JP2011214568A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不活性成分濃度が異なるガス燃料が補給された場合の機関性能や排気性能の低下を抑制することができるガス燃料エンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】ガス燃料により運転される内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段と、前記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されるＮＯｘ濃度に基づいてガス燃料のＣＯ_２濃度を推定するＣＯ_２濃度推定手段と、前記ＣＯ_２濃度推定手段により推定されるＣＯ_２濃度に基づいて前記内燃機関の制御量を補正する補正手段と、前記補正手段により補正された制御量に基づいて前記内燃機関を制御する制御手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

ガス燃料として圧縮天然ガス（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ、以下ＣＮＧという）を利用するエンジンが開発されている。ＣＮＧの組成は、精製される国や地域又は時期によってばらつきがある。

そのため、ガス燃料タンクに新たなＣＮＧを補給した場合、点火時期や噴射量などの制御を補正する必要がある。特許文献１には、ガス燃料タンクからレギュレータを介してガス燃料インジェクタへＣＮＧを供給するＣＮＧ供給系における高圧配管の内圧の変化を検知した場合に、ＣＮＧの補給が行われたと判断し、空燃比制御の学習値を更新する技術が記載されている。

特開２００４−０９２５２９号公報 特開２００８−０３１９６６号公報

ＣＮＧには燃焼に影響を与えるＣＯ_２が混入している場合がある。これは精製工程でＣＯ_２が除去されないことによるもので、精製のための設備が地域や時期によってばらつくことに起因する。

また、ガス燃料としてバイオガスを使用するエンジンの開発も行われているが、バイオガスにもＣＯ_２が多く含まれる。そして、バイオガスの組成も地域や時期などによってばらつきがある。

ガス燃料に混合するＣＯ_２は不活性であり、機関性能や排気性能に影響を与えるので、ガス燃料中のＣＯ_２の混合量に応じた点火時期制御や噴射量制御を行う必要がある。

上記特許文献１には、ＣＮＧの補給を検知することは記載されているものの、それによるＣＮＧのＣＯ_２濃度変動やそれに応じた機関制御の変更については記載されていない。これは、ガス燃料配管は高圧のため、燃料性状を検出するセンサを取り付けることが難しい、という事情にもよっている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、不活性成分濃度が異なるガス燃料が補給された場合の機関性能や排気性能の低下を抑制することができるガス燃料エンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための本発明は、ガス燃料により運転される内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段と、
前記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されるＮＯｘ濃度に基づいてガス燃料のＣＯ_２濃度を推定するＣＯ_２濃度推定手段と、
前記ＣＯ_２濃度推定手段により推定されるＣＯ_２濃度に基づいて前記内燃機関の制御量を補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された制御量に基づいて前記内燃機関を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

ガス燃料のＣＯ_２濃度が高くなると、燃焼温度が低下するため、ＮＯｘの排出量が減少する。このようにガス燃料のＣＯ_２濃度と排気のＮＯｘ濃度との間にある関係に基づいて、排気のＮＯｘ濃度からガス燃料のＣＯ_２濃度を推定することができる。

例えば、ＣＯ_２濃度が既知のガス燃料やＣＯ_２を含有しないガス燃料を標準ガス燃料とし、標準ガス燃料を燃焼させた場合の排気のＮＯｘ濃度を予め調べておき、ＮＯｘ濃度検出手段により検出されるＮＯｘ濃度と比較することによって、現在燃焼に供されているガス燃料のＣＯ_２濃度を推定することができる。

そして、こうして推定したＣＯ_２濃度に基づいて、例えば標準ガス燃料を前提として定められた内燃機関の制御量に対して補正を行うことにより、現在燃焼に供されているガス燃料において機関性能や排気性能を最適化することが可能な制御量を得ることができる。

これにより、燃焼に供されるガス燃料の不活性成分（ＣＯ_２）濃度によらず、機関性能や排気性能の低下を抑制することが可能になる。

本発明において、前記内燃機関の制御量は、ガス燃料の噴射量であり、
前記補正手段は、前記ＣＯ_２濃度推定手段により推定されるＣＯ_２濃度が高いほど噴射量を増量する補正を行うようにしても良い。

ＣＯ_２濃度が高くなるほどガス燃料中の不活性成分濃度が高くなり燃焼不良が起こりやすくなるが、噴射量を増量することによって燃焼を安定させることが可能になり、機関性能や排気性能の低下を抑制できる。

