(57)【要約】【課題】燃料タンクに貯留された液化天然ガスを気化させたガスを点火により燃焼させる内燃機関において、ガス燃料のガス成分が変化した場合でも、ノッキングの発生を抑制できる、液化天然ガスを燃料とする内燃機関及び内燃機関の制御方法を提供する。【解決手段】内燃機関の運転中に、内燃機関の気筒に供給される液化天然ガスが気化した天然ガスのガス成分を検出し、このガス成分におけるメタン成分の比率が低下した場合に、その低下量に応じて、ＥＧＲ量の最終的な目標量となる最終目標ＥＧＲ量を、エンジン運転状態から決定される標準目標ＥＧＲ量よりも多くする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化天然ガスを燃料とする内燃機関において、
当該内燃機関の気筒に供給される気化した天然ガスのガス成分を検出するガス成分検出システムと、当該内燃機関を制御する制御装置とを備えて、
前記制御装置が、当該内燃機関の運転中に、前記ガス成分検出システムにより前記気筒に供給される天然ガスのガス成分を検出して、当該ガス成分に応じて目標ＥＧＲ量を補正するＥＧＲ補正制御手段を備えて構成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記ガス成分検出システムは、ガス成分におけるメタン成分の比率を検出し、
前記ＥＧＲ補正制御手段は、前記メタン成分の比率が予め設定した比率よりも低下した場合に、ＥＧＲ量の最終的な目標量となる最終目標ＥＧＲ量を、エンジン運転状態から決定される標準目標ＥＧＲ量よりも多くするＥＧＲ補正制御を行うように構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記制御装置が、当該内燃機関の運転中に、前記ガス成分検出システムにより前記気筒に供給される天然ガスのガス成分を検出して、このガス成分におけるメタン成分の比率が低下した場合に、その低下量に応じて、点火時期の最終的な目標量となる最終目標点火時期を、エンジン運転状態から決定される標準目標点火時期よりも遅くする点火時期補正制御を行う点火時期補正制御手段を備えて構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記制御装置が、当該内燃機関の運転中に、前記ガス成分検出システムにより前記気筒に供給される天然ガスのガス成分を検出して、このガス成分におけるメタン成分の比率が低下した場合に、その低下量に応じて、ブースト圧の最終的な目標量となる最終目標ブースト圧を、エンジン運転状態から決定される標準目標ブースト圧よりも低くするブースト圧補正制御を行う点火時期補正制御手段を備えて構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記制御装置が、当該内燃機関の運転中に、前記ガス成分検出システムにより前記気筒に供給される天然ガスのガス成分を検出して、このガス成分におけるメタン成分の比率が低下した場合に、その低下量に応じて、ノッキング判定時の点火リタード量に関する限界値に関して、点火リタード量の最終的な設定限界量となる最終目標点火リタード限界量を、エンジン運転状態から決定される標準目標点火リタード限界量よりも大きくする点火リタード限界量補正制御を行う点火リタード限界量補正制御手段を備えて構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
液化天然ガスを燃料とする内燃機関の制御方法において、
