(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスヒートポンプエンジンの排気経路に設けられて、理論空燃比に対して空気過剰状態であるリーン運転のときにはＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比に対して燃料過剰状態であるリッチ運転のときには吸蔵しているＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵触媒と、
前記ガスヒートポンプエンジンと前記ＮＯｘ吸蔵触媒との間における前記排気経路に設けられて空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記ガスヒートポンプエンジンの吸気経路における吸気マニホルドに設けられて前記ガスヒートポンプエンジンに供給する燃料ガスを増量するように前記吸気マニホルド内に燃料ガスを噴射可能な燃料噴射手段と、
前記空燃比検出手段からの検出信号に基づいて、前記燃料噴射手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、所定期間の間は前記リーン運転にて前記ガスヒートポンプエンジンを制御し、前記所定期間に達した際に前記燃料噴射手段を用いて、前記ガスヒートポンプエンジンに供給する燃料ガスを一時的に増量して一時的に前記リッチ運転にて前記ガスヒートポンプエンジンを制御することを繰り返し、
前記燃料噴射手段から供給される燃料ガスは、前記燃料噴射手段の入力側の燃料ガスの圧力と前記燃料噴射手段の出力側である前記吸気マニホルド内の負圧との差圧によって前記吸気マニホルド内に噴射され、
入力された燃料ガスの圧力を大気圧へと減圧して出力するレギュレータを備え、
前記燃料噴射手段に入力される燃料ガスは、前記レギュレータの出力側から前記燃料噴射手段に入力されている、
ガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム。
【請求項２】
請求項１に記載のガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムであって、
前記ガスヒートポンプエンジンの吸気経路における前記吸気マニホルドの上流に配置されて、入力された燃料ガスと吸入空気とを混合するとともに前記制御手段にて混合比を調整可能な燃料混合手段を備え、
前記燃料混合手段には前記レギュレータの出力側から燃料ガスが入力されている、
ガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、エネルギー効率が高く省エネルギー性に優れたガスヒートポンプシステムが空調装置として普及している。ガスヒートポンプシステムでは、天然ガスやＬＰＧや都市ガス等を燃料とするガスヒートポンプエンジンの動力を用いてコンプレッサを駆動している。そしてガスヒートポンプエンジンは、燃料の消費量をより低減するために、普段は、理論空燃比に対して空気過剰状態であるリーン運転にて駆動されている。
【０００３】
ガスヒートポンプエンジンの排気を浄化する装置として、例えばガソリン自動車で利用されている三元触媒を利用することができる。三元触媒は、排気中に含まれる有害成分である一酸化炭素（ＣＯ）、全炭化水素（ＴＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害化することができる。しかし三元触媒にて、一酸化炭素（ＣＯ）、全炭化水素（ＴＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の３種の有害成分を無害化するには、空気と燃料の比率である空燃比を、理論空燃比の近傍の所定範囲内に収めていなければならない。上記のリーン運転を行った場合、三元触媒では、一酸化炭素（ＣＯ）と全炭化水素（ＴＨＣ）を無害化することができるが、窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害化することは困難である。
【０００４】
そこで特許文献１には、ガスヒートポンプエンジンの排気経路中に、リーン運転（燃料に対して空気過剰状態）の際にはＮＯｘを吸蔵し、リッチ運転（空気に対して燃料過剰状態）の際には吸蔵しているＮＯｘを還元浄化する窒素酸化物吸蔵還元触媒を備えた内燃機関が開示されている。当該内燃機関はガスを燃料としており、ミキサにて吸気と燃料ガスとが混合された混合気が内燃機関に供給されている。そして、普段ではリーン運転を行い、窒素酸化物吸蔵還元触媒へのＮＯｘの累積量が所定量に達したと判定した場合に、４〜６秒程度のリッチ運転を行って、窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化することを繰り返している。なおリッチ運転では、ステッピングモータを動作させてミキサの空気過剰率制御バルブを調整している。
【０００５】
また特許文献２には、ガスヒートポンプエンジンの排気経路中に、リーン運転の際にはＮＯｘを吸蔵し、リッチ運転の際には吸蔵しているＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸着還元型触媒を備えたガスヒートポンプ排ガス浄化装置が記載されている。そして、普段ではリーン運転を行って、ＮＯｘ吸着還元型触媒に吸着されたＮＯｘが一定値を超えた場合に、膨張行程または排気工程にエンジンシリンダ内に２回目の燃料を噴射することでリッチ運転を行い、ＮＯｘ吸着還元型触媒に吸着したＮＯｘを還元浄化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−０４５７５２号公報
