JP2009085169A

JP2009085169A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2009085169A
Application number: JP2007258602A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Miyagawa; 浩宮川; Makoto Koike; 誠小池
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】内燃機関の燃焼変動を抑えた安定な運転を実現する。
【解決手段】内燃機関１０は、アンモニアとこのアンモニアの燃焼を促進させるためのガソリン（助燃燃料）とを燃料として使用し、アンモニアをアンモニアインジェクタ２２から吸気管２０内に噴射し、ガソリンをガソリンインジェクタ２４から吸気管２０内に噴射する。アンモニアインジェクタ２２及びガソリンインジェクタ２４の駆動制御を行う電子制御装置４０は、冷却水温度センサ４２で検出された内燃機関１０の冷却水の温度Ｔｗが所定温度Ｔ０以下である場合は、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射を停止させ、ガソリンインジェクタ２４からガソリンを噴射させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、アンモニアと該アンモニアの燃焼を促進させるための助燃燃料とを燃料として使用する内燃機関の制御を行う装置に関する。

石油系燃料以外の燃料としてアンモニア（ＮＨ₃）を使用する内燃機関が提案されており、その関連技術が下記特許文献１及び非特許文献１に開示されている。アンモニアを内燃機関の燃料として使用することで二酸化炭素（ＣＯ₂）の排出量削減を図ることが可能となるが、アンモニアはガソリン等の石油系燃料と比較して燃焼速度が遅く燃えにくい性質を有する。特許文献１では、燃焼後の排気ガスの熱を利用してアンモニアを分解して水素ガス（Ｈ₂）を生成し、この水素ガスを副燃焼室内に導入して初期燃焼を行わせることで、燃焼室内のアンモニアの燃焼を促進させている。

特開平５−３３２１５２号公報 Shawn M. Grannell他,"THE OPERATING FEATURES OF A STOICHIOMETRIC,AMMONIA AND GASOLINE DUAL FUELED SPARK IGNITION ENGINE",IMECE2006-13048,2006 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition,2006

内燃機関において、燃焼変動を抑えた安定な運転を行うためには、ピストンが上死点付近にある間に燃焼を完結させるのに十分な燃焼速度で燃料を燃焼させる必要がある。ただし、燃料の燃焼速度は、燃料の種類のみならずシリンダ内ガス温度によっても影響を受け、シリンダ内ガス温度が低いと燃焼速度も低くなる。アンモニアと助燃燃料とを燃料として使用する内燃機関において、シリンダ内ガス温度が低いときは、燃焼速度の遅いアンモニアの使用割合が過剰となり、燃焼変動が増大して内燃機関の安定な運転が困難となる。

また、アンモニアは臭気の強いガスであるため、アンモニアと助燃燃料とを内燃機関の燃料として使用する場合は、シリンダ内からの排出ガスに含まれる未燃アンモニアを排気浄化装置で浄化することが望ましい。ただし、排気浄化装置による未燃アンモニアの浄化性能は、排気浄化装置を通る排出ガスの温度により影響を受け、排出ガス温度がある閾値を下回るとアンモニア浄化率が急激に低下する。そのため、排出ガス温度が低いときにアンモニアを使用すると、未燃アンモニアの排出を抑えることが困難となる。

特許文献１では、アンモニアと水素との使用配分が示されておらず、シリンダ内ガス温度が低いときは、内燃機関の燃焼変動を抑えた安定な運転を行うことが困難となる虞がある。また、排出ガス温度が低いときは、未燃アンモニアの排出を抑えることが困難となる虞がある。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の燃焼変動を抑えた安定な運転を実現することを目的の１つとする。また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、未燃アンモニアの排出を安定して抑えることを目的の１つとする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上述した目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、アンモニアと該アンモニアの燃焼を促進させるための助燃燃料とを燃料として使用する内燃機関の制御を行う装置であって、内燃機関の冷却液の温度を取得する冷却液温度取得手段と、冷却液温度取得手段で取得された冷却液の温度が所定温度以下である場合にアンモニアの使用を禁止する燃料制御手段と、を備えることを要旨とする。

