使用氢的内燃机的制作方法

专利名称：使用氢的内燃机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用氢的内燃机，该内燃机能够使用碳氢燃料和氢气 作为燃料。
背景技术：
已知除碳氩基/烃基燃料如汽油之外还使用氢气作为燃料的内燃机(使 用氢的内燃机)。氢气比碳氢燃料具有更高的可燃性。这样，向碳氢燃料 中添加氢气使得发动机在低负荷下能在扩大的稀燃区域内运转，从而提供显著的效果，例如，提高燃料经济性和减少NOx的排放量。另一方面，当 发动机在高负荷下运转时，向碳氢燃料中添加氢气能够抑制爆燃并提高发 动机动力输出，以保持车辆的加速性能。在日本专利特开2003-293809中记载了这种使用氢的内燃机的一个示 例。在该文献中所记载的使用氢的发动机包括喷射液体碳氢燃料的喷射器 和经由供氢通路(管路)连接到该喷射器的氢(燃料)箱，并且布置成使 得碳氢燃料和氢气能在单次喷射动作中从喷射器同时喷出。在上述使用氢的内燃机中，分开设置有两条燃料供给通路，即分别向 喷射器供给氢气和碳氢燃料的氢气供给通路和碳氢燃料供给通路。与只使 用碳氢燃料的内燃机相比，这种布置使得发动机系统十分复杂，由于部件 数量增加而降低了系统在车辆上的安装效率，并且增加了制造成本。上述已知的使用氢的发动机使用氢箱作为用于容納氢气的装置。但是， 应当注意，与液体燃料如汽油相比，作为气体燃料的氢气在安置于车辆上 时安置或贮存效率低。近年来，已提出从车辆上的液体氢化物产生氢气， 从而氢能够以安置效率高的液态(液体氢化物的形式)贮存。作为从液体氢化物产生氢气的方法，已提出有各种方法，例如包括电解、使用低温等离子体分解液体氢化物(如JP-A-2001-335302中所迷)以 及4吏用高活性态的金属还原液体氢化物(如JP-A-2004-123517和 JP曙A-2003-212501中所述)。在上述任一种方法中都需要大量电能来从液体氢化物产生氢气。用于 产生氢气的电能易于从车载(或安装在车辆上的)电池供给。但是，发动 机需要驱动交流发电机来给电池充以电能，因而在这种情况下，由发动机 消耗的燃料量增加。这样，确保用于产生氢气的电能十分重要，以便在获 得从向液体燃料添加氢的有利效果的同时实现高的能量效率。在上述任一种产生氢气的方法中，所产生的氢气到达喷射器需要一些 时间。如果氢气在发动机起动后要立即从喷射器喷出，则需要贮存可在发 动机起动后立即使用的氢气量。尽管可使用氢箱作为贮存氢气的装置，但 考虑到在车辆上安装氢箱的效率或便易性，将氢气贮存在氢箱中并非好的 选择。发明内容本发明提供一种使用氢的内燃机，该内燃机除了碳氢燃料之外还使用 氢气作为燃料，而不会使发动机系统复杂化。本发明也提供这样一种使用 氢的内燃机，该内燃机通过利用车辆的减速能量(即，在车辆减速过程中 产生的能量)来产生要混入碳氢燃料中的氢气，由此实现高的能量效率。 本发明还提供这样一种使用氢的内燃机，其中碳氢燃料与氢气混合并在发 动机起动后立即被喷射，而无需单独的用于贮存氢气的箱。根据本发明的第一方面，使用氢的内燃机包括喷射碳氢燃料的燃料喷 射装置和用于向所述燃料喷射装置供给混有氢的燃料的燃料供给装置，氢 气以液体^^氢燃料中的^f敫细气泡的形式包含在所述混有氢的燃料中。在本发明的第一方面中，氢气以被用作发动机燃料的液体碳氢燃料中 的微细气泡的形式存在于混有氢的燃料中。这样，发动机除了碳氢燃料之 外还可使用氢气作为燃料，而不会使发动机系统复杂化，或者不需要如在氢气和碳氢燃料经由分离的燃料供给通路被供给到燃料喷射装置的情况下 所使用的复杂系统。在本发明的第 一方面的 一个实施例中，所述燃料供给装置包括燃料箱 和混合装置，在所述燃料箱中贮存有所述混有氢的燃料，所述混合装置用 于将从所述燃料箱中的所述混有氢的燃料中逸出的氢气形成为微细气泡并 将所述燃料气体的所述微细气泡混回到所述混有氢的燃料中。根据上述实施例，氢气以微细气泡的形式被包含以及由此混入在碳氢 燃料中，这使得不必提供用于与碳氢燃料分开地容纳氢气的装置，并简化了发动机系统。即使氢气由于长时间存留而从》v谅氢的燃料中逸出，逸出 的氩气也能以微细气泡的形式混回到燃料中，从而确保在向发动机供给的 混有氢的燃料中氢的稳定浓度。在本发明的上述实施例中，所述混合装置可在所述混有氢的燃料向所 述燃料喷射装置供给期间在使所述燃料箱与所述燃料喷射装置相连的燃料 供给通路中将所述逸出的燃料气体混回到所述混有氢的燃料中。通过这种 布置，即使燃料箱内的混有氢的燃料中的氢浓度由于氢气从燃料逸出而减 小，也能从燃料喷射装置喷射具有特定氢浓度的混有氢的燃料。在本发明的上述实施例中，所述混合装置可将所述逸出的燃料气体混 回到在供从所述燃料箱输送的所述混有氢的燃料返回所述燃料箱的燃料循 环通路中循环的所述混有氢的燃料中。通过这种布置，混有氢的燃料能长 时间地稳定贮存在燃料箱中，并且能从燃料箱向燃料喷射装置供给具有恒 定不变的氢浓度的混有氢的燃料。在本发明的第一方面的另一实施例中，所述燃料供给装置包括燃料 箱、氢产生装置和混合装置，在所述燃料箱中贮存有所述液体碳氢燃料， 所述氢产生装置用于从所述燃料箱中的所述碳氢燃料产生氢气，所述混合 装置用于将从所述碳氢燃料产生的所述氢气形成为微细气泡并将所述氢气 的所述微细气泡混入所述碳氢燃料中。根据上述实施例，从碳氢燃料产生要混入碳氢燃料中的氢气。这样， 发动机不需要用于与碳氢燃料分开地容纳氢气的贮存装置，由此在构造上可更加简化。在上述实施例中，所述混合装置可在所述燃料向所述燃料喷射装置供 给期间在使所述燃料箱与所述燃料喷射装置相连的燃料供给通路中将从所 述碳氢燃料产生的所述氢气混入所述碳氢燃料中。由于氢气在向燃料喷射 装置供给燃料的同时被混入碳氢燃料中，所以能将氢气从燃料的逸出减到 最少，并且能从燃料喷射装置喷射具有稳定氢浓度的混有氢的燃料。在上述实施例中，所述混合装置可将从所述碳氢燃料产生的所述氢气 混入在供从所述燃料箱输送的所述碳氢燃料返回所述燃料箱的燃料循环通 路中循环的所述碳氢燃料中。在这种情况下，碳氢燃料被重整成混有氢的 燃料，该混有氢的燃料随后返回燃料箱。这样，贮存在燃料箱内的碳氢燃 料中的氢浓度可预先增大。在本发明的第一方面的又一实施例中，设置有用于回收车辆的减速能 量以提供电能的再生装置，并且所述氢产生装置通过利用由所述再生装置 回收的所述减速能量来从所述碳氢燃料产生氢气。通过回收车辆的减速能 量(即，在车辆减速过程中产生的能量)作为电能并有效地利用所回收的 减速能量来产生氢气，本实施例的发动机可实现高的能量效率。在本发明的第 一方面的另 一 实施例中，所述燃料供给装置包括贮存装 置、氢产生装置和氢混合装置，所述贮存装置用于容纳液体氢化物，所述 氬产生装置用于从贮存在所述贮存装置中的所述液体氢化物产生氢气，所 述氢混合装置用于将由所述氢产生装置产生的所述氢气溶解到供给至所述 燃料喷射装置的混合燃料中。此外，设置有判断装置，以用于判定是否有 必要向所述内燃机供给氢气，并且设置有控制装置，以用于在所述判断装 置判定为有必要向所述内燃机供给氢气时致动所述氢产生装置和所述氢混 合装置。根据上述实施例，氢以液体氢化物的形式贮存，并且当需要供给氢气 时从液体氢化物产生氢气。这种布置使得无需贮存气态氢，在气态下氢难 于处理并且安置效率低。由于所产生的氢气被混入液体燃料中并且供给至 燃料喷射装置，因此仅在有限范围内处理气态氢(即，从氢气产生到溶解在液体燃料中)，并且氢能以液体形式即作为液体燃料的一部分被喷射。 这样，本实施例的发动机不需要如在气态氢和液体燃料经由分离的燃料供 给通路被供给到燃料喷射装置的情况下所使用的复杂系统，并且除液体燃 料之外还可使用气态氢作为燃料，而不会使系统复杂化。在上述实施例中，所述氢混合装置可包括用于产生所述氢气的孩支细气 泡的装置，并将所述氢气的所述微细气泡溶解到所述液体燃料中。由于氢 气被形成为其后溶解在液体燃料中的微细气泡，所以氢气能均勻地溶解在 液体燃料中，并且可促进氢气在液体燃料中的溶解。这样，在氢气溶解到 液体燃料中和喷射燃料之间的时间段内氢气不易于从液体燃料逸出。这使 得无需采取措施来阻抑氢气的逸出，从而简化了发动机系统的构造。在上述实施例中，可设置氢量确定装置，以用于在所述判断装置判定 为有必要向所述内燃机供给所述氢气时确定需要混入所述液体燃料中的氢 的量，并且所述控制装置可根据由所述氢量确定装置所确定的氢的需求量 来使所述氢产生装置产生氢气。通过这种布置，当需要供给氢气时便产生 需求量的氢气。这样，溶解到液体燃料中的氢气的量既不大于也不小于所 述需求量，因此不需要緩冲箱来容纳所产生的氢气量和被供给的氢气量之 间的差量，这简化了发动机系统的构造。在上述实施例中，所述氢量确定装置可基于所述内燃机的运转状况来 确定要被溶解的氢的所述需求量。在这种情况下，氢能以与发动机的运转 状况相配/相称的量溶解到液体燃料中。在上述实施例中，所述氢量确定装置可基于所述液体碳氢燃料的特性 来确定要被溶解的氢的所述需求量。在这种情况下，氢能以与液体碳氢燃 料的特性相配的比例混入到液体燃料中。在上述实施例中，所述氢量确定装置可基于所述内燃机的大气状况来 确定要被溶解的氢的所述需求量。在这种情况下，氢能以与发动机的大气 状况相配的比例溶解到液体燃料中。在上述实施例中，所述氢量确定装置可基于配置在所述内燃机的排气 通路中的催化剂的状况来确定要被溶解的氢的所述需求量。在这种情况下，氢能以与催化剂的状况相配的比例溶解到液体燃料中。根据本发明的第二方面，提供了一种混合动力车辆的控制系统，所述 混合动力车辆包括如上所述的使用氢的内燃机，以及电动机，所述混合动 力车辆至少使用所述电动机来驱动所述车辆。在该控制系统中，当所述判断装置判定为有必要向所述内燃机供给氢气时，所述电动机在所述内燃机 内燃烧停止的同时迫使所述内燃机转动，并且所述氢产生装置和所述氢混 合装置工作，使得混有氢气的液体燃料从所述燃料喷射装置被喷射。根据本发明的第二方面，当判定为有必要供给氢气以对催化剂进行还 原或加热时，可使用由所述电动机强制旋转的发动机的泵送作用向排气通 路供给混有氢气的液体燃料，以便有效地进行催化剂的还原过程或加热过 程。并且，由于即使在发动机内燃烧停止时车辆也能够以电动机的驱动力 行驶，所以在需要时能进行催化剂的还原过程或加热过程。在本发明的第 一方面的另 一 实施例中，所述燃料供给装置包括燃料 箱、氢产生装置和氢混合装置，在所述燃料箱中贮存有所述液体燃料，所 述氢产生装置用于使用电能从液体氢化物产生氢气，所述氢混合装置用于 将由所述氢产生装置产生的所述氢气溶解到从所述燃料箱供给到所述燃料 喷射装置的所述液体燃料中。此外，设置有循环装置，以用于使所述液体 燃料经所述燃料箱和所述氢混合装置循环，并且设置有再生装置，以用于 回收车辆的减速能量来提供电能。设置有控制装置，以用于在所述再生装 置回收所述减速能量并且所述燃料喷射装置停止燃料喷射时，通过利用由 所述再生装置回收的所述减速能量来致动所述氢产生装置以产生氢气，并 致动所述氢混合装置以将所产生的氢气溶解到所述液体燃料中，同时使所 述循环装置让所述液体燃料循环。根据本发明的上述实施例，车辆的减速能量(即，车辆减速过程中产 生的能量)被回收为电能，并且所回收的减速能量被有效地用来产生氢气， 从而确保了高的能量效率。通过将所产生的氢气溶解到液体燃料中，能从 恢复燃料喷射一开始就向燃料喷射装置供给混有氢气的液体燃料。此外， 氢气溶解在经燃料箱和氢混合装置循环的液体燃料中，从而能在液体燃料中贮存大量的氢气。在上述实施例中，所述氢混合装置可包括用于产生所述氢气的^:细气 泡的装置和用于将所述氢气的所述微细气泡溶解到所述液体燃料中的装 置。由于氢气被形成为其后溶解在液体燃料中的微细气泡，所以能促进氢 气向液体燃料中的溶解，并且能在液体燃料中贮存较大量的氢气。随着能 溶解在液体燃料中的氢气的量增加，所产生的氢气的量也能增加，并且能 用于产生氢气的减速能量的量增加，从而确保了更高的能量效率。在上述实施例中，所述内燃机还可包括点燃燃烧室中的空气-燃料混合 物的点火装置。在所述再生装置回收所述减速能量并且所述燃料喷射装置 停止喷射燃料的情况下当满足用于设置在所述内燃机的排气通路中的催化 剂的还原过程的条件时，上述控制装置可禁止所述点火装置点燃所述空气-燃料混合物并可使所述燃料喷射装置喷射所述混有氢气的液体燃料。这样， 包含大量具有高还原能力的氢气的液体燃料能原样供给至所述催化剂而不 在燃烧室中燃烧，从而使得催化剂的还原过程能有效地进行。在上述实施例中，所述燃料喷射装置可设置成将所述液体燃料直接喷 入燃烧室中。在所述再生装置回收所述减速能量并且所述燃料喷射装置停 止喷射燃料的情况下当满足用于设置在所述排气通路中的催化剂的还原过 程的条件时，上述控制装置可使所述燃料喷射装置在这样的正时喷射所述 液体燃料，在所述正时所喷射的燃料不在所述燃烧室中燃烧。这样，包含 大量具有高还原能力的氢气的液体燃料能原样供给至所述催化剂而不在燃 烧室中燃烧，从而使得催化剂的还原过程能有效地进行。在本发明的第一方面的又一实施例中，所述燃料供给装置包括燃料 箱、氬产生装置和氢混合装置，在所述燃料箱中贮存有所述液体燃料，所 述氢产生装置用于从液体氢化物产生氢气，所述氢混合装置用于将由所述 氢产生装置产生的所述氢气溶解到从所述燃料箱供给到所述燃料喷射装置 的所述液体燃料中。此外，设置有循环装置，以用于使所述液体燃料经所 述燃料箱和所述氢混合装置循环，并且设置有控制装置，以用于在所述内燃机起动或预测所述内燃机要起动时，在所述燃料喷射装置开始燃料喷射之前，致动所述氢产生装置以产生氢气，并致动所述氢混合装置以将所产 生的氢气溶解到所述液体燃料中，同时使所述循环装置让所述液体燃料循 环。根据上述实施例，在燃料喷射之前从液体氢化物产生氢气，并且所产 生的氢气溶解到循环的液体燃料中，从而能从燃料喷射一开始就向燃料喷 射装置供给混有氢气的液体燃料。此外，在检测到发动机起动的操作或预 测发动机要起动之后产生氢气，并且由此产生的氢气贮存在循环的液体燃 料中，这使得无需提供用于容纳气态氢气的箱。在上述实施例中，所述氢混合装置可包括用于产生所述氢气的^:细气 泡的装置和用于将所述氢气的所述微细气泡溶解到所述液体燃料中的装 置。由于氢气被形成为其后溶解在液体燃料中的微细气泡，所以能促进氢 气向液体燃料中的溶解，并且能供给所含氢气的比例高的液体燃料。


