WO2013153769A1

WO2013153769A1 - エンジン制御装置

Info

Publication number: WO2013153769A1
Application number: PCT/JP2013/002238
Authority: WO
Inventors: 和賢野々山; 優一竹村; 溝渕　剛史; 和田　実; 福田　圭佑
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2013-10-17
Also published as: JP2013234652A; DE112013001997T5; CN104220732A

Abstract

　エンジン（１０）には、第１の燃料を噴射する第１噴射部としてのＣＮＧ噴射弁（１４）と、第１の燃料とはオクタン価が異なる第２の燃料を噴射する第２噴射部としてのガソリン噴射弁（１５）とにより燃料が供給される。エンジン（１０）には、エンジン運転状態に基づいて、吸気バルブ（１６）の閉弁時期を変更する吸気弁制御部としての吸気側バルブ駆動機構（２１）が設けられている。ＥＣＵ（５０）は、第１の燃料を単独で又は第２の燃料と共にエンジン（１０）に供給する場合に、第２の燃料を単独で供給する場合に比べて、吸気バルブ（１６）の閉弁時期をエンジン（１０）の吸気下死点に近付けてエンジン（１０）の実圧縮比を増大側に変更する。

Description

エンジン制御装置

関連出願の相互参照

　本開示は、２０１２年４月１３日に出願された日本出願番号２０１２－９２００７号と、２０１３年２月２６日に出願された日本出願番号２０１３－３６４４２号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、エンジン制御装置に関し、詳しくはオクタン価が異なる２種類の燃料を使用可能なエンジンに適用されるエンジン制御装置に関する。

　エンジンの燃料としては、ガソリンに代わる代替燃料として、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）や水素燃料などの気体燃料や、アルコール燃料などが使用できる。これらの代替燃料を単独で又はガソリンと共にエンジンの燃料として使用される。特許文献１には、燃料として気体燃料を使用するガスエンジンにおいて、吸気下死点となる以前に吸気バルブを閉じることにより、燃焼室内の温度を低下させることが開示されている。これにより、燃焼が伝播する際に生じるノッキングを防止するようにしている。

　ガソリン燃料とその代替燃料とでは噴射時の燃料性状が相違し、例えば気体燃料やアルコール燃料などの代替燃料は、ガソリン燃料に比べてオクタン価が高く、ノッキングが生じにくい反面、エネルギ密度が小さいといった燃料特性を有している。このようなオクタン価が異なる２種類の燃料を使用するエンジンでは、オクタン価が高い方の燃料を基準としたエンジン制御を実施した場合、他方の燃料の使用時においてノッキングが発生しやすくなってしまう。オクタン価が低い方（エネルギ密度が高い方）の燃料を基準としたエンジン制御を実施した場合、他方の燃料の使用時においてエンジンの出力低下が生じてしまう。

特開２００１－３３６４５１号公報

　本開示は、オクタン価が異なる２種類の燃料を使用可能なエンジンにおいて、エンジン出力確保とノッキング抑制とを両立することができるエンジン制御装置を提供することを目的とする。

　本開示のエンジン制御装置は、オクタン価がそれぞれ異なる第１の燃料と第２の燃料とのうち、オクタン価が高い方の燃料である前記第１の燃料を噴射する第１噴射部と、前記第２の燃料を噴射する第２噴射部と、により燃料が供給されるエンジンに適用される。エンジン制御装置は、エンジン運転状態に基づいて前記エンジンの吸気弁の閉弁時期を変更する吸気弁制御部と、前記第１の燃料を単独で又は前記第２の燃料と共に前記エンジンに供給する場合に、前記第２の燃料を単独で供給する場合に比べて、前記吸気弁制御部により前記閉弁時期を前記エンジンの吸気下死点に近付けて前記エンジンの実圧縮比を増大側に変更する圧縮比変更部と、を備える。

　上記構成では、オクタン価が異なる２種類の燃料（第１の燃料、第２の燃料）を使用するエンジンにおいて、オクタン価に応じてエンジンの実圧縮比を変更する。例えばＣＮＧ燃料や水素燃料のような気体燃料（第１の燃料に相当）と、ガソリン燃料などの液体燃料（第２の燃料に相当）とを比較した場合、前者は後者に比べてエネルギ密度が低くエンジン出力を確保しにくい一方、オクタン価が高くノッキングが発生しにくい。後者は前者に比べてノッキングが発生しやすい一方、エンジン出力を確保しやすい。その点に鑑み、上記構成では、オクタン価が高い方の燃料である第１の燃料を単独で又は第２の燃料と共にエンジンに供給する場合には、第２の燃料を単独でエンジンに供給する場合よりも、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点に近い側に設定することで、エンジンの実圧縮比を増大側に変更する。これにより、第１の燃料の使用時には、ノッキング発生を抑制しつつエンジン出力を確保することができ、一方、第２の燃料の使用時には、エンジン出力を確保しつつノッキング発生を抑制することができる。したがって、上記構成によれば、オクタン価が異なる２種類の燃料を使用可能なエンジンにおいて、エンジン出力確保とノッキング抑制との両立を図ることができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
エンジン制御システムの全体概略構成図。バルブタイミング算出処理の手順を示すフローチャート。ガソリン使用時とＣＮＧ使用時における吸気バルブの開弁期間を示す図。燃料切替時制御の手順を示すフローチャート。バルブ制御及び点火時期制御の具体的態様を示すタイムチャート。デュアルフューエルエンジンについての燃料の使用割合と吸気バルブの閉弁時期との関係を示す図。他の実施形態における吸気バルブの開弁期間を示す図。他の実施形態のバルブタイミング算出処理の手順を示すフローチャート。他の実施形態のエンジン制御システムの全体概略構成図。他の実施形態のエンジン制御の具体的態様を示すタイムチャート。

　以下、本開示を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、第１の燃料として、気体燃料である圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と、第２の燃料として、液体燃料であるガソリンとを選択的に切り替えて使用する車載多気筒（例えば４気筒）のエンジン（バイフューエルエンジン）の制御システムである。当該システムでは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）がエンジンの運転状態を制御する。

