JP6195488B2

JP6195488B2 - Engine system

Info

Publication number: JP6195488B2
Application number: JP2013171506A
Authority: JP
Inventors: 則通村井; 裕明石田; 中園　徹; 徹中園
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Yanmar Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2033-08-21
Also published as: JP2015040496A

Description

本発明は、混合気を燃焼室で圧縮して燃焼させて軸動力を出力するエンジンと、エンジン負荷に応じて、前記燃焼室で燃焼する混合気の空燃比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燃比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の間で、前記エンジンの燃焼モードを切り替える制御手段とを備えたエンジンシステムに関する。 The present invention relates to an engine that outputs shaft power by compressing and burning an air-fuel mixture in a combustion chamber, and stoichiometric combustion that sets an air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber within a stoichiometric range according to the engine load. Control means for switching the combustion mode of the engine between a mode and a lean combustion mode in which an air-fuel ratio of an air-fuel mixture combusted in the combustion chamber is set within a lean range where the fuel is leaner than the stoichiometric range. Related to the engine system.

この種のエンジンシステムは、エンジンの燃焼モードが、エンジン負荷に応じて、混合気の空燃比をストイキ範囲内（例えば空気過剰率換算で１．０程度）に設定するストイキ燃焼モードと、混合気の空燃比をストイキ範囲超のリーン範囲（例えば空気過剰率換算で１．４〜１．６）内に設定するリーン燃焼モードとの間で、切り替え自在に構成されている。
更に、このようなエンジンシステムとして、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のヒートポンプ回路を備え、空調負荷などのヒートポンプ回路の熱負荷に基づいてエンジンの回転速度を制御するものが知られている（例えば特許文献１参照）。 This type of engine system includes a stoichiometric combustion mode in which the combustion mode of the engine sets the air-fuel ratio of the air-fuel mixture within the stoichiometric range (for example, about 1.0 in terms of excess air ratio) according to the engine load, and the air-fuel mixture. It is possible to switch between a lean combustion mode in which the air-fuel ratio is set within a lean range exceeding the stoichiometric range (for example, 1.4 to 1.6 in terms of excess air ratio).
Further, as such an engine system, a compression type heat pump circuit having a compressor that uses engine shaft power as a drive source is provided, and the rotational speed of the engine is controlled based on the heat load of the heat pump circuit such as an air conditioning load. Is known (see, for example, Patent Document 1).

このようなエンジンシステムにおいて、エンジン負荷が比較的大きい所定のストイキ領域では、エンジンの燃焼モードがストイキ燃焼モードとされて出力重視の運転が行われ、逆に、エンジン負荷が比較的小さい所定のリーン領域では、エンジンの燃焼モードがリーン燃焼モードとされて効率重視の運転が行われる。
即ち、制御手段は、エンジン負荷がストイキ領域からリーン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替え、逆に、同エンジン負荷がリーン領域からストイキ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替える。 In such an engine system, in a predetermined stoichiometric region where the engine load is relatively large, the engine combustion mode is set to the stoichiometric combustion mode, and an operation emphasizing output is performed, and conversely, a predetermined lean where the engine load is relatively small. In the region, the engine combustion mode is set to the lean combustion mode, and the efficiency-oriented operation is performed.
That is, the control means switches the combustion mode from the stoichiometric combustion mode to the lean combustion mode when the engine load changes from the stoichiometric region to the lean region, and conversely, the engine load increases from the lean region to the stoichiometric region. When changed, the combustion mode is switched from the lean combustion mode to the stoichiometric combustion mode.

また、エンジンから排出される排ガス中の有害成分を浄化するために、エンジンからの排ガスが通流する排気路には三元触媒が設けられる場合がある。この三元触媒においては、エンジンがストイキ燃焼モードで運転されるときは、排ガス中のＮＯｘが還元除去されると共にＣＯ及びＨＣが酸化除去され、一方、エンジンがリーン燃焼モードで運転されるときは、ＮＯｘを殆ど含まない排ガスに含まれているＣＯ及びＨＣが酸化除去される。 Further, in order to purify harmful components in the exhaust gas discharged from the engine, a three-way catalyst may be provided in the exhaust passage through which the exhaust gas from the engine flows. In this three-way catalyst, when the engine is operated in the stoichiometric combustion mode, NOx in the exhaust gas is reduced and removed, and CO and HC are oxidized and removed. On the other hand, when the engine is operated in the lean combustion mode, CO and HC contained in the exhaust gas containing almost no NOx are oxidized and removed.

特開２００８−２８６０６６号公報JP 2008-286066 A

従来のエンジンシステムでは、ストイキ燃焼モードで運転している場合でも、排ガスの温度が三元触媒の活性を良好なものに維持できる温度を下回ってしまい、三元触媒でのＮＯｘ除去が十分ではなくなるなどのエミッション面での問題が生じる場合がある。
特に、スロットルバルブが絞られてエンジンの回転速度が比較的低く維持されている状態で、ヒートポンプ回路の圧縮機を回転駆動すべくエンジンの出力軸に付加される回転トルクが比較的高い場合には、安定運転を維持するべくストイキ燃焼モードに切り替えられるが、スロットルバルブが絞られていることでエンジンに投入される熱量が少なくなってしまい、結果、排ガスの温度が三元触媒の活性を良好なものに維持できる温度まで上がらない場合があった。 In the conventional engine system, even when operating in the stoichiometric combustion mode, the temperature of the exhaust gas falls below a temperature at which the activity of the three-way catalyst can be maintained to be good, and NOx removal by the three-way catalyst is not sufficient. There may be a problem in terms of emissions.
In particular, when the rotational torque applied to the engine output shaft to drive the compressor of the heat pump circuit is relatively high while the throttle valve is throttled and the engine speed is kept relatively low. In order to maintain stable operation, the engine can be switched to the stoichiometric combustion mode, but the amount of heat input to the engine is reduced due to the throttle valve being throttled, and as a result, the exhaust gas temperature improves the activity of the three-way catalyst. In some cases, the temperature could not be increased to a temperature that could be maintained.

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にエンジンの燃焼モードを切替自在に構成され、排ガスを三元触媒により処理するエンジンシステムにおいて、三元触媒の性能を良好なものに維持してエミッションの悪化を防止することができる技術を提供する点にある。 The present invention has been made paying attention to such a point, and an object of the present invention is to switch an engine combustion mode between a stoichiometric combustion mode and a lean combustion mode in accordance with an engine load, and to treat exhaust gas with a three-way catalyst. In the engine system processed by the above, it is to provide a technology capable of preventing the deterioration of the emission while maintaining the performance of the three-way catalyst at a good level.

この目的を達成するための本発明に係るエンジンシステムは、
混合気を燃焼室で圧縮して燃焼させて軸動力を出力するエンジンと、
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のヒートポンプ回路と、
前記ヒートポンプ回路の熱負荷に基づいてエンジンの回転速度を制御すると共に、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燃比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燃比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の間で、前記エンジンの燃焼モードを切り替える制御手段と、
前記エンジンの排気路に配置された三元触媒とを備えたエンジンシステムであって、
その特徴構成は、
前記圧縮機の圧縮仕事を維持したまま当該圧縮機を回転駆動するための回転トルクを調整可能な回転トルク調整手段を備え、
前記制御手段が、前記ストイキ燃焼モードにおいて前記三元触媒の温度が当該三元触媒の活性が維持できる活性温度を下回ると判断した場合に、前記回転トルク調整手段により前記圧縮機を回転駆動するための回転トルクを減少させて、前記エンジンの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に強制的に切り替える燃焼モード強制切替処理を実行する点にある。 To achieve this object, an engine system according to the present invention includes:
An engine that outputs shaft power by compressing and burning an air-fuel mixture in a combustion chamber;
A compression heat pump circuit having a compressor using the shaft power of the engine as a drive source;
A stoichiometric combustion mode for controlling the rotational speed of the engine based on a heat load of the heat pump circuit, and setting an air-fuel ratio of an air-fuel mixture combusted in the combustion chamber within a stoichiometric range according to the engine load, and the combustion chamber Control means for switching the combustion mode of the engine between a lean combustion mode in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in is set in a lean range where the fuel is leaner than the stoichiometric range;
An engine system comprising a three-way catalyst disposed in the exhaust path of the engine,
Its feature configuration is
A rotational torque adjusting means capable of adjusting a rotational torque for rotationally driving the compressor while maintaining the compression work of the compressor;
When the control means determines that the temperature of the three-way catalyst is lower than the activation temperature at which the activity of the three-way catalyst can be maintained in the stoichiometric combustion mode, the rotary torque adjusting means rotates the compressor. And a combustion mode forced switching process for forcibly switching the combustion mode of the engine from the stoichiometric combustion mode to the lean combustion mode.

本特徴構成によれば、回転トルク調整手段により圧縮機の圧縮仕事を維持したまま当該圧縮機を回転駆動するための回転トルクを減少させれば、ヒートポンプ回路の熱負荷に基づいて制御されるエンジンの回転速度が増加することになる。
即ち、ストイキ燃焼モードにおいて三元触媒の温度が当該三元触媒の活性温度を下回ると判断された場合には、制御手段により、燃焼モード強制切替処理が実行される。すると、回転トルク調整手段により圧縮機を回転駆動するための回転トルクが減少されることに伴って、エンジンの出力軸に付加される回転トルクも減少し、結果、エンジン負荷が、燃焼モードをリーン燃焼モードに切り替えても安定した運転状態を維持できる領域に移行することになる。
そして、この圧縮機を回転駆動するための回転トルクの減少に伴って、燃焼モードが強制的にリーン燃焼モードに切り替えられることで、燃焼室から排出される排ガス中のＮＯｘは低く抑えられる。よって、比較的低温の三元触媒ではその排ガス中のＣＯ及びＨＣを酸化除去することができるため、エミッションの悪化を防止することができる。
従って、本発明により、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にエンジンの燃焼モードを切替自在に構成され、排ガスを三元触媒により処理するエンジンシステムにおいて、三元触媒の性能を良好なものに維持してエミッションの悪化を防止することができる技術を提供することができる。 According to this characteristic configuration, the engine controlled based on the heat load of the heat pump circuit can be achieved by reducing the rotational torque for rotationally driving the compressor while maintaining the compression work of the compressor by the rotational torque adjusting means. Will increase the rotation speed.
That is, in the stoichiometric combustion mode, when it is determined that the temperature of the three-way catalyst is lower than the activation temperature of the three-way catalyst, the combustion mode forcible switching process is executed by the control means. Then, as the rotational torque for rotationally driving the compressor is reduced by the rotational torque adjusting means, the rotational torque applied to the output shaft of the engine also decreases. As a result, the engine load leans the combustion mode. Even if it switches to combustion mode, it transfers to the area | region which can maintain a stable driving | running state.
The combustion mode is forcibly switched to the lean combustion mode as the rotational torque for rotationally driving the compressor decreases, so that NOx in the exhaust gas discharged from the combustion chamber can be kept low. Therefore, the relatively low temperature three-way catalyst can oxidize and remove CO and HC in the exhaust gas, thereby preventing emission from deteriorating.
Therefore, according to the present invention, the engine combustion mode is configured to be switchable between the stoichiometric combustion mode and the lean combustion mode according to the engine load, and the performance of the three-way catalyst is good in the engine system that processes the exhaust gas with the three-way catalyst. It is possible to provide a technique that can be maintained at a certain level to prevent deterioration of emissions.

本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記三元触媒の温度を検出する触媒温度検出手段を備え、
前記制御手段が、前記ストイキ燃焼モードにおいて、前記触媒温度検出手段の検出温度が前記活性温度の下限値未満の場合に、前記燃焼モード強制切替処理を実行する点にある。 A further characteristic configuration of the engine system according to the present invention is as follows.
Comprising catalyst temperature detecting means for detecting the temperature of the three-way catalyst;
In the stoichiometric combustion mode, the control means executes the combustion mode forcible switching process when the detected temperature of the catalyst temperature detecting means is less than the lower limit value of the activation temperature.

