JP2009002234A

JP2009002234A - 内燃機関の制御システム

Info

Publication number: JP2009002234A
Application number: JP2007163955A
Authority: JP
Inventors: Daichi Imai; 大地今井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2009-01-08
Also published as: WO2008156154A1

Abstract

【課題】本発明は、グロープラグを備えた内燃機関の制御システムにおいて、内燃機関の使用環境に起因した燃料の燃焼悪化を可及的に低減することを課題とする。
【解決手段】本発明は、グロープラグを備えた圧縮着火式内燃機関の制御システムにおいて、標高や燃料セタン価が所定の燃焼悪化範囲に属する時に、グロープラグを作動させることにより、燃料の燃焼悪化を抑制する。その結果、燃料の燃焼悪化に伴う白煙排出量の増加が可及的に低減される。
【選択図】図３

Description

本発明は、グロープラグを備えた内燃機関の制御技術に関する。

圧縮着火式内燃機関として、燃焼室内の温度を高めるグロープラグを備えた内燃機関が知られている。このような内燃機関において、内燃機関の温度や機関回転数などに応じてグロープラグの通電量を制御する技術（例えば、特許文献１を参照）や、内燃機関の吸入空気量に応じてグロープラグの通電量を制御する技術（例えば、特許文献２を参照）等が知られている。
特開平６−１０８９６０号公報特開平６−１０８９５９号公報

本発明は、グロープラグを備えた内燃機関の制御システムにおいて、内燃機関の使用条件に応じてグロープラグを制御する技術を提供することにより、燃料の燃焼悪化や白煙の排出を可及的に低減することを目的とする。

本発明は、上記した課題を解決するために、グロープラグを備えた圧縮着火式内燃機関の制御システムにおいて、標高や燃料セタン価に起因した燃焼悪化条件が成立した時に、グロープラグを作動させて燃料の燃焼状態を改善するようにした。

詳細には、本発明は、グロープラグを備えた内燃機関の制御システムにおいて、内燃機関が使用される標高を検出する第１検出手段と、内燃機関が使用する燃料のセタン価を検出する第２検出手段と、第１検出手段および／または第２検出手段の検出値が所定の燃焼悪化範囲に属する時にグロープラグを作動させる制御手段と、を備えるようにした。

かかる発明によれば、標高および／または燃料セタン価が燃焼悪化範囲に属する時にグロープラグが作動されるため、燃料の燃焼悪化が抑制される。その結果、燃焼悪化に起因した白煙の排出も低減される。

本発明において、燃焼悪化範囲としては、標高が所定高度以上となる範囲、および／または燃料セタン価が所定セタン価以下となる範囲を例示することができる。

内燃機関が使用される標高が高くなると、内燃機関に吸入される空気の密度が低下する。この場合、圧縮端温度（圧縮上死点における筒内温度）の低下及び筒内酸素量の減少により燃料の燃焼状態が悪化する。その結果、燃え残りの燃料が白煙となって内燃機関から排出される。

また、内燃機関が使用する燃料のセタン価が低下すると、燃料が霧化及び気化し難くなるとともに燃料の着火温度が高くなる。このため、燃料のセタン価が低下すると、気筒内で燃焼しきれない燃料が増加する。その結果、内燃機関から排出される白煙が増加する。

従って、標高が所定高度以上となり、および／または燃料セタン価が所定セタン価以下となる範囲を燃焼悪化範囲として定めれば、グロープラグの作動によって燃料の燃え残りを少なくすることができる。

尚、過給機を備えた内燃機関においては、過給機により圧縮された吸気の圧力（過給圧）が目標過給圧に達しない場合にも、圧縮端温度の低下及び筒内酸素量の減少が生じる。

そこで、本発明に係る内燃機関の制御システムは、過給機により圧縮された吸気の過給圧を検出する第３検出手段を更に備え、第３検出手段の検出値が目標過給圧未満となる場合にもグロープラグが作動されるようにしてもよい。

