| 【発明の名称】 |
定置式ガスエンジン |
| 【発明者】 |
【氏名】迫田 茂穂
【氏名】神近 拓朗
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| 【要約】 |
【課題】ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えたガスエンジンにおいて、回転数変動や燃費の悪化を伴うことなく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生のために燃料をリッチ化することができる定置式ガスエンジンを提供する。
【解決手段】空気取入れ口１１７ａと燃焼室１６１とを連通する吸気通路１１１にベンチュリ部１１８ａを設け、該ベンチュリ部にガス燃料供給通路１６２を接続し、このガス燃料供給通路１６２にメイン燃料制御弁１２３ａおよび減圧弁１２２を設け、この減圧弁１２２の上流側のガス燃料供給通路１６２から分岐して前記ベンチュリ部１１８ａの下流側の吸気通路１１１に接続する燃料分岐通路１６３を設け、該燃料分岐通路１６３に燃料補正制御弁１２３ｂを設け、前記燃焼室１６１に連通する排気通路１１２にＮＯｘ吸蔵還元触媒１７０を設け、このＮＯｘ吸蔵還元触媒１７０の下流側の排気通路１１２にＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ１ｋを設け、このＮＯｘセンサ１ｋの検出濃度に応じて前記燃料補正制御弁の開度を制御する制御装置を備えた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】空気取入れ口と燃焼室とを連通する吸気通路にベンチュリ部を設け、該ベンチュリ部にガス燃料供給通路を接続し、このガス燃料供給通路にメイン燃料制御弁および減圧弁を設け、この減圧弁の上流側のガス燃料供給通路から分岐して前記ベンチュリ部の下流側の吸気通路に接続する燃料分岐通路を設け、該燃料分岐通路に燃料補正制御弁を設け、前記燃焼室に連通する排気通路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設け、このＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側の排気通路にＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設け、このＮＯｘセンサの検出濃度に応じて前記燃料補正制御弁の開度を制御する制御装置を備えたことを特徴とする定置式ガスエンジン。
【請求項２】前記制御装置は、ＮＯｘの検出濃度が大きくなる程、前記燃料補正制御弁の開度を大きくするように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の定置式ガスエンジン。
【請求項３】エンジン回転数センサを備え、前記ベンチュリ部の下流側にスロットルを備え、該スロットルの開度調整手段を備え、前記制御装置は、前記スロットルの開度が小さいとき又はエンジン回転数が低回転のときに、前記分岐通路の燃料補正制御弁を開とすることを特徴とする請求項１に記載の定置式ガスエンジン。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は定置式ガスエンジンに関し、特にＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えたガスエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】天然ガスおよび石油精製ガスを燃料とするガスエンジンヒートポンプやコージェネレーションによる発電装置あるいはガス充填装置等において、定置式のガスエンジンが用いられている。この定置式ガスエンジンにおいては、ガス燃料を吸気通路上に設けた気化器や混合器のベンチュリに吐出し、その下流側のスロットル弁の開度調整により負荷に応じた混合気を燃焼室に供給する。ガス燃料吐出部に連通する燃料供給通路には燃料制御弁が設けられ、燃料ガスの供給量が調整され空燃比が制御される。このようなガスエンジンは、冷媒を循環させる圧縮機とともに用いてガスヒートポンプ式の空調装置を構成したり、ガス燃料を圧縮してガスタンク等に充填する圧縮機とともに用いてガス充填装置を構成する。
【０００３】このような定置式ガスエンジンは、装置側の要求により定まる目標回転数で運転され、定置式であるため回転数変動が装置側に及ぼす影響が大きく、したがって回転数変動を極力抑えて安定した運転を維持する必要がある。
【０００４】一方、このような定置式ガスエンジンにおいて、排気ガス中の有害物質であるＮＯｘを浄化するための一手段として、希薄燃焼運転可能とするとともに排気系統にＮＯｘ吸蔵還元触媒（吸収分解触媒）を設けたガスエンジンが用いられている。
