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(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】P2024025527
(43)【公開日】2024-02-26
(54)【発明の名称】アンモニアエンジンシステム
(51)【国際特許分類】
F02M 27/02 20060101AFI20240216BHJP
C01B 3/04 20060101ALI20240216BHJP
F23C 13/08 20060101ALI20240216BHJP
F02M 21/02 20060101ALI20240216BHJP
F02M 31/04 20060101ALI20240216BHJP
F02M 31/13 20060101ALI20240216BHJP
F01N 3/24 20060101ALI20240216BHJP
F02M 25/00 20060101ALI20240216BHJP
【ＦＩ】
F02M27/02 Z
C01B3/04 B
F23C13/08
F02M21/02 K
F02M31/04 C
F02M31/13 301Z
F01N3/24 B
F02M25/00 F
F02M25/00 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022129038
(22)【出願日】2022-08-12
(71)【出願人】
【識別番号】000003218
【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】久保 秀人
【テーマコード（参考）】
3G091
3K065
【Ｆターム（参考）】
3G091AA19
3G091AB03
3G091AB04
3K065TC07
3K065TD05
3K065TK03
3K065TL08
3K065TN17
(57)【要約】
【課題】改質器からアンモニアエンジンに供給されるガス中の水素濃度を高める。
【解決手段】吸気流路１２は、アンモニアエンジン１１に空気を供給する。改質器２３は、アンモニアガスを燃焼する燃焼部４１と、アンモニアガスを改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部４２と、を有する。第１供給部は、空気流路にアンモニアガスを供給する。第２供給部は、改質部４２にアンモニアガスを供給する。改質ガス流路３１は、改質部４２により生成された改質ガスを吸気流路に導入する。改質器２３は、筐体と、筐体の内部に位置する筒状の区画壁と、を有する。筐体の内部は、区画壁の内部に位置する第１区画室と、区画壁と筐体との間に位置する第２区画室と、に区画される。燃焼部４１は、第１区画室に位置する。改質部４２は、第２区画室に位置する。
【選択図】図１
【解決手段】吸気流路１２は、アンモニアエンジン１１に空気を供給する。改質器２３は、アンモニアガスを燃焼する燃焼部４１と、アンモニアガスを改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部４２と、を有する。第１供給部は、空気流路にアンモニアガスを供給する。第２供給部は、改質部４２にアンモニアガスを供給する。改質ガス流路３１は、改質部４２により生成された改質ガスを吸気流路に導入する。改質器２３は、筐体と、筐体の内部に位置する筒状の区画壁と、を有する。筐体の内部は、区画壁の内部に位置する第１区画室と、区画壁と筐体との間に位置する第２区画室と、に区画される。燃焼部４１は、第１区画室に位置する。改質部４２は、第２区画室に位置する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
燃料としてアンモニアガスを用いるアンモニアエンジンと、
前記アンモニアエンジンに空気を供給する吸気流路と、
アンモニアガスを燃焼する燃焼部と、アンモニアガスを改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部と、を有する改質器と、
前記燃焼部に空気を供給する空気流路と、
前記空気流路中の空気を加熱する加熱部と、
前記空気流路にアンモニアガスを供給する第１供給部と、
前記改質部にアンモニアガスを供給する第２供給部と、
前記改質部により生成された前記改質ガスを前記吸気流路に導入する改質ガス流路と、を備え、
前記改質器は、筐体と、前記筐体の内部に位置する筒状の区画壁と、を有し、
前記筐体の内部は、前記区画壁の内部に位置する第１区画室と、前記区画壁と前記筐体との間に位置する第２区画室と、に区画され、
前記燃焼部は、前記第１区画室に位置し、
前記改質部は、前記第２区画室に位置する、ことを特徴とするアンモニアエンジンシステム。
前記アンモニアエンジンに空気を供給する吸気流路と、
アンモニアガスを燃焼する燃焼部と、アンモニアガスを改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部と、を有する改質器と、
