特開 2023-183346 燃料供給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023183346

(43)【公開日】2023-12-27

(54)【発明の名称】燃料供給システム

(51)【国際特許分類】

   F02M 27/02 20060101AFI20231220BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20231220BHJP

   F02M 27/04 20060101ALI20231220BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20231220BHJP

【ＦＩ】

F02M27/02 Z

F02M21/02 G

F02M27/02 V

F02M27/04 B

F02M21/02 K

F02M21/02 S

F02D19/02 B

F02D19/02 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022096920

(22)【出願日】2022-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103517

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 寛之

(72)【発明者】

【氏名】澤下 真人

(72)【発明者】

【氏名】内藤 一哉

(72)【発明者】

【氏名】島村 遼一

(72)【発明者】

【氏名】松山 翔

【テーマコード（参考）】

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G092AA01

3G092AA05

3G092AA06

3G092AB09

3G092AB19

3G092BA09

3G092CA01

3G092DE17S

3G092FA31

3G092GA01

3G092GA10

3G092GB10

3G092HB02X

3G092HC09X

(57)【要約】

【課題】アンモニアと水素を燃料とするエンジンを、短い時間で始動させることができる燃料供給システムを提供する。
【解決手段】
アンモニアおよび水素を含有する燃料ガスをエンジン１１に供給するための燃料供給システム１は、アンモニアを貯蔵するアンモニアタンク２と、アンモニアタンク２と接続され、アンモニアを改質して水素を生成する改質器４と、アンモニアタンク２および改質器４と接続され、燃料ガスを溜めることができる貯留部材５と、貯留部材５と接続され、貯留部材５内の燃料ガスをエンジン１１の吸気ポートＰ１またはエンジン１１のシリンダ１１１内に噴射するインジェクタとを備える。貯留部材５は、燃料供給システム１において最も上方に配置される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンモニアおよび水素を含有する燃料ガスをエンジンに供給するための燃料供給システムであって、
アンモニアを貯蔵するアンモニアタンクと、
前記アンモニアタンクと接続され、アンモニアを改質して水素を生成する改質器と、
前記アンモニアタンクおよび前記改質器と接続され、前記燃料ガスを溜めることができる貯留部材と、
前記貯留部材と接続され、前記貯留部材内の前記燃料ガスを前記エンジンの吸気ポートまたは前記エンジンのシリンダ内に噴射するインジェクタと
を備え、
前記貯留部材は、前記燃料供給システムにおいて最も上方に配置される、燃料供給システム。

【請求項2】

前記貯留部材は、前記アンモニアタンクからのアンモニアが通る第１ラインと、前記改質器からの水素が通る第２ラインとが合流する合流部であり、
前記インジェクタは、
前記貯留部材内の前記燃料ガスを吸入するための吸入口と、吸入した前記燃料ガスを噴射するための噴射口とを有し、
前記吸入口は、前記貯留部材の上端部内に配置される、請求項１に記載の燃料供給システム。

【請求項3】

前記改質器を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記エンジンが停止した後、所定時間の間、前記改質器を作動させる、請求項１または請求項２に記載の燃料供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料供給システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、エンジンシステムとして、アンモニアを燃料として使用するアンモニア燃焼システムが提案されている。アンモニア燃焼システムは、アンモニアを改質して水素を含有する改質ガスを生成する改質装置を備え、改質装置によって生成された水素とアンモニアとをともに、エンジンの燃焼室内で燃焼させている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１９７１６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記した特許文献１に記載されるようなアンモニア燃焼システムでは、エンジンの始動時に、まず、改質装置でアンモニアを改質し、得られた改質ガスに点火する必要がある。

【0005】

そのため、エンジンの始動に必要な量の改質ガスを得るために時間を要し、エンジンを短い時間で始動させることが困難である。

【0006】

そこで、本発明の目的は、アンモニアと水素を燃料とするエンジンを、短い時間で始動させることができる燃料供給システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明［１］は、アンモニアおよび水素を含有する燃料ガスをエンジンに供給するための燃料供給システムであって、アンモニアを貯蔵するアンモニアタンクと、前記アンモニアタンクと接続され、アンモニアを改質して水素を生成する改質器と、前記アンモニアタンクおよび前記改質器と接続され、前記燃料ガスを溜めることができる貯留部材と、前記貯留部材と接続され、前記貯留部材内の前記燃料ガスを前記エンジンの吸気ポートまたは前記エンジンのシリンダ内に噴射するインジェクタとを備え、前記貯留部材は、前記燃料供給システムにおいて最も上方に配置される、燃料供給システムを含む。

