特開 2024-142166 エンジンシステム

(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】P2024142166

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F01N 9/00 20060101AFI20241003BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20241003BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20241003BHJP

   F02M 26/15 20160101ALI20241003BHJP

   F02M 26/35 20160101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

F01N9/00

F01N3/08 A

F01N3/24 L

F01N3/24 S

F02M26/15

F02M26/35 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023054204

(22)【出願日】2023-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 康吉

【テーマコード（参考）】

3G062

3G091

【Ｆターム（参考）】

3G062ED09

3G062ED11

3G062GA06

3G091AA02

3G091AB03

3G091BA20

3G091CA03

3G091CA26

3G091DB10

3G091EA01

3G091HA19

3G091HB05

(57)【要約】

【課題】エンジンの排気系統で発生するアンモニアを活用して、エンジンのノッキングを適切に抑制する。
【解決手段】エンジンシステムは、エンジンに接続される排気流路に設けられる三元触媒と、三元触媒から排出されたアンモニアを、エンジンに接続される吸気流路に還流するアンモニア還流路と、アンモニア還流路に設けられるアンモニア吸着部と、制御装置と、を備え、制御装置は、エンジンが高負荷状態であるか否かを判定する判定処理と、エンジンが高負荷状態ではない場合、三元触媒から排出されたアンモニアをアンモニア吸着部に吸着させる吸着処理と、エンジンが高負荷状態である場合、アンモニア吸着部からアンモニアを脱離させ、三元触媒から排出された排気ガスをアンモニア還流路に流し、アンモニアを吸気流路に還流させる脱離処理と、を含む処理を実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンと、
前記エンジンに接続される吸気流路と、
前記エンジンに接続される排気流路と、
前記排気流路に設けられる三元触媒と、
前記三元触媒から排出されたアンモニアを前記吸気流路に還流するアンモニア還流路と、
前記アンモニア還流路に設けられ、前記アンモニアを吸着するアンモニア吸着部と、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
１つまたは複数のプロセッサと、
前記プロセッサに接続される１つまたは複数のメモリと、
を有し、
前記プロセッサは、
前記エンジンが高負荷状態であるか否かを判定する判定処理と、
前記エンジンが前記高負荷状態ではない場合、前記三元触媒から排出された前記アンモニアを前記アンモニア吸着部に吸着させる吸着処理と、
前記エンジンが前記高負荷状態である場合、前記アンモニア吸着部から前記アンモニアを脱離させ、前記三元触媒から排出された排気ガスを前記アンモニア還流路に流し、前記アンモニアを前記吸気流路に還流させる脱離処理と、
を含む処理を実行する、エンジンシステム。

【請求項2】

前記排気流路における前記三元触媒の下流側と前記吸気流路とを接続するＥＧＲ流路を備え、
前記アンモニア還流路は、前記ＥＧＲ流路に接続される、請求項１に記載のエンジンシステム。

【請求項3】

前記アンモニア吸着部を加熱可能に設けられる加熱部を備え、
前記プロセッサは、
前記脱離処理において、前記加熱部により前記アンモニア吸着部を加熱する、請求項１または２に記載のエンジンシステム。

【請求項4】

前記プロセッサは、
前記エンジンが前記高負荷状態ではない場合において、前記三元触媒から排出された排気ガスの空気過剰率が所定値以下である場合に、前記吸着処理を実行する、請求項１または２に記載のエンジンシステム。

【請求項5】

前記三元触媒から排出された排気ガスに前記アンモニアが含まれるか否かを検出するＮＯｘセンサを備え、
前記プロセッサは、
前記エンジンが前記高負荷状態ではない場合において、前記ＮＯｘセンサによって、前記三元触媒から排出された排気ガスに前記アンモニアが含まれていることが検出された場合に、前記吸着処理を実行する、請求項１または２に記載のエンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンのノッキングの抑制を目的として、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）機構が設けられたエンジンが開発されている。例えば、特許文献１には、排気流路と吸気流路とを接続するＥＧＲ流路と、ＥＧＲ流路の開度を調整するＥＧＲバルブとを備え、ＥＧＲ流路を通じて、排気ガスを吸気流路に還流するＥＧＲ機構が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７－３３２９２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、アンモニア（ＮＨ_３）は、燃料としても使用可能であり、エンジンにおいて、アンモニアを混焼させると、エンジンのノッキングを抑制できる可能性がある。そこで、ＥＧＲガス以外にも、エンジンの排気系統で発生するアンモニアを活用して、エンジンのノッキングを抑制することができる技術の開発が希求されている。

【0005】

本発明は、このような課題に鑑み、エンジンの排気系統で発生するアンモニアを活用して、エンジンのノッキングを適切に抑制することが可能なエンジンシステムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の一実施の形態に係るエンジンシステムは、
エンジンと、
前記エンジンに接続される吸気流路と、
前記エンジンに接続される排気流路と、
前記排気流路に設けられる三元触媒と、
前記三元触媒から排出されたアンモニアを前記吸気流路に還流するアンモニア還流路と、
前記アンモニア還流路に設けられ、前記アンモニアを吸着するアンモニア吸着部と、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
１つまたは複数のプロセッサと、
前記プロセッサに接続される１つまたは複数のメモリと、
を有し、
前記プロセッサは、
前記エンジンが高負荷状態であるか否かを判定する判定処理と、
前記エンジンが前記高負荷状態ではない場合、前記三元触媒から排出された前記アンモニアを前記アンモニア吸着部に吸着させる吸着処理と、
前記エンジンが前記高負荷状態である場合、前記アンモニア吸着部から前記アンモニアを脱離させ、前記三元触媒から排出された排気ガスを前記アンモニア還流路に流し、前記アンモニアを前記吸気流路に還流させる脱離処理と、
を含む処理を実行する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、エンジンの排気系統で発生するアンモニアを活用して、エンジンのノッキングを適切に抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係るエンジンシステムの構成を示す概略図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。

