JP5846207B2

JP5846207B2 - 多種燃料内燃機関の制御システム

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Publication number: JP5846207B2
Application number: JP2013529813A
Authority: JP
Inventors: 匡彦増渕
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-08-24
Filing date: 2011-08-24
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2031-08-24
Also published as: CN103748339A; CN103748339B; DE112011105552B4; US20140190447A1; DE112011105552T5; JPWO2013027276A1; US9410499B2; WO2013027276A1

Description

本発明は、複数種類の燃料を混合燃焼させることが可能な圧縮着火式の多種燃料内燃機関の制御システムに関する。

従来、液体燃料（例えば、軽油やガソリン等）及びガス燃料（例えば、圧縮天然ガスや水素ガス等）のように複数種類の燃料を混合燃焼させることが可能な多種燃料内燃機関が開発されている。

例えば、特許文献１には、天然ガス、プロパン、バイオガス、埋立地ガスまたは水素ガス等のガス燃料を主燃料として使用し、該主燃料よりも容易に自己着火するディーゼル燃料またはジメチルエーテルをパイロット燃料して使用する圧縮着火式内燃機関が開示されている。特許文献１に記載の圧縮着火式内燃機関では、吸気行程又は圧縮行程初期に気筒内に主燃料を噴射し、該主燃料と吸気とによって予混合気を形成させる。この時に気筒内に噴射される主燃料の量は、ノッキングを防止するために制限される。さらに、圧縮行程中に気筒内にパイロット燃料が噴射されると共に、機関の負荷用件を満たすために追加の主燃料が上死点付近において気筒内に噴射される。

特許文献２及び３には、液体燃料とガス燃料とを使用する圧縮着火式内燃機関が開示されている。特許文献２及び３に記載の圧縮着火式内燃機関では、ガス燃料がガス用インジェクタから吸気ポートに噴射される。また、ガス用インジェクタからの燃料噴射時期は、吸気行程において排気弁が閉じた時点から、吸気弁が閉じる時点までの間に設定される。

特許文献４には、軽油と天然ガスとを使用する圧縮着火式内燃機関が開示されている。また、特許文献４には、内燃機関の機関負荷に応じて、該内燃機関への天然ガスの供給量を制御するシステムが開示されている。

特開２００７−５０７６４１号公報特開平１１−１４８３８２号公報特開平０７−０１１９８３号公報特開２０１０−１３３３３７号公報

圧縮着火式の多種燃料内燃機関においては、圧縮着火することが可能な液体燃料と、該液体燃料より着火性の低いガス燃料とを燃料として使用し、液体燃料を着火源として該液体燃料とガス燃料とを燃焼させることができる。このような多種燃料内燃機関では、液体燃料のみを燃焼させて内燃機関を運転する場合と、液体燃料とガス燃料とを燃焼させて内燃機関を運転する場合とがある。

ここで、同一の運転状態において、液体燃料のみを燃焼させる際に最適な混合気の当量比（理論空燃比／実際の空燃比）と、液体燃料とガス燃料とを燃焼させる際に最適な混合気の当量比とは異なっている。そのため、内燃機関の運転状態に対する気筒内の混合気の当量比を一律に制御すると、失火の発生或いは炭化水素（ＨＣ）の排出量増加を招く虞がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであって、圧縮自着火することが可能な液体燃料と、該液体燃料より着火性の低いガス燃料とを燃料として使用する圧縮着火式の多種燃料内燃機関において、失火の発生やＨＣの排出量増加を抑制することを目的とする。

本発明では、圧縮着火式の多種燃料内燃機関において、液体燃料を着火源として該液体燃料とガス燃料とを燃焼させる場合は、液体燃料のみを燃焼させる場合に比べて、気筒内における混合気の当量比を増加させ、且つ、その増加率を運転状態に応じて変更する。

より詳しくは、本発明に係る多種燃料内燃機関の制御システムは、
圧縮着火することが可能な液体燃料と、該液体燃料より着火性の低いガス燃料とを燃料として使用する圧縮着火式の多種燃料内燃機関の制御システムであって、
同一の運転状態において、液体燃料を着火源として該液体燃料とガス燃料とを燃焼させる場合は、液体燃料のみを燃焼させる場合に比べて、気筒内における混合気の当量比を増加させ、且つ、機関負荷が低い時は機関負荷が高い時に比べて、また、機関回転速度が低い時は機関回転速度が高い時に比べて、液体燃料のみを燃焼させる場合に対する当量比の増加率を小さくする当量比制御部を備える。

