WO2010109601A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2010109601A1
WO2010109601A1 PCT/JP2009/055913 JP2009055913W WO2010109601A1 WO 2010109601 A1 WO2010109601 A1 WO 2010109601A1 JP 2009055913 W JP2009055913 W JP 2009055913W WO 2010109601 A1 WO2010109601 A1 WO 2010109601A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ammonia
fuel
internal combustion
combustion engine
temperature
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/055913
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
宮川　浩
小池　誠
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by トヨタ自動車株式会社 filed Critical トヨタ自動車株式会社
Priority to PCT/JP2009/055913 priority Critical patent/WO2010109601A1/ja
Priority to KR1020117024124A priority patent/KR20120009451A/ko
Priority to CN2009801582702A priority patent/CN102362057A/zh
Priority to EP09842215A priority patent/EP2412962A1/en
Priority to RU2011142908/06A priority patent/RU2011142908A/ru
Priority to US13/256,854 priority patent/US20120004831A1/en
Priority to BRPI0924657A priority patent/BRPI0924657A2/pt
Publication of WO2010109601A1 publication Critical patent/WO2010109601A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M37/00—Apparatus or systems for feeding liquid fuel from storage containers to carburettors or fuel-injection apparatus; Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/12—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with non-fuel substances or with anti-knock agents, e.g. with anti-knock fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00—Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/18—Ammonia
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/021—Engine temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/023—Temperature of lubricating oil or working fluid

