JP2016008593A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メタノールが含まれる燃料を使用する場合に筒内インジェクタの耐久性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】メタノールを含む燃料を使用可能な内燃機関の制御装置であって、燃料のメタノール濃度を検出するアルコール濃度センサと、筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタと、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射インジェクタと、を備え、内燃機関の始動後、自立運転中における燃料のメタノール濃度がしきい値以上である場合には、メタノール濃度がしきい値未満の場合よりも筒内インジェクタの燃圧を低減しポート噴射インジェクタにより噴射する燃料の比率を増大させることを特徴とする。【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、ガソリンとアルコールとが混合された燃料（以下、混合燃料という。）を使用することができる内燃機関が知られている。例えば、特許文献１には、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射インジェクタと筒内に燃料を噴射する筒内インジェクタとを備えた混合燃料が使用可能な内燃機関が開示されている。この内燃機関では、混合燃料のアルコール濃度に応じて、ポート噴射インジェクタ及び筒内インジェクタそれぞれの噴射割合が設定される。

特開２００８−２９８０４６号公報 特開２０１０−１１６８０５号公報

ところで、混合燃料として、メタノールが含まれる燃料がある。メタノールが含まれる燃料は、一般的に用いられるエタノールが含まれる燃料に比して、材料攻撃性が高い。これは、メタノールが含まれる燃料はエタノールが含まれる燃料に比べて粘度が低く、衝突時の緩和性もガソリン比で小さいためである。このため、メタノールが含まれる燃料を使用すると、衝撃力の寄与が多い部品、例えばインジェクタの弁部での凝着摩耗が発生する。これは、インジェクタの弁部が閉まる際にメタノールが含まれる燃料が弁部に強く接触するためである。特に、燃料を微粒化させるためにポート噴射インジェクタより燃圧が高く設定されている筒内インジェクタが摩耗や腐食を引き起こしやすい。

このため、例えば特許文献１に開示されている内燃機関においてメタノールが含まれる燃料を使用すると、筒内インジェクタの性能低下を招くおそれがある。この結果、エンジン運転の信頼性と制御性を損なうおそれがある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、メタノールが含まれる燃料を使用する場合に筒内インジェクタの耐久性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、
メタノールを含む燃料を使用可能な内燃機関の制御装置であって、
前記燃料のメタノール濃度を検出するアルコール濃度センサと、
筒内に前記燃料を噴射する筒内インジェクタと、
吸気ポートに前記燃料を噴射するポート噴射インジェクタと、を備え、
内燃機関の始動後、自立運転中における前記燃料のメタノール濃度がしきい値以上である場合には、メタノール濃度がしきい値未満の場合よりも前記筒内インジェクタの燃圧を低減し前記ポート噴射インジェクタにより噴射する前記燃料の比率を増大させることを特徴とする。

第１の発明によれば、メタノールが含まれる燃料を使用した場合であっても、筒内インジェクタの劣化及び摩耗を防止することができる。この結果、筒内インジェクタの耐久信頼性を向上させることができる。これにより、内燃機関の運転性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。 実施の形態１において、ＥＣＵで実行される燃料噴射切り替えルーチンのフローチャートである。 筒内インジェクタの噴射量がゼロでは運転ができない領域か否かの判定について説明するための図である。 筒内噴射を停止してポート噴射を増やす切り替え制御について表した図である。 筒内インジェクタの燃圧を落としポート噴射時間を増加させる切り替え制御について表した図である。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図５を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、２つのインジェクタが搭載されたデュアル噴射型の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、アルコールと炭化水素系燃料とが混合した燃料を使用可能なＦＦＶ用エンジンであり、火花点火式の４サイクルレシプロエンジンである。

内燃機関１０のシリンダ１２には、ピストン１８の往復動作により拡大、縮小する燃焼室１６が設けられている。ピストン１８は、内燃機関１０の出力軸であるクランク軸２０に連結されている。

また、内燃機関１０は、シリンダ１２に吸入空気を吸込む吸気通路２４と、シリンダ１２から排気を排出する排気通路３２を備えている。吸気通路２４には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２６と、電子制御式のスロットルバルブ２８とが設けられている。

