特開 2024-57726 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】P2024057726

(43)【公開日】2024-04-25

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F01M 13/00 20060101AFI20240418BHJP

   F02M 25/00 20060101ALI20240418BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20240418BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20240418BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20240418BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20240418BHJP

   F02D 19/08 20060101ALI20240418BHJP

【ＦＩ】

F01M13/00 K

F01M13/00 J

F01M13/00 N

F02M25/00 G

F01N3/24 L

F02M21/02 301Z

F01N3/24 R

F01N3/08 A

F02D19/02 Z

F02D19/08 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022164576

(22)【出願日】2022-10-13

(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

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(72)【発明者】

【氏名】中谷 規之介

(72)【発明者】

【氏名】竹内 秀隆

(72)【発明者】

【氏名】本間 隆行

(72)【発明者】

【氏名】水谷 悦規

(72)【発明者】

【氏名】宮川 浩

(72)【発明者】

【氏名】鈴置 哲典

【テーマコード（参考）】

3G015

3G091

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G015BD13

3G015BD23

3G015BD28

3G015CA05

3G015FA01

3G015FA03

3G015FC05

3G091AA02

3G091AA16

3G091AA19

3G091AA28

3G091AB02

3G091AB03

3G091AB05

3G091AB08

3G091BA03

3G091BA13

3G091CA03

3G091CA17

3G091CB07

3G091EA16

3G091EA18

3G091FA01

3G091HA10

3G091HA38

3G091HB09

3G092AB09

3G092AB19

3G092DE17S

3G092DE20S

3G092FA15

3G092HA06Z

(57)【要約】

【課題】クランクケース内に残存しているアンモニアのブローバイガスが大気中へ流出することを抑制することができるエンジンシステムを提供する。
【解決手段】エンジンシステム１は、第１酸素供給流路３におけるメインスロットルバルブ６よりも上流側とクランクケース２１とを接続し、クランクケース２１内に空気を供給する第２酸素供給流路３０と、クランクケース２１と第１酸素供給流路３におけるメインスロットルバルブ６よりも下流側とを接続し、クランクケース２１内に残留するアンモニアのブローバイガスを第１酸素供給流路３に還流させるブローバイガス流路３１と、クランクシャフト２０を回転させるスタータ５９と、スタータ５９によってクランクシャフト２０が回転している時に、第１酸素供給流路３にブローバイガスが還流するようにメインスロットルバルブ６の開度を制御するコントローラ６０とを備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンモニアを燃焼させる燃焼室を往復動可能なピストンと、前記ピストンと連結されたクランクシャフトと、前記クランクシャフトを収容するクランクケースと、を有するエンジンを備えるエンジンシステムであって、
前記エンジンと接続され、前記燃焼室に供給される酸素含有ガスが流れる第１酸素供給流路と、
前記第１酸素供給流路に配設され、前記燃焼室に供給される前記酸素含有ガスの流量を制御する流量制御弁と、
前記エンジンと接続され、前記燃焼室から発生する排気ガスが流れる排気流路と、
前記排気流路に配設され、アンモニアを吸着及び酸化する排気触媒と、
前記第１酸素供給流路における前記流量制御弁よりも上流側の箇所と前記クランクケースとを接続し、前記クランクケース内に前記酸素含有ガスを供給する第２酸素供給流路と、
前記クランクケースと前記第１酸素供給流路における前記流量制御弁よりも下流側の箇所とを接続し、前記クランクケース内に残留するアンモニアのブローバイガスを前記第１酸素供給流路に還流させるブローバイガス流路と、
前記ブローバイガス流路に配設され、前記第１酸素供給流路に還流する前記アンモニアのブローバイガスの流量を調整するブローバイガス還流バルブと、
前記クランクシャフトを回転させるスタータと、
前記スタータによって前記クランクシャフトが回転している時に、前記第１酸素供給流路に前記ブローバイガスが還流するように前記流量制御弁の開度を制御する制御部とを備えるエンジンシステム。

【請求項2】

アンモニアを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する改質器と、
前記改質器に前記酸素含有ガスを供給する改質用酸素供給流路と、
前記改質用酸素供給流路に配設され、前記改質器に供給される前記酸素含有ガスの流量を制御する改質用流量制御弁と、
前記改質器により生成された前記改質ガスを前記燃焼室に供給する改質ガス流路とを更に備え、
前記制御部は、前記スタータによって前記クランクシャフトが回転している時に、前記第１酸素供給流路に前記ブローバイガスが還流するように前記改質用流量制御弁の開度を制御する請求項１記載のエンジンシステム。

【請求項3】

前記排気触媒を加熱する加熱部を更に備える請求項１記載のエンジンシステム。

【請求項4】

エンジンオイルまたはエンジン冷却水の温度を検出する温度検出部を更に備え、
前記制御部は、前記温度検出部により検出された前記エンジンオイルまたは前記エンジン冷却水の温度に基づいて、前記流量制御弁の開度を制御する請求項１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】

