JP5556952B2 - 多種燃料内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数種類の燃料を混合燃焼させることで運転可能な多種燃料内燃機関の制御装置に関する。
従来、複数種類の燃料を混合燃焼させることで運転可能な多種燃料内燃機関が開発されている。例えば、特許文献１には、ガス燃料を主燃料として使用し、液体燃料を点火補助燃料として使用する内燃機関が開示されている。この特許文献１には、要求放電電圧が点火プラグの限界電圧（設計電圧）を超える場合、ガス燃料に加えて液体燃料を点火補助燃料として内燃機関に供給することが記載されている。
特開２００７−２７０７５０公報
火花点火式の内燃機関では、点火プラグにおいて放電が生じるために必要な電圧である要求放電電圧が、該内燃機関の運転状態に応じて変化する。また、多種燃料内燃機関では、使用する燃料の種類或いは混合割合によっても要求放電電圧が変化する。ただし、点火プラグへの印加電圧は、通常の状態では内燃機関の運転状態や使用する燃料の種類或いは混合割合に関わらず、要求放電電圧を満たし、放電が生じて混合気への点火を行うことができるような値に設定されている。尚、点火プラグへの印加電圧は、設計値であり、内燃機関の運転状態等に関わらず、一定の値である。
しかしながら、点火プラグの劣化度合いが高くなったり、点火プラグの電極にデポジットが堆積したりすると、点火プラグにおいて放電が生じ難くなる。つまり、通常の状態のときに比べて要求放電電圧が上昇する。その結果、使用する燃料の種類或いは混合割合によっては、要求放電電圧が点火プラグへの印加電圧付近の電圧（印加電圧より僅かに低い電圧を含む）以上となることとなり、点火プラグによる混合気への点火が不安定となる虞がある。点火プラグによる混合気への点火が不安定となると失火や燃焼変動の増大等の燃焼不具合を招く場合がある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、多種燃料内燃機関において、混合気への点火をより安定的に行うことを目的とする。
本発明は、多種燃料内燃機関において、要求放電電圧が点火プラグへの印加電圧よりも一定値低い電圧以下となるように、複数種類の燃料の混合割合を制御すると共に点火プラグの点火時期を制御するものである。
より詳しくは、本発明に係る多種燃料内燃機関の制御装置は、
複数種類の燃料を混合燃焼させることで運転可能な多種燃料内燃機関の制御装置であって、
気筒内の混合気への点火を行う点火プラグと
複数種類の燃料の混合割合を制御する混合割合制御部と
複数種類の燃料の混合割合に基づいて前記点火プラグの点火時期を制御する点火時期制御部と、を備え、
要求放電電圧が前記点火プラグへの印加電圧よりも一定値低い電圧以下となるように、前記混合割合制御手段によって複数種類の燃料の混合割合を制御すると共に前記点火時期制御手段によって前記点火プラグの点火時期を制御する。
燃料の比誘電率はその種類に応じて異なっている。同一条件下においては、燃料の比誘電率が低いほど、要求放電電圧が高い。また、複数種類の燃料を混合して使用する場合、同一条件下においては、比誘電率が相対的に低い燃料の混合割合が大きいほど、要求放電電圧が高くなる。
一方、燃料の燃焼速度もその種類に応じて異なっている。使用する燃料の燃焼速度が低いほど、点火プラグの点火時期を圧縮行程上死点に対して進角することができる。そして、点火プラグの点火時期が圧縮行程上死点に対して進角するほど、点火時の筒内圧力が低下する。燃料の比誘電率が同一であれば、筒内圧力が低いほど要求放電電圧が低くなる。
そのため、相対的に比誘電率が高く且つ燃焼速度が高い燃料Ａ（例えば、液体燃料）と、相対的に比誘電率が低く且つ燃焼速度が低い燃料Ｂ（例えば、ガス燃焼）とを混合燃焼させる場合であって、その混合割合に応じて点火プラグの点火時期を変更するようにすると、必ずしも、比誘電率の高い燃料Ａの割合が大きいほど要求放電電圧が低くなるわけではない。
つまり、燃料Ａのみ（即ち、燃料Ａの混合割合が１００％）を使用する場合よりも、燃料Ａと燃料Ｂとを混合して点火プラグの点火時期を進角した方が、要求放電電圧が低くなる場合がある。これは、燃料全体としての比誘電率が低下することによる要求放電電圧への影響（要求放電電圧上昇側の影響）よりも、点火プラグの点火時期を進角することによる要求放電電圧への影響（要求放電電圧低下側の影響）の方が大きい場合があるためである。
一方、燃料Ｂのみ（即ち、燃料Ｂの混合割合が１００％）を使用する場合よりも、燃料Ａと燃料Ｂとを混合して点火プラグの点火時期を遅角した方が、要求放電電圧が低くなる場合もある。これは、点火プラグの点火時期を遅角することによる要求放電電圧への影響（要求放電電圧上昇側の影響）よりも、燃料全体としての比誘電率が上昇することによる要求放電電圧への影響（要求放電電圧低下側の影響）の方が大きい場合があるためである。
