(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、リーンバーン運転と理論空燃比運転との切り替え時に、トルクショックを十分に抑制することを目的とする。【解決手段】本発明は、バイオマス由来燃料を含む第１の燃料と、バイオマス由来燃料の含有割合が第１の燃料より低いかまたはゼロである第２の燃料とを用いて運転可能な内燃機関の制御装置であって、内燃機関への、第１の燃料および第２の燃料の供給比率を可変とする燃料供給比率可変手段と、理論空燃比運転とリーンバーン運転とを切り替える際に、第２の燃料の供給比率を通常の供給比率より低くするかまたはゼロとする燃料供給比率制御手段とを備える。燃料供給比率制御手段が第２の燃料の供給比率を通常の供給比率より低くするかまたはゼロとしている最中におけるリーンバーン運転状態の空気過剰率を、通常のリーンバーン運転状態の空気過剰率より小さくする。【選択図】図３
2008298038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマス由来燃料を含む第１の燃料と、前記バイオマス由来燃料の含有割合が前記第１の燃料より低いかまたはゼロである第２の燃料とを用いて運転可能であるとともに、理論空燃比運転とリーンバーン運転とを切り替え可能な内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関への、前記第１の燃料および前記第２の燃料の供給比率を可変とする燃料供給比率可変手段と、
理論空燃比運転とリーンバーン運転とを切り替える際に、前記第２の燃料の供給比率を通常の供給比率より低くするかまたはゼロとする燃料供給比率制御手段と、
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】
前記燃料供給比率制御手段が前記第２の燃料の供給比率を通常の供給比率より低くするかまたはゼロとしている最中におけるリーンバーン運転状態の空気過剰率を、通常のリーンバーン運転状態の空気過剰率より小さくする空気過剰率制御手段を備えることを特徴とする請求項１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】
理論空燃比より希薄な空燃比で運転可能なリーンバーンエンジンが知られている。リーンバーンエンジンであっても、高負荷時や、触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するためのリッチスパイク時などには、理論空燃比運転を行う。このため、リーンバーンエンジンでは、リーンバーン運転と理論空燃比運転との切り替えが行う必要がある。
【０００３】
図５は、リーンバーンエンジンから排出されるＮＯｘの量と、空気過剰率との関係を示す図である。周知のように、リーンバーン運転状態では、三元触媒でＮＯｘを浄化することができない。また、図５に示すように、理論空燃比より少しリーンな弱リーン領域では、ＮＯｘ排出量が多い。このため、弱リーン領域は、ＮＯｘ低減の観点から、使用できない領域である。よって、リーンバーン運転と理論空燃比運転とを切り替える際には、空燃比（空気過剰率）を徐々に切り替えることはできず、空燃比を急変させる必要がある。しかしながら、エンジンの筒内に流入する空気量の変化には応答遅れが生ずる。このため、空燃比の急変に伴ってトルクショックが発生し易い。
【０００４】
特開平６−１０８８２４号公報には、リッチスパイク時に点火時期を遅角してトルクを低下させることにより、トルクショックを抑制する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１０８８２４号公報
【特許文献２】特開２００５−４８６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、点火時期を遅角するだけでは、トルクショックを十分に抑制できない場合もある。また、点火時期を遅角するほど排気温度が高くなるので、点火時期の遅角幅が大きいと、排気温度が高くなり過ぎて、排気浄化触媒にダメージを与えたり、過給機付きエンジンの場合には過給機にダメージを与えたりする場合がある。また、ターボ過給機付きエンジンの場合には、排気温度の上昇によってターボ回転数が上昇するので、吸気圧が上昇してトルクが増大し、トルクショックがかえって増幅される場合もある。
【０００７】
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、リーンバーン運転と理論空燃比運転との切り替え時に、トルクショックを十分に抑制することのできる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】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、
バイオマス由来燃料を含む第１の燃料と、前記バイオマス由来燃料の含有割合が前記第１の燃料より低いかまたはゼロである第２の燃料とを用いて運転可能であるとともに、理論空燃比運転とリーンバーン運転とを切り替え可能な内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関への、前記第１の燃料および前記第２の燃料の供給比率を可変とする燃料供給比率可変手段と、
