特許 6453022 点火時期の制御装置および制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6453022

(24)【登録日】2018年12月21日

(45)【発行日】2019年1月16日

(54)【発明の名称】点火時期の制御装置および制御方法

(51)【国際特許分類】

   F02P 5/15 20060101AFI20190107BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20190107BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20190107BHJP

   F02P 5/152 20060101ALI20190107BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20190107BHJP

   F02D 41/02 20060101ALI20190107BHJP

【ＦＩ】

   F02P5/15 B

   F02D45/00 345A

   F02D43/00 301E

   F02D43/00 301B

   F02D45/00 364K

   F02P5/152

   F02D19/02 Z

   F02D41/02 330K

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-206574(P2014-206574)

(22)【出願日】2014年10月7日

(65)【公開番号】特開2016-75235(P2016-75235A)

(43)【公開日】2016年5月12日

【審査請求日】2017年9月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005463

【氏名又は名称】日野自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】植松 真一郎

【審査官】 戸田 耕太郎

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／０５４０８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０１１４８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｐ ５／１５

Ｆ０２Ｄ １９／０２

Ｆ０２Ｄ ４１／０２

Ｆ０２Ｄ ４３／００

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｐ ５／１５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

天然ガスを燃料とするエンジンの点火時期を制御する点火時期の制御装置であって、
前記エンジンの運転状態に応じたベース点火時期と前記ベース点火時期を補正する補正量とに基づく目標点火時期に点火プラグの点火時期を制御する点火時期制御部と、
混合気の空気量と前記混合気の燃料量とに基づく吸気空燃比を演算する吸気空燃比演算部と、
排気ガスの酸素濃度に基づく排気空燃比を演算する排気空燃比演算部と、
前記排気空燃比と前記吸気空燃比との比率に基づいて前記補正量を更新する補正量更新部と、を備え、
前記補正量更新部は、
前記比率と、燃料の組成が変化していないと判断される前記比率の値の範囲である許容範囲と、を比較し、前記比率が前記許容範囲外の値であり、かつ、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が高い場合に、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が高いほど前記補正量を大きく遅角させるとともに、
前記比率が同じ値であっても、更新前の前記補正量が前記ベース点火時期を進角側へ補正するものである場合には更新前の前記補正量による進角量が大きいほど前記補正量を大きく遅角させ、更新前の前記補正量が前記ベース点火時期を遅角側へ補正するものである場合には更新前の前記補正量による遅角量が大きいほど前記補正量を小さく遅角させる
点火時期の制御装置。

【請求項2】

前記補正量更新部は、
前記比率が前記許容範囲外の値であり、かつ、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が低い場合に前記補正量を進角させる
請求項１に記載の点火時期の制御装置。

【請求項3】

前記補正量更新部は、
前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が低いほど前記補正量を大きく進角させる
請求項２に記載の点火時期の制御装置。

【請求項4】

前記補正量更新部は、
前記比率が同じ値であっても、更新前の前記補正量が前記ベース点火時期を遅角側へ補正するものである場合には更新前の前記補正量による遅角量が大きいほど前記補正量を大きく進角させ、更新前の前記補正量が前記ベース点火時期を進角側へ補正するものである場合には更新前の前記補正量による進角量が大きいほど前記補正量を小さく進角させる
請求項３に記載の点火時期の制御装置。

【請求項5】

前記許容範囲が第１許容範囲であり、
前記補正量更新部は、
所定期間における前記比率の平均値と、燃料の組成が変化していないと判断される前記平均値の範囲であって下限値が前記第１許容範囲の下限値よりも高く、かつ、上限値が前記第１許容範囲の上限値よりも低い第２許容範囲と、を比較し、前記比率が前記第１許容範囲内であっても前記平均値が前記第２許容範囲外の値であり、かつ、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が高い場合に前記補正量を遅角させる
請求項１〜４のいずれか一項に記載の点火時期の制御装置。

【請求項6】

前記補正量更新部は、
前記比率が前記第１許容範囲内であっても前記平均値が前記第２許容範囲外の値であり、かつ、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が低い場合に前記補正量を進角させる
請求項５に記載の点火時期の制御装置。

【請求項7】

天然ガスを燃料とするエンジンの点火時期を制御する点火時期の制御方法であって、
前記点火時期を制御する制御装置は、
前記エンジンの運転状態に応じたベース点火時期と前記ベース点火時期を補正する補正量とに基づく目標点火時期に点火プラグの点火時期を制御するとともに、
混合気の空気量と前記混合気の燃料量とに基づく吸気空燃比と、
排気ガスの酸素濃度に基づく排気空燃比と、
前記排気空燃比と前記吸気空燃比との比率と、を演算し、
前記比率と、燃料の組成が変化していないと判断される前記比率の値の範囲である許容範囲と、を比較し、前記比率が前記許容範囲外の値であり、かつ、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が高い場合に、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が高いほど前記補正量を大きく遅角させるとともに、
前記比率が同じ値であっても、更新前の前記補正量が前記ベース点火時期を進角側へ補正するものである場合には更新前の前記補正量による進角量が大きいほど前記補正量を大きく遅角させ、更新前の前記補正量が前記ベース点火時期を遅角側へ補正するものである場合には更新前の前記補正量による遅角量が大きいほど前記補正量を小さく遅角させる
点火時期の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、天然ガスを燃料とするエンジンに適用される点火時期の制御装置および制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、例えば特許文献１のように、天然ガスを燃料とするエンジンを備えた天然ガス自動車が知られている。天然ガス自動車では、圧縮された天然ガスがガスタンクに貯留され、ガソリンエンジンと同様に、混合気の燃焼が点火により開始される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−１５７１２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

