WO2012153424A1 - 多種燃料内燃機関の制御システム - Google Patents

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WO2012153424A1
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combustion engine
fuel
exhaust
catalyst
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裕介 中山
入澤　泰之
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トヨタ自動車株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control technology for a multi-fuel internal combustion engine having a plurality of cylinder groups.
  • Patent Document 2 in a configuration in which a NO X catalyst is arranged in an exhaust system of a multi-fuel internal combustion engine, if the liquid fuel can be used when recovering the NO X catalyst from sulfur poisoning, the liquid fuel A technique for carrying out poisoning recovery control using a laser is described.
  • the present invention includes a plurality of cylinder groups, an exhaust passage connected to each cylinder group, a combined exhaust passage formed by joining the plurality of exhaust passages, a three-way catalyst disposed in the combined exhaust passage, in the multi-fuel internal combustion engine control system provided with, aimed at reducing the amount of the NO X discharged into the atmosphere effectively when the internal combustion engine is in a cold state.
  • the present invention is arranged in each of a plurality of cylinder groups, a plurality of sub-exhaust pipes through which exhaust gas discharged from the plurality of cylinder groups flows independently, and a plurality of sub-exhaust pipes.
  • a three-way catalyst, and a supply device that supplies either one of a liquid fuel and a gaseous fuel to a plurality of cylinder groups.
  • NO X adsorption capacity The amount of NO X that can be adsorbed by the three-way catalyst (hereinafter referred to as “NO X adsorption capacity”) is greater when the temperature of the three-way catalyst is lower than when the temperature is higher.
  • NO X adsorbing capacity of the three-way catalyst the three-way catalyst increases when it is in a temperature range lower than the activation temperature.
  • NO X adsorbing capacity of the three-way catalyst made many people when the internal combustion engine is operated by the gaseous fuel than when operated by liquid fuel. This is thought to be due to the fact that the burned gas of the liquid fuel contains more non-methane hydrocarbons than the burned gas of the gaseous fuel.
  • NO X amount to be adsorbed in the three-way catalyst compared to the case when non-methane hydrocarbon in the exhaust gas is large is small is reduced.
  • the present invention includes a plurality of cylinder groups, a plurality of sub exhaust pipes through which exhaust discharged from the plurality of cylinder groups flows independently, and a three-way catalyst disposed in each of the plurality of sub exhaust pipes.
  • a control system for a multi-fuel internal combustion engine comprising: A supply device for supplying one of liquid fuel and gaseous fuel to each cylinder group; When the internal combustion engine is in a cold state and when the internal combustion engine is in a low load operation state, a control unit that controls the supply device so that gaseous fuel is supplied to a specific cylinder group among the plurality of cylinder groups I was prepared to.
  • “when the internal combustion engine is in a cold state” indicates, for example, the time from when the internal combustion engine is started until the three-way catalyst is activated. Further, the term “when the internal combustion engine is in a low load operation state” as used herein indicates, for example, the time when the non-methane hydrocarbons in the exhaust are adsorbed by the three-way catalyst when the internal combustion engine is operated with liquid fuel. .
  • the specific cylinder group is operated by the gaseous fuel when the internal combustion engine is in a cold state and when the internal combustion engine is in a low load operation state. . Therefore, even when the internal combustion engine shifts from the low load operation state to the stop state, the three-way catalyst (hereinafter referred to as “specific catalyst”) arranged in the sub exhaust passage of the specific cylinder group absorbs most of the non-methane hydrocarbons. This is a state in which the HC is not poisoned.
  • the amount of NO X discharged into the atmosphere is reliably ensured while the internal combustion engine is in a cold state while suppressing the consumption of gaseous fuel. Can be reduced.
  • all the cylinder groups may be permitted to operate with the gaseous fuel during low load operation and cold.
  • the control system of the multi-fuel internal combustion engine of the present invention among the plurality of the three-way catalyst, may be enhanced NO X adsorbing capacity of only specific catalyst. That is, a particular catalyst may be formed so as NO X adsorbing ability becomes higher than the other three-way catalyst. In other words, the three-way catalyst other than the specific catalyst, NO X adsorbing capacity may be formed to be lower. According to such a configuration, it is possible to reduce exhaust emission when the internal combustion engine is in a cold state while suppressing the manufacturing cost of an exhaust system including a plurality of three-way catalysts.
  • a plurality of cylinder groups, a plurality of sub-exhaust pipes through which exhaust exhausted from the plurality of cylinder groups flows independently, and a three-way catalyst disposed in each of the plurality of sub-exhaust pipes, in the multi-fuel internal combustion engine control system with, can be the amount of the NO X discharged to the atmosphere is effectively reduced when the internal combustion engine is in a cold state.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied. It is a figure which shows schematic structure of a 1st cylinder group. Is a flowchart illustrating the NO X adsorption treatment routine. It is a flowchart which shows HC poisoning suppression process routine.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied.
  • An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is a spark ignition internal combustion engine that can use liquid fuel and gaseous fuel.
  • the “liquid fuel” used herein may be a non-methane hydrocarbon fuel such as a petroleum liquid fuel such as gasoline or a mixed liquid fuel in which ethanol or methanol is mixed with a petroleum liquid fuel.
  • gaseous fuel compressed natural gas (CNG) can be used as the “gaseous fuel”.
  • CNG compressed natural gas
  • the internal combustion engine 1 is an internal combustion engine in which two cylinder groups 2a and 2b are arranged in a V shape.
  • two cylinder groups 2a and 2b are arranged in a V shape.
  • three cylinders 200a and 200b are provided in each cylinder group 2a and 2b, respectively, but the number may be two or less, or may be four or more.
  • the two cylinder groups may be arranged so as to face each other, or may be arranged in series.
  • first intake pipe 9a and the first auxiliary exhaust pipe 10a are connected to one cylinder group 2a (hereinafter referred to as “first cylinder group 2a”).
  • the first intake pipe 9a is a passage for guiding fresh air (air) taken from the atmosphere to each cylinder 200a of the first cylinder group 2a.
