JP2015129492A - 内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料組成の異なる気体燃料が充填された場合に、その燃料組成の違いによる内燃機関の燃焼への影響を小さくする。【解決手段】燃料供給システムは、気体燃料供給部４０と液体燃料供給部７０とを備える。制御部８０は、気体燃料を用いてのエンジン１０の運転要求に伴いエンジン運転を行う場合に、燃料タンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成を学習する組成学習手段を有する。また、気体燃料を用いたエンジン運転要求に伴いエンジンの運転を行う場合であって、かつ燃料タンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる場合に、上記組成学習手段による燃料組成の学習が完了する前の所定期間において、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射と第２噴射弁２２による液体燃料の噴射とによりエンジン１０の燃焼を行う気液噴射制御を実施する噴射制御手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給制御装置に関し、詳しくは内燃機関の燃焼用の燃料として気体燃料と液体燃料とを使用可能な内燃機関の燃料供給システムに適用される制御装置に関する。

従来、例えば圧縮天然ガス（ＣＮＧ）等の気体燃料を燃焼させて駆動する内燃機関を搭載した車両が実用化されている。こうした内燃機関において、気体燃料を燃料噴射弁に供給する燃料供給系の構成としては、気体燃料を高圧状態で貯蔵するガスタンクと、ガスタンクと燃料噴射弁とを繋ぐ燃料配管の途中に設けられた圧力調整機構としてのレギュレータとを備え、ガスタンクから供給される高圧の気体燃料をレギュレータで減圧調整し、減圧調整後の気体燃料を燃料噴射弁から噴射させる構成が知られている。

ＣＮＧなどの気体燃料では、産地や生産工程によって燃料組成が異なる。また、こうした燃料組成のばらつきによって理論空燃比が異なり、エンジンの燃料不良によるノッキングや失火が発生することが考えられる。そこで、気体燃料を燃焼用の燃料として使用する内燃機関において、燃料組成が変化したことを検出し、燃料組成のばらつきに起因する燃焼不良を改善するための技術が種々提案されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１には、気体燃料の燃料組成が変化したか否かを、エンジン始動時にエンジン回転速度が所定値以下である状態が所定値以下である状態が所定期間継続したか否か、あるいはエンジン始動時にスロットルバルブ開度が所定値以上である状態が所定期間継続したか否かに基づいて判定し、気体燃料の燃料組成が変化したと判定された場合には、それまでに使用していた空燃比フィードバック制御の学習値を消去して再度学習することが開示されている。

特開２０００−１７０５８１号公報

異なる組成の気体燃料がタンク内に補充されたとしても、エンジン始動時において燃料組成の学習を直ちに開始することができない場合がある。また、燃料組成の学習を開始してから学習が完了するまでにはある程度の時間を要する。そのため、前回のエンジン運転停止から次回の始動までの期間に、前回運転時と燃料組成が大きく異なる気体燃料が燃料タンク内に補充されると、エンジン始動後暫くの期間では学習が追いつかず、空燃比が過度にリッチ又はリーンとなることが考えられる。かかる場合、ドライバビリティやエミッションに影響を与える可能性がある。また、空燃比フィードバック制御の開始直後では燃料組成の違いによる空燃比ずれの影響が大きく、こうした空燃比ずれの大きい状態で燃料組成の学習を実施すると学習精度が低下することが懸念される。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、燃料組成の異なる気体燃料が充填された場合に、その燃料組成の違いによる内燃機関の燃焼への影響を小さくすることができる内燃機関の燃料供給制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、気体燃料を高圧状態で蓄える燃料タンク（４２）と、前記燃料タンクから燃料通路（４１）を通じて供給される気体燃料を噴射する第１噴射手段（２１）と、液体燃料を噴射する第２噴射手段（２２）とを備える内燃機関の燃料供給システム（４０，７０）に適用される燃料供給制御装置に関する。請求項１に記載の発明は、気体燃料を用いての前記内燃機関の運転要求に伴い前記内燃機関の運転を行う場合に、前記燃料タンク内に充填されている気体燃料の燃料組成を学習する組成学習手段と、前記運転要求に伴い前記内燃機関の運転を行う場合であって、かつ前記燃料タンク内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる場合に、前記組成学習手段による燃料組成の学習が完了する前の所定期間において、前記第１噴射手段による気体燃料の噴射と前記第２噴射手段による液体燃料の噴射とにより前記内燃機関の燃焼を行う気液噴射制御を実施する噴射制御手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成では、気体燃料を用いての内燃機関の運転要求に伴い内燃機関の運転を行う場合であって、かつ燃料タンク内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる場合に、気体燃料の燃料組成の学習が完了する前の期間の少なくとも一部において、気体燃料噴射と液体燃料噴射とにより内燃機関の燃焼を行う。つまり、異なる組成の燃料が燃料タンク内に充填された場合には、燃料組成の学習が完了する前の期間で気体燃料噴射を制限し、不足分は液体燃料噴射で補う。こうした構成とすることにより、燃料組成の違いによる空燃比ずれを小さくすることができ、ドライバビリティやエミッションの悪化を抑制することができる。また、燃料組成の違いに起因する空燃比ずれが小さい運転状態で燃料組成を学習することができ、学習精度の低下を抑制することができる。

