(57)【要約】【課題】ＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化を抑制しつつ、ＮＯｘ還元処理を確実に実行することを目的とする。【解決手段】ＣＮＧとガソリンとのうちの少なくとも何れかを各燃焼室内で燃焼させて動力を発生する多種燃料エンジンは、燃焼室内に気体燃料を直接噴射可能なガスインジェクタと、燃焼室内に液体燃料を導入可能なガソリンインジェクタと、各燃焼室からの排気ガスが導入される排気管と、排気管に設けられており、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置とを備える。多種燃料エンジンでは、後段触媒装置に対するＮＯｘ還元処理が必要であると判断された場合（Ｓ１２）、排気行程中にＮＯｘ還元処理に必要な量のＣＮＧが各燃焼室内に導入される（Ｓ１６）。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料と液体燃料とのうちの少なくとも何れかを燃焼室内で燃焼させて動力を発生する多種燃料エンジンにおいて、
前記燃焼室内に気体燃料を直接噴射可能な気体燃料用インジェクタと、
前記燃焼室内に液体燃料を導入可能な液体燃料用インジェクタと、
前記燃焼室からの排気ガスが導入される排気路と、
前記排気路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒とを備え、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、排気行程中に前記ＮＯｘ還元処理に必要な量の気体燃料が前記気体燃料用インジェクタにより前記燃焼室内に噴射されることを特徴とする多種燃料エンジン。
【請求項２】
前記ＮＯｘ還元処理が必要とされ、かつ、気体燃料の残量が所定値以下である場合に、液体燃料を用いたリッチスパイク運転が実行されることを特徴とする請求項１に記載の多種燃料エンジン。
【請求項３】
気体燃料と液体燃料とのうちの少なくとも何れかを燃焼室内で燃焼させて動力を発生する多種燃料エンジンの排ガス浄化方法において、
前記燃焼室からの排気ガスが導入される排気路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設け、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、排気行程中に前記ＮＯｘ還元処理に必要な量の気体燃料を前記燃焼室内に直接噴射することを特徴とする多種燃料エンジンの排ガス浄化方法。
【請求項４】
気体燃料と液体燃料とのうちの少なくとも何れかを燃焼室内で燃焼させて動力を発生する多種燃料エンジンにおいて、
前記燃焼室からの排気ガスが導入される排気路と、
前記排気路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒とを備え、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、前記排気路の前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも前記燃焼室側の領域に気体燃料を導入可能であることを特徴とする多種燃料エンジン。
【請求項５】
前記ＮＯｘ還元処理が必要とされ、かつ、気体燃料の残量が所定値以下である場合に、液体燃料を用いたリッチスパイク運転が実行されることを特徴とする請求項４に記載の多種燃料エンジン。
【請求項６】
前記燃焼室内に気体燃料を直接噴射可能な気体燃料用インジェクタと、気体燃料を貯留する気体燃料容器と、この気体燃料容器に接続されており、気体燃料を前記排気路に導入するための添加弁とを更に備え、前記ＮＯｘ還元処理が必要とされ、かつ、前記添加弁における気体燃料の圧力が前記排気路における排気圧よりも低い場合に、排気行程中に前記ＮＯｘ還元処理に必要な量の気体燃料が前記気体燃料用インジェクタにより前記燃焼室内に噴射されるか、または、液体燃料を用いたリッチスパイク運転が実行されることを特徴とする請求項５に記載の多種燃料エンジン。
【請求項７】
前記排気路に導入される気体燃料は、ＣＮＧまたは気相状態のＬＰＧ燃料であることを特徴とする請求項４から６の何れかに記載の多種燃料エンジン。
【請求項８】
気体燃料と液体燃料とのうちの少なくとも何れかを燃焼室内で燃焼させて動力を発生する多種燃料エンジンの排ガス浄化方法において、
