(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室に吸気される混合気の空気過剰率を調整する空燃比調整手段と、前記エンジンからの排ガスが通流する排気路に排ガスが通過自在に設けられた三元触媒と、前記三元触媒の上流側となる排気路に配置された酸素濃度センサと、前記酸素濃度センサからの検出信号に基づいて前記燃焼室における空気過剰率を推定する空気過剰率推定演算部と、
前記空気過剰率を、１を中心としてリーン側とリッチ側との間でスイングさせるストイキ燃焼モードと、
前記空気過剰率を、前記ストイキ燃焼モードのスイング範囲よりもリーン側のリーン範囲に維持するリーン燃焼モードと、
前記空気過剰率を、前記空気過剰率が１を越えて１．００７以下の位置を中心としてリーン側とリッチ側との間の範囲で前記ストイキ燃焼モードのスイング範囲と同じ大きさでスイングさせ、且つ、前記中心が前記ストイキ燃焼モードのスイング範囲内に位置するストイキ・リーン燃焼モードとの間で、前記エンジンの燃焼モードを切り替える燃焼モード切替部とが設けられ、
ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行前に、前記ストイキ・リーン燃焼モードによる燃焼が行われるエンジン燃焼制御システム。
【請求項２】
ストイキ・リーン燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行タイミングは、エンジンの回転速度センサ、前記酸素濃度センサ、前記三元触媒の触媒温度センサのうちの少なくとも１つの検出信号に基づいて決定される請求項１に記載のエンジン燃焼制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室に吸気される混合気の空気過剰率を調整する空燃比調整手段と、前記エンジンからの排ガスが通流する排気路に排ガスが通過自在に設けられた三元触媒と、前記三元触媒の上流側となる排気路に配置された酸素濃度センサと、前記燃焼室の空気過剰率をストイキ範囲内とするストイキ燃焼モードと前記空気過剰率をリーン範囲内とするリーン燃焼モードとを有する燃焼モード切替部とを備えたエンジン燃焼制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、圧縮機がエンジンにて駆動される圧縮式ヒートポンプ回路を備えたエンジン駆動式のヒートポンプシステムや、エンジンにて駆動される発電機を備えたエンジン駆動式の熱電併給システムが知られている。このようなエンジンシステムでは、エンジン負荷に応じて、エンジンの出力が調整され、並びに、エンジン負荷に応じて、エンジンの燃焼モードが、混合気の空気過剰率をストイキ範囲（空気過剰率λ＝１を中心とする範囲）内に設定するストイキ燃焼モードと混合気の空気過剰率をストイキ範囲よりも大きいリーン範囲（例えば１．４〜１．６を中心とする範囲）内に設定するリーン燃焼モードとに切り換え自在に構成されている。燃焼室から排出された排ガスが流通する排気路には、排ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度センサが設けられており、酸素濃度センサで検出される排ガスの酸素濃度を監視しながら燃料供給弁の開度を制御することで、燃焼室に供給される混合気の空気過剰率が調整される。さらに、エンジンから排出される排ガス中の有害成分を浄化するために、エンジンからの排ガスが通流する排気路に三元触媒が排ガスの通過が自在に設けられ、又、三元触媒の温度を検出する触媒温度検出手段も設けられている（例えば、特許文献１参照。）。なお、ストイキ燃焼モードは、リーン燃焼モードに比べて高出力が得られ、リーン燃焼モードは、ストイキ燃焼モードに比べて高効率が得られる。従って、エンジン負荷が大きい領域では、エンジンがストイキ燃焼モードで運転され、逆に、エンジン負荷が小さい領域では、エンジンがリーン燃焼モードで運転される。
【０００３】
また、三元触媒の上流側に配置された上流側酸素センサが現在の空燃比（空気過剰率に理論混合比を乗じた値）がリーンであると判定すると、空燃比がリッチ側へシフトするように空燃比アクチュエータの制御弁の開度が大きくなるようにＰＩ制御を行い、空燃比をほぼ目標電圧に近づける空燃比制御方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、実際には内燃機関の運転状況（機関負荷や機関回転数）や気候（気温，湿度等）の変動により空燃比アクチュエータの操作位置を一定に保っても、空燃比を一定に保つことは困難であることから、実際の空燃比を設定された目標空燃比に一定に保つことは不可能なので、目標空燃比を中心として許容範囲を設定し、その許容範囲内で空燃比が変動するように空燃比アクチュエータが制御される。その際、当該許容範囲は、浄化ウィンドウ（三元触媒による三種のガスの浄化率が良い領域）内に含まれるように設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８６０６６号公報（段落番号〔００４１−００５２〕、図１，図２）
