特許 7600951 エンジンシステム

(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】2024-12-09

(45)【発行日】2024-12-17

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02D 9/02 20060101AFI20241210BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20241210BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20241210BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20241210BHJP

   F02D 41/18 20060101ALI20241210BHJP

   F02M 27/02 20060101ALI20241210BHJP

【ＦＩ】

F02D9/02 U

F02M21/02 G

F02M21/02 K

F02M21/02 S

F02D19/02 B

F02D19/02 C

F02D41/04

F02D41/18

F02M27/02 Z

F02D9/02 301Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021171507

(22)【出願日】2021-10-20

(65)【公開番号】P2023061545

(43)【公開日】2023-05-02

【審査請求日】2024-01-18

(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

(72)【発明者】

【氏名】松本 祥平

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／２０９０２１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００９－１６２０５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ９／０２

Ｆ０２Ｄ １９／０２

Ｆ０２Ｍ ２１／０２

Ｆ０２Ｍ ２５／００

Ｆ０２Ｍ ２７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載されたエンジンシステムにおいて、
エンジンと、
前記エンジンに供給される空気が流れる吸気通路と、
前記吸気通路に配設され、前記エンジンに供給される空気の流量を制御する第１スロットル弁と、
前記エンジンに燃料を供給する第１燃料供給弁と、
燃料を水素に分解する触媒を有し、燃料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、
前記吸気通路と接続され、前記改質部に供給される空気が流れる空気流路と、
前記空気流路に配設され、前記改質部に供給される空気の流量を制御する第２スロットル弁と、
前記改質部に燃料を供給する第２燃料供給弁と、
前記改質部により生成された前記改質ガスが前記エンジンに向けて流れる改質ガス流路と、
前記車両のアクセルの状態を検知するアクセル状態検知部と、
前記アクセル状態検知部により前記アクセルがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、前記第２燃料供給弁が全閉となる状態において、前記空気流路よりも前記吸気通路に優先して空気が流れるように前記第１スロットル弁及び前記第２スロットル弁を含む制御対象を制御する空気流制御部とを備えるエンジンシステム。

【請求項2】

前記制御対象は、前記第１スロットル弁及び前記第２スロットル弁であり、
前記空気流制御部は、前記アクセル状態検知部により前記アクセルがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、前記第２燃料供給弁が全閉となる状態において、前記第２スロットル弁を閉じるように制御すると共に、前記第１スロットル弁を開くように制御する請求項１記載のエンジンシステム。

【請求項3】

前記アクセルがオン状態からオフ状態になるときの前記第１スロットル弁の開度データを記憶する記憶部を更に備え、
前記空気流制御部は、前記記憶部に記憶された前記第１スロットル弁の開度データに応じて前記第１スロットル弁の開度を制御する請求項２記載のエンジンシステム。

【請求項4】

前記吸気通路における前記第１スロットル弁よりも下流側の空気の流量を検出する第１流量検出部と、
前記空気流路における前記第２スロットル弁よりも下流側の空気の流量を検出する第２流量検出部とを更に備え、
前記空気流制御部は、前記吸気通路における前記第１スロットル弁よりも下流側の空気の流量が前記空気流路における前記第２スロットル弁よりも下流側の空気の流量に比べて多くなるように前記第１スロットル弁の開度を制御する請求項２記載のエンジンシステム。

【請求項5】

前記吸気通路における前記第１スロットル弁よりも下流側の圧力を検出する第１圧力検出部と、
前記空気流路における前記第２スロットル弁よりも下流側の圧力を検出する第２圧力検出部とを更に備え、
前記空気流制御部は、前記空気流路における前記第２スロットル弁よりも下流側の圧力が前記吸気通路における前記第１スロットル弁よりも下流側の圧力に比べて高くなるように前記第１スロットル弁の開度を制御する請求項２記載のエンジンシステム。

【請求項6】

前記改質部の温度を検出する温度検出部を更に備え、
前記空気流制御部は、前記改質部の温度が所定時間内において前記触媒の劣化温度に達しないように前記第１スロットル弁の開度を制御する請求項２記載のエンジンシステム。

【請求項7】

前記空気流制御部は、前記温度検出部により時系列に検出された前記改質部の温度に基づいて前記改質部の温度上昇の傾きを求め、前記改質部の温度上昇の傾きが閾値以下となるように前記第１スロットル弁の開度を制御し、
前記閾値は、前記改質部の温度が前記所定時間内において前記触媒の劣化温度に達しないような傾き値である請求項６記載のエンジンシステム。