【特許文献２】特開２００６−０３７７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の発明では、普段はリーン運転を行い、一時的なリッチ運転を行う際に、ステッピングモータを動作させてミキサの空気過剰率制御バルブを動作させて、ミキサによる空気と燃料の混合気の生成において、燃料を過剰としている。しかし、ステッピングモータにて空気過剰率制御バルブを動作させていることと、ミキサから各気筒までの距離が比較的長いことにより、応答性が悪く、リーン運転の状態からリッチ運転の状態へと遷移するまでの応答遅れ時間が比較的長く、リッチ運転の状態からリーン運転の状態へと遷移するまでの応答遅れ時間も比較的長い。従って、リッチ運転の時間が長くなり、燃料の消費量が増加するとともに、ＣＯ、ＴＨＣの未浄化分が発生するので、あまり好ましくない。つまり、リーン運転からリッチ運転、リッチ運転からリーン運転への応答性が良いと、燃料の消費量が少なく、ＣＯ、ＴＨＣの未浄化分も抑制されるので、より好ましい。
【０００８】
また特許文献２に記載の発明では、一時的なリッチ運転を行う際、ガスヒートポンプエンジンの膨張行程または排気工程にエンジンシリンダ内に２回目の燃料を噴射することでリッチ運転を行っているので、リーン運転――＞リッチ運転、及びリッチ運転――＞リーン運転への応答性は特許文献１と比較して非常に良い。しかし、エンジンシリンダ内に直接燃料を噴射するため、燃料ガスの圧力を高圧にする装置、及び高圧の燃料ガスを噴射する特殊なインジェクタ、シリンダに埋め込むインジェクタの位置と方向の検討、エンジンの膨張行程または排気工程を検出する検出手段等が必要になり、システムが複雑化、高コスト化してしまうので、あまり好ましくない。
【０００９】
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、よりシンプルな構成にて、リーン運転からリッチ運転への遷移、及びリッチ運転からリーン運転への遷移、の応答性が良いガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明に係るガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムは次の手段をとる。まず、本発明の第１の発明は、ガスヒートポンプエンジンの排気経路に設けられて、理論空燃比に対して空気過剰状態であるリーン運転のときにはＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比に対して燃料過剰状態であるリッチ運転のときには吸蔵しているＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵触媒を備える。また、前記ガスヒートポンプエンジンと前記ＮＯｘ吸蔵触媒との間における前記排気経路に設けられて空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記ガスヒートポンプエンジンの吸気経路における吸気マニホルドに設けられて前記ガスヒートポンプエンジンに供給する燃料ガスを増量するように前記吸気マニホルド内に燃料ガスを噴射可能な燃料噴射手段と、前記空燃比検出手段からの検出信号に基づいて、前記燃料噴射手段を制御する制御手段と、も備える。また前記制御手段は、所定期間の間は前記リーン運転にて前記ガスヒートポンプエンジンを制御し、前記所定期間に達した際に前記燃料噴射手段を用いて、前記ガスヒートポンプエンジンに供給する燃料ガスを一時的に増量して一時的に前記リッチ運転にて前記ガスヒートポンプエンジンを制御することを繰り返す。そして前記燃料噴射手段から供給される燃料ガスは、前記燃料噴射手段の入力側の燃料ガスの圧力と前記燃料噴射手段の出力側である前記吸気マニホルド内の負圧との差圧によって前記吸気マニホルド内に噴射される。そして、入力された燃料ガスの圧力を大気圧へと減圧して出力するレギュレータを備え、前記燃料噴射手段に入力される燃料ガスは、前記レギュレータの出力側から前記燃料噴射手段に入力されている。
【００１１】
この第１の発明では、吸気マニホルドに燃料噴射手段を設け、燃料噴射手段の入力側の燃料ガスの圧力と、燃料噴射手段の出力側の吸気マニホルド内の負圧との差圧によって、燃料噴射手段から燃料ガスを噴射する。このため、燃料ガスを高圧にする装置や特殊なインジェクタ等は不要であり、一般的な汎用のインジェクタを開弁するだけで、適切に燃料ガスを噴射することが可能であるので、よりシンプルな構成とすることができる。また、吸気マニホルド内に燃料ガスを噴射するので、ガスヒートポンプエンジンが吸入する直前の混合気を瞬時にリーン状態からリッチ状態へとすることが可能であり、リーン運転からリッチ運転への遷移、及びリッチ運転からリーン運転への遷移、の応答性が良い。
【００１２】
【００１３】
ガスヒートポンプエンジンに供給される燃料ガスは、ガスボンベからの天然ガスやＬＰＧや、ガス配管を介して一般家庭に供給される都市ガス等であり、ガスの圧力が安定していない場合がある。燃料噴射手段に入力される燃料ガスの圧力が安定していない場合、同じ開弁時間であっても供給される燃料ガスの量が異なるので、あまり好ましくない。なお、自然吸気エンジンであれば、エンジンの定常運転中は吸気マニホルド内の圧力は大気圧よりも低い比較的安定した負圧である。そこで第１発明では、レギュレータを用いて安定的な圧力（この場合、大気圧）にした燃料ガスを燃料噴射手段に入力することで、リッチ運転へ遷移するために噴射する燃料ガスの量を安定化させることができる。
【００１４】
次に、本実施の形態に記載の発明は、入力された燃料ガスの圧力を大気圧へと減圧して出力するレギュレータと、前記ガスヒートポンプエンジンの吸気経路における前記吸気マニホルドの上流に配置されて、入力された燃料ガスと吸入空気とを混合するとともに前記制御手段にて混合比を調整可能な燃料混合手段と、を備える。そして前記燃料混合手段には前記レギュレータの出力側から燃料ガスが入力され、前記燃料噴射手段に入力される燃料ガスは、前記レギュレータの入力側から前記燃料噴射手段に入力されている。
【００１５】
本実施の形態に記載の発明では、所定期間のリーン運転とするための燃料ガスを燃料混合手段から供給し、一時的なリッチ運転とするための燃料ガスの増量分を燃料噴射手段から供給する。また燃料噴射手段への燃料ガスは、レギュレータの入力側から入力されている。この構成により、所定期間のリーン運転、及び一時的なリッチ運転を、容易に実現することができる。また、燃料噴射手段への燃料ガスをレギュレータの入力側から入力することで、大気圧よりも高い圧力の燃料ガスを燃料噴射手段に供給できるので、リーン運転からリッチ運転への応答性を、より向上させることができる。