天然ガスの１つであるＣＮＧ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）は、メタンを主成分として含み、その他の成分として、メタンよりもオクタン価の低いエタン、プロパン、ノルマルブタン、イソブタン等を含む。そのため、燃料のメタンの濃度が低くなるとノッキングが発生しやすくなる。

【0005】

本発明は、メタンの濃度が低下してもノッキングの発生を抑えることが可能な点火時期の制御装置および制御方法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】

【0006】

上記課題を解決する点火時期の制御装置は、天然ガスを燃料とするエンジンの点火時期を制御する点火時期の制御装置であって、前記エンジンの運転状態に応じたベース点火時期と前記ベース点火時期を補正する補正量とに基づく目標点火時期に点火プラグの点火時期を制御する点火時期制御部と、混合気の空気量と前記混合気の燃料量とに基づく吸気空燃比を演算する吸気空燃比演算部と、排気ガスの酸素濃度に基づく排気空燃比を演算する排気空燃比演算部と、前記排気空燃比と前記吸気空燃比との比率に基づいて前記補正量を更新する補正量更新部と、を備え、前記補正量更新部は、前記比率と、燃料の組成が変化
していないと判断される前記比率の値の範囲である許容範囲と、を比較し、前記比率が前記許容範囲外の値であり、かつ、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が高い場合に、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が高いほど前記補正量を大きく遅角させるとともに、前記比率が同じ値であっても、更新前の前記補正量が前記ベース点火時期を進角側へ補正するものである場合には更新前の前記補正量による進角量が大きいほど前記補正量を大きく遅角させ、更新前の前記補正量が前記ベース点火時期を遅角側へ補正するものである場合には更新前の前記補正量による遅角量が大きいほど前記補正量を小さく遅角させる。

【0007】

上記課題を解決する点火時期の制御方法は、天然ガスを燃料とするエンジンの点火時期を制御する点火時期の制御方法であって、前記点火時期を制御する制御装置は、前記エンジンの運転状態に応じたベース点火時期と前記ベース点火時期を補正する補正量とに基づく目標点火時期に点火プラグの点火時期を制御するとともに、混合気の空気量と前記混合気の燃料量とに基づく吸気空燃比と、排気ガスの酸素濃度に基づく排気空燃比と、前記排気空燃比と前記吸気空燃比との比率と、を演算し、前記比率と、燃料の組成が変化していないと判断される前記比率の値の範囲である許容範囲と、を比較し、前記比率が前記許容範囲外の値であり、かつ、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が高い場合に、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が高いほど前記補正量を大きく遅角させるとともに、前記比率が同じ値であっても、更新前の前記補正量が前記ベース点火時期を進角側へ補正するものである場合には更新前の前記補正量による進角量が大きいほど前記補正量を大きく遅角させ、更新前の前記補正量が前記ベース点火時期を遅角側へ補正するものである場合には更新前の前記補正量による遅角量が大きいほど前記補正量を小さく遅角させる。

【0008】

天然ガスの主成分であるメタンは、その他の成分よりも理論空燃比が大きい。そのため、燃料のメタンの濃度が高くなると、同じ空気量、同じ燃料量であっても燃焼時に消費される酸素量が増加することで排気空燃比が低くなる。反対に、燃料のメタンの濃度が低くなると、燃焼時に消費される酸素量が減少することで排気空燃比が高くなる。

【0009】

上記構成では、比率と許容値とが異なる値であり、かつ、吸気空燃比よりも排気空燃比が高い場合に補正量が遅角される。すなわち、吸気空燃比よりも排気空燃比が高く、燃料のメタンの濃度が低下したと判断される場合に補正量が遅角される。これにより、補正量の更新前よりも目標点火時期が遅角側へと制御される。その結果、メタンの濃度が低下してもノッキングの発生が抑えられる。

【0010】

メタンの濃度が低下するほど、排気ガスの酸素濃度が高くなり、排気空燃比が高くなる。上記構成のように、排気空燃比が高いほど補正量を大きく遅角させることにより、ノッキングの発生がさらに高い確率の下で抑えられる。