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to a device for controlling an internal combustion engine that uses ammonia and an auxiliary combustion fuel for promoting combustion of the ammonia as fuel.
  • Patent Document 1 An internal combustion engine that uses ammonia (NH 3 ) as a fuel other than petroleum-based fuels has been proposed, and related technologies are disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 below.
  • Ammonia can be used as a fuel for internal combustion engines to reduce carbon dioxide (CO 2 ) emissions.
  • CO 2 carbon dioxide
  • ammonia has a slower combustion speed than petroleum-based fuels such as gasoline, making it difficult to burn.
  • ammonia is decomposed using the heat of exhaust gas after combustion to generate hydrogen gas (H 2 ), and this hydrogen gas is introduced into the auxiliary combustion chamber to perform initial combustion. The combustion of ammonia in the combustion chamber is promoted.
  • ammonia is a strong odor gas
  • ammonia and auxiliary combustion fuel as fuel for an internal combustion engine
  • the purification performance of unburned ammonia by the exhaust purification device is affected by the temperature of the exhaust gas passing through the exhaust purification device, and when the exhaust gas temperature falls below a certain threshold, the ammonia purification rate rapidly decreases. Therefore, if ammonia is used when the exhaust gas temperature is low, it becomes difficult to suppress the discharge of unburned ammonia.
  • Patent Document 1 does not show the usage distribution of ammonia and hydrogen, and when the in-cylinder gas temperature is low, there is a possibility that it is difficult to perform a stable operation while suppressing combustion fluctuations of the internal combustion engine. Further, when the exhaust gas temperature is low, it may be difficult to suppress the discharge of unburned ammonia.
  • An object of the control device for an internal combustion engine according to the present invention is to realize a stable operation with suppressed combustion fluctuations of the internal combustion engine.
  • Another object of the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is to stably suppress the discharge of unburned ammonia.
  • the control device for an internal combustion engine is a device for controlling an internal combustion engine that uses ammonia and an auxiliary combustion fuel for promoting combustion of the ammonia as fuel, and acquires the temperature of the coolant of the internal combustion engine. And a fuel control unit that prohibits the use of ammonia when the temperature of the coolant acquired by the coolant temperature acquiring unit is equal to or lower than a predetermined temperature.
  • the present invention by prohibiting the use of ammonia when the temperature of the coolant of the internal combustion engine is equal to or lower than a predetermined temperature, it is possible to suppress a decrease in the combustion speed of the fuel and to suppress the combustion fluctuation of the internal combustion engine. Stable operation can be realized.
  • the control device for an internal combustion engine is a device for controlling an internal combustion engine that uses ammonia and an auxiliary combustion fuel for accelerating the combustion of the ammonia as fuel.
  • the gist is to provide a fuel control means for prohibiting use.
  • the present invention by prohibiting the use of ammonia when starting the internal combustion engine, it is possible to realize a stable start that suppresses combustion fluctuations of the internal combustion engine and to stably suppress the discharge of unburned ammonia. Can do.
  • the control device for an internal combustion engine uses the ammonia and auxiliary combustion fuel for promoting combustion of the ammonia as fuel, and controls the internal combustion engine for purifying ammonia contained in the exhaust gas by the exhaust purification device.
  • An exhaust gas temperature acquisition means for acquiring the temperature of the exhaust gas before or after the exhaust gas purification device, and when the temperature of the exhaust gas acquired by the exhaust gas temperature acquisition means is below a predetermined temperature, And a fuel control means for prohibiting use.
  • the present invention it is possible to stably suppress the discharge of unburned ammonia by prohibiting the use of ammonia when the temperature of the exhaust gas before or after the exhaust purification device is equal to or lower than a predetermined temperature.
  • the auxiliary fuel preferably includes one or more of hydrogen, hydrocarbon fuel, and alcohol fuel.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a control device according to Embodiment 1 of the present invention, together with an internal combustion engine 10 that is a control target.
  • the internal combustion engine 10 uses ammonia (first fuel) and auxiliary combustion fuel (second fuel) for promoting combustion of ammonia as fuel.
  • FIG. 1 shows an example in which gasoline (hydrocarbon fuel) is used as an auxiliary fuel.
  • Ammonia (NH 3 ) is stored in the ammonia tank 12, and gasoline is stored in the gasoline tank 14.
  • the ammonia stored in the ammonia tank 12 is supplied to the ammonia injector 22 by the pump, and the gasoline stored in the gasoline tank 14 is supplied to the gasoline injector 24 by the pump.
  • the ammonia injector 22 facing the intake pipe 20 injects the ammonia supplied from the ammonia tank 12 into the intake pipe 20, and the gasoline injector 24 facing the intake pipe 20 receives the gasoline supplied from the gasoline tank 14. 20 is injected.
