WO2015104772A1

WO2015104772A1 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: WO2015104772A1
Application number: PCT/JP2014/006413
Authority: WO
Inventors: 優一竹村; 和田　実; 福田　圭佑
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2016-07-08
Also published as: JP2015129470A

Abstract

　エンジン（１０）では、第１噴射弁（２１）から気体燃料が噴射される。制御部（８０）は、エンジン運転状態に基づいて第１噴射弁２１による燃料噴射の要求量を設定し、該要求量に基づいて第１噴射弁（２１）の燃料噴射を実施する。また、制御部（８０）は、現時点のエンジン運転状態について、第１噴射弁（２１）による要求量の燃料噴射が実施できる状態であるか否かを判定し、第１噴射弁（２１）による要求量の燃料噴射が実施できる状態でないと判定した場合に、第１噴射弁（２１）による燃料噴射の制限を実施する。またその一方で、第１噴射弁（２１）に供給される気体燃料の組成を判定し、その燃料組成に基づいて、要求量の燃料噴射の実施の可否を判定する判定基準を可変に設定する。

Description

内燃機関の制御装置

関連出願の相互参照

　本開示は、２０１４年１月８日に出願された日本出願番号２０１４－１６０１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、内燃機関の制御装置に関するものである。

　天然ガス（ＣＮＧ）等の気体燃料を用いる場合には、液体燃料を用いる場合に比べて燃焼に要する燃料量が異なり、その燃料量の差異を考慮した技術が各種記載されている。例えば、特許文献１に記載の技術では、液体燃料の噴射量に基づいて気体燃料の噴射量を算出するシステムにおいて、気体燃料の組成変化に応じて気体燃料の噴射量を補正する。そしてこれにより、気体燃料の組成が変化した場合でも安定した気体燃料噴射を実現でき、エミッション性能の低下や空燃比センサの故障誤検知を防止することが可能である。

　しかしながら、天然ガス（ＣＮＧ）等の気体燃料を用いる場合には、燃料組成が大きくばらつく。その燃料組成のばらつきに起因して、燃焼ごとに要する燃料量のばらつきが生じる。この場合、気体燃料中の不活性ガス成分（不純物）が多くなると、燃焼ごとに要する燃料量が多くなり、さらに短時間に大量の燃料を噴射しなければならない高回転と高負荷運転時においては、空燃比が意図せずリーンになる。したがって、排気エミッションの悪化やドライバビリティの低下等の不都合が生じるおそれがある。

特開２０１３－１３０１５６号公報

　本開示は、気体燃料の噴射の実施に関して適正な判断を行わせ、ひいては排気エミッションの悪化やドライバビリティの低下等の不都合を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とするものである。

　本開示の第一の態様において、内燃機関の制御装置は、燃料タンクから供給される気体燃料の圧力を所定圧力に調整する圧力調整部と、内燃機関において前記圧力調整部による圧力調整後の気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁とを備える燃料噴射システムに適用され、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記気体燃料噴射弁による燃料噴射の要求量を設定するとともに、該要求量に基づいて前記気体燃料噴射弁の燃料噴射を実施するものである。そして、都度の前記内燃機関の運転状態について、前記気体燃料噴射弁による前記要求量の燃料噴射が実施できる状態であるか否かを判定する運転状態判定部と、前記運転状態判定部が、前記気体燃料噴射弁による前記要求量の燃料噴射が実施できる状態でないと判定した場合に、前記気体燃料噴射弁による燃料噴射の制限を実施する噴射制限部と、前記気体燃料噴射弁に供給される気体燃料の組成を判定する組成判定部と、前記組成判定部により判定した燃料組成に基づいて、前記運転状態判定部において前記要求量の燃料噴射の実施の可否を判定する判定基準を可変に設定する設定部と、を備える。

　天然ガス等で構成される気体燃料を使用する場合、液体燃料に比べて燃焼に要する燃料体積量が大きくなるため、例えば高負荷運転状態において燃焼サイクル内の所定時期に所望の量の燃料を噴射しきれないと、意図しない燃料不足により排気エミッションの悪化等を招くことになる。そのため、例えば高負荷運転状態にあっては燃料噴射を制限し、これにより意図しない燃料不足が生じない。

