JP2005220820A - ガソリン／アルコール混合燃料直噴エンジンの制御装置 - Google Patents

ガソリン／アルコール混合燃料直噴エンジンの制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 ガソリン／アルコールの混合割合が異なる場合であっても、最大限成層燃焼を可能とし、制御精度も向上させることのできるガソリン／アルコール混合燃料直噴エンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】 ガソリン／アルコール混合燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ３０と、アルコール濃度に対応させて予め定められた濃度範囲毎に備えられ、成層燃焼が可能な運転領域を示す成層領域判定マップと成層燃焼に影響を与えるパラメータ毎に制御量が予め設定されたパラメータマップとを備え、アルコール濃度に基づき、成層燃焼領域と判断されたときは、前記パラメータマップに設定された制御量により成層燃焼運転を行わせる。
【選択図】 図１

Description

本発明はエンジンの制御装置、特に、ガソリン／アルコール混合燃料を筒内に直接に噴射供給するいわゆるガソリン／アルコール混合燃料直噴エンジンの制御装置に関する。
石油燃料に対する代替燃料の１つとしてアルコール燃料が有望視されており、ガソリン／アルコール混合燃料として一部では実用化されている例もある。ところが、このガソリン／アルコール混合燃料はガソリン１００％の燃料に比べ、その発熱量や気化特性が異なると共に、そのアルコール濃度によっても特性が異なるので、ガソリン１００％の燃料の使用を前提とするエンジンにそのままガソリン／アルコール混合燃料を使用すると、制御空燃比が理論空燃比から外れ、排気成分が変化したり運転性が悪化することになる。
そこで、例えば、特許文献１には、アルコール含有燃料を使用するエンジンの空燃比制御で、アルコール濃度別に学習補正値マップを記憶することにより、アルコール濃度が異なる燃料の使用にも対応した制御を行なうことが開示されている。
また、特許文献２には、複数の異なるアルコール混合割合の燃料に対するマップ値を、アルコール濃度の検出値に応じて重みつき補間計算して求めた制御量によってエンジンを制御することが開示されている。
特開平５−５４４６号公報 特開平５−１９５８３８号公報
ところで、最近、燃料を筒内に直接に噴射供給するいわゆる直噴エンジンが注目されている。その中で、吸気行程において燃料を噴射供給することにより、燃焼室内に燃料を拡散させて均質な混合気を形成して行わせる均質燃焼と、圧縮行程において燃料を噴射供給することにより、点火栓周りに集中的に層状の混合気を形成して行わせる成層燃焼とを、エンジンの運転状態に応じて切替えるようにした直噴エンジンも有望な技術として注目されている。
かかる均質燃焼と成層燃焼とを切替えるようにした直噴エンジンにおいて、ガソリン／アルコール混合燃料を使用する場合は、ガソリン／アルコール混合燃料は上述のように、その混合割合に対応して、燃料の特性、例えば発熱量が変わるので、上述の特許文献１または２に開示されたような技術を用いて、燃料の噴射量等を変更する制御を行なわなければならない。
しかしながら、この制御は均質燃焼の場合には有効であるが、成層燃焼の場合には効果が得られない。というのも、ガソリン／アルコール混合燃料の場合には、アルコールとガソリンとの共沸現象により飽和蒸気圧が上がり、気化時間等が変化することから、ロバスト性のない成層燃焼では、ガソリン／アルコールの混合割合によっては燃焼が成立しない可能性があるからである。また、成層燃焼可能領域も変化する可能性がある。成層燃焼では、燃料噴霧の気化特性が最重要因子であり、これが異なると、スロットル開度、ＥＧＲ開度、点火時期、噴射時期および噴射期間等の全ての適合因子が異なることになるので、補間計算で制御量を求めることは不可能である。
そこで、本発明の目的は、ガソリン／アルコールの混合割合が異なる場合であっても、最大限成層燃焼を可能とし、制御精度も向上させることのできるガソリン／アルコール混合燃料直噴エンジンの制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するガソリン／アルコール混合燃料直噴エンジンの制御装置は、筒内に向けてガソリン／アルコール混合燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタを備えるガソリン／アルコール混合燃料直噴エンジンにおいて、ガソリン／アルコール混合燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、アルコール濃度に対応させて予め定められた濃度範囲毎に備えられ、成層燃焼が可能な運転領域を示す成層領域判定マップと成層燃焼に影響を与えるパラメータ毎に制御量が予め設定されたパラメータマップとを備え、前記アルコール濃度検出手段により検出されたアルコール濃度に基づき、成層燃焼領域と判断されたときは、前記パラメータマップに設定された制御量により成層燃焼運転を行わせるようにしたことを特徴とする。
ここで、前記成層燃焼に影響を与えるパラメータは、噴射期間、噴射時期、点火時期、ＥＧＲ開度およびスロットル開度の少なくともいずれか一つを含むものであってもよい。
また、前記成層燃焼以外の均質燃焼のときには、前記アルコール濃度検出手段により検出されたアルコール濃度に基づき噴射量のみを補正して均質燃焼運転を行わせるようにしてもよい。
