(57)【要約】【課題】本発明は、ガソリンと水素とを燃料として用いる内燃機関において、水素運転モードでの運転時における異常燃焼の発生頻度を抑制することを目的とする。【解決手段】内燃機関の運転状態が所定のガソリン運転領域に属する場合はガソリンを燃料とするガソリン運転モードでの運転が行われ、該内燃機関の運転状態が所定の水素運転領域に属する場合は水素を燃料とする水素運転モードでの運転が行われる内燃機関において、水素運転モードで運転されている時に異常燃焼が検出された場合、運転モードをガソリン運転モードに切り替える。さらに、水素運転領域内において、気筒内の温度が、異常燃焼が検出された時の気筒内の温度と同等以上となる運転領域を推定し、該推定された運転領域をガソリン運転領域に変更する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリンと水素とを燃料として用いる内燃機関であって、該内燃機関の運転状態が所定のガソリン運転領域に属する場合はガソリンを燃料とするガソリン運転モードでの運転が行われ、該内燃機関の運転状態が所定の水素運転領域に属する場合は水素を燃料とする水素運転モードでの運転が行われる内燃機関の制御装置において、
内燃機関での異常燃焼を検出する検出手段と、
内燃機関が水素運転モードで運転されている時に前記検出手段によって異常燃焼が検出された場合、内燃機関の運転モードをガソリン運転モードに切り替える切替手段と、
水素運転領域内において、気筒内の温度が、前記検出手段によって異常燃焼が検出された時の気筒内の温度と同等以上となる運転領域を推定し、該推定された運転領域をガソリン運転領域に変更する運転領域更新手段と、を備える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、ガソリンと水素とを燃料として用いる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料としてガソリンと水素とを用いる内燃機関が開発されている。また、特許文献１には、このようなガソリンと水素とを燃料として用いる内燃機関において、気筒毎に水素の異常燃焼の有無を検出する技術が開示されている。この特許文献１に記載の技術では、ある気筒において水素の異常燃焼が生じたことが検出された場合、該気筒に供給する燃料を水素からガソリンに変更する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１４４６３７号公報
【特許文献２】特開２００４−２３９２１３号公報
【特許文献３】特開２０１１−１２２５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガソリンと水素とを燃料として用いる内燃機関においては、該内燃機関の運転状態が所定のガソリン運転領域に属する場合はガソリンを燃料とするガソリン運転モードでの運転が行われ、該内燃機関の運転状態が所定の水素運転領域に属する場合は水素を燃料とする水素運転モードでの運転が行われる。
【０００５】
ここで、内燃機関がガソリン運転モードで運転されている時には、気筒内のボア壁面やピストン頂面においてガソリン由来のデポジットの堆積量が増加する。気筒内のデポジットの堆積量が増加すると、該デポジットによる断熱効果によって気筒内の温度が該デポジットの堆積量が少ないときよりも上昇する傾向にある。一方で、水素はガソリンに比べて着火性が高い。そのため、ガソリン運転モードでの運転中に気筒内におけるデポジットの堆積量の増加に伴い該気筒内の温度が上昇している状態のときに、内燃機関の運転状態が水素運転領域に移行することで水素運転モードでの運転に切り替わった場合、該気筒内に堆積しているデポジットを着火元として水素が燃焼してしまう異常燃焼（過早着火）が生じる虞がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、ガソリンと水素とを燃料として用いる内燃機関において、水素運転モードでの運転時における異常燃焼の発生頻度を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、ガソリンと水素とを燃料として用いる内燃機関であって、該内燃機関の運転状態が所定のガソリン運転領域に属する場合はガソリンを燃料とするガソリン運転モードでの運転が行われ、該内燃機関の運転状態が所定の水素運転領域に属する場合は水素を燃料とする水素運転モードでの運転が行われる内燃機関の制御装置において、内燃機関での異常燃焼を検出する検出手段と、内燃機関が水素運転モードで運転されている時に前記検出手段によって異常燃焼が検出された場合、内燃機関の運転モードをガソリン運転モードに切り替える切替手段と、水素運転領域内において、気筒内の温度が、前記検出手段によって異常燃焼が検出された時の気筒内の温度と同等以上となる運転領域を推定し、該推定された運転領域をガソリン運転領域に変更する運転領域更新手
