内燃機関の制御装置
【課題】内燃機関の排気経路に設けられる触媒の劣化を効果的に抑制する。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、ガス燃料を供給するガス燃料供給手段（３１０，３２０，３３０）及び液体燃料を供給する液体燃料供給手段（４１０，４２０，４３０）を有する内燃機関（２００）の制御装置であって、内燃機関の排気経路に設けられた触媒（１２３）の温度を検出する触媒温度検出手段（１２４）と、触媒温度検出手段において検出された触媒の温度、若しくは触媒の昇温速度、又は触媒の温度及び触媒の昇温速度の両方に基づいて、ガス燃料供給手段によって供給するガス燃料及び液体燃料供給手段によって供給する液体燃料の供給割合を夫々決定する燃料割合決定手段（１００）とを備える。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、ガス燃料を供給するガス燃料供給手段（３１０，３２０，３３０）及び液体燃料を供給する液体燃料供給手段（４１０，４２０，４３０）を有する内燃機関（２００）の制御装置であって、内燃機関の排気経路に設けられた触媒（１２３）の温度を検出する触媒温度検出手段（１２４）と、触媒温度検出手段において検出された触媒の温度、若しくは触媒の昇温速度、又は触媒の温度及び触媒の昇温速度の両方に基づいて、ガス燃料供給手段によって供給するガス燃料及び液体燃料供給手段によって供給する液体燃料の供給割合を夫々決定する燃料割合決定手段（１００）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車等の車両に搭載される内燃機関であって、ガス燃料及び液体燃料を選択的に用いることが可能な内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関の制御装置として、例えばＣＮＧ（Compressed Natural Gas：天然ガス）等のガス燃料と、ガソリン等の液体燃料を併用する内燃機関（所謂、バイフューエルエンジン）の動作を制御するものがある。バイフューエルエンジンでは、車両の走行状況やエンジンにおける各部位の状態等に基づいて、ガス燃料及び液体燃料の供給割合が適宜変更される。
【０００３】
例えば特許文献１では、エンジン始動直後の軽負荷時には着火しやすい液体燃料を供給し、中負荷時や高負荷時には着火し難いガス燃料を供給するという技術が提案されている。
【０００４】
また特許文献２では、スロットル開度が大きい高負荷時には軽油着火方式ガスエンジンとして運転し、微量軽油での着火が困難な低負荷時には軽油のみを燃料とするディーゼルエンジンとして運転するように、エンジンを停止することなく自動的に切替えるという技術が提案されている。
【０００５】
更に特許文献３では、ガス燃料が貯留された燃料タンク内の圧力に基づいて、液体燃料による運転とガス燃料による運転とを切替えるという技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１５８９８０号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８１５３号公報
【特許文献３】特開２００４−０５２５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したガス燃料による運転は、液体燃料による運転と比べると、内燃機関の排気経路に設けられる触媒の劣化を抑制することができる。具体的には、ガス燃料による運転では、触媒浄化反応熱が発生し難いため、触媒温度の上昇を抑制できる。しかしながら、ガス燃料は、酸素リッチ雰囲気下での燃焼安定性が悪い。このため、仮に上述した技術を単純に適用して触媒の劣化を抑制しようとすると、燃焼悪化を招き、結果として失火に至るおそれがある。即ち、上述した技術には、触媒の劣化を好適に抑制することができないという技術的問題点がある。
【０００８】
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、触媒の劣化を効果的に抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の内燃機関の制御装置は上記課題を解決するために、ガス燃料を供給するガス燃料供給手段及び液体燃料を供給する液体燃料供給手段を有する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の排気経路に設けられた触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記触媒温度検出手段において検出された触媒の温度、若しくは触媒の昇温速度、又は前記触媒の温度及び前記触媒の昇温速度の両方に基づいて、前記ガス燃料供給手段によって供給する前記ガス燃料及び前記液体燃料供給手段によって供給する前記液体燃料の供給割合を夫々決定する燃料割合決定手段とを備える。
【００１０】
本発明の内燃機関の制御装置は、例えば自動車等の車両に搭載され、天然ガス等のガス燃料及びガソリン等の液体燃料を選択的に用いて運転する内燃機関の動作を制御する。ガス燃料は、ガス燃料供給手段によって内燃機関に供給される。一方、液体燃料は、液体燃料供給手段によって内燃機関に供給される。ガス燃料及び液体燃料の夫々の供給量は、例えばガス燃料供給手段及び液体燃料供給手段に設けられた調整バルブ等によって調整される。これにより、内燃機関において、ガス燃料による運転、液体燃料による運転、更にはガス燃料及び液体燃料の両方による運転を実現できる。
【００１１】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の運転時において、内燃機関の排気経路に設けられた触媒の温度が触媒温度検出手段によって検出される。触媒温度検出手段は、例えば温度センサのように直接温度を検出するものであってもよいし、他のパラメータから温度を算出又は推定するようなものであってもよい。また触媒温度検出手段は、検出した温度を用いて、触媒の昇温速度を検出可能に構成されてもよい。
【００１２】
触媒の温度が検出されると、触媒の温度、若しくは触媒の昇温速度、又は触媒の温度及び触媒の昇温速度の両方に基づいて、ガス燃料供給手段によって供給されるガス燃料及び液体燃料供給手段によって供給される液体燃料の供給割合が夫々決定される。即ち、内燃機関において、ガス燃料のみでの運転を行うか、液体燃料のみでの運転を行うか、或いはガス燃料及び液体燃料の両方による運転を行うか、その場合ガス燃料及び液体燃料の供給割合をどうするかが決定される。
【００１３】
ここで、ガス燃料による運転は、液体燃料による運転と比べて触媒浄化反応熱が発生し難いため、触媒温度の上昇を抑制できるという特性がある。しかしながら、ガス燃料は、酸素リッチ雰囲気下での燃焼安定性が悪いため、例えば酸素を１５％以上増量した場合には失火に至るおそれがある。
【００１４】
しかるに本発明では特に、上述したように、ガス燃料及び液体燃料の供給割合が触媒の温度に基づいて好適に決定される。具体的には、例えば触媒の温度が劣化を招くまでに高いと判断された場合には、ガス燃料による運転が行われる。これにより、触媒の温度上昇が抑制され、触媒の劣化を効果的に抑制できる。また、ガス燃料による運転では失火に至ると判断された場合には、液体燃料による運転或いはガス燃料及び液体燃料の両方による運転が行われる。これにより、触媒の劣化を効果的に抑制しつつ、エミッションの悪化を防止することも可能である。
【００１５】
尚、どのような状況でガス燃料及び液体燃料の供給割合をどのような値に決定するかは、予め理論的、実験的或いは経験的に決定され、燃料割合決定手段が有する記憶媒体等に記憶されている。或いは、触媒の温度やその他のパラメータ等を用いて、リアルタイムで算出するように構成してもよい。
【００１６】
以上説明したように、本発明の内燃機関の制御装置によれば、触媒の劣化を効果的に抑制することが可能である。
【００１７】
本発明の内燃機関の制御装置の一態様では、前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度が第１閾値以上になった場合に、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給を止めて、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給のみを行うようにする。
【００１８】
この態様によれば、触媒の温度が第１閾値以上になった場合に、内燃機関がガス燃料のみでの運転に変更される。尚、ここでの「第１閾値」は、触媒の温度が劣化を抑制すべき程に高くなっているか否かを判定するための閾値であり、予め理論的、実験的或いは経験的にもとめられ設定されている。
【００１９】
上述したように、ガス燃料による運転は、液体燃料による運転と比べて触媒温度の上昇を抑制できる。しかしながら、触媒の劣化が殆ど生じないような状況でガス燃料のみの運転が行われるようにしたのでは、かえって効率が悪くなってしまう。これに対し、触媒の温度が第１閾値以上になった場合に、ガス燃料による運転になるように制御すれば、好適に触媒の劣化を抑制することが可能である。
【００２０】
