WO2014148192A1 - ガスエンジンの排ガス制御装置 - Google Patents

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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for a gas engine, and more particularly to an exhaust gas control apparatus effective for suppressing NOx (nitrogen oxide) emission of a gas engine for stationary generator or marine use.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-148187
  • the ignition timing and the air-fuel ratio of the gas engine are controlled according to the outputs of the fuel composition measuring means, the load measuring means, and the rotational speed measuring means to perform knocking and NOx generation suppression when the fuel composition changes. It is shown.
  • Patent Document 1 NOx emissions are suppressed when the fuel composition of the gas engine changes, and it is possible to suppress NOx emissions depending on the environmental condition or geographical condition where the NOx emissions should be suppressed. Not disclosed.
  • the present invention performs NOx suppression operation when environmental conditions or geographical conditions necessary to temporarily suppress NOx emissions occur, and places emphasis on fuel consumption in other cases. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas control apparatus for a gas engine which can reduce NOx and improve fuel consumption by performing stable operation.
  • the present invention controls the ignition timing of the mixed gas supplied into the combustion chamber in an exhaust gas control apparatus of a gas engine that mixes fuel gas and air and supplies the mixed gas to the combustion chamber.
  • Ignition timing control means, excess air ratio control means for controlling the excess air ratio in the combustion chamber, and the first set ignition timing and excess air ratio as the optimum fuel consumption rate based on the engine speed and the engine load
  • a basic operation mode for controlling the ignition timing control means and the excess air ratio control means with the target ignition timing and the first target excess air ratio as target values, and at least one of environmental conditions, geographical conditions and engine operation progress conditions
  • NOx reduction request determination means for determining whether or not to suppress NOx emissions temporarily, and the second target in which the first target ignition timing is delayed.
  • An exhaust gas control apparatus for a gas engine comprising: operation mode switching means for switching to the
  • the operation mode switching means performs the low NOx operation only when it is necessary to temporarily suppress the NOx emissions due to at least one of the environmental conditions, the geographical conditions and the engine operation progress conditions.
  • the control is performed by the excess air ratio control means while switching to the mode and increasing the first target excess air ratio by the second excess air ratio control means, and further, the second target ignition where the first target ignition timing is delayed. Control based on timing is performed by the ignition timing control means.
  • An exhaust gas control apparatus for a gas engine can be obtained.
  • the NOx reduction requirement determination means needs to make a determination when a photochemical smog alert is issued in the area where the gas engine is installed and in the vicinity thereof.
  • the temporary low NOx operation is performed to reduce the amount of NOx emission that is the cause of the photochemical smog.
  • the NOx reduction effect can be efficiently obtained without the deterioration of the fuel efficiency during the entire (all operation period) operation.
  • the NOx reduction request determination unit determines that the temperature of the outside air where the gas engine is installed is equal to or higher than a predetermined value and the humidity is equal to or lower than a predetermined value.
  • the outside air temperature is higher than or equal to the predetermined value and the humidity is higher than the predetermined value in the low humidity condition
  • the supplied air temperature is high and NOx is likely to be generated.
  • the NOx reduction effect can be obtained efficiently.
  • the conditions of high temperature and low humidity are, for example, the case where the air temperature is 30 ° C. or more and the relative humidity is 40% or less.
  • the NOx reduction request determination means determines, based on operation aged data of the gas engine, a predetermined period before the next maintenance time or a predetermined period from the first operation start, It is good to make judgment.
  • the exhaust gas state tends to deteriorate immediately before the maintenance time for replacing parts of the gas engine, etc., or in such a time, or for a predetermined period from the first operation start In such a time, the NOx reduction operation mode is temporarily switched to perform the NOx reduction operation efficiently, because the exhaust gas state tends to deteriorate regardless of the maintenance time. The reduction effect is obtained.
  • the NOx reduction request determination means needs to make a determination when the moving object mounted with the gas engine approaches or enters the NOx emission control area.
  • the gas engine is used as a main power source of a power source for a generator mounted on a vehicle or ship as a moving body, or as a main power source of a vehicle or ship as a moving body. If the moving object approaches or enters the NOx emission control area, the NOx reduction operation can be performed temporarily by switching to the low NOx operation mode, and the NOx reduction effect can be performed efficiently. Is obtained.
  • the gas engine is equipped with a supercharger, and the low NOx operation mode may control the supercharger to increase the excess air ratio.
  • the gas engine has a pilot injection combustion chamber structure, and the increase in excess air ratio in the low NOx operation mode can be reduced by reducing the pilot fuel injected into the auxiliary chamber or the main chamber. Good to do.
  • the excess air ratio can be increased by reducing the pilot fuel. This enables operation of NOx reduction. Therefore, when the gas engine has a pilot injection combustion chamber structure, the NOx reduction effect can be efficiently obtained by temporarily switching to the low NOx operation mode and performing the NOx reduction operation.
  • the NOx suppression operation is continued and canceled based on the environmental condition required to temporarily suppress the NOx emission and the generation state of the geographical condition, and the NOx suppression operation and the fuel efficiency are emphasized.
  • NOx reduction and fuel consumption improvement can be achieved.
  • FIG. 2 is a block diagram of an engine control device. It is a control flowchart of an engine control device. It is a flowchart of the subroutine of low NOx mode operation. It is a time chart each of NOx concentration at the time of low NOx mode operation, engine output, ignition timing, and air quantity. It is partial cross section explanatory drawing which shows the combustion chamber structure of 2nd Embodiment of this invention. It is a block diagram of an engine control device of a 2nd embodiment. The modification of 1st, 2nd embodiment is shown.
  • FIG. 1 shows an overall configuration of a gas engine system according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a partial sectional view around a combustion chamber.
  • a gas engine with a supercharger for driving a generator will be described as an example, and a configuration having an ignition auxiliary chamber.
  • the present invention is not limited to the gas engine of the present embodiment, and can also be applied to the combustion type gas engine of the second embodiment described later.
  • the generator 1 is preferable so that a drive object may be shown in figure, it is applicable also in cases other than a generator.
  • an engine (gas engine) 2 is provided with a cylinder block 4, a cylinder head 6 and a flywheel 8, and further, a supercharger 10 comprising an exhaust turbine 10 a and a compressor 10 b. Further, the generator 1 is directly attached to the flywheel 8.
  • a charge branch 12 is connected to a charge inlet of each cylinder head 6, and each charge branch 12 is connected by a charge outlet of a compressor 10 b and a charge pipe 14.
  • the air supply pipe 14 is provided with an air supply cooler 16 that cools the air supplied through the air supply pipe 14.
  • an exhaust pipe 18 is connected to an exhaust outlet of each cylinder head 6, and each exhaust pipe 18 is connected by an exhaust inlet of an exhaust turbine 10 a and an exhaust collecting pipe 20.
  • An exhaust outlet pipe 22 for discharging the exhaust gas is connected to an exhaust gas outlet of the exhaust turbine 10a.
  • an exhaust bypass pipe 24 branched from the inlet side of the exhaust collecting pipe 20 to bypass the exhaust turbine 10a and connected to the exhaust outlet pipe 22 on the outlet side of the exhaust turbine 10a is provided.
  • the bus bypass pipe 24 is provided with an exhaust bypass valve 26 that changes the passage area of the exhaust bypass pipe 24 to adjust the supercharging pressure of the compressor 10 b.
  • the compressor 10b of the turbocharger 10 is connected to a turbocharger inlet air passage 28 for introducing air from the outside. Further, a gas supply pipe 30 into which the fuel gas is introduced from a fuel gas tank (not shown) for containing the fuel gas is connected to the gas supply main pipe 32 and branched for each cylinder in the middle of the gas supply main pipe 32 A pipe 34 is connected to each air supply branch pipe 12. Further, the fuel gas is pressure-fed to the gas supply main pipe 32 by the gas compressor 31.