段と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ガソリンと水素とを燃料として用いる内燃機関において、水素運転モードでの運転時における異常燃焼の発生頻度を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例に係る内燃機関とその燃料系及び吸排気系との概略構成を示す図である。
【図２】ガソリン運転モードでの運転が行われるガソリン運転領域Ａと水素運転モードでの運転が行われる水素運転領域Ｂとの区分けを示す図である。
【図３】実施例に係る、内燃機関の運転状態と、ガソリン運転領域および水素運転領域を更新する際の手法を説明するための図である。
【図４】実施例に係る、内燃機関の運転モードの切り替え及び運転領域の更新のフローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１１】
＜実施例＞
［概略構成］
図１は、本実施例に係る内燃機関とその燃料系及び吸排気系との概略構成を示す図である。内燃機関１は、ガソリンと水素とを燃料として使用する車両駆動用の火花点火式エンジンである。
【００１２】
内燃機関１は４つの気筒２を有している。各気筒２には点火プラグ３が設けられている。また、各気筒２には、該気筒２内の圧力を検出する筒内圧センサ３０が設けられている。
【００１３】
内燃機関１には、インテークマニホールド４およびエキゾーストマニホールド５が接続されている。インテークマニホールド４には吸気通路６が接続されている。エキゾーストマニホールド５には排気通路７が接続されている。インテークマニホールド４の４つ枝管４ａは、内燃機関１のシリンダヘッドに形成された吸気ポート６０を介して各気筒２にそれぞれ接続されている。エキゾーストマニホールド５の４つの枝管５ａは、内燃機関１のシリンダヘッドに形成された排気ポート７０を介して各気筒２にそれぞれ接続されている。インテークマニホールド４の各枝管４ａには、水素を噴射する水素インジェクタ９が設けられている。各吸気ポート６０には、ガソリンを噴射するガソリンインジェクタ８が設けられている。尚、ガソリンインジェクタを各気筒に設け、気筒内にガソリンを直接噴射してもよい。
【００１４】
各ガソリンインジェクタ８はガソリン用デリバリーパイプ１０に接続されている。ガソリン用デリバリーパイプ１０にはガソリン供給通路１２の一端が接続されており、該ガソリン供給通路１２の他端はガソリンタンク１３に接続されている。ガソリン供給通路１２にはフィードポンプ１４が設置されている。ガソリンタンク１３からガソリン供給通路１２を介してガソリン用デリバリーパイプ１０にガソリンが供給され、さらにガソリン用デリバリーパイプ１０から各ガソリンインジェクタ８にガソリンが供給される。
【００１５】
各水素インジェクタ９は水素用デリバリーパイプ１１に接続されている。水素用デリバ
リーパイプ１１には水素供給通路１５の一端が接続されており、水素供給通路１５の他端は水素タンク１６に接続されている。水素供給通路１５には、水素用デリバリーパイプ１１に供給される水素の圧力を調整するレギュレータ１７が設置されている。水素タンク１６から水素供給通路１５を介して水素用デリバリーパイプ１１に水素が供給され、さらに水素用デリバリーパイプ１１から各水素インジェクタ９に水素が供給される。
【００１６】
水素用デリバリーパイプ１１には、該水素用デリバリーパイプ１１内の水素の圧力を検出する圧力センサ２３が設けられている。また、水素供給通路１５におけるレギュレータ１７より上流側にも、該水素供給通路１５内の水素の圧力を検出する圧力センサ２５が設けられている。
【００１７】
吸気通路６には、エアクリーナ１８、エアフローメータ２２及びスロットル弁１９が上流側から順番に設置されている。排気通路７には、排気の空燃比を検出する空燃比センサ２７が設置されている。また、排気通路７における空燃比センサ２７より下流側には、三元触媒等によって構成される排気浄化触媒２１が設置されている。
【００１８】
内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、筒内圧センサ３０、エアフローメータ２２、圧力センサ２３、２５及び空燃比センサ２７が電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ２０には、クランク角センサ２８およびアクセル開度センサ２９も電気的に接続されている。クランク角センサ２８は内燃機関１のクランク角を検出するセンサである。アクセル開度センサ２９は内燃機関１が搭載された車両のアクセル開度を検出するセンサである。そして、各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。ＥＣＵ２０は、クランク角センサ２８の出力信号に基づいて内燃機関１の機関回転速度を導出する。また、ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ２９出力信号に基づいて内燃機関１の機関負荷を導出する。
【００１９】
