特許 7074103 アンモニアエンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-16

(45)【発行日】2022-05-24

(54)【発明の名称】アンモニアエンジン

(51)【国際特許分類】

   F02M 21/02 20060101AFI20220517BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20220517BHJP

   F02M 27/02 20060101ALI20220517BHJP

   F02B 43/10 20060101ALI20220517BHJP

【ＦＩ】

F02M21/02 K

F02D19/02 C

F02M27/02 Z

F02M21/02 301A

F02B43/10 Z

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019056392

(22)【出願日】2019-03-25

(65)【公開番号】P2020159211

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2021-06-18

(73)【特許権者】

【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】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

(74)【代理人】

【識別番号】100192511

【弁理士】

【氏名又は名称】柴田 晃史

(72)【発明者】

【氏名】竹内 秀隆

【審査官】家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１２／０９０７３９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－２３４０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５４－１８０８１０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００２－３５６３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２２８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５０－１２９８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２５３９３８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｍ ２１／００ － ２１／０６

Ｆ０２Ｍ ２７／００

Ｆ０２Ｂ ４３／００

Ｆ０２Ｄ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料のアンモニアを改質ガスに改質する改質器を備えるアンモニアエンジンであって、
前記アンモニアエンジンの吸入空気を流通させる吸気流路と、
前記改質器が設けられ、前記改質器に改質用空気を流通させると共に、前記改質器から前記吸気流路に前記改質ガスを流通させる改質流路と、
前記改質流路における前記改質器の上流側に設けられた改質器上流弁と、
前記改質流路における前記改質器上流弁と前記改質器との間に設けられ、前記改質流路に前記燃料を噴射する改質用燃料噴射弁と、
前記改質流路における前記改質器の下流側に設けられた改質器下流弁と、
前記アンモニアエンジンのスタータを作動させるための始動信号を出力する始動信号出力部と、
前記改質用燃料噴射弁による前記燃料の噴射量と前記始動信号とに基づいて、前記改質器上流弁と前記改質用燃料噴射弁と前記改質器下流弁とを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記始動信号が入力された場合に、前記改質器上流弁の開度を全閉とすると共に前記改質器下流弁の開度を所定の初期開度とする第１制御を実行し、
前記改質器上流弁の開度を全閉とした状態で、所定の燃料噴射パターンで前記改質用燃料噴射弁に前記燃料を噴射させる第２制御を実行し、
前記改質器上流弁の開度を全閉とした状態で、前記第２制御で噴射された前記燃料の噴射量と所定の置換推定容積量とに基づいて、前記第２制御で噴射された前記燃料によって前記改質器の残留ガスが置換される置換タイミングを算出し、遅くとも前記置換タイミングで前記改質器下流弁の開度が全閉に至るように前記改質器下流弁の開度を低減させる第３制御を実行する、アンモニアエンジン。

【請求項2】

前記制御部は、
前記第２制御において、前記燃料噴射パターンとして連続的に前記燃料を噴射する第１燃料噴射パターンで前記改質用燃料噴射弁に前記燃料を噴射させ、
前記第３制御において、前記置換タイミングまで前記改質器下流弁の開度を前記初期開度に維持すると共に、前記置換タイミングで前記改質器下流弁の開度を全閉とするように前記改質器下流弁の開度を低減させる、請求項１記載のアンモニアエンジン。

【請求項3】

前記制御部は、
前記第２制御において、前記燃料噴射パターンとして間欠的に前記燃料を噴射する第２燃料噴射パターンで前記改質用燃料噴射弁に前記燃料を噴射させ、
前記第３制御において、前記第２制御で噴射された前記燃料の噴射量の増加に応じて前記改質器下流弁の開度を漸減させる、請求項１記載のアンモニアエンジン。

【請求項4】

前記改質器は、前記燃料を改質するための改質触媒と、前記改質触媒の上流において前記改質触媒の流入面に沿って設けられた残留ガス混合抑制部材と、を有する、請求項１～３の何れか一項記載のアンモニアエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料を改質ガスに改質する改質器を備えるアンモニアエンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、燃料を改質ガスに改質する改質器と、改質器が設けられる改質流路と、改質流路における改質器の下流側に設けられた改質器下流弁と、を備えるエンジンが知られている（例えば特許文献１）。特許文献１記載のエンジンでは、エンジンの始動指令の出力後、触媒が活性し且つ改質器で改質ガスが生成可能であると判定されたときに、改質器下流弁が開放されて改質ガスが吸気流路に供給され、スタータが作動される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－１１３４２１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を始動する際、改質器が暖機される。改質器の暖機は、例えば酸化による劣化を抑制するため、還元雰囲気下で行われることが望まれる。還元雰囲気とするには、例えば燃料のアンモニアを用いて改質器の残留ガスを置換することが考えられる。しかしながら、この場合、改質流路を介して吸気流路に流出したアンモニアガスが、アンモニアエンジンの吸気流路又は排気流路を通って外部環境に漏れ出すおそれがある。

【0005】

本発明は、始動の際にアンモニアの漏洩を抑制しつつ還元雰囲気下で改質器の暖機を行うことが可能となるアンモニアエンジン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】

本発明の一態様に係るアンモニアエンジンは、燃料のアンモニアを改質ガスに改質する改質器を備えるアンモニアエンジンであって、アンモニアエンジンの吸入空気を流通させる吸気流路と、改質器が設けられ、改質器に改質用空気を流通させると共に、改質器から吸気流路に改質ガスを流通させる改質流路と、改質流路における改質器の上流側に設けられた改質器上流弁と、改質流路における改質器上流弁と改質器との間に設けられ、改質流路に燃料を噴射する改質用燃料噴射弁と、改質流路における改質器の下流側に設けられた改質器下流弁と、アンモニアエンジンのスタータを作動させるための始動信号を出力する始動信号出力部と、改質用燃料噴射弁による燃料の噴射量と始動信号とに基づいて、改質器上流弁と改質用燃料噴射弁と改質器下流弁とを制御する制御部と、を備え、制御部は、始動信号が入力された場合に、改質器上流弁の開度を全閉とすると共に改質器下流弁の開度を所定の初期開度とする第１制御を実行し、改質器上流弁の開度を全閉とした状態で、所定の燃料噴射パターンで改質用燃料噴射弁に燃料を噴射させる第２制御を実行し、改質器上流弁の開度を全閉とした状態で、第２制御で噴射された燃料の噴射量と所定の置換推定容積量とに基づいて、第２制御で噴射された燃料によって改質器の残留ガスが置換される置換タイミングを算出し、遅くとも置換タイミングで改質器下流弁の開度が全閉に至るように改質器下流弁の開度を低減させる第３制御を実行する。

