(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料としてアンモニアとアンモニアよりも燃焼しやすい非アンモニア燃料とを供給可能であり、非アンモニア燃料が非アンモニア燃料噴射装置により燃焼室内に直接噴射され、噴射された非アンモニア燃料が着火することによって燃焼室内の混合気の燃焼が開始せしめられる内燃機関の制御装置において、
内燃機関に供給される全燃料中に占めるアンモニアの割合が高いときには低いときに比べて非アンモニア燃料の噴射時期を進角するようにした、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
燃料としてアンモニアとアンモニアよりも燃焼しやすい非アンモニア燃料とを供給可能であり、非アンモニア燃料が非アンモニア燃料噴射装置により燃焼室内に直接噴射され、噴射された非アンモニア燃料が着火することによって燃焼室内の混合気が燃焼せしめられる内燃機関の制御装置において、
非アンモニア燃料は１サイクル中に複数回に分けて噴射可能であり、内燃機関に供給される全燃料中に占めるアンモニアの割合が高いときには低いときに比べて噴射回数を多くさせるようにした、内燃機関の制御装置。
【請求項３】
アンモニアを供給するアンモニア供給装置とアンモニアよりも燃焼しやすい非アンモニア燃料を供給する非アンモニア燃料供給装置とを具備し、燃焼室内に非アンモニア燃料のみを供給する第１の運転モードと、燃焼室内にアンモニア及び非アンモニア燃料の両方を供給する第２の運転モードで運転可能な内燃機関の制御装置において、
第１の運転モードで運転しているとき及び第２の運転モードで運転しているときの機関回転数又は発生トルクを検出すると共に、検出された両運転モードでの機関回転数又は発生トルクの差分に基づいて燃焼室内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又は発生トルクの気筒間差を算出し、算出した機関回転数又は発生トルクの気筒間差に基づいて各気筒のアンモニア供給装置からのアンモニア供給量を補正する、内燃機関の制御装置。
【請求項４】
アンモニア供給量が基準供給量以上の場合には、上記燃焼室内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又は発生トルクが他の気筒よりも小さな気筒のアンモニア供給量を減量補正し、アンモニア供給量が基準供給量よりも少ない場合には燃焼室内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又は発生トルクが他の気筒よりも小さな気筒のアンモニア供給量を増量補正する、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
アンモニア供給量を減量補正した結果、燃焼室内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又は発生トルクの、減量補正した気筒と他の気筒との差分が小さくならなかった場合にはアンモニア供給量を増量補正し、アンモニア供給量を増量補正した結果、燃焼室内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又は発生トルクの増量補正した気筒と他の気筒との差分が小さくならなかった場合にはアンモニア供給量を減量補正する、請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
アンモニア供給量を増量補正しても減量補正しても、燃焼室内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又は発生トルクの、増量及び減量補正した気筒と他の気筒との差分が小さくならなかった場合には、アンモニアの供給を停止する、請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より内燃機関では燃料として主に化石燃料が用いられている。しかしながらこの場合、燃料を燃焼させると地球の温暖化を進行させるＣＯ２が発生する。これに対しアンモニアを燃焼させてもＣＯ２は全く発生せず、したがってＣＯ２が発生しないように燃料としてアンモニアを用いた内燃機関が公知である（特許文献１を参照）。
しかしながらアンモニアは化石燃料に比べて燃焼しづらく、したがって燃料としてアンモニアを用いた場合にはアンモニアを燃焼しやすくするための何らかの工夫が必要となる。そこで上述の内燃機関では排気熱を利用してアンモニアを改質することにより水素と窒素からなる改質ガスを生成すると共に、生成された改質ガス中の水素を水素吸蔵合金に貯留させ、燃焼室内にアンモニアに加えて水素吸蔵合金に貯留されている水素を供給することにより燃料としてアンモニアを用いた場合でも容易に燃焼しうるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３３２１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、アンモニアを燃焼しやすくするために、燃焼室内にアンモニアに加えてアンモニアよりも燃焼しやすい燃料（例えば、水素、ガソリン、軽油等。以下、「非アンモニア燃料」という）を供給すると、二つの異なる燃料が燃焼室内に供給されることになる。このため、これら両燃料の混合気を燃焼室内で適切に燃焼させるためには、各燃料の供給や燃焼制御を適切に行う必要がある。
そこで、本発明は、アンモニア及びアンモニアよりも燃焼しやすい非アンモニア燃料を供給可能な内燃機関において、燃焼室内での混合気を適切に燃焼させるために各燃料の供給及び燃焼制御が適切に行われる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の制御装置を提供する。
