JP2016156304A - 内燃機関の燃料切替装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体燃料から気体燃料への切替えを行う際に、燃焼室内の部材が高温であることに起因する異常燃焼を抑制しながら、切替えの遅延に起因する液体燃料の無駄な消費を抑制する。
【解決手段】ガソリンで運転する第１の運転状態（期間ａ）から、水素を用いて要求出力によって定まる空燃比で運転する第２の運転状態に移行すべき条件が成立した場合であって、気筒内の温度が所定値より大きい場合には、要求出力に対して第２の運転状態で定まる空燃比よりもリーンな空燃比で水素を供給して運転する第３の運転状態を、所定時間（期間ｂ）にわたって実行した後に、第２の運転状態を実行する（期間ｃ）。異常燃焼のおそれが抑制され、しかも切替えの遅延に起因するガソリンの無駄な消費が抑制される。
【選択図】図６

Description

本発明は複数種類の燃料のうちの少なくともいずれかを燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関を含んで構成された燃料切替装置に関する。

複数種類の燃料、例えばガソリン、軽油、アルコールなどの液体燃料と、水素や圧縮天然ガス（ＣＮＧ）などの気体燃料とを切り替えて使用する内燃機関、いわゆる多種燃料エンジンが提案されている。

気体燃料と液体燃料とで異なる空燃比で運転することが必要な場合に、燃料の切替えに対して空気量の変化が遅れると、意図しない加速感や減速感が生じてドライバに違和感を与えるおそれがある。

特許文献１が開示する装置では、液体燃料をストイキで運転し、気体燃料（水素）をリーンで運転する場合において、液体燃料から気体燃料への切替えの際のトルクの急変を抑制する目的から、液体燃料から気体燃料への切替えを行う際に、空気量を増大させて気体燃料を供給すると共に、液体燃料を低減させている。

特開２００９−０６８４９２号公報

気体燃料での運転では、バックファイアなどの異常燃焼が生じないように空燃比が決定される。しかしながら、液体燃料から気体燃料への切替えを、所定の切替条件が満たされてから即座に行うと、液体燃料での運転中に点火栓や排気弁などの燃焼室内の部材が局所的に高温になっていることに起因して、切替えの直後に異常燃焼が発生してしまうおそれがある。他方、液体燃料から気体燃料への切替えを、点火栓や排気弁などの燃焼室内の部材の温度が低下するまで遅延させると、液体燃料を無駄に消費してしまう。

そこで、本発明の目的は、液体燃料から気体燃料への切替えを行う際に、点火栓や排気弁などの燃焼室内の部材が液体燃料での運転中に高温になっていることに起因する切替え直後の異常燃焼を抑制しながら、切替えの遅延に起因する液体燃料の無駄な消費を抑制することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様は、
内燃機関の気筒内に液体燃料を供給する第１噴射手段と、
前記気筒内に気体燃料を供給する第２噴射手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１噴射手段から噴射される前記液体燃料を用いて要求出力によって定まる空燃比で運転する第１運転状態と、前記第２噴射手段から噴射される前記気体燃料を用いて要求出力によって定まる空燃比で運転する第２運転状態とを、選択的に実行するように構成された制御手段と、
を備えた内燃機関の燃料切替装置であって、
前記制御手段は、前記第１の運転状態から前記第２の運転状態に移行すべき条件が成立した場合であって、前記気筒内の温度が所定値より大きい場合には、要求出力に対して前記第２の運転状態で定まる空燃比よりもリーンな空燃比で、第２噴射手段から気体燃料を供給して運転する第３の運転状態を所定時間にわたって実行した後に、前記第２の運転状態を実行するように更に構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料切替装置である。

本発明では、制御手段は、液体燃料で運転する第１の運転状態から、気体燃料で運転する第２の運転状態に移行すべき条件が成立した場合であって、気筒内の温度が所定値より大きい場合には、要求出力に対して第２の運転状態で定まる空燃比よりもリーンな空燃比で、第２噴射手段から気体燃料を供給して運転する第３の運転状態を所定時間にわたって実行した後に、第２の運転状態を実行する。