エンジンの燃料供給制御システムの全体概略構成図。 第１実施形態の気液噴射制御の処理手順を示すフローチャート。 空燃比補正量の変化量と気体燃料の使用比率との関係を示す図。 第１実施形態の気液噴射制御の具体的態様を示すタイムチャート。 第２実施形態の気液噴射制御の具体的態様を示すタイムチャート。 第２実施形態の気液噴射制御の処理手順を示すフローチャート。 他の実施形態の気液噴射制御の具体的態様を示すタイムチャート。 他の実施形態の気液噴射制御の具体的態様を示すタイムチャート。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、気体燃料である圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と液体燃料であるガソリンとを燃焼用の燃料として使用する、いわゆるバイフューエルタイプの車載エンジン（内燃機関）に適用される燃料供給システムとして具体化している。本システムの全体概略図を図１に示す。

図１に示すエンジン１０は、多気筒（例えば直列３気筒）の火花点火式エンジンである。エンジン１０の吸気ポートには吸気マニホールド１２を介して吸気管１１が接続されており、排気ポートには排気マニホールド１３を介して排気管１４が接続されている。吸気管１１には、空気量調整手段としてのスロットル弁１５が設けられている。スロットル弁１５は、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５ａにより開度調節される電子制御式のスロットル弁として構成されている。スロットル弁１５の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５ａに内蔵されたスロットル開度センサ１５ｂにより検出される。

排気管１４には、排気の成分を検出する排気センサと、排気を浄化する触媒１９とが設けられている。排気センサとしては、排気中の酸素濃度に応じた検出信号を出力する酸素センサ１８ａ，１８ｂが、触媒１９の上流側及び下流側にそれぞれ設けられている。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、気筒内に導入される空気量を調整する機関バルブとしての吸気バルブ２５及び排気バルブ２６がそれぞれ設けられている。吸気バルブ２５の開動作により空気と燃料との混合気が気筒内に導入され、排気バルブ２６の開動作により燃焼後の排気が排気通路に排出される。

エンジン１０の各気筒には点火プラグ２０が設けられている。点火プラグ２０には、点火コイル等よりなる点火装置２０ａを通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２０の対向電極間に火花放電が発生し、気筒内に導入した燃料が着火され燃焼に供される。

本システムには、エンジン１０の各気筒に対して燃料を噴射供給する燃料噴射手段として、気体燃料を噴射する第１噴射手段としての第１噴射弁２１と、液体燃料を噴射する第２噴射手段としての第２噴射弁２２とが設けられている。これら各噴射弁２１，２２は吸気マニホールド１２にそれぞれ燃料を噴射する。

各噴射弁２１，２２は、電磁駆動部が電気的に駆動されることで弁体が閉位置から開位置にリフトされる開閉タイプの制御弁であり、制御部８０から入力されるオン／オフ式の開弁駆動信号によりそれぞれ開弁駆動される。これら各噴射弁２１，２２は、通電により開弁し、通電遮断により閉弁することにより、通電時間に応じた量の燃料を噴射する。なお、本実施形態では、第１噴射弁２１の先端部に噴射管２３が接続されており、第１噴射弁２１から噴出された気体燃料は噴射管２３を介して吸気マニホールド１２に噴射されるようになっている。第２噴射弁２２について本実施形態ではポート噴射式としたが、エンジン１０の気筒内に直接燃料を噴射する直噴式としてもよい。

次に、第１噴射弁２１に対して気体燃料を供給する気体燃料供給部４０と、第２噴射弁２２に対して液体燃料を供給する液体燃料供給部７０とについて説明する。

気体燃料供給部４０には、気体燃料を高圧状態で貯留するガスタンク４２と、ガスタンク４２と第１噴射弁２１とを接続するガス配管４１と、が設けられている。ガス配管４１の途中には、第１噴射弁２１に供給される気体燃料の圧力を減圧調整する機能を有する圧力調整手段としてのレギュレータ４３が設けられている。レギュレータ４３は、ガスタンク４２内に貯蔵された高圧状態（例えば最大２０ＭＰａ）の気体燃料を所定の設定圧（例えば０．２〜１．０ＭＰａの範囲内の一定圧）になるように減圧調整するものである。減圧調整後の気体燃料は、ガス配管４１を通って第１噴射弁２１に供給される。減圧調整後の気体燃料は、ガス配管４１を通って第１噴射弁２１に供給される。なお、レギュレータ４３によって減圧調整された燃料圧力が第１噴射弁２１の噴射圧に相当する。レギュレータ４３は、第１噴射弁２１に供給する燃料の圧力を可変調整可能な可変燃圧式であってもよい。

ガス配管４１には更に、ガスタンク４２の燃料出口の付近に配置されたタンク主止弁４４と、タンク主止弁４４よりも下流側であってレギュレータ４３の燃料入口の付近に配置された遮断弁４５とが設けられている。これら各弁４４，４５によって、ガス配管４１における気体燃料の流通が許容及び遮断される。タンク主止弁４４及び遮断弁４５はいずれも電磁式の開閉弁であり、非通電時において気体燃料の流通が遮断され、通電時において気体燃料の流通が許容される常閉式である。また、ガス配管４１において、レギュレータ４３の上流側及び下流側には、燃料圧力を検出する圧力センサ４６，４７が設けられており、レギュレータ４３の下流側には、燃料温度を検出する温度センサ４８が設けられている。

液体燃料供給部７０には、液体燃料を貯留する燃料タンク７２が設けられており、燃料タンク７２が第２噴射弁２２に燃料配管７１を介して接続されている。燃料配管７１には、燃料タンク７２内の液体燃料を第２噴射弁２２に給送する燃料ポンプ７３が設けられている。燃料ポンプ７３により汲み上げられた液体燃料は、燃料配管７１を通って第２噴射弁２２に供給される。