当該内燃機関の運転中に、当該内燃機関の気筒に供給される液化天然ガスが気化した天然ガスのガス成分を検出し、このガス成分におけるメタン成分の比率が低下した場合に、その低下量に応じて、ＥＧＲ量の最終的な目標量となる最終目標ＥＧＲ量を、エンジン運転状態から決定される標準目標ＥＧＲ量よりも多くすることを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の運転中における、気化した天然ガスのガス成分の変化に対応できる、内燃機関及び内燃機関の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液化天然ガス（ＬＮＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）を燃料とする内燃機関では、燃料となる天然ガスは、主成分のメタン（ＣＨ4）以外に、エタン（Ｃ2Ｈ6）、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）などの沸点と比重の異なる成分が含まれており、燃料タンクに貯留して燃料として消費している途中で、気化した天然ガスの成分が変化していく。つまり、沸点の低いものから気化していくため、燃料の液化天然ガスの成分比が変化して、気化する天然ガスの性状も異なってくる。この性状変化により、ノッキングが発生し易くなり、内燃機関の運転が悪影響を受ける可能性がある。
【０００３】
これに関連して、圧縮天然ガス（ＣＮＧ：Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  Ｎａｔｕｒａｌ  Ｇａｓ）を燃料とするエンジンにおいて、燃料のメタン濃度が低下してもノッキングの発生を抑えるために、エンジンの運転状態に応じて決定されるベース点火時期を、空気量と燃料量とに基づく吸気空燃比よりも、排気ガスの酸素濃度に基づく排気空燃が高い程大きな遅角量になるように補正して、この補正量に基づいて点火する点火時期の制御装置及び制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−７５２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この特許文献１の火時期の制御装置及び制御方法では、圧縮天然ガスを燃料の対象にしているため、燃料の性状の変化が少なく、比較的、ノッキング発生の抑制対策が容易であるが、これに対して、燃料の性状の変化が大きい液化天然ガスを燃料とする場合には、点火時期の遅角制御だけではノッキング発生の抑制は不十分な場合があるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料タンクに貯留された液化天然ガスを気化させたガスを点火により燃焼させる内燃機関において、ガス燃料中のガス成分が変化した場合でも、ノッキングの発生を抑制できる、液化天然ガスを燃料とする内燃機関及び内燃機関の制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するための本開示の内燃機関は、液化天然ガスを燃料とする内燃機関において、当該内燃機関の気筒に供給される気化した天然ガスのガス成分を検出するガス成分検出システムと、当該内燃機関を制御する制御装置とを備えて、前記制御装置が、当該内燃機関の運転中に、前記ガス成分検出システムにより前記気筒に供給される天然ガスのガス成分を検出し、当該ガス成分に応じて目標ＥＧＲ量を補正するＥＧＲ補正制御を行うＥＧＲ補正制御手段を備えて構成されている。
【０００８】
また、上記の目的を達成するための本開示の内燃機関の制御方法は、液化天然ガスを燃料とする内燃機関の制御方法において、当該内燃機関の運転中に、当該内燃機関の気筒に供給される液化天然ガスが気化した天然ガスのガス成分を検出し、このガス成分におけるメタン成分の比率が低下した場合に、その低下量に応じて、ＥＧＲ量の最終的な目標量となる最終目標ＥＧＲ量を、エンジン運転状態から決定される標準目標ＥＧＲ量よりも多くすることを特徴とする制御方法である。
【発明の効果】
【０００９】
上記の内燃機関及び内燃機関の制御方法によれば、燃料タンクに貯留された液化天然ガスを気化させたガスを点火により燃焼させる内燃機関において、ガス燃料中のガス成分が変化した場合でも、ノッキングの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態の液化天然ガスを燃料とする内燃機関の構成を模式的に示す図である。
【図２】燃料系統の構成を模式的に示す図である。
【図３】制御装置の構成を模式的に示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の液化天然ガスを燃料とする内燃機関の制御方法の制御フローの一例を示す図である。