本発明の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度が第２閾値以上になり、且つ前記触媒の昇温速度が第３閾値以上になった場合に、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給を止めて、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給のみを行うようにする。
【００２１】
この態様によれば、触媒の温度が第２閾値以上になり、且つ触媒の昇温速度が第３閾値以上になった場合に、内燃機関がガス燃料のみでの運転に変更される。尚、ここでの「第２閾値」は、触媒の温度が劣化を抑制すべき程に高くなっているか否かを判定するための閾値であり、予め理論的、実験的或いは経験的にもとめられ設定されている。また、「第３閾値」は、触媒の温度が劣化を抑制すべき程に急速に高くなっているか否かを判定するための閾値であり、予め理論的、実験的或いは経験的にもとめられ設定されている。
【００２２】
上述したように、ガス燃料による運転は、液体燃料による運転と比べて触媒温度の上昇を抑制できる。しかしながら、触媒の劣化が殆ど生じないような状況でガス燃料のみの運転が行われるようにしたのでは、かえって効率が悪くなってしまう。これに対し、触媒の温度が第２閾値以上になり、且つ触媒の昇温速度が第３閾値以上になった場合に、ガス燃料による運転になるように制御すれば、好適に触媒の劣化を抑制することが可能である。
【００２３】
尚、本態様と上述した第１閾値を用いる態様とを組み合わせて利用する場合、第２閾値は、第１閾値より低い値として設定される。このようにすれば、触媒の温度が第３閾値以上とならない昇温速度で高くなる場合には、触媒の温度が第２閾値以上となった時点ではガス燃料による運転には切替えられず、触媒の温度が第１閾値以上となった時点でガス燃料による運転とされる。一方、触媒の温度が第３閾値以上となる昇温速度で高くなる場合には、触媒の温度が第２閾値以上となった時点で（即ち、第１閾値以上となる前に）ガス燃料による運転に切替えられる。
【００２４】
本発明の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記触媒温度検出手段は、前記内燃機関の負荷、前記内燃機関の回転数、前記内燃機関に供給された積算空気量のうち少なくとも１つに基づいて、前記触媒の温度を検出する。
【００２５】
この態様によれば、触媒温度検出手段は、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段、内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段、又は内燃機関に供給された積算空気量を検出する空気量検出手段等を有するように構成され、検出された内燃機関の負荷、内燃機関の回転数、積算空気量の少なくとも１つに基づいて、触媒の温度が検出される。
【００２６】
本態様では、上述したパラメータを用いて触媒の温度が間接的に検出されるため、直接触媒の温度を検出せずに済む。即ち、触媒の温度を直接検出するような温度センサ等を設けることが求められないため、装置構成を簡単化することが可能である。
【００２７】
本発明の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度が第４閾値以上になった場合に、前記触媒の温度と前記第４閾値との差に基づいて、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給割合を決定する。
【００２８】
この態様によれば、触媒の温度が第４閾値以上になった場合に、触媒の温度が第４閾値をどの程度上回っているかによって、液体燃料の供給割合が決定される。尚、ここでの「第４閾値」は、触媒の温度がガス燃料による運転を行うだけで劣化を抑制できる状態にあるか否かを判定するための閾値であり、予め理論的、実験的或いは経験的にもとめられ設定されている。本態様では、例えば触媒の温度が第４閾値を超えた値に対応した分、液体燃料の供給割合が増加させられる。
【００２９】
上述したように、触媒の温度が劣化してしまう程度に高くなった場合には、触媒の昇温を抑制できるガス燃料による運転が行われることが好ましい。しかしながら、触媒の温度が極めて高くなってしまった場合には、ガス燃料による運転とするだけでは、触媒の劣化を抑制するのが困難となってしまうおそれがある。このような場合に、適宜液体燃料が供給されるようにすれば、液体燃料の気化潜熱による燃焼ガスの温度低下及び酸欠による触媒反応の低下によって、触媒温度を下げることができる。よって、触媒の劣化をより好適に抑制することが可能となる。
【００３０】
尚、第４閾値は、典型的には、上述した第１閾値及び第２閾値よりも高い値に設定されており、触媒温度が第１閾値又は第２閾値から第４閾値になるまでの間には、ガス燃料のみでの運転が行われる。
【００３１】
本発明の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記内燃機関が搭載された車両の減速を検出する減速検出手段を更に備え、前記燃料割合決定手段は、前記減速検出手段において前記車両の減速が検出された場合に、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給を止めて、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給のみを行うようにすると共に、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給を停止するフューエルカットを行わないようにする。
【００３２】
この態様によれば、内燃機関が搭載された車両の減速が検出された場合、内燃機関の運転はガス燃料による運転に切替えられる。また、ガス燃料の供給を停止するフューエルカットが禁止された状態となる。尚、車両の減速は、例えばスロットル開度を検出するセンサ等で構成された減速検出手段によって検出される。また、上述した減速が検出された場合の制御は、減速が検出されたら必ず行う訳ではなく、減速の程度に応じて行うようにしてもよい。即ち、減速度が所定の値以上となった場合に行うようにしてもよい。
【００３３】
本態様では特に、触媒の酸素吸蔵及び貴金属の酸化を防止することができる。よって、より効果的に触媒の劣化を抑制することが可能である。また本態様では更に、液体燃料と比べて体積効率の低いガス燃料を使用することで内燃機関のトルクを最小限にし、エンジンブレーキを利きやすくすることができる。即ち、制動力の低下を抑制することが可能である。
【００３４】
上述した車両の減速に基づいて燃料の供給割合を決定する態様では、前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度、若しくは前記触媒の昇温速度、又は前記触媒の温度及び前記触媒の昇温速度の両方が所定の閾値以下である場合に、前記車両の減速が検出されていても前記フューエルカットを行うようにするように構成してもよい。
【００３５】
このように構成すれば、車両の減速が検出されフューエルカットが禁止されるような状況にあっても、触媒の温度、若しくは触媒の昇温速度、又は触媒の温度及び前記触媒の昇温速度の両方が所定の閾値以下であるという条件を満たした場合には、フュールカットが禁止されない。即ち、車両が減速されていても、触媒の状態次第では通常通りフューエルカットを行うように制御される。
【００３６】
本態様では、触媒の劣化を抑制すべき状況と燃料消費を抑制すべき状況とを判断して、状況に応じた適切な制御を行うことができる。具体的には、触媒の温度等から触媒の劣化を抑制すべき状況であると判断した場合には、フューエルカットを禁止して、触媒の劣化を抑制する効果を高める。一方で、燃料消費を抑制すべき状況であると判断した場合には、フューエルカットを行うようにして、燃料消費を抑制する。即ち、本発明の「所定の閾値」は、触媒の劣化を抑制すべき状況であるか、或いは燃料消費を抑制すべき状況であるかを判断するための閾値である。
【００３７】
上述した制御によれば、触媒の劣化がさほど問題とならない場合には、燃料消費を抑制することが優先されるため、触媒の劣化の抑制及び燃料消費の抑制を好適に実現できる。
【００３８】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】エンジンシステムの全体構成を示す概略図である。
【図２】内燃機関の制御装置による燃料切替え制御の各工程を示すフローチャートである。
【図３】内燃機関の制御装置によるフューエルカット制御の各工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００４１】
先ず、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されるエンジンシステム全体の構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、エンジンシステムの全体構成を示す概略図である。尚、図１では、説明の便宜上、エンジンシステムを構成する各要素のうち本実施形態と関わりの深いもののみを選択的に図示しており、その他の要素については適宜図示を省略してある。
【００４２】
図１において、本実施形態に係るエンジンシステムは、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１００と、コンプレッサ１１０と、タービン１２０と、エンジン２００とを備えている。
【００４３】