  • Each gas supply branch 34 is provided with a fuel flow control valve 36 that controls the passage area of each gas supply branch 34, that is, the flow rate of fuel gas. Further, each cylinder head 6 is connected to an auxiliary chamber fuel gas supply pipe 44 for supplying a fuel gas to an ignition device 40 having an auxiliary combustion chamber 38 via a check valve 42.
  • a rotational speed sensor 46 for detecting the engine rotational speed, a load sensor 48 for detecting the load of the generator 1, ie, an engine load, a temperature sensor 50 for detecting the outside air temperature, and a humidity sensor 52 for detecting the relative humidity of the outside air are installed. ing.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional explanatory view schematically showing a structure around a combustion chamber of the engine 2 of FIG.
  • a piston 56 reciprocally slidably fitted in the cylinder 54, a main combustion chamber 58 defined between the upper surface of the piston 56 and the inner surface of the cylinder block 4, and an intake port connected to the main combustion chamber 58 60, an intake valve 62 for opening and closing the intake port 60 and the like.
  • a gas mixer 64 is installed on the upstream side of the intake port 60, the gas mixer 64 is connected, the gas supply branch 34 is connected, the fuel gas supplied through the gas supply branch 34, and the charge branch 12 And air supplied through the gas mixer 64 are premixed by the gas mixer 64.
  • the gas supply branch pipe 34 may be directly connected to the intake branch pipe 12 without the gas mixer 64 and mixed. Then, it reaches the intake valve 62 through the intake port 60 and is supplied to the main combustion chamber 58 by opening the intake valve 62.
  • an auxiliary combustion chamber 38 is formed inside the auxiliary chamber base 66.
  • a plurality of injection holes 68 for performing a main combustion by injecting a flame into the main combustion chamber 58 are formed around the tip of the sub-chamber nozzle 66.
  • the sub chamber cap 66 is attached to the tip of the nozzle holder 67, and is supplied to the sub chamber fuel gas passage 70 and the sub chamber fuel gas passage 70 inside the nozzle holder 67 into the sub combustion chamber 38.
  • a spark plug 72 for igniting the fuel gas is accommodated.
  • a fuel gas supply pipe 44 for the sub chamber is connected to the fuel gas passage 70 for the sub chamber, and the fuel gas is supplied into the sub combustion chamber 38 through the check valve 42. The pressurized fuel gas is supplied from the upstream side of the check valve 42 together with the ignition timing of the spark plug 72.
  • the engine control device 74 in the gas engine having the above configuration will be described.
  • the engine control device 74 mainly controls the ignition timing of the spark plug 72 to ignite the fuel gas supplied into the sub combustion chamber 38, and thereby mixes the mixed gas in the main combustion chamber 58.
  • the operation mode is switched between the basic operation mode 80 and the low NOx operation mode 82.
  • the basic operation mode 80 is the optimum for the preset engine speed and engine load based on the signals of the engine speed and the engine load detected from the revolution sensor 46 and the load sensor 48, that is, the most fuel consumption Target excess air ratio (first target excess air ratio) at which the ratio improves, and target excess air ratio (first target excess air ratio) calculated using the table of the map of the target ignition timing (first target ignition timing) It refers to an operation in which the ignition timing control means 76 and the excess air ratio control means 78 are controlled with the target ignition timing (first target ignition timing) as a target value.
  • a second target ignition timing obtained by delaying the first target ignition timing by a predetermined amount, and a second target air excess ratio obtained by increasing the first target excess air ratio by a predetermined amount are targeted. It refers to an operation in which the ignition timing control means and the excess air ratio control means are controlled as values.
  • the ignition timing retarding means 90 for retarding from the first target ignition timing with good fuel efficiency to the second target ignition timing, and the first target excess air ratio with good fuel efficiency (2) air amount increasing means 92 for increasing the air amount to the target excess air ratio.
  • the ignition timing retarding means 90 retards and controls the ignition timing of the spark plug 72. Further, the air amount increasing means 92 squeezes the opening of the exhaust bypass valve 26 of the turbocharger 10 to increase the supercharging amount.
  • the NOx reduction request determination means 86 determines whether it is necessary to temporarily suppress the NOx emission amount, such as environmental conditions, geographical conditions, engine operation progress conditions, and the like.
  • the engine 2 is subjected to basic exhaust gas measures to clear the exhaust gas regulation value, and the operating conditions (first target ignition timing, first target excess air ratio) with optimal fuel consumption are set thereon.
  • the operating conditions first target ignition timing, first target excess air ratio
  • fuel consumption will be worsened and uneconomical problems Have.
  • the NOx reduction request determination means 86 determines whether or not there has been a response to environmental changes, operating periods, and other special NOx emission regulations.
  • the conditions determined by the NOx reduction request determination means 86 are as follows.
  • the NOx reduction request determination unit 86 determines that NOx reduction is necessary. judge.
  • This photochemical smog alert is often generated in summer in urban areas.
  • the amount of power generated by summer is required for power generation equipment. Therefore, at the time of photochemical smog generation in the summer season, it is temporarily necessary to operate while suppressing the amount of NOx emission while maintaining the amount of power generation of the generator constant.
  • the low NOx operation mode 82 for NOx reduction is set even if the fuel consumption is deteriorated.
  • a gas engine for power generation installed near the urban area it is effective as a means for appropriately operating the relationship between the electric energy increase operation in summer and the NOx reduction operation in consideration of fuel consumption reduction.
  • the NOx reduction request determination means also when the outside air temperature at which the engine 2 is installed is a predetermined value or more and the humidity is a high temperature or low humidity state of a predetermined value or less. 86 determines that NOx reduction is necessary.
  • the outside air temperature is higher than the predetermined value and the humidity is higher than the predetermined value, the supplied air temperature tends to be high, and the combustion temperature in the main combustion chamber 58 tends to be high, and NOx is generated. Since the situation is easy, temporarily switching to the low NOx operation mode and performing the NOx reduction operation can efficiently obtain the NOx reduction effect.
  • conditions of high temperature low humidity the case where air temperature is 30 degreeC or more and whose relative humidity is 40% or less is considered, for example.
  • the NOx reduction request determination means 86 determines a predetermined period before the next maintenance time or a predetermined period from the first operation start based on the aged data of the gas engine. It is determined that it is necessary when the period is reached.
  • the engine 2 is a gas engine for power generation, and maintenance is regularly performed to replace parts against age-related deterioration, but immediately before the maintenance time, the operation time is extended for a long time.
  • the exhaust gas condition tends to deteriorate.
  • the NOx reduction effect can be efficiently obtained by switching to the low NOx operation mode temporarily and performing the NOx reduction operation.
  • the exhaust gas state tends to deteriorate when a predetermined period from the initial operation start is reached, so temporarily switch to the low NOx operation mode at such time It is effective to perform the NOx reduction operation in the NOx reduction effect.
  • the NOx reduction request determination means 86 is installed in the case where the engine 2 is the main power engine of a vehicle, a ship or an aircraft, or in this vehicle, ship or aircraft In the case where a moving body of a vehicle, ship or aircraft approaches or enters a NOx emission control area, for example, when the moving source of a vehicle, ship or aircraft is used as a motive power source for the When moving to the airspace, or moving to an area with strict regulations as a special area in the same country, it is necessary to judge.
  • NOx detection is required when entering the area by comparing the detection result of location information with the data of NOx regulation level in the area (including airspace and sea area) of the whole world stored in advance. Determine that there is.
