JP2020172888A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】運転中のエンジンを停止させる際に改質触媒の酸化劣化を適切に抑制することが可能となるエンジンを提供する。【解決手段】エンジン１００は、改質器３６の改質触媒３６ｂの触媒温度を取得する触媒温度センサ３６ｃと、エンジン１００を停止させるための停止信号を出力するキースイッチ２と、触媒温度と停止信号とに基づいてメインスロットル２３、改質用スロットル３２、及び改質用インジェクタ３５を制御するＥＣＵ１０と、を備える。ＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間において、触媒温度が、改質触媒の酸化劣化を抑制するためのクーリング運転を要するクーリング要温度以上である場合、エンジン１００が停止前低負荷運転となるようにメインスロットル２３を制御すると共に改質器３６の改質を減衰させるように改質用スロットル３２と改質用インジェクタ３５とを制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料を改質ガスに改質する改質器を備えるエンジンに関する。

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、を備えるエンジンが知られている（例えば特許文献１）。また、改質器として水素原子及び窒素原子を含む化合物を分解して水素を発生させる分解器が知られている（例えば特許文献２）。

特開２００７−１１３４２１号公報 国際公開第２０１２／０９０７３９号

上記従来技術のような改質器は、燃料を改質ガスに改質するための改質触媒を有している。改質触媒の状態（例えば温度及び雰囲気の状態）によっては、例えばエンジンの運転中からエンジンを停止させる際に酸化による改質触媒の劣化が生じる可能性がある。そこで、運転中のエンジンを停止させる際に改質触媒の酸化劣化を適切に抑制することが望まれる。

本発明は、運転中のエンジンを停止させる際に改質触媒の酸化劣化を適切に抑制することが可能となるエンジンを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るエンジンは、燃料を改質ガスに改質する改質器を備えるエンジンであって、エンジンの吸入空気を流通させる吸気流路と、吸気流路に設けられ、吸入空気の流量を調整する吸入空気調整部と、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、改質流路に設けられ、改質用空気の流量を調整する改質用空気調整部と、改質流路における改質器の上流側に設けられ、改質流路に燃料を供給する改質用燃料供給部と、エンジンを停止させるための停止信号を出力する停止信号出力部と、改質器の改質触媒の触媒温度を取得する触媒温度取得部と、触媒温度と停止信号とに基づいて、吸入空気調整部、改質用空気調整部、及び改質用燃料供給部を制御する制御部と、を備え、制御部は、エンジンの運転中に停止信号が入力されてからエンジンが停止されるまでの期間において、触媒温度取得部で取得した触媒温度が、改質触媒の酸化劣化を抑制するためのクーリング運転を要するクーリング要温度以上である場合、エンジンが所定の停止前低負荷運転となるように吸入空気調整部を制御すると共に、改質器における改質を減衰させるように改質用空気調整部と改質用燃料供給部とを制御する。

本発明の一態様に係るエンジンでは、エンジンの運転中に停止信号が入力されてからエンジンが停止されるまでの期間において、触媒温度取得部で取得した触媒温度が、改質触媒の酸化劣化を抑制するためのクーリング運転を要するクーリング要温度以上である場合、制御部によって、エンジンが所定の停止前低負荷運転となるように吸入空気調整部が制御される。これにより、エンジンが必要とする改質ガスの量が低減される。また、制御部によって、改質器における改質を減衰させるように改質用空気調整部と改質用燃料供給部とが制御される。これにより、改質器における改質が減衰され、改質触媒での反応熱が低減される。その結果、改質触媒の温度を低下させるクーリング運転が実現され、酸化による改質触媒の劣化が生じる可能性を低減させることができる。したがって、本発明の一態様に係るエンジンによれば、運転中のエンジンを停止させる際に改質触媒の酸化劣化を適切に抑制することが可能となる。

本発明の一態様に係るエンジンは、改質流路における改質器の下流側に設けられ、改質ガスの流量を調整する改質ガス調整部を更に備え、改質用空気調整部は、改質器の上流側に設けられており、制御部は、期間のクーリング運転後において触媒温度がクーリング要温度未満である場合、改質用空気の流通を遮断するように改質用空気調整部を制御すると共に、改質ガスの流通を遮断するように改質ガス調整部を制御してもよい。この場合、改質用空気及び改質ガスの流通が遮断されるため、改質触媒が還元雰囲気の状態で保たれる。その結果、例えば酸化による劣化が生じ易い種類の改質触媒であっても、改質触媒の酸化劣化をより確実に抑制することができる。

