(57)【要約】【課題】排気路に触媒を配置したエンジンシステムにおいて、エンジン効率の低下を抑制しつつ排気路に設けた触媒を迅速に昇温させて当該触媒の浄化効率を向上させる。【解決手段】燃料ガスＦが連続的に通流する主ガス供給路１２ａと、開閉作動弁１３を設けた副ガス供給路１２ｂとを、吸気路２０に対して並列接続して備え、制御手段５０が、開閉作動弁１３の開閉作動のデューティー比制御によりエンジン３０に吸気される混合気Ｍの空燃比を制御する空燃比設定制御を実行すると共に、開閉作動弁１３の開閉作動周期、及び、吸気路２０へのガス供給路１２による総燃料ガス供給量に対する副ガス供給路１２ｂからの燃料ガスＦ供給量の割合であるガス供給割合の少なくとも一方を増加させて、触媒４１を昇温させる触媒昇温処理を実行する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒型のエンジンの吸気路に燃料ガスを供給するガス供給路と、
前記ガス供給路から前記吸気路への燃料ガスの供給量を調整可能な供給量調整手段と、
前記エンジンの排気路に配置され、当該排気路に排出された排ガスを浄化する触媒と、
前記触媒を昇温させる触媒昇温処理を実行可能な制御手段とを備えたエンジンシステムであって、
前記ガス供給路として、燃料ガスが連続的に通流する主ガス供給路と、開閉作動弁を設けた副ガス供給路とを、前記吸気路に対して並列接続して備え、
前記供給量調整手段として、前記開閉作動弁を周期的に開閉作動させると共に当該開閉作動のデューティー比制御により前記吸気路への燃料ガスの供給量を調整可能な開閉作動部を備え、
前記制御手段が、
前記開閉作動弁の開閉作動のデューティー比制御により前記エンジンに吸気される混合気の空燃比を制御する空燃比設定制御を実行すると共に、
前記触媒昇温処理において、前記開閉作動弁の開閉作動周期、及び、前記吸気路への前記ガス供給路による総燃料ガス供給量に対する前記副ガス供給路からの燃料ガス供給量の割合であるガス供給割合の少なくとも一方を増加させて、前記触媒を昇温させるエンジンシステム。
【請求項２】
前記触媒が三元触媒である請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
前記制御手段が、前記エンジンが冷態状態であるときに、前記触媒昇温処理を実行する請求項１又は２に記載のエンジンシステム。
【請求項４】
前記制御手段が、前記触媒の劣化が進行している劣化進行状態であるときに、前記触媒昇温処理を実行する請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項５】
前記主ガス供給路に、開度調整可能な開度調整弁を備え、
前記供給量調整手段として、前記開度調整弁の開度制御により前記吸気路への燃料ガスの供給量を調整可能な開度調整部を備え、
前記制御手段が、前記開度調整弁の開度制御により前記ガス供給割合を制御する請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの吸気路に燃料ガスを供給するガス供給路と、
前記ガス供給路から前記吸気路への燃料ガスの供給量を調整可能な供給量調整手段と、
前記エンジンの排気路に配置され、当該排気路に排出された排ガスを浄化する触媒と、
前記触媒を昇温させる触媒昇温処理を実行可能な制御手段とを備えたエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のエンジンシステムは、吸気路に対して、ガス供給路を通じて天然ガス系都市ガスなどの燃料ガスを供給することで、当該吸気路に混合気を生成するものとして構成されている。更に、このガス供給路には、吸気路への燃料ガスの供給量を調整可能な供給量調整手段が設けられており、この供給量調整手段により燃料ガスの供給量を調整することで、エンジンに吸気される混合気の空燃比が、ストイキ範囲内（例えば空気過剰率換算で１．０程度）等の所望の空燃比に制御される。
【０００３】
このようなエンジンシステムでは、通常、排ガスを浄化する三元触媒等の触媒が排気路に配置されるが、起動時や部分負荷時などのようにエンジンが冷態状態であるときには、その触媒の浄化効率が低下して、ＮＯｘや未燃焼成分等の排出量が増加するという問題がある。