本発明では、上記のような各燃料の特性を考慮して要求放電電圧を調整する。つまり、本発明では、混合割合制御手段によって複数種類の燃料の混合割合を制御すると共に点火時期制御手段によって点火プラグの点火時期を制御することで、要求放電電圧が点火プラグへの印加電圧よりも一定値低い電圧以下となるようにする。これにより、多種燃料内燃機関において、混合気への点火をより安定的に行うことが可能となる。
尚、要求放電電圧が点火プラグへの印加電圧以下であっても該印加電圧付近の電圧（印加電圧より僅かに低い電圧を含む）であると、混合気への点火が不安定となる虞がある。そこで、本発明では、要求放電電圧が点火プラグへの印加電圧よりも一定値低い電圧以下となるように、複数種類の燃料の混合割合及び点火プラグの点火時期を制御する。ここでの一定値とは、混合気への点火を安定的に行うことが可能となる、印加電圧との電圧差の値である。
本発明に係る多種燃料内燃機関の制御装置は、気筒内の混合気への点火不良を検出する点火不良検出部をさらに備えてもよい。この場合、点火不良検出部によって点火不良が検出されたときに、混合割合制御手段によって複数種類の燃料の混合割合を制御すると共に点火時期制御手段によって点火プラグの点火時期を制御することで、要求放電電圧を低下させてもよい。これによれば、混合気への点火不良が生じた場合に、該点火不良を解消することができる。
本発明に係る多種燃料内燃機関の制御装置は、火プラグの劣化度合いが所定の劣化度合い以上であるか否かを判別する劣化判別部をさらに備えてもよい。この場合、劣化判別部によって点火プラグの劣化度合いが所定の劣化度合い以上であると判定された場合に、多種燃料内燃機関の運転状態が所定の高要求放電電圧領域に属する時は、混合割合制御手段によって複数種類の燃料の混合割合を制御すると共に点火時期制御手段によって前記点火プラグの点火時期を制御することで、要求放電電圧を低下させてもよい。
点火プラグの劣化度合いが高いほど、点火プラグにおいて放電が生じ難くなる。そのため、点火プラグの劣化度合いがある程度以上高くなると、多種燃料内燃機関の運転状態が要求放電電圧が比較的高い運転状態となったときに、気筒内の混合気への点火不良が生じ易くなる。上記によれば、このような点火不良の発生を抑制することができる。
尚、所定の劣化度合い及び所定の高要求放電電圧領域は、点火プラグの劣化度合いが該所定の劣化度合い以上の時に、多種燃料内燃機関の運転状態が該所定の高要求放電電圧領域に属すると、混合気への点火不良が生じ易い、と判断できる劣化度合い及び運転領域として実験等に基づいて予め定められる。
本発明によれば、多種燃料内燃機関において、混合気への点火をより安定的に行うことができる。
実施例１に係る内燃機関とその燃料系及び吸排気系との概略構成を示す図である。 実施例１に係る、要求放電電圧Ｖｄｅ、内燃機関に供給される燃料全体におけるＣＮＧの混合割合Ｒｃｎｇ、及び点火プラグの点火時期Ｔｉｇとの関係を示す図である。 実施例１に係る、第一の燃料混合割合及び点火時期の制御のフローを示すフローチャートである。 実施例１に係る、第二の燃料混合割合及び点火時期の制御のフローを示すフローチャートである。 実施例２に係る、燃料混合割合及び点火時期の制御のフローを示すフローチャートである。 実施例２に係る、高負荷運転時における、内燃機関の機関回転速度と要求放電電圧との関係を示す図である。
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。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは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。
＜実施例１＞
［概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関とその燃料系及び吸排気系との概略構成を示す図である。内燃機関１は、ガソリン及び圧縮天然ガス（以下、ＣＮＧと称する）を燃料として使用する車両駆動用の火花点火式エンジンである。内燃機関１は、ガソリンのみ又はＣＮＧのみを燃焼させることでも運転でき、またガソリンとＣＮＧとを混合燃焼させることでも運転できる多種燃料内燃機関である。
内燃機関１は４つの気筒２を有している。各気筒２には点火プラグ３が設けられている。点火プラグ３にはバッテリ（図示せず）から所定の電圧が印加される。これによって、気筒２内の燃焼室に突出した点火プラグ３の電極間において放電が生じ、混合気への点火が行われる。