本発明において、前記内燃機関は気筒内のガス燃料を含む混合気に点火手段により点火して燃焼させる火花点火式の内燃機関であり、
前記内燃機関の制御量は、前記点火手段による点火時期であり、
前記補正手段は、前記ＣＯ_２濃度推定手段により推定されるＣＯ_２濃度が高いほど点火時期を進角させる補正を行うようにしても良い。

ＣＯ_２濃度が高くなるほどガス燃料中の不活性成分濃度が高くなり燃焼不良が起こりやすくなるが、点火時期を進角させることで燃焼を安定させることが可能になり、機関性能や排気性能の低下を抑制できる。

本発明において、前記内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備え、
前記内燃機関の制御量は、前記ＥＧＲ装置によって前記吸気系に還流するＥＧＲガス量であり、
前記補正手段は、前記ＣＯ_２濃度推定手段により推定されるＣＯ_２濃度が高いほどＥＧＲガス量を減量する補正を行うようにしても良い。

ＥＧＲガスは多くの不活性成分を含むので、ガス燃料のＣＯ_２濃度に応じてＥＧＲガス量を調節することにより、燃焼に供される混合気の不活性成分濃度を好適に目標値に維持することができ、機関性能や排気性能の低下を抑制できる。

本発明において、前記ＣＯ_２濃度推定手段は、前記内燃機関が定常運転状態であるときに前記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されるＮＯｘ濃度に基づいてガス燃料のＣＯ_２濃度を推定するようにしても良い。

これにより、安定した燃焼状態における排気のＮＯｘ濃度を検出することができるので、より精度良くガス燃料のＣＯ_２濃度を推定できる。

本発明において、前記ＣＯ_２濃度推定手段は、前記内燃機関の暖機が完了した状態であるときに前記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されるＮＯｘ濃度に基づいてガス燃料のＣＯ_２濃度を推定するようにしても良い。

これにより、安定した燃焼状態における排気のＮＯｘ濃度を検出することができるので、より精度良くガス燃料のＣＯ_２濃度を推定できる。

本発明において、前記内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備え、
前記ＣＯ_２濃度推定手段は、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの還流を停止させ、ＥＧＲガスの還流が行われていない状態において前記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されるＮＯｘ濃度に基づいてガス燃料のＣＯ_２濃度を推定するようにしても良い。

ＥＧＲガスの還流を停止させることにより、燃焼に供される混合ガス中の主な不活性成分はガス燃料由来のものになるので、排気のＮＯｘ濃度に基づくガス燃料のＣＯ_２濃度推定の精度を高めることができる。

本発明において、前記内燃機関の排気通路に設けられ排気中の有害物質を浄化する排気浄化装置を備え、
前記ＮＯｘ濃度検出手段は、前記排気浄化装置より上流側の排気のＮＯｘ濃度を検出するようにしても良い。

これにより、ガス燃料の性状がより直接的に反映したＮＯｘ濃度を検出することができるので、排気のＮＯｘ濃度に基づくガス燃料のＣＯ_２濃度推定の精度を高めることができる。

本発明において、ガス燃料を貯蔵する貯蔵手段にガス燃料が補給されたことを検出する補給検出手段を備え、
前記補正手段は、前記補給検出手段によって前記ガス燃料の補給が検出された場合に、前記内燃機関の制御量の補正を行うようにしても良い。

この構成によれば、不活性成分（ＣＯ_２）濃度が異なるガス燃料が補給された場合であっても、該ガス燃料が燃焼することによって排出される排気のＮＯｘ濃度に基づいて該補給されたガス燃料のＣＯ_２濃度を推定し、該推定したＣＯ_２濃度に基づいて内燃機関の制御量を補正することができるので、ＣＯ_２濃度の異なるガス燃料が補給された場合の機関性能や排気性能の低下を抑制することが可能になる。

本発明において、前記貯蔵手段におけるガス燃料の圧力又は前記貯蔵手段から燃料噴射弁へガス燃料を供給するガス燃料供給経路におけるガス燃料の圧力を検出する圧力検出手段を備え、
前記補給検出手段は、前記圧力検出手段によって検出される圧力の変化に基づいてガス燃料の補給を検出するようにしても良い。