【特許文献２】特開２００２‐９７９８７号公報（段落番号〔０００２−００１０〕、図１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに移行する際には、目標空気過剰率をストイキ範囲からストイキ範囲からリーン範囲に変更することになるが、その際に未燃物質が燃焼室から排出され、その未燃物質が三元触媒で反応して、触媒温度が上昇することがある。この触媒温度の上昇は、三元触媒の触媒能力の低下をもたらす。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行時に三元触媒の能力低下をできるだけ抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のエンジン燃焼制御システムは、エンジンの燃焼室に吸気される混合気の空気過剰率を調整する空燃比調整手段と、前記エンジンからの排ガスが通流する排気路に排ガスが通過自在に設けられた三元触媒と、前記三元触媒の上流側となる排気路に配置された酸素濃度センサと、前記酸素濃度センサからの検出信号に基づいて前記燃焼室における空気過剰率を推定する空気過剰率推定演算部と、前記空気過剰率を、１を中心としてリーン側とリッチ側との間でスイングさせるストイキ燃焼モードと、前記空気過剰率を、前記ストイキ燃焼モードのスイング範囲よりもリーン側のリーン範囲に維持するリーン燃焼モードと、前記空気過剰率を、前記空気過剰率が１を越えて１．００７以下の位置を中心としてリーン側とリッチ側との間の範囲で前記ストイキ燃焼モードのスイング範囲と同じ大きさでスイングさせ、且つ、前記中心が前記ストイキ燃焼モードのスイング範囲内に位置するストイキ・リーン燃焼モードとの間で、前記エンジンの燃焼モードを切り替える燃焼モード切替部とが設けられ、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行前に、前記ストイキ・リーン燃焼モードによる燃焼が行われる。
【０００７】
この構成によると、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行時には、目標空気過剰率が、ストイキ値（実質的にλ＝１である）から、いきなりリーン範囲（ほぼλ＝１．４〜１．６）に変更されるのではなく、前記空気過剰率をリーン側（λ＞１）に偏位した位置を中心とするストイキ・リーン範囲に燃焼室の空気過剰率が維持される燃焼制御がストイキ・リーン燃焼モードとして中間処理的に実行される。ストイキ・リーン燃焼モードで用いられる目標空気過剰率の設定範囲としてのストイキ・リーン範囲は、リーン燃焼モードで用いられるリーン範囲よりストイキ側に位置しているので、ストイキ・リーン燃焼モードでの燃焼では、燃焼室から排出される未燃物質の量はリーン燃焼モード時に比べて少なく、触媒温度の急上昇が抑えられる。そして、その後に、リーン燃焼モードに移行することにより、リーン燃焼への移行時においても触媒温度の急上昇が抑えられ、三元触媒の能力低下が抑制される。
【０００８】
ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行時には、まず目標空気過剰率を１よりわずかにリーン側にシフトして実質的にストイキ燃焼下でリーン気味に燃焼制御を行うことにより触媒温度の急上昇が避けられるという出願人の知見に鑑み、前記ストイキ・リーン範囲の中心を前記ストイキ範囲内であって空気過剰率が１より大きい領域に位置させる。さらに、ストイキ・リーン範囲の中心となる空気過剰率の具体的な好適な値として、１を越えて１．００７以下が提案され、この特徴によりストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行時の排気温度は６００℃程度に抑えられる。
【０００９】
本発明の好適な実施形態では、ストイキ・リーン燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行タイミングは、エンジンの回転速度センサ、前記酸素濃度センサ、前記三元触媒の触媒温度センサなどのうちの少なくとも１つの検出信号に基づいて、あるいは検出信号から導出される値に基づいて決定される。これにより、エンジンや三元触媒の適切な状態においてストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行を実現することができる。なお、そのような適切な状態になるまでのストイキ・リーン燃焼モードでの燃焼過程時間が実験的または経験的に既知である場合、タイマーによる時間制御でストイキ・リーン燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行を決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるエンジン燃焼制御システムの基本的な制御原理の説明図である。
