(57)【要約】【課題】  水素添加内燃機関の制御装置に関し、燃費の悪化やトルクの不要な増大を招くことのない方法でトルクの変動を抑制できるようにする。【解決手段】  内燃機関の運転状態に応じて決定された割合でガソリンと水素の噴射量制御を行ったとき、トルク変動の大きさが所定値を超えたときには、水素の添加割合を増大側に補正することによってトルク変動を抑制する。  なお、ガソリン、水素の各噴射量は、それぞれが分担する負荷率に基づいて決定してもよい。各燃料が分担する負荷率は、内燃機関の運転状態から決まる目標負荷率と水素添加割合から求めることができる。【選択図】      図３
2006046077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリンと水素を燃料として運転可能な水素添加内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態に応じて決定された割合でガソリンと水素の噴射量制御を行う燃料噴射量制御手段と、
前記内燃機関のトルクの変動を検出するトルク変動検出手段と、
前記トルク変動検出手段により検出されたトルク変動の大きさが所定値を超えたときには、水素の添加割合を増大側に補正することによりトルク変動を抑制するトルク変動抑制手段と、
を備えることを特徴とする水素添加内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記トルク変動抑制手段は、前記トルク変動検出手段により検出されたトルク変動の大きさが所定値以下のときには、水素添加割合を減少側に補正することを特徴とする請求項１記載の水素添加内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記トルク変動検出手段は、トルク変動として気筒間のトルク差を検出し、
前記トルク変動抑制手段は、水素添加割合の補正をトルク差に応じて気筒毎に実行することを特徴とする請求項１又は２記載の水素添加内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の運転状態から当量比の目標値を決定する目標当量比設定手段と、
目標当量比とガソリン噴射量及び水素噴射量から吸入空気量を決定する吸入空気量制御手段とをさらに備え、
前記トルク変動抑制手段は、水素添加割合が所定の上限値に達した場合には、水素添加割合の補正は中止して、目標当量比を増大側に補正することによりトルク変動を抑制することを特徴とする請求項１又は２記載の水素添加内燃機関の制御装置。
【請求項５】
ガソリンと水素を燃料として運転可能な水素添加内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態から当量比の目標値を決定する目標当量比設定手段と、
前記内燃機関の運転状態に応じて決定された割合でガソリンと水素の噴射量制御を行う燃料噴射量制御手段と、
目標当量比とガソリン噴射量及び水素噴射量から吸入空気量を決定する吸入空気量制御手段と、
前記内燃機関のトルクの変動を検出するトルク変動検出手段と、
前記トルク変動検出手段により検出されたトルク変動の大きさが所定値を超えたときには、目標当量比を増大側に補正することによりトルク変動を抑制するトルク変動抑制手段とを備え、
前記トルク変動抑制手段は、目標当量比が所定の上限値に達したときには、水素の添加割合を増大側に補正するとともに目標当量比を減少側に補正することを特徴とする水素添加内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃料噴射量制御手段は、前記内燃機関の運転状態から前記内燃機関の負荷率の目標値を決定する目標負荷率設定手段と、前記内燃機関の運転状態から水素の添加割合を決定する水素添加割合設定手段とを含み、目標負荷率と水素添加割合からガソリンと水素のそれぞれが分担する負荷率を演算し、ガソリンが分担する負荷率からガソリン噴射量を決定するとともに、水素が分担する負荷率から水素噴射量を決定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の水素添加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、ガソリンと水素を燃料として運転可能な水素添加内燃機関の制御装置に関し、特に、トルク変動を水素添加割合の増減によって抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、ガソリンとともに水素を内燃機関の燃料として使用する技術が知られている。水素は燃焼性に優れているため、ガソリンに水素を添加することで内燃機関のリーンバーン領域を拡大することができ、燃費の向上やＮＯｘ排出量の低減といった顕著な効果を得られるようになる。また、特許文献１に開示されているように、燃焼状態の悪化によって失火や爆発力の低下が生じ、内燃機関が出力するトルクに変動が生じた場合には、水素の噴射量を増量してやることで、燃焼状態を改善してトルク変動を抑制することができるという効果もある。
