JP2015214955A - 内燃機関の燃料供給制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 主燃料及び主燃料の燃焼を補助する副燃料が供給される内燃機関の燃焼効率を向上する内燃機関の燃料供給制御システムを提供する。
【解決手段】 Ｓ１０２において、エンジン１０の運転状態に基づいて軽油の噴射条件を決定し、Ｓ１０３において燃焼室の酸素濃度及び温度並びに軽油の噴射条件に基づいて軽油の着火遅れ及び発熱量を算出する。Ｓ１０４において、算出された軽油の発熱量では水素は失火すると判定すると、軽油の噴射量を増やす。Ｓ１０７において、Ｓ１０６において算出される軽油の噴射一回当たりの噴射量ではエンジンの冷却損失を大きくすると判定すると、一回の燃焼サイクルにおける軽油の噴射回数を増やす。Ｓ１１１において、軽油の着火遅れに基づいてＳ１１０において算出される軽油の燃焼開始タイミングでは燃焼室の圧力の最大値が閾値圧力を超えると判定すると、軽油の噴射開始タイミングを遅角側に変更する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の燃料供給制御システムに関する。

従来、内燃機関が有する燃焼室における燃焼状態に基づいて燃料を供給する内燃機関の燃料供給制御システムが知られている。例えば、特許文献１には、ディーゼルエンジンにおいて、燃焼室の圧力の変化率や主燃料の燃焼における圧力最大時期と主燃料の燃焼を補助する副燃料の燃焼における圧力最大時期との差などに基づいて主燃料及び副燃料の噴射制御を行う内燃機関の噴射制御システムが記載されている。

特開２００４−１００５６６号公報

近年、自己着火性が高い副燃料の燃焼によって自己着火性が低い主燃料の燃焼を補助する内燃機関が知られている。当該内燃機関では、主燃料の燃焼状態が最適となるよう副燃料の供給条件が制御される。しかしながら、自己着火性が高い副燃料は燃焼速度が比較的速いため、副燃料の燃焼と主燃料の燃焼とが並行している燃焼室の燃焼から副燃料の燃焼状態のみを検出することが難しい。このため、燃焼室における燃焼状態を最適し当該内燃機関の燃焼効率を向上するために副燃料の供給条件を制御することは困難である。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、主燃料及び主燃料の燃焼を補助する副燃料が供給される内燃機関の燃焼効率を向上する内燃機関の燃料供給制御システムを提供することである。

本発明は、内燃機関の燃料供給制御システムであって、クランク角検出手段、制御部、発熱量算出手段、燃焼開始タイミング算出手段、発熱量判定手段、供給量判定手段、及び、燃焼開始タイミング判定手段を備える。
クランク角検出手段は、内燃機関のクランクシャフトのクランク角を検出し、検出したクランク角に応じた信号を出力する。制御部は、内燃機関に副燃料を供給する副燃料供給部の作動を制御する。発熱量算出手段は、副燃料の燃焼における発熱量を算出する。燃焼開始タイミング算出手段は、副燃料の燃焼開始タイミングを算出する。
発熱量判定手段は、発熱量算出手段が算出する発熱量が所定の発熱量以上であるか否かを判定する。供給量判定手段は、内燃機関の一回の燃焼サイクルにおける副燃料の全供給量を当該一回の燃焼サイクルにおける副燃料の供給回数で除した供給一回当たりの供給量が所定の供給一回当たりの供給量より小さいか否かを判定する。燃焼開始タイミング判定手段は、燃焼開始タイミング算出手段が算出する副燃料の燃焼開始タイミングが所定のクランク角より遅角側であるか否かを判定する。

本発明の内燃機関の燃料供給制御システムは、内燃機関の一回の燃焼サイクルにおける副燃料の発熱量が所定の発熱量より少ないと発熱量判定手段が判定すると当該発熱量が所定の発熱量以上となるよう副燃料の全供給量を増やし、供給一回当たりの供給量が所定の供給一回当たりの供給量以上であると供給量判定手段が判定すると供給一回当たりの供給量が所定の供給一回当たりの供給量より小さくなるよう内燃機関の一回の燃焼サイクルにおける副燃料の供給回数を増やし、副燃料の燃焼開始タイミングが所定のクランク角より進角側であると燃焼開始タイミング判定手段が判定すると副燃料の燃焼開始タイミングが所定のクランク角より遅角側となるよう副燃料の供給開始タイミングを遅角側に変更することを特徴とする。