　一方で、気体燃料の場合は組成が大きくばらつくことが想定され、不活性成分（不純物）を多く含んでいる場合に必要燃料量が多くなることを見越して、余裕をもって噴射制限領域を設定しておく。しかしながら、実際に不活性成分（不純物）の少ない気体燃料を使用している場合には、噴射制限が不要に実施される。かかる場合には、過剰な噴射制限（本来不要な制限）が実施されることで、ドライバビリティの低下等の不都合を発生するおそれがある。

　この点、上記構成では、気体燃料噴射弁による要求量の燃料噴射が実施できる状態であるか否かを判定するための判定基準を、燃料組成に基づいて可変に設定するようにしたため、都度の燃料組成に対応させつつ気体燃料の制限を適正に実施できる。例えば、不活性成分の少ない気体燃料の場合は気体燃料の噴射を制限無しで実施可能な領域を拡げ、逆に不活性成分の多い気体燃料の場合は気体燃料の噴射を制限無しで実施可能な領域を狭めることが可能となる。その結果、気体燃料の噴射の実施に関して適正な判断を行わせ、ひいては排気エミッションの悪化やドライバビリティの低下等の不都合を抑制することができる。

　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。その図面は、
図１は、エンジン制御システムの全体構成を示す概略図であり、図２は、噴射制限領域と非制限領域とを示す図であり、図３は、空燃比補正係数と不活性ガス量との関係を示す図であり、図４は、気体燃料の燃料噴射の制御手順を示すフローチャートであり、図５は、第２実施形態において気体燃料の燃料噴射の制御手順を示すフローチャートである。

　（第１実施形態）
　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、気体燃料である圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と液体燃料であるガソリンとをエンジン燃焼用の燃料として使用し、バイフューエルタイプの車載多気筒エンジンの燃料噴射システムとして具体化している。燃料噴射システムの全体概略図を図１に示す。

　図１に示すエンジン１０は直列３気筒の火花点火式エンジンよりなり、その吸気ポート及び排気ポートには吸気系統１１、排気系統１２がそれぞれ接続されている。吸気系統１１は、吸気マニホールド１３と吸気管１４とを有している。吸気マニホールド１３は、エンジン１０の吸気ポートに接続される複数（エンジン１０の気筒数分）の吸気分岐管部１３ａと、その上流側であって吸気管１４に接続される吸気集合部１３ｂとを有している。この場合、吸気分岐管部１３ａの数はエンジン１０の気筒数分である。吸気管１４には、空気量調整部としてのスロットル弁１５が設けられている。このスロットル弁１５は、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５ａにより開度調節される電子制御式のスロットル弁として構成されている。スロットル弁１５の開度は、スロットルアクチュエータ１５ａに内蔵されたスロットル開度センサ１５ｂにより検出される。この場合、スロットル弁１５の開度はスロットル開度である。また、エンジン１０の吸気ポートには吸気弁が設けられており、吸気弁の開動作により空気と燃料との混合気が気筒２４内またはシリンダ内に導入される。

　排気系統１２は、排気マニホールド１６と排気管１７とを有している。排気マニホールド１６は、エンジン１０の排気ポートに接続される複数の排気分岐管部１６ａと、その下流側であって排気管１７に接続される排気集合部１６ｂとを有している。この場合、排気分岐管部１６ａの数はエンジン１０の気筒数分である。エンジン１０の排気ポートには排気弁が設けられており、排気弁の開動作によりエンジン１０の燃焼後の排気がエンジン１０の各気筒２４内から排気管１７に排出される。排気管１７には、排気の成分を検出する排気センサと、排気を浄化する触媒１９とが設けられている。排気センサとしては、排気中の酸素濃度から空燃比を検出する空燃比センサ１８が設けられている。

　エンジン１０には、図示しない吸気弁の開閉時期を可変に調整する可変動弁装置２６が設けられており、この可変動弁装置２６により、吸気弁の開弁時期及び閉弁時期がそれぞれ進角側又は遅角側に変更できる。可変動弁装置２６の構成については周知であるためその説明は割愛するが、例えば油圧駆動式又は電気駆動式の位相調機構を備えるものであるとよい。

　また、本実施形態のエンジン１０は過給機付きエンジンであり、過給機としてのターボチャージャ３１により吸気の過給が行われる。ターボチャージャ３１は、吸気管１４に設けられた吸気コンプレッサ３２と、排気管１７に設けられた排気タービン３３とを有しており、それらが図示しない回転軸により一体回転可能に連結されている。排気タービン３３を挟んで排気管１７の上流部と下流部との間にはバイパス通路３４が設けられており、このバイパス通路３４には電動式のウエストゲートバルブ３５が設けられている。

