JP5418675B2 - 内燃機関の燃料制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、フューエルカット制御時における燃料の供給状態を制御する内燃機関の燃料制御装置の技術分野に関する。
この種の装置としてフューエルカット制御からの復帰時に空燃比リッチ制御を行うものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示された内燃機関の空燃比制御装置によれば、排気空燃比センサの検出値に影響されない目標リッチ空燃比に基づいて算出される標準酸素放出量が酸素放出量上限値以上であれば空燃比リッチ制御が中止される。このため、排気空燃比センサの検出精度が低下して検出される排気空燃比が実際の排気空燃比に対しリーン側にずれたとしても、空燃比リッチ制御が過剰に継続されることを抑制できるとされている。
尚、水素とガソリンとを使用可能なバイフューエルエンジンにおいて、NOx放出を目的として空燃比をリッチ化する際に、当該空燃比のリッチ化に先立ってガソリンを噴射することにより、水素の異常燃焼による振動及び騒音を抑制する水素エンジンの制御装置も提案されている(例えば、特許文献2参照)。
フューエルカット制御の実行期間中は、内燃機関の排気通路に設置される、例えば三元触媒等の排気浄化装置における酸素吸蔵量が増加するため、酸素吸蔵量が適性量よりも多くなり、NOxの還元反応が進行し難くなる。
フューエルカット制御からの復帰時における空燃比のリッチ化とは、この酸素吸蔵量を適性量に戻すべく排気中の還元剤量を増加させることを目的としており、排気浄化装置のNOx浄化能力を可及的迅速に回復させる観点から必要とされる措置である。
一方で、空燃比のリッチ化は、吸入空気量に対する燃料消費量を相対的に増大させ、燃費の悪化を招く要因となるから、その実行期間は短い方が望ましい。
ここで、特許文献1に開示される装置は、酸素吸蔵量が適正量から乖離することによって空燃比センサの検出値がリーン側にずれ込み、空燃比がリッチ化される期間が不要に長大化するといった問題を解決するものとされる。従って、供給される燃料が単一種である場合には、空燃比がリッチ化される期間を必要にして最小限度に最適化する効果を奏し得る。
ところが、このように単一種の燃料使用を念頭に置いた技術思想は、複数種の燃料を供給可能な所謂バイフューエル内燃機関又はマルチフューエル内燃機関に対しては必ずしも最適解を与えない。燃料種が異なれば排気組成が異なり、酸素吸蔵量の減少を促す排気中の還元剤量もまた必然的に変化するからである。
即ち、特許文献1に開示される装置には、複数種の燃料を使用可能な内燃機関においてフューエルカット制御からの復帰時に空燃比をリッチ化させるにあたって、燃費の悪化が必ずしも十分に抑制されないという技術的問題点がある。
このような技術的問題点は、振動及び騒音を防止する観点にたった特許文献2に開示される装置においても同様に生じ得る。
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、複数種の燃料を使用可能な内燃機関において、フューエルカット制御からの復帰時に空燃比をリッチ化する際の燃費の悪化を好適に抑制し得る内燃機関の燃料制御装置を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の燃料制御装置は、第1燃料と、リッチ空燃比下における排気中の還元剤量が前記第1燃料よりも多い第2燃料とを燃料として供給可能な燃料供給装置を備えた内燃機関と、該内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置とを備えた車両における、前記内燃機関の燃料制御装置であって、所定条件下で前記燃料の供給が一時的に停止されるように前記燃料供給装置を制御する第1制御手段と、前記燃料の供給が一時的に停止された状態から前記燃料の供給を再開させる場合に、前記燃料として前記第2燃料が供給されるように且つ排気空燃比が前記リッチ空燃比となるように前記燃料供給装置を制御する第2制御手段と、前記燃料の供給が一時的に停止される期間における前記排気浄化装置の酸素吸蔵量を特定する第1特定手段とを具備し、前記第2制御手段は、前記特定された酸素吸蔵量が基準値未満となるまで前記排気空燃比を前記リッチ空燃比に維持することを特徴とする。
本発明に係る車両は、内燃機関と排気浄化装置とを備える。
本発明に係る内燃機関は、第1燃料と第2燃料とを使用可能に構成される。第2燃料は、ストイキ空燃比(理論空燃比)に対しリッチ側(燃料過剰側)の空燃比を広く意味するものとしてのリッチ空燃比下における排気中の還元剤量が、第1燃料と較べて多い燃料として規定される。係る規定が満たされる限りにおいて、第1燃料又は第2燃料或いはその両方ともに、必ずしも単一種の燃料に限定されない。
尚、ストイキ空燃比は、当然ながら燃料種によって異なり得る。この点に鑑みれば、「リッチ空燃比下における排気中の還元剤量」とは、空燃比が同一である場合の還元剤量と言うよりも、むしろ空気過剰率又は酸素過剰率が等しい場合の還元剤量を意味する。
第1及び第2燃料は、燃料供給装置により供給される。燃料供給装置は、少なくとも、燃料として第1及び第2燃料のうち一方の燃料を選択的に供給可能な装置であり、好適な一形態として、これらの供給割合を段階的又は連続的に可変に調整可能な装置である。燃料供給装置は、好適な一形態として、第1及び第2燃料の各々に対し独立して設けられた電子制御式インジェクタ等の燃料噴射装置であってもよい。
排気浄化装置は、少なくとも、排気中の被浄化物質の一部を酸化し、他の一部を還元することを排気浄化プロセスの一部として含む装置であり、好適には、例えば被浄化物質のうち酸化プロセスに供される被酸化物質(即ち、還元剤)としてのTHC(Total Hydro Carbon:各種炭化水素)、CO(一酸化炭素)及びH2(水素ガス)の酸化反応と、被浄化物質のうち還元プロセスに供される被還元物質(即ち、酸化剤)としてのNOx(窒素酸化物)の還元反応とを相互並行して進行させることによって排気を浄化可能な、各種三元触媒装置等を意味する。尚、この排気浄化装置は、排気通路に複数設置されていてもよい。
本発明に係る内燃機関の燃料制御装置は、これらの各構成要素を備えた車両において内燃機関の燃料の供給状態を制御可能な装置であって、例えば、一又は複数のCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のECU(Electronic Controlled Unit)等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。
本発明に係る内燃機関の燃料制御装置によれば、第1制御手段により、所定条件下で燃料の供給が一時的に停止される。尚、これ以降、このような車両走行中の燃料供給の一時的停止措置を、適宜「フューエルカット制御」等と称することとする。フューエルカット制御は、例えば、アクセルペダルのオフ操作を伴うコーストダウン走行時であって、且つ内燃機関の機関回転速度が基準値以上である場合等に実行され得る、燃料消費量の節減措置である。
