(57)【要約】【課題】気体燃料の噴射により内燃機関の運転を実施する場合における内燃機関の制御性を改善する。【解決手段】エンジン１０の吸気管１１には、吸気管１１内の圧力を検出する吸気管圧力センサ９２と、吸気管１１内に気体燃料を噴射する第１噴射弁２１とが設けられている。制御部８０は、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射を実施している期間において、吸気管圧力センサ９２により検出した圧力に基づいて、気筒１６内に吸入される空気と気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する。そして、その算出した質量流量に基づいて、気体燃料を用いたエンジン１０の各種制御を実施する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）の吸気管（１１）内に気体燃料を噴射する燃料噴射手段（２１）を備える燃料噴射システムに適用され、
前記吸気管内の圧力を検出する圧力検出手段（９２）と、
前記燃料噴射手段による前記気体燃料の噴射を実施している期間において、前記圧力検出手段により検出した圧力に基づいて、前記内燃機関の気筒内に吸入される空気と前記気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する空気量算出手段と、
前記空気量算出手段により算出した質量流量に基づいて、前記気体燃料を用いての前記内燃機関の運転を実施する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記空気量算出手段は、前記圧力検出手段により検出した圧力と、前記混合気における空気と前記気体燃料との体積比率とに基づいて前記質量流量を算出する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記空気量算出手段は、前記内燃機関の空燃比に基づいて前記体積比率を算出する請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記空気量算出手段は、前記圧力検出手段により検出した圧力が、前記内燃機関の１燃焼サイクル内のうち前記燃料噴射手段による前記気体燃料の噴射期間中に検出した圧力である場合に、該検出した圧力に基づいて、前記混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記空気量算出手段は、前記圧力検出手段により検出した圧力が、前記内燃機関の１燃焼サイクル内のうち前記燃料噴射手段による前記気体燃料の噴射期間中でないときに検出した圧力である場合に、該検出した圧力を前記混合気のうち空気に相当する分の圧力とみなして、前記混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃料噴射手段に供給される気体燃料の組成を学習する組成学習手段を備え、
前記空気量算出手段は、前記組成学習手段による学習結果を用いて、前記混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する請求項１〜５のいずれか一項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し、詳しくは気体燃料の燃焼により内燃機関を駆動させる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）や水素燃料などの気体燃料が、ガソリンなどの液体燃料に代わる代替燃料として注目されており、気体燃料を単独で又は液体燃料と共に燃焼用の燃料として使用する内燃機関が実用化されている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１には、空気質量／燃料質量の比率を燃料噴射期間全体に亘って常に一定にして、吸気管を介して気筒内に気体燃料を供給することが開示されている。また、特許文献１の制御装置では、吸気管に設けられた流量計によって、吸気管内に供給される空気流量を検出し、その検出した空気流量に対応した燃料ガス流量を決定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０６４４３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、気体燃料は単位質量当たりの体積量が大きく、燃料噴射弁から噴射された気体燃料が吸気管内に占める体積比率が大きい。このため、吸気管に配置された吸気管圧力センサによって内燃機関の吸入空気量を検出するシステムの場合、燃料噴射弁から噴射された気体燃料が吸気管圧力センサでセンシングされることとなる。かかる場合に、気体燃料分の体積流量を無視して、つまり吸気管圧力センサの検出値を吸気管内を流れる空気の体積流量として内燃機関の各種パラメータを演算すると、吸入空気量の検出誤差に起因して内燃機関の制御性が低下することが考えられる。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、気体燃料の噴射により内燃機関の運転を実施する場合における内燃機関の制御性を改善することができる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
