JP2004108231A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の吸気中に燃料を噴射する燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置において、燃料の酸素含有率の変化に適切に対応できる燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の吸気中に燃料を噴射する燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置であって、内燃機関の運転状態に基づいて燃料噴射装置の目標噴射量を算出する目標噴射量算出手段と、燃料噴射装置に供給される燃料の酸素含有率に基づいて酸素含有率に応じた割合の補正量で前記目標噴射量を補正する補正手段と、を含む。このように、燃料の酸素含有率に応じて燃料噴射量を補正することにより、酸素含有率の変化に伴う発熱量や燃焼性の変化を適切に調整することができ、酸素含有量が異なる種々の燃料の使用に対応できる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関に酸素を含有した燃料を供給することが知られており、たとえば特許文献１には、燃焼室内に酸素を含有した燃料を噴射することによって、すすの発生を低減する技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１４０２６号公報（第３頁の段落０００５）
【特許文献２】
特開平８−１４４８１０号公報
【特許文献３】
特開平５−１９５８３９号公報
【特許文献４】
特開平１−１７０７５２号公報
【特許文献５】
特開平７−１９８７１０号公報
【特許文献６】
特開平９−８８６９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、酸素を含有した燃料の場合、その酸素含有率の増加に応じて単位体積あたりの発熱量が減少するため内燃機関の出力が変動し、また、燃焼性が変化するため排気中のスモーク濃度も変化する。本発明は、このような従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、燃料の酸素含有率の変化に適切に対応できる燃料噴射制御装置を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する燃料噴射制御装置として、請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気中に燃料を噴射する燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置であって、内燃機関の運転状態に基づいて燃料噴射装置の目標噴射量を算出する目標噴射量算出手段と、燃料噴射装置に供給される燃料の酸素含有率に基づいて酸素含有率に応じた割合の補正量で前記目標噴射量を補正する補正手段と、を含むことを特徴としている。このように、燃料の酸素含有率に応じて燃料噴射量を補正することにより、酸素含有率の変化に伴う発熱量や燃焼性の変化を適切に調整することができ、酸素含有量が異なる種々の燃料の使用に対応できる。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射装置は燃料噴射弁を含み、前記酸素含有率を検出するための酸素含有率検出手段が、燃料タンクから燃料噴射弁への燃料供給通路に配設されたことを特徴としている。このため、給油等により燃料噴射弁に供給される燃料の酸素含有率検出手段が徐々に変化する場合にも、酸素含有率が精度良く検出される。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記酸素含有率の検出が機関始動から停止までの間に少なくとも１回行われるように検出実行条件が定められていることを特徴としている。このため、燃料の酸化や水分混入などによる酸素含有率の経時変化を反映した燃料噴射制御が可能である。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記補正手段が、燃料の酸素含有率に応じた発熱量変化を補償して等発熱量となるように前記目標噴射量の補正を行う出力補償手段を含むことを特徴としている。このため、酸素含有率の増加に応じた発熱量の低下分が燃料噴射量の増量による発熱量の増加分で補償され、燃料の酸素含有率変化による出力変動がより確実に低減される。同様に酸素含有率が低下した場合は、その低下に応じた発熱量の増加分が燃料減量による発熱量の減少分で補償される。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記補正手段が、前記出力補償手段によって補正された後の目標噴射量をさらに補正して出力を調整する出力調整手段を含むことを特徴としている。このように、出力補償後の目標噴射量を補正して出力を調整することにより、酸素含有率の変化による出力変動の影響を受けることなく、精度良く出力を調整できる。
【００１０】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記出力調整手段が、加速時または全負荷時の少なくとも一方において目標噴射量を増量補正する出力増加手段であることを特徴としている。このように、加速時または全負荷時に出力が増加するため、機関の動力性能が高められる。
【００１１】
