JP4224826B2

JP4224826B2 - ガス燃料エンジンシステム

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Publication number: JP4224826B2
Application number: JP2004235574A
Authority: JP
Inventors: 聡谷口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2004-08-12
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2024-08-12
Also published as: JP2006052696A

Description

本発明は、付臭剤を含んだガス燃料を使用可能なガス燃料エンジンシステムに関し、特に付臭剤に含まれる硫黄成分の処理が考慮されたものに関する。

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。

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。

ＮＯｘ吸収触媒の硫黄被毒量を推定するための技術として、特許文献１は、固体電解質を用いたＳＯｘ（硫黄酸化物）センサをエンジンの排気系に設け、検出した硫黄濃度に基づく積算により硫黄被毒量を算出する装置を開示している。この特許文献１では、算出された被毒量に応じて、触媒が所定温度を超えたときに空燃比をリッチ化することで、ＮＯｘ吸収触媒から硫黄成分を除去している。
特開平２０００−４５７５３号公報

しかしながら、特許文献１の装置ではＳＯｘセンサを排気系に設けているため、測定が排気熱の影響を受け易く、測定精度の向上に限界がある。

そこで本発明の目的は、触媒装置に供給される硫黄成分の量をより正確に推定できるような手段を提供することにある。

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た硫黄成分検出手段と、前記硫黄成分検出手段の検出値に基づいて前記排ガス浄化用触媒におけるＳＯｘ堆積量を推定する堆積量推定手段と、前記推定されたＳＯｘ堆積量が所定の閾値を超えたときに、前記排ガス浄化用触媒に対するＳＯｘ被毒回復制御を実施する被毒回復制御手段と、前記燃料供給経路中であって前記硫黄成分検出手段よりも上流側に設けられガス燃料から付臭剤を吸着する吸着手段と、前記硫黄成分検出手段の検出値に基づいて前記吸着手段の劣化状態を出力する劣化状態出力手段と、を備えたことを特徴とするガス燃料エンジンシステムである。

第１の本発明では、硫黄成分検出手段をガス燃料エンジンへの燃料供給経路中に設けたので、測定が排気熱の影響を受けず、したがって触媒装置に供給される硫黄成分の量をより正確に推定することができる。なお、本発明にいうガス燃料エンジンシステムとは、ガス燃料のみを駆動源として用いるもののほか、ガソリンなど他の駆動源をガス燃料と併用するものを含む。また、燃料供給経路中に設けられた吸着手段によって、ガス燃料から付臭剤を吸着・除去できるうえ、吸着手段を硫黄成分検出手段よりも上流側に設けたので、硫黄成分検出手段の検出値を利用して、吸着手段の劣化状態をも検出することができる。また、劣化状態出力手段によって吸着手段の劣化状態が出力されるので、この出力によってユーザが吸着手段の劣化状態を知ることができる。

第２の本発明は、請求項１に記載のガス燃料エンジンシステムであって、前記硫黄成分検出手段は臭いセンサであることを特徴とするガス燃料エンジンシステムである。

第２の本発明では、硫黄成分検出手段として臭いセンサを用いたので、測定を特に高精度に行うことができる。

第３の本発明は、請求項１または２に記載のガス燃料エンジンシステムであって、前記吸着手段が複数並列に設けられ、且つこれら各吸着手段のそれぞれにガス燃料を選択的に供給するための切替手段が前記燃料供給経路中に設けられていることを特徴とするガス燃料エンジンシステムである。

第３の本発明では、燃料供給経路中に設けられた切替手段によって、複数並列に設けられた吸着手段のそれぞれにガス燃料を選択的に供給できるので、劣化した吸着手段を順次未使用の吸着手段に切り替えることで、ガス燃料中の硫黄成分を継続的に除去することができる。

第４の本発明は、請求項１または２に記載のガス燃料エンジンシステムであって、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脱離制御手段と、を備えたことを特徴とするガス燃料エンジンシステムである。

第４の本発明では、吸着手段を加熱する加熱手段を脱離制御手段が制御して、吸着手段から付臭剤を脱離させるので、吸着手段の再生によってその使用期間を延ばすことができる。

第４の本発明における加熱手段は、第５の本発明のように電熱ヒータとしたり、あるいは第６の本発明のように、排気熱利用ヒータとするのが好適である。

第７の本発明は、請求項４ないし６のいずれかに記載のガス燃料エンジンシステムであって、前記ガス燃料エンジンの運転状態を示す所定のパラメータに基づいて、前記排ガス浄化用触媒のＳＯｘ被毒が生じない運転状態であるかを判別する判別手段を更に備え、前記脱離制御手段は、前記ＳＯｘ被毒が生じない運転状態である場合に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ことを特徴とするガス燃料エンジンシステムである。