  • the first sub exhaust pipe 10a is a passage for flowing gas (exhaust gas) discharged from each cylinder 200a of the first cylinder group 2a.
  • a first throttle valve 13a In the middle of the first intake pipe 9a, a first throttle valve 13a is arranged.
  • the first throttle valve 13a has a valve body that changes the passage cross-sectional area of the first intake pipe 9a and an electric actuator for driving the valve body, and is sucked into each cylinder 200a of the first cylinder group 2a. Adjust the amount.
  • a first air flow meter 14a is disposed in the first intake pipe 9a upstream of the first throttle valve 13a.
  • the first air flow meter 14a is a sensor that outputs an electrical signal correlated with the amount of air (mass) flowing through the first intake pipe 9a.
  • a first front catalyst 15a is disposed in the middle of the first sub exhaust pipe 10a.
  • the first front catalyst 15a contains a three-way catalyst that can adsorb nitrogen oxide (NO x ) in the exhaust when it is in a low temperature state.
  • a first air-fuel ratio sensor 17a is disposed in the first auxiliary exhaust pipe 10a upstream from the first front catalyst 15a.
  • the first air-fuel ratio sensor 17a is a sensor that outputs an electrical signal that correlates with the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing through the first sub-exhaust pipe 10a.
  • the other cylinder group 2b (hereinafter referred to as “second cylinder group 2b”) is connected to the second intake pipe 9b and the second auxiliary exhaust pipe 10b.
  • the second intake pipe 9b is a passage for guiding air taken from the atmosphere to each cylinder 200b of the second cylinder group 2b.
  • the second sub exhaust pipe 10b is a passage for flowing exhaust exhausted from each cylinder 200b of the second cylinder group 2b.
  • a second throttle valve 13b is disposed in the middle of the second intake pipe 9b.
  • the second throttle valve 13b is configured in the same manner as the first throttle valve 13a, and adjusts the amount of air taken into each cylinder 200b of the second cylinder group 2b.
  • a second air flow meter 14b is disposed in the second intake pipe 9b upstream of the second throttle valve 13b.
  • the second air flow meter 14b is a sensor that outputs an electrical signal corresponding to the amount of air (mass) flowing through the second intake pipe 9b.
  • a second pre-stage catalyst 15b is disposed in the middle of the second auxiliary exhaust pipe 10b.
  • the second stage catalyst 15b as in the first stage catalyst 15a, contains adsorbable three-way catalyst and NO X in the exhaust gas when in a cold state.
  • a second air-fuel ratio sensor 17b is disposed in the second sub exhaust pipe 10b upstream from the second front catalyst 15b.
  • the second air-fuel ratio sensor 17b is a sensor that outputs an electrical signal that correlates with the air-fuel ratio of the exhaust flowing in the second sub exhaust pipe 10b.
  • the first sub exhaust pipe 10a and the second sub exhaust pipe 10b are connected to one main exhaust pipe 10c.
  • the main exhaust pipe 10c is a passage through which exhaust gases flowing out from the first sub exhaust pipe 10a and the second sub exhaust pipe 10b are joined and flowed.
  • a rear stage catalyst 16 is disposed in the middle of the main exhaust pipe 10c.
  • the rear catalyst 16 contains a three-way catalyst capable of adsorbing nitrogen oxide (NO x ) in the exhaust when it is in a low temperature state, similarly to the front catalysts 15a and 15b.
  • An O 2 sensor 18 and an exhaust temperature sensor 19 are disposed in the main exhaust pipe 10 c downstream from the rear catalyst 16.
  • the O 2 sensor 18 is a sensor that outputs an electrical signal correlated with the concentration of oxygen (O 2 ) contained in the exhaust gas.
  • the exhaust temperature sensor 19 is a sensor that outputs an electrical signal correlated with the exhaust temperature.
  • first cylinder group 2a and the second cylinder group 2b are provided with supply devices 100a and 100b, respectively.
  • a supply device 100a (hereinafter referred to as “first supply device 100a”) provided in the first cylinder group 2a selectively supplies liquid fuel and gaseous fuel to the cylinder 200a of the first cylinder group 2a. It is.
  • a supply device 100b (hereinafter referred to as “second supply device 100b”) provided in the second cylinder group 2b selectively supplies liquid fuel and gaseous fuel to the cylinder 200b of the second cylinder group 2b. It is.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of the first cylinder group 2a.
  • a piston 3 is slidably loaded in each cylinder 200a of the first cylinder group 2a.
  • the piston 3 is connected to an engine output shaft (crankshaft) via a connecting rod (not shown).
  • the first cylinder group 2a includes an intake port 4 for introducing fresh air (air) from the first intake pipe 9a into the cylinder 200a, and an exhaust for guiding burned gas in the cylinder 200a to the first sub exhaust pipe 10a. Port 5.
  • the first cylinder group 2 a includes an intake valve 6 for opening and closing the opening end of the intake port 4 and an exhaust valve 7 for opening and closing the opening end of the exhaust port 5.
  • the intake valve 6 and the exhaust valve 7 are driven to open and close by an intake cam shaft and an exhaust cam shaft (not shown), respectively.
  • the first cylinder group 2a includes a spark plug 8 for generating a spark as a spark in the cylinder 200a.
  • the first supply device 100a includes a first fuel injection valve 11, a first fuel passage 110, a first fuel tank 111, a fuel pump 112, a first cutoff valve 113, a second fuel injection valve 12, 2 fuel passage 120, second fuel tank 121, regulator 122, and second shutoff valve 123.
  • the first fuel injection valve 11 and the second fuel injection valve 12 are provided for each cylinder.
  • the first fuel injection valve 11 is attached in the vicinity of the intake port 4 in the first cylinder group 2 a and injects liquid fuel into the intake port 4.
  • the first fuel injection valve 11 communicates with the first fuel tank 111 via the first fuel passage 110.
  • a fuel pump 112 and a first shut-off valve 113 are disposed in the middle of the first fuel passage 110.
  • the fuel pump 112 supplies the liquid fuel stored in the first fuel tank 111 to the first fuel injection valve 11.
