JP2010043628A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アルコール燃料とガソリン燃料とを使用可能に構成されたエンジンにつき、過給機のレスポンス向上や高過給時のＥＧＲガスの導入を図ることが可能なエンジンの制御装置を提供する。
【解決手段】 ＥＣＵ１Ａは、ガソリン燃料とアルコール燃料とを選択的に使用可能に構成されたエンジン５０の背圧上昇要求時にアルコール燃料の噴射割合を増加させる噴射燃料制御手段を備える。噴射燃料制御手段は具体的にはスロットル開度Ｔｈの変化量ΔＴｈ／Δｔが所定値ａよりも大きいときを背圧上昇要求時として、アルコール燃料の噴射割合を増加させるように構成されている。また、アルコール燃料の噴射割合を増加させるにあたり、噴射燃料制御手段は具体的には、運転燃料がガソリン燃料になっている場合に、運転燃料をガソリン燃料からアルコール燃料に切り替えるように構成されている。
【選択図】 図５

Description

本発明はエンジンの制御装置に関し、特にアルコール燃料とガソリン燃料とを使用可能に構成されたエンジンについてのエンジンの制御装置に関する。

従来、エンジンの燃料としてアルコール燃料を用いることが知られている。アルコール燃料はエンジンで広く一般に使用されているガソリン燃料等の代替燃料としての有用性を有している。一方、２種以上の燃料を使用可能に構成されたいわゆるバイフューエルエンジンが知られている。バイフューエルエンジンは例えば２種の燃料を選択的に使用可能に構成される。

アルコール燃料を使用するエンジンにつき、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば以下のように提案されている。特許文献１では燃料中のアルコール濃度に応じて最適過給圧を設定する技術が提案されている。特許文献２では燃料中のアルコール濃度が低下することで燃焼温度が低下し、これによりＮＯｘ発生量が多くなるときに、ＥＧＲ（排気還流）量を増大させる技術が提案されている。特許文献３では供給する燃料の性状に応じて機関出力の補正を行う技術が提案されている。特許文献４では燃料中のアルコール濃度が所定以上のときに排気圧を抑える技術が提案されている。

特開平３−７０８２２号公報 特開平４−２７２４６３号公報 特開２００８−１５７０４４号公報 特開平５−５４２８号公報

ところで、排気駆動式の過給機付きのガソリンエンジンでは、アクセルペダルの踏み込みに対して過給機のレスポンスが遅れるいわゆるターボラグが発生することが知られている。この点、過給機のレスポンス向上に対する有効な方策としては、例えば可変動弁機構で吸排気弁のバルブオーバラップを拡大することが考えられる。しかしながら、可変動弁機構は一般に油圧駆動であるため、特に機関冷間時の応答性が低い点で問題があり、またバルブオーバラップを拡大する関係上、サイクル間で応答性良く背圧を高めることができない点で問題があった。

また過給機付きのガソリンエンジンでは、ノッキングの発生に対して条件的に厳しいエンジン運転が行われる。このため、過給機付きのガソリンエンジンでは、ノッキング改善のため低温のＥＧＲガスを大量に導入することがある。この点、ＥＧＲは例えばエンジンに対してＥＧＲ通路を設け、このＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスを導入することで行うことができる。また排気駆動式の過給機付きエンジンの場合、ＥＧＲ通路は吸気系のうち、過給機のコンプレッサ部よりも後ろの部分と、排気系のうち、過給機のタービン部よりも前の部分とを連通するように設けることができる。しかしながら、このようにＥＧＲ通路を設けた排気駆動式の過給機付きのガソリンエンジンでは、過給圧の上昇によってＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスを導入するために必要な差圧が得られなくなる点で問題があった。

そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、アルコール燃料とガソリン燃料とを使用可能に構成されたエンジンにつき、過給機のレスポンス向上や高過給時のＥＧＲガスの導入を図ることが可能なエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明のエンジンの制御装置は、ガソリン燃料とアルコール燃料とを使用できるエンジンの背圧上昇要求時に前記アルコール燃料の噴射割合を増加させる噴射燃料制御手段を備えることを特徴とする。