【請求項8】

前記空気流路に配設された開閉弁を更に備え、
前記制御対象は、前記第１スロットル弁、前記第２スロットル弁及び前記開閉弁であり、
前記空気流制御部は、前記アクセル状態検知部により前記アクセルがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、前記第２燃料供給弁が全閉となる状態において、前記第１スロットル弁及び前記第２スロットル弁を閉じるように制御すると共に、前記開閉弁を閉じるように制御する請求項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に記載されているような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燃焼室にサージタンクを介して接続された給気管と、この給気管の中途に組み込まれた電子スロットルと、給気管から分岐されたバイパス管と、このバイパス管の先端に接続され、改質触媒を有する改質器と、バイパス管の中途に設けられた流量調整弁と、改質器とサージタンクとを接続する接続管と、燃焼室及び改質器に燃料を供給する燃料供給装置とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－２５１２７３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、車両が急な下り坂等のようにアクセルオフの状態で走行する際には、燃焼室への燃料の供給が停止すると共に、電子スロットル及び流量調整弁が閉弁するが、エンジンピストンは往復動したままである。電子スロットル及び流量調整弁として、全閉時に完全に密閉しないバタフライ弁等が使用される場合は、電子スロットル及び流量調整弁の隙間から少量の空気が漏れるため、エンジン及び改質器に少量の空気が流れる。このとき、エンジンピストンが往復動することで、燃焼室に空気が吸い込まれる。一方、改質器は還元雰囲気で動作するため、改質触媒は還元状態となっている。このため、改質触媒に少量の空気が流れ込むと、改質触媒と空気とが酸化反応する。その結果、改質触媒が高温になって劣化するおそれがある。

【0005】

本発明の目的は、改質部の触媒の酸化劣化を防止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】

本発明の一態様は、車両に搭載されたエンジンシステムにおいて、エンジンと、エンジンに供給される空気が流れる吸気通路と、吸気通路に配設され、エンジンに供給される空気の流量を制御する第１スロットル弁と、エンジンに燃料を供給する第１燃料供給弁と、燃料を水素に分解する触媒を有し、燃料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、吸気通路と接続され、改質部に供給される空気が流れる空気流路と、空気流路に配設され、改質部に供給される空気の流量を制御する第２スロットル弁と、改質部に燃料を供給する第２燃料供給弁と、改質部により生成された改質ガスがエンジンに向けて流れる改質ガス流路と、車両のアクセルの状態を検知するアクセル状態検知部と、アクセル状態検知部によりアクセルがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、空気流路よりも吸気通路に優先して空気が流れるように第１スロットル弁及び第２スロットル弁を含む制御対象を制御する空気流制御部とを備える。

【0007】

このようなエンジンシステムにおいては、車両のアクセルがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、空気流路よりも吸気通路に優先して空気が流れるように第１スロットル弁及び第２スロットル弁を含む制御対象が制御される。このため、改質部に向かって空気が流れにくくなる。従って、第２スロットル弁として、全閉時に完全に密閉しないバタフライ弁等が使用される場合でも、改質部の触媒に空気が流れ込みにくくなる。これにより、改質部の触媒の酸化劣化が防止される。

【0008】

制御対象は、第１スロットル弁及び第２スロットル弁であり、空気流制御部は、アクセル状態検知部によりアクセルがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、第２スロットル弁を閉じるように制御すると共に、第１スロットル弁を開くように制御してもよい。このような構成では、アクセルがオン状態からオフ状態になっても、空気が吸気通路をエンジンに向かって流れることとなる。従って、特に新たなバルブを追加しなくても、空気流路よりも吸気通路に優先して空気が流れる。

【0009】

エンジンシステムは、アクセルがオン状態からオフ状態になるときの第１スロットル弁の開度データを記憶する記憶部を更に備え、空気流制御部は、記憶部に記憶された第１スロットル弁の開度データに応じて第１スロットル弁の開度を制御してもよい。このような構成では、アクセルがオン状態からオフ状態になるときの第１スロットル弁の開度データを予め取得して記憶部に保存すればよいため、第１スロットル弁の開度制御においてセンサを使用しなくて済み、制御処理の簡素化を図ることができる。

【0010】

エンジンシステムは、吸気通路における第１スロットル弁よりも下流側の空気の流量を検出する第１流量検出部と、空気流路における第２スロットル弁よりも下流側の空気の流量を検出する第２流量検出部とを更に備え、空気流制御部は、吸気通路における第１スロットル弁よりも下流側の空気の流量が空気流路における第２スロットル弁よりも下流側の空気の流量に比べて多くなるように第１スロットル弁の開度を制御してもよい。このような構成では、第１スロットル弁の開度制御を容易に行いつつ、改質部に供給される空気の流量をゼロに近づけることができる。

【0011】

エンジンシステムは、吸気通路における第１スロットル弁よりも下流側の圧力を検出する第１圧力検出部と、空気流路における第２スロットル弁よりも下流側の圧力を検出する第２圧力検出部とを更に備え、空気流制御部は、空気流路における第２スロットル弁よりも下流側の圧力が吸気通路における第１スロットル弁よりも下流側の圧力に比べて高くなるように第１スロットル弁の開度を制御してもよい。このような構成では、空気流路側から吸気通路側に空気が流れるため、改質部に向かって空気が流れにくくなる。

【0012】

エンジンシステムは、改質部の温度を検出する温度検出部を更に備え、空気流制御部は、改質部の温度が所定時間内において触媒の劣化温度に達しないように第１スロットル弁の開度を制御してもよい。このような構成では、所定時間内において、改質部の温度が触媒の劣化温度に達することがないため、触媒の酸化劣化が防止される。