本発明によれば、液体燃料とガス燃料とを燃焼させる場合においても、液体燃料のみを燃焼させる場合においても、失火の発生やＨＣの排出量増加を抑制することができる。また、液体燃料とガス燃料とを燃焼させる場合に、機関負荷が比較的低い時、或いは、機関回転速度が比較的低い時において、着火源となる液体燃料の周囲の酸素濃度が局所的に過剰に低くなることを抑制することができる。

機関負荷が非常に低く且つ機関回転速度が非常に低い時は、液体燃料とガス燃料とを燃焼させる場合は、気筒内における混合気の当量比を増加させると、燃焼室内における局所的な酸素濃度の過剰な低下が生じ易い。そこで、当量比制御部は、機関負荷が所定負荷以下であり且つ機関回転速度が所定回転速度以下である時に、液体燃料とガス燃料とを燃焼させる場合は、液体燃料のみを燃焼させる場合に比べて、気筒内における混合気の当量比を減少させてもよい。

ここで、所定負荷及び所定回転速度は、液体燃料を着火源として該液体燃料とガス燃料とを燃焼させる場合に、液体燃料のみを燃焼させる場合よりも、気筒内における混合気の当量比を増加させると、燃焼室内において局所的な酸素濃度の過剰な低下が生じると判断できる運転領域の閾値である。上記によれば、低負荷低回転領域において、着火源となる液体燃料の周囲の酸素濃度が局所的に過剰に低くなることをより高い確率で抑制することができる。

また、多種燃料内燃機関の使用環境によっては、供給されるガス燃料の組成が変化する場合がある。そこで、本発明に係る多種燃料内燃機関の制御システムは、ガス燃料の組成を検出する組成検出部をさらに備えてもよい。そして、液体燃料とガス燃料とを燃焼させる場合、当量比制御部は、組成検出部によって検出されるガス燃料の組成に応じて、液体燃料のみを燃焼させる場合よりも気筒内における混合気の当量比を増加又は減少させるときの増加率又は減少率を変更してもよい。これによれば、供給されるガス燃料の組成が変化した場合であっても、上記のような効果を得ることができる。

本発明によれば、圧縮自着火することが可能な液体燃料と、該液体燃料より着火性の低いガス燃料とを燃料として使用する圧縮着火式の多種燃料内燃機関において、失火の発生やＨＣの排出量増加を抑制することができる。

実施例１に係る内燃機関とその燃料系及び吸排気系の概略構成を示す図である。実施例１に係る、内燃機関の運転状態と気筒２内における混合気の目標当量比との関係を示す図である。図２（ａ）は、軽油のみの拡散燃焼を行う場合の両者の関係を示しており、図２（ｂ）は、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合の両者の関係を示している。実施例１に係る当量比制御のフローを示すフローチャートである。実施例１に係る、内燃機関の運転状態と目標吸入空気量との関係を示すマップである。図４（ａ）は、軽油のみの拡散燃焼を行う場合の両者の関係を示しており、図４（ｂ）は、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合の両者の関係を示している。実施例２に係る内燃機関とその燃料系及び吸排気系の概略構成を示す図である。実施例２に係る当量比制御のフローを示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
［概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関とその燃料系及び吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は、軽油及び圧縮天然ガス（以下、ＣＮＧと称する）を燃料として使用可能な車両駆動用のエンジンである。内燃機関１は圧縮着火式のエンジンである。内燃機関１は、軽油とＣＮＧとを混合燃焼させることで運転することができ、また、軽油のみを燃焼させることによっても運転することができる。尚、本実施例においては、軽油が本発明に係る液体燃料に相当し、ＣＮＧが本発明に係るガス燃料に相当する。

内燃機関１は４つの気筒２を有している。気筒２内上部の燃焼室には吸気ポート４と排気ポート（図示略）とが接続されている。吸気ポート４の燃焼室への開口部は吸気弁によって開閉され、排気ポートの燃焼室への開口部は排気弁によって開閉される。吸気ポート４には吸気通路１８が接続されている。排気ポートには排気通路１９が接続されている。