前記燃焼部に空気を供給する空気流路と、
前記空気流路中の空気を加熱する加熱部と、
前記空気流路にアンモニアガスを供給する第１供給部と、
前記改質部にアンモニアガスを供給する第２供給部と、
前記改質部により生成された前記改質ガスを前記吸気流路に導入する改質ガス流路と、を備え、
前記改質器は、筐体と、前記筐体の内部に位置する筒状の区画壁と、を有し、
前記筐体の内部は、前記区画壁の内部に位置する第１区画室と、前記区画壁と前記筐体との間に位置する第２区画室と、に区画され、
前記燃焼部は、前記第１区画室に位置し、
前記改質部は、前記第２区画室に位置する、ことを特徴とするアンモニアエンジンシステム。
【請求項2】
前記アンモニアエンジンから排気ガスが排出される排気流路と、
前記燃焼部により生成された排出ガスが前記燃焼部から排出される排出ガス流路と、
前記排気流路に設けられ、前記排気流路中の排気ガスに残留するアンモニアガスを酸化する三元触媒と、を備え、
前記排出ガス流路は、前記排気流路のうちで前記三元触媒よりも上流に接続される、請求項１に記載のアンモニアエンジンシステム。
前記燃焼部により生成された排出ガスが前記燃焼部から排出される排出ガス流路と、
前記排気流路に設けられ、前記排気流路中の排気ガスに残留するアンモニアガスを酸化する三元触媒と、を備え、
前記排出ガス流路は、前記排気流路のうちで前記三元触媒よりも上流に接続される、請求項１に記載のアンモニアエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アンモニアエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１に記載のアンモニアエンジンシステムは、燃料としてアンモニアガスを用いるアンモニアエンジンと、アンモニアエンジンに空気を供給する吸気流路と、改質器と、改質ガス流路と、を備える。改質器は、アンモニアガスの燃焼を行うとともに、アンモニアガスを改質して水素を含有した改質ガスを生成する。改質ガス流路は、改質器により生成された改質ガスを吸気流路に導入する。吸気流路を流れる空気と共に改質ガスがアンモニアエンジンに導入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－４２７０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
アンモニアエンジンでの燃焼の安定化を目的として、改質器からアンモニアエンジンに水素濃度のより高いガスを供給することが望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題を解決するアンモニアエンジンシステムは、燃料としてアンモニアガスを用いるアンモニアエンジンと、前記アンモニアエンジンに空気を供給する吸気流路と、アンモニアガスを燃焼する燃焼部と、アンモニアガスを改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部と、を有する改質器と、前記燃焼部に空気を供給する空気流路と、前記空気流路中の空気を加熱する加熱部と、前記空気流路にアンモニアガスを供給する第１供給部と、前記改質部にアンモニアガスを供給する第２供給部と、前記改質部により生成された前記改質ガスを前記吸気流路に導入する改質ガス流路と、を備え、前記改質器は、筐体と、前記筐体の内部に位置する筒状の区画壁と、を有し、前記筐体の内部は、前記区画壁の内部に位置する第１区画室と、前記区画壁と前記筐体との間に位置する第２区画室と、に区画され、前記燃焼部は、前記第１区画室に位置し、前記改質部は、前記第２区画室に位置する、ことを特徴とする。
【0006】
上記構成によれば、燃焼部と改質部とは互いに隔絶されている。改質器において、燃焼部が生成した排出ガスと、改質部が生成した改質ガスと、は互いに混合されない。排出ガスと混合されない状態で、改質ガスを改質部から改質ガス流路に導入できる。改質ガスは、改質ガス流路から吸気流路に導入した後、吸気流路中の空気と共にアンモニアエンジンに供給される。したがって、燃焼部と改質部とが互いに隔絶されないために排出ガスと混合された改質ガスがアンモニアエンジンに供給される場合と比較して、改質器からアンモニアエンジンに供給されるガス中の水素濃度を高められる。
【0007】
アンモニアエンジンシステムにおいて、前記アンモニアエンジンから排気ガスが排出される排気流路と、前記燃焼部により生成された排出ガスが前記燃焼部から排出される排出ガス流路と、前記排気流路に設けられ、前記排気流路中の排気ガスに残留するアンモニアガスを酸化する三元触媒と、を備え、前記排出ガス流路は、前記排気流路のうちで前記三元触媒よりも上流に接続されてもよい。
【0008】
上記構成によれば、排出ガスは燃焼部でのアンモニアガスの燃焼によって生成されるため、燃焼部から排出ガス流路に高温の排出ガスが排出される。排出ガス流路は、排気流路のうちで三元触媒よりも上流に接続されている。そのため、排気流路のうちで三元触媒より上流に排出ガス流路から高温の排出ガスが導入される。したがって、高温の排出ガスが三元触媒に流入することにより、排出ガスの熱によって三元触媒の暖機を促進できる。