貯蔵手段におけるガス燃料の残量が低下するにつれて貯蔵手段やガス燃料供給経路におけるガス燃料の圧力が徐々に低下していく。そして、貯蔵手段にガス燃料の補給を行うと、この圧力は大きく変化してガス燃料の補給量に応じた高い圧力になる。このような圧力推移を検出した場合に、ガス燃料の補給が行われたことを検出することができる。

本発明において、前記補給検出手段によって前記ガス燃料の補給が検出された後、前記貯蔵手段から燃料噴射弁へガス燃料を供給するガス燃料供給経路内に残存する前記補給が行われる前のガス燃料が消費されたか否かを判定する判定手段を有し、
前記補正手段は、前記補給検出手段によって前記ガス燃料の補給が検出された場合、前記判定手段により前記補給前のガス燃料が消費されたと判定された後に、前記内燃機関の制御量の補正を行うようにしても良い。

貯蔵手段に新たなガス燃料の補給が行われた場合でも、貯蔵手段から燃料噴射弁へガス燃料を供給するガス燃料供給経路内には、補給が行われる前のガス燃料が残存しているため、ガス燃料の補給が行われた直後の内燃機関の運転において排出される排気は、この残存しているガス燃料が燃焼したガスである。

従って、ガス燃料の補給が行われた直後の内燃機関の運転において排出される排気のＮＯｘ濃度を検出しても、それに基づいて新たに補給されたガス燃料のＣＯ_２濃度を精度良く推定できない可能性がある。

上記構成によれば、この残存している補給前のガス燃料が消費されたと判定された後にＮＯｘ濃度検出手段により検出されるＮＯｘ濃度に基づいてガス燃料のＣＯ_２濃度を推定し、該推定したＣＯ_２濃度に基づいて内燃機関の制御量を補正するので、より確実に、補給されたガス燃料のＣＯ_２濃度に基づく制御量の補正をすることが可能になる。

従って、ＣＯ_２濃度の異なる燃料が補給された場合の機関性能や排気性能の低下をより確実に抑制することができる。

判定手段は、燃料供給経路の容積、ガス燃料の補給が行われた直後の内燃機関の運転条件の履歴などに基づいて、残存するガス燃料が消費されたか否かを判定することができる。また、ガス燃料の補給が行われた直後の内燃機関の運転開始からの経過時間に基づいて判定することもできる。

あるいは、ＮＯｘ濃度検出手段による検出値の推移をモニタし、運転条件の変化に連動したものではない不連続な検出値の変化があった場合に、補給前のガス燃料から、補給されたガス燃料へ変化したと判断しても良い。

本発明によれば、不活性成分濃度が異なるガス燃料が補給された場合の機関性能や排気性能の低下を抑制することができるガス燃料エンジンの制御装置を提供することが可能になる。

実施例に係るガス燃料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。 実施例においてＣＮＧ補給時に補給されたＣＮＧのＣＯ_２濃度に応じて燃焼制御を補正する処理を表すフローチャートである。 実施例のＣＮＧのＣＯ_２濃度に応じた燃焼制御の補正処理におけるＣＮＧのＣＯ_２濃度と燃料噴射量との関係を示す図である。 実施例のＣＮＧのＣＯ_２濃度に応じた燃焼制御の補正処理におけるＣＮＧのＣＯ_２濃度と点火時期進角量との関係を示す図である。 実施例のＣＮＧのＣＯ_２濃度に応じた燃焼制御の補正処理におけるＣＮＧのＣＯ_２濃度とＥＧＲガス量との関係を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。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。

本実施例は、ガス燃料として圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用いるガス燃料エンジンに本発明を適用した例である。なお、本発明は液化石油ガス（ＬＰＧ）などのように一次燃料である天然ガスおよび石油ガスや二次燃料である石炭転換ガスおよび石油転換ガスを用いる内燃機関に本発明を適用することもできる。

図１は、本実施例に係るガス燃料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、ガソリン及びＣＮＧを燃料として使用する車両駆動用のエンジンである。内燃機関１は４つの気筒２を有している。各気筒２には点火プラグ３（点火手段）が設けられている。