ＥＣＵ１００は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジンシステムの動作全体を制御する。尚、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の主要な部分は、このＥＣＵ１００として構成されている。
【００４４】
コンプレッサ１１０は、流入された空気を圧縮し、圧縮空気として下流に供給する。タービン１２０は、エンジン２００から供給された排気を動力として回転する。タービン１２０は、シャフトを介してコンプレッサ１１０に連結されており、相互に一体に回転することが可能に構成されている。即ち、タービン１２０とコンプレッサ１１０とによって、ターボチャージャが構成される。
【００４５】
エンジン２００は、例えば自動車等の車両の動力源たるバイフューエルエンジンであり、ここではシリンダブロック内にシリンダ２０１が４本直列に配置されてなる直列４気筒エンジンを例に挙げている。エンジン２００には、ガス燃料タンク３１０からガス燃料供給管３２０を介して、例えば天然ガス等のガス燃料が供給される。またエンジン２００には、液体燃料タンク４１０から液体燃料供給管４２０を介して、例えばガソリンやアルコール燃料等の液体燃料が供給される。
【００４６】
ガス燃料供給管３２０及び液体燃料供給管４２０には夫々、調整バルブ３３０及び４３０が設けられており、開度を変化させることで燃料の供給量を調整可能である。調整バルブ３３０及び４３０の開度は、ＥＣＵ１００によって制御される。ＥＣＵ１００は、通常運転時において、例えば燃料消費効率が最適となるようにガス燃料及び液体燃料の供給割合を決定しているが、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では特に、触媒の劣化を抑制するために、所定の条件下において通常とは異なる燃料供給制御を行う。具体的な制御方法については、後に詳述する。
【００４７】
エンジン２００におけるシリンダ２０１内の燃焼室には、吸気管を介して供給される空気と、吸気管に連通する吸気ポートにおいてインジェクタ等から噴射供給される燃料とが混合されてなる混合気が吸入される。尚、ここでの詳細な図示は省略しているが、エンジン２００は、各シリンダ２０１内部において空気と燃料との混合気が燃焼するに際して生じるピストンの往復運動を、コネクティングロッドを介してクランクシャフトの回転運動に変換することが可能に構成されている。エンジン２００の回転数は、エンジン回転数センサ２０５によって検出可能とされている。
【００４８】
コンプレッサ１１０より上流側には、エアフローメータ１０２、エアクリーナ１０３、吸気圧センサ１０５が設けられている。
【００４９】
エアフローメータ１０２は、通過する空気（言い換えれば、外部から吸い込まれた空気）の量を検出することが可能に構成されている。
【００５０】
エアクリーナ１０３は、エアフローメータ１０２の下流に設けられており、外部から吸入した空気を浄化し、コンプレッサ１１０へと供給する。
【００５１】
吸気センサ１０５は、コンプレッサ１１０の入口付近の吸気圧を検出可能に構成されている。
【００５２】
コンプレッサ１１０より下流側には、インタークーラ１１３、スロットルバルブ１１４、スロットル開度センサ１１５が設けられている。
【００５３】
インタークーラ１１３は、吸入空気を冷却して空気の過給効率を上昇させることが可能に構成されている。
【００５４】
スロットルバルブ１１４は、電子制御式のバルブであり、その開閉動作が不図示のスロットルバルブモータによって制御されるように構成されている。
【００５５】
スロットル開度センサ１１５は、スロットルバルブ１１４の開度を検出可能に構成されている。
【００５６】
吸気側からシリンダ２０１内部に導かれた混合気は、不図示の点火装置による点火動作によって点火せしめられ、シリンダ２０１内で爆発工程が行われる。爆発工程が行われると、燃焼済みの混合気（一部未燃状態の混合気を含む）は、爆発工程に続く排気工程において、排気管に導かれる。
【００５７】
タービン１２０より下流側には、三元触媒１２３及び触媒温度センサ１２４が設けられている。
【００５８】
三元触媒１２３は、本発明の「触媒」の一例であり、タービン１２０を通過した排気中に含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ２（二酸化炭素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）を夫々浄化する。尚、三元触媒１２３は、排気管上に複数設けられていてもよい。
【００５９】
触媒温度センサ１２４は、本発明の「触媒温度検出手段」の一例であり、三元触媒１２３の温度を検出可能に構成されている。ここで検出された三元触媒１２３の温度はＥＣＵ１００に出力される。
【００６０】
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置による燃料切替え制御について、図１に加え、図２を参照して説明する。ここに図２は、内燃機関の制御装置による燃料切替え制御の各工程を示すフローチャートである。
【００６１】
図２において、本実施形態に係る内燃機関の制御装置は、エンジン２００の通常運転が開始されると（ステップＳ０１）、三元触媒１２３の温度を触媒温度センサ１２４によって検出し、検出された温度が閾値Ａを超えているか否かをＥＣＵ１００において判定する（ステップＳ０２）。尚、閾値Ａは、本発明の「第１閾値」の一例であり、触媒の温度が劣化を抑制すべき程に高くなっているか否かを判定するために設定されている。
【００６２】
ちなみに、三元触媒１２３の温度は、触媒温度センサ１２４とは別の方法で検出されてもよい。具体的には、エアフローメータ１０２及び吸気圧センサ１０５等を用いて検出されたエンジン２００の負荷、エンジン回転数センサ２０５を用いて検出されたエンジン２００の回転数、並びにエアフローメータ１０２を用いて検出された積算空気量を用いて間接的に求めることが可能である。
【００６３】
三元触媒１２３の温度が閾値Ａを超えている場合（ステップＳ０２：ＹＥＳ）、エンジン２００の運転が、通常運転からＣＮＧ運転（即ち、ガス燃料による運転）に切替えられる（ステップＳ０４）。具体的には、液体燃料供給管４２０に設けられた調整バルブ４３０が閉じられることで液体燃料の供給が停止され、ガス燃料供給管３２０を介してのガス燃料の供給のみが行われるような状態となる。
【００６４】
一方、三元触媒１２３の温度が閾値Ａを超えていない場合（ステップＳ０２：ＮＯ）、検出された温度が閾値Ｂを超えており、且つ、昇温速度が閾値Ｃを超えているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ０３）。尚、閾値Ｂは、本発明の「第２閾値」の一例であり、触媒の温度が閾値Ａまでに高くなっていなくとも、昇温速度次第では劣化を抑制すべきか否かを判定するために設定されている。また、閾値Ｃは、本発明の「第３閾値」の一例であり、触媒の温度が劣化を抑制すべき程に急速に高くなっているか否かを判定するために設定されている。
【００６５】
三元触媒１２３の温度が閾値Ｂを超えており、且つ、昇温速度が閾値Ｃを超えている場合（ステップＳ０３：ＹＥＳ）、エンジン２００の運転が、通常運転からＣＮＧ運転に切替えられる（ステップＳ０４）。即ち、三元触媒１２３の温度が閾値Ａを超えている場合と同様の処理が行われる。
【００６６】
一方、三元触媒１２３の温度が閾値Ｂを超えていない、或いは昇温速度が閾値Ｃを超えていない場合（ステップＳ０３：ＮＯ）には、以降の処理は省略され、エンジン２００の運転が切替えられないまま本実施形態に係る内燃機関の燃料切替え制御は終了する。
【００６７】
上述した燃料切替え制御によれば、三元触媒１２３の温度が劣化を招くまでに高いと判断された場合には、ＣＮＧ運転が行われる。ＣＮＧ運転は、液体燃料による運転と比べて触媒浄化反応熱が発生し難いため、三元触媒１２３の温度の上昇を抑制できる。よって、三元触媒１２３の劣化を効果的に抑制できる。
【００６８】
更に、ガス燃料は、酸素リッチ雰囲気下での燃焼安定性が悪いため、例えば酸素を１５％以上増量した場合には失火に至るおそれがある。これに対し上述した制御によれば、ＣＮＧ運転では失火に至ると判断された場合には、液体燃料による運転或いはガス燃料及び液体燃料の両方による運転が行われる。これにより、三元触媒１２３の劣化を効果的に抑制しつつ、エミッションの悪化を防止することが可能となる。
【００６９】
エンジン２００の運転がＣＮＧ運転とされた後には、三元触媒１２３の温度が閾値Ｄを超えているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ０５）。尚、閾値Ｄは、本発明の「第４閾値」の一例であり、三元触媒１２３の温度がＣＮＧ運転を行うだけで劣化を抑制できる状態にあるか否かを判定するために設定されている。
【００７０】
三元触媒１２３の温度が閾値Ｄを超えていない場合（ステップＳ０５：ＮＯ）、ステップＳ６からステップＳ０８の処理は省略される。
【００７１】
一方、三元触媒１２３の温度が閾値Ｄを超えている場合（ステップＳ０５：ＹＥＳ）には、検出された三元触媒１２３の温度と閾値Ｄとの差が計算され、その差に基づいて増量すべき液体燃料が求められる。ここで求められる液体燃料の量は、ＣＮＧ運転によって抑制できる三原触媒１２３の温度を超えた値に対応するものであり、ＥＣＵ１００は、調整バルブ４３０の開度を調整することで、増量分の液体燃料を追加噴射する（ステップＳ０６）。