【図２】ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行例を示すタイムチャート図である。
【図３】エンジン駆動式のヒートポンプシステムの全体構成を示す模式図である。
【図４】燃焼制御の概略を示すフローチャート図である。
【図５】ストイキ・リーン燃焼モードでの燃焼処理を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明によるエンジン燃焼制御システムの具体的な実施形態を説明する前に、図１を用いてこのシステムの基本的な制御原理を説明する。図１は、三元触媒を用いたときのＨＣ、ＣＯ、ＮＯxの三種のガスの浄化率を表す排出濃度と、このエンジン燃焼制御システムの入力パラメータの中核をなす、三元触媒の上流側に設けられた酸素濃度センサの出力を示している。空気過剰率λ＝１のところを中心として酸素濃度センサの出力が急激な変化を示している領域において、上記三種のガスの浄化率が最も良い領域が確認できるが、一般にこの領域とウィンドウと呼ばれている。つまり、この幅の中で酸素センサの信号が濃い側（リッチ側：λ＜１）と薄い側（リーン側：λ＞１）の間でスイングして目標空気過剰率を設定して制御することで，良好な浄化率が得られる。ここでは、空気過剰率をλ＝１を中心とするストイキ範囲内に設定するモードをストイキ燃焼モードと称し、λ＝１.４周辺を中心とするリーン範囲内に設定するモードをリーン燃焼モードと称している。リーン燃焼モードは、よく知られているようにストイキ燃焼モードに比べて燃費が改善される。さらに本発明では、ストイキ・リーンポイント（例えばλ＝１．００７周辺）を中心とするストイキ・リーン範囲内に設定するモードをストイキ・リーン燃焼モードと称している。
【００１２】
本発明によるエンジン燃焼制御システムの特徴的な制御は、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行する際に、その中間処理としてリーン燃焼モードに移行する前に、ストイキ・リーン燃焼モードによる燃焼が行われることである。図２に示すように、ストイキ燃焼モードでの燃焼中にエンジン負荷の低減等に基づいてリーン燃焼指令が出されると、まずストイキ・リーン燃焼モードによる燃焼が行われ、その後、リーン燃焼モードによる燃焼に引き継がれる。ストイキ・リーン燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行タイミングは、種々の入力パラメータから導出可能である。そのような入力パラメータとして、エンジン回転数：α1、酸素濃度センサ出力：α2、ストイキ・リーン燃焼経過時間：α3・・・などが挙げられる。したがって、移行タイミング：Tは、以下の式、
T=ｆ(α1，α2，α3・・・)
で表される。ストイキ・リーン燃焼モードでの燃焼が開始されてからエンジン回転数がしきい値に低下したときに、リーン燃焼モードに移行する。
【００１３】
上述した原理に基づく本発明のエンジン燃焼制御システムの実施形態の一つとして、エンジン駆動式ヒートポンプシステムに適用された例を取り上げている。図３で示すように、このエンジン駆動式ヒートポンプシステムは、混合気Ｍを燃焼室２で圧縮して燃焼させて駆動力を出力するエンジン１、そのエンジン１にて駆動される圧縮機３１を有する圧縮式ヒートポンプ回路３０、及び、エンジン負荷に応じてエンジン１の出力を制御する制御装置２０等を備えている。
【００１４】
エンジン１の燃焼室２には、混合気Ｍを吸引する吸気路３、及び、エンジン１から排出される排ガスＥが通流する排気路４が接続されている。吸気路３には、混合器５を介して、天然ガス系都市ガス等の燃料ガスＧを供給する燃料供給路６が接続されている。
そして、吸気路３の端部から吸気される空気Ａと燃料供給路６から供給される燃料ガスＧとが混合器５で混合されて、その混合気Ｍが吸気路３を通して燃焼室２に吸気され、燃焼室２において、その混合気Ｍが圧縮されると共に圧縮状態で点火プラグ（図示省略）にて点火されて燃焼・膨張することにより、クランクシャフト７が回転されて駆動力が出力され、燃焼により発生した排ガスＥが排気路４を通して排気される。つまり、このエンジン１は、通常の４サイクル式に構成されている。
