JP5168177B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

水素ガスを燃料として使用する内燃機関が知られている。水素ガスは、軽油やガソリン等の液体燃料に比べて燃焼性が高いという性質を有する。そのため、機関の低負荷時にこのような水素ガスを燃料として使用することで、リーンバーン（希薄燃焼）領域の限界、すなわちリーン限界を拡大することができる。リーン限界の拡大に伴い、燃費の向上やＮＯｘ排出量の低減も可能になる。

特許文献１には、かかる内燃機関に係る技術が開示されている。特許文献１に開示された技術によれば、機関の低負荷時には水素ガスのみで、一方、高負荷時にはガソリンのみで運転するよう運転態様を切り替えている。

特開２００５−２９９５０１号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術のように水素ガスのみで運転する運転態様を設けると、水素ガスの消費量が多くなってしまうため、水素ガスを十分に蓄えることができる装置が必要となる。

そこで、これら水素ガス及びガソリンに加えて燃焼性の比較的高い軽油を使用することにより燃料の消費を抑制することが考えられるが、この場合の各種の燃料の使い分けについては十分に検討されていなかった。

本発明は、このような技術的課題を鑑みてなされたもので、各種の燃料を使い分けて効果的に燃料を消費することで、燃費の向上や排ガスの低減を実現する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、低オクタン価燃料、高オクタン価燃料及び高燃焼速度燃料を燃料として使用する内燃機関の動作を制御する内燃機関の制御装置（２０）であって、前記内燃機関（１）の運転状態を検出する運転状態検出手段（Ｓ１）と、前記内燃機関（１）の運転状態に応じて、前記低オクタン価燃料及び前記高燃焼速度燃料のみを用いて燃焼させる第１モードと、全ての燃料を用いて燃焼させる第２モードと、前記低オクタン価燃料及び前記高オクタン価燃料のみを用いて燃焼させる第３モードと、を切り替える制御手段（Ｓ２〜Ｓ６）と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、運転状態に応じて、使用する燃料を第１のモードと、第２のモードと、第３のモードとに切り替えているので、各種の燃料を使い分けて効果的に燃料を消費することができ、燃費の向上や排ガスの低減を実現することができる。

本発明の一実施形態に係るシステム全体の構成を示す図である。 ＥＣＵ２０の制御ロジックを示すフローチャートである。 各モードにおける噴射燃料の重量割合の第１の例を説明する図である。 図３の各モードにおける燃料噴射を説明する図である。 各モードにおける噴射燃料の重量割合の第２の例を説明する図である。 排ガス浄化装置１５を説明する図である。 排ガスの温度上昇のための制御を説明する図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

（システム構成）
図１は、本発明の一実施形態に係るシステム全体の構成を示す図である。図１に示す内燃機関１には、シリンダヘッド３１とシリンダブロック３２とピストン３３とによって、燃焼室（主燃焼室）２が形成されている。この燃焼室２は、吸気弁３及び排気弁４を介してそれぞれ吸気ポート（吸気通路）５及び排気ポート（排気通路）６と連通している。これら吸気弁３及び排気弁４は、それぞれ吸気弁用カム７及び排気弁用カム８によって開閉駆動される。

また本実施形態に係る内燃機関１には、第１燃料噴射弁１１、第２燃料噴射弁１２、第３燃料噴射弁１３、ＥＧＲ弁１４、排ガス浄化装置１５等が設けられている。

第１燃料噴射弁１１は、低オクタン価燃料を燃焼室２に直接噴射する噴射弁である。ここでの低オクタン価燃料とは、異なるオクタン価の燃料のうちの相対的にオクタン価が低い燃料である。異なるオクタン価の燃料が軽油及びガソリンであれば、軽油である。

第２燃料噴射弁１２は、高燃焼速度燃料を吸気ポート５に噴射する噴射弁である。ここでの高燃焼速度燃料とは、燃焼速度が軽油やガソリン等の液体燃料に比べて高速の燃料である。例えば水素ガス、アセチレン、エチレンに代表される層流燃焼速度の大きな燃料である。