内燃機関１には、インテークマニホールド４およびエキゾーストマニホールド５が接続されている。インテークマニホールド４には吸気通路６が接続されている。エキゾーストマニホールド５には排気通路７が接続されている。インテークマニホールド４の４つ枝管は各気筒２にそれぞれ接続されている。各枝管には、ガソリンを噴射するガソリンインジェクタ８及びＣＮＧを噴射するＣＮＧインジェクタ９が設けられている。尚、ガソリンインジェクタを各気筒に設け、気筒内にガソリンを噴射してもよい。また、これと同様に、ＣＮＧインジェクタを各気筒に設け、気筒内にＣＮＧを噴射してもよい。
各ガソリンインジェクタ８はガソリン用デリバリーパイプ１０に接続されている。ガソリン用デリバリーパイプ１０にはガソリン供給通路１２の一端が接続されており、該ガソリン供給通路１２の他端はガソリンタンク１３に接続されている。ガソリン供給通路１２にはフィードポンプ１４が設置されている。ガソリンタンク１３からガソリン供給通路１２を介してガソリン用デリバリーパイプ１０にガソリンが供給され、さらにガソリン用デリバリーパイプ１０から各ガソリンインジェクタ８にガソリンが供給される。
各ＣＮＧインジェクタ９はＣＮＧ用デリバリーパイプ１１に接続されている。ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１にはＣＮＧ供給通路１５の一端が接続されており、ＣＮＧ供給通路１５の他端はＣＮＧタンク１６に接続されている。ＣＮＧ供給通路１５にはレギュレータ１７が設置されている。ＣＮＧタンク１６からＣＮＧ供給通路１５を介してＣＮＧ用デリバリーパイプ１１にＣＮＧが供給され、さらにＣＮＧ用デリバリーパイプ１１から各ＣＮＧインジェクタ９にＣＮＧが供給される。
ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１には、該ＣＮＧ用デリバリーパイプ１１内のＣＮＧの圧力を検出する圧力センサ２３及び該ＣＮＧの温度を検出する温度センサ２４が設けられている。また、ＣＮＧ供給通路１５におけるレギュレータ１７より上流側にも、該ＣＮＧ供給通路１５内のＣＮＧの圧力を検出する圧力センサ２５及び該ＣＮＧの温度を検出する温度センサ２６が設けられている。
吸気通路６には、エアクリーナ１８、エアフローメータ２２及びスロットル弁１９が上流側から順番に設置されている。排気通路７には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ２７及び三元触媒等によって構成される排気浄化触媒２１が設置されている。
内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ２２、圧力センサ２３、２５、温度センサ２４、２６及び空燃比センサ２７が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ２０には、内燃機関１のクランク角を検出するクランク角センサ２８も電気的に接続されている。各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。ＥＣＵ２０は、クランク角センサ２８の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。
また、ＥＣＵ２０には、各ガソリンインジェクタ８、各ＣＮＧインジェクタ９、フィードポンプ１４、レギュレータ１７及びスロットル弁１９が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。さらに、ＥＣＵ２０には、内燃機関１を搭載した車両に設けられた警告表示部３０が電気的に接続されている。該警告表示部３０の機能については後述する。
［燃料の混合割合、要求放電電圧、及び点火時期との関係］
本実施例に係る、要求放電電圧、ガソリンとＣＮＧとの混合割合、及び点火プラグの点火時期の関係について図２に基づいて説明する。図２は、本実施例に係る、要求放電電圧Ｖｄｅ、内燃機関１に供給される燃料全体におけるＣＮＧの混合割合Ｒｃｎｇ、及び点火プラグ３の点火時期Ｔｉｇとの関係を示す図である。
図２における横軸は、内燃機関１に供給される燃料全体におけるＣＮＧの混合割合Ｒｃｎｇを表している。ＣＮＧの混合割合Ｒｃｎｇが０％とは、内燃機関１がガソリンのみで運転される場合を示しており、ＣＮＧの混合割合Ｒｃｎｇが１００％とは、内燃機関１がＣＮＧのみで運転される場合を示している。また、図２の上段における縦軸は要求放電電圧Ｖｄｅを表している。図２の下段における縦軸は点火プラグ３の点火時期Ｔｉｇを表している。図２においては、点火プラグ３の点火時期Ｔｉｇを、圧縮行程上死点を基準とする進角角度（BTDC：Before Top Dead Centre）によって表している。
ＣＮＧはガソリンに比べて比誘電率が低い。従って、同一条件下では、内燃機関１にＣＮＧのみを供給する場合、内燃機関１にガソリンのみを供給する場合に比べて、要求放電電圧Ｖｄｅが高い。また、ガソリンとＣＮＧとの両方を内燃機関１に供給する場合、同一条件下では、ＣＮＧの混合割合が高いほど要求放電電圧Ｖｄｅが高くなる。