【0007】

本発明の一態様に係るアンモニアエンジンでは、始動信号が入力された場合に改質器上流弁の開度が全閉とされ、改質器上流弁の開度が全閉とされた状態で、改質用燃料噴射弁に燃料を噴射させる第２制御が実行される。これにより、改質器上流弁を介して燃料のアンモニアが外部環境に漏れ出すことを抑制できる。また、改質器上流弁の開度が全閉とされた状態で、遅くとも置換タイミングで改質器下流弁の開度が全閉に至るように改質器下流弁の開度を低減させる第３制御が実行される。これにより、改質器下流弁を介して燃料のアンモニアが外部環境に漏れ出すことを抑制しつつ、改質用燃料噴射弁で噴射された燃料を用いて改質器の残留ガスの置換が図られる。その結果、改質器上流弁の開度が全閉で且つ改質器下流弁の開度が全閉となった状態で、改質用燃料噴射弁で噴射された燃料で還元雰囲気となった改質器が暖機される。したがって、本発明の一態様に係るアンモニアエンジンによれば、始動の際にアンモニアの漏洩を抑制しつつ還元雰囲気下で改質器の暖機を行うことが可能となる。

【0008】

本発明の一態様に係るアンモニアエンジンでは、制御部は、第２制御において、燃料噴射パターンとして連続的に燃料を噴射する第１燃料噴射パターンで改質用燃料噴射弁に燃料を噴射させ、第３制御において、置換タイミングまで改質器下流弁の開度を初期開度に維持すると共に、置換タイミングで改質器下流弁の開度を全閉とするように改質器下流弁の開度を低減させてもよい。この場合、改質用燃料噴射弁で噴射された燃料によって残留ガスの大部分が改質器から押し出された状態で、改質器下流弁の開度が全閉とされる。よって、より確実に改質器を還元雰囲気とすることができる。

【0009】

本発明の一態様に係るエンジンでは、制御部は、第２制御において、燃料噴射パターンとして間欠的に燃料を噴射する第２燃料噴射パターンで改質用燃料噴射弁に燃料を噴射させ、第３制御において、第２制御で噴射された燃料の噴射量の増加に応じて改質器下流弁の開度を漸減させてもよい。この場合、間欠的に燃料を噴射する第２燃料噴射パターンで燃料が噴射されるため、燃料が改質器の残留ガスと混じり合うことが抑えられ、より確実に改質器を還元雰囲気とすることができる。また、燃料の噴射量の増加に応じて改質器下流弁の開度を漸減させるため、改質器内の圧力が急激に高くなることが抑制され、圧力平衡により改質用燃料噴射弁から燃料が噴射できなくなるまでの時間を延ばすことができる。よって、圧力上昇によって改質用燃料噴射弁から燃料が噴射されにくくなることを抑制できる。

【0010】

本発明の一態様に係るアンモニアエンジンでは、改質器は、燃料を改質するための改質触媒と、改質触媒の上流において改質触媒の流入面を覆うように設けられた残留ガス混合抑制部材と、を有してもよい。この場合、改質用燃料噴射弁で噴射された燃料と改質器の残留ガスとが混じり合うことが、残留ガス混合抑制部材により物理的に抑制される。その結果、燃料が残留ガスを改質器から押し出す作用を好適に奏することが可能となる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、始動の際にアンモニアの漏洩を抑制しつつ還元雰囲気下で改質器の暖機を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】一実施形態に係るアンモニアエンジンの概略構成図である。

【図2】残留ガス混合抑制部材の一例の平面図である。

【図3】図１のアンモニアエンジンの制御のための構成のブロック図である。

【図4】図１のアンモニアエンジンの動作例を示すタイミングチャートである。

【図5】図１のアンモニアエンジンの他の動作例を示すタイミングチャートである。

【図6】図３のＥＣＵの改質器暖機処理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、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

【0014】

図１は、一実施形態のエンジンの概略構成図である。図１に示されるように、本実施形態のアンモニアエンジン１００は、ＥＣＵ［Electronic Control Unit］（制御部）１０と、エンジン主要部２０と、改質部３０と、を備えている。アンモニアエンジン１００は、アンモニア（ＮＨ_３）を含む混合気を燃焼させる内燃機関であり、例えば４サイクルレシプロエンジンとして構成されている。アンモニアエンジン１００は、例えば荷役作業を行うフォークリフト等の産業車両に搭載される。アンモニアエンジン１００は、その他、例えば乗用車、トラック、バス等の車両に搭載されていてもよい。

【0015】

エンジン主要部２０は、エンジン本体２１と、吸気流路２２と、メインスロットル２３と、メインインジェクタ２４と、排気流路２５と、三元触媒２６と、アンモニア吸着触媒の一例としてのＳＣＲ［Selective Catalytic Reduction］２７と、を有している。

【0016】

エンジン本体２１は、混合気を燃焼させるためのアンモニアエンジン１００の主要部であり、シリンダブロック、シリンダヘッド、及びピストン等で構成されている。エンジン本体２１では、シリンダブロック、シリンダヘッド、及びピストンにより燃焼室が画成されている。シリンダヘッドには、例えば点火プラグが設けられている。エンジン本体２１は、アンモニアエンジン１００を始動させるためのスタータを有している。

【0017】

吸気流路２２は、アンモニアエンジン１００のエンジン本体２１へ吸入空気を流通させる流路であり、例えば配管、サージタンク、インテークマニホールド、及び吸気ポート等が含まれる。吸気流路２２の入口には、例えば、吸入する空気を濾過するエアクリーナ２８が設けられている。

【0018】

メインスロットル２３は、エアクリーナ２８を介して吸入した空気の流量を調整する弁である。メインスロットル２３は、吸気流路２２におけるエアクリーナ２８の下流側に設けられている。メインスロットル２３は、例えば電子制御スロットルバルブである。メインスロットル２３は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されている。メインスロットル２３の動作は、ＥＣＵ１０によって制御される。

【0019】

メインインジェクタ２４は、吸気流路２２に燃料を噴射する弁である。メインインジェクタ２４は、吸気流路２２におけるメインスロットル２３の下流側に設けられている。メインインジェクタ２４の個数は、１個でもよいし複数個であってもよい。メインインジェクタ２４の個数が１個の場合、メインインジェクタ２４は、例えばエンジン本体２１の吸気ポートに設けられていてもよい。メインインジェクタ２４の個数が複数個の場合、メインインジェクタ２４は、例えばエンジン本体２１のサージタンクに設けられていてもよい。メインインジェクタ２４は、燃料として改質ガスを含まないアンモニアガスを噴射する。メインインジェクタ２４は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されている。メインインジェクタ２４の動作は、ＥＣＵ１０によって制御される。なお、メインインジェクタ２４は、吸気流路２２におけるメインスロットル２３の上流側に設けられていてもよい。あるいは、メインインジェクタ２４に代えて、吸気流路２２に設けられたミキサなどの燃料供給装置から燃料を供給するようにしてもよい。