請求項７記載の発明は、請求項５または６に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記出力調整手段が、所定のスモーク濃度以下の範囲内において目標噴射量を増量補正する出力増加手段であることを特徴としている。ここで、酸素含有率の高い燃料を用いる場合には、請求項５の発明によって出力変動を補償する分の燃料増量が行われたとしても、スモーク濃度は低下している。このため、所定のスモーク濃度以下の範囲内においてさらに燃料を増量することにより、スモーク濃度を所定範囲内に抑えつつ機関の動力性能を高めることができる。
【００１２】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記出力増加手段による増量補正量が、酸素含有率の異なる燃料の等スモーク濃度における噴射量差に基づいて定められていることを特徴としている。たとえば、酸素含有率の高い燃料を用いる場合に、出力補償手段による燃料増量と出力増加手段による燃料増量との和がこの等スモーク濃度（同一スモーク濃度）における噴射量差の範囲内であればスモーク濃度の増大を抑えつつ機関の動力性能を高めることができる。
【００１３】
ここで、燃料噴射量に対するスモーク濃度の特性は、燃料の酸素含有量毎にそれぞれ一定しているので、試験などによって求めておくことが可能であり、その特性に基づいて、酸素含有率の異なる燃料の等スモーク濃度（同一スモーク濃度）における噴射量差も予め求められる。また、出力補償分の燃料増量の割合は燃料の酸素含有率によって一義的に定まる。したがって、等スモーク濃度における噴射量差に基づいて前記所定割合を定めておくことにより、スモーク濃度センサを用いることなく所定のスモーク濃度以下に抑えることができる。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項６から８のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記出力増加手段による増量補正量が、機関負荷の増加に応じて増加するように定められていることを特徴としている。このため、低負荷では出力増加手段によるトルク変化が少なくドライバのアクセル操作による車速コントロールが容易であり、高負荷では出力増加手段による出力増加が大きくなって加速性が向上するなど、良好なドライバビリティが得られる。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記出力増加手段による補正量は、スモーク濃度検出手段によって検出される燃焼ガスのスモーク濃度が所定のスモーク濃度に一致するように定められることを特徴としている。このため、加速時または全負荷時においては、所定のスモーク濃度いっぱいまで目標噴射量が増量補正され、所定のスモーク濃度以下の範囲内で機関の動力性能が最大限に高められる。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記出力調整手段が、前記出力補償手段によって補正された目標噴射量を、所定のスモーク濃度に対応する噴射量まで減量補正する出力制限手段であることを特徴としている。たとえば、使用燃料が酸素含有率の高い燃料から酸素含有率の低い燃料に変わった場合には、出力補償手段による補正（この場合は減量補正）により、出力変動は抑制されるが、燃焼ガスのスモーク濃度は増加してしまう場合がある。請求項１１に記載の発明では，このような場合にはさらに所定のスモーク濃度に対応する噴射量まで減量補正されるため、所定のスモーク濃度の範囲内で可及的に出力変動を低減できる。
【００１７】
請求項１２に記載の発明は、請求項１から１１のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置であって、燃料噴射量に対するスモーク濃度特性を燃料の酸素含有率に対応させて予め記憶している記憶手段と、スモーク濃度検出手段によって検出された燃焼ガスのスモーク濃度と記憶手段から導かれるスモーク濃度との比較に基づいて異常判定を行う異常判定手段と、を含むことを特徴としている。燃料噴射量に対するスモーク濃度特性は、燃料の酸素含有率に応じて一義的に定まるので、このように記憶された特性から導かれるスモーク濃度と実際に検出されるスモーク濃度とを比較することにより、燃料の酸素含有率による異常判定精度のばらつきを低減し、精度良く判定することができる。
【００１８】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記スモーク濃度検出手段で検出されたスモーク濃度が前記記憶手段から導かれるスモーク濃度よりも高く前記異常判定手段によって異常と判定された場合に目標噴射量の増量補正を禁止する禁止手段を含むことを特徴としている。このようにスモーク濃度が異常に高い場合に目標噴射量の増量補正が禁止されるので、異常時のスモーク発生が抑制されると共に不完全燃焼による機関の損傷も軽減される。
【００１９】
請求項１４に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、前記目標噴射量が目標パイロット噴射量と目標メイン噴射量との和であり、前記補正手段によるパイロット噴射量の補正割合とメイン噴射量の補正割合とが等しい割合であることを特徴としている。パイロット噴射実行時の目標噴射量を補正する場合、トータルの補正量が同じであってもパイロット噴射の補正量とメイン噴射の補正量との配分の仕方によっては着火時期のずれなどが生じ、燃焼騒音や排気エミッションの悪化を招く恐れがある。請求項１４の発明のように、燃料の酸素含有率に応じた補正を行う際にパイロット噴射量の補正割合とメイン噴射量の補正割合とを等しくすることにより、燃料の酸素含有率の変化にかかわらず燃焼形態の変化を抑制し、良好な燃焼状態を維持することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、後述する実施形態に共通する全体構成を示したブロック図である。