JP2017166386A

JP2017166386A - 気体燃料直噴エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP2017166386A
Application number: JP2016051319A
Authority: JP
Inventors: 一保堂園; Kazuyasu Dosono; 裕志藤川; Hiroshi Fujikawa
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2036-03-15
Also published as: JP6327272B2

Abstract

【課題】燃焼室内に気体燃料を直接噴射する燃料噴射弁（水素用直噴噴射弁１８Ａ、ＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ｂ）を有する気体燃料直噴エンジン１０の始動のためのクランキング運転中に、該エンジン１０の燃焼室に面する部材における付着物を除去できるようにして、該エンジン１０の始動性を向上させる。
【解決手段】特定始動時に、点火プラグ１９を作動させることなくエンジン１０のクランキング運転を行うとともに、該クランキング運転中の圧縮行程で、エンジン１０の燃焼室内の燃焼空燃比が、点火プラグ１９により点火したとしても該燃焼室内の気体燃料が着火しない燃焼空燃比になるように、上記燃料噴射弁を制御するクランキング時燃料噴射制御を実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、気体燃料直噴エンジンの制御装置に関する技術分野に属する。

特にハイブリッド車両においては、エンジンの運転及び停止が頻繁に繰り返されることが多く、このため、エンジンの運転中の燃焼状態が悪い。特に、エンジンが冷間状態にあるときにエンジンの運転が停止した場合に、そのエンジンの運転中の燃焼状態が悪くなる。このようなエンジンでは、エンジンの運転中に、燃焼室に面する部材（特に点火プラグやプラグホールの開口部、排気弁の弁座部）に付着物が付着堆積し易くなる。

ここで、例えば特許文献１には、例えば水素を燃料とするエンジンと、該エンジンを駆動して始動させかつ該始動後のエンジンにより駆動されて発電するモータジェネレータとを備えたハイブリッド車両の制御装置において、モータジェネレータによるエンジンの駆動開始から所定時間経過するまでの間、燃料の噴射及び点火を行わないで、該エンジンの燃焼室内に残存する燃料を掃気させることが開示されている。

特開２０１４−１１３９４２号公報

ところで、燃焼室内に気体燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有する気体燃料直噴エンジンの始動のためのクランキング運転中において、前回のエンジンの運転中に付着した付着物を除去するために、上記特許文献１のように、燃料の噴射及び点火を行わないで、燃焼室内に残存する燃料を掃気させることが考えられる。

しかし、この方法では、燃焼室内に残留する未燃の燃料を除去することはできるものの、燃焼室に面する部材に付着した付着物を除去することは困難である。このような付着物が付着したままであると、燃焼室のシール性や点火プラグによる燃料の点火に悪影響を及ぼし、エンジンの始動不良が生じることが懸念される。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃焼室内に気体燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有する気体燃料直噴エンジンの始動のためのクランキング運転中に、該エンジンの燃焼室に面する部材における付着物を除去できるようにして、該エンジンの始動性を向上させようとすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、燃焼室内に気体燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁により噴射された燃料を点火させる点火プラグとを有する気体燃料直噴エンジンの制御装置を対象として、上記エンジンは、該エンジンを始動させるための始動装置を有し、上記燃料噴射弁、点火プラグ及び始動装置の作動を含めて、上記エンジンの作動を制御する制御手段を備え、上記制御手段は、通常始動時においては、上記燃料噴射弁及び点火プラグを作動させることなく上記始動装置による上記エンジンのクランキング運転を行う一方、特定始動時においては、上記点火プラグを作動させることなく上記エンジンのクランキング運転を行うとともに、該クランキング運転中の圧縮行程で、上記燃焼室内の燃焼空燃比が、点火プラグにより点火したとしても該燃焼室内の気体燃料が着火しない燃焼空燃比になるように、上記燃料噴射弁を制御するクランキング時燃料噴射制御を実行するよう構成されている、という構成とした。

上記の構成により、クランキング時燃料噴射制御の実行によって、気体燃料を含む高圧の圧縮混合気により、燃焼室に面する部材に付着した付着物を除去し易くなる。また、噴射された気体燃料の噴流の勢いを利用することで、付着物をより一層除去し易くなる。したがって、特定始動時におけるエンジンのクランキング運転中に、燃焼室に面する部材における付着物を除去して、エンジンの始動性を向上させることができる。上記特定始動時としては、燃焼室に面する部材に付着物が付着する可能性が高い運転が停止された後のエンジンの始動時である。

上記気体燃料直噴エンジンの制御装置において、上記エンジンの冷却水の温度を検出するエンジン水温検出手段を更に備え、上記制御手段は、上記エンジン水温検出手段による検出温度から上記エンジンが所定の温間状態に達しているか否かを判定するとともに、上記エンジンが上記所定の温間状態に達していないと判定しているときに該エンジンの運転が停止された後における次の該エンジンの始動時において、該始動時が上記特定始動時であるとして、上記クランキング時燃料噴射制御を実行するよう構成されている、ことが好ましい。

すなわち、前回のエンジンの運転が、所定の温間状態に達していない状態で停止されたときには、その運転中に、燃焼室に面する部材に付着物が付着する可能性が高いので、その次のエンジンの始動時において、該始動時が上記特定始動時であるとして、クランキング時燃料噴射制御を実行することで、上記付着物を効果的に除去することができる。

上記気体燃料直噴エンジンの制御装置の一実施形態では、上記エンジンは、上記気体燃料として、第１燃料と、第２燃料とを使用するものであり、上記燃料噴射弁は、上記第１燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、上記第２燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを含み、上記燃焼室内の燃料が上記第２燃料のみである場合に上記点火プラグにより点火したとしても該第２燃料が着火しない最小の燃焼空燃比が、上記燃焼室内の燃料が上記第１燃料のみである場合に上記点火プラグにより点火したとしても該第１燃料が着火しない最小の燃焼空燃比よりも低くなっており、上記制御手段は、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、上記第１燃料及び第２燃料のうち上記最小の燃焼空燃比が低い方の燃料である上記第２燃料の体積噴射量が、上記第１燃料の体積噴射量よりも多くなるように、上記第１及び第２の燃料噴射弁を制御するよう構成されている。

このことにより、第１燃料及び第２燃料のトータル体積噴射量を多くすることができ、この結果、付着物をより一層除去し易くなる。

上記気体燃料直噴エンジンの制御装置の別の実施形態では、上記エンジンは、上記気体燃料として、第１燃料と、該第１燃料とは異なる第２燃料とを使用するものであり、上記燃料噴射弁は、上記第１燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、上記第２燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを含み、上記第１燃料及び第２燃料の体積残量をそれぞれ検出する残量検出手段を更に備え、上記制御手段は、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、上記残量検出手段により検出される体積残量が多い方の燃料の体積噴射量が、少ない方の燃料の体積噴射量よりも多くなるように、上記第１及び第２の燃料噴射弁を制御するよう構成されている。

こうすることで、第１燃料及び第２燃料の残量の偏りをなくして、一方の燃料のみが早期になくなるのを防止することができ、この結果、航続距離が短くなるのを防止することができる。

上記気体燃料直噴エンジンの制御装置の更に別の実施形態では、上記エンジンは、ロータリピストンエンジンであり、上記燃料噴射弁は、ロータの回転方向に並設されたリーディング側燃料噴射弁及びトレーリング側燃料噴射弁を含み、上記制御手段は、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、上記リーディング側燃料噴射弁からの上記気体燃料の体積噴射量が、上記トレーリング側燃料噴射弁からの上記気体燃料の体積噴射量よりも多くなるように、該リーディング側燃料噴射弁及び該トレーリング側燃料噴射弁を制御するよう構成されている。

