JP2008057500A - 内燃機関の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】必要十分な範囲で内燃機関の異常燃焼を回避する制御を行うこと。
【解決手段】この内燃機関の運転制御装置３０は、燃料性状推定部３２と、運転制限部３３とを含んでいる。燃料性状推定部３２は、内燃機関に供給されるＬＰＧ燃料中のブタン含有率を推定する。運転制限部３３は、燃料性状推定部３２によって推定されたブタン含有率に基づいて、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域を定める。そして、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域で、前記内燃機関が運転されないように、前記内燃機関に対する燃料供給量とスロットル開度とを制限する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、内燃機関の異常燃焼を抑制することに関する。

いわゆるレシプロエンジンやロータリーエンジン等の内燃機関は、機関内部の燃焼室で燃料と空気との混合気を圧縮して燃焼させることにより動力を得る。内燃機関は、運転条件や燃焼室内部の状態によっては、混合気が異常燃焼を起こすことがある。例えば、火花点火式の内燃機関においては、燃焼室内に堆積した燃料や潤滑油の成分（燃焼残渣）がヒートスポットとなって、点火プラグによる点火よりも早く自然燃焼を起こしてしまう、いわゆるプレイグニッションと呼ばれる異常燃焼が知られている。

ガソリンや軽油のような液体燃料は、内燃機関の内部に堆積する燃焼残渣を洗浄する作用がある。一方、いわゆる気体燃料は、前記燃焼残渣を洗浄する作用はないので、内燃機関の内部には、燃焼残渣の堆積量が多くなる。その結果、気体燃料を用いる内燃機関では、前記燃焼残渣に起因するプレイグニッションのような異常燃焼が発生しやすくなる。

内燃機関においては、異常燃焼の発生を極力抑える必要がある。特許文献１には、液体燃料と気体燃料とを用いる内燃機関において、気体燃料を用いる運転が所定時間上継続した場合には、液体燃料を用いて運転することによって燃焼室内に堆積した燃焼残渣を洗浄し、異常燃焼を未然に回避する技術が開示されている。

特開２００４−２３９２１３号公報

ところで、燃焼室内に堆積した燃焼残渣に起因する異常燃焼が発生する内燃機関の運転領域は、燃料の性状（燃料の成分比率）によって異なる。したがって、燃料の性状を考慮しない場合には、異常燃焼を回避する必要がない場合にも異常燃焼を回避するための制御が行われることがある。特許文献１に開示されている技術は、燃料の性状を考慮していないため、異常燃焼を回避する際に必要以上の制御が行われるという点については改善の余地がある。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、必要十分な範囲で内燃機関の異常燃焼を回避する制御を行うことのできる内燃機関の運転制御装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、この発明に係る内燃機関の運転制御装置は、内燃機関に供給される燃料の成分比率を推定する燃料性状推定部と、前記燃料性状推定部によって推定された前記燃料の成分比率に基づいて、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域を定めるとともに、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域においては前記内燃機関の運転を制限する運転制限部と、を含むことを特徴とする。

この内燃機関の運転制御装置は、内燃機関に供給される燃料の成分比率に基づいて、プレイグニッションのような異常燃焼が発生するおそれのある内燃機関の運転領域を判別し、そのような運転領域における前記内燃機関の運転を制限する。これによって、燃料性状によって変化する、異常燃焼の発生するおそれがある運転領域を正確に判定して、必要十分な範囲で内燃機関の異常燃焼を回避する制御を行うことができる。

次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置のように、前記内燃機関の運転制御装置において、前記燃料は液化石油ガスであり、前記燃料の成分比率は、前記燃料に含まれる成分の蒸気圧に基づいて推定することが好ましい。

次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置のように、前記内燃機関の運転制御装置において、前記燃料の成分比率は、前記液化石油ガスに含まれるブタンとプロパンとの比率とすることが好ましい。

次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置のように、前記内燃機関の運転制御装置において、前記燃料が気体燃料である場合、前記燃料の成分比率は、前記内燃機関の最大燃焼圧力に基づいて推定することが好ましい。

次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置のように、前記内燃機関の運転制御装置において、前記運転制限部は、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域において、前記内燃機関の運転を制限している場合には、その旨を表示手段に表示させることが好ましい。

次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置のように、前記内燃機関の運転制御装置において、前記燃料の成分比率、前記燃料を蓄える燃料タンク内に残存する前記燃料の量、前記燃料を蓄える燃料タンク内に残存する前記燃料の成分比率、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域を回避できる成分比率に基づいて、前記内燃機関に供給する前記燃料の成分比率を、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域を回避できる成分比率とするために、前記燃料タンク内に残存する前記燃料に追加する、異常燃焼を抑制する成分の量を算出する燃料必要量算出部を備えてもよい。

次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、気体燃料又は液体燃料の少なくとも一方により駆動される内燃機関に供給される、前記気体燃料の成分比率を推定する燃料性状推定部と、前記燃料性状推定部によって推定された前記気体燃料の成分比率に基づいて、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域を定めるとともに、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域においては、前記気体燃料の代わりに前記液体燃料を前記内燃機関に供給する燃料切替部と、を含むことを特徴とする。

この内燃機関の運転制御装置は、内燃機関に供給される燃料の成分比率に基づいて、プレイグニッションのような異常燃焼が発生するおそれのある内燃機関の運転領域を判別し、そのような運転領域においては、気体燃料に変わって液体燃料を内燃機関に供給する。これによって、燃料性状によって変化する、異常燃焼の発生するおそれがある運転領域を正確に判定して、必要十分な範囲で内燃機関の異常燃焼を回避する制御を行うことができる。

次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置のように、前記内燃機関の運転制御装置において、前記気体燃料は液化石油ガスであり、前記気体燃料の成分比率は、前記気体燃料に含まれる成分の蒸気圧に基づいて推定することが好ましい。

次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置のように、前記内燃機関の運転制御装置において、前記気体燃料の成分比率は、前記液化石油ガスに含まれるブタンとプロパンとの比率とすることが好ましい。

次の本発明に係る内燃機関の運転制御装置のように、前記内燃機関の運転制御装置において、前記気体燃料に含まれる成分の蒸気圧に基づいて前記気体燃料の成分比率を推定できない場合、前記気体燃料の成分比率は、前記内燃機関の最大燃焼圧力に基づいて推定することが好ましい。

本発明に係る内燃機関の運転制御装置は、必要十分な範囲で内燃機関の異常燃焼を回避する制御を行うことができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態及び実施形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態及び実施形態における構成要素には、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。

内燃機関を運転すると、燃料に含まれる炭素や、潤滑油（いわゆるエンジンオイル）に含まれるＣａ、Ｍｇ等の鉱物成分等が燃焼残渣として内燃機関の燃焼室内部やピストンに堆積する。内燃機関の燃焼室内部やピストンに堆積した燃焼残渣は、いわゆるプレイグニッションのような異常燃焼の原因となる。一般に、ガソリンや軽油等の液体燃料を用いる内燃機関は、液体燃料が燃焼室内部に堆積した燃焼残渣を洗浄する作用があるため、燃焼室内部やピストンに燃焼残渣は堆積しにくい。

しかし、ＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas：液化石油ガス）やＣＮＧ（Compressed Natural Gas）のような気体燃料を用いる内燃機関では、液体燃料による洗浄作用はないため、燃焼室内部やピストンに燃焼残渣が堆積しやすくなる。そして、燃焼室内部等に堆積した燃焼残渣が原因（ヒートスポット）となって、内燃機関の運転中にプレイグニッションその他の異常燃焼を引き起こすおそれがある。

本発明は、必要十分な範囲で内燃機関の異常燃焼を回避するものであり、燃焼室に堆積する燃焼残渣に起因した燃焼異常が発生するおそれのある内燃機関全般に対して適用できる。特に、燃焼残渣の洗浄効果が期待できないＬＰＧ燃料のような気体燃料を用いる内燃機関や、気体燃料と液体燃料とを併用する内燃機関に対して好適に適用できる。また、本発明は、乗用車、トラック、バスその他の車両に搭載されて動力源となる内燃機関に対して好適に適用できるが、本発明の適用対象はこのような内燃機関に限定されるものではない。