吸気通路１８には、エアクリーナ２１、エアフローメータ２２及びスロットル弁２３が空気（新気）の流れに沿って上流側から順に設置されている。エアフローメータ２２は、内燃機関１の吸入空気量を検出する。スロットル弁２３は、吸気流路の吸気の流れ方向と垂直に交わる方向の断面積を変更することで、内燃機関１の吸入空気量を制御する。排気通路１９には排気浄化装置２４が設置されている。排気浄化装置２４は、酸化触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等の排気浄化触媒及び排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ等によって構成されている。

各気筒２には、気筒２内に軽油を直接噴射する軽油インジェクタ８が設けられている。各軽油インジェクタ８は軽油用コモンレール１０に接続されている。軽油用コモンレール１０には軽油供給通路１２の一端が接続されている。軽油供給通路１２の他端は軽油タンク１３に接続されている。軽油供給通路１２にはポンプ１４が設置されている。該ポンプ１４によって軽油タンク１３から軽油供給通路１２を通して軽油用コモンレール１０に軽油が圧送される。そして、軽油用コモンレール１０において加圧された軽油が各軽油インジェクタ８に供給される。

また、内燃機関１には、各気筒２の吸気ポート４内にＣＮＧを噴射するＣＮＧインジェクタ９が設けられている。各ＣＮＧインジェクタ９はＣＮＧ用デリバリーパイプ１１に接続されている。ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１にはＣＮＧ供給通路１５の一端が接続されている。ＣＮＧ供給通路１５の他端はＣＮＧタンク１６に接続されている。ＣＮＧタンク１６からＣＮＧ供給通路１５を通してＣＮＧ用デリバリーパイプ１１にＣＮＧが供給される。そして、ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１から各ＣＮＧインジェクタ９にＣＮＧが供給される。

ＣＮＧ供給通路１５にはレギュレータ１７が設置されている。該レギュレータ１７によって、ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１に供給されるＣＮＧの圧力が調整される。ＣＮＧ供給通路１５におけるレギュレータ１７より上流側には圧力センサ２６が設けられており、ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１には、圧力センサ２７が設けられている。これらの圧力センサ２６，２７は、ＣＮＧ供給通路１５内又はＣＮＧ用デリバリーパイプ１１内におけるＣＮＧの圧力を検出する。

内燃機関１が軽油とＣＮＧとを混合燃焼させることで運転される場合、先ず、ＣＮＧインジェクタ９から各気筒２の吸気ポート４内にＣＮＧが噴射される。これにより、吸気（空気）とＣＮＧとの予混合気が形成され、該予混合気が気筒２内に供給される。そして、各気筒２では、圧縮上死点近傍において、軽油インジェクタ８から気筒２内に軽油が噴射される。該軽油が自着火すると燃焼室内において火炎が伝播する。これによって軽油とＣＮＧとが燃焼する。つまり、ＣＮＧは軽油を着火源として燃焼する。

また、内燃機関１は、吸気側可変動弁機構２５が設けられている。吸気側可変動弁機構２５は、吸気弁のバルブタイミングを可変に制御することが可能な機構である。該吸気側可変動弁機構２５によって吸気弁の閉弁時期を変更することで、気筒２内の空気量を調整することができる。

より詳しくは、吸気弁の基準閉弁時期を圧縮行程の下死点よりも遅い時期とする。このとき、吸気弁の閉弁時期を圧縮行程の下死点側に進角すると、気筒２内から吸気ポート４に逆流する空気の量が減少する。そのため、気筒２内の空気量を増加させることができる。この場合、気筒２内における混合気の当量比は減少する。一方、吸気弁の閉弁時期を基準閉弁時期よりもさらに遅角すると、気筒２内から吸気ポート４に逆流する空気の量が増加する。そのため、気筒２内の空気量を減少させることができる。この場合、気筒２内における混合気の当量比は増加する。

尚、吸気側可変動弁機構２５は、吸気弁の作用角は変化させずに、その開閉時期を変更する機構でもよい。また、吸気側可変動弁機構２５は、吸気弁の開閉時期のみならず、その作用角を変更可能な機構であってもよい。この場合、吸気弁の開弁時期を変更することなく、その閉弁時期のみを変更することができる。

内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ２２、及び圧力センサ２６，２７が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ２０には、クランク角センサ２８及びアクセル開度センサ２９が電気的に接続されている。これらのセンサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。

クランク角センサ２８は内燃機関１のクランク角を検出する。アクセル開度センサ２９は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。ＥＣＵ２０は、クランク角センサ２８の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を算出し、アクセル開度センサ２９の出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を算出する。