尚、フューエルカット制御が開始される時点において供給されている燃料は、第1燃料であっても第2燃料であってもよく、またこれらが適宜混合された燃料であってもよい。いずれにせよその供給が一時的に停止されることにより、燃料の消費量はその停止期間に応じて節減され得る。
一方、フューエルカット制御の実行期間においては、排気浄化装置が、フューエルカット制御の非実行期間と較べて酸素リッチな(即ち、空燃比リーンな)雰囲気に晒される。従って、フューエルカット制御の実行期間においては、排気浄化装置の酸素吸蔵量が増加する。
他方、このように酸素吸蔵量が増加した状態では、被還元物質(例えば、三元触媒装置であればNOx)の還元作用が十分に進行しない。このため、何らの対策も講じられなければ、当該被還元物質は、燃料の供給が再開された時点から相応の期間にわたって、浄化が不十分なまま車両外の空間に放出される可能性がある。尚、これ以降、フューエルカット制御の終了後に燃料の供給が再開されることを、適宜「フューエルカット制御からの復帰」等と称することとする。
本発明に係る内燃機関の燃料制御装置によれば、このような被還元物質の車両外放出を抑制するため、フューエルカット制御からの復帰時に、第2制御手段により、排気空燃比がリッチ空燃比となるように燃料供給装置を制御する措置(これ以降、適宜「空燃比リッチ化制御」と称する)が講じられる。
尚、フューエルカット制御からの復帰は、例えば、運転者のアクセル操作等に伴う強制復帰及び内燃機関の機関回転速度の低下に伴う自然復帰のいずれをも含み得る。また、空燃比リッチ化制御に係るリッチ空燃比は、可燃限界空燃比以上の空燃比であり、望ましくは、エミッションの抑制効果と後述する燃費悪化抑制効果とを好適に両立し得るように予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて設定される固定又は可変な空燃比である。
尚、リッチ空燃比が可変である場合として、例えば、フューエルカット制御からの復帰時における内燃機関の燃焼状態を適宜検出し、燃焼の悪化が顕在化しないように(例えば、失火割合が所定値未満となるように)ストイキ空燃比を上限として適宜リッチ空燃比が調整されてもよい。
空燃比リッチ化制御が実行された場合、排気中の還元剤の含有量が増えるため、排気浄化装置に適正範囲を超えて吸蔵された酸素の消費が促進され、排気浄化装置の酸素吸蔵量が減少に転じる。その結果、空燃比リッチ化制御が実行されない場合と較べてより早期に排気浄化装置の酸素吸蔵量が適正範囲内に収束し、排気浄化装置本来の排気浄化能力を回復させることができる。
ここで、本発明に係る第2制御手段は、この空燃比リッチ化制御に供する燃料として第2燃料を使用する。第2燃料は、先に述べたように、第1燃料と較べてリッチ空燃比下における排気中の還元剤量が多い燃料である。従って、より早期に排気浄化装置の酸素吸蔵量を適正範囲に収束させることが可能となり、第1燃料を使用した場合と較べて、空燃比リッチ化制御の実行期間を短縮化することが可能となる。
空燃比リッチ化制御は、定性的には燃料を過剰に供給する措置であるから、その実行期間の長短は、夫々燃費の良し悪しに直結する。即ち、第2燃料を使用して空燃比リッチ化制御を実行することによって、フューエルカット制御からの復帰時における燃料消費を可及的に抑制することが可能となり燃費の悪化を好適に抑制することが可能となるのである。
補足すると、単一種の燃料を使用する内燃機関と、本発明に係る内燃機関のように複数種の燃料を使用可能な内燃機関とでは、空燃比リッチ化制御による燃費の悪化(即ち、空燃比をリッチ側とすることによるストイキ空燃比に対する燃費の悪化)を抑制するために講じ得る施策が、その概念において全く異なり得る。即ち、前者においては、燃料相互間における排気中の還元剤量の差異そのものが存在しないから、フューエルカット制御からの復帰時に、酸素吸蔵量を可及的に早期に減少させ得る適切な燃料を選択する旨の技術思想に想到する道筋が元より存在しない。
より具体的には、前者では、排気中の還元剤量を増加させることと、燃料量を増加させることとが等価な意味を持つ。従って、還元剤量の増加によって酸素吸蔵量が適正範囲に収束するまでの時間(以下、適宜「収束時間」とする)を短縮したところで、トータルの燃料消費量には全く影響がなく、燃費改善に係る効能は一切得られることがない。結局のところ、現実的な措置として、排気浄化装置の酸素吸蔵量が適正範囲に収束したことを正確に検出する等の措置を講じるよりない。
翻って、複数種の燃料を使用可能な内燃機関であれば、単位時間当たりに消費される燃料量が等しくても、燃料種によっては、還元剤の含有比率が多い分だけ当該収束時間を変化させ得る。或いは同一の収束時間であっても、燃料種によって酸素吸蔵量を適正範囲に収束させるのに消費される燃料量を変化させ得る。従って、フューエルカット制御時からの復帰に際して生じ得る燃費の悪化を、より根本の次元から抑制することが可能となるのである。
ここで特に、本発明に係る内燃機関の燃料制御装置は、燃料の供給が一時的に停止される期間における排気浄化装置の酸素吸蔵量を特定する第1特定手段を具備しており、第2制御手段は、特定された酸素吸蔵量が基準値未満となるまで排気空燃比をリッチ空燃比に維持する。
従って、第2燃料を使用することによる燃費悪化抑制効果に加えて、空燃比リッチ化制御の実行期間を最適化することによる燃費悪化抑制効果を得ることが可能となる。
尚、「基準値」とは、例えば予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて設定された、排気浄化装置における被酸化物質の還元能力が十分に回復したとみなし得る値等を意味する。好適な一形態として、この基準値は、上述した適正範囲の上限を規定する値であってもよい。
また、「特定」とは、そのプロセスに如何なる限定をも加えられないことを意味しており、検出、算出、推定、選択又は取得等の各種実践的態様を採り得る趣旨である。
本発明に係る内燃機関の燃料制御装置の他の態様では、前記第1燃料は前記第2燃料と較べて燃焼性が高い燃料であり、前記内燃機関の燃料制御装置は、前記第2制御手段により前記排気空燃比が前記リッチ空燃比とされる期間における前記燃料の燃焼条件を特定する第2特定手段を更に具備し、前記第2制御手段は、前記特定された燃焼条件が所定の燃焼悪化条件に該当する場合に、前記供給される燃料における前記第1燃料の比率を増加させる。
この態様では、第1燃料は第2燃料と較べて燃焼性の高い燃料として規定される。
ここで、「燃焼性が高い」とは、燃焼悪化(例えば、失火、燃焼圧の低下或いは燃焼効率の低下等)を招来し難いことを意味するものである。この燃焼性の差異は、例えば、燃料自体の性質、燃料の貯留態様又は供給態様等に起因して生じ得る。例えば、一方が液体燃料であり他方が気体燃料である場合、後者の方が、空気と混合された際の混合気の均質性に劣る。このような場合、液体燃料の燃焼性が高いと言える。また、一方の着火温度が他方の着火温度よりも低い場合、後者の方が着火し易く燃焼が安定し易い。このような場合、着火温度の低い燃料の燃焼性が高いと言える。