  • Ammonia and gasoline injected from the ammonia injector 22 and the gasoline injector 24, respectively, are introduced into the cylinder 11 together with air in the intake stroke.
  • the internal combustion engine 10 generates power by burning a mixture of fuel (ammonia and gasoline) and air in the cylinder 11.
  • the exhaust gas after combustion is discharged from the cylinder 11 into the exhaust pipe 21 in the exhaust stroke, and is purified by the exhaust catalyst 30 provided as an exhaust purification device.
  • the exhaust gas after combustion contains nitrogen oxides (NOx), unburned ammonia, etc., and the nitrogen oxides, unburned ammonia, etc. are purified by the exhaust catalyst 30.
  • the cylinder 11 is provided with a cooling water temperature sensor 42 for detecting the temperature Tw of the cooling water (cooling liquid) of the internal combustion engine 10.
  • FIG. 1 shows an example in which ammonia and auxiliary fuel (gasoline) are injected into the intake pipe 20, but ammonia can also be injected directly into the cylinder 11 with the ammonia injector 22 facing the cylinder 11. It is also possible to inject gasoline directly into the cylinder 11 with the gasoline injector 24 facing the cylinder 11. Further, by igniting the air-fuel mixture in the cylinder 11 by spark discharge from the spark plug, the air-fuel mixture in the cylinder 11 can be subjected to flame propagation combustion, and the fuel (ammonia and auxiliary fuel) in the cylinder 11 is compressed and self-ignited. Can also be burned.
  • ammonia and auxiliary fuel gasoline
  • the electronic control unit (ECU) 40 is configured as a microprocessor centered on a CPU, and includes a ROM that stores a processing program, a RAM that temporarily stores data, and an input / output port.
  • a signal indicating the coolant temperature Tw of the internal combustion engine 10 detected by the coolant temperature sensor 42 is input to the electronic control device 40 via the input port. Further, a signal indicating the rotational speed of the internal combustion engine 10 detected by each sensor (not shown), a signal indicating the throttle opening, and the like are also input via the input port.
  • an ammonia injection control signal for performing drive control of the ammonia injector 22, a gasoline injection control signal for performing drive control of the gasoline injector 24, and the like are output via an output port.
  • the electronic control unit 40 calculates the target total injection amount and target injection distribution of the fuel based on the rotational speed of the internal combustion engine 10 and the throttle opening, and the total injection amount and injection distribution of the fuel are the target total injection amount and target injection distribution.
  • the injection amount (use amount) of ammonia and the injection amount (use amount) of gasoline are respectively controlled.
  • the injection distribution (use distribution) of ammonia and gasoline (support fuel) can be controlled.
  • FIG. 2 shows the result of examining the change in the combustion rate when the usage rate of the auxiliary combustion fuel is changed with respect to ammonia by calculation.
  • FIG. 2 shows the calculation result of the combustion rate when gasoline is used as the auxiliary fuel, and the calculation result of the combustion rate when hydrogen is used as the auxiliary fuel. As shown in FIG.
  • FIG. 3 shows the result of the calculation of the characteristics of the combustion speed with respect to the mixture temperature while changing the injection ratio of ammonia and gasoline (supporting fuel). In the calculation result shown in FIG. 3, when the combustion speed falls below the allowable limit value, the combustion fluctuation increases and it becomes difficult to stably operate the internal combustion engine.
  • FIG. 3 shows the range of the mixture temperature at the start of the internal combustion engine (at the time of cold start).
  • the compression temperature is low, making it difficult to increase the combustion rate.
  • ammonia has a large latent heat of vaporization, when it is injected into the intake pipe 20 or the cylinder 11, the compression temperature further decreases.
  • the electronic control unit 40 prohibits the use of ammonia and uses only auxiliary combustion fuel (gasoline). That is, the injection of ammonia from the ammonia injector 22 is stopped, and the gasoline is injected from the gasoline injector 24.
  • the electronic control unit 40 prohibits the use of ammonia until only the warm-up of the internal combustion engine 10 is completed, and uses only auxiliary fuel.
  • the end of warm-up of the internal combustion engine 10 can be easily determined from the cooling water temperature Tw. For example, when the cooling water temperature Tw of the internal combustion engine 10 acquired by the cooling water temperature sensor 42 exceeds a predetermined temperature T0, the internal combustion engine It can be determined that 10 warm-ups have been completed.
  • Fig. 4 shows time-series changes in the cooling water temperature Tw and the ammonia injection ratio.
  • the cooling water temperature Tw is equal to or lower than the ammonia injection allowable temperature T0, and the electronic control unit 40 injects ammonia from the ammonia injector 22. Is stopped (use prohibited), and gasoline is injected from the gasoline injector 24. That is, the ammonia injection ratio is set to 0%.
