JP2016003598A - 内燃機関の制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ＣＮＧを含む複数種の燃料を使用可能な内燃機関の制御システムにおいて、ＣＮＧの性状変化に起因したドライバビリティの悪化や排気エミッションの悪化を軽減することを課題とする。
【解決手段】本発明は、圧縮天然ガスと他の燃料を使用可能な内燃機関において、圧縮天然ガスの性状を学習するための学習処理を行う学習手段と、前記学習手段による学習処理が終了する前は、他の燃料から圧縮天然ガスへ切り替えを所定の中回転・中負荷領域に制限する制限手段と、を備えるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ：Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）を含む複数種の燃料を使用可能な内燃機関の制御システムに関する。
に関する。

近年、ＣＮＧを含む複数種の燃料を使用可能な内燃機関が知られている。このような内燃機関として、ＣＮＧの補充後に内燃機関が始動されるときに、ガソリンを使用して内燃機関を始動させるものが知られている（たとえば、特許文献１を参照）。

国際公開第２０１３／１４５９３０号 特開２０１３−１３０１５６号公報

ところで、ＣＮＧの補充後に他の燃料を使用して内燃機関が始動され、その後に他の燃料からＣＮＧへ切り替えられると、混合気の空燃比がＣＮＧの性状（組成）に適した空燃比から懸け離れる可能性がある。その結果、ドライバビリティが悪化したり、排気エミッションが悪化したりする可能性がある。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＣＮＧを含む複数種の燃料を使用可能な内燃機関の制御システムにおいて、ＣＮＧの性状変化に起因したドライバビリティの悪化や排気エミッションの悪化を軽減することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、圧縮天然ガスと他の燃料を使用可能な内燃機関において、
圧縮天然ガスの性状を学習するための学習処理を行う学習手段と、
前記学習処理が終了する前は、他の燃料から圧縮天然ガスへ切り替えを所定の中回転・中負荷領域に制限する制限手段と、
を備えるようにした。

燃料タンクに圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が補給（充填）されると、燃料タンク内に残っているＣＮＧ（以下、「残留ＣＮＧ」と称する）と補給されたＣＮＧ（以下、「補給ＣＮＧ」と称する）とが混合する。その際、補給ＣＮＧと残留ＣＮＧとの性状が相異していると、燃料タンク内のＣＮＧ（補給ＣＮＧと残留ＣＮＧとが混合したＣＮＧ（以下、「混合ＣＮＧ」と称する））の性状が残留ＣＮＧの性状と相異することになる。

ここで、ＣＮＧの性状変化が内燃機関の運転状態に及ぼす影響としては、理論空燃比の変化やウォッペ指数（ＣＮＧの総発熱量をＣＮＧの比重の２乗根で除算した値）の変化等が挙げられる。たとえば、気体燃料に含まれる不活性ガスの濃度（たとえば、二酸化炭素（ＣＯ_２）や窒素（Ｎ_２））が変化すると、混合気中のＣＮＧと酸素とが過不足なく反応する空燃比（理論空燃比）が変化するとともにウォッペ指数が変化する。

よって、内燃機関が混合ＣＮＧによって運転されるときに、残留ＣＮＧの性状に基づい
て内燃機関が運転されると、混合気の空燃比が所望の空燃比とならず、ドライバビリティが悪化したり、排気エミッションが悪化したりする可能性がある。よって、ＣＮＧの性状が変化した場合は、混合ＣＮＧの性状に適した条件で内燃機関を運転させる必要がある。

混合ＣＮＧの性状に適した条件で内燃機関を運転させるためには、混合気の空燃比に係わる制御パラメータ（たとえば、燃料噴射量、吸入空気量、ＥＧＲガス量等）をＣＮＧの性状に適した値に補正するための補正値や学習値を求めるための学習処理を行う必要がある。

ところで、混合ＣＮＧの性状を学習する学習処理が終了する前に、他の燃料からＣＮＧへの切り替えが行われると、切り替え後の混合気の空燃比が混合ＣＮＧの性状に適した空燃比とならず、ドライバビリティや排気エミッションの悪化を招く可能性がある。特に、内燃機関が高回転・高負荷運転状態にあるとき、及び内燃機関が低回転・低負荷運転状態にあるときに、他の燃料からＣＮＧへの切り替えが行われると、排気エミッションの悪化又はドライバビリティの悪化が顕著になる虞がある。