第1燃料が第2燃料よりも燃焼性が高い燃料である場合、失火の発生、燃焼圧の低下或いは燃焼効率の低下等、各種の燃焼悪化を防止する観点からは、フューエルカット制御からの復帰時に第1燃料を使用した方が望ましい。
一方、このような燃料の燃焼性の差異は、内燃機関における燃料の燃焼条件が良好であれば顕在化し難い。この場合には逆に、第2燃料を使用することにより燃費悪化抑制に係る効果を得る方が有利となり得る。
この態様によれば、第2特定手段により特定される燃料の燃焼条件が、この種の燃焼悪化又はそれに伴う不具合(例えば、エンジンストール、トルク変動或いはドライバビリティの低下等)を招来しかねない条件として規定された燃焼悪化条件に該当する場合に、第2制御手段が空燃比リッチ化制御を実行するにあたって使用する燃料における、第1燃料の比率を増加させる。
従って、フューエルカット制御からの復帰時における燃費の悪化を、内燃機関の燃焼悪化による不具合が顕在化させない範囲で抑制することが可能となり、内燃機関の実運用上有益である。
尚、この第2制御手段に係る措置には、空燃比リッチ化制御の実行時に基本的に第2燃料のみが供給される場合において、供給燃料の一部が第1燃料に置換されることも含まれる。また、供給燃料の全てが第1燃料に置換されることも含まれる。
尚、第2特定手段により特定される「燃料の燃焼条件」とは、燃焼悪化の度合いと一対一、一対多、多対一又は多対多に対応し得る旨が予め確定している内燃機関の運転条件や状態を意味し、実践的には、当該運転条件や状態を規定する物理量、制御量或いは指標値等を意味する。例えば、燃料の燃焼条件とは、負荷率や吸入空気量等により表される内燃機関の各種負荷条件、外気温等により表される環境条件、或いは冷却水温等により表される内燃機関の暖機状態等であってもよい。
尚、燃焼悪化条件とは、実践的には、燃焼条件を規定する物理量、制御量又は指標値との比較が可能な各種の基準値によって規定される。例えば、燃焼悪化条件とは、負荷率が然るべき基準値未満である場合等を意味する。
第2特定手段を備えた本発明に係る内燃機関の燃料制御装置の一の態様では、前記第2制御手段は、前記特定された燃焼条件が前記燃焼悪化条件に該当する場合に、前記第2燃料の使用を禁止する。
この態様によれば、特定された燃焼条件が燃焼悪化条件に該当する場合に第2燃料の使用が禁止されるため、失火、燃焼効率の低下或いは燃焼圧の低下等による動力性能の低下や振動の発生或いはエミッションの悪化が確実に防止される。
尚、第2燃料の使用が禁止される場合、フューエルカット制御からの復帰時における燃費の悪化を防止する旨の本発明に特有の実践上の利益は得られないが、フューエルカット制御からの復帰時における燃焼条件が、常時燃焼悪化条件に該当する訳ではないから、総体的にみれば燃費悪化抑制に係る効果は十分に担保される。
第2特定手段を備えた本発明に係る内燃機関の燃料制御装置の他の態様では、前記第2制御手段は、前記第1燃料が液体燃料であり且つ前記燃料供給装置が前記第1燃料を前記内燃機関の吸気通路に供給する場合に、前記第1燃料を前記内燃機関の吸気行程に同期して供給させる。
液体燃料が吸気通路に供給される場合、基本的には、吸気弁が未だ閉弁状態にある排気行程において燃料が供給されることが多い。これは、吸気通路において吸入空気との予混合を図る意味合いと、吸気弁開弁時の霧化促進効果を得る意味合いとを有する点において好適な措置である。
一方、逆言すれば、燃料を吸気行程に同期したタイミングで供給すると、吸気弁開弁時における燃料の霧化促進効果が得られない分、燃料と空気との混合が不十分となり易く、供給される燃料のうち排気通路に吹き抜ける未燃物質(THC、CO、H2等)の割合が増加する。
この態様によれば、吸気行程同期噴射による混合気の均質性の低下を利用して、燃焼の安定性を担保しつつ、排気通路に供給される還元剤の増加を図ることが可能となる。従って、第2燃料が使用される場合と同様の理由から、排気浄化装置の酸素吸蔵量が適正範囲に収束するのに要する上述した収束時間を短縮化することが可能となり、少なくとも一部に第1燃料を使用せざるを得ない制限の中にあっても、燃費悪化の抑制に一定の効果を得ることが可能となる。
本発明に係る内燃機関の燃料制御装置の他の態様では、前記第1燃料は液体燃料で
あり、前記第2燃料はCNGである。
あり、前記第2燃料はCNGである。
この態様によれば、第1燃料は、ガソリン、アルコール又はその混合燃料等を含む液体燃料であり、第2燃料は、気体燃料としてのCNG(Compressed Natural Gas:圧縮天然ガス)である。従って、内燃機関の運転条件に応じて適宜燃料種を切り替えることにより、動力性能と環境性能との両立が好適に図られ得る。ここで、CNGは、リッチ空燃比下における排気中の還元剤量がガソリン、アルコール及びその混合燃料に対して多く、フューエルカット制御からの復帰時において燃費悪化を抑制し得る第2燃料として好適である。
また、CNGは、この種の液体燃料と較べると、冷間時のエミッション低減に効果的である。従って、冷間時にCNGを積極的に使用する、或いは一部条件を除きCNGを主燃料として使用する等の措置を講じることも実践上有益な燃料供給態様となり得る。
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
<発明の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。
<第1実施形態>
<実施形態の構成>
始めに、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るエンジンシステム10の構成について説明する。ここに、図1は、エンジンシステム10の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
以下、図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。
<第1実施形態>
<実施形態の構成>
始めに、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るエンジンシステム10の構成について説明する。ここに、図1は、エンジンシステム10の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
図1において、エンジンシステム10は、図示せぬ車両に搭載され、ECU100、エンジン200、S/C触媒300及びU/F触媒400を備える。
ECU100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等を備え、エンジン200の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の燃料制御装置」の一例である。ECU100は、ROMに格納される制御プログラムに従って、後述するF/C制御及びF/C復帰制御を実行可能に構成されている。
尚、ECU100は、本発明に係る「第1制御手段」、「第2制御手段」及び「第1特定手段」の夫々一例として機能するように構成された一体の電子制御ユニットであり、これら各手段に係る動作は、全てECU100によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のECU、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