从下面参照附图对示例性实施例的说明可更清楚地看到本发明的上述 和/或其它目的、特征和优点，在附图中类似的附图标记用于表示类似的元 件，其中图1是示出根据本发明的第 一实施例构造的使用氢的内燃机的系统的 视图；图2是示出在本发明第一实施例中执行的与氢气混合过程相关的系统 控制程序的流程图；图3是示出根据本发明的第二实施例构造的使用氢的内燃机的系统的 视图；图4是示出在本发明第二实施例中执行的与氢气产生和混合过程相关 的系统控制程序的流程图；图5是示出根据本发明的第三实施例构造的使用氢的内燃机的系统的 视图；图6是示出在本发明第三实施例中执行的与氢气产生和混合过程相关的系统控制程序的流程图；图7是示出根据本发明的第四实施例构造的使用氢的内燃机的系统的 视图；图8是示出在本发明第四实施例中执行的氢添加控制程序的第一示例 的流程图；图9是示出在本发明第四实施例中执行的氢添加控制程序的第二示例 的流程图；图10是示出在本发明第四实施例中执行的氢添加控制程序的第三示 例的流程图；图11是示出在本发明第四实施例中执行的氢添加控制程序的第四示 例的流程图；图12是示出在本发明第四实施例中执行的氢添加控制程序的第五示 例的流程图；图13是示出作为本发明第五实施例的采用使用氢的内燃机的混合动 力车辆的驱动系统的视图；图14A和图14B是在本发明第五实施例中执行的氢添加控制程序的流 程图；图15是示出根据本发明的第六实施例构造的使用氢的内燃机的系统 的视图；图16A和图16B是示出在本发明第六实施例中执行的氢添加控制程序 的第一示例的流程图；图17是示出在本发明第六实施例中执行的氢添加控制程序的第二示 例的流程图；图18是示出根据本发明的第七实施例构造的使用氢的内燃机的系统 的视图；图19A和图19B是示出在本发明第七实施例中执行的氢添加控制程序 的流程图；图20是示出作为本发明第八实施例的采用使用氢的内燃机的混合动力车辆的驱动系统的视图；以及图21A和图21B是在本发明第八实施例中执行的氢添加控制程序的流 程图。
具体实施方式
第一实施例参照图1和图2，对本发明的第一示例性实施例进行详细说明。 图1示意性地示出根据本发明的第一实施例构造的使用氢的内燃机2 (下文中简称为"发动机")的系统。本实施例的发动机2包括多个气缸 (在图1中仅示出其中一个气缸)。发动机2的每个气缸都具有活塞8, 并且在各个气缸内形成有燃烧室10，燃烧室10的容积根据活塞8的竖直 运动而反复增大和减小。在发动机2上连接有进气通路4和排气通路6, 空气经进气通路4供给至各个气缸的燃烧室10，燃烧气体(或排气)经排 气通路6从燃烧室IO排出。在发动机2中，在进气通路4和燃烧室10之 间的连接处设置有进气门12以用于控制其间的流体连通，在排气通路6 和燃烧室IO之间的连接处设置有排气门14以用于控制其间的流体连通。 在燃烧室10的壁上附装有用于将燃料直接喷入燃烧室10的气缸内喷射器 18和用于点燃燃烧室10内的空气-燃料混合物的火花塞16。气缸内喷射器18经由燃料供给通路34连接到燃料箱30。贮存在燃料 箱30中的混有氢的燃料包含溶解在液体碳氢燃料(液体燃料)如汽油中的 微细气泡形式的氬气。此处提及的微细气泡具有数十孩i米或更小的直径。 与通常尺寸的气泡相比，氢气的具有如此缩小尺寸的气泡能均匀地大量存 在于碳氢燃料中，并且混有所述微细气泡的混有氢的燃料基本上可看作是 液体。特别地，直径为lnm或更小的超细气泡(或纳米气泡)能长时间稳 定地存在于液体中，并且氢气优选地以纳米气泡的形式包含在混有氢的燃 料中。在本实施例中，已形成为纳米级的微细气泡(即，纳米气泡)的氢 气包含在混有氢的燃料中。但是，微细气泡不必一定是纳米气泡，而是可 具有比纳米气泡大的尺寸，只要在发动机运转不出问题的时间段内氢气能以微细气泡的形式存在于液体燃料中而不从燃料逸出即可。在第一实施例中，假设混有氢的燃料是在车辆外部预先产生的，并且通过加燃料系统供给至燃料箱30。产生混有氢的燃料的方法即在液体燃料 中形成氢气的微细气泡的方法不限于任意特定的方法。例如，可采用以下 任一种方法。在形成^L细气泡的第一示例中，产生液体燃料的强烈流，并将氢气吹 入液体燃料中，从而在液体燃料的强烈流中产生的剪切力使氢气被压碎成 微细气泡。在形成微细气泡的第二示例中，对氢气施加压力，使得较大量的氢气 溶解到液体燃料中。在这种状态下，例如通过增大液体燃料的流速来形成 孔穴。在形成微细气泡的第三示例中，对液体燃料施用超声波以便振荡和分 裂包含在液体燃料中的氢气气泡。第三示例易于用来将氢气形成为纳米级 的微细气泡(或纳米气泡)。在对氩气的微细气泡施用超声波以快速减小 气泡尺寸的情况下，由于气泡表面上的电荷密度增大，会产生静电排斥。 由于静电排斥，微细气泡的尺寸停止减小，并且氢气以微细气泡的形式存 留而不扩散到液体燃料中。优选地，在液体燃料中存在离子以在长时间内保持氩气为微细气泡形 式，特别是纳米气泡形式。如果在液体燃料中存在离子，则吸附在氢气微 细气泡和液体之间界面上的离子和包含在液体燃料中并在静电吸引力下被 吸引到所述界面附近的极性相反的离子在非常小的体积内集中至高密度。 在存在这些离子的情况下，包含在微细气泡中的氢气被阻止扩散到液体燃 料中，由此能稳定地保持为微细气泡的形式。使液体燃料中存在离子的方 法不限于任意特定的方法。例如，可向经转换/重整后导电性增大的液体燃 料中添加用作电解质的有机盐。燃料箱30中的混有氢的燃料由燃料泵32向上抽入燃料供给通路34 中，并在被压缩至高于燃烧室10中的燃烧气体压力的特定压力水平后供给 到气缸内喷射器18。燃料泵32可以是由发动机2驱动的机械泵，或由电动^L驱动的电动泵。在燃料箱30上附装有压力传感器46，其传递表示燃 料箱30内的压力的信号。在燃料供给通路34的中部配置有通路选择阀38。通路选择阀38是具 有两个出口和一个入口的三通阀。返回通路36连接到所述出口之一，并且 在另一端连接到燃料箱30。通路选择岡38的另一个出口经由燃料供给通 路34连接到气缸内喷射器18。当通路选择阀38被置于使连接到返回通路 36的出口打开的位置时，从燃料箱30输送的混有氢的燃料经由返回通路 36返回燃料箱30。在以下说明中，通过将通路选择阀38置于用于通向气 缸内喷射器18的出口的位置而形成的燃料通路将被称作"正常供给通路"， 而通过将阀38置于用于通向燃料箱30的出口的位置而形成的燃料通路将 被称作"循环通路"。在燃料泵32和通路选择阀38之间在燃料供给通路34中配置有微细气 泡产生装置40。微细气泡产生装置40适于形成氢气的微细气泡并将气泡 混入流过燃料供给通路34的液体中。-微细气泡产生装置40可通过使用超 声波来振荡和分裂氢气气泡而产生微细气泡。但是，由微细气泡产生装置 40用来形成微细气泡的方法不限于该方法，而是可选自其它方法，只要装 置40能够产生与最初包含在混有氢的燃料中的微细气泡具有大致相同尺 寸的微细气泡即可。第一实施例的安装有微细气泡产生装置40的发动机系统能够在车辆 上产生混有氢的燃料。但是，在本实施例中，安装微细气泡产生装置40 并非用于新产生混有氢的燃料，而是用于将从燃料箱30中的混有氢的燃料离开的氢气溶解回到混有氢的燃料中。就此而论，包含在混有氢的燃料中的氩气无法以微细气泡的形式永久 存留，而是随着时间的推移会从混有氢的燃料中逸出。结果，混有氢的燃 料中的氢浓度随时间逐渐降低，这使得发动机难以或不可能提供通过使用 混有氢的燃料而实现的期望性能。这样，本实施例的发动机系统设置成回 收从混有氢的燃料中逸出并存留在燃料箱30中的氢气，并使用微细气泡产 生装置40将回收的氢气混回到混有氢的燃料中。为了使发动机系统能够以上述方式运转，在燃料箱30的上部连接气体 回收通路44以回收燃料箱30中的氢气并将氢气供给至微细气泡产生装置 40。在气体回收通路44中设置有切换岡42，用于只在需要时使燃料箱30 与微细气泡产生装置40连通。当切换阀42打开时，已从混有氢的燃料逸 出的氢气与积聚在燃料箱30中的燃料蒸气一起被供给至微细气泡产生装 置40。然后，微细气泡产生装置40将氢气形成为微细气泡，并将氢气泡 溶解回到流过燃料供给通路34的混有氢的燃料中。孩吏细气泡产生装置40和切换阀42由发动机系统的ECU(电子控制单 元)50控制。除孩支细气泡产生装置40和切换阀42之外，火花塞16、气缸 内喷射器18、燃料泵32、通路选择阀38和各种其它装置或部件也连接到 ECU 50的输出部。在ECU 50的输入部上连接有各种传感器，包括上述的 压力传感器46、用于获取关于发动机2的运转状况的信息(例如包括加速 踏板位置、车速、发动机转速、空燃比、水温和爆燃信号)的运转状况测 量装置52和用于获取关于大气或环境状况的信息(例如包括环境温度、湿 度和大气压力)的大气状况测量装置54。 ECU 50基于从上述和其它传感 器接收到的信号根据特定的控制程序控制上述和其它装置。在如上所述构造的发动机系统中，发动机使用混有氢的燃料作为燃料， 氩气以液体碳氢燃料中的微细气泡的形式包含在所述混有氢的燃料中。这 样，发动机不需要在氢气和碳氢燃料经分离的燃料供给系统供给到燃料喷 射器的情况下所4吏用的复杂系统。另外，由于氢气以微细气泡的形式包含 和贮存在碳氢燃料中，所以无需提供与容纳碳氢燃料的燃料箱分开地容纳 氢气的装置，也无需提供在车辆上产生氢的装置。在如上所述构造的发动机系统中，即使氢气在长时间存留后从混有氢 的燃料中逸出，逸出的氢气也能被回收并混回到混有氢的燃料中。在这种 情况下，如果通路选择阀38被置于用于选择正常供给通路作为燃料通路的 位置，则氢气能4皮混回到正通往气缸内喷射器18的混有氢的燃料中。另一 方面，如果通路选择阀38被置于用于选择循环通路作为燃料通路的位置， 则氢气能在燃料经燃料箱30和微细气泡产生装置40循环的同时被混回到混有氢的燃料中。通过在选择正常供给通路时执行上述混合过程，即使燃料箱30内的混 有氢的燃料中的氢浓度由于氢从燃料逸出而降低，也能从气缸内喷射器18 喷射具有特定氢浓度的混有氢的燃料。通过在选择循环通路时执行混合过 程，燃料箱30内的混有氢的燃料中的氢浓度能保持在稳定水平。在任一种 情况下，通过氢混合过程，发动机系统的上述布置都使得气缸内喷射器18 能够喷射具有恒定不变的氢浓度的混有氢的燃料。ECU 50执行上述溶解氢气的过程作为其系统控制的一部分。图2的 流程图示出在第一实施例中由ECU 50执行的与氢气混合过程相关的系统 控制程序。在图2的程序的初始步骤S100中，判定是否满足执行氢气混合过程的 条件。当氢气从混有氢的燃料中的逸出已达到特定程度或水平并且基于由 压力传感器46测得的箱压力判定为满足执行条件时，将氢气溶解回到燃料 中。与氢气逸出程度具有特定关系的箱压力随着燃料箱30中以气态存在的 氢气的量的增加而增大。如果箱压力超过阈值水平，则ECU 50判定为氢 气的逸出已达到特定程度，并判定为满足执行混合过程的条件。如果在步 骤S100中获得肯定判断(是)，则氢气通过步骤S102至步骤S110的操 作被溶解回到混有氢的燃料中。在步骤S102中，判定是否正在进行燃料切断控制，即发动机当前是否 在燃料切断控制下运转。如果并非正在进行燃料切断控制，则通it^气缸 内喷射器18的燃料喷射消耗混有氢的燃料。通过向气缸内喷射器18连续 供给混有氢的燃料，能从燃料箱30向^t细气泡产生装置40供给混有氢的 燃料。另一方面，如果正在进行燃料切断控制，则无法向气缸内喷射器18 供给混有氢的燃料，因为没有燃料通过燃料喷射被消耗。因此，当正在进行燃料切断控制时，选择步骤S104作为下一个工步。 在步骤S104中，通路选择阀38被置于用于选择循环通路作为燃料通路的 位置，从而混有氢的燃料在燃料箱30和微细气泡产生装置40之间循环。另一方面，当并非正在进行燃料切断控制时，选择步骤S106作为下一个工步。在步骤S106中，通路选择阀38被置于用于选择正常供给通路作 为燃料通路的位置，从而混有氢的燃料被供给至气缸内喷射器18。在选定燃料通路后，在步骤S108中打开切换阀42。在切换阀42打开 的情况下，燃料箱30与微细气泡产生装置40连通。在这种情况下，积聚 在燃料箱30中的氢气与气化的碳氢燃料一起被微细气泡产生装置40回收。在下一个步骤S110中，微细气泡产生装置40工作以将回收的气态燃 料(即氢气和气化碳氢燃料的混合物)形成为微细气泡，并将气态燃料的 微细气泡混回到混有氢的燃料中。这样，可防止混有氢的燃料中的氢浓度 由于氢气从燃料的离开而降低，并且能从气缸内喷射器18喷射具有恒定不 变的氢浓度的混有氢的燃料。如果在步骤S100中不满足执行氢气混合过程的条件，则切换阀42关 闭，并且在步骤S112中燃料箱30与微细气泡产生装置40之间的流体连通 断开。然后执行步骤S114以停止由微细气泡产生装置40进行的形成微细 气泡的过程。第二实施例参照图3和图4，对本发明的第二示例性实施例进行详细说明。图3示意性地示出根据本发明的第二实施例构造的使用氢的内燃机 (下文中简称为"发动机")的系统。本实施例的发动机具有发动机2。 发动机2的构造与第一实施例中的基^f目同，因而在此不加以说明。在图 3中，与图1中所用的相同的附图标记用于标识与第一实施例的发动机中 相同的元件或部件。在第二实施例中，在燃料箱30中贮存有液体碳氢燃料，例如汽油。燃 料供给通路34连接燃料箱30与气缸内喷射器18。燃料箱30中的碳氢燃 料由配置在燃料供给通路34中的燃料泵32向上抽吸，并在被压缩至高于 燃烧室10中的燃烧气体压力的特定压力水平后供给到气缸内喷射器18。通路选择阀38配置在燃料供给通路34的中部。返回通路36在一端连 接到通路选择阀38的两个出口之一，并且在另一端连接到燃料箱30。通 路选择阀38的另一个出口经由燃料供给通路34连接到气缸内喷射器18。