  • the first cutoff valve 113 is a device that switches between cutoff and conduction of the first fuel passage 110.
  • the second fuel injection valve 12 is attached in the vicinity of the intake port 4 in the first intake pipe 9a, and injects gaseous fuel into the first intake pipe 9a.
  • the second fuel injection valve 12 communicates with the second fuel tank (CNG cylinder) 121 via the second fuel passage 120.
  • a regulator 122 and a second shut-off valve 123 are disposed in the middle of the second fuel passage 120.
  • the regulator 122 is a device that depressurizes compressed natural gas (CNG) to a predetermined pressure.
  • the second shutoff valve 123 is a device that switches between shutoff and conduction of the second fuel passage 120.
  • the second fuel tank 121 is provided with a remaining amount sensor 124 that outputs an electrical signal correlated with the amount of gaseous fuel stored in the second fuel tank 121.
  • the internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 30.
  • the ECU 30 is electrically connected to various sensors such as the accelerator position sensor 32 in addition to the air flow meters 14a and 14b, the air-fuel ratio sensors 17a and 17b, the O 2 sensor 18 and the exhaust temperature sensor 19, and outputs from the various sensors. A signal can be input.
  • the ECU 30 also includes various devices such as the ignition plug 8, the first fuel injection valve 11, the second fuel injection valve 12, the throttle valves 13a and 13b, the fuel pump 112, the first cutoff valve 113, and the second cutoff valve 123. And various devices can be controlled in accordance with the output signals of the various sensors described above.
  • NO X adsorption process for adsorbing to either one of the first pre-stage catalyst 15a or the second pre-stage catalyst 15b (specific catalyst) is executed.
  • NO X adsorption process we describe how to perform of the NO X adsorption process in this embodiment.
  • an example will be described in which NO X in the exhaust is adsorbed by the first front catalyst 15a.
  • Three-way catalyst contained in the first stage catalyst 15a when in the lower activation temperature cold state, adsorbs NO X in the exhaust gas. Therefore, even when the first front catalyst 15a is in an inactive state, such as when the internal combustion engine 1 is in a warm-up operation state after a cold start, NO X in the exhaust gas is removed from the first front catalyst 15a. be adsorbed by, it is possible to reduce the amount of NO X discharged into the atmosphere.
  • the first stage catalyst 15a is a large amount of non-methane hydrocarbons from the first cylinder bank 2a is discharged when in the cold state, NO X amount to be adsorbed on the first stage catalyst 15a is reduced. As a result, the greater the amount of NO X discharged into the atmosphere.
  • the burned gas of liquid fuel contains a larger amount of non-methane hydrocarbon than the burned gas of gaseous fuel (compressed natural gas (CNG)). Therefore, when the first cylinder group 2a is operated with the liquid fuel when the first front catalyst 15a is in an inactive state, the amount of NO X that can be adsorbed by the first front catalyst 15a (NO X adsorption capacity) decreases. . As a result, there is a possibility that it is impossible to sufficiently reduce the amount of NO X discharged into the atmosphere.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the NO X adsorption processing routine.
  • the NO X adsorption processing routine is a routine that is stored in advance in the ROM of the ECU 30 or the like, and is a routine that is executed by the ECU 30 with the start of the internal combustion engine 1 as a trigger.
  • the ECU 30 first determines in S101 whether or not the internal combustion engine 1 is in a cold state. That is, it is determined whether or not the temperature of the first front catalyst 15a is lower than the activation temperature. For example, the ECU 30 determines that the internal combustion engine 1 is in a cold state when the temperature of the cooling water circulating through the internal combustion engine 1 is equal to or lower than a predetermined temperature or when the detected value of the exhaust temperature sensor 19 is equal to or lower than the predetermined temperature. To do.
  • the ECU 30 operates the first cylinder group 2a with the gaseous fuel, and operates the first cylinder 100a and the second cylinder 100b in order to operate the second cylinder group 2b with the liquid fuel or stop the operation of the second cylinder group 2b.
  • the supply device 100b is controlled.
  • the process of S102 is repeatedly performed until the first pre-stage catalyst 15a is activated.
  • NO X adsorption process routine in FIG. 3 when the NO X adsorption treatment is executed, NO X discharged from the first cylinder bank 2a is adsorbed by the first stage catalyst 15a. In this case, NO X amount exhausted to the atmosphere from the first cylinder bank 2a is reduced. As a result, the amount of NO X discharged into the atmosphere from the whole internal combustion engine 1, including a first cylinder group 2a and the second cylinder group 2b is also reduced. Therefore, exhaust emission when the internal combustion engine 1 is in a cold state can be reduced.
  • NO X adsorbing capacity of the first stage catalyst 15a is high, and, as NO X adsorbing capacity of the second stage catalyst 15b is lowered, it is also possible to configure precatalyst 15a, a 15b. As a result, the manufacturing cost of the pre-stage catalysts 15a and 15b can be kept low.
  • the internal combustion engine 1 is operated at a low load using liquid fuel immediately before the operation of the internal combustion engine 1 is stopped, a large amount of non-methane hydrocarbon is added to the first front catalyst 15a and the second front catalyst 15b.
  • the operation of the internal combustion engine 1 is stopped in a state in which is adsorbed.
  • the first cylinder bank 2a is also operated by the gaseous fuel, can not be the first stage catalyst 15a is sufficiently adsorbs NO X in the exhaust gas after the next start of the internal combustion engine 1.
  • the ECU 30 performs the HC poisoning suppression process for suppressing the HC poisoning of the first cylinder group 2a in the engine operating state in which the non-methane hydrocarbons in the exhaust can be adsorbed by the first front catalyst 15a.
  • the ECU 30 operates the first cylinder group 2a with gaseous fuel when the load factor of the internal combustion engine 1 is less than the lower limit value.
  • the “lower limit value” here corresponds to the lowest value of the load factor that is considered that the first pre-stage catalyst 15a hardly adsorbs non-methane hydrocarbons when the internal combustion engine 1 is operated with liquid fuel. It is a value obtained by an adaptation process using an experiment or the like.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an HC poisoning suppression processing routine.
