特許 5881444 エンジンシステムの運転方法およびそのエンジンシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5881444

(24)【登録日】2016年2月12日

(45)【発行日】2016年3月9日

(54)【発明の名称】エンジンシステムの運転方法およびそのエンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/04 20060101AFI20160225BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20160225BHJP

   F01N 3/10 20060101ALI20160225BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20160225BHJP

【ＦＩ】

   F02D41/04 325C

   F02D19/02 D

   F01N3/10 AZAB

   F01N3/24 R

【請求項の数】2

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2012-20208(P2012-20208)

(22)【出願日】2012年2月1日

(65)【公開番号】特開2013-160070(P2013-160070A)

(43)【公開日】2013年8月19日

【審査請求日】2014年8月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107308

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 修一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100120352

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100128901

【弁理士】

【氏名又は名称】東 邦彦

(72)【発明者】

【氏名】中務 泰成

(72)【発明者】

【氏名】藤田 淳一

(72)【発明者】

【氏名】中山 翔太

(72)【発明者】

【氏名】野口 知宏

(72)【発明者】

【氏名】高松 幹夫

【審査官】 藤村 泰智

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２４２１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４０５５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０４６１０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２８６０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９０２７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ ４１／００ 〜 ４５／００

Ｆ０２Ｄ １９／００ 〜 １９／０２

Ｆ０１Ｎ ３／１０

Ｆ０１Ｎ ３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料ガスの希薄燃焼で駆動力を出力するエンジンを備え、
前記エンジンから排出される排ガスを浄化する酸化触媒を前記排ガスが通過する排気路に配置してあるとともに、前記エンジンの出力を制御する制御手段を備え、
前記制御手段により、エンジンの運転状態が、少なくとも高負荷運転状態と低負荷運転状態との間で変更制御されるエンジンシステムの運転方法であって、
前記高負荷運転状態にエンジンに設定される定常負荷に対応する定常負荷運転状態を含み、
前記低負荷運転状態にエンジンに懸かる負荷がない無負荷運転状態を含み、
前記定常負荷運転状態から前記無負荷運転状態への切換が発生する運転方法であり、
前記酸化触媒が過熱せず、かつ、前記燃料ガスを酸化する触媒活性を発揮する温度域の最高温度をＴｈ、最低温度をＴｌとし、
前記エンジンから排出されることがある未燃燃料ガスにより前記酸化触媒が昇温され得る最大温度幅をＴａとしたときに、
前記最大温度幅が、前記定常負荷運転状態から前記無負荷運転状態への切換を行った場合に前記酸化触媒に発生する昇温温度幅であり、
前記高負荷運転状態における前記酸化触媒の温度を、Ｔｌ以上、（Ｔｈ−Ｔａ)以下にして運転するエンジンシステムの運転方法。

【請求項2】

燃料ガスの希薄燃焼で駆動力を出力するエンジンを備え、
前記エンジンから排出される排ガスを浄化する酸化触媒を前記排ガスが通過する排気路に配置してあるとともに、前記エンジンの出力を制御する制御手段を備え、
前記制御手段により、エンジンの運転状態が、少なくとも高負荷運転状態と低負荷運転状態との間で変更制御され、
前記高負荷運転状態にエンジンに設定される定常負荷に対応する定常負荷運転状態を含み、
前記低負荷運転状態にエンジンに懸かる負荷がない無負荷運転状態を含み、
前記定常負荷運転状態から前記無負荷運転状態への切換が発生し、
前記酸化触媒の温度を検出する酸化触媒温度検出手段を備えるエンジンシステムであって、
前記酸化触媒が過熱せず、かつ、前記燃料ガスを酸化する触媒活性を発揮する温度域の最高温度をＴｈ、最低温度をＴｌとし、
前記エンジンから排出されることがある未燃燃料ガスにより前記酸化触媒が昇温され得る最大温度幅をＴａとしたときに、
前記最大温度幅が、前記定常負荷運転状態から前記無負荷運転状態への切換を行った場合に前記酸化触媒に発生する昇温温度幅であり、
前記酸化触媒温度検出手段により検出される酸化触媒の温度に基づいて、前記高負荷運転状態における前記酸化触媒の温度を、Ｔｌ以上、（Ｔｈ−Ｔａ)以下に制御する酸化触媒温度制御手段を備えたエンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料ガスの希薄燃焼で駆動力を出力するエンジンを備え、
前記エンジンから排出される排ガスを浄化する酸化触媒を前記排ガスが通過する排気路に配置してあるとともに、前記エンジンの出力を制御する制御手段を備え、
前記制御手段により、エンジンの運転状態が、少なくとも高負荷運転状態と低負荷運転状態との間で変更制御されるエンジンシステムの運転方法およびそのエンジンシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