  • the NOx reduction level is differentiated between approaching and entering, and one-step NOx reduction is performed when approaching within a certain distance, and further NOx reduction is performed when entering the area. It may be performed stepwise as it is performed. In this way, application to a mobile unit moving to a region where the NOx control value is different is facilitated.
  • the determination conditions of the NOx reduction request determination means 86 described above can be determined more appropriately by combining them appropriately. For example, combining the time when the photochemical smog alert under the first condition is issued and the time under the high temperature and low humidity condition of the outside air condition under the second condition makes NOx reduction even more necessary. judge.
  • the combination of the high temperature and low humidity state of the second condition, the high temperature and low humidity condition, and the timing immediately before the maintenance timing of the third condition, and the timing immediately before the maintenance timing of the third condition It is particularly effective when approaching or entering the NOx emission control area under eye conditions.
  • the operation mode switching unit 84 of the engine control device 74 switches the operation mode from the basic operation mode 80 to the low NOx operation mode 82 when the NOx reduction request determination unit 86 determines that the reduction request is necessary, and reduces If it is determined that the request is not, in the basic operation mode 80, the operation mode is maintained, and if in the low NOx operation mode 82, the basic operation mode 80 is switched back.
  • the output control means 88 keeps the output of the generator 1 constant by keeping the engine output, that is, the engine speed constant. In the low NOx operation mode 82, the ignition timing is retarded and the air amount is increased, but the ignition timing delay angle, the air increase amount, and the fuel gas amount are controlled so that the engine output does not greatly fluctuate. .
  • step S1 when the operation is started, it is determined in step S1 whether the NOx reduction condition is satisfied. This determination is made by the NOx reduction request determination means 86 whether the total NOx amount regulation issuance signal (photochemical smog issuance signal) 91 is issued or the outside air condition signal (detection signals from the temperature sensor 50 and the humidity sensor 52). Is judged based on the signal (93) that the predetermined high temperature and low humidity state is present.
  • the NOx reduction request determination means 86 whether the total NOx amount regulation issuance signal (photochemical smog issuance signal) 91 is issued or the outside air condition signal (detection signals from the temperature sensor 50 and the humidity sensor 52). Is judged based on the signal (93) that the predetermined high temperature and low humidity state is present.
  • a secular change signal (a signal indicating that the maintenance period is a predetermined period before the maintenance period from information of the maintenance period signal, or a signal that an elapsed time from the initial operation has reached a predetermined period) 94 .
  • a NOx emission control area signal (position information signal) 96, it is performed by determining whether the NOx emission control area is approached or within the range.
  • step S1 The determination in step S1 is repeated until satisfaction of the NOx reduction condition occurs, and when satisfied, the process proceeds to step S2, and the low NOx operation mode is turned ON by the operation mode switching means 84. Thereafter, the process proceeds to step S3 to implement the low NOx operation mode.
  • step S4 the transition to the low NOx operation mode is completed by the implementation of the flow shown in FIG.
  • step S5 it is determined whether the NOx reduction condition is satisfied as in step S1. If the determination result is "Yes”, the process proceeds to step S6, the low NOx operation mode 82 is continued, and the process is repeated until the NOx reduction condition becomes negative. Then, if the NOx reduction condition is not satisfied, the process proceeds to step S7, and the low NOx operation mode 82 is turned off. Thereafter, the process proceeds to step S8 to cancel the low NOx operation mode.
  • the release of the low NOx operation mode is the reverse of the subroutine shown in FIG. 5, and the air amount command value is decreased and the ignition timing is advanced. Then, in step S9, the reverse of the flow shown in FIG. 5 is performed to complete the low NOx operation mode stop and return to the basic operation mode 80.
  • step S11 the air amount increasing means 92 is instructed to increase the air amount, and at step S12 the opening of the exhaust bypass valve 26 is operated in the closing direction to supply. Increase air pressure (increase air supply).
  • step S21 the ignition timing retarding means 90 is instructed to retard, and in step S22, the ignition timing of the spark plug 72 is retarded.
  • a time chart in the low NOx operation mode 82 by the above engine control device 74 is shown in FIG. It shows the changes of the NOx concentration in the exhaust gas from ON to OFF of the low NOx operation mode 82, the engine output (generator output), the retardation of the ignition timing, and the air amount increase.
  • the ignition timing is retarded at a rate of 2 deg / 5 minutes, and the air amount is increased at a rate of 1% / 5 minutes.
  • the engine output is controlled to be maintained substantially constant.
  • switching from the time of OFF is performed by returning the air amount and the ignition timing at the same ratio.
  • the operation mode is switched only when it is necessary to temporarily suppress the NOx emission amount due to environmental conditions of temperature and humidity, geographical conditions, engine operation progress conditions, etc.
  • Control is performed by the excess air ratio control means 78 based on a second target excess air ratio that the means 84 switches from the basic operation mode 80 to the low NOx operation mode 82 and increases the first target excess air ratio. Further, control based on the second target ignition timing, which is the first target ignition timing delayed, is performed by the ignition timing control means 76.
  • the second embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the second embodiment differs from the first embodiment only in the combustion system, and instead of the spark plug type secondary combustion chamber structure of the first embodiment, it has a micro pilot type secondary combustion chamber structure.
  • the other configuration is the same as that of the first embodiment, and the same reference numeral is assigned to the same configuration and the description is omitted.
  • the auxiliary combustion chamber 38 is formed inside the auxiliary chamber base 66 attached to the tip portion of the nozzle holder 102, and the fuel injection valve 104 is installed inside the nozzle holder 102.
  • Liquid fuel is supplied to the fuel injection valve 104 from an inlet pipe 106 for liquid fuel (light oil).
  • the premixed mixed gas introduced into the main combustion chamber 58 through the intake valve 62 at the intake stroke passes through the injection hole 68 formed at the tip portion of the sub chamber cap 66 from the main combustion chamber 58 at the compression stroke.
  • the liquid fuel is pilot-injected into the mixed gas from the fuel injection valve 104 and burned, and an ignition flame generated by this combustion passes through the injection hole 68 to the main combustion chamber.
  • the mixed gas of the premix in the main combustion chamber 58 is burned by causing the fuel to flow back to 58.
  • the engine control device 110 is obtained by adding the reduction of the pilot injection amount to the first embodiment as shown by the dotted line portion in FIG.
  • the flame strength of the ignition flame is reduced to lower the combustion temperature in the main combustion chamber 58, thereby reducing the NOx generation amount.
  • a command to decrease the pilot injection amount is issued in step S31, and the injection amount is decreased by the pilot injection controller (not shown) in step S32.
  • the retardation of the ignition timing of the spark plug in steps S21 and S22 in FIG. 5 is replaced with the retardation of the injection timing of the pilot injection.
  • the micro pilot sub-combustion chamber structure as in the second embodiment as in the first embodiment, it is necessary to always increase the target excess air ratio and further delay the ignition timing to perform the NOx reduction operation.
  • the combustion chamber structure having the sub combustion chamber structure has been described.
  • a direct injection structure in which a pilot fuel (liquid fuel) is directly injected into the main combustion chamber may be employed.
  • the gas supply pipe 30 to which the fuel gas is introduced from the fuel gas tank (not shown) is connected to the gas supply main pipe 32.
  • each cylinder is branched to form a gas supply branch 34 and connected to each air supply branch 12.
  • a gas mixer 116 is installed upstream of the compressor 10 b of the turbocharger 10 to supply fuel gas through a gas control valve 118 to generate a premixed mixed gas.
  • both the mixing in the supply branch 12 and the mixing upstream of the turbocharger 10 may be provided.