本発明の一態様に係るエンジンでは、制御部は、期間のクーリング運転後において触媒温度がクーリング要温度未満である場合、改質用空気の流通を許容するように改質用空気調整部を制御すると共に、改質流路への燃料の供給を停止するように改質用燃料供給部を制御してもよい。この場合、改質用空気で改質触媒がパージされるため、エンジンの停止後に燃料のガスが改質触媒に残留することを抑制できる。

本発明の一態様に係るエンジンは、改質流路における改質器の下流側に設けられた改質ガス調整部を更に備え、改質用空気調整部は、改質器の上流側に設けられており、制御部は、期間のクーリング運転後において触媒温度がクーリング要温度未満である場合、改質用空気の流通を許容するように改質用空気調整部及び改質ガス調整部を制御すると共に、改質流路への燃料の供給を停止するように改質用燃料供給部を制御してもよい。この場合、改質用空気で改質触媒がパージされるように改質用空気調整部及び改質ガス調整部を制御することができる。

本発明によれば、運転中のエンジンを停止させる際に改質触媒の酸化劣化を適切に抑制することが可能となる。

一実施形態に係るエンジンの概略構成図である。 図１のエンジンの制御のための構成のブロック図である。 図２のＥＣＵの還元雰囲気維持処理を示すフローチャートである。 図２のＥＣＵの改質器パージ処理を示すフローチャートである。

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。

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。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。

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（吸入空気調整部）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。

エンジン本体２１は、混合気を燃焼させるためのエンジン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、エンジン１００を始動させるためのスタータを有している。

吸気流路２２は、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。

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（吸入空気）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。

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の吸気ポートに個別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。

排気流路２５は、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、排気ガス中の未燃のＮＨ_３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。

改質部３０は、改質流路３１と、改質用スロットル（改質用空気調整部）３２と、ＮＨ_３タンク３３と、気化器３４と、改質用インジェクタ（改質用燃料供給部）３５と、改質器３６と、クーラ３７と、ストップバルブ（改質ガス調整部）３８と、を有している。

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。

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。

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。

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。

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。

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。なお、改質用燃料供給部としては、インジェクタに代えてエゼクタを用いてもよい。

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、触媒温度センサ（触媒温度取得部）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、及び触媒温度センサ３６ｃは、ケースの入口側から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。

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［Auto Thermal 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。なお、改質触媒３６ｂに低温反応触媒を採用してもよい。

触媒温度センサ３６ｃは、改質触媒３６ｂの触媒温度を検出する検出器である。触媒温度センサ３６ｃは、検出した改質触媒３６ｂの触媒温度の検出信号をＥＣＵ１０に送信する。触媒温度センサ３６ｃは、改質触媒３６ｂ又は改質流路３１を流通する改質ガスの温度を検出することで、改質触媒３６ｂの触媒温度を間接的に取得してもよい。

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、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。

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。

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。

図２は、図１のエンジンの制御のための構成のブロック図である。図２に示されるように、ＥＣＵ１０は、改質空気量センサ１と、キースイッチ（停止信号出力部）２と、電気的に接続されている。

ＥＣＵ１０は、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。

改質空気量センサ１は、改質用スロットル３２を流通する改質用空気の流量を検出する検出器である。改質空気量センサ１は、検出した改質用空気の流量の検出信号をＥＣＵ１０に送信する。

キースイッチ２は、エンジン１００を停止させるための停止信号を出力するスイッチである。キースイッチ２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２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２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２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２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２に代えて、エンジン１００を停止させるための停止信号を出力するボタンを用いてもよい。

キースイッチ２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２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（停止信号）を出力する。「ＯＦＦ信号の出力」には、スイッチ状態がＯＦＦであることを表す信号が出力される態様だけでなく、スイッチ状態がＯＮからＯＦＦとなったことにより出力されていたＯＮ信号が出力されなくなった無信号状態の態様も含まれる。要は、停止信号の態様は、エンジン１００を停止させるための信号として機能する態様であればよい。

キースイッチ２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信号を出力する。なお、キースイッチ２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。