第７の本発明では、判別手段がガス燃料エンジンの運転状態を示す所定のパラメータに基づいて、排ガス浄化用触媒のＳＯｘ被毒（硫黄被毒）が生じない運転状態であるかを判別する。そして脱離制御手段は、ＳＯｘ被毒が生じない運転状態である場合に加熱手段を制御して吸着手段から付臭剤を脱離させる。したがって第７の本発明では、排ガス浄化用触媒のＳＯｘ被毒を生じさせずに吸着手段を再生することができる。

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。

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システム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内に噴射する筒内直噴式の内燃機関であって、車両に搭載される。

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（図示せず）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は燃焼室１０ａ内に直接噴射可能に配設されている。

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。

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。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る。

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、０．５ＭＰａ程度）まで減圧される。

燃料供給パイプ１４の中途であって、高圧レギュレータ１５の下流側には、本発明における硫黄成分検出手段である臭いセンサ１６が設けられている。臭いセンサ１６としては従来公知の各種のものを使用でき、例えばＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）基板上にＳｎＯ_２（酸化錫）などの酸化物半導体層が形成され加熱用の電熱式ヒータを備えた半導体式臭いセンサを用いることができる。この種の半導体式臭いセンサでは、酸化物半導体層に吸着された酸素が臭気物質の分子と結合する際の電気抵抗の増加によって、臭気強度を検出することができる。本実施形態では硫黄成分検出手段として臭いセンサ１６を利用することにより、微少量の付臭剤であっても高感度に検出することができる。

燃焼室１０ａの排気側には、排気マニホルド２５を介して、三元触媒２６およびＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＯｘ Storage Reduction catalyst；以下ＮＳＲ触媒という）２７が接続されている。ＮＳＲ触媒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。三元触媒２６およびＮＳＲ触媒２７は、ハニカム状に形成されたセラミックからなる担体に触媒粉末が担持されたものである。三元触媒２６に担持される触媒としては、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。ＮＳＲ触媒２７に担持される触媒としては、例えばＬｉ／Ｐｔ系触媒等が挙げられる。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、双方向バスによって互いに結合されているＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、バックアップＲＡＭ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、上述した臭気センサ１６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、吸入空気温度を検出する吸気温センサ３４、不図示のスロットル弁の開度を検出するスロットルセンサ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、高圧レギュレータ１５などの各種アクチュエータが接続されている。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、以下に述べる堆積量推定・被毒回復処理のほか、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。

以上のとおり構成された第１実施形態における堆積量推定・被毒回復処理について、以下に説明する。図２に示される堆積量推定・被毒回復処理は、ＣＮＧエンジン１０の運転中にクランク角に合わせた所定タイミングΔｔごとに繰り返し実行される。

ＥＣＵ３０ではまず、上述した各種センサの検出値が読み込まれる（Ｓ１０）。次にＥＣＵ３０では、ＮＳＲ触媒２７への硫黄供給量が算出される（Ｓ２０）。この硫黄供給量は、ガス燃料中の付臭剤に含まれる硫黄成分がＮＳＲ触媒２７に供給される量を示すものである。硫黄供給量は、臭いセンサ１６の出力に基づいて所定のテーブルの参照により算出される硫黄濃度、別途の処理により算出される燃料噴射量、およびクランク角センサ３２の出力に基づいて算出されるエンジン回転数を乗算し、これに所定の係数を乗算することによって算出される。なお、燃料噴射量は、エアフローメータ３３の出力から得られる吸入空気量、クランク角センサ３２の出力から得られるエンジン回転数、吸気温センサ３４の出力から得られる吸気温度、スロットルセンサ３５の出力から得られるスロットル開度、および水温センサ３１の出力から得られるエンジン冷却水温に基づいて算出される。

次に、ＮＳＲ触媒２７からの硫黄排出量が算出される（Ｓ３０）。この硫黄排出量は、ＣＮＧエンジン１０の運転条件に応じて、ＮＳＲ触媒２７から排出される硫黄成分の量を示すものであり、後述する被毒回復制御によるものを含む。硫黄排出量は、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３３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。

次に、ステップＳ２０で算出された硫黄供給量の加算、およびステップＳ３０で算出された硫黄排出量の減算により、ＮＳＲ触媒２７における硫黄堆積量Ａの値が更新される（Ｓ４０）。なお、この硫黄堆積量Ａの値は、ＥＣＵ３０のバックアップＲＡＭにおける所定の記憶領域に記録され、次回以降の処理サイクルにおいて、この記憶された値への硫黄供給量（Ｓ２０）の加算または硫黄排出量（Ｓ３０）の減算によって、逐次更新されることになる。

次に、更新された現在の硫黄堆積量Ａの値が、回復制御開始閾値Ａt1以上かが判断される（Ｓ５０）。この回復制御開始閾値Ａt1は、ＮＳＲ触媒２７における硫黄堆積量がこれを下回る場合には硫黄被毒による触媒性能への影響が実用上無視できるような値に、予め実験的に定めるものとする。