  • a gas supply pipe 30 for introducing fuel gas from a fuel gas tank is branched into a turbocharger side gas supply pipe 30a and a cylinder side gas supply pipe 30b, and the turbocharger side gas supply pipe 30a is connected to the gas mixer 116.
  • the amount of fuel gas regulated by the gas regulating valve 118 is premixed with air.
  • the gas mixer 116 preferably a venturi mixer is used.
  • the NOx suppression operation is performed when necessary environmental conditions or geographical conditions occur to temporarily suppress the NOx emission, and stable operation with emphasis on fuel efficiency is performed in other cases.
  • NOx reduction and fuel efficiency improvement can be achieved, and therefore, it is suitable for use in a gas engine for power generation or a gas engine provided in a moving body.

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Abstract

ＮＯｘ排出量を一時的に抑制する必要な環境条件や地理的条件が発生した場合に、ＮＯｘ抑制運転を行い、それ以外の場合には燃費を重視した安定運転を行わせて、ＮＯｘ低減と燃費向上とを図るガスエンジンの排ガス制御装置を提供することを目的とし、ガスエンジンの排ガス制御装置において、燃料消費率が最適な第１目標着火時期および第１目標空気過剰率による基本運転モード（８０）と、第１目標着火時期を遅延させた第２目標着火時期および前記第１目標空気過剰率を増大させた第２目標空気過剰率による低ＮＯｘ運転モード（８２）と、ＮＯｘ排出量を一時的に抑制するか否かを判定するＮＯｘ低減要求判定手段（８６）と、ＮＯｘ低減要求判定手段によって低減要求条件が満たされる間、低ＮＯｘ運転モードに切り換える運転モード切換え手段（８４）とを備えたことを特徴とする。

Description

ガスエンジンの排ガス制御装置
　本発明は、ガスエンジンの排ガス浄化装置に関し、特に定置発電機用、または舶用のガスエンジンのＮＯｘ（窒素酸化物）排出抑制に効果的な排ガス制御装置に関する。
　エンジンからのＮＯｘ排出量と燃料消費率とは、トレードオフの関係にあることは知られており、ＮＯｘ規制値を満足させながら燃料消費率を低減させるように運転することが望ましい。
　ＮＯｘ生成を抑制する手段としては、点火時期及び空燃比を制御することが有効であり、例えば、特許文献１（特開２００３－１４８１８７号公報）には、組成が変化する燃料が供給されるがガスエンジンにおいて、燃料組成計測手段、負荷計測手段、回転数計測手段の出力に応じてガスエンジンの点火時期及び空燃比を制御して、燃料組成が変化した際のノッキングおよびＮＯｘ発生抑制を行うことが示されている。
特開２００３－１４８１８７号公報
　しかし、特許文献１においては、ガスエンジンの燃料組成が変わる際のＮＯｘ排出量を抑制するものであり、ＮＯｘ排出量を抑制すべき環境状態や地理的状態によってＮＯｘ排出量を抑制することまでは開示していない。
　つまり、ＮＯｘ排出量を一時的に抑制する必要が生じる環境条件や地理的条件が発生した場合、例えば、都市部では夏場において光化学スモッグの発令警報が出された際に、光化学スモッグの発生原因であるＮＯｘを一時的に抑制する必要がある場合や、エンジン運転時間が所定のメンテナンス時期に近づきは排ガス濃度の悪化が懸念される時期においてメンテナンスの実行までの期間に一時的に抑制する場合や、外気環境条件が高温で低湿度状態になっていて燃焼温度が高温化する場合や、舶用若しくは移動体のエンジンのように、ＮＯｘ規制地域内若しくは規制国内に入った際に一時的に抑制する必要が生じた場合等がある。
　このような、一時的にＮＯｘ抑制が必要な場合に対応するために、高いレベルの対策設備、若しくは対策制御を常に設置若しくは作動させておくと、エンジンの燃料消費率の悪化や設備費の増大を招く。
　そのため、一時的にＮＯｘ抑制運転を実行することによって、常にＮＯｘ抑制運転を行う場合に比べて燃費悪化や設備費の増大を抑えことができ経済的である。
　特に、発電機用のガスエンジンにおいては、ＮＯｘ規制のために高額の脱硝設備を設置し、発電出力を抑えて運転しなければならないため、一時的な抑制運転を行うことは、発電出力を一定に保持し、且つガスエンジンの燃費悪化を抑える上で有効である。
　そこで、本発明はかかる技術的課題に鑑み、ＮＯｘ排出量を一時的に抑制する必要な環境条件や地理的条件が発生した場合に、ＮＯｘ抑制運転を行い、それ以外の場合には燃費を重視した安定運転を行わせることによって、ＮＯｘ低減と燃費向上とを図るガスエンジンの排ガス制御装置を提供することを目的とする。
　本発明はかかる課題を解決するため、燃料ガスと空気とを混合し、混合した混合ガスを燃焼室に供給するガスエンジンの排ガス制御装置において、燃焼室内に供給される混合ガスの着火時期を制御する着火時期制御手段と、燃焼室内の空気過剰率を制御する空気過剰率制御手段と、エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて燃料消費率が最適な着火時期および空気過剰率として設定された第１目標着火時期および第１目標空気過剰率を目標値として前記着火時期制御手段および空気過剰率制御手段を制御する基本運転モードと、環境条件や地理的条件やエンジン運転経過条件の少なくともいずれかの条件によって、ＮＯｘ排出量を一時的に抑制するか否かを判定するＮＯｘ低減要求判定手段と、前記第１目標着火時期を遅延させた第２目標着火時期および前記第１目標空気過剰率を増大させた第２目標空気過剰率を目標値として前記着火時期制御手段および空気過剰率制御手段を制御する低ＮＯｘ運転モードと、前記ＮＯｘ低減要求判定手段によって低減要求があった場合に、前記低ＮＯｘ運転モードに切り替えて、前記ＮＯｘ低減要求が解除されるまで該低ＮＯｘ運転モードを継続し、前記ＮＯｘ低減要求が解除された場合に前記基本運転モードに切り換える運転モード切換え手段と、を備えたことを特徴とするガスエンジンの排ガス制御装置。
　本発明によれば、環境条件や地理的条件やエンジン運転経過条件の少なくともいずれかの条件によって、ＮＯｘ排出量を一時的に抑制する必要が生じた際にだけ、運転モード切換え手段が低ＮＯｘ運転モードに切り替えて、第１目標空気過剰率を増大させた第２目標空気過剰率に基づいた制御が前記空気過剰率制御手段によって行われ、さらに第１目標着火時期を遅延させた第２目標着火時期に基づいた制御が前記着火時期制御手段によって行われる。
