JP2008064055A

JP2008064055A - 複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP2008064055A
Application number: JP2006244563A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nakada; 浩一中田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-09-08
Publication date: 2008-03-21

Abstract

【課題】複数種類の燃料の残量バランスを良好に維持しつつ、ノック発生を抑制でき、良好なドライバビリティと燃費を確保すること。
【解決手段】アルコールを筒内噴射する筒内燃料噴射弁と、ガソリンをポート噴射するポート燃料噴射弁と、ノックセンサと燃料残量センサとを少なくとも備え、特定気筒のノック発生が検出された場合に、当該気筒の直噴側噴射割合を増加させるようにし、特定気筒にノック発生が検出され（ステップＳ１０肯定）、かつ、アルコールの残量が少ない場合は（Ｓ１１否定）、ノック発生気筒の直噴側噴射割合を増量する一方、ノック発生気筒以外の気筒の直噴側噴射割合を減量する（Ｓ１５）。アルコールの残量が多い場合は（Ｓ１１肯定）、ノック発生気筒の直噴側噴射割合を増量する（Ｓ１２）。ノック発生気筒の直噴側噴射割合に制限がある場合には従来のＫＣＳ制御を実施する（Ｓ１３肯定，Ｓ１６肯定、Ｓ１４）。
【選択図】図１

Description

この発明は、オクタン価の異なる複数種類の燃料を任意の供給割合で機関に供給可能な複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、更に詳しくは、複数種類の燃料の残量バランスを良好に維持しつつ、ノック発生を抑制でき、良好なドライバビリティと燃費を確保できる複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来、内燃機関の負荷増大時などのノックを抑制するノックコントロールシステム（以下、ＫＣＳと記す。）が知られている。このＫＣＳにおいては、たとえば機関シリンダブロックに配置したノックセンサあるいは筒内圧センサを用いて、ノックに特有な周波数の振動の振幅を検出し、検出した振幅（ノック強度）に応じて点火時期を遅角することによりノックを抑制する制御が行われる。

また、高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンのようなオクタン価の異なる複数種類の燃料を任意の供給割合で機関に供給する燃料供給装置を備え、機関運転中に機関の運転条件、あるいは他の適宜な条件に応じて燃料供給割合を変更することにより機関に供給する燃料全体としてのオクタン価を変更する複数燃料内燃機関が知られている。

このような複数燃料内燃機関においては、たとえばノックが生じやすい運転条件では高オクタン価ガソリンの供給割合を増大することにより、ノック発生を抑制することも可能である。

この種の制御を行う内燃機関の制御装置の例としては、たとえば特許文献１に記載されたものが公知である。すなわち、この制御装置は、オクタン価の異なる複数種類の燃料の残量バランスを配慮し、複数の燃料を任意の供給割合で機関に供給可能であり、かつ機関運転中に供給割合を変更可能に構成されている。

そして、機関のノック制御のために点火時期変更が要求されたときに、要求点火時期と複数燃料それぞれの残量とに基づいて点火時期と燃料供給割合とのいずれか一方を選択し、当該選択された一方をノック状況に応じて変更することによりノック制御を行うように構成されたものである。

また、他の関連する従来技術として、機関運転条件に合わせて供給燃料のオクタン価を最適に可変制御でき、全運転域で圧縮自己着火燃焼の安定化を図る技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

すなわち、この従来技術は、低負荷運転では吸気ポート燃料噴射弁から着火性の良い低オクタン価の燃料のみを供給し、中・高負荷運転では当該低オクタン価燃料の供給量を一定に保持させる一方、筒内燃料噴射弁から噴射させる耐ノック性の良い高オクタン価燃料の供給量を増大して負荷が高まるほど全燃料供給量のうち高オクタン価燃料の占める割合を大きくするように構成されたものである。

特開２００５−１５５４６９号公報特開２０００−１７９３６８号公報

しかしながら、上記従来技術における点火時期制御の手法として、特定気筒でノックが発生しても全気筒一律に点火時期制御する場合には、トルクの低下が大きくなり、ドライバビリティや燃費に悪影響を及ぼす虞があった。