１は内燃機関であり、内燃機関本体２と内燃機関１の燃焼室内の吸気中に燃料を噴射する燃料噴射装置３を含んでいる。この燃料噴射装置３はコモンレール式燃料噴射装置であり、燃料タンクからの燃料を加圧する高圧ポンプと、高圧ポンプで加圧された燃料を蓄えると共に各気筒へ燃料を供給する共通の燃料通路の一部を構成するコモンレールと、コモンレールからの燃料を調量して適切な時期に各気筒の燃焼室に噴射する燃料噴射弁とを含んで構成されている。ここでは内燃機関１をコモンレール式ディーゼル機関として説明するが、本発明は筒内噴射式火花点火機関や吸気通路内の吸気中に燃料を噴射する予混合式内燃機関にも適用可能である。また、燃料噴射装置３もコモンレール式に限らず内燃機関１の種類に適したタイプが適宜選択されてよい。
【００２１】
４は燃料噴射装置３の作動を制御する燃料噴射制御装置である。５はスモーク濃度検出手段としてのスモークセンサであり、内燃機関１の排気系に配設されて燃焼ガスのスモーク濃度を検出し、その濃度ＳＢに対応する信号を燃料噴射制御装置４へ出力する。このスモークセンサとしては、光学式のものが公知である。６は回転数センサであり、内燃機関１のクランクシャフトの回転を検出し、その回転速度ＮＥ（ｒｐｍ）に対応する信号を燃料噴射制御装置４へ出力する。７は水温センサであり、内燃機関１の冷却水温度を検出し、水温Ｔｗに対応する信号を燃料噴射制御装置４へ出力する。８は負荷センサであり、内燃機関１の負荷に相当するアクセルペダルの作動状態を検出し、アクセル開度Ａｃｃｐに対応する信号を燃料噴射制御装置４へ出力する。吸気管に燃料を噴射する予混合式内燃機関に適用する場合には、この負荷センサ８をスロットル開度センサや吸気圧センサあるいは吸気量センサなどに置き換えればよい。９は大気圧センサであり、内燃機関１が吸気として吸入する大気の圧力を検出し、大気圧Ｐａに対応する信号を燃料噴射制御装置４に出力する。１０はＩＧ（イグニッション）スイッチであり、イグニッションキーの操作状態すなわち始動操作を検出し、検出結果に応じてＯＮ（始動操作中）あるいはＯＦＦ（非始動操作中）の信号を燃料噴射制御装置４に出力する。
【００２２】
１１は酸素含有率検出手段としての酸素含有率センサであり、燃料噴射装置３に供給される燃料の酸素含有率αを検出し、酸素含有率αに対応する信号を燃料噴射制御装置４に出力する。この酸素含有率センサ１１としては、赤外分光分析方式のセンサ装置が利用可能であり、測定対象である燃料に赤外光を照射して得られる透過光や反射光のスペクトルに基づいて酸素含有率が検出される。
燃料の酸素含有率を適切に燃料噴射制御に反映させるためには、この酸素含有率センサ１１を燃料タンクから燃料噴射弁への燃料供給通路に配設することが好適であり、ここでは燃料噴射装置中のコモンレールに配設され、燃料中の酸素含有率αを検出している。このように、燃料噴射弁に近くかつ各気筒の燃料噴射弁に共通の燃料供給通路に配設することにより、酸素含有率センサ１１の使用個数を低減しつつ酸素含有率αを高精度に検出できる。内燃機関１のタイプが異なるために燃料噴射装置３のタイプが異なり、たとえばコモンレールと称される燃料配管が無い場合にも、同様の考え方に基づいて酸素含有率センサ１１をデリバリパイプ等に配設することが好適である。
【００２３】
この酸素含有率センサ１１による酸素含有率の検出は内燃機関１の運転中常時行われているが、新たな燃料が給油された場合以外は酸素含有率αが短時間で大きく変化することはないので、内燃機関１の始動から停止までの間に少なくとも１回の検出を実行するように検出実行条件を定めておけば、給油による酸素含有率αの大きな変化と燃料の酸化や水分混入などによる酸素含有率αの経時変化の両方を検出することが可能である。
【００２４】
その際、給油後の燃料が燃料噴射弁に至るまでに、燃料タンクから燃料噴射弁までの燃料供給通路容積分だけの燃料が消費（噴射弁から噴射）される必要があるような燃料供給系が採用されている場合には、ＩＧスイッチ１０からの信号に基づいて、始動後の積算噴射量がこの容積に相当する所定量に達した時点で検出すればよく、燃料噴射量にかかわり無く燃料が循環し、余剰分の燃料がリターンされるような燃料供給系が採用されている場合には、燃料を循環させるポンプの吐出能力に基づいて、始動後の燃料循環量の積算値が上記の容積に相当する所定値に達した時点で検出を行えばよい。また、この所定量や所定値に達する見こみ時間に基づいて検出を行ってもよい。このように始動毎に１回のみ検出を行う場合は、上記検出時点付近の所定期間にわたって酸素含有率センサ１１の信号を処理し、検出値が安定した時点での値を検出結果とすることが望ましい。そうすることにより、確実に給油後の燃料に入れ替わった後の酸素含有率を検出することができる。
【００２５】
なお、燃料噴射制御装置４に出力される信号は、これら以外にも必要に応じて追加され得る。たとえば、吸気温度や機関潤滑油温度の信号を燃料噴射制御装置４へ出力し、燃料噴射制御にそれらの信号を反映させることも好適である。
【００２６】
図２は、前述した燃料噴射制御装置４を構成する技術手段の階層構造を示している。燃料噴射制御装置４は、内燃機関１の運転状態に基づいて燃料噴射装置３の目標噴射量Ｑを算出する目標噴射量算出手段１２と、前述の酸素含有率センサ１１の検出結果に基づいて酸素含有率αに応じた割合の補正量で目標噴射量Ｑを補正する補正手段１３と、燃料噴射量に対するスモーク濃度特性を燃料の酸素含有率αに対応させて予め記憶している記憶手段１４と、スモークセンサ５によって検出された燃焼ガスのスモーク濃度ＳＢと記憶手段１４から導かれるスモーク濃度との比較に基づいて異常判定を行う異常判定手段１５と、スモークセンサ５で検出されたスモーク濃度ＳＢが記憶手段から導かれるスモーク濃度よりも高く異常判定手段１５で異常と判定された場合に目標噴射量Ｑの増量補正を禁止する禁止手段１６と、を含んで構成されている。
