特開 2024-94766 ガスエンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024094766

(43)【公開日】2024-07-10

(54)【発明の名称】ガスエンジン

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/06 20060101AFI20240703BHJP

   F02D 41/14 20060101ALI20240703BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20240703BHJP

   F02D 23/02 20060101ALI20240703BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20240703BHJP

   F02M 21/04 20060101ALI20240703BHJP

【ＦＩ】

F02D41/06

F02D41/14

F02D19/02 F

F02D19/02 D

F02D23/02 J

F02M21/02 S

F02M21/04 G

F02M21/04 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022211528

(22)【出願日】2022-12-28

(71)【出願人】

【識別番号】000001052

【氏名又は名称】株式会社クボタ

(74)【代理人】

【識別番号】110003502

【氏名又は名称】弁理士法人芳野国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】谷本 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】藤村 耕司

(72)【発明者】

【氏名】徳永 隆広

(72)【発明者】

【氏名】白石 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】野寄 豊

【テーマコード（参考）】

3G092

3G301

【Ｆターム（参考）】

3G092AA01

3G092AB07

3G092AB08

3G092AB09

3G092BA02

3G092BA03

3G092BB03

3G092BB08

3G092DE04

3G092EA02

3G092EA05

3G092FA17

3G092HD05

3G092HE01

3G301HA22

3G301JA25

3G301KA03

3G301KA04

3G301KA05

3G301LB06

3G301MA11

3G301ND01

3G301ND25

3G301NE09

3G301NE13

3G301PA07

3G301PD02

3G301PE01

(57)【要約】

【課題】予混合気を火花点火燃焼させて作動するガスエンジンの欧州第５次排ガス規制に関する過渡試験モードにおいて、ＮＯｘの排出量を抑えることができるガスエンジンを提供すること。
【解決手段】ガスエンジン２は、気体燃料の供給量を制御する燃料ガス供給弁２１と、気体燃料と空気とを互いに混合させて混合気を生成するガスミキサ２９と、混合気の量を制御するスロットルバルブ２２と、排気ガスを浄化する三元触媒２５と、排気ガスの酸素濃度を測定する酸素センサ２６１と、エンジン回転数と吸気圧との関係に基づいて弁開度の制御を実行するとともに弁開度のフィードバック制御を実行する制御部２７と、を備える。制御部２７は、ＮＲＴＣのコールド運転および運転停止が完了しＮＲＴＣのホット運転が始動した直後のオープンループ制御において、燃料学習値に補正値を加算した値に基づいて弁開度の制御を実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体燃料と空気とを予め混合させた混合気を気筒で火花点火燃焼させて作動するガスエンジンであって、
弁開度に応じて前記気体燃料の圧力を調整することにより前記気体燃料の供給量を制御する燃料ガス供給弁と、
前記燃料ガス供給弁を通過した前記気体燃料と吸入される前記空気とを互いに混合させて前記混合気を生成するガスミキサと、
吸気系に設けられ開閉することにより前記混合気の量を制御するスロットルバルブと、
排気系に設けられ前記気筒から排出された排気ガスを浄化する三元触媒と、
前記気筒と前記三元触媒との間の前記排気系に設けられ前記排気ガスの酸素濃度を測定する酸素センサと、
エンジン回転数と吸気圧との関係に基づいて前記弁開度の制御を実行するとともに前記酸素センサにより測定された前記酸素濃度に基づいて前記混合気の空燃比が目標の前記空燃比になる前記弁開度の操作値を演算し燃料学習値として記憶して前記弁開度のフィードバック制御を実行する制御部と、
を備え、
前記制御部は、欧州第５次排ガス規制に関する過渡試験モードのコールド運転および運転停止が完了しホット運転が始動した直後のオープンループ制御において、記憶された前記燃料学習値に補正値を加算した値に基づいて前記弁開度の制御を実行することを特徴とするガスエンジン。

【請求項2】

前記制御部は、前記補正値を前記燃料学習値よりもリッチ側に設定することを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン。

【請求項3】

前記制御部は、前記ホット運転が始動してから所定時間が経過するまで前記補正値を一定に維持し、前記所定時間が経過した後に前記補正値を段階的に減少させる制御を実行することを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン。

【請求項4】

前記制御部は、前記気体燃料の成分比率に応じて前記補正値を設定することを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン。

【請求項5】

前記制御部は、前記ホット運転が始動した直後の前記オープンループ制御におけるＣＯの排出量が所定値以下となる範囲で前記補正値を設定することを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気体燃料で作動するガスエンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンの排気ガスに関する規制が厳しくなる中、排気ガスに含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを酸化還元反応により浄化する三元触媒を備えたガスエンジンがある。

