hydrogen rich gas corresponding to the opening time can be injected into the intake passage 12.

燃料噴射弁２０には、分離後ガソリンが所定の圧力で供給されている。燃料噴射弁２０は、外部から供給される駆動信号を受けて開弁することにより、その開弁の時間に応じた量の分離後ガソリンを吸気通路１２内に噴射することができる。   The fuel injection valve 20 is supplied with gasoline after separation at a predetermined pressure. The fuel injection valve 20 is opened in response to a drive signal supplied from the outside, and can inject gasoline after separation into the intake passage 12 in an amount corresponding to the valve opening time.

なお、水素噴射弁１８および燃料噴射弁２０の配置は、図示の構成に限定されるものではない。例えば、水素噴射弁１８は、水素リッチガスを筒内に直接噴射することができるように配置してもよい。また、燃料噴射弁２０も、分離後ガソリンを筒内に直接噴射することができるように配置してもよい。   In addition, arrangement | positioning of the hydrogen injection valve 18 and the fuel injection valve 20 is not limited to the structure of illustration. For example, the hydrogen injection valve 18 may be arranged so that hydrogen-rich gas can be directly injected into the cylinder. The fuel injection valve 20 may also be arranged so that gasoline after separation can be directly injected into the cylinder.

排気通路１４の途中には、排気を浄化するための上流触媒２２が配置されている。本実施形態では、上流触媒２２は、三元触媒装置としての機能を有している。   An upstream catalyst 22 for purifying exhaust gas is disposed in the middle of the exhaust passage 14. In the present embodiment, the upstream catalyst 22 has a function as a three-way catalyst device.

排気通路１４の、上流触媒２２の下流側には、触媒装置２４が配置されている。触媒装置２４は、ＮＯｘ触媒２６と、脱水素触媒２８とが一体化された装置である。触媒装置２４の近傍には、水素リッチガソリンを脱水素触媒２８に向けて噴射する燃料インジェクタ３０が設置されている。   A catalyst device 24 is disposed downstream of the upstream catalyst 22 in the exhaust passage 14. The catalyst device 24 is a device in which a NOx catalyst 26 and a dehydrogenation catalyst 28 are integrated. A fuel injector 30 for injecting hydrogen-rich gasoline toward the dehydrogenation catalyst 28 is installed in the vicinity of the catalyst device 24.

触媒装置２４は、熱交換器のような構造になっており、その内部には、排気ガス流路と燃料流路とが形成されている。この排気ガス流路と燃料流路とは、隔壁で隔てられ、互いに連通しないように形成されている。そして、上記排気ガス流路の内壁にＮＯｘ触媒成分が担持されることでＮＯｘ触媒２６が構成され、上記燃料流路の内壁に脱水素触媒成分が担持されることで脱水素触媒２８が構成されている。ＮＯｘ触媒２６と脱水素触媒２８とは、上記隔壁を介して互いに熱交換が可能になっている。   The catalyst device 24 has a structure like a heat exchanger, and an exhaust gas passage and a fuel passage are formed therein. The exhaust gas passage and the fuel passage are separated by a partition wall and are formed so as not to communicate with each other. The NOx catalyst component is supported on the inner wall of the exhaust gas flow path to form the NOx catalyst 26, and the dehydrogenation catalyst component is supported on the inner wall of the fuel flow path to configure the dehydrogenation catalyst 28. ing. The NOx catalyst 26 and the dehydrogenation catalyst 28 can exchange heat with each other via the partition wall.

ＮＯｘ触媒２６は、ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒装置としての機能を有している。ＮＯｘ触媒２６は、酸素を含んだリーンな排気ガスが流入したとき、その排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を一時吸蔵することができる。   The NOx catalyst 26 has a function as a NOx occlusion reduction type three-way catalyst device. The NOx catalyst 26 can temporarily store NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas when lean exhaust gas containing oxygen flows.

脱水素触媒２８では、燃料インジェクタ３０から供給された水素リッチガソリンが脱水素反応することにより、水素リッチガスと、分離後ガソリン（脱水素ガソリン）とが生成される。分離後ガソリンは、アロマ系（芳香族系）の成分を多く含み、オクタン価の高いものである。   In the dehydrogenation catalyst 28, the hydrogen rich gasoline supplied from the fuel injector 30 undergoes a dehydrogenation reaction, thereby generating a hydrogen rich gas and separated gasoline (dehydrogenated gasoline). The gasoline after separation contains a lot of aromatic (aromatic) components and has a high octane number.

上記脱水素反応を起こさせるには、脱水素触媒２８が例えば２００〜３００℃程度の一定の温度以上の状態である必要がある。本システムでは、排気ガスの熱により、脱水素触媒２８をそのような温度に加熱することができる。   In order to cause the dehydrogenation reaction, the dehydrogenation catalyst 28 needs to be in a state of a certain temperature or higher, for example, about 200 to 300 ° C. In the present system, the dehydrogenation catalyst 28 can be heated to such a temperature by the heat of the exhaust gas.

上記脱水素反応は、吸熱反応である。一方、ＮＯｘ触媒２６は、排気を浄化する過程で発熱する。本システムでは、ＮＯｘ触媒２６と脱水素触媒２８とを一体化して熱交換可能に構成したことにより、ＮＯｘ触媒２６で発生した熱で、吸熱反応している脱水素触媒２８を効率良く加熱することができる。このため、排気温度が低い条件下であっても、脱水素触媒２８を脱水素反応可能な温度に保ち易くすることができる。   The dehydrogenation reaction is an endothermic reaction. On the other hand, the NOx catalyst 26 generates heat in the process of purifying exhaust gas. In this system, the NOx catalyst 26 and the dehydrogenation catalyst 28 are integrated so that heat exchange is possible, so that the heat generated by the NOx catalyst 26 is used to efficiently heat the dehydrogenation catalyst 28 that is endothermic. Can do. For this reason, even under conditions where the exhaust temperature is low, the dehydrogenation catalyst 28 can be easily maintained at a temperature at which dehydrogenation reaction is possible.

本システムは、外部より給油された水素リッチガソリンを貯留する燃料タンク３２を備えている。燃料タンク３２内の水素リッチガソリンは、パイプ３４を通り、ポンプ３６により加圧されて、燃料インジェクタ３０へ送られる。   This system includes a fuel tank 32 for storing hydrogen-rich gasoline supplied from outside. The hydrogen-rich gasoline in the fuel tank 32 passes through the pipe 34, is pressurized by the pump 36, and is sent to the fuel injector 30.

脱水素触媒２８で生成された水素リッチガスおよび分離後ガソリンは、混合ガスの状態で、パイプ３８を通って、水素分離器４０へ送られる。パイプ３８内を通る混合ガスは、パイプ３８の周囲に設けられたヒータ４２によって加熱される。これにより、混合ガス中の分離後ガソリンがパイプ３８内で液化するのを防止することができる。このため、脱水素触媒２８で精製された水素リッチガスおよび分離後ガソリンを円滑に水素分離器４０へ移送することができる。   The hydrogen-rich gas produced by the dehydrogenation catalyst 28 and the separated gasoline are sent to the hydrogen separator 40 through the pipe 38 in a mixed gas state. The mixed gas passing through the pipe 38 is heated by a heater 42 provided around the pipe 38. Thereby, it is possible to prevent the gasoline after separation in the mixed gas from being liquefied in the pipe 38. For this reason, the hydrogen rich gas purified by the dehydrogenation catalyst 28 and the gasoline after separation can be smoothly transferred to the hydrogen separator 40.

水素分離器４０には、内燃機関１０の冷却水が導かれている。この冷却水により、水素分離器４０内の水素リッチガスおよび分離後ガソリンの混合ガスが冷却される。その結果、分離後ガソリンが液化し、気体状の水素リッチガスと分離することができる。水素分離器４０は、分離後ガソリンのタンクを兼ねており、液化した分離後ガソリンを貯留することができる。   Cooling water for the internal combustion engine 10 is guided to the hydrogen separator 40. With this cooling water, the hydrogen rich gas in the hydrogen separator 40 and the mixed gas of the separated gasoline are cooled. As a result, after separation, the gasoline is liquefied and can be separated from the gaseous hydrogen rich gas. The hydrogen separator 40 also serves as a tank for gasoline after separation, and can store liquefied gasoline after separation.

水素分離器４０内の液化した分離後ガソリンは、パイプ４４を通り、ポンプ４６によって所定の圧力に加圧されて、燃料噴射弁２０へ送られる。   The liquefied gasoline after separation in the hydrogen separator 40 passes through the pipe 44, is pressurized to a predetermined pressure by the pump 46, and is sent to the fuel injection valve 20.

一方、水素分離器４０で分離された水素リッチガスは、パイプ４８を通り、ポンプ５０によって所定の圧力に加圧されて、バッファタンク５２へ送られる。パイプ４８の途中には、水素リッチガスの逆流を防止する逆止弁５４が設けられている。水素噴射弁１８には、バッファタンク５２内の加圧された水素リッチガスが供給される。   On the other hand, the hydrogen rich gas separated by the hydrogen separator 40 passes through the pipe 48, is pressurized to a predetermined pressure by the pump 50, and is sent to the buffer tank 52. A check valve 54 is provided in the middle of the pipe 48 to prevent the backflow of the hydrogen rich gas. The hydrogen injection valve 18 is supplied with pressurized hydrogen rich gas in the buffer tank 52.

