KR20150101392A - 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 보다 심플한 구성으로, 린 운전으로부터 리치 운전으로의 천이 및 리치 운전으로부터 린 운전으로의 천이의 응답성이 좋은 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.
NOx 흡장 촉매(32)와, 공연비 검출 수단(35)과, 흡기 매니폴드(24) 내에 연료 가스를 분사 가능한 연료 분사 수단(25)과, 제어 수단(50)을 구비하고, 제어 수단은, 소정 기간 동안은 린 운전으로 가스 히트 펌프 엔진을 제어하고, 소정 기간에 도달하였을 때에 연료 분사 수단을 사용하여 가스 히트 펌프 엔진에 공급하는 연료 가스를 일시적으로 증량하여 일시적으로 리치 운전으로 가스 히트 펌프 엔진을 제어하는 것을 반복한다. 그리고, 연료 분사 수단으로부터 공급되는 연료 가스는, 연료 분사 수단의 입력측의 연료 가스의 압력과 연료 분사 수단의 출력측인 흡기 매니폴드 내의 부압과의 차압에 의해 흡기 매니폴드 내에 분사된다.

Description

가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템{EXHAUST PURIFICATION SYSTEM OF GAS HEAT PUMP ENGINE}

본 발명은, 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템에 관한 것이다.

최근에는, 에너지 효율이 높고 에너지 절약성이 우수한 가스 히트 펌프 시스템이 공조 장치로서 보급되어 있다. 가스 히트 펌프 시스템에서는, 천연 가스나 LPG나 도시 가스 등을 연료로 하는 가스 히트 펌프 엔진의 동력을 사용하여 컴프레서를 구동하고 있다. 그리고 가스 히트 펌프 엔진은, 연료의 소비량을 보다 저감하기 위해, 보통은, 이론 공연비에 비해 공기 과잉 상태인 린 운전에서 구동되고 있다.

가스 히트 펌프 엔진의 배기를 정화하는 장치로서, 예를 들어, 가솔린 자동차에서 이용되고 있는 삼원 촉매를 이용할 수 있다. 삼원 촉매는, 배기 중에 포함되는 유해 성분인 일산화탄소(CO), 총탄화수소(THC), 질소산화물(NOx)을 무해화할 수 있다. 그러나, 삼원 촉매로, 일산화탄소(CO), 총탄화수소(THC), 질소산화물(NOx)의 3종의 유해 성분을 무해화하기 위해서는, 공기와 연료의 비율인 공연비를, 이론 공연비의 근방의 소정 범위 내에 수용되어 있어야 한다. 상기한 린 운전을 행한 경우, 삼원 촉매로는, 일산화탄소(CO)과 총탄화수소(THC)를 무해화할 수 있지만, 질소산화물(NOx)을 무해화하는 것은 곤란하다.

따라서, 특허문헌 1에는, 가스 히트 펌프 엔진의 배기 경로 중에, 린 운전(연료에 비해 공기 과잉 상태)시에는 NOx를 흡장하고, 리치 운전(공기에 비해 연료 과잉 상태)시에는 흡장하고 있는 NOx를 환원 정화하는 질소산화물 흡장 환원 촉매를 구비한 내연 기관이 개시되어 있다. 당해 내연 기관은, 가스를 연료로 하고 있고, 믹서에서 흡기와 연료 가스가 혼합된 혼합기가 내연 기관에 공급되고 있다. 그리고, 보통은 린 운전을 행하고, 질소산화물 흡장 환원 촉매에의 NOx의 누적량이 소정량에 도달하였다고 판정하였을 경우에, 4∼6초 정도의 리치 운전을 행하여, 질소산화물 흡장 환원 촉매에 흡장된 NOx를 환원 정화하는 것을 반복하고 있다. 또한, 리치 운전에서는, 스테핑 모터를 동작시켜 믹서의 공기 과잉율 제어 밸브를 조정하고 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 가스 히트 펌프 엔진의 배기 경로 중에, 린 운전시에는 NOx를 흡장하고, 리치 운전시에는 흡장하고 있는 NOx를 환원 정화하는 NOx 흡착 환원형 촉매를 구비한 가스 히트 펌프 배기 가스 정화 장치가 기재되어 있다. 그리고, 보통은 린 운전을 행하고, NOx 흡착 환원형 촉매에 흡착된 NOx가 일정 값을 초과한 경우에, 팽창 행정 또는 배기 공정에 엔진 실린더 내에 2회째의 연료를 분사함으로써 리치 운전을 행하여, NOx 흡착 환원형 촉매에 흡착한 NOx를 환원 정화하고 있다.

일본 특허 공개 제2000-045752호 공보 일본 특허 공개 제2006-037790호 공보

특허문헌 1에 기재된 발명에서는, 보통은 린 운전을 행하고, 일시적인 리치 운전을 행할 때에 스테핑 모터를 동작시켜, 믹서의 공기 과잉율 제어 밸브를 동작시켜, 믹서에 의한 공기와 연료의 혼합기의 생성에 있어서, 연료를 과잉으로 하고 있다. 그러나, 스테핑 모터로 공기 과잉율 제어 밸브를 동작시키고 있는 것과, 믹서로부터 각 기통까지의 거리가 비교적 긴 것에 의해, 응답성이 나쁘고, 린 운전의 상태로부터 리치 운전의 상태로 천이할 때까지의 응답 지연 시간이 비교적 길고, 리치 운전의 상태로부터 린 운전의 상태로 천이할 때까지의 응답 지연 시간도 비교적 길다. 따라서, 리치 운전의 시간이 길어져, 연료의 소비량이 증가함과 함께, CO, THC의 미정화분이 발생하므로, 그다지 바람직하지 않다. 즉, 린 운전으로부터 리치 운전, 리치 운전으로부터 린 운전으로의 응답성이 좋으면, 연료의 소비량이 적어, CO, THC의 미정화분도 억제되므로, 보다 바람직하다.

또한, 특허문헌 2에 기재된 발명에서는, 일시적인 리치 운전을 행할 때, 가스 히트 펌프 엔진의 팽창 행정 또는 배기 공정에 엔진 실린더 내에 2회째의 연료를 분사함으로써 리치 운전을 행하고 있으므로, 린 운전――＞리치 운전 및 리치 운전――＞린 운전으로의 응답성은 특허문헌 1과 비교하여 매우 좋다. 그러나, 엔진 실린더 내에 직접 연료를 분사하기 때문에, 연료 가스의 압력을 고압으로 하는 장치 및 고압의 연료 가스를 분사하는 특수한 인젝터, 실린더에 설치하는 인젝터의 위치와 방향의 검토, 엔진의 팽창 행정 또는 배기 공정을 검출하는 검출 수단 등이 필요해지고, 시스템이 복잡화, 고비용화되어 버리므로, 그다지 바람직하지 않다.

