JP4765941B2 - 内燃機関の制御装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車等の車両における、ＣＮＧ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ：圧縮天然ガス）等の気体燃料及びガソリン等の液体燃料の両者を使用可能なバイフューエル方式の内燃機関の制御装置及び方法に関する。

この種の制御装置には、内燃機関の始動時におけるエミッション及び燃費の悪化を抑制するために、少なくとも始動時に気体燃料を内燃機関に供給すると共に、高負荷時に液体燃料を内燃機関に供給するものがある（特許文献１参照）。

特開２００３−２０６７７２号公報

しかしながら、上述の背景技術によれば、少なくとも内燃機関を始動させる際は常に気体燃料を使用しているので、例えばハイブリッド車等、比較的頻繁に内燃機関の始動及び停止が繰り返される車両では、気体燃料の消費量が多くなってしまう。すると、気体燃料に係るインフラが十分整備されていないため、気体燃料の補給が困難であるという技術的問題点がある。

本発明は、例えば、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バイフューエル方式の内燃機関を始動させる際の始動性やエミッションを改善しつつ、気体燃料の消費を抑制することができる内燃機関の制御装置及び方法を提供することを課題とする。

本発明の内燃機関の制御装置は、上記課題を解決するために、車両における気体燃料及び液体燃料を使用可能な内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関を始動する際に、前記内燃機関の温度を検出する温度検出手段と、前記検出された温度が温度閾値より低い場合に、前記気体燃料を前記内燃機関に供給する燃料制御手段と、を備え、前記燃料制御手段は、前記内燃機関に吸入される空気の状態を検出する吸気状態検出手段を含み、前記気体燃料を供給した後に前記内燃機関が完爆した場合に、前記検出された状態に応じて、前記気体燃料及び前記液体燃料を前記内燃機関に供給し、前記燃料制御手段は、前記液体燃料を前記内燃機関に供給する際に、前記気体燃料の圧力を用いて前記液体燃料を前記内燃機関へ圧送する。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、例えば、ＣＮＧ等の気体燃料、及びガソリン等の液体燃料を使用可能なエンジンである内燃機関を制御する。具体的には、以下に詳述するように、内燃機関へ供給する燃料の選択や、気体燃料及び液体燃料の混合率の決定等を行う。

温度検出手段は、内燃機関が始動する際に、内燃機関の温度を検出する。ここで「内燃機関を始動する際」とは、典型的には、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）から始動指令信号が発信された時点、又は内燃機関のクランキング開始時点を意味する。更に、始動指令信号が発信された時点又はクランキング開始時点から多少時間的に遡った時点、或いは、始動指令信号が発信された時点又はクランキング開始時点から所定の微少時間をおいた時点等を含んでもよい。

また、「内燃機関の温度」とは、典型的には、内燃機関の燃焼室壁の温度や、内燃機関を冷却する冷却水の温度であるが、外気温であってもよい。尚、温度検出手段は、内燃機関が始動する際に限らず、定期的に又は不定期的に、或いは連続して内燃機関の温度を検出又は計測していてもよい。加えて、このような温度検出は、温度センサを用いて直接的に検出してもよいし、温度と所定の関係を有する他のパラメータを検出するとともに該検出されたパラメータから算出する、即ち間接的に検出してもよい。

燃料制御手段は、検出された温度が温度閾値より低い場合に、気体燃料を内燃機関に供給する。この場合には、気体燃料のみを供給してもよいし、気体燃料を主に或いは気体燃料と液体燃料を混ぜて供給してもよい。いずれにせよ、この場合には、少なくとも気体燃料は供給される。

一方、検出された温度が温度閾値より高い場合、燃料制御手段は、典型的には、液体燃料を内燃機関に供給する（即ち、通常方法により内燃機関を始動させる）。この場合には、液体燃料のみを供給してもよいし、液体燃料を主に或いは液体燃料と気体燃料を混ぜて供給してもよい。いずれにせよ、この場合には、典型的には、少なくとも液体燃料は供給される。尚、温度以外の条件を加味することで、この場合にも、気体燃料を供給する限定的な状況があってもかまわない。

ここに本発明に係る「温度閾値」とは、気体燃料を内燃機関に供給するか否かを決定する値であり、予め固定値として、又は何らかのパラメータに応じた可変値として設定される値である。この温度閾値は、例えば摂氏ゼロ度であり、内燃機関を始動させる際に、液体燃料の供給量を増加させなければ、内燃機関を始動させることができない温度、或いは、液体燃料の供給量が所定量より多くなる温度として設定される。このような温度閾値は、経験的若しくは実験的に又はシミュレーションによって、内燃機関を始動させる際における、内燃機関の温度と液体燃料の供給量との関係を求め、該求めた関係から、かかる閾値を設定すればよい。