三元触媒の温度は、エンジン負荷などの運転状態から予測することができるが、本特徴構成によれば、触媒温度検出手段を備えるので、三元触媒の温度を正確に認識することができる。そして、この検出された三元触媒の温度が活性温度の下限値未満である場合には、燃焼モード強制切替処理を適切に実行してエンジンの燃焼モードをストイキ燃焼モードから強制的にリーン燃焼モードに切り替えることで、確実にエミッションの悪化を防止することができる。 The temperature of the three-way catalyst can be predicted from the operating state such as the engine load. However, according to this feature configuration, the temperature of the three-way catalyst can be accurately recognized because the catalyst temperature detecting means is provided. When the detected temperature of the three-way catalyst is less than the lower limit value of the activation temperature, the combustion mode forcible switching process is appropriately executed to forcibly change the engine combustion mode from the stoichiometric combustion mode to the lean combustion mode. By switching to, emissions can be reliably prevented from deteriorating.

本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記圧縮機が、前記ヒートポンプ回路に対して並列接続された複数の圧縮機からなると共に、
前記複数の圧縮機の一部に対する前記軸動力の伝達を遮断可能なクラッチ手段を備え、
前記回転トルク調整手段が、前記クラッチ手段を作動させる形態で前記圧縮機を回転駆動するための回転トルクを調整する点にある。 A further characteristic configuration of the engine system according to the present invention is as follows.
The compressor comprises a plurality of compressors connected in parallel to the heat pump circuit,
Clutch means capable of interrupting transmission of the shaft power to a part of the plurality of compressors;
The rotational torque adjusting means adjusts rotational torque for rotationally driving the compressor in a form in which the clutch means is operated.

本特徴構成によれば、上記クラッチ手段を作動させて、ヒートポンプ回路に対して並列接続された複数の圧縮機の一部に対するエンジンの軸動力の伝達を遮断すると、ヒートポンプ回路において冷媒循環に寄与する圧縮機の数が減少する。これにより、複数の圧縮機における合計の圧縮仕事が維持されたまま、当該複数の圧縮機における合計の回転トルクが減少することになる。即ち、回転トルク調整手段は、クラッチ手段を作動させる形態で、複数の圧縮機における合計の回転トルクを迅速かつ確実に減少させることができる。
そして、ストイキ燃焼モードにおいて三元触媒の温度が当該三元触媒の活性温度を下回ると判断された場合には、上記クラッチ手段を作動させる形態で、複数の圧縮機における合計の回転トルクを減少させて、それに伴ってエンジンの出力軸に付加される回転トルクを減少させることで、エミッションの悪化を迅速かつ確実に防止することができる。 According to this characteristic configuration, when the clutch means is operated to interrupt transmission of the shaft power of the engine to a part of the plurality of compressors connected in parallel to the heat pump circuit, the heat pump circuit contributes to refrigerant circulation. The number of compressors is reduced. As a result, the total rotational torque in the plurality of compressors decreases while the total compression work in the plurality of compressors is maintained. That is, the rotational torque adjusting means can quickly and surely reduce the total rotational torque in the plurality of compressors by operating the clutch means.
When it is determined that the temperature of the three-way catalyst is lower than the activation temperature of the three-way catalyst in the stoichiometric combustion mode, the total rotational torque in the plurality of compressors is reduced by operating the clutch means. Accordingly, by reducing the rotational torque applied to the output shaft of the engine, it is possible to prevent the deterioration of the emission quickly and reliably.

本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記ヒートポンプ回路における高圧側の冷媒の一部を低圧側にバイパス可能なバイパス手段を備え、
前記回転トルク調整手段が、前記バイパス手段を作動させる形態で前記圧縮機を回転駆動するための回転トルクを調整する点にある。 A further characteristic configuration of the engine system according to the present invention is as follows.
A bypass means capable of bypassing a part of the high-pressure side refrigerant in the heat pump circuit to the low-pressure side;
The rotational torque adjusting means adjusts rotational torque for rotationally driving the compressor in a form in which the bypass means is operated.

本特徴構成によれば、上記バイパス手段を作動させて、ヒートポンプ回路における高圧側の冷媒の一部を低圧側にバイパスさせると、ヒートポンプ回路において蒸発器、膨張弁及び凝縮器に対して要求される熱負荷に対応する所定の循環流量の冷媒を循環させるために必要な圧縮機の回転速度が増加し、一方圧縮機の圧縮仕事が維持されることから当該圧縮機を回転駆動するための回転トルクが減少する。即ち、回転トルク調整手段は、バイパス手段を作動させる形態で、圧縮機を回転駆動するための回転トルクを迅速かつ確実に減少させることができる。
そして、ストイキ燃焼モードにおいて三元触媒の温度が当該三元触媒の活性温度を下回ると判断された場合には、上記バイパス手段を作動させる形態で、圧縮機を回転駆動するための回転トルクを減少させ、それに伴ってエンジンの出力軸に付加される回転トルクを減少させることで、エミッションの悪化を迅速かつ確実に防止することができる。 According to this characteristic configuration, when the bypass means is operated to bypass a part of the high-pressure side refrigerant in the heat pump circuit to the low-pressure side, the heat pump circuit is required for the evaporator, the expansion valve, and the condenser. Rotational torque for driving the compressor to rotate because the compressor's rotational speed increases while the compressor's rotational work is maintained while circulating the refrigerant with a predetermined circulation flow rate corresponding to the heat load. Decrease. That is, the rotational torque adjusting means can quickly and surely reduce the rotational torque for rotationally driving the compressor by operating the bypass means.
When it is determined that the temperature of the three-way catalyst is lower than the activation temperature of the three-way catalyst in the stoichiometric combustion mode, the rotational torque for driving the compressor is reduced by operating the bypass means. Accordingly, by reducing the rotational torque applied to the output shaft of the engine along with this, it is possible to prevent deterioration of emissions quickly and reliably.

本発明の実施形態に係るエンジンシステムの全体構成を示すブロック図The block diagram which shows the whole structure of the engine system which concerns on embodiment of this invention. エンジン負荷に対するストイキ領域及びリーン領域の割り当てを説明するグラフ図Graph showing the allocation of stoichiometric area and lean area to engine load ヒートポンプ回路の熱負荷及びエンジン負荷の変動状態を説明するグラフ図The graph explaining the fluctuation state of the heat load and engine load of the heat pump circuit 第１のストイキ燃焼抑制処理の処理フローを示す図The figure which shows the processing flow of a 1st stoichiometric combustion suppression process. 第２のストイキ燃焼抑制処理の処理フローを示す図The figure which shows the processing flow of a 2nd stoichiometric combustion suppression process 切替負荷値補正処理の処理フローを示す図The figure which shows the processing flow of switching load value correction processing

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、エンジンシステムは、混合気Ｍを燃焼室２で圧縮して燃焼させて駆動力を出力するエンジン１、要求負荷に応じてエンジン１の出力を制御する制御手段としての制御装置２０等を備える。
更に、本実施形態のエンジンシステムは、エンジン１にて駆動される圧縮機３１を有する圧縮式のヒートポンプ回路３０が設けられて、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おり、制御装置２０が、ヒートポンプ回路３０の熱負荷を要求負荷として受け付け、その熱負荷に基づいてエンジン１の回転速度（出力軸７の回転速度）を制御する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the engine system includes an engine 1 that compresses and burns an air-fuel mixture M in a combustion chamber 2 and outputs a driving force, and a control unit that controls the output of the engine 1 according to a required load. The apparatus 20 etc. are provided.
Furthermore, the engine system of the present embodiment is provided with a compression heat pump circuit 30 having a compressor 31 driven by the engine 1, and is configured as an engine-driven heat pump system. The heat load of the heat pump circuit 30 is received as a required load, and the rotational speed of the engine 1 (the rotational speed of the output shaft 7) is controlled based on the thermal load.

エンジン１の燃焼室２には、混合気Ｍを吸引する吸気路３、及び、エンジン１から排出される排ガスＥが通流する排気路４が接続されている。
吸気路３には、混合器５を介して、天然ガス系都市ガス等の燃料ガスＧを供給する燃料供給路６が接続されている。
そして、吸気路３の端部から吸気される空気Ａと燃料供給路６から供給される燃料ガスＧとが混合器５で混合されて、その混合気Ｍが吸気路３を通して燃焼室２に吸気され、燃焼室２において、その混合気Ｍが圧縮されると共に圧縮状態で点火プラグ（図示省略）にて点火されて燃焼・膨張することにより、出力軸７が回転されて駆動力が出力され、燃焼により発生した排ガスＥが排気路４を通して排気される。つまり、このエンジン１は、通常の４サイクル式に構成されている。
更に、このエンジン１には、出力軸７にギア連結されて、エンジン１の起動時にバッテリ（図示省略）駆動により出力軸７を強制的に回転させるセルモータ８、及び、エンジン１の回転速度、即ち、エンジン１の回転速度を検出する回転速度センサ９が設けられている。
セルモータ８は、制御装置２０により制御され、回転速度センサ９の検出情報は、制御装置２０に入力されるように構成されている。 Connected to the combustion chamber 2 of the engine 1 are an intake passage 3 for sucking the air-fuel mixture M and an exhaust passage 4 through which exhaust gas E discharged from the engine 1 flows.
A fuel supply path 6 for supplying a fuel gas G such as natural gas city gas is connected to the intake path 3 via a mixer 5.
The air A sucked from the end of the intake passage 3 and the fuel gas G supplied from the fuel supply passage 6 are mixed by the mixer 5, and the mixture M is sucked into the combustion chamber 2 through the intake passage 3. In the combustion chamber 2, the air-fuel mixture M is compressed, and is ignited by a spark plug (not shown) in a compressed state to burn and expand, whereby the output shaft 7 is rotated and driving force is output, The exhaust gas E generated by the combustion is exhausted through the exhaust passage 4. That is, the engine 1 is configured in a normal four-cycle type.
Furthermore, the engine 1 is gear-coupled to the output shaft 7 and forcibly rotates the output shaft 7 by driving a battery (not shown) when the engine 1 is started, and the rotational speed of the engine 1, that is, A rotation speed sensor 9 for detecting the rotation speed of the engine 1 is provided.
The cell motor 8 is controlled by the control device 20, and the detection information of the rotation speed sensor 9 is configured to be input to the control device 20.

燃料供給路６には、燃料ガスＧの供給量を調整することにより混合気Ｍの空燃比を調整可能な燃料供給弁１０が設けられ、吸気路３には、燃焼室２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１１が設けられている。
排気路４には、排ガスＥの酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１２、排ガスＥが通過自在な三元触媒１３、及び、その三元触媒１３を出た直後の排ガスＥの温度を三元触媒１３の温度として検出する触媒温度検出手段としての触媒温度センサ１４が夫々設けられている。
燃料供給弁１０及びスロットルバルブ１１は、制御装置２０により制御され、酸素濃度センサ１２の検出情報、及び、触媒温度センサ１４の検出情報は、夫々、制御装置２０に入力されるように構成されている。
尚、酸素濃度センサ１２は、排気路４において三元触媒１３の上流側の箇所に設けられ、触媒温度センサ１４は、排気路４において三元触媒１３の下流側の箇所に設けられている。
排ガスＥの酸素濃度を検出する酸素濃度センサとして、排気路４における三元触媒１３の上流側に設けた酸素濃度センサ１２に加えて、排気路４における三元触媒１３の下流側の箇所に設けて、その酸素濃度センサの検出情報も制御装置２０に入力されるように構成しても良い。又、触媒温度センサ１４は、三元触媒１３の内部に設けても良い。 The fuel supply passage 6 is provided with a fuel supply valve 10 capable of adjusting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture M by adjusting the supply amount of the fuel gas G, and the intake passage 3 is mixed to be sucked into the combustion chamber 2. A throttle valve 11 capable of adjusting the intake amount of the air M is provided.
The exhaust passage 4 includes an oxygen concentration sensor 12 for detecting the oxygen concentration of the exhaust gas E, a three-way catalyst 13 through which the exhaust gas E can pass, and a temperature of the exhaust gas E immediately after leaving the three-way catalyst 13. A catalyst temperature sensor 14 serving as a catalyst temperature detecting means for detecting the temperature 13 is provided.
The fuel supply valve 10 and the throttle valve 11 are controlled by the control device 20, and the detection information of the oxygen concentration sensor 12 and the detection information of the catalyst temperature sensor 14 are configured to be input to the control device 20, respectively. Yes.
The oxygen concentration sensor 12 is provided at a location upstream of the three-way catalyst 13 in the exhaust passage 4, and the catalyst temperature sensor 14 is provided at a location downstream of the three-way catalyst 13 in the exhaust passage 4.
As an oxygen concentration sensor for detecting the oxygen concentration of the exhaust gas E, in addition to the oxygen concentration sensor 12 provided on the upstream side of the three-way catalyst 13 in the exhaust passage 4, it is provided on the downstream side of the three-way catalyst 13 in the exhaust passage 4. The detection information of the oxygen concentration sensor may also be input to the control device 20. The catalyst temperature sensor 14 may be provided inside the three-way catalyst 13.