第３の運転状態では、要求出力に対して第２の運転状態で定まる空燃比よりもリーンな空燃比で運転されるので、第２の運転状態による場合に比べて、異常燃焼のおそれが抑制され、しかも液体燃料の供給は行われない。したがって本発明では、点火栓や排気弁などの燃焼室内の部材が高温になっていることに起因する異常燃焼が抑制され、しかも、切替えの遅延に起因する液体燃料の無駄な消費が抑制される。第３の運転状態が実行される所定時間は、固定値であっても良く、あるいは、運転状態に応じて補正又は動的に定められる可変時間であっても良い。

本発明によれば、液体燃料から気体燃料への切替えを行う際に、点火栓や排気弁などの燃焼室内の部材が高温になっていることに起因する異常燃焼を抑制しながら、切替えの遅延に起因する液体燃料の無駄な消費を抑制することができる。

本発明に係る内燃機関の燃料切替装置の第１実施形態を示す概略構成図である。 本発明の第１実施形態における切替許可領域マップの設定例を示すグラフである。 本発明の第１実施形態における水素通常空燃比マップの設定例を示すグラフである。 本発明の第１実施形態における筒内温度−移行時間マップの設定例を示すグラフである。 本発明の第１実施形態における燃料切替処理ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態におけるガソリン噴射量、水素噴射量および空気過剰率の推移を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態における水素通常ＥＧＲ率マップの設定例を示すグラフである。 本発明の第２実施形態におけるガソリン噴射量、水素噴射量およびＥＧＲ率の推移を示すタイミングチャートである。 本発明の第３実施形態における水素通常水噴射量マップの設定例を示すグラフである。 本発明の第３実施形態におけるガソリン噴射量、水素噴射量および水噴射量の推移を示すタイミングチャートである。

以下に、本発明の実施形態につき添付図面を参照しつつ説明する。

まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係る車両に搭載されたエンジン１００の概要を説明する。１０１はシリンダブロック、１０２は燃焼室、１０３は燃焼室１０２内の頂部に配置された点火栓（スパークプラグ）、１０４は吸気マニホールド、１０５は排気マニホールドをそれぞれ示している。吸気マニホールド１０４は、吸気ダクト１０６を介してエアクリーナ１０７に接続され、エアクリーナ１０７の上流側は外部に開放している。吸気ダクト１０６内には、ステップモータ１０８により駆動されるスロットル弁１０９が配置されている。

エンジン１００は、液体燃料供給系と気体燃料供給系とを具備しており、液体燃料としてガソリンを用い、気体燃料として水素を用いている。

液体燃料供給系は、吸気マニホールド１０４に連なる吸気ポート内に噴射可能に配置されたガソリン噴射弁１１１を具備し、このガソリン噴射弁１１１は、ガソリンデリバリパイプ１１２及びガソリン供給ライン１１３を介して、車載された液体燃料容器としてのガソリンタンク１１４に接続されている。さらに、ガソリン供給ライン１１３内には、燃料ポンプ１１５が配置されている。

気体燃料供給系は、吸気マニホールド１０４に連なる吸気ポート内に噴射可能に配置された水素噴射弁１２１を具備し、この水素噴射弁１２１は、水素デリバリパイプ１２２及び水素供給ライン１２３を介して、車載された気体燃料容器としての水素燃料タンク１２４に接続されている。水素供給ライン１２３内には、水素の流量を制御するためのレギュレータ１２５と、水素の残量を推定するために用いられる圧力センサ１２６並びに温度センサ１２７が設置されている。水素デリバリパイプ１２２には、デリバリ圧力センサ１２８並びにデリバリ温度センサ１２９が設置されている。

なお、本実施形態では、ガソリン噴射弁１１１及び水素噴射弁１２１をいずれも吸気マニホールド１０４に連なる吸気ポート内に噴射可能に設置したが、これらガソリン噴射弁１１１及び水素噴射弁１２１の少なくとも一方を、気筒内の燃焼室１０５に噴射可能に配置してもよい。

吸気ダクト１０６には、吸気ダクト１０６内に水を噴射可能に配置された水噴射弁１３１が設けられている。この水噴射弁１３１は、水供給ライン１３３を介して、車載された水タンク１３４に接続されている。さらに、水供給ライン１３３内には、水ポンプ１３５が配置されている。