【０００５】このＮＯｘ吸蔵還元触媒は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を担体として、この担体上に例えば、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属やバリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類あるいはランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）等の希土類から選ばれた少なくとも１種類と、例えば白金（Ｐｔ）あるいは白金（Ｐｔ）とロジウム（Ｒｈ）等の貴金属とを担持したものである。
【０００６】このようなＮＯｘ吸蔵還元触媒は、空燃比リーンの酸化雰囲気中でＮＯｘを吸収し、空燃比リッチの還元雰囲気中で排気ガス中のＨＣやＣＯ等の還元剤により還元されてＮ２として放出される。空燃比リーンの状態が長期間続くと、このＮＯｘ吸蔵還元触媒は飽和してＮＯｘを吸収しなくなるので、ＮＯｘ吸収量が触媒のＮＯｘ吸収飽和容量に近づくと空燃比リッチ状態として、触媒を還元して吸収したＮＯｘを放出させ、触媒の再生を図る必要がある。
【０００７】このようなＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えたエンジンとして、自動車用エンジンの排気通路にＨＣエミッションの悪化を伴うことなく、加速フィーリングを向上させた内燃機関の排気浄化装置が公開されている（特許第２７５７６９８号）。この特許公報記載の排気浄化装置は、車両の加速時に燃料噴射弁より加速増量燃料を噴射して空燃比をリッチ化し、排気を還元雰囲気として触媒の再生に利用している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特許公報記載の技術は、燃料噴射弁を用いた自動車エンジンの加速時のフィーリングの向上を図るものであり、これを単に定置式エンジンに適用することはできない。特に定置式エンジンでは、回転数変動を十分に抑える必要があり、また希薄燃焼運転としてＮＯｘ低減や燃費の向上を図った場合に、触媒再生のために空燃比をリッチ化したときに回転数変動とともに燃費の悪化を抑える必要がある。
【０００９】本発明は上記従来技術を考慮したものであって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えたガスエンジンにおいて、回転数変動や燃費の悪化を伴うことなく、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生のために燃料をリッチ化することができる定置式ガスエンジンの提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため、本発明では、空気取入れ口と燃焼室とを連通する吸気通路にベンチュリ部を設け、該ベンチュリ部にガス燃料供給通路を接続し、このガス燃料供給通路にメイン燃料制御弁および減圧弁を設け、この減圧弁の上流側のガス燃料供給通路から分岐して前記ベンチュリ部の下流側の吸気通路に接続する燃料分岐通路を設け、該燃料分岐通路に燃料補正制御弁を設け、前記燃焼室に連通する排気通路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設け、このＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側の排気通路にＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサを設け、このＮＯｘセンサの検出濃度に応じて前記燃料補正制御弁の開度を制御する制御装置を備えたことを特徴とする定置式ガスエンジンを提供する。
【００１１】この構成によれば、制御装置により燃料分岐通路に設けた燃料補正制御弁の開度を制御することにより、トルク特性曲線上、触媒によるＮＯｘ吸収時のリーン状態の空燃比におけるトルクと同じトルクが得られるリッチ状態の空燃比となるように吸気通路内に燃料を供給し、これにより、トルク変動を抑えるとともに回転数変動を抑えることができる。このとき、ガス燃料供給通路のメイン燃料制御弁によりシステム側の要求負荷に応じた回転数を得るための燃料供給を行って一定回転を維持した状態で、この燃料供給通路の減圧弁上流側の高圧ガス燃料を燃料分岐通路からベンチュリ下流側の吸気負圧が大きい吸気通路内に供給するため、大きな圧力差によりガス燃料が瞬時に供給され短時間で触媒再生に必要なリッチ雰囲気として燃費の悪化を抑えることができる。
【００１２】好ましい構成例においては、前記制御装置は、ＮＯｘの検出濃度が大きくなる程、前記燃料補正制御弁の開度を大きくするように構成されたことを特徴としている。