【００７２】
上述したように液体燃料を追加噴射すれば、液体燃料の気化潜熱による燃焼ガスの温度低下及び酸欠による触媒反応の低下によって、三元触媒１２３の温度を低下させることができる。よって、ＣＮＧ運転だけでは対応しきれない部分を液体燃料によって補い、三元触媒１２３の劣化をより好適に抑制することが可能となる。
【００７３】
液体燃料の追加噴射後には、三元触媒１２３の温度が閾値Ｅを下回っているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ０７）。尚、閾値Ｅは、三元触媒１２３の温度がＣＮＧ運転を行うだけで劣化を抑制できる状態にまで低下したか否かを判定するために設定されている。三元触媒１２３の温度が閾値Ｅを下回っている場合（ステップＳ０７：ＹＥＳ）、液体燃料の噴射が中止される（ステップＳ０８）。即ち、ＣＮＧ運転が再開される。
【００７４】
ＣＮＧ運転が再開されると、三元触媒１２３の温度が閾値Ｆを下回っているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ０９）。尚、閾値Ｆは、三元触媒１２３の温度が劣化を抑制できる状態にまで低下したか否かを判定するために設定されている。ちなみに、ここまでに登場した各閾値の関係は、例えば閾値Ｄ＞閾値Ｅ＞閾値Ａ＞閾値Ｂ＞閾値Ｆとなるように設定される。
【００７５】
三元触媒１２３の温度が閾値Ｆを下回っていない場合（ステップＳ０９：ＮＯ）、ステップＳ０２以降の処理が再び繰り返して行われる。三元触媒１２３の温度が閾値Ｆを下回っている場合（ステップＳ０９：ＹＥＳ）、エンジン２００の運転は通常運転に切替えられ（ステップＳ１０）本実施形態に係る内燃機関の制御装置による燃料切替え制御は終了する。
【００７６】
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によるフューエルカット制御について、図３を参照して説明する。ここに図３は、内燃機関の制御装置によるフューエルカット制御の各工程を示すフローチャートである。
【００７７】
本実施形態に係る内燃機関の制御装置は、上述したエンジン２００の燃料切替え制御と並行して、車両減速時のフューエルカット制御も行うことが可能である。
【００７８】
図３において、本実施形態に係る内燃機関の制御装置は、車両の減速時において、先ずスロットルバルブ１１４が全開とされているか否かをスロットル開度センサ１１５によって検出する（ステップＳ２１）。
【００７９】
スロットルバルブ１１４が全開となっている場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、三元触媒１２３の温度が触媒温度センサ１２４によって検出され、検出された温度が閾値Ｇを超えているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ２２）。尚、閾値Ｇは、触媒の温度が劣化を抑制すべき程に高くなっているか否かを判定するために設定されている。
【００８０】
三元触媒１２３の温度が閾値Ｇを超えていない場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、以降のステップＳ２３からステップＳ２５の処理は省略され、フューエルカットが実行される（ステップＳ２６）。フューエルカットを行うことで燃料消費効率を高めることができる。
【００８１】
一方、三元触媒１２３の温度が閾値Ｇを超えている場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、エンジン２００の運転が、通常運転からＣＮＧ運転に切替えられる（ステップＳ２３）。ＣＮＧ運転では、液体燃料と比べて体積効率の低いガス燃料が使用されるため、エンジン２００のトルクを最小限にし、エンジンブレーキを利きやすくすることができる。即ち、制動力の低下を抑制することが可能である。
【００８２】
エンジン２００の運転がＣＮＧ運転とされた後には、ブレーキペダルのトルクが閾値Ｈを超えているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ２４）。尚、閾値Ｈは、フューエルカットを行うべき状態であるか否かを判定するために設定されている。
【００８３】
ブレーキペダルのトルクが閾値Ｈを超えている場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、フューエルカットが実行される（ステップＳ２６）。一方で、ブレーキペダルのトルクが閾値Ｈを超えていない場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、三元触媒１２３の温度が閾値Ｉを下回っているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ２５）。尚、閾値Ｉは、上述した閾値Ｇよりも小さい値であり、三元触媒１２３の温度が、フューエルカットを実行できるまでに低下しているか否かを判定するために設定されている。
【００８４】
三元触媒１２３の温度が閾値Ｉを下回っている場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、フューエルカットが実行される（ステップＳ２６）。一方で、三元触媒１２３の温度が閾値Ｉを下回っていない場合（ステップＳ２５：ＮＯ）、ステップＳ２４の処理が再び行われることとなり、フューエルカットは行われない。
【００８５】
上述したようにある特定の条件下でフューエルカットを行わないようにすれば、三元触媒１２３の酸素吸蔵及び貴金属の酸化を防止することができる。よって、より効果的に三元触媒１２３の劣化を抑制することが可能である。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、エンジンに供給される燃料の切替え制御及びフューエルカット制御を行うことで触媒の劣化を効果的に抑制することが可能である。
【００８７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８８】
１００…ＥＣＵ、１０２…エアフローメータ、１０３…エアクリーナ、１０５…吸気圧センサ、１１０…タービン、１１３…インタークーラ、１１４…スロットルバルブ、１１５…スロットル開度センサ、１２０…タービン、１２３…三元触媒、１２４…触媒温度センサ、２００…エンジン、２０１…シリンダ、２０５…エンジン回転数センサ、３１０…ガス燃料タンク、３２０…ガス燃料供給管、３３０…調整バルブ、４１０…液体燃料タンク、４２０…液体燃料供給管、４３０…調整バルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車等の車両に搭載される内燃機関であって、ガス燃料及び液体燃料を選択的に用いることが可能な内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関の制御装置として、例えばＣＮＧ（Compressed Natural Gas：天然ガス）等のガス燃料と、ガソリン等の液体燃料を併用する内燃機関（所謂、バイフューエルエンジン）の動作を制御するものがある。バイフューエルエンジンでは、車両の走行状況やエンジンにおける各部位の状態等に基づいて、ガス燃料及び液体燃料の供給割合が適宜変更される。
【０００３】
例えば特許文献１では、エンジン始動直後の軽負荷時には着火しやすい液体燃料を供給し、中負荷時や高負荷時には着火し難いガス燃料を供給するという技術が提案されている。
【０００４】
また特許文献２では、スロットル開度が大きい高負荷時には軽油着火方式ガスエンジンとして運転し、微量軽油での着火が困難な低負荷時には軽油のみを燃料とするディーゼルエンジンとして運転するように、エンジンを停止することなく自動的に切替えるという技術が提案されている。
【０００５】
更に特許文献３では、ガス燃料が貯留された燃料タンク内の圧力に基づいて、液体燃料による運転とガス燃料による運転とを切替えるという技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１５８９８０号公報
【特許文献２】特開２００４−１０８１５３号公報
【特許文献３】特開２００４−０５２５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したガス燃料による運転は、液体燃料による運転と比べると、内燃機関の排気経路に設けられる触媒の劣化を抑制することができる。具体的には、ガス燃料による運転では、触媒浄化反応熱が発生し難いため、触媒温度の上昇を抑制できる。しかしながら、ガス燃料は、酸素リッチ雰囲気下での燃焼安定性が悪い。このため、仮に上述した技術を単純に適用して触媒の劣化を抑制しようとすると、燃焼悪化を招き、結果として失火に至るおそれがある。即ち、上述した技術には、触媒の劣化を好適に抑制することができないという技術的問題点がある。
【０００８】