尚、「検出された温度」及び「温度閾値」は、直接的な温度に限らず、例えば間接的に温度を示す指標値であってもよく、基準値又は標準値に対する百分率又は割合、或いは比であってもよい。いわば広義の温度を意味してよい。いずれにせよ、「検出された温度」及び「温度閾値」が同一の物理量又はパラメータであることが望ましい。
燃料制御手段は、内燃機関に吸入される空気の状態を検出する吸気状態検出手段を含み、気体燃料を供給した後に内燃機関が完爆した場合に、検出された状態に応じて、気体燃料及び液体燃料を内燃機関に供給する。
吸気状態検出手段は、内燃機関に吸入される空気の状態を検出する。ここに、本発明に係る「内燃機関に吸入される空気の状態」とは、典型的には、吸入される空気の温度や吸入量を意味する。更に、内燃機関の気筒内の温度や圧力、又は内燃機関の温度、或いは、複数の物理量又はパラメータを組み合わせることにより表される物理量又はパラメータを含んでいてもよい。尚、「温度」や「吸入量」等は、絶対値であってもよいし、基準値又は標準値に対する百分率、割合又は比であってもよい。或いは、「温度」や「吸入量」等を示す何らかのパラメータであってもよい。
尚、本発明に係る「検出」とは、典型的には、状態を示す何らかの物理量やパラメータを、直接的に“検出”、“測定”、“計測”等することを意味する。更に、状態を示す何らかの物理量やパラメータを、間接的に“算出”、“演算”、“推定”等することを含んでいてもよい。
少なくとも気体燃料を供給して内燃機関を始動させた後に、即ち、内燃機関が完爆した場合に、燃料制御手段は、検出された状態に応じて、気体燃料に加えて液体燃料を内燃機関に供給することによって、燃料を気体燃料から液体燃料へ切り替える。
「検出された状態に応じて、気体燃料及び液体燃料を内燃機関に供給」とは、気体燃料及び液体燃料の混合燃料に含まれる気体燃料又は液体燃料の量、或いは割合、百分率又は比（即ち、気体燃料及び液体燃料の混合割合）を、検出された状態に応じて変化させながら、典型的には、液体燃料を連続的に又は不連続的に増加させながら、最終的には液体燃料のみになるように内燃機関へ供給することを意味する。尚、気体燃料及び液体燃料の混合割合に限らず、気体燃料及び液体燃料の混合燃料と空気との混合比（即ち、空燃比）も検出された状態に応じて変化させてもよい。
また、「検出された状態に応じて」とは、検出された温度や吸入量等のうちの一つ又は複数の物理量又はパラメータに従って、或いは、該一つ又は複数の物理量又はパラメータを、係数又は変数とする所定の演算式により演算された結果に従って、或いは、一つ又は複数の物理量又はパラメータと気体燃料及び液体燃料の混合割合との関係を定めるマップにより特定された気体燃料及び液体燃料の混合割合でという意味である。
具体的には例えば、内燃機関の温度が上昇するにつれて、混合燃料に含まれる液体燃料の量を増加させ、内燃機関の温度が前記温度閾値に達した際には、液体燃料のみになるように内燃機関に燃料を供給して、気体燃料から液体燃料へ切り替える。
尚、このようなマップは、例えば、実験又はシミュレーションにより、気体燃料及び液体燃料の混合割合と、内燃機関に吸入される空気の状態を示す物理量又はパラメータとを、夫々変化させた場合の内燃機関における燃料の燃焼状態を検出、計測又は演算し、該検出等された燃焼状態から、気体燃料及び液体燃料の混合割合、並びに内燃機関に吸入される空気の状態を示す物理量又はパラメータを特定して構成すればよい。
ここで特に、液体燃料を内燃機関に供給する際に、気体燃料の圧力を用いて液体燃料を内燃機関へ圧送する。具体的には、燃料制御手段は、例えば約２０ＭＰａである気体燃料の圧力及びフューエルポンプ等を併用して、或いは気体燃料の圧力のみを用いて、液体燃料を内燃機関へ圧送する。いずれにせよ、この場合には、典型的には、少なくとも液体燃料は供給される。即ち、内燃機関には気体燃料及び液体燃料の混合燃料が供給されることになる。
尚、気体燃料から液体燃料へ切り替える際は、燃焼を維持するために、液体燃料の供給量を増加して、空燃比がリーンになることを防止することが望ましい。また、内燃機関が完爆したか否かは、例えば、直接的に内燃機関の気筒における燃料の燃焼温度を検出、又は間接的に内燃機関の燃焼室壁の壁温を検出し、該検出された燃焼温度又は壁温が所定温度より高いか否かによって判定すればよい。具体的には例えば、温度センサ等によって、内燃機関の燃焼室壁の壁温を検出又は計測し、所定温度（例えば、摂氏２００度等）より高いか否かを判定すればよい。或いは、検出された壁温が所定温度より高い状態を所定時間維持するか否かにより判定すればよい。