【００１３】この構成によれば、排気通路の吸蔵還元触媒の下流側でＮＯｘ濃度を検出し、制御装置はこの濃度が所定値以上のとき触媒の吸収能力が不十分と判断するとともに、濃度が大きい程吸収能力が低下しているため還元雰囲気とするためのガス燃料の供給量を多くして確実な還元再生作用を達成する。
【００１４】さらに好ましい構成例では、エンジン回転数センサを備え、前記ベンチュリ部の下流側にスロットルを備え、該スロットルの開度調整手段を備え、前記制御装置は、前記スロットルの開度が小さいとき又はエンジン回転数が低回転のときに、前記分岐通路の燃料補正制御弁を開とすることを特徴としている。
【００１５】この構成によれば、スロットル開度が小またはエンジン回転数が小で吸気負圧が大きいときに分岐通路から燃料を供給することにより、微小燃料を瞬時に確実に制御して吸気通路内に供給することができ燃費の悪化や回転数変動を確実に抑えることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明が適用されるガスエンジンヒートポンプ式空調システムの構成図である。この空調システムは、室外ユニット６０と複数の室内ユニット６１（図は１台のみ示す）からなり、室外ユニット６０内にガスエンジン１が設けられ、このガスエンジン１により駆動されるヒートポンプ冷媒サイクル２が室外ユニット６０および室外ユニット６１間にわたって構成される。
【００１７】ガスエンジン１は、エアクリーナ３に接続された吸気通路４を有し、この吸気通路４上にミキサー５が設けられる。ミキサー５のガス混合部の下流側にはスロットル弁６が備り、吸気口１８から取入れられ、エアクリーナ３を通して供給される外気とガス燃料との混合気量を調整する。このミキサー５のガス混合部に燃料供給管７が接続され混合気を形成する。燃料供給管７上には、ミキサー５に供給するガス燃料流量を調整するためのガス燃料制御弁８（メイン燃料制御弁）およびガス圧を大気圧に調整するゼロガバナ９が設けられ、開閉弁１０を介して燃料ガスタンク（図示しない）に接続される。このガス燃料制御弁８が後述のように、ＣＰＵによってフィードバック制御される。
【００１８】本実施の形態では、この燃料供給管７のゼロガバナ９の上流側とミキサー５の下流側の吸気通路４を連通する燃料分岐通路（後述の図２で詳述する）が設けられ、この燃料分岐通路上に燃料補正制御弁を設けて後述のように触媒の再生処理を行う。
【００１９】ガスエンジン１の排気側には排気管１２が備る。この排気管１２上に排気ガス触媒１３（本実施形態ではＮＯｘ吸蔵還元触媒）および排気ガス熱交換器１４が備り、さらにその下流側にサイレンサ１５およびドレンセパレータ１６が備り、排気ガスは排気出口１７から放出される。ドレンセパレータ１６とサイレンサ１５および排気ガス熱交換器１４は、中和器１９に接続され、酸性ドレン水を中和してドレン出口２０から外部に排出する。
【００２０】ガスエンジン１の底部のオイルパン２１にはオイルタンク２２が接続されオイル供給ポンプ２３によりオイルが供給される。オイルは図示しないオイルポンプによりエンジン内を循環する。１１はブローバイガス中のオイルを分離するオイルセパレータである。
【００２１】このガスエンジン１のクランク軸（図示しない）には、クラッチ２４を介して２台のコンプレッサ２５が接続される。各コンプレッサ２５には、脱フロンガス等からなる冷媒が循環する冷媒入口管２７および冷媒出口管２８が接続される。コンプレッサ周辺の冷媒入口管２７および冷媒出口管２８には、配管をコンパクトに配設し且つストレスや振動を吸収するために可撓管２６が介装される。冷媒出口管２８側にはオイルセパレータ２９が装着され、その下流側で四方弁３０に接続される。オイルセパレータ２９は、圧縮冷媒ガスからオイルおよび液体冷媒を分離して、これを戻し管３３を通してアキュムレータ３５に戻す。四方弁３０は、４つのポートａ，ｂ，ｃ，ｄを有し、冷暖房時に各ポート間の接続が切換えられる。
【００２２】暖房時には、図示したように、ポートａとポートｂが接続され、ポートｃとポートｄが接続される。これにより、コンプレッサ２５から出た圧縮冷媒ガスが室内熱交換器３１を通って凝縮され、室内に凝縮熱を放出して暖房する。凝縮された冷媒は膨張弁５２を通って減圧され、ＨＩＣ５１を介して室外熱交換器３２を通って蒸発する。蒸発した冷媒は四方弁３０のポートｃ，ｄを通過してプレート熱交換器３４またはバイパス管４５を介してアキュムレータ３５に入る。アキュムレータ３５に並列してサブアキュムレータ４６が設けられる。アキュムレータ３５の冷媒はキャピラリチューブ４８，４９，５０および絞り４７等を介して冷媒入口管２７よりコンプレッサ２５に吸引される。
【００２３】なお、８０は四方弁３０から室内熱交換器３１を経て膨張弁５２に到るまでの冷媒配管であり、８１は膨張弁５２からＨＩＣ５１を経てサブクール用室外熱交換器３２ａに到るまでの冷媒配管、８２はサブクール用室外熱交換器３２ａから分流し室外熱交換器３２を経て合流し四方弁３０に到るまでの冷媒配管であり、８３は冷媒配管８１の途中部から開時電子膨張弁として機能する開閉弁８３ａ及びＨＩＣ５１を経て冷媒配管８１の途中部までのバイパス配管である。
