JP2020197159A - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デポジットの解消【解決手段】ここで提案される燃料噴射制御装置２０ａは、燃料に洗浄剤が含まれているか否かを判断する判断部２０ａ１と、判断部２０ａ１によって、燃料に洗浄剤が含まれていると判断された場合に燃料噴射制御を変更する制御変更部２０ａ２とを有している。制御変更部２０ａ２は、内燃機関１が予め定められた回転数以下であり、かつ、低トルクである場合に、燃料を所定量増量する処理を、予め定められた期間実行するように構成されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料噴射制御装置に関する。

特開２００３−８３０６５号公報には、ピストン温度制御装置に関する提案が記載されている。ピストン冷却手段を備えた筒内噴射式内燃機関において、通常運転時のピストン冷却領域内で一時的に該ピストン冷却手段による冷却を停止することが開示されている。当該構成によれば、定常運転時のピストン冷却領域はピストン温度の上昇しやすい領域である。かかる領域で冷却が一時的に停止されることによって、燃焼に影響を及ぼすピストン表面のデポジットが焼き切られる、とされている。

特開２００３−８３０６５号公報

ところで、燃料に洗浄剤が添加される場合がある。当該洗浄剤が添加された場合に、効率良く洗浄剤を活用してデポジットを除去したいと、本発明者は考えた。

ここで提案される燃料噴射制御装置は、燃料に洗浄剤が含まれているか否かを判断する判断部と、判断部によって、燃料に洗浄剤が含まれていると判断された場合に燃料噴射制御を変更する制御変更部とを有している。制御変更部は、内燃機関が予め定められた回転数以下であり、かつ、低トルクである場合に、燃料を所定量増量する処理を、予め定められた期間実行するように構成されている。

かかる燃料噴射制御装置によれば、燃料に洗浄剤が含まれている場合に、効率良くピストン表面のデポジットを除去することができる。

図１は、内燃機関１の一例を示す模式図である。 図２は、燃料噴射制御装置２０ａの制御フローの一例を示すフローチャートである。

以下、ここで提案される燃料噴射制御装置の一実施形態を説明する。ここで説明される実施形態は、当然ながら特に本発明を限定することを意図したものではない。本発明は、特に言及されない限りにおいて、ここで説明される実施形態に限定されない。また、同一の作用を奏する部材・部位には、適宜に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、内燃機関１の一例を示す模式図である。なお、ここで提案される燃料噴射制御装置２０ａが適用される内燃機関１は、かかる形態に限定されない。内燃機関１は、適宜に「エンジン」とも称される。

図１に示されているように、内燃機関１は、シリンダヘッド４と、シリンダブロック５と、冷却水路６と、インジェクタ１１と、スロットルバルブ１２と、点火プラグ１３と、可変吸気カムシャフト１４と、可変排気カムシャフト１５と、ピストンヘッド１６と、吸気ポート１７と、吸気バルブ１８と、排気バルブ１９と、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２０と、燃料タンク３１と、燃料成分センサ３２と、クランク角センサ４１と、吸気カム角センサ４２と、排気カム角センサ４３と、アクセルセンサ４４と、スロットルセンサ４５と、エアフローメータ４６とを備えている。ここで、ＥＣＵ２０は、内燃機関１を制御するための制御装置である。ＥＣＵ２０の一部は、ここで提案される燃料噴射制御装置２０ａとしての機能を奏するように構成されている。

シリンダブロック５は、ピストンヘッド１６が上下動するシリンダ空間を有している。シリンダヘッド４は、シリンダ空間の上死点側の端部を覆うようにシリンダブロック５に組付けられている。シリンダヘッド４と、シリンダブロック５と、ピストンヘッド１６とで囲まれた空間には、燃焼室３０が形成されている。シリンダヘッド４には、燃焼室３０に通じる吸気ポート１７と排気ポート２２とが形成されている。吸気ポート１７には、可変吸気カムシャフト１４を通じて開くタイミングが制御される吸気バルブ１８が設けられている。排気ポート２２には、排気ポート２２を開閉する排気バルブ１９が設けられている。シリンダヘッド４とシリンダブロック５には、冷却水路６が形成されている。冷却水路６には、図示は省略されているがラジエータから配管を通じて冷却水が供給される。