【0013】

空気流制御部は、温度検出部により時系列に検出された改質部の温度に基づいて改質部の温度上昇の傾きを求め、改質部の温度上昇の傾きが閾値以下となるように第１スロットル弁の開度を制御し、閾値は、改質部の温度が所定時間内において触媒の劣化温度に達しないような傾き値であってもよい。このような構成では、改質部の温度上昇の傾きを求めることにより、改質部の温度が所定時間内において触媒の劣化温度に達しないような第１スロットル弁の開度制御を容易に実現することができる。

【0014】

エンジンシステムは、空気流路に配設された開閉弁を更に備え、制御対象は、第１スロットル弁、第２スロットル弁及び開閉弁であり、空気流制御部は、アクセル状態検知部によりアクセルがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、第１スロットル弁及び第２スロットル弁を閉じるように制御すると共に、開閉弁を閉じるように制御してもよい。このような構成では、アクセルがオン状態からオフ状態になると、開閉弁が閉弁することで、空気が空気流路を改質部に向かって流れにくくなるため、空気流路よりも吸気通路に優先して空気が流れる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、改質部の触媒の酸化劣化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【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】車両が上り坂及び下り坂を走行する様子を示す図である。

【図3】アクセルの開度とメインスロットルバルブの開度との関係の一例を示すグラフである。

【図4】図１に示された空気流制御部により実行される空気流制御処理の手順を示すフローチャートである。

【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に示された空気流制御部により実行される空気流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に示された空気流制御部により実行される空気流制御処理の手順を示すフローチャートである。

【図9】本発明の第４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10】図９に示された空気流制御部により実行される空気流制御処理の手順を示すフローチャートである。

【図11】改質触媒の温度上昇の傾きの一例を比較して示すグラフである。

【図12】本発明の第５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13】図１２に示された空気流制御部により実行される空気流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】

【0017】

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。

【0018】

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２（図２参照）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３と、吸気通路４と、排気通路５と、メインインジェクタ６と、メインスロットルバルブ７とを備えている。

【0019】

アンモニアエンジン３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３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３は、アンモニアガスが水素と共に燃焼して排気ガスが発生する燃焼室（図示せず）を有している。

【0020】

吸気通路４及び排気通路５は、アンモニアエンジン３の燃焼室と接続されている。吸気通路４は、アンモニアエンジン３に供給される空気が流れる通路である。排気通路５は、アンモニアエンジン３で発生した排気ガスが流れる通路である。

【0021】

メインインジェクタ６は、アンモニアエンジン３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６は、アンモニアエンジン３にアンモニアガスを供給する第１燃料供給弁を構成している。

【0022】

メインスロットルバルブ７は、吸気通路４に配設されている。メインスロットルバルブ７は、アンモニアエンジン３に供給される空気の流量を制御する電磁式の第１スロットル弁である。メインスロットルバルブ７は、バタフライ弁で構成されている。なお、吸気通路４におけるメインスロットルバルブ７よりも上流側には、空気に含まれる塵や埃等の異物を除去するエアクリーナ８が配設されている。

【0023】

また、エンジンシステム１は、アンモニアボンベ１０と、気化器１１と、改質器１２と、空気流路１３と、サブスロットルバルブ１４と、サブインジェクタ１５と、改質ガス流路１６と、クーラ１７とを備えている。

【0024】

アンモニアボンベ１０は、アンモニアを液体状態で貯蔵する容器である。つまり、アンモニアボンベ１０は、液体アンモニアを貯蔵する。

【0025】

気化器１１は、アンモニアボンベ１０に貯蔵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１１で発生したアンモニアガスは、アンモニア流路１８を流れてメインインジェクタ６に供給されると共に、アンモニア流路１９を流れてサブインジェクタ１５に供給される。

【0026】

改質器１２は、円筒状の筐体２０と、この筐体２０内に収容された改質部２１及び電気ヒータ２２とを有している。筐体２０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。

【0027】

改質部２１は、アンモニアガスを燃焼させて発生した熱を利用して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。改質部２１は、例えばハニカム構造の改質触媒２１ａを有している。改質触媒２１ａ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２１ａは、例えばＡＴＲ（Autothermal Reformer）式アンモニア改質触媒である。改質触媒２１ａとしては、例えばコバルト系触媒、ロジウム系触媒、ルテニウム系触媒またはパラジウム系触媒等が使用される。

【0028】

電気ヒータ２２は、筐体２０内における改質部２１よりも上流側に配置されている。電気ヒータ２２は、電力が与えられると発熱し、その熱によって改質部２１を加熱する。具体的には、電気ヒータ２２で発生した熱は、筐体２０自体を通じて改質部２１に伝わると共に、筐体２０内を流れるアンモニアガス及び空気を通じて改質部２１に伝わる。