そこで、従来のエンジンシステムとして、触媒の温度が所定の基準温度未満となっている場合に、触媒を昇温させる触媒昇温処理を実行することで、触媒の浄化効率を向上させるものが知られている。かかる触媒昇温処理を実行するエンジンシステムとしては、点火時期を遅角化させて排ガスの温度を上昇させたるもの（例えば、特許文献１を参照。）、排気路に未燃焼の燃料を排出させて燃焼させるもの（例えば、特許文献２を参照。）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０２１５５４号公報
【特許文献２】特開２００１−２２７３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
点火時期を遅角化させて排ガスの温度を上昇させることで触媒を昇温させるエンジンシステムでは、排ガスの温度を上昇させてからそれに追随して触媒が昇温するまでにある程度の時間が必要となり、触媒温度を迅速に上昇させることができないという問題が生じる。
また、排気路で燃料を燃焼させることで触媒を昇温させるエンジンシステムでは、未燃焼の燃料が触媒で燃焼することで触媒を迅速に昇温させることができると考えられるが、吸気路に燃料ガスを供給する所謂予混合式のエンジンシステムでは、このような構成を採用するためには、燃焼室に吸気される混合気の空燃比を理論空燃比よりも燃料ガスが過濃な状態の低空燃比に設定する必要があり、エンジンシステムにおいて低空燃比の混合気を燃焼させることで、エンジン効率が低下するという問題が生じる。
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、排気路に触媒を配置したエンジンシステムにおいて、エンジン効率の低下を抑制しつつ排気路に設けた触媒を迅速に昇温させて当該触媒の浄化効率を向上させることができる技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するための本発明に係るエンジンシステムは、
多気筒型のエンジンの吸気路に燃料ガスを供給するガス供給路と、
前記ガス供給路から前記吸気路への燃料ガスの供給量を調整可能な供給量調整手段と、
前記エンジンの排気路に配置され、当該排気路に排出された排ガスを浄化する触媒と、
前記触媒を昇温させる触媒昇温処理を実行可能な制御手段とを備えたエンジンシステムであって、
その第１特徴構成は、
前記ガス供給路として、燃料ガスが連続的に通流する主ガス供給路と、開閉作動弁を設けた副ガス供給路とを、前記吸気路に対して並列接続して備え、
前記供給量調整手段として、前記開閉作動弁を周期的に開閉作動させると共に当該開閉作動のデューティー比制御により前記吸気路への燃料ガスの供給量を調整可能な開閉作動部を備え、
前記制御手段が、
前記開閉作動弁の開閉作動のデューティー比制御により前記エンジンに吸気される混合気の空燃比を制御する空燃比設定制御を実行すると共に、
前記触媒昇温処理において、前記開閉作動弁の開閉作動周期、及び、前記吸気路への前記ガス供給路による総燃料ガス供給量に対する前記副ガス供給路からの燃料ガス供給量の割合であるガス供給割合の少なくとも一方を増加させて、前記触媒を昇温させる点にある。
【０００７】
上記第１特徴構成によれば、供給量調整手段としての開閉作動部により、吸気路に接続された副ガス供給路に設けられた開閉作動弁が周期的に開閉作動されることで、吸気路に対して、副ガス供給路から燃料ガスが間欠的に供給されることになるが、それに加えて、副ガス供給路に対して並列状態で吸気路に接続された主ガス供給路から燃料ガスが連続的に供給されることになる。よって、吸気路に対する燃料ガスの供給状態は、上記主ガス供給路からの連続的な燃料ガスの供給により途絶えることがなくなるので、エンジンへ吸気される混合気の空燃比が過剰に燃料希薄状態となることが抑制されるので、失火等を防止することができる。
更には、開閉作動部により、当該開閉作動弁の周期的な開閉作動に対してデューティー比制御が行われることで、副ガス供給路から吸気路への燃料ガスの供給量が調整される。よって、吸気路に対する燃料ガスの供給量は、副ガス供給路における開閉作動弁の周期的な開閉作動におけるデューティー比制御により調整されるので、例えば、従来のようにガス供給路に設けた開度調整弁の開度制御のみで調整する場合と比較して、吸気路への燃料ガスの供給量の調整幅を拡大することができる上に、応答性を向上することができる。