内燃機関が高回転・高負荷運転状態にあるときは、単位時間あたりの燃料噴射量が多くなるため、単位時間あたりに内燃機関から排出される有害ガス成分（たとえば、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）等）の量も多くなる。よって、内燃機関が高回転・高負荷運転状態にあるときに、他の燃料からＣＮＧへの切り替えが行われ、切り替え後の混合気の空燃比が目標空燃比から乖離すると、触媒等の排気浄化装置によって浄化されない有害ガス成分の量が多くなる可能性がある。また、高回転領域（たとえば、３０００ｒｐｍ以上）において、他の燃料からＣＮＧへの切り替えが行われ、切り替え後の空燃比が目標空燃比から乖離すると、内燃機関が発生する振動が大きくなる可能性がある。さらに、高負荷領域では、触媒等の排気浄化装置の過昇温を抑制するために、混合気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比にする場合がある。そのような場合に、他の燃料からＣＮＧへの切り替えが行われ、切り替え後の空燃比が目標空燃比よりリーンな空燃比になると、排気浄化装置の過昇温を抑制することができなくなる可能性がある。

一方、内燃機関が低回転・低負荷運転状態にあるときは、内燃機関を搭載する車両の乗員がトルクの変化を感じやすい。よって、内燃機関が低回転・低負荷運転状態にあるときに、他の燃料からＣＮＧへの切り替えが行われ、切り替え後の空燃比が目標空燃比から乖離すると、切り替え前後のトルク変動が大きくなり、乗員が違和感を覚えやすい。さらに、内燃機関が低回転・低負荷運転状態にあるときは、混合気の燃焼安定性が損なわれやすい。よって、内燃機関が低回転・低負荷運転状態にあるときに、他の燃料からＣＮＧへの切り替えが行われ、切り替え後の空燃比が目標空燃比から乖離すると、混合気の燃焼安定性が低下し、機関回転速度が過剰に低下する可能性がある。

これに対し、本発明の内燃機関の制御システムは、学習処理が終了する前は、他の燃料から圧縮天然ガスへ切り替えを所定の中回転・中負荷領域に制限（所定の中回転・中負荷領域において他の燃料から圧縮天然ガスへの切り替えを許可）するようにした。ここでいう「所定の中回転・中負荷領域」は、上記したような不具合（排気エミッションの悪化、内燃機関の振動増加、排気浄化装置の過昇温、トルク変動の増加、燃焼安定性の低下等）が起こり難い領域であり、予め実験等を利用した適合処理によって定められた運転領域である。このような運転領域においてのみ他の燃料から圧縮天然ガスへの切り替えが行われると、燃料の切り替えに伴う排気エミッションの悪化又はドライバビリティの悪化を少なく抑えることができる。

なお、混合ＣＮＧの性状を学習する学習処理が終了する前に、他の燃料を使用して内燃
機関が運転される場合としては、ＣＮＧ補給後に初めて内燃機関が始動されるときに他の燃料が使用された場合や、ＣＮＧ補給後の学習処理が終了する前にＣＮＧから他の燃料への切り替えが行われた場合等である。

本発明によれば、ＣＮＧを含む複数種の燃料を使用可能な内燃機関の制御システムにおいて、ＣＮＧの性状変化に起因したドライバビリティの悪化や排気エミッションの悪化を軽減することができる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 ＣＮＧの不活性ガス濃度と理論空燃比との関係を示す図である。 液体燃料からＣＮＧへの切り替えが許容される運転領域を示す図である。 内燃機関の始動時にＥＣＵによって実行される処理ルーチン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。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り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。

図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ＣＮＧと液体燃料（ガソリンやアルコール燃料等）とを使用可能な火花点火式の内燃機関である。なお、内燃機関１は、ＣＮＧと軽油とを使用可能な圧縮着火式の内燃機関であってもよい。

内燃機関１には、吸気通路３と排気通路４とが接続されている。吸気通路３は、大気中から取り込まれた新気（空気）を各気筒２へ導くための通路である。吸気通路３の途中には、エアクリーナ３０が取り付けられている。エアクリーナ３０は、空気中に含まれる塵や埃などを捕集するものである。エアクリーナ３０より下流の吸気通路３には、エアフローメータ３１が取り付けられている。エアフローメータ３１は、吸気通路３を流れる空気の量（質量）に相関する電気信号を出力するものである。エアフローメータ３１より下流の吸気通路３には、スロットル弁３２が取り付けられている。スロットル弁３２は、吸気通路３の通路断面積を変更することにより、内燃機関１へ供給される空気量を変更するものである。