また本発明は前記エンジンが、排気駆動式の過給機付きのエンジンであり、前記エンジンの背圧上昇要求時が、スロットル開度の加速側の変化量が所定値よりも大きいときである構成であってもよい。

また本発明は前記エンジンが排気駆動式の過給機付きで、且つ吸気系のうち、前記過給機のコンプレッサ部よりも後ろの部分と、排気系のうち、前記過給機のタービン部よりも前の部分とを連通するように排気を還流するＥＧＲ通路が設けられたエンジンであり、前記エンジンの背圧上昇要求時が、所定の高過給時である構成であってもよい。

本発明によれば、アルコール燃料とガソリン燃料とを使用可能に構成されたエンジンにつき、過給機のレスポンス向上や高過給時のＥＧＲガスの導入を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１はＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１Ａで実現された本実施例に係るエンジンの制御装置をエンジン５０など関連する各構成とともに模式的に示す図である。吸気系１０はエアフロメータ１１とインタークーラ１２とスロットル弁１３とインテークマニホールド１４とを有して構成されている。エアフロメータ１１はエアフロセンサと大気温センサとを有して構成されており、吸入空気量を計測するとともに計測した吸入空気量に応じた信号を出力する。インタークーラ１２は過給機３０によって圧縮された吸気を冷却する。スロットル弁１３はＥＣＵ１Ａの制御のもと、図示しないアクチュエータによって開閉駆動し、吸入空気量を調節する。インテークマニホールド１４はエンジン５０の各気筒に吸気を分配する。排気系２０は、エキゾーストマニホールド２１と触媒２２とを有して構成されている。エキゾーストマニホールド２１は、各気筒からの排気を合流させる。触媒２２は流通する排気を浄化する。

過給機３０は排気駆動式のターボチャージャであり、コンプレッサ部３１とタービン部３２とを有して構成されている。過給機３０は、図示しないコンプレッサホイールを収納するコンプレッサ部３１が吸気系１０に、図示しないタービンホイール３２を収納するタービン部３２が排気系２０に、それぞれ介在するようにして配設されている。コンプレッサホイールとタービンホイールとは回転軸で連結されており、タービンホイールが排気によって駆動されると、回転軸を介してコンプレッサホイールが駆動し吸気を圧縮する。これにより過給が行われる。

排気還流系４０はＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲクーラ４２と、ＥＧＲバルブ４３とを有して構成されている。ＥＧＲ通路４１は吸気系１０と排気系２０とを連通している。ＥＧＲ通路４１は高圧配管で形成されており、具体的には吸気系１０のうち、コンプレッサ部３１よりも後ろの部分と、排気系２０のうち、タービン部３２よりも前の部分とを連通している。また本実施例ではさらに具体的にはインテークマニホールド１４の上流側の集合部分とエキゾーストマニホールド２１の下流側の集合部分とを連通している。ＥＧＲクーラ４２は還流される排気を冷却する。ＥＧＲバルブ４３はＥＣＵ１Ａの制御のもと、ＥＧＲ通路４１の開度を変更し、還流される排気の量を調節する。なお、排気還流系４０は例えばエンジン５０の気筒毎に設けられてもよい。

エンジン５０はバイフューエルエンジンであり、ガソリン燃料系６０とアルコール燃料系７０の２つの燃料供給系統を有して構成されている。ガソリン燃料系６０はガソリン燃料用のデリバリパイプ６１およびインジェタク６２を、アルコール燃料系７０はアルコール燃料用のデリバリパイプ７１およびインジェクタ７２をそれぞれ有して構成されている。ガソリン燃料用のインジェクタ６２とアルコール燃料用のインジェクタ７２とはそれぞれインテークマニホールド１４に気筒５１毎に設けられている。