エンジン200は、本発明に係る「内燃機関」の一例たる4気筒エンジンである。
エンジン200の概略について説明すると、エンジン200は、シリンダブロック201に4本の気筒202が配置された構成を有している。圧縮行程において各気筒内で圧縮された、燃料を含む混合気は、不図示の点火装置による点火動作により点火され燃焼する。この燃焼の際に生じる力は、不図示のピストンを紙面と垂直な方向に往復運動させ、更にコネクティングロッドを介してピストンに連結されるクランクシャフト(いずれも不図示)の回転運動に変換される。
以下に、エンジン200の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。尚、本実施形態に係るエンジン200は、気筒202が図1において紙面と垂直な方向に4本並列してなる直列4気筒エンジンであるが、個々の気筒202の構成は相互に等しいため、ここでは一の気筒202についてのみ説明することとする。
エアクリーナ203を介して外部から吸入された吸入空気は、吸気通路204に導かれる。吸気通路204には、吸入空気の量を調節可能なスロットルバルブ205が配設されている。このスロットルバルブ205は、ECU100と電気的に接続され且つECU100により上位に制御されるスロットルバルブモータ(不図示)から供給される駆動力により回転可能に構成された回転弁を備えており、スロットルバルブ205を境にした吸気通路204の上流部分と下流部分との連通を遮断する全閉位置から、これらを全面的に連通させる全開位置まで、その回転位置が連続的に制御される構成となっている。
吸気通路204は、スロットルバルブ205の下流側において、サージタンク206と接続され、その内部において連通している。サージタンク206には、シリンダブロック201に形成された、これら気筒各々に対応する吸気ポート(不図示)に連通する連通管(符合省略)が接続されている。また、この吸気ポートは、吸気バルブ207の開弁時において、夫々対応する気筒内部と連通する構成となっている。
各気筒に対応する連通管には、CNG用インジェクタ208の燃料噴射弁が露出しており、この燃料噴射弁から燃料としてのCNGが噴射される構成となっている。CNG用インジェクタ208は、ECU100と電気的に接続された、本発明に係る「燃料供給装置」の一例たる電子制御式燃料噴射装置であり、CNG用インジェクタ208におけるCNGの噴射量は、ECU100によって制御される構成となっている。尚、CNGは、図示せぬ貯留タンクに気体状態で貯留された、本発明に係る「第2燃料」及び「気体燃料」の一例である。
一方、各気筒に対応する吸気ポートには、液体燃料用インジェクタ209の燃料噴射弁が露出している。液体燃料用インジェクタ209は、エンジン200の一燃料としての液体燃料を吸気ポート内部に霧化して噴射可能な、本発明に係る「燃料供給装置」の一例たる電子制御式燃料噴射装置である。
ここで、本実施形態に係る液体燃料は、ガソリンとエタノールとの混合燃料として構成される。液体燃料におけるエタノール含有比率は、0%(E0燃料)から100%(E100燃料)の範囲で可変である。液体燃料を貯留する液体燃料用タンクには、エタノール濃度を検出可能なアルコール濃度センサが付設されており、その時点の液体燃料のエタノール濃度が検出される構成となっている。また、このアルコール濃度センサは、ECU100と電気的に接続されており、検出されたエタノール濃度は、ECU100により適宜参照される構成となっている。尚、液体燃料は、本発明に係る「第1燃料」及び「液体燃料」の一例である。
このようにエンジン200は、ガソリンとエタノールの混合比率に自由度が有り、所謂FF(Flexible Fuel)エンジンの一例を構成している。また、エンジン200は、CNGと液体燃料とを燃料として使用可能な、所謂バイフューエルエンジンの一例を構成する。
尚、本実施形態では、本発明に係る「第1燃料」及び「液体燃料」として、ガソリンとエタノールとの混合燃料が採用されるが、これは一例に過ぎず、液体燃料としては、ガソリン又はエタノールの単一燃料が採用されてもよい。
各気筒における燃焼行程を経た燃焼済みガス(あくまで燃焼行程を経たことを意味するものであり、完全燃焼したか否かを規定するものでない)は、排気行程において排気バルブ210を介して排気マニホールド211に排出される。排気マニホールド211には、本発明に係る「排気通路」の一例としての排気通路212が接続されており、燃焼済みガスは、排気として排気通路212を下流側に向かって流れる構成となっている。
排気通路212には、S/C(Start Converter)触媒300が設置される。S/C触媒300は、例えばセラミック材料又は金属材料等により形成された触媒担体上に、白金やロジウム等の貴金属を担持してなる三元触媒装置である。S/C触媒300は、排気マニホールド211を介して排気通路212に導かれた排気中のNOxをその還元作用により還元し、当該還元作用により得られた酸素によって排気中のCO及びHCを酸化燃焼させることによって、NOx、CO及びHCを並列的に浄化可能に構成された、本発明に係る「排気浄化装置」の一例である。
排気通路212におけるS/C触媒300の下流側には、U/F(Under Floor)触媒400が設置される。U/F触媒400は、例えばセラミック材料又は金属材料等により形成された触媒担体上に、白金やロジウム等の貴金属を担持してなる三元触媒装置である。U/F触媒400は、排気マニホールド211を介して排気通路212に導かれた排気中のNOxをその還元作用により還元し、当該還元作用により得られた酸素によって排気中のCO及びHCを酸化燃焼させることによって、NOx、CO及びHCを並列的に浄化可能に構成された、本発明に係る「排気浄化装置」の他の一例である。尚、U/F触媒400とS/C触媒300とは、共に三元触媒装置であるが、その構成は必ずしも同一である必要はなく、例えば、貴金属の配分比率や量が異なっていてもよい。
エンジンシステム10には、エアフローセンサ11、空燃比センサ12、第1O2センサ13及び第2O2センサ14が備わる。
エアフローセンサ11は、吸気通路204における吸入空気の量たる吸入空気量Gaを検出可能に構成されたセンサである。エアフローセンサ11は、ECU100と電気的に接続されており、検出された吸入空気量Gaは、ECU100によって適宜参照される構成となっている。
空燃比センサ12は、排気通路212における、排気マニホールド211との接続部付近に設置され、排気空燃比AFを検出可能に構成されたセンサである。空燃比センサ12は、ECU100と電気的に接続されており、検出された排気空燃比AFは、ECU100によって適宜参照される構成となっている。
第1O2センサ13は、排気通路212におけるS/C触媒300の出口付近(U/F触媒400よりも上流側である)に設置され、当該設置部位における酸素濃度に応じた前段センサ出力電圧Vox1を出力するリニアO2センサである。前段センサ出力電圧Vox1は、センサ周囲の雰囲気が酸素不足のリッチ雰囲気である程高電圧となり、センサ周囲の雰囲気が酸素過剰なリーン雰囲気である程低電圧となる。