本発明の内燃機関の燃料供給制御システムでは、発熱量算出手段によって算出される副燃料の発熱量が所定の発熱量以上であるか否かを発熱量判定手段によって判定し、その判定結果に基づいて副燃料の全供給量を変更する。また、副燃料の全供給量と一回の燃焼サイクルにおける副燃料の供給回数とに基づいて供給一回当たりの供給量が所定の供給一回当たりの供給量以下であるか否かを供給量判定手段が判定し、その判定結果に基づいて内燃機関の一回の燃焼サイクルにおける副燃料の供給回数を変更する。また、燃焼開始タイミング算出手段によって算出される副燃料の燃焼開始タイミングが所定のクランク角より遅角側であるか否かを燃焼開始タイミング判定手段によって判定し、その判定結果に基づいて副燃料の供給開始タイミングを変更する。このように、本発明の内燃機関の燃料供給制御システムでは、算出される副燃料の燃焼開始タイミングと発熱量とに基づいて、副燃料の供給条件を補正する。これにより、主燃料の燃焼状態と副燃料の燃焼状態とを分離して検出することが困難な内燃機関において、副燃料の供給条件を最適化し、燃焼室における燃焼状態を最適化することができる。したがって、本発明の内燃機関の燃料供給制御システムは、燃焼効率を向上することができる。

本発明の一実施形態による内燃機関の燃料供給制御システムが適用されるエンジンシステムの概略構成図である。 副燃料の発熱量と主燃料及び副燃料の合計発熱量との関係を表す特性図である。 本発明の一実施形態による内燃機関の燃料供給制御システムにおける燃料供給制御処理のフローチャートである。 本発明の一実施形態による内燃機関の燃料供給制御システムにおける副燃料の着火遅れと副燃料の発熱量との関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態による内燃機関の燃料供給制御システムにおける副燃料の噴射一回当たりの噴射量と冷却損失との関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態による内燃機関の燃料供給制御システムにおける副燃料の燃焼開始タイミングと燃焼室の圧力の最大値との関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施形態による内燃機関の燃料供給制御システムを図面に基づいて説明する。

（一実施形態）
本発明の一実施形態による「内燃機関の燃料供給制御システム」としての副燃料噴射制御システム１は、車両等に搭載されるエンジンシステム５に適用される。副燃料噴射制御システム１は、「酸素濃度検出手段」としての空気量センサ７１、「燃焼室温度検出手段」としての温度センサ７２、並びに、「クランク角検出手段」としてのクランク角センサ７３、「制御部」、「燃焼開始タイミング算出手段」、「発熱量算出手段」、「遅れ算出手段」、「発熱量判定手段」、「供給量判定手段」、及び、「燃焼開始タイミング判定手段」としての副燃料噴射制御部７０などを備える。

副燃料噴射制御システム１が適用されるエンジンシステム５の概略構成について図１を参照して説明する。エンジンシステム５は、「主燃料」として水素を用い、「副燃料」として軽油を用いる「内燃機関」としてのエンジン１０が備えられている。エンジン１０は、複数の燃焼室１１、１２、１３、１４を有する。燃焼室１１、１２、１３、１４には、大気から導入される空気などが流れる吸気通路２００、及び、排気通路３００が連通している。吸気通路２００を有する吸気管２０と排気通路３００を有する排気管３０との間には、可変ノズルターボ４０が設けられている。なお、図１には、エンジンシステム５における空気、還流排気、燃料などの流れを実線矢印Ｆで示す。

吸気管２０は、エンジン１０が有する吸気ポート１１１、１２１、１３１、１４１と大気とを連通する吸気通路２００を形成する。吸気管２０には、大気側から、可変ノズルターボ４０のコンプレッサ部４３、インタークーラ２１、流量制御弁２２などが設けられている。
吸気管２０のコンプレッサ部４３が設けられている位置より大気側には低圧排気還流管５１が接続する。また、吸気管２０の流量制御弁２２が設けられている位置よりエンジン１０側には高圧排気還流管６１が接続する。また、吸気管２０の高圧排気還流管６１が接続する位置よりエンジン１０側には吸気通路２００と連通する主燃料通路１５０を有する主燃料管１５が接続する。

インタークーラ２１は、吸気通路２００を流れる空気及び低圧排気還流管５１内を流れる還流排気を冷却する。

流量制御弁２２は、吸気通路２００を流れる空気及び還流排気の流量を調整する。流量制御弁２２は、副燃料噴射制御部７０と電気的に接続している。流量制御弁２２は、副燃料噴射制御部７０に流量制御弁２２の開度に応じた信号を出力する。