【図５】ＥＧＲ補正制御に使用されるテーブルの一例を示す図である。
【図６】点火時期補正に使用されるテーブルの一例を示す図である。
【図７】ブースト圧補正制御に使用されるテーブルの一例を示す図である。
【図８】点火リタード限界量補正に使用されるテーブルの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施の形態の液化天然ガスを燃料とする内燃機関及び内燃機関の制御方法について、図面を参照しながら説明する。この内燃機関は、液化天然ガス（ＬＮＧ）を燃料とし、燃料タンクである超低温容器に貯留した液化天然ガスを気化させて、ガス状態の天然ガスにして、この天然ガスを点火により燃焼させる内燃機関である。
【００１２】
図１に示すように、本発明の実施の形態の液化天然ガスを燃料とする内燃機関（以下、エンジン）１０においては、吸気系として、エンジン本体１１の各気筒（シリンダ）１２にはピストン１３が挿入され、このピストン１３の往復動によりクランク軸１４が回転させられる。
【００１３】
気筒１２の上のシリンダヘッドには吸気孔１２ａと排気孔１２ｂが設けられており。この吸気孔１２ａには吸気系通路２１が接続され、この吸気系通路２１は、吸気孔１２ａに接続する吸気分岐通路と、この吸気分岐通路が集合する吸気マニホールド（インテークマニホールド）と、この吸気マニホールドに接続している吸気通路からなる。
【００１４】
この吸気系通路２１に上流側からエアクリーナー２２、ターボ式過給機２３のコンプレッサ２３ａ、インタークーラ２４、吸気スロットルバルブ（電制スロットル）２５が配設されている。また、インタークーラ２４を迂回するバイパス通路２２ａが設けられ、このバイパス通路２２ａには、吸気バイパスバルブ２２ｂが設けられている。
【００１５】
そして、吸気Ａは、吸気系通路２１を経由して吸気孔１２ａを通過して気筒１２のピストン１３の上部の燃焼室１５に導入される。
【００１６】
一方、燃料系として、図２に示すように、超低温容器である燃料タンク４１と、この燃料タンク４１とフューエルレール４７と間に燃料通路４２が設けられている。この燃料通路４２には、気化器４３と緩衝容器４４と開閉バルブ４５と圧力レギュレータ４６が上流側から順に配設されている。なお、この気化器４３は、大気と冷媒の間で熱交換する空気式熱交換器と、空気式熱交換器からの冷媒とＬＮＧとの間で熱交換してＬＮＧを気化させるＬＮＧ熱交換器とを有している。
【００１７】
また、燃料タンク４１には、液化天然ガスＬの液量（残量）Ｗｆを検出する液面計４１ａが設けられている。また、特に詳細な説明はしないが、この燃料タンク４１には、外部から液化天然ガスＬを燃料タンク４１の内部に供給するための燃料導入ラインや、燃料タンク４１で発生するボイルオフガスを処理するためのボイルオフガスラインや、燃料タンク４１の圧力が異常に高くなるのを回避するための安全バルブ（圧力逃がし弁）などが設けられている。
【００１８】
図１に示すように、この燃料通路４２はフューエルレール４７に接続され、このフューエルレール４７には、吸気系通路２１の吸気分岐通路のそれぞれに設けられた燃料噴射装置（フェールインジェクタ）４８に接続する燃料分岐通路が設けられている。この燃料通路４２は、燃料の温度を検出する燃料温度センサ４９ａと燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ４９ｂが設けられている。
【００１９】
液化天然ガスＬは、図２に示す燃料タンク４１を出た後、気化器４３で気化された後、気化した天然ガスＦは、圧力レギュレータ４６で一定の圧力（例えば０．４ＭＰａ）になるように圧力調整された後、フューエルレール４７に供給され、一旦貯留される。この天然ガスＦは、燃料分岐通路を経由して燃料噴射装置４８から吸気分岐通路の内部に噴射され、吸気Ａと混合し、気筒１２内の燃焼室１５に入る。
【００２０】