【0029】

空気流路１３は、吸気通路４と改質器１２とを接続している。空気流路１３の一端は、吸気通路４におけるエアクリーナ８とメインスロットルバルブ７との間に接続されている。空気流路１３の他端は、改質器１２の筐体２０の入口部２０ａに接続されている。空気流路１３は、改質部２１に供給される空気が流れる流路である。

【0030】

サブスロットルバルブ１４は、空気流路１３に配設されている。サブスロットルバルブ１４は、改質部２１に供給される空気の流量を制御する電磁式の第２スロットル弁である。サブスロットルバルブ１４も、メインスロットルバルブ７と同様に、バタフライ弁で構成されている。

【0031】

サブインジェクタ１５は、空気流路１３にアンモニアガスを噴射する電磁式の燃料噴射弁である。サブインジェクタ１５は、空気流路１３におけるサブスロットルバルブ１４と改質器１２との間にアンモニアガスを噴射する。サブインジェクタ１５は、改質部２１にアンモニアガスを供給する第２燃料供給弁を構成している。

【0032】

改質ガス流路１６は、改質器１２と吸気通路４とを接続している。改質ガス流路１６の一端は、改質器１２の筐体２０の出口部２０ｂに接続されている。改質ガス流路１６の他端は、吸気通路４におけるメインスロットルバルブ７とアンモニアエンジン３との間に接続されている。改質ガス流路１６は、改質部２１により生成された改質ガスがアンモニアエンジン３に向けて流れる流路である。

【0033】

クーラ１７は、改質ガス流路１６に配設されている。クーラ１７は、例えばアンモニアエンジン３を冷却するエンジン冷却水を用いて、改質ガス流路１６を流れる改質ガスを冷却する。

【0034】

また、エンジンシステム１は、アクセル開度センサ２４と、コントローラ２５とを備えている。

【0035】

アクセル開度センサ２４は、車両２（図２参照）のアクセル２４ａの開度を検出するセンサである。アクセル２４ａの開度は、アクセルペダルの踏込量に相当する。アクセル開度センサ２４は、アクセル２４ａの開度をアクセル２４ａの状態として検出する。

【0036】

コントローラ２５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。コントローラ２５は、アクセルオフ判定部２６と、記憶部２７と、空気流制御部２８とを有している。

【0037】

アクセルオフ判定部２６は、アクセル開度センサ２４により検出されたアクセル２４ａの開度に基づいて、アクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったかどうかを判定する。アクセル２４ａがオンである（以下、アクセルオンということがある）状態は、アクセルペダルが踏み込まれた状態である。アクセル２４ａがオフである（以下、アクセルオフということがある）状態は、アクセルペダルが踏み込まれていない状態である。アクセルオフ判定部２６は、アクセル開度センサ２４と協働して、アクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったかどうかを検知するアクセル状態検知部を構成している。

【0038】

例えば図２に示されるように、車両２が急な上り坂Ｒａを走行するときは、アクセルペダルが踏み込まれるため、アクセルオン状態となっている。その後、車両２が上り坂Ｒａを上り切ってから急な下り坂Ｒｂを走行するときは、アクセルペダルが踏み込まれないため、アクセルオフ状態となる。

【0039】

記憶部２７には、図３に示されるように、アクセル２４ａの開度に応じたメインスロットルバルブ７の開度データが記憶されている。つまり、記憶部２７は、アクセル２４ａがオン状態からオフ状態になるときのメインスロットルバルブ７の開度データを記憶している。

【0040】

図３に示される開度データでは、アクセル２４ａの開度が規定値以上であるときは、メインスロットルバルブ７の開度はアクセル２４ａの開度に比例して増加する。アクセル２４ａの開度が規定値以下であるときは、メインスロットルバルブ７の開度はアクセル２４ａの開度に関わらず一定値Ａである。従って、アクセル２４ａの開度が０（アクセルオフ）であっても、メインスロットルバルブ７が少し開くようにメインスロットルバルブ７の開度が設定されている。このような開度データは、実験等により予め決められている。

【0041】

空気流制御部２８は、アクセルオフ判定部２６によりアクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、空気流路１３よりも吸気通路４に優先して空気が流れるようにメインスロットルバルブ７及びサブスロットルバルブ１４を制御する。メインスロットルバルブ７及びサブスロットルバルブ１４は、制御対象である。

【0042】

空気流制御部２８は、アクセルオフ判定部２６によりアクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、サブスロットルバルブ１４を閉じるように制御すると共に、メインスロットルバルブ７を開くように制御する。このとき、空気流制御部２８は、記憶部２７に記憶されたメインスロットルバルブ７の開度データに応じてメインスロットルバルブ７の開度を制御する。

【0043】

図４は、空気流制御部２８により実行される空気流制御処理の手順を示すフローチャートである。本処理は、車両２のイグニッションスイッチ（図示せず）がＯＮ操作されると、実行される。

【0044】

図４において、空気流制御部２８は、まずアクセルオフ判定部２６によりアクセルオン状態からアクセルオフ状態になったと判定されたかどうかを判断する（手順Ｓ１０１）。空気流制御部２８は、アクセルオン状態からアクセルオフ状態になったと判定されたときは、記憶部２７に記憶されたメインスロットルバルブ７の開度データを読み込む（手順Ｓ１０２）。

