JP2010185346A - エンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】エマルション燃料に混合された水やアルコールの含有率を精度良く算出することを課題とする。
【解決手段】エンジン1は、軽油に水またはアルコールを混合したエマルション燃料をエンジン本体2の筒内へ供給する燃料ポンプ5、コモンレール4、燃料噴射弁3と、エンジン本体2の筒内の圧力を取得する圧力センサ9と、圧力センサ9と電気的に接続されたECU10とを備え、このECU10が、圧力センサ9により取得されたエンジン筒内の圧力情報から算出したパイロット噴射時における最大熱発生率dq1、及び、圧力センサ9により取得されたエンジン筒内の圧力情報から算出した1サイクルにおける熱発生量の10%到達時のクランク角度θ10に基づいて、エマルション燃料中の水またはアルコールの混合率を算出する。
【選択図】図2
【解決手段】エンジン1は、軽油に水またはアルコールを混合したエマルション燃料をエンジン本体2の筒内へ供給する燃料ポンプ5、コモンレール4、燃料噴射弁3と、エンジン本体2の筒内の圧力を取得する圧力センサ9と、圧力センサ9と電気的に接続されたECU10とを備え、このECU10が、圧力センサ9により取得されたエンジン筒内の圧力情報から算出したパイロット噴射時における最大熱発生率dq1、及び、圧力センサ9により取得されたエンジン筒内の圧力情報から算出した1サイクルにおける熱発生量の10%到達時のクランク角度θ10に基づいて、エマルション燃料中の水またはアルコールの混合率を算出する。
【選択図】図2
Description
本発明は、エマルション燃料を利用するエンジンに関し、特に、燃料成分中の水やアルコールの混合率を取得するエンジンに関する。
軽油やガソリン等の燃料に水やアルコールを含有させたエマルション燃料を利用するエンジンが知られている。エマルション燃料は、水やアルコールの沸騰により燃料噴霧を微粒化する効果や、燃料の燃焼温度を低下させ、NOxの発生を抑制する効果を奏する。
このようなエマルション燃料を利用するエンジンにおいて、マルチ噴射を行うものが特許文献1に開示されている。また、特許文献1の内燃機関の制御装置、特許文献2の内燃機関の制御装置は、エマルション燃料中の燃料成分量の割合を示す燃料含有率を算出する。
エマルション燃料の燃料成分の比率は、予めほぼわかっているものの、燃料メーカによりバラツキが見られること、製造時期や季節等によりロット毎にも異なることがある。したがって、実際にエンジンでエマルション燃料を使用する場合に、水やアルコールの混合率を正確に把握していないまま、使用されていることが考えられる。このように燃料の性状を正確に把握していない場合、燃料の性状に合わせた燃焼が行われず、水やアルコールを燃料に混合した効果が適切に発揮されていないことが考えられる。
そこで、本発明は、エマルション燃料に混合された水やアルコールの含有率を精度良く算出することを課題とする。
かかる課題を解決する本発明のエンジンは、第1燃料へ第2燃料を混合したエマルション燃料をエンジンの筒内へ供給する燃料供給手段と、エンジンの筒内の圧力を取得する圧力センサと、前記圧力センサにより取得されたエンジン筒内の圧力情報から算出したパイロット噴射時における最大熱発生率に基づいて、エマルション燃料中の第2燃料の混合率を算出する第1の制御手段と、を備えたことを特徴とする。
このような構成とすることにより、エマルション燃料に含まれる第2燃料の混合率を精度良く算出することができる。このため、燃料の性状に合わせて燃焼を制御することができる。これにより、燃費を向上することができ、エミッション悪化を抑制することができる。なお、第1燃料は、軽油、またはガソリンを用いることができ、第2燃料は、水、アルコール、または、これらの混合液を用いることができる。
本発明は、エマルション燃料に混合された水やアルコールの含有率を精度良く算出することができる。
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
本発明の実施例1について図面を参照しつつ説明する。図1は本実施例のエンジン1の概略構成を示した説明図である。エンジン1は、ディーゼルエンジンであって、エマルション燃料を利用するものである。
エンジン1は、4つの気筒を有するエンジン本体2、燃料を筒内に噴射する燃料噴射弁3、燃料噴射弁3へ供給する筒内噴射用の燃料を蓄えるコモンレール4、コモンレール4内へ高圧燃料を供給する高圧ポンプ5を備えている。燃料噴射弁3、コモンレール4、高圧ポンプ5は、本発明の燃料供給手段を構成している。
さらに、エンジン1は、エマルション燃料を貯留する燃料タンク6を備えている。燃料タンク6と高圧ポンプ5とは、燃料通路7により接続されている。燃料通路7上には第1フィルタ8が配置され、燃料通路7を通過するエマルション燃料に含まれる不純物を取り除く。ここでは、エマルション燃料は、第1燃料である軽油へ第2燃料である水を混合したものであり、予めそのおよその混合率は判っているものとする。