  • the electronic control unit 40 injects ammonia from the ammonia injector 22.
  • the electronic control unit 40 allows the use of ammonia, and injects ammonia and gasoline from the ammonia injector 22 and the gasoline injector 24, respectively. Then, as shown in FIG. 4, the electronic control unit 40 gradually increases the ammonia injection ratio with respect to the increase in the cooling water temperature Tw.
  • the air-fuel mixture temperature has also risen sufficiently, so that even if the ammonia injection ratio is increased, a combustion speed that is equal to or higher than the allowable limit value can be obtained.
  • the injection of ammonia is prohibited and only the auxiliary fuel is injected, so that a decrease in the combustion speed of the fuel can be suppressed. 10 can be started stably, and the startability of the internal combustion engine 10 can be improved.
  • the cooling water temperature Tw is equal to or lower than the ammonia injection allowable temperature T0, it is possible to realize stable operation with the combustion fluctuation of the internal combustion engine 10 suppressed by prohibiting the injection of ammonia and injecting only the auxiliary fuel. it can.
  • the cooling water temperature Tw exceeds the ammonia injection allowable temperature T0, the ammonia use efficiency can be improved while suppressing combustion fluctuation by allowing the ammonia injection.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of the control device according to the second embodiment of the present invention together with the internal combustion engine 10 to be controlled.
  • the same or corresponding components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • FIG. 5 shows an example in which hydrogen (H 2 ) is used as the auxiliary fuel.
  • FIG. 5 shows an example of a supercharged engine having a supercharger 28 and an intercooler 29, and an ammonia decomposer 31 is provided on the exhaust pipe 21 downstream of the exhaust catalyst 30.
  • the ammonia decomposer 31 decomposes the ammonia supplied from the ammonia tank 12 using the heat of the exhaust gas after combustion discharged into the exhaust pipe 21 to generate hydrogen.
  • Hydrogen (cracked gas) generated by the ammonia cracker 31 is cooled by the cooler 32 and then stored in the cracked gas storage device 34.
  • a hydrogen storage alloy can be used, or a pressure tank can be used.
  • the hydrogen stored in the cracked gas storage device 34 is injected into the intake pipe 20 from the cracked gas injection valve 33.
  • hydrogen can be generated by reforming ammonia using, for example, plasma.
  • the exhaust pipe 21 is provided with an exhaust temperature sensor 44 that detects the temperature Te of the exhaust gas of the internal combustion engine 10.
  • an exhaust temperature sensor 44 is attached to the exhaust pipe 21 at a position upstream of the exhaust catalyst 30, and the exhaust gas temperature Te before the exhaust catalyst 30 is detected by the exhaust temperature sensor 44. Is detected.
  • the exhaust gas temperature sensor 44 can be attached to the exhaust pipe 21 at a position downstream of the exhaust catalyst 30, and the exhaust gas temperature Te can be detected by the exhaust gas temperature sensor 44 after (downstream) the exhaust catalyst 30.
  • a signal indicating the temperature Te of the exhaust gas before (or after) the exhaust catalyst 30 detected by the exhaust temperature sensor 44 is input to the electronic control unit 40 via the input port.
  • the electronic control unit 40 controls the ammonia injection amount and the hydrogen injection amount by performing drive control of the ammonia injector 22 and the cracked gas injection valve 33, respectively, and the injection distribution (use distribution) of ammonia and hydrogen. Control.
  • FIG. 6 shows the results of an experiment on the characteristics of the ammonia purification rate with respect to the catalyst-containing gas temperature Te for the exhaust catalyst 30.
  • T1 for example, a value of about 250 ° C.
  • the ammonia purification rate decreases rapidly from the allowable limit value, and the exhaust catalyst 30 is reduced with respect to ammonia purification. It can be seen that it shows no activity.
  • the electronic control unit 40 prohibits the use of ammonia and uses only auxiliary combustion fuel (hydrogen). That is, the injection of ammonia from the ammonia injector 22 is stopped, and the hydrogen stored in the cracked gas storage device 34 is injected from the cracked gas injection valve 33. The electronic control unit 40 prohibits the use of ammonia until the exhaust catalyst 30 is warmed up, and uses only the auxiliary fuel.
  • the end of warming-up of the exhaust catalyst 30 can be easily determined from the exhaust gas temperature Te before (or after) the exhaust catalyst 30, for example, exhaust before (or after) the exhaust catalyst 30 acquired by the exhaust temperature sensor 44.
  • the gas temperature Te exceeds the predetermined temperature T1
  • Fig. 7 shows time-series changes in the exhaust gas temperature Te and the ammonia injection ratio.
  • the exhaust gas temperature Te is equal to or lower than the ammonia injection allowable temperature T1
  • the electronic control unit 40 injects ammonia from the ammonia injector 22. Is stopped (use is prohibited), and hydrogen is injected from the cracked gas injection valve 33. That is, the ammonia injection ratio is set to 0%.
  • the electronic control unit 40 performs the injection of ammonia from the ammonia injector 22.