　図１に示すエンジン１０において、吸気通路１１には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１２によって開度調節される空気量調整部としてのスロットルバルブ１３が設けられている。スロットルバルブ１３の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１２に内蔵されたスロットル開度センサ（図示略）により検出される。

　エンジン１０には、エンジン１０の各気筒に燃料を噴射して供給する燃料噴射部として、気体燃料（ＣＮＧ燃料）を噴射するＣＮＧ噴射弁１４と、液体燃料（ガソリン燃料）を噴射するガソリン噴射弁１５とが設けられている。本実施形態では、吸気ポート噴射式エンジンを採用しており、ＣＮＧ噴射弁１４及びガソリン噴射弁１５が、共に吸気ポート近傍に設けられる構成としている。本システムでは、ＣＮＧ噴射弁１４及びガソリン噴射弁１５がエンジン１０の吸気管に対して直接取り付けられている。

　エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ１６及び排気バルブ１７が設けられている。吸気バルブ１６の開動作により、空気と燃料との混合気が燃焼室１８内に導入され、排気バルブ１７の開動作により、燃焼後の排ガスが排気通路１９に排出される。吸気バルブ１６及び排気バルブ１７のそれぞれには、吸排気の各バルブ１６，１７の開閉タイミングを調整する調整部としての吸気側バルブ駆動機構２１及び排気側バルブ駆動機構２２が設けられている。各バルブ駆動機構２１，２２は、エンジン１０のクランク軸に対する吸気側又は排気側の各カム軸の進角量（位相角）を調整するものである。吸気側バルブ駆動機構２１によれば、吸気バルブ１６の開閉タイミングが進角側又は遅角側に変更され、排気側バルブ駆動機構２２によれば、排気バルブ１７の開閉タイミングが進角側又は遅角側に変更される。本システムでは、吸気側バルブ駆動機構２１及び排気側バルブ駆動機構２２を備える構成としたが、吸気側バルブ駆動機構２１のみを備える構成であってもよい。

　エンジン１０のシリンダヘッドには、気筒毎に点火プラグ２３が取り付けられている。点火プラグ２３には、点火コイル等よりなる点火装置を通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２３の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室１８内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。

　エンジン１０の排気通路１９には、排気中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための触媒２４が設けられており、本実施形態では触媒２４として三元触媒が用いられている。触媒２４の上流側及び下流側のそれぞれには、排気を検出対象として混合気の酸素濃度を検出するＯ2センサ２５，２６が設けられている。

　エンジン１０に燃料を供給する燃料供給系について詳しく説明する。図１において、ガソリン噴射弁１５は、ガソリン配管３１を介してガソリンタンク３２に接続されている。ガソリンタンク３２内にはガソリン燃料が貯留されている。タンク内のガソリン燃料は、フィードポンプ３３により汲み上げられた後、ガソリン配管３１内に形成された燃料通路を通ってガソリン噴射弁１５に供給され、ガソリン噴射弁１５から噴射される。

　ＣＮＧ噴射弁１４は、ガス配管３４を介してガスタンク３５に接続されている。ガスタンク３５内には、高圧状態（例えば２０ＭＰａ）のＣＮＧ燃料が充填されており、ガス配管３４内に形成されたガス通路を通ってＣＮＧ噴射弁１４に供給される。ガス配管３４には、ＣＮＧ燃料の圧力を減圧調整するレギュレータ（減圧弁）３６が設けられている。レギュレータ３６は、例えば機械駆動式であり、ガスタンク３５内の高圧状態のＣＮＧ燃料を減圧することにより、ＣＮＧ噴射弁１４に供給する燃料の圧力である噴射側供給圧を所定供給圧（例えば０．４ＭＰａ）に調整する。レギュレータ３６としては、通電制御によって噴射側供給圧を可変に調整可能な電磁駆動式であってもよい。

　ガス配管３４には、ガス通路におけるＣＮＧ燃料の流通を許容又は遮断する遮断弁が設けられている。本実施形態では、ガス通路において複数の遮断弁が設けられており、ガスタンク３５に一体化して設けられた第１遮断弁３７と、レギュレータ３６に一体化して設けられた第２遮断弁３８とが設けられている。これらの遮断弁は電磁駆動式であり、非通電時においてガス通路におけるＣＮＧ燃料の流通を遮断し、通電時においてガス通路におけるＣＮＧ燃料の流通を許容する常閉式となっている。

　本システムには、レギュレータ３６の上流側の燃料圧力を検出する第１圧力センサ４１や、レギュレータ３６の下流側の燃料圧力（つまり噴射側供給圧）を検出する第２圧力センサ４２、冷却水温を検出する冷却水温センサ４３、エンジン１０の所定クランク角毎に矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ４４、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ４５が取り付けられている。本システムには、エンジン１０の燃焼に使用する使用燃料をドライバが選択可能な燃料選択スイッチ４６が設けられている。

　ＥＣＵ５０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ５１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。具体的には、マイクロコンピュータ５１は、前述した各種センサ等から各々検出信号を入力するとともに、それら各種検出信号に基づいて、燃料噴射量や点火時期等を演算し、ＣＮＧ噴射弁１４やガソリン噴射弁１５、点火装置の駆動を制御する。

　マイクロコンピュータ５１は、エンジン運転状態やタンク内の燃料残量、燃料選択スイッチ４６からの入力信号等に応じて、使用燃料を選択的に切り替えている。例えばエンジン始動時には、ガソリン燃料を使用してエンジン始動性を確保できるようにし、アイドル運転時には、ＣＮＧ燃料を使用して燃費悪化を抑制するようにしている。また、ガスタンク３５内のＣＮＧ燃料の残存量が所定値を下回った場合には、ガソリン燃料を優先的に使用し、ガソリンタンク３２内のガソリン燃料の残存量が所定値を下回った場合には、ＣＮＧ燃料を優先的に使用する。

