WO2011145435A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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WO2011145435A1
WO2011145435A1 PCT/JP2011/059997 JP2011059997W WO2011145435A1 WO 2011145435 A1 WO2011145435 A1 WO 2011145435A1 JP 2011059997 W JP2011059997 W JP 2011059997W WO 2011145435 A1 WO2011145435 A1 WO 2011145435A1
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ammonia
ratio
engine
air
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絋司 麻生
藤原　孝彦
田中　比呂志
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トヨタ自動車株式会社
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
  • ammonia is harder to burn than fossil fuels. Therefore, when ammonia is used as a fuel, some device is required to make it easier to burn ammonia. Therefore, in the above-mentioned internal combustion engine, the reformed ammonia is reformed using exhaust heat to generate a reformed gas composed of hydrogen and nitrogen, and the hydrogen in the generated reformed gas is stored in a hydrogen storage alloy and burned. In addition to ammonia, hydrogen stored in the hydrogen storage alloy is supplied into the room so that it can be easily burned even when ammonia is used as the fuel.
  • An object of the present invention is to provide a control apparatus for an internal combustion engine that suppresses the discharge of N 2 O into the atmosphere.
  • an internal combustion engine that uses ammonia as the first fuel and a second fuel that is easier to burn than ammonia as the fuel and supplies these two types of fuel into the combustion chamber for combustion.
  • the reference ammonia ratio indicating the ratio of the supplied ammonia amount to the total supplied fuel amount is set in advance according to the operating state of the engine, and the ammonia ratio is normally set to the reference ammonia ratio according to the operating state of the engine.
  • the ammonia ratio is temporarily reduced below the reference ammonia ratio corresponding to the engine operating state.
  • an internal combustion engine that uses ammonia as a first fuel as a fuel and a second fuel that is easier to burn than ammonia, and supplies these two types of fuel into a combustion chamber for combustion.
  • each fuel is injected into the intake port of each cylinder so that the injection is normally completed before the corresponding intake valve is opened, and after the fuel supply is stopped during the deceleration operation
  • the air-fuel ratio is temporarily made rich, and in each cylinder that can supply fuel into the combustion chamber at least, each fuel is injected so that the injection is completed while the intake valve is opened. Is done.
  • an internal combustion engine in which ammonia as a first fuel and a second fuel that is more easily combusted than ammonia are used as fuel, and these two types of fuel are supplied into the combustion chamber for combustion.
  • the reference ammonia ratio indicating the ratio of the supplied ammonia amount to the total supplied fuel amount is set in advance according to the operating state of the engine, and the ammonia ratio is normally set to the reference ammonia ratio according to the operating state of the engine.
  • the temperature of the exhaust purification catalyst disposed in the engine exhaust passage is lower than a predetermined set temperature, the ammonia ratio is made lower than the reference ammonia ratio according to the operating state of the engine.
  • the exhaust purification catalyst When the fuel supply is resumed after the fuel supply is stopped during the deceleration operation, the exhaust purification catalyst is in a lean state. Therefore, when N 2 O is generated in the combustion chamber at this time, the N 2 O Is discharged into the atmosphere. Therefore, in the first invention, the amount of N 2 O produced is suppressed by reducing the ammonia ratio at this time, and in the second invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas in the exhaust purification catalyst is made early the stoichiometric air-fuel ratio or rich. As a result, the discharge amount of N 2 O into the atmosphere is suppressed. In the third invention, when the exhaust purification catalyst is not activated, the amount of N 2 O produced is suppressed by reducing the ammonia ratio.
  • FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
  • FIG. 2 is a diagram showing a map of the basic ammonia ratio RA.
  • FIG. 3 is a time chart showing changes in the ammonia ratio and the like during deceleration operation.
  • FIG. 4 is a flowchart for controlling the flag.
  • FIG. 5 is a flowchart for performing fuel injection control.
  • FIG. 6 is an overall view showing another embodiment of the internal combustion engine.
  • FIG. 7 is a time chart showing changes in the ammonia ratio and the like during deceleration operation.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the injection timing.
  • FIG. 9 is a flowchart for performing fuel injection control.
  • FIG. 10 is a flowchart for performing fuel injection control.
  • FIG. 11 is a diagram showing the decrease amount ⁇ R of the ammonia ratio.
  • FIG. 12 is a flowchart for performing fuel injection control.
  • 1 is an internal combustion engine body
  • 2 is a cylinder block
  • 3 is a cylinder head
  • 4 is a piston
  • 5 is a combustion chamber
  • 6 is a plasma jet ignition plug that discharges a plasma jet
  • 7 is an intake valve
  • 8 is An intake port
  • 9 is an exhaust valve
  • 10 is an exhaust port.
  • ammonia which is the first fuel
  • a second fuel which is easier to burn than ammonia
  • FIG. 1 shows a case in which a reformed gas containing hydrogen obtained by reforming ammonia is used among these second fuels.
  • the intake port 8 is connected to a surge tank 12 via an intake branch pipe 11, and gaseous ammonia is injected into each intake branch pipe 11 into the corresponding intake port 8.
  • the ammonia injection valve 13 is arranged.
  • the surge tank 12 is connected to an air cleaner 15 via an intake duct 14, and a throttle valve 16 driven by an actuator and an intake air amount detector 17 using, for example, heat rays are arranged in the intake duct 14.
  • the exhaust port 10 is connected via an exhaust manifold 18 to an exhaust purification catalyst 19 that can reduce N 2 O contained in the exhaust gas.
  • a reformer 20 and a carburetor 21 are arranged in the exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst 19.
  • the carburetor 21 is connected to a fuel tank 23 via an ammonia inflow pipe 22.
  • the ammonia inflow pipe 22 is opened during engine operation, and a shutoff valve 24 and a control valve that are closed when the engine is stopped.
  • a pressure valve 25 is arranged.
  • the fuel tank 23 is filled with high-pressure liquid ammonia of about 0.8 MPa to 1.0 MPa, and the liquid ammonia in the fuel tank 23 is supplied into the vaporizer 21 via the ammonia inflow pipe 22.
  • the vaporizer 21 is formed so as to be heated by the exhaust gas. Therefore, the liquid ammonia supplied into the vaporizer 21 is vaporized in the vaporizer 21.
  • the gaseous ammonia vaporized in the vaporizer 21 is supplied to the ammonia gas tank 27 via the ammonia outflow pipe 26.
  • Gaseous ammonia in the ammonia gas tank 27 is supplied to the ammonia injection valve 13 via the gaseous ammonia supply pipe 28, and gaseous ammonia is injected from the ammonia injection valve 13 into the corresponding intake port 8.
  • the vaporizer 21 is connected to the reformer 20 via an ammonia outflow pipe 29, and the reformer that opens when the reformer 20 is performing a reforming action in the ammonia outflow pipe 29.
  • a reactor control valve 30 and a check valve 31 that can flow only from the vaporizer 21 toward the reformer 20 are arranged in series.
  • the reformer 20 is formed so as to be heated by exhaust gas, and a catalyst for promoting the reforming action of ammonia is disposed in the reformer 20.
  • a catalyst for promoting the reforming action of ammonia is disposed in the reformer 20.