上記のようなエンジンシステムとして、エンジン駆動式のヒートポンプシステムや、エンジン駆動式の熱電併給システム（コージェネレーションシステム）等が知られている。例えばヒートポンプシステムでは、エンジンの軸動力を利用して圧縮機が駆動され、ヒートポンプ回路により冷暖房運転が行なわれる。また、熱電併給システムでは、エンジンの排熱が排熱回収手段により回収されて熱負荷への供給のために利用されるとともに、エンジンの軸動力を利用して発電手段により発電が行なわれ、発生した電力が電力負荷へ供給される。これらのエンジンシステムでは、環境負荷を低く抑えるべく、排ガスが通過する排気路に、当該排ガス中に含まれる有害成分を浄化する目的で酸化触媒（または三元触媒）が設けられている場合が多い（例えば、特許文献１を参照）。酸化触媒は、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、および臭気成分等の酸化対象ガスの酸化除去を行なう触媒を指し、三元触媒については、酸化性成分と還元性成分とが釣り合った状態の排ガスが通過した場合に、前記酸化対象ガスの酸化除去と、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元除去と、を同時に行なうことができる触媒であるが、本発明では、酸化除去性能に着目して酸化触媒として扱うものとする。

【0003】

通常酸化触媒の作動温度は、酸化触媒の活性が最も高い温度域を基準に設定されており、酸化対象ガスが一時に大量に酸化除去されると、その酸化熱によって温度上昇して過熱してしまう場合がある。
ところで酸化触媒は、過熱に弱いという性質を有する。つまり、酸化触媒は、異常高温に晒されると容易に性能劣化を引き起こしてしまう。そのため、酸化触媒の触媒活性を良好に維持させるためには、酸化触媒が異常高温に晒されることがないように適切にシステムの運転状態を制御する必要がある。そこで、例えば、特許文献１に記載されたエンジンシステムでは、排ガス中の酸素濃度が略ゼロとなるストイキ燃焼モードと排ガス中の酸素濃度が比較的高くなるリーン燃焼モードとを切換可能に備え、エンジンに要求される出力の大きさからみてリーン燃焼モードを選択すべき状況であっても、酸化触媒の温度が所定温度以上である場合にはストイキ燃焼モードを実現するように制御する。これにより、高酸素濃度の排ガスが三元触媒を通過するのを抑制し、三元触媒上で生じる発熱反応により、当該三元触媒が異常高温に晒されて性能劣化を引き起こしてしまうのを回避している。

【0004】

また、このようなエンジンシステムは、酸化触媒が過熱されると、排ガス浄化能力が低下してしまうため、エンジンシステム保護のため、機関停止を行なうように運転されている。
また、このような機関停止に至らない（酸化触媒の温度が高くなり過ぎない）ようにするために、前記酸化触媒を冷却するには、送風冷却のためのブロワ等を別途設ける必要があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−２８６０６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