圧縮式のヒートポンプ回路３０には、圧縮機３１に加えて、室外熱交換器３２、室内熱交換器３３及び膨張弁３４、並びに、圧縮機３１にて圧縮された冷媒の送出先を室外熱交換器３２側と室内熱交換器３３側とに切り替える四方弁３５等が設けられている。尚、室内熱交換器３３及び膨張弁３４は、空調対象空間である室内に設置される室内ユニットＵｉに装備され、室内熱交換器３３及び膨張弁３４以外の部材、即ち、エンジン１、圧縮機３１、室外熱交換器３２及び四方弁３５等は、空調対象空間外に設置される室外ユニットＵｅに装備される。 In the compression heat pump circuit 30, in addition to the compressor 31, an outdoor heat exchanger 32, an indoor heat exchanger 33, an expansion valve 34, and a destination of the refrigerant compressed by the compressor 31 are exchanged outdoors. A four-way valve 35 and the like for switching between the heat exchanger 32 side and the indoor heat exchanger 33 side are provided. The indoor heat exchanger 33 and the expansion valve 34 are installed in an indoor unit Ui installed in a room that is an air-conditioning target space, and members other than the indoor heat exchanger 33 and the expansion valve 34, that is, the engine 1 and the compressor. 31, the outdoor heat exchanger 32, the four-way valve 35, and the like are installed in an outdoor unit Ue installed outside the air-conditioning target space.

圧縮機３１は、動力伝達機構４０によってエンジン１に伝動連結され、エンジン１の軸動力により圧縮機３１を駆動して冷媒を圧縮することにより、後述するように、冷房運転や暖房運転等の空調運転を行うように構成されている。
動力伝達機構４０は、エンジン１の出力軸７に固定されたエンジン側プーリ４１と、圧縮機３１の駆動軸にクラッチ手段としての電磁クラッチ４２を介して連結された圧縮機側プーリ４３と、それらエンジン側プーリ４１と圧縮機側プーリ４３とにわたって巻回されたベルト４４等を備えて構成されている。
電磁クラッチ４２は、制御装置２０により作動制御される。つまり、制御装置２０により電磁クラッチ４２のオンオフが切り替えられ、これによりエンジン１と圧縮機３１との伝動連結が断続されて、エンジン１の軸動力が圧縮機３１に伝達される状態と、同軸動力が圧縮機３１に伝達されない状態とに切り替えられる。 The compressor 31 is connected to the engine 1 by the power transmission mechanism 40 and drives the compressor 31 by the shaft power of the engine 1 to compress the refrigerant, thereby air conditioning such as cooling operation and heating operation as will be described later. It is configured to drive.
The power transmission mechanism 40 includes an engine-side pulley 41 fixed to the output shaft 7 of the engine 1, a compressor-side pulley 43 connected to a drive shaft of the compressor 31 via an electromagnetic clutch 42 as a clutch means, A belt 44 wound around an engine side pulley 41 and a compressor side pulley 43 is provided.
The operation of the electromagnetic clutch 42 is controlled by the control device 20. In other words, the electromagnetic clutch 42 is switched on and off by the control device 20, whereby the transmission connection between the engine 1 and the compressor 31 is interrupted, and the shaft power of the engine 1 is transmitted to the compressor 31 and the coaxial power. Is switched to a state in which is not transmitted to the compressor 31.

圧縮式のヒートポンプ回路３０を冷房運転するときには、図１の四方弁３５の状態として実線で示すように、圧縮機３１の吐出側が室外熱交換器３２に接続され且つ圧縮機３１の流入側が室内熱交換器３３に接続されるように、四方弁３５が切り替えられる。このように四方弁３５が切り替えられると、圧縮機３１にて圧縮された高温高圧の冷媒蒸気が室外熱交換器３２に流入し、その室外熱交換器３２が凝縮器として機能して、当該室外熱交換器３２において高温高圧の冷媒蒸気が外気との熱交換により放熱して凝縮する。また、その凝縮した冷媒液が膨張弁３４を通過して低温低圧化して室内熱交換器３３に流入し、その室内熱交換器３３が蒸発器として機能して、当該室内熱交換器３３において低温低圧の冷媒液が室内空気との熱交換により吸熱して蒸発する。そして、その蒸発した冷媒蒸気が圧縮機３１に戻されるといった形態で、冷媒がヒートポンプ回路３０を循環することになる。
即ち、室内熱交換器３３において冷媒液が吸熱して蒸発する際に発生する冷熱を利用して、空調対象空間の冷房等を行うように構成される。 When the compression heat pump circuit 30 is in a cooling operation, the discharge side of the compressor 31 is connected to the outdoor heat exchanger 32 and the inflow side of the compressor 31 is the indoor heat, as indicated by a solid line as the state of the four-way valve 35 in FIG. The four-way valve 35 is switched so as to be connected to the exchanger 33. When the four-way valve 35 is switched in this way, the high-temperature and high-pressure refrigerant vapor compressed by the compressor 31 flows into the outdoor heat exchanger 32, and the outdoor heat exchanger 32 functions as a condenser. In the heat exchanger 32, the high-temperature and high-pressure refrigerant vapor dissipates heat and condenses by heat exchange with the outside air. In addition, the condensed refrigerant liquid passes through the expansion valve 34 and is reduced in temperature and pressure to flow into the indoor heat exchanger 33. The indoor heat exchanger 33 functions as an evaporator, and the indoor heat exchanger 33 has a low temperature. The low-pressure refrigerant liquid absorbs heat and evaporates by heat exchange with room air. Then, the refrigerant circulates through the heat pump circuit 30 in such a form that the evaporated refrigerant vapor is returned to the compressor 31.
That is, the indoor heat exchanger 33 is configured to cool the air-conditioning target space by using the cold generated when the refrigerant liquid absorbs heat and evaporates.

一方、圧縮式のヒートポンプ回路３０を暖房運転するときには、図１の四方弁３５の状態として破線で示すように、圧縮機３１の吐出側が室内熱交換器３３に接続され且つ圧縮機３１の流入側が室外熱交換器３２に接続されるように、四方弁３５が切り替えられる。このように四方弁３５が切り替えられると、圧縮機３１にて圧縮された高温高圧の冷媒蒸気が室内熱交換器３３に流入し、その室内熱交換器３３が凝縮器として機能して、当該室外熱交換器３２において高温高圧の冷媒蒸気が室内空気との熱交換により放熱して凝縮する。また、その凝縮した冷媒液が膨張弁３４を通過して低温低圧化して室外熱交換器３２に流入し、その室外熱交換器３２が蒸発器として機能して、当該室外熱交換器３２において低温低圧の冷媒液が室内空気との熱交換により吸熱して蒸発する。そして、その蒸発した冷媒蒸気が圧縮機３１に戻されるといった形態で、冷媒がヒートポンプ回路３０を循環することになる。
即ち、室内熱交換器３３において冷媒蒸気が放熱して凝縮する際に発生する温熱を利用して、空調対象空間の暖房等を行うように構成される。 On the other hand, when heating the compression heat pump circuit 30, the discharge side of the compressor 31 is connected to the indoor heat exchanger 33 and the inflow side of the compressor 31 is connected as shown by a broken line as the state of the four-way valve 35 in FIG. The four-way valve 35 is switched so as to be connected to the outdoor heat exchanger 32. When the four-way valve 35 is switched in this way, the high-temperature and high-pressure refrigerant vapor compressed by the compressor 31 flows into the indoor heat exchanger 33, and the indoor heat exchanger 33 functions as a condenser. In the heat exchanger 32, the high-temperature and high-pressure refrigerant vapor dissipates heat and condenses by heat exchange with room air. In addition, the condensed refrigerant liquid passes through the expansion valve 34 and is cooled to low temperature and pressure and flows into the outdoor heat exchanger 32. The outdoor heat exchanger 32 functions as an evaporator, and the outdoor heat exchanger 32 has a low temperature. The low-pressure refrigerant liquid absorbs heat and evaporates by heat exchange with room air. Then, the refrigerant circulates through the heat pump circuit 30 in such a form that the evaporated refrigerant vapor is returned to the compressor 31.
That is, the indoor heat exchanger 33 is configured to perform heating or the like of the air-conditioning target space by using the heat generated when the refrigerant vapor dissipates heat and condenses.

エンジン１により圧縮機３１を駆動するための軸動力は、例えば冷房運転において、室外熱交換器３２における冷媒蒸気の放熱先である外気等の温度や、室内熱交換器３３における冷媒液の吸熱元である室内空気の温度や、冷媒の圧力状態や流量状態等から求められる熱負荷に応じたものとなる。言い換えれば、圧縮機３１が動力伝達機構４０によってエンジン１に伝動連結されることで、エンジン１には、圧縮式のヒートポンプ回路３０における空調負荷（熱負荷）に応じたエンジン負荷が要求されることになる。
これに対し、制御装置２０は、空調負荷に応じて目標回転速度を求めて、回転速度センサ９にて検出されるエンジン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１１の開度を調整して燃焼室２への混合気Ｍの吸気量を調整する。このことにより、エンジン１の出力を制御する所謂スロットルバルブ出力制御を行うように構成されている。 The shaft power for driving the compressor 31 by the engine 1 is, for example, in the cooling operation, the temperature of the outside air that is the heat radiation destination of the refrigerant vapor in the outdoor heat exchanger 32, or the heat absorption source of the refrigerant liquid in the indoor heat exchanger 33 It is according to the heat load calculated | required from the temperature of indoor air which is, the pressure state of a refrigerant | coolant, a flow state, etc. In other words, when the compressor 31 is connected to the engine 1 by the power transmission mechanism 40, the engine 1 is required to have an engine load corresponding to the air conditioning load (heat load) in the compression heat pump circuit 30. become.
On the other hand, the control device 20 obtains the target rotational speed according to the air conditioning load, and opens the throttle valve 11 so that the rotational speed of the engine 1 detected by the rotational speed sensor 9 becomes the target rotational speed. To adjust the intake amount of the air-fuel mixture M to the combustion chamber 2. Thus, so-called throttle valve output control for controlling the output of the engine 1 is performed.