すなわち、ロータリピストンエンジンでは、特に点火プラグやプラグホールの開口部に付着物が付着し易いが、点火プラグ（プラグホール）に近いリーディング側燃料噴射弁からの気体燃料の体積噴射量を多くすることで、点火プラグやプラグホールの開口部に付着した付着物を効果的に除去することができる。

上記気体燃料直噴エンジンの制御装置の更に別の実施形態では、上記エンジンは、シリンダ内をピストンが往復動するレシプロエンジンであり、上記燃料噴射弁は、上記燃焼室の天井部の中央部に配設されていて、シリンダの中心軸方向から見て、少なくとも、上記気体燃料をシリンダの中心部からその周囲全周に向けて噴射する第１の噴射形態と、上記気体燃料をシリンダの中心部から排気弁に向けて噴射する第２の噴射形態とに切り換え可能に構成され、上記制御手段は、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、上記気体燃料を上記第２の噴射形態でもって噴射するように、上記燃料噴射弁を制御するよう構成されている。

すなわち、レシプロエンジンでは、特に排気弁の弁座部に付着物が付着し易いが、気体燃料を排気弁に向けて噴射することで、該排気弁の弁座部に付着した付着物を効果的に除去して、燃焼室のシール性を確実なものとすることができる。

上記気体燃料直噴エンジンの制御装置の更に別の実施形態では、上記エンジンは、シリンダ内をピストンが往復動するレシプロエンジンであり、上記燃料噴射弁は、上記燃焼室の天井部の中央部に配設されていて、シリンダの中心軸方向から見て、少なくとも、上記気体燃料をシリンダの中心部からその周囲全周に向けて噴射する第１の噴射形態と、上記気体燃料をシリンダの中心部から点火プラグに向けて噴射する第２の噴射形態とに切り換え可能に構成され、上記制御手段は、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、上記気体燃料を上記第２の噴射形態でもって噴射するように、上記燃料噴射弁を制御するよう構成されている。

これにより、点火プラグに付着した付着物を効果的に除去して、エンジンの始動時に失火が生じるのを防止することができる。

以上説明したように、本発明の気体燃料直噴エンジンの制御装置によると、特定始動時に、点火プラグを作動させることなく該エンジンのクランキング運転を行うとともに、該クランキング運転中の圧縮行程で、該エンジンの燃焼室内の燃焼空燃比が、点火プラグにより点火したとしても該燃焼室内の気体燃料が着火しない燃焼空燃比になるように、燃料噴射弁を制御するクランキング時燃料噴射制御を実行するようにしたことにより、エンジンのクランキング運転中に、燃焼室に面する部材における付着物を除去して、エンジンの始動性を向上させることができる。

本発明の実施形態１に係る気体燃料直噴エンジン制御装置が搭載されたハイブリッド車両の概略図である。上記ハイブリッド車両の気体燃料直噴エンジン及びその制御系の構成を示すブロック図である。コントロールユニットによる気体燃料直噴エンジンの始動時の処理動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態２における気体燃料直噴エンジンの断面図である。本発明の実施形態３における気体燃料直噴エンジンの断面図である。実施形態３における気体燃料直噴エンジンの燃焼室の天井部を燃焼室側から見た図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る気体燃料直噴エンジン制御装置が搭載されたハイブリッド車両１（以下、車両１という）の概略図である。この車両１は、シリーズハイブリッド車両であって、燃料として気体燃料を使用する気体燃料直噴エンジン１０（以下、単にエンジン１０という）と、該エンジン１０により駆動されて発電する発電機２０と、この発電機２０によって発電された電力が蓄電（充電）される高電圧・大容量のバッテリ３０と、エンジン１０に駆動されることによる発電機２０の発電電力及びバッテリ３０の蓄電電力（放電電力）の少なくとも一方により駆動される駆動モータ４０とを備えている。本実施形態では、発電機２０は、モータ（始動装置）の機能も有するモータジェネレータであり、モータとしての発電機２０によりエンジン１０を駆動して（クランキングして）、エンジン１０を始動するようになされている。

発電機２０とバッテリ３０との間には、第１インバータ５０が設けられ、バッテリ３０と駆動モータ４０との間には、第２インバータ５１が設けられている。第１インバータ５０と第２インバータ５１とは互いに接続され、その接続ラインにバッテリ３０が接続されている。発電機２０の発電電力は、第１インバータ５０を介してバッテリ３０に供給されるとともに、第１及び第２インバータ５０，５１を介して駆動モータ４０に供給される。バッテリ３０からの放電電力は、第２インバータ５１を介して駆動モータ４０に供給される。

駆動モータ４０の出力は、デファレンシャル装置６０を介して、駆動輪６１（ステアリングホイール６２により操舵される左右の前輪）に伝達され、これにより、車両１が走行する。

駆動モータ４０は、回生発電電力を発生可能なものであって、車両１の減速時に発電機として作動して、その発電した電力（回生発電電力）がバッテリ３０に充電される。また、後述の充電走行モードでは、エンジン１０が始動されて発電機２０の発電電力でもってバッテリ３０が充電される。尚、バッテリ３０は、車両１の外部の電源による外部充電も可能になされている。

エンジン１０は、発電機２０を駆動して発電させるために用いられる発電用エンジンである。エンジン１０は、水素タンク７０に貯留されている水素ガス、及び、ＣＮＧタンク７１に貯留されている天然ガス（ＣＮＧ）が、気体燃料としてそれぞれ供給可能に構成された多種燃料エンジンである。

図２に示すように、エンジン１０は、本実施形態では、ツインロータ式（２気筒）のロータリピストンエンジンであって、２つの繭状のロータハウジング１１内（気筒内）に形成されるロータ収容室１１ａに、概略三角形状のロータ１２がそれぞれ収容されて構成されている。２つのロータハウジング１１は、３つのサイドハウジング（図示せず）の間に挟み込むようにして該サイドハウジングと一体化されてなり、各ロータハウジング１１とその両側のサイドハウジングとで各ロータ収容室１１ａが形成される。尚、図２では、２つのロータハウジング１１（２つの気筒）を展開した状態で図示しており、２つのロータハウジング１１内の中央部にそれぞれ描いているエキセントリックシャフト１３は、同じものである。

上記各ロータ１２は、その三角形の各頂部に図示しないアペックスシールを有し、これらアペックスシールがロータハウジング１１のトロコイド内周面に摺接しており、このことで、各ロータ１２により各ロータ収容室１１ａ（各気筒）内に３つの作動室（燃焼室に相当）が画成される。そして、各ロータ１２は、該ロータ１２の３つのアペックスシールが各々ロータハウジング１１のトロコイド内周面に当接した状態でエキセントリックシャフト１３の周りを自転しながら、該エキセントリックシャフト１３の軸心の周りに公転するようになっている。ロータ１２が１回転する間に、該ロータ１２の各頂部間にそれぞれ形成された作動室が周方向に移動しながら、吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の各行程を行い、これにより発生する回転力がロータ１２を介して出力軸としてのエキセントリックシャフト１３から出力される。