本願発明者の研究によれば、一般に、例えば氷点下である低温環境下において、液体燃料を用いて内燃機関を始動させる際には、液体燃料の供給量を増加させる必要がある（即ち、始動性が悪化する）ことが判明している。

しかるに本発明では、内燃機関の温度が所定の温度閾値より低い場合には、少なくとも気体燃料を用いて内燃機関を始動させる。このため、低温環境下においても燃料の供給量を増加させる必要がない。従って、内燃機関の始動性やエミッションを向上させることができる。一方、内燃機関の温度が所定の温度閾値より高い場合には、典型的には、少なくとも液体燃料を用いて内燃機関を始動させる。従って、低温環境下等限られた場合に、気体燃料を使用するので、気体燃料の消費量を低減することができる。

以上の結果、本発明の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関を始動させる際における始動性やエミッションを改善しつつ、気体燃料の消費を抑制することができる。加えて、燃料制御手段により、吸気状態検出手段によって検出された状態に応じて、気体燃料及び液体燃料が内燃機関に供給されるので、燃料を切り替える際における燃焼状態の変化によるトルク変動等の発生を抑制することができ、実用上非常に有利である。更に、気体燃料の圧力を用いて液体燃料が内燃機関へ圧送されるので、内燃機関の気筒における燃料の燃焼を促進させるために、高圧力のフューエルポンプを用いることなく、混合燃料を圧送することができる。従って、フューエルポンプにおける消費電力の低減を図ることが可能となる。加えて、液体燃料が噴霧されやすくなる。

本発明の内燃機関の制御装置の一態様では、前記燃料制御手段は、前記検出された温度が前記温度閾値より低いか否かを判定する温度判定手段を含み、前記検出された温度が前記温度閾値より低いと判定された場合に、前記気体燃料を前記内燃機関に供給し、前記検出された温度が前記温度閾値より高いと判定された場合に、前記液体燃料を前記内燃機関に供給する。

この態様によれば、温度判定手段により、検出された内燃機関の温度が温度閾値より低いか否かを、比較的容易にして判定することができ、実用上有利である。尚、検出された温度が温度閾値と「等しい」場合には、どちらかの場合に含めて扱えばよい。

本発明の内燃機関の他の態様では、前記液体燃料はアルコール燃料であり、前記アルコール燃料に含まれるアルコールの濃度を検出する濃度検出手段を更に備え、前記燃料制御手段は、前記検出された温度が前記温度閾値より低い場合に加えて、前記検出された温度が前記温度閾値より高く且つ前記検出された濃度が濃度閾値より高い場合に、前記気体燃料を前記内燃機関に供給する。

この態様によれば、濃度検出手段は、アルコール燃料に含まれるアルコールの濃度を検出する。ここで「アルコール燃料」とは、アルコールとガソリン等の他の燃料とを混合した燃料（所謂、アルコール混合燃料）、又はアルコールのみの燃料をいう。

燃料制御手段は、検出された内燃機関の温度が温度閾値より低い場合だけでなく、検出された内燃機関の温度が温度閾値より高く且つ検出された濃度が濃度閾値より高い場合に、少なくとも気体燃料を内燃機関へ供給する。一方、検出された内燃機関の温度が温度閾値より高く、検出された濃度が濃度閾値より低い場合は、典型的には少なくとも液体燃料を内燃機関へ供給する（即ち、通常方法により内燃機関を始動させる）。

ここに本発明に係る「濃度閾値」とは、検出された内燃機関の温度が温度閾値より高い場合に、気体燃料を内燃機関に供給するか否かを決定する値であり、予め固定値として、又は何らかのパラメータに応じた可変値として設定される値である。この濃度閾値は、例えば１０％であり、内燃機関を始動させる際に、内燃機関に供給されるアルコール燃料の量が、所定量に達する濃度、或いは、ガソリン燃料を供給する場合の量に対して所定割合に達する濃度として設定される。

このような濃度閾値は、実験又はシミュレーションにより、アルコールの濃度変化に対するアルコール燃料の供給量を求め、該求めた供給量が所定量に達する濃度、或いはガソリン燃料を供給する場合の量に対して所定割合に達する濃度を特定して設定すればよい。尚、「検出された濃度」及び「濃度閾値」は、百分率或いは割合でもよいし、比であってもよい。いわば広義の濃度を意味してよい。いずれにせよ、「検出された濃度」及び「濃度閾値」が同一の物理量又はパラメータであることが望ましい。