【発明の効果】
【0009】
この発明によれば、改質器からアンモニアエンジンに供給されるガス中の水素濃度を高められる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、アンモニアエンジンシステムを具体化した一実施形態について図１及び図２を用いて説明する。
＜アンモニアエンジンシステムの概略構成＞
図１に示すように、アンモニアエンジンシステム１０は、アンモニアエンジン１１と、吸気流路１２と、排気流路１３と、を備えている。本実施形態のアンモニアエンジンシステム１０は、エンジン式の車両に搭載されている。
＜アンモニアエンジンシステムの概略構成＞
図１に示すように、アンモニアエンジンシステム１０は、アンモニアエンジン１１と、吸気流路１２と、排気流路１３と、を備えている。本実施形態のアンモニアエンジンシステム１０は、エンジン式の車両に搭載されている。
【0012】
アンモニアエンジン１１は、燃料としてアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いる。アンモニアエンジン１１は、燃焼室１１ａを有している。アンモニアエンジン１１は、例えば４気筒エンジンであり、例えば４つの燃焼室１１ａを有する。
【0013】
吸気流路１２は、アンモニアエンジン１１に空気を供給する流路である。吸気流路１２は燃焼室１１ａに接続されている。吸気流路１２を流れる空気は、燃焼室１１ａに供給される。
【0014】
排気流路１３は、アンモニアエンジン１１から排気ガスが排出される流路である。排気流路１３は燃焼室１１ａに接続されている。燃焼室１１ａにて発生した排気ガスは、排気流路１３に排出された後、排気流路１３を流れる。
【0015】
アンモニアエンジンシステム１０は、エアクリーナ１９を備えている。エアクリーナ１９は、空気に含まれる塵及び埃等の異物を除去する。エアクリーナ１９は、吸気流路１２の端部に接続されている。エアクリーナ１９によって異物が除去された空気が吸気流路１２に流入する。
【0016】
アンモニアエンジンシステム１０は、排気触媒ユニット１６を備えている。排気触媒ユニット１６は、排気流路１３に設けられている。排気触媒ユニット１６は、三元触媒１７と、ＳＣＲ触媒１８と、を有している。
【0017】
三元触媒１７は、排気流路１３を流れる排気ガスに残留するアンモニアガスを酸化することにより、排気ガスからアンモニアガスを除去する。三元触媒１７は、排気ガスの熱によって活性化される。
【0018】
ＳＣＲ触媒１８は、排気流路１３における三元触媒１７よりも下流側に配置されている。ＳＣＲ触媒１８は、選択式還元触媒（Selective Catalytic Reduction）である。ＳＣＲ触媒１８は、排気流路１３を流れる排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）をアンモニアにより窒素（Ｎ２）に還元する。さらに、ＳＣＲ触媒１８は、三元触媒１７を通過したアンモニアを捕集して除去する。
【0019】
アンモニアエンジンシステム１０は、アンモニアタンク２１と、気化器２２と、改質器２３と、を備えている。アンモニアタンク２１は、液体状態のアンモニアである液体アンモニアを貯蔵する。気化器２２は、アンモニアタンク２１に貯蔵された液体アンモニアを気化させることにより、アンモニアガスを生成する。
【0020】
アンモニアエンジンシステム１０は、メインインジェクタ１４と、スロットルバルブ１５と、を備えている。メインインジェクタ１４は、例えば電磁式の噴射弁である。メインインジェクタ１４は、気化器２２と接続される。気化器２２からメインインジェクタ１４にアンモニアガスが供給される。メインインジェクタ１４は、吸気流路１２内にアンモニアガスを噴射することにより、吸気流路１２にアンモニアガスを供給する。メインインジェクタ１４から吸気流路１２に供給されたアンモニアガスは、吸気流路１２を流れる空気と共に燃焼室１１ａに流入する。
【0021】
スロットルバルブ１５は、吸気流路１２に設けられている。スロットルバルブ１５は、例えば電磁式の流量制御弁である。スロットルバルブ１５によって吸気流路１２の開度が調整されることにより、吸気流路１２から燃焼室１１ａに供給される空気の量が調整される。
【0022】
アンモニアエンジンシステム１０は、改質器２３を備えている。改質器２３は、アンモニアガスを燃焼する燃焼部４１と、アンモニアガスを改質して水素を含有した改質ガスを生成する改質部４２と、を有する。
【0023】
アンモニアエンジンシステム１０は、空気流路２４を備えている。空気流路２４は、吸気流路１２と改質器２３とに接続されている。具体的には、空気流路２４の一端は、吸気流路１２におけるスロットルバルブ１５よりも上流側に接続されている。空気流路２４の他端は、改質器２３の燃焼部４１に接続されている。空気流路２４は、燃焼部４１に空気を供給する流路である。