そしてステップＳ５０で肯定の場合、つまり現在の硫黄堆積量Ａの値が回復制御開始閾値Ａt1以上である場合には、被毒回復制御が実行される（Ｓ６０）。この被毒回復制御は、燃料噴射量の一時的増大による空燃比のリッチ化をその内容とする。燃料噴射量の一時的増大は、別途に行われる燃料噴射制御における目標燃料噴射量に対する所定の足し込み値の加算、または所定の増大係数の乗算によって行われる。

また、ステップＳ５０で否定の場合、つまり現在の硫黄堆積量Ａの値が回復制御開始閾値Ａt1未満である場合には、次に、硫黄堆積量Ａが所定の回復制御終了閾値Ａt2以下かが判断される（Ｓ７０）。この回復制御終了閾値Ａt2は、硫黄堆積量Ａが上述した回復制御開始閾値Ａt1の近傍で上下し続ける事態を避けるために、回復制御開始閾値Ａt1よりも十分に小さい値に、予め実験的に定めるものとする。

以上の処理の結果、ステップＳ６０の被毒回復制御は、硫黄堆積量Ａが回復制御開始閾値Ａt1を上回ってから、回復制御終了閾値Ａt2以下になるまでの間、繰り返し実行され（Ｓ６０）、ＮＳＲ触媒２７内に堆積した硫黄成分が、被毒回復制御によって除去されることになる。また、硫黄堆積量Ａが回復制御終了閾値Ａt2を下回った場合には、以後硫黄堆積量Ａが再び回復制御開始閾値Ａt1以上になるまでの間、被毒回復制御は行われない。

ここで、本実施形態では、硫黄成分検出手段である臭いセンサ１６をＣＮＧエンジン１０への燃料供給経路中に設けたので、測定が排気熱の影響を受けず、したがって触媒装置であるＮＳＲ触媒２７に供給される硫黄成分の量をより正確に推定することができる。

また本実施形態では、ＳＯｘセンサに比べて感度の高い臭いセンサ１６を硫黄成分検出手段として用いたので、測定を特に高精度に行うことができる。

なお、本実施形態では硫黄堆積量Ａが回復制御開始閾値Ａt1を上回ったことを条件に被毒回復制御を行うこととしたが、更に、ＮＳＲ触媒２７の温度が所定の閾値を上回っていることを、被毒回復制御を開始するための追加的な条件としてもよい。また、ＮＳＲ触媒２７に電熱ヒータなどの加熱手段を付加し、ＮＳＲ触媒２７の温度が所定値を下回っている場合に、このヒータによりＮＳＲ触媒２７を加熱すると共に、ＮＳＲ触媒２７の温度が所定値に達したことを条件として、被毒回復制御を開始してもよい。

次に、第２実施形態について説明する。図３に示される第２実施形態に係るガス燃料エンジンシステム１０１は、燃料供給経路である燃料供給パイプ１４中であって硫黄成分検出手段である臭いセンサ１６よりも上流側に、吸着手段としての硫黄化合物吸着カートリッジ（以下吸着カートリッジという）５０を設け、ガス燃料から付臭剤を吸着すると共に、臭いセンサ１６の検出値に基づいて吸着カートリッジ５０の劣化状態を判定し出力するものである。

吸着カートリッジ５０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伴って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を図るのが好適である。例えばハニカム構造の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が特に効果的である。

第２実施形態におけるＥＣＵ１３０は、所定の警告出力、例えば運転席の表示装置１３１における文字メッセージの表示を行うディスプレイコンピュータ１３２に対する警告信号の出力を実行できるように構成されている。なお、第２実施形態の残余の機械的構成は上記第１実施形態と同様であるため、同一符号を付してその詳細の説明は省略する。

第２実施形態における処理について説明する。図４において、まず、臭いセンサ１６の検出値が読み込まれる（Ｓ１１０）。次に、読み込まれた臭いセンサ１６の検出値が、ＥＣＵ１３０において所定の閾値と比較される（Ｓ１２０）。この閾値としては、吸着カートリッジ５０の吸着量が飽和した時点で臭いセンサ１６が出力すると考えられる検出値であって、その値より小さい（０に近い）領域では硫黄被毒による触媒性能への影響が実用上無視できるような値を使用し、このような閾値は実験により定めることができる。ステップＳ１２０で臭いセンサ１６の検出値が閾値以下である場合には、肯定判断の結果、処理がリターンされる。

そして、ステップＳ１２０で臭いセンサ１６の検出値が閾値を上回っている場合には、
堆積量推定・被毒回復処理が実行される（Ｓ１３０）。この堆積量推定・被毒回復処理は、上述した第１実施形態における図２のフロー図に示された一連の処理と同様のものであり、ＮＳＲ触媒２７における硫黄供給量および硫黄排出量を考慮した現在の硫黄堆積量の算出と、算出された硫黄堆積量に応じた被毒回復制御とを含むものである。なお、硫黄堆積量Ａの値は、ＥＣＵ１３０のバックアップＲＡＭにおける所定の記憶領域に記録され、次に堆積量推定・被毒回復処理が実行される場合には、この記憶された値への加算または減算によって逐次更新されることになる。