【００２７】
ここで、補正手段１３は、燃料の酸素含有率αに応じた発熱量変化を補償して等発熱量となるように目標噴射量Ｑの補正を行う出力補償手段１７と、出力補償手段１７で補正された後の目標噴射量Ｑをさらに補正して内燃機関１の出力を調整する出力調整手段１８と、を含んで構成されている。
【００２８】
さらに、出力調整手段１８は、出力補償手段１７で補正された後の目標噴射量Ｑを増量補正して内燃機関１の出力を増加させる出力増加手段１９と、出力補償手段１７で補正された後の目標噴射量Ｑが所定のスモーク濃度を超えている場合に所定のスモーク濃度に対応する噴射量まで減量補正する出力制限手段２０とを含んで構成されている。このうち出力増加手段１９は、加速時または全負荷時の少なくとも一方において出力補償手段１７で補正された後の目標噴射量Ｑを増量する補正と、出力補償手段１７で補正された後の目標噴射量Ｑが所定のスモーク濃度未満である場合に所定のスモーク濃度以下の範囲内においてを増量する補正との２種類の増量補正を実行する技術手段として構成されている。なお、この出力増加手段１９の作動に際して参照される所定のスモーク濃度と出力制限手段２０の作動に際して参照される所定のスモーク濃度は機関運転状態に応じて予め定められた許容スモーク濃度を用いることが好適であり、ここで説明する実施形態では同一基準の許容スモーク濃度を用いているが、必要に応じて別々に定めておくことも可能である。
【００２９】
図３は、第１の実施形態において、上述の燃料噴射制御装置４によって実行される燃料噴射制御ルーチンの内容を示すフローチャートであり、このルーチンは所定時間毎に実行される時間割り込みルーチンとして構成されている。まずステップＳ１では、前述の各種センサからの信号出力に基づく機関運転状態が読み込まれ、続くステップＳ２では、読み込まれた機関運転状態に基づいて、燃料噴射弁から各気筒に噴射する燃料の目標噴射量Ｑが算出される。具体的には、機関回転数ＮＥと機関負荷（アクセル開度）Ａｃｃｐとに基づいて基本噴射量が算出され、その基本噴射量が酸素含有率αを除くその他の機関運転状態に基づいて補正され、最終噴射量Ｑｆｉｎが算出される。この最終噴射量Ｑｆｉｎは、酸素含有率αに基づく補正を実行する前の目標噴射量Ｑに相当しており、本実施形態では、このステップＳ１，Ｓ２により目標噴射量算出手段１２が実現されている。
【００３０】
ステップＳ３からステップＳ７までの一連の処理は補正手段１３を実現する一形態を示している。まず、ステップＳ３では、ステップＳ２で算出されたＱｆｉｎに燃料の酸素含有率αに基づいて発熱量変化を補償する補正量ｄＱ１を加算する処理が実行される。この詳細を図４及び図５に基づいて説明する。
【００３１】
図４は、酸素を含有しない（含有率０％の）燃料が燃焼した場合の発熱量を１００％として各種燃料の酸素含有率αと発熱量との関係を示した図であり、その関係は図中の実線の特性となる。図から明らかなように、発熱量は酸素含有率αの上昇と同じ割合で低下しており、酸素を含有した分だけ燃料中のＨＣの割合が減少するため、発熱量が減少している。なお、図中には軽油として酸素含有率０％の例のみを示しているが、実際に軽油として販売されている燃料にはアルコール系の混合物等が含まれる場合もあり、そのような混合燃料の場合も燃料全体の酸素含有率αと発熱量との関係は図４の実線で示される特性と同じである。
【００３２】
図５は、酸素含有率αの燃料を使用する場合に発熱量の変化を補償して等発熱量とするための噴射量増量割合を、酸素含有率０％の燃料に対する増量割合として表した図であり、図４の特性から明らかなように、この噴射量増量割合は酸素含有率αにほぼ等しくなる。したがって、ステップＳ２における最終噴射量Ｑｆｉｎが酸素含有率０％の燃料を基準として算出されている場合には、発熱量変化を補償する補正量ｄＱ１は、近似的にＱｆｉｎ×α／１００と表すことができる。より正確には、ステップＳ２のＱｆｉｎが酸素含有率αｂａｓｅの燃料を基準として算出されている場合には、ステップＳ２で算出されたＱｆｉｎに含まれる酸素以外の可燃成分の量すなわち「Ｑｆｉｎ×（１００−αｂａｓｅ）／１００」と、酸素含有率αの燃料に含まれる酸素以外の可燃成分の量すなわち「補正後Ｑｆｉｎ×（１００−α）／１００」とが一致するように補正すればよいので、補正後Ｑｆｉｎは、補正前Ｑｆｉｎ×（１００−αｂａｓｅ）／（１００−α）となる。したがって、ｄＱ１は補正前Ｑｆｉｎ×（α−αｂａｓｅ）／（１００−α）となる。
【００３３】
なお、本実施形態ではｄＱ１の加算によって発熱量の変化を補償しているが、演算方法は加算に限定されるものではなく、上記の通り可燃成分の量が等しくなるように補正すればよいので種々の変形が可能である。たとえば、補正係数をＫ１としてステップＳ３の右辺をＫ１×Ｑｆｉｎと表せば、Ｋ１を（１００−αｂａｓｅ）／（１００−α）とすることによって上記ｄＱ１の加算補正と等価な乗算補正が実現可能である。また、演算処理の簡略化のため、他の近似式やマップ値を用いることも可能である。以上のようにステップＳ３において発熱量変化を補償する補正処理が実行され、この処理により補正手段１３に含まれる出力補償手段１７が実現されている。
【００３４】