制御部８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えており、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。具体的には、制御部８０は、上述した各種センサや、本システムに設けられたその他のセンサ類（クランク角センサ８１、吸気管圧力センサ８２、冷却水温センサ８３、車速センサ等）と電気的に接続されており、これらのセンサからの出力（検出信号）が入力される。また、制御部８０は、点火装置２０ａ、各噴射弁２１，２２、エンジン始動装置としてのスタータ（図示略）等の駆動部と電気的に接続されており、駆動信号を各駆動部に向けて出力することにより各駆動部の駆動を制御する。

制御部８０は、エンジン運転状態やタンク内の燃料残量、図示しない燃料選択スイッチからの入力信号等に応じて、エンジン１０の運転に使用する燃料を選択的に切り替えている。具体的には、燃料選択スイッチにより気体燃料の使用が選択されている場合又はタンク７２内の液体燃料の残存量が所定値を下回った場合には、エンジン１０の燃料モードとして、気体燃料供給部４０により気体燃料をエンジン１０に供給する気体燃料モードを選択する。一方、燃料選択スイッチにより液体燃料の使用が選択されている場合又はガスタンク４２内の気体燃料の残存量が所定値を下回った場合には、エンジン１０の燃料モードとして、液体燃料供給部７０により液体燃料をエンジン１０に供給する液体燃料モードを選択する。

燃料噴射制御について制御部８０は、エンジン運転状態（エンジン回転速度及びエンジン負荷）に基づいて、目標空燃比（例えば理論空燃比）が得られるだけの燃料量として基本噴射量を算出し、その基本噴射量に対して各種補正を行うことにより最終の燃料噴射量を算出する。各種補正としては、例えば始動時増量補正や加速時増量補正、空燃比フィードバック補正などがある。そして、その算出した燃料噴射量が噴射されるように燃料噴射弁の開弁期間が調整される。これにより、都度のエンジン運転状態に応じた必要量の燃料がエンジン１０に供給される。

空燃比制御として本実施形態では、実空燃比と目標空燃比との偏差に基づくフィードバック制御を実施している。具体的には、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷）に基づいて目標空燃比を算出するとともに、触媒１９の上流側に設けられた酸素センサ１８ａの検出値に基づいて実空燃比を算出する。そして、実空燃比と目標空燃比との偏差に応じて、燃料噴射量の補正量である空燃比フィードバック補正量（以下、「空燃比補正量ＦＢ」ともいう。）を算出し、その算出した空燃比補正量ＦＢにより基本噴射量を補正することで実空燃比を目標空燃比に一致させるようにしている。

空燃比補正量ＦＢは、酸素センサ１８ａにより検出される空燃比がリッチである期間では所定量ずつ減量され、一方、リーンである期間では所定量ずつ増量される。また、酸素センサ１８ａにより検出される空燃比がリッチからリーンへ、又はリーンからリッチへ切り替わった場合には、空燃比補正量ＦＢが階段状に増減（スキップ）される。なお、本システムの空燃比フィードバック制御では、触媒下流側の酸素センサ１８ｂの検出値に基づく補正を加えることにより空燃比制御の制御性を高めるようにしている。空燃比フィードバック制御は、エンジン始動後、酸素センサ１８ａが活性状態になった後に開始される。

ここで、ＣＮＧ燃料は産地や生産工程によって燃料組成が異なり、また燃料組成の相違により燃料密度が異なる。そのため、ガスタンク４２内に充填される気体燃料の燃料組成が常に一定であると仮定して燃料噴射を実施するとエンジン１０に供給される燃料の過不足が生じ、ノックや失火、エミッション悪化などが生じることが考えられる。そこで本実施形態では、ガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成を学習している（組成学習手段）。具体的には、本実施形態では、気体燃料の燃料組成（燃料密度）が、空燃比フィードバック制御にて算出される燃料噴射量の補正量（空燃比補正量ＦＢ）と相関があることを利用して、空燃比補正量ＦＢに基づいて気体燃料の燃料組成を学習している。

燃料組成の学習は例えば次のようにして実施される。すなわち、ガスタンク４２内に気体燃料が補充されたか否かを判定し、燃料補充ありと判定された場合には、気体燃料を用いての次回のエンジン始動時に気体燃料の燃料組成を学習する。このとき、空燃比補正量ＦＢが予め設定された所定の制御範囲を超えた場合には、燃料組成の学習値ＦＡに所定の更新量ｆａ１を加算し、この加算に併せて空燃比補正量ＦＢから更新量ｆａ１を減算する。こうした学習値ＦＡの更新と、その更新に伴う空燃比補正量ＦＢの修正とを順次繰り返し、空燃比補正量ＦＢを制御範囲内に収める。これにより、空燃比補正量ＦＢの定常的なずれを解消させるとともに、燃料組成の変化に伴う空燃比補正量ＦＢのずれ分を学習値ＦＡに反映させる。

ところで、燃料組成の学習を開始してから学習が完了するまでにはある程度の時間を要する。また、エンジン始動直後では、酸素センサ１８ａ，１８ｂが活性状態になるまでは空燃比フィードバック制御を開始することができず、気体燃料を用いてのエンジン始動要求が発生しても暫くの間は燃料組成の学習を開始することができない。そのため、前回のエンジン運転停止から次回のエンジン始動までの間の期間に、燃料組成が大きく異なる気体燃料がガスタンク４２内に補充された場合には、空燃比が過度にリッチ又はリーンとなり、ドライバビリティやエミッションに影響を与える可能性がある。また、空燃比フィードバック制御が開始されても、その開始直後では空燃比ずれの影響が大きく、こうした空燃比ずれの大きい状態で燃料組成の学習を実施すると学習精度が低下するおそれがある。

