JP2004060539A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】機関の運転制御パラメータをエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御すべき第1のパラメータ群とエマルジョン燃料の量に応じて制御すべき第2のパラメータ群とに分ける。各第1のパラメータをエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御し、各第2のパラメータをエマルジョン燃料の量に応じて制御する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関、例えばディーゼル機関において燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いると、水分の気化潜熱により燃焼温度が低下するのでNOx の生成量が低下し、また水分の爆発的な沸騰作用により燃料噴霧が微粒化されるのでスモークの発生が低減せしめられる。そこで従来よりエマルジョン燃料を用いたディーゼル機関が公知である(例えば特公表2001−501698号公報参照)。このディーゼル機関ではエマルジョン燃料中に水分を追加し、この追加の水分量を制御することによってエマルジョン燃料中の水分量を制御するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのようなエマルジョン燃料を用いた場合に良好な燃焼を確保するには燃料噴射時間や燃料噴射時期等を適切に制御する必要がある。この場合燃料噴射時間は噴射すべきエマルジョン燃料の量に応じて制御する必要があり、燃料噴射時期は燃焼そのものに寄与するエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御する必要があるが従来のディーゼル機関ではこのようなことに関して何ら考慮が払われていない。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明の1番目の発明では、エマルジョン燃料を用いた場合に良好な燃焼を確保するために、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、機関の運転制御パラメータをエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御すべき第1のパラメータ群とエマルジョン燃料の量に応じて制御すべき第2のパラメータ群とに分けて各第1のパラメータをエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御すると共に各第2のパラメータをエマルジョン燃料の量に応じて制御するようにしている。
【0005】
2番目の発明では1番目の発明において、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合が増大するほど噴射時期を進角するようにしている。
【0006】
3番目の発明では1番目の発明において、各気筒の燃料噴射弁に噴射すべき燃料を分配するためのコモンレールを具備し、エマルジョン燃料の密度および体積弾性率とコモンレール内の燃料圧の変化から燃料が漏洩しているか否かを判定するようにしている。
【0007】
4番目の発明では1番目の発明において、燃料に添加すべき水分のペーハーの値を検出し、このペーハーの値が予め設定された値よりも低いときには警告を発するようにしている。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1はエマルジョン燃料を用いたディーゼル機関の全体図を示している。
【0009】
図1を参照すると、1はディーゼル機関本体、2は吸気マニホルド、3は排気マニホルド、4は各気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁、5は各燃料噴射弁4に噴射すべきエマルジョン燃料を分配するためのコモンレールを夫々示す。吸気マニホルド2は吸気絞り弁6、インタークーラ7、排気ターボチャージャ8のコンプレッサ8aを介してエアクリーナ9に連結され、排気マニホルド3は排気ターボチャージャ8の排気タービン8bを介して酸化触媒、NOx 吸収剤、或いはパティキュレートフィルタ等からなる排気浄化装置10に連結される。
【0010】
また、吸気マニホルド2と排気マニホルド3とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路11を介して互いに連結され、このEGR通路11内にEGR制御弁12、EGRクーラ13および触媒14が配置される。なお、燃料噴射弁4、吸気絞り弁6およびEGR制御弁12はデジタルコンピュータからなる電子制御ユニット20の出力信号に基づいて制御される。
【0011】
