JP2008291662A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】過給機付き内燃機関の過渡レスポンスの低下を防ぐ。
【解決手段】ＥＣＵは踏込み量データを読込む（ステップＳ１００）。読込んだ踏込み量から単位時間あたりの踏込み量の変化率を算出する（ステップＳ１０１）。変化率が閾値を超えているか否かを判別する（ステップＳ１０２）。変化率が閾値を超えているときにガソリンの噴射割合を増加する（ステップＳ１０３）。吸入空気量が目標値に近付くまで噴射割合を増加させたままにする（ステップＳ１０４、Ｓ１０５）。吸入空気量が目標値に近付いたときに、ガソリンの噴射割合を定常状態の割合に戻す（ステップＳ１０６）。
【選択図】図５

Description

本発明は、過給機を有する内燃機関本体に供給する複数の種類の燃料それぞれの供給量の制御に関する。

過給機を備える内燃機関において、内燃機関に用いる燃料に応じた過給機の制御が提案されている。例えば、燃料の蒸留特性に応じて最高過給圧を調整することにより、過渡レスポンスの低下の防止およびエンジンの保護等が図られている（特許文献１参照）。また、燃料のオクタン価に応じて最高過給圧を調整することにより、出力の増加とノッキングの防止が図られている（特許文献２参照）。
特開平６−１３７１５６号公報 特開昭６１−１９９３９号公報

ところで、近年、内燃機関の燃料としてアルコール等の多様な燃料を使うことが提案されている。燃料の種類が多様になると、前述のような蒸留特性およびオクタン価に応じた最高過給圧の制御では、過給機の性能を十分に発揮することが出来なかった。特に、過渡レスポンスの低下を防ぐことが難しかった。

本発明は、多様な燃料を燃焼可能であって、過給機を備える内燃機関の過渡レスポンスの低下を防ぐことを目的とする。

第１の発明に係る内燃機関は、内燃機関本体と、過給機と、燃料供給手段と、要求量検出手段と、制御手段とを含む。内燃機関本体は、第１の燃料と第１の燃料より燃焼させるときの排気温度が低い第２の燃料とを燃焼して、機関出力を発生する。過給機は、内燃機関本体の排気ガスのエネルギーを動力源として用いる。燃料供給手段は、第１の燃料の供給量と第２の燃料の供給量とを別々に調整して、内燃機関本体に供給する。要求量検出手段は、機関出力の出力要求量を検出する。制御手段は、単位時間あたりの出力要求量の変化率が閾値を超えるときに内燃機関本体に供給する燃料の全供給量における第１の燃料の供給量の割合を増加させるように燃料供給手段を制御する。

第１の発明によると、出力要求量の変化率が閾値を超えるとき、すなわち早い加速要求があるときに、排気温度が高くなる燃料の割合が増やされる。排気温度の高い燃料は、排気エネルギーが高いため、過給機による過給を早め、過渡レスポンスの低下を防ぐことが可能になる。

第２の発明に係る内燃機関では、第１の発明の構成に加えて、制御手段が、第１の燃料の供給量の割合を増加させた後、単位時間あたりの所定の減衰量である所定の減衰率で減衰させることにより、第１の燃料の供給量の割合を出力要求量に対応した割合に戻す。

第２の発明によると、過渡レスポンスの低下を防いだ後は、理想的な割合に戻すことにより効率のよい駆動を行うことが可能になる。

第３の発明に係る内燃機関では、第２の発明の構成に加えて、空気量検出手段を含む。空気量検出手段は、内燃機関本体に供給される供給空気量を検出する。制御手段は、第１の燃料の供給量の割合を増加させた後、検出される供給空気量と出力要求量に対応した目標空気量との差が設定値を下回った後に、第１の燃料の供給量の割合を戻す。

第３の発明によると、増加させた第１の燃料の噴射量の割合を目標空気量に近付いたときに元に戻すので、出力要求量の変化に機関出力が追随してから、噴射量の割合を戻すことが可能になる。

本発明によれば、過給機を備え、複数の種類の燃料を用いることが可能な内燃機関の過渡レスポンスの低下を防ぐことが可能である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態を適用した内燃機関の概略的な構成図である。

内燃機関は、エンジン１０、過給機１１、およびＥＣＵ１２等を含んで構成される。エンジン１０には、第１、第２の燃料供給路１３ａ、１３ｂを介してガソリンタンク１４およびアルコール燃料タンク１５からガソリンおよびアルコール燃料が供給される。また、エンジン１０には、吸気通路１６および排気通路１７を介して過給機１１が接続される。