従来のエンジンシステムとしては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載のエンジンシステムは、エンジンブロックと、このエンジンブロックの吸気ポートに接続された吸気通路と、この吸気通路内に設けられたスロットルバルブと、このスロットルバルブより上流側の吸気通路とエンジンブロック内のクランク室とを接続し、吸気通路内の吸気（新気）をクランク室へ導入するための新気導入通路と、スロットルバルブより下流側の吸気通路とクランク室とを接続し、クランク室に残留するブローバイガスを吸気通路に戻すための還元通路と、この還元通路内に設けられたＰＣＶバルブとを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１４５０５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年では、アンモニアを燃料として使用するアンモニアエンジンがあるが、クランクケース内にはアンモニアのブローバイガスが残存するため、例えばメンテナンス時にアンモニアのブローバイガスが大気に流出することを抑制することが望まれている。

【0005】

本発明の目的は、クランクケース内に残存しているアンモニアのブローバイガスが大気中へ流出することを抑制することができるエンジンシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本発明の一態様は、アンモニアを燃焼させる燃焼室を往復動可能なピストンと、ピストンと連結されたクランクシャフトと、クランクシャフトを収容するクランクケースとを有するエンジンを備えるエンジンシステムであって、エンジンと接続され、燃焼室に供給される酸素含有ガスが流れる第１酸素供給流路と、第１酸素供給流路に配設され、燃焼室に供給される酸素含有ガスの流量を制御する流量制御弁と、エンジンと接続され、燃焼室から発生する排気ガスが流れる排気流路と、排気流路に配設され、アンモニアを吸着及び酸化する排気触媒と、第１酸素供給流路における流量制御弁よりも上流側の箇所とクランクケースとを接続し、クランクケース内に酸素含有ガスを供給する第２酸素供給流路と、クランクケースと第１酸素供給流路における流量制御弁よりも下流側の箇所とを接続し、クランクケース内に残留するアンモニアのブローバイガスを第１酸素供給流路に還流させるブローバイガス流路と、ブローバイガス流路に配設され、第１酸素供給流路に還流するアンモニアのブローバイガスの流量を調整するブローバイガス還流バルブと、クランクシャフトを回転させるスタータと、スタータによってクランクシャフトが回転している時に、第１酸素供給流路にブローバイガスが還流するように流量制御弁の開度を制御する制御部とを備える。

【0007】

このようなエンジンシステムにおいては、エンジンの燃焼室内でアンモニアの燃焼が終了することによってクランクシャフトの回転が停止してから燃焼室内で再びアンモニアの燃焼が起こるまでの間の任意の期間に、第１酸素供給流路にアンモニアのブローバイガスが還流するように、流量制御弁の開度が制御されると共に、スタータによってクランクシャフトを回転させる。すると、第１酸素供給流路の燃焼室側の部分が負圧となるため、酸素含有ガスが第２酸素供給流路を流れてクランクケース内に導入されると共に、ブローバイガス還流バルブが開弁することで、クランクケース内に残留するアンモニアのブローバイガスが酸素含有ガスと一緒にブローバイガス流路を流れて第１酸素供給流路に還流する。そして、アンモニアのブローバイガスは、酸素含有ガスと一緒に第１酸素供給流路、エンジンの燃焼室及び排気流路を流れて排気触媒に供給され、排気触媒に吸着及び酸化される。その結果、クランクケース内に残留するアンモニアのブローバイガスが除去される。これにより、例えば、メンテナンス時にクランクケースを開けた際に、クランクケース内に残存しているアンモニアが大気中に流出することが抑制される。また、クランクケース内に残留するアンモニアのブローバイガスを定期的に除去しておけば、例えば、メンテナンス時にクランクケースを開けた際に、大量のアンモニアが大気中に流出することが抑制される。

【0008】

（２）上記（１）において、エンジンシステムは、アンモニアを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する改質器と、改質器に酸素含有ガスを供給する改質用酸素供給流路と、改質用酸素供給流路に配設され、改質器に供給される酸素含有ガスの流量を制御する改質用流量制御弁と、改質器により生成された改質ガスを燃焼室に供給する改質ガス流路とを更に備え、制御部は、スタータによってクランクシャフトが回転している時に、第１酸素供給流路にブローバイガスが還流するように改質用流量制御弁の開度を制御してもよい。このような構成では、水素を含有した改質ガスがエンジンの燃焼室に供給されるため、燃焼室内でアンモニアが燃焼されやすくなる。

【0009】

（３）上記（１）または（２）において、エンジンシステムは、排気触媒を加熱する加熱部を更に備えてもよい。このような構成では、排気触媒がアンモニアを酸化させることが可能な温度まで排気触媒を加熱することで、アンモニアが排気触媒に迅速に酸化される。従って、エンジンの冷間状態でも、排気触媒によりアンモニアを効果的に浄化することができる。

【0010】

（４）上記（１）～（３）の何れかにおいて、エンジンシステムは、エンジンオイルまたはエンジン冷却水の温度を検出する温度検出部を更に備え、制御部は、温度検出部により検出されたエンジンオイルまたはエンジン冷却水の温度に基づいて、流量制御弁の開度を制御してもよい。このような構成では、エンジンの温度によって第１酸素供給流路に発生する負圧が変動する場合でも、流量制御弁をエンジンの温度に応じた適切な開度に調整することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、クランクケース内に残存しているアンモニアのブローバイガスが大気中へ流出することを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムを示す概略構成図である。