  • the temperature in the reformer 20 is equal to or higher than the temperature at which the reforming action of ammonia is performed, for example, several hundred degrees, the ammonia supplied from the vaporizer 21 into the reformer 20 is decomposed into hydrogen and nitrogen (2NH 3 ⁇ N 2 + 3H 2 ), that is, reformed.
  • a reformed gas containing hydrogen is generated in the reformer 20.
  • each intake branch pipe 11 is provided with a second fuel injection valve 34 for injecting the reformed gas into the corresponding intake port 8.
  • the reformed gas stored in the storage tank 33 is supplied to the fuel injection valve 34. From each fuel injection valve 34, the reformed gas is injected into the corresponding intake port 8.
  • the exhaust manifold 18 is provided with a secondary air supply valve 40 for supplying secondary air into the exhaust manifold 18.
  • a temperature sensor 41 for detecting the catalyst temperature of the exhaust purification catalyst 19 is attached to the exhaust purification catalyst 19.
  • An air-fuel ratio sensor 42 for detecting the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 19 is disposed downstream of the exhaust purification catalyst 19.
  • the electronic control unit 50 comprises a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 51, a ROM (Read Only Memory) 52, a RAM (Random Access Memory) 53, a CPU (Microprocessor) 54, An input port 55 and an output port 56 are provided.
  • Output signals of the intake air amount detector 17, the temperature sensor 41, and the air-fuel ratio sensor 42 are input to the input port 55 via the corresponding AD converters 57, respectively.
  • a load sensor 61 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 60 is connected to the accelerator pedal 60, and the output voltage of the load sensor 61 is input to the input port 55 via the corresponding AD converter 57. Is done.
  • crank angle sensor 62 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 ° is connected to the input port 55.
  • the output port 56 is connected to the ignition circuit 63 of the plasma jet spark plug 6, and the output port 56 is connected to the ammonia injection valve 13, the actuator for driving the throttle valve 16, and the shut-off valve 24 via the corresponding drive circuit 58.
  • the pressure regulating valve 25, the reformer control valve 30, the fuel injection valve 34, and the secondary air supply valve 40 are connected.
  • FIG. 2 shows the basic ammonia ratio RA (%) indicating the ratio of the supplied ammonia amount to the total supplied fuel amount.
  • Each solid line RA 1 , RA 2 ,... RAi in FIG. 2 represents an equiammonia ratio line, and the ammonia ratio increases from RA 1 toward RAi.
  • the vertical axis L represents the engine load
  • the horizontal axis N represents the engine speed.
  • Ammonia is less combustible than the second fuel. Therefore, in order to favorably ignite and burn the mixed gas of ammonia and the second fuel in the combustion chamber 5, the lower the mixed gas temperature at the time of ignition, the lower the ammonia. It is necessary to reduce the ratio. Therefore, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 2, the basic ammonia ratio RA decreases as the engine load L decreases, and the basic ammonia ratio RA decreases as the engine speed N increases.
  • the opening degree of the throttle valve 16 is reduced as the engine load L decreases, the compression end pressure in the combustion chamber 5 decreases as the engine load L decreases. Accordingly, the temperature of the mixed gas in the combustion chamber 5 at the end of the compression stroke in which ignition is performed decreases as the engine load L decreases, and thus the basic ammonia ratio RA decreases as the engine load L decreases as shown in FIG. Can be lowered.
  • the ignition timing is advanced as the engine speed N increases, and therefore the pressure in the combustion chamber 5 when ignition is performed decreases as the engine speed N increases. Accordingly, the temperature of the mixed gas in the combustion chamber 5 when ignition is performed becomes lower as the engine speed N becomes higher, and thus the basic ammonia ratio RA decreases as the engine speed N becomes higher as shown in FIG. I'm damned.
  • the basic ammonia ratio RA shown in FIG. 2 represents the ammonia ratio obtained by experiments to obtain good combustion.
  • the basic ammonia ratio RA shown in FIG. 2 is stored in the ROM 52 in advance, and the stored basic ammonia ratio RA is normally used as the ammonia ratio.
  • FIG. 3 shows changes in the engine speed N, the combustion air-fuel ratio (A / F) g in the combustion chamber 5, the air-fuel ratio (A / F) c of the exhaust gas in the exhaust purification catalyst 19, and the ammonia ratio.
  • Nc indicates the supply stop lower limit rotational speed.
  • Nc indicates the supply stop lower limit rotational speed.
  • Ns indicates the return rotational speed, and after the fuel supply is stopped, the fuel supply is resumed when the engine rotational speed N becomes equal to or lower than the return rotational speed Ns. Therefore, as shown in FIG. 3, after the start of deceleration, the fuel supply is stopped while the engine speed N decreases to the return speed Ns.
  • the combustion air-fuel ratio (A / F) g is the stoichiometric air-fuel ratio
  • the air-fuel ratio (A / F) of the exhaust gas in the exhaust purification catalyst 19 C) is also the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the broken line indicates the reference ammonia ratio RA
  • the solid line indicates the actual ammonia ratio.
  • the actual ammonia ratio is set to the reference ammonia ratio RA before starting deceleration, that is, normally. At this time, ammonia is combusted in the combustion chamber 5, so that N 2 O is generated.
  • the air-fuel ratio (A / F) c of the exhaust gas in the exhaust purification catalyst 19 is the stoichiometric air-fuel ratio
  • the generated N 2 O is reduced in the exhaust purification catalyst 19.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas in the exhaust purification catalyst 19 becomes lean.
  • fuel injection is resumed, and the combustion air-fuel ratio (A / F) g is made the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the exhaust purification catalyst 19 is exposed to an oxygen-excess atmosphere, and therefore, the surface and pores of the exhaust purification catalyst 19 are filled with oxygen during this period. . That is, the exhaust purification catalyst 19 is in a lean state with excess oxygen.
  • the amount of ammonia that can be burned should be reduced. Therefore, in the first embodiment, when the fuel supply is resumed after the fuel supply is stopped during the deceleration operation, the ammonia ratio is temporarily set in accordance with the engine operating state as shown by the solid line X in FIG. The reference ammonia ratio RA indicated by the broken line Y is lowered. Thus, when the ammonia ratio is lowered, the amount of ammonia burned is reduced, and thus the generated N 2 O is reduced. Therefore, the amount of N 2 O discharged into the atmosphere is reduced.
  • the air-fuel ratio (A / F) c of the exhaust gas in the exhaust purification catalyst 19 becomes lean as shown in FIG.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas is also lean. Therefore, in the first embodiment, when the fuel supply is resumed after the fuel supply is stopped during the deceleration operation, after the fuel supply is resumed, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 19 is lean.
  • the ammonia ratio is made lower than the reference ammonia ratio RA according to the operating state of the engine.
  • the ammonia ratio can be made zero as indicated by a chain line Z in FIG.
  • only the second fuel is supplied.
  • the second fuel that is, when the supply of ammonia is stopped, almost no N 2 O is generated in the combustion chamber 5, so that N 2 O is further discharged into the atmosphere. It can be suppressed.
  • step 71 it is determined whether or not the engine speed N is higher than the supply stop lower limit speed Nc.
  • step 72 it is judged if the engine load L is zero, that is, if the accelerator pedal 60 is released.
  • L 0, the processing cycle is completed.
  • step 70 the routine proceeds from step 70 to step 75, where it is judged if the engine speed N has fallen below the return speed Ns.