本願発明者の研究によれば、アルコール燃料はガソリン燃料に比べて燃料噴射量が多い。具体的には例えば、燃料中のアルコールの濃度が１００％に近い場合、内燃機関の冷却水温度が摂氏５０〜６０度である温間時において、ガソリン燃料の約１．５倍の燃料噴射量が必要であり、外気温が摂氏−１０〜−２０度である低温時において、内燃機関を始動させるには、ガソリン燃料の約５〜８倍もの燃料噴射量が必要である。

このため、未燃焼のアルコール燃料が内燃機関の燃焼室に滞留することによってフューエルハンマー等、内燃機関に重大な損傷を与える可能性がある。或いは、未燃焼のアルコール燃料がエンジンオイル中に滴下し、エンジンオイルの劣化を促進する。更に、アルコール燃料の噴射量増加に伴う燃料噴射弁の大容量化やフューエルポンプの高圧化が必要になり、例えば、アルコール燃料及びガソリン燃料を使用可能なＦＦＶ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｕｅｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等に適用する場合は、アルコール燃料及びガソリン燃料夫々の燃料噴射弁を設ける必要があることが判明している。

しかるに本発明では、内燃機関の温度が温度閾値より高い場合であっても、アルコールの濃度により、気体燃料を用いて内燃機関を始動させるか否かを決定している。従って、上記の問題を回避しつつ、気体燃料の消費量を低減することができる。

尚、上述の「温度閾値」をアルコールの濃度が１００％であるアルコール燃料（即ち、アルコールのみの燃料）を使用する際に、気体燃料を内燃機関に供給するか否かを決定する温度として設定している場合は、「濃度閾値」を検出された内燃機関の温度が温度閾値より低い場合に、気体燃料を内燃機関に供給するか否かを決定する値として設定してもよい。この場合、燃料制御手段は、検出された内燃機関の温度が温度閾値より低く、検出された濃度が濃度閾値より高いことを条件に、少なくとも気体燃料を内燃機関に供給し、検出された温度が温度閾値より低く、検出された濃度が濃度閾値より低いことを条件に、典型的には、少なくとも液体燃料を内燃機関に供給する。

また、温度閾値を、アルコールの濃度に応じて可変に設定してもよい。このように構成すれば、判定処理を１つ減らすことができる（即ち、濃度判定を行わない）ので、処理速度の向上が期待できる。

本発明の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記車両において前記気体燃料は、着脱可能なカートリッジに充填されている。

この態様によれば、比較的容易にして気体燃料の補給ができ、実用上非常に有利である。加えて、カートリッジの大きさを、例えば直径約１０ｃｍ、高さ約３０ｃｍとすれば、持ち運び容易であり、且つカートリッジを設置する空間の省スペース化を図ることができる。

本発明の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記気体燃料の残量を検出する残量検出手段と、前記検出された残量が残量閾値より少ないことを条件に、警告を行う警告手段とを更に備える。

この態様によれば、操縦者等が容易にして気体燃料の補給時期又はカートリッジの交換時期を知ることができるので、実用上非常に有利である。

ここに本発明に係る「残量閾値」は、警告を行うか否かを判定する値であり、予め固定値として、又は何らかのパラメータに応じた可変値として設定される値である。この残量閾値は、気体燃料用容器の容量にもよるが、例えば容量の１０％であり、警告を行った地点から例えばガススタンドやカートリッジ販売店まで十分走行可能な量として設定されている。

このような残量閾値は、経験的に若しくは実験的に又はシミュレーションによって、例えば、警告を行った地点からガススタンドやカートリッジ販売店までの距離を、１００ｋｍとして、その間に内燃機関を始動させる回数を求め、該求めた回数内燃機関を始動させるために必要な気体燃料の量を求めて、或いは該求めた量に適当なマージンを加えて、かかる閾値を設定すればよい。

本発明の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記車両は、前記気体燃料を予備的に貯蔵する予備燃料容器を備える。

この態様によれば、何らかの異常により又は不注意により、気体燃料の残量が内燃機関を始動させるために必要な燃料量を下回った場合であっても内燃機関を始動させることができ、実用上非常に有利である。

具体的には例えば、警告手段により気体燃料の残量が不足している旨の警告が行われた際に、操縦者が予備燃料を使用するか否かの判断を行い、切り替えスイッチを押すこと等により予備燃料を使用して内燃機関を始動させるようにすればよい。

予備燃料容器は、車両に固定されていてもよいし、カートリッジを複数本搭載できるようにし、そのうちの１本を予備燃料としてもよい。予備燃料容器が車両に固定されている場合、主燃料容器とは独立して気体燃料を補給できるような構造をしていてもよいし、主燃料容器を補給した際又はカートリッジを交換した際に、自動的に所定量貯蔵されるような構造をしていてもよい。

このような予備燃料容器の容量又は所定の貯蔵量は、実験的に、又はシミュレーションによって、内燃機関を１回又は数回始動させるために必要な気体燃料の量を求め、該求めた量に適切なマージンを加えて設定すればよい。或いは、当該車両に、例えばロガーシステム等が搭載されているならば、ログファイルに基づいて、自動により又は手動により設定すればよい。