【図2】図１に示されたアンモニアエンジン及び吸気系の断面図である。

【図3】図１に示されたコントローラにより実行されるブローバイガス除去制御処理の手順を示すフローチャートである。

【図4】図２に示されたＰＣＶバルブの流量特性の一例を示すグラフである。

【図5】本発明の第２実施形態に係るエンジンシステムを示す概略構成図である。

【図6】図５に示されたコントローラにより実行されるブローバイガス除去制御処理の手順を示すフローチャートである。

【図7】本発明の第３実施形態に係るエンジンシステムを示す概略構成図である。

【図8】図７に示されたコントローラにより実行されるブローバイガス除去制御処理の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
［第１実施形態］

【0014】

図１は、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムを示す概略構成図である。図１において、本実施形態のエンジンシステム１は、車両（図示省略）に搭載されている。エンジンシステム１は、アンモニアエンジン２と、第１酸素供給流路３と、排気流路４と、メインインジェクタ５と、メインスロットルバルブ６とを備えている。

【0015】

アンモニアエンジン２は、アンモニアガス（ＮＨ_３ガス）を燃料として使用するエンジンである。アンモニアエンジン２では、難燃性のアンモニアガスを燃焼しやすくするため、助燃材としての水素（Ｈ_２）がアンモニアガスに混合される。アンモニアエンジン２は、例えば４気筒エンジンである。

【0016】

アンモニアエンジン２は、図２に示されるように、シリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１に組み付けられたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の内部に往復動可能に配置された複数（ここでは４つ）のピストン１３と、ピストン１３と連結されたクランクシャフト２０と、クランクシャフト２０を収容するクランクケース２１とを有している。

【0017】

アンモニアエンジン２は、アンモニアが水素と共に燃焼して排気ガスが発生する複数（ここでは４つ）の燃焼室１４を有している。燃焼室１４は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１３とで囲まれる空間によって画成されている。

【0018】

シリンダヘッド１２には、各燃焼室１４と連通された吸気ポート１５及び排気ポート１６が複数ずつ（ここでは４つずつ）設けられている。吸気ポート１５は、吸気弁１７により開閉される。排気ポート１６は、排気弁１８により開閉される。

【0019】

各ピストン１３は、コンロッド１９を介してクランクシャフト２０と連結されている。クランクケース２１は、シリンダブロック１１におけるシリンダヘッド１２が設けられる端部とは反対側の端部に組み付けられている。クランクケース２１におけるシリンダブロック１１が設けられる端部とは反対側の端部には、エンジンオイルｅｏを貯留するオイルパン２２が着脱可能に組み付けられている。クランクケース２１及びオイルパン２２の内部は、クランク室２３を形成している。

【0020】

第１酸素供給流路３は、アンモニアエンジン２の各吸気ポート１５と接続されたインテークマニホールド２４と、このインテークマニホールド２４と接続された吸気管２５とを有している。第１酸素供給流路３は、アンモニアエンジン２の各燃焼室１４に供給される空気が流れる流路である。空気は、酸素を含有した気体（酸素含有ガス）である。吸気管２５には、空気中に含まれる塵や埃等の異物を除去するエアクリーナ７が配設されている。

【0021】

排気流路４は、アンモニアエンジン２の各排気ポート１６と接続されたエギゾーストマニホールド２６と、エギゾーストマニホールド２６と接続された排気管２７とを有している。排気流路４は、アンモニアエンジン２の各燃焼室１４から発生した排気ガスが流れる流路である。

【0022】

図１に戻り、排気流路４には、排気ガス中に含まれる有害物質である未燃のアンモニア及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する三元触媒８と、未燃のアンモニアを吸着するＳＣＲ触媒９とが配設されている。三元触媒８及びＳＣＲ触媒９は、上記の排気管２７に配設されている。

【0023】

三元触媒８は、主として三元触媒８に流入する空気を用いてアンモニアを酸化させる。また、三元触媒８は、ＳＣＲ触媒９と比較すると微量ではあるがアンモニアを吸着する。ＳＣＲ触媒９は、アンモニアを吸着すると共に、ＳＣＲ触媒９に流入するＮＯｘを用いてアンモニアを酸化させる。なお、ＮＯｘは還元される。三元触媒８及びＳＣＲ触媒９は、排気流路４に配設された排気触媒を構成している。

【0024】

メインインジェクタ５は、アンモニアエンジン２の燃焼室１４に向けてアンモニアガスを噴射する電磁式の燃料噴射弁である。メインインジェクタ５は、例えばアンモニアエンジン２の気筒の数（ここでは４つ）だけ設けられている。メインインジェクタ５は、後述のコントローラ６０からの制御指令に応じて動作する。

【0025】

メインスロットルバルブ６は、第１酸素供給流路３に配設されている。メインスロットルバルブ６は、アンモニアエンジン２に供給される空気の流量を制御する電磁式の流量制御弁である。メインスロットルバルブ６は、後述のコントローラ６０からの制御指令に応じて動作する。

【0026】

また、エンジンシステム１は、第２酸素供給流路３０と、ブローバイガス流路３１と、ＰＣＶバルブ３２（PositiveCrankcase Ventilationバルブ）とを備えている。

【0027】

第２酸素供給流路３０は、第１酸素供給流路３におけるメインスロットルバルブ６よりも上流側の箇所とクランクケース２１とを接続する流路である。第２酸素供給流路３０は、クランクケース２１内（クランク室２３）に酸素含有ガスである空気を供給する。