  • step 75 the routine proceeds to step 77 where the supply stop flag is reset.
  • step 76 it is determined whether or not the engine load L is zero.
  • step 77 the supply stop flag is reset.
  • FIG. 5 shows a fuel injection control routine for executing the first embodiment. This routine is sequentially executed every time the cylinder is injected. Referring to FIG. 5, first, at step 80, it is judged if the supply stop flag is set. When the supply stop flag is set, the processing cycle is completed. At this time, the fuel supply is stopped. In contrast, when the supply stop flag is reset, the routine proceeds to step 81 where fuel injection control is performed.
  • step 81 the basic ammonia ratio RA is calculated from the map shown in FIG.
  • step 82 the target air-fuel ratio (A / F) t is calculated.
  • the target air-fuel ratio (A / F) t is the stoichiometric air-fuel ratio.
  • step 83 it is judged if the return process flag is set. If the return process flag is not set, the routine jumps to step 88 and the intake air amount detected by the intake air amount detector 17 is read. .
  • step 89 the ammonia amount to be injected from the ammonia injection valve 13 and the second fuel amount to be injected from the fuel injection valve 34 based on the basic ammonia ratio RA, the target air-fuel ratio (A / F) t and the intake air amount are determined. Based on these calculated values, ammonia and second fuel are injected from the ammonia injector 13 and the fuel injector 34, respectively.
  • step 83 when it is judged at step 83 that the return processing flag is set, the routine proceeds to step 84 where the constant value ⁇ RA is subtracted from the reference ammonia ratio RA. That is, the target ammonia ratio RA is lowered. In this case, the target ammonia ratio RA can be set to zero.
  • step 85 the air-fuel ratio (A / F) c of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 19 detected by the air-fuel ratio sensor 42 is read.
  • step 86 it is judged if the air-fuel ratio (A / F) c is smaller than the stoichiometric air-fuel ratio (A / F) o.
  • step 86 If it is determined in step 86 that (A / F) c> (A / F) o, that is, if the air-fuel ratio (A / F) c of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 19 is lean, step 88 Jump to. At this time, the fuel injection amount is calculated based on the ammonia ratio RA calculated in step 84. On the other hand, when it is determined in step 86 that (A / F) c ⁇ (A / F) o, that is, the air-fuel ratio (A / F) c of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 19 is the stoichiometric air-fuel ratio or When rich, the routine proceeds to step 87 where the return processing flag is reset. Next, the routine proceeds to step 88.
  • FIG. 6 shows another embodiment of the internal combustion engine for implementing a modification of the first embodiment.
  • the fuel injection valve 34 is disposed in the combustion chamber 5.
  • the second fuel is supplied into the combustion chamber 5 during the exhaust stroke.
  • the air-fuel ratio (A / F) c of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 19 becomes the stoichiometric air-fuel ratio, and then the combustion chamber. Fuel begins to be supplied at a time when it can be burned into the tank 5.
  • FIG. 7 shows a time chart of the second embodiment. 7, as in FIG. 3, the engine speed N, the combustion air-fuel ratio (A / F) g in the combustion chamber 5, the air-fuel ratio (A / F) c of the exhaust gas in the exhaust purification catalyst 19, and the ammonia ratio Changes are shown.
  • the combustion air-fuel ratio (A / F) g is temporarily made rich when the fuel supply is resumed after the fuel supply is stopped during the deceleration operation. That is, in this second embodiment, as shown in FIG. 7, after the fuel supply is resumed, the air-fuel ratio is rich while the air-fuel ratio (A / F) c of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 19 is lean. To be. Thus, when the air-fuel ratio is made rich, the time during which the exhaust purification catalyst 19 is in the lean state can be shortened, and thus it is possible to suppress the discharge of N 2 O into the atmosphere.
  • the fuel injection operation is performed even when the fuel injection completion timing is during the opening of the intake valve 7. This will be described with reference to FIG.
  • FIG. 8 shows the lift amount W of the intake valve 7 and the exhaust valve 9 and the fuel injection period.
  • synchronous injection is usually performed in which fuel is sequentially injected into each cylinder in accordance with the ignition order.
  • An injection period when the synchronous injection is performed is shown as an injection period I in FIG.
  • the injection period I is set so that fuel injection is completed at a crank angle ⁇ X slightly before the intake valve 7 opens so that all the injected fuel is supplied into the combustion chamber 5. .
  • the injection timing II in FIG. 8 if the completion timing of the fuel injection is delayed until the crank angle ⁇ Y slightly before the intake valve 7 closes, that is, if asynchronous injection with a delayed injection timing is performed, fuel can be supplied to a cylinder to which fuel is to be supplied.
  • the air-fuel ratio (A / F) c in the exhaust purification catalyst 19 quickly becomes the stoichiometric air-fuel ratio, so that combustion of fuel with a high ammonia ratio can be started early. It becomes like this. Therefore, in this second embodiment, at least for the cylinder to which fuel is to be supplied first, even when the fuel injection completion timing is during the opening of the intake valve 7 as shown by the injection period II in FIG. The injection is performed.
  • FIG. 9 shows a fuel injection control routine for executing the second embodiment.
  • This routine is exactly the same as the routine shown in FIG. That is, referring to FIG. 9, first, at step 90, it is judged if the supply stop flag is set. When the supply stop flag is not set, the routine proceeds to step 91, where the basic ammonia ratio RA is calculated from the map shown in FIG. Next, at step 92, the target air-fuel ratio (A / F) t is calculated. Also in this embodiment, the target air-fuel ratio (A / F) t is the stoichiometric air-fuel ratio.
  • step 93 it is judged if the return process flag is set. If the return process flag is not set, the routine jumps to step 98 and the intake air amount detected by the intake air amount detector 17 is read. .
  • step 99 the ammonia amount to be injected from the ammonia injection valve 13 and the second fuel amount to be injected from the fuel injection valve 34 based on the basic ammonia ratio RA, the target air-fuel ratio (A / F) t and the intake air amount are determined. Based on these calculated values, ammonia and second fuel are injected from the ammonia injector 13 and the fuel injector 34, respectively. At this time, the synchronous injection indicated by the injection period I in FIG. 8 is performed.
  • step 93 when it is determined in step 93 that the return processing flag is set, the routine proceeds to step 94 where a constant value ⁇ (A / F) is subtracted from the target air-fuel ratio (A / F) t. That is, the target air-fuel ratio is set to the rich air-fuel ratio.
  • step 95 the air-fuel ratio (A / F) c of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 19 detected by the air-fuel ratio sensor 42 is read.
  • step 96 it is judged if this air-fuel ratio (A / F) c has become smaller than the stoichiometric air-fuel ratio (A / F) o.
  • step 98 When it is determined in step 96 that (A / F) c> (A / F) o, that is, when the air-fuel ratio (A / F) c of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 19 is lean, step 98. Jump to step 99 and proceed to step 99. At this time, at least for the cylinder to which fuel is to be supplied first, the fuel injection operation is performed even when the fuel injection completion timing is during the opening of the intake valve 7.
  • step 96 when it is determined in step 96 that (A / F) c ⁇ (A / F) o, that is, the air-fuel ratio (A / F) c of the exhaust gas flowing out from the exhaust purification catalyst 19 is the stoichiometric air-fuel ratio or
  • step 97 the return processing flag is reset.
