(57)【要約】【課題】  ガス燃料中の付臭剤を吸着する脱臭装置からの付臭剤の脱離を、エンジンの運転中に実行する。【解決手段】  ヒータ２２による加熱の結果、脱臭装置２１に吸着されている付臭剤成分が、触媒温度推定値およびエンジン水温がそれぞれ所定値以上である条件下で脱臭装置２１から脱離され、その下流側であるＣＮＧエンジン１０および触媒装置２７に供給される。付臭剤成分はＣＮＧエンジン１０において良く燃焼され、且つ触媒装置２７における付臭剤の成分に起因する硫黄被毒は触媒の高温条件下および空燃比がリッチ側である高負荷条件下では生じにくい。したがって触媒装置２７の硫黄被毒を抑制しながら、脱臭装置２１の再生をエンジンの運転中に実行することができる。【選択図】  図１
2005273585.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気側に排ガス浄化用触媒を備えたガス燃料エンジンへの燃料供給経路中に設けられ、ガス燃料から付臭剤を吸着する吸着手段と、前記吸着手段を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御して前記吸着手段から前記付臭剤を脱離させる制御手段と、を有するガス燃料エンジンの付臭剤処理装置であって、
前記排ガス浄化用触媒の温度を取得する触媒温度取得手段を更に備え、
前記制御手段は、前記触媒温度取得手段が取得した温度が所定値を上回った場合に、前記加熱手段を動作させることを特徴とするガス燃料エンジンの付臭剤処理装置。
【請求項２】
排気側に排ガス浄化用触媒を備えたガス燃料エンジンへの燃料供給経路中に設けられ、ガス燃料から付臭剤を吸着する吸着手段と、前記吸着手段を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御して前記吸着手段から前記付臭剤を脱離させる制御手段と、を有するガス燃料エンジンの付臭剤処理装置であって、
前記排ガス浄化用触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、
前記ガス燃料エンジンに供給されるガス燃料の空燃比を取得する空燃比取得手段とを更に備え、
前記制御手段は、前記触媒温度取得手段が取得した温度が所定値を上回り且つ前記空燃比取得手段が取得した空燃比が所定値よりリッチ側である場合に、前記加熱手段を動作させることを特徴とするガス燃料エンジンの付臭剤処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス燃料中に含まれる付臭剤を除去するための脱臭装置を備えたガス燃料エンジンの付臭剤処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車用内燃機関の燃料としてＣＮＧ（Compressed Natural Gas;圧縮天然ガス）、ＬＰＧ（Liquid Petrol Gas;液体石油ガス）等のガス燃料を利用するために、各種のガス燃料エンジンが提案されている。
【０００３】
ところで、このようなガス燃料エンジンに用いられるガス燃料には、ガス漏れ対策として付臭剤が添加される場合が多い。しかしながら、排ガス浄化触媒を備えたエンジンに、付臭剤を含有するガス燃料が供給されると、付臭剤に含まれた硫黄等の成分に起因する硫黄被毒により、排ガス浄化触媒の劣化が促進されるという問題点がある。
【０００４】
ガス燃料エンジンにおいてガス燃料から付臭剤を除去する技術として、特許文献１は、付臭剤を吸着するための脱臭装置（脱臭用触媒）を燃料供給経路中に設けると共に、脱臭装置の性能が低下した場合に、脱臭装置を加熱しつつ空気を供給してこれを再生する技術を開示している。
【特許文献１】特開平８−２４６９５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、脱臭装置への空気の供給は、それがエンジンの吸気側で行われることによりエンジンの吸入空気量を変化させ運転に影響を及ぼしてしまうため、特許文献１に開示の方法による脱臭装置の再生は、これをエンジン停止中に実行する必要があって不便である。
【０００６】