【0028】

第２酸素供給流路３０は、図２に示されるように、吸気管２５におけるエアクリーナ７とメインスロットルバルブ６との間の箇所とアンモニアエンジン２のシリンダヘッド１２とを接続する配管３３と、この配管３３とクランク室２３とを連通させるようにシリンダヘッド１２及びシリンダブロック１１に設けられた通路３４とを有している。

【0029】

ブローバイガス流路３１は、クランクケース２１と第１酸素供給流路３におけるメインスロットルバルブ６よりも下流側の箇所とを接続する流路である。ブローバイガス流路３１は、クランクケース２１内（クランク室２３）に残留するアンモニアのブローバイガスを第１酸素供給流路３に還流させる流路である。

【0030】

ブローバイガス流路３１は、図２に示されるように、アンモニアエンジン２のシリンダヘッド１２と、吸気管２５におけるメインスロットルバルブ６とインテークマニホールド２４との間の箇所とを接続する配管３５と、この配管３５とクランク室２３とを連通させるようにシリンダヘッド１２及びシリンダブロック１１に設けられた通路３６とを有している。

【0031】

ＰＣＶバルブ３２は、ブローバイガス流路３１に配設されている。ＰＣＶバルブ３２は、第１酸素供給流路３に還流するアンモニアのブローバイガスの流量を調整するブローバイガス還流バルブである。ＰＣＶバルブ３２は、図２に示されるように、例えばアンモニアエンジン２のシリンダヘッド１２に取り付けられている。ＰＣＶバルブ３２は、ブローバイガス流路３１における配管３５と通路３６との間に配設されている。

【0032】

ＰＣＶバルブ３２は、軸方向に並んで配置されるように組み付けられたハウジング３７Ａ，３７Ｂと、このハウジング３７Ａ内に移動可能に収容された弁体３８と、この弁体３８をハウジング３７Ｂ側に付勢するバネ３９とを有している。ＰＣＶバルブ３２は、クランク室２３側から第１酸素供給流路３側への一方向のみにブローバイガスを流す。

【0033】

インテークマニホールド２４内の圧力が正圧であるときは、バネ３９の付勢力により弁体３８がハウジング３７Ｂにおけるハウジング３７Ａ側の端部に設けられた弁座３７ａに押し付けられることで、通路が遮断されるため、ＰＣＶバルブ３２が閉弁する。インテークマニホールド２４内の圧力が負圧になると、バネ３９の付勢力に抗して弁体３８が第１酸素供給流路３側に移動することで、通路が形成されるため、ＰＣＶバルブ３２が開弁する（図２中のＡ参照）。

【0034】

図１に戻り、エンジンシステム１は、アンモニアタンク４０と、気化器４１と、改質器４２と、改質用酸素供給流路４３と、改質スロットルバルブ４４と、改質インジェクタ４５と、改質ガス流路４６と、クーラ４７と、流量調整弁４８とを備えている。

【0035】

アンモニアタンク４０は、アンモニアを液体状態で貯留する容器である。つまり、アンモニアタンク４０は、液体アンモニアを貯留する。

【0036】

気化器４１は、アンモニア供給流路４９を介してアンモニアタンク４０と接続されている。気化器４１は、アンモニアタンク４０に貯留された液体アンモニアを気化させてアンモニアガスを生成する。気化器４１で発生したアンモニアガスは、アンモニア供給流路５０を流れてメインインジェクタ５に供給されると共に、アンモニア供給流路５１を流れて改質インジェクタ４５に供給される。

【0037】

改質器４２は、アンモニアガスを改質することにより、水素を含有した改質ガスを生成する。改質器４２は、円筒状の筐体５２と、この筐体５２内に収容された改質触媒５３及びヒータ５４とを有している。

【0038】

筐体５２は、アンモニアガスに対して耐腐食性を有するステンレス鋼等の金属材料で形成されている。改質触媒５３は、例えばハニカム構造を呈する担体に塗布されている。改質触媒５３は、アンモニアガスを燃焼させると共に、アンモニアガスを水素に分解する触媒である。改質触媒５３は、例えばＡＴＲ（Autothermal Reformer）式アンモニア改質触媒である。

【0039】

ヒータ５４は、筐体５２内における改質触媒５３よりも上流側に配置されている。ヒータ５４は、改質触媒５３を加熱する。ヒータ５４は、筐体５２内を流れるアンモニアガスを加熱することで、アンモニアガスの熱を利用して改質触媒５３を加熱する。ヒータ５４としては、例えば電気加熱触媒（ＥＨＣ）等が使用される。なお、ヒータ５４は、改質触媒５３を直接加熱してもよい。

【0040】

改質用酸素供給流路４３は、第１酸素供給流路３と改質器４２とを接続している。改質用酸素供給流路４３は、改質器４２に供給される空気が流れる流路である。改質用酸素供給流路４３の一端は、第１酸素供給流路３におけるエアクリーナ７とメインスロットルバルブ６との間の箇所に接続されている。改質用酸素供給流路４３の他端は、改質器４２の筐体５２の入口部に接続されている。改質用酸素供給流路４３は、改質器４２に酸素含有ガスを供給する。

【0041】

改質スロットルバルブ４４は、改質用酸素供給流路４３に配設されている。改質スロットルバルブ４４は、改質器４２に供給される空気の流量を制御する電磁式の流量制御弁である。改質スロットルバルブ４４は、後述のコントローラ６０からの制御指令に応じて動作する。改質スロットルバルブ４４は、改質器４２に供給される酸素含有ガスの流量を制御する改質用流量制御弁を構成している。