（実施形態１）
実施形態１は、燃料の成分比率（燃料性状）に基づいて、プレイグニッションのような異常燃焼が発生するおそれのある内燃機関の運転領域を判別し、前記異常燃焼の発生するおそれが高い運転領域で内燃機関が運転される場合には、そのような運転領域における前記内燃機関の運転を制限する点に特徴がある。次に、実施形態１に係る内燃機関の全体構成を説明する。

図１は、実施形態１に係る内燃機関の構成を示す説明図である。図２は、実施形態１に係る内燃機関にＬＰＧ燃料を供給する燃料噴射弁の配置を示す平面図である。図１では、シリンダを直列に配列した内燃機関を、クランク軸と平行な方向から見た場合の断面を示している。以下の実施形態において、内燃機関のシリンダ配列は直列に限定されるものではなく、Ｖ型、水平対向その他の配列であってもよく、また、シリンダは特定の数に限定されるものではない。

この内燃機関１は、ピストン２がシリンダ１Ｓ内を往復する、いわゆるレシプロ式の内燃機関であり、燃料にはＬＰＧが用いられる。便宜上、以下の説明においては、内燃機関１の燃料として用いられるＬＰＧをＬＰＧ燃料という。この内燃機関１は、いわゆるポート噴射によって燃料が供給される。すなわち、吸気通路を構成する第２空気通路６ｉｂの内部に気体燃料Ｇを噴射する燃料噴射弁１０が気体燃料Ｇを供給する。なお、内燃機関１は、シリンダ１Ｓ内の燃焼室１ＢへＬＰＧ燃料を直接噴射する、いわゆる直噴の内燃機関であってもよい。また、ポート噴射と直噴とを組み合わせてもよい。

ピストン２は、シリンダ１Ｓ内を往復運動する。ピストン２はコネクティングロッド３によってクランク軸４と連結されており、ピストン２の往復運動は、クランク軸４によって回転運動に変換される。なお、クランク軸４は、シリンダ１Ｓと連結するクランクケース１Ｃに格納される。クランク軸４の近傍にはクランク角度センサ４１が取り付けられており、点火時期の制御や機関回転数ＮＥの取得に用いられる。

クランクケース１Ｃの底部にはオイルパン１Ｐが備えられている。ピストン２とシリンダ１Ｓとの間やクランク軸４とコネクティングロッド３との連結部等の摺動部は、潤滑油Ｌによって潤滑される。内燃機関１の各摺動部分を潤滑した潤滑油Ｌは、一旦オイルパン１Ｐに集められた後、オイルポンプによって内燃機関１の各摺動部へ送られる。オイルパン１Ｐには潤滑油Ｌの劣化度合いを測定するための潤滑油劣化検出手段として潤滑油劣化検出センサ４０が設けられている。

潤滑油Ｌは、内燃機関１の運転によって劣化（酸化）するが、この潤滑油劣化検出センサ４０によって、潤滑油Ｌの劣化度合いを測定することができる。この実施形態において、潤滑油劣化検出センサ４０は、潤滑油ＬのｐＨを測定することによって潤滑油Ｌの劣化度合いを測定するものであるが、潤滑油Ｌの劣化度合いを測定する手法、及び潤滑油劣化検出センサ４０の種類は問わない。

内燃機関１には、燃焼室１Ｂに空気Ａが供給される。この空気Ａは、ＬＰＧ燃料と混合して燃焼用の混合気を形成し、燃焼室１Ｂ内で燃焼してピストン２を往復運動させる。燃焼室１Ｂに空気Ａを供給するため、空気通路６ｉａ、６ｉｂが内燃機関１のシリンダヘッド１Ｈに設けられる吸気口５ｉに接続される。ここで、便宜上、空気通路６ｉａを第１の空気通路といい、空気通路６ｉｂを第２の空気通路という（以下同様）。

第１の空気通路６ｉａの入口には、燃焼室１Ｂに導入する空気Ａから塵や埃を取り除くためのエアークリーナー９が設けられる。エアークリーナー９を通過した空気Ａは、第１の空気通路６ｉａに取り付けられるエアフローメータ４２によって流量が計測される。エアフローメータ４２によって計測された空気Ａの流量は、機関ＥＣＵ５０に取り込まれ、内燃機関１の制御に用いられる。

また、第１の空気通路６ｉａには、燃焼室１Ｂに導入する空気Ａの量を調整する電子スロットル６０が取り付けられている。電子スロットル６０は、スロットル弁６２と、これを開閉するスロットル弁制御用アクチュエータ６１とで構成される。電子スロットル６０を構成するスロットル弁６２の開度を調整することによって、燃焼室１Ｂへ導入する空気Ａの量を制御する。

この実施形態においては、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０が、アクセル４７Ｐの開度を検出するアクセル開度センサ４７から取得したアクセル開度情報に基づき、スロットル弁制御用アクチュエータ６１を駆動することによってスロットル弁６２の開度を制御する方式、すなわち、いわゆるアクセルバイワイヤ方式を用いる。スロットル弁６２にはスロットル開度センサ４３が取り付けられており、機関ＥＣＵ５０は、スロットル開度センサ４３が検出したスロットル弁６２の開度情報を、スロットル弁制御用アクチュエータ６１の制御や、内燃機関１の運転制御に用いる。

電子スロットル６０と燃焼室１Ｂとの間には、第２の空気通路６ｉｂが設けられており、両者を接続する。第２の空気通路６ｉｂには、ＬＰＧ燃料を内燃機関１へ供給するための燃料噴射弁１０が取り付けられている。燃料噴射弁１０は、機関ＥＣＵ５０によって開弁時期及び開弁時間が制御される。燃料噴射弁１０から噴射されたＬＰＧは、第１の空気通路６ｉａ及び第２の空気通路６ｉｂを流れる空気Ａと混合気を形成する。この混合気は、内燃機関１の燃焼室１Ｂに設けられる吸気口５ｉから内燃機関１の燃焼室１Ｂ内へ流入する。

内燃機関１のシリンダヘッド１Ｈには、点火プラグ７が取り付けられている。このように、内燃機関１は火花点火式の内燃機関である。点火プラグ７は、ダイレクトイグニッション７ＤＩに取り付けられている。ダイレクトイグニッション７ＤＩは、機関ＥＣＵ５０からの指令によって点火プラグ７を放電させ、燃焼室１Ｂ内の混合気に点火する。これによって、混合気は燃焼して高温、高圧の燃焼ガスとなり、ピストン２を駆動する。

内燃機関１のシリンダヘッド１Ｈには、排気口５ｅが設けられている。排気口５ｅは、ピストン２を駆動した後の燃焼ガス（排ガス）Ｅｘを、燃焼室１Ｂの外へ排出する。排気口５ｅには排気通路６ｅが接続されており、排気口５ｅから排出された排ガスＥｘを浄化触媒８に導く。浄化触媒８に導入された排ガスＥｘは、ここで浄化されてから、例えば、消音装置へ導かれた後大気中へ放出される。

第２空気通路６ｉｂに設けられる燃料噴射弁１０には、デリバリパイプ１０Ｄが取り付けられており、デリバリパイプ１０Ｄを通して燃料噴射弁１０へＬＰＧ燃料が供給される。なお、デリバリパイプ１０Ｄには、複数の燃焼室１ＢにそれぞれＬＰＧ燃料を供給する複数の燃料噴射弁１０が取り付けられている。また、デリバリパイプ１０Ｄには、フィードポンプ１５から吐出されるＬＰＧ燃料タンク１４内のＬＰＧ燃料が、燃料供給通路１６Ｓを介して供給される。また、デリバリパイプ１０Ｄの余剰のＬＰＧ燃料は、燃料回収通路１６Ｒを介してＬＰＧ燃料タンク１４へ戻される。ここで、フィードポンプ１５の動作は、機関ＥＣＵ５０によって制御される。