第2O2センサ14は、排気通路212におけるU/F触媒400の出口付近に設置され、当該設置部位における酸素濃度に応じた後段センサ出力電圧Vox2を出力するリニアO2センサである。後段センサ出力電圧Vox2は、センサ周囲の雰囲気が酸素不足のリッチ雰囲気である程高電圧となり、センサ周囲の雰囲気が酸素過剰なリーン雰囲気である程低電圧となる。
尚、これらのセンサ以外にも、エンジンシステム10には各種のセンサが備わり得るが、ここでは、図面の煩雑化を防ぐ目的からその詳細を省略することとする。例えば、エンジンシステム10には、車速Vを検出する車速センサ、エンジン200の機関回転速度Neを検出する回転速度センサ、車両のアクセル開度Taを検出するアクセル開度センサ及びエンジン200の冷却水温Twを検出する冷却水温センサ等が備わる。
<実施形態の動作>
<F/C制御の詳細>
始めに、図2を参照し、ECU100により実行されるF/C制御の詳細について説明する。ここに、図2は、F/C制御のフローチャートである。
<実施形態の動作>
<F/C制御の詳細>
始めに、図2を参照し、ECU100により実行されるF/C制御の詳細について説明する。ここに、図2は、F/C制御のフローチャートである。
図2において、ECU100は、車両及びエンジン200の運転条件を取得する(ステップS101)。
ステップS101において取得される運転条件とは、燃料種の選択、フューエルカット(以下、適宜「F/C」と略称する)の要否及び可否、並びに燃料の噴射量及び噴射時期等、燃料の供給態様に関連付けられた運転条件である。より具体的には、ECU100は、ステップS101において、アクセル開度Ta、冷却水温Tw、車速V、機関回転速度Ne、吸入空気量Ga、排気空燃比AF、前段センサ出力電圧Vox1及び後段センサ出力電圧Vox2等を取得する。
各種運転条件を取得すると、ECU100は、F/Cが実行されているか否かを判別する(ステップS102)。その時点でF/Cが実行されている場合(ステップS102:YES)、ECU100は、処理をステップS101に戻す。
一方、F/Cが実行されていない場合(ステップS102:NO)、ECU100は、ステップS101において取得された運転条件に基づいて、F/C条件が成立するか否かを判別する(ステップS103)。
ここで、F/C条件とは、予めF/Cを実行すべきものとして定められた条件であり、本実施形態では、機関回転速度Neが基準値以上であり、車速Vが基準値以上であり且つアクセル開度がオフ相当値であることとして規定される。即ち、F/Cは、定性的には、中高車速領域におけるコーストダウン走行時において燃料の消費抑制を目的として実行される。尚、このF/C条件は、本発明に係る「所定条件」の一例であり、ここに例示されるものに限定されない。
F/Cが実行されておらず、且つF/C条件が成立しない場合(ステップS103:NO)、即ち、F/Cの実行要求が無い場合、ECU100は、処理をステップS101へ戻す。
尚、このようにF/Cの非実行期間においてF/Cの実行要求が発生しない場合には、通常の燃料噴射制御が実行される。
通常の燃料噴射制御について簡単に説明すると、ECU100は、車両の運転条件(例えば、ステップS101で取得されたものでもよい)が、液体燃料の供給条件に該当するか否かを判別する。本実施形態では、燃料として液体燃料とCNGのいずれか一方が選択的に燃料として使用される構成を採る。従って、液体燃料の供給条件に該当する場合とは、CNGの供給条件に該当しない場合と等価である。
尚、CNGは、冷間時のエミッションが液体燃料と較べて少なく、S/C触媒300及びU/F触媒400が触媒活性温度に到達する以前の冷間時における供給燃料として好適である。この点に鑑みれば、エンジン200は、例えば、冷却水温Twが基準値未満となる冷間時において燃料としてCNGが供給される構成となっていてもよい。この場合、液体燃料の供給条件とは、冷却水温Twが基準値以上であることであってもよい。
当該運転条件が液体燃料の供給条件に該当する場合、ECU100は、液体燃料の噴射制御を実行する。一方、取得された運転条件がCNGの供給条件に該当する場合、ECU100は、CNGの噴射制御を実行する。
尚、液体燃料及びCNGの供給条件は、車両及びエンジンシステム10の仕様、仕向け及び要求性能等に応じて適宜設定される性質のものであり、ここに例示される態様は、単なる一例に過ぎない。
特に、本実施形態に係る液体燃料は、ガソリン100%のEO燃料及びエタノール100%のE100燃料を含むガソリンとエタノールとの混合燃料であり、その燃焼特性やエミッション量が、エタノール濃度に応じて大きく変化し得る。この点に鑑みれば、その時点の液体燃料中のエタノール濃度に応じて、適宜燃料の選択基準が変更されてもよい。また、上述したように、CNGは気体燃料であり、液体燃料と較べると体積効率に劣る。端的には、液体燃料と較べると質量ベースの貯留量が少ない。この点に鑑みれば、液体燃料と較べてCNGが顕著に優越する状況下でのみCNGの供給を許可する等、CNGを効率的に使用する観点に立った措置が講じられてもよい。
一方、F/Cの非実行期間においてF/C条件が成立する場合(ステップS103:YES)、即ち、F/Cの実行要求が有る場合、ECU100は、F/Cを実行する(ステップS104)。
より具体的には、ECU100は、燃料の供給が停止されるように、CNG用インジェクタ208及び液体燃料用インジェクタ209のうち、その時点で使用燃料として選択されている燃料に対応する一方のインジェクタを制御する。尚、ステップS104に係る動作は、本発明に係る「第1制御手段」の動作の一例である。
F/Cが実行されると、ECU100は、S/C触媒300における酸素吸蔵量OSA(Oxygen Storage Amount)の算出を開始する(ステップS105)。ここで、酸素吸蔵量OSAは、下記(1)式により算出される。尚、酸素吸蔵量OSAの算出は、一旦開始されると、後述するF/C復帰制御におけるA/Fリッチ化の終了時まで継続的に実行される。
OSA=Σ(0.23×mfr×(AFst−AF))×Δt・・・(1)
上記(1)式において、「0.23」は大気中に含まれる酸素の重量比率であり、mfrは単位時間当たりの燃料噴射量であり、AFstは噴射停止時点において使用されていた燃料のストイキ空燃比である。AFstは、燃料噴射停止時点での使用燃料がガソリン(E0燃料)であれば、概ね14.7である。
上記(1)式において、「0.23」は大気中に含まれる酸素の重量比率であり、mfrは単位時間当たりの燃料噴射量であり、AFstは噴射停止時点において使用されていた燃料のストイキ空燃比である。AFstは、燃料噴射停止時点での使用燃料がガソリン(E0燃料)であれば、概ね14.7である。
酸素吸蔵量OSAの算出が開始されると、処理はステップS101に戻される。F/C制御は以上のようにして実行される。
<F/C復帰制御の詳細>
次に、図3を参照し、F/C復帰制御の詳細について説明する。ここに、図3は、F/C復帰制御のフローチャートである。