【０００７】
本発明は、内燃機関（１０）の吸気管（１１）内に気体燃料を噴射する燃料噴射手段（２１）を備える燃料噴射システムに適用される内燃機関の制御装置に関する。請求項１に記載の発明は、前記吸気管内の圧力を検出する圧力検出手段（９２）と、前記燃料噴射手段による前記気体燃料の噴射を実施している期間において、前記圧力検出手段により検出した圧力に基づいて、前記内燃機関の気筒内に吸入される空気と前記気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する空気量算出手段と、前記空気量算出手段により算出した質量流量に基づいて、前記気体燃料を用いての前記内燃機関の運転を実施する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
要するに、上記構成では、吸気管圧力に基づいて内燃機関の吸入空気量を演算するシステムにおいて、吸気管圧力の検出値から、気筒内に吸入される空気と気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する。また、その算出値に基づいて、気体燃料を用いての内燃機関の運転を制御する。気体燃料の噴射時では、吸気管内において気体燃料が占める体積比率が大きく、圧力検出手段によって気体燃料の体積流量分が検出される。この点、上記構成では、圧力検出手段による吸気管圧力の検出値から気体燃料の検出誤差分を排除して、つまり気筒内に吸入される真の空気量に基づいて、気体燃料を用いての内燃機関の運転に関する各種制御を実施することから、気体燃料の噴射時における内燃機関の制御性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】エンジン燃料噴射システムの全体概略構成図。
【図２】気体燃料の噴射時におけるエンジン制御の概略構成を示す機能ブロック図。
【図３】第１実施形態のエンジン制御の処理手順を示すフローチャート。
【図４】第２実施形態のエンジン制御の概略を説明するための図。
【図５】第２実施形態のエンジン制御の処理手順を示すフローチャート。
【図６】燃料組成学習の学習結果を用いる場合のエンジン制御の概略構成を示す機能ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、気体燃料である圧縮天然ガス（ＣＮＧ）と液体燃料であるガソリンとを燃焼用の燃料として使用する、いわゆるバイフューエルタイプの車載多気筒エンジン（多気筒内燃機関）に適用される燃料噴射システムとして具体化されている。本システムの全体概略図を図１に示す。
【００１１】
図１に示すエンジン１０は、多気筒（例えば直列３気筒）の火花点火式エンジンよりなり、その吸気ポートには吸気マニホールド１２を介して吸気管１１が接続されており、排気ポートには排気マニホールド１３を介して排気管１４が接続されている。
【００１２】
吸気管１１には、空気量調整手段としてのスロットル弁１５が設けられている。スロットル弁１５は、ＤＣモータ等のアクチュエータ１５ａにより開度調節される電子制御式のスロットル弁として構成されている。スロットル弁１５の開度（スロットル開度）は、アクチュエータ１５ａに内蔵されたスロットル開度センサ１５ｂにより検出される。吸気管１１において、スロットル弁１５よりも下流側にはサージタンク１７が設けられており、サージタンク１７には、吸気管１１内の圧力を検出する圧力検出手段としての吸気管圧力センサ９２が設けられている。
【００１３】
吸気管１１におけるサージタンク１７よりも下流側には、エンジン１０に対して燃料を噴射する燃料噴射手段として、気体燃料を噴射する第１噴射弁２１と、液体燃料を噴射する第２噴射弁２２とが気筒１６毎に設けられている。この第１噴射弁２１の噴射により気体燃料が各気筒１６の吸気ポートに供給され、第２噴射弁２２の噴射により液体燃料が各気筒１６の吸気ポートに供給される。
【００１４】
排気管１４には、排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する排気センサと、排気を浄化する触媒１９とが設けられている。排気センサとしては、エンジン１０の空燃比がリッチかリーンかに応じて異なる起電力を発生するＯ2センサ１８ａ，１８ｂが触媒１９の上流側及び下流側にそれぞれ設けられている。