ステップＳ４からステップＳ７までの一連の処理は、補正手段１３に含まれる出力調整手段１８を実現する一形態を示している。ステップＳ４では、加速中であるか否かが判定される。具体的には、アクセル開度Ａｃｃｐ＞Ａかつ機関回転数ＮＥの変化量ｄＮＥ＞Ｂである場合にＹｅｓと判定してステップＳ５に進み、それ以外はＮｏと判定してステップＳ６に進む。ここでＡ及びＢはセンサ信号のノイズや機関の回転変動による誤判定を防止するために、０より若干大きい正の所定値として設定されている。ステップＳ６では、全負荷であるか否かが判定される。具体的にはアクセル開度Ａｃｃｐが全開である場合にＹｅｓと判定してステップＳ７に進み、それ以外はＮｏと判定してステップＳ１０に進む。ステップＳ５では、ステップＳ３で出力補償された最終噴射量Ｑｆｉｎに加速時の出力を増加させる補正量ｄＱ２を加算する処理を実行した後にステップＳ８に進み、ステップＳ７では、ステップＳ３で出力補償された最終噴射量Ｑｆｉｎに加速中以外の全負荷時の出力を増加させる補正量ｄＱ３を加算する処理を実行した後にステップＳ８に進む。このように、ステップＳ４からＳ７までの処理が、出力調整手段１８に含まれる出力増加手段１９のうち、「加速時または全負荷時の少なくとも一方において目標噴射量を増量補正する出力増加手段」に対応している。
【００３５】
次に、ステップＳ５及びＳ７で加算されるｄＱ２及びｄＱ３の詳細を、図面に基づいて説明する。図６は燃料噴射量に対するスモーク濃度ＳＢの特性を示しており、燃料噴射量が増えるほど空気と燃料との混合が不充分になりやすいため、燃料周囲の酸素が不足してスモーク濃度ＳＢは上昇するが、燃料の酸素含有率αが高いほど元々燃料の周囲に存在する酸素が多いため、スモークは発生しにくくなっている。
【００３６】
また、図において、Ｑａは酸素含有率０％の燃料を所定のスモーク濃度（スモーク濃度設定値）になるまで噴射する場合の燃料噴射量を示している。Ｑｂは酸素含有率０％の燃料から酸素含有率１０％の燃料に変化した場合にＱａに対して前述のステップＳ３による補正量ｄＱ１を加算した燃料噴射量（Ｑａ＋ｄＱ１）である。Ｑｃは酸素含有率１０％の燃料をＱａと等スモーク濃度になるまで噴射した場合の燃料噴射量である。図から明らかなようにＱｂ＜Ｑｃであり、ステップＳ５及びＳ７で加算されるｄＱ２及びｄＱ３を、Ｑｃ−Ｑｂの範囲内に設定することにより、所定のスモーク濃度以下の範囲内で出力を増加させることができる。ここで、Ｑｃ−ＱｂはＱｃ−（Ｑａ＋ｄＱ１）であり、ｄＱ１は酸素含有率αに基づいて一義的に定まるものであることから、ｄＱ２及びｄＱ３は、酸素含有率αの異なる燃料の等スモーク濃度における噴射量差（たとえばＱｃ−Ｑａ）に基づいて定められることになる。
【００３７】
図７は、酸素含有率αの燃料を使用する場合に加算するｄＱ２及びｄＱ３を、図５と同様に酸素含有率０％の燃料に対する増量割合として表した図である。このｄＱ２及びｄＱ３は、図６のＱｃ−Ｑｂに相当する燃料量を酸素含有率αに応じて求め、その求められた燃料量以下の値に設定されている。ステップＳ２において算出された最終噴射量Ｑｆｉｎの基準とした燃料の酸素含有率が０％でない場合も、ｄＱ１の場合と同様に修正して、適用することができる。ここで、図６及び図７の特性は記憶手段１４を構成するＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）に予め記憶されており、ｄＱ２及びｄＱ３が上記のように定められているため、スモークセンサ５の有無にかかわらず、所定のスモーク濃度以下の範囲内において目標噴射量を増量補正することが可能であり、ステップＳ４からＳ７までの処理は、出力調整手段１８に含まれる出力増加手段１９のうち、「所定のスモーク濃度以下の範囲内において目標噴射量を増量補正する出力増加手段」も実現していることになる。
【００３８】
なお、ｄＱ２及びｄＱ３は燃料の酸素含有率αの増加に応じて増大しているが、これはｄＱ１の場合と同様に酸素含有率αによる発熱量の変化を補償しているためであり、この例では酸素含有率αにかかわり無く一定の出力増加となる。また、この例ではｄＱ２＞ｄＱ３とされているが、この例に限定されるわけではなく、所定のスモーク濃度以下の範囲内で変更可能である。たとえば、所定のスモーク濃度以下の範囲で、図８のように機関負荷（アクセル開度Ａｃｃｐ）の増加に応じて増加するように定めることにより、ドライバビリティを向上させることができる。同様に、所定のスモーク濃度についても機関運転状態などに応じて可変としてもよい。
【００３９】
図３に戻り、ステップＳ８ではステップＳ５またはＳ８において補正された後の最終噴射量Ｑｆｉｎが最大噴射量Ｑｆｕｌｌより小さいか否かが判定される。最大噴射量Ｑｆｕｌｌは、大気圧Ｐａ，機関冷却水温Ｔｗなど、スモーク濃度ＳＢ以外の要因に基づいて燃料噴射量の最大値を制限する上限値である。ステップＳ８においてＱｆｉｎ＜Ｑｆｕｌｌである場合にはＹｅｓと判定されてステップＳ１０に進み、それ以外はＮｏと判定されてステップＳ９へ進む。ステップＳ９では、最終噴射量Ｑｆｉｎの値を最大噴射量Ｑｆｕｌｌに一致させる上限ガード処理が実行された後、ステップＳ１０へ進む。ステップＳ１０では、最終噴射量Ｑｆｉｎに基づく燃料噴射制御信号を燃料噴射装置３へ出力し、その後、本ルーチンが終了される。なお、ここでは燃料噴射制御についてのみ説明したが、ステップＳ１０の出力によって排気温度，ターボチャージャ回転数，燃焼室内の圧力などが許容値を超える場合には、燃料噴射時期を変更して内燃機関１のダメージを防止することが好適である。
【００４０】
次に、図９及び図１０を参照して上記第１の実施形態の変形例である第２の実施形態を説明する。図９は、第２の実施形態において燃料噴射制御装置４によって実行される燃料噴射制御ルーチンの内容を示すフローチャートであり、図３と同一処理のステップには同一の番号を付している。このルーチンは所定時間毎に実行される時間割り込みルーチンとして構成されている。