一方、ＣＮＧはガソリンに比べて燃焼速度が低い。そのため、内燃機関１に供給される燃料全体におけるＣＮＧの混合割合Ｒｃｎｇが所定割合α以上高い場合は、点火プラグ３の点火時期ＴｉｇをＭＢＴ（Minimum Advance for Best Torque）まで進角することができる。しかしながら、内燃機関１に供給される燃料全体におけるＣＮＧの混合割合Ｒｃｎｇが所定割合αより低い場合は、点火プラグ３の点火時期ＴｉｇをＭＢＴまで進角すると、燃料の燃焼速度が高いために過早着火し、ノッキングが発生する。そのため、この場合は、点火プラグ３の点火時期Ｔｉｇを、ＭＢＴよりも遅い時期であってノッキング発生を抑制可能な点火時期の閾値であるＴＫ（Trace Knock）点に制御する。
ここで、点火プラグ３の点火時期Ｔｉｇを圧縮行程上死点に対して進角するほど、点火時の筒内圧力が低下する。筒内圧力が低いほど、点火プラグ３において放電が生じ易い。つまり、内燃機関１に供給される燃料の比誘電率が同一であれば、点火時期Ｔｉｇが進角されるほど、要求放電電圧Ｖｄｅが低くなる。
従って、ガソリンとＣＮＧとの両方を内燃機関１に供給する場合であっても、その混合割合に応じて点火プラグ３の点火時期Ｔｉｇを進角すると、図２において斜線で示す部分のように、要求放電電圧Ｖｄｅが、ガソリンのみを内燃機関１に供給した場合と同等以下となる混合割合が存在する。
［燃料混合割合及び点火時期の制御］
本実施例においては、点火プラグ３への印加電圧は、通常の状態では内燃機関１の運転状態やＣＮＧとガソリンとの混合割合に関わらず、要求放電電圧を満たし、放電が生じて混合気への点火を行うことができるような値に設定されている。該印加電圧は、設計値であり、内燃機関１の運転状態等に関わらず、一定の値である。
しかしながら、内燃機関１においては、点火プラグ３の劣化度合いが高くなったり、点火プラグ３の電極にデポジットが堆積したりすること等により、通常の状態のときに比べて要求放電電圧が上昇する場合がある。このような場合に、要求放電電圧が点火プラグ３への印加電圧付近の電圧以上となると、点火プラグによる混合気への点火が不安定となり、点火不良が生じる。
そこで、本実施例では、点火不良が生じた場合、上記特性を考慮して、燃料混合割合及び点火時期を制御することで、要求放電電圧を低下させる。図３は、本実施例に係る、第一の燃料混合割合及び点火時期の制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＣＮＧのみが内燃機関１に供給されるＣＮＧ燃焼が行われている時に点火不良が生じた場合の燃料混合割合及び点火時期の制御のフローを示している。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって所定の間隔で繰り返し実行される。
本フローでは、先ずステップＳ１０１において、ＣＮＧ燃焼が行われているか否が判別される。ステップＳ１０１において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、ステップＳ１０１において肯定判定された場合、次にステップＳ１０２において、点火プラグ３による混合気への点火不良が発生したか否かが判別される。
点火不良が発生したか否かの判別は、周知のどのような方法を用いて行ってもよい。例えば、内燃機関１の機関回転速度の変動量に基づいて、点火不良が発生したか否かを判別してもよい。内燃機関１の機関回転速度の変動量が所定の閾値より大きければ、点火不良が発生したと判断できる。また、各気筒２に筒内圧センサを設けた場合、点火不良が発生したか否かを該筒内圧センサに検出値に基づいて判別することができる。本来の燃焼タイミングにおける筒内圧が所定の閾値より小さければ、点火不良が発生したと判断できる。また、気筒２内の燃焼状態と相関の高いパラメータである、気筒２内のイオン電流値、内燃機関１から排出される排気のＨＣ濃度、又は該排気の温度等に基づいて、点火不良が発生したか否かを判別することもできる。
ステップＳ１０２において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、ステップＳ１０２において肯定判定された場合、次にステップＳ１０３において、現時点の内燃機関１の運転状態に基づいて第一所定混合割合Ｒ１及び第一所定点火時期Ｔｉｇ１が算出される。