また、エンジン1の気筒の一つに筒内の圧力を検出する圧力センサ9が配設されている。また、エンジン1はECU(Electronic Control Unit)10を備えている。ECU10は、圧力センサ9と電気的に接続されている。また、ECU10は、各気筒に配設された燃料噴射弁3と電気的に接続されており、その燃料噴射弁3からの噴射燃料の状態を制御する。このECU10は、本発明の第1の制御手段、第2の制御手段に相当する。
次に、ECU10の制御について説明する。図2は、ECU10による水混合率を算出する制御処理について示したフローである。図3は、本実施例のエンジン1の噴射指令信号、筒内圧力、熱発生率、熱発生量を示した説明図である。図3(a)は噴射指令信号を示し、図3(b)は筒内圧力の実測値、図3(c)は筒内圧力から算出された熱発生率、図3(d)は、熱発生率を積算した熱発生量を示した説明図である。図3(a)、図3(b)、図3(c)、図3(d)の何れも横軸はクランク角度を示している。
ECU10は、圧力センサ9から取得したエンジン1の筒内の圧力情報を用いて算出した熱発生率、及び熱発生量に基づいて、エマルション燃料中の水の混合率を算出する。以下、図2のフローを参照して詳細に説明する。
ECU10はステップS101で、制御実行条件が成立しているか否かを判断する。ここで、制御実行条件の成立状態とは、例えば、アイドリングの状態である。ECU10はステップS101で、制御実行条件が成立していると判断すると、次にステップS102で、カウンタNを0にリセットする。次に、ECU10はステップS103で、燃料噴射弁3における噴射量、噴射タイミングを、混合率推定モード用の噴射量q、タイミングθに設定する。次に、ECU10はステップS104で、ステップS103で設定した噴射量q、タイミングθで筒内への燃料噴射を実行する。これにより、エマルション燃料が筒内へ供給され、燃焼する。このときのエンジン1の噴射方式は、図3(a)に示すように、メインの噴射の前に2回のパイロット噴射が実行される方式である。
ECU10はステップS105で、ステップS104での燃焼時の筒内の圧力を圧力センサ9により取得する。ECU10はステップS106で、第1のパイロット噴射時の熱発生率の最大値dq1を算出し(図3(c))、ステップS107で、そのサイクルにおける燃焼の熱発生量の10%到達時のクランク角度θ10を算出する(図3(d))。ECU10は、ステップS106、ステップS107において算出したdq1、θ10のデータをECU10のメモリ内に蓄積しておく。ここで、熱発生率は、特開2007−2685号公報(段落0022)に記載されている方法により算出される。
ECU10はステップS106、S107の処理を終えると、ステップS108でカウンタNの値を1増加する。ECU10はステップS109でカウンタNの値が20を越えたと判断すると、ステップS110へ進む。一方、ECU10はステップS109でカウンタ値Nが20以下であると判断すると、ステップS103へ進み、さらに、dq1、θ10の値を算出し取得する。
ECU10はステップS110で、dq1の平均値aを算出する。次に、ECU10はステップS111で、ステップS110で算出したdq1の平均値aをマップ1に照合し、水混合率推定値x1を算出する。
図4は、水混合率と第1パイロット噴射時の熱発生率の最大値との関係を示したマップの一例(マップ1)である。このマップ1は、予め実験等により取得したデータに基づき作成されている。
また、ECU10はステップS112で、算出したθ10の平均値bを算出する。次に、ECU10はステップS113で、ステップS112でθ10の平均値bをマップ2に照合し、水混合率推定値x2を算出する。
図5は、水混合率と1サイクルにおける熱発生量の10%に達する際のクランク角との関係を示したマップの一例(マップ2)である。このマップ2は、予め実験等により取得したデータに基づき作成されている。
次に、ECU10はステップS114で、ステップS111、ステップS113の処理において算出したx1、x2の平均値xを算出する。ここで得られた平均値xを水混合率とする。
ECU10はステップS115で、通常モード用の噴射量q、噴射タイミングθを設定する。このとき、ステップS114で算出した水混合率xを用いて、噴射量、噴射タイミングを補正する。ECU10はステップS115の処理を終えるとリターンとなる。
以上の制御処理により、エマルション燃料に含まれる水の混合率を精度良く算出することができる。これにより、燃料の性状に合わせて燃焼を制御し、燃費を向上し、エミッション悪化を抑制する。また、第2燃料として、水に代えて、アルコール、例えば、エタノール(E100)とすることができる。このようにアルコールを混合したエマルション燃料においても、同様の制御処理により、アルコールの混合率を算出することができる。