본 발명은, 이러한 점에 비추어 창안된 것이며, 보다 심플한 구성으로, 린 운전으로부터 리치 운전으로의 천이 및 리치 운전으로부터 린 운전으로의 천이의 응답성이 좋은 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템은 다음의 수단을 취한다. 우선, 본 발명의 제1 발명은, 가스 히트 펌프 엔진의 배기 경로에 설치되고, 이론 공연비에 비해 공기 과잉 상태인 린 운전일 때에는 NOx를 흡장하고, 이론 공연비에 비해 연료 과잉 상태인 리치 운전일 때에는 흡장하고 있는 NOx를 환원 정화하는 NOx 흡장 촉매를 구비한다. 또한, 상기 가스 히트 펌프 엔진과 상기 NOx 흡장 촉매 사이에 있어서의 상기 배기 경로에 설치되고 공연비를 검출하는 공연비 검출 수단과, 상기 가스 히트 펌프 엔진의 흡기 경로에 있어서의 흡기 매니폴드에 설치되고 상기 가스 히트 펌프 엔진에 공급하는 연료 가스를 증량하도록 상기 흡기 매니폴드 내에 연료 가스를 분사 가능한 연료 분사 수단과, 상기 공연비 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여, 상기 연료 분사 수단을 제어하는 제어 수단도 구비한다. 또한 상기 제어 수단은, 소정 기간 동안은 상기 린 운전으로 상기 가스 히트 펌프 엔진을 제어하고, 상기 소정 기간에 도달하였을 때에 상기 연료 분사 수단을 사용하여, 상기 가스 히트 펌프 엔진에 공급하는 연료 가스를 일시적으로 증량하여 일시적으로 상기 리치 운전으로 상기 가스 히트 펌프 엔진을 제어하는 것을 반복한다. 그리고 상기 연료 분사 수단으로부터 공급되는 연료 가스는, 상기 연료 분사 수단의 입력측의 연료 가스의 압력과 상기 연료 분사 수단의 출력측인 상기 흡기 매니폴드 내의 부압과의 차압에 의해 상기 흡기 매니폴드 내에 분사된다.

이 제1 발명에서는, 흡기 매니폴드에 연료 분사 수단을 설치하고, 연료 분사 수단의 입력측의 연료 가스의 압력과, 연료 분사 수단의 출력측의 흡기 매니폴드 내의 부압과의 차압에 의해, 연료 분사 수단으로부터 연료 가스를 분사한다. 이로 인해, 연료 가스를 고압으로 하는 장치나 특수한 인젝터 등은 불필요하고, 일반적인 범용의 인젝터를 밸브 개방하는 것만으로, 적절하게 연료 가스를 분사하는 것이 가능하므로, 보다 심플한 구성으로 할 수 있다. 또한, 흡기 매니폴드 내에 연료 가스를 분사하므로, 가스 히트 펌프 엔진이 흡입하는 직전의 혼합기를 순간적으로 린 상태로부터 리치 상태로 하는 것이 가능하고, 린 운전으로부터 리치 운전으로의 천이 및 리치 운전으로부터 린 운전으로의 천이의 응답성이 좋다.

다음으로, 본 발명의 제2 발명은, 상기 제1 발명에 관한 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템이며, 입력된 연료 가스의 압력을 대기압으로 감압하여 출력하는 레귤레이터를 구비하고, 상기 연료 분사 수단에 입력되는 연료 가스는, 상기 레귤레이터의 출력측으로부터 상기 연료 분사 수단에 입력되고 있다.

가스 히트 펌프 엔진에 공급되는 연료 가스는, 가스 봄베로부터의 천연 가스나 LPG나, 가스 배관을 통해 일반 가정에 공급되는 도시 가스 등이며, 가스의 압력이 안정되어 있지 않을 경우가 있다. 연료 분사 수단에 입력되는 연료 가스의 압력이 안정되어 있지 않을 경우, 같은 밸브 개방 시간이어도 공급되는 연료 가스의 양이 상이하므로, 그다지 바람직하지 않다. 또한, 자연 흡기 엔진이라면, 엔진의 정상 운전 중은 흡기 매니폴드 내의 압력은 대기압보다도 낮은 비교적 안정된 부압이다. 따라서, 제2 발명에서는, 레귤레이터를 사용하여 안정적인 압력(이 경우, 대기압)으로 한 연료 가스를 연료 분사 수단에 입력함으로써, 리치 운전으로 천이하기 위해 분사하는 연료 가스의 양을 안정화시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제3 발명은, 상기 제1 발명에 관한 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템이며, 입력된 연료 가스의 압력을 대기압으로 감압하여 출력하는 레귤레이터와, 상기 가스 히트 펌프 엔진의 흡기 경로에 있어서의 상기 흡기 매니폴드의 상류에 배치되고, 입력된 연료 가스와 흡입 공기를 혼합함과 함께 상기 제어 수단으로 혼합비를 조정 가능한 연료 혼합 수단을 구비한다. 그리고 상기 연료 혼합 수단에는 상기 레귤레이터의 출력측으로부터 연료 가스가 입력되고, 상기 연료 분사 수단에 입력되는 연료 가스는, 상기 레귤레이터의 입력측으로부터 상기 연료 분사 수단에 입력되고 있다.

이 제3 발명에서는, 소정 기간의 린 운전으로 하기 위한 연료 가스를 연료 혼합 수단으로부터 공급하고, 일시적인 리치 운전으로 하기 위한 연료 가스의 증량 분을 연료 분사 수단으로부터 공급한다. 또한 연료 분사 수단에의 연료 가스는, 레귤레이터의 입력측으로부터 입력되고 있다. 이 구성에 의해, 소정 기간의 린 운전 및 일시적인 리치 운전을 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 연료 분사 수단에의 연료 가스를 레귤레이터의 입력측으로부터 입력함으로써, 대기압보다도 높은 압력의 연료 가스를 연료 분사 수단에 공급할 수 있으므로, 린 운전으로부터 리치 운전으로의 응답성을, 보다 향상시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명의 제4 발명은, 상기 제1 발명에 관한 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템이며, 입력된 연료 가스의 압력을 대기압으로 감압하여 출력하는 레귤레이터와, 상기 가스 히트 펌프 엔진의 흡기 경로에 있어서의 상기 흡기 매니폴드의 상류에 배치되고, 입력된 연료 가스와 흡입 공기를 혼합함과 함께 상기 제어 수단으로 혼합비를 조정 가능한 연료 혼합 수단을 구비한다. 그리고 상기 연료 혼합 수단에는 상기 레귤레이터의 출력측으로부터 연료 가스가 입력되고, 상기 연료 분사 수단에 입력되는 연료 가스는, 상기 레귤레이터의 출력측으로부터 상기 연료 분사 수단에 입력되고 있다.

이 제4 발명에서는, 소정 기간의 린 운전으로 하기 위한 연료 가스를 연료 혼합 수단으로부터 공급하고, 일시적인 리치 운전으로 하기 위한 연료 가스의 증량 분을 연료 분사 수단으로부터 공급한다. 또한 연료 분사 수단에의 연료 가스는, 레귤레이터의 출력측으로부터 입력되고 있다. 이 구성에 의해, 소정 기간의 린 운전 및 일시적인 리치 운전을 용이하게 실현할 수 있다. 또한, 연료 분사 수단에의 연료 가스를 레귤레이터의 출력측으로부터 입력함으로써, 대기압까지 감압되어는 있지만 안정된 압력의 연료 가스를 연료 분사 수단에 공급할 수 있으므로, 린 운전으로부터 리치 운전으로 하기 위한 연료량을 안정된 양으로 공급할 수 있다.