上記本発明の一形態によれば、ガソリン／アルコール混合燃料のアルコール濃度がアルコール濃度検出手段により検出され、この検出値に基づいて、アルコール濃度に対応させて予め定められた濃度範囲につき備えられた成層領域判定マップにおいて成層燃焼が可能な運転領域か否かが判断される。そして、成層燃焼領域と判断されたときは、上記予め定められた濃度範囲につき備えられ、成層燃焼に影響を与えるパラメータ毎に制御量が予め設定されたパラメータマップに設定された制御量により成層燃焼運転が行われる。従って、ガソリン／アルコールの混合割合が異なる場合であっても、成層燃焼が可能な運転領域が容易に判断されるので、最大限成層燃焼が可能であり、また、成層燃焼に影響を与えるパラメータ毎に制御量が予め設定されたパラメータマップに設定された制御量により成層燃焼運転が行われるので、制御精度も向上される。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、ガソリン／アルコール混合燃料直噴エンジンの制御装置の一実施形態に係るシステム構成を示す側面概略図であり、図２は、同じく、燃料系統を主に示す平面概略図である。まず、図１において、車両に搭載されるエンジン１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から吸気通路３により、電制スロットル弁４の制御を受けて、空気が吸入される。そして、燃焼室内にガソリン／アルコール混合燃料を直接噴射するように、電磁式のインジェクタ６が設けられている。インジェクタ６は、後述する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）２０からエンジン回転に同期して吸気行程又は圧縮行程にて出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、後述のように、所定圧力に調圧されたガソリン／アルコール混合燃料を噴射するようになっている。そして、噴射されたガソリン／アルコール混合燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、また、圧縮行程噴射の場合は点火栓７周りに集中的に層状の混合気を形成し、後述するＥＣＵ２０からの点火信号に基づき、点火栓７により点火されて、燃焼（均質燃焼又は成層燃焼）する。
エンジン１からの排気は排気通路８より排出され、排気通路８には排気浄化用の触媒９が介装されている。また、排気の一部は電制ＥＧＲ弁１０を介してＥＧＲ通路１１により吸気通路３のスロットル弁４下流の吸気通路３に還流される。
なお、燃料タンク１２からは低圧ポンプ１３により燃料が吸い上げられ、低圧供給通路を介して接続された高圧ポンプ１５により目標噴射圧まで加圧されて、インジェクタ６に共通に接続されている燃料分配管１６に供給される。なお、１７は燃料分配管１６から余剰の燃料を燃料タンク１２に戻すリターン通路である。
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、後述の各種センサからの入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、電制スロットル弁４、インジェクタ６、点火栓７、電制ＥＧＲ弁１０、低圧ポンプ１３及び高圧ポンプ１５などの作動を制御する。
前記各種センサとしては、エンジン１のクランク軸回転を検出するクランクポジションセンサ２１が設けられている。クランクポジションセンサ２１は、気筒数をｍとすると、クランク角７２０°／ｍ毎に、予め定めたクランク角位置で基準パルス信号を出力すると共に、１〜２°毎に単位パルス信号を出力するもので、基準パルス信号の周期などからエンジン回転数を算出可能である。この他、エアクリーナ２内で吸気温度を検出する吸気温センサ２３、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセルセンサ２４、スロットル弁４の開度を検出するスロットルポジションセンサ２５、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ２６、排気通路８にて排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力する空燃比センサ２７、スロットル弁４下流の吸気通路３内の圧力を検出する吸気管圧力センサ２８、および燃料分配管１６内の燃料圧力を検出する燃圧センサ２９、さらにはガソリン／アルコール混合燃料のアルコール濃度を誘電率の変化等に基づき検出するアルコール濃度センサ３０などが設けられている。
次に、上記システム構成になる実施形態において、ＥＣＵ２０により行われる制御の一例を図３に示す制御ルーチンのフローチャートを主に参照して説明する。この制御ルーチンはエンジンが始動された後、所定時間（例えば、１０ｍｓ）毎に実行される。まず、ステップＳ３１において、アルコール濃度センサ３０からの計測値に基づき、燃料分配管１３内に送給されているガソリン／アルコール混合燃料のアルコール濃度が読込まれる。そして、ステップＳ３２において、読込まれたアルコール濃度に応じて、成層マップエリアが選択される。
成層マップエリアとは、例えば、図４に示されるような所定のアルコール濃度範囲に関し定められた形態のマップエリアであり、本例では、例えば、アルコール濃度が０〜１０度のときは成層マップエリア１、アルコール濃度が１０〜２０度のときは成層マップエリア２、アルコール濃度が２０〜２５度のときは成層マップエリア３、以下同様に、あるアルコール濃度範囲毎にアルコール濃度１００度までｎ個が定められている。この成層マップエリア１ないしｎをどのアルコール濃度範囲に設定するかは、ガソリン／アルコール混合燃料の特性に応じて行なわれる。
