JP5994385B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、詳しくは、使用燃料を液体燃料と気体燃料の一方に選択切替して稼働する内燃機関の当該燃料の切替時における空燃比制御を実行するものに関する。

燃焼室に供給する燃料として、ガソリンなどの液体燃料とＣＮＧ（Compressed Natural Gas）やＬＰＧ（Liquefied Petroleum Gas）などの気体燃料を供給して稼働する内燃機関、所謂、バイフューエルエンジンを車両に搭載して駆動源として利用することが知られている（例えば、特許文献１、２）。
特許文献１には、ガソリンとＬＰＧの混合気を供給して稼働させる内燃機関が記載されている。この内燃機関では、加速時に燃料を割り込み噴射させるようになっている。
特許文献２には、使用燃料をガソリンと水素燃料の一方に切り替えて供給し稼働させる内燃機関が記載されている。この内燃機関では、出力トルクを求めて目標トルクになるように制御するようになっている。

この種の内燃機関としては、ガソリンエンジンをベースにしていることから、ガソリン用のインジェクタと同様に、気体燃料用のインジェクタを吸気側のインテークマニホールドの隣接位置に直接設置するのは困難である。このため、気体燃料用のインジェクタは、例えば、インジェクタホースを介在させてインテークマニホールドに設置する場合がある。
この場合には、気体燃料用のインジェクタが吸気側マニホールドからインジェクタホース分だけ離隔して、気体燃料の供給開始や供給停止のタイミングが遅延することになる。
このため、車載する空燃比制御装置では、その遅延期間を考慮して、気体燃料とガソリンの双方を噴射供給する操作を同時に行う重畳期間を設定したり、その噴射操作を双方共に停止させる停止期間を設定して、空燃比制御の適正化を図る場合がある。

特開２００５−１８０１８７号公報 特開２００８− １４１６２号公報

しかしながら、このような空燃比制御にあっては、ガソリンと気体燃料の双方を同時に噴射供給する重畳期間や双方の噴射供給を同時に停止する停止期間が固定されている。このため、燃料噴射状況や内燃機関の駆動状況によっては不適格な空燃比になってストールさせてしまう可能性がある。
そこで、本発明は、液体燃料と気体燃料の切替時にも安定した駆動を維持することを実現する内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決する内燃機関の空燃比制御装置に係る発明の第１の態様は、液体燃料と気体燃料の一方を選択切替して共通の燃焼室に供給することにより駆動する内燃機関の空燃比制御装置であって、前記液体燃料の供給・停止および前記気体燃料の供給・停止を制御する空燃比制御部と、前記内燃機関の駆動速度を検出する速度検出部と、前記燃焼室から排気される排気ガス中の残留酸素濃度を検知する燃焼センサと、を備えて、前記空燃比制御部は、前記液体燃料から前記気体燃料に切り替える際に、前記液体燃料を前記気体燃料に対して重畳させて供給するオーバラップ制御期間を設け、当該オーバラップ制御期間中であって前記内燃機関の低速駆動中に、当該内燃機関がストールしそうな駆動速度まで低下したことを前記速度検出部が検出したときに、前記残留酸素濃度が理論空燃比のときの酸素濃度よりも低く設定された設定値未満の場合には前記オーバラップ制御期間を短縮し、前記残留酸素濃度が理論空燃比のときの酸素濃度よりも低く設定された設定値以上の場合には前記オーバラップ制御期間を維持するものである。

上記課題を解決する内燃機関の空燃比制御装置に係る発明の第２の態様は、上記第１の態様の特定事項に加え、前記空燃比制御部は、前記気体燃料の供給開始時には前記気体燃料の供給量を漸増させる徐変調整を行なうものである。

上記課題を解決する内燃機関の空燃比制御装置に係る発明の第３の態様は、液体燃料と気体燃料の一方を選択切替して共通の燃焼室に供給することにより駆動する内燃機関の空燃比制御装置であって、前記液体燃料の供給・停止および前記気体燃料の供給・停止を制御する空燃比制御部と、前記内燃機関の駆動速度を検出する速度検出部と、前記燃焼室から排気される排気ガス中の残留酸素濃度を検知する燃焼センサと、を備えて、前記空燃比制御部は、前記気体燃料から前記液体燃料に切り替える際に、前記液体燃料を前記気体燃料に対して遅延させて供給するディレイ制御期間を設け、当該ディレイ制御期間中であって前記内燃機関の低速駆動中に、当該内燃機関がストールしそうな駆動速度まで低下したことを前記速度検出部が検出したときに、前記残留酸素濃度が理論空燃比のときの酸素濃度よりも高く設定された設定値以上の場合には前記ディレイ制御期間を短縮し、前記残留酸素濃度が理論空燃比のときの酸素濃度よりも高く設定された設定値未満の場合にはディレイ制御期間を維持するものである。