  • step 98 the routine proceeds to step 98.
  • FIG. 10 shows a fuel injection control routine for executing a modification of the second embodiment.
  • step 94a is added after step 94 in the routine shown in FIG. That is, in the routine shown in FIG. 10, it is determined in step 93 that the return processing flag is set, and the routine proceeds to step 94.
  • the routine proceeds to step 94a.
  • the secondary air is then supplied from the secondary air supply valve 40.
  • the set temperature T 0 is the activation temperature of the exhaust purification catalyst 19. Therefore, in the example shown in FIG. 11, when the temperature TC of the exhaust purification catalyst 19 becomes equal to or lower than the activation temperature T 0 , the ammonia ratio is rapidly decreased, and in the temperature range of TC ⁇ T 0 , the ammonia ratio decreases as the catalyst temperature TC decreases. Is gradually reduced.
  • FIG. 12 shows a fuel injection control routine for executing the third embodiment.
  • the basic ammonia ratio RA is calculated from the map shown in FIG.
  • a target air-fuel ratio (A / F) t is calculated. Also in this embodiment, the target air-fuel ratio (A / F) t is the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the temperature TC of the exhaust purification catalyst 19 detected by the temperature sensor 41 is read.
  • the ammonia ratio decrease amount ⁇ R is calculated from the relationship shown in FIG.
  • step 104 the reduction amount ⁇ R is subtracted from the reference ammonia ratio RA. That is, at this time, if ⁇ R> 0, the target ammonia ratio RA is lowered.
  • step 105 the intake air amount detected by the intake air amount detector 17 is read.
  • step 106 the ammonia amount to be injected from the ammonia injection valve 13 and the first amount to be injected from the fuel injection valve 34 based on the ammonia ratio RA, the target air-fuel ratio (A / F) t and the intake air amount calculated at step 104. 2 is calculated, and ammonia and second fuel are respectively injected from the ammonia injection valve 13 and the fuel injection 34 based on these calculated values.

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Abstract

　燃料として第１の燃料であるアンモニアと、アンモニアより燃焼しやすい第２の燃料とを用いる。アンモニア比率は通常、機関の運転状態に応じて予め定められている基準アンモニア比率とされる。減速運転時に燃料の供給が停止された後に燃料の供給が再開 されるときにはアンモニア比率を一時的に機関の運転状態に応じた基準アンモニア比率よりも低下させる。

Description

内燃機関の制御装置
　本発明は内燃機関の制御装置に関する。
　従来より内燃機関では燃料として主に化石燃料が用いられている。しかしながらこの場合、燃料を燃焼させると地球の温暖化を進行させるＣＯ２が発生する。これに対しアンモニアを燃焼させるとＣＯ２が全く発生せず、従ってＣＯ２が発生しないように燃料としてアンモニアを用いた内燃機関が公知である（特許文献１を参照）。
　しかしながらアンモニアは化石燃料に比べて燃焼しずらく、従って燃料としてアンモニアを用いた場合にはアンモニアを燃焼しやすくするための何らかの工夫が必要となる。そこで上述の内燃機関では排気熱を利用してアンモニアを改質することにより水素と窒素からなる改質ガスを生成すると共に、生成された改質ガス中の水素を水素吸蔵合金に貯留させ、燃焼室内にアンモニアに加えて水素吸蔵合金に貯留されている水素を供給することにより燃料としてアンモニアを用いた場合でも容易に燃焼しうるようにしている。
特開平５−３３２１５２号公報
　ところで上述したようにアンモニアを燃焼させてもＣＯ２は発生しない。ところがアンモニアを燃焼させると地球の温暖化に影響を与えるＮ２Ｏが生成される。しかしながらこの場合、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒が活性化しており、排気浄化触媒内における排気ガスの空燃比が理論空燃比或いはリッチであるときには燃焼室５内で生成されたＮ２Ｏは排気浄化触媒において還元される。従ってこのときにはＮ２Ｏが大気中に排出されることはほとんどない。
　これに対し、排気浄化触媒内が酸素過剰な状態、即ちリーン状態になるとＮ２Ｏは排気浄化触媒においてほとんど還元されず、従ってＮ２Ｏが大気中に排出される危険性が生ずる。また、排気浄化触媒が活性化していないときにもＮ２Ｏは排気浄化触媒においてほとんど還元されず、従ってこの場合にもＮ２Ｏが大気中に排出される危険性がある。
　本発明はＮ２Ｏが大気中に排出されるのを抑制するようにした内燃機関の制御装置を提供することにある。
　１番目の発明では、燃料として第１の燃料であるアンモニアと、アンモニアより燃焼しやすい第２の燃料とを用い、これら二種類の燃料を燃焼室内に供給して燃焼させるようにした内燃機関の制御装置において、全供給燃料量に対する供給アンモニア量の割合を示す基準アンモニア比率が機関の運転状態に応じ予め設定されていてアンモニア比率は通常、機関の運転状態に応じた基準アンモニア比率とされており、減速運転時に燃料の供給が停止された後に燃料の供給が再開されるときにはアンモニア比率を一時的に機関の運転状態に応じた基準アンモニア比率よりも低下させるようにしている。
　２番目の発明では、燃料として第１の燃料であるアンモニアと、アンモニアより燃焼しやすい第２の燃料とを用い、これら二種類の燃料を燃焼室内に供給して燃焼させるようにした内燃機関の制御装置において、各燃料は各気筒の吸気ポート内に向けて、通常は対応する吸気弁の開弁前に噴射が完了するように噴射されており、減速運転時に燃料の供給が停止された後に燃料の供給が再開されるときには空燃比が一時的にリッチにされると共に少くとも最初に燃焼室内に燃料を供給しうる気筒では吸気弁の開弁中に噴射が完了するように各燃料が噴射される。