次に、ＥＣＵ１３０によって警告出力が行われる（Ｓ１４０）。この警告出力は、上述したディスプレイコンピュータ１３２に対する警告信号の出力によって行われる。この警告信号の出力に応じて、ディスプレイコンピュータ１３２によって車室内の表示装置１３１が制御され、運転者に対する文字メッセージの表示、とくに吸着カートリッジ５０の劣化または臭いセンサ１６の異常の旨の表示が行われる。

以上のとおり、第２実施形態では、燃料供給経路である燃料供給パイプ１４中に設けられた吸着カートリッジ５０（吸着手段）によって、ガス燃料から付臭剤を吸着・除去できるうえ、吸着カートリッジ５０を臭いセンサ１６（硫黄成分検出手段）よりも上流側に設けたので、臭いセンサ１６の検出値を利用して、吸着カートリッジ５０の劣化状態をも検出することができる。また、ＥＣＵ１３０の処理によって吸着カートリッジ５０の劣化状態を示す情報が出力されるので、この出力によってユーザが吸着カートリッジ５０の劣化状態を知ることができる。

なお、第２実施形態では吸着カートリッジ５０が劣化した旨を表示装置１３１による文字メッセージの表示によって出力することとしたが、劣化状態の出力は文字メッセージの表示のほか、音声メッセージの再生、警告灯の点灯、あるいは整備作業者のダイアグノーシス操作によって読み出し可能な異常ログファイルへの追記などの他の出力手段によって行うこととしてもよい。

次に、第３実施形態について説明する。図５に示される第３実施形態に係るガス燃料エンジンシステム２０１は、上記第２実施形態と同様の吸着カートリッジ５０を、燃料供給パイプ１４中に複数並列に設け、さらに各吸着カートリッジ５０の上流側に上流バルブ５１を、また下流側に逆止弁５２を設けたものである。上流バルブ５１はモータ駆動式開閉弁である。第３実施形態におけるＥＣＵ２３０は、上記第２実施形態における各種の制御に加えて、各上流バルブ５１を個別に開閉制御できるように構成されている。なお、第３実施形態における残余の構成は上記第２実施形態と同様であるため、その詳細の説明は省略する。

第３実施形態における処理について説明する。図６において、まず、臭いセンサ１６の検出値が読み込まれる（Ｓ２１０）。次に、読み込まれた臭いセンサ１６の検出値が、ＥＣＵ２３０において所定の閾値と比較される（Ｓ２２０）。この閾値としては、吸着カートリッジ５０の吸着量が飽和した時点で臭いセンサ１６が出力すると考えられる検出値（第２実施形態のステップＳ１２０において用いられるもの）を使用する。ステップＳ２２０で臭いセンサ１６の検出値が閾値以下である場合には、肯定判断の結果、処理がリターンされる。

そして、ステップＳ２２０で臭いセンサ１６の検出値が閾値を上回っている場合は、吸着カートリッジ５０から漏出した硫黄分がＮＳＲ触媒２７に影響を与えうる状態であるため、堆積量推定・被毒回復処理が実行される（Ｓ２３０）。この堆積量推定・被毒回復処理は、上述した第１実施形態における図２のフロー図に示された一連の処理と同様のものである。なお、ステップＳ２３０の処理の終了後における硫黄堆積量の値は、ＥＣＵ２３０のバックアップＲＡＭにおける所定の記憶領域に記録され、次に堆積量推定・被毒回復処理が実行される場合には、この記憶された値への加算または減算によって逐次更新されることになる。

次に、全ての吸着カートリッジ５０が使用済みかが判断される（Ｓ２４０）。ここでは第１順位の吸着カートリッジ５０のみが使用済みであり、他の吸着カートリッジ５０は未使用の状態であるため、否定判断される。次に、次順位の吸着カートリッジ５０に対応する上流バルブ５１が開かれ（Ｓ２５０）、また使用中の吸着カートリッジ５０に対応する上流バルブ５１が閉じられる（Ｓ２６０）。これらステップＳ２５０およびＳ２６０の処理によって、吸着手段としての吸着カートリッジ５０へのガス燃料の供給先が、使用中の吸着カートリッジ５０から次順位の吸着カートリッジ５０へと切替えられる。

