(57)【要約】【課題】付加的な部材を配置することなく結露水の発生を防止する内燃機関の空燃比制御装置を提供する。【解決手段】機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒２２を配置した内燃機関の空燃比制御装置において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度に応じて定められる結露が生じない下限の空気過剰率である結露限界空気過剰率を予め求め、冷間始動時に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の温度に応じた結露限界空気過剰率となるように空燃比を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置した内燃機関の空燃比制御装置において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度に応じて定められる結露が生じない下限の空気過剰率である結露限界空気過剰率を予め求め、冷間始動時に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度に応じた結露限界空気過剰率となるように空燃比を制御することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置し、噴射すべき燃料を複数種類の燃料の中から選択的に切り替えて運転可能な内燃機関の空燃比制御装置において、前記複数種類の燃料毎に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度に応じて定められる結露が生じない下限の空気過剰率である結露限界空気過剰率及び機関が運転可能なリーン側の限界空気過剰率であるリーン限界空気過剰率を予め求め、冷間始動時に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度に応じた前記複数種類の燃料毎の結露限界空気過剰率の中で最も小さく、且つ、当該結露限界空気過剰率が当該燃料のリーン限界空気過剰率以下である条件を満たす燃料に切り替え、当該結露限界空気過剰率となるように空燃比を制御することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置した内燃機関が公知である。この内燃機関ではリーン空燃比の下で燃焼が行われているときに発生するＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵される。一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近づくと排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘが還元浄化される。
【０００３】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、後述のように、例えばアルミナからなる触媒担体の表面上に貴金属触媒が分散して担持されており、更に触媒担体の表面上にはＮＯｘ吸収剤の層が形成されている。ＮＯｘ吸収剤を構成する成分としては例えばカリウムＫのようなアルカリ金属、バリウムＢａのようなアルカリ土類、ランタンＬａのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。このＮＯｘ吸収剤は水に溶解し易い特性を有する。
【０００４】
ところで、機関が十分に冷却した状態からの始動時（冷間始動時）等、排気ガス中の水蒸気が排気管内壁面で冷却され、結露する場合がある。この場合、ＮＯｘ吸収剤が、結露水と接触することによって結露水中に溶解し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒内から流出し又はＮＯｘ吸蔵還元触媒内で移動することによって、ＮＯｘ吸蔵能が低下するという問題があった。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒以外の部材等に対しても、結露水が生じることは好ましいことではない。この問題を解決するために、ＮＯ吸蔵還元触媒の上流排気通路内に吸水部材を配置した内燃機関が公知である（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４３９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この方法によれば、新たに吸水部材を配置する必要があることから、その部材コストの追加や製造コストの増加といった問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、付加的な部材を配置することなく結露水の発生を防止する内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために請求項１に記載の発明によれば、機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置した内燃機関の空燃比制御装置において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度に応じて定められる結露が生じない下限の空気過剰率である結露限界空気過剰率を予め求め、冷間始動時に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度に応じた結露限界空気過剰率となるように空燃比を制御することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置が提供される。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明によれば、機関排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比又はリッチになると吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元触媒を配置し、噴射すべき燃料を複数種類の燃料の中から選択的に切り替えて運転可能な内燃機関の空燃比制御装置において、前記複数種類の燃料毎に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度に応じて定められる結露が生じない下限の空気過剰率である結露限界空気過剰率及び機関が運転可能なリーン側の限界空気過剰率であるリーン限界空気過剰率を予め求め、冷間始動時に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度に応じた前記複数種類の燃料毎の結露限界空気過剰率の中で最も小さく、且つ、当該結露限界空気過剰率が当該燃料のリーン限界空気過剰率以下である条件を満たす燃料に切り替え、当該結露限界空気過剰率となるように空燃比を制御することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