도 1은 제1 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태의 처리 순서를 설명하는 플로우 차트이다.
도 3은 제1 실시 형태의 처리 순서를 설명하는 플로우 차트이다.
도 4는 제1 실시 형태에 있어서의 소정 기간의 린 운전 및 일시적인 리치 운전과, 당해 운전에 의한 NOx의 흡장 상태의 변화를 설명하는 도면이다.
도 5는 제2 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템을 설명하는 도면이다.
도 6은 제3 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템을 설명하는 도면이다.
도 7은 제3 실시 형태의 처리 순서를 설명하는 플로우 차트이다.
도 8은 제3 실시 형태에 있어서의 소정 기간의 린 운전 및 일시적인 리치 운전과, 당해 운전에 의한 NOx의 흡장 상태의 변화를 설명하는 도면이다.
도 9는 제4 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템을 설명하는 도면이다.
도 10은 제5 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템을 설명하는 도면이다.
도 11은 제6 실시 형태의 처리 순서를 설명하는 플로우 차트이다.

이하에 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면을 사용하여 설명한다. 본 발명의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템은, 천연 가스나 LPG나 도시 가스 등을 연료로 하여 공조를 행하기 위한 가스 히트 펌프 엔진의 배기를 정화하는 시스템이다. 이하, 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템에 있어서의 제1 실시 형태∼제6 실시 형태를 순서대로 설명한다.

● [제1 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1A)의 구성(도 1)]

도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1A)에는, 가스 히트 펌프 엔진(10)의 흡기 경로(20)에, 에어 클리너(21), 믹서(22), 스로틀(23), 스로틀 개방도 검출 수단(23A), 흡기 매니폴드(24), 인젝터(25), 압력 검출 수단(26) 등이 설치되어 있다. 또한, 가스 히트 펌프 엔진(10)의 배기 경로(30)에는, 배기 매니폴드(31), NOx 흡장 촉매(32), 배기 가스용 열교환기(33), 소음기(34), 공연비 검출 수단(35) 등이 설치되어 있다. 또한, 배기 경로 중의 삼원 촉매의 기재는 생략하고 있다. 또한 삼원 촉매 대신에, CO나 HC를 산화·연소시키는 산화 촉매를 사용해도 된다. 또한 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1A)은, 레귤레이터(40), 제어 수단(50), 회전 검출 수단(11) 등을 갖고 있다. 또한 가스 히트 펌프 엔진(10)의 회전 동력은 컴프레서(80)에 전달되고, 컴프레서(80)와 컴프레서용 열교환기(81) 사이에서는, 매체 배관(82) 내를 냉열매가 순환하고 있다.

에어 클리너(21)는, 흡기 경로(20)에 있어서의 가장 상류측의 위치에 설치되어 있고, 흡기 경로(20) 내에 흡입되는 공기를 여과한다. 또한 에어 클리너(21)는 생략해도 된다. 믹서(22)는, 연료 혼합 수단에 상당하고 있고, 흡기 경로(20)에 있어서의 흡기 매니폴드(24)의 상류에 배치되어 있다. 또한 믹서(22)는, 배관(41), 레귤레이터(40), 배관(42)을 통해 공급되는 연료 가스와, 흡기 경로(20) 내의 흡입 공기를 혼합하여 혼합기를 흡기 매니폴드(24)에 공급한다. 또한, 믹서(22)에는, 흡입 공기와 연료 가스와의 혼합비를 조정 가능한 혼합비 조정 수단을 갖고 있고, 제어 수단(50)으로부터의 제어 신호에 기초하여 혼합비(즉, 공연비)가 조정된다.

스로틀(23)은, 흡기 경로(20)에 있어서의 믹서(22)와 흡기 매니폴드(24) 사이에 배치되고, 예를 들어, 제어 수단(50)으로부터의 제어 신호에 기초하여 제어되는 DC 모터로 구동되는 스로틀 밸브를 갖고 있어, 흡입 공기량을 조절한다. 또한, 스로틀 개방도 검출 수단(23A)(예를 들어, 스로틀 개방도 센서)은, 스로틀(23)에 설치되어 있고, 스로틀 밸브의 개방도(회전 각도)에 따른 검출 신호를 제어 수단(50)에 출력한다. 제어 수단(50)은, 스로틀 개방도 검출 수단(23A)으로부터의 검출 신호에 기초하여, 스로틀 밸브의 개방도[즉, 가스 히트 펌프 엔진(10)의 부하]를 검출할 수 있다. 또한, 상기한 예와 같이, 스로틀(23)을 DC 모터로 구동하는 경우에는 스로틀 개방도 검출 수단(23A)이 필요하지만, 예를 들어, 스로틀(23)을 스테핑 모터로 구동하는 경우에는 스로틀 개방도 검출 수단(23A)을 생략 가능하고, 제어 수단(50)은, 스테핑 모터의 스텝 위치로부터 스로틀 밸브의 개방도를 알 수 있다.

흡기 매니폴드(24)는, 흡기 경로(20)의 가장 하류측의 위치에 설치되어 있고, 가스 히트 펌프 엔진(10)의 각 기통에 혼합기를 균등하게 분배한다. 인젝터(25)는, 연료 분사 수단에 상당하고 있고, 흡기 매니폴드(24)에 있어서의 상류측에 설치되어 있다. 그리고 인젝터(25)는, 제어 수단(50)으로부터의 제어 신호에 기초하여, 배관(41), 배관(41A)을 통해 공급되는 연료 가스를, 흡기 매니폴드(24) 내에 분사하고, 가스 히트 펌프 엔진(10)에 공급되는 연료 가스를 증량[믹서(22)로부터 공급되는 연료 가스에 대해 순간적으로 증량]하는 것이 가능하다. 또한, 인젝터(25)의 입력측에 접속되어 있는 배관(41A)은, 레귤레이터(40)의 입력측에 접속되어 있고, 레귤레이터(40)에 의해서 대기압으로 압력 조절되기 전의 비교적 고압의 연료 가스가 인젝터(25)에 입력되고 있다.

가스 히트 펌프 엔진(10)이 정상 회전으로 구동 중인 경우, 흡기 매니폴드(24) 내의 압력은 대기압보다도 낮은 소정의 부압에서 안정된 상태이다. 따라서, 인젝터(25)를 밸브 개방하면, 레귤레이터(40)의 입력측의 연료 가스의 압력(대기압보다도 높은 압력)과, 흡기 매니폴드(24) 내의 부압과의 차압에 의해, 인젝터(25)로부터 연료 가스가 흡기 매니폴드(24) 내에 분사된다. 이로 인해, 인젝터(25)에 입력하는 연료 가스를 특별히 고압으로 할 필요는 없다. 또한 인젝터(25)도 특별히 고압용의 특수한 인젝터로 할 필요가 없고 범용의 것을 사용할 수 있다.

압력 검출 수단(26)은, 예를 들어, 압력 센서이며, 흡기 매니폴드(24)에 설치되고, 흡기 매니폴드(24) 내의 압력에 따른 검출 신호를 제어 수단(50)에 출력한다. 제어 수단(50)은, 압력 검출 수단(26)으로부터의 검출 신호에 기초하여, 흡기 매니폴드(24) 내의 압력[즉, 가스 히트 펌프 엔진(10)의 부하]을 검출할 수 있다.