エンジン１００の排気ポートは、排気マニホールド１０５を介して触媒装置１４１に接続され、触媒装置１４１の排気側は不図示の消音器を介して外部に開放している。触媒装置は例えば三元触媒であるが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒など、他の種類の排気浄化触媒であってもよい。触媒装置１４１の入口の近傍には、排出ガスの空燃比を検出する空燃比センサ１４８が設置されている。空燃比センサ１４８としては、周知のＡ／ＦセンサあるいはＯ２センサ、もしくはそれらの両方を用いることができる。

排気マニホールド１０５と吸気マニホールド１０４は、ＥＧＲ通路１４２を介して互いに接続されている。ＥＧＲ通路１４２は、排気通路における触媒装置１４１よりも上流側の部分と、吸気通路におけるスロットル弁１０９の下流側の部分とを接続している。ＥＧＲ通路１４２内には、ステップモータ１４３により駆動されるＥＧＲ制御弁１４４が配置されている。ＥＧＲ制御弁１４４は例えばバタフライ弁であり、その開度は全閉と全開との間で連続的に変更可能である。

吸気ダクト１０６内であってエアクリーナ１０７の下流側かつスロットル弁１０９の上流側には、吸入空気量を検出するための空気量センサ１４５が設置されている。空気量センサ１４５としては、例えば熱式エアフローメータあるいは半導体式吸気圧センサを用いることができる。

また車室内には、使用する燃料の種類を運転者の操作により選択するためのガソリン運転スイッチ１４９が設置されている。このガソリン運転スイッチ１４９は、運転者の意志に基づいて燃料を選択する際に用いられ、ドライバがガソリン運転スイッチ１４９をオンした場合に、そのオン信号が出力される。水素は気体燃料であるため、液体燃料に比べて気筒内で占める体積が大きく、したがって液体燃料での運転に比べて出力が低い。このため、本実施形態におけるエンジン１００では、原則として水素を用いて運転が実行されるが、高出力が望ましいなどの理由からドライバがガソリンを用いた運転を希望する場合に、このガソリン運転スイッチ１４９が利用される。

ＥＣＵ２００はデジタルコンピュータからなり、周知のように、双方向性バスを介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）、入力ポート、および出力ポート等を具備している。

圧力センサ１２６、温度センサ１２７、デリバリ圧力センサ１２８、デリバリ温度センサ１２９、空気量センサ１４５、空燃比センサ１４８及びガソリン運転スイッチ１４９の出力電圧は、それぞれ、対応するＡＤ変換器を介してＥＣＵ２００の入力ポートに入力される。さらに、入力ポートには、エンジン回転数Ｎｅを表す出力パルスを発生するクランク角センサ１４６、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１４７を含むセンサ類が、それぞれ対応するＡＤ変換器を介して接続されている。

一方、ＥＣＵ２００の出力ポートは、それぞれ、対応するＤＡ変換器および駆動回路を介して、点火栓１０３、ステップモータ１０８，１４３、ガソリン噴射弁１１１、水素噴射弁１２１、水噴射弁１３１及びポンプ１１５，１３５を含む各アクチュエータに接続されている。

本実施形態では、ガソリンと水素のそれぞれについて、通常制御として、エンジン回転数Ｎｅ、要求負荷ＫＬなどから、燃料噴射量、噴射タイミングによる運転制御が行われる。

本実施形態では、ガソリンを用いた運転から水素を用いた運転への切替えが可能な運転領域を示す切替許可領域マップ（図２）が予め作成され、ＥＣＵ２００のＲＯＭに格納されている。図２に示されるとおり、切替可能領域Ａは、エンジン回転数及びトルク（要求負荷ＫＬ）で示される全運転領域のうち、低回転領域（アイドル等）、高回転領域及び高トルク領域を除いた部分に設定されている。このように切替可能領域Ａを定めた目的は、この領域であれば切替え時のトルク変動が許容できる程度に小さいからである。