これらステップＳ２１０ないしＳ２６０の処理は、全ての吸着カートリッジ５０が使用済みになるまでの間繰り返し実行される。そして、全ての吸着カートリッジ５０が使用済み（劣化した状態）になると、ステップＳ２４０において否定判断され、警告出力が行われる（Ｓ２７０）。この警告出力は、ディスプレイコンピュータ１３２に対する警告信号の出力によって行われる。この警告信号の出力に応じて、ディスプレイコンピュータ１３２によって車室内の表示装置１３１が制御され、運転者に対する文字メッセージの表示が行われる。

以上のとおり、第３実施形態では、燃料供給経路中に設けられた切替手段としての上流バルブ５１によって、複数並列に設けられた吸着カートリッジ５０のそれぞれにガス燃料を選択的に供給できるので、劣化した吸着カートリッジ５０を順次未使用の吸着カートリッジ５０に切替えることで、ガス燃料中の硫黄成分を継続的に除去することができる。

なお、第３実施形態では４個の吸着カートリッジ５０を使用したが、並列に接続される吸着カートリッジ（吸着手段）の個数は任意の複数とすることができる。また、第３実施形態では予め準備された個数の吸着カートリッジ５０が全て使用済みとなった時点で警告出力がなされることとしたが、警告出力のタイミングは、例えば未使用の吸着カートリッジが１個になった時点とするなど、任意のタイミングを選択することができる。

次に、第４実施形態について説明する。図７に示される第４実施形態に係るガス燃料エンジンシステム３０１は、燃料供給パイプ１４中に上記第２実施形態と同様の吸着カートリッジ５０を設けたシステムにおいて、さらに、吸着カートリッジ５０を加熱する電熱ヒータ（加熱手段）５５、および電熱ヒータ５５に給電するためのヒータ電源回路５６を備えたものである。

電熱ヒータ５５としては、例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）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。電熱ヒータ５５には、これに給電するためのヒータ電源回路５６が接続されている。ヒータ電源回路５６は、不図示のバッテリ（直流電源）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電熱ヒータ５５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。

第４実施形態におけるＥＣＵ３３０は、上記第２実施形態における各種の制御に加え、吸着カートリッジ５０から付臭剤を脱離させるために電熱ヒータ５５を制御できるように構成されている。なお、第４実施形態における残余の構成は上記第２実施形態と同様であるため、その詳細の説明は省略する。

第４実施形態における処理について説明する。図８において、まず、臭いセンサ１６の検出値が読み込まれる（Ｓ３１０）。次に、読み込まれた臭いセンサ１６の検出値が、ＥＣＵ２３０において所定の閾値と比較される（Ｓ３２０）。この閾値としては、吸着カートリッジ５０の吸着量が飽和した時点で臭いセンサ１６が出力すると考えられる検出値（第２実施形態のステップＳ１２０において用いられるもの）を使用する。ステップＳ３２０で臭いセンサ１６の検出値が閾値以下である場合には、肯定判断の結果、処理がリターンされる。

ステップＳ３２０で臭いセンサ１６の検出値が閾値を上回っている場合は、吸着カートリッジ５０が劣化状態（吸着量が飽和した状態）であるため、ステップＳ３３０以下の制御に移行する。まず、電熱ヒータ５５による後述の加熱が所定回数以上連続して行われたかが判断される（Ｓ３３０）。ここで肯定判断される場合は、所定回数以上連続した加熱が行われたにもかかわらず吸着カートリッジ５０からの硫黄成分の漏出が検出される、つまり吸着カートリッジ５０が劣化しているか或いは臭いセンサ１６が故障している状態であるため、警告出力が行われる（Ｓ３８０）。この警告出力は、ディスプレイコンピュータ１３２に対する警告信号の出力によって行われ、この警告信号の出力に応じて表示装置１３１における文字メッセージの表示が行われる。

次に、堆積量推定・被毒回復処理が実行される（Ｓ３４０）。この堆積量推定・被毒回復処理は、上述した第１実施形態における図２のフロー図に示された一連の処理と同様のものである。

次に、電熱ヒータ５５がオンされる（Ｓ３５０）。ここでの電熱ヒータ５５の通電は、所定時間が経過するまでの間（Ｓ３６０）連続して行われ、その経過を条件に電熱ヒータ５５がオフされる（Ｓ３７０）。

以上の処理の結果、吸着カートリッジ５０の吸蔵量が上限値に近づくと、電熱ヒータ５５によって吸着カートリッジ５０が加熱され、吸着カートリッジ５０に吸蔵された硫黄成分が脱離されることになる。

以上のとおり、第４実施形態では、吸着カートリッジ５０（吸着手段）を加熱する電熱ヒータ５５（加熱手段）をＥＣＵ３３０が制御して、吸着カートリッジ５０から付臭剤を脱離させるので、吸着カートリッジ５０の再生によってその使用期間を延ばすことができる。

なお、吸着カートリッジ５０を加熱するための加熱手段としては、吸着カートリッジ５０から硫黄成分を脱離させることができるものであれば、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任意に使用できる。

