JP2014125882A - 制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主燃料及び副燃料を燃焼させて動力を得る機関において、副燃料の残量が欠乏している事実を、残量計に依存せずに把握する。
【解決手段】機関の排気通路を流通するガスの空燃比がリーンとなったことを検出したときに、副燃料の噴射量を増量する補正を行い、副燃料の噴射量を増量したにもかかわらず排気通路を流通するガスの空燃比がリーンのままである場合に、副燃料の残量が欠乏したと判断することとした。
【選択図】図２

Description

本発明は、主燃料と副燃料とを併用する機関を制御する制御装置に関する。

性状の相異なる主燃料及び副燃料の二種類の燃料を燃焼させて動力を得る、いわゆる多種燃料機関が公知である（例えば、下記特許文献を参照）。主燃料としては、例えばガソリン等を挙げることができ、副燃料としては、例えばバイオエタノール等を挙げることができる。

多種燃料機関においては、仮に運転中に副燃料が尽きたとしても、主燃料のみによって運転を継続できることが求められている。主燃料が残存してさえいれば、副燃料がなくとも主燃料のみを燃焼させて動力を得ることは可能である。

しかしながら、副燃料が尽きた瞬間に機関の出力トルクが急激に変動し、当該機関を搭載した車両等のドライバビリティを低下させる懸念があることから、副燃料が欠乏した段階でこれを把握し、副燃料が尽きるよりも前に、主燃料と副燃料とを併用した運転から主燃料のみによる運転へと切り換える必要がある。

また、既に副燃料が尽きている状態で、副燃料を吸引して吐出する燃料ポンプを稼働させ続けていると、当該ポンプを傷めるおそれがある。一般に、燃料ポンプは、自らが供給する燃料によって潤滑を行い、過熱を抑制しているからである。

副燃料が尽きる前に副燃料の欠乏を知得するためには、副燃料を蓄える副燃料タンク内の副燃料の残量を検出する残量計を設けることが通常である。だが、主燃料を蓄える主燃料タンクと副燃料タンクとの両方に残量計を設置することは、コスト面の不利を招く。

特開２００８−１５１０５６号公報

本発明は、主燃料及び副燃料を燃焼させて動力を得る機関において、副燃料の残量が欠乏している事実を、残量計に依存せずに把握することを所期の目的としている。

本発明では、主燃料と副燃料とを併用しこれらを燃焼させて動力を得る機関を制御するものであって、排気通路を流通するガスの空燃比がリーンとなったことを検出したときに、副燃料の噴射量を増量する補正を行い、副燃料の噴射量を増量したにもかかわらず排気通路を流通するガスの空燃比がリーンのままである場合に、副燃料の残量が欠乏したと判断する制御装置を構成した。

副燃料の残量が欠乏したと判断した後には、副燃料タンク内の副燃料を吸引して吐出する副燃料ポンプの作動を停止することが好ましい。

本発明によれば、主燃料及び副燃料を燃焼させて動力を得る機関において、副燃料の残量が欠乏している事実を、残量計に依存せずに把握することができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。 同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態の機関の概要を示す。本実施形態の機関は、主燃料としてガソリンを、副燃料としてエタノール系燃料等を使用する火花点火式の４ストローク内燃機関であり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。

各気筒１の吸気ポート近傍には、各気筒１毎に、主燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側（特に、サージタンク３３）には、副燃料を噴射するインジェクタ３５、及びこのインジェクタ３５から噴射された副燃料を気化させる気化器３６を設けている。副燃料用のインジェクタ３５及び気化器（ライザー）３６は、全気筒１で共通である。即ち、主燃料用のインジェクタ１１のように、気筒１毎に個別に存在するわけではない。気化器３６は、機関の冷却水が持つ熱を利用して、副燃料を温めて蒸発させるものである。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

さらに、排気通路４における触媒４１の上流及び／または下流に、排気通路を流通する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４３を設置してある。空燃比センサ４３はそれぞれ、排気ガスの空燃比に対して非線形な出力特性を有するＯ₂センサであってもよく、排気ガスの空燃比に比例した出力特性を有するリニアＡ／Ｆセンサであってもよい。本実施形態では、空燃比センサ４３として、排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力するＯ₂センサを想定している。Ｏ₂センサ４３の出力特性は、ウィンドウの範囲では空燃比に対する出力の変化率が大きく急峻な傾きを示し、それよりも空燃比が大きいリーン領域では低位飽和値に漸近し、空燃比が小さいリッチ領域では高位飽和値に漸近する、いわゆるＺ特性曲線を描く。

主燃料は主燃料タンク５に蓄えられ、副燃料は副燃料タンク６に蓄えられる。主燃料タンク５には、当該タンク５内の主燃料を吸引して吐出し、インジェクタ１１に向けて圧送する主燃料ポンプ５１と、当該タンク５内の主燃料の残量を検出する残量計５２とが付随する。主燃料ポンプ５１は、その稼働／停止の切り換えや、主燃料の吐出量（または、吐出圧力）を制御可能な電動ポンプである。

他方、副燃料タンク６には、当該タンク６内の副燃料を吸引して吐出し、インジェクタ３５に向けて圧送する副燃料ポンプ６１が付随しているが、当該タンク６内の副燃料の残量を検出する残量計は存在していない。副燃料ポンプ６１もまた、その稼働／停止の切り換えや、副燃料の吐出量（または、吐出圧力）を制御可能な電動ポンプである。

