(57)【要約】  本発明は、排気浄化用触媒による排気ガス成分の吸着を阻害する特性を有する第１燃料と排気浄化用触媒による排気ガス成分の吸着を阻害しない特性を有する第２燃料とを選択的に使用可能な内燃機関の燃料噴射システムにおいて、第２燃料の消費量を好適に低減することを課題とする。この課題を解決するために、本発明に係わる内燃機関の燃料噴射システムは、排気浄化用触媒が低温状態にあるときに、先ず第２燃料が内燃機関に供給され、その後の排気浄化用触媒が活性温度へ昇温する前に第２燃料から第１燃料への切り替えが行われるようにした。
2012056508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性温度より低い低温状態にあるときに排気中の窒素酸化物を吸着する排気浄化用触媒が排気系に設けられた内燃機関の燃料噴射システムにおいて、
窒素酸化物が前記排気浄化用触媒に吸着される現象を阻害する第１燃料、または窒素酸化物が前記排気浄化用触媒に吸着される現象を阻害しない第２燃料の何れか一方を内燃機関へ供給する供給装置と、
前記排気浄化用触媒が低温状態にあるときに、先ず第２燃料が内燃機関に供給され、その後の前記排気浄化用触媒が活性温度へ昇温する前に第２燃料から第１燃料への切り替えが行われるように前記供給装置を制御する制御手段と、
を備える内燃機関の燃料噴射システム。
【請求項２】
請求項１において、前記制御手段は、第２燃料が内燃機関へ供給されているときに、前記排気浄化用触媒が吸着可能な窒素酸化物量の最大値である最大吸着量が下限値未満へ低下すると、第２燃料から第１燃料への切り替えが行われるように前記供給装置を制御する内燃機関の燃料噴射システム。
【請求項３】
請求項２において、前記制御手段は、排気浄化用触媒の温度が活性温度より低い吸着限界温度を超えることを条件として、前記排気浄化用触媒の最大吸着量が下限値未満になったと判定する内燃機関の燃料噴射システム。
【請求項４】
請求項２または３において、第１燃料がアルコールを含む液体燃料であり、
前記下限値は、第１燃料のアルコール濃度が低いときより高いときの方が小さい値に設定される内燃機関の燃料噴射システム。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れか１項において、前記制御手段は、第２燃料から第１燃料への切り替えが行われた後に、前記排気浄化用触媒の最大吸着量が下限値以上に増加したときは、第１燃料から第２燃料への切り替えが行われないように前記供給装置を制御する内燃機関の燃料噴射システム。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項において、前記第１燃料は、非メタン系の炭化水素燃料であり、
第２燃料は、天然ガス燃料である内燃機関の燃料噴射システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種の燃料を使用可能な内燃機関の制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数種の燃料により運転可能な内燃機関が開発されている。このような内燃機関において、始動時から排気浄化用触媒が活性するまでの期間は気体燃料（ＣＮＧ）を使用し、排気浄化用触媒が活性した後は液体燃料（ガソリン）を使用する技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。【０００３】
また、内燃機関が冷間状態にあるときは気体燃料（ＣＮＧ）を使用し、内燃機関の暖機完了後は液体燃料（ガソリン）を使用する技術も提案されている（たとえば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０３８９８０号公報
【特許文献２】特開２０００−２１３３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関の排気通路に配置される排気浄化用触媒として、低温状態にあるときに特定の排気ガス成分（たとえば、窒素酸化物（ＮＯＸ）など）を吸着する触媒が使用される場合がある。このような排気浄化用触媒が吸着可能な排気ガス成分量の最大値（以下、「最大吸着量」と称する）は、該排気浄化用触媒の温度が低いときより高いときに少なくなる傾向がある。そのため、排気浄化用触媒の活性状態や内燃機関の暖機状態をパラメータとして、気体燃料から液体燃料への切り替えが行われると、燃料の切り替えが行われる前に前記最大吸着量が過少となる可能性がある。その場合、気体燃料の使用による排気エミッションの低減効果を十分に得られない状態で気体燃料が消費されることになる。【０００６】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化用触媒による排気ガス成分の吸着を阻害する特性を有する第１燃料と排気浄化用触媒による排気ガス成分の吸着を阻害しない特性を有する第２燃料とを選択的に使用可能な内燃機関の燃料噴射システムにおいて、第２燃料の消費量を好適に低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するために、排気浄化用触媒による窒素酸化物の吸着を阻害する第１燃料と、排気浄化用触媒による窒素酸化物の吸着を阻害しない第２燃料と、を使用可能な内燃機関の燃料噴射システムにおいて、排気浄化用触媒が吸着可能な窒素酸化物量の最大値である最大吸着量に着目して燃料の切り替えを行うようにした。【０００８】