この場合、標高の上昇や燃料セタン価の低下に加え、過給圧の低下による燃焼悪化も抑制される。その結果、過給圧の低下に起因した白煙の排出も抑制される。

本発明によれば、グロープラグを備えた内燃機関の制御システムにおいて、内燃機関の使用条件に応じてグロープラグを制御するため、燃料の燃焼悪化や白煙の排出を可及的に低減することができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関の制御システムの概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を有する圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。

内燃機関１の各気筒２には、ピストン３が摺動自在に嵌挿されている。内燃機関１は、各気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁４と、各気筒２内（燃焼室内）のガスを加熱するグロープラグ５とを備えている。

各気筒２の内部は、吸気ポート６を介して吸気通路７と連通している。吸気通路７の途中には、遠心過給機（ターボチャージャ）８のコンプレッサハウジング８０が配置されている。

コンプレッサハウジング８０より下流の吸気通路７には、コンプレッサハウジング８０において圧縮された吸気を冷却するインタークーラ９が配置されている。インタークーラ９より下流の吸気通路７には、吸気絞り弁１０が配置されている。

各気筒２の内部は、排気ポート１１を介して排気通路１２と連通している。排気通路１２の途中には、ターボチャージャ８のタービンハウジング８１が配置されている。タービンハウジング８１より下流の排気通路１２には、排気浄化装置１３が配置されている。

タービンハウジング８１より上流の排気通路１２には、ＥＧＲ通路１４が接続されている。ＥＧＲ通路１４は、排気通路１２を流れる排気の一部を、吸気絞り弁１０より下流の吸気通路７へ導く通路である。ＥＧＲ通路１４の途中には、ＥＧＲ弁１５とＥＧＲクーラ１６が配置されている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１７が併設されている。ＥＣＵ１７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ１７には、エアフローメータ１８、吸気温度センサ１９、吸気圧センサ２０、大気圧センサ２１、クランクポジションセンサ２２等の各種センサが電気的に接続されている。

エアフローメータ１８は、コンプレッサハウジング８０より上流の吸気通路７に配置され、大気中から吸気通路７へ吸入された空気量を測定する。吸気温度センサ１９は、エアフローメータ１８近傍の吸気通路７に配置され、大気中から吸気通路７へ吸入された空気の温度（大気温度）を測定する。吸気圧センサ２０は、吸気絞り弁１０より下流の吸気通路７に配置され、該吸気通路７を流れる吸気の圧力（言い換えれば、コンプレッサハウジング８０により圧縮された吸気の圧力（過給圧））を測定する。大気圧センサ２１は、大気圧を測定する。クランクポジションセンサ２２は、図示しない機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置を検出する。

ＥＣＵ１７は、上記した各種センサの測定値に基づいて、前述した燃料噴射弁４、グロープラグ５、吸気絞り弁１０、及びＥＧＲ弁１５を電気的に制御する。例えば、ＥＣＵ１７は、既知の燃料噴射制御やＥＧＲ制御に加え、本発明の要旨となる燃焼悪化低減制御を行う。

以下、本実施例における燃焼悪化抑制制御について説明する。

内燃機関１が使用される標高が高くなると、内燃機関１に吸入される空気の密度が低下する。この場合、圧縮端温度が低下するとともに気筒２内に導入される酸素量が減少するため、燃料の燃焼状態が悪化する。その結果、燃え残りの燃料が白煙となって内燃機関１から排出される。

また、内燃機関１が使用する燃料のセタン価が低下すると、燃料噴射弁４から噴射された燃料が霧化及び気化し難くなるとともに燃料の着火温度が高くなる。このため、燃料セタン価が低下すると、気筒２内で燃焼しきれない燃料が増加する。その結果、内燃機関から排出される白煙が増加する。