ＬＰＧ燃料タンク１４には、圧縮され、液体となったＬＰＧ燃料が充填されている。このため、ＬＰＧ燃料タンク１４は、大気圧よりも高い圧力となっている。ＬＰＧ燃料タンク１４には、燃料温度計４４及び燃料圧力センサ４５が取り付けられており、燃料（この実施形態ではＬＰＧ燃料）の性状判定に用いられる。また、ＬＰＧ燃料タンク１４には、燃料残量検知センサ４８が取り付けられており、ＬＰＧ燃料タンク１４に充填されるＬＰＧ燃料の残量を検知する。なお、燃料温度計４４及び燃料圧力センサ４５をＬＰＧ燃料の残量検知に利用してもよい。

内燃機関１を制御する機関ＥＣＵ５０には、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置３０が組み込まれている。また、機関ＥＣＵ５０には、内燃機関１が搭載される車両の計器パネル７０に設けられるディスプレイ７１が表示手段として接続されている。ディスプレイ７１は、例えば、運転者に内燃機関１の運転情報を与えるため、内燃機関１の運転状態に関する情報を表示する。この実施形態においては、内燃機関１内に堆積する燃焼残渣が増加して異常燃焼を引き起こすおそれが高くなった場合には内燃機関１の運転が制限されるが、そのような場合には、異常燃焼が発生するおそれが高い運転領域であることをディスプレイ７１が表示する。次にこの実施形態に係る内燃機関の運転制御装置３０を説明する。

図３は、実施形態１に係る内燃機関の運転制御装置の構成を示す概念図である。図３に示すように、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０に組み込まれている。機関ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５０ｐと、記憶部５０ｍと、入力ポート５５と、出力ポート５６と、入力インターフェース５７と、出力インターフェース５８とから構成される。

なお、機関ＥＣＵ５０とは別個に、この実施形態に係る内燃機関の運転制御装置３０を用意し、これを機関ＥＣＵ５０に接続してもよい。そして、この実施形態に係る内燃機関の運転制御を実現するにあたっては、機関ＥＣＵ５０が備えている内燃機関１に対する制御機能を、前記内燃機関の運転制御装置３０が利用できるように構成してもよい。

内燃機関の運転制御装置３０は、運転条件判定部３１と、燃料性状推定部３２と、運転制限部３３とを含んで構成される。これらが、この実施形態に係る内燃機関の運転制御を実行する部分となる。この実施形態において、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０を構成するＣＰＵ５０ｐの一部として構成される。ＣＰＵ５０ｐと、記憶部５０ｍとは、バス５４₃を介して接続される。また、運転条件判定部３１と、燃料性状推定部３２と、運転制限部３３とは、バス５４₁、５４₂、入力ポート５５及び出力ポート５６を介して接続される。

これにより、内燃機関の運転制御装置３０を構成する運転条件判定部３１と燃料性状推定部３２と運転制限部３３とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、内燃機関の運転制御装置３０は、機関ＥＣＵ５０が有する内燃機関１の運転制御データを取得し、これを利用することができる。また、内燃機関の運転制御装置３０は、この実施形態に係る内燃機関の運転制御を、機関ＥＣＵ５０が予め備えている内燃機関１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。

入力ポート５５には、入力インターフェース５７が接続されている。入力インターフェース５７には、潤滑油劣化検出センサ４０、クランク角度センサ４１、エアフローメータ４２、スロットル開度センサ４３、燃料温度計４４、燃料圧力センサ４５、燃料残量検知センサ４８、アクセル開度センサ４７その他の、内燃機関の運転制御に必要な情報を取得するセンサ類が接続されている。これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェース５７内のＡ／Ｄコンバータ５７ａやディジタル入力バッファ５７ｄにより、ＣＰＵ５０ｐが利用できる信号に変換されて入力ポート５５へ送られる。これにより、ＣＰＵ５０ｐは、内燃機関１の運転制御や、この実施形態に係る内燃機関の運転制御に必要な情報を取得することができる。

出力ポート５６には、出力インターフェース５８が接続されている。出力インターフェース５８には、燃料噴射弁１０、ディスプレイ７１、電子スロットル６０のスロットル弁６２を開閉するスロットル弁制御用アクチュエータ６１その他の、内燃機関の運転制御における制御対象が接続されている。出力インターフェース５８は、制御回路５８₁、５８₂等を備えており、ＣＰＵ５０ｐで演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。

記憶部５０ｍには、この実施形態に係る内燃機関の運転制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御マップ、あるいはこの実施形態に係る内燃機関の運転制御に用いる、制御データマップ等が格納されている。ここで、記憶部５０ｍ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。

上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ５０ｐへ既に記録されているコンピュータプログラムと組み合わせることによって、この実施形態に係る内燃機関の運転制御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３０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、運転条件判定部３１、燃料性状推定部３２及び運転制限部３３の機能を実現するものであってもよい。次に、この実施形態に係る異常燃焼予測を説明する。次の説明では、適宜図１〜図３を参照されたい。

図４は、実施形態１に係る内燃機関の運転制御の手順を示すフローチャートである。この実施形態に係る内燃機関の運転制御を実行するにあたって、内燃機関の運転制御装置３０が備える運転条件判定部３１は、内燃機関１の燃焼室１Ｂに燃焼残渣が堆積しやすい運転条件で内燃機関１が運転されているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

燃焼残渣が堆積しやすい運転条件は、例えば、負荷（あるいは負荷率）と機関回転数とに基づいて決定することができる。この実施形態では、負荷率ＫＬと機関回転数ＮＥとに基づいて、燃焼残渣が堆積しやすい運転条件を決定する。ここで負荷率ＫＬとは、内燃機関１の吸入空気量が、当該内燃機関１の排気量と等しいときの負荷率を１００％としたときにおける、相対的な負荷の大きさをいう。

図５は、燃焼残渣が堆積しやすい運転領域を記述した運転領域判定マップの一例を示す説明図である。図５に示す運転領域判定マップ８０は、内燃機関１の負荷率ＫＬと機関回転数ＮＥとの関係において、燃焼残渣が堆積しやすい内燃機関１の運転条件の領域（Ｄで示す領域）が示されている。ＫＬｐは燃焼残渣が堆積しやすい負荷率ＫＬの上限値であり、ＮＥｐは燃焼残渣が堆積しやすい機関回転数ＮＥの上限である。また、ＮＥｉは、アイドリング時の機関回転数である。

燃焼残渣が堆積しやすい運転条件は、例えば、ＷＯＴ領域（Wide Open Throttle：高負荷領域であり、負荷率でおよそ７５％以上）ではなく、かつ、機関回転数ＮＥが中速程度までの領域である。より具体的には、負荷率ＫＬは６０％程度までの領域であり、機関回転数ＮＥは、許容回転数の２／３程度までの領域である。

ＷＯＴ領域ではなく、かつ機関回転数が中速程度までの領域では、燃焼室１Ｂ内の温度が高負荷かつ高回転の領域ほどは高くはないため、潤滑油に由来する燃焼残渣が燃焼室１Ｂ内に堆積しやすい。また、ＷＯＴ領域ではなく、かつ機関回転数が中速程度までの領域では、排気流動も高負荷かつ高回転の領域ほど高くはないため、潤滑油に由来する燃焼残渣が排気によって燃焼室１Ｂ外に排出されにくく、その結果、燃焼残渣が燃焼室１Ｂに堆積しやすくなる。さらに、ＷＯＴ領域ではなく、かつ機関回転数が中速程度までの領域では燃焼室１Ｂ内の圧力変化が大きいため、オイル上がりやオイル下がりによって燃焼室１Ｂ内に流入する潤滑油の量が増加する結果、燃焼残渣が燃焼室１Ｂに堆積しやすくなる。

燃焼残渣が堆積しやすい運転条件で内燃機関１が運転されていない場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ＳＴＡＲＴに戻り、運転条件判定部３１は内燃機関１の運転状態の監視を継続する。燃焼残渣が堆積しやすい運転条件で内燃機関１が運転されている場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、運転条件判定部３１は、燃焼残渣が内燃機関１に堆積していると推定される量を累積し（ステップＳ１０２）、記憶部５０ｍに格納する。

