JP2005163609A - 内燃機関の運転制御装置及び内燃機関の運転制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体燃料と気体燃料とを用いる内燃機関に対する燃料噴射を停止する際の空燃比を運転条件に応じた値に維持すること。
【解決手段】この内燃機関の運転制御装置１０は、液体燃料と気体燃料とが噴射されて運転される内燃機関を制御するものである。内燃機関の運転制御装置１０は、内燃機関の運転に液体燃料が使用されているか否かを判定する液体燃料噴射判定部２１と、液体燃料が使用されていると前記液体燃料噴射判定部２１が判定したときには、前記液体燃料の噴射停止後に前記気体燃料を単独で少なくとも１回噴射させてから前記気体燃料の噴射を停止させる燃料噴射停止制御部２２とを含んで構成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば液体燃料と気体燃料とによって運転される内燃機関の制御に関するものであり、さらに詳しくは、このような内燃機関の備える少なくとも１個の気筒に対して燃料噴射を停止する際における制御を実行する内燃機関の運転制御装置及び内燃機関の運転制御方法に関する。

近年、ガソリンや軽油等の液体燃料に、着火性に優れた水素や天然ガス等の気体燃料を添加して燃焼させることにより、燃費性能や排気浄化性能を向上させる試みが検討されている。例えば、特許文献１には、液体燃料であるガソリンと気体燃料である水素とを使用する内燃機関の燃料供給装置が開示されている。この内燃機関の燃料供給装置は、水素の供給を停止する運転領域以外では、吸気通路を開閉する絞り弁を全開に保持するものである。

特開平３−２６８３５号公報

ところで、ガソリンや軽油等の液体燃料は、内燃機関の気筒内壁面に付着しやすい性質がある。液体燃料と気体燃料とを用いる内燃機関において燃料噴射を停止する場合、液体燃料及び気体燃料の噴射を同時に停止すると、気筒内壁面に付着したガソリン燃料により、燃料噴射停止後に燃料を再噴射する場合の空燃比が悪化するという問題がある。

また、液体燃料及び気体燃料の噴射を同時に停止させようとすると、吸入空気量の変化とともに両燃料の燃料噴射量を変化させることが難しいので、燃料噴射停止時における空燃比に狂いが発生しやすいという問題もある。特許文献１には、液体燃料及び気体燃料を用いる内燃機関に対する燃料噴射停止に関しては何ら言及されておらず、上記問題点に対しては改善の余地がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の燃料を用いる内燃機関において、燃料噴射停止に起因する空燃比の狂いを抑制できる内燃機関の運転制御装置及び内燃機関の運転制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、液体燃料と気体燃料とが噴射されて運転される内燃機関を制御するものであり、前記液体燃料及び前記気体燃料の噴射を停止させる場合には、前記液体燃料又は前記気体燃料のいずれか一方を単独で少なくとも１回噴射させてから、単独で噴射させた燃料の噴射を停止させる燃料噴射停止制御部を含んで構成されることを特徴とする。

この内燃機関の運転制御装置は、上記内燃機関の備える気筒に対する液体及び気体燃量の噴射を停止する際には、いずれか一方の燃料を単独で噴射してから燃料噴射を停止するように制御する。このように、吸入空気量に合わせて単独の燃料の燃料噴射量を調整するので、容易かつ正確に空燃比を制御できる。その結果、燃料噴射停止に起因する空燃比の狂いを抑制できる。

また、次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、液体燃料と気体燃料とが噴射されて運転される内燃機関を制御するものであり、前記内燃機関の運転に前記液体燃料が使用されているか否かを判定する液体燃料噴射判定部と、前記液体燃料が使用されていると液体燃料噴射判定部が判定したときには、前記液体燃料の噴射停止後に前記気体燃料を単独で少なくとも１回噴射させてから前記気体燃料の噴射を停止させる燃料噴射停止制御部と、を含んで構成される。

この内燃機関の運転制御装置は、上記内燃機関の備える気筒に対する燃料噴射を停止する場合において、液体燃料を使用している場合には、気体燃料を単独で噴射してから気体燃料の噴射を停止するように制御する。これにより、気体燃料によって液体燃料を燃焼させることにより液体燃料の残留量を極めて低減できるので、燃料を再噴射する際には略規定の空燃比で内燃機関を運転できる。その結果、燃料噴射停止に起因する空燃比の狂いを抑制することができる。

