JP2015232280A - 多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共に気体燃料である第１の燃料及び第２の燃料がそれぞれ供給可能に構成された多種燃料エンジン１０の燃料噴射制御装置において、第１の燃料及び第２の燃料をそれぞれ噴射する燃料噴射弁を容易にレイアウトしつつ、吸気量の低減を出来る限り抑制する。【解決手段】第２の燃料を、第１の燃料に対して着火性が高くかつ単位質量当たりの発熱量が低い燃料とし、第１の燃料噴射弁１７により第１の燃料をエンジン１０の吸気通路１４に噴射し、第２の燃料噴射弁１８により第２の燃料をエンジン１０の燃焼室内に直接噴射する。【選択図】図２

Description

本発明は、共に気体燃料である第１の燃料及び第２の燃料がそれぞれ供給可能に構成された多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置に関する技術分野に属する。

従来より、第１の燃料と第２の燃料とを用いる多種燃料エンジンが知られており、例えば特許文献１では、燃料としてガソリン（液体燃料）と水素ガスとを用いている。この特許文献１では、ガソリン（液体燃料）をエンジンの吸気通路に噴射する一方、水素ガスをエンジンの燃焼室内に直接噴射するようにしている。

特開２００６−１０５０８８号公報

ところで、第１の燃料及び第２の燃料が共に気体燃料である場合において、第１の燃料及び第２の燃料のうちのいずれか一方をエンジンの吸気通路に噴射するようにすると、液体燃料とは異なり、吸気量が減少するという問題がある。

一方、吸気量を確保する観点から上記両燃料をエンジンの燃焼室内に直接噴射するようにすると、第１の燃料を噴射する第１の燃料噴射弁及び第２の燃料を噴射する第２の燃料噴射弁を、それらの燃料吐出口が燃焼室内に臨むように配設する必要があり、この場合、液体を噴射する燃料噴射弁よりも大型である第１及び第２の燃料噴射弁のレイアウトが困難になる可能性が高くなる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、共に気体燃料である第１の燃料及び第２の燃料がそれぞれ供給可能に構成された多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置において、第１の燃料及び第２の燃料をそれぞれ噴射する燃料噴射弁を容易にレイアウトしつつ、吸気量の低減を出来る限り抑制しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、共に気体燃料である第１の燃料及び第２の燃料がそれぞれ供給可能に構成された多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置を対象として、上記第２の燃料は、上記第１の燃料に対して着火性が高くかつ単位質量当たりの発熱量が低い燃料であり、上記第１の燃料を上記エンジンの吸気通路に噴射する第１の燃料噴射弁と、上記第２の燃料を上記エンジンの燃焼室内に直接噴射する第２の燃料噴射弁と、上記エンジンの運転中、該エンジンの運転状態に関係なく、上記第１の燃料及び第２の燃料を共に該エンジンに供給するべく、上記第１の燃料噴射弁及び第２の燃料噴射弁の作動を制御する制御手段とを備えている、という構成とした。

上記の構成により、第１の燃料及び第２の燃料をエンジンの燃焼室内に直接噴射する構成に比べて、第１の燃料噴射弁及び第２の燃料噴射弁を容易にレイアウトすることができる。また、第１の燃料は、第２の燃料よりも単位質量当たりの発熱量が高いので、第１の燃料噴射弁による第１の燃料の噴射量を少なくしても、高いエンジン出力が得られるようになる。この結果、第１の燃料噴射弁より噴射される第１の燃料と第２の燃料噴射弁より噴射される第２の燃料との燃料分配率のうち、第１の燃料の燃料分配率を、エンジン出力を確保できる範囲で小さくする（第２の燃料の燃料分配率を大きくする）ことで、吸気量の低減を出来る限り抑制することができる。さらに、第２の燃料の燃料分配率を大きくすることで、燃料の着火性を向上させることができる。

上記多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置の一実施形態では、上記吸気通路における上記第１の燃料噴射弁よりも上流側に配設され、上記燃焼室内への吸気量を調節するスロットル弁を更に備え、上記制御手段は、上記第１の燃料噴射弁及び第２の燃料噴射弁の作動に加えて、上記スロットル弁の作動を制御するものであって、上記スロットル弁を全開にして、上記エンジンの最大効率点を含む所定の回転数領域内の目標回転数でもって目標出力トルクが得られるように、上記第１の燃料噴射弁より噴射される第１の燃料と上記第２の燃料噴射弁より噴射される第２の燃料との燃料分配率を設定して、該設定した燃料分配率となるよう上記第１の燃料噴射弁より上記第１の燃料を噴射しかつ上記第２の燃料噴射弁より上記第２の燃料を噴射する目標回転数制御を実行するように構成されている。

このことにより、エンジンの目標出力トルク（要求出力）が変更されても、第１の燃料及び第２の燃料の燃料分配率を変更することで、エンジン効率の良い所定の回転数領域内でエンジンを運転し続けることができる。また、スロットル弁の全開により、ポンピングロスを抑制することができる。よって、燃費を向上させることができる。

上記一実施形態の構成の場合、上記エンジンの排気通路に配設され、該エンジンの排気ガスを浄化する触媒と、上記触媒が活性状態にあるか又は未活性状態にあるかを検出する触媒活性／未活性検出手段とを更に備え、上記制御手段は、上記触媒活性／未活性検出手段による上記触媒の活性状態検出時には、上記目標回転数制御を実行する一方、上記触媒活性／未活性検出手段による上記触媒の未活性状態検出時には、該触媒の活性状態検出時に対して、上記スロットル弁の開度及び上記燃焼室内の燃焼空燃比を維持させつつ、上記第１の燃料の燃料分配率を減少させるとともに、エンジン出力が維持されるよう上記エンジンの運転ポイントを高回転側に移動させる触媒活性化制御を実行するように構成されている、ことが好ましい。