本発明によれば、内燃機関の冷却液の温度が所定温度以下である場合にアンモニアの使用を禁止することで、燃料の燃焼速度の低下を抑えることができ、内燃機関の燃焼変動を抑えた安定な運転を実現することができる。

また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、アンモニアと該アンモニアの燃焼を促進させるための助燃燃料とを燃料として使用する内燃機関の制御を行う装置であって、内燃機関の始動時にアンモニアの使用を禁止する燃料制御手段を備えることを要旨とする。

本発明によれば、内燃機関の始動時にアンモニアの使用を禁止することで、内燃機関の燃焼変動を抑えた安定な始動を実現することができるとともに、未燃アンモニアの排出を安定して抑えることができる。

また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、アンモニアと該アンモニアの燃焼を促進させるための助燃燃料とを燃料として使用し、排出ガスに含まれるアンモニアを排気浄化装置で浄化する内燃機関の制御を行う装置であって、排気浄化装置の前あるいは後における排出ガスの温度を取得する排気温度取得手段と、排気温度取得手段で取得された排出ガスの温度が所定温度以下である場合にアンモニアの使用を禁止する燃料制御手段と、を備えることを要旨とする。

本発明によれば、排気浄化装置の前あるいは後における排出ガスの温度が所定温度以下である場合にアンモニアの使用を禁止することで、未燃アンモニアの排出を安定して抑えることができる。

本発明の一態様では、助燃燃料は、水素、炭化水素系燃料、及びアルコール系燃料のいずれか１つ以上を含むことが好適である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

「実施形態１」
図１は、本発明の実施形態１に係る制御装置の概略構成を制御対象である内燃機関１０とともに示す図である。内燃機関１０は、アンモニア（第１の燃料）とこのアンモニアの燃焼を促進させるための助燃燃料（第２の燃料）とを燃料として使用するものである。図１は、助燃燃料としてガソリン（炭化水素系燃料）を使用する例を示している。

アンモニアタンク１２内にはアンモニア（ＮＨ₃）が貯溜されており、ガソリンタンク１４内にはガソリンが貯溜されている。アンモニアタンク１２内に貯溜されたアンモニアは、ポンプによりアンモニアインジェクタ２２に供給され、ガソリンタンク１４内に貯溜されたガソリンは、ポンプによりガソリンインジェクタ２４に供給される。吸気管２０内に臨むアンモニアインジェクタ２２は、アンモニアタンク１２から供給されたアンモニアを吸気管２０内に噴射し、吸気管２０内に臨むガソリンインジェクタ２４は、ガソリンタンク１４から供給されたガソリンを吸気管２０内に噴射する。アンモニアインジェクタ２２及びガソリンインジェクタ２４からそれぞれ噴射されたアンモニア及びガソリンは、吸気行程にて空気とともにシリンダ１１内に導入される。内燃機関１０は、燃料（アンモニア及びガソリン）と空気との混合気をシリンダ１１内で燃焼させることで動力を発生する。燃焼後の排出ガスは、排気行程にてシリンダ１１内から排気管２１内へ排出され、排気浄化装置として設けられた排気触媒３０で浄化される。燃焼後の排出ガスには窒素酸化物（ＮＯｘ）や未燃アンモニア等が含まれており、窒素酸化物や未燃アンモニア等が排気触媒３０で浄化される。また、シリンダ１１には、内燃機関１０の冷却水（冷却液）の温度Ｔｗを検出する冷却水温度センサ４２が付設されている。

図１は、アンモニア及び助燃燃料（ガソリン）を吸気管２０内に噴射する例を示しているが、アンモニアインジェクタ２２をシリンダ１１内に臨ませてアンモニアをシリンダ１１内に直接噴射することもできるし、ガソリンインジェクタ２４をシリンダ１１内に臨ませてガソリンをシリンダ１１内に直接噴射することもできる。また、点火栓の火花放電によりシリンダ１１内の混合気に点火することでシリンダ１１内の混合気を火炎伝播燃焼させることもできるし、シリンダ１１内の燃料（アンモニア及び助燃燃料）を圧縮自着火により燃焼させることもできる。