前記燃焼室からの排気ガスが導入される排気路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設け、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、前記排気路の前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも前記燃焼室側の領域に気体燃料を導入することを特徴とする多種燃料エンジンの排ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体燃料と液体燃料とのうちの少なくとも何れかを燃焼室内で燃焼させて動力を発生する多種燃料エンジンおよび多種燃料エンジンの排ガス浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等の気体燃料やガソリン等の液体燃料等を含む複数種の燃料を切り替えて使用することができる多種燃料エンジンが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この種の多種燃料エンジンでは、通常、ガソリンの供給が停止され、ＣＮＧのみが燃料として使用されることが多い。そして、ＣＮＧの残量が所定値を下回ると、ＣＮＧの供給が停止され、ガソリンが使用されるようになる。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２９４２１２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年では、エンジンの低燃費化および高出力化という観点から、いわゆる希薄燃焼運転可能なエンジンの普及が進められており、複数種の燃料を使用する多種燃料エンジンについても、同様に、希薄燃焼運転を実行可能であることが求められるようになってきている。ここで、多種燃料エンジンにて希薄燃焼運転を実行した場合、排気ガス中のＮＯｘを三元触媒により十分に除去することは困難である。このため、希薄燃焼運転可能な多種燃料エンジンにおいても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に排気ガス中のＮＯｘを吸蔵させると共に、所定のタイミングで触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元する必要が生じる。
【０００５】
しかしながら、希薄燃焼運転される多種燃料エンジンにおいて、ＣＮＧ等の気体燃料を用いてＮＯｘ還元処理を実行すると、いわゆるリッチ失火の発生により、十分なＮＯｘ還元性能を得られないことがある。また、ガソリン等の液体燃料には硫黄成分が多く含まれているので、希薄燃焼運転される多種燃料エンジンにおいて液体燃料を用いてＮＯｘ還元処理を実行すると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を劣化させてしまうことがある。
【０００６】
そこで、本発明は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の劣化を抑制しつつ、ＮＯｘ還元処理を確実に実行し得る多種燃料エンジンおよび多種燃料エンジンの排ガス浄化方法の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による多種燃料エンジンは、気体燃料と液体燃料とのうちの少なくとも何れかを燃焼室内で燃焼させて動力を発生する多種燃料エンジンにおいて、燃焼室内に気体燃料を直接噴射可能な気体燃料用インジェクタと、燃焼室内に液体燃料を導入可能な液体燃料用インジェクタと、燃焼室からの排気ガスが導入される排気路と、排気路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒とを備え、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、排気行程中にＮＯｘ還元処理に必要な量の気体燃料が気体燃料用インジェクタにより燃焼室内に噴射されることを特徴とする。
【０００８】
この多種燃料エンジンは、希薄燃焼運転の実行により発生するＮＯｘを除去するためにＮＯｘ吸蔵還元触媒を排気路に有している。そして、当該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元処理する際、この多種燃料エンジンでは、排気行程中にＮＯｘ還元処理に必要な量の気体燃料が気体燃料用インジェクタにより燃焼室内に噴射される。すなわち、本発明では、排気行程中に燃料室内に噴射される気体燃料を燃焼室内で燃焼させることが意図されておらず、当該気体燃料は、燃焼室から排気路を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒に還元剤として供給される。
【０００９】
これにより、この多種燃料エンジンでは、いわゆるリッチ失火の問題無しで、ＮＯｘ還元処理に必要な量の気体燃料をＮＯｘ吸蔵還元触媒へと確実に供給することが可能となる。この結果、リッチ失火によるエンジン構成部材や触媒の熱損傷を防止しつつ、ＮＯｘ還元処理を確実に実行することが可能となる。更に、この多種燃料エンジンでは、ガソリン等の液体燃料と比較して硫黄成分の含有率が少ない気体燃料を用いてＮＯｘ還元処理が実行されるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒を大幅に抑制することが可能となる。
【００１０】
また、ＮＯｘ還元処理が必要とされ、かつ、気体燃料の残量が所定値以下である場合に、液体燃料を用いたリッチスパイク運転が実行されると好ましい。