【0012】

比率に基づき更新される補正量は、換言すれば、燃料のメタンの濃度を示す指標の１つである。上記構成のように、更新前の補正量に応じて更新時における補正量の遅角度合いが調整されることで、補正量の遅角によるエンジンの出力の過度な低下が抑えられる。

【0013】

上記点火時期の制御装置において、前記補正量更新部は、前記比率が前記許容範囲外の値であり、かつ、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が低い場合に前記補正量を進角させることが好ましい。

【0014】

上記構成によれば、比率が許容値と異なる値であり、かつ、吸気空燃比よりも排気空燃比が低い場合に、補正量が進角される。すなわち、吸気空燃比よりも排気空燃比が低く、メタンの濃度が上昇してノッキングが発生しにくくなったと判断される場合に補正量が進角される。これにより、ノッキングの発生を抑えつつ、エンジンの出力が高められる。
上記点火時期の制御装置において、前記補正量更新部は、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が低いほど前記補正量を大きく進角させることが好ましい。
上記点火時期の制御装置において、前記補正量更新部は、前記比率が同じ値であっても、更新前の前記補正量が前記ベース点火時期を遅角側へ補正するものである場合には更新前の前記補正量による遅角量が大きいほど前記補正量を大きく進角させ、更新前の前記補正量が前記ベース点火時期を進角側へ補正するものである場合には更新前の前記補正量による進角量が大きいほど前記補正量を小さく進角させることが好ましい。
上記点火時期の制御装置において、前記許容範囲が第１許容範囲であり、前記補正量更新部は、所定期間における前記比率の平均値と、燃料の組成が変化していないと判断される前記平均値の範囲であって下限値が前記第１許容範囲の下限値よりも高く、かつ、上限値が前記第１許容範囲の上限値よりも低い第２許容範囲と、を比較し、前記比率が前記第１許容範囲内であっても前記平均値が前記第２許容範囲外の値であり、かつ、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が高い場合に前記補正量を遅角させることが好ましい。
上記点火時期の制御装置において、前記補正量更新部は、前記比率が前記第１許容範囲内であっても前記平均値が前記第２許容範囲外の値であり、かつ、前記吸気空燃比よりも前記排気空燃比が低い場合に前記補正量を進角させることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態の点火時期の制御装置を搭載したエンジンシステムの概略構成を示す図である。

【図2】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、比率と補正量の更新量との関係の一例を示すグラフである。

【図3】点火時期制御の制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【図4】所定の運転状態において、メタンの濃度に対する最適点火時期およびノック点火時期の一例を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図１〜図４を参照して、点火時期の制御装置および制御方法の一実施形態について説明する。図１を参照して、点火時期の制御装置が搭載されたエンジンシステムの全体構成について説明する。

【0017】

図１に示すように、エンジンシステムのエンジン５は、気化した天然ガスであるＣＮＧ（Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）を燃料とするガスエンジンである。エンジン５は、複数の気筒１２を有するＭＰＩ（Ｍｕｌｔｉ Ｐｏｉｎｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）方式のエンジンである。エンジン５は、インテークマニホールド１４の分岐管１４ａの各々に、気筒１２に流入する吸入空気に対して燃料を供給するインジェクター１１が設けられている。エンジン５は、気筒１２ごとに、気筒１２内の混合気を点火する点火プラグ１３を有する。点火プラグ１３は、例えば、電気的に火花を発生させるスパークプラグである。各気筒１２の排気ガスは、エキゾーストマニホールド１５に排出される。

【0018】

インテークマニホールド１４に接続される吸気通路１６には、上流側から順に、図示されないエアクリーナー、ターボチャージャー１７を構成するコンプレッサー１８、インタークーラー１９、スロットルバルブ２０、サージタンク２１が設けられている。エキゾーストマニホールド１５に接続される排気通路２２には、コンプレッサー１８に連結軸を介して連結され、ターボチャージャー１７を構成するタービン２３が設けられている。

【0019】

燃料供給装置２４は、天然ガスを例えば２０ＭＰａで貯留するガスタンク２５を備える。ガスタンク２５には高圧配管２６が接続され、高圧配管２６にはレギュレーター２７が設けられている。レギュレーター２７は、高圧配管２６を流れる燃料を例えば０．４ＭＰａまで減圧する。レギュレーター２７で減圧された燃料は、デリバリーパイプ２８に流入する。デリバリーパイプ２８には、インジェクター１１ごとに供給配管２９が各別に接続されている。デリバリーパイプ２８内の燃料は、インジェクター１１ごとの供給配管２９を通じて各インジェクター１１に供給される。

【0020】

エンジンシステムは、吸入空気量センサー３０、吸気圧力センサー３１、吸気温度センサー３２、クランク角センサー３４、カム角センサー３５、空燃比センサー３６、アクセル開度センサー３８を備える。