上記課題を解決する内燃機関の空燃比制御装置に係る発明の第４の態様は、上記第３の態様の特定事項に加え、前記空燃比制御部は、前記気体燃料の供給停止時には前記気体燃料の供給量を漸減させる徐変調整を行なうものである。

このように、本発明の一態様によれば、内燃機関の低速駆動中に駆動速度がさらに低下してストールしそうな場合に、その内燃機関の燃焼状況に応じて液体燃料と気体燃料のオーバラップ制御期間またはディレイ制御期間を短縮することができる。したがって、オーバラップ制御期間またはディレイ制御期間が経過するまで待つことなく、切替後の使用燃料のみの噴射供給に移行させて適正な空燃比に修正（復旧）させることができ、内燃機関をストールさせてしまうのを回避することができる。この結果、燃料の切替時にも内燃機関の安定した駆動を継続維持することができる。
また、気体燃料の供給開始時や供給停止時における供給量が漸増・漸減（徐変）する調整により、スムーズな内燃機関の駆動を維持しつつ液体燃料と気体燃料の安定した切替を実行することができる。

本発明に係るバイフューエルタイプの内燃機関の空燃比制御装置の一実施形態を示す図であり、その概略全体構造を示す一部断面構成図である。 その要部構成を示す一部断面平面図である。 その燃料切替時の空燃比制御におけるディレイ制御を説明するタイミングチャートである。 その燃料切替時の空燃比制御におけるオーバラップ制御を説明するタイミングチャートである。 その図３に示すディレイ制御における遅延延長の中断制御処理を説明するフローチャートである。 そのディレイ制御の遅延延長の中断制御処理の実施による効果を説明するタイミングチャートである。 そのディレイ制御の遅延延長の中断制御処理の不実施による不都合を説明するタイミングチャートである。 その図４に示すオーバラップ制御における重畳延長の中断制御処理を説明するフローチャートである。 そのオーバラップ制御の重畳延長の中断制御処理の実施による効果を説明するタイミングチャートである。 そのオーバラップ制御の重畳延長の中断制御処理の不実施による不都合を説明するタイミングチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図１０は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置の一実施形態を説明する図である。
（内燃機関の構成）
図１において、内燃機関１０は、ピストン１１をピストンロッド１２に連結して上下動自在にシリンダボア１５内に収容する機構を備えて、車両などに駆動源として搭載されている。内燃機関１０は、シリンダボア１５上方のシリンダヘッド１６下部内面とピストン１１上面との間に燃焼室１７が形成されている。この内燃機関１０は、燃焼室１７内に導入する吸気燃焼空気と噴射燃料の混合気を点火することによる燃焼膨張と排気を繰り返すことにより、ピストン１１を上下動させるようになっている。これにより、内燃機関１０は、その上下動するピストン１１の駆動力をピストンロッド１２や変速機等を介して伝達することにより、例えば、車輪を転動させて車両の走行を実現する。ここで、内燃機関１０は、イグニッションコイル１９で昇圧した高電圧を不図示の点火プラグに印加してスパークさせることにより、燃焼室１７内の混合気を点火する。

この内燃機関１０は、シリンダヘッド１６内に吸気弁１３と排気弁１４とが配設されている。この吸気弁１３と排気弁１４は、カムシャフト２８と一体回転する駆動カム（吸気カムと排気カム）２８ａが図中押下方向に移動（リフト）させることにより、それぞれ燃焼室１７に連通する吸気ポート２１と排気ポート２２の開口縁との間に隙間を形成して開閉するようになっている。

吸気ポート２１には、清浄な外気を吸気する吸気側マニホールド２３を構築するように、エアクリーナ２５がサージタンク２６を介して連通接続されている。排気ポート２２には、清浄化処理した燃焼ガスを排気する排気側マニホールド２４を構築するように、触媒２７ａを内蔵する触媒コンバータ２７が接続されている。なお、サージタンク２６の上流側には、車両のアクセルペダルに連動するスロットルバルブ２９が配置されている。この内燃機関１０は、このスロットルバルブ２９の開度を調整することにより燃料と混合する燃焼空気（外気）の吸気量を制御して燃焼室１７に供給する混合気の空燃比を最適化するようになっている。