　エンジン１０の各気筒２４には点火プラグ２０が設けられている。点火プラグ２０には、点火コイル等よりなる点火装置２０ａ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２０の対向電極間に火花放電が発生し、気筒２４内（燃焼室内）に導入された燃料が着火され燃焼に供される。

　また、燃料噴射システムは、エンジン１０に対して燃料を噴射供給する燃料噴射部として、気体燃料を噴射する第１噴射弁２１と、液体燃料を噴射する第２噴射弁２２とを有している。本実施形態では、第２噴射弁２２は液体燃料噴射弁に相当する。これら噴射弁２１，２２のうち、第１噴射弁２１は、吸気マニホールド１３の吸気分岐管部１３ａに燃料を噴射するポート噴射式であり、第２噴射弁２２は、エンジン１０の気筒２４内に燃料を直接噴射する直噴式となっている。各噴射弁２１，２２は、電磁駆動部が電気的に駆動されることで弁体が閉位置から開位置にリフトされる開閉タイプの制御弁であり、制御部８０から入力される開弁駆動信号によりそれぞれ開弁駆動される。これら各噴射弁２１，２２は、通電により開弁し、通電遮断により閉弁するとともに、通電時間に応じた量の燃料を噴射する。この場合、燃料は気体燃料と液体燃料含む。

　ここで、第１噴射弁２１に対して気体燃料を供給する気体燃料供給部４０と、第２噴射弁２２に対して液体燃料を供給する液体燃料供給部７０とについて説明する。気体燃料供給部４０において、第１噴射弁２１にはガス配管４１を介してガスタンク４２が接続されている。ガス配管４１の途中には、第１噴射弁２１に供給される気体燃料の圧力を減圧調整する圧力調整部としてのレギュレータ４３が設けられている。具体的に、レギュレータ４３は、ガスタンク４２内に貯蔵された高圧状態（例えば最大２０ＭＰａ）の気体燃料が、第１噴射弁２１の噴射圧である所定の設定圧（例えば０．２～１．０ＭＰａの範囲内の一定圧）になるように減圧調整するものである。減圧調整後の気体燃料は、ガス配管４１を通って第１噴射弁２１に供給される。

　ガス配管４１には更に、ガスタンク４２の燃料出口の付近に配置されたタンク主止弁４４と、タンク主止弁４４よりも下流側であってレギュレータ４３の燃料入口の付近に配置された遮断弁４５とが設けられている。これら各弁４４，４５によって、ガス配管４１における気体燃料の流通が許容及び遮断される。タンク主止弁４４及び遮断弁４５はいずれも電磁式の開閉弁であり、非通電時において気体燃料の流通が遮断され、通電時において気体燃料の流通が許容される常閉式である。また、ガス配管４１において、レギュレータ４３の上流側及び下流側にはそれぞれ、燃料圧力を検出する圧力センサ４６ａ，４６ｂと、燃料温度を検出する温度センサ４７ａ，４７ｂとが設けられている。

　液体燃料供給部７０において、第２噴射弁２２には、燃料配管７１を介して燃料タンク７２が接続されている。また、燃料配管７１には、燃料タンク７２内の液体燃料を第２噴射弁２２に給送する燃料ポンプ７３が設けられている。

　その他、燃料噴射システムには、エンジン始動時にエンジン１０に初期回転を付与する始動装置としてのスタータ２５が設けられている。

　制御部８０は、ＣＰＵ８１と、ＲＯＭ８２と、ＲＡＭ８３と、バックアップＲＡＭ（ＢＫ　ＲＡＭ）８４と、インターフェース（Ｉ／Ｆ）８５と、双方向バス８６とを備えている。ＣＰＵ８１、ＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３、バックアップＲＡＭ８４及びインターフェース８５は、双方向バス８６によって互いに接続されている。

　ＣＰＵ８１は、燃料噴射システムにおける各部の動作を制御するためのルーチン（プログラム）を実行する。ＲＯＭ８２には、ＣＰＵ８１が実行するルーチン、及びこのルーチン実行の際に参照されるマップ、パラメータ等の各種データが予め格納されている。この場合、マップはテーブルや関係式等も含む。ＲＡＭ８３は、ＣＰＵ８１がルーチンを実行する際に、必要に応じてデータを一時的に格納する。バックアップＲＡＭ８４は、電源が投入された状態でＣＰＵ８１の制御下でデータを適宜格納するとともに、この格納されたデータを電源遮断後も保持する。