当通路选择阀38被置于使通向气缸内喷射器18的出口打开的位置时，形 成从燃料箱30延伸到气缸内喷射器18的正常供给通路作为燃料通路。当 通路选择阀38被置于使连接到返回通路36的出口打开的位置时，形成供 燃料经燃料箱30循环的循环通路作为燃料通路。用于将氢气混入碳氢燃料中的微细气泡产生装置40在燃料泵32和通 路选择阀38之间配置在燃料供给通路34中。微细气泡产生装置40适于将 氢气形成为直径为数十^L米或更小的^t细气泡，并将所述^L细气泡混入燃 料供给通路34内的碳氢燃料中。通过使微细气泡产生装置40工作而将氢 气以微细气泡的形式混入碳氢燃料中，氢气能大量地均勻包含在碳氢燃料 中。这使得气缸内喷射器18能喷射基本为液体的混有氢的燃料，氢气以液 体碳氢燃料中的微细气泡的形式包含在所述混有氢的燃料中。由微细气泡 产生装置40形成孩i细气泡的方法不限于任意特定的方法，而是可釆用在第 一实施例中例示出的任意方法(第一至第三种方法)。尽管由微细气泡产 生装置40产生的^t细气泡的尺寸不限于任意特定的尺寸，但是优选地产生 直径为lpm或更小的超细气泡(或纳米气泡)。要混入碳氢燃料中的氢气从氢产生装置60经由氢气供给通路66供给 至微细气泡产生装置40。氢产生装置60能够从碳氢燃料直接产生氢气。 由氢产生装置60用来形成氢气的碳氢燃料从燃料箱30经由燃料供给通路 64被供给。在燃料供给通路64中设置有燃料泵62,用于向上抽吸燃料箱 30中的碳氢燃料并将燃料供给到氢产生装置60。氩产生装置60可通过任意已知的方法从碳氢燃料产生氢气。例如，可 通过用低温等离子体分解碳氢燃料或用催化剂对碳氢燃料进行重整来形成 氢气。更具体地，作为使用低温等离子体的重整方法，可对碳氢燃料进行 dc脉沖放电。作为使用催化剂的重整方法，可采用蒸汽重整、通过部分氧 化进行的重整或通过对有机氢化物脱氢而进行的重整。在上述任一种方法中，由从碳氢燃料形成氢气而得到的产品包含除氢 气以外的成分。如果除氢气以外的成分为气态，则其可与氢气一起供给至 微细气泡产生装置40。如果除氢气以外的成分为液态，则其可返回燃料箱30，或者可与氢气一起供给至微细气泡产生装置40。
微细气泡产生装置40和氢产生装置60由ECU (电子控制单元)50 控制。除^L细气泡产生装置40和氢产生装置60之外，火花塞16、气缸内 喷射器18、燃料泵32和62、通路选择阀38和各种其它装置或部件也连接 到ECU 50的输出部。在ECU 50的输入部上连接有各种传感器，例如包 括运转状况测量装置52和大气状况测量装置54。 ECU 50基于从上述和其 它传感器接收到的信号根据特定的控制程序控制上述和其它装置。
在如上所述构造的发动机系统中，发动机使用混有氢的燃料作为燃料， 氢气以液体vf友氢燃料中的微细气泡的形式包含在所述混有氢的燃料中。这 样，发动机不需要在氢气和碳氢燃料经分离的燃料供给系统供给到燃料喷 射器的情况下所使用的复杂系统。另外，由于混入碳氢燃料中的氢气从碳 氢燃料产生，所以不需要与贮存碳氢燃料的燃料箱分开地容纳氢气的装置， 或者除贮存碳氢燃料的燃料箱之外不需要其它的用于容纳氢气的装置。
在如上所述构造的发动机系统中，在产生氢气和将氢气混入燃料中的 过程中形成的燃料通路可在正常供给通路和循环通路之间切换。在选择正 常供给通路时进行氢气产生和混合过程的情况下，氢气在碳氢燃料向气缸 内喷射器18供给的过程中被混入碳氩燃料中，因此能将氢气从燃料的逸出 减到最少，从而使得气缸内喷射器18能喷射具有稳定氢浓度的混有氢的燃 料。在选择循环通路时进行氢气产生和混合过程的情况下，从燃料箱30 供给的碳氢燃料被转换成其后返回燃料箱30的混有氢的燃料，从而贮存在 燃料箱30内的碳氢燃料中的氢浓度能增大到充分高的水平。
如上所述的氢气产生和混合过程被执行为由ECU 50实施的系统控制 的一部分。图4的流程图示出在第二实施例中由ECU 50执行的与氢气产 生和混合过程相关的系统控制程序。
在图4的程序的初始步骤S200中，基于由运转状况测量装置52测得 的发动机2的运转状况和由大气状况测量装置54测得的大气状况判定是否 满足执行氢气产生和混合过程的条件。例如，当发动机2在可能发生爆燃 的运转范围内运转时，或当发动机2在可能出现燃烧变动的运转范围内运转时，或在其它情况下，可能满足执行氢气产生和混合过程的条件。如果
满足执行氢气产生和混合过程的条件，则氩气通过步骤S202至步骤S210 的操作产生并混入碳氢燃料中。
在步骤S202中，判定是否正在进行燃料切断控制，即发动机当前是否 在燃料切断控制下运转。如果并非正在进行燃料切断控制，则通过从气缸 内喷射器18的燃料喷射消耗混有氢的燃料。通过向气缸内喷射器18供给 在微细气泡产生装置40产生的混有氩的燃料，能从燃料箱30向微细气泡 产生装置40连续供给碳氢燃料。如果正在进行燃料切断控制，则没有混有 氢的燃料通过燃料喷射被消耗，因此无法向气缸内喷射器18供给在微细气 泡产生装置40产生的混有氢的燃料。
如果正在进行燃料切断控制，即如果发动机当前正在燃料切断控制下 运转，则选择步骤S204作为下一个工步。在步骤S204中，通路选择阀38 被置于用于选择循环通路作为燃料通路的位置，从而碳氢燃料在燃料箱30 和微细气泡产生装置40之间循环。这样，能从燃料箱30向微细气泡产生 装置40连续供给碳氢燃料。
另一方面，如果并非正在进行燃料切断控制，则选择步骤S206作为下 一个工步。在步骤S206中，通路选择阀38被置于用于选择正常供给通路 作为燃料通路的位置，从而混有氢的燃料被供给至气缸内喷射器18。
在下一个步骤S208中，根据要产生的氢气的需求量从燃料箱30向氢 产生装置60供给碳氢燃料。然后，在氢产生装置60中通过氢产生过程产 生需求量的氢气。要产生的氢气的需求量可根据是选择循环通路还是正常 供给通路作为燃料通路而以不同方式进行计算。当选择循环通路作为燃料 通路时，将要产生的氢的需求量设定为恒定值或固定值。当选择正常供给 通路作为燃料通路时，先从加速踏板位置、发动机转速等获得发动机2的 需求负荷，再从需求负荷获得加在氢气上的负荷分量(被称作"氬负荷")。 氢的需求量基于发动机2的运转状况而确定，然后被添加。接下来，基于 每单位量的氢气所产生的热量的量，根据氢负荷计算要产生的氢的需求量。 但是，应当注意，在燃料箱30内的碳氢燃料中包含有氢气，因此要根据碳氢燃料中的氢浓度对要产生的氢的需求量进行修正。可从在选择循环通路 作为燃料通路时已产生的氢气的累积量推定碳氢燃料中的氢浓度。
在步骤S210中，由氢产生装置60产生的氢气(或包含氢气的燃料气 体)被微细气泡产生装置40形成为微细气泡，然后微细气泡形式的氢气被 溶解到在燃料供给通路34中流动的碳氢燃料中。结果，包含微细气泡形式 的氢气的混有氢的燃料能从气缸内喷射器18喷射到燃烧室10中。
如果步骤S200判定为不满足执行氢气产生和混合过程的条件，则在步 骤S212中氢产生装置60停止氢产生过程，并且在步骤S214中微细气泡 产生装置40停止形成微细气泡的过程。
第三实施例
参照图5和图6，对本发明的第三示例性实施例进行详细说明。 图5示意性地示出根据本发明的第三实施例构造的使用氢的内燃机 (下文中简称为"发动机")的系统。本实施例的发动机具有发动机2。 发动机2的构造与第一实施例中的基4^目同，因而在此不加以说明。在图 5中，与图1和图3中所用的相同的附图标记用于标识与第一和第二实施 例的发动机系统中相同的元件或部件。
在第三实施例中，在燃料箱30中贮存有混有氢的燃料，氢气以液体碳 氢燃料如汽油中的微细气泡的形式包含在所述混有氢的燃料中。但是，第 三实施例与第一实施例的不同之处在于，贮存在燃料箱30中的混有氢的燃 料在车辆上产生。在本实施例中，通过加燃料系统向燃料箱30供给碳氩燃 料，并且以下述方式使用贮存在燃料箱30中的碳氢燃料在车辆上产生混有 氢的燃料。
燃料箱30经由燃料供给通路34连接到气缸内喷射器18。燃料箱30 中的混有氢的燃料(或碳氢燃料)由配置在燃料供给通路34中的燃料泵 32向上抽吸，并在4皮压缩至高于燃烧室10中的燃烧气体压力的压力水平 后供给到气缸内喷射器18。在燃料箱30上安装有压力传感器46,其传递 表示燃料箱30中的压力的信号。
用于将氢气混入碳氢燃料中的^U田气泡产生装置40配置在燃料供给通路34中。微细气泡产生装置40适于将氢气形成为直径为数十微米的微 细气泡、优选是直径为ljim或更小的超细气泡(或纳米气泡)，并将所述 孩吏细气泡混入燃料供给通路34内的碳氢燃料中。由微细气泡产生装置40 形成微细气泡的方法不限于任意特定的方法，而是可采用在上面关于第一 实施例所述的任一种方法(第一至第三种方法)。
要形成为微细气泡的氢气从氢产生装置60经由氢气供给通路66供给 至微细气泡产生装置40。氩产生装置60适于对碳氩燃料进行重整以产生 氢气，并且待重整的碳氢燃料从燃料箱30供给至氢产生装置60。氢产生 装置60和燃料箱30经由燃料供给通路64相互连接，并且燃料箱30中的 碳氢燃料由配置在燃料供给通路64中的燃料泵62向上抽吸。氢产生装置 60可通过任意已知的方法产生氬气。例如，可采用在上面关于第二实施例 所述的任一种方法。
氢产生装置60由电能驱动或供给动力。更具体地，氢产生装置60由 从电池70供给的电能供给动力。本实施例的发动机系统配备有再生系统 72作为对电池70充电的装置。再生系统72配置在车辆的驱动系统中，并 适于回收车辆的减速能量且将其用作电能。由再生系统72回收的电能(或 回收能量) 一次性贮存在电池70中，并根据需要从电池70供给到氢产生 装置60。
通路选择阀38在燃料供给通路34中位于微细气泡产生装置40的上 游。通路选择阀38是具有两个出口和一个入口的三通阀。返回通路36在 一端连接到所述出口之一，并且在另一端连接到燃料箱30。通路选择阀38 的另 一个出口连接到气缸内喷射器18。当通路选择阀38被置于使通向气 缸内喷射器18的出口打开的位置时，形成正常供给通路，而当通路选择阀 38被置于使通向燃料箱30的出口打开的位置时，形成循环通路。通过将 通路选择阀38切换到选择循环通路作为燃料通路的位置，碳氢燃料在燃料 箱30和微细气泡产生装置40之间循环。在这种情况下，氢气被混入循环 的碳氢燃料中，从而可将燃料箱30中的碳氢燃料逐渐更换为混有氢的燃 料。在供氢气供给到微细气泡产生装置40的氢气供给通路66中配置有通 路选择阀68。通路选择阀68是具有一个出口和两个入口的三通阀。气体 回收通路44在一端连接到通路选择阀68的入口之一，在另 一端连接到燃 料箱30的上部。当通路选择阀68被置于使连接到气体回收通路44的入口 打开的位置时，燃料箱30的内部与微细气泡产生装置40连通。在这种情 况下，从燃料箱30中的混有氢的燃料离开的氢气被供给到微细气泡产生装 置40，从而所述氢气能被再次混入燃料供给通路34内的混有氢的燃料中。 当通路选择阀68被置于使连接到氢产生装置60的入口打开的位置时，在 氩产生装置60中产生的氢气被供给到微细气泡产生装置40。在下述说明 中，在通路选择阀68使氢产生装置60与微细气泡产生装置40连通时所形 成的氢气通路将被称作"产生气体供给通路"，而在通路选择阀68使燃料 箱30与微细气泡产生装置40连通时所形成的氢气通路将被称作"回收气 体供给通路，，。
微细气泡产生装置40和氢产生装置60由作为发动机系统控制单元的 ECU (电子控制单元)50控制。除微细气泡产生装置40和氢产生装置60 之外，各种装置或系统、例如包括火花塞16、气缸内喷射器18、燃料泵 32和62、通路选择阀38和68以及再生系统72也连接到ECU 50的输出 部。ECU 50的输入部连接到各种传感器，例如包括运转状况测量装置52 和大气状况测量装置54。 ECU 50还接收表示再生系统72的发电状况的信 号。ECU 50基于从上述和其它传感器接收到的信号根据特定的控制程序 控制上述和其它装置或系统。
在如上所述构造的发动机系统中，发动机使用混有氢的燃料作为燃料， 氬气以液体碳氩燃料中的微细气泡的形式包含在所述混有氬的燃料中。这 样，发动机不需要在氢气和碳氢燃料经分离的燃料供给系统供给到燃料喷 射器的情况下所使用的复杂系统。另外，由于混入碳氢燃料中的氢气从碳 氩燃料形成，所以不需要与贮存碳氢燃料的燃料箱分开地容纳氢气的装置。