また本実施形態では、水素を用いた通常運転、すなわち要求出力によって定まる空燃比による運転を行う場合に適用される水素通常空燃比マップ（図３）が予め作成され、ＥＣＵ２００のＲＯＭに格納されている。この水素通常空燃比マップでは、リーン（空気過剰率λ＞１）の混合気で運転を行うリーン燃焼領域Ｂと、ストイキ（λ＝１）の混合気で運転を行うストイキ燃焼領域Ｃとが設定されている。ここにいう空気過剰率（excess air factor）λは、理論空燃比に対する空燃比の比率、すなわちエンジンに吸入される混合気の空燃比を理論空燃比で除した値である。ストイキの混合気は空気過剰率λが１．０であり、リーンの混合気は空気過剰率λが１．０よりも大きく、リッチの混合気は空気過剰率λがが１．０よりも小さい。

図３に示されるとおり、リーン燃焼領域Ｂは、エンジン回転数及びトルク（要求負荷ＫＬ）で示される全運転領域のうち、トルクが所定の基準値Ｔｔｈ以下である低トルク領域に設定されており、ストイキ燃焼領域Ｃは、トルクが基準値Ｔｔｈより大である高トルク領域に設定されている。高負荷領域でもＮＯｘ浄化性能を確保するために、ストイキ運転領域Ｃを画定するための基準値Ｔｔｈは、出力と排出ＮＯｘ量との兼ね合いで設定される。リーン燃焼領域Ｂでの空気過剰率λは、例えば１．５〜３．０の間に設定され、例えばトルク（要求負荷）が小さいほど空気過剰率λを大きくするなど、トルクに応じて変更してもよい。なお、本実施形態ではガソリンを用いた通常運転についても、運転領域内の複数の領域における空燃比ないし空気過剰率λの異なる値を定めたガソリン空燃比マップ（不図示）が予め作成され、ＥＣＵ２００のＲＯＭに格納されている。このガソリン空燃比マップを利用して、エンジン回転数及びトルクに応じて空燃比が設定される。

さらに、本実施形態では、図４に示されるような筒内温度−移行時間マップが予め作成され、ＥＣＵ２００のＲＯＭに格納されている。この筒内温度−移行時間マップは、要求負荷ＫＬ及びその履歴（例えば積算値）に基づいて所定の関数により算出される推定筒内温度（すなわち、気筒内の温度）と、ガソリンから水素による運転の切替え時に適用される移行時間とを、互いに関連付けて記憶させたものである。図４に示されるとおり、推定筒内温度がある基準温度Ｓ以下の領域では移行時間はゼロであり、この基準温度Ｓよりも高温の領域では、移行時間は推定筒内温度にほぼ比例して増大するように設定されている。この基準温度Ｓは、これより高い温度においてガソリンを用いた運転から水素を用いた運転への切替えを、所定の切替条件が満たされてから即座に行うと、切替えの直後に異常燃焼が発生してしまうおそれがある温度である。

以上のとおり構成された本実施形態の動作の一例について説明する。図５は、本実施形態のＥＣＵ２００において実行される燃料切替処理ルーチンを示す。この処理ルーチンは、イグニッションスイッチがＯＮされ、且つガソリンを用いたエンジン１００の運転が実行中であることを条件に、予め定められたエンジン回転数ごとの割込みによって繰り返し実行される。

ガソリンを用いたエンジン１００の運転中には、空燃比はガソリン空燃比マップに従い要求出力によって定まる値、例えば、中・低負荷時には空気過剰率λ＝１（ストイキ）とされ、高負荷時にはλ＜１（リッチ）とされる。まずＥＣＵ２００は、ガソリンから水素への切替要求があるかを判断する（Ｓ１０）。ここでは、（１）エンジン１００の暖機後であること、（２）水素タンク１２４内に水素の残量があること、及び（３）ガソリン運転スイッチ１４９がオンされていないこと、が全て成立した場合に、切替要求があると判断される。切替要求がない場合（Ｓ１０：ＮＯ）には処理がリターンされる。