ヒートポンプ回路３０には、圧縮機３１の圧縮仕事を維持したまま当該圧縮機３１を回転駆動するための回転トルクを調整可能な２種の回転トルク調整手段Ｔ１，Ｔ２が設けられており、以下にその詳細について説明する。
先ず、第１回転トルク調整手段Ｔ１として、圧縮機３１が、ヒートポンプ回路３０に対して並列接続された２つの圧縮機３１ａ，３１ｂからなると共に、それら圧縮機３１ａ，３１ｂの夫々に電磁クラッチ４２ａ，４２ｂを配置することによって、この電磁クラッチ４２ａ，４２ｂが、その２つの圧縮機３１ａ，３１ｂの一部に対する軸動力の伝達を遮断可能なものとされている。
詳しくは、全て（２つ）の電磁クラッチ４２ａ，４２ｂを連結状態とし、全て（２つ）の圧縮機３１ａ，３１ｂをエンジン１の出力軸７に連結することで、エンジン１の軸動力を全て（２つ）の圧縮機３１ａ，３１ｂに伝達させる状態を全連結状態とする。一方、一方の電磁クラッチ４２ａのみを連結状態とし、一方の圧縮機３１ａのみをエンジン１の出力軸７に連結することで、他方の圧縮機３１ｂに対する軸動力の伝達を遮断する状態を部分連結状態とする。 The heat pump circuit 30 is provided with two types of rotational torque adjusting means T1 and T2 capable of adjusting the rotational torque for rotationally driving the compressor 31 while maintaining the compression work of the compressor 31. Details will be described.
First, as the first rotational torque adjusting means T1, the compressor 31 includes two compressors 31a and 31b connected in parallel to the heat pump circuit 30, and electromagnetic compressors 42a and 31b are connected to the compressors 31a and 31b, respectively. By arranging 42b, the electromagnetic clutches 42a and 42b can block transmission of shaft power to a part of the two compressors 31a and 31b.
Specifically, all (two) electromagnetic clutches 42a and 42b are connected, and all (two) compressors 31a and 31b are connected to the output shaft 7 of the engine 1 so that all the shaft power of the engine 1 is obtained. The state of transmission to the (two) compressors 31a and 31b is the fully connected state. On the other hand, when only one electromagnetic clutch 42a is in a connected state and only one compressor 31a is connected to the output shaft 7 of the engine 1, a state in which transmission of shaft power to the other compressor 31b is cut off is a partially connected state. And

これら全連結状態と部分連結状態とは共に、同じ熱負荷に対応するべく圧縮機３１全体の圧縮仕事が同程度に維持されて、圧縮機３１全体で冷媒が同程度の圧力及び流量に圧縮されることになる。
言い換えれば、部分連結状態で回転駆動される１つの圧縮機３１ａは、全連結状態で回転駆動する２つの圧縮機３１ａ，３１ｂの夫々と比較して、冷媒を同程度の圧力に圧縮するために同程度の回転トルクで回転駆動し、同程度の流量を確保するために２倍の回転速度で回転することになる。
よって、部分連結状態では、エンジン１の出力軸７に対して１つの圧縮機３１ａの回転トルクが付加されるだけであるのに対して、全連結状態では、エンジン１の出力軸に対して２つの圧縮機３１ａ，３１ｂの回転トルクが付加されることになる。そのため、部分連結状態でエンジン１の出力軸７に付与される回転トルクは、全連結状態でエンジン１の出力軸７に付与される回転トルクの１／２となる。
一方、部分連結状態でのエンジン１の回転速度は、全連結状態でのエンジン１の回転速度の２倍となる。
以上のように、この第１回転トルク調整手段Ｔ１では、電磁クラッチ４２ａ，４２ｂの状態を全連結状態から部分連結状態に切り換える形態で、圧縮機３１の圧縮仕事を維持したまま当該圧縮機３１を回転駆動するための回転トルクを１／２に減少させることができる。 In both the fully connected state and the partially connected state, the compression work of the entire compressor 31 is maintained at the same level to cope with the same heat load, and the refrigerant is compressed to the same pressure and flow rate in the entire compressor 31. Will be.
In other words, the single compressor 31a that is rotationally driven in the partially connected state is used to compress the refrigerant to the same pressure as the two compressors 31a and 31b that are rotationally driven in the fully connected state. In order to ensure the same flow rate, the motor is rotated at twice the rotational speed in order to rotate at the same rotational torque.
Therefore, in the partially connected state, only the rotational torque of one compressor 31a is applied to the output shaft 7 of the engine 1, whereas in the fully connected state, 2 to the output shaft of the engine 1. The rotational torque of the two compressors 31a and 31b is added. Therefore, the rotational torque applied to the output shaft 7 of the engine 1 in the partially connected state is ½ of the rotational torque applied to the output shaft 7 of the engine 1 in the fully connected state.
On the other hand, the rotational speed of the engine 1 in the partially connected state is twice the rotational speed of the engine 1 in the fully connected state.
As described above, in the first rotational torque adjusting means T1, the state of the electromagnetic clutches 42a and 42b is switched from the fully connected state to the partially connected state, and the compressor 31 is maintained while maintaining the compression work of the compressor 31. The rotational torque for rotational driving can be reduced to ½.

一方、第２回転トルク調整手段Ｔ２として、ヒートポンプ回路３０における高圧側（圧縮機３１の吐出側）の冷媒の一部を低圧側（圧縮機３１の吸込側）にバイパス可能なバイパス弁３６（バイパス手段の一例）が設けられている。
即ち、バイパス弁３６の開度を拡大して、当該バイパス弁３６を介して高圧側から低圧側へバイパスする冷媒の流量であるバイパス量を増加させると、ヒートポンプ回路３０において室外熱交換器３２、膨張弁３４、及び室内熱交換器３３に要求される熱負荷に対応する所定の循環流量の冷媒を循環させるために必要な圧縮機３１の回転速度が増加し、一方、圧縮機３１の圧縮仕事が維持されることから当該圧縮機３１を回転駆動するための回転トルクが減少することになる。
以上のように、この第２回転トルク調整手段Ｔ２では、バイパス弁３６の開度を増加させる形態で、圧縮機３１の圧縮仕事を維持したまま当該圧縮機３１を回転駆動するための回転トルクを減少させることができる。 On the other hand, as the second rotational torque adjusting means T2, a bypass valve 36 (bypass) capable of bypassing a part of the refrigerant on the high pressure side (discharge side of the compressor 31) in the heat pump circuit 30 to the low pressure side (suction side of the compressor 31). An example of means) is provided.
That is, when the opening degree of the bypass valve 36 is increased and the bypass amount, which is the flow rate of the refrigerant bypassed from the high pressure side to the low pressure side via the bypass valve 36, is increased, the outdoor heat exchanger 32 in the heat pump circuit 30; The rotational speed of the compressor 31 required to circulate the refrigerant having a predetermined circulation flow rate corresponding to the heat load required for the expansion valve 34 and the indoor heat exchanger 33 is increased, while the compression work of the compressor 31 is increased. Therefore, the rotational torque for rotationally driving the compressor 31 is reduced.
As described above, in the second rotational torque adjusting means T2, the rotational torque for rotationally driving the compressor 31 is maintained while maintaining the compression work of the compressor 31 in the form in which the opening degree of the bypass valve 36 is increased. Can be reduced.

制御装置２０は、酸素濃度センサ１２にて検出される酸素濃度を監視しながら、燃料供給弁１０の開度を調整することにより、燃焼室２で燃焼する混合気Ｍの空燃比をストイキ範囲（例えば、空気過剰率換算で１．０程度）内に設定するストイキ燃焼モードと燃焼室２で燃焼する混合気Ｍの空燃比をストイキ範囲超のリーン範囲内（例えば、空気過剰率換算で１．４〜１．６）に設定するリーン燃焼モードとにエンジン１の燃焼モードを切り替え自在に構成されている。 The control device 20 adjusts the opening degree of the fuel supply valve 10 while monitoring the oxygen concentration detected by the oxygen concentration sensor 12, thereby adjusting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture M combusted in the combustion chamber 2 within the stoichiometric range ( For example, the stoichiometric combustion mode set within about 1.0 in terms of excess air ratio and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture M combusted in the combustion chamber 2 are within a lean range exceeding the stoichiometric range (for example, 1. The combustion mode of the engine 1 can be switched freely between the lean combustion mode set to 4 to 1.6).

説明を加えると、図示を省略するが、このエンジン駆動式のヒートポンプシステムのリモートコントローラには、空調目標温度を設定する温度設定部が備えられ、又、空調対象空間の温度を検出する室温センサが設けられている。これら温度設定部の設定情報及び室温センサの検出情報が制御装置２０に入力されるように構成され、制御装置２０は、温度設定部にて設定される空調目標温度と室温センサにて検出される空調対象空間の温度との偏差をヒートポンプ回路３０の熱負荷として求めるように構成されている。
そして、エンジン１の目標回転速度をヒートポンプ回路３０の熱負荷が大きいほど大きくなるように設定し、エンジン１の回転速度がその設定した目標回転速度になるように、スロットルバルブ出力制御を実行して、スロットルバルブ１１の開度を調整する。 Although not shown in the drawings, the remote controller of the engine-driven heat pump system is provided with a temperature setting unit that sets the air conditioning target temperature, and a room temperature sensor that detects the temperature of the air conditioning target space. Is provided. The setting information of the temperature setting unit and the detection information of the room temperature sensor are input to the control device 20, and the control device 20 is detected by the air conditioning target temperature set by the temperature setting unit and the room temperature sensor. A deviation from the temperature of the air-conditioning target space is obtained as a heat load of the heat pump circuit 30.
Then, the target rotational speed of the engine 1 is set so as to increase as the heat load of the heat pump circuit 30 increases, and the throttle valve output control is executed so that the rotational speed of the engine 1 becomes the set target rotational speed. Then, the opening degree of the throttle valve 11 is adjusted.

更に、図２も参照して、このスロットルバルブ出力制御によるエンジン１の回転速度の制御に伴って、エンジン負荷が変化するが、そのエンジン負荷が所定の燃焼モード切替負荷値Ｌ０以上となるストイキ領域ＳＡ（図２の右下がり斜線部）では、エンジン１の燃焼モードがストイキ燃焼モードに設定され、エンジン負荷が同燃焼モード切替負荷値Ｌ０未満となるリーン領域ＬＡ（図２のドット部）では、エンジン１の燃焼モードがリーン燃焼モードに設定される。
即ち、このストイキ領域ＳＡとリーン領域ＬＡとの間の閾値が、ストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの間で切り替えるときのエンジン負荷の閾値である燃焼モード切替負荷値Ｌ０に対応する。 Further, referring also to FIG. 2, the engine load changes with the control of the rotational speed of the engine 1 by the throttle valve output control, but the stoichiometric region in which the engine load becomes a predetermined combustion mode switching load value L0 or more. In SA (the downward slanted line portion in FIG. 2), the combustion mode of the engine 1 is set to the stoichiometric combustion mode, and in the lean region LA (dot portion in FIG. 2) where the engine load is less than the combustion mode switching load value L0, The combustion mode of the engine 1 is set to the lean combustion mode.
That is, the threshold value between the stoichiometric region SA and the lean region LA corresponds to a combustion mode switching load value L0 that is a threshold value of the engine load when switching between the stoichiometric combustion mode and the lean combustion mode.

例えば、図２に示すように、制御装置２０は、エンジン回転数とエンジン１の出力軸７に付加される回転トルクとの積に相当するエンジン負荷の領域において、エンジン負荷が比較的小さい側の領域として設定されたリーン領域ＬＡと、そのリーン領域よりもエンジン負荷が大きい側の領域として設定されたストイキ領域ＳＡとを規定したエンジン負荷マップを有する。
そして、図２の点Ｐ１，Ｐ２のように、エンジン負荷がリーン領域ＬＡにあるときは、酸素濃度センサ１２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燃比に応じて設定されたリーン側目標濃度になるように燃料ガスＧの供給量を調整すべく、燃料供給弁１０の開度を調整して、エンジン１の燃焼モードをリーン燃焼モードに設定する。
一方、図２の点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５のように、エンジン負荷がストイキ領域ＳＡにあるときは、酸素濃度センサ１２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燃比に応じて設定されたストイキ側目標濃度（例えば、略ゼロ）になるように燃料ガスＧの供給量を調整すべく、燃料供給弁１０の開度を調整して、エンジン１の燃焼モードをストイキ燃焼モードに設定する。 For example, as shown in FIG. 2, the control device 20 has a relatively small engine load in the engine load region corresponding to the product of the engine speed and the rotational torque applied to the output shaft 7 of the engine 1. It has an engine load map that defines a lean area LA set as an area and a stoichiometric area SA set as an area with a higher engine load than the lean area.
When the engine load is in the lean region LA as indicated by points P1 and P2 in FIG. 2, the oxygen concentration of the exhaust gas E detected by the oxygen concentration sensor 12 is set according to the air-fuel ratio within the lean range. In order to adjust the supply amount of the fuel gas G so as to achieve the lean target concentration, the opening degree of the fuel supply valve 10 is adjusted to set the combustion mode of the engine 1 to the lean combustion mode.
On the other hand, when the engine load is in the stoichiometric region SA as indicated by points P3, P4, and P5 in FIG. 2, the oxygen concentration of the exhaust gas E detected by the oxygen concentration sensor 12 depends on the air-fuel ratio within the stoichiometric range. In order to adjust the supply amount of the fuel gas G so as to be a set stoichiometric target concentration (for example, substantially zero), the opening of the fuel supply valve 10 is adjusted, and the combustion mode of the engine 1 is changed to the stoichiometric combustion mode. Set.

