JPH08312425A - 内燃機関の排気ガス浄化方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 希薄限界における失火を確実に検知して失火
を回復させるように空燃比を制御し、失火限界での超希
薄燃焼を行ってＮＯXの低減を図るとともに、希薄燃焼
における未燃焼ガスの排気系への流出を抑制して燃費の
向上を図り、さらに排気ガス浄化用の触媒を有効に用い
て充分効果のある排気ガス対策が実現可能な内燃機関の
排気ガス浄化方法および装置を提供する。 【構成】 排気通路１２に設けた排気ガス圧力検出手段
６５と、この排気ガス圧力検出手段による検出圧力デー
タから失火を判定する失火判別手段と、前記排気通路に
設けた廃熱回収用熱交換器２７と、前記排気ガス圧力検
出手段の下流側の排気通路に設けた排気ガス浄化用の触
媒６６とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気ガス浄化
方法および装置に関し、特に希薄燃焼方式と触媒方式と
を組合せた排気ガス浄化方法および装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気ガス浄化方法として、Ｃ
ＯやＨＣを除去するための酸化触媒およびＣＯ，ＮＯX
等を除去するための還元触媒あるいは三元触媒等の触媒
を用いる方式は知られている。これらは主に自動車エン
ジン分野で用いられている。

【０００３】一方、排気ガス浄化、特にＮＯX低減のた
めに希薄燃焼が有効であることは知られている。このよ
うな希薄燃焼方法の１つとして、希薄限界の空燃比でガ
スエンジンを駆動し、エンジンの加速度データから振動
変動率を求め、燃焼が不安定となる直前の許容変動率を
維持するように制御する希薄燃焼方法が特開平６−２８
８２６５に開示されている。この公報記載の従来技術
は、ガスエンジンに振動センサーを設置して、その出力
から振動変動率を算出し、この振動変動率を、予め設定
した許容振動変動率に維持するように燃料ガスの流量調
節手段をフィードバック制御するものである。

【０００４】一方、ヒートポンプ式空調装置において、
ガスエンジンを用いてその廃熱を有効利用するために廃
熱回収用熱交換器を備えた空調システムが実施されてい
る。このような空調装置におけるエンジンについても排
気ガス対策や燃費の問題は重要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報記載の従来技術においては、振動センサーの出力に基
づいて算出した変動率が許容範囲内に収るように燃料流
量を制御して希薄燃焼を行うものであるため、希薄限界
までリーン化しようとした場合、振動センサーの特性上
エンジン重量の影響が大きく、このため実際は失火して
いても希薄限界をかなり越えないと失火を検知できな
い。従って、希薄限界付近における失火検知の応答性が
悪く、失火状態のままエンジンが駆動されるため未燃焼
ガスが排気系に流出する。これにより、燃費の悪化を来
す。

【０００６】また、従来のヒートポンプ式空調装置等に
おけるエンジンの排気ガス対策としては、単に排気管途
中に触媒を設けた方式のみであり、排気ガスの熱回収や
希薄燃焼をも考慮して充分有効なエンジン駆動および排
気ガスの浄化を図った技術は実現されていない。

【０００７】本発明は上記従来技術の欠点に鑑みなされ
たものであって、希薄限界における失火を確実に検知し
て失火を回復させるように空燃比を制御し、失火限界で
の超希薄燃焼を行ってＮＯXの低減を図るとともに、希
薄燃焼における未燃焼ガスの排気系への流出を抑制して
燃費の向上を図り、さらに排気ガス浄化用の触媒を有効
に用いて充分効果のある排気ガス対策が実現可能な内燃
機関の排気ガス浄化方法および装置の提供を目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、失火を検出しながら燃料を徐々にリー
ン化し、失火が検出されたら燃料をリッチ化して失火を
回復させる希薄燃焼方法を用い、さらに排気系に排気ガ
ス浄化用の触媒を設けた内燃機関の排気ガス浄化方法に
おいて、前記失火検出を排気通路における排気ガス圧力
に基づいて行い、この排気ガス圧力検出位置の下流側に
前記触媒を設けたことを特徴とする内燃機関の排気ガス
浄化方法を提供する。

【０００９】さらに本発明では、排気通路に設けた排気
ガス圧力検出手段と、この排気ガス圧力検出手段による
検出圧力データから失火を判定する失火判別手段と、前
記排気通路に設けた廃熱回収用熱交換器と、前記排気ガ
ス圧力検出手段の下流側の排気通路に設けた排気ガス浄
化用の触媒とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気
ガス浄化装置を提供する。