第３燃料噴射弁１３は、高オクタン価燃料を吸気ポート５に噴射する噴射弁である。ここでの高オクタン価燃料とは、異なるオクタン価の燃料のうちの相対的にオクタン価が高い燃料である。異なるオクタン価の燃料が軽油及びガソリンであれば、ガソリンである。

ＥＧＲ弁１４は、排気ポート６から吸気ポート５に還流する排ガスの量、すなわち内燃機関１の排気再循環量（以下、「ＥＧＲ量」とする）を開度に応じて制御する弁である。

排ガス浄化装置１５は、排気ポート６の後方に配設され、排気ポート６を通流してきた排ガスを内部に介装した三元触媒、酸化触媒やＮＯｘ触媒によって浄化する装置である。

図１に示すＥＣＵ（Engine Control Unit、内燃機関の制御装置）２０は、これら第１燃料噴射弁１１、第２燃料噴射弁１２、第３燃料噴射弁１３による燃料の噴射やＥＧＲ弁１４の開度等を制御するマイクロコントローラである。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態（例えばアクセル開度センサ２１により検出される内燃機関１の機関負荷）を検出してこの運転状態に応じて各燃料噴射弁１１乃至１３による燃料の噴射を制御する。このＥＣＵ２０の具体的な制御内容は後述する。

（ＥＣＵ２０の制御ロジック）
図２は、本発明の一実施形態に係るＥＣＵ２０の制御ロジックを示すフローチャートである。ＥＣＵ２０は、ＥＣＵ２０が起動している間は図２に示される制御ロジックを繰り返す。

まず、ステップＳ１においてＥＣＵ２０は、機関負荷を検出する（Ｓ１）。ステップＳ１ではＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２１から内燃機関１の機関負荷を検出する。

続いてステップＳ１で検出された機関負荷が低負荷のときには（Ｓ２においてＹＥＳ）、ステップＳ３へ移ってＥＣＵ２０は、第１モードに切り替える（Ｓ３）。ここでは、ステップＳ１で検出された内燃機関１の機関負荷が予め機関負荷を高負荷、中負荷及び低負荷の三段階に分類したときの低負荷を示す場合に、第１モードに切り替える。第１モードの詳細については後述する。

また、ステップＳ１で検出された機関負荷が中負荷のときには（Ｓ２においてＮＯ、且つ、Ｓ４においてＹＥＳ）、ステップＳ５へ移ってＥＣＵ２０は、第２モードに切り替える（Ｓ５）。ここでは、ステップＳ１で検出された内燃機関１の機関負荷が中負荷を示す場合に、第２モードに切り替える。第２モードの詳細についても後述する。

また、ステップＳ１で検出された機関負荷が高負荷のときには（Ｓ２においてＮＯ、且つ、Ｓ４においてＮＯ）、ステップＳ６へ移ってＥＣＵ２０は、第３モードに切り替える（Ｓ６）。ここでは、ステップＳ１で検出された内燃機関１の機関負荷が高負荷を示す場合に、第３モードに切り替える。第３モードの詳細についても後述する。

以上に示される制御ロジックによりＥＣＵ２０は、内燃機関１の機関負荷が低負荷のときには第１モード（Ｓ３）、中負荷のときには第２モード（Ｓ４）、高負荷のときには第３モード（Ｓ５）と切り替える。以下、各モードの詳細について説明する。

（第１〜第３モードの第１の例）
図３は、各モードにおける噴射燃料の重量割合の第１の例を説明する図である。図４は、図３の各モードにおける燃料噴射を説明する図である。図３では、横軸に機関負荷を、縦軸に機関負荷毎の全燃料噴射量に対する各燃料の重量割合（単位：パーセント、以下、これを「噴射割合」という。）を示している。また、図３に示す破線は、ＥＧＲ率を示している。ＥＧＲ率とは、ＥＧＲ量／（ＥＧＲ量＋吸入新気量（吸気ポート５に吸入される新気の量））（単位：パーセント）である。