【図3】図３は、本発明の実施形態に係る制御装置が行う処理の流れの一例を示す第１のフローチャートである。

【図4】図４は、本発明の実施形態に係る制御装置が行う処理の流れの一例を示す第２のフローチャートである。

【図5】図５は、第１の変形例に係るエンジンシステムの構成を示す概略図である。

【図6】図６は、第２の変形例に係るエンジンシステムの構成を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す具体的な寸法、材料、数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0010】

<エンジンシステムの構成>
図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係るエンジンシステム１００の構成について説明する。

【0011】

図１は、本発明の実施形態に係るエンジンシステム１００の構成を示す概略図である。なお、図１中、破線の矢印は、信号の流れを示す。

【0012】

図１に示すように、エンジンシステム１００は、車両１０に搭載される。エンジンシステム１００は、エンジン１１０と、吸気流路１２０と、スロットルバルブ１２２と、排気流路１３０と、三元触媒１４０、１４２と、マフラ１５０と、ＥＧＲ流路１６０と、ＥＧＲクーラー１６２と、ＥＧＲバルブ１６４と、アンモニア還流路１７０と、アンモニア吸着部１７２と、加熱部１７４と、切換バルブ１８０と、吸入空気量センサ１９０と、ＮＯｘセンサ１９２と、温度センサ１９４と、制御装置２００とを含む。

【0013】

エンジン１１０は、車両１０の駆動源として機能する。つまり、車両１０は、エンジン車両である。エンジン１１０は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。なお、車両１０は、エンジン１１０に加えてモータを駆動源として備えるハイブリッド車両であってもよい。

【0014】

吸気流路１２０は、エンジン１１０に接続される。例えば、エンジン１１０の吸気ポートには、吸気マニホールドが連通される。吸気マニホールドの集合部には、吸気流路１２０が連通される。吸気流路１２０は、例えば、配管で構成される。吸気流路１２０には、スロットルバルブ１２２が設けられる。

【0015】

排気流路１３０は、エンジン１１０に接続される。例えば、エンジン１１０の排気ポートには排気マニホールドが連通される。排気マニホールドの集合部には、排気流路１３０が連通される。排気流路１３０は、例えば、配管で構成される。エンジン１１０から排気された排気ガスは、排気流路１３０を流れる。以下、排気ガスの流れ方向の上流を単に「上流」という場合がある。また、排気ガスの流れ方向の下流を単に「下流」という場合がある。

【0016】

排気流路１３０には、エンジン１１０から近い順に、三元触媒１４０、三元触媒１４２、マフラ１５０が設けられる。

【0017】

三元触媒１４０、１４２は、エンジン１１０から排出された排気ガスに含まれる炭化水素、一酸化炭素、ＮＯｘを浄化する。三元触媒１４０、１４２は、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属を含む。

【0018】

三元触媒１４０、１４２によって浄化された排気ガスは、例えば、マフラ１５０を通じて排気される。

【0019】

ＥＧＲ流路１６０は、排気流路１３０における三元触媒１４０の下流側と吸気流路１２０とを接続する。ＥＧＲ流路１６０は、例えば、排気流路１３０における三元触媒１４０と三元触媒１４２との間と、吸気流路１２０におけるスロットルバルブ１２２の下流側とを接続する。

【0020】

ＥＧＲクーラー１６２は、ＥＧＲ流路１６０に設けられる。ＥＧＲクーラー１６２は、ＥＧＲ流路１６０を流れる排気ガスを冷却する。

【0021】

ＥＧＲバルブ１６４は、ＥＧＲ流路１６０における、ＥＧＲクーラー１６２の下流側に設けられる。ＥＧＲバルブ１６４は、ＥＧＲ流路１６０から吸気流路１２０へ還流される排気ガスの流量を調整する。例えば、ＥＧＲバルブ１６４の開度がゼロである場合、ＥＧＲ流路１６０から吸気流路１２０へ還流される排気ガスの流量はゼロとなる。例えば、ＥＧＲバルブ１６４の開度がゼロより大きい場合、ＥＧＲ流路１６０から吸気流路１２０へ排気ガスが還流される。例えば、ＥＧＲバルブ１６４の開度が大きくなるに従って、ＥＧＲ流路１６０から吸気流路１２０へ還流される排気ガスの流量は大きくなる。

【0022】

アンモニア還流路１７０は、ＥＧＲ流路１６０に接続される。本実施形態において、アンモニア還流路１７０の入口１７０ａおよび出口１７０ｂは、ＥＧＲ流路１６０におけるＥＧＲクーラー１６２の上流側に接続される。アンモニア還流路１７０の出口１７０ｂは、例えば、ＥＧＲ流路１６０における、アンモニア還流路１７０の入口１７０ａとの接続箇所よりも下流側に接続される。アンモニア還流路１７０は、三元触媒１４０から排出されたアンモニアを吸気流路１２０に還流する流路である。