【００１０】好ましい実施例においては、前記触媒の下
流側に前記廃熱回収用熱交換器を配置したことを特徴と
している。

【００１１】別の好ましい実施例においては、前記触媒
の上流側に前記廃熱回収用熱交換器を配置したことを特
徴としている。

【００１２】

【作用】排気通路上に触媒を設けておくことにより、排
気ガス浄化が可能となる。

【００１３】この場合、触媒の下流側に廃熱回収熱交換
器を配置しておけば、未燃焼ガスの酸化熱が熱回収され
エネルギーの有効利用が達成される。

【００１４】また、触媒の上流側に廃熱回収熱交換器を
配置しておけば、触媒の過熱防止が可能になり排気ガス
温度を低下させ触媒機能を安定して維持することができ
る。

【００１５】失火があると排気行程において圧力の低い
ままのガスが燃焼室から排気系に排出され且つ触媒上流
の排気系での排気ガス圧力は触媒の酸化あるいは還元に
よる圧力変化の影響を受けず、直ちに低下する。本発明
では、失火後直ちに低下する排気系での排気ガス圧力を
検出してこれに基づいて失火を検出するため、確実な失
火検知が可能になり応答性が高まる。これにより失火限
界での超希薄燃焼制御が可能になりＮＯXが大きく低減
されるとともに燃費が向上する。また、排気ガス圧力は
燃焼室内ではなく排気通路上の圧力を検出する構成であ
るため、圧力センサーの耐圧性は小さくてもよく小型で
簡単な構造のセンサーを用いて正確な失火検知ができ
る。

【００１６】

【実施例】以下図面を参照して本発明が適用される一例
としてのエンジン駆動式ヒートポンブ（空調装置）にお
けるガスエンジンについて説明する。

【００１７】図１は本発明の実施例に係るエンジンの構
成図、図２はその駆動制御機構の構成を示すブロック図
であり、図３は本発明の実施例の要部構成図、図４は図
１のエンジンが適用されるヒートポンプ式空調装置の構
成図である。また、図５は図４のヒートポンプにおける
冷媒の状態変化を示すモリエ線図（Ｐ−ｉ線図）であ
る。

【００１８】図１に示す水冷式ガスエンジン１におい
て、６はピストン、７はピストン６と前記クランク軸３
を連結するコンロッド、８はシリンダ１ａの周囲に形成
された冷却水ジャケット、９，１０はそれぞれクランク
軸端部に取り付けられるセルモータによる被駆動リング
ギア外周部となるクランクケース１ｂの外周下部に取り
付けられたエンジン回転数センサおよびクランク角セン
サである。

【００１９】又、ガスエンジン１のシリンダヘッド１ｃ
に形成された吸気通路１ｄおよび排気通路１ｅには吸気
管１１、排気管１２がそれぞれ接続されており、吸気通
路１ｄ、排気通路１ｅはロッカーアーム１３，１４によ
って駆動される吸気弁１５、排気弁１６によってそれぞ
れ適当なタイミングで開閉される。

【００２０】ところで、前記吸気管１１にはエアクリー
ナ１７及び空気と燃料ガスを混合するミキサー１８が接
続されており、吸気管１１内のミキサー１８の下流側に
はスロットル弁１９が設けられている。そして、前記ミ
キサー１８には、不図示の燃料ボンベ又は配管されたガ
ス管に接続された燃料供給管２０が接続されており、該
燃料供給管２０の途中には２つの燃料開閉弁２１と、ガ
ス圧力を低圧に調圧するゼロガバナ２２及び燃料ガス流
量制御弁２３が接続されている。

【００２１】又、ガスエンジン１のシリンダヘッド１ｃ
には点火グラグ２４が結着されており、該点火プラグ２
４には点火コイル２５及び点火制御回路２６が接続され
ている。

【００２２】他方、前記排気管１２の途中には排気ガス
熱交換器２７が設けられている。この排気ガス熱交換器
２７内に排気ガス圧力センサー６５が設けられる。２
（２Ａ，２Ｂ）はガスエンジン１によって回転駆動され
る２台の圧縮機であって、ガスエンジン１のクランク軸
３には増速装置４が連結されている。そして、増速装置
４の出力軸には電磁クラッチ５Ａを介して一方の圧縮機
２Ａが接続されている。又、前記増速装置４の出力軸に
結着されたギヤＧ1には小径のギヤＧ2を介してギヤＧ1
と同径の別のギヤＧ3が噛合しており、ギヤＧ3は電磁ク
ラッチ５Ｂを介して他方の圧縮機２Ｂに連結されてい
る。