主燃料管１５には、改質器１５１、流量制御弁１５２が設けられている。
改質器１５１は、排気が有する熱を利用して図示しない燃料タンクから供給される有機化合物、例えば、メタノールを改質し、「主燃料」としての水素を生成する。生成された水素は、流量制御弁１５２によって流量が制御され主燃料通路１５０を通って吸気通路２００を流れる空気及び還流排気に合流する。空気と還流排気と水素との混合気は、吸気ポート１１１、１２１、１３１、１４１を介して燃焼室１１、１２、１３、１４に吸入される。流量制御弁１５２は、流量制御弁２２は、副燃料噴射制御部７０と電気的に接続している。

排気管３０は、エンジン１０が有する排気ポート１１２、１２２、１３２、１４２と大気とを連通する排気通路３００を形成する。排気管３０には、エンジン１０側から、可変ノズルターボ４０のタービン部４２、触媒３１、可変ノズルターボ４０の流量制御弁４４、改質器１５１などが設けられている。
排気管３０のエンジン１０とタービン部４２との間には高圧排気還流管６１が接続する。また、排気管３０の触媒３１と流量制御弁４４との間には低圧排気還流管５１が接続する。
触媒３１は、燃焼室１１、１２、１３、１４から排出される排気に含まれる窒素酸化物などの化学物質を分解する。

可変ノズルターボ４０は、接続部４１、タービン部４２、コンプレッサ部４３、流量制御弁４４などを有する。
接続部４１は、タービン部４２の図示しないタービンとコンプレッサ部４３の図示しないコンプレッサとを連結する図示しないシャフトを回転可能に収容している。シャフトは、排気通路３００を流れる排気によって回転するタービンの回転トルクをコンプレッサに伝える。コンプレッサは、シャフトによって伝えられる回転トルクによって回転し、吸気通路２００を流れる空気及び還流排気を加圧する。
流量制御弁４４は、排気通路３００を流れる流量を制御することによってタービンの回転数を制御する。

エンジン１０を介することなく吸気管２０のコンプレッサ部４３より大気側と排気管３０のタービン部４２より大気側との間を接続する低圧排気還流部５０は、低圧排気還流管５１、低圧還流排気クーラ５２、流量制御弁５３などを有する。
低圧排気還流管５１は、吸気通路２００と排気通路３００とを連通する低圧排気通路５１０を形成する。低圧還流排気クーラ５２は、低圧排気通路５１０を流れる比較的低圧の還流排気を冷却する。流量制御弁５３は、低圧排気通路５１０を流れる還流排気の流量を制御する。流量制御弁５３は、副燃料噴射制御部７０と電気的に接続している。流量制御弁５３は、副燃料噴射制御部７０に流量制御弁５３の開度に応じた信号を出力する。

エンジン１０を介することなく吸気管２０のコンプレッサ部４３よりエンジン１０側と排気管３０のタービン部４２よりエンジン１０側との間を接続する高圧排気還流部６０は、高圧排気還流管６１、高圧還流排気クーラ６２、流量制御弁６３などを有する。
高圧排気還流管６１は、吸気通路２００と排気通路３００とを連通する高圧排気通路６１０を形成する。高圧還流排気クーラ６２は、高圧排気通路６１０を流れる比較的高圧の還流排気を冷却する。流量制御弁６３は、高圧排気通路６１０を流れる還流排気の流量を制御する。流量制御弁６３は、副燃料噴射制御部７０と電気的に接続している。流量制御弁６３は、副燃料噴射制御部７０に流量制御弁６３の開度に応じた信号を出力する。

エンジン１０には、軽油を直接燃焼室１１、１２、１３、１４に噴射可能な「副燃料供給部」としての副燃料噴射弁１６、１７、１８、１９が設けられている。副燃料噴射弁１６、１７、１８、１９は、副燃料噴射制御部７０と電気的に接続している。

副燃料噴射制御部７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポートなどからなるマイクロコンピュータによって構成されている。
副燃料噴射制御部７０は、吸気通路２００を流れる空気の量を検出する空気量センサ７１、吸気ポート１１１、１２１、１３１、１４１を流れる空気と還流排気と水素との混合気の温度を検出する温度センサ７２、エンジン１０のクランク角を検出するクランク角センサ７３などと電気的に接続している。副燃料噴射制御部７０では、空気量センサ７１、温度センサ７２、クランク角センサ７３などが出力する信号に加え、図示しない上位の車両制御部が出力するエンジン１０への出力指令値に基づいて、副燃料噴射弁１６、１７、１８、１９が燃焼室１１、１２、１３、１４に噴射する副燃料の「供給条件」としての噴射条件を制御する。

