(57)【要約】【課題】エンジン負荷に応じてストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの燃焼モードの切り換えを適切に行うことができながら、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止する。【解決手段】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へ切り換えるストイキ・リーン切換途中に、排ガスＥを第１吸蔵還元触媒１１ａを備えた第１排気路５ａに通流させる第１通流状態と排ガスＥを第２吸蔵還元触媒１１ｂを備えた第２排気路５ｂに通流させる第２通流状態とのうちの一方側に排ガスＥの通流状態を切り換え、且つ、燃焼モードをリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り換えるリーン・ストイキ切換途中に、第１通流状態と第２通流状態とのうちの他方側に排ガスＥの通流状態を切り換えるとともに、ストイキ燃焼モードに切り換え中に、第１通流状態と第２通流状態との間で排ガスＥの通流状態を切換自在な通流状態切換手段２、１２ａ、１２ｂが備えられている。【選択図】図１
2012172633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合気を燃焼室で圧縮して燃焼させ軸動力を出力するエンジンと、エンジン負荷に応じて、前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段とが備えられ、前記エンジン制御手段は、前記エンジン負荷に応じて、前記燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率をストイキ範囲内に設定するストイキ燃焼モードと前記燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率を前記ストイキ範囲よりも燃料が希薄なリーン範囲内に設定するリーン燃焼モードとに前記エンジンの燃焼モードを切換自在に構成されているエンジンシステムであって、
前記燃焼室からの排ガスを通流させる排気路として、前記燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率が前記ストイキ範囲内で三元触媒として働く第１吸蔵還元触媒が備えられた第１排気路と、前記燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率が前記ストイキ範囲内で三元触媒として働く第２吸蔵還元触媒が備えられた第２排気路とが並列状態で設けられ、
前記燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードから前記リーン燃焼モードへ切り換えるストイキ・リーン切換途中に、前記燃焼室からの排ガスを前記第１排気路に通流させる第１通流状態と前記燃焼室からの排ガスを前記第２排気路に通流させる第２通流状態とのうちの一方側に排ガスの通流状態を切り換え、且つ、前記燃焼モードを前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードへ切り換えるリーン・ストイキ切換途中に、前記第１通流状態と前記第２通流状態とのうちの他方側に排ガスの通流状態を切り換えるとともに、前記燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードへの切り換えが完了して前記ストイキ燃焼モードに切り換え中に、前記第１通流状態と前記第２通流状態との間で排ガスの通流状態を切換自在な通流状態切換手段が備えられているエンジンシステム。
【請求項２】
前記通流状態切換手段は、前記燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードへの切り換えが完了して前記ストイキ燃焼モードに切り換え中に、排ガスの通流状態を前記第１通流状態と前記第２通流状態とのうちの前記他方側に切り換えた場合に排ガスが通流する前記第１吸蔵還元触媒と前記第２吸蔵還元触媒とのうちの他方側の吸蔵還元触媒の再生を終了すると、前記第１通流状態と前記第２通流状態とのうちの前記他方側から前記一方側への排ガスの通流状態の切り換えを行うように構成されている請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
前記通流状態切換手段は、前記燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードへの切り換えが完了してから設定時間が経過すると、前記第１吸蔵還元触媒と前記第２吸蔵還元触媒とのうちの前記他方側の吸蔵還元触媒の再生を終了したと判別するように構成されている請求項２に記載のエンジンシステム。
【請求項４】
前記エンジンの軸動力を駆動源とする圧縮機を有する圧縮式ヒートポンプ回路を備え、前記エンジン負荷は、前記圧縮式ヒートポンプ回路による空調負荷に応じて設定自在に構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合気を燃焼室で圧縮して燃焼させ軸動力を出力するエンジンと、エンジン負荷に応じて、前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段とが備えられ、前記エンジン制御手段は、前記エンジン負荷に応じて、前記燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率をストイキ範囲内に設定するストイキ燃焼モードと前記燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率を前記ストイキ範囲よりも燃料が希薄なリーン範囲内に設定するリーン燃焼モードとに前記エンジンの燃焼モードを切換自在に構成されているエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなエンジンシステムとして、例えば、エンジンの軸動力を駆動源とする圧縮機を有す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、エンジンの軸動力を駆動源とする発電機を備えたエンジン駆動式の熱電併給システム等が知られている。