【0003】

例えば特許文献１には、三元触媒と、排気経路に設けられた酸素センサと、を備えたガスエンジンが開示されている。特許文献１に記載されたガスエンジンは、第一バルブと、第二バルブと、制御部と、を備えている。第一バルブについては、第二バルブよりも応答性が低く燃料流量調整幅が大きい。第二バルブについては、第一バルブよりも応答性が高く燃料流量調整幅が小さい。制御部は、ガスエンジンの運転状況が一定だとみなされる期間内における実際の運転時に、ガスエンジンの排気経路に設けられた酸素センサから得られる出力の平均値が、当該条件で制御部に設定されている酸素センサの出力目標値から外れている場合に、出力平均値が出力目標値となるように第一バルブの開度を調整する。これにより、特許文献１に記載された発明は、燃料ガスの組成変化に対応して空燃比制御を行うことができるガスエンジンを提供することを目的としている。

【0004】

ここで、三元触媒を備えたガスエンジンであって定格出力が５６ｋＷ以上のオフロード用のガスエンジンについては、欧州第５次排ガス規制（ＥＵ ＳｔａｇｅＶの５６ｋＷ以上の排ガス規制）に関して更なる改善の余地がある。すなわち、欧州第５次排ガス規制の過渡試験モード（ＮＲＴＣ：Non-Road Transient Cycle）では、２０分間のコールド運転と、２０分間の運転停止と、２０分間のホット運転と、がこの順に行われる。このような欧州第５次排ガス規制の過渡試験モードにおいて、ホット運転の始動直後から、気体燃料の供給量に関するフィードバック制御が開始されるまでの所定時間（例えば数十秒間）に実行されるオープンループ制御で排出されるＮＯｘの量について改善の余地がある。

【0005】

すなわち、欧州第５次排ガス規制の過渡試験モードでは、コールド運転におけるＮＯｘの排出量の１０％と、ホット運転におけるＮＯｘの排出量の９０％と、の合計値が、過渡試験モード全体のＮＯｘの排出量になる。そのため、ホット運転におけるＮＯｘの排出量の重みが、コールド運転におけるＮＯｘの排出量の重みよりも重い。また、本発明者の得た知見によれば、ホット運転の始動直後のＮＯｘの排出量が、過渡試験モード全体のＮＯｘの排出量の大半を占める。そのため、欧州第５次排ガス規制の過渡試験モードにおいて、ホット運転の始動直後からフィードバック制御が開始されるまでの所定時間に実行されるオープンループ制御で排出されるＮＯｘの量について改善の余地がある。

【0006】

また、インジェクタにより気体燃料を例えば吸気ポートに噴射するガスエンジンと比較すると、気体燃料と空気とを予め混合させて混合気を生成するガスエンジンは、粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）の発生を抑えることができる一方で、混合気の空燃比の制御が困難になる場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１４－２４０６１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、気体燃料と空気とを予め混合させた混合気を火花点火燃焼させて作動するガスエンジンの欧州第５次排ガス規制に関する過渡試験モードにおいて、ＮＯｘの排出量を抑えることができるガスエンジン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】

本発明の第１態様は、気体燃料と空気とを予め混合させた混合気を気筒で火花点火燃焼させて作動するガスエンジンであって、弁開度に応じて前記気体燃料の圧力を調整することにより前記気体燃料の供給量を制御する燃料ガス供給弁と、前記燃料ガス供給弁を通過した前記気体燃料と吸入される前記空気とを互いに混合させて前記混合気を生成するガスミキサと、吸気系に設けられ開閉することにより前記混合気の量を制御するスロットルバルブと、排気系に設けられ前記気筒から排出された排気ガスを浄化する三元触媒と、前記気筒と前記三元触媒との間の前記排気系に設けられ前記排気ガスの酸素濃度を測定する酸素センサと、エンジン回転数と吸気圧との関係に基づいて前記弁開度の制御を実行するとともに前記酸素センサにより測定された前記酸素濃度に基づいて前記混合気の空燃比が目標の前記空燃比になる前記弁開度の操作値を演算し燃料学習値として記憶して前記弁開度のフィードバック制御を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、欧州第５次排ガス規制に関する過渡試験モードのコールド運転および運転停止が完了しホット運転が始動した直後のオープンループ制御において、記憶された前記燃料学習値に補正値を加算した値に基づいて前記弁開度の制御を実行することを特徴とするガスエンジンである。