【００１１】
これにより、ＮＯｘ還元処理に必要な量の気体燃料を確保し得ない場合であっても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを確実に還元処理することが可能となる。
【００１２】
本発明による多種燃料エンジンの排ガス浄化方法は、気体燃料と液体燃料とのうちの少なくとも何れかを燃焼室内で燃焼させて動力を発生する多種燃料エンジンの排ガス浄化方法において、燃焼室からの排気ガスが導入される排気路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設け、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、排気行程中にＮＯｘ還元処理に必要な量の気体燃料を燃焼室内に直接噴射するものである。
【００１３】
本発明による他の多種燃料エンジンは、気体燃料と液体燃料とのうちの少なくとも何れかを燃焼室内で燃焼させて動力を発生する多種燃料エンジンにおいて、燃焼室からの排気ガスが導入される排気路と、排気路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒とを備え、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、排気路のＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも燃焼室側の領域に気体燃料を導入可能なことを特徴とする。
【００１４】
この多種燃料エンジンも、希薄燃焼運転の実行により発生するＮＯｘを除去するためにＮＯｘ吸蔵還元触媒を排気路に有している。そして、当該ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元処理する際、この多種燃料エンジンでは、排気路のＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも燃焼室側の領域に気体燃料が導入される。このように、排気路を介してＮＯｘ吸蔵還元触媒に対して還元剤としての気体燃料を直接供給しても、いわゆるリッチ失火の問題無しで、ＮＯｘ還元処理に必要な量の気体燃料をＮＯｘ吸蔵還元触媒へと確実に供給することが可能となる。
【００１５】
従って、この多種燃料エンジンによっても、リッチ失火によるエンジン構成部材や触媒の熱損傷を防止しつつ、ＮＯｘ還元処理を確実に実行することが可能となる。また、この多種燃料エンジンにおいても、ガソリン等の液体燃料と比較して硫黄成分の含有率が少ない気体燃料を用いてＮＯｘ還元処理が実行されるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒を大幅に抑制することが可能となる。
【００１６】
更に、ＮＯｘ還元処理が必要とされ、かつ、気体燃料の残量が所定値以下である場合に、液体燃料を用いたリッチスパイク運転が実行されると好ましい。
【００１７】
また、燃焼室内に気体燃料を直接噴射可能な気体燃料用インジェクタと、気体燃料を貯留する気体燃料容器と、この気体燃料容器に接続されており、気体燃料を排気路に導入するための添加弁とを更に備え、ＮＯｘ還元処理が必要とされ、かつ、添加弁における気体燃料の圧力が排気路における排気圧よりも低い場合に、排気行程中にＮＯｘ還元処理に必要な量の気体燃料が気体燃料用インジェクタにより燃焼室内に直接噴射されるか、または、液体燃料を用いたリッチスパイク運転が実行されると好ましい。
【００１８】
このような構成を採用すれば、シンプルな構成により排気路に気体燃料を確実に導入可能となる。そして、かかる構成のもとでは、添加弁における気体燃料の圧力が排気路における排気圧よりも低い場合であっても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを確実に還元処理することが可能となる。
【００１９】
更に、排気路に導入される気体燃料は、ＣＮＧまたは気相状態のＬＰＧ燃料であると好ましい。
【００２０】
本発明による他の多種燃料エンジンの排ガス浄化方法は、気体燃料と液体燃料とのうちの少なくとも何れかを燃焼室内で燃焼させて動力を発生する多種燃料エンジンの排ガス浄化方法において、燃焼室からの排気ガスが導入される排気路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設け、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、排気路のＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも燃焼室側の領域に気体燃料を導入するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による多種燃料エンジンおよび多種燃料エンジンの排ガス浄化方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２２】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明による多種燃料エンジンの第１実施形態を示す概略構成図である。