また、ＥＣＵ２０には、軽油インジェクタ８、ＣＮＧインジェクタ９、ポンプ１４、レギュレータ１７、スロットル弁２３、及び吸気側可変動弁機構２５が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によってこれらの装置が制御される。

［当量比制御］
内燃機関１においては、燃料として軽油のみが用いられる場合、気筒２内では軽油のみの拡散燃焼が行われる。ここで、軽油のみの拡散燃焼に適した混合気の当量比と、軽油とＣＮＧとの混合燃焼に適した混合気の当量比（即ち、軽油を着火源として軽油とＣＮＧとが燃焼する際のＣＮＧにおける火炎伝播に適した混合気の当量比）とは異なっている。具体的は、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合に、気筒２内における混合気の当量比を軽油のみの拡散燃焼に適した値に制御すると、酸素量が多すぎ、その結果、失火が発生する虞がある。また、軽油の拡散燃焼を行う場合に、気筒２内における混合気の当量比を軽油とＣＮＧとの混合燃焼に適した値に制御すると、酸素量が不足し、その結果、ＨＣの排出量が増加する虞がある。つまり、軽油とＣＮＧとの混合燃焼に適した混合気の当量比は、軽油の拡散燃焼に適した混合気の当量比よりも大きい。

そこで、本実施例では、吸気側可変動弁機構２５によって吸気弁の閉弁時期を調整することで、気筒２内における混合気の当量比を制御する。図２は、本実施例に係る内燃機関１の運転状態と気筒２内における混合気の当量比の目標値（以下、目標当量比と称する）との関係を示す図である。図２（ａ）は、軽油のみの拡散燃焼を行う場合の両者の関係を示しており、図２（ｂ）は、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合の両者の関係を示している。図２（ａ），（ｂ）において、横軸は機関回転速度Ｎｅを表しており、縦軸は機関負荷Ｑｅを表している。そして、各曲線及び数値が、内燃機関１の運転状態に対する目標当量比ＴＲｅｑを示している。

同一の機関負荷及び機関回転数に対する目標当量比ＴＲｅｑは、図２（ｂ）の方が図２（ａ）よりも大きい。つまり、本実施例では、内燃機関１の運転状態を同一とすると、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合は、軽油のみの拡散燃焼を行う場合に比べて、気筒２内における混合気の当量比を増加させる。これにより、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合、及び、軽油のみの拡散燃焼行う場合のいずれにおいても、失火の発生やＨＣの排出量増加を抑制することができる。

また、機関負荷が低い時は機関負荷が高い時に比べて、また、機関回転速度が低い時は機関回転速度が高い時に比べて、気筒２内に供給される空気量が少ない。そのため、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合、機関負荷が低い時は機関負荷が高い時に比べて、また、機関回転速度が低い時は機関回転速度が高い時に比べて、気筒２内における混合気の当量比を増加させた際に、燃焼のための酸素の不足が生じ易い。

そのため、機関負荷又は機関回転速度に関わらず、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合に、軽油のみの拡散燃焼を行う場合に対して一律の割合で気筒２内における混合気の当量比を増加させると、機関負荷が比較的低い時、或いは、機関回転速度が比較的低い時において、着火源となる軽油の周囲の酸素濃度が局所的に過剰に低くなる虞がある。

そこで、本実施例では、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合に、軽油のみの拡散燃焼を行う場合に対して気筒２内における混合気の当量比を増加させるときの増加率を、機関負荷及び機関回転速度に応じて変更する。

図２（ａ）と図２（ｂ）とにおける目標当量比ＴＲｅｑの差は、機関負荷が低いほど、また、機関回転速度が低いほど、小さい。つまり、本実施例では、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合、機関負荷が低い時は機関負荷が高い時に比べて、また、機関回転速度が低い時は機関回転速度が高い時に比べて、軽油のみの拡散燃焼を行う場合に対する当量比の増加率を小さくする。これにより、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合に、機関負荷が比較的低い時、或いは、機関回転速度が比較的低い時において、着火源となる軽油の周囲の酸素濃度が局所的に過剰に低くなることを抑制することができる。