【００２３】図２に示すように、上記アクチュエータ２
８、３０〜３２及びエンジン回転数センサ９、クランク
角センサ１０、電磁クラッチ５Ａ，５Ｂ及び点火制御回
路２６は制御装置３３に接続されている。また、排気通
路上に設けられた排気ガス圧力センサー６５がこの制御
装置３３に接続される。前記スロットル弁１９は制御装
置３３からの制御信号に基づきスロットル弁開度制御ア
クチュエータ３０によってその開度が制御される。又、
前記燃料開閉弁２１、燃料ガス流量制御弁２３は同様に
開度制御アクチュエータ３１、３２によってそれぞれの
開度が制御される。

【００２４】本発明のエンジンは、例えば図３に示すよ
うに、４気筒エンジンであり、各気筒に対し吸気マニホ
ルド６３から吸気通路１ｄを介して混合気が供給され
る。吸気マニホルド６３にはエアクリーナ１７およびス
ロットル弁１９を介して吸気されるとともにこのスロッ
トル弁部分に燃料ガスボンベ６２から制御弁２１および
圧力調整器６１を介して燃料ガスが供給される。各気筒
の排気通路１ｅは排気マニホルド６４に連結される。排
気マニホルド６４内に排気ガス熱交換器２７が設けられ
る。排気マニホルド６４に接続する排気管１２上に排気
ガス浄化用の触媒６６が設けられる。なお、排気ガス熱
交換器２７は排気マニホルド６４の後流側の排気管１２
上に設けてもよい。排気マニホルド６４内には排気ガス
圧力センサー６５が設けられる。この排気ガス圧力セン
サー６５は、図２に示すように、制御装置３３に接続さ
れる。

【００２５】また、熱交換器２７を排気管１２上に設
け、その上流側の排気管１２上に触媒６６を設けてもよ
い。これにより触媒の反応熱を回収することができさら
に有効な廃熱利用が可能になる。

【００２６】逆に、熱交換器２７の下流側に触媒を設け
ておけば、排気ガス温度が低下して触媒の過熱を防止す
ることができ安定した触媒機能を維持することができ
る。いづれの配置状態とするかは、空調装置の規模や触
媒の種類あるいは設置場所の条件やスペース等を考慮し
て定める。

【００２７】いづれの場合でも、触媒６６の位置は圧力
センサー６５の下流側とすることが望ましい。これは酸
化あるいは還元の触媒作用による化学変化に伴う体積変
化と、これによる圧力変化が検出圧力へ影響するのを極
力避けるためである。

【００２８】また、熱交換器２７の内部に触媒６６を組
込んでもよい。これにより、装置全体の小型構成が図ら
れ、スペースの節約が図られるとともに配置の自由度が
高められる。

【００２９】この場合、酸化触媒を設けておけば、失火
時の未燃焼ガスが浄化されＣＯ，ＨＣの低減が図られ
る。また三元触媒を設けておけばＣＯ，ＮＯXの低減が
さらに有効に図られる。

【００３０】ところで、本熱ポンプ装置には、図４に示
すように、前記圧縮機２（２Ａ，２Ｂ）を含んで閉ルー
プを構成する冷媒回路３４と水ポンプ３５を含んで閉ル
ープを構成する冷却水回路３６が設けられてる。なお、
図中冷媒回路３４の矢印は四方弁３８を暖房位置とした
暖房運転時の冷媒の流れ方向を示している。

【００３１】上記冷媒回路３４は圧縮機２によってフロ
ン等の冷媒を循環させる回路であって、これは、圧縮機
２Ａ，２Ｂの各吐出側からオイルセパレータ３７に至る
冷媒ライン３４ａと、四方弁３８から３台の室内熱交換
器３９に至る冷媒ライン３４ｃと、室内熱交換器３９か
ら膨張弁４０を経て途中でアキュームレータ４１内を通
過して２台の室外熱交換器４２に至る冷媒ライン３４ｄ
と、室外熱交換器４２から前記四方弁３８に至る冷媒ラ
イン３４ｅと、四方弁３８から前記アキュームレータ４
１に至る冷媒ライン３４ｆと、アキュームレータ４１か
らサブアキュームレータ４３に至る冷媒ライン３４ｇ
と、サブアキュームレータ４３から圧縮機２Ａ，２Ｂの
各吸入側に至る冷媒ライン３４ｉを含んで構成されてい
る。

【００３２】尚、前記オイルセパレータ３７からはオイ
ル戻りライン４４とバイパスライン３４ｊが導出してお
り、オイル戻りライン４４は前記冷媒ライン３４ｇに接
続され、バイパスライン３４ｊは前記冷媒ライン３４ｆ
に接続されており、このバイパスライン３４ｊにはバイ
パス弁４５が接続されている。又、前記アチュームレー
タ４１、サブアキュームレータ４３には、これらに貯留
される液相冷媒の液面を検出する液面センサ４６，４７
がそれぞれ設けられており、アキュームレータ４１の底
部は主にオイル戻り用のバイパスライン３４ｋによって
前記冷媒ライン３４ｇに接続されており、バイパスライ
ン３４ｋにはバイパス弁４８が設けられている。