同図に示される多種燃料エンジン１は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、ＬＰＧといった気体燃料や、ガソリン等の液体燃料等を含む複数種の燃料を切り替えて使用可能な、いわゆるバイフューエルエンジンである。多種燃料エンジン１では、シリンダブロック２およびシリンダヘッド３により画成された複数の燃焼室４のそれぞれにＣＮＧ（気体燃料）あるいはガソリン（液体燃料）が直接噴射され、各燃焼室４内で混合気が燃焼してピストン５を往復移動させる結果、動力が得られる。
【００２３】
このように、各燃焼室４の内部にＣＮＧを直接噴射するために、本実施形態の多種燃料エンジン１は、シリンダヘッド３に配設された複数のガスインジェクタ（気体燃料用インジェクタ）６と、ＣＮＧを貯留するガスボンベ（気体燃料容器）７とを有する。ガスインジェクタ６は、その燃料噴出口が筒内に臨むように各燃焼室４ごとに配置されている。図１に示されるように、ガスボンベ７には、ガス供給管（気体燃料供給路）８を介してガスデリバリ管９が接続されており、このガスデリバリ管９には、各ガスインジェクタ６の燃料入口が接続されている。
【００２４】
また、ガスボンベ７の燃料出口には、ガスボンベ７の内部圧力（ＣＮＧ残圧）を検出する圧力センサ（ＣＮＧ残圧センサ）Ｐｔが配置されている。同様に、ガスデリバリ管９には、その内部のＣＮＧの圧力を検出する圧力センサＰｄと、その内部のＣＮＧの温度を検出する温度センサＴｄとが備えられている。更に、ガス供給管８には、図示されない燃料遮断弁と共に、レギュレータ１０が備えられている。本実施形態において、ＣＮＧは、ガスボンベ７の内部に例えば２０ＭＰａの充填圧力で充填されており、ガスボンベ７からのＣＮＧは、レギュレータ１０により一定の調整圧（本実施形態では、例えば５ＭＰａ）にまで減圧された後、各ガスインジェクタ６に導入される。そして、多種燃料エンジン１では、ＣＮＧが、通常、この調整圧（噴射圧）で各ガスインジェクタ６から対応する燃焼室４内に直接噴射されることになる。
【００２５】
上述のガスインジェクタ６に加えて、多種燃料エンジン１は、各燃焼室４の内部にガソリンを直接噴射するために、シリンダヘッド３に配設された複数のガソリンインジェクタ（液体燃料用インジェクタ）１１と、ガソリンを貯留するガソリンタンク（液体燃料容器）１２とを有する。ガソリンインジェクタ１１も、その燃料噴出口が筒内に臨むように各燃焼室４ごとに配置されている。図１に示されるように、ガソリンタンク１２には、ガソリン供給管１３を介してガソリンデリバリ管１４が接続されており、このガソリンデリバリ管１４には、各ガソリンインジェクタ１１の燃料入口が接続されている。
【００２６】
また、ガソリン供給管１３には、図示されない燃料ポンプが備えられており、ガソリンタンク１２には、その内部に残存しているガソリンの量を検出するガソリン残量センサ１５が備えられている。なお、本実施形態において、各ガソリンインジェクタ１１は、対応する燃焼室４の内部にガソリンを直接噴射するものとして説明されたが、これに限られるものではない。すなわち、各ガソリンインジェクタ１１は、吸気管（吸気ポート）内にガソリン（液体燃料）を噴射するように配置されるものであってもよい。
【００２７】
そして、各燃焼室４に連なる吸気ポート１６は、吸気マニホールド２０を介してサージタンク２１に接続され、サージタンク２１は吸気ダクト２２を介してエアクリーナ２３に接続されている。サージタンク２１には、その内部の圧力を検出する圧力センサＰｓが備えられており、吸気ダクト２２内にはステッピングモータ２４により駆動されるスロットルバルブ２５が設置されている。一方、各燃焼室４に連なる排気ポート１７は、排気マニホールド（排気路）２６に接続されている。
【００２８】
ところで、多種燃料エンジン１のピストン５は、図１に示されるように、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には、凹部５ａが形成されている。本実施形態の多種燃料エンジン１では、各燃焼室４内に空気を大量に吸入させた状態で、ガスインジェクタ６またはガソリンインジェクタ１１から各ピストン５の凹部５ａに向けてＣＮＧまたはガソリンが直接噴射される。これにより、点火プラグ１９の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）される。この結果、多種燃料エンジン１では、極めて希薄な混合気を用いて安定した燃焼を実行することが可能となり、低燃費化および低公害化を達成することができる。
【００２９】