【特許文献１】特開２００４−１１６３９８号公報
【特許文献２】特開平６−２００８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術では、トルク変動が生じた場合、規定の燃料噴射量に水素噴射量の増量分が加わることになるため、その分、燃費は悪化することになる。また、水素噴射量の増量によって１サイクル当たりの総発熱量が増大するため、必要以上のトルクが出力されることにもなる。
【０００４】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃費の悪化やトルクの不要な増大を招くことのない方法でトルクの変動を抑制できるようにした水素添加内燃機関の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】
【０００５】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ガソリンと水素を燃料として運転可能な水素添加内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態に応じて決定された割合でガソリンと水素の噴射量制御を行う燃料噴射量制御手段と、
前記内燃機関のトルクの変動を検出するトルク変動検出手段と、
前記トルク変動検出手段により検出されたトルク変動の大きさが所定値を超えたときには、水素添加割合を増大側に補正することによりトルク変動を抑制するトルク変動抑制手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００６】
第２の発明は、上記第１の発明において、前記トルク変動抑制手段は、前記トルク変動検出手段により検出されたトルク変動の大きさが所定値以下のときには、水素添加割合を減少側に補正することを特徴としている。
【０００７】
第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、前記トルク変動検出手段は、トルク変動として気筒間のトルク差を検出し、
前記トルク変動抑制手段は、水素添加割合の補正をトルク差に応じて気筒毎に実行することを特徴としている。
【０００８】
第４の発明は、上記第１又は第２の発明において、前記内燃機関の運転状態から当量比の目標値を決定する目標当量比設定手段と、
目標当量比とガソリン噴射量及び水素噴射量から吸入空気量を決定する吸入空気量制御手段とをさらに備え、
前記トルク変動抑制手段は、水素添加割合が所定の上限値に達した場合には、水素添加割合の補正は中止して、目標当量比を増大側に補正することによりトルク変動を抑制することを特徴としている。
【０００９】
第５の発明は、上記の目的を達成するため、ガソリンと水素を燃料として運転可能な水素添加内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態から当量比の目標値を決定する目標当量比設定手段と、
前記内燃機関の運転状態に応じて決定された割合でガソリンと水素の噴射量制御を行う燃料噴射量制御手段と、
目標当量比とガソリン噴射量及び水素噴射量から吸入空気量を決定する吸入空気量制御手段と、
前記内燃機関のトルクの変動を検出するトルク変動検出手段と、
前記トルク変動検出手段により検出されたトルク変動の大きさが所定値を超えたときには、目標当量比を増大側に補正することによりトルク変動を抑制するトルク変動抑制手段とを備え、
前記トルク変動抑制手段は、目標当量比が所定の上限値に達したときには、水素の添加割合を増大側に補正するとともに目標当量比を減少側に補正することを特徴としている。
【００１０】
第６の発明は、上記第１乃至第５の何れか１つの発明において、前記燃料噴射量制御手段は、前記内燃機関の運転状態から前記内燃機関の負荷率の目標値を決定する目標負荷率設定手段と、前記内燃機関の運転状態から水素の添加割合を決定する水素添加割合設定手段とを含み、目標負荷率と水素添加割合からガソリンと水素のそれぞれが分担する負荷率を演算し、ガソリンが分担する負荷率からガソリン噴射量を決定するとともに、水素が分担する負荷率から水素噴射量を決定するように構成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明において水素添加割合が増大側に補正されると、それに応じて水素噴射量は増量され、逆にガソリン噴射量は水素添加割合の増大に伴うガソリン添加割合の減少によって減量される。その結果、全体でのエネルギ消費量は水素の増量分とガソリンの減量分とで相殺されることになり、燃費の悪化は防止される。また、水素噴射量が増量された分、ガソリン噴射量が減量されることから、内燃機関から出力されるトルクが不要に増大することも防止される。第１の発明によれば、燃費の悪化やトルクの不要な増大を招くことなく、トルクの変動を抑制することができる。