次にエンジン５０の燃料供給系統について図２を用いてさらに説明する。
ガソリン燃料系６０は、上述のデリバリパイプ６１およびインジェクタ６２のほか、さらに具体的にはガソリン燃料を貯留する燃料タンク６３や、燃料タンク６３からデリバリパイプ６１にガソリン燃料を圧送する燃料ポンプ６４や、プレッシャレギュレータ６５や、還流管６６を有して構成されている。プレッシャレギュレータ６５はデリバリパイプ６１内の圧力を所望の値に調圧する。これにより、インジェクタ６２からの燃料の噴射供給が安定して行われる。インジェクタ６２から噴射されずにデリバリパイプ６１に滞留したガソリン燃料は、デリバリパイプ６１の下流側から還流管６６を通って燃料タンク６３に還流される。
アルコール燃料系７０は、上述のデリバリパイプ７１およびインジェクタ７２のほか、さらに具体的にはアルコール燃料を貯留する燃料タンク７３や、燃料タンク７３からデリバリパイプ７１にアルコール燃料を圧送する燃料ポンプ７４や、プレッシャレギュレータ７５や、還流管７６を有して構成されている。アルコール燃料系７０は基本的に上述のガソリン燃料系６０と同様に構成されている。
バイフューエルエンジンであるエンジン５０では、このように燃料タンクやデリバリパイプやインジェクタなどがそれぞれの燃料毎に設けられている。

かかる２つの燃料供給系統を備えたエンジン５０に燃料を供給するにあたり、ＥＣＵ１Ａはガソリン燃料用インジェクタ６２とアルコール燃料用インジェクタ７２とを制御する。この点、ＥＣＵ１Ａは具体的にはガソリン燃料用インジェクタ６２またはアルコール燃料用イジェクタ７２のうち、いずれかのインジェクタを選択的に制御する。２つの燃料供給系統を備えることに加え、このようにＥＣＵ１Ａが制御を行うことにより、エンジン５０は運転燃料としてガソリン燃料とアルコール燃料とを選択的に使用可能に構成される。エンジン５０には、回転数ＮＥを検出するために利用されるクランク角センサ１０１や、エンジン５０の冷却水温を検出するための水温センサ１０２など各種のセンサが配設されている。

ＥＣＵ１Ａは、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１Ａは主にエンジン５０を制御するように構成されており、本実施例では具体的にはインジェクタ６２、７２のほか、スロットル弁１３やＥＧＲバルブ４３などを制御するように構成されている。これら制御対象はＥＣＵ１Ａに電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１Ａにはエアフロメータ１１や、クランク角センサ１０１や、水温センサ１０２のほか、スロットル弁１３のスロットル開度Ｔｈを検知するスロットル開度センサ１０３などの各種のセンサが電気的に接続されている。ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１Ａでは各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。

ここで、ＥＣＵ１Ａで機能的に実現される手段について説明する前にガソリン燃料およびアルコール燃料について図３および図４を用いて説明する。図３に示すように代表的なアルコール燃料はエタノールＣ_２Ｈ_６Ｏであり、分子量は４６である。またアルコール燃料を運転燃料とした場合の理論空燃比は８．９５である。一方、代表的なガソリン燃料はイソオクタンＣ_８Ｈ_１８であり、分子量は１１４である。またガソリン燃料を運転燃料とした場合の理論空燃比は１４．５である。
アルコール燃料およびガソリン燃料の反応式は図示の通りであり、これらの反応式、分子量および理論空燃比から、エタノールのガソリンに対する反応後の分子数比はおよそ１．２倍と求まる。すなわち、アルコール燃料のほうがガソリン燃料よりも反応後の分子数が大きい。
図４はエンジン５０の背圧を運転燃料がガソリン燃料である場合とアルコール燃料である場合とで比較する図である。この図から反応後の分子数が大きいアルコール燃料のほうがガソリン燃料よりも背圧が高まっていることがわかる。このため、運転燃料をガソリン燃料から反応後の分子数が大きいアルコール燃料に切り替えることで、エンジン５０の背圧を高めることができる。