これに対して、上述のようにして成層希薄燃焼運転が実行された場合、多種燃料エンジン１の排気ガス中のＮＯｘ成分が増加する。このため、各燃焼室４に連なる排気マニホールド２６に接続された排気管（排気路）２７には、三元触媒を含む前段触媒装置２８に加えて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置２９が組み込まれている。
【００３０】
更に、多種燃料エンジン１は、制御手段として機能する電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０を含む。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４、入力ポート３５および出力ポート３６等を含むものである。上述の各ガスインジェクタ６および各ガソリンインジェクタ１１は、図示されない駆動回路を介してＥＣＵ３０の出力ポート３６に接続されており、ＥＣＵ３０により制御される。同様に、ＥＣＵ３０の出力ポート３６には、点火プラグ１９、スロットルバルブ２５のステッピングモータ２４、吸気弁１８ｉおよび排気弁１８ｅのための動弁機構等が適宜駆動回路等（図示省略）を介して接続されている。
【００３１】
また、ＥＣＵ３０の入力ポート３５には、ガスボンベ７の内部圧力を検出するＣＮＧ残圧センサＰｔ、ガスデリバリ管９の圧力センサＰｄおよび温度センサＴｄが図示されないＡ／Ｄ変換器を介して接続されている。同様に、ガソリンタンク１２のガソリン残量センサ１５や、サージタンク２１の圧力センサＰｓ等も図示されないＡ／Ｄ変換器を介してＥＣＵ３０の入力ポート３５に接続されている。更に、ＥＣＵ３０の入力ポート３５には、アクセルペダルの操作量（踏込量）を検出するアクセル位置センサ４０や、エンジン回転数を検出する回転数センサ４１等が接続されている。
【００３２】
そして、ＥＣＵ３０は、予め作成されている各種マップ等を用いると共に、各種センサの検出値等に基づいて、多種燃料エンジン１が所望の出力を発生するように、各ガスインジェクタ６または各ガソリンインジェクタ１１からの燃料噴射量および噴射時期、スロットルバルブ２５の開度、更には、各吸気弁１８ｉおよび各排気弁１８ｅの開閉動作等を制御する。ここで、ＥＣＵ３０による制御のもと、多種燃料エンジン１の成層希薄燃焼運転が実行された場合、各燃焼室４から各排気弁１８ｅを介して排出される排気ガス中のＮＯｘが後段触媒装置２９のＮＯｘ吸蔵還元触媒によって吸蔵されるが、後段触媒装置２９におけるＮＯｘの吸蔵量には一定の限界がある。このため、ＥＣＵ３０は、図２に示される手順に従って、後段触媒装置２９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）に対するＮＯｘ還元処理を実行する。
【００３３】
次に、図２を参照しながら、上述のように構成される多種燃料エンジン１の後段触媒装置２９に対するＮＯｘ還元処理の手順について説明する。
【００３４】
図２のＮＯｘ還元処理ルーチンは、ＥＣＵ３０によって所定時間おきに実行され、ＥＣＵ３０は、ＮＯｘ還元処理ルーチンの実行タイミングになると、所定の運転状態検出信号等に基づいて、その時点で多種燃料エンジン１にて（成層）希薄燃料運転が実行されているか否かを判定する（Ｓ１０）。図２に示されるように、Ｓ１０にて希薄燃焼運転が実行されていないと判断された場合（例えば、多種燃料エンジン１にて均質燃焼運転が実行されている場合）、この段階では、後段触媒装置２９に対するＮＯｘ還元処理は実行されない。
【００３５】
Ｓ１０にて希薄燃焼運転が実行されていると判断した場合、ＥＣＵ３０は、後段触媒装置２９に対するＮＯｘ還元処理が必要であるか否かを判定する（Ｓ１２）。本実施形態において、ＥＣＵ３０は、多種燃料エンジン１の稼動中に各燃料の噴射量やエンジン１の運転時間を積算しており、これらの値に基づいて所定のマップ等からＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘの量を求める。そして、ＥＣＵ３０は、求めたＮＯｘの吸蔵量が所定の閾値を上回っているか否かを判定する。図２に示されるように、Ｓ１２にてＮＯｘ還元処理が必要ではないと判断された場合も、後段触媒装置２９に対するＮＯｘ還元処理は実行されない。
【００３６】
Ｓ１２にて後段触媒装置２９に対するＮＯｘ還元処理が必要であると判断した場合、ＥＣＵ３０は、更に、燃料としてＣＮＧが使用されているか否かを判定する（Ｓ１４）。そして、ＥＣＵ３０は、Ｓ１４にて燃料としてＣＮＧが使用されていると判断した場合、所定のマップ等を用いて、ＣＮＧを用いた排気行程中のリッチスパイク運転を実行する（Ｓ１６）。すなわち、ＥＣＵ３０は、Ｓ１６にて、排気行程中の比較的短時間のうちに、ＮＯｘ還元処理に必要な量のＣＮＧが各燃焼室４内に直接噴射されるように各ガスインジェクタ６を制御する（Ｓ１６）。
【００３７】
ここで、Ｓ１６においてＮＯｘ還元処理のために排気行程中に各燃料室４の内部に噴射されるＣＮＧは、あくまで、各燃焼室４から排気マニホールド２６等の排気路を介して後段触媒装置２９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）に還元剤として供給されるものである。すなわち、Ｓ１６にて各燃焼室４に噴射されるＣＮＧは、基本的に各燃焼室４内で燃焼せず、動力の発生に寄与しないものである。