一方、図1に示されるようにディーゼル機関はエマルジョン燃料製造・貯蔵装置21を具備している。このエマルジョン燃料製造・貯蔵装置21は燃料タンク22、水タンク23および乳化剤タンク24を備えており、これら燃料タンク22、水タンク23および乳化剤タンク24は夫々対応する流量制御弁Vf,Vw,Vnを介してエマルジョン燃料製造・貯蔵装置21に連結されている。また、このエマルジョン燃料製造・貯蔵装置21は回転式の撹拌装置25を具備しており、このエマルジョン燃料製造・貯蔵装置21は高圧ポンプ26を介してコモンレール5に連結されている。各流量制御弁Vf,Vw,Vn、撹拌装置25および高圧ポンプ26は電子制御ユニット20の出力信号に基づいて制御される。
【0012】
コモンレール5にはコモンレール5内のエマルジョン燃料圧を検出するための燃料圧センサ27が取付けられており、水タンク23には水タンク23内の水分のph(ペーハー)の値を検出するためのphセンサ28が取付けられている。これら燃料圧センサ27およびphセンサ28の出力信号は電子制御ユニット20に入力される。
【0013】
図1に示されるように燃料タンク22内には燃料、即ち軽油が給油され、燃料タンク22内に貯蔵された燃料は流量制御弁Vfを介してエマルジョン燃料製造・貯蔵装置21内に供給される。水タンク23内には通常の水が給水されるか、或いはろ過した雨水が外部導入孔を介して供給され、水タンク23内に貯蔵された水は流量制御弁Vwを介してエマルジョン燃料製造・貯蔵装置21内に供給される。また、燃料と水との親和力を高めるための乳化剤を貯蔵している乳化剤タンク24からは流量制御弁Vnを介して乳化剤がエマルジョン燃料製造・貯蔵装置21内に供給される。
【0014】
エマルジョン燃料製造・貯蔵装置21内に燃料、水および乳化剤が供給されるとこれら燃料、水および乳化剤は撹拌装置25によって撹拌され、それによってエマルジョン燃料が生成される。このとき乳化剤は水の供給量に比例して供給される。生成されるエマルジョン燃料の水含有率は各流量制御弁Vf,Vw,Vnの開度を制御することによって0%から50%の範囲で任意に設定することができる。また、図1に示される実施例では撹拌装置25による撹拌速度(r.p.m.)は流量制御弁Vnの開度に比例するように制御される。
【0015】
エマルジョン燃料製造・貯蔵装置21内において生成されたエマルジョン燃料は高圧ポンプ26により昇圧されてコモンレール5内に送り込まれ、コモンレール5内に送り込まれたエマルジョン燃料は各燃料噴射弁4から対応する気筒内に噴射される。
【0016】
図2はエマルジョン燃料を製造制御するためのルーチンを示している。
【0017】
図2を参照すると、まず初めにステップ100においてエマルジョン燃料の水含有率の目標値が設定される。次いでステップ101ではエマルジョン燃料の水含有率が目標値となるように各流量制御弁Vf,Vw,Vnの開度が制御される。次いでステップ102では撹拌装置25の撹拌速度が流量制御弁Vnの開度に比例するように制御される。次いでステップ200では水タンク23内に貯蔵されている水が酸性を示すか否かに基づいて水質の管理が行われる。
【0018】
この水質管理の第1実施例が図3に示されている。
【0019】
図3を参照すると、まず初めにステップ201においてphセンサ28の出力信号に基づき水タンク23内の水のphの値が1と4の間であるか否かが判別される。ph≧4のときにはステップ202に進んで水タンク23内の水のphの値が4と6の間であるか否かが判別される。ph≧6のときには処理サイクルを完了する。これに対してステップ201において1<ph<4であると判別されたときはステップ203に進んで重故障であると判断され、このとき吸気絞り弁6が全閉せしめられると共に重故障を生じている旨が運転者に警告される。一方、ステップ202において4≦ph<6であると判別されたときにはステップ204に進んで軽故障であると判断され、このとき水交換をすべきである旨が運転者に警告される。
【0020】
図4に水質管理の第2実施例を示す。
【0021】
図4を参照すると、まず初めにステップ211においてphセンサ28の出力信号に基づき水タンク23内の水のphの値が1と3の間であるか否かが判別される。ph≧3のときにはステップ212に進んで水タンク23内の水のphの値が3と6の間であるか否かが判別される。ph≧6のときには処理サイクルを完了する。これに対してステップ211において1<ph<3であると判別されたときはステップ213に進んで重故障であると判断され、このとき吸気絞り弁6が全閉せしめられると共に重故障を生じている旨が運転者に警告される。一方、ステップ212において3≦ph<6であると判別されたときにはステップ214に進んで軽故障であると判断され、このときにはphの値に応じて図5に示される増加率でもって乳化剤の供給量が増大される。なお、このとき運転者には警告が発せられない。
【0022】
次にディーゼル機関における燃焼について考えてみると、エマルジョン燃料において燃焼に寄与するのはエマルジョン燃料中の燃料成分であり、エマルジョン燃料中の水分はNOx やスモークの生成を抑制する役割を果しているだけで燃焼には寄与していない。そこで本発明では機関の運転制御パラメータをエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御すべき第1のパラメータ群とエマルジョン燃料の量に応じて制御すべき第2のパラメータ群とに分けて各第1のパラメータをエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御すると共に各第2のパラメータをエマルジョン燃料の量に応じて制御するようにしている。