  • the HC poisoning suppression processing routine is a routine that is stored in advance in the ROM of the ECU 30 and the like, and is a routine that is periodically executed by the ECU 30.
  • the ECU 30 first in S201, the intake air amount of the internal combustion engine 1 (detected values of the first air flow meter 14a and the second air flow meter 14b), the engine speed, and the accelerator opening (accelerator position sensor 32).
  • the load factor of the internal combustion engine 1 is calculated using the detected value) as a parameter.
  • the ECU 30 determines whether or not the load factor calculated in S201 is smaller than a lower limit value.
  • the lower limit value corresponds to the lowest value of the load factor that is considered that the first pre-stage catalyst 15a hardly adsorbs the non-methane hydrocarbon when the internal combustion engine 1 is operated with the liquid fuel.
  • the ECU 30 proceeds to S204 and operates the first cylinder group 2a and the second cylinder group 2b as usual.
  • the ECU 30 proceeds to S203 and operates the first cylinder group 2a with gaseous fuel.
  • the amount of non-methane hydrocarbons discharged from the first cylinder group 2a is extremely small, HC poisoning of the first front catalyst 15a is suppressed.
  • the amount of non-methane hydrocarbon adsorbed on the first front catalyst 15a at the next start-up becomes very small. Therefore, after the next start of the internal combustion engine 1, when the first cylinder bank 2a is operated by the gaseous fuel, the first stage catalyst 15a becomes possible adsorption amounts of NO X.
  • the control unit according to the present invention is realized. As a result, when the internal combustion engine 1 is in a cold state can be reduced to ensure the amount of the NO X discharged into the atmosphere.
  • the first cylinder group 2a is set as a specific cylinder group and the first front catalyst 15a is set as a specific catalyst.
  • the second cylinder group 2b is set as a specific cylinder group.
  • the second pre-stage catalyst 15b may be set as a specific catalyst.
  • NO X adsorbing capacity of the first stage catalyst 15a and the second stage catalyst 15b are equivalent, the first cylinder group 2a and the second cylinder group 2b is set to a specific cylinder group alternately, first The pre-stage catalyst 15a and the second pre-stage catalyst 15b may be alternately set as the specific catalyst.

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Abstract

　本発明は、複数の気筒群と、各気筒群に接続される排気通路と、それら複数の排気通路を合流させて形成される合流排気通路と、合流排気通路に配置される三元触媒と、を備えた多種燃料内燃機関の制御システムにおいて、三元触媒が排気中の窒素酸化物を吸着可能なとき、及び三元触媒が排気中の炭化水素により被毒されるときに、特定の気筒群を気体燃料により運転させるようにした。このような多種燃料内燃機関の制御システムによれば、特定の三元触媒がＨＣ被毒した状態で内燃機関の運転が停止される事態を回避することができるため、内燃機関が冷間状態にあるときに特定の三元触媒のＮＯＸ吸着能を有効に活用することができる。

Description

多種燃料内燃機関の制御システム