燃料ガスの希薄燃焼で駆動力を得るエンジンでは、主に定常運転される高負荷運転時に排出される一酸化炭素（ＣＯ）、臭気成分等の排ガス成分を酸化対象ガスとして浄化すべく、通常、前記酸化触媒の温度を前記酸化触媒が種々排ガス成分に対して酸化活性をもつ温度域に設定する。一方、前記エンジンを高負荷運転から低負荷運転に切り換えたときには、燃料ガスがエンジンで消費されずにそのまま排出されるために、酸化対象ガスに比較的高濃度のＨＣが含まれ、前記酸化触媒における排ガスの酸化処理の際に、通常の高負荷運転時以上に排ガスの処理反応熱が発生し、特異的に前記酸化触媒が高温になる(過熱される)場合がある。

【0007】

しかし、特許文献１に記載されたエンジンシステムでは、システムが定常運転される場合における高効率な排ガス浄化、および、酸化触媒の劣化防止には寄与するものの、上述の特異的な過熱による酸化触媒の劣化には対応できないという問題があった。そのため、前記エンジンシステムの停止を含む運転制御や、酸化触媒の冷却が必要になるという状況を避けることができなかった。

【0008】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、エンジンシステムの運転状態切替時における酸化触媒の性能劣化を抑制し、酸化触媒の触媒活性を良好に維持させることができ、安定な運転を持続させることができるエンジンシステムおよびエンジン運転方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

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の運転方法の特徴構成は、
燃料ガスの希薄燃焼で駆動力を出力するエンジンを備え、前記エンジンから排出される排ガスを浄化する酸化触媒を前記排ガスが通過する排気路に配置してあるとともに、前記エンジンの出力を制御する制御手段を備え、前記制御手段により、エンジンの運転状態が、少なくとも高負荷運転状態と低負荷運転状態との間で変更制御されるエンジンシステムの運転方法であって、
前記高負荷運転状態にエンジンに設定される定常負荷に対応する定常負荷運転状態を含み、前記低負荷運転状態にエンジンに懸かる負荷がない無負荷運転状態を含み、前記定常負荷運転状態から前記無負荷運転状態への切換が発生する運転方法であり、前記酸化触媒が過熱せず、かつ、前記燃料ガスを酸化する触媒活性を発揮する温度域の最高温度をＴｈ、最低温度をＴｌとし、前記エンジンから排出されることがある未燃燃料ガスにより前記酸化触媒が昇温され得る最大温度幅をＴａとしたときに、
前記最大温度幅が、前記定常負荷運転状態から前記無負荷運転状態への切換を行った場合に前記酸化触媒に発生する昇温温度幅であり、前記高負荷運転状態における前記酸化触媒の温度を、Ｔｌ以上、（Ｔｈ−Ｔａ)以下にして運転する点にある。

【0010】

上記構成によると、エンジンシステムは、エンジン負荷に応じて出力を変更しながら、運転を行なうことができ、希薄燃焼で駆動力を出力するエンジンの燃焼状態（ストイキ、リーンの運転モード）や負荷の状況に応じて高負荷運転状態から低負荷運転状態に運転切替を行なうことができる。ここで、高負荷運転状態の時、前記酸化触媒の温度はＴｌ以上としてあるから、エンジン排ガスに含まれる一酸化炭素、臭気成分、未燃炭化水素を酸化除去することができるとともにＴｈ以下であるから、エンジンシステムがシステム異常と判断されない状態でエンジンを運転できる。酸化触媒の上限温度は、さらにＴｈ以下の（Ｔｈ−Ｔａ）以下に設定する。すると、Ｔａは、前記エンジンから排出されることがある未燃燃料ガスにより前記酸化触媒が昇温され得る最大温度幅であるから、排ガス中に最大限の可燃性ガスが含まれる環境であっても、酸化触媒の温度はＴａ℃以上変動しないことになり、前記酸化触媒の温度は最大上昇しても（Ｔｈ−Ｔａ）＋Ｔａ＝Ｔｈ以下に維持される。
したがって、排ガス中に可燃性ガスが最も多く含まれる場合があるエンジンシステムの高負荷運転状態から低負荷運転状態への切換時期に、前記酸化触媒の温度が過熱状態にまで昇温されることを防止することができ、エンジンシステムが機関停止になってしまうのを防止することができる。また、排ガス中に含まれる酸化対象ガスが大気中に放出され環境に悪影響を与えるのを効率よく防止することができる。