【0020】

排気流路２５は、アンモニアエンジン１００のエンジン本体２１からの排気を流通させる流路であり、例えば排気ポート、配管、後処理装置、及び消音器等が含まれる。三元触媒２６及びアンモニア吸着触媒の一例としてのＳＣＲ２７は、この順で排気流路２５に設けられている。三元触媒２６は、排気ガス中のＨ_２を酸化して浄化すると共に、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化する触媒である。ＳＣＲ２７は、還元反応により排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化する選択還元触媒である。ＳＣＲ２７は、アンモニアを吸着する他の材料（例えばゼオライト系）からなる触媒であってもよい。

【0021】

改質部３０は、改質流路３１と、改質用スロットル（改質器上流弁）３２と、ＮＨ_３タンク３３と、気化器３４と、改質用インジェクタ（改質用燃料噴射弁）３５と、改質器３６と、クーラ３７と、ストップバルブ（改質器下流弁）３８と、を有している。

【0022】

改質流路３１は、燃料を改質ガスに改質するための流路である。改質流路３１は、例えば、吸気流路２２におけるメインスロットル２３の上流側とメインスロットル２３の下流側とを結ぶように設けられている。改質流路３１は、吸気流路２２におけるメインスロットル２３の上流側から改質器３６に改質用空気を流通させると共に、吸気流路２２におけるメインスロットル２３の下流側に改質器３６から改質ガスを流通させる。改質用空気とは、改質器３６で燃料を改質ガスに改質するために用いられる空気である。改質流路３１には、改質器３６が設けられている。なお、改質流路３１は、例えば、吸気流路２２におけるメインスロットル２３の上流側に接続されずに、専用のエアクリーナを介して吸入した外気を改質用空気として改質器３６に流通可能に構成されていてもよい。

【0023】

改質用スロットル３２は、改質用空気の流量を調整する弁である。改質用スロットル３２は、改質流路３１における改質器３６の上流側に設けられている。改質用スロットル３２は、例えば電子制御スロットルバルブである。改質用スロットル３２は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されている。改質用スロットル３２の動作は、ＥＣＵ１０によって制御される。

【0024】

改質用スロットル３２は、ＥＣＵ１０の制御により、全閉と全開との間で連続的又は段階的に開度を変更可能とされている。改質用スロットル３２の全閉とは、改質用スロットル３２に介してのガスの流通が不可能となる開度を意味する。改質用スロットル３２の全閉は、改質用スロットル３２の最小開度であってもよいし、改質用スロットル３２に介してのガスの流通が実質的に不可能である範囲内の微小開度であってもよい。改質用スロットル３２の全開とは、改質用スロットル３２の開度が最も大きいことを意味する。

【0025】

ＮＨ_３タンク３３は、燃料としてのアンモニアを貯蔵するタンクである。ＮＨ_３タンク３３は、特に限定されないが、例えば一般的な鋼製のボンベを用いることができる。ＮＨ_３タンク３３では、例えばアンモニアが液体の状態を維持できるように加圧されている。ＮＨ_３タンク３３は、気化器３４と接続されている。

【0026】

気化器３４は、ＮＨ_３タンク３３から導かれたアンモニアを気化させる。気化器３４は、メインインジェクタ２４及び改質用インジェクタ３５と接続されている。気化したアンモニア（アンモニアガス）は、メインインジェクタ２４及び改質用インジェクタ３５のそれぞれに導かれる。気化器３４とメインインジェクタ２４及び改質用インジェクタ３５との間には、アンモニアガスの圧力を規制するレギュレータが設けられていてもよい。

【0027】

改質用インジェクタ３５は、改質流路３１に改質用アンモニアガス（燃料）を噴射する燃料噴射弁である。改質用インジェクタ３５は、改質流路３１における改質器３６の上流側に設けられている。改質用インジェクタ３５は、改質流路３１における改質用スロットル３２と改質器３６との間に設けられている。改質用インジェクタ３５の個数は、例えば１個である。改質用インジェクタ３５は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されている。改質用インジェクタ３５の動作は、ＥＣＵ１０によって制御される。

【0028】

改質器３６は、改質用アンモニアガスを改質して改質ガスを生成する。ここでの改質器３６は、改質用アンモニアガスを水素ガス（Ｈ_２）を含む改質ガスに改質する。改質器３６は、改質器ヒータ３６ａと、改質用アンモニアガスを改質するための改質触媒３６ｂと、有孔板部材（残留ガス混合抑制部材）３６ｃと、を有している。改質器３６は、例えば入口及び出口が縮径された外形略円筒状のケースを有しており、改質器ヒータ３６ａ、改質触媒３６ｂ、及び有孔板部材３６ｃは、ケースの軸方向に沿って並ぶようにケース内に配置されている。改質器３６のケースの入口では、ケースの軸方向に沿って見たとき（以下、ケース断面視ともいう）ケースの断面略中央に改質流路３１が接続されている。なお、有孔板部材３６ｃは、必ずしも設けられていなくてもよい。改質器ヒータ３６ａと有孔板部材３６ｃの順番は、逆でもよい。

【0029】

改質器ヒータ３６ａは、改質触媒３６ｂの上流側に設けられ、改質触媒３６ｂの暖機のために用いられる。改質器ヒータ３６ａは、例えば略渦巻状の電気ヒータである。改質器ヒータ３６ａの流入面は、改質触媒３６ｂの流入面に沿って延びている。流入面とは、改質流路３１のガス流れ方向上流側に臨む面である。改質器ヒータ３６ａの流出面は、改質触媒３６ｂの流出面に沿って延びている。流出面とは、改質流路３１のガス流れ方向下流側に臨む面である。改質器ヒータ３６ａは、ＥＣＵ１０と電気的に接続されている。改質器ヒータ３６ａの動作は、ＥＣＵ１０によって制御される。なお、改質器ヒータ３６ａは、小型燃焼器であってもよい。

【0030】

改質触媒３６ｂは、改質用インジェクタ３５で噴射された改質用アンモニアガスを改質用空気を用いて改質する。ここでの改質触媒３６ｂは、ＡＴＲ［Autothermal Reformer］式アンモニア改質触媒である。改質触媒３６ｂは、改質器ヒータ３６ａの熱又は改質触媒３６ｂでの反応熱を利用して、改質用アンモニアガスを改質用空気を用いて熱解離させることで、水素ガスとアンモニアガスとを含む改質ガスを生成する。ここでの改質触媒３６ｂは、例えば酸化による劣化を抑制するため、主に還元雰囲気（つまりＮＨ_３リッチ状態の雰囲気）で用いられる。なお、改質触媒３６ｂに低温反応触媒を採用してもよい。

【0031】

有孔板部材３６ｃは、改質触媒３６ｂの上流において改質触媒３６ｂの流入面に沿って設けられている。有孔板部材３６ｃは、例えば、改質器ヒータ３６ａの上流側に設けられた板状部材である。有孔板部材３６ｃは、改質器ヒータ３６ａの流入面の略全体を覆うように配置されている。

【0032】

図２は、有孔板部材３６ｃの平面図である。図２は、ケースの軸方向に沿って見たときの（ケース断面視での）有孔板部材３６ｃの流入面を示している。なお、図２では、便宜上、有孔板部材３６ｃのみを図示している。