この天然ガスＦと吸気Ａの混合気Ｍが気筒１２内の燃焼室１５で燃焼して排気ガスＧを発生する。つまり、混合気Ｍを吸気行程で導入し、圧縮行程において気筒１２の内部の燃焼室１５に設けられた点火プラグ（点火コイル）１６で点火して天然ガスＦを燃焼させる。
【００２１】
図１に示すように、この気筒１２の周辺には、ノックセンサ６１、エンジン冷却水温度センサ６２、クランク角度センサ６３、シリンダ判別センサ（カム角度センサ）６４等が設けられている。また、吸気系通路２１には、第１吸気温度センサ６５ａ、吸気圧力センサ６６、第２吸気温度センサ６５ｂが設けられている。
【００２２】
そして、各気筒１２には、排気系通路３１が設けられ、この排気系通路３１は、排気孔１２ｂに接続する排気分岐通路と、この排気分岐通路が集合する排気マニホールド（エキゾーストマニホールド）と、この排気マニホールドに接続する排気通路とからなる。この排気系通路３１にはターボ式過給機２３のタービン２３ｂ、三元触媒装置（プレコンバータ）３２と消音器（三元触媒内臓）３３が上流側から順に設けられている。また、タービン２３ｂには、ウエストゲート２３ｃが設けられ、ウエストゲートコントロール装置２３ｄによりその開閉を調整制御される。また、この排気系通路３１には、三元触媒装置３２の上流側に空燃比センサ（λセンサ）６７が、三元触媒装置３２の下流側に酸素センサ６８が設けられている。
【００２３】
そして、排気ガスＧは、排気行程で気筒１２から排気孔１２ｂを通過して排出され、排気系通路３１を経由して、三元触媒装置３２で浄化された後、消音器３３から大気中に放出される。
【００２４】
この三元触媒装置３２は、セラミックなどで形成された触媒担持体（モノリス担体など）にプラチナ、パラジウム、ロジウム等の触媒を担持して、その酸化還元能力により排気ガスＧ中の未燃炭化水素、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化する装置である。
【００２５】
また、排気系通路（例えば、排気マニホールド）３１から分岐して、吸気系通路（例えば吸気マニホールド２１ａ）２１に接続するＥＧＲ通路５１が設けられている。このＥＧＲ通路５１にＥＧＲクーラー５２とＥＧＲバルブ５３とが設けられている。そして、排気ガスＧの一部であるＥＧＲガスＧｅを気筒１２に還流している。
【００２６】
また、制御装置７０が設けられ、燃料温度センサ４９ａ、燃料圧力センサ４９ｂ、ノックセンサ６１、エンジン冷却水温度センサ６２、クランク角度センサ６３、シリンダ判別センサ６４、第１吸気温度センサ６５ａ、第２吸気温度センサ６５ｂ、吸気圧力センサ６６、空燃比センサ６７、酸素センサ６８、及び、その他の各種センサの検出値を入力して、燃料噴射装置４９に供給する天然ガスＦの圧力を調整したり、燃料噴射量Ｖｇを制御する制御指令を燃料噴射装置４９に出力したり、点火プラグ１６の点火時期Ｔｇを制御したり、ＥＧＲ弁５３の弁開度を制御したり、ウエストゲートコントロール装置２３ｄによりウエストゲート２３ｃの開閉を制御したりする。なお、図１では、制御装置７０と各種センサや弁類や機器や装置などとの間の制御信号線を図面表示の煩雑さを回避するために省略して図示している。
【００２７】
この制御装置７０は、通常は、ターボ過給システムやＥＧＲシステムや燃料供給システム等を含めたエンジンの運転全般を制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれるエンジン制御装置に組み入れられて構成される。
【００２８】
そして、本開示においては、エンジン１０の気筒１２に供給される気化した天然ガスＦのガス成分を検出するガス成分検出システム８０を備えている。なお、以下に例示するガス成分検出システム８０は一例であり、他のガス成分検出システムやガス成分検出装置を使用してもよい。
【００２９】
この例示のガス成分検出システム８０は、図１及び図２に示すように、吸気スロットルバルブ２５よりも上流側で吸気系通路（吸気通路）２１から分岐されて、例えば吸気マニホールド２１ａ等の吸気系通路２１に接続される吸気バイパス通路８１を有し、この吸気バイパス通路８１に希釈バルブ８２と分析室８３を備えて構成される。
【００３０】