（第１モードについて）
まず、第１モードについて説明する。図３に示す第１モードでは、軽油及び水素ガスが噴射される。具体的には、機関負荷が所定の負荷Ｌよりも低負荷側では軽油のみを噴射し、負荷Ｌよりも高負荷側に移行するに伴って軽油の噴射割合を低くして水素ガスの噴射割合を高くする。言い換えると、軽油の燃焼割合を低くして水素ガスの燃焼割合を高くする。燃焼割合とは、全ての燃料の燃焼重量に対する各燃料の燃焼重量の割合である。

図４（ａ）は、この第１モードにおける燃料噴射を説明する図である。図４（ａ）では軽油及び水素ガスの両方を噴射する場合、すなわち負荷Ｌよりも高負荷側の場合を示す。

まず吸気行程において、水素ガスが吸気ポート５に噴射（ＭＰＩ（Multi Point Injection）方式で噴射）される。続く圧縮行程に移行すると、この水素ガスと吸気の混合気は燃焼室２内に吸入され、均質に混合される。続いて圧縮行程の後半において、少量の軽油が燃焼室２に噴射（パイロット噴射）される。さらにＴＤＣ（Top Dead Center、上死点）付近において再び軽油が燃焼室２に噴射（噴霧拡散）される。このようにして、燃料と吸気の混合気を圧縮自着火させて燃焼させる。

以上の燃料噴射に係るＥＣＵ２０の動作を説明する。まず吸気行程において、ＥＣＵ２０はそのときの機関負荷に応じた量の水素ガスを第２燃料噴射弁１２により吸気ポート５に噴射させる。続いて圧縮行程の後半において、ＥＣＵ２０は少量の軽油を第１燃料噴射弁１１により燃焼室２に噴射させる（ディーゼル内燃機関のパイロット噴射に相当）。さらにＴＤＣ付近において、ＥＣＵ２０は再び軽油を第１燃料噴射弁１１により燃焼室２に噴霧拡散の態様で噴射させる（ディーゼル内燃機関のメイン噴射に相当）。

以上説明してきた第１モードにおける燃料噴射によれば、以下のような効果がある。すなわち、第１に、負荷Ｌよりも低負荷側で軽油のみを噴射することで、水素ガスの消費量を抑えて従来のディーゼル内燃機関と同様の方法でリーン限界を拡大して燃費の向上やＮＯｘ排出量の低減を実現することができることである。

第２に、負荷Ｌよりも高負荷側に移行するに伴って軽油の噴射割合を低くして水素ガスの噴射割合を高くすることで、燃焼安定性を高めることができることである。すなわち、高負荷側に機関負荷が上昇すると、ＥＣＵ２０は排ガスの排出量を低減するためにＥＧＲ率を上昇させるようＥＧＲ弁１４を制御する（図３の破線参照）。そうすると、このＥＧＲ率の上昇に伴って燃焼室２における未燃燃料の割合が増加する。未燃燃料の割合が増加すると、煤の発生量が多くなる等により燃焼不安定になる問題がある。そこで、あらたに燃焼速度が高速な燃料である水素ガスを噴射して燃焼を促進させることで、ＥＧＲ率を上昇させた場合の未燃燃料の割合の増加や煤の発生量の増加を防いで燃焼安定性を高めることができるのである。

なお、図３に示す負荷Ｌ、すなわち水素ガスの噴射を開始する機関負荷の値は、水素ガスの残存量に応じて決定されることが望ましい。これは、水素ガスの消費量に応じた制御を可能にすることで水素ガスの消費量の増大を抑制するためである。具体的には、ＥＣＵ２０が水素ガスを蓄えた水素ガスタンク内の水素ガスの残存量をセンサ等により検出し、この残存量が多いほど負荷Ｌを低負荷側（図中左側）に、残存量が少ないほど高負荷側（図中右側）に制御する。

（第２モードについて）
次に、第２モードについて説明する。図３に示す第２モードでは、軽油、水素ガス及びガソリンの全ての燃料が噴射される。具体的には、機関負荷が低負荷側から高負荷側に移行するに伴って軽油及び水素ガスの噴射割合を低くしてガソリンの噴射割合を高くする。言い換えると、軽油及び水素ガスの燃焼割合を低くしてガソリンの燃焼割合を高くする。

