(57)【要約】【課題】  所望の被冷却部位を冷却可能にするガス燃料エンジンの冷却制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】  被冷却部位であるＮＳＲ触媒８の温度を推定する温度センサ６ａと、ＮＳＲ触媒８に配設された被冷却部位冷却用通路８２と、デリバリパイプ４に接続された低圧ガス燃料ライン３２から分岐され、被冷却部位冷却用通路８２を介してデリバリパイプ４に連通されると共に、逆流を防止する逆止弁３ｃ、３ｅを備える冷却燃料ライン３Ｌと、低圧ガス燃料ライン３２から冷却燃料ライン３Ｌへの流量配分を変更する遮断弁３ｄとを少なくとも備え、温度センサ６ａによる取得温度が所定値を超えるときは遮断弁３ｄにより低圧ガス燃料ライン３２から冷却燃料ライン３Ｌへの低圧ガス燃料の流通を許容し、且つ取得温度が所定値未満のときは遮断弁３ｄにより冷却燃料ライン３Ｌへの低圧ガス燃料の流通を制限するように制御することを特徴とする。【選択図】  図１
2006125249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンク内の高圧ガス燃料をレギュレータにより減圧し、デリバリパイプを介して各インジェクタに供給する低圧ガス燃料ラインを備えるガス燃料エンジンの冷却制御装置であって、
被冷却部位の温度を検出または推定する被冷却部位温度取得手段と、
前記被冷却部位に配設された被冷却部位冷却用通路と、
前記レギュレータ下流の低圧ガス燃料ラインから分岐され、前記被冷却部位冷却用通路を介して前記デリバリパイプまたはその上流の低圧ガス燃料ラインに連通されると共に、逆流を防止する逆止弁を備える冷却燃料ラインと、
前記低圧ガス燃料ラインから前記冷却燃料ラインへの流量配分を変更する変更手段と、
前記被冷却部位温度取得手段により取得された温度が所定値を超えるときは、前記変更手段により前記低圧ガス燃料ラインから前記冷却燃料ラインへの流通を許容し、且つ、該取得温度が所定値未満のときは、前記変更手段により前記冷却燃料ラインへの流通を制限するように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするガス燃料エンジンの冷却制御装置。
【請求項２】
燃料タンク内の高圧ガス燃料をレギュレータにより減圧し、デリバリパイプを介して各インジェクタに供給する低圧ガス燃料ラインを備えるガス燃料エンジンの冷却制御装置であって、
被冷却部位の温度を検出または推定する被冷却部位温度取得手段と、
前記被冷却部位に配設された被冷却部位冷却用通路と、
前記レギュレータ下流の低圧ガス燃料ライン周りに配設された熱交換器と、
前記被冷却部位冷却用通路と前記熱交換器とに冷媒を循環させ、循環用ポンプが配置された冷媒ラインと、
前記被冷却部位温度取得手段により取得された温度が所定値を超えるときは、前記循環用ポンプを作動させ、該取得温度が所定値未満のときは、前記循環用ポンプの作動を停止させるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするガス燃料エンジンの冷却制御装置。
【請求項３】
燃料タンク内の高圧ガス燃料をレギュレータにより減圧し、デリバリパイプを介して各インジェクタに供給する低圧ガス燃料ラインを備えるガス燃料エンジンの冷却制御装置であって、
被冷却部位の温度を検出または推定する被冷却部位温度取得手段と、
前記被冷却部位に配設された被冷却部位冷却用通路と、
前記被冷却部位冷却用通路と前記レギュレータ内に配設された冷媒通路とに冷媒を循環させ、循環用ポンプが配置された冷媒ラインと、
前記被冷却部位温度取得手段により取得された温度が所定値を超えるときは、前記循環用ポンプを作動させ、該取得温度が所定値未満のときは、前記循環用ポンプの作動を停止させるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするガス燃料エンジンの冷却制御装置。
【請求項４】
前記被冷却部位は、排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のガス燃料エンジンの冷却制御装置。
【請求項５】
前記被冷却部位は、吸気通路であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のガス燃料エンジンの冷却制御装置。
【請求項６】
前記制御手段による前記変更手段の制御は、リーン燃焼時のみ実行されることを特徴とする請求項４に記載のガス燃料エンジンの冷却制御装置。
【請求項７】
前記制御手段による前記循環用ポンプの制御は、リーン燃焼時のみ実行されることを特徴とする請求項４に記載のガス燃料エンジンの冷却制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料タンク内の高圧ガス燃料をレギュレータにより減圧し、デリバリパイプを介して各インジェクタに供給する低圧ガス燃料ラインを備えるガス燃料エンジンの冷却制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、環境保護等の観点から、内燃機関からの排気ガス中の有害ガス成分、例えばＮＯｘを低減させることが要求されていて、これを可能にすべく、排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯＸを吸蔵し、排気ガスの空燃比がそれに対して低下したときに吸蔵されているＮＯＸを還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（以下、ＮＳＲ触媒という。）を排気通路に配置することが行われている。一方、エネルギー対策や環境対策のために、圧縮天然ガス（以下、ＣＮＧと称す）や水素ガスなどを燃料とする、いわゆるガス燃料エンジンが開発されていて、このガス燃料エンジンにおいても、ＮＳＲ触媒を排気通路に配置して排気ガス中のＮＯｘを低減させるべく、例えば特許文献１に記載の技術が開示されている。
【０００３】