【0023】
ここで第1のパラメータに属するものとしては、メイン噴射の噴射量および噴射時期、パイロット噴射の噴射量および噴射時期、EGR制御弁12の開度、吸気絞り弁6の開度および排気タービン8bに流入する排気ガス流を制御する可変ノズルの開度等が挙げられる。これらのものはエマルジョン燃料中の燃料成分の量によって直接支配されるのでエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御される。
【0024】
これに対して第2のパラメータに属するものとしては、メイン噴射およびパイロット噴射の噴射時間および噴射圧である。これらのものはエマルジョン燃料中の水分の量の影響も受けるのでエマルジョン燃料の量に応じて制御される。
【0025】
次に図6を参照しつつ燃料噴射の制御ルーチンについて説明する。
【0026】
図6を参照すると、まず初めにステップ300において機関回転数、アクセルペダルの踏込み量等が読み込まれる。次いでステップ301では噴射すべき燃料量Qfが算出される。次いでステップ302ではこの噴射すべき燃料量Qfに基づいてメイン噴射の噴射量および噴射時期、パイロット噴射の噴射量および噴射時期、EGR制御弁12の開度、吸気絞り弁6の開度および排気タービン8bに流入する排気ガス流を制御する可変ノズルの開度等が算出される。
【0027】
次いでステップ303ではエマルジョン燃料の噴射量Qtが算出される。ここでエマルジョン燃料中の水含有率はわかっており、従って噴射すべき燃料量Qfと水含有率から噴射すべきエマルジョン燃料量Qfが求められる。エマルジョン燃料の噴射量Qtが算出されるとステップ304において噴射量Qtに基づいてメイン噴射およびパイロット噴射の噴射時間および噴射圧が算出される。次いでステップ305ではエマルジョン燃料の噴射量Qfに対するエマルジョン燃料中の燃料の量Qfの割合に応じて図7に示されるようにこの割合が小さくなるほど噴射時期の進角量が増大するように噴射時期が制御される。次いでステップ306において燃料噴射が実行される。
【0028】
次いでステップ307では燃料が漏洩しているか否かが判別される。即ち、本発明ではエマルジョン燃料の水含有率がわかっており、従ってエマルジョン燃料の密度および体積弾性率がわかる。これらがわかるとコモンレール5内の燃料圧の低下量から消費された燃料量がわかる。本発明による実施例ではこの消費された燃料量と算出された噴射すべき燃料量Qtとが比較され、消費された燃料量が算出された噴射すべき燃料量Qtよりも多ければ燃料が漏洩していると判定される。
【0029】
【発明の効果】
エマルジョン燃料を用いた場合において良好な燃焼を確保する。
【図面の簡単な説明】
【図1】ディーゼル機関の全体図である。
【図2】エマルジョン燃料の製造を制御するためのフローチャートである。
【図3】水質を管理するためのフローチャートである。
【図4】水質を管理するための別の実施例を示すフローチャートである。
【図5】乳化剤の増加率を示す図である。
【図6】燃料噴射を制御するためのフローチャートである。
【図7】噴射進角量を示す図である。
【符号の説明】
1…ディーゼル機関本体
4…燃料噴射弁
5…コモンレール
Claims (4)
- 燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、機関の運転制御パラメータをエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御すべき第1のパラメータ群とエマルジョン燃料の量に応じて制御すべき第2のパラメータ群とに分けて各第1のパラメータをエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御すると共に各第2のパラメータをエマルジョン燃料の量に応じて制御するようにした内燃機関の制御装置。
- エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合が増大するほど噴射時期を進角するようにした請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 各気筒の燃料噴射弁に噴射すべき燃料を分配するためのコモンレールを具備し、エマルジョン燃料の密度および体積弾性率とコモンレール内の燃料圧の変化から燃料が漏洩しているか否かを判定するようにした請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
- 燃料に添加すべき水分のペーハーの値を検出し、該ペーハーの値が予め設定された値よりも低いときには警告を発するようにした内燃機関の制御装置。
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