図４（ｂ）は、この第２モードにおける燃料噴射を説明する図である。まず吸気行程において、水素ガス及びガソリンが吸気ポート５に噴射（ＭＰＩ方式で噴射）される。続く圧縮行程に移行すると、この水素ガスとガソリンと吸気の混合気は燃焼室２内に吸入され、均質に混合される。続いて圧縮行程の略中間において、軽油が燃焼室２に噴射（予混合）される。そうすると、前述した水素ガスとガソリンと吸気の混合気にさらに軽油が混合され、圧縮行程が進行するに従い燃料の温度が上昇する。続いて圧縮行程の後半において、少量の軽油が燃焼室２に噴射（パイロット噴射）される。

以上の燃料噴射に係るＥＣＵ２０の動作を説明する。まず吸気行程において、ＥＣＵ２０はそのときの機関負荷に応じた量の水素ガス及びガソリンをそれぞれ第２燃料噴射弁１２及び第３燃料噴射弁１３により吸気ポート５に噴射させる。続いて圧縮行程の略中間において、ＥＣＵ２０はそのときの機関負荷に応じた量の軽油を第１燃料噴射弁１１により燃焼室２に噴射させる。続いて圧縮行程の後半（ＴＤＣの１０乃至４０度前）において、ＥＣＵ２０は少量の軽油を第１燃料噴射弁１１により燃焼室２に噴射させる（ディーゼル内燃機関のパイロット噴射に相当）。

以上説明してきた第２モードにおける燃料噴射によれば、以下のような効果がある。すなわち水素ガス、ガソリン及び軽油の３種類の燃料を予め混合させて燃焼させることで、ＥＧＲ率を上昇させた場合であっても煤の発生量の低減やＮＯｘ排出量の低減を実現することができ、且つ、第１モードよりも大きい機関負荷にも対応できることである。

なお、圧縮行程の後半においてＥＣＵ２０は少量の軽油を第１燃料噴射弁１１により噴射させているが、厳密にはこの噴射はいわゆるディーゼル内燃機関のパイロット噴射ではなく、予め混合させた水素ガス、ガソリン及び軽油を多点着火する着火用噴射に相当する。また、この着火用噴射の時期は、機関負荷が低負荷側から高負荷側へ移行するに従い遅角側に移行させることが望ましい。これは、燃焼の開始時期を一定に制御するためである。

（第３モードについて）
続いて、第３モードについて説明する。図３に示す第３モードでは、軽油及びガソリンが噴射される。

図４（ｃ）は、この第３モードにおける燃料噴射を説明する図である。まず吸気行程において、ガソリンが吸気ポート５に噴射（ＭＰＩ方式で噴射）される。続く圧縮行程に移行すると、このガソリンと吸気の混合気は燃焼室２内に吸入され、均質に混合される。続いて圧縮行程の後半において、少量の軽油が燃焼室２に噴射（パイロット噴射）される。

以上の燃料噴射に係るＥＣＵ２０の動作を説明する。まず吸気行程において、ＥＣＵ２０はそのときの機関負荷に応じた量のガソリンを第３燃料噴射弁１３により吸気ポート５に噴射させる。続いて圧縮行程の後半（ＴＤＣの１０乃至４０度前）において、ＥＣＵ２０は少量の軽油を第１燃料噴射弁１１により燃焼室２に噴射させる（ディーゼル内燃機関のパイロット噴射に相当）。

以上説明してきた第３モードにおける燃料噴射によれば、以下のような効果がある。すなわち、軽油とガソリンを噴射することで、燃焼速度が高速な水素ガスを使用することなく煤の発生量の低減やＮＯｘ排出量の低減を実現でき、且つ、第２モードよりも大きい機関負荷にも対応できることである。

なお、上記の第２モードと同様に、圧縮行程の後半においてＥＣＵ２０は少量の軽油を第１燃料噴射弁１１により噴射させているが、厳密にはこの噴射はガソリンを多点着火する着火用噴射に相当する。この着火用噴射によって、燃焼室２においてガソリン火炎伝播燃焼が実現される。そのため、本実施形態に係る内燃機関１ではガソリンを着火するための点火プラグを利用していない。