内燃機関１には、インテークマニホールド４およびエキゾーストマニホールド５が接続されている。インテークマニホールド４には吸気通路６が接続されている。エキゾーストマニホールド５には排気通路７が接続されている。インテークマニホールド４の４つ枝管は各気筒２にそれぞれ接続されている。各枝管には、ガソリンを噴射するガソリンインジェクタ８及びＣＮＧを噴射するＣＮＧインジェクタ９が設けられている。

各ガソリンインジェクタ８はガソリン用デリバリーパイプ１０に接続されている。ガソリン用デリバリーパイプ１０にはガソリン供給通路１２の一端が接続されており、該ガソリン供給通路１２の他端はガソリンタンク１３に接続されている。

ガソリン供給通路１２にはフィードポンプ１４が設置されている。ガソリンタンク１３からガソリン供給通路１２を介してガソリン用デリバリーパイプ１０にガソリンが供給され、さらにガソリン用デリバリーパイプ１０から各ガソリンインジェクタ８にガソリンが供給される。

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おり、ＣＮＧ供給通路１５の他端はＣＮＧタンク１６（貯蔵手段）に接続されている。ＣＮＧ供給通路１５にはレギュレータ１７が設置されている。

ＣＮＧタンク１６からＣＮＧ供給通路１５を介してＣＮＧ用デリバリーパイプ１１にＣＮＧが供給され、さらに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及びＣＮＧ用デリバリーパイプ１１が本発明における「ガス燃料供給経路」として機能する。

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の圧力を検出する圧力センサ２３及び該ＣＮＧの温度を検出する温度センサ２４が設けられている。また、ＣＮＧ供給通路１５におけるレギュレータ１７より上流側にも、該ＣＮＧ供給通路１５内のＣＮＧの圧力を検出する圧力センサ２５及び該ＣＮＧの温度を検出する温度センサ２６が設けられている。圧力センサ２３又は圧力センサ２５が本発明における「
圧力検出手段」として機能する。

吸気通路６には、エアクリーナ１８、エアフローメータ２２及びスロットルバルブ１９がこの順番で設置されている。排気通路７には、排気の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ２７、排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ３１（ＮＯｘ濃度検出手段）及び三元触媒等によって構成される排気浄化触媒２１（排気浄化装置）が設置されている。

エキゾーストマニホールド５とスロットルバルブ１９より下流側の吸気通路６とはＥＧＲ通路３０により接続されている。ＥＧＲ通路３０を通って排気の一部がＥＧＲガスとして吸気通路６に流入する。

ＥＧＲ通路３０にはＥＧＲ通路３０の流路面積を調節するＥＧＲ弁２９が設けられる。ＥＧＲ弁２９の開度を調節することにより吸気通路６に還流するＥＧＲガス量を調節することができる。 ＥＧＲ通路３０及びＥＧＲ弁２９が本発明における「ＥＧＲ装置」とし
て機能する。

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。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ２２、圧力センサ２３、２５、温度センサ２４、２６、Ａ／Ｆセンサ２７及びＮＯｘセンサ３１が電気的に接続されている。

さらに、ＥＣＵ２０には、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ２８も電気的に接続されている。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の機関回転速度を導出する。

また、ＥＣＵ２０には、点火プラグ３、各ガソリンインジェクタ８、各ＣＮＧインジェクタ９、フィードポンプ１４、レギュレータ１７、スロットルバルブ１９及びＥＧＲ弁２９が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。

ＣＮＧの組成は、精製される国や地域又は時期などによってばらつきがある。また、ＣＮＧには燃焼に影響を与えるＣＯ_２が混入している場合がある。このようなＣＮＧの燃料性状のばらつきはＣＮＧの精製工程に起因するもので、精製設備が国や地域又は時期によってばらついていることによる。

このようなＣＮＧの燃料性状のばらつきのため、ＣＮＧタンク１６の残量が少なくなった場合などにＣＮＧタンク１６にＣＮＧを補給した場合、それまでとは異なる性状（組成）のＣＮＧが内燃機関１に供給される場合がある。

ＣＮＧの組成のうち、特にＣＯ_２は、不活性であり、燃焼に大きく影響し、機関性能や排気性能に影響を与える。従って、特にＣＮＧタンク１６にＣＮＧを補給した後は、ＣＮＧのＣＯ_２濃度に応じて、所定の機関性能や排気性能を達成できるように、燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲガス量などの燃焼に関係する機関制御について補正を行う必要がある。

