(57)【要約】【課題】ガス供給路１２に設けた開閉作動弁１３を変調周期で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吸気路２０への燃料ガスの供給量を調整する場合において、エンジン３０に吸気される混合気Ｍの空燃比を適切に振動させる。【解決手段】ガス供給路１２に、開閉作動弁１３を備えると共に、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空燃比をストイキ範囲内に設定する空燃比設定制御を実行すると共に、変調周期で当該開閉作動弁１３の開閉作動のパルス幅を変調させて、空燃比を当該変調周期で周期的に振動させる空燃比振動処理を実行する。【選択図】図１
2014202098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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三元触媒と、
前記エンジンに吸気される混合気の空燃比を所定の変調周期で周期的に振動させる空燃比振動処理を実行する制御手段とを備えたエンジンシステムであって、
前記ガス供給路に、開閉作動弁を備えると共に、
前記供給量調整手段として、前記開閉作動弁を前記変調周期よりも小さい開閉作動周期で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空燃比をストイキ範囲内に設定する空燃比設定制御を実行すると共に、
前記空燃比振動処理において、前記変調周期で当該開閉作動弁の開閉作動のパルス幅を変調させて、前記空燃比を当該変調周期で周期的に振動させるエンジンシステム。
【請求項２】
前記制御手段が、前記空燃比振動処理において、前記変調周期の変調パルスを、前記開閉作動弁を開閉作動させるための開閉作動パルスに組み込んで、当該開閉作動のパルス幅を変調させる請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
前記ガス供給路における前記開閉作動弁の下流側にバッファ部を備え、
前記開閉作動弁から前記吸気路への燃料ガスの平均供給量をＧ（Ｌ／ｓｅｃ）、前記変調周期をＴｐ（ｓｅｃ）とした場合に、
前記バッファ部の容積Ｖ（Ｌ）が、Ｇ×Ｔｐ／２に相当する容積に設定されている請求項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、前記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た請求項１〜３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三元触媒と、
前記エンジンに吸気される混合気の空燃比を所定の変調周期で周期的に振動させる空燃比振動処理を実行する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が排気路に配置される。
そして、このように三元触媒を排気路に設けたエンジンシステムとしては、三元触媒に積極的に酸素吸脱を行わせることで触媒活性を促進させ当該三元触媒の浄化効率を向上するために、エンジンに吸気される混合気の空燃比を所定の変調周期で周期的に振動させる空燃比振動処理（所謂パータベーション処理）を実行するものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
また、このように排気路に三元触媒を設けた場合、その下流側に設けられた酸素センサの検出結果に基づいて空燃比を制御するのが一般的であるが、かかる酸素センサが理論空燃比でしか反応しないことから、上記空燃比振動処理を実行して空燃比を周期的に振動させながら、酸素センサのＯＮ／ＯＦＦの切り替わり状態を監視することで、空燃比が理論空燃比を含むストイキ範囲内にあるか否かを検出することで、空燃比の制御が行われている（例えば、特許文献２を参照。）。尚、このように空燃比振動処理を実行して空燃比制御を行う場合には、その応答性は空燃比の振動周期に依存するものとなる。
そして、このような空燃比振動処理は、従来、吸気路等に対して連続的に供給される燃料の供給量を変調周期で増減させることで実行されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２３９０８８号公報
【特許文献２】特開平１０−２２０２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エンジンに吸気される混合気の空燃比を所定の変調周期で周期的に振動させる空燃比振動処理を実行するにあたり、エンジンの吸気路に燃料ガスを供給するガス供給路に開閉作動弁を備え、この開閉作動弁を変調周期で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吸気路への燃料ガスの供給量を調整することが考えられるが、通常、空燃比振動処理における空燃比の変調周期は１ｓｅｃ程度とエンジンのサイクル周期に対して比較的大きいため、エンジンに吸気される混合気の空燃比が大幅に振動してしまい、特に開閉作動弁を閉状態としたときに吸気路への燃料ガスの供給が停止するために、一時的に過剰に希薄となった混合気がエンジンに吸気されて、エンジンの回転が停止するストールの要因となる失火が発生するという問題があった。
【０００６】
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、簡単且つ合理的な構成を採用しつつ、ガス供給路に設けた開閉作動弁を変調周期で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吸気路への燃料ガスの供給量を調整する場合において、エンジンに吸気される混合気の空燃比を適切に振動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】
【０００７】
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、
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三元触媒と、
前記エンジンに吸気される混合気の空燃比を所定の変調周期で周期的に振動させる空燃比振動処理を実行する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、