切替要求がある場合には、次にＥＣＵ２００は、ガソリンから水素への切替許可条件が成立しているかを判断する（Ｓ２０）。ここでは、（４）エンジン冷却水温が６０°Ｃより大であること（水温センサ１４７の検出値に基づいて判断する）、（５）空燃比センサ１４８の暖機が終了していること（始動時からの積算吸入空気量及び／又は水温センサ１４７の検出値に基づいて判断する）、及び（６）エンジン回転数及びトルクが、切替許可領域マップ（図２）における切替可能領域Ａにあること、が全て成立した場合に、切替許可条件が成立していると判断される。切替許可条件が成立していない場合には処理がリターンされる。

切替許可条件が成立している場合には、次にＥＣＵ２００は、推定筒内温度を算出する（Ｓ３０）。この推定筒内温度は、要求負荷ＫＬ及びその履歴（例えば積算値）に基づいて、所定の関数により算出される。

次にＥＣＵ２００は、ステップＳ３０で算出された推定筒内温度と、上述した筒内温度−移行時間マップ（図４）とを用いて、ガソリンから水素による運転の切替え時に適用される移行時間を算出する（Ｓ４０）。

次にＥＣＵ２００は、算出された移行時間がゼロかを判断する（Ｓ５０）。そして、移行時間がゼロでない場合（Ｓ５０：ＮＯ）には、ＥＣＵ２００は、水素リーン燃焼制御を実行する（Ｓ６０）。図６に示されるように、この水素リーン燃焼制御（期間ｂ）では、ガソリン噴射量がゼロにされ、水素噴射量が要求出力によって定まる量に制御されると共に、スロットル弁１０９の制御により、空気過剰率λが、水素通常空燃比マップ（図３）で定まる値よりも大きい（リーンな）値、例えば２．０に制御される。ここでの空気過剰率λは、推定される筒内温度であっても水素による運転を開始した場合に異常燃焼を抑制可能な値に設定される。ここでの空気過剰率λの設定は、水素通常空燃比マップ（図３）で定まる値に所定の正の値を加算あるいは１以上の値を乗算して定めても良いし、エンジン回転数及びトルクに基づく別途のマップによって、水素通常空燃比マップ（図３）で定まる値よりも大きい（混合気がリーンになるような）空気過剰率λの値を定めても良い。なお、図６におけるガソリン噴射量および水素噴射量は１ショットあたりの値（mm^3／st）を示す。

このような水素リーン燃焼制御は、先に算出された移行時間が経過するまで継続して実行される（Ｓ７０）。移行時間が経過すると、ＥＣＵ２００は水素リーン燃焼制御を終了し、水素通常燃焼制御を開始する（Ｓ８０）。図６に示されるように、この水素通常燃焼制御では、ガソリン噴射量がゼロにされ、水素噴射量が要求出力によって定まる量に制御されると共に、スロットル弁１０９の制御により、空気過剰率λが要求出力によって定まる量、例えば１．４に制御される。

以上の処理の結果、本実施形態では、ガソリンで運転する第１の運転状態（図６における期間ａ）から、水素を用いて要求出力によって定まる空燃比で運転する第２の運転状態に移行すべき条件が成立した場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）であって、気筒内の温度が所定値より大きい場合には、要求出力に対して第２の運転状態で定まる空燃比よりもリーンな空燃比で、水素噴射弁１２１から水素を供給して運転する第３の運転状態を、所定時間（図６における期間ｂ）にわたって実行した後に、第２の運転状態を実行する（図６における期間ｃ）。

第３の運転状態（図６における期間ｂ）では、要求出力に対して第２の運転状態で定まる空燃比よりもリーンな空燃比で運転されるので、第２の運転状態による場合に比べて、異常燃焼のおそれが抑制され、しかもガソリンの供給は行われない。したがって本実施形態では、点火栓１０３や排気弁などの燃焼室内の部材が高温であることに起因する異常燃焼が抑制され、しかも、切替えの遅延に起因するガソリンの無駄な消費が抑制される。

また本実施形態では、移行時間が気筒内の温度に基づいて変更されるので、第３の運転状態の実行時間を必要な限度にまで抑制することができる。ただし、移行時間（すなわち、第３の運転状態が実行される所定時間）は、気筒内の温度に相関する運転状態を示す他のパラメータに応じて補正又は動的に定めても良く、あるいは、固定値であっても良い。移行時間を固定値とする場合には、推定筒内温度が基準温度Ｓよりも大きい場合に、固定値である移行時間にわたって第３の運転状態を実行することができる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、第３の運転状態すなわち水素リーン燃焼を、スロットル弁１０９の開度制御による吸入空気量の増大によって実現した。これに対し、第２実施形態は、第３の運転状態すなわち水素リーン燃焼を、ＥＧＲ率の増大によって実現するものである。第２実施形態の機械的構成は、上記第１実施形態と同様であるため、その詳細の説明を省略する。