そして、例えば、エンジン駆動式のヒートポンプシステムでは、エンジンの軸動力を利用して圧縮機を駆動させて、ヒートポンプ回路により冷房運転又は暖房運転等の空調運転を行うようにしている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなエンジンシステムでは、エンジンの燃焼モードとして、燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率をストイキ範囲内（例えば１．０程度）に設定するストイキ燃焼モードと、燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率をストイキ範囲よりも燃料が希薄なリーン範囲内（例えば、１．４〜１．５の範囲内）に設定するリーン燃焼モードとを有している。ストイキ燃焼モードは、リーン燃焼モードに比べて、高い出力が得られるという利点があり、逆に、リーン燃焼モードは、ストイキ燃焼モードに比べて、高い効率が得られるとともに、ＮＯｘの生成量も少ないという利点がある。
【０００４】
そこで、上記特許文献１に記載のシステムでは、例えば、圧縮式ヒートポンプ回路での空調負荷が所定負荷よりも大きい場合には、エンジン制御手段が、エンジン負荷が定格負荷領域であるとして、エンジンの燃焼モードをストイキ燃焼モードに切り換えて、高いエンジンの出力を得ながら、そのエンジン負荷に応じてエンジンの出力を制御することで、大きな空調負荷に適切に対応して空調運転を行うようにしている。また、圧縮式ヒートポンプ回路の空調負荷が所定負荷よりも小さい場合には、エンジン制御手段が、エンジン負荷が定格負荷よりも小さい部分負荷領域であるとして、効率よくエンジンを運転させながら、そのエンジン負荷に応じてエンジンの出力を制御することで、空調負荷に応じた適切な空調運転を行うようにしている。
【０００５】
上記特許文献１に記載のシステムでは、エンジンの排ガス中の有害成分を浄化するために、燃焼室からの排ガスを通流させる排気路に、排ガスを浄化する三元触媒が備えられている。これにより、燃焼モードをストイキ燃焼モードに切り換えたときには、三元触媒により、ＮＯｘを還元除去するとともに、ＣＯ及びＨＣを酸化除去している。このとき、三元触媒は空気過剰率が１．０付近の範囲（ウィンドウ）にあるときにＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣを除去するため、ストイキ燃焼モードでは空気過剰率はウィンドウの範囲内に制御される。また、燃焼モードをリーン燃焼モードに切り換えたときには、三元触媒によりＣＯ及びＨＣを酸化除去しており、ＮＯｘについては、空気過剰率を高くしていることから、燃焼温度があまり高くならず、ＮＯｘの生成量自体を少なくすることで、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８６０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載のシステムでは、エンジン制御手段が、空調負荷等の大きさの変化によりエンジン負荷が定格負荷領域から部分負荷領域へ減少側に変化すると、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、逆に、空調負荷等の大きさの変化によりエンジン負荷が部分負荷領域から定格負荷領域へ増加側に変化すると、燃焼モードをリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り換えている。このように、エンジン制御手段は、エンジン負荷に応じて、ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへ又はリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ燃焼モードを切り換えるわけであるが、この燃焼モードを切り換える途中に、高濃度のＮＯｘが排出されてしまう虞がある。
【０００８】
燃焼モードを切り換える途中に、高濃度のＮＯｘが排出されてしまう点について、図３に基づいて説明する。図３では、縦軸を排ガス中のＮＯｘの濃度とし、横軸を空気過剰率として、空気過剰率を変化させたときのＮＯｘの濃度がどのように変化するのかを示した実験結果である。図３に示すように、空気過剰率がウィンドウＳ１内（例えば１．０程度、ガスエンジン用では一例として空気過剰率λ＝０．９９８〜１．０００とする）及びそのウィンドウＳ１よりも少し高い領域では、排ガス中に高濃度のＮＯｘが含まれており、空気過剰率の増加に伴ってＮＯｘの濃度が低下し、空気過剰率がリーン範囲内Ｓ２（例えば１．４〜１．５程度）では、ＮＯｘの濃度が低濃度に低下している。
三元触媒は、空気過剰率がウィンドウＳ１内であるときには、ＮＯｘを適切に除去できるものの、空気過剰率がウィンドウＳ１から外れてしまうと、ＮＯｘを適切に除去できなくなる。ストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへ又はリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り換える際には、その切換途中において、空気過剰率がウィンドウＳ１よりも少し高い領域となるので、そのときに高濃度のＮＯｘが排出されてしまう。
以下、ウィンドウＳ１をストイキ範囲と呼ぶ。
【０００９】
そこで、上記特許文献１に記載のシステムでは、単に、エンジン負荷に応じて燃焼モードを切り換えるのではなく、三元触媒の温度をも考慮して、燃焼モードを切り換えるようにしている。つまり、三元触媒の温度がＮＯｘを良好に除去し得る温度範囲内にあるか否かを判別し、三元触媒の温度がＮＯｘを良好に除去し得る温度範囲内にあるときだけ、燃焼モードの切り換えを許容し、三元触媒の温度がＮＯｘを良好に除去し得る温度範囲外にあると、燃焼モードの切り換えを禁止している。
【００１０】