また、次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、前記内燃機関の運転制御装置において、さらに、前記内燃機関の運転条件から求められる前記気体燃料の燃料噴射量を所定の気体燃料噴射量基準値と比較する気体燃料噴射量比較部を備えるとともに、前記燃料噴射停止制御部は、前記気体燃料の燃料噴射量が前記気体燃料噴射量基準値以上である場合には前記気体燃料の噴射停止後に前記液体燃料を単独で少なくとも１回噴射させてから前記液体燃料の噴射を停止させることを特徴とする。

この内燃機関の運転制御装置では、気体燃料の燃料噴射量が所定の気体燃料噴射量基準値よりも小さい場合には、気体燃料を単独で噴射してから気体燃料の噴射を停止するように制御する。これにより、気体燃料によって液体燃料を燃焼させることにより気筒内へ残留する液体燃料を極めて低減できるので、燃料を再噴射する際には略規定の空燃比で内燃機関を運転できる。その結果、燃料噴射停止に起因する空燃比の狂いを抑制することができる。

また、次の本発明に係る内燃機関の運転制御方法は、液体燃料と気体燃料とが噴射されて運転される内燃機関を制御するにあたり、前記液体燃料及び前記気体燃料の噴射を停止する場合には、前記液体燃料又は前記気体燃料のいずれか一方を単独で噴射してから、単独で噴射させた燃料の噴射を停止することを特徴とする。

この内燃機関の運転制御方法は、上記内燃機関の備える気筒に対する燃料噴射を停止する際には、単独の燃料を噴射して燃料噴射を停止する。これにより、吸入空気量に合わせて単独の燃料の燃料噴射量を調整することにより容易かつ正確に空燃比を制御できるので、燃料噴射停止に起因する空燃比の狂いを抑制できる。

また、次の本発明に係る内燃機関の運転制御方法は、液体燃料と気体燃料とが噴射されて運転される内燃機関を制御するにあたり、前記液体燃料が使用されているときには、前記液体燃料の噴射停止後に前記気体燃料を単独で少なくとも１回噴射してから前記気体燃料の噴射を停止することを特徴とする。

この内燃機関の運転制御方法では、上記内燃機関の備える気筒に対する燃料噴射を停止する場合において、液体燃料を使用している場合には、気体燃料を単独で噴射してから気体燃料の噴射を停止する。これにより、気体燃料によって液体燃料を燃焼させて液体燃料の残留量を極めて低減できるので、燃料を再噴射する際には規定の空燃比で内燃機関を運転できる。その結果、燃料噴射停止に起因する空燃比の狂いを抑制することができる。

本発明に係る内燃機関の運転制御装置及び内燃機関の運転制御方法は、複数の燃料を用いる内燃機関において、燃料噴射停止に起因する空燃比の狂いを抑制できるという効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。本発明はレシプロ式の内燃機関に対して好適に適用でき、特に乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。なお、以下の説明において燃料噴射量というときには、特に説明のない限り、内燃機関が備える１気筒の１サイクルあたりにおける燃料噴射量をいう。

実施例１に係る内燃機関の運転制御装置及び運転制御方法は、次の点に特徴がある。すなわち、液体燃料と気体燃料とを噴射して運転されるレシプロ式の内燃機関の運転を制御するにあたり、前記内燃機関の少なくとも１気筒に対する燃料噴射を停止する際には、前記液体燃料の燃料噴射を停止してから、噴射を停止していない前記気体燃料を少なくとも１回単独で以上噴射してから、前記気体燃料の噴射を停止する点に特徴がある。なお、液体及び気体燃料の両方が噴射されている場合に液体及び気体燃料の噴射を停止する場合には、気体燃料を単独で少なくとも１回噴射してから、気体燃料の噴射を停止する。

図１−１、図１−２は、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置及び運転制御方法によって運転される内燃機関を示す説明図である。実施例１に係る内燃機関の運転制御装置１０は、液体燃料と気体燃料とによって運転される内燃機関１００の運転を制御するものである。このような燃料の組み合わせとしては、例えば液体燃料にはガソリン、軽油、アルコール等を用い、気体燃料には水素、ＣＮＧ（Compressed Natural Gas：圧縮天然ガス）等を用いるものがある。実施例１では、液体燃料としてガソリンを、気体燃料として水素を使用する場合を説明する。

なお、この例では液体燃料と気体燃料とを組み合わせて使用するが、例えば、第１液体燃料と、これよりも気化しやすい第２液体燃料とを組み合わせて使用してもよい。このような組み合わせとしては、例えば第１液体燃料にはガソリンを、第２液体燃料にはＬＮＧ（Liquid Natural Gas：液化天然ガス）を用いたり、第１液体燃料には軽油を、第２液体燃料には自着火のガソリンを用いたりする例がある。