　３番目の発明では、燃料として第１の燃料であるアンモニアと、アンモニアより燃焼しやすい第２の燃料とを用い、これら二種類の燃料を燃焼室内に供給して燃焼させるようにした内燃機関の制御装置において、全供給燃料量に対する供給アンモニア量の割合を示す基準アンモニア比率が機関の運転状態に応じ予め設定されていてアンモニア比率は通常、機関の運転状態に応じた基準アンモニア比率とされており、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒の温度が予め定められた設定温度よりも低いときにはアンモニア比率を機関の運転状態に応じた基準アンモニア比率よりも低下させるようにしている。
　減速運転時において燃料の供給が停止された後、燃料の供給が再開されるときには排気浄化触媒内はリーン状態となっており、従ってこのとき燃焼室内でＮ２Ｏが生成されるとＮ２Ｏが大気中に排出される。従って１番目の発明ではこのときアンモニア比率を低下させることによってＮ２Ｏの生成量が抑制され、２番目の発明では排気浄化触媒内における排気ガスの空燃比を早期に理論空燃比或いはリッチにすることによってＮ２Ｏの大気中への排出量が抑制される。また、３番目の発明では排気浄化触媒が活性化していないときにはアンモニア比率を低下させることによってＮ２Ｏの生成量が抑制される。
　図１は内燃機関の全体図である。
　図２は基本アンモニア比率ＲＡのマップを示す図である。
　図３は減速運転時におけるアンモニア比率等の変化を示すタイムチャートである。
　図４はフラグを制御するためのフローチャートである。
　図５は燃料噴射制御を行うためのフローチャートである。
　図６は内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
　図７は減速運転時におけるアンモニア比率等の変化を示すタイムチャートである。
　図８は噴射時期を説明するための図である。
　図９は燃料噴射制御を行うためのフローチャートである。
　図１０は燃料噴射制御を行うためのフローチャートである。
　図１１はアンモニア比率の低下量ΔＲを示す図である。
　図１２は燃料噴射制御を行うためのフローチャートである。
　図１を参照すると、１は内燃機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６はプラズマジェットを放出するプラズマジェット点火栓、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。図１に示される内燃機関では燃料として第１の燃料であるアンモニアと、アンモニアより燃焼しやすい第２の燃料とが用いられており、これら二種類の燃料は燃焼室５内に供給されてプラズマジェット点火栓６により点火される。
　この第２の燃料としては、ガソリン、液化天然ガス、或いはアンモニアを改質することによって得られた水素を含む改質ガスを用いることができる。図１は、これら第２の燃料のうちで、アンモニアを改質することにより得られた水素を含む改質ガスを用いた場合を示している。
　さて、図１を参照すると、吸気ポート８は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、各吸気枝管１１には夫々対応する吸気ポート８内に向けてガス状アンモニアを噴射するためのアンモニア噴射弁１３が配置される。サージタンク１２は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結され、吸気ダクト１４内にはアクチュエータによって駆動されるスロットル弁１６と例えば熱線を用いた吸入空気量検出器１７とが配置される。一方、排気ポート１０は排気マニホルド１８を介して排気ガス中に含まれるＮ２Ｏを還元しうる排気浄化触媒１９に連結される。図１に示される実施例ではこの排気浄化触媒１９下流の排気通路内に改質器２０および気化器２１が配置されている。
　気化器２１はアンモニア流入管２２を介して燃料タンク２３に連結されており、このアンモニア流入管２２内には機関運転時には開弁しており、機関が停止すると閉弁せしめられる遮断弁２４および調圧弁２５が配置されている。燃料タンク２３内は０．８ＭＰａから１．０ＭＰａ程度の高圧の液状アンモニアで満たされており、燃料タンク２３内の液状アンモニアはアンモニア流入管２２を介して気化器２１内に供給される。図１に示される実施例では気化器２１は排気ガスにより加熱されるように形成されており、従って気化器２１内に供給された液状アンモニアは気化器２１内において気化せしめられる。
　気化器２１内で気化せしめられたガス状のアンモニアはアンモニア流出管２６を介してアンモニアガスタンク２７に供給される。アンモニアガスタンク２７内のガス状アンモニアはガス状アンモニア供給管２８を介してアンモニア噴射弁１３に供給され、アンモニア噴射弁１３からはガス状アンモニアが対応する吸気ポート８内に向けて噴射される。
　一方、気化器２１はアンモニア流出管２９を介して改質器２０に連結されており、このアンモニア流出管２９内には改質器２０が改質作用を行っているときに開弁する改質器制御弁３０と、気化器２１から改質器２０に向けてのみ流通可能な逆止弁３１とが直列に配置されている。改質器制御弁３０が開弁しておりかつ改質器２０内の圧力が気化器２１内の圧力よりも低くなると気化器２１内のガス状アンモニアがアンモニア流出管２９を介して改質器２０内に供給される。
　図１に示される実施例では改質器２０は排気ガスにより加熱されるように形成されており、この改質器２０内にはアンモニアの改質作用を促進するための触媒が配置されている。改質器２０内の温度がアンモニアの改質作用が行われる温度以上、例えば数百度になると気化器２１から改質器２０内に供給されたアンモニアは水素と窒素に分解される（２ＮＨ３→Ｎ２＋３Ｈ２）、即ち改質される、その結果、改質器２０内には水素を含む改質ガスが生成される。アンモニアが水素と窒素に分解されるとモル数が２倍となり、更に加熱作用による改質ガスの熱膨張も加わって改質器２０内の圧力は上昇する。この圧力上昇した改質ガスは改質ガス供給管３２を介して改質ガス貯蔵タンク３３内に送り込まれる。
　図１に示されるように各吸気枝管１１には夫々対応する吸気ポート８内に向けて改質ガスを噴射するための第２の燃料用燃料噴射弁３４が配置されており、改質ガス貯蔵タンク３３内に貯蔵されている改質ガスは燃料噴射弁３４に供給される。各燃料噴射弁３４からは改質ガスが夫々対応する吸気ポート８内に向けて噴射される。
　第２の燃料としてガソリンを用いた場合には改質器２０を設ける必要がなく、ガソリンタンク内に貯蔵されているガソリンが燃料噴射弁３４から噴射される。一方、第２の燃料として液化天然ガスを用いた場合にも改質器２０を設ける必要がなく、液化天然ガスタンク内に貯蔵されている液化天然ガスが燃料噴射弁３４から噴射される。
　一方、図１に示されるように排気マニホルド１８には排気マニホルド１８内に２次空気を供給するための２次空気供給弁４０が取付けられている。また、排気浄化触媒１９には排気浄化触媒１９の触媒温度を検出するための温度センサ４１が取付けられている。また、排気浄化触媒１９の下流には排気浄化触媒１９から流出した排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４２が配置されている。
　図１に示されるように電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５および出力ポート５６を具備する。吸入空気量検出器１７、温度センサ４１および空燃比センサ４２の出力信号は夫々対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。また、アクセルペダル６０にはアクセルペダル６０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ６１が接続され、負荷センサ６１の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に入力ポート５５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ６２が接続される。一方、出力ポート５６はプラズマジェット点火栓６の点火回路６３に接続されており、更に出力ポート５６は対応する駆動回路５８を介してアンモニア噴射弁１３、スロットル弁１６の駆動用アクチュエータ、遮断弁２４、調圧弁２５、改質器制御弁３０、燃料噴射弁３４および２次空気供給弁４０に接続されている。