本発明の一つの態様では、燃料としてアンモニアとアンモニアよりも燃焼しやすい非アンモニア燃料とを供給可能であり、非アンモニア燃料が非アンモニア燃料噴射装置により燃焼室内に直接噴射され、噴射された非アンモニア燃料が着火することによって燃焼室内の混合気の燃焼が開始せしめられる内燃機関の制御装置において、内燃機関に供給される全燃料中に占めるアンモニアの割合が高いときには低いときに比べて非アンモニア燃料の噴射時期を進角するようにした。
内燃機関に供給される全燃料中に占めるアンモニアの割合（以下、「アンモニア供給割合」という）が高くなると燃料全体の着火性が低下する。一方、非アンモニア燃料の噴射時期を進角すると、非アンモニア燃料への着火性が高くなる。上記態様によれば、アンモニア供給割合が高いときには低いときに比べて非アンモニア燃料の噴射時期が進角されるため、アンモニア供給割合が高くなっても混合気の着火性を高く維持することができる。
本発明の別の態様では、燃料としてアンモニアとアンモニアよりも燃焼しやすい非アンモニア燃料とを供給可能であり、非アンモニア燃料が非アンモニア燃料噴射装置により燃焼室内に直接噴射され、噴射された非アンモニア燃料が着火することによって燃焼室内の混合気が燃焼せしめられる内燃機関の制御装置において、非アンモニア燃料は１サイクル中に複数回に分けて噴射可能であり、内燃機関に供給される全燃料中に占めるアンモニアの割合が高いときには低いときに比べて噴射回数を多くさせるようにした。
非アンモニア燃料の噴射回数を多くすると、非アンモニア燃料の着火性が高くなる。上記態様によれば、アンモニア供給割合が高いときには低いときに比べて非アンモニア燃料の噴射回数が多くされるため、アンモニア供給割合が高くなっても混合気の着火性を高く維持することができる。
本発明の別の態様では、アンモニアを供給するアンモニア供給装置とアンモニアよりも燃焼しやすい非アンモニア燃料を供給する非アンモニア燃料供給装置とを具備し、燃焼室内に非アンモニア燃料のみを供給する第１の運転モードと、燃焼室内にアンモニア及び非アンモニア燃料の両方を供給する第２の運転モードで運転可能な内燃機関の制御装置において、第１の運転モードで運転しているとき及び第２の運転モードで運転しているときの機関回転数又は発生トルクを検出すると共に、検出された両運転モードでの機関回転数又は発生トルクの差分に基づいて燃焼室内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又は発生トルクの気筒間差を算出し、算出した機関回転数又は発生トルクの気筒間差に基づいて各気筒のアンモニア供給装置からのアンモニア供給量を補正する。
上記態様によれば、燃焼室にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又は発生トルクの気筒間差を算出することができるため、この気筒間差に基づいてアンモニア供給装置からのアンモニア供給量にバラツキが生じていても、そのバラツキを補償することができる。
本発明の別の態様では、アンモニア供給量が基準供給量以上の場合には、上記燃焼室内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又は発生トルクが他の気筒よりも小さな気筒のアンモニア供給量を減量補正し、アンモニア供給量が基準供給量よりも少ない場合には燃焼室内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又は発生トルクが他の気筒よりも小さな気筒のアンモニア供給量を増量補正する。
本発明の別の態様では、アンモニア供給量を減量補正した結果、燃焼室内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又は発生トルクの、減量補正した気筒と他の気筒との差分が小さくならなかった場合にはアンモニア供給量を増量補正し、アンモニア供給量を増量補正した結果、燃焼室内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又は発生トルクの増量補正した気筒と他の気筒との差分が小さくならなかった場合にはアンモニア供給量を減量補正する。
本発明の別の態様では、アンモニア供給量を増量補正しても減量補正しても、燃焼室内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又は発生トルクの、増量及び減量補正した気筒と他の気筒との差分が小さくならなかった場合には、アンモニアの供給を停止する。
以下、添付図面と本発明の好適な実施形態の記載から、本発明を一層十分に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
図１は、圧縮自着火式内燃機関の全体図である。
図２は、アンモニア供給割合と非アンモニア燃料の噴射時期との関係を示す図である。
図３は、クランク角と燃焼室内の混合気の温度との関係を示す図である。
図４は、火花点火式内燃機関の全体図である。
図５は、非アンモニア燃料噴射弁からの燃料噴射形態を示す図である。
図６は、アンモニア供給割合と噴射回数との関係を示す図である。
図７は、クランク角に応じた瞬間的な機関回転数の推移を示す図である。
図８は、アンモニア噴射量の気筒間バラツキを補償するバラツキ補償制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
図９は、アンモニア噴射量の気筒間バラツキを補償するバラツキ補償制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
図１０は、アンモニア噴射量の気筒間バラツキを補償するバラツキ補償制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
図１は、本発明の制御装置が用いられる圧縮自着火式内燃機関の全体図である。
図１を参照すると、１は内燃機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。図１に示した内燃機関では燃料として第１の燃料であるアンモニアと、第２の燃料であるアンモニアより燃焼しやすい非アンモニア燃料とが用いられており、これら二種類の燃料は燃焼室５内に供給される。