つまり、エンジン１の回転速度や回転トルクの増加に伴って、エンジン負荷がリーン領域ＬＡから境界線ＢＬ１，ＢＬ２を跨いでストイキ領域ＳＡに入ったタイミングで、エンジン１の燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替えられる。一方、エンジン１の回転速度又は回転トルクの減少に伴って、エンジン負荷がストイキ領域ＳＡから境界線ＢＬ１，ＢＬ２を跨いでリーン領域ＬＡに入ったタイミングで、エンジン１の燃焼モードがストイキ燃焼モードからリーン燃焼モードに切り替えられる。
例えば、図２の実線矢印（点Ｐ１→点Ｐ２→点Ｐ３）に示すように、エンジン負荷が増加した場合には、そのエンジン負荷の増加の軌跡（点Ｐ２→点Ｐ３）と境界線ＢＬ２との交点に対応するエンジン負荷を、ストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの間で燃焼モードを切り替えるときのエンジン負荷の閾値である燃焼モード切替負荷値Ｌ０（ストイキ燃焼モードとリーン燃焼モードとの間で切り替えるときのエンジン負荷の閾値）に設定し、エンジン１の回転速度がその燃焼モード切替負荷値Ｌ０以上となったタイミングで、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替えることになる。 That is, the combustion mode of the engine 1 changes from the lean combustion mode at the timing when the engine load enters the stoichiometric region SA across the boundary lines BL1 and BL2 from the lean region LA as the rotational speed and torque of the engine 1 increase. Switch to stoichiometric combustion mode. On the other hand, as the rotational speed or rotational torque of the engine 1 decreases, the combustion mode of the engine 1 changes from the stoichiometric combustion mode at the timing when the engine load enters the lean region LA across the boundary lines BL1 and BL2 from the stoichiometric region SA. Switch to lean combustion mode.
For example, as shown by the solid line arrow (point P1 → point P2 → point P3) in FIG. 2, when the engine load increases, the engine load increase locus (point P2 → point P3) and the boundary line BL2 The engine load corresponding to the intersection of the combustion mode switching load value L0 (between the stoichiometric combustion mode and the lean combustion mode), which is a threshold value of the engine load when switching the combustion mode between the stoichiometric combustion mode and the lean combustion mode. The engine is switched to the stoichiometric combustion mode from the lean combustion mode at the timing when the rotational speed of the engine 1 becomes equal to or higher than the combustion mode switching load value L0.

図１を参照して、三元触媒１３は、例えば、アルミナ等の無機担体に白金、パラジウム、ロジウム等の貴金属成分を担持して構成され、酸化性成分と還元性成分とが釣りあった状態の理論当量比の排ガスＥが通過することで、その排ガスＥ中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣの排出物を同時に除去するように構成されている。
つまり、エンジン１がストイキ燃焼モードで運転されるときは、排ガスＥが三元触媒１３を通過すると、その排ガスＥ中のＮＯｘが還元されると共に、ＣＯ及びＨＣが酸化されることになり、ＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣが同時に除去される。
一方、エンジン１がリーン燃焼モードで運転されるときは、排ガスＥが三元触媒１３を通過すると、主に、ＣＯ及びＨＣが酸化されて除去されることになり、又、排ガスＥには元々ＮＯｘが殆ど含まれていないので、ＮＯｘは排出量が規定値以下に抑えられることになる。 Referring to FIG. 1, the three-way catalyst 13 is configured by supporting a noble metal component such as platinum, palladium, or rhodium on an inorganic carrier such as alumina, for example, in which an oxidizing component and a reducing component are balanced. By passing the exhaust gas E having the theoretical equivalent ratio, NOx, CO and HC emissions in the exhaust gas E are simultaneously removed.
That is, when the engine 1 is operated in the stoichiometric combustion mode, when the exhaust gas E passes through the three-way catalyst 13, NOx in the exhaust gas E is reduced, and CO and HC are oxidized. , CO and HC are removed simultaneously.
On the other hand, when the engine 1 is operated in the lean combustion mode, when the exhaust gas E passes through the three-way catalyst 13, CO and HC are mainly oxidized and removed. Since NOx is scarcely contained, NOx emissions are suppressed to a specified value or less.

制御装置２０は、総積算運転時間に対するストイキ燃焼モードでの積算運転時間であるストイキ燃焼モード積算運転時間の割合であるストイキ燃焼運転割合を計測する計測手段２１、ストイキ燃焼モードへの切り替えを抑制すべきストイキ燃焼抑制期間を設定する設定手段２２として機能し、更には、過去におけるヒートポンプ回路３０の熱負荷の実績データを記録する不揮発性メモリー等からなる記録手段２３を有する。 The control device 20 suppresses switching to the stoichiometric combustion mode, measuring means 21 that measures the stoichiometric combustion operation ratio that is the ratio of the stoichiometric combustion mode integrated operation time that is the integrated operation time in the stoichiometric combustion mode with respect to the total integrated operation time. It functions as the setting means 22 for setting the power stoichiometric combustion suppression period, and further has a recording means 23 composed of a nonvolatile memory or the like for recording the past data of the heat load of the heat pump circuit 30.

具体的に、計測手段２１は、ストイキ燃焼モード及びリーン燃焼モードの夫々における積算運転時間として、リーン燃焼モードでの積算運転時間であるリーン燃焼モード積算運転時間とストイキ燃焼モードでの積算運転時間であるストイキ燃焼モード積算運転時間とを夫々計測し、その計測したリーン燃焼モード積算運転時間とストイキ燃焼モード積算運転時間との合計である総積算運転時間に対するストイキ燃焼モード積算運転時間の割合をストイキ燃焼運転割合として求める。 Specifically, the measuring means 21 is an integrated operation time in the lean combustion mode, an integrated operation time in the lean combustion mode, and an integrated operation time in the stoichiometric combustion mode as the integrated operation time in each of the stoichiometric combustion mode and the lean combustion mode. Each stoichiometric combustion mode integrated operation time is measured, and the ratio of the stoichiometric combustion mode integrated operation time to the total integrated operation time, which is the sum of the measured lean combustion mode integrated operation time and stoichiometric combustion mode integrated operation time, is stoichiometric combustion. Calculated as the driving ratio.

また、上記設定手段２２は、記録手段２３に記録された熱負荷の実績データに基づいて、過去においてはストイキ燃焼モードでの運転があまり行われていない期間などのように、ストイキ燃焼モードへの切り替えを抑制してもヒートポンプ回路３０の熱負荷に対する追従性があまり問題にならない期間を認識する。例えば、このような期間としては、春秋の中間期、土曜日、日曜日、祝日、１８時から翌朝９時の時間帯などが、ヒートポンプ回路３０の熱負荷が比較的低いために、ストイキ燃焼モードでの運転があまり行われることがない期間として認識することができる。
そして、設定手段２２は、このように認識した期間を、ストイキ燃焼モードへの切り替えを抑制すべきストイキ燃焼抑制期間として設定する。 Further, the setting means 22 is configured to switch to the stoichiometric combustion mode, such as a period when the operation in the stoichiometric combustion mode has not been performed in the past, based on the actual heat load data recorded in the recording means 23. The period in which the followability of the heat pump circuit 30 to the heat load is not a problem even when switching is suppressed is recognized. For example, such a period includes the middle period of spring and autumn, Saturday, Sunday, public holidays, and the time zone from 18:00 to 9:00 in the next morning, because the heat load of the heat pump circuit 30 is relatively low. It can be recognized as a period in which driving is not performed much.
And the setting means 22 sets the period recognized in this way as a stoichiometric combustion suppression period which should suppress the switch to stoichiometric combustion mode.

制御装置２０は、エンジン１の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切り替えるにあたり、後述する回転速度増加制限処理、燃焼モード強制切替処理、ストイキ燃焼抑制処理、切替負荷値補正処理を適宜実行するように構成されている。以下に、これら夫々の処理フローの詳細について説明する。 When switching the combustion mode of the engine 1 between the stoichiometric combustion mode and the lean combustion mode, the control device 20 performs rotation speed increase restriction processing, combustion mode forced switching processing, stoichiometric combustion suppression processing, and switching load value correction processing, which will be described later. It is configured to execute appropriately. Details of each processing flow will be described below.

〔回転速度増加制限処理〕
回転速度増加制限処理は、燃焼モードの頻繁な切り替えによるハンチングを防止しながら、リーン燃焼モード及びストイキ燃焼モードの夫々による効果を合理的な状態で享受するための処理であって、エンジン負荷の増加に伴ってエンジン１の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替える直前の時点に、エンジン１の回転速度の増加を所定の待機時間において制限する処理として構成されている。 [Rotational speed increase restriction processing]
The rotation speed increase restriction process is a process for enjoying the effects of the lean combustion mode and the stoichiometric combustion mode in a reasonable state while preventing hunting due to frequent switching of the combustion mode, and increasing the engine load. Accordingly, it is configured as a process for limiting the increase in the rotational speed of the engine 1 during a predetermined waiting time immediately before switching the combustion mode of the engine 1 from the lean combustion mode to the stoichiometric combustion mode.

具体的に、図２の実線矢印（点Ｐ１→点Ｐ２→点Ｐ３）に示すように、エンジン負荷が増加した場合には、エンジン１の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替える直前の点Ｐ２に到達した時点、言い換えればエンジン負荷がその時点ではリーン領域ＬＡであるがそのまま増加すれば直ぐに燃焼モード切替負荷値Ｌ０を超えてストイキ領域ＳＡに入ると予測される時点で、所定の待機時間（例えば５分）においてエンジン１の回転速度の増加が禁止される。すると、エンジン負荷の増加が抑制され、それと同時に燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替わることが抑制されることになる。
即ち、ヒートポンプ回路３０の熱負荷の変動が頻繁に行われるような不安定な環境下であっても、その熱負荷の頻繁な変動に合わせて燃焼モードが頻繁に切り替わる所謂ハンチングの発生が防止されることになり、エンジン１の運転状態が安定したものに維持される。
また、このような回転速度増加制限処理では、エンジン負荷自身の増加を抑制しているが、エンジン負荷が実際に変化したと認められる段階で燃焼モードを切り替えることになるので、リーン燃焼モード及びストイキ燃焼モードの夫々による効果は合理的な状態で享受されることになる。 Specifically, as indicated by a solid line arrow (point P1 → point P2 → point P3) in FIG. 2, when the engine load increases, the combustion mode of the engine 1 immediately before switching from the lean combustion mode to the stoichiometric combustion mode. When the point P2 is reached, in other words, when the engine load is in the lean region LA but increases as it is, it is predicted that the combustion mode switching load value L0 will be exceeded immediately before entering the stoichiometric region SA. An increase in the rotational speed of the engine 1 is prohibited over time (for example, 5 minutes). Then, an increase in engine load is suppressed, and at the same time, switching of the combustion mode from the lean combustion mode to the stoichiometric combustion mode is suppressed.
That is, even in an unstable environment where the heat load of the heat pump circuit 30 is frequently changed, the so-called hunting in which the combustion mode is frequently switched in accordance with the frequent change of the heat load is prevented. As a result, the operating state of the engine 1 is maintained stable.
Further, in such a rotational speed increase restriction process, an increase in the engine load itself is suppressed. However, since the combustion mode is switched at the stage where the engine load is actually changed, the lean combustion mode and the stoichiometric mode are switched. The effects of each of the combustion modes will be enjoyed in a reasonable state.