他方、本発明者は脱臭装置からの付臭剤の除去について鋭意研究の結果、排ガス浄化用触媒における付臭剤の成分に起因する硫黄被毒は、触媒が高温の条件下、および空燃比がリッチ側である条件下では生じにくいことを知見した。
【０００７】
本発明はかかる新知見に基づいてなされたものであり、その目的は、脱臭装置の再生をエンジンの運転中に実行できるような手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明は、排気側に排ガス浄化用触媒を備えたガス燃料エンジンへの燃料供給経路中に設けられ、ガス燃料から付臭剤を吸着する吸着手段と、前記吸着手段を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御して前記吸着手段から前記付臭剤を脱離させる制御手段と、を有するガス燃料エンジンの付臭剤処理装置であって、前記排ガス浄化用触媒の温度を取得する触媒温度取得手段を更に備え、前記制御手段は、前記触媒温度取得手段が取得した温度が所定値を上回った場合に、前記加熱手段を動作させることを特徴とするガス燃料エンジンの付臭剤処理装置である。
【０００９】
第１の本発明では、排ガス浄化用触媒の温度が所定値を上回った場合に、制御手段が加熱手段を動作させるので、これによって排ガス浄化用触媒の硫黄被毒を抑制しながら、脱臭装置の再生をエンジンの運転中に実行することができる。
【００１０】
第２の本発明は、排気側に排ガス浄化用触媒を備えたガス燃料エンジンへの燃料供給経路中に設けられ、ガス燃料から付臭剤を吸着する吸着手段と、前記吸着手段を加熱する加熱手段と、前記加熱手段を制御して前記吸着手段から前記付臭剤を脱離させる制御手段と、を有するガス燃料エンジンの付臭剤処理装置であって、前記排ガス浄化用触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、前記ガス燃料エンジンに供給されるガス燃料の空燃比を取得する空燃比取得手段とを更に備え、前記制御手段は、前記触媒温度取得手段が取得した温度が所定値を上回り且つ前記空燃比取得手段が取得した空燃比が所定値よりリッチ側である場合に、前記加熱手段を動作させることを特徴とするガス燃料エンジンの付臭剤処理装置である。
【００１１】
第２の本発明では、排ガス浄化用触媒の温度が所定値を上回り且つ空燃比が所定値よりリッチ側である場合に、制御手段が加熱手段を動作させるので、これによって第１の本発明による効果を一層好適に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態につき、以下に図面に従って説明する。なお、以下に示される実施形態やその変形はあくまで例示にすぎず、これらにより本発明が限定されるわけではない。
【００１３】
図１は、この発明の第１実施形態に係るガス燃料エンジンの付臭剤処理装置１の概略構成を示す全体概要図である。本実施形態におけるＣＮＧエンジン１０は、ＣＮＧ燃料をインジェクタ１７によって、燃焼室１０ａに連通した吸気ポート１０ｂ内に噴射するポート噴射式の内燃機関であって、車両に搭載される。
【００１４】
燃焼室１０ａは、シリンダボアと不図示のシリンダヘッド、およびシリンダボア内に往復動自在に配設されたピストンとによって構成されている。なおピストンの上面の吸気側部分には、いわゆる成層燃焼を成立させるために凹状のキャビティが形成されている。この燃焼室１０ａのほぼ中央には、点火プラグが配設されている。また、燃焼室１０ａに臨む吸気ポート１０ｂには吸気弁が配設され、排気ポートには排気弁が配設されている。インジェクタ１７は吸気ポート１０ｂに配設されている。
【００１５】
ＣＮＧエンジン１０は、基本的には通常の筒内直噴式のガソリンエンジンと同様の構成となっているが、ＣＮＧ燃料を供給できるようにするために、燃料供給系統の構成がガソリンエンジンの場合と異なっている。
【００１６】
ＣＮＧ燃料タンク１２は、ＣＮＧ燃料を高圧（例えば、最大２０ＭＰａ程度）の加圧状態で貯蔵するためのボンベである。ＣＮＧ燃料タンク１２には、その内部の圧力を検出する圧力センサ１２ａと、温度を検出する温度センサ１２ｂとが設けられている。
【００１７】