理論空燃比運転とリーンバーン運転とを切り替える際に、前記第２の燃料の供給比率を通常の供給比率より低くするかまたはゼロとする燃料供給比率制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記燃料供給比率制御手段が前記第２の燃料の供給比率を通常の供給比率より低くするかまたはゼロとしている最中におけるリーンバーン運転状態の空気過剰率を、通常のリーンバーン運転状態の空気過剰率より小さくする空気過剰率制御手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、バイオマス由来燃料を含む第１の燃料と、バイオマス由来燃料の含有割合が第１の燃料より低いかまたはゼロである第２の燃料とを用いて運転可能であるとともに、第１の燃料および第２の燃料の供給比率が可変な内燃機関において、理論空燃比運転とリーンバーン運転とを切り替える際に、第２の燃料の供給比率を通常の供給比率より低くするかまたはゼロとすることができる。これにより、理論空燃比運転とリーンバーン運転とを切り替える際に、バイオマス由来燃料の供給割合を高めることができる。一般に、バイオマス由来燃料の方が化石燃料よりもＮＯｘが発生しにくい。このため、バイオマス由来燃料の供給割合を高めた場合の方が、リーンバーン運転時に許容される空気過剰率の下限値を小さくすることができる。その結果、リーンバーン運転と理論空燃比運転との切り替え時の空気過剰率の差、つまり空気量の差を小さくすることができるので、トルクショックを十分に低減することができる。
【００１１】
第２の発明によれば、リーンバーン運転と理論空燃比運転とを切り替える際に第２の燃料の供給比率を通常の供給比率より低くするかまたはゼロとしている最中におけるリーンバーン運転状態の空気過剰率を、通常のリーンバーン運転状態の空気過剰率より小さくすることができる。このため、リーンバーン運転と理論空燃比運転との切り替え時の空気過剰率の差が通常時より小さくなるので、空気量の差も小さくなり、トルクショックを十分に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、エタノールとガソリンとを燃料として運転可能な火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気通路１２および排気通路１４がそれぞれ接続されている。
【００１３】
吸気通路１２には、吸入空気量を調節するスロットル弁１６が設置されている。スロットル弁１６の下流側の吸気通路１２には、エタノールを噴射する第１の燃料インジェクタ１８と、ガソリンを噴射する第２の燃料インジェクタ２４とが設置されている。第１の燃料インジェクタ１８へは、エタノールタンク２０に貯留されたエタノールが図示しない燃料ポンプによって圧送される。また、第２の燃料インジェクタ２４へは、ガソリンタンク２６に貯留されたガソリンが図示しない燃料ポンプによって圧送される。なお、本発明における内燃機関は、図示の構成に限らず、筒内に直接に燃料を噴射する筒内噴射式のものであってもよい。
【００１４】
このような内燃機関１０は、理論空燃比近傍の空燃比で燃料を燃焼させる理論空燃比運転と、理論空燃比より希薄な空燃比で燃料を燃焼させるリーンバーン運転とを切り替え可能になっている。このリーンバーン運転は、均質燃焼によるもの、成層燃焼によるもの、の何れでもよい。また、図示を省略するが、内燃機関１０は、点火時期を可変とする点火装置を備えている。
【００１５】
排気通路１４には、排気ガスを浄化する触媒２２が設置されている。触媒２２は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりリーンである場合には、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比またはそれよりリッチである場合には、吸蔵されているＮＯｘを還元浄化して放出する機能を有している。また、触媒２２は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍である場合には、三元触媒として機能する。
【００１６】
本システムは、更に、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０には、スロットル弁１６、第１の燃料インジェクタ１８、第２の燃料インジェクタ２４、点火装置等の各種アクチュエータと、各種センサとが電気的に接続されている。
【００１７】
ＥＣＵ５０は、理論空燃比運転とリーンバーン運転とを、内燃機関１０の運転状態に応じて（例えば、低負荷側はリーンバーン運転、高負荷側は理論空燃比運転）、あるいは触媒２２の状態に応じて（例えば、通常時はリーンバーン運転、リッチスパイク時は理論空燃比運転）、切り替える。
【００１８】
理論空燃比運転時、ＥＣＵ５０は、排気通路１４に設けられた図示しない酸素センサあるいは空燃比センサの検出信号を用いて、空燃比が理論空燃比となるように、空燃比フィードバック制御を実行する。
【００１９】
［実施の形態１の特徴］