　本発明は、複数の気筒群を備えた多種燃料内燃機関の制御技術に関する。
　近年、複数種の燃料により運転可能な多種燃料内燃機関が提案されている。多種燃料内燃機関において、該内燃機関の排気系に配置された吸蔵還元型ＮＯＸ触媒のＮＯＸ還元処理を行うときに、液体燃料を使用する技術についても提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
　また、特許文献２には、多種燃料内燃機関の排気系にＮＯＸ触媒が配置された構成において、ＮＯＸ触媒を硫黄被毒から回復させるときに、液体燃料を使用可能であれば、液体燃料を使用して被毒回復制御を実施する技術について記述されている。
特開２００４－２３９１３２号公報 特開２００６－０７７７４０号公報
　ところで、内燃機関の排気系に三元触媒を配置し、内燃機関の冷間時などに排気中に含まれるＮＯＸを三元触媒に吸着させることにより、排気エミッションの低減を図る場合がある。
　本発明は、複数の気筒群と、各気筒群に接続される排気通路と、それら複数の排気通路を合流させて形成される合流排気通路と、合流排気通路に配置される三元触媒と、を備えた多種燃料内燃機関の制御システムにおいて、内燃機関が冷間状態にあるときに大気中へ排出されるＮＯＸの量を効率的に低減させることを目的とする。
　本発明は、上記した課題を解決するために、複数の気筒群と、複数の気筒群から排出される排気が独立して流れる複数の副排気管と、複数の副排気管のそれぞれに配置される三元触媒と、複数の気筒群に液体燃料又は気体燃料の何れか一方を供給する供給装置と、を備えた多種燃料内燃機関の制御システムにおいて、三元触媒が排気中の窒素酸化物を吸着可能なとき、及び内燃機関が低負荷運転されるときに、特定の気筒群を気体燃料により運転させるようにした。
　三元触媒が吸着可能なＮＯＸの量（以下、「ＮＯＸ吸着容量」と称する）は、該三元触媒の温度が高いときより低いときの方が多くなる。特に、三元触媒のＮＯＸ吸着容量は、該三元触媒が活性温度より低い温度域にあるときに多くなる。また、三元触媒のＮＯＸ吸着容量は、内燃機関が液体燃料により運転される場合より気体燃料により運転される場合の方が多くなる。これは、液体燃料の既燃ガスは、気体燃料の既燃ガスより多くの非メタン炭化水素を含むことに因ると考えられる。すなわち、非メタン炭化水素はＮＯＸよりも三元触媒に吸着され易いため、排気中の非メタン炭化水素が多い場合は少ない場合に比べ三元触媒に吸着されるＮＯＸ量が減少する。
　したがって、内燃機関が冷間始動後の暖機運転状態にある場合などに、該内燃機関が気体燃料により運転されると、三元触媒に吸着されるＮＯＸ量を増加させることができる。その結果、三元触媒が未活性状態にあるときに、大気中に排出されるＮＯＸの量が減少する。
　ところで、内燃機関の運転が停止されるとき若しくは停止直前に、該内燃機関が液体燃料を使用して低負荷運転されていると、三元触媒に非メタン炭化水素が吸着された状態、すなわち三元触媒がＨＣ被毒した状態で内燃機関の運転が停止されることになる。そのため、内燃機関の次回始動後の暖機運転時に、該内燃機関が気体燃料により運転されても、三元触媒に吸着されるＮＯＸ量が少なくなる可能性がある。
　そこで、本発明は、複数の気筒群と、複数の気筒群から排出される排気が独立して流れる複数の副排気管と、複数の副排気管のそれぞれに配置される三元触媒と、を備えた多種燃料内燃機関の制御システムであって、
　各気筒群に液体燃料と気体燃料の何れか一方を供給する供給装置と、
　内燃機関が冷間状態にあるとき、及び内燃機関が低負荷運転状態にあるときに、複数の気筒群のうち、特定の気筒群へ気体燃料が供給されるように供給装置を制御する制御部を備えるようにした。
　ここでいう「内燃機関が冷間状態にあるとき」は、たとえば、内燃機関の始動時から三元触媒が活性するまでの時期を示す。また、ここでいう「内燃機関が低負荷運転状態にあるとき」は、たとえば、内燃機関が液体燃料により運転されたときに排気中の非メタン炭化水素が三元触媒に吸着される時期を示す。
　このように構成された多種燃料内燃機関の制御システムによれば、内燃機関が冷間状態にある場合と内燃機関が低負荷運転状態にある場合とにおいて、特定気筒群が気体燃料により運転される。そのため、内燃機関が低負荷運転状態から停止状態へ移行しても、特定気筒群の副排気通路に配置された三元触媒（以下、「特定触媒」と称する）は非メタン炭化水素を殆ど吸着していない状態（ＨＣ被毒されていない状態）となる。よって、内燃機関の次回始動後であって、且つ該内燃機関が冷間状態にあるときに、特定気筒群が気体燃料により運転されると、複数の三元触媒のうちの少なくとも特定触媒が排気中のＮＯＸを吸着可能になる。
　なお、内燃機関が低負荷運転状態にあるときに、全ての気筒群を気体燃料により運転させる方法も考えられるが、気体燃料の消費量が過大になる可能性がある。気体燃料は液体燃料よりエネルギ貯蔵密度が低いため、車両などに搭載可能な気体燃料の量が液体燃料より少なくなる場合が多い。よって、内燃機関の低負荷運転時に全ての気筒群が気体燃料により運転されると、気体燃料を頻繁に補給する必要が生じたり、気体燃料を使用すべき運転領域において気体燃料を使用することができなくなったりする可能性がある。
　これに対し、本発明の多種燃料内燃機関の制御システムによれば、気体燃料の消費量を少なく抑えつつ、内燃機関が冷間状態にあるときに大気中へ排出されるＮＯＸ量を確実に減少させることができる。ただし、気体燃料の残量が所定量以上である場合は、全ての気筒群に対して低負荷運転時及び冷間時の気体燃料による運転を許可するようにしてもよい。
　ここで、三元触媒のＮＯＸ吸着能力を高める方法として、貴金属触媒や助触媒を追加したり、それらの担持量を増加させたりする方法が考えられる。しかしながら、このような方法によると、三元触媒の製造コストが増加する可能性がある。そこで、本発明の多種燃料内燃機関の制御システムは、複数の三元触媒のうち、特定触媒のみのＮＯＸ吸着能力を高めるようにしてもよい。すなわち、特定触媒は、他の三元触媒に比してＮＯＸ吸着能が高くなるように形成されてもよい。言い換えれば、特定触媒以外の三元触媒について、ＮＯＸ吸着能が低くなるように形成されてもよい。このような構成によれば、複数の三元触媒を含む排気系の製造コストを低く抑えつつ、内燃機関が冷間状態にあるときの排気エミッションを減少させることができる。
　本発明によれば、複数の気筒群と、複数の気筒群から排出される排気が独立して流れる複数の副排気管と、複数の副排気管のそれぞれに配置される三元触媒と、を備えた多種燃料内燃機関の制御システムにおいて、内燃機関が冷間状態にあるときに大気中へ排出されるＮＯＸの量を効率的に低減させることができる。