　ＣＮＧ燃料とガソリン燃料とでは、噴射時の燃料性状が相違する。具体的には、ＣＮＧ燃料はガソリン燃料よりもオクタン価が高く、ノッキングが発生しにくい。一方、ＣＮＧ燃料はガソリン燃料に比べてエネルギ密度が低く、エンジン出力を確保しにくい。したがって、ガソリン燃料とＣＮＧ燃料とで、エンジン１０の各種制御を同じ態様で実施すると、エンジン１０の制御性が低下することが考えられる。例えば、ガソリン燃料を基準にした制御では、ＣＮＧ燃料の使用時においてエンジン１０の出力不足が生じやすく、一方、ＣＮＧ燃料を基準にした制御では、ガソリン燃料の使用時においてノッキングが発生しやすくなる。特に、燃料としてＣＮＧ燃料とガソリン燃料とを使用する車両では一般に、ガソリン燃料をベースにして設計されたエンジンを用いていることが多く、ＣＮＧ燃料の使用時においてエンジン出力を確保しにくいといった問題が生じやすい。

　そこで本実施形態では、オクタン価が高い方の燃料（第１の燃料）であるＣＮＧ燃料をエンジン１０に供給する場合には、オクタン価が低い方の燃料（第２の燃料）であるガソリン燃料を供給する場合に比べて、吸気側バルブ駆動機構２１により、吸気バルブ１６の閉弁時期をエンジン１０の吸気下死点に近付けてエンジン１０の実圧縮比を増大側に変更することとしている。これにより、使用燃料の種類やその組成に応じて、エンジン１０の実圧縮比を変更する。

　エンジン１０の実圧縮比を変更する方法としては、
（１）吸気バルブ１６の閉弁時期について、吸気下死点に対する進角量を変更する、つまり吸気中に閉弁する方法（吸気早閉じ）、
（２）吸気バルブ１６の閉弁時期について、吸気下死点に対する遅角量を変更する、つまり圧縮開始後に閉弁する方法（吸気遅閉じ）、
が挙げられる。ここで、吸気早閉じの場合には、吸気バルブ１６を閉じた状態で、シリンダ容積をクランク軸の回転によって容積増大側に変化させることとなり、エンジン１０に余分な負荷がかかってしまう。したがって、エンジン出力確保の観点からすると、吸気遅閉じにより（圧縮行程に閉弁時期を設定して）エンジン１０の実圧縮比の変更を行うことが望ましい。

　その一方で、吸気遅閉じでは、吸気行程において一旦気筒内に吸い込んだ吸気の一部を、圧縮行程において吸気通路１１側に戻す際に、その吸気戻し量を調整することによって実圧縮比が変更されるが、ＣＮＧ燃料などの気体燃料の使用時に吸気の戻しを行うと、気体燃料は軽量であるため、ＣＮＧ燃料を含む混合気が、吸気マニホールドを介して他の気筒に吸引されやすく、その吸引された燃料が燃焼に供されることで、空燃比の悪化を招くおそれがある。したがって、空燃比の最適化を図る観点からすると、ＣＮＧ燃料の使用時には、吸気早閉じにより（吸気行程に閉弁時期を設定して）エンジン１０の実圧縮比の変更を行うことが望ましい。

　そこで本実施形態では、使用燃料がガソリン燃料である場合とＣＮＧ燃料である場合とで、吸気バルブ１６の閉弁時期を、吸気下死点に対して進角側にするか、それとも遅角側にするかを変更している。具体的には、ガソリン燃料では、基本的には吸気バルブ１６の閉弁時期を吸気下死点よりも遅角側に（圧縮行程に）設定する。ＣＮＧ燃料では、吸気バルブ１６の閉弁時期を、吸気下死点よりも進角側に（吸気行程に）設定する。そして、ガソリン燃料とＣＮＧ燃料とで、閉弁時期の吸気下死点からの乖離量の大小に応じて、エンジン１０の実圧縮比を変更する。このとき、ＣＮＧ燃料の使用時において、ガソリン燃料の使用時よりも、吸気バルブ１６の閉弁時期の吸気下死点からの乖離量が小さくなるように、つまり閉弁時期が吸気下死点近くになるようにすることにより、ＣＮＧ燃料の使用時においてエンジン１０の実圧縮比を高くしている。

　本実施形態のエンジン制御について、図２及び図４のフローチャートを用いて説明する。図２を用いて、吸気バルブ１６のバルブタイミング算出処理を説明する。この処理は、ＥＣＵ５０のマイクロコンピュータ５１により所定周期毎に実行される。

　図２において、ステップＳ１０１では、エンジン運転状態に関するパラメータとして、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷（例えば、吸気管圧力センサ４５により検出される吸気管圧力）を読み込む。ステップＳ１０２では、読み込んだエンジン回転速度及びエンジン負荷に基づいて、使用燃料をガソリン燃料とする場合の吸気バルブ１６側のカム軸の目標位相角（ガソリン目標位相角θｔｇ）を算出する。

　本実施形態では、エンジン回転速度とエンジン負荷とガソリン目標位相角θｔｇとの関係が設定用マップとして予め記憶されており、マイクロコンピュータ５１は、同マップを用いて、読み込んだエンジン回転速度及びエンジン負荷に対応するガソリン目標位相角θｔｇを読み出す。同マップでは、基本的には、吸気バルブ１６の閉弁時期が吸気下死点よりも遅角側になるように、各エンジン運転状態におけるガソリン目標位相角θｔｇが設定されている。

　ステップＳ１０３では、使用燃料としてＣＮＧ燃料が選択されているか否かを判定する。使用燃料がガソリン燃料である場合には、そのまま本処理を終了する。使用燃料がＣＮＧ燃料である場合には、ステップＳ１０４へ進み、使用燃料をＣＮＧ燃料とする場合の吸気バルブ１６側のカム軸の目標位相角（ＣＮＧ目標位相角θｔｃ）を算出する。本実施形態では、吸気バルブ１６の閉弁時期が、ガソリン燃料の使用時よりも吸気下死点近くになるようにＣＮＧ目標位相角θｔｃを設定しており、特にＣＮＧ燃料の使用時では、図３に示すように、吸気バルブ１６の閉弁時期が吸気下死点よりも進角側になるようにしている。つまり、ガソリン燃料の使用時における吸気下死点からの遅角量Δθｇよりも、ＣＮＧ燃料の使用時における吸気下死点からの進角量Δθｃの方が小さくなっている。