この非アンモニア燃料としては、アンモニアよりも燃焼し易い燃料、例えば、ガソリン、軽油、液化天然ガス、或いはアンモニアを改質することによって得られた水素を用いることができる。図１は、これら非アンモニア燃料のうち、自己着火する燃料、例えば軽油を用いた場合を示している。
さて、図１を参照すると、吸気ポート７は吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、各吸気枝管１１にはそれぞれ対応する吸気ポート７内に向けてガス状アンモニアを噴射するためのアンモニア噴射弁１３が配置される。サージタンク１２は吸気ダクト１４を介してエアクリーナ１５に連結され、吸気ダクト１４内にはアクチュエータによって駆動されるスロットル弁１６と例えば熱線を用いた吸入空気量検出器１７とが配置される。一方、排気ポート９は排気マニホルド１８を介して、上流側排気浄化装置１９に連結される。図１に示した実施形態では、この上流側排気浄化装置１９は、排気ガス中のアンモニアを吸着しうるアンモニア吸着材又は排気ガス中のＮＯＸを吸着しうるＮＯＸ吸着材等とされる。上流側排気浄化装置１９は排気管２０を介して下流側排気浄化装置２１に連結される。図１に示した実施形態では、この下流側排気浄化装置２１は、酸化触媒、ＮＯＸ吸蔵還元触媒又はＮＯＸ選択還元触媒等とされる。
また、下流側排気浄化装置２１に隣接して液状アンモニアを気化させるための気化器３０が配置されており、この気化器３０内には排気ガスの温度が低いときでも液状アンモニアを気化しうるように加熱用ヒータ３１が配置されている。気化器３０はアンモニア流入管３２を介して燃料タンク３３に連結されており、このアンモニア流入管３２内には機関運転時には開弁しており、機関が停止すると閉弁せしめられる遮断弁３４および調圧弁３５が配置されている。燃料タンク３３内は０．８ＭＰａから１．０ＭＰａ程度の高圧の液状アンモニアで満たされており、燃料タンク３３内の液状アンモニアはアンモニア流入管３２を介して気化器３０内に供給される。図１に示した実施形態では気化器３０は排気ガスにより加熱されるように形成されており、したがって気化器３０内に供給された液状アンモニアは気化器３０内において気化せしめられる。
気化器３０内で気化せしめられたガス状のアンモニアはアンモニア流出管３６を介してアンモニアガスタンク３７に供給される。アンモニアガスタンク３７内のガス状アンモニアはガス状アンモニア供給管３８を介してアンモニア噴射弁１３に供給され、アンモニア噴射弁１３からはガス状アンモニアが対応する吸気ポート７内に向けて噴射される。
なお、本実施形態では、気化器３０を用いて排気ガスにより液状アンモニアを加熱しているが、ヒータのみを用いる等、他の方法によって液状アンモニアを加熱して気化させるようにしてもよい。また、本実施形態では、アンモニア噴射弁１３からガス状アンモニアを噴射するようにしているが、液状アンモニアを直接アンモニア噴射弁１３から噴射してもよい。この場合、燃料タンク３３内の液状アンモニアは気化器３０を介することなくアンモニア噴射弁１３に供給される。
一方、図１に示したように燃焼室５の頂面中央部にはそれぞれ燃焼室５内に非アンモニア燃料を直接噴射するための非アンモニア燃料噴射弁４０が配置されている。この燃料噴射弁４０へは燃料タンク４１内の非アンモニア燃料が供給ポンプ４２によって供給される。前述したように図１に示した実施形態では非アンモニア燃料として自己着火する燃料が用いられている。
図１に示したように電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５および出力ポート５６を具備する。吸入空気量検出器１７の出力信号は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。また、アクセルペダル６０にはアクセルペダル６０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ６１が接続され、負荷センサ６１の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。さらに入力ポート５５にはクランクシャフトが例えば１０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ６２が接続される。
一方、出力ポート５６は対応する駆動回路５８を介してアンモニア噴射弁１３、スロットル弁１６の駆動用アクチュエータ、遮断弁３４、調圧弁３５、非アンモニア燃料噴射弁４０および供給ポンプ４２に接続されている。
ところで、上述したように、アンモニアは化石燃料に比べて燃焼しづらい。このため、本実施形態では、アンモニアを用いた場合でも容易に燃焼するように、アンモニアに加えてアンモニアよりも燃焼しやすい非アンモニア燃料を燃焼室５に供給することとしている。これにより、混合気（アンモニア、非アンモニア燃料及び空気の混合気）の燃焼時には、まず非アンモニア燃料に自己着火する。すなわち、非アンモニア燃料噴射弁４０から噴射された非アンモニア燃料が自己着火することによって燃焼室５内の混合気の燃焼が開始される。その後、火炎がアンモニアにも広がることで、アンモニアの燃焼が行われるようになる。したがって、燃焼室５内で混合気を良好に燃焼させるためには、燃焼室５内に直接噴射される非アンモニア燃料を良好に自己着火させる必要がある。
ところが、燃焼室５内に供給される全燃料中に占めるアンモニアの割合（以下、「アンモニア供給割合」という）が大きくなると、非アンモニア燃料の着火性、すなわち混合気の着火性が低下する。
すなわち、アンモニア供給割合が増大すると、すなわちガス状アンモニアの供給量が増加すると、相対的に空気の供給量が減少することになる。ここで、アンモニアは着火温度が高く、燃焼速度が遅いことから、混合気の自己着火にはほとんど寄与しない。このため、混合気の自己着火にほとんど寄与しないガス状アンモニアの供給量が増大して空気の供給量が減少すると、非アンモニア燃料の着火性が低下することになる。