【0033】

図２に示されるように、有孔板部材３６ｃの外形は、例えば略円盤状であり、複数の貫通孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４が形成されている。貫通孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４は、改質器３６内における有孔板部材３６ｃの上流側の空間と下流側の空間とを連通させるためのガス流通孔である。

【0034】

貫通孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４の総開口面積は、例えば、改質用インジェクタ３５で噴射される改質用アンモニアガスの噴射量に応じて設定されている。貫通孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４では、改質器ヒータ３６ａ及び改質触媒３６ｂの流入面に改質用アンモニアガスを均一に流入させられる貫通孔の開口面積の分布となるように、例えば貫通孔の直径の大小及び貫通孔の数の多寡のうち少なくとも一方が調整されている。

【0035】

例えば、有孔板部材３６ｃでは、貫通孔Ｈ１の直径は、貫通孔Ｈ２の直径よりも小さい。貫通孔Ｈ２の直径は、貫通孔Ｈ３の直径よりも小さい。貫通孔Ｈ３の直径は、貫通孔Ｈ４の直径よりも小さい。つまり、貫通孔Ｈ１は、貫通孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４のうちで最も小さい直径を有する。貫通孔Ｈ４は、貫通孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４のうちで最も大きい直径を有する。

【0036】

例えば、有孔板部材３６ｃでは、貫通孔Ｈ２の数は、貫通孔Ｈ１の数よりも多い。貫通孔Ｈ３の数は、貫通孔Ｈ２の数よりも多い。貫通孔Ｈ４の数は、貫通孔Ｈ３の数よりも多い。

【0037】

また、貫通孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４は、改質器ヒータ３６ａ及び改質触媒３６ｂの流入面に改質用アンモニアガスを均一に流入させられる貫通孔の開口面積の分布となるように配置されている。

【0038】

例えば、貫通孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４は、有孔板部材３６ｃの円形部分において半径方向について略放射状を呈するように配置されている。貫通孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４のそれぞれは、有孔板部材３６ｃの円形部分において、互いに同じ直径の貫通孔が中心から同一半径の円周上に並ぶように配置されている。貫通孔Ｈ１は、有孔板部材３６ｃの円形部分における中央部の領域に設けられている。貫通孔Ｈ２は、有孔板部材３６ｃの円形部分における貫通孔Ｈ１が設けられた領域を囲む領域に設けられている。貫通孔Ｈ３は、有孔板部材３６ｃの円形部分における貫通孔Ｈ２が設けられた領域を囲む領域に設けられている。貫通孔Ｈ４は、有孔板部材３６ｃの円形部分における貫通孔Ｈ３が設けられた領域を囲む円形部分の外縁部の領域に設けられている。

【0039】

ここで、改質器３６の入口に対した改質流路３１が上述のような位置関係で接続されていることから、改質流路３１から改質器３６に流入した改質用アンモニアガスは、改質器３６のケースの入口側において、ケースの断面略中央寄りほど高密度となるような流入分布で改質器３６に流入する。有孔板部材３６ｃでは、上述のような貫通孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４により、有孔板部材３６ｃの円形部分における中央部よりも外縁部の方が、流入した改質用アンモニアガスが流通し易い。したがって、上述のような流入分布で改質器３６に流入した改質用アンモニアガスは、有孔板部材３６ｃの貫通孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４を通り抜けることによって、ケース断面視において均等化される。したがって、有孔板部材３６ｃにより、改質器ヒータ３６ａ及び改質触媒３６ｂへの改質用アンモニアガスの流れが平行流に近づけられる。

【0040】

また、有孔板部材３６ｃにより改質器３６内における有孔板部材３６ｃの上流側の空間と下流側の空間とが一定程度で区画されていることから、改質用アンモニアガスと改質器の残留ガスとが混じり合うことが物理的に抑制される。例えば改質用インジェクタ３５で改質用アンモニアガスが噴射された際、噴射の勢いで改質用アンモニアガスと改質器の残留ガスとが直接的に混じり合うことが抑えられる。更に、改質用インジェクタ３５で改質用アンモニアガスが噴射された際、有孔板部材３６ｃの上流側の空間の圧力が下流側の空間と比べて高まるため、上流側の空間から下流側の空間へ貫通孔Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４を介して改質用アンモニアガスが一方的に流動し易くなる。したがって、下流側の空間において改質用アンモニアガスが残留ガスを下流側に向かって平面的に押し出すこととなる。

【0041】

クーラ３７は、改質流路３１における改質器３６の下流側に設けられている。クーラ３７は、改質器３６からの改質ガスを冷却する。クーラ３７としては、例えば、アンモニアエンジン１００の冷却水又は車両の走行風を低温熱源として用いた熱交換器を用いることができる。

【0042】

ストップバルブ３８は、改質流路３１における改質器３６の下流側に設けられている。ここでのストップバルブ３８は、例えば、クーラ３７と吸気流路２２との間に設けられた電磁弁である。ストップバルブ３８は、改質流路３１から吸気流路２２に流通するガスの流量を調整する。ストップバルブ３８は、ＥＣＵ１０と電気的に接続されている。ストップバルブ３８の動作は、ＥＣＵ１０によって制御される。

【0043】

ストップバルブ３８は、ＥＣＵ１０の制御により、全閉と全開との間で連続的又は段階的に開度を変更可能とされている。ストップバルブ３８の全閉とは、ストップバルブ３８に介してのガスの流通が不可能となる開度を意味する。ストップバルブ３８の全閉は、ストップバルブ３８の最小開度であってもよいし、ストップバルブ３８に介してのガスの流通が実質的に不可能である範囲内の微小開度であってもよい。ストップバルブ３８の全開とは、ストップバルブ３８の開度が最も大きいことを意味する。

【0044】

図３は、図１のアンモニアエンジンの制御のための構成のブロック図である。図３に示されるように、ＥＣＵ１０は、キースイッチ（始動信号出力部）１と電気的に接続されている。

【0045】

ＥＣＵ１０は、アンモニアエンジン１００を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ［Central Processing Unit］、ＲＯＭ［Read Only Memory］、ＲＡＭ［Random Access Memory］、通信回路等を有しているコントローラである。ＥＣＵ１０では、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。ＥＣＵ１０は、複数の電子ユニットから構成されていてもよい。

【0046】

キースイッチ１は、アンモニアエンジン１００を始動させるための始動信号を出力するスイッチである。キースイッチ１は、例えば、その操作によりエンジン本体２１のスタータを作動させるためのイグニッションスイッチである。キースイッチ１は、キーが挿し込まれると共に回転されることで、操作される。キースイッチ１は、内部に物理的な接点を含むキーシリンダを有する。キーシリンダは、キースイッチ１の操作位置に応じて複数のスイッチ状態が切り替えられる。スイッチ状態としては、ＯＦＦ，ＯＮ（キースイッチオン）及びＳＴ（スタータスイッチオン）が挙げられる。キースイッチ１は、スイッチ状態に関する信号をＥＣＵ１０に出力する。なお、キースイッチ１に代えて、アンモニアエンジン１００を始動させるための始動信号を出力するボタンを用いてもよい。