【0024】
アンモニアエンジンシステム１０は、送風装置２５を備えている。送風装置２５は、例えばブロアである。送風装置２５は、空気流路２４に設けられている。送風装置２５の駆動に伴って負圧が発生することにより、空気流路２４を介して改質器２３に供給される空気の流量が調整される。
【0025】
アンモニアエンジンシステム１０は、アンモニア流路２６と、第１改質インジェクタ２７と、第２改質インジェクタ２８と、を備えている。アンモニア流路２６は、改質器２３の外部と改質器２３との間で延びている。アンモニア流路２６は、改質器２３の改質部４２に接続されている。
【0026】
第１改質インジェクタ２７及び第２改質インジェクタ２８は、例えば電磁式の噴射弁である。第１改質インジェクタ２７及び第２改質インジェクタ２８は、気化器２２と接続される。気化器２２から第１改質インジェクタ２７及び第２改質インジェクタ２８の各々に、アンモニアガスが供給される。
【0027】
第１改質インジェクタ２７は、空気流路２４にアンモニアガスを噴射する。詳細には、第１改質インジェクタ２７は、空気流路２４のうち、送風装置２５よりも下流の箇所に向けてアンモニアガスを噴射する。第１改質インジェクタ２７は、空気流路２４にアンモニアガスを供給する第１供給部として機能する。第１改質インジェクタ２７から空気流路２４に供給されたアンモニアガスは、空気流路２４を流れる空気と共に燃焼部４１に流入する。
【0028】
第２改質インジェクタ２８は、アンモニア流路２６にアンモニアガスを噴射する。第２改質インジェクタ２８からアンモニア流路２６に噴射されたアンモニアガスは、アンモニア流路２６を通って改質器２３の改質部４２に供給される。アンモニア流路２６及び第２改質インジェクタ２８は、改質部４２にアンモニアガスを供給する第２供給部として機能する。
【0029】
アンモニアエンジンシステム１０は、加熱部２９を備えている。加熱部２９は、空気流路２４に設けられている。詳細には、加熱部２９は、空気流路２４のうち、第１改質インジェクタ２７からアンモニアガスが供給される箇所よりも下流側に設けられている。加熱部２９は、空気流路２４中の空気を加熱する。加熱部２９は例えば電気ヒータである。詳細には、例えば加熱部２９は、不図示の発熱体及び電源を有する。電源によって発熱体を通電することにより、加熱部２９は、空気流路２４中の空気と共に空気流路２４中のアンモニアガスを加熱する。加熱部２９による加熱を受けて昇温した空気及びアンモニアガスは、空気流路２４から改質器２３の燃焼部４１に供給される。
【0030】
アンモニアエンジンシステム１０は、改質ガス流路３１を備えている。改質ガス流路３１は、改質器２３の改質部４２と吸気流路１２とを接続している。具体的には、改質ガス流路３１の一端は、改質部４２に接続され、改質ガス流路３１の他端は、吸気流路１２におけるスロットルバルブ１５より下流側に接続されている。改質ガス流路３１は、改質部４２により生成された改質ガスを吸気流路１２に導入する流路である。
【0031】
アンモニアエンジンシステム１０は、クーラ３２と、冷却水流路３３と、を備えている。クーラ３２は、改質ガス流路３１に設けられている。クーラ３２は、改質ガス流路３１を流れる改質ガスを冷却する。クーラ３２によって冷却された改質ガスが、改質ガス流路３１を通って吸気流路１２に導入される。これにより、改質ガスの熱によるスロットルバルブ１５等の吸気系部品の損傷を抑制できる。改質ガスの冷却に伴って改質ガスの体積膨張が抑制されるため、吸気流路１２から燃焼室１１ａに空気が流入しやすくなっている。
【0032】
冷却水流路３３は、クーラ３２の内部と気化器２２の内部との間で冷却水を循環させる流路である。クーラ３２の内部にて、改質ガス流路３１を流れる改質ガスと冷却水流路３３を流れる冷却水とで熱交換させることにより、クーラ３２は改質ガス流路３１を流れる改質ガスを冷却する。改質ガスとの熱交換により昇温した冷却水は、冷却水流路３３を通って気化器２２の内部に供給される。昇温した冷却水が気化器２２の内部にて冷却水流路３３を流れることにより、気化器２２の内部が温められる。これにより、気化器２２による液体アンモニアの気化を促進できる。気化器２２の内部に位置する冷却水流路３３を流れる間に、冷却水の温度は低下する。こうして温度が低下した冷却水が、冷却水流路３３を通ってクーラ３２の内部に供給される。
【0033】
アンモニアエンジンシステム１０は、排出ガス流路３４を備えている。排出ガス流路３４は、改質器２３の燃焼部４１と排気流路１３とを接続している。具体的には、排出ガス流路３４の一端は、燃焼部４１に接続され、排出ガス流路３４の他端は、排気流路１３における三元触媒１７よりも上流に接続されている。燃焼部４１により生成された排出ガスは、燃焼部４１から排出ガス流路３４に排出される。排出ガスは、排出ガス流路３４を流れた後、排出ガス流路３４から排気流路１３における三元触媒１７よりも上流部分に導入される。
【0034】