前記ガス供給路に、開閉作動弁を備えると共に、
前記供給量調整手段として、前記開閉作動弁を前記変調周期よりも小さい開閉作動周期で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空燃比をストイキ範囲内に設定する空燃比設定制御を実行すると共に、
前記空燃比振動処理において、前記変調周期で当該開閉作動弁の開閉作動のパルス幅を変調させて、前記空燃比を当該変調周期で周期的に振動させる点にある。
【０００８】
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、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。そして、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、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、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。
また、このときの開閉作動弁の開閉作動の周期は、比較的小さい開閉作動周期に設定されて、開閉作動弁が閉状態となる時間が短くなるので、吸気路への燃料ガスの供給が停止することを緩和して、吸気路において混合気が一時的に過剰に希薄となることを抑制し失火の発生を防止することができる。
【０００９】
更に、制御手段により、このような開閉作動部を制御すること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ストイキ範囲内に設定するにあたり、上記空燃比振動処理を実行して、当該開閉作動弁の開閉作動のパルス幅を開閉作動周期よりも大きい変調周期で変調させることで、三元触媒へ供給される排ガスの空燃比をストイキ付近において変調周期で周期的に振動させることができ、例えば三元触媒の浄化効率を向上させたり、空燃比制御において変調周期で応答性を確保することができる。
従って、本発明により、簡単且つ合理的な構成を採用しつつ、ガス供給路に設けた開閉作動弁を変調周期で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吸気路への燃料ガスの供給量を調整する場合において、エンジンに吸気される混合気の空燃比を適切に振動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。
【００１０】
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、
前記制御手段が、前記空燃比振動処理において、前記変調周期の変調パルスを、前記開閉作動弁を開閉作動させるための開閉作動パルスに組み込んで、当該開閉作動のパルス幅を変調させる点にある。
【００１１】
上記第２特徴構成によれば、上記空燃比振動処理において、開閉作動弁を開閉作動させるための開閉作動パルスとは別の変調パルスを生成し、当該変調パルスを当該開閉作動パルスに組み込むという非常に簡単な構成で、開閉作動弁のデューティー比を変調周期で増減変化させることができ、結果、空燃比をストイキ付近で変動させることができる。
【００１２】
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、
前記ガス供給路における前記開閉作動弁の下流側にバッファ部を備え、
前記開閉作動弁から前記吸気路への燃料ガスの平均供給量をＧ（Ｌ／ｓｅｃ）、前記変調周期をＴｐ（ｓｅｃ）とした場合に、
前記バッファ部の容積Ｖ（Ｌ）が、Ｇ×Ｔｐ／２に相当する容積に設定されている点にある。
【００１３】
上記第３特徴構成によれば、ガス供給路の開閉作動弁の下流側にバッファ部を設けることで、当該ガス供給路から吸気路への燃料ガスの供給状態において、開閉作動弁の開閉作動による開閉周期の変動を緩和させることができる。
また、このバッファ部の容積を、上記のように変調周期の半分の時間に開閉作動弁を通過する燃料ガスの量に相当するものに設定することで、当該ガス供給路から吸気路への燃料ガスの供給状態において、上記変調周期での燃料ガスの供給量の振動を維持して、空燃比をストイキ付近で振動させることができる。
【００１４】
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、前記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た点にある。
【００１５】
上記第４特徴構成によれば、開閉作動弁を開閉作動状態として、主ガス供給路と副ガス供給路との両方から吸気路に燃料ガスを供給して、吸気路に対する燃料ガスの供給量を比較的大きなものに確保しながら、当該副ガス供給路にのみ開閉作動弁を設けてこの開閉作動弁に対して空燃比設定制御及び空燃比振動処理を実行することで、空燃比をストイキ範囲内に設定しながら当該ストイキ付近で振動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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】開閉作動弁を開閉作動させるためのパルス信号の生成状態を説明する図
【図５】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】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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０．０５〜０．５ｓｅｃ）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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
上記のように排気路４０に酸素センサ４２や三元触媒４１を設ける場合には、排ガスＥの空燃比を周期的に振動させながら酸素センサ４２のＯＮ／ＯＦＦの切り替わり状態を監視して空燃比を検出したり、三元触媒４１に積極的に酸素吸脱を行わせて当該三元触媒４１の浄化効率を向上させたりするために、エンジン３０に吸気される混合気Ｍの空燃比を所定の変調周期で周期的に振動させる空燃比振動処理を実行する場合がある。