なお、スロットル弁３２より下流の吸気通路３は、４つの枝管に分岐され、各枝管が一つの気筒２に接続されている。吸気通路３の各枝管には、該枝管内にＣＮＧを噴射する第一燃料噴射弁５と、該枝管内に液体燃料を噴射する第二燃料噴射弁６とが取り付けられている。

第一燃料噴射弁５は、第一デリバリパイプ５０に接続されている。第一デリバリパイプ５０は、第一燃料通路５１を介して、第一燃料タンク５２に接続されている。第一燃料タンク５２は、車両の車体に取り付けられた充填口５３とインレットパイプ５４を介して接続されている。充填口５３は、補給場所（ガスステーションなど）に配置された充填ノズルが差し込まれたときに開口し、充填ノズルから供給されるＣＮＧをインレットパイプ５４へ導入する。充填口５３からインレットパイプ５４へ導入されたＣＮＧは、第一燃料タンク５２に貯蔵される。

第一燃料タンク５２に貯蔵されたＣＮＧは、第一燃料通路５１を介して第一デリバリパ
イプ５０へ供給され、次いで第一デリバリパイプ５０から４つの第一燃料噴射弁５に分配される。なお、第一燃料通路５１の途中には、遮断弁５５が配置される。遮断弁５５は、第一燃料通路５１の導通と遮断を切り替えるものであり、内燃機関１の運転停止中（たとえば、イグニッションスイッチがオフの期間）は閉弁し、内燃機関１の運転中（たとえば、イグニッションスイッチがオンの期間）は開弁する。遮断弁５５としては、たとえば、駆動電力が印加されたときに開弁し、駆動電力が印加されないときは閉弁する電磁式の弁装置を用いることができる。

遮断弁５５より下流の第一燃料通路５１には、レギュレータ５６が配置される。レギュレータ５６は、第一燃料タンク５２から供給されるＣＮＧの圧力を予め設定された圧力（設定圧力）に減圧するものである。言い換えると、レギュレータ５６は、該レギュレータ５６より下流の第一燃料通路５１における燃料圧力、言い換えれば第一燃料噴射弁５及び第一デリバリパイプ５０に印加される燃料圧力（以下、「燃料噴射圧力」と称する）が設定圧力と等しくなるように、第一燃料通路５１の通路断面積を調整する弁装置である。レギュレータ５６としては、たとえば、ダイヤフラムとスプリングを組み合わせた機械式の弁装置を用いることができる。また、第一燃料タンク５２には、圧力センサ５７が取り付けられている。圧力センサ５７は、第一燃料タンク５２内の圧力に相関した電気信号を出力する。

第二燃料噴射弁６は、第二デリバリパイプ６０に接続されている。第二デリバリパイプ６０は、第二燃料通路６１を介して、第二燃料タンク６２に接続されている。第二燃料タンク６２は、液体燃料を貯蔵するタンクである。第二燃料通路６１の途中には、第二燃料タンク６２に貯蔵されている液体燃料を汲み上げるための燃料ポンプ６３が取り付けられている。燃料ポンプ６３は、たとえば、電動モータにより駆動されるタービン式のポンプである。燃料ポンプ６３により汲み上げられた液体燃料は、第二燃料通路６１を介して第二デリバリパイプ６０へ供給され、次いで第二デリバリパイプ６０から４つの第二燃料噴射弁６に分配される。

排気通路４は、各気筒２から排出される既燃ガス（排気）を排気浄化装置４０や消音器などの経由させた後に大気中へ排出するための通路である。排気浄化装置４０は、たとえば、三元触媒等を具備し、該排気浄化装置４０へ流入する排気の空燃比が所定の範囲（たとえば、理論空燃比近傍）にあるときに、排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）等を浄化する。また、排気浄化装置４０より上流の排気通路４には、空燃比に相関する電気信号を出力するＡ／Ｆセンサ４１が取り付けられている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７が搭載
されている。ＥＣＵ７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどから構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ７には、前述したエアフローメータ３１、Ａ／Ｆセンサ４１、及び圧力センサ５７に加え、アクセルポジションセンサ８、クランクポジションセンサ９、切り替えボタン１０等の各種センサが電気的に接続されている。