【００１２】
また、第２の発明によれば、トルク変動が小さい状況では水素添加割合が減少側に補正されるので、水素の使用量を必要最小限に抑えることが可能になる。
【００１３】
また、第３の発明によれば、燃費の悪化やトルクの不要な増大を招くことなく、気筒間のトルク差の解消によってトルクの変動を抑制することができる。
【００１４】
また、第４の発明によれば、水素添加割合が上限値に達した場合には、水素添加割合の補正によるトルク変動の抑制から、目標当量比の補正によるトルク変動の抑制に切り替えられるので、水素の使用量の増大を抑制しながらトルク変動を抑制することができる。
【００１５】
第５の発明において目標当量比が増大側に補正されると、気筒内の燃料濃度が濃くなって燃焼状態は良好になる。当量比の増大は吸入空気量の減少により実現されるので、トルクが不必要に増大することも防止される。また、当量比の増大に伴いＮＯｘの排出量は増大していくが、目標当量比が上限値に達した場合には、水素添加割合が増大側に補正された上で目標当量比は減少側に補正されるので、ＮＯｘの排出量が過大になることは防止される。さらに、当量比が増大するとポンピング損失の増大によって燃費が悪化するが、目標当量比に上限が設けられることで燃費の悪化は抑制される。また、目標当量比が減少側に補正されるときには、水素添加割合が増大側に補正されているので、当量比が減少したとしても燃焼の悪化を招くことはない。第５の発明によれば、燃費の悪化やトルクの不要な増大を招くことなく、且つ、水素の使用を最小限に抑えながら、トルクの変動を抑制することができる。
【００１６】
また、第６の発明によれば、水素噴射量とガソリン噴射量は目標負荷率を前提として決定されるので、内燃機関から出力されるトルクの不要な増大はより確実に防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は本発明の実施の形態１としての制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す図である。内燃機関２は内部にピストン８が配置されたシリンダブロック６と、シリンダブロック６に組み付けられたシリンダヘッド４を備えている。ピストン８の上面からシリンダヘッド４までの空間は燃焼室１０を形成しており、この燃焼室１０に連通するように吸気ポート１８と排気ポート２０がシリンダヘッド４に形成されている。吸気ポート１８と燃焼室１０との接続部には、吸気ポート１８と燃焼室１０との連通状態を制御する吸気バルブ１２が設けられ、排気ポート２０と燃焼室１０との接続部には、排気ポート２０と燃焼室１０との連通状態を制御する排気バルブ１４が設けられている。また、シリンダヘッド４には、燃焼室１０の頂部から燃焼室１０内に突出するように点火プラグ１６が取り付けられている。
【００１８】
シリンダヘッド４の吸気ポート１８には、新気を燃焼室１０内に導入するための吸気通路３０が接続されている。吸気通路３０の上流端にはエアクリーナ３２が設けられ、新気はエアクリーナ３２を介して吸気通路３０内に取り込まれる。吸気通路３０のエアクリーナ３２の下流には、吸入空気量を測定するためのエアフローメータ７６が取り付けられている。吸気通路３０の下流部は気筒毎（吸気ポート１８毎）に分岐しており、その分岐部にはサージタンク３４が設けられている。吸気通路３０のサージタンク３４の上流には電子制御式のスロットルバルブ３６が配置されている。スロットルバルブ３６は燃焼室１０へ吸入される空気量を調整するための装置であり、モータによって開閉駆動される。スロットルバルブ３６には、その開度を測定するためのスロットルセンサ７８が付設されている。
【００１９】
吸気通路３０の吸気ポート１８の近傍には燃料を噴射するための２つのインジェクタ５０，６０が気筒毎に設けられている。一方のインジェクタ６０はガソリンインジェクタであり、通電制御により開閉駆動されてガソリンを噴射する電磁弁である。ガソリンインジェクタ６０は、ガソリン通路６４を介してガソリンタンク６２に接続されている。ガソリン通路６４にはガソリンポンプ６６が配置され、ガソリンタンク６２内のガソリンはガソリンポンプ６６によって圧縮されてガソリンインジェクタ６０に供給される。もう一方のインジェクタ５０は水素インジェクタであり、通電制御により開閉駆動されて水素を噴射する電磁弁である。水素インジェクタ５０は、水素通路５４を介して水素タンク５２に接続されている。水素通路５４には水素ポンプ５６が配置され、水素タンク５２内の水素は水素ポンプ５６によって圧縮されて水素インジェクタ５０に供給される。
【００２０】