【００１６】
次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係るガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムであって、前記ガスヒートポンプエンジンの吸気経路における前記吸気マニホルドの上流に配置されて、入力された燃料ガスと吸入空気とを混合するとともに前記制御手段にて混合比を調整可能な燃料混合手段を備える。そして前記燃料混合手段には前記レギュレータの出力側から燃料ガスが入力されている。
【００１７】
この第２の発明では、所定期間のリーン運転とするための燃料ガスを燃料混合手段から供給し、一時的なリッチ運転とするための燃料ガスの増量分を燃料噴射手段から供給する。また燃料噴射手段への燃料ガスは、レギュレータの出力側から入力されている。この構成により、所定期間のリーン運転、及び一時的なリッチ運転を、容易に実現することができる。また、燃料噴射手段への燃料ガスをレギュレータの出力側から入力することで、大気圧まで減圧されてはいるが安定した圧力の燃料ガスを燃料噴射手段に供給できるので、リーン運転からリッチ運転にするための燃料量を安定した量で供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムを説明する図である。
【図２】第１の実施の形態の処理手順を説明するフローチャートである。
【図３】第１の実施の形態の処理手順を説明するフローチャートである。
【図４】第１の実施の形態における所定期間のリーン運転及び一時的なリッチ運転と、当該運転によるＮＯｘの吸蔵状態の変化を説明する図である。
【図５】第２の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムを説明する図である。
【図６】第３の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムを説明する図である。
【図７】第３の実施の形態の処理手順を説明するフローチャートである。
【図８】第３の実施の形態における所定期間のリーン運転及び一時的なリッチ運転と、当該運転によるＮＯｘの吸蔵状態の変化を説明する図である。
【図９】第４の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムを説明する図である。
【図１０】第５の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムを説明する図である。
【図１１】第６の実施の形態の処理手順を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。本発明のガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムは、天然ガスやＬＰＧや都市ガス等を燃料として空調を行うためのガスヒートポンプエンジンの排気を浄化するシステムである。以下、ガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムにおける第１の実施の形態〜第６の実施の形態を順に説明する。
【００２０】
●［第１の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ａの構成（図１）］
図１に示すように、第１の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ａでは、ガスヒートポンプエンジン１０の吸気経路２０に、エアクリーナ２１、ミキサ２２、スロットル２３、スロットル開度検出手段２３Ａ、吸気マニホルド２４、インジェクタ２５、圧力検出手段２６等が設けられている。また、ガスヒートポンプエンジン１０の排気経路３０には、排気マニホルド３１、ＮＯｘ吸蔵触媒３２、排ガス用熱交換器３３、消音器３４、空燃比検出手段３５等が設けられている。なお、排気経路中の三元触媒の記載は省略している。また三元触媒の代わりに、ＣＯやＨＣを酸化・燃焼させる酸化触媒を用いてもよい。またガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ａは、レギュレータ４０、制御手段５０、回転検出手段１１等を有している。なおガスヒートポンプエンジン１０の回転動力はコンプレッサ８０に伝達され、コンプレッサ８０とコンプレッサ用熱交換器８１との間では、媒体配管８２内を冷熱媒が循環している。
【００２１】
エアクリーナ２１は、吸気経路２０における最も上流側の位置に設けられており、吸気経路２０内に吸入する空気をろ過する。なおエアクリーナ２１は省略してもよい。ミキサ２２は、燃料混合手段に相当しており、吸気経路２０における吸気マニホルド２４の上流に配置されている。またミキサ２２は、配管４１、レギュレータ４０、配管４２を介して供給される燃料ガスと、吸気経路２０内の吸入空気と、を混合して混合気を吸気マニホルド２４に供給する。なお、ミキサ２２には、吸入空気と燃料ガスとの混合比を調整可能な混合比調整手段を有しており、制御手段５０からの制御信号に基づいて混合比（すなわち空燃比）が調整される。
【００２２】
スロットル２３は、吸気経路２０におけるミキサ２２と吸気マニホルド２４との間に配置され、例えば制御手段５０からの制御信号に基づいて制御されるＤＣモータで駆動されるスロットルバルブを有しており、吸入空気量を調節する。またスロットル開度検出手段２３Ａ（例えばスロットル開度センサ）は、スロットル２３に設けられており、スロットルバルブの開度（回転角度）に応じた検出信号を制御手段５０に出力する。制御手段５０は、スロットル開度検出手段２３Ａからの検出信号に基づいて、スロットルバルブの開度（すなわち、ガスヒートポンプエンジン１０の負荷）を検出することができる。なお上記の例のように、スロットル２３をＤＣモータで駆動する場合はスロットル開度検出手段２３Ａが必要であるが、例えばスロットル２３をステッピングモータで駆動する場合はスロットル開度検出手段２３Ａを省略可能であり、制御手段５０は、ステッピングモータのステップ位置からスロットルバルブの開度を知ることができる。