デリバリパイプ１３は、高圧レギュレータ１５を経由して供給されるＣＮＧ燃料を各インジェクタ１７に分配するためのものであり、当該デリバリパイプ１３内の圧力を検出する圧力センサ１３ａと、温度を検出する温度センサ１３ｂとを備えている。デリバリパイプ１３の入口側には、ＣＮＧ燃料の供給を選択的に遮断するためのデリバリ遮断弁１３ｃが設けられている。
【００１８】
ＣＮＧ燃料タンク１２とデリバリパイプ１３とは、燃料供給パイプ１４によって接続されている。燃料供給パイプ１４の中途に設けられた高圧レギュレータ１５によって、ＣＮＧ燃料の圧力が所定のレギュレータ圧Ｐａ（例えば、０．０５ＭＰａ程度）まで減圧される。
【００１９】
ＣＮＧ燃料タンク１２からデリバリパイプ１３に至る燃料供給経路中であって高圧レギュレータ１５の下流側には、脱臭装置２１が設けられている。脱臭装置２１は、粉状体、球状体、ハニカム形状等、適宜の形状の脱臭剤を詰めた容器の両端にガス管が接続されることによって形成されるものであり、粉状体のようにガスの通過により拡散するおそれのあるものの場合には、その両側にフィルターを設けることで拡散の防止が図られている。
【００２０】
使用される脱臭剤としては、物理的、化学的な吸着による活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、合成ゼオライトやイオン交換樹脂や化学反応させる触媒であるＰｔ−Ｐｄ、Ｍｎ−Ａｕ、Ｍｎ−Ｆｅ等を担持したゼオライトセラミックやペロブスカイト型酸化触媒等、従来知られているものから適宜選択して用いられる。
【００２１】
その具体的な一例として、ハニカム構造のＭｎ−Ｆｅ系触媒とＡｕ−Ｆｅ系触媒とを重ね合わせた脱臭剤を使用すれば、この中をガス燃料が通過することにより、ガス燃料中のＳ（イオウ系）の臭気はＭｎ−Ｆｅ系触媒によって脱臭され、Ｎ（アミン系）の臭気はＡｕ−Ｆｅ系触媒によって脱臭される。なお、脱臭剤としては多孔質としたものの方が効果的である。
【００２２】
脱臭装置２１の近傍には、ヒータ２２が脱臭装置２１と熱交換可能に設置されている。ヒータ２２としては、例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）を主成分とした半導体セラミックからなるＰＴＣサーミスタ（Positive Temperature Coefficient Thermistor）を含んでなる急速加熱可能なＰＴＣヒータを用いるのが好適である。ヒータ２２には、これに給電するための電圧供給回路２３が接続されている。電圧供給回路２３は、バッテリ２４からの直流電圧を昇圧して任意の電圧値およびタイミングでヒータ２２に給電するものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ等を含んで構成されている。
【００２３】
燃焼室１０ａの排気側には、排気マニホルド２５および排気管２６を介して、排ガス浄化用触媒としての触媒装置２７が接続されている。触媒装置２７の下流側は、不図示の消音器などを介して大気に開放している。この触媒装置２７としては、三元触媒、酸化触媒又はＮＯｘ還元触媒など、排気ガスを浄化できる各種のものを用いることができる。三元触媒としては、例えば、Ｐｔ／Ｐｄ／Ｒｈ系触媒、Ｐｔ／Ｐｄ系触媒、Ｐｔ／Ｒｈ系触媒、Ｐｄ／Ｒｈ系触媒等が挙げられる。酸化触媒としては、例えば、ゼオライト触媒、Ａｌ２Ｏ３触媒、Ｐｔ触媒、Ｐｄ触媒、Ｐｔ／Ｐｄ系触媒、Ａｕ系触媒等が挙げられる。ＮＯｘ還元触媒としては、例えば、Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ２触媒、Ｃｕ−ＺＳＭ−５触媒、ペロブスカイト系触媒、Ａｕ系触媒、吸蔵還元型触媒等が挙げられる。触媒装置２７では、ハニカム状に形成されたセラミックからなる担体に、上記いずれかの排気ガス浄化用触媒粉末が担持されている。
【００２４】