図２に示すように、この吸気バイパス通路８１は吸気スロットルバルブ２５よりも上流側で吸気系通路２１から分岐されるのが好ましく、これにより、希釈用空気を確保し易くなる。また、吸気バイパス通路８１を吸気マニホールド２１ａに接続することにより、分析室からの検出用天然ガスＦを含むガスが大気中に排出されるのを防止する。そして、希釈バルブ８２を、吸気系通路２１からの分岐部と燃料成分検出部である分析室８３との間に設けて、分析室８３に流入する希釈空気量を調整するように構成する。
【００３１】
この分析室８３は、２つのガス成分検出センサ８４、８５と、気筒１２に供給される天然ガスＦの一部を噴射するガス燃料噴射器８６とを備えて構成される。このガス燃料噴射器８６には、フューエルレール４７に接続する燃料管８７が接続され、この燃料管８７には、遮断バルブ（カットバルブ）８８が設けられている。この遮断バルブ８８により、ガス成分の割合の推定を行わないときには、燃料管８７の流通を遮断して分析室８３の内部への燃料噴射を停止する。
【００３２】
また、この２つのガス成分検出センサ８４、８５は、ガス成分に対して互いに異なるガス感度特性を持つ、言い換えれば、反応する成分が異なる第１ガス成分検出センサ８４と第２ガス成分検出センサ８５で構成される。より好ましくは、第１ガス成分検出センサ８４を、メタンガスに対するガス感度が優れている、メタンを検出するガス成分検出センサで構成し、第２ガス成分検出センサ８５を、メタンガスよりも他の炭化水素に対するガス感度が優れている、炭化水素を検出するガス成分検出センサで構成する。
【００３３】
このメタンを検出するガス成分検出センサと炭化水素を検出するガス成分検出センサは、都市ガスやＬＰガス等のガス漏れを検知するためのガス警報器のセンサとして市販されており、いずれも比較的低価格で容易に入手できるセンサである。しかしながら、これらのガス成分検出センサはガス漏れ検知用に非常に低濃度のガス成分を検出するようになっているため、検出時には吸気バイパス通路８１に吸気Ａの一部を導入して、天然ガスＦを希釈してガス成分を検出する。
【００３４】
つまり、現状では、高価な成分分析計はあるが、ガス燃料の性状を把握できるセンサが無いので、低コストのガス漏れ警報器のセンサを利用して、ガス成分を推定するが、ガス漏れ警報器のセンサは低濃度で反応するように構成されているため、ガス燃料のような高濃度では測定できないため、エンジン１０で吸引した吸気Ａの一部を使用して、ガス漏れ警報器のセンサで検出できるレベルまで、ガス燃料を希釈する。また、この希釈した可燃性ガスは大気中に排出できないので気筒１２に導入して燃焼する。
【００３５】
そして、２つのガス成分検出センサ８４、８５で検出される検出値Ｃ１、Ｃ２を比較することで、この検出値の比率Ｒｃ（＝Ｃ１／Ｃ２）と天然ガスＦのガス成分の割合との関係を、予めマップデータ等のデータベースにしておき、検出値の比率Ｒｃからこのデータベースを参照して天然ガスＦのガス成分の割合を推定する。
【００３６】
つまり、ガス漏れ警報器のセンサも多様な種類のものが市販されているわけではなく、メタン検出用のセンサとそれ以外のセンサ位しかないので、天然ガスＦのガス成分分析をすることは考えない。その替りに、次の方法でガス成分の割合を推定する。つまり、燃料として使用する液化天然ガスＬのガス成分は、事前に分かっており、エンジン１０の運転中において、燃料タンク４１内の液化天然ガスＬのガス成分の割合の変化と、２つのガス成分検出センサ８４、８５で検出される検出値の比率Ｒｃとの関係も予め実験的にも求めることが容易にできる。従って、この検出値の比率Ｒｃと液化天然ガスＬの成分の割合との関係を求めてマップデータ等でデータベース化しておき、エンジン１０の運転時に、２つのガス成分検出センサ８４、８５の検出値Ｃ１、Ｃ２から得られる検出値の比率Ｒｃから液化天然ガスＬのガス成分の割合を推定する。
【００３７】
一般的に、液化天然ガスＬにはおいては、主成分のメタンのほかに、エタン、プロパン、ブタンなどの沸点と比重が異なる成分を含んでいるため、燃料タンク４１の液量Ｗｆが少なくなると、オクタン価の低い、プロパン、ブタンの成分の割合が多くなり、ノッキングが発生し易くなる。