水素リッチガスが通るパイプ４８の途中からは、パイプ５６が分岐している。この分岐部には、切替弁５８が設けられている。パイプ５６は、上流触媒２２とＮＯｘ触媒２６（触媒装置２４）との間の排気通路１４に連通している。切替弁５８は、水素リッチガスの流路を水素噴射弁１８側へ連通させる状態と、パイプ５６に連通させる状態とに切替可能になっている。水素リッチガスがパイプ５６に流れるように切替弁５８を切り替えると、上流触媒２２とＮＯｘ触媒２６との間の排気ガスに水素リッチガスを添加することができる。   A pipe 56 is branched from the middle of the pipe 48 through which the hydrogen-rich gas passes. A switching valve 58 is provided at this branching portion. The pipe 56 communicates with the exhaust passage 14 between the upstream catalyst 22 and the NOx catalyst 26 (catalyst device 24). The switching valve 58 can be switched between a state in which the flow path of the hydrogen-rich gas is communicated with the hydrogen injection valve 18 side and a state in which the channel is communicated with the pipe 56. When the switching valve 58 is switched so that the hydrogen-rich gas flows through the pipe 56, the hydrogen-rich gas can be added to the exhaust gas between the upstream catalyst 22 and the NOx catalyst 26.

本実施形態のシステムは、更に、内燃機関１０のクランク軸の回転角を検出するクランク角センサ６０を備えている。クランク角センサ６０の出力によれば、クランク軸の回転位置や、回転速度（エンジン回転数）などを検知することができる。   The system of the present embodiment further includes a crank angle sensor 60 that detects the rotation angle of the crankshaft of the internal combustion engine 10. According to the output of the crank angle sensor 60, the rotational position of the crankshaft, the rotational speed (engine speed), and the like can be detected.

また、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０を備えている。ＥＣＵ７０には、上述したエアフローメータ１５、スロットル開度センサ１７、クランク角センサ６０などの各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ７０には、点火プラグ１３、スロットルバルブ１６、水素噴射弁１８、燃料噴射弁２０、燃料インジェクタ３０、切替弁５８の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ７０は、上記各種センサから入力される信号に基づき、所定のプログラムに従って、上記各種のアクチュエータを駆動する。   Further, the system of the present embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 70. Various sensors such as the air flow meter 15, the throttle opening sensor 17, and the crank angle sensor 60 described above are connected to the ECU 70. The ECU 70 is connected to various actuators such as a spark plug 13, a throttle valve 16, a hydrogen injection valve 18, a fuel injection valve 20, a fuel injector 30, and a switching valve 58. The ECU 70 drives the various actuators according to a predetermined program based on signals input from the various sensors.

［実施の形態１の動作］
（水素添加リーンバーン運転）
本実施形態のシステムは、燃料噴射弁２０から噴射される分離後ガソリンを主燃料として、理論空燃比よりも希薄な空燃比で燃焼させるリーンバーン運転を行うことができる。そして、本システムによれば、リーンバーン運転を行うとき、水素噴射弁１８から水素リッチガスを噴射することにより、筒内で分離後ガソリンと共に水素を燃焼させることができる。このようにして水素リッチガスの噴射を伴って行うリーンバーン運転を以下「水素添加リーンバーン運転」と称する。 [Operation of Embodiment 1]
(Hydrogen added lean burn operation)
The system of the present embodiment can perform a lean burn operation in which the separated gasoline injected from the fuel injection valve 20 is used as the main fuel and burned at an air / fuel ratio that is leaner than the stoichiometric air / fuel ratio. And according to this system, when performing lean burn operation, hydrogen can be burned with gasoline after separation in a cylinder by injecting hydrogen rich gas from hydrogen injection valve 18. Hereinafter, the lean burn operation performed with the injection of the hydrogen rich gas is referred to as “hydrogen addition lean burn operation”.

水素を添加してリーンバーンを行うと、水素の高い燃焼性により、ガソリンのみのリーンバーンに比して、燃焼を促進・改善することができる。それゆえ、水素添加リーンバーン運転では、極めて希薄な空燃比であっても、安定して燃焼させることができる。このため、本実施形態のシステムでは、従来のリーンバーンエンジンよりも更に希薄な空燃比での運転を広い運転領域に渡って行うことができ、更なる高効率化、低燃費化が図れる。   When lean burn is performed by adding hydrogen, combustion can be promoted and improved compared to lean burn of gasoline alone due to the high flammability of hydrogen. Therefore, in the hydrogen addition lean burn operation, even if the air-fuel ratio is extremely lean, it can be stably burned. For this reason, in the system of this embodiment, the operation at a leaner air-fuel ratio than that of the conventional lean burn engine can be performed over a wide operation region, and further higher efficiency and lower fuel consumption can be achieved.

また、内燃機関１から直接排出される排気ガス中のＮＯｘ濃度は、空燃比が希薄なほど低下するという特性を有している。このため、本実施形態では、極めて希薄な水素添加リーンバーン運転を行うことにより、内燃機関１からのＮＯｘ排出量を極めて少なくすることができる。   Further, the NOx concentration in the exhaust gas directly discharged from the internal combustion engine 1 has a characteristic that it decreases as the air-fuel ratio becomes leaner. For this reason, in the present embodiment, the amount of NOx discharged from the internal combustion engine 1 can be extremely reduced by performing an extremely lean hydrogen addition lean burn operation.

（水素によるＮＯｘ触媒２６の還元）
上述したように、水素添加リーンバーン運転中は、内燃機関１からの直接のＮＯｘ排出量を極めて少なくできるが、排気ガスの中に多量の酸素が含まれているため、三元触媒（上流触媒２２）でＮＯｘを浄化することができない。そこで、水素添加リーンバーン運転中は、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒２６に吸蔵しておくことにより、大気中へのＮＯｘの放出を防止することができる。 (Reduction of NOx catalyst 26 by hydrogen)
As described above, during the hydrogen addition lean burn operation, the direct NOx emission amount from the internal combustion engine 1 can be extremely reduced, but since a large amount of oxygen is contained in the exhaust gas, a three-way catalyst (upstream catalyst) 22) NOx cannot be purified. Therefore, during the hydrogen addition lean burn operation, NOx in the exhaust gas is occluded in the NOx catalyst 26, so that release of NOx into the atmosphere can be prevented.

ＮＯｘ触媒２６のＮＯｘ吸蔵能力が限界に近づくと、ＮＯｘ触媒２６の下流のＮＯｘ濃度が徐々に上昇してくる。このようになったときには、ＮＯｘ触媒２６に吸蔵されたＮＯｘをＮ２（窒素ガス）に還元して放出させるリッチスパイクを行って、吸蔵能力を回復させる必要がある。 When the NOx storage capacity of the NOx catalyst 26 approaches the limit, the NOx concentration downstream of the NOx catalyst 26 gradually increases. When this happens, it is necessary to recover the storage capacity by performing a rich spike that reduces and releases NOx stored in the NOx catalyst 26 to N 2 (nitrogen gas).

従来のリーンバーンエンジンにおいては、リッチスパイクを行う場合、燃料噴射量を増量することで、排気空燃比を一時的にリッチにしている。すなわち、排気空燃比をリッチにすることで、排気ガス中の未燃燃料が還元剤となり、吸蔵されたＮＯｘを還元している。   In the conventional lean burn engine, when the rich spike is performed, the exhaust air-fuel ratio is temporarily made rich by increasing the fuel injection amount. That is, by making the exhaust air-fuel ratio rich, unburned fuel in the exhaust gas becomes a reducing agent, and the stored NOx is reduced.

これに対し、本実施形態では、従来のような燃料噴射量増量によるリッチスパイクに代えて、次のような手法でリッチスパイクを行うことにした。すなわち、本実施形態では、吸蔵されたＮＯｘを還元する際、水素リッチガスがパイプ５６に流れるように切替弁５８を切り替えて、上流触媒２２とＮＯｘ触媒２６との間の排気ガスに水素リッチガスを添加する。この処理により、ＮＯｘ触媒２６に水素リッチガスが流入し、水素が還元剤となって、吸蔵されたＮＯｘを還元することができる。   In contrast, in the present embodiment, instead of the conventional rich spike by increasing the fuel injection amount, the rich spike is performed by the following method. That is, in this embodiment, when reducing the stored NOx, the switching valve 58 is switched so that the hydrogen-rich gas flows into the pipe 56, and the hydrogen-rich gas is added to the exhaust gas between the upstream catalyst 22 and the NOx catalyst 26. To do. By this process, the hydrogen rich gas flows into the NOx catalyst 26, and hydrogen becomes a reducing agent, so that the stored NOx can be reduced.

水素は、ガソリン等の炭化水素燃料に比して、高い還元性を有している。そのような水素を還元剤に利用してリッチスパイクを行った場合には、排気中の未燃燃料を還元剤とするリッチスパイクに比して、吸蔵されたＮＯｘを余すことなく還元して除去することができる。その結果、水素を用いてリッチスパイクを行うと、ＮＯｘ触媒２６のＮＯｘ吸蔵能力をより高く引き出すことができ、リッチスパイクを行うべき周期を長くすることができる。また、水素の高い還元性により、吸蔵されたＮＯｘを迅速に還元させることができるので、リッチスパイク継続時間を短くすることもできる。このようなことから、本実施形態によれば、大気中へのＮＯｘ放出量を従来よりも更に低減することができる。また、リッチスパイクを行うときに燃料噴射量を増量する必要がないので、燃費性能もより向上させることができる。   Hydrogen has a higher reducing ability than hydrocarbon fuels such as gasoline. When rich spike is performed by using such hydrogen as a reducing agent, the stored NOx is reduced and removed without excess compared to rich spike using unburned fuel in the exhaust as the reducing agent. can do. As a result, when rich spike is performed using hydrogen, the NOx occlusion capability of the NOx catalyst 26 can be further increased, and the cycle in which the rich spike should be performed can be lengthened. In addition, because of the high reducibility of hydrogen, the stored NOx can be rapidly reduced, so that the rich spike duration can be shortened. For this reason, according to the present embodiment, it is possible to further reduce the amount of NOx released into the atmosphere as compared with the prior art. Further, since it is not necessary to increase the fuel injection amount when performing the rich spike, the fuel efficiency can be further improved.