【００２３】
吸気マニホルド２４は、吸気経路２０の最も下流側の位置に設けられており、ガスヒートポンプエンジン１０の各気筒に混合気を均等に分配する。インジェクタ２５は、燃料噴射手段に相当しており、吸気マニホルド２４における上流側に設けられている。そしてインジェクタ２５は、制御手段５０からの制御信号に基づいて、配管４１、配管４１Ａを介して供給される燃料ガスを、吸気マニホルド２４内に噴射し、ガスヒートポンプエンジン１０に供給される燃料ガスを増量（ミキサ２２から供給される燃料ガスに対して瞬時に増量）することが可能である。また、インジェクタ２５の入力側に接続されている配管４１Ａは、レギュレータ４０の入力側に接続されており、レギュレータ４０にて大気圧に調圧される前の比較的高圧の燃料ガスがインジェクタ２５に入力されている。
【００２４】
ガスヒートポンプエンジン１０が定常回転にて駆動中の場合、吸気マニホルド２４内の圧力は大気圧よりも低い所定の負圧にて安定した状態である。従って、インジェクタ２５を開弁すれば、レギュレータ４０の入力側の燃料ガスの圧力（大気圧よりも高い圧力）と、吸気マニホルド２４内の負圧と、の差圧によって、インジェクタ２５から燃料ガスが吸気マニホルド２４内に噴射される。このため、インジェクタ２５に入力する燃料ガスを特に高圧にする必要は無い。またインジェクタ２５も特に高圧用の特殊なインジェクタにする必要が無く汎用のものを用いることができる。
【００２５】
圧力検出手段２６は、例えば圧力センサであり、吸気マニホルド２４に設けられ、吸気マニホルド２４内の圧力に応じた検出信号を制御手段５０に出力する。制御手段５０は、圧力検出手段２６からの検出信号に基づいて、吸気マニホルド２４内の圧力（すなわち、ガスヒートポンプエンジン１０の負荷）を検出することができる。
【００２６】
排気マニホルド３１は、排気経路３０の最も上流側に配置されており、各気筒からの排気をまとめる。ＮＯｘ吸蔵触媒３２は、排気経路３０における排気マニホルド３１よりも下流側に配置されており、理論空燃比（λ＝１．０）に対して空気過剰状態（λ＞１．０）であるリーン運転が行われているときには排気中のＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比に対して燃料過剰状態（λ＜１．０）であるリッチ運転が行われているときには吸蔵しているＮＯｘを還元浄化する。空燃比検出手段３５は、例えばＡ／Ｆセンサであり、排気経路３０におけるガスヒートポンプエンジン１０とＮＯｘ吸蔵触媒３２との間に配置され、空燃比に応じた検出信号を制御手段５０に出力する。制御手段５０は、空燃比検出手段３５からの検出信号に基づいて、ガスヒートポンプエンジン１０のシリンダ内に供給された混合気の空燃比を検出することが可能である。
【００２７】
排ガス用熱交換器３３は、排気経路３０におけるＮＯｘ吸蔵触媒３２の下流側に設けられており、暖房を行う際に排気の熱を吸収する。なお排ガス用熱交換器３３は省略してもよい。消音器３４は排気経路３０における最も下流側に配置されており、排気音を抑制する。なお消音器３４は省略してもよい。
【００２８】
レギュレータ４０は、ガスボンベ等から供給される天然ガスやＬＰＧや配管から供給される都市ガス等、配管４１を介して供給される燃料ガスの圧力（大気圧よりも高い圧力であり、やや変動する圧力）をほぼ大気圧に調圧して出力する。なお天然ガスやＬＰＧや都市ガス等は、保安上、２［ｋＰａ］程度の低圧に決められている。そしてレギュレータ４０は、入力される燃料ガスの圧力が変動していても、ほぼ大気圧、且つ安定的な圧力に調圧して配管４２を介してミキサ２２に向けて出力する。回転検出手段１１は、例えばガスヒートポンプエンジン１０のクランク軸に設けられており、ガスヒートポンプエンジン１０の回転に応じた検出信号を制御手段５０に出力する。制御手段５０は、回転検出手段１１からの検出信号に基づいて、ガスヒートポンプエンジン１０の回転数を検出することができる。
【００２９】
制御手段５０は、例えばエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれる制御装置であり、制御手段５０には、圧力検出手段２６、スロットル開度検出手段２３Ａ、回転検出手段１１、空燃比検出手段３５からの検出信号、及びコンプレッサ８０からの要求負荷信号が入力されている。そして制御手段５０は、ミキサ２２の混合比調整手段、スロットル２３のスロットルバルブ、インジェクタ２５に制御信号を出力する。制御手段５０は、以上の入出力を用いて、以下に説明する処理手順に示す動作をする。
【００３０】
●［第１の実施の形態における制御手段５０の処理手順（図２、図３）と動作状態（図４）］
図２に示す処理１０は、スロットル２３のスロットルバルブ、及びミキサ２２の混合比調整手段を制御する処理手順であり、例えば一定時間間隔（数ｍｓ〜数１００ｍｓ間隔等）にて起動、あるいは例えばガスヒートポンプエンジン１０の回転角度（１８０度回転毎、３６０度回転毎等）に応じて起動される。この図２に示す処理手順にて、所定期間の間のリーン運転が実行される。なおリーン運転の所定期間は、後述する図３に示す処理３０の処理手順にて算出される。
【００３１】
処理１０のステップＳ１０にて制御手段５０は、コンプレッサ８０（図１参照）から入力される要求負荷信号に基づいて、コンプレッサの負荷を検出し、ステップＳ１２に進む。コンプレッサ８０は、空調として指令された温度、現在の空調対象室内の温度等に応じた負荷を制御手段５０に出力している。なお制御手段５０が、指令された温度や現在の空調対象室内の温度等を取り込んでコンプレッサの負荷を算出可能である場合は、コンプレッサ８０からの要求負荷信号の入力を省略してもよい。
【００３２】
ステップＳ１２にて制御手段５０は、検出あるいは算出したコンプレッサ負荷に基づいて、ガスヒートポンプエンジンの目標エンジン回転数と目標リーン空燃比（例えば空燃比λ＝１．３程度）を算出し、ステップＳ１４に進む。そしてステップＳ１４にて制御手段５０は、目標エンジン回転数と、回転検出手段からの検出信号にて検出したエンジン回転数と、に基づいて、スロットル２３のスロットルバルブをフィードバック制御する。また制御手段５０は、目標リーン空燃比と、空燃比検出手段からの検出信号にて検出した空燃比と、に基づいて、ミキサ２２の混合比調整手段をフィードバック制御し、処理を終了する。