このことで、スロットル弁の開度を小さくしなくても、発熱量が高い第１の燃料の燃料分配率の減少により、エンジンの出力トルクを減少させることができる。ここで、第１の燃料の燃料分配率の減少により吸気量は多くなり、燃焼空燃比が維持されるので、第１及び第２の燃料のトータルの燃料噴射量は多くなるものの、基本的に、発熱量が高い第１の燃料の噴射量が減少してエンジンの出力トルクは減少する。しかし、エンジンの運転ポイントが高回転側に移動することで、エンジン出力は維持される。したがって、スロットル弁の開度を絞ることによる燃費の悪化を招くことなく、エンジン出力を変更せずにエンジンの運転ポイントを高回転側の運転ポイントに移動させることができる。このようにエンジンが高回転で運転されると、排気ガスの流速が速くなるので、排気通路において燃焼室の排気開口から触媒までの間の部分での放熱量が少なくなるとともに、排気ガスが勢いよく触媒に接触するため、触媒を活性化し易くなる。また、エンジンの効率が低くなる運転ポイントへ移動させることで、廃熱量が多くなって排気ガスの温度も上昇し、触媒をより一層活性化し易くなる。

上記のように制御手段が上記触媒活性化制御を実行するように構成されている場合、上記触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、上記エンジンの排気ガス中のＮＯｘをリーン空燃比雰囲気下で吸蔵するとともに、該吸蔵したＮＯｘを、リッチ空燃比雰囲気下でかつ該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の活性化温度よりも高い所定温度以上の雰囲気下で、放出するものであり、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量を検出するＮＯｘ吸蔵量検出手段と、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を検出する触媒温度検出手段とを更に備え、上記制御手段は、上記触媒活性／未活性検出手段による上記触媒の活性状態検出時において、上記ＮＯｘ吸蔵量検出手段によるＮＯｘ吸蔵量が第１所定量よりも少ないときには、上記エンジンを、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒がＮＯｘを吸蔵しかつ上記燃焼室内からのＮＯｘの排出量が予め設定された設定量以下になるようなリーン運転とするべく、上記目標回転数制御を実行するとともに、上記触媒の活性状態検出時において、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量が上記第１所定量以上で、かつ、上記触媒温度検出手段による上記触媒の温度が上記所定温度以上であるときには、上記エンジンを、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒が上記吸蔵したＮＯｘを放出するようなリッチ運転とするべく、上記第１の燃料噴射弁、第２の燃料噴射弁及びスロットル弁の作動を制御するように構成され、更に上記制御手段は、上記触媒活性／未活性検出手段による上記触媒の未活性状態検出時で、かつ、上記ＮＯｘ吸蔵量検出手段によるＮＯｘ吸蔵量が上記第１所定量よりも少ない第２所定量以上であるときに、上記触媒活性化制御を実行し、上記触媒の未活性状態検出時であっても、上記ＮＯｘ吸蔵量が上記第２所定量よりも少ないときには、上記目標回転数制御を実行するように構成されている、ことが好ましい。

このことにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒においてＮＯｘ吸蔵量が第１所定量に達する前に、触媒活性化制御を実行してＮＯｘ吸蔵還元触媒を活性化させかつＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を所定温度以上にすることが可能になり、この結果、ＮＯｘ吸蔵量が第１所定量に達すれば、ＮＯｘ放出の条件が既に成立していることになり、即座にＮＯｘを放出することが可能になる。第２所定量は、第１所定量に出来る限り近い値であって、ＮＯｘ吸蔵量が第２所定量になった時点から触媒活性化制御を実行することにより、ＮＯｘ吸蔵量が第１所定量に達する前に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を所定温度以上にすることが可能な量とすればよい。このように、ＮＯｘ吸蔵量が、ＮＯｘを放出しなければならない量（第１所定量）に近くなったときに限定して触媒活性化制御を実行することで、触媒活性化のためのエンジン回転の上昇を極力抑えることができる。

上記一実施形態の構成の場合、上記エンジンは、過給機付きエンジンであって、該エンジンの燃焼室に開口する吸気開口が圧縮行程で全閉とされるように構成され、上記制御手段は、上記エンジンが、その始動から、上記目標回転数よりも低い所定回転数までの間の回転数にあるときには、上記第１の燃料の燃料分配率を所定値よりも小さくするように構成されている、ことが好ましい。

すなわち、吸気開口が圧縮行程で全閉とされる、所謂吸気遅閉じの構成では、有効圧縮比の低下によりエンジンの出力トルクが低下するが、過給機により、その出力トルクが低下しないようにすることができる。また、吸気遅閉じの構成では、第１の燃料噴射弁より噴射された第１の燃料及び吸気された空気が、圧縮行程で燃焼室から上記吸気開口を通って吸気通路に戻されようとするが、過給機による過給圧により、それを防止することができる。ここで、エンジンが、その始動から所定回転数までの間の低いエンジン回転数にあるときには、過給機による過給圧が低いために、上記のような吸気遅閉じの構成では、第１の燃料噴射弁より噴射された第１の燃料及び吸気された空気が燃焼室から上記吸気開口を通って吸気通路に戻されることになる。一方、第２の燃料噴射弁より噴射された燃料は、通常、上記吸気開口が閉じられてから噴射されるので、吸気通路に戻されることはない。そこで、エンジンの始動時における上記所定回転数に達するまでの低いエンジン回転数では、第１の燃料の燃料分配率を所定値よりも小さくすることで、吸気通路に戻される燃料量を少なくすることができ、この結果、燃料が吸気通路に戻されることによるエンジンの出力低下を抑制することができる。