各請求項に記載の発明によれば、付加的な部材を配置することなく結露水の発生を防止することが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯｘ吸蔵還元触媒の側面断面図である。
【図３】触媒担体の表面部分の断面図である。
【図４】結露限界空気過剰率を示す図である。
【図５】本発明の１番目の実施形態による結露防止空燃比制御によって制御された空気過剰率を示す図である。
【図６】本発明の１番目の実施形態による結露防止空燃比制御操作のフローチャートである。
【図７】火花点火式内燃機関の全体図である。
【図８】本発明の２番目の実施形態による結露防止空燃比制御によって制御された空気過剰率を示す図である。
【図９】本発明の２番目の実施形態による結露防止空燃比制御操作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式内燃機関に適用することもできる。
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口は吸入空気量を検出するためのエアフローメータ８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１１内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気後処理装置２０に連結される。
【００１３】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１２を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１２内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１３が配置される。また、ＥＧＲ通路１２周りにはＥＧＲ通路１２内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１４が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１４内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１５を介してコモンレール１６に連結される。このコモンレール１６内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７から燃料が供給され、コモンレール１６内に供給された燃料は各燃料供給管１５を介して燃料噴射弁３に供給される。本実施形態では、燃料として軽油を使用する。
【００１４】
排気後処理装置２０は、排気タービン７ｂの出口に連結された排気管２１と、排気管２１に連結されたＮＯｘ吸蔵還元触媒２２と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に連結された排気管２３とを有する。
【００１５】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。排気管２３には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の温度Ｔを検出するための温度センサ２４、及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２２に流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ２５が取付けられる。温度センサ２４、空燃比センサ２５及びエアフローメータ８の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００１６】
アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４１が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１３及び燃料ポンプ１７に接続される。
【００１７】
図２はＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の構造を示している。図２に示される実施例ではＮＯｘ吸蔵還元触媒２２はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁６０により互いに分離された複数個の排気ガス流通路６１を具備する。各隔壁６０の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図３（Ａ）及び（Ｂ）はこの触媒担体６５の表面部分の断面を図解的に示している。図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように触媒担体６５の表面上には貴金属触媒６６が分散して担持されており、更に触媒担体６５の表面上にはＮＯｘ吸収剤６７の層が形成されている。
【００１８】
本発明による実施例では貴金属触媒６６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤６７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
【００１９】
機関吸気通路、燃焼室２及びＮＯｘ吸蔵還元触媒２２上流の排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯｘ吸収剤６７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。
【００２０】
すなわち、ＮＯｘ吸収剤６７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図３（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ６６上において酸化されてＮＯ2となり、次いでＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯｘ吸収剤６７内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ６６の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯｘ吸収剤６７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。