また、内燃機関１０は、燃焼室１７内に噴射する燃料として、液体燃料のガソリンと気体燃料のＣＮＧ（ＬＰＧでもよい）の２種の燃料を選択供給可能に、吸気側マニホールド２３の吸気ポート２１付近にガソリンインジェクタ（液体燃料噴射器）３１とＣＮＧインジェクタ（気体燃料噴射器）３２が配設されている。
ガソリンインジェクタ３１は、液体燃料タンク３３に液体燃料供給管３４を介して接続されている。このガソリンインジェクタ３１は、液体燃料タンク３３内に常圧状態で貯留するガソリンを噴射して吸気ポート２１を介して燃焼室１７内に供給する。
ＣＮＧインジェクタ３２は、気体燃料タンク３６に気体燃料供給管３７を介して接続されている。このＣＮＧインジェクタ３２は、気体燃料タンク３６内に高圧状態で貯留されているＣＮＧを圧力調整した上で噴射して吸気ポート２１を介して燃焼室１７内に供給する。ここで、気体燃料供給管３７には、ガス状のＣＮＧ（気体燃料）の燃焼室１７内への供給をＣＮＧインジェクタ３２のみで遮断することが難しいことから、減圧弁３８と共にストップバルブ３９を配置している。

（空燃比制御装置の構成）
この内燃機関１０は、ＣＰＵやメモリなどにより構築されている制御装置４１を備えている。制御装置４１は、各種パラメータやセンサ情報などに基づいて予め格納する制御プログラムを実行して、内燃機関１０に供給する燃料の空燃比制御を含めて車両全体を統括制御するようになっている。この制御装置４１は、例えば、ガソリンインジェクタ３１とＣＮＧインジェクタ３２の燃料切替制御処理を実行する。すなわち、この制御装置４１が、空燃比制御部を備える空燃比制御装置を構成している。

ここで、この制御装置４１には、吸気温度センサ４２と、上流側酸素センサ（燃焼センサ）４３と、下流側酸素センサ４４と、エンジン水温センサ４５と、クランク角センサ（速度検出部）４６と、カム角センサ４７と、燃料切替スイッチ４８と、が接続されている。
吸気温度センサ４２は、エアクリーナ２５の下流側に設置されて、燃焼室１７に供給する燃料空気の吸気温度を検出する。上流側酸素センサ４３は、触媒コンバータ２７の上流側に設置されて、燃焼室１７から排気される燃焼後の排気ガス中における酸素濃度を検出して燃焼状況を検知する。下流側酸素センサ４４は、触媒コンバータ２７の下流側に設置されて、触媒２７ａによる浄化処理後の排気ガス中における酸素濃度を検出して浄化状況を検知する。エンジン水温センサ４５は、エンジンの冷却水温度を検出する。クランク角センサ４６は、駆動回転数（駆動速度）の検出や燃料噴射タイミングの同期などを目的として、不図示のクランクシャフトのクランク角を検出する。カム角センサ４７は、吸気側のカムシャフト２８（吸気カム２８ａ）のカム角を検出する。燃料切替スイッチ４８は、ドライバなどが暖気時や加速時などの運転状況に応じて手動で使用する燃料の切替操作をする。

制御装置４１は、性状の異なる液体燃料と気体燃料とを選択切替して内燃機関１０（燃焼室１７）に供給する機能を備えていることから、燃焼室１７内に供給する燃料をガソリンからＣＮＧに、または、ＣＮＧからガソリンに適宜切り替えるようになっている。例えば、制御装置４１は、燃料切替スイッチ４８による手動切替操作時、液体燃料タンク３３内または気体燃料タンク３６内の燃料切れの検知時、あるいは、暖気運転または定常運転や加速時などの内燃機関１０の稼働モードに応じて、使用する燃料を切り替える。内燃機関１０の稼働モードとしては、暖気運転や定常運転の際には安価なＣＮＧを選択して、また、トルクが必要な加速時や登坂時にはガソリンを選択するようにすることもできる。

ところで、制御装置４１は、ＣＮＧインジェクタ３２でＣＮＧの供給と停止を精度よく切り替えることが難しいことから、ストップバルブ３９からＣＮＧインジェクタ３２までの気体燃料供給管３７内の流路空間（容量）を考慮してＣＮＧとガソリンの切替制御を実行するようになっている。