ここで、燃焼残渣が内燃機関１に堆積していると推定される量を累積した値を、累積堆積量Ｑｔというものとする。累積堆積量Ｑｔは、例えば、内燃機関１の燃焼室１Ｂに燃焼残渣が堆積しやすい負荷、機関回転数で内燃機関１が運転された時間から予測した予測値を用いることができる。なお、累積堆積量Ｑｔは、ＬＰＧ燃料の成分比率（燃料性状）によっては大きな差はないが、内燃機関１の種類によって異なる。また、内燃機関１の運転時間と、潤滑油劣化検出センサ４０によって検出した潤滑油Ｌの劣化度合いとに基づいて、累積堆積量Ｑｔを推定してもよい。

ＬＰＧ燃料のような気体燃料から燃焼残渣はほとんど発生しないので、気体燃料を用いる内燃機関１において燃焼室１Ｂ内部等に堆積する燃焼残渣は、ほとんどが潤滑油Ｌに起因するものである。後者の手法は、使用によって潤滑油Ｌの劣化（酸化）が進行すると、燃焼室１Ｂの内部やピストン２に対する燃焼残渣の堆積が促進される点に着目している。この手法は、まず、ＬＰＧ燃料を用いて運転される内燃機関１において、潤滑油Ｌに起因して発生する燃焼残渣が堆積しやすい負荷領域及び機関回転数領域で内燃機関１が運転された時間（運転時間）τ１に、潤滑油の劣化度合いを考慮した潤滑油劣化係数Ｂを乗じて得られる修正運転時間（τ１×Ｂ）を算出する。そして、修正運転時間を累積した累積運転時間τ＝Σ（τ１×Ｂ）を求める。

この累積運転時間τは、燃焼残渣が内燃機関１に堆積していると推定される量、すなわち累積堆積量Ｑｔと高い相関があるため、前記累積運転時間τを用いて累積堆積量Ｑｔを推定することができる。異常燃焼の判定にあたっては、例えば、前記累積運転時間τを累積堆積量Ｑｔとみなして、累積運転時間τが予め定めた閾値（累積運転時間閾値）τ＿ｌを超えた場合に、燃焼室１Ｂに堆積した燃焼残渣によってプレイグニッションのような異常燃焼が発生するおそれがあると判定する。

ここで、潤滑油劣化係数Ｂは、潤滑油Ｌの劣化が進行すると大きくなるように設定されている。したがって、潤滑油Ｌの劣化が進行するにしたがって運転時間τ１よりも修正運転時間（τ１×Ｂ）は大きくなるので、潤滑油Ｌの劣化が進行するにしたがって、累積運転時間τの増加割合は大きくなる。これによって、潤滑油Ｌの劣化度合いが燃焼異常の判定に用いる累積運転時間τに反映されるので、累積運転時間τと燃焼室内部に堆積する燃焼残渣との相関がより高くなる。その結果、潤滑油Ｌに由来する燃焼残渣の堆積に起因して発生する異常燃焼の予測精度が向上する。

燃焼残渣が内燃機関１に堆積していると推定される量を累積したら（ステップＳ１０２）、運転条件判定部３１は、累積堆積量Ｑｔと予め定めた所定の累積堆積量閾値Ｑｃとを比較する（ステップＳ１０３）。上述したように、累積運転時間τを累積堆積量Ｑｔとみなした場合、累積堆積量閾値Ｑｃは、前記累積運転時間閾値τ＿ｌとなり、運転条件判定部３１は、累積運転時間τと累積運転時間閾値τ＿ｌとを比較する。

ステップＳ１０３における比較の結果、Ｑｔ＜Ｑｃ（τ＜τ＿ｌ）である場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ＳＴＡＲＴに戻り、運転条件判定部３１は内燃機関１の運転状態の監視を継続する。ステップＳ１０３における比較の結果、Ｑｔ≧Ｑｃ（τ≧τ＿ｌ）である場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、内燃機関１内に堆積した燃焼残渣が異常燃焼の起因となりやすい状態であると判断できる。この場合、内燃機関の運転制御装置３０が備える燃料性状推定部３２は、ＬＰＧ燃料の成分比率を算出することにより（ステップＳ１０４）、これを推定する。

なお、ステップＳ１０４においては、ＬＰＧ燃料中に含まれるブタンの割合（ブタン含有率）を算出する。この実施形態においてＬＰＧ燃料の成分比率という場合には、ＬＰＧ燃料中に含まれるブタンの割合（ブタン含有率）、又はＬＰＧ燃料中に含まれるプロパンの割合（プロパン含有率）のうち少なくとも一方をいう。また、この実施形態において、ＬＰＧ燃料の成分比率には、ブタン含有率とプロパン含有率との比率（含有率の比）も含まれる。

図６は、燃料の成分比率を推定する手法を説明するための説明図である。図６は、ＬＰＧ燃料の状態図であり、気相におけるＬＰＧ燃料の圧力（ＬＰＧ気相圧力）と、液相におけるＬＰＧ燃料の温度（ＬＰＧ液相温度）との関係を示してある。ここで、気相におけるＬＰＧ燃料の圧力とは、ＬＰＧ燃料の蒸気圧である。図６中の実線で示す曲線Ａはプロパンの飽和蒸気圧曲線であり、実線で示す曲線Ｂはブタンの飽和蒸気圧曲線である。飽和蒸気圧曲線よりも圧力が高い領域においては、プロパン又はブタンは気体として存在する。

ＬＰＧ燃料はブタンとプロパンとが主成分であるので、この実施形態において、ＬＰＧ燃料中におけるブタンの含有率（ＬＰＧ燃料の成分比率）を算出するにあたっては、その他の成分を無視し、ＬＰＧ燃料の組成はブタン及びプロパンであると仮定する。これによって、ＬＰＧ燃料中におけるブタンの含有率（ＬＰＧ燃料の成分比率）を簡便に推定することができる。

燃料温度計４４によって検出されるＬＰＧ燃料タンク１４内のＬＰＧ燃料のＬＰＧ液相温度がｔ₁である場合、この温度所条件下においては、プロパンの蒸気圧はＰｐ（ｔ₁）、ブタンの蒸気圧はＰｂ（ｔ₁）である。ＬＰＧ液相温度がｔ₁のとき、燃料圧力センサ４５によって検出されるＬＰＧ燃料タンク１４内のＬＰＧ燃料のＬＰＧ気相圧力はＰｆ（ｔ₁）である。したがって、ＬＰＧ燃料中におけるプロパンの含有率Ｘｐ（％）は数式（１）から、ＬＰＧ燃料中におけるブタン含有率Ｘｂ（％）は数式（２）から求めることができる。これによって、ＬＰＧ燃料中におけるブタン含有率Ｘｂを算出することができるので、ＬＰＧ燃料の成分比率を算出することができる。
Ｘｐ（％）＝［Ｐｐ（ｔ₁）−Ｐｆ（ｔ₁）］／［Ｐｐ（ｔ₁）−Ｐｂ（ｔ₁）］×１００・・（１）
Ｘｂ（％）＝１００−Ｘｐ・・（２）

図７は、異常燃焼が発生するおそれのある運転領域を判定するために用いる異常燃焼発生領域予測マップの一例を示す説明図である。内燃機関１内に燃焼残渣が所定量以上堆積する場合、これが原因でプレイグニッションのような異常燃焼が発生しやすい。しかし、燃焼残渣に起因する異常燃焼は、燃料の特性である最小着火エネルギに大きく依存する。ＬＰＧ燃料は、ブタンと、ブタンよりも最小着火エネルギが大きいプロパンとを主成分とする。このため、ＬＰＧ燃料の成分比率によって、ＬＰＧ燃料の最小着火エネルギは異なるため、燃焼残渣に起因する異常燃焼が発生するおそれの高い内燃機関１の運転領域は異なる。ＬＰＧ燃料は、季節や地域により、成分比率が異なるため、ＬＰＧ燃料の最小着火エネルギも季節や地域によって異なる。

燃焼残渣が原因で発生するプレイグニッションのような異常燃焼は、起因となるのは燃焼残渣であっても、燃焼するのはＬＰＧ燃料なので、燃料の特性である最小着火エネルギの大小が前記異常燃焼の発生に大きく影響を与える。すなわち、着火エネルギが小さいほど、燃焼室１Ｂの温度が低くてもＬＰＧ燃料は燃焼しやすくなるので、燃焼残渣に起因する異常燃焼が発生するおそれの高い内燃機関１の運転領域は広くなる。