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、触媒の劣化を効果的に抑制することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の内燃機関の制御装置は上記課題を解決するために、ガス燃料を供給するガス燃料供給手段及び液体燃料を供給する液体燃料供給手段を有する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の排気経路に設けられた触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記触媒温度検出手段において検出された触媒の温度、若しくは触媒の昇温速度、又は前記触媒の温度及び前記触媒の昇温速度の両方に基づいて、前記ガス燃料供給手段によって供給する前記ガス燃料及び前記液体燃料供給手段によって供給する前記液体燃料の供給割合を夫々決定する燃料割合決定手段とを備える。
【００１０】
本発明の内燃機関の制御装置は、例えば自動車等の車両に搭載され、天然ガス等のガス燃料及びガソリン等の液体燃料を選択的に用いて運転する内燃機関の動作を制御する。ガス燃料は、ガス燃料供給手段によって内燃機関に供給される。一方、液体燃料は、液体燃料供給手段によって内燃機関に供給される。ガス燃料及び液体燃料の夫々の供給量は、例えばガス燃料供給手段及び液体燃料供給手段に設けられた調整バルブ等によって調整される。これにより、内燃機関において、ガス燃料による運転、液体燃料による運転、更にはガス燃料及び液体燃料の両方による運転を実現できる。
【００１１】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の運転時において、内燃機関の排気経路に設けられた触媒の温度が触媒温度検出手段によって検出される。触媒温度検出手段は、例えば温度センサのように直接温度を検出するものであってもよいし、他のパラメータから温度を算出又は推定するようなものであってもよい。また触媒温度検出手段は、検出した温度を用いて、触媒の昇温速度を検出可能に構成されてもよい。
【００１２】
触媒の温度が検出されると、触媒の温度、若しくは触媒の昇温速度、又は触媒の温度及び触媒の昇温速度の両方に基づいて、ガス燃料供給手段によって供給されるガス燃料及び液体燃料供給手段によって供給される液体燃料の供給割合が夫々決定される。即ち、内燃機関において、ガス燃料のみでの運転を行うか、液体燃料のみでの運転を行うか、或いはガス燃料及び液体燃料の両方による運転を行うか、その場合ガス燃料及び液体燃料の供給割合をどうするかが決定される。
【００１３】
ここで、ガス燃料による運転は、液体燃料による運転と比べて触媒浄化反応熱が発生し難いため、触媒温度の上昇を抑制できるという特性がある。しかしながら、ガス燃料は、酸素リッチ雰囲気下での燃焼安定性が悪いため、例えば酸素を１５％以上増量した場合には失火に至るおそれがある。
【００１４】
しかるに本発明では特に、上述したように、ガス燃料及び液体燃料の供給割合が触媒の温度に基づいて好適に決定される。具体的には、例えば触媒の温度が劣化を招くまでに高いと判断された場合には、ガス燃料による運転が行われる。これにより、触媒の温度上昇が抑制され、触媒の劣化を効果的に抑制できる。また、ガス燃料による運転では失火に至ると判断された場合には、液体燃料による運転或いはガス燃料及び液体燃料の両方による運転が行われる。これにより、触媒の劣化を効果的に抑制しつつ、エミッションの悪化を防止することも可能である。
【００１５】
尚、どのような状況でガス燃料及び液体燃料の供給割合をどのような値に決定するかは、予め理論的、実験的或いは経験的に決定され、燃料割合決定手段が有する記憶媒体等に記憶されている。或いは、触媒の温度やその他のパラメータ等を用いて、リアルタイムで算出するように構成してもよい。
【００１６】
以上説明したように、本発明の内燃機関の制御装置によれば、触媒の劣化を効果的に抑制することが可能である。
【００１７】
本発明の内燃機関の制御装置の一態様では、前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度が第１閾値以上になった場合に、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給を止めて、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給のみを行うようにする。
【００１８】
この態様によれば、触媒の温度が第１閾値以上になった場合に、内燃機関がガス燃料のみでの運転に変更される。尚、ここでの「第１閾値」は、触媒の温度が劣化を抑制すべき程に高くなっているか否かを判定するための閾値であり、予め理論的、実験的或いは経験的にもとめられ設定されている。
【００１９】
上述したように、ガス燃料による運転は、液体燃料による運転と比べて触媒温度の上昇を抑制できる。しかしながら、触媒の劣化が殆ど生じないような状況でガス燃料のみの運転が行われるようにしたのでは、かえって効率が悪くなってしまう。これに対し、触媒の温度が第１閾値以上になった場合に、ガス燃料による運転になるように制御すれば、好適に触媒の劣化を抑制することが可能である。
【００２０】
本発明の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度が第２閾値以上になり、且つ前記触媒の昇温速度が第３閾値以上になった場合に、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給を止めて、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給のみを行うようにする。
【００２１】
この態様によれば、触媒の温度が第２閾値以上になり、且つ触媒の昇温速度が第３閾値以上になった場合に、内燃機関がガス燃料のみでの運転に変更される。尚、ここでの「第２閾値」は、触媒の温度が劣化を抑制すべき程に高くなっているか否かを判定するための閾値であり、予め理論的、実験的或いは経験的にもとめられ設定されている。また、「第３閾値」は、触媒の温度が劣化を抑制すべき程に急速に高くなっているか否かを判定するための閾値であり、予め理論的、実験的或いは経験的にもとめられ設定されている。
【００２２】
上述したように、ガス燃料による運転は、液体燃料による運転と比べて触媒温度の上昇を抑制できる。しかしながら、触媒の劣化が殆ど生じないような状況でガス燃料のみの運転が行われるようにしたのでは、かえって効率が悪くなってしまう。これに対し、触媒の温度が第２閾値以上になり、且つ触媒の昇温速度が第３閾値以上になった場合に、ガス燃料による運転になるように制御すれば、好適に触媒の劣化を抑制することが可能である。
【００２３】
尚、本態様と上述した第１閾値を用いる態様とを組み合わせて利用する場合、第２閾値は、第１閾値より低い値として設定される。このようにすれば、触媒の温度が第３閾値以上とならない昇温速度で高くなる場合には、触媒の温度が第２閾値以上となった時点ではガス燃料による運転には切替えられず、触媒の温度が第１閾値以上となった時点でガス燃料による運転とされる。一方、触媒の温度が第３閾値以上となる昇温速度で高くなる場合には、触媒の温度が第２閾値以上となった時点で（即ち、第１閾値以上となる前に）ガス燃料による運転に切替えられる。
【００２４】
本発明の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記触媒温度検出手段は、前記内燃機関の負荷、前記内燃機関の回転数、前記内燃機関に供給された積算空気量のうち少なくとも１つに基づいて、前記触媒の温度を検出する。
【００２５】
この態様によれば、触媒温度検出手段は、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段、内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段、又は内燃機関に供給された積算空気量を検出する空気量検出手段等を有するように構成され、検出された内燃機関の負荷、内燃機関の回転数、積算空気量の少なくとも１つに基づいて、触媒の温度が検出される。
【００２６】
本態様では、上述したパラメータを用いて触媒の温度が間接的に検出されるため、直接触媒の温度を検出せずに済む。即ち、触媒の温度を直接検出するような温度センサ等を設けることが求められないため、装置構成を簡単化することが可能である。
【００２７】
本発明の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度が第４閾値以上になった場合に、前記触媒の温度と前記第４閾値との差に基づいて、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給割合を決定する。
【００２８】
この態様によれば、触媒の温度が第４閾値以上になった場合に、触媒の温度が第４閾値をどの程度上回っているかによって、液体燃料の供給割合が決定される。尚、ここでの「第４閾値」は、触媒の温度がガス燃料による運転を行うだけで劣化を抑制できる状態にあるか否かを判定するための閾値であり、予め理論的、実験的或いは経験的にもとめられ設定されている。本態様では、例えば触媒の温度が第４閾値を超えた値に対応した分、液体燃料の供給割合が増加させられる。
【００２９】
上述したように、触媒の温度が劣化してしまう程度に高くなった場合には、触媒の昇温を抑制できるガス燃料による運転が行われることが好ましい。しかしながら、触媒の温度が極めて高くなってしまった場合には、ガス燃料による運転とするだけでは、触媒の劣化を抑制するのが困難となってしまうおそれがある。このような場合に、適宜液体燃料が供給されるようにすれば、液体燃料の気化潜熱による燃焼ガスの温度低下及び酸欠による触媒反応の低下によって、触媒温度を下げることができる。よって、触媒の劣化をより好適に抑制することが可能となる。