第２実施形態では、水素を用いた通常運転、すなわち要求出力によって定まる空燃比による運転を行う場合に適用される水素通常ＥＧＲ率マップ（図７）が予め作成され、ＥＣＵ２００のＲＯＭに格納されている。ここにいうＥＧＲ率は、筒内に流入するＥＧＲガス量（ＥＧＲ通路１４２を通じて供給される排出ガスの量）を、筒内に流入する空気量（新気量）とＥＧＲガス量との和で除した値を百分率で表したものである。ＥＧＲ率［％］が大きいほど、混合気はリーンとなる。図７に示されるとおり、エンジン回転数の全ての領域において、トルク（要求負荷ＫＬ）が大きいほど、ＥＧＲ率は大きな値に設定されている。

第２実施形態において実行される燃料切替処理の内容は、上述した第１実施形態において図５に従って説明したものと同様である。ただし、図５の処理ルーチンにおけるステップＳ６０で示された水素リーン燃焼制御では、水素噴射量が要求出力によって定まる量に制御されると共に、ＥＧＲ制御弁１４４の制御により、ＥＧＲ率が水素通常ＥＧＲ率マップ（図７）で定まる値よりも大きい（リーンな）値に制御される。ここでのＥＧＲ率は、推定される筒内温度であっても水素による運転を開始した場合に異常燃焼を抑制可能な値に設定される。ここでのＥＧＲ率の設定は、水素通常ＥＧＲ率マップ（図７）で定まる値に所定の正の値を加算あるいは１以上の値を乗算して定めても良いし、エンジン回転数及びトルクに基づく別途のマップによって、水素通常ＥＧＲ率マップ（図７）で定まる値よりも大きい（混合気がリーンになるような）ＥＧＲ率の値を定めても良い。

第２実施形態では、図８に示されるとおり、ガソリンで運転する第１の運転状態（図８における期間ａ）から、水素を用いて要求出力によって定まる空燃比で運転する第２の運転状態に移行すべき条件が成立した場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）であって、気筒内の温度が所定値より大きい場合には、ＥＧＲ率の増大により、要求出力に対して第２の運転状態で定まる空燃比よりもリーンな空燃比で、水素噴射弁１２１から水素を供給して運転する第３の運転状態が、所定時間（図８における期間ｂ）にわたって実行した後に、第２の運転状態を実行される（図８における期間ｃ）。したがって、第２実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、第３の運転状態すなわち水素リーン燃焼を、水噴射量の増大によって実現するものである。第３実施形態の機械的構成は、上記第１実施形態と同様であるため、その詳細の説明を省略する。

第３実施形態では、水素を用いた通常運転、すなわち要求出力によって定まる空燃比による運転を行う場合に適用される水素通常水噴射量マップ（図９）が予め作成され、ＥＣＵ２００のＲＯＭに格納されている。ここにいう水噴射量は、所定の水噴射間隔（例えば燃料噴射間隔と同じ）で噴射される１ショットあたりの値（mm^3／st）を示す。図９に示されるとおり、エンジン回転数の全ての領域において、トルク（要求負荷ＫＬ）が大きいほど、水噴射量は大きな値に設定されている。

第３実施形態において実行される燃料切替処理の内容は、上述した第１実施形態において図５に従って説明したものと同様である。ただし、図５の処理ルーチンにおけるステップＳ６０で示された水素リーン燃焼制御では、水素噴射量が要求出力によって定まる量に制御されると共に、水噴射弁１３１の制御により、水噴射量が水素通常水噴射量マップ（図９）で定まる値よりも大きい（混合気がリーンになるような）値に制御される。ここでの水噴射量は、推定される筒内温度であっても水素による運転を開始した場合に異常燃焼を抑制可能な値に設定される。ここでの水噴射量の設定は、水素通常水噴射量マップ（図９）で定まる値に所定の正の値を加算あるいは１以上の値を乗算して定めても良いし、エンジン回転数及びトルクに基づく別途のマップによって、水素通常水噴射量マップ（図９）で定まる値よりも大きい（混合気がリーンになるような）水噴射量の値を定めても良い。