ここで、第一所定混合割合Ｒ１及び第一所定点火時期Ｔｉｇ１は、要求放電電圧が、ガソリンのみが内燃機関１に供給されるガソリン燃焼時と同等となるＣＮＧとガソリンとの混合割合及び点火プラグ３による点火時期である。本実施例では、図２に示すような、要求放電電圧Ｖｄｅと、ＣＮＧとガソリンとの混合割合（燃料全体におけるＣＮＧの混合割合Ｒｃｎｇ）及び点火プラグ３の点火時期Ｔｉｇとの関係を示すマップが、内燃機関１の各運転状態に対応してＥＣＵ２０に予め記憶されている。ただし、実際の要求放電電圧は、点火プラグ３の劣化度合いや点火プラグ３の電極におけるデポジットの堆積量等に応じて変化する。そのため、該マップは、点火プラグ３が所定の状態（例えば、初期状態）であると仮定した場合の、要求放電電圧Ｖｄｅと、ＣＮＧとガソリンとの混合割合及び点火プラグ３の点火時期Ｔｉｇとの関係を示すものである。点火プラグ３が所定の状態であるときの、要求放電電圧Ｖｄｅと、ＣＮＧとガソリンとの混合割合及び点火プラグ３の点火時期Ｔｉｇとの関係は実験等に基づいて求めることができる。ステップＳ１０３においては、該マップから、第一所定混合割合Ｒ１及び第一所定点火時期Ｔｉｇ１が算出される。
次に、ステップＳ１０４において、ＣＮＧとガソリンとの両方が内燃機関１に供給される混合燃焼が開始される。このとき、ＣＮＧとガソリンとの混合割合が第一所定混合割合Ｒ１に制御され、点火プラグ３による点火時期が第一点火時期Ｔｉｇ１に制御される。これによって、要求放電電圧が低下する。そして、要求放電電圧が点火プラグ３への印加電圧よりも一定値低い電圧以下となれば、点火不良が解消される。尚、ここでの一定値とは、混合気への点火を安定的に行うことが可能となる、印加電圧との電圧差の値である。
次に、ステップＳ１０５において、点火不良が解消されたか否かが判別される。ステップＳ１０５において肯定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、ステップＳ１０５において否定判定された場合、次にステップＳ１０６において、すでにＣＮＧとガソリンとの混合割合が第二所定混合割合Ｒ２に達しているか否かが判別される。ここで、第二所定混合割合Ｒ２とは、上述した、要求放電電圧Ｖｄｅと、ＣＮＧとガソリンとの混合割合及び点火プラグ３の点火時期Ｔｉｇとの関係を示すマップ上において、要求放電電圧Ｖｄｅが最低値となるときのＣＮＧとガソリンとの混合割合である。
ＣＮＧとガソリンとの混合割合を第二所定混合割合Ｒ２に制御しても、点火不良が解消されない場合は、ＣＮＧとガソリンとの混合割合及び点火プラグ３の点火時期をさらに変更したとしても、点火不良を解消することは困難である。この場合、点火プラグ３の劣化度合いが非常に大きい、或いは多量のデポジットが点火プラグ３の電極に堆積している等の不具合が発生していると判断できる。
そこで、ステップＳ１０６において肯定判定された場合は、次にステップＳ１０７において、内燃機関１を搭載した車両の運転者等に対して点火プラグ３の交換や修理等を促すための警告が警告表示部３０に表示される。
一方、ステップＳ１０６において否定判定された場合は、次にステップＳ１０８において、ＣＮＧとガソリンとの混合割合が変更される。ここでは、内燃機関１へのＣＮＧの供給割合が所定割合Ｘ％減少され、内燃機関１へのガソリンの供給割合が該所定割合Ｘ％増加される。さらに、ステップＳ１０８においては、点火プラグ３の点火時期が、変更後のＣＮＧとガソリンとの混合割合に対応した点火時期に遅角される（ただし、ＣＮＧとガソリンとの混合割合の変更前後において、該混合割合に対応する点火時期が同一であれば、点火時期は維持される。）。即ち、ステップＳ１０８においては、要求放電電圧がさらに低下する方向に、ＣＮＧとガソリンとの混合割合及び点火プラグ３の点火時期が変更される。その後、ステップＳ１０５の処理が再度実行される。
上記フローによれば、ＣＮＧ燃焼時に、点火プラグ３の劣化や点火プラグ３の電極へのデポジットの堆積等に起因する混合気への点火不良が生じた場合に、要求放電電圧を低下させることができる。そして、要求放電電圧が点火プラグ３への印加電圧よりも一定値低い電圧以下まで低下させることで、点火不良を解消することができる。
また、ＣＮＧ燃焼時に点火不良が生じた場合は、ガソリン燃焼に切り換えることで、要求放電電圧を低下させ、これによって、点火不良を解消することができる場合がある。しかしながら、上記フローによれば、出来るだけＣＮＧを燃料として使用しつつ要求放電電圧を低下させることができる。従って、ガソリン燃焼に切り換える場合に比べて、ガソリンの消費量を抑制することができる。
尚、上記フローにおいては、点火不良が検出された場合、先ず、ＣＮＧとガソリンとの混合割合を第一所定混合割合Ｒ１に制御し、点火プラグ３の点火時期を該第一所定混合割合Ｒ１に対応する第一所定点火時期Ｔｉｇ１に制御する。そして、それでも点火不良が解消されない場合に、ＣＮＧとガソリンとの混合割合及び点火プラグ３の点火時期を、ＣＮＧとガソリンとの混合割合が第二所定混合割合Ｒ２に達するまでの範囲内で、フィードバック制御する。しかしながら、点火プラグ３の点火不良が検出された場合に、ＣＮＧとガソリンとの混合割合を初めから第二所定混合割合Ｒ２に制御してもよい。この場合、点火プラグ３の点火時期も初めから該第二所定混合割合Ｒ２に対応する第二所定点火時期に制御する。