また、内燃機関１０は、本実施形態においては、ガソリンを燃料として使用する、所謂、ガソリンエンジンをベースとしている。このため、内燃機関１０は、ガソリンインジェクタ３１に加えてＣＮＧインジェクタ３２を追加して配設する構造であることから、吸気側マニホールド２３のガソリンインジェクタ３１に隣接する狭いスペース内にＣＮＧインジェクタ３２を設置しなければならない。しかし、この内燃機関１０では、ガソリンインジェクタ３１の隣接箇所にＣＮＧインジェクタ３２自体を並列状態にして直に設置することが難しい。
このことから、内燃機関１０は、図２に示すように、ＣＮＧインジェクタ３２の噴射側先端部を差し込んで吸気側マニホールド２３内に連通状態に取付可能なパイプ状の設置部材２３ａと、そのＣＮＧインジェクタ３２の噴射側先端部と、の双方をインジェクタホース５１の両端部内に差し込んでそれぞれの間を連通状態になるように連結している。この構造の場合には、詳細に検討すると、ガソリンインジェクタ３１とＣＮＧインジェクタ３２とでは噴射から燃焼室１７内に燃焼可能に燃料が供給（到達）されるまでに時間差が生じてしまうことが分かる。
このため、制御装置４１は、空燃比制御部として、使用する燃料の切換時に、ガソリンインジェクタ３１とＣＮＧインジェクタ３２から噴射される燃料が燃焼室１７内に到達するまでの時間差を考慮してそれぞれの噴射停止タイミングを調整制御するようになっている。要するに、制御装置４１は、ＣＮＧインジェクタ３２から吸気側マニホールド２３へのＣＮＧの供給にインジェクタホース５１の長さ分だけ遅延が生じることから、その遅延時間を考慮してＣＮＧとガソリンの切替制御を実行するようになっている。

具体的には、例えば、ストップバルブ３９によるＣＮＧの供給停止後には、ＣＮＧインジェクタ３２までの気体燃料供給管３７内に残留する高圧のＣＮＧが吸気側マニホールド２３（吸気ポート２１）内に徐々に放出されて燃焼室１７内に供給される。
このことから、制御装置４１は、図３のタイミングチャートに示すように、内燃機関１０の駆動をＣＮＧモードからガソリンモードにするために燃焼室１７内に供給する燃料をＣＮＧからガソリンに切り替える際には、次のような切替制御を実行する。
この制御装置４１は、まずは、ストップバルブ３９の遮断動作後にもＣＮＧインジェクタ３２の供給状態を維持したまま（供給信号ＯＮ）気体燃料供給管３７内から燃焼室１７へのＣＮＧの供給を継続する。この後に、制御装置４１は、そのＣＮＧの供給量の減少に合わせて、ＣＮＧインジェクタ３２の供給動作停止（供給信号ＯＦＦ）と、ガソリンインジェクタ３１の供給動作開始（供給信号ＯＮ）とを遅延させるディレイ制御を実行する。

このとき、制御装置４１は、気体燃料供給管３７内から吸気側マニホールド２３へのＣＮＧの供給が完全に終了するまでにインジェクタホース５１の長さ分だけの遅延が生じることから、その遅延時間を考慮して、上記のディレイ制御を延長する。要するに、制御装置４１は、ＣＮＧインジェクタ３２の供給動作停止（供給信号ＯＦＦ）後にも、ガソリンインジェクタ３１の供給動作開始（供給信号ＯＮ）を遅延させるディレイ制御の設定時間を、予め設定されているインジェクタホース５１の長さに応じた遅延時間だけ延長する。このディレイ制御における遅延延長時間は、インジェクタホース５１の長さ分だけ遅延される、吸気側マニホールド２３へのＣＮＧの供給停止までに掛かる時間を演算あるいは実験などで取得して制御装置４１内に予め設定しておく。
ここで、本実施形態では、気体燃料供給管３７内のＣＮＧが燃焼室１７に供給される供給経路の構造や形状などに応じた供給量の減少（漸減）・停止に合わせてディレイ制御の遅延延長時間を設定する場合を一例として説明するが、これに限りものではない。例えば、制御装置４１が、所望の減少率でＣＮＧの供給量を斬減させるようにＣＮＧインジェクタ３２の供給動作を微調整する徐変制御を合わせて実行して、切替時における燃料供給を安定させてもよい。