以上説明したように、本発明の多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置によると、第２の燃料を、第１の燃料に対して着火性が高くかつ単位質量当たりの発熱量が低い燃料とし、第１の燃料噴射弁により第１の燃料を上記エンジンの吸気通路に噴射し、第２の燃料噴射弁により第２の燃料を上記エンジンの燃焼室内に直接噴射するようにしたことにより、第１の燃料及び第２の燃料を燃焼室内に直接噴射する構成に比べて、第１の燃料噴射弁及び第２の燃料噴射弁を容易にレイアウトすることができるとともに、第１の燃料噴射弁より噴射される第１の燃料と第２の燃料噴射弁より噴射される第２の燃料との燃料分配率のうち、第１の燃料の燃料分配率を、エンジン出力を確保できる範囲で小さくすることで、吸気量の低減を出来る限り抑制することができる。

本発明の実施形態に係る多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置が搭載された車両の概略図である。 上記車両のエンジン及びその制御系の構成を示すブロック図である。 コントロールユニットによるエンジンの運転時の処理動作の前半部を示すフローチャートである。 コントロールユニットによるエンジンの運転時の処理動作の後半部を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置が搭載された車両１の概略図である。この車両１は、所謂レンジエクステンダーＥＶ車両（広義には、シリーズ式のハイブリッド車両であるとも言える）であって、エンジン１０と、該エンジン１０により駆動されて発電する発電機２０と、この発電機２０によって発電された電力が蓄電（充電）される高電圧・大容量のバッテリ３０と、エンジン１０に駆動されることによる発電機２０の発電電力及びバッテリ３０の蓄電電力（放電電力）の両方又はバッテリ３０の放電電力のみで駆動される（本実施形態では、後述の如く、基本的には、バッテリ３０の放電電力のみで駆動される）駆動モータ４０とを備えている。エンジン１０は、本実施形態では、不図示のスタータモータにより始動されるが、発電機２０をモータジェネレータに変更して、該モータジェネレータをモータとして駆動してエンジン１０を始動するようにすることも可能である。

発電機２０とバッテリ３０との間には、第１インバータ５０が設けられ、バッテリ３０と駆動モータ４０との間には、第２インバータ５１が設けられている。第１インバータ５０と第２インバータ５１とは互いに接続され、その接続ラインにバッテリ３０が接続されている。発電機２０の発電電力は、第１インバータ５０を介してバッテリ３０に供給されるとともに、第１及び第２インバータ５０，５１を介して駆動モータ４０に供給される。バッテリ３０からの放電電力は、第２インバータ５１を介して駆動モータ４０に供給される。

駆動モータ４０は、基本的には、バッテリ３０の放電電力で駆動され、車両１の加速時等のように、バッテリ３０の放電電力のみでは駆動モータ４０の出力が不足するときには、エンジン１０が始動されて発電機２０の発電電力も駆動モータ４０に供給される。駆動モータ４０の出力は、デファレンシャル装置６０を介して、駆動輪６１（ステアリングホイール６２により操舵される左右の前輪）に伝達され、これにより、車両１が走行する。

また、駆動モータ４０は、回生発電電力を発生可能なものであって、車両１の減速時に発電機として作動して、その発電した電力（回生発電電力）がバッテリ３０に充電される。バッテリ３０の残存容量（ＳＯＣ）が所定容量以下になると、エンジン１０が始動されて発電機２０の発電電力でもってバッテリ３０が充電される。上記所定容量は、バッテリ３０の充電が早急に必要な緊急性を要するレベルよりも多い容量であって、バッテリ３０の残存容量として少なすぎずかつ多すぎない適切なレベルに維持できるような容量である。尚、バッテリ３０は、車両１の外部の電源による外部充電も可能になされている。

エンジン１０は、発電機２０による発電用にのみ使用される。エンジン１０は、水素タンク７０に貯留されている水素ガス、及び、ＣＮＧタンク７１に貯留されている天然ガス（ＣＮＧ）が、燃料としてエンジン１０にそれぞれ供給可能に構成された、多種燃料エンジンである。天然ガスは、第１の燃料に相当し、水素ガスは、天然ガスに対して着火性が高くかつ単位質量当たりの発熱量が低い第２の燃料に相当する。

図２に示すように、エンジン１０は、ツインロータ式（２気筒）のロータリピストンエンジンであって、２つの繭状のロータハウジング１１内（気筒内）に形成されるロータ収容室１１ａに、概略三角形状のロータ１２がそれぞれ収容されて構成されている。２つのロータハウジング１１は、３つのサイドハウジング（図示せず）の間に挟み込むようにして該サイドハウジングと一体化されてなり、各ロータハウジング１１とその両側のサイドハウジングとで各ロータ収容室１１ａが形成される。尚、図２では、２つのロータハウジング１１（２つの気筒）を展開した状態で図示しており、２つのロータハウジング１１内の中央部にそれぞれ描いているエキセントリックシャフト１３は、同じものである。

上記各ロータ１２は、その三角形の各頂部に図示しないアペックスシールを有し、これらアペックスシールがロータハウジング１１のトロコイド内周面に摺接しており、このことで、各ロータ１２により各ロータ収容室１１ａ（各気筒）内に３つの作動室（燃焼室に相当）が画成される。そして、各ロータ１２は、該ロータ１２の３つのアペックスシールが各々ロータハウジング１１のトロコイド内周面に当接した状態でエキセントリックシャフト１３の周りを自転しながら、該エキセントリックシャフト１３の軸心の周りに公転するようになっている。ロータ１２が１回転する間に、該ロータ１２の各頂部間にそれぞれ形成された作動室が周方向に移動しながら、吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の各行程を行い、これにより発生する回転力がロータ１２を介して出力軸としてのエキセントリックシャフト１３から出力される。