なお、本実施例では、水混合率推定値x1のみを算出し、水混合率推定値x1を水混合率xとして、ステップS115の処理を行うことができる。また、水混合率推定値x2のみを算出し、水混合率推定値x2を水混合率xとしてステップS115の処理を行うことができる。
また、図2の制御フロー中、ECU10は、ステップS110、ステップS111の処理群と、ステップS112、ステップS113の処理群との順序を入替えて処理することができる。または、同時に処理することができる。
次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例のエンジンは、第2燃料としてアルコール(エタノールE100)と水とを、第1燃料の軽油に混合したエマルション燃料を利用するエンジンである。本実施例では、アルコールと水との混合比率を予め把握していることを前提としたうえで、アルコールと水との混合液と、軽油との混合比率を算出する。より詳細には、エンジン1のECU10が、予め取得された水とアルコールとの混合比率に対応したパイロット噴射時における最大熱発生率、及び、予め取得された水とアルコールとの混合比率に対応した1サイクルにおける熱発生量の10%到達時のクランク角度に基づいて、軽油混合率を算出する。
本実施例のエンジンは、実施例1のエンジン1と同様の構成をしている。ただし、本実施例のエンジンは、燃料タンクに、水とエタノールE100とを混合した軽油が注入されている点で、実施例1のエンジン1と相違する。水とエタノール(E100)は、水がα%、エタノール(E100)が(100−α)%の比率で混合されている。また、ECU10は、本発明の第3の制御手段、及び第4の制御手段に相当する。なお、本実施例のエンジンは実施例1のエンジン1と同一なので、その構成について同一の番号を付して説明し、その詳細な説明は省略する。
次に、本実施例におけるECU10の制御について説明する。図6は、ECU10による軽油混合率を算出する制御処理について示したフローである。ECU10は、圧力センサ9から取得したエンジン1の筒内の圧力情報を用いて算出した熱発生量に基づいて、エマルション燃料中の軽油の混合率を算出する。以下、図6のフローを参照して説明する。なお、図6のフロー中、実施例1の図2のフローと同様の処理については、同一のステップ番号を付し、その詳細な説明は省略する。
ECU10は、ステップS101からS110までの処理を行う。次に、ECU10はステップS201で、ステップS110で算出したdq1の平均値aをマップ3に照合し、軽油混合率推定値y1を算出する。
図7は、軽油混合率と第1パイロット噴射時の熱発生率最大値との関係を示したマップの一例(マップ3)である。マップ3では、水とE100の混合比率の異なる複数のラインが描かれており、それぞれの混合比率における第1パイロット噴射時の熱発生率の最大値に基づいて、軽油混合率が算出される。なお、図7中の実線は水α%、E100(100−α)%の場合、点線は水が100%の場合、破線はE100が100%の場合を示している。
また、ECU10はステップS112で、θ10の平均値bを算出する。次に、ECU10はステップS202で、ステップS112で算出したθ10の平均値bをマップ4に照合し、軽油混合率推定値y2を算出する。
図8は、軽油混合率と1サイクルにおける熱発生量の10%に達する際のクランク角との関係を示したマップの一例(マップ4)である。マップ4では、水とE100の混合比率の異なる複数のラインが描かれており、それぞれの混合比率において、熱発生量の10%に達する際のクランク角に基づいて、軽油混合率が算出される。なお、図8中の実線は水α%、E100(100−α)%の場合、点線は水が100%の場合、破線はE100が100%の場合を示している。
上記のステップの処理を終えると、ECU10はステップS203で、ステップS201、ステップS202の処理において算出したy1、y2の平均値yを算出し、ここで得られた平均値yを軽油混合率とする。
ECU10はステップS204で、通常モード用の噴射量q、噴射タイミングθを設定する。このとき、ステップS203で算出した軽油混合率yを用いて噴射量、噴射タイミングの値を補正する。ECU10はステップS204の処理を終えるとリターンとなる。
以上の制御処理により、エマルション燃料に含まれる軽油の混合率を精度良く算出することができる。これにより、燃料の性状に合わせて燃焼を制御し、燃費を向上し、エミッション悪化を抑制する。また、軽油のみの燃料が供給された場合にも、その燃料の性状を精度良く判定し、適切に燃焼させることができる。
なお、本実施例では、軽油混合率推定値y1のみを算出し、軽油混合率推定値y1を軽油混合率yとして、ステップS204の処理を行うことができる。また、軽油混合率推定値y2のみを算出し、軽油混合率推定値y2を軽油混合率yとしてステップS204の処理を行うことができる。
また、図6の制御フロー中、ECU10は、ステップS110、ステップS201の処理群と、ステップS112、ステップS202の処理群との順序を入替えて処理することができる。または、同時に処理することができる。