【0023】

アンモニア吸着部１７２は、アンモニア還流路１７０に設けられる。アンモニア吸着部１７２は、排気ガスに含まれるアンモニアを吸着する。アンモニア吸着部１７２は、例えば、ゼオライトを含む。

【0024】

加熱部１７４は、アンモニア吸着部１７２を加熱可能に設けられる。加熱部１７４は、例えば、電気ヒータである。加熱部１７４は、後述する制御部２１２によって制御される。

【0025】

切換バルブ１８０は、ＥＧＲ流路１６０とアンモニア還流路１７０の入口１７０ａとの接続箇所に設けられる。切換バルブ１８０は、排気流路１３０から供給された排気ガスの供給先を、ＥＧＲ流路１６０とアンモニア還流路１７０とに切り換える。切換バルブ１８０は、制御部２１２によって制御される。

【0026】

吸入空気量センサ１９０は、吸気流路１２０におけるスロットルバルブ１２２の上流側に設けられる。吸入空気量センサ１９０は、エンジン１１０に流入する吸入空気量を検出する。

【0027】

ＮＯｘセンサ１９２は、排気流路１３０における三元触媒１４０と、排気流路１３０におけるＥＧＲ流路１６０の接続箇所との間に設けられる。ＮＯｘセンサ１９２は、三元触媒１４０から排出された排気ガスの空気過剰率λを検出する。空気過剰率λは、空燃比を理論空燃比で除算した値である。また、ＮＯｘセンサ１９２は、三元触媒１４０から排出された排気ガスにアンモニアが含まれるか否かを検出する。例えば、ＮＯｘセンサ１９２は、三元触媒１４０から排出された排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を検出する。

【0028】

温度センサ１９４は、アンモニア還流路１７０におけるアンモニア吸着部１７２の上流側に設けられる。温度センサ１９４は、アンモニア吸着部１７２に供給される排気ガスの温度を検出する。

【0029】

制御装置２００は、１つまたは複数のプロセッサ２００ａと、プロセッサ２００ａに接続される１つまたは複数のメモリ２００ｂと、を有する。プロセッサ２００ａは、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含む。メモリ２００ｂは、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含む。ＲＯＭは、ＣＰＵが使用するプログラムおよび演算パラメータ等を記憶する記憶素子である。ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される処理に用いられる変数およびパラメータ等のデータを一時記憶する記憶素子である。

【0030】

制御装置２００は、エンジン１１０、スロットルバルブ１２２、ＥＧＲクーラー１６２、ＥＧＲバルブ１６４、加熱部１７４、切換バルブ１８０、吸入空気量センサ１９０、ＮＯｘセンサ１９２、温度センサ１９４等の車両１０に設けられる各装置と通信を行う。制御装置２００と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。

【0031】

図２は、本発明の実施形態に係る制御装置２００の機能構成の一例を示すブロック図である。例えば、図２に示されるように、制御装置２００は、取得部２１０と、制御部２１２と、演算部２１４を有する。

【0032】

なお、取得部２１０、制御部２１２、および、演算部２１４により行われる以下で説明する処理を含む各種処理は、プロセッサ２００ａによって実行され得る。詳細には、メモリ２００ｂに記憶されているプログラムをプロセッサ２００ａが実行することにより、各種処理が実行される。

【0033】

なお、本実施形態に係る制御装置２００の機能は複数の装置に分割されてもよく、複数の機能が１つの装置によって実現されてもよい。制御装置２００の機能が複数の装置に分割される場合、当該複数の装置は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。

【0034】

取得部２１０は、制御部２１２および演算部２１４が行う処理において用いられる各種情報を取得し、制御部２１２および演算部２１４へ出力する。例えば、取得部２１０は、エンジン１１０、吸入空気量センサ１９０、ＮＯｘセンサ１９２、温度センサ１９４から情報を取得する。

【0035】

制御部２１２は、車両１０内の各装置の動作を制御する。例えば、制御部２１２は、ＥＧＲバルブ１６４、加熱部１７４、切換バルブ１８０を制御する。

【0036】

演算部２１４は、アンモニア吸着部１７２におけるアンモニアの吸着量を演算する。

【0037】

<エンジンシステムの動作>
図３および図４を参照して、本発明の実施形態に係るエンジンシステム１００の動作について説明する。

【0038】

図３は、本発明の実施形態に係る制御装置２００が行う処理の流れの一例を示す第１のフローチャートである。図４は、本発明の実施形態に係る制御装置２００が行う処理の流れの一例を示す第２のフローチャートである。図３、図４に示される処理フローは、例えば、予め設定された時間間隔で繰り返される。

【0039】

図３、図４に示すように、制御装置２００は、ＥＧＲ判定処理ステップＳ１１０、排気処理ステップＳ１１２、エンジン負荷判定処理ステップＳ１１４、空気過剰率判定処理ステップＳ１１６、アンモニア判定処理ステップＳ１１８、吸着処理ステップＳ１２０、吸着量加算処理ステップＳ１２２、ＥＧＲ処理ステップＳ１２４、吸着量判定処理ステップＳ１２６、温度判定処理ステップＳ１２８、加熱部動作処理ステップＳ１３０、脱離処理ステップＳ１３２、吸着量減算処理ステップＳ１３４を行う。以下、各処理について説明する。