【００４１】
図９において、ステップＳ１からステップＳ３までは図３と同じ構成であり、ステップＳ１において前述の各種センサからの信号出力に基づく機関運転状態が読み込まれ、続くステップＳ２では、読み込まれた機関運転状態に基づいて、燃料噴射弁から各気筒に噴射する燃料の目標噴射量Ｑが算出され、ステップＳ３において発熱量変化を補償する補正量ｄＱ１が加算された最終噴射量Ｑｆｉｎが求められる。また、図３と同様にステップＳ４では加速中か否かが判定され、ステップ６では全負荷か否かが判定される。
【００４２】
その後、図３の実施形態では加速中及び全負荷と判定された場合はｄＱ２，ｄＱ３によるＱｆｉｎの補正が実行されたが、本実施形態では、ステップＳ２１及びステップＳ２２においてスモーク濃度ＳＢを所定のスモーク濃度ＳＢｌｉｍに一致させる補正量ｄＱ４による補正が実行される点で異なっている。
【００４３】
ステップＳ２１ではＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）に記憶されている前回のｄＱ４に増分ｄＱを加算する更新処理が実行され、更新後のｄＱ４がＲＡＭに書きこまれる。Ｑｆｉｎ及び前述の補正量ｄＱ２，ｄＱ３は図３のルーチンが起動されるたびに毎回新たに算出される補正量であるが、補正量ｄＱ４はこのように記憶更新される値である。図１０は、スモークセンサ５によって検出されたスモーク濃度ＳＢと所定のスモーク濃度ＳＢｌｉｍとの差（ＳＢ−ＳＢｌｉｍ）と増分ｄＱとの関係を表している。増分ｄＱは、検出されたスモーク濃度ＳＢが所定のスモーク濃度ＳＢｌｉｍを超えている場合、その差が大きいほど絶対値が大きい負の値となり、検出されたスモーク濃度ＳＢが所定のスモーク濃度ＳＢｌｉｍに達していない場合、その差が大きいほど絶対値が大きい正の値となり、ＳＢがＳＢＬｉｍに等しい場合は０となるように定められている。このような関係を満足していれば、増分ｄＱ４の絶対値は内燃機関の運転状態などに応じて可変に設定することができる。
【００４４】
ステップＳ２２では、ステップＳ３において補正された後のＱｆｉｎにステップＳ２１で更新された補正量ｄＱ４を加算する処理が実行され、その後ステップＳ８及びステップＳ９による上限ガード処理を経て、ステップ１０で最終噴射量Ｑｆｉｎに基づく燃料噴射制御信号を燃料噴射装置３へ出力し、本ルーチンを終了する。また、ステップＳ６でＮｏと判定された場合にはステップＳ２３に進み、補正量ｄＱ４をクリアして初期値０をセットする処理が実行され、その後ステップ１０においてステップＳ３で算出された最終噴射量Ｑｆｉｎに基づく燃料噴射制御信号を燃料噴射装置３へ出力し、本ルーチンを終了する。
【００４５】
以上の処理により、加速または全負荷時には燃焼ガスのスモーク濃度ＳＢが所定のスモーク濃度ＳＢｌｉｍに一致するように目標噴射量（最終噴射量Ｑｆｉｎ）が補正され、それ以外では発熱量の変化のみが補償される。本実施形態においては、燃料の酸素含有率αが増加する方向に変化した場合に、ステップＳ４，Ｓ６，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３により、加速時または全負荷時の少なくとも一方において目標噴射量を増量補正する出力増加手段１９の一形態が実現されている。また、燃料の酸素含有率αが減少する方向に変化した場合には、ステップＳ４，Ｓ６，Ｓ２１，Ｓ２２，Ｓ２３により、出力補償手段１７によって補正された目標噴射量を所定のスモーク濃度に対応する噴射量まで減量補正する出力制限手段２０の一形態が実現されている。
【００４６】
次に、第１及び第２の実施形態に共通する異常判定処理について図１１のフローチャートに基づいて説明する。図１１は所定時間毎に実行される時間割り込みルーチンとして構成されている。まずステップＳ３１では、スモークセンサ５によって検出された燃焼ガスのスモーク濃度ＳＢと酸素含有率センサ１１によって検出された酸素含有率αの読み込みが行われ、続くステップＳ３２では、図３または図９のステップＳ１０で出力される燃料噴射制御信号に対応した最終噴射量Ｑｆｉｎが読み込まれる。
【００４７】
ステップＳ３３では、記憶手段１４としてのＲＯＭに予め記憶された図６の特性におけるスモーク濃度ＳＢαが導出される。具体的には、図６の特性において、ステップＳ３１で読み込まれた酸素含有率αとステップＳ３２で読み込まれた最終噴射量Ｑｆｉｎに対応する値ＳＢαが求められる。ステップＳ３４では、ＳＢαとＳＢとの差の絶対値ｄＳＢが算出される。ステップＳ３５では、そのｄＳＢが所定値Ｋよりも大きいか否かが判定され、ｄＳＢが所定値Ｋよりも大きい場合はＹｅｓと判定されてステップＳ３６に進み、そうでなければＮｏと判定されてステップＳ３９に進む。ここで、ＳＢαは正常な状態に対応した値であるため、テップＳ３５の判定におけるＹｅｓは異常と判定されたことを意味し、Ｎｏは異常とは判定されないことを意味する。所定値Ｋは不感帯の幅を定義する値であり、センサの検出誤差などに起因する誤判定を防止するために適切な値が定められている。このステップＳ３１からステップＳ３５までの一連の処理によって異常検出手段１５が実現されている。
【００４８】
ステップＳ３６では、検出されたスモーク濃度ＳＢがＳＢαよりも大きいか否かが判定される。ステップＳ３６でＹｅｓと判定された場合にはステップＳ３７に進み、前述の出力増加手段１９による燃料噴射量の増量を禁止する処理が実行された後、ステップＳ３８に進む。このように異常時の増量を禁止することにより、内燃機関１のダメージが低減される。ステップＳ３６でＮｏと判定された場合にはステップＳ３７を迂回してステップＳ３８に進む。ステップＳ３８では、異常検出フラグＪの値に異常であることを示す１がセットされ、そのまま本ルーチンが終了される。ステップＳ３７では、異常検出フラグＪの値に異常が検出されていないことを示す０がセットされ、そのまま本ルーチンが終了される。このステップＳ３５，Ｓ３６の処理により禁止手段１６が実現されている。