また、内燃機関２には、その制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０が備えられている。ＥＣＵ７０の出力側には前述のガソリンインジェクタ６０，水素インジェクタ５０，スロットルバルブ３６等の種々の機器が接続されている。ＥＣＵ７０の入力側には前述のエアフローメータ７６やスロットルセンサ７８の他、アクセルポジションセンサ７２やクランク角センサ７４等の種々のセンサ類が接続されている。アクセルポジションセンサ７２は、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するセンサであり、クランク角センサ７４はクランク角に応じた信号を出力するセンサである。ＥＣＵ７０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムに従って各機器を駆動するようになっている。
【００２１】
ＥＣＵ７０により実施される内燃機関２の制御の一つとして、ガソリンインジェクタ６０からのガソリン噴射量、及び水素インジェクタ５０からの水素噴射量を決定する燃料噴射量制御がある。図２は、ＥＣＵ７０により実行される燃料噴射量制御ルーチンについて示すフローチャートである。本ルーチンは、一定のクランク角毎に周期的に実行される。
【００２２】
燃料噴射量制御ルーチンの最初のステップ１００では、アクセルポジションセンサ７２の信号からアクセル開度が読み込まれるとともに、クランク角センサ７４の信号から回転数（クランク軸の回転速度）が読み込まれる。次のステップ１０２では、予め記憶されているマップからステップ１００で読み込まれたアクセル開度と回転数に応じた内燃機関２の負荷率の目標値（目標負荷率）が算出される。負荷率は内燃機関２の負荷状態を数値で表したものであり、無負荷のときに０％となり全負荷のときに１００％となる。また、ステップ１０４では、予め記憶されているマップからステップ１００で読み込まれたアクセル開度と回転数に応じた水素添加割合が算出される。本実施形態では、ガソリンと水素を合わせた燃料全体の総発熱量に対する水素の発熱量の比として水素添加割合を定義する。
【００２３】
次のステップ１０６では、目標負荷率と水素添加割合から、次の式（１）及び式（２）を用いてガソリンと水素のそれぞれが分担する負荷率が算出される。
水素負荷率  ＝  目標負荷率  ×  水素添加割合  ・・・（１）
ガソリン負荷率  ＝  目標負荷率  −  水素負荷率  ・・・（２）
上記の式（１）及び式（２）において、目標負荷率には、ステップ１０２で算出された値が用いられる。一方、水素添加割合には、ステップ１０４で算出された水素添加割合を基本値として、この基本値を後述する水素添加割合制御ルーチンにより補正した値が用いられる。
【００２４】
さらに次のステップ１０８では、次の式（３）を用いて水素負荷率から水素インジェクタ５０の開弁時間が算出されるとともに、次の式（４）を用いてガソリン負荷率からガソリンインジェクタ６０の開弁時間が算出される。
水素インジェクタ開弁時間  ＝  水素負荷率  ×  係数１  ・・・（３）
ガソリンインジェクタ開弁時間  ＝  ガソリン負荷率  ×  係数２  ・・・（４）
上記の式（３）及び式（４）において、各係数は、各インジェクタの単位開弁時間当たりの燃料噴射量や各燃料の単位量当たりの発熱量等から決定されている。これら係数は固定値でもよく変数でもよい。ただし、係数１に関しては、温度や圧力による水素の体積変化を考慮して水素通路５４を流れる水素の温度や圧力によって決まる変数とするのが好ましい。
【００２５】
ステップ１０８で算出された水素インジェクタ開弁時間は、水素インジェクタ５０を駆動するＥＣＵ７０内のドライバにセットされる。またガソリンインジェクタ開弁時間は、ガソリンインジェクタ６０を駆動するＥＣＵ７０内のドライバにセットされる。ステップ１０８の処理は燃料噴射タイミングの前に実行されるようになっており、各ドライバはステップ１０８で設定された各開弁時間に基づいて各インジェクタ５０，６０を駆動する。
【００２６】
上記の燃料噴射量制御ルーチンはＥＣＵ７０により実行される基本制御ルーチンの１つである。ＥＣＵ７０により実行される他の基本制御ルーチンとしては、吸入空気量を決定する吸入空気量制御ルーチンがある。吸入空気量制御ルーチンでは、まず、内燃機関２の運転状態（例えば、アクセル開度及び回転数）から当量比の目標値（目標当量比）が決定される。目標当量比が決まれば、燃料噴射量制御ルーチンで決定された各燃料噴射量と目標当量比から吸入空気量が決定される。決定された吸入空気量は、スロットルバルブ３６を駆動するＥＣＵ７０内のドライバにセットされ、ドライバはセットされた吸入空気量に基づいてスロットルバルブ３６を駆動する。なお、本実施形態の内燃機関２のような水素添加内燃機関では、ガソリンに水素を添加することで、ガソリンのみの場合よりも低当量比下で安定した燃焼が可能になる。このとき、安定した燃焼が確保できる限りは、当量比をより小さくしたほうが燃焼温度を低下させてＮＯｘ排出量を低減することができる。したがって、本実施形態にかかる吸入空気量制御ルーチンでは、安定した燃焼を確保可能なほぼ限界の最小当量比が目標当量比として設定される。