しかしながら、ＣＮＧタンク１６、ＣＮＧ供給通路１５、ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１などのＣＮＧは高圧であり、このような高圧環境下でＣＮＧの成分組成を検出できるセンサを取り付けてＣＮＧのＣＯ_２濃度を検出することは困難である。

そこで、本実施例のシステムでは、内燃機関１から排出される排気のＮＯｘ濃度が、燃焼に供されるＣＮＧのＣＯ_２濃度に関係している（ＣＮＧのＣＯ_２濃度が高くなるほど、排気のＮＯｘ濃度が低下する）点に着目し、排気のＮＯｘ濃度からＣＮＧのＣＯ_２濃度を
推定することにより、現在燃焼に供されているＣＮＧのＣＯ_２濃度を取得するようにした。

そして、こうして取得したＣＮＧのＣＯ_２濃度に応じて燃焼制御について補正を行うことにより、ＣＮＧタンク１６にＣＮＧを補給した場合に機関性能や排気性能が低下することを抑制することを図った。

図２は、本実施例に係るＣＮＧのＣＯ_２濃度に応じて燃焼制御を補正する処理を表すフローチャートである。図２のフローチャートで表される処理は、イグニッションがオンになった時にＥＣＵ２０によって実行される。

ステップＳ１０１でイグニッションがオンになると、ステップＳ１０２において、前回の内燃機関１の燃焼制御で使用したＣＮＧの燃料性状データ（ＣＯ_２濃度）に基づく始動制御及び燃焼制御を行う。すなわち、ここでは、前回の内燃機関１の運転が停止してから今回のイグニッションがオンにされるまでの間にＣＮＧタンク１６に補給が行われていないと仮定して始動制御及び燃焼制御を開始する。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は、ＣＮＧタンク１６にＣＮＧが補給されたか否かを判定する。ここでは、圧力センサ２５による検出値を取得し、前回の内燃機関１の運転が停止する直前における圧力センサ２５の検出値と比較し、所定値以上の差で今回圧力センサ２５により検出した圧力が高い場合に、ＣＮＧタンク１６にＣＮＧが補給されたと判定する。

この場合、圧力センサ２５が本発明の「圧力検出手段」として機能しており、圧力センサ２５による検出値に基づいて上記の判定処理を実行するＥＣＵ２０が本発明の「補給検出手段」として機能している。ステップＳ１０３においてＣＮＧタンク１６にＣＮＧが補給されたと判定した場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０４に進む。

一方、ＣＮＧタンク１６にＣＮＧが補給されていないと判定した場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１１１に進み、前回の内燃機関１の運転において使用した燃料噴射量、点火時期、ＥＧＲガス量に基づいて燃料噴射制御、点火制御及びＥＧＲ制御を実行する。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は、デッドボリューム分の燃料が消費されたか否かを判定する。ここで、デッドボリュームとは、ＣＮＧ供給通路１５及びＣＮＧ用デリバリーパイプ１１の容積である。

内燃機関１の始動時には、まず、前回の内燃機関１の運転停止時にＣＮＧ供給通路１５及びＣＮＧ用デリバリーパイプ１１に残留しているＣＮＧがＣＮＧインジェクタ９により噴射される。ＣＮＧタンク１６に別の燃料性状のＣＮＧが補給された場合でも、実際の燃焼に供されるＣＮＧがこの新たなＣＮＧに変わるのは、デッドボリューム内の残留ＣＮＧが全て噴射され終わった後である。

上述のように、本実施例のシステムでは排気のＮＯｘ濃度に基づいてＣＮＧのＣＯ_２濃度を推定するので、新たにＣＮＧタンク１６に補給されたＣＮＧのＣＯ_２濃度を精度良く推定するには、デッドボリューム内に残留している前回まで使用していたＣＮＧが消費された後の燃焼の排気のＮＯｘ濃度に基づくことが望ましい。

そこで、この制御では、デッドボリューム分の燃料が消費されるまでは、以降のＮＯｘ濃度検出及びＮＯｘ濃度に基づくＣＮＧのＣＯ_２濃度推定の処理には進まないようにしている。デッドボリューム分の燃料が消費されたか否かの判定は、デッドボリュームの容積
、始動後の燃料噴射量の積算値、始動後の経過時間などに基づいて判定できる。