本願発明者が鋭意の実験および検証を行った結果、排気浄化用触媒の最大吸着量は、排気浄化用触媒が活性するより前に比較的少なくなることがわかった。そのため、排気浄化用触媒が活性するまで第２燃料が使用されると、第２燃料の使用による排気エミッション低減効果が十分に得られない状況下で第２燃料が消費される可能性がある。【０００９】
そこで、本発明は、活性温度より低い低温状態にあるときに排気中の窒素酸化物を吸着する排気浄化用触媒が排気系に設けられた内燃機関の燃料噴射システムにおいて、
窒素酸化物が前記排気浄化用触媒に吸着される現象を阻害する第１燃料、または窒素酸化物が前記排気浄化用触媒に吸着される現象を阻害しない第２燃料の何れか一方を内燃機関へ供給する供給装置と、
前記排気浄化用触媒が低温状態にあるときに、先ず第２燃料が内燃機関に供給され、その後の前記排気浄化用触媒が活性温度へ昇温する前に第２燃料から第１燃料への切り替えが行われるように前記供給装置を制御する制御手段と、
を備えるようにした。【００１０】
かかる発明によれば、排気浄化用触媒が活性する前に第２燃料から第１燃料への切り替えが行われる。そのため、排気浄化用触媒の最大吸着量が少なくなった後も第２燃料が消費されることがなくなる。その結果、第２燃料の使用による排気エミッションの低減効果を得つつ、第２燃料の消費量を少なく抑えることができる。【００１１】
本発明に係わる制御手段は、排気浄化用触媒が吸着可能な窒素酸化物量の最大値である最大吸着量が下限値未満となったときに、第２燃料から第１燃料への切り替えが行われるように前記供給装置を制御するようにしてもよい。ここでいう「下限値」は、排気浄化用触媒により吸着されずに該排気浄化用触媒から流出する窒素酸化物量が許容範囲の上限値と等しくなるときの最大吸着量に相当する。このような方法により第２燃料から第１燃料への切り替えが行われると、排気浄化用触媒の最大吸着量が下限値未満になったときに第２燃料が使用されなくなる。【００１２】
本発明に係わる制御手段は、排気浄化用触媒の温度が活性温度より低い吸着限界温度に達したときに、排気浄化用触媒の最大吸着量が下限値未満に低下したと判定するようにしてもよい。すなわち、制御手段は、排気浄化用触媒の温度が活性温度より低い吸着限界温度を超えたときに、第２燃料から第１燃料への切り替えが行われるように前記供給装置を制御してもよい。【００１３】
排気浄化用触媒の最大吸着量は、該排気浄化用触媒の温度と相関する。すなわち、排気浄化用触媒の最大吸着量は、該排気浄化用触媒の温度が低いときより高いときの方が少なくなる。よって、排気浄化用触媒の最大吸着量が前記下限値と等しくなるときの排気浄化用触媒の温度を「吸着限界温度」に設定することにより、排気浄化用触媒の最大吸着量が下限値未満になったときに第２燃料から第１燃料への切り替えを行うことが可能になる。【００１４】
なお、排気浄化用触媒より下流の排気通路にＮＯＸセンサが配置される場合は、ＮＯＸセンサの測定値が許容限界値を超えたときに、排気浄化用触媒の最大吸着量が下限値未満に低下したと判定することもできる。【００１５】
ここで、第１燃料がアルコールを含む液体燃料である場合は、前記下限値は、第１燃料のアルコール濃度が低いときより高いときの方が小さい値に設定されてもよい。すなわち、第１燃料がアルコールを含む液体燃料である場合は、前記吸着限界温度は、第１燃料のアルコール濃度が低いときより高いときの方が高い値に設定されてもよい。【００１６】
第１燃料のアルコール濃度が高いときは低いときに比べ、窒素酸化物に優先して排気浄化用触媒に吸着される物質（たとえば、非メタン炭化水素など）が多くなる。そのため、第１燃料のアルコール濃度が高いときに下限値が大きい値に設定（吸着限界温度が低い温度に設定）されると、第２燃料から第１燃料へ切り替えられた後に排気浄化用触媒へ吸着される窒素酸化物の量が過剰に少なくなる可能性がある。これに対し、第１燃料のアルコール濃度が高いときに下限値が小さい値に設定（吸着限界温度が高い値に設定）されると、排気浄化用触媒に吸着されずに該排気浄化用触媒から流出する窒素酸化物の量を少なく抑えることができる。【００１７】
本発明に係わる制御手段は、第２燃料から第１燃料への切り替えが行われた後に、排気浄化用触媒の最大吸着量が下限値以上に増加したときは、第１燃料から第２燃料への切り替えを行わないようにしてもよい。このような方法によれば、第２燃料から第１燃料への切り替えと第１燃料から第２燃料への切り替えとが交互に繰り返されるハンチングが抑制される。その結果、第２燃料の消費量が増加したり、或いは排気エミッションが増加したりする事態をより確実に回避することができる。【００１８】
本発明において、第１燃料としては非メタン系の炭化水素燃料を用いることができるとともに、第２燃料としては圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用いることができる。非メタン系の炭化水素燃料の既燃ガス中には、非メタン炭化水素が多く含まれる。非メタン炭化水素は、窒素酸化物に比して排気浄化用触媒に吸着され易い。そのため、非メタン系の炭化水素燃料が使用された場合は、排気浄化用触媒に吸着される窒素酸化物の量が少なくなる。つまり、排気浄化用触媒に実際に吸着される窒素酸化物の量が最大吸着量に達しない可能性がある。一方、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）の既燃ガス中には、非メタン炭化水素が殆ど含まれない。そのため、天然ガスが使用された場合は非メタン系の炭化水素燃料が使用された場合に比べ、排気浄化用触媒に吸着される窒素酸化物の量が多くなる。【００１９】