【００２１】
これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、斯くして図３（Ｂ）に示されるようにＮＯｘ吸収剤６７内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2の形でＮＯｘ吸収剤６７から放出される。次いで放出されたＮＯｘは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
【００２２】
図１に示される内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が継続されており、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸収剤６７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯｘ吸収剤６７のＮＯｘ吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯｘ吸収剤６７によりＮＯｘを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例では、圧縮上死点付近で行われる主噴射よりも後に行われ、ＨＣが排気ガス中に含まれるように噴射する燃料噴射を行うことによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯｘ吸収剤６７からＮＯｘを放出させるようにしている。
【００２３】
ところで、冷間始動時は、触媒を出来るだけ早く活性化させ、使用可能とするために、排気ガスの温度が高くなる理論空燃比又は理論空燃比よりも僅かばかりリーンの空燃比で以て運転される。しかし、理論空燃比で運転すると、使用される燃料量も多く、その結果排出される排気ガス中の水蒸気の分圧も高くなり、冷えた排気管内壁面や触媒内で結露が発生しやすくなる。
【００２４】
これに関して詳述すると、排気ガス中にはその温度に応じた所定量の水蒸気が存在しうる。即ち、排気ガスの温度が高ければ高いほど、多量の水蒸気が存在しうる。この傾向は、公知の飽和水蒸気圧曲線によって温度と圧力（水蒸気の分圧）との関係で示される。従って、冷間始動時等、排気ガスが、まだ低温の排気管内壁面や触媒内に触れ冷却されると、冷却後の排気ガスの温度では存在しきれなくなった余剰の水蒸気によって結露が生じる。
【００２５】
ＮＯｘ吸収剤は、水に溶解し易い特性を有するため、上流の排気管２１内に生じた後にＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内に流入した結露水又はＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内に生じた結露水に、容易に溶解してしまう。その結果、ＮＯｘ吸収剤の流出又は移動によってＮＯｘ吸蔵能の低下といった上述の問題を引き起こす。また、その他の問題としても、排気管内に配置された空燃比センサ等のセンサ類が、被水により破損するといった問題もある。
【００２６】
そこで本発明では、これらの問題を解決するため、冷間始動時等の排気管や触媒内の温度が低い場合には、燃焼時の空燃比を制御することによって、燃焼の結果生じる排気ガス中の水蒸気の割合を少なくし、結露の発生を防止する。結露を防止する空燃比制御（以下、「結露防止空燃比制御」）について、以下説明する。
【００２７】
まず、飽和水蒸気圧曲線の温度と圧力（水蒸気の分圧）との関係を、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の触媒温度Ｔと空気過剰率Ｅとの関係に置き換えて考える。空気過剰率とは、実際の空燃比と理論空燃比との比（実際の空燃比／理論空燃比）を示す。空気過剰率が１の場合が、実際の空燃比が理論空燃比であることを意味する。即ち、本発明では、空燃比を制御することによって空気過剰率を制御する。
【００２８】
図４は、結露限界空気過剰率を示す図である。横軸は触媒温度Ｔを示し、縦軸は空気過剰率Ｅを示す。図中の曲線が結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴであり、或る触媒温度Ｔのとき、これよりも高い空気過剰率、即ちよりリーンの空燃比で運転をする限り、排気ガス中の水蒸気が、当該触媒温度下では結露しないという下限の空気過剰率を示す。従って、結露を生じさせないようにしつつ、より効率的な燃焼を行うためには、可能な限り結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴによって運転を行うことが望ましい。
【００２９】
ところで、一般に、触媒は排気管よりも熱伝導率が低く、排気ガスの温度は下流に行くほど低温になるため、触媒活性前の温度域において、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の触媒温度Ｔが、その上流の排気管２１の温度よりも高温になることはない。従って、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２の触媒温度Ｔに基づいて結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴを決定すれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２内及びその上流の排気通路内において結露が生じることはなく、ＮＯｘ吸蔵能の低下等の問題は発生しない。
【００３０】
なお、結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴは、燃料の種類、即ち、燃焼後の水の発生に寄与する酸素と炭素の比（Ｏ／Ｃ）及び水素と炭素の比（Ｈ／Ｃ）によって異なる。例えば、図４にＡ及びＢで示されるのは、それぞれ異なる性状の燃料であることを示す。従って、結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴは燃料毎又は燃料の配合毎に予め求めておく必要がある。具体的には、触媒温度と飽和水蒸気圧曲線から許容される水蒸気の分圧、即ち許容水蒸気分圧を求め、排気ガス中の水蒸気の分圧が許容水蒸気分圧以下となる空気過剰率を求めることによって算出され、マップの形でＲＯＭ３２に保存される。また、予め実験的に求めてもよい。