（ＮＯｘ触媒２６還元処理中の理論空燃比運転）
上記のような水素を用いたリッチスパイクを行っている間は、水素リッチガスが水素噴射弁１８側へ供給されなくなる。そこで、この間は、燃料噴射弁２０から噴射される分離後ガソリンのみを燃焼させて内燃機関１０を運転する。このとき、本実施形態では、理論空燃比で分離後ガソリンを燃焼させることとした。リッチスパイクを行う間、分離後ガソリンで理論空燃比運転を行うことにより、この間に内燃機関１から排出されるＮＯｘを上流触媒２２で浄化することができる。これにより、本実施形態では、リッチスパイクの実行中にもＮＯｘが大気中に放出されるのを防止することができ、優れたエミッション性能が得られる。 (Theoretical air-fuel ratio operation during the NOx catalyst 26 reduction process)
During the rich spike using hydrogen as described above, the hydrogen rich gas is not supplied to the hydrogen injector 18 side. Accordingly, during this time, only the separated gasoline injected from the fuel injection valve 20 is burned to operate the internal combustion engine 10. At this time, in this embodiment, gasoline after separation is burned at the stoichiometric air-fuel ratio. By performing the stoichiometric air-fuel ratio operation with the gasoline after separation during the rich spike, NOx discharged from the internal combustion engine 1 during this period can be purified by the upstream catalyst 22. Thereby, in this embodiment, it is possible to prevent NOx from being released into the atmosphere even during execution of rich spike, and excellent emission performance can be obtained.

［実施の形態１における具体的処理］
図２は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。図２に示すルーチンでは、まず、内燃機関１の運転状態を表す各種のパラメータの値が取得される（ステップ１００）。具体的には、エンジン回転数、スロットル開度、空燃比、水素添加割合等の値がそれぞれ取得される。これらの値は、前述した各種センサの出力に基づいて取得するか、あるいはＥＣＵ７０に記憶されたマップに従って取得することができる。なお、上記水素添加割合とは、燃料噴射弁２０からの分離後ガソリンの噴射量に対する、水素噴射弁１８からの水素リッチガスの噴射量の割合を意味する。 [Specific Processing in Embodiment 1]
FIG. 2 is a flowchart of a routine executed by the ECU 70 in the present embodiment in order to realize the above function. In the routine shown in FIG. 2, first, values of various parameters representing the operating state of the internal combustion engine 1 are acquired (step 100). Specifically, values such as engine speed, throttle opening, air-fuel ratio, hydrogen addition ratio, etc. are acquired. These values can be acquired based on the outputs of the various sensors described above, or can be acquired according to a map stored in the ECU 70. The hydrogen addition ratio means the ratio of the injection amount of the hydrogen rich gas from the hydrogen injection valve 18 to the injection amount of the gasoline after separation from the fuel injection valve 20.

そして、本ルーチンでは、上記ステップ１００で取得されたパラメータに基づいて、水素添加リーンバーン運転が行われるとともに、水素リッチガスおよび分離後ガソリンを生成すべく、脱水素触媒２８における脱水素反応が行われる（ステップ１０２）。このとき、水素噴射弁１８、燃料噴射弁２０、および燃料インジェクタ３０からの水素リッチガス、分離後ガソリン、および水素リッチガソリンの噴射量は、それぞれ、運転状態に応じ、ＥＣＵ７０に記憶されたマップに従って制御される。   In this routine, the hydrogen addition lean burn operation is performed based on the parameters acquired in step 100, and the dehydrogenation reaction is performed in the dehydrogenation catalyst 28 to generate the hydrogen rich gas and the separated gasoline. (Step 102). At this time, the injection amounts of the hydrogen rich gas, the separated gasoline, and the hydrogen rich gasoline from the hydrogen injection valve 18, the fuel injection valve 20, and the fuel injector 30 are controlled according to the map stored in the ECU 70 according to the operating state. Is done.

水素添加リーンバーン運転の継続中、ＥＣＵ７０は、ＮＯｘ触媒２６の還元処理が必要となったか否かを判定する（ステップ１０４）。この判定は、次のようにして行うことができる。内燃機関１からのＮＯｘ排出量は、内燃機関１の運転状態（特にエンジン回転数、スロットル開度、空燃比、および水素添加割合）と相関を有している。ＥＣＵ７０には、その相関関係がマップとして予め記憶されている。ＥＣＵ７０は、そのマップに基づいて算出されるＮＯｘ排出量を積算することにより、前回の還元処理を行ったときからのＮＯｘ総排出量を算出している。そのＮＯｘ総排出量がＮＯｘ触媒２６の吸蔵限界に達した場合には、ＮＯｘ触媒２６の還元処理が必要と判定される。なお、このステップ１０４の判定は、このような方法に限定されるものではない。例えば、ＮＯｘ触媒２６の下流側のＮＯｘ濃度をＮＯｘセンサーで実測することによって、上記判定を行っても良い。   During the continuation of the hydrogen addition lean burn operation, the ECU 70 determines whether or not the reduction process of the NOx catalyst 26 is necessary (step 104). This determination can be performed as follows. The NOx emission amount from the internal combustion engine 1 has a correlation with the operation state of the internal combustion engine 1 (particularly, the engine speed, the throttle opening, the air-fuel ratio, and the hydrogen addition ratio). The ECU 70 stores the correlation as a map in advance. The ECU 70 calculates the total NOx emission from the previous reduction process by integrating the NOx emission calculated based on the map. When the total NOx emission amount reaches the storage limit of the NOx catalyst 26, it is determined that the reduction process of the NOx catalyst 26 is necessary. Note that the determination in step 104 is not limited to such a method. For example, the above determination may be made by actually measuring the NOx concentration downstream of the NOx catalyst 26 with a NOx sensor.

上記ステップ１０４でＮＯｘ触媒２６の還元処理が未だ必要ではないと判定された場合には、水素添加リーンバーン運転が継続される。一方、上記ステップ１０４でＮＯｘ触媒２６の還元処理が必要と判定された場合には、前述したようにして、水素によるＮＯｘ触媒２６の還元処理を行う（ステップ１０６）。すなわち、切替弁５８を切り替えて水素リッチガスをパイプ５６側に流し、ＮＯｘ触媒２６の上流の排気ガスに水素リッチガスを添加する。   If it is determined in step 104 that the reduction process of the NOx catalyst 26 is not yet necessary, the hydrogen addition lean burn operation is continued. On the other hand, if it is determined in step 104 that the reduction process of the NOx catalyst 26 is necessary, the reduction process of the NOx catalyst 26 with hydrogen is performed as described above (step 106). That is, the switching valve 58 is switched to flow the hydrogen rich gas to the pipe 56 side, and the hydrogen rich gas is added to the exhaust gas upstream of the NOx catalyst 26.

また、上記ステップ１０６では、ＮＯｘ触媒２６の還元処理開始に伴い、水素添加リーンバーン運転から理論空燃比運転へ移行する。具体的には、スロットル開度を小さくするとともに分離後ガソリンの燃料噴射量を増量することで理論空燃比を実現する。更に、点火時期を遅角することにより、水素添加リーンバーン運転用の点火時期から、ストイキ燃焼用の点火時期に変更する。   Further, in the above step 106, the hydrogen addition lean burn operation is shifted to the stoichiometric air fuel ratio operation with the start of the reduction process of the NOx catalyst 26. Specifically, the stoichiometric air-fuel ratio is realized by decreasing the throttle opening and increasing the fuel injection amount of gasoline after separation. Further, by retarding the ignition timing, the ignition timing for hydrogen addition lean burn operation is changed to the ignition timing for stoichiometric combustion.

ＮＯｘ触媒２６の還元処理開始後、所定の終了条件が成立した場合には、この還元処理が終了される（ステップ１０８）。すなわち、切替弁５８を切り替えて、水素リッチガスを水素噴射弁１８側へ供給する。また、ステップ１０８では、還元処理の終了に伴い、理論空燃比運転が終了され、水素添加リーンバーン運転が再開される。すなわち、スロットル開度、分離後ガソリンの燃料噴射量、および点火時期が水素添加リーンバーン運転用の値に戻されるとともに、水素噴射弁１８から水素リッチガスの噴射が再開される。   If a predetermined end condition is satisfied after the start of the reduction process of the NOx catalyst 26, the reduction process is terminated (step 108). That is, the switching valve 58 is switched to supply the hydrogen rich gas to the hydrogen injector 18 side. In step 108, the stoichiometric air-fuel ratio operation is terminated and the hydrogen addition lean burn operation is restarted with the termination of the reduction process. That is, the throttle opening, the fuel injection amount of the separated gasoline, and the ignition timing are returned to the values for the hydrogen addition lean burn operation, and the injection of the hydrogen rich gas from the hydrogen injection valve 18 is resumed.