よって、本発明における第１燃料として非メタン系の炭化水素燃料が使用され、第２燃料として圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が使用されると、窒素酸化物の排出量の増加を抑制しつつ、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）の消費量を少なく抑えることができる。【００２０】
なお、本発明において、制御手段は、第２燃料の残量が多く、且つ内燃機関の運転状態が軽負荷運転状態（たとえば、アイドル運転状態）にあるときは、排気浄化用触媒の最大吸着量が下限値を下回った後、もしくは排気浄化用触媒の温度が吸着限界温度を上回った後も第２燃料の使用を継続するように供給装置を制御してもよい。内燃機関が軽負荷運転状態にあるとき（特にアイドル運転状態にあるとき）は、燃料消費量が少ない。よって、第２燃料の残量が多いときに第２燃料の少量の使用が継続されても、第２燃料の航続距離が大幅に短縮される事態を回避することができる。また、内燃機関の運転を停止させる方法としては、該内燃機関がアイドル運転状態にあるときにイグニションスイッチをオフにする方法が一般的である。そのため、内燃機関がアイドル運転状態にあるときに第２燃料が使用されると、該内燃機関の運転停止時において排気浄化用触媒に吸着されている非メタン炭化水素を可及的に少なくすることができる。その結果、次回の始動時に排気浄化用触媒が吸着可能な窒素酸化物量を多くすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、排気浄化用触媒による排気ガス成分の吸着を阻害する特性を有する第１燃料と排気浄化用触媒による排気ガス成分の吸着を阻害しない特性を有する第２燃料とを選択的に使用可能な内燃機関の燃料噴射システムにおいて、第２燃料の消費量を好適に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施例において本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】第１排気浄化装置の床温と最大吸着量との関係を示す図である。
【図３】内燃機関の冷間始動時に気体燃料が使用された場合において、内燃機関から排出されるＮＯＸ量と第１排気浄化装置から排出されるＮＯＸ量と第１排気浄化装置の床温との経時変化を示す図である。
【図４】第１の実施例において燃料切り替え制御が実施される際にＥＣＵが実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第２の実施例において本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図６】第２の実施例において燃料切り替え制御が実施される際にＥＣＵが実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第３の実施例において燃料切り替え制御が実施される際にＥＣＵが実行するルーチンを示すフローチャートである。
【図８】第４の実施例において本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図９】第４の実施例において燃料切り替え制御が実施される際にＥＣＵが実行するルーチン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】
【００２３】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２４】
＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１乃至図４に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関の概略構成を示す図である。
【００２５】
図１に示す内燃機関１は、液体燃料と気体燃料の２種類の燃料を使用可能な火花点火式内燃機関である。ここでいう液体燃料としては、ガソリン等の石油系液体燃料、またはエタノールやメタノール等が石油系液体燃料に混合された混合液体燃料などの非メタン炭化水素燃料を用いることができる。また、気体燃料としては、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用いることができる。なお、内燃機関１は、火花点火式の内燃機関に限られず、圧縮着火式の内燃機関であってもよい。
【００２６】
内燃機関１の気筒２には、ピストン３が摺動自在に装填されている。ピストン３は、図示しないコネクティングロッドを介して機関出力軸（クランクシャフト）に連結されている。内燃機関１は、気筒２内へ新気（空気）を導入するための吸気ポート４と、気筒２内から既燃ガスを排出するための排気ポート５と、を備えている。内燃機関１は、吸気ポート４の開口端を開閉するための吸気バルブ６と、排気ポート５の開口端を開閉するための排気バルブ７と、を備えている。吸気バルブ６と排気バルブ７は、図示しないインテークカムシャフトとエキゾーストカムシャフトによりそれぞれ開閉駆動される。また、内燃機関１は、気筒２内に火種としての火花を発生させるための点火プラグ８を備えている。
【００２７】
前記吸気ポート４には、吸気通路９が接続されている。吸気通路９は、大気中から取り込んだ新気（空気）を吸気ポート４へ導くための通路である。一方、前記排気ポート５には、排気通路１０が接続されている。排気通路１０は、排気ポート５から流出する既燃ガス（排気）を後述する排気浄化装置１５，１６などを経由させた後に大気中へ排出させるための通路である。
【００２８】