エンジン電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０（以下ＥＣＵ３０という）は、双方向バスによって互いに結合されているＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび入出力インターフェイスを備えた周知のワンチップマイクロプロセッサとして構成されている。ＥＣＵ３０の入力側には、上述したセンサ１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｃのほか、ＣＮＧエンジン１０の冷却水経路に設けられた水温センサ３１、ＣＮＧエンジン１０のクランク軸の近傍に設けられたクランク角センサ３２、ＣＮＧエンジン１０の吸気通路の上流に設けられた吸入空気量を検出するエアフローメータ３３および吸入空気温度を検出する吸気温センサ３４、車室内のアクセルペダルの近傍に設けられたアクセルセンサ３５等の各種センサが接続されている。ＥＣＵ３０の出力側には、インジェクタ１７および高圧レギュレータ１５のほか、電圧供給回路２３などが接続されている。ＥＣＵ３０は、ＲＯＭに格納されたプログラムおよび各種のマップや基準値に従って、各種センサからの信号を入力し、その入力信号に基づいて演算処理を実行し、その演算結果に基づき各種アクチュエータ用の制御信号を出力することにより、以下に述べる付臭剤脱離処理のほか、本発明とは別途に行われる燃料噴射制御や点火時期制御等を実行する。
【００２５】
以上のとおり構成された第１実施形態における付臭剤脱離処理について、以下に説明する。図２に示される付臭剤脱離ルーチンは、ＣＮＧエンジン１０の運転中に繰り返し実行される。ＥＣＵ３０はまず、上述した各種センサの検出値を読み込む（Ｓ１０）。
【００２６】
次に、触媒装置２７内の触媒温度が所定値以上かが判定される（Ｓ２０）。触媒温度は、水温センサ３１によって検出されるエンジン水温、クランク角センサ３２によって検出されるエンジン回転数ＮＥ、およびこのエンジン回転数ＮＥとエアフローメータ２１からの吸入空気量Ｑとに基づいて算出される機関負荷（Ｑ／ＮＥ）に基づいて、所定のマップによって推定（算出）される。ステップＳ２０ではその推定値と、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている所定の基準値とが比較され、推定値が基準値を上回っている場合に肯定される。
【００２７】
次に、エンジン水温が所定値以上かが判定される（Ｓ３０）。エンジン水温は、水温センサ３１からの検出信号に基づいて算出される。ステップＳ３０ではその算出値と、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている所定の基準値とが比較され、算出値が基準値を上回っている場合に肯定される。ここでの基準値は、これを上回るエンジン水温であれば付臭剤中の硫黄成分が燃焼室１０ａ内でほぼ完全に燃焼されるような値に、予め実験的に定めるものとする。
【００２８】
次に、燃焼室１６内の空燃比がリッチ側であるかが判定される（Ｓ４０）。空燃比は、クランク角センサ３２によって検出されるエンジン回転数ＮＥと、エアフローメータ２１によって検出される吸入空気量とに基づいて算出される。ステップＳ４０では、算出された空燃比と、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている所定の基準値とが比較され、算出値が基準値よりリッチ側である場合に肯定される。
【００２９】
ステップＳ２０ないしＳ４０でいずれも肯定の場合、つまり触媒温度推定値およびエンジン水温がそれぞれ所定値以上であり、且つ空燃比が所定値よりリッチ側である場合には、ヒータ２２による脱臭装置２１の加熱が行われる（Ｓ５０）。この加熱は、ＥＣＵ３０による電圧供給回路２３のデューティ制御によって実現される。
【００３０】
この加熱は、脱臭装置２１に吸着されている付臭剤成分が十分に脱離するような所定時間に亘って行われ、この所定時間の経過を条件に（Ｓ６０）本ルーチンを抜ける。なお、ステップＳ２０ないしＳ４０のいずれかで否定された場合、つまり触媒温度推定値またはエンジン水温がそれぞれ所定値未満である場合、あるいは空燃比が所定値よりリーン側である場合には、脱臭装置２１の加熱は行われない。
【００３１】