アクセルポジションセンサ８は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ９は、内燃機関１のクランクシャフトの回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。切り替えボタン１０は、車両の室内に設けられ、運転者が使用燃料の切り替え要求を入力するための装置である。

また、ＥＣＵ７には、第一燃料噴射弁５、第二燃料噴射弁６、スロットル弁３２、遮断弁５５、燃料ポンプ６３などの各種機器が電気的に接続されている。ＥＣＵ７は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、前記各種機器を制御する。

たとえば、ＥＣＵ７は、前記した各種センサの出力信号に基づいて内燃機関１の運転条件（たとえば、機関負荷や機関回転速度等）を特定し、その運転条件に基づいて混合気の燃焼状態に係わる制御パラメータ（たとえば、燃料噴射量、吸入空気量、点火時期等）を求める。そして、ＥＣＵ７は、前記制御パラメータに従って、前記各種機器を制御する。また、ＥＣＵ７は、運転者により切り替えボタン１０が操作されたとき（切り替え要求が入力されたとき）に、使用燃料の切り替えを行う。

ところで、第一燃料タンク５２に貯蔵されるＣＮＧの性状は、必ずしも一様ではなく、ＣＮＧの補給場所（充填場所）等によって異なる場合がある。混合気中のＣＮＧと酸素が過不足なく反応する際の空燃比（理論空燃比）は、ＣＮＧの性状によって異なる。特に、ＣＮＧに含まれる不活性ガス（二酸化炭素（ＣＯ_２）及び窒素（Ｎ_２））の濃度が異なると、理論空燃比が相異する。

ここで、ＣＮＧに含まれる不活性ガスの濃度と理論空燃比との関係を図２に示す。図２において、ＣＮＧの理論空燃比は、ＣＮＧの不活性ガス濃度が低いときより高いときの方が低くなる。そのため、第一燃料タンク５２内に残留しているＣＮＧ（残留ＣＮＧ）と性状の異なるＣＮＧ（補給ＣＮＧ）が補給された場合に、補給後の制御パラメータが残留ＣＮＧの理論空燃比に従って制御されると、実際の空燃比が所望の目標空燃比と相異したり、内燃機関１の発生トルクが目標トルクと相異したりする可能性がある。

たとえば、残留ＣＮＧより不活性ガス濃度の高いＣＮＧが補給されたときは、補給後のＣＮＧ（残留ＣＮＧと補給ＣＮＧとが混合したＣＮＧ（混合ＣＮＧ））の理論空燃比は、残留ＣＮＧの理論空燃比より低く（リッチに）なる。そのため、ＣＮＧの補給後における制御パラメータが残留ＣＮＧの理論空燃比に従って制御されると、実際の空燃比が目標空燃比より高く（リーンに）なる。

一方、残留ＣＮＧより不活性ガス濃度の低いＣＮＧが補給されたときは、混合ＣＮＧの理論空燃比は、残留ＣＮＧの理論空燃比より高く（リーンに）なる。そのため、ＣＮＧの補給後における制御パラメータが残留ＣＮＧの理論空燃比に従って制御されると、実際の空燃比が目標空燃比より低く（リッチに）なる。

したがって、ＣＮＧの性状（不活性ガス濃度）が変化した場合は、理論空燃比の変化を補償するために、ＣＮＧの性状を学習する必要がある。詳細には、混合気の空燃比に係わる制御パラメータをＣＮＧの性状に適した値に補正する必要がある。以下では、混合気の空燃比に係わる制御パラメータとして、燃料噴射量を用いる例について述べる。

まず、本実施例では、内燃機関１がＣＮＧを使用して運転されるときに、以下の式（１）を利用して、ＣＮＧの燃料噴射量（燃料噴射時間）ｅｔａｕを演算する。
ｅｔａｕ＝ｅｔｐ＊ｅｋａｆ＊ｅｋｉｎ＊ｋ・・・（１）

前記式（１）中のｅｔｐは、吸入空気量や機関回転速度等を引数とするマップから導き出される基本噴射量である。ここでいうマップは、予め実験などを利用した適合処理によって求められ、ＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されている。

前記式（１）中のｅｋａｆは、目標空燃比と実際の空燃比（Ａ／Ｆセンサ４１により検出される空燃比）との乖離を解消するための補正係数（空燃比フィードバック補正係数）である。このｅｋａｆは、たとえば、以下の式（２）に従って演算される。
ｅｋａｆ＝（ｅｆａｆ＋ｅｆｇａｆ＋１００）／１００・・・（２）