【００２４】冷房時には、四方弁３０のポートａとポートｃが接続され、ポートｂとポートｄが接続される。これにより、圧縮冷媒ガスはポートａ，ｃを通って暖房時と逆に先に室外熱交換器３２で凝縮され、膨張弁５２を通り室内熱交換器３１で蒸発して室内を冷房する。その後四方弁３０のポートｂ，ｄを通ってアキュムレータ３５に戻る。
【００２５】なおサブクール用室外熱交換器３２ａは、並列配置される３つの室外熱交換器３２で凝縮し液化した冷媒をさらに過冷却するための凝縮器として機能する。
【００２６】上記冷媒配管上でＨＩＣ５１は、ＣＯＰ（冷凍機成績係数）を向上させるための圧損低減用の熱交換器である。すなわち、冷房運転中室外側の要求負荷が小さく高圧の冷媒をバイパス配管８３を通して低圧側となる冷媒配管８０にバイパスされる時、開閉弁８３ａが開且つ所望の絞り開度となり、この開閉弁８３ａで減圧し低温低圧となった冷媒をＨＩＣ５１で高圧高温の液冷媒と熱交換させることにより、高圧側についてさらに過冷却（サブクール）する一方、低圧側では冷媒の蒸発を助けるように機能する。
【００２７】また、プレート熱交換器３４は、アキュムレータ３５内に導入される冷媒をその配管途中で高温のエンジン冷却水により加熱するためのものである。このプレート熱交換器３４にはバイパス管４５が設けられ、冷房時の圧損を低減してＣＯＰを向上させる。
【００２８】ガスエンジン１には、冷却水系３９が備り、冷却水ポンプ４０により冷却水が循環する。冷却水ポンプ４０により送られた冷却水は、排気熱交換器１４を通り、第２ポンプ４１によりエンジンの冷却ジャケット（図示しない）に送られる。エンジンからの出口側の冷却水配管上にサーモスタット４２が設けられ、暖機運転時等に冷却水をバイパスさせる。冷却水系３９はエンジン出口側の配管上にリニア三方弁４３が備り、その下流側にラジエータ３６が室外熱交換器３２に並列して備る。ラジエータ３６にはリカバリータンク３８が接続される。リニア三方弁４３により、冷房時は冷却水をラジエータ３６側に流してファン３７により放熱させ、暖房時には分岐管４４を通してプレート熱交換器３４側に流し、冷媒を加熱することにより高温冷却水を冷却する。ラジエータ３６側とプレート熱交換器３４側への分岐量を調整して制御することもできる。
【００２９】図２は、上記図１の空調システム等に適用される定置式ガスエンジンの要部構成図である。このガスエンジン１００は、クランク軸１０３に連接されたピストン１０６を有し、ピストン上面の燃焼室１６１に臨んで吸気バルブ１１５および排気バルブ１１６が設けられる。これらの吸・排気バルブにはそれぞれ吸気側および排気側のＶＶＴ１ｈ，１ｉが設けられる。これらのＶＶＴ１ｈ，１ｉは、バルブ位相を変更する油圧弁であり、低速側の安定性や高速側の出力改善のために用いられる。クランク軸１０３は電磁クラッチ５ａを介して負荷２Ａ（圧縮機）と連結される。
【００３０】燃焼室１６１には、エアクリーナ１１７を通して空気取入れ口１１７ａと連通する吸気通路１１１が接続される。吸気通路１１１の途中に、気化器（またはミキサー）１１８が設けられ、その下流側にスロットル１１９が設けられる。気化器１１８のベンチュリ１１８ａに燃料供給通路１６２の端部が接続され燃料吐出口を形成する。燃料供給通路１６２は燃料ガスボンベ１１３に連通し、その途中に、ガス燃料の供給元となる２つの電磁開閉弁１２１と、燃料ガスの圧力をほぼ大気圧にするゼロガバナ（減圧弁）１２２と、ガス燃料供給量を調整するメイン燃料制御弁１２３ａが設けられる。
【００３１】ゼロガバナ１２２の上流側の燃料供給通路１６２に圧力センサ１３０が設けられるとともに、燃料分岐通路１６３が分岐して吸気通路１１１のスロットル１１９の下流側と連通させる。この燃料分岐通路１６３にはこの分岐通路を介して供給されるガス燃料を制御するためのリニア式デューティソレノイドバルブ（またはオン／オフバルブ）からなる燃料補正制御弁１２３ｂが設けられる。
【００３２】燃料供給通路１６２上の電磁開閉弁１２１やメイン燃料制御弁１２３ａおよび燃料分岐通路１６３上の燃料補正制御弁１２３ｂは、運転制御プログラムや各種演算用のマップ等を備えたマイコン等からなる制御装置１６０に接続され、後述のように駆動制御される。
【００３３】燃焼室１６１に連通する排気通路１１２に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１７０が設けられその下流側に水を媒体とする排気熱交換器１２７が設けられる。１２８は冷却水温センサであり、制御装置１６０に接続され、排気熱交換器１２７への水量調整等によりエンジンの冷却水温を制御してオーバーヒートの防止等を図る。