図４は、本実施例に係る、第二の燃料混合割合及び点火時期の制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ガソリンのみが内燃機関１に供給されるガソリン燃焼が行われている時に点火不良が生じた場合の燃料混合割合及び点火時期の制御のフローを示している。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって所定の間隔で繰り返し実行される。
本フローでは、先ずステップＳ２０１において、ガソリン燃焼が行われているか否が判別される。ステップＳ２０１において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、ステップＳ２０１において肯定判定された場合、次にステップＳ２０２において、点火プラグ３による混合気への点火不良が発生したか否かが判別される。該ステップＳ２０２の処理内容は、図３に示すフローチャートのステップＳ１０２の処理内容と同様である。
ステップＳ２０２において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、ステップＳ２０２において肯定判定された場合、次にステップＳ２０３において、現時点の内燃機関１の運転状態に基づいて第二所定混合割合Ｒ２及び第二所定点火時期Ｔｉｇ２が算出される。上述したように、第二所定混合割合Ｒ２は、要求放電電圧Ｖｄｅと、ＣＮＧとガソリンとの混合割合及び点火プラグ３の点火時期Ｔｉｇとの関係を示すマップ上において、要求放電電圧Ｖｄｅが最低値となるときのＣＮＧとガソリンとの混合割合である。また、第二所定点火時期Ｔｉｇ２は、該第二所定混合割合に対応した点火プラグ３の点火時期である。
ステップＳ２０３においては、第二所定混合割合Ｒ２及び第二所定点火時期Ｔｉｇ２は、図３に示すフローチャートのステップＳ１０３において第一所定混合割合Ｒ１及び第一所定点火時期Ｔｉｇ１が算出される場合と同様、ＥＣＵ２０に記憶された、要求放電電圧Ｖｄｅと、ＣＮＧとガソリンとの混合割合及び点火プラグ３の点火時期Ｔｉｇとの関係を示すマップから算出される。
次に、ステップＳ２０４において、ＣＮＧとガソリンとの両方が内燃機関１に供給される混合燃焼が開始される。このとき、ＣＮＧとガソリンとの混合割合が第二所定混合割合Ｒ２に制御され、点火プラグ３による点火時期が第二点火時期Ｔｉｇ２に制御される。これによって、要求放電電圧が低下する。そして、要求放電電圧が点火プラグ３への印加電圧よりも一定値低い電圧以下となれば、点火不良が解消される。
次に、ステップＳ２０５において、点火不良が解消されたか否かが判別される。該ステップＳ２０５の処理内容は、図３に示すフローチャートのステップＳ１０５の処理内容と同様である。ステップＳ２０５において肯定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、ステップＳ２０５において否定判定された場合、次にステップＳ２０６において、内燃機関１を搭載した車両の運転者等に対して点火プラグ３の交換や修理等を促すための警告が警告表示部３０に表示される。該ステップＳ２０６の処理内容は、図３に示すフローチャートのステップＳ１０７の処理内容と同様である。
上述したように、ガソリンとＣＮＧとの混合割合をある割合に制御すると共に点火プラグ３の点火時期をその混合割合に対応した時期に制御すると、要求放電電圧Ｖｄｅが、ガソリン燃焼時よりも低くなる場合がある。上記フローによれば、ガソリン燃焼時に点火不良が生じた場合に、混合燃焼に切り換えることで、要求放電電圧を可及的に低下させる。これにより、要求放電電圧を点火プラグ３への印加電圧よりも一定値低い電圧以下まで低下させることで、点火不良を解消することができる。
尚、上記各フローのようにＣＮＧ燃焼又はガソリン燃焼を行っているときに点火不良が生じた場合のみならず、混合燃焼を行っているときに点火不良が生じた場合も、ＣＮＧとガソリンの混合比率及び点火プラグ３の点火時期を制御し、それによって要求放電電圧を点火プラグ３への印加電圧よりも一定値低い電圧以下まで低下させることで、点火不良を解消することができる。
本実施例においては、図３に示すフローチャートのステップＳ１０４及びＳ１０８の処理を実行するＥＣＵ２０、又は、図４に示すフローチャートのステップＳ２０４の処理を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る混合割合制御部及び点火時期制御部に相当する。また、図３に示すフローチャートのステップＳ１０２の処理を実行するＥＣＵ２０、又は、図４に示すフローチャートのステップＳ２０２の処理を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る点火不良検出部に相当する。