そこで、本発明の実施形態では、アンモニア供給割合に応じて非アンモニア燃料の噴射時期を変更することとしている。
図２は、或る機関運転状態（すなわち、或る機関回転数、機関負荷等）におけるアンモニア供給割合と非アンモニア燃料の噴射時期との関係を示す図である。図２から分かるように、本実施形態では、アンモニア供給割合が高いときには低い時に比べて非アンモニア燃料の噴射時期を進角するようにしている。特に、本実施形態では、アンモニア供給割合が高くなるほど非アンモニア燃料の噴射時期が進角せしめられる。
ここで、非アンモニア燃料の噴射時期を進角させると、非アンモニア燃料噴射弁４０から噴射された非アンモニア燃料と空気との混合時間を長くとることができる。また、非アンモニア燃料噴射弁４０からの非アンモニア燃料の噴射時期をより圧縮上死点に近づけることができ、この結果、燃焼室５内の混合気の温度が高いときに非アンモニア燃料を噴射することができる。この様子を図３に示す。
図３は、クランキング時におけるクランク角に応じた燃焼室５内の混合気の温度の推移を示す図である。図３から分かるように、クランキング時、すなわち燃焼室５内での混合気の燃焼が無かった時の、燃焼室５内の混合気の温度はピストン４の上昇に伴って上昇し、圧縮上死点で最大となり、その後ピストン４の下降に伴って低下する。一般に、燃焼室５内への非アンモニア燃料の噴射は、圧縮上死点よりも或る程度遅角側の時期（図３の時期Ａ）に行われる。このため、時期Ａにおける燃焼室５内の温度は、圧縮上死点における燃焼室５内の温度よりも低い。
一方、時期Ａよりも進角側の時期Ｂでは、時期Ａよりも燃焼室５内の温度が高い。このため、非アンモニア燃料の噴射時期を図３中の時期Ａから時期Ｂに進角させると、非アンモニア燃料の噴射時期における燃焼室５内の温度が高くなる。
このように、非アンモニア燃料の噴射時期を進角させると、非アンモニア燃料と空気との混合時間を長くとることができることに加え、非アンモニア燃料の噴射を燃焼室５内の混合気の温度が高い時期に行うことができ、この結果、非アンモニア燃料の着火性を高めることができる。したがって、本実施形態によれば、アンモニア供給割合が増大しても、非アンモニア燃料の噴射時期を進角させることで、非アンモニア燃料の着火性、すなわち混合気の着火性を高く維持することができる。
なお、非アンモニア燃料の噴射時期は、機関負荷及び機関回転数等に応じても変更せしめられる。したがって、図２に示したようなマップを機関負荷及び機関回転数毎に予め作成し、機関負荷、機関回転数及びアンモニア供給割合に基づいてこのマップにより非アンモニア燃料の噴射時期を決定するようにしてもよい。或いは、アンモニア供給割合に応じた噴射時期補正量のマップを予め作成し、機関負荷及び機関回転数に基づいて算出された非アンモニア燃料の噴射時期に上記噴射時期補正量を加算して最終的な噴射時期を決定するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、アンモニア供給割合に応じて非アンモニア燃料の噴射時期を調整するようにしている。しかしながら、アンモニア供給量に応じて非アンモニア燃料の噴射時期を調整してもよい。この場合、アンモニア供給量が多くなるほど非アンモニア燃料の噴射時期が遅角せしめられる。
さらに、上記実施形態では、非アンモニア燃料として自己着火する燃料、例えば軽油を用いた圧縮自着火式内燃機関に本発明を適用した場合を示している。しかしながら、非アンモニア燃料として点火装置による点火によって燃焼が開始される燃料、例えばガソリン又は水素を用いた火花点火式内燃機関に本発明を適用することも可能である。以下、図４を参照して非アンモニア燃料としてガソリンを用いた場合を例にとって説明する。
図４は、本発明の制御装置が適用される火花点火式内燃機関の全体図である。図４に示した内燃機関では、非アンモニア燃料噴射弁４０’は各吸気枝管１１に配置されており、それぞれ対応する吸気ポート７内に向けて非アンモニア燃料を噴射することができる（なお、非アンモニア燃料噴射弁４０’を燃焼室５の上面に配置して、それぞれ対応する燃焼室５内に向けて非アンモニア燃料を噴射するように構成してもよい）。また、図４に示したように燃焼室５の頂面中央部には点火装置４５が配置される。
このように構成された内燃機関における混合気の燃焼時には、まず点火装置４５によって燃焼室５内の非アンモニア燃料に点火する。すなわち、点火装置４５によって混合気に点火が行われることによって燃焼室５内の混合気の燃焼が開始される。その後、火炎がアンモニアにも広がることで、アンモニアの燃焼が行われるようになる。
ここで、上述した圧縮自着火式内燃機関の場合には、アンモニア供給割合に応じて非アンモニア燃料の噴射時期を変更していた。これに対して、火花点火式内燃機関の場合には、アンモニア供給割合に応じて点火装置４５による点火時期を変更する。具体的には、アンモニア供給割合が高いときには低いときに比べて点火装置４５による点火時期を進角するように、特に、アンモニア供給割合が高くなるほど点火装置４５による点火時期を進角するようにしている。
このように、アンモニア供給割合が高くなるほど点火装置４５による点火時期を進角させることで、上述したように噴射時期を進角させた場合と同様に、アンモニア供給割合が増大しても非アンモニア燃料の着火性、すなわち混合気の着火性を高く維持することができる。
ところで、圧縮自着火式内燃機関では、１サイクル中の非アンモニア燃料噴射弁４０からの非アンモニア燃料の噴射回数を変更することができる。例えば、図５（ａ）に示した例では、圧縮上死点近傍において一回のみの非アンモニア燃料の噴射が行われているのに対して、図５（ｂ）に示した例では、圧縮上死点近傍において二回の非アンモニア燃料の噴射が行われている。