【００４９】
次に、第１及び第２の実施形態においてパイロット噴射を行う場合について説明する。図１２は、横軸をタイミング（＝クランク角），縦軸を燃料噴射弁への通電状態として、パイロット噴射を行う場合の燃料噴射波形を模式的に示したものである。図において実線は基準となる燃料による燃料噴射を示している。実線の立ち上がりから立ち下がりまでの上に凸となった波形区間が燃料噴射期間であり、最初の射期間中の燃料噴射量がパイロット噴射量Ｑｐ、続く噴射期間中の燃料噴射量がメイン噴射量Ｑｍである。このＱｐとＱｍの和は１燃焼サイクル分の燃料噴射量の総和であり、前述の図３及び図９のステップＳ２における最終噴射量Ｑｆｉｎに相当している。したがって、パイロット噴射を行う場合、図３及び図９のステップＳ３の処理は、このパイロット噴射量Ｑｐとメイン噴射量Ｑｍを対象として実行される。
【００５０】
図１２において、実線の立ち上がりから破線の立ち下がりまでの上に凸となった波形区間は、図３及び図９のステップＳ３における補正後の最終噴射量Ｑｆｉｎに対応しており、実線の立ち下がりと破線の立ち下がりとの間の区間として示されるパイロット噴射補正量ｄＱｐとメイン噴射補正量ｄＱｍとの和が図３及び図９のステップＳ３における補正量ｄＱ１に相当している。ここで特徴的な点は、燃料の酸素含有率変化に伴うステップＳ３の補正処理の際に、パイロット噴射量Ｑｐとメイン噴射量Ｑｍとを、同じ割合で補正する点である。
【００５１】
ステップＳ２のＱｆｉｎが酸素含有率αｂａｓｅの燃料を基準として算出されている場合には、ステップＳ２で算出されたＱｆｉｎに含まれる酸素以外の可燃成分の量すなわち「Ｑｆｉｎ×（１００−αｂａｓｅ）／１００」と、酸素含有率αの燃料に含まれる酸素以外の可燃成分の量すなわち「補正後Ｑｆｉｎ×（１００−α）／１００」とが一致するように補正すればよいので、補正後Ｑｆｉｎは補正前Ｑｆｉｎ×（１００−αｂａｓｅ）／（１００−α）となる。したがって、ｄＱ１は補正前Ｑｆｉｎ×（α−αｂａｓｅ）／（１００−α）となる。パイロット噴射量Ｑｐとメイン噴射量Ｑｍとを同じ割合で補正する場合には、これと同様に、補正後Ｑｐは補正前Ｑｐ×（１００−αｂａｓｅ）／（１００−α）とすればよく、ｄＱｐは補正前Ｑｐ×（α−αｂａｓｅ）／（１００−α）と表される。また、補正後Ｑｍは補正前Ｑｍ×（１００−αｂａｓｅ）／（１００−α）であり、ｄＱｍは補正前Ｑｍ×（α−αｂａｓｅ）／（１００−α）と表される。
【００５２】
ステップＳ３において上述のようにパイロット噴射補正量ｄＱｐとメイン噴射補正量ｄＱｍが算出された後は、図３及び図９のステップ４以降の処理がそのまま実行される。このように、パイロット噴射量とメイン噴射量とを同じ補正割合で補正することにより、パイロット噴射の発熱量変化が抑えられるため、メイン噴射の燃焼形態を維持して良好な燃焼を継続することができる。
【００５３】
なお、パイロット噴射量ＱｐがステップＳ３の補正によって所定のボアフラッシング許容値を超える量に増量補正される可能性があるが、ボアフラッシングを避けるためにパイロット噴射量Ｑｐの増量を制限すると、パイロット噴射の発熱量が変化してメイン噴射の燃焼形態が維持できなくなるおそれがある。このような場合は、燃料噴射量以外の制御量を対象として対策することが好ましい。具体的には、燃料噴射圧力の低減，燃料噴射時期の遅角，パイロット噴射の分割（マルチパイロット噴射）などによる対応が可能である。図１３は燃料噴射時期を遅角する例を示しており、パイロット噴射量Ｑｐがボアフラッシングに対する許容値である許容パイロット噴射量Ｑｐｌｍｔを超過した場合、パイロット噴射量Ｑｐの増大に応じて燃料噴射時期を遅角することにより、ボアフラッシングを防止することができる。
【００５４】
また、パイロット噴射量Ｑｐの増量補正によってパイロット噴射期間が延び、パイロット噴射終了からメイン噴射開始までの間隔が短くなると、燃料噴射弁の開閉応答速度の限界を超え、不斉噴射が生じる可能性がある。このような場合も、燃料噴射量以外の制御量を対象として対策することが好ましい。具体的には、パイロット噴射時期の進角，メイン噴射時期の遅角，噴射圧力の上昇制御によるパイロット噴射期間の短縮などによってパイロット噴射終了からメイン噴射開始までの間隔を広げることにより、不斉噴射を防止することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、酸素含有率の変化に伴う発熱量や燃焼性の変化を適切に調整することができ、酸素含有量が異なる種々の燃料の使用に対応できる燃料噴射制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の燃料噴射制御装置を構成する技術手段の階層構造を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。
【図４】各種燃料の酸素含有率と発熱量との関係を示す特性図である。
【図５】発熱量の変化を補償して等発熱量とする場合の酸素含有率と燃料噴射量増量割合との関係を示す図である。
【図６】燃料噴射量に対するスモーク濃度の特性を示す図である。
【図７】等スモーク濃度以下で出力を増加させる場合の酸素含有率と燃料噴射量増量割合との関係を示す図である。