上記各ロータ収容室１１ａには、吸気行程にある作動室に開口する吸気開口に連通するように吸気通路１４が接続されているとともに、排気行程にある作動室に開口する排気開口に連通するように排気通路１５が接続されている。吸気通路１４は、上流側では１つであるが、下流側では、２つの分岐路に分岐してそれぞれ上記各ロータ収容室１１ａに連通している。吸気通路１４の上記分岐部よりも上流側（後述のポート噴射弁１７よりも上流側）には、ステッピングモータ等のスロットル弁アクチュエータ９０により駆動されて吸気通路１４の断面積（弁開度）を調節するスロットル弁１６が配設されている。このスロットル弁１６により、各ロータ収容室１１ａ（吸気行程にある作動室）内への吸気量が調節されることになる。

吸気通路１４の上記分岐部よりも下流側の各分岐路には、上記ＣＮＧタンク７１から供給された天然ガスを、吸気通路１４内に噴射するポート噴射弁１７（第１の燃料噴射弁）が配設されている。このポート噴射弁１７により噴射された天然ガスは空気と混合された状態（予混合状態）で、吸気行程にある作動室に供給される。

上記排気通路１５は、上流側では、各ロータ収容室１１ａにそれぞれ連通するように２つ設けられているが、下流側では、１つに合流されている。この排気通路１５の該合流部よりも下流側には、排気ガスを浄化するための低温活性三元触媒８１及びＮＯｘ吸蔵還元触媒８２が配設されている。低温活性三元触媒８１は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２よりも触媒活性化温度が低い三元触媒であって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２よりも上流側に配設されている。尚、図２において吸気通路１４及び排気通路１５に図示した矢印は、吸気及び排気の流れを示している。

上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属を含んだ担体に、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）等のＮＯｘ吸蔵剤を担持させて構成されていて、エンジン１０の排気ガス中のＮＯｘをリーン空燃比雰囲気下で吸蔵するとともに、該吸蔵したＮＯｘを、リッチ空燃比雰囲気下でかつ該ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２の温度が該ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２の活性化温度よりも高い所定温度以上の雰囲気下で、放出して、該ＮＯｘを、排気ガス中のＨＣやＣＯと反応させて還元する機能を有する。

上記各ロータハウジング１１（各気筒）には、水素タンク７０から供給された水素ガスをロータ収容室１１ａの圧縮行程にある作動室（燃焼室）内に直接噴射する直噴噴射弁１８（第２の燃料噴射弁）と、上記ポート噴射弁１７より噴射された天然ガス及び直噴噴射弁１８より噴射された水素ガスの点火を行う２つの点火プラグ１９とが設けられている。

ポート噴射弁１７及び直噴噴射弁１８によるトータル燃料噴射量に対するポート噴射弁１７による燃料噴射量の質量割合（以下、ポート噴射割合という）である天然ガスの燃料分配率、及び、上記トータル燃料噴射量に対する直噴噴射弁１８による燃料噴射量の質量割合（以下、直噴噴射割合という）である水素ガスの燃料分配率は、基本的には、後述の通常発電運転（目標回転数制御）で目標出力トルクが得られるように設定されるが、これらポート噴射割合及び直噴噴射割合は、後述の如く、変化する。

本実施形態では、上記吸気開口は、ロータ１２によって開閉されるとともに、圧縮行程で全閉とされるように構成されている（所謂吸気遅閉じの構成とされている）。このような吸気遅閉じの構成では、有効圧縮比の低下によりエンジン１０の出力トルクが低下するが、その出力トルクが低下しないようにするために、ターボ過給機８５が設けられている。また、吸気遅閉じの構成では、ポート噴射弁１７より噴射された天然ガス及び吸気された空気が、圧縮行程で作動室から上記吸気開口を通って吸気通路１４に戻されようとするが、ターボ過給機８５による過給圧により、それを防止することができる。

上記ターボ過給機８５は、吸気通路１４におけるスロットル弁１６よりも上流側に配設されたコンプレッサ８５ａと、排気通路１５における上記合流部よりも下流側でかつ三元触媒８１よりも上流側に配設されたタービン８５ｂとで構成されている。タービン８５ｂが排気ガス流により回転し、このタービン８５ｂの回転により、該タービン８５ｂと連結されたコンプレッサ８５ａが作動して、吸気通路１４に吸入された空気を圧縮する。この圧縮された空気は、吸気通路１４におけるコンプレッサ８５ａよりも下流側に配設されたインタークーラ８６によって冷却される。

車両１には、バッテリ３０に出入りする電流及びバッテリ３０の電圧を検出するバッテリ電流・電圧センサ１０１と、車両１のドライバによるアクセルペダルの踏み込み量（ドライバの操作によるアクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１０２と、車両１の車速を検出する車速センサ１０３と、エキセントリックシャフト１３に設けられ、エキセントリックシャフト１３の回転角度位置を検出する回転角センサ１０４と、排気通路１５における低温活性三元触媒８１とタービン８５ｂとの間に配設され、エンジン１０の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ１０５（本実施形態では、リニアＯ２センサで構成されている）と、ロータハウジング１１の内部に形成されたウォータジャケット（図示せず）に臨んで該ウォータジャケット内を流れるエンジン冷却水の温度（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサ１０６と、水素タンク７０内の圧力（つまり水素タンク７０内の水素ガス残量）及びＣＨＧタンク７１内の圧力（つまりＣＮＧタンク７１内の天然ガス残量）をそれぞれ検出するタンク圧力センサ１０７と、吸気通路１４内に吸入される吸気流量を検出するエアフローセンサ１０８と、エンジン１０の作動制御や、第１及び第２インバータ５０，５１の作動制御（つまり発電機２０及び駆動モータ４０の作動制御）等を行うコントロールユニット１００とが設けられている。上記回転角センサ１０４は、エンジン１０の回転数（以下、エンジン回転数という）を検出するエンジン回転数センサを兼ねている。