なお、上述した実施の形態１においては、水素化ガソリンが前記第１の発明における「水素化燃料」に、分離後ガソリンが前記第１の発明における「脱水素燃料」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ７０が、燃料インジェクタ３０から水素化ガソリンを噴射させることにより前記第１の発明における「水素化燃料供給手段」が、パイプ４８を通って送られた水素リッチガスを水素噴射弁１８から噴射させることにより前記第１の発明における「水素供給手段」が、上記ステップ１０４および１０６の処理を実行して水素リッチガスをパイプ５６を通して排気通路１４に導入することにより前記第１の発明における「水素添加手段」が、それぞれ実現されている。   In Embodiment 1 described above, hydrogenated gasoline corresponds to “hydrogenated fuel” in the first invention, and gasoline after separation corresponds to “dehydrogenated fuel” in the first invention. . Further, when the ECU 70 injects hydrogenated gasoline from the fuel injector 30, the “hydrogenated fuel supply means” in the first invention injects the hydrogen rich gas sent through the pipe 48 from the hydrogen injector 18. As a result, the “hydrogen supply means” in the first invention performs the processing of the above steps 104 and 106 and introduces the hydrogen rich gas into the exhaust passage 14 through the pipe 56, thereby the “hydrogen addition means” in the first invention. "Is realized.

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が、パイプ４４を通って送られた分離後ガソリンを燃料噴射弁２０から噴射させることにより前記第２の発明における「脱水素燃料供給手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第２の発明における「水素添加リーンバーン運転手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行して分離後ガソリンのみの理論空燃比運転を実行することにより前記第２の発明における「理論空燃比運転手段」が、それぞれ実現されている。   Further, in the first embodiment described above, the “dehydrogenated fuel supply means” in the second aspect of the present invention is such that the ECU 70 injects the separated gasoline sent through the pipe 44 from the fuel injection valve 20. By executing the process of step 102, the “hydrogen-added lean burn operation means” in the second aspect of the invention executes the process of step 106 to execute the theoretical air-fuel ratio operation of only the gasoline after separation. Each of the “theoretical air-fuel ratio operation means” in the second invention is realized.

また、上述した実施の形態１においては、パイプ５６が前記第４の発明における「水素添加手段が備える水素リッチガス通路」に、パイプ４８が第４の発明における「水素供給手段が備える水素リッチガス通路」に、それぞれ相当している。   In the first embodiment described above, the pipe 56 is the “hydrogen-rich gas passage provided in the hydrogen addition means” in the fourth invention, and the pipe 48 is the “hydrogen-rich gas passage provided in the hydrogen supply means” in the fourth invention. Respectively.

実施の形態２．
次に、図３および図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略または簡略する。 Embodiment 2. FIG.
Next, the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3 and FIG. 4. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be described. Omitted or simplified.

［システム構成の説明］
図３は、本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。なお、図３において、図１に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。 [Description of system configuration]
FIG. 3 is a diagram for explaining a system configuration according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図３に示すように、実施の形態２のシステムでは、上流触媒２２と触媒装置２４との間の排気通路１４の外周側に、ウォータージャケット６２が設けられている。ウォータージャケット６２には、冷却水通路６４が接続されている。冷却水通路６４の途中には、制御弁６６が設けられている。制御弁６６の開度は、ＥＣＵ７０により制御される。   As shown in FIG. 3, in the system of the second embodiment, a water jacket 62 is provided on the outer peripheral side of the exhaust passage 14 between the upstream catalyst 22 and the catalyst device 24. A cooling water passage 64 is connected to the water jacket 62. A control valve 66 is provided in the middle of the cooling water passage 64. The opening degree of the control valve 66 is controlled by the ECU 70.

制御弁６６を開くと、内燃機関１の冷却水を冷却水通路６４を介してウォータージャケット６２に流通させることができる。これにより、触媒装置２４の上流側の排気ガスを冷却することができる。   When the control valve 66 is opened, the cooling water of the internal combustion engine 1 can be circulated to the water jacket 62 via the cooling water passage 64. Thereby, the exhaust gas upstream of the catalyst device 24 can be cooled.

ウォータージャケット６２と触媒装置２４との間の排気通路１４には、温度センサ６８が設けられている。温度センサ６８によれば、触媒装置２４に流入する排気ガスの温度を検出することができる。   A temperature sensor 68 is provided in the exhaust passage 14 between the water jacket 62 and the catalyst device 24. According to the temperature sensor 68, the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst device 24 can be detected.

［実施の形態２の特徴］
脱水素触媒２８が過度に高温になると、水素リッチガソリン中の炭素が遊離して脱水素触媒２８の表面にこびりつき易くなり、脱水素触媒２８の性能低下を招来する。このような現象は、コーキングと呼ばれる。コーキングを回避するためには、脱水素触媒２８の温度が概ね５００℃以下の状態で脱水素反応を行う必要がある。 [Features of Embodiment 2]
When the dehydrogenation catalyst 28 becomes excessively high in temperature, the carbon in the hydrogen-rich gasoline is liberated and tends to stick to the surface of the dehydrogenation catalyst 28, leading to a decrease in performance of the dehydrogenation catalyst 28. Such a phenomenon is called coking. In order to avoid coking, it is necessary to perform the dehydrogenation reaction in a state where the temperature of the dehydrogenation catalyst 28 is approximately 500 ° C. or less.

しかしながら、内燃機関１のエンジン回転数や負荷が高くなってくると、排気温度が高くなるため、脱水素触媒２８も５００℃以上の高温になり易い。脱水素触媒２８がこのような高温になった場合には、コーキングを回避するため、脱水素触媒２８への水素化ガソリンの供給を停止する必要がある。そうすると、水素リッチガスを生成できなくなるので、水素添加リーンバーン運転を継続できなくなる。   However, as the engine speed and load of the internal combustion engine 1 become higher, the exhaust temperature becomes higher, so the dehydrogenation catalyst 28 also tends to be at a high temperature of 500 ° C. or higher. When the dehydrogenation catalyst 28 reaches such a high temperature, it is necessary to stop the supply of hydrogenated gasoline to the dehydrogenation catalyst 28 in order to avoid coking. As a result, the hydrogen rich gas cannot be generated, and the hydrogen addition lean burn operation cannot be continued.

そこで、本実施形態では、脱水素触媒２８の温度が５００℃を超えそうなときには、触媒装置２４に流入する排気ガスを冷却して温度を下げることにより、脱水素触媒２８の温度が５００℃以上になるのを防止することとした。   Therefore, in this embodiment, when the temperature of the dehydrogenation catalyst 28 is likely to exceed 500 ° C., the temperature of the dehydrogenation catalyst 28 is 500 ° C. or more by cooling the exhaust gas flowing into the catalyst device 24 and lowering the temperature. It was decided to prevent becoming.

［実施の形態２における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ７０は、図２に示すルーチンに加えて、図４に示すルーチンを更に実行するものとする。 [Specific Processing in Second Embodiment]
FIG. 4 is a flowchart of a routine executed by the ECU 70 in the present embodiment in order to realize the above function. In the present embodiment, the ECU 70 further executes a routine shown in FIG. 4 in addition to the routine shown in FIG.

図４に示すルーチンによれば、まず、温度センサ６８の出力に基づいて、触媒装置２４の上流の排気ガス温度が取得される（ステップ１２０）。次いで、その排気ガス温度が５００℃を超えているか否かが判別される（ステップ１２２）。排気ガス温度が５００℃以下である場合には、脱水素触媒２８の温度は５００℃以下であると考えられるので、脱水素触媒２８の温度を下げる必要はない。よって、この場合には、排気ガスの冷却は行わない。   According to the routine shown in FIG. 4, first, the exhaust gas temperature upstream of the catalyst device 24 is acquired based on the output of the temperature sensor 68 (step 120). Next, it is determined whether or not the exhaust gas temperature exceeds 500 ° C. (step 122). When the exhaust gas temperature is 500 ° C. or less, the temperature of the dehydrogenation catalyst 28 is considered to be 500 ° C. or less, and therefore it is not necessary to lower the temperature of the dehydrogenation catalyst 28. Therefore, in this case, the exhaust gas is not cooled.

一方、上記ステップ１２２において、排気ガス温度が５００℃を超えていることが認められた場合には、このままであると脱水素触媒２８の温度が５００℃以上になるおそれがあると判断できる。そこで、この場合には、制御弁６６を所定の開度に開き、ウォータージャケット６２に冷却水を導入する（ステップ１２４）。これにより、触媒装置２４に流入する排気ガスの温度が下がるので、脱水素触媒２８の温度を下げることができる。   On the other hand, if it is found in step 122 that the exhaust gas temperature exceeds 500 ° C., it can be determined that the temperature of the dehydrogenation catalyst 28 may be 500 ° C. or higher if this temperature remains unchanged. Therefore, in this case, the control valve 66 is opened to a predetermined opening, and cooling water is introduced into the water jacket 62 (step 124). Thereby, since the temperature of the exhaust gas flowing into the catalyst device 24 is lowered, the temperature of the dehydrogenation catalyst 28 can be lowered.

ウォータージャケット６２への冷却水供給が開始された後、温度センサ６８の出力に基づき、排気ガス温度が再度取得され、その排気ガス温度が５００℃を超えているか否かが判別される（ステップ１２６）。排気ガス温度が５００℃以下に下がっていた場合には、ウォータージャケット６２を流れる冷却水量が十分であると判断できるので、そのまま本ルーチンの処理を終了する。   After the cooling water supply to the water jacket 62 is started, the exhaust gas temperature is acquired again based on the output of the temperature sensor 68, and it is determined whether or not the exhaust gas temperature exceeds 500 ° C. (step 126). ). If the exhaust gas temperature has dropped to 500 ° C. or less, it can be determined that the amount of cooling water flowing through the water jacket 62 is sufficient, and thus the routine is terminated.