上記各ロータ収容室１１ａには、吸気行程にある作動室に開口する吸気開口に連通するように吸気通路１４が接続されているとともに、排気行程にある作動室に開口する排気開口に連通するように排気通路１５が接続されている。吸気通路１４は、上流側では１つであるが、下流側では、２つの分岐路に分岐してそれぞれ上記各ロータ収容室１１ａに連通している。吸気通路１４の上記分岐部よりも上流側（後述のインタークーラ８６よりも下流側）には、ステッピングモータ等のスロットル弁アクチュエータ９０により駆動されて吸気通路１４の断面積（弁開度）を調節するスロットル弁１６が配設されている。このスロットル弁１６により、各ロータ収容室１１ａ（吸気行程にある作動室）内への吸気量が調節されることになる。本実施形態における後述のエンジン制御時（エンジン１０の中負荷ないし高負荷運転時）及び後述のクランキング時燃料噴射制御時においては、基本的に、スロットル弁１６は全開とされる。

吸気通路１４の上記分岐部よりも下流側の各分岐路には、上記水素タンク７０からの水素ガス、及び、上記ＣＮＧタンク７１からの天然ガスを、吸気通路１４内にそれぞれ噴射する水素用ポート噴射弁１７Ａ及びＣＮＧ用ポート噴射弁１７Ｂが配設されている。これら水素用及びＣＮＧ用ポート噴射弁１７Ａ，１７Ｂによりそれぞれ噴射された水素ガス及び天然ガスは、空気と混合された状態で、吸気行程にある作動室に供給される。

水素用及びＣＮＧ用ポート噴射弁１７Ａ，１７Ｂは、エンジン１０の極冷間時（エンジン冷間時の中でもエンジン１０の冷却水（以下、エンジン冷却水という）の温度がかなり低くて、予め設定された設定温度よりも低いとき）における始動時に使用される。それ以外のときには、後述の水素用及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ａ，１８Ｂより燃料（水素ガス及び天然ガス）が作動室（燃焼室）内に直接噴射される。エンジン１０の極冷間時における始動時においては、水素用及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ａ，１８Ｂの燃料噴射開口が、燃料の燃焼により生じた水分の凍結により塞がれている可能性があるので、例外的に水素用及びＣＮＧ用ポート噴射弁１７Ａ，１７Ｂより燃料を噴射する。尚、エンジン１０の始動時及び運転時において、水素用及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ａ，１８Ｂと水素用及びＣＮＧ用ポート噴射弁１７Ａ，１７Ｂとにより燃料を噴射するようにすることも可能である。或いは、水素用及びＣＮＧ用ポート噴射弁１７Ａ，１７Ｂをなくすことも可能である。以下の説明では、水素用及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ａ，１８Ｂにより燃料（水素ガス及び天然ガス）を噴射するものとする。

上記排気通路１５は、上流側では、各ロータ収容室１１ａにそれぞれ連通するように２つ設けられているが、下流側では、１つに合流されている。この排気通路１５の該合流部よりも下流側には、排気ガスを浄化するための低温活性三元触媒８１及びＮＯｘ吸蔵還元触媒８２が配設されている。低温活性三元触媒８１は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２よりも触媒活性化温度が低い三元触媒であって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２よりも上流側に配設されている。尚、図２において吸気通路１４及び排気通路１５に図示した矢印は、吸気及び排気の流れを示している。

上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属を含んだ担体に、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）等のＮＯｘ吸蔵剤を担持させて構成されていて、エンジン１０の排気ガス中のＮＯｘをリーン空燃比雰囲気下で吸蔵するとともに、該吸蔵したＮＯｘを、リッチ空燃比雰囲気下で放出して、該ＮＯｘを、排気ガス中のＨＣやＣＯと反応させて還元する機能を有する。

上記各ロータハウジング１１（各気筒）には、水素タンク７０からの水素ガスを、ロータ収容室１１ａの圧縮行程にある作動室（燃焼室）内に直接噴射する水素用直噴噴射弁１８Ａ（第１の燃料噴射弁に相当）と、ＣＮＧタンク７１からの天然ガスを、ロータ収容室１１ａの圧縮行程にある作動室（燃焼室）内に直接噴射するＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ｂ（第２の燃料噴射弁に相当）とが設けられている。

また、各ロータハウジング１１には、水素用及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ａ，１８Ｂよりそれぞれ噴射された水素ガス及び天然ガスの点火を行う２つの点火プラグ１９が設けられている。これら両点火プラグ１９は、圧縮トップ（ＴＤＣ）の近傍で、リーディング側及びトレーリング側の順で点火されて、圧縮乃至膨張行程にある作動室内の混合気の点火を行う。尚、リーディング側の点火プラグ１９の点火は、圧縮トップの手前で行われ、トレーリング側の点火プラグ１９の点火は、圧縮トップと同時か又はその直ぐ後に行われる。

エンジン１０には、該エンジン１０の各ロータ収容室１１ａにおける吸気行程にある作動室（燃焼室）内への吸気の過給を行う排気ターボ過給機８５が設けられている。この排気ターボ過給機８５は、吸気通路１４におけるスロットル弁１６よりも上流側に配設されたコンプレッサ８５ａと、排気通路１５における上記合流部よりも下流側でかつ三元触媒８１よりも上流側に配設されたタービン８５ｂとで構成されている。タービン８５ｂが排気ガス流により回転し、このタービン８５ｂの回転により、該タービン８５ｂと連結されたコンプレッサ８５ａが作動して、吸気通路１４に吸入された空気を圧縮する。この圧縮された空気は、吸気通路１４におけるコンプレッサ８５ａよりも下流側でかつスロットル弁１６よりも上流側に配設されたインタークーラ８６によって冷却された後、上記各分岐路を介して各ロータ収容室１１ａにおける吸気行程にある作動室内に吸入される。

車両１には、バッテリ３０に出入りする電流及びバッテリ３０の電圧を検出するバッテリ電流・電圧センサ１０１と、車両１の乗員によるアクセルペダルの踏み込み量（乗員の操作によるアクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１０２と、車両１の車速を検出する車速センサ１０３と、エキセントリックシャフト１３に設けられ、エキセントリックシャフト１３の回転角度位置を検出する回転角センサ１０４と、排気通路１５における低温活性三元触媒８１とタービン８５ｂとの間に配設され、エンジン１０の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ１０５（本実施形態では、リニアＯ２センサで構成されている）と、ロータハウジング１１の内部に形成されたウォータジャケット（図示せず）に臨んで該ウォータジャケット内を流れるエンジン冷却水の温度（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサ１０６（エンジン水温検出手段）と、水素タンク７０内の圧力（つまり水素タンク７０内の水素ガスの体積残量）及びＣＮＧタンク７１内の圧力（つまりＣＮＧタンク７１内の天然ガスの体積残量）をそれぞれ検出するタンク圧力センサ１０７（水素タンク７０とＣＮＧタンク７１とに別々に設けられている）と、吸気通路１４内に吸入される吸気流量を検出するエアフローセンサ１０８と、バッテリ３０の温度を検出するバッテリ温度センサ１０９と、エンジン１０の作動制御や、第１及び第２インバータ５０，５１の作動制御（つまり発電機２０及び駆動モータ４０の作動制御）等を行うコントロールユニット１００とが設けられている。上記回転角センサ１０４は、エンジン１０の回転数を検出するエンジン回転数センサを兼ねている。タンク圧力センサ１０７は、水素ガス及び天然ガスの体積残量をそれぞれ検出する残量検出手段を構成することになる。

コントロールユニット１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。コントロールユニット１００には、バッテリ電流・電圧センサ１０１、アクセル開度センサ１０２、車速センサ１０３、回転角センサ１０４、空燃比センサ１０５、エンジン水温センサ１０６、タンク圧力センサ１０７、エアフローセンサ１０８、バッテリ温度センサ１０９等からの各種情報の信号が入力されるようになっている。