燃料タンク３１には、内燃機関１で燃焼させる燃料が貯えられている。図示は省略するが、燃料タンク３１には、インジェクタ１１に通じる燃料供給管路が設けられている。インジェクタ１１は、シリンダヘッド４に取り付けられている。インジェクタ１１の噴射ノズル１１ａ（燃料噴射ノズル）は、燃焼室３０内で、ピストンヘッド１６に向けられている。インジェクタ１１は、インジェクタ１１から供給される燃料供給量を調整するためのバルブ１１ｂを有している。ＥＣＵ２０は、インジェクタ１１のバルブ１１ｂの開き具合を制御するように構成されている。

吸気ポート１７と排気ポート２２は、それぞれシリンダヘッド４に形成されており、内燃機関１の燃焼室３０に通じている。吸気ポート１７は、空気の取り込み口である。吸気ポート１７には、可変吸気カムシャフト１４で制御される吸気バルブ１８が設けられている。吸気ポート１７には、空気を取り込むための吸気管路３４が接続されている。吸気管路３４には、スロットルバルブ１２が取り付けられている。スロットルバルブ１２には、スロットルバルブ１２の開度を調整するためのアクチュエータ１２ａが取り付けられている。排気ポート２２は、内燃機関１で燃焼された燃焼ガスの排出口である。排気ポート２２には、可変排気カムシャフト１５で制御される吸気バルブ１８が設けられている。排気ポート２２には、燃焼ガスを排気するための排気管路３６が接続されている。

クランク角センサ４１は、ピストンロッドが取り付けられるクランクシャフト（図示省略）の回転角を検出するためのセンサである。
吸気カム角センサ４２は、吸気カム角を検出するためのセンサである。吸気カム角は、この実施形態では、可変吸気カムシャフト１４の回転角である。
排気カム角センサ４３は、排気カム角を検出するためのセンサである。排気カム角は、この実施形態では、可変排気カムシャフト１５の回転角である。
アクセルセンサ４４は、アクセル３８の操作量を検出するためのセンサである。
スロットルセンサ４５は、スロットルバルブ１２のシャフトの回転角を検出するためのセンサである。スロットルセンサ４５は、スロットル開度センサとも称される。
これらのセンサは、それぞれシャフトに取り付けられたタイミングロータなどによって、回転角を検出するように取り付けられているとよい。センサの方式には、フォトトランジスターによる光学式や、電磁ピックアップによる電磁式などが採用されうる。
エアフローメータ４６は、燃料室３０への空気の流入量を計測するための装置である。エアフローメータ４６は、エアフローセンサとも称される。これらのセンサ類は、それぞれ既存技術であるので、ここでは詳しい説明を省略する。

この内燃機関１は、ピストンヘッド１６の動作に対して、吸気バルブ１８が開かれるタイミングや、排気バルブ１９が開かれるタイミングが制御される。例えば、クランク角センサ４１に基づいて、ピストンロッドが取り付けられたクランクシャフト（図示省略）の回転角が検出される。クランクシャフト（図示省略）の回転角に基づいて、ピストンヘッド１６の動作が検出される。クランクシャフトの回転角に対して可変吸気カムシャフト１４の回転角や可変排気カムシャフト１５の回転角が制御されることによって、ピストンヘッド１６の動作に対して吸気バルブ１８が開かれるタイミングや、排気バルブ１９が開かれるタイミングが制御される。吸気バルブ１８が開かれるタイミングや、排気バルブ１９が開かれるタイミングは、ＥＣＵ２０によって制御される。ＥＣＵ２０は、予め定められたプログラムに従って、ピストンヘッド１６の動作に対して吸気バルブ１８が開かれるタイミングや、排気バルブ１９が開かれるタイミングを、早くしたり遅くしたりできるように構成されているとよい。

また、エアフローメータ４６によって、吸気管路３４に流れる空気量を検出する。また、スロットルセンサ４５によって、スロットルバルブ１２の開度を検出する。吸気管路３４に流れる空気量とスロットルバルブ１２の開度に基づいて、スロットルバルブ１２の開度が制御され、吸気バルブ１８が開かれたときに燃焼室３０に送られる空気量が制御される。

また、ピストンヘッド１６の動作に対して、インジェクタ１１が制御され、ピストンヘッド１６の動作に対して燃焼室３０に燃料が吹き付けられるタイミングが制御される。また、ピストンヘッド１６の動作に対して、イグニションコイル３７に電流を印加し、点火プラグ１３を着火させるタイミングが制御される。この制御によって、ピストンヘッド１６の動作に対して燃焼室３０の燃料を発火させるタイミングが制御される。