【0011】

さらに、エンジンシステムが高負荷運転状態から低負荷運転状態に切り替えられる際、最も出力差を生じる時期は、最も排ガス中の炭化水素濃度が上昇する時期でもあるため、この時期に対応するエンジンシステムの機関停止を防止することにより、最も効率よくエンジンシステムの信頼性を向上することができる。この状態は、エンジンが定常負荷に対応する定常負荷運転状態の時に負荷が変動する状況にあたり、エンジンにおける燃料ガスの燃焼状態が大きく変わることにより、エンジンで燃焼されずに排ガスとして排出される燃料ガスが急激に増加する。
そして、前記エンジンから排出されることがある未燃燃料ガスにより前記酸化触媒が昇温され得る最大温度幅として、前記酸化触媒に通常起こりうる最大の温度上昇を設定することができ、通常の運転状態では、前記酸化触媒が最も温度上昇した状態であっても、前記酸化触媒の温度がＴｈを超えた過熱状態にはならないように維持することができる。

【0012】

なお、本発明者らは、酸化触媒の最も活性が高い温度領域は、通常（Ｔｈ−Ｔａ）よりも高温域にあるので、エンジンの高負荷運転状態における酸化触媒の酸化対象ガス除去能力はある程度低下するものの、通常は、酸化対象ガス濃度を環境基準以下に抑制するのには充分な酸化対象ガス除去能力があることを確認している。

【0017】

また、本発明のエンジンシステムの特徴構成は、燃料ガスの希薄燃焼で駆動力を出力するエンジンを備え、前記エンジンから排出される排ガスを浄化する酸化触媒を前記排ガスが通過する排気路に配置してあるとともに、前記エンジンの出力を制御する制御手段を備え、前記制御手段により、エンジンの運転状態が、少なくとも高負荷運転状態と低負荷運転状態との間で変更制御され、前記高負荷運転状態にエンジンに設定される定常負荷に対応する定常負荷運転状態を含み、前記低負荷運転状態にエンジンに懸かる負荷がない無負荷運転状態を含み、前記定常負荷運転状態から前記無負荷運転状態への切換が発生し、前記酸化触媒の温度を検出する酸化触媒温度検出手段を備えるエンジンシステムであって、
前記酸化触媒が過熱せず、かつ、前記燃料ガスを酸化する触媒活性を発揮する温度域の最高温度をＴｈ、最低温度をＴｌとし、前記エンジンから排出されることがある未燃燃料ガスにより前記酸化触媒が昇温され得る最大温度幅をＴａとしたときに、前記最大温度幅が、前記定常負荷運転状態から前記無負荷運転状態への切換を行った場合に前記酸化触媒に発生する昇温温度幅であり、前記酸化触媒温度検出手段により検出される酸化触媒の温度に基づいて、前記高負荷運転状態における前記酸化触媒の温度を、Ｔｌ以上、（Ｔｈ−Ｔａ)以下に制御する酸化触媒温度制御手段を備えた点にある。