次に、本発明の実施例3について説明する。本実施例のエンジンは、第1燃料である軽油へアルコール(エタノールE100)と水とを含む第2燃料を混合したエマルション燃料を利用するエンジンである。本実施例では、軽油と、軽油に混合する液体(水とE100との混合液、以下、単に「混合液」と称する。)とを異なるタンク内に貯留し、筒内への燃料噴射時に混合し、エマルション燃料を生成する。本実施例では、軽油と、混合液との混合率を予め把握していることを前提としたうえで、水とE100との比率を推定する。
図9は、本実施例のエンジン11の概略構成を示した説明図である。エンジン11は、実施例1のエンジン1とほぼ同様の構成をしている。但し、エンジン11は、燃料タンク6に代えて、軽油のみを貯留する第1タンク12を備えた点、水とE100との混合液を貯留する第2タンク13を備えた点、燃料通路7上にミキシング部14を備えた点、において実施例1のエンジン1と相違する。
ミキシング部14は、燃料通路7上の高圧ポンプ5と第1フィルタ8との間に配置されている。ミキシング部14と第2タンク13とは、液体通路15により接続されており、この液体通路15上には第2タンク13側から、第2フィルタ16と電動ポンプ17とが配置されている。第2フィルタ16は、液体通路15内の混合液に含まれる不純物を取り除く。電動ポンプ17は、第2タンク13内の水をミキシング部14へ送る。
第1タンク12内の軽油と、第2タンク13内の混合液とが、ミキシング部14で混合され、筒内噴射用のエマルション燃料が生成される。この生成されたエマルション燃料が高圧ポンプ4、コモンレール3、燃料噴射弁2により、筒内へ供給される。なお、その他の構成は実施例1と同一であるため、実施例1と同一の構成要素については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
次に、本実施例におけるECU10の制御について説明する。図10は、ECU10による水とE100との比率を算出する制御処理について示したフローである。なお、図10のフロー中、実施例1の図2のフローと同様の処理については、同一のステップ番号を付し、その詳細な説明は省略する。
ECU10は、ステップS101からS109までの処理を行う。ECU10はステップS109で、カウンタNの値が20を越えたと判断すると、ステップS301へ進む。ECU10はステップS301で予め把握している軽油と混合液との比率(軽油混合率)zを取得する。この軽油混合率zの値は、予め定めたものでもよいし、運転の都度決定してもよい。
次に、ECU10はステップS110で、dq1の平均値aを算出する。次に、ECU10はステップS302で、ステップS110で算出したdq1の平均値aをマップ5に照合し、水比率推定値α1を算出する。
図11は、軽油混合率と第1パイロット噴射時の熱発生率最大値との関係から水比率を算出するマップの一例(マップ5)である。このマップ5は、実施例2のマップ3と同様である。ECU10は、マップ5を用いて、ステップS110で算出した平均値aとステップS301で取得した軽油混合率zとから、水100、E100内挿線を推定し、水比率推定値α1を算出する。
また、ECU10はステップS112で、θ10の平均値bを算出する。次に、ECU10はステップS303で、ステップS112で算出したθ10の平均値bをマップ6に照合し、水比率推定値α2を算出する。
図12は、軽油混合率と第1パイロット噴射時の熱発生率最大値との関係から水比率を算出するマップの一例(マップ6)である。このマップ6は、実施例2のマップ4と同様である。ECU10は、マップ6を用いて、ステップS112で算出した平均値bとステップS301で取得した軽油混合率zとから、水100、E100内挿線を推定し、水比率推定値α2を算出する。
上記のステップの処理を終えると、ECU10はステップS304で、ステップS302、ステップS303の処理において算出したα1、α2の平均値αを算出し、ここで得られた平均値αを混合液中の水比率とする。
ECU10はステップS305で、通常モード用の噴射量、噴射タイミングを設定する。このとき、ステップS304で算出した水比率αを用いて噴射量、噴射タイミングの値を補正する。ECU10はステップS305の処理を終えるとリターンとなる。
以上の制御処理により、エマルション燃料の成分の混合率を精度良く算出することができる。これにより、燃料の性状に合わせて燃焼を制御し、燃費を向上し、エミッション悪化を抑制する。また、軽油のみの燃料が供給された場合にも、その燃料の性状を精度良く判定し、適切に燃焼させることができる。
なお、本実施例では、水比率推定値α1のみを算出し、水比率推定値α1を水比率αとして、ステップS305の処理を行うことができる。また、水比率推定値α2のみを算出し、水比率推定値α2を水比率αとしてステップS305の処理を行うことができる。