【００３３】
図２に示す処理２０は、ガスヒートポンプエンジンのリーン運転を行う所定期間を算出する処理手順であり、例えば一定時間間隔（数ｍｓ〜数１００ｍｓ間隔）にて起動される。処理２０のステップＳ２０にて制御手段５０は、リーン運転時間をカウントし、ステップＳ２２に進む。制御手段５０は、例えばリーン運転時間を計測するカウンタを、リッチ噴射（ステップＳ２６）の実行時にクリアし、当該図２の処理２０毎（一定時間毎）にカウントすることで、リーン運転時間（リーン運転をするべき所定期間）を計測することができる。
【００３４】
ステップＳ２２にて制御手段５０は、カウントしたリーン運転時間に基づいて、リーン運転をするべき所定期間が終了したか否かを判定し、終了したと判定した場合（Ｙｅｓ）はステップＳ２４に進み、終了していないと判定した場合（Ｎｏ）は処理を終了する。例えば所定期間は、６０秒程度である。ステップＳ２４に進んだ場合、制御手段５０は、図３を用いて後述するリッチ噴射時間にてインジェクタを開弁することで、インジェクタから吸気マニホルド内に瞬時に燃料ガスを噴射し、ミキサからの燃料ガスの供給に加えて、インジェクタから燃料ガスを瞬時に増量し、ステップＳ２６に進む。なお、インジェクタからのリッチ噴射時間は、例えば１秒程度である。ステップＳ２６にて制御手段５０は、ステップＳ２４のリッチ噴射を行った後、所定時間後に図３に示す処理３０が起動されるように、処理３０のスケジューリングを行い、ステップＳ２８に進む。そしてステップＳ２８にて制御手段５０は、リーン運転時間をクリア（例えばリーン運転時間の計測用カウンタをクリア）して処理を終了する。
【００３５】
図３に示す処理３０は、リーン運転をするべき所定期間の終了後に一時的なリッチ運転とするべきインジェクタから燃料ガスを噴射する時間であるリッチ噴射時間の算出と、リーン運転をするべき所定期間の算出を行う処理手順である。図３に示す処理３０は、図２の処理２０に示したステップ２６にて行われたスケジューリングによって、リッチ噴射の実行後の所定時間後（例えば数１０ｍｓ〜数１００ｍｓ後）に起動される。
【００３６】
処理３０のステップＳ３０にて制御手段５０は、回転検出手段からの検出信号に基づいてエンジン回転数を検出し、負荷検出手段からの検出信号に基づいてエンジン負荷を検出し、ステップＳ３２に進む。なおエンジン負荷は、例えば圧力検出手段からの検出信号に基づいて検出した吸気マニホルド内の圧力、またはスロットル開度検出手段からの検出信号に基づいて検出したスロットル開度、の少なくとも一方、あるいは、図示しない他の検出手段にて検出した物理量（例えば、トルク検出手段にて検出したエンジントルク等）によって検出される。
【００３７】
ステップＳ３２にて制御手段５０は、検出したエンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて、リッチ噴射による目標リッチ空燃比（例えばλ＝０．９であり、次回のリッチ運転での空燃比）を算出し、ステップＳ３４に進む。例えば制御手段５０には、エンジン回転数とエンジン負荷に応じた目標リッチ空燃比が設定された目標リッチ空燃比マップが記憶されており、制御手段５０は、目標リッチ空燃比マップとエンジン回転数とエンジン負荷とから目標リッチ空燃比を算出する。ステップＳ３４にて制御手段５０は、検出したエンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて、リッチ噴射のベース噴射時間（例えば１秒程度であり、次回のリッチ運転でのベース噴射時間）を算出し、ステップＳ３６に進む。例えば制御手段５０には、エンジン回転数とエンジン負荷に応じたベース噴射時間が設定されたベース噴射時間マップが記憶されており、制御手段５０は、ベース噴射時間マップとエンジン回転数とエンジン負荷とからベース噴射時間を算出する。
【００３８】
ステップＳ３６にて制御手段５０は、空燃比検出手段からの検出信号に基づいて、現在の空燃比（直前のリッチ運転での空燃比）を検出し、ステップＳ３８に進む。ステップＳ３８にて制御手段５０は、ステップＳ３２にて算出した目標リッチ空燃比と、ステップＳ３６にて検出した現在の空燃比と、に基づいて、ベース噴射時間を増減するための補正量（例えば補正係数）を算出し、ステップＳ３Ａに進む。例えば制御手段５０は、「現在の空燃比／目標リッチ空燃比」を補正量とする。ステップＳ３Ａにて制御手段５０は、リッチ噴射時間を算出し、ステップＳ３Ｃに進む。例えば制御手段５０は、「ステップＳ３４にて算出したベース噴射時間＊ステップＳ３８にて算出した補正量」を算出してリッチ噴射時間（次回のリッチ運転でのリッチ噴射時間）とする。
【００３９】
ステップＳ３Ｃにて制御手段５０は、検出したエンジン回転数とエンジン負荷とに基づいて、リーン運転を行うべき期間である所定期間を算出し、処理を終了する。例えば制御手段５０には、エンジン回転数とエンジン負荷に応じたリーン期間が設定されたリーン期間マップが記憶されており、制御手段５０は、リーン期間マップとエンジン回転数とエンジン負荷とからリーン運転をするべき所定期間（例えば所定時間）を算出する。
【００４０】
以上に説明した第１の実施の形態の構成（図１）と処理手順（図２、図３）による空燃比の状態と、インジェクタの噴射状態と、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯｘの状態と、の時系列の変化を図４を用いて説明する。
【００４１】
図４に示すように、空燃比検出手段にて検出した空燃比は、所定期間ΔＴＬ（リーン運転をするべき期間）では、リーン状態が維持されている。この所定期間ΔＴＬの間で維持されている空燃比は、図２のステップＳ１２にて算出された目標リーン空燃比である。また所定期間に達した後は、インジェクタからの燃料ガスの噴射によって一時的なリッチ期間ΔＴＲの間、リッチ状態となっている。このリッチ期間ΔＴＲによる最もリッチとなった位置の空燃比は、図３のステップＳ３２にて算出された目標リッチ空燃比である。なお図４の空燃比グラフにおける一点鎖線は、理論空燃比（λ＝１．０）の位置を示しており、当該空燃比グラフにおいて理論空燃比の上方はリーン状態を示し、下方はリッチ状態を示している。