ステップＳ１０４においてデッドボリューム分の燃料が消費されたと判定した場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０４の処理を実行するＥＣＵ２０が本発明の「判定手段」として機能する。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２０は、内燃機関１が定常運転状態か否か判定する。より安定した燃焼状態における排気のＮＯｘ濃度に基づいてＣＮＧのＣＯ_２濃度推定を行うために、この制御では、内燃機関１が定常運転状態になるまでは、以降のＮＯｘ濃度検出及びＮＯｘ濃度に基づくＣＮＧのＣＯ_２濃度推定の処理には進まないようにしている。

ステップＳ１０５において内燃機関１が定常運転状態になったと判定した場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲガスの還流を停止する。すなわち、ＥＧＲ弁２９を閉弁する。これにより、燃焼に供される混合ガスに含まれる主な不活性成分は、ＣＮＧ由来のものとなり、ＥＧＲガス由来の不活性成分が含まれなくなるので、ＣＮＧのＣＯ_２濃度推定をより精度良く行うことが可能になる。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２０は、排気のＮＯｘ濃度、空気量及び回転数を検出する。排気のＮＯｘ濃度はＮＯｘセンサ３１による検出値に基づいて取得する。空気量はエアフローメータ２２による検出値に基づいて取得する。回転数はクランク角センサ２８による検出値に基づいて取得する。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ２０は、現在の内燃機関１の運転条件と同一の運転条件で、標準燃料を使用した場合の排気のＮＯｘ濃度を取得する。現在の内燃機関１の運転条件と同一の運転条件とは、ステップＳ１０７で検出した空気量及び回転数で特定される運転条件である。

「標準燃料を使用した場合」とは、ガス燃料としてＣＯ_２を含有しないＣＮＧを使用した場合である。種々の運転条件（空気量及び回転数）について、標準燃料を使用した場合の排気ＮＯｘ濃度を予め実験により測定して求めておき、空気量及び回転数の２次元マップとしてＥＣＵ２０に記憶させておく。

そして、ステップＳ１０７で取得した空気量及び回転数に基づいてこの２次元マップを検索し、必要に応じて補間処理をして、現在と同一運転条件で標準燃料を使用した場合の排気ＮＯｘ濃度を算出する。

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０７で検出した排気のＮＯｘ濃度に基づいて、現在使用しているＣＮＧのＣＯ_２濃度を推定する。ここでは、空気量及び回転数の２次元マップの格子点毎に、標準燃料を使用した場合と比較した排気ＮＯｘ濃度の差と、ＣＮＧのＣＯ_２濃度と、の関係を求め、１次元マップとしてＥＣＵ２０に記憶させておく。

そして、ステップＳ１０７で取得した排気のＮＯｘ濃度と、ステップＳ１０８で取得した同一運転条件下で標準燃料を使用した場合の排気のＮＯｘ濃度と、の差を求め、この排気ＮＯｘ濃度の差と、ステップＳ１０７で検出した空気量及び回転数と、に基づいて、上記２次元マップ及び１次元マップを検索し、必要に応じて補間処理をして、現在使用しているＣＮＧのＣＯ_２濃度を算出する。ステップＳ１０９の処理を実行するＥＣＵ２０が本
発明の「ＣＯ_２濃度推定手段」として機能する。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０９で推定したＣＮＧのＣＯ_２濃度に基づいて、内燃機関１の燃焼制御の制御量を補正する。ここでは、燃料噴射量、点火時期及びＥＧＲガス量をＣＮＧのＣＯ_２濃度に基づいて補正する。

補正の例を図３から図５に示す。図３は、ＣＮＧのＣＯ_２濃度と燃料噴射量との関係を示す図である。図３に示すように、ＣＮＧのＣＯ_２濃度が高いほど、燃料噴射量を増量させる補正を行う。これにより、ＣＮＧのＣＯ_２濃度が高くなった場合でも、燃料噴射量が増量されるため、燃焼が不安定になることを抑制できる。

図４は、ＣＮＧのＣＯ_２濃度と点火時期進角量との関係を示す図である。図４に示すように、ＣＮＧのＣＯ_２濃度が高いほど、点火時期を進角させる補正を行う。これにより、ＣＮＧのＣＯ_２濃度が高くなった場合でも、点火時期が進角されるため、燃焼が不安定になることを抑制できる。