また、ストップバルブ３９によるＣＮＧの供給開始後には、ＣＮＧインジェクタ３２から気体燃料供給管３７までの流路空間内のＣＮＧ濃度が徐々に上昇しつつ吸気側マニホールド２３（吸気ポート２１）内に放出されて燃焼室１７内に供給される。
このことから、制御装置４１は、図４のタイミングチャートに示すように、内燃機関１０の駆動をガソリンモードからＣＮＧモードにするために燃焼室１７内に供給する燃料をガソリンからＣＮＧに切り替える際には、次のような切替制御を実行する。
この制御装置４１は、まずは、ストップバルブ３９の開放動作後と共にＣＮＧインジェクタ３２の供給動作を開始して（供給信号ＯＮ）、気体燃料供給管３７から燃焼室１７内へのＣＮＧの供給を開始する。同時に、制御装置４１は、ガソリンインジェクタ３１の供給動作（供給信号ＯＮ）を継続して重畳させるオーバラップ制御を実行した後に、そのＣＮＧの供給量の増加に合わせて、ガソリンインジェクタ３１の供給動作を停止して（供給信号ＯＦＦ）オーバラップ制御を終了する。

このとき、制御装置４１は、気体燃料供給管３７内から吸気側マニホールド２３へのＣＮＧの定常量の供給開始までにインジェクタホース５１の長さ分だけの遅延が生じることから、その遅延時間を考慮して、上記のオーバラップ制御を延長する。要するに、制御装置４１は、ＣＮＧインジェクタ３２の供給動作開始（供給信号ＯＮ）後にも、ガソリンインジェクタ３１の供給動作（供給信号ＯＮ）を維持するオーバラップ制御の設定時間を、予め設定されているインジェクタホース５１の長さに応じた遅延時間だけ延長する。このオーバラップ制御における重畳延長時間は、インジェクタホース５１の長さ分だけ延長される、吸気側マニホールド２３へのＣＮＧの供給開始までの遅延時間を演算あるいは実験などで取得して制御装置４１内に予め設定しておく。
ここで、本実施形態では、気体燃料供給管３７内のＣＮＧが燃焼室１７に供給される供給経路の構造や形状などに応じた供給量の増加（漸増）に合わせてオーバラップ制御の重畳延長時間を設定する場合を一例として説明するが、これに限りものではない。例えば、制御装置４１が、所望の増加率でＣＮＧの供給量を漸増させるようにＣＮＧインジェクタ３２の供給動作を微調整する徐変制御を合わせて実行して、切替時における燃料供給を安定させてもよい。

これにより、制御装置４１は、ガソリンとＣＮＧの切替制御におけるディレイ制御には遅延延長時間を、また、オーバラップ制御には重畳延長時間を付加することができる。このため、制御装置４１は、インジェクタホース５１を介在させるＣＮＧインジェクタ３２の設置構造を採用するために起因するＣＮＧの供給タイミングの遅延をカバーして、ガソリンとの間の切替制御をスムーズに実行することができる。したがって、性状の異なる液体燃料のガソリンと気体燃料のＣＮＧの２種の燃料を使用可能な、所謂、バイフューエルタイプの内燃機関１０をガソリンとＣＮＧの利点を有効に引き出しつつ快適に駆動させることができる。

そして、制御装置４１は、ガソリンとＣＮＧの切替時における燃焼室１７内への燃料の供給状況に応じた内燃機関１０の駆動品質を監視して、その切替制御の微調整を行うことにより内燃機関１０の快適な駆動を実現するようになっている。
具体的には、制御装置４１は、クランク角センサ（以下では、単に速度センサともいう）４６および上流側酸素センサ４３のセンサ情報に基づいて燃焼室１７内への供給燃料の切替制御処理（方法）を実行し、図３および図４のタイミングチャートに示すディレイ制御やオーバラップ制御の延長時間を調整する。

詳細には、制御装置４１は、図５のフローチャートに示すように、燃焼室１７内に供給する燃料をＣＮＧからガソリンに切り替える制御処理を実行する際には、ステップＳ１０１において、ストップバルブ３９を閉止してＣＮＧの供給を停止した後に、ステップＳ１０２において、不図示のタイマを起動してディレイ制御を開始する。