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状態制御実行部１２と、第２状態制御実行部１３と、停止許可部１４と、を有している。ＥＣＵ１０は、改質触媒３６ｂの触媒温度と停止信号とに基づいて、メインスロットル２３、改質用スロットル３２、及び改質用インジェクタ３５を制御する（詳しくは後述）。

エンジン状態取得部１１は、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、例えばエンジン１００の回転数とエンジン１００の負荷とに基づいて、改質用インジェクタ３５で噴射する改質用アンモニアガスの噴射量をエンジン状態として取得する。エンジン１００の回転数及びエンジン１００の負荷は、図示しないエンジン回転数センサ及びアクセルセンサ等を用いて、公知の手法により取得することができる。

エンジン状態取得部１１は、キースイッチ２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２のスイッチ状態を取得する。本実施形態では、エンジン１００の運転中において停止信号が入力された場合、すぐにはエンジン１００が停止されず、所定条件下で後述のように改質触媒３６ｂの酸化劣化を抑制するためのクーリング運転が行われ、クーリング運転後、エンジン１００は停止される。

エンジン状態取得部１１は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間において、触媒温度センサ３６ｃで取得した改質触媒３６ｂの触媒温度が所定のクーリング要温度以上であるか否かに基づいて、クーリング運転を要するか否かを判定する。クーリング要温度は、クーリング運転を要するか否かを判定するための温度閾値である。クーリング要温度は、例えば２００℃〜２５０℃の温度範囲に属する温度のうち、改質触媒３６ｂの諸元等に適する温度とすることができる。

より詳しくは、エンジン状態取得部１１は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間において、改質触媒３６ｂの触媒温度がクーリング要温度以上である場合、クーリング運転を要すると判定する。エンジン状態取得部１１は、例えば、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間において、触媒温度センサ３６ｃで取得した改質触媒３６ｂの触媒温度がクーリング要温度未満である場合、クーリング運転を要しないと判定する。

あるいは、エンジン状態取得部１１は、改質空気量センサ１で検出した改質用空気の流量と、改質用インジェクタ３５で噴射する改質用アンモニアガスの噴射量と、に基づいて、クーリング運転を要するか否かを判定してもよい。エンジン状態取得部１１は、改質用空気の流量と改質用アンモニアガスの噴射量とから推定した改質触媒３６ｂにおける燃料の改質反応による発熱量の履歴と、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからの経過時間とに基づいて、クーリング運転を要するか否かを判定してもよい。エンジン状態取得部１１は、例えば、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからの経過時間が、発熱量の大きさに応じて設定されるクーリング判定時間を超えていない場合、「触媒温度が、改質触媒３６ｂの酸化劣化を抑制するためのクーリング運転を要するクーリング要温度以上である」と判定してもよい。エンジン状態取得部１１は、例えば、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからの経過時間が、発熱量の大きさに応じて設定されるクーリング判定時間を超えた場合、「触媒温度が、改質触媒３６ｂの酸化劣化を抑制するためのクーリング運転を要するクーリング要温度未満である」と判定してもよい。クーリング判定時間は、クーリング運転を要するか否かを判定するための時間閾値である。この場合、触媒温度センサ３６ｃが省略されてもよく、燃料の改質反応による発熱量の推定値が、改質器３６の改質触媒３６ｂの触媒温度に相当し、エンジン状態取得部１１が、触媒温度取得部に相当する。

第１状態制御実行部１２は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間において、触媒温度がクーリング要温度以上である場合、エンジン１００が所定の停止前低負荷運転となるようにメインスロットル２３を制御する。停止前低負荷運転とは、エンジン１００を停止するための準備として、エンジン１００が必要とする改質ガスの量を低減させる運転を意味する。

第１状態制御実行部１２は、停止前低負荷運転として、例えばエンジン１００がアイドリング等の低負荷運転となるように、メインスロットル２３を制御する。ここでの低負荷運転は、この例に限定されるものではなく、例えば、停止信号が入力される前のエンジン１００の運転中と比べて、エンジン１００が必要とする改質ガスの量を低減可能な運転であればよい。

第１状態制御実行部１２は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間において、触媒温度がクーリング要温度以上である場合、改質器３６における改質を減衰させるように改質用スロットル３２と改質用インジェクタ３５とを制御する。「改質器３６における改質を減衰させる」とは、エンジン１００を停止させるための準備として、改質触媒３６ｂにおける燃料の改質反応による発熱量を低減させることを意味する。