【００３４】吸蔵還元触媒１７０は、排気熱交換器１２７の前に取付けられ、縦置き構造としてエンジン停止時等に排気ガス内の凝結水の溜まりを防止する。１７２は触媒放熱用のウォータジャケットであり排気熱交換器１２７の冷却水路に連通する。このウォータジャケット１７２の冷却水路上には制御装置１６０に接続された触媒冷却水制御弁１７１が設けられ冷却水量が制御される。１７３は触媒ヒータであり、冷寒始動時等において触媒活性化温度を調節する。１ｍは触媒温度監視用の温度センサである。
【００３５】制御装置は、温度センサ１ｍからの触媒温度検出値に基づいて触媒が異常高温にならないように冷却水制御弁１７１を制御してウォータジャケット１７２の冷却水量を調整するとともに、冷寒時等に触媒活性化温度になりにくい場合には触媒ヒータ１７３を駆動して活性化温度を保つ。
【００３６】排気通路１１２の吸蔵還元触媒１７０の上流側には、第１ＮＯｘセンサ１ｊが装着され、また吸蔵還元触媒１７０の直前には前記触媒温度監視用の温度センサ１ｍが装着される。吸蔵還元触媒１７０の下流側の排気通路１１２には第２ＮＯｘセンサ１ｋが装着される。各ＮＯｘセンサはＮＯｘとともにＯ２を検出可能であり、酸素濃度センサとしても使用される。
【００３７】第１ＮＯｘセンサ１ｊは、触媒を通過する前の排気ガス中の酸素濃度を検出してＡ／Ｆ制御に用いる。第２ＮＯｘセンサ１ｋは、触媒通過後の排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出して吸蔵還元制御に使用するとともに、酸素濃度を検出して第１ＮＯｘセンサによる酸素濃度検出のキャリブレーションに用いられる。
【００３８】なお、これらの第１および第２のＮＯｘセンサ１ｊ，１ｋにより検出したＮＯｘ濃度の差により吸蔵還元触媒１７０によるＮＯｘ吸収量を算出することも可能である。
【００３９】１０ａは排気側カム軸センサであり、排気バルブ１１６の位相を検出する。また、１０ｂは吸気側カム軸センサであり、吸気バルブ１１５の位相を検出するとともに回転数の算出に用いられる。１２４は点火プラグ、１２５は点火ユニット、１２６は点火コイルである。
【００４０】以下上記構成の定置式ガスエンジンの駆動制御方法についてガスヒートポンプ（ＧＨＰ）式空調システムに適用した例について説明する。
【００４１】ＧＨＰシステムの全体的な運転は図３に示すフローチャート（詳細は後述）により行われ、その際空調運転において目標回転数が決定される。この目標回転数によりエンジンは図４に示されるフローチャート（詳細は後述）により運転が行われる。
【００４２】まずスロットルの演算が行われるが、スロットルの動作開度は図５のフローチャート（詳細は後述）に示すように、要求回転数とエンジン実回転数の偏差および変位（偏差の微分値）から、マップ演算によりエンジンレベルが算出され、そのレベルに応じたフローで開閉度が決定される。
【００４３】次に燃料制御弁の演算を行うが、この燃料制御弁の動作開度は図６のフローチャート（詳細は後述）に示すように、触媒制御に異常がない場合には、図８のマップから目標となる酸素濃度を３次元補間により算出し、この目標値とＯ２センサ（本実施形態ではＮＯｘセンサを用いる）から求められる実酸素濃度の偏差および変位を図９，１０に示すファジー演算および図１３に示すエンジンレベル補正値から燃料制御弁動作補正量を決定する。
【００４４】触媒制御に異常がある場合には、図１６に示すように予めＮＯｘ排出値が例えば１００ｐｐｍとなるように設定された応急運転開度マップから燃料制御弁基本開度を３次元補間演算で算出し、これに図１３で示されるエンジンレベル補正値に応じた燃料制御弁動作補正量を加算し動作開度を決定する。
【００４５】次に点火時期の演算を行うが、この点火の要求時期は図６のフローチャート（詳細は後述）に示すように、図１５のマップから３次元補間により算出しエンジンレベルにより求められる補正値を加算して決定する。なお、燃料制御弁および点火時期マップのブースト軸データはスロットル開度をパラメータとしてもよい。
【００４６】上記エンジン駆動制御運転において、吸蔵還元触媒１７０（図２）は図７のフローチャート（詳細は後述）に示すように、吸蔵運転と還元運転を繰り返すように運転制御される。
【００４７】すなわち、まず燃料補正制御弁基本開度Ｆｈｂを図１７のマップよりデューティ比として算出する。これは、この燃料補正制御弁が還元作用にのみ使用されるのではなく、極く低回転の運転を行う際に、メインの燃料制御弁だけでは最小微小流量が確保できないため、メインの燃料制御弁開度が０の場合にはこのマップに従って燃料補正制御弁からの流量を必要とするからである。
【００４８】次に、現在の制御状態が吸蔵運転か還元運転かを判別する。吸蔵運転の場合には、燃料補正制御弁の基本開度はＦｈｂのみで、図１９のマップで３次元補間演算された還元最大時間に到達するか、または図２１の最大許容ＮＯｘ値マップで３次元補間演算された最大許容ＮＯｘをＮＯｘセンサが検出するまで運転される。