このように、上記特許文献１に記載のシステムでは、三元触媒の温度がＮＯｘを良好に除去し得る温度範囲外にあると、燃焼モードの切り換えを禁止することで、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止している。しかしながら、燃焼モードの切り換えを禁止するので、例えば、エンジン負荷が定格負荷領域であり、ストイキ燃焼モードに切り換えるべきときにリーン燃焼モードに切り換えられていたり、逆に、エンジン負荷が部分負荷領域であり、リーン燃焼モードに切り換えるべきときにストイキ燃焼モードに切り換えられることになり、エンジン負荷に応じた燃焼モードの切り換えを適切に行うことができなくなる虞がある。ちなみに、エンジン負荷に応じた燃焼モードの切り換えを適切に行うことができなくなると、エンジン駆動式のヒートポンプシステムでは、空調負荷を適切に賄うことができなくなる等、空調運転を適切に行うことができなくなるという問題が生じることになる。
【００１１】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、エンジン負荷に応じてストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの燃焼モードの切り換えを適切に行うことができながら、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止することができるエンジンシステムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために、本発明に係るエンジンシステムの特徴構成は、混合気を燃焼室で圧縮して燃焼させ軸動力を出力するエンジンと、エンジン負荷に応じて、前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段とが備えられ、前記エンジン制御手段は、前記エンジン負荷に応じて、前記燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率をストイキ範囲内に設定するストイキ燃焼モードと前記燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率を前記ストイキ範囲よりも燃料が希薄なリーン範囲内に設定するリーン燃焼モードとに前記エンジンの燃焼モードを切換自在に構成されているエンジンシステムであって、
前記燃焼室からの排ガスを通流させる排気路として、前記燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率が前記ストイキ範囲内で三元触媒として働く第１吸蔵還元触媒が備えられた第１排気路と、前記燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率が前記ストイキ範囲内で三元触媒として働く第２吸蔵還元触媒が備えられた第２排気路とが並列状態で設けられ、前記燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードから前記リーン燃焼モードへ切り換えるストイキ・リーン切換途中に、前記燃焼室からの排ガスを前記第１排気路に通流させる第１通流状態と前記燃焼室からの排ガスを前記第２排気路に通流させる第２通流状態とのうちの一方側に排ガスの通流状態を切り換え、且つ、前記燃焼モードを前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードへ切り換えるリーン・ストイキ切換途中に、前記第１通流状態と前記第２通流状態とのうちの他方側に排ガスの通流状態を切り換えるとともに、前記燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードへの切り換えが完了して前記ストイキ燃焼モードに切り換え中に、前記第１通流状態と前記第２通流状態との間で排ガスの通流状態を切換自在な通流状態切換手段が備えられている点にある。
【００１３】
本特徴構成によれば、第１排気路に第１吸蔵還元触媒が備えられ、第２排気路に第２吸蔵還元触媒が備えられているが、この吸蔵還元触媒は、燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率がストイキ範囲内（例えば１．０程度）であれば、三元触媒として作用し、ＮＯｘを還元除去するとともに、ＣＯ及びＨＣを酸化除去する。また、吸蔵還元触媒は、燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率がストイキ範囲外であっても、一時的にＮＯｘを吸着することができ、燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率をストイキ範囲内（例えば１．０程度）とすることで、吸着したＮＯｘを還元浄化することができ、吸蔵還元触媒の再生を行うことができる。
【００１４】
そこで、本特徴構成では、通流状態切換手段が、ストイキ・リーン切換途中に排ガスの通流状態を第１通流状態と第２通流状態のうちの一方側（例えば第１通流状態）に切り換え、且つ、リーン・ストイキ切換途中に排ガスの通流状態を第１通流状態と第２通流状態のうちの他方側（例えば第２通流状態）に切り換える。これにより、ストイキ・リーン切換途中における高濃度のＮＯｘを第１吸蔵還元触媒と第２吸蔵還元触媒のうちの一方側（例えば第１吸蔵還元触媒）にて吸着するとともに、リーン・ストイキ切換途中における高濃度のＮＯｘを第１吸蔵還元触媒と第２吸蔵還元触媒のうちの他方側（例えば第２吸蔵還元触媒）にて吸着して、ストイキ・リーン切換途中及びリーン・ストイキ切換途中において高濃度のＮＯｘが排出されるのを適切に防止することができる。そして、燃焼モードをストイキ燃焼モードに切換中に、通流状態切換手段が、排ガスの通流状態を第１通流状態と第２通流状態との間で切り換えるので、第１通流状態に切り換えることで、第１吸蔵還元触媒にて吸着したＮＯｘを還元浄化して、第１吸蔵還元触媒の再生を行うことができ、第２通流状態に切り換えることで、第２吸蔵還元触媒にて吸着したＮＯｘを還元浄化して、第２吸蔵還元触媒の再生を行うことができる。このように、燃焼モードをストイキ燃焼モードに切換中に、通流状態切換手段が排ガスの通流状態を第１通流状態と第２通流状態との間で切り換えることで、第１吸蔵還元触媒及び第２吸蔵還元触媒の双方の再生を行い、次のストイキ・リーン切換途中及びリーン・ストイキ切換途中にも、第１吸蔵還元触媒及び第２吸蔵還元触媒にてＮＯｘを吸着することができる。