【0040】

［ＥＧＲ判定処理ステップＳ１１０］
制御部２１２は、排気ガスをエンジン１１０に再循環させるＥＧＲが許可されているか否かを判定する。制御部２１２は、例えば、エンジン１１０の回転数、および、吸入空気量に基づき、ＥＧＲマップを参照して、ＥＧＲが許可されているか否かを判定する。ＥＧＲマップは、例えば、エンジン１１０の回転数および吸入空気量と、ＥＧＲバルブ１６４の目標開度とが関連付けられたマップである。ＥＧＲマップは、メモリ２００ｂに予め記憶されている。なお、取得部２１０は、例えば、エンジン１１０からエンジン１１０の回転数を取得し得る。また、取得部２１０は、例えば、吸入空気量センサ１９０の検出結果に基づいて、吸入空気量を取得し得る。

【0041】

その結果、ＥＧＲが許可されていると判定された場合（ステップＳ１１０におけるＹＥＳ）、つまり、ＥＧＲバルブ１６４の目標開度がゼロではない場合、制御部２１２は、エンジン負荷判定処理ステップＳ１１４に進む。一方、ＥＧＲが許可されていないと判定された場合（ステップＳ１１０におけるＮＯ）、つまり、ＥＧＲバルブ１６４の目標開度がゼロである場合、制御部２１２は、排気処理ステップＳ１１２に進む。

【0042】

［排気処理ステップＳ１１２］
制御部２１２は、三元触媒１４０から排出された排気ガスを、ＥＧＲ流路１６０に供給せずに、三元触媒１４２に供給する排気処理を行う。制御部２１２は、例えば、ＥＧＲバルブ１６４の開度をゼロに制御して、三元触媒１４０から排出された排気ガスの供給先を、三元触媒１４２に切り換える。排気処理ステップＳ１１２が終了した場合、図３、図４に示す処理フローは終了する。

【0043】

［エンジン負荷判定処理ステップＳ１１４］
制御部２１２は、エンジン負荷が高負荷状態であるか否かを判定する判定処理を実行する。例えば、制御部２１２は、エンジン１１０の回転数が所定回転数以上であるか否かを判定する。なお、取得部２１０は、例えば、エンジン１１０からエンジン１１０の回転数を取得し得る。

【0044】

その結果、エンジン負荷が高負荷状態ではないと判定された場合（ステップＳ１１４におけるＮＯ）、つまり、エンジン１１０の回転数が所定回転数未満であると判定された場合、制御部２１２は、空気過剰率判定処理ステップＳ１１６に進む。一方、エンジン負荷が高負荷状態であると判定された場合（ステップＳ１１４におけるＹＥＳ）、つまり、エンジン１１０の回転数が所定回転数以上であると判定された場合、制御部２１２は、図４に示す吸着量判定処理ステップＳ１２６に進む。

【0045】

［空気過剰率判定処理ステップＳ１１６］
制御部２１２は、三元触媒１４０から排出された排気ガスの空気過剰率λが所定値以下であるか否かを判定する。所定値は、例えば、１である。排気ガスの空気過剰率λが１である場合、排気ガスの空燃比は理論空燃比である。排気ガスの空気過剰率λが１未満である場合、排気ガスの空燃比は、理論空燃比よりも小さいリッチである。排気ガスの空気過剰率λが１より大きい場合、排気ガスの空燃比は、理論空燃比よりも大きいリーンである。取得部２１０は、ＮＯｘセンサ１９２の検出結果に基づいて、排気ガスの空気過剰率λを取得し得る。

【0046】

その結果、三元触媒１４０から排出された排気ガスの空気過剰率λが所定値以下であると判定された場合（ステップＳ１１６におけるＹＥＳ）、制御部２１２は、アンモニア判定処理ステップＳ１１８に進む。一方、三元触媒１４０から排出された排気ガスの空気過剰率λが所定値以下ではないと判定された場合（ステップＳ１１６におけるＮＯ）、つまり、三元触媒１４０から排出された排気ガスの空気過剰率λが所定値を上回ると判定された場合、制御部２１２は、ＥＧＲ処理ステップＳ１２４に進む。

【0047】

［アンモニア判定処理ステップＳ１１８］
制御部２１２は、三元触媒１４０から排出された排気ガスにアンモニアが含まれるか否かを判定する。取得部２１０は、ＮＯｘセンサ１９２の検出結果に基づいて、三元触媒１４０から排出された排気ガスにアンモニアが含まれるか否かを取得し得る。

【0048】

その結果、三元触媒１４０から排出された排気ガスにアンモニアが含まれると判定された場合（ステップＳ１１８におけるＹＥＳ）、制御部２１２は、吸着処理ステップＳ１２０に進む。一方、三元触媒１４０から排出された排気ガスにアンモニアが含まれないと判定された場合（ステップＳ１１８におけるＮＯ）、制御部２１２は、ＥＧＲ処理ステップＳ１２４に進む。

【0049】

［吸着処理ステップＳ１２０］
制御部２１２は、三元触媒１４０から排出された排気ガスをアンモニア還流路１７０に流して、排気ガスに含まれるアンモニアをアンモニア吸着部１７２に吸着させる吸着を行う。制御部２１２は、例えば、切換バルブ１８０を制御して、排気流路１３０から供給された排気ガスの供給先を、アンモニア還流路１７０に切り換える。また、制御部２１２は、例えば、ＥＧＲマップを参照し、目標開度となるように、ＥＧＲバルブ１６４の開度を調整する。吸着処理ステップＳ１２０が終了した場合、制御部２１２は、吸着量加算処理ステップＳ１２２に進む。