以下、本実施例に係る当量比制御のフローについて、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。

本フローでは、先ずステップＳ１０１において、内燃機関１の機関負荷Ｑｅ及び機関回転数Ｎｅが算出される。次に、ステップＳ１０２において、内燃機関１において、軽油とＣＮＧとの混合燃焼が行われているか否かが判別される。ステップＳ１０２において肯定判定された場合、次にステップＳ１０３の処理が実行される。一方、ステップＳ１０２において否定された場合、即ち、内燃機関１において軽油のみの拡散燃焼が行われている場合、次にステップＳ１０６の処理が実行される。

ここで、ＥＣＵ２０には、図４に示すような、内燃機関１の運転状態と目標吸入空気量との関係を示すマップが予め記憶されている。図４（ａ）は、軽油のみの拡散燃焼を行う場合の両者の関係を示しており、図４（ｂ）は、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合の両者の関係を示している。図４（ａ），（ｂ）において、横軸は機関回転速度Ｎｅを表しており、縦軸は機関負荷Ｑｅを表している。そして、各曲線及び数値が、内燃機関１の運転状態に対する目標吸入空気量ＴＧａを示している。

図４（ａ）における目標吸入空気量ＴＧａは、気筒２内における混合気の当量比が図２（ａ）に示す目標当量比となるように定められている。また、図４（ｂ）における目標吸入空気量ＴＧａは、気筒２内における混合気の当量比が図２（ｂ）に示す目標当量比となるように定められている。従って、同一の機関負荷及び機関回転数に対する目標吸入空気量ＴＧａは、図４（ｂ）の方が図４（ａ）よりも小さい。また、機関負荷が低いほど、また、機関回転速度が低いほど、図４（ａ）と図４（ｂ）とにおける目標吸入空気量ＴＧａの差が小さい。尚、図４（ａ），（ｂ）に示すような内燃機関１の運転状態と目標吸入空気量との関係は、関数としてＥＣＵ２０に記憶されていてもよい。

ステップＳ１０３においては、図４（ｂ）に示すマップを用いて目標吸入空気量ＴＧａが算出される。即ち、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合の目標当量比に対応した目標吸入空気量ＴＧａが算出される。一方、ステップＳ１０６においては、図４（ａ）に示すマップを用いて目標吸入空気量ＴＧａが算出される。即ち、軽油のみの拡散燃焼を行う場合の目標当量比に対応した目標吸入空気量ＴＧａが算出される。

ステップＳ１０３の次、また、ステップＳ１０６の次には、ステップＳ１０４の処理が実行される。ステップＳ１０４においては、ステップＳ１０３又はステップＳ１０６において算出された目標吸入空気量ＴＧａに基づいて、吸気弁の目標閉弁時期Ｔｃｌｏｓｅが算出される。目標吸入空気量ＴＧａと吸気弁の目標閉弁時期Ｔｃｌｏｓｅとの関係は実験等に基づいて予め求められており、ＥＣＵ２０にマップ又は関数として記憶されている。

次に、ステップＳ１０５において、吸気弁の閉弁時期が、ステップＳ１０４で算出された目標閉弁時期Ｔｃｌｏｓｅとなるように、吸気側可変動弁機構２５によるバルブタイミングの制御が実行される。これにより、内燃機関１において軽油のみの拡散燃焼が行われている場合は、内燃機関１の運転状態に対する気筒２内の混合気の当量比が、図２（ａ）に示すような目標当量比に制御される。一方、内燃機関１において軽油とＣＮＧとの混合燃焼が行われている場合は、内燃機関１の運転状態に対する気筒２内の混合気の当量比が、図２（ｂ）に示すような目標当量比に制御される。

従って、本フローによれば、内燃機関１の運転状態を同一とすると、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合は、軽油のみの拡散燃焼を行う場合に比べて、気筒２内における混合気の当量比を増加される。また、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合、機関負荷が低い時は機関負荷が高い時に比べて、また、機関回転速度が低い時は機関回転速度が高い時に比べて、軽油のみの拡散燃焼を行う場合に対する当量比の増加率を小さくされる。

尚、図４（ｂ）に示すマップに代えて、例えば、内燃機関１の運転状態と、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合における軽油のみの拡散燃焼を行う場合に対する目標吸入空気量の減少量との関係を示すマップを用いてもよい。