【図８】等スモーク濃度以下の範囲で出力を増加させる場合の機関負荷と燃料噴射量補正値との関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態における燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。
【図１０】燃焼ガスのスモーク濃度を所定のスモーク濃度に一致させるための燃料噴射量の増分を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態における異常判定処理を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態においてパイロット噴射を行う場合の燃料噴射波形を模式的に示した図である。
【図１３】パイロット噴射量と燃料噴射時期の遅角量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１　内燃機関、２　内燃機関本体、３　燃料噴射装置、４　燃料噴射制御装置、５　スモークセンサ、６　回転数センサ、７　水温センサ、８　負荷センサ、９　大気圧センサ、１０　イグニッションスイッチ、　１１　酸素含有率センサ、１２　目標噴射量算出手段、１３　補正手段、１４　記憶手段、１５　異常判定手段、１６　禁止手段、１７　出力補償手段、１８　出力調整手段、１９出力増加手段、２０　出力制限手段。

Claims (14)

1. 内燃機関の吸気中に燃料を噴射する燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御装置であって、内燃機関の運転状態に基づいて燃料噴射装置の目標噴射量を算出する目標噴射量算出手段と、燃料噴射装置に供給される燃料の酸素含有率に基づいて酸素含有率に応じた割合の補正量で前記目標噴射量を補正する補正手段と、を含むことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記燃料噴射装置は燃料噴射弁を含み、前記酸素含有率を検出するための酸素含有率検出手段が、燃料タンクから燃料噴射弁への燃料供給通路に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記酸素含有率の検出が機関始動から停止までの間に少なくとも１回行われるように検出実行条件が定められていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記補正手段が、燃料の酸素含有率に応じた発熱量変化を補償して等発熱量となるように前記目標噴射量の補正を行う出力補償手段を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記補正手段が、前記出力補償手段によって補正された後の目標噴射量をさらに補正して出力を調整する出力調整手段を含むことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 前記出力調整手段が、加速時または全負荷時の少なくとも一方において目標噴射量を増量補正する出力増加手段であることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
7. 前記出力調整手段が、所定のスモーク濃度以下の範囲内において目標噴射量を増量補正する出力増加手段であることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
8. 前記出力増加手段による増量補正量が、酸素含有率の異なる燃料の等スモーク濃度における噴射量差に基づいて定められていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
9. 前記出力増加手段による増量補正量が、機関負荷の増加に応じて増加するように定められていることを特徴とする請求項６から８のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
10. 前記出力増加手段による補正量は、スモーク濃度検出手段によって検出される燃焼ガスのスモーク濃度が所定のスモーク濃度に一致するように定められることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
11. 前記出力調整手段が、前記出力補償手段によって補正された目標噴射量を、所定のスモーク濃度に対応する噴射量まで減量補正する出力制限手段であることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
12. 燃料噴射量に対するスモーク濃度特性を燃料の酸素含有率に対応させて予め記憶している記憶手段と、スモーク濃度検出手段によって検出された燃焼ガスのスモーク濃度と記憶手段から導かれるスモーク濃度との比較に基づいて異常判定を行う異常判定手段と、を含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
13. 前記スモーク濃度検出手段で検出されたスモーク濃度が前記記憶手段から導かれるスモーク濃度よりも高く前記異常判定手段によって異常と判定された場合に目標噴射量の増量補正を禁止する禁止手段を含むことを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
14. 前記目標噴射量が目標パイロット噴射量と目標メイン噴射量との和であり、前記補正手段によるパイロット噴射量の補正割合とメイン噴射量の補正割合とが等しい割合であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。

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