（第１モードから第２モードへの切り替えについて）
以下、第１モードから第２モードへの切り替えについて補足する。図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１モード（図４（ａ））と第２モード（図４（ｂ））とは、吸気行程におけるガソリンの噴射、圧縮行程の略中間における軽油（予混合）の噴射、及び、ＴＤＣ付近における軽油（噴霧拡散）の噴射、においてその態様が異なる。

本実施形態に係るＥＣＵ２０は、第１モードから第２モードへ切り替える際には、吸気行程におけるガソリンの噴射割合を徐々に高めて、圧縮行程の略中間における軽油（予混合）の噴射割合を徐々に高めて、ＴＤＣ付近における軽油（噴霧拡散）の噴射割合を徐々に低くするよう制御する。すなわち、ＥＣＵ２０は第１モードから第２モードへ連続的に切り替える。連続的に切り替えることによって、車両安定性を維持した状態での燃料噴射態様の移行が可能になる。

以上、第１〜第３モード及び第１モードから第２モードへの切り替えについて説明してきた。このようにＥＣＵ２０は、内燃機関１の機関負荷に応じて第１乃至第３モードを切り替えて各燃料噴射弁１１乃至１３による燃料の噴射を制御している。補足すると、第１モードから第２モードにかけては機関負荷の上昇に伴いリーン運転からストイキ運転へ連続的に移行させるよう制御し、第３モードにおいてはストイキ運転を実現するよう制御している。そのため、以下のような効果がある。

第１に、内燃機関１のリーン限界を拡大できる点である。すなわち、従来のディーゼル内燃機関のリーン限界は空燃比でＡ／Ｆ＝４５程度であったが、本実施形態によれば上記のように水素ガスや軽油を用いることで、リーン限界の空燃比をＡ／Ｆ＝５５程度まで拡大することができる。また、このようなリーン限界の拡大に伴い、第１モードにおける未燃燃料の排出の低減、燃費の向上やＮＯｘ排出量の低減が可能になる。

第２に、第１モード及び第２モードの領域におけるＥＧＲ率の成立範囲を拡大できる点である。すなわち、従来の内燃機関ではＥＧＲ率の成立範囲が１０乃至３０パーセントであったが、本実施形態によれば上記のように水素ガスによる煤の低減が可能であるため、ＥＧＲ率の成立範囲を２０乃至５０パーセントまで拡大することができる。

（第１乃至第３モードの第２の例）
図５は、各モードにおける噴射燃料の重量割合の第２の例を説明する図である。図５では、図３と同様に、横軸に機関負荷を、縦軸に機関負荷毎の全燃料噴射量に対する各燃料の重量割合（単位：パーセント）を示している。また、図５に示す破線は、ＥＧＲ率を示している。

前述の第１の例（図３参照）の第２モードでは、軽油、水素ガス及びガソリンの全ての燃料が噴射された。一方、この第２の例に係る第２モードでは、図５に示すように水素ガスは噴射されずに軽油及びガソリンのみが噴射される。このような第２の例に係る第２モードを適用するのは、水素ガスの残存量が第１モードを適用できない程度に少ない場合であって水素ガスの消費量を抑えたい場合である。具体的には、ＥＣＵ２０が水素ガスタンク内の水素ガスの残存量をセンサ等により検出し、この残量が所定閾値よりも少ないと判定した場合である。なお、第１モード及び第３モードについては前述の第１の例と同様であるためここでは説明を省略し、第２モードについて説明する。

（第２モードについて）
図５に示す第２モードでは、軽油及びガソリンが噴射される。具体的には、機関負荷が低負荷側から高負荷側に移行するに伴って軽油の噴射割合を低くしてガソリンの噴射割合を高くする。言い換えると、軽油の燃焼割合を低くしてガソリンの燃焼割合を高くする。