発電機２０は、該発電機２０による発電電圧及び発電電流の情報をコントロールユニット１００に送信するようになっており、コントロールユニット１００は、その情報を入力して該情報から発電機２０による発電電力（発電量）を検出する。

駆動モータ４０は、該駆動モータ４０の回転数の情報や、駆動モータ４０による回生発電電圧及び回生発電電流の情報をコントロールユニット１００に送信するようになっており、コントロールユニット１００は、その情報を入力して駆動モータ４０の作動制御に用いる。

そして、コントロールユニット１００は、上記入力信号に基づいて、スロットル弁アクチュエータ９０、水素用ポート噴射弁１７Ａ、ＣＮＧ用ポート噴射弁１７Ｂ、水素用直噴噴射弁１８Ａ、ＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ｂ、及び点火プラグ１９に対して制御信号を出力してエンジン１０を制御するとともに、第１及び第２インバータ５０，５１に対して制御信号を出力して発電機２０及び駆動モータ４０を制御する。コントロールユニット１００は、水素用直噴噴射弁１８Ａ及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ｂの作動を含めて、エンジン１０の作動を制御する制御手段を構成することになる。

車両１は、バッテリ３０の放電電力によって走行するバッテリ走行モード（このとき、エンジン１０は停止された状態にある）と、エンジン１０を運転して該エンジン１０の出力によって発電機２０を介してバッテリ３０を充電しながら走行する充電走行モードとを有する。本実施形態では、車両１がシリーズハイブリッド車両であるので、上記充電走行モードでは、エンジン１０の出力により発電する発電機２０による発電電力でもって、バッテリ３０への充電と駆動モータ４０の駆動とを行う。

コントロールユニット１００は、バッテリ電流・電圧センサ１０１により検出された、バッテリ３０に出入りする電流及びバッテリ３０の電圧に基づいて、バッテリ３０の残存容量（ＳＯＣ）を検出する。

そして、コントロールユニット１００は、上記バッテリ走行モード時に、上記検出されるバッテリ３０のＳＯＣが第１所定値（例えば３０％）よりも低くなったときには、上記充電走行モードに切り換える一方、上記充電走行モード時に、上記検出されるバッテリ３０のＳＯＣが、上記第１所定値よりも高い値に設定された第２所定値（例えば７０％）よりも高くなったときに、上記バッテリ走行モードに切り換える。これにより、バッテリ３０のＳＯＣを、低過ぎずかつ高過ぎない好ましい範囲内に維持することができる。

コントロールユニット１００は、上記バッテリ走行モード時において、駆動モータ４０の要求出力及びバッテリ３０のＳＯＣの値に基づいて、エンジン１０の運転要求の有無（本実施形態では、発電要求の有無と同じことである）を確認し、エンジン１０の運転要求（発電要求）が有るときには、モータとしての発電機２０によりエンジン１０をクランキング運転してエンジン１０を始動させ、その始動後に発電機２０に発電を行わせるべくエンジン１０を運転する。すなわち、コントロールユニット１００は、上記バッテリ走行モード時において、バッテリ３０のＳＯＣが上記第１所定値よりも低くなったとき、又は、駆動モータ４０の要求出力がバッテリ３０の最大放電可能電力を超えたときに、エンジン１０の運転要求が有るとして、エンジン１０を運転する。

ここで、上記最大放電可能電力はバッテリ３０の温度によって変化する。このバッテリ３０の温度と上記最大放電可能電力との関係が、マップとして、コントロールユニット１００のメモリに記憶されており、コントロールユニット１００は、そのマップを用いて、バッテリ温度センサ１０９により検出されるバッテリ３０の温度から上記最大放電可能電力を検出する。

コントロールユニット１００は、上記充電走行モード時には、基本的に、エンジン１０を所定回転数でもって定常運転し、このエンジン定常運転時のエンジン回転数（上記所定回転数）は、エンジン１０の最高効率点を含む効率の良い領域（例えば１８００ｒｐｍ〜２２００ｒｐｍ）の値であり、本実施形態では、２０００ｒｐｍとする。上記エンジン定常運転時のエンジン負荷は、所定負荷よりも大きい中負荷ないし高負荷である。このときのエンジン１０の出力により発電する発電機２０による発電電力でもって、バッテリ３０への充電と駆動モータ４０の駆動とを行う（上記発電電力から駆動モータ４０の要求出力を引いた残りの電力がバッテリ３０に充電される）。また、上記エンジン定常運転時において、車両１の所定以上の加速要求時のように、駆動モータ４０の要求出力が、２０００ｒｐｍでのエンジン出力（発電電力）よりも大きくなったときには、その不足分をバッテリ３０の放電電力で補う（充電はしない）。但し、バッテリ３０の放電電力が該バッテリ３０の最大放電可能電力になっても駆動モータ４０の要求出力を満たすことができない場合には、例外的にエンジン回転数を上記所定回転数よりも高くする。

上記バッテリ走行モード時において駆動モータ４０の要求出力がバッテリ３０の最大放電可能電力を超えたときのエンジン１０の運転も、上記所定回転数（２０００ｒｐｍ）での定常運転とし、バッテリ３０の放電電力を調整して駆動モータ４０の要求出力を満たすようにする。

コントロールユニット１００は、エンジン１０の運転時には、水素ガス及び天然ガスを所定の比率でもってエンジン１０に供給するべく水素用直噴噴射弁１８Ａ及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ｂを制御する。本実施形態では、水素ガス及び天然ガスは、略同じ体積比率（共に５０％）でもって燃焼室内に噴射される。

また、コントロールユニット１００は、エンジン１０の運転時には、基本的に、エンジン１０の燃焼室内の燃焼空燃比を所定のリーン空燃比（例えば、空気過剰率λ＝１．９）にする。尚、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２に吸蔵したＮＯｘを放出させる際には、上記燃焼室内の燃焼空燃比をリッチ空燃比（例えば、空気過剰率λ＝０．９）にする。

ここで、エンジン１０の燃焼室内の燃料が天然ガスのみである場合に点火プラグ１９により点火したとしても該天然ガスが着火しない最小の燃焼空燃比が、上記燃焼室内の燃料が水素ガスのみである場合に点火プラグ１９により点火したとしても該水素ガスが着火しない最小の燃焼空燃比よりも低い。水素ガス（第１燃料に相当）が着火しない最小の燃焼空燃比は、空気過剰率λに換算して３．０であり、天然ガス（第２燃料に相当）が着火しない最小の燃焼空燃比は、空気過剰率λに換算して１．５である。水素ガスと天然ガスとの混合ガスが着火しない最小の燃焼空燃比（空気過剰率λ）は、１．５〜３．０の範囲内で、天然ガスの混合割合が多くなるほど、低い値になる。水素ガス及び天然ガスが略同じ体積比率でもって燃焼室内に噴射する場合、上記最小の燃焼空燃比（空気過剰率λ）は、２．０程度であるので、λ＝１．９とすれば、この混合ガスは十分に点火することになる。尚、第２燃料としては、天然ガスに限らず、例えばプロパンやブタンであってもよい。天然ガス、プロパン及びブタンは、水素ガスに対して、単位体積当たりの発熱量が高い燃料である。