【0045】

そして、空気流制御部２８は、読み込んだ開度データに応じてメインスロットルバルブ７の開度を制御すると共に、サブスロットルバルブ１４を全閉とするように制御する（手順Ｓ１０３）。

【0046】

以上のようなエンジンシステム１において、車両２のイグニッションスイッチ（図示せず）がＯＮ操作されると、電気ヒータ２２が通電されることで、改質部２１が加熱されるため、改質部２１の温度が上昇する。

【0047】

そして、メインスロットルバルブ７が開弁することで、アンモニアエンジン３に空気が供給される。また、サブインジェクタ１５及びサブスロットルバルブ１４が開弁することで、改質部２１にアンモニアガス及び空気が供給される。

【0048】

そして、改質部２１の温度が活性化温度に達すると、改質触媒２１ａによりアンモニアガスが燃焼する。具体的には、下記式のように、アンモニアと空気中の酸素とが化学反応する（発熱反応）。
ＮＨ_３＋３／４Ｏ_２→１／２Ｎ_２＋３／２Ｈ_２Ｏ …（Ａ）

【0049】

すると、アンモニアガスの燃焼熱によって改質部２１の温度が更に上昇する。そして、改質部２１の温度が反応温度に達すると、改質触媒２１ａによりアンモニアガスが改質される。具体的には、下記式のように、アンモニアの分解反応が起こり（吸熱反応）、水素を含む改質ガスが生成される。
ＮＨ_３→３／２Ｈ_２＋１／２Ｎ_２ …（Ｂ）

【0050】

改質ガスは、改質ガス流路１６及び吸気通路４を流れてアンモニアエンジン３に供給される。また、メインインジェクタ６が開弁することで、アンモニアエンジン３にアンモニアガスが供給される。そして、アンモニアエンジン３において、アンモニアガスが改質ガス中の水素と共に燃焼する定常状態に移行する。

【0051】

定常状態では、アンモニアエンジン３の回転数及び負荷に応じて、メインインジェクタ６及びサブインジェクタ１５の開度が制御されると共に、メインスロットルバルブ７及びサブスロットルバルブ１４の開度が制御される。

【0052】

例えば図２に示されるように、車両２が急な上り坂Ｒａを走行するときは、アクセルペダルの踏込量が多くなり、アクセルオン状態である。このため、メインインジェクタ６及びサブインジェクタ１５の開度が大きくなり、アンモニアエンジン３及び改質部２１へのアンモニアガスの供給量が増加すると共に、メインスロットルバルブ７及びサブスロットルバルブ１４の開度が大きくなり、アンモニアエンジン３及び改質部２１への空気の供給量が増加する。

【0053】

その後、車両２が急な下り坂Ｒｂを走行するときは、アクセルペダルが踏まれず、アクセルオフ状態となる。このとき、メインインジェクタ６及びサブインジェクタ１５が全閉状態となり、アンモニアエンジン３及び改質部２１にアンモニアガスが供給されなくなる。また、サブスロットルバルブ１４は全閉状態となるが、メインスロットルバルブ７は少しだけ開く。

【0054】

ところで、従来一般では、アクセル２４ａの開度が０になると、メインスロットルバルブ７の開度が０となるため（図３中の破線参照）、メインスロットルバルブ７もサブスロットルバルブ１４と同様に全閉状態となる。

【0055】

ただし、メインスロットルバルブ７及びサブスロットルバルブ１４は、安価なバタフライ弁で構成されており、全閉時でも完全密閉ではないため、徐々に空気が漏れる。このため、サブスロットルバルブ１４が全閉状態であっても、改質部２１に少量の空気が流れてしまう。改質部２１は還元雰囲気で動作するため、改質触媒２１ａは還元状態となっている。そのような改質触媒２１ａに少量の空気が流れ込むと、改質触媒２１ａと空気との酸化反応が起こるため、改質触媒２１ａの温度が上昇する。その結果、改質触媒２１ａの酸化劣化につながってしまう。

【0056】

そのような課題に対し、本実施形態では、図３に示されるように、アクセル２４ａの開度が０（アクセルオフ）になっても、吸気通路４をアンモニアエンジン３に向かって少量の空気が流れるようにメインスロットルバルブ７の開度が制御されるため、改質部２１に空気が流れにくい。

【0057】

以上のように本実施形態によれば、車両２のアクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、空気流路１３よりも吸気通路４に優先して空気が流れるようにメインスロットルバルブ７及びサブスロットルバルブ１４が制御される。このため、改質部２１に向かって空気が流れにくくなる。従って、サブスロットルバルブ１４として、全閉時に完全に密閉しないバタフライ弁が使用される場合でも、改質部２１の改質触媒２１ａに空気が流れ込みにくくなる。これにより、改質触媒２１ａの酸化劣化が防止される。