【0018】

上記構成によると、前に示したエンジンシステムの運転方法を的確に行なうことができる。すなわち、負荷に応じて出力を変更しながら、エンジンを運転し、負荷の状況に応じて高負荷運転状態から低負荷運転状態に運転切替を行なうことができる。ここで、高負荷運転状態の時、前記酸化触媒の温度はＴｌ以上としてあるから、エンジン排ガスに含まれる一酸化炭素、臭気成分、未燃炭化水素を酸化除去することができるとともにＴｈ以下であるから、エンジンシステムがシステム異常と判断されない状態でエンジンを運転できる。ここで、酸化触媒の上限温度は、さらにＴｈ以下の（Ｔｈ−Ｔａ）以下に設定することにより、前記酸化触媒の温度は最大上昇しても（Ｔｈ−Ｔａ）＋Ｔａ＝Ｔｈ以下に維持される。
また、前に示したエンジンシステムの運転方法を的確に行なうことができる。すなわち、エンジンシステムが高負荷運転状態から低負荷運転状態に切り替えられる際、最も出力差を生じる時期は、最も排ガス中の炭化水素濃度が上昇する時期でもあるため、この時期に対応するエンジンシステムの機関停止を防止することにより、最も効率よくエンジンシステムの信頼性を向上することができる。
また、前記エンジンから排出されることがある未燃燃料ガスにより前記酸化触媒が昇温され得る最大温度幅として、前記酸化触媒に通常起こりうる最大の温度上昇を設定することができ、通常の運転状態では、前記酸化触媒が最も温度上昇した状態であっても、前記酸化触媒の温度がＴｈを超えた過熱状態にはならないように維持することができる。

【発明の効果】

【0021】

したがって、酸化触媒の性能劣化を抑制し、酸化触媒の触媒活性を良好に維持させることができ、本エンジンシステムを用いたヒートポンプシステム、コジェネレーションシステムをより安定に運転することができるようになり、信頼性を高めることができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】エンジン駆動式ヒートポンプシステムの概略構成図である。

【図2】エンジン停止後の経時変化を示す図であり、（ａ）は、排ガスに含まれる総炭化水素量（ＴＨＣ）、（ｂ）は酸化触媒温度の変化を示す。

【発明を実施するための形態】

【0023】

本発明に係るエンジンシステムの第一の実施形態について、図面を参照して説明する。 本実施形態においては、本発明に係るエンジンシステムを、定置型のエンジンシステム１００の一種であるエンジン駆動式ヒートポンプシステムを例として説明する。図１は、本実施形態に係るエンジンシステム１００の概略構成図である。図１に示すように、エンジンシステム１００は、混合気Ｍを燃焼室２で圧縮して燃焼させ軸動力を出力するエンジン１と、燃焼室２から排出される排ガスＥが通過する排気路４に配置され、排ガスＥを浄化する酸化触媒７と、エンジン１の軸動力を駆動源とする負荷１１と、を主要なシステム要素として備えている。本実施形態に係るエンジンシステム１００は、
Ｔｈ：前記酸化触媒が過熱せず、かつ、前記燃料ガスを酸化する触媒活性を発揮する温度域の最高温度
Ｔｌ：前記燃料ガスを酸化する触媒活性を発揮する温度域の最低温度
Ｔａ：前記エンジンから排出されることがある未燃燃料ガスにより前記酸化触媒が昇温され得る最大温度幅
としたときに、
前記高負荷運転状態における前記酸化触媒の温度をＴとして、
Ｔｌ≦Ｔ≦（Ｔｈ−Ｔａ)
として運転する点に特徴を有する。これにより、システムの再起動の際における酸化触媒７の性能劣化を抑制し、酸化触媒７の触媒活性を良好に維持させるとともに、エンジンシステム１００を機関停止に陥らせることなく安定運転することができる。以下、本実施形態に係るエンジンシステム１００の各部の詳細について説明する。

【0024】

１．エンジンシステムの全体構成
まず、エンジンシステム１００の全体構成について説明する。エンジン１は、燃料の燃焼により駆動される内燃機関である。エンジン１は燃焼室２を備えており、当該燃焼
室２には吸気路３および排気路４が接続されている。エンジン１は、燃料供給弁６を介して供給される燃料ガスＧと空気Ａとの混合気Ｍを吸気路３を介して燃焼室２内に吸気し、吸気された混合気Ｍを燃焼室２内で圧縮する。その後、圧縮された混合気Ｍに火花点火して、当該混合気Ｍを燃焼・膨張させてクランク軸等のエンジン出力軸を回転させることにより軸動力Ｐｔを出力する。なお、燃料ガスＧとしては、例えば天然ガス系都市ガス等を用いることができる。