前記式（２）中のｅｆａｆは、目標空燃比と実際の空燃比との差に基づいて決定される補正値（空燃比フィードバック補正値）である。前記式（２）中のｅｆｇａｆは、目標空燃比と実際の空燃比との恒常的な乖離（第一燃料噴射弁５の噴射特性の経時変化などに起因した乖離）を補償するための空燃比学習値である。

前記式（１）におけるｋは、冷却水温度やアクセル開度に応じて決定される増量補正係数である。また、前記式（１）中のｅｋｉｎは、ＣＮＧの性状変化（不活性ガス濃度の変化）に伴う理論空燃比の変化を補償するための補正係数（不活性ガス濃度学習補正係数）である。

前記不活性ガス濃度学習補正数ｅｋｉｎは、以下の式（３）に基づいて演算される。
ｅｋｉｎ＝（ｅｋｎｃｏ２＋１００）／１００・・・（３）

前記式（３）中のｅｋｎｃｏ２は、ＣＮＧの不活性ガス濃度に起因した目標空燃比と実際の空燃比の恒常的な乖離を補償するための学習値（不活性ガス濃度学習値）である。以下では、不活性ガス濃度学習値ｅｋｎｃｏ２の決定方法について述べる。

ＣＮＧの性状変化は、第一燃料タンク５２にＣＮＧが補給されたときに起こり得る。そして、混合ＣＮＧの性状変化は、ＣＮＧの補給後に初めてＣＮＧが使用されるときの空燃比フィードバック補正値ｅｆａｆに反映される。たとえば、残留ＣＮＧより不活性ガス濃度の高い補給ＣＮＧが補給された場合は、混合ＣＮＧの理論空燃比は、残留ＣＮＧの理論空燃比より低く（リッチに）なる。そのため、Ａ／Ｆセンサ４１により検出される空燃比は、目標空燃比よりリーン側にずれる。その場合、空燃比フィードバック補正値ｅｆａｆは、燃料噴射量を増量させる値（正値）になるとともに、その大きさはＣＮＧの性状が一定であるときに該補正値が取り得る最大値より大きくなる。

一方、残留ＣＮＧに比して不活性ガス濃度の低い補給ＣＮＧが補給された場合は、混合ＣＮＧの理論空燃比は、残留ＣＮＧの理論空燃比より高く（リーンに）なる。そのため、Ａ／Ｆセンサ４１により検出される空燃比は、目標空燃比よりリッチ側にずれる。その場合、空燃比フィードバック補正値ｅｆａｆは、燃料噴射量を減量させる値（負値）になるとともに、その大きさはＣＮＧの性状が一定であるときに該補正値が取り得る最大値より大きくなる。

なお、ＣＮＧの補給は、内燃機関１の始動前（運転停止中）に行われる。よって、内燃機関１の始動後に初めてＣＮＧが使用されたときに、空燃比フィードバック補正値ｅｆａｆの大きさが閾値以上であれば、残留ＣＮＧと異なる性状の補給ＣＮＧが第一燃料タンク５２に補給されたとみなすことができる。なお、ここでいう「閾値」は、たとえば、ＣＮＧの性状が一定となる条件下において、空燃比フィードバック補正値ｅｆａｆの絶対値が取り得る最大値にマージンを加算した値である。

そこで、ＥＣＵ７は、内燃機関１の始動後に初めてＣＮＧが使用されたときに、空燃比フィードバック補正値ｅｆａｆの大きさが閾値以上であれば、ＣＮＧの性状を学習するための処理（学習処理）を実行する。ここでいう学習処理は、不活性ガス濃度学習値ｅｋｎｃｏ２の値をＣＮＧの性状に適した値に更新する処理である。

詳細には、ＥＣＵ７は、不活性ガス濃度学習値ｅｋｎｃｏ２に所定値ａを加算する。所定値ａは、空燃比フィードバック補正値ｅｆａｆが正値である場合は正の値に設定され、空燃比フィードバック補正値ｅｆａｆが負値である場合は負の値に設定される。なお、所定値ａの大きさは、空燃比フィードバック補正値ｅｆａｆの大きさ（若しくは、空燃比フィードバック補正値ｅｆａｆの絶対値と前記閾値との差）に応じて決定される可変値であ
ってもよく、又は予め実験などを利用した適合処理によって決定される固定値であってもよい。