図２は、標高と燃料セタン価と白煙限界値との相関を示す図である。白煙限界値は、内燃機関１から排出される白煙の許容限界量に相当する。

図２において、標高ＥＬ１以下の環境下（例えば、海抜１０００ｍ以下）では、燃料セタン価が低下しても内燃機関１の白煙排出量が白煙限界値を超えることはない。一方、標高ＥＬ１を超える環境下で燃料セタン価が低くなると、内燃機関１の白煙排出量が白煙限界値を超えて燃焼悪化範囲に属する。

これに対し、本実施例の燃焼悪化抑制制御では、ＥＣＵ１７は、内燃機関１が使用される標高と内燃機関１が使用する燃料のセタン価とから定まる点（以下、「特性値」と称する）値が図２中の燃焼悪化範囲に属する場合（すなわち、白煙限界値を超える場合）には、グロープラグ５を作動させるようにした。

グロープラグ５が作動されると、気筒２内の雰囲気温度が高まるため、燃料噴射弁４から噴射された燃料の霧化及び気化が促進されるとともに圧縮端温度が上昇する。その結果、燃料の燃え残りが少なくなり、内燃機関１の白煙排出量も少なくなる。

図３は、グロープラグ５が作動している時の標高と燃料セタン価と白煙限界値との相関を示す図である。

図３において、グロープラグ５の作動時における白煙限界値（図３中の実線を参照）は、グロープラグ５の非作動時における白煙限界値（図３中の破線を参照）に比して高くなる。すなわち、グロープラグ５の作動時に内燃機関１の白煙排出量が白煙限界値以上となる標高はグロープラグ５の非作動時より高くなるとともに、グロープラグ５の作動時に内
燃機関１の白煙排出量が白煙限界値以上となる燃料セタン価はグロープラグ５の非作動時より低くなる。

従って、標高及び燃料セタン価から定まる特性値が燃焼悪化範囲に属する時にグロープラグ５が作動されると、燃料の燃焼悪化を抑制することができるとともに内燃機関１の白煙排出量を白煙限界値以下に減らすことができる。

ここで燃焼悪化抑制制御の実行手順について図４に沿って説明する。図４は、燃焼悪化抑制制御ルーチンを示すフローチャートである。燃焼悪化抑制制御ルーチンは、予めＥＣＵ１７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１７によって周期的に実行される。

図４の燃焼悪化抑制制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１７は、先ずＳ１０１において、内燃機関１が使用する燃料セタン価を判別する。この判別方法としては、公知の種々の方法を用いることができる。例えば、筒内圧やクランクシャフトの角加速度などから燃料の着火時期を検出し、検出された着火時期に基づいて燃料セタン価を判別する方法を例示することができる。このような方法によりＥＣＵ１７が燃料セタン価を判別することにより、本発明に係る第２検出手段が実現される。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１７は、内燃機関１が使用される標高を判別する。標高は大気圧と相関するため、ＥＣＵ１７は大気圧センサ２１の測定値に基づいて標高を判別してもよい。その場合、大気圧センサ２１は、本発明に係る第１検出手段に相当する。

Ｓ１０３では、前記Ｓ１０１で判別された燃料セタン価及び前記Ｓ１０２で判別された標高から定まる特性値が前述した図２の燃焼悪化範囲に属するか否かを判別する。Ｓ１０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１７はＳ１０４へ進む。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１７はグロープラグ５を作動させる。尚、グロープラグ５が作動される場合に該グロープラグ５に対して連続的な通電が行われると、消費電力の増加やグロープラグ５の劣化等を招く可能性がある。このため、ＥＣＵ１７は、グロープラグ５に対して断続的な通電を行うとともに、その際の通電時間と非通電時間の割合を機関運転状態に応じて変更することが好ましい。

具体的には、ＥＣＵ１７は、内燃機関１が低回転・低負荷運転状態にある時は通電時間が非通電時間より長くなり、内燃機関１が高回転・高負荷運転状態にある時には通電時間が非通電時間より短くなるように、グロープラグ５に対する通電を制御してもよい。