【0021】

吸入空気量センサー３０は、吸気通路１６におけるコンプレッサー１８の上流にて、吸気通路１６を流れる吸入空気の体積流量である吸入空気量Ｑａを検出する。吸気圧力センサー３１は、サージタンク２１における吸入空気の圧力である吸気圧力Ｐｂを検出する。吸気温度センサー３２は、サージタンク２１における吸入空気の温度である吸気温度Ｔｉを検出する。クランク角センサー３４は、クランクシャフト５ａの回転角度であるクランク角ＣＡを検出する。カム角センサー３５は、図示されないカムシャフトの回転角度に基づき、所定の気筒１２が圧縮上死点に到達したタイミングで気筒判別信号Ｇを出力する。空燃比センサー３６は、タービン２３から流出した排気ガスに含まれる酸素濃度に基づいて空燃比ＡＦを検出する。アクセル開度センサー３８は、アクセルペダル４１の踏み込み量であるアクセル開度ＡＣＣを検出する。上記各センサー３０〜３８の出力した信号は、各点火プラグ１３の点火時期を制御する制御装置５０に入力される。

【0022】

制御装置５０は、ＣＰＵ、各種制御プログラムや各種データが格納されたＲＯＭ、各種演算における演算結果や各種データが一時的に格納されるＲＡＭを有するマイクロコンピューターを中心に構成される。制御装置５０は、各センサーからの信号に基づいて各種情報を取得する。制御装置５０は、ＲＯＭに格納された各種制御プログラムや各種データと各センサー３０〜３８からの情報とに基づいて各種処理を実行する。制御装置５０は、点火時期制御部、吸気空燃比演算部、排気空燃比演算部、補正量更新部として機能する。

【0023】

制御装置５０は、各種センサーからの信号に基づいて、吸入空気量Ｑａ、吸気圧力Ｐｂ、吸気温度Ｔｉ、クランク角ＣＡ、気筒判別信号Ｇ、空燃比ＡＦ、および、アクセル開度ＡＣＣを取得する。制御装置５０は、クランク角ＣＡに基づいてクランクシャフト５ａの回転数であるエンジン回転数Ｎｅを取得する。

【0024】

制御装置５０は、燃料供給量Ｑｆを演算し、その演算した燃料供給量Ｑｆの分の燃料が供給されるようにインジェクター１１の開閉を制御する。制御装置５０は、気筒判別信号Ｇとクランク角ＣＡとに基づき、混合気を燃焼させる気筒１２に対応するインジェクター１１である開弁対象を設定する。制御装置５０は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌとに基づき、燃料が標準燃料であった場合の標準供給量Ｑｆｓを演算する。標準燃料は、例えばエンジン５の設計時に基準とした燃料であり、所定の組成を有する天然ガスである。制御装置５０は、標準供給量Ｑｆｓに対し、例えば、空燃比センサー３６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御により演算されるフィードバック値や学習値を適用することにより燃料供給量Ｑｆを演算する。制御装置５０は、開弁対象から燃料供給量Ｑｆの分の燃料が分岐管１４ａに供給されるように開弁対象の開閉を制御する。なお、エンジン負荷Ｌは、例えば、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡＣＣ、吸入空気量Ｑａ、吸気圧力Ｐｂ、吸気温度Ｔｉ等に基づき演算される。また制御装置５０は、開弁対象の開閉を制御する際、例えばデリバリーパイプ２８での燃料の温度や燃料の圧力が考慮されてもよい。

【0025】

制御装置５０は、目標空燃比ＡＦｔを設定する。制御装置５０は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌとに基づいて、燃料が標準燃料であった場合の目標空燃比である標準空燃比ＡＦｓを演算する。制御装置５０は、標準空燃比ＡＦｓに対して、例えば、空燃比センサー３６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御により演算されるフィードバック値や学習値を適用することにより目標空燃比ＡＦｔを設定する。

【0026】

制御装置５０は、スロットルバルブ２０の開度を制御する。制御装置５０は、燃料が標準燃料であるものとして燃料供給量Ｑｆの重量を演算し、その演算結果と目標空燃比ＡＦｔとに基づき目標空気量Ｑａｔを演算する。制御装置５０は、エンジン回転数Ｎｅ、吸気圧力Ｐｂ、および、吸気温度Ｔｉ等に基づいて、目標空気量Ｑａｔだけの分の空気が気筒１２に流入するようにスロットルバルブ２０の開度を制御する。

【0027】

制御装置５０は、点火プラグ１３の駆動を制御する。制御装置５０は、気筒判別信号Ｇとクランク角ＣＡとに基づいて、混合気を燃焼させる気筒１２に対応する点火プラグ１３である駆動対象を設定する。制御装置５０は、駆動対象の目標点火時期Ａｔａｒを設定し、その設定した目標点火時期Ａｔａｒで駆動対象を駆動する。制御装置５０は、下記式（１）のように、エンジン回転数Ｎｅ、エンジン負荷Ｌ、および、ＲＯＭに格納されている標準点火マップに基づくベース点火時期Ａｂｓｅを補正量Ａｃｏｍの分だけ補正することにより目標点火時期Ａｔａｒを設定する。なお、標準点火マップに規定されたベース点火時期Ａｂｓｅは、燃料が標準燃料である場合において、ノッキングが発生するノック点火時期に対して所定のマージンを有する点火時期のなかでもエンジンの出力が最も高い点火時期である最適点火時期が設定されることが好ましい。
Ａｔａｒ＝Ａｂｓｅ＋Ａｃｏｍ … （１）

