特許ウォッチ

公開番号2025033276
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-13
出願番号2023138887
出願日2023-08-29
発明の名称動力装置
出願人株式会社豊田中央研究所,株式会社豊田自動織機
代理人弁理士法人YKI国際特許事務所
主分類F02M 25/00 20060101AFI20250306BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】アンモニアと着火用燃料を燃料とする内燃機関を含む動力装置において、内燃機関の排気を浄化する三元触媒装置の触媒を早期に活性化させる。
【解決手段】動力装置10は、内燃機関12の吸気を過給して吸気圧を高めるターボ過給機26と、吸気管22の流路を絞る絞り弁24とを備える。三元触媒装置44の触媒が未活性のとき、ターボ過給機26のウェイストゲート弁50を開放し、またはこれに加えて絞り弁24により吸気流路を絞り、通常時に比して吸気圧を低下させる。吸気圧が低下することで、気筒内の物質の熱容量が低下し、燃焼温度が上昇し、排気温度が高くなる。高温の排気により触媒の温度が早期に高くなり、活性化が早まる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
気筒内で圧縮されたアンモニアを含有する混合気に、アンモニアに着火するための着火用燃料を噴射し、前記アンモニアと前記着火用燃料を燃焼させて動力を得る内燃機関と、
前記内燃機関が吸入する吸気の圧力を調整する吸気圧調整装置と、
前記内燃機関からの排気を浄化する三元触媒装置と、
前記三元触媒装置の触媒の活性化／未活性を検出する触媒活性検出装置と、
を備え、
前記触媒が未活性のとき、前記吸気圧調整装置は、吸気圧を前記触媒が活性化しているときに比して低くする、
動力装置。
続きを表示（約 930 文字）【請求項２】
請求項１に記載の動力装置であって、
前記内燃機関の排気の一部を再循環排気として吸気に導入する排気再循環装置を備え、
前記触媒が未活性のとき、前記排気再循環装置は、前記吸気圧調整装置による吸気圧の低下に対応して前記再循環排気を減少させ、前記気筒内の物質の組成を化学量論的組成とする、
動力装置。
【請求項３】
請求項２に記載の動力装置であって、前記吸気圧調整装置は、ターボ過給機を含み、吸気圧を低くする際には前記ターボ過給機のウェイストゲート弁を開く、動力装置。
【請求項４】
請求項３に記載の動力装置であって、前記吸気圧調整装置は、吸気を前記気筒に導く吸気流路に配置された絞り弁を更に含み、絞り弁の開度により吸気圧を調整する、動力装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の動力装置であって、前記触媒活性検出装置は、前記三元触媒装置の通過前後の排気温度に基づき前記触媒の活性化／未活性を検出する、動力装置。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載の動力装置であって、前記触媒活性検出装置は、前記三元触媒装置の通過前後の排気中の窒素酸化物の濃度に基づき前記触媒の活性化／未活性を検出する、動力装置。
【請求項７】
請求項３に記載の動力装置であって、前記ターボ過給機は、排気タービンハウジング内の排気流路の断面積を変更する可変ノズルを備え、前記触媒が活性化しているときには、可変ノズルによって、燃費が最良となるよう前記排気流路の断面積が調整される、動力装置。
【請求項８】
請求項１に記載の動力装置であって、
前記内燃機関のトルク変動と失火の少なくとも一方に基づき前記内燃機関が不安定な運転状態であることを検出する不安定運転検出装置を備え、
前記触媒が未活性のため吸気圧が低くされているときに、不安定な運転状態が検出されると、前記着火用燃料を増量し、
前記触媒が活性化し吸気圧が高くされているときに、安定した運転状態が検出されると、前記着火用燃料を減量する、
動力装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンモニアを主燃料とする動力装置に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、温室効果ガス削減の観点からアンモニアを燃料とする内燃機関が検討されている。アンモニアが燃焼しても温室効果ガスである二酸化炭素は生成されない。下記特許文献１には、着火用の液体燃料を供給し、アンモニアと混合燃焼するエンジンが記載されている。当該エンジンは選択的還元触媒（ＳＣＲ）により排気を浄化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１５５９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アンモニアと液体燃料を混合燃焼する内燃機関において排気浄化のために酸化触媒を用いると、空気過剰の状態では、未燃焼のアンモニア、窒素酸化物（ＮＯｘ）、および余剰酸素が酸化触媒にて反応して温室効果ガスである亜酸化窒素（Ｎ
2
Ｏ）が生成される。また、燃料であるアンモニアに窒素が含まれているため、排出ガス中の窒素酸化物が多く、これを分解するために選択的還元触媒を用いる場合には、還元剤を多く必要とする。
【０００５】
三元触媒を備えた排気浄化装置（以下、三元触媒装置と記す。）を用いることで亜酸化窒素の生成を抑制することができ、また選択的還元触媒で用いる還元剤の使用量を抑制することができる。しかし、三元触媒は、温度が低いときには未活性であり、排気を十分に浄化することができない。
【０００６】
本発明は、三元触媒装置の触媒を早期に昇温することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る動力装置は、気筒内で圧縮されたアンモニアを含有する混合気に、アンモニアに着火するための着火用燃料を噴射し、アンモニアと着火用燃料を燃焼させて動力を得る内燃機関と、内燃機関が吸入する吸気の圧力を調整する吸気圧調整装置と、内燃機関からの排気を浄化する三元触媒装置と、三元触媒装置の触媒の活性化／未活性を検出する触媒活性検出装置とを備え、触媒が未活性のとき、吸気圧調整装置は、吸気圧を触媒が活性化しているときに比して低くする。
【０００８】
吸気圧を低くすると、排気温度が上昇し、触媒の活性化が早まる。
【０００９】
上記の動力装置において、内燃機関の排気の一部を再循環排気として吸気に導入する排気再循環装置を備えてよく、触媒が未活性のとき、排気再循環装置は、吸気圧調整装置による吸気圧の低下に対応して再循環排気を減少させ、気筒内の物質の組成を化学量論的組成とするようにしてよい。再循環排気の量を調整することで、気筒内の物質の組成を化学量論的組成に維持することができる。
【００１０】
上記の動力装置において、吸気圧調整装置はターボ過給機を含んでよく、吸気圧を低くする際にはターボ過給機のウェイストゲート弁を開くようにしてよい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許