　吸気側バルブ駆動機構２１を駆動して吸気バルブ１６側のカム軸の位相角（吸気バルブ１６の閉弁時期）を変更する場合、その変更にはある程度の時間を要する。一方、オクタン価が相対的に高くノッキングが発生しにくい燃料（ＣＮＧ燃料）から、オクタン価が相対的に低くノッキングが発生しやすい燃料（ガソリン燃料）に切り替える場合に、使用燃料の切替要求があった直後に燃料の切り替えを実施してしまうと、吸気バルブ１６の閉弁時期の変更が完了する前に、つまりエンジン１０の実圧縮比が未だ高い状態で、ガソリン燃料によるエンジン燃焼が実施される。かかる場合、ノッキングが発生しやすくなることが懸念される。逆に、ガソリン燃料からＣＮＧ燃料に切り替える場合には、ノッキングが発生しにくい燃料への切り替えであるため、使用燃料の切替要求があった直後に燃料の切り替えを実施しても、ノッキングが発生するおそれは低い。

　そこで本実施形態では、使用燃料をＣＮＧ燃料からガソリン燃料に切り替える切替要求があった場合、まず、吸気バルブ１６の閉弁時期を変更してエンジン１０の実圧縮比を減少側に変更し、その変更が完了した後に、使用燃料をＣＮＧ燃料からガソリン燃料に切り替える。こうすることにより、燃料の切り替え時においてノッキングが発生するのを抑制するようにしている。使用燃料をガソリン燃料からＣＮＧ燃料に切り替える切替要求があった場合には、使用燃料の切り替えを実施した後に、吸気バルブ１６の閉弁時期を変更してエンジン１０の実圧縮比を増大側に変更する。こうすることにより、エンジン１０の実圧縮比が高い状況下で、ガソリン燃料によるエンジン燃焼が実施されるのを回避し、ノッキングの発生を抑制する。また、使用燃料の切り替え遅れを抑制してできるだけ早期に切替要求に相応した燃料に切り替えることとしている。

　使用燃料の切替時におけるバルブタイミング制御及び点火時期制御（燃料切替時制御）について図４を用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ５０のマイクロコンピュータ５１により所定周期毎に実行される。

　図４において、ステップＳ２０１では、エンジン運転状態や燃料選択スイッチ４６からの入力信号に基づいて、使用燃料をガソリン燃料からＣＮＧ燃料に切り替える切替要求があったか否かを判定する（第２判定部）。ステップＳ２０１がＹｅｓの場合、ステップＳ２０２へ進み、使用燃料をガソリン燃料からＣＮＧ燃料に切り替える（第２切替部）。つまり、エンジン運転状態に基づいて算出した噴射指令値の出力対象をガソリン噴射弁１５からＣＮＧ噴射弁１４に変更する。

　ステップＳ２０３では、吸気バルブ１６の閉弁時期を吸気下死点に近付ける側に変更する（圧縮比変更部）。具体的には、使用燃料をガソリン燃料からＣＮＧ燃料に切り替えた後に、吸気側バルブ駆動機構２１を駆動することにより、吸気バルブ１６のカム軸の目標位相角を、ガソリン目標位相角θｔｇからＣＮＧ目標位相角θｔｃに変更する。また、吸気バルブ１６の閉弁時期の変更開始から変更終了までの期間に、エンジン１０の点火時期を所定角度ずつ進角側に変更する（点火制御部）。

　吸気バルブ１６の閉弁時期の変更に併せて点火時期を変更するのは以下の理由からである。すなわち、ＣＮＧ燃料とガソリン燃料とでは最適点火時期についても相違し、ＣＮＧ燃料を用いてエンジン運転を行う場合の最適点火時期は、ガソリン燃料の場合よりも進角側に存在する。したがって、使用燃料を切り替える際には点火時期についても変更するとよく、その際、エンジン出力の安定性を保つ観点からすると、点火時期を徐々に変更することが望ましい。使用燃料の切り替えが、最適点火時期が相対的に遅角側にある燃料（ガソリン燃料）から、他方の燃料（ＣＮＧ燃料）への切り替えである場合に、使用燃料の切り替えを実施する前に点火時期を変更した場合には、ノッキングが発生しやすくなる。したがって、本実施形態では、ノッキングの発生を回避するべく、ガソリン燃料からＣＮＧ燃料への切り替え時には、その燃料切り替えが完了した後に、吸気バルブ１６の閉弁時期を変更する期間において点火時期を進角側に変更することとしている。

　ガソリン燃料からＣＮＧ燃料の切替要求がない場合には、ステップＳ２０１がＮｏとなり、ステップＳ２０４へ進み、ＣＮＧ燃料からガソリン燃料の切替要求があったか否かを判定する（第１判定部）。ステップＳ２０４がＹｅｓの場合、ステップＳ２０５へ進み、吸気バルブ１６の閉弁時期を、吸気下死点から離す方向に変更する（圧縮比変更部）。具体的には、使用燃料をＣＮＧ燃料からガソリン燃料に切り替える前に、まず吸気側バルブ駆動機構２１を駆動することにより、吸気バルブ１６のカム軸の目標位相角を、ＣＮＧ目標位相角θｔｃからガソリン目標位相角θｔｇに変更する。これにより、エンジン１０の実圧縮比を高くしている状態で、よりノッキングの発生しやすいガソリン燃料をエンジン１０に供給することを回避するようにしている。