以上のとおり、本実施形態では、ヒータ２２による加熱の結果、脱臭装置２１に吸着されている付臭剤成分が、触媒温度推定値およびエンジン水温がそれぞれ所定値以上である条件下で脱臭装置２１から脱離され、その下流側であるＣＮＧエンジン１０および触媒装置２７に供給されることになるが、そのような付臭剤成分は、ＣＮＧエンジン１０において良く燃焼され、且つ触媒装置２７における付臭剤の成分に起因する硫黄被毒が触媒が高温の条件下および空燃比がリッチ側である高負荷条件下では生じにくいため、ＣＮＧエンジン１０および触媒装置２７に残留することなく、無害な物質に分解されることになる。したがって本実施形態では、排ガス浄化用触媒である触媒装置２７の硫黄被毒を抑制しながら、脱臭装置２１の再生をエンジンの運転中に実行することができる。
【００３２】
また本実施形態では、空燃比が所定値よりリッチ側であることをも条件としてヒータ２２を動作させるので、これによって本発明による効果を一層好適に実現できる。
【００３３】
また、付臭剤に含有される硫黄成分は、一般にシリンダボアやピストンリングなど燃焼室周りの機械構造の腐食、およびエンジンオイル中への溶け込みによりエンジン内の他の機械構造の腐食を促進する性質があるが、本実施形態ではエンジン水温が所定値以上であるような高負荷時であることをもヒータ２２による加熱実行の条件としたので（Ｓ３０）、硫黄成分が燃焼室１０ａ内でほぼ完全に燃焼されることにより、ＣＮＧエンジン１０の腐食を抑制することができる。
【００３４】
なお、上記実施形態では触媒温度を、エンジン水温、エンジン回転数および機関負荷に基づいて推定（算出）することとしたが、本発明における触媒温度は他のパラメータから推定（算出）してもよい。さらに、触媒装置２７の内部またはその近傍に触媒温度センサを設けて、触媒温度を直接検出してもよいことは勿論である。
【００３５】
また上記実施形態では、触媒の温度が所定値以上であることと、エンジン水温が所定値以上であることとを、ヒータ２２を動作させるための互いに別個の条件としたが、例えばエンジン水温が高い場合には触媒温度も高く、あるいは逆に触媒温度が高い場合にはエンジン温度も高いことが、高い蓋然性で推定できる。したがって、例えばエンジン水温が所定値を上回ったことのみを条件にヒータ２２による加熱を行うこととしてもよく、かかる構成によっても本発明による効果を相当程度に得ることができ、本発明の範疇に属するものである。
【００３６】
また上記実施形態では活性炭などを用いた脱臭装置２１を用いる例について説明したが、本発明における脱臭装置ないし吸着手段は上記に例示したもの以外のものであっても良く、およそ加熱によって付臭剤成分を脱離し装置を再生しうるような脱臭装置であれば、本発明による効果を好適に実現することができる。
【００３７】
また上記実施形態では、ヒータ２０としてＰＴＣヒータを利用したが、本発明におけるヒータとしてはＮｉ−Ｃｒ線を利用したものなど他の種類の電熱式ヒータを利用してもよく、さらに、冷却水や排気などのエンジンの排熱を利用したヒータを加熱手段として利用してもよい。
【００３８】
また、上記実施形態ではいわゆる成層燃焼を成立させるエンジンについて本発明を適用した例について説明したが、付臭剤に含まれる硫黄等の成分に起因する硫黄被毒は、理想空燃比でのいわゆるストイキ燃焼を成立させるエンジンでも生じる可能性があり、そのようなストイキ燃焼型のエンジン（例えば三元触媒を用いるもの）についても本発明を適用することができる。また、上記実施形態ではポート噴射式のエンジンについて本発明を適用した例について説明したが、本発明はポート噴射式のエンジンに限らず筒内直噴式やミキサ式のエンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係るガス燃料エンジンの付臭剤処理装置の全体概要図である。
【図２】本発明の実施形態における付臭剤脱離処理を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０      ＣＮＧエンジン
１２      ＣＮＧ燃料タンク
１３      デリバリパイプ
１７      インジェクタ
２１      脱臭装置
２２      ヒータ
２７      触媒装置
３０      エンジン電子制御ユニット（ＥＣＵ）
【図１】
2005273585.tif 000003
【図２】
2005273585.tif 000004