【００４２】
なお図４におけるインジェクタの開弁・閉弁グラフは、インジェクタの開弁と閉弁の状態を示し、インジェクタの通電波形グラフは、インジェクタに印加される電圧波形、及び電流波形を示している。第１の実施の形態では、インジェクタは、全開状態または全閉状態、のいずれかに制御される。またＮＯｘ吸蔵量グラフに示すように、リーン運転の間の所定期間ΔＴＬでは、ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵量が徐々に増加し、リッチ期間ΔＴＲでは、ＮＯｘが還元浄化されることで減少している。
【００４３】
以上、第１の実施の形態では、ミキサを用いてリーン運転のときの混合気を供給し、インジェクタを用いて瞬時に、一時的に燃料を増量することで、一時的なリッチ運転へと瞬時に移行し、リッチ運転からリーン運転へと瞬時に移行することができる。そしてリーン運転からリッチ運転、及びリッチ運転からリーン運転への移行は、ステッピングモータを用いた特開２０００−０４５７５２号公報に記載の発明よりも、はるかに応答性がよいので、燃料消費量をより低減し、ＣＯ、ＴＨＣの未浄化分を抑制することができる。また、シリンダ内に直接燃料を噴射する特開２００６−０３７７９０号公報に記載の発明に対して、燃料ガスを高圧にする装置や、高圧用の特殊なインジェクタ等を必要とせず、またインジェクタからは差圧を利用して噴射するので、よりシンプルなシステムにて実現することができる。また、レギュレータの入力側からインジェクタへ燃料ガスを入力することで、差圧をより大きくすることが可能であり、リーン運転からリッチ運転への応答性をより向上させることができる。なお、レギュレータの入力側の燃料ガスの圧力が多少不安定で変動していても、図３に示すステップＳ３８にて算出する補正量にて、この圧力変動を吸収することができる。
【００４４】
●［第２の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ｂの構成（図５）］
次に図５を用いて、第２の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ｂについて説明する。図５に示す第２の実施の形態のガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ｂの全体構成は、図１に示す第１の実施の形態のガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ａの全体構成に対して、インジェクタ２５に接続されている燃料ガスの配管４２Ｂが、レギュレータ４０の出力側の配管４２に接続されている点と、制御手段５０Ｂの処理内容が異なる。以下、この相違点について主に説明する。
【００４５】
インジェクタ２５に接続されている燃料ガスの配管４２Ｂは、レギュレータ４０の出力側の配管４２に接続されているので、インジェクタ２５に入力される燃料ガスの圧力は、第１の実施の形態よりも低い圧力（ほぼ大気圧）である。また制御手段５０Ｂの処理手順は、図２、図３に示した第１の実施の形態の処理手順と同じであるが、インジェクタに入力される燃料ガスの圧力が低いので、図３に示すステップＳ３４におけるベース噴射時間の長さが長くなっている点が異なる。
【００４６】
第２の実施の形態の構成では、第１の実施の形態に対して、インジェクタに入力される燃料ガスの圧力は低いが、安定したほぼ大気圧である（第１の実施の形態では燃料ガスの圧力が変動する可能性がある）。従って、インジェクタから噴射する燃料ガスの量をより正確にすることが可能であり、リーン運転からリッチ運転へと移行する際、より正確に目標リッチ空燃比へと移行させることができる。ただし、第１の実施の形態に対して燃料ガスの圧力が低いので、リーン運転からリッチ運転への応答性は、第１の実施の形態のほうが優ると考えられる。
【００４７】
●［第３の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ｃの構成（図６〜図８）］
次に図６〜図８を用いて、第３の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ｃについて説明する。図６に示す第３の実施の形態のガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ｃの全体構成は、図１に示す第１の実施の形態のガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ａの全体構成に対して、レギュレータ４０、配管４２、ミキサ２２が省略され、インジェクタ２５に接続されている燃料ガスの配管４１Ｃが、配管４１に接続されている点と、制御手段５０Ｃの処理内容が異なる。以下、この相違点について主に説明する。
【００４８】
インジェクタ２５に接続されている燃料ガスの配管４１Ｃは、配管４１に接続されているので、インジェクタ２５に入力される燃料ガスの圧力は、第１の実施の形態と同じである。またミキサ２２が省略されているので、ミキサ２２から供給していたリーン運転時の燃料ガスをインジェクタ２５から供給する必要がある。そこで図８に示すように、制御手段５０Ｃは、所定期間ΔＴＬのリーン運転時では、インジェクタへの通電を、周期Ｔの期間中において通電時間ＴＯＮだけ通電するデューティ制御として、インジェクタ２５を中間開度（全開と全閉の間の開度）に制御する。このため、図２に示すステップＳ１４の処理を、図７に示すステップＳ１４Ｃの処理に変更する。そしてステップＳ１４Ｃでは、制御手段５０Ｃは、目標エンジン回転数及び目標リーン空燃比となるように、スロットル開度とインジェクタ開度（インジェクタへのデューティ比）をフィードバック制御する。なお上記の説明では、リーン運転時においてインジェクタ２５を全開と全閉の間の中間開度に制御する例を説明したが、例えばガスヒートポンプエンジンの各気筒の吸気工程毎に断続的にインジェクタを全開して、リーン運転に必要な燃料ガスを供給するようにしてもよい（この場合、各気筒の吸気工程を判定するカム角検出手段等が必要）。