次に、第５実施形態について説明する。図９に示される第５実施形態に係るガス燃料エンジンシステム４０１は、吸着カートリッジ５０を設けたシステムにおいて、吸着カートリッジ５０を加熱するための加熱手段として、排気熱利用ヒータ１５５を用いたものである。

排気熱利用ヒータ１５５は、吸着カートリッジ５０を囲む概ね二重円筒状の中空体であり、その一部に、排気管におけるＮＳＲ触媒２７の下流側から分岐する排気導入通路１５６が接続され、また他の一部に排出管１５８が接続されている。排気導入通路１５６における排気熱利用ヒータ１５５の近傍には排気導入制御バルブ１５７が設けられており、また排出管１５８にはリリーフバルブ１５９が設けられている。排気導入制御バルブ１５７はモータ駆動式開閉弁である。第５実施形態におけるＥＣＵ４３０は、上記第２実施形態における各種の制御に加えて、排気導入制御バルブ１５７を開閉制御できるように構成されている。なお、第５実施形態における残余の構成は上記第２実施形態と同様であるため、その詳細の説明は省略する。

第５実施形態における処理について説明する。図１０において、ステップＳ４１０，Ｓ４２０およびＳ４４０ならびにＳ４８０の処理は、上記第４実施形態におけるステップＳ３１０，Ｓ３２０およびＳ３４０ならびにＳ３８０の処理と同様である。

ステップＳ４３０では、排気熱利用ヒータ１５５による後述の加熱が所定回数以上連続して行われたかが判断される。ここで肯定判断される場合は、所定回数以上連続した加熱が行われたにもかかわらず吸着カートリッジ５０からの硫黄成分の漏出が検出される、つまり吸着カートリッジ５０が劣化しているか或いは臭いセンサ１６が故障している状態であるため、警告出力が行われる（Ｓ４８０）。

ステップＳ４４０において堆積量推定・被毒回復処理が実行されると、次に、排気導入制御バルブ１５７が開かれる（Ｓ４５０）。ここでは排気導入制御バルブ１５７が所定時間が経過するまでの間（Ｓ４６０）連続して開かれ、その経過を条件に排気導入制御バルブ１５７が閉じられる（Ｓ４７０）。

以上の処理の結果、吸着カートリッジ５０の吸蔵量が上限値に近づくと、排気導入制御バルブ１５７の開動作によって、排気導入通路１５６を経由して排気熱利用ヒータ１５５に排ガスが導入され、吸着カートリッジ５０が加熱される。この加熱によって、吸着カートリッジ５０に吸蔵された硫黄成分が脱離される。なお排気熱利用ヒータ１５５内の排ガスは、リリーフバルブ１５９を経由して排出管１５８から外部に排出されるが、この排ガスはＮＳＲ触媒２７を経由したものであるため環境への影響は些少である。

次に、第６実施形態について説明する。一般に排ガス浄化用触媒における付臭剤の成分に起因するＳＯｘ被毒（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。そこで第６実施形態は、上記第４実施形態（図７）と同様の機械的構成において、ＮＳＲ触媒２７が成り行きで（すなわち、被毒回復制御を行わずに）ＳＯｘ被毒が生じない運転状態にあるかを判別し、ＳＯｘ被毒が生じない運転状態である場合に、電熱ヒータ５５（加熱手段）を制御して吸着カートリッジ５０から付臭剤を脱離させるものである。

第６実施形態では、図１１に示されるように、エンジン回転数および負荷に対して被毒不発生領域および被毒発生領域が定義された被毒回復マップ５００を予め作成し、テーブル形式のデータとしてＥＣＵに記憶させておく。この被毒回復マップ５００では、概ね回転数が大かつ負荷が大の領域が、被毒不発生領域とされている。なお、第６実施形態における残余の構成は上記第４実施形態と同様であるため、その詳細の説明は省略する。

第６実施形態における処理について説明する。図１２において、ステップＳ５１０ないしＳ５４０の処理、およびＳ５５０ないしＳ５８０の処理は、それぞれ上記第４実施形態におけるステップＳ３１０ないしＳ３４０、およびＳ３５０ないしＳ３８０の処理と同様である。

ステップＳ５４０において堆積量推定・被毒回復処理が実行されると、次に、現在のエンジンの運転状態を示すパラメータであるエンジン回転数および負荷の値がＥＣＵに読み込まれると共に、これらの値による被毒回復マップ５００の参照によって、現在の運転状態が被毒不発生領域内であるかが判断される（Ｓ５４５）。このステップＳ５４５で否定された場合には、現在の運転条件ではＮＳＲ触媒２７のＳＯｘ被毒が発生しうるとして、処理がリターンされる。

そして、ステップＳ５４５で肯定された場合、すなわち触媒のＳＯｘ被毒が生じない運転状態であると判別された場合には、電熱ヒータ５５がオンされ（Ｓ５５０）、所定時間の経過を条件に（Ｓ５６０）、電熱ヒータ５５がオフされる（Ｓ５７０）。