電子制御装置（ＥＣＵ）４０は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭと、一時的にデータを記憶するＲＡＭと、入出力ポートと、を備える。この電子制御装置４０には、冷却水温度センサ４２により検出された内燃機関１０の冷却水温度Ｔｗを示す信号が入力ポートを介して入力されている。さらに、図示しない各センサにより検出された内燃機関１０の回転数を示す信号、及びスロットル開度を示す信号等も入力ポートを介して入力されている。一方、電子制御装置４０からは、アンモニアインジェクタ２２の駆動制御を行うためのアンモニア噴射制御信号、及びガソリンインジェクタ２４の駆動制御を行うためのガソリン噴射制御信号等が出力ポートを介して出力されている。電子制御装置４０は、内燃機関１０の回転数及びスロットル開度に基づいて燃料の目標総噴射量及び目標噴射配分を演算し、燃料の総噴射量及び噴射配分が目標総噴射量及び目標噴射配分にそれぞれ一致するようにアンモニアインジェクタ２２及びガソリンインジェクタ２４の駆動制御をそれぞれ行うことで、アンモニアの噴射量（使用量）及びガソリンの噴射量（使用量）をそれぞれ制御する。これによって、アンモニアとガソリン（助燃燃料）との噴射配分（使用配分）を制御することができる。

内燃機関において、燃焼変動を抑えた安定な運転を行うためには、ピストンが上死点付近にある間に燃焼を完結させるのに十分な燃焼速度で燃料を燃焼させる必要がある。アンモニアは、ガソリン等の炭化水素系燃料と比較して燃焼速度が遅く燃えにくい物質であるが、アンモニアだけでなく助燃燃料（図１に示す例ではガソリン）もシリンダ１１内にて燃焼させることで、アンモニアの燃焼を促進させることができる。アンモニアに対して助燃燃料の使用割合を変化させた場合の燃焼速度の変化を計算により調べた結果を図２に示す。図２は、助燃燃料としてガソリンを用いたときの燃焼速度の計算結果と、助燃燃料として水素を用いたときの燃焼速度の計算結果とを示す。図２に示すように、助燃燃料の使用割合を増加させる（アンモニアの使用割合を減少させる）ことで、燃焼速度を増大できることがわかる。ただし、燃料の燃焼速度は、燃料の種類のみならずシリンダ１１内ガス温度（混合気温度）によっても影響を受ける。アンモニアとガソリン（助燃燃料）との噴射割合を変化させながら混合気温度に対する燃焼速度の特性を計算により調べた結果を図３に示す。図３に示す計算結果においては、燃焼速度が許容限界値を下回ると燃焼変動が増大して内燃機関の安定な運転が困難となる。

図３に示すように、いずれのアンモニア噴射割合においても、混合気温度が低くなるほど燃焼速度が低くなることがわかる。そして、アンモニア噴射割合が高くなるほど燃焼速度が低くなり、アンモニアの噴射割合がある程度以上である場合に混合気温度がある閾値を下回ると、燃焼速度が許容限界値を下回ることがわかる。図３には、内燃機関の始動時（冷間始動時）における混合気温度の範囲も示している。このように、内燃機関の始動時等、混合気温度が低いときは、圧縮温度が低く、燃焼速度を上げることが困難となる。さらに、アンモニアは気化潜熱が大きいため、吸気管２０内やシリンダ１１内に噴射すると、圧縮温度がさらに低下する。そこで、本実施形態では、電子制御装置４０は、内燃機関１０の始動時には、アンモニアの使用を禁止し、助燃燃料（ガソリン）のみを使用する。すなわち、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射を停止させ、ガソリンインジェクタ２４からガソリンを噴射させる。そして、電子制御装置４０は、内燃機関１０の暖機終了まで、アンモニアの使用を禁止し、助燃燃料のみを使用する。内燃機関１０の暖機終了については、冷却水温度Ｔｗから容易に判断でき、例えば冷却水温度センサ４２で取得された内燃機関１０の冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔ０を超えた場合に、内燃機関１０の暖機が終了したと判定することができる。