【００３３】以上説明した冷媒回路３４の前記冷媒ライ
ン３４ｂには冷媒の高圧側圧力を検知する高圧側圧力セ
ンサ４９が設けられ、冷媒ライン３４ｉには冷媒の低圧
側圧力を検知する低圧側圧力センサ５０が設けられてい
る。又、前記室内熱交換器３９の近傍には室内温度セン
サ５１が設けられ、前記室外熱交換器４２の近傍には室
外温度センサ５２が設けられている。そして、前記高圧
側圧力センサ４９、低圧側圧力センサ５０、室内温度セ
ンサ５１及び室外温度センサ５２は、図２に示すように
前記制御装置３３に接続されている。尚、図２に示すよ
うに、制御装置３３には、冷媒循環量センサ５３、メイ
ンスイッチ５４及び室内希望温度設定スイッチ５５が接
続されている。

【００３４】一方、前記冷却水回路３６はガスエンジン
１を冷却する冷却水を水ポンプ３５によって循環させる
回路であって、これは、水ポンプ３５の吐出側から前記
排気ガス熱交換器２７を通ってガスエンジン１の冷却水
入口（図１に示す冷却水ジャケット８の入口）に至る冷
却水ライン３６ａと、ガスエンジン１の冷却水出口（冷
却水ジャケット８の出口）から導出して感温切換弁５６
に至る冷却水ライン３６ｂと、感温切換弁５６からリニ
ア三方弁５７に至る冷却水ライン３６ｃと、リニア三方
弁５７から導出して前記アキュームレータ４１内を通っ
て水ポンプ３５の吸入側に接続される冷却水ライン３６
ｄと、前記感温切換弁５６、リニア三方弁５７からそれ
ぞれ導出して前記冷却水ライン３６ｄに接続される冷却
水ライン３６ｅ，３６ｆを含んで構成されており、冷却
水ライン３６ｆには放熱用熱交換器５８が設けられてい
る。

【００３５】ガスエンジン１が駆動されると、そのクラ
ンク軸３の回転は増速装置４によって増速され、ＯＮ状
態にある電磁クラッチ５Ａを介して一方の圧縮機２Ａに
伝達されると同時に、ギヤＧ1，Ｇ2，Ｇ3及びＯＮ状態
にある電磁クラッチ５Ｂを経て他方の圧縮機２Ｂに伝達
され、両圧縮機２Ａ，２Ｂが同時に同速度で回転駆動さ
れる。

【００３６】上述のように圧縮機２Ａ，２Ｂが回転駆動
されると、図５ので示される状態（圧力Ｐ1、エンタ
ルピｉ1）の気相冷媒は冷媒ライン３４ｉから圧縮機２
Ａ，２Ｂに吸引されて圧縮され、図５ので示される状
態（圧力Ｐ2、エンタルピｉ2）の高温高圧冷媒となる。
尚、このときの圧縮機２Ａ，２Ｂの所要動力（圧縮熱
量）ＡＬは（ｉ2−ｉ1）で表される。又、圧縮機２Ａ，
２Ｂに吸引される気相冷媒の圧力Ｐ1は、前記低圧側圧
力センサ５０によって検出されて前記制御装置３３に入
力される。

【００３７】上記高温高圧の気相冷媒は冷媒ライン３４
ａを通ってオイルセパレータ３７に導かれ、オイルセパ
レータ３７によってオイル分を除去される。そして、オ
イル分が除去された 気相冷媒は冷媒ライン３４ｂを通
って四方弁３８に至る。尚、オイルセパレータ３７にお
いて冷媒から分離されたオイルは、前記オイル戻りライ
ン４４を通って前記冷媒ライン３４ｇに戻される。又、
冷媒ライン３４ｂを流れる高温高圧の冷媒の圧力Ｐ2
（圧力損失を無視する）は、前記高圧側圧力センサ４９
によって検出されて前記制御装置３３に入力される。

【００３８】ところで、暖房運転時においては、四方弁
３８のポート３８ａとポート３８ｃ及びポート３８ｂと
ポート３８ｄがそれぞれ連通されており、高温高圧の気
相冷媒は四方弁３８を通って冷媒ライン３４ｃ側へ流
れ、凝縮器として機能する室内熱交換器３９に導かれ
る。そして、室内熱交換器３９に導かれた高温高圧の気
相冷媒は室内の空気に凝縮熱Ｑ2を放出して液化し、図
５に示すの状態（圧力Ｐ2、エンタルピｉ3）の液相冷
媒となり、このときの放熱量Ｑ2（＝ｉ2−ｉ3）によっ
て室内の暖房が行われる。

