JP2017150458A

JP2017150458A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2017150458A
Application number: JP2016036268A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　直樹; Naoki Suzuki; 直樹鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-08-31

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関において燃焼に供される前の燃料を加熱するヒータを備えた内燃機関の制御装置において、ヒータの作動に起因する燃料消費率の悪化を少なく抑えつつ、内燃機関から排出されるＰＭの量を少なく抑えることを課題とする。【解決手段】本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関において燃焼に供される燃料の重質度合及び芳香族の含有割合を検出する燃料性状センサを備え、燃料の重質度合が第１所定値より大きく、且つ燃料の芳香族含有割合が第２所定値より大きい場合は、ヒータを作動させる。また、本発明の内燃機関の制御装置は、燃料の重質度合が前記第１所定値以下であり、およびまたは前記燃料性状検出手段により検出される燃料の芳香族含有割合が第２所定値以下である場合は、前記ヒータを作動させない。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関において燃焼に供される前の燃料を加熱するためのヒータを備えた内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の気筒内へ燃料を供給するための燃料噴射弁と、燃料タンクから燃料噴射弁へ至る燃料通路に配置される熱交換器と、燃料タンクから燃料噴射弁へ至る燃料経路に配置される燃料性状検出センサと、を備えた内燃機関において、燃料性状検出センサの検出値に基づいて燃料性状が重質であると判定された場合に、前記熱交換器により燃料を加熱することで、燃料噴射弁から噴射される燃料の霧化及び気化を促進させる技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開平０６−３３０７８３号公報特開２００２−２４２７８９号公報特開平０５−０７９４１２号公報特開平０５−０７９４１３号公報

ところで、従来では、燃料性状が重質である場合は燃料性状が軽質である場合に比べ、燃料噴射弁から噴射された燃料が霧化及び気化し難いため、内燃機関から排出されるＰＭ（Particulate Matter）の量が多くなり易いと考えられていた。これに対し、本願発明者は、たとえ燃料性状が重質であっても、その燃料に含有される芳香族の質量割合が低ければ、内燃機関から排出されるＰＭの量が多くなり難いという新たな知見を得た。

本発明は、上記した新たな知見に基づいてなされたものであり、その目的は、内燃機関において燃焼に供される前の燃料を加熱するヒータを備えた内燃機関の制御装置において、ヒータの作動に起因する燃料消費率の悪化を少なく抑えつつ、内燃機関から排出されるＰＭの量を少なく抑えることにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、内燃機関において燃焼に供される前の燃料を加熱するヒータと、前記内燃機関において燃焼に供される燃料の性状を検出するものであって、燃料の重質度合及び燃料に含有される芳香族の質量割合を検出する燃料性状検出手段と、前記燃料性状検出手段により検出される燃料の重質度合及び芳香族質量割合に基づいて、前記ヒータの作動と非作動とを制御する制御手段と、を備える内燃機関の制御装置である。そして、前記制御手段は、前記燃料性状検出手段により検出される燃料の重質度合が第１所定値より大きく、且つ前記燃料性状検出手段により検出される燃料の芳香族質量割合が第２所定値より大きい場合は、前記ヒータを作動させる。また、前記制御手段は、前記燃料性状検出手段により検出される燃料の重質度合が前記第１所定値以下であり、およびまたは前記燃料性状検出手段により検出される燃料の芳香族質量割合が前記第２所定値以下である場合は、前記ヒータを作動させない。

本発明によれば、ヒータの作動に起因する燃料消費率の悪化を少なく抑えつつ、内燃機関から排出されるＰＭの量を少なく抑えることができる。

本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。本実施形態において燃料加熱制御が実行される際にＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。燃料の芳香族質量割合とヒータ通電量との関係を示す図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ガソリンを燃料として運転される４ストローク・サイクルの火花点火式の内燃機関である。なお、図１に示す例では、内燃機関１は、４つの気筒２を有しているが、これに限定されるものではない。例えば、内燃機関１の気筒数は、３つ以下であってもよく、又は５つ以上であってもよい。内燃機関１の各気筒２には、点火プラグ２０が取り付けられている。

内燃機関１には、大気中から取り込まれた新気（空気）を各気筒２へ導くための吸気通路３と、内燃機関１の各気筒２から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための排気通路４とが接続されている。吸気通路３は、その途中で４つの枝管に分岐され、各枝管が各気筒２に接続されている。吸気通路３の各枝管には、該枝管内又は図示しない吸気ポート内へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁６が取り付けられている。燃料噴射弁６には、通電により発熱して燃料を加熱するためのヒータ６ａが取り付けられている。