この特許文献１に開示されたガス燃料内燃機関は、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーン空燃比に維持されるガス燃料内燃機関において、筒内にガス燃料を直接噴射するガス燃料噴射弁を設け、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を前記リーン空燃比よりもリッチに設定される目標空燃比に一時的に切替えるために、燃焼行程又は排気行程にガス燃料噴射弁からガス燃料を二次的に噴射するようにしたものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０７６６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、概して、高温の排気ガスや、ＮＯｘの吸蔵還元反応などにより、排気通路に備えられたＮＳＲ触媒の温度は上昇する。しかしながら、ＮＳＲ触媒は例えば５５０℃以上の高温になるとＮＯｘの浄化率が低下するため、上記特許文献１に記載のガス燃料内燃機関では、リーン燃焼出来ないときが生じ、ひいてはリーン燃焼による燃費向上が図れないという問題がある。
【０００６】
一方、ガス燃料は気体であるため吸気の燃焼室への充填効率を考慮すると、圧縮行程で燃焼室へ直噴されるのが望ましく、吸気の充填効率を高めることで出力向上を図ることが可能である。しかしながら、ガソリンと比べて気化潜熱による吸気温度低下がない分、吸気の充填効率は小さい。そこで、吸気を冷却する必要があるが、上記特許文献１に記載のガス燃料内燃機関では不可能である。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題を解消し、例えばＮＳＲ触媒の温度や吸気温を下げるべく、所望の被冷却部位を冷却可能にするガス燃料エンジンの冷却制御装置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】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の第一の形態に係るガス燃料エンジンの冷却制御装置は、燃料タンク内の高圧ガス燃料をレギュレータにより減圧し、デリバリパイプを介して各インジェクタに供給する低圧ガス燃料ラインを備えるガス燃料エンジンの冷却制御装置であって、被冷却部位の温度を検出または推定する被冷却部位温度取得手段と、被冷却部位に配設された被冷却部位冷却用通路と、レギュレータ下流の低圧ガス燃料ラインから分岐され、被冷却部位冷却用通路を介してデリバリパイプまたはその上流の低圧ガス燃料ラインに連通されると共に、逆流を防止する逆止弁を備える冷却燃料ラインと、低圧ガス燃料ラインから冷却燃料ラインへの流量配分を変更する変更手段と、被冷却部位温度取得手段により取得された温度が所定値を超えるときは、変更手段により低圧ガス燃料ラインから冷却燃料ラインへの流通を許容し、且つ、取得温度が所定値未満のときは、変更手段により冷却燃料ラインへの流通を制限するように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、上記目的を達成する本発明の第二の形態に係るガス燃料エンジンの冷却制御装置は、燃料タンク内の高圧ガス燃料をレギュレータにより減圧し、デリバリパイプを介して各インジェクタに供給する低圧ガス燃料ラインを備えるガス燃料エンジンの冷却制御装置であって、被冷却部位の温度を検出または推定する被冷却部位温度取得手段と、被冷却部位に配設された被冷却部位冷却用通路と、レギュレータ下流の低圧ガス燃料ライン周りに配設された熱交換器と、被冷却部位冷却用通路と熱交換器とに冷媒を循環させ、循環用ポンプが配置された冷媒ラインと、被冷却部位温度取得手段により取得された温度が所定値を超えるときは、循環用ポンプを作動させ、取得温度が所定値未満のときは、循環用ポンプの作動を停止させるように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
さらに、上記目的を達成する本発明の第三の形態に係るガス燃料エンジンの冷却制御装置は、燃料タンク内の高圧ガス燃料をレギュレータにより減圧し、デリバリパイプを介して各インジェクタに供給する低圧ガス燃料ラインを備えるガス燃料エンジンの冷却制御装置であって、被冷却部位の温度を検出または推定する被冷却部位温度取得手段と、被冷却部位に配設された被冷却部位冷却用通路と、被冷却部位冷却用通路とレギュレータ内に配設された冷媒通路とに冷媒を循環させ、循環用ポンプが配置された冷媒ラインと、被冷却部位温度取得手段により取得された温度が所定値を超えるときは、循環用ポンプを作動させ、取得温度が所定値未満のときは、循環用ポンプの作動を停止させるように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
ここで、被冷却部位は、排気通路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元型触媒であることが好ましい。
【００１２】
また、被冷却部位は、吸気通路であることが好ましい。
【００１３】
さらに、被冷却部位がＮＯｘ吸蔵還元型触媒の時の制御手段による変更手段の制御は、リーン燃焼時のみ実行されることが望ましい。
【００１４】
さらに、被冷却部位がＮＯｘ吸蔵還元型触媒の時の制御手段による循環用ポンプの制御は、リーン燃焼時のみ実行されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の第一の形態によれば、高圧ガス燃料はレギュレータで減圧されて、レギュレータ下流を流れる低圧ガス燃料は低温にされ、被冷却部位の温度が所定値を越えたときに、この低圧ガス燃料を被冷却部位冷却用通路に流して、被冷却部位を冷却することが可能になる。
【００１６】
また、本発明の第二の形態によれば、高圧ガス燃料はレギュレータで減圧されて、レギュレータ下流を流れる低圧ガス燃料は低温にされ、被冷却部位の温度が所定値を越えたときに、この低圧ガス燃料により熱交換器を介して冷却された冷媒を、被冷却部位冷却用通路に循環させて、被冷却部位を冷却することが可能になる。