【００１５】
エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートには、気筒１６内に導入される空気量を調整する機関バルブとしての吸気バルブ２５及び排気バルブ２６がそれぞれ設けられている。吸気バルブ２５の開動作により空気と燃料との混合気が気筒１６内に導入され、排気バルブ２６の開動作により燃焼後の排気が排気通路に排出される。
【００１６】
エンジン１０の各気筒１６には点火プラグ２０が設けられている。点火プラグ２０には、点火コイル等よりなる点火回路部２０ａを通じて、所望とする点火時期に高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２０の対向電極間に火花放電が発生し、気筒１６内に供給された燃料が着火され燃焼に供される。
【００１７】
本システムには、各噴射弁２１、２２に対して燃料を供給する燃料供給部として、気体燃料（ＣＮＧ燃料）を供給する気体燃料供給部４０と、液体燃料（ガソリン）を供給する液体燃料供給部７０とが設けられている。
【００１８】
気体燃料供給部４０は、第１噴射弁２１に対して気体燃料を供給するものとなっている。具体的には、気体燃料供給部４０において、第１噴射弁２１には、ガス配管４１を介してガスタンク４２が接続されている。ガス配管４１の途中には、第１噴射弁２１に供給される気体燃料の圧力を減圧調整する圧力調整機能を有するレギュレータ４３が設けられている。レギュレータ４３は、ガスタンク４２内に貯蔵された高圧状態（例えば最大２０ＭＰａ）の気体燃料を、機械的に定められた圧力値（例えば０．３〜０．４ＭＰａ）に減圧調整するものである。減圧調整後の気体燃料は、ガス配管４１を通って第１噴射弁２１に供給される。
【００１９】
ガス配管４１等により形成される燃料通路には更に、ガスタンク４２の燃料出口の付近に配置されたタンク主止弁４４と、タンク主止弁４４よりも下流側であってレギュレータ４３の燃料入口の付近に配置された遮断弁４５とが設けられている。これら各弁４４，４５によって、ガス配管４１における気体燃料の流通が許容及び遮断される。タンク主止弁４４及び遮断弁４５はいずれも電磁式の開閉弁であり、非通電時に気体燃料の流通を遮断し、通電時に気体燃料の流通を許容する常閉式となっている。また、レギュレータ４３には、減圧調整前の燃料圧力を検出する圧力センサ４６が一体に設けられており、レギュレータ４３の下流側のガス配管４１には、噴射圧を検出する圧力センサ４７と、ガス配管４１内の気体燃料の温度を検出する温度センサ４８とが設けられている。
【００２０】
液体燃料供給部７０は、第２噴射弁２２に対して液体燃料を供給するものとなっている。具体的には、液体燃料供給部７０において、第２噴射弁２２には、燃料配管７１を介して燃料タンク７２が接続されている。燃料配管７１には、燃料タンク７２内の液体燃料を第２噴射弁２２に給送する燃料ポンプ７３が設けられている。
【００２１】
制御部８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えており、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。具体的には、制御部８０は、上述した各種センサや、本システムに設けられたその他のセンサ類（クランク角センサ９１、冷却水温センサ９３、吸気温センサ９４、車速センサ等）と電気的に接続されており、これらのセンサからの出力（検出信号）が入力される。また、制御部８０は、点火回路部２０ａ、各噴射弁２１，２２等の駆動部と電気的に接続されており、駆動信号を各駆動部に向けて出力することにより各駆動部の駆動を制御する。
【００２２】
点火回路部２０ａや各噴射弁２１，２２等の駆動部には、制御部８０から駆動信号が入力されるようになっており、その入力した駆動信号に応じて各駆動部が駆動される。具体的には、点火回路部２０ａは、制御部８０からの点火信号に応じて高電圧を出力し点火プラグ２０に点火火花を生じさせる。第１噴射弁２１は、制御部８０からの噴射信号に応じた量の気体燃料を吸気ポートに噴射し、第２噴射弁２２は、制御部８０からの噴射信号に応じた量の液体燃料を吸気ポートに噴射する。
【００２３】
制御部８０は、エンジン運転状態やタンク内の燃料残量、運転者によって操作される図示しない燃料切替スイッチからの入力信号等に応じて使用燃料を選択的に切り替えている。具体的には、ガスタンク４２内の気体燃料の残存量が所定値を下回った場合又は燃料切替スイッチにより液体燃料の使用が選択されている場合には、液体燃料を優先的に使用し、燃料タンク７２内の液体燃料の残存量が所定値を下回った場合又は燃料切替スイッチにより気体燃料の使用が選択されている場合には、気体燃料を優先的に使用する。
【００２４】