そこで本実施形態では、気体燃料を用いてのエンジン始動要求に伴いエンジン１０を始動させる場合であって、かつガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる場合には、燃料組成の学習が完了する前の期間において、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射と第２噴射弁２２による液体燃料の噴射とによりエンジン１０の燃焼を行うこととしている（気液噴射制御）。

気液噴射制御として本実施形態では、エンジン始動要求が生じ、その始動要求時に気体燃料が選択されている場合には、エンジン１０の各気筒の１燃焼サイクル内で気体燃料噴射と液体燃料噴射とを実施し、これにより１回の燃焼に必要な量の燃料をエンジン１０に供給する。また、エンジン１０に供給する燃料のうち第１噴射弁２１による気体燃料の噴射量の比率を、燃料組成学習の学習進行状況に応じて増大側に徐々に変更することとしている。

次に、本実施形態の気液噴射制御の処理手順について図２のフローチャートを用いて説明する。この処理は制御部８０により所定周期毎に実行される。

図２において、ステップＳ１０１では、気体燃料を用いてのエンジン始動要求が生じたか否かを判定する。なお、ステップＳ１０１では、この始動要求から所定期間内である場合に肯定判定される。ステップＳ１０１で肯定判定された場合にはステップＳ１０２へ進み、気体燃料の燃料組成の学習開始後であるか否かを判定する。本実施形態では、空燃比フィードバック制御の開始に伴い燃料組成の学習が開始される。

燃料組成の学習開始前であればステップＳ１０３へ進み、今回のエンジン始動前にガスタンク４２内に気体燃料が補充されたか否かを判定する（補充判定手段）。気体燃料が補充されたか否かは、例えば圧力センサ４６により検出される燃料圧力（タンク元圧）が、前回のエンジン運転停止時に対して所定値以上高くなったか否かにより判定する。

ガスタンク４２内に気体燃料が補充されていないと判定された場合には、そのまま本ルーチンを終了する。一方、ガスタンク４２内に気体燃料が補充されていると判定された場合にはステップＳ１０４へ進み、気体燃料の燃料組成の学習を実行する旨の指令を出力する。なお、燃料組成の学習は図示しない別ルーチンにより実行される。また、学習開始の指令が出力されても、空燃比フィードバック制御が開始されるまでは燃料組成学習は開始されず、学習待機状態となる。続くステップＳ１０５では、各気筒の１燃焼サイクル内で噴射する燃料の使用比率として、気体燃料の使用比率αｃ［％］及び液体燃料の使用比率αｇ［％］をそれぞれ算出する。

本実施形態では、エンジン１０の始動開始当初から第１噴射弁２１による気体燃料の噴射と、第２噴射弁２２による液体燃料の噴射とが実施されるようにそれぞれの燃料の使用比率αｃ，αｇが設定される。具体的には、始動要求の発生タイミングではまず、気体燃料の使用比率αｃを初期値Ａｏ（＜１００％）に設定するとともに、液体燃料の使用比率αｇ［％］を初期値Ｂｏ（Ｂｏ＝１００−Ａｏ）に設定する。また、その始動要求からの経過時間に応じて気体燃料の使用比率αｃを徐々に増大させるとともに、液体燃料の使用比率αｇを徐々に減少させる。本実施形態では、傾きＡ１を用いた１次関数により気体燃料の使用比率αｃを算出する。

気体燃料の使用比率αｃ及び液体燃料の使用比率αｇを算出すると、ステップＳ１０９へ進む。ステップＳ１０９では、気体燃料の使用比率αｃに基づいて、第１噴射弁２１により噴射する燃料量（気体噴射量）を算出するとともに、液体燃料の使用比率αｇに基づいて、第２噴射弁２２により噴射する燃料量（液体噴射量）を算出する。具体的には、エンジン運転状態に基づいて１燃焼サイクル当たりに噴射すべき基本噴射量を算出し、その基本噴射量を使用比率αｃ，αｇに応じて気体燃料分と液体燃料分とに分配することにより各燃料の燃料噴射量を算出する。

続くステップＳ１１０では、気体燃料の使用比率αｃ及び液体燃料の使用比率αｇに応じて点火時期補正及び燃料量補正を行う。点火時期補正としては、ＣＮＧ燃料では最適点火時期がガソリン燃料よりも進角側にあることを考慮し、ＣＮＧ燃料単独でエンジン始動する場合の点火時期よりも点火時期を遅角側に補正する。また、燃料量補正については、各燃料に応じた補正を使用比率αｃ，αｇに応じてそれぞれ行う。その後、ステップＳ１１１では、算出した燃料噴射量及び点火時期に基づいて、第１噴射弁２１、第２噴射弁２２及び点火装置２０ａの駆動を制御する。

さて、気体燃料の燃料組成の学習が開始されると、ステップＳ１０２で肯定判定されてステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６では、燃料組成の学習完了前であるか否かを判定し、学習完了後であればそのまま本ルーチンを終了する。

一方、燃料組成の学習完了前であればステップＳ１０７へ進み、ガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なるか否かを判定する。ここでは、空燃比補正量ＦＢに基づいて判定する（燃料検出手段）。具体的には、気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる場合には、空燃比フィードバック制御の開始直後に空燃比補正量ＦＢがリッチ側又はリーン側に大きく変化する。したがって、このときの空燃比補正量ＦＢの変化により、ガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なるか否かを判定する。ここでは、ガスタンク４２内への燃料補充が行われた後の空燃比フィードバック制御の開始後において、空燃比補正量ＦＢが燃料増量側又は減量側に所定値以上変化した場合に気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なるものと判定する。