【００３１】
図５は、本発明の１番目の実施形態による結露防止空燃比制御によって制御された空気過剰率を示す図である。横軸は触媒温度Ｔを示し、縦軸は空気過剰率Ｅを示し、本実施形態による結露防止空燃比制御における目標値である目標空気過剰率ＥＴＧが、実線で示されている。触媒温度Ｔは冷間始動時の低温から温度Ｔ１、Ｔ４を経て上昇し、それに応じて、結露の発生及び機関運転への影響を最低限に抑える空気過剰率となるよう本発明の結露防止空燃比制御を行う。
【００３２】
図５を参照すると、機関始動直後、ＲＯＭ３２に保存された結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴは、リーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴよりもリーンの値を示している。ここで、リーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴとは、機関の運転が正常に行われるリーン側の空気過剰率の限界値を示し、リーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴよりもリーンの空気過剰率で運転を行うと燃料不足により燃焼が行われず、失火の恐れがある空気過剰率である。従って、結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴが、リーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴよりもリーンの値を示す場合、即ち触媒温度Ｔが温度Ｔ１よりも低い場合には、目標空気過剰率ＥＴＧにリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴをセットする。なお、リーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴは、燃料の種類に応じて予め実験等により求めておく。
【００３３】
一方、触媒温度Ｔに応じた結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴがリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴよりもリッチの値を示す場合には、目標空気過剰率ＥＴＧに結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴをセットする。結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴにおける運転は、結露を防止しつつ、より効率的な燃焼を行うことができるため、望ましいからである。
【００３４】
また、本実施形態では、燃費悪化防止等の観点から、リッチ空燃比による運転を制限するよう結露防止空燃比制御を行う。従って、結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴが理論空燃比よりもリッチの値を示す場合、即ち、触媒温度Ｔが温度Ｔ４よりも高い場合には、目標空気過剰率ＥＴＧに理論空燃比又は理論空燃比よりも僅かばかりリーンの空気過剰率をセットする。なお、理論空燃比は、燃料の種類に応じて予め実験等により求めておく。また、触媒が活性化し、十分昇温した後は、通常の空燃比制御を行ってもよい。
【００３５】
図６は、本発明の１番目の実施形態による結露防止空燃比制御操作のフローチャートである。この操作は、冷間始動時、例えば、触媒温度Ｔが触媒活性化温度以下の時、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。
【００３６】
まず、ステップ１００では、現在の触媒温度Ｔを読み込み、ステップ１０１へと進む。次いで、ステップ１０１では、酸素と炭素の比（Ｏ／Ｃ）及び水素と炭素の比（Ｈ／Ｃ）を読み込み、燃料の種類を決定し、ステップ１０２へと進む。本実施形態では燃料として軽油を用いている。次いで、ステップ１０２では、ステップ１００で読み込まれた触媒温度Ｔ及びステップ１０１で決定された燃料の種類に基づいて、対応する結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴを算出し、ステップ１０３へと進む。次いで、ステップ１０３では、ステップ１０１で決定された燃料の種類に基づいて、リーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴを読み込み、ステップ１０４へと進む。
【００３７】
次いで、ステップ１０４では、ステップ１０２において算出した結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴが、ステップ１０３で読み込んだリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴよりも小さいか否かが判定される。ステップ１０４において、結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴがリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴ以上である場合、ステップ１０５へと進む。次いで、ステップ１０５では、目標空気過剰率ＥＴＧにリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴをセットし、ルーチンを終了する。仮に、目標空気過剰率ＥＴＧに結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴをセットすると、失火の恐れがあるからである。
【００３８】
一方、ステップ１０４において、結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴがリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴよりも小さい場合、ステップ１０６へと進む。次いで、ステップ１０６では、ステップ１０２において算出した結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴが、理論空燃比１よりも小さいか否かが判定される。ステップ１０６において、結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴが、理論空燃比１以上である場合、ステップ１０７へと進む。次いで、ステップ１０７では、目標空気過剰率ＥＴＧに結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴをセットし、ルーチンを終了する。