本実施形態の空燃比制御では、空燃比の実際値（実空燃比）と目標値（目標空燃比）との偏差に基づくフィードバック制御を実施している。具体的には、エンジン運転状態（例えばエンジン回転速度及びエンジン負荷）に基づいて目標空燃比を算出するとともに、触媒１９の上流側に設けられたＯ2センサ１８ａの検出値に基づいて実空燃比を算出する。そして、実空燃比と目標空燃比との偏差に応じて空燃比フィードバック補正量を算出し、その算出した空燃比フィードバック補正量により基本噴射量を補正することで実空燃比を目標空燃比に一致させるようにしている。ここで、基本噴射量は目標空燃比を得るために必要な燃料量であり、気筒１６内に吸入される新気の質量流量と目標空燃比とに基づいて算出される。吸入空気量について本実施形態では、吸気管圧力センサ９２により検出した吸気管圧力と、クランク角センサ９１により検出したエンジン回転速度とに基づいて、吸入空気量（質量流量）を推定するＤ−Ｊ方式を採用している。なお、本システムの空燃比フィードバック制御では、触媒下流側のＯ2センサ１８ｂの検出値に基づく補正を加えることにより、空燃比制御の制御性を高めるようにしている。以下において「吸入空気量」と示した場合は、気筒１６内に吸入される空気の質量流量を意味するものとする。
【００２５】
ところで、気体燃料は、単位質量当たりの体積量が例えば液体燃料に比べて大きい。そのため、第１噴射弁２１により噴射された気体燃料が吸気管１１内において占める体積比率が大きく、よってサージタンク１７に配置された吸気管圧力センサ９２で気体燃料がセンシングされることとなる。つまり、吸気管圧力センサ９２による吸気管圧力の検出値は、吸気管１１内を通過する新気の体積流量と、第１噴射弁２１により噴射される気体燃料の体積流量との和で決まる。一方、エンジン１０の負荷は、気筒１６内に吸入される空気の質量流量に対応して決まり、空気の質量流量（吸入空気量）が大きいほどエンジン負荷が大きくなる。そのため、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射を実施している場合に、吸気管圧力センサ９２で検出した吸気管圧力をそのまま用いて、つまり吸気管圧力の検出値を気筒１６内に吸入される空気の体積流量とみなして、これを質量流量に換算してエンジン１０の各種制御に用いると、吸入空気量の検出誤差に起因してエンジン１０の制御性が低下することが考えられる。
【００２６】
そこで本実施形態では、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射によりエンジン１０の運転を実施している期間では、吸気管圧力センサ９２による吸気管圧力の検出値に基づいて、気筒１６内に吸入される混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する。そして、その算出した質量流量に基づいて、気体燃料を用いてのエンジン１０の各種制御を実施することとしている。これにより、吸気管圧力センサ９２により吸入空気量を推定するシステムにおいて、気体燃料の噴射に伴う検出誤差を排除し、気筒１６内に吸入される真の空気量に基づいてエンジン制御を実施するようにしている。
【００２７】
次に、気体燃料を用いる場合のエンジン制御の概略構成について、図２の機能ブロック図を用いて説明する。図２に示すように、制御部８０は、気体密度算出部８１と、体積比率算出部８２と、吸入空気量算出部８３と、制御量算出部８４とを備えている。
【００２８】
気体密度算出部８１は、吸気管１１内の温度（吸気管温度）Ｔｉｎと吸気管圧力Ｐｉｎとに基づいて、吸気管１１内における気体燃料の密度（燃料密度）ρＦ´［kg/m3］及び空気密度ρＡ´［kg/m3］を算出する。ここでは、それぞれ下記式（１）を用いて燃料密度ρＦ´を算出し、下記式（２）を用いて空気密度ρＡ´を算出する。なお、吸気管温度Ｔｉｎ［℃］としては、吸気温センサ９４による検出値を入力して用い、吸気管圧力Ｐｉｎ［kPa］としては、吸気管圧力センサ９２による検出値を入力して用いる。
ρF´=ρF×(273/(273+Tin))×(Pin/101.3)      …(1)
ρA´=ρA×(273/(273+Tin))×(Pin/101.3)      …(2)
（式（１）中、ρＦは０℃、１atmでの燃料密度［kg/m3］を示し、ρＡは０℃、１atmでの空気密度［kg/m3］を示す。）
【００２９】