エンジン１０には、吸気通路１６を介して空気が吸入される。吸入した空気により供給されたガソリンおよびアルコール燃料が燃焼される。燃焼により、エンジン１０から機関出力が得られる。エンジン１０において燃焼により生成した排気ガスは、排気通路１７を介して外気に排出される。

過給機１１は、タービン１１ｔとコンプレッサ１１ｃとによって構成される。タービン１１ｔとコンプレッサ１１ｃとは、同一回転軸１１ａによって連結される。タービン１１ｔは、排気通路１７に配設される。コンプレッサ１１ｃは、吸気通路１６に配設される。

過給機１１において、排気エネルギーによりタービン１１ｔが回転される。タービン１１ｔの回転が同一回転軸１１ａ上のコンプレッサ１１ｃに伝達される。コンプレッサ１１ｃが回転して、吸気の昇圧が行なわれ、エンジン１０への空気の過給が行なわれる。

エンジン１０とコンプレッサ１１ｃとの間における吸気通路１６には、スロットルバルブ１８とエアフロメータ１９とが設けられる。スロットルバルブ１８を開くことにより、エンジン１０への空気の供給量が増加する。エアフロメータ１９により、エンジン１０への空気の供給量が検出される。

スロットルバルブ１８の開度は、アクセルペダル２０の踏込み量に基づいてＥＣＵ１２により制御される。なお、ＥＣＵ１２は後述するように、エンジン１０全体の動作の制御を行なう。

次に、図２を用いてエンジン１０の構成について説明する。図２は、エンジン１０の概略的な構成図である。

エンジン１０は、点火プラグ２１、吸気ポート１６ａ、排気ポート１７ａ、第１、第２のインジェクタ２２ａ、２２ｂ、およびスロットルバルブ１８などを含んで構成される。

また、エンジン１０は、シリンダヘッド２３とピストン２４とに囲まれる燃焼室２５を有する。点火プラグ２１は、燃焼室２５に設けられる。燃焼室２５に吸入された混合気は、点火プラグ２５により所定のタイミングで着火される。

燃焼室２５は、吸気ポート１６ａおよび排気ポート１７ａを介してそれぞれ吸気通路１６および排気通路１７と連通する。吸気ポート１６ａおよび排気ポート１７ａには、それぞれ吸気弁２６および排気弁２７が配置される。吸気弁２６により、所定のタイミングにおいて燃焼室２５に混合気が吸入される。排気弁２７により、所定のタイミングにおいて燃焼室２５の排気ガスが排気される。

第１のインジェクタ２２ａは、吸気ポート１６ａ近傍の吸気通路１６に設けられる。第１のインジェクタ２２ａには、ガソリンタンク１４からガソリンが供給される。第１のインジェクタ２２ａにより、吸気通路１６に所定のタイミングで所定の量の燃料が噴射される。

第２のインジェクタ２２ｂは、燃焼室２５にアルコール燃料を直接噴射するように、シリンダヘッド２３に設けられる。第２のインジェクタ２２ｂには、アルコール燃料タンク１５からアルコール燃料が供給される。第２のインジェクタ２２ｂにより、燃焼室２５に所定のタイミングで所定の量の燃料が噴射される。

前述のように、エンジン１０の各動作はＥＣＵ１２によって制御される。例えば、点火プラグ２１による点火のタイミングは、ＥＣＵ１２によって制御される。また、第１、第２のインジェクタ２２ａ、２２ｂからのガソリンおよびアルコール燃料それぞれの噴射量および噴射のタイミングがＥＣＵ１２によって制御される。

次に、ＥＣＵ１２によるガソリンおよびアルコール燃料それぞれの噴射量の制御について、さらに詳細に説明する。アクセルペダル２０の踏込み量に対するガソリンおよびアルコール燃料の定常状態における噴射量の対応マップデータが、ＥＣＵ１２に格納されている。

アクセルペダル２０の踏込み量、すなわちエンジン１０の出力要求量が増加するにつれて、燃料全体の噴射量が増加するように、対応マップデータが作られる（図３参照）。また、アクセルペダル２０の踏込み量が増加するにつれて、オクタン価がアルコール燃料より低いガソリンの割合が減少するように、対応マップデータが作られる（図３参照）。