このように非アンモニア燃料噴射弁４０からの非アンモニア燃料の噴射回数を増加させることにより、燃焼室５内の混合気の着火点の数を増加させることができる。また、既に燃焼室５内で燃焼が開始されている状態で２回目又は３回目の噴射が行われることにより、燃焼中の燃焼室５内の混合気の流動化を促進させることができる。このため、非アンモニア燃料噴射弁４０からの非アンモニア燃料の噴射回数を増加させることにより、燃焼室５内の混合気の燃焼が促進される。
そこで、本発明の実施形態では、アンモニア供給割合に応じて、非アンモニア燃料噴射弁４０からの非アンモニア燃料の噴射回数を増加させることとしている。
図６は、或る機関運転状態（すなわち、或る機関回転数、機関負荷等）におけるアンモニア供給割合と非アンモニア燃料噴射弁４０からの非アンモニア燃料の噴射回数との関係を示す図である。図６から分かるように、本実施形態では、アンモニア供給割合が高いときには低いときに比べて非アンモニア燃料の噴射回数を多くさせるようにしている。特に、本実施形態では、アンモニア供給割合が高くなるほど非アンモニア燃料の噴射回数が増加せしめられる。
上述したように、アンモニア供給割合が増大すると、燃焼室５内への空気の供給量が減少して混合気中の空気濃度が低下し、その結果、非アンモニア燃料の着火性が低下することになる。これに対して、本実施形態では、アンモニア供給割合が増大すると、非アンモニア燃料噴射弁４０からの非アンモニア燃料の噴射回数が増加せしめられ、燃焼室５内の混合気の燃焼が促進される。したがって、本実施形態によれば、アンモニア供給割合が増大しても、非アンモニア燃料噴射弁４０からの非アンモニア燃料の噴射回数を増加させることで、非アンモニア燃料の着火性、すなわち混合気の着火性を高く維持することができる。
なお、非アンモニア燃料の噴射回数は、機関負荷及び機関回転数等に応じても変更せしめられる。したがって、図６に示したようなマップを機関負荷及び機関回転数毎に予め作成し、機関負荷、機関回転数及びアンモニア供給割合に基づいてこのマップに非アンモニア燃料の噴射回数を決定するようにしてもよい。或いは、アンモニア供給割合に応じた噴射回数補正量のマップを予め作成し、機関負荷及び機関回転数に基づいて算出された非アンモニア燃料の噴射回数に上記噴射回数補正量を加算して最終的な噴射回数を決定するようにしてもよい。
ところで、アンモニア噴射弁１３や非アンモニア燃料噴射弁４０等の燃料噴射弁には個体差が存在することや、経年劣化等による劣化程度が燃料噴射弁毎に異なることから、燃料噴射弁からの燃料噴射量には気筒間でバラツキが生じることがある。
ここで、一種類の燃料噴射弁しか設けられていない場合、すなわち非アンモニア燃料噴射弁のみしか設けられていない場合には、１サイクル中の機関回転数やトルクの推移等を検出することによって燃料噴射量の気筒間バラツキを検出することができる。
ところが、アンモニア噴射弁１３及び非アンモニア燃料噴射弁４０の二つの燃料噴射弁が設けられている場合、両燃料噴射弁１３、４０から燃料噴射を行っていると、１サイクル中の機関回転数やトルクの推移等を検出しても、アンモニア噴射弁１３に燃料噴射量の気筒間バラツキが存在するのか、非アンモニア燃料噴射弁４０に燃料噴射量の気筒間バラツキが存在するのか、或いは両方に燃料噴射量の気筒間バラツキが存在するのか特定することができない。
ただし、二つの燃料噴射弁が設けられている場合であっても、一方の燃料噴射弁のみから燃料噴射を行っていれば、その燃料噴射弁について燃料噴射量の気筒間バラツキを検出することができる。例えば、アンモニア噴射弁１３からの燃料噴射を行わずに非アンモニア燃料噴射弁４０のみから燃料噴射を行えば、１サイクル中の機関回転数やトルクの推移等に基づいて非アンモニア燃料噴射弁４０における燃料噴射量の気筒間バラツキを検出することができる。
ところが、上述したように、アンモニアは燃焼しづらいことから、本実施形態ではアンモニアは単独で燃焼室５内に供給されることはなく、必ず非アンモニア燃料と一緒に供給される。すなわち、本実施形態では、非アンモニア燃料噴射弁４０からの燃料噴射を行わずにアンモニア噴射弁１３のみから燃料噴射が行われることはない。このため、アンモニア噴射弁１３のみから燃料噴射を行うことによってアンモニア噴射弁１３における燃料噴射量の気筒間バラツキを検出することはできない。
そこで、本発明の実施形態では、燃焼室５内に非アンモニア燃料のみを供給する運転モード（以下、「第１の運転モード」という）で運転しているときの機関回転数又はトルクを検出すると共に、燃焼室５内にアンモニア及び非アンモニア燃料の両方を供給する運転モード（以下、「第２の運転モード」という）で運転しているときの機関回転数又はトルクを検出し、検出された両運転モードでの機関回転数又はトルクの差分に基づいて燃焼室５内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数又はトルクの気筒間差を算出し、算出した機関回転数又はトルクの気筒間差に基づいてアンモニア噴射弁１３からのアンモニア供給量の気筒間バラツキを算出するようにしている。
以下では、各運転モードで運転しているときに検出された機関回転数に基づいて燃焼室５内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数の気筒間差を算出する場合を例にとって説明する。なお、以下の説明では、或る気筒の燃焼室５内での燃焼によって変化する機関回転数、すなわち或る気筒の圧縮上死点から次の気筒の圧縮上死点までの機関回転数を、当該或る気筒の機関回転数という。
図７は、４気筒の内燃機関において、１サイクル中におけるクランク角に応じた瞬間的な機関回転数の推移を示す図である。図７（ａ）は、第１の運転モードで運転を行っている場合、すなわちアンモニア噴射弁１３からの燃料噴射を行わずに非アンモニア燃料噴射弁４０のみから燃料噴射を行っている場合の瞬間的な機関回転数の推移を示している。図示した例では、瞬間的な機関回転数に気筒間のバラツキは存在せず、よって非アンモニア燃料噴射弁４０からの燃料供給量には気筒間バラツキが存在していない。