【0050】

［吸着量加算処理ステップＳ１２２］
演算部２１４は、アンモニア吸着部１７２に供給された排気ガスの流量、アンモニア吸着部１７２に供給された排気ガスに含まれるアンモニアの濃度に基づいて、アンモニア吸着部１７２によって吸着されたアンモニアの吸着量を演算する。そして、演算部２１４は、演算結果を、メモリ２００ｂの吸着量カウント領域に記憶されたアンモニアの吸着量の前回値に加算する。なお、取得部２１０は、吸入空気量センサ１９０の検出結果、および、ＥＧＲバルブ１６４の開度に基づいて、アンモニア吸着部１７２に供給された排気ガスの流量を取得し得る。また、取得部２１０は、例えば、ＮＯｘセンサ１９２の検出結果に基づいて、アンモニア吸着部１７２に供給された排気ガスに含まれるアンモニアの濃度を取得し得る。吸着量加算処理ステップＳ１２２が終了した場合、図３、図４に示す処理フローは終了する。

【0051】

［ＥＧＲ処理ステップＳ１２４］
制御部２１２は、三元触媒１４０から排出された排気ガスをアンモニア還流路１７０に流さず、ＥＧＲ流路１６０に流して、吸気流路１２０に還流させるＥＧＲ処理を行う。制御部２１２は、例えば、切換バルブ１８０を制御して、排気流路１３０から供給された排気ガスの供給先を、ＥＧＲ流路１６０に切り換える。また、制御部２１２は、例えば、ＥＧＲマップを参照し、目標開度となるように、ＥＧＲバルブ１６４の開度を調整する。ＥＧＲ処理ステップＳ１２４が終了した場合、図３、図４に示す処理フローは終了する。

【0052】

［吸着量判定処理ステップＳ１２６］
図４に示すように、制御部２１２は、アンモニア吸着部１７２におけるアンモニアの吸着量が所定量以上であるか否かを判定する。所定量は、例えば、アンモニア吸着部１７２によるアンモニアの吸着量の下限値である。取得部２１０は、メモリ２００ｂの吸着量カウント領域からアンモニア吸着部１７２におけるアンモニアの吸着量を取得し得る。

【0053】

その結果、アンモニア吸着部１７２におけるアンモニアの吸着量が所定値以上であると判定された場合（ステップＳ１２６におけるＹＥＳ）、制御部２１２は、温度判定処理ステップＳ１２８に進む。一方、アンモニア吸着部１７２におけるアンモニアの吸着量が所定値以上ではないと判定された場合（ステップＳ１２６におけるＮＯ）、つまり、アンモニア吸着部１７２におけるアンモニアの吸着量が所定値未満であると判定された場合、制御部２１２は、図３に示すＥＧＲ処理ステップＳ１２４に進む。

【0054】

［温度判定処理ステップＳ１２８］
制御部２１２は、アンモニア吸着部１７２に供給される排気ガスの温度が所定温度以下であるか否かを判定する。所定温度は、例えば、アンモニア吸着部１７２からアンモニアが脱離する温度である。所定温度は、例えば、４００℃以上の予め定められた温度である。なお、取得部２１０は、温度センサ１９４の検出結果に基づいて、アンモニア吸着部１７２に供給される排気ガスの温度を取得し得る。

【0055】

その結果、アンモニア吸着部１７２に供給される排気ガスの温度が所定温度以下であると判定された場合（Ｓ１２８におけるＹＥＳ）、制御部２１２は、加熱部動作処理ステップＳ１３０に進む。一方、アンモニア吸着部１７２に供給される排気ガスの温度が所定温度以下ではないと判定された場合（Ｓ１２８におけるＮＯ）、つまり、アンモニア吸着部１７２に供給される排気ガスの温度が所定温度を上回ると判定された場合、制御部２１２は、脱離処理ステップＳ１３２に進む。

【0056】

［加熱部動作処理ステップＳ１３０］
制御部２１２は、加熱部１７４を動作させて、アンモニア吸着部を加熱する。加熱部動作処理ステップＳ１３０が終了した場合、制御部２１２は、脱離処理ステップＳ１３２に進む。

【0057】

［脱離処理ステップＳ１３２］
制御部２１２は、アンモニア吸着部１７２からアンモニアを脱離させ、三元触媒１４０から排出された排気ガスをアンモニア還流路１７０に流し、アンモニアを吸気流路１２０に還流させる脱離処理を行う。制御部２１２は、例えば、切換バルブ１８０を制御して、排気流路１３０から供給された排気ガスの供給先を、アンモニア還流路１７０に切り換える。また、制御部２１２は、例えば、ＥＧＲマップを参照し、目標開度となるように、ＥＧＲバルブ１６４の開度を調整する。脱離処理ステップＳ１３２が終了した場合、制御部２１２は、吸着量減算処理ステップＳ１３４に進む。