ＥＣＵ７は、不活性ガス濃度学習値ｅｋｎｃｏ２を更新した場合に、空燃比フィードバック補正値ｅｆａｆから不活性ガス濃度学習値ｅｋｎｃｏ２の更新分（所定値ａ）を差し引くものとする。これは、ＣＮＧの性状変化に伴う補正分は、不活性ガス濃度学習値ｅｋｎｃｏ２と空燃比フィードバック補正値ｅｆａｆの双方に含まれるためである。

以上述べた方法により学習処理が行われると、前記式（１）に従って演算される燃料噴射量（燃料噴射時間）ｅｔａｕは、ＣＮＧの性状変化に伴う理論空燃比の変化及びウェッペ指数の変化を補償可能な値になる。その結果、ＣＮＧの性状が変化した場合に、混合気の空燃比を速やかに目標空燃比に収束させることができるとともに、混合気が燃焼した際に発生する熱エネルギの量を所望の量に一致させることができる。なお、ＥＣＵ７が上記した方法により学習処理を実行することにより、本発明に係わる「学習手段」が実現される。

ところで、ＣＮＧの補給後に初めて内燃機関１が始動されるときに液体燃料が使用されると、混合ＣＮＧの性状を学習する処理が行われない状態で内燃機関１が運転されることになる。そして、内燃機関１の始動後に初めて切り替えボタンが操作（液体燃料からＣＮＧへの切り替え要求が入力）されたときに、ＣＮＧから液体燃料への切り替えが行われると、切り替え後の混合気の空燃比が混合ＣＮＧの性状に適した空燃比とならず、排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化を招く可能性がある。特に、内燃機関１が高回転・高負荷運転状態にあるとき、又は内燃機関１が低回転・低負荷運転状態にあるときに、液体燃料からＣＮＧへの切り替えが行われると、排気エミッションの悪化又はドライバビリティの悪化が顕著になる虞がある。

ここで、内燃機関１が高回転・高負荷運転状態にあるときは、単位時間あたりの燃料噴射量が多くなるため、単位時間あたりに内燃機関１から排出される有害ガス成分（炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）等）の量も多くなる。そのような条件下において、液体燃料からＣＮＧへの切り替えが行われ、且つ切り替え後の混合気の空燃比が混合ＣＮＧの性状に適した空燃比から乖離していると、排気浄化装置４０によって浄化されない有害ガス成分の量が過剰に多くなる可能性がある。また、高回転領域（たとえば、３０００ｒｐｍ以上）において、他の燃料からＣＮＧへの切り替えが行われ、切り替え後の空燃比が目標空燃比から乖離すると、内燃機関１が発生する振動が大きくなる可能性がある。さらに、高負荷領域では、排気浄化装置４０の過昇温を抑制するために、混合気の空燃比を理論空燃比より低いリッチ空燃比にする場合がある。そのような場合に、他の燃料からＣＮＧへの切り替えが行われ、切り替え後の空燃比が目標空燃比よりリーンな空燃比になると、排気浄化装置４０の過昇温を抑制することができなくなる可能性がある。

一方、内燃機関１が低回転・低負荷運転状態にあるときは、内燃機関１を搭載する車両の乗員がトルク変動を感じ易い。そのような条件下において液体燃料からＣＮＧへの切り替えが行われ、且つ切り替え後の空燃比が混合ＣＮＧの性状に適した空燃比から乖離していると、切り替え前後のトルク変動が大きくなり、乗員が違和感を覚える可能性がある。さらに、内燃機関が低回転・低負荷運転状態にあるときは、混合気の燃焼安定性が損なわれやすい。よって、内燃機関が低回転・低負荷運転状態にあるときに、他の燃料からＣＮＧへの切り替えが行われ、且つ切り替え後の空燃比が目標空燃比から乖離すると、混合気の燃焼安定性が低下し、機関回転速度が過剰に低下（エンジンストール）する可能性がある。

そこで、本実施例では、ＣＮＧの補給後に液体燃料を使用して内燃機関１が始動された場合において、液体燃料からＣＮＧへの最初の切り替えが所定の中回転・中負荷領域に制限されるようにした。言い換えると、ＣＮＧの補給後に液体燃料を使用して内燃機関１が始動された場合において、内燃機関１が高回転・高負荷運転領域にあるとき、及び内燃機関１が低回転・低負荷運転状態にあるときは、液体燃料からＣＮＧへの最初の切り替えが行われないようにした。ここでいう「所定の中回転・中負荷領域」は、上記したような不具合（排気エミッションの悪化、内燃機関１の振動増加、排気浄化装置４０の過昇温、トルク変動の増加、燃焼安定性の低下等）が起こり難い領域であり、予め実験等を利用した適合処理によって定められた運転領域である。