배기 매니폴드(31)는, 배기 경로(30)의 가장 상류측에 배치되어 있고, 각 기통으로부터의 배기를 통합한다. NOx 흡장 촉매(32)는, 배기 경로(30)에 있어서의 배기 매니폴드(31)보다도 하류측에 배치되어 있고, 이론 공연비(λ=1.0)에 비해 공기 과잉 상태(λ>1.0)인 린 운전이 행하여지고 있을 때에는 배기 중의 NOx를 흡장하고, 이론 공연비에 비해 연료 과잉 상태(λ<1.0)인 리치 운전이 행하여지고 있을 때에는 흡장하고 있는 NOx를 환원 정화한다. 공연비 검출 수단(35)은, 예를 들어, A/F 센서이며, 배기 경로(30)에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진(10)과 NOx 흡장 촉매(32) 사이에 배치되고, 공연비에 따른 검출 신호를 제어 수단(50)에 출력한다. 제어 수단(50)은, 공연비 검출 수단(35)으로부터의 검출 신호에 기초하여, 가스 히트 펌프 엔진(10)의 실린더 내에 공급된 혼합기의 공연비를 검출하는 것이 가능하다.

배기 가스용 열교환기(33)는, 배기 경로(30)에 있어서의 NOx 흡장 촉매(32)의 하류측에 설치되어 있고, 난방을 행할 때에 배기의 열을 흡수한다. 또한, 배기 가스용 열교환기(33)는 생략해도 된다. 소음기(34)는 배기 경로(30)에 있어서의 가장 하류측에 배치되어 있고, 배기음을 억제한다. 또한 소음기(34)는 생략해도 된다.

레귤레이터(40)는, 가스 봄베 등으로부터 공급되는 천연 가스나 LPG나 배관으로부터 공급되는 도시 가스 등, 배관(41)을 통해 공급되는 연료 가스의 압력(대기압보다도 높은 압력이며, 다소 변동하는 압력)을 대략 대기압으로 압력 조절하여 출력한다. 또한, 천연 가스나 LPG나 도시 가스 등은, 보안상, 2[㎪] 정도의 저압으로 정해져 있다. 그리고, 레귤레이터(40)는, 입력되는 연료 가스의 압력이 변동하고 있어도, 대략 대기압, 또한 안정적인 압력으로 압력 조절하여, 배관(42)을 통해 믹서(22)를 향해 출력한다. 회전 검출 수단(11)은, 예를 들어, 가스 히트 펌프 엔진(10)의 크랭크축에 설치되어 있고, 가스 히트 펌프 엔진(10)의 회전에 따른 검출 신호를 제어 수단(50)에 출력한다. 제어 수단(50)은, 회전 검출 수단(11)으로부터의 검출 신호에 기초하여, 가스 히트 펌프 엔진(10)의 회전수를 검출할 수 있다.

제어 수단(50)은, 예를 들어, 엔진 컨트롤 유닛(ECU)이라 불리는 제어 장치이며, 제어 수단(50)에는, 압력 검출 수단(26), 스로틀 개방도 검출 수단(23A), 회전 검출 수단(11), 공연비 검출 수단(35)으로부터의 검출 신호 및 컴프레서(80)로부터의 요구 부하 신호가 입력되고 있다. 그리고 제어 수단(50)은, 믹서(22)의 혼합비 조정 수단, 스로틀(23)의 스로틀 밸브, 인젝터(25)에 제어 신호를 출력한다. 제어 수단(50)은, 이상의 입출력을 사용하여, 이하에 설명하는 처리 순서에 나타내는 동작을 한다.

● [제1 실시 형태에 있어서의 제어 수단(50)의 처리 순서(도 2, 도 3)와 동작 상태(도 4)]

도 2에 나타내는 처리 10은, 스로틀(23)의 스로틀 밸브 및 믹서(22)의 혼합비 조정 수단을 제어하는 처리 순서이며, 예를 들어, 일정 시간 간격(수 ㎳∼수 100㎳ 간격 등)으로 기동, 혹은, 예를 들어, 가스 히트 펌프 엔진(10)의 회전 각도(180도 회전마다, 360도 회전마다 등)에 따라 기동된다. 이 도 2에 나타내는 처리 순서로, 소정 기간 동안의 린 운전이 실행된다. 또한, 린 운전의 소정 기간은, 후술하는 도 3에 나타내는 처리 30의 처리 순서로 산출된다.

처리 10의 스텝 S10에서 제어 수단(50)은, 컴프레서(80)(도 1 참조)로부터 입력되는 요구 부하 신호에 기초하여, 컴프레서의 부하를 검출하고, 스텝 S12로 진행한다. 컴프레서(80)는, 공조로서 지령된 온도, 현재의 공조 대상 실내의 온도 등에 따른 부하를 제어 수단(50)에 출력하고 있다. 또한, 제어 수단(50)이, 지령된 온도나 현재의 공조 대상 실내의 온도 등을 도입하여 컴프레서의 부하를 산출 가능한 경우에는, 컴프레서(80)로부터의 요구 부하 신호의 입력을 생략해도 된다.

스텝 S12에서 제어 수단(50)은, 검출 혹은 산출한 컴프레서 부하에 기초하여, 가스 히트 펌프 엔진의 목표 엔진 회전수와 목표 린 공연비(예를 들어, 공연비 λ=1.3 정도)를 산출하고, 스텝 S14로 진행한다. 그리고 스텝 S14에서 제어 수단(50)은, 목표 엔진 회전수와, 회전 검출 수단으로부터의 검출 신호로 검출한 엔진 회전수에 기초하여, 스로틀(23)의 스로틀 밸브를 피드백 제어한다. 또한 제어 수단(50)은, 목표 린 공연비와, 공연비 검출 수단으로부터의 검출 신호로 검출한 공연비에 기초하여, 믹서(22)의 혼합비 조정 수단을 피드백 제어하고, 처리를 종료한다.

도 2에 나타내는 처리 20은, 가스 히트 펌프 엔진의 린 운전을 행하는 소정 기간을 산출하는 처리 순서이며, 예를 들어, 일정 시간 간격(수 ㎳∼수 100㎳ 간격)으로 기동된다. 처리 20의 스텝 S20에서 제어 수단(50)은, 린 운전 시간을 카운트하고, 스텝 S22로 진행한다. 제어 수단(50)은, 예를 들어, 린 운전 시간을 계측하는 카운터를 리치 분사(스텝 S26)의 실행시에 클리어하고, 당해 도 2의 처리 20마다(일정 시간 마다) 카운트함으로써, 린 운전 시간(린 운전을 해야 하는 소정 기간)을 계측할 수 있다.