また、気筒毎に点火時期を制御する場合には、特定気筒の点火時期のみを遅角すると、他気筒とのトルク間差が大きくなり、ドライバビリティに悪影響が出る虞もあった。

したがって、複数種類の燃料の残量バランスを良好に維持しつつ、ノック発生を抑制でき、良好なドライバビリティと燃費を確保できる複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置の提供が望まれていた。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数種類の燃料の残量バランスを良好に維持しつつ、ノック発生を抑制でき、良好なドライバビリティと燃費を確保できる複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係る複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置は、筒内に高オクタン価燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、吸気ポートに低オクタン価燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、ノックが発生している気筒を検出するノック検出手段と、前記高オクタン価燃料と前記低オクタン価燃料の残量を検出する燃料残量検出手段と、を少なくとも備え、前記ノック検出手段により特定気筒のノック発生が検出された場合に当該気筒の前記筒内燃料噴射弁からの噴射割合を増加させるようにした複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記特定気筒にノック発生が検出され、かつ、前記高オクタン価燃料の残量が所定値未満である場合には、ノック発生気筒の前記筒内燃料噴射弁からの噴射割合を増量する一方、前記ノック発生気筒以外の気筒の前記筒内燃料噴射弁からの噴射割合を減量することを特徴とするものである。

また、この発明の請求項２に係る複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置は、請求項１に記載の発明において、前記高オクタン価燃料はアルコールであり、前記低オクタン価燃料はガソリンであることを特徴とするものである。

この発明に係る複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置（請求項１）によれば、ノック発生気筒における直噴側噴射割合の増量を確保しつつ、ノック発生していない気筒での高オクタン価燃料の消費量を減量することで、内燃機関全体での高オクタン価燃料の消費量を節約しつつ、特定気筒のノック発生を抑制することができる。これにより、各気筒のノック発生レベルを均等化することができ、トルクの低下やドライバビリティの悪化を効果的に抑制することができる。したがって、複数種類の燃料の残量バランスを良好に維持しつつ、ノック発生を抑制でき、良好なドライバビリティと燃費を確保することができる。

また、この発明に係る複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置（請求項２）によれば、利用頻度の高い燃料を使用する複数燃料内燃機関に、本発明を適用することができる。

以下に、この発明に係る複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図２は、この発明の実施例に係る複数燃料内燃機関（以下、適宜、エンジンと略称する）の概略構成を示す模式図であり、複数の気筒のうち、１つの気筒について図示したものである。

図２に示すように、エンジン１０は、筒内燃料噴射弁１１によってエタノール（高オクタン価燃料）を燃焼室１０ａに直接噴射するとともに、ポート燃料噴射弁１３によってガソリン（低オクタン価燃料）を吸気ポート１２に噴射するように構成されている。

これら各燃料噴射弁１１，１３は、燃料噴射制御装置である電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）３０によって燃料の噴射時期および噴射量等を制御されるようになっている。なお、図２中の符号１４は吸気バルブ、符号１５は排気ポート、符号１６は排気バルブを示している。

エタノールは、直噴用燃料タンク１７に貯蔵され、ポンプ１８により燃料供給経路１９に送出され、高圧ポンプ２０を介して筒内燃料噴射弁１１に供給されるようになっている。また、直噴用燃料タンク１７には、エタノールの残量を検出する燃料残量センサ２２が設けられている。

また、ガソリンは、ポート用燃料タンク２３に貯蔵され、ポンプ２４により燃料供給経路２５を介してポート燃料噴射弁１３に供給されるようになっている。ポート用燃料タンク２３には、ガソリンの残量を検出する燃料残量センサ２６が設けられている。

また、ノックセンサ（ノック検出手段）２８は、ノックが発生している気筒を検出するためのものである。これら各センサ２８，２２，２６は、上記ＥＣＵ３０と接続され、ノック発生状況や燃料の残量に応じてＥＣＵ３０により各燃料噴射弁１１，１３が制御されるようになっている。また、ＥＣＵ３０は、エンジン１０の運転状況に応じて点火時期も制御できるように構成されている。