ステップＳ１０７で否定判定された場合、つまり燃料の補充は行われたが燃料組成が前回運転時と略同じである場合にはそのまま本ルーチンを終了する。この場合、エンジン１０の燃焼に使用する燃料を、気体燃料と液体燃料との混合燃料から気体燃料単独へと切り替える。このときの使用燃料の切り替えは、一気に気体燃料に切り替えることにより行ってもよいし、燃料の使用比率を徐々に変化させることによって切り替えてもよい。なお、燃料の使用比率を徐々に変化させる場合には、ステップＳ１０５の演算と同じ変化率で行ってもよいし異なる変化率で行ってもよい。

一方、ステップＳ１０７で肯定判定された場合にはステップＳ１０８へ進み、燃料組成の違いと、燃料組成の学習進行状況とに応じて、気体燃料の使用比率αｃ及び液体燃料の使用比率αｇを算出（再設定）する。本実施形態では、燃料組成が前回運転時と異なることが検出された直後のタイミングでは、空燃比フィードバック制御の開始後に空燃比補正量ＦＢが燃料増量側又は減量側にどれだけ変化したかの変化量に応じて、気体燃料の使用比率αｃ及び液体燃料の使用比率αｇの再設定値Ｅｏ，Ｆｏを算出する。またその後は、燃料組成の学習開始からの経過時間に応じて、気体燃料の使用比率αｃを再設定値Ｅｏから傾きＥ１で一次的に増大させるとともに、液体燃料の使用比率αｇを再設定値Ｆｏから傾きＦ１で一次的に減少させる。

図３に気体燃料の使用比率αｃの初期値設定用マップの一例を示す。図３によれば、空燃比補正量ＦＢの変化量ΔＦＢが大きいほど、気体燃料の使用比率αｃの再設定値Ｅｏが小さい値に設定される。これにより、空燃比補正量ＦＢの変化量ΔＦＢが大きく、前回のエンジン運転時に対する燃料組成のずれが大きいほど、気体燃料の使用比率αｃが小さく設定され、燃料組成の違いによる燃焼への影響が小さくなるようにしている。

なお、ステップＳ１０８では、気体燃料の使用比率αｃが予め定めた目標値（例えば１００％）に達すると使用比率αｃ，αｇの変更を中止し、気体燃料単独でのエンジン運転に移行する。

図２の説明に戻り、ステップＳ１０７で気体燃料の使用比率αｃ及び液体燃料の使用比率αｇを算出すると、ステップＳ１０９へ進み、ステップＳ１０９〜Ｓ１１１の処理を実行して本ルーチンを終了する。

次に、気体燃料を用いてのエンジン始動要求が生じた場合のエンジン制御の具体的態様について図４のタイムチャートを用いて説明する。図４中、（ａ）はエンジンの運転／停止の推移、（ｂ）は燃料選択スイッチによって選択されている燃料の種類、（ｃ）は燃料組成学習の実施／停止の推移、（ｄ）は気体燃料の使用比率αｃの推移、（ｅ）は液体燃料の使用比率αｇの推移（ｆ）点火時期補正量の推移をそれぞれ示している。

図４では、時刻ｔ１１でイグニッションスイッチがオンされ、そのとき気体燃料が選択されている場合を考える。このとき、ガスタンク４２内の燃料圧力が前回のエンジン運転停止時から所定値以上増加していれば、時刻ｔ１１で気体燃料の使用比率αｃが初期値Ａｏに設定され、液体燃料の使用比率αｇが初期値Ｂｏに設定される。また、時刻ｔ１１以降では、気体燃料の使用比率αｃが初期値Ａｏから傾きＡ１で徐々に増大され、液体燃料の使用比率αｇが初期値Ｂｏから傾きＢ１で徐々に減少される。こうした使用比率αｃ，αｇの変更に合わせて点火時期が補正される。

エンジン始動後、酸素センサ１８ａ，１８ｂが活性状態となると、時刻ｔ１２で空燃比フィードバック制御が開始されるとともに、空燃比フィードバック制御の開始に伴い燃料組成の学習が開始される。そして、空燃比補正量ＦＢの変化量ΔＦＢに基づき、ガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時の燃料組成と異なっていることが検出されると、その時刻ｔ１２で、変化量ΔＦＢに応じて気体燃料の使用比率αｃ及び液体燃料の使用比率αｇが再設定される。図４では、燃料組成が前回運転時とは大きく異なっている場合を想定しており、この場合には気体燃料の使用比率αｃを更に小さくすることにより、エンジン１０に供給される気体燃料をできるだけ少なくし、その少なくした分を液体燃料で補う。

時刻ｔ１２以降では、燃料組成の学習開始からの経過時間に応じて気体燃料の使用比率αｃを徐々に増大させるとともに、気体燃料の使用比率αｃの増大に対応して液体燃料の使用比率αｇを徐々に減少させる。なお、時刻ｔ１２以降の学習実行期間では、燃料組成の学習値ＦＡに所定の更新量ｆａ１を加算し、この加算に併せて空燃比補正量ＦＢから更新量ｆａ１を減算していくことにより、燃料組成の学習結果を順次反映させる。そして、気体燃料の使用比率αが予め定めた目標値（図４では１００％）まで達すると、その時刻ｔ１３で燃料の使用比率の変更を中止し、気体燃料単独でのエンジン運転に移行する。