ここで、内燃機関１には、液体燃料と気体燃料を選択的に内燃機関１へ供給するための供給装置が設けられている。供給装置は、第１燃料噴射弁１１と、第１燃料通路１１０と、第１燃料タンク１１１と、燃料ポンプ１１２と、第１遮断弁１１３と、第２燃料噴射弁１２と、第２燃料通路１２０と、第２燃料タンク１２１と、レギュレータ１２２と、を備えている。なお、第１燃料噴射弁１１と第２燃料噴射弁１２は、それぞれ気筒毎に設けられるものとする。
【００２９】
第１燃料噴射弁１１は、吸気ポート４近傍の内燃機関１に取り付けられ、吸気ポート４内へ液体燃料を噴射する。第１燃料噴射弁１１は、第１燃料通路１１０を介して第１燃料タンク１１１に連通している。第１燃料通路１１０の途中には、燃料ポンプ１１２と第１遮断弁１１３が配置されている。燃料ポンプ１１２は、第１燃料タンク１１１に貯留されている液体燃料を第１燃料噴射弁１１へ供給する。第１遮断弁１１３は、第１燃料通路１１０の遮断と導通を切り替える機器である。
【００３０】
第２燃料噴射弁１２は、前記吸気通路９における前記吸気ポート４の近傍に取り付けられ、吸気通路９内へ気体燃料を噴射する。第２燃料噴射弁１２は、第２燃料通路１２０を介して第２燃料タンク（ＣＮＧボンベ）１２１に連通している。第２燃料通路１２０の途中には、レギュレータ１２２と第２遮断弁１２３が配置されている。レギュレータ１２２は、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を所定の圧力まで減圧する機器である。第２遮断弁１２３は、第２燃料通路１２０の遮断と導通を切り替える機器である。
【００３１】
次に、前記第２燃料噴射弁１２より上流の吸気通路９には、スロットル弁１３が配置されている。スロットル弁１３は、吸気通路９の通路断面積を変更することにより、気筒２内へ導入される空気量を調整する機器である。スロットル弁１３より上流の吸気通路９には、エアフローメータ１４が取り付けられている。エアフローメータ１４は、吸気通路９内を流れる空気量（質量）に相関した電気信号を出力するセンサである。
【００３２】
また、前記排気通路１０には、第１排気浄化装置１５が配置されている。第１排気浄化装置１５は、低温状態にあるときに排気中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸着する三元触媒を含有している。第１排気浄化装置１５は、本発明にかかる排気浄化用触媒に相当する。
【００３３】
前記第１排気浄化装置１５より下流の排気通路１０には、第２排気浄化装置１６が配置されている。第２排気浄化装置１６は、第１排気浄化装置１５と同様に、排気中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸着する触媒を有している。
【００３４】
前記第１排気浄化装置１５より上流の排気通路１０には、空燃比センサ１７が配置されている。空燃比センサ１７は、排気通路１０を流れる排気の空燃比と相関する電気信号を出力するセンサである。第２排気浄化装置１６より下流の排気通路１０には、Ｏ２センサ１８と排気温度センサ１９が配置されている。Ｏ２センサ１８は、排気に含まれる酸素の濃度と相関する電気信号を出力するセンサである。排気温度センサ１９は、排気の温度と相関する電気信号を出力するセンサである。
【００３５】
このように構成された内燃機関１には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、上記したエアフローメータ１４、空燃比センサ１７、Ｏ２センサ１８、および排気温度センサ１９などの各種センサと電気的に接続され、各種センサの出力信号を入力可能に構成されている。ＥＣＵ２０は、上記した点火プラグ８、第１燃料噴射弁１１、第２燃料噴射弁１２、スロットル弁１３、燃料ポンプ１１２、第１遮断弁１１３、第２遮断弁１２３などの各種機器と電気的に接続され、上記した各種センサの出力信号に応じて各種機器を制御可能に構成されている。
【００３６】
たとえば、ＥＣＵ２０は、内燃機関１が冷間始動されるときに、先ず気体燃料を内燃機関１へ供給し、その後の所定条件が成立したときに気体燃料から液体燃料への切り替えを行う燃料切り替え制御を実行する。以下、本実施例における燃料切り替え制御の実行方法について述べる。
【００３７】
第１排気浄化装置１５に含有される三元触媒は、活性温度より低い低温状態にあるときに、排気中のＮＯＸを吸着する。そのため、内燃機関１が冷間始動された場合のように、第１排気浄化装置１５が未活性状態にある場合であっても、排気中のＮＯＸが第１排気浄化装置１５に吸着されれば、大気中に排出されるＮＯＸ量を少なく抑えることができる。
【００３８】
ただし、排気中に非メタン炭化水素が含まれている場合は、非メタン炭化水素がＮＯＸに優先して第１排気浄化装置１５に吸着される。そのため、第１排気浄化装置１５が低温状態にあるときに排気中に含まれる非メタン炭化水素の量が多くなると、第１排気浄化装置１５に吸着されるＮＯＸ量が少なくなり、大気中に排出されるＮＯＸ量が多くなる。
【００３９】
ここで、液体燃料（非メタン炭化水素燃料）の既燃ガスは、気体燃料（圧縮天然ガス（ＣＮＧ））の既燃ガスに比べ、多量の非メタン炭化水素を含有する。よって、内燃機関１の冷間始動時に液体燃料が使用されると、第１排気浄化装置１５に吸着されるＮＯＸ量が減少するため、大気中へ排出されるＮＯＸ量が規制量より多くなる可能性がある。これに対し、内燃機関１の冷間始動時に気体燃料が使用されると、第１排気浄化装置１５に吸着されるＮＯＸ量を増加させることができるため、大気中へ排出されるＮＯＸ量を規制量より少なく抑えることが可能となる。
【００４０】