【００３８】
そして、液化天然ガスＬは冷却しないで放置すると、メタンが気化し易いため、燃料タンク４１に充填した後では、充填後の時間と温度状態と燃料使用量によって、液化天然ガスＬ中のメタンの含有率が変化する。そのため、別実施例として、燃料タンク４１の液量Ｗｆだけで、天然ガスＦのガス成分の割合が変化していることを推定できるので、燃料タンク４１へ液化天然ガスＬを充填した後の時間から、天然ガスＦのガス成分を検出してもよい。
【００３９】
そして、制御装置７０は、図３に示すように、エンジン運転手段７１に加えて、エンジン１０の運転中に、ガス成分検出システム８０により気筒１２に供給される天然ガスＦのガス成分を検出して、このガス成分におけるメタン成分の比率が低下した場合に、その低下量に応じてＥＧＲ、点火時期、ブースト圧、及び、点火リタード限界量を補正するＥＧＲ補正制御手段７２ａ、点火時期補正制御手段７２ｂ、ブースト圧補正制御手段７２ｃ、及び、点火リタード限界量補正制御手段７２ｄとを有するガス成分変化対応制御手段７２を備えて構成されている。
【００４０】
このＥＧＲ補正制御手段７２ａは、ガス成分におけるメタン成分の比率の低下量に応じて、ＥＧＲ量の最終的な目標量となる最終目標ＥＧＲ量を、エンジン運転状態から決定される標準目標ＥＧＲ量よりも多くするＥＧＲ補正制御を行う手段である。この制御により、ＥＧＲ量を増加することで、気筒１２に送り込まれる二酸化炭素量を多くして、気筒１２内における燃焼速度を遅くして、メタンよりもオクタン価が低いプロパンやブタンが増加し、メタンに適合させた点火時期ではノッキングが発生し易くなるのを回避して、オクタン価が低い燃料に適合した点火時期で燃料を燃焼させることで、ノッキングの発生を防止する。
【００４１】
また、点火時期補正制御手段７２ｂは、ガス成分におけるメタン成分の比率の低下量に応じて、点火時期の最終的な目標量となる最終目標点火時期を、エンジン運転状態から決定される標準目標点火時期よりも遅くする点火時期補正制御を行う手段である。メタンに適合させた点火時期ではノッキングが発生し易くなってしまうが、本制御により、オクタン価が低い燃料に適合した点火時期で燃料を燃焼するので、ノッキングの発生を防止できる。
【００４２】
そして、ブースト圧補正制御手段７２ｃは、ガス成分におけるメタン成分の比率の低下量に応じて、ブースト圧の最終的な目標量となる最終目標ブースト圧を、エンジン運転状態から決定される標準目標ブースト圧よりも低くするブースト圧補正制御を行う手段である。この制御により、最終目標ブースト圧になるように自動制御を行った場合でも、燃料成分がメタンよりも発熱量が大きいプロパンやブタン成分が多くなっても、最終目標ブースト圧が低くなっているので、気筒１２に送り込まれる空気量も少なくなり、それに伴って空燃比一定で制御されている燃料も少なくなる。これにより、メタン成分の比率が低下して発熱量が増加しタ場合でもエンジン１０の出力の増加を防止する。
【００４３】
また、点火リタード限界量補正制御手段７２ｄは、ガス成分におけるメタン成分の比率の低下量に応じて、ノッキング判定時の点火リタード量に関する限界値に関して、点火リタード量の最終的な設定限界量となる最終目標点火リタード限界量を、エンジン運転状態から決定される標準目標点火リタード限界量よりも大きくする点火リタード限界量補正制御を行う手段である。一般的に、ノッキング判定時の点火リタード限界値はリタードし過ぎると、出力トルクの低下、及び、排気温度の上昇が発生するので、環境変化などを考慮して、ある程度の点火リタード量に留めている。その結果、メタン成分の比率が低下してオクタン価が変化すると、この環境変化などを考慮して設定した点火リタード量ではノックングの発生を防止しきれなくなる。しかし、この制御により、メタン成分の比率の低下に応じて、点火リタード限界値を大きくすることで、ノックングの発生を防止できるようになる。
【００４４】