また、内燃機関のシリンダ１２には、吸気通路２４（吸気ポート）に燃料を噴射するポート噴射インジェクタ３４と、燃焼室１６内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタ４２とが設けられている。さらに、シリンダ１２は、燃焼室１６内の混合気に点火する点火プラグ３６と、吸気通路２４を燃焼室１６に対して開閉する吸気バルブ３８と、排気通路３２を燃焼室１６に対して開閉する排気バルブ４０とを備えている。

一方、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ５０、水温センサ５２、アルコール濃度センサ５４等を含むセンサ系統と、内燃機関１０の運転状態を制御するためのＥＣＵ(Electronic Control Unit)５１とを備えている。クランク角センサ５０は、クランク軸２０の回転に同期した信号を出力するもので、ＥＣＵ５１は、この出力に基づいて機関回転速度を検出する。センサ系統には、前述したエアフローメータ２６とクランク角センサ５０、水温センサ５２、アルコール濃度センサ５４の他に、車両や内燃機関の制御に必要な各種のセンサ（排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ等）が含まれている。これらのセンサは、ＥＣＵ５１の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ５１の出力側には、ポート噴射インジェクタ３４、筒内インジェクタ４２、点火プラグ３６等を含む各種のアクチュエータが接続されている。

ＥＣＵ５１は、内燃機関の運転状態をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動する。具体的には、センサ系統の出力に基づいて、燃料の噴射量及び噴射時間、点火時期等が設定され、これらの設定内容に応じてアクチュエータが駆動される。また、ＥＣＵ５１は、燃料噴射制御を行うときに、内燃機関の運転状態に応じて２つのインジェクタ３４、４２による燃料噴射量の比率を変化させる。さらに、ＥＣＵ５１は、燃圧可変機構４８を駆動することで、インジェクタ３４、４２の燃料噴射圧力（以下、燃圧という。）を調節する。

ところで、実施の形態１の内燃機関１０では、混合燃料としてメタノールが含まれる燃料が使用されることがある。実施の形態１では、混合燃料中のメタノール濃度が高い場合、ポート噴射インジェクタ３４を優先的に使用する燃料噴射切り替え制御を行う。これにより、メタノールの影響による筒内インジェクタ４２の性能低下を防止することができる。以下、実施の形態１で行われる燃料噴射切り替えルーチンについて説明する。

［燃料噴射切り替えルーチン］
図２は、実施の形態１において、ＥＣＵ５１で実行される燃料噴射切り替えルーチンのフローチャートである。ＥＣＵ５１は、本ルーチンを記憶するためのメモリーを有している。ＥＣＵ５１は、記憶した本ルーチンを実行するためのプロセッサを有している。なお、燃料噴射切り替えルーチンは、自立運転中、つまりエンジン始動後において実行される。

まず、ＥＣＵ５１は、メタノール濃度がしきい値以上か否かを判定する（Ｓ１００）。ＥＣＵ５１は、アルコール濃度センサ５４の出力に基づいてメタノール濃度を算出する。ＥＣＵ５１は、メタノール濃度がしきい値より低いと判定した場合、本ルーチンは終了する。

一方、ＥＣＵ５１は、Ｓ１００において、メタノール濃度がしきい値以上と判定した場合、筒内インジェクタ４２の噴射量がゼロでは運転ができない領域か否かを判定する（Ｓ１０２）。Ｓ１０２は、筒内インジェクタ４２の使用を停止することができるか否かを判定するために実行される。以下、Ｓ１０２における筒内インジェクタ４２の噴射量がゼロでは運転ができない領域か否かの判定について、図３を参照して説明する。

図３は、筒内インジェクタ４２の噴射量がゼロでは運転ができない領域か否かの判定について説明するための図である。図３（ａ）は、判定の指標として水温を用いることを表した図である。図３（ａ）に示す破線は水温の所定値を示している。水温がこの所定値より低い場合には、筒内インジェクタ４２の噴射量がゼロでは運転ができない領域であると判定される。これは、水温が所定値より低い場合、ポート噴射インジェクタ３４から噴射された燃料が気化しにくい状態であり、筒内インジェクタ４２の噴射量をゼロに切り替える制御が不安定になるためである。