【0010】

本発明の第１態様によれば、制御部は、エンジン回転数と吸気圧との関係に基づいて燃料ガス供給弁の弁開度の制御を実行する。エンジン回転数と吸気圧との関係は、例えばエンジン回転数に対する気体燃料の供給量を設定する基本マップとして記憶部に予め記憶されている。また、制御部は、酸素センサにより測定された酸素濃度に基づいて混合気の空燃比が目標の空燃比（すなわち理論空燃比）になる燃料ガス供給弁の弁開度の操作値を演算し燃料学習値として記憶する。そして、制御部は、酸素センサにより測定された酸素濃度に基づいて演算した燃料ガス供給弁の弁開度の操作値（すなわち燃料学習値）により燃料ガス供給弁の弁開度のフィードバック制御を実行する。さらに、制御部は、欧州第５次排ガス規制に関する過渡試験モードのコールド運転および運転停止が完了し、ホット運転が始動した直後のオープンループ制御において、記憶された燃料学習値に補正値を加算した値に基づいて燃料ガス供給弁の弁開度の制御を実行する。これにより、欧州第５次排ガス規制の過渡試験モードにおいて、ホット運転の始動直後におけるＮＯｘの排出量を抑えることができる。ホット運転におけるＮＯｘの排出量の重みがコールド運転におけるＮＯｘの排出量の重みよりも重く、また、ホット運転の始動直後のＮＯｘの排出量が過渡試験モード全体のＮＯｘの排出量の大半を占めるため、ホット運転の始動直後におけるＮＯｘの排出量を抑えることで、欧州第５次排ガス規制に関する過渡試験モードの全体におけるＮＯｘの排出量を抑えることができる。

【0011】

本発明の第２態様は、本発明の第１態様において、前記制御部は、前記補正値を前記燃料学習値よりもリッチ側に設定することを特徴とするガスエンジンである。

【0012】

本発明の第２態様によれば、制御部が燃料学習値に加算する補正値を燃料学習値よりもリッチ側に設定するため、ホット運転の始動直後における混合気の空燃比は、よりリッチになる。これにより、ホット運転の始動直後におけるＮＯｘの排出量をより一層確実に抑えることができる。

【0013】

本発明の第３態様は、本発明の第１または２態様において、前記制御部は、前記ホット運転が始動してから所定時間が経過するまで前記補正値を一定に維持し、前記所定時間が経過した後に前記補正値を段階的に減少させる制御を実行するガスエンジンである。

【0014】

本発明の第３態様によれば、ホット運転の始動直後に実行されるオープンループ制御から、ホット運転が始動してから所定時間後に実行されるフィードバック制御へ円滑に遷移することができる。

【0015】

本発明の第４態様は、本発明の第１～３態様のいずれか１つの態様において、前記制御部は、前記気体燃料の成分比率に応じて前記補正値を設定することを特徴とするガスエンジンである。

【0016】

本発明の第４態様によれば、制御部は、気体燃料の成分比率に応じて燃料学習値に加算する補正値を設定するため、気体燃料の性状に因らずホット運転の始動直後におけるＮＯｘの排出量を抑えることができる。

【0017】

本発明の第５態様は、本発明の第１～４態様のいずれか１つの態様において、前記制御部は、前記排気ガスに含まれるＣＯが所定値以下となる範囲で前記補正値を設定することを特徴とするガスエンジンである。

【0018】

本発明の第５態様によれば、ホット運転の始動直後におけるＮＯｘの排出量を抑えつつ、ホット運転の始動直後におけるＣＯの排出量を抑えることができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、気体燃料と空気とを予め混合させた混合気を火花点火燃焼させて作動するガスエンジンの欧州第５次排ガス規制に関する過渡試験モードにおいて、ＮＯｘの排出量を抑えることができるガスエンジンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本実施形態に係るガスエンジンの概要を表す模式図である。

【図2】欧州第５次排ガス規制の過渡試験モードを説明するフローチャートである。

【図3】本実施形態のＥＣＵがＮＲＴＣにおいて実行する気体燃料の供給量に関する制御を説明するフローチャートである。

【図4】本実施形態のＥＣＵがＮＲＴＣにおいて実行する気体燃料の供給量に関する制御を説明するフローチャートである。

【図5】本実施形態のＥＣＵが燃料学習値に加算する補正値について説明するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

【0022】

図１は、本実施形態に係るガスエンジンの概要を表す模式図である。
本実施形態に係るガスエンジン２は、例えば、水素ガス、天然ガス、ＬＰＧ、バイオガスなどの気体燃料で作動する内燃機関すなわちガスエンジンである。図１に表したガスエンジン２は、例えば建設機械や農業機械のような産業機械に搭載される。