【００１７】
さらに、本発明の第三の形態によれば、高圧ガス燃料はレギュレータで減圧されて、レギュレータ下流を流れる低圧ガス燃料や、該低圧ガス燃料が流れる周辺部位であるレギュレータは低温にされ、被冷却部位の温度が所定値を越えたときに、この低圧ガス燃料やレギュレータそのものにより冷却された冷媒を、被冷却部位冷却用通路に循環させて、被冷却部位を冷却することが可能になる。
【００１８】
ここで、被冷却部位が排気通路に設けられたＮＳＲ触媒である形態によれば、ＮＳＲ触媒をＮＯｘ吸蔵効率の高い温度域まで冷却することが可能になる。
【００１９】
また、被冷却部位が吸気通路である形態によれば、吸気通路を冷却することで吸気を冷却し、燃焼室への吸気充填効率を上げることが可能になる。
【００２０】
さらに、被冷却部位がＮＯｘ吸蔵還元型触媒の時の制御手段による変更手段の制御が、リーン燃焼時のみ実行される形態によれば、リーン燃焼時にはＮＯｘを的確に吸蔵することが可能になる。
【００２１】
さらに、被冷却部位がＮＯｘ吸蔵還元型触媒の時の制御手段による循環用ポンプの制御が、リーン燃焼時のみ実行される形態によれば、リーン燃焼時にはＮＯｘを的確に吸蔵することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
まず、図１および図２に基づいて、本発明に係るガス燃料エンジンの冷却制御装置の第一の実施形態を説明する。なお、図１は第一の実施形態のガス燃料エンジンの冷却制御装置１０１を説明するための概略図であり、図２は図１におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置１０１を制御するためのフローチャートの一例である。
【００２４】
エンジン１の吸気ポートは吸気マニフォルド２に接続されている。一方、エンジン１の排気ポートは排気マニフォルド５および排気管６に接続されていて、排気管６には三元触媒７やＮＳＲ触媒８が配置されている。詳しくは、第一排気管６１を介して三元触媒７に接続され、そして第二排気管６２を介してＮＳＲ触媒８に接続され、さらにＮＳＲ触媒８は第三排気管６３に連通されている。
【００２５】
図１のエンジン１は、ガス燃料としてＣＮＧを用いるガス燃料供給システム３を備え、このガス燃料供給システム３は、筒内の燃焼室１１に噴射口を介して噴射可能に配置されたガス燃料の直噴インジェクタとしてのＣＮＧ直噴インジェクタ４１にデリバリパイプ４を介して連通されている。このデリバリパイプ４には、ガス燃料供給システム３の内、低圧ガス燃料ライン３２および燃料タンク３１内の高圧ガス燃料を減圧して低圧ガス燃料にするレギュレータ３ａを介して、車載されたガス燃料容器としての燃料タンク３１が接続されている。なお、レギュレータ３ａ下流の低圧ガス燃料ライン３２には、低圧ガス燃料の温度を計測する温度センサ３ｂが配置されている。また、エンジン１においては、ＣＮＧ直噴インジェクタ４１からの噴射方向に適合されたピストンキャビティ１２が、吸気ポート側にオフセットされて形成されている。なお、燃料タンク３１内のガス燃料を高圧ガス燃料と、そしてレギュレータ３ａにより減圧されたガス燃料を低圧ガス燃料と称している。
【００２６】
さらに、ガス燃料供給システム３は、レギュレータ３ａより下流、より詳しくは温度センサ３ｂ下流の分岐点Ｊで低圧ガス燃料供給ライン３２から分岐され、その後さらに低圧ガス燃料供給ライン３２に合流される冷却燃料ライン３Ｌを備えている。この冷却燃料ライン３Ｌは、後述する被冷却部位冷却用通路８２を介して連通される第一冷却燃料ライン３３と第二冷却燃料ライン３４とからなっている。なお、第一冷却燃料ライン３３には、低圧ガス燃料ライン３２から分岐されて直ぐに低圧ガス燃料の逆流を防止する逆止弁３ｃが配置され、その下流に低圧ガス燃料ライン３２から冷却燃料ライン３Ｌ、すなわち第一冷却燃料ライン３３への低圧ガス燃料の流量配分を変更する変更手段としての遮断弁３ｄが配置されている。また第二冷却燃料ライン３４には低圧ガス燃料ライン３２との合流点Ｃ近傍に低圧ガス燃料の逆流を防止する逆止弁３ｅが配置されている。なお、遮断弁３ｄは、低圧ガス燃料を低圧ガス燃料ライン３２のみを介してデリバリパイプ４に流す場合と、冷却燃料ライン３Ｌを介してもデリバリパイプ４へ低圧ガス燃料を流す場合とを変えるべく、ＥＣＵ３００により制御される電磁バルブとされている。また、本第一の実施形態では、レギュレータ３ａ下流の低圧ガス燃料ライン３２から分岐され、被冷却部位冷却用通路８２を介してデリバリパイプ４上流の低圧ガス燃料ライン３２に冷却燃料ライン３Ｌは連通されることとしているが、デリバリパイプ４そのものに連通されるようにしても良い。
【００２７】
燃料タンク３１内に、充填圧力（例えば、２０ＭＰａ）で充填されている高圧ガス燃料は、レギュレータ３ａにより一定の高調節圧（例えば、５ＭＰａ）まで減圧され、この高調節圧でもってＣＮＧ直噴インジェクタ４１から燃焼室１１に例えば圧縮行程で噴射される。この高調節圧は、運転状態にかかわらず常に圧縮行程で筒内噴射が可能な圧力である。なお、このＣＮＧ直噴インジェクタ４１は、後述のＥＣＵ３００からの出力信号に基づいて制御されている。
【００２８】
レギュレータ３ａにより減圧されて低圧ガス燃料供給ライン３２や冷却燃料ライン３Ｌに流される低圧ガス燃料は、高圧ガス燃料に比して、低温になっている。これは、レギュレータ３ａによる減圧が、断熱膨張に近い状態で行われるためである。この結果、低圧ガス燃料や、低圧ガス燃料が流れる周辺部位であるレギュレータ３ａなどの温度は低下することになる。本第一の実施形態では、この現象を利用して、具体的には低温である低圧ガス燃料を冷媒として利用して、後述の如く被冷却部位であるＮＳＲ触媒８の冷却を可能にしている。
【００２９】
