JP2009144674A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼の悪化と燃費の悪化を防止する内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】本実施例にかかるエンジンシステムは、燃料を貯留する燃料タンク４０と、燃料タンク４０に貯留された燃料を重質燃料と軽質燃料とに分留する分留器４１と、分留器４１によって分留された前記重質燃料及び軽質燃料をそれぞれ貯留可能な第１タンク４２ａ及び第２タンク４２ｂと、第１タンク４２ａに貯留された燃料をエンジン１０に供給するインジェクタ６０ａと、燃料とエンジン１０の排気ガスとの混合気を改質して改質ガスを生成する改質器３０と、第２タンク４２ｂに貯留された燃料を改質器３０に供給するインジェクタ６０ｂと、第２タンク４２ｂに貯留された燃料と排気ガスとから生成された改質ガスを吸気通路２０に導入するＥＧＲ通路２３、ＥＧＲ弁２４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関に供給される燃料には、例えば高沸点成分を多く含む重質燃料、低沸点成分を多く含む軽質燃料がある。重質燃料を使用した場合と、軽質燃料を使用した場合とでは、内燃機関の燃焼性が異なることになる。特許文献１には、内燃機関に供給される燃料を、重質燃料と軽質燃料とに分離し、この分離した燃料を吹き分けることにより、燃焼の安定を図る技術が開示されている。

特開平８−１７７５５３号公報

しかしながら、重質燃料が、点火プラグを備えた内燃機関に供給すると、噴霧特性が悪化し、燃焼が悪化するおそれがある。また、このような内燃機関に供給される燃料に、軽油などの重質燃料が混入した場合には、燃料のオクタン価が低下し、ノッキングの発生により燃費が悪化する恐れがある。また、圧縮着火式の内燃機関に、セタン価の高い重質燃料がそのまま供給された場合にも、ノッキングが発生する恐れがある。

そこで本発明は、燃焼の悪化と燃費の悪化を防止する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、燃料を貯留する燃料タンクと、前記燃料タンクに貯留された燃料を重質燃料と軽質燃料とに分留する分留器と、前記分留器によって分留された前記重質燃料及び軽質燃料をそれぞれ個別に貯留可能な第１及び第２タンクと、前記第１タンクに貯留された燃料を内燃機関に供給する第１供給手段と、燃料と前記内燃機関の排気ガスとの混合気を改質して改質ガスを生成する改質器と、前記第２タンクに貯留された燃料を前記改質器に供給する第２供給手段と、前記第２タンクに貯留された燃料と前記排気ガスとから生成された改質ガスを前記内燃機関の吸気通路に導入する改質ガス導入手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の制御装置によって達成できる。

重質燃料を分留することにより、内燃機関には軽質燃料が供給されるため、ノッキングの発生を抑制できる。また、重質燃料は、改質器によって改質ガスに生成され、この改質ガスが内燃機関に導入されるので、熱効率を向上させることができる。これにより、燃費の悪化を防止できる。

上記構成において、前記燃料タンクから前記分留器を介して前記第２タンクと連通する重質燃料通路と、前記燃料タンクから前記分留器を迂回して前記第２タンクと連通する第２タンク連通路と、前記燃料タンクに貯留された燃料中の重質燃料の割合を検出する重質燃料検出手段と、前記第２タンクへの燃料の供給経路を前記重質燃料通路及び第２タンク連通路から選択的に切り替える第２タンク供給経路切替手段とを備え、前記第２タンク供給経路切替手段は、前記重質燃料検出手段の検出結果が前記重質燃料の割合が所定以下を示している場合には、前記第２タンクへの燃料の供給経路を前記重質燃料通路から前記第２タンク連通路へと切り替える、構成を採用できる。

これにより、燃料タンクに貯留された燃料中に重質燃料の割合が少ない場合であっても、第２タンクへと燃料を貯留することができ、この場合であっても改質器によって改質ガスを生成することができる。

上記構成において、前記燃料タンクから前記分留器を介して前記第１タンクと連通する軽質燃料通路と、前記燃料タンクから前記分留器を迂回して前記第１タンクと連通する第１タンク連通路と、前記第１タンクへの燃料の供給経路を前記軽質燃料通路及び第１タンク連通路から選択的に切り替える第１タンク供給経路切替手段とを備え、前記第１タンク供給経路切替手段は、前記重質燃料検出手段の検出結果が前記重質燃料の割合が所定以下を示している場合には、前記第１タンクへの燃料の供給経路を前記軽質燃料通路から前記第１タンク連通路へと切り替える、構成を採用できる。