【0047】

キースイッチ１は、例えば、スイッチ状態がＯＦＦの場合に車両側の運転用回路を開状態に切り替えることで、ＥＣＵ１０にＯＦＦ信号を出力する。キースイッチ１は、例えば、スイッチ状態がＯＮの場合に車両側の運転用回路を閉状態に切り替えることで、ＥＣＵ１０にＯＮ信号を出力する。キースイッチ１は、例えば、スイッチ状態がＳＴの場合に車両側の始動用回路を閉状態に切り替えることで、ＥＣＵ１０にＳＴ信号（始動信号）を出力する。なお、キースイッチ１は、車両の運転者による操作に応じて上記各信号を出力する電子回路を用いて構成されていてもよい。

【0048】

次に、ＥＣＵ１０の機能的構成について説明する。ＥＣＵ１０は、エンジン状態取得部１１と、第１制御実行部１２と、第２制御実行部１３と、第３制御実行部１４と、始動許可部１５と、を有している。

【0049】

エンジン状態取得部１１は、アンモニアエンジン１００の状態であるエンジン状態を取得する。エンジン状態取得部１１は、キースイッチ１からのスイッチ状態に関する信号に基づいて、上述のキースイッチ１のスイッチ状態を取得する。エンジン状態取得部１１は、始動信号が入力された場合に、例えば、アンモニアエンジン１００が始動準備状態であると判定する。始動準備状態は、アンモニアエンジン１００を始動するための準備を行う状態である。始動準備状態では、始動信号が入力された以降において改質触媒３６ｂが還元雰囲気とされると共に改質触媒３６ｂの暖機が行われる。改質触媒３６ｂの暖機が完了すると、始動準備状態が終了してスタータが作動される。なお、スタータの作動は、始動準備状態が終了する前に開始されてもよい。

【0050】

第１制御実行部１２は、エンジン状態取得部１１により始動準備状態であると判定された場合、改質器ヒータ３６ａに通電する。これにより、改質器ヒータ３６ａの温度が上昇する。改質器ヒータ３６ａの熱は、後述の第２制御において改質用インジェクタ３５によって改質用アンモニアガスが噴射された際、改質用アンモニアガスの下流側への流動によって改質触媒３６ｂに伝達される。

【0051】

第１制御実行部１２は、エンジン状態取得部１１により始動準備状態であると判定された場合、改質用スロットル３２の開度を全閉とすると共にストップバルブ３８の開度を所定の初期開度とする第１制御を実行する。第１制御実行部１２は、エンジン状態取得部１１により始動準備状態であると判定された場合、例えば改質器ヒータ３６ａに通電した状態で、第１制御を実行する。

【0052】

ストップバルブ３８の初期開度は、後述の第３制御におけるストップバルブ３８の開度の初期値である。初期開度は、ストップバルブ３８の全閉よりも大きい開度である。初期開度は、例えば、始動準備状態となる前から改質器３６内に残留しているガス（残留ガス）を改質器３６外に流出させられる程度の開度とすることができる。初期開度は、予めＥＣＵ１０に記憶されていてもよい。

【0053】

第２制御実行部１３は、改質用スロットル３２の開度を全閉とした状態で、第２制御を実行する。第２制御は、所定の燃料噴射パターンで改質用インジェクタ３５に改質用アンモニアガスを噴射させる制御である。燃料噴射パターンは、改質用インジェクタ３５の開弁時間を時系列で規定したパターンとすることができる。燃料噴射パターンは、始動信号が入力された時点からの時系列として規定されてもよい。第２制御実行部１３は、例えば、上述の第１制御の後に改質用スロットル３２の開度を全閉とした状態で維持すると共に、第２制御を実行する。第２制御の具体例については、後述する。

【0054】

第３制御実行部１４は、改質用スロットル３２の開度を全閉とした状態で、第３制御を実行する。第３制御は、遅くとも置換タイミングでストップバルブ３８の開度が全閉に至るようにストップバルブ３８の開度を低減させる制御である。

【0055】

置換タイミングは、第２制御で噴射された改質用アンモニアガスによって改質器３６の残留ガスが置換されるタイミングである。「改質用アンモニアガスによって改質器３６の残留ガスが置換される」とは、改質触媒３６ｂが改質用アンモニアガスで還元雰囲気となることを意味する。置換タイミングは、例えば、改質用アンモニアガスによって改質器３６の残留ガスが完全に置換されたと推定される時点であってもよいし、改質用アンモニアガスによって改質器３６の残留ガスが所定割合で置換されたと推定される時点であってもよい。

【0056】

第３制御実行部１４は、第２制御で噴射された改質用アンモニアガスの噴射量の時間積算値と置換推定容積量とに基づいて、置換タイミングを算出する。置換推定容積量は、改質用アンモニアガスによって改質器３６の残留ガスが置換されたか否かを推定するための容積の閾値である。置換推定容積量は、少なくとも改質用スロットル３２からストップバルブ３８までの容積値であればよい。置換推定容積量は、例えば、改質用スロットル３２からストップバルブ３８までの改質流路３１及び改質器３６の容積値とすることができる。

【0057】

ここでの改質用アンモニアガスの噴射量は、改質用アンモニアガスによって改質器３６外に残留ガスを押し出すための改質用アンモニアガスの噴射量（始動用改質用アンモニアガス噴射量）を意味する。改質用アンモニアガスの噴射量は、例えば、改質用インジェクタ３５の噴射圧（例えばＮＨ_３タンク３３の吐出圧、又は、レギュレータの規制圧）と改質用アンモニアガスの噴射時間とに基づいて算出することができる。

【0058】

第３制御実行部１４は、例えば、上述の第１制御の後に改質用スロットル３２の開度を全閉とした状態で維持すると共に、第２制御を実行しつつ、第２制御で噴射された改質用アンモニアガスの噴射量に基づいて第３制御を実行する。

【0059】

第２制御及び第３制御の具体例について、図４及び図５を参照して説明する。

【0060】

一例として、図４は、図１のアンモニアエンジンの動作例を示すタイミングチャートである。図４（ａ）には、第１燃料噴射パターンに対応するように改質用インジェクタ３５で噴射された改質用アンモニアガスの噴射圧の経時的推移が示されている。噴射圧がＰ１となっている期間が、改質用インジェクタ３５の開弁期間を意味する。図４（ｂ）には、ガス置換量の経時的推移が示されている。図４（ｃ）には、ストップバルブ３８の開度の経時的推移が示されている。