【０００８】
更に、制御手段により、空燃比設定制御を実行して、開閉作動弁の周期的な開閉作動におけるデューティー比制御によりエンジンに吸気される混合気の空燃比を制御するにあたり、吸気路に対する燃料ガスの供給量の変化とは切り分けて変更可能な、上記開閉作動周期及び上記ガス供給割合の少なくとも一方を変更することにより、気筒間における空燃比のバラツキを変化させることができる。
即ち、上記開閉作動弁の開閉作動周期は、できるだけ小さくして開閉作動周波数を高くすることで、吸気路を通流する混合気において開閉作動弁の開閉作動周期と同周期の濃淡分布が生じた場合でも、当該濃淡分布の度合いが小さくなる。しかし、開閉作動弁の開閉作動周期は、小さくしすぎると、開閉作動弁の開閉作動に異常が生じて耐久性が低下したり、開閉作動弁を通じて吸気路に供給される燃料ガスの量が不安定になる場合がある。よって、開閉作動弁が正常に開閉作動して吸気路に安定して燃料ガスを供給可能な範囲内で、上記開閉作動弁の開閉作動周期を小さくすれば、気筒間のバラツキが小さくなり、逆に、上記開閉作動弁の開閉作動周期を大きくすれば、気筒間のバラツキが大きくなる。また、上記ガス供給割合は、できるだけ小さくすることで、吸気路を通流する混合気において開閉作動弁の開閉作動周期と同周期の濃淡分布が生じた場合でも、当該濃淡分布の度合いが小さくなる。しかし、ガス供給割合は、小さくしすぎると、エンジンの出力にあった十分な量の燃料ガスを供給できなくなる場合がある。よって、吸気路に対して十分な量の燃料ガスを供給可能な範囲内で、上記ガス供給割合を小さくすれば、気筒間のバラツキが小さくなり、逆に、上記ガス供給割合を大きくすれば、気筒間のバラツキが大きくなる。
そして、このように気筒間のバラツキが大きくなることで、全体での良好な燃焼状態を保ちつつ、全気筒の内の一部の気筒のみで空燃比が理論空燃比よりも低くなり、その気筒から排出される排ガス中の未燃成分が増加するので、その未燃成分を酸化処理する触媒における発生熱量が増加することになる。そこで、上記制御手段は、上記触媒昇温処理を実行して、上記開閉作動周期及び上記ガス供給割合の少なくとも一方を増加させて気筒間のバラツキを大きくすることで、触媒を昇温させることができ、例えば当該触媒の活性を良好に保つことができる所望温度以上に維持することができる。
従って、本発明により、全体での良好な燃焼状態と保つことでエンジン効率の低下を抑制しつつ、排気路に設けた触媒を迅速に昇温させて当該触媒の浄化効率を向上させることができるエンジンシステムを実現することができる。
【０００９】
本発明に係るエンジンシステムの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、
前記触媒が三元触媒である点にある。
【００１０】
上記第２特徴構成によれば、制御手段により、触媒昇温処理を実行して、上記開閉作動周期及び上記ガス供給割合の少なくとも一方を増加させて気筒間のバラツキを大きくすることで、三元触媒に供給される排ガス中の未燃成分が増加するので、その未燃成分が三元触媒において酸化処理されることで当該三元触媒を迅速に昇温させることができ、例えば当該三元触媒の活性を良好に保つことができる所望温度以上に維持することができる。
【００１１】
本発明に係るエンジンシステムの第３特徴構成は、上記第１乃至第２特徴構成の何れかに加えて、
前記制御手段が、前記エンジンが冷態状態であるときに、前記触媒昇温処理を実行する点にある。
【００１２】
上記第３特徴構成によれば、エンジンの起動時などのように、触媒やその下流側に配置された酸素センサなどが低温となっている冷態状態のときに、上記触媒昇温処理を実行することで、触媒及びその触媒から排出される排ガスの温度を迅速に上昇させて、暖機を良好に進行させることができる。
【００１３】
本発明に係るエンジンシステムの第４特徴構成は、上記第１乃至第３特徴構成の何れかに加えて、
前記制御手段が、前記触媒の劣化が進行している劣化進行状態であるときに、前記触媒昇温処理を実行する点にある。
【００１４】