＜実施例２＞
［燃料混合割合及び点火時期の制御］
本実施例に係る内燃機関とその燃料系及び吸排気系との概略構成は実施例１に係る内燃機関とその燃料系及び吸排気系との概略構成と同様である。内燃機関１においては、同一運転状態且つ同一燃料であっても、点火プラグ３の劣化度合いが高くなるほど、要求放電電圧が高くなるため、点火不良が生じ易くなる。そこで、本実施例においては、点火プラグ３の劣化度合いがある程度以上高くなると、内燃機関１の運転状態が要求放電電圧が比較的高い運転状態となった時に、燃料混合割合及び点火時期を制御することで、要求放電電圧を低下させる。
図５は、本実施例に係る、燃料混合割合及び点火時期の制御のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、ＥＣＵ２０によって所定の間隔で繰り返し実行される。
本フローでは、先ずステップＳ３０１において、ＣＮＧ燃焼が行われているか否が判別される。ステップＳ３０１において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、ステップＳ３０１において肯定判定された場合、次にステップＳ３０２において、点火プラグ３の劣化度合いＤＬが所定の劣化度合いＤＬ０以上であるか否かが判別される。
点火プラグ３の劣化度合いＤＬが所定の劣化度合いＤＬ０以上であるか否かは、該劣化度合いＤＬと相関の高いパラメータの値が所定の閾値以上となったか否かに基づいて判別してもよい。点火プラグ３の劣化度合いＤＬと相関の高いパラメータとしては、ＣＮＧ燃焼の積算時間、内燃機関１を搭載した車両の走行距離、又は高負荷運転時間の積算値等を例示することができる。
ステップＳ３０２において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、ステップＳ３０２において肯定判定された場合、次にステップＳ３０３において、現時点の内燃機関１の運転状態が所定の高要求放電電圧領域に属するか否かが判別される。
図６は、高負荷運転時における、内燃機関１の機関回転速度と要求放電電圧との関係を示す図である。図６において、横軸は内燃機関１の機関回転速度Ｎｅを表しており、縦軸は要求放電電圧Ｖｄｅを表している。図６に示すように、機関回転速度が低いほど要求放電電圧Ｖｄｅは高い。図６においては、斜線部が所定の高要求放電電圧領域に相当する。また、要求放電電圧は機関負荷に応じても変化する。即ち、機関負荷が高いほど要求放電電圧は高い。そのため、実際には、所定の高要求放電電圧領域は、機関回転数及び機関負荷をパラメータとする三次元マップ上に定められている。ステップＳ３０３においては、該マップを用いて、内燃機関１の運転状態が所定の高要求放電電圧領域に属するか否かが判別される。
尚、所定の劣化度合いＤＬ０（又は、劣化度合いＤＬと相関の高いパラメータについての所定の閾値）及び所定の高要求放電電圧領域は、点火プラグ３の劣化度合いＤＬが該所定の劣化度合いＤＬ０以上の時に、内燃機関１の運転状態が該所定の高要求放電電圧領域に属すると、混合気への点火不良が生じ易い、と判断できる劣化度合い及び運転領域として実験等に基づいて予め定められ、ＥＣＵ２０に記憶されている。
ステップＳ３０３において否定判定された場合、本フローの実行は一旦終了される。一方、ステップＳ３０３において肯定判定された場合、次にステップＳ３０４において、現時点の内燃機関１の運転状態に基づいて第二所定混合割合Ｒ２及び第二所定点火時期Ｔｉｇ２が算出される。上述したように、第二所定混合割合Ｒ２は、要求放電電圧Ｖｄｅと、ＣＮＧとガソリンとの混合割合及び点火プラグ３の点火時期Ｔｉｇとの関係を示すマップ上において、要求放電電圧Ｖｄｅが最低値となるときのＣＮＧとガソリンとの混合割合である。また、第二所定点火時期Ｔｉｇ２は、該第二所定混合割合に対応した点火プラグ３の点火時期である。該ステップＳ３０４の処理内容は、図４に示すフローチャートのステップＳ２０３の処理内容と同様である。
次に、ステップＳ３０５において、ＣＮＧとガソリンとの両方が内燃機関１に供給される混合燃焼が開始される。このとき、ＣＮＧとガソリンとの混合割合が第二所定混合割合Ｒ２に制御され、点火プラグ３による点火時期が第二点火時期Ｔｉｇ２に制御される。これによって、要求放電電圧が低下する。該ステップＳ３０５の処理内容は、図４に示すフローチャートのステップＳ２０４の処理内容と同様である。
上記フローによれば、点火不良が発生し易いときには、要求放電電圧を可及的に低下させる。従って、点火不良の発生を可及的に抑制することができる。