【0025】

燃焼室２内で燃焼した後の混合気Ｍは、排ガスＥとして燃焼室２から排気路４へ排出され、排気路４を流通して外気に排出される。排気路４には、排ガスＥの酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段Ｓｅ１が設けられている。そして、エンジン１の運転を制御する制御ユニット５１は、酸素濃度検出手段Ｓｅ１で検出される排ガスＥ中の酸素濃度を監視しながら燃料供給弁６の開度を制御することで、吸気路３に形成される混合気Ｍの当量比（理論空燃比に対する混合気Ｍの空燃比の割合）を任意に設定することができるように構成されている。

【0026】

また、排気路４には、燃焼室２から排出される排ガスＥを浄化するための酸化触媒７が配置されている。酸化触媒７は、アルミナ等の無機担体に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属成分を担持してなる触媒である。酸化触媒７は、排ガスＥ中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去するとともに、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、および臭気成分等を酸化除去する。また、排気路４において酸化触媒７が配置された位置には、触媒温度検出手段Ｓｅ３が設けられている。触媒温度検出手段Ｓｅ３は、酸化触媒７を通過する排ガスＥの温度を酸化触媒７の温度として検出して取得する。触媒温度検出手段Ｓｅ３により取得される酸化触媒７の温度の情報は、制御ユニット５１へ出力される。

【0027】

２．制御ユニットの構成
次に、制御ユニット５１の構成について説明する。エンジンシステム１００が備える制御ユニット５１は、図１に示すように、エンジンシステム１００の各部の動作制御を行なう機能を果たしており、エンジン制御部５２、燃焼モード決定部５３、触媒温度設定部５４、および停止制御部５５の各機能部を備えて構成されている。また、制御ユニット５１は、ＣＰＵ等の演算処理装置を備えるとともに、当該演算処理装置からデータを読み出しおよび書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）や、演算処理装置からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）等の記憶装置等を有して構成されている（不図示）。そして、ＲＯＭ等に記憶されたソフトウェア（プログラム）または別途設けられた演算回路等のハードウェア、或いはそれらの両方により、制御ユニット５１の各機能部５２〜５５が構成される。各機能部５２〜５５は、互いに情報の受け渡しを行なうことができるように構成されている。なお、本実施形態においては、各機能部５２〜５５が協働して本発明における「制御手段」を構成している。

【0028】

また、このエンジンシステム１００は、システム内の各部に設けられた複数のセンサ、具体的には、酸素濃度検出手段Ｓｅ１、エンジン回転速度検出手段Ｓｅ２、および触媒温度検出手段Ｓｅ３を備えている。ここで、酸素濃度検出手段Ｓｅ１は、排ガスＥ中に含まれる酸素ガスの濃度を検出する酸素濃度センサからなる。エンジン回転速度検出手段Ｓｅ２は、エンジン１のエンジン出力軸の回転速度を検出するセンサからなる。触媒温度検出手段Ｓｅ３は、酸化触媒７の温度を検出するセンサからなる。これらの各検出手段Ｓｅ１〜Ｓｅ３による検出結果を示す情報は、制御ユニット５１へ出力される。以下では、制御ユニット５１の各機能部５２〜５５の詳細について説明する。

【0029】

エンジン制御部５２は、吸気路３に設けられたスロットルバルブ（不図示）の開度を調整する等の形態で、エンジン１の軸動力Ｐｔを制御する機能部であり、エンジン制御手段として機能する。本実施形態においては、エンジン制御部５２は、負荷１１に応じて、スロットルバルブの開度を調整することによりエンジン１の軸動力Ｐｔを制御する。