冷却水温度Ｔｗとアンモニア噴射割合の時系列変化を図４に示す。図４に示すように、内燃機関１０の始動時（冷間始動時）においては、冷却水温度Ｔｗがアンモニア噴射許容温度Ｔ０以下であり、電子制御装置４０は、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射を停止させ（使用を禁止し）、ガソリンインジェクタ２４からガソリンを噴射させる。すなわち、アンモニア噴射割合を０％とする。そして、内燃機関１０の始動後においても、冷却水温度センサ４２で取得された冷却水温度Ｔｗがアンモニア噴射許容温度Ｔ０以下である場合は、電子制御装置４０は、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射を停止させ、ガソリンインジェクタ２４からガソリンを噴射させる。冷却水温度Ｔｗが上昇してアンモニア噴射許容温度Ｔ０を上回ると、電子制御装置４０は、アンモニアの使用を許容し、アンモニアインジェクタ２２及びガソリンインジェクタ２４からアンモニア及びガソリンをそれぞれ噴射させる。そして、電子制御装置４０は、図４に示すように、冷却水温度Ｔｗの上昇に対してアンモニア噴射割合を徐々に増大させる。このように、内燃機関１０の暖機終了までアンモニアの噴射を禁止することで、図３に示すように、混合気温度が低い場合であっても許容限界値以上の燃焼速度を得ることができる。そして、内燃機関１０の暖機終了後は、混合気温度も十分上昇しているため、アンモニア噴射割合を増大させても許容限界値以上の燃焼速度を得ることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、内燃機関１０の始動時にアンモニアの噴射を禁止して助燃燃料のみを噴射することで、燃料の燃焼速度の低下を抑えることができるので、内燃機関１０の安定な始動を行うことができ、内燃機関１０の始動性を向上させることができる。そして、冷却水温度Ｔｗがアンモニア噴射許容温度Ｔ０以下である場合にアンモニアの噴射を禁止して助燃燃料のみを噴射することで、内燃機関１０の燃焼変動を抑えた安定な運転を実現することができる。冷却水温度Ｔｗがアンモニア噴射許容温度Ｔ０を超えた後は、アンモニアの噴射を許容することで、燃焼変動を抑えながらアンモニアの利用効率を向上させることができる。

「実施形態２」
図５は、本発明の実施形態２に係る制御装置の概略構成を制御対象である内燃機関１０とともに示す図である。以下の実施形態２の説明では、実施形態１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図５は、助燃燃料として水素（Ｈ₂）を使用する例を示している。図５は、過給器２８及びインタークーラ２９を有する過給エンジンの例を示しており、排気管２１における排気触媒３０の下流側にアンモニア分解器３１が設けられている。アンモニア分解器３１は、排気管２１内に排出された燃焼後の排出ガスの熱を利用して、アンモニアタンク１２から供給されたアンモニアを分解して水素を生成する。アンモニア分解器３１で生成された水素（分解ガス）は、クーラ３２で冷却されてから分解ガス貯蔵装置３４に蓄えられる。ここでの分解ガス貯蔵装置３４としては、水素吸蔵合金を用いることもできるし、圧力タンクを用いることもできる。分解ガス貯蔵装置３４に蓄えられた水素は、分解ガス噴射弁３３から吸気管２０内に噴射される。ただし、本実施形態では、例えばプラズマを利用してアンモニアを改質することで水素を生成することもできる。