【００２７】
ＥＣＵ７０は、上記の各基本ルーチンととともに、燃料噴射量制御にかかるルーチンとして次の水素添加割合制御ルーチンも実行する。図３は、ＥＣＵ７０により実行される水素添加割合制御ルーチンについて示すフローチャートである。本ルーチンは、燃焼状態の悪化に伴い発生するトルクの変動の抑制を目的として実行されるルーチンであり、一定クランク角毎に周期的に実行される。
【００２８】
水素添加割合制御ルーチンの最初のステップ２００では、現在の内燃機関２の運転領域がトルク変動フィードバック領域にあるか否か判定される。トルク変動フィードバックとはステップ２０２以降の処理を指し、トルク変動フィードバック領域とはステップ２０２以降の処理を実行する必要のある運転領域、具体的には、トルク変動が生じやすい低回転低負荷領域を指している。内燃機関２の運転領域がトルク変動フィードバック領域から外れている場合には、ステップ２０２以降の処理は実行されない。
【００２９】
内燃機関２の運転領域がトルク変動フィードバック領域に入った場合には、トルク変動が悪化しているか否か、つまり、トルク変動の大きさが所定の基準値を超えたか否か判定される（ステップ２０２）。トルク変動の大きさを示す指標値としては、過去複数サイクルにおけるトルクの標準偏差や分散を用いてもよく、過去複数サイクルにおけるトルクの軌跡長を用いてもよい。或いは、過去複数サイクルにおけるトルクの最大値と最小値との差を指標値として用いてもよい。内燃機関２が出力するトルクはトルクセンサによって直接検出する他、クランク角センサ７４から供給される信号に基づいてクランク軸の角加速度を求め、これをトルク対応値として用いることも可能である。或いは、燃焼室１０内の圧力を検出する筒内圧センサを備える場合には、筒内圧センサから供給される信号とクランク角センサ７４から供給される信号とに基づいて図示トルクを算出し、これをトルク対応値として用いることも可能である。
【００３０】
ステップ２０２の判定の結果、トルク変動が悪化していると判定された場合には、水素添加割合が増大側に補正される（ステップ２０４）。具体的には、現在の水素添加割合に所定割合（例えば数％）が補正値として加算される。前述のようにステップ１０４で算出される水素添加割合は基本値であり、ステップ２０４の処理が実行される度に基本値に補正値が加算されていく。ステップ１０８で算出される水素インジェクタ開弁時間は補正された水素添加割合に基づいて設定されるので、水素添加割合が増大側に補正された結果、水素インジェクタ５０からの水素噴射量は増量される。逆にガソリンインジェクタ６０からのガソリン噴射量は、水素添加割合の増大に伴うガソリン添加割合の減少によって減量される。
【００３１】
一方、ステップ２０２の判定の結果、トルク変動が悪化していないと判定された場合には、水素添加割合が減少側に補正される（ステップ２０６）。具体的には、現在の水素添加割合から所定割合（例えば数％）が補正値として減算される。ステップ２０６の処理が実行される度に基本値から補正値が減算されていく。水素添加割合が減少側に補正された結果、水素インジェクタ５０からの水素噴射量は減量され、逆にガソリンインジェクタ６０からのガソリン噴射量は、水素添加割合の減少に伴うガソリン添加割合の増大によって増量される。
【００３２】
上記の水素添加割合制御ルーチンによれば、トルク変動が悪化した場合には水素添加割合が増大側に補正されることで燃焼が改善され、トルク変動は抑制される。このとき、水素添加割合の増大により水素噴射量は増量されるが、逆にガソリン噴射量は減量されるので、全体でのエネルギ消費量（熱量の消費量）は水素の増量分とガソリンの減量分とで相殺されることになり、燃費の悪化は防止される。また、燃焼性に優れた水素の添加割合が増大する分、若干のトルクの上昇はあるものの、水素噴射量とガソリン噴射量は燃料噴射量制御ルーチンにおいて目標負荷率を前提として決定されるので、トルクが不要に増大することは防止される。
【００３３】
また、上記の水素添加割合制御ルーチンによれば、トルク変動の悪化が認められない状況では水素添加割合が減少側に補正されるので、水素噴射量は減量され、ガソリンに比較して車両への搭載容量の小さい水素の使用量を必要最小限に抑えることが可能になる。このときも、各燃料の増減にかかわらず内燃機関２から出力されるトルクが不要に増大することは防止される。
【００３４】
なお、上記実施の形態では、ＥＣＵ７０により図２の燃料噴射量制御ルーチンが実行されることで、第１の発明の「燃料噴射量制御手段」、及び、第６の発明の「目標負荷率設定手段」、「水素添加割合設定手段」及び「燃料噴射量制御手段」が実現されている。また、ＥＣＵ７０により図３の水素添加割合制御ルーチンが実行されることで、第１の発明の「トルク変動検出手段」及び「トルク変動抑制手段」、並びに第２の発明の「トルク変動抑制手段」が実現されている。
【００３５】
実施の形態２.