実施例１に係る内燃機関の運転制御装置１０及び運転制御方法によって制御される内燃機関１００はレシプロ式の内燃機関であり、火花点火式、ディーゼル式いずれも含まれる。以下の説明では、火花点火式の内燃機関を例として説明する。また、図１−２に示すように、この内燃機関１００は複数の気筒１ｓ₁〜１ｓ₄を備える多気筒の内燃機関であるが、単気筒の内燃機関も本発明の適用対象に含まれる（以下同様）。

図１−１に示すように、この内燃機関１００は、気筒１ｓ内に液体燃料Ｆ１を噴射する液体燃料噴射弁１と、吸気通路３内に気体燃料Ｆ２を噴射する気体燃料噴射弁２とを備える。なお、液体燃料噴射弁１及び気体燃料噴射弁２の両方とも、吸気通路３内へ燃料を噴射するように構成してもよい。実施例１では気体燃料に水素を使用するが、この水素は、例えば高圧に圧縮して圧力容器に貯えておいてもよいし、水素吸蔵合金に吸蔵させておいてもよい。また、液体燃料であるガソリンやアルコールを改質して水素を取り出すようにしてもよい。内燃機関１００の運転条件に応じて、液体燃料Ｆ１と気体燃料Ｆ２との噴射割合が変更されて、液体燃料噴射弁１と気体燃料噴射弁２とを用いて、内燃機関１００へ燃料が噴射される。

水素やＣＮＧ等の気体燃料は、ガソリンや軽油等の液体燃料と比較して着火性、燃焼性に優れる。したがって、例えば、冷間始動時に気体燃料を添加することで冷間始動させやすくしたり、冷間始動時における未燃燃料の発生を抑制してエミッションを改善したりすることができる。また、気体燃料は燃焼性に優れるので気筒内に未燃の混合気がほとんど残留しないため、ノッキングが発生し難い。このため、高負荷時に気体燃料を添加することでノッキングの発生を抑制して、内燃機関１００の耐久性低下を抑制することもできる。

吸気通路３を構成するインテークマニホールド３ｉを通って気筒１ｓ内に導入される空気Ａは、液体燃料噴射弁１又は気体燃料噴射弁２から噴射される燃料と混合気を形成し、点火プラグ６で着火されて燃焼し、燃焼ガスとなる。燃焼ガスの燃焼圧力はピストン５に伝えられ、ピストン５を往復運動させる。ピストン５の往復運動は、コネクティングロッド７を介してクランクシャフト８へ伝達され、ここで回転運動に変換される。ピストン５を駆動した後の燃焼ガスは、排ガスＥｘとして気筒１ｓ内から排出される。排ガスＥｘは、排気通路４を構成するエキゾーストマニホールド４ｅを通って三元触媒９へ導かれ、ここで燃焼ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ成分が低減されて浄化される。

内燃機関１００へ噴射する液体燃料Ｆ１及び気体燃料Ｆ２の燃料噴射量は、内燃機関１００の負荷や機関回転数その他の運転条件によってエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０によって求められる。また、エンジンＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ４０、水温センサ４１、ノックセンサ４２、エアフローセンサ４３その他の各種センサ類からの出力を取得して等の出力を取得して、内燃機関１００の運転を制御する。

図２は、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置の構成を示す説明図である。図２を用いて、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置１０の構成を説明する。ここで、本発明の内燃機関の運転制御方法は、本発明の内燃機関の運転制御装置１０によって実現できる。内燃機関の運転制御装置１０は、エンジンＥＣＵ３０に組み込まれて構成されている。なお、エンジンＥＣＵ３０とは別個に、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置１０を用意し、これをエンジンＥＣＵ３０に接続してもよい。そして、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法を実現するにあたっては、エンジンＥＣＵ３０が備える内燃機関１００の制御機能を前記内燃機関の運転制御装置１０が利用できるように構成してもよい。

エンジンＥＣＵ３０は、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置１０と、運転制御部３０ｐと、記憶部３０ｍと、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３９とを含んで構成される。また、内燃機関の運転制御装置１０は、液体燃料噴射判定部２１と、燃料噴射停止制御部２２とを含んで構成される。ここで、液体燃料噴射判定部２１と、燃料噴射停止制御部２２とが、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法を実行する部分となる。