【００４９】
第３の実施の形態の構成では、第１の実施の形態に対して、レギュレータ４０とミキサ２２を省略することができるので、よりシンプルな構成にてガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムを実現することができる。また後述する第４の実施の形態に対して、インジェクタへ入力される燃料ガスの圧力が、変動する可能性はあるが高い圧力であるので、リーン運転からリッチ運転への応答性がよい。
【００５０】
●［第４の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ｄの構成（図９）］
次に図９を用いて、第４の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ｄについて説明する。図９に示す第４の実施の形態のガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ｄの全体構成は、図６に示す第３の実施の形態のガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム１Ｃの全体構成に対して、レギュレータ４０が追加されており、インジェクタ２５に接続されている燃料ガスの配管４２Ｄが、レギュレータ４０の出力側に接続されている点と、制御手段５０Ｄの処理内容が異なる。以下、この相違点について主に説明する。
【００５１】
インジェクタ２５に接続されている燃料ガスの配管４２Ｄは、レギュレータ４０の出力側に接続されているので、インジェクタ２５に入力される燃料ガスの圧力は、第３の実施の形態よりも低い圧力（ほぼ大気圧）である。また制御手段５０Ｄの処理手順は、第３の実施の形態の処理手順と同じであるが、インジェクタに入力される燃料ガスの圧力が低いので、第２の実施の形態と同様、図３に示すステップＳ３４におけるベース噴射時間の長さが長くなっている点が異なる。
【００５２】
第４の実施の形態の構成では、第３の実施の形態に対して、インジェクタに入力される燃料ガスの圧力は低いが、安定したほぼ大気圧である（第３の実施の形態では燃料ガスの圧力が変動する可能性がある）。従って、インジェクタから噴射する燃料ガスの量をより正確にすることが可能であり、リーン運転からリッチ運転へと移行する際、より正確に目標リッチ空燃比へと移行させることができる。ただし、第３の実施の形態に対して燃料ガスの圧力が低いので、リーン運転からリッチ運転への応答性は、第３の実施の形態のほうが優ると考えられる。
【００５３】
●［第５の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムの構成（図１０）］
次に図１０を用いて、第５の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムについて説明する。図１０に示す第５の実施の形態のガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムの全体構成は、上述した第１〜第４の実施の形態のガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムの全体構成に対して、インジェクタ２５Ｅの配置位置及びインジェクタ２５Ｅの数、そして制御手段の処理内容が異なる。また、ガスヒートポンプエンジン１０の吸気工程のタイミングを検出する必要があるので、カム角検出手段１２が追加されている点も異なる。なお、回転検出手段を省略してカム角検出手段からの検出信号に基づいてエンジン回転数を求めることも可能である。以下、この相違点について主に説明する。なお図１０は、ガスヒートポンプエンジン１０、吸気マニホルド２４、排気マニホルド３１及びそれらに設けられている各検出手段とインジェクタのみを記載しており、他の記載を省略している。また図１０はガスヒートポンプエンジン１０を上から見た図を示している。
【００５４】
上述した第１〜第４の実施の形態のガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムでは、吸気マニホルド２４において吸気を各気筒に分配する前となる上流側の位置に１本のインジェクタ２５が設けられている。しかし図１０に示す第５の実施の形態では、インジェクタ２５Ｅは、吸気マニホルド２４において各気筒に吸気を分配した後の各ポート部に設けられている。従って第５の実施の形態では、インジェクタ２５Ｅは気筒毎に設けられており、それぞれのインジェクタ２５Ｅは各気筒に隣接する位置に設けられている。また各気筒の吸気工程を検出するためにカム角検出手段１２がガスヒートポンプエンジン１０のカム軸に隣接する位置に設けられており、カム角検出手段１２は、検出信号を制御手段に出力する。
【００５５】
制御手段は、図２の処理２０に示すフローチャートにおけるステップＳ２４にてリッチ噴射を実行する際、気筒毎に吸気工程であるか否かを判定し、吸気工程の気筒に対して、その気筒に対応するインジェクタにてリッチ噴射を実行する。なお、各気筒の吸気工程は、カム角検出手段からの検出信号と回転検出手段からの検出信号に基づいて行うことができる。
【００５６】
第５の実施の形態では、第１〜第４の実施の形態に対して、各気筒に近い位置から、その気筒の吸気工程のタイミングで燃料ガスをインジェクタから噴射するので、リーン運転からリッチ運転への応答性をより向上させることができる。
【００５７】
●［第６の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システム（図１１）］