この第２モードの燃料噴射に係るＥＣＵ２０の動作を説明する。まず吸気行程において、ＥＣＵ２０はそのときの機関負荷に応じた量のガソリンを第３燃料噴射弁１３により吸気ポート５に噴射させる。続いて圧縮行程の略中間において、ＥＣＵ２０はそのときの機関負荷に応じた量の軽油を第１燃料噴射弁１１により燃焼室２に噴射させる。続いて圧縮行程の後半（ＴＤＣの１０乃至４０度前）において、ＥＣＵ２０は少量の軽油を第１燃料噴射弁１１により燃焼室２に噴射させる（着火用噴射に相当）。

以上説明してきた第２の例に係る第２モードによれば、前述した第１の例に係る第２モードの効果に加えて以下のような効果がある。すなわち、水素ガスの残存量が第１モードを適用できない程度に少ない場合にこの第２モードを適用することで、水素ガスの消費を抑制できることである。そのため、機関負荷が中負荷の場合に、水素ガスの残存量に応じて第１の例に係る第２モードと第２の例に係る第２モードを切り替えて制御することが望ましい。

（排ガス浄化装置１５について）
図６は、排ガス浄化装置１５を説明する図である。図６に示す排ガス浄化装置１５は、内部に三元触媒１７を介装した装置である。この排ガス浄化装置１５には、三元触媒１７の内部を挿通する燃料改質装置１６が設けられている。

燃料改質装置１６は、燃料を改質する装置である。すなわち、低オクタン価燃料（例えば軽油）を導入し、内部に介装した脱水素反応触媒１６ａにおいて導入した低オクタン価燃料に脱水素反応を施すことで、水素ガスと脱水素生成物とを分離する。その後、分離した水素ガスを水素ガスタンク（不図示）に導出し、分離した脱水素生成物を低オクタン価燃料タンク（不図示）に導出する。つまり、燃料改質装置１６は低オクタン価燃料から水素ガスを生成することができる。

ここで、脱水素反応触媒１６ａが上記の脱水素反応を施すためには、この脱水素反応触媒１６ａが活性化する程度に高温度である必要がある。そこで、この脱水素反応触媒１６ａを排ガス浄化装置１５（三元触媒１７）の内部に配設することで、排気ポート６を通流する排ガスによる脱水素反応触媒１６ａの加熱を可能にしている。なお、脱水素反応触媒１６ａの温度が活性化しない程度に低い場合には、この脱水素反応触媒１６ａの温度を上昇させるべく排気ポート６を通流する排ガスの温度を上昇させるように制御するのが望ましい。

（排ガスの温度上昇のための制御について）
図７は、排ガスの温度上昇のための制御を説明する図である。図７は、図４（ｂ）に示される第２モードの燃料噴射制御に、膨張行程における軽油の噴射（ポスト噴射）を加えたものである。具体的には、膨張行程において、ＥＣＵ２０が所定量の軽油を第１燃料噴射弁１１により燃焼室２に噴射させる（ディーゼル内燃機関のポスト噴射に相当）。

このように膨張行程における軽油の噴射を加えることで、以下のような効果がある。すなわち、排ガスの温度を上昇させることで脱水素反応触媒１６ａを活性化させて、燃料改質装置１６による水素ガスの生成を促進できることである。そこで、ＥＣＵ２０は脱水素反応触媒１６ａの温度をセンサ等により検出し、この温度が所定閾値よりも小さいと判定した場合に図７に示す制御を実行する。

（まとめ）
以上実施形態について説明してきたが、本実施形態によればＥＣＵ２０は、運転状態に応じて、使用する燃料を第１のモードと、第２のモードと、第３のモードとに切り替えているので、各種の燃料を使い分けて効果的に燃料を消費することができ、燃費の向上や排ガスの低減を実現することができる。

また、本実施形態によればＥＣＵ２０は、低負荷状態であるときには第１モードに、中負荷状態であるときには第２モードに、高負荷状態であるときには第３モードに切り替えているので、機関負荷に応じて効果的に各種の燃料を使い分けることができる。