更に、このエンジン１には、クランクシャフト７にギア連結されて、エンジン１の起動時にバッテリ（図示省略）駆動によりクランクシャフト７を強制的に回転させるセルモータ８、及び、クランクシャフト７の回転速度、即ち、エンジン１の回転速度を検出する回転速度センサ９が設けられている。セルモータ８は、制御装置２０により制御され、回転速度センサ９の検出情報は、制御装置２０に入力される。
【００１５】
燃料供給路６には、燃料ガスＧの供給量を調整することにより混合気Ｍの空気過剰率を調整可能な燃料供給弁１０が設けられ、吸気路３には、燃焼室２に吸気される混合気Ｍの吸気量を調整可能なスロットルバルブ１１が設けられている。燃料供給弁１０及びスロットルバルブ１１は、制御装置２０により制御される。
【００１６】
排気路４には、排ガスが通過自在な三元触媒１３、三元触媒１３の上流側に設けられた排ガスＥの酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１２、及び、その三元触媒１３を出た排ガスの温度を検出する触媒温度検出手段としての触媒温度センサ１４が夫々設けられている。酸素濃度センサ１２の検出情報、及び、触媒温度センサ１４の検出情報は、夫々、制御装置２０に入力される。なお、酸素濃度センサ１２は三元触媒１３の下流側にも追加的に設けて、その検出情報を制御装置２０に入力してもよい。また、触媒温度センサ１４は三元触媒１３中に設けられていてもよい。
【００１７】
圧縮式ヒートポンプ回路３０には、圧縮機３１に加えて、室外空気熱交換器３２、室内機３３及び膨張弁３４、並びに、圧縮機３１にて圧縮された冷媒の送出先を室外空気熱交換器３２側と室内機３３側とに切り換える四方弁３５等を備えて構成されている。圧縮機３１は、動力伝達機構４０によってエンジン１に伝動連結され、エンジン１の軸動力により圧縮機３１を駆動して冷媒を圧縮することにより、後述するように、冷房運転や暖房運転等の空調運転を行うように構成されている。動力伝達機構４０は、エンジン１のクランクシャフト７に固定されたエンジン側プーリ４１と、圧縮機３１の駆動軸３１ａにクラッチ手段としての電磁クラッチ４２を介して連結された圧縮機側プーリ４３と、それらエンジン側プーリ４１と圧縮機側プーリ４３とにわたって巻回されたベルト４４等を備えて構成されている。
電磁クラッチ４２は、制御装置２０により制御される。つまり、制御装置２０により電磁クラッチ４２のオンオフが切り換えられ、その電磁クラッチ４２のオンオフの切り換えにより、エンジン１と圧縮機３１との伝動連結が断続されて、エンジン１にエンジン負荷がかかる状態とエンジン負荷がかからない状態とに切り換えられるように構成されている。
【００１８】
圧縮式ヒートポンプ回路３０を冷房運転するときには、圧縮機３１の吐出側が室外空気熱交換器３２に接続され且つ圧縮機３１の流入側が室内機３３に接続されるように、四方弁３５が切り換えられる。このように四方弁３５が切り換えられると、圧縮機３１にて圧縮された高温高圧の冷媒蒸気が室外空気熱交換器３２にて放熱して凝縮し、その凝縮した冷媒液が膨張弁３４を通過して低温低圧化して室内機３３に流入して、その室内機３３にて吸熱蒸発し、その蒸発した冷媒蒸気が圧縮機３１に戻るといった形態で、冷媒がヒートポンプ回路３０を循環することになる。
そして、室内機３３において冷媒液が吸熱して蒸発する際に発生する冷熱を利用して、空調対象空間の冷房等を行うように構成される。
【００１９】
一方、圧縮式ヒートポンプ回路３０を暖房運転するときには、圧縮機３１の吐出側が室内機３３に接続され且つ圧縮機３１の流入側が室外空気熱交換器３２に接続されるように、四方弁３５が切り換えられる。このように四方弁３５が切り換えられると、圧縮機３１にて圧縮された高温高圧の冷媒蒸気が室内機３３にて放熱して凝縮し、その凝縮した冷媒液が膨張弁３４を通過して低温低圧化して室外空気熱交換器３２に流入して、その室外空気熱交換器３２にて吸熱蒸発し、その蒸発した冷媒蒸気が圧縮機３１に戻るといった形態で、冷媒がヒートポンプ回路３０を循環することになる。そして、室内機において冷媒蒸気が放熱して凝縮する際に発生する温熱を利用して、空調対象空間の暖房等を行うように構成される。
【００２０】
つまり、上述のように、圧縮機３１が動力伝達機構４０によってエンジン１に伝動連結されることで、エンジン１には、圧縮式ヒートポンプ回路３０の空調負荷に応じたエンジン負荷がかかることになる。そして、制御装置２０は、エンジン負荷に応じて、即ち、空調負荷に応じて目標回転速度を求めて、回転速度センサ９にて検出されるエンジン１の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１１の開度を調整して燃焼室２への混合気Ｍの吸気量を調整することにより、エンジン１の出力を制御するように構成されている。