【0028】

制御装置５０は、各気筒１２の排気空燃比ＡＦｅｘを演算する。制御装置５０は、気筒判別信号Ｇとクランク角ＣＡとに基づいて、気筒１２から排出された排気ガスが空燃比センサー３６に到達するタイミングを気筒１２ごとに演算する。制御装置５０は、そのタイミングにおける空燃比センサー３６からの空燃比ＡＦに基づいて各気筒１２の排気空燃比ＡＦｅｘを演算する。

【0029】

制御装置５０は、排気空燃比ＡＦｅｘと吸気空燃比ＡＦｉｎとの比率に基づいて補正量Ａｃｏｍを更新する。本実施形態の比率は、排気空燃比ＡＦｅｘに対する吸気空燃比ＡＦｉｎの比率Ｒ（＝ＡＦｉｎ／ＡＦｅｘ）である。吸気空燃比ＡＦｉｎは、混合気の空気量と混合気の燃料量とに基づく空燃比であり、気筒１２に供給される空気量と燃料量とに基づく空燃比である。制御装置５０は、目標空燃比ＡＦｔを吸気空燃比ＡＦｉｎとして取り扱うことで比率Ｒを演算する。制御装置５０は、比率Ｒと許容値Ｒ１とを比較する。許容値Ｒ１は、燃料の組成が変化していないと判断される値であって、例えば、１よりも小さい下限許容値Ｒ１Ｌ以上であり、かつ、１よりも大きい上限許容値Ｒ１Ｈ以下の第１許容範囲に含まれる各値である。下限許容値Ｒ１Ｌは例えば０．９であり、上限許容値Ｒ１Ｈは例えば１．１である。

【0030】

比率Ｒが許容値Ｒ１である場合（Ｒ１Ｌ≦Ｒ≦Ｒ１Ｈ）、制御装置５０は、補正量Ａｃｏｍを更新することなく現在の補正量Ａｃｏｍを維持する。排気空燃比ＡＦｅｘが吸気空燃比ＡＦｉｎよりも低く、比率Ｒが許容値Ｒ１よりも高い値である場合（Ｒ１Ｈ＜Ｒ）、制御装置５０は、燃料のメタンの濃度が上昇したものとして現在の補正量Ａｃｏｍを更新量Ａ１の分だけ進角させる。排気空燃比ＡＦｅｘが吸気空燃比ＡＦｉｎよりも高く、比率Ｒが許容値Ｒ１よりも低い値である場合（Ｒ＜Ｒ１Ｌ）、制御装置５０は、燃料のメタンの濃度が低下したものとして現在の補正量Ａｃｏｍを更新量Ａ１の分だけ遅角させる。

【0031】

図２は、比率Ｒと補正量Ａｃｏｍの更新量Ａ１との関係の一例を示すグラフである。図２（ａ）は、更新前の補正量Ａｃｏｍが補正量Ａｃｏｍ１である場合のグラフである。図２（ｂ）は、更新前の補正量Ａｃｏｍが補正量Ａｃｏｍ１よりもベース点火時期Ａｂｓｅを進角側へと補正する補正量Ａｃｏｍ２である場合のグラフである。図２（ｃ）は、更新前の補正量Ａｃｏｍが補正量Ａｃｏｍ１よりもベース点火時期Ａｂｓｅを遅角側へと補正する補正量Ａｃｏｍ３である場合のグラフである。

【0032】

図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、更新量Ａ１は、更新前の補正量Ａｃｏｍが同じ値であり、かつ、比率Ｒが許容値Ｒ１よりも低い場合には、比率Ｒが低いほど、すなわち排気空燃比ＡＦｅｘが高いほど補正量Ａｃｏｍを大きく遅角させる値である。更新量Ａ１は、更新前の補正量Ａｃｏｍが同じであり、かつ、比率Ｒが許容値Ｒ１よりも高い場合には、比率Ｒが高いほど、すなわち排気空燃比ＡＦｅｘが低いほど補正量Ａｃｏｍを大きく進角させる値である。

【0033】

また、更新量Ａ１は、更新前の補正量Ａｃｏｍがベース点火時期Ａｂｓｅを進角させる場合、比率Ｒが同じ値であっても、更新前の補正量Ａｃｏｍによる進角量が大きいほど補正量Ａｃｏｍを大きく遅角させる値である。更新量Ａ１は、更新前の補正量Ａｃｏｍがベース点火時期Ａｂｓｅを遅角させる場合、比率Ｒが同じ値であっても、更新前の補正量Ａｃｏｍによる遅角量が大きいほど補正量Ａｃｏｍを小さく遅角させる値である。