排気管２１には、内燃機関１０の排出ガスの温度Ｔｅを検出する排気温度センサ４４が付設されている。図５に示す例では、排気管２１における排気触媒３０よりも上流側の位置に排気温度センサ４４が付設されており、排気温度センサ４４により排気触媒３０の前（上流）における排出ガスの温度Ｔｅが検出される。ただし、排気管２１における排気触媒３０よりも下流側の位置に排気温度センサ４４を付設し、排気温度センサ４４により排気触媒３０の後（下流）における排出ガスの温度Ｔｅを検出することもできる。電子制御装置４０には、排気温度センサ４４により検出された排気触媒３０の前（あるいは後）における排出ガスの温度Ｔｅを示す信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御装置４０は、アンモニアインジェクタ２２及び分解ガス噴射弁３３の駆動制御をそれぞれ行うことで、アンモニアの噴射量及び水素の噴射量をそれぞれ制御し、アンモニアと水素との噴射配分（使用配分）を制御する。

アンモニアは臭気の強いガスであるため、シリンダ１１内からの排出ガスに含まれる未燃アンモニアについては排気触媒３０で浄化することが望ましい。ただし、排気触媒３０による未燃アンモニアの浄化性能は、排出ガス温度Ｔｅにより影響を受ける。排気触媒３０について、触媒入りガス温度Ｔｅに対するアンモニア浄化率の特性を実験により調べた結果を図６に示す。図６に示すように、触媒入りガス温度Ｔｅがある閾値Ｔ１（例えば２５０℃程度の値）を下回ると、アンモニア浄化率が許容限界値より急激に低下し、排気触媒３０がアンモニアの浄化に対して活性を示さなくなることがわかる。このように、内燃機関の始動時（冷間始動時）等、排出ガス温度Ｔｅがアンモニアの浄化に対して活性を示す温度より低いときは、排気触媒３０による未燃アンモニアの浄化率が低下する。そこで、本実施形態では、電子制御装置４０は、内燃機関１０の始動時には、アンモニアの使用を禁止し、助燃燃料（水素）のみを使用する。すなわち、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射を停止させ、分解ガス貯蔵装置３４に蓄えられた水素を分解ガス噴射弁３３から噴射させる。そして、電子制御装置４０は、排気触媒３０の暖機終了まで、アンモニアの使用を禁止し、助燃燃料のみを使用する。排気触媒３０の暖機終了については、排気触媒３０の前（あるいは後）における排出ガス温度Ｔｅから容易に判断でき、例えば排気温度センサ４４で取得された排気触媒３０の前（あるいは後）における排出ガス温度Ｔｅが所定温度Ｔ１を超えた場合に、排気触媒３０の暖機が終了したと判定することができる。

排出ガス温度Ｔｅとアンモニア噴射割合の時系列変化を図７に示す。図７に示すように、内燃機関１０の始動時（冷間始動時）においては、排出ガス温度Ｔｅがアンモニア噴射許容温度Ｔ１以下であり、電子制御装置４０は、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射を停止させ（使用を禁止し）、分解ガス噴射弁３３から水素を噴射させる。すなわち、アンモニア噴射割合を０％とする。そして、内燃機関１０の始動後においても、排気温度センサ４４で取得された排出ガス温度Ｔｅがアンモニア噴射許容温度Ｔ１以下である場合は、電子制御装置４０は、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射を停止させ、分解ガス噴射弁３３から水素を噴射させる。排出ガス温度Ｔｅが上昇してアンモニア噴射許容温度Ｔ１を上回ると、電子制御装置４０は、アンモニアの使用を許容し、アンモニアインジェクタ２２及び分解ガス噴射弁３３からアンモニア及び水素をそれぞれ噴射させる。そして、電子制御装置４０は、図７に示すように、排出ガス温度Ｔｅの上昇に対してアンモニア噴射割合を徐々に増大させる。このように、排気触媒３０の暖機終了までアンモニアの噴射を禁止することで、排気触媒３０のアンモニア浄化率が許容限界値より低い場合であっても、未燃アンモニアの排出を防ぐことができる。そして、排気触媒３０の暖機終了後は、アンモニア噴射割合を増大させても、許容限界値以上のアンモニア浄化率を得ることができ、未燃アンモニアの排出を抑えることができる。