ところで、第１排気浄化装置１５が吸着可能なＮＯＸ量の最大値（最大吸着量）は、図２に示すように、第１排気浄化装置１５の温度（床温）が低いときに比べ高いときの方が少なくなる傾向がある。そのため、第１排気浄化装置１５の温度が高くなるまで気体燃料が使用され続けると、気体燃料の使用による排気エミッション低減効果が十分得られない状態で気体燃料の消費量が増加することになる。また、気体燃料は液体燃料よりエネルギ密度が低いため、気体燃料を使用した場合の航続距離は液体燃料を使用した場合より短くなり易い。よって、気体燃料の消費量が不要に増加すると、内燃機関１の冷間始動時に気体燃料を使用することができない事態が生じたり、気体燃料の補充（給油または充填）を頻繁に行う必要が生じたりする可能性がある。
【００４１】
そこで、本実施例における燃料切り替え制御は、内燃機関１の冷間始動時に気体燃料を使用する内燃機関の燃料噴射システムにおいて、第１排気浄化装置１５の最大吸着量が下限値を下回る前に気体燃料から液体燃料への切り替えを行うようにした。なお、ここでいう「下限値」は、第１排気浄化装置１５に吸着されずに排出されるＮＯＸ量が規制量に達すると考えられる最大吸着量であり、予め実験などを利用した適合処理により求められた値である。
【００４２】
本願発明者が鋭意の実験および検証を行った結果、第１排気浄化装置１５の最大吸着量は、該第１排気浄化装置１５が活性する前に下限値を下回ることがわかった。図３は、内燃機関１の冷間始動時に気体燃料を使用した場合に、内燃機関１から排出されるＮＯＸ量と第１排気浄化装置１５から排出されるＮＯＸ量と第１排気浄化装置１５の床温との経時変化を計測したものである。図３中の実線は内燃機関から排出されるＮＯＸ量を示し、一点鎖線は第１排気浄化装置１５のＮＯＸ排出量を示し、２点鎖線は第１排気浄化装置１５の床温を示す。
【００４３】
図３において、内燃機関１が冷間始動された直後は、第１排気浄化装置１５から排出されるＮＯＸ量が略零になる。これは、内燃機関１から排出されたＮＯＸの略全量が第１排気浄化装置１５に吸着されていると考えられる。その後、第１排気浄化装置１５の温度が図３中のＴｍｐ０で示す温度を超えると、第１排気浄化装置１５から排出されるＮＯＸ量が増加し始める。これは、第１排気浄化装置１５の温度上昇に伴って最大吸着量が減少し始めたと考えられる。次いで、第１排気浄化装置１５の温度が前記Ｔｍｐ０より高いＴｍｐ１（吸着限界温度）に達すると、第１排気浄化装置１５から排出されるＮＯＸ量が規制量Ｖｒｅｇまで増加する。すなわち、第１排気浄化装置１５の最大吸着量（内燃機関１から排出されるＮＯＸ量と第１排気浄化装置１５から排出されるＮＯＸ量との差）が下限値Ｖｎｘｌまで低下する。さらに、第１排気浄化装置１５の床温が活性温度Ｔｍｐ２（＞Ｔｍｐ１）に近づくと、第１排気浄化装置１５から排出されるＮＯＸ量が増加傾向から減少傾向へ転じる。これは、第１排気浄化装置１５が部分的に活性することにより、ＮＯＸの一部が還元されると推察される。
【００４４】
上記した図３の説明で述べたように、第１排気浄化装置１５の最大吸着量は、該第１排気浄化装置１５が活性する前に下限値を下回る場合がある。言い換えると、第１排気浄化装置１５から排出されるＮＯＸ量は、該第１排気浄化装置１５が活性する前に規制値を上回る場合がある。よって、第１排気浄化装置１５の温度が吸着限界温度Ｔｍｐ１に達したときに、気体燃料から液体燃料への切り替えが行われれば、気体燃料の使用による排気エミッションの低減（ＮＯＸ排出量の低減）を図りつつ、気体燃料の消費量を少なく抑えることができる。なお、吸着限界温度Ｔｍｐ１と最大吸着量との関係は環境などによって多少変動する可能性があるため、吸着限界温度Ｔｍｐ１からマージンを差し引いた温度を基準にして燃料の切り替えが行われるようにしてもよい。
【００４５】
なお、気体燃料から液体燃料への切り替えが行われると、排気中に含まれる非メタン炭化水素により第１排気浄化装置１５によるＮＯＸの吸着が阻害される事態が懸念されるが、第１排気浄化装置１５が吸着可能な非メタン炭化水素の量は該第１排気浄化装置１５の温度上昇に応じて減少するため、第１排気浄化装置１５に吸着されるＮＯＸ量が大幅に減少することは抑制される。
【００４６】
また、気体燃料から液体燃料への切り替えが行われると、内燃機関１から排出されるＮＯＸ量が増加するため、それに伴って第１排気浄化装置１５から排出されるＮＯＸ量が増加する事態も懸念される。しかしながら、燃料の切り替えによるＮＯＸ量の増加分は、気体燃料の使用時に第１排気浄化装置１５に吸着されたＮＯＸ量の総量に比して十分に少ない。また、第１排気浄化装置１５の温度が吸着限界温度に到達する時点で第２排気浄化装置１６の温度が吸着限界温度に達していないため、第１排気浄化装置１５から排出されたＮＯＸは第２排気浄化装置１６に吸着される。その結果、気体燃料から液体燃料への切り替えにより大気中へ排出されるＮＯＸ量が増加する事態を回避することができる。よって、気体燃料の使用によるＮＯＸ排出量の低減効果を得つつ、気体燃料の消費量を低減させることができる。なお、液体燃料の既燃ガスに含まれる二酸化炭素（ＣＯ２）の量は、気体燃料の既燃ガスに含まれるＣＯ２の量より少ない。そのため、気体燃料から液体燃料への切り替えにより、ＣＯ２の排出量を低減させることも可能である。さらに、ＣＯ２の排出量とＮＯＸの排出量とのバランスを考慮しつつ上記した下限値や吸着限界温度を変更することも可能である。
【００４７】