また、図10の制御フロー中、ECU10は、ステップS110、ステップS302の処理群と、ステップS112、ステップS303の処理群との順序を入替えて処理することができる。または、同時に処理することができる。
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
例えば、実施例では、軽油を主燃料とするエマルション燃料を利用するディーゼルエンジンにおける制御処理について説明しているが、本発明の制御処理は、ガソリンを主燃料とするエマルション燃料を利用するガソリンエンジンに適用することもできる。
1、11 エンジン
3 燃料噴射弁
4 コモンレール
5 高圧ポンプ
9 圧力センサ
10 ECU
3 燃料噴射弁
4 コモンレール
5 高圧ポンプ
9 圧力センサ
10 ECU
Claims (6)
- 第1燃料へ第2燃料を混合したエマルション燃料をエンジンの筒内へ供給する燃料供給手段と、
エンジンの筒内の圧力を取得する圧力センサと、
前記圧力センサにより取得されたエンジン筒内の圧力情報から算出したパイロット噴射時における最大熱発生率に基づいて、エマルション燃料中の第2燃料の混合率を算出する第1の制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジン。 - 第1燃料へ第2燃料を混合したエマルション燃料をエンジンの筒内へ供給する燃料供給手段と、
エンジンの筒内の圧力を取得する圧力センサと、
前記圧力センサにより取得されたエンジン筒内の圧力情報から算出した1サイクルにおける熱発生量の一部が発生した時点のクランク角度に基づいて、エマルション燃料中の第2燃料の混合率を算出する第2の制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジン。 - 第1燃料へ第2燃料を混合したエマルション燃料をエンジンの筒内へ供給する燃料供給手段と、
エンジンの筒内の圧力を取得する圧力センサと、
前記圧力センサにより取得されたエンジン筒内の圧力情報から算出したパイロット噴射時における最大熱発生率に基づいて、エマルション燃料中の第2燃料の混合率を算出する第1の制御手段と、
前記圧力センサにより取得されたエンジン筒内の圧力情報から算出した1サイクルにおける熱発生量の一部が発生した時点のクランク角度に基づいて、エマルション燃料中の第2燃料の混合率を算出する第2の制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジン。 - 第1燃料へ水とアルコールとを含む第2燃料を混合したエマルション燃料をエンジンの筒内へ供給する燃料供給手段と、
エンジンの筒内の圧力を取得する圧力センサと、
前記圧力センサにより取得されたエンジン筒内の圧力情報から算出したパイロット噴射時における最大熱発生率、及び第2燃料中の水とアルコールとの混合比率に基づいて、エマルション燃料中の第1燃料の混合率を算出する第3の制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジン。 - 第1燃料へ水とアルコールとを含む第2燃料を混合したエマルション燃料をエンジンの筒内へ供給する燃料供給手段と、
エンジンの筒内の圧力を取得する圧力センサと、
前記圧力センサにより取得されたエンジン筒内の圧力情報から算出した1サイクルにおける熱発生量の一部が発生した時点のクランク角度、及び第2燃料中の水とアルコールとの混合比率に基づいて、エマルション燃料中の第1燃料の混合率を算出する第4の制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジン。 - 第1燃料へ水とアルコールとを含む第2燃料を混合したエマルション燃料をエンジンの筒内へ供給する燃料供給手段と、
エンジンの筒内の圧力を取得する圧力センサと、
前記圧力センサにより取得されたエンジン筒内の圧力情報から算出したパイロット噴射時における最大熱発生率、及び第2燃料中の水とアルコールとの混合比率に基づいて、エマルション燃料中の第1燃料の混合率を算出する第3の制御手段と、
前記圧力センサにより取得されたエンジン筒内の圧力情報から算出した1サイクルにおける熱発生量の一部が発生した時点のクランク角度、及び第2燃料中の水とアルコールとの混合比率に基づいて、エマルション燃料中の第1燃料の混合率を算出する第4の制御手段と、
を備えたことを特徴とするエンジン。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016070152A (ja) * | 2014-09-29 | 2016-05-09 | マツダ株式会社 | ディーゼルエンジンの制御装置 |
KR102201716B1 (ko) * | 2019-10-22 | 2021-01-12 | 순천대학교 산학협력단 | 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템 |
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