本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。 第１気筒群の概略構成を示す図である。 ＮＯＸ吸着処理ルーチンを示すフローチャートである。 ＨＣ被毒抑制処理ルーチンを示すフローチャートである。
　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。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り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。
　図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、液体燃料と気体燃料を使用可能な火花点火式内燃機関である。なお、ここでいう「液体燃料」としては、ガソリン等の石油系液体燃料、またはエタノールやメタノール等が石油系液体燃料に混合された混合液体燃料などの非メタン炭化水素燃料を用いることができる。また、「気体燃料」としては、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用いることができる。
　内燃機関１は、２つの気筒群２ａ，２ｂがＶ型に配列された内燃機関である。なお、図１に示す例では、各気筒群２ａ，２ｂにそれぞれ３つの気筒２００ａ，２００ｂが設けられているが、２つ以下であってもよく、或いは４つ以上であってもよい。また、２つの気筒群が互いに対向するように配置されてもよく、或いは直列に配置されてもよい。
　２つの気筒群２ａ，２ｂのうち、一方の気筒群２ａ（以下、「第１気筒群２ａ」と称する）には、第１吸気管９ａと第１副排気管１０ａとが接続されている。第１吸気管９ａは、大気中から取り込まれた新気（空気）を第１気筒群２ａの各気筒２００ａへ導くための通路である。第１副排気管１０ａは、第１気筒群２ａの各気筒２００ａから排出されるガス（排気）を流すための通路である。
　第１吸気管９ａの途中には、第１スロットル弁１３ａが配置されている。第１スロットル弁１３ａは、第１吸気管９ａの通路断面積を変更する弁体と該弁体を駆動するための電動アクチュエータを有し、第１気筒群２ａの各気筒２００ａへ吸入される空気量を調整する。第１スロットル弁１３ａより上流の第１吸気管９ａには、第１エアフローメータ１４ａが配置されている。第１エアフローメータ１４ａは、第１吸気管９ａ内を流れる空気量（質量）に相関した電気信号を出力するセンサである。
　第１副排気管１０ａの途中には、第１前段触媒１５ａが配置されている。第１前段触媒１５ａは、低温状態にあるときに排気中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸着可能な三元触媒を含有している。第１前段触媒１５ａより上流の第１副排気管１０ａには、第１空燃比センサ１７ａが配置されている。第１空燃比センサ１７ａは、第１副排気管１０ａ内を流れる排気の空燃比と相関する電気信号を出力するセンサである。
　２つの気筒群２ａ，２ｂのうち、他方の気筒群２ｂ（以下、「第２気筒群２ｂ」と称する）には、第２吸気管９ｂと第２副排気管１０ｂとが接続されている。第２吸気管９ｂは、大気中から取り込まれた空気を第２気筒群２ｂの各気筒２００ｂへ導くための通路である。第２副排気管１０ｂは、第２気筒群２ｂの各気筒２００ｂから排出される排気を流すための通路である。
　第２吸気管９ｂの途中には、第２スロットル弁１３ｂが配置されている。第２スロットル弁１３ｂは、第１スロットル弁１３ａと同様に構成され、第２気筒群２ｂの各気筒２００ｂへ吸入される空気量を調整する。第２スロットル弁１３ｂより上流の第２吸気管９ｂには、第２エアフローメータ１４ｂが配置されている。第２エアフローメータ１４ｂは、第２吸気管９ｂ内を流れる空気量（質量）に対応した電気信号を出力するセンサである。
　第２副排気管１０ｂの途中には、第２前段触媒１５ｂが配置されている。第２前段触媒１５ｂは、第１前段触媒１５ａと同様に、低温状態にあるときに排気中のＮＯＸを吸着可能な三元触媒を含有している。第２前段触媒１５ｂより上流の第２副排気管１０ｂには、第２空燃比センサ１７ｂが配置されている。第２空燃比センサ１７ｂは、第２副排気管１０ｂ内を流れる排気の空燃比と相関する電気信号を出力するセンサである。
　第１副排気管１０ａと第２副排気管１０ｂは、１本の主排気管１０ｃに接続されている。主排気管１０ｃは、第１副排気管１０ａ及び第２副排気管１０ｂから流出する排気を合流させて流す通路である。主排気管１０ｃの途中には、後段触媒１６が配置されている。後段触媒１６は、前段触媒１５ａ，１５ｂと同様に、低温状態にあるときに排気中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸着可能な三元触媒を含有している。
　後段触媒１６より下流の主排気管１０ｃには、Ｏ２センサ１８と排気温度センサ１９が配置されている。Ｏ２センサ１８は、排気に含まれる酸素（Ｏ２）の濃度と相関する電気信号を出力するセンサである。排気温度センサ１９は、排気の温度と相関する電気信号を出力するセンサである。
　また、第１気筒群２ａと第２気筒群２ｂには、供給装置１００ａ，１００ｂがそれぞれ設けられている。第１気筒群２ａに設けられる供給装置１００ａ（以下、「第１供給装置１００ａ」と称する）は、第１気筒群２ａの気筒２００ａに対して、液体燃料と気体燃料を選択的に供給する装置である。第２気筒群２ｂに設けられる供給装置１００ｂ（以下、「第２供給装置１００ｂ」と称する）は、第２気筒群２ｂの気筒２００ｂに対して、液体燃料と気体燃料を選択的に供給する装置である。
　ここで、供給装置１００ａ，１００ｂの構成について図２に基づいて説明する。図２は、第１気筒群２ａの概略構成を示す図である。第１気筒群２ａの各気筒２００ａには、ピストン３が摺動自在に装填されている。ピストン３は、図示しないコネクティングロッドを介して機関出力軸（クランクシャフト）に連結されている。
　第１気筒群２ａは、第１吸気管９ａから気筒２００ａ内へ新気（空気）を導くための吸気ポート４と、気筒２００ａ内の既燃ガスを第１副排気管１０ａへ導くための排気ポート５と、を備えている。第１気筒群２ａは、吸気ポート４の開口端を開閉するための吸気バルブ６と、排気ポート５の開口端を開閉するための排気バルブ７と、を備えている。吸気バルブ６と排気バルブ７は、図示しないインテークカムシャフトとエキゾーストカムシャフトによりそれぞれ開閉駆動される。また、第１気筒群２ａは、気筒２００ａ内に火種としての火花を発生させるための点火プラグ８を備えている。