なお、図示を省略するが、エンジン１０は、アクセル開度センサ、エンジン回転数センサ、冷却水温センサ等を備えている。また、吸気通路には、エアクリーナと、実際の吸入空気量を検出する吸入空気量センサと、吸気温度を検出する吸気温センサと、スロットル開度を検出するスロットル開度センサを有し電子制御可能に構成された電子スロットル等を備えている。これらのセンサおよび電子スロットル等も上記ＥＣＵ３０と接続されている。

また、図示を省略するが、排気通路には、排気を浄化する触媒と、排気の空燃比を検出する空燃比センサとが設けられている。この空燃比センサもＥＣＵ３０と接続され、空燃比をフィードバック制御できるようになっている。

つぎに、本実施例に係る制御方法について図１に基づいて図２を参照しつつ説明する。なお、エンジン１０の基本制御は、従来の制御方法と同様であるので詳細な説明を省略し、本実施例に係る特徴的な制御方法について説明するものとする。以下の制御は、上記各センサ２８，２２，２６等の出力値に基づいて所定時間毎に上記ＥＣＵ３０によって実行される。

ここで、図１は、この発明の実施例に係る制御方法を示すフローチャートである。図１に示すように、先ず、ノックセンサ２８の出力により特定気筒、たとえばＮ番の気筒にノックが発生しているか否かを判断する（ステップＳ１０）。

いずれの気筒にもノックが発生していない場合には、本制御の対象外であるので、本制御ルーチンを抜ける（ステップＳ１０否定）。

Ｎ番の気筒にノックが発生しているならば（ステップＳ１０肯定）、ノック抑制効果の高い直噴側の燃料であるエタノールの噴射割合を増量するのに先立って、その残量が所定値を超えているかどうか、すなわち十分な残量があるかどうかを判断する（ステップＳ１１）。

エタノールの残量が所定値を超えている場合には（ステップＳ１１肯定）、要求噴射量に対して、Ｎ番気筒の筒内燃料噴射弁１１からの噴射割合（直噴側噴射割合）を増量し、ポート燃料噴射弁１３からの噴射割合（ポート側噴射割合）を減量しながら、たとえばストイキとなるように所定の空燃比制御を実施する（ステップＳ１２）。

なお、これら増量または減量する噴射割合は、予め実験等により求められたマップ等に基づいて設定することができる。

上述したように、全気筒一律の点火時期制御（ＫＣＳ制御）では、特定気筒でノックが発生しても、全気筒の点火時期を遅角するために、エンジントルクの低下と燃費悪化につながる虞があった。

また、気筒毎に点火時期制御をする場合では、気筒間でのトルク差が大きくなり、ドライバビリティに悪影響を及ぼす虞があった。しかしながら、上記ステップＳ１２で示した、ノック抑制効果の高いエタノールの噴射割合をノック発生気筒で増量することで、容易にノック発生を抑制することができる。

また、上記ステップＳ１２において、直噴側噴射割合を増量するに際し、運転状況によっては予め定められている所定の上限値によって制限される場合がある。そこで、ステップＳ１３では、直噴側噴射割合が所定の上限値によって制限されるか否かを判断する。

直噴側噴射割合が所定の上限値によって制限される場合には（ステップＳ１３肯定）、その上限値以上の増量は行わず、従来のＫＣＳ制御を実施する（ステップＳ１４）ことにより、ノック発生を抑制する。

一方、直噴側噴射割合が所定の上限値によって制限されない場合には（ステップＳ１３否定）、ステップＳ１２の制御によりノック発生が抑制されているので、本制御ルーチンを抜ける。

また、上記ステップＳ１１において、エタノールの残量が所定量ない場合には（ステップＳ１１否定）、エタノールの消費量を節約しつつ、特定気筒のノック発生を抑制する必要がある。

そこで、上記Ｎ番気筒の筒内燃料噴射弁１１からの噴射割合（直噴側噴射割合）を増量し、ポート燃料噴射弁１３からの噴射割合（ポート側噴射割合）を減量するとともに、Ｎ番気筒以外の気筒の筒内燃料噴射弁１１からの噴射割合を減量し、ポート燃料噴射弁１３からの噴射割合を増量する（ステップＳ１５）。

このように制御することで、ノック発生気筒（Ｎ番気筒）における直噴側噴射割合の増量を確保しつつ、ノック発生していない気筒でのエタノールの消費量を減量することができる。