これに対して、ＥＣＵ１Ａでは特に以下に示す噴射燃料制御手段が機能的に実現される。噴射燃料制御手段は、エンジン５０の背圧上昇要求時にアルコール燃料の噴射割合を増加させる。噴射燃料制御手段は本実施例では具体的にはスロットル開度Ｔｈの変化量ΔＴｈ／Δｔが所定値ａよりも大きいときを背圧上昇要求時として、アルコール燃料の噴射割合を増加させるように構成されている。また、アルコール燃料の噴射割合を増加させるにあたり、噴射燃料制御手段は本実施例では具体的には、運転燃料がガソリン燃料になっている場合に、運転燃料をガソリン燃料からアルコール燃料に切り替えるように構成されている。

次にＥＣＵ１Ａの動作を図５に示すフローチャートを用いて詳述する。ＥＣＵ１Ａでは、図５のフローチャートに示す処理がごく短い時間間隔で繰り返し実行される。ＥＣＵ１Ａはスロットル開度Ｔｈの加速側の変化量ΔＴｈ／Δｔが所定値ａよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１）。本ステップで加速が開始されたか否かが判定される。ステップＳ１１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ａは運転燃料がガソリン燃料であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ａは燃料タンク７３にアルコール燃料があるか否かを判定する（ステップＳ１３）。アルコール燃料があるか否かは例えばレベルセンサの出力に基づき判定することができる。ステップＳ１１、Ｓ１２またはＳ１３で否定判定であれば特段の処理を要しないため、本フローチャートを一旦終了する。

一方、ステップＳ１３で肯定判定であれば、ステップＳ１４でＥＣＵ１Ａは噴射する燃料をガソリン燃料からアルコール燃料に切り替える（アルコール燃料で運転）。これによりエンジン５０の背圧を高めることができる。このため過給機３０のレスポンスを向上させることができるとともに、より大きなエンジン出力を得ることができ、エンジン出力を所定の必要出力に到達させることも可能になる。
このようにＥＣＵ１Ａは、アルコール燃料とガソリン燃料とを使用可能に構成されたエンジン５０につき、過給機３０のレスポンス向上を図ることやより大きなエンジン出力を得ることができる。

本実施例に係るＥＣＵ１Ｂは、噴射燃料制御手段が以下に示すように構成されている点と、以下に説明するマップデータがＲＯＭに格納されている点以外、ＥＣＵ１Ａと実質的に同一のものとなっている。またＥＣＵ１Ｂに関連する各構成はＥＣＵ１Ａの場合と同様となっている。このため本実施例ではＥＣＵ１Ｂおよび関連する各構成については図示省略する。なお、本実施例に係る噴射燃料制御手段はＥＣＵ１ＡのＲＯＭに格納されたプログラムを変更することで実現できる。

本実施例では噴射燃料制御手段が、所定の高過給時をエンジン５０の背圧上昇要求時として、アルコール燃料の噴射割合を増加させるように構成されている。ここで所定の高過給時とは、高過給時であることに起因してＥＧＲガスを導入することができないときであり、本実施例では具体的にはエンジン５０の運転状態（ここでは負荷ＫＬおよび回転数ＮＥ）がＥＧＲ導入不可能領域にある場合となっている。ＥＧＲ導入不可能領域は運転燃料がガソリン燃料である場合に高過給時であることに起因してＥＧＲガスを導入することができない領域であり、エンジン５０の運転状態（ここでは負荷ＫＬおよび回転数ＮＥ）に応じて予めマップデータで定義されている。またこのマップデータはＲＯＭに予め格納されている。
なお、本実施例に係る噴射燃料制御手段も実施例１の場合と同様に、運転燃料がガソリン燃料である場合に、運転燃料をガソリン燃料からアルコール燃料に切り替えることで、アルコール燃料の噴射割合を増加させるように構成されている。

次にＥＣＵ１Ｂの動作を図６に示すフローチャートを用いて詳述する。ＥＣＵ１Ｂは運転燃料がガソリン燃料であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ｂはエンジン５０の運転状態（ここでは負荷ＫＬおよび回転数ＮＥ）に基づき、エンジン５０の運転状態がＥＧＲ導入不可能領域であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。負荷ＫＬは例えばエアフロメータ１１やスロットル開度センサ１０３の出力に基づき検出することができる。ステップＳ２２で肯定判定であれば、ＥＣＵ１Ｂは燃料タンク７３にアルコール燃料があるか否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２１、Ｓ２２またはＳ２３で否定判定であれば特段の処理を要しないため、本フローチャートを一旦終了する。