上記第４特徴構成によれば、触媒の劣化が進行している劣化進行状態のときに、上記触媒昇温処理を実行することで、触媒を迅速に昇温させて、当該触媒の活性を高く維持することができる。
【００１５】
本発明に係るエンジンシステムの第５特徴構成は、上記第１乃至第４特徴構成の何れかに加えて、
前記主ガス供給路に、開度調整可能な開度調整弁を備え、
前記供給量調整手段として、前記開度調整弁の開度制御により前記吸気路への燃料ガスの供給量を調整可能な開度調整部を備え、
前記制御手段が、前記開度調整弁の開度制御により前記ガス供給割合を制御する点にある。
【００１６】
上記第５特徴構成によれば、上記主ガス供給路に上記開度調整弁を設ければ、当該開度調整弁の開度制御を行うことで、総燃料ガス供給量に対する副ガス供給路からの燃料ガス供給量の割合であるガス供給割合を容易に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態のエンジンシステムの概略構成図
【図２】ストイキ燃焼モードにおける燃料ガス供給量、開閉作動弁の開閉状態、及び開度調整弁の開度状態の変化を説明する図
【図３】リーン燃焼モードにおける燃料ガス供給量、開閉作動弁の開閉状態、及び開度調整弁の開度状態の変化を説明する図
【図４】別実施形態のエンジンシステムの概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に示すエンジンシステムは、混合気Ｍを気筒３１で圧縮して燃焼させて軸動力を出力するエンジン３０を備えており、このエンジン３０は、天然ガス系都市ガスの燃料ガスＦを利用したレシプロ式ガスエンジンとして構成されている。即ち、エンジン３０は、シリンダの内面とピストンの頂面とで規定される複数の気筒３１を配置してなる多気筒型のエンジンとして構成されており、更に、夫々の気筒３１に接続され空気Ａが導入される吸気路２０と、夫々の気筒３１に接続され当該気筒３１から排ガスＥが排出される排気路４０とが備えられている。また、センサ等の検出結果が入力され、その入力信号に基づいて制御弁などの各種補機を制御して、ガスエンジンの運転を制御するコンピュータからなるエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ。）５０（制御手段の一例）が設けられている。
尚、複数の気筒３１の夫々に対して、吸気路２０は、各気筒３１に分岐する複数の吸気ポート２０ｂを有する吸気マニホールド２０ａを介して接続されており、一方、排気路４０は、各気筒３１に分岐する複数の排気ポート４０ｂを有する排気マニホールド４０ａを介して接続されている。
【００１９】
そして、この種のエンジン３０は、各気筒３１において、吸気路２０から吸気した混合気Ｍを、ピストン（図示せず）の上昇により圧縮した状態で点火プラグ（図示省略）にて火花点火して燃焼・膨張させることで、ピストンを押し下げて出力軸３６から軸動力を出力し、燃焼により発生した排ガスＥは、気筒３１から排気路４０に押し出され、外部に排出される。
更に、出力軸３６には、ヒートポンプシステムの圧縮機３５等の回転負荷が接続されており、出力軸３６で出力した軸動力が当該圧縮機３５の駆動源として利用される。
【００２０】
排気路４０には、上流側から順に、排ガスＥの酸素濃度を検出する酸素センサ４２が配置され、この酸素センサ４２の検出情報はＥＣＵ５０に入力される。
一方、吸気路２０には、上流側から順に、吸気路２０を通流する空気Ａに燃料ガスＦを混合して混合気Ｍを形成するミキサ１０と、開度調整により吸気マニホールド２０ａを介して各気筒３１への当該混合気Ｍの吸気量を調整可能なスロットルバルブ２１とが配置されている。また、エンジン３０には、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ３４が設けられており、ＥＣＵ５０は、回転速度センサ３４にて検出されるエンジン回転速度が目標回転速度になるように、スロットルバルブ２１の開度を調整して、気筒３１への混合気Ｍの吸気量を調整することにより、エンジン３０の出力を制御する所謂出力制御手段５３として機能する。
【００２１】