　図２に、全供給燃料量に対する供給アンモニア量の割合を示す基本アンモニア比率ＲＡ（％）を示す。図２における各実線ＲＡ１，ＲＡ２，…ＲＡｉは等アンモニア比率線を表しており、ＲＡ１からＲＡｉに向かうに従ってアンモニア比率が大きくなる。なお、図２において縦軸Ｌは機関負荷を示しており、横軸Ｎは機関回転数を示している。
　アンモニアは第２の燃料に比べて燃焼しずらく、従って燃焼室５内においてアンモニアと第２の燃料との混合ガスを良好に着火して燃焼させるには点火時における混合ガス温が低いほどアンモニア比率を小さくする必要がある。従って本発明による実施例では図２に示されるように機関負荷Ｌが低下するほど基本アンモニア比率ＲＡが低下せしめられ、機関回転数Ｎが高くなるほど基本アンモニア比率ＲＡが低下せしめられる。
　即ち、機関負荷Ｌが低下するほどスロットル弁１６の開度が小さくされるので燃焼室５内の圧縮端圧力は機関負荷Ｌが低下するほど低くなる。従って点火の行われる圧縮行程末期における燃焼室５内の混合ガスの温度は機関負荷Ｌが低下するほど低くなり、斯くして図２に示されるように基本アンモニア比率ＲＡは機関負荷Ｌが低下すると低下せしめられる。
　一方、点火時期は機関回転数Ｎが高くなるほど早められ、従って点火が行われるときの燃焼室５内の圧力は機関回転数Ｎが高くなるほど低くなる。従って点火が行われるときの燃焼室５内の混合ガスの温度は機関回転数Ｎが高くなるほど低くなり、斯くして図２に示されるように基本アンモニア比率ＲＡは機関回転数Ｎが高くなると低下せしめられる。
　図２に示される基本アンモニア比率ＲＡは実験により求められた良好な燃焼の得られるアンモニア比率を表わしている。本発明による実施例ではこの図２に示される基本アンモニア比率ＲＡは予めＲＯＭ５２内に記憶されており、通常はアンモニア比率としてこの記憶されている基本アンモニア比率ＲＡが用いられる。
　次に図３に示される減速運転時におけるタイムチャートを参照しつつ本発明による第１実施例について説明する。なお、図３には機関回転数Ｎ、燃焼室５内における燃焼空燃比（Ａ／Ｆ）ｇ、排気浄化触媒１９内における排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃおよびアンモニア比率の変化が示されている。
　図３においてＮｃは供給停止下限回転数を示しており、アクセルペダル６０が開放されて減速運転が開始されたときに機関回転数Ｎがこの供給停止下限回転数Ｎｃよりも高いときには燃料の供給が停止される。一方、図３においてＮｓは復帰回転数を示しており、燃料の供給が停止された後、機関回転数Ｎがこの復帰回転数Ｎｓ以下になると燃料の供給が再開される。従って図３に示されるように減速開始後、機関回転数Ｎが復帰回転数Ｎｓまで低下する間、燃料の供給が停止されることになる。
　一方、図３に示されるように減速開始前は、即ち通常は燃焼空燃比（Ａ／Ｆ）ｇは理論空燃比となっており、排気浄化触媒１９内における排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃも理論空燃比となっている。また、図３のアンモニア比率において破線は基準アンモニア比率ＲＡを示しており、実線は実際のアンモニア比率を示している。図３からわかるように減速開始前は、即ち通常は実際のアンモニア比率は基準アンモニア比率ＲＡとされている。このとき燃焼室５内ではアンモニアが燃焼されるのでＮ２Ｏが生成される。しかしながらこのとき排気浄化触媒１９内における排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃは理論空燃比であるので生成されたＮ２Ｏは排気浄化触媒１９において還元される。
　一方、減速運転が開始されて燃料の供給が停止されると排気浄化触媒１９内における排気ガスの空燃比はリーンとなる。次いで燃料の噴射が再開され、燃焼空燃比（Ａ／Ｆ）ｇが理論空燃比とされる。しかしながら燃料の供給が停止されている間、排気浄化触媒１９は酸素過剰な雰囲気に晒されており、従ってこの間に排気浄化触媒１９の基体の表面や細孔内は酸素で埋め尽くされることになる。即ち、排気浄化触媒１９内は酸素過剰なリーン状態となっている。
　ところがこのように排気浄化触媒１９内がリーン状態になっていると燃料の噴射が再開されて燃焼空燃比（Ａ／Ｆ）ｇが理論空燃比にされても暫くの間、排気浄化触媒１９内はリーン状態に維持される。従ってこのときアンモニアの燃焼によりＮ２Ｏが生成されるとこの生成されたＮ２Ｏを排気浄化触媒１９で還元しえなくなる。その結果、Ｎ２Ｏが大気中に排出されることになる。
　この場合、Ｎ２Ｏが大気中に排出されるのを抑制するには燃焼せしめられるアンモニア量を減少させればよいことになる。そこでこの第１実施例では、減速運転時に燃料の供給が停止された後に燃料の供給が再開されるときには図３において実線Ｘで示されるようにアンモニア比率を一時的に機関の運転状態に応じた破線Ｙで示す基準アンモニア比率ＲＡよりも低下させるようにしている。このようにアンモニア比率を低下させると燃焼せしめられるアンモニア量が減少し、斯くして生成されるＮ２Ｏが減少する。従って大気中に排出されるＮ２Ｏの量が減少することになる。
　なお、排気浄化触媒１９内がリーン状態にあると排気浄化触媒１９内における排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃは図３に示されるようにリーンとなり、このとき排気浄化触媒１９からの流出排気ガスの空燃比もリーンとなる。従って第１実施例では、減速運転時に燃料の供給が停止された後に燃料の供給が再開されるときには燃料の供給の再開後、排気浄化触媒１９からの流出排気ガスの空燃比がリーンである間、アンモニア比率を機関の運転状態に応じた基準アンモニア比率ＲＡよりも低下せしめるようにしている。
　なお、減速運転時に燃料の供給が停止された後に燃料の供給が再開されるときに図３において鎖線Ｚで示されるようにアンモニア比率を零とすることもできる。この場合には第２の燃料のみが供給されることになる。第２の燃料のみが供給されると、即ちアンモニアの供給が停止されると燃焼室５内においてほとんどＮ２Ｏは生成されなくなり、斯くして大気中にＮ２Ｏが排出されるのを更に抑制できることになる。
　次に図４を参照しつつ燃料噴射制御に用いる各フラグの制御ルーチンについて説明する。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。
　図４を参照すると、まず初めに燃料の供給を停止すべきことを示す供給停止フラグがセットされているか否かが判別される。この供給停止フラグは通常リセットされているのでステップ７１に進み、機関回転数Ｎが供給停止下限回転数Ｎｃよりも高いか否かが判別される。Ｎ＞Ｎｃのときにはステップ７２に進んで機関負荷Ｌが零であるか否か、即ちアクセルペダル６０が開放されているか否かが判別される。Ｌ＝０でないときには処理サイクルを完了する。
　一方、ステップ７１においてＮ＞Ｎｃであると判断され、ステップ７２においてＬ＝０であると判断されたときには燃料の供給を停止すべき減速運転時であると判断され、このときにはステップ７３に進んで供給停止フラグがセットされる。次いでステップ７４では燃料の供給再開時の処理が完了していないことを示す復帰処理フラグがセットされる。
　供給停止フラグがセットされるとステップ７０からステップ７５に進んで機関回転数Ｎが復帰回転数Ｎｓよりも低下したか否かが判別される。Ｎ＜Ｎｓになるとステップ７７に進んで供給停止フラグがリセットされる。一方、ステップ７５においてＮ≧Ｎｓであると判別されたときにはステップ７６に進んで機関負荷Ｌが零であるか否かが判別され、Ｌ＝０でなくなったとき、即ちアクセルペダル６０が踏込まれたときにはステップ７７に進んで供給停止フラグがリセットされる。
　図５に第１実施例を実行するための燃料噴射制御ルーチンを示す。このルーチンは各気筒に対し噴射を行う毎に順次実行される。
　図５を参照すると、まず初めにステップ８０において供給停止フラグがセットされているか否かが判別される。供給停止フラグがセットされているときには処理サイクルを完了する。このときには燃料の供給が停止される。これに対し、供給停止フラグがリセットされているときにはステップ８１に進んで燃料の噴射制御が行われる。