本発明の内燃機関の制御方法は、上記課題を解決するために、車両における気体燃料及び液体燃料を使用可能な内燃機関の制御方法であって、前記内燃機関を始動する際に、前記内燃機関の温度を検出する温度検出工程と、前記検出された温度が温度閾値より低い場合に、前記気体燃料を前記内燃機関に供給する燃料制御工程と、を備え、前記燃料制御工程は、前記内燃機関に吸入される空気の状態を検出する吸気状態検出工程を含み、前記燃料制御工程では、前記気体燃料を供給した後に前記内燃機関が完爆した場合に、前記検出された状態に応じて、前記気体燃料及び前記液体燃料が前記内燃機関に供給され、前記燃料制御工程では、前記液体燃料が前記内燃機関に供給される際に、前記気体燃料の圧力を用いて前記液体燃料が前記内燃機関へ圧送される。

本発明の内燃機関の制御方法によれば、上述した本発明の内燃機関の制御装置と同様に、内燃機関を始動させる際における始動性やエミッションを改善しつつ、気体燃料の消費を抑制することができる。

尚、本発明の内燃機関の制御方法においても、上述した本発明の内燃機関の制御装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。

以下、本発明の内燃機関の始動制御装置に係る実施形態を図面に基づいて説明する。

＜第１実施形態＞
本発明の内燃機関の制御装置に係る第１実施形態を、図１乃至３を参照して説明する。

先ず、図１を参照して本実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置のブロック図である。

図１において、制御装置は、例えばハイブリッド自動車等の車両に、気体燃料及び液体燃料を使用可能なバイフューエル方式の内燃機関１０、電動モータ・ジェネレータ（ＭＧ）６０、並びに当該車両における各種電子制御を行うように構成されているＥＣＵ３０と共に搭載されている。

車両は、更に、本発明に係る「液体燃料」の一例としてのアルコール燃料が入っている液体燃料タンク２１、アルコール燃料を圧送するフューエルポンプ２２、本発明に係る「気体燃料」の一例としてのＣＮＧが充填されている気体燃料カートリッジ２３、及び、本発明に係る「予備燃料容器」の一例としての気体燃料リザーバ２４を備えている。

内燃機関１０の気筒１１には、流入する空気量を検出するエアフローメータ１３と、空気の供給量を調節するスロットルバルブ１２と、燃料を供給する燃料噴射弁２７等が設けられている吸気通路１４が接続されている。

ＥＣＵ３０は、判定部３０１、燃料制御部３０２、残量検出部３０３、吸気状態検出部３０４、メモリ３０５、及び入出力回路３０６を有している。メモリ３０５は、例えば、バックアップＲＯＭ、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。ここに、本実施形態に係る「判定部３０１」、「燃料制御部３０２」、「残量検出部３０３」及び「吸気状態検出部３０４」は、夫々、本発明に係る「温度判定手段」、「燃料制御手段」、「残量検出手段」及び「吸気状態検出手段」の一例である。本実施形態では、各種電子制御用のＥＣＵ３０の一部を、始動制御装置の一部として用いている。

制御装置は、内燃機関１０を始動させる際に、内燃機関１０を冷却する冷却水１６の温度を検出する水温センサ４１と、検出された温度が所定水温ＴＷ（例えば、摂氏ゼロ度に設定されている）より低い場合に、少なくともＣＮＧを内燃機関１０に供給する燃料制御部３０２とを備える。ここに、本実施形態に係る「水温センサ４１」及び「所定水温ＴＷ」は、夫々、本発明に係る「温度検出手段」及び「温度閾値」の一例である。

制御装置は、更に、検出された温度が所定水温ＴＷより低いか否かを判定する判定部３０１と、液体燃料タンク２１中のアルコール燃料の濃度を検出する濃度センサ４４と、ＣＮＧの残量を検出する残量検出部３０３と、検出されたＣＮＧの残量が所定量Ｖより少ないことを条件に、警告を行うインフォメーションディスプレイ５１及びスピーカー５２と、ＣＮＧ及びアルコール燃料を切り替える燃料切替弁２５と、該燃料切替弁２５を駆動する燃料切換弁駆動装置２６と、気筒１１における燃料の燃焼温度を検出する燃焼温度センサ４２と、吸入される空気の温度を検出する吸気温度センサ４３とを備えている。

ここに、本実施形態に係る「濃度センサ４４」及び「所定量Ｖ」は、夫々、本発明に係る「濃度検出手段」及び「残量閾値」の一例であり、本実施形態に係る「インフォメーションディスプレイ５１」及び「スピーカー５２」は、本発明に係る「警告手段」の一例である。