【００３９】次に、室内熱交換器３９において液化した
高圧の液相冷媒は膨張弁４０によって減圧されて図５に
おいてで示す状態（圧力Ｐ1、エンタルピｉ3）となっ
てその一部が気化し、冷媒ライン３４ｄを室内機４２に
向かって流れる。

【００４０】一方、水ポンプ３５の駆動によって冷却回
路３６内を循環される冷却水は、水ポンプ３５から吐出
されて冷却水ライン３６aを流れ、その途中で、排気ガ
ス熱交換器２７においてガスエンジン１から排気管１２
に排出される排気ガスの熱を回収して加熱された後、ガ
スエンジン１の冷却水ジャケット８を通って該ガスエン
ジン１を冷却する。そして、排ガス熱交換器２７、ガス
エンジン１により加熱された冷却水は、冷却水ライン３
６ｂを流れて感温切換弁５６に至る。

【００４１】ガスエンジン１始動後は冷却水温は低く、
感温切換弁５６は冷却水を冷却水ライン３６ｅへ循環さ
せる一方、冷却水ライン３６ｃへの流れを止める。（Ｉ
1＝０）ガスエンジン１が定常運転状態になると、排ガ
ス熱交換器２７及びガスエンジン１との熱交換量が増大
し、冷却水温は上昇し感温切換弁５６は、冷却水ライン
３６ｅへの流れを止める（Ｉ2＝０）一方、冷却水ライ
ン３６ｃへの流れを許容する。リニア三方弁５７は制御
装置３３により冷却水量Ｉ1を冷却水ライン３６ｄへの
流量Ｉ3と冷却水ライン３６ｆへの流量Ｉ4とに分配す
る。

【００４２】アキュームレータ４１においては、冷却水
ライン３６ｄを流れる冷却水によって、前記冷媒ライン
３４ｄを流れる冷媒とアキュームレータ４１に貯留され
ている液相冷媒が加熱され、ガスエンジン１の廃熱（排
気ガスによって与えられる熱と冷却によってガスエンジ
ン１から奪われる熱）が冷媒に与えられる。例えば、室
外温度が低い程室外熱交換器４２での吸熱量が減少する
ので、流量Ｉ4を増加（流量Ｉ3減少）し冷媒への廃熱量
を増加し、必要Ｑ1量を確保する。

【００４３】前記冷媒ライン３４ｄを流れる冷媒は上述
のようにアキュームレータ４１において液相冷媒を冷却
した後、蒸発器として機能する室外熱交換器４２に至
り、外気温度が所定値以上であるときには、室外熱交換
器４２のファン４２ａが駆動され、上述のように室外熱
交換器４２において冷媒が外気から熱を奪って蒸発す
る。

【００４４】そして、冷媒は室外熱交換器４２から冷媒
ライン３４ｅを通って四方弁３８に至り四方弁３８を通
って冷媒ライン３４ｆ側へ流れ、アキュームレータ４１
内に導入される。

【００４５】上記アキュームレータ４１においては冷媒
の気液が分離され、液相冷媒には冷却水ライン３６ｄを
流れる冷却水によってガスエンジン１の発熱の一部が与
えられ、この熱によって液相冷媒の一部が蒸発して気化
する。

【００４６】アキュームレータ４１内の気相冷媒は冷媒
ライン３４ｇを通ってサブアキュームレータ４３に送ら
れ、更に冷媒ライン３４ｉを通って圧縮機２Ａ、２Ｂに
吸引されるが、圧縮機２Ａ、２Ｂに吸引される気相冷媒
の状態は図５に示すの状態（圧力Ｐ1、エンタルピｉ
1）に復帰しており、この気相冷媒は圧縮機２Ａ、２Ｂ
によって再度圧縮されて前述と同様の作用を繰り返す。

【００４７】従って、膨張弁４０によって減圧されて冷
媒が圧縮機２Ａ、２Ｂに吸引されるまでの間、冷媒には
アキュームレータ４１においてガスエンジン１の発熱が
与えられるとともに、室外機４２において外気から熱が
与えられ、結局、冷媒は熱量Ｑ1（＝ｉ1−ｉ3）を受取
って蒸発し、更に加熱される。

【００４８】以上が本発明が適用される一例としてのヒ
ートポンプ式空調装置の構成および機能の説明である。

【００４９】本発明は上記構成のガスエンジンにおい
て、失火限界の希薄空燃比となるように制御を行うもの
である。この場合、エンジン制御は図９に示すように、
スロットルが全開（ＷＯＴ）となり失火が起きるトルク
の位置（点線）より大きいトルクでは、燃料制御のみで
必要なトルクを得るように制御し、失火が起こる点線よ
り小さいトルクについては失火限界の空燃比となるよう
にスロットル開度で制御を行う。