次に、本発明に係る実施の形態の内燃機関の制御方法について説明する。この方法は、燃料タンク４１に貯留された液化天然ガスＬを気化させて天然ガスＦとし、この天然ガスＦを点火により燃焼させる内燃機関の制御方法である。この制御方法において、エンジン１０の運転中に、エンジン１０の気筒１２に供給される液化天然ガスＬが気化した天然ガスＦのガス成分を検出し、このガス成分におけるメタン成分の比率が低下した場合に、その低下量に応じて、ガス成分変化対応制御を行う方法である。
【００４５】
このガス成分変化対応制御として、ガス成分におけるメタン成分の比率の低下量に応じて、ＥＧＲ量の最終的な目標量となる最終目標ＥＧＲ量を、エンジン運転状態から決定される標準目標ＥＧＲ量よりも多くするＥＧＲ補正制御と、ガス成分におけるメタン成分の比率の低下量に応じて点火時期の最終的な目標量となる最終目標点火時期を、エンジン運転状態から決定される標準目標点火時期よりも遅くする点火時期補正制御と、ガス成分におけるメタン成分の比率の低下量に応じて、ブースト圧の最終的な目標量となる最終目標ブースト圧を、エンジン運転状態から決定される標準目標ブースト圧よりも低くするブースト圧補正制御と、ガス成分におけるメタン成分の比率の低下量に応じて、ノッキング判定時の点火リタード量に関する限界値に関して、点火リタード量の最終的な設定限界量となる最終目標点火リタード限界量を、エンジン運転状態から決定される標準目標点火リタード限界量よりも大きくする点火リタード限界量補正制御が有る。
【００４６】
以下において、より詳細に、この内燃機関の制御方法を図４の制御フローを参照しながら説明する。この図４の制御フローは、エンジン１０の運転が開始されると、エンジン１０の運転中に、上級の制御フローから呼ばれて、実行され、上級の制御フローに戻り、エンジン１０の運転の停止と共に、この上級の制御フローの終了とともに終了するものとして示している。
【００４７】
この図４の制御フローが、エンジン１０の運転が開始されて、上級の制御フローで呼ばれてスタートすると、ステップＳ１０の「ガス成分の検出」でガス成分を検出する。なお、ガス成分の検出ができる環境になっていない場合はガス成分の検出ができるようになるまで待機する。
【００４８】
次のステップＳ１１で、「ガス成分の判定」を行う。この「ガス成分の判定」では、ガス成分変化対応制御をする必要があるか否かを判定する。この判定は、ガス成分におけるメタン成分の比率Ｒが予め設定した設定比率Ｒｃ以下か否かによって行う。このステップＳ１１の判定で、メタン成分の比率Ｒが設定比率Ｒｃ以下ではなく、ガス成分変化対応制御をする必要が無いとの判定であれば（ＮＯ）、予め設定した制御時間を経過した後、ステップＳ１０に戻る。
【００４９】
一方、このステップＳ１１の判定で、メタン成分の比率Ｒが設定比率Ｒｃ以下であり、ガス成分変化対応制御をする必要があるとの判定であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１２の「対応制御の選択」に行く。このステップＳ１２の「対応制御の選択」では、ＥＧＲ補正、点火時期補正、ブースト圧補正、及び、点火リタード限界量補正のいずれか、又は、幾つかの組み合わせを選択する。
【００５０】
通常は、ＥＧＲ補正を選択し、これで燃料の変化に十分な対応ができないと判定した場合は、点火時期補正とブースト圧補正のいずれか一方を追加し、それでも対応が不十分であると判定した場合には、点火時期補正とブースト圧補正の両方を行う。また、点火リタード限界量補正は、これ以外のＥＧＲ補正、点火時期補正、ブースト圧補正が行われている間、モニター的に行うことが好ましい。
【００５１】
以下、図５〜図８の各種テーブルを用いて説明するが、図５〜図８で図示しているテーブルでは、ノウハウを示さないために数値自体は省略していたり、仮の数値を用いたりしているが、実際に使用するものでは、実験やシミュレーションなどにより各欄の数値は予め設定されている。
【００５２】
ステップＳ１３のＥＧＲ補正を行う場合には、図５に例示するようなＥＧＲバルブ開度テーブルを基に、エンジン回転数と空気量ベース負荷（燃料噴射量に関係）等のエンジン運転状態から決定されるＥＧＲバルブ開度（標準目標ＥＧＲ量）を算出すると共に、ＥＧＲ補正テーブルを基に、燃料成分センサー（例えば、ガス成分検出システム８０）の出力値と空気量ベース負荷とからＥＧＲ補正率を算出して、最終目標ＥＧＲ量を標準目標ＥＧＲ量にＥＧＲ補正率を乗算して算出し（最終目標ＥＧＲ量＝標準目標ＥＧＲ量×ＥＧＲ補正率：最終ＥＧＲ＝ＥＧＲバルブ開度×ＥＧＲ補正率）、この最終目標ＥＧＲ量になるようＥＧＲバルブ開度を制御する。