次に、燃料として水素と軽油とを併用するエンジン１０の燃焼特性について説明する。
自己着火性が比較的低い水素を主燃料とするエンジンシステム５では、水素の燃焼における火炎の伝播が効率的に行われにくい。このため、水素のみを燃焼させる場合、失火するおそれがある。そこで、エンジンシステム５では、主燃料管１５を使って燃焼室１１、１２、１３、１４に水素を供給した後、副燃料噴射弁１６、１７、１８、１９を用いて自己着火性が比較的高い軽油を燃焼室１１、１２、１３、１４に噴射する。これにより、水素のみを燃焼させる場合に比べ燃焼しやすくなるが、燃焼室１１、１２、１３、１４の空気と還流排気と水素との混合気の状態などによって、軽油を供給しても燃焼しないおそれがある。

図２に、エンジン１０において軽油が燃焼したとき発生する熱量としての軽油の発熱量と、水素が燃焼したとき発生する熱量としての水素の発熱量及び軽油の発熱量の合計である合計発熱量との関係を表す特性図を示す。図２では、横軸は軽油の燃焼における発熱量Ｑｂｐを示し、縦軸は合計発熱量Ｑａｌｌを示す。
図２に示すように、軽油の発熱量Ｑｂｐを大きくしていくと、軽油の発熱量Ｑｂｐが「所定の発熱量」としての発熱量Ｑｂｐｍｉｎ以上になると合計発熱量Ｑａｌｌが急激に大きくなる。すなわち、軽油の発熱量Ｑｂｐが発熱量Ｑｂｐｍｉｎを下回ると、軽油が燃焼室１１、１２、１３、１４に供給されても水素はほとんど燃焼しない。このため、エンジン１０が出力を発生できないおそれがある。
そこで、一実施形態による副燃料噴射制御システム１では、図３に示すフローチャートに従って副燃料噴射制御処理を行う。

最初に、ステップ（以下、「Ｓ」とする）１０１において、エンジン１０の燃焼室１１、１２、１３、１４の酸素濃度及び温度を算出する。具体的には、副燃料噴射制御部７０は、燃焼室１１、１２、１３、１４に吸入される空気と還流排気と水素との混合気の酸素濃度、及び、燃焼室１１、１２、１３、１４に吸入される当該混合気の温度を算出する。
燃焼室１１、１２、１３、１４に吸入される空気と還流排気と水素との混合気のうち、空気の量は、空気量センサ７１によって検出されている。また、低圧還流排気の量は、流量制御弁５３の開度によって制御され、高圧還流排気の量は、流量制御弁６３の開度によって制御されている。低圧還流排気及び高圧還流排気は、エンジン１０における過去の燃焼によって排出された排気の一部であるため、当該排気に含まれる酸素濃度はエンジン１０の運転状態などによって推定することが可能である。そこで、副燃料噴射制御部７０は、流量制御弁５３が出力する流量制御弁５３の開度に基づく信号、流量制御弁６３が出力する流量制御弁６３の開度に基づく信号、空気量センサ７１が出力する信号に基づいて、燃焼室１１、１２、１３、１４の酸素濃度を算出する。
また、副燃料噴射制御部７０は、温度センサ７２が出力する信号に基づいて燃焼室１１、１２、１３、１４に吸入される空気と還流排気と水素との混合気の温度を算出する。

次に、Ｓ１０２において、副燃料噴射制御部７０が検出するエンジン１０の運転状態に基づいて軽油の噴射条件を決定する。副燃料噴射制御部７０は、エンジン１０の出力指令値とエンジン１０の回転数との関係から、軽油の噴射条件である「供給開始タイミング」としての噴射開始タイミングＴｓ、「全供給量」としての一回の燃焼サイクルにおける全噴射量Ｑｉｐ、及び、「供給回数」としての一回の燃焼サイクルにおける軽油の噴射回数Ｎｐを読み込み可能なマップを有している。副燃料噴射制御部７０では、上位の車両制御部が出力するエンジン１０の出力指令値、クランク角センサ７３が出力するエンジン１０のクランク角、及び、当該マップに基づいて、噴射開始タイミングＴｓ、全噴射量Ｑｉｐ、及び、噴射回数Ｎｐを決定する。