【0058】

また、本実施形態では、アクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、サブスロットルバルブ１４が閉じるように制御されると共に、メインスロットルバルブ７が開くように制御される。このため、アクセル２４ａがオン状態からオフ状態になっても、空気が吸気通路４をアンモニアエンジン３に向かって流れることとなる。従って、特に新たなバルブを追加しなくても、空気流路１３よりも吸気通路４に優先して空気が流れる。

【0059】

また、本実施形態では、アクセル２４ａがオン状態からオフ状態になるときのメインスロットルバルブ７の開度データを予め取得して記憶部２７に保存すればよいため、メインスロットルバルブ７の開度制御においてセンサを使用しなくて済み、制御処理の簡素化を図ることができる。

【0060】

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、上記の第１実施形態における構成に加え、流量センサ３１，３２を備えている。

【0061】

流量センサ３１は、吸気通路４におけるメインスロットルバルブ７とアンモニアエンジン３との間に接続されている。流量センサ３１は、吸気通路４におけるメインスロットルバルブ７よりも下流側の空気の流量を検出するセンサ（第１流量検出部）である。

【0062】

流量センサ３２は、空気流路１３におけるサブスロットルバルブ１４と改質器１２との間に接続されている。流量センサ３２は、空気流路１３におけるサブスロットルバルブ１４よりも下流側の空気の流量を検出するセンサ（第２流量検出部）である。

【0063】

また、エンジンシステム１Ａは、上記の第１実施形態におけるコントローラ２５に代えて、コントローラ２５Ａを備えている。コントローラ２５Ａは、上記のアクセルオフ判定部２６と、空気流制御部２８Ａとを有している。

【0064】

空気流制御部２８Ａは、アクセルオフ判定部２６によりアクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、サブスロットルバルブ１４を閉じるように制御すると共に、流量センサ３１，３２の検出値に基づいてメインスロットルバルブ７を開くように制御する。

【0065】

このとき、空気流制御部２８Ａは、吸気通路４におけるメインスロットルバルブ７よりも下流側の空気の流量が空気流路１３におけるサブスロットルバルブ１４よりも下流側の空気の流量に比べて多くなるようにメインスロットルバルブ７の開度を制御する。

【0066】

図６は、空気流制御部２８Ａにより実行される空気流制御処理の手順を示すフローチャートであり、図４に対応している。

【0067】

図６において、空気流制御部２８Ａは、上記の手順Ｓ１０１でアクセルオン状態からアクセルオフ状態になったと判定されたときは、流量センサ３１，３２の検出値を取得する（手順Ｓ１１２）。

【0068】

そして、空気流制御部２８Ａは、吸気通路４におけるメインスロットルバルブ７よりも下流側の空気の流量（メイン側の空気流量）が空気流路１３におけるサブスロットルバルブ１４よりも下流側の空気の流量（サブ側の空気流量）よりも多くなるようなメインスロットルバルブ７の開度を設定する（手順Ｓ１１３）。このとき、アンモニアエンジン３に向かって所望量の空気が流れることで、改質部２１に向かう空気の流量がほぼ０となるように、メインスロットルバルブ７の開度が設定される。

【0069】

続いて、空気流制御部２８Ａは、手順Ｓ１１３で設定された開度に応じてメインスロットルバルブ７の開度を制御すると共に、サブスロットルバルブ１４を全閉とするように制御する（手順Ｓ１１４）。

【0070】

以上のような本実施形態では、アクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、吸気通路４におけるメインスロットルバルブ７よりも下流側の空気の流量が空気流路１３におけるサブスロットルバルブ１４よりも下流側の空気の流量に比べて多くなるようにメインスロットルバルブ７の開度が制御される。従って、メインスロットルバルブ７の開度制御を容易に行いつつ、改質部２１に供給される空気の流量をゼロに近づけることができる。

【0071】

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、上記の第１実施形態における構成に加え、圧力センサ３５，３６を備えている。

【0072】

圧力センサ３５は、吸気通路４におけるメインスロットルバルブ７とアンモニアエンジン３との間に接続されている。圧力センサ３５は、吸気通路４におけるメインスロットルバルブ７よりも下流側の圧力を検出する第１圧力検出部である。

【0073】

圧力センサ３６は、空気流路１３におけるサブスロットルバルブ１４と改質器１２との間に接続されている。圧力センサ３６は、空気流路１３におけるサブスロットルバルブ１４よりも下流側の圧力を検出する第２圧力検出部である。

【0074】

また、エンジンシステム１Ｂは、上記の第１実施形態におけるコントローラ２５に代えて、コントローラ２５Ｂを備えている。コントローラ２５Ｂは、上記のアクセルオフ判定部２６と、空気流制御部２８Ｂとを有している。

【0075】

空気流制御部２８Ｂは、アクセルオフ判定部２６によりアクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、サブスロットルバルブ１４を閉じるように制御すると共に、圧力センサ３５，３６の検出値に基づいてメインスロットルバルブ７を開くように制御する。