これにより、燃料タンクに貯留された燃料中の重質成分の割合が少ない場合には、分留器を介さずに燃料を燃焼室に供給することができる。これにより、分留器の作動に伴う電力消費等を抑えることができる。

上記構成において、前記重質燃料検出手段は、前記重質燃料通路を通過する前記重質燃料の流量を検出することにより、前記燃料タンクに貯留された燃料中の重質燃料の割合を検出する、構成を採用できる。これにより、簡易な構成で、燃料タンクに貯留された燃料中の重質燃料の割合を検出することができる。

本発明によれば、燃焼の悪化と燃費の悪化を防止する内燃機関の制御装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関の制御装置が採用されたエンジンシステムの構成図である。本実施例に係るエンジンシステムは、エンジン１０、吸気通路２０、排気通路２１、ＥＧＲ通路２３、改質器３０、燃料タンク４０、ＥＣＵ１００などから構成される。

ＥＣＵ１００は、エンジンシステムの動作全体を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、図示せぬＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えており、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する燃料改質処理を実行することが可能に構成されている。また、ＲＡＭには、詳しくは後述する、燃料改質処理の実行過程において取得された各種データが一時的に格納される。

エンジン１０は、図１においては図示しないてないが複数の気筒を備えている。また、エンジン１０の燃焼方式の違い、例えば火花点火、圧縮着火の違いは問わない。

エンジン１０には、吸気通路２０、排気通路２１が連結されている。また、排気通路２１には、改質器３０が設けられている。また、排気通路２１には、改質用通路２２が設けられている。排気通路２１を通過する燃料の一部が、改質用通路２２を通過して改質器３０へと導入されるように構成されている。また、改質器３０には、ＥＧＲ通路２３が連通しており、改質用通路２２を通過した排気の一部がＥＧＲ通路２３へ導入可能に構成されている。ＥＧＲ通路２３は、改質器３０と、吸気通路２０と連通している。ＥＧＲ通路２３には、ＥＧＲ通路２３を通過する排気ガスを冷却するためのクーラ２５が設けられている。また、ＥＧＲ通路２３と吸気通路２０との合流部分には、ＥＧＲ弁２４が設けられている。

燃料タンク４０は、エンジン１０に供給される燃料を貯留するためのものであり、通路５０を介して分留器４１と連通している。分留器４１は、それぞれ通路５１ａ、５１ｂと連通している。通路５１ｂには、詳しくは後述するが、流量センサ７０が配置されている。通路５１ａ、５１ｂは、それぞれ、切替弁５４ａ、５４ｂを介して、通路５２ａ、５２ｂと連通している。通路５２ａ、５２ｂは、それぞれ、第１タンク４２ａ、第２タンク４２ｂと連通している。また、通路５３ａは、燃料タンク４０と連通していると共に、通路５１ａ、５２ａとも連通している。切替弁５４ａは、通路５１ａ、５２ａ、５３ａが合流する箇所に設けられている。同様に、通路５３ｂは、燃料タンク４０と連通していると共に、通路５１ｂ、５２ｂとも連通している。切替弁５４ｂは、通路５１ｂ、５２ｂ、５３ｂが合流する箇所に設けられている。

分留器４１は、通路５０を介して燃料タンク４０と連通しており、燃料タンク４０内に貯留した燃料を高沸点成分の多い重質燃料と、低沸点成分の多い軽質燃料とに分留可能に構成されている。詳細には、分留器４１は、通路５０を介して分留器４１に導入された燃料を沸点に応じて重質燃料と軽質燃料とに分留する。分留器４１には、図示しない加熱手段を備え、加熱手段はＥＣＵ１００からの指令に応じて燃料を所定の目標温度（例えば、２００℃〜２５０℃）まで昇温する。これにより、気化した軽質燃料は、通路５１ａ、５２ａを経て凝縮し、第１タンク４２ａに貯留される。また、気化しなかった重質燃料は、通路５１ｂ、５２ｂを介して、第２タンク４２ｂに貯留される。尚、加熱手段を採用する代わりに、エンジン１０の排気ガスの熱を利用して、分留器４１に導入された燃料を加熱する構成であってもよい。