アンモニアエンジンシステム１０は、温度センサ３５と、イグニッションスイッチ３６と、制御ユニット３７と、を備えている。温度センサ３５は、改質器２３の温度を検出する。温度センサ３５は、例えば改質器２３の改質部４２の温度を検出する。車両の運転者によってイグニッションスイッチ３６が操作されると、イグニッションスイッチ３６は制御ユニット３７に操作信号を出力する。制御ユニット３７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。
【0035】
＜制御ユニットによる制御＞
制御ユニット３７は、例えば、温度センサ３５の検出値とイグニッションスイッチ３６の操作信号と、に基づいて、各種制御を行う。制御ユニット３７は、メインインジェクタ１４、スロットルバルブ１５、送風装置２５、第１改質インジェクタ２７、第２改質インジェクタ２８、及び加熱部２９の電源等を制御する。
制御ユニット３７は、例えば、温度センサ３５の検出値とイグニッションスイッチ３６の操作信号と、に基づいて、各種制御を行う。制御ユニット３７は、メインインジェクタ１４、スロットルバルブ１５、送風装置２５、第１改質インジェクタ２７、第２改質インジェクタ２８、及び加熱部２９の電源等を制御する。
【0036】
制御ユニット３７は、アンモニアエンジン１１を始動させる始動制御を実行する。制御ユニット３７は、イグニッションスイッチ３６の操作信号に基づいてイグニッションスイッチ３６がオン操作されたと判断したことを条件に始動制御を行う。
【0037】
始動制御において、制御ユニット３７は、第１改質インジェクタ２７及び第２改質インジェクタ２８からアンモニアガスを噴射させる。制御ユニット３７は、送風装置２５を駆動させるとともに、加熱部２９の発熱体を通電するように加熱部２９の電源を制御する。続いて、始動制御において、制御ユニット３７は、アンモニアエンジン１１をクランキングさせるように不図示のスタータモータを制御することにより、アンモニアエンジン１１が始動する。さらに、始動制御において、制御ユニット３７は、メインインジェクタ１４からアンモニアガスを噴射させるとともに、スロットルバルブ１５を開弁状態にする。
【0038】
始動制御において、制御ユニット３７は、温度センサ３５の検出値に基づいて、改質器２３の温度が規定温度以上であるかどうかを判断する。規定温度とは、アンモニアガスの燃焼が可能となる温度であり、例えば２００℃程度である。制御ユニット３７は、改質器２３の温度が規定温度以上であると判断したときは、加熱部２９の発熱体の通電を停止させるように加熱部２９の電源を制御する。
【0039】
アンモニアエンジン１１の始動後、制御ユニット３７は、アンモニアエンジン１１が停止されるまで、上記始動制御を継続して行ってもよい。その際、制御ユニット３７は、スロットルバルブ１５の開度を調整してもよい。制御ユニット３７は、所定のタイミングでメインインジェクタ１４からアンモニアガスを噴射させてもよい。制御ユニット３７は、送風装置２５の駆動を制御することにより、エアクリーナ１９から空気流路２４に導入される空気量を調整してもよい。制御ユニット３７は、第１改質インジェクタ２７及び第２改質インジェクタ２８の噴射タイミングを適宜変更しつつ、第１改質インジェクタ２７及び第２改質インジェクタ２８からアンモニアガスを噴射させてもよい。制御ユニット３７は、温度センサ３５の検出値に基づいて、送風装置２５の駆動制御や、第１改質インジェクタ２７及び第２改質インジェクタ２８の噴射タイミングの変更を行ってもよい。
【0040】
制御ユニット３７は、アンモニアエンジン１１を停止させる停止制御を実行する。制御ユニット３７は、イグニッションスイッチ３６の操作信号に基づいてイグニッションスイッチ３６がオフ操作されたと判断したことを条件に停止制御を行う。
【0041】
停止制御において、制御ユニット３７は、メインインジェクタ１４、第１改質インジェクタ２７、及び第２改質インジェクタ２８からのアンモニアガスの噴射を停止させる。その後、制御ユニット３７は、送風装置２５の駆動を停止させるとともに、スロットルバルブ１５を閉弁状態にする。これにより、アンモニアエンジン１１が停止される。
【0042】
＜燃焼部でのアンモニアガスの燃焼＞
送風装置２５の駆動に伴って、エアクリーナ１９から空気流路２４に空気が導入される。第１改質インジェクタ２７は空気流路２４にアンモニアガスを供給する。加熱部２９は、空気流路２４中の空気及びアンモニアガスを加熱する。加熱部２９による加熱を受けて、昇温した空気及びアンモニアガスが空気流路２４から燃焼部４１に供給される。
送風装置２５の駆動に伴って、エアクリーナ１９から空気流路２４に空気が導入される。第１改質インジェクタ２７は空気流路２４にアンモニアガスを供給する。加熱部２９は、空気流路２４中の空気及びアンモニアガスを加熱する。加熱部２９による加熱を受けて、昇温した空気及びアンモニアガスが空気流路２４から燃焼部４１に供給される。
【0043】
燃焼部４１においては、アンモニアガスが燃焼するとともに、その燃焼熱によって燃焼部４１が昇温する。具体的には、下記の式１のように、アンモニアガスと空気中の酸素とが化学反応することにより、燃焼部４１にてアンモニアの燃焼反応が起こる。