ここで、上記した４つの燃料噴射弁６は、デリバリパイプ６０と連通している。デリバリパイプ６０は、燃料通路６１を介して、燃料タンク６３と接続されている。燃料通路６１の途中には、燃料タンク６３に貯留されている燃料を汲み上げるための燃料ポンプ６２と、燃料の性状を検出するための燃料性状センサ６４とが設けられている。ここで、燃料性状センサ６４は、例えば、赤外線吸収スペクトルを利用して、燃料の重質度合と燃料に含有される芳香族の質量割合とを検出するセンサであり、本発明に係わる「燃料性状検出手段」に相当する。なお、ここでいう重質度合とは、９０％留出温度の高さに相当する。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ５が搭載されている。ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどから構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ５には、上記した燃料性状センサ６４に加え、アクセルポジションセンサ７、クランクポジションセンサ８、エアフローメータ９等の各種センサが電気的に接続されている。なお、アクセルポジションセンサ７は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するためのセンサである。クランクポジションセンサ８は、内燃機関１のクランクシャフトの回転位置を検出するためのセンサである。エアフローメータ９は、内燃機関１に吸入される空気の質量（吸入空気量）を検出するためのセンサである。

ＥＣＵ５は、上記した各種センサの検出値に基づいて、燃料噴射弁６、ヒータ６ａ、点火プラグ２０、燃料ポンプ６２等の各種機器を制御する。例えば、ＥＣＵ５は、アクセルポジションセンサ７の検出値から演算される機関負荷、クランクポジションセンサ８の検出値から演算される機関回転速度、又はエアフローメータ９の検出値（吸入空気量）等をパラメータとして、内燃機関１の出力を発生させるために必要な燃料量である目標燃料噴
射量を演算し、その目標燃料噴射量に従って燃料噴射弁６を制御する。また、本実施形態においては、ＥＣＵ５は、上記したような既知の制御に加え、燃料性状に応じて、ヒータ６ａによる燃料の加熱量を調整するための燃料加熱制御を実行する。以下では、本実施形態における燃料加熱制御の実行方法について述べる。

ここで、本願発明者は、燃料の重質度合が大きい場合に、燃料の芳香族質量割合が大きければ、その燃料が燃焼された際に発生するＰＭの量が多くなり易いが、燃料の芳香族質量割合が小さければ、その燃料が燃焼された際に発生するＰＭの量が多くなり難いという知見を得た。そこで、本実施形態の燃料加熱制御は、上記の知見に基づいて実行されるものとする。

図２は、本実施形態において燃料加熱制御が実行される際に、ＥＣＵ５によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ５のＲＯＭ等に記憶されており、内燃機関１の運転期間中に所定の周期で繰り返し実行される。

図２の処理ルーチンでは、ＥＣＵ５は、先ずＳ１０１の処理において、給油フラグがオンであるか否かを判別する。ここでいう給油フラグは、燃料の給油が行われたと判定されたときにオンにされ、且つ後述するＳ１０２の処理における燃料性状の検出処理が終了したときにオフにされるフラグである。なお、燃料の給油が行われたか否かを判定する方法としては、給油口の開閉を検出するセンサによって給油口の開口が検出されたことを条件として、燃料の給油が行われたと判定する方法を用いることができる。また、別法として、燃料タンク６３に貯留されている燃料量を検出するセンサにより、燃料量の増加が検出されたことを条件として、燃料の給油が行われたと判定する方法を用いることもできる。

前記Ｓ１０１の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ５は、Ｓ１０２の処理へ進み、燃料性状センサ６４により燃料の重質度合及び芳香族質量割合を検出する。Ｓ１０２の処理において検出された重質度合及び芳香族質量割合は、バックアップＲＡＭ等に予め設定されている領域に記憶されるものとする。そして、前記記憶領域に記憶される重質度合及び芳香族質量割合は、Ｓ１０２の処理が実行される度（言い換えれば、燃料の給油が行われる度）に更新されるものとする。このようにしてＳ１０２の処理が実行された後に、ＥＣＵ５は、Ｓ１０３の処理へ進み、前述した給油フラグをオンからオフに切り替える。

一方、前記Ｓ１０１の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ５は、Ｓ１０４の処理へ進む。Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ５は、前記した記憶領域に記憶されている重質度合及び芳香族質量割合（前回の給油が行われた際に検出された重質度合及び芳香族質量割合）を読み込むものとする。

ＥＣＵ５は、前記Ｓ１０３の処理、又は前記Ｓ１０４の処理を実行した後に、Ｓ１０５の処理へ進む。Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ５は、前記Ｓ１０２の処理で検出され、又は前記Ｓ１０４の処理で読み込まれた重質度合が第１所定値以下であるか否かを判別する。ここでいう第１所定値は、燃料の重質度合が該第１所定値を超えると、その燃料が重質燃料であると判定することができる閾値である。

前記Ｓ１０５の処理において肯定判定された場合は、燃料が気化し易い軽質燃料であるため、そのような軽質燃料をヒータ６ａによって加熱しなくとも、単位量あたりの燃料が燃焼した際に発生するＰＭの量が予め設定された上限量以下になるとみなすことができる。そこで、前記Ｓ１０５の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ５は、Ｓ１０６の処理においてヒータ６ａを非通電状態（非作動状態）にして、本処理ルーチンの実行を終了する。