次に、Ｓ１０３において、軽油の着火遅れτｐ、及び、軽油の発熱量Ｑｂｐを算出する。
ここで、軽油の着火遅れτｐとは、軽油の噴射を開始する噴射開始タイミングから軽油が燃焼を開始する燃焼開始タイミングまでの時間差を指す。一実施形態による副燃料噴射制御システム１では、軽油の着火遅れτｐは、例えば、Ｓ１０１において算出した燃焼室１１、１２、１３、１４の酸素濃度、Ｓ１０１において算出した燃焼室１１、１２、１３、１４の温度、及び、軽油の全噴射量Ｑｉｐに基づいて、アレニウスの速度式を軽油燃焼用のエネルギモデルで積分した式を用いて算出される。

また、軽油の発熱量Ｑｂｐは、軽油の全噴射量Ｑｉｐと着火遅れτｐとの関係を表すマップに基づいて読み込まれる。図４に軽油の着火遅れτｐと軽油の発熱量Ｑｂｐとの関係を示す。図４では、横軸は軽油の着火遅れτｐを示し、縦軸は軽油の発熱量を示す。図４には、具体例として、比較的少ない全噴射量における着火遅れτｐと発熱量Ｑｂｐとの関係を破線Ｑｉｐ１で示し、比較的多い全噴射量における着火遅れτｐと発熱量Ｑｂｐとの関係を実線Ｑｉｐ２で示す。一般的に、全噴射量Ｑｉｐが多いと発熱量も大きくなるが、同じ全噴射量においても着火遅れが大きくなると発熱量は小さくなる。
副燃料噴射制御部７０は、図４に示すような軽油の全噴射量Ｑｉｐと着火遅れτｐとの関係を表すマップを有しており、Ｓ１０２において決定された全噴射量Ｑｉｐと先に算出された軽油の着火遅れτｐとから軽油の発熱量Ｑｂｐを読み込む。

次に、Ｓ１０４において、軽油の発熱量Ｑｂｐの大きさが所定の発熱量以上であるか否かを判定する。副燃料噴射制御部７０では、前述した図４に示すようなマップに基づいて軽油の発熱量Ｑｂｐの大きさが所定の発熱量以上であるか否かを判定する。
図４には、燃焼室１１、１２、１３、１４の空気と還流排気と水素との混合気が燃焼を持続可能な領域と失火する領域との境界を示す発熱量Ｑｂｐｍｉｎを示している。Ｓ１０３において読み込まれた発熱量Ｑｂｐが発熱量Ｑｂｐｍｉｎより小さい場合、燃焼室１１、１２、１３、１４の当該混合気は失火する。Ｓ１０４において、発熱量Ｑｂｐは発熱量Ｑｂｐｍｉｎ以上であると副燃料噴射制御部７０が判定すると、Ｓ１０６に進む。発熱量Ｑｂｐは発熱量Ｑｂｐｍｉｎより小さいと副燃料噴射制御部７０が判定すると、Ｓ１０５に進む。

Ｓ１０５において、軽油の全噴射量Ｑｉｐを増やす。これにより、図４に示すように、全噴射量を、例えば、破線Ｑｉｐ１に示す全噴射量から実線Ｑｉｐ２に示す全噴射量に増やすと同じ着火遅れτｐ０における発熱量が大きくなり、発熱量Ｑｂｐが発熱量Ｑｂｐｍｉｎより大きくなる。これにより、Ｓ１０５において、同じ着火遅れτｐにおいても空気と還流排気と水素との混合気の失火を回避する。

次に、Ｓ１０６において、噴射一回当たりの噴射量を算出する。
Ｓ１０１において決定された一回の燃焼サイクルにおける軽油の全噴射量またはＳ１０５において増加された一回の燃焼サイクルにおける軽油の全噴射量をＳ１０１において決定された一回の燃焼サイクルにおける軽油の噴射回数Ｎｐによって除し、「供給一回当たりの供給量」としての噴射一回当たりの噴射量（Ｑｉｐ／Ｎｐ）を算出する。

次に、Ｓ１０７において、噴射一回当たりの噴射量が所定の噴射量より小さいか否か判定する。Ｓ１０７では、Ｓ１０６において算出された噴射一回当たりの噴射量（Ｑｉｐ／Ｎｐ）がエンジン１０の燃焼における冷却損失が大きくなる閾値としての所定の噴射量と比較する。