【００１５】
そして、通流状態切換手段は、エンジン負荷に応じたエンジン手段によるストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの切り換えに伴って、第１通流状態と第２通流状態との切り換えを行うので、エンジン負荷に応じたエンジン手段によるストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの切り換えを制限するものではなく、エンジン負荷に応じたストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの切り換えを適切に行うことができる。
以上のことから、エンジン負荷に応じてストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの燃焼モードの切り換えを適切に行うことができながら、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止することができるエンジンシステムを実現できる。
【００１６】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、前記通流状態切換手段は、前記燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードへの切り換えが完了して前記ストイキ燃焼モードに切り換え中に、排ガスの通流状態を前記第１通流状態と前記第２通流状態とのうちの前記他方側に切り換えた場合に排ガスが通流する前記第１吸蔵還元触媒と前記第２吸蔵還元触媒とのうちの他方側の吸蔵還元触媒の再生を終了すると、前記第１通流状態と前記第２通流状態とのうちの前記他方側から前記一方側への排ガスの通流状態の切り換えを行うように構成されている点にある。
【００１７】
本特徴構成によれば、ストイキ燃焼モードに切り換え中に、通流状態切換手段が、排ガスの通流状態を第１通流状態と第２通流状態とのうちの他方側（例えば第２通流状態）に切り換えた場合に排ガスが通流する第１吸蔵還元触媒と第２吸蔵還元触媒とのうちの他方側の吸蔵還元触媒（例えば第２吸蔵還元触媒）の再生を終了すると、排ガスの通流状態を第１通流状態と第２通流状態とのうちの一方側（例えば第１通流状態）に切り換えることができる。したがって、第１吸蔵還元触媒と第２吸蔵還元触媒とのうちの他方側の吸蔵還元触媒（例えば第２吸蔵還元触媒）の再生が終了した時点で、第１通流状態と第２通流状態とのうちの他方側から一方側への排ガスの通流状態の切り換えを行い、第１吸蔵還元触媒と第２吸蔵還元触媒とのうちの一方側の吸蔵還元触媒（例えば第１吸蔵還元触媒）の再生を行うことができる。よって、再生が終了したことを確認しながら、最適なタイミングにて第１通流状態から第２通流状態に又は第２通流状態から第１通流状態に切り換えて、第１吸蔵還元触媒及び第２吸蔵還元触媒の双方の再生を効率よく且つ確実に行うことができる。
【００１８】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、前記通流状態切換手段は、前記燃焼モードを前記ストイキ燃焼モードへの切り換えが完了してから設定時間が経過すると、前記第１吸蔵還元触媒と前記第２吸蔵還元触媒とのうちの前記他方側の吸蔵還元触媒の再生を終了したと判別するように構成されている点にある。
【００１９】
本特徴構成によれば、通流状態切換手段は、燃焼モードをストイキ燃焼モードへの切り換えが完了してから設定時間が経過すると、第１吸蔵還元触媒と第２吸蔵還元触媒とのうちの他方側の吸蔵還元触媒の再生を終了したと判別するので、ストイキ燃焼モードへの切り換えが完了してからの経過時間を管理するだけで、第１吸蔵還元触媒と第２吸蔵還元触媒とのうちの他方側の吸蔵還元触媒の再生が終了したことを簡易に判別することができる。
【００２０】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、前記エンジンの軸動力を駆動源とする圧縮機を有する圧縮式ヒートポンプ回路を備え、前記エンジン負荷は、前記圧縮式ヒートポンプ回路による空調負荷に応じて設定自在に構成されている点にある。
【００２１】
本特徴構成によれば、エンジンの軸動力を駆動源とする圧縮機を有する圧縮式ヒートポンプ回路を備えているので、エンジンの軸動力を用いて圧縮式ヒートポンプ回路を作動させて、冷房運転や暖房運転等の空調運転を行うことができる。そして、エンジン負荷が圧縮式ヒートポンプ回路による空調負荷に応じて設定自在であるので、エンジン制御手段は、その空調負荷に応じてエンジンの出力を制御するとともに、その空調負荷に基づくエンジン負荷に応じて燃焼モードをストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの間で適切に切り換えることができる。これにより、空調負荷に応じたエンジンの出力を得ることができるとともに、その空調負荷に応じたストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの燃焼モードの切り換えを適切に行うことができながら、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止することができるエンジン駆動式のヒートポンプシステムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】エンジンシステムの概略構成図
【図２】エンジン制御手段の動作を示すフローチャート
【図３】空気過剰率とＮＯｘ濃度との関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係るエンジンシステムの実施形態について、図面に基づいて説明する。