コントロールユニット１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。コントロールユニット１００には、バッテリ電流・電圧センサ１０１、アクセル開度センサ１０２、車速センサ１０３、回転角センサ１０４、空燃比センサ１０５、エンジン水温センサ１０６、タンク圧力センサ１０７、エアフローセンサ１０８等からの各種情報の信号が入力されるようになっている。

発電機２０は、該発電機２０による発電電圧及び発電電流の情報をコントロールユニット１００に送信するようになっており、コントロールユニット１００は、その情報を入力して該情報から発電機２０による発電電力（発電量）を検出する。

駆動モータ４０は、該駆動モータ４０の回転数の情報や、駆動モータ４０による回生発電電圧及び回生発電電流の情報をコントロールユニット１００に送信するようになっており、コントロールユニット１００は、その情報を入力して駆動モータ４０の作動制御に用いる。

そして、コントロールユニット１００は、上記入力信号に基づいて、スロットル弁アクチュエータ９０、ポート噴射弁１７、直噴噴射弁１８、点火プラグ１９に対して制御信号を出力してエンジン１０を制御するとともに、第１及び第２インバータ５０，５１に対して制御信号を出力して発電機２０及び駆動モータ４０を制御する。コントロールユニット１００は、ポート噴射弁１７、直噴噴射弁１８及びスロットル弁１６の作動を制御する制御手段を構成することになる。本実施形態では、コントロールユニット１００は、エンジン１０の運転中、エンジン１０の運転状態に関係なく、天然ガス及び水素ガスを共に該エンジン１０に供給するべく、ポート噴射弁１７及び直噴噴射弁１８の作動を制御する。

コントロールユニット１００は、第１及び第２インバータ５０，５１の制御により、エンジン１０が停止した状態でバッテリ３０からの放電電力のみでもって駆動モータ４０を駆動する第１態様と、発電機２０の発電電力でもってバッテリ３０を充電しながら、バッテリ３０からの放電電力でもって駆動モータ４０を駆動する第２態様と、バッテリ３０及び発電機２０の両方からの電力でもって駆動モータ４０を駆動する第３態様とに切換える。この第３態様には、発電機２０の発電電力の全てが駆動モータ４０に供給される場合と、発電機２０の発電電力の一部が駆動モータ４０に供給されながら、残りがバッテリ３０に供給される場合とが含まれる。

コントロールユニット１００は、バッテリ電流・電圧センサ１０１により検出された、バッテリ３０に出入りする電流及びバッテリ３０の電圧に基づいて、バッテリ３０の残存容量（ＳＯＣ）を検出する。そして、コントロールユニット１００は、バッテリ３０のＳＯＣが上記所定容量よりも高いときには、上記１態様を選択し、バッテリ３０のＳＯＣが上記所定容量よりも高くても、ドライバの加速要求等により、アクセル開度センサ１０２及び車速センサ１０３からの信号に基づく駆動モータ４０の要求出力が大きい場合等においては、上記第３態様を選択する。また、コントロールユニット１００は、バッテリ３０のＳＯＣが上記所定容量以下であるときには、上記第２態様を選択する。尚、タンク圧力センサ１０７による水素タンク７０内の水素ガス残量が、予め設定された第１設定値以下になった場合や、ＣＮＧタンク７１内の天然ガス残量が、予め設定された第２設定値以下になった場合等においては、上記第１態様を選択する。

コントロールユニット１００は、エンジン１０が停止した状態にあるときにおいて、駆動モータ４０の要求出力及びバッテリ３０のＳＯＣの値に基づいて、発電要求の有無を確認し、発電要求が有るときには、上記スタータモータによりエンジン１０を始動させ、発電機２０に発電を行わせるべくエンジン１０を運転する。

以下に、コントロールユニット１００によるエンジン１０の運転時の処理動作を、図３及び図４のフローチャートに基づいて説明する。

最初のステップＳ１で、各種センサからの信号を読み込み、次のステップＳ２で、アクセル開度センサ１０２及び車速センサ１０３からの信号に基づき、駆動モータ４０の要求出力を計算する。

次のステップＳ３では、上記駆動モータ４０の要求出力とバッテリ３０のＳＯＣとに基づき発電要求の有無を確認し、次のステップＳ４では、発電要求が有るか否かを判定する。

上記ステップＳ４の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ１に戻る一方、ステップＳ４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ５に進んで、エンジン１０を始動する。

次のステップＳ６では、エンジン１０がその始動から所定回転数（後述の所定の回転数領域内の回転数よりも低い回転数（例えば１８００ｒｐｍ））まで上昇したか否かを判定し、このステップＳ６の判定がＮＯであるときには、ステップＳ７に進んで、ポート噴射割合を第１所定値よりも小さくするとともに、直噴噴射割合を第２所定値よりも大きくする（直噴噴射割合を、ポート噴射割合と直噴噴射割合との合計が１００％になるようにする）。これにより、ポート噴射割合は、基本的に、後述の通常発電運転時よりも小さくなる。しかる後に上記ステップＳ６に戻る。