本実施形態の内燃機関１０は、通常運転時は、エタノールとガソリンとの両方を燃焼させて運転される。エタノールとガソリンとの両方を燃焼させる運転を以下「バイフューエル運転」と称する。本実施形態では、バイフューエル運転のとき、第１の燃料インジェクタ１８からエタノール噴射量と、第２の燃料インジェクタ２４からのガソリン噴射量との比率を１：１とするが、この比率はこれに限定されるものではない。
【００２０】
一方、本実施形態では、リーンバーン運転と理論空燃比運転とを切り替える際には、トルクショックを低減するため、エタノールのみを燃焼させて内燃機関１０を運転することとした。エタノールのみを燃焼させる運転を以下「エタノール運転」と称する。エタノール運転状態でリーンバーン運転と理論空燃比運転とを切り替える場合の方が、バイフューエル運転状態でリーンバーン運転と理論空燃比運転とを切り替える場合よりも、トルクショックを小さくすることができる。その理由について、以下に説明する。
【００２１】
図２は、内燃機関１０からのＮＯｘ排出量と、空気過剰率λとの関係を示す図である。ここでのＮＯｘ排出量とは、内燃機関１０から排出されるＮＯｘの量、つまり触媒２２に流入するＮＯｘの量である。図２中、破線のグラフはバイフューエル運転の場合を示し、実線のグラフはエタノール運転の場合を示している。一般に、ガソリンを燃焼させたときに発生するＮＯｘよりも、エタノールを燃焼させたときに発生するＮＯｘの方が少ない。このため、図２に示すように、バイフューエル運転のときよりもエタノール運転のときの方がＮＯｘ排出量は少ない。
【００２２】
また、図２から分かるように、リーンバーン運転状態では、空気過剰率λが大きくなるほど、つまり空燃比がリーンになるほど、ＮＯｘ排出量が少なくなる。リーンバーン運転状態は、三元触媒作用によってＮＯｘを浄化することができず、触媒２２にＮＯｘを溜めておかなくてはならないので、内燃機関１０から排出されるＮＯｘの量を十分に低減する必要がある。このため、リーンバーン運転時には、ＮＯｘ排出量を図２中の許容値以下に抑える必要がある。そのためには、バイフューエル運転では空気過剰率を図２中のλb以上にする必要があり、エタノール運転では空気過剰率λを図２中のλe以上にする必要がある。
【００２３】
以上のようなことから、リーンバーン運転時には、バイフューエル運転よりもエタノール運転の方が空気過剰率λを小さくすることが可能である。このため、リーンバーン運転と理論空燃比運転（λ≒１）との切り替え時には、バイフューエル運転よりもエタノール運転の方が空気過剰率λの段差を小さくすることができる。空気過剰率λの段差が小さくなれば、空気量の段差も小さくなるので、トルクショックを低減することができる。
【００２４】
図３は、内燃機関１０がリーンバーン運転から理論空燃比運転に切り替わるときの各種の量を示すタイミングチャートである。図３中、太い実線は、エタノール運転に切り替えた上でリーンバーン運転から理論空燃比運転に切り替えた場合（本実施形態）を示し、細い実線は、バイフューエル運転のままでリーンバーン運転から理論空燃比運転に切り替えた場合（比較例）を示す。
【００２５】
図３では、時刻t1においてリーンバーン運転から理論空燃比運転に切り替えている。本実施形態では、その時刻t1に先立つ時刻t0において、バイフューエル運転からエタノール運転への切り替えを実行する。すなわち、図３（ｅ）および（ｆ）に示すように、時刻t0において、ガソリン噴射割合をゼロにするとともに、エタノール噴射割合を１とする。
【００２６】
前述したように、リーンバーン運転状態において、エタノール運転にすると、バイフューエル運転のときよりも、ＮＯｘの制約による空気過剰率λの下限値が小さくなる。このため、図３（ｂ）〜（ｄ）に示すように、時刻t0において、スロットル弁１６の開度（以下「スロットル開度」という）を小さくして空気量を減少させることにより、空気過剰率λを一段小さくことができる。このようにしてリーンバーン運転状態における空気過剰率λを小さくした後、時刻t1において、リーンバーン運転から理論空燃比運転への切り替えが実行される。すなわち、空気過剰率λ≒１となるようにスロットル開度が更に小さくされる。そして、図３（ｅ）および（ｆ）に示すように、理論空燃比運転への切り替え終了後の時刻t2において、エタノール運転からバイフューエル運転へと戻される。
【００２７】
このように、本実施形態では、リーンバーン運転から理論空燃比運転への切り替えに先立ってエタノール運転に切り替えることにより、空気過剰率λを小さくしておくことができる。その結果、リーンバーン運転から理論空燃比運転への切り替え時（時刻t1）に生ずる空気量の段差を小さくすることができる（図３（ｂ）参照）。このため、トルクショックを低減することができる（図３（ａ）参照）。
【００２８】
これに対し、比較例の場合には、リーンバーン運転から理論空燃比運転への切り替え時（時刻t1）に空気過剰率λを一気に変更する必要があるので、空気量の段差が大きくなる（図３（ｂ）参照）。このため、大きなトルクショックが発生する（図３（ａ）参照）。
【００２９】
図３では、リーンバーン運転から理論空燃比運転へ切り替える場合について説明したが、理論空燃比運転からリーンバーン運転に切り替える場合についても、上記と逆の手順を実行することにより、同様にトルクショックを低減することができる。