【００２１】
制御装置２０は、酸素濃度センサ１２にて検出される酸素濃度を監視しながら、燃料供給弁１０の開度を調整することにより、燃焼室２で燃焼する混合気Ｍの空気過剰率をλ＝１を中心とするストイキ範囲（つまり、λ＝１を中心として−Δλ〜＋Δλ；Δλはエンジン１と三元触媒１３の特性値に基づいて設定する）内に設定するストイキ燃焼モードと、燃焼室２で燃焼する混合気Ｍの空気過剰率をストイキ範囲よりも大きいリーン範囲内（例えば、１．４〜１．６）に設定するリーン燃焼モードと、さらには、空気過剰率をリーン側（λ＞１）に偏位した位置（例えば、１．００７）を中心とするとともにリーン範囲よりストイキ側に位置するストイキ・リーン範囲内に燃焼室２で燃焼する混合気Ｍの空気過剰率を維持するストイキ・リーン燃焼モードとにエンジン１の燃焼モードを切り換える機能を備えている。なお、ストイキ・リーン燃焼モードによる燃焼は、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行前の中間処理として実行される。
【００２２】
更に、制御装置２０は、触媒温度センサ１４の検出温度が三元触媒１３の過熱を防止するための過熱防止用設定温度以上になって触媒過熱状態であると判断すると、スロットルバルブ１１を閉じて燃焼室２への混合気Ｍの吸気を停止することにより、エンジン１を停止する機能も備えている。
【００２３】
図示を省略するが、このエンジン駆動式のヒートポンプシステムのリモートコントローラには、空調目標温度を設定する温度設定部が備えられ、又、空調対象空間の温度を検出する室温センサが設けられている。これら温度設定部の設定情報及び室温センサの検出情報が制御装置２０に入力されることで、制御装置２０は、温度設定部にて設定される空調目標温度と室温センサにて検出される空調対象空間の温度との偏差を空調負荷として求める。
【００２４】
エンジン１の目標回転速度として、空調負荷が所定負荷以上の定格負荷領域に対応して、ストイキ側回転速度範囲が設定され、空調負荷が所定負荷よりも小さい部分負荷領域に対応して、ストイキ側回転速度範囲よりも小さいリーン側回転速度範囲が設定されている。又、空調負荷が定格負荷領域のときは、エンジン１の燃焼モードがストイキ燃焼モードに設定され、空調負荷が部分負荷領域のときは、エンジン１の燃焼モードがリーン燃焼モードに設定される。
【００２５】
制御装置２０は、空調負荷が定格負荷領域のときは、空調負荷に応じて目標回転速度をストイキ側回転速度範囲内で定めて、酸素濃度センサ１２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気過剰率に応じて設定されたストイキ側目標濃度（例えば、略ゼロ）になるように燃料ガスＧの供給量を調整すべく、燃料供給弁１０の開度を調整し、並びに、回転速度センサ９にて検出されるエンジン１の回転速度が空調負荷に応じた目標回転速度になるように混合気Ｍの吸気量を調整すべく、スロットルバルブ１１の開度を調整する。
【００２６】
制御装置２０は、空調負荷が部分負荷領域のときは、空調負荷に応じて目標回転速度をリーン側回転速度範囲内で定めて、酸素濃度センサ１２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気過剰率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Ｇの供給量を調整すべく、燃料供給弁１０の開度を調整し、並びに、回転速度センサ９にて検出されるエンジン１の回転速度が空調負荷に応じた目標回転速度になるように混合気Ｍの吸気量を調整すべく、スロットルバルブ１１の開度を調整する。
【００２７】
三元触媒１３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当量比の排ガスＥが通過することで、その排ガスＥに含まれる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１がストイキ燃焼モードで運転されるときは、排ガスＥが三元触媒１３を通過すると、その排ガスＥに含まれる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１がリーン燃焼モードで運転されるときは、排ガスＥが三元触媒１３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】
そして、三元触媒１３の温度が異常に上昇する場合があるので、その三元触媒１３の過熱による劣化を防止するために、上述のように、触媒温度センサ１４の検出温度が過熱防止用設定温度以上になって触媒過熱状態であると判断すると、スロットルバルブ１１を閉じてエンジン１を停止するように、制御装置２０が構成されているのである。