第１状態制御実行部１２は、改質器３６における改質を減衰させるために、例えばエンジン１００の停止前低負荷運転に応じた改質ガスを供給可能な改質用空気の流量及び改質用アンモニアガスの噴射量となるように、改質用スロットル３２と改質用インジェクタ３５とを制御する。第１状態制御実行部１２は、改質器３６における改質を減衰させるために、改質触媒３６ｂの還元雰囲気を維持できる程度の燃料の改質反応をさせるような改質用空気の流量及び改質用アンモニアガスの噴射量となるように、改質用スロットル３２と改質用インジェクタ３５とを制御する。改質器３６における改質を減衰させる手法としては、これらの例に限定されるものではなく、例えば、改質触媒３６ｂの還元雰囲気を維持しつつ、停止信号が入力される前のエンジン１００の運転中と比べて改質触媒３６ｂの触媒温度が低下するように燃料の改質反応が弱められる状態であればよい。

第２状態制御実行部１３は、改質触媒３６ｂを還元雰囲気の状態で維持するための還元雰囲気維持処理を行う。第２状態制御実行部１３は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間のクーリング運転後において触媒温度がクーリング要温度未満である場合、改質用空気の流通を遮断するように改質用スロットル３２を制御すると共に、改質ガスの流通を遮断するようにストップバルブ３８を制御する。より詳しくは、第２状態制御実行部１３は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間のクーリング運転後において触媒温度がクーリング要温度未満である場合、改質用スロットル３２の開度が全閉となるように改質用スロットル３２を制御すると共に、ストップバルブ３８の開度が全閉となるようにストップバルブ３８を制御する。

「クーリング運転を要しない場合」には、比較的高温であった改質触媒３６ｂの触媒温度がクーリング運転の実行により低下してクーリング要温度未満となった場合が含まれる。なお、「クーリング運転を要しない場合」とは、エンジン１００の運転中に停止信号が入力された際にすでに触媒温度がクーリング要温度未満である場合を含んでもよい。

ここで、エンジン１００が運転中の状態にあっては、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と改質ガスとによって、改質触媒３６ｂは、還元雰囲気とされている。この状態で、第２状態制御実行部１３によって、改質用スロットル３２によって改質用空気の流通が遮断されると共にストップバルブ３８によって改質ガスの流通が遮断されることで、改質触媒３６ｂが還元雰囲気の状態で維持されることとなる。なお、このような還元雰囲気の状態での維持は、クーリング運転を要しない状態（改質触媒３６ｂの触媒温度がクーリング要温度未満の状態）であっても酸化雰囲気において酸化劣化のおそれがある改質触媒３６ｂに対して、有効なものとなる。ちなみに、改質触媒３６ｂで改質が行われて水素ガスが生成されている場合にエンジンを停止させてしまうと、改質触媒３６ｂ及び改質流路３１に残存している水素ガスが改質用空気と混ざって予混合状態となり、改質触媒３６ｂの熱により改質器３６内で急激に燃焼してしまう可能性がある。この点、エンジン１００によれば、クーリング運転により改質触媒３６ｂの触媒温度を低下させつつ改質触媒３６ｂを還元雰囲気として酸素を排除することで、このようなバックファイヤのような事象の発生を抑制することが可能となる。

停止許可部１４は、例えば、第２状態制御実行部１３によって改質用空気の流通を遮断するように改質用スロットル３２が制御されると共に改質ガスの流通を遮断するようにストップバルブ３８が制御された場合に、エンジン１００の停止を許可すると共に、公知の手法（例えば燃料供給の停止等）によりエンジン１００を停止させる。

次に、ＥＣＵ１０による処理の一例について、図３を参照して説明する。図３は、ＥＣＵ１０の還元雰囲気維持処理を示すフローチャートである。図３のフローチャートの処理は、例えばエンジン１００の運転中に実行される。なお、エンジン１００の運転中では、改質空気量センサ１で改質用空気の流量が検出され、改質用インジェクタ３５で噴射する改質用アンモニアガスの噴射量が算出され、触媒温度センサ３６ｃで改質触媒３６ｂの触媒温度が取得されている。

図３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、停止信号の入力の有無の判定を行う。エンジン状態取得部１１により停止信号の入力がないと判定された場合（Ｓ１１：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、図３の処理を終了する。