以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

気体燃料を用いてのエンジン始動要求に伴いエンジン１０を始動させる場合であって、かつガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる場合に、気体燃料の燃料組成の学習が完了する前の期間の少なくとも一部において、気体燃料噴射と液体燃料噴射とによりエンジン１０の燃焼を行う構成とした。こうした構成とすることにより、燃料組成の違いによる空燃比ずれを小さくすることができ、ドライバビリティやエミッションの悪化を抑制することができる。また、燃料組成の違いに起因する空燃比ずれが小さい運転状態で燃料組成を学習することができ、学習精度の低下を抑制することができる。

また、燃料組成の違いに起因する空燃比ずれが生じた場合にも、第２噴射弁２２による液体燃料の単独噴射に切り替えるのではなく、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射を継続することにより、燃料組成学習を継続して実施することができる。

燃料組成の学習が完了する前の期間で液体燃料噴射と気体燃料噴射とによりエンジン１０の燃焼を行う場合には、燃料組成の学習進行状況に応じて、エンジン１０に供給する燃料のうち第１噴射弁２１による気体燃料の噴射量の比率を増大側に変更する構成とした。燃料組成の学習が進行するにつれて燃料組成の違いによる空燃比ずれが次第に小さくなることから、気体燃料の噴射量の比率を増やしても、燃料組成の違いによる内燃機関の燃焼への影響が小さくて済む。また、気体燃料の噴射量ができるだけ多い運転状態で燃料組成を学習することにより、学習誤差をできるだけ小さくすることができる。

ガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる場合の気液噴射制御として、エンジン１０の各気筒の１燃焼サイクル内で気体燃料噴射と液体燃料噴射とを実施することによりエンジン燃焼を行う構成とした。こうした構成では、全ての気筒で同じように混合燃料（気体燃料及び液体燃料）を使用することから、気液噴射制御の実施に際して各気筒間での燃焼のばらつきを小さくすることができる。

使用する燃料に応じて最適点火時期が異なり、例えばＣＮＧ燃料とガソリン燃料とでは、ＣＮＧ燃料の最適点火時期の方がガソリン燃料よりも進角側に存在する。こうした点を考慮し、気体燃料の使用比率αｃに応じてエンジン１０の点火時期を補正する構成とした。こうした構成によれば、使用燃料の比率に応じた最適な点火時期でエンジン燃焼を行うことができる。

気体燃料を用いてのエンジン始動要求前にガスタンク４２内に気体燃料が補充されている場合、エンジン始動要求後暫くの間は、気体燃料の燃料組成が前回運転時と同じか異なるかが不明である。そこで本実施形態では、このような燃料組成が不確定な状況下では、エンジン始動要求に伴うエンジン１０の運転開始当初から気体燃料噴射と液体燃料噴射とによりエンジン１０の燃焼を行う構成とした。つまり、気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なることが検出される以前から気体燃料噴射と液体燃料噴射とを実施する構成とした。こうした構成とすることにより、燃料組成の違いによる空燃比ずれが生じた状態でエンジン１０が運転されることを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、ガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる場合には、燃料組成の学習が完了する前の期間において、エンジン１０の各気筒の１燃焼サイクル内で気体燃料噴射と液体燃料噴射とを実施することによりエンジン燃焼を行う構成とした。これに対し、本実施形態では、ガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる場合には、燃料組成の学習が完了する前の期間において、一部の気筒で気体燃料噴射を実施し、残りの気筒では液体燃料噴射を実施することによりエンジン１０の燃焼を行う構成とする。

図５は、本実施形態の気液噴射制御の具体的態様を示すタイムチャートである。図５において、時刻ｔ２１で気体燃料を用いてのエンジン始動要求が発生した場合、ガスタンク４２内の燃料圧力を検出し、その検出した燃料圧力が前回のエンジン運転停止時から所定値以上増加していると、気体燃料噴射により燃焼を行う気筒数Ｘｃがｍに設定され、液体燃料噴射により燃焼を行う気筒数Ｘｇがｎに設定される。ｍ，ｎは、エンジン１０の気筒数Ｌよりも小さい整数であり、ｍ＋ｎ＝Ｌの関係を満たす。なお、図５では３気筒エンジンを想定しており、ｍ＝１、ｎ＝２である場合を例示している。

そして、時刻ｔ２２で空燃比フィードバック制御が開始されると、燃料組成の学習が開始される。このとき、ガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時の燃料組成と異なっていることが検出されると、気体燃料噴射により燃焼を行う気筒数Ｘｃが１のままとされ、液体燃料噴射により燃焼を行う気筒数Ｘｇが２のままとされる。なお、ガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と同じであることが検出されると、全気筒について気体燃料噴射に移行される。

燃料組成の学習が開始されると、所定時間が経過する毎に気筒数Ｘｃを１だけ増大させるとともに、気筒数Ｘｇを１だけ減少させる（時刻ｔ２３、ｔ２４）。これにより、エンジン１０に供給する燃料のうち第１噴射弁２１による気体燃料の噴射量の比率が、燃料組成の学習進行状況に応じて増大側に変更される。なお、気筒数Ｘｃ，Ｘｇの変更は、ある一定の時間間隔で行ってもよいし、異なる時間間隔で行ってもよい。後者の場合には、燃料組成の学習が進行するに従って気筒数Ｘｃ，Ｘｇを変更する時間の間隔を短くすることが望ましい。

次に、本実施形態の気液噴射制御の処理手順について図６のフローチャートを用いて説明する。この処理は制御部８０により所定周期毎に実行される。なお、図６の説明では、図２と同じ処理については図２のステップ番号を付してその説明を省略する。