【0008】

このような構成によれば、貯留部材が燃料供給システムにおいて最も上方に配置されるので、改質器によって生成された水素を、貯留部材に集めることができる。

【0009】

そのため、次回、エンジンが始動されるときに、貯留部材に溜まっている水素を、エンジンに供給できる。

【0010】

これにより、改質器で新たに水素を生成することなく、貯留部材に溜まっていた水素を利用してエンジンを始動させることができる。

【0011】

その結果、短い時間でエンジンを始動させることができる。

【0012】

本発明［２］は、前記貯留部材が、前記アンモニアタンクからのアンモニアが通る第１ラインと、前記改質器からの水素が通る第２ラインとが合流する合流部であり、前記インジェクタが、前記貯留部材内の前記燃料ガスを吸入するための吸入口と、吸入した前記燃料ガスを噴射するための噴射口とを有し、前記吸入口が、前記貯留部材の上端部内に配置される、請求項１に記載の燃料供給システムを含む。

【0013】

このような構成によれば、改質器によって生成された水素だけでなく、アンモニアタンクからのアンモニアも、第１ラインを通って貯留部材に集まる。

【0014】

この点、水素の比重がアンモニアの比重よりも小さいため、水素は、アンモニアよりも上方に溜まる。そのため、貯留部材には、水素が、アンモニアよりも優先的に溜まる。

【0015】

そして、インジェクタの吸入口は、貯留部材の上端部内に配置される。

【0016】

そのため、比重が小さく、貯留部材の上端部内に溜まる水素を、確実に、インジェクタ内に吸入できる。

【0017】

本発明［３］は、前記改質器を制御する制御装置をさらに備え、前記制御装置は、前記エンジンが停止した後、所定時間の間、前記改質器を作動させる、上記［１］または［２］の燃料供給システムを含む。

【0018】

このような構成によれば、エンジンが停止した後に、改質器で水素を生成できる。

【0019】

そのため、エンジンが停止した後に生成された水素を、エンジンの次回の始動まで、貯留部材内に溜めることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の燃料供給システムによれば、アンモニアと水素を燃料とするエンジンを、短い時間で始動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、本発明の燃料供給システムの一実施形態を備える車両の概略構成図である。

【図2】図２は、図１に示すエンジンの概略構成図である。

【図3】図３は、図１に示す貯留装置の説明図である。

【図4】図４は、変形例（１）について説明するための説明図である。

【図5】図５は、変形例（２）について説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

１．燃料供給システム
図１に示すように、燃料供給システム１は、例えば、車両１０に搭載される。

【0023】

車両１０は、エンジン１１と、バッテリー１２を含む電気システムと、エンジン１１に吸気するための吸気システム１３と、燃料ガスをエンジン１１に供給するための燃料供給システム１と、エンジン１１から排気するための排気システム１４とを備える。

【0024】

なお、燃料ガスは、アンモニアおよび水素を含有する。燃料ガスは、炭素原子を含有する燃料成分を含有しない。そのため、燃料ガスが燃焼しても、二酸化炭素が発生しない。その結果、二酸化炭素の排出を抑制できる。

【0025】

（１）エンジン
エンジン１１は、例えば、直列４気筒の４ストロークエンジンである。エンジン１１は、４つのシリンダ１１１を備える。この説明では、１つのシリンダ１１１について説明し、他のシリンダ１１１についての説明を省略する。

【0026】

図２に示すように、エンジン１１は、シリンダ１１１と、ピストン１１２と、吸気バルブ１１３と、排気バルブ１１４と、点火プラグ１１５とを備える。

【0027】

シリンダ１１１は、吸気ポートＰ１と、排気ポートＰ２とを有する。吸気ポートＰ１は、吸気システム１３と接続される。排気ポートＰ２は、排気システム１４と接続される。

【0028】

ピストン１１２は、シリンダ１１１内を往復する。ピストン１１２の頭部とシリンダ１１１の内面とで区画される空間が、燃焼室Ｃである。燃焼室Ｃは、吸気ポートＰ１および排気ポートＰ２と通じる。