　即ち、ステップ８１では図２に示すマップから基本アンモニア比率ＲＡが算出される。次いでステップ８２では目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｔが算出される。この実施例ではこの目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｔは理論空燃比とされる。次いでステップ８３では復帰処理フラグがセットされているか否かが判別され、復帰処理フラグがセットされていないときにはステップ８８にジャンプして吸入空気量検出器１７により検出された吸入空気量が読込まれる。次いでステップ８９では基本アンモニア比率ＲＡ、目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｔおよび吸入空気量に基づいてアンモニア噴射弁１３から噴射すべきアンモニア量と燃料噴射弁３４から噴射すべき第２の燃料量が算出され、これら算出値に基づいてアンモニア噴射弁１３および燃料噴射弁３４から夫々アンモニアおよび第２の燃料が噴射される。
　一方、ステップ８３において復帰処理フラグがセットされていると判断されたときにはステップ８４に進んで基準アンモニア比率ＲＡから一定値ΔＲＡが減算される。即ち、目標とすべきアンモニア比率ＲＡが低下せしめられる。この場合、目標とすべきアンモニア比率ＲＡを零とすることもできる。次いでステップ８５では空燃比センサ４２により検出された排気浄化触媒１９からの流出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃが読込まれる。次いでステップ８６ではこの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃが理論空燃比（Ａ／Ｆ）ｏよりも小さくなったか否かが判別される。
　ステップ８６において（Ａ／Ｆ）ｃ＞（Ａ／Ｆ）ｏであると判別されたとき、即ち排気浄化触媒１９からの流出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃがリーンであるときにはステップ８８にジャンプする。このときにはステップ８４において算出されたアンモニア比率ＲＡに基づいて燃料噴射量が算出される。一方、ステップ８６において（Ａ／Ｆ）ｃ≦（Ａ／Ｆ）ｏになったと判断されたとき、即ち排気浄化触媒１９からの流出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃが理論空燃比又はリッチになったときにはステップ８７に進んで復帰処理フラグがリセットされる。次いでステップ８８に進む。
　図６は第１実施例の変形例を実施するための内燃機関の別の実施例を示している。図６に示されるようにこの変形例では燃料噴射弁３４が燃焼室５内に配置されている。この変形例では、燃料の供給が再開されるときにアンモニア比率を零にして第２の燃料のみを供給するようにした場合、第２の燃料が排気行程時に燃焼室５内に供給される。この変形例では第２の燃料を排気行程時に燃焼室５内に供給することによって排気浄化触媒１９からの流出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃが理論空燃比になった後、燃焼室５内へ燃焼しうる時期に燃料が供給され始める。
　図７に第２実施例のタイムチャートを示す。この図７には図３と同様に機関回転数Ｎ、燃焼室５内における燃焼空燃比（Ａ／Ｆ）ｇ、排気浄化触媒１９内における排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃおよびアンモニア比率の変化が示されている。
　図７からわかるようにこの第２実施例では減速運転時に燃料の供給が停止された後に燃料の供給が再開されるときには燃焼空燃比（Ａ／Ｆ）ｇが一時的にリッチにされる。即ち、この第２実施例では図７に示されるように燃料の供給の再開後、排気浄化触媒１９からの流出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃがリーンである間、空燃比がリッチにされる。このように空燃比をリッチにすると排気浄化触媒１９がリーン状態となっている時間を短かくすることができ、斯くして大気中にＮ２Ｏが排出されるのを抑制することができる。
　更に、この第２実施例では燃料噴射を再開すべきときに排気浄化触媒１９内における空燃比をできる限り早く理論空燃比にするために、燃料噴射を再開すべきときには少くとも最初に燃料を供給すべき気筒については燃料の噴射完了時期が吸気弁７の開弁中になっても燃料の噴射作用が行われる。このことについて図８を参照しつつ説明する。
　図８は吸気弁７および排気弁９のリフト量Ｗと、燃料噴射期間とを示している。この第２実施例では通常、点火順序に従って各気筒毎に順次燃料が噴射される同期噴射が行われている。この同期噴射が行われているときの噴射期間が図８に噴射期間Ｉとして示されている。同期噴射が行われる場合には全噴射燃料が燃焼室５内に供給されるように吸気弁７が開弁する少し手前のクランク角θＸにおいて燃料噴射が完了するように噴射期間Ｉが設定される。
　しかしながら、このような同期噴射を常時行っていると減速運転時において燃料噴射を再開すべきときに最初に燃料を供給すべき気筒について噴射期間Ｉの開始時期を既に通り過ぎている場合には、この気筒については燃料噴射は行われない。しかしながらこのように最初に燃料を供給すべき気筒について燃料噴射が停止されると排気浄化触媒１９内における空燃比を理論空燃比にするまで時間を要することになる。
　この場合、図８において噴射時期ＩＩで示されるように吸気弁７が閉弁する少し手前のクランク角θＹまで燃料噴射の完了時期を遅らせれば、即ち噴射時期を遅らせた非同期噴射を行えば最初に燃料を供給すべき気筒に対して燃料を供給することができる場合がある。このような場合、燃料噴射を行うと排気浄化触媒１９内における空燃比（Ａ／Ｆ）ｃが早期に理論空燃比となり、斯くしてアンモニア比率の高い燃料の燃焼を早期に開始させることができるようになる。そこでこの第２実施例では少くとも最初に燃料を供給すべき気筒については燃料の噴射完了時期が図８の噴射期間ＩＩで示されるように吸気弁７の開弁中になっても燃料の非同期噴射を行なうようにしている。
　図９に第２実施例を実行するための燃料噴射制御ルーチンを示す。このルーチンは一部を除いて図５に示すルーチンと全く同じである。
　即ち、図９を参照すると、まず初めにステップ９０において供給停止フラグがセットされているか否かが判別される。供給停止フラグがセットされていないときにはステップ９１に進んで図２に示すマップから基本アンモニア比率ＲＡが算出される。次いでステップ９２では目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｔが算出される。この実施例でもこの目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｔは理論空燃比とされる。
　次いでステップ９３では復帰処理フラグがセットされているか否かが判別され、復帰処理フラグがセットされていないときにはステップ９８にジャンプして吸入空気量検出器１７により検出された吸入空気量が読込まれる。次いでステップ９９では基本アンモニア比率ＲＡ、目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｔおよび吸入空気量に基づいてアンモニア噴射弁１３から噴射すべきアンモニア量と燃料噴射弁３４から噴射すべき第２の燃料量が算出され、これら算出値に基づいてアンモニア噴射弁１３および燃料噴射弁３４から夫々アンモニアおよび第２の燃料が噴射される。このときには図８において噴射期間Ｉで示される同期噴射が行われる。
　一方、ステップ９３において復帰処理フラグがセットされていると判断されたときにはステップ９４に進んで目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｔから一定値Δ（Ａ／Ｆ）が減算される。即ち、目標とする空燃比がリッチ空燃比とされる。次いでステップ９５では空燃比センサ４２により検出された排気浄化触媒１９からの流出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃが読込まれる。次いでステップ９６ではこの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃが理論空燃比（Ａ／Ｆ）ｏよりも小さくなったか否かが判別される。