【0044】
ＮＨ３＋３／４Ｏ２→３／２Ｈ２Ｏ＋１／２Ｎ２＋Ｑ…（式１）
アンモニアの燃焼反応によって、燃焼部４１は、水分（Ｈ２Ｏ）及び窒素（Ｎ２）を含む排出ガスを生成する。排出ガスは、燃焼部４１から排出ガス流路３４に排出された後、排出ガス流路３４を介して排気流路１３に排出される。
【0045】
＜改質部での改質ガスの生成＞
アンモニアの燃焼反応に伴って燃焼部４１が昇温すると、燃焼部４１から改質部４２への伝熱によって改質部４２が昇温する。改質部４２の温度が改質可能な温度に達すると、改質部４２によるアンモニアガスの改質が開始される。上記改質可能な温度とは、例えば３００℃～４００℃程度である。アンモニアガスの改質においては、具体的には、下記式２のように、改質部４２における熱によりアンモニアが水素（Ｈ２）と窒素とに分解される改質反応が起こる。
アンモニアの燃焼反応に伴って燃焼部４１が昇温すると、燃焼部４１から改質部４２への伝熱によって改質部４２が昇温する。改質部４２の温度が改質可能な温度に達すると、改質部４２によるアンモニアガスの改質が開始される。上記改質可能な温度とは、例えば３００℃～４００℃程度である。アンモニアガスの改質においては、具体的には、下記式２のように、改質部４２における熱によりアンモニアが水素（Ｈ２）と窒素とに分解される改質反応が起こる。
【0046】
ＮＨ３→３／２Ｈ２＋１／２Ｎ２－Ｑ…（式２）
改質反応によって、改質部４２は、水素及び窒素を含有した改質ガスを生成する。改質ガスは、改質部４２から改質ガス流路３１に導入されたのち、改質ガス流路３１を介して吸気流路１２に供給される。
【0047】
＜改質ガスの燃焼室への供給＞
改質ガス流路３１から吸気流路１２に供給された改質ガスは、吸気流路１２中の空気及びメインインジェクタ１４から吸気流路１２に供給されたアンモニアガスと共に、燃焼室１１ａに供給される。アンモニアガスと改質ガス中の水素とが燃焼室１１ａにて混合されるため、燃焼室１１ａにてアンモニアガスが燃焼しやすくなる。燃焼室１１ａにおいて、アンモニアガスは改質ガス中の水素と共に燃焼する。
改質ガス流路３１から吸気流路１２に供給された改質ガスは、吸気流路１２中の空気及びメインインジェクタ１４から吸気流路１２に供給されたアンモニアガスと共に、燃焼室１１ａに供給される。アンモニアガスと改質ガス中の水素とが燃焼室１１ａにて混合されるため、燃焼室１１ａにてアンモニアガスが燃焼しやすくなる。燃焼室１１ａにおいて、アンモニアガスは改質ガス中の水素と共に燃焼する。
【0048】
＜改質器の詳細＞
図２に示すように、改質器２３は、筐体４３を有する。筐体４３は、例えばステンレス製である。筐体４３は、円筒状の第１筐体部４４と、平板状の第２筐体部４５と、を有する。第２筐体部４５は、第１筐体部４４の軸線Ｌ１の延びる方向における第１筐体部４４の両端に位置する。第２筐体部４５は、軸線Ｌ１の延びる方向における第１筐体部４４の両端の開口を塞いでいる。第１筐体部４４及び第２筐体部４５によって、筐体４３の内部空間が区画形成されている。改質器２３は、不図示の断熱部材を有してもよい。断熱部材は、筐体４３の外部から筐体４３を覆うように位置してもよい。
図２に示すように、改質器２３は、筐体４３を有する。筐体４３は、例えばステンレス製である。筐体４３は、円筒状の第１筐体部４４と、平板状の第２筐体部４５と、を有する。第２筐体部４５は、第１筐体部４４の軸線Ｌ１の延びる方向における第１筐体部４４の両端に位置する。第２筐体部４５は、軸線Ｌ１の延びる方向における第１筐体部４４の両端の開口を塞いでいる。第１筐体部４４及び第２筐体部４５によって、筐体４３の内部空間が区画形成されている。改質器２３は、不図示の断熱部材を有してもよい。断熱部材は、筐体４３の外部から筐体４３を覆うように位置してもよい。
【0049】
改質器２３は、区画壁４６を有する。区画壁４６は、例えばステンレス製である。区画壁４６は、筐体４３の内部に位置する。区画壁４６は、円筒状である。第１筐体部４４の軸線Ｌ１と、区画壁４６の軸線Ｌ２とは互いに一致している。
【0050】
軸線Ｌ２の延びる方向における区画壁４６の両端は、第２筐体部４５に繋がっている。これにより、第２筐体部４５は、軸線Ｌ２の延びる方向における区画壁４６の両端の開口を塞いでいる。第２筐体部４５及び区画壁４６によって、第１区画室Ｓ１が区画形成される。第１区画室Ｓ１は、区画壁４６の内部に位置する。第１区画室Ｓ１は、区画壁４６の軸線Ｌ２の延びる方向に延びる円柱状をなす。
【0051】
区画壁４６の外面４６ａは、第１筐体部４４の内面４４ａから離れている。第１筐体部４４、第２筐体部４５、及び区画壁４６によって、第２区画室Ｓ２が区画形成される。第２区画室Ｓ２は、区画壁４６と筐体４３との間に位置する。詳細には、第２区画室Ｓ２は、区画壁４６の外面４６ａと第１筐体部４４の内面４４ａとの間に位置する。第２区画室Ｓ２は、区画壁４６の軸線Ｌ２の延びる方向に延びる円筒状をなす。筐体４３の内部は、第１区画室Ｓ１と第２区画室Ｓ２とに区画されている。第２区画室Ｓ２は、区画壁４６を介して、第１区画室Ｓ１の周りを囲むように位置している。