ミキサ１０には、吸気路２０に配置される混合部１１と、混合部１１に燃料ガスを供給するガス供給路１２とが設けられており、更に、ガス供給路１２から混合部１１への燃料ガスＦの供給量を調整可能な供給量調整手段１７が設けられている。
混合部１１は、吸気路２０を縮径させたベンチュリ構造を有し、吸気路２０を流通する空気Ａが上記ベンチュリ構造を高速で通過することで圧力低下を発生させ、この圧力低下を利用して、ガス供給路１２から供給された燃料ガスＦを、吸気路２０を流通する空気Ａに供給して、吸気路２０に混合気Ｍを形成するように構成されている。
【００２２】
ガス供給路１２としては、主ガス供給路１２ａと副ガス供給路１２ｂとが、吸気路２０の混合部１１に対して並列接続されている。
主ガス供給路１２ａには開度調整可能なニードル弁などの開度調整弁１５が配置されおり、この開度調整弁１５の開度を制御するアクチュエータからなる開度調整部１６が設けられている。
即ち、この開度調整部１６は、開度調整弁１５の開度制御により主ガス供給路１２ａを介した混合部１１への燃料ガスＦの供給量を調整可能に構成されていることから、ガス供給路１２から混合部１１への燃料ガスの供給量を調整可能な供給量調整手段１７であると言える。
また、この開度調整弁１５は、開度調整が行われるものの、常に開状態が維持されていることから、主ガス供給路１２ａから燃料ガスＦが連続的に供給されることになる。よって、主ガス供給路１２ａから混合部１１への燃料ガスＦの供給状態は、上記主ガス供給路１２ａからの連続的な燃料ガスＦの供給により途絶えることがなくなり、よって、エンジン３０へ吸気される混合気Ｍの空燃比は過剰に燃料希薄状態となることが抑制され、結果、失火等が防止されることになる。
【００２３】
一方、副ガス供給路１２ｂには、全開状態と全閉状態とを交互に繰り返す形態で周期的に開閉作動可能なソレノイド弁などの開閉作動弁１３が配置されており、この開閉作動弁１３を周期的に開閉作動させると共に当該開閉作動のデューティー比を制御するアクチュエータからなる開閉作動部１４が設けられている。開閉作動弁１３の開閉作動のデューティー比とは、図２に示すように、開閉作動弁１３が全閉状態から全開状態に切り替わる開放タイミングから次の開放タイミングまでの時間である開閉周期Ｔｐ（例えば０．１〜０．５ｓｅｃ）に対する、開閉作動弁１３が全開状態に維持される時間である開時間Ｔｏの割合（Ｔｏ／Ｔｐ）を示す。即ち、この開閉作動部１４は、開閉作動弁１３の開閉作動のデューティー比制御により副ガス供給路１２ｂを介した混合部１１への燃料ガスＦの供給量を調整可能に構成されていることから、ガス供給路１２から混合部１１への燃料ガスの供給量を調整可能な供給量調整手段１７であると言える。尚、この開閉作動弁１３の開閉周期Ｔｐは、当該開閉作動弁１３の応答性や耐久性等を考慮して適宜決定可能であるが、例えば、エンジン３０の吸気行程の発生周期（例えば４サイクルエンジンでは、各気筒のサイクル周期（エンジン回転周期／２）×気筒数で求められる。）の整数倍に設定することができる。
また、この開閉作動部１４は、開閉作動弁１３を周期的に開閉作動させる開閉作動状態と、開閉作動弁１３を閉鎖させる閉鎖状態に切替可能に構成されている。
尚、開閉作動部１４は、ＥＣＵ５０から、開閉作動弁１３の開閉作動の開閉周期Ｔｐと同じ周期を有し、且つ、同開閉作動の開時間Ｔｏと同じパルス幅を有する開閉作動パルス信号の入力を受け付け、この開閉作動パルス信号に基づいて開閉作動弁１３を開閉作動させる。
【００２４】
ＥＣＵ５０は、混合部１１で形成されてエンジン３０に吸気される混合気Ｍの空燃比を制御する空燃比制御手段５１として機能すると共に、混合気Ｍの空燃比を理論空燃比前後のストイキ範囲内（例えば空気過剰率換算で１．０程度）に設定するストイキ燃焼モードと、混合気Ｍの空燃比を当該ストイキ範囲よりも燃料ガスＦが希薄なリーン範囲内（例えば空気過剰率換算で１．４〜１．６）に設定するリーン燃焼モードとの間で、エンジン３０の燃焼モードを切り替える燃焼モード切替手段５２として機能する。
【００２５】
説明を加えると、燃焼モード切替手段５２は、出力制御手段５３により制御されるエンジン３０の出力が所定の設定出力以上の高出力域にある場合には、エンジン３０の燃焼モードをストイキ燃焼モードに切り替え、一方、同エンジン３０の出力が設定出力未満の低出力域にある場合には、エンジン３０の燃焼モードをリーン燃焼モードに切り替える。