切替弁５４ａは、通路５１ａと通路５２ａとが連通した状態と、通路５３ａと通路５２ａとが連通した状態とを選択的に切り替え可能に構成されている。切替弁５４ａが、通路５１ａと通路５２ａとを連通状態にしている場合には、燃料タンク４０に貯留された燃料に含まれる軽質燃料は、通路５０、分留器４１、通路５１ａ、５２ａを介して第１タンク４２ａへ貯留され得る。即ち、通路５０、５１ａ、５２ａは、燃料タンク４０から分留器４１を介して第１タンク４２ａと連通する軽質燃料通路に相当する。

また、切替弁５４ａが、通路５３ａと通路５２ａとを連通状態にする場合には、燃料タンク４０に貯留された燃料は、通路５３ａ、５２ａを介して第１タンク４２ａへと貯留され得る。即ち、通路５３ａ、５２ａは、燃料タンク４０から分留器４１を迂回して第１タンク４２ａと連通する第１タンク連通路に相当する。
従って、切替弁５４ａは、第１タンク４２ａへの燃料の供給経路を軽質燃料通路及び第１タンク連通路から選択的に切り替える第１タンク供給経路切替手段に相当する。

同様に、切替弁５４ｂは、通路５１ｂと通路５２ｂとが連通した状態と、通路５３ｂと通路５２ｂとが連通した状態を選択的に切り替え可能に構成されている。切替弁５４ｂが、通路５１ｂと通路５２ｂとを連通状態にしている場合には、燃料タンク４０に貯留された燃料に含まれる重質燃料は、通路５０、分留器４１、通路５１ｂ、５２ｂを介して第２タンク４２ｂへ貯留され得る。即ち、通路５０、５１ｂ、５２ｂは、燃料タンク４０から分留器４１を介して第２タンク４２ｂと連通する重質燃料通路に相当する。また、切替弁５４ｂが、通路５３ｂと通路５２ｂとを連通状態にする場合には、燃料タンク４０に貯留された燃料は、通路５３ｂ、５２ｂを介して第２タンク４２ｂへと貯留され得る。即ち、通路５３ｂ、５２ｂは、燃料タンク４０から分留器４１を迂回して第２タンク４２ｂと連通する第２タンク連通路に相当する。従って、切替弁５４ｂは、第２タンク４２ｂへの燃料の供給経路を重質燃料通路及び第２タンク連通路から選択的に切り替える第２タンク供給経路切替手段に相当する。

切替弁５４ａ、５４ｂ、ＥＧＲ弁２４は、ＥＣＵ１００からの指令に応じて作動する。また、流量センサ７０は、通路５１ｂを通過する重質燃料の流量を検出し、その検出信号をＥＣＵ１００に出力する。尚、通路５１ｂは、重質燃料のみが通過する。

吸気通路２０には、エンジン１０の燃焼室に燃料を供給するためのインジェクタ６０ａが設けられている。インジェクタ６０ａには、不図示のコモンレールなどを介して第２タンク４２ｂに貯留された燃料が高圧化されて供給される。インジェクタ６０ａは、第１タンク４２ａに貯留された燃料をエンジン１０に供給する第１供給手段に相当する。尚、インジェクタ６０ａは、吸気通路２０内に燃料を噴射するが、エンジン１０の気筒（不図示）内に直接燃料を噴射するものであってもよい。

また、改質用通路２２には、改質器３０に燃料を噴射するためのインジェクタ６０ｂが設けられている。インジェクタ６０ｂは、第２タンク４２ｂと連通しており、第２タンク４２ｂに貯留した燃料を改質器３０へと供給可能に構成されている。インジェクタ６０ｂは、第２タンク４２ｂに貯留された燃料を改質器３０に供給する第２供給手段に相当する。インジェクタ６０ａ、６０ｂの噴射タイミング等の制御は、ＥＣＵ１００によって行われる。

次に、改質器３０について説明する。図２は、改質器３０の内部構成を示した模式図である。改質器３０は、改質室３１、排気通路３２から構成される。改質室３１の内壁面には、改質用触媒が担持されており、排気通路３２を流れる排気ガスの熱によって、改質用触媒が加熱されて、活性化温度に保持される。改質器３０は、複数の改質室３１を備え、各改質室３１はそれぞれ連通しており、排気ガスと、改質用の燃料であるインジェクタ６０ｂから供給された燃料との混合気は、改質室３１を通過する間に改質される。改質用触媒には、例えばロジウム系の触媒が用いられる。これにより、水素（Ｈ_２）を含む改質ガスを生成され、この改質ガスは、ＥＧＲ弁２４が開弁状態にあるときは、ＥＧＲ通路２３を介して吸気通路２０に供給される。即ち、エンジン１０に改質ガスが供給される。ＥＧＲ通路２３、ＥＧＲ弁２４は、改質ガスを吸気通路２０に導入する改質ガス導入手段に相当する。