尚、上記フローにおいて、ＣＮＧとガソリンとの混合燃焼を開始するときには、ＣＮＧとガソリンの混合割合を第一所定混合割合Ｒ１に制御し、点火プラグ３の点火時期を第一点火時期Ｔｉｇ１に制御してもよい。上述したように、第一所定混合割合Ｒ１及び第一所定点火時期Ｔｉｇ１は、要求放電電圧がガソリン燃焼時と同等となるＣＮＧとガソリンとの混合割合及び点火プラグ３による点火時期である。このように制御した場合でも、要求放電電圧を低下させることができるため、点火不良の発生を抑制することができる。ただし、ＣＮＧとガソリンの混合割合を第二所定混合割合Ｒ２に制御し、点火プラグ３の点火時期を第二点火時期Ｔｉｇ２に制御した方が、要求放電電圧をより低くすることができるため、点火不良をより高い確率で抑制することが可能となる。
また、ＣＮＧ燃焼時はガソリン燃焼時に比べて点火プラグ３の劣化度合いが促進し易い。そのため、上記フローでは、ＣＮＧ燃焼時において、点火プラグ３の劣化度合いＤＬが所定の劣化度合いＤＬ０以上となった時に、内燃機関１の運転状態が高要求放電電圧領域に属する場合に、混合燃焼を開始して要求放電電圧を低下させた。しかしながら、ガソリン燃焼時に点火プラグ３の劣化度合いＤＬが所定の劣化度合いＤＬ０以上となった時に、同様の制御を行ってもよい。これによれば、ガソリン燃焼時における点火不良の発生を可及的に抑制することができる。
本実施例においては、図５に示すフローチャートのステップＳ３０５の処理を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る混合割合制御部及び点火時期制御部に相当する。また、図５に示すフローチャートのステップＳ３０２の処理を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る劣化判別部に相当する。
［その他の実施例］
上記実施例１及び２では、内燃機関１の燃料をＣＮＧ及びガソリンとした。しかしながら、本発明は、他の燃料を使用する多種燃料内燃機関にも適用することができる。ガス燃料は液体燃料に比べて比誘電率が低く且つ燃焼速度が低い。従って、ＣＮＧ以外のガス燃料とガソリン以外の液体燃料とを使用する多種燃料内燃機関にも本発明を適用することができる。ＣＮＧ以外のガス燃料としては、水素ガス又はＬＰＧ等を例示することができる。また、ガソリン以外の液体燃料としては、メタノール又はエタノール等を例示することができる。また、ガス燃料と液体燃料との組み合わせ以外でも、比誘電率及び燃焼速度が異なる燃料を組み合わせて使用する多種燃料内燃機関であれば、本発明を適用することができる。
また、上記実施例１及び２は組み合わせることができる。
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・点火プラグ
８・・・ガソリンインジェクタ
９・・・ＣＮＧインジェクタ
１０・・ガソリン用デリバリーパイプ
１１・・ＣＮＧ用デリバリーパイプ
１５・・ＣＮＧ供給通路
１６・・ＣＮＧタンク
２０・・ＥＣＵ
２７・・空燃比センサ
２８・・クランク角センサ

Claims (3)

  1. 複数種類の燃料を混合燃焼させることで運転可能な多種燃料内燃機関の制御装置であって、
    気筒内の混合気への点火を行う点火プラグと
    複数種類の燃料の混合割合を制御する混合割合制御部と
    複数種類の燃料の混合割合に基づいて前記点火プラグの点火時期を制御する点火時期制御部と、を備え、
    要求放電電圧が、複数種類の燃料のうち最も比誘電率の高い燃料のみを燃焼させるときの要求放電電圧以下となるように、前記混合割合制御手段によって複数種類の燃料の混合割合を制御すると共に前記点火時期制御手段によって前記点火プラグの点火時期を制御する多種燃料内燃機関の制御装置。
  2. 気筒内の混合気への点火不良を検出する点火不良検出部をさらに備え、
    前記点火不良検出部によって点火不良が検出された場合、前記混合割合制御手段によって複数種類の燃料の混合割合を制御すると共に前記点火時期制御手段によって前記点火プラグの点火時期を制御することで、要求放電電圧を、複数種類の燃料のうち最も比誘電率の高い燃料のみを燃焼させるときの要求放電電圧以下に低下させる請求項１に記載の多種燃料内燃機関の制御装置。
  3. 前記点火プラグの劣化度合いが所定の劣化度合い以上であるか否かを判別する劣化判別部をさらに備え、
    前記劣化判別部によって前記点火プラグの劣化度合いが前記所定の劣化度合い以上であると判定された場合に、多種燃料内燃機関の運転状態が所定の高要求放電電圧領域に属する時は、前記混合割合制御手段によって複数種類の燃料の混合割合を制御すると共に前記点火時期制御手段によって前記点火プラグの点火時期を制御することで、要求放電電圧を、複数種類の燃料のうち最も比誘電率の高い燃料のみを燃焼させるときの要求放電電圧以下に低下させる請求項１又は２に記載の多種燃料内燃機関の制御装置。
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