스텝 S22에서 제어 수단(50)은, 카운트한 린 운전 시간에 기초하여, 린 운전을 해야 하는 소정 기간이 종료되었는지의 여부를 판정하여, 종료되었다고 판정하였을 경우[예(Yes)]에는 스텝 S24로 진행하고, 종료되지 않았다고 판단하였을 경우[아니오(No)]에는 처리를 종료한다. 예를 들어, 소정 기간은 60초 정도이다. 스텝 S24로 진행한 경우, 제어 수단(50)은, 도 3을 사용하여 후술하는 리치 분사 시간에 인젝터를 밸브 개방함으로써, 인젝터로부터 흡기 매니폴드 내에 순간적으로 연료 가스를 분사하고, 믹서로부터의 연료 가스의 공급에 더하여, 인젝터로부터 연료 가스를 순간적으로 증량하고, 스텝 S26으로 진행한다. 또한, 인젝터로부터의 리치 분사 시간은, 예를 들어, 1초 정도이다. 스텝 S26에서 제어 수단(50)은, 스텝 S24의 리치 분사를 행한 후, 소정 시간 후에 도 3에 나타내는 처리 30이 기동되도록, 처리 30의 스케줄링을 행하고, 스텝 S28로 진행한다. 그리고, 스텝 S28에서 제어 수단(50)은, 린 운전 시간을 클리어(예를 들어, 린 운전 시간의 계측용 카운터를 클리어)하고 처리를 종료한다.

도 3에 나타내는 처리 30은, 린 운전을 해야 하는 소정 기간의 종료 후에 일시적인 리치 운전으로 해야 하는 인젝터로부터 연료 가스를 분사하는 시간인 리치 분사 시간의 산출과, 린 운전을 해야 하는 소정 기간의 산출을 행하는 처리 순서이다. 도 3에 나타내는 처리 30은, 도 2의 처리 20에 나타낸 스텝 26에서 행해진 스케줄링에 의해, 리치 분사의 실행 후의 소정 시간 후(예를 들어, 수 10㎳∼수 100㎳ 후)에 기동된다.

처리 30의 스텝 S30에서 제어 수단(50)은, 회전 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 엔진 회전수를 검출하고, 부하 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 엔진 부하를 검출하고, 스텝 S32로 진행한다. 또한, 엔진 부하는, 예를 들어, 압력 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 검출한 흡기 매니폴드 내의 압력, 또는 스로틀 개방도 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 검출한 스로틀 개방도 중 적어도 한쪽, 혹은, 도시하지 않은 다른 검출 수단에서 검출한 물리량(예를 들어, 토크 검출 수단에서 검출한 엔진 토크 등)에 의해 검출된다.

스텝 S32에서 제어 수단(50)은, 검출한 엔진 회전수와 엔진 부하에 기초하여, 리치 분사에 의한 목표 리치 공연비(예를 들어, λ=0.9이며, 다음 번의 리치 운전에서의 공연비)를 산출하고, 스텝 S34로 진행한다. 예를 들어, 제어 수단(50)에는, 엔진 회전수와 엔진 부하에 따른 목표 리치 공연비가 설정된 목표 리치 공연비 맵이 기억되어 있고, 제어 수단(50)은, 목표 리치 공연비 맵과 엔진 회전수와 엔진 부하로부터 목표 리치 공연비를 산출한다. 스텝 S34에서 제어 수단(50)은, 검출한 엔진 회전수와 엔진 부하에 기초하여, 리치 분사의 베이스 분사 시간(예를 들어, 1초 정도이며, 다음 번의 리치 운전에서의 베이스 분사 시간)을 산출하고, 스텝 S36으로 진행한다. 예를 들어, 제어 수단(50)에는, 엔진 회전수와 엔진 부하에 따른 베이스 분사 시간이 설정된 베이스 분사 시간 맵이 기억되어 있고, 제어 수단(50)은, 베이스 분사 시간 맵과 엔진 회전수와 엔진 부하로부터 베이스 분사 시간을 산출한다.

스텝 S36에서 제어 수단(50)은, 공연비 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여, 현재의 공연비(직전의 리치 운전에서의 공연비)를 검출하고, 스텝 S38로 진행한다. 스텝 S38에서 제어 수단(50)은, 스텝 S32에서 산출한 목표 리치 공연비와, 스텝 S36에서 검출한 현재의 공연비에 기초하여, 베이스 분사 시간을 증감하기 위한 보정량(예를 들어, 보정 계수)을 산출하고, 스텝 S3A로 진행한다. 예를 들어, 제어 수단(50)은, 「현재의 공연비/목표 리치 공연비」를 보정량으로 한다. 스텝 S3A에서 제어 수단(50)은, 리치 분사 시간을 산출하고, 스텝 S3C로 진행한다. 예를 들어, 제어 수단(50)은, 「스텝 S34에서 산출한 베이스 분사 시간＊스텝 S38에서 산출한 보정량」을 산출하여 리치 분사 시간(다음 번의 리치 운전에서의 리치 분사 시간)으로 한다.

스텝 S3C에서 제어 수단(50)은, 검출한 엔진 회전수와 엔진 부하에 기초하여, 린 운전을 행해야 하는 기간인 소정 기간을 산출하고, 처리를 종료한다. 예를 들어, 제어 수단(50)에는, 엔진 회전수와 엔진 부하에 따른 린 기간이 설정된 린 기간 맵이 기억되어 있고, 제어 수단(50)은, 린 기간 맵과 엔진 회전수와 엔진 부하로부터 린 운전을 해야 하는 소정 기간(예를 들어, 소정 시간)을 산출한다.

이상에 설명한 제1 실시 형태의 구성(도 1)과 처리 순서(도 2, 도 3)에 의한 공연비의 상태와, 인젝터의 분사 상태와, NOx 흡장 촉매에 흡장되어 있는 NOx의 상태의 시계열의 변화를 도 4를 사용하여 설명한다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 공연비 검출 수단에서 검출한 공연비는, 소정 기간 ΔTL(린 운전을 해야 하는 기간)에서는, 린 상태가 유지되고 있다. 이 소정 기간 ΔTL 동안에 유지되고 있는 공연비는, 도 2의 스텝 S12에서 산출된 목표 린 공연비이다. 또한, 소정 기간에 도달한 후에는, 인젝터로부터의 연료 가스의 분사에 의해 일시적인 리치 기간 ΔTR 동안, 리치 상태로 되어 있다. 이 리치 기간 ΔTR에 의한 가장 리치로 된 위치의 공연비는, 도 3의 스텝 S32에서 산출된 목표 리치 공연비이다. 또한 도 4의 공연비 그래프에 있어서의 일점 쇄선은, 이론 공연비(λ=1.0)의 위치를 나타내고 있고, 당해 공연비 그래프에 있어서 이론 공연비의 상방은 린 상태를 나타내고, 하방은 리치 상태를 나타내고 있다.

또한, 도 4에 있어서의 인젝터의 밸브 개방·밸브 폐쇄 그래프는, 인젝터의 밸브 개방과 밸브 폐쇄의 상태를 나타내고, 인젝터의 통전 파형 그래프는, 인젝터에 인가 되는 전압 파형 및 전류 파형을 나타내고 있다. 제1 실시 형태에서는, 인젝터는, 완전 개방 상태 또는 완전 폐쇄 상태 중 어느 하나로 제어된다. 또한 NOx 흡장량 그래프에 나타내는 바와 같이, 린 운전 동안의 소정 기간 ΔTL에서는, NOx 흡장 촉매의 NOx 흡장량이 서서히 증가하고, 리치 기간 ΔTR에서는, NOx가 환원 정화됨으로써 감소하고 있다.