ここで、上記所定回転数に達するまでの低いエンジン回転数では、ターボ過給機８５による過給圧が低いために、上記のような吸気遅閉じの構成では、ポート噴射弁１７より噴射された天然ガス及び吸気された空気が、圧縮行程で作動室から上記吸気開口を通って吸気通路１４に戻されることになる。一方、直噴噴射弁１８より噴射された燃料は、上記吸気開口が閉じられてから噴射されるので、吸気通路１４に戻されることはない。そこで、エンジン１０の始動時における上記所定回転数に達するまでの低いエンジン回転数では、ポート噴射割合を第１所定値よりも小さくすることで、吸気通路１４に戻される燃料量を少なくして、燃料が吸気通路１４に戻されることによるエンジン１０の出力低下を抑制する。

エンジン回転数が上記所定回転数に達して、上記ステップＳ６の判定がＹＥＳになれば、ステップＳ８に進んで、スロットル弁１６を全開状態にして、作動室（燃焼室）内の燃焼空燃比Ａ／Ｆが２．３になるようにトータル燃料噴射量を設定する（空燃比センサ１０５の出力によりフィードバック制御される）とともに、エンジン回転数Ｎｅが、エンジン１０の最大効率点を含む所定の回転数領域内（エンジン１０の効率が最大ないし最大に近い回転数領域内）の目標回転数（本実施形態では、２０００ｒｐｍ）でもって目標出力トルクが得られるように（つまり、発電すべき発電量に対応する目標エンジン出力が得られるように）、ポート噴射割合及び直噴噴射割合を設定して、上記設定したトータル燃料噴射量、ポート噴射割合及び直噴噴射割合となるよう、ポート噴射弁１７より天然ガスを噴射しかつ直噴噴射弁１８より水素ガスを噴射する目標回転数制御を実行する。以下、このステップＳ８におけるエンジン１０の運転を、通常発電運転という。この通常発電運転では、ターボ過給機８５による過給圧により、ポート噴射弁１７より噴射された燃料が吸気通路１４に戻されることはない。尚、本実施形態では、エンジン１０の運転中（始動時を含む）、スロットル弁１６は、常に、上記通常発電運転と同じ全開状態とされる。

上記通常発電運転は、基本的に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２が活性状態にあり（低温活性三元触媒８１も活性状態にあることになる）かつＮＯｘ吸蔵還元触媒８２のＮＯｘ吸蔵量が第１所定量よりも少ないときに行われる運転であり、この運転では、エンジン１０を、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２がＮＯｘを吸蔵しかつ上記作動室内からのＮＯｘの排出量が予め設定された設定量以下になるようなリーン運転（Ａ／Ｆ＝２．３）とするべく、上記目標回転数制御を実行する。上記第１所定量は、これ以上ＮＯｘを吸蔵することができなくなるレベルに近い量であって、吸蔵したＮＯｘの放出が必要となる量である。ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２のＮＯｘ吸蔵量は、エンジン１０の運転履歴から計算することができ、コントロールユニット１００が、エンジン１０の運転中、その運転状態に基づいてＮＯｘ吸蔵量を積算していく。したがって、コントロールユニット１００は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２のＮＯｘ吸蔵量を検出するＮＯｘ吸蔵量検出手段を構成する。

次のステップＳ９では、エンジン水温センサ１０６によるエンジン水温が第１所定温度以上であるか否かを判定する。この第１所定温度は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２が活性化する温度に対応する温度である。すなわち、ステップＳ９では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２が活性状態にあるか否かを判定しており、エンジン水温センサ１０６は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒が活性状態にあるか又は未活性状態にあるかを検出する触媒活性／未活性検出手段を構成することになる。

上記ステップＳ９の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１０に進んで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２のＮＯｘ吸蔵量が上記第１所定量よりも少ないか否かを判定する。このステップＳ９の判定がＹＥＳであるときには、そのままリターンする。すなわち、そのまま上記通常発電運転を行うことになる。

上記ステップＳ９の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１１に進んで、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２のＮＯｘ吸蔵量が、上記第１所定量よりも少ない第２所定量以上であるか否かを判定する。この第２所定量は、上記第１所定量に出来る限り近い値であって、ＮＯｘ吸蔵量が該第２所定量になった時点から後述の触媒活性化制御を実行することにより、ＮＯｘ吸蔵量が上記第１所定量に達する前に、エンジン水温を、上記第１所定温度よりも高い第２所定温度以上にする（つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２の温度を上記所定温度以上にする）ことが可能な量とする。上記第２所定温度は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２の温度としてＮＯｘを放出させることが可能な上記所定温度に対応する温度である。エンジン水温センサ１０６は、触媒活性／未活性検出手段に加えて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２の温度を検出する触媒温度検出手段も構成することになる。尚、触媒温度検出手段として、エンジン水温センサ１０６の代わりに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２の温度を検出する温度センサをＮＯｘ吸蔵還元触媒８２に設けてよく、この場合、その温度センサを、触媒活性／未活性検出手段として兼用することが好ましい。

上記ステップＳ１１の判定がＮＯであるときには、そのままリターンする。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２の未活性状態検出時であっても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２のＮＯｘ吸蔵量が上記第２所定量よりも少ないときには、上記通常発電運転（上記目標回転数制御）を行う。

一方、上記ステップＳ１１の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１２に進んで、車速センサ１０３からの信号により車両１が停止中であるか否かを判定する。ここでの停止は、車速が０であることに加えて、実質的に停止していると見做せる車速であって後述の触媒活性化制御の実行によるエンジン回転の上昇により車両のドライバに違和感を与えるような車速である場合も含む。車速センサ１０３は、車両１の停止を検出する車両停止検出手段を構成することになる。尚、ステップＳ１２の判定は、必ずしも必要ではなく、なくすことも可能である。