【0023】

本実施形態に係るガスエンジン２は、燃料ガス供給弁２１と、ガスミキサ２９と、スロットルバルブ２２と、シリンダブロック（図示せず）に形成された気筒２４と、第１酸素センサ２６１と、第２酸素センサ２６２と、三元触媒２５と、ＥＣＵ２７と、を備える。第２酸素センサ２６２は、必ずしも設けられていなくともよい。

【0024】

燃料ガス供給弁２１は、吸気系２８１に設けられており、弁開度に応じて気体燃料の圧力を調整することにより気体燃料の供給量を制御する。具体的には、燃料ガス供給弁２１は、燃料ガス供給弁２１の入口と出口との間における気体燃料の圧力差（すなわち差圧）を調整することにより気体燃料の供給量を制御する。図１に表した矢印Ａ１のように、燃料ガス供給弁２１に供給された気体燃料は、燃料ガス供給弁２１を通過し、ガスミキサ２９に向かって導かれる。

【0025】

ガスミキサ２９は、吸気系２８１に設けられており、燃料ガス供給弁２１を通過した気体燃料と、図１に表した矢印Ａ２のようにエアクリーナ（図示せず）を通して吸入される空気と、を互いに混合させて混合気を生成する。ガスミキサ２９は、気体燃料が燃焼しやすい適正な割合（すなわち目標の空燃比）で気体燃料と空気とを互いに混合させ、気体燃料と空気とを含む混合気をスロットルバルブ２２に向かって導く。このように、本実施形態に係るガスエンジン２は、インジェクタにより気体燃料を例えば吸気ポートに噴射するガスエンジンではなく、気体燃料と空気とを予め混合させて混合気を生成するガスエンジンである。

【0026】

スロットルバルブ２２は、例えば電子制御スロットルバルブであり、吸気系２８１に設けられている。スロットルバルブ２２は、例えばＥＣＵ２７から受信した制御信号に基づいて開閉することにより、ガスミキサ２９から供給された混合気の量（すなわち混合気の吸気量あるいは供給量）を制御する。言い換えれば、スロットルバルブ２２は、図１に表した矢印Ａ１のように燃料ガス供給弁２１を通過した気体燃料と、図１に表した矢印Ａ２のようにエアクリーナ（図示せず）を通して吸入された空気（すなわち吸入空気）と、の双方の量を制御する。図１に表した矢印Ａ３のように、スロットルバルブ２２を通した混合気は、吸気マニホルド２３および吸気ポートに向かって導かれる。図１に表したように、例えば吸気マニホルド２３には、流量センサが設けられている。流量センサは、混合気の流量に関する信号をＥＣＵ２７に送信する。

【0027】

ガスミキサ２９により生成された混合気は、図１に表したように、スロットルバルブ２２、吸気マニホルド２３、吸気バルブ２４１をこの順に通過し、気筒２４に供給される。気筒２４に供給され気筒２４で圧縮された混合気は、スパークプラグ２４３により発生した火花により点火され燃焼する。このように、本実施形態に係るガスエンジン２は、気体燃料と空気とを予め混合させた混合気を気筒２４で火花点火燃焼させて作動するガスエンジンである。気筒２４で燃焼した混合気は、図１に表した矢印Ａ４のように、排気バルブ２４２を通過し、気筒２４から三元触媒２５に向かって排気ガスとして排出される。

【0028】

三元触媒２５は、排気系２８２に設けられており、気筒２４から排出された排気ガスを酸化還元反応により浄化する。具体的には、気筒２４から排出された排気ガスには、ＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘが含まれる。三元触媒２５は、ＣＯおよびＣＨの酸化反応、ならびにＮＯｘの還元反応により、ＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘを同時に浄化する。三元触媒２５が有効に機能するためには、混合気の空燃比を理論空燃比に設定する必要がある。

【0029】

第１酸素センサ２６１は、気筒２４と三元触媒２５との間の排気系２８２に設けられている。言い換えれば、第１酸素センサ２６１は、三元触媒２５の入口に設けられている。本実施形態の第１酸素センサ２６１は、本発明の「酸素センサ」の一例である。第１酸素センサ２６１は、気筒２４から排出された排気ガスの酸素濃度を測定するとともに、測定した酸素濃度に関する信号（例えば電圧値の信号）をＥＣＵ２７に送信する。

【0030】

第２酸素センサ２６２は、三元触媒２５の出口に設けられている。第２酸素センサ２６２は、三元触媒２５を通過した排気ガスの酸素濃度を測定するとともに、測定した酸素濃度に関する信号（例えば電圧値の信号）をＥＣＵ２７に送信する。