ＥＣＵ１２は、アクセルペダル２０の踏込み量に応じたガソリンおよびアルコール燃料の噴射量で噴射するように、第１、第２のインジェクタ２２ａ、２２ｂの制御を行なう。なお、アクセルペダル２０の踏込み量とともに、単位時間あたりの踏込み量の変化率が、ＥＣＵ１２に算出される。踏込み量の変化率が所定の閾値を超える時に、ガソリンの噴射割合を定常状態における噴射割合より増加させるように、ＥＣＵ１２は第１、第２のインジェクタ２２ａ、２２ｂを制御する。

アクセルペダル２０の踏込み量が一定であるとき、ガソリンの噴射割合も一定に保たれる（図４符号Ａ参照）。アクセルペダル２０がゆっくり踏込まれ踏込み量が徐々に増加するときには、踏込み量に応じてガソリンの噴射割合が減少される（図４符号Ｂ参照）。単位時間あたりのアクセルペダル２０の踏込み量が大きくなり、単位時間あたりの踏込み量の変化率が閾値を超えるときに、踏込み量の変化率に応じた増加率でガソリン噴射割合が増加される（図４符号Ｃ参照）。また、単位時間あたりのアクセルペダル２０の踏込み量がさらに大きくなると、さらに大きな増加率でガソリン噴射割合が増加される（図４符号Ｄ参照）。

ＥＣＵ１２には、アクセルペダル２０の踏込み量に対する目標の吸入空気量の対応マップデータが格納されている。エアフロメータ１９により検出される吸入空気量と目標の吸入空気量が比較される。目標の吸入空気量に達したときに、ガソリン噴射割合の増加が停止され、噴射割合が定常状態における噴射割合に徐々に戻される（図４符号Ｅ参照）。

アルコール燃料を燃焼させた排気ガスの排気温度は、ガソリンを燃焼させたときより低い。すなわち、アルコール燃料の排気ガスのエネルギーは、ガソリンの排気ガスのエネルギーより低くなる。

したがって、アルコール燃料を燃焼させるときよりも、ガソリンを燃焼させるときのタービン１１ｔを回転させるための動力は大きくなる。動力が小さいため、スロットルバルブ１８の開閉に対する過給圧の応答遅れもアルコール燃料を燃焼させるときの方が大きい。結果として目標の吸入空気量に達するまでの時間は、アルコール燃料の方がガソリンより長くなる。

そこで、本実施形態のように急加速が要求されている状況では、ガソリンの噴射割合を増加させることにより排気温度を上昇させ、目標の吸入空気量に達するまでの時間の短縮化が図られている。

次に、図５のフローチャートを用いて、本実施形態にかかる内燃機関ユニットにおいて、ＥＣＵ１２が実行する燃料の噴射量の制御について説明する。なお、この燃料の噴射量制御は、ステップ毎に定められた時間で各種動作が実行され、制御が進行する。

ステップＳ１００において、ＥＣＵ１２はアクセルペダル２０の踏込み量データを取得する。次のステップＳ１０１において、ＥＣＵ１２は踏込み量データに基づいて単位時間あたりの踏込み量の変化率を算出する。

変化率を算出すると、ステップS１０２に進む。ステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で算出した変化率が閾値を超えるか否かを判別する。変化率が閾値を超えるときは、ステップＳ１０３に進む。変化率が閾値を下回るときは、ステップＳ１０３〜ステップＳ１０５をスキップして、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０３では、踏込み量の変化率に応じた噴射割合の増加率でガソリンの噴射割合を増加させる。噴射割合を増加させると、ステップＳ１０４に進み、エアフロメータ１９の検出した吸入空気量データをＥＣＵ１２は取得する。

ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で取得した吸入空気量データとアクセルペダル２０の踏込み量に対応する目標の吸入空気量の差を算出する。さらに、ＥＣＵ１２は、算出された差が設定値を下回るか否かを判別する。設定値を超える場合は、ステップＳ１０４に戻り、算出された差が設定値を下回るほど小さくなるまで、ステップＳ１０４、ステップＳ１０５の処理を繰返す。算出された差が設定値を下回るときに、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、アクセルペダル２０の踏込み量を検出し、定常状態における踏込み量に対するガソリンの噴射割合を求める。さらに、ＥＣＵ１２は求めたガソリンの噴射割合に戻すように、ガソリンおよびアルコール燃料の噴射量を調整する。ガソリンの噴射割合を定常状態に戻した後、再びステップＳ１００に戻る。

以上のような構成の内燃機関ユニットによれば、過給機を備えるエンジンにおいて、ガソリンとアルコール燃料のように異なる種類の燃料を燃焼させる場合に、過渡レスポンスの低下を防ぐことが可能である。