これらの制御は、ＥＣＵ２０に組み込まれたソフトウエアのプログラムによって具現化される。内燃機関１は、上述のように、インジェクタ１１によって燃焼室３０に燃料が直接噴射される、いわゆる燃料直噴式の内燃機関である。

内燃機関１は、吸気行程と、圧縮行程と、燃焼行程と、排気行程とを有している。吸気行程では、吸気バルブ１８が開かれた状態でピストンヘッド１６が上死点から下死点に動作する。この際、吸気ポート１７から燃焼室３０に空気が吸引される。圧縮行程では、ピストンヘッド１６が下死点から上死点に動作し、吸引された空気が圧縮される。この実施形態では、内燃機関１は、圧縮行程または吸気行程において、燃焼室３０に燃料が噴射される。燃焼行程では、圧縮行程の上死点において点火され、燃焼ガスの膨張力によってピストンヘッド１６が下死点まで押し下げられる。排気行程では、排気バルブ１９が開かれ、ピストンヘッド１６が下死点から上死点へ移動する。この際、燃焼室３０の燃焼ガスが排気ポート２２へ排気される。

ここで、燃費を下げる観点においては、例えば、必要なトルクが得られる範囲において、できるだけ少ない燃料で内燃機関１が運転されるとよい。この際、噴射する燃料を少なくして効率良く燃焼させるとの観点において、圧縮行程の上死点付近で燃料が噴射されてもよい。また、発進時や加速時などは、空燃比において燃料の割合が多くされることもある。燃焼室３０に吸引される空気量は、スロットルバルブ１２の開度を調整することなどで調整される。噴射される燃料の量は、インジェクタ１１を制御することによって調整される。また、デポジットの発生を抑えるとの観点で、吸気行程で燃料が噴射される場合もある。

ところで、かかる内燃機関１では、経年的な使用によってピストン頂面にデポジットが堆積する場合がある。デポジットは、燃料成分同士が重合し、高分子化することによって燃料に対して溶解しにくくなり、燃料から析出したものである。これに対して、デポジットを除去するための洗浄剤が燃料に添加される場合がある。洗浄剤には、デポジットを分解し、洗浄するための洗浄成分が含まれている。かかる洗浄剤は、例えば、燃料タンクに入れられ、燃料と混合される。ここでは、洗浄剤が燃料に添加された場合に、洗浄剤をより適切に働かせるとの観点において、内燃機関１の制御を工夫することが提案されている。

この実施形態では、燃料噴射制御装置２０ａは、ＥＣＵ２０に組み込まれている。換言すると、ＥＣＵ２０は、適宜に燃料噴射制御装置２０ａとして機能する。燃料噴射制御装置２０ａは、判断部２０ａ１と制御変更部２０ａ２とを有している。図２は、燃料噴射制御装置２０ａの制御フローの一例を示すフローチャートである。

判断部２０ａ１は、燃料に洗浄剤が含まれているか否かを判断するように構成されている。この実施形態では、燃料タンク３１に燃料成分センサ３２が取り付けられている。燃料成分センサ３２は、燃料成分を検知するためのセンサである。燃料成分センサ３２は、燃料成分のうち、デポジットを分解し、洗浄するための洗浄剤に含まれうる予め定められた洗浄成分を検知するように構成されているとよい。例えば、洗浄剤としては、ＰＥＡ（ポリエーテルアミン）やＰＩＢＡ（ポリイソブテンアミン）などが燃料に添加されうる。燃料成分センサ３２は、通常の燃料には含まれないが、洗浄剤に含まれうる成分が検知できるように構成されているとよい。この場合、判断部２０ａ１は、燃料成分センサ３２によって、予め定められた洗浄成分が検知された場合に、燃料に洗浄剤が含まれていると判断するように構成されているとよい。

判断部２０ａ１は、かかる形態に限定されない。例えば、判断部２０ａ１は、ユーザーの入力に基づいて、燃料に洗浄剤が含まれていると判断されるように構成されていてもよい。例えば、図示は省略するが、車載された操作パネルや操作ボタンによって、燃料に洗浄剤が投入された場合に、ユーザーによって所定の操作が行なわれるように構成されていてもよい。この場合、判断部２０ａ１は、ユーザーによって当該操作が実行された場合に、燃料に洗浄剤が含まれていると判断されるように構成されていてもよい。例えば、ユーザーが燃料に洗浄剤を投入した際に、車載された操作パネルの操作画面に従って燃料に洗浄剤を投入されたことが入力されるように構成されているとよい。