次いで、ステップＳ１０３において、速度センサ４６が検出する内燃機関１０の駆動回転速度が予め設定されている低速回転数、例えば、アイドリング駆動を維持する目標回転数からストール発生の可能性が生じる５０ｒｐｍを減算した設定回転数以下に低下したか否か確認する。また、ステップＳ１０４において、上流側酸素センサ４３が検出する燃焼室１７内における燃焼状況に応じた排気ガス中の酸素濃度が予め設定されているストール発生の可能性が生じる設定値以上まで上昇しているか否かを確認する。さらに、ステップＳ１０５において、上記タイマが計時するディレイ制御開始からの経過時間を参照して上記の遅延延長時間を含むディレイ制御時間を経過したか否かを確認する。

このとき、ステップＳ１０３において「アイドリング目標回転数−５０ｒｐｍ」の設定回転数以下に低下していないことを確認した後には、ステップＳ１０５に進む。
また、ステップＳ１０３において「アイドリング目標回転数−５０ｒｐｍ」の設定回転数以下に低下したことを確認した後に、ステップＳ１０４に進んで排気ガス中の酸素濃度が設定値以上まで上昇していないことを確認した場合には、燃焼室１７内では正常燃焼を実施する適正混合気が供給されているものと判断して、そのままステップＳ１０５に進む。
そして、ステップＳ１０５においてＣＮＧインジェクタ３２を停止（ＯＦＦ）させてからの遅延延長時間を含むディレイ制御時間を経過していないことを確認した場合には、そのままステップＳ１０３に戻って同様の処理を繰り返す。
また、ステップＳ１０５においてそのディレイ制御時間を経過したことを確認した場合には、そのままインジェクタホース５１の長さを考慮したディレイ制御期間を満了終了させて上記タイマをリセットした後に(ステップＳ１０６)、ガソリンインジェクタ３１を駆動（ＯＮ）させてガソリンの供給を開始し(ステップＳ１０７)、この供給燃料の切替制御処理を終了する。

その一方で、ステップＳ１０３において「アイドリング目標回転数−５０ｒｐｍ」の設定回転数以下に低下したことを確認した後に、さらに、ステップＳ１０４において排気ガス中の酸素濃度が設定値以上まで上昇したことを確認した場合には、次のようなディレイ制御の設定時間を短縮する制御処理を実行する。
すなわち、制御装置４１は、燃焼室１７内に供給する混合気中の燃料が不足するリーン状態になって内燃機関１０をストールさせてしまう可能性が高くなる中断条件が成立したものと判断して、そのままステップＳ１０６にスキップする。
このステップＳ１０６においては、ディレイ制御期間を短縮終了し、次いで、ステップＳ１０７において、ガソリンインジェクタ３１からのガソリン供給を開始し、この供給燃料の切替制御処理を終了する。

これにより、制御装置４１は、図６のタイミングチャートに示すように、ＣＮＧインジェクタ３２を停止させた後のインジェクタホース５１の長さ分を考慮したＣＮＧの供給停止の遅延延長時間が経過する前でもディレイ制御を終了させることができる。要するに、ＣＮＧの供給が実質的に終了したために、燃焼室１７に供給する混合気がアイドリング駆動する内燃機関１０をストールさせる可能性の高いリーン状態にまで達したとき（中断条件成立）には、直ちに、ディレイ制御を中断することができる。したがって、内燃機関１０をストールさせることなく、小さな駆動回転数の低下に抑えて、ガソリンインジェクタ３１からのガソリン供給を開始することができ、使用燃料をスムーズにガソリンに切り替えることができる。

ここで、図６中におけるλは、理論空燃比（ストイキオメトリー、所謂、ストイキ）での燃料供給時をλ＝１．０として相対評価するパラメータであり、λ＜１．０の燃焼時には混合気がリッチ状態で、また、１．０＜λの燃焼時には混合気がリーン状態にあることを表している。また、図６中には、ピストン１１の上下動に連動する上流側酸素センサ４３の出力波形を図示するが、例えば、０Ｖ、ＭＶ（Middle）：０．４５Ｖ、ＨＶ（High）：１Ｖで図示する出力電圧で振幅するセンサの出力波形を図示している。

その結果、図６を確認すると、λが１．０よりも大きく上回るリーン状態（１．０≪λ）が長期間継続することなく、中断条件成立と判断してディレイ制御を中断しガソリン供給を開始することができていることが分かる。言い換えると、例えば、図７のタイミングチャートに示すように、設定されている遅延延長時間まで満了するディレイ制御を実行することにより発生する不都合を回避することができる。簡単に説明すると、ＣＮＧの供給が実質的に終了して、１．０≪λのリーン状態が長期間継続することにより、内燃機関１０をストール状態にしてノッキングを発生させるような駆動回転数まで大きく低下させてしまうことを回避することができている。