したがって、エンジン１０全体でのエタノールの消費量を節約しつつ、特定気筒のノック発生を抑制することができる。これにより、各気筒のノック発生レベルを均等化することができ、エンジントルクの低下やドライバビリティの悪化を効果的に抑制することができる。

また、筒内燃料噴射弁１１はその先端温度が所定値を越えると当該先端部にデポジットが堆積し易くなることが知られており、当該先端部を所定温度内に保つためにも常に燃料噴射しておくことが望ましい。

本実施例では、エタノールの残量が規定値よりも減少した場合であっても、エタノールの消費量を節約しつつ筒内燃料噴射弁１１から常に噴射できるので、その先端部へのデポジットの堆積をも抑制することができ、経年変化によるノック発生をも効果的に抑制することができる。

また、上記ステップＳ１５において、Ｎ番気筒の直噴側噴射割合を増量し、Ｎ番気筒以外の気筒の直噴側噴射割合を減量するに際し、運転状況によっては予め定められている所定の上限値または下限値によって制限される場合がある。

そこで、ステップＳ１６では、Ｎ番気筒の直噴側噴射割合が所定の上限値によって制限され、または、Ｎ番気筒以外の直噴側噴射割合が所定の下限値によって制限されるか否かを判断する。

直噴側噴射割合が所定の上・下限値によって制限される場合には（ステップＳ１６肯定）、その上限値以上の増量または下限値以下の減量は行わず、従来のＫＣＳ制御を実施して対応する（ステップＳ１４）ことにより、ノック発生を抑制する。

一方、直噴側噴射割合が所定の上・下限値によって制限されない場合には（ステップＳ１６否定）、ステップＳ１５の制御によりノック発生が抑制されているので、本制御ルーチンを抜ける。

以上のように、この実施例に係る複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、複数種類の燃料の残量バランスを良好に維持しつつ、ノック発生を抑制でき、良好なドライバビリティと燃費を確保することができる。

なお、上記実施例においては、高オクタン価燃料としてエタノールを使用し、低オクタン価燃料としてガソリンを使用する複数燃料内燃機関に適用するものとして説明したが、これに限定されない。

たとえば、高オクタン価燃料としてエタノール以外のアルコール、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、水素等を使用し、これらと低オクタン価燃料としてのガソリン、あるいはその他の燃料を組み合わせて使用する複数燃料内燃機関に適用してもよい。

以上のように、この発明に係る複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置は、オクタン価の異なる複数種類の燃料を任意の供給割合で機関に供給可能な内燃機関に有用であり、特に、複数種類の燃料の残量バランスを良好に維持しつつ、ノック発生を抑制でき、良好なドライバビリティと燃費を確保することを目指す内燃機関に適している。

この発明の実施例に係る制御方法を示すフローチャートである。複数燃料内燃機関の概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１０エンジン（複数燃料内燃機関）
１０ａ燃焼室
１１筒内燃料噴射弁
１２吸気ポート
１３ポート燃料噴射弁
１７直噴用燃料タンク
２２、２６燃料残量センサ
２８ノックセンサ（ノック検出手段）
３０ＥＣＵ（燃料噴射制御装置）

Claims

筒内に高オクタン価燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、
吸気ポートに低オクタン価燃料を噴射するポート燃料噴射弁と、
ノックが発生している気筒を検出するノック検出手段と、
前記高オクタン価燃料と前記低オクタン価燃料の残量を検出する燃料残量検出手段と、
を少なくとも備え、
前記ノック検出手段により特定気筒のノック発生が検出された場合に当該気筒の前記筒内燃料噴射弁からの噴射割合を増加させるようにした複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記特定気筒にノック発生が検出され、かつ、前記高オクタン価燃料の残量が所定値未満である場合には、ノック発生気筒の前記筒内燃料噴射弁からの噴射割合を増量する一方、前記ノック発生気筒以外の気筒の前記筒内燃料噴射弁からの噴射割合を減量することを特徴とする複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置。
前記高オクタン価燃料はアルコールであり、前記低オクタン価燃料はガソリンであることを特徴とする請求項１に記載の複数燃料内燃機関の燃料噴射制御装置。