ＬＰＧ燃料の成分比率を算出すると（ステップＳ１０４）、図７に示す異常燃焼発生領域予測マップ８２を用いて、燃焼残渣に起因する異常燃焼が発生するおそれの高い内燃機関１の運転領域を知ることができる。図７に示す異常燃焼発生領域予測マップ８２は、内燃機関１のトルクＴと機関回転数ＮＥとの関係で記述してあり、異常燃焼発生領域予測マップ８２の領域ＤＰＩが、プレイグニッション等の異常燃焼が発生するおそれのある運転領域（異常燃焼領域）である。すなわち、内燃機関１のトルクＴと機関回転数ＮＥとが異常燃焼領域ＤＰＩ内で運転される場合に、内燃機関１には異常燃焼が発生するおそれが高くなる。なお、トルクＴの代わりに、異常燃焼発生領域予測マップ８２は、内燃機関１に対する負荷あるいは負荷率と、機関回転数ＮＥとの関係で記述してもよい。

上述したように、異常燃焼領域ＤＰＩは、ＬＰＧ燃料のブタン含有率Ｘｂによって異なる。図７の異常燃焼発生領域予測マップ８２に示す曲線Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれブタン含有率が０％（プロパン含有率が１００％）、ブタン含有率が５０％（プロパン含有率が５０％）、ブタン含有率が８０％（プロパン含有率が２０％）の場合における異常燃焼領域境界線である。異常燃焼領域境界線よりもトルクＴ、あるいは機関回転数ＮＥが大きい領域で内燃機関１が運転される場合に、異常燃焼が発生するおそれがある。

このように、ＬＰＧ燃料は、ブタン含有率に応じて異常燃焼領域が変化し、ブタン含有率が大きいほど異常燃焼領域は小さくなる。すなわち、より高いトルクＴ、あるいは機関回転数ＮＥの運転領域においても、内燃機関１には、プレイグニッション等の異常燃焼は発生しない。これは、ブタンの最小着火エネルギはプロパンの最小着火エネルギよりも大きいため、ＬＰＧ燃料中のブタン含有率が高いほど、プレイグニッション等の異常燃焼は発生しにくくなるからである。

内燃機関の運転制御装置３０の運転制限部３３は、異常燃焼領域ＤＰＩで内燃機関１が運転されることを回避するため、内燃機関１に対する燃料供給量、及びスロットル弁６２の開度に上限を設ける。より具体的には、内燃機関１が異常燃焼領域ＤＰＩで運転されないように、内燃機関１に対する燃料供給量、及びスロットル弁６２の開度に制限値を設定する（ステップＳ１０５）。そして、アクセル４７Ｐによる内燃機関１に対する運転要求があった場合には、内燃機関１に対する燃料供給量及びスロットル弁６２の開度が、前記制限値を超えないように制御される。なお、ＬＰＧ燃料の成分比率によっては（ブタン含有率が非常に１００％に近い場合）、異常燃焼領域ＤＰＩが存在しない場合もある。このような場合、内燃機関１に対する燃料供給量及びスロットル弁６２の開度は、最大供給量及び最大開度に設定すればよい。

なお、上述したように、異常燃焼領域ＤＰＩは、ＬＰＧ燃料のブタン含有率に応じて変化するので、内燃機関１に対する燃料供給量、及びスロットル弁６２の開度の制限値も前記ブタン含有量によって変化する。したがって、ステップＳ１０４で算出したＬＰＧ燃料のブタン含有率Ｘｂに応じて前記制限値も変化する。

図７と図５とを比較すると分かるように、燃焼残渣が堆積しやすい運転領域と、異常燃焼領域ＤＰＩとは異なる。また、異常燃焼領域ＤＰＩはＬＰＧ燃料の成分比率によっても異なる。この実施形態では、ＬＰＧ燃料の成分比率を考慮して異常燃焼領域ＤＰＩを定めるので、季節や地域により成分比率が異なることにより最小着火エネルギに変化があるＬＰＧ燃料であっても、高い精度で異常燃焼領域ＤＰＩを判別することができる。これによって、必要十分な範囲で異常燃焼領域ＤＰＩを回避できるので、無用な回避制御を低減することができる。

運転制限部３３は、アクセル４７Ｐによる内燃機関１に対する運転要求が、異常燃焼領域ＤＰＩにおける運転を指示するものか否かを判断する（ステップＳ１０６）。内燃機関１に対する運転要求が、異常燃焼領域ＤＰＩにおける運転を指示するものではない場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、内燃機関１に異常燃焼が発生するおそれはないので、機関ＥＣＵ５０の内燃機関制御部５３ｈは、指示された運転要求に従って内燃機関１を運転する。

内燃機関１に対する運転要求が、異常燃焼領域ＤＰＩにおける運転を指示するものである場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、内燃機関１に異常燃焼が発生するおそれがある。この場合、運転制限部３３は、ステップＳ１０５で設定した内燃機関１に対する燃料供給量、及びスロットル弁６２の開度に設定した制限値によって、内燃機関１の運転を制限する（ステップＳ１０７）。これによって、内燃機関１に対する燃料供給量、及びスロットル弁６２の開度は前記制限値に制限されるので、異常燃焼領域ＤＰＩにおいて内燃機関１は運転されない。その結果、内燃機関１の異常燃焼を回避できる。

なお、異常燃焼領域ＤＰＩにおける運転が指示された場合には、内燃機関１の運転が制限されるので（ステップＳ１０７）、アクセル４７Ｐの開度に応じた出力を内燃機関１は発生しないことになる。このため、ドライバに違和感を与えるおそれがあるので、異常燃焼領域ＤＰＩでの運転要求があった場合に内燃機関１の出力を制限する際には、ディスプレイ７１にその旨を表示して（ステップＳ１０８）、ドライバに出力制限中である情報を提供する。これによって、違和感の原因を明らかにする。

（変形例）
実施形態１の変形例は、実施形態１と略同様であるが、ＬＰＧ燃料のブタン含有率が高いほどプレイグニッション等の異常燃焼が発生しにくくなる、すなわち、異常燃焼領域が小さくなることを利用して、異常燃焼の起因となりやすい状態であると判断された場合には、ＬＰＧ燃料にブタン（異常燃焼を抑制する成分）を追加して、異常燃焼領域を縮小する点が異なる。他の構成は、実施形態１と同様である。

図８は、実施形態１の変形例に係る内燃機関の運転制御の手順を示すフローチャートである。図９は、実施形態１の変形例に係る内燃機関の運転制御装置の構成を示す概念図である。実施形態１の変形例に係る内燃機関の運転制御は、図９に示す内燃機関の運転制御装置３０'によって実現できる。この内燃機関の運転制御装置３０'は、実施形態１に係る内燃機関の運転制御装置３０（図３参照）に、燃料必要量算出部３４をさらに備える点が異なり、他の構成は、実施形態１に係る内燃機関の運転制御装置３０と同様である。次の説明においては、適宜図１〜図７を参照されたい。

この変形例に係る内燃機関の運転制御のステップＳ２０１〜ステップＳ２０４は、実施形態１に係る内燃機関の運転制御のステップＳ１０１〜ステップＳ１０４と同様なので、説明を省略する。燃料性状推定部３２が、ＬＰＧ燃料の成分比率を算出したら（ステップＳ２０４）、内燃機関の運転制御装置３０'が備える燃料必要量算出部３４は、異常燃焼を回避するために必要なブタンの必要量を算出することにより（ステップＳ２０５）、これを推定する。

ＬＰＧ燃料の成分であるブタンは、同じくＬＰＧ燃料の成分であるプロパンよりも最小着火エネルギが小さいため、異常燃焼を抑制する成分として作用する。すなわち、異常燃焼領域ＤＰＩが存在するＬＰＧ燃料にブタンを追加すれば、異常燃焼領域ＤＰＩをより小さくすることができる。