また、本実施形態によれば第１モードは、高負荷側であるほど、低オクタン価燃料の噴射割合を低くして高燃焼速度燃料の噴射割合を高くしているので、高負荷側への移行に伴いＥＧＲ率が上昇した場合であっても、煤の発生量の低減やＮＯｘ排出量の低減を実現することができる。

また、本実施形態によれば第２モードは、高負荷側であるほど、低オクタン価燃料及び前記高燃焼速度燃料の噴射割合を低くして前記高オクタン価燃料の噴射割合を高くしているので、ＥＧＲ率が上昇した場合であっても煤の発生量の低減やＮＯｘ排出量の低減を実現することができ、且つ、第１モードよりも大きい機関負荷にも対応できる。

また、本実施形態によれば内燃機関１は、燃焼室２に低オクタン価燃料を噴射する第１燃料噴射弁１１と、吸気ポート５に高燃焼速度燃料を噴射する第２燃料噴射弁１２と、吸気ポート５に高オクタン価燃料を噴射する第３燃料噴射弁１３と、を備えている。またＥＣＵ２０は、第１モードに切り替えた場合には、吸気行程において高燃焼速度燃料を噴射し、圧縮行程後半において低オクタン価燃料をパイロット噴射し、略上死点において低オクタン価燃料をメイン噴射している。これにより、低負荷状態における燃費の向上やＮＯｘ排出量の低減を実現することができる。

また、本実施形態によればＥＣＵ２０は、第２モードに切り替えた場合には、吸気行程において高燃焼速度燃料及び高オクタン価燃料を噴射し、圧縮行程略中間において低オクタン価燃料を予混合的に噴射し、圧縮行程後半において低オクタン価燃料を着火用に噴射する。これにより、中負荷状態における燃費の向上やＮＯｘ排出量の低減を実現することができる。

また、本実施形態によればＥＣＵ２０は、高燃焼速度燃料の残存量が少ないときには、第２モードに切り替えた場合であっても、高燃焼速度燃料の噴射を規制する。そのため、高燃焼速度燃料の消費を抑制することができる。

また、本実施形態によればＥＣＵ２０は、第１モードから第２モードに切り替える際には、吸気行程における高燃焼速度燃料の噴射割合を徐々に低くするとともに高オクタン価燃料の噴射割合を徐々に高め、且つ、圧縮行程略中間における低オクタン価燃料の噴射割合を徐々に高くし、且つ、略上死点における低オクタン価燃料の噴射割合を徐々に低くする。このように連続的に切り替えているので、車両安定性を維持した状態での燃料噴射態様の移行が可能になる。

また、本実施形態によれば内燃機関１は、排ガス浄化装置１５に介装され、低オクタン価燃料に脱水素反応を施すことで高燃焼速度燃料を生成する脱水素反応触媒１６ａを備えている。またＥＣＵ２０は、脱水素反応触媒１６ａの触媒温度が所定温度より低い場合には、第２モードにおける低オクタン価燃料の噴射時期、噴射量、多段噴射回数のうち少なくとも一つを変更して排気ポート６を通流する排ガスの温度を上昇させることで脱水素反応触媒１６ａの触媒温度を上昇させる。そのため、脱水素反応触媒１６ａは活性化し、水素ガスの生成を促進させることができる。

また、本実施形態によれば内燃機関１は、ＥＣＵ２０により動作制御される。そのため、各種の燃料を使い分けて効果的に燃料を消費することができ、燃費の向上や排ガスの低減を実現することができる内燃機関１を提供することができる。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、上記各実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記各実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、上記説明においては、第２燃料噴射弁１２及び第３燃料噴射弁１３が吸気ポート５に噴射する態様（図１参照）について説明したが、燃焼室２に直接噴射する態様であってもよい。これは、各燃料の均質化のためである。

また例えば、上記説明においては、第２モード及び第３モードの圧縮行程後半において軽油は着火用に噴射される（図４（ｂ）、（ｃ）参照）と説明したが、点火プラグを用いて着火してもよい。

また例えば、上記説明においては、排ガスの温度上昇のための制御として、第２モードの燃料噴射制御に膨張行程における軽油の噴射（ポスト噴射）を加えた態様（図７参照）について説明したが、第３モードの燃料噴射制御にも同様に膨張行程における軽油の噴射を加えてもよい。