一方、エンジン状態取得部１１により停止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、エンジン状態取得部１１により、改質触媒３６ｂの触媒温度の取得を行う。

ＥＣＵ１０は、Ｓ１３において、エンジン状態取得部１１により、クーリング運転を要するか否かの判定を行う。エンジン状態取得部１１は、例えば、触媒温度センサ３６ｃで取得した改質触媒３６ｂの触媒温度がクーリング要温度以上であるか否かに基づいて、クーリング運転を要するか否かを判定する。エンジン状態取得部１１によりクーリング運転を要しないと判定された場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、後述のＳ１７の処理に移行する。

一方、エンジン状態取得部１１によりクーリング運転を要すると判定された場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ１４において、第１状態制御実行部１２により、エンジン１００が停止前低負荷運転となるようにメインスロットル２３の制御を行う。ＥＣＵ１０は、Ｓ１５において、第１状態制御実行部１２により、改質器３６における改質を減衰させるように改質用スロットル３２と改質用インジェクタ３５との制御を行う。

ＥＣＵ１０は、Ｓ１６において、エンジン状態取得部１１により、クーリング運転を要しないか否かの判定を行う。エンジン状態取得部１１によりクーリング運転を要すると判定された場合（Ｓ１６：ＮＯ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ１２に移行し、Ｓ１２〜Ｓ１５の処理を再度行う。エンジン状態取得部１１によりクーリング運転を要しないと判定された場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１０は、Ｓ１７に移行する。

ＥＣＵ１０は、Ｓ１７において、第２状態制御実行部１３により、改質用空気の流通を遮断するように改質用スロットル３２の制御を行う。ＥＣＵ１０は、Ｓ１８において、第２状態制御実行部１３により、改質ガスの流通を遮断するようにストップバルブ３８の制御を行う。ＥＣＵ１０は、Ｓ１９において、停止許可部１４により、エンジン１００の停止の許可を行うと共に、エンジン１００を停止させる。

［作用及び効果］
以上説明したように、エンジン１００では、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間において、触媒温度が、改質触媒３６ｂの酸化劣化を抑制するためのクーリング運転を要するクーリング要温度以上である場合、ＥＣＵ１０によって、エンジン１００が停止前低負荷運転となるようにメインスロットル２３が制御される。これにより、エンジン１００が必要とする改質ガスの量が低減される。また、ＥＣＵ１０によって、改質器３６における改質を減衰させるように改質用スロットル３２と改質用インジェクタ３５とが制御される。これにより、改質器３６における改質が減衰され、改質触媒３６ｂでの反応熱が低減される。その結果、改質触媒３６ｂの触媒温度を低下させるクーリング運転が実現され、酸化による改質触媒３６ｂの劣化が生じる可能性を低減させることができる。したがって、エンジン１００によれば、運転中のエンジン１００を停止させる際に改質触媒３６ｂの酸化劣化を適切に抑制することが可能となる。

エンジン１００は、改質流路３１における改質器３６の下流側に設けられ、改質ガスの流量を調整するストップバルブ３８を更に備えている。エンジン１００では、改質用スロットル３２は、改質器３６の上流側に設けられており、ＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間のクーリング運転後において触媒温度がクーリング要温度未満である、改質用空気の流通を遮断するように改質用スロットル３２を制御すると共に、改質ガスの流通を遮断するように改質ガス調整部を制御する。これにより、改質用空気及び改質ガスの流通が遮断されるため、改質触媒３６ｂが還元雰囲気の状態で保たれる。その結果、例えば酸化による劣化が生じ易い種類の改質触媒３６ｂであっても、改質触媒３６ｂの酸化劣化をより確実に抑制することができる。

［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。

上記実施形態では、クーリング運転を要しない状態（改質触媒３６ｂの触媒温度がクーリング要温度未満の状態）であっても酸化雰囲気において酸化劣化の可能性を有する改質触媒３６ｂに対して、上述のような還元雰囲気の状態での維持を実施したが、例えば、クーリング運転を要しない状態においては酸化雰囲気であっても酸化劣化のおそれがない改質触媒３６ｂに対しては、以下のような改質器パージ処理を実施することも可能である。