一方、図７（ｂ）は、第２の運転モードで運転を行っている場合、すなわちアンモニア噴射弁１３及び非アンモニア燃料噴射弁４０の両燃料噴射弁から燃料噴射を行っている場合の瞬間的な機関回転数の推移を示している。図示した例では、１番気筒が圧縮上死点に達してから３番気筒が圧縮上死点に達するまでの期間中の瞬間的な機関回転数がそれ以外の期間中の機関回転数よりも高く、一方、４番気筒が圧縮上死点に達してから２番気筒が圧縮上死点に達するまでの期間中の瞬間的な機関回転数がそれ以外の期間中の機関回転数よりも低い。
このようにして検出されたアンモニア噴射弁１３及び非アンモニア燃料噴射弁４０の両燃料噴射弁から燃料噴射を行っている場合の機関回転数と、非アンモニア燃料噴射弁４０のみから燃料噴射を行っている場合の機関回転数との差分を図７（ｃ）に斜線で示す。この図７（ｃ）に斜線で示した差分は、アンモニア噴射弁１３及び非アンモニア燃料噴射弁４０の両燃料噴射弁の燃料噴射量の気筒間バラツキから、非アンモニア燃料噴射弁４０の燃料噴射量の気筒間バラツキの影響を除いたもの、すなわちアンモニア噴射弁１３の燃料噴射量の気筒間バラツキを表している。換言すると、図７（ｃ）に斜線で示した差分は、燃焼室５内にアンモニアのみを供給した場合に発生する機関回転数の気筒間差を表している。図７に示した例では、アンモニア噴射量の気筒間バラツキによって、１番気筒では機関回転数が高くなり、４番気筒では機関回転数が低くなっている。
したがって、本実施形態では、アンモニア噴射弁１３及び非アンモニア燃料噴射弁４０の両燃料噴射弁から燃料噴射を行っている場合の機関回転数から非アンモニア燃料噴射弁４０のみから燃料噴射を行っている場合の機関回転数を減算し、この減算によって求められた差分に基づいてアンモニア噴射弁１３からの燃料供給量（アンモニア供給量）の気筒間差を算出することとしている。これにより、アンモニア噴射弁１３からの燃料噴射量の気筒間差を正確に算出することができる。
より具体的には、本実施形態では、機関回転数として、各気筒での燃焼によって生じるピーク回転数を用いている。すなわち、本実施形態では、第１の運転モードで運転を行っている場合、すなわち非アンモニア燃料噴射弁４０のみから燃料噴射を行っている場合の、各気筒での燃焼によって生じるピーク回転数（すなわち、図７（ａ）中の＃１ＮＥ、＃３ＮＥ、＃４ＮＥ、＃２ＮＥ）と、第２の運転モードで運転を行っている場合、すなわち両燃料噴射弁１３、４０から燃料噴射を行っている場合の、各気筒での燃焼によって生じるピーク回転数（すなわち、図７（ｂ）中の＃１ＮＥ’、＃３ＮＥ’、＃４ＮＥ’、＃２ＮＥ’）との差分（ＤＮＥ１、ＤＮＥ３、ＤＮＥ４、ＤＮＥ２）を各気筒毎に算出する（ＤＮＥ１＝＃１ＮＥ’−＃１ＮＥ、ＤＮＥ３＝＃３ＮＥ’−＃３ＮＥ、ＤＮＥ４＝＃４ＮＥ’−＃４ＮＥ、ＤＮＥ２＝＃２ＮＥ’−＃２ＮＥ）。このようにして算出された差分（ＤＮＥ１、ＤＮＥ３、ＤＮＥ４、ＤＮＥ２）同士は、燃焼室５内にアンモニアのみを供給した場合に発生するピーク回転数の気筒間差を表しており、よって燃焼室５内にアンモニアのみを供給した場合における発生トルクの気筒間差を表している。
なお、上記実施形態では、燃料噴射量の気筒間差を算出するにあたって、ピーク回転数を用いているが、各気筒での燃焼によって生じるトルクを表すパラメータであれば、他のパラメータを用いることも可能である。このようなパラメータとしては、例えば、各気筒での燃焼によって発生するトルク自体、各気筒での燃焼によって生じるピーク回転数とその９０°前の機関回転数との差分を二乗した値、燃焼室５内の圧力等が挙げられる。
また、第１の運転モードにおける機関回転数等の検出及び第２の運転モードにおける機関回転数等の検出は、機関回転数又は発生トルクが同一の時期に行われる。例えば、両運転モードでの機関回転数等の検出はアイドリング中に行われる。また、アンモニアが燃焼しづらいことから、機関冷間始動時等には、第１の運転モードによる運転が行われ、その後、機関暖機後に第２の運転モードでの運転が行われる。従って、機関冷間始動時等に第１の運転モードにおける機関回転数等の検出を行い、その後、機関暖機後に第２の運転モードにおける機関回転数等の検出が行われる。なお、機関冷間始動が完了しても第１の運転モードにおける機関回転数等の検出が完了していない場合には、第１の運転モードから第２の運転モードへ切り替えないようにしてもよい。
このようにアンモニア噴射弁１３からのアンモニア噴射量のバラツキによって生じる発生トルクの気筒間バラツキを算出した後には、算出した気筒間バラツキに基づいて燃料噴射量を補正することとしている。
ところで、上述したようにアンモニア噴射弁１３からのアンモニア噴射量のバラツキによって気筒間で機関回転数（又はトルク）が変化するが、この機関回転数の変化は必ずしも燃料噴射量に比例するわけではない。
例えば、アンモニア噴射量の多い領域では、多量のアンモニアが噴射されることからアンモニア噴射量が目標アンモニア噴射量よりも多少少なくても発生するトルクは大きく減少しない。一方、アンモニアを用いた場合、アンモニア噴射量の多い領域では、アンモニア噴射量が目標アンモニア噴射量よりも僅かに多いだけでも、混合気の燃焼悪化によりトルクが大きく低下する。したがって、アンモニア噴射量の多い領域では、他の気筒よりも機関回転数（又はトルク）の低い気筒は、他の気筒よりもアンモニア噴射量が多いことによって生じる燃焼悪化によりトルクが低下している可能性が高い。
一方、アンモニア噴射量の少ない領域では、噴射される燃料が少量であることから、アンモニア噴射量が目標アンモニア噴射量よりも僅かに少なくても発生トルクは大きく減少する。すなわち、アンモニア噴射量の少ない領域では、他の気筒よりも機関回転数（又はトルク）の低い気筒は、燃焼悪化によってトルクが低下しているよりも、他の気筒よりもアンモニア噴射量が少ないことによってトルクが低下している可能性が高い。
そこで、本発明の実施形態では、アンモニア噴射量が基準噴射量よりも多い領域では、他の気筒よりも機関回転数の低い気筒についてアンモニア噴射量を減量補正すると共に、アンモニア噴射量が基準噴射量よりも少ない領域では、他の気筒よりも機関回転数の低い気筒についてアンモニア噴射量を増量補正することとしている。これにより、アンモニア噴射弁１３からのアンモニア噴射量の気筒間差を適切に補償することができる。