図５に噴射一回当たりの噴射量とエンジンの燃焼における冷却損失との関係を表す特性図を示す。図５では、横軸は噴射一回当たりの噴射量（Ｑｉ／Ｎ）を示し、縦軸にはエンジンの燃焼における冷却損失ＣＬ０を示す。
燃焼室に直接燃料が噴射される場合、噴射量が多いと噴射された燃料が燃焼室を形成するシリンダの内壁に衝突しやすくなる。シリンダの内壁は、比較的低温に保たれているため、衝突した燃料は冷却され、冷却損失ＣＬ０が大きくなる。図５に示すように、噴射一回当たりの噴射量（Ｑｉ／Ｎ）が「所定の供給一回当たりの供給量」としての噴射量（Ｑｉ０／Ｎ）より多くなると、冷却損失ＣＬ０が大きくなり、エンジンの燃焼効率が低下する。

そこで、一実施形態による副燃料噴射制御システム１では、Ｓ１０６において算出された噴射一回当たりの噴射量（Ｑｉｐ／Ｎｐ）が噴射量（Ｑｉ０／Ｎ）より小さいか否かを判定する。Ｓ１０７において、噴射一回当たりの噴射量（Ｑｉｐ／Ｎｐ）が噴射量（Ｑｉ０／Ｎ）より小さいと副燃料噴射制御部７０が判定すると、Ｓ１０９に進む。噴射一回当たりの噴射量（Ｑｉｐ／Ｎｐ）が噴射量（Ｑｉ０／Ｎ）以上であると副燃料噴射制御部７０が判定すると、Ｓ１０８に進む。

Ｓ１０８において、副燃料噴射制御部７０は、一回の燃焼サイクルにおける噴射回数をＳ１０２において決定された噴射回数を一回増やす。Ｓ１０８において、噴射回数を一回増やした後、Ｓ１０６に戻り、一回の燃焼サイクルにおける噴射一回当たりの噴射量（Ｑｉｐ／Ｎｐ）を算出する。次に、Ｓ１０７において、噴射一回当たりの噴射量が噴射量（Ｑｉ０／Ｎ）より小さいか否かを再び判定する。このとき、噴射一回当たりの噴射量（Ｑｉｐ／Ｎｐ）が噴射量（Ｑｉ０／Ｎ）より小さいと判定すると、Ｓ１０９に進む。また、噴射一回当たりの噴射量が噴射量（Ｑｉ０／Ｎ）以上であると判定すると、再びＳ１０８に進む。すなわち、Ｓ１０６からＳ１０８において、噴射一回当たりの噴射量（Ｑｉｐ／Ｎｐ）が噴射量（Ｑｉ０／Ｎ）より小さくなるまで噴射回数を増やし、冷却損失を低減する。

次に、Ｓ１０９において、Ｓ１０２またはＳ１０５で決定された軽油の噴射量及びＳ１０２またはＳ１０８で決定された軽油の噴射回数における噴射パターンを設定する。

次に、Ｓ１１０において、軽油の燃焼開始タイミングθ１０を算出する。具体的には、副燃料噴射制御部７０は、Ｓ１０１において算出された燃焼室１１、１２、１３、１４の酸素濃度、Ｓ１０１において算出された燃焼室１１、１２、１３、１４の温度、及び、Ｓ１０２またはＳ１０５において決定された軽油の全噴射量Ｑｉｐに基づいて、着火遅れτｐを新たに算出する。副燃料噴射制御部７０は、Ｓ１０９において設定された軽油の噴射開始タイミングＴｓと新たに算出された着火遅れτｐに基づいて、軽油の燃焼開始タイミングθ１０を算出する。

次に、Ｓ１１１において、軽油の燃焼開始タイミングが所定のクランク角より遅角側であるか否かを判定する。
図６に軽油の燃焼開始タイミングと燃焼室の圧力の最大値との関係を示す。図６では、横軸に軽油の燃焼開始タイミングθ１０をクランク角によって示し、縦軸に燃焼室の圧力の最大値Ｐｍａｘを示す。一般に、燃焼開始タイミングθ１０が進角側、特に、圧縮行程から膨張行程に移行するときの上死点に近くなると、最大値Ｐｍａｘは大きくなる。しかしながら、「所定のクランク角」であるクランク角θＬより燃焼開始タイミングθ１０が進角側にあると、最大値Ｐｍａｘが閾値圧力Ｐ０より大きくなり、シリンダが破損するおそれがある。