【0030】

通常の定常負荷運転を行なうリーン燃焼モードは、燃焼室２で燃焼する混合気Ｍの当量比を、リーン当量比（当量比が、例えば０．６７程度）に設定するモードである。リーン燃焼モードでは、燃焼室２に吸気されて燃焼する混合気Ｍ中の燃料ガスＧが薄く、しかも燃焼熱を奪う空気Ａが多いことから、当該燃焼熱による温度上昇が緩慢かつ抑制されたものになる。よって、燃焼室２から排出される排ガスＥは、比較的低温となる。また、それに応じて酸化触媒７も比較的低温で排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、および臭気成分等の酸化対象ガスを酸化除去する。

【0031】

このモード切替により排ガスＥの温度が上昇しすぎて酸化触媒７が過熱状態にならない運転状態を維持するようにエンジンの運転状態を制御することができる。

【0032】

ところで、酸化触媒７の性能を良好な状態に維持するためには、酸化触媒７の温度と当該酸化触媒７を通過する排ガスＥ中に含まれる成分との関係を、適切な関係に維持させる必要がある。言い換えれば、酸化触媒７の温度と当該酸化触媒７を通過する排ガスＥ中に含まれる成分との関係を不適切なものとしたままでシステムを稼働させると、酸化触媒７の性能を劣化させてしまう可能性がある。
例えば、リーン燃焼モードでエンジン１を駆動している状態から負荷１１が停止されたとする。具体的には、負荷１１が高負荷運転状態としての定常負荷運転状態から、低負荷運転状態としてのエンジン１に懸かる負荷がない無負荷運転状態に切り替えられたとする。（従来このようなエンジンシステム１００にあっては、典型的には、前記定常負荷運転状態では、触媒温度が５００〜５５０℃となっている。）この状態で負荷１１が停止されたとすると、前記エンジン１に供給される燃料ガスＧは、エンジン１の停止後わずかな期間そのまま排ガスＥとして排出されてしまう。ここで、前記酸化触媒７は、燃料ガスＧを高濃度に含む排ガスＥを処理することによりＨＣを酸化除去し、その酸化熱により昇温される。

【0033】

そこで、前記触媒温度設定部５４は、前記酸化触媒の触媒活性が発揮される温度意気がＴｌ〜Ｔｈであり、前記酸化熱による触媒の温度上昇が、Ｔａであるとした場合に、前記触媒の温度（Ｔ）をＴｌ≦Ｔ≦（Ｔｈ−Ｔａ)に設定する。具体的には前記触媒が、
アルミナ担体に白金（Ｐｔ）を担持してなる触媒であり、
触媒活性が発揮される温度域が
４００（Ｔｌ）〜５５０（Ｔｈ）℃であり、
酸化触媒温度が５５０℃を超えると急激に触媒の劣化が起きることが予想され、前記停止制御部が前記酸化触媒温度が５５０℃に達したときに機関停止動作を行うエンジンシステムにおいて、
前記ガスエンジンの出力が
シリンダ出口排気温度が比較的高温となるように運転される場合、
前記エンジンシステム１００の停止により酸化触媒の温度が
約７０°（Ｔａ）
上昇することが経験的に知られている場合、
定常負荷運転時の触媒温度が、
４００℃〜４８０℃になるように設定し、エンジンシステム１００の停止時に前記酸化触媒の温度が、最大でも５５０℃以下で抑えられるように運転可能に構成する。