図５は、ＣＮＧのＣＯ_２濃度とＥＧＲガス量との関係を示す図である。図５に示すように、ＣＮＧのＣＯ_２濃度が高いほど、ＥＧＲガス量を減少させる補正を行う。ＥＧＲガスは多くの不活性成分を含むので、ＣＮＧのＣＯ_２濃度が高くなるほどＥＧＲガス量を減少させることにより、燃焼に供される混合気の不活性成分濃度を目標値に維持することができる。

ステップＳ１１０の処理を実行するＥＣＵ２０が本発明の「補正手段」として機能する。

ステップＳ１１１において、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１１０で補正した制御量に基づいて機関制御を実行する。すなわち、ステップＳ１１０で補正した燃料噴射量に基づいてＣＮＧインジェクタ９の燃料噴射制御を実行し、ステップＳ１１０で補正した点火時期に基づいて点火プラグ３の点火制御を実行し、ステップＳ１１０で補正したＥＧＲガス量に基づいてＥＧＲ弁２９の開度制御を実行する。ステップＳ１１１の処理を実行するＥＣＵ２０が本発明の「制御手段」として機能する。

以上説明した処理を実行することにより、ＣＯ_２濃度の異なるＣＮＧがＣＮＧタンク１６に補給された場合でも、補給されたＣＮＧのＣＯ_２濃度に応じた燃焼制御を実行することができるので、機関性能や排気性能の低下を抑制可能になる。

上記実施例では、標準燃料としてＣＯ_２を含有しないＣＮＧを使用した場合の排気ＮＯｘ濃度のマップを持ち、これに基づいて標準燃料を使用した場合と比較した排気ＮＯｘ濃度の差を算出する例を説明したが、標準燃料はＣＯ_２を含有するＣＯ_２濃度既知のＣＮＧでも良い。

その場合、当該ＣＯ_２濃度既知のＣＮＧを使用した場合の排気のＮＯｘ濃度を運転条件毎に求めておくとともに、当該ＣＮＧを使用した場合と着目するＣＮＧを使用した場合との排気ＮＯｘ濃度の差と、着目するＣＮＧのＣＯ_２濃度との関係を求めておけば良い。

また、上記の実施例では、現在のＣＮＧを使用した場合の排気ＮＯｘ濃度をより精度良く検出できるように、内燃機関１が定常運転状態且つＥＧＲガスの還流を停止した状態であることを条件に排気のＮＯｘ濃度の検出を行う例を説明したが、更に内燃機関１が暖機完了していることを条件に加えても良い。

これによりさらに精度良く安定した検出が行える。なお、ＥＧＲ装置については本発明の実施形態として必須の構成要素ではない。ＥＧＲ装置を備えないシステムに本発明を適用する場合は、ステップＳ１０６の処理は必要ない。

上記実施例は、ＣＮＧ及びガソリンの両方を使用して運転可能なバイフューエルエンジンに本発明を適用した例だが、ディーゼルエンジンをベースとしたバイフューエルエンジンにも本発明を適用できる。

また、本発明はＣＮＧのみを使用するガス燃料エンジンにも適用できる。その場合、ＣＮＧは本実施例のようにポート噴射式でも良いし、筒内直噴式でも良い。ガス燃料はＣＮＧに限らず、バイオガスを用いるエンジンにも適用できる。

また、上記実施例ではＣＮＧタンク１６にＣＮＧの補給が行われたことを検出した場合にのみＣＮＧのＣＯ_２濃度の推定及びそれに基づく燃焼制御の補正を行う例を説明したが、ＣＮＧの補給が行われたか否かにかかわらずイグニッションオン時や定期的にＣＮＧのＣＯ_２濃度の推定及びそれに基づく燃焼制御の補正を行っても良い。こうすることでＣＮＧの補給以外の何らかの原因でＣＮＧのＣＯ_２濃度が変動した場合にも、燃焼悪化を抑制することができる。