前述したように、分留器４１により分留された軽質燃料及び重質燃料は、それぞれ第１タンク４２ａ、第２タンク４２ｂに貯留される。そして、ＥＣＵ１００は、インジェクタ６０ａから軽質燃料が、インジェクタ６０ｂから重質燃料が噴射されるように、インジェクタ６０ａ、６０ｂを制御すると共に、ＥＧＲ弁２４を開弁状態にする。これにより、インジェクタ６０ａから噴射された軽質燃料がエンジン１０に供給され、重質燃料がそのままエンジン１０に供給されることは無いため、ノッキングの発生を防止することができる。また、重質燃料は、インジェクタ６０ｂから噴射されて、改質器３０によって改質ガスが生成さ、この改質ガスが還流されてエンジン１０に供給されることにより、熱効率の向上を図ることができる。以上により、燃焼の悪化と燃費の悪化を防止できる。

また、給油のたびに性状の異なる燃料が燃料タンク４０に供給される場合であっても、軽質燃料と重質燃料とに分留され、インジェクタ６０ａからは軽質燃料が噴射され、重質燃料は改質ガスの生成に用いられるので、燃焼特性の変動を抑えることができる。

次に、ＥＣＵ１００が実行する燃料改質処理について説明する。図３は、ＥＣＵ１００が実行する燃料改質処理の一例を示したフローチャートである。尚、ＥＣＵ１００は、この処理を一定周期で繰り返し実行する。

まず、ＥＣＵ１００は、流量センサ７０からの出力に基づいて、通路５１ｂを通過する重質燃料が所定値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ここで「所定値」とは、第２タンク４２ｂに導入される重質燃料の量が少ないことにより、改質ガスを生成することが困難になるか否かの基準となる値である。所定値を超えている場合には、ＥＣＵ１００は、分留器４１を介して燃料タンク４０と第２タンク４２ｂとを連通させる（ステップＳ２）。即ち、ＥＣＵ１００は、通路５１ｂと通路５２ｂとが連通状態になるように切替弁５４ｂの作動を制御する。これにより、第２タンク４２ｂ内に重質燃料が貯留される。

次に、ＥＣＵ１００はインジェクタ６０ｂから第２タンク４２ｂ内の燃料を噴射させる（ステップＳ３）。これにより、改質ガスが生成され、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ弁２４を開弁状態にすることにより、改質ガスが吸気通路２０に還流されてエンジン１０へと供給される。

一方、通路５１ｂを通過する燃料が所定値以下である場合には、ＥＣＵ１００は、分留器４１を介さずに燃料タンク４０と第２タンク４２ｂとを連通させる（ステップＳ４）。具体的には、通路５３ｂと通路５２ｂとが連通状態となるように、切替弁５４ｂを制御する。これにより、燃料タンク４０内の燃料が第２タンク４２ｂに直接供給される。

ここで、通路５１ｂを通過する燃料が所定値以下の場合とは、燃料タンク４０内に貯留された燃料中の重質燃料の割合が少ないことを示している。このように、燃料タンク４０内に貯留された燃料に含まれる重質燃料の量が少ない場合にも、分留器４１を介して第１タンク４２ａに重質燃料のみが導入されるように構成した場合には、改質ガスの生成量が減少する恐れがある。しかしながら、ステップＳ４の処理のように、通路５１ｂが通過する燃料が所定値以下の場合には、燃料タンク４０から分留器４１を介さずに直接第１タンク４２ａと連通することにより、燃料タンク４０内の燃料が第２タンク４２ｂに直接供給されて、第２タンク４２ｂ内が空になって改質ガスが生成されない事態を回避している。