【００４９】この運転を終了すると、還元運転に移行する。還元運転においては、図２０に示すように、予め理論空燃比以上のリッチ状態で現在運転中のトルクと同じトルクが得られるように設定された燃料補正制御弁の還元開度マップを３次元補間演算し、この開度とＦｈｂを加算した開度で運転する。すなわち、図２６のトルク特性曲線に示すように、空燃比λ１のリーン状態で希薄燃焼運転をしている吸蔵運転状態から、リッチ側でこの運転状態のトルクと同じトルクとなる空燃比λ２の状態とすることによりトルク変動を起こすことなく還元雰囲気が得られる。これにより、吸蔵還元のサイクルを繰り返してもトルクが同じになるため、大きな回転変動を起こすことなく触媒再生ができ、長期にわたって安定したＮＯｘ除去機能を維持することができる。
【００５０】上記還元運転は、ＮＯｘセンサにより検出されたＮＯｘ値が図２２に示す最大還元ＮＯｘ値マップを３次元補間演算した値を下回るまで行われるが、これに要する時間が図１９に示されるマップの時間を越えた場合、触媒が物理的に破損したか、ＮＯｘセンサが故障したと判断し、異常フラグをセットする。このフラグは次回エンジンが起動するまでクリアされることはない。このフラグがセットされている間は、燃料制御弁は前述の動作を行い、触媒制御は中止されユーザに警告を発するとともに応急運転を行っていることを知らせる。
【００５１】本実施形態では、燃料補正開度が学習される。この補正開度の学習は、還元運転の開始と同時にエンジン回転数の最大ふき上がり量Ｒｍａｘと、ふき上がるのに要する時間ｔを計測して行う。これを還元運転終了の際に、図２３，２４，２５に示すファジー演算ルールに従って補正出力値を算出する。このとき、エンジン回転数のふき上がり状態は図２７に示すとおりであり、図のＲｍａｘやΔＲＲ等に基づいて補正出力値を算出する。この補正出力値を図２０に示す燃料補正制御弁開度マップの現在位置にあるデータに加算し、そのマップデータを書換える。これを繰り返すことにより、リッチ直後にふき上がりすぎていた回転数が徐々にふき上がらなくなり、より安定したエンジン運転が実現できる。
【００５２】以下、図３〜図７の運転制御フローチャートについて詳細に説明する。図３は、システム全体の運転動作を示すフローチャートであり、運転動作フローの各ステップでの処理動作は以下のとおりである。
Ｓ１：ブレーカ（あるいはメインスイッチ）等を介して電源に接続された状態で、マイコン、ＧＨＰ（ガスヒートポンプ）通信系、各センサおよびアクチュエータ等の初期設定を行う。
Ｓ２：リモコンが押されたかをチェックする。リモコンのＯＮによりシステム内各機器に電源が供給され動作が開始する。
【００５３】Ｓ３：２つの電磁開閉弁１２１（図２）のうち一方をＯＮにし、換気ファンを駆動してエンジンルームのパージを例えば３０秒行う。なお、この際、スロットルと燃料制御弁モータ（メイン燃料制御弁１２３ａ）は原点出しの動作も行い、０点合せをした上で初期設定開度に動作させる。また、点火時期は初期要求点火時期を設定しておく。
Ｓ４：前記電磁開閉弁１２１のうち他方をＯＮにし、点火電源をＯＮにした上でセルモータを動作させる。
【００５４】Ｓ５：エンジン回転数の検出データからエンジン回転数が起動完了回転数を上回るかをチェックすることによりエンジン起動を判別する。
Ｓ６：エンジンが起動するとセルモータをＯＦＦにする。なお、この時点以降、後述のフローチャートに示すエンジンの各種制御が開始される。
Ｓ７：初期化運転をクラッチ接続前に行う。この初期化運転は、バルブ等にカーボンが蓄積することを防ぐため及び触媒を完全に還元浄化するために、理論空燃比で高回転運転を約４０秒程度行うものである。
【００５５】Ｓ８：電磁クラッチ５ａ（図２）をＯＮ（接続）してエンジン１００と圧縮機２Ａとを接続する。この際、スロットルおよび燃料制御弁モータはクラッチ接続補正運転を行う。これは、クラッチ接続の際の急激な負荷変動に伴うエンジン回転数の落込みを防止するためのオフセット動作を行う運転である。。このオフセット動作の制御量は、スロットルおよび燃料制御弁についてそれぞれ冷媒高圧に補正係数を掛け合せたものである。
【００５６】Ｓ９：エンジンを後述のフローチャートにしたがって通常に運転する。
Ｓ１０：空調制御を行うと同時にエンジン目標回転数を算出する。この場合、冷房モードについては冷媒低圧の目標が例えば４kgf/m２（１kgf/m２≒9.8Pa）になるように目標回転数の設定を行い、暖房モードについては冷媒高圧の目標が例えば２０kgf/m２になるように目標回転数の設定を行う。なお、両モードにおいて、室内温度とリモコン設定温度との変位差や変位量は補正値になる。
【００５７】Ｓ１１：リモコンＯＦＦや設定室温に達したときのサーモＯＦＦあるいはセンサその他の異常等によるエンジン停止要求があるか否かをチェックする。
Ｓ１２：エンジン停止要求があった場合に、触媒を完全に還元浄化するために理論空燃比でクラッチＯＦＦ回転運転を約３秒程度行った後クラッチをＯＦＦにする。