次に、ステップＳ３３に進み、ステップ３２において選択された成層マップエリア内の成層領域判定マップをルックアップする。この成層領域判定マップは、上述した成層マップエリア１ないしｎにそれぞれ備えられているものであり、例えば、図５に示す形態のマップである。この成層領域判定マップは、エンジン回転数とエンジン負荷を表す吸気管圧（本例では絶対圧で表す）とをエンジン運転状態のパラメータとして、成層燃焼が可能な領域か、成層燃焼が不可能な領域、すなわち均質燃焼すべき領域かを予め定めている。
そして、ステップＳ３４において、図３のフローチャートには示されていないが、同時に読込まれた算出エンジン回転数と吸気管圧力センサ２８により検出された吸気管圧とのパラメータに基づき、上記成層領域判定マップから成層燃焼領域か均質燃焼領域かを判断する。
そこで、成層燃焼領域と判断されたとき、すなわち、「ＹＥＳ」のときはステップＳ３６に進み、図６に例示する、アルコール濃度範囲別の成層マップエリア内の各パラメータマップにおける制御量による成層燃焼運転が行われる。詳述すると、各成層マップエリア１ないしｎには、上述のように、成層領域判定マップと共に成層燃焼に影響を与えるパラメータとして、例えば、噴射期間、噴射時期、点火時期、ＥＧＲ開度およびスロットル開度のそれぞれについてのパラメータマップ、すなわち、（１）噴射期間パラメータマップ、（２）噴射時期パラメータマップ、（３）点火時期パラメータマップ、（４）ＥＧＲ開度パラメータマップ、および（５）スロットル開度パラメータマップが備えられている。例えば、代表的に（１）噴射期間パラメータマップについて説明すると、このマップには、均質燃焼時におけるエンジン運転状態のパラメータとしてのエンジン回転数とエンジン負荷（吸気管圧）とに準じて、成層燃焼時において所定のトルクを得るパラメータとしてのエンジン回転数と燃料噴射量とに対応させて制御量である噴射期間ｔが定められている。この噴射期間ｔは、例えば、エンジン回転数がＢ（ｒｐｍ）で、燃料噴射量がｂ（ｍｍ３）の場合には、ｔＢｂとして表されている。なお、この噴射期間ｔは燃圧が一定の下で燃料噴射量を意味する。以下、（２）噴射時期パラメータマップ、（３）点火時期パラメータマップ、（４）ＥＧＲ開度パラメータマップ、および（５）スロットル開度パラメータマップに関しても、同様に、エンジン回転数と燃料噴射量とに対応させて、これらのマップが属するアルコール濃度範囲において最適な成層燃焼が行われるべく制御量が定められている。
一方、ステップＳ３４において成層燃焼が不可、すなわち均質燃焼領域と判断された場合には、ステップＳ３５に進み、アルコール濃度別に燃料噴射量を補正して均質燃焼による運転が行われる。この均質燃焼運転においては、上述の成層燃焼運転の場合の燃料噴射量の制御と同様に、アルコール濃度範囲別に燃料噴射量ないしは噴射期間の制御量を定めたマップによる制御を行うか、もしくは排気通路８にて排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力する空燃比センサ２７による検出信号を用いて、燃料噴射量を補正する空燃比補正フィードバック制御を行うようにしてもよい。
本発明に係るガソリン／アルコール混合燃料直噴エンジンの制御装置の一実施形態に係るシステム構成を示す側面概略図である。 同じく、燃料系統を主に示す平面概略図である。 本発明の一実施形態における制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態において、所定のアルコール濃度範囲に関し定められた形態の成層マップエリアを示すマップ図である。 本発明の一実施形態において、成層燃焼領域または均質燃焼領域を予め定めている成層領域判定マップの一例を示すマップ図である。 本発明の一実施形態において、アルコール濃度範囲別の成層マップエリア内における各パラメータマップの一例を示すマップ図である。
符号の説明
４ 電制スロットル弁
６ インジェクタ
７ 点火栓
１０ 電制ＥＧＲ弁
２０ 電子制御ユニット
２１ クランクポジションセンサ
２７ 空燃比センサ
２８ 吸気管圧力センサ
３０ アルコール濃度センサ

Claims (3)

  1. 筒内に向けてガソリン／アルコール混合燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタを備えるガソリン／アルコール混合燃料直噴エンジンにおいて、
    ガソリン／アルコール混合燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
    アルコール濃度に対応させて予め定められた濃度範囲毎に備えられ、成層燃焼が可能な運転領域を示す成層領域判定マップと成層燃焼に影響を与えるパラメータ毎に制御量が予め設定されたパラメータマップとを備え、
    前記アルコール濃度検出手段により検出されたアルコール濃度に基づき、成層燃焼領域と判断されたときは、前記パラメータマップに設定された制御量により成層燃焼運転を行わせるようにしたことを特徴とするガソリン／アルコール混合燃料直噴エンジンの制御装置。
  2. 前記成層燃焼に影響を与えるパラメータは、噴射期間、噴射時期、点火時期、ＥＧＲ開度およびスロットル開度の少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のガソリン／アルコール混合燃料直噴エンジンの制御装置。
  3. 前記成層燃焼以外の均質燃焼のときには、前記アルコール濃度検出手段により検出されたアルコール濃度に基づき噴射量のみを補正して均質燃焼運転を行わせるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のガソリン／アルコール混合燃料直噴エンジンの制御装置。
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