  • the hydrogen is injected from the cracked gas injection valve 33.
  • the electronic control unit 40 allows the use of ammonia and injects ammonia and hydrogen from the ammonia injector 22 and the cracked gas injection valve 33, respectively.
  • the electronic control unit 40 gradually increases the ammonia injection ratio with respect to the rise in the exhaust gas temperature Te.
  • FIG. 8 shows the results of examining the emission suppression effect of unburned ammonia in the present embodiment by experiments.
  • the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the discharge concentration of unburned ammonia from the exhaust catalyst 30.
  • A shows the ammonia emission concentration when the control for prohibiting the injection of ammonia is not performed when the internal combustion engine is started
  • B shows the control for prohibiting the injection of ammonia when the internal combustion engine is started.
  • the ammonia concentration is shown.
  • FIG. 8A when the control for prohibiting the injection of ammonia is not performed at the time of starting the internal combustion engine, the exhaust concentration of unburned ammonia increases, particularly immediately after the start of the internal combustion engine. .
  • FIG. I by performing control for prohibiting the injection of ammonia at the time of starting the internal combustion engine, as shown in FIG. I understand that.
  • the injection of ammonia is prohibited and only the auxiliary fuel is injected, so that when the ammonia purification rate of the exhaust catalyst 30 is low, the unburned ammonia is reduced. Emission can be prevented.
  • the exhaust gas temperature Te is equal to or lower than the ammonia injection allowable temperature T1
  • the discharge of unburned ammonia is also performed when the ammonia purification rate of the exhaust catalyst 30 is low by prohibiting the injection of ammonia and injecting only the auxiliary fuel. Can be prevented. Therefore, it is possible to stably suppress the discharge of unburned ammonia.
  • the ammonia use efficiency can be improved while suppressing the discharge of unburned ammonia by allowing the ammonia to be injected.
  • the electronic control unit 40 injects ammonia from the ammonia injector 22 when the coolant temperature Tw acquired by the coolant temperature sensor 42 is equal to or lower than the ammonia injection allowable temperature T0. Can be stopped and hydrogen can be injected from the cracked gas injection valve 33.
  • the electronic control unit 40 determines that the ammonia from the ammonia injector 22 is discharged when the exhaust gas temperature Te acquired by the exhaust temperature sensor 44 is equal to or lower than the ammonia injection allowable temperature T1. It is also possible to stop the injection and inject gasoline from the gasoline injector 24.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration of the control device according to the third embodiment of the present invention together with the internal combustion engine 10 to be controlled.
  • the same or corresponding components as those of the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • FIG. 9 shows an example in which light oil (hydrocarbon fuel) is used as the auxiliary fuel.
  • the light oil stored in the light oil tank 15 is injected from the light oil injector 25 into the cylinder 11.
  • the electronic control unit 40 performs drive control of the ammonia injector 22 and the light oil injector 25, respectively, thereby controlling the injection amount of ammonia and the injection amount of light oil, and controls the injection distribution (use distribution) between ammonia and light oil.
  • FIG. 9 shows an example in which the exhaust gas temperature Te is detected after (downstream) the exhaust catalyst 30 by the exhaust temperature sensor 44, but the exhaust gas before (upstream) the exhaust catalyst 30 by the exhaust temperature sensor 44. The temperature Te can also be detected.
  • the electronic control unit 40 stops the injection of ammonia from the ammonia injector 22 and causes the light oil injector 25 to inject light oil.
  • the electronic control unit 40 then injects ammonia from the ammonia injector 22 when the coolant temperature Tw acquired by the coolant temperature sensor 42 is equal to or lower than the ammonia injection allowable temperature T0 even after the internal combustion engine 10 is started. Is stopped, and light oil is injected from the light oil injector 25. Further, the electronic control unit 40 stops the injection of ammonia from the ammonia injector 22 even when the exhaust gas temperature Te acquired by the exhaust temperature sensor 44 is equal to or lower than the ammonia injection allowable temperature T1 after the internal combustion engine 10 is started.
  • ethanol alcohol fuel
  • auxiliary fuel it is also possible to use ethanol (alcohol fuel) as the auxiliary fuel. Since ethanol has a higher octane number than gasoline, when ethanol is used as an auxiliary fuel, knock resistance can be enhanced together with the use of ammonia, and a higher compression ratio can be achieved.
  • multiple types of fuel as auxiliary fuel, for example, using a combination of multiple types of hydrocarbon fuels (gasoline, light oil, etc.), hydrogen, and alcohol fuels (ethanol, etc.) It is also possible to do. Hydrogen, gasoline, light oil, and ethanol are all flammable substances than ammonia and have a high burning rate. Therefore, it is suitable as a supplementary fuel for improving the combustion rate of ammonia.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