車両の停止状態において、或いは、車両が電動モータ・ジェネレータ６０のみで走行している状態において、例えばＥＣＵ３０から内燃機関１０の始動指令信号が発信された際、水温センサ４１は、冷却水１６の温度を検出し、濃度センサ４４は、アルコール燃料に含まれるアルコールの濃度を検出する。判定部３０１は、検出された温度が、メモリ３０５に格納されている所定温度ＴＷより低いか否かを判定する。

ここで、所定温度ＴＷについて、図２を参照して説明を加える。図２は、冷却水１６の温度と内燃機関１０の始動性との関係を示す特性図の一例である。ここで、「始動性」とは、例えば、始動指令信号が発信されてから内燃機関１０を始動させるまでに使用した電力量、費やした時間、供給した燃料量等のうちの一つ又は複数の物理量又はパラメータにより表される何らかのパラメータをいう。

図２に示すように、水温が低くなると、ある温度において顕著に内燃機関１０の始動性が悪化し始める（図２における破線の位置）。従って、内燃機関１０の始動性が顕著に悪化し始める温度を、或いは該温度に適当なマージンを加減して所定温度ＴＷとすればよい。

再び図１に戻り、判定部３０１により検出された温度が所定温度ＴＷより低いと判定された場合、燃料制御部３０２は、燃料切替弁制御装置２６により燃料切替弁２５を駆動して、少なくともＣＮＧを燃料噴射弁２７から噴射することによって、内燃機関１０の気筒１１に供給する。

一方、判定部３０１により検出された温度が所定温度ＴＷより高いと判定された場合、判定部３０１は、検出された濃度が、本発明に係る「濃度閾値」の一例としての所定濃度Ｄより高いか否かを判定する。

ここで、所定濃度Ｄについて、図３を参照して説明を加える。図３は、アルコール燃料に含まれるアルコールの濃度と内燃機関１０の始動性との関係を示す特性図の一例である。所定濃度Ｄは、図３に示すような特性図において、例えばガソリン燃料（即ち、アルコール濃度０％）使用時の内燃機関１０の始動性に対して、所定の割合となるアルコール濃度（図３における破線の位置）とすればよい。

再び図１に戻り、判定部３０１により検出された濃度が所定濃度Ｄより高いと判定された場合、燃料制御部３０２は、少なくともＣＮＧを内燃機関１０に供給する。一方、判定部３０１により検出された濃度が所定濃度Ｄより低いと判定された場合、燃料制御部３０２は、燃料切替弁制御装置２６により燃料切替弁２５を駆動して、典型的には、アルコール燃料を燃料噴射弁２７から噴射することによって、内燃機関１０の気筒１１に供給する（即ち、通常の始動を行う）。

燃料制御部３０２により内燃機関１０に燃料が供給されると、該供給された燃料は点火プラグ１５によって着火され、気筒１１において燃焼する。燃焼温度センサ４２は、この時の内燃機関１０の燃焼室壁の壁温を検出する。判定部３０１は、検出された壁温が、例えば摂氏２００度である所定壁温より高いか否かを判定することにより、内燃機関１０が完爆したか否かを判定する。

燃料制御部３０２により、少なくともＣＮＧが内燃機関１０に供給され、判定部３０１により内燃機関１０が完爆したと判定された場合、燃料制御部３０２は、燃料切替弁制御装置２６により燃料切替弁２５を駆動して、ＣＮＧの供給を止め、アルコール燃料をフューエルポンプ２２により圧送して燃料噴射弁２７から噴射することによって、内燃機関１０の気筒１１に供給する。一方、燃料制御部３０２によりアルコール燃料が内燃機関１０に供給され、判定部３０１により内燃機関１０が完爆したと判定された場合、燃料制御部３０２は、アルコール燃料の供給を維持する。尚、判定部３０２により内燃機関１０が完爆していないと判定された場合は、内燃機関１０が完爆するまで始動の操作を続ける。

次に、以上のように構成された内燃機関の制御装置が搭載された車両において、ＥＣＵ３０が実行する燃料制御処理を図４のフローチャートを用いて説明する。この燃料制御処理は、主に車両が走行中に又は走行が開始される時に、例えば定期的に又は不定期的にコンマ数秒〜数秒毎に周期的に実行される。

図４において、先ず、判定部３０１は、内燃機関１０の始動指令があるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。始動指令がない場合は（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、処理を終了する。始動指令がある場合は（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、温度センサ４１により冷却水１６の温度が検出される（ステップＳ１０２）。続いて、判定部３０１により検出された温度が所定水温ＴＷより低いか否かが判定される（ステップＳ１０３）。