第２状態制御実行部１３は、改質触媒３６ｂを改質用空気でパージするための改質器パージ処理を行ってもよい。パージとは、改質器３６内部のガスが改質用空気で置き換わるまで改質用空気を流通させることを意味する。第２状態制御実行部１３は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間のクーリング運転後において触媒温度がクーリング要温度未満である場合、改質用空気の流通を許容するように改質用スロットル３２及びストップバルブ３８を制御する。より詳しくは、第２状態制御実行部１３は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間のクーリング運転後において触媒温度がクーリング要温度未満である場合、改質用スロットル３２の開度及びストップバルブ３８の開度が全閉よりも大きい開度となるように、改質用スロットル３２及びストップバルブ３８を制御する。

第２状態制御実行部１３は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間のクーリング運転後において触媒温度がクーリング要温度未満である場合、改質流路３１への燃料の供給を停止するように改質用インジェクタ３５を制御する。燃料の供給の停止により、改質器３６には改質用空気のみが流入するため、改質器３６のパージが実現される。

第２状態制御実行部１３は、改質器パージ処理を開始してからの改質用空気の流量の時間積算値が所定のパージ容積を超えるまで、改質器パージ処理を継続してもよい。パージ容積は、改質器３６内部のガスが改質用空気で置き換わったことを判定するための容積値である。パージ容積は、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の容積値とすることができる。エンジン状態取得部１１は、改質空気量センサ１の検出信号に基づいて、改質用空気の流量を取得する。

停止許可部１４は、例えば、改質器パージ処理を開始してからの改質用空気の流量の時間積算値が所定のパージ容積を超えた場合に、エンジン１００の停止を許可すると共に、公知の手法（例えば燃料供給の停止等）によりエンジン１００を停止させる。

図４は、ＥＣＵ１０の改質器パージ処理を示すフローチャートである。図４のフローチャートの処理は、例えばエンジン１００の運転中に実行される。図４のフローチャートの処理において、Ｓ２１〜Ｓ２６の処理は、図３のフローチャートの処理におけるＳ１１〜Ｓ１６の処理と同様である。

ＥＣＵ１０は、Ｓ２７において、第２状態制御実行部１３により、改質用空気の流通を許容するように改質用スロットル３２及びストップバルブ３８の制御を行う。ＥＣＵ１０は、Ｓ２８において、第２状態制御実行部１３により、改質流路３１への燃料の供給を停止するように改質用インジェクタ３５の制御を行う。ＥＣＵ１０は、Ｓ２９において、停止許可部１４により、改質器パージ処理を開始してからの改質用空気の流量の時間積算値が所定のパージ容積を超えた場合にエンジン１００の停止の許可を行うと共に、エンジン１００を停止させる。

以上のような改質器パージ処理によれば、改質用空気で改質触媒３６ｂがパージされるため、エンジン１００の停止後に燃料のガスが改質触媒３６ｂに残留することを抑制できる。

また、ＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間のクーリング運転後において触媒温度がクーリング要温度未満である場合、改質用空気の流通を許容するように改質用スロットル３２及びストップバルブ３８を制御すると共に、改質流路３１への燃料の供給を停止するように改質用インジェクタ３５を制御する。これにより、改質用空気で改質触媒３６ｂがパージされるように改質用スロットル３２及びストップバルブ３８を制御することができる。

なお、改質器３６だけでなく、その下流側の改質流路３１、及び改質流路３１との合流箇所からエンジン本体２１までの吸気流路２２において、改質ガスが改質用空気で置き換わる程度に改質用空気が流通された場合には、実質的に吸気流路２２及び改質流路３１に改質用アンモニアガスが残留していないこととなる。その結果、エンジン１００の停止後において吸気流路２２及び改質流路３１を介してエンジン１００の外部へ改質用アンモニアガスが漏れてしまうことを効果的に抑制することができる。

ちなみに、改質用スロットル３２を設けず、ストップバルブ３８の開度を調整することにより改質用空気の流量を調整してもよい。この場合、ストップバルブ３８が改質用空気調整部と改質ガス調整部とを兼ねることとなり、第２状態制御実行部１３は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間のクーリング運転後において触媒温度がクーリング要温度未満である場合、改質用空気の流通を許容するようにストップバルブ３８を制御する。あるいは、ストップバルブ３８を設けなくてもよい。この場合は、第２状態制御実行部１３は、エンジン１００の運転中に停止信号が入力されてからエンジン１００が停止されるまでの期間のクーリング運転後において触媒温度がクーリング要温度未満である場合、改質用空気の流通を許容するように改質用スロットル３２を制御する。これらの場合、コストの低減を図ることができる。