【００２９】
本発明では、エンジン１の燃焼モードをストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り換えるときに、途中経過として、ストイキ・リーン燃焼モードによる燃焼を行う。
つまり、制御装置２０が燃焼モードをストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り換えるときは、その切り換えタイミングになった時点で、ストイキ・リーン燃焼モードに切り替え、その後でリーン燃焼モードに切り換える。ストイキ・リーン燃焼モードからリーン燃焼モードへの切替タイミングを決定する切替条件として、回転速度センサ９、酸素濃度センサ１２、触媒温度センサ１４などの検出値やそのような検出値から導出されるしきい値を用いることができるが、制御を単純化するためにタイマーによる時間制御を採用してもよい。ここでは、回転速度センサ９による検出回転速度が所定値に低下したことを切替しきい値として、ストイキ・リーン燃焼モードからリーン燃焼モードに切り替えることにする。
【００３０】
制御装置２０は、所定のコンピュータプログラムを実行することにより、上述した種々の機能を実現できるように構成されている。図３に示されているように、制御装置２０によって構築される機能部のうち特に本発明に特に関係するものとして、センサ信号処理部２１、空気過剰率推定演算部２２、燃焼モード切替部２３、移行条件設定部２４、空燃比調整部２５、触媒加熱防止制御部２６が挙げられる。
センサ信号処理部２１は、回転速度センサ９、酸素濃度センサ１２、触媒温度センサ１４などの検出信号を処理して、制御装置２０の各機能部を与える。空気過剰率推定演算部２２は、よく知られているように、酸素濃度センサ１２からの検出信号を用いて空気過剰率λ＝１の検出を行うことで、特定の監視領域、例えば三元触媒１３の浄化率が最も良いウィンドウと呼ばれている領域に空気過剰率が入っていることなどを推定する。燃焼モード切替部２３は、上述したように、空気過剰率λ＝１を中心とするストイキ範囲内に燃焼室２の空気過剰率を維持するストイキ燃焼モードと、燃焼室２の空気過剰率をリーン範囲内に維持するリーン燃焼モードと、空気過剰率をリーン側に偏位した位置を中心とするとともにリーン範囲よりストイキ側に位置するストイキ・リーン範囲内に燃焼室２の空気過剰率を維持するストイキ・リーン燃焼モードとの間で前記エンジンの燃焼モードを切り替える。空燃比調整部２５は、燃料供給弁１０やスロットルバルブ１１からなる空燃比調整機構を制御して、燃焼室２の空気過剰率を所定領域範囲に維持する。この空燃比調整部２５と空燃比調整機構とによって本発明の空燃比調整手段が構築されている。触媒加熱防止制御部２６も良く知られた機能部であり、触媒温度センサ１４からの検出信号に基づいて三元触媒１３の過熱防止制御を行う。ここで取り入られている過熱防止制御は、三元触媒１３の所定異常上昇時のエンジン停止である。
【００３１】
以下、制御装置２０の制御動作について、説明を加える。
先ず、エンジン１の出力制御及び燃焼モードの切替制御における全体の制御動作を、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
触媒温度センサ１４の検出温度Ｔが過熱防止用設定温度Ｔｓ以上か否かを判定して、触媒温度センサ１４の検出温度Ｔが過熱防止用設定温度Ｔｓよりも低い場合は、空調負荷が定格負荷領域か部分負荷領域かを判定する（ステップ＃１，２）。
ステップ＃２で空調負荷が定格負荷領域であると判定すると、空調負荷に応じて目標回転速度をストイキ側回転速度範囲内で定めて、酸素濃度センサ１２にて検出される排ガスＥの酸素濃度がストイキ側目標濃度になると共に、回転速度センサ９にて検出されるエンジン１の回転速度が目標回転速度になるように、燃料供給弁１０及びスロットルバルブ１１の開度を調整して、リターンする（ステップ＃３，４）。
つまり、燃焼モードがストイキ燃焼モードのときは、そのストイキ燃焼モードが継続されると共に、エンジン１の回転速度が空調負荷に応じた回転速度になるように回転速度調整が行われ、燃焼モードがリーン燃焼モードのときは、燃焼モードがストイキ燃焼モードに切り換えられると共に、エンジン１の回転速度が空調負荷に応じた回転速度になるように回転速度調整が行われることになる。
【００３２】