回転速度増加制限処理が実行されてエンジン１の回転速度の増加が禁止されている待機時間において、ヒートポンプ回路３０の熱負荷が比較的高い場合には、図２の破線矢印（点Ｐ２→点Ｐ５）に示すように、圧縮機３１を回転駆動すべくエンジン１の出力軸７に付加される回転トルクが増加して、エンジン負荷がストイキ燃焼モードに対応するストイキ領域ＳＡに入る場合がある。
この場合には、その時点で上記回転速度増加制限処理が停止されて、エンジン１の回転速度に対する増加の禁止が解除される。
そして、回転速度増加制限処理が停止された直後に、エンジン負荷が継続してストイキ領域ＳＡにある場合には、そのエンジン負荷に対応して、燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替わることになる。
一方、ヒートポンプ回路３０の熱負荷の頻繁な変動により、当該エンジン負荷がストイキ領域にある時間が短く、回転速度増加制限処理を停止した直後に、再度エンジン負荷がリーン領域ＬＡに戻った場合には、燃焼モードがストイキ燃焼モードに切り替わることなく、リーン燃焼モードに維持されることになり、燃焼モードの頻繁な切り替えによるハンチングが抑制される。 When the heat load of the heat pump circuit 30 is relatively high during the standby time in which the rotation speed increase restriction process is executed and the increase in the rotation speed of the engine 1 is prohibited, a broken line arrow (point P2 → point P5) in FIG. ), The rotational torque applied to the output shaft 7 of the engine 1 to rotationally drive the compressor 31 may increase, and the engine load may enter the stoichiometric region SA corresponding to the stoichiometric combustion mode.
In this case, the rotational speed increase restriction process is stopped at that time, and the prohibition of the increase with respect to the rotational speed of the engine 1 is released.
If the engine load continues and is in the stoichiometric region SA immediately after the rotation speed increase restriction process is stopped, the combustion mode is switched from the lean combustion mode to the stoichiometric combustion mode in accordance with the engine load. become.
On the other hand, when the engine load has returned to the lean region LA again immediately after the engine speed has been in the stoichiometric region due to frequent fluctuations in the heat load of the heat pump circuit 30 and immediately after the rotation speed increase limiting process has been stopped. The lean combustion mode is maintained without switching the combustion mode to the stoichiometric combustion mode, and hunting due to frequent switching of the combustion mode is suppressed.

〔燃焼モード強制切替処理〕
燃焼モード強制切替処理は、三元触媒１３の性能を良好なものに維持してエミッションの悪化を防止するための処理であって、ストイキ燃焼モードにおいて触媒温度センサ１４で検出される三元触媒１３の温度が当該三元触媒１３の活性が維持できる活性温度（例えば、５００℃）を下回ると判断した場合に、回転トルク調整手段Ｔ１，Ｔ２により圧縮機３１を回転駆動するための回転トルクを減少させて、エンジン１の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強制的に切り替える処理として構成されている。 [Combustion mode forced switching processing]
The combustion mode forced switching process is a process for maintaining good performance of the three-way catalyst 13 to prevent deterioration of the emission, and the three-way catalyst 13 detected by the catalyst temperature sensor 14 in the stoichiometric combustion mode. Rotational torque adjustment means T1, T2 reduces the rotational torque for rotationally driving the compressor 31 when it is determined that the temperature of the engine is lower than the activation temperature (for example, 500 ° C.) at which the activity of the three-way catalyst 13 can be maintained. Thus, the combustion mode of the engine 1 is forcibly switched from the stoichiometric combustion mode to the lean combustion mode.

具体的に、エンジン負荷が増加するほど、燃焼室２における燃焼量の増加に伴って、排気路４に排出される排ガスＥの温度が上昇し、結果、三元触媒１３の温度が上昇する。
即ち、図２に示すように、エンジン１の回転速度及び回転トルクが共に大きい高負荷領域ＨＡ（図２の右上がり斜線部）では、三元触媒１３の温度が上記活性温度以上に保たれることになる。
従って、図２の点Ｐ４のように、エンジン負荷がストイキ燃焼モードで運転する必要があるストイキ領域ＳＡであったとしても、上記高負荷領域ＨＡではないために三元触媒１３の温度が活性温度以上に保たれない場合には、三元触媒１３によりストイキ燃焼により排出される排ガスＥ中のＮＯｘを十分に除去できない。
そこで、このような場合には、図２の一点鎖線矢印（点Ｐ４→点Ｐ１）に示すように、回転トルク調整手段Ｔ１，Ｔ２により圧縮機３１を回転駆動するための回転トルクが減少されて、エンジン負荷がリーン領域ＬＡに移行され、結果、エンジン１の燃焼モードが三元触媒１３の温度を活性温度以上に保つことができないストイキ燃焼モードからＮＯｘの排出が少ないリーン燃焼モードに強制的に切り替えられることになる。
尚、ここで、燃焼モード強制切替処理において、圧縮機３１を回転駆動するための回転トルクを減少させるべく、第１回転トルク調整手段Ｔ１及び第２回転トルク調整手段Ｔ２の一方又は両方を作動させることができる。
具体的に、ストイキ燃焼モードにおいて三元触媒１３の温度が活性温度を下回るときに、第１回転トルク調整手段Ｔ１を作動させる場合には、電磁クラッチ４２ａ，４２ｂの状態が全連結状態から部分連結状態に切り換えられて、圧縮機３１ｂに対するエンジン１の軸動力の伝達が遮断され、一方、第２回転トルク調整手段Ｔ２を作動させる場合には、バイパス弁３６の開度を増加されて、ヒートポンプ回路３０においてバイパス弁３６を介して高圧側から低圧側への冷媒のバイパス量が増加される。 Specifically, as the engine load increases, the temperature of the exhaust gas E discharged to the exhaust passage 4 increases as the combustion amount in the combustion chamber 2 increases, and as a result, the temperature of the three-way catalyst 13 increases.
That is, as shown in FIG. 2, the temperature of the three-way catalyst 13 is maintained at the above activation temperature or higher in the high load region HA where the rotational speed and the rotational torque of the engine 1 are both large (upwardly hatched portion in FIG. 2). It will be.
Therefore, even if the engine load is in the stoichiometric region SA that needs to be operated in the stoichiometric combustion mode as indicated by the point P4 in FIG. 2, the temperature of the three-way catalyst 13 is not the high load region HA, so If the above cannot be maintained, the three-way catalyst 13 cannot sufficiently remove NOx in the exhaust gas E discharged by stoichiometric combustion.
Therefore, in such a case, as indicated by the one-dot chain line arrow (point P4 → point P1) in FIG. 2, the rotational torque for rotationally driving the compressor 31 is reduced by the rotational torque adjusting means T1, T2. The engine load is shifted to the lean region LA. As a result, the combustion mode of the engine 1 is forcibly changed from the stoichiometric combustion mode in which the temperature of the three-way catalyst 13 cannot be maintained at the activation temperature or higher to the lean combustion mode in which NOx emission is low. It will be switched.
Here, in the combustion mode forced switching process, one or both of the first rotational torque adjusting means T1 and the second rotational torque adjusting means T2 are operated so as to reduce the rotational torque for rotationally driving the compressor 31. be able to.
Specifically, when the first rotational torque adjusting means T1 is operated when the temperature of the three-way catalyst 13 is lower than the activation temperature in the stoichiometric combustion mode, the state of the electromagnetic clutches 42a and 42b is changed from the fully connected state to the partially connected state. When the state is switched and transmission of the shaft power of the engine 1 to the compressor 31b is interrupted, on the other hand, when the second rotational torque adjusting means T2 is operated, the opening degree of the bypass valve 36 is increased, and the heat pump circuit At 30, the amount of refrigerant bypass from the high pressure side to the low pressure side is increased via the bypass valve 36.

〔ストイキ燃焼抑制処理〕
ストイキ燃焼抑制処理は、効率やエミッションなどの性能面や寿命面において適切な状態で燃焼モードの切り替えを行うための処理であって、ヒートポンプ回路３０の熱負荷に対応するエンジン負荷がストイキ領域ＳＡにあったとしても、エンジン１の燃焼モードのストイキ燃焼モードへの切り替えを抑制する処理として構成されている。
また、制御装置２０は、エンジン１の燃焼モードのストイキ燃焼モードへの切り替えを抑制する抑制操作を複数種有する。以下に、これら複数種の抑制操作について、図３を参照して説明する。
図３の破線に示すように、ヒートポンプ回路３０の熱負荷がストイキ領域ＳＡとリーン領域ＬＡとの間で変動したと想定する。ここで、このヒートポンプ回路３０の熱負荷の変動は、例えば１日における一般的な熱負荷の変動例を示しており、熱負荷が起動時直後において一時的にストイキ領域ＳＡに突入し、その後の正午までの期間においてリーン領域ＬＡで推移し、正午から夕刻までの期間においてストイキ領域ＳＡで推移し、その後の停止時までの期間においてリーン領域ＬＡで推移する、というものとなっている。
そして、このように変動するヒートポンプ回路３０の熱負荷に対して、複数種の抑制操作でストイキ燃焼抑制処理を実行した場合のエンジン負荷の変動パターンを、図３の実線で示す。 [Stoichi combustion suppression processing]
The stoichiometric combustion suppression process is a process for switching the combustion mode in an appropriate state in terms of performance and life such as efficiency and emission, and the engine load corresponding to the heat load of the heat pump circuit 30 is in the stoichiometric region SA. Even if it exists, it is comprised as a process which suppresses switching to the stoichiometric combustion mode of the combustion mode of the engine 1. FIG.
In addition, the control device 20 has a plurality of types of suppression operations that suppress switching of the combustion mode of the engine 1 to the stoichiometric combustion mode. Hereinafter, these plural types of suppression operations will be described with reference to FIG.
As shown by the broken line in FIG. 3, it is assumed that the heat load of the heat pump circuit 30 fluctuates between the stoichiometric area SA and the lean area LA. Here, the fluctuation of the heat load of the heat pump circuit 30 shows, for example, a typical fluctuation of the heat load in one day. The heat load temporarily enters the stoichiometric area SA immediately after startup, and thereafter It changes in the lean area LA in the period until noon, changes in the stoichiometric area SA in the period from noon to evening, and changes in the lean area LA in the period until the subsequent stop.
And the fluctuation pattern of an engine load at the time of performing a stoichiometric combustion suppression process with multiple types of suppression operation with respect to the heat load of the heat pump circuit 30 which fluctuates in this way is shown by the continuous line of FIG.

先ず、第１の抑制操作としては、図３の矢印Ｘで示す部分のように、エンジン負荷の増加傾向を緩和させることで、エンジン１の燃焼モードのストイキ燃焼モードへの切り替えを抑制するものとされている。
具体的に、この第１の抑制操作では、起動時などにおいて、ヒートポンプ回路３０の熱負荷が急激に増加し、その増加が一時的なものであった場合には、エンジン負荷の上昇傾向が緩慢なものに抑えられることで、エンジン負荷がストイキ領域ＳＡに一時的に入ることが防止され、結果、エンジン１の燃焼モードがリーン燃焼モードに維持されて、ストイキ燃焼運転割合の過度の増加が良好に防止される。 First, as the first suppression operation, as shown by the arrow X in FIG. 3, by suppressing the increasing tendency of the engine load, the switching of the combustion mode of the engine 1 to the stoichiometric combustion mode is suppressed. Has been.
Specifically, in this first suppression operation, when the heat load of the heat pump circuit 30 is rapidly increased at the time of startup or the like, and the increase is temporary, the engine load increases slowly. As a result, the engine load is prevented from temporarily entering the stoichiometric region SA. As a result, the combustion mode of the engine 1 is maintained in the lean combustion mode, and the excessive increase in the stoichiometric combustion operation ratio is good. To be prevented.