次に、図3を参照し、F/C復帰制御の詳細について説明する。ここに、図3は、F/C復帰制御のフローチャートである。
図3において、ECU100は、F/C制御のステップS101と同様に運転条件を取得し(ステップS201)、F/C制御のステップS102と同様にF/Cが実行されているか否かを判別する(ステップS202)。F/Cが実行されていない場合(ステップS202:NO)、ECU100は、処理をステップS201に戻す。
F/Cが実行されている場合(ステップS202:YES)、ECU100は、F/Cからの復帰要求が有るか否かを判別する(ステップS203)。復帰要求とは、燃料の供給を再開すべき旨の要求を意味する。復帰要求が無い場合(ステップS203:NO)、即ち、F/Cを継続すべき状況においては、処理はステップS201へ戻される。この場合、先述したF/C制御のステップS102は「YES」のままであるから、F/Cが継続される。
尚、F/Cからの復帰要求は、人為的に発生する場合と、コーストダウン走行の過程で自然に発生する場合との二種類存在する。前者は、例えば、アクセルペダルが踏下される等して駆動要求が生じた場合等に相当し、即ち、コーストダウン走行の終了要求を意味する。後者は、例えば、機関回転速度Neが自立回転可能な下限回転速度に近付いた等の理由によりコーストダウン走行中においてもエンジン200の始動が要求される場合等に相当する。
尚、復帰要求が有るか否かは、F/C制御のステップS103と同様に、F/C条件が成立するか否かにより代替されてもよい。即ち、この場合、F/Cの実行中であり且つF/C条件が成立しないことをもって、F/Cからの復帰要求が有るとの判別がなされてもよい。
F/Cの実行中にエンジン200又は車両の運転条件が変化する等して、復帰要求が発生した場合(ステップS203:YES)、ECU100は、復帰処理を実行する(ステップS204)。ステップS204における復帰処理とは、F/Cを中止して燃料の供給を再開することを意味する。この際の燃料は、先述した通常の燃料供給制御に準じた燃料であってよい。復帰処理が開始されるとF/Cは終了する。
一方、復帰処理が実行されると、ECU100は更に、A/Fリッチ化要求が有るか否かを判別する(ステップS205)。A/Fリッチ化要求とは、排気空燃比AFを予め実験的な適合を経てストイキ空燃比よりもリッチ側で設定されたリッチ空燃比AFrに維持する旨の措置(以下、適宜「A/Fリッチ化」と略称する)の実行要求を意味する。
補足すると、S/C触媒300の酸素吸蔵量が、S/C触媒300が予め期待された触媒浄化能力を発揮し得るものとして定められた適正範囲を超えている場合、酸化剤としてのNOxの還元反応が十分に進行しない。このため、復帰処理の開始時点以降、酸素吸蔵量OSAが適正範囲内に低下するまでの一種の過渡的期間においては、NOxが十分に浄化されないまま車外に放出され易くなる。即ち、F/Cからの復帰要求が生じた場合、S/C触媒300におけるNOxの浄化能力を迅速に回復させる必要が生じる。
A/Fリッチ化がなされた場合、エンジン200の排気中に、HC、CO及びH2等の未燃物質が、ストイキ空燃比下よりも多く含まれる。これら未燃物質は、S/C触媒300での触媒反応においては還元剤として機能する物質であり、F/Cの実行により触媒内に適正範囲を超えて吸蔵された酸素と反応し燃焼することによって、S/C触媒300における酸素吸蔵量OSAの減少を促進することができるのである。
尚、空燃比をリッチ化すると、気筒内が酸素不足雰囲気となるため、NOxの生成量自体は、ストイキ空燃比下と較べて低下する。従って、空燃比がリッチ空燃比に維持される期間において、NOxによるエミッションの悪化が進行することはない。
ステップS205において、ECU100は、S/C触媒300の酸素吸蔵量OSAが、予め設定されたA/Fリッチ化要求基準値以上である場合に、A/Fリッチ化要求が有るものと判別する。A/Fリッチ化要求が無い場合(ステップS205:NO)、即ち、S/C触媒300の酸素吸蔵量OSAがA/Fリッチ化要求基準値未満である場合には、処理はステップS201に戻される。
尚、ここでは、例えば、F/Cが極短時間で終了した場合等、S/C触媒300の酸素吸蔵量OSAが適正範囲を逸脱していない或いは逸脱の度合いが大きくない場合(別言すれば、A/Fリッチ化を実行せずとも速やかに適正範囲に収束する場合)にも対処し得るように、A/Fリッチ化要求の有無を酸素吸蔵量OSAに基づいて判別する構成としたが、復帰要求とA/Fリッチ化要求とが等価に扱われてもよい。即ち、復帰処理が常にA/Fリッチ化を伴って実行されてもよい。
A/Fリッチ化要求が有る場合(ステップS205:YES)、ECU100は、CNGを使用燃料として選択し、排気空燃比AFがAFrとなるように、CNGの燃料噴射量を制御することによって、A/Fリッチ化を実行する(ステップS206)。
CNGによるA/Fリッチ化が開始されると、ECU100は、先述したF/C制御において算出が開始され、一定周期毎に積算処理されている酸素吸蔵量OSAが、基準値OSAth未満であるか否かを判別する(ステップS207)。基準値OSAthは、上述した、酸素吸蔵量の適正範囲を規定する上限値であり、予め実験的に求められている。
酸素吸蔵量OSAが基準値以上である場合(ステップS207:NO)、ECU100は、CNGによるA/Fリッチ化を継続する。一方、酸素吸蔵量OSAが基準値未満にまで低下した場合(ステップS207:YES)、即ち、S/C触媒300の酸素吸蔵量OSAが適正範囲内に収束した場合、ECU100は、A/Fリッチ化を終了する(ステップS208)。A/Fリッチ化が終了すると、先述した通常の燃料供給制御に従って燃料の供給が制御される。また、この際、酸素吸蔵量OSAの積算値も初期値にリセットされ、処理はステップS201に戻される。
次に、図4を参照し、F/Cの実行及びA/Fリッチ化を伴う復帰処理がなされる期間におけるエンジン200の状態の時間推移について説明する。ここに、図4は、F/C制御及びF/C復帰制御の実行期間におけるエンジン200の状態の一時間推移を例示するタイミングチャートである。
図4において、上段から順に、F/CフラグFgfc、酸素吸蔵量OSA、排気空燃比AF、前段センサ出力電圧Vox1及び後段センサ出力電圧Vox2の夫々時間推移が例示される。
F/CフラグFgfcは、F/C制御及びF/C復帰制御においてF/C条件が成立する場合にON値に設定され、復帰要求が発生した場合にOFF値に設定されるフラグである。尚、F/CフラグFgfcは、ECU100によって適宜設定される。
時刻T1において、F/CフラグFgfcがOFF値からON値に変化したとする。この場合、酸素吸蔵量OSAは、時刻T1から増加し始め、時刻T2において、S/C触媒300の酸素吸蔵量の最大値である最大酸素吸蔵量Cmaxに到達する。最大酸素吸蔵量Cmaxに到達すると、酸素吸蔵量OSAは、それ以上増加しない。