이상, 제1 실시 형태에서는, 믹서를 사용하여 린 운전일 때의 혼합기를 공급하고, 인젝터를 사용하여 순간적으로, 일시적으로 연료를 증량함으로써, 일시적인 리치 운전으로 순간적으로 이행하고, 리치 운전으로부터 린 운전으로 순간적으로 이행할 수 있다. 그리고 린 운전으로부터 리치 운전 및 리치 운전으로부터 린 운전으로의 이행은, 스테핑 모터를 사용한 일본 특허 공개 제2000-045752호 공보에 기재된 발명보다도, 훨씬 응답성이 좋으므로, 연료 소비량을 보다 저감하고, CO, THC의 미정화분을 억제할 수 있다. 또한, 실린더 내에 직접 연료를 분사하는 일본 특허 공개 제2006-037790호 공보에 기재된 발명에 비해, 연료 가스를 고압으로 하는 장치나, 고압용의 특수한 인젝터 등을 필요로 하지 않고, 또한 인젝터로부터는 차압을 이용하여 분사하므로, 보다 심플한 시스템으로 실현할 수 있다. 또한, 레귤레이터의 입력측으로부터 인젝터에 연료 가스를 입력함으로써, 차압을 보다 크게 하는 것이 가능하고, 린 운전으로부터 리치 운전으로의 응답성을 보다 향상시킬 수 있다. 또한, 레귤레이터의 입력측의 연료 가스의 압력이 다소 불안정하고 변동하고 있어도, 도 3에 나타내는 스텝 S38에서 산출하는 보정량으로, 이 압력 변동을 흡수할 수 있다.

● [제2 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1B)의 구성(도 5)]

다음으로, 도 5를 사용하여, 제2 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1B)에 대해 설명한다. 도 5에 나타내는 제2 실시 형태의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1B)의 전체 구성은, 도 1에 나타내는 제1 실시 형태의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1A)의 전체 구성에 비해, 인젝터(25)에 접속되어 있는 연료 가스의 배관(42B)이, 레귤레이터(40)의 출력측의 배관(42)에 접속되어 있는 점과, 제어 수단(50B)의 처리 내용이 상이하다. 이하, 이 상이점에 대해 주로 설명한다.

인젝터(25)에 접속되어 있는 연료 가스의 배관(42B)은, 레귤레이터(40)의 출력측의 배관(42)에 접속되어 있으므로, 인젝터(25)에 입력되는 연료 가스의 압력은, 제1 실시 형태보다도 낮은 압력(대략 대기압)이다. 또한 제어 수단(50B)의 처리 순서는, 도 2, 도 3에 나타낸 제1 실시 형태의 처리 순서와 같지만, 인젝터에 입력되는 연료 가스의 압력이 낮으므로, 도 3에 나타내는 스텝 S34에 있어서의 베이스 분사 시간의 길이가 길어지고 있는 점이 상이하다.

제2 실시 형태의 구성에서는, 제1 실시 형태에 비해, 인젝터에 입력되는 연료 가스의 압력은 낮으나, 안정된 대략 대기압이다(제1 실시 형태에서는 연료 가스의 압력이 변동할 가능성이 있음). 따라서, 인젝터로부터 분사되는 연료 가스의 양을 보다 정확하게 하는 것이 가능하고, 린 운전으로부터 리치 운전으로 이행할 때, 보다 정확하게 목표 리치 공연비로 이행시킬 수 있다. 단, 제1 실시 형태에 비해 연료 가스의 압력이 낮으므로, 린 운전으로부터 리치 운전으로의 응답성은, 제1 실시 형태의 쪽이 우수하다고 생각된다.

● [제3 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1C)의 구성(도 6∼도 8)]

다음으로, 도 6∼도 8을 사용하여, 제3 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1C)에 대해 설명한다. 도 6에 나타내는 제3 실시 형태의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1C)의 전체 구성은, 도 1에 나타내는 제1 실시 형태의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1A)의 전체 구성에 비해, 레귤레이터(40), 배관(42), 믹서(22)가 생략되고, 인젝터(25)에 접속되어 있는 연료 가스의 배관(41C)이, 배관(41)에 접속되어 있는 점과, 제어 수단(50C)의 처리 내용이 상이하다. 이하, 이 상이점에 대해 주로 설명한다.

인젝터(25)에 접속되어 있는 연료 가스의 배관(41C)은, 배관(41)에 접속되어 있으므로, 인젝터(25)에 입력되는 연료 가스의 압력은, 제1 실시 형태와 같다. 또한, 믹서(22)가 생략되어 있으므로, 믹서(22)로부터 공급하고 있던 린 운전시의 연료 가스를 인젝터(25)로부터 공급할 필요가 있다. 따라서, 도 8에 나타내는 바와 같이, 제어 수단(50C)은, 소정 기간 ΔTL의 린 운전시에는, 인젝터에의 통전을, 주기 T의 기간 중에 있어서 통전 시간 TON만 통전하는 듀티 제어로 하고, 인젝터(25)를 중간 개방도(완전 개방과 완전 폐쇄 사이의 개방도)로 제어한다. 이로 인해, 도 2에 나타내는 스텝 S14의 처리를, 도 7에 나타내는 스텝 S14C의 처리로 변경한다. 그리고 스텝 S14C에서는, 제어 수단(50C)은, 목표 엔진 회전수 및 목표 린 공연비로 되도록, 스로틀 개방도와 인젝터 개방도(인젝터에의 듀티비)를 피드백 제어한다. 또한, 상기한 설명에서는, 린 운전시에 있어서 인젝터(25)를 완전 개방과 완전 폐쇄 사이의 중간 개방도로 제어하는 예를 설명하였지만, 예를 들어, 가스 히트 펌프 엔진의 각 기통의 흡기 공정마다 단속적으로 인젝터를 완전 개방하여, 린 운전에 필요한 연료 가스를 공급하도록 해도 된다(이 경우, 각 기통의 흡기 공정을 판정하는 캠각 검출 수단 등이 필요).

제3 실시 형태의 구성에서는, 제1 실시 형태에 비해, 레귤레이터(40)와 믹서(22)를 생략할 수 있으므로, 보다 심플한 구성으로 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템을 실현할 수 있다. 또한 후술하는 제4 실시 형태에 비해, 인젝터에 입력되는 연료 가스의 압력이 변동할 가능성은 있지만, 높은 압력이므로, 린 운전으로부터 리치 운전으로의 응답성이 좋다.

● [제4 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1D)의 구성(도 9)]

다음으로, 도 9를 사용하여, 제4 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1D)에 대해 설명한다. 도 9에 나타내는 제4 실시 형태의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1D)의 전체 구성은, 도 6에 나타내는 제3 실시 형태의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(1C)의 전체 구성에 비해, 레귤레이터(40)가 추가되어 있고, 인젝터(25)에 접속되어 있는 연료 가스의 배관(42D)이, 레귤레이터(40)의 출력측에 접속되어 있는 점과, 제어 수단(50D)의 처리 내용이 상이하다. 이하, 이 상이점에 대해 주로 설명한다.