【００５０】図６は、上記構成のガスエンジンにおいて
行われる希薄燃焼制御のブロック図である。ＥＣＵ（制
御装置）にエンジン回転数情報および負荷情報が入力さ
れ、さらに図２に示すように各種センサーからの検出情
報が入力される。制御装置はまず運転状態の判断を行う
（ステップＳ１）。ここではスロットル弁の開度変化に
基づいて過渡状態か定常状態かが判別される。過渡状態
のときには希薄燃焼は行わず、加速ポンプに相当するや
や濃い混合気を供給するように燃料制御弁を駆動制御す
る（ステップＳ２）。エンジンの負荷とエンジン回転数
が一定な定常状態のときに以下のように希薄燃焼制御を
行う。まず供給ガス燃料を所定の１単位だけリーン化す
る（ステップＳ３）。ここで失火の有無を判別する（ス
テップＳ４）。この失火の有無は、排気ガス圧力センサ
ー６５からの検出信号を波形整形して判定回路により後
述のように行われる。失火していなければさらに１単位
だけリーン化して再び失火の有無を判別する。このよう
な１単位づつのリーン化を失火が検出されるまで繰り返
す。失火限界に達して失火が検出されると、失火判定の
ステップを停止して燃料を１単位だけリッチ化して失火
を回復させる（ステップＳ５）。この所定の１単位のリ
ーン化またはリッチ化は燃料制御弁を駆動するステップ
モータのパルス数制御により行う。失火が起きた場合に
は燃料をリッチ化するとともに、予めＲＯＭにマップデ
ータとして格納されている希薄燃焼制御の目標空燃比デ
ータを書換える。

【００５１】図７は、失火判定のブロック図である。ク
ランク角センサーから１回転に１パルスの信号ａと１回
転にｎパルスの信号ｂとを得て、これらの信号に基づい
て失火による排気圧力変化が大きいクランク角度αの位
置を算出し、このαとこれに１８０度位相をずらせた位
置で（１回転で２ヵ所の位置）でパルスを発する信号ｃ
を形成する。このαに対応した位置で排気圧力を検出す
るためのゲート時間を算出し、所定間隔をもった信号ｄ
を形成する。ここで排気ガス圧力センサーからの検出信
号ｆの値を信号ｄのゲート時間で検出し、圧力データ信
号ｅを得る。この圧力データは制御を開始したときから
の平均値算出のデータとして用いられる。制御装置は、
各αおよびα＋１８０°のクランク角における排気ガス
圧力の現状値と上記平均値とを比較し、その差が所定の
設定値ｇより大きい場合には失火と判定する。

【００５２】図８は上記各信号を同じ時系列上に取り出
して表わしたものである。信号ａは例えば上死点の位置
のパルス信号であり、信号ｃはこの上死点パルスに対し
αに対応したクランク角度だけ位相がずれている。この
位置でのゲート時間の信号ｄにおける排気ガス圧力デー
タｅが平均値と比較される。現状値が平均値と大きくず
れている場合に失火した状態と判定される。

【００５３】以上説明した実施例から分かるように、本
発明を要約すると以下のとおりである。

【００５４】（１）排気系（例えば排気マニホルド内）
の排気ガス圧力を検出しこれを解析することにより失火
を判別する。

【００５５】（２）解析方法の一例として、特定気筒の
所定クランク角度における排気圧力をその角度での排気
圧力の平均値と比較して差が設定値より大きい場合に失
火と判定する。

【００５６】（３）失火を検出するまで所定単位づつリ
ーン化を行い失火が起きた時点でリッチに戻し、かつフ
ィードバックの目標空燃比のデータを書換えることによ
り、失火による未燃焼ガスの排出を抑制しつつ失火限界
での超希薄燃焼が達成されＮＯXの低減が図られる。

【００５７】（４）本発明の排気ガス圧力検出の特徴は
以下のとおりである。

【００５８】正常運転時の基本的な排気圧力波形は、
４気筒の場合、燃焼後の排気バルブが開いた後１つの山
（正圧波）を描き、その後負圧波が発生するパターンを
１８０度クランク角度ごとに繰り返す。

【００５９】負荷や回転数およびマニホルド以降の排
気管の影響を受けて干渉波による波形の乱れを生ずる場
合もあるが、失火による波形変化は例えばオシロスコー
プにより顕著に観察できる。