体積比率算出部８２は、気体密度算出部８１で算出した燃料密度ρＦ´及び空気密度ρＡ´を入力するとともに目標空燃比Ａｒを入力し、それらの入力値を用いて、吸気管１１内（サージタンク１７内）における空気と気体燃料との体積比率αを算出する。なお、気体燃料によるエンジン運転時には、吸気管１１内を流れる空気と、第１噴射弁２１により噴射された気体燃料とが吸気管１１内に存在した状態になっており、吸気バルブ２５の開弁に伴い、空気と気体燃料との混合気が気筒１６内に吸入される。したがって、体積比率αは、気筒１６内に吸入される空気と気体燃料との体積比率でもある。ここでは、気筒１６内に吸入される混合気のうち空気が占める体積割合を算出し、これを体積比率αとして用いる。具体的には、下記式（３）、式（４）及び式（５）を用いて体積比率αを算出する。なお、下記式中、Ｖは気筒１６内に吸入される混合気の体積流量、ＶＡは空気の体積流量、ＶＦは気体燃料の流量、Ａｒは目標空燃比を示す。
α=VA/V=VA/(VA+VF)       …(3)
但し、VA=Ar/ρA´      …(4)
VF=1/ρF´      …(5)
【００３０】
吸入空気量算出部８３は、吸気管圧力センサ９２により検出された吸気管圧力Ｐｉｎ、体積比率算出部８２で算出した体積比率α及びクランク角センサ９１により検出されたエンジン回転速度Ｎｅを入力する。また、それらの入力値を用いて、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射が実施されている場合の真の吸入空気量Ｑ（質量流量）を算出する。具体的には、まず、吸気管圧力Ｐｉｎ及びエンジン回転速度Ｎｅからエンジン負荷率（第１エンジン負荷率Ｒ）を算出し、この第１エンジン負荷率Ｒと体積比率αとにより、実際の吸入空気量Ｑに対応する真のエンジン負荷率として第２エンジン負荷率ＲＡを算出する。ここで、第１エンジン負荷率Ｒは、吸気管圧力センサ９２により検出された吸気管圧力Ｐｉｎを、気筒１６内に吸入される空気の体積流量とみなした場合のエンジン負荷率である。この第１エンジン負荷率Ｒは、第２噴射弁２２による液体燃料の噴射によりエンジン運転を行っている場合のエンジン負荷率に相当する。一方、第２エンジン負荷率ＲＡは、吸気管圧力センサ９２により検出された吸気管圧力Ｐｉｎのうち、空気量相当分の体積流量に対応するエンジン負荷率である。吸入空気量算出部８３は、下記式（６）を用いて第２エンジン負荷率ＲＡを算出する。
RA=R×(VA/V)=R×α      …(6)
また、吸入空気量算出部８３は、第２エンジン負荷率ＲＡを用いて吸入空気量Ｑ（質量流量）を算出する。なお、吸入空気量Ｑは、例えば空気の体積流量に対応する吸入空気量Ｑをモデル化し、それを数式等で表したものを用いて算出する。
【００３１】
制御量算出部８４は、吸入空気量算出部８３で算出した吸入空気量Ｑを入力し、その入力値を用いてエンジン１０の運転状態に関する各種パラメータの制御量、具体的にはスロットル開度及び気体燃料の噴射量を算出する。スロットル開度及び燃料噴射量の算出に際しては、例えば予め定めたマップや数式等を用い、今回の吸入空気量Ｑに対応する値を読み出すことにより行う。また、制御量算出部８４は、算出した制御量に基づく駆動信号を生成して各駆動部（第１噴射弁２１、スロットルアクチュエータ１５ａ）に向けて出力する。
【００３２】
次に、本実施形態のエンジン制御の処理手順を図３のフローチャートを用いて説明する。この処理は、制御部８０のＣＰＵにより所定周期で繰り返し実行される。
【００３３】
図３において、ステップＳ１０１では、吸気管圧力センサ９２により検出した吸気管圧力Ｐｉｎ及び吸気温センサ９４により検出した吸気管温度Ｔｉｎを取得する。続くステップＳ１０２では、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射によりエンジン運転を実施している期間であるか否かを判定する。
【００３４】
第２噴射弁２２による液体燃料の噴射によりエンジン運転を実施している期間であれば、ステップＳ１０３へ進み、吸気管圧力センサ９２により検出した吸気管圧力Ｐｉｎを、気筒１６内に吸入される空気の体積流量として、吸気管圧力Ｐｉｎ及びエンジン回転速度Ｎｅからエンジン負荷率（第１エンジン負荷率Ｒ）を算出する。続くステップＳ１０７では、エンジン負荷率に基づいて吸入空気量Ｑを算出する。その後、ステップＳ１０８へ進み、算出した吸入空気量Ｑに対応するスロットル開度及び第２噴射弁２２による燃料噴射量を算出する。また、各駆動部（スロットルアクチュエータ１５ａ及び第２噴射弁２２）に対して駆動信号を出力する。
【００３５】
一方、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射によりエンジン運転を実施している期間である場合には、ステップＳ１０２で肯定判定されてステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４では、吸気管圧力Ｐｉｎ及び吸気管温度Ｔｉｎを用いて、上記式（１）により燃料密度ρＦ´を算出するとともに、上記式（２）により空気密度ρＡ´を算出する。続くステップＳ１０５では、上記式（３）〜式（５）により、気筒１６内に吸入される空気と気体燃料との体積比率α（＝ＶＡ／Ｖ）を算出する。