以上の処理の結果、吸着カートリッジ５０における硫黄成分の吸蔵量が満量に近づき、かつ現在の運転状態が被毒不発生領域内である場合に、吸着カートリッジ５０が加熱され、吸着カートリッジ５０に吸蔵された硫黄成分が脱離されることになる。

以上のとおり、第６実施形態では、エンジンの運転状態を示す所定のパラメータに基づいて、排ガス浄化用触媒のＳＯｘ被毒が生じない運転状態である場合に、吸着カートリッジ５０の加熱によって付臭剤を脱離させる。したがって本実施形態では、排ガス浄化用触媒のＳＯｘ被毒を生じさせずに吸着手段を再生することができる。

なお、第６実施形態では吸着カートリッジ５０を加熱する加熱手段として電熱ヒータ５５を用いたが、この電熱ヒータ５５に代えて上記第５実施形態における排気熱利用ヒータ１５５などの他の加熱手段を用いてもよい。

また、第６実施形態では、エンジンの運転状態を示す所定のパラメータとしてエンジン回転数および負荷を用いたが、本発明におけるエンジンの運転状態を示す所定のパラメータは排ガス浄化用触媒の被毒の発生如何に影響しうる他の各種のパラメータ、例えばエンジン水温、空燃比、あるいはＮＳＲ触媒２７の内部またはその近傍に触媒温度センサを設けて直接検出した触媒温度などを任意に採用することができる。

また、第６実施形態では、吸着カートリッジ５０の現在の吸蔵量が満量に近くなった場合に、吸着カートリッジ５０を一定時間加熱して脱離を行うこととしたが、このような構成に代えて、吸着カートリッジ５０における硫黄成分の吸蔵量に応じて、加熱の実行時間をゼロ（加熱を全く行わない）から最大値の間で連続的または離散的に変化させることとしてもよい。このような場合には、吸着カートリッジ５０に対し上流側の燃料供給パイプ１４に、臭いセンサ１６と同様の第二の臭いセンサを設置し、この第二の臭いセンサの検出値の積算によって吸着カートリッジ５０における硫黄成分の現在の吸蔵量を推定すると共に、推定された吸蔵量が所定の閾値を上回ったことを加熱実行の条件としたり、あるいは推定された吸蔵量に応じた長さの時間だけ加熱を実行するのが好適である。

次に、第７実施形態について説明する。第７実施形態は、ＣＮＧとガソリンとを共通の燃焼室に供給可能なバイフュエルエンジンに関するものである。気体燃料と液体燃料とを共通の燃焼室に供給可能なバイフュエルエンジンは、近年種々のものが提案されている。このようなバイフュエルエンジンでは、一般的には、通常運転時は機関に気体燃料を供給すると共に液体燃料の供給を停止し、残存気体燃料量が下限閾値よりも少なくなったときに、機関に液体燃料を供給すると共に気体燃料の供給を停止することが想定されている。しかし、上記第１ないし第６実施形態の機械的構成にガソリン供給系の構成部分を付加することを考えた場合、ＣＮＧによる運転からガソリンによる運転に切替えたときに、その時点での累積のＮＳＲ触媒２７における硫黄堆積量Ａや、被毒回復制御の過去の実行時期・時間及び回数などの履歴に係る数値がクリアされてしまうのでは、以後の被毒回復制御が適切に行われなくなるおそれがある。そこで第７実施形態は、バイフュエルエンジンにおいて気体燃料による運転と液体燃料による運転との間で切り替えが行われた場合にも、上記のような履歴に係る数値が保持されるようにしたものである。

第７実施形態に係るバイフュエルエンジンシステムは、上記第１ないし第６実施形態と同様の機械的構成において、更に、吸気マニホールド内の吸気通路に噴射可能にガソリン噴射弁を設置し、このガソリン噴射弁と、液体燃料容器としてのガソリンタンクとの間に、ガソリンを加圧するための燃料ポンプを設けたものである。これらガソリン噴射弁および燃料ポンプは、それぞれＥＣＵからの出力信号に基づいて制御される。

第７実施形態における処理について説明する。図１３において、まず、ＥＣＵにおいて各種センサの検出値が読み込まれる（Ｓ６１０）。次にＥＣＵでは、所定のガソリン選択条件が成立中かが判断される（Ｓ６１１）。ここでのガソリン選択条件は、例えば残存気体燃料量が下限閾値よりも少なくなったことである。そして、該条件が成立中でない場合にはＣＮＧ運転制御が（Ｓ６１２）、また成立中の場合にはガソリン運転制御が（Ｓ６１４）、それぞれ行われる。これらＣＮＧ運転制御およびガソリン運転制御は、エンジン回転数・負荷・アクセルペダル操作量などに基づく燃料噴射量の制御などの通常の走行制御である。