【0042】

改質インジェクタ４５は、改質器４２に向けてアンモニアガスを噴射する電磁式の燃料噴射弁である。改質インジェクタ４５は、改質用酸素供給流路４３における改質スロットルバルブ４４と改質器４２との間にアンモニアガスを噴射する。改質インジェクタ４５の数としては、複数（ここでは２つ）でもよいし、或いは１つでもよい。改質インジェクタ４５は、後述のコントローラ６０からの制御指令に応じて動作する。

【0043】

改質ガス流路４６は、改質器４２と第１酸素供給流路３とを接続している。改質ガス流路４６の一端は、改質器４２の筐体５２の出口部に接続されている。改質ガス流路４６の他端は、第１酸素供給流路３におけるメインスロットルバルブ６とアンモニアエンジン２との間の箇所に接続されている。改質ガス流路４６は、改質器４２により生成された改質ガスをアンモニアエンジン２の燃焼室１４に供給する流路である。

【0044】

クーラ４７は、改質ガス流路４６に配設されている。クーラ４７は、例えばアンモニアエンジン２を冷却するエンジン冷却水を用いて、改質ガス流路４６を流れる改質ガスを冷却する。

【0045】

流量調整弁４８は、改質ガス流路４６におけるクーラ４７よりも下流側に配設されている。流量調整弁４８は、アンモニアエンジン２の燃焼室１４に供給される改質ガスの流量を調整する電磁弁である。流量調整弁４８は、後述のコントローラ６０からの制御指令に応じて動作する。流量調整弁４８は、開閉弁（ＯＮ／ＯＦＦ弁）であってもよい。

【0046】

また、エンジンシステム１は、スタータ５９と、コントローラ６０とを備えている。スタータ５９は、アンモニアエンジン２のクランクシャフト２０を回転させるものである。

【0047】

コントローラ６０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェース等を有する電子制御ユニットである。コントローラ６０は、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、そのプログラムをＣＰＵで実行することにより、アンモニアエンジン２の駆動制御を含む各種の制御機能を行う。

【0048】

コントローラ６０は、車両の運転を開始する時には、スタータ５９及びヒータ５４の電源５５を起動すると共に、メインインジェクタ５、メインスロットルバルブ６、改質インジェクタ４５及び改質スロットルバルブ４４を開弁するように制御する。これにより、アンモニアエンジン２の燃焼室１４及び改質器４２にアンモニアガス及び空気が供給されると共に、改質器４２により生成された改質ガスが燃焼室１４に供給されるため、燃焼室１４においてアンモニアガスが水素と一緒に燃焼する。

【0049】

コントローラ６０は、アンモニアエンジン２の定常運転時には、アクセル開度に応じた空燃比が得られるようにメインインジェクタ５の開度、メインスロットルバルブ６の開度、改質インジェクタ４５の開度及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御する。

【0050】

また、コントローラ６０は、アンモニアエンジン２の燃焼室１４内でアンモニアガスの燃焼が終了することによってクランクシャフト２０の回転が停止してから燃焼室１４内で再びアンモニアガスの燃焼が起こるまでの間の任意の期間において、アンモニアエンジン２のクランクケース２１内（クランク室２３）に残留しているアンモニアのブローバイガスを除去する制御を行う。ブローバイガスは、シリンダブロック１１とピストン１３との隙間からクランク室２３に漏れる未燃ガスである。

【0051】

具体的には、コントローラ６０は、スタータ５９によってクランクシャフト２０の回転が再開された際に、第１酸素供給流路３にＰＣＶバルブ３２及びブローバイガス流路３１を介してブローバイガスが還流するように、メインスロットルバルブ６の開度及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御する制御部を構成している。

【0052】

図３は、コントローラ６０により実行されるブローバイガス除去制御処理の手順を示すフローチャートである。本実施形態では、クランクシャフト２０の回転が停止した後にドライバの指示により本処理が開始される。ドライバは、例えば、車両から降車する前、或いはアンモニアエンジン２のメンテナンス前に、手動スイッチ等によりブローバイガスの除去の実施を指示する。

【0053】

なお、アンモニアエンジン２の燃焼室１４内でアンモニアガスの燃焼が終了する時には、メインインジェクタ５、メインスロットルバルブ６、改質インジェクタ４５及び改質スロットルバルブ４４は、基本的には閉弁状態となっている。

【0054】

図３において、コントローラ６０は、まずメインスロットルバルブ６及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御する（ステップＳ１０１）。コントローラ６０は、第１酸素供給流路３にブローバイガスが還流するようにメインスロットルバルブ６の開度及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御する。更に詳述すると、コントローラ６０は、スタータ５９によってクランクシャフト２０の回転が再開された際、インテークマニホールド２４内を負圧に保つようにメインスロットルバルブ６の開度及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御する。

【0055】

なお、この時のメインスロットルバルブ６及び改質スロットルバルブ４４は、スタータ５９によってクランクシャフト２０の回転が再開された際、第１酸素供給流路３にブローバイガスを還流させられる開度であればよく、全閉（開度ゼロ）されていてもよい。