【0029】

吸気バルブ１１３は、吸気ポートＰ１を開閉する。吸気バルブ１１３が開き、排気バルブ１１４が閉じた状態で、吸気システム１３からの空気は、吸気ポートＰ１を通って、シリンダ１１１内の燃焼室Ｃに吸気される。

【0030】

排気バルブ１１４は、排気ポートＰ２を開閉する。吸気バルブ１１３が閉じ、排気バルブ１１４が開いた状態で、燃焼室Ｃ内の排気ガスは、排気ポートＰ２を通って、排気システム１４に排気される。吸気バルブ１１３および排気バルブ１１４が閉じた状態で、燃焼室Ｃは、密閉される。

【0031】

点火プラグ１１５は、燃焼室Ｃ内の混合気（燃料ガスと空気との混合物）に点火する。点火プラグ１１５は、具体的には、スパークプラグである。

【0032】

（２）燃料供給システム
図１に示すように、燃料供給システム１は、アンモニアタンク２と、気化器３と、改質器４と、貯留部材５と、インジェクタ６と、制御装置７とを備える。

【0033】

（２－１）アンモニアタンク
アンモニアタンク２は、アンモニアを貯蔵する。本実施形態では、アンモニアタンク２は、液体アンモニアを貯蔵する。

【0034】

（２－２）気化器
気化器３は、アンモニアタンク２と接続される。気化器３は、アンモニアタンク２からの液体アンモニアを気化させる。

【0035】

（２－３）改質器
改質器４は、気化器３と接続される。改質器４は、気化器３を介して、アンモニアタンク２と接続される。改質器４は、気化器３によって気化されたアンモニアを改質して、水素を生成する。「改質」とは、アンモニアを水素と窒素とに分解することをいう。詳しくは、改質器４は、プラズマによって、アンモニアを水素と窒素とに分解する。なお、改質器４は、アンモニアを分解可能な触媒により、アンモニアを水素と窒素とに分解してもよい。

【0036】

（２－４）貯留部材
貯留部材５は、気化器３と接続される。貯留部材５は、気化器３を介して、アンモニアタンク２と接続される。また、貯留部材５は、改質器４と接続される。貯留部材５は、気化器３によって気化されたアンモニアと、改質器４によって生成された水素とを溜めることができる。言い換えると、貯留部材５は、燃料ガスを溜めることができる。

【0037】

貯留部材５は、改質器４よりも上方に配置される。貯留部材５は、アンモニアタンク２および気化器３よりも上に配置される。貯留部材５は、燃料供給システム１において、最も上方に配置される。これにより、改質器４によって生成された水素を、貯留部材５に集めることができる。

【0038】

図３に示すように、貯留部材５は、例えば、フューエルデリバリーパイプである。貯留部材５は、エンジン１１の複数のシリンダ１１１が並ぶ方向に延びる。なお、貯留部材５は、フューエルデリバリーパイプに限定されない。貯留部材５は、パイプ５０Ａを介して、気化器３（図１参照）と接続される。パイプ５０Ａの一端は、貯留部材５に接続される。パイプ５０Ａの他端は、気化器３に接続される。また、貯留部材５は、パイプ５０Ｂを介して、改質器４（図１参照）と接続される。パイプ５０Ｂの一端は、貯留部材５に接続される。パイプ５０Ｂの他端は、改質器４に接続される。つまり、貯留部材５は、アンモニアが通る第１ライン（パイプ５０Ａ）と、水素が通る第２ライン（パイプ５０Ｂ）とが合流する合流部である。貯留部材５は、複数の取付部５１を有する。

【0039】

複数の取付部５１は、エンジン１１の複数のシリンダ１１１が並ぶ方向に並ぶ。複数の取付部５１のそれぞれには、インジェクタ６が取り付けられる。

【0040】

（２－５）インジェクタ
インジェクタ６は、貯留部材５の取付部５１に取り付けられる。これにより、インジェクタ６は、貯留部材５と接続される。インジェクタ６は、貯留部材５に直接接続される。つまり、燃料ガスは、インジェクタ６と直接接続される部材に溜まる。