上記ステップＳ１２の判定がＹＥＳであるときには、そのままリターンする（上記通常発電運転を行う）一方、ステップＳ１２の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１３に進んで、上記通常発電運転に対して、ポート噴射割合を減少させかつ直噴噴射割合を増大させる（ポート噴射割合と直噴噴射割合との合計は１００％にする）とともに、エンジン１０の運転ポイントを上記通常発電運転よりも高回転側に移動させ、しかる後にリターンする。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２の未活性状態検出時で、かつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２のＮＯｘ吸蔵量が上記第２所定量以上であるときであって、車両１の停止中に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２の活性状態検出時に対して、スロットル弁１６の開度及び作動室内の燃焼空燃比を維持させつつ、ポート噴射割合を減少させるとともに、エンジン出力が維持されるようエンジン１０の運転ポイントを高回転側に移動させる触媒活性化制御を実行する。このようにスロットル弁１６の開度を小さくしなくても（全開状態のままであっても）、ポート噴射割合の減少により、エンジンの出力トルクを減少させることができる。ここで、ポート噴射割合の減少により吸気量は多くなり、燃焼空燃比が維持されるので、天然ガス及び水素ガスのトータルの燃料噴射量は多くなるものの、基本的に、発熱量が高い天然ガスの燃料噴射量が減少してエンジンの出力トルクは減少する。しかし、エンジン１０の運転ポイントが高回転側に移動することで、エンジン出力は維持される。尚、上記高回転側に移動した後のエンジン回転数は、基本的には、上記所定の回転数領域内の回転数よいも高い回転数となり、このときのエンジン１０の効率は、上記通常発電運転時よりも低下する。

上記触媒活性化制御の実行により、スロットル弁１６の開度を絞ることによる燃費の悪化を招くことなく、エンジン出力を変更せずにエンジン１０の運転ポイントを高回転側の運転ポイントに移動させることができる。このようにエンジン１０が高回転で運転されると、排気ガスの流速が速くなるので、排気通路１５において燃焼室の排気開口から触媒までの間の部分での放熱量が少なくなるとともに、排気ガスが勢いよくＮＯｘ吸蔵還元触媒８２に接触するため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２を活性化し易くなる。また、エンジン１０の効率が低くなる運転ポイントへ移動させることで、廃熱量が多くなって排気ガスの温度も上昇し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２をより一層活性化し易くなる。

上記ステップＳ１０の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１４に進んで、エンジン水温センサ１０６によるエンジン水温が上記第２所定温度以上であるか否か（つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２の温度が上記所定温度以上であるか否か）を判定する。

上記ステップＳ１４の判定がＮＯであるときには、そのままリターンする（上記通常発電運転を行う）一方、ステップＳ１４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１５に進んで、作動室（燃焼室）内の燃焼空燃比Ａ／Ｆが０．９になるようにトータル燃料噴射量を設定する（空燃比センサ１０５の出力によりフィードバック制御される）とともに、エンジン回転数Ｎｅが、上記目標回転数制御と同じ目標回転数である２０００ｒｐｍでもって、上記目標回転数制御と同じ目標出力トルクが得られるように（つまり、上記目標回転数制御と同じ目標エンジン出力が得られるように）、ポート噴射割合及び直噴噴射割合を設定して、上記設定したトータル燃料噴射量、ポート噴射割合及び直噴噴射割合となるよう、ポート噴射弁１７より天然ガスを噴射しかつ直噴噴射弁１８より水素ガスを噴射する。すなわち、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２の活性状態検出時において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２のＮＯｘ吸蔵量が上記第１所定量以上で、かつ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２の温度が上記所定温度以上であるときには、エンジン１０を、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２が上記吸蔵したＮＯｘを放出するようなリッチ運転とするべく、ポート噴射弁１７、直噴噴射弁１８及びスロットル弁１６の作動を制御する。

次のステップＳ１６では、上記リッチ運転の開始から所定時間が経過したか否かを判定する。上記所定時間は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒８２に吸蔵されているＮＯｘの略全量が放出するのに要する時間である。このステップＳ１６の判定がＮＯであるときには、当該ステップＳ１６の動作を繰り返す一方、ステップＳ１６の判定がＹＥＳになると、上記ステップＳ８に戻る（上記通常発電運転を実行する）。

したがって、本実施形態では、ポート噴射弁１７により天然ガスをエンジン１０の吸気通路１４に噴射し、直噴噴射弁１８により、天然ガスに対して着火性が高くかつ単位質量当たりの発熱量が低い水素ガスをエンジン１０の燃焼室内に直接噴射するようにしたことにより、天然ガス及び水素ガスを共に燃焼室内に直接噴射する構成に比べて、ポート噴射弁１７及び直噴噴射弁１８を容易にレイアウトすることができる。また、天然ガスは、水素ガスよりも単位質量当たりの発熱量が高いので、ポート噴射弁１７による天然ガスの噴射量を少なくしても、高いエンジン出力が得られるようになる。この結果、ポート噴射割合を、エンジン出力を確保できる範囲で小さくする（水素噴射割合を大きくする）ことで、吸気量の低減を出来る限り抑制することができる。さらに、水素噴射割合を大きくすることで、燃料の着火性を向上させることができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、エンジン１を、天然ガス及び水素ガスを燃料とする多種燃料ロータリエンジンとしたが、天然ガス及び水素ガスを燃料とする往復動型エンジンであってもよく、共に気体燃料である第１の燃料及び第２の燃料を用い、第２の燃料が第１の燃料に対して着火性が高くかつ単位質量当たりの発熱量が低い燃料であれば、どのような燃料であっても、本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、エンジン１及びその燃料噴射制御装置を、レンジエクステンダーＥＶ車両（シリーズ式のハイブリッド車両）に搭載したが、これに限らず、エンジン及び車両駆動モータを備えた、他のどのような形式のハイブリッド車両に搭載することも可能であり、エンジンのみで駆動される車両に搭載することも可能である。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、共に気体燃料である第１の燃料及び第２の燃料がそれぞれ供給可能に構成された多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置に有用である。