【0031】

ＥＣＵ２７は、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）であり、演算処理部（図示せず）と、記憶部（図示せず）と、を有する。ＥＣＵ２７は、燃料ガス供給弁２１の動作を制御する。例えば、ＥＣＵ２７は、燃料ガス供給弁２１の弁開度の制御を実行する。本実施形態のＥＣＵ２７は、本発明の「制御部」の一例である。ＥＣＵ２７の演算処理部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）としての機能を有し、ＥＣＵ２７の記憶部に記憶されたプログラムを読み出して種々の演算や処理を実行する。

【0032】

ＥＣＵの記憶部は、種々のプログラムや、燃料ガス供給弁２１の弁開度に関するマップあるいは条件式などを格納（記憶）する。ＥＣＵ２７の記憶部としては、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などが挙げられる。

【0033】

ＥＣＵ２７は、エンジン回転数と吸気圧との関係に基づいて燃料ガス供給弁２１の弁開度の制御を実行する。エンジン回転数と吸気圧との関係は、例えばエンジン回転数に対する気体燃料の供給量を設定する基本マップとして記憶部に予め記憶されている。

【0034】

また、ＥＣＵ２７は、第１酸素センサ２６１により測定された酸素濃度に基づき演算した混合気の空燃比が目標の空燃比（すなわち理論空燃比）になる燃料ガス供給弁２１の弁開度の操作値を演算し、その操作値を燃料学習値として記憶部に記憶する。言い換えれば、ＥＣＵ２７は、燃料学習値の更新を行う。燃料学習値は、例えば燃料学習値に関するマップとして記憶（更新）される。そして、ＥＣＵ２７は、第１酸素センサ２６１により測定された酸素濃度に基づいて演算した燃料ガス供給弁２１の弁開度の操作値（すなわち燃料学習値）により燃料ガス供給弁２１の弁開度のフィードバック制御を実行する。

【0035】

具体的には、ＥＣＵ２７は、第１酸素センサ２６１から受信した酸素濃度に基づき演算した混合気の空燃比と、目標の空燃比（すなわち理論空燃比）と、を比較する。混合気の空燃比が目標の空燃比よりもリーンであれば、ＥＣＵ２７は、燃料ガス供給弁２１の弁開度を現在の弁開度よりも高くする（すなわち弁を開く）ための操作値を演算し、その操作値を燃料学習値として記憶部に記憶する。そして、ＥＣＵ２７は、その操作値（すなわち燃料学習値）により燃料ガス供給弁２１の弁開度のフィードバック制御を実行する。つまり、ＥＣＵ２７は、気体燃料の供給量を増加させるフィードバック制御を実行する。

【0036】

一方で、混合気の空燃比が目標の空燃比よりもリッチであれば、ＥＣＵ２７は、燃料ガス供給弁２１の弁開度を現在の弁開度よりも低くする（すなわち弁を閉じる）ための操作値を演算し、その操作値を燃料学習値として記憶部に記憶する。そして、ＥＣＵ２７は、その操作値（すなわち燃料学習値）により燃料ガス供給弁２１の弁開度のフィードバック制御を実行する。つまり、ＥＣＵ２７は、気体燃料の供給量を減少させるフィードバック制御を実行する。

【0037】

図２は、欧州第５次排ガス規制の過渡試験モードを説明するフローチャートである。
現在、定格出力が５６ｋＷ以上のオフロード用のガスエンジンについては、欧州第５次排ガス規制（ＥＵ ＳｔａｇｅＶの５６ｋＷ以上の排ガス規制）が適用されている。具体的には、欧州第５次排ガス規制の過渡試験モード（ＮＲＴＣ：Non-Road Transient Cycle）が適用されている。ここで、欧州第５次排ガス規制の過渡試験モード（以下、説明の便宜上「ＮＲＴＣ」と称する。）を、図面を参照して説明する。

【0038】

ＮＲＴＣでは、まずステップＳ１において、２０分間のコールド運転が実行される。ＮＲＴＣのコールド運転では、ガスエンジン２の運転が冷気始動として開始される。続いて、ステップＳ２において、２０分間の運転停止が実行される。つまり、ガスエンジン２の運転が２０分間にわたって停止される。続いて最後に、ステップＳ３において、２０分間のホット運転が実行される。ＮＲＴＣのホット運転では、ガスエンジン２の運転が暖気始動として開始される。２０分間のホット運転が完了すると、ＮＲＴＣが終了する。