１・・・エンジン
２・・・気筒
３・・・点火プラグ
４・・・インテークマニホールド
５・・・エキゾーストマニホールド
６・・・吸気通路
７・・・排気通路
８・・・ガソリンインジェクタ
９・・・ＣＮＧインジェクタ
１０・・ガソリン用デリバリーパイプ
１１・・ＣＮＧ用デリバリーパイプ
１２・・ガソリン供給通路
１３・・ガソリンタンク
１４・・フィードポンプ
１５・・ＣＮＧ供給通路
１６・・ＣＮＧタンク
１７・・レギュレータ
１８・・エアクリーナ
１９・・スロットルバルブ
２０・・ＥＣＵ
２１・・排気浄化触媒
２２・・エアフローメータ
２３・・圧力センサ
２４・・温度センサ
２５・・圧力センサ
２６・・温度センサ
２７・・Ａ／Ｆセンサ
２８・・クランク角センサ
２９・・ＥＧＲ弁
３０・・ＥＧＲ通路
３１・・ＮＯｘセンサ

Claims (11)

1. ガス燃料により運転される内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段と、
   前記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されるＮＯｘ濃度に基づいてガス燃料のＣＯ_２濃度を推定するＣＯ_２濃度推定手段と、
   前記ＣＯ_２濃度推定手段により推定されるＣＯ_２濃度に基づいて前記内燃機関の制御量を補正する補正手段と、
   前記補正手段により補正された制御量に基づいて前記内燃機関を制御する制御手段と、を備える内燃機関の制御装置。
2. 請求項１において、
   前記内燃機関の制御量は、ガス燃料の噴射量であり、
   前記補正手段は、前記ＣＯ_２濃度推定手段により推定されるＣＯ_２濃度が高いほど噴射量を増量する補正を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１において、
   前記内燃機関は気筒内のガス燃料を含む混合気に点火手段により点火して燃焼させる火花点火式の内燃機関であり、
   前記内燃機関の制御量は、前記点火手段による点火時期であり、
   前記補正手段は、前記ＣＯ_２濃度推定手段により推定されるＣＯ_２濃度が高いほど点火時期を進角させる補正を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１において、
   前記内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備え、
   前記内燃機関の制御量は、前記ＥＧＲ装置によって前記吸気系に還流するＥＧＲガス量であり、
   前記補正手段は、前記ＣＯ_２濃度推定手段により推定されるＣＯ_２濃度が高いほどＥＧＲガス量を減量する補正を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項において、
   前記ＣＯ_２濃度推定手段は、前記内燃機関が定常運転状態であるときに前記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されるＮＯｘ濃度に基づいてガス燃料のＣＯ_２濃度を推定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項において、
   前記ＣＯ_２濃度推定手段は、前記内燃機関の暖機が完了した状態であるときに前記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されるＮＯｘ濃度に基づいてガス燃料のＣＯ_２濃度を推定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項において、
   前記内燃機関の排気の一部をＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気系に還流させるＥＧＲ装置を備え、
   前記ＣＯ_２濃度推定手段は、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの還流を停止させ、ＥＧＲガスの還流が行われていない状態において前記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されるＮＯｘ濃度に基づいてガス燃料のＣＯ_２濃度を推定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項において、
   前記内燃機関の排気通路に設けられ排気中の有害物質を浄化する排気浄化装置を備え、
   前記ＮＯｘ濃度検出手段は、前記排気浄化装置より上流側の排気のＮＯｘ濃度を検出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
9. 請求項１から８のいずれか１項において、
   ガス燃料を貯蔵する貯蔵手段にガス燃料が補給されたことを検出する補給検出手段を備え、
   前記補正手段は、前記補給検出手段によって前記ガス燃料の補給が検出された場合に、前記内燃機関の制御量の補正を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
10. 請求項９において、
    前記貯蔵手段におけるガス燃料の圧力又は前記貯蔵手段から燃料噴射弁へガス燃料を供給するガス燃料供給経路におけるガス燃料の圧力を検出する圧力検出手段を備え、
    前記補給検出手段は、前記圧力検出手段によって検出される圧力の変化に基づいてガス燃料の補給を検出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
11. 請求項９又は１０において、
    前記補給検出手段によって前記ガス燃料の補給が検出された後、前記貯蔵手段から燃料噴射弁へガス燃料を供給するガス燃料供給経路内に残存する前記補給が行われる前のガス燃料が消費されたか否かを判定する判定手段を有し、
    前記補正手段は、前記補給検出手段によって前記ガス燃料の補給が検出された場合、前記判定手段により前記補給前のガス燃料が消費されたと判定された後に、前記内燃機関の制御量の補正を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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