一方、ステップＳ２３で肯定判定であれば、ステップＳ２４でＥＣＵ１Ｂは運転燃料をガソリン燃料からアルコール燃料に切り替える（アルコール燃料で運転）。これにより背圧を高めることができる。したがって吸気系１０と排気系２０との差圧を大きくすることができ、ＥＧＲガスの導入領域を拡大することができる。またＥＧＲガスを導入することで、燃費やエンジン出力を改善することができる。
このようにＥＣＵ１Ｂは、アルコール燃料とガソリン燃料とを使用可能に構成されたエンジン５０につき、高過給時のＥＧＲガスの導入を図ることができる。

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。
例えば上述した実施例ではエンジン５０をガソリン燃料とアルコール燃料とを選択的に使用可能に構成した場合について説明したが、エンジンはガソリン燃料とアルコール燃料とを例えば同時的に（すなわち選択的にではない態様で）使用可能に構成されるとともに、ガソリン燃料とアルコール燃料の噴射割合を変更可能に構成されたエンジンであってもよい。この点、本発明のエンジンの制御装置はガソリン燃料とアルコール燃料とを使用可能に構成されたエンジンにつき、噴射燃料制御手段が、エンジンの背圧上昇要求時にアルコール燃料の噴射割合を増加させる構成であってもよい。すなわち、このような構成とした場合でも過給機のレスポンス向上や高過給時のＥＧＲガスの導入を図ることにつき、所定の効果を奏することが可能である。またエンジンの背圧上昇要求時は背圧の上昇により、所定の効果を奏することが可能なときであれば、上述した実施例に限られない。

また噴射燃料制御手段はＥＣＵ１で実現することが合理的であるが、例えばその他の電子制御装置や専用の電子回路などのハードウェアやこれらの組み合わせによって実現されてもよい。この点、本発明のエンジンの制御装置は例えば複数の電子制御装置や電子制御装置と電子回路等のハードウェアとの組み合わせで実現されてもよい。すなわち本発明のエンジンの制御装置は例えば分散制御的な態様で実現されてもよい。同様に噴射燃料制御手段についても分散制御的な態様で実現されてよい。

ＥＣＵ１Ａを関連する各構成とともに模式的に示す図である。 エンジン５０の燃料供給系統の構成を模式的に示す図である。 エタノールのガソリンに対する反応後の分子数比の説明図である。 エンジン５０の背圧を運転燃料がガソリン燃料である場合とアルコール燃料である場合とで比較する図である。 ＥＣＵ１Ａの動作をフローチャートで示す図である。 ＥＣＵ１Ｂの動作をフローチャートで示す図である。

符号の説明

１ ＥＣＵ
１０ 吸気系
１１ エアフロメータ
１３ スロットル弁
２０ 排気系
３０ 過給機
４０ 排気還流系
４１ ＥＧＲ通路
５０ エンジン
６０ ガソリン燃料系
６１ デリバリパイプ
６２ インジェクタ
７０ アルコール燃料系
７１ デリバリパイプ
７２ インジェクタ

Claims (3)

1. ガソリン燃料とアルコール燃料とを使用できるエンジンの背圧上昇要求時に、前記アルコール燃料の噴射割合を増加させる噴射燃料制御手段を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 請求項１記載のエンジンの制御装置であって、
   前記エンジンが排気駆動式の過給機付きのエンジンであり、前記エンジンの背圧上昇要求時が、スロットル開度の加速側の変化量が所定値よりも大きいときであることを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１記載のエンジンの制御装置であって、
   前記エンジンが排気駆動式の過給機付きで、且つ吸気系のうち、前記過給機のコンプレッサ部よりも後ろの部分と、排気系のうち、前記過給機のタービン部よりも前の部分とを連通するように排気を還流するＥＧＲ通路が設けられたエンジンであり、前記エンジンの背圧上昇要求時が、所定の高過給時であることを特徴とするエンジンの制御装置。

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