記憶部３０ｍと、液体燃料噴射判定部２１と、燃料噴射停止制御部２２とは、内燃機関の運転制御装置１０の入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３９を介して接続される。これにより、記憶部３０ｍと、液体燃料噴射判定部２１と、燃料噴射停止制御部２２とは、それぞれ双方向でデータをやり取りできるように構成される。なお、装置構成上の必要に応じて片方向でデータを送受信するようにしてもよい（以下同様）。

内燃機関の運転制御装置１０とエンジンＥＣＵ３０の運転制御部３０ｐや記憶部３０ｍとは、エンジンＥＣＵ３０に備えられる入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３９を介して接続されており、これらの間で相互にデータをやり取りすることができる。これにより、内燃機関の運転制御装置１０はエンジンＥＣＵ３０が有する内燃機関１００の負荷ＫＬや機関回転数Ｎｅその他の内燃機関の運転制御データを取得したり、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３９を介して内燃機関１００の各種センサからの情報を取得したり、あるいは内燃機関の運転制御装置１０の制御をエンジンＥＣＵ３０の内燃機関の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。

記憶部３０ｍには、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法の処理手順を含むコンピュータプログラムや、内燃機関１００の運転制御に用いる燃料噴射量のデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部３０ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。また、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置１０や、エンジンＥＣＵ３０の運転制御部３０ｐは、メモリ及びＣＰＵにより構成することができる。

上記コンピュータプログラムは、内燃機関の運転制御装置１０やエンジンＥＣＵ３０の運転制御部３０ｐ等にすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この内燃機関の運転制御装置１０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、液体燃料噴射判定部２１及び燃料噴射停止制御部２２の機能を実現するものであってもよい。次に、この内燃機関の運転制御装置１０を用いて、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法を実現する手順を説明する。なお、この説明にあたっては、適宜図１−１、図２を参照されたい。

図３は、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法の手順を示すフローチャートである。内燃機関を搭載する車両が減速したり、アイドリングストップやイグニッションキーオフによる運転停止等により内燃機関を停止したりする場合には、内燃機関が備えるすべての気筒に対する燃料の噴射を停止する。また、内燃機関と蓄電池とモーターとを備えるハイブリッド車両では、運転条件に応じて内燃機関を運転、停止するので、内燃機関の停止時にはすべての気筒に対する燃料噴射を停止する。さらに、複数の気筒を備える内燃機関を搭載する車両においては、主に燃費の改善を目的として、運転条件に応じて内燃機関が備える気筒のうち一部の気筒に対する燃料噴射を停止して、燃料が噴射される残りの気筒により内燃機関を運転する場合もある。

例えばアクセルオフ等により、内燃機関１００が備える気筒のうち少なくとも１個の気筒１ｓに対する燃料噴射を停止する場合には、エンジンＥＣＵ３０の運転制御部３０ｐが、内燃機関の運転制御装置１０へ燃料噴射停止指令を送る（ステップＳ１０１）。この燃料噴射停止指令を受けて、内燃機関の運転制御装置１０が備える液体燃料噴射判定部２１は、液体燃料である液体燃料が内燃機関１００の運転に使用されているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

液体燃料噴射判定部２１が液体燃料を使用していないと判定した場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、内燃機関１００は気体燃料である気体燃料のみを用いて運転されている。この場合、燃料噴射停止制御部２２は、燃料噴射を停止する気筒に対してそのまま気体燃料の噴射を停止させる（ステップＳ１０５）。気体燃料は、液体燃料よりも気筒内壁面１ｓｗに対する付着量が極めて小さい。また、気体燃料は、液体燃料と比較して着火しやすく燃焼しやすい。したがって、燃料噴射停止直前に気体燃料を噴射してこれを燃焼させれば、燃料噴射停止後における前記付着量を極めて少なくできるからである。

液体燃料噴射判定部２１が液体燃料を使用していると判定した場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、内燃機関１００は液体燃料と気体燃料とを用いて、あるいは液体燃料のみを用いて運転されている。この場合、燃料噴射停止制御部２２は、まず燃料噴射を停止する気筒に対して液体燃料の噴射を停止させる（ステップＳ１０３）。次に、燃料噴射停止制御部２２は、燃料噴射を停止する気筒に対して、気体燃料を所定回数ｎ１以上噴射させ（ステップＳ１０４）、燃料噴射を停止する気筒内で気体燃料を燃焼させる。前記所定回数ｎ１は、燃料噴射停止前における液体燃料の燃料噴射量や機関回転数Ｎｅ等を考慮して適宜設定することが好ましいが、気筒内壁面１ｓｗに対する液体燃料の付着を極力低減させるため、少なくとも１回は気体燃料を噴射させる。