【００３８】
従って、多種燃料エンジン１では、いわゆるリッチ失火の問題無しで、ＮＯｘ還元処理に必要な量のＣＮＧを後段触媒装置２９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）へと確実に供給することが可能となる。この結果、リッチ失火によるエンジン構成部材、三元触媒およびＮＯｘ吸蔵還元触媒等の熱損傷を防止しつつ、後段触媒装置２９に対するＮＯｘ還元処理を確実に実行することが可能となる。また、多種燃料エンジン１では、ガソリンと比較して硫黄成分の含有率が少ないＣＮＧ用いてＮＯｘ還元処理が実行されるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒を大幅に抑制することが可能となる。
【００３９】
一方、ＥＣＵ３０は、Ｓ１４にて燃料としてＣＮＧが使用されておらず、ガソリンが使用されていると判断した場合、更に、ＣＮＧ残圧センサＰｔからの信号に基づいてガスボンベ７内のＣＮＧの残量を求める。そして、ＥＣＵ３０は、ＣＮＧの残量が所定値以下であるか、すなわち、ＣＮＧの残量が不足しているか否かを判定する（Ｓ１８）。
【００４０】
ＥＣＵ３０は、Ｓ１８にてＣＮＧの残量が所定値を上回っていると判断した場合、上述のＳ１６における処理を実行する。また、ＥＣＵ３０は、Ｓ１８にてＣＮＧの残量が所定値以下であると判断した場合、各燃焼室４の内部に所定のタイミングでガソリンが一時的かつ過剰に供給されるように各ガソリンインジェクタ１１を制御する（Ｓ２０）。
【００４１】
このように、多種燃料エンジン１では、後段触媒装置２９に対するＮＯｘ還元処理が必要とされ、かつ、ＣＮＧの残量が所定値以下である場合に、ガソリンを用いたリッチスパイク運転が実行される（Ｓ２０）。これにより、多種燃料エンジン１では、ＮＯｘ還元処理に必要な量のＣＮＧを確保し得ない場合であっても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを確実に還元処理することが可能となる。
【００４２】
Ｓ１６またはＳ２０の処理が完了すれば、後段触媒装置２９のＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘが還元処理されることになる。そして、次の実行タイミングになると、ＥＣＵ３０によって、上述のＮＯｘ還元ルーチンが再度実行されることになる。
【００４３】
〔第２実施形態〕
以下、図３および図４を参照しながら、本発明による多種燃料エンジンの第２実施形態について説明する。なお、上述の第１実施形態に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
【００４４】
図３に示される多種燃料エンジン１Ａは、後段触媒装置２９のＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するための還元剤添加系統５０を備えている。この還元剤添加系統５０は、排気管２７の前段触媒装置２８と後段触媒装置２９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）との間の領域にＣＮＧを確実に導入可能なものであり、シンプルかつ低コストで構成し得るものである。
【００４５】
図３に示されるように、還元剤添加系統５０には、分岐管５１、サージタンク５２およびＣＮＧ添加弁５３が含まれる。分岐管５１は、ガスボンベ（気体燃料容器）７からのＣＮＧを所定の調整圧に設定するレギュレータ１０とガスデリバリ管９との間においてガス供給管８から分岐され、サージタンク５２に接続されている。そして、ＣＮＧ添加弁５３は、その燃料噴出口が前段触媒装置２８と後段触媒装置２９との間で排気管２７の内部に臨むように配置され、その燃料入口はサージタンク５２に接続されている。これにより、分岐管５１およびサージタンク５２を介して、レギュレータ１０により調圧されたＣＮＧを添加弁５３に供給可能となる。ＣＮＧ添加弁５３は、ＥＣＵ３０によって制御され、ＣＮＧ添加弁５３を開弁させれば、ＣＮＧを排気管２７の内部に導入可能となる。
【００４６】
また、還元剤添加系統５０を構成するサージタンク５２には、その内部圧力（ＣＮＧ添加弁５３におけるＣＮＧの圧力）を検出する圧力センサＰｍが設けられている。更に、排気管２７には、前段触媒装置２８から後段触媒装置２９へと流れ込む排気ガスの圧力を検出する圧力センサＰｅが設けられている。これら圧力センサＰｍおよびＰｅは、ＥＣＵ３０の入出力ポートに接続されており、それぞれ検出値を示す信号をＥＣＵ３０に与える。そして、ＥＣＵ３０は、所定のマップ等を用いると共に、圧力センサＰｍおよびＰｅ等からの信号に基づいてＣＮＧ添加弁５３を制御することにより、後段触媒装置２９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）に対するＮＯｘ還元処理を実行する。