次に図１１を用いて、第６の実施の形態におけるガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムの処理手順について説明する。第６の実施の形態は、第１〜第５の実施の形態に対して、リーン運転をするべき所定期間ΔＴＬの求め方が異なり、制御手段の処理内容が異なり、図２に示す処理２０、及び図３に示す処理３０が異なる。なお、図２に示す処理１０、あるいは図７に示す処理１０Ｃについては、第１〜第５の実施の形態と同じであるので処理１０、処理１０Ｃについては説明を省略する。第１〜第５の実施の形態では、リーン運転をするべき所定期間ΔＴＬ（所定時間）を、図３の処理３０におけるステップＳ３Ｃにて、エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて算出し、図２の処理２０にて所定期間ΔＴＬ（所定時間）に達したか否かを判定した。これに対して第６の実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒３２にて吸蔵したＮＯｘの積算量を推定し、ＮＯｘ積算量が所定量に達するまでを所定期間ΔＴＬとする点が異なる。以下、この相違点について主に説明する。
【００５８】
第６の実施の形態では、制御手段は、図２に示す処理２０の代わりに図１１に示す処理２０Ｆを実行し、図３に示す処理３０の代わりに図１１に示す処理３０Ｆを実行する。また図１１に示す処理２０Ｆにおいて図２に示す処理２０からの変更個所は太実線で示されており、図１１に示す処理３０Ｆにおいて図３に示す処理３０からの変更個所は太点線で示されている。
【００５９】
図１１に示す処理２０Ｆの起動タイミングは、図２に示す処理２０と同じであり、例えば一定時間間隔（数ｍｓ〜数１００ｍｓ間隔）にて起動される。そしてステップＳ２０Ｆにて制御手段は、空燃比検出手段からの検出信号に基づいて（現在の）空燃比を検出し、回転検出手段からの検出信号に基づいてエンジン回転数を検出し、負荷検出手段からの検出信号に基づいてエンジン負荷を検出し、ステップＳ２１Ｆに進む。なおエンジン負荷は、例えば圧力検出手段からの検出信号に基づいて検出した吸気マニホルド内の圧力、またはスロットル開度検出手段からの検出信号に基づいたスロットル開度、の少なくとも一方、あるいは、図示しない他の検出手段にて検出した物理量（例えば、トルク検出手段にて検出したエンジントルク等）によって検出される。
【００６０】
ステップＳ２１Ｆにて制御手段は、検出した空燃比、エンジン回転数、エンジン負荷とに基づいて、ＮＯｘ発生量を推定し、現在のＮＯｘ積算量に、今回算出したＮＯｘ発生量を加算して、新たなＮＯｘ積算量を求め、ステップＳ２２Ｆに進む。求めたＮＯｘ積算量は、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯｘ量である。そしてステップＳ２２Ｆにて制御手段は、ＮＯｘ積算量が所定量を超えているか否かを判定し、超えている場合（Ｙｅｓ）はステップＳ２４に進み、超えていない場合（Ｎｏ）は処理を終了する。なお、判定の閾値である所定量は、ＮＯｘ吸蔵触媒の吸蔵許容量等に基づいて適宜設定されている。ステップＳ２４の処理は、図２に示す処理２０のステップＳ２４と同じであるので説明を省略する。そしてステップＳ２６Ｆでは制御手段は、処理３０Ｆのスケジューリングを行い、ステップＳ２８Ｆにて制御手段は、ＮＯｘ積算量をクリアし、新たにＮＯｘ積算量の測定を開始し、処理を終了する。また処理３０Ｆは、図３に示す処理３０に対して、起動タイミングは同じであり、ステップＳ３Ｃが省略されている点が異なる。
【００６１】
第６の実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されているＮＯｘの量を推定して、ＮＯｘの吸蔵の許容量に達する手前でリッチ噴射を実行することで、見込み時間でリッチ噴射を実行する第１〜第５の実施の形態に対して、より正確に、より多量のＮＯｘを吸蔵させた後でリッチ噴射を実行できる。このため、リーン運転を行うべき所定期間ΔＴＬを、より長くすることが可能であり、リッチ噴射の実行回数を削減することができるので、第１〜第５の実施の形態よりも、燃料消費量をより削減することが可能であり、排気中のＨＣ、ＴＨＣの未浄化分をより抑制することができる。
【００６２】
本発明の、ガスヒートポンプエンジンの排気浄化システムは、本実施の形態で説明した構成、構造、動作、処理手順等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態の説明では、制御手段がエンジン負荷を検出するための検出手段として、圧力検出手段、アクセル開度検出手段、を例として記載したが、これらに限定されず、制御手段は、種々の検出手段からの検出信号に基づいて、エンジン負荷を検出することが可能である。
また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。
また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６３】
１Ａ〜１Ｄ    （ガスヒートポンプエンジンの）排気浄化システム
１０      ガスヒートポンプエンジン
１１      回転検出手段
２０      吸気経路
２１      エアクリーナ
２２      ミキサ（燃料混合手段）
２３      スロットル
２３Ａ    スロットル開度検出手段（負荷検出手段）
２４      吸気マニホルド
２５、２５Ｅ    インジェクタ（燃料噴射手段）
２６      圧力検出手段（負荷検出手段）
３０      排気経路
３１      排気マニホルド
３２      ＮＯｘ吸蔵触媒
３３      排ガス用熱交換器
３４      消音器
３５      空燃比検出手段
４０      レギュレータ
４１、４２、４１Ａ    配管
５０、５０Ｂ〜５０Ｄ    制御手段
８０      コンプレッサ
８１      コンプレッサ用熱交換器
【図１】
0005999123.tif 000002
【図２】
0005999123.tif 000003
【図３】
0005999123.tif 000004
【図４】
0005999123.tif 000005
【図５】
0005999123.tif 000006
【図６】
0005999123.tif 000007
【図７】
0005999123.tif 000008
【図８】
0005999123.tif 000009
【図９】
0005999123.tif 000010
【図１０】
0005999123.tif 000011
【図１１】
0005999123.tif 000012