気体燃料及び液体燃料を使用して内燃機関１００を運転している場合には、総燃料噴射量ＴＡＵ＝Ｑｌ１＋Ｑｇ１となる。このとき、燃料噴射停止の直前に気体燃料を単独で噴射するためには、液体燃料の燃料噴射量Ｑｌ１に相当する気体燃料を追加する。例えば、燃料噴射量Ｑｇ２の気体燃料が燃焼したときに発生する熱量と、燃料噴射量Ｑｌ１の液体燃料が燃焼したときに発生する熱量とが等しくなるように、気体燃料の燃料噴射量Ｑｇ２を定める。そして、総燃料噴射量ＴＡＵ＝Ｑｇ１＋Ｑｇ２として、燃料噴射を停止する気筒１ｓに対して気体燃料を噴射する。

液体燃料を単独で使用している場合には、総燃料噴射量ＴＡＵ＝Ｑｌ１となる。このときには、液体燃料の燃料噴射量Ｑｌ１に相当する燃料噴射量で、燃料噴射停止の直前に気体燃料を単独で噴射する。例えば、燃料噴射量Ｑｇ３の気体燃料が燃焼したときに発生する熱量と、燃料噴射量Ｑｌ１の液体燃料が燃焼したときに発生する熱量とが等しくなるように、気体燃料の燃料噴射量Ｑｇ３を定める。そして、総燃料噴射量ＴＡＵ＝Ｑｇ３として、燃料噴射を停止する気筒１ｓに対して気体燃料を噴射する。ここで、ＴＡＵ、Ｑｌ１、Ｑｇ１、Ｑｇ２及びＱｇ３は、内燃機関の１気筒の１サイクルあたりにおける燃料噴射量である。また、総燃料噴射量ＴＡＵは、機関回転数Ｎｅや負荷ＫＬ等から求めた内燃機関の１気筒の１サイクルあたりにおける燃料噴射量である。

燃料噴射を停止する気筒に対して気体燃料を所定回数ｎ１以上噴射させていない場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、燃料噴射停止制御部２２は、この条件を満たすまで気体燃料を噴射させる。燃料噴射を停止する気筒に対して気体燃料を所定回数ｎ１以上噴射させたら（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、燃料噴射停止制御部２２は、燃料噴射を停止する気筒に対する気体燃料の噴射を停止させる（ステップＳ１０５）。

このように、燃料噴射停止直前においては、気筒内壁面１ｓｗへの付着量が少ない気体燃料を噴射して燃焼させる。これにより、液体燃料を用いて内燃機関１００を運転している場合であっても、燃料噴射停止時においては気筒内壁面１ｓｗへの付着燃料量を低減できる。また、気体燃料は着火性、燃焼性が良好なので、燃料噴射停止時においては気筒内壁面１ｓｗへ付着した液体燃料を気体燃料によって燃焼させることができる。これらの作用により、燃料噴射停止の対象となっている気筒の気筒内壁面１ｓｗに付着する燃料の量を極めて少なくすることができる。その結果、燃料噴射を停止した気筒に再び燃料を噴射して内燃機関１００の運転を再開する場合には、燃料噴射停止に起因する空燃比の狂いを抑制して運転を再開できる。

また、実施例１によれば、燃料噴射停止時においては気筒内壁面１ｓｗへ付着した液体燃料を気体燃料によって燃焼させることができるので、排気系へ排出される未燃燃料を極めて少なくできる。一般に、燃料噴射停止からの復帰や内燃機関１００の再始動においては、排気系や排気ガスの温度が低いため、排出された未燃燃料が三元触媒９で浄化されにくい。しかし、このような場合であっても、実施例１によれば、内燃機関１００の排気系へ排出される未燃燃料を低減することができるので、エミッション低下を抑制することができる。

さらに、液体燃料及び気体燃料の両方を使用して内燃機関１００を運転している場合、吸入空気量が変化する状態で燃料噴射を停止するときには、変化する空気量に合わせて両方の燃料噴射量を調整する必要がある。その結果、空燃比の狂いが発生しやすくなるとともに、燃料噴射量の制御も複雑になる。しかし、実施例１では、液体燃料及び気体燃料の両方を使用する場合であっても、燃料噴射を停止する際には、気体燃料を単独で噴射してから気体燃料の噴射を停止する。これにより、吸入空気量に合わせて単独の燃料の燃料噴射量を調整すればよいので、簡易かつ正確に空燃比を制御することができる。その結果、燃料噴射停止に起因する空燃比の狂いを抑制できる。