本実施形態における未燃アンモニアの排出抑制効果を実験により調べた結果を図８に示す。図８において、横軸は時間を示し、縦軸は排気触媒３０からの未燃アンモニアの排出濃度を示す。図８に示すように、内燃機関の始動の際にアンモニアの噴射を禁止する制御を行わない場合は、未燃アンモニアの排出濃度が増大し、特に内燃機関の始動開始直後にて増大する。これに対して本実施形態では、内燃機関の始動の際にアンモニアの噴射を禁止する制御を行うことで、未燃アンモニアの排出濃度を大幅に低減できていることがわかる。

以上説明したように、本実施形態によれば、内燃機関１０の始動時にアンモニアの噴射を禁止して助燃燃料のみを噴射することで、排気触媒３０のアンモニア浄化率が低いときに未燃アンモニアの排出を防ぐことができる。そして、排出ガス温度Ｔｅがアンモニア噴射許容温度Ｔ１以下である場合にアンモニアの噴射を禁止して助燃燃料のみを噴射することによっても、排気触媒３０のアンモニア浄化率が低いときに未燃アンモニアの排出を防ぐことができる。したがって、未燃アンモニアの排出を安定して抑えることができる。排出ガス温度Ｔｅがアンモニア噴射許容温度Ｔ１を超えた後は、アンモニアの噴射を許容することで、未燃アンモニアの排出を抑えながらアンモニアの利用効率を向上させることができる。

さらに、助燃燃料として水素を用いる場合は、遅角した燃焼を行うことで排出ガス温度Ｔｅを高めることが容易であるため、排気触媒３０の暖機を速やかに行うことができる。したがって、内燃機関１０の始動後の早い時期にアンモニアの噴射を開始することができ、アンモニアの利用効率をさらに向上させることができる。

本実施形態では実施形態１と同様に、電子制御装置４０は、冷却水温度センサ４２で取得された冷却水温度Ｔｗがアンモニア噴射許容温度Ｔ０以下である場合は、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射を停止させ、分解ガス噴射弁３３から水素を噴射させることもできる。また、実施形態１でも実施形態２と同様に、電子制御装置４０は、排気温度センサ４４で取得された排出ガス温度Ｔｅがアンモニア噴射許容温度Ｔ１以下である場合は、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射を停止させ、ガソリンインジェクタ２４からガソリンを噴射させることもできる。

「実施形態３」
図９は、本発明の実施形態３に係る制御装置の概略構成を制御対象である内燃機関１０とともに示す図である。以下の実施形態３の説明では、実施形態１，２と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図９は、助燃燃料として軽油（炭化水素系燃料）を使用する例を示している。軽油タンク１５内に貯溜された軽油は、軽油インジェクタ２５からシリンダ１１内に噴射される。電子制御装置４０は、アンモニアインジェクタ２２及び軽油インジェクタ２５の駆動制御をそれぞれ行うことで、アンモニアの噴射量及び軽油の噴射量をそれぞれ制御し、アンモニアと軽油との噴射配分（使用配分）を制御する。図９は、排気温度センサ４４により排気触媒３０の後（下流）における排出ガスの温度Ｔｅが検出される例を示しているが、排気温度センサ４４により排気触媒３０の前（上流）における排出ガスの温度Ｔｅを検出することもできる。

本実施形態でも、電子制御装置４０は、内燃機関１０の始動時には、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射を停止させ、軽油インジェクタ２５から軽油を噴射させる。そして、電子制御装置４０は、内燃機関１０の始動後においても、冷却水温度センサ４２で取得された冷却水温度Ｔｗがアンモニア噴射許容温度Ｔ０以下である場合は、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射を停止させ、軽油インジェクタ２５から軽油を噴射させる。さらに、電子制御装置４０は、内燃機関１０の始動後において、排気温度センサ４４で取得された排出ガス温度Ｔｅがアンモニア噴射許容温度Ｔ１以下である場合も、アンモニアインジェクタ２２からのアンモニアの噴射を停止させ、軽油インジェクタ２５から軽油を噴射させる。冷却水温度Ｔｗが上昇してアンモニア噴射許容温度Ｔ０を上回り、且つ排出ガス温度Ｔｅが上昇してアンモニア噴射許容温度Ｔ１を上回ると、電子制御装置４０は、アンモニアの使用を許容し、アンモニアインジェクタ２２及び軽油インジェクタ２５からアンモニア及び軽油をそれぞれ噴射させる。これによって、内燃機関１０の燃焼変動を抑えた安定な運転を実現することができるとともに、未燃アンモニアの排出を安定して抑えることができる。