一方、上記の如く、排気管６に配設された三元触媒７は、排気ガスから主として有害三成分のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化するために設けられている。また、排気管６に配設されたＮＳＲ触媒８は、三元触媒７によっても未だ排気ガス中に含まれるＮＯｘを浄化するために設けられていて、これによりリーン燃焼時などのＮＯｘが多い時にはＮＯｘ吸蔵が行われ、排気ガスの空燃比がリッチとされたときなどには吸蔵されているＮＯｘは還元される。図１に示すように、ＮＳＲ触媒８は二重構造にされていて、このＮＳＲ触媒８にはＮＳＲ触媒そのものというべき触媒が収容されていて排気ガスが流れる流路である触媒収容流路８１と、該触媒収容流路８１周りに配設された被冷却部位冷却用通路８２とが備えられている。そして、被冷却部位冷却用通路８２に低圧ガス燃料を流すことで被冷却部位であるＮＳＲ触媒８は冷却可能にされている。なお、ＮＳＲ触媒８の温度を推定するために、温度取得手段である温度センサ６ａがＮＳＲ触媒８の上流側である排気管６２に備えられている。なお、ＮＳＲ触媒８の温度を推定又は検出するべく、ＮＳＲ触媒８の上下流の排気通路にそれぞれ温度センサを設けても良いし、又はＮＳＲ触媒８の下流側の排気通路のみに温度センサを設けても良いし、さらにはＮＳＲ触媒８に直接に温度センサを備えるようにしても良い。もちろん、温度取得手段であれば、温度センサに限定されない。
【００３０】
本発明に係るガス燃料エンジンの冷却制御装置１０１は、遮断弁３ｄの他、ＣＮＧ直噴インジェクタ４１の制御等の基本制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３００を備えている。ＥＣＵ３００は、ＣＰＵと、種々のプログラムやデータを記録するメモリと、入力インタフェース回路と、出力インタフェース回路とを備える、例えばマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェース回路には、低圧ガス燃料の温度を検出する温度センサ３ｂ、ＮＳＲ触媒８の温度を推定する温度センサ６ａ、外気温を検出する外気温センサ３０１、さらにエンジンの回転数や負荷などのエンジンの運転状態を検出する手段である負荷センサ３０２や回転数センサ３０３などが電気配線を介して接続されている。そして、ＥＣＵ３００の出力インタフェース回路は、遮断弁３ｄを開閉可能にする駆動用のステップモータＳＭなどに接続されていて、温度センサ６ａなどの上記各種センサ等により得られたデータに基づき、その開閉が制御可能にされている。
【００３１】
上記構成のガス燃料エンジンの冷却制御装置１０１の制御、具体的にはガス燃料エンジンの冷却制御装置１０１における遮断弁３ｄの制御の一例について、図２のフローチャートを用いて説明する。なお、図２の制御ルーチンは、所定時間毎に実行されるルーチンである。
【００３２】
まず、ステップＳ２０１では、低圧ガス燃料の温度が被冷却部位であるＮＳＲ触媒８を冷却可能な温度であるか否かが判別される。具体的には、温度センサ３ｂにより検出された低圧ガス燃料の温度が、外気温センサ３０１により検出された外気温より低く、その差が、例えば１０℃以上あるか否かが判別される。ここで、外気温より１０℃以上低いと判別されると、ステップＳ２０２へ進む。
【００３３】
そして、ステップＳ２０２では、ＮＳＲ触媒８でＮＯｘの吸蔵が積極的に行われるべきであるのかを調べるべく、リーン燃焼中か否かが判別される。リーン燃焼中か否かは、エンジン１の運転状態を予めマップ化されて記憶されているデータに照合することで判別される。そしてリーン燃焼中であると判別されると、ステップＳ２０３へ進む。
【００３４】
ステップＳ２０３では、ＮＳＲ触媒８の温度が、予め実験により求めておいたＮＯｘを浄化可能な温度ウインドウ内の温度であるのか否かを調べるために、ＮＳＲ触媒８の温度が触媒浄化率低下温度と称する該温度ウインドウの上限値を超えているか否かが判別される。具体的には、温度センサ６ａから出力された出力信号を受けて推定されたＮＳＲ触媒８の取得温度が、本第一の実施形態では例えば５００℃とされている触媒浄化率低下温度を超えているか否かで判別される。そして、ＮＳＲ触媒８の温度が５００℃以上と判別されたときには、ＮＳＲ触媒８を冷却すべくステップＳ２０４へ進む。
【００３５】
そして、ステップＳ２０４で遮断弁３ｄが開かれて、低圧ガス燃料ライン３２から冷却燃料ライン３Ｌへの低圧ガス燃料の流通が許容され、低圧ガス燃料が冷却燃料ライン３Ｌにも流される。これにより、低圧ガス燃料ライン３２ばかりでなく、低圧ガス燃料ライン３２から第一冷却燃料ライン３３へも低圧ガス燃料が流され、触媒収容流路８１周りの被冷却部位冷却用通路８２に至った低圧ガス燃料により、ＮＳＲ触媒８は冷却される。そして、冷却に用いられた低圧ガス燃料は、第二冷却燃料ライン３４を介して低圧ガス燃料ライン３２を流れる低圧ガス燃料に合流される。なお、低圧ガス燃料ライン３２に遮断弁を別途設け、低圧ガス燃料の流れるラインを完全に切替えるようにしても良い。
【００３６】
一旦、遮断弁３ｄが開かれると、ＮＳＲ触媒８の温度は低下し始める。そして、上記触媒浄化率低下温度より下、すなわち上記温度ウインドウ内までＮＳＲ触媒８の温度が下がったとき、ＮＳＲ触媒８の冷却が終了されるように、ステップＳ２０５が行われる。
【００３７】
ステップＳ２０５では、冷却が終了され得るか、すなわちＮＳＲ触媒８の温度がＮＯｘを浄化可能な温度ウインドウ内の温度まで下げられたか否か判別される。具体的には、５００℃とされている触媒浄化率低下温度よりも例えば２０℃下がったか、すなわち４８０℃より低い温度までＮＳＲ触媒８の温度が下がったか否かが判別される。そして、４８０℃以上と判別されると、ステップＳ２０４に再度戻り、ステップＳ２０４で遮断弁３ｄが開いた状態が維持されて、再度ステップＳ２０５へ進むことになる。このようにステップＳ２０４とステップＳ２０５を繰り返し行い、ステップＳ２０５でＮＳＲ触媒８の温度が４８０℃未満と判別されるようになると、ステップＳ２０６へ進んで遮断弁３ｄが閉じられて、冷却燃料ライン３Ｌへの低圧ガス燃料の流通が制限され、ＮＳＲ触媒８の冷却が終了される。
【００３８】