【００３０】
尚、第４閾値は、典型的には、上述した第１閾値及び第２閾値よりも高い値に設定されており、触媒温度が第１閾値又は第２閾値から第４閾値になるまでの間には、ガス燃料のみでの運転が行われる。
【００３１】
本発明の内燃機関の制御装置の他の態様では、前記内燃機関が搭載された車両の減速を検出する減速検出手段を更に備え、前記燃料割合決定手段は、前記減速検出手段において前記車両の減速が検出された場合に、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給を止めて、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給のみを行うようにすると共に、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給を停止するフューエルカットを行わないようにする。
【００３２】
この態様によれば、内燃機関が搭載された車両の減速が検出された場合、内燃機関の運転はガス燃料による運転に切替えられる。また、ガス燃料の供給を停止するフューエルカットが禁止された状態となる。尚、車両の減速は、例えばスロットル開度を検出するセンサ等で構成された減速検出手段によって検出される。また、上述した減速が検出された場合の制御は、減速が検出されたら必ず行う訳ではなく、減速の程度に応じて行うようにしてもよい。即ち、減速度が所定の値以上となった場合に行うようにしてもよい。
【００３３】
本態様では特に、触媒の酸素吸蔵及び貴金属の酸化を防止することができる。よって、より効果的に触媒の劣化を抑制することが可能である。また本態様では更に、液体燃料と比べて体積効率の低いガス燃料を使用することで内燃機関のトルクを最小限にし、エンジンブレーキを利きやすくすることができる。即ち、制動力の低下を抑制することが可能である。
【００３４】
上述した車両の減速に基づいて燃料の供給割合を決定する態様では、前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度、若しくは前記触媒の昇温速度、又は前記触媒の温度及び前記触媒の昇温速度の両方が所定の閾値以下である場合に、前記車両の減速が検出されていても前記フューエルカットを行うようにするように構成してもよい。
【００３５】
このように構成すれば、車両の減速が検出されフューエルカットが禁止されるような状況にあっても、触媒の温度、若しくは触媒の昇温速度、又は触媒の温度及び前記触媒の昇温速度の両方が所定の閾値以下であるという条件を満たした場合には、フュールカットが禁止されない。即ち、車両が減速されていても、触媒の状態次第では通常通りフューエルカットを行うように制御される。
【００３６】
本態様では、触媒の劣化を抑制すべき状況と燃料消費を抑制すべき状況とを判断して、状況に応じた適切な制御を行うことができる。具体的には、触媒の温度等から触媒の劣化を抑制すべき状況であると判断した場合には、フューエルカットを禁止して、触媒の劣化を抑制する効果を高める。一方で、燃料消費を抑制すべき状況であると判断した場合には、フューエルカットを行うようにして、燃料消費を抑制する。即ち、本発明の「所定の閾値」は、触媒の劣化を抑制すべき状況であるか、或いは燃料消費を抑制すべき状況であるかを判断するための閾値である。
【００３７】
上述した制御によれば、触媒の劣化がさほど問題とならない場合には、燃料消費を抑制することが優先されるため、触媒の劣化の抑制及び燃料消費の抑制を好適に実現できる。
【００３８】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】エンジンシステムの全体構成を示す概略図である。
【図２】内燃機関の制御装置による燃料切替え制御の各工程を示すフローチャートである。
【図３】内燃機関の制御装置によるフューエルカット制御の各工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００４１】
先ず、本実施形態に係る内燃機関の制御装置が適用されるエンジンシステム全体の構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、エンジンシステムの全体構成を示す概略図である。尚、図１では、説明の便宜上、エンジンシステムを構成する各要素のうち本実施形態と関わりの深いもののみを選択的に図示しており、その他の要素については適宜図示を省略してある。
【００４２】
図１において、本実施形態に係るエンジンシステムは、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１００と、コンプレッサ１１０と、タービン１２０と、エンジン２００とを備えている。
【００４３】
ＥＣＵ１００は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジンシステムの動作全体を制御する。尚、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の主要な部分は、このＥＣＵ１００として構成されている。
【００４４】
コンプレッサ１１０は、流入された空気を圧縮し、圧縮空気として下流に供給する。タービン１２０は、エンジン２００から供給された排気を動力として回転する。タービン１２０は、シャフトを介してコンプレッサ１１０に連結されており、相互に一体に回転することが可能に構成されている。即ち、タービン１２０とコンプレッサ１１０とによって、ターボチャージャが構成される。
【００４５】
エンジン２００は、例えば自動車等の車両の動力源たるバイフューエルエンジンであり、ここではシリンダブロック内にシリンダ２０１が４本直列に配置されてなる直列４気筒エンジンを例に挙げている。エンジン２００には、ガス燃料タンク３１０からガス燃料供給管３２０を介して、例えば天然ガス等のガス燃料が供給される。またエンジン２００には、液体燃料タンク４１０から液体燃料供給管４２０を介して、例えばガソリンやアルコール燃料等の液体燃料が供給される。
【００４６】
ガス燃料供給管３２０及び液体燃料供給管４２０には夫々、調整バルブ３３０及び４３０が設けられており、開度を変化させることで燃料の供給量を調整可能である。調整バルブ３３０及び４３０の開度は、ＥＣＵ１００によって制御される。ＥＣＵ１００は、通常運転時において、例えば燃料消費効率が最適となるようにガス燃料及び液体燃料の供給割合を決定しているが、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では特に、触媒の劣化を抑制するために、所定の条件下において通常とは異なる燃料供給制御を行う。具体的な制御方法については、後に詳述する。
【００４７】
エンジン２００におけるシリンダ２０１内の燃焼室には、吸気管を介して供給される空気と、吸気管に連通する吸気ポートにおいてインジェクタ等から噴射供給される燃料とが混合されてなる混合気が吸入される。尚、ここでの詳細な図示は省略しているが、エンジン２００は、各シリンダ２０１内部において空気と燃料との混合気が燃焼するに際して生じるピストンの往復運動を、コネクティングロッドを介してクランクシャフトの回転運動に変換することが可能に構成されている。エンジン２００の回転数は、エンジン回転数センサ２０５によって検出可能とされている。
【００４８】
コンプレッサ１１０より上流側には、エアフローメータ１０２、エアクリーナ１０３、吸気圧センサ１０５が設けられている。
【００４９】
エアフローメータ１０２は、通過する空気（言い換えれば、外部から吸い込まれた空気）の量を検出することが可能に構成されている。
【００５０】
エアクリーナ１０３は、エアフローメータ１０２の下流に設けられており、外部から吸入した空気を浄化し、コンプレッサ１１０へと供給する。
【００５１】
吸気センサ１０５は、コンプレッサ１１０の入口付近の吸気圧を検出可能に構成されている。
【００５２】
コンプレッサ１１０より下流側には、インタークーラ１１３、スロットルバルブ１１４、スロットル開度センサ１１５が設けられている。
【００５３】
インタークーラ１１３は、吸入空気を冷却して空気の過給効率を上昇させることが可能に構成されている。
【００５４】
スロットルバルブ１１４は、電子制御式のバルブであり、その開閉動作が不図示のスロットルバルブモータによって制御されるように構成されている。
【００５５】
スロットル開度センサ１１５は、スロットルバルブ１１４の開度を検出可能に構成されている。
【００５６】
吸気側からシリンダ２０１内部に導かれた混合気は、不図示の点火装置による点火動作によって点火せしめられ、シリンダ２０１内で爆発工程が行われる。爆発工程が行われると、燃焼済みの混合気（一部未燃状態の混合気を含む）は、爆発工程に続く排気工程において、排気管に導かれる。
【００５７】
タービン１２０より下流側には、三元触媒１２３及び触媒温度センサ１２４が設けられている。
【００５８】
三元触媒１２３は、本発明の「触媒」の一例であり、タービン１２０を通過した排気中に含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ２（二酸化炭素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）を夫々浄化する。尚、三元触媒１２３は、排気管上に複数設けられていてもよい。