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本発明の実施の形態２としての制御装置は、実施の形態１において、ＥＣＵ７０に、図３の水素添加割合制御ルーチンに代えて図４の水素添加割合制御ルーチンを実行させることにより実現することができる。基本ルーチンである燃料噴射量制御ルーチン及び吸入空気量制御ルーチンは、本実施形態においても実行されている。
【００３６】
内燃機関２では各気筒で順番に爆発が起こるため、各気筒のトルクに差があると内燃機関２から出力されるトルクは変動することになる。本実施形態では、図４の水素添加割合制御ルーチンにより気筒毎に水素添加割合を制御することで、気筒間のトルク差の減少を図っている。なお、本ルーチンも一定クランク角毎に周期的に実行される。
【００３７】
図４の水素添加割合制御ルーチンの最初のステップ３００では、現在の内燃機関２の運転領域がトルク変動フィードバック領域にあるか否か判定される。内燃機関２の運転領域がトルク変動フィードバック領域に入った場合には、ステップ３０２以降のトルク変動フィードバック処理が気筒毎に順に実行される。ここでは、４気筒エンジンを想定しており、本ルーチンの１回の実行でステップ３０２以降の処理は４回繰り返されるようになっている。
【００３８】
ステップ３０２では、対象気筒（ｉ気筒：ｉ＝１〜４）のトルクが全気筒の中で最小か否か判定される。本ルーチンの実行時、ＥＣＵ７０は、過去複数サイクルにおける各気筒の平均トルクを算出しており、ステップ３０２では各気筒の平均トルクが比較される。対象気筒のトルクが最小の場合には、対象気筒における水素添加割合が増大側に補正される（ステップ３０４）。水素添加割合の補正方法は実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。水素添加割合の増大補正により、対象気筒の水素インジェクタ５０からの水素噴射量は増量され、逆に対象気筒のガソリンインジェクタ６０からのガソリン噴射量は、水素添加割合の増大に伴うガソリン添加割合の減少によって減量される。
【００３９】
ステップ３０２の判定の結果、対象気筒のトルクが最小ではない場合には、次に、対象気筒のトルクが全気筒の中で最大か否か判定される（ステップ３０６）。対象気筒のトルクが最大と判定された場合には、対象気筒における水素添加割合が減少側に補正される（ステップ３０８）。これにより、対象気筒の水素インジェクタ５０からの水素噴射量は減量され、逆に対象気筒のガソリンインジェクタ６０からのガソリン噴射量は、水素添加割合の減少に伴うガソリン添加割合の増大によって増量される。一方、対象気筒のトルクが最小でも最大でもない場合には、対象気筒の水素添加割合は現状の値に維持される。
【００４０】
ステップ３０２以降の一連の処理が４気筒全てについて実行されることで、トルクが最小の気筒については水素噴射量が増量されるとともにガソリン噴射量は減量される。その結果、トルク最小の気筒では燃焼が改善され、失火や爆発力の低下が抑制されて平均トルクが向上する。これにより、気筒間のトルク差は減少することになり、内燃機関２から出力されるトルクの変動は抑制される。また、水素噴射量は増量されるが、逆にガソリン噴射量は減量されるので、全体での燃料の消費量は水素の増量分とガソリンの減量分とで相殺されることになり、燃費の悪化は防止される。
【００４１】
さらに、上記の水素添加割合制御ルーチンによれば、トルクが最大の気筒、すなわち、燃焼が良好な気筒については水素噴射量が減量されるので、水素の使用量を必要最小限に抑えることが可能になる。
【００４２】
なお、上記実施の形態では、ＥＣＵ７０により図４の水素添加割合制御ルーチンが実行されることで、第３の発明の「トルク変動検出手段」及び「トルク変動抑制手段」が実現されている。
【００４３】
実施の形態３.
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本発明の実施の形態３としての制御装置は、実施の形態１において、ＥＣＵ７０に、図図３の水素添加割合制御ルーチンに代えて図５のトルク変動制御ルーチンを実行させることにより実現することができる。基本ルーチンである燃料噴射量制御ルーチン及び吸入空気量制御ルーチンは、本実施形態においても実行されている。
【００４４】
実施の形態１では、トルクの変動が抑制されるまで水素添加割合は増大側に補正され、水素噴射量は増量されることになる。しかし、水素タンク５２の容量は小さいため、水素を大量に使用すると早期に枯渇してしまう可能性がある。そこで、本実施形態では、図５のトルク変動制御ルーチンにおいて水素添加割合に上限値を設け、水素添加割合が上限値に達した場合には、トルク変動の抑制方法を水素添加割合の補正による方法から他の方法に切り替えることで、水素使用量の抑制を図っている。なお、本ルーチンも一定クランク角毎に周期的に実行される。
【００４５】
図５のトルク変動制御ルーチンの最初のステップ４００では、現時点の水素添加割合が所定の上限値以内にあるか否か判定される。水素添加割合が未だ上限値を超えていない場合には、水素添加割合フィードバックが実行される（ステップ４０２）。水素添加割合フィードバックとは、図３により説明した水素添加割合制御ルーチンによる水素添加割合の増減制御のことを意味している。トルク変動の大きさが所定の基準値を超えた場合には水素添加割合が増大側に補正され、トルク変動の大きさが基準値以下の場合には水素添加割合は減少側に補正される。
【００４６】