【0034】

また、更新量Ａ１は、更新前の補正量Ａｃｏｍがベース点火時期Ａｂｓｅを遅角させる場合、比率Ｒが同じ値であっても、更新前の補正量Ａｃｏｍによる遅角量が大きいほど補正量Ａｃｏｍを大きく進角させる値である。更新量Ａ１は、更新前の補正量Ａｃｏｍがベース点火時期Ａｂｓｅを進角させる場合、比率Ｒが同じ値であっても、更新前の補正量Ａｃｏｍによる進角量が大きいほど補正量Ａｃｏｍを小さく進角させる値である。

【0035】

更新量Ａ１は、例えば、予め行った実験やシミュレーションに基づき定められた値であって、メタンの濃度が変化しても目標点火時期Ａｔａｒが最適点火時期に設定されるように補正量Ａｃｏｍを調整する値である。そのため、更新量Ａ１は、例えば、ガスタンク２５内の燃料が標準燃料→他の燃料１→他の燃料２→標準燃料と切り替わったとしても、標準燃料への切り替えにより補正量Ａｃｏｍが０となるように定められることが好ましい。

【0036】

なお、更新量Ａ１は、制御装置５０のＲＯＭにマップとして格納されて、比率Ｒおよび更新前の補正量Ａｃｏｍをそのマップに適用することにより求められてもよい。また、更新量Ａ１は、比率Ｒおよび更新前の補正量Ａｃｏｍをパラメーターに含む所定の関係式に各値を代入することにより求められてもよい。

【0037】

図３を参照して、制御装置５０による点火時期制御の制御ルーチンの一例について説明する。この制御ルーチンは、エンジン５の始動後に繰り返し実行される。補正量Ａｃｏｍは、前回のエンジン５の停止時における補正量Ａｃｏｍを初期値とすることが好ましい。

【0038】

図３に示すように、制御装置５０は、まず、各種センサーの検出値に基づく情報の他、燃料供給量Ｑｆ、目標空燃比ＡＦｔ、目標空気量Ｑａｔを含む各種情報を取得する（ステップＳ１１）。各種情報を取得した制御装置５０は、クランク角ＣＡおよび気筒判別信号Ｇに基づいて駆動対象を設定するとともに（ステップＳ１２）、目標空燃比ＡＦｔを吸気空燃比ＡＦｉｎとして演算する（ステップＳ１３）。また制御装置５０は、エンジン回転数Ｎｅ、エンジン負荷Ｌ、および、標準点火マップに基づいてベース点火時期Ａｂｓｅを演算し（ステップＳ１４）、そのベース点火時期Ａｂｓｅに補正量Ａｃｏｍを加味することによって目標点火時期Ａｔａｒを設定する（ステップＳ１５）。そして制御装置５０は、目標点火時期Ａｔａｒにて駆動対象を駆動する（ステップＳ１６）。

【0039】

次に、制御装置５０は、駆動対象に対応する気筒１２の排気空燃比ＡＦｅｘを演算したのち（ステップＳ１７）、比率Ｒを演算する（ステップＳ１８）。そして制御装置５０は、比率Ｒが許容値Ｒ１であるか否かを判断する（ステップＳ１９）。

【0040】

比率Ｒが許容値Ｒ１である場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、制御装置５０は、補正量Ａｃｏｍを更新することなく一連の処理を一旦終了する。一方、比率Ｒが許容値Ｒ１でなかった場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、制御装置５０は、比率Ｒおよび更新前の補正量Ａｃｏｍに基づいて更新量Ａ１を求め、その求めた更新量Ａ１の分だけ補正量Ａｃｏｍを遅角、あるいは、進角させることで補正量Ａｃｏｍを更新し（ステップＳ２０）、一連の処理を一旦終了する。

【0041】

図４を参照して、上述した構成の制御装置５０の作用について説明する。
図４に示すように、最適点火時期は、ノッキングが高い確率で発生するノック点火時期に対して所定のマージンを有する。そして、例えば、標準燃料に対する燃料の補充によってメタンの濃度Ｃｍが濃度Ｃｍｓから濃度Ｃｍ１に低下した場合に点火時期を調整しないとなれば、ノック点火時期に対するマージンが減少してノッキングが発生しやすくなる。

【0042】

一方、メタンの理論空燃比がエタン等の他の成分の理論空燃比よりも大きいことから、メタンの濃度Ｃｍが低下すると、同じ空気量、同じ燃料量であっても燃焼時に消費される酸素量が減少することで排気空燃比ＡＦｅｘが高くなる。すなわち、燃料の補充によってメタンの濃度Ｃｍが低下すると比率Ｒが低くなり、反対に、燃料の補充によってメタンの濃度Ｃｍが上昇すると比率Ｒが高くなる。

【0043】

制御装置５０は、比率Ｒと許容値Ｒ１とを比較し、比率Ｒが許容値Ｒ１よりも低いときに補正量Ａｃｏｍを遅角させる。これにより、目標点火時期Ａｔａｒは、補正量Ａｃｏｍの更新前よりも遅角側に制御される。