図３は、液体燃料からＣＮＧへの切り替えが許容される運転領域を示す図である。図３中の領域Ａは、ＣＮＧ補給後の学習処理が終了している場合において、液体燃料からＣＮＧへの切り替えが許容される運転領域を示す。図３中の領域Ｂは、ＣＮＧ補給後の学習処理が終了していない場合において、液体燃料からＣＮＧへの切り替えが許容される運転領域を示す。

図３に示すように、ＣＮＧ補給後の学習処理が終了していない場合は、ＣＮＧ補給後の学習処理が終了している場合に比べ、液体燃料からＣＮＧへの切り替えが許容される運転領域が縮小される。具体的には、ＣＮＧ補給後の学習処理が終了していない場合は、液体燃料からＣＮＧへの切り替えが許容される運転領域が中回転・中負荷領域に制限される。

ＣＮＧ補給後の学習処理が終了していない場合において、液体燃料からＣＮＧへの切り替えが中回転・中負荷領域に制限されると、高回転・高負荷運転領域及び低回転・低負荷運転領域において液体燃料からＣＮＧへの切り替えが行われなくなるため、排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化を少なく抑えつつ燃料を切り替えることができる。

以下、本実施例における燃料の切り替え手順について図４に沿って説明する。図４は、内燃機関１の始動時（たとえば、イグニッションスイッチがオフからオンへ切り替えられたとき）にＥＣＵ７によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているものとする。

図４の処理ルーチンでは、ＥＣＵ７は、まず、Ｓ１０１の処理において、内燃機関１の始動前（運転停止中）にＣＮＧが補給されたか否かを判別する。たとえば、ＥＣＵ７は、前回の運転停止時における圧力センサ５７の測定値と今回の始動時における圧力センサ５７の測定値との差が所定値より大きければ、内燃機関１の始動前にＣＮＧが補給されたと判定する。一方、前記した差が所定値以下であれば、ＥＣＵ７は、内燃機関１の始動前にＣＮＧが補給されていないと判定する。

前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、混合ＣＮＧの性状が残留ＣＮＧの性状と異なる可能性があるため、液体燃料からＣＮＧへの切り替えを行う運転領域を制限する必要がある。そこで、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、Ｓ１０２乃至Ｓ１０６の処理において、液体燃料からＣＮＧへの切り替えを中回転・中負荷運転領域に制限する。

まず、Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ７は、液体燃料を使用して内燃機関１を始動させる。続いて、Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ７は、液体燃料からＣＮＧへの切り替え要求が入力されたか否かを判別する。詳細には、ＥＣＵ７は、切り替えボタン１０が操作されたか否かを判別する。Ｓ１０３の処理で否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、該Ｓ１０３の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ１０３の処理で肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０４の処理へ進む。

Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ７は、内燃機関１の運転状態が前述した図３の領域Ｂ（中回転・中負荷運転領域）に属しているか否かを判別する。Ｓ１０４の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０３の処理へ戻る。一方、Ｓ１０４の処理で肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０５の処理へ進む。

Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ７は、ＣＮＧの使用条件が成立しているか否かを判別する。たとえば、ＥＣＵ７は、Ａ／Ｆセンサ４１や排気浄化装置４０が活性しており、且つ冷却水温度が所定温度以上（たとえば、内燃機関１が暖機完了状態にあると判定される最低の冷却水温度）であれば、ＣＮＧを使用可能であると判定する。Ｓ１０５の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０３の処理へ戻る。一方、Ｓ１０５の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０６の処理へ進む。

Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ７は、内燃機関１の使用燃料を液体燃料からＣＮＧへ切り替える。詳細には、ＥＣＵ７は、第二燃料噴射弁６及び燃料ポンプ６３の停止と、遮断弁５５の開弁と、第一燃料噴射弁５の作動とを行う。

Ｓ１０２乃至Ｓ１０６の処理が実行されると、ＣＮＧ補給後における液体燃料からＣＮＧへの最初の切り替えが中回転・中負荷運転領域に制限されるため、燃料の切り替えに伴う排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化を少なく抑えることができる。