在如上所述构造的发动机系统中，氢产生装置60在产生氢的过程中能 利用由再生系统72提供的再生能量。特别地，如果在再生系统72工作期间进行氢气产生和混合过程，则即使电池70被充满电，也能回收车辆的减 速能量(即在再生制动过程中产生的能量)，从而确保高的能量效率。氢 气产生和混合过程也可只在选择循环通路作为燃料通路时、例如在车辆在 燃料切断控制下减速时进行，以便将燃料箱30中的碳氢燃料转换为混有氢 的燃料。这样，氢气产生和混合过程能在不需要精确或复杂控制的情况下 完成，从而提高系统的健壮性。在如上所述构造的发动机系统中，即使氢气在长时间存留于燃料箱30 中时从混有氢的燃料中离开，离开的氢气也能被回收并混回到混有氢的燃 料中。在选择正常供给通路时执行将氢气再次混入混有氢的燃料中的过程 的情况下，即使贮存在燃料箱30内的燃料中的氢浓度由于氢气从燃料的离 开而降低，气缸内喷射器18也能够喷射具有特定氢浓度或氢浓度被适当控 制的混有氢的燃料。在选择循环通路时执行再混合过程的情况下，贮存在 燃料箱30内的混有氢的燃料中的氢浓度能保持在稳定水平。在任一种情况 下，本实施例的发动机系统都使得气缸内喷射器18能通过氢气再混合过程而喷射具有恒定不变的氢浓度的适当的混有氢的燃料。如上所述的氢气产生和混合过程被执行为ECU 50的系统控制的一部 分。图6的流程图示出在第三实施例中由ECU 50执行的与氢气产生和混 合过程相关的系统控制程序。在图6所示的程序的初始步骤S300中，判定是否满足执行氢气再混合 过程的条件。如果由压力传感器46测得的箱压力超过阈值，则判定为满足 再混合过程的条件。如果不满足再混合过程的条件，则执行步骤S308至步 骤S322。在步骤S308中，基于来自再生系统72的信号判定是否正在进行再生 控制，即车辆当前是否在再生控制下运转。当正在进行再生控制时，即当 车辆的减速能量由再生系统72回收时，ECU50转到步骤S310。在步骤S310中，判定是否正在进行燃料切断控制，即车辆当前是否在 燃料切断控制下运转。当在再生控制期间燃料切断控制正在进行时，例如， 当车辆在没有燃料供给的情况下减速时，选择步骤S312作为下一个工步。在步骤S312中，将通路选择阀38置于用于选择循环通路作为燃料通路的 位置，从而碳氢燃料在燃料箱30和微细气泡产生装置40之间循环。在下一个步骤S314中，根据要产生的氢气的需求量从燃料箱30向氢 产生装置60供给碳氢燃料，并且在氢产生装置60中通过氢产生过程产生 需求量的氢气。在步骤S316中，在氢产生装置60中产生的氢气(或包含 氢气的燃料气体)被微细气泡产生装置40形成为微细气泡，并且氢气的微 细气泡被混入燃料供给通路34内的碳氢燃料中。这样，燃料箱30中的碳 氢燃料在沿循环通路循环的同时被逐渐更换为混有氢的燃料。另一方面，当在再生控制期间燃料切断控制并非正在进行时，选择步 骤S318作为下一个工步。在步骤S318中，将通路选择阀38置于用于选 择正常供给通路作为燃料通路的位置，从而贮存在燃料箱30中的混有氢的 燃料被供给至气缸内喷射器18。在本实施例中，氢气产生和混合过程只在 选择循环通路时进行，而在选择正常供给通路时不进行。这样，发动机系 统能在不需要精确或复杂控制的情况下完成氢气产生和混合过程。如果在步骤S308中判定为再生控制并非正在进行，则在步骤S320中 氢产生装置60中的氢产生过程停止，然后在步骤S322中由^:细气泡产生 装置40进行的形成微细气泡的过程停止。如果在步骤S300中判定为满足执行氢气再混合过程的条件，例如，如 果随着混有氢的燃料在燃料箱30中的长时间存留，氢气从燃料的离开已达 到特定程度，则执行步骤S302至步骤S306以将氢气混回到混有氢的燃料 中。在步骤S302中，根据车辆是否在燃料切断控制下运转来选择燃料通 路。更具体地，如果正在进行燃料切断控制，则将通路选择阀38置于用于 选择循环通路作为燃料通路的位置，并且混有氢的燃料在燃料箱30和微细 气泡产生装置40之间循环。另一方面，如果并非正在进行燃料切断控制， 则将通路选择阀38置于用于选择正常供给通路作为燃料通路的位置，从而 燃料箱30中的混有氢的燃料被供给至气缸内喷射器18。在选定燃料通路后，执行步骤S304。在步骤S304中，通路选择阀68工作以将氢气通路从产生气体供给通路切换到回收气体供给通路。在切换到回收气体供给通路后，燃料箱30与微细气泡产生装置40连通。在这种 情况下，积聚在燃料箱30中的氢气与气化的碳氢燃料一起被微细气泡产生 装置40回收或收集。在下一个步骤S306中，孩支细气泡产生装置40工作以将回收的燃料气 体(即氢气和气化>暖氢燃料的混合物)形成为^:细气泡，并将^:细气泡形 式的燃料气体混回到混有氢的燃料中。通过再混合过程，可防止混有氢的 燃料中的氢浓度由于氢气从燃料的逸出而降低，并且能从气缸内喷射器18 喷射具有恒定不变的氢浓度的混有氢的燃料。第一至第三实施例的变型示例如上所述的第一至第三实施例可例如以下述方式进行修改。所述各个实施例的发动机系统可配备用于将燃料喷入进气口的进气口 喷射器来替换气缸内喷射器18。也可除气缸内喷射器18之外再附加地"i殳 置进气口喷射器，并根据运转状况使用两种类型的喷射器。在所述各个实施例的发动机系统中，微细气泡产生装置40可配置在燃 料箱30中，并且氢气可在燃料箱30内被混入碳氢燃料或混有氢的燃料中。 或者，可在燃料供给通路34中和燃料箱30中配置两个微细气泡产生装置 40,并且氢气可在相应的位置被混入燃料中。在第一和第三实施例的发动机系统中，可在燃料箱30中设置氢传感器来替换压力传感器46，以用于测量包含在燃料箱30中的气态氢的浓度。 在这种情况下，如果包含在燃料箱30中的气态氢的浓度超过阔值，则判定 为满足执行氢气再混合过程的条件。在第三实施例的发动机系统中，再生系统72可直接向氢产生装置60 供给电能。在这种情况下，可用在氢产生装置60未工作时所产生的电能对 电池70进4亍充电。第四实施例参照图7至图12，对本发明的第四示例性实施例进行说明。图7示意性地示出根据本发明的第四实施例构造的使用氢的内燃机(下文中简称为"发动机")的系统。本实施例的发动机具有发动机2。 除了在排气通路6中配置有用于净化燃烧气体的催化剂(例如，NOx催化 剂)20之外，发动机2的构造与第一实施例中的基本相同，因而在此不对 发动机2进行说明。在图7中，与图1中所用的相同的附图标记用于标识 与第 一 实施例的发动机系统中相同的元件或部件。在图7的发动机系统中，气缸内喷射器18经由燃料供给通路34连接 到燃料箱30，在燃料箱30中贮存有液体碳氢燃料如汽油。燃料箱30中的 液体燃料由配置在燃料供给通路34中的燃料泵(高压泵)32向上抽吸， 并在被压缩至高于燃烧室10中的燃烧气体压力的特定压力水平后供给到 气缸内喷射器18。燃料泵32可以是由发动机2驱动的机械泵，或由电动 机驱动的电动泵。在燃料箱30上附装有燃料特性传感器94,燃料特性传 感器94传递表示贮存在燃料箱30中的液体燃料的特性一一例如比重、辛 烷值、醇类的添加程度一一的信号。在燃料供给通路34中在燃料泵32的下游配置有用于将氢气混入液体 燃料中的微细气泡产生装置92。微细气泡产生装置92将氢气形成为直径 为数十微米的微细气泡(将被称作"微细气泡")，并将所述微细气泡混 入燃料供给通路34内的液体燃料中。使用^L细气泡产生装置92产生微细 气泡的方法不限于任意特定的方法，只要氢气能形成为液体燃料中的^L细 气泡即可。例如，本实施例的微细气泡产生装置92可采用在下面作为示例 所述的产生^L细气泡的第 一至第三种方法中的任一种。在产生孩支细气泡的第一种方法中，将氩气^A液体燃料的强烈流中， 从而在液体燃料流中产生的强剪切力使氢气被压碎成微细气泡。在产生^:细气泡的第二种方法中，对氢气施加压力，使得较大量的氢 气溶解到液体燃料中。在这种状态下，例如通过增大液体燃料的流速来形 成孔穴。在产生微细气泡的第三种方法中，对液体燃料施用超声波以便振荡和 分裂包含在液体燃料中的氢气气泡。通过使用微细气泡产生装置92将氢气形成为微细气泡并将微细气泡混入液体燃料中，氢气能均匀地混合并溶解在液体燃料中。通过将氢气形 成为微细气泡，即使在所供给的氢量比使液体燃料饱和的氢量大特定程度 的情况下，氢气也能以微细气泡的形式均匀地存在于液体燃料中而不从燃 料逸出。这样， 一次性地混入液体燃料中的氢气在混合氢气和喷射燃料之 间的时间段内不可能从液体燃料逸出，并且氢气和液体燃料的混合物能作 为液体进行处理。要混入液体燃料中的氢气从氲产生装置卯经由氢气供给通路86供给 到微细气泡产生装置92。氢产生装置90适于从液体氢化物直接形成氢气。 可使用水、醇、汽油、轻油等作为液体氢化物。在本实施例中，使用7JC作 为液体氢化物。由氢产生装置卯产生氢气的方法可例如从下述的第一至第 三种方法中选择。在产生氢的第一种方法中，对燃料电池施加反电动势，以通过对水的 电解形成氢。在产生氢的第二种方法中，用低温等离子体分解液体氢化物。更具体 地，使液体氢化物经历dc脉冲充电以形成氢气。在产生氢的第三种方法中，使用处于高活性态的金属来还原水。例如， 在纯水中摩擦铝或铝合金以加快水和金属之间的腐蚀反应并分解水分子， 由此产生纯的氢气。另外，可向氢化镁或氢化镁的合金的粉末供给水以形 成纯的氢气。此外，通过还原氧化铁而获得的金属铁可与水蒸气反应，从 而可通过对铁的氧化来产生纯的氢气。在上述任一种方法中，可根据需要从液体氢化物如水直接产生氢气。 特别地，才艮据第三种方法，只能产生纯的氢气。由于在上述任一种方法中 氢气能在较低的温度或室温下形成，所以当微细气泡产生装置92将氢气混 入液体燃料中时，有较大量的氢气能溶解到液体燃料中。通过使用氢产生装置卯来产生氢气，要由发动机使用的氢可主要以液 态贮存在发动机系统中。与氢以气态贮存在例如压力箱中的情况相比，更 易于对氢进行处理，并且贮存氢的空间可缩小，从而确保高的安置效率。 在本实施例中，从水箱80经由供水通路84供给用于在氢产生装置90中形成氢气的水。在供7JC通路84中配置有用于从水箱80向上抽吸水并将水供 给到氢产生装置90的水泵82。在如上所述的发动机系统中，只需要在有限范围内、即在氢产生装置 卯和^t细气泡产生装置92之间的氢气供给通路86中处理气态氢。这使得 与传统系统中在从贮存箱到燃料喷射位置的所有路径上处理气态氢的情况 相比更易于采取措施来防止例如氢气的泄漏。此外，通过将氢气混入液体 燃料中而获得的要供给至气缸内喷射器18的混有氢的燃料基本为液态，因 此可无需更改地使用用于液体燃料的传统的气缸内喷射器。第四实施例的发动机系统包括ECU (电子控制单元)50作为其控制 单元。ECU 50的输出部连接到各种装置或设备，例如包括火花塞16、气 缸内喷射器18、燃料泵32、水泵82、微细气泡产生装置92和氢产生装置 卯。ECU 50的输入部连接到各种传感器，例如包括燃料特性传感器94、 用于获取关于发动机2的运转状况的信息(例如包括加速踏板位置、车速、 发动机转速、空燃比、水温和爆燃信号)的运转状况测量装置52和用于获 取关于大气状况的信息(例如包括环境温度、湿度和大气压力)的大气状 况测量装置54。 ECU 50基于上述和其它传感器的输出根据特定的控制程 序控制上述和其它装置。第四实施例的发动机使用添加到液体燃料中的氢气以在高负荷运转期 间抑制爆燃。图8是示出在本实施例中由ECU 50执行的氢添加控制程序 的第一示例的流程图。图8所示的程序以规则的间隔执行，例如在曲轴每 次到达预定曲轴转角时执行。在图8所示的程序的初始步骤S400中，运转状况测量装置52测量爆 燃水平或在发动4几2中所产生的爆燃的大小。在步骤S402中，从测得的爆 燃水平获得发动机中的未添加氢的爆燃水平，并基于未添加氢的爆燃水平 判定是否满足添加氢的条件。如果满足添加氢的条件，则通过步骤S404 至步骤S410的操作向液体燃料中添加氢气。在步骤S404中，根据发动机2的爆燃水平和其它运转状况一一例如包 括加速踏板位置、发动机转速、水温和空燃比一一从预存储的脉镨图获得待添加的氢的需求量。待添加的氢的量例如可被定义为氢气的发热值与燃 料整体(即液体燃料和氬气的混合物)的总发热值的比率。在所述脉镨图 中，待添加的氢的需求量随着发动机中的未添加氢的爆燃水平的升高而增 大。在步骤S406中，根据待添加的氢的需求量获得要产生的氢的需求量 (即需要产生的氢气的量)。更具体地，从加速踏板位置、发动机转速等 获得发动机2的需求负荷，并从需求负荷和待添加的氢的需求量获得加在 氢气上的负荷分量(将被称作"氢负荷")。然后，例如基于每单位量的 氢气所产生的热量的量，根据氢负荷计算要产生的氢的需求量。在下一个步骤S408中，水泵82工作以从水箱80向氢产生装置90供 给与要产生的氢的需求量相对应的量的水。然后，氢产生装置卯执行氢产生过程以产生需求量的氩气。如此产生的氢气随后从氢产生装置卯供给到微细气泡产生装置92。在下一个步骤S410中，微细气泡产生装置92工作以将氢气形成为微 细气泡，并将氢气的微细气泡混入液体燃料中。随后与氢气混合的液体燃 料从微细气泡产生装置92供给到气缸内喷射器18，从而液体燃料从气缸 内喷射器18直接喷入燃烧室10中。通过喷射包含高可燃性氢气的燃料，高负荷下的爆燃被抑制，并且在 步骤S400中测得的爆燃水平降低。如果步骤S402判定为不再满足添加氢 的条件，则在步骤S412中氢产生装置卯中的氢产生过程停止，且随后在 步骤S414中微细气泡产生装置92形成微细气泡的过程停止。根据如上所述的氢添加控制程序，当需要氢气来抑制爆燃时，由氢产 生装置卯从水直接产生氢气，并且所产生的氢气被形成为微细气泡并混入 到液体燃料中。这样，在发动机在高负荷下运转时可快速抑制爆燃，从而 使得发动机能以高效率运转，例如，在点火正时提前的情况下运转。在根据需要从水产生氢气的上述布置中，无需贮存难以处理、需要较 大贮存空间且导致安置效率低的气态氢。此外，由于仅产生需求量的氢气， 并且如此产生的氢气全部形成为微细气泡，所以无需提供用于容纳所产生的超出所供给氢量的过量氢气的緩冲箱。图9是示出在第四实施例中由ECU 50执行的氢添加控制程序的第二 示例的流程图。通过使ECU 50替换图8的程序地或在图8的程序上附加 地执行图9的程序，本实施例的发动机系统能够向液体燃料中添加氢气以 用于在稀燃工作期间抑制或阻抑燃烧变动。图9所示的程序以规则的间隔 执行，例如在曲轴每次到达预定曲轴转角时执行。在图9所示的程序的初始步骤S500中，运转状况测量装置52测量燃 烧变动水平，即在发动机2中所出现的燃烧变动的大小。更具体地，可从 发动机转速和/或气缸内压力的变动或变化测得燃烧变动水平。在下一个步 骤S502中，从测得的燃烧变动水平获得发动机的未添加氢的燃烧变动水 平，并基于未添加氢的燃烧变动水平判定是否满足添加氢的条件。如果满 足添加氢的条件，则通过步骤S504至步骤S510的操作向液体燃料中添加 氢气。在步骤S504中，根据发动机2的燃烧变动水平和其它运转状况一一例 如包括加速踏板位置、发动机转速、水温和空燃比一一从预存储的脉谱图 获得待添加的氢的需求量。在所述脉镨图中，待添加的氢的需求量随着发 动机的未添加氢的燃烧变动水平的升高以及从加速踏板位置获得的发动机 负荷和发动机转速的降低而增大。在下一个步骤S506中，根据待添加的氢 的需求量获得要产生的氢的需求量。在下一个步骤S508中，水泵82和氢产生装置90工作以根据要产生的 氢的需求量执行氢产生过程。然后，由氢产生装置卯产生的氢气供给到微 细气泡产生装置92，微细气泡产生装置92又将氢气形成为微细气泡并将 微细气泡混入液体燃料中(步骤S510)。随后与氢气混合的液体燃料从微 细气泡产生装置92供给到气缸内喷射器18，并从气缸内喷射器18直接喷 入燃烧室10中。