一方、上記ステップ１２６で排気ガス温度が５００℃を超えていた場合には、触媒装置２４に流入する排気ガス温度を更に下げるべきと判断できる。そこで、この場合には、制御弁６６の開度を所定量増加させ（ステップ１２８）、その後、上記ステップ１２６以下の処理が再度実行される。このような処理により、排気温度が高いほど、ウォータージャケット６２を流れる冷却水量を増大させることができる。   On the other hand, if the exhaust gas temperature exceeds 500 ° C. in step 126, it can be determined that the exhaust gas temperature flowing into the catalyst device 24 should be further lowered. Therefore, in this case, the opening degree of the control valve 66 is increased by a predetermined amount (step 128), and then the processing from step 126 onward is executed again. By such a process, the amount of cooling water flowing through the water jacket 62 can be increased as the exhaust temperature is higher.

以上述べたような処理により、本実施形態では、排気温度の高い高回転・高負荷域であっても、脱水素触媒２８の温度をコーキングが生じないような温度（例えば５００℃以下）に保つことができる。よって、高回転・高負荷域であっても、脱水素触媒２８への水素化ガソリンの供給を継続して、水素リッチガスを生成することができる。このため、本実施形態では、水素添加リーンバーン運転を行う運転領域を高回転側、高負荷側に拡大することができるので、更なる低燃費化および低ＮＯｘ化が図れる。   Through the processing described above, in the present embodiment, the temperature of the dehydrogenation catalyst 28 is maintained at a temperature at which coking does not occur (for example, 500 ° C. or less) even in a high rotation / high load region where the exhaust gas temperature is high. be able to. Therefore, even in a high rotation / high load region, the supply of hydrogenated gasoline to the dehydrogenation catalyst 28 can be continued to generate a hydrogen rich gas. For this reason, in this embodiment, since the operation area | region which performs hydrogen addition lean burn operation can be expanded to the high-rotation side and the high load side, further reduction in fuel consumption and reduction in NOx can be achieved.

なお、上述した実施の形態２においては、排気ガス温度を温度センサ６８により実測して求めることとしたが、排気ガス温度を内燃機関１の運転状態から推定して求めるようにしてもよい。   In the second embodiment described above, the exhaust gas temperature is determined by actual measurement using the temperature sensor 68, but the exhaust gas temperature may be estimated from the operating state of the internal combustion engine 1.

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ７０が、図４に示すルーチンの処理を実行することにより前記第６の発明における「温度上昇防止手段」が実現されている。また、ウォータージャケット６２および冷却水通路６４が前記第７の発明における「冷却手段」に相当している。   In the second embodiment described above, the “temperature rise prevention means” according to the sixth aspect of the present invention is implemented when the ECU 70 executes the routine shown in FIG. Further, the water jacket 62 and the cooling water passage 64 correspond to the “cooling means” in the seventh invention.

実施の形態３．
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略または簡略する。 Embodiment 3 FIG.
Next, the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5 and FIG. 6. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be described. Omitted or simplified.

［システム構成の説明］
図５は、本発明の実施の形態３のシステム構成を説明するための図である。なお、図５において、図１に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。 [Description of system configuration]
FIG. 5 is a diagram for explaining a system configuration according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 5, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図５に示すように、実施の形態３のシステムでは、ＮＯｘ触媒２６を迂回して排気ガスを流通させるためのバイパス通路７２が設けられている。バイパス通路７２の一端は、触媒装置２４の上流側で排気通路１４に接続され、この接続部には、切替弁７４が設置されている。バイパス通路７２の他端は、触媒装置２４の下流側で排気通路１４に接続されている。切替弁７４は、ＥＣＵ７０の指令に基づき、排気ガスをＮＯｘ触媒２６に流す状態と、排気ガスをバイパス通路７２に流す状態とに切替可能になっている。   As shown in FIG. 5, in the system according to the third embodiment, a bypass passage 72 for bypassing the NOx catalyst 26 and circulating the exhaust gas is provided. One end of the bypass passage 72 is connected to the exhaust passage 14 on the upstream side of the catalyst device 24, and a switching valve 74 is installed at this connection portion. The other end of the bypass passage 72 is connected to the exhaust passage 14 on the downstream side of the catalyst device 24. The switching valve 74 can be switched between a state in which exhaust gas flows through the NOx catalyst 26 and a state in which exhaust gas flows through the bypass passage 72 based on a command from the ECU 70.

上流触媒２２と触媒装置２４との間の排気通路１４には、ＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガスの温度を検出する温度センサ７６が設置されている。   A temperature sensor 76 for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst 26 is installed in the exhaust passage 14 between the upstream catalyst 22 and the catalyst device 24.

燃料タンク３２と燃料インジェクタ３０とを結ぶパイプ３４の途中からは、パイプ７８が分岐している。この分岐部には、切替弁８０が設置されている。パイプ７８は、燃料噴射弁２０に接続されている。切替弁８０は、ＥＣＵ７０の指令に基づき、水素化ガソリンを燃料インジェクタ３０に送る状態と、水素化ガソリンを燃料噴射弁２０に送る状態とに切替可能になっている。   A pipe 78 is branched from the middle of the pipe 34 connecting the fuel tank 32 and the fuel injector 30. A switching valve 80 is installed at this branching portion. The pipe 78 is connected to the fuel injection valve 20. The switching valve 80 can be switched between a state in which hydrogenated gasoline is sent to the fuel injector 30 and a state in which hydrogenated gasoline is sent to the fuel injection valve 20 based on a command from the ECU 70.

また、本実施形態のシステムでは、上流触媒２２とＮＯｘ触媒２６（触媒装置２４）との間の排気通路１４と、水素分離器４０とを結ぶパイプ８２が設けられている。このパイプ８２は、水素分離器４０内の水素リッチガスを水素噴射弁１８側へ送るパイプ４８とは別個に設けられている。パイプ８２の途中には、ＥＣＵ７０の指令に基づいて開閉可能な制御弁８４が設置されている。   Further, in the system of the present embodiment, a pipe 82 that connects the exhaust gas passage 14 between the upstream catalyst 22 and the NOx catalyst 26 (catalyst device 24) and the hydrogen separator 40 is provided. This pipe 82 is provided separately from the pipe 48 that sends the hydrogen rich gas in the hydrogen separator 40 to the hydrogen injector 18 side. A control valve 84 that can be opened and closed based on a command from the ECU 70 is installed in the middle of the pipe 82.

［実施の形態３の特徴］
本実施形態の内燃機関１０は、水素添加リーンバーン運転が可能であるが、高負荷領域においては、高トルクを発生する必要があるため、理論空燃比運転を行う。理論空燃比運転を行う場合には、水素リッチガスを燃焼に供する必要はないので、脱水素触媒２８で水素リッチガスを生成する必要はなくなる。 [Features of Embodiment 3]
The internal combustion engine 10 of the present embodiment can perform a hydrogen addition lean burn operation, but performs a stoichiometric air-fuel ratio operation because it is necessary to generate a high torque in a high load region. When the stoichiometric air-fuel ratio operation is performed, it is not necessary to use the hydrogen-rich gas for combustion, so that it is not necessary to generate the hydrogen-rich gas with the dehydrogenation catalyst 28.

また、高負荷領域においては、排気温度が上昇するので、脱水素触媒２８の温度が高くなり易く、前述したコーキングが起き易くなる。このため、水素リッチガスを生成する必要がないのであれば、高負荷運転領域においては、脱水素触媒２８での脱水素反応を停止するのが好ましい。   Further, in the high load region, the exhaust gas temperature rises, so the temperature of the dehydrogenation catalyst 28 tends to increase, and the above-mentioned coking easily occurs. For this reason, if it is not necessary to generate the hydrogen-rich gas, it is preferable to stop the dehydrogenation reaction in the dehydrogenation catalyst 28 in the high load operation region.

そこで、本実施形態では、内燃機関１の運転状態が高負荷領域にあるとき、あるいは排気温度が高いときには、脱水素触媒２８への水素化ガソリンの噴射を停止し、脱水素反応を起こさせないようにした。   Therefore, in the present embodiment, when the operating state of the internal combustion engine 1 is in a high load region or when the exhaust gas temperature is high, injection of hydrogenated gasoline to the dehydrogenation catalyst 28 is stopped so as not to cause a dehydrogenation reaction. I made it.

上記ようにして脱水素反応を停止しているときは、水素分離器４０内に貯留された分離後ガソリンを燃料噴射弁２０から噴射して、理論空燃比運転を行うことができる。更に、本実施形態では、パイプ７８を設けたことにより、燃料タンク３２内の水素化ガソリンをそのまま燃料噴射弁２０へ送ることができる。このため、本実施形態では、分離後ガソリンに代えて、水素分離前の水素化ガソリンをそのまま燃焼させることによる理論空燃比運転を行うこともできる。これにより、水素分離器４０内に貯留された分離後ガソリンを消費した後は、水素化ガソリンをそのまま燃焼させることによって内燃機関１の運転を継続することができる。   When the dehydrogenation reaction is stopped as described above, the separated gasoline stored in the hydrogen separator 40 can be injected from the fuel injection valve 20 to perform the theoretical air-fuel ratio operation. Furthermore, in this embodiment, by providing the pipe 78, the hydrogenated gasoline in the fuel tank 32 can be sent to the fuel injection valve 20 as it is. For this reason, in this embodiment, it replaces with gasoline after separation, and the theoretical air fuel ratio operation by burning hydrogenated gasoline before hydrogen separation as it is can also be performed. Thus, after the separated gasoline stored in the hydrogen separator 40 is consumed, the operation of the internal combustion engine 1 can be continued by burning the hydrogenated gasoline as it is.