【0039】

ここで、ガスエンジン２の始動直後から、気体燃料の供給量に関するフィードバック制御が開始されるまでの所定時間（例えば数十秒間）において、ＥＣＵ２７は、気体燃料の供給量に関するオープンループ制御を実行する。すなわち、ＥＣＵ２７は、ガスエンジン２の始動直後から所定時間（例えば数十秒間）が経過するまで、フィードバック制御を実行せず、エンジン回転数と吸気圧との関係を示す基本マップと、記憶部に記憶された燃料学習値と、に基づいて燃料ガス供給弁２１の弁開度のオープンループ制御を実行する。

【0040】

そのため、図２に表されたステップＳ３におけるＮＲＴＣのホット運転の始動直後に実行されるオープンループ制御において、ＥＣＵ２７は、基本マップと、ＮＲＴＣのコールド運転において記憶（更新）された燃料学習値と、に基づいて燃料ガス供給弁２１の弁開度のオープンループ制御を実行する。本発明者の得た知見によれば、ＮＲＴＣのホット運転の始動直後に実行されるオープンループ制御で排出されるＮＯｘの量について改善の余地がある。

【0041】

すなわち、ＮＲＴＣでは、コールド運転におけるＮＯｘの排出量の１０％と、ホット運転におけるＮＯｘの排出量の９０％と、の合計値が、ＮＲＴＣ全体のＮＯｘの排出量になる。そのため、ホット運転におけるＮＯｘの排出量の重みが、コールド運転におけるＮＯｘの排出量の重みよりも重い。また、本発明者の得た知見によれば、ホット運転の始動直後のＮＯｘの排出量が、ＮＲＴＣ全体のＮＯｘの排出量の大半を占める。そのため、ＮＲＴＣにおいて、ホット運転の始動直後からフィードバック制御が開始されるまでの所定時間に実行されるオープンループ制御で排出されるＮＯｘの量について改善の余地がある。

【0042】

具体的には、ＮＲＴＣのホット運転の始動直後に実行されるオープンループ制御において、混合気の空燃比がリーンになる傾向がある。そうすると、ＮＯｘの排出量は、混合気の空燃比が理論空燃比である場合およびリッチである場合と比較して増加する傾向にある。

【0043】

これに対して、本実施形態に係るガスエンジン２のＥＣＵ２７は、ＮＲＴＣのホット運転の始動直後に実行されるオープンループ制御において、記憶部に記憶された燃料学習値（すなわち更新された燃料学習値）に補正値を加算した値に基づいて、燃料ガス供給弁２１の弁開度の制御を実行する。具体的には、ＥＣＵ２７は、補正値を、記憶部に記憶された燃料学習値（すなわち更新された燃料学習値）よりもリッチ側に設定する。
以下、本実施形態に係るガスエンジン２のＥＣＵ２７が実行する制御を、図面を参照してさらに説明する。

【0044】

図３および図４は、本実施形態のＥＣＵがＮＲＴＣにおいて実行する気体燃料の供給量に関する制御を説明するフローチャートである。
図５は、本実施形態のＥＣＵが燃料学習値に加算する補正値について説明するグラフである。

【0045】

まず、図３に表したように、ステップＳ１１において、ＮＲＴＣのコールド運転が始動する。そうすると、ステップＳ１２において、ＥＣＵ２７は、ＮＲＴＣのコールド運転の始動直後から所定時間が経過するまで、フィードバック制御を実行せず、基本マップと、記憶部に記憶された燃料学習値と、に基づいて燃料ガス供給弁２１の弁開度のオープンループ制御を実行する。ここで、記憶部に記憶された燃料学習値とは、ガスエンジン２の前回の運転（例えば前日のガスエンジン２の運転）において更新された燃料学習値である。

【0046】

続いて、ＮＲＴＣのコールド運転の始動直後から所定時間が経過すると、ＥＣＵ２７は、気体燃料の供給量に関するフィードバック制御を実行する。すなわち、ステップＳ１３において、第１酸素センサ２６１は、排気ガスの酸素濃度を測定するとともに、測定した酸素濃度に関する信号をＥＣＵ２７に送信する。

【0047】

続いて、ステップＳ１４において、ＥＣＵ２７は、第１酸素センサ２６１から受信した酸素濃度に基づき演算した混合気の空燃比と、目標の空燃比（すなわち理論空燃比）と、の偏差に基づいて、混合気の空燃比が目標の空燃比（すなわち理論空燃比）になる燃料ガス供給弁２１の弁開度の操作値を演算する。