ステップ＃２で空調負荷が部分負荷領域であると判定すると、ステップ＃５で現時点の燃焼モードがストイキ燃焼モードか否かを判定して、現時点の燃焼モードがストイキ燃焼モードでない、即ち、リーン燃焼モードのときは、空調負荷に応じて目標回転速度をリーン側回転速度範囲内で定めて、酸素濃度センサ１２にて検出される排ガスＥの酸素濃度がリーン側目標濃度になると共に、回転速度センサ９にて検出されるエンジン１の回転速度が目標回転速度になるように、燃料供給弁１０及びスロットルバルブ１１の開度を調整して、リターンする（ステップ＃６，７）。つまり、リーン燃焼モードが継続されると共に、エンジン１の回転速度が空調負荷に応じた回転速度になるように回転速度調整が行われることになる。
又、ステップ＃５で、現時点の燃焼モードがストイキ燃焼モードであると判定すると、後述するように、燃焼モードをストイキ燃焼モードからストイキ・リーン燃焼モードを経てリーン燃焼モードに切り換えるストイキ→リーン切替処理を実行する(ステップ＃８)。
【００３３】
ステップ＃１で、触媒温度センサ１４の検出温度Ｔが過熱防止用設定温度Ｔｓ以上であると判定すると、スロットルバルブ１１を閉じてエンジン１を停止し、その後、触媒温度センサ１４の検出温度Ｔが過熱防止用設定温度Ｔｓよりも低くなると、セルモータ８を作動させて再起動処理を実行して、リターンする(ステップ＃９〜１１)。
制御装置２０は、図４に示すフローチャートに基づく制御動作を、予め設定されたサイクル時間で繰り返し実行する。
【００３４】
ちなみに、ステップ＃１１のエンジン再起動処理では、セルモータ８を作動させた状態で、酸素濃度センサ１２にて検出される排ガスＥの酸素濃度が触媒過熱状態であると判断した時に設定されていた燃焼モードに応じた値になり、且つ、混合気Ｍの吸気量が所定の起動用吸気量になるように、燃料供給弁１０及びスロットルバルブ１１の開度を調整し、セルモータ８を停止させても回転速度センサ９にてエンジン１の回転が検出されて、エンジン１の起動が確認されると、酸素濃度センサ１２にて検出される排ガスＥの酸素濃度が触媒過熱状態であると判断した時に設定されていた燃焼モードに応じた値になり、且つ、回転速度センサ９にて検出されるエンジン１の回転速度が目標回転速度になるように、燃料供給弁１０及びスロットルバルブ１１の開度を調整する。
【００３５】
次に、エンジン１の燃焼モードをストイキ燃焼モードからストイキ・リーン燃焼モードを経てリーン燃焼モードに切り換えるストイキ→リーン切替処理について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、リーン燃焼モードに移行する前に、ストイキ・リーン燃焼モードを開始する（ステップ＃８１）。ストイキ・リーン燃焼モードでは、目標空気過剰率を理想混合率であるλ＝１の位置からリーン側に、例えばλ＝１.００７に偏位させる（ステップ＃８２）。さらに、この偏位点を中心とするストイキ・リーン範囲を、空気過剰率のフィードバック制御の許容範囲（スイング範囲）として設定する（ステップ＃８３）。その範囲の大きさは、従来のストイキ燃焼モードで用いられるフィードバック制御の許容範囲であるストイキ範囲と同じでよい。ストイキ・リーン燃焼モードでは、空気過剰率推定演算部２２で演算された推定空気過剰率が取得され（ステップ＃８４）、この推定空気過剰率がストイキ・リーン範囲に入っているかどうかチェックする（ステップ＃８５）。推定空気過剰率がストイキ・リーン範囲から外れた場合には（ステップ＃８５No分岐）、修正指令を空燃比調整部２５に与えて、空気過剰率がストイキ・リーン範囲に入るように空燃比調整機構を制御する（ステップ＃８６）。次いで、触媒温度センサ１４の検出温度：Ｔが過熱防止用設定温度としてのしきい値：Ｔｓを越えていないかどうかチェックする（ステップ＃８７）。検出温度：Ｔがしきい値：Ｔｓを超えていた場合（ステップ＃８７No分岐）、過熱防止処理が行われる。ここでは過熱防止処理として、エンジン１を停止して、触媒温度が低下するまで待機する。つまり、スロットルバルブ１１を閉じてエンジン１を一旦停止し（ステップ＃９１）、エンジン１の停止後、検出温度：Ｔがしきい値：Ｔｓ以下になれば（ステップ＃９２）、セルモータ８を作動させてエンジンも再起動処理を実行して（ステップ＃９３）、このルーチンを終了する。
【００３６】
ステップ＃８７の触媒温度チェックで、検出温度：Ｔがしきい値：Ｔｓ以下ならば（ステップ＃８７Yes分岐）、ストイキ・リーン燃焼モードの終了条件に含まれている判定データを取得する（ステップ＃８８）。この判定データは、エンジンの回転速度センサ９、酸素濃度センサ１２、触媒温度センサ１４などの検出信号から導出することができるが、ここでは、単に回転速度センサ９によるエンジン回転速度が用いられ、エンジン回転速度が予め実験的に設定されたしきい値までの低下を終了条件とする。ストイキ・リーン燃焼モードの終了条件が成立していない場合は（ステップ＃８９No分岐）、ステップ＃８４に戻ってストイキ・リーン燃焼モードでの燃焼を続行する。ストイキ・リーン燃焼モードの終了条件が成立した場合は（ステップ＃８９Yes分岐）、目標空気過剰率をさらに明らかにリーン側にシフトされた位置（例えば１.６）を中心とするリーン範囲を設定し、このリーン範囲内に空気過剰率を維持するリーン燃焼モードに移行して（ステップ＃９０）、このルーチンを終了する。