その他の変形例として、例えば、上記実施形態では、改質空気量センサ１を例示したが、これに限定されない。例えば、改質用スロットル３２の前後圧を検出するセンサを用いて、改質用スロットル３２での改質用空気の流量を取得する構成としてもよい。

上記実施形態では、改質用空気調整部として改質用スロットル３２を例示したが、スロットルに代えて、例えば電磁弁等を用いてもよい。

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。

上記実施形態では、改質ガス調整部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。

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。

上記実施形態では、クーリング運転を要しない状態（改質触媒３６ｂの触媒温度がクーリング要温度未満の状態）において、上述のような還元雰囲気の状態での維持又は改質器パージ処理を実施したが、必ずしもこれらのを実施しなくてもよい。要は、第１状態制御実行部１２は、クーリング運転を要する場合、エンジン１００が所定の停止前低負荷運転となるようにメインスロットル２３を制御すると共に、改質器３６における改質を減衰させるように改質用スロットル３２と改質用インジェクタ３５とを制御すればよい。

上記実施形態では、エンジン１００はアンモニアエンジンであったが、例えば炭化水素系燃料を改質する改質器を備えるエンジンであってもよい。

２…キースイッチ（停止信号出力部）、１０…ＥＣＵ（制御部）、２２…吸気流路、２３…メインスロットル（吸入空気調整部）、３１…改質流路、３２…改質用スロットル（改質用空気調整部）、３５…改質用インジェクタ（改質用燃料供給部）、３６…改質器、３６ｂ…改質触媒、３６ｃ…触媒温度センサ（触媒温度取得部）、３８…ストップバルブ（改質ガス調整部）、１００…エンジン。

Claims (4)

1. 燃料を改質ガスに改質する改質器を備えるエンジンであって、
   前記エンジンの吸入空気を流通させる吸気流路と、
   前記吸気流路に設けられ、前記吸入空気の流量を調整する吸入空気調整部と、
   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、
   前記改質流路に設けられ、前記改質用空気の流量を調整する改質用空気調整部と、
   前記改質流路における前記改質器の上流側に設けられ、前記改質流路に前記燃料を供給する改質用燃料供給部と、
   前記エンジンを停止させるための停止信号を出力する停止信号出力部と、
   前記改質器の改質触媒の触媒温度を取得する触媒温度取得部と、
   前記触媒温度と前記停止信号とに基づいて、前記吸入空気調整部、前記改質用空気調整部、及び前記改質用燃料供給部を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記エンジンの運転中に前記停止信号が入力されてから前記エンジンが停止されるまでの期間において、前記触媒温度取得部で取得した前記触媒温度が、前記改質触媒の酸化劣化を抑制するためのクーリング運転を要するクーリング要温度以上である場合、前記エンジンが所定の停止前低負荷運転となるように前記吸入空気調整部を制御すると共に、前記改質器における改質を減衰させるように前記改質用空気調整部と前記改質用燃料供給部とを制御する、エンジン。
2. 前記改質流路における前記改質器の下流側に設けられ、前記改質ガスの流量を調整する改質ガス調整部を更に備え、
   前記改質用空気調整部は、前記改質器の上流側に設けられており、
   前記制御部は、
   前記期間の前記クーリング運転後において前記触媒温度が前記クーリング要温度未満である場合、前記改質用空気の流通を遮断するように前記改質用空気調整部を制御すると共に、前記改質ガスの流通を遮断するように前記改質ガス調整部を制御する、請求項１記載のエンジン。
3. 前記制御部は、
   前記期間の前記クーリング運転後において前記触媒温度が前記クーリング要温度未満である場合、前記改質用空気の流通を許容するように前記改質用空気調整部を制御すると共に、前記改質流路への前記燃料の供給を停止するように前記改質用燃料供給部を制御する、請求項１記載のエンジン。
4. 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ガス調整部を更に備え、
   前記改質用空気調整部は、前記改質器の上流側に設けられており、
   前記制御部は、
   前記期間の前記クーリング運転後において前記触媒温度が前記クーリング要温度未満である場合、前記改質用空気の流通を許容するように前記改質用空気調整部及び前記改質ガス調整部を制御すると共に、前記改質流路への前記燃料の供給を停止するように前記改質用燃料供給部を制御する、請求項３記載のエンジン。

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