このエンジンシステムは、図１に示すように、混合気Ｍを燃焼室３で圧縮して燃焼させ軸動力を出力するエンジン１と、エンジン負荷に応じて、エンジン１の出力を制御するエンジン制御手段２とが備えられている。そして、このエンジンシステムは、エンジン１の軸動力を駆動源とする圧縮機１０１を有する圧縮式ヒートポンプ回路１００を備えており、エンジン駆動式のヒートポンプシステムとして構成されている。
【００２４】
エンジン１は、燃料ガスＧの燃焼により駆動される内燃機関であり、その燃焼室３には、吸気路４及び排気路５が接続されている。エンジン１は、燃料供給弁６を介して供給される燃料ガスＧと空気Ａとの混合気Ｍを吸気路４を介して燃焼室３内に吸気し、吸気された混合気Ｍを燃焼室３内で圧縮する。その後、圧縮された混合気Ｍに火花点火して、混合気Ｍを燃焼・膨張させてクランク軸等のエンジン出力軸７を回転させることにより軸動力を出力する。そして、燃焼室３内で燃焼した後の混合気Ｍは、排ガスＥとして燃焼室３から排気路５に排出され、排気路５を通して外気に排出される。ここで、燃料ガスＧとしては、例えば天然ガス系都市ガス等を用いることができる。
【００２５】
吸気路４には、燃焼室３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８が備えられており、エンジン制御手段２が、スロットルバルブ８の開度を調整自在に構成されている。エンジン出力軸７には、エンジン１の回転速度を検出する回転速度センサ９が備えられており、その回転速度センサ９の検出情報がエンジン制御手段２に入力自在に構成されている。
【００２６】
排気路５には、排ガスＥの酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１０が備えられており、酸素濃度センサ１０の検出情報がエンジン制御手段２に入力自在に構成されている。エンジン制御手段２は、酸素濃度センサ１０にて検出される排ガスＥ中の酸素濃度を監視しながら、燃料供給弁６の開度を調整することで、吸気路４に形成される混合気Ｍの空気過剰率を任意に設定することができるように構成されている。
排気路５として、酸素濃度センサ１０の配設箇所よりも排ガスＥの通流方向で下流側には、第１吸蔵還元触媒１１ａを備えた第１排気路５ａと第２吸蔵還元触媒１１ｂを備えた第２排気路５ｂとが並列状態で設けられている。そして、第１排気路５ａには、第１開閉弁１２ａが備えられ、第２排気路５ｂには、第２開閉弁１２ｂが備えられており、エンジン制御手段２が、第１開閉弁１２ａ及び第２開閉弁１２ｂの開動作及び閉動作を行うように構成されている。
【００２７】
圧縮式ヒートポンプ回路１００は、圧縮機１０１、室外機１０２、膨張弁１０３、及び、室内機１０４の順に冷媒を循環させる回路として構成されている。圧縮機１０１は、動力伝達機構１３を介してエンジン出力軸７に接続されており、エンジン１の軸動力を利用して、圧縮式ヒートポンプ回路１００の冷媒を圧縮させることで、冷房運転又は暖房運転の空調運転を行うように構成されている。ここで、動力伝達機構１３は、例えば、ベルトとプーリとからなるベルト伝動部にて構成されている。また、圧縮式ヒートポンプ回路１００には、圧縮機１０１からの冷媒送出方向を室外機１０２と室内機１０４との間で切り換えるための四方切換弁１０５が備えられている。このエンジンシステムでは、四方切換弁１０５の状態を切り換えることで、冷房運転と暖房運転とを切り換えることができるようになっている。
【００２８】
冷房運転を行う場合は、圧縮機１０１からの冷媒搬送方向を室外機１０２に向けるように四方切換弁１０５の状態を切り換える。つまり、圧縮機１０１の吐出側を室外機１０２に接続させるとともに、圧縮機１０１の流入側を室内機１０４に接続させる。このときには、冷媒蒸気が圧縮機１０１により圧縮されて高温高圧状態となり、その高温高圧状態の冷媒蒸気が、室外機１０２において放熱して凝縮する。次に、その凝縮した冷媒液が、膨張弁１０３により膨張して低温低圧状態となり、その低温低圧状態の冷媒液が、室内機１０４において吸熱して蒸発し、その蒸発した冷媒蒸気が再度圧縮機１０１に供給される。このようにして、室内機１０４において冷媒液が吸熱して蒸発する際の蒸発熱を利用して、室内空気を冷却して室内を冷房するようにしている。
【００２９】
一方、暖房運転を行う場合は、圧縮機１０１からの冷媒搬送方向を室内機１０４に向けるように四方切換弁１０５の状態を切り換える。つまり、圧縮機１０１の吐出側を室内機１０４に接続させるとともに、圧縮機１０１の流入側を室外機１０２に接続させる。このときには、冷媒蒸気が圧縮機１０１により圧縮されて高温高圧状態となり、その高温高圧状態の冷媒蒸気は、室内機１０４において放熱して凝縮する。次に、その凝縮した冷媒液が、膨張弁１０３により膨張して低温低圧状態となり、その低温低圧状態の冷媒液が、室外機１０２において吸熱して蒸発し、その蒸発した冷媒蒸気が再度圧縮機１０１に供給される。このようにして、室内機１０４において冷媒蒸気が放熱して凝縮する際の凝縮熱を利用して、室内空気を加熱して室内を暖房するようにしている。
【００３０】
エンジン制御手段２は、圧縮式ヒートポンプ回路１００による空調負荷に応じてエンジン負荷を設定し、その設定したエンジン負荷に応じて、エンジン１の出力を制御するように構成されている。つまり、エンジン制御手段２は、圧縮式ヒートポンプ回路１００による空調負荷に応じて、空調負荷が大きいほどエンジン負荷も大きくなるように、エンジン負荷を設定し、その設定したエンジン負荷に対応する目標回転速度を求める。そして、エンジン制御手段２は、回転速度センサ９にて検出するエンジン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８の開度を調整して燃焼室３への混合気Ｍの吸気量を調整することで、エンジン１の出力を制御している。
【００３１】