また、ＥＣＵ２０には、各ガソリンインジェクタ８、各水素インジェクタ９、レギュレータ１７及びスロットル弁１９が電気的に接続されている。そして、ＥＣＵ２０によってこれらの装置が制御される。例えば、ＥＣＵ２０は、圧力センサ２３の検出値が所定の目標圧力となるようにレギュレータ１７を制御する。
【００２０】
［運転モード］
本実施例では、内燃機関１の運転状態に応じて、ガソリンを燃料とするガソリン運転モードと水素を燃料とする水素運転モードとのうちのいずれかが運転モードとしてＥＣＵ２０によって選択され実行される。図２は、ガソリン運転モードでの運転が行われるガソリン運転領域Ａと水素運転モードでの運転が行われる水素運転領域Ｂとの区分けを示す図である。図２において、横軸は内燃機関１の機関回転速度を表しており、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表している。また、図２において、線Ｌ１は全負荷を表しており、線Ｌ２はガソリン運転領域Ａと水素運転領域Ｂとの境界を示している。つまり、本実施例においては、機関負荷が線Ｌ２以上の運転領域がガソリン運転領域Ａとして設定されており、機関負荷が線Ｌ２より低い運転領域が水素運転領域Ｂとして設定されている。
【００２１】
本実施例では、図２に示すような、内燃機関１の運転状態と、ガソリン運転領域および水素運転領域との関係がマップとしてＥＣＵ２０に記憶されている。そして、内燃機関１の運転状態がガソリン運転領域Ａに属する場合はガソリン運転モードでの運転が行われ、内燃機関１の運転状態が水素運転領域Ｂに属する場合は水素運転モードでの運転が行われる。
【００２２】
ここで、気筒２内においてボア壁面やピストン頂面にはガソリンやオイルに由来するデ
ポジットが堆積する。特に、内燃機関１がガソリン運転モードで運転されている時には、気筒２内においてガソリン由来のデポジットの堆積量が増加することになる。なお、ガソリンインジェクタから直接気筒内にガソリンを噴射するような構成の場合は、気筒内におけるガソリン由来のデポジットの堆積量が特に増加し易い。そして、気筒２内のデポジットの堆積量が増加すると、該デポジットによる断熱効果によって気筒２内の温度が該デポジットの堆積量が少ない場合に比べて上昇する傾向にある。一方で、水素はガソリンに比べて着火性が高い。そのため、ガソリン運転モードでの運転中に気筒２内におけるデポジットの堆積量の増加に伴い該気筒２内の温度が上昇している状態のときに、内燃機関１の運転状態が水素運転領域Ｂに移行することで、水素運転モードでの運転に切り替わった場合、該気筒２内に堆積しているデポジットを着火元として水素が燃焼してしまう異常燃焼（過早着火）が生じる虞がある。このような水素の異常燃焼が生じると、ドライバビリティの悪化を招くことになる。また、このような水素の異常燃焼が生じることを前提として内燃機関１を設計すると、気筒２の耐圧力性能を高くすることが必要となるため、製造コストの増加や内燃機関１の重量の増加を招くことにもなる。
【００２３】
そこで、本実施例においては、ＥＣＵ２０が、筒内圧センサ３０の検出値に基づいて、内燃機関１での異常燃焼の有無を判別する。ある気筒２において異常燃焼が生じた場合、該気筒２内の圧力が変動する。そのため、筒内圧センサ３０の検出値に基づいて、内燃機関１での異常燃焼の有無を判別することができる。そして、内燃機関１が水素運転モードで運転されている時に異常燃焼が検出された場合、内燃機関１の運転モードをガソリン運転モードに切り替える。つまり、内燃機関１の運転状態が水素運転領域Ｂに属している状態であっても、内燃機関１をガソリン運転モードで運転するようにする。このように内燃機関１の運転モードを切り替えることで、気筒２内への水素の供給が停止されるため、水素の異常燃焼の発生を抑制することができる。
【００２４】
ただし、上記のように内燃機関１の運転モードをガソリン運転モードに切り替えた後、内燃機関１の運転状態がガソリン運転領域Ａに移行し、その後、内燃機関１の運転状態が、再度、水素運転領域Ｂに移行する場合がある。このときに、水素運転領域Ｂ内における、気筒２内の温度が、前回の異常燃焼が発生した時の気筒２内の温度と同等以上となる領域に移行した場合、水素運転モードでの運転が行われると、気筒２内において、デポジットを着火元とする水素の異常燃焼が再発する可能性が高い。
【００２５】
そこで、本実施例では、内燃機関１が水素運転モードで運転されている時に異常燃焼が検出された場合、上記のとおり、内燃機関１の運転モードをガソリン運転モードに切り替えるとともに、図２に示すようなマップ上のガソリン運転領域および水素運転領域を更新する。図３は、本実施例における、ガソリン運転領域および水素運転領域を更新する際の手法を説明するための図である。図３（ａ）、（ｂ）において、横軸は内燃機関１の機関回転速度を表しており、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表している。また、図３（ａ）、（ｂ）における線Ｌ１，Ｌ２及び領域Ａ，Ｂは、図２における線Ｌ１，Ｌ２及び領域Ａ，Ｂと同様である。
【００２６】