【0052】
燃焼部４１は、第１区画室Ｓ１に位置する。燃焼部４１は、第１区画室Ｓ１に充填されたペレット状の燃焼触媒である。燃焼触媒は、例えば、発生する窒素酸化物が少ない低ＮＯｘの触媒が好ましい。特に燃焼触媒は、１ｗｔ％Ｐｄ－１０Ｃｕ／Ｚ５－９０Ｈ触媒（京都大学江口研が開発、第１２２回触媒討論会で発表）が好ましい。この触媒は、約２００℃以上でアンモニアを燃焼可能であり、４００～７００℃では窒素酸化物がほとんど発生せず、７００～８００℃付近までは発生する窒素酸化物が少ない傾向を有する。
【0053】
改質部４２は、第２区画室Ｓ２に位置する。改質部４２は、第２区画室Ｓ２に充填されたペレット状の改質触媒である。燃焼触媒は、例えば、Ｒｕ／ＭｇＯベース触媒（産総研が開発、Applied Catalysis Aに論文掲載）が好ましい。この触媒は、５００℃以上で９９．５％以上の分解性能を有し、６５０℃でも優れた熱安定性を示す。
【0054】
［作用］
次に、本実施形態における作用について説明する。
燃焼部４１においては、アンモニアガスが燃焼することによる燃焼熱によって燃焼部４１が昇温する。アンモニアの燃焼反応によって、燃焼部４１は排出ガスを生成する。燃焼部４１の昇温に伴って、区画壁４６を介して燃焼部４１から改質部４２への伝熱が生じる。この伝熱に伴って、改質部４２が昇温する。改質部４２の昇温に伴って、改質部４２に改質反応が起こることにより、改質部４２は水素を含有した改質ガスを生成する。
次に、本実施形態における作用について説明する。
燃焼部４１においては、アンモニアガスが燃焼することによる燃焼熱によって燃焼部４１が昇温する。アンモニアの燃焼反応によって、燃焼部４１は排出ガスを生成する。燃焼部４１の昇温に伴って、区画壁４６を介して燃焼部４１から改質部４２への伝熱が生じる。この伝熱に伴って、改質部４２が昇温する。改質部４２の昇温に伴って、改質部４２に改質反応が起こることにより、改質部４２は水素を含有した改質ガスを生成する。
【0055】
筐体４３の内部は、区画壁４６の内部に位置する第１区画室Ｓ１と、区画壁４６と筐体４３との間に位置する第２区画室Ｓ２と、に区画されている。燃焼部４１は、第１区画室Ｓ１に位置している。改質部４２は、第２区画室Ｓ２に位置している。そのため、燃焼部４１と改質部４２とは互いに隔絶されている。改質器２３において、燃焼部４１が生成した排出ガスと、改質部４２が生成した改質ガスと、は互いに混合されない。排出ガスと混合されない状態で、改質ガスを改質部４２から改質ガス流路３１に導入できる。
【0056】
［効果］
上記実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）筐体４３の内部は、区画壁４６の内部に位置する第１区画室Ｓ１と、区画壁４６と筐体４３との間に位置する第２区画室Ｓ２と、に区画されている。燃焼部４１は、第１区画室Ｓ１に位置している。改質部４２は、第２区画室Ｓ２に位置している。そのため、排出ガスと混合されない状態で、改質ガスを改質部４２から改質ガス流路３１に導入できる。改質ガスは、改質ガス流路３１から吸気流路１２に導入した後、吸気流路１２中の空気と共にアンモニアエンジン１１に供給される。したがって、燃焼部４１と改質部４２とが互いに隔絶されないために排出ガスと混合された改質ガスがアンモニアエンジン１１に供給される場合と比較して、改質器２３からアンモニアエンジン１１に供給されるガス中の水素濃度を高められる。
上記実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
（１）筐体４３の内部は、区画壁４６の内部に位置する第１区画室Ｓ１と、区画壁４６と筐体４３との間に位置する第２区画室Ｓ２と、に区画されている。燃焼部４１は、第１区画室Ｓ１に位置している。改質部４２は、第２区画室Ｓ２に位置している。そのため、排出ガスと混合されない状態で、改質ガスを改質部４２から改質ガス流路３１に導入できる。改質ガスは、改質ガス流路３１から吸気流路１２に導入した後、吸気流路１２中の空気と共にアンモニアエンジン１１に供給される。したがって、燃焼部４１と改質部４２とが互いに隔絶されないために排出ガスと混合された改質ガスがアンモニアエンジン１１に供給される場合と比較して、改質器２３からアンモニアエンジン１１に供給されるガス中の水素濃度を高められる。
【0057】
（２）排出ガスは燃焼部４１でのアンモニアガスの燃焼によって生成されるため、燃焼部４１から排出ガス流路３４に高温の排出ガスが排出される。排出ガス流路３４は、排気流路１３のうちで三元触媒１７よりも上流に接続されている。そのため、排気流路１３のうちで三元触媒１７より上流に排出ガス流路３４から高温の排出ガスが導入される。したがって、高温の排出ガスが三元触媒１７に流入することにより、排出ガスの熱によって三元触媒１７の暖機を促進できる。
【0058】