この際、排気空燃比AFは、時刻T1においてストイキ空燃比AFsからリーン側(値が大きい側)へ変化する。また、前段センサ出力電圧Vox1は、時刻T1において、ストイキ空燃比に対応するS1からF/C時相当値L1まで急激に減少する。同様に、後段センサ出力電圧Vox2は、時刻T1において、ストイキ空燃比に対応するS2からF/C時相当値L2まで急激に減少する。尚、前段センサ出力電圧Vox1と後段センサ出力電圧Vox2との値が異なるのは、後者が、バッファ要素として機能する比較的容量の大きなU/F触媒400の下流側に位置するためである。
一方、時刻T3において、F/Cからの復帰要求が発生したとする。図4においては、この時点における酸素吸蔵量OSAは最大酸素吸蔵量Cmaxであるから、A/Fリッチ化要求が有るものとして、排気空燃比(制御空燃比)AFが上述したリッチ空燃比AFrに制御される。その結果、酸素吸蔵量OSAは最大酸素吸蔵量Cmaxから減少し始め、時刻T4において、酸素吸蔵量OSAが図示ハッチング表示された適性範囲内に収束する。酸素吸蔵量OSAが適正範囲の値となると、復帰制御が終了し、排気空燃比AFは再びストイキ空燃比AFst付近に維持される。
尚、時刻T4の時点において、前段センサ出力電圧Vox1及び後段センサ出力電圧Vox2は、いずれもリーン相当値を示している。
ここで、F/Cからの復帰時(即ち、復帰処理の実行時)における、エンジンシステム10におけるエミッション(NOx、THC、CO及びH2)の浄化能力は、U/F触媒400がリーン状態である限り(即ち、U/F触媒400の酸素吸蔵量が適正範囲を超えている限り)非常に高いことが実験的に確認されている。
従って、S/C触媒300及びU/F触媒400は、時刻T4の時点においても、空燃比のリッチ化によりストイキ空燃比下に比して未燃燃料が多い排気を好適に浄化することができる。このため、S/C触媒300の酸素吸蔵量OSAを、空燃比リッチ化を伴う復帰処理により迅速に適正範囲に収束させることができるのである。
ところで、A/Fリッチ化を伴う復帰処理は、燃費の観点から言えば可及的迅速に終了するのが望ましい。そこで、ECU100は、A/Fリッチ化に係る燃料としてCNGを選択することによって、エンジンシステム10の燃費の悪化を抑制している。
ここで、図5を参照し、CNGを選択することによる効果について説明する。ここに、図5は、CNG及び液体燃料における、酸素過剰率に対するTHC含有量の特性を示す図である。
図5において、酸素過剰率λ(尚、ストイキ空燃比がλ=1に相当する)を横軸に採った場合における、排気中のTHC含有量の特性が、CNGについて実線で、液体燃料について破線で、夫々示されている。尚、酸素過剰率λが1未満の領域がリッチ空燃比に対応しており、1以上の領域がリーン空燃比に相当している。
A/Fリッチ化における制御空燃比(即ち、リッチ空燃比AFr)の範囲を図示ハッチング領域として示すと、図示するように、CNGのTHC含有量は液体燃料よりも多い。即ち、エンジン200の出力特性を等しくした場合、CNGの方が排気中のTHCが多くなる。従って、S/C触媒300の酸素吸蔵量OSAが適正範囲内に収束するのに要する時間は、液体燃料を選択する場合よりCNGを燃料として選択した方が短くなる。
本実施形態では、この点を利用し、F/C復帰制御においてA/Fリッチ化要求が有る場合には、CNGを使用燃料とするA/Fリッチ化を実行することによって、A/Fリッチ化の実行期間を短縮化し、エンジンシステム10における燃費悪化を抑制することを可能としているのである。
<第2実施形態>
F/C復帰制御の態様は、第1実施形態のものに限定されない。ここで、図6を参照し、本発明の第2実施形態に係るF/C復帰制御について説明する。ここに、図6は、第2実施形態に係るF/C復帰制御のフローチャートである。尚、同図において、図3と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
<第2実施形態>
F/C復帰制御の態様は、第1実施形態のものに限定されない。ここで、図6を参照し、本発明の第2実施形態に係るF/C復帰制御について説明する。ここに、図6は、第2実施形態に係るF/C復帰制御のフローチャートである。尚、同図において、図3と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
図6において、A/Fリッチ化要求が有る場合(ステップS205:NO)、ECU100は、エンジン200が軽負荷運転中であるか否かを判別する(ステップS301)。尚、
ステップS301は、燃料の燃焼条件を特定する旨の本発明に係る第2特定手段の動作の一例である。即ち、第2実施形態において、ECU100は、本発明に係る「第2特定手段」の一例としても動作する構成となっている。
ステップS301は、燃料の燃焼条件を特定する旨の本発明に係る第2特定手段の動作の一例である。即ち、第2実施形態において、ECU100は、本発明に係る「第2特定手段」の一例としても動作する構成となっている。
ECU100は、係る判別処理を実行するにあたり、エアフローセンサ11により検出される吸入空気量Gaに基づいてエンジン200の負荷率KLを算出する。負荷率KLは、気筒202の最大吸気量に対するその時点の吸気量の比率として規定され、最大値は1である。
尚、負荷率KLの算出方法としては公知の各種手法を採用可能である。ECU100は、算出した負荷率KLを基準値と比較し、当該基準値未満ある場合に軽負荷運転中であると判別する。軽負荷運転中でない場合(ステップS301:NO)、ECU100は、第1実施形態と同様に、CNGによるA/Fリッチ化を実行する(ステップS206)。
一方、エンジン200が軽負荷運転中である場合(ステップS301:YES)、ECU100は、A/Fリッチ化に係る燃料としてCNGを使用せず、液体燃料によるA/Fリッチ化を実行する(ステップS302)。その他のステップに関しては第1実施形態と同様である。
尚、ステップS302は、「特定された燃焼条件が所定の燃焼悪化条件に該当する場合に、供給される燃料における第1燃料の比率を増加させる」旨の本発明に係る第2制御手段の動作の一例であり、特に、供給燃料の全てを第1燃料(液体燃料)に置換する場合に相当する。
ここで、図7を参照し、第2実施形態の効果について説明する。ここに、図7は、CNG及び液体燃料を使用した場合における、酸素過剰率に対するエンジン200の失火割合の特性を示す図である。
図7において、図7(a)は高負荷運転中における当該特性を示しており、図7(b)は軽負荷運転中における当該特性を示している。また、縦軸に規定される失火割合とは、所定期間内に燃焼行程を迎えた気筒のうち失火した気筒の割合を意味する。但し、失火割合の定義はこれに限定されない。
図7(a)から明らかなように、エンジン200が高負荷運転中である場合、リッチ空燃比AFrに対応する図示ハッチング表示された酸素過剰率λにおける、CNGの失火割合(破線参照)と液体燃料の失火割合(実線参照)とは大きく相違しない。一方、図7(b)から明らかなように、エンジン200が軽負荷運転中である場合、CNGの失火割合は、液体燃料のそれと較べて顕著に大きくなる。
これは、第1に、CNGと液体燃料との貯留態様の違いによる。即ち、CNGは気体状態で貯留される気体燃料であるから、CNG用インジェクタ208から噴射された状態において既に気体である。このため、CNGは、これも気体である吸入空気との混合性が悪く、気筒内の混合気が不均質になり易い。このため、酸素が十分に存在する高負荷運転中においては問題がなくとも、軽負荷運転中においては、その燃焼性の低さが失火割合の増加として顕在化してしまうのである。