【0041】

図２に示すように、インジェクタ６は、貯留部材５内の燃料ガスを、エンジン１１の吸気ポートＰ１内に噴射する。

【0042】

詳しくは、インジェクタ６は、吸入口６１と、噴射口６２とを有する。

【0043】

吸入口６１は、インジェクタ６の一端部に配置される。吸入口６１は、貯留部材５内に配置される。吸入口６１は、貯留部材５の上端部内に配置される。これにより、インジェクタ６は、貯留部材５の上端部内の燃料ガスを、吸入口６１を通じて吸入する。

【0044】

噴射口６２は、インジェクタ６の他端部に配置される。噴射口６２は、エンジン１１の吸気ポートＰ１内に配置される。インジェクタ６は、吸入口６１を通じて吸入した燃料ガスを、噴射口６２から噴射する。これにより、インジェクタ６は、貯留部材５の上端部内の燃料ガスを、エンジン１１の吸気ポートＰ１内に噴射する。

【0045】

なお、インジェクタ６は、貯留部材５内の燃料ガスを、エンジン１１のシリンダ１１１内に噴射してもよい。

【0046】

（２－６）制御装置
図１に示すように、制御装置７は、車両１０における電気的な制御を実行するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを備える。制御装置７は、バッテリー１２と電気的に接続される。制御装置７は、車両１０のイグニッションスイッチがオンされたときに、バッテリー１２から電力が供給されることにより、起動する。

【0047】

制御装置７は、インジェクタ６および点火プラグ１１５（図２参照）と電気的に接続される。制御装置７は、インジェクタ６による燃料ガスの噴射のタイミング、および、点火プラグ１１５による点火のタイミングを制御する。

【0048】

また、制御装置７は、気化器３および改質器４と電気的に接続される。制御装置７は、気化器３および改質器４を制御する。

【0049】

制御装置７は、車両１０のイグニッションスイッチがオフされ、エンジン１１が停止した後も、所定時間の間、改質器４を作動させる。詳しくは、制御装置７は、車両１０のイグニッションスイッチがオフされ、エンジン１１が停止した後も、所定時間の間、気化器３および改質器４を作動させる。

【0050】

なお、「所定時間」とは、次回のエンジン１１の始動に必要な量の水素を生成できる時間である。また、「エンジン１１が停止した後」とは、次回のエンジン１１の始動が完了するまでの時間であり、本実施形態では、車両１０のイグニッションスイッチがオフされた直後である。「エンジン１１が停止した後」とは、エンジン１１が始動する直前であってもよい。この場合、例えば、運転者が予めエンジン１１を始動する時刻を予約すると、制御装置７は、予約された時刻までにエンジン１１の始動に必要な量の水素を生成するように、気化器３および改質器４を制御する。

【0051】

すると、エンジン１１が停止した後に生成された水素は、インジェクタ６が停止しているので、エンジン１１の次回の始動まで、貯留部材５内に溜まる。

【0052】

このとき、エンジン１１が停止した後に気化されたアンモニアも、パイプ５０Ａを通って貯留部材５に集まるが、水素の比重がアンモニアの比重よりも小さいため、水素が、アンモニアよりも上方に溜まる。これにより、燃料供給システム１において最も上方に配置される貯留部材５には、水素が、アンモニアよりも優先的に溜まる。

【0053】

そして、インジェクタ６は、次回、エンジン１１が始動されるときに、貯留部材５内に溜まっている水素を、エンジン１１に供給する。つまり、エンジン１１が始動されるときに、改質器４で新たに水素を生成することなく、貯留部材５内に溜まっていた水素を利用してエンジン１１を始動させることができる。