　従って、常に、目標空気過剰率を増大させ、さらに着火時期を遅延させてＮＯｘ低減運転を行う必要がなく、必要な場合以外では燃費を重視した安定運転を行わせることによって、ＮＯｘ低減と燃費向上とを図るガスエンジンの排ガス制御装置を得ることができる。
　また、本願発明において好ましくは、前記ＮＯｘ低減要求判定手段は、前記ガスエンジンが設置された地域およびその周辺に光化学スモッグ注意報が発令されたときに、判定を要とするとよい。
　このように構成することによって、特に都市部において夏場に、光化学スモッグ注意報が発令した場合には、光化学スモッグの発生原因である、ＮＯｘ排出量を低減するために、一時的に、低ＮＯｘ運転モードに切り替えてＮＯｘ低減運転を行うことで、全体（全稼働期間）の運転を通しての燃費悪化を伴うことなく効率よくＮＯｘ低減効果が得られる。
　また、本願発明において好ましくは、前記ＮＯｘ低減要求判定手段は、前記ガスエンジンが設置されている外気温度が所定値以上であり、且つ湿度が所定値以下の高温低湿度状態であるときに、判定を要とするとよい。
　このように構成することによって、外気温度が所定値以上であり、且つ湿度が所定値以下の高温低湿度状態であるときには、給気温度が高くなりＮＯｘが発生しやすい状況であるため、一時的に、低ＮＯｘ運転モードに切り替えてＮＯｘ低減運転を行うことで、効率よくＮＯｘ低減効果が得られる。
　高温低湿度の条件としては、例えば、気温が３０℃以上であって、相対湿度が４０％以下の場合である。
　また、本願発明において好ましくは、前記ＮＯｘ低減要求判定手段は、前記ガスエンジンの運転経年データに基づいて、次回メンテナンス時期前の所定期間、もしくは、最初の運転開始から所定期間に達したときに、判定を要とするとよい。
　このように構成することによって、ガスエンジンの部品交換等を行うメンテナンス時期の直前おいては、排ガス状態が悪化する傾向にあるため、そのように時期においては、または、最初の運転開始から所定期間に達したときには、メンテナンス時期とは関係なく排ガス状態が悪化する傾向にあるため、そのように時期においては、一時的に、低ＮＯｘ運転モードに切り替えてＮＯｘ低減運転を行うことで、効率よくＮＯｘ低減効果が得られる。
　また、本願発明において好ましくは、前記ＮＯｘ低減要求判定手段は、前記ガスエンジンを搭載した移動体が、ＮＯｘ排出量規制地域に近づいたとき、もしくは入ったときに、判定を要とするとよい。
　このように構成することによって、前記ガスエンジンが移動体である車両や船舶に搭載されている発電機用の動力源の場合や、もしくは、移動体である車両や船舶の主動力源として用いられている場合には、当該移動体がＮＯｘ排出量規制地域に近づいたとき、もしくは入ったときに、一時的に、低ＮＯｘ運転モードに切り替えてＮＯｘ低減運転を行うことで、効率よくＮＯｘ低減効果が得られる。
　また、本願発明において好ましくは、前記ガスエンジンには過給機が備えられ、前記低ＮＯｘ運転モードは、空気過剰率を増大するように、前記過給機を制御するとよい。
　このように構成することによって、過給機の排気バイパス流量を制御して過給量を増大するようにして、空気過剰率を増大できる。これによって、ＮＯｘ低減の運転を可能にできる。
　従って、過給機付きのガスエンジンおいて、一時的に、低ＮＯｘ運転モードに切り換えてＮＯｘ低減運転を行うことで、効率よくＮＯｘ低減効果を得ることができる。
　また、本願発明において好ましくは、前記ガスエンジンがパイロット噴射式の燃焼室構造からなり、前記低ＮＯｘ運転モードにおける空気過剰率の増大を、副室内もしくは主室内に噴射するパイロット燃料を減少させることで行うとよい。
　このように構成することで、パイロット燃料を減少させることで空気過剰率を増大できる。これによって、ＮＯｘ低減の運転を可能にできる。
　従って、ガスエンジンがパイロット噴射式の燃焼室構造からなる場合においては、一時的に、低ＮＯｘ運転モードに切り替えてＮＯｘ低減運転を行うことで、効率よくＮＯｘ低減効果を得ることができる。
　本発明によれば、ＮＯｘ排出量を一時的に抑制する必要な環境条件や地理的条件の発生状態に基づいて、ＮＯｘ抑制運転の継続と解除とを行い、ＮＯｘ抑制運転と燃費を重視した安定運転とを切換えることによって、ＮＯｘ低減と燃費向上とを図ることができる。
本発明の第１実施形態を示し、排ガス制御装置を備えたガスエンジンの全体構成を示すシステム図である。 第１実施形態の燃焼室周りの構造を示す一部断面説明図である。 エンジン制御装置の構成ブロック図である。 エンジン制御装置の制御フローチャートである。 低ＮＯｘモード運転のサブルーチンのフローチャートである。 低ＮＯｘモード運転時のＮＯｘ濃度、エンジン出力、点火タイミング、空気量のそれぞれをタイムチャートである。 本発明の第２実施形態の燃焼室構造を示す一部断面説明図である。 第２実施形態のエンジン制御装置の構成ブロック図である。 第１、２実施形態の変形例を示す。
　以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施例に係るガスエンジンシステムの全体構成図を示し、図２は燃焼室周りの部分断面図である。本実施例では、一例として発電機を駆動するための過給機付きガスエンジンで、且つ点火用副室を有する構成につき説明する。
　本実施形態のガスエンジンに限定されるものではなく、後述する第２実施形態の燃焼方式によるガスエンジンにも適用可能である。また、駆動対象は図示されるように発電機１が好ましいが、発電機以外の場合にも適用可能である。
　図１において、エンジン（ガスエンジン）２には、シリンダブロック４、シリンダヘッド６、フライホイール８が備えられ、さらに、排気タービン１０ａ及びコンプレッサ１０ｂからなる過給機１０が備えられている。また、フライホイール８には発電機１が直接取り付けられている。
　各シリンダヘッド６の給気入口には、給気枝管１２がそれぞれ接続され、各給気枝管１２はコンプレッサ１０ｂの給気出口と給気管１４によって接続されている。給気管１４には、該給気管１４を流れる給気を冷却する給気冷却器１６が設けられている。
　一方、各シリンダヘッド６の排気出口には、排気管１８がそれぞれ接続され、各排気管１８は排気タービン１０ａの排気入口と排気集合管２０によって接続されている。排気タービン１０ａの排ガス出口には排ガスを排出ための排気出口管２２が接続されている。
　また、排気集合管２０の排気タービン１０a入口側から分岐されて排気タービン１０ａをバイパスし、該排気タービン１０ａ出口側の排気出口管２２に接続される排気バイパス管２４が設けられており、該排気バスパス管２４には、排気バイパス管２４の通路面積を変化せしめて、コンプレッサ１０ｂによる過給圧を調整する排気バイパス弁２６が設けられている。
　過給機１０のコンプレッサ１０ｂには、外部からの空気を導入する過給機入口空気通路２８が接続されている。また、燃料ガスを収容する燃料ガスタンク（図示省略）から燃料ガスが導入されるガス供給管３０がガス供給主管３２に接続され、該ガス供給主管３２の途中でシリンダ毎に分岐され、ガス供給枝管３４となって各給気枝管１２に接続されている。また、ガスコンプレッサ３１でガス供給主管３２へ燃料ガスが圧送されている。
　各ガス供給枝管３４には、各ガス供給枝管３４の通路面積即ち燃料ガス流量を制御する燃料流量制御弁３６が設けられている。
　また、各シリンダヘッド６には、副燃焼室３８を有する着火装置４０に燃料ガスを、逆止弁４２を介して供給する副室用燃料ガス供給管４４がそれぞれ接続されている。