【００４７】
次に、図４を参照しながら、第２実施形態に係る多種燃料エンジン１Ａの後段触媒装置２９に対するＮＯｘ還元処理の手順について説明する。
【００４８】
図４のＮＯｘ還元処理ルーチンも、多種燃料エンジン１ＡのＥＣＵ３０によって所定時間おきに実行され、ＥＣＵ３０は、ＮＯｘ還元処理ルーチンの実行タイミングになると、所定の運転状態検出信号等に基づいて、その時点で多種燃料エンジン１Ａにて（成層）希薄燃料運転が実行されているか否かを判定する（Ｓ３０）。Ｓ３０にて希薄燃焼運転が実行されていないと判断された場合（例えば、多種燃料エンジン１Ａにて均質燃焼運転が実行されている場合）、この段階では、後段触媒装置２９に対するＮＯｘ還元処理は実行されない。
【００４９】
Ｓ３０にて希薄燃焼運転が実行されていると判断した場合、ＥＣＵ３０は、後段触媒装置２９に対するＮＯｘ還元処理が必要であるか否かを判定する（Ｓ３２）。図４に示されるように、Ｓ３２にてＮＯｘ還元処理が必要ではないと判断された場合も、後段触媒装置２９に対するＮＯｘ還元処理は実行されない。一方、Ｓ３２にて後段触媒装置２９に対するＮＯｘ還元処理が必要であると判断した場合、ＥＣＵ３０は、更に、燃料としてＣＮＧが使用されているか否かを判定する（Ｓ３４）。
【００５０】
Ｓ３４にて燃料としてＣＮＧが使用されていると判断した場合、ＥＣＵ３０は、更に、還元剤添加系統５０のサージタンク５２に設けられている圧力センサＰｍおよび排気管２７に設けられている圧力センサＰｅからの信号に基づいて、サージタンク５２の内部圧力（ＣＮＧ添加圧、すなわち、添加弁５３におけるＣＮＧの圧力）と排気管２７内の排気圧とを取得し、両者を比較する（Ｓ３６）。
【００５１】
Ｓ３６にてサージタンク５２の内部圧力が排気管２７内の排気圧、すなわち、前段触媒装置２８から後段触媒装置２９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）に流れこむ排気ガスの圧力を上回っていると判断した場合、ＥＣＵ３０は、例えば所定のマップ等を用いて、サージタンク５２の内部圧力と排気管２７内の排気圧との偏差と、後段触媒装置２９におけるＮＯｘ吸蔵量とに応じた時間だけＣＮＧ添加弁５３を開弁させる（Ｓ３８）。
【００５２】
これにより、サージタンク５２の内部圧力（添加弁５３におけるＣＮＧの圧力）と排気管２７内の排気圧との圧力差によって、添加弁５３から排気管２７の後段触媒装置２９よりも燃焼室４側の領域（後段触媒装置２９の近傍）にＣＮＧが導入される。ＣＮＧ添加弁５３から排気管２７の内部に導入されたＣＮＧは、排気ガスと速やか、かつ、均一に混ざり合い、後段触媒装置２９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）へと流れ込んでいく。そして、後段触媒装置２９では、導入されたＣＮＧを還元剤として、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘが還元処理されることになる。
【００５３】
このように、排気管２７を介して後段触媒装置２９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）に対して還元剤としてのＣＮＧを直接供給しても、いわゆるリッチ失火の問題無しで、ＮＯｘ還元処理に必要な量のＣＮＧを後段触媒装置２９へと確実に供給することが可能となる。従って、第２実施形態の多種燃料エンジン１Ａによっても、リッチ失火によるエンジン構成部材や触媒の熱損傷を防止しつつ、ＮＯｘ還元処理を確実に実行することが可能となる。また、多種燃料エンジン１Ａにおいても、ガソリン等の液体燃料と比較して硫黄成分の含有率が少ない気体燃料を用いてＮＯｘ還元処理が実行されるので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒を大幅に抑制することが可能となる。
【００５４】
更に、本実施形態では、各燃焼室４から排出されて合流した排気ガスに対して、後段触媒装置２９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）の直前で気相状態のＣＮＧ燃料が混入される。従って、多種燃料エンジン１Ａでは、濃度や温度のムラが比較的少ない排気ガスに対してＣＮＧを均一に混ぜ合わせることが可能となり、ＮＯｘ還元処理を良好に実行することができる。
【００５５】
一方、ＥＣＵ３０は、Ｓ３４にて燃料としてＣＮＧが使用されておらず、ガソリンが使用されていると判断した場合、更に、ＣＮＧ残圧センサＰｔからの信号に基づいてガスボンベ７内のＣＮＧの残量を求める。そして、ＥＣＵ３０は、ＣＮＧの残量が所定値以下であるか、すなわち、ＣＮＧの残量が不足しているか否かを判定する（Ｓ４０）。
【００５６】
ＥＣＵ３０は、Ｓ４０にてＣＮＧの残量が所定値を上回っていると判断した場合、上述のＳ３６における処理を実行する。また、ＥＣＵ３０は、Ｓ４０にてＣＮＧの残量が所定値以下であると判断した場合、各燃焼室４の内部に所定のタイミングでガソリンが一時的かつ過剰に供給されるように各ガソリンインジェクタ１１を制御する（Ｓ４２）。