【0061】

図４（ａ）～図４（ｃ）に示されるように、時刻ｔ１において始動信号が入力されてエンジン状態取得部１１により始動準備状態が判定される。時刻ｔ１において、第１制御実行部１２により、改質器ヒータ３６ａの通電が開始される。時刻ｔ１において、第１制御実行部１２により、第１制御が実行される。具体的には、第１制御実行部１２により、改質用スロットル３２の開度が全閉とされる（図示省略）と共に、ストップバルブ３８の開度が初期開度Ｓ１とされる。ここでは、ストップバルブ３８の開度が初期開度Ｓ１とされる。ストップバルブ３８の開度は、図４（ｃ）の例のように時刻ｔ１よりも前から予め初期開度Ｓ１とされていてもよい。その後、第２制御実行部１３及び第３制御実行部１４により、改質用スロットル３２の開度を全閉とした状態が維持されると共に、第２制御及び第３制御が実行される。

【0062】

図４（ａ）に示されるように、時刻ｔ２（例えば改質器ヒータ３６ａの通電時間が所定時間となったとき）において、第２制御実行部１３により、改質用インジェクタ３５からの改質用アンモニアガスの噴射が開始される。時刻ｔ２以降において、第２制御実行部１３により、所定の噴射圧Ｐ１での改質用インジェクタ３５の開弁が維持され、改質用アンモニアガスが連続的に噴射される。つまり、第２制御実行部１３は、第２制御において、連続的に改質用アンモニアガスを噴射する第１燃料噴射パターンで改質用インジェクタ３５に改質用アンモニアガスを噴射させる。

【0063】

図４（ｂ）に示されるように、時刻ｔ２において、第３制御実行部１４により、改質用インジェクタ３５の噴射圧と改質用アンモニアガスの噴射時間（時刻ｔ２からの経過時間）とに基づいて、改質用アンモニアガスの噴射量の算出及びガス置換量の算出が開始される。ガス置換量は、改質用インジェクタ３５で噴射された改質用アンモニアガスの噴射量の時間積算値である。時刻ｔ２からの時間経過に伴って、第３制御実行部１４により算出されたガス置換量が増加する。時刻ｔ３において、第３制御実行部１４により算出されたガス置換量が置換推定容積量Ｔｈに達する。すなわち、時刻ｔ３は置換タイミングである。

【0064】

図４（ｃ）に示されるように、時刻ｔ３において、第３制御実行部１４により、ストップバルブ３８の開度が全閉とされる。つまり、第３制御実行部１４は、第３制御において、置換タイミングまでストップバルブ３８の開度を初期開度に維持すると共に、置換タイミングでストップバルブ３８の開度を全閉とするようにストップバルブ３８の開度を低減させる。

【0065】

図４（ｃ）の例では、時刻ｔ３において、第３制御で低減されたストップバルブ３８の開度が全閉に至る。すなわち、図４（ｃ）の第３制御では、遅くとも置換タイミングでストップバルブ３８の開度が全閉に至るようにストップバルブ３８の開度が低減される。

【0066】

以上説明した図４（ａ）～図４（ｃ）の例では、第１制御により、改質用スロットル３２の開度が全閉とされるため、第２制御において改質用インジェクタ３５によって噴射された改質用アンモニアガスが、改質用スロットル３２を介して流通（逆流）することを阻止できる。第１制御により、ストップバルブ３８の開度が初期開度Ｓ１とされると共に、第２制御により、連続的に改質用アンモニアガスが噴射されるため、改質用アンモニアガスによって改質器３６外に残留ガスが押し出される。また、第３制御により、置換タイミングでストップバルブ３８の開度が全閉とされるため、改質用スロットル３２の開度が全閉で且つストップバルブ３８の開度が全閉となった状態で、改質用インジェクタ３５で噴射された燃料で還元雰囲気となった改質器３６が暖機される。

【0067】

他の例として、図５は、図１のアンモニアエンジンの他の動作例を示すタイミングチャートである。図５（ａ）には、第２燃料噴射パターンに対応するように改質用インジェクタ３５で噴射された改質用アンモニアガスの噴射圧の経時的推移が示されている。噴射圧がＰ１となっている期間が、改質用インジェクタ３５の開弁期間を意味する。図５（ｂ）には、ガス置換量の経時的推移が示されている。図５（ｃ）には、ストップバルブ３８の開度の経時的推移が示されている。

【0068】

図５（ａ）～図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ４において始動信号が入力されてエンジン状態取得部１１により始動準備状態が判定される。時刻ｔ４において、図４の例と同様、第１制御実行部１２により、改質器ヒータ３６ａの通電が開始されると共に、第１制御が実行される。その後、第２制御実行部１３及び第３制御実行部１４により、改質用スロットル３２の開度を全閉とした状態が維持されると共に、第２制御及び第３制御が実行される。

【0069】

図５（ａ）に示されるように、時刻ｔ５（例えば改質器ヒータ３６ａの通電時間が所定時間となったとき）において、第２制御実行部１３により、改質用インジェクタ３５からの改質用アンモニアガスの噴射が開始される。時刻ｔ５以降において、第２制御実行部１３により、所定の噴射圧Ｐ１で改質用インジェクタ３５が開弁され、改質用アンモニアガスが間欠的に噴射される。より詳しくは、時刻ｔ５～時刻ｔ６（以下、第１開弁時間）、時刻ｔ７～時刻ｔ８（以下、第２開弁時間）、時刻ｔ９～時刻ｔ１０（以下、第３開弁時間）、及び時刻ｔ１１～時刻ｔ１２（以下、第４開弁時間）において、改質用インジェクタ３５が開弁される。つまり、第２制御実行部１３は、第２制御として、間欠的に改質用アンモニアガスを噴射する第２燃料噴射パターンで改質用インジェクタ３５に改質用アンモニアガスを噴射させる。

【0070】

図５（ｂ）に示されるように、時刻ｔ５において、第３制御実行部１４により、改質用インジェクタ３５の噴射圧と改質用アンモニアガスの噴射時間とに基づいて、改質用アンモニアガスの噴射量の算出及びガス置換量の算出が開始される。より詳しくは、時刻ｔ５～時刻ｔ７において、第３制御実行部１４により、上記第１開弁時間で噴射した改質用アンモニアガスの噴射量に相当するガス置換量が算出され、ガス置換量Ｇ１に達する。時刻ｔ７～時刻ｔ９において、第３制御実行部１４により、上記第１及び第２開弁時間で噴射した改質用アンモニアガスの噴射量に相当するガス置換量が算出され、ガス置換量Ｇ２に達する。時刻ｔ９～時刻ｔ１１において、第３制御実行部１４により、上記第１～第３開弁時間で噴射した改質用アンモニアガスの噴射量に相当するガス置換量が算出され、ガス置換量Ｇ３に達する。時刻ｔ１１～時刻ｔ１３において、第３制御実行部１４により、上記第１～第４開弁時間で噴射した改質用アンモニアガスの噴射量に相当するガス置換量が算出され、置換推定容積量Ｔｈに達する。すなわち、時刻ｔ１３は置換タイミングである。