［変形例］
ここで、本実施例の変形例について説明する。上述したように、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合、機関負荷が低い時は機関負荷が高い時に比べて、また、機関回転速度が低い時は機関回転速度が高い時に比べて、気筒２内における混合気の当量比を増加させた際に、燃焼のための酸素の不足が生じ易い。そのため、低負荷低回転領域においては、気筒２内における混合気の当量比を軽油のみの拡散燃焼を行う場合の該当量比よりも増加させると、着火源となる軽油の周囲の酸素濃度が局所的に過剰に低くなる虞がある。

そこで、本変形例においては、機関負荷が所定負荷以下であり且つ機関回転速度が所定回転速度以下である時に、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合は、機関負荷が所定負荷より高い時又は機関回転速度が所定回転速度より高い時とは逆に、軽油のみの拡散燃焼を行う場合よりも気筒２内における混合気の当量比を減少させる。ここで、所定負荷及び所定回転速度は、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合に、軽油のみの拡散燃焼を行う場合よりも、気筒２内における混合気の当量比を増加させると、燃焼室内において着火源となる軽油の周囲の酸素濃度が局所的に過剰に低くなると判断できる運転領域の閾値である。このような所定負荷及び所定回転速度は実験等に基づいて予め求めることができる。

尚、本変形例においても、気筒２内における混合気の当量比を減少させる場合は、吸気側可変動弁機構２５によって吸気弁の閉弁時期を進角することで、吸入空気量を増加させる。また、このときの目標吸入空気量は、予め定められており、ＥＣＵ２０に記憶されている。

本変形例によれば、低負荷低回転領域において、着火源となる液体燃料の周囲の酸素濃度が局所的に過剰に低くなることをより高い確率で抑制することができる。

＜実施例２＞
［概略構成］
図５は、本実施例に係る内燃機関とその燃料系及び吸排気系の概略構成を示す図である。ここでは、実施例１と異なる構成についてのみ説明する。

本実施例では、ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１には、該ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１内のＣＮＧの組成を検出するＣＮＧ組成センサ３０が設けられている。ＣＮＧ組成センサ３０としては、ＣＮＧの熱伝達特性、抵抗等の電気的特性、又は光学的特性等を計測することで、該ＣＮＧの組成を検出するものを例示することができる。ＣＮＧ組成センサ３０は、ＥＣＵ２０に電気的に接続されている。そして、ＣＮＧ組成センサ３０の出力信号がＥＣＵ２０に入力される。

［当量比制御］
本実施例においても、実施例１と同様、内燃機関１の運転状態を同一とすると、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合は、軽油のみの拡散燃焼を行う場合に比べて、気筒２内における混合気の当量比を増加させる。また、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合、機関負荷が低い時は機関負荷が高い時に比べて、また、機関回転速度が低い時は機関回転速度が高い時に比べて、軽油のみの拡散燃焼を行う場合に対する当量比の増加率を小さくする。

ここで、内燃機関１の使用環境（即ち、内燃機関１を搭載した車両の使用地域等）によっては、ＣＮＧタンク１６に供給されるＣＮＧの組成にばらつきが生じる場合がある。そして、ＣＮＧの組成が変化すると、該ＣＮＧにおける火炎伝播に適した混合気の当量比が変化する場合がある。つまり、軽油とＣＮＧとの混合燃焼に適した混合気の当量比が変化する場合がある。

そこで、本実施例では、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合、ＣＮＧ組成センサ３０によって検出されるＣＮＧの組成に応じて、軽油のみの拡散燃焼を行う場合よりも気筒２内における混合気の当量比を増加させるときの増加率を変更する。

具体的には、使用が予想されるＣＮＧの組成を、その火炎伝播に適した混合気の当量比に基づいて複数のグループに分類する。さらに、グループ毎に、図４（ｂ）に示すような、内燃機関１の運転状態と目標吸入空気量との関係を示すマップを作成し、それらをＥＣＵ２０に記憶しておく。そして、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う際に、実際に使用されているＣＮＧが属するグループのマップを用いて目標吸入空気量を算出する。

吸気弁の閉弁時期を調整し、内燃機関１の吸入空気量を、上記のように算出された目標吸入空気量に制御することで、気筒２内における混合気の当量比を、実際に使用されているＣＮＧにおける火炎伝播に適した当量比に制御することができる。従って、ＣＮＧタンク１６に供給されるＣＮＧの組成が変化した場合であっても、軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行った際の失火の発生やＨＣの排出量の増加を抑制することができる。