（３）第２区画室Ｓ２は、区画壁４６を介して、第１区画室Ｓ１の周りを囲むように位置している。そのため、第１区画室Ｓ１に位置する燃焼部４１から筐体４３の外部の空気への伝熱が生じにくいため、燃焼部４１で生じた熱を効率よく改質部４２に伝えられる。したがって、改質部４２を早期に昇温できるため、改質部４２にて早期に改質ガスを生成できる。
【0059】
［変更例］
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【0060】
○ 図３に示すように、クーラ５２を排出ガス流路３４に設けてもよい。冷却水流路３３は、クーラ３２，５２の内部と気化器２２の内部との間で冷却水を循環させる。クーラ５２は、排出ガス流路３４を流れる排出ガスを冷却する。クーラ５２によって冷却された排出ガスが、排出ガス流路３４を通って排気流路１３に導入される。この場合の排出ガス流路３４は、排気流路１３のうちでＳＣＲ触媒１８よりも下流に接続してもよい。
【0061】
○ 温度センサ３５は、改質器２３の燃焼部４１の温度を検出してもよい。温度センサ３５は、燃焼部４１及び改質部４２の両方の温度を検出してもよい。
○ 第１筐体部４４の軸線Ｌ１と区画壁４６の軸線Ｌ２とは互いにずれていてもよい。この場合の軸線Ｌ１及び軸線Ｌ２は互いに平行でなくてもよい。
○ 第１筐体部４４の軸線Ｌ１と区画壁４６の軸線Ｌ２とは互いにずれていてもよい。この場合の軸線Ｌ１及び軸線Ｌ２は互いに平行でなくてもよい。
【0062】
○ 筐体４３は、内部に空間が形成される形状であれば適宜形状を変更可能である。例えば、第１筐体部４４は、矩形筒状などの円筒状以外の筒状であってもよい。
○ 区画壁４６は、区画壁４６の周方向における少なくとも一部に、区画壁４６の内部に突出するフィンを有してもよい。この場合、フィンを有さない区画壁４６と比較して、区画壁４６の内面の表面積が増大する。そのため、区画壁４６を介して燃焼部４１から改質部４２への伝熱がより促進される。区画壁４６は、矩形筒状などの円筒状以外の筒状であってもよい。
○ 区画壁４６は、区画壁４６の周方向における少なくとも一部に、区画壁４６の内部に突出するフィンを有してもよい。この場合、フィンを有さない区画壁４６と比較して、区画壁４６の内面の表面積が増大する。そのため、区画壁４６を介して燃焼部４１から改質部４２への伝熱がより促進される。区画壁４６は、矩形筒状などの円筒状以外の筒状であってもよい。
【0063】
○ 軸線Ｌ２の延びる方向における区画壁４６の両端の開口は、筐体４３とは別部材の閉塞壁によって塞いでもよい。この場合の閉塞壁は、例えば、軸線Ｌ２の延びる方向において、筐体４３と接していてもよいし、筐体４３から離れていてもよい。軸線Ｌ２の延びる方向において閉塞壁が筐体４３から離れている場合、第２区画室Ｓ２は閉塞壁と筐体４３との間の空間を含む。改質部４２は、閉塞壁と筐体４３との間に位置してもよい。
【0064】
○ 空気流路２４は吸気流路１２に接続されていなくてもよい。この場合、例えば、吸気流路１２とは異なる経路から空気流路２４に空気が流入してもよい。
○ アンモニアエンジンシステム１０は、第１改質インジェクタ２７に代えて、流量調整弁を備えてもよい。この場合、気化器２２と空気流路２４とを接続するアンモニアガス流路をアンモニアエンジンシステム１０に設け、このアンモニアガス流路に流量調整弁を設ける。流路調整弁を開弁させることにより、アンモニアガス流路から空気流路２４にアンモニアガスが供給される。この変更例においては、アンモニアガス流路及び流量調整弁が第１供給部に相当する。
○ アンモニアエンジンシステム１０は、第１改質インジェクタ２７に代えて、流量調整弁を備えてもよい。この場合、気化器２２と空気流路２４とを接続するアンモニアガス流路をアンモニアエンジンシステム１０に設け、このアンモニアガス流路に流量調整弁を設ける。流路調整弁を開弁させることにより、アンモニアガス流路から空気流路２４にアンモニアガスが供給される。この変更例においては、アンモニアガス流路及び流量調整弁が第１供給部に相当する。
【0065】
○ アンモニアエンジンシステム１０は、第２改質インジェクタ２８に代えて、流量調整弁を備えてもよい。この場合、アンモニア流路２６を気化器２２と改質部４２とに接続し、アンモニア流路２６に流量調整弁を設ける。流量調整弁を開弁させることにより、アンモニア流路２６から改質部４２にアンモニアガスが供給される。この変更例においては、アンモニア流路２６及び流量調整弁が第２供給部に相当する。
【0066】
○ アンモニアエンジンシステム１０は、ハイリッド式の車両にも適用可能である。
【符号の説明】
【0067】
Ｓ１…第１区画室、Ｓ２…第２区画室、１０…アンモニアエンジンシステム、１１…アンモニアエンジン、１２…吸気流路、１３…排気流路、１７…三元触媒、２３…改質器、２４…空気流路、２６…アンモニア流路、２７…第１改質インジェクタ、２８…第２改質インジェクタ、２９…加熱部、３１…改質ガス流路、３４…排出ガス流路、４１…燃焼部、４２…改質部、４３…筐体、４６…区画壁。
【図1】
【図2】
【図3】