検出された温度が所定温度ＴＷより低いと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、後述するステップＳ１０６の処理が行われる。検出された温度が所定温度ＴＷより高いと判定された場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、濃度センサ４４によりアルコール燃料に含まれるアルコールの濃度が検出される（ステップＳ１０４）。続いて、判定部３０１により検出された濃度が所定濃度Ｄより高いか否かが判定される（ステップＳ１０５）。

検出された濃度が所定濃度Ｄより低い場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、燃料制御部３０２によりアルコール燃料が内燃機関１０に供給され、通常の方法により内燃機関１０の始動が行われ（ステップＳ１１１）、内燃機関１０の完爆後に処理を終了する。

検出された濃度が所定濃度Ｄより高い場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、残量検出部３０３は、気体燃料圧力センサ４５により検出されたＣＮＧの圧力及び気体燃料流量センサ４６により検出されたＣＮＧの流量に基づいて、ＣＮＧの残量を検出する（ステップＳ１０６）。続いて、判定部３０１により検出されたＣＮＧの残量が所定量Ｖより多いか否かが判定される（ステップＳ１０７）。

検出されたＣＮＧの残量が所定量Ｖより多いと判定された場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、燃料制御部３０２により少なくともＣＮＧが内燃機関１０に供給され、内燃機関１０の始動が行われる（ステップＳ１０８）。続いて、燃焼温度センサ４２により、内燃機関１０の燃焼室壁の壁温が検出され、判定部３０１は、検出された壁温が所定壁温より高いか否かを判定することにより、内燃機関１０が完爆したか否かを判定する（ステップＳ１０９）。

内燃機関１０が完爆したと判定された場合（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、燃料制御部３０２は、燃料切替弁制御装置２６により燃料切替弁２５を駆動して、ＣＮＧの供給を止め、アルコール燃料を供給し（ステップＳ１１０）、処理を終了する。内燃機関１０が完爆していないと判定された場合は（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、内燃機関１０が完爆するまで始動の操作を行う（ステップＳ１０８）。

検出されたＣＮＧの残量が所定量Ｖより少ない場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ＥＣＵ３０は、例えばインストルメントパネル内のインフォメーションディスプレイ５１に、気体燃料カートリッジ２３を交換時期である旨を表示させると共に、スピーカー５２から音声又は警報を出力させ操縦者等に警告を行う（ステップＳ１１２）。

判定部３０１は、気体燃料カートリッジ２３が交換されたか否かを判定し（ステップＳ１１３）、気体燃料カートリッジ２３が交換されていれば（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、警告を解除して（ステップＳ１１４）、ステップＳ１０８の処理を行う。気体燃料カートリッジ２３が交換されていなければ（ステップＳ１１３：Ｎｏ）、警告を解除せずに、ステップＳ１０８の処理を行う。

尚、気体燃料カートリッジ２３の異常又は操縦者の不注意により、ＣＮＧの残量が内燃機関１０を始動させるために必要な燃料量を下回ってしまった場合、ＥＣＵ３０は、インフォメーションディスプレイ５１に、ＣＮＧが不足している旨を表示させると共に、スピーカー５２から音声又は警報を出力する。この場合、非常手段として、操縦者の判断で予備燃料使用スイッチ７０を押すことにより、気体燃料リザーバ２４に貯蔵されているＣＮＧを使用して内燃機関１０を始動させることができる。

以上の結果、本実施形態に係る内燃機関１０の制御装置によれば、内燃機関１０を始動させる際における始動性やエミッションを改善しつつ、気体燃料の消費を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
本発明の内燃機関の制御装置に係る第２実施形態を、図５を参照して説明する。第２実施形態では、ＥＣＵ３０における燃料制御処理が異なる以外は、第１実施形態の構成と同様である。よって、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略する。

本実施形態では、判定部３０１によって内燃機関１０が完爆したと判定された場合、吸気状態検出部３０４は、エアフローメータ１３により検出された内燃機関１０に吸入される空気の量や、吸気温度センサ４３により検出された吸入される空気の温度、或いは、水温センサ４１により検出される冷却水１６の温度等に基づいて、吸入される空気の状態を検出する。

燃料制御部３０２は、検出された内燃機関１０に吸入される空気の状態に応じて、例えば、吸入される空気の温度が上昇するにつれて、燃料切替弁制御装置２６により燃料切替弁２５を駆動して、ＣＮＧ及びアルコール燃料の混合燃料に含まれるアルコール燃料を連続的に又は不連続的に増加させながら、最終的にはアルコール燃料のみを内燃機関１０に供給する。この場合には、典型的には、少なくともアルコール燃料は内燃機関１０に供給される。これにより、ＣＮＧからアルコール燃料へ燃料を切り替えることができる。この際、アルコール燃料の圧送にはＣＮＧの圧力を用いる。

次に、本実施形態において、ＥＣＵ３０が実行する燃料制御処理を図５のフローチャートを用いて説明する。本実施形態では、図４に示した第１実施形態における燃料制御処理のステップＳ１０９及びステップＳ１１０間に処理が追加されている以外は、第１実施形態と同様である。よって、第２実施形態について、第１実施形態と重複する説明を省略する。