【００５９】
触媒温度センサ１２４は、本発明の「触媒温度検出手段」の一例であり、三元触媒１２３の温度を検出可能に構成されている。ここで検出された三元触媒１２３の温度はＥＣＵ１００に出力される。
【００６０】
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置による燃料切替え制御について、図１に加え、図２を参照して説明する。ここに図２は、内燃機関の制御装置による燃料切替え制御の各工程を示すフローチャートである。
【００６１】
図２において、本実施形態に係る内燃機関の制御装置は、エンジン２００の通常運転が開始されると（ステップＳ０１）、三元触媒１２３の温度を触媒温度センサ１２４によって検出し、検出された温度が閾値Ａを超えているか否かをＥＣＵ１００において判定する（ステップＳ０２）。尚、閾値Ａは、本発明の「第１閾値」の一例であり、触媒の温度が劣化を抑制すべき程に高くなっているか否かを判定するために設定されている。
【００６２】
ちなみに、三元触媒１２３の温度は、触媒温度センサ１２４とは別の方法で検出されてもよい。具体的には、エアフローメータ１０２及び吸気圧センサ１０５等を用いて検出されたエンジン２００の負荷、エンジン回転数センサ２０５を用いて検出されたエンジン２００の回転数、並びにエアフローメータ１０２を用いて検出された積算空気量を用いて間接的に求めることが可能である。
【００６３】
三元触媒１２３の温度が閾値Ａを超えている場合（ステップＳ０２：ＹＥＳ）、エンジン２００の運転が、通常運転からＣＮＧ運転（即ち、ガス燃料による運転）に切替えられる（ステップＳ０４）。具体的には、液体燃料供給管４２０に設けられた調整バルブ４３０が閉じられることで液体燃料の供給が停止され、ガス燃料供給管３２０を介してのガス燃料の供給のみが行われるような状態となる。
【００６４】
一方、三元触媒１２３の温度が閾値Ａを超えていない場合（ステップＳ０２：ＮＯ）、検出された温度が閾値Ｂを超えており、且つ、昇温速度が閾値Ｃを超えているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ０３）。尚、閾値Ｂは、本発明の「第２閾値」の一例であり、触媒の温度が閾値Ａまでに高くなっていなくとも、昇温速度次第では劣化を抑制すべきか否かを判定するために設定されている。また、閾値Ｃは、本発明の「第３閾値」の一例であり、触媒の温度が劣化を抑制すべき程に急速に高くなっているか否かを判定するために設定されている。
【００６５】
三元触媒１２３の温度が閾値Ｂを超えており、且つ、昇温速度が閾値Ｃを超えている場合（ステップＳ０３：ＹＥＳ）、エンジン２００の運転が、通常運転からＣＮＧ運転に切替えられる（ステップＳ０４）。即ち、三元触媒１２３の温度が閾値Ａを超えている場合と同様の処理が行われる。
【００６６】
一方、三元触媒１２３の温度が閾値Ｂを超えていない、或いは昇温速度が閾値Ｃを超えていない場合（ステップＳ０３：ＮＯ）には、以降の処理は省略され、エンジン２００の運転が切替えられないまま本実施形態に係る内燃機関の燃料切替え制御は終了する。
【００６７】
上述した燃料切替え制御によれば、三元触媒１２３の温度が劣化を招くまでに高いと判断された場合には、ＣＮＧ運転が行われる。ＣＮＧ運転は、液体燃料による運転と比べて触媒浄化反応熱が発生し難いため、三元触媒１２３の温度の上昇を抑制できる。よって、三元触媒１２３の劣化を効果的に抑制できる。
【００６８】
更に、ガス燃料は、酸素リッチ雰囲気下での燃焼安定性が悪いため、例えば酸素を１５％以上増量した場合には失火に至るおそれがある。これに対し上述した制御によれば、ＣＮＧ運転では失火に至ると判断された場合には、液体燃料による運転或いはガス燃料及び液体燃料の両方による運転が行われる。これにより、三元触媒１２３の劣化を効果的に抑制しつつ、エミッションの悪化を防止することが可能となる。
【００６９】
エンジン２００の運転がＣＮＧ運転とされた後には、三元触媒１２３の温度が閾値Ｄを超えているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ０５）。尚、閾値Ｄは、本発明の「第４閾値」の一例であり、三元触媒１２３の温度がＣＮＧ運転を行うだけで劣化を抑制できる状態にあるか否かを判定するために設定されている。
【００７０】
三元触媒１２３の温度が閾値Ｄを超えていない場合（ステップＳ０５：ＮＯ）、ステップＳ６からステップＳ０８の処理は省略される。
【００７１】
一方、三元触媒１２３の温度が閾値Ｄを超えている場合（ステップＳ０５：ＹＥＳ）には、検出された三元触媒１２３の温度と閾値Ｄとの差が計算され、その差に基づいて増量すべき液体燃料が求められる。ここで求められる液体燃料の量は、ＣＮＧ運転によって抑制できる三原触媒１２３の温度を超えた値に対応するものであり、ＥＣＵ１００は、調整バルブ４３０の開度を調整することで、増量分の液体燃料を追加噴射する（ステップＳ０６）。
【００７２】
上述したように液体燃料を追加噴射すれば、液体燃料の気化潜熱による燃焼ガスの温度低下及び酸欠による触媒反応の低下によって、三元触媒１２３の温度を低下させることができる。よって、ＣＮＧ運転だけでは対応しきれない部分を液体燃料によって補い、三元触媒１２３の劣化をより好適に抑制することが可能となる。
【００７３】
液体燃料の追加噴射後には、三元触媒１２３の温度が閾値Ｅを下回っているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ０７）。尚、閾値Ｅは、三元触媒１２３の温度がＣＮＧ運転を行うだけで劣化を抑制できる状態にまで低下したか否かを判定するために設定されている。三元触媒１２３の温度が閾値Ｅを下回っている場合（ステップＳ０７：ＹＥＳ）、液体燃料の噴射が中止される（ステップＳ０８）。即ち、ＣＮＧ運転が再開される。
【００７４】
ＣＮＧ運転が再開されると、三元触媒１２３の温度が閾値Ｆを下回っているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ０９）。尚、閾値Ｆは、三元触媒１２３の温度が劣化を抑制できる状態にまで低下したか否かを判定するために設定されている。ちなみに、ここまでに登場した各閾値の関係は、例えば閾値Ｄ＞閾値Ｅ＞閾値Ａ＞閾値Ｂ＞閾値Ｆとなるように設定される。
【００７５】
三元触媒１２３の温度が閾値Ｆを下回っていない場合（ステップＳ０９：ＮＯ）、ステップＳ０２以降の処理が再び繰り返して行われる。三元触媒１２３の温度が閾値Ｆを下回っている場合（ステップＳ０９：ＹＥＳ）、エンジン２００の運転は通常運転に切替えられ（ステップＳ１０）本実施形態に係る内燃機関の制御装置による燃料切替え制御は終了する。
【００７６】
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によるフューエルカット制御について、図３を参照して説明する。ここに図３は、内燃機関の制御装置によるフューエルカット制御の各工程を示すフローチャートである。
【００７７】
本実施形態に係る内燃機関の制御装置は、上述したエンジン２００の燃料切替え制御と並行して、車両減速時のフューエルカット制御も行うことが可能である。
【００７８】
図３において、本実施形態に係る内燃機関の制御装置は、車両の減速時において、先ずスロットルバルブ１１４が全開とされているか否かをスロットル開度センサ１１５によって検出する（ステップＳ２１）。
【００７９】
スロットルバルブ１１４が全開となっている場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、三元触媒１２３の温度が触媒温度センサ１２４によって検出され、検出された温度が閾値Ｇを超えているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ２２）。尚、閾値Ｇは、触媒の温度が劣化を抑制すべき程に高くなっているか否かを判定するために設定されている。
【００８０】
三元触媒１２３の温度が閾値Ｇを超えていない場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、以降のステップＳ２３からステップＳ２５の処理は省略され、フューエルカットが実行される（ステップＳ２６）。フューエルカットを行うことで燃料消費効率を高めることができる。
【００８１】
一方、三元触媒１２３の温度が閾値Ｇを超えている場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、エンジン２００の運転が、通常運転からＣＮＧ運転に切替えられる（ステップＳ２３）。ＣＮＧ運転では、液体燃料と比べて体積効率の低いガス燃料が使用されるため、エンジン２００のトルクを最小限にし、エンジンブレーキを利きやすくすることができる。即ち、制動力の低下を抑制することが可能である。
【００８２】
エンジン２００の運転がＣＮＧ運転とされた後には、ブレーキペダルのトルクが閾値Ｈを超えているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ２４）。尚、閾値Ｈは、フューエルカットを行うべき状態であるか否かを判定するために設定されている。
【００８３】