ところで、上述したように、他の気筒よりも機関回転数（又はトルク）の低い気筒では、アンモニア噴射量の多い領域では、他の気筒よりもアンモニア噴射量が多いことによって生じる燃焼悪化によりトルクが低下している可能性が高く、アンモニア噴射量の少ない領域では、他の気筒よりもアンモニア噴射量が少ないことによってトルクが低下している可能性が高い。しかしながら、アンモニア噴射量の多い領域においてもアンモニア噴射量が他の気筒よりも少ないことによってトルクの低下が生じている場合もある。この場合、他の気筒よりも機関回転数の低い気筒について燃料噴射量を減量補正すると、他の気筒とのトルクの差を益々大きくしてしまうことになる。逆に燃料噴射量の少ない領域において燃焼悪化によりトルクの低下が生じている場合もある。この場合、他の気筒よりも機関回転数の低い気筒について燃料噴射量を増量補正すると、他の気筒とのトルクの差を益々大きくしてしまうことになる。
そこで、本発明の実施形態では、アンモニア噴射量の増量補正又は減量補正を実行した後に、再度、燃焼室５内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数を検出する。このように機関回転数の検出を行った結果、アンモニア噴射量の増量補正又は減量補正を実行する前に機関回転数の低下が生じていた気筒の機関回転数と他の気筒の回転数との差分が、アンモニア噴射量の増量補正又は減量補正を実行しても小さくなっていない場合には、増量と減量とを逆転してアンモニア噴射量の補正を行う。
すなわち、アンモニア噴射量を減量補正した結果、燃焼室５内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数の、減量補正した気筒と他の気筒との差分が小さくならなかった場合にはアンモニア噴射両の増量補正を行い、逆に、アンモニア噴射量を増量補正した結果、燃焼室５内にアンモニアのみを供給した場合に発生しうる機関回転数の、増量補正した気筒と他の気筒との差分が小さくならなかった場合には、アンモニア噴射量を減量補正する。
すなわち、アンモニア噴射量の増量補正を実行したにも関わらず、その気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差が低減されない場合には、アンモニア噴射量の減量補正を実行する。逆に、アンモニア噴射量の減量補正を実行したにも関わらず、その気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差が低減されない場合には、アンモニア噴射量の減量補正を実行する。これにより、アンモニア噴射弁１３からのアンモニア噴射量の気筒間バラツキを確実に補償することができる。
なお、アンモニア噴射量の増量補正及び減量補正のいずれを行った場合にもその気筒の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差が低減されなかった場合には、アンモニア噴射系に異常があると判定してアンモニア噴射弁１３からの燃料噴射を中止し、非アンモニア燃料噴射弁４０からのみ燃料噴射が行われる。
また、上記実施形態では、圧縮自着火式内燃機関においてアンモニア噴射弁１３からのアンモニア噴射量の気筒間バラツキを補償する場合を示したが、火花点火式内燃機関においても同様にしてアンモニア噴射量の気筒間バラツキを補償することができる。
図８〜図１０は、アンモニア噴射弁１３からのアンモニア噴射量の気筒間バラツキを補償するバラツキ補償制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
図８〜図１０を参照すると、まずステップＳ１１では、各気筒についての両運転モードでのピーク回転数の差分ＤＮＥ（ｎ）と、両運転モードでのピーク回転数の差分の平均値ＤＮＥａｖｇとが算出される。次いで、ステップＳ１２では、気筒カウンタｎが０にリセットされ、ステップＳ１３では気筒カウンタｎがｎ＋１とされる。気筒カウンタｎは、特定の制御ルーチンを気筒数分だけ繰り返すために用いられるカウンタであり、例えば、４気筒の内燃機関ではステップＳ１４〜Ｓ１７を４回繰り返し計算するために用いられる。
ステップＳ１４では、第ｎ気筒のピーク回転数の差分ＤＮＥ（ｎ）が、ピーク回転数の差分の平均値ＤＮＥａｖｇよりも小さいか否かが判定される。第ｎ気筒のピーク回転数の差分ＤＮＥ（ｎ）がピーク回転数の差分の平均値ＤＮＥａｖｇよりも小さいと判定された場合には、その気筒についてはアンモニア噴射量の異常によるトルクの低下が生じていることから、アンモニア噴射量の補正をすべくステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、アンモニア噴射量Ｑｎｈが基準噴射量Ａ以上であるか否かが判定される。ステップＳ１５において、アンモニア噴射量Ｑｎｈが基準噴射量Ａ以上であると判定された場合にはステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、第ｎ気筒のアンモニア噴射量の減量補正が行われる。アンモニア噴射量を減量する程度は、一定であってもよいし、第ｎ気筒のピーク回転数の差分ＤＮＥ（ｎ）とピーク回転数の差分の平均値ＤＮＥａｖｇとの差に基づいて定められてもよい。一方、ステップＳ１５において、アンモニア噴射量Ｑｎｈが基準噴射量Ａよりも少ないと判定された場合にはステップＳ１７へと進む。ステップＳ１７では、第ｎ気筒のアンモニア噴射量の増量補正が行われる。
一方、第ｎ気筒のピーク回転数の差分ＤＮＥ（ｎ）がピーク回転数の差分の平均値ＤＮＥａｖｇ以上であると判定された場合には、その気筒についてはアンモニア噴射量の異常によるトルクの低下が生じていないことから、ステップＳ１５〜Ｓ１７がスキップされる。