図６において、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４では図２のステップＳ１０１〜Ｓ２０４と同じ処理を実行する。ステップＳ２０５では、気体燃料噴射により燃焼を行う気筒数Ｘｃを初期値ｍに設定するとともに、液体燃料噴射により燃焼を行う気筒数Ｘｇを初期値ｎに設定する。その後、ステップＳ２１０へ進み、気体燃料噴射により燃焼を行う気筒と、液体燃料噴射により燃焼を行う気筒とを気筒数Ｘｃ，Ｘｇに対応させて定め、気筒ごとに燃料噴射量を算出する。ステップＳ２１１では、使用燃料に合わせて気筒ごとに点火時期補正及び燃料量補正を行う。その後、ステップＳ２１２では、算出した燃料噴射量及び点火時期に基づいて、第１噴射弁２１、第２噴射弁２２及び点火装置２０ａの駆動を制御する。

ステップＳ２０２で燃料組成の学習開始後であると判定されるとステップＳ２０６へ進み、図２のステップＳ１０６及びＳ１０７と同様の処理であるステップＳ２０６及びＳ２０７を実行する。燃料組成が前回運転時と異なることが検出されると、ステップＳ２０８へ進み、気体燃料噴射により燃焼を行う気筒数Ｘｃの変更タイミングか否かを判定する。ステップＳ２０８で否定判定された場合には一旦本ルーチンを終了する。そして、ステップＳ２０８で肯定判定されるとステップＳ２０９へ進み、気体燃料噴射により燃焼を行う気筒数Ｘｃの今回値を前回値に１を加算した値とし、液体燃料噴射により燃焼を行う気筒数Ｘｇの今回値を前回値から１を減算した値とする。その後、ステップＳ２１０〜Ｓ２１２の処理を実行し、本ルーチンを終了する。

以上詳述した第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様に、燃料組成の違いによる空燃比ずれを小さくすることができ、ドライバビリティやエミッションの悪化を抑制することができる。また、燃料組成の違いに起因する空燃比ずれが小さい運転状態で燃料組成を学習することができ、学習精度の低下を抑制することができる。

ガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる場合の気液噴射制御として、エンジン１０の一部の気筒については第１噴射弁２１による気体燃料の噴射を実施し、残りの気筒では第２噴射弁２２による液体燃料の噴射を実施することによりエンジン燃焼を行う構成とした。こうした構成では、各気筒で１種類の燃料（気体燃料又は液体燃料）を使用することから、気液噴射制御の実施に際して点火時期補正及び燃料量補正が複雑になることを回避することができる。

使用する燃料に応じて最適点火時期が異なることを考慮し、使用する燃料に応じて気筒ごとに点火時期補正を実施する構成とした。これにより、使用燃料に応じた最適な点火時期でエンジン燃焼を行うことができる。

（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・上記実施形態では、今回のエンジン始動前にガスタンク４２内に気体燃料が補充されたか否かを判定し、燃料補充ありと判定された場合には、エンジン１０の始動開始当初から第１噴射弁２１による気体燃料の噴射を制限する構成とした。これに対し、本実施形態では、気体燃料を用いてのエンジン始動要求が生じた場合において、燃料補充ありと判定されているか否かに関わらず、エンジン始動開始当初では、図７に示すように気体燃料単独でエンジン１０の燃焼を行う。そして、例えば空燃比補正量ＦＢの変化量に基づき、気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なることが検出されると、その時刻ｔ３２で第１噴射弁２１による気体燃料の噴射と第２噴射弁２２による液体燃料の噴射とによりエンジン１０の燃焼を行う。例えば図７では、時刻ｔ３２で、空燃比補正量ＦＢの変化量に応じて、気体燃料の使用比率αｃを１００［％］からそれよりも小さい値に変更するとともに、液体燃料の使用比率αｇを０［％］からそれよりも大きい値に変更する。使用比率αｃ，αｇについては、例えば図３のマップを用いて算出する。その後の時刻ｔ３２以降では、燃料学習の開始時刻ｔ３２からの経過時間に応じて、気体燃料の使用比率αｃを徐々に増大させるとともに、使用比率αｃの増大に合わせて液体燃料の使用比率αｇを徐々に減少させる。

・上記第１実施形態では、燃料組成の学習が完了する前の期間において、気体燃料の使用比率αｃ及び液体燃料の使用比率αｇを一次的に変化させたが、二次的に変化させてもよい。また、図８に示すようにステップ的に変化させてもよい。例えば図８では、時刻ｔ４１で気体燃料を用いてのエンジン始動要求が発生すると、今回のエンジン運転前に燃料の補充があったと判定されたことを条件に、気体燃料の使用比率αｃを初期値Ｐｏとし、液体燃料の使用比率αｇを初期値Ｑｏとする。その後、時刻ｔ４２で燃料組成の学習が開始されると、その後の期間では、学習進行状況に応じて気体燃料の使用比率αｃをステップ的に増加させるとともに、これに伴い液体燃料の使用比率αｇをステップ的に減少させる。

・上記実施形態では、気体燃料を用いてのエンジン始動要求があった後において、燃料組成の学習開始から学習完了までの期間の途中で気体燃料の使用比率αｃが１００％に到達した場合には、その後は気体燃料単独による燃料噴射とした。つまり、燃料組成の学習開始から学習完了までの一部の期間で気体燃料の使用を制限した。これを変更し、燃料組成の学習開始から学習完了までの全期間に亘って気体燃料の使用を制限する構成としてもよい。具体的には、燃料組成の学習が１００％未満の所定割合（例えば２０％や５０％など）まで完了した時点で気体燃料噴射及び液体燃料噴射によるエンジン１０の燃焼を停止し、気体燃料単独での燃料噴射によるエンジン１０の燃焼に切り替える構成としてもよい。