　第１供給装置１００ａは、第１燃料噴射弁１１と、第１燃料通路１１０と、第１燃料タンク１１１と、燃料ポンプ１１２と、第１遮断弁１１３と、第２燃料噴射弁１２と、第２燃料通路１２０と、第２燃料タンク１２１と、レギュレータ１２２と、第２遮断弁１２３と、を備えている。なお、第１燃料噴射弁１１と第２燃料噴射弁１２は、それぞれ気筒毎に設けられる。
　第１燃料噴射弁１１は、第１気筒群２ａにおける吸気ポート４の近傍に取り付けられ、吸気ポート４内へ液体燃料を噴射する。第１燃料噴射弁１１は、第１燃料通路１１０を介して第１燃料タンク１１１に連通している。第１燃料通路１１０の途中には、燃料ポンプ１１２と第１遮断弁１１３が配置されている。燃料ポンプ１１２は、第１燃料タンク１１１に貯留されている液体燃料を第１燃料噴射弁１１へ供給する。第１遮断弁１１３は、第１燃料通路１１０の遮断と導通を切り替える機器である。
　第２燃料噴射弁１２は、第１吸気管９ａにおける吸気ポート４の近傍に取り付けられ、第１吸気管９ａ内へ気体燃料を噴射する。第２燃料噴射弁１２は、第２燃料通路１２０を介して第２燃料タンク（ＣＮＧボンベ）１２１に連通している。第２燃料通路１２０の途中には、レギュレータ１２２と第２遮断弁１２３が配置されている。レギュレータ１２２は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を所定の圧力まで減圧する機器である。第２遮断弁１２３は、第２燃料通路１２０の遮断と導通を切り替える機器である。また、第２燃料タンク１２１には、該第２燃料タンク１２１に貯蔵されている気体燃料の量に相関した電気信号を出力する残量センサ１２４が取り付けられている。
　なお、第２気筒群２ｂ及び第２供給装置１００ｂの構成は、第１気筒群２ａ及び第１供給装置１００ａと同様であるため、ここでは説明を省略する。
　このように構成された内燃機関１には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０が併設されている。ＥＣＵ３０は、上記したエアフローメータ１４ａ，１４ｂ、空燃比センサ１７ａ，１７ｂ、Ｏ２センサ１８、および排気温度センサ１９に加え、アクセルポジションセンサ３２などの各種センサと電気的に接続され、各種センサの出力信号を入力可能に構成されている。
　また、ＥＣＵ３０は、上記した点火プラグ８、第１燃料噴射弁１１、第２燃料噴射弁１２、スロットル弁１３ａ，１３ｂ、燃料ポンプ１１２、第１遮断弁１１３、第２遮断弁１２３などの各種機器と電気的に接続され、上記した各種センサの出力信号に応じて各種機器を制御可能に構成されている。
　たとえば、ＥＣＵ３０は、内燃機関１が冷間状態にあるときに、言い換えれば、第１前段触媒１５ａ、第２前段触媒１５ｂ、及び後段触媒１６が活性していないときに、排気中のＮＯＸを第１前段触媒１５ａ又は第２前段触媒１５ｂの何れか一方（特定触媒）に吸着させるための処理（以下、「ＮＯＸ吸着処理」と称する）を実行する。以下、本実施例におけるＮＯＸ吸着処理の実行方法について述べる。ここでは、第１前段触媒１５ａに排気中のＮＯＸを吸着させる例について述べる。
　第１前段触媒１５ａに含有される三元触媒は、活性温度より低い低温状態にあるときに、排気中のＮＯＸを吸着する。そのため、内燃機関１が冷間始動後の暖機運転状態にある場合のように、第１前段触媒１５ａが未活性状態にある場合であっても、排気中のＮＯＸを第１前段触媒１５ａに吸着させることにより、大気中に排出されるＮＯＸ量を少なく抑えることができる。
　ただし、排気中に非メタン炭化水素が含まれている場合は、非メタン炭化水素がＮＯＸに優先して第１前段触媒１５ａに吸着される。そのため、第１前段触媒１５ａが低温状態にあるときに第１気筒群２ａから多量の非メタン炭化水素が排出されると、第１前段触媒１５ａに吸着されるＮＯＸ量が少なくなる。その結果、大気中に排出されるＮＯＸ量が多くなる。
　液体燃料（非メタン炭化水素燃料）の既燃ガスは、気体燃料（圧縮天然ガス（ＣＮＧ））の既燃ガスに比べ、多量の非メタン炭化水素を含有する。よって、第１前段触媒１５ａが未活性状態にあるときに第１気筒群２ａが液体燃料により運転されると、第１前段触媒１５ａが吸着可能なＮＯＸ量（ＮＯＸ吸着容量）が減少する。その結果、大気中へ排出されるＮＯＸ量を十分に低減することができない可能性がある。
　これに対し、第１前段触媒１５ａが未活性状態にあるときに第１気筒群２ａが気体燃料により運転されると、第１前段触媒１５ａのＮＯＸ吸着容量を増加させることができる。そのため、大気中へ排出されるＮＯＸ量を少なく抑えることが可能となる。
　ここで、本実施例におけるＮＯＸ吸着処理の実行手順について図３に沿って説明する。図３は、ＮＯＸ吸着処理ルーチンを示すフローチャートである。ＮＯＸ吸着処理ルーチンは、予めＥＣＵ３０のＲＯＭなどに記憶されているルーチンであり、内燃機関１の始動をトリガとしてＥＣＵ３０が実行するルーチンである。
　図３のＮＯＸ吸着処理ルーチンでは、ＥＣＵ３０は、先ずＳ１０１において内燃機関１が冷間状態にあるか否かを判別する。すなわち、第１前段触媒１５ａの温度が活性温度より低いか否かを判別する。たとえば、ＥＣＵ３０は、内燃機関１を循環する冷却水の温度が所定温度以下である、或いは排気温度センサ１９の検出値が所定温度以下である場合に、内燃機関１が冷間状態にあると判定する。
　前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ３０は、Ｓ１０３へ進み、第１気筒群２ａ及び第２気筒群２ｂを通常通りに運転させる。一方、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ３０は、Ｓ１０２へ進む。
　Ｓ１０２では、ＥＣＵ３０は、第１気筒群２ａを気体燃料により運転させるとともに、第２気筒群２ｂを液体燃料により運転又は第２気筒群２ｂの運転を休止させるべく、第１供給装置１００ａおよび第２供給装置１００ｂを制御する。Ｓ１０２の処理は、第１前段触媒１５ａが活性するまで繰り返し実行される。