【００６０】正圧波の高さは、スロットル開度と回転
数に比例して高くなる。最大−最小の圧力差は高速高負
荷運転の場合が大きく、アイドリング時に最も小さくな
る。

【００６１】オシロスコープ画面では、正常燃焼時に
比べ、失火時には正圧波および負圧波の変動は、（イ）
本来のクランク角度位置にあるべき正圧波が欠落する、
（ロ）本来のクランク角度位置にあるべき負圧波が欠落
する、（ハ）本来のクランク角度位置にあるべき正圧波
および／または負圧波の大きさが大きくまたは小さくな
る、（ニ）本来のクランク角度位置にあるべき負圧波が
非常に大きくなり、よって次の正圧波も高くなる、の４
つのパターンのいずれかとして発生する。 （５）失火判断は、スロットル弁の開度変化のない定常
運転状態のときに、所定クランク角における排気圧力を
そのクランク角でのそれまでの排気圧力平均値と比較す
ることにより行う。従って、圧力の絶対値についての高
い精度は必要なく、絶対値の基準となるゼロドリフトが
発生しても圧力変動が正確に検出できる。 （６）定常運転時に燃料弁を所定の１単位づつリーン側
に移動させながら失火判定を行う。この場合、ガスヒー
トポンプ装置全体の制御プログラムとして、リーン化に
伴うトルク低下を補うためにスロットル弁が徐々に開く
ことが考えられるが、失火判定制御は続行する。

【００６２】（７）学習制御により、失火限界の空燃比
が得られたとき、それまでＲＯＭに格納されていた燃料
弁データはその空燃比に対応したデータに書換えられ
る。フィードバック制御中はこの学習制御を続行する。

【００６３】（８）複数気筒ガスエンジンにおいて複数
気筒からの各排気マニホルドが合流後の排気マニホルド
内か、合流部を兼ねる排気ガス熱交換器内に圧力センサ
ーを１つ取付けることにより、全気筒の失火判断が可能
になる。

【００６４】（９）排気ガス圧力センサーの下流側に触
媒を配置し触媒作用による圧力変化を受けない様にし
て、失火検出精度を低下させることがなく、排気ガス浄
化作用を高めることができる。

【００６５】（１０）触媒の下流側に廃熱回収熱交換器
を設けて未燃焼ガスの酸化熱を回収することができる。

【００６６】（１１）触媒の上流側に廃熱回収熱交換器
を設けて触媒の過熱を防止することができる。

【００６７】（１２）熱交換器内部に触媒を設けて構成
を小型化しスペースを節約することができる。

【００６８】また、エンジン駆動式ヒートポンプ（空調
装置あるいは冷凍装置）において、排気圧力を検知して
希薄化し過ぎによる失火を検出し、失火が検知されれば
空燃比をリッチ化して失火を防止する。このため、失火
になっても直ちに失火が防止されるので、排気ガス温度
が高く保持され、排気ガス熱交換器２７における冷却水
への熱付与量が確保される。これにより、暖房時外気温
度が低いことによる吸熱量（Ｑ１）が不足し、冷媒への
圧縮機２以外によるエネルギー付与が不可欠の場合、安
定して冷却水から冷媒へ熱が付与されるので、ヒートポ
ンプ駆動エンジンの排気エミッションの改善及び燃費向
上を図りつつ安定した暖房能力が確保される。触媒とし
て酸化触媒を配置する場合、失火防止制御により失火に
よる未燃ガス量を抑制することができるので未燃ガスを
酸化燃焼させ、排出させないようにできる。

【００６９】また、四方弁３８が冷房に切り換えられポ
ート３８ａと３８ｂ、ポート３８ｃと３８ｄがそれぞれ
連通される時あるいは冷凍機において、外気温度が低く
てもさらに冷房あるいは冷凍が必要となる場合がある。
この場合、室外熱交換器４２（蒸発器相当）での放熱量
（Ｑ２）が過大となり、液化した冷媒が室外熱交換器４
２内あるいは膨張弁４０の上流側である３４ｄ中に滞留
し、冷媒循環量が無くなってしまう。しかし、アキュム
レータ４１内で冷媒に熱を付与し吸熱量（Ｑ１）が大き
くなるので、放熱量（Ｑ２）が過大となっても、全ての
冷媒が滞留することはなくなり、必要冷媒循環量が確保
される。すなわち、希薄化し過ぎによる失火になっても
直ちに空燃比がリッチ化され失火を防止するので、冷凍
装置あるいは空調機駆動エンジンの排気エミッションの
改善及び燃費向上を図りつつ安定した冷房能力が確保さ
れる。なお、上記実施例では低圧回路３４の低圧側にお
いて熱交換させるようにしたが、高圧側にレシーバタン
クを配置し、レシーバタンク内に貯留される液冷媒中に
エンジン廃熱を吸収した冷却水を循環させるようにして
も上記を同様な効果がえられる。また、希薄化し過ぎに
よる失火を検知した時リニア三方弁５７を制御し、冷却
水水量Ｉ３を失火前の量より所定時間増加させるように
しても良い。これによりリッチ化により失火が回復する
までの間も冷房能力あるいは冷凍能力、あるいは暖房能
力を安定して確保可能となる。また、希薄化し過ぎによ
る失火があればエンジン回転数が低下し、圧縮機２から
吐出される高圧の冷媒ガス圧が低下する。しかし、高圧
側圧力センサー４９から出力される圧力低下信号は遅れ
るので、失火を検知したら直ちに膨張弁４０の開度を若
干小さくし、所定時間保持する。これにより上記リッチ
化により失火が回復するまでの間高圧側の冷媒圧力を所
定圧に確保できるので、安定した凝縮作用が確保でき、
冷房能力あるいは冷凍能力、あるいは暖房能力を安定し
て確保可能となる。