水素添加割合フィードバックでは、水素添加割合は内燃機関２の燃焼状態に応じて増減される。内燃機関２の燃焼状態が良くない場合には、水素添加割合は次第に増大側に補正されていき、やがて上限値を超えることになる。ステップ４００の判定で現時点の水素添加割合が上限値を超えたと判定された場合には、水素添加割合フィードバックから次に説明する当量比フィードバックに切り替えられる（ステップ４０４）。
【００４７】
実施の形態１で説明したように、ＥＣＵ７０は、吸入空気量制御ルーチンの実行によって内燃機関２の運転状態から目標当量比を決定し、目標当量比と各燃料の噴射量から吸入空気量を決定している。当量比フィードバックでは、この目標当量比がトルク変動の大きさに応じて増減制御される。具体的には、まず、内燃機関２の運転状態がトルク変動フィードバック領域にあるか否か判定される（図３のステップ２００に相当）。運転領域がトルク変動フィードバック領域にある場合には、トルク変動の大きさが所定の基準値を超えているか否か判定される（図３のステップ２０２に相当）。トルク変動の大きさが所定の基準値を超えた場合には目標当量比が増大側に補正される（図３のステップ２０４に相当）。目標当量比の補正は、前述の水素添加割合の補正と同様な方法で行うことができる。目標当量比が増大側に補正されることで吸入空気量は減量され、その結果、気筒内の燃料濃度が濃くなって燃焼状態は良好になる。つまり、トルク変動は抑制される。また、上記のように当量比の増大は吸入空気量の減少により実現されるので、燃費が悪化することは防止され、トルクが不必要に増大することも防止される。一方、トルク変動の大きさが基準値以下の場合には目標当量比は減少側に補正される（図３のステップ２０６に相当）。目標当量比が減少側に補正されることで吸入空気量は増量され、その結果、気筒内の燃焼温度が低下してＮＯｘ生成量は減少する。
【００４８】
上記のように水素添加割合フィードバックによるトルク変動の抑制から、目標当量比フィードバックによるトルク変動の抑制に切り替えられることで、水素の使用量の増大を抑制しながらトルク変動を抑制することが可能になる。続くステップ４０６では、ステップ４０８及び４１０の処理の実行から一定時間（或いは一定クランク角）が経過しているか否か判定される。これらの処理は、一定時間毎に本ルーチンの実行周期よりも長い周期で実行される処理である。前回の実行から一定時間が経過した場合には、まず、水素添加割合が減少側に補正される（ステップ４０８）。次に、目標当量比が減少側に補正される（ステップ４１０）。水素添加割合の減少補正、目標当量比の減少補正が長周期で実行されることにより、水素添加割合及び当量比は全体的に抑制されることになる。その結果、水素使用量は抑制され、また、ＮＯｘ排出量も抑制される。なお、ステップ４０８の処理により水素添加割合が上限値以下まで低下した場合には、再び目標当量比フィードバックから水素添加割合フィードバックに切り替えられる。
【００４９】
上記実施の形態では、ＥＣＵ７０により図５のトルク変動制御ルーチンが実行されることで、第４の発明の「トルク変動抑制手段」が実現されている。また、前述の吸入空気量制御ルーチンが実行されることにより、第４の発明の「目標当量比設定手段」及び「吸入空気量制御手段」が実現されている。
【００５０】
実施の形態４.
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
本発明の実施の形態４としての制御装置は、実施の形態１において、ＥＣＵ７０に、図３の水素添加割合制御ルーチンに代えて図６のトルク変動制御ルーチンを実行させることにより実現することができる。基本ルーチンである燃料噴射量制御ルーチン及び吸入空気量制御ルーチンは、本実施形態においても実行されている。
【００５１】
実施の形態３で説明したように、トルク変動の抑制方法としては水素添加割合の補正による方法と目標当量比の補正による方法とがある。本実施形態では、目標当量比の補正によってトルク変動の抑制を図るものとする。ただし、当量比を大きくすると燃焼温度が上昇してＮＯｘ生成量が増大するため、目標当量比の設定値には上限がある。そこで、本実施形態では、図６のトルク変動制御ルーチンにおいて目標当量比に上限値を設けた上で、目標当量比の補正によってトルク変動の抑制を図っている。なお、本ルーチンも一定クランク角毎に周期的に実行される。
【００５２】
図６のトルク変動制御ルーチンの最初のステップ５００では、現時点の目標当量比が所定の上限値以内にあるか否か判定される。目標当量比が未だ上限値を超えていない場合には、当量比フィードバックが実行される（ステップ５０２）。当量比フィードバックでは、実施の形態３で説明したように、まず、内燃機関２の運転状態がトルク変動フィードバック領域にあるか否か判定され、運転領域がトルク変動フィードバック領域にある場合には、トルク変動の大きさが所定の基準値を超えているか否か判定される。そして、トルク変動の大きさが所定の基準値を超えた場合には目標当量比が増大側に補正され、トルク変動の大きさが基準値以下の場合には目標当量比は減少側に補正される。当量比フィードバックの作用及び効果は、実施の形態３で説明した通りである。
【００５３】
当量比フィードバックでは、目標当量比は内燃機関２の燃焼状態に応じて増減される。内燃機関２の燃焼状態が良くない場合には、目標当量比は次第に増大側に補正されていき、やがて上限値を超えることになる。ステップ５００の判定で現時点の目標当量比が上限値を超えたと判定された場合には、当量比フィードバックは一旦中止され、ステップ５０４及び５０６の処理に切り替えられる。
【００５４】