脱水素反応の停止中は、脱水素触媒２８を脱水素反応可能な温度に保つ必要はなくなる。また、脱水素反応の停止中は、理論空燃比運転が行われるので、排気ガス中のＮＯｘは上流触媒２２で浄化することが可能である。このようなことから、脱水素反応の停止中は、排気ガスを触媒装置２４（ＮＯｘ触媒２６）に通す必要がなくなる。そこで、本実施形態では、脱水素反応を停止して理論空燃比運転を行っている間は、排気ガスをバイパス通路７２に導き、ＮＯｘ触媒２６を通さないようにした。これにより、ＮＯｘ触媒２６での排気抵抗（圧力損失）がなくなるので、内燃機関１の背圧を下げることができ、燃費性能を向上させることができる。   While the dehydrogenation reaction is stopped, it is not necessary to keep the dehydrogenation catalyst 28 at a temperature at which the dehydrogenation reaction can be performed. Further, since the theoretical air-fuel ratio operation is performed while the dehydrogenation reaction is stopped, NOx in the exhaust gas can be purified by the upstream catalyst 22. For this reason, it is not necessary to pass the exhaust gas through the catalyst device 24 (NOx catalyst 26) while the dehydrogenation reaction is stopped. Therefore, in the present embodiment, while the dehydrogenation reaction is stopped and the stoichiometric air-fuel ratio operation is performed, the exhaust gas is guided to the bypass passage 72 so that the NOx catalyst 26 does not pass. As a result, exhaust resistance (pressure loss) at the NOx catalyst 26 is eliminated, so that the back pressure of the internal combustion engine 1 can be lowered and fuel efficiency can be improved.

また、本実施形態では、ＮＯｘ触媒２６の上流の排気ガスに水素リッチガスを添加するためのパイプ８２を、水素噴射弁１８に水素リッチガスを送るためのパイプ４８とは別個に設けた。これにより、水素リッチガスを用いたリッチスパイクの実行中も、水素噴射弁１８に水素リッチガスを供給することができる。このため、水素添加リーンバーン運転を行いながらリッチスパイクを行うことができ、燃費性能をさらに向上することができる。   In this embodiment, the pipe 82 for adding the hydrogen rich gas to the exhaust gas upstream of the NOx catalyst 26 is provided separately from the pipe 48 for sending the hydrogen rich gas to the hydrogen injector 18. Thereby, the hydrogen rich gas can be supplied to the hydrogen injector 18 even during execution of the rich spike using the hydrogen rich gas. For this reason, rich spike can be performed while performing the hydrogen addition lean burn operation, and the fuel efficiency can be further improved.

［実施の形態３における具体的処理］
図６は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。本実施形態では、ＥＣＵ７０は、図２に示すルーチンに加えて、図６に示すルーチンを更に実行するものとする。 [Specific Processing in Embodiment 3]
FIG. 6 is a flowchart of a routine executed by the ECU 70 in the present embodiment in order to realize the above function. In the present embodiment, the ECU 70 further executes a routine shown in FIG. 6 in addition to the routine shown in FIG.

図６に示すルーチンによれば、まず、現在のエンジン回転数およびスロットル開度が取得される（ステップ１４０）。次いで、その取得されたエンジン回転数およびスロットル開度に基づいて、理論空燃比運転が必要とされるような高負荷運転領域であるか否かが判別される（ステップ１４２）。また、ステップ１４２では、温度センサ７６により検出される排気温度が５００℃以上であるか否かの判別も行われる。   According to the routine shown in FIG. 6, first, the current engine speed and throttle opening are acquired (step 140). Next, based on the acquired engine speed and throttle opening, it is determined whether or not the engine is in a high load operation region where the theoretical air-fuel ratio operation is required (step 142). In step 142, it is also determined whether or not the exhaust temperature detected by the temperature sensor 76 is 500 ° C. or higher.

上記ステップ１４２で高負荷運転領域ではなく、かつ、排気温度が５００℃未満であることが認められた場合には、脱水素触媒２８に水素化ガソリンを噴射して脱水素反応を継続しつつ、水素添加リーンバーン運転を行う（ステップ１４４）。   When it is not in the high load operation region in step 142 and the exhaust temperature is found to be less than 500 ° C., hydrogenated gasoline is injected into the dehydrogenation catalyst 28 to continue the dehydrogenation reaction, Hydrogen addition lean burn operation is performed (step 144).

一方、上記ステップ１４２で高負荷運転領域であることが認められた場合には、高トルクを発生するべく、理論空燃比運転を行う必要がある。また、上記ステップ１４２で排気温度が５００℃以上であることが認められた場合には、脱水素触媒２８でコーキングが生じ易いと判断できるので、脱水素反応を停止して、理論空燃比運転を行うのが好ましいと判断できる。これらの場合には、次に、水素分離器４０内に溜まっている分離後ガソリンの量が所定量以上であるか否かが判別される（ステップ１４６）。なお、水素分離器４０内の分離後ガソリンの量は、図示しないセンサにより検出されているか、あるいは水素化ガソリンおよび分離後ガソリンの噴射量に基づいて推定されているものとする。   On the other hand, when it is recognized in step 142 that the vehicle is in the high load operation region, it is necessary to perform the theoretical air-fuel ratio operation in order to generate a high torque. If it is determined in step 142 that the exhaust temperature is 500 ° C. or higher, it can be determined that coking is likely to occur in the dehydrogenation catalyst 28. Therefore, the dehydrogenation reaction is stopped and the stoichiometric air-fuel ratio operation is performed. It can be determined that this is preferable. In these cases, it is next determined whether or not the amount of the separated gasoline accumulated in the hydrogen separator 40 is equal to or greater than a predetermined amount (step 146). It is assumed that the amount of gasoline after separation in the hydrogen separator 40 is detected by a sensor (not shown) or estimated based on the injection amounts of hydrogenated gasoline and gasoline after separation.

上記ステップ１４６において、水素分離器４０内の分離後ガソリンの量が所定量以上であった場合には、水素分離器４０内にまだ十分に分離後ガソリンがあると判断できる。この場合には、燃料噴射弁２０から理論空燃比に相当する量の分離後ガソリンを噴射して、理論空燃比運転が行われる（ステップ１４８）。また、ステップ１４８では、燃料インジェクタ３０からの水素化ガソリンの噴射を停止することにより、脱水素触媒２８での脱水素反応を停止する。更に、ステップ１４８では、排気ガスがＮＯｘ触媒２６を通らずにバイパス通路７２を通るように、切替弁７４が切り替えられる。   If the amount of gasoline after separation in the hydrogen separator 40 is greater than or equal to a predetermined amount in step 146, it can be determined that there is still enough gasoline after separation in the hydrogen separator 40. In this case, the separated gasoline is injected from the fuel injection valve 20 in an amount corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio, and the stoichiometric air-fuel ratio operation is performed (step 148). In step 148, the dehydrogenation reaction in the dehydrogenation catalyst 28 is stopped by stopping the injection of hydrogenated gasoline from the fuel injector 30. Further, in step 148, the switching valve 74 is switched so that the exhaust gas does not pass through the NOx catalyst 26 but passes through the bypass passage 72.

上記の処理によって分離後ガソリンの燃焼による理論空燃比運転が継続されると、水素分離器４０内の分離後ガソリンが次第に減少していく。そして、上記ステップ１４６において、分離後ガソリンの量が所定量未満であることが認められた場合には、これ以上分離後ガソリンを消費する余裕はないと判断できる。そこで、この場合には、水素化ガソリンによる理論空燃比運転が行われる（ステップ１５０）。具体的には、切替弁８０を切り替えて、燃料タンク３２内の水素化ガソリンをパイプ７８を通して燃料噴射弁２０へ送り、燃料噴射弁２０から理論空燃比に相当する量の水素化ガソリンを噴射する。また、このステップ１５０では、燃料インジェクタ３０からの水素化ガソリンの噴射を停止することにより、脱水素触媒２８での脱水素反応を停止する。更に、ステップ１５０では、排気ガスがＮＯｘ触媒２６を通らずにバイパス通路７２を通るように、切替弁７４が切り替えられる。   If the stoichiometric air-fuel ratio operation by combustion of gasoline after separation is continued by the above processing, the gasoline after separation in the hydrogen separator 40 gradually decreases. If it is determined in step 146 that the amount of gasoline after separation is less than the predetermined amount, it can be determined that there is no room for further consumption of gasoline after separation. Therefore, in this case, the stoichiometric air-fuel ratio operation with hydrogenated gasoline is performed (step 150). Specifically, the switching valve 80 is switched, and hydrogenated gasoline in the fuel tank 32 is sent to the fuel injection valve 20 through the pipe 78, and an amount of hydrogenated gasoline corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio is injected from the fuel injection valve 20. . Further, in step 150, the dehydrogenation reaction in the dehydrogenation catalyst 28 is stopped by stopping the injection of hydrogenated gasoline from the fuel injector 30. Further, in step 150, the switching valve 74 is switched so that the exhaust gas does not pass through the NOx catalyst 26 but passes through the bypass passage 72.

なお、本実施形態では、前述した図２に示すルーチンに従ってＮＯｘ触媒２６の還元処理を行ってもよいが、水素噴射弁１８と並行して排気通路１４にも水素リッチガスを供給することにより、水素添加リーンバーン運転を行いながらＮＯｘ触媒２６の還元処理を行うようにしてもよい。   In the present embodiment, the reduction process of the NOx catalyst 26 may be performed according to the routine shown in FIG. 2 described above. However, by supplying the hydrogen rich gas to the exhaust passage 14 in parallel with the hydrogen injection valve 18, The reduction process of the NOx catalyst 26 may be performed while performing the additive lean burn operation.

