(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５５４０１号公報
【特許文献２】特開２００５−２４０６５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。【００１２】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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。【００２０】
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。【００２１】
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。【００２２】
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。【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
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。【００２６】
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。【００２７】
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。【００２８】
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。【００２９】
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。【００３０】
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。【００３１】
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。【００３２】
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。【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。【００３６】
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。【００３７】
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。【００３８】
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。【００３９】
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。【００４０】
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。【００４１】
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。【００４２】
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。【００４３】
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。【００４４】
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。【００４５】
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。【００４６】
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。【００４７】
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。【００４８】
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。【００４９】
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。【００５０】
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。【００５１】
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。【００５２】
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。【００５３】
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。【００５４】
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。
【００５５】
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。【００５６】
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。【００５７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】図１のエンジンシステムにおいて実行されるＦ／Ｃ制御のフローチャートである。
【図３】図１のエンジンシステムにおいて実行されるＦ／Ｃ復帰制御のフローチャートである。
【図４】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５】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６】本発明の第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。
【図７】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の失火割合の特性を示す図である。
【図８】本発明の第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。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
＜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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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）。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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）。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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）。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
＜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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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）。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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）。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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）。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１４８】
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。
【符号の説明】
【０１４９】
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。
【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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