なお、本実施形態では、アクセルペダル２０の踏込み量の単位時間あたりの変化率が閾値を超えるときに、ガソリンの噴射割合を増加させる構成であるが、閾値はゼロであってもよい。閾値をゼロにすると、アクセルペダル２０の踏込み量の変化率が低いとき、すなわちゆっくりとした加速をするときにも、ガソリンの噴射割合が増加される。一方、ゆっくりとした加速をする場合はガソリンの噴射割合を増加させなくても、運転者に過渡レスポンスの低下を感じさせることは少ない。それゆえ、ゼロより大きな閾値を設定して、変化率が閾値より大きい、急激な加速要求をされたときに、噴射割合の調整をすることが好ましい。

また、本実施形態では、ガソリンの噴射割合を増加した後吸入空気量と目標の吸入空気量との差が所定の設定値未満になるときに、噴射割合を徐々に定常状態に戻す構成であるが、急激に戻してもよいし、戻さなくてもよい。いずれの場合であっても、過渡レスポンスの低下を防ぐことは可能である。ただし、噴射割合を急激に戻すと排気温度が急激に下がるので過給機１１の挙動が不安定となるので、単位時間当たりの所定の減衰量である所定の減衰率で定常状態に戻すことが好ましい。また、燃料を効率的に使うためには、定常状態においてガソリンの噴射割合を戻すことが望ましい。なお、前述の設定値は、例えばゼロに定めてもよい。

また、本実施形態では、ガソリンとアルコール燃料とを燃料として用いるが、排気ガスの排気温度が異なる別の燃料を組合わせて使用してもよい。例えば、軽油とＤＭＥとの噴射量を別々に制御可能なディーゼルターボエンジンにも適用可能である。

また、本実施形態では、アクセルペダル２０の踏込み量が内燃機関の出力要求量として、検知される構成であるが、他の方法により内燃機関の出力要求量が検出されてもよい。例えば、クルーズコントロールシステムのように速度を検出しながら直接ＥＣＵ１２によりスロットルバルブ１８の調整が行われる場合に、ＥＣＵ１２から出力要求量が検出されてもよい。

また、本実施形態において、アルコール燃料が直噴、ガソリンがポート噴射される構成であるが、逆であってもよいし、両者共に直噴またはポート噴射される構成であってもよい。また、ガソリンとアルコール燃料とは別々のインジェクタによりエンジン１０に供給される構成であるが、供給量を別々に調整可能であれば、事前に混合され、単一のインジェクタによりエンジン１０に供給されてもよい。

本発明の一実施形態を適用した内燃機関ユニットの構成を模式的に示すブロック図である。 エンジンの概略的な構成図である。 アクセルペダルの踏込み量に対する合計燃料噴射量とガソリン噴射割合との対応関係を示すグラフである。 過渡状態におけるアクセルペダルの踏込み量に対するガソリン噴射割合の対応関係を示すグラフである。 ＥＣＵが行なうプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
１１ 過給機
１２ ＥＣＵ
１４ ガソリンタンク
１５ アルコール燃料タンク
１６ 吸気通路
１７ 排気通路
１８ スロットルバルブ
１９ エアフロメータ
２０ アクセルペダル
２２ａ、２２ｂ 第１、第２のインジェクタ

Claims (3)

1. 第１の燃料と前記第１の燃料より燃焼させるときの排気温度が低い第２の燃料とを燃焼して、機関出力を発生する内燃機関本体と、
   前記内燃機関本体の排気ガスのエネルギーを動力源として用いる過給機と、
   前記第１の燃料の供給量と前記第２の燃料の供給量とを別々に調整して、前記内燃機関本体に供給する燃料供給手段と、
   前記機関出力の出力要求量を検出する要求量検出手段と、
   単位時間あたりの前記出力要求量の変化率が閾値を超えるときに、前記内燃機関本体に供給する燃料の全供給量における前記第１の燃料の供給量の割合を増加させるように、前記燃料供給手段を制御する制御手段とを備える
   ことを特徴とする内燃機関。
2. 前記制御手段は、前記第１の燃料の供給量の割合を増加させた後、単位時間あたりの所定の減衰量である所定の減衰率で減衰させることにより、前記第１の燃料の供給量の割合を前記出力要求量に対応した割合に戻すことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記内燃機関本体に供給される供給空気量を検出する空気量検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記第１の燃料の供給量の割合を増加させた後、検出される前記供給空気量と前記出力要求量に対応した目標空気量との差が設定値を下回った後に、前記第１の燃料の供給量の割合を戻す
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。

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