図３（ｂ）は、判定の指標として筒内インジェクタ４２の燃圧を用いることを表した図である。図３（ｂ）に示す破線は筒内インジェクタ４２の燃圧の所定値を示している。筒内インジェクタ４２の燃圧がこの所定値より低い場合には、筒内インジェクタ４２の噴射量がゼロでは運転ができない領域であると判定される。これは、筒内インジェクタ４２の燃圧が所定値より低い場合にはメタノールによる筒内インジェクタ４２への影響が少なく、筒内インジェクタ４２の噴射量をゼロにする必要がないためである。

図３（ｃ）は、判定の指標として筒内インジェクタ４２の温度を用いることを表した図である。図３（ｃ）に示す破線は筒内インジェクタ４２の温度の所定値を示している。筒内インジェクタ４２の温度がこの所定値より高い場合には、筒内インジェクタ４２の噴射量がゼロでは運転ができない領域であると判定される。これは、筒内インジェクタ４２の温度が所定値より高い場合、デポジットの発生が懸念されるためである。

上記の３つの指標に基づいて筒内インジェクタ４２の噴射量がゼロでは運転ができない領域か否かの判定が行われる。例えば、上記３つの指標のうち少なくとも１つの指標を満たさない場合に、筒内インジェクタ４２の噴射量がゼロでは運転ができない領域であると判定される。以下、図２の燃料噴射切り替えルーチンの説明に戻る。

ＥＣＵ５１は、Ｓ１０２において、筒内インジェクタ４２の噴射量がゼロでは運転ができない領域ではないと判定した場合、筒内インジェクタ４２の使用を停止し、ポート噴射インジェクタ３４を使用する（Ｓ１０８）。その後、本ルーチンは終了する。

一方、ＥＣＵ５１は、Ｓ１０２において、筒内インジェクタ４２の噴射量がゼロでは運転ができない領域であると判定した場合、筒内インジェクタ４２の噴射時間は変えないで燃圧を低減する（Ｓ１０４）。次に、ＥＣＵ５１は、ポート噴射で筒内インジェクタ４２の燃料流量低下分を補正する（Ｓ１０６）。その後、本ルーチンは終了する。

［燃料噴射切り替え制御の具体例］
前述した燃料噴射切り替え制御の具体例を図４及び図５を参照して説明する。

図４は、筒内噴射を停止してポート噴射を増やす切り替え制御について表した図である。図４には、メタノール濃度がしきい値以上になった場合に、筒内インジェクタ４２の使用を停止し、代わりにポート噴射インジェクタ３４を使用する制御が示されている。図４における制御は、図２のＳ１０８の制御に相当する。

図５は、筒内インジェクタ４２の燃圧を落としポート噴射時間を増加させる切り替え制御について表した図である。図５には、メタノール濃度がしきい値以上の場合に、筒内インジェクタ４２の燃圧を落とし流量を低下させ、同時に筒内インジェクタ４２の流量低下分をポート噴射インジェクタ３４の噴射時間を増加させることで補償する制御が示されている。図５における制御は、図２のＳ１０４及びＳ１０６の制御に相当する。

実施の形態１による燃料噴射切り替え制御を行うことで、メタノールが含まれる燃料を使用した場合であっても、筒内インジェクタ４２の劣化及び摩耗を防止することができる。この結果、筒内インジェクタ４２の耐久信頼性を向上させることができる。これにより、内燃機関１０の運転性を向上させることができる。

１０ 内燃機関
１６ 燃焼室
３４ ポート噴射インジェクタ
４２ 筒内インジェクタ
４８ 燃圧可変機構
５１ ＥＣＵ
５４ アルコール濃度センサ

Claims (1)

1. メタノールを含む燃料を使用可能な内燃機関の制御装置であって、
   前記燃料のメタノール濃度を検出するアルコール濃度センサと、
   筒内に前記燃料を噴射する筒内インジェクタと、
   吸気ポートに前記燃料を噴射するポート噴射インジェクタと、を備え、
   内燃機関の始動後、自立運転中における前記燃料のメタノール濃度がしきい値以上である場合には、メタノール濃度がしきい値未満の場合よりも前記筒内インジェクタの燃圧を低減し前記ポート噴射インジェクタにより噴射する前記燃料の比率を増大させることを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images