一方、ステップＳ２０２でリーン燃焼中でないと判別されると、ステップＳ２０７へ進み、ＮＳＲ触媒８の温度がＮＳＲ触媒の劣化する温度まで至っていないかを調べるために、ＮＳＲ触媒８の温度が、触媒耐久性悪化温度と称する触媒が劣化し難い温度の上限値を超えているか否かが判別される。具体的には、温度センサ６ａから出力された出力信号を受けて推定されたＮＳＲ触媒８の温度が、本第一の実施形態では例えば７００℃とされている触媒耐久性悪化温度を超えているか否かで判別される。そして、ＮＳＲ触媒８の温度が７００℃以上のときには、ＮＳＲ触媒８を冷却すべくステップＳ２０８へ進んで遮断弁３ｄが開かれる。
【００３９】
そして、ステップＳ２０９で、冷却が終了され得るか、すなわちＮＳＲ触媒８の温度が劣化し難い温度まで冷却されたかを調べるべく、ＮＳＲ触媒８の温度が、触媒耐久性悪化温度よりも、例えば２０℃低い温度である６８０℃未満か否かが判別される。そして上記ステップＳ２０４および上記ステップＳ２０５と同様に、ＮＳＲ触媒の温度が６８０℃より低い温度になるまでステップＳ２０８とステップＳ２０９が繰り返し行われる。その結果、ステップＳ２０９でＮＳＲ触媒８の温度が６８０℃未満と判別されるようになると、上記ステップＳ２０６へ進んで遮断弁３ｄが閉じられて、ＮＳＲ触媒８の冷却が終了される。
【００４０】
以上の如き制御が繰り返し行われることにより、必要不可欠なガス燃料以外の他の冷却源無しに、例えばＮＳＲ触媒８の温度はＮＯｘの吸蔵還元が適切に行われうる温度に維持されることになる。特に、これが、リーン燃焼中に行われるように制御されるので、リーン燃焼時に的確にＮＯｘを吸蔵することが可能になる。なお、ＮＳＲ触媒８でのＮＯｘ吸蔵はリーン燃焼時に特に必要とされるので、遮断弁３ｄの制御はリーン燃焼時に着目して実行されることとしているが、本発明はこれに限定するものではない。
【００４１】
次に、本発明に係るガス燃料エンジンの冷却制御装置の第二の実施形態について、図３および図４に基づいて説明する。なお、図３は第二の実施形態のガス燃料エンジンの冷却制御装置１０２を説明するための概略図であり、図４は図３におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置１０２を制御するためのフローチャートの一例である。なお、説明の理解を容易にするため、上記第一の実施形態と同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付し、重複する説明を避ける。
【００４２】
本第二の実施形態では、低圧ガス燃料ライン３２から分岐されて再度合流される冷却燃料ライン３Ｌを有しない点が、上記第一の実施形態と相違する。その代わり、本第二の実施形態では、低圧ガス燃料ライン３２周りに熱交換器９が配設され、且つ熱交換器９と被冷却部位冷却用通路８２とに冷媒を循環させる循環用ポンプ１０ａが配置された冷媒ライン１０が備えられている。以下、これらの点に関して詳細に説明する。
【００４３】
レギュレータ３ａ下流の低圧ガス燃料ライン３２は、熱交換器９内の通路９１を経由して、デリバリパイプ４に接続されている。すなわち、低圧ガス燃料ライン３２周りに熱交換器９が配設されている。一方、冷媒ライン１０は熱交換器９内の通路９２を同様に経由すると共に、被冷却部位冷却用通路８２に接続されている。換言すると、冷媒ライン１０は、通路９２と被冷却部位冷却用通路８２とで閉じた流路を形成し、低圧ガス燃料ライン３２と冷媒ライン１０は熱交換器９内で互いに熱交換をすることが可能にされている。つまり、低温の低圧ガス燃料は低圧ガス燃料ライン３２を流れており、熱交換器９において、冷媒ライン１０内の冷媒が冷却される。そして、冷媒ライン１０内の冷媒は循環用ポンプ１０ａにより循環させられ、上記第一の実施形態の如く、ＮＳＲ触媒８が冷却可能にされている。なお、循環用ポンプ１０ａを制御するべく、ＥＣＵ３００の出力インタフェース回路は、循環用ポンプ１０ａに接続されている。そして、温度センサ６ａや、本第二の実施形態で第三排気管６３に配置された温度センサ６ｂなどにより得られたデータに基づき、その作動が制御可能にされている。
【００４４】
上記構成である本第二の実施形態におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置１０２の制御の一例を、具体的には循環用ポンプ１０ａの制御の一例を、図４のフローチャートに示す。図４のフローチャートに示された制御例は、上記第一の実施形態における図２のフローチャートのステップＳ２０４とステップＳ２０８の「遮断弁３ｄを開く」が、ステップＳ４０４とステップＳ４０８で「循環用ポンプ１０ａをＯＮにする」になる点、およびステップＳ２０６の「遮断弁３ｄを閉じる」が、ステップＳ４０６で「循環用ポンプ１０ａをＯＦＦにする」になる点で、図２のフローチャートに示された制御例と相違するのみであるので、ここでの説明は上記図２の第一の実施形態のフローチャートの説明を参照し、省略する。なお、この相違点は、上記第一の実施形態では被冷却部位冷却用通路８２に冷媒としての低圧ガス燃料を流すか否かの切替え変更を遮断弁３ｄで行っていたのに対して、本第二の実施形態では冷媒を循環用ポンプ１０ａで循環させることに起因するものである。また、本第二の実施形態におけるステップＳ４０１乃至Ｓ４０３、Ｓ４０５、Ｓ４０７およびＳ４０９は、上記第一の実施形態におけるステップＳ２０１乃至Ｓ２０３、Ｓ２０５、Ｓ２０７およびＳ２０９に対応している。
【００４５】
以上、本第二の実施形態においても、上記第一の実施形態と同様に、例えばＮＳＲ触媒８の温度はＮＯｘの吸蔵還元が適切に行われうる温度に維持されることになる。特に、これが、リーン燃焼中に行われるように制御されるので、リーン燃焼時に的確にＮＯｘを吸蔵することが可能になる。
【００４６】
加えて、本第二の実施形態によれば、低圧ガス燃料供給ライン３２は熱交換器９まで延長されるのみであるので、上記第一の実施形態に比して、低圧ガス燃料の流れる流路を短くすることが可能になる。
【００４７】