このようにグロープラグ５の通電制御が行われると、燃焼悪化抑制制御に起因したグロープラグ５の消費電力増加や劣化を最小限に抑えることができる。

また、前記Ｓ１０３において否定判定された場合は、ＥＣＵ１７はＳ１０５へ進み、グロープラグ５を作動させずに、本ルーチンの実行を終了する。

このようにＥＣＵ１７が前記Ｓ１０３〜Ｓ１０５を実行することにより本発明に係る制御手段が実現される。よって、本実施例に係る内燃機関の制御システムによれば、標高や燃料セタン価に起因した燃焼悪化条件が成立した時に燃料の燃焼悪化を抑制することが可能となる。その結果、内燃機関１の白煙排出量が白煙限界値以下に抑えられる。

尚、本実施例では、標高と燃料セタン価に起因した燃焼悪化条件が成立した時にグロープラグ５を作動させる例について述べたが、ターボチャージャ８により圧縮された吸気の
圧力（過給圧）が目標過給圧より低くなる時も内燃機関１の白煙排出量が増加する。これは、吸気の過給圧が目標過給圧より低くなると、圧縮端温度が低下するとともに気筒２内の酸素量が過少となって燃料の燃え残りが増加するためである。

そこで、ＥＣＵ１７は、標高と燃料セタン価から定まる特性値が燃焼悪化範囲に属する場合に加え、過給圧（吸気圧センサ２０の測定値）が目標過給圧より低くなる場合も、グロープラグ５を作動させるようにしてもよい。

具体的には、ＥＣＵ１７は、前記した燃焼悪化抑制制御ルーチン（図４を参照）のＳ１０３において否定判定された時に、吸気圧センサ２０の測定値が目標過給圧より低いか否下を判定し、その判定結果が肯定判定である時はグロープラグ５を作動させるようにしてもよい。

このようにグロープラグ５が作動させられると、標高の上昇や燃料セタン価の低下に加え、過給圧の低下による燃焼悪化も抑制される。その結果、過給圧の低下に起因した白煙の排出も抑制される。

内燃機関の制御システムの概略構成を示す図である。燃焼悪化範囲を示す図である。グロープラグ作動時における燃焼悪化範囲を示す図である。燃焼悪化抑制制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・ピストン
４・・・・・燃料噴射弁
５・・・・・グロープラグ
６・・・・・吸気ポート
７・・・・・吸気通路
８・・・・・遠心過給機
９・・・・・インタークーラ
１０・・・・吸気絞り弁
１１・・・・排気ポート
１２・・・・排気通路
１３・・・・排気浄化装置
１７・・・・ＥＣＵ（第１検出手段、制御手段）
１８・・・・エアフローメータ
１９・・・・吸気温度センサ
２０・・・・吸気圧センサ（第３検出手段）
２１・・・・大気圧センサ（第２検出手段）

Claims

グロープラグを備えた内燃機関の制御システムにおいて、
前記内燃機関が使用される標高を検出する第１検出手段と、
前記内燃機関が使用する燃料のセタン価を検出する第２検出手段と、
前記第１検出手段および／または前記第２検出手段の検出値が所定の燃焼悪化範囲に属する時にグロープラグを作動させる制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御システム。
請求項１において、前記燃焼悪化範囲は、前記第１検出手段の検出値が所定高度以上となる範囲、および／または前記第２検出手段の検出値が所定セタン価以下となる範囲であることを特徴とする内燃機関の制御システム。
請求項１又は２において、前記内燃機関の吸気を圧縮する過給機と、
前記過給機により圧縮された吸気の過給圧を検出する第３検出手段と、
を更に備え、
前記燃焼悪化範囲は、前記第３検出手段の検出値が目標過給圧未満となる範囲を更に含み、
前記制御手段は、前記第１検出手段の検出値と前記第２検出手段の検出値と前記第３検出手段の検出値うち１つ又は複数が前記燃焼悪化範囲に属する時にグロープラグを作動させることを特徴とする内燃機関の制御システム。