以下、本実施例に係る当量比制御のフローについて、図６に示すフローチャートに基づいて説明する。尚、本フローは、図３に示すフローにおけるステップＳ１０３をステップＳ２０３及びＳ２０４に置き換えたものである。そのため、ステップＳ２０３及びＳ２０４の処理についてのみ説明し、その他のステップについての説明は省略する。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。

本フローでは、ステップＳ１０２において肯定判定されると、次にステップＳ２０３の処理が実行される。ステップＳ２０３では、ＣＮＧ組成センサ３０によって検出された、現在使用されているＣＮＧの組成が読み込まれる。

次に、ステップＳ２０４において、ＥＣＵに予め記憶された軽油とＣＮＧとの混合燃焼用の複数のマップから、ステップＳ２０３で読み込まれたＣＮＧの組成に応じたマップが選択され、該選択されたマップを用いて目標吸入空気量ＴＧａが算出される。即ち、現在使用されているＣＮＧと軽油との混合燃焼を行う場合の目標当量比に対応した目標吸入空気量ＴＧａが算出される。次に、ステップＳ１０４の処理が実行される。

尚、本実施例においても、実施例１の変形例のように、機関負荷が所定負荷以下であり且つ機関回転速度が所定回転速度以下である時において軽油とＣＮＧとの混合燃焼を行う場合に、軽油のみの拡散燃焼を行う場合よりも気筒２内における混合気の当量比を減少させてもよい。そして、このときの軽油のみの拡散燃焼を行う場合に対する気筒２内における混合気の当量比の減少率を、ＣＮＧ組成センサ３０によって検出されるＣＮＧの組成に応じて変更してもよい。この場合も、上記フローと同様、複数のマップから、現在使用されているＣＮＧの組成に応じたマップを選択し、該選択されたマップを用いて目標吸入空気量を算出する。

＜内燃機関のその他の燃料＞
尚、上記実施例１及び２においては、内燃機関１の燃料を軽油及びＣＮＧとしたが、本発明に係る液体燃料及びガス燃料はこれらに限られるものではない。本発明に係る液体燃料は、圧縮着火することが可能なものであればどのような燃料でもよく、例えば、軽油とＧＴＬとを混合したものであってもよい。また、本発明に係るガス燃料は、液体燃料を着火源として燃焼可能なものであればよく、ＣＮＧ以外には、プロパンガスやブタンガスを例示することができる。

＜その他の当量比制御＞
また、上記実施例１及び２では、吸気側可変動弁機構２５によって吸気弁の閉弁時期を変更することで吸入空気量を調整し、それによって気筒２内における混合気の当量比を制御したが、当量比の制御方法はこれに限られるものではない。例えば、スロットル弁２３の開度を変更することで、吸入空気量を調整してもよい。ただし、吸入空気量を減少させるべく、スロットル弁２３の開度を減少させると、内燃機関１におけるポンピングロスが増加する虞がある。吸気弁の閉弁時期を変更することで吸入空気量を調整することで、このようなポンピングロスの増加を抑制することができる。

１・・・内燃機関
２・・・気筒
８・・・軽油インジェクタ
９・・・ＣＮＧインジェクタ
２０・・ＥＣＵ
２３・・スロットル弁
２５・・吸気側可変動弁機構
２８・・クランク角センサ
２９・・アクセル開度センサ
３０・・ＣＮＧ組成センサ

Claims

圧縮着火することが可能な液体燃料と、該液体燃料より着火性の低いガス燃料とを燃料として使用する圧縮着火式の多種燃料内燃機関の制御システムであって、
同一の運転状態において、液体燃料を着火源として該液体燃料とガス燃料とを燃焼させる場合は、液体燃料のみを燃焼させる場合に比べて、気筒内における混合気の当量比を増加させ、且つ、機関負荷が低い時は機関負荷が高い時に比べて、また、機関回転速度が低い時は機関回転速度が高い時に比べて、液体燃料のみを燃焼させる場合に対する当量比の増加率を小さくする当量比制御部を備える多種燃料内燃機関の制御システム。
ガス燃料の組成を検出する組成検出部をさらに備え、
液体燃料とガス燃料とを燃焼させる場合、前記当量比制御部が、前記組成検出部によって検出されるガス燃料の組成に応じて、液体燃料のみを燃焼させる場合よりも気筒内における混合気の当量比を増加させるときの増加率を変更する請求項１に記載の多種燃料内燃機関の制御システム。