上述の如く、エンジン制御手段２は、酸素濃度センサ１０にて検出される排ガスＥ中の酸素濃度を監視しながら、燃料供給弁６の開度を調整することで、吸気路４に形成される混合気Ｍの空気過剰率を任意に設定することができるのであるが、エンジン１の燃焼モードとして、ストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとに切換自在に構成されている。ストイキ燃焼モードでは、エンジン制御手段２が、燃焼室３で燃焼する混合気Ｍの空気過剰率をストイキ範囲内（例えば１．０程度）に設定しており、酸素濃度センサ１０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濃度（略ゼロ）となるように、燃料供給弁６の開度を調整している。リーン燃焼モードでは、エンジン制御手段２が、燃焼室３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燃料が希薄なリーン範囲内（例えば１．４〜１．５の範囲）に設定しており、酸素濃度センサ１０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濃度となるように、燃料供給弁６の開度を調整している。
【００３２】
そして、エンジン制御手段２は、設定したエンジン負荷が所定負荷以上の定格負荷領域であると、燃焼モードをストイキ燃焼モードに切り換え、設定したエンジン負荷が所定負荷未満の部分負荷領域であると、燃焼モードをリーン燃焼モードに切り換える。このように、エンジン制御手段２は、圧縮式ヒートポンプ回路１００による空調負荷に基づくエンジン負荷の大きさに応じて、燃焼モードをストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとに切換自在に構成されている。
【００３３】
エンジン制御手段２は、圧縮式ヒートポンプ回路１００による空調負荷に基づくエンジン負荷の大きさに応じて、燃焼モードをストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとに切り換えるので、例えば、圧縮式ヒートポンプ回路１００による空調負荷の大きさが変化することでエンジン負荷の大きさが変化すると、その変化に伴って、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へ又はリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り換える。本発明に係るエンジンシステムは、この燃焼モードの切換途中において、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止するようにしている。
【００３４】
本発明に係るエンジンシステムでは、上述の如く、排気路５として、第１吸蔵還元触媒１１ａを備えた第１排気路５ａと第２吸蔵還元触媒１１ｂを備えた第２排気路５ｂとが並列状態で設けられている。ここで、第１吸蔵還元触媒１１ａと第２吸蔵還元触媒１１ｂは、同様の吸蔵還元触媒であり、燃焼室３で燃焼する混合気Ｍの空気過剰率がストイキ範囲内（例えば１．０程度）であれば、三元触媒として作用し、ＮＯｘを還元除去するとともに、ＣＯ及びＨＣを酸化除去する。また、第１吸蔵還元触媒１１ａと第２吸蔵還元触媒１１ｂは、燃焼室３で燃焼する混合気Ｍの空気過剰率がストイキ範囲外であっても、一時的にＮＯｘを吸着することができる。そして、第１吸蔵還元触媒１１ａや第２吸蔵還元触媒１１ｂは、燃焼室３で燃焼する混合気Ｍの空気過剰率をストイキ範囲内（例えば１．０程度）とすることで、吸着したＮＯｘを還元浄化することができ、第１吸蔵還元触媒１１ａや第２吸蔵還元触媒１１ｂの再生を行うことができる。第１吸蔵還元触媒１１ａ及び第２吸蔵還元触媒１１ｂとしては、例えば、Ａｌ2Ｏ3担体に、貴金属としてＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等を担持し、ＮＯｘ吸蔵材としてアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素または希土類元素を含有する化合物（バリウム化合物等）を担持したものを採用することができる。
【００３５】
エンジン制御手段２は、第１排気路５ａに備えられた第１開閉弁１２ａ、及び、第２排気路５ｂに備えられた第２開閉弁１２ｂの開動作及び閉動作を行うように構成されている。これにより、燃焼室３からの排ガスＥを第１排気路５ａに通流させる第１通流状態（図１中実線矢印参照）と燃焼室３からの排ガスＥを第２排気路５ｂに通流させる第２通流状態（図１中点線矢印参照）とに排ガスＥの通流状態を切換自在な通流状態切換手段が、エンジン制御手段２、第１開閉弁１２ａ、及び、第２開閉弁１２ｂから構成されている。
【００３６】
本発明に係るエンジンシステムでは、エンジン負荷に応じて燃焼モードを切り換えるとともに、その燃焼モードの切り換えに伴い排ガスＥの通流状態を切り換えることで、エンジン負荷に応じてストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの燃焼モードの切り換えを適切に行うことができながら、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止している。
以下、本発明に係るエンジンシステムにおける、エンジン負荷に応じた燃焼モードの切り換え及び排ガスＥの通流状態の切り換えについて、図２のフローチャートに基づいて説明する。
【００３７】
暖房運転や冷房運転等の空調運転を行うに当たり、エンジン制御手段２が、そのときの圧縮式ヒートポンプ回路１００による空調負荷に応じてエンジン負荷を設定し、その設定したエンジン負荷に応じて、エンジン１の出力を制御するとともに、その設定したエンジン負荷が定格負荷領域であるか部分負荷領域であるかを判別する（ステップ＃１）。
【００３８】
エンジン制御手段２は、設定したエンジン負荷が定格負荷領域であると判別すると、燃焼モードをストイキ燃焼モードに切り換えるとともに、排ガスＥの通流状態を第１通流状態に切り換える（ステップ＃２）。つまり、エンジン制御手段２が、酸素濃度センサ１０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濃度（略ゼロ）となるように、燃料供給弁６の開度を調整するとともに、第１開閉弁１２ａを開動作させ且つ第２開閉弁１２ｂを閉動作させて、燃焼室３からの排ガスＥを第１排気路５ａに通流させる第１通流状態（図１中実線矢印参照）に切り換える。