尚、通路５１ｂが通過する燃料が所定値以下の場合には、ＥＣＵ１００は、分留器４１を介さずに、燃料タンク４０と第１タンク４２ａとを連通させる。具体的には、通路５３ａと通路５２ａとが連通状態となるように、切替弁５４ａを制御する。これにより、燃料タンク４０内の燃料が第１タンク４２ａへと直接供給される。この場合には、分留器４１を介さずに、第１タンク４２ａ、第２タンク４２ｂの双方に燃料が供給されるため、分留器４１の作動を停止させてもよい。これにより、分留器４１の作動の伴う電力消費等を抑制することができる。

尚、上記実施例においては、ＥＣＵ１００は、燃料タンク４０に貯留された燃料に含まれる重質燃料の割合を、通路５１ｂに配置した流量センサ７０の出力から検出していたが、このような構成に限定されず、例えば、燃料タンク４０内に直接重質燃料の割合を検出するセンサを設けてもよい。例えば、一対の受光素子と発光素子とからなるセンサであって、燃料タンク４０に貯留された燃料を透過する光の屈折率に基づいて、重質燃料の割合を検出するものであってもよい。

しかしながら、上記実施例のように、分留器４１に接続された重質燃料のみが通過する通路５１ｂに流量センサ７０を設けることにより、簡易な構成で、燃料タンク４０内の重質燃料の割合を検出することができる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

上述した実施例は、特に圧縮比が高く設定されたエンジンに適している。上記構成により、ノッキングの発生を防止することができるからである。

本実施例に係るエンジンシステムの構成図である。 改質器の構成を示した模式図である。 ＥＣＵが実行する燃料改質処理の一例を示したフローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
２０ 吸気通路
２１ 排気通路
２２ 改質用通路
２３ ＥＧＲ通路（改質ガス導入手段）
２４ ＥＧＲ弁（改質ガス導入手段）
３０ 改質器
４０ 燃料タンク
４１ 分留器
４２ａ 第１タンク
４２ｂ 第２タンク
６０ａ、６０ｂ インジェクタ（第１供給手段、第２供給手段）
５０、５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂ 通路
５４ａ、５４ｂ 切替弁（第１タンク供給経路切替手段、第２タンク供給経路切替手段）
７０ 流量センサ（重質燃料検出手段）

Claims (4)

1. 燃料を貯留する燃料タンクと、
   前記燃料タンクに貯留された燃料を重質燃料と軽質燃料とに分留する分留器と、
   前記分留器によって分留された前記重質燃料及び軽質燃料をそれぞれ個別に貯留可能な第１及び第２タンクと、
   前記第１タンクに貯留された燃料を内燃機関に供給する第１供給手段と、
   燃料と前記内燃機関の排気ガスとの混合気を改質して改質ガスを生成する改質器と、
   前記第２タンクに貯留された燃料を前記改質器に供給する第２供給手段と、
   前記第２タンクに貯留された燃料と前記排気ガスとから生成された改質ガスを前記内燃機関の吸気通路に導入する改質ガス導入手段とを備えた、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料タンクから前記分留器を介して前記第２タンクと連通する重質燃料通路と、
   前記燃料タンクから前記分留器を迂回して前記第２タンクと連通する第２タンク連通路と、
   前記燃料タンクに貯留された燃料中の重質燃料の割合を検出する重質燃料検出手段と、
   前記第２タンクへの燃料の供給経路を前記重質燃料通路及び第２タンク連通路から選択的に切り替える第２タンク供給経路切替手段とを備え、
   前記第２タンク供給経路切替手段は、前記重質燃料検出手段の検出結果が前記重質燃料の割合が所定以下を示している場合には、前記第２タンクへの燃料の供給経路を前記重質燃料通路から前記第２タンク連通路へと切り替える、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記燃料タンクから前記分留器を介して前記第１タンクと連通する軽質燃料通路と、
   前記燃料タンクから前記分留器を迂回して前記第１タンクと連通する第１タンク連通路と、
   前記第１タンクへの燃料の供給経路を前記軽質燃料通路及び第１タンク連通路から選択的に切り替える第１タンク供給経路切替手段とを備え、
   前記第１タンク供給経路切替手段は、前記重質燃料検出手段の検出結果が前記重質燃料の割合が所定以下を示している場合には、前記第１タンクへの燃料の供給経路を前記軽質燃料通路から前記第１タンク連通路へと切り替える、ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記重質燃料検出手段は、前記重質燃料通路を通過する前記重質燃料の流量を検出することにより、前記燃料タンクに貯留された燃料中の重質燃料の割合を検出する、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
   
   

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