そこで、一実施形態による副燃料噴射制御システム１では、副燃料噴射制御部７０が有する軽油の燃焼開始タイミングθ１０と燃焼室の圧力の最大値Ｐｍａｘとの関係を表すマップ、及び、クランク角センサ７３が検出するエンジン１０のクランク角に基づいて、軽油の燃焼開始タイミングθ１０がクランク角θＬより遅角側であるか否かを判定する。Ｓ１１１において、軽油の燃焼開始タイミングが所定のクランク角θＬより遅角側であると判定すると、副燃料噴射制御処理を終了する。Ｓ１１１において、軽油の燃焼開始タイミングが所定のクランク角θＬより進角側であると判定すると、Ｓ１１２に進む。

Ｓ１１２において、副燃料噴射制御部７０は、軽油の噴射開始タイミングＴｓを遅角側に移行する。Ｓ１１０において算出したように、軽油の燃焼開始タイミングθ１０は、軽油の噴射開始タイミングＴｓと着火遅れτｐとに基づいて算出されている。そこで、Ｓ１１２では、軽油の噴射開始タイミングＴｓを遅角側に変更することによって軽油の燃焼開始タイミングθ１０を遅角側に変更する。
図６の横軸に燃焼開始タイミングθ１０と合わせて噴射開始タイミングＴｓを示す。Ｓ１１２において、図６に示すように、燃焼室の圧力の最大値が閾値圧力Ｐ０より小さくなるよう軽油の噴射開始タイミングＴｓ１を遅角側の噴射開始タイミングＴｓ２とする。その後、副燃料噴射制御処理を終了する。

一実施形態による副燃料噴射制御システム１では、副燃料噴射制御部７０によって軽油の着火遅れτｐ及び軽油の発熱量Ｑｂｐを算出する。副燃料噴射制御部７０は、エンジン１０の運転状態を示すこの二つの値に基づいて、軽油の噴射条件である噴射開始タイミングＴｓ、一回の燃焼サイクルにおける全噴射量Ｑｉｐ、及び、一回の燃焼サイクルにおける軽油の噴射回数Ｎｐを決定する。このとき、副燃料噴射制御部７０は、図３に示すＳ１０３からＳ１１２のフローに従って燃焼室１１、１２、１３、１４の空気と還流排気と水素との混合気が失火することなく、かつ、冷却損失を低減するよう噴射条件を補正する。これにより、水素と軽油とを燃料として併用するエンジン１０において、軽油の噴射条件を最適化し、燃焼室１１、１２、１３、１４における水素の燃焼状態を最適化することができる。したがって、一実施形態による副燃料噴射制御システム１は、エンジン１０の燃焼効率を向上することができる。

一実施形態による副燃料噴射制御システム１では、空気量センサ７１が検出する燃焼室１１、１２、１３、１４に吸入される空気の量、温度センサ７２が検出する燃焼室１１、１２、１３、１４に吸入される直前の空気と還流排気と水素との混合気の温度に基づいて軽油の着火遅れτｐ及び軽油の発熱量Ｑｂｐを算出する。これにより、燃焼室の圧力変化に基づいて燃焼室における副燃料の燃焼状態を把握する場合に比べ、正確に燃焼室における副燃料の燃焼状態を把握することができる。したがって、エンジン１０の燃焼効率をさらに向上することができる。

（その他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、空気量センサが検出する空気の量、温度センサが検出する燃焼室に吸入される空気と還流排気と水素との混合気の温度に基づいて軽油の着火遅れ及び軽油の発熱量を算出するとした。しかしながら、着火遅れ及び発熱量の算出方法はこれに限定されない。

（イ）上述の実施形態では、軽油の着火遅れ及び軽油の全噴射量に基づいてマップから軽油の発熱量を読み込むとした。しかしながら、発熱量の算出方法はこれに限定されない。軽油の着火遅れ及び軽油の全噴射量に基づいて軽油の発熱量を算出可能な式から軽油の発熱量を算出してもよい。

（ウ）上述の実施形態では、エンジンシステムは、水素と軽油とを燃料として併用するとした。しかしながら、副燃料噴射制御システムが適用されるエンジンシステムはこれに限定されない。主燃料と主燃料の燃焼を補助する副燃料とが供給されるエンジンシステムであればよい。

（エ）上述の実施形態では、主燃料として自己着火性が比較的低い水素を用い、副燃料として自己着火性が比較的高い軽油を用いるとした。しかしながら、燃料の種類はこれに限定されない。