　インターフェース８５は、上述したスロットル開度センサ１５ｂ、空燃比センサ１８、圧力センサ４６ａ，４６ｂ、温度センサ４７ａ，４７ｂや、燃料噴射システムに設けられたその他のセンサと電気的に接続されている。この場合、これらのセンサにはクランク角センサ、カム角センサ、エアフロメータ、冷却水温センサ、車速センサ、アクセルセンサ等も含む。これらのセンサからの検出信号に相当する出力をＣＰＵ８１に伝達する。また、インターフェース８５は、スロットルアクチュエータ１５ａ、点火装置２０ａ、各噴射弁２１，２２、可変動弁装置２６、ウエストゲートバルブ３５、タンク主止弁４４、遮断弁４５等の駆動部と電気的に接続されており、ＣＰＵ８１から送出された駆動信号を駆動部に向けて出力することによりこれら駆動部を駆動させる。すなわち、制御部８０は、上述のセンサの出力信号等に基づいてエンジン１０の運転状態を取得し、その取得した運転状態に基づいて上述の駆動部を制御する。

　具体的には、例えばアクセルセンサにより検出されるアクセル操作量及びクランク角センサにより検出されるエンジン回転速度等に基づいてエンジン１０の目標空気量を算出し、その算出値に基づいてスロットルアクチュエータ１５ａの駆動を制御する。また、上記エンジン回転速度及びエアフロメータにより検出される吸入空気量またはエンジン負荷等に基づいて燃料噴射量を算出し、その算出値に基づいて各噴射弁２１，２２の駆動を制御する。この場合、燃料噴射量は要求量である。また、エンジン回転速度及び吸入空気量等に基づいて最適点火時期を算出し、その最適点火時期で点火が行われるように点火装置２０ａの駆動を制御する。さらに、エンジン回転速度及び吸入空気量等に基づいて吸気弁の目標開弁時期又は目標閉弁時期を算出し、その算出値に基づいて可変動弁装置２６の駆動を制御する。

　制御部８０は、気体燃料モードと液体燃料モードとの切替を実施する機能を有する。制御部８０は、気体燃料モードでは、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射を実施し、液体燃料モードでは、第２噴射弁２２による液体燃料の噴射を実施する。これら各モードの切替は、タンク内の燃料残量や、図示しない燃料選択スイッチからの入力信号等に応じて実施されるとよい。具体的には、ガスタンク４２内の気体燃料の残存量が所定値を下回った場合又は燃料選択スイッチにより液体燃料の使用が選択されている場合には、制御部８０は、第２噴射弁２２による液体燃料の噴射によりエンジン１０の燃焼を実施する。また、燃料タンク７２内の液体燃料の残存量が所定値を下回った場合又は燃料選択スイッチにより気体燃料の使用が選択されている場合には、制御部８０は、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射によりエンジン１０の燃焼を実施する。

　ところで、ＣＮＧ等の気体燃料を使用する場合、液体燃料に比べて燃焼に要する燃料体積量が大きいため、例えば高負荷運転状態において燃焼サイクル内の所定時期に所望の量の燃料を噴射しきれないと、意図しない燃料不足により排気エミッションの悪化等を招くことになる。そのため、例えば高負荷運転状態にあっては気体燃料の噴射を制限し、これにより意図しない燃料不足が生じない。例えば、図２において高回転かつ高負荷となる領域Ａでは、所望の燃料量を噴射しきれないことに起因して、空燃比のリーンずれが生じるおそれがある。

　一方で、ＣＮＧの場合は組成が大きくばらつくことが想定される。すなわち、採掘した天然ガスを精製することなく燃料としてそのまま使用する地域もあり、採掘地域によってその燃料組成が大きくばらつく。特に燃料中に窒素や二酸化炭素などの不活性ガスが多く混入している場合、同一空気量あたりに噴射しなければならない燃料体積量が増加する。地域によっては不活性ガスが全体の２０％以上を占めている場合もあり、不活性ガス割合に比例して要求噴射量が多くなる。そのため、不活性ガス（不純物）を多く含んでいる場合に要求燃料量が多くなることを見越して、余裕をもって噴射制限領域を設定しておく。本実施形態では、噴射制限領域は図２の領域Ａである。しかしながら、実際には不活性ガスの少ない気体燃料を使用している場合に、無駄に噴射制限が生じることがある。かかる場合には、過剰な噴射制限（本来不要な制限）が実施されてしまい、ドライバビリティの低下等の不都合を発生するおそれがある。