Ｓ１３：エンジン停止処理として、点火をカットし、スロットルおよび燃料制御弁開度をエンジン停止開度に動作させる。なお、異常による停止の場合には、異常表示を行い、対策が行われるまでは次の起動へは移行されない。
【００５８】Ｓ１４〜Ｓ１９：エンジンの起動失敗処理である。すなわち、まずセルモータが所定の停止時間（連続操作できる時間、例えば７秒）に達したかをチェックし（ステップＳ１４）、停止時間に達しても起動してなければ再起動操作の回数を１つ増加し（ステップＳ１５）、この再起動操作回数を所定値（例えば５回）と比較し（ステップＳ１６）、所定値以上であれば起動失敗異常表示を行い（ステップＳ１７）、所定値未満であれば再起動待ち処理を行い（ステップＳ１８）、パージ処理（ステップＳ９）に戻る。
【００５９】図４はエンジン制御のフローチャートである。各ステップの動作は以下のとおりである。
Ｓ１：エンジン起動以降のエンジン制御サブルーチンを開始する。
Ｓ２：カム軸センサ１０ａ，１０ｂ（図２）からの信号があるかをチェックする。
Ｓ３：カムの位置をクランク基準点とし、クランク角をクリアする。
Ｓ４：後述のスロットル制御を行うためのスロットル要求開度を図１２および図１３のマップを用いて算出する。このスロットル要求開度Ｔｒｅｆは、Ｔｒｅｆ＝Ｔｏ＋∫ｆ（ΔＲ，ΔＲ’，Δｔ）ｄｔＴｏ：スロットル初期値ｆ（ΔＲ，ΔＲ’，Δｔ）：マップ算出される要求動作量で表わされる。
【００６０】Ｓ５：後述の燃料制御弁（メイン燃料制御弁１２３ａ）の制御を行うための燃料制御弁要求開度を算出する。
Ｓ６：後述の点火時期制御を行うための点火要求時期を算出する。
Ｓ７：クランク位置を検出するクランクセンサ９ａ（図２）からの信号があるかをチェックする。この信号は、クランク軸のリングギヤを検出することにより動作角度を検出する。
Ｓ８：クランク角度を加算する。
【００６１】Ｓ９：上記ステップＳ８で算出したクランク角度が各気筒の要求点火時期かをチェックする。
Ｓ１０：クランク角が要求点火時期であれば点火を出力する。
Ｓ１１：スロットルモータ動作時間が経過したかをチェックする。この時間はＣＰＵ（制御装置１６０）のタイマーにより検出される。
Ｓ１２：スロットルモータを単位ステップ動作する。ただし、目標に達している場合には動作しない。
【００６２】Ｓ１３：燃料制御弁モータの動作時間が経過したかをチェックする。この時間はＣＰＵ（制御装置１６０）のタイマーにより検出される。
Ｓ１４：燃料制御弁モータを単位ステップ動作する。ただし、目標に合致している場合には動作しない。
Ｓ１５：後述の吸蔵還元触媒のサブルーチン制御を行う。
【００６３】図５はスロットル制御サブルーチンのフローチャートであり、各ステップの動作は以下のとおりである。
Ｓ１：カム軸信号入力の際コールされるサブルーチンを開始する。
Ｓ２：このＧＨＰシステムの目標回転数Ｒｒを算出する。
Ｓ３：カム軸信号時間から回転数Ｒｅを算出する。
Ｓ４：エンジン回転数の偏差ΔＲを算出する。
ΔＲ＝Ｒｅ−Ｒｒ【００６４】Ｓ５：エンジン回転数の変位ΔＲ’を算出する。
ΔＲ’＝ΔＲ／ｄｔＳ６：ΔＲ，ΔＲ’を入力とした３次元面補間演算を実行してエンジンレベルＬを算出する。エンジンレベルは図１２のマップから求める。
Ｓ７：算出したエンジンレベルＬから図１３のレベル−動作量変換マップに基づいてスロットル動作量Ｔｃを算出する。
Ｓ８：アクチュエータに対しスロットル要求動作信号を出力する。
Ｓ９：サブルーチンを終了する。
【００６５】図６は燃料制御および点火制御のフローチャートであり、各ステップの動作は以下のとおりである。
Ｓ１：吸気側のカム軸信号入力の際コールされるサブルーチンを開始する。
Ｓ２：触媒制御において異常があるかをチェックする。
Ｓ３：エンジン回転数およびブースト（吸気負圧）に基づいて、図８の３次元マップから目標酸素濃度Ｏｒを算出する。
Ｓ４：Ｏ２およびＮＯｘを検出するセンサ（第１ＮＯｘセンサ１ｊ）より現在の酸素濃度値Ｏｅを算出する。
【００６６】Ｓ５：酸素濃度偏差ΔＯを算出する。
ΔＯ＝Ｏｅ−ＯｒＳ６：酸素濃度変位ΔＯ’を算出する。
ΔＯ’＝ΔＯ／ｄｔＳ７：図９のメンバシップ関数および図１０のルールに基づいて、ΔＯおよびΔＯ’を入力としてファジー演算を実行し、図１１のマップを用いて燃料制御弁１２３ａの開度Ｆｔを算出する。
Ｓ８：エンジンレベルより燃料補正量Ｆｃを算出する。この補正量は図１３のマップから求める。
【００６７】Ｓ９：燃料制御弁の動作量Ｔを算出する。
Ｓ１０：燃料制御弁のアクチュエータに対し要求動作量Ｔの信号を発する。
Ｓ１１：エンジン回転数とブーストから図１５のマップに基づいて基本点火時期Ｉｔを算出する。
Ｓ１２：エンジンレベルより点火時期補正値Ｉｃを算出する。この補正値Ｉｃは図１３のマップから求める。
【００６８】Ｓ１３：点火時期Ｉを算出する。
Ｓ１４：点火コイルに対し点火時期要求動作信号を出力する。