通过喷射包含高可燃性氢气的燃料，低负荷下的燃烧变动被抑制，并 且在步骤S500中测得的燃烧变动水平降低。如果步骤S502判定为不再满 足添加氢的条件，则在步骤S512中氢产生装置90中的氢产生过程停止，且随后在步骤S514中微细气泡产生装置92形成微细气泡的过程停止。才艮据如上所述的氢添加控制程序，当需要氢气来抑制燃烧变动时，由 氢产生装置90从水直接产生氢气，并且所产生的氢气被形成为微细气泡并 混入到液体燃料中。这样，在发动机的稀燃工作期间可快速抑制或避免燃 烧变动，从而使得发动机能在扩大的稀燃区域内运转。图10是示出在第四实施例中由ECU 50执行的氢添加控制程序的第三 示例的流程图。通过使ECU 50替换图8和图9的程序地或在图8和图9 的程序上附加地执行图10的程序，本实施例的发动机系统能够向液体燃料 中添加氩气以用于修正燃料的特性。当液体燃料的特性改变时，发动机2 的性能或运转特性(例如断火界限和爆燃界限)会根据燃料特性的变化而 改变。在该示例中，氢气被添加以修正燃料特性，由此提供恒定不变的发 动机性能。图IO所示的程序以规则的间隔执行，例如在曲轴每次到达预定 曲轴转角时执行。在图10所示的程序的初始步骤S600中，由从燃料特性传感器94接收 到的信号推定贮存在燃料箱30中的液体燃料的特性(例如重量、辛烷值和 醇类的添加程度)。也可从发动机转速和/或气缸内压力的变动推定燃料特 性。在下一个步骤S602中，判定所推定的燃料特性是否需要添加氢。如果 液体燃料例如是重燃料或低辛烷值燃料或醇类的添加程度高的燃料，则需 要向燃料中添加氢。如果判定为所推定的燃料特性需要添加氢，则通过步 骤S604至步骤S610的操作向液体燃料中添加氬气。在步骤S604中，根据燃料特性和发动机2的运转状况从预存储的脉i瞽 图获得待添加的氢的需求量。在所述脉镨图中，待添加的氢的需求量随着 燃料重量的增加、辛烷值的减小或所添加醇类的比例的增大而增大。在下 一个步骤S606中，根据待添加的氢的需求量获得要产生的氢的需求量。在下一个步骤S608中，水泵82和氢产生装置卯工作以根据要产生的 氢的需求量执行氢产生过程。然后，由氢产生装置90产生的氢气供给到微 细气泡产生装置92,;敞细气泡产生装置92又将氢气形成为微细气泡并将 微细气泡混入液体燃料中(步骤S610)。与氢气混合的液体燃料从微细气泡产生装置92供给到气缸内喷射器18，并从气缸内喷射器18直接喷入燃 烧室10中。如果燃料箱30中的液体燃料的特性例如由于加燃料而改变，则在步骤 S602中可判定为无需向燃料中添加氢。在这种情况下，在步骤S612中氢 产生装置卯中的氢产生过程停止，且随后在步骤S614中微细气泡产生装 置92形成微细气泡的过程停止。根据如上所述的氢添加控制程序，当液体燃料的特性需要向燃料中添 加氢时，由氢产生装置卯从水直接产生氢气，并且所产生的氢气被形成为 微细气泡并混入到液体燃料中。这样，通过控制氢的添加程度可修正或消 除燃料特性的变动，并且可不依赖于燃料特性地保持恒定不变的发动机性 能。图11是示出在第四实施例中由ECU 50执行的氢添加控制程序的第四 示例的流程图。通过使ECU50替换图8、图9和图IO的程序地或在图8、 图9和图10的程序上附加地执行图11的程序，本实施例的发动机系统能 够向液体燃料中添加氢气以便修正或消除大气状况对发动机2的性能或运 转特性(例如断火界限和爆燃界限)的影响。图11所示的程序以规则的间 隔执行，例如在曲轴每次到达预定曲轴转角时执行。在图11所示的程序的初始步骤S700中，由大气状况测量装置54测量 当前的大气状况(例如环境温度、湿度和大气压力)。在下一个步骤S702 中，判定所测得的大气状况是否需要向燃料中添加氢。例如，当温度和大 气压力升高且湿度降低时更易于发生爆燃，并且根据大气状态可能需要添 加氢以抑制爆燃。同时，当温度和大气压力降低时更易于发生断火，并且 根据大气状态可能需要添加氢以防止发动机中的断火。如果当前的大气状 况需要向燃料中添加氢，则通过步骤S704至步骤S710的操作向液体燃料 中添加氢气。在步骤S704中，根据大气状况和发动机2的运转状况从预存储的脉镨 图获得待添加的氢的需求量。在所述脉镨图中，当从加速踏板位置和发动 机转速计算出的发动机负荷高时，待添加的氢的需求量随着温度和大气压力的升高以及湿度的降低而增大。当发动机负荷低时，待添加的氢的需求量随着温度和大气压力的降低而增大。在步骤S706中，根据待添加的氢的 需求量获得要产生的氢的需求量。在下一个步骤S708中，水泵82和氢产生装置90工作以才艮据要产生的 氢的需求量执行氢产生过程。由氢产生装置90产生的氢气供给到^L细气泡 产生装置92，微细气泡产生装置92又将氢气形成为微细气泡并将微细气 泡混入液体燃料中(步骤S710)。随后与氢气混合的液体燃料从微细气泡 产生装置92供给到气缸内喷射器18,并从气缸内喷射器18直接喷入燃烧 室10中。当大气状况例如由于天气的变化或行驶车辆高度的变化而改变时，在 步骤S702中可判定为无需再向液体燃料中添加氢。在这种情况下，在步骤 S712中氢产生装置卯中的氢产生过程停止，且随后在步骤S714中#:细气 泡产生装置92形成微细气泡的过程停止。才艮据如上所述的氢添加控制程序，在当前的大气状况需要向液体燃料 中添加氢时，由氢产生装置90从水直接产生氢气，并且所产生的氢气被形 成为微细气泡并混入到液体燃料中。通过向燃料中添加氢气，在高负荷工 作(爆燃的情况)或低负荷工作(断火的情况)期间可抑制或防止由于温 度、湿度和/或大气压力的影响而发生的爆燃或断火。这样，发动机能够不 依赖于大气状况地保持恒定不变的性能。图12是示出在第四实施例中由ECU 50执行的氢添加控制程序的第五 示例的流程图。通过4吏ECU 50替换图8至图11的程序地或在图8至图 11的程序上附加地执行图12的程序，本实施例的发动机系统能够向液体 燃料中添加氢气以便进行催化剂20的还原过程或加热过程。图12所示的 程序以规则的间隔执行，例如在曲轴每次到达预定曲轴转角时执行。在图12所示的程序的初始步骤S800中，由运转状况测量装置52测量 催化剂20的当前状况。更具体地，测量由催化剂20所吸附的NOx的量和 催化剂20的温度。由催化剂20所吸附的NOx的量可从由上一次还原过程 所测得的稀燃工作的总时间间接地获得。催化剂20的温度可由温度传感器直接测得，或者可从排气温度间接地获得。在下一个步骤S802中，从在步骤S800中测得的催化剂20的当前状 况判定是否有处理催化剂20的请求发出。例如，在由催化剂20吸附的NOx 的量接近其极限的情况下，判定为有必要执行催化剂20的还原过程。在催 化剂20的温度低于使催化剂20的净化能力达到其最大水平的适当温度的 情况下，判定为有必要执行催化剂20的加热过程。在任一种情况下都可向 催化剂20供给添加有氢气的液体燃料。通过添加氢气以用于还原过程，氢 气作为还原剂对催化剂20起作用，以便有效地复原催化剂20的吸附能力。 通过添加氢气以用于加热过程，氢气在催化剂20上与lt^应，从而反应热 可用于有效地加热催化剂20。当存在对任一种催化剂处理(即还原过程或 加热过程)的请求时，通过步骤S804至步骤S810的操作向液体燃料中添 加氢气。在步骤S804中，根据对催化剂处理的请求内容(即，是请求进行还原 过程还是请求进行加热过程)和发动机2的运转状况从预存储的脉谱图获 得待添加的氢的需求量。在下一个步骤S806中，根据待添加的氢的需求量 获得要产生的氢的需求量。在下一个步骤S808中，水泵82和氩产生装置90工作以根据要产生的 氢的需求量执行氢产生过程。由氢产生装置90如此产生的氢气供给到微细 气泡产生装置92，；敞细气泡产生装置92又将氢气形成为^t细气泡并将孩吏 细气泡混入液体燃料中(步骤S810)。随后与氬气混合的液体燃料从微细 气泡产生装置92供给到气缸内喷射器18,并从气缸内喷射器18直接喷入 燃烧室10中。在该示例中，燃料喷射包括两个喷射步骤，即，在进气冲程 或压缩冲程中喷射燃料的主喷射步骤，和在膨胀冲程或排气冲程中喷射燃 料的副喷射步骤。在副喷射步骤中喷射的燃料中的氢气到达催化剂20而不 在燃烧室10中燃烧，以用于催化剂20的还原过程或加热过程。在催化剂20的还原过程或加热过程完成后，步骤S802判定为无需再 进行催化剂处理。在这种情况下，在步骤S812中氢产生装置卯中的氢产 生过程停止，且随后在步骤S814中微细气泡产生装置92形成微细气泡的3过程停止。根据如上所述的氢添加控制程序，在需要进行催化剂20的还原过程或 加热过程时，由氢产生装置90从水直接产生氢气，并且所产生的氢气被形 成为微细气泡并混入到液体燃料中。通过向燃料中添加氢气，在请求进行 还原过程的情况下可快速复原催化剂20的NOx吸附能力，而在请求进行 加热过程的情况下可将催化剂20的温度快速升高到适当温度。第五实施例参照图13、图14A和图14B，对本发明的第五示例性实施例进行详细 说明。图13示意性地示出采用了根据本发明的使用氢的内燃机的混合动力 车辆的驱动系统。本实施例的混合动力车辆的驱动系统包括图7所示的第 四实施例的发动机系统作为动力单元。在图13中，与图7中所用的相同的 附图标记用于标识与第四实施例中所用的相同的元件或部件。图13所示的混合动力车辆的驱动系统包括作为另一个动力单元的电 动机102和被供给以发动机2的驱动力并产生电力的发电机106。发动机2、 电动机102和发电机106经由动力分配机构100相互接合。连接到动力分 配机构100的电动机102的旋转轴上连接有减速齿轮箱104。减速齿轮箱 104使电动机102的旋转轴与连接到驱动轮98的驱动轴96接合。动力分 配机构100适于将发动机2的驱动力划分为供给到发电机106的第一部分 和供给到减速齿轮箱104的第二部分。由动力分配机构100划分的驱动力 的第一和第二部分的比例可根据需要改变。驱动系统还包括逆变器108、变换器110和高压电池112。逆变器108 连接到发电机106和电动机102,还经由变换器110连接到高压电池112。 由发电机106产生的电力可经由逆变器108供给到电动机102，或者可经 由逆变器108和变换器110向高压电池112充电。储存在高压电池112中 的电能可经由变换器110和逆变器108供给到电动机102。如上所述构造的驱动系统能够在使电动机102停止的同时只使用发动 机2的驱动力使驱动轮98转动，或者能够在使发动机2停止的同时只使用电动机102的驱动力使驱动轮98转动。驱动系统还能够使电动机102和发 动机2两者工作并使用电动机102和发动机2的驱动力使驱动轮98转动。 在驱动系统中，电动机102可用作发动机2的起动器。更具体地，当发动 机2起动时，电动才几102的驱动力的一部分或全部可经由动力分配才几构100 传递到发动机2，以便使发动机2起转。此外，不论发动机2是否起动， 电动机102都能够迫使静止的发动机2根据需要旋转。本实施例的驱动系统由ECU 50控制。ECU 50全面地控制整个驱动系 统，例如包括电动机102、发电机106、动力分配机构IOO、逆变器108和 变换器IIO,以及包括发动机2的发动机系统。图14A和图14B是示出在 本实施例中由ECU 50执行的氩添加控制程序的流程图。图14A和图14B 所示的程序以规则的间隔执行，例如在曲轴每次到达预定曲轴转角时执行。在图14A所示的程序的初始步骤S卯O中，判定发动机2是否在燃料 在燃烧室10中燃烧的情况下运转。如果发动机2在燃料燃烧的情况下运转， 则通过步骤S卯2至步骤S908的操作向液体燃料中添加氢气。在步骤S902中，根据发动机2的运转状况从预存储的脉镨图获得待添 加的氢的需求量。例如，当发动机在高负荷下运转时获得用于抑制爆燃的 待添加的氢量，当发动机在低负荷下运转时获得用于防止或抑制断火或燃 烧变动的待添加的氢量。在下一个步骤S卯4中，根据待添加的氢的需求量 获得要产生的氢的需求量。在下一个步骤S卯6中，氢产生装置90工作以根据要产生的氢的需求 量执行氢产生过程。由氢产生装置90产生的氢气供给到微细气泡产生装置 92,微细气泡产生装置92又将氢气形成为微细气泡并将微细气泡混入液体 燃料中(步骤S908)。通过向发动机2供给混有氢气的液体燃料，可在高 负荷运转时快速抑制爆燃，从而使得发动机能以高效率运转，例如，在点 火正时提前的情况下运转。还可在低负荷运转时快速抑制或防止断火或燃 烧变动，从而使得发动机能在扩大的稀燃区域内运转。另一方面，如果步骤S卯0判定为在发动机2中燃烧停止，则ECU50 转到步骤S910。在步骤S910中，从催化剂20的当前状况判定是否有催化剂处理的请求发出。当由催化剂20吸附的NOx的量接近其极限时，判定 为有必要进行催化剂20的还原过程。当催化剂20的温度低于使其净化能 力最大化的适当温度时，判定为有必要进行催化剂20的加热过程。如果在 步骤S910中判定为请求进行任一种催化剂处理，则执行如下所述的步骤 S916至步骤S924以向液体燃料中添加氩气并向催化剂20供给添加有氩气 的液体燃料。在步骤S916中，根据对催化剂处理的请求内容(是请求进行还原过程 还是请求进行加热过程)从预存储的脉i普图获得待添加的氢的需求量。在 步骤S918中，根据待添加的氢的需求量获得要产生的氢的需求量。在步骤 S920中，氢产生装置90工作以根据要产生的氢的需求量执行氢产生过程。 由氢产生装置卯产生的氢气供给到^:细气泡产生装置92，微细气泡产生 装置92又将氩气形成为微细气泡并将微细气泡混入液体燃料中(步骤 S922)。在步骤S924中，动力分配机构100工作，使得电动机102的驱动力的 一部分或全部经由动力分配机构100传递到发动机2。结果，发动才几2在 电动机102的驱动力作用下被迫旋转而作为从进气通路吸入空气并将其排 入排气通路6的泵工作。在步骤S924中，在电动机102迫使发动机2旋转的同时，ECU 50向 气缸内喷射器传递喷射指令，从而与氩气混合的液体燃料(混有氢的燃料) 从气缸内喷射器被喷入燃烧室中。