　そこで本実施形態では、第１噴射弁２１による要求量の燃料噴射が実施できる状態であるか否かを判定するための判定基準を、燃料組成に基づいて可変に設定し、都度の燃料組成に対応させつつ気体燃料の制限を適正に実施できる。この場合、図２において噴射制限領域Ａと非制限領域Ｂとの境界線は判定基準である。具体的には、図２に示すように、不活性ガスの多い気体燃料の場合は、要求量の燃料噴射が実施できる領域を狭めるべく判定基準をより低回転と低負荷側にシフトさせ、逆に不活性ガスの少ない気体燃料の場合は、要求量の燃料噴射が実施できる領域を拡げるべく判定基準をより高回転と高負荷側にシフトさせる。この場合、領域は気体燃料の噴射が制限されない非制限領域Ｂである。

　図４は、気体燃料の噴射制御に関する処理手順を示すフローチャートである。本処理は、気体燃料モードである場合に、制御部８０のＣＰＵ８１により所定周期で繰り返し実施される。

　図４において、Ｓ１１では、制御部８０は、気体燃料組成の学習が完了しているか否かを判定する。燃料組成学習の手法は任意でよいが、本実施形態では、制御部８０は、気体燃料モード下での燃料補正量に基づいて燃料組成の学習を実施する。簡単に説明すると、制御部８０は、空燃比フィードバック制御を実施する場合において、実空燃比を目標空燃比に一致させるために要する空燃比補正係数ＦＡＦを算出し、その空燃比補正係数ＦＡＦに基づいて燃料組成の算出を実施する。この場合、気体燃料において不活性ガスの混入量が多いほど、エンジン回転速度やエンジン負荷に基づき算出される基本噴射量に対して、補正により増加させる燃料量が多くなり、空燃比補正係数ＦＡＦは大きい値となる。なお、補正により燃料量を増加させるか減少させるか（ＦＡＦ＞１であるかＦＡＦ＜１であるか）は、基準とする燃料組成に応じて決まる。この場合、燃料組成は基本噴射量の前提となる基準組成である。その基準組成に対して不活性ガスの混入量が多いと、補正により燃料量を増加させること（ＦＡＦ＞１）になり、逆に基準組成に対して不活性ガスの混入量が少ないと、補正により燃料量を減少させること（ＦＡＦ＜１）になる。

　本実施形態では、例えば図３の関係を用い、制御部８０は、空燃比補正係数ＦＡＦに基づいて燃料組成のパラメータとしての不活性ガス量を算出する。こうして算出した不活性ガス量は、学習値としてバックアップ用のメモリに逐次記憶される。例えば、燃料組成の学習は、車両の運転が行われる都度（１トリップに一回）実施されるか、又は気体燃料の補給の都度実施されるとよい。

　制御部８０は、Ｓ１１がＹＥＳの場合、Ｓ１２に進み、気体燃料中の不活性ガス量（燃料組成学習の結果）に基づいて噴射制限領域Ａ及び非制限領域Ｂの設定を実施する。Ｓ１２が領域設定部に相当する。この場合、制御部８０は、不活性ガス量が多いほど、噴射制限領域Ａを拡げる、すなわち第１噴射弁２１による燃料噴射を制限する領域を拡げる。より具体的には、図２では、判定基準が変更される設定範囲をＬａ～Ｌｃとしており、不活性ガス量が、判定基準をＬ１とする場合の所定量Ｋよりも多ければ、判定基準がＬ１からＬａ側にシフトされ、不活性ガス量が所定量Ｋよりも少なければ、判定基準がＬ１からＬｃ側にシフトされる。なお、判定基準は、不活性ガス量に応じて小刻みに変更されるのが望ましく、例えば不活性ガス量に応じてＬ１～Ｌａの中間であるＬｂ等に適宜変更される。

　制御部８０は、Ｓ１１がＮＯの場合、Ｓ１３に進み、非制限領域Ｂが最も狭くなるように噴射制限領域Ａ及び非制限領域Ｂの設定を実施する。この場合、判定基準をＬａとすることで、非制限領域Ｂを最小とする。Ｓ１３が最小設定部に相当する。