【0071】

図５（ｃ）に示されるように、時刻ｔ５において、第３制御実行部１４により、改質用アンモニアガスの噴射量に応じたストップバルブ３８の開度の低減が開始される。より詳しくは、時刻ｔ５～時刻ｔ７において、第３制御実行部１４により、上記第１開弁時間に応じて設定される第１低減勾配に従って、ストップバルブ３８の開度が初期開度Ｓ１から開度Ｓ２まで低減される。時刻ｔ７～時刻ｔ９において、第３制御実行部１４により、上記第２開弁時間に応じて設定される第２低減勾配に従って、ストップバルブ３８の開度が開度Ｓ２から開度Ｓ３まで低減される。時刻ｔ９～時刻ｔ１１において、第３制御実行部１４により、上記第３開弁時間に応じて設定される第３低減勾配に従って、ストップバルブ３８の開度が開度Ｓ３から低減される。時刻ｔ１１～時刻ｔ１２において、第３制御実行部１４により、上記第４開弁時間に応じて設定される第４低減勾配（ここでは第３低減勾配と等しい）に従って、ストップバルブ３８の開度が引き続いて全閉開度まで低減される。つまり、第３制御実行部１４は、第３制御として、第２制御で噴射された改質用アンモニアガスの噴射量の増加に応じてストップバルブ３８の開度を漸減させる。

【0072】

図５（ｃ）の例では、時刻ｔ１２において、第３制御で低減されたストップバルブ３８の開度が全閉に至る。すなわち、図５（ｃ）の第３制御では、置換タイミングよりも早いタイミングでストップバルブ３８の開度が全閉に至るようにストップバルブ３８の開度が低減される。

【0073】

以上説明した図５（ａ）～図５（ｃ）の例では、第１制御により、改質用スロットル３２の開度が全閉とされるため、第２制御において改質用インジェクタ３５によって噴射された改質用アンモニアガスが、改質用スロットル３２を介して流通（逆流）することを阻止できる。第１制御により、ストップバルブ３８の開度が初期開度Ｓ１とされると共に、第２制御により、間欠的に改質用アンモニアガスが噴射されるため、改質用アンモニアガスによって改質器３６外に残留ガスが徐々に押し出される。特に、第２開弁時間は第１開弁時間よりも長く、第３開弁時間は第２開弁時間よりも長く、第４開弁時間は第３開弁時間よりも長くされるため、始動準備状態の初期では改質用アンモニアガスのガス流動が弱められて、改質用アンモニアガスと残留ガスとの混合が抑制される。なお、開弁時間を徐々に長くするのではなく、同じ時間で開弁したり任意の時間で開弁するようにしてもよい。例えば、開弁時間が一定であってもよいし、上述の例とは反対の大小関係でもよいし、大小関係が不規則であってもよい。また、開弁回数は、２回以上であれば任意の回数としてもよい。また、連続的に燃料を噴射しつつ噴射圧を変化させる燃料噴射パターンとしてもよい。

【0074】

また、第３制御により、改質用アンモニアガスの噴射量の増加に応じてストップバルブ３８の開度が漸減されるため、改質器３６内の圧力が急激に高くなることが抑制され、圧力平衡により改質用インジェクタ３５から改質用アンモニアガスが噴射できなくなるまでの時間を延ばすことができる。特に、第２低減勾配の大きさは第１低減勾配の大きさよりも小さく、第３低減勾配の大きさは第２低減勾配の大きさよりも小さく、第４低減勾配の大きさは第３低減勾配の大きさよりも小さいため、始動準備状態の初期でストップバルブ３８の開度が迅速に低減されると共に、始動準備状態の後期でストップバルブ３８の開度が全閉に近い状態で徐々に低減される。これにより、始動準備状態の初期で改質用アンモニアガスが一気に吸気流路２２側へ流出してしまうことが抑制されつつ改質器３６内の圧力の増加が緩やかにされる。その結果、始動準備状態の後期で、ストップバルブ３８の開度が全閉に近くアンモニアガスが漏れにくい状態で、改質用アンモニアガスで残留ガスを押し出すことを継続し易くなる。

【0075】

また、置換タイミングよりも早いタイミングでストップバルブ３８の開度が全閉とされるため、アンモニアガスの漏洩の抑制がより確実なものとなる。そして、改質用スロットル３２の開度が全閉で且つストップバルブ３８の開度が全閉となった状態で、改質用インジェクタ３５で噴射された燃料で還元雰囲気となった改質器３６が暖機される。

【0076】

始動許可部１５は、第３制御で低減されたストップバルブ３８の開度が全閉に至った場合に、アンモニアエンジン１００の始動を許可する。始動許可部１５は、例えば、第３制御で低減されたストップバルブ３８の開度が全閉に至った場合、改質器３６の暖機が完了したときに、スタータのクランキング開始を許可する。改質器３６の暖機は、例えば、始動信号の入力からの経過時間が実験等に基づき予め設定された所定時間を超えたことにより、改質触媒３６ｂの床温が約２００℃以上となったと推定された場合に、完了したものとすることができる。なお、始動許可部１５は、ストップバルブ３８の開度が全閉に到る前にアンモニアエンジン１００の始動を許可してもよい。

【0077】

次に、ＥＣＵ１０による処理の一例について、図６を参照して説明する。図６は、ＥＣＵ１０の改質器暖機処理を示すフローチャートである。

【0078】

図６に示されるように、ＥＣＵ１０は、Ｓ１１において、エンジン状態取得部１１により、始動信号の入力の有無の判定を行う。エンジン状態取得部１１は、例えば、始動信号の入力の有無の判定として、アンモニアエンジン１００が始動準備状態であるか否かを判定する。エンジン状態取得部１１により始動信号の入力がないと判定された場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、図６の処理を終了する。

【0079】

一方、エンジン状態取得部１１により始動信号の入力があったと判定された場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ１２において、第１制御実行部１２により、第１制御を実行する。第１制御実行部１２は、例えば、改質器ヒータ３６ａに通電しつつ、改質用スロットル３２の開度を全閉とすると共にストップバルブ３８の開度を所定の初期開度とする第１制御を実行する。

【0080】

ＥＣＵ１０は、Ｓ１３において、第２制御実行部１３により、改質用スロットル３２の開度を全閉とした状態で第２制御を実行する。例えば、第２制御実行部１３は、第２制御において、連続的に改質用アンモニアガスを噴射する第１燃料噴射パターンで改質用インジェクタ３５に改質用アンモニアガスを噴射させる。あるいは、第２制御実行部１３は、第２制御として、間欠的に改質用アンモニアガスを噴射する第２燃料噴射パターンで改質用インジェクタ３５に改質用アンモニアガスを噴射させてもよい。