인젝터(25)에 접속되어 있는 연료 가스의 배관(42D)은, 레귤레이터(40)의 출력측에 접속되어 있으므로, 인젝터(25)에 입력되는 연료 가스의 압력은, 제3 실시 형태보다도 낮은 압력(대략 대기압)이다. 또한 제어 수단(50D)의 처리 순서는, 제3 실시 형태의 처리 순서와 같지만, 인젝터에 입력되는 연료 가스의 압력이 낮으므로, 제2 실시 형태와 마찬가지로, 도 3에 나타내는 스텝 S34에 있어서의 베이스 분사 시간의 길이가 길어지고 있는 점이 상이하다.

제4 실시 형태의 구성에서는, 제3 실시 형태에 비해, 인젝터에 입력되는 연료 가스의 압력은 낮으나, 안정된 대략 대기압이다(제3 실시 형태에서는 연료 가스의 압력이 변동할 가능성이 있음). 따라서, 인젝터로부터 분사되는 연료 가스의 양을 보다 정확하게 하는 것이 가능하고, 린 운전으로부터 리치 운전으로 이행할 때, 보다 정확하게 목표 리치 공연비로 이행시킬 수 있다. 단, 제3 실시 형태에 비해 연료 가스의 압력이 낮으므로, 린 운전으로부터 리치 운전으로의 응답성은, 제3 실시 형태의 쪽이 우수하다고 생각된다.

● [제5 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템의 구성(도 10)]

다음으로, 도 10을 사용하여, 제5 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템에 대해 설명한다. 도 10에 나타내는 제5 실시 형태의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템의 전체 구성은, 상술한 제1∼제4 실시 형태의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템의 전체 구성에 비해, 인젝터(25E)의 배치 위치 및 인젝터(25E)의 수, 그리고 제어 수단의 처리 내용이 상이하다. 또한, 가스 히트 펌프 엔진(10)의 흡기 공정의 타이밍을 검출할 필요가 있으므로, 캠각 검출 수단(12)이 추가되어 있는 점도 상이하다. 또한, 회전 검출 수단을 생략하고 캠각 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 엔진 회전수를 구하는 것도 가능하다. 이하, 이 상이점에 대해 주로 설명한다. 또한, 도 10은, 가스 히트 펌프 엔진(10), 흡기 매니폴드(24), 배기 매니폴드(31) 및 그들에 설치되어 있는 각 검출 수단과 인젝터만을 기재하고 있고, 다른 기재를 생략하고 있다. 또한, 도 10은 가스 히트 펌프 엔진(10)을 위로부터 본 도면을 나타내고 있다.

상술한 제1∼제4 실시 형태의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템에서는, 흡기 매니폴드(24)에 있어서 흡기를 각 기통에 분배하기 전으로 되는 상류측의 위치에 1개의 인젝터(25)가 설치되어 있다. 그러나, 도 10에 나타내는 제5 실시 형태에서는, 인젝터(25E)는, 흡기 매니폴드(24)에 있어서 각 기통에 흡기를 분배한 후의 각 포트부에 설치되어 있다. 따라서, 제5 실시 형태에서는, 인젝터(25E)는 기통마다 설치되어 있고, 각각의 인젝터(25E)는 각 기통에 인접하는 위치에 설치되어 있다. 또한, 각 기통의 흡기 공정을 검출하기 위해 캠각 검출 수단(12)이 가스 히트 펌프 엔진(10)의 캠축에 인접하는 위치에 설치되어 있고, 캠각 검출 수단(12)은, 검출 신호를 제어 수단에 출력한다.

제어 수단은, 도 2의 처리 20에 나타내는 플로우 차트에 있어서의 스텝 S24에서 리치 분사를 실행할 때, 기통마다 흡기 공정 인지의 여부를 판정하여, 흡기 공정의 기통에 대해, 그 기통에 대응하는 인젝터에서 리치 분사를 실행한다. 또한, 각 기통의 흡기 공정은, 캠각 검출 수단으로부터의 검출 신호와 회전 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 행할 수 있다.

제5 실시 형태에서는, 제1∼제4 실시 형태에 비해, 각 기통에 가까운 위치로부터, 그 기통의 흡기 공정의 타이밍에서 연료 가스를 인젝터로부터 분사하므로, 린 운전으로부터 리치 운전으로의 응답성을 보다 향상시킬 수 있다.

● [제6 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템(도 11)]

다음으로, 도 11을 사용하여, 제6 실시 형태에 있어서의 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템의 처리 순서에 대해 설명한다. 제6 실시 형태는, 제1∼제5 실시 형태에 비해, 린 운전을 해야 하는 소정 기간 ΔTL을 구하는 방법이 상이하고, 제어 수단의 처리 내용이 상이하고, 도 2에 나타내는 처리 20 및 도 3에 나타내는 처리 30이 상이하다. 또한, 도 2에 나타내는 처리 10, 혹은 도 7에 나타내는 처리 10C에 대해서는, 제1∼제5 실시 형태와 같으므로, 처리 10, 처리 10C에 대해서는 설명을 생략한다. 제1∼제5 실시 형태에서는, 린 운전을 해야 하는 소정 기간 ΔTL(소정 시간)을, 도 3의 처리 30에 있어서의 스텝 S3C에서, 엔진 회전수와 엔진 부하에 기초하여 산출하고, 도 2의 처리 20에서 소정 기간 ΔTL(소정 시간)에 도달하였는지의 여부를 판정하였다. 이에 반해, 제6 실시 형태에서는, NOx 흡장 촉매(32)에서 흡장한 NOx의 적산량을 추정하고, NOx 적산량이 소정량에 도달할 때까지를 소정 기간 ΔTL로 하는 점이 상이하다. 이하, 이 상이점에 대해 주로 설명한다.

제6 실시 형태에서는, 제어 수단은, 도 2에 나타내는 처리 20 대신에 도 11에 나타내는 처리 20F를 실행하고, 도 3에 나타내는 처리 30 대신에 도 11에 나타내는 처리 30F를 실행한다. 또한, 도 11에 나타내는 처리 20F에 있어서 도 2에 나타내는 처리 20으로부터의 변경 개소는 굵은 실선으로 나타내고 있고, 도 11에 나타내는 처리 30F에 있어서 도 3에 나타내는 처리 30으로부터의 변경 개소는 굵은 점선으로 나타내어지고 있다.

도 11에 나타내는 처리 20F의 기동 타이밍은, 도 2에 나타내는 처리 20과 같고, 예를 들어, 일정 시간 간격(수 ㎳∼수 100㎳ 간격)으로 기동된다. 그리고, 스텝 S20F에서 제어 수단은, 공연비 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 (현재의) 공연비를 검출하고, 회전 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 엔진 회전수를 검출하고, 부하 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 엔진 부하를 검출하고, 스텝 S21F로 진행한다. 또한, 엔진 부하는, 예를 들어, 압력 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여 검출한 흡기 매니폴드 내의 압력, 또는 스로틀 개방도 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초한 스로틀 개방도 중 적어도 한쪽, 혹은, 도시하지 않은 다른 검출 수단에서 검출한 물리량(예를 들어, 토크 검출 수단에서 검출한 엔진 토크 등)에 의해 검출된다.