【0056】

続いて、コントローラ６０は、スタータ５９を起動する（ステップＳ１０２）。すると、アンモニアエンジン２のクランクシャフト２０が回転し、インテークマニホールド２４内が負圧状態となる。なお、ステップＳ１０２をステップＳ１０１の前に実行してもよいし、ステップＳ１０１，Ｓ１０２を同時に実行してもよい。

【0057】

このとき、インテークマニホールド２４内が負圧であるため、第１酸素供給流路３内の空気が第２酸素供給流路３０を流れてクランク室２３に供給され、その空気がクランク室２３に残留しているアンモニアのブローバイガスと一緒にＰＣＶバルブ３２を介してブローバイガス流路３１を流れて第１酸素供給流路３に還流する。また、メインスロットルバルブ６及び改質スロットルバルブ４４は閉弁されているため、その分だけ第２酸素供給流路３０を流れる空気量が多くなる。

【0058】

ここで、ＰＣＶバルブ３２は、図４に示されるように、インテークマニホールド２４内の負圧が規定圧Ｎに達するまでは高くなるほどブローバイガスが流れやすくなるが、インテークマニホールド２４内の負圧が規定圧Ｎ以上になると、ブローバイガスが逆に流れにくくなる、という流量特性を有している。このため、コントローラ６０は、インテークマニホールド２４内の負圧が規定圧Ｎとなるように、メインスロットルバルブ６及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御することが好ましい。規定圧Ｎは、ＰＣＶバルブ３２を単位時間当たりに流れる空気の流量が最も多くなるような負圧である。

【0059】

このようにメインスロットルバルブ６及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御することにより、ＰＣＶバルブ３２を通して第１酸素供給流路３に還流する空気の流量が直接制御される。このため、単なる逆止弁を使用する場合に比べて、ブローバイガスの排出を効率良く行うことができる。

【0060】

以上のようなエンジンシステム１において、ドライバがブローバイガスの除去を指示すると、スタータ５９を起動させることで、クランクシャフト２０を回転させると共に、メインスロットルバルブ６及び改質スロットルバルブ４４の開度調整が行われる。

【0061】

すると、インテークマニホールド２４内が負圧となるため、第１酸素供給流路３内の空気が第２酸素供給流路３０の配管３３及び通路３４を流れてクランク室２３に供給され、その空気がクランク室２３に残留しているアンモニアのブローバイガスと一緒にブローバイガス流路３１の通路３６、ＰＣＶバルブ３２及びブローバイガス流路３１の配管３５を流れて第１酸素供給流路３に還流する。

【0062】

そして、アンモニアのブローバイガスは、第１酸素供給流路３からアンモニアエンジン２の燃焼室１４及び排気流路４を流れて、三元触媒８及びＳＣＲ触媒９に供給される。そして、三元触媒８及びＳＣＲ触媒９において、アンモニアのブローバイガスが浄化される。

【0063】

具体的には、三元触媒８の温度が活性温度以上である場合は、三元触媒８によりアンモニアが主として酸化して燃焼される。三元触媒８の温度が活性温度よりも低い場合は、ＳＣＲ触媒９によりアンモニアが吸着される。これにより、アンモニアのブローバイガスが排気流路４を流れて排出されることが抑制される。

【0064】

以上のように本実施形態にあっては、アンモニアエンジン２の燃焼室１４内でアンモニアガスの燃焼が終了することによってクランクシャフト２０の回転が停止してから燃焼室１４内で再びアンモニアガスの燃焼が起こるまでの間の任意の期間に、第１酸素供給流路３にアンモニアのブローバイガスが還流するように、メインスロットルバルブ６の開度及び改質スロットルバルブ４４の開度が制御されると共に、スタータ５９によってクランクシャフト２０を回転させる。すると、第１酸素供給流路３の一部分であるインテークマニホールド２４内が負圧となるため、空気が第２酸素供給流路３０を流れてクランクケース２１内に導入されると共に、ＰＣＶバルブ３２が開弁することで、クランクケース２１内に残留するアンモニアのブローバイガスが空気と一緒にブローバイガス流路３１を流れて第１酸素供給流路３に還流する。そして、アンモニアのブローバイガスは、空気と一緒に第１酸素供給流路３、アンモニアエンジン２の燃焼室１４及び排気流路４を流れて三元触媒８に供給され、三元触媒８に吸着及び酸化される。その結果、クランクケース２１内に残留するアンモニアのブローバイガスが除去される。これにより、例えば、メンテナンス時にオイルパン２２を取り外してクランクケース２１を開けた際に、クランクケース２１内に残存しているアンモニアが大気中に流出することが抑制される。また、クランクケース２１内に残留するアンモニアのブローバイガスを定期的に除去しておけば、例えば、メンテナンス時にオイルパン２２を取り外してクランクケース２１を開けた際に、大量のアンモニアが大気中に流出することが抑制される。

【0065】

また、本実施形態では、水素を含有した改質ガスがアンモニアエンジン２の燃焼室１４に供給されるため、アンモニアエンジン２の燃焼室１４内でアンモニアが燃焼されやすくなる。
［第２実施形態］

【0066】

図５は、本発明の第２実施形態に係るエンジンシステムを示す概略構成図である。図５において、本実施形態のエンジンシステム１Ａは、電気ヒータ６１及び温度センサ６２を更に備えると共に、コントローラ６０に代えてコントローラ６０Ａを備えている点で、上記の第１実施形態のエンジンシステム１と異なっている。