【００３９】
一方、ステップ１０６において、結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴが、理論空燃比１よりも小さい場合、ステップ１０８へと進む。次いで、ステップ１０８では、目標空気過剰率ＥＴＧに理論空燃比１をセットし、ルーチンを終了する。仮に、目標空気過剰率ＥＴＧに結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴをセットすると、燃費悪化等の問題が生じるからである。
【００４０】
図７は、火花点火式内燃機関であって複数の種類の燃料を利用可能な内燃機関に本発明を適用した場合を示している。基本的な構成要素は図１に示される圧縮着火式内燃機関と同様である。異なる点は、燃焼室２内に噴射される燃料と異なる種類の燃料を各吸気ポート内に噴射するための電子制御式燃料噴射弁３’を有し、各燃料噴射弁３’が燃料供給管１５’を介してコモンレール１６’に連結され、このコモンレール１６’内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１７’から燃料が供給され、コモンレール１６’内に供給された燃料は各燃料供給管１５’を介して燃料噴射弁３’に供給される点である。また、各燃焼室には点火栓５０が配置されている。本実施形態では、一方の燃料をガソリン燃料、他方の燃料を水素燃料とし、これらは何れか一方を選択して噴射することが可能となる。
【００４１】
なお、両方の燃料を燃焼室内に噴射するように燃料噴射弁を配置してもよく、複数の種類の燃料を利用する方法は、圧縮着火式内燃機関に適用してもよい。
【００４２】
図８は、本発明の２番目の実施形態による結露防止空燃比制御によって制御された空気過剰率を示す図である。横軸は触媒温度Ｔを示し、縦軸は空気過剰率Ｅを示し、本実施形態による結露防止空燃比制御における目標値である目標空気過剰率ＥＴＧが、実線で示されている。本実施形態において、結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡはガソリン燃料の結露限界空気過剰率を示し、結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＢは水素燃料の結露限界空気過剰率を示す。
【００４３】
図８を参照すると、ガソリン燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡは、水素燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＢよりも、全体として低い空気過剰率Ｅの傾向を示す。即ち、同じ空気過剰率Ｅであった場合には、ガソリン燃料の方がより低い触媒温度Ｔでも結露が発生しにくいため望ましい。しかしながら、ガソリン燃料のリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＡに対応する触媒温度Ｔは、水素燃料のリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＢよりも高い触媒温度Ｔを示しているため、低温域においてはガソリン燃料よりも水素燃料の方が、失火防止の観点から望ましい。
【００４４】
そこで、図８に示された目標空気過剰率ＥＴＧを参照すると、機関始動直後、ＲＯＭ３２に保存された結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡ及びＥＫＬＭＴＢはリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＡ及びＥＬＬＭＴＢよりもそれぞれリーンの値を示している。従って、この場合、即ち触媒温度Ｔが温度Ｔ１よりも低い場合、上述の理由により水素燃料を用いた運転を行い、目標空気過剰率ＥＴＧにリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＢをセットする。
【００４５】
一方、触媒温度Ｔに応じた水素燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＢが、そのリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＢよりもリッチの値を示す場合には、目標空気過剰率ＥＴＧに水素燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＢをセットする。水素燃料による結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＢにおける運転は、結露を防止しつつ、より効率的な燃焼を行うことができるため、望ましいからである。
【００４６】
その後、触媒温度Ｔの上昇と共に、結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡ及びＥＫＬＭＴＢが低下し、触媒温度Ｔが温度Ｔ２のとき、ガソリン燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡがリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＡに達する。上述のように、水素燃料よりもガソリン燃料の方が、同じ触媒温度の場合でも結露しにくく、より高い空燃比で運転を行うことが可能であるため望ましい。従って、ガソリン燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡがリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＡに達した以降は、ガソリン燃料を用いた運転を行い、目標空気過剰率ＥＴＧに結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡをセットする。
【００４７】