【0034】

以下具体的な実例を示す。
図２（ａ）に排ガスに含まれる総炭化水素量（ＴＨＣ）のエンジン出力停止後の経時変化を示す。図中時間０でエンジン出力を停止した後の排ガス中のＴＨＣを、エンジンの定常負荷運転時の排ガスのシリンダ出口部分での排気温度（低温ほど希薄燃焼条件になっている）ごとに示している。また、図２（ｂ）に、同様に酸化触媒温度の変化を示す。
図２に示すように、排ガスＥ中のＴＨＣは、エンジン出力停止後約３０秒で最も高濃度になり、その後約２〜４分で酸化触媒の温度が最高温度に達する。このとき、ストイキ燃焼に近い運転状況（シリンダ出口排気温度が比較的高温となるように運転される状況）では触媒温度が５６０℃近くまで上昇しており、酸化触媒の劣化が起きはじめることが予想されるが、希薄燃焼条件では、酸化触媒温度を４００℃〜４８０℃に維持されるように設定しておくことで、酸化触媒温度が５５０℃を超えず、酸化触媒の劣化し難い運転状態を維持できることがわかる。

【0035】

前記停止制御部５５は、エンジン制御部５２と協調して上記の実停止制御を行なうための機能部である。停止制御部５５は、エンジンシステム稼動中は常に酸化触媒７の温度を監視しておき、酸化触媒７の温度が過熱状態となる５５０℃以上となった場合にエンジン制御部５２を介してエンジン１を停止させ、機関停止とする安全装置としての役割を果たす。

【0036】

〔その他の実施形態〕
上記の各実施形態においては、触媒温度取得手段としての触媒温度検出手段Ｓｅ３が、酸化触媒７を通過する排ガスＥの温度を酸化触媒７の温度として直接的に検出して取得する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば排気路４において酸化触媒７とは異なる位置（例えば、酸化触媒７の上流側）に設けられた排ガス温度センサ等の検出結果から、酸化触媒７の温度を間接的に推定して取得する構成とすることも、本発明の好適な実施形態の一つである。

【0037】

本発明のエンジンシステム１００は、負荷としてヒートポンプ回路を備えた熱電併給システムや、エンジン、ヒートポンプ回路に加えて発電機や排熱回収機構（冷却回路を含む）を備えて構成することも、本発明の好適な実施形態の一つである。また、エンジン、発電機および排熱回収機構を備えて構成された、ヒートポンプ回路を有さない熱電併給システムに適用することも、本発明の好適な実施形態の一つである。また、エンジン、ヒートポンプ回路および排熱回収機構を備えて構成された、排熱回収機能付きエンジン駆動式ヒートポンプシステムに適用することも、本発明の好適な実施形態の一つである。また、エンジンおよび排熱回収機構を備えて構成された、エンジン駆動式排熱回収システムに適用することも、本発明の好適な実施形態の一つである。

【0038】

さらに、混合気Ｍを燃焼室２で圧縮して燃焼させ軸動力を出力するエンジンと、燃焼室から排出される排ガスが通過する排気路に配置され、排ガスを浄化する酸化触媒と、を備えたエンジンシステムであれば、あらゆるエンジンシステムに本発明を適用することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本発明は、例えばエンジン駆動式ヒートポンプシステムや熱電併給システム等、混合気を燃焼室で圧縮して燃焼させ軸動力を出力するエンジンと、燃焼室から排出される排ガスが通過する排気路に配置され、排ガスを浄化する酸化触媒と、を備えたエンジンシステムに好適に利用することができる。

【符号の説明】

【0041】

１ ：エンジン
２ ：燃焼室
３ ：吸気路
４ ：排気路
６ ：燃料供給弁
７ ：酸化触媒
１１ ：負荷
５１ ：制御ユニット
５２ ：機能部
５２ ：エンジン制御部
５３ ：燃焼モード決定部
５４ ：触媒温度設定部
５５ ：停止制御部
１００ ：エンジンシステム
Ａ ：空気
Ｅ ：排ガス
Ｇ ：燃料ガス
Ｍ ：混合気
Ｐｔ ：軸動力
Ｓｅ１ ：酸素濃度検出手段
Ｓｅ２ ：エンジン回転速度検出手段
Ｓｅ３ ：触媒温度検出手段

【図1】

【図2】