　ステップ９６において（Ａ／Ｆ）ｃ＞（Ａ／Ｆ）ｏであると判別されたとき、即ち排気浄化触媒１９からの流出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃがリーンであるときにはステップ９８にジャンプし、ステップ９９に進む。このときには少なくとも最初に燃料を供給すべき気筒については燃料の噴射完了時期が吸気弁７の開弁中になっても燃料の噴射作用が行われる。一方、ステップ９６において（Ａ／Ｆ）ｃ≦（Ａ／Ｆ）ｏになったと判断されたとき、即ち排気浄化触媒１９からの流出排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｃが理論空燃比又はリッチになったときにはステップ９７に進んで復帰処理フラグがリセットされる。次いでステップ９８に進む。
　ところでこの第２実施例におけるように燃料の供給再開時に燃焼空燃比（Ａ／Ｆ）ｇがリッチにされると燃焼室５から排出される未燃アンモニアの量が増大する。従って第２実施例の変形例では燃焼室５から排出される未燃アンモニアを酸化するために燃焼空燃比（Ａ／Ｆ）ｇがリッチにされたときには２次空気供給弁４０から排気マニホルド１８内に２次空気を供給するようにしている。
　図１０はこの第２実施例の変形例を実行するための燃料噴射制御ルーチンを示している。図１０に示されるルーチンと図９に示されるルーチンとの異なるところは、図１０に示されるルーチンではステップ９４の後にステップ９４ａが追加されていることだけである。即ち、図１０に示されるルーチンでは、ステップ９３において復帰処理フラグがセットされていると判断されてステップ９４に進み、目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｔがリッチ空燃比とされたときにはステップ９４ａに進んで２次空気供給弁４０から２次空気が供給される。
　次に図１１を参照しつつ第３実施例について説明する。前述したように排気浄化触媒１９が活性化していないときには排気浄化触媒１９においてＮ２Ｏの還元作用が良好に行われない。このとき大気中にＮ２Ｏが排出されるのを抑制するには燃焼せしめられるアンモニア量を減少させること、即ちアンモニア比率を低下させることが必要である。従ってこの第３実施例では図１１に示されるように排気浄化触媒１９の温度ＴＣが予め定められた設定温度Ｔ０よりも低いときにはアンモニア比率の低下量ΔＲを増大させ、アンモニア比率を機関の運転状態に応じた基準アンモニア比率ＲＡよりも低下させるようにしている。
　なお、図１１に示される例では設定温度Ｔ０は排気浄化触媒１９の活性化温度とされている。従って図１１に示される例では排気浄化触媒１９の温度ＴＣが活性化温度Ｔ０以下になるとアンモニア比率は急激に低下せしめられ、ＴＣ＜Ｔ０の温度領域では触媒温度ＴＣが低下するほどアンモニア比率が徐々に低下せしめられる。
　図１２に第３実施例を実行するための燃料噴射制御ルーチンを示す。
　図１２を参照すると、まず初めにステップ１００において図２に示すマップから基本アンモニア比率ＲＡが算出される。次いでステップ１０１では目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｔが算出される。この実施例でもこの目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｔは理論空燃比とされる。次いでステップ１０２では温度センサ４１により検出された排気浄化触媒１９の温度ＴＣが読込まれる。次いでステップ１０３では図１１に示される関係からアンモニア比率の低下量ΔＲが算出される。
　次いでステップ１０４では基準アンモニア比率ＲＡから低下量ΔＲが減算される。即ち、このときΔＲ＞０であれば目標とすべきアンモニア比率ＲＡが低下せしめられる。次いでステップ１０５では吸入空気量検出器１７により検出された吸入空気量が読込まれる。次いでステップ１０６ではステップ１０４において算出されたアンモニア比率ＲＡ、目標空燃比（Ａ／Ｆ）ｔおよび吸入空気量に基づいてアンモニア噴射弁１３から噴射すべきアンモニア量と燃料噴射弁３４から噴射すべき第２の燃料量が算出され、これら算出値に基づいてアンモニア噴射弁１３および燃料噴射３４から夫々アンモニアおよび第２の燃料が噴射される。
　５　　燃焼室
　７　　吸気弁
　８　　吸気ポート
　１３　　アンモニア噴射弁
　２０　　改質器
　２１　　気化器
　２３　　燃料タンク
　２７　　アンモニアガスタンク
　３３　　改質ガス貯蔵タンク
　３４　　燃料噴射弁

Claims (8)

  1. 　燃料として第１の燃料であるアンモニアと、アンモニアより燃焼しやすい第２の燃料とを用い、これら二種類の燃料を燃焼室内に供給して燃焼させるようにした内燃機関の制御装置において、全供給燃料量に対する供給アンモニア量の割合を示す基準アンモニア比率が機関の運転状態に応じ予め設定されていてアンモニア比率は通常、該機関の運転状態に応じた基準アンモニア比率とされており、減速運転時に燃料の供給が停止された後に燃料の供給が再開されるときにはアンモニア比率を一時的に機関の運転状態に応じた上記基準アンモニア比率よりも低下させるようにした内燃機関の制御装置。
  2. 　減速運転時に燃料の供給が停止された後に燃料の供給が再開されるときにはアンモニア比率が零とされ、第２の燃料のみが供給される請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 　上記第２の燃料は排気行程時に燃焼室内に供給される請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 　減速運転時に燃料の供給が停止された後に燃料の供給が再開されるときには燃料の供給の再開後、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒からの流出排気ガスの空燃比がリーンである間、アンモニア比率が機関の運転状態に応じた上記基準アンモニア比率よりも低下せしめられる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 　燃料として第１の燃料であるアンモニアと、アンモニアより燃焼しやすい第２の燃料とを用い、これら二種類の燃料を燃焼室内に供給して燃焼させるようにした内燃機関の制御装置において、各燃料は各気筒の吸気ポート内に向けて、通常は対応する吸気弁の開弁前に噴射が完了するように噴射されており、減速運転時に燃料の供給が停止された後に燃料の供給が再開されるときには空燃比が一時的にリッチにされると共に少くとも最初に燃料を供給すべき気筒については燃料の噴射完了時期が吸気弁の開弁中になっても燃料の噴射作用が行われる内燃機関の制御装置。
  6. 　空燃比が一時的にリッチにされたときには機関排気通路内に２次空気を供給するようにした請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
  7. 　減速運転時に燃料の供給が停止された後に燃料の供給が再開されるときには燃料の供給の再開後、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒からの流出排気ガスの空燃比がリーンである間、空燃比がリッチにされると共に少くとも最初に燃料を供給すべき気筒については燃料の噴射完了時期が吸気弁の開弁中になっても燃料の噴射作用が行われる請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
  8. 　燃料として第１の燃料であるアンモニアと、アンモニアより燃焼しやすい第２の燃料とを用い、これら二種類の燃料を燃焼室内に供給して燃焼させるようにした内燃機関の制御装置において、全供給燃料量に対する供給アンモニア量の割合を示す基準アンモニア比率が機関の運転状態に応じ予め設定されていてアンモニア比率は通常、該機関の運転状態に応じた基準アンモニア比率とされており、機関排気通路内に配置された排気浄化触媒の温度が予め定められた設定温度よりも低いときにはアンモニア比率を機関の運転状態に応じた上記基準アンモニア比率よりも低下させるようにした内燃機関の制御装置。
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