【0044】

上記実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）燃料のメタンの濃度が低下してもノッキングの発生が抑えられる。
（２）比率Ｒと許容値Ｒ１との比較により目標点火時期Ａｔａｒが遅角されることから、ノッキングセンサーを用いることなくノッキングの発生が抑えられる。

【0045】

（３）制御装置５０は、例えば図２（ａ）に示したように、比率Ｒが許容値Ｒ１よりも低いほど、すなわち吸気空燃比ＡＦｉｎよりも排気空燃比ＡＦｅｘが高いほど、補正量Ａｃｏｍを大きく遅角させる。これにより、メタンの濃度の低下が大きいほど補正量Ａｃｏｍが大きく遅角されるため、ノッキングの発生がさらに高い確率の下で抑えられる。

【0046】

（４）メタンの濃度に応じて更新される補正量Ａｃｏｍは、換言すれば、燃料のメタンの濃度を示す指標の１つである。また、例えば、メタンの濃度９５％の燃料からメタンの濃度が低下して比率Ｒが所定値まで低くなった場合と、メタンの濃度５０％の燃料からメタンの濃度が低下して比率Ｒが上記所定値まで低くなった場合とでは、前者の方が燃料に含まれるメタンの減少量が大きい。

【0047】

この点、制御装置５０は、図２（ａ）〜（ｃ）に示したように、更新前の補正量Ａｃｏｍがベース点火時期Ａｂｓｅを進角させる場合には、更新前の補正量Ａｃｏｍによる進角量が大きいほど補正量Ａｃｏｍを大きく遅角させる。また、制御装置５０は、更新前の補正量Ａｃｏｍがベース点火時期Ａｂｓｅを遅角させる場合には、更新前の補正量Ａｃｏｍによる遅角量が大きいほど補正量Ａｃｏｍを小さく遅角させる。こうした構成によれば、燃料の補充前のメタンの濃度に応じて補正量Ａｃｏｍの遅角度合いが調整される。これにより、補正量Ａｃｏｍの遅角によるエンジン５の出力の過度な低下が抑えられる。

【0048】

（５）制御装置５０は、比率Ｒが許容値Ｒ１よりも高い場合に補正量Ａｃｏｍを進角させる。すなわち、制御装置５０は、燃料の補充によってメタンの濃度が上昇し、ノッキングが発生にくくなった場合には補正量Ａｃｏｍを進角させる。その結果、ノッキングの発生を抑えつつ、エンジン５の出力が高められる。

【0049】

（６）制御装置５０は、例えば図２（ａ）に示したように、比率Ｒが許容値Ｒ１よりも高いほど、すなわち吸気空燃比ＡＦｉｎよりも排気空燃比ＡＦｅｘが低いほど、補正量Ａｃｏｍを大きく進角させる。これにより、メタンの濃度の上昇が大きいほど補正量Ａｃｏｍが進角されることから、ノッキングの発生を抑えつつ、メタンの濃度の上昇度合いに応じてベース点火時期Ａｂｓｅを進角させることが可能である。

【0050】

（７）上述したように補正量Ａｃｏｍは、燃料に含まれるメタンの濃度を示す指標の１つである。そのため、補正量Ａｃｏｍによるベース点火時期Ａｂｓｅの進角量が大きいほど燃料のメタンの濃度が高く、補正量Ａｃｏｍによるベース点火時期Ａｂｓｅの遅角量が大きいほど燃料のメタンの濃度が低い。

【0051】

この点、制御装置５０は、図２（ａ）〜（ｃ）に示したように、更新前の補正量Ａｃｏｍがベース点火時期Ａｂｓｅを進角させる場合には、更新前の補正量Ａｃｏｍによる進角量が大きいほど補正量Ａｃｏｍを小さく進角させる。また、制御装置５０は、更新前の補正量Ａｃｏｍがベース点火時期Ａｂｓｅを遅角させる場合には、更新前の補正量Ａｃｏｍによる遅角量が大きいほど補正量Ａｃｏｍを大きく進角させる。すなわち、燃料が補充される前のメタンの濃度に応じて補正量Ａｃｏｍの進角度合いが調整される。これにより、ノッキングの発生を抑えつつ、燃料の補充前のメタンの濃度と燃料の補充によるメタンの濃度の上昇度合いと応じてベース点火時期Ａｂｓｅを進角させることが可能である。

【0052】

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・制御装置５０は、比率Ｒが許容値Ｒ１と異なる値であり、かつ、吸気空燃比ＡＦｉｎよりも排気空燃比ＡＦｅｘが低い場合に、補正量Ａｃｏｍを更新しなくともよいし、補正量Ａｃｏｍを進角させる場合にはその更新量Ａ１が一定の値であってもよい。