在这种情况下，每个气缸的气缸内喷射 器都可工作，或者只有特定气缸的气缸内喷射器可工作。要工作的气缸内 喷射器的数量也可根据要向催化剂20供给的混有氢的燃料的量来确定。在发动机2作为泵工作的情况下，从各个气缸内喷射器喷入相应燃烧 室中的混有氩的燃料与从进气通路吸入的空气一起被原样地(即未燃烧) 排放到排气通路6中。此时，进气通路的节气门在需要进行的催化剂处理 是还原过程的情况下关闭。在节气门关闭的情况下，进气量受限，并且在 混有氢的燃料和空气的混合物中空气的百分比减小。结果，氢浓度非常高 的气体^L供给到催化剂20，从而在催化剂20周围形成富氢的还原气氛。另一方面，在需要进行的催化剂处理是加热过程的情况下，节气门打 开，从而空气以对应于喷射燃料量的量被吸入燃烧室中。节气门的打开被控制成使得空燃比或空气与混有氢的燃料的比率变得等于适于催化剂20 上的燃烧反应的空燃比。所得到的混有氢的燃料和空气的混合物经排气通 路6供给到催化剂20，并且混有氢的燃料和氧在催化剂20上进行燃烧反 应，从而升高催化剂20的温度。在催化剂20的还原过程或加热过程完成后，步骤S910判定为无需再 进行催化剂处理。在这种情况下，在步骤S912中氢产生装置90中的氢产 生过程停止，且随后在步骤S914中微细气泡产生装置92形成微细气泡的 过程停止。根据如上所述的氢添加控制程序，在发动机2以燃料燃烧运转时根据 发动机2的运转状况向液体燃料中添加氢，从而发动机2能在由爆燃界限 或稀燃极限所限定的扩大的运转区域内有效地运转。由于在发动机2中燃 烧停止时在发动机2由电动机102旋转的情况下喷射混有氢的燃料，所以 能有效地进行催化剂20的还原过程或加热过程而不会影响发动机2的性能 或运转特性。第四和第五实施例的变型示例如上所述的本发明的第四和第五实施例可例如以下述方式进行修改。尽管在图7所示的发动机中将燃料直接喷入燃烧室10中的气缸内喷射 器18被设置为燃料喷射装置，但是也可使用将燃料喷入进气口的进气口喷 射器。尽管图7所示的发动机是汽油机，但是本发明也可应用于柴油机。尽管图13所示的混合动力车辆能够使用发动机2和电动机102中的一 者或两者来行驶，但是本发明也可应用于其它类型的混合动力车辆，只要 该车辆能够至少使用电动机102来行驶即可。即，发动机2可只用来发电。第六实施例接下来参照图15、图16A和图16B，对本发明的第六示例性实施例进 -f亍详细说明。图15示意性地示出根据本发明的第六实施例构造的使用氢的内燃机(下文中筒称为"发动机")的系统。本实施例的发动机具有发动机2。 除了在排气通路6中配置有用于净化燃烧气体的催化剂(例如，NOx催化 剂)20之外，发动机2的构造与第一实施例中的基本相同，因而在此不对 发动机2进行说明。在图15中，与图l和图7中所用的相同的附图标记用 于标识与第一实施例和第四实施例的发动机系统中相同的元件或部件。在图15的发动机系统中，发动机2的气缸内喷射器18经由燃料供给 通路34连接到燃料箱30。在燃料箱30中贮存有液体碳氢燃料如汽油。燃 料箱30中的液体燃料由配置在燃料供给通路34中的燃料泵(高压泵)32 向上抽吸，并在被压缩至高于燃烧室10中的燃烧气体压力的特定压力水平 后供给到气缸内喷射器18。燃料泵32可以是由发动机2驱动的机械泵， 或由电动才几驱动的电动泵。在燃料供给通路34中在燃料泵32的上游配置有通路选择阀114。通 路选择阀114可以是具有一个出口和两个入口的三通阀。所述出口连接到 燃料供给通路34的下游侧(即更靠近燃料泵32的一侧)，所述入口之一 连接到燃料供给通路34的上游侧(即更靠近燃料入口一侧)。通路选择阀 114的另一个入口连接到燃料循环通路78的一端。燃料循环通路78与燃 料供给通路34平行地布置，并且通路78的另 一端连接到燃料供给通路34 中的气缸内喷射器18附近，更具体地，连接到用于在各个气缸的气缸内喷 射器18之间分配液体燃料的输送管34a。通路选择阀114通常被置于使连接到燃料供给通路34的上游侧的入口 打开的位置。在这种情况下，如上所述，从燃料箱30被向上抽吸并由燃料 泵32加压的液体燃料供给到气缸内喷射器18。当通路选择阀114被切换 到使连接到燃料循环通路78的入口打开的位置时，形成由燃料供给通路 34和液体循环通路78构成的液体燃料的循环系统。在这种情况下，燃料 从气缸内喷射器18的喷射停止，并且燃料泵32工作以使液体燃料在高压 下经所述循环系统循环。在燃料供给通路34中在燃料泵32的下游配置有用于将氢气作为另一 种燃料混入液体燃料中的微细气泡产生装置92。微细气泡产生装置92将氢气形成为直径为数十微米或更小的微细气泡(将被称作"微细气泡")，并将所述微细气泡混入燃料供给通路34内的液体燃料中。通过使用微细气 泡产生装置92来将氢气的微细气泡混入液体燃料中，氢气能均匀地混合在 液体燃料中，并且能促进氢气向液体燃料中的溶解。由微细气泡产生装置 92产生^f效细气泡的方法不限于任意特定的方法，只要氢气能形成为液体燃 料中的^:细气泡即可。例如，可采用在上面关于第四实施例所述的第一至 第三种方法中的任一种。混入液体燃料中的氢气从氢产生装置卯经由氢气供给通路86供给到 微细气泡产生装置92。氢产生装置卯能够从液体氢化物直接形成氢气。 例如，可使用水、醇、汽油、轻油等作为液体氢化物。在本实施例中，使 用水作为液体氢化物。氢产生装置卯可例如通过在上面关于第四实施例所 述的第一至第三种方法中的一种来产生氢气。氩产生装置卯由电能驱动或供给动力。氩产生装置90可从电池118 接收电能，或者可从再生系统116直接接收电能。再生系统116配置在车 辆的驱动系统中，并适于回收车辆的减速能量(即在车辆的减速过程中产 生的能量)作为电能。由再生系统116回收的电能通常用于给电池118充 电，但是如果满足下述的特定条件，则也可直接供给到氢产生装置卯。通过使用氢产生装置卯来产生氢气，要由发动机使用的氢可主要以液 态贮存在发动机系统中。与例如在压力箱中贮存气态氢的情况相比，更易 于对氢进行处理，并且贮存氢的空间可缩小，从而确保高的安置效率。在 本实施例中，从水箱80经由供水通路84供给用于在氢产生装置90中形成 氢气的水。在供水通路84中配置有用于从水箱80向上抽吸水并将水供给 到氢产生装置卯的水泵82。第六实施例的发动机系统包括ECU (电子控制单元)50作为其控制 单元。在ECU 50的输出部上连接有各种装置或部件，例如包括火花塞16、 气缸内喷射器18、燃料泵32、水泵82、微细气泡产生装置92、氢产生装 置卯和通路选择阀114。在ECU50的输入部上连接有各种传感器，例如 包括用于获取关于发动机2的运转状况的信息(例如，加速踏板位置、车速、发动机转速、空燃比、水温和爆燃信号)的运转状况测量装置52。 ECU 50基于上述和其它传感器的输出根据特定的控制程序控制上述和其它装通过如上所述构造的发动机系统，当变得有必要向液体燃料中添加氢 气时，通过氢产生装置卯从水直接产生氢气，并将所产生的氢气形成为孩吏 细气泡且混入液体燃料中。在图16A和图16B的流程图中示出的程序是在 第六实施例中由ECU 50执行的氢添加控制程序的第一示例。下面参照图 16A和图16B的流程图更详细地说明根据本实施例的氢添加控制。图16A 和图16B的程序以规则的间隔执行，例如在曲轴每次到达预定曲轴转角时 执行。在图16A所示的程序的初始步骤S1100中，基于由运转状况测量装置 52测得的发动机2的运转状况判定是否满足添加氢的条件。例如，当发动 机在可能发生爆燃的运转区域内运转时，或者当发动机2在可能产生燃烧 变动的运转区域内运转时，可满足添加氢的条件。如果满足添加氢的条件， 则在步骤S1102中作进一步判定，并根据该步骤中的判定结果执行适当的 添加氩的过程。在步骤S1102中，判定是否正在进行再生控制，即再生系统116当前 是否正在工作。例如，当发动机2像在车辆加速或以恒定速度行驶的情况 下那样以燃料燃烧运转时，不进行再生控制，或者再生系统116不工作。 在这种情况下，通过如下所述的步骤S1104至步骤S1110的操作向液体燃 料中添加氢气。在步骤S1104中，根据发动机2的运转状况从预存储的脉镨图获得待 添加的氢的需求量。待添加的氢的量例如可被定义为氢气的发热值与燃料 整体(即液体燃料和氢气的混合物)的总发热值的比率。在下一个步骤 S1106中，根据待添加的氢的需求量获得要产生的氢的需求量(即每单位 时间内需要产生的氢气的量)。更具体地，从加速踏板位置、发动机转速 等获得发动机2的需求负荷，并从需求负荷和待添加的氢的需求量获得加 在氢气上的负荷分量(将被称作"氢负荷")。然后，基于每单位量的氢气所产生的热量的量，根据氢负荷计算要产生的氢的需求量。在下一个步骤S1108中，水泵82工作以从水箱80向氢产生装置90 供给与要产生的氢的需求量相对应的量的水。然后，氢产生装置卯执行氢 产生过程以产生需求量的氢气。此时，氩产生装置卯以l&存在电池118 中的电能供给动力。如此产生的氢气从氢产生装置90供给到微细气泡产生 装置92。在下一个步骤S1110中，微细气泡产生装置92工作以形成氩气的微细 气泡，并将孩"田气泡形式的氢气混入液体燃料中。随后与氢气混合的液体 燃料从^L细气泡产生装置92供给到气缸内喷射器18，并从气缸内喷射器 18直接喷入燃烧室10中。通过喷射包含高可燃性氢气的燃料，可在高负荷发动机运转期间抑制 爆燃，或者在低负荷发动机运转期间抑制或减小燃烧变动。如果在步骤 S1100中不满足添加氢的条件，则在步骤S1122中氢产生装置卯中的氢产 生过程停止，且随后在步骤S1124中微细气泡产生装置92形成微细气泡的 过程停止。如果ECU 50在步骤S1102中判定为再生控制正在进行，则在步骤 S1112中判定是否正在进行燃料切断控制，即燃料从气缸内喷射器18的喷 射当前是否正停止。在车辆减速过程中，气缸内喷射器18的燃料喷射在燃 料切断控制下基本上停止，因此在步骤S1112中获得肯定的判断(是)。 但是，如果发动机转速降低至特定转速(例如，怠速)，则燃料喷射暂时 恢复以防止发动^L转速进一步降低。在这种情况下，在步骤S1112中获得 否定的判断(否)。当在步骤S1112中获得肯定的判断(是)时，通过如 下所述的步骤S1114至步骤S1118的操作向液体燃料中添加氢气。在步骤S1114中，通路选择阀114被切换至使连接到燃料循环通路78 的入口打开的位置，同时燃料泵32工作。结果，由燃料泵32升压的高压 液体燃料经燃料循环通路78被供给回到燃料供给通路34，并经由燃料供环期间从燃料泵32输送的燃料的流量被设定为预定的循环时间流量。在步骤S1116中，水泵82和氢产生装置卯工作以根据要产生的氢的 需求量执行氢产生过程。要产生的氢的需求量由燃料在循环系统中循环期 间的液体燃料的流量和待添加的氢的需求量计算。此时，已连接到电池118 的再生系统116连接到氢产生装置卯，从而由再生系统116产生的所有电 能供给到氢产生装置卯以用于氢产生过程。在步骤S1118中，微细气泡产生装置92工作以将氢气形成为微细气泡 并将氢气的微细气泡混入在循环系统中流动的液体燃料中。通过形成氢气 的微细气泡并将氢气的微细气泡混入循环的液体燃料中，所产生的氢气能 贮存在液体燃料中。如果在步骤S1112中获得否定的判断(否)，则执行步骤S1120。在 步骤S1120中，通路选择阀114被切换回使连接到燃料入口的入口打开的 正常位置，从而液体燃料停止循环，并且使燃料从燃料箱30供给到气缸内 喷射器18的正常燃料供给系统恢复。此时，氢气已被添加到燃料供给通路 34内的液体燃料中而满足待添加的氢的需求量，因此能在重新开始燃料喷 射后立即从气缸内喷射器18喷射混有充足量氢气的液体燃料。根据如上所述的氢添加控制程序，氢产生装置90在氢产生过程中利用 由再生系统116产生的电能。这使得即使在电池118充满电的情况下也能 使再生系统116工作以回收车辆的减速能量。这样，本实施例的发动机系 统能够通过有效地利用车辆的减速能量而产生氢气，从而节省了能量并实 现了高的能量效率。才艮据如上所述的氢添加控制程序，所产生的氢气在燃料切断控制期间 被混入循环的液体燃料中，从而能在燃料喷射一重新开始就向气缸内喷射 器18供给已添加有氢气的液体燃料。此外，根据如上所述的氢添加控制程序，液体燃料沿燃料供给通路34 和燃料循环通路78循环，并且氢气被混入循环的液体燃料中，从而能在液 体燃料中贮存较大量的氢气。特别地，通过如在本实施例中那样将微细气 泡形式的氢气混入液体燃料中，能促进氢气向液体燃料中的溶解，并且能 在液体燃料中贮存较大量的氢气。这使得能够利用更多的减速能量来产生氢气，从而确保更高的能量效率。图17是示出在第六实施例中由ECU 50执行的氢添加控制程序的第二 示例的流程图。通过使ECU 50执行图17的程序来替换图16A和图16B 的程序，本实施例的发动机系统利用向液体燃料中添加氢来进行催化剂20 的还原过程。在图17中，与图16A和图16B中所用的相同的步骤编号用 于标识与图16A和图16B所示的氢添加控制程序具有相同内容的工步，并 且不再对重复的工步进行说明。图17的程序以规则的间隔执行，例如在曲 轴每次到达预定曲轴转角时执行。在图17所示的程序中，如果满足添加氢的条件(在步骤SllOO中获得 "是，，)，并且车辆当前正在再生控制下工作(在步骤S1102中获得"是") 且在燃料切断控制下工作(在步骤S1112中获得"是")，则在步骤S1114 至步骤S1118的操作后执行步骤S1200。在步骤S1200中，判定是否满足进行催化剂还原过程的条件。如果由 催化剂20吸附的NOx的量超过预定阈值量，则条件满足。由催化剂20 吸附的NOx的量可间接测得或从在上一次还原过程测得的总的稀燃工作 时间获得。在满足进行催化剂还原过程的条件以前，跳过如下所述的步骤 S1202和步骤S1204。如果满足进行催化剂还原过程的条件，则执行步骤S1202和步骤 S1204。在步骤S1202中，通路选择阀114净皮切换至正常位置以停止液体 燃料的循环，并且使燃料从燃料箱30供给到气缸内喷射器18的正常燃料 供给系统恢复。