【0067】

電気ヒータ６１は、三元触媒８を加熱する加熱部を構成している。電気ヒータ６１は、三元触媒８の周囲に配置されていてもよいし、三元触媒８の上流側に配置されていてもよい。温度センサ６２は、三元触媒８の温度を検出するセンサである。

【0068】

コントローラ６０Ａは、アンモニアエンジン２の燃焼室１４内でアンモニアガスの燃焼が終了することによってクランクシャフト２０の回転が停止してから燃焼室１４内で再びアンモニアガスの燃焼が起こるまでの間の任意の期間に、電気ヒータ６１を起動する。また、コントローラ６０Ａは、電気ヒータ６１を起動した後、温度センサ６２により検出された三元触媒８の温度が規定温度以上となった場合、第１酸素供給流路３にアンモニアのブローバイガスが還流するように、メインスロットルバルブ６の開度及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御すると共に、スタータ５９を起動させることによってクランクシャフト２０を回転させる。

【0069】

図６は、コントローラ６０Ａにより実行されるブローバイガス除去制御処理の手順を示すフローチャートであり、図３に対応している。

【0070】

図６において、コントローラ６０Ａは、まず電気ヒータ６１を起動する（ステップＳ１１１）。すると、三元触媒８が昇温する。続いて、コントローラ６０Ａは、温度センサ６２の検出値に基づいて、三元触媒８の温度が規定温度以上であるかどうかを判断する（ステップＳ１１２）。規定温度は、例えば三元触媒８の活性温度（酸化可能温度）である。

【0071】

コントローラ６０Ａは、三元触媒８の温度が規定温度以上であると判断したときは、電気ヒータ６１の作動を終了する（ステップＳ１１３）。これにより、三元触媒８の昇温が停止する。

【0072】

そして、コントローラ６０Ａは、メインスロットルバルブ６の開度及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御する（ステップＳ１０１）。続いて、コントローラ６０Ａは、スタータ５９を起動する（ステップＳ１０２）。これにより、クランクシャフト２０が回転し、インテークマニホールド２４内が負圧状態となる。

【0073】

このように本実施形態では、三元触媒８がアンモニアを酸化させることが可能な温度（活性温度）まで三元触媒８を加熱することで、アンモニアが三元触媒８に迅速に酸化される。従って、アンモニアエンジン２の冷間状態でも、三元触媒８によりアンモニアを効果的に浄化することができる。その結果、場合によってはＳＣＲ触媒９を使用しなくて済む。

【0074】

なお、本実施形態では、電気ヒータ６１が起動された後、三元触媒８の温度が規定温度まで上昇したときに、メインスロットルバルブ６の開度及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御すると共に、スタータ５９によってクランクシャフト２０を回転させているが、特にその手法には限られない。電気ヒータ６１が起動された後、所定時間が経過した時点で、メインスロットルバルブ６の開度及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御すると共に、スタータ５９によってクランクシャフト２０を回転させてもよい。
［第３実施形態］

【0075】

図７は、本発明の第３実施形態に係るエンジンシステムを示す概略構成図である。図７において、本実施形態のエンジンシステム１Ｂは、温度センサ６５を更に備えると共に、コントローラ６０に代えてコントローラ６０Ｂを備えている点で、上記の第１実施形態のエンジンシステム１と異なっている。なお、本実施形態を上記の第２実施形態と組み合わせてもよい。

【0076】

温度センサ６５は、アンモニアエンジン２のオイルパン２２に溜められたエンジンオイルｅｏ（図２参照）またはアンモニアエンジン２を冷却するエンジン冷却水（図示省略）の温度を検出する温度検出部である。

【0077】

コントローラ６０Ｂは、アンモニアエンジン２の燃焼室１４内でアンモニアガスの燃焼が終了することによってクランクシャフト２０の回転が停止してから燃焼室１４内で再びアンモニアガスの燃焼が起こるまでの間の任意の期間に、温度センサ６５により検出されたエンジンオイルｅｏまたはエンジン冷却水の温度に基づいて、第１酸素供給流路３にアンモニアのブローバイガスが還流するように、メインスロットルバルブ６の開度及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御すると共に、スタータ５９を起動する。

【0078】

図８は、コントローラ６０Ｂにより実行されるブローバイガス除去制御処理の手順を示すフローチャートであり、図３に対応している。

【0079】

図８において、コントローラ６０Ｂは、まず温度センサ６５の検出値を取得する（ステップＳ１２１）。そして、コントローラ６０Ｂは、温度センサ６５の検出値に基づいて、メインスロットルバルブ６の開度及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御する（ステップＳ１０１）。

【0080】

具体的には、エンジンオイルまたはエンジン冷却水の温度が常温よりも高いときは、アンモニアエンジン２が常温時よりも回転しやすい状態であるため、インテークマニホールド２４内の負圧が高くなりやすい。この場合には、コントローラ６０Ｂは、インテークマニホールド２４内の負圧が規定圧Ｎ（前述）になるように、メインスロットルバルブ６及び改質スロットルバルブ４４の開度を常温時よりも大きくする。

【0081】

一方、エンジンオイルまたはエンジン冷却水の温度が常温よりも低いときは、アンモニアエンジン２が常温時よりも回転しにくい状態であるため、インテークマニホールド２４内の負圧が低くなりやすい。この場合には、コントローラ６０Ｂは、インテークマニホールド２４内の負圧が規定圧Ｎ（前述）になるように、メインスロットルバルブ６及び改質スロットルバルブ４４の開度を常温時よりも小さくする。