【0058】

［吸着量減算処理ステップＳ１３４］
演算部２１４は、アンモニア吸着部１７２に供給された排気ガスの流量、アンモニア吸着部１７２に供給された排気ガスの温度、加熱部１７４によるアンモニア吸着部１７２の加熱温度に基づいて、アンモニア吸着部１７２から脱離したアンモニアの脱離量を演算する。そして、演算部２１４は、演算結果を、メモリ２００ｂの吸着量カウント領域に記憶されたアンモニアの吸着量の前回値から減算する。なお、取得部２１０は、吸入空気量センサ１９０の検出結果、および、ＥＧＲバルブ１６４の開度に基づいて、アンモニア吸着部１７２に供給された排気ガスの流量を取得し得る。また、取得部２１０は、例えば、温度センサ１９４の検出結果に基づいて、アンモニア吸着部１７２に供給された排気ガスの温度を取得し得る。また、取得部２１０は、例えば、加熱部１７４の出力に基づいて、加熱部１７４によるアンモニア吸着部１７２の加熱温度を取得し得る。吸着量減算処理ステップＳ１３４が終了した場合、図３、図４に示す処理フローは終了する。

【0059】

以上、図３、図４のフローチャートを参照して、エンジンシステム１００が行う処理について説明した。ただし、エンジンシステム１００が行う処理は、上記で説明した処理に対して変更が加えられた処理であってもよい。

【0060】

例えば、上記エンジン負荷判定処理ステップＳ１１４において、制御部２１２が、エンジン１１０の回転数に基づいて、エンジン負荷が高負荷状態であるか否かを判定する場合を例に挙げた。しかし、例えば、エンジン負荷判定処理ステップＳ１１４において、制御部２１２は、エンジン１１０の回転数に加えて、または、エンジン１１０の回転数に代えて、吸入空気量およびアクセル開度のうちのいずれか一方または両方に基づいて、エンジン負荷が高負荷状態であるか否かを判定してもよい。

【0061】

また、上記空気過剰率判定処理ステップＳ１１６において、取得部２１０が、ＮＯｘセンサ１９２の検出結果に基づいて、三元触媒１４０から排出された排気ガスの空気過剰率λを取得する場合を例に挙げた。しかし、例えば、空気過剰率判定処理ステップＳ１１６において、取得部２１０は、吸入空気量およびエンジン１１０の燃料噴射量に基づいて、三元触媒１４０から排出された排気ガスの空気過剰率λを取得してもよい。

【0062】

また、上記空気過剰率判定処理ステップＳ１１６において、制御部２１２が、三元触媒１４０から排出された排気ガスの空気過剰率λが所定値以下であるか否かを判定する場合を例に挙げた。しかし、例えば、空気過剰率判定処理ステップＳ１１６において、制御部２１２は、三元触媒１４０から排出された排気ガスの空燃比がリッチであるか否かを判定してもよい。

【0063】

また、上記アンモニア判定処理ステップＳ１１８において、取得部２１０が、ＮＯｘセンサ１９２の検出結果に基づいて、三元触媒１４０から排出された排気ガスにアンモニアが含まれるか否かを取得する場合を例に挙げた。しかし、例えば、アンモニア判定処理ステップＳ１１８において、取得部２１０は、吸入空気量およびエンジン１１０の燃料噴射量に基づいて、三元触媒１４０から排出された排気ガスにアンモニアが含まれるか否かを取得してもよい。

【0064】

また、上記温度判定処理ステップＳ１２８において、取得部２１０が、温度センサ１９４の検出結果に基づいて、アンモニア吸着部１７２に供給される排気ガスの温度を取得する場合を例に挙げた。しかし、例えば、温度判定処理ステップＳ１２８において、取得部２１０は、吸入空気量およびエンジン１１０の燃料噴射量に基づいて、アンモニア吸着部１７２に供給される排気ガスの温度を取得してもよい。

【0065】

<エンジンシステムの効果>
本発明の実施形態に係るエンジンシステム１００の効果について説明する。

【0066】

本実施形態に係るエンジンシステム１００は、エンジン１１０と、エンジン１１０に接続される吸気流路１２０と、エンジン１１０に接続される排気流路１３０と、排気流路１３０に設けられる三元触媒１４０と、三元触媒１４０から排出されたアンモニアを吸気流路１２０に還流するアンモニア還流路１７０と、アンモニア還流路１７０に設けられ、アンモニアを吸着するアンモニア吸着部１７２と、制御装置２００とを備える。そして、制御装置２００のプロセッサ２００ａは、エンジン１１０が高負荷状態であるか否かを判定する判定処理と、エンジン１１０が高負荷状態ではない場合、三元触媒１４０から排出されたアンモニアをアンモニア吸着部１７２に吸着させる吸着処理と、エンジン１１０が高負荷状態である場合、アンモニア吸着部１７２からアンモニアを脱離させ、三元触媒１４０から排出された排気ガスをアンモニア還流路１７０に流し、アンモニアを吸気流路１２０に還流させる脱離処理と、を含む処理を実行する。これにより、エンジンシステム１００は、エンジン１１０が高負荷状態ではない場合に、エンジン１１０の排気系統で発生するアンモニアをアンモニア吸着部１７２に吸着させておき、エンジン１１０が高負荷状態である場合に、アンモニア吸着部１７２に吸着されたアンモニアを脱離させて、エンジン１１０に供給することができる。アンモニアは、ガソリンまたは軽油と混焼させることにより、エンジン１１０のノッキングを抑制することができる。したがって、エンジンシステム１００は、ノッキングが生じやすい、エンジン１１０が高負荷状態である場合に、アンモニアをエンジン１１０に供給するため、エンジン１１０のノッキングを適切に抑制することが可能となる。また、エンジンシステム１００は、エンジン１１０が高負荷状態となる前に、アンモニア吸着部１７２にアンモニアを吸着させておくことができる。このため、エンジンシステム１００は、エンジン１１０が高負荷状態となってから排気ガスの空燃比をリッチにする比較例とは異なり、エンジン１１０のノッキングを早期に抑制することができる。また、エンジンシステム１００は、比較例とは異なり、ノッキングが発生しにくいエンジン１１０が高負荷状態ではない場合において、ノッキングの抑制とは異なる目的で空燃比がリッチになったときにアンモニアをアンモニア吸着部１７２に吸着させておくことができる。したがって、ノッキングの抑制のみを目的として、エンジン１１０が高負荷状態となってから排気ガスの空燃比をリッチにする比較例とは異なり、エンジンシステム１００は、燃費を向上させることができる。