前記Ｓ１０５の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ５は、Ｓ１０７の処理へ進む。Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ５は、前記Ｓ１０２の処理で検出され、又は前記Ｓ１０４の処理で読み込まれた芳香族質量割合が第２所定値以下であるか否かを判別する。ここでいう第２所定値は、燃料の芳香族質量割合が該第２所定値以下であれば、その燃料が重質燃料であっても、単位量あたりの燃料が燃焼した際に発生するＰＭの量が前記上限量以下になると判定することができる閾値である。そのため、前記Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合は、ＥＣＵ５は、前記Ｓ１０５の処理で肯定判定された場合と同様に、Ｓ１０６の処理へ進む。その場合、燃料噴射弁６から噴射される燃料がヒータ６ａによって加熱されないことになるが、単位量あたりの燃料が燃焼した際に発生するＰＭの量が前記上限量以下になる。

一方、前記Ｓ１０７の処理において否定判定された場合は、ヒータ６ａによって燃料を加熱しなければ、単位量あたりの燃料が燃焼した際に発生するＰＭの量が前記上限量を超える可能性があるとみなすことができる。そこで、前記Ｓ１０７の処理において否定判定された場合は、ＥＣＵ５は、Ｓ１０８の処理へ進み、ヒータ６ａの通電量を演算する。その際、ＥＣＵ５は、前記Ｓ１０２の処理で検出され、又は前記Ｓ１０４の処理で読み込まれた芳香族質量割合をパラメータとして、ヒータ６ａの通電量を演算する。なお、燃料が重質燃料であり、且つその燃料の芳香族質量割合が前記第２所定値より大きい場合は、芳香族質量割合が大きくなるほど、燃料の燃焼時に発生するＰＭの量が多くなり易い。そのため、ヒータ６ａの通電量（ヒータ通電量）は、図３に示すように、芳香族質量割合が前記第２所定値以下であるときは零となり、且つ芳香族質量割合が前記第２所定値より大きいときはその芳香族質量割合が大きくなるほどヒータ６ａの通電量が多くされればよい。そこで、図３に示すような、芳香族質量割合とヒータ６ａの通電量との関係を予め実験的に求めておき、前記Ｓ１０２の処理で検出され、又は前記Ｓ１０４の処理で読み込まれた芳香族質量割合を引数として、ヒータ６ａの通電量を導出すればよい。

ＥＣＵ５は、前記Ｓ１０８の処理を実行した後にＳ１０９の処理へ進み、前記Ｓ１０８の処理で演算されたヒータ通電量に従って、ヒータを作動させる。その場合、燃料噴射弁６から噴射される燃料がヒータ６ａによって加熱されるため、燃料の気化及び霧化が促進され、それに伴って燃料と空気との均質な混合が促進される。その結果、燃料が燃焼した際に発生するＰＭの量を少なく抑えることができる。

以上述べたようにＥＣＵ５が図２の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる「制御手段」が実現される。よって、ヒータ６ａの作動に起因する燃料消費率の悪化を少なく抑えつつ、内燃機関１から排出されるＰＭの量を少なく抑えることができる。

なお、本実施形態においては、燃料を加熱するためのヒータが燃料噴射弁６に取り付けられる構成を例に挙げたが、このような構成に限られるものではなく、吸気ポートにヒータが取り付けられてもよく、又はデリバリパイプ６０にヒータが取り付けられてもよい。また、燃料噴射弁６、吸気ポート、及びデリバリパイプ６０のうち、少なくとも２カ所にヒータが取り付けられてもよい。

１内燃機関
２気筒
３吸気通路
４排気通路
５ＥＣＵ
６燃料噴射弁
６ａヒータ
２０点火プラグ
６０デリバリパイプ
６１燃料通路
６２燃料ポンプ
６３燃料タンク
６４燃料性状センサ

Claims

内燃機関において燃焼に供される前の燃料を加熱するヒータと、
前記内燃機関において燃焼に供される燃料の性状を検出するものであって、燃料の重質度合及び燃料に含有される芳香族の質量割合を検出する燃料性状検出手段と、
前記燃料性状検出手段により検出される燃料の重質度合及び芳香族質量割合に基づいて、前記ヒータの作動と非作動とを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記燃料性状検出手段により検出される燃料の重質度合が第１所定値より大きく、且つ前記燃料性状検出手段により検出される燃料の芳香族質量割合が第２所定値より大きい場合は、前記ヒータを作動させ、
前記燃料性状検出手段により検出される燃料の重質度合が前記第１所定値以下であり、およびまたは前記燃料性状検出手段により検出される燃料の芳香族質量割合が前記第２所定値以下である場合は、前記ヒータを作動させない、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。