（オ）上述の実施形態では、軽油は燃焼室直接燃料を噴射する副燃料噴射弁によって燃焼室に供給されるとした。しかしながら、軽油の供給方法はこれに限定されない。

（カ）上述の実施形態では、副燃料噴射制御部は、「制御部」、「燃焼開始タイミング算出手段」、「発熱量算出手段」、「遅れ算出手段」、「発熱量判定手段」、「供給量判定手段」、及び、「燃焼開始タイミング判定手段」として備えられるとした。しかしながら、これらの構成要素は、別々に設けられてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・副燃料噴射制御システム（内燃機関の燃料供給制御システム）、
１０ ・・・エンジン（内燃機関）、
１６、１７、１８、１９・・・副燃料噴射弁（副燃料供給部）、
７０ ・・・副燃料噴射制御部７０（制御部、燃焼開始タイミング算出手段、発熱量算出手段、遅れ算出手段、発熱量判定手段、供給量判定手段、燃焼開始タイミング判定手段）
７１ ・・・酸素濃度センサ（酸素濃度検出手段）、
７２ ・・・温度センサ（燃焼室温度検出手段）、
７３ ・・・クランク角センサ（クランク角検出手段）。

Claims (5)

1. 主燃料及び主燃料の燃焼を補助する副燃料が供給される内燃機関（１０）への副燃料の供給を制御する内燃機関の燃料供給制御システム（１）であって、
   前記内燃機関のクランクシャフトのクランク角を検出し、検出したクランク角に応じた信号を出力するクランク角検出手段（７３）と、
   前記内燃機関に副燃料を供給する副燃料供給部（１６、１７、１８、１９）の作動を制御する制御部（７０）と、
   副燃料の燃焼における発熱量（Ｑｂｐ）を算出する発熱量算出手段（７０）と、
   副燃料の燃焼開始タイミングを算出する燃焼開始タイミング算出手段（７０）と、
   前記発熱量算出手段が算出する発熱量が所定の発熱量（Ｑｂｐｍｉｎ）以上であるか否かを判定する発熱量判定手段（７０）と、
   前記内燃機関の一回の燃焼サイクルにおける副燃料の全供給量（Ｑｉｐ）を当該一回の燃焼サイクルにおける副燃料の供給回数で除した供給一回当たりの供給量（Ｑｉｐ／Ｎｐ）が所定の供給一回当たりの供給量（Ｑｉ０／Ｎ）より小さいか否かを判定する供給量判定手段（７０）と、
   前記燃焼開始タイミング算出手段が算出する副燃料の燃焼開始タイミング（θ１０）が所定のクランク角（θＬ）より遅角側であるか否かを判定する燃焼開始タイミング判定手段（７０）と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記内燃機関の一回の燃焼サイクルにおける副燃料の発熱量が前記所定の発熱量より少ないと前記発熱量判定手段が判定すると、前記内燃機関の一回の燃焼サイクルにおける副燃料の発熱量が前記所定の発熱量以上となるよう副燃料の全供給量を増やし、
   供給一回当たりの供給量が前記所定の供給一回当たりの供給量以上であると前記供給量判定手段が判定すると、供給一回当たりの供給量が前記所定の供給一回当たりの供給量より小さくなるよう前記内燃機関の一回の燃焼サイクルにおける副燃料の供給回数を増やし、
   副燃料の燃焼開始タイミングが前記所定のクランク角より進角側であると前記燃焼開始タイミング判定手段が判定すると、副燃料の燃焼開始タイミングが前記所定のクランク角より遅角側となるよう副燃料の供給開始タイミング（Ｔｓ）を遅角側に変更することを特徴とする内燃機関の燃料供給制御システム。
2. 前記内燃機関が有する燃焼室（１１、１２、１３、１４）の酸素濃度を検出し、検出した酸素濃度に応じた信号を出力する酸素濃度検出手段（７１）と、
   前記燃焼室の温度を検出し、検出した温度に応じた信号を出力する燃焼室温度検出手段（７２）と、
   を備え、
   前記燃焼開始タイミング算出手段は、前記燃焼室の酸素濃度、前記燃焼室の温度、及び、副燃料の全供給量に基づいて副燃料の燃焼開始タイミングを算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御システム。
3. 副燃料の供給開始タイミングと副燃料の燃焼開始タイミングとの時間差である着火遅れを算出する遅れ算出手段（７０）を備え、
   前記発熱量算出手段は、前記遅れ算出手段が算出する着火遅れに基づいて副燃料の発熱量を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料供給制御システム。
4. 主燃料は、副燃料に比べ自己着火性が低い燃料であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給制御システム。
5. 主燃料は水素であって、副燃料は軽油であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給制御システム。

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