上記のような車両１においては、エンジン１０の運転及び停止が頻繁に繰り返され、このため、エンジン１０の運転中の燃焼状態が悪い。特に、エンジン１０が冷間状態にあるときにエンジン１０の運転が停止した場合に、そのエンジン１０の運転中の燃焼状態が悪くなる。このようなエンジン１０では、エンジン１０の運転中に、燃焼室に面する部材（特に点火プラグ１９や該点火プラグ１９を収容するプラグホール（実施形態２を示す図４のプラグホール１１ｂ参照）の開口部）に付着物が付着堆積し易くなる。

そこで、本実施形態では、燃焼室に面する部材に付着物が付着する可能性が高い運転が停止された後のエンジン１０の始動時である特定始動時におけるクランキング運転中に、前回のエンジン１０の運転中に付着した付着物を除去するようにする。具体的に、コントロールユニット１００は、点火プラグ１９を作動させることなく発電機２０によるエンジン１０のクランキング運転を行いながら、そのクランキング運転中の圧縮行程で、エンジン１０の燃焼室内の燃焼空燃比が、点火プラグ１９により点火したとしても該燃焼室内の気体燃料（本実施形態では、水素ガスと天然ガスとの混合ガス）が着火しない燃焼空燃比になるように、水素用及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ａ，１８Ｂを制御するクランキング時燃料噴射制御を実行し、このクランキング時燃料噴射制御の実行により、上記付着物を除去するようにする。すなわち、気体燃料（上記混合ガス）を含む高圧の圧縮混合気により、燃焼室に面する部材に付着した付着物を除去したり、噴射された気体燃料の噴流の勢いを利用することで、上記付着物を除去したりする。上記クランキング時燃料噴射制御の実行中、点火プラグ１９は基本的に作動させないが、点火プラグ１９を作動させてもよい。

本実施形態では、コントロールユニット１００は、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、水素ガス及び天然ガスのうち上記最小の燃焼空燃比が低い方の燃料である天然ガスの体積噴射量が、水素ガスの体積噴射量よりも多くなるように、水素用及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ａ，１８Ｂを制御する。すなわち、燃焼室内の上記混合ガスの天然ガスの体積割合を、５０％よりも多くかつ１００％未満とする。燃焼室内の気体燃料（上記混合ガス）が着火しない燃焼空燃比は、天然ガスの混合割合に応じた、上記混合ガスの上記最小の燃焼空燃比以上とすればよい（本実施形態では、上記最小の燃焼空燃比又はそれに近い値にする）。

尚、燃焼室内の気体燃料を天然ガスのみとしてもよい。この場合、燃焼室内の気体燃料（天然ガス）が着火しない燃焼空燃比を１．５とする。逆に、燃焼室内の気体燃料を水素ガスのみとしてもよい。この場合、燃焼室内の気体燃料（水素ガス）が着火しない燃焼空燃比を３．０とする。

燃焼室内の気体燃料が着火しない燃焼空燃比は出来る限り低い方が好ましい。これは、気体燃料のトータル体積噴射量を多くすることができるので、上記付着物の除去効果が高くなるからである。このことから、混合ガスの天然ガスの体積割合を多くしたり天然ガスのみとするのがよい。

上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、天然ガスの体積噴射量を水素ガスの体積噴射量よりも多くする代わりに、タンク圧センサ１０７による体積残量が多い方の燃料の体積噴射量が、少ない方の燃料の体積噴射量よりも多くなるように、水素用及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ａ，１８Ｂを制御してもよい。これは、エンジン１０の運転時に、水素ガス及び天然ガスを互いに異なる体積比率でもって燃焼室内に噴射する場合に特に有利であり、水素ガス及び天然ガスの残量の偏りをなくして、一方の燃料のみが早期になくなるのを防止することができ、これにより、航続距離が短くなるのを防止することができる。

本実施形態では、コントロールユニット１００は、エンジン水温センサ１０６による検出温度からエンジン１０が所定の温間状態に達しているか否かを判定するとともに、エンジン１０が上記所定の温間状態に達していないと判定しているときに該エンジン１０の運転が停止された後における次の該エンジン１０の始動時において、該始動時が上記特定始動時であるとして、上記クランキング時燃料噴射制御を実行する。すなわち、前回のエンジン１０の運転が、上記所定の温間状態に達していない状態で停止されたときには、その運転中に、燃焼室に面する部材に付着物が付着する可能性が高いので、コントロールユニット１００は、その次のエンジン１０の始動時において、発電機２０によるエンジン１０のクランキング運転を行いながら、上記クランキング時燃料噴射制御を実行する。

上記所定の温間状態は、エンジン冷却水の温度が所定温度以上の温間状態であって、該所定温度未満であるときに付着物が付着したとしても、その付着物が除去されるような状態である。

上記クランキング時燃料噴射制御における水素ガス及び天然ガスの噴射タイミングは、圧縮行程であれば、どのタイミングであってもよいが、点火プラグ１９や該点火プラグ１９を収容するプラグホールの開口部に付着物が付着し易いので、圧縮行程にある作動室と膨張行程にある作動室とを区画するアペックスシールが、トレーリング側の点火プラグ１９（トレーリング側のプラグホール）に到達する手前に噴射することが好ましい。また、特にリーディング側の点火プラグ１９及びリーディング側のプラグホールの開口部に、より多くの付着物が付着し易いので、圧縮行程にある作動室と膨張行程にある作動室とを区画するアペックスシールが、トレーリング側の点火プラグ１９とリーディング側の点火プラグ１９との間に位置するときに、噴射するようにしてもよい。或いは、各気筒において、或る圧縮行程では、上記アペックスシールがトレーリング側の点火プラグ１９に到達する手前で噴射し、次の圧縮行程では、上記アペックスシールがトレーリング側の点火プラグ１９とリーディング側の点火プラグ１９との間に位置するときに噴射して、これら異なるタイミングでの燃料噴射を交互に繰り返すようにしてもよい。

このように上記アペックスシールがトレーリング側の点火プラグ１９に到達する手前に位置するとき、又は、トレーリング側の点火プラグ１９とリーディング側の点火プラグ１９との間に位置するときに、水素ガス及び天然ガスを噴射するようにすれば、上記アペックスシールがトレーリング側のプラグホール又はリーディング側のプラグホールを通過する際に、該プラグホールによって、ロータハウジング１１のトロコイド内周面と上記アペックスシールとの間に瞬間的に隙間が生じて、その隙間をガスが流れるので、そのガス流によって、点火プラグ１９やプラグホールの開口部に付着した付着物を除去することができるようになる。また、上記ガス流によって、上記アペックスシールに付着した付着物も除去することができる。

そして、エンジン１０の回転数が、予め設定された設定回転数（例えば８００〜１０００ｒｐｍ）に到達したときに、点火プラグ１９により上記混合ガスが点火するように、水素用及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ａ，１８Ｂ並びに点火プラグ１９を作動させる点火制御を実行して、エンジン１０を始動させる。この点火制御時において、上記混合ガス中の水素ガスと天然ガスとの割合、及び、燃焼室内の燃焼空燃比を、エンジン１０の運転時と同じにしてもよいが、より始動性を高めるために、エンジン１０の運転時の割合（共に５０％）に対して水素ガスの割合を多くしたり、燃焼室内の燃焼空燃比をエンジン１０の運転時の燃焼空燃比（λ＝１．９）よりも低くしたりしてもよい。

一方、コントロールユニット１００は、エンジン１０が上記所定の温間状態に達していると判定しているときに該エンジン１０の運転が停止された後における次の該エンジン１０の始動時においては、該始動時が通常始動時であるとし、該通常始動時においては、上記クランキング時燃料噴射制御を実行しないで、通常始動制御を実行する。この通常始動制御では、水素用直噴噴射弁１８Ａ及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ｂ並びに点火プラグ１９を作動させないで、発電機２０によるエンジン１０のクランキング運転を行う。そして、エンジン１０の回転数が上記設定回転数に到達したときに、上記点火制御を実行してエンジン１０を始動させる。