在下一个步骤S1204中，向气缸内喷射器18传达喷射指令，并且混有 氢气的液体燃料(富氢燃料)从气釭内喷射器18直接喷入燃烧室10中。 由于氩气已通过步骤S1114至步骤S1118的操作添加到燃料供给通路34 内的液体燃料中，所以在燃料喷射开始后立即从气缸内喷射器18喷射混有 充足量氢气的液体燃料。如果火花塞16在燃料切断控制期间正在工作，则 将气缸内喷射器18的燃料喷射正时设定为致动火花塞16之后的一个时刻， 例如在膨胀冲程或排气冲程内的一个时刻，以防止燃料在点火后燃烧。在步骤S1204中，所有气缸的气缸内喷射器18都可工作，或者只有特定气缸 的气缸内喷射器18可工作。要工作的气缸内喷射器18的数量也可根据要 向催化剂20供给的混有氬的燃料的量来确定。根据如上所述的氢添加控制程序，混有氢气的液体燃料能原样地供给 到催化剂20而不在燃烧室10中燃烧。由于氢气具有高的还原能力，所以 向催化剂20供给氢气使得还原过程能在催化剂20上有效地进行。第六实施例的变型示例如上所述的本发明的第六实施例可例如以下述方式进行修改。尽管在所述实施例中电能从再生系统116直接供给到氢产生装置90， 但是电能也可从再生系统116经由电池118供给到氢产生装置90。在这种 情况下，由再生系统116产生的电能可先用于给电池118充电，而剩余的 电能可供给到氢产生装置卯。尽管在图15所示的发动机中将燃料直接喷入燃烧室10中的气缸内喷 射器18被设置为燃料喷射装置，但是也可使用将燃料喷入进气口的进气口 喷射器来代替气缸内喷射器18。在这种情况下，在燃料切断控制期间火花 塞停止工作，从而当燃料从进气口喷射器喷射以进行催化剂还原过程时可 防止混有氢的燃料在燃烧室中燃烧。尽管图15所示的发动机是汽油机，但是本发明也可应用于柴油机。第七实施例接下来参照图18、图19A和图19B，对本发明的第七示例性实施例进 行详细说明。图18示意性地示出根据本发明的第七实施例构造的使用氢的内燃机2 (下文中简称为"发动机")的系统。除了在排气通路6中配置有用于净 化燃烧气体的催化剂(例如，NOx催化剂)20之外，发动机2的构造与第 一实施例中的基;M目同。因此，不对发动机2作进一步说明。在图18中， 与图l和图7中所用的相同的附图标记用于标识与第一实施例和第四实施 例的发动机系统中相同的元件或部件。在第七实施例的发动机系统中，发动机2的气缸内喷射器18经由燃料供给通路34连接到燃料箱30。在燃料箱30中贮存有液体碳氢燃料如汽油。 燃料箱30中的液体燃料由配置在燃料供给通路34中的燃料泵(高压泵) 32向上抽吸，并在被压缩至高于燃烧室10中的燃烧气体压力的特定压力 水平后供给到气缸内喷射器18。燃料泵32可以是由发动机2驱动的机械 泵，或由电动才几驱动的电动泵。在燃料供给通路34中在燃料泵32的上游配置有通路选择阀114。通 路选择阀114是具有一个出口和两个入口的三通阀。所述出口连接到燃料 供给通路34的下游侧(即更靠近燃料泵32的一侧)，所述入口之一连接 到燃料供给通路34的上游侧(即更靠近燃料入口一侧)。通路选择阀114 的另 一个入口连接到燃料循环通路78的 一端。燃料循环通路78与燃料供 给通路34平行地布置，并且通路78的另 一端连接到燃料供给通路34中的 气缸内喷射器18附近，更具体地，连接到用于在各个气缸的气缸内喷射器 18之间分配液体燃料的输送管34a。通路选择阀114通常被置于使连接到燃料供给通路34的上游侧的入口 打开的位置。在这种情况下，如上所述，从燃料箱30被向上抽吸并由燃料 泵32加压的液体燃料供给到气缸内喷射器18。当通路选择阀114被切换 到使连接到燃料循环通路78的入口打开的位置时，形成由燃料供给通路 34和液体循环通路78构成的液体燃料的循环系统。在这种情况下，燃料 从气釭内喷射器18的喷射停止，并且燃料泵32工作以使液体燃料在高压 下经所述循环系统循环。在燃料供给通路34中在燃料泵32的下游配置有用于将氢气作为另一 种燃料混入液体燃料中的微细气泡产生装置92。微细气泡产生装置92将 氢气形成为直径为数十微米或更小的微细气泡(将被称作"微细气泡")， 并将所述微细气泡混入燃料供给通路34内的液体燃料中。通过使用微细气 泡产生装置92来将氢气的微细气泡混入液体燃料中，氢气能均匀地混合在 液体燃料中，并且能促进氢气向液体燃料中的溶解。由微细气泡产生装置 92产生孩i细气泡的方法不限于任意特定的方法，只要氢气能形成为液体燃 料中的^t细气泡即可。例如，可采用在上面关于第四实施例所述的第一至第三种方法中的任一种。混入液体燃料中的氢气从氢产生装置90经由氢气供给通路86供给到 微细气泡产生装置92。氢产生装置90能够从液体氢化物直接形成氢气。 例如，液体氢化物可选自水、醇、汽油、轻油和其它化合物。在本实施例 中，使用水作为液体氢化物。氢产生装置90可例如通过在上面关于第四实 施例所述的第一至第三种方法中的一种来产生氢气。通过使用氢产生装置卯来产生氢气，要由发动机使用的氢可主要以液 态贮存在发动机系统中。与例如在压力箱中贮存气态氢的情况相比，更易 于对氢进行处理，并且贮存氢的空间可缩小，从而确保高的安置效率。在 本实施例中，从水箱80经由供水通路84供给用于在氢产生装置90中形成 氢气的水。在供水通路84中配置有用于从水箱80向上抽吸水并将水供给 到氢产生装置90的水泵82。第七实施例的发动机系统包括ECU (电子控制单元)50作为其控制 单元。在ECU 50的输出部上连接有各种装置或部件，例如包括火花塞16、 气缸内喷射器18、燃料泵32、水泵82、微细气泡产生装置92、氢产生装 置90和通路选择阀114。在ECU50的输入部上连接有各种传感器，例如 包括用于获取关于发动机2的运转状况的信息(例如，加速踏板位置、车 速、发动机转速、空燃比、水温和爆燃信号)的运转状况测量装置52和用 于检测驾-使员侧车门的打开的门开关120。 ECU 50基于上述和其它传感器 的输出4艮据特定的控制程序控制上述和其它装置。通过如上所述构造的发动机系统，当变得有必要向液体燃料中添加氬 气时，通过氢产生装置90从水直接产生氢气，并将所产生的氢气形成为微 细气泡且混入液体燃料中。在图19A和图19B的流程图中示出的程序是根 据第七实施例在发动机起动时由ECU 50执行的氢添加控制程序。下面参 照图19A和图19B的流程图更详细地说明在发动机起动时所执行的氢添加 控制。图19A和图19B的程序以规则的间隔执行，例如在曲轴每次到达预 定曲轴转角时执行。在图19A所示的程序的初始步骤S2100中，由从门开关120传递的信号判定驾驶员侧车门是否打开。当驾驶员侧车门打开时，门开关120的信 号从关(OFF)切换为开(ON)。从驾驶员侧车门的打开预测驾驶员想要 起动发动机2。即，预测发动机2要起动。当驾驶员侧车门处于关闭状态 时，不执行下列步骤，只重复执行步骤S2100。当驾驶员侧车门打开时，即当预测发动机2要起动时，执行步骤S2102 以判定是否满足在发动机起动时添加氢的条件。例如，当冷却剂温度等于 或低于阈值温度，或大气状况可能在发动机的低负荷运转期间引起断火， 或燃料箱30中的液体燃料的特性可能引起断火时，可满足在发动机起动时 添加氢的条件。如果不满足添加氢的条件，则在步骤S2122中氢产生装置 卯不执行氢产生过程，并且在步骤S2124中微细气泡产生装置92不执行 形成微细气泡的过程。如果满足添加氢的条件，则执行步骤S2104和后续的步骤以向液体燃 料中添加氢气。在步骤S2104中，从预存储的脉镨图获得在发动机起动时 待添加的氩的需求量。待添加的氢的量例如可被定义为氢气的发热值与燃 料整体(即液体燃料和氢气的混合物)的总发热值的比率。在下一个步骤 S2106中，从在上述循环系统中循环的液体燃料的流量(即从液压燃料泵 32输送的燃料的流量)和待添加的氢的需求量获得要产生的氢的需求量 (即需要产生的氢气的量)。在步骤S2108中，燃料泵32工作以开始升高液体燃料的压力，并且通 路选择阀114被切换至使连接到燃料循环通路78的入口打开的位置。结果， 由燃料泵32升压的高压液体燃料经燃料循环通路78返回到燃料供给通路在燃料循环期间，从燃料泵32输送的燃料的流量被设定为预定的循环时间 流量。在步骤S2110中，水泵82和氢产生装置卯工作以根据要产生的氢的 需求量执行氢产生过程。在下一个步骤S2112中，由氢产生装置90产生的 氢气供给到微细气泡产生装置92，微细气泡产生装置92又将氢气形成为,混入在所述循环系统中循环的液体燃料中。通过将氢气的微细气泡混入循环的液体燃料中，在发动机2起动之前所产生的氩 气能贮存在液体燃料中。在氢气通过如上所述的步骤S2104至步骤S2112的操作添加到液体燃 料中后，执行步骤S2114以判定起动发动机2的请求是否发出。当起动开 关例如点火开关从关(OFF)切换到开(ON)时，可判定为发出了起动请 求。当存在起动发动机2的请求时，在步骤S2116中执行发动机起动控制， 例如使用起动器起转，以起动发动机2。在执行了发动机起动控制后，在步骤S2118中判定发动机2的起动是 否完成。例如，当发动机转速上升到预定的阈值转速时，可判定为起动完 成。在发动机2起动期间(即在发动机2起动完成以前)，通路选择阀114 不切换到正常位置，除非燃料压力降低到预定水平以下，并且液体燃料保 持为在循环系统中循环。在发动机2的起动完成后，执行步骤S2120。在步骤S2120中，通路 选择阀114被切换回正常位置，以使液体燃料停止循环，并且重新形成使 燃料从燃料箱30供给到气釭内喷射器18的正常燃料供给系统。由于氢气 已被添加到燃料供给通路34内的液体燃料中而满足氬的需求量，因此能在 燃料喷射开始后立即从气缸内喷射器18喷射混有充足量氢气的液体燃料。根据如上所述的氢添加控制程序，氢气在发动机2起动前由氢产生装 置卯产生，并且如此产生的氢气被混入循环的液体燃料中，从而能从燃料 喷射一开始就向气缸内喷射器18供给已添加有氢气的液体燃料。此外，由 于氢气被形成为微细气泡并且以微细气泡的形式混入液体燃料中，所以能 促进氢气向液体燃料中的溶解，并且能供给具有大量氢气的液体燃料。因 此，由于从发动机2 —开始运转(即紧接在发动机2起动后)就添加氩气， 本实施例的发动机能实现稳定的燃烧，且由此能以十分稀的空燃比运转， 或以大大延迟的点火正时运转，以快速升高催化剂20的温度。根据如上所述的氢添加控制程序，当预测发动机2要起动时从水产生 氢气，并且如此产生的氢气以微细气泡的形式贮存在循环的液体燃料中。 这样，本实施例的发动机系统不需要用于容纳气态氩气的箱，从而可确保降低制造成本以及提高在车辆上安装系统的便易性或效率。 第八实施例参照图20、图21A和图21B,对本发明的第八示例性实施例进行详细 说明。图20示意性地示出采用了根据本发明的使用氢的内燃机的混合动力 车辆的驱动系统。本实施例的混合动力车辆的驱动系统包括图18所示的第 七实施例的发动机系统作为动力单元。在图20中，与图18中所用的相同 的附图标记用于标识与第七实施例中所用的相同的元件或部件。图20所示的混合动力车辆的驱动系统包括作为另一个动力单元的电 动机102和被供给以发动机2的驱动力并产生电力的发电机106。发动机2、 电动机102和发电机106经由动力分配机构100相互接合。连接到动力分 配机构100的电动机102的旋转轴上连接有减速齿轮箱104。减速齿轮箱 104使电动机102的旋转轴与连接到驱动轮98的驱动轴96接合。动力分 配机构100适于将发动机2的驱动力划分为供给到发电机106的第一部分 和供给到减速齿轮箱104的第二部分。由动力分配机构100划分的驱动力 的第一和第二部分的量可根据需要改变。驱动系统还包括逆变器108、变换器110和高压电池112。逆变器108 连接到发电机106和电动机102，还经由变换器110连接到高压电池112。 由发电机106产生的电力可经由逆变器108供给到电动机102，或者可经 由逆变器108和变换器110向高压电池112充电。储存在高压电池112中 的电能可经由变换器110和逆变器108供给到电动机102。如上所述构造的驱动系统能够在使电动机102停止的同时只使用发动 机2的驱动力使驱动轮98转动，或者相反地，能够在使发动机2停止的同 时只使用电动机102的驱动力使驱动轮98转动。驱动系统还能够使电动机 102和发动机2两者工作并使用电动机102和发动机2的驱动力使驱动轮 98转动。在驱动系统中，电动机102可用作发动机2的起动器。更具体地， 当发动机2起动时，电动才几102的驱动力的一部分或全部可经由动力分配 机构100传递到发动机2，以便使发动机2起转。此外，不论发动机2是否起动，电动机102都能够迫使静止的发动机2根据需要旋转。本实施例的驱动系统由ECU50控制。ECU50全面地控制整个驱动系 统，例如包括电动机102、发电机106、动力分配机构IOO、逆变器108和 变换器IIO，以及包括发动机2的发动机系统。图21A和图21B是示出在 本实施例中由ECU 50执行的氢添加控制程序的流程图。该程序包括在车图21A和图21B的流程图对混合动力车辆中的氢添加控制进行详细说明。 图21A和图21B所示的程序以规则的间隔执行，例如在曲轴每次到达预定 曲轴转角时执行。在图21A所示的程序的初始步骤S2200中，判定是否满足添加氢的条 件。在发动机2在该时刻尚未起动的情况下，例如，当冷却剂温度等于或 低于阈值温度，或大气状况可能在发动机的低负荷运转期间引起断火，或 燃料箱30中的液体燃料的特性可能引起断火时，可满足添加氢的条件。另 一方面，在发动机2在该时刻已经起动的情况下，例如，当发动机2在可 能发生爆燃的运转区域内运转时，或者当发动机2在可能产生燃烧变动的 运转区域内运转时，也可满足添加氢的条件。如果不满足添加氢的条件， 则在步骤S2224中氢产生装置卯不执行氢产生过程，并且在步骤S2226 中微细气泡产生装置92不执行形成微细气泡的过程。如果满足添加氩的条件，则执行步骤S2202和后续的步骤以向液体燃 料中添加氢气。