【００３９】
このようにエンジン負荷が定格負荷領域である場合には、燃焼モードをストイキ燃焼モードとしているので、高いエンジンの出力を得て、大きな空調負荷に適切に対応することができ、冷房運転や暖房運転等の空調運転を適切に行うことができる。そして、燃焼モードをストイキ燃焼モードとしていることから、排ガスＥ中に高濃度のＮＯｘが含まれているが、排ガスＥの通流状態を第１通流状態に切り換えているので、その高濃度のＮＯｘを第１吸蔵還元触媒１１ａにて還元除去することができ、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止できる。
【００４０】
そして、エンジン制御手段２は、エンジン負荷が定格負荷領域のままであれば、燃焼モードをストイキ燃焼モードに切り換えるとともに、排ガスＥの通流状態を第１通流状態に切り換えた状態を維持する。一方、エンジン制御手段２は、空調負荷の大きさの減少側への変化によりエンジン負荷が部分負荷領域に変化していると判別すると、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。つまり、エンジン制御手段２が、酸素濃度センサ１０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濃度となるように、燃料供給弁６の開度を調整する。このストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードへ切り換えるストイキ・リーン切換途中には、エンジン制御手段２が、排ガスＥの通流状態を第１通流状態に切り換えた状態に維持している（ステップ＃３、４）。このストイキ・リーン切換途中には、排ガスＥ中に高濃度のＮＯｘが含まれているが、第１吸蔵還元触媒１１ａがその高濃度のＮＯｘを吸着することができ、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止できる。また、エンジン制御手段２は、燃焼モードのリーン燃焼モードへの切り換えが完了してリーン燃焼モードに切り換え中にも、排ガスＥの通流状態を第１通流状態に切り換えた状態に維持している（ステップ＃５）。このとき、第１吸蔵還元触媒１１ａは既にストイキ・リーン切換途中で高濃度のＮＯｘを吸着して飽和しているので、あらたにＮＯｘを吸着できない可能性があるが、燃焼モードがリーン燃焼モードに切り換えられているので、燃焼温度があまり高くならず、ＮＯｘの生成量自体を少なくすることで、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止することができる。
【００４１】
ステップ＃１において、エンジン制御手段２が、設定したエンジン負荷が部分負荷領域であると判別すると、燃焼モードをリーン燃焼モードに切り換えるとともに、排ガスＥの通流状態を第１通流状態に切り換える（ステップ＃６）。つまり、エンジン制御手段２が、酸素濃度センサ１０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濃度となるように、燃料供給弁６の開度を調整するとともに、第１開閉弁１２ａを開動作させ且つ第２開閉弁１２ｂを閉動作させて、燃焼室３からの排ガスＥを第１排気路５ａに通流させる第１通流状態（図１中実線矢印参照）に切り換える。このときには、上述と同様に、燃焼モードがリーン燃焼モードに切り換えられているので、燃焼温度があまり高くならず、ＮＯｘの生成量自体を少なくすることで、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止することができる。
【００４２】
そして、エンジン制御手段２は、エンジン負荷が部分負荷領域のままであれば、燃焼モードをリーン燃焼モードに切り換えるとともに、排ガスＥの通流状態を第１通流状態に切り換えた状態を維持する。一方、エンジン制御手段２は、空調負荷の大きさの増大側への変化によりエンジン負荷が定格負荷領域に変化していると判別すると、燃焼モードをリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り換える。つまり、エンジン制御手段２が、酸素濃度センサ１０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濃度（略ゼロ）となるように、燃料供給弁６の開度を調整する。このリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り換えるリーン・ストイキ切換途中には、エンジン制御手段２が、第１開閉弁１２ａを閉動作し且つ第２開閉弁１２ｂを開動作させて、排ガスＥの通流状態を第２通流状態に切り換える（ステップ＃７、８）。このリーン・ストイキ切換途中には、排ガスＥ中に高濃度のＮＯｘが含まれているが、排ガスＥの通流状態を第２通流状態に切り換えることで、既に飽和している第１吸蔵還元触媒１１ａを用いるのではなく、飽和していない第２吸蔵還元触媒１１ｂを用い、高濃度のＮＯｘを第２吸蔵還元触媒１１ｂにて吸着して、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止することができる。
【００４３】
そして、エンジン制御手段２は、燃焼モードのストイキ燃焼モードへの切り換えが完了してストイキ燃焼モードに切り換え中には、排ガスＥの通流状態を第２通流状態に切り換えた状態に維持している（ステップ＃９）。このように、燃焼モードをストイキ燃焼モードに切り換えることで、第２吸蔵還元触媒１１ｂが吸着したＮＯｘを還元浄化して、第２吸蔵還元触媒１１ｂの再生を行うことができる。その後、エンジン制御手段２は、燃焼モードをストイキ燃焼モードへの切り換えが完了してストイキ燃焼モードに切り換え中に、第２吸蔵還元触媒の再生が終了すると、第１開閉弁１２ａを開動作し且つ第２開閉弁１２ｂを閉動作させて、排ガスＥの通流状態を第１通流状態に切り換える（ステップ＃１０、＃１１）。ここで、第２吸蔵還元触媒１１ｂの再生が終了したか否かについては、例えば、燃焼モードをストイキ燃焼モードへの切り換えが完了してから設定時間（例えば、５分程度）が経過すると、エンジン制御手段２は、第２吸蔵還元触媒１１ｂの再生が終了したと判別することができる。そして、エンジン制御手段２は、第２吸蔵還元触媒１１ｂの再生が終了すると、排ガスＥの通流状態を第２通流状態から第１通流状態に切り換えることで、第１吸蔵還元触媒１１ａが吸着しているＮＯｘを還元浄化して、第１吸蔵還元触媒１１ａの再生を行うことができる。