本実施形態の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、排気通路４を流通するガスの空燃比を検出する空燃比センサ４３から出力される空燃比信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、主燃料タンク５内の主燃料の残量を検出する残量計５２から出力される燃料残量信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、インジェクタ３５に対して燃料噴射信号ｌ、主燃料ポンプ５１に対して制御信号ｍ、副燃料ポンプ６１に対して制御信号ｎ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。

また、ＥＣＵ０は、機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、電動機（スタータモータまたはモータジェネレータ）に制御信号ｏを入力し、電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数即ちクランクシャフトの回転速度が冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。

機関の始動は、主燃料のみを用いて行う。即ち、クランキングの開始から完爆に至り、さらに機関の暖機が完了するまで（冷却水温が閾値を超えるまで）の間は、主燃料のみをインジェクタ１１から噴射させる。

機関の始動及び暖機の完了後は、副燃料をインジェクタ３５から噴射させ、かつ主燃料をインジェクタ１１から噴射させることで、気筒１に充填される吸気に主燃料及び副燃料の両方を混交する。そして、点火プラグ１２により気筒１の燃焼室内の混合気に点火し、主燃料及び副燃料をともに燃焼させて、クランクシャフトを回転させる駆動力を得る。

しかして、本実施形態のＥＣＵ０は、副燃料タンク６内の副燃料の残量が欠乏していないかどうかを恒常的に監視しており、副燃料が欠乏したことを検知した暁には、主燃料と副燃料とを併用した運転から主燃料のみを用いる運転へと切り換える。

図２に、副燃料が欠乏していないかどうかを確認するに際してＥＣＵ０が実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ０は、排気通路４を流れる排気ガスの空燃比がリーン化したことを空燃比センサ４３を介して検出したときに（ステップＳ１）、一時的に副燃料の噴射量をそれ以前よりも増量する補正を行う（ステップＳ２）。

しかる後、空燃比センサ４３を介して検出する排気ガスの空燃比がリーンのままで変化しないならば（ステップＳ３）、副燃料タンク６内の副燃料の残量が欠乏しているものと判断する。そして、即時に副燃料ポンプ６２の稼働を停止し（ステップＳ４）、主燃料と副燃料とを併用した運転から主燃料のみを用いる運転への切り換えを行う（ステップＳ５）。ステップＳ５では、副燃料の噴射が行われなくなる分、主燃料の噴射量を以前よりも増量することがある。

また、副燃料が欠乏し、主燃料のみによる運転へと移行した旨を、運転者の視覚または聴覚に訴えかける態様で報知する（ステップＳ６）。ステップＳ６では、例えば、車両のコックピット内に設置された警告灯を点灯させたり、ディスプレイに表示させたり、ブザーまたはスピーカから警告音を音声出力させたりする。

本実施形態では、性状の相異なる主燃料と副燃料とを併用しこれらを燃焼させて動力を得る機関を制御するものであって、排気通路４を流通するガスの空燃比がリーンとなったことを検出したときに、副燃料の噴射量を増量する補正を行い、副燃料の噴射量を増量したにもかかわらず排気通路４を流通するガスの空燃比がリーンのままである場合に、副燃料の残量が欠乏したと判断する制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、副燃料が完全に尽きてしまう前に、副燃料が欠乏している事実を、残量計に依存せずに把握でき、主燃料のみによる運転に適時に切り換えることができる。従って、副燃料の枯渇に起因した機関の出力トルクの急変動を回避することが可能となる。加えて、副燃料タンク６に残量計を設置したり、燃料ポンプ６１の下流側に副燃料の圧力を検出するセンサを設置したりせずに済むことから、コストの削減に資する。

また、副燃料の残量が欠乏したと判断した後、副燃料タンク６内の副燃料を吸引して吐出する副燃料ポンプ６１の作動を停止するようにしたため、副燃料が尽きた後に副燃料ポンプ６１が焼き付いてしまう等の損耗を防ぐことができる。副燃料ポンプ６１による無駄な電力消費を抑制し、燃費の悪化を抑制することにもつながる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、インジェクタが噴射した副燃料を気化器において温めていたが、噴射前に予め副燃料を温めた上でインジェクタから噴射する態様をとることもできる。具体的には、副燃料用インジェクタ内にヒータを備えたり、副燃料タンクからインジェクタへと至る燃料配管にヒータを備えたりすることが考えられる。

燃料の種類は、上記実施形態におけるものには限定されない。即ち、主燃料はガソリンに限定されず、副燃料はバイオエタノールに限定されない。本発明を適用した機関がディーゼル内燃機関である場合、主燃料は軽油等となる。

その他、各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載され、主燃料と副燃料とを併用する機関の制御に用いることができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１１…主燃料用のインジェクタ
３５…副燃料用のインジェクタ
４…排気通路
４３…空燃比センサ
５…主燃料タンク
５１…主燃料ポンプ
６…副燃料タンク
６１…副燃料ポンプ

Claims (2)

1. 主燃料と副燃料とを併用しこれらを燃焼させて動力を得る機関を制御するものであって、
   排気通路を流通するガスの空燃比がリーンとなったことを検出したときに、副燃料の噴射量を増量する補正を行い、
   副燃料の噴射量を増量したにもかかわらず排気通路を流通するガスの空燃比がリーンのままである場合に、副燃料の残量が欠乏したと判断する制御装置。
2. 副燃料の残量が欠乏したと判断した後、副燃料タンク内の副燃料を吸引して吐出する副燃料ポンプの作動を停止する請求項１記載の制御装置。

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