【００５７】
このように、多種燃料エンジン１Ａにおいても、後段触媒装置２９に対するＮＯｘ還元処理が必要とされ、かつ、ＣＮＧの残量が所定値以下である場合に、ガソリンを用いたリッチスパイク運転が実行される（Ｓ４２）。これにより、多種燃料エンジン１Ａでは、ＮＯｘ還元処理に必要な量のＣＮＧを確保し得ない場合であっても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを確実に還元処理することが可能となる。
【００５８】
なお、本実施形態では、燃焼室４の内部にＣＮＧが直接噴射されることから、サージタンク５２の内部には、燃焼室４内に噴射可能となるようにレギュレータ１０にて調圧された比較的高圧のＣＮＧ燃料が貯留されることになる。従って、一般的にはサージタンク５２の内部圧力が排気管２７内の排気圧よりも低くなることは殆ど無いと考えられる。ただし、Ｓ３６にて、サージタンク５２の内部圧力が排気管２７内の排気圧以下であると判断される場合もあり得る。
【００５９】
この点に鑑みて、本実施形態の多種燃料エンジン１Ａでは、Ｓ３６にてサージタンク５２の内部圧力が排気管２７内の排気圧以下であると判断された場合、Ｓ４２にて、ガソリンを用いたリッチスパイク運転が実行される。また、Ｓ３６にてサージタンク５２の内部圧力が排気管２７内の排気圧以下であると判断された場合、Ｓ４２のガソリンを用いたリッチスパイク運転を実行する代わりに、排気行程中にＮＯｘ還元処理に必要な量のＣＮＧを各燃焼室４内に導入してもよい。
【００６０】
Ｓ３６またはＳ４２の処理が完了すれば、後段触媒装置２９のＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘが還元処理されることになる。そして、次の実行タイミングになると、ＥＣＵ３０によって、図４のＮＯｘ還元ルーチンが再度実行されることになる。
【００６１】
上述のように、第２実施形態の多種燃料エンジン１Ａは、気体燃料としてＣＮＧを用いるものとして説明されたが、燃焼室４内に噴射された段階で瞬時に気化するＬＰＧ燃料が気体燃料として用いられてもよい。そして、この場合は、ＬＰＧ燃料を貯留する燃料タンクの上部とサージタンク５２とを連通させると好ましい。これにより、燃料タンク内の蒸気圧力を利用して、排気管２７内に気相状態のＬＰＧ燃料を容易かつ確実に導入可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明されたように、本発明によれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理に伴う熱損傷を防止しつつ、ＮＯｘ還元処理を確実に実行し得る多種燃料エンジンおよび多種燃料エンジンの排ガス浄化方法の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による多種燃料エンジンの第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の多種燃料エンジンの動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明による多種燃料エンジンの第２実施形態を示す概略構成図である。
【図４】図３の多種燃料エンジンの動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１，１Ａ  多種燃料エンジン
２  シリンダブロック
３  シリンダヘッド
４  燃焼室
５  ピストン
５ａ  凹部
６  ガスインジェクタ（気体燃料用インジェクタ）
７  ガスボンベ
８  ガス供給管
９  ガスデリバリ管
１０  レギュレータ
１１  ガソリンインジェクタ（液体燃料用インジェクタ）
１２  ガソリンタンク
１３  ガソリン供給管
１４  ガソリンデリバリ管
１５  ガソリン残量センサ
１６  吸気ポート
１７  排気ポート
１８ｅ  排気弁
１８ｉ  吸気弁
１９  点火プラグ
２０  吸気マニホールド
２１  サージタンク
２２  吸気ダクト
２３  エアクリーナ
２４  ステッピングモータ
２５  スロットルバルブ
２６  排気マニホールド
２７  排気管（排気路）
２８  前段触媒装置
２９  後段触媒装置（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）
３０  ＥＣＵ
４０  アクセル位置センサ
４１  回転数センサ
５０  還元剤添加系統
５１  分岐管
５２  サージタンク
５３  ＣＮＧ添加弁
Ｐｄ，Ｐｅ，Ｐｍ，Ｐｓ，Ｐｔ  圧力センサ
Ｔｄ  温度センサ
【図１】
2004353541.tif 000003
【図２】
2004353541.tif 000004
【図３】
2004353541.tif 000005
【図４】
2004353541.tif 000006