次に、第２の抑制操作としては、図３の矢印Ｙで示す部分のように、エンジン１の燃焼モードのストイキ燃焼モードへの切り替えを間欠的に禁止することで、エンジン１の燃焼モードのストイキ燃焼モードへの切り替えを抑制するものとされている。
具体的に、この第２の抑制操作では、ヒートポンプ回路３０の熱負荷がストイキ領域ＳＡで推移した場合において、数十分〜１時間程度の一定時間間隔で、エンジン負荷を、その熱負荷とは関係なく強制的に、リーン領域ＬＡの上限付近に変移させて、エンジン１の燃焼モードを強制的にリーン燃焼モードに変更する。
この第２の抑制操作では、ストイキ燃焼モードへの切り替えを完全に禁止するのではないので、ヒートポンプ回路３０の熱負荷に対するエンジン負荷の追従性を適度に確保しながら、ストイキ燃焼モードでの積算運転量の増加が抑制され、ストイキ燃焼運転割合の過度の増加が良好に防止される。 Next, as the second suppression operation, as shown by the arrow Y in FIG. 3, the switching of the combustion mode of the engine 1 to the stoichiometric combustion mode is intermittently prohibited, whereby the combustion mode of the engine 1 is changed. It is supposed to suppress switching to the stoichiometric combustion mode.
Specifically, in the second suppression operation, when the thermal load of the heat pump circuit 30 changes in the stoichiometric region SA, the engine load is defined as the thermal load at regular time intervals of about several tens of minutes to one hour. Irrespectively, the engine 1 is forcibly shifted to the vicinity of the upper limit of the lean region LA, and the combustion mode of the engine 1 is forcibly changed to the lean combustion mode.
In this second suppression operation, switching to the stoichiometric combustion mode is not completely prohibited, so that the cumulative operation in the stoichiometric combustion mode is ensured while appropriately ensuring the followability of the engine load to the heat load of the heat pump circuit 30. An increase in the amount is suppressed, and an excessive increase in the stoichiometric combustion operation ratio is favorably prevented.

次に、第３の抑制操作としては、図示は省略するが、エンジン１の燃焼モードのストイキ燃焼モードへの切り替えを連続的に禁止することで、エンジン１の燃焼モードのストイキ燃焼モードへの切り替えを抑制するものとされている。
具体的に、この第３の抑制操作では、ストイキ燃焼モードへの切り替えを完全に禁止することで、ストイキ燃焼モードでの積算運転量の増加が一層抑制され、ストイキ燃焼運転割合の過度の増加が一層良好に防止される。 Next, as the third suppression operation, although not shown in the figure, the switching of the combustion mode of the engine 1 to the stoichiometric combustion mode is continuously prohibited by continuously prohibiting the switching of the combustion mode of the engine 1 to the stoichiometric combustion mode. It is supposed to suppress.
Specifically, in the third suppression operation, switching to the stoichiometric combustion mode is completely prohibited, thereby further suppressing an increase in the cumulative operation amount in the stoichiometric combustion mode, and an excessive increase in the stoichiometric combustion operation ratio. Even better prevented.

更に、制御装置２０は、ストイキ燃焼抑制処理を実行するにあたり、記録手段２３に記録されているヒートポンプ回路３０の熱負荷の実績データに基づいて、上記複数の抑制操作から実行対象の抑制操作を選択するように構成されている。
即ち、そのヒートポンプ回路３０の熱負荷の実績データから、現在のエンジン負荷が今後どのように推移するかを予測し、その予測したエンジン負荷の推移に対して、熱負荷に対するエンジン負荷の追従性やストイキ燃焼運転割合などのバランスが適切なものとなる抑制操作を、上記複数種の抑制操作から選択し採用する。
例えば、エンジン負荷が一時的にストイキ領域に突入し直ぐにリーン燃焼領域に戻ると予測できる場合には、上記第１の抑制操作が採用されて実行され、エンジン負荷の増加傾向が緩和される。
また、エンジン負荷が継続的にストイキ領域に推移すると予測した場合には、上記第２乃至第３の抑制操作が採用されて実行され、エンジン１の燃焼モードのストイキ燃焼モードへの切り替えが連続的又は間欠的に禁止される。
更に、制御装置２０は、ストイキ燃焼抑制処理として、第１のストイキ燃焼抑制処理と第２のストイキ燃焼抑制処理とを実行するように構成されており、夫々のストイキ燃焼抑制処理の詳細について以下に説明する。 Further, when executing the stoichiometric combustion suppression process, the control device 20 selects the suppression operation to be executed from the plurality of suppression operations based on the actual load data of the heat pump circuit 30 recorded in the recording unit 23. Is configured to do.
That is, from the actual data of the heat load of the heat pump circuit 30, it is predicted how the current engine load will change in the future, and the followability of the engine load with respect to the heat load with respect to the predicted change of the engine load, A suppression operation that achieves an appropriate balance such as the stoichiometric combustion operation ratio is selected from the plurality of types of suppression operations and employed.
For example, when it can be predicted that the engine load temporarily enters the stoichiometric region and then returns to the lean combustion region, the first suppression operation is adopted and executed, and the increasing tendency of the engine load is alleviated.
Further, when it is predicted that the engine load continuously shifts to the stoichiometric region, the second to third suppression operations are adopted and executed, and the switching of the combustion mode of the engine 1 to the stoichiometric combustion mode is continuously performed. Or it is prohibited intermittently.
Furthermore, the control device 20 is configured to execute a first stoichiometric combustion suppression process and a second stoichiometric combustion suppression process as the stoichiometric combustion suppression process. Details of each stoichiometric combustion suppression process will be described below. explain.

（第１のストイキ燃焼抑制処理）
第１のストイキ燃焼抑制処理は、予め設定されたストイキ燃焼抑制期間において、エンジン１の燃焼モードのストイキ燃焼モードへの切り替えを抑制する処理として構成されている。
更に、制御装置２０は、春秋の中間期、土曜日、日曜日、祝日、１８時から翌朝９時の時間帯などのように、ストイキ燃焼モードへの切り替えを抑制してもヒートポンプ回路３０の熱負荷に対する追従性があまり問題にならない期間を、ストイキ燃焼抑制期間として予め設定する。
以下、この第１のストイキ燃焼抑制処理を、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
第１ストイキ燃焼抑制処理では、現時点が予め設定されたストイキ燃焼抑制期間であると判定した場合においては（ステップ＃１１）、ヒートポンプ回路３０の熱負荷に対応するエンジン負荷が例えストイキ領域ＳＡにあったとしても、上述したように何れかの抑制操作を選択し実行する（ステップ＃１２）。このことにより、エンジン１の燃焼モードのストイキ燃焼モードへの切り替えが抑制され、ストイキ燃焼運転割合が適正値を過度に上回ることが防止される。 (First stoichiometric combustion suppression process)
The first stoichiometric combustion suppression process is configured as a process that suppresses switching of the combustion mode of the engine 1 to the stoichiometric combustion mode in a preset stoichiometric combustion suppression period.
Further, the control device 20 is able to cope with the heat load of the heat pump circuit 30 even if the switch to the stoichiometric combustion mode is suppressed, such as in the middle of spring / autumn, Saturday, Sunday, public holidays, or from 18:00 to 9:00 the next morning. A period in which the followability is not a problem is set in advance as a stoichiometric combustion suppression period.
Hereinafter, the first stoichiometric combustion suppression process will be described based on the flowchart shown in FIG.
In the first stoichiometric combustion suppression process, when it is determined that the current time is the preset stoichiometric combustion suppression period (step # 11), the engine load corresponding to the heat load of the heat pump circuit 30 is in the stoichiometric region SA. Even so, one of the suppression operations is selected and executed as described above (step # 12). As a result, switching of the combustion mode of the engine 1 to the stoichiometric combustion mode is suppressed, and the stoichiometric combustion operation ratio is prevented from excessively exceeding the appropriate value.

また、上記ステップ＃１１において、ストイキ燃焼抑制期間については、利用者が直接入力することで予め設定しても構わないが、制御装置２０は、記録手段２３に記録されたヒートポンプ回路３０の熱負荷の実績データに基づいて、ストイキ燃焼抑制期間を設定するように構成されている。
具体的に、制御装置２０は、過去の実績データを参照して、過去においてはストイキ燃焼モードでの運転があまり行われていない期間などのように、ストイキ燃焼モードへの切り替えを抑制してもヒートポンプ回路３０の熱負荷に対する追従性があまり問題にならない期間を認識し、この認識した期間を上記ストイキ燃焼抑制期間として設定する。このようにストイキ燃焼抑制期間を設定すれば、過去の熱負荷の実績に合わせて、ストイキ燃焼運転割合が適正値を過度に上回ることが効率よく防止される。 Further, in step # 11, the stoichiometric combustion suppression period may be set in advance by direct input by the user, but the control device 20 can determine the heat load of the heat pump circuit 30 recorded in the recording means 23. The stoichiometric combustion suppression period is set based on the actual data.
Specifically, the control device 20 refers to past performance data, and suppresses switching to the stoichiometric combustion mode, such as a period when the operation in the stoichiometric combustion mode is not performed in the past. A period in which the followability of the heat pump circuit 30 to the heat load is not a problem is recognized, and the recognized period is set as the stoichiometric combustion suppression period. If the stoichiometric combustion suppression period is set in this way, it is efficiently prevented that the stoichiometric combustion operation ratio excessively exceeds the appropriate value in accordance with the past heat load performance.

更に、制御装置２０は、この第１のストイキ燃焼抑制処理において。計測手段２１で計測したストイキ燃焼運転割合が大きいほど、上記のように予め設定したストイキ燃焼抑制期間を拡大させる形態で、ストイキ燃焼抑制期間をストイキ燃焼運転割合に応じて補正するように構成されている。
即ち、ストイキ燃焼運転割合が比較的大きくそれ以上増加することが性能面や寿命面などにおいて好ましくないと判断できる場合には、例えば春秋の中間期、土曜日、日曜日、祝日、１８時から翌朝９時の時間帯として設定されたストイキ燃焼抑制期間がその前後において拡大される。
例えば、１８時から翌朝９時までの時間帯をストイキ燃焼抑制期間として設定している場合には、その期間の前後を３時間ずつ拡大して、１５時から正午１２時までの時間帯をストイキ燃焼抑制期間とすることができる。 Further, the control device 20 performs the first stoichiometric combustion suppression process. It is configured to correct the stoichiometric combustion suppression period according to the stoichiometric combustion operation ratio in such a manner that the stoichiometric combustion suppression period set in advance as described above is expanded as the stoichiometric combustion operation ratio measured by the measuring means 21 is larger. Yes.
That is, if it can be judged that it is not preferable in terms of performance or life that the stoichiometric combustion operation ratio is relatively large and further increased, for example, in the middle of spring and autumn, Saturday, Sunday, public holidays, 18:00 to 9:00 the next morning The stoichiometric combustion suppression period set as the time zone is expanded before and after that.
For example, if the time period from 18:00 to 9:00 is set as the stoichiometric combustion suppression period, the period before and after that period is expanded by 3 hours, and the time period from 15:00 to 12:00 noon is stoichiometric. It can be a combustion suppression period.

（第２のストイキ燃焼抑制処理）
次に、第２のストイキ燃焼抑制処理は、計測手段２１で計測したストイキ燃焼運転割合が所定の設定割合以上の場合には、エンジンの燃焼モードの前記ストイキ燃焼モードへの切り替えを抑制する処理として構成されている。
以下、この第２のストイキ燃焼抑制処理を、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
具体的に、第２のストイキ燃焼抑制処理では、計測手段２１により計測されたストイキ燃焼運転割合が、例えばエンジン１の寿命設計時において想定していたストイキ燃焼運転割合に相当する設定割合（例えば２５％程度）以上の場合には（ステップ＃２１）、ヒートポンプ回路３０の熱負荷に対応するエンジン負荷が例えストイキ領域ＳＡにあったとしても、上述したように何れかの抑制操作を選択し実行する（ステップ＃２２）。すると、ストイキ燃焼運転割合が設定割合未満の場合と比較して、ストイキ燃焼モードでの積算運転量の増加が抑制され、結果、ストイキ燃焼運転割合が適正値を過度に上回ることが防止されことになる。 (Second stoichiometric combustion suppression process)
Next, the second stoichiometric combustion suppression process is a process for suppressing the switching of the engine combustion mode to the stoichiometric combustion mode when the stoichiometric combustion operation ratio measured by the measuring means 21 is equal to or greater than a predetermined set ratio. It is configured.
Hereinafter, the second stoichiometric combustion suppression process will be described based on the flowchart shown in FIG.
Specifically, in the second stoichiometric combustion suppression process, the stoichiometric combustion operation ratio measured by the measuring means 21 is, for example, a set ratio (for example, 25) corresponding to the stoichiometric combustion operation ratio assumed when designing the life of the engine 1. In the case of above (step # 21), even if the engine load corresponding to the heat load of the heat pump circuit 30 is in the stoichiometric region SA, as described above, one of the suppression operations is selected and executed. (Step # 22). Then, compared to the case where the stoichiometric combustion operation ratio is less than the set ratio, an increase in the integrated operation amount in the stoichiometric combustion mode is suppressed, and as a result, the stoichiometric combustion operation ratio is prevented from exceeding an appropriate value. Become.