【0081】

ＥＣＵ１０は、Ｓ１４において、第３制御実行部１４により、改質用スロットル３２の開度を全閉とした状態で第３制御を実行する。第３制御実行部１４は、例えば、第２制御で噴射された改質用アンモニアガスの噴射量の時間積算値と置換推定容積量とに基づいて、置換タイミングを算出する。第３制御実行部１４は、第３制御において、置換タイミングまでストップバルブ３８の開度を初期開度に維持すると共に、置換タイミングでストップバルブ３８の開度を全閉とするようにストップバルブ３８の開度を低減させる。あるいは、第３制御実行部１４は、第３制御として、第２制御で噴射された改質用アンモニアガスの噴射量の増加に応じてストップバルブ３８の開度を漸減させてもよい。

【0082】

ＥＣＵ１０は、Ｓ１５において、第３制御実行部１４により、ストップバルブ３８の開度が全閉に至ったか否かの判定を行う。第３制御実行部１４によりストップバルブ３８の開度が全閉に至っていないと判定された場合（Ｓ１５：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ１３及びＳ１４の処理を繰り返し行う。

【0083】

一方、第３制御実行部１４によりストップバルブ３８の開度が全閉に至ったと判定された場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ１６において、始動許可部１５により、アンモニアエンジン１００の始動の許可を行う。始動許可部１５は、例えば、改質器３６の暖機が完了したときに、スタータのクランキング開始を許可する。

【0084】

［作用及び効果］
以上説明したように、アンモニアエンジン１００では、始動信号が入力された場合に改質用スロットル３２の開度が全閉とされ、改質用スロットル３２の開度が全閉とされた状態で、改質用インジェクタ３５に改質用アンモニアガスを噴射させる第２制御が実行される。これにより、改質用スロットル３２を介して燃料のアンモニアが外部環境に漏れ出すことを抑制できる。また、改質用スロットル３２の開度が全閉とされた状態で、遅くとも置換タイミングでストップバルブ３８の開度が全閉に至るようにストップバルブ３８の開度を低減させる第３制御が実行される。これにより、ストップバルブ３８を介して燃料のアンモニアが外部環境に漏れ出すことを抑制しつつ、改質用インジェクタ３５で噴射された改質用アンモニアガスを用いて改質器３６の残留ガスの置換が図られる。その結果、改質用スロットル３２の開度が全閉で且つストップバルブ３８の開度が全閉となった状態で、改質用インジェクタ３５で噴射された改質用アンモニアガスで還元雰囲気となった改質器３６が暖機される。したがって、アンモニアエンジン１００によれば、始動の際にアンモニアの漏洩を抑制しつつ還元雰囲気下で改質器３６の暖機を行うことが可能となる。

【0085】

アンモニアエンジン１００では、ＥＣＵ１０は、第２制御において、燃料噴射パターンとして連続的に改質用アンモニアガスを噴射する第１燃料噴射パターンで改質用インジェクタ３５に改質用アンモニアガスを噴射させ、第３制御において、置換タイミングまでストップバルブ３８の開度を初期開度Ｓ１に維持すると共に、置換タイミングでストップバルブ３８の開度を全閉とするようにストップバルブ３８の開度を低減させる。これにより、改質用インジェクタ３５で噴射された改質用アンモニアガスによって残留ガスの大部分が改質器３６から押し出された状態で、ストップバルブ３８の開度が全閉とされる。よって、より確実に改質器３６を還元雰囲気とすることができる。

【0086】

アンモニアエンジン１００では、ＥＣＵ１０は、第２制御において、燃料噴射パターンとして間欠的に改質用アンモニアガスを噴射する第２燃料噴射パターンで改質用インジェクタ３５に改質用アンモニアガスを噴射させ、第３制御において、第２制御で噴射された改質用アンモニアガスの噴射量の増加に応じてストップバルブ３８の開度を漸減させる。これにより、間欠的に改質用アンモニアガスを噴射する第２燃料噴射パターンで改質用アンモニアガスが噴射されるため、改質用アンモニアガスが改質器３６の残留ガスと混じり合うことが抑えられ、より確実に改質器３６を還元雰囲気とすることができる。また、改質用アンモニアガスの噴射量の増加に応じてストップバルブ３８の開度を漸減させるため、改質器３６内の圧力が急激に高くなることが抑制され、圧力平衡により改質用インジェクタ３５から改質用アンモニアガスが噴射できなくなるまでの時間を延ばすことができる。よって、圧力上昇によって改質用インジェクタ３５から改質用アンモニアガスが噴射されにくくなることを抑制できる。

【0087】

アンモニアエンジン１００では、改質器３６は、改質用アンモニアガスを改質するための改質触媒３６ｂと、改質触媒３６ｂの上流において改質触媒３６ｂの流入面を覆うように設けられた有孔板部材３６ｃと、を有する。これにより、改質用インジェクタ３５で噴射された改質用アンモニアガスと改質器３６の残留ガスとが混じり合うことが、有孔板部材３６ｃにより物理的に抑制される。その結果、改質用アンモニアガスが残留ガスを改質器３６から押し出す作用を好適に奏することが可能となる。

【0088】

［変形例］
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限られるものではない。

【0089】

上記実施形態では、改質器上流弁として改質用スロットル３２を例示したが、例えば電磁弁等を用いてもよい。

【0090】

上記実施形態では、改質用インジェクタ３５の個数は、例えば１個の場合を例示したが、複数個であってもよい。

【0091】

上記実施形態では、改質器下流弁としてストップバルブ３８を例示したが、電磁弁に代えて、例えばバタフライバルブ又は吸気流路２２の位置に設けられた三方弁等を用いてもよい。

【0092】

上記実施形態では、三元触媒２６が設けられていたが、省略されてもよい。

【0093】

上記実施形態の図５（ａ）～図５（ｃ）の例では、置換タイミングよりも早くストップバルブ３８の開度が全閉とされるようにストップバルブ３８の開度が漸減されたが、例えば置換タイミングに達した時点でストップバルブ３８の開度が全閉に至っていない場合には、第３制御実行部１４は、当該時点でストップバルブ３８の開度を強制的に全閉としてもよい。

【0094】

上記実施形態では、有孔板部材３６ｃは、改質器ヒータ３６ａの上流側に設けられていたが、改質器ヒータ３６ａと改質触媒３６ｂとの間に設けられていてもよい。有孔板部材３６ｃの外形は、略円盤状以外の形状であってもよい。有孔板部材３６ｃは、必ずしも改質器ヒータ３６ａの流入面の略全体を覆っていなくてもよい。残留ガス混合抑制部材は、有孔板部材３６ｃに限定されず、例えば網状部材であってもよいし、多孔質部材であってもよい。また、有孔板部材３６ｃは、省略されてもよい。

【符号の説明】

【0095】

１…キースイッチ（始動信号出力部）、１０…ＥＣＵ（制御部）、２２…吸気流路、３１…改質流路、３２…改質用スロットル（改質器上流弁）、３５…改質用インジェクタ（改質用燃料噴射弁）、３６…改質器、３６ｂ…改質触媒、３６ｃ…有孔板部材（残留ガス混合抑制部材）、３８…ストップバルブ（改質器下流弁）、１００…アンモニアエンジン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】