　また、ステップＳ２０５では、吸気バルブ１６の閉弁時期の変更開始から変更終了までの期間に、エンジン１０の点火時期を所定角度ずつ遅角側に変更する（点火制御部）。ここでは、最適点火時期が相対的に進角側にある燃料（ＣＮＧ燃料）から、他方の燃料（ガソリン燃料）への切り替えであるため、点火時期を遅角側に変更する前に燃料の切り替えを実施してしまうと、点火時期の遅角側への変更が完了する前に、ガソリン燃料によるエンジン燃焼が実施されることとなる。この場合、ノッキングが発生しやすくなることが懸念される。したがって、本実施形態では、使用燃料の切り替えを実行する前に、吸気バルブ１６の閉弁時期を変更する期間において点火時期を遅角側に変更することとしている。

　ステップＳ２０６では、吸気側バルブ駆動機構２１によるガソリン目標位相角θｔｇへの変更が完了したか否かを判定する。このとき、センサ検出値に基づいて判定してもよいし、吸気側バルブ駆動機構２１によるカム軸の位相角の変更開始からの経過時間に基づいて判定してもよい。ステップＳ２０６がＹｅｓとなると、ステップＳ２０７へ進み、使用燃料をガソリン燃料からＣＮＧ燃料に切り替える（第１切替部）。つまり、エンジン運転状態に基づいて算出した噴射指令値の出力対象をＣＮＧ噴射弁１４からガソリン噴射弁１５に変更する。

　本実施形態のエンジン制御（バルブタイミング制御及び点火時期制御）の具体的態様を、図５のタイムチャートを用いて説明する。図５において、ガソリン燃料の使用時に、使用燃料をガソリン燃料からＣＮＧ燃料に切り替える切替要求があった場合、その要求タイミングｔ１１で、ガソリン噴射弁１５による燃料噴射を停止して、ＣＮＧ噴射弁１４による燃料噴射を開始する。また、燃料の切替後、吸気バルブ１６側のカム軸の目標位相角を、ガソリン目標位相角θｔｇからＣＮＧ目標位相角θｔｃに変更する。このとき、燃料の切替前において、吸気バルブ１６の閉弁時期が吸気下死点よりも遅角側である場合には、吸気バルブ１６の閉弁時期が徐々に進角側に変更され、最終的に、吸気バルブ１６の閉弁時期が、吸気下死点よりも進角側であって、かつ吸気下死点の近傍に設定される（図３参照）。この吸気バルブ１６の閉弁時期の変更により、エンジン１０の実圧縮比が高くなる。また、吸気バルブ１６の閉弁時期の変更開始（ｔ１１）から、その変更終了までの期間において点火時期を進角側に変更する。これにより、エンジン１０の点火時期が、ＣＮＧ燃料の使用時における最適点火時期に（エンジン１０の出力トルクが最大となる点火時期に）変更される。

　ＣＮＧ燃料の使用時において、使用燃料をＣＮＧ燃料からガソリン燃料に切り替える切替要求があった場合、その要求タイミングｔ１２では、使用燃料の切替を実施せず、ＣＮＧ噴射弁１４による燃料噴射を継続したまま、吸気バルブ１６の目標位相角をＣＮＧ目標位相角θｔｃからガソリン目標位相角θｔｇに変更し、吸気バルブ１６の閉弁時期を変更する。また、吸気バルブ１６の閉弁時期の変更開始（ｔ１２）から、その変更終了までの期間において点火時期を遅角側に変更する。これにより、エンジン１０の点火時期が、ガソリン燃料の使用時における最適点火時期に（エンジン１０の出力トルクが最大となる点火時期に）変更される。そして、吸気側バルブ駆動機構２１によるガソリン目標位相角θｔｇへの変更が完了したタイミングｔ１３で使用燃料をＣＮＧ燃料からガソリン燃料に切り替える。

　以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

　ＣＮＧ燃料をエンジン１０に供給する場合に、ガソリン燃料を供給する場合に比べて、吸気側バルブ駆動機構２１により、吸気バルブ１６の閉弁時期をエンジン１０の吸気下死点に近付けてエンジン１０の実圧縮比を増大側に変更する構成とした。これにより、ＣＮＧ燃料の使用時には、ノッキング発生を抑制しつつエンジン出力を確保することができる。さらに、ガソリン燃料の使用時には、エンジン出力を確保しつつノッキング発生を抑制することができる。したがって、上記構成によれば、燃料としてＣＮＧ燃料とガソリン燃料とを使用可能なエンジン１０において、エンジン出力確保とノッキング抑制とを両立させることができる。

　使用燃料をＣＮＧ燃料からガソリン燃料に切り替える切替要求があった場合には、吸気バルブ１６の閉弁時期を吸気下死点から離れる方向に変更し、その変更が完了した後に、使用燃料をＣＮＧ燃料からガソリン燃料に切り替える構成とした。この構成によれば、エンジン１０の実圧縮比が未だ高くなっている状態でガソリン燃料によるエンジン燃焼が実施されるのを回避することができ、これにより、燃料の切り替え時においてノッキングが発生するのを抑制することができる。

　使用燃料をガソリン燃料からＣＮＧ燃料に切り替える切替要求があった場合には、使用燃料の切り替えを実施した後に、吸気バルブ１６の閉弁時期を吸気下死点に近付ける方向に変更する構成とした。この構成によれば、エンジン１０の実圧縮比を高くした状態でガソリン燃料によるエンジン燃焼が実施されるのを回避することができ、これにより、燃料の切り替え時においてノッキングが発生するのを抑制することができる。また、使用燃料の切り替え遅れを抑制し、できるだけ早期に、切替要求に相応した燃料に切り替えることができる。

　使用燃料の切り替えの際に、吸気バルブ１６の閉弁時期の変更開始から変更終了までの期間に合わせて、エンジン１０の点火時期を変更する構成とした。つまり、使用燃料の切り替えが、最適点火時期が相対的に遅角側にある燃料（ガソリン燃料）から、他方の燃料（ＣＮＧ燃料）への切り替えである場合には、使用燃料の切り替えを実施した後に点火時期を進角側に変更する。一方、最適点火時期が相対的に進角側にある燃料（ＣＮＧ燃料）から、他方の燃料（ガソリン燃料）への切り替えである場合には、使用燃料の切り替えを実施する前に点火時期を遅角側に変更する構成とした。この構成によれば、使用燃料の切り替えに伴う点火時期の変更時にノッキングが発生するのを好適に抑制することができる。