そして、ストイキ燃焼モードでは、図２に示すように、燃焼モード切替手段５２は、開度調整部１６を制御して開度調整弁１５を全開状態として、主ガス供給路１２ａから混合部１１への燃料ガスＦの供給量を最大に維持した状態で、開閉作動部１４を制御して開閉作動弁１３を開閉作動状態として、副ガス供給路１２ｂから混合部１１への燃料ガスＦの供給状態を間欠的なものとする。
すると、混合部１１に対する燃料ガスＦの供給量は比較的多い状態で維持されることになる。
更に、このストイキ燃焼モードにおいて、空燃比制御手段５１は、酸素センサ４２にて検出される排ガスＥの酸素濃度がストイキ範囲内の空燃比に応じて設定された濃度（例えば、略ゼロ）になるように燃料ガスＦの供給量を調整すべく、開閉作動部１４による開閉作動弁１３の開閉作動のデューティー比制御を行って、副ガス供給路１２ｂを介した混合部１１への燃料ガスＦの供給量を調整することで、混合部１１で形成される混合気Ｍの空燃比をストイキ範囲内に維持する。
【００２６】
一方、リーン燃焼モードでは、図３に示すように、燃焼モード切替手段５２は、開度調整部１６を制御して開度調整弁１５を開状態として、主ガス供給路１２ａから混合部１１への燃料ガスＦの供給を維持した状態で、開閉作動部１４を制御して開閉作動弁１３を閉鎖状態として、副ガス供給路１２ｂから混合部１１への燃料ガスＦの供給を停止する。
すると、混合部１１に対する燃料ガスＦの供給量は比較的少ない状態で維持されることになる。
更に、このリーン燃焼モードにおいて、空燃比制御手段５１は、酸素センサ４２にて検出される排ガスＥの酸素濃度がリーン範囲内の空燃比に応じて設定されたリーン側目標濃度になるように燃料ガスＦの供給量を調整すべく、開度調整部１６による開度調整弁１５の開度制御を行って、副ガス供給路１２ｂを介した混合部１１への燃料ガスＦの供給量を調整することで、混合部１１で形成される混合気Ｍの空燃比をリーン範囲内に維持する。
そして、このように燃焼モード切替手段５２によりエンジン３０の燃焼モードをストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの間で切り替えることで、燃焼モードの切替時における開閉作動弁１３の開閉作動状態と閉鎖状態との切替により、迅速に、吸気路２０に配置された混合部１１に供給される燃料ガスＦの供給量が比較的大幅に変化させることができる。
【００２７】
排気路４０の酸素センサ４２よりも下流側には、上流側から順に、排ガスＥが通過自在な三元触媒４１と、その三元触媒４１を通過した直後の排ガスＥの温度を三元触媒４１の温度として検出する温度センサ４３とが配置されており、この温度センサ４３の検出情報はＥＣＵ５０に入力される。
三元触媒４１は、例えば、アルミナ等の無機担体に白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属成分を担持して構成され、酸化性成分と還元性成分とがつりあった状態の理論空燃比の排ガスＥが通過することで、その排ガスＥ中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣの排出物を同時に除去するように構成されている。
つまり、エンジン３０の燃焼モードがストイキ燃焼モードとされて、当該エンジン３０に吸気される混合気Ｍの空燃比がストイキ範囲内に設定されているときには、排ガスＥが三元触媒４１を通過すると、その排ガスＥ中のＮＯｘが還元されると共に、ＣＯ及びＨＣが酸化されることになり、ＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣが同時に除去される。
一方、エンジン３０の燃焼モードがリーン燃焼モードとされて、当該エンジン３０に吸気される混合気Ｍの空燃比がリーン範囲内内に設定されているときには、排ガスＥが三元触媒４１を通過すると、主に、ＣＯ及びＨＣが酸化されて除去されることになり、又、排ガスＥには元々ＮＯｘが殆ど含まれていないので、ＮＯｘは排出量が規定値以下に抑えられることになる。
【００２８】