〔切替負荷値補正処理〕
切替負荷値補正処理は、効率やエミッションなどの性能面や寿命面において適切な状態で燃焼モードの切り替えを行うための処理であって、予め設定されたストイキ燃焼抑制期間における燃焼モード切替負荷値を、ストイキ燃焼抑制期間以外の期間における燃焼モード切替負荷値よりも大きくする形態で、当該燃焼モード切替負荷値を補正する処理として構成されている。
以下、この切替負荷値補正処理を、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。 [Switching load value correction processing]
The switching load value correction process is a process for switching the combustion mode in an appropriate state in terms of performance and life such as efficiency and emission, and the combustion mode switching load value in a preset stoichiometric combustion suppression period. The process is configured to correct the combustion mode switching load value in a form that is larger than the combustion mode switching load value in a period other than the stoichiometric combustion suppression period.
Hereinafter, the switching load value correction processing will be described based on the flowchart shown in FIG.

この切替負荷値補正処理では、現時点が予め設定されたストイキ燃焼抑制期間であるか否かが判定される（ステップ＃３１）。
そして、上記ステップ＃３１にて現時点がストイキ燃焼抑制期間であると判定された場合には、現在の燃焼モード切替負荷値Ｌ０に所定の設定調整幅ａを加えて新たな燃焼モード切替負荷値Ｌ０とする形態で、燃焼モード切替負荷値Ｌ０が増加される（ステップ＃３３）。このことで、リーン燃焼モードでの運転が積極的に行われることになってストイキ燃焼運転割合Ｒｓの更なる増加が抑制されることになり、寿命や効率の向上が重視された状態となる。 In this switching load value correction process, it is determined whether or not the present time is a preset stoichiometric combustion suppression period (step # 31).
If it is determined in step # 31 that the current time is the stoichiometric combustion suppression period, a predetermined set adjustment width a is added to the current combustion mode switching load value L0 to obtain a new combustion mode switching load value L0. In this manner, the combustion mode switching load value L0 is increased (step # 33). As a result, the operation in the lean combustion mode is actively performed, and the further increase in the stoichiometric combustion operation ratio Rs is suppressed, and the improvement in life and efficiency is emphasized.

一方、上記ステップ＃３１にて現時点がストイキ燃焼抑制期間でないと判定された場合には、現在の燃焼モード切替負荷値Ｌ０から所定の設定調整幅ｂを差し引いて新たな燃焼モード切替負荷値Ｌ０とする形態で、燃焼モード切替負荷値Ｌ０が減少される。このことで、ストイキ燃焼モードでの運転が積極的に行われることになって、ストイキ燃焼運転割合Ｒｓの更なる減少が抑制されることになり、三元触媒１３等によるエミッションの改善を重視した状態となる。 On the other hand, if it is determined in step # 31 that the current time is not the stoichiometric combustion suppression period, a predetermined set adjustment width b is subtracted from the current combustion mode switching load value L0 to obtain a new combustion mode switching load value L0. In this manner, the combustion mode switching load value L0 is decreased. As a result, the operation in the stoichiometric combustion mode is actively performed, and the further decrease in the stoichiometric combustion operation ratio Rs is suppressed, and emphasis is placed on the improvement of emission by the three-way catalyst 13 or the like. It becomes a state.

上記ステップ＃３３において燃焼モード切替負荷値Ｌ０の設定範囲を所定の上限値Ｌ０ｍａｘ以下に制限するために、その前に、燃焼モード切替負荷値Ｌ０に所定の設定調整幅ａを加えた値が上限値Ｌ０ｍａｘ以下に維持されるかが判定され（ステップ＃３２）、維持されると判定した場合のみステップ＃３３で燃焼モード切替負荷値Ｌ０の増加が行われる。
尚、この上限値Ｌ０ｍａｘは、リーン燃焼モードで運転可能なエンジン負荷の最大値として設定されており、例えば、リーン燃焼モードにおいて、スロットルバルブ１１を全開状態としたときのエンジン負荷として決定することができる。 In order to limit the setting range of the combustion mode switching load value L0 to the predetermined upper limit value L0max or less in step # 33, a value obtained by adding a predetermined setting adjustment width a to the combustion mode switching load value L0 is the upper limit. Whether or not the value is maintained below the value L0max is determined (step # 32), and only when it is determined that the value is maintained, the combustion mode switching load value L0 is increased in step # 33.
The upper limit L0max is set as the maximum value of the engine load that can be operated in the lean combustion mode. For example, the upper limit value L0max can be determined as the engine load when the throttle valve 11 is fully opened in the lean combustion mode. it can.

上記ステップ＃３５において燃焼モード切替負荷値Ｌ０の設定範囲を所定の下限値Ｌ０ｍｉｎ以上に制限するために、その前に、燃焼モード切替負荷値Ｌ０から所定の設定調整幅ｂを差し引いた値が下限値Ｌ０ｍｉｎ以上に維持されるかが判定され（ステップ＃３４）、維持されると判定した場合のみステップ＃３５で燃焼モード切替負荷値Ｌ０の減少が行われる。
尚、この下限値Ｌ０ｍｉｎは、ストイキ燃焼モードで運転可能なエンジン負荷の最小値として設定されており、例えば、ストイキ燃焼モードにおいて、スロットルバルブ１１の開度を最小にしたときのエンジン負荷として決定することができる。 In order to limit the setting range of the combustion mode switching load value L0 to the predetermined lower limit value L0 min or more in step # 35, the value obtained by subtracting the predetermined setting adjustment width b from the combustion mode switching load value L0 is the lower limit before that. It is determined whether or not the value is maintained at or above the value L0min (step # 34). Only when it is determined that the value is to be maintained, the combustion mode switching load value L0 is decreased at step # 35.
The lower limit L0min is set as the minimum value of the engine load that can be operated in the stoichiometric combustion mode. For example, it is determined as the engine load when the opening of the throttle valve 11 is minimized in the stoichiometric combustion mode. be able to.

〔別実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。 [Another embodiment]
Finally, other embodiments of the present invention will be described. Note that the configuration of each embodiment described below is not limited to being applied independently, and can be applied in combination with the configuration of other embodiments as long as no contradiction arises.

（１）上記実施形態では、制御装置２０により、燃焼モード強制切替処理とは別に、回転速度増加制限処理、ストイキ燃焼抑制処理、及び、切替負荷値補正処理を実行するように構成したが、燃焼モード強制切替処理以外の処理については、適宜省略しても構わない。 (1) In the above embodiment, the controller 20 is configured to execute the rotational speed increase restriction process, the stoichiometric combustion suppression process, and the switching load value correction process separately from the combustion mode forced switching process. Processing other than the mode forced switching processing may be omitted as appropriate.

（２）上記実施形態では、触媒温度センサ１４を設け、三元触媒１３の温度を直接検出するように構成したが、例えば、触媒温度センサ１４を省略して、エンジン負荷から排ガスＥの温度並びに三元触媒１３の温度を推測するように構成しても構わない。 (2) In the above embodiment, the catalyst temperature sensor 14 is provided and the temperature of the three-way catalyst 13 is directly detected. However, for example, the catalyst temperature sensor 14 is omitted, and the temperature of the exhaust gas E from the engine load is determined. You may comprise so that the temperature of the three-way catalyst 13 may be estimated.

本発明は、混合気を燃焼室で圧縮して燃焼させて軸動力を出力するエンジンと、
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のヒートポンプ回路と、
前記ヒートポンプ回路の熱負荷に基づいてエンジンの回転速度を制御すると共に、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燃比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燃比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の間で、前記エンジンの燃焼モードを切り替える制御手段と、
前記エンジンの排気路に配置された三元触媒とを備えたエンジンシステムとして好適に利用可能である。 The present invention includes an engine that outputs shaft power by compressing and burning an air-fuel mixture in a combustion chamber;
A compression heat pump circuit having a compressor using the shaft power of the engine as a drive source;
A stoichiometric combustion mode for controlling the rotational speed of the engine based on a heat load of the heat pump circuit, and setting an air-fuel ratio of an air-fuel mixture combusted in the combustion chamber within a stoichiometric range according to the engine load, and the combustion chamber Control means for switching the combustion mode of the engine between a lean combustion mode in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in is set in a lean range where the fuel is leaner than the stoichiometric range;
The present invention can be suitably used as an engine system including a three-way catalyst disposed in the exhaust passage of the engine.

１：エンジン
２：燃焼室
７：出力軸
１３：三元触媒
２０：制御装置（制御手段）
２３：記録手段
３０：ヒートポンプ回路
３１：圧縮機
３６：バイパス弁（バイパス手段）
４２：電磁クラッチ（クラッチ手段）
Ｅ：排ガス
Ｌ０：燃焼モード切替負荷値
Ｒｓ：ストイキ燃焼運転割合
ＳＡ：ストイキ領域
ＬＡ：リーン領域
Ｔ１：回転トルク調整手段 1: Engine 2: Combustion chamber 7: Output shaft 13: Three-way catalyst 20: Control device (control means)
23: Recording means 30: Heat pump circuit 31: Compressor 36: Bypass valve (bypass means)
42: Electromagnetic clutch (clutch means)
E: exhaust gas L0: combustion mode switching load value Rs: stoichiometric combustion operation ratio SA: stoichiometric region LA: lean region T1: rotational torque adjusting means

Claims

An engine that outputs shaft power by compressing and burning an air-fuel mixture in a combustion chamber;
A compression heat pump circuit having a compressor using the shaft power of the engine as a drive source;
A stoichiometric combustion mode for controlling the rotational speed of the engine based on a heat load of the heat pump circuit, and setting an air-fuel ratio of an air-fuel mixture combusted in the combustion chamber within a stoichiometric range according to the engine load, and the combustion chamber Control means for switching the combustion mode of the engine between a lean combustion mode in which the air-fuel ratio of the air-fuel mixture combusted in is set in a lean range where the fuel is leaner than the stoichiometric range;
An engine system comprising a three-way catalyst disposed in the exhaust path of the engine,
A rotational torque adjusting means capable of adjusting a rotational torque for rotationally driving the compressor while maintaining the compression work of the compressor;
When the control means determines that the temperature of the three-way catalyst is lower than the activation temperature at which the activity of the three-way catalyst can be maintained in the stoichiometric combustion mode, the rotary torque adjusting means rotates the compressor. An engine system that executes a combustion mode forcible switching process for forcibly switching the combustion mode of the engine from the stoichiometric combustion mode to the lean combustion mode by reducing the rotational torque of the engine.

Comprising catalyst temperature detecting means for detecting the temperature of the three-way catalyst;
2. The engine system according to claim 1, wherein the control unit performs the combustion mode forcible switching process in the stoichiometric combustion mode when the temperature detected by the catalyst temperature detection unit is less than a lower limit value of the activation temperature.

The compressor comprises a plurality of compressors connected in parallel to the heat pump circuit,
Clutch means capable of interrupting transmission of the shaft power to a part of the plurality of compressors;
The engine system according to claim 1 or 2, wherein the rotational torque adjusting means adjusts rotational torque for rotationally driving the compressor in a form in which the clutch means is operated.

A bypass means capable of bypassing a part of the high-pressure side refrigerant in the heat pump circuit to the low-pressure side;
The engine system according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotational torque adjusting means adjusts rotational torque for rotationally driving the compressor in a form in which the bypass means is operated.