　ＣＮＧ燃料の使用時では、吸気バルブ１６の閉弁時期を吸気下死点よりも進角側に設定して、エンジン１０の実圧縮比を変更する構成とした。こうすることにより、吸気行程において気筒内に吸い込んだ吸気の一部を、圧縮行程において吸気通路１１側に戻す吸気遅閉じを実施する場合に比べて、エンジン１０の実圧縮比を変更する際に空燃比の最適化を図ることができる。

　（他の実施形態）
　本開示は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

　上記実施形態では、第１の燃料としてのＣＮＧ燃料と、第２の燃料としてのガソリン燃料とを選択的に使用するバイフューエルエンジンに本開示を適用する場合について説明したが、第１の燃料と第２の燃料との使用割合を変更しつつ両者を同時に噴射可能なデュアルフューエルエンジンに本開示を適用してもよい。その場合、使用燃料の全体量に対する第１の燃料の使用割合が大きいほど、吸気バルブ１６の閉弁時期を、エンジン１０の吸気下死点に近付ける側に変更することにより、エンジン１０の実圧縮比を高くするようにする。例えば第１の燃料がＣＮＧ燃料であって、第２の燃料がガソリン燃料である場合、図６に示すように、ガソリン燃料１００％の場合（ガソリン燃料を単独で使用する場合）には、吸気下死点よりも遅角側の第１角度α１を吸気バルブ１６の閉弁時期とし、ＣＮＧ燃料の使用割合が大きくなるにつれて、第１角度α１よりも進角側を吸気バルブ１６の閉弁時期とし、ＣＮＧ燃料１００％の場合（ＣＮＧ燃料を単独で使用する場合）に、第１角度α１よりも吸気下死点に近い第２角度α２を吸気バルブ１６の閉弁時期とする。

　第１の燃料の使用割合が大きくなるほど、吸気バルブ１６の閉弁時期を吸気下死点に近付ける側に変更する構成としては、図６のように、一次直線状にバルブ閉弁時期を変更する以外に、複数のバルブ閉弁時期を定めておき、第１の燃料の使用割合が大きくなるほど、吸気下死点に近いバルブ閉弁時期に切り替えるようにしてもよい。

　デュアルフューエルエンジンにおいて、使用燃料に対する第１の燃料の使用割合が多いほど、吸気バルブ１６の閉弁時期をエンジン１０の吸気下死点に近付ける側に変更する場合、その使用割合の変更タイミングは、エンジン１０の実圧縮比の変更前であってもよいし変更後であってもよい。あるいは、エンジン１０の実圧縮比の変更途中に燃料の使用割合を変更する構成であってもよい。この場合、第１の燃料の使用割合が少ないほど（第２の燃料の使用割合が多いほど）、燃料の使用割合の変更タイミングを、実圧縮比の変更開始から遅いタイミング（実圧縮比が十分に低下したタイミング）にするのが望ましい。

　第１の燃料と第２の燃料との使用割合を変更しつつ両者を同時に噴射するシステムにおいて、点火時期についても第１の燃料（ＣＮＧ燃料）の使用割合に応じて変更してもよい。具体的には、第１の燃料の使用割合が大きいほど、点火時期を進角側に設定する構成とするとよい。

　上記実施形態では、使用燃料の切り替えに伴い点火時期を変更する構成としたが、ノッキング発生を極力抑制して安全を期すべく、使用燃料の種類やその使用割合にかかわらず、第２の燃料を用いてのエンジン運転時における点火時期（例えば最適点火時期）としてもよい。

　上記実施形態では、使用燃料がＣＮＧ燃料（気体燃料）である場合には、吸気バルブ１６の閉弁時期を吸気下死点よりも進角側に設定する構成としたが、吸気下死点よりも遅角側に設定してもよい。この場合、図７に示すように、ＣＮＧ燃料の使用時では、ガソリン燃料の使用時よりも、吸気下死点に対する遅角量を小さくすることにより、ＣＮＧ燃料の使用時において、ガソリン燃料の使用時よりも実圧縮比を高くすることができる。

　エンジン運転領域によっては、ＣＮＧ燃料の使用時及びガソリン燃料の使用時の両者において、吸気バルブ１６の閉弁時期を吸気下死点よりも進角側に設定する場合もあり得る。その場合、同運転領域において、ＣＮＧ燃料の使用時には、ガソリン燃料の使用時よりも、吸気バルブ１６の閉弁時期をより遅角側に設定する、つまり吸気バルブ１６の閉弁時期を吸気下死点に近付けることにより、エンジン１０の実圧縮比を高めるようにする。

　エンジン暖機後の再始動時であるか否かを判定する始動判定部を備え、第１の燃料を単独で又は第２の燃料と共にエンジン１０に供給する場合において、暖機後再始動時にはエンジン１０の実圧縮比の増大側への変更を禁止する構成とする。エンジン１０を始動させる際、冷間時であればエンジン１０の出力が小さいため、エンジン１０の実圧縮比アップを図ったとしてもＮＶ特性（騒音・振動特性）の悪化は生じにくい。これに対し、エンジン１０の暖機後再始動時では、エンジン１０の実圧縮比アップによりエンジン出力が過度に増加し、その結果、ＮＶ特性が悪化することが懸念される。そこで上記構成とすることにより、エンジン始動時に運転者に違和感を与えないようにすることができる。