図５において、判定部３０１により内燃機関１０が完爆したと判定された場合（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、内燃機関１０に吸入される空気の量や温度、或いは、冷却水１６の温度等が、エアフローメータ１３、吸気温度センサ４３、水温センサ４１等により検出され、検出された空気の量や温度、或いは冷却水１６の温度等に基づいて、内燃機関１０に吸入される空気の状態が吸気状態検出部３０４によって検出される（ステップＳ２０１）。

次に、燃料制御部３０２は、検出された内燃機関１０に吸入される空気の状態に応じて、ＣＮＧ及びアルコール燃料の混合燃料に含まれるアルコール燃料を連続的に又は不連続的に増加させながら、最終的にＣＮＧからアルコール燃料へ燃料を切り替える（ステップＳ１１０）。

尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置及び方法もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

第１実施形態に係る内燃機関の制御装置のブロック図である。 第１実施形態に係る水温と内燃機関の始動性との関係を示す特性図の一例である。 第１位実施形態に係るアルコール濃度と内燃機関の始動性との関係を示す特性図の一例である。 第１実施形態に係るＥＣＵにおける処理を示すフローチャートである。 第２実施形態に係るＥＣＵにおける処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…気筒、１２…スロットルバルブ、１３…エアフローメータ、１４…吸気通路、１５…点火プラグ、１６…冷却水、２１…液体燃料タンク、２２…フューエルポンプ、２３…気体燃料カートリッジ、２４…気体燃料リザーバ、２５…燃料切替弁、２６…燃料切替弁駆動装置、２７…燃料噴射弁、３０…ＥＣＵ、４１…水温センサ、４２…燃焼温度センサ、４３…吸気温度センサ、４４…濃度センサ、４５…気体燃料圧力センサ、４６…気体燃料流量センサ、５１…インフォメーションディスプレイ、５２…スピーカー、６０…電動モータ・ジェネレータ、７０…予備燃料使用スイッチ

Claims (7)

1. 車両における気体燃料及び液体燃料を使用可能な内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関を始動する際に、前記内燃機関の温度を検出する温度検出手段と、
   前記検出された温度が温度閾値より低い場合に、前記気体燃料を前記内燃機関に供給する燃料制御手段と、
   を備え、
   前記燃料制御手段は、
   前記内燃機関に吸入される空気の状態を検出する吸気状態検出手段を含み、
   前記気体燃料を供給した後に前記内燃機関が完爆した場合に、前記検出された状態に応じて、前記気体燃料及び前記液体燃料を前記内燃機関に供給し、
   前記燃料制御手段は、前記液体燃料を前記内燃機関に供給する際に、前記気体燃料の圧力を用いて前記液体燃料を前記内燃機関へ圧送する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料制御手段は、
   前記検出された温度が温度閾値より低いか否かを判定する温度判定手段を含み、
   前記検出された温度が温度閾値より低いと判定された場合に、前記気体燃料を前記内燃機関に供給し、前記検出された温度が温度閾値より高いと判定された場合に、前記液体燃料を前記内燃機関に供給する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記液体燃料はアルコール燃料であり、前記アルコール燃料に含まれるアルコールの濃度を検出する濃度検出手段を更に備え、
   前記燃料制御手段は、前記検出された温度が前記温度閾値より低い場合に加えて、前記検出された温度が前記温度閾値より高く且つ前記検出された濃度が濃度閾値より高い場合に、前記気体燃料を前記内燃機関に供給する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記車両において前記気体燃料は、着脱可能なカートリッジに充填されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記気体燃料の残量を検出する残量検出手段と、
   前記検出された残量が残量閾値より少ないことを条件に、警告を行う警告手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記車両は、前記気体燃料を予備的に貯蔵する予備燃料容器を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 車両における気体燃料及び液体燃料を使用可能な内燃機関の制御方法であって、
   前記内燃機関を始動する際に、前記内燃機関の温度を検出する温度検出工程と、
   前記検出された温度が温度閾値より低い場合に、前記気体燃料を前記内燃機関に供給する燃料制御工程と、
   を備え、
   前記燃料制御工程は、前記内燃機関に吸入される空気の状態を検出する吸気状態検出工程を含み、
   前記燃料制御工程では、前記気体燃料を供給した後に前記内燃機関が完爆した場合に、前記検出された状態に応じて、前記気体燃料及び前記液体燃料が前記内燃機関に供給され、
   前記燃料制御工程では、前記液体燃料が前記内燃機関に供給される際に、前記気体燃料の圧力を用いて前記液体燃料が前記内燃機関へ圧送される
   ことを特徴とする内燃機関の制御方法。

Images