ステップＳ２０４において、現時点におけるＬＰＧ燃料のブタン含有率Ｘｂが算出されている。また、異常燃焼発生領域予測マップ８２（図７）から、異常燃焼領域ＤＰＩが存在しなくなるブタン含有率が分かる。例えば、図７に示す例では、内燃機関１の許容運転領域が機関回転数ＮＥｌまでの領域なので、ブタン含有率が８０％以上であれば、異常燃焼領域ＤＰＩが存在しなくなる。これにより、現在のＬＰＧ燃料タンク１４内に残存するＬＰＧ燃料の量が分かれば、異常燃焼領域ＤＰＩが存在しなくなるブタン含有率と、現時点におけるＬＰＧ燃料のブタン含有率とを用いて、異常燃焼領域ＤＰＩを回避するために、現在のＬＰＧ燃料タンク１４内に残存するＬＰＧ燃料に追加するブタンの量を求めることができる。

現在のＬＰＧ燃料タンク１４内に残存するＬＰＧ燃料の量（残存ＬＰＧ燃料量）をＶａ、現在のＬＰＧ燃料タンク１４内に残存するＬＰＧ燃料のブタン含有率をｘ（％）、追加するブタンの量（追加ブタン量）をＶｂ（濃度はｚ％）、異常燃焼領域ＤＰＩが存在しなくなるブタン含有率をｙ（％）とする。なお、追加するブタンの濃度は、予め情報を得ておく。例えば、純ブタンを追加する場合、ｚ＝１００である。また、ブタンの濃度が８０％の燃料を追加する場合、ｚ＝８０である。

ここで、Ｖａ、ｘ、ｙ、ｚが既知数であり、Ｖｂが未知数である。Ｖａ＋Ｖｂのブタン含有率がｙ（％）となればよいので、数式（３）を満たすＶｂを求めればよい。燃料必要量算出部３４は、数式（３）を満たすＶｂ、追加ブタン量を算出する。このとき、残存ＬＰＧ燃料量Ｖａは、ＬＰＧ燃料タンク１４に取り付けられる燃料残量検知センサ４８から取得した情報に基づいて求める。
（Ｖａ＋Ｖｂ）×ｙ／１００＝Ｖａ×ｘ／１００＋Ｖｂ×ｚ／１００・・（３）

次に、燃料必要量算出部３４は、ＬＰＧ燃料タンク１４の容量（ＬＰＧ燃料タンク容量）Ｖと、残存ＬＰＧ燃料量Ｖａ及び追加ブタン量Ｖｂの和とを比較する（ステップＳ２０６）。Ｖ＞Ｖａ＋Ｖｂであれば、ステップＳ２０５で算出した追加ブタン量Ｖｂのブタンを、ＬＰＧ燃料タンク１４へ追加することができる。しかし、Ｖ＜Ｖａ＋Ｖｂである場合、ステップＳ２０５で算出した追加ブタン量Ｖｂのブタンを、ＬＰＧ燃料タンク１４へ追加すると、ＬＰＧ燃料タンク１４の容量を超えてしまうため、Ｖｂのブタンを追加することはできない。

Ｖ＞Ｖａ＋Ｖｂである場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、ステップＳ２０５で算出した追加ブタン量Ｖｂのブタンを、ＬＰＧ燃料タンク１４へ追加することができる。この場合、燃料必要量算出部３４は、追加ブタン量Ｖｂと、ブタン燃料の給油を促す旨の指示とをディスプレイ７１に表示する（ステップＳ２０７）。ブタン燃料の給油を促す旨の指示を表示しても、直ちにブタン燃料が給油されるとは限らないため、運転制限部３３は、ブタン燃料が給油されるまでの間、異常燃焼領域ＤＰＩで内燃機関１が運転されないように、内燃機関１に対する燃料供給量、及びスロットル弁６２の開度に上限を設ける。この手順は、実施形態１と同様である。すなわち、ステップＳ２０８〜ステップＳ２１１は、実施形態１におけるステップＳ１０５〜ステップＳ１０８と同様である。

Ｖ＜Ｖａ＋Ｖｂである場合（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、ステップＳ２０５で算出した追加ブタン量Ｖｂのブタンを、ＬＰＧ燃料タンク１４へ追加することはできない。この場合、ブタン燃料は給油されないので、異常燃焼領域ＤＰＩで内燃機関１が運転されるおそれがある。このため、異常燃焼領域ＤＰＩで内燃機関１が運転されないように、運転制限部３３は、内燃機関１に対する燃料供給量、及びスロットル弁６２の開度に上限を設ける。この手順は、実施形態１と同様である。すなわち、ステップＳ２０８〜ステップＳ２１１は、実施形態１におけるステップＳ１０５〜ステップＳ１０８と同様である。このように、実施形態１の変形例では、異常燃焼領域ＤＰＩで内燃機関１が運転されるおそれがあるときには、ブタン燃料の供給を促すので、迅速に異常燃焼領域ＤＰＩを回避することが可能になる。

以上、実施形態１及びその変形例では、内燃機関に供給される燃料の成分比率に基づいて、プレイグニッションのような異常燃焼が発生するおそれのある内燃機関の運転領域を判別し、そのような運転領域における前記内燃機関の運転を制限する。これによって、燃料の成分比率によって変化する、異常燃焼の発生するおそれがある運転領域を正確に判定して、必要十分な範囲で内燃機関の異常燃焼を回避する制御を行うことができる。その結果、運転制御装置の負荷を低減することもできる。また、季節や地域によってＬＰＧ燃料の成分比率が異なっても、異常燃焼を回避できるとともに、異常燃焼を回避する制御は必要十分で済む。なお、この実施形態及びその変形例で開示した構成は、以下の実施形態に対しても適用することができる。また、この実施形態で開示した構成と同様の構成を備えるものは、この実施形態と同様の作用、効果を奏する。

（実施形態２）
実施形態２は、ＬＰＧ燃料の他に、ガソリンのような液体燃料（常温、常圧で液相の炭化水素系の燃料）も内燃機関へ供給できる場合には、燃料の成分比率に基づいて、プレイグニッションのような異常燃焼が発生するおそれのある内燃機関の運転領域を判別して、前記異常燃焼の発生するおそれが高い運転領域で内燃機関が運転される場合には、液体燃料で内燃機関を運転する点が異なる。他の構成は、実施形態１と同様である。この実施形態では、液体燃料としてガソリン燃料を用いる。

図１０は、実施形態２に係る内燃機関の構成を示す説明図である。実施形態２に係る内燃機関１ａは、実施形態１に係る内燃機関１（図１）と略同様であるが、ＬＰＧ燃料を内燃機関１へ供給する燃料噴射弁１０に加え、液体燃料であるガソリン燃料Ｌを内燃機関１ａへ供給する液体燃料噴射弁２０を備える点が異なる。液体燃料噴射弁２０は、吸気通路を構成する第２空気通路６ｉｂの内部にガソリン燃料Ｌを噴射することにより、内燃機関１ａへはガソリン燃料Ｌが供給される。このように、ガソリン燃料Ｌは、いわゆるポート噴射によって内燃機関１ａへ供給される。なお、液体燃料噴射弁２０は、いわゆる直噴、すなわち、内燃機関１ａのシリンダ１Ｓ内の燃焼室１Ｂへガソリン燃料Ｌを直接噴射してもよい。また、ポート噴射と直噴とを組み合わせてもよい。

第２空気通路６ｉｂに設けられる液体燃料噴射弁２０には、液体燃料用デリバリパイプ２０Ｄが取り付けられており、液体燃料用デリバリパイプ２０Ｄを通して液体燃料噴射弁２０へガソリン燃料Ｌが供給される。なお、液体燃料用デリバリパイプ２０Ｄには、複数の燃焼室１Ｂにそれぞれガソリン燃料Ｌを供給する複数の液体燃料噴射弁２０が取り付けられている。また、液体燃料用デリバリパイプ２０Ｄには、液体燃料用フィードポンプ１８から吐出されるガソリン燃料タンク１７内のガソリン燃料Ｌが、ガソリン燃料供給通路１９を介して供給される。ここで、液体燃料用フィードポンプ１８の動作は、機関ＥＣＵ５０ａによって制御される。