【００３６】
ステップＳ１０６では、吸気管圧力Ｐｉｎ及びエンジン回転速度Ｎｅから第１エンジン負荷率Ｒを算出するとともに、この第１エンジン負荷率Ｒ及び体積比率αを用いて、上記式（６）によりエンジン負荷率（第２エンジン負荷率ＲＡ）を算出する。続くステップＳ１０７では、エンジン負荷率に基づいて吸入空気量Ｑを算出する（空気量算出手段）。その後、ステップＳ１０８へ進み、吸入空気量Ｑに対応するスロットル開度及び第１噴射弁２１による燃料噴射量を算出するとともに、各駆動部（スロットルアクチュエータ１５ａ及び第１噴射弁２１）に対して駆動信号を出力する（制御手段）。
【００３７】
以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。
【００３８】
吸気管圧力Ｐｉｎによって吸入空気量Ｑを演算するシステムにおいて、吸気管圧力センサ９２による吸気管圧力Ｐｉｎの検出値に基づいて、気筒１６内に吸入される空気と気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出し、これを吸入空気量Ｑとしてエンジン１０の各種制御を実施する構成とした。気体燃料の噴射時では、液体燃料の噴射時に比べて、吸気管１１内において気体燃料が占める体積比率が大きく、吸気管圧力センサ９２によって気体燃料の体積流量分がセンシングされる。この点に鑑み、上記構成では、吸気管圧力センサ９２による吸気管圧力Ｐｉｎの検出値から気体燃料の検出誤差分を排除した真の吸入空気量Ｑを算出し、これを用いてエンジン１０の各種制御を実施することから、気体燃料の噴射時におけるエンジン１０の制御性を改善することができる。
【００３９】
吸気管１１内において気体燃料の占める体積比率が大きいほど、空気が占める体積比率は小さくなり、吸気管圧力Ｐｉｎの検出値に対する実際の吸入空気量Ｑが少なくなる。また、吸気管１１内の空気と気体燃料との体積比率は、気筒１６内に吸入される混合気中の空気と気体燃料との体積比率で表される。この点に鑑み、吸気管圧力Ｐｉｎの検出値と、気筒１６内に吸入される混合気中の空気と気体燃料との体積比率αと、に基づいて吸入空気量Ｑを算出する構成とした。この構成によれば、吸気管１１内における空気と気体燃料との体積比率に応じて吸入空気量Ｑを正確に求めることができる。
【００４０】
また、エンジン１０の目標空燃比に基づいて体積比率αを算出する構成とした。この構成によれば、気筒１６内に吸入される混合気中の空気と気体燃料との体積比率を検出するための新たなセンサを取り付けることなく、既存のセンサの検出値から当該体積比率を算出することができる。
【００４１】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射期間中に吸気管圧力センサ９２により検出した吸気管圧力Ｐｉｎを用いてエンジン１０の各種制御を実施することを前提として説明した。これに対し、本実施形態では、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射期間中でないときに吸気管圧力センサ９２により吸気管圧力Ｐｉｎが検出される場合を考慮してエンジン１０の各種制御を実施する。
【００４２】
すなわち、エンジン１０では、都度のエンジン運転状態に応じて、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射時期や噴射期間の長さが異なる。また、燃料の噴射時期や噴射期間の長さが都度異なることにより、センサ検出値としての吸気管圧力Ｐｉｎが、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射期間中に検出した値であるか、それとも第１噴射弁２１による気体燃料の噴射期間でないときに検出した値であるかが異なる場合がある。
【００４３】
図４は、吸気管圧力Ｐｉｎの検出タイミングと噴射期間の長さとの関係を示す図である。図４では、排気行程噴射で気体燃料をエンジン１０に供給する場合について示している。また、吸気管圧力Ｐｉｎの検出タイミングを排気行程中の所定の検出位置Ａとしている。なお、検出位置Ａで検出した吸気管圧力Ｐｉｎは、次回の燃料噴射（次々回の燃焼）のための制御量算出の際に用いられる。
【００４４】
図４では、１回の噴射当たりの燃料噴射量が多いとき、つまり燃料の噴射期間が長いときには、検出位置Ａでは第１噴射弁２１から気体燃料が噴射されている（図中の（Ｉ））。これに対し、１回の噴射当たりの燃料噴射量が少ない場合には燃料の噴射期間が短くなり、検出位置Ａでは第１噴射弁２１から気体燃料が噴射されていない（図中の（ＩＩ））。つまり、（Ｉ）の場合には、吸気管圧力センサ９２では気体燃料の体積流量分がセンシングされるため、吸気管圧力センサ９２の検出値を気筒１６内に吸入される空気の体積流量とみなすと、吸入空気量Ｑの算出誤差が生じる。これに対し、（ＩＩ）の場合には、気体燃料の影響を考慮しなくてもよく、吸気管圧力センサ９２の検出値を気筒１６内に吸入される空気の体積流量とみなすことができる。