【0048】

続いて、ステップＳ１５において、ＥＣＵ２７は、燃料ガス供給弁２１の弁開度の操作値を燃料学習値として記憶部に記憶する。つまり、ＥＣＵ２７は、燃料学習値の更新を実行する。続いて、ステップＳ１６において、ＥＣＵ２７は、燃料学習値に基づいて燃料ガス供給弁２１の弁開度の制御を実行する。

【0049】

続いて、ステップＳ１７において、ＮＲＴＣのコールド運転の始動から２０分間がまだ経過していない場合には（ステップＳ１７：ＮＯ）、ＥＣＵ２７は、ステップＳ１３～ステップＳ１６に関して前述した気体燃料の供給量に関するフィードバック制御を実行する。一方で、ステップＳ１７において、ＮＲＴＣのコールド運転の始動から２０分間が経過した場合には（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、ステップＳ１８において、２０分間の運転停止が実行される。

【0050】

続いて、図４に表したように、ステップＳ２１において、ＮＲＴＣのホット運転が始動する。そうすると、ステップＳ２２において、ＥＣＵ２７は、ＮＲＴＣのホット運転の始動直後から所定時間が経過するまで、フィードバック制御を実行せず、基本マップと、記憶部に記憶された燃料学習値に補正値を加算した値と、に基づいて燃料ガス供給弁２１の弁開度のオープンループ制御を実行する。ここで、記憶部に記憶された燃料学習値とは、ＮＲＴＣのコールド運転において更新された燃料学習値である。補正値は、燃料学習値と同次元の値であり、燃料学習値をオフセットあるいはシフトさせる機能を有する。

【0051】

図５に表したように、補正値が「０」近傍である範囲Ａ１１におけるＮＯｘの排出量は、補正値が「１」から「３」の近傍である範囲Ａ１２におけるＮＯｘの排出量よりも高い。また、補正値が「０」近傍である範囲Ａ１１におけるＮＯｘの排出量の傾きは、補正値が「１」から「３」の近傍である範囲Ａ１２におけるＮＯｘの排出量の傾きよりも急である。言い換えれば、範囲Ａ１１におけるＮＯｘの排出量のロバスト性は、範囲Ａ１２におけるＮＯｘの排出量のロバスト性よりも低い。

【0052】

図５に表した補正値が「０」である状態とは、ＥＣＵ２７が燃料学習値をオフセットあるいはシフトさせない状態である。この状態では、図３に表したステップＳ１２に関して前述した場合と同様に、ＥＣＵ２７は、基本マップと、記憶部に記憶された燃料学習値と、に基づいて燃料ガス供給弁２１の弁開度の制御を実行する。図５に表した補正値が正である状態とは、ＥＣＵ２７が燃料学習値をリッチ側にオフセットあるいはシフトさせる状態である。図５に表した補正値が負である状態とは、ＥＣＵ２７が燃料学習値をリーン側にオフセットあるいはシフトさせる状態である。

【0053】

ＥＣＵ２７は、ＮＲＴＣのホット運転の始動直後におけるＮＯｘの排出量を抑えるために、補正値を燃料学習値よりもリッチ側に設定する。すなわち、図４に表したステップＳ２２において、ＥＣＵ２７は、基本マップと、燃料学習値に正の補正値を加算した値と、に基づいて燃料ガス供給弁２１の弁開度のオープンループ制御を実行する。これにより、ＥＣＵ２７は、例えば補正値を図５に表した「１」から「３」の近傍になる程度のリッチ側に設定すると、ＮＲＴＣのホット運転の始動直後におけるＮＯｘの排出量を図５に表した範囲Ａ１２の排出量に抑えることができる。

【0054】

また、ＥＣＵ２７は、ＮＲＴＣのホット運転が始動した直後のオープンループ制御におけるＣＯの排出量が所定値以下となる範囲で補正値を設定する。例えば、ＮＲＴＣにおけるＣＯの規制値が５ｇ／ｋＷｈ以下であるとすると、図５に表したように、ＥＣＵ２７は、補正値を「１」から「３」の近傍である範囲Ａ１２に設定することにより、ＮＲＴＣのホット運転が始動した直後のオープンループ制御におけるＣＯの排出量を所定値以下となる３～４ｇ／ｋＷｈ程度に抑えることができる。

【0055】

続いて、ＮＲＴＣのホット運転の始動直後から所定時間が経過すると、ＥＣＵ２７は、気体燃料の供給量に関するフィードバック制御を実行する。すなわち、第１酸素センサ２６１およびＥＣＵ２７は、図３に表したステップＳ１３～ステップＳ１６に関して前述した処理を実行する。