また、制御装置４１は、図８のフローチャートに示すように、燃焼室１７内に供給する燃料をガソリンからＣＮＧに切り替える制御処理を実行する際には、ステップＳ２０１において、ストップバルブ３９を開放してＣＮＧの供給を開始した後に、ステップＳ２０２において、上記のタイマを起動してオーバラップ制御を開始する。ここで、このオーバラップ制御でも上述ディレイ制御に対応する同様の処理手順を実行することから同様の処理手順については同様の文言を使用して簡単に説明する。

次いで、ステップＳ２０３において、速度センサ４６が検出する内燃機関１０の駆動回転速度が「アイドリング目標回転数−５０ｒｐｍ」の設定回転数以下に低下したか否か確認する。また、ステップＳ２０４において、上流側酸素センサ４３が検出する排気ガス中の酸素濃度が予め設定されているストール発生の可能性が生じる設定値未満まで低下しているか否かを確認する。さらに、ステップＳ２０５において、上記タイマが計時するオーバラップ制御開始からの経過時間を参照して上記の重畳延長時間を含むオーバラップ制御時間を経過したか否かを確認する。

このとき、ステップＳ２０３において「アイドリング目標回転数−５０ｒｐｍ」の設定回転数以下に低下していないことを確認した後には、ステップＳ２０５に進む。
また、ステップＳ２０３において「アイドリング目標回転数−５０ｒｐｍ」の設定回転数以下に低下したことを確認した後に、ステップＳ２０４に進んで排気ガス中の酸素濃度が設定値未満まで低下していないことを確認した場合には、燃焼室１７内では正常燃焼を実施する適正混合気が供給されているものと判断して、そのままステップＳ２０５に進む。
そして、ステップＳ２０５においてＣＮＧインジェクタ３２を駆動（ＯＮ）させてからの重畳延長時間を含むオーバラップ制御時間を経過していないことを確認した場合には、そのままステップＳ２０３に戻って同様の処理を繰り返す。
また、ステップＳ２０５においてそのオーバラップ制御時間を経過したことを確認した場合には、そのままインジェクタホース５１の長さを考慮したオーバラップ制御期間を満了終了させて上記タイマをリセットした後に(ステップＳ２０６)、ガソリンインジェクタ３１を停止（ＯＦＦ）させてガソリンの供給を停止し(ステップＳ２０７)、この供給燃料の切替制御処理を終了する。

その一方で、ステップＳ２０３において「アイドリング目標回転数−５０ｒｐｍ」の設定回転数以下に低下したことを確認した後に、さらに、ステップＳ２０４において排気ガス中の酸素濃度が設定値未満まで低下したことを確認した場合には、次のようなオーバラップ制御の設定時間を短縮する制御処理を実行する。
すなわち、制御装置４１は、燃焼室１７内に供給する混合気中の燃料が過剰となるリッチ状態になって内燃機関１０をストールさせてしまう可能性が高くなる中断条件が成立したものと判断して、そのままステップＳ２０６にスキップする。
このステップＳ２０６においては、オーバラップ制御期間を短縮終了して、次いで、ステップＳ２０７において、ガソリンインジェクタ３１からのガソリン供給を停止し、この供給燃料の切替制御処理を終了する。

これにより、制御装置４１は、図９のタイミングチャートに示すように、ＣＮＧインジェクタ３２を駆動させた後のインジェクタホース５１の長さ分を考慮したガソリンの供給停止の重畳延長時間が経過する前でもオーバラップ制御を終了させることができる。要するに、ＣＮＧの供給が実質的に開始されたために、燃焼室１７に供給する混合気がアイドリング駆動する内燃機関１０をストールさせる可能性の高いリッチ状態にまで達したとき（中断条件成立）には、直ちに、オーバラップ制御を中断することができる。したがって、内燃機関１０をストールさせることなく、小さな駆動回転数の低下に抑えて、ガソリンインジェクタ３１からのガソリン供給を停止することができ、使用燃料をスムーズにＣＮＧに切り替えることができる。