　エンジン運転状態が所定の低負荷運転状態であるか否かを判定する負荷判定部を備え、第１の燃料を単独で又は第２の燃料と共にエンジン１０に供給する場合において、所定の低負荷運転状態である時には、エンジン１０の実圧縮比の増大側への変更を禁止する構成とする。すなわち、本構成では、エンジン１０の低負荷運転時では出力確保の必要性が小さいことを考慮し、エンジン１０の実圧縮比の向上による出力確保よりも、実圧縮比を抑えることによるポンプ損失の低減及び燃料と空気のミキシング向上を優先させ、燃費改善を図るようにする。

　図８は、始動判定部及び負荷判定部を備えるシステムにおける吸気バルブ１６のバルブタイミング算出処理の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５０のマイクロコンピュータ５１により所定周期毎に実行される。なお、図８の説明では、上記図２と同じ処理については図２のステップ番号を付してその説明を省略する。

　図８において、ステップＳ３０１～Ｓ３０３では、上記図２のステップＳ１０１～Ｓ１０３と同じ処理を実行する。使用燃料としてＣＮＧ燃料が選択されている場合、ステップＳ３０３で肯定判定され、ステップＳ３０４へ進み、エンジン１０の暖機後再始動時であるか否かを判定する。エンジン１０の始動スイッチ（イグニッションスイッチ）がオフからオンに切り替えられ、かつその時に冷却水温センサ４３により検出したエンジン冷却水温が所定値以上である場合に肯定判定される。ステップＳ３０５では、エンジン運転状態が所定の低負荷運転状態であるか否かを判定する。エンジン負荷（吸入空気量）が所定値以下である場合に肯定判定される。なお、本システムでは、吸気管圧力センサ４５の検出値に基づきエンジン負荷が算出される。そして、ステップＳ３０４で暖機後再始動時であると判定されるか、又はステップＳ３０５で所定の低負荷運転状態であると判定された場合には、ステップＳ３０６の処理（上記図２のステップＳ１０４と同じ処理）を行わずに本処理を終了する。この場合、使用燃料としてはＣＮＧ燃料が選択されているが、吸気バルブ１６のカム軸の目標位相角はガソリン用の目標位相角θｔｇに設定される。

　なお、所定の自動停止条件が成立した場合にエンジン１０を自動停止し、エンジン１０の自動停止後、所定の再始動条件が成立した場合にエンジン１０を再始動するアイドルストップ制御を実施するシステムに適用する場合、エンジン１０の自動停止後における再始動時であれば、ステップＳ３０４で肯定判定することにより、吸気バルブ１６のカム軸の目標位相角をガソリン用の目標位相角θｔｇに設定する構成とするとよい。

　燃料噴射部としてガソリン噴射弁１５のみを備える既存のガソリンエンジンに対し、気体燃料の供給ユニットを搭載することによって２種類の燃料を噴射可能なシステムに変更することがある。このようなシステムに本開示を適用することもできる。具体的には、図９に示すように、ＣＮＧ噴射弁１４の先端部には噴射管４７が接続されており、噴射管４７が吸気管に設けられている。ＣＮＧ噴射弁１４から噴出された気体燃料は、噴射管４７を介してエンジン１０の吸気ポートに噴射される。

　図９のシステムにおいて、ＣＮＧ噴射弁１４から噴射された気体燃料は噴射管４７を介して吸気ポートに噴射される。そのため、ＣＮＧ噴射弁１４に対して噴射開始を指令してから実際に吸気ポートへの燃料の噴射が開始されるまでにはある程度の時間を要する。かかるシステムでは、燃料の輸送遅れに起因して必要量の燃料を吸気ポートに噴射しきれず、気筒内における燃料量が不足することが考えられる。そこで本実施形態では、上記のような燃料輸送遅れを考慮し、ＣＮＧ噴射弁１４の噴射終了時期をガソリン噴射弁１５の噴射終了時期よりも進角側に設定することとしている。

　図９のシステムにおけるエンジン制御について、図１０のタイムチャートを用いて説明する。図１０において、ガソリン燃料の使用時に使用燃料をガソリン燃料からＣＮＧ燃料に切り替える切替要求があった場合、その要求タイミングｔ２１でガソリン噴射弁１５による燃料噴射を停止して、ＣＮＧ噴射弁１４による燃料噴射を開始する。また、燃料の切り替え後、吸気バルブ１６側のカム軸の目標位相角をガソリン目標位相角θｔｇからＣＮＧ目標位相角θｔｃに変更する。図１０では、ガソリン燃料の使用時には目標位相角が吸気下死点よりも遅角側に設定されており、ＣＮＧ燃料への切り替え後、目標位相角が、吸気下死点よりも進角側であって、かつガソリン使用時よりも吸気下死点に近い位置に変更される。また、吸気バルブ１６の目標位相角の変更開始（ｔ２１）から変更終了までの期間では、点火時期及び燃料の噴射終了時期を徐々に進角側に変更するとともに、点火装置２７における点火コイルの通電時間を徐々に長くする。ＣＮＧ燃料はガソリン燃料に比べて大きな着火エネルギが必要であり、本実施形態ではこの点を考慮して、ＣＮＧ燃料の使用時にはガソリン燃料の使用時に比べて点火コイルの通電時間を長くしている。

　また、ＣＮＧ燃料の使用時において、使用燃料をＣＮＧ燃料からガソリン燃料に切り替える切替要求があった場合、その要求タイミングｔ２２では使用燃料の切り替えを実施せず、ＣＮＧ噴射弁１４による燃料噴射を継続したまま吸気バルブ１６の目標位相角をＣＮＧ目標位相角θｔｃからガソリン目標位相角θｔｇに変更する。また、吸気バルブ１６の目標位相角の変更開始（ｔ２２）から変更終了までの期間では、点火時期及び燃料の噴射終了時期を徐々に遅角側に変更するとともに、点火装置２７における点火コイルの通電時間を徐々に短くする。そして、吸気側バルブ駆動機構２１によるガソリン目標位相角θｔｇへの変更が完了したタイミングｔ２３で使用燃料をＣＮＧ燃料からガソリン燃料に切り替える。