ところで、液体燃料にアルコールが含有されている場合は、液体燃料中のアルコール濃度に応じて下限値または吸着限界温度が変更されてもよい。液体燃料のアルコール濃度が高いときは低いときに比べ、ＮＯＸに優先して第１排気浄化装置１５に吸着される非メタン炭化水素が多くなる。これは、ガソリン由来の非メタン炭化水素に比して、アルコール由来の非メタン炭化水素の方が第１排気浄化装置１５に吸着され易いからである。よって、液体燃料中のアルコール濃度が高いときは低いときに比べ、下限値を小さい値（吸着限界温度を高い値）に設定することが望ましい。このように下限値や吸着限界温度が定められると、ＮＯＸ排出量の低減効果をより確実に得ることが可能となる。なお、液体燃料中に含まれるアルコール濃度は、第１燃料タンク１１１から第１燃料噴射弁１１に至る液体燃料通路にアルコール濃度センサを取り付けることにより検出してもよく、或いは空燃比フィードバック制御に用いられる補正係数から推定してもよい。
【００４８】
以下、本実施例における燃料切り替え制御の実行手順について図４に沿って説明する。図４は、燃料切り替え制御が実施される際にＥＣＵ２０が実行するルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、予めＥＣＵ２０のＲＯＭなどに記憶されているルーチンであり、内燃機関１の始動要求（たとえば、イグニションスイッチのオン信号やスイッチのオン信号など）をトリガとしてＥＣＵ２０が実行するルーチンである。
【００４９】
図４のルーチンにおいて、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１の処理を実行する。すなわち、ＥＣＵ２０は、第１排気浄化装置１５が低温状態にあるか否かを判別する。たとえば、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の冷却水温度が所定温度未満である、或いは排気温度センサ１９の測定値が吸着限界温度未満であることを条件に、第１排気浄化装置１５が低温状態にあると判別する。前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を終了する。一方、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０２へ進む。
【００５０】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ２０は、気体燃料が内燃機関１へ供給されるように供給装置を制御する。具体的には、ＥＣＵ２０は、燃料ポンプ１１２を停止させるとともに、第１遮断弁１１３および第１燃料噴射弁１１を閉弁状態に保つことにより、液体燃料の供給を停止させる。さらに、ＥＣＵ２０は、第２遮断弁１２３を開弁状態に保つとともに、第２燃料噴射弁１２を適当なタイミングで開閉動作させることにより、気体燃料の供給を行う。この場合、内燃機関１は、気体燃料を燃焼させることによって作動することになる。
【００５１】
Ｓ１０３では、ＥＣＵ２０は、液体燃料中のアルコール濃度を取得し、取得されたアルコール濃度をパラメータとして吸着限界温度を決定する。その際、ＥＣＵ２０は、液体燃料中のアルコール濃度が高いときは低いときに比べ、吸着限界温度を高く設定する。
【００５２】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ２０は、第１排気浄化装置１５の温度を取得する。その際、ＥＣＵ２０は、排気温度センサ１９の測定値を第１排気浄化装置１５の温度の代替値として用いてもよい。なお、第１排気浄化装置１５の床温を直接測定可能な温度センサが第１排気浄化装置１５に取り付けられる場合は、ＥＣＵ２０は、前記温度センサの測定値を第１排気浄化装置１５の温度として用いてもよい。
【００５３】
Ｓ１０５では、ＥＣＵ２０は、前記Ｓ１０４で取得された第１排気浄化装置１５の温度と前記Ｓ１０３で設定された吸着限界温度とを比較する。その際、第１排気浄化装置１５の温度が吸着限界温度以下であれば、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４へ戻る。一方、第１排気浄化装置１５の温度が吸着限界温度より高ければ、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６へ進む。
【００５４】
Ｓ１０６では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の使用燃料が気体燃料から液体燃料へ切り替わるように供給装置を制御する。具体的には、ＥＣＵ２０は、第２燃料噴射弁１２および第２遮断弁１２３を閉弁状態に保つことにより、気体燃料の供給を停止させる。さらに、ＥＣＵ２０は、燃料ポンプ１１２を作動させるとともに第１遮断弁１１３を開弁させることにより、第１燃料タンク１１１内の液体燃料を第１燃料噴射弁１１へ供給させる。次いで、ＥＣＵ２０は、第１燃料噴射弁１１を各気筒２の噴射タイミングに従って開閉動作させることにより、液体燃料を内燃機関１の各気筒へ供給させる。
【００５５】
以上述べたように、ＥＣＵ２０が図４のルーチンを実行することにより、本発明にかかる制御手段が実現される。その結果、気体燃料の使用によるＮＯＸ排出量の低減効果が十分に得られない状況下で気体燃料が消費される事態を回避することができる。よって、気体燃料の使用によるＮＯＸ排出量の低減効果を得つつ、気体燃料の消費量を少なく抑えることができる。
【００５６】
なお、燃料切り替え制御の実施時期は、内燃機関１の冷間始動時に限られず、第１排気浄化装置１５が低温状態にあるときであれば何時でもよい。その場合、ＥＣＵ２０は、前述した図４のルーチンを周期的に実行すればよい。ところで、気体燃料から液体燃料への切り替えが行われた後に、第１排気浄化装置１５の温度が再び吸着限界温度未満へ低下する場合が考えられる。そのような場合に、液体燃料から気体燃料へ再び切り替えられると、燃料切り替え制御がハンチングする可能性がある。よって、気体燃料から液体燃料への切り替えが実施されてから一定期間は、液体燃料から気体燃料への切り替えが禁止されるようにしてもよい。