　このように図３のＮＯＸ吸着処理ルーチンにしたがって、ＮＯＸ吸着処理が実行されると、第１気筒群２ａから排出されるＮＯＸが第１前段触媒１５ａに吸着される。その場合、第１気筒群２ａから大気中へ排出されるＮＯＸ量が減少する。その結果、第１気筒群２ａ及び第２気筒群２ｂを含む内燃機関１全体から大気中へ排出されるＮＯＸ量も減少することになる。よって、内燃機関１が冷間状態にあるときの排気エミッションを低減することができる。また、第１前段触媒１５ａのＮＯＸ吸着能が高く、且つ、第２前段触媒１５ｂのＮＯＸ吸着能が低くなるように、前段触媒１５ａ，１５ｂを構成することもできる。その結果、前段触媒１５ａ，１５ｂの製造コストを低く抑えることもできる。
　ところで、内燃機関１が運転停止される直前に、該内燃機関１が液体燃料を使用して低負荷運転されていると、第１前段触媒１５ａや第２前段触媒１５ｂに多量の非メタン炭化水素が吸着された状態で内燃機関１が運転停止されることになる。その場合、内燃機関１の次回始動後において第１気筒群２ａが気体燃料により運転されても、第１前段触媒１５ａが排気中のＮＯＸを十分に吸着することができなくなる。
　そこで、本実施例のＥＣＵ３０は、排気中の非メタン炭化水素が第１前段触媒１５ａに吸着し得る機関運転状態において、第１気筒群２ａのＨＣ被毒を抑制するためのＨＣ被毒抑制処理を実行するようにした。具体的には、ＥＣＵ３０は、内燃機関１の負荷率が下限値未満であるときに、第１気筒群２ａを気体燃料により運転させるようにした。ここでいう「下限値」は、内燃機関１が液体燃料により運転されているときに、第１前段触媒１５ａに非メタン炭化水素が殆ど吸着しないと考えられる負荷率の最低値に相当し、予め実験などを用いた適合処理によって求められた値である。
　上記したようなＨＣ被毒抑制処理が実行されると、内燃機関１の運転停止直前に該内燃機関１が低負荷運転された場合に、第１前段触媒１５ａのＨＣ被毒を回避することができる。その結果、内燃機関１の次回始動後において第１気筒群２ａが気体燃料により運転されると、該第１気筒群２ａから排出されるＮＯＸを第１前段触媒１５ａに吸着させることができる。よって、内燃機関１が冷間状態にあるときに大気中へ排出されるＮＯＸの量を確実に低減させることができる。
　以下、本実施例におけるＨＣ被毒抑制処理の実行手順について図４に沿って説明する。図４は、ＨＣ被毒抑制処理ルーチンを示すフローチャートである。ＨＣ被毒抑制処理ルーチンは、予めＥＣＵ３０のＲＯＭなどに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ３０によって周期的に実行されるルーチンである。
　ＨＣ被毒抑制処理ルーチンでは、ＥＣＵ３０は、先ずＳ２０１において内燃機関１の吸入空気量（第１エアフローメータ１４ａ及び第２エアフローメータ１４ｂの検出値）と機関回転数とアクセル開度（アクセルポジションセンサ３２の検出値）などをパラメータとして、内燃機関１の負荷率を演算する。
　Ｓ２０２では、ＥＣＵ３０は、前記Ｓ２０１で算出された負荷率が下限値より小さいか否かを判別する。下限値は、前述したように、内燃機関１が液体燃料により運転されているときに、第１前段触媒１５ａに非メタン炭化水素が殆ど吸着しないと考えられる負荷率の最低値に相当する。
　前記Ｓ２０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ３０は、Ｓ２０４へ進み、第１気筒群２ａ及び第２気筒群２ｂを通常通りに運転させる。一方、前記Ｓ２０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ３０は、Ｓ２０３へ進み、第１気筒群２ａを気体燃料により運転させる。その場合、第１気筒群２ａから排出される非メタン炭化水素が極少量となるため、第１前段触媒１５ａのＨＣ被毒が抑制される。その結果、内燃機関１が低負荷運転状態から運転停止状態へ移行しても、次回始動時において第１前段触媒１５ａに吸着されている非メタン炭化水素の量は極僅かとなる。よって、内燃機関１の次回始動後において、第１気筒群２ａが気体燃料により運転されると、第１前段触媒１５ａが多量のＮＯＸを吸着可能になる。
　以上述べたように、ＥＣＵ３０がＮＯＸ吸着処理ルーチン及びＨＣ被毒抑制処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる制御部が実現される。その結果、内燃機関１が冷間状態にあるときに、大気中に排出されるＮＯＸの量を確実に減少させることができる。
　なお、本実施例では、第１気筒群２ａを特定気筒群に設定するとともに、第１前段触媒１５ａを特定触媒に設定する例について述べたが、第２気筒群２ｂを特定気筒群に設定するとともに、第２前段触媒１５ｂを特定触媒に設定してもよい。また、第１前段触媒１５ａと第２前段触媒１５ｂのＮＯＸ吸着能が同等である場合は、第１気筒群２ａと第２気筒群２ｂが交互に特定気筒群に設定されるとともに、第１前段触媒１５ａと第２前段触媒１５ｂが交互に特定触媒に設定されてもよい。
１    内燃機関
２ａ  第１気筒群
２ｂ  第２気筒群
３    ピストン
４    吸気ポート
５    排気ポート
６    吸気バルブ
７    排気バルブ
８    点火プラグ
９ａ  第１吸気管
９ｂ  第２吸気管
１０ａ第１副排気管
１０ｂ第２副排気管
１０ｃ主排気管
１１  第１燃料噴射弁
１２  第２燃料噴射弁
１３ａ第１スロットル弁
１３ｂ第２スロットル弁
１４ａ第１エアフローメータ
１４ｂ第２エアフローメータ
１５ａ第１前段触媒
１５ｂ第２前段触媒
１６  後段触媒
１７ａ第１空燃比センサ
１７ｂ第２空燃比センサ
１８  Ｏ２センサ
１９  排気温度センサ
３０  ＥＣＵ
１００ａ     第１供給装置
１００ｂ     第２供給装置

Claims (2)

  1. 　複数の気筒群と、
    　複数の気筒群から排出される排気が独立して流れる複数の副排気管と、
    　複数の副排気管のそれぞれに配置される三元触媒と、
    を備えた多種燃料内燃機関の制御システムであって、
    　各気筒群に液体燃料と気体燃料の何れか一方を供給する供給装置と、
    　内燃機関が冷間状態にあるとき、及び内燃機関が低負荷運転状態にあるときに、複数の気筒群のうち、特定の気筒群へ気体燃料が供給されるように供給装置を制御する制御部と、
    を備える多種燃料内燃機関の制御システム。
  2. 　請求項１において、前記特定の気筒群の副排気通路に配置される三元触媒は、他の三元触媒に比してＮＯＸ吸着能が高くなるように形成される多種燃料内燃機関の制御システム。
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