ＥＣＵ５０は、エンジン効率の低下を抑制しつつ排気路２０に設けた三元触媒４１を迅速に昇温させて当該三元触媒４１の浄化効率を向上させるための触媒昇温処理を実行可能な触媒昇温手段５４として機能するように構成されており、かかる触媒昇温手段５４の詳細構成について、以下に説明を加える。
即ち、触媒昇温手段５４は、ストイキ燃焼モードにおいて、起動時や部分負荷時などにおいて、温度センサ４３で検出される三元触媒４１の温度が当該三元触媒４１の浄化効率を適切なものに維持できる所定の基準温度未満となった場合に、エンジン３０が冷態状態であると判断して、上記触媒昇温処理を実行する。
そして、この触媒昇温手段５４は、触媒昇温処理において、夫々の気筒３１に吸気される混合気Ｍの空燃比のバラツキを増加させることで、三元触媒４１を昇温させる。即ち、夫々の気筒３１に吸気される混合気Ｍの空燃比のバラツキが増加すると、全体での良好な燃焼状態を保ちつつ、全気筒３１の内の一部の気筒３１のみで空燃比が理論空燃比よりも低くなり、その気筒３１から排出される排ガスＥ中の未燃成分が増加するので、その未燃成分を酸化処理する三元触媒４１における発生熱量が増加することになり、三元触媒４１が昇温する。
【００２９】
また、触媒昇温手段５４は、触媒昇温処理において夫々の気筒３１に吸気される混合気Ｍの空燃比のバラツキを増加させるために、開閉作動する開閉作動弁１３の開閉作動周期、及び、混合部１１へのガス供給路１２による総燃料ガス供給量に対する副ガス供給路１２ｂからの燃料ガス供給量の割合であるガス供給割合の少なくとも一方を制御を制御する。
まず、開閉作動する開閉作動弁１３の開閉作動周期を制御する場合について、説明を加える。
吸気路２０の混合部１１を通流する混合気Ｍには、開閉作動弁１３の開閉作動周期と同周期の濃淡分布が生じることになるが、開閉作動弁１３の開閉作動周期を小さくして、開閉作動周波数を高くすれば、その混合気Ｍの濃淡分布の度合いが小さくなり、逆に、開閉作動弁１３の開閉作動周期を大きくして、開閉作動周波数を低くすれば、その混合気Ｍの濃淡分布の度合いが大きくなる。
そして、触媒昇温手段５４は、このことを利用して、温度センサ４３で検出される三元触媒４１の温度が基準温度未満となった場合に、触媒昇温処理を実行して、開閉作動弁１３の開閉作動周期を増加させることで、混合気Ｍの濃淡分布の度合いを大きくして、夫々の気筒３１に吸気される混合気Ｍの空燃比のバラツキを増加させて、三元触媒４１を昇温させることができる。
【００３０】
次に、ガス供給割合を制御する場合について説明を加える。
混合部１１へのガス供給路１２による総燃料ガス供給量に対する副ガス供給路１２ｂからの燃料ガス供給量の割合であるガス供給割合を小さくして、混合部１１に対する主ガス供給量１２ａからの連続的に供給される燃料ガスＦの供給量を増加させると共に副ガス供給路１２ｂから間欠的に供給される燃料ガスＦの供給量を減少させれば、混合部１１を通流する混合気Ｍの濃淡分布の度合いが小さくなり、逆に、ガス供給割合を大きくすれば、混合部１１を通流する混合気Ｍの濃淡分布の度合いが大きくなる。
そして、触媒昇温手段５４は、このことを利用して、温度センサ４３で検出される三元触媒４１の温度が基準温度未満となった場合に、触媒昇温処理を実行して、開閉作動弁１３の開閉作動のデューティー比を増加させると共に開度調整弁１５の開度を減少させる形態で、総燃料ガス供給量に対する副ガス供給路１２ｂからの燃料ガス供給量の割合であるガス供給割合を大きくすることで、混合気Ｍの濃淡分布の度合いを大きくして、夫々の気筒３１に吸気される混合気Ｍの空燃比のバラツキを増加させて、三元触媒４１を昇温させることができる。
【００３１】
〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
（１）上記実施形態では、主ガス供給路１２ａに開度調整可能な開度調整弁１５を設けたが、主ガス供給路１２ａを介した混合部１１への燃料ガスＦの供給量の調整を行う必要がない場合には、かかる開度調整弁１５を省略しても構わない。
【００３２】
（２）上記実施形態では、主ガス供給路１２ａ及び副ガス供給路１２ｂの夫々の配置形態を、吸気路２０における吸気マニホールド２０ａの上流側の混合部１１に主ガス供給路１２ａ及び副ガス供給路１２ｂを接続する形態としたが、図４に示すような別の配置形態を採用しても構わない。