【００３０】
［実施の形態１における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンによれば、まず、リーンバーン運転中であるか理論空燃比運転中であるかが判別される（ステップ１００）。リーンバーン運転中であった場合には、次に、理論空燃比運転への切り替え要求があるか否かが判別される（ステップ１０２）。そして、理論空燃比運転への切り替え要求がない場合には、バイフューエル運転が行われる（ステップ１０４）。
【００３１】
これに対し、上記ステップ１０２で理論空燃比運転への切り替え要求があることが認められた場合には、まず、エタノール運転へと切り替えられる（ステップ１０６）。続いて、リーンバーン運転から理論空燃比運転への切り替えが実行される（ステップ１０８）。
【００３２】
一方、上記ステップ１００において理論空燃比運転中であった場合には、次に、リーンバーン運転への切り替え要求があるか否かが判別される（ステップ１１０）。そして、リーンバーン運転への切り替え要求がない場合には、バイフューエル運転が行われる（ステップ１０４）。また、ステップ１１０でリーンバーン運転への切り替え要求があることが認められた場合には、まず、エタノール運転へと切り替えられる（ステップ１０６）。その後、理論空燃比運転からリーンバーン運転への切り替えが実行される（ステップ１０８）。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、リーンバーン運転と理論空燃比運転とを切り替える際にエタノール運転を行うことにより、トルクショックを十分に低減することができる。また、リーンバーン運転と理論空燃比運転との切り替え時にはトルクショック軽減のために点火遅角を行うのが普通であるが、本実施形態によれば、元々のトルクショックを低減できるので、必要な点火遅角量を減少させることができる。このため、点火遅角に伴う弊害（排気温上昇による触媒２２や過給機へのダメージなど）が生ずることを確実に回避することができる。また、ターボ過給機を備えた内燃機関の場合には、点火遅角量が大きいと、排気温度の上昇によってターボ回転数が上昇することにより、吸気圧が上昇してトルクが増大し、トルクショックがかえって増幅される場合もあるが、本実施形態によれば、そのようなこともない。
【００３４】
なお、上述した実施の形態１においては、エタノールが前記第１の発明における「第１の燃料」に、ガソリンが前記第１の発明における「第２の燃料」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、第１の燃料インジェクタ１８からのエタノール噴射量と第２の燃料インジェクタ２４からガソリン噴射量とを制御することにより前記第１の発明における「燃料供給比率可変手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料供給比率制御手段」が、図２中の時刻t0とt1との間でスロットル開度を小さくして空気過剰率を減少させることにより前記第２の発明における「空気過剰率制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００３５】
また、本実施形態では、バイオマス由来燃料としてエタノールを用いる場合について説明したが、本発明は、エタノール以外の各種のバイオマス由来燃料を用いる内燃機関の制御に適用可能である。
【００３６】
また、本実施形態では、第１の燃料がエタノール１００％である場合について説明したが、本発明では、第１の燃料がバイオマス由来燃料と化石燃料との混合燃料であってもよい。また、第２の燃料も、ガソリン１００％に限定されるものではない。すなわち、第２の燃料は、バイオマス由来燃料と化石燃料との混合燃料であって、第１の燃料と比べてバイオマス由来燃料の濃度が低い燃料であってもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、理論空燃比運転とリーンバーン運転とを切り替える際に第２の燃料の供給を停止して第１の燃料のみで内燃機関を運転するようにしているが、本発明では、内燃機関への第２の燃料の供給比率を通常の供給比率と比べて低下させる（つまり第１の燃料の供給比率を通常の供給比率と比べて増加させる）だけにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】内燃機関からのＮＯｘ排出量と、空気過剰率λとの関係を示す図である。
【図３】内燃機関がリーンバーン運転から理論空燃比運転に切り替わるときの各種の量を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】リーンバーンエンジンから排出されるＮＯｘの量と、空気過剰率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
１６  スロットル弁
１８  第１の燃料インジェクタ
２４  第２の燃料インジェクタ
５０  ＥＣＵ
【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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