　Ｓ１４では、制御部８０は、今現在の車両及びエンジン１０の運転状況から、エンジン１０の要求運転条件を算出する。具体的には、アクセル操作量、トランスミッションの変速比、電気負荷の駆動量等に基づいて、実現すべきエンジン運転状態を算出する。この場合、エンジン運転状態は回転速度と負荷を含む。

　Ｓ１５では、制御部８０は、Ｓ１４で算出した要求運転条件が、Ｓ１２，Ｓ１３で設定した非制限領域Ｂに入っているか否かを判定する。そして、制御部８０は、非制限領域Ｂに入っていれば、Ｓ１６に進んで通常制御を実施する。このとき、制御部８０は、エンジン１０やその他について運転制限を実施することなく、これら各々について通常制御を実施する。また、制御部８０は、非制限領域Ｂに入っていなければ（すなわち噴射制限領域Ａに入っていれば）、Ｓ１７に進んでエンジン１０やその他について運転制限を実施する。なお、Ｓ１５が運転状態判定部に相当し、Ｓ１７が噴射制限部に相当する。

　運転制限について具体的には、以下の各構成とする。すなわち、要求運転条件が噴射制限領域Ａに入っている場合には、気体燃料の燃料噴射量を本来の燃料噴射量に対して減少させる必要があり、本実施形態では、エンジン１０の吸入空気量を減少させることで気体燃料の燃料噴射量を減少させる。また、吸入空気量を減少させる手段として具体的には、次の（１）～（３）がある。
（１）スロットル弁１５の開度を減じ側に制御する。
（２）吸気弁の閉弁時期を吸気下死点から遠ざけるよう可変動弁装置２６の駆動を制御する。つまり、吸気弁の閉弁時期を吸気下死点に対して進角させる、又は遅角させる。なお、可変動弁装置２６が吸気弁のリフト量を変更できるものであれば、そのリフト量の制限を実施する。
（３）ターボチャージャ３１のウエストゲートバルブ３５の開度を調整することで、過給圧をより低圧側に制限する。

　要求運転条件が噴射制限領域Ａに入っている場合において、上記のとおり運転制限が実施されることで、燃料噴射量が意に反してリーンとなることが抑制され、その結果として排気エミッションが悪化するという不都合が抑制される。

　以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

　第１噴射弁２１による要求量の燃料噴射が実施できる状態であるか否かを判定するための判定基準を、燃料組成に基づいて可変に設定するようにしたため、都度の燃料組成に対応させつつ気体燃料の制限を適正に実施できる。これにより、気体燃料の噴射の実施に関して適正な判断を行わせ、ひいては排気エミッションの悪化やドライバビリティの低下等の不都合を抑制することができる。

　気体燃料中の不活性ガス量が多い場合に、少ない場合に比べて非制限領域Ｂを狭めるようにした。この場合、非制限領域Ｂは制限無し運転領域である。これにより、不活性ガス量が多い場合には燃料噴射の体積が増えることを加味して、燃料噴射を適正に実施できる。

　気体燃料の組成学習が完了する以前は、非制限領域Ｂを、変更可能な範囲のうちで最も狭い領域（例えば図２のＬａを判定基準とする領域）で設定するようにした。これにより、気体燃料に組成のばらつきが存在することを考慮しつつ、燃料組成が未学習の状態でも空燃比のリーンずれに起因する排気エミッションの悪化を抑制できる。

　第１噴射弁２１による要求量の燃料噴射が実施できないと判定される場合には、吸入空気量の制限を行うことで第１噴射弁２１の燃料噴射の制限を実施する。この場合、吸入空気量の制限と気体燃料の噴射制限とを併せて実施することによって、空燃比ずれを抑制し、ひいては排気エミッションの悪化を抑制できる。

　（第２実施形態）
　本実施形態では、上記第１実施形態との相違点として、ガスタンク４２内の燃料残量を判定し、その燃料残量に基づいて判定基準の可変設定を実施する。

　図５は、本実施形態における気体燃料の噴射制御に関する処理手順を示すフローチャートであり、本処理は、上述の図４に置き換えて実施される。なお、図５は、図４の一部を変更したものであり、図４のＳ１１～Ｓ１３を、Ｓ２１～Ｓ２４に変更している。