ブレーキペダルのトルクが閾値Ｈを超えている場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、フューエルカットが実行される（ステップＳ２６）。一方で、ブレーキペダルのトルクが閾値Ｈを超えていない場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、三元触媒１２３の温度が閾値Ｉを下回っているか否かがＥＣＵ１００において判定される（ステップＳ２５）。尚、閾値Ｉは、上述した閾値Ｇよりも小さい値であり、三元触媒１２３の温度が、フューエルカットを実行できるまでに低下しているか否かを判定するために設定されている。
【００８４】
三元触媒１２３の温度が閾値Ｉを下回っている場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、フューエルカットが実行される（ステップＳ２６）。一方で、三元触媒１２３の温度が閾値Ｉを下回っていない場合（ステップＳ２５：ＮＯ）、ステップＳ２４の処理が再び行われることとなり、フューエルカットは行われない。
【００８５】
上述したようにある特定の条件下でフューエルカットを行わないようにすれば、三元触媒１２３の酸素吸蔵及び貴金属の酸化を防止することができる。よって、より効果的に三元触媒１２３の劣化を抑制することが可能である。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、エンジンに供給される燃料の切替え制御及びフューエルカット制御を行うことで触媒の劣化を効果的に抑制することが可能である。
【００８７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８８】
１００…ＥＣＵ、１０２…エアフローメータ、１０３…エアクリーナ、１０５…吸気圧センサ、１１０…タービン、１１３…インタークーラ、１１４…スロットルバルブ、１１５…スロットル開度センサ、１２０…タービン、１２３…三元触媒、１２４…触媒温度センサ、２００…エンジン、２０１…シリンダ、２０５…エンジン回転数センサ、３１０…ガス燃料タンク、３２０…ガス燃料供給管、３３０…調整バルブ、４１０…液体燃料タンク、４２０…液体燃料供給管、４３０…調整バルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料を供給するガス燃料供給手段及び液体燃料を供給する液体燃料供給手段を有する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の排気経路に設けられた触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒温度検出手段において検出された触媒の温度、若しくは触媒の昇温速度、又は前記触媒の温度及び前記触媒の昇温速度の両方に基づいて、前記ガス燃料供給手段によって供給する前記ガス燃料及び前記液体燃料供給手段によって供給する前記液体燃料の供給割合を夫々決定する燃料割合決定手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度が第１閾値以上になった場合に、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給を止めて、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給のみを行うようにすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度が第２閾値以上になり、且つ前記触媒の昇温速度が第３閾値以上になった場合に、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給を止めて、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給のみを行うようにすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記触媒温度検出手段は、前記内燃機関の負荷、前記内燃機関の回転数、前記内燃機関に供給された積算空気量のうち少なくとも１つに基づいて、前記触媒の温度を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度が第４閾値以上になった場合に、前記触媒の温度と前記第４閾値との差に基づいて、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給割合を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関が搭載された車両の減速を検出する減速検出手段を更に備え、
前記燃料割合決定手段は、前記減速検出手段において前記車両の減速が検出された場合に、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給を止めて、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給のみを行うようにすると共に、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給を停止するフューエルカットを行わないようにする
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度、若しくは前記触媒の昇温速度、又は前記触媒の温度及び前記触媒の昇温速度の両方が所定の閾値以下である場合に、前記車両の減速が検出されていても前記フューエルカットを行うようにすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
ガス燃料を供給するガス燃料供給手段及び液体燃料を供給する液体燃料供給手段を有する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の排気経路に設けられた触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒温度検出手段において検出された触媒の温度、若しくは触媒の昇温速度、又は前記触媒の温度及び前記触媒の昇温速度の両方に基づいて、前記ガス燃料供給手段によって供給する前記ガス燃料及び前記液体燃料供給手段によって供給する前記液体燃料の供給割合を夫々決定する燃料割合決定手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度が第１閾値以上になった場合に、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給を止めて、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給のみを行うようにすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度が第２閾値以上になり、且つ前記触媒の昇温速度が第３閾値以上になった場合に、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給を止めて、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給のみを行うようにすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記触媒温度検出手段は、前記内燃機関の負荷、前記内燃機関の回転数、前記内燃機関に供給された積算空気量のうち少なくとも１つに基づいて、前記触媒の温度を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度が第４閾値以上になった場合に、前記触媒の温度と前記第４閾値との差に基づいて、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給割合を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関が搭載された車両の減速を検出する減速検出手段を更に備え、
前記燃料割合決定手段は、前記減速検出手段において前記車両の減速が検出された場合に、前記液体燃料供給手段による前記液体燃料の供給を止めて、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給のみを行うようにすると共に、前記ガス燃料供給手段による前記ガス燃料の供給を停止するフューエルカットを行わないようにする
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記燃料割合決定手段は、前記触媒の温度、若しくは前記触媒の昇温速度、又は前記触媒の温度及び前記触媒の昇温速度の両方が所定の閾値以下である場合に、前記車両の減速が検出されていても前記フューエルカットを行うようにすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１６３１７８（Ｐ２０１１−１６３１７８Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５３５６（Ｐ２０１０−２５３５６）
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月８日（２０１０．２．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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