次に、ＣＮＧ運転制御が行われる場合には、臭いセンサ１６の検出値から、ＣＮＧ燃料中の硫黄濃度が算出される（Ｓ６１３）。また、ガソリン運転制御が行われる場合には、ガソリン用のデフォルト値が硫黄濃度として採用される（Ｓ６１５）。そして、このようにして決定された硫黄濃度の値を用いて、ＮＳＲ触媒２７への硫黄供給量が算出される（Ｓ６２０）。ステップＳ６３０以降の処理は、上記第１実施形態（図２）におけるステップＳ３０以降の処理と同様である。

以上のとおり、本実施形態では、ＣＮＧ燃料が選択される場合と、ガソリンが選択される場合とで共通の硫黄堆積量の値が用いられ、且つこの硫黄堆積量の値は各燃料の硫黄濃度に基づいて逐次更新されることになる。したがって本実施形態では、バイフュエルエンジンにおいて気体燃料による運転と液体燃料による運転との間で切り替えが行われた場合にも、運転履歴に係る数値が保持される結果として、以後の被毒回復制御を適切に継続することができる。

なお、第７実施形態ではガソリン燃料の硫黄濃度として固定値を用いたが、ガソリン燃料の硫黄濃度を何らかの手段で推定し、この推定に応じて硫黄堆積量を算出することとしてもよい。

上記各実施形態では、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、上記実施形態では筒内直噴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、本発明は筒内直噴式のエンジンに限らずポート噴射式やミキサ式のエンジンにも適用可能である。

本発明の第１実施形態に係るガス燃料エンジンシステムの全体概要図である。第１実施形態における堆積量推定・被毒回復処理を示すフロー図である。第２実施形態に係るガス燃料エンジンシステムの全体概要図である。第２実施形態における劣化状態検出処理を示すフロー図である。第３実施形態に係るガス燃料エンジンシステムの全体概要図である。第３実施形態における吸着カートリッジ切替処理を示すフロー図である。第４実施形態に係るガス燃料エンジンシステムの全体概要図である。第４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。第５実施形態に係るガス燃料エンジンシステムの全体概要図である。第５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。第６実施形態における被毒回復マップの設定例を示すグラフである。第６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。第７実施形態における堆積量推定・被毒回復処理を示すフロー図である。

符号の説明

１０ＣＮＧエンジン
１２ＣＮＧ燃料タンク
１３デリバリパイプ
１６臭いセンサ（硫黄成分検出手段）
１７インジェクタ
２７ＮＳＲ触媒（排ガス浄化用触媒）
３０，１３０，２３０，３３０，４３０電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５０吸着カートリッジ（吸着手段）
５１上流バルブ
５５電熱ヒータ（加熱手段）
１５５排気熱利用ヒータ（加熱手段）

Claims

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た硫黄成分検出手段と、
前記硫黄成分検出手段の検出値に基づいて前記排ガス浄化用触媒におけるＳＯｘ堆積量を推定する堆積量推定手段と、
前記推定されたＳＯｘ堆積量が所定の閾値を超えたときに、前記排ガス浄化用触媒に対するＳＯｘ被毒回復制御を実施する被毒回復制御手段と、
前記燃料供給経路中であって前記硫黄成分検出手段よりも上流側に設けられガス燃料から付臭剤を吸着する吸着手段と、
前記硫黄成分検出手段の検出値に基づいて前記吸着手段の劣化状態を出力する劣化状態出力手段と、
を備えたことを特徴とするガス燃料エンジンシステム。
請求項１に記載のガス燃料エンジンシステムであって、
前記硫黄成分検出手段は臭いセンサであることを特徴とするガス燃料エンジンシステム。
請求項１または２に記載のガス燃料エンジンシステムであって、
前記吸着手段が複数並列に設けられ、且つこれら各吸着手段のそれぞれにガス燃料を選択的に供給するための切替手段が前記燃料供給経路中に設けられていることを特徴とするガス燃料エンジンシステム。
請求項１または２に記載のガス燃料エンジンシステムであって、
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脱離制御手段と、
を備えたことを特徴とするガス燃料エンジンシステム。
請求項４に記載のガス燃料エンジンシステムであって、
前記加熱手段は電熱ヒータであることを特徴とするガス燃料エンジンシステム。
請求項４に記載のガス燃料エンジンシステムであって、
前記加熱手段は排気熱利用ヒータであることを特徴とするガス燃料エンジンシステム。
請求項４ないし６のいずれかに記載のガス燃料エンジンシステムであって、
前記ガス燃料エンジンの運転状態を示す所定のパラメータに基づいて、前記排ガス浄化用触媒のＳＯｘ被毒が生じない運転状態であるかを判別する判別手段を更に備え、
前記脱離制御手段は、前記ＳＯｘ被毒が生じない運転状態である場合に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ことを特徴とするガス燃料エンジンシステム。