１ 車両
１０ 多種燃料エンジン
１４ 吸気通路
１５ 排気通路
１６ スロットル弁
１７ ポート噴射弁（第１の燃料噴射弁）
１８ 直噴噴射弁（第２の燃料噴射弁）
８２ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
８５ ターボ過給機
１００ コントロールユニット（制御手段）（ＮＯｘ吸蔵量検出手段）
１０６ エンジン水温センサ（触媒活性／未活性検出手段）（触媒温度検出手段）

Claims (5)

1. 共に気体燃料である第１の燃料及び第２の燃料がそれぞれ供給可能に構成された多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置であって、
   上記第２の燃料は、上記第１の燃料に対して着火性が高くかつ単位質量当たりの発熱量が低い燃料であり、
   上記第１の燃料を上記エンジンの吸気通路に噴射する第１の燃料噴射弁と、
   上記第２の燃料を上記エンジンの燃焼室内に直接噴射する第２の燃料噴射弁と、
   上記エンジンの運転中、該エンジンの運転状態に関係なく、上記第１の燃料及び第２の燃料を共に該エンジンに供給するべく、上記第１の燃料噴射弁及び第２の燃料噴射弁の作動を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置。
2. 請求項１記載の多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置において、
   上記吸気通路における上記第１の燃料噴射弁よりも上流側に配設され、上記燃焼室内への吸気量を調節するスロットル弁を更に備え、
   上記制御手段は、上記第１の燃料噴射弁及び第２の燃料噴射弁の作動に加えて、上記スロットル弁の作動を制御するものであって、上記スロットル弁を全開にして、上記エンジンの最大効率点を含む所定の回転数領域内の目標回転数でもって目標出力トルクが得られるように、上記第１の燃料噴射弁より噴射される第１の燃料と上記第２の燃料噴射弁より噴射される第２の燃料との燃料分配率を設定して、該設定した燃料分配率となるよう上記第１の燃料噴射弁より上記第１の燃料を噴射しかつ上記第２の燃料噴射弁より上記第２の燃料を噴射する目標回転数制御を実行するように構成されていることを特徴とする多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置。
3. 請求項２記載の多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置において、
   上記エンジンの排気通路に配設され、該エンジンの排気ガスを浄化する触媒と、
   上記触媒が活性状態にあるか又は未活性状態にあるかを検出する触媒活性／未活性検出手段とを更に備え、
   上記制御手段は、上記触媒活性／未活性検出手段による上記触媒の活性状態検出時には、上記目標回転数制御を実行する一方、上記触媒活性／未活性検出手段による上記触媒の未活性状態検出時には、該触媒の活性状態検出時に対して、上記スロットル弁の開度及び上記燃焼室内の燃焼空燃比を維持させつつ、上記第１の燃料の燃料分配率を減少させるとともに、エンジン出力が維持されるよう上記エンジンの運転ポイントを高回転側に移動させる触媒活性化制御を実行するように構成されていることを特徴とする多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置。
4. 請求項３記載の多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置において、
   上記触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、
   上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、上記エンジンの排気ガス中のＮＯｘをリーン空燃比雰囲気下で吸蔵するとともに、該吸蔵したＮＯｘを、リッチ空燃比雰囲気下でかつ該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度が該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の活性化温度よりも高い所定温度以上の雰囲気下で、放出するものであり、
   上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量を検出するＮＯｘ吸蔵量検出手段と、
   上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度を検出する触媒温度検出手段とを更に備え、
   上記制御手段は、上記触媒活性／未活性検出手段による上記触媒の活性状態検出時において、上記ＮＯｘ吸蔵量検出手段によるＮＯｘ吸蔵量が第１所定量よりも少ないときには、上記エンジンを、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒がＮＯｘを吸蔵しかつ上記燃焼室内からのＮＯｘの排出量が予め設定された設定量以下になるようなリーン運転とするべく、上記目標回転数制御を実行するとともに、上記触媒の活性状態検出時において、上記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量が上記第１所定量以上で、かつ、上記触媒温度検出手段による上記触媒の温度が上記所定温度以上であるときには、上記エンジンを、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒が上記吸蔵したＮＯｘを放出するようなリッチ運転とするべく、上記第１の燃料噴射弁、第２の燃料噴射弁及びスロットル弁の作動を制御するように構成され、
   更に上記制御手段は、上記触媒活性／未活性検出手段による上記触媒の未活性状態検出時で、かつ、上記ＮＯｘ吸蔵量検出手段によるＮＯｘ吸蔵量が上記第１所定量よりも少ない第２所定量以上であるときに、上記触媒活性化制御を実行し、上記触媒の未活性状態検出時であっても、上記ＮＯｘ吸蔵量が上記第２所定量よりも少ないときには、上記目標回転数制御を実行するように構成されていることを特徴とする多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置。
5. 請求項２〜４のいずれか１つに記載の多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置において、
   上記エンジンは、過給機付きエンジンであって、該エンジンの燃焼室に開口する吸気開口が圧縮行程で全閉とされるように構成され、
   上記制御手段は、上記エンジンが、その始動から、上記目標回転数よりも低い所定回転数までの間の回転数にあるときには、上記第１の燃料の燃料分配率を所定値よりも小さくするように構成されていることを特徴とする多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置。

Images