また、前記Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０７の処理へ進む。Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ７は、学習処理が完了しているか否かを判別する。ここでいう学習処理は、最後のＣＮＧ補給に対応した学習処理である。最後のＣＮＧ補給に対応した学習処理が終了する前に内燃機関１の運転が停止されると、再始動後に初めて液体燃料からＣＮＧへの切り替えが行われたときに、混合気の空燃比がＣＮＧの性状に適した空燃比から乖離する。よって、Ｓ１０７の処理において否定判定された場合は、液体燃料からＣＮＧへの切り替えを中回転・中負荷運転領域に制限する必要がある。そこで、Ｓ１０７の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０２乃至Ｓ１０６の処理を実行する。その結果、最後のＣＮＧ補給に対応した学習処理が終了する前に内燃機関１の運転が停止され、その後に内燃機関１が再始動された場合において、初めて液体燃料からＣＮＧへの切り替えが行われるときに、排気エミッションの悪化やドライバビリティの悪化を少なく抑えることができる。

また、前記Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合は、直前の運転停止中にＣＮＧの補給が行われておらず、且つ最後のＣＮＧ補給に対応した学習処理が完了していることになる。すなわち、現時点における不活性ガス濃度学習値ｅｋｎｃｏ２の値は、第一燃料タンク５２に貯蔵されているＣＮＧの性状に適した値になっていることになる。よって、前記Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合は、液体燃料からＣＮＧへの切り替えを中回転・中負荷運転領域に制限する必要がない。そこで、Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０８乃至Ｓ１１２の処理において、液体燃料からＣＮＧへの切り替えを通常通りに実行する。

まず、Ｓ１０８の処理では、ＥＣＵ７は、液体燃料を使用して内燃機関１を始動させる。続いて、Ｓ１０９の処理では、ＥＣＵ７は、液体燃料からＣＮＧへの切り替え要求が入力されたか否かを判別する。Ｓ１０９の処理で否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、該Ｓ１０９の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ１０９の処理で肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１１０の処理へ進む。

Ｓ１１０の処理では、ＥＣＵ７は、内燃機関１の運転状態が前述した図３の領域Ａに属
しているか否かを判別する。Ｓ１１０の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０９の処理へ戻る。一方、Ｓ１１０の処理で肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１１１の処理へ進む。

Ｓ１１１の処理では、ＥＣＵ７は、ＣＮＧの使用条件が成立しているか否かを判別する。その際の使用条件は、前述したＳ１０５の処理における使用条件と同様である。Ｓ１１１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０９の処理へ戻る。一方、Ｓ１１１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１１２の処理へ進む。

Ｓ１１２の処理では、ＥＣＵ７は、内燃機関１の使用燃料を液体燃料からＣＮＧへ切り替える。その際の切り替え方法は、前述したＳ１０６の処理と同様である。

以上述べたように、ＥＣＵ７が図４の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる「制限手段」が実現される。その結果、ＣＮＧの補給後であって、且つ学習処理が終了する前は、液体燃料からＣＮＧへの最初の切り替えが高回転・高負荷運転領域や低回転・低負荷運転領域で行われなくなる。その結果、燃料の切り替えに伴う排気エミッションの悪化又はドライバビリティの悪化を少なく抑えることができる。

なお、学習処理が終了する前にＣＮＧから液体燃料へ切り替えられ、その後に液体燃料からＣＮＧへの切り替えが行われる場合についても、中回転・中負荷運転領域に制限されることが望ましい。要するに、学習処理が終了する前は、液体燃料からＣＮＧへの切り替えを中回転・中負荷領域に制限すればよい。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ 第一燃料噴射弁
６ 第二燃料噴射弁
７ ＥＣＵ
１０ 切り替えボタン
４１ Ａ／Ｆセンサ
５０ 第一デリバリパイプ
５１ 第一燃料通路
５２ 第一燃料タンク
５３ 充填口
５４ インレットパイプ
５５ 遮断弁
５６ レギュレータ
５７ 圧力センサ
６０ 第二デリバリパイプ
６１ 第二燃料通路
６２ 第二燃料タンク
６３ 燃料ポンプ

Claims (1)

1. 圧縮天然ガスと他の燃料を使用可能な内燃機関において、
   圧縮天然ガスの性状を学習するための学習処理を行う学習手段と、
   前記学習処理が終了する前は、他の燃料から圧縮天然ガスへの切り替えを所定の中回転・中負荷領域に制限する制限手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。

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