次に、本発明に係るガス燃料エンジンの冷却制御装置の第三の実施形態について、図５および図６に基づいて説明する。なお、図５は第三の実施形態のガス燃料エンジンの冷却制御装置１０３を説明するための概略図であり、図６は図５におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置１０３を制御するためのフローチャートの一例である。なお、説明の理解を容易にするため、上記第一の実施形態や上記第二の実施形態と同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付し、重複する説明を避ける。
【００４８】
本第三の実施形態では、上記第二の実施形態と同様に、低圧ガス燃料ライン３２から分岐されて再度合流される冷却燃料ライン３Ｌを有しない点が、上記第一の実施形態と相違する。また、本第三の実施形態では、熱交換器９を有しない点が、上記第二の実施形態と相違する。その代わり、本第三の実施形態では、被冷却部位冷却用通路８２と、レギュレータ３ａ内に配設された冷媒通路３ｆとに冷媒を循環させることを可能にするべく、循環用ポンプ１１ａが配置された冷媒ライン１１を備えることとしている。以下、これらの点に関して詳細に説明する。
【００４９】
低圧ガス燃料ライン３２は、上記の如く、レギュレータ３ａで減圧された低圧ガス燃料を、接続されているデリバリパイプ４に流すべく配設されている。一方、冷媒ライン１１は、レギュレータ３ａ内を循環経由するべく、レギュレータ３ａ内に配設された冷媒通路３ｆに接続されている。また、被冷却部位冷却用通路８２にも接続されている。換言すると、冷媒ライン１１は、冷媒通路３ｆと被冷却部位冷却用通路８２とで閉じた流路を形成し、例えば低圧ガス燃料ライン３２と冷媒ライン１１はレギュレータ３ａ内で互いに熱交換をすることが可能にされている。具体的には、燃料タンク３１の高圧ガス燃料をレギュレータ３ａで低圧ガス燃料にする際に低温になった低圧ガス燃料や、これに伴って冷却されたレギュレータ３ａにより、冷媒ライン１１内の冷媒が冷却される。そして、冷媒ライン１１内の冷媒は循環用ポンプ１１ａにより循環させられて、上記第一の実施形態および上記第二の実施形態の如く、ＮＳＲ触媒８が冷却可能にされている。
【００５０】
次に、本第三の実施形態におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置１０３の制御の一例について、具体的には循環用ポンプ１１ａの制御の一例について、図６のフローチャートに示す。図６のフローチャートに示された制御例は、上記第二の実施形態の図４のフローチャートに示された制御例と、ステップＳ４０１がない点が相違するのみであるので、この制御例の説明は省略する。なお、本第三の実施形態におけるステップＳ６０１乃至ステップＳ６０８は、上記第二の実施形態におけるステップＳ４０２乃至ステップＳ４０９に対応している。
【００５１】
以上、本第三の実施形態においても、上記第一の実施形態および上記第二の実施形態と同様に、例えばＮＳＲ触媒８の温度はＮＯｘの吸蔵還元が適切に行われうる温度に維持されることになる。特に、これが、リーン燃焼中に行われるように制御されるので、リーン燃焼時に的確にＮＯｘを吸蔵することが可能になる。
【００５２】
また、本第三の実施形態によれば、低圧ガス燃料供給ライン３２は全く延長されないので、上記第一および第二の実施形態に比して、低圧ガス燃料の流れる流路をさらに短くすることが可能になる。
【００５３】
ところで、上記第一乃至上記第三の実施形態においては、被冷却部位は、排気通路６に設けられたＮＳＲ触媒８であったが、本発明はこれに限定するものではなく、例えば吸気通路とすることも可能である。以下に、被冷却部位が吸気通路である本発明に係るガス燃料エンジンの冷却制御装置の実施形態を説明する。但し、以下に示す第四乃至第六の実施形態は、被冷却部位を吸気通路、より詳しくは吸気マニフォルドとして該吸気マニフォルド周りに被冷却部位冷却用通路を配置したことが、概して上記第一乃至上記第三の実施形態と異なるのみであり、その他の構成は対応する上記第一乃至上記第三の実施形態とほぼ同じである。そこで、説明の理解を容易にするため、上記第一乃至上記第三の実施形態と同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付し、重複する説明を避ける。
【００５４】
そこで、本発明に係るガス燃料エンジンの冷却制御装置の第四の実施形態について、図７および図８に基づいて説明する。なお、図７は第四の実施形態のガス燃料エンジンの冷却制御装置１０４を説明するための概略図であり、図８は図７におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置１０４を制御するためのフローチャートの一例である。また、被冷却部位を吸気マニフォルドとして該吸気マニフォルド周りに被冷却部位冷却用通路を配置した構成とした以外は、概ね上記第一の実施形態と同じ構成である。
【００５５】
本第四の実施形態では、吸気マニフォルド２に接続されている不図示の吸気管近傍である吸気マニフォルド２周りに被冷却部位冷却用通路２１が配設されている。すなわち吸気マニフォルド２は二重構造になっている。第一冷却燃料ライン３３と第二冷却燃料ライン３４がこの被冷却部位冷却用通路２１に接続されていて、第一冷却燃料ライン３３から被冷却部位冷却用通路２１に流入した低圧ガス燃料は、第二冷却燃料ライン３４へ流出されるようにされている。なお、被冷却部位である吸気通路の内、吸気マニフォルド２のみを二重構造としたが、吸気ポートに至るまでの吸気通路の任意の箇所を二重構造として、被冷却部位冷却用通路を配設することとしても良い。
【００５６】
また、吸気温を検出する吸気温センサ３０４や、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ３０５が備えられていて、これらはＥＣＵ３００の入力インタフェース回路に接続されている。さらに、吸気温センサ３０４によって検出された吸気温や、水温センサ３０５によって検出されたエンジン冷却水の温度から、被冷却部位である吸気マニフォルド２の温度を推定すべく、ＥＣＵ３００には予め実験によって求められたデータが記憶されている。