各実施形態では、助燃燃料としてエタノール（アルコール系燃料）を使用することも可能である。エタノールはガソリンよりもオクタン価が高いため、助燃燃料としてエタノールを使用する場合は、アンモニアの利用とあわせて耐ノック性を高めることができ、より高い圧縮比とすることができる。さらに、助燃燃料として複数種類の燃料を使用することも可能であり、例えば、炭化水素系燃料（ガソリンや軽油等）、水素、及びアルコール系燃料（エタノール等）のうち、複数種類を組み合わせて使用することも可能である。水素、ガソリン、軽油、及びエタノールは、いずれもアンモニアよりも燃えやすい物質であり、燃焼速度も高い。そのため、アンモニアの燃焼速度を向上させるための助燃燃料として好適である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の実施形態１に係る制御装置及び制御対象である内燃機関の概略構成を示す図である。アンモニアに対して助燃燃料の使用割合を変化させた場合の燃焼速度の変化を計算により調べた結果を示す図である。アンモニアとガソリンとの噴射割合を変化させながら混合気温度に対する燃焼速度の特性を計算により調べた結果を示す図である。本発明の実施形態１に係る制御装置において、冷却水温度とアンモニア噴射割合の時系列変化の一例を示す図である。本発明の実施形態２に係る制御装置及び制御対象である内燃機関の概略構成を示す図である。未燃アンモニアを浄化する排気触媒について、触媒入りガス温度に対するアンモニア浄化率の特性を実験により調べた結果を示す図である。本発明の実施形態２に係る制御装置において、排出ガス温度とアンモニア噴射割合の時系列変化の一例を示す図である。本発明の実施形態２における未燃アンモニアの排出抑制効果を実験により調べた結果を示す図である。本発明の実施形態３に係る制御装置及び制御対象である内燃機関の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０内燃機関、１１シリンダ、１２アンモニアタンク、１４ガソリンタンク、１５軽油タンク、２０吸気管、２１排気管、２２アンモニアインジェクタ、２４ガソリンインジェクタ、２５軽油インジェクタ、３０排気触媒、３１アンモニア分解器、３３分解ガス噴射弁、３４分解ガス貯蔵装置、４０電子制御装置、４２冷却水温度センサ、４４排気温度センサ。

Claims

アンモニアと該アンモニアの燃焼を促進させるための助燃燃料とを燃料として使用する内燃機関の制御を行う装置であって、
内燃機関の冷却液の温度を取得する冷却液温度取得手段と、
冷却液温度取得手段で取得された冷却液の温度が所定温度以下である場合にアンモニアの使用を禁止する燃料制御手段と、
を備える、内燃機関の制御装置。
アンモニアと該アンモニアの燃焼を促進させるための助燃燃料とを燃料として使用する内燃機関の制御を行う装置であって、
内燃機関の始動時にアンモニアの使用を禁止する燃料制御手段を備える、内燃機関の制御装置。
アンモニアと該アンモニアの燃焼を促進させるための助燃燃料とを燃料として使用し、排出ガスに含まれるアンモニアを排気浄化装置で浄化する内燃機関の制御を行う装置であって、
排気浄化装置の前あるいは後における排出ガスの温度を取得する排気温度取得手段と、
排気温度取得手段で取得された排出ガスの温度が所定温度以下である場合にアンモニアの使用を禁止する燃料制御手段と、
を備える、内燃機関の制御装置。
請求項１〜３のいずれか１に記載の内燃機関の制御装置であって、
助燃燃料は、水素、炭化水素系燃料、及びアルコール系燃料のいずれか１つ以上を含む、内燃機関の制御装置。