【0053】

・制御装置５０は、比率Ｒが許容値Ｒ１と異なる値であり、かつ、吸気空燃比ＡＦｉｎよりも排気空燃比ＡＦｅｘが高い場合に、補正量Ａｃｏｍを遅角させればよい。そのため、更新量Ａ１は、更新前の補正量Ａｃｏｍに関わらず、比率Ｒと許容値Ｒ１との乖離に応じて変化する値であってもよい。また、更新量Ａ１は、更新前の補正量Ａｃｏｍ、および、比率Ｒと許容値Ｒ１との乖離、これらに関わらず一定の値であってもよい。

【0054】

・許容値Ｒ１は、連続する複数の値に限らず、ただ１つの値でもよい。
・許容値Ｒ１は、固定値に限らず、例えばメタンの濃度を示す指標の１つである補正量Ａｃｏｍに応じて変動してもよい。こうした構成によれば、その時々の状況に適した許容値Ｒ１を設定することが可能である。

【0055】

・吸気空燃比ＡＦｉｎは、例えば高圧配管２６を流れる燃料の質量流量を計測するセンサーの検出値に基づく燃料供給量と、吸入空気量センサー３０の検出値に基づく吸入空気量の質量流量とに基づいて演算されてもよい。また、吸入空気量の質量流量は、吸気圧力センサー３１の検出値、吸気温度センサー３２の検出値、および、エンジン回転数Ｎｅ等をパラメーターに含む演算式によって演算される値であってもよい。

【0056】

・制御装置５０は、所定期間における比率Ｒの平均値Ｒａｖｅに基づいて補正量Ａｃｏｍを更新してもよい。こうした構成において制御装置５０は、下限値が下限許容値Ｒ１Ｌよりも高く、かつ、上限値が上限許容値Ｒ１Ｈよりも低い第２許容範囲に含まれる各値である平均許容値Ｒ２と、平均値Ｒａｖｅとを比較する。そして、制御装置５０は、平均値
Ｒａｖｅが平均許容値Ｒ２よりも低い場合に補正量Ａｃｏｍを遅角させ、平均値Ｒａｖｅが平均許容値Ｒ２よりも高い場合に補正量Ａｃｏｍを進角させる。

【0057】

これは、比率Ｒが許容値Ｒ１であることが連続していても、例えば、許容値Ｒ１＝０．９〜１．１に対して比率Ｒ＝０．９６が所定期間において連続し続ける場合には、燃料のメタンの濃度が僅かに変化したものと想定される。上記構成によれば、こうした僅かな変化に対しても対応することが可能である。

【0058】

・比率Ｒは、排気空燃比ＡＦｅｘに対する吸気空燃比ＡＦｉｎの比率（＝ＡＦｉｎ／ＡＦｅｘ）ではなく、吸気空燃比ＡＦｉｎに対する排気空燃比ＡＦｅｘの比率（＝ＡＦｅｘ／ＡＦｉｎ）であってもよい。こうした構成においては、比率Ｒが許容値Ｒ１よりも大きい場合に補正量Ａｃｏｍが遅角され、比率Ｒが許容値Ｒ１よりも小さい場合に補正量Ａｃｏｍが進角される。

【0059】

・制御装置５０は、各気筒１２への燃料の供給を１つのインジェクターで行うＳＰＩ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｏｉｎｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）方式のエンジンにも適用可能である。また、制御装置５０は、筒内直接噴射方式のエンジンにも適用可能である。

【0060】

・ガスエンジンの燃料は、メタンを主成分とするものであればよく、ＣＮＧのほか、液化天然ガス（ＬＮＧ：ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ）、天然ガスと水素との混合気体などであってもよい。また、天然ガスは、有機性廃棄物をメタン発酵させたバイオガスを原料とするバイオメタンガスであってもよい。

【0061】

なお、燃料がＬＮＧである場合、燃料を貯留するタンクには、燃料の蒸発による内圧の過度な上昇を抑えるべくリリーフ弁が取り付けられる。また、メタンは、蒸発温度が他の成分よりも低いため、他の成分よりも先に蒸発する。そのため、メタンの濃度の低下は、タンク内におけるメタンの蒸発とリリーフ弁によるガスの放出とによっても生じる。

【符号の説明】

【0062】

５…エンジン、５ａ…クランクシャフト、１１…インジェクター、１２…気筒、１３…点火プラグ、１４…インテークマニホールド、１４ａ…分岐管、１５…エキゾーストマニホールド、１６…吸気通路、１７…ターボチャージャー、１８…コンプレッサー、１９…インタークーラー、２０…スロットルバルブ、２１…サージタンク、２２…排気通路、２３…タービン、２４…燃料供給装置、２５…ガスタンク、２６…高圧配管、２７…レギュレーター、２８…デリバリーパイプ、２９…供給配管、３０…吸入空気量センサー、３１…吸気圧力センサー、３２…吸気温度センサー、３４…クランク角センサー、３５…カム角センサー、３６…空燃比センサー、３８…アクセル開度センサー、４１…アクセルペダル、５０…制御装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】