図１１は、実施形態２に係る内燃機関の運転制御装置の構成を示す概念図である。実施形態２に係る内燃機関の運転制御装置３０ａは、実施形態１に係る内燃機関の運転制御装置３０（図３）と略同様であるが、運転制限部３３の代わりに、ＬＰＧ燃料とガソリン燃料とを切り替えて内燃機関１ａへ供給する燃料切替部３５を備える点が異なる。他の構成は、実施形態１に係る内燃機関の運転制御装置３０と同様である。次に、この実施形態に係る内燃機関の運転制御の手順を説明する。なお、次の説明では、適宜図１０、１１を参照されたい。

図１２は、実施形態２に係る内燃機関の運転制御の手順を示すフローチャートである。実施形態２に係る内燃機関の運転制御を実行するにあたり、内燃機関の運転制御装置３０ａが備える運転条件判定部３１は、内燃機関１ａがＬＰＧ燃料で運転されているか否かを判定する（ステップＳ３０１）。

ＬＰＧ燃料で運転されていない場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、すなわち、内燃機関１ａがガソリン燃料で運転されている。ガソリン燃料は、最小着火エネルギが大きく、また、内燃機関１ａの内部に堆積した燃焼残渣を洗い流す作用もあるため、プレイグニッションのような異常燃焼が発生しにくい。このため、ＬＰＧ燃料で運転されていない場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）は、この実施形態に係る内燃機関の運転制御を実行する必要はないので、ＳＴＡＲＴに戻り、運転条件判定部３１は内燃機関１ａの運転状態の監視を継続する。

ＬＰＧ燃料で運転されている場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、運転条件判定部３１は、内燃機関１ａの燃焼室１Ｂに燃焼残渣が堆積しやすい運転条件で内燃機関１ａが運転されているか否かを判定する（ステップＳ３０２）。ＬＰＧ燃料で運転されている場合は、内燃機関１ａの内部に堆積する燃焼残渣を洗浄する効果が小さいので、燃焼残渣が内燃機関１ａの内部に堆積しやすく、燃焼残渣に起因してプレイグニッションのような異常燃焼が発生しやすい。このため、ＬＰＧ燃料で運転されている場合は、実施形態１と同様に、累積堆積量Ｑｔから内燃機関１ａ内に堆積した燃焼残渣が異常燃焼の起因となりやすい状態を判定する。そして、燃焼残渣に起因する異常燃焼が発生しやすい状態である場合には、内燃機関の成分比率に基づいて、異常燃焼が発生するおそれのある内燃機関の運転領域を判別する。次に、内燃機関の運転制御装置３０ａが備える燃料性状推定部３２は、ＬＰＧ燃料の成分比率に基づいて、異常燃焼が発生するおそれのある内燃機関１ａの運転領域を判別する（ステップＳ３０２〜ステップＳ３０５）。なお、ステップＳ３０２〜ステップＳ３０５は、実施形態１におけるステップＳ１０１〜ステップＳ１０４と同様である。

次に、内燃機関の運転制御装置３０ａが備える燃料切替部３５は、アクセル開度センサ４７からアクセル４７Ｐの開度情報を取得し、アクセル４７Ｐによる内燃機関１ａに対する運転要求が、異常燃焼領域ＤＰＩ（図７参照）における運転を指示するものか否かを判断する（ステップＳ３０６）。内燃機関１ａに対する運転要求が、異常燃焼領域ＤＰＩにおける運転を指示するものではない場合（ステップＳ３０６：Ｎｏ）、内燃機関１ａに異常燃焼が発生するおそれはないので、機関ＥＣＵ５０の内燃機関制御部５３ｈは、指示された運転要求に従って内燃機関１ａを運転する。

内燃機関１ａに対する運転要求が、異常燃焼領域ＤＰＩにおける運転を指示するものである場合（ステップＳ３０６：Ｙｅｓ）、内燃機関１ａに異常燃焼が発生するおそれがある。この場合、燃料切替部３５は、内燃機関１ａへ供給する燃料を、ＬＰＧ燃料からガソリン燃料Ｌへ切り替えて（ステップＳ３０７）、ガソリン燃料で内燃機関１ａを運転する。これによって、ガソリン燃料Ｌの洗浄効果を利用して内燃機関１ａ内に堆積した燃焼残渣を洗浄して、燃焼残渣に起因する異常燃焼を回避する。また、ガソリン燃料Ｌの最小着火エネルギは小さいため、より異常燃焼を回避しやすくなる。

次に、運転条件判定部３１は、内燃機関１ａに対する運転要求が、異常燃焼領域ＤＰＩを外れたか否かを判定する（ステップＳ３０８）。内燃機関１ａに対する運転要求が、異常燃焼領域ＤＰＩを外れていない場合（ステップＳ３０８：Ｎｏ）、燃料切替部３５は、ガソリン燃料による内燃機関１ａの運転を継続する。内燃機関１ａに対する運転要求が、異常燃焼領域ＤＰＩを外れた場合（ステップＳ３０８：Ｙｅｓ）、ＬＰＧ燃料で内燃機関１ａを運転しても、異常燃焼が発生するおそれはない。この場合には、燃料切替部３５は、内燃機関１ａに供給する燃料をＬＰＧ燃料に切り替える（ステップＳ３０９）。

以上、実施形態２では、内燃機関に供給される燃料の成分比率に基づいて、プレイグニッションのような異常燃焼が発生するおそれのある内燃機関の運転領域を判別し、そのような運転領域においては、ＬＰＧ燃料のような気体燃料に変わって液体燃料（例えばガソリン）を内燃機関に供給する。これによって、燃料の成分比率によって変化する、異常燃焼の発生するおそれがある運転領域を正確に判定して、必要十分な範囲で内燃機関の異常燃焼を回避する制御を行うことができる。その結果、運転制御装置の負荷を低減することもできる。また、季節や地域によってＬＰＧ燃料の成分比率が異なっても、異常燃焼を回避できるとともに、異常燃焼を回避する制御は必要十分で済む。なお、この実施形態で開示した構成は、以下の実施形態に対しても適用することができる。また、この実施形態で開示した構成と同様の構成を備えるものは、この実施形態と同様の作用、効果を奏する。

（実施形態３）
実施形態３は、実施形態１において、内燃機関へ供給する燃料を、ＬＰＧ燃料の代わりにＣＮＧ（Compressed Natural Gas：圧縮天然ガス）のような気体の炭化水素系燃料（気体燃料）としたものである。これによって、実施形態３に係る内燃機関には気体燃料の供給系が設けられ、また、燃焼室内の燃焼圧力に基づいて気体燃料の成分比率を推定する。

図１３は、実施形態３に係る内燃機関の構成を示す説明図である。内燃機関１ｂは、気体燃料Ｇが供給されて駆動するものである。そして、内燃機関１ｂは、実施形態１に係る内燃機関の運転制御装置３０（図３参照）により制御される。内燃機関１ｂの第２空気通路６ｉｂに設けられる燃料噴射弁１０には、デリバリパイプ１０Ｄが取り付けられており、デリバリパイプ１０Ｄを通して気体燃料Ｇが供給される。なお、デリバリパイプ１０Ｄには、複数の燃焼室１Ｂにそれぞれ気体燃料Ｇを供給する複数の燃料噴射弁１０が取り付けられている。また、デリバリパイプ１０Ｄには、燃料供給通路１２を介して気体燃料ボンベ１１から気体燃料Ｇが供給される。

気体燃料ボンベ１１には、圧縮された気体燃料（この実施形態では天然ガス）Ｇが充填されており、この気体燃料Ｇは、燃料供給通路１２に取り付けられるレギュレータ１３で一定の圧力に調整されてデリバリパイプ１０Ｄへ供給される。また、燃料供給通路１２には、燃料圧力センサ４５ｂ及び燃料温度計４４ｂが取り付けられており、気体燃料ボンベ１１内に充填されている気体燃料Ｇの残量検知等に用いられる。

実施形態１に係る内燃機関１（図１）で用いるＬＰＧ燃料は、ＬＰＧ燃料タンク１４内では液相と気相とが混在するため、ＬＰＧ燃料の気相圧力（蒸気圧）を利用して、燃料の成分比率、すなわちブタン含有率を推定することができる。しかし、実施形態３に係る内燃機関１ｂで用いる気体燃料は、気体燃料ボンベ１１内では気相のみなので、実施形態１の手法で燃料の成分比率を判断することは困難である。