　エンジン回転数を検出する回転数センサ４６、発電機１の負荷つまりエンジン負荷を検出する負荷センサ４８が設けられ、外気温度検出する温度センサ５０、外気の相対湿度を検出する湿度センサ５２が設置されている。
　図２は、図１のエンジン２の燃焼室周りの構造を模式的に示す一部断面説明図である。シリンダ５４内を往復摺動自在に嵌合されたピストン５６、ピストン５６の上面とシリンダブロック４の内面との間に区画形成される主燃焼室５８、該主燃焼室５８に接続された吸気ポート６０、該吸気ポート６０を開閉する吸気弁６２等を備えている。
　吸気ポート６０の上流側の給気枝管１２には、ガスミキサー６４が設置され、ガス供給枝管３４が接続され、該ガス供給枝管３４を通して供給された燃料ガスと、給気枝管１２を通して供給された空気とがガスミキサー６４で予混合する。なお、ガスミキサー６４を介さずに直接吸気枝管１２にガス供給枝管３４が接続されて混合されてもよい。
そして、吸気ポート６０を経て吸気弁６２に達し、吸気弁６２の開弁によって主燃焼室５８に供給される。
　また、副室口金６６の内部に副燃焼室３８が形成されている。副室口金６６の先端部周囲には主燃焼室５８内に火炎を噴射して主燃焼を行う噴孔６８が複数形成されている。
　該副室口金６６はノズルホルダー６７の先端部に取り付けられ、ノズルホルダー６７の内部には副室用燃料ガス通路７０、および該副室用燃料ガス通路７０から副燃焼室３８内に供給される燃料ガスに点火する点火プラグ７２が収納されている。副室用燃料ガス通路７０には、副室用燃料ガス供給管４４が接続され、逆止弁４２を介して副燃焼室３８内へ燃料ガスの供給が行われる。逆止弁４２の上流側から加圧燃料ガスが点火プラグ７２の点火時期と合わせて供給されるようになっている。
　次に、以上の構成を備えたガスエンジンにおけるエンジン制御装置７４について説明する。
　エンジン制御装置７４は、図３に示すように主に前記点火プラグ７２の点火時期を制御して副燃焼室３８内に供給される燃料ガスを着火して、主燃焼室５８内の混合ガスの着火時期を制御する着火時期制御手段７６と、主燃焼室５８内の空気過剰率を制御する空気過剰率制御手段７８と、基本運転モード８０と低ＮＯｘ運転モード８２との運転モードの切換えを行う運転モード切換え手段８４と、環境条件や地理的条件やエンジン運転経過条件の少なくともいずれかの条件によって、ＮＯｘ排出量を一時的に抑制する必要が生じたか否かを判定するＮＯｘ低減要求判定手段８６と、さらに、エンジン出力、つまり発電機１の出力電力を制御する出力制御手段８８と、を有している。
　基本運転モード８０とは、回転数センサ４６と負荷センサ４８から検出されたエンジン回転数とエンジン負荷との信号を基に、予め設定されたエンジン回転数とエンジン負荷とに対する最適、即ち最も燃料消費率がよくなる目標空気過剰率（第１目標空気過剰率）と、目標点火時期（第１目標着火時期）のマップのテーブルを用いて算出された目標空気過剰率（第１目標空気過剰率）と目標点火時期（第１目標着火時期）を目標値として、着火時期制御手段７６および空気過剰率制御手段７８が制御される運転をいう。
　また、低ＮＯｘ運転モード８２とは、前記第１目標点火時期を所定量遅延させた第２目標点火時期、および前記第１目標空気過剰率を所定量増大させた第２目標空気過剰率を目標値として前記着火時期制御手段および空気過剰率制御手段が制御される運転をいう。
　すなわち、低ＮＯｘ運転モード８２は、燃費効率が良好な第１目標点火時期から第２目標点火時期に遅角する点火タイミング遅角手段９０と、燃費効率が良好な第１目標空気過剰率から第２目標空気過剰率に空気量を増大する空気量増大手段９２とによって構成されている。点火タイミング遅角手段９０は、点火プラグ７２による点火時期を遅角制御することで行っている。また、空気量増大手段９２は、過給機１０の排気バイパス弁２６の開度を絞って過給量を増大することで行っている。
　また、ＮＯｘ低減要求判定手段８６は、環境条件や地理的条件やエンジン運転経過条件等のように、ＮＯｘ排出量を一時的に抑制する必要が生じたか否かを判定する。
　エンジン２は、排ガス規制値をクリアするために基本となる排ガス対策は施されて、その上で最適燃費での運転条件（第１目標点火時期、第１目標空気過剰率）が設定されている。
　しかし、環境変化、稼働期間、その他特別なＮＯｘ排ガス規制への対応のために、さらに燃費を犠牲にしてＮＯｘ対策を施した条件で運転を行うと、かえって燃費を悪化させ、経済的でない問題を有する。
　そのため、ＮＯｘ低減要求判定手段８６によって、環境変化、稼働期間、その他特別なＮＯｘ排ガス規制等への対応が生じたか否かを判定する。
　このＮＯｘ低減要求判定手段８６によって判定される条件は次の場合である。
　例えば、判定条件（１つ目の条件）としては、エンジン２が設置された地域おびその周辺に光化学スモッグ注意報が発令されたときには、ＮＯｘ低減要求判定手段８６は、ＮＯｘ低減が要であると判定する。
　この光化学スモッグ注意報は、都市部の夏場においてよく発生される。また、一般的に発電設備では夏場発電量が必要になる。従って、夏場において光化学スモッグ発生時においては、発電機の発電量を一定に維持しつつ、ＮＯｘ排出量を抑えての運転が一時的に必要となる。この場合には、燃費の悪化を伴ってもＮＯｘ低減用の低ＮＯｘ運転モード８２とする。
　特に、都市部近郊に設置された発電用のガスエンジンにおいて、夏場の電力量増大運転と、ＮＯｘ低減運転との関係を、燃費低減を考慮して適切運転する手段として効果的である。
　塗料や接着剤などに溶剤として含まれている揮発性有機化合物と、自動車や工場からの排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）が太陽からの紫外線を受けて化学反応を起こすと、光化学オキシダントという新たな物質が発生し、気温が高く、風が弱く、日差しの強い日は大気中の光化学オキシダントの濃度が高くなり、所謂光化学スモッグが発生する。
　このため、光化学スモッグ注意報が発令した場合には、光化学スモッグの発生原因である、ＮＯｘ排出量を低減するために、一時的に、低ＮＯｘ運転モードに切り替えてＮＯｘ低減運転を行うことで、効率よくＮＯｘ低減効果が得られる。
　また、判定条件（２つ目の条件）としては、エンジン２が設置されている外気温度が所定値以上であり、且つ湿度が所定値以下の高温低湿度状態のときも、ＮＯｘ低減要求判定手段８６は、ＮＯｘ低減が要であると判定する。
　外気温度が所定値以上であり、且つ湿度が所定値以下の高温低湿度状態であるときには、給気温度が高くなり主燃焼室５８内の燃焼温度も高温化する傾向があり、ＮＯｘが発生しやすい状況であるため、一時的に、低ＮＯｘ運転モードに切り替えてＮＯｘ低減運転を行うことで、効率よくＮＯｘ低減効果が得られる。
　なお、高温低湿度の条件としては、例えば、気温が３０℃以上であって、相対湿度が４０％以下の場合が考えられる。
　また、判定条件（３つ目の条件）としては、前記ＮＯｘ低減要求判定手段８６は、前記ガスエンジンの運転経年データに基づいて、次回メンテナンス時期前の所定期間、もしくは、最初の運転開始から所定期間に達したときに要であると判定する。
　エンジン２は、発電用のガスエンジンであり、経年劣化に対して部品交換等を行うため定期的にメンテナンス行っているが、そのメンテナンス時期の直前おいては、稼働時間が長期間に及んでおり排ガス状態が悪化する傾向にある。