また、上述した実施の形態３においては、パイプ８２が前記第５の発明における「水素添加手段が備える水素リッチガス通路」に、パイプ４８が第５の発明における「水素供給手段が備える水素リッチガス通路」に、それぞれ相当している。   In the third embodiment described above, the pipe 82 is the “hydrogen-rich gas passage provided in the hydrogen addition means” in the fifth invention, and the pipe 48 is the “hydrogen-rich gas passage provided in the hydrogen supply means” in the fifth invention. Respectively.

また、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１４２の条件成立時に上記ステップ１４８または１５０において燃料インジェクタ３０からの水素化ガソリンの噴射を停止させることにより前記第８の発明における「供給停止手段」が、上記ステップ１４８または１５０において切替弁７４の切り替えを行うことにより前記第８の発明における「排気通路切替手段」が、それぞれ実現されている。   In the third embodiment described above, the ECU 70 stops the injection of hydrogenated gasoline from the fuel injector 30 in step 148 or 150 when the condition of step 142 is satisfied. The “stop means” switches the switching valve 74 in step 148 or 150, so that the “exhaust passage switching means” in the eighth aspect of the invention is realized.

また、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ７０が、パイプ４４を通って送られた分離後ガソリン、またはパイプ７８を通って送られた水素化ガソリンを燃料噴射弁２０から噴射させることにより前記第９の発明における「燃料供給手段」が、上記ステップ１４８または１５０において分離後ガソリンまたは水素化ガソリンのみによる運転を行わせることにより前記第９の発明における「燃料供給切替手段」が、それぞれ実現されている。   In the third embodiment described above, the ECU 70 causes the fuel injection valve 20 to inject the separated gasoline sent through the pipe 44 or the hydrogenated gasoline sent through the pipe 78. The "fuel supply switching means" in the ninth invention is realized by causing the "fuel supply means" in the ninth invention to operate only with the gasoline or hydrogenated gasoline after separation in the step 148 or 150, respectively. Yes.

実施の形態４．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略または簡略する。 Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7. The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the description of similar matters will be omitted or simplified. To do.

［システム構成の説明］
図７は、本発明の実施の形態４のシステム構成を説明するための図である。なお、図７において、図１に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。 [Description of system configuration]
FIG. 7 is a diagram for explaining a system configuration according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 7, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.

図７に示すシステムでは、脱水素触媒２８で生成された水素リッチガスと分離後ガソリンとを分離せずに内燃機関１に供給し、燃焼させるようにした。本システムにおいて、吸気通路１２には、混合ガス噴射弁８８が設置されている。そして、脱水素触媒２８で生成された水素リッチガスと気体状の分離後ガソリンとは、混合ガスの状態で、パイプ８６を通り、ポンプ９４により加圧されてて、混合ガス噴射弁８８に供給される。パイプ８６の途中には、逆止弁９２が設置されている。   In the system shown in FIG. 7, the hydrogen-rich gas produced by the dehydrogenation catalyst 28 and the separated gasoline are supplied to the internal combustion engine 1 without being separated and burned. In this system, a mixed gas injection valve 88 is installed in the intake passage 12. The hydrogen-rich gas produced by the dehydrogenation catalyst 28 and the gaseous gasoline after separation pass through the pipe 86 in a mixed gas state, and are pressurized by the pump 94 and supplied to the mixed gas injection valve 88. The A check valve 92 is installed in the middle of the pipe 86.

また、本システムでは、パイプ８６に沿って、ヒーター９０が設けられている。ヒーター９０でパイプ８６内の混合ガスを分離後ガソリンの沸点以上の温度に加熱することにより、パイプ８６内で分離後ガソリンが液化するのを防止することができる。   In the present system, a heater 90 is provided along the pipe 86. By heating the mixed gas in the pipe 86 with the heater 90 to a temperature equal to or higher than the boiling point of gasoline after separation, the gasoline after separation in the pipe 86 can be prevented from being liquefied.

また、本システムでは、上流触媒２２とＮＯｘ触媒２６との間の排気通路１４と、脱水素触媒２８とを結ぶパイプ９６が設けられている。パイプ９６の途中には、ＥＣＵ７０の指令に基づいて開閉可能な制御弁９７が設置されている。また、パイプ９６に沿って、ヒーター９８が設けられている。ヒーター９８でパイプ９６内の混合ガスを分離後ガソリンの沸点以上の温度に加熱することにより、パイプ９６内で分離後ガソリンが液化するのを防止することができる。   Further, in this system, a pipe 96 that connects the exhaust passage 14 between the upstream catalyst 22 and the NOx catalyst 26 and the dehydrogenation catalyst 28 is provided. A control valve 97 that can be opened and closed based on a command from the ECU 70 is installed in the middle of the pipe 96. A heater 98 is provided along the pipe 96. By heating the mixed gas in the pipe 96 with the heater 98 to a temperature equal to or higher than the boiling point of gasoline after separation, the gasoline after separation in the pipe 96 can be prevented from being liquefied.

［実施の形態４の特徴］
本実施形態では、水素リッチガスと分離後ガソリンとの混合ガスを、混合ガス噴射弁８８から噴射することにより、水素添加リーンバーン運転を行うことができる。本実施形態によれば、水素分離器４０が不要であり、また、水素リッチガスおよび分離後ガソリンを吸気通路１２へ供給するラインも別々にせずに共用できるので、システム構成を極めて簡素化することができる。また、本実施形態によれば、分離後ガソリンが元々気化しているので、混合気中に分離後ガソリンが極めて均一に存在した状態で燃焼に付することができる。このため、本実施形態によれば、希薄な混合気をより安定的に燃焼させることができる。 [Features of Embodiment 4]
In the present embodiment, the hydrogen addition lean burn operation can be performed by injecting the mixed gas of the hydrogen rich gas and the separated gasoline from the mixed gas injection valve 88. According to the present embodiment, the hydrogen separator 40 is unnecessary, and the line for supplying the hydrogen-rich gas and the separated gasoline to the intake passage 12 can be shared without being separated, so that the system configuration can be greatly simplified. it can. Further, according to the present embodiment, since the gasoline after separation is originally vaporized, it can be subjected to combustion in a state where the gasoline after separation is present in the air-fuel mixture extremely uniformly. For this reason, according to this embodiment, a lean air-fuel mixture can be combusted more stably.

本実施形態では、水素リッチガスと分離後ガソリンとを混合状態のままで噴射するので、水素添加割合は、水素化ガソリンの組成によって所定の割合に決まってしまう。水素添加リーンバーン運転において必要とされる水素添加割合は、リーン燃焼の安定性等の要請によって変化するが、筒内乱れや点火強化等の他の燃焼向上システムと組み合わせることにより、必要な水素添加割合を減少させることも可能である。本実施形態では、そのような他の燃焼向上システムを必要に応じて組み合わせることにより、必要な水素添加割合を水素化ガソリンの組成から定まる所定割合以下とすることができる。   In the present embodiment, since the hydrogen-rich gas and the separated gasoline are injected in a mixed state, the hydrogen addition ratio is determined to be a predetermined ratio depending on the composition of the hydrogenated gasoline. Hydrogen addition ratio required in lean burn operation varies depending on demands such as lean combustion stability, but in combination with other combustion improvement systems such as in-cylinder turbulence and ignition enhancement, necessary hydrogen addition It is also possible to reduce the proportion. In the present embodiment, by combining such other combustion improvement systems as necessary, the necessary hydrogen addition ratio can be made equal to or less than a predetermined ratio determined from the composition of hydrogenated gasoline.

また、本実施形態では、ＮＯｘ触媒２６の還元処理を行う場合には、制御弁９７を開くことにより、水素リッチガスと分離後ガソリンとの混合ガスをＮＯｘ触媒２６の上流の排気ガスに添加することができる。すなわち、水素リッチガスと分離後ガソリンとを還元剤として、リッチスパイクを行うことが可能である。このため、炭化水素燃料のみが還元剤となってリッチスパイクが行われる場合と比べ、吸蔵されたＮＯｘを効果的かつ高効率に還元することができ、前記実施の形態１と同様の効果が得られる。   In the present embodiment, when the reduction process of the NOx catalyst 26 is performed, the mixed gas of the hydrogen rich gas and the separated gasoline is added to the exhaust gas upstream of the NOx catalyst 26 by opening the control valve 97. Can do. That is, it is possible to perform rich spike using hydrogen rich gas and separated gasoline as a reducing agent. For this reason, compared with the case where only the hydrocarbon fuel is used as the reducing agent and the rich spike is performed, the stored NOx can be effectively and highly efficiently reduced, and the same effect as in the first embodiment can be obtained. It is done.

なお、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ７０が、パイプ８６を通って送られた水素リッチガスおよび分離後ガソリンの混合ガスを混合ガス噴射弁８８から噴射させることにより前記第１０の発明における「混合ガス供給手段」が、ＮＯｘ触媒２６の還元処理を行う際に上記混合ガスをパイプ９６を通して排気通路１４に導入することにより前記第１０の発明における「混合ガス添加手段」が、それぞれ実現されている。   In the above-described fourth embodiment, the ECU 70 causes the mixed gas of the hydrogen-rich gas and the separated gasoline sent through the pipe 86 to be injected from the mixed gas injection valve 88. The “gas supply means” introduces the mixed gas into the exhaust passage 14 through the pipe 96 when the NOx catalyst 26 is reduced, thereby realizing the “mixed gas addition means” according to the tenth aspect of the present invention. .