以上、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置及び運転制御方法では、内燃機関の少なくとも１気筒に対する燃料噴射を停止するにあたり、液体燃料を噴射している場合には、液体燃料の燃料噴射を停止してから少なくとも１回は気体燃料を単独で噴射し、これを燃焼させてから気体燃料の噴射を停止する。これによって、気筒内壁面へ残留する燃料の量を極めて少なくできるので、再び燃料を噴射する場合における空燃比の狂いを抑制できる。また、気筒内壁面に付着する燃料を低減できるので、燃料噴射を再開したときに排気系へ排出される未燃燃料を低減してエミッション低下を抑制できる。また、燃料噴射を停止する際には、気体燃料を単独で噴射してから気体燃料の噴射を停止する。これにより、吸入空気量に合わせて単独の燃料の燃料噴射量を調整すればよいので、燃料噴射停止に起因する空燃比の狂いを抑制できるとともに、燃料噴射量の制御を簡易にすることができる。

実施例２に係る内燃機関の運転制御装置及び運転制御方法は、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置及び運転制御方法と略同様の構成であるが、内燃機関が備える１気筒の１サイクルあたりにおける気体燃料の燃料噴射量が所定の気体燃料噴射量基準値以上である場合には、液体燃料を単独で噴射させてから液体燃料の噴射を停止させる点が異なる。なお、液体燃料及び気体燃料の両方が噴射されている場合に液体燃料及び気体燃料の噴射を停止する場合には、液体燃料を単独で少なくとも１回噴射してから、当該液体燃料の噴射を停止する。他の構成は実施例１と同様なのでその説明を省略するとともに、同一の構成には同一の記号を付す。なお、実施例２においても、液体燃料としてガソリンを、気体燃料として水素を使用する場合を説明する。

図４は、実施例２に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。実施例２に係る内燃機関の運転制御装置１１は、実施例１に係る内燃機関の運転制御装置１０（図２参照）に、さらに気体燃料噴射量比較部２３を備える。この気体燃料噴射量比較部２３は、内燃機関１００の運転条件から求められる気体燃料の燃料噴射量を所定の気体燃料噴射量基準値と比較する。

気体燃料噴射量比較部２３は、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）３９に接続されており、これに接続されている液体燃料噴射判定部２１や燃料噴射停止制御部２２等と相互にデータをやり取りすることができる。そして、気体燃料噴射量比較部２３と、液体燃料噴射判定部２１と、燃料噴射停止制御部２２とが、実施例２に係る内燃機関の運転制御方法を実行する部分となる。次に、この内燃機関の運転制御装置１１を用いて、実施例２に係る内燃機関の運転制御方法を実現する手順を説明する。なお、この説明にあたっては、適宜図１、４を参照されたい。

図５は、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法の手順を示すフローチャートである。内燃機関１００が備える気筒のうち少なくとも１の気筒に対する燃料噴射を停止する場合、エンジンＥＣＵ３０の運転制御部３０ｐが、内燃機関の運転制御装置１１へ燃料噴射停止指令を送る（ステップＳ２０１）。この燃料噴射停止指令を受けて、内燃機関の運転制御装置１１が備える気体燃料噴射量比較部２３は、気体燃料の燃料噴射量Ｑｇを、所定の気体燃料噴射量基準値Ｑｃと比較する（ステップＳ２０２）。なお、気体燃料の燃料噴射量Ｑｇ及び気体燃料噴射量基準値Ｑｃは、内燃機関が備える１気筒の１サイクルあたりにおける燃料噴射量である。

気体燃料の燃料噴射量Ｑｇが気体燃料噴射量基準値Ｑｃ以上である場合には（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、燃料噴射停止制御部２２が、まず気体燃料の噴射を停止させる（ステップＳ２０３）。さらに内燃機関の１気筒の１サイクルあたりにおける吸入空気量Ｑａや吸排気弁の開閉タイミングに基づいて、噴射停止直前に単独で噴射する燃料を液体燃料である液体燃料とするか否かの判定をしてもよい。内燃機関の１気筒の１サイクルあたりにおける吸入空気量Ｑａが増加すれば、それだけ気体燃料によるバックファイアが発生しにくくなる。また、吸排気弁の開閉タイミングを考慮することにより、吸排気の脈動を考慮して、気体燃料のバックファイアが発生しないタイミングを予測することができる。したがって、これらに基づいて前記判定を実行することにより、前記判定の精度をより向上させることができる。