　そのように時期においては一時的に、低ＮＯｘ運転モードに切り替えてＮＯｘ低減運転を行うことで、効率よくＮＯｘ低減効果を得ることができる。また、定期的なメンテナンス時期とは関連なく、初期の運転開始からの所定期間に達したときには排ガス状態が悪化する傾向にあるため、そのように時期において、一時的に、低ＮＯｘ運転モードに切り替えてＮＯｘ低減運転を行うことは、ＮＯｘ低減効果において効果的である。
　また、判定条件（４つ目の条件）としては、前記ＮＯｘ低減要求判定手段８６は、前記エンジン２を、車両や船舶や航空機の主動力機関としている場合や、この車両、船舶、航空機に設置された発電機用の動力源としている場合には、車両や船舶や航空機の移動体がＮＯｘ排出量規制地域に近づいたとき、もしくは入ったときに、例えば、排ガス規制値が異なる国内（領海域、領空域）に移動したとき、または、同国内でも特別地域として規制が厳しい地域に移動したときに、判定を要とする。
　具体的には、位置情報の検出結果と予め記憶された全世界の領域（空域、海域含めて）におけるＮＯｘ規制値レベルのデータとを対比して、その地域に入った時にＮＯｘ低減が要であると判定する。
　なお、接近した時と、入った時とで、ＮＯｘ低減レベルに差を付けて、一定距離内に近づいた時点で一段階ＮＯｘ低減を実行し、その地域内に入った段階で更にＮＯｘ低減を実行するように、段階的に実行してもよい。
　このようにすることで、ＮＯｘ規制値が異なる地域に移動する移動体への適用が容易になる。
　また、前述したＮＯｘ低減要求判定手段８６の判定条件は、適宜組み合わせることで一層的確な低減要求を判定することができる。例えば、１つ目の条件の光化学スモッグ注意報が発令されたときと、２つ目の条件の外気条件の高温低湿度状態のときを組み合わせることで、ＮＯｘ低減が一層必要状態となっていると判定する。
　また、２つ目の条件の外気条件の高温低湿度状態のときと、３つ目の条件のメンテナンス時期の直前時期との組み合わせ、また３つ目の条件のメンテナンス時期の直前時期と、４つ目の条件のＮＯｘ排出量規制地域に近づいたとき、もしくは入ったときの場合が特に有効である。
　エンジン制御装置７４の運転モード切換え手段８４は、ＮＯｘ低減要求判定手段８６によって、低減要求が要と判定された場合に、基本運転モード８０から低ＮＯｘ運転モード８２への運転モードの切換え、および低減要求が否と判定された場合に、基本運転モード８０であれば、その運転モードを維持して、低ＮＯｘ運転モード８２であれば、基本運転モード８０へ戻るように切換える。
　また、出力制御手段８８は、エンジン出力、つまりエンジン回転数を一定に保って発電機１の出力電力を一定に保持する。低ＮＯｘ運転モード８２の運転時に、点火時期の遅角と空気量増大とを行うがエンジン出力が大きく変動しないように、点火時期の遅れ角度、空気増大量、および燃料ガス量を制御している。
　次に、図４のフローチャートを参照して、エンジン制御装置７４の制御フローについて説明する。
　まず、運転を開始すると、ステップＳ１で、ＮＯｘ低減条件が成立か否かが判定される。この判定は、ＮＯｘ低減要求判定手段８６によって、ＮＯｘ総量規制発令信号（光化学スモッグ発令信号）９１が発せられているか否か、または、外気条件信号（温度センサ５０、および湿度センサ５２からの検出信号によって所定の高温低湿度状態にあることの信号）９３を基に判定される。
　また、経年変化信号（メンテナンス時期信号の情報からメンテナンス時期の所定期間前にあることの信号、または運転初期からの経過時間が所定の時期に達していることの信号）９４を基に判定される。
　また、ＮＯｘ排出量規制地域信号（位置情報信号）９６を基に、ＮＯｘ排出量規制地域に近付いているか、範囲内に入ったかを判定することで行われる。
　ステップＳ１での判定は、ＮＯｘ低減条件の成立が発生するまで繰り返され、成立すると、ステップＳ２へ進み、運転モード切換え手段８４によって低ＮＯｘ運転モードをＯＮにする。その後ステップＳ３に進んで、低ＮＯｘ運転モードを実施する。
　この低ＮＯｘ運転モードの実施は、図５に示すサブルーチンのフローに従って行われる。ステップＳ４で、図５に示すフローの実施によって低ＮＯｘ運転モードへの移行を完了する。
　次に、ステップＳ５に進み、ステップＳ１と同様にＮＯｘ低減条件が成立か否かが判定される。判定結果がＹｅｓの場合には、ステップＳ６へ進み低ＮＯｘ運転モード８２を継続して、ＮＯｘ低減条件が否になるまで繰り返される。そして、ＮＯｘ低減条件が否の場合には、ステップＳ７に進んで、低ＮＯｘ運転モード８２をＯＦＦする。その後ステップＳ８に進んで、低ＮＯｘ運転モードの解除を行う。低ＮＯｘ運転モードの解除は、図５に示したサブルーチンの逆を行い、空気量指令値を減少側へ、且つ点火タイミングを進角側へ変化させる。
　そして、ステップＳ９で、図５に示すフローの逆を実施して低ＮＯｘ運転モード停止を完了して、基本運転モード８０に戻す。
　図５に示す低ＮＯｘ運転モードのサブルーチンは、まずステップＳ１１で、空気量増大手段９２に空気量増加の指令をして、ステップＳ１２で排気バイパス弁２６の開度を閉方向に作動して給気圧増加（給気量増加）させる。同時に、ステップＳ２１で、点火タイミング遅角手段９０に遅角指令をして、ステップＳ２２で、点火プラグ７２の点火タイミングを遅角させる。
　以上のエンジン制御装置７４による低ＮＯｘ運転モード８２におけるタイムチャートを図６に示す。低ＮＯｘ運転モード８２のＯＮからＯＦＦまでの排ガス中のＮＯｘ濃度と、エンジン出力（発電機出力）と、点火タイミングの遅角と、空気量増大と、の変化を示す。
　低ＮＯｘ運転モード８２へ移行する場合には、例えば、点火タイミングは２ｄｅｇ／５分の割合で遅角させ、空気量は１％／５分の割合で増加させる。エンジン出力は、ほぼ一定に維持されるように制御される。また、基本運転モード８０へ戻る場合も、低ＮＯｘ運転モード８２へ移行する場合と同様に、ＯＦＦの時点から、同一の割合で空気量と点火タイミングを戻すことで切り換えられる。
　以上の第１実施形態によれば、温度や湿度の環境条件や、地理的条件や、エンジン運転経過条件等によって、ＮＯｘ排出量を一時的に抑制する必要が生じた際にだけ、運転モード切換え手段８４が、基本運転モード８０から低ＮＯｘ運転モード８２に切り替えて、第１目標空気過剰率を増大させた第２目標空気過剰率に基づいた制御が前記空気過剰率制御手段７８によって行われ、さらに第１目標着火時期を遅延させた第２目標着火時期に基づいた制御が前記着火時期制御手段７６によって行われる。
　従って、常に、目標空気過剰率を増大させ、さらに着火時期を遅延させてＮＯｘ低減運転を行う必要がなく、必要な場合以外では燃費を重視した基本運転モード８０によって安定運転を行わせることによって、ＮＯｘ低減と燃費向上とを図るガスエンジンの排ガス制御装置を得ることができる。
（第２実施形態）
　図５、７、８を参照して第２実施形態について説明する。
　第２実施形態は第１実施形態と燃焼方式が異なるだけであり、第１実施形態の点火プラグ式の副燃焼室構造に代えてマイクロパイロット式の副燃焼室構造となっている。その他の構成は第１実施形態と同様であり、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。
　図７のように、着火装置１００はノズルホルダー１０２の先端部分に取り付けられた副室口金６６の内部に副燃焼室３８が形成され、ノズルホルダー１０２の内部には燃料噴射弁１０４が設置されている。液体燃料（軽油）の入口管１０６から燃料噴射弁１０４へ液体燃料が供給されるようになっている。