【0082】

続いて、コントローラ６０Ｂは、スタータ５９を起動する（ステップＳ１０２）。これにより、クランクシャフト２０が回転し、インテークマニホールド２４内が負圧状態となる。

【0083】

このように本実施形態では、エンジンオイルまたはエンジン冷却水の温度に基づいて、メインスロットルバルブ６の開度及び改質スロットルバルブ４４の開度を制御することにより、アンモニアエンジン２の温度によって第１酸素供給流路３に発生する負圧が変動する場合でも、メインスロットルバルブ６及び改質スロットルバルブ４４をアンモニアエンジン２の温度に応じた適切な開度に調整することができる。

【0084】

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、三元触媒８が排気触媒として主に用いられているが、排気触媒としては、特にその形態には限られず、１種類又は複数種類の触媒によってアンモニアを吸着及び酸化すればよい。例えば、上記のＳＣＲ触媒９を排気触媒として主に用いてもよいし、三元触媒８及びＳＣＲ触媒９に代えて酸化触媒を用いてもよい。

【0085】

また、上記実施形態では、第２酸素供給流路３０は、第１酸素供給流路３とアンモニアエンジン２のシリンダヘッド１２とを接続する配管３３と、この配管３３とクランク室２３とを連通させるようにシリンダヘッド１２及びシリンダブロック１１に設けられた通路３４とを有しているが、特にそのような形態には限られない。第２酸素供給流路３０は、第１酸素供給流路３とクランク室２３とを直接接続する配管であってもよい。

【0086】

また、上記実施形態では、ブローバイガス流路３１は、第１酸素供給流路３とシリンダヘッド１２とを接続する配管３５と、この配管３５とクランク室２３とを連通させるようにシリンダヘッド１２及びシリンダブロック１１に設けられた通路３６とを有しているが、特にそのような形態には限られない。ブローバイガス流路３１は、クランク室２３と第１酸素供給流路３とを直接接続する配管であってもよい。この場合、ＰＣＶバルブ３２は、当該配管に配設されることとなる。

【0087】

また、上記実施形態では、ドライバの指示によりブローバイガスの除去処理が実施されているが、特にその形態には限られず、ブローバイガスの除去処理が自動的に開始されてもよい。

【0088】

また、上記実施形態では、ドライバが車両から降車する前、或いはアンモニアエンジン２のメンテナンス前に、ドライバの指示によりブローバイガス除去制御処理が実行されているが、特にそのような形態には限られない。アンモニアエンジン２の燃焼室１４内でアンモニアガスの燃焼が終了することによってクランクシャフト２０の回転が停止してから燃焼室１４内で再びアンモニアガスの燃焼が起こるまでの間の任意の期間において、ドライバの指示もしくは自動的にブローバイガス除去制御処理が実行されればよく、例えば、アイドリングストップからスタータ５９によってクランクシャフト２０を回転させる時にブローバイガス除去制御処理が実行されてもよい。この場合であっても、定期的にクランクケース２１内に残存するアンモニアのブローバイガスを除去することができるため、例えばメンテナンス時にアンモニアのブローバイガスが大気に流出することを抑制することができる。

【0089】

また、上記実施形態では、改質用酸素供給流路４３は第１酸素供給流路３に接続されているが、改質用酸素供給流路４３としては、特にその形態には限られず、第１酸素供給流路３とは別のルートから供給される空気が流れる流路であってもよい。

【0090】

また、上記実施形態では、改質器４２は、アンモニアガスを燃焼させる機能とアンモニアガスを水素に分解する機能とを併せ持った改質触媒５３を有しているが、特にそのような形態には限られない。改質器４２は、アンモニアガスを燃焼させる燃焼触媒と、アンモニアガスを水素に分解する改質触媒とを別々に有していてもよい。

【0091】

また、上記実施形態では、アンモニアエンジン２及び改質器４２に空気が供給されているが、空気に代えて、酸素のみをアンモニアエンジン２及び改質器４２に供給してもよい。

【0092】

また、上記実施形態では、改質器４２により水素を含有した改質ガスが生成され、その改質ガスがアンモニアと共にアンモニアエンジン２に供給されているが、本発明は、水素がアンモニアエンジン２に供給されないエンジンシステムにも適用可能である。

【符号の説明】

【0093】

１，１Ａ，１Ｂ…エンジンシステム、２…アンモニアエンジン（エンジン）、３…第１酸素供給流路（酸素供給流路）、４…排気流路、６…メインスロットルバルブ（流量制御弁）、８…三元触媒（排気触媒）、９…ＳＣＲ触媒（排気触媒）、１３…ピストン、１４…燃焼室、２０…クランクシャフト、２１…クランクケース、３０…第２酸素供給流路、３１…ブローバイガス流路、３２…ＰＣＶバルブ（ブローバイガス還流バルブ）、４２…改質器、４３…改質用酸素供給流路、４４…改質スロットルバルブ（改質用流量制御弁）、４６…改質ガス流路、５９…スタータ、６０，６０Ａ，６０Ｂ…コントローラ（制御部）、６１…電気ヒータ（加熱部）、６５…温度センサ（温度検出部）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】