　第１の燃料と第２の燃料との使用割合を変更しつつ両者を同時に噴射する場合、点火コイルの通電時間及び燃料の噴射終了時期の少なくともいずれかについて、第１の燃料（ＣＮＧ燃料）の使用割合に応じて変更してもよい。具体的には、第１の燃料の使用割合が大きいほど、点火コイルの通電時間を大きくし、又はＣＮＧ噴射弁１４における噴射終了時期を進角側に設定する構成とする。

　上記実施形態では、第１の燃料としての気体燃料がＣＮＧ燃料であり、第２の燃料としての液体燃料がガソリン燃料である場合について説明したが、気体燃料及び液体燃料の種類はそれぞれ上記に限定しない。例えば、気体燃料として例えば水素燃料やＤＭＥ燃料などを用いることができ、液体燃料として例えばアルコール燃料やディーゼル燃料などを用いることができる。

　上記実施形態では、第１の燃料が気体燃料であって、かつ第２の燃料が液体燃料である場合について説明したが、オクタン価が異なる２種類の燃料を使用するエンジンであればよく、第１の燃料及び第２の燃料が共に液体燃料であるエンジンや、第１の燃料及び第２の燃料が共に気体燃料であるエンジンにも適用することができる。具体的には、例えば燃料としてアルコール燃料（第１の燃料）とガソリン燃料（第２の燃料）とを使用するエンジンに適用することができる。例えばアルコール燃料とガソリン燃料とを選択的に切り替えて使用するエンジンであれば、アルコール燃料の使用時には、ガソリン燃料の使用時に比べて、吸気バルブ１６の閉弁時期をエンジン１０の吸気下死点に近付けることで、エンジン１０の実圧縮比を増大側に変更する構成とする。

　上記実施形態では、吸気側バルブ駆動機構２１につき、吸気バルブ１６の開閉タイミングの位相角を可変制御することによりバルブ閉弁タイミングを調整する構成としたが、吸気バルブ１６の作用角を可変制御することによりバルブ閉弁タイミングを調整する構成としてもよい。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

　オクタン価がそれぞれ異なる第１の燃料と第２の燃料とのうち、オクタン価が高い方の燃料である前記第１の燃料を噴射する第１噴射部（１４）と、前記第２の燃料を噴射する第２噴射部（１５）と、により燃料が供給されるエンジン（１０）に適用され、
　エンジン運転状態に基づいて前記エンジンの吸気弁（１６）の閉弁時期を変更する吸気弁制御部と、
　前記第１の燃料を単独で又は前記第２の燃料と共に前記エンジンに供給する場合に、前記第２の燃料を単独で供給する場合に比べて、前記吸気弁制御部により前記閉弁時期を前記エンジンの吸気下死点に近付けて前記エンジンの実圧縮比を増大側に変更する圧縮比変更部と、
を備えることを特徴とするエンジン制御装置。
　前記第１の燃料と前記第２の燃料とを選択的に使用するエンジンに適用され、
　使用燃料を前記第１の燃料から前記第２の燃料に切り替える切替要求があったか否かを判定する第１判定部と、
　前記使用燃料を前記第１の燃料から前記第２の燃料に切り替える第１切替部と、
を備え、
　前記圧縮比変更部は、前記第１判定部により前記切替要求があったと判定された場合に、前記吸気弁制御部により前記閉弁時期を前記吸気下死点から離して前記エンジンの実圧縮比を減少側に変更し、
　前記第１切替部は、前記圧縮比変更部による前記エンジンの実圧縮比の変更が完了した後に前記使用燃料を切り替える請求項１に記載のエンジン制御装置。
　前記第１の燃料と前記第２の燃料とを選択的に使用するエンジンに適用され、
　使用燃料を前記第２の燃料から前記第１の燃料に切り替える切替要求があったか否かを判定する第２判定部と、
　前記使用燃料を前記第２の燃料から前記第１の燃料に切り替える第２切替部と、を備え、
　前記第２切替部は、前記第２判定部により前記切替要求があったと判定された場合に前記使用燃料を切り替え、
　前記圧縮比変更部は、前記第２切替部により前記使用燃料を切り替えた後に、前記吸気弁制御部により前記閉弁時期を前記吸気下死点に近付けて前記エンジンの実圧縮比を増大側に変更する請求項１又は２に記載のエンジン制御装置。
　使用燃料の切り替えの際に、前記吸気弁制御部による前記閉弁時期の変更開始から変更終了までの期間に、前記エンジンの点火時期を変更する点火制御部を備える請求項２又は３に記載のエンジン制御装置。
　前記第１の燃料は気体燃料であり、前記第２の燃料は液体燃料であり、
　前記圧縮比変更部は、使用燃料が前記気体燃料である場合に、前記閉弁時期を、前記吸気下死点よりも進角側であって、かつ使用燃料が前記液体燃料である場合よりも前記吸気下死点に近付けることで、前記エンジンの実圧縮比を増大側に変更する請求項２乃至４のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
　前記第１の燃料と前記第２の燃料との使用割合を変更しつつそれらの燃料を前記第１噴射部及び前記第２噴射部により同時に供給可能なエンジンに適用され、
　前記圧縮比変更部は、前記第１の燃料の使用割合が大きいほど、前記閉弁時期を前記吸気下死点に近付ける請求項１に記載のエンジン制御装置。
　前記エンジンの暖機後の再始動時であるか否かを判定する始動判定部を備え、
　前記第１の燃料を単独で又は前記第２の燃料と共に前記エンジンに供給する場合において、前記始動判定部により前記エンジンの暖機後の再始動時であると判定された時には、前記圧縮比変更部による前記エンジンの実圧縮比の増大側への変更を禁止する請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
　前記エンジンの運転状態が所定の低負荷運転状態であるか否かを判定する負荷判定部を備え、
　前記第１の燃料を単独で又は前記第２の燃料と共に前記エンジンに供給する場合において、前記負荷判定部により前記所定の低負荷運転状態であると判定された時には、前記圧縮比変更部による前記エンジンの実圧縮比の増大側への変更を禁止する請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。