【0076】

このとき、空気流制御部２８Ｂは、空気流路１３におけるサブスロットルバルブ１４よりも下流側の圧力が吸気通路４におけるメインスロットルバルブ７よりも下流側の圧力に比べて高くなるようにメインスロットルバルブ７の開度を制御する。

【0077】

図８は、空気流制御部２８Ｂにより実行される空気流制御処理の手順を示すフローチャートであり、図４に対応している。

【0078】

図８において、空気流制御部２８Ｂは、上記の手順Ｓ１０１でアクセルオン状態からアクセルオフ状態になったと判定されたときは、圧力センサ３５，３６の検出値を取得する（手順Ｓ１２２）。

【0079】

そして、空気流制御部２８Ｂは、空気流路１３におけるサブスロットルバルブ１４よりも下流側の圧力（サブ側の圧力）が吸気通路４におけるメインスロットルバルブ７よりも下流側の圧力（メイン側の圧力）よりも高くなるようなメインスロットルバルブ７の開度を設定する（手順Ｓ１２３）。

【0080】

続いて、空気流制御部２８Ｂは、手順Ｓ１２３で設定された開度に応じてメインスロットルバルブ７の開度を制御すると共に、サブスロットルバルブ１４を全閉とするように制御する（手順Ｓ１２４）。

【0081】

以上のような本実施形態では、アクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、空気流路１３におけるサブスロットルバルブ１４よりも下流側の圧力が吸気通路４におけるメインスロットルバルブ７よりも下流側の圧力に比べて高くなるようにメインスロットルバルブ７の開度が制御される。従って、空気流路１３側から吸気通路４側に空気が流れるため、改質部２１に向かって空気が流れにくくなる。

【0082】

図９は、本発明の第４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９において、本実施形態のエンジンシステム１Ｃは、上記の第１実施形態における構成に加え、温度センサ３８を備えている。

【0083】

温度センサ３８は、改質部２１に接続されている。温度センサ３８は、改質部２１の温度を検出する温度検出部である。温度センサ３８は、例えば改質触媒２１ａの温度を検出する。

【0084】

また、エンジンシステム１Ｃは、上記の第１実施形態におけるコントローラ２５に代えて、コントローラ２５Ｃを備えている。コントローラ２５Ｃは、上記のアクセルオフ判定部２６と、空気流制御部２８Ｃとを有している。

【0085】

空気流制御部２８Ｃは、アクセルオフ判定部２６によりアクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、サブスロットルバルブ１４を閉じるように制御すると共に、温度センサ３８の検出値に基づいてメインスロットルバルブ７を開くように制御する。

【0086】

このとき、空気流制御部２８Ｃは、改質部２１の温度が所定時間内において改質触媒２１ａの劣化温度に達しないようにメインスロットルバルブ７の開度を制御する。具体的には、空気流制御部２８Ｃは、温度センサ３８により時系列に検出された改質部２１の温度に基づいて改質部２１の温度上昇の傾きを求め、改質部２１の温度上昇の傾きが閾値以下となるようにメインスロットルバルブ７の開度を制御する。

【0087】

図１０は、空気流制御部２８Ｃにより実行される空気流制御処理の手順を示すフローチャートであり、図４に対応している。

【0088】

図１０において、空気流制御部２８Ｃは、上記の手順Ｓ１０１でアクセルオン状態からアクセルオフ状態になったと判定されたときは、温度センサ３８の検出値を時系列に取得する（手順Ｓ１３２）。

【0089】

そして、空気流制御部２８Ｃは、温度センサ３８の時系列の検出値に基づいて、改質部２１の温度上昇の傾きを算出する（手順Ｓ１３３）。続いて、空気流制御部２８Ｃは、改質部２１の温度上昇の傾きが閾値以下となるようなメインスロットルバルブ７の開度を設定する（手順Ｓ１３４）。

【0090】

例えば図１１（ａ）に示されるように、車両２が定常運転で走行しているときにアクセルオン状態からアクセルオフ状態に切り換わると、改質触媒２１ａの温度が定常運転温度Ｔ０（例えば６００℃程度）から上昇し、改質触媒２１ａの温度が劣化温度Ｔｘを超えることがある。劣化温度Ｔｘは、改質触媒２１ａが酸化劣化する温度である。

【0091】

閾値は、図１１（ｂ）に示されるように、車両２が下り坂Ｒｂ（図２参照）を走行する際に想定される所定時間において改質触媒２１ａの温度が劣化温度Ｔｘに達しないような傾き値Ｓである。

【0092】

続いて、空気流制御部２８Ｃは、手順Ｓ１３４で設定された開度に応じてメインスロットルバルブ７の開度を制御すると共に、サブスロットルバルブ１４を全閉とするように制御する（手順Ｓ１３５）。

【0093】

以上のような本実施形態では、アクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、改質部２１の温度が所定時間内において改質触媒２１ａの劣化温度に達しないようにメインスロットルバルブ７の開度が制御される。従って、所定時間内において、改質部２１の温度が改質触媒２１ａの劣化温度に達することがないため、改質触媒２１ａの酸化劣化が防止される。