【００４５】
そこで本実施形態では、吸気管圧力センサ９２により検出した吸気管圧力Ｐｉｎが、エンジン１０の１燃焼サイクル内のうち、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射期間中に検出した圧力である場合には、該検出した吸気管圧力Ｐｉｎに基づいて、エンジン１０の気筒内に吸入される空気と気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する。一方、吸気管圧力センサ９２により検出した吸気管圧力Ｐｉｎが、エンジン１０の１燃焼サイクル内のうち、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射期間中でないときに検出した圧力である場合には、該検出した吸気管圧力Ｐｉｎを、気筒内に吸入される空気と気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の圧力とみなして、空気に相当する分の質量流量を算出する。
【００４６】
次に、本実施形態のエンジン制御の処理手順を図５のフローチャートを用いて説明する。この処理は、制御部８０のＣＰＵにより所定周期で繰り返し実行される。なお、図５の説明では、上記図３と同じ処理については図３のステップ番号を付してその説明を省略する。
【００４７】
図５において、ステップＳ２０１，Ｓ２０２では、上記図３のステップＳ１０１，Ｓ１０２と同じ処理を実行する。続くステップＳ２０３では、取得した吸気管圧力Ｐｉｎ及び吸気管温度Ｔｉｎ（センサ値）について、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射期間中の検出値であるか否かを判定する。取得したセンサ値が気体燃料の噴射期間中の検出値である場合にはステップＳ２０４〜Ｓ２０８の処理を実行する。このステップＳ２０４〜Ｓ２０８の処理は、上記図３のステップＳ１０４〜Ｓ１０８の処理と同じである。
【００４８】
一方、取得したセンサ値が気体燃料の噴射期間中の検出値でない場合にはステップＳ２０９へ進み、吸気管圧力センサ９２により検出した吸気管圧力Ｐｉｎを、気筒１６内に吸入される空気の体積流量とみなして、吸気管圧力Ｐｉｎ及びエンジン回転速度Ｎｅからエンジン負荷率（第１エンジン負荷率Ｒ）を算出する。このステップＳ２０９の処理は上記図３のステップＳ１０３と同じである。
【００４９】
以上説明した第２実施形態によれば、吸気管圧力センサ９２により検出した吸気管圧力Ｐｉｎが、エンジン１０の１燃焼サイクル内のうち、第１噴射弁２１による気体燃料の噴射期間中に検出した圧力であるか、それとも第１噴射弁２１による気体燃料の噴射期間中でないタイミングで検出した圧力であるかに応じて、吸気管圧力センサ９２の検出値に基づく吸入空気量Ｑの算出方法を異なるものとしたため、吸気管圧力Ｐｉｎの検出タイミングにおいて燃料噴射の状況が都度異なる場合であっても、吸入空気量Ｑを精度良く算出することができる。
【００５０】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
【００５１】
・上記実施形態では、吸気管圧力Ｐｉｎ及び体積比率αを用いて、上記式（６）により第２エンジン負荷率ＲＡを算出し、その算出した第２エンジン負荷率ＲＡに基づいて第１噴射弁２１による燃料噴射量を算出した。これに対し、本実施形態では、吸気管圧力Ｐｉｎ及び体積比率αを用いて、気体燃料の体積流量に対応するエンジン負荷率として第３エンジン負荷率ＲＦを算出し、その算出した第３エンジン負荷率ＲＦを用いて第１噴射弁２１による燃料噴射量を算出する構成とする。第３エンジン負荷率ＲＦは、下記式（７）で表される。また、第３エンジン負荷率ＲＦを用いて燃料噴射量を算出する方法は特に限定せず、例えば第３エンジン負荷率ＲＦに対応する燃料噴射量をモデル化し、それを数式等で表したものを用いて算出する方法等が挙げられる。
RF=R×(VF/V)      …(7)
【００５２】
・第１噴射弁２１に供給される気体燃料の組成を学習する組成学習手段を備え、該組成学習手段による学習結果を用いて、エンジン１０の気筒内に吸入される空気と気体燃料との混合気のうち空気に相当する分の質量流量を算出する構成とする。ＣＮＧは、産地や生産工程によって組成にばらつきがある。また、採掘した天然ガスを精製することなく燃料としてそのまま使用する地域もある。特に、窒素や二酸化炭素などの不活性ガス（不純物）の混入割合が多い気体燃料がガスタンク４２内に充填された場合には気体燃料の密度が大きく変わり、吸入空気量Ｑの算出精度に及ぼす影響が大きくなることが考えられる。この点を考慮して上記構成とすることにより、燃料組成のばらつきの影響を抑えつつ吸入空気量Ｑを精度良く算出することができる。