尚、前回のエンジン１０の運転に関係なく、エンジン１０の始動毎に、上記クランキング時燃料噴射制御を実行するようにしてもよい。

次に、コントロールユニット１００によるエンジン１０の始動時の処理動作について、図３のフローチャートに基づいて説明する。尚、このフローチャートのスタート時は、バッテリ走行モードであるとする。

最初のステップＳ１で、各種センサ等からの各種入力信号を読み込み、次のステップＳ２で、アクセル開度センサ１０２及び車速センサ１０３からの信号に基づき、駆動モータ４０の要求出力を計算する。

次のステップＳ３では、上記駆動モータ４０の要求出力及びバッテリ３０のＳＯＣに基づき、エンジン１０の運転要求が有るか否かを判定する。すなわち、バッテリ３０のＳＯＣが上記第１所定値よりも低いとき、又は、駆動モータ４０の要求出力がバッテリ３０の最大放電可能電力を超えているときに、エンジン１０の運転要求が有るとする。

上記ステップＳ３の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ１に戻る一方、ステップＳ３の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ４に進む。

上記ステップＳ４では、前回のエンジン１０の運転が、上記所定の温間状態に達していない状態で停止されたか否かを判定する。

上記ステップＳ４の判定がＮＯであるときには、ステップＳ５に進んで、上記通常始動制御を実行し、次のステップＳ６で、エンジン１０の回転数が上記設定回転数に到達したか否かを判定する。このステップＳ６の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ５に戻る一方、ステップＳ６の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ９に進む。

一方、上記ステップＳ４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ７に進んで、発電機２０によるエンジン１０のクランキング運転を行いながら、上記クランキング時燃料噴射制御を実行し、しかる後にステップＳ８に進む。ステップＳ８では、エンジン１０の回転数が上記設定回転数に到達したか否かを判定し、このステップＳ８の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ７に戻る一方、ステップＳ８の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ９に進む。

上記ステップＳ９では、上記点火制御を実行してエンジン１０を始動させ、しかる後にリターンする。

したがって、本実施形態では、特定始動時に、点火プラグ１９を作動させることなくエンジン１０のクランキング運転を行うとともに、該クランキング運転中の圧縮行程で、該エンジン１０の燃焼室内の燃焼空燃比が、点火プラグ１９により点火したとしても該燃焼室内の気体燃料（水素ガスと天然ガスとの混合ガス）が着火しない燃焼空燃比になるように、水素用及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ａ，１８Ｂを制御するクランキング時燃料噴射制御を実行するようにしたので、エンジン１０のクランキング運転中に、燃焼室に面する部材（特に、点火プラグやプラグホールの開口部）における付着物を除去して、エンジン１０の始動性を向上させることができる。

（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２を示し、エンジン１０が、気体燃料として、水素ガスのみを使用するものであって、その水素ガスを燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁として、ロータ１２の回転方向に並設されたリーディング側直噴噴射弁１２１Ａ及びトレーリング側直噴噴射弁１２１Ｂを有しており、上記実施形態１のＣＮＧ用ポート噴射弁１７Ｂ及びＣＮＧ用直噴噴射弁１８Ｂに相当する燃料噴射弁は設けられていない。吸気通路１４の各分岐路には、上記実施形態１で説明した理由により、水素用ポート噴射弁１７Ａに相当する燃料噴射弁が設けられている。車両１には、ＣＮＧタンク７１が設けられていない。その他のエンジン１０及び車両１のハード構成は、上記実施形態１と同様である。尚、図４中、１１ｂは、点火プラグ１９を収容するプラグホールであり、１４ａは、吸気行程にある作動室に開口する吸気開口であり、１５ａは、排気行程にある作動室に開口する排気開口である。

本実施形態では、コントロールユニット１００は、エンジン１０の運転時に、水素ガスを、リーディング側直噴噴射弁１２１Ａ及びトレーリング側直噴噴射弁１２１Ｂから略同じ体積比率でもって燃焼室に噴射する。また、コントロールユニット１００は、エンジン１０の運転時には、基本的に、エンジン１０の燃焼室内の燃焼空燃比を所定のリーン空燃比（水素ガスが着火しない最小の燃焼空燃比よりも低い値（例えば、空気過剰率λ＝２．３））にする。ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２に吸蔵したＮＯｘを放出させる際には、上記燃焼室内の燃焼空燃比をリッチ空燃比（例えば、空気過剰率λ＝０．９）にする。

本実施形態においても、上記実施形態１と同様に、コントロールユニット１００は、特定始動時に、点火プラグ１９を作動させることなくエンジン１０のクランキング運転を行うとともに、該クランキング運転中の圧縮行程で、エンジン１０の燃焼室内の燃焼空燃比が、点火プラグ１９により点火したとしても該燃焼室内の気体燃料（本実施形態では、水素ガス）が着火しない燃焼空燃比（本実施形態では、λ＝３．０）になるように、リーディング側直噴噴射弁１２１Ａ及びトレーリング側直噴噴射弁１２１Ｂを制御するクランキング時燃料噴射制御を実行する。圧縮行程での水素ガスの噴射タイミングは、上記実施形態１で説明したタイミングと同様である。コントロールユニット１００によるエンジン１０の始動時の処理動作も、上記実施形態１（図３参照）と同様である。また、上記実施形態１と同様に、コントロールユニット１００は、エンジン１０が上記所定の温間状態に達していないと判定しているときに該エンジン１０の運転が停止された後における次の該エンジン１０の始動時において、該始動時が上記特定始動時であるとして、上記クランキング時燃料噴射制御を実行する。

本実施形態では、コントロールユニット１００は、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、リーディング側直噴噴射弁１２１Ａからの水素ガスの体積噴射量が、トレーリング側直噴噴射弁１２１Ｂからの水素ガスの体積噴射量よりも多くなるように、リーディング側直噴噴射弁１２１Ａ及びトレーリング側直噴噴射弁１２１Ｂを制御する。

したがって、本実施形態では、点火プラグ１９（プラグホール）に近いリーディング側直噴噴射弁１２１Ａからの水素ガスの体積噴射量を多くすることで、点火プラグ１９やプラグホールの開口部に付着した付着物を効果的に除去することができるようになる。

（実施形態３）
図５及び図６は、本発明の実施形態３を示し、エンジン１０を、シリンダ１３５内をピストンが往復動するレシプロエンジンとしたものであり、エンジン１０以外の車両１のハード構成は、上記実施形態２と同様である。

本実施形態では、エンジン１０は、シリンダブロック１３１と、その上に載置されるシリンダヘッド１３２とを有し、シリンダブロック１３１の内部に複数のシリンダ１３５（気筒）が形成されている（図５及び図６では、１つのみ示す）。

各シリンダ１３５内には、ピストン１３６が摺動自在にそれぞれ嵌挿されており、ピストン１３６は、シリンダ１３５及びシリンダヘッド１３２と共に燃焼室１３７を区画している。ピストン１３６は、コネクティングロッド１３８によってクランク軸１３９と連結されており、ピストン１３６の往復動に応じて、クランク軸１３９がその中心軸回りに回転する。複数のシリンダ１３５は、クランク軸１３９の中心軸方向に並んでいる。