【００５７】
上記構成のガス燃料エンジンの冷却制御装置１０４の制御、具体的にはガス燃料エンジンの冷却制御装置１０４における遮断弁３ｄの制御の一例について、図８のフローチャートを用いて説明する。なお、図８の制御ルーチンは、所定時間毎に実行されるルーチンである。
【００５８】
まず、ステップＳ８０１において、低圧ガス燃料が被冷却部位である吸気マニフォルド２を冷却可能な温度であるか否か、具体的には温度センサ３ｂにより検出された低圧ガス燃料の温度が、吸気温センサ３０４により検出された吸気温より低く、その差が例えば１０℃以上あるか否かが判別される。ここで、吸気温より１０℃以上低いと判別されると、被冷却部位を冷却すべくステップＳ８０２へ進む。
【００５９】
次に、ステップＳ８０２では、吸気があまりにも冷却されすぎて混合気のミキシングが悪化しエンジン性能が低下するのを防止すべく、吸気の冷却がいらない冷却不要条件であるのか否かが判別される。具体的には、エンジン１が温まっておらず、適切に低圧ガス燃料が燃焼する状態までエンジンが温まるのを促すために、水温センサ３０５により検知されるエンジン冷却水の水温が、例えば８０℃より低いか否かでエンジン暖機時であるか判別される。そして、冷却不要条件に当てはまらない、すなわちエンジン冷却水の温度が８０℃以上であると判別されると、ステップＳ８０３へ進む。ここで、エンジン冷却水の水温が例えば８０℃より低いか否かという判別は、被冷却部位である吸気マニフォルド２を冷却することで吸気を冷却しようとしていることから、エンジン１に接続されている吸気マニフォルド２の温度が所定の温度より低いか否かの判別に対応している。それ故、このステップＳ８０２でエンジン冷却水の水温に基づいて低圧ガス燃料ライン３２から冷却燃料ライン３Ｌへの低圧ガス燃料の流量配分を変更する制御が行われるということは、エンジン冷却水の水温から推定され得る吸気マニフォルド２の温度に基づいて、すなわち吸気マニフォルド２の取得温度が所定値以上又は所定値未満かにより該制御が行われることを意味している。なお、冷却不要条件に当てはまるか否かを、他に、吸気温が０℃より低いか否かで判別することとしても良い。この場合には、吸気温とエンジン冷却水の温度から吸気マニフォルド２の温度が所定の温度より低いか否か判別されることに対応している。
【００６０】
そして、ステップＳ８０３では、高負荷運転時であるか否かが判別される。具体的には、出力増大を目的として過給すべきであるかを、負荷センサ３０２などにより検出される負荷が高負荷であるか否かで判別される。そして、高負荷運転時であると判別されると、ステップＳ８０４へ進む。
【００６１】
そして、ステップＳ８０４では、低圧ガス燃料を冷却燃料ライン３Ｌに流して吸気マニフォルド２を冷却すべく遮断弁３ｄが開かれる。これにより、低圧ガス燃料ライン３２から第一冷却燃料ライン３３へも低圧ガス燃料が流れ、被冷却部位冷却用通路２１に至った低圧ガス燃料により、吸気マニフォルド２は冷却されることとなる。この結果、吸気は冷却されて体積収縮し、より多くの吸気を燃焼室１１に過給し、吸気充填効率を上げることが可能になる。なお、冷却に用いられた低圧ガス燃料は、第二冷却燃料ライン３４を介して低圧ガス燃料ライン３２を流れる低圧ガス燃料に合流される。
【００６２】
なお、ステップＳ８０１で冷却可能な温度でない、ステップＳ８０２で冷却不要条件である、又はステップＳ８０３で高負荷運転時でないと判別されたときには、ステップＳ８０５で遮断弁３ｄは閉じられる。
【００６３】
以上の如き制御が繰り返し行われることにより、必要不可欠なガス燃料以外の他の冷却源無しに、吸気マニフォルド２は冷却されて、その結果吸気は適切に冷却されることになる。
【００６４】
次に、本発明に係るガス燃料エンジンの冷却制御装置の第五の実施形態について、図９および図１０に基づいて説明する。なお、図９は第五の実施形態のガス燃料エンジンの冷却制御装置１０５を説明するための概略図であり、図１０は図９におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置１０５を制御するためのフローチャートの一例である。
【００６５】
本第五の実施形態は、上記第二の実施形態と被冷却部位を吸気マニフォルドとして該吸気マニフォルド周りに被冷却部位冷却用通路を配置した構成とした点で相違し、また、上記第四の実施形態と低圧ガス燃料ライン３２から分岐されて再度合流される冷却燃料ライン３Ｌを有しない点で相違する。
【００６６】
低圧ガス燃料ライン３２は、熱交換器９内の通路９１を経由して、デリバリパイプ４に接続されている。一方、冷媒ライン１０は熱交換器９内の通路９２を同様に経由して、被冷却部位冷却用通路２１に接続されている。換言すると、冷媒ライン１０は、通路９２と被冷却部位冷却用通路２１とで閉じた流路を形成し、低圧ガス燃料ライン３２と冷媒ライン１０は熱交換器９内で互いに熱交換をすることが可能にされている。そして、冷媒ライン１０内の冷却された冷媒は循環用ポンプ１０ａにより循環させられ、吸気マニフォルド２が冷却可能にされている。
【００６７】
次に、上記構成のガス燃料エンジンの冷却制御装置１０５の制御、具体的にはガス燃料エンジンの冷却制御装置１０５に対する循環用ポンプ１０ａの制御の一例について、図１０に示す。図１０のフローチャートは、上記第四の実施形態の図８のフローチャートと、ステップＳ８０４の「遮断弁３ｄを開く」やステップＳ８０５の「遮断弁３ｄを閉じる」が、ステップＳ１００４の「循環用ポンプ１０ａをＯＮにする」やステップＳ１００５の「循環用ポンプ１０ａをＯＦＦにする」になる点が相違するのみであるので、説明を省略する。なお、この相違点は、上記第一の実施形態と上記第二の実施形態の制御例における相違点と同じ理由に起因するものである。また、本第五の実施形態におけるステップＳ１００１乃至ステップＳ１００３は、上記第四の実施形態におけるステップＳ８０１乃至ステップＳ８０３に対応している。
【００６８】