【0094】

また、本実施形態では、時系列に検出された改質部２１の温度に基づいて改質部２１の温度上昇の傾きが求められ、改質部２１の温度上昇の傾きが閾値以下となるようにメインスロットルバルブ７の開度が制御される。このように改質部２１の温度上昇の傾きを求めることにより、改質部２１の温度が所定時間内において改質触媒２１ａの劣化温度に達しないようなメインスロットルバルブ７の開度制御を容易に実現することができる。

【0095】

図１２は、本発明の第５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１２において、本実施形態のエンジンシステム１Ｄは、上記の第１実施形態における構成に加え、空気流路１３に配設された開閉弁４０を備えている。

【0096】

開閉弁４０は、空気流路１３におけるサブスロットルバルブ１４よりも上流側に配設されている。開閉弁４０は、空気流路１３における空気の流れを許容または遮断する電磁式のＯＮ／ＯＦＦ弁である。開閉弁４０は、サブスロットルバルブ１４に比べて、閉状態において空気が漏れにくい。なお、開閉弁４０は、空気流路１３におけるサブスロットルバルブ１４よりも下流側に配設されていてもよい。

【0097】

また、エンジンシステム１Ｄは、上記の第１実施形態におけるコントローラ２５に代えて、コントローラ２５Ｄを備えている。コントローラ２５Ｄは、上記のアクセルオフ判定部２６と、空気流制御部２８Ｄとを有している。

【0098】

空気流制御部２８Ｄは、アクセルオフ判定部２６によりアクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、空気流路１３よりも吸気通路４に優先して空気が流れるようにメインスロットルバルブ７、サブスロットルバルブ１４及び開閉弁４０を制御する。開閉弁４０は、メインスロットルバルブ７及びサブスロットルバルブ１４と共に制御対象である。

【0099】

空気流制御部２８Ｄは、通常は開閉弁４０を開くように制御する。空気流制御部２８Ｄは、アクセルオフ判定部２６によりアクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、メインスロットルバルブ７及びサブスロットルバルブ１４を閉じるように制御すると共に、開閉弁４０を閉じるように制御する。

【0100】

図１３は、空気流制御部２８Ｄにより実行される空気流制御処理の手順を示すフローチャートであり、図４に対応している。

【0101】

図１３において、空気流制御部２８Ｄは、上記の手順Ｓ１０１でアクセルオン状態からアクセルオフ状態になったと判定されたときは、メインスロットルバルブ７及びサブスロットルバルブ１４を全閉とするように制御する（手順Ｓ１４２）。また、空気流制御部２８Ｄは、開閉弁４０を閉じるように制御する（手順Ｓ１４３）。

【0102】

以上のような本実施形態では、アクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されると、メインスロットルバルブ７及びサブスロットルバルブ１４が閉じるように制御されると共に、開閉弁４０が閉じるように制御される。従って、アクセル２４ａがオン状態からオフ状態になると、開閉弁４０が閉弁することで、空気が空気流路１３を改質部２１に向かって流れにくくなるため、空気流路１３よりも吸気通路４に優先して空気が流れる。

【0103】

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、アクセル開度センサ２４によりアクセル２４ａの開度（アクセルペダルの踏込量）がアクセル２４ａの状態として検出されているが、特にその形態には限られず、アクセルペダルの踏込位置等をアクセル２４ａの状態として検出してもよい。

【0104】

また、上記実施形態では、改質部２１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２１ａを有しているが、特にそのような形態には限られない。改質部２１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。

【0105】

また、上記実施形態では、燃料としてアンモニアが使用されているが、本発明は、燃料として炭化水素等を使用するエンジンシステムにも適用可能である。

【0106】

また、上記実施形態では、車両２が急な下り坂Ｒｂを走行することで、アクセル２４ａがオン状態からオフ状態になったことが検知されているが、本発明は、特に下り坂の走行だけではなく、例えば平坦な道路を走行中にエンジンブレーキをかける場合や、エンジンの停止直後に惰性でエンジンのクランクが回転する場合などにも適用可能である。

【符号の説明】

【0107】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…エンジンシステム、２…車両、３…アンモニアエンジン（エンジン）、４…吸気通路、６…メインインジェクタ（第１燃料供給弁）、７…メインスロットルバルブ（第１スロットル弁、制御対象）、１３…空気流路、１４…サブスロットルバルブ（第２スロットル弁、制御対象）、１５…サブインジェクタ（第２燃料供給弁）、１６…改質ガス流路、２１…改質部、２１ａ…改質触媒（触媒）、２４…アクセル開度センサ（アクセル状態検知部）、２４ａ…アクセル、２６…アクセルオフ判定部（アクセル状態検知部）、２７…記憶部、２８，２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄ…空気流制御部、３１…流量センサ（第１流量検出部）、３２…流量センサ（第２流量検出部）、３５…圧力センサ（第１圧力検出部）、３６…圧力センサ（第２圧力検出部）、３８…温度センサ（温度検出部）、４０…開閉弁（制御対象）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】