【００５７】
＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図５乃至図６基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００５８】
図５は、本実施例における内燃機関の概略構成を示す図である。図５において、前述した第１の実施例の図１と同様の構成要素には、同一の符号が付されている。
【００５９】
図５において、内燃機関１の排気通路１０には、排気温度センサ１９の代わりにＮＯＸセンサ２１が取り付けられている。その場合、ＥＣＵ２０は、第１排気浄化装置１５の温度の代わりにＮＯＸセンサ２１の測定値（第１排気浄化装置１５から排出されるＮＯＸ量）に基づいて燃料切り替え制御を行う。
【００６０】
以下、本実施例における燃料切り替え制御の実行手順について図６に沿って説明する。図６は、燃料切り替え制御が実施される際にＥＣＵ２０が実行するルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、前述した第１の実施例における図４のルーチンと同様に、内燃機関１の始動要求が発生したとき、或いは周期的にＥＣＵ２０が実行するルーチンである。なお、図６において、図４のルーチンと同様の処理には同一の符号が付されている。
【００６１】
図４のルーチンと図６のルーチンとの相違点は、Ｓ１０３乃至Ｓ１０５の処理の代わりにＳ２０１乃至Ｓ２０３の処理が実行される点にある。すなわち、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０１において、第１排気浄化装置１５から排出されるＮＯＸ量の上限値である規制量を設定する。その際、ＥＣＵ２０は、液体燃料中のアルコール濃度が高いときは低いときに比べ、規制量を多く設定する。
【００６２】
Ｓ２０２では、ＥＣＵ２０は、ＮＯＸセンサ２１の測定値（ＮＯＸ排出量）を読み込む。続いて、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０３へ進み、前記Ｓ２０２で取得されたＮＯＸ排出量と前記Ｓ２０１で設定された規制量とを比較する。その際、ＮＯＸ排出量が規制量以下であれば、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０２へ戻る。一方、ＮＯＸ排出量が規制量を超えていれば、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６へ進み、内燃機関１の使用燃料を気体燃料から液体燃料へ切り替えるべく供給装置を制御する。
【００６３】
このようにＥＣＵ２０が図６のルーチンを実行することにより、前述した第１の実施例と同様の作用および効果を得ることができる。
【００６４】
＜実施例３＞
次に、本発明の第３の実施例について図７に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００６５】
前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、第１排気浄化装置１５が非メタン炭化水素を吸着しなくなるときの該第１排気浄化装置１５の温度（以下、「非吸着温度」と称する）に基づいて使用燃料の切り替えを行う点にある。
【００６６】
図７は、燃料切り替え制御が実施される際にＥＣＵ２０が実行するルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、前述した第１の実施例における図４のルーチンと同様に、内燃機関１の始動要求が発生したとき、或いは周期的にＥＣＵ２０が実行するルーチンである。なお、図７において、図４のルーチンと同様の処理には同一の符号が付されている。
【００６７】
図４のルーチンと図７のルーチンとの相違点は、Ｓ１０３乃至Ｓ１０５の処理の代わりに、Ｓ３０１およびＳ３０２の処理が実行される点にある。すなわち、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０２の処理を実行した後にＳ３０１へ進み、第１排気浄化装置１５の温度（排気温度センサ１９の測定値）を取得する。
【００６８】
続いて、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０２へ進み、前記Ｓ３０１で取得された第１排気浄化装置１５の温度と非吸着温度とを比較する。なお、非吸着温度は、予め実験的に求められているものとする。第１排気浄化装置１５の温度が非吸着温度以下であるときは、ＥＣＵ２０は、Ｓ３０１へ戻る。一方、第１排気浄化装置１５の温度が非吸着温度より高いときは、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６へ進み、内燃機関１の使用燃料を気体燃料から液体燃料へ変更すべく供給装置を制御する。
【００６９】
このようにＥＣＵ２０が図７のルーチンを実行することにより、前述した第１の実施例と同様の作用および効果を得ることができる。
【００７０】
＜実施例４＞
次に、本発明の第４の実施例について図８乃至図９に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
【００７１】
図８は、本実施例における内燃機関の概略構成を示す図である。図８において、前述した第１の実施例の図１と同様の構成要素には、同一の符号が付されている。