・上記実施形態では、気体燃料を用いてのエンジン始動要求があり、その始動要求に伴いエンジン１０を始動する場合に気体燃料の燃料組成を学習する場合について説明したが、液体燃料を用いてのエンジン運転中に液体燃料から気体燃料への燃料切替要求があり、その切替要求に伴い気体燃料を用いてのエンジン１０の運転を実施する場合に気体燃料の学習完了前において気体燃料噴射と液体燃料噴射とによりエンジン１０の燃焼を行う適用してもよい。

・上記実施形態では、空燃比フィードバック制御の開始後における空燃比補正量ＦＢの変化量に基づいて、ガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる旨を判定したが、その他の判定方法を用いてもよい。例えば、エンジン始動時にエンジン回転速度が所定値以下である状態が継続した場合に、ガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる旨を判定してもよい。あるいは、スロットル開度が所定範囲から外れた状態が継続した場合に、ガスタンク４２内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる旨を判定してもよい。

・上記第１実施形態では、燃料組成の学習開始前及び学習開始後では、気体燃料の使用比率αｃ及び液体燃料の使用比率αｇを可変にしたが、燃料組成の学習開始前及び学習開始後の少なくともいずれかの期間で、使用比率αｃ，αｇを一定値とする構成としてもよい。また、上記第２実施形態において、気筒数Ｘｃ，Ｘｇを可変にする構成に代えてこれらを一定値とする構成としてもよい。

・燃料組成の学習方法については空燃比補正量ＦＢに基づくものに限定しない。例えば、Ｏ2センサ１８ａの検出値に基づいて空燃比を推定し、その推定した空燃比に基づいて気体燃料の燃料組成を学習してもよい。

・上記実施形態では気体燃料をＣＮＧ燃料としたが、標準状態で気体状態の他の気体燃料を用いることもでき、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、水素、ジメチルエーテルなどを主成分とする燃料を用いる構成としてもよい。また、液体燃料についてもガソリン燃料に限定しない。例えば燃焼用の燃料として軽油を用いるディーゼルエンジンに対して気体燃料の供給系を搭載したシステムに本発明を適用してもよい。

１０…エンジン、１８ａ，１８ｂ…酸素センサ、２０ａ…点火装置、２１…第１噴射弁、２２…第２噴射弁、４０…気体燃料供給部、４１…ガス配管、４２…ガスタンク、４６，４７…圧力センサ、７０…液体燃料供給部、８０…制御部（組成学習手段、噴射制御手段、補充判定手段、燃料検出手段）。

Claims (7)

1. 気体燃料を高圧状態で蓄える燃料タンク（４２）と、前記燃料タンクから燃料通路（４１）を通じて供給される気体燃料を噴射する第１噴射手段（２１）と、液体燃料を噴射する第２噴射手段（２２）とを備える内燃機関の燃料供給システム（４０，７０）に適用され、
   気体燃料を用いての前記内燃機関の運転要求に伴い前記内燃機関の運転を行う場合に、前記燃料タンク内に充填されている気体燃料の燃料組成を学習する組成学習手段と、
   前記運転要求に伴い前記内燃機関の運転を行う場合であって、かつ前記燃料タンク内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なる場合に、前記組成学習手段による燃料組成の学習が完了する前の所定期間において、前記第１噴射手段による気体燃料の噴射と前記第２噴射手段による液体燃料の噴射とにより前記内燃機関の燃焼を行う気液噴射制御を実施する噴射制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置。
2. 前記噴射制御手段は、前記組成学習手段による学習進行状況に応じて、前記内燃機関に供給する燃料のうち前記第１噴射手段による気体燃料の噴射量の比率を増大側に変更する請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
3. 前記第１噴射手段及び前記第２噴射手段がそれぞれ気筒ごとに設けられており、
   前記噴射制御手段は、前記気液噴射制御として、前記内燃機関の各気筒における１燃焼サイクル内の燃料の供給を、前記第１噴射手段による気体燃料の噴射と前記第２噴射手段による液体燃料の噴射とにより実施する請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
4. 前記内燃機関に供給する燃料のうち前記第１噴射手段による気体燃料の噴射量の比率に応じて、前記内燃機関の点火時期補正及び燃料量補正を実施する請求項３に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
5. 前記内燃機関は、多気筒を有する内燃機関であり、
   前記噴射制御手段は、前記気液噴射制御として、一部の気筒で前記第１噴射手段による気体燃料の噴射を実施し、残りの気筒で前記第２噴射手段による液体燃料の噴射を実施する請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
6. 使用する燃料に応じて、気筒ごとに点火時期補正及び燃料量補正を実施する請求項５に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
7. 前記内燃機関の前回の運転停止後に前記燃料タンク内に気体燃料が補充されたか否かを判定する補充判定手段と、
   前記燃料タンク内に充填されている気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なることを検出する燃料検出手段と、を備え、
   前記噴射制御手段は、前記補充判定手段により気体燃料が補充されたと判定された場合に、前記燃料検出手段により気体燃料の燃料組成が前回運転時と異なることが検出される以前から第１噴射手段による気体燃料の噴射と前記第２噴射手段による液体燃料の噴射とにより前記内燃機関の燃焼を行う請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。

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