스텝 S21F에서 제어 수단은, 검출한 공연비, 엔진 회전수, 엔진 부하에 기초하여, NOx 발생량을 추정하고, 현재의 NOx 적산량에, 금회 산출한 NOx 발생량을 가산하여, 새로운 NOx 적산량을 구하고, 스텝 S22F로 진행한다. 구한 NOx 적산량은, NOx 흡장 촉매에 흡장되어 있는 NOx량이다. 그리고 스텝 S22F에서 제어 수단은, NOx 적산량이 소정량을 초과하고 있는지의 여부를 판정하여, 초과하고 있는 경우[예(Yes)]에는 스텝 S24로 진행하고, 초과하지 않고 있는 경우[아니오(No)]에는 처리를 종료한다. 또한, 판정의 임계값인 소정량은, NOx 흡장 촉매의 흡장 허용량 등에 기초하여 적절하게 설정되어 있다. 스텝 S24의 처리는, 도 2에 나타내는 처리 20의 스텝 S24와 같으므로 설명을 생략한다. 그리고, 스텝 S26F에서는, 제어 수단은, 처리 30F의 스케줄링을 행하고, 스텝 S28F에서 제어 수단은, NOx 적산량을 클리어하여, 새롭게 NOx 적산량의 측정을 개시하고, 처리를 종료한다. 또한, 처리 30F는, 도 3에 나타내는 처리 30에 비해, 기동 타이밍은 같고, 스텝 S3C가 생략되어 있는 점이 상이하다.

제6 실시 형태에서는, NOx 흡장 촉매에 흡장되어 있는 NOx의 양을 추정하여, NOx의 흡장의 허용량에 도달하기 전에 리치 분사를 실행함으로써, 예정 시간에 리치 분사를 실행하는 제1∼제5 실시 형태에 비해, 보다 정확하게, 보다 다량의 NOx를 흡장시킨 후에 리치 분사를 실행할 수 있다. 이로 인해, 린 운전을 행해야 하는 소정 기간 ΔTL을, 보다 길게 하는 것이 가능하고, 리치 분사의 실행 횟수를 삭감할 수 있으므로, 제1∼제5 실시 형태보다도, 연료 소비량을 보다 삭감하는 것이 가능하여, 배기 중의 HC, THC의 미정화분을 보다 억제할 수 있다.

본 발명의, 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템은, 본 실시 형태에서 설명한 구성, 구조, 동작, 처리 순서 등에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다양한 변경, 추가, 삭제가 가능하다.

또한, 본 실시 형태의 설명에서는, 제어 수단이 엔진 부하를 검출하기 위한 검출 수단으로서, 압력 검출 수단, 액셀러레이터 개방도 검출 수단을 예로서 기재하였지만, 이들에 한정되지 않고, 제어 수단은, 다양한 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여, 엔진 부하를 검출하는 것이 가능하다.

또한, 이상(≥), 이하(≤), 보다 크다(>), 미만(<) 등은, 등호를 포함해도, 포함하지 않아도 된다.

또한, 본 실시 형태의 설명에 사용한 수치는 일례이며, 이 수치에 한정되는 것은 아니다.

1A∼1D : (가스 히트 펌프 엔진의) 배기 정화 시스템
10 : 가스 히트 펌프 엔진
11 : 회전 검출 수단
20 : 흡기 경로
21 : 에어 클리너
22 : 믹서(연료 혼합 수단)
23 : 스로틀
23A : 스로틀 개방도 검출 수단(부하 검출 수단)
24 : 흡기 매니폴드
25, 25E : 인젝터(연료 분사 수단)
26 : 압력 검출 수단(부하 검출 수단)
30 : 배기 경로
31 : 배기 매니폴드
32 : NOx 흡장 촉매
33 : 배기 가스용 열교환기
34 : 소음기
35 : 공연비 검출 수단
40 : 레귤레이터
41, 42, 41A : 배관
50, 50B∼50D : 제어 수단
80 : 컴프레서
81 : 컴프레서용 열교환기

Claims (4)

1. 가스 히트 펌프 엔진의 배기 경로에 설치되고, 이론 공연비에 비해 공기 과잉 상태인 린 운전일 때에는 NOx를 흡장하고, 이론 공연비에 비해 연료 과잉 상태인 리치 운전일 때에는 흡장하고 있는 NOx를 환원 정화하는 NOx 흡장 촉매와,
   상기 가스 히트 펌프 엔진과 상기 NOx 흡장 촉매 사이에 있어서의 상기 배기 경로에 설치되고 공연비를 검출하는 공연비 검출 수단과,
   상기 가스 히트 펌프 엔진의 흡기 경로에 있어서의 흡기 매니폴드에 설치되고, 상기 가스 히트 펌프 엔진에 공급하는 연료 가스를 증량하도록 상기 흡기 매니폴드 내에 연료 가스를 분사 가능한 연료 분사 수단과,
   상기 공연비 검출 수단으로부터의 검출 신호에 기초하여, 상기 연료 분사 수단을 제어하는 제어 수단을 구비하고,
   상기 제어 수단은, 소정 기간 동안은 상기 린 운전으로 상기 가스 히트 펌프 엔진을 제어하고, 상기 소정 기간에 도달하였을 때에 상기 연료 분사 수단을 사용하여, 상기 가스 히트 펌프 엔진에 공급하는 연료 가스를 일시적으로 증량하여 일시적으로 상기 리치 운전으로 상기 가스 히트 펌프 엔진을 제어하는 것을 반복하고,
   상기 연료 분사 수단으로부터 공급되는 연료 가스는, 상기 연료 분사 수단의 입력측의 연료 가스의 압력과 상기 연료 분사 수단의 출력측인 상기 흡기 매니폴드 내의 부압과의 차압에 의해 상기 흡기 매니폴드 내에 분사되는, 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   입력된 연료 가스의 압력을 대기압으로 감압하여 출력하는 레귤레이터를 구비하고,
   상기 연료 분사 수단에 입력되는 연료 가스는, 상기 레귤레이터의 출력측으로부터 상기 연료 분사 수단에 입력되고 있는, 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   입력된 연료 가스의 압력을 대기압으로 감압하여 출력하는 레귤레이터와,
   상기 가스 히트 펌프 엔진의 흡기 경로에 있어서의 상기 흡기 매니폴드의 상류에 배치되고, 입력된 연료 가스와 흡입 공기를 혼합함과 함께 상기 제어 수단으로 혼합비를 조정 가능한 연료 혼합 수단을 구비하고,
   상기 연료 혼합 수단에는 상기 레귤레이터의 출력측으로부터 연료 가스가 입력되고,
   상기 연료 분사 수단에 입력되는 연료 가스는, 상기 레귤레이터의 입력측으로부터 상기 연료 분사 수단에 입력되고 있는, 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템.
4. 제1항에 있어서,
   입력된 연료 가스의 압력을 대기압으로 감압하여 출력하는 레귤레이터와,
   상기 가스 히트 펌프 엔진의 흡기 경로에 있어서의 상기 흡기 매니폴드의 상류에 배치되고, 입력된 연료 가스와 흡입 공기를 혼합함과 함께 상기 제어 수단으로 혼합비를 조정 가능한 연료 혼합 수단을 구비하고,
   상기 연료 혼합 수단에는 상기 레귤레이터의 출력측으로부터 연료 가스가 입력되고,
   상기 연료 분사 수단에 입력되는 연료 가스는, 상기 레귤레이터의 출력측으로부터 상기 연료 분사 수단에 입력되고 있는, 가스 히트 펌프 엔진의 배기 정화 시스템.

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