また、本発明を、大部分の運転領域において混合気の空燃比がリーンとなっている内燃機関（例えば、いわゆるリーンバーンエンジン）に用いた場合には、空燃比がリッチとならないように制御することも可能である。その場合、ガソリン燃料を用いて、目標空気過剰率ＥＴＧに結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡをセットしている運転中に、結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡが理論空燃比よりもリッチの値を示す場合、即ち、触媒温度Ｔが温度Ｔ３よりも高い場合には、目標空気過剰率ＥＴＧに理論空燃比又は理論空燃比よりも僅かばかりリーンの空気過剰率をセットする。なお、理論空燃比は、燃料の種類に応じて予め実験等により求めておく。また、触媒が活性化し、十分昇温した後は、通常の空燃比制御を行ってもよい。
【００４８】
図９は、本発明の２番目の実施形態による結露防止空燃比制御操作のフローチャートである。この操作は、冷間始動時、例えば、触媒温度Ｔが触媒活性化温度以下の時、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０によって予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行されるルーチンとして行われる。
【００４９】
まず、ステップ２００では、現在の触媒温度Ｔを読み込み、ステップ２０１へと進む。次いで、ステップ２０１では、ステップ２００で読み込まれた触媒温度Ｔに基づいて、対応する結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡ及びＥＫＬＭＴＢを算出し、ステップ２０２へと進む。次いで、ステップ２０２では、リーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＡ及びＥＬＬＭＴＢを読み込み、ステップ２０３へと進む。
【００５０】
次いで、ステップ２０３では、ステップ２０１において算出したガソリン燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡが、ステップ２０２で読み込んだガソリン燃料のリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＡよりも小さいか否かが判定される。即ち、上述のようにガソリン燃料は水素燃料よりも結露が発生しにくいため、最初にガソリン燃料が失火防止等の観点から使用可能な範囲か否かを判定している。
【００５１】
ステップ２０３において、ガソリン燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡがリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＡ以上である場合、即ちガソリン燃料が使用不可能な場合、ステップ２０４へと進む。次いで、ステップ２０４では、ステップ２０１において算出した水素燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＢが、ステップ２０２で読み込んだ水素燃料のリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＢよりも小さいか否かが判定される。ステップ２０４において、水素燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＢがリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＢ以上である場合、ステップ２０５へと進む。次いで、ステップ２０５では、目標空気過剰率ＥＴＧに水素燃料のリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＢをセットし、ルーチンを終了する。
【００５２】
一方、ステップ２０４において、水素燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＢがリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＢよりも小さい場合、ステップ２０６へと進む。次いで、ステップ２０６では、目標空気過剰率ＥＴＧに水素燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＢをセットし、ルーチンを終了する。
【００５３】
一方、ステップ２０３において、ガソリン燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡがリーン限界空気過剰率ＥＬＬＭＴＡよりも小さい場合、ステップ２０７へと進む。次いで、ステップ２０７では、ステップ２０１において算出したガソリン燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡが、理論空燃比１よりも小さいか否かが判定される。ステップ２０７において、ガソリン燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡが、理論空燃比１以上である場合、ステップ２０８へと進む。次いで、ステップ２０８では、目標空気過剰率ＥＴＧにガソリン燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡをセットし、ルーチンを終了する。
【００５４】
一方、ステップ２０７において、ガソリン燃料の結露限界空気過剰率ＥＫＬＭＴＡが、理論空燃比１よりも小さい場合、ステップ２０９へと進む。次いで、ステップ２０９では、目標空気過剰率ＥＴＧに理論空燃比１をセットし、ルーチンを終了する。
【００５５】
なお、１番目の実施形態によれば、１種類の燃料であれば、ガソリン、軽油、水素、天然ガス、アンモニア、ガソリンと軽油等これらの混合等のデュアルフューエル機関、又は水エマルション燃料等、様々な燃料に使用可能である。また、２番目の実施形態によれば、２種類以上の燃料であれば、同様に上述のような様々な燃料を組み合わせて使用可能である。
【００５６】
各実施形態において、空気過剰率の制御、即ち結露防止空燃比制御は、スロットル弁１０やＥＧＲ制御弁１３の開度の調整等によって行うことができる。また、吸気の湿度を検出し、吸気中の湿度が高い場合には、目標空気過剰率をリーン側に補正してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
４    吸気マニホルド
５    排気マニホルド
７    排気ターボチャージャ
２２    ＮＯｘ吸蔵還元触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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