ステップ５０４では、水素添加割合が増大側に補正される。水素添加割合の増大補正により水素噴射量が増量されてガソリン噴射量は減量される。燃焼性に優れた水素が増量されることで内燃機関２の燃焼状態は向上することになり、よりリーン領域での運転が可能になる。そこで、次のステップ５０６では、目標当量比が減少側に補正される。水素添加割合が増大側に補正された上で目標当量比が減少側に補正されることにより、燃焼の悪化を招くことはなくＮＯｘの排出量が過大になることを防止できる。ステップ５０４及びステップ５０６の処理により目標当量比が上限値以下まで低下した場合には、再び当量比フィードバックが実行される。
【００５５】
続くステップ５０８では、後述するステップ５１０の処理の実行から一定時間（或いは一定クランク角）が経過しているか否か判定される。ステップ５１０の処理は、一定時間毎に本ルーチンの実行周期よりも長い周期で実行される処理である。前回の実行から一定時間が経過した場合には、ステップ５１０の処理が実行されて水素添加割合が減少側に補正される。ステップ５０４の処理により増大側に補正された水素添加割合は、ステップ５１０の処理により再び減少側に補正されることになるので、水素添加割合が過大になることはなく、水素の使用量は必要最小限に抑えられる。
【００５６】
上記実施の形態では、ＥＣＵ７０により図６のトルク変動制御ルーチンが実行されることで、第５の発明の「トルク変動検出手段」及び「トルク変動抑制手段」が実現されている。また、前述の燃料噴射量制御ルーチンが実行されることで、第５の発明の「燃料噴射量制御手段」と、第６の発明の「目標負荷率設定手段」、「水素添加割合設定手段」及び「燃料噴射量制御手段」が実現され、吸入空気量制御ルーチンが実行されることで、第５の発明の「目標当量比設定手段」及び「吸入空気量制御手段」が実現される。
【００５７】
その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００５８】
実施の形態２にかかる水素添加割合制御（図４）は、実施の形態１にかかる水素添加割合制御（図３）と組合せて実行することもできる。具体的には、実施の形態１にかかる水素添加割合制御によって全気筒について一様に水素添加割合を制御した後、実施の形態２にかかる水素添加割合制御によって気筒毎に水素添加割合を制御する。これによれば、より確実にトルク変動を抑制することができる。
【００５９】
また、上記実施の形態では、スロットルバルブ３６によって吸入空気量を制御しているが、各吸気ポート１８に吸気制御弁を備える内燃機関２であれば、吸気制御弁によって気筒毎に吸入空気量を制御してもよい。気筒毎に吸入空気量を制御可能な場合には、目標当量比を気筒毎に補正することで、実施の形態３或いは実施の形態４にかかるトルク変動制御を気筒毎に実行することができる。
【００６０】
また、図１の構成では、水素インジェクタ５０を吸気通路３０に配置することとしているが、その配置はこれに限定されるものではない。すなわち、水素インジェクタ５０は、燃焼室１０内に直接、水素を噴射できるようにシリンダヘッド４に組み込んでもよい。ガソリンインジェクタ６０に関しても同様であり、燃焼室１０内に直接、ガソリンを噴射できるようにシリンダヘッド４にガソリンインジェクタ６０を組み込んでもよい。
【００６１】
また、上記実施の形態にかかる吸入空気量制御では、安定した燃焼が可能な最小当量比を目標当量比として設定しているが、本発明の適用はこのようなリーンバーン領域での運転に限定されるものではなく、ストイキでの運転にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１としての制御装置が適用された内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行される燃料噴射量制御ルーチンについて示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１において実行される水素添加割合制御ルーチンについて示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２において実行される水素添加割合制御ルーチンについて示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態３において実行されるトルク変動制御ルーチンについて示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態４において実行されるトルク変動制御ルーチンについて示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６３】
２  内燃機関
１０  燃焼室
１２  吸気弁
１４  排気弁
１６  点火プラグ
１８  吸気ポート
２０  排気ポート
３０  吸気通路
３４  サージタンク
３６  スロットルバルブ
４０  排気通路
５０  水素インジェクタ
５２  水素タンク
６０  ガソリンインジェクタ
６２  ガソリンタンク
７０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
７２  アクセルポジションセンサ
７４  クランク角センサ
７６  エアフローメータ
７８  スロットルセンサ
【図１】
2006046077.tif 000003
【図２】
2006046077.tif 000004
【図３】
2006046077.tif 000005
【図４】
2006046077.tif 000006
【図５】
2006046077.tif 000007
【図６】
2006046077.tif 000008