　図５において、Ｓ２１では、制御部８０は、ガスタンク４２内の燃料残量の判定を実施する。この燃料残量は、例えばレギュレータ４３の上流側に設けられた圧力センサ４６ａの検出値から求められる他、ガスタンク４２にタンク内圧センサが設けられている場合にそのタンク内圧センサの検出値から求められるとよい。Ｓ２１が残量判定部に相当する。

　Ｓ２２では、制御部８０は、気体燃料中の不活性ガス量の算出である燃料組成学習が完了しているか否かを判定する。この処理は図４のＳ１１と同じ処理である。そして、制御部８０は、Ｓ２２がＹＥＳの場合、Ｓ２３に進み、気体燃料中の不活性ガス量と燃料残量とに基づいて噴射制限領域Ａ及び非制限領域Ｂの設定を実施する。

　この場合、制御部８０は、図２に示す噴射制限領域Ａ及び非制限領域Ｂを設定する際において、不活性ガス量に加えて燃料残量に基づいて各領域Ａ，Ｂを設定する。具体的には、制御部８０は、不活性ガス量が多い場合に噴射制限領域Ａを拡げ、不活性ガス量が少ない場合に噴射制限領域Ａを狭めることに加えて、燃料残量が所定値Ｔｈよりも少なくなった場合に、その燃料残量に基づいて各領域Ａ，Ｂを設定する。このとき、燃料残量が残り少なくなってＴｈ未満となった場合に、その残量が少ないほど、噴射制限領域Ａを拡げるとよい。所定値Ｔｈは、レギュレータ４３において設定圧での圧力調整が可能か否かを基準として定められているとよく、その設定圧での圧力調整が不可となる程度まで燃料残量が減っていることを判定するための判定値である。

　また、制御部８０は、Ｓ２２がＮＯの場合、Ｓ２４に進み、燃料残量を加味しつつ、非制限領域Ｂの最小設定を実施する。つまり、燃料残量が少ない場合には、要求量の燃料噴射を実施することが厳しくなることから、燃料残量が少なくなるほど非制限領域Ｂをより狭める。

　Ｓ１４以降は、図４で説明したとおりである。略述すると、制御部８０は、エンジン１０の要求運転条件を算出し、その要求運転条件が非制限領域Ｂに入っているか否かを判定する（Ｓ１４，Ｓ１５）。そして、制御部８０は、非制限領域Ｂに入っていれば通常制御を実施し、非制限領域Ｂに入っていなければエンジン１０やその他について運転制限を実施する（Ｓ１６，Ｓ１７）。

　要するに、ガスタンク４２内の燃料残量の低下が生じると、タンク内圧が低下し、レギュレータ４３において燃圧を所定圧力に調整することが困難になる（すなわち燃圧が所定圧力以下になる）。この場合、燃料残量の低下に伴い燃料の噴射率が低下することから、第１噴射弁２１による要求量の燃料噴射が実施できるかどうかの判断にも影響が及び、その判断が適正に行われないと、残り少なくなった気体燃料を適正に使用できなくなる。例えば、車両走行ができなくなるとの判断が時期尚早に行われるおそれがある。

　この点、燃料組成に加えて、燃料残量に基づいて判定基準の設定を行うため、残り少なくなった気体燃料を適正に使用し、車両走行ができなくなるとの判断が時期尚早に行われるといった不都合を抑制できる。また、ガスタンク４２内の燃料を残り僅かになるまで適正に使用することができるようになり、車両の走行距離の延長化にも寄与できる。

　（他の実施形態）
　上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

　要求運転条件が噴射制限領域Ａに入っており、気体燃料の噴射制限を実施する場合に、既述のようにエンジン１０の吸入空気量を減少させることに代えて、以下の処理を実施するようにしてもよい。すなわち、気体燃料の噴射制限が実施される場合に、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射に加えて、第２噴射弁２２による液体燃料の噴射を実施するデュアル噴射にしてもよい。具体的には、図４，図５のＳ１７において、燃料噴射量としての要求量のうち第１噴射弁２１で噴射可能な分だけ第１噴射弁２１で噴射し、残りの不足分を第２噴射弁２２で噴射する。

　本構成においても、空燃比ずれに伴う排気エミッションの悪化を抑制できるとともに、さらにドライバビリティの低下を抑制できる。また、気体燃料使用を継続しつつ不足分に応じて液体燃料を使用することで、できる限り気体燃料を用いての運転を継続することができる。