次に、燃料噴射停止制御部２２は、燃料噴射を停止する気筒に対して、液体燃料を所定回数ｎ２以上噴射させ（ステップＳ２０４）、燃料噴射を停止する気筒内で液体燃料を燃焼させる。前記所定回数ｎ２は、燃料噴射停止前における気体燃料の燃料噴射量や機関回転数Ｎｅ等を考慮して適宜設定することが好ましいが、気筒１ｓ内や吸気通路３内への気体燃料の残留を極力低減させるため、少なくとも１回は液体燃料を噴射させる。

気体燃料及び液体燃料を使用している場合には、総燃料噴射量ＴＡＵ＝Ｑｌ１＋Ｑｇ１となる。このときには、気体燃料の燃料噴射量Ｑｇ１に相当する量の液体燃料を追加して、燃料噴射停止の直前に液体燃料を単独で噴射する。例えば、燃料噴射量Ｑｌ２の液体燃料が燃焼したときに発生する熱量と、燃料噴射量Ｑｇ１の気体燃料が燃焼したときに発生する熱量とが等しくなるように、液体燃料の燃料噴射量Ｑｌ２を定める。そして、ＴＡＵ＝Ｑｌ１＋Ｑｌ２で液体燃料を噴射する。

気体燃料を単独で使用している場合には、総燃料噴射量ＴＡＵ＝Ｑｇ１となる。このときには、気体燃料の燃料噴射量Ｑｇ１に相当する燃料噴射量で、燃料噴射直前に液体燃料を単独で噴射する。例えば、燃料噴射量Ｑｌ３の液体燃料が燃焼したときに発生する熱量と、燃料噴射量Ｑｇ１の気体燃料が燃焼したときに発生する熱量とが等しくなるように、液体燃料の燃料噴射量Ｑｌ３を定める。そして、ＴＡＵ＝Ｑｌ３で液体燃料を噴射する。ここで、ＴＡＵ、Ｑｌ１〜Ｑｌ３、Ｑｇ１及びＱｇ２は、内燃機関の１気筒の１サイクルあたりにおける燃料噴射量である。

燃料噴射を停止する気筒に対して液体燃料を所定回数ｎ２以上噴射させていない場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、燃料噴射停止制御部２２は、この条件を満たすまで液体燃料を噴射させる。燃料噴射を停止する気筒に対して液体燃料を所定回数ｎ２以上噴射させた場合（ステップＳ２０４；Ｙｅｓ）、燃料噴射停止制御部２２は、燃料噴射を停止する気筒に対する液体燃料の噴射を停止させる（ステップＳ２０５）。気体燃料は、液体燃料よりも着火性、燃焼性に優れるが、この性質が原因で、バックファイアを発生するおそれがある。しかし、実施例２のように制御することで、燃料噴射を停止する気筒に空気を供給する吸気通路３や当該気筒内に残留する気体燃料を極めて低減できる。その結果、内燃機関１００の気筒や吸気通路内へ残留した気体燃料に起因するバックファイアの発生を極めて低減できる。

特に、実施例２に係る内燃機関の運転制御装置１１の制御対象である内燃機関１００のように、吸気通路３に気体燃料を噴射する場合、空気との混合を考慮してできるだけ吸気通路３の上流側で気体燃料を噴射する場合がある。また、空気との混合を考慮して、できるだけ長時間気体燃料を噴射する場合もある。このような場合、気体燃料が吸気通路３に残留しやすくなるが、実施例２によれば、吸気通路３内に残留する気体燃料を極小にできるので、バックファイアの発生を極めて低減できる。

気体燃料の燃料噴射量Ｑｇが所定の気体燃料噴射量基準値Ｑｃよりも小さい場合には（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、液体燃料噴射判定部２１は、内燃機関１００の運転で、液体燃料である液体燃料が使用されているか否かを判定する（ステップＳ２０６）。そして、内燃機関の運転制御装置１１は、液体燃料を使用しているか否かに応じて、燃料噴射停止直前に噴射する燃料を選択する（ステップＳ２０７〜Ｓ２０９）。ステップＳ２０７〜Ｓ２０９までの処理内容は、実施例１に係る内燃機関の運転制御方法におけるステップＳ１０３〜Ｓ１０５までの処理内容と同様なので、その説明を省略する。