シリンダヘッド１３２には、各気筒毎に２つの吸気ポート１４１が形成され、該吸気ポート１４１のそれぞれがシリンダヘッド１３２の下面（燃焼室１３７の天井部）に開口することで燃焼室１３７に連通している。また、シリンダヘッド１３２には、各気筒毎に２つの排気ポート１４２が形成され、該排気ポート１４２のそれぞれがシリンダヘッド１３２の下面（燃焼室１３７の天井部）に開口することで燃焼室１３７に連通している。吸気ポート１４１は、燃焼室１３７内に導入される新気が流れる吸気通路１４に接続されている。一方、排気ポート１４２は、燃焼室１３７からの既燃ガス（排気ガス）が流れる排気通路１５に接続されている。

また、シリンダヘッド１３２には、２つの吸気ポート１４１を燃焼室１３７からそれぞれ遮断（閉）することが可能な吸気弁１４５Ａ，１４５Ｂが配設されているとともに、２つの排気ポート１４２を燃焼室１３７からそれぞれ遮断（閉）することが可能な排気弁１４６Ａ，１４６Ｂが配設されている。吸気弁１４５Ａ，１４５Ｂは吸気弁駆動機構により駆動され、排気弁１４６Ａ，１４６Ｂは排気弁駆動機構により駆動される。吸気弁１４５Ａ，１４５Ｂ及び排気弁１４６Ａ，１４６Ｂは所定のタイミングで往復動して、それぞれ吸気ポート１４１及び排気ポート１４２を開閉し、燃焼室１３７内のガス交換を行う。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、図示は省略するが、それぞれ、クランク軸１３９に駆動連結された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有し、これらのカムシャフトはクランク軸１３９の回転と同期して回転する。

シリンダヘッド１３２におけるシリンダ１３５の中心軸上（燃焼室１３７の天井部の中央部）には、燃焼室１３７内に気体燃料（例えば水素ガス）を直接噴射する燃料噴射弁１５１が配設されている。この燃料噴射弁１５１の先端部（燃料噴射開口）は、燃焼室１３７内の上端部におけるシリンダ１３５の中心部に臨んでいる。

本実施形態では、燃料噴射弁１５１は、シリンダ１３５の中心軸方向から見て、気体燃料をシリンダ１３５の中心部からその周囲全周に向けて噴射する（コーン状に噴射する）噴射形態と、気体燃料をシリンダ１３５の中心部から排気弁１４６Ａに向けて噴射する噴射形態と、気体燃料をシリンダ１３５の中心部から排気弁１４６Ｂに向けて噴射する噴射形態とに切り換え可能に構成されている。このような噴射形態の切換えの構成は、周知である（例えば、特開２０１０−３７９５８号公報、特開２００７−２８５２０４号公報、特開２０００−２０５０８８号公報参照）。シリンダ１３５の中心軸方向から見て、気体燃料をシリンダ１３５の中心部からその周囲全周に向けて噴射する噴射形態は、第１の噴射形態に相当し、シリンダ１３５の中心軸方向から見て、気体燃料をシリンダ１３５の中心部から排気弁１４６Ａ又は排気弁１４６Ｂに向けて噴射する噴射形態は、第２の噴射形態に相当する。

また、シリンダヘッド１３２には、各気筒毎に１つの点火プラグ１５２が配設されている。この点火プラグ１５２は、燃焼室１３７の天井部における２つの排気弁１４６Ａ，１４６Ｂの間に配設されている。点火プラグ１５２の先端部（点火部）は、燃焼室１３７内に臨んでいる。図６では、点火プラグ１５２は、燃焼室１３７内に臨む先端部しか見えないが、分かり易いように、全体を実線で図示している。点火プラグ１５２は、その先端部（点火部）が燃料噴射弁１５１の先端部の近傍に位置するように配設されていることが好ましい。尚、点火プラグ１５２は、燃焼室１３７の天井部において吸気弁１４５Ａ，１４５Ｂ及び排気弁１４６Ａ，１４６Ｂの配設箇所以外であれば、どこに配設されていてもよい。

コントロールユニット１００は、エンジン１０の運転時には、シリンダ１３５の中心軸方向から見て、気体燃料をシリンダ１３５の中心部からその周囲全周に向けて噴射する噴射形態でもって噴射するように、燃料噴射弁１５１を制御する。

本実施形態においても、上記実施形態１及び２と同様に、コントロールユニット１００は、特定始動時に、点火プラグ１５２を作動させることなくエンジン１０のクランキング運転を行うとともに、該クランキング運転中の圧縮行程で、エンジン１０の燃焼室１３７内の燃焼空燃比が、点火プラグ１５２により点火したとしても該燃焼室１３７内の気体燃料が着火しない燃焼空燃比になるように、燃料噴射弁１５１を制御するクランキング時燃料噴射制御を実行する。圧縮行程での気体燃料の噴射タイミングは、圧縮行程であれば、どのタイミングであってもよい。コントロールユニット１００によるエンジン１０の始動時の処理動作は、上記実施形態１及び２（図３参照）と同様である。また、上記実施形態１及び２と同様に、コントロールユニット１００は、エンジン１０が上記所定の温間状態に達していないと判定しているときに該エンジン１０の運転が停止された後における次の該エンジン１０の始動時において、該始動時が上記特定始動時であるとして、上記クランキング時燃料噴射制御を実行する。

本実施形態のようなレシプロエンジンでは、特に排気弁１４６Ａ，１４６Ｂの弁座部に付着物が付着し易い。そこで、本実施形態では、コントロールユニット１００は、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、シリンダ１３５の中心軸方向から見て、上記気体燃料を排気弁１４６Ａ又は排気弁１４６Ｂに向けて噴射する噴射形態でもって噴射するように、燃料噴射弁１５１を制御する。これにより、排気弁１４６Ａ又は排気弁１４６Ｂに付着した付着物を効果的に除去することができる。例えば、各気筒において、或る燃焼サイクルの圧縮行程で、気体燃料を排気弁１４６Ａに向けて噴射し、次の燃焼サイクルの圧縮行程では、気体燃料を排気弁１４６Ｂに向けて噴射して、排気弁１４６Ａへの燃料噴射及び排気弁１４６Ｂへの燃料噴射を交互に繰り返すようにすれば、両排気弁１４６Ａ，１４６Ｂの弁座部に付着した付着物を除去することができる。

したがって、本実施形態では、排気弁１４６Ａ，１４６Ｂの弁座部に付着した付着物を効果的に除去して、燃焼室１３７のシール性を確実なものとすることができる。

尚、上記実施形態３では、燃料噴射弁１５１が、シリンダ１３５の中心軸方向から見て、気体燃料をシリンダ１３５の中心部からその周囲全周に向けて噴射する噴射形態と、気体燃料をシリンダ１３５の中心部から排気弁１４６Ａに向けて噴射する噴射形態と、気体燃料をシリンダ１３５の中心部から排気弁１４６Ｂに向けて噴射する噴射形態とに切り換え可能に構成されているが、これら噴射形態に加えて、シリンダ１３５の中心軸方向から見て、気体燃料をシリンダ１３５の中心部から点火プラグ１５２に向けて噴射する噴射形態にも切り換えできるように構成してもよい。この場合、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、気体燃料を排気弁１４６Ａ若しくは排気弁１４６Ｂ又は点火プラグ１５２に向けて噴射する噴射形態でもって噴射するように、燃料噴射弁１５１を制御すればよい。