したがって、この実施形態では、内燃機関１ｂの燃焼室１Ｂ内における燃焼圧力Ｐ＿Ｂに基づいて、気体燃料Ｇの成分比率を推定する。燃焼圧力Ｐ＿Ｂは、内燃機関１ｂのシリンダヘッド１Ｈに取り付けた燃焼圧力検出手段である筒内圧力センサ４６により検出する。

気体燃料の成分比率を推定する際には、まず、異なる成分比率の気体燃料（組成が異なる気体燃料）Ｇを複数用意する。そして、予め設定した所定の運転条件で内燃機関１ｂを運転し、そのときの最大燃焼圧力Ｐ＿Ｂ＿ｍａｘを測定する。これによって、気体燃料の成分比率と、最大燃焼圧力との関係が得られるので、これをマップ化しておき、機関ＥＣＵ５０内の記憶部５０ｍ（図３参照）に格納しておく。なお、予め設定した所定の運転条件における内燃機関１ｂの運転を、燃料性状判定運転という。

気体燃料の成分比率を推定するにあたっては、内燃機関の運転制御装置３０が備える燃料性状推定部３２（図３参照）が、燃料性状判定運転で内燃機関１ｂを運転するとともに、筒内圧力センサ４６により最大燃焼圧力Ｐ＿Ｂ＿ｍａｘを測定する。そして、燃料性状推定部３２は、記憶部５０ｍに格納した、気体燃料の成分比率と最大燃焼圧力との関係を記述したマップに、測定した最大燃焼圧力Ｐ＿Ｂ＿ｍａｘを与え、そのときの成分比率を取得する。これによって、気体燃料Ｇの成分比率を推定することができる。

なお、内燃機関１ｂの燃焼室１Ｂ内における燃焼イオン電流と成分比率との関係から、気体燃料Ｇの成分比率を推定してもよい。ここで、燃焼室１Ｂ内における燃焼イオン電流は、点火プラグ７を利用して検出することができる。このために、点火プラグ７に放電させるダイレクトイグニッション７ＤＩには、点火プラグ７の電極間に流れる燃焼イオン電流を検出する燃焼イオン電流検出回路４９を接続し、点火プラグ７と燃焼イオン電流検出回路４９とで、燃焼状態検出手段を構成する。

以上、実施形態３では、燃焼圧力に基づいて気体燃料の成分比率を推定するので、燃料に含まれる成分の蒸気圧に基づいて前記燃料の成分比率を推定できない場合（例えばＣＮＧのような気体燃料）でも、成分比率に基づいて、プレイグニッションのような異常燃焼が発生するおそれのある内燃機関の運転領域を判別できる。その結果、異常燃焼が発生するおそれのある運転領域における内燃機関の運転を回避できる。なお、この実施形態で開示した構成と同様の構成を備えるものは、この実施形態と同様の作用、効果を奏する。

以上のように、本発明に係る異常燃焼予測装置は、プレイグニッションのような異常燃焼の抑制に有用であり、特に、必要十分な範囲で内燃機関の異常燃焼を回避する制御を行うことに適している。

実施形態１に係る内燃機関の構成を示す説明図である。 実施形態１に係る内燃機関にＬＰＧ燃料を供給する燃料噴射弁の配置を示す平面図である。 実施形態１に係る内燃機関の運転制御装置の構成を示す概念図である。 実施形態１に係る内燃機関の運転制御の手順を示すフローチャートである。 燃焼残渣が堆積しやすい運転領域を記述した運転領域判定マップの一例を示す説明図である。 燃料の成分比率を推定する手法を説明するための説明図である。 異常燃焼が発生するおそれのある運転領域を判定するために用いる異常燃焼発生領域予測マップの一例を示す説明図である。 実施形態１の変形例に係る内燃機関の運転制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態１の変形例に係る内燃機関の運転制御装置の構成を示す概念図である。 実施形態２に係る内燃機関の構成を示す説明図である。 実施形態２に係る内燃機関の運転制御装置の構成を示す概念図である。 実施形態２に係る内燃機関の運転制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態３に係る内燃機関の構成を示す説明図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ 内燃機関
１Ｂ 燃焼室
１Ｃ クランクケース
１Ｈ シリンダヘッド
１Ｐ オイルパン
１Ｓ シリンダ
２ ピストン
３ コネクティングロッド
４ クランク軸
７ 点火プラグ
８ 浄化触媒
９ エアークリーナー
１０ 燃料噴射弁
１０Ｄ デリバリパイプ
１１ 気体燃料ボンベ
１２ 燃料供給通路
１３ レギュレータ
１４ ＬＰＧ燃料タンク
１５ フィードポンプ
１７ ガソリン燃料タンク
１８ 液体燃料用フィードポンプ
１９ ガソリン燃料供給通路
２０ 液体燃料噴射弁
２０Ｄ 液体燃料用デリバリパイプ
３０、３０'、３０ａ 運転制御装置
３１ 運転条件判定部
３２ 燃料性状推定部
３３ 運転制限部
３４ 燃料必要量算出部
３５ 燃料切替部
４０ 潤滑油劣化検出センサ
４１ クランク角度センサ
４２ エアフローメータ
４３ スロットル開度センサ
４４、４４ｂ 燃料温度計
４５、４５ｂ 燃料圧力センサ
４６ 筒内圧力センサ
４７ アクセル開度センサ
４８ 燃料残量検知センサ
４９ 燃焼イオン電流検出回路
５０、５０'、５０ａ 機関ＥＣＵ
５０ｍ 記憶部
５０ｐ ＣＰＵ
６０ 電子スロットル
７１ ディスプレイ

Claims (10)

1. 内燃機関に供給される燃料の成分比率を推定する燃料性状推定部と、
   前記燃料性状推定部によって推定された前記燃料の成分比率に基づいて、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域を定めるとともに、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域においては前記内燃機関の運転を制限する運転制限部と、
   を含むことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
2. 前記燃料は液化石油ガスであり、前記燃料の成分比率は、前記燃料に含まれる成分の蒸気圧に基づいて推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の運転制御装置。
3. 前記燃料の成分比率は、前記液化石油ガスに含まれるブタンとプロパンとの比率であ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. 前記燃料が気体燃料である場合、前記燃料の成分比率は、前記内燃機関の最大燃焼圧力に基づいて推定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の運転制御装置。
5. 前記運転制限部は、
   前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域において、前記内燃機関の運転を制限している場合には、その旨を表示手段に表示させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の運転制御装置。
6. 前記燃料の成分比率、前記燃料を蓄える燃料タンク内に残存する前記燃料の量、前記燃料を蓄える燃料タンク内に残存する前記燃料の成分比率、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域を回避できる成分比率に基づいて、
   前記内燃機関に供給する前記燃料の成分比率を、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域を回避できる成分比率とするために、前記燃料タンク内に残存する前記燃料に追加する、異常燃焼を抑制する成分の量を算出する燃料必要量算出部を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の運転制御装置。
7. 気体燃料又は液体燃料の少なくとも一方により駆動される内燃機関に供給される、前記気体燃料の成分比率を推定する燃料性状推定部と、
   前記燃料性状推定部によって推定された前記気体燃料の成分比率に基づいて、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域を定めるとともに、前記内燃機関に異常燃焼が発生するおそれのある運転領域においては、前記気体燃料の代わりに前記液体燃料を前記内燃機関に供給する燃料切替部と、
   を含むことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
8. 前記気体燃料は液化石油ガスであり、前記気体燃料の成分比率は、前記気体燃料に含まれる成分の蒸気圧に基づいて推定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の運転制御装置。
9. 前記気体燃料の成分比率は、前記液化石油ガスに含まれるブタンとプロパンとの比率であることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の運転制御装置。
10. 前記気体燃料に含まれる成分の蒸気圧に基づいて前記気体燃料の成分比率を推定できない場合、前記気体燃料の成分比率は、前記内燃機関の最大燃焼圧力に基づいて推定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の運転制御装置。

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