【００４４】
このようにして、本発明に係るエンジンシステムでは、エンジン制御手段２が、ストイキ・リーン切換途中に排ガスＥの通流状態を第１通流状態（第１通流状態と第２通流状態とのうちの一方側）に切り換え、且つ、リーン・ストイキ切換途中に排ガスＥの通流状態を第２通流状態（第１通流状態と第２通流状態とのうちの他方側）に切り換えるとともに、燃焼モードをストイキ燃焼モードに切り換え中に、排ガスＥの通流状態を第２通流状態（第１通流状態と第２通流状態とのうちの他方側）に設定時間維持して、第２吸蔵還元触媒１１ｂ（第１吸蔵還元触媒１１ａと第２吸蔵還元触媒１１ｂとのうちの他方側の吸蔵還元触媒）の再生が終了したと判別すると、第１通流状態に切り換えている。これにより、ストイキ・リーン切換途中における高濃度のＮＯｘを第１吸蔵還元触媒１１ａにて吸着するとともに、リーン・ストイキ切換途中における高濃度のＮＯｘを第２吸蔵還元触媒１１ｂにて吸着して、ストイキ・リーン切換途中及びリーン・ストイキ切換途中において高濃度のＮＯｘが排出されるのを適切に防止することができる。そして、第１吸蔵還元触媒１１ａにて吸着したＮＯｘ及び第２吸蔵還元触媒１１ｂに吸着したＮＯｘの双方は、燃焼モードをストイキ燃焼モードに切り換え中に還元浄化することができ、第１吸蔵還元触媒１１ａ及び第２吸蔵還元触媒１１ｂの双方の再生も行うことができる。よって、次のストイキ・リーン切換途中及びリーン・ストイキ切換途中において、第１吸蔵還元触媒１１ａ及び第２吸蔵還元触媒１１ｂの双方を再生済みとして、高濃度のＮＯｘを吸着可能としている。
【００４５】
図２に示すフローチャートでは、第１通流状態と第２通流状態とうちの一方側を第１通流状態とし且つ他方側を第２通流状態として、第１吸蔵還元触媒１１ａと第２吸蔵還元触媒１１ｂとのうちの他方側の吸蔵還元触媒を第２吸蔵還元触媒１１ｂとして説明しているが、逆に、第１通流状態と第２通流状態とうちの一方側を第２通流状態とし且つ他方側を第１通流状態として、第１吸蔵還元触媒１１ａと第２吸蔵還元触媒１１ｂとのうちの他方側の吸蔵還元触媒を第１吸蔵還元触媒１１ａとすることもできる。
この場合には、エンジン制御手段２が、ストイキ・リーン切換途中に排ガスＥの通流状態を第２通流状態に切り換え、且つ、リーン・ストイキ切換途中に排ガスＥの通流状態を第１通流状態に切り換えるとともに、燃焼モードをストイキ燃焼モードに切り換え中に、排ガスＥの通流状態を第１通流状態に設定時間維持して、第１吸蔵還元触媒１１ａの再生が終了したと判別すると、第２通流状態に切り換えることになる。
【００４６】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、エンジン制御手段２が、燃焼モードをストイキ燃焼モードへの切り換えが完了してから設定時間が経過すると、第１吸蔵還元触媒１１ａと第２吸蔵還元触媒１１ｂとのうちの他方側の吸蔵還元触媒の再生が終了したと判別しているが、他方側の吸蔵還元触媒の再生が終了したと判別するための条件については適宜変更が可能である。
例えば、第１排気路５ａ及び第２排気路５ｂ等にＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘセンサを備え、エンジン制御手段２が、そのＮＯｘセンサの検出情報に基づいて、第１吸蔵還元触媒１１ａと第２吸蔵還元触媒１１ｂとのうちの他方側の吸蔵還元触媒の再生が終了したと判別することもできる。
【００４７】
（２）上記実施形態では、本発明に係るエンジンシステムを、エンジン１の軸動力を駆動源とする圧縮機１０１を有する圧縮式ヒートポンプ回路１００を備えたエンジン駆動式のヒートポンプシステムとして説明したが、例えば、本発明に係るエンジンシステムを、エンジンの軸動力を駆動源とする発電機を備えたエンジン駆動式の熱電併給システムとして実施することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、混合気を燃焼室で圧縮して燃焼させ軸動力を出力するエンジンと、エンジン負荷に応じて、前記エンジンの出力を制御するエンジン制御手段とが備えられ、前記エンジン制御手段は、前記エンジン負荷に応じて、前記燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率をストイキ範囲内に設定するストイキ燃焼モードと前記燃焼室で燃焼する混合気の空気過剰率を前記ストイキ範囲よりも燃料が希薄なリーン範囲内に設定するリーン燃焼モードとに前記エンジンの燃焼モードを切換自在に構成され、エンジン負荷に応じてストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの燃焼モードの切り換えを適切に行うことができながら、高濃度のＮＯｘが排出されるのを防止することができる各種のエンジンシステムに適応可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１        エンジン
２        エンジン制御手段
１２ａ、１２ｂ        通流状態切換手段
３        燃焼室
５ａ      第１排気路
５ｂ      第２排気路
１１ａ    第１吸蔵還元触媒
１１ｂ    第２吸蔵還元触媒
１３      動力伝達機構
１００    圧縮式ヒートポンプ回路
１０１    圧縮機
Ａ        空気
Ｅ        排ガス
Ｍ        混合気
Ｇ        燃料ガス
【図１】
2012172633.tif 000003
【図２】
2012172633.tif 000004
【図３】
2012172633.tif 000005