【００５３】
ステップＳ１４の点火時期補正制御を行う場合には、図６に例示するような最終目標点火時期テーブルを基に、エンジン回転数と空気量ベース負荷等のエンジン運転状態から決定される標準目標点火時期を算出すると共に、点火時期補正テーブルを基に、燃料成分センサー（例えば、ガス成分検出システム８０）の出力値と空気量ベース負荷とから点火時期補正量を算出して、最終目標点火時期を標準目標点火時期に点火時期補正量（マイナスの値）を加算して算出し（最終目標点火時期＝標準目標点火時期＋点火時期補正量、この最終目標点火時期になるよう点火時期を遅角させる。
【００５４】
ステップＳ１５のブースト圧補正制御を行う場合には、図７に例示するような目標ブースト圧テーブルを基に、エンジン回転数とアクセルペダルセンサ等のエンジン運転状態から決定される標準目標ブースト圧を算出すると共に、ブースト圧補正テーブルを基に、燃料成分センサー（例えば、ガス成分検出システム８０）の出力値からブースト圧補正率を算出して、最終目標ブースト圧を標準目標ブースト圧にブースト圧補正率を乗算して算出し（最終目標ブースト圧＝標準目標ブースト圧＋点ブースト圧補正率）、この最終目標ブースト圧になるよう、ターボ式過給機２３のウエストゲートコントロール装置２３ｄにより、タービン２３ｂのウエストゲート２３ｃの開閉を調整制御する。
【００５５】
そして、ステップＳ１６の点火リタード限界量補正制御を行う場合には、図８に例示するような標準目標点火リタード限界量テーブルを基に、エンジン回転数とアクセルペダルセンサ等のエンジン運転状態から決定される標準目標点火リタード限界量を算出すると共に、限界量補正テーブルを基に、燃料成分センサー（例えば、ガス成分検出システム８０）の出力値から限界量補正量を算出して、最終目標点火リタード限界量を標準目標点火リタード限界量に限界量補正量を加算して算出し（最終目標点火リタード限界量＝標準目標点火リタード限界量＋限界量補正量）、この最終目標点火リタード限界量の範囲内になるように、点火時期を制御する。
【００５６】
これらのステップＳ１３〜Ｓ１６のいずれか、又は、幾つかの組み合わせで、予め設定された制御時間の間行い、ステップＳ１０に戻る。そして、ステップＳ１０〜ステップ（Ｓ１３〜Ｓ１６のいずれか又はいくつかの組み合わせ）を繰り返す。そして、これらの制御の途中でエンジン運転の停止が行われると割り込みが生じて、リターンに行き、上級の制御フローに戻って、上級の制御フローの終了と共にこの図４の制御フローも終了する。
【００５７】
上記の構成の液化天然ガスを燃料とする内燃機関及び内燃機関の制御方法によれば、燃料タンク４１に貯留された液化天然ガスＬを気化させたガスＦを点火により燃焼させる内燃機関において、ガス燃料中のガス成分が変化した場合でも、ノッキングの発生を抑制できる。
【符号の説明】
【００５８】
１０  エンジン（内燃機関）
１１  エンジン本体
１２  気筒（シリンダ）
１６  点火プラグ
２１  吸気系通路
２１ａ  吸気マニホールド
２５  吸気スロットルバルブ
３１  排気系通路
４１  燃料タンク
４２  燃料通路
４７  フューエルレール
４８  燃料噴射装置（フェールインジェクタ）
７０  制御装置
８０  ガス成分検出システム
８１  吸気バイパス通路
８２  希釈バルブ
８３  分析室
８４  第１ガス成分検出センサ
８５  第２ガス成分検出センサ
８６  ガス燃料噴射器
８７  燃料管
８８  遮断バルブ（カットバルブ）
Ａ  吸気
Ｌ  液化天然ガス
Ｆ  天然ガス
Ｇ  排気ガス
Ｇｅ  ＥＧＲガス
Ｍ  混合気
【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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