【0054】

これにより、車両１０のイグニッションスイッチがオンされた後、短い時間でエンジン１１を始動させることができる。

【0055】

２．作用効果
（１）図１に示す燃料供給システム１によれば、貯留部材５が、燃料供給システム１において最も上方に配置される。

【0056】

そのため、改質器４によって生成された水素を、貯留部材５に集めることができる。

【0057】

そして、エンジン１１が始動されるときに、インジェクタ６は、貯留部材５内に溜まっている水素をエンジン１１に供給する。

【0058】

これにより、改質器４で新たに水素を生成することなく、貯留部材５に溜まっていた水素を利用してエンジン１１を始動させることができる。

【0059】

その結果、短い時間でエンジン１１を始動させることができる。

【0060】

（２）図１および図３に示すように、貯留部材５は、アンモニアが通る第１ライン（パイプ５０Ａ）と、水素が通る第２ライン（パイプ５０Ｂ）とが合流する合流部である。

【0061】

そのため、エンジン１１が停止した後に生成された水素だけでなく、エンジン１１が停止した後に気化されたアンモニアも、パイプ５０Ａを通って貯留部材５に集まる。

【0062】

この点、水素の比重がアンモニアの比重よりも小さいため、水素は、アンモニアよりも上方に溜まる。そのため、燃料供給システム１において最も上方に配置される貯留部材５には、水素が、アンモニアよりも優先的に溜まる。

【0063】

そして、図２に示すように、インジェクタ６の吸入口６１は、貯留部材５の上端部内に配置される。

【0064】

そのため、比重が小さく、貯留部材５の上端部内に溜まる水素を、確実に、インジェクタ６内に吸入できる。

【0065】

（３）図１に示す燃料供給システム１によれば、制御装置７は、エンジン１１が停止した後、所定時間の間、気化器３および改質器４を作動させる。

【0066】

これにより、エンジン１１が停止した後に、気化器３でアンモニアを気化し、改質器４で水素を生成できる。

【0067】

そのため、エンジン１１が停止した後に生成された水素を、エンジン１１の次回の始動まで、貯留部材５内に溜めることができる。

【0068】

３．変形例
次に、図４および図５を参照して、変形例について説明する。変形例において、上記した実施形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。

【0069】

（１）図４に示すように、燃料供給システム１は、水素タンク１００をさらに備えてもよい。

【0070】

水素タンク１００は、改質器４と接続される。水素タンク１００は、水素を貯蔵する。好ましくは、水素タンク１００は、貯留部材５よりも多量の水素を貯蔵する。水素タンク１００は、貯留部材５よりも下方に配置される。すなわち、この変形例でも。貯留部材５は、燃料供給システム１において、最も上方に配置される。

【0071】

この変形例では、貯留部材５は、気化器３を介してアンモニアタンク２と接続され、かつ、水素タンク１００と接続される。これにより、貯留部材５は、気化器３によって気化されたアンモニアと、改質器４によって生成された水素とを貯蔵する。

【0072】

エンジン１１が停止した後に生成された水素は、エンジン１１の次回の始動まで、水素タンク１００および貯留部材５内に溜まる。

【0073】

そして、インジェクタ６は、次回、エンジン１１が始動されるときに、貯留部材５内に溜まっている水素、および、水素タンク１００内に貯蔵されている水素を、エンジン１１に供給する。

【0074】

そのため、次回、エンジン１１が始動されるときに、貯留部材５内に溜まっている水素だけでなく、水素タンク１００内の水素も、エンジン１１に供給できる。

【0075】

その結果、エンジン１１の始動に必要な量の水素を確保できる。

【0076】

（２）図５に示すように、気化器３と貯留部材５とを繋ぐパイプ５０Ａにバルブ２００を設けてもよい。制御装置７は、車両１０のイグニッションスイッチがオフされ、エンジン１１が停止した後に、バルブ２００を閉じた状態で、所定時間の間、気化器３および改質器４を作動させてもよい。バルブ２００を閉じた状態で、所定時間の間、気化器３および改質器４を作動させることにより、パイプ５０Ａにアンモニアが溜まることを抑制できる。その結果、パイプ５０Ａがアンモニアによって腐食されることを抑制できる。

【0077】

（３）燃料供給システム１は、気化器３を備えなくてもよい。この場合、アンモニアタンクは、気体のアンモニアを貯蔵してもよい。

【符号の説明】

【0078】

１ 燃料供給システム
２ アンモニアタンク
４ 改質器
５ 貯留部材
６ インジェクタ
７ 制御装置
１１ エンジン
５０Ａ パイプ（第１ラインの一例）
５０Ｂ パイプ（第２ラインの一例）
６１ 吸入口
６２ 噴射口
１１１ シリンダ
Ｐ１ 吸気ポート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】