その結果、図９を確認すると、λが１．０よりも大きく下回るリッチ状態（λ≪１．０が長期間継続することなく、中断条件成立と判断してオーバラップ制御を中断しガソリン供給を停止することができていることが分かる。言い換えると、例えば、図１０のタイミングチャートに示すように、設定されている重畳延長時間まで満了するオーバラップ制御を実行することにより発生する不都合を回避することができる。簡単に説明すると、ガソリンに加えてＣＮＧの供給が実質的に開始されて、λ≪１．０のリッチ状態が長期間継続することにより、内燃機関１０をストール状態にしてノッキングを発生させるような駆動回転数まで大きく低下させてしまうことを回避することができている。

このように本実施形態においては、内燃機関１０のアイドリング駆動時などのような低速駆動中にＣＮＧとガソリンを切り替える際に、インジェクタホース５１の長さ分だけディレイ制御やオーバラップ制御を一律に延長して実行することを回避することができる。すなわち、内燃機関１０の駆動回転数と燃焼状況に応じてそのディレイ制御やオーバラップ制御を中断して切替後の燃料供給に移行させることができ、適正空燃比で燃焼駆動させることができる。したがって、内燃機関１０をストールさせてしまうことを回避することができ、内燃機関１０の安定した駆動回転を確保しつつ使用する燃料をスムーズに切り替えることができる。
ここで、本実施形態では、ディレイ制御やオーバラップ制御の延長時間を中断する場合を一例にして説明するがこれに限る必要はなく、延長前の制御本体自体を中断してもよいことは言うまでもない。

本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１０ 内燃機関
１１ ピストン
１３ 吸気弁
１４ 排気弁
１７ 燃焼室
２１ 吸気ポート
２２ 排気ポート
２３ 吸気側マニホールド
２４ 排気側マニホールド
２９ ストップバルブ
３１ ガソリンインジェクタ
３２ ＣＮＧインジェクタ
３３ 液体燃料タンク
３６ 気体燃料タンク
３８ 減圧弁
３９ ストップバルブ
４１ 制御装置
４２ 吸気温度センサ
４３ 上流側酸素センサ
４４ 下流側酸素センサ
４６ クランク角センサ（速度センサ）
４８ 燃料切替スイッチ
５１ インジェクタホース

Claims (4)

1. 液体燃料と気体燃料の一方を選択切替して共通の燃焼室に供給することにより駆動する内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記液体燃料の供給・停止および前記気体燃料の供給・停止を制御する空燃比制御部と、前記内燃機関の駆動速度を検出する速度検出部と、前記燃焼室から排気される排気ガス中の残留酸素濃度を検知する燃焼センサと、を備えて、
   前記空燃比制御部は、前記液体燃料から前記気体燃料に切り替える際に、前記液体燃料を前記気体燃料に対して重畳させて供給するオーバラップ制御期間を設け、
   当該オーバラップ制御期間中であって前記内燃機関の低速駆動中に、当該内燃機関がストールしそうな駆動速度まで低下したことを前記速度検出部が検出したときに、
   前記残留酸素濃度が理論空燃比のときの酸素濃度よりも低く設定された設定値未満の場合には前記オーバラップ制御期間を短縮し、前記残留酸素濃度が理論空燃比のときの酸素濃度よりも低く設定された設定値以上の場合には前記オーバラップ制御期間を維持する内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記空燃比制御部は、前記気体燃料の供給開始時には前記気体燃料の供給量を漸増させる徐変調整を行なう請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 液体燃料と気体燃料の一方を選択切替して共通の燃焼室に供給することにより駆動する内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記液体燃料の供給・停止および前記気体燃料の供給・停止を制御する空燃比制御部と、前記内燃機関の駆動速度を検出する速度検出部と、前記燃焼室から排気される排気ガス中の残留酸素濃度を検知する燃焼センサと、を備えて、
   前記空燃比制御部は、前記気体燃料から前記液体燃料に切り替える際に、前記液体燃料を前記気体燃料に対して遅延させて供給するディレイ制御期間を設け、
   当該ディレイ制御期間中であって前記内燃機関の低速駆動中に、当該内燃機関がストールしそうな駆動速度まで低下したことを前記速度検出部が検出したときに、
   前記残留酸素濃度が理論空燃比のときの酸素濃度よりも高く設定された設定値以上の場合には前記ディレイ制御期間を短縮し、前記残留酸素濃度が理論空燃比のときの酸素濃度よりも高く設定された設定値未満の場合にはディレイ制御期間を維持する内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記空燃比制御部は、前記気体燃料の供給停止時には前記気体燃料の供給量を漸減させる徐変調整を行なう請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。

Images