以上説明した各実施の形態においては、上流触媒２２とＮＯｘ触媒２６との間の排気ガスに水素リッチガスまたは水素リッチガスを含む混合ガスを添加する構成について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものではない。例えば、本発明では、上流触媒２２の上流に水素リッチガスまたは水素リッチガスを含む混合ガスを添加する構成であっても良い。   In each of the embodiments described above, the configuration in which the hydrogen rich gas or the mixed gas containing the hydrogen rich gas is added to the exhaust gas between the upstream catalyst 22 and the NOx catalyst 26 has been described, but the present invention has such a configuration. It is not limited. For example, in the present invention, a configuration in which a hydrogen rich gas or a mixed gas containing a hydrogen rich gas is added upstream of the upstream catalyst 22 may be used.

また、本発明は、上流触媒２２がないシステムに適用することも可能である。この場合、前述した上流触媒２２およびＮＯｘ触媒２６の両方の機能を、ＮＯｘ触媒２６に持たせるようにすればよい。   The present invention can also be applied to a system without the upstream catalyst 22. In this case, the NOx catalyst 26 may have the functions of both the upstream catalyst 22 and the NOx catalyst 26 described above.

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the system configuration | structure of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the system configuration | structure of Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態３のシステム構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the system configuration | structure of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施の形態４のシステム構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the system configuration | structure of Embodiment 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１８ 水素噴射弁
２０ 燃料噴射弁
２２ 上流触媒
２４ 触媒装置
２６ ＮＯｘ触媒
２８ 脱水素触媒
３０ 燃料インジェクタ
３２ 燃料タンク
４０ 水素分離器
５８ 切替弁
６２ ウォータージャケット
６８ 温度センサ
７０ ＥＣＵ
７２ バイパス通路
７４ 切替弁
８４ 制御弁
８８ 混合ガス噴射弁
９０ ヒーター
９７ 制御弁
９８ ヒーター DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 12 Intake passage 14 Exhaust passage 18 Hydrogen injection valve 20 Fuel injection valve 22 Upstream catalyst 24 Catalytic device 26 NOx catalyst 28 Dehydrogenation catalyst 30 Fuel injector 32 Fuel tank 40 Hydrogen separator 58 Switching valve 62 Water jacket 68 Temperature sensor 70 ECU
72 Bypass passage 74 Switching valve 84 Control valve 88 Mixed gas injection valve 90 Heater 97 Control valve 98 Heater

Claims (10)

排気通路に設けられた吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、このＮＯｘ触媒と熱交換可能に設けられ、水素化燃料を脱水素反応させて水素リッチガスと脱水素燃料とを生成する脱水素触媒とを有する触媒装置と、
前記脱水素触媒に水素化燃料を供給する水素化燃料供給手段と、
前記水素リッチガスを吸気通路内または気筒内に供給する水素供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、前記水素リッチガスを前記ＮＯｘ触媒より上流の排気ガスに添加する水素添加手段と、
を備えることを特徴とする水素利用内燃機関。 An NOx storage reduction catalyst provided in the exhaust passage, and a dehydrogenation catalyst provided so as to be able to exchange heat with the NOx catalyst and dehydrogenating the hydrogenated fuel to generate a hydrogen rich gas and a dehydrogenated fuel. A catalytic device;
Hydrogenated fuel supply means for supplying hydrogenated fuel to the dehydrogenation catalyst;
Hydrogen supply means for supplying the hydrogen rich gas into the intake passage or the cylinder;
Hydrogen reduction means for adding the hydrogen-rich gas to exhaust gas upstream of the NOx catalyst when reducing NOx stored in the NOx catalyst;
An internal combustion engine using hydrogen. 前記脱水素燃料を吸気通路内または気筒内に供給する脱水素燃料供給手段と、
前記脱水素燃料および前記水素リッチガスの双方を用いて気筒内で希薄空燃比燃焼させる水素添加リーンバーン運転手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、前記脱水素燃料のみを気筒内で理論空燃比燃焼させる理論空燃比運転手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１記載の水素利用内燃機関。 Dehydrogenation fuel supply means for supplying the dehydrogenation fuel into the intake passage or the cylinder;
Hydrogen addition lean burn operation means for performing lean air-fuel ratio combustion in a cylinder using both the dehydrogenated fuel and the hydrogen rich gas;
Stoichiometric air-fuel ratio operation means for burning only the dehydrogenated fuel in the cylinder when reducing NOx stored in the NOx catalyst;
The hydrogen-utilizing internal combustion engine according to claim 1, further comprising: 前記ＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に設けられた排気浄化用の上流触媒を更に備え、
前記水素添加手段は、前記上流触媒と前記ＮＯｘ触媒との間の排気ガスに前記水素リッチガスを添加することを特徴とする請求項１または２記載の水素利用内燃機関。 An exhaust purification upstream catalyst provided in an exhaust passage upstream of the NOx catalyst;
The hydrogen-utilizing internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the hydrogen addition means adds the hydrogen rich gas to an exhaust gas between the upstream catalyst and the NOx catalyst. 前記水素添加手段が備える水素リッチガス通路は、前記水素供給手段が備える水素リッチガス通路から分岐して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の水素利用内燃機関。   4. The hydrogen-utilizing internal combustion engine according to claim 1, wherein the hydrogen-rich gas passage provided in the hydrogen addition unit is provided to be branched from the hydrogen-rich gas passage provided in the hydrogen supply unit. 5. 前記水素添加手段が備える水素リッチガス通路は、前記水素供給手段が備える水素リッチガス通路とは別個に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の水素利用内燃機関。   The hydrogen-utilizing internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrogen-rich gas passage provided in the hydrogen addition means is provided separately from the hydrogen-rich gas passage provided in the hydrogen supply means. 前記脱水素触媒が脱水素反応を継続するのに不適当な高温になるのを防止する温度上昇防止手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の水素利用内燃機関。   The hydrogen-utilized internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, further comprising a temperature rise prevention means for preventing the dehydrogenation catalyst from becoming an inappropriately high temperature for continuing the dehydrogenation reaction. organ. 前記温度上昇防止手段は、前記触媒装置の上流側の排気ガスを冷却する冷却手段を含むことを特徴とする請求項６記載の水素利用内燃機関。   The hydrogen-utilizing internal combustion engine according to claim 6, wherein the temperature rise prevention means includes a cooling means for cooling the exhaust gas upstream of the catalyst device. 前記ＮＯｘ触媒を迂回して排気ガスを通すバイパス通路と、
脱水素反応を継続することが不適当または不必要な所定の条件の成立時に、前記脱水素触媒への水素化燃料の供給を停止する供給停止手段と、
前記脱水素触媒への水素化燃料の供給が停止された場合に、排気ガスが前記ＮＯｘ触媒を通る状態から前記バイパス通路を通る状態へと切り替える排気通路切替手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の水素利用内燃機関。 A bypass passage that bypasses the NOx catalyst and passes exhaust gas;
Supply stopping means for stopping the supply of hydrogenated fuel to the dehydrogenation catalyst when a predetermined condition that is inappropriate or unnecessary to continue the dehydrogenation is satisfied;
An exhaust passage switching means for switching exhaust gas from passing through the NOx catalyst to passing through the bypass passage when supply of hydrogenated fuel to the dehydrogenation catalyst is stopped;
An internal combustion engine using hydrogen according to any one of claims 1 to 7, further comprising: 前記脱水素燃料または前記水素化燃料を吸気通路内または気筒内に供給する燃料供給手段と、
前記脱水素触媒への水素化燃料の供給が停止された場合に、吸気通路内または気筒内への前記水素リッチガスの供給を停止し、前記脱水素燃料または前記水素化燃料のみを吸気通路内または気筒内に供給する燃料供給切替手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項８記載の水素利用内燃機関。 Fuel supply means for supplying the dehydrogenated fuel or the hydrogenated fuel into an intake passage or a cylinder;
When the supply of hydrogenated fuel to the dehydrogenation catalyst is stopped, the supply of the hydrogen rich gas into the intake passage or the cylinder is stopped, and only the dehydrogenated fuel or the hydrogenated fuel is supplied into the intake passage or Fuel supply switching means to be supplied into the cylinder;
The hydrogen-based internal combustion engine according to claim 8, further comprising: 排気通路に設けられた吸蔵還元型のＮＯｘ触媒と、このＮＯｘ触媒と熱交換可能に設けられ、水素化燃料を脱水素反応させて水素リッチガスと脱水素燃料とを生成する脱水素触媒とを有する触媒装置と、
前記脱水素触媒に水素化燃料を供給する水素化燃料供給手段と、
前記水素リッチガスと気体状態の前記脱水素燃料との混合ガスを吸気通路内または気筒内に供給する混合ガス供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する際に、前記混合ガスを前記ＮＯｘ触媒より上流の排気ガスに添加する混合ガス添加手段と、
前記混合ガス中の前記脱水素燃料が気体状態を保つように前記混合ガスを加熱するヒーターと、
を備えることを特徴とする水素利用内燃機関。 An NOx storage reduction catalyst provided in the exhaust passage, and a dehydrogenation catalyst provided so as to be able to exchange heat with the NOx catalyst and dehydrogenating the hydrogenated fuel to generate a hydrogen rich gas and a dehydrogenated fuel. A catalytic device;
Hydrogenated fuel supply means for supplying hydrogenated fuel to the dehydrogenation catalyst;
A mixed gas supply means for supplying a mixed gas of the hydrogen-rich gas and the dehydrogenated fuel in a gaseous state into an intake passage or a cylinder;
A mixed gas adding means for adding the mixed gas to exhaust gas upstream of the NOx catalyst when reducing NOx stored in the NOx catalyst;
A heater for heating the mixed gas so that the dehydrogenated fuel in the mixed gas maintains a gaseous state;
An internal combustion engine using hydrogen.
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