Ｓ１５：触媒制御に異常がある場合に、燃料制御弁開度を応急開度として図１６のマップにより要求開度が算出される。
Ｓ１６：サブルーチンを終了する。
【００６９】図７は、燃料補正制御弁１２３ｂの運転動作を示すフローチャートであり、各ステップの動作は以下のとおりである。
Ｓ１：図１７のマップを用いて燃料補正制御弁１２３ｂの基本開度Ｆｈｂを算出する。
Ｓ２：ＮＯｘセンサ（触媒後流側の第２ＮＯｘセンサ１ｋ（図２））による検出出力から現在のＮＯｘ排出濃度Ｎｒを算出する。
Ｓ３：触媒動作モードを判別する。モード値＝０は吸蔵運転中であり、非０値は還元運転中を示す。
Ｓ４：ＮＯｘ排出濃度の最大値を表わす最大許容ＮＯｘ値Ｎｑを、図２１のマップを用いてエンジン回転数とブーストからなる３次元マップ演算により算出する。
【００７０】Ｓ５：現在のＮＯｘ排出濃度が最大許容ＮＯｘ値を上回っていないかをチェックする。上回っていたら吸蔵運転を終了する。
Ｓ６：タイマカウンタを減算する。
Ｓ７：吸蔵完了時間を経過したかをチェックする。吸蔵運転は、図１８で示されるマップ解の時間上限値を持つ。これはセンサの破損などにより現在のＮＯｘ排出濃度が求められなくなった際の応急措置制御となる。
Ｓ８：還元時間を図１９のマップから算出する。
【００７１】Ｓ９：吸蔵完了の手続として触媒動作モードを１にセットする。
Ｓ１０：図２０のマップから還元運転に要する燃料補正制御弁の開度Ｆｈｒを算出する。
Ｓ１１：基本開度Ｆｈｂ（ステップＳ１で算出）と還元開度Ｆｈｒ（ステップＳ１０で算出）とに基づいて、出力Ｆｈ←Ｆｈｂ＋Ｆｈｒとして燃料補正制御弁を動作させる。
Ｓ１２：還元運転中の場合、還元タイマカウンタを減算する。
【００７２】Ｓ１３：還元運転の最大時間が経過したかをチェックする。還元運転は、図１９で示されるマップ解の時間上限値を持つ。これはセンサの破損などにより現在のＮＯｘ排出濃度が求められなくなった際の応急措置制御となる。この際エラーチェックを行う。
Ｓ１４：還元運転でのＮＯｘ排出濃度の最大値を表わす最大許容ＮＯｘ値Ｎｆを、図２２のマップからエンジン回転数とブーストからなる３次元マップ演算により算出する。
【００７３】Ｓ１５：現在のＮＯｘ排出濃度が最大許容ＮＯｘ値を上回っていないかをチェックする。上回っていたら還元運転を終了する。
Ｓ１６：触媒異常フラグおよび異常カウンタをクリアする。
Ｓ１７：還元完了の手続として触媒動作モードを０にセットする。
Ｓ１８：図１９のマップから吸蔵運転に要する燃料補正制御弁の開度を算出するとともに吸蔵運転のタイマカウンタをセットする。
【００７４】Ｓ１９：燃料補正制御弁を出力Ｆｈ←Ｆｈｂ（ステップＳ１で算出）として動作させる。
Ｓ２０：還元最大時間を経過した場合、異常カウンタを加算する。
Ｓ２１：異常カウンタが１６回以上最大時間を上回ったかをチェックする。１６回以上であれば触媒は破損と判断する。
Ｓ２２：触媒破損の場合に触媒異常フラグをセットする。
【００７５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、制御装置により燃料分岐通路に設けた燃料補正制御弁の開度を制御することにより、トルク特性曲線上、触媒によるＮＯｘ吸収時のリーン状態の空燃比におけるトルクと同じトルクが得られるリッチ状態の空燃比となるように吸気通路内に燃料を供給し、これにより、トルク変動を抑えるとともに回転数変動を抑えることができる。このとき、ガス燃料供給通路のメイン燃料制御弁によりシステム側の要求負荷に応じた回転数を得るための燃料供給を行って一定回転を維持した状態で、この燃料供給通路の減圧弁上流側の高圧ガス燃料を燃料分岐通路からベンチュリ下流側の吸気負圧が大きい吸気通路内に供給するため、大きな圧力差によりガス燃料が瞬時に供給され短時間で触媒再生に必要なリッチ雰囲気として燃費の悪化を抑えることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００１００７６
【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１月１７日（２０００．１．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１００２８４
【弁理士】
【氏名又は名称】荒井 潤
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２００７６０（Ｐ２００１−２００７６０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月２７日（２００１．７．２７） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−８４１２（Ｐ２０００−８４１２） |
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