また例えば、上記説明においては、排ガスの温度上昇のための制御として、膨張行程における軽油の噴射（ポスト噴射）を加えた態様（図７参照）について説明したが、軽油の噴射時期、噴射量、多段噴射回数のうちの少なくとも一つを変更するその他の態様により排ガスの温度上昇を図ってもよい。

また例えば、水素ガスや高オクタン価燃料の残存量が一定量以下の場合には、第１乃至第３モードのいずれの運転状態においても低オクタン価燃料のみを噴射するように制御してもよい。

１ 内燃機関
２ 燃焼室
５ 吸気ポート（吸気通路）
１１ 第１燃料噴射弁
１２ 第２燃料噴射弁
１３ 第３燃料噴射弁
１６ 燃料改質装置
１６ａ 脱水素反応触媒
２０ ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）
ステップＳ１ 運転状態検出手段
ステップＳ２〜Ｓ６ 制御手段

Claims (9)

1. 低オクタン価燃料、高オクタン価燃料及び高燃焼速度燃料を燃料として使用する内燃機関の動作を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて、前記低オクタン価燃料及び前記高燃焼速度燃料のみを用いて燃焼させる第１モードと、全ての燃料を用いて燃焼させる第２モードと、前記低オクタン価燃料及び前記高オクタン価燃料のみを用いて燃焼させる第３モードと、を切り替える制御手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態が機関負荷を高負荷、中負荷及び低負荷の三段階に分類した場合の低負荷であるときには前記第１モードに、中負荷であるときには前記第２モードに、高負荷であるときには前記第３モードに切り替え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. 前記第１モードは、高負荷側であるほど、前記低オクタン価燃料の噴射割合を低くして前記高燃焼速度燃料の噴射割合を高くするモードであることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記第２モードは、高負荷側であるほど、前記低オクタン価燃料及び前記高燃焼速度燃料の噴射割合を低くして前記高オクタン価燃料の噴射割合を高くするモードであることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関は、燃焼室に低オクタン価燃料を噴射する第１燃料噴射弁と、吸気通路に高燃焼速度燃料を噴射する第２燃料噴射弁と、吸気通路に高オクタン価燃料を噴射する第３燃料噴射弁と、を備えており、
   前記制御手段は、前記第１モードに切り替えた場合には、吸気行程において前記高燃焼速度燃料を噴射し、圧縮行程後半において前記低オクタン価燃料をパイロット噴射し、略上死点において前記低オクタン価燃料をメイン噴射す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. 前記制御手段は、前記第２モードに切り替えた場合には、吸気行程において前記高燃焼速度燃料及び前記高オクタン価燃料を噴射し、圧縮行程略中間において前記低オクタン価燃料を予混合的に噴射し、圧縮行程後半において前記低オクタン価燃料を着火用に噴射することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記制御手段は、高燃焼速度燃料の残存量が少ないときには、前記第２モードに切り替えた場合であっても、前記高燃焼速度燃料の噴射を規制することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記制御手段は、前記第１モードから前記第２モードに切り替える際には、吸気行程における前記高燃焼速度燃料の噴射割合を徐々に低くするとともに前記高オクタン価燃料の噴射割合を徐々に高め、且つ、圧縮行程略中間における前記低オクタン価燃料の噴射割合を徐々に高くし、且つ、略上死点における前記低オクタン価燃料の噴射割合を徐々に低くすることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記内燃機関は、排気通路の後方に配設された排ガス浄化装置に介装され、前記低オクタン価燃料に脱水素反応を施すことで前記高燃焼速度燃料を生成する脱水素反応触媒を備えており、
   前記制御手段は、前記脱水素反応触媒の触媒温度が所定温度より低い場合には、前記第２モードにおける低オクタン価燃料の噴射時期、噴射量、多段噴射回数のうち少なくとも一つを変更して前記排気通路を通流する排ガスの温度を上昇させることで前記脱水素反応触媒の触媒温度を上昇させることを特徴とする請求項５乃至８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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