　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。

Description

内燃機関の制御装置
　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、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。
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。
　以下、本発明の好適な実施形態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。そして、図８において、Ａは内燃機関の始動時にアンモニアの噴射を禁止する制御を行わなかった場合のアンモニアの排出濃度を示し、Ｂは内燃機関の始動時にアンモニアの噴射を禁止する制御を行った場合のアンモニアの排出濃度を示す。図８のＡ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、図８のＢに示すように、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。

Claims (6)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　請求項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。
  5. 　請求項２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。
  6. 　請求項３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。
PCT/JP2009/055913 2009-03-25 2009-03-25 内燃機関の制御装置 WO2010109601A1 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2009/055913 WO2010109601A1 (ja) 2009-03-25 2009-03-25 内燃機関の制御装置
KR1020117024124A KR20120009451A (ko) 2009-03-25 2009-03-25 내연 기관의 제어 장치
CN2009801582702A CN102362057A (zh) 2009-03-25 2009-03-25 内燃机的控制装置
EP09842215A EP2412962A1 (en) 2009-03-25 2009-03-25 Controller of internal combustion engine
RU2011142908/06A RU2011142908A (ru) 2009-03-25 2009-03-25 Регулятор для двигателя внутреннего сгорания
US13/256,854 US20120004831A1 (en) 2009-03-25 2009-03-25 Controller for internal combusion engine
BRPI0924657A BRPI0924657A2 (pt) 2009-03-25 2009-03-25 controlador para motor de combustao interna

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2009/055913 WO2010109601A1 (ja) 2009-03-25 2009-03-25 内燃機関の制御装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010109601A1 true WO2010109601A1 (ja) 2010-09-30

Family

ID=42780310

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/055913 WO2010109601A1 (ja) 2009-03-25 2009-03-25 内燃機関の制御装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20120004831A1 (ja)
EP (1) EP2412962A1 (ja)
KR (1) KR20120009451A (ja)
CN (1) CN102362057A (ja)
BR (1) BRPI0924657A2 (ja)
RU (1) RU2011142908A (ja)
WO (1) WO2010109601A1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010039197A1 (en) 2008-09-23 2010-04-08 Aerovironment Inc. Powerplant and related control system and method
US20120298079A1 (en) * 2011-05-25 2012-11-29 Marcello Bartolotta Hybrid Engine and Feed Device
US11578684B2 (en) * 2012-05-31 2023-02-14 Transportation Ip Holdings, Llc Method for operating an engine
CN104736821B (zh) * 2012-10-23 2017-07-07 西港能源有限公司 多燃料发动机中的燃料系统保护
US10233756B2 (en) 2013-08-27 2019-03-19 Garrett Transportation I Inc. Two-sided turbocharger wheel with differing blade parameters
EP3971083B1 (en) * 2019-05-14 2024-09-04 Hanwha Ocean Co., Ltd. Fuel supply system for environment-friendly ship
US10865721B1 (en) * 2019-11-11 2020-12-15 Ford Global Technologies, Llc Method and system for measuring and balancing cylinder air-fuel ratio
DK202000153A1 (en) * 2020-02-06 2021-10-07 Maersk Drilling As Method and Apparatus for Controlling Temperature in Selective Catalytic Reduction Systems
CN112628030A (zh) * 2020-12-11 2021-04-09 哈尔滨工程大学 船舶柴油机氨燃料供给系统
CN113202637A (zh) * 2021-05-27 2021-08-03 哈尔滨工程大学 液氨-柴油双燃料喷射装置
CN114165341A (zh) * 2021-11-09 2022-03-11 佛山仙湖实验室 基于两相流氨供给的氨-柴油双燃料动力系统及控制方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05332152A (ja) 1991-06-25 1993-12-14 Koji Korematsu アンモニア燃焼エンジン
JP2002512666A (ja) * 1997-04-04 2002-04-23 クリーン ディーゼル テクノロジーズ インコーポレーテッド 燃料経済を最大限にする一方での、エンジンからのＮＯｘ排出の削減
JP2003328860A (ja) * 2002-05-15 2003-11-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 臭気ガスの燃焼脱臭方法及び装置
JP2008223542A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Toyota Motor Corp 多種燃料内燃機関の燃料制御装置
JP2009085169A (ja) * 2007-10-02 2009-04-23 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2009097421A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Toyota Central R&D Labs Inc エンジンシステム