第３実施形態では、図１０に示されるとおり、ガソリンで運転する第１の運転状態（図１０における期間ａ）から、水素を用いて要求出力によって定まる空燃比で運転する第２の運転状態に移行すべき条件が成立した場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）であって、気筒内の温度が所定値より大きい場合には、水噴射量の増大により、要求出力に対して第２の運転状態で定まる空燃比よりもリーンな空燃比で、水素噴射弁１２１から水素を供給して運転する第３の運転状態が、所定時間（図１０における期間ｂ）にわたって実行した後に、第２の運転状態を実行される（図１０における期間ｃ）。したがって、第３実施形態では、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記各実施形態では液体燃料としてガソリンを用い、気体燃料として水素を用いた例について説明した。しかしながら、液体燃料と気体燃料の種類は上記のものに限られず、本発明は液体燃料と気体燃料とを切り替えて使用する内燃機関について広く適用できる。また、気体燃料及び液体燃料の少なくとも一方が複数種類の燃料の混合燃料であってもよい。本発明における液体燃料としては、ガソリンのほか軽油、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油のような炭化水素、或いは液体の状態で保存しうるブタン、プロパンのような炭化水素、或いはメタノールなどを利用することができる。本発明における気体燃料としては、水素のほか、一次燃料である天然ガスおよび石油ガス、或いは二次燃料である石炭転換ガスおよび石油転換ガス、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）などを利用することができる。

また、上記各実施形態では、それぞれ第３の運転状態において空燃比をリーン化するための手段として、吸入空気量の増大（第１実施形態）、ＥＧＲ率の増大（第２実施形態）、及び水噴射量の増大（第３実施形態）を個別に利用したが、単独の実施態様において複数種類の空燃比をリーン化するための手段を利用しても良い。この場合において、さらに複数種類の空燃比をリーン化するための手段を、気筒内の温度などの運転状態あるいは水タンクの残量に応じて任意に選択し、あるいは任意の割合で組み合わせて実行しても良い。

また、上記各実施形態ではガソリンと水素燃料の両者につき燃料噴射式としたが、これらの少なくともいずれか一方をキャブレター式やミキサ式など他の方式とすることも可能である。また、エンジンは圧縮着火式内燃機関であってもよい。

また、上記各実施形態では気筒内の温度を、要求負荷ＫＬ及びその履歴（例えば積算値）に基づいて算出したが、気筒内の温度は、例えば水温センサによって検出されるエンジン冷却水温など、運転状態を示す他のパラメータに基づいて推定してもよく、また燃焼室内又はその近傍に温度センサを設置して直接検出しても良い。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１００ エンジン
１１１ 水素噴射弁
１２１ ガソリン噴射弁
１３１ 水噴射弁
１４４ ＥＧＲ制御弁
１４５ 空気量センサ
１４９ ガソリン運転スイッチ
２００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (1)

1. 内燃機関の気筒内に液体燃料を供給する第１噴射手段と、
   前記気筒内に気体燃料を供給する第２噴射手段と、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１噴射手段から噴射される前記液体燃料を用いて要求出力によって定まる空燃比で運転する第１運転状態と、前記第２噴射手段から噴射される前記気体燃料を用いて要求出力によって定まる空燃比で運転する第２運転状態とを、選択的に実行するように構成された制御手段と、
   を備えた内燃機関の燃料切替装置であって、
   前記制御手段は、前記第１の運転状態から前記第２の運転状態に移行すべき条件が成立した場合であって、前記気筒内の温度が所定値より大きい場合には、要求出力に対して前記第２の運転状態で定まる空燃比よりもリーンな空燃比で、第２噴射手段から気体燃料を供給して運転する第３の運転状態を所定時間にわたって実行した後に、前記第２の運転状態を実行するように更に構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料切替装置。

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