以上、実施例２に係る内燃機関の運転制御装置及び運転制御方法によれば、内燃機関の少なくとも１気筒に対する燃料噴射を停止するにあたり、気体燃料の燃料噴射量が所定の気体燃料噴射量基準値以上である場合には気体燃料の噴射を停止した後に液体燃料噴射し、これを燃焼させてから燃料噴射を停止する。これにより、燃料噴射を停止する気筒及び当該気筒が備える吸気通路内に残留する気体燃料を極めて低減できる。その結果、気筒内や吸気通路内へ残留した気体燃料に起因するバックファイアの発生を極めて低減できる。

また、燃料噴射を停止する際には、液体燃料又は気体燃料のいずれか一方を単独で噴射させてから当該燃料の噴射を停止する。これにより、吸入空気量に合わせて単独の燃料の燃料噴射量を調整すればよいので、簡易かつ正確に空燃比を制御できる。これにより、燃料噴射停止に起因する空燃比の狂いを抑制できる。さらに、気体燃料の燃料噴射量が所定の気体燃料噴射量基準値よりも小さい場合には、液体燃料の噴射を停止した後に気体燃料噴射し、これを燃焼させてから燃料噴射を停止する。これによって、気筒内壁面に付着する燃料を低減できるので、燃料噴射を再開したときには空燃比の狂いを抑制できるとともに、排気系へ排出される未燃燃料を低減してエミッション低下を抑制できる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の運転制御装置及び内燃機関の運転制御方法は、液体燃料と気体燃料とを用いる内燃機関に有用であり、特に、このような内燃機関に対する燃料の噴射を停止する場合の運転制御に適している。

実施例１に係る内燃機関の運転制御装置及び運転制御方法によって運転される内燃機関を示す説明図である。 実施例１に係る内燃機関の運転制御装置及び運転制御方法によって運転される内燃機関を示す説明図である。 実施例１に係る内燃機関の運転制御装置の構成を示す説明図である。 実施例１に係る内燃機関の運転制御方法の手順を示すフローチャートである。 実施例２に係る内燃機関の運転制御装置を示す説明図である。 実施例１に係る内燃機関の運転制御方法の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 燃料噴射弁
１ｓｗ 気筒内壁面
２ 燃料噴射弁
３ 吸気通路
４ 排気通路
１０、１１ 内燃機関の運転制御装置
２１ 液体燃料噴射判定部
２２ 燃料噴射停止制御部
２３ 気体燃料噴射量比較部
３０ エンジンＥＣＵ
１００ 内燃機関

Claims (5)

1. 液体燃料と気体燃料とが噴射されて運転される内燃機関を制御するものであり、
   前記液体燃料及び前記気体燃料の噴射を停止させる場合には、前記液体燃料又は前記気体燃料のいずれか一方を単独で少なくとも１回噴射させてから、単独で噴射させた燃料の噴射を停止させる燃料噴射停止制御部を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
2. 液体燃料と気体燃料とが噴射されて運転される内燃機関を制御するものであり、
   前記内燃機関の運転に前記液体燃料が使用されているか否かを判定する液体燃料噴射判定部と、
   前記液体燃料が使用されていると液体燃料噴射判定部が判定したときには、前記液体燃料の噴射停止後に前記気体燃料を単独で少なくとも１回噴射させてから前記気体燃料の噴射を停止させる燃料噴射停止制御部と、
   を含んで構成されることを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
3. さらに、前記内燃機関の運転条件から求められる前記気体燃料の燃料噴射量を所定の気体燃料噴射量基準値と比較する気体燃料噴射量比較部を備えるとともに、
   前記燃料噴射停止制御部は、前記気体燃料の燃料噴射量が前記気体燃料噴射量基準値以上である場合には前記気体燃料の噴射停止後に前記液体燃料を単独で少なくとも１回噴射させてから前記液体燃料の噴射を停止させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の運転制御装置。
4. 液体燃料と気体燃料とが噴射されて運転される内燃機関を制御するにあたり、
   前記液体燃料及び前記気体燃料の噴射を停止する場合には、前記液体燃料又は前記気体燃料のいずれか一方を単独で噴射してから、単独で噴射させた燃料の噴射を停止することを特徴とする内燃機関の運転制御方法。
5. 液体燃料と気体燃料とが噴射されて運転される内燃機関を制御するにあたり、
   前記液体燃料が使用されているときには、前記液体燃料の噴射停止後に前記気体燃料を単独で少なくとも１回噴射してから前記気体燃料の噴射を停止することを特徴とする内燃機関の運転制御方法。

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