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05332152A (ja) 1991-06-25 1993-12-14 Koji Korematsu アンモニア燃焼エンジン
JP2002512666A (ja) * 1997-04-04 2002-04-23 クリーン ディーゼル テクノロジーズ インコーポレーテッド 燃料経済を最大限にする一方での、エンジンからのＮＯｘ排出の削減
JP2003328860A (ja) * 2002-05-15 2003-11-19 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 臭気ガスの燃焼脱臭方法及び装置
JP2008223542A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Toyota Motor Corp 多種燃料内燃機関の燃料制御装置
JP2009085169A (ja) * 2007-10-02 2009-04-23 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2009097421A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Toyota Central R&D Labs Inc エンジンシステム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SHAWN M. GRANNENELL ET AL.: "THE OPERATING FEATURES OF A STOICHIOMETRIC, AMMONIA AND GASOLINE DUAL FUELED SPARK IGNITION ENGINE", IMECE 2006-13048, 2006

Also Published As

Publication number Publication date
BRPI0924657A2 (pt) 2016-01-26
EP2412962A1 (en) 2012-02-01
KR20120009451A (ko) 2012-01-31
US20120004831A1 (en) 2012-01-05
RU2011142908A (ru) 2013-04-27
CN102362057A (zh) 2012-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010109601A1 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2009085169A (ja) 内燃機関の制御装置
EP2412961A1 (en) Controller for internal combustion engine
JP3991789B2 (ja) 混合気を圧縮自着火させる内燃機関
JP4033160B2 (ja) 予混合圧縮自着火運転が可能な内燃機関の制御装置
JP2009216041A (ja) 内燃機関の制御装置
JP4126971B2 (ja) 混合気を圧縮自着火させて運転する内燃機関、および内燃機関の制御方法
JP4919922B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2009185628A (ja) 内燃機関の燃料噴射制御システム
Xu et al. Realizing low NOx emissions on a hydrogen-fuel spark ignition engine at the cold start period through excess air ratios control
Coulier et al. Using alcohol fuels in dual fuel operation of compression ignition engines: a review
Pei et al. Thermal efficiency improvement of lean burn high compression ratio engine coupled with water direct injection
EP2447494B1 (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
Ji et al. The cold start performance of a spark-ignited dimethyl ether engine
JP6181361B2 (ja) ガソリン直接噴射、特に制御された点火を用いる内燃エンジンの燃料を制御する方法
WO2013021434A1 (ja) 内燃機関の燃料供給装置
Park et al. Effect of injection timing retard on ISI strategy in lean-burning LPG direct injection engines
JP4045904B2 (ja) 混合気を圧縮自着火させる内燃機関、および内燃機関の制御方法
JP2007032473A (ja) 筒内噴射自着火式エンジンの燃焼制御装置
JP2011196367A (ja) 内燃機関システム
Yin et al. Knock in dual-fuel diesel combustion with an E85 ethanol/gasoline blend by multi-dimensional simulation
JP2017008900A (ja) 天然ガスエンジン及び天然ガスエンジンの運転方法
JP2008274789A (ja) 直噴エンジンの制御システム
WO2012114482A1 (ja) 内燃機関の制御システム
WO2012131950A1 (ja) 内燃機関の燃料噴射制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200980158270.2

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09842215

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 6852/DELNP/2011

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009842215

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13256854

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20117024124

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2011142908

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

REG Reference to national code

Ref country code: BR

Ref legal event code: B01A

Ref document number: PI0924657

Country of ref document: BR

ENP Entry into the national phase

Ref document number: PI0924657

Country of ref document: BR

Kind code of ref document: A2

Effective date: 20110921