次に、本発明に係るガス燃料エンジンの冷却制御装置の第六の実施形態について、図１１および図１２に基づいて説明する。なお、図１１は第六の実施形態のガス燃料エンジンの冷却制御装置１０６を説明するための概略図であり、図１２は図１１におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置１０６を制御するためのフローチャートの一例である。
【００６９】
なお、本第六の実施形態は、上記第三の実施形態と被冷却部位を吸気マニフォルドとして該吸気マニフォルド周りに被冷却部位冷却用通路を配置した構成とした点で相違し、また上記第四の実施形態と低圧ガス燃料ライン３２から分岐されて再度合流される冷却燃料ライン３Ｌを有しない点で相違する。さらに、上記第五の実施形態と熱交換器９を有しない点で相違する。
【００７０】
低圧ガス燃料ライン３２は、上記の如く、レギュレータ３ａで減圧された低圧ガス燃料を、接続されているデリバリパイプ４に流すべく配設されている。一方、冷媒ライン１１はレギュレータ３ａ内を循環経由するべく、レギュレータ３ａ内に配設された冷媒通路３ｆに接続されている。また、被冷却部位冷却用通路２１にも接続されている。これにより、燃料タンク３１の高圧ガス燃料を低圧ガス燃料にするレギュレータ３ａにおいて、冷媒ライン１１内の冷媒が冷却される。そして、冷媒ライン１１内の冷媒は循環用ポンプ１１ａにより循環させられて、吸気マニフォルド２は冷却されることになる。
【００７１】
次に、上記構成のガス燃料エンジンの冷却制御装置１０６の制御、具体的にはガス燃料エンジンの冷却制御装置１０６における循環用ポンプ１１ａの制御の一例について、図１２に示す。この図１２のフローチャートは、上記第五の実施形態の図１０のフローチャートと、ステップＳ１００１がない点が相違するのみであるので、この制御例の説明を省略する。なお、本第六の実施形態におけるステップＳ１２０１乃至ステップＳ１２０４は、上記第五の実施形態におけるステップＳ１００２乃至ステップＳ１００５に対応している。
【００７２】
以上、本発明に係るガス燃料エンジンの冷却制御装置について、第一の実施形態から第六の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。具体的には、一のガス燃料エンジンの冷却制御装置において、排気通路に設けられたＮＳＲ触媒と吸気通路を共に冷却することとしても良い。また、上記第一の実施形態の制御の各ステップにおいて、判別の基準となる温度は、任意に設定できるものである。さらに、上記熱交換器９の通路９１、９２や、上記レギュレータ３ａの冷媒通路３ｆは、低圧ガス燃料などで冷媒を冷却できれば任意の機構を有して任意の経路をたどってもよく、既存の技術を用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第一の実施形態のガス燃料エンジンの冷却制御装置を説明するための概略図である。
【図２】図１におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置を制御するためのフローチャートの一例である。
【図３】第二の実施形態のガス燃料エンジンの冷却制御装置を説明するための概略図である。
【図４】図３におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置を制御するためのフローチャートの一例である。
【図５】第三の実施形態のガス燃料エンジンの冷却制御装置を説明するための概略図である。
【図６】図５におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置を制御するためのフローチャートの一例である。
【図７】第四の実施形態のガス燃料エンジンの冷却制御装置を説明するための概略図である。
【図８】図７におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置を制御するためのフローチャートの一例である。
【図９】第五の実施形態のガス燃料エンジンの冷却制御装置を説明するための概略図である。
【図１０】図９におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置を制御するためのフローチャートの一例である。
【図１１】第六の実施形態のガス燃料エンジンの冷却制御装置を説明するための概略図である。
【図１２】図１１におけるガス燃料エンジンの冷却制御装置を制御するためのフローチャートの一例である。
【符号の説明】
【００７４】
１  エンジン本体
１１  燃焼室
１２  ピストンキャビティ
２  吸気マニフォルド
２１  被冷却部位冷却用通路
３  ガス燃料供給システム
３１  燃料タンク
３２  低圧ガス燃料ライン
３３  第一冷却燃料ライン
３４  第二冷却燃料ライン
３Ｌ  冷却燃料ライン
３ａ  レギュレータ
３ｂ  温度センサ
３ｃ  逆止弁
３ｄ  遮断弁
３ｅ  逆止弁
３ｆ  冷媒通路
４  デリバリパイプ
４１  ＣＮＧ直噴インジェクタ
５  排気マニフォルド
６  排気管
６１  第一排気管
６２  第二排気管
６３  第三排気管
７  三元触媒
８  ＮＳＲ触媒
８１  触媒収容流路
８２  被冷却部位冷却用通路
９  熱交換器
９１  通路
９２  通路
１０  冷媒ライン
１０ａ  循環用ポンプ
１１  冷媒ライン
１１ａ  循環用ポンプ
３００  ＥＣＵ
【図１】
2006125249.tif 000003
【図２】
2006125249.tif 000004
【図３】
2006125249.tif 000005
【図４】
2006125249.tif 000006
【図５】
2006125249.tif 000007
【図６】
2006125249.tif 000008
【図７】
2006125249.tif 000009
【図８】
2006125249.tif 000010
【図９】
2006125249.tif 000011
【図１０】
2006125249.tif 000012
【図１１】
2006125249.tif 000013
【図１２】
2006125249.tif 000014