また、第2に、CNGと液体燃料との着火温度の違いによる。即ち、液体燃料、例えばガソリン(E0燃料)の着火温度が約210〜300℃であるのに対して、CNGの着火温度は約540℃と高い。このため、筒内温度が高負荷運転時と較べて低くなり易い軽負荷運転時においては、失火が発生し易いのである。
一方、液体燃料は、液体燃料用インジェクタ209から霧状に噴射され、吸気弁の開弁時に吸気ポートから気筒内に吸入される際にガス化が促進される。このため、気体燃料たるCNGと較べると、吸入空気との混合気が均質となり易い。従って、その燃焼性が負荷状態に影響を受け難く、軽負荷運転時の噴射燃料として適当なのである。
このように、第2実施形態によれば、燃費悪化抑制を目的としてCNGによるA/Fリッチ化が実行されるにあたって、失火による筒内圧変動、動力性能低下或いはエミッションの悪化等が生じることを防止することができる。
即ち、CNGを実践上問題無く使用し得る運転条件でのみ、CNGをA/Fリッチ化に係る燃料として使用することにより、燃費悪化抑制に係る利益を他の問題を顕在化させることなく享受することが可能となるのである。
尚、本実施形態においては、軽負荷運転時に燃料が液体燃料に切り替えられるが、これは一例に過ぎず、例えば、燃焼悪化による不具合を顕在化させない範囲で、CNGの一部を液体燃料に置換してもよい。また、この際、これらの供給比率を、その時点のエンジン200の燃焼状態に応じて段階的に又は連続的に変化させてもよい。このようにすれば、CNGによる燃費悪化抑制に係る効果を可及的に維持することが可能であり実践上有益である。
<第3実施形態>
第2実施形態に係るF/C復帰制御においては、エンジン200が軽負荷運転中である場合には、復帰処理に係る燃料としてCNGを使用することができないため、CNGを使用することによる燃費悪化抑制効果が得られない。
<第3実施形態>
第2実施形態に係るF/C復帰制御においては、エンジン200が軽負荷運転中である場合には、復帰処理に係る燃料としてCNGを使用することができないため、CNGを使用することによる燃費悪化抑制効果が得られない。
ここで、図8を参照し、このような問題を解決し得る本発明の第3実施形態に係るF/C復帰制御について説明する。ここに、図8は、第3実施形態に係るF/C復帰制御のフローチャートである。尚、同図において、図6と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
図8において、復帰処理開始時点においてエンジン200が軽負荷運転中である場合(ステップS301:YES)、ECU100は、第2実施形態と同様に、液体燃料による復帰制御を行うが、この際、液体燃料を、通常の排気行程同期噴射ではなく、吸気行程同期噴射により噴射する(ステップS401)。
ここで、吸気行程同期噴射とは、吸気弁の開弁時、即ち吸気行程において燃料の少なくとも一部を噴射することを意味する。吸気行程において噴射された液体燃料は、吸気弁閉弁時(排気行程)に噴射された場合よりも霧化の進行が緩慢となる。このため、混合気の均一性に劣る。
このような均一性の低下は、通常の噴射制御においては利点となり難いが、F/C復帰制御には有益となり得る。即ち、混合気の均一性の低下が招く燃焼の悪化は、排気中の還元剤を増量させる効能を有し、ひいてはA/Fリッチ化の実行期間を短縮化し得るのである。
このように、第3実施形態によれば、燃焼悪化による失火、燃焼圧の低下或いは燃焼効率の低下等といった各種燃焼悪化が招く不具合の発生を防止する観点からCNGと比較してA/Fリッチ条件下の還元剤量が少ない液体燃料を使用せざるを得ない場合であっても、可及的に燃費の悪化を抑制することが可能となる。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、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燃料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。
本発明は、複数燃料を使用可能に構成された内燃機関のフューエルカット制御時における、燃料の供給状態の制御に利用可能である。
10…エンジンシステム、11…エアフローセンサ、12…空燃比センサ、100…ECU、200…エンジン、208…CNG用インジェクタ、209…液体燃料用インジェクタ、300…S/C触媒、400…U/F触媒。
Claims (5)
- 第1燃料と、リッチ空燃比下における排気中の還元剤量が前記第1燃料よりも多い第2燃料とを燃料として供給可能な燃料供給装置を備えた内燃機関と、該内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置とを備えた車両における、前記内燃機関の燃料制御装置であって、
所定条件下で前記燃料の供給が一時的に停止されるように前記燃料供給装置を制御する第1制御手段と、
前記燃料の供給が一時的に停止された状態から前記燃料の供給を再開させる場合に、前記燃料として前記第2燃料が供給されるように且つ排気空燃比が前記リッチ空燃比となるように前記燃料供給装置を制御する第2制御手段と、
前記燃料の供給が一時的に停止される期間における前記排気浄化装置の酸素吸蔵量を特定する第1特定手段と
を具備し、
前記第2制御手段は、前記特定された酸素吸蔵量が基準値未満となるまで前記排気空燃比を前記リッチ空燃比に維持する
ことを特徴とする内燃機関の燃料制御装置。 - 前記第1燃料は前記第2燃料と較べて燃焼性が高い燃料であり、
前記内燃機関の燃料制御装置は、
前記第2制御手段により前記排気空燃比が前記リッチ空燃比とされる期間における前記燃料の燃焼条件を特定する第2特定手段を更に具備し、
前記第2制御手段は、前記特定された燃焼条件が所定の燃焼悪化条件に該当する場合に、前記供給される燃料における前記第1燃料の比率を増加させる
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料制御装置。 - 前記第2制御手段は、前記特定された燃焼条件が前記燃焼悪化条件に該当する場合に、前記第2燃料の使用を禁止する
ことを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の燃料制御装置。 - 前記第2制御手段は、前記第1燃料が液体燃料であり且つ前記燃料供給装置が前記第1燃料を前記内燃機関の吸気通路に供給する場合に、前記第1燃料を前記内燃機関の吸気行程に同期して供給させる
ことを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の燃料制御装置。 - 前記第1燃料は液体燃料であり、前記第2燃料はCNGである
ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料制御装置。
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