或いは、燃料噴射弁１５１が、シリンダ１３５の中心軸方向から見て、気体燃料をシリンダ１３５の中心部からその周囲全周に向けて噴射する噴射形態（第１の噴射形態）と、気体燃料をシリンダ１３５の中心部から点火プラグ１５２に向けて噴射する噴射形態（第２の噴射形態）とに切り換え可能に構成されていてもよい。この場合、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、シリンダ１３５の中心軸方向から見て、気体燃料を点火プラグ１５２に向けて噴射する噴射形態でもって噴射するように、燃料噴射弁１５１を制御するようにすればよい。上記クランキング時燃料噴射制御の実行時に、気体燃料を点火プラグ１５２に向けて噴射することで、点火プラグ１５２に付着した付着物を効果的に除去して、エンジン１０の始動時に失火が生じるのを防止することができる。

また、点火プラグ１５２が複数あってもよく（点火プラグ１５２を、例えば、燃焼室１３７の天井部における２つの排気弁１４６Ａ，１４６Ｂの間の位置と、該天井部における２つの吸気弁１４５Ａ，１４５Ｂの間の位置とに配設する）、この場合、燃料噴射弁１５１が、シリンダ１３５の中心軸方向から見て、気体燃料を各点火プラグ１５２に向けて噴射する噴射形態にも切り換え可能に構成し、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、気体燃料をいずれかの点火プラグ１５２に向けて噴射する噴射形態でもって噴射するように、燃料噴射弁１５１を制御すればよい。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、燃焼室内に気体燃料を直接噴射する燃料噴射弁を有する気体燃料直噴エンジンの制御装置に有用であり、特に該気体燃料直噴エンジンがハイブリッド車両のエンジンである場合に有用である。

１０気体燃料直噴エンジン
１８Ａ水素用直噴噴射弁（第１の燃料噴射弁）
１８ＢＣＮＧ用直噴噴射弁（第２の燃料噴射弁）
１９点火プラグ
２０発電機（始動装置）
１００コントロールユニット（制御手段）
１０６エンジン水温センサ（エンジン水温検出手段）
１０７タンク圧力センサ（残量検出手段）
１２１Ａリーディング側燃料噴射弁
１２１Ｂトレーリング側燃料噴射弁
１４６Ａ排気弁
１４６Ｂ排気弁
１５１燃料噴射弁
１５２点火プラグ

Claims

燃焼室内に気体燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁により噴射された燃料を点火させる点火プラグとを有する気体燃料直噴エンジンの制御装置であって、
上記エンジンは、該エンジンを始動させるための始動装置を有し、
上記燃料噴射弁、点火プラグ及び始動装置の作動を含めて、上記エンジンの作動を制御する制御手段を備え、
上記制御手段は、通常始動時においては、上記燃料噴射弁及び点火プラグを作動させることなく上記始動装置による上記エンジンのクランキング運転を行う一方、特定始動時においては、上記点火プラグを作動させることなくクランキング運転を行うとともに、該クランキング運転中の圧縮行程で、上記燃焼室内の燃焼空燃比が、点火プラグにより点火したとしても該燃焼室内の気体燃料が着火しない燃焼空燃比になるように、上記燃料噴射弁を制御するクランキング時燃料噴射制御を実行するよう構成されていることを特徴とする気体燃料直噴エンジンの制御装置。
請求項１記載の気体燃料直噴エンジンの制御装置において、
上記エンジンの冷却水の温度を検出するエンジン水温検出手段を更に備え、
上記制御手段は、上記エンジン水温検出手段による検出温度から上記エンジンが所定の温間状態に達しているか否かを判定するとともに、上記エンジンが上記所定の温間状態に達していないと判定しているときに該エンジンの運転が停止された後における次の該エンジンの始動時において、該始動時が上記特定始動時であるとして、上記クランキング時燃料噴射制御を実行するよう構成されていることを特徴とする気体燃料直噴エンジンの制御装置。
請求項１又は２記載の気体燃料直噴エンジンの制御装置において、
上記エンジンは、上記気体燃料として、第１燃料と、第２燃料とを使用するものであり、
上記燃料噴射弁は、上記第１燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、上記第２燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを含み、
上記燃焼室内の燃料が上記第２燃料のみである場合に上記点火プラグにより点火したとしても該第２燃料が着火しない最小の燃焼空燃比が、上記燃焼室内の燃料が上記第１燃料のみである場合に上記点火プラグにより点火したとしても該第１燃料が着火しない最小の燃焼空燃比よりも低くなっており、
上記制御手段は、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、上記第１燃料及び第２燃料のうち上記最小の燃焼空燃比が低い方の燃料である上記第２燃料の体積噴射量が、上記第１燃料の体積噴射量よりも多くなるように、上記第１及び第２の燃料噴射弁を制御するよう構成されていることを特徴とする気体燃料直噴エンジンの制御装置。
請求項１又は２記載の気体燃料直噴エンジンの制御装置において、
上記エンジンは、上記気体燃料として、第１燃料と、該第１燃料とは異なる第２燃料とを使用するものであり、
上記燃料噴射弁は、上記第１燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、上記第２燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを含み、
上記第１燃料及び第２燃料の体積残量をそれぞれ検出する残量検出手段を更に備え、
上記制御手段は、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、上記残量検出手段により検出される体積残量が多い方の燃料の体積噴射量が、少ない方の燃料の体積噴射量よりも多くなるように、上記第１及び第２の燃料噴射弁を制御するよう構成されていることを特徴とする気体燃料直噴エンジンの制御装置。
請求項１又は２記載の気体燃料直噴エンジンの制御装置において、
上記エンジンは、ロータリピストンエンジンであり、
上記燃料噴射弁は、ロータの回転方向に並設されたリーディング側燃料噴射弁及びトレーリング側燃料噴射弁を含み、
上記制御手段は、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、上記リーディング側燃料噴射弁からの上記気体燃料の体積噴射量が、上記トレーリング側燃料噴射弁からの上記気体燃料の体積噴射量よりも多くなるように、該リーディング側燃料噴射弁及び該トレーリング側燃料噴射弁を制御するよう構成されていることを特徴とする気体燃料直噴エンジンの制御装置。
請求項１又は２記載の気体燃料直噴エンジンの制御装置において、
上記エンジンは、シリンダ内をピストンが往復動するレシプロエンジンであり、
上記燃料噴射弁は、上記燃焼室の天井部の中央部に配設されていて、シリンダの中心軸方向から見て、少なくとも、上記気体燃料をシリンダの中心部からその周囲全周に向けて噴射する第１の噴射形態と、上記気体燃料をシリンダの中心部から排気弁に向けて噴射する第２の噴射形態とに切り換え可能に構成され、
上記制御手段は、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、上記気体燃料を上記第２の噴射形態でもって噴射するように、上記燃料噴射弁を制御するよう構成されていることを特徴とする気体燃料直噴エンジンの制御装置。
請求項１又は２記載の気体燃料直噴エンジンの制御装置において、
上記エンジンは、シリンダ内をピストンが往復動するレシプロエンジンであり、
上記燃料噴射弁は、上記燃焼室の天井部の中央部に配設されていて、シリンダの中心軸方向から見て、少なくとも、上記気体燃料をシリンダの中心部からその周囲全周に向けて噴射する第１の噴射形態と、上記気体燃料をシリンダの中心部から点火プラグに向けて噴射する第２の噴射形態とに切り換え可能に構成され、
上記制御手段は、上記クランキング時燃料噴射制御の実行時において、上記気体燃料を上記第２の噴射形態でもって噴射するように、上記燃料噴射弁を制御するよう構成されていることを特徴とする気体燃料直噴エンジンの制御装置。