【0067】

また、本実施形態に係るエンジンシステム１００は、排気流路１３０における三元触媒１４０の下流側と吸気流路１２０とを接続するＥＧＲ流路１６０を備え、アンモニア還流路１７０は、ＥＧＲ流路１６０に接続されることが好ましい。これにより、エンジンシステム１００は、従来の車両に設けられていたＥＧＲ流路１６０に、アンモニア還流路１７０およびアンモニア吸着部１７２を追加するだけで、エンジン１１０のノッキングを抑制することが可能となる。

【0068】

また、本実施形態に係るエンジンシステム１００は、アンモニア吸着部１７２を加熱可能に設けられる加熱部１７４を備え、プロセッサ２００ａは、脱離処理において、加熱部１７４によりアンモニア吸着部１７２を加熱することが好ましい。これにより、エンジンシステム１００は、アンモニア吸着部１７２からのアンモニアの脱離効率を向上させることができる。

【0069】

また、本実施形態に係るエンジンシステム１００の制御装置２００のプロセッサ２００ａは、エンジン１１０が高負荷状態ではない場合において、三元触媒１４０から排出された排気ガスの空気過剰率λが所定値以下である場合に、吸着処理を実行することが好ましい。これにより、エンジンシステム１００は、三元触媒１４０においてアンモニアが生成されると推測される、空気過剰率λが所定値以下である場合に、排気ガスをアンモニア吸着部１７２に供給することができる。したがって、エンジンシステム１００は、アンモニア吸着部１７２に効率よくアンモニアを吸着させることができる。

【0070】

また、本実施形態に係るエンジンシステム１００の制御装置２００のプロセッサ２００ａは、エンジン１１０が高負荷状態ではない場合において、ＮＯｘセンサ１９２によって、三元触媒１４０から排出された排気ガスにアンモニアが含まれていることが検出された場合に、吸着処理を実行することが好ましい。これにより、エンジンシステム１００は、エンジン１１０が高負荷状態ではなく、ＮＯｘセンサ１９２によって三元触媒１４０から排出された排気ガスにアンモニアが含まれていることが検出された場合に、アンモニア吸着部１７２を備えるアンモニア還流路１７０を通じて排気ガスを吸気流路１２０に還流させることができる。したがって、エンジンシステム１００は、アンモニア吸着部１７２に効率よくアンモニアを吸着させることができる。

【0071】

また、本実施形態に係るエンジンシステム１００の制御装置２００のプロセッサ２００ａは、エンジン１１０が高負荷状態ではない場合において、三元触媒１４０から排出された排気ガスの空気過剰率λが所定値を上回る場合、または、ＮＯｘセンサ１９２によって、三元触媒１４０から排出された排気ガスにアンモニアが含まれていることが検出されない場合に、アンモニア吸着部１７２を備えないＥＧＲ流路１６０を通じて排気ガスを吸気流路１２０に還流させることが好ましい。これにより、エンジンシステム１００は、アンモニア吸着部１７２に不要に排気ガスが供給されてしまう事態を回避することができ、アンモニア吸着部１７２の劣化を抑制することが可能となる。

【0072】

［第１の変形例］
図５は、第１の変形例に係るエンジンシステム３００の構成を示す概略図である。なお、図５中、制御装置２００からの信号の流れを示す破線の矢印は、省略される。

【0073】

図５に示すように、エンジンシステム３００は、エンジン１１０と、吸気流路１２０と、スロットルバルブ１２２と、排気流路１３０と、三元触媒１４０、１４２と、マフラ１５０と、ＥＧＲ流路１６０と、ＥＧＲクーラー１６２と、ＥＧＲバルブ１６４と、アンモニア還流路３７０と、クーラー３７２と、バルブ３７４と、アンモニア吸着部１７２と、加熱部１７４と、吸入空気量センサ１９０と、ＮＯｘセンサ１９２と、温度センサ１９４と、制御装置２００とを含む。なお、上記エンジンシステム１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0074】

上記エンジンシステム１００において、アンモニア還流路１７０は、ＥＧＲ流路１６０に接続されているが、第１の変形例のエンジンシステム３００において、アンモニア還流路３７０は、ＥＧＲ流路１６０に接続されず、排気流路１３０および吸気流路１２０に直接接続される。また、第１の変形例において、エンジンシステム３００は、切換バルブ１８０を有しない。