在步骤S2202中，根据发动机2的运转状况从预存储的脉 镨图获得待添加的氢的需求量。在发动机2在该时刻尚未起动的情况下， 待添加的氢的需求量为在发动机起动时需要添加的氢的量。另一方面，在 发动机2在该时刻已经起动的情况下，待添加的氢的需求量为基于加速踏 板位置、发动机转速等得到的需要添加的氢的量。在步骤S2204中，根据待添加的氢的需求量获得要产生的氢的需求量。 在发动机2在该时刻尚未起动的情况下，从待添加的氢的需求量和在循环 系统中循环的液体燃料的流量(即从液压燃料泵32输送的燃料的流量)来 计算要产生的氢的需求量。在发动机2在该时刻已经起动的情况下，例如从待添加的氢的需求量、发动机2的需求负荷和每单位量的氢气所产生的 热量的量来计算要产生的氢的需求量。在步骤S2206中，判定发动机起动请求标记是否为ON (有效)。当 ECU 50判定为需要起动发动机时发动机起动请求标记从OFF (无效)切 换至ON。当发动机2的起动完成时发动机起动请求标记从ON切换至 OFF。如果发动机起动请求标记为ON，则通过步骤S2212至步骤S2222的 操作执行发动机起动时的氢添加控制。在步骤S2212中，燃料泵32工作以 开始升高液体燃料的压力，并且通路选择阀114被切换至使连接到燃料循 环通路78的入口打开的位置。结果，由燃料泵32升压的高压液体燃料经 燃料循环通路78返回到燃料供给通路34 ，并由此在由燃料供给通路34和 燃料循环通路78构成的燃料循环系统中循环。在燃料循环期间从燃料泵 32输送的燃料的流量被设定为预定的循环时间流量。在步骤S2214中，水泵82和氢产生装置90工作以根据待添加的氩的 需求量执行氢产生过程。在下一个步骤S2216中，由氢产生装置90产生的 氢气供给到微细气泡产生装置92，微细气泡产生装置92又将氢气形成为 微细气泡并将微细气泡混入在所述循环系统中循环的液体燃料中。通过将 微细气泡形式的氢气混入循环的液体燃料中，在发动机2起动之前所产生 的氢气能贮存在液体燃料中。在氩气通过如上所述的步骤S2212至步骤S2216的操作添加到液体燃 料中后，在步骤S2218中执行用于起动发动机2的发动机起动控制。在发 动机起动控制中，动力分配机构100工作以将电动机102的驱动力的一部 分或全部经由动力分配才几构100传递到发动机2。接收到电动机102的驱 动力的发动机2开始起转，然后从气缸内喷射器18喷射混有氢的燃料，从 而起动发动才几2。在执行了发动机起动控制后，在步骤S2220中判定发动机2的起动是 否完成。例如，当发动机转速上升到预定的阈值转速时，ECU 50可判定 为起动完成。在发动机2起动期间(即在发动机2起动完成以前)，通路选择阀114不切换到正常位置，除非燃料压力降低到预定水平以下，并且 液体燃料保持为在循环系统中循环。当发动机2的起动完成时，执行步骤S2222。在步骤S2222中，通路 选择阀114被切换回正常位置，以使液体燃料停止循环，并且重新形成使 燃料从燃料箱30供给到气缸内喷射器18的正常燃料供给系统。由于已有 需求量的氢气被添加到燃料供给通路34内的液体燃料中，因此能在燃料喷 射开始后立即从气缸内喷射器18喷射混有充足量氢气的液体燃料。在发动机2起动完成后，发动机起动请求标记从ON切换到OFF。结 果，在图21A的程序的下一个循环内在步骤S2206中获得否定的判定(否)。 在这种情况下，通过步骤S2208和步骤S2210的操作执行发动机运转期间 的氢添加控制。在步骤S2208中，氢产生装置卯根据要产生的氢的需求量 执行氢产生过程。随后由氢产生装置卯产生的氢气供给到微细气泡产生装 置92，微细气泡产生装置92又在步骤S2210中将氢气形成为^L细气泡并 将微细气泡混入液体燃料中。通过向发动机2供给混有氢气的液体燃料， 可在高负荷发动机运转期间快速抑制爆燃，从而使得发动机2能以高效率 运转，例如，在点火正时提前的情况下运转。还可在低负荷发动机运转期 间快速抑制或防止断火或燃烧变动，从而使得发动机2能在扩大的稀燃区 域内运转。根据如上所述的氩添加控制程序，氢气在车辆以电动机102的驱动力 行驶的同时在发动机2起动前由氢产生装置90产生，并且如此产生的氢气 被混入循环的液体燃料中，从而能从燃料喷射一开始就向气缸内喷射器18 供给混有氢气的液体燃料。此外，由于氢气以;微细气泡的形式混入液体燃 料中，所以能促进氢气向液体燃料中的溶解，并且能供给具有大量氢气的 液体燃料。在才艮据第八实施例的混合动力车辆的驱动系统中，由于从发动 机2 —开始运转即紧接在发动机2起动后就添加氢气，所以发动机2能实 现稳定的燃烧，且由此能以十分稀的空燃比运转，或以大大延迟的点火正 时运转，以快速升高催化剂20的温度。此外，根据如上所述的氢添加控制程序，在发动机2起动前直接从水产生氢气，并且如此产生的氢气以微细气泡的形式贮存在循环的液体燃料 中。这样，本实施例的混合动力车辆的驱动系统不需要用于容纳气态氢气 的箱，从而可确保降低制造成本以及提高在车辆上安装驱动系统的便易性 或效率。第七和第八实施例的变型示例如上所述的第七和第八实施例可例如以下述方式进行修改。尽管在图18所示的发动机中将燃料直接喷入燃烧室10中的气缸内喷 射器18被设置为燃料喷射装置，但是也可使用将燃料喷入进气口的进气口 喷射器来代替气缸内喷射器18。尽管图18所示的发动机是汽油机，但是 本发明也可应用于柴油机。尽管图20所示的混合动力车辆能够使用发动机2和电动机102中的一 者或两者来行驶，但是本发明也可应用于其它类型的混合动力车辆，只要 该车辆能够至少使用电动机102来行驶即可。即，发动机2可只用来发电。尽管已参照所述实施例对本发明进行了说明，但是应当理解，本发明 不限于所述示例性实施例或构造，而是在不背离本发明的精神和范围的情 况下能以各种变化、修改或等效布置加以实施。
权利要求
1、一种使用氢的内燃机，其特征在于包括喷射液体燃料的燃料喷射装置和用于向所述燃料喷射装置供给混有氢的燃料作为液体燃料的燃料供给装置，氢气以液体碳氢燃料中的微细气泡的形式包含在所述液体燃料中。
2、 根据权利要求1所述的使用氢的内燃机，其中所述燃料供给装置 包括燃料箱和混合装置，在所述燃料箱中贮存有所述混有氢的燃料，所述 混合装置用于将从所述燃料箱中的所述混有氢的燃料中逸出的氢气形成为 微细气泡并将所述氢气的所述微细气泡混回到所述混有氢的燃料中。
3、 根据权利要求2所述的使用氢的内燃机，其中所述混合装置在所 述混有氢的燃料向所述燃料喷射装置供给期间在使所述燃料箱与所述燃料 喷射装置相连的燃料供给通路中将所述逸出的氢气混回到所述混有氢的燃 料中。
4、 根据权利要求2所述的使用氢的内燃机，其中所述混合装置将所 述逸出的氢气混回到在供从所述燃料箱输送的所述混有氢的燃料返回所述 燃料箱的燃料循环通路中循环的所述混有氢的燃料中。
5、 根据权利要求1所述的使用氢的内燃机，其中所述燃料供给装置 包括燃料箱、氢产生装置和混合装置，在所述燃料箱中贮存有所述液体碳 氢燃料，所述氢产生装置用于从所迷燃料箱中的所述碳氢燃料产生氢气， 所述混合装置用于将从所述碳氢燃料产生的所述氢气形成为微细气泡并将 所述氢气的所述孩i细气泡混入所述碳氢燃料中。
6、 根据权利要求5所述的使用氢的内燃机，其中所述混合装置在所 述混有氢的燃料向所述燃料喷射装置供给期间在使所述燃料箱与所述燃料 喷射装置相连的燃料供给通路中将从所述碳氢燃料产生的所述氢气混入所 述碳氢燃料中。
7、 根据权利要求5所述的使用氢的内燃机，其中所述混合装置将从 所述碳氢燃料产生的所述氢气混入在供从所述燃料箱输送的所述碳氢燃料 返回所迷燃料箱的燃料循环通路中循环的所述碳氢燃料中。
8、 根据权利要求5至7中任一项所述的使用氢的内燃机，还包括用 于回收车辆的减速能量以提供电能的再生装置，其中所述氢产生装置通过利用由所述再生装置回收的所述减速能量来从所述碳氢燃料产生氢气。
9、 根据权利要求l所述的使用氢的内燃机，其中 所述燃料供给装置包括贮存装置、氢产生装置和氢混合装置，所述贮存装置用于容纳液体氢化物，所述氢产生装置用于从贮存在所述贮存装置 中的所述液体氢化物产生氢气，所述氢混合装置用于将由所述氢产生装置 产生的所述氩气混入供给到所述燃料喷射装置的所述液体燃料中；设置有判断装置，以用于判定是否有必要向所述内燃机供给氢气；并且设置有控制装置，以用于在所述判断装置判定为有必要向所述内燃机 供给氢气时致动所述氢产生装置和所述氢混合装置。
10、 根据权利要求9所述的使用氢的内燃机，其中所述氢混合装置包 括用于产生所述氢气的微细气泡的装置，并将所述氢气的所述微细气泡混 入所述液体燃料中。
11、 根据权利要求9所述的使用氢的内燃机，其中所述判断装置基于 所述内燃机的运转状况来判定是否有必要向所述内燃机供给所述氢气。
12、 根据权利要求9所述的使用氢的内燃机，其中所述判断装置基于 所述液体碳氢燃料的特性来判定是否有必要向所述内燃机供给所述氢气。
13、 根据权利要求9所述的使用氢的内燃机，其中所述判断装置基于 大气状况来判定是否有必要向所述内燃机供给所述氢气。
14、 根据权利要求9所述的使用氢的内燃机，其中所述判断装置基于内燃机供给所述氢气。
15、 根据权利要求9至14中任一项所述的使用氢的内燃机，还包括 氢量确定装置，所述氢量确定装置用于在所述判断装置判定为有必要向所 述内燃机供给所述氢气时确定要被混入所述液体燃料中的氢的需求量，其 中所述控制装置才艮据由所述氩量确定装置所确定的氢的所述需求量来使所述氢产生装置产生氢气。
16、 根据权利要求15所述的使用氢的内燃机，其中所述氢量确定装 置基于所述内燃机的运转状况来确定要被混合的氢的所述需求量。
17、 根据权利要求15所述的使用氢的内燃机，其中所述氢量确定装 置基于所述液体碳氢燃料的特性来确定要被混合的氢的所述需求量。
18、 根据权利要求15所述的使用氢的内燃机，其中所述氢量确定装 置基于大气状况来确定要被混合的氢的所述需求量。
19、 根据权利要求15所述的使用氢的内燃机，其中所述氢量确定装 置基于配置在所述内燃机的排气通路中的催化剂的状况来确定要被混合的 氢的所述需求量。
20、 一种混合动力车辆的控制系统，所述混合动力车辆包括根据权利 要求14或权利要求19所述的使用氢的内燃机和电动机，所述混合动力车 辆至少使用所述电动机来驱动所述车辆，其特征在于当所述判断装置判定为有必要向所述内燃机供给氢气时，所述电动机 在所述内燃机内燃烧停止的同时迫使所述内燃机转动，并且所述氢产生装 置和所述氢混合装置工作，使得所述混有氢的燃料从所述燃料喷射装置被 喷射。
21、 根据权利要求l所述的使用氢的内燃机，其中 所述燃料供给装置包括燃料箱、氢产生装置和氢混合装置，在所述燃料箱中贮存有所述液体燃料，所述氢产生装置用于使用电能从液体氢化物 产生氢气，所述氢混合装置用于将由所述氢产生装置产生的所述氢气混入 从所述燃料箱供给到所述燃料喷射装置的所述液体燃料中；设置有循环装置，以用于使所述液体燃料经所述燃料箱和所述氢混合 装置循环；设置有再生装置，以用于回收车辆的减速能量来提供电能；并且 设置有控制装置，以用于在所述再生装置回收所述减速能量并且所述 燃料喷射装置停止燃料喷射时，通过利用由所述再生装置回收的所述减速 能量来致动所述氢产生装置以产生氢气，并致动所述氢混合装置以将所产生的氢气混入所述液体燃料中，同时使所述循环装置让所述液体燃料循环。
22、 根据权利要求21所述的使用氢的内燃机，其中所述氢混合装置 包括用于产生所述氢气的微细气泡的装置和用于将所述氢气的所述微细气 泡混入所述液体燃料中的装置。
23、 根据权利要求21或权利要求22所述的使用氢的内燃机，还包括 点燃燃烧室中的空气-燃料混合物的点火装置，其中在所述再生装置回收所述减速能量并且所述燃料喷射装置停止喷射 燃料的情况下当满足用于设置在所述内燃机的排气通路中的催化剂的还原 过程的条件时，所述控制装置禁止所述点火装置点燃所述空气-燃料混合物 并使所述燃料喷射装置喷射所述混有氢的燃料。
24、 根据权利要求21或权利要求22所述的使用氢的内燃机，其中 所述燃料喷射装置设置成将所述液体燃料直接喷入燃烧室中；并且 在所述再生装置回收所述减速能量并且所述燃料喷射装置停止喷射燃料的情况下当满足用于设置在所述内燃机的排气通路中的催化剂的还原 过程的条件时，所述控制装置使所述燃料喷射装置在这样的正时喷射所述 液体燃料，在所述正时所喷射的燃料不在所述燃烧室中燃烧。
25、 根据权利要求l所述的使用氢的内燃机，其中所述燃料供给装置包括燃料箱、氢产生装置和氢混合装置，在所述燃 料箱中贮存有所述液体燃料，所述氢产生装置用于从液体氢化物产生氢气，所述氢混合装置用于将由所述氢产生装置产生的所述氢气混入从所述燃料 箱供给到所述燃料喷射装置的所述液体燃料中；设置有循环装置，以用于使所述液体燃料经所述燃料箱和所述氢混合 装置循环；并且设置有控制装置，以用于在所述内燃机起动或预测所述内燃机要起动 时，在所述燃料喷射装置开始燃料喷射之前，致动所述氢产生装置以产生 氢气，并致动所述氢混合装置以将所产生的氢气混入所述液体燃料中，同 时使所述循环装置让所述液体燃料循环。
26、 根据权利要求25所述的使用氢的内燃机，其中所述氢混合装置包括用于产生所述氢气的微细气泡的装置和用于将所述氢气的所述孩l细气 泡混入所述液体燃料中的装置。
全文摘要
在使用碳氢燃料和氢气作为燃料并包括喷射液体燃料的燃料喷射装置(18)的内燃机中，向所述燃料喷射装置供给混有氢的燃料，氢气以液体碳氢燃料中的微细气泡的形式包含在所述混有氢的燃料中。所述混有氢的燃料贮存在燃料箱(30)中。从燃料箱中的所述混有氢的燃料中逸出的氢气被供给到微细气泡产生装置(40)，该微细气泡产生装置将燃料气体形成为微细气泡并将所述微细气泡混回到所述混有氢的燃料中。
文档编号B60W10/06GK101263287SQ200680033974
公开日2008年9月10日 申请日期2006年9月14日 优先权日2005年9月15日
发明者品川知广, 增渕匡彦, 铃木诚 申请人:丰田自动车株式会社