　又は、気体燃料の噴射制限が実施される場合に、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射に代えて、第２噴射弁２２による液体燃料の噴射を実施する切替制御にしてもよい。具体的には、図４，図５のＳ１７において、第１噴射弁２１の燃料噴射を停止させ、燃料噴射量としての要求量を全て第２噴射弁２２で噴射する。

　本構成においても、空燃比ずれに伴う排気エミッションの悪化を抑制できるとともに、さらにドライバビリティの低下を抑制できる。また、自動的に液体燃料に切り替えることで、不活性ガス量の多い気体燃料を用いる場合であっても車両の走行性能を損なうことを抑制できる。

　上記実施形態では、気体燃料（ＣＮＧ）と液体燃料（ガソリン）とを燃焼用の燃料として使用するバイフューエルエンジンにて本開示を具体化したが、これを変更し、気体燃料のみを用いるガスエンジンにて本開示を具体化することも可能である。

　上記実施形態では、気体燃料としてＣＮＧ燃料を用いたが、標準状態で気体となるその他の気体燃料を用いることもでき、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、水素などを主成分とする燃料を用いてもよい。また、液体燃料についてもガソリン燃料に限らず、例えば軽油などを用いてもよい。

　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

　燃料タンク（４２）から供給される気体燃料の圧力を所定圧力に調整する圧力調整部（４３）と、内燃機関（１０）において前記圧力調整部による圧力調整後の気体燃料を噴射する気体燃料噴射弁（２１）とを備える燃料噴射システムに適用され、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記気体燃料噴射弁による燃料噴射の要求量を設定するとともに、該要求量に基づいて前記気体燃料噴射弁の燃料噴射を実施する内燃機関の制御装置であって、
　都度の前記内燃機関の運転状態について、前記気体燃料噴射弁による前記要求量の燃料噴射が実施できる状態であるか否かを判定する運転状態判定部（８０、Ｓ１５）と、
　前記運転状態判定部が、前記気体燃料噴射弁による前記要求量の燃料噴射が実施できる状態でないと判定した場合に、前記気体燃料噴射弁による燃料噴射の制限を実施する噴射制限部（８０、Ｓ１７）と、
　前記気体燃料噴射弁に供給される気体燃料の組成を判定する組成判定部（８０、Ｓ１１）と、
　前記組成判定部により判定した燃料組成に基づいて、前記運転状態判定部において前記要求量の燃料噴射の実施の可否を判定する判定基準を可変に設定する領域設定部（８０、Ｓ１２）と、を備える内燃機関の制御装置。
　前記組成判定部は、前記気体燃料の組成判定として当該気体燃料に含まれる不活性ガス量を算出するものであり、
　前記設定部は、前記不活性ガス量が多い場合に、少ない場合に比べて、前記気体燃料噴射弁による前記要求量の燃料噴射が実施できるとする制限無し運転領域を狭めるようにして前記判定基準を設定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
　前記運転状態判定部は、前記気体燃料噴射弁による前記要求量の燃料噴射が実施できるとする制限無し運転領域を定めておき、前記内燃機関の運転状態が前記制限無し運転領域に入っているか否かに基づいて、前記気体燃料噴射弁による前記要求量の燃料噴射が実施できる状態か否かを判定するものであり、
　前記組成判定部による気体燃料の組成判定が完了する以前は、前記制限無し運転領域を、前記組成判定が完了した状態での設定範囲のうち最も狭い領域で設定する最小設定部（８０、Ｓ１３）を備える請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
　前記燃料タンク内の燃料残量を判定する残量判定部（８０、Ｓ２１）を備え、
　前記設定部は、前記残量判定部により判定した燃料残量に基づいて、前記判定基準を可変に設定する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
　前記噴射制限部は、前記運転状態判定部が、前記気体燃料噴射弁による前記要求量の燃料噴射が実施できる状態でないと判定した場合に、前記内燃機関に吸入される空気量を制限することで前記気体燃料噴射弁による燃料噴射の制限を実施するものである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
　液体燃料を噴射する液体燃料噴射弁（２２）を備える燃料噴射システムに適用され、
　前記噴射制限部により前記気体燃料噴射弁による燃料噴射の制限が実施される場合に、当該気体燃料噴射弁による燃料噴射に加えて又は当該燃料噴射に代えて、前記液体燃料噴射弁による燃料噴射を実施する実施部を備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。