【００７２】
図８において、第２燃料タンク１２１には、該第２燃料タンク１２１に貯蔵されている気体燃料の量に相関した電気信号を出力する残量センサ１２４が取り付けられている。また、ＥＣＵ２０には、図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を測定するためのアクセルポジションセンサ２２が電気的に接続されている。
【００７３】
ここで、本実施例における燃料切り替え制御と前述した第１の実施例における燃料切り替え制御との相違点は、気体燃料の残量（第２燃料タンク１２１に貯蔵されている気体燃料の量）が所定量以上であり、且つ内燃機関１の運転状態がアイドル運転状態にあるときは、気体燃料から液体燃料への切換条件が成立した後も気体燃料の使用を継続する点にある。
【００７４】
内燃機関１がアイドル運転状態にあるときは、気体燃料の消費量が少なくなる。よって、気体燃料の残量が多いときに気体燃料の少量の使用が継続されても、気体燃料の航続距離が大幅に短縮される事態を回避することができる。また、内燃機関１がアイドル運転状態にあるときに該内燃機関１の運転が停止される可能性が高いため、気体燃料の使用により第１排気浄化装置１５に吸着される非メタン炭化水素の量が低減されると、次回始動時に第１排気浄化装置１５が吸着可能なＮＯＸ量が過剰に少なくなる事態を回避することができる。
【００７５】
図９は、燃料切り替え制御が実施される際にＥＣＵ２０が実行するルーチンを示すフローチャートである。このルーチンは、前述した第１の実施例における図４のルーチンと同様に、内燃機関１の始動要求が発生したとき、或いは周期的にＥＣＵ２０が実行するルーチンである。なお、図９において、図４のルーチンと同様の処理には同一の符号が付されている。
【００７６】
図４のルーチンと図９のルーチンとの相違点は、Ｓ１０５において肯定判定された場合に、Ｓ４０１乃至Ｓ４０３の処理が実行される点にある。すなわち、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５において肯定判定された場合にＳ４０１へ進み、残量センサ１２４の測定値（気体燃料の残量）を読み込む。
【００７７】
続いて、ＥＣＵ２０は、Ｓ４０２へ進み、前記Ｓ４０１で取得された気体燃料の残量が所定量以上であるか否かを判別する。ここでいう「所定量」は、内燃機関１のアイドル運転中に気体燃料が使用され続けても第２燃料タンク１２１内の気体燃料が十分に残ると考えられる量であり、予め実験などを用いた適合処理により定められた量である。前記Ｓ４０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６へ進み、内燃機関１の使用燃料を気体燃料から液体燃料へ切り替えるべく供給装置を制御する。一方、前記Ｓ４０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ４０３へ進む。
【００７８】
Ｓ４０３では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１がアイドル運転状態にあるか否かを判別する。たとえば、ＥＣＵ２０は、アクセルポジションセンサ２２の測定値（アクセル開度）が零であるか否かを判別する。前記Ｓ４０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６へ進み、内燃機関１の使用燃料を気体燃料から液体燃料へ切り替えるべく供給装置を制御する。一方、前記Ｓ４０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ２０は、Ｓ４０１へ戻る。その場合、内燃機関１が気体燃料により運転され続けることになる。その結果、内燃機関１がアイドル運転状態から停止された場合に、第１排気浄化装置１５に吸着されている非メタン炭化水素の量を少なく抑えることができる。その結果、次回始動時に第１排気浄化装置１５が吸着可能なＮＯＸ量が少なくなる事態を回避することができる。
【００７９】
なお、本実施例における燃料切り替え制御は、前述した第２の実施例または第３の実施例で述べた燃料切り替え制御と組み合わされてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１  内燃機関
２  気筒
４  吸気ポート
５  排気ポート
６  吸気バルブ
７  排気バルブ
８  点火プラグ
９  吸気通路
１０  排気通路
１１  第１燃料噴射弁
１２  第２燃料噴射弁
１５  第１排気浄化装置
１６  第２排気浄化装置
１７  空燃比センサ
１８  Ｏ２センサ
１９  排気温度センサ
２１  ＮＯＸセンサ
１１０  第１燃料通路
１１１  第１燃料タンク
１１２  燃料ポンプ
１１３  第１遮断弁
１２０  第２燃料通路
１２１  第２燃料タンク
１２２  レギュレータ
１２３  第２遮断弁
１２４  残量センサ
【図１】
2012056508.tif 000003
【図２】
2012056508.tif 000004
【図３】
2012056508.tif 000005
【図４】
2012056508.tif 000006
【図５】
2012056508.tif 000007
【図６】
2012056508.tif 000008
【図７】
2012056508.tif 000009
【図８】
2012056508.tif 000010
【図９】
2012056508.tif 000011
【国際調査報告】
2012056508.tif 000012
2012056508.tif 000013