【0056】

ステップＳ２６に続くステップＳ２７において、ＮＲＴＣのホット運転の始動から２０分間がまだ経過していない場合には（ステップＳ２７：ＮＯ）、ＥＣＵ２７は、ステップＳ２３～ステップＳ２６に関して前述した気体燃料の供給量に関するフィードバック制御を実行する。一方で、ＮＲＴＣのホット運転の始動から２０分間が経過すると（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、ＮＲＴＣが終了する。

【0057】

本実施形態に係るガスエンジン２によれば、ＮＲＴＣのホット運転が始動した直後のオープンループ制御において、ＥＣＵ２７は、基本マップと、記憶部に記憶された燃料学習値に補正値を加算した値と、に基づいて燃料ガス供給弁２１の弁開度の制御を実行する。
これにより、ＮＲＴＣにおいて、ホット運転の始動直後におけるＮＯｘの排出量を抑えることができる。ホット運転におけるＮＯｘの排出量の重みがコールド運転におけるＮＯｘの排出量の重みよりも重く、また、ホット運転の始動直後のＮＯｘの排出量がＮＲＴＣ全体のＮＯｘの排出量の大半を占めるため、ホット運転の始動直後におけるＮＯｘの排出量を抑えることで、ＮＲＴＣ全体におけるＮＯｘの排出量を抑えることができる。

【0058】

また、ＥＣＵ２７が燃料学習値に加算する補正値を燃料学習値よりもリッチ側に設定する、すなわち燃料学習値に加算する補正値として正の補正値を設定するため、ホット運転の始動直後における混合気の空燃比は、よりリッチになる。これにより、ホット運転の始動直後におけるＮＯｘの排出量をより一層確実に抑えることができる。

【0059】

ＥＣＵ２７は、ＮＲＴＣのホット運転が始動してから所定時間が経過するまで補正値を一定に維持し、所定時間が経過した後に補正値を段階的に減少させる制御を実行してもよい。これによれば、ＮＲＴＣのホット運転の始動直後に実行されるオープンループ制御から、ＮＲＴＣのホット運転が始動してから所定時間後に実行されるフィードバック制御へ円滑に遷移することができる。なお、ＥＣＵ２７が補正値を段階的に減少させるタイミングは、気体燃料の供給量に関するフィードバック制御が開始される前であってもよく、気体燃料の供給量に関するフィードバック制御が開始された後であってもよい。

【0060】

ＥＵＣ２７は、気体燃料の成分比率に応じて補正値を設定してもよい。例えば、ＥＣＵ２７は、ＬＰＧに含まれるプロパンおよびブタンの成分比率に応じて補正値を設定してもよい。あるいは、ＥＣＵ２７は、天然ガスの成分比率に応じて補正値を設定してもよい。これによれば、気体燃料の性状に因らずＮＲＴＣのホット運転の始動直後におけるＮＯｘの排出量を抑えることができる。

【0061】

なお、ガスエンジン２が第２酸素センサ２６２を備える場合、第２酸素センサ２６２は、三元触媒２５を通過した排気ガスの酸素濃度を測定するとともに、測定した酸素濃度に関する信号（例えば電圧値の信号）をＥＣＵ２７に送信する。これにより、ＥＣＵ２７は、第２酸素センサ２６２から受信した酸素濃度に基づき演算した混合気の空燃比と、目標の空燃比（すなわち理論空燃比）と、の偏差に基づいて、燃料ガス供給弁２１の弁開度のフィードバック制御を実行し、三元触媒２５に排気ガスを浄化させることができる。また、三元触媒２５が劣化した場合であっても、ＥＣＵ２７は、三元触媒２５を通過した排気ガスの酸素濃度を目標にして燃料ガス供給弁２１の弁開度の制御を実行できる。さらに、三元触媒２５の機差や、三元触媒２５の貴金属の担持量により三元触媒２５の性能にばらつきが生じた場合であっても、ＥＣＵ２７は、三元触媒２５を通過した排気ガスの酸素濃度を目標にして燃料ガス供給弁２１の弁開度の制御を実行できる。

【0062】

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。

【符号の説明】

【0063】

２：ガスエンジン、 ２１：燃料ガス供給弁、 ２２：スロットルバルブ、 ２３：吸気マニホルド、 ２４：気筒、 ２５：三元触媒、 ２７：ＥＣＵ、 ２９：ガスミキサ、 ２４１：吸気バルブ、 ２４２：排気バルブ、 ２４３：スパークプラグ、 ２６１：第１酸素センサ、 ２６２：第２酸素センサ、 ２８１：吸気系、 ２８２：排気系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】