　そして、吸気行程時に吸気弁６２を介して主燃焼室５８に導入された予混合の混合ガスが、圧縮行程時に主燃焼室５８から副室口金６６の先端部分に形成された噴孔６８を通って、副燃焼室３８内に導入され、その混合ガス中に燃料噴射弁１０４から液体燃料がパイロット噴射されて燃焼し、この燃焼により発生した着火火炎が、噴孔６８を通って該主燃焼室５８に還流噴出させて主燃焼室５８の予混合の混合ガスを燃焼させる。
　以上の第２実施形態におけるエンジン制御装置１１０は、図５の点線部分に示すように、第１実施形態にパイロット噴射量低減が追加されたものであり、低ＮＯｘ運転モード１１４にパイロット噴射量減少手段１１２によって、パイロット噴射の燃料量を減少させることで、着火火炎の火炎強さを弱めて主燃焼室５８での燃焼温度を低下させてＮＯｘ発生量を低下させる。この低ＮＯｘ運転モード１１４の実施は、図５のフローチャートで示すように、ステップＳ３１で、パイロット噴射量の減少指令を行い、ステップＳ３２でパイロット噴射コントローラ（不図示）により噴射量を減少させる。
なお、第２実施形態において、図５におけるステップＳ２１、Ｓ２２の点火プラグの点火タイミングの遅角は、パイロット噴射の噴射タイミングの遅角と読み替える。
　第２実施形態のようなマイクロパイロット式の副燃焼室構造においても、第１実施形態と同様に、常に、目標空気過剰率を増大させ、さらに着火時期を遅延させてＮＯｘ低減運転を行う必要がなく、必要な場合以外においては燃費を重視した基本運転モード８０によって安定運転を行わせることによって、ＮＯｘ低減と燃費向上とを図るガスエンジンの排ガス制御装置を得ることができる。
　また、第２実施形態においては、副燃焼室構造を備えた燃焼室構造について説明したが、パイロット燃料（液体燃料）を主燃焼室に直接噴射する直噴式構造としてもよい。
　なお、第１実施形態、第２実施形態は図１に示すように、燃料ガスタンク（図示省略）から燃料ガスが導入されるガス供給管３０がガス供給主管３２に接続され、該ガス供給主管３２の途中でシリンダ毎に分岐され、ガス供給枝管３４となって各給気枝管１２に接続されている構成を示したが、必ずしも、各給気枝管１２に燃料ガスを供給して予混合の混合ガスを生成するのではなく、過給機１０のコンプレッサ１０ｂの上流側にガスミキサー１１６を設置して、ガス調整弁１１８を介して燃料ガスを供給して予混合の混合ガスを生成するようにしてもよく、さらに図９のように、給気枝管１２での混合と過給機１０の上流での混合との両方を設けてもよい。
　図９のように、図示しない燃料ガスタンクからの燃料ガスを導入するガス供給管３０が過給機側ガス供給管３０ａとシリンダ側ガス供給管３０ｂとに分岐され、該過給機側ガス供給管３０ａがガスミキサー１１６に接続されている。ガス調整弁１１８で調整された燃料ガス量が空気と予混合される。また、ガスミキサー１１６は、好適にはベンチュリミキサが用いられる。
　本発明によれば、ＮＯｘ排出量を一時的に抑制する必要な環境条件や地理的条件が発生した場合に、ＮＯｘ抑制運転を行い、それ以外の場合には燃費を重視した安定運転を行わせることによって、ＮＯｘ低減と燃費向上とを図ることができるので、発電用ガスエンジンや移動体に備えられたガスエンジンへの利用に適している。
　１　発電機
　２　エンジン（ガスエンジン）
　４　シリンダブロック
　６　シリンダヘッド
　８　フライホイール
　１０　過給機
　１０ａ　排気タービン
　１０ｂ　コンプレッサ
　２６　排気バイパス弁
　３８　副燃焼室
　４６　回転数センサ
　４８　負荷センサ
　５０　温度センサ
　５２　湿度センサ
　５８　主燃焼室（燃焼室）
　７４、１１０　エンジン制御装置（排ガス制御装置）
　７６　着火時期制御手段
　７８　空気過剰率制御手段
　８０　基本運転モード
　８２　低ＮＯｘ運転モード
　８４　運転モード切換え手段
　８６　ＮＯｘ低減要求判定手段
　８８　出力制御手段
　９０　点火タイミング遅角手段
　９１　ＮＯｘ総量規制発令信号
　９２　空気量増大手段
　９３　外気条件信号
　９４　経年変化信号
　９６　ＮＯｘ排出量規制地域信号
　１１２　パイロット噴射量減少手段

Claims (7)

  1. 　燃料ガスと空気とを混合し、混合した混合ガスを燃焼室に供給するガスエンジンの排ガス制御装置において、
    　燃焼室内に供給される混合ガスの着火時期を制御する着火時期制御手段と、
    　燃焼室内の空気過剰率を制御する空気過剰率制御手段と、
    　エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて燃料消費率が最適な着火時期および空気過剰率として設定された第１目標着火時期および第１目標空気過剰率を目標値として前記着火時期制御手段および空気過剰率制御手段を制御する基本運転モードと、
    　環境条件や地理的条件やエンジン運転経過条件の少なくともいずれかの条件によって、ＮＯｘ排出量を一時的に抑制するか否かを判定するＮＯｘ低減要求判定手段と、
    　前記第１目標着火時期を遅延させた第２目標着火時期および前記第１目標空気過剰率を増大させた第２目標空気過剰率を目標値として前記着火時期制御手段および空気過剰率制御手段を制御する低ＮＯｘ運転モードと、
    　前記ＮＯｘ低減要求判定手段によって低減要求があった場合に、前記低ＮＯｘ運転モードに切り替えて、前記ＮＯｘ低減要求が解除されるまで該低ＮＯｘ運転モードを継続し、前記ＮＯｘ低減要求が解除された場合に前記基本運転モードに切り換える運転モード切換え手段と、を備えたことを特徴とするガスエンジンの排ガス制御装置。
  2. 　前記ＮＯｘ低減要求判定手段は、前記ガスエンジンが設置された地域おびその周辺に光化学スモッグ注意報が発令されたときに、判定を要とすることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの排ガス制御装置。
  3. 　前記ＮＯｘ低減要求判定手段は、前記ガスエンジンが設置されている外気温度が所定値以上であり、且つ湿度が所定値以下の高温低湿度状態であるときに、判定を要とすることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの排ガス制御装置。
  4. 　前記ＮＯｘ低減要求判定手段は、前記ガスエンジンの運転経年データに基づいて、次回メンテナンス時期前の所定期間、もしくは、最初の運転開始から所定期間に達したときに、判定を要とすることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの排ガス制御装置。
  5. 　前記ＮＯｘ低減要求判定手段は、前記ガスエンジンを搭載した移動体が、ＮＯｘ排出量規制地域に近づいたとき、もしくは入ったときに、判定を要とすることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの排ガス制御装置。
  6. 　前記ガスエンジンには過給機が備えられ、前記低ＮＯｘ運転モードは、空気過剰率を増大するように、前記過給機を制御することを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載のガスエンジンの排ガス制御装置。
  7. 　前記ガスエンジンがパイロット噴射式の燃焼室構造からなり、前記低ＮＯｘ運転モードにおける空気過剰率の増大を、副室内もしくは主室内に噴射するパイロット燃料を減少させることで行うことを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載のガスエンジンの排ガス制御装置。
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