即ち、図４に示す配置形態では、主ガス供給路１２ａは、上記実施形態と同様に、吸気路２０における混合部１１に接続されており、その主ガス供給路１２ａには、開度調整弁１５が配置されている。
一方、副ガス供給路１２ｂ’については、吸気マニホールド２０ａの各吸気ポート２０ｂに夫々接続されており、その夫々の副ガス供給路１２ｂ’に開閉作動弁１３’が配置されている。
かかる夫々の副ガス供給路１２ｂ’に配置されている夫々の開閉作動弁１３’は、対応する気筒３１における吸気行程において開状態となり、他の行程において閉状態となるように、開閉作動部１４’によりエンジン３０のサイクル周期と同じ周期で開閉作動される。そして、開閉作動部１４’は、この周期的に開閉作動する開閉作動弁１３’の開閉作動のデューティー比を制御することで、吸気路２０に対する燃料ガスＧの供給量を調整可能な供給量調整手段１７として機能することになる。
また、この実施形態においても、エンジン３０の燃焼モードをストイキ燃焼モードに切り替えた場合には、燃焼モード切替手段５２は、開度調整部１６を制御して開度調整弁１５を全開状態とした状態で、開閉作動部１４’を制御して開閉作動弁１３’を開閉作動状態とし、空燃比制御手段５１は、開閉作動弁１３’の開閉作動のデューティー比制御を行って、各気筒３１に吸気される混合気Ｍの空燃比をストイキ範囲内に維持する。
一方、エンジン３０の燃焼モードをリーン燃焼モードに切り替えた場合には、燃焼モード切替手段５２は、開度調整部１６を制御して開度調整弁１５を開状態として、開閉作動部１４’を制御して開閉作動弁１３’を閉鎖状態とし、空燃比制御手段５１は、開度調整弁１５の開度制御を行って、各気筒３１に吸気される混合気Ｍの空燃比をリーン範囲内に維持する。
【００３３】
（３）上記実施形態では、触媒昇温手段５４は、エンジン３０が冷態状態であるときに触媒昇温処理を実行するように構成したが、更に、三元触媒４１の劣化が進行している劣化進行状態であるときに、触媒昇温処理を実行するように構成することもできる。
尚、三元触媒４１の劣化が進行している劣化進行状態については、新規の三元触媒４１を設置してからのエンジン３０の積算運転時間や、その積算運転時間において三元触媒４１の温度を積分して求められる熱履歴等の程度により判断することができる。
【００３４】
（４）上記実施形態では、触媒として三元触媒４１を使用した例を示したが、この三元触媒４１に替えて、ＨＣやＣＯを酸化してＨ2ＯやＣＯ2に変換する酸化触媒等の別の触媒を使用することもでき、更に、ＮＯｘを分解してＮ2とＣＯ2に変換する還元触媒を使用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、エンジンの吸気路に燃料ガスを供給するガス供給路と、
前記ガス供給路から前記吸気路への燃料ガスの供給量を調整可能な供給量調整手段と、
前記エンジンの排気路に配置され、当該排気路に排出された排ガスを浄化する触媒と、
前記触媒を昇温させる触媒昇温処理を実行可能な制御手段とを備えたエンジンシステムとして好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０      ：ミキサ
１１      ：混合部
１２      ：ガス供給路
１２ａ    ：主ガス供給路
１２ｂ    ：副ガス供給路
１２ｂ’  ：副ガス供給路
１３      ：開閉作動弁
１３’    ：開閉作動弁
１４      ：開閉作動部
１４’    ：開閉作動部
１５      ：開度調整弁
１６      ：開度調整部
１７      ：供給量調整手段
２０      ：吸気路
２０ａ    ：吸気マニホールド
２０ｂ    ：吸気ポート
３０      ：エンジン
３１      ：気筒
４１      ：三元触媒（触媒の一例）
４３      ：温度センサ
５１      ：空燃比制御手段
５４      ：触媒昇温手段
Ａ        ：空気
Ｅ        ：排ガス
Ｆ        ：燃料ガス
Ｍ        ：混合気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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