【００３７】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）エンジン１の燃焼モードをストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り換える際の付加的な制御として、燃焼モードをストイキ燃焼モードに維持した状態で、電磁クラッチ４２をオフにし、且つ、エンジン１の回転速度を切替用回転速度に調整した後、燃焼モードをストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り換え、且つ、エンジン１の回転速度をリーン側回転速度範囲の回転速度に調整し、続いて、電磁クラッチ４２をオンする制御形態を採用することができる。その他には、例えば、燃焼モードをストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り換えるタイミングになると、先ず、燃焼モードをストイキ燃焼モードに維持し且つ電磁クラッチ４２をオンに維持した状態で、エンジン１の回転速度を切替用回転速度に調整した後、燃焼モードをストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り換え、且つ、エンジン１の回転速度をリーン側回転速度範囲の回転速度に調整する制御形態でも良い。
また、燃焼モードをストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り換えるタイミングになると、電磁クラッチ４２をオンに維持した状態で、即、燃焼モードをストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り換え、且つ、エンジン１の回転速度をリーン側回転速度範囲の回転速度に調整する制御形態でも良い。
【００３８】
（ロ）上記の実施形態では、触媒温度センサ１４の検出温度が過熱防止用設定温度以上になって触媒過熱状態であると判断すると、エンジン１を停止するように構成したが、エンジン１の回転速度を低下させてエンジン１の出力を低下させるように構成しても良い。
【００３９】
（ハ）上記実施形態の説明では、ストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードの切り替えは、空調負荷が定格負荷領域か部分負荷領域かで決定されるとした。これ以外の判定アルゴリズムでストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードの切り替えを行っても良い。例えば、エンジン回転数（回転速度）とエンジントルクを入力パラメータとして、回転速度が速くかつトルクが大きい場合にストイキ燃焼モードを選択し、回転速度が低くかつトルクが低い場合にリーン燃焼モードを選択する。
【００４０】
（ニ）本発明を適用可能なエンジンシステムの具体例は、上記の実施形態の如きエンジン駆動式のヒートポンプシステムに限定されるものではなく、種々の構成のエンジンシステムに適用可能である。例えば、エンジン１にて駆動される発電機を有するエンジン駆動式の熱電併給システムに適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上説明したように、エンジンの燃焼モードがストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに移行する際に、ストイキ燃焼よりわずかにリーン側のストイキ・リーン燃焼を挟み込むことにより、未燃物質の排出を低減して、触媒温度の上昇を抑制する。従って、この発明は、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへの移行がある全てのエンジン制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１    エンジン
２    燃焼室
４    排気路
９    回転速度センサ
１０  燃料供給弁（空燃比調整機構）
１１  スロットルバルブ（空燃比調整機構）
１２  酸素濃度センサ
１３  三元触媒
１４  触媒温度センサ
２０  制御装置
２２  空気過剰率推定演算部
２３  燃焼モード切替部
２４  移行条件設定部
２５  空燃比調整部
【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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