ここで、内燃機関１の運転状態が、図３（ａ）における水素運転領域Ｂ内の点Ｓ１で示す運転状態の時に、水素の異常燃焼が検出されたとする。このとき、気筒２内の温度が、内燃機関１の運転状態がＳ１の時の気筒２内の温度（以下、この温度を「異常発生温度」と称する場合もある）と同等となる内燃機関１の他の運転状態がＥＣＵ２０によって求められる。図３（ａ）においては、線Ｌ３が、気筒２内の温度が異常発生温度となる運転状態を示している。つまり、線Ｌ３は、内燃機関１の運転状態が該線Ｌ３上にあれば気筒２内の温度は略同一の温度（異常発生温度）となる等温線である。さらに、水素運転領域Ｂ内において、気筒２内の温度が異常発生温度と同等以上となる運転領域（以下、この運転領域を「異常発生領域」と称する場合もある）が、ＥＣＵ２０によって推定される。図３
（ａ）においては、斜線部で表される領域Ｘが異常発生領域に相当する。そして、ＥＣＵ２０は、図３（ｂ）に示すように、上記のように推定された異常発生領域Ｘをガソリン運転領域に変更する。つまり、ガソリン運転領域Ａを、異常発生領域Ｘが該ガソリン運転領域Ａに含まれるように拡大し、水素運転領域Ｂを、異常発生領域Ｘが該水素運転領域Ｂから外れるように縮小する。
【００２７】
上記のようにガソリン運転領域および水素運転領域を更新することで、水素運転モードで内燃機関１が運転されているときに異常燃焼が発生した場合、異常発生領域では、次回からガソリン運転モードが選択されることになる。つまり、異常発生領域では、水素運転モードでの運転が行われなくなる。そのため、デポジットを着火元とする水素の異常燃焼の再発を抑制することができる。したがって、本実施例によれば、水素運転モードでの運転時における異常燃焼の発生頻度を抑制することが可能となる。
【００２８】
図４は、本実施例に係る、内燃機関の運転モードの切り替え及び運転領域の更新のフローを示すフローチャートである。本フローは、ＥＣＵ２０に記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００２９】
本フローでは、先ず、Ｓ１０１において、内燃機関１の運転モードが水素運転モードであるか否かが判別される。Ｓ１０１において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、Ｓ１０１において肯定判定された場合、すなわち、内燃機関１の運転モードが水素運転モードである場合、次に、Ｓ１０２において、内燃機関１で異常燃焼が発生したか否かを判別する。
【００３０】
上述したように、本実施例では、ＥＣＵ２０が、筒内圧センサ３０の検出値に基づいて、内燃機関１における異常燃焼の有無を判別する。ただし、内燃機関１における異常燃焼を他の手法により検出してもよい。例えば、内燃機関１において異常燃焼が発生すると該内燃機関１の機関回転速度が変動する。そのため、内燃機関１の機関回転速度に基づいて該内燃機関１における異常燃焼の有無を判別することもできる。また、内燃機関１にノックセンサが設けられている場合、該ノックセンサの検出値に基づいて、内燃機関１における異常燃焼の有無を判別することもできる。
【００３１】
Ｓ１０２において否定判定された場合、本フローの実行が一旦終了される。一方、Ｓ１０２において肯定判定された場合、すなわち、水素の異常燃焼が発生した場合、次に、Ｓ１０３の処理が実行される。Ｓ１０３においては、内燃機関１の運転モードが水素運転モードからガソリン運転モードに変更される。つまり、水素インジェクタ９からの水素噴射が停止され、ガソリンインジェクタ８からのガソリン噴射が開始される。このとき、内燃機関１が水素運転モードで運転されている時と略同一のトルクが出力されるように、ガソリンの噴射量が調整される。
【００３２】
次に、Ｓ１０４において、上述した手法により、水素運転モードにおいて異常燃焼が発生した時の内燃機関１の運転状態に応じた異常発生領域が推定される。次に、Ｓ１０５において、ガソリン運転領域および水素運転領域が更新される。つまり、Ｓ１０４で推定された異常発生領域がガソリン運転領域に変更される。
【００３３】
上記フローによれば、内燃機関１が水素運転モードで運転されている時に異常燃焼が検出された場合、内燃機関１の運転モードがガソリン運転モードに切り替えられるとともに、異常発生領域がガソリン運転領域に含まれるようにガソリン運転領域が拡大され、異常発生領域が水素運転領域から外れるように水素運転領域が縮小される。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・点火プラグ
８・・・ガソリンインジェクタ
９・・・水素インジェクタ
１０・・ガソリン用デリバリーパイプ
１１・・水素用デリバリーパイプ
１５・・水素供給通路
１６・・水素タンク
２０・・ＥＣＵ
２８・・クランク角センサ
２９・・アクセル開度センサ
３０・・筒内圧センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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