【0075】

アンモニア還流路３７０は、排気流路１３０における三元触媒１４０の下流側と吸気流路１２０とを接続する。アンモニア還流路３７０は、例えば、排気流路１３０における三元触媒１４０の下流側と、吸気流路１２０におけるスロットルバルブ１２２の下流側とを接続する。

【0076】

第１の変形例において、アンモニア吸着部１７２および温度センサ１９４は、アンモニア還流路３７０に設けられる。

【0077】

クーラー３７２は、アンモニア還流路３７０におけるアンモニア吸着部１７２の下流側に設けられる。クーラー３７２は、アンモニア還流路３７０を流れる排気ガスを冷却する。

【0078】

バルブ３７４は、アンモニア還流路３７０における、クーラー３７２の下流側に設けられる。バルブ３７４は、アンモニア還流路３７０から吸気流路１２０へ還流される排気ガスの流量を調整する。例えば、バルブ３７４の開度がゼロである場合、アンモニア還流路３７０から吸気流路１２０へ還流される排気ガスの流量はゼロとなる。例えば、バルブ３７４の開度がゼロより大きい場合、アンモニア還流路３７０から吸気流路１２０へ排気ガスが還流される。例えば、バルブ３７４の開度が大きくなるに従って、アンモニア還流路３７０から吸気流路１２０へ還流される排気ガスの流量は大きくなる。

【0079】

第１の変形例において、制御装置２００のプロセッサ２００ａの制御部２１２は、上記排気処理ステップＳ１１２において、ＥＧＲバルブ１６４およびバルブ３７４の開度をゼロとする。

【0080】

また、第１の変形例において、制御装置２００のプロセッサ２００ａの制御部２１２は、上記吸着処理ステップＳ１２０および脱離処理ステップＳ１３２において、ＥＧＲバルブ１６４の開度をゼロとし、バルブ３７４の開度を目標開度とする。

【0081】

また、第１の変形例において、制御装置２００のプロセッサ２００ａの制御部２１２は、上記ＥＧＲ処理ステップＳ１２４において、ＥＧＲバルブ１６４の開度を目標開度とし、バルブ３７４の開度をゼロとする。

【0082】

第１の変形例に係るエンジンシステム３００は、エンジン１１０の排気系統で発生するアンモニアを活用して、エンジン１１０のノッキングを適切に抑制することが可能となる。

【0083】

［第２の変形例］
図６は、第２の変形例に係るエンジンシステム４００の構成を示す概略図である。なお、図６中、破線の矢印は、信号の流れを示す。

【0084】

図６に示すように、エンジンシステム４００は、エンジン１１０と、吸気流路１２０と、スロットルバルブ１２２と、排気流路１３０と、三元触媒１４０、１４２と、マフラ１５０と、ＥＧＲ流路１６０と、ＥＧＲクーラー１６２と、ＥＧＲバルブ１６４と、アンモニア吸着部１７２と、加熱部１７４と、吸入空気量センサ１９０と、ＮＯｘセンサ１９２と、温度センサ１９４と、制御装置２００とを含む。なお、上記エンジンシステム１００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0085】

上記エンジンシステム１００において、アンモニア還流路１７０は、ＥＧＲ流路１６０に接続されているが、第２の変形例のエンジンシステム４００において、アンモニア還流路は、ＥＧＲ流路１６０と一体的に形成される。つまり、第２の変形例のエンジンシステム４００において、ＥＧＲ流路１６０は、アンモニア還流路として機能する。また、第２の変形例において、エンジンシステム４００は、切換バルブ１８０を有しない。

【0086】

第２の変形例において、アンモニア吸着部１７２および温度センサ１９４は、ＥＧＲ流路１６０におけるＥＧＲクーラー１６２の上流側に設けられる。

【0087】

第２の変形例において、制御装置２００のプロセッサ２００ａの制御部２１２は、上記排気処理ステップＳ１１２において、ＥＧＲバルブ１６４の開度をゼロとする。

【0088】

また、第２の変形例において、制御装置２００のプロセッサ２００ａの制御部２１２は、上記空気過剰率判定処理ステップＳ１１６、アンモニア判定処理ステップＳ１１８、ＥＧＲ処理ステップＳ１２４、吸着量判定処理ステップＳ１２６を行わない。

【0089】

また、第２の変形例において、制御装置２００のプロセッサ２００ａの制御部２１２は、上記吸着処理ステップＳ１２０および脱離処理ステップＳ１３２において、ＥＧＲバルブ１６４の開度を目標開度とする。

【0090】

第２の変形例に係るエンジンシステム４００は、エンジン１１０の排気系統で発生するアンモニアを活用して、エンジン１１０のノッキングを適切に抑制することが可能となる。

【0091】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0092】

例えば、本明細書においてフローチャートを用いて説明した処理は、必ずしもフローチャートに示された順序で実行されなくてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。

【符号の説明】

【0093】

１００ エンジンシステム
１１０ エンジン
１２０ 吸気流路
１３０ 排気流路
１４０ 三元触媒
１６０ ＥＧＲ流路
１７０ アンモニア還流路
１７２ アンモニア吸着部
１７４ 加熱部
１９２ ＮＯｘセンサ
２００ 制御装置
２００ａ プロセッサ
２００ｂ メモリ
３００ エンジンシステム
３７０ アンモニア還流路
４００ エンジンシステム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】