そして、ＥＣＵ５０は、かかる空燃比振動処理を実行する空燃比振動手段５５として機能するように構成されており、その詳細について以下に説明を加える。
【００２８】
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し、空燃比制御手段５１によりエンジン３０に吸気される混合気Ｍの空燃比を理論空燃比近傍のストイキ範囲内に設定している際に、空燃比振動手段５５は、当該混合気Ｍの空燃比を所定の変調周期で周期的に振動させる空燃比振動処理を実行する。
具体的に、かかる空燃比制御手段５１は、図４の（ａ）に示すように、混合部１１に形成される混合気Ｍの空燃比がストイキ範囲内の目標空燃比となるように、開閉作動弁１３の開閉作動のデューティー比を決定し、開閉作動弁１３を常に同じ開時間Ｔｏで開閉作動させると仮定した場合の当該開時間を所期パルス幅Ｐｗ０として求める。
そして、開閉作動弁１３の開閉作動の開閉周期Ｔｐと同じパルス周期を有し、且つ、当該所期パルス幅Ｐｗ０のパルス幅を有する初期開閉作動パルス信号を生成する。
【００２９】
一方、空燃比振動手段５５は、図４の（ｂ）に示すように、開閉作動弁１３の開閉作動の開閉周期Ｔｐよりも十分に大きい周期である空燃比を振動させる変調周期Ｔｈ（例えば１ｓｅｃ）を有し、当該変調周期Ｔｈの半分のパルス幅を有する変調パルス信号を生成し、当該変調パルス信号を空燃比制御手段５１に入力する。
すると、空燃比制御手段５１は、図４の（ｃ）に示すように、予め生成した初期開閉作動パルスに空燃比振動手段５５から入力された変調パルスを組み込むことで、パルス幅を当該変調パルスのパルス値の変化に応じて変調させる新たな開閉作動パルスを生成する。具体的には、この開閉作動パルスは、初期開閉作動パルス信号と同じパルス周期Ｔｐを有すると共に、各パルス幅Ｐｗを、下記の［数１］の数式に示すように、初期開閉作動パルス信号のパルス幅Ｐｗ０及び変調パルス信号の値Ｐｈから求める形態で、当該開閉作動パルス信号の各パルス幅Ｐｗを変調周期Ｔｈで変調させるものとする。
【００３０】
［数１］
Ｐｗ＝Ｐｗ０＋ａ×（Ｐｈ−０．５）
Ｐｗ：開閉作動パルス信号のパルス幅
Ｐｗ０：初期開閉作動パルス信号のパルス幅
Ｐｈ：変調パルス信号の値
ａ：正の係数
【００３１】
そして、開閉作動部１４は、ＥＣＵ５０から、このように各パルス幅Ｐｗが変調周期Ｔｈで変調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を開閉作動させることで、混合部１１に生成される混合気Ｍの空燃比が、図４の（ｄ）に示すように、変調周期Ｔｈの半分の時間毎に、理論空燃比付近の目標空燃比に対して上下に振動することになる。
【００３２】
更に、開閉作動弁１３が開閉作動することでも、混合気Ｍの空燃比は振動することになるが、その開閉作動の周期Ｔｐが変調周期Ｔｈよりも十分に小さいために、上記変調周期Ｔｈでの振動に比べて極めて小さいものとなる。しかし、かかる混合気Ｍの空燃比の振動において、上記変調周期Ｔｈの振動を維持しながら、開閉作動弁１３の開閉作動による影響をできるだけ小さいものとすることが望まれる場合がある。
そこで、本実施形態のエンジンシステムでは、副ガス供給路１２ｂの開閉作動弁１３の下流側に所定の容量を容積を有するバッファ部１９が配置されている。
具体的に、かかるバッファ部１９の容積Ｖ（Ｌ）は、開閉作動弁１３から混合部１１への燃料ガスＦの平均供給量をＧ（Ｌ／ｓｅｃ）、変調周期Ｔｐの逆数である変調周波数をＨとした場合に、変調周期Ｔｐの半分の時間に開閉作動弁１３を通過する燃料ガスの量に相等するＧ／（２×Ｈ）に設定されている。
よって、副ガス供給路１２ｂから混合部１１への燃料ガスＦの供給状態において、上記変調周期Ｔｐでの燃料ガスＦの供給量の振動状態、即ち変調周期Ｔｈの半分の時間毎に燃料ガスＦの供給量が増減する状態については維持されて、混合部１１で生成される混合気Ｍの空燃比がストイキ付近で振動することになり、一方、その変調周期Ｔｐよりも十分に小さい開閉作動周期での燃料ガスＦの供給量の振動状態については、バッファ部１９で緩和されることになる。
【００３３】
〔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。
【００３４】
（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５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５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。
【００３５】
（３）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。
【００３６】
（４）上記実施形態では、空燃比振動手段５５により発生する混合気Ｍの空燃比の振動において開閉作動弁１３の開閉作動による影響をできるだけ小さいものとするために、副ガス供給路１２ｂの開閉作動弁１３の下流側に所定の容量を容積を有するバッファ部１９を配置したが、かかる開閉作動弁１３の開閉作動による影響が問題にならない場合には、かかるバッファ部１９を省略又は簡略化しても構わない。
【００３７】
（５）上記実施形態では、開閉作動弁１３を配置した副ガス供給路１２ｂとは別に、吸気路２０に対して連続的に燃料ガスＦを供給する主ガス供給路１２ａを設けたが、別に、かかる主ガス供給路１２ａを省略しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
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三元触媒と、
前記エンジンに吸気される混合気の空燃比を所定の変調周期で周期的に振動させる空燃比振動処理を実行する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】
【００３９】
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
５５      ：空燃比振動手段
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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【図５】
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