【００５３】
図６に、本実施形態における気体燃料噴射時のエンジン制御の概略構成を示す機能ブロック図を示す。なお、図６は、エンジン１０の１燃焼サイクル内における気体燃料の噴射期間中に吸気管圧力センサ９２によって吸気管圧力Ｐｉｎが検出されることを前提としている。
【００５４】
図６に示すように、本実施形態の制御部８０は、気体密度算出部８１と、体積比率算出部８２と、吸入空気量算出部８３と、制御量算出部８４とを備えている。気体密度算出部８１は、吸気管温度Ｔｉｎと吸気管圧力Ｐｉｎと燃料組成の学習値（組成学習値）とを入力し、これらのパラメータに基づいて気体燃料の密度（燃料密度）ρＦ´［kg/m3］及び空気密度ρＡ´［kg/m3］を算出する。具体的には、燃料密度ρＦ´については、上記式（１）を用いて燃料密度のベース値を算出し、そのベース値を組成学習値で補正する。空気密度ρＡ´については上記式（２）を用いて算出する。
【００５５】
燃料組成の学習方法は任意でよいが、一例としては、空燃比フィードバック制御にて算出される燃料噴射量の補正量（空燃比補正量ＦＢ）に基づき学習値を算出する方法が挙げられる。具体的には、ガスタンク４２内に気体燃料が補充された場合の次回のエンジン運転開始後に、空燃比補正量ＦＢが予め設定された所定の制御範囲を超えたときには、燃料組成の学習値ＦＡに所定の更新量ｆａ１を加算し、この加算に併せて空燃比補正量ＦＢから更新量ｆａ１を減算する。これを繰り返すことにより、空燃比補正量ＦＢを制御範囲内に収め、そのときの空燃比補正量ＦＢのずれ分を学習値ＦＡとして記憶する。この場合、気体燃料中の不活性ガスの混入割合が多いほど、基本噴射量に対する増量補正が多くなり、学習値ＦＡは大きくなる。なお、気体密度算出部８１以外については上記図２と同じであるため説明を省略する。
【００５６】
・上記実施形態では、排気センサとしてＯ2センサ１８ａ，１８ｂが設けられたシステムに適用したが、触媒１９の少なくとも上流側に、排気中の酸素濃度に比例した広域の空燃比信号を出力する広域検出タイプのＡ／Ｆセンサが設けられたシステムに本発明を適用してもよい。
【００５７】
・排気センサとして触媒１９の上流側にＡ／Ｆセンサが設けられたシステムに適用する場合、目標空燃比に代えて実空燃比を用いて体積比率αを算出する構成としてもよい。実空燃比により体積比率αを算出することにより、実空燃比と目標空燃比とが一致していない状況下において、吸気管１１内の空気と気体燃料との体積比率をより正確に求めることができる。その結果、吸入空気量Ｑの演算精度をより高めることができる。
【００５８】
・燃料噴射手段としてガソリン噴射用の燃料噴射弁のみを備える既存のガソリンエンジンに対して、気体燃料の燃料供給ユニットを搭載することによって２種類の燃料を噴射可能なシステムに変更することがある。このようなシステムに本発明を適用することもできる。具体的には、第１噴射弁２１の先端部に噴射管が接続されており、この噴射管が吸気管に設けられている。第１噴射弁２１から噴出された気体燃料は噴射管を介してエンジン１０の吸気ポートに噴射される。
【００５９】
・上記実施形態では、気体燃料（ＣＮＧ燃料）と液体燃料（ガソリン燃料）とを燃焼用の燃料として使用するバイフューエルエンジンに本発明を具体化する場合について説明したが、燃焼用の燃料として気体燃料のみを使用するガスエンジンに本発明を具体化してもよい。あるいは、気体燃料と液体燃料とを併用して使用するエンジンに本発明を具体化してもよい。
【００６０】
・上記実施形態では気体燃料をＣＮＧ燃料としたが、標準状態で気体のその他のガス燃料を用いることもでき、例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン、水素、ジメチルエーテルなどを主成分とする燃料を用いる構成としてもよい。また、液体燃料についてもガソリン燃料に限定しない。例えば、液体燃料としての軽油を燃焼用の燃料とするディーゼルエンジンに、気体燃料の燃料噴射システムを搭載した構成に本発明を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０…エンジン（内燃機関）、１１…吸気管、１６…気筒、１８ａ…排気センサ、１８ｂ…排気センサ、２１…第１噴射弁、２２…第２噴射弁、４０…気体燃料供給部、４３…レギュレータ、４５…遮断弁、７０…液体燃料供給部、８０…制御部（空気量算出手段、制御手段、組成学習手段）、９２…吸気管圧力センサ（圧力検出手段）。
【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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