ステップＳ１８では、気筒カウンタｎが４以上であるか否か、すなわちステップＳ１４〜Ｓ１７のルーチンが気筒数分だけ行われたか否かが判定され、気筒カウンタｎが４よりも小さい場合にはステップＳ１３へ進んでステップＳ１４〜Ｓ１７のルーチンが繰り返され、気筒カウンタが４以上の場合にはステップＳ１９へと進む。
ステップＳ１９では、ステップＳ１１と同様に、各気筒についての両運転モードでのピーク回転数の差分ＤＮＥ’（ｎ）と、両運転モードでのピーク回転数の差分の平均値ＤＮＥ’ａｖｇとが再度算出される。次いで、ステップＳ２０、Ｓ２１、Ｓ２５では、ステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１８と同様にステップＳ２２〜Ｓ２４のルーチンが気筒数分だけ繰り返される。
ステップＳ２２では、第ｎ気筒についてステップＳ１６又はＳ１７においてアンモニア噴射量の増量補正又は減量補正が行われたか否かが判定される。第ｎ気筒について増量補正又は減量補正が行われたと判定された場合にはステップＳ２３へと進む。ステップＳ２３では、第ｎ気筒について、ステップＳ１９で算出された両運転モードでのピーク回転数の差分ＤＮＥ’（ｎ）と、両運転モードでのピーク回転数の差分の平均値ＤＮＥ’ａｖｇとの差ΔＤＮＥ’（ｎ）（＝ＤＮＥ’（ｎ）−ＤＮＥ’ａｖｇ）が、ステップＳ１１で算出された両運転モードでのピーク回転数の差分ＤＮＥ（ｎ）と、両運転モードでのピーク回転数の差分の平均値ＤＮＥａｖｇとの差ΔＤＮＥ（ｎ）（＝ＤＮＥ（ｎ）−ＤＮＥａｖｇ）よりも小さいか否か、すなわち増量補正又は減量補正によって第ｎ気筒のピーク回転数が他の気筒のピーク回転数に近づいたか否かが判定される。
ΔＤＮＥ’（ｎ）がΔＤＮＥ（ｎ）以上であると判定された場合、すなわち増量補正又は減量補正によって第ｎ気筒のピーク回転数が他の気筒のピーク回転数に近づいていないと判定された場合にはステップＳ２４へと進み、第ｎ気筒のアンモニア噴射量の補正の増減が逆転される。一方、ステップＳ２３において、ΔＤＮＥ’（ｎ）がΔＤＮＥ（ｎ）よりも小さいと判定された場合、すなわち増量補正又は減量補正によって第ｎ気筒のピーク回転数が他の気筒のピーク回転数に近づいたと判定された場合には、ステップＳ２４がスキップされる。
一方、ステップＳ２２において、第ｎ気筒について増量補正又は減量補正が行われていないと判定された場合にはステップＳ２３、２４がスキップされる。
その後、ステップＳ２６では、ステップＳ１１、Ｓ１９と同様に、各気筒についての両運転モードでのピーク回転数の差分ＤＮＥ’’（ｎ）と、両運転モードでのピーク回転数の差分の平均値ＤＮＥ’’ａｖｇとが再度算出される。次いで、ステップＳ２７、Ｓ２８、Ｓ３２では、ステップＳ１２、Ｓ１３、Ｓ１８と同様にステップＳ２９〜Ｓ３３のルーチンが気筒数分だけ繰り返される。
ステップＳ２９では、第ｎ気筒についてステップＳ２４においてアンモニア噴射量の増減が逆転されたか否かが判定される。第ｎ気筒についてアンモニア噴射量の増減の逆転が行われたと判定された場合にはステップＳ３０〜Ｓ３３がスキップされる。一方、ステップＳ２９において第ｎ気筒についてアンモニア噴射量の増減の逆転が行われたと判定された場合にはステップＳ３０へと進む。ステップＳ３０では、第ｎ気筒について、ステップＳ２６で算出された両運転モードでのピーク回転数の差分ＤＮＥ’’（ｎ）と、両運転モードでのピーク回転数の差分の平均値ＤＮＥ’’ａｖｇとの差ΔＤＮＥ’’（ｎ）（＝ＤＮＥ’’（ｎ）−ＤＮＥ’’ａｖｇ）が、上記ΔＤＮＥ’（ｎ）よりも小さいか否か、すなわちアンモニア噴射量の増減逆転によって第ｎ気筒のピーク回転数が他の気筒のピーク回転数に近づいたか否かが判定される。
ΔＤＮＥ’’（ｎ）がΔＤＮＥ’（ｎ）よりも小さいと判定された場合、すなわちアンモニア噴射量の増減逆転によって第ｎ気筒のピーク回転数が他の気筒のピーク回転数に近づいたと判定された場合にはステップＳ３１〜Ｓ３３がスキップされる。一方、ΔＤＮＥ’’（ｎ）がΔＤＮＥ’（ｎ）以上であると判定された場合、すなわちアンモニア噴射量の増減逆転によって第ｎ気筒のピーク回転数が他の気筒のピーク回転数に近づいていないと判定された場合にはステップＳ３１へと進む。
ステップＳ３１では、ΔＤＮＥ’’（ｎ）が予め定められた値Ｂよりも小さいか否か、すなわち第ｎ気筒だけ他の気筒よりも極端にピーク回転数が異なっていないか否かが判定され、ΔＤＮＥ’’（ｎ）が予め定められた値Ｂよりも小さいと判定された場合、すなわち第ｎ気筒だけ他の気筒よりも極端にピーク回転数が異なってはいないと判定された場合にはステップＳ３２、Ｓ３３がスキップされる。
一方、ステップＳ３１においてΔＤＮＥ’’（ｎ）が予め定められた値Ｂ以上であると判定された場合、すなわち第ｎ気筒だけ他の気筒よりも極端にピーク回転数が異なっていると判定された場合にはステップＳ３２においてアンモニア噴射系統に異常が発生しているとして異常フラグがオンにされると共に、ステップＳ３３でアンモニア噴射弁１３からのアンモニアの噴射が停止せしめられる。
なお、本発明について特定の実施形態に基づいて詳述しているが、当業者であれば本発明の請求の範囲及び思想から逸脱することなく、様々な変更、修正等が可能である。
【符号の説明】
【０００８】
４    ピストン
５    燃焼室
６    吸気弁
８    吸気ポート
１３    アンモニア噴射弁
１９、２１    排気浄化装置
３３    燃料タンク
４０    非アンモニア燃料噴射弁
４１    燃料タンク
４５    点火装置
【図１】
0005397541.tif 000002
【図２】
0005397541.tif 000003
【図３】
0005397541.tif 000004
【図４】
0005397541.tif 000005
【図５】
0005397541.tif 000006
【図６】
0005397541.tif 000007
【図７】
0005397541.tif 000008
【図８】
0005397541.tif 000009
【図９】
0005397541.tif 000010
【図１０】
0005397541.tif 000011