【００７０】また、複数気筒エンジン１において、各気
筒ごとの排気通路１ｅの合流部を兼ねる排気ガス熱交換
器２７に排気ガス圧力センサー６５を配置したので、い
ずれかの気筒で失火しても直ちにリッチ化の制御が可能
となる。また、排気ガスは排気ガス熱交換器２７におい
て膨張するので、排気ガス圧力センサー６５の熱負荷及
び圧力負荷は小さくなり、耐久性を増すことができる。

【００７１】なお、気筒ごとに空燃比制御するものすな
わち、気筒ごとに独立の吸気通路１ｅ、スロットル弁１
ｄ、ミキサー１８及び燃料ガス流量制御弁２３を配置す
る複数気筒エンジン１において、各排気通路１ｅにそれ
ぞれ排気ガス圧力センサー６５’を配置しても良い。こ
の各排気通路１ｅの圧力に基づき気筒ごとに燃料ガス流
量あるいはスロットル開度を制御する前記希薄空燃比域
での失火制御を行うことにより、振動に基づく失火制御
に比べ、より確実な失火防止が可能となる。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、排気通路での排気ガス圧力を検知して失火を検出す
るため、失火が確実に検出され希薄燃焼制御における応
答性が向上し、失火限界での超希薄燃焼が可能となっ
て、ＮＯXの低減が図られる。また、確実な失火検出に
より未燃焼ガスの流出が抑制され燃費の改善が図られ
る。

【００７３】さらに、触媒との組合せにより、有効な廃
熱回収が可能になるとともに排気ガスを有効に浄化で
き、触媒機能を安定して維持することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係るガスエンジンの構成図
である。

【図２】 図１のエンジンの駆動制御機構のブロック図
である。

【図３】 本発明の実施例に係るガスエンジンの要部構
成図である。

【図４】 図１のエンジンが適用されるヒートポンプ式
空調装置の構成図である。

【図５】 冷媒のエンタルピに対する圧力を示すモリエ
線図である。

【図６】 本発明に係る希薄燃焼制御のブロック図であ
る。

【図７】 図６の希薄燃焼制御における失火検出のフロ
ーを示す説明図である。

【図８】 図７のフローにおける各信号の関連説明図で
ある。

【図９】 エンジンの制御概念図である。

【符号の説明】

１：ガスエンジン、１２：排気管、１９：スロットル
弁、２７：排気ガス熱交換器、６３：吸気マニホルド、
６４：排気マニホルド、６５：排気ガス圧力センサー、
６６：触媒。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 失火を検出しながら燃料を徐々にリーン
   化し、失火が検出されたら燃料をリッチ化して失火を回
   復させる希薄燃焼方法を用い、さらに排気系に排気ガス
   浄化用の触媒を設けた内燃機関の排気ガス浄化方法にお
   いて、前記失火検出を排気通路における排気ガス圧力に
   基づいて行い、この排気ガス圧力検出位置の下流側に前
   記触媒を設けたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄
   化方法。
2. 【請求項２】 排気通路に設けた排気ガス圧力検出手段
   と、この排気ガス圧力検出手段による検出圧力データか
   ら失火を判定する失火判別手段と、前記排気通路に設け
   た廃熱回収用熱交換器と、前記排気ガス圧力検出手段の
   下流側の排気通路に設けた排気ガス浄化用の触媒とを備
   えたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】 前記触媒の下流側に前記廃熱回収用熱交
   換器を配置したことを特徴とする請求項２に記載の内燃
   機関の排気ガス浄化装置。
4. 【請求項４】 前記触媒の上流側に前記廃熱回収用熱交
   換器を配置したことを特徴とする請求項２に記載の内燃
   機関の排気ガス浄化装置。