この場合、例えば、燃料の給油口３１ａ（図１参照）の操作に連動して、操作パネルに、ユーザーに洗浄剤を投入の有無を確認するボタンが表示され、洗浄剤が投入された場合に、予め定められた操作に誘導されるように構成されていてもよい。また、ユーザーの入力に基づいて、燃料に洗浄剤が含まれていると判断されるように、判断部２０ａ１が構成されている場合には、燃料成分センサ３２は無くてもよい。なお、ここで提案される燃料噴射制御は、一時的に燃料噴射の制御に変更が生じるだけである。このため、燃料に洗浄剤が投入されていない場合に、ユーザーによる誤入力があっても車両運用上の問題などは生じない。

燃料噴射制御装置２０ａは、図２に示されているように、判断部２０ａ１の処理によって燃料剤が燃料タンクに投入されたか否かを判定する（Ｓ１０１）。燃料剤が燃料タンクに投入されたと判定されない場合（Ｎｏ）には、通常モード（Ｓ１００）で制御される。燃料剤が燃料タンクに投入されたと判定された場合（Ｙｅｓ）には、燃料噴射制御を変更するための制御変更部２０ａ２の処理が実行される。

制御変更部２０ａ２は、内燃機関１が予め定められた回転数以下であり、かつ、求められるトルクが低トルクである場合に、燃料を所定量増量する処理を、予め定められた期間実行するように構成されている。

この実施形態では、図２に示されているように、内燃機関１が、予め定められた回転数以下であり、かつ、予め定められたトルク（または出力）以下であるか否かが判定される（Ｓ１０２）。かかる判定処理Ｓ１０２において、内燃機関１が、予め定められた回転数以下であり、かつ、予め定められたトルク（または出力）以下でない場合（Ｎｏ）には、通常モードの制御とする（Ｓ１０３）。そして、内燃機関１が、予め定められた回転数以下であり、かつ、予め定められたトルク（または出力）以下となるまで、かかる判定処理Ｓ１０２が繰り返される。内燃機関１が、予め定められた回転数以下であり、かつ、予め定められたトルク（または出力）以下である場合（Ｙｅｓ）には、洗浄モードに移行する（Ｓ１０４）。

洗浄モードでは、噴射される燃料が増量される。この実施形態では、内燃機関１には、例えば、適切な燃焼を維持するとの観点で空燃比に上限が設定されている。洗浄モードでは、例えば、かかる空燃比の上限値に対して１００％以下７５％以上で、予め定められた量の燃料が噴射されるように設定されているとよい。また、かかる空燃比の上限値以下で、デポジットの洗浄に適した量に設定されていてもよい。例えば、空燃比の上限値以下で、通常のアイドリング状態で噴射される燃料の量よりも、２０％程度以上増量されるように構成されているとよい。

ここで、内燃機関１が、予め定められた回転数以下であり、かつ、予め定められたトルク（または出力）以下である場合とは、例えば、車両が停止しており、内燃機関１がアイドリング状態である場合や、それに近い運転状態でありうる。この場合、内燃機関１へ要求される出力レベルも小さい。また、ピストンヘッド１６の動作が比較的遅い。このため、ピストンヘッド１６に噴射した洗浄剤を液体の状態で付着させやすい。なお、このようなアイドリング状態、または、それに近い状態では、燃費低減などが考慮され、通常は、燃料噴射が少なくなるように噴射量が抑えられる。ここで提案される洗浄モードでは、洗浄剤を有効に働かせるとの観点において、当該状態において、燃料噴射量を増量するように構成されている点で通常の制御と異なる。本発明者の知見では、かかる洗浄モードの制御によって、デポジットが除去されやすくなる。

洗浄モードでは、例えば、点火される前において、増量された燃料が、燃焼室３０に噴射され、液滴状態でピストンヘッド１６の頂面に付着するように構成されているとよい。これにより、燃料に含まれる洗浄成分によって、ピストンヘッド１６に堆積したデポジットが溶解し、あるいは、分解される。洗浄モードで燃料が噴射されるタイミングは、予め定められているとよい。洗浄モードでは、デポジット除去との観点において、燃料が噴射されるタイミングが定められるとよく、通常のアイドリング状態とは異なるタイミングで、燃焼室３０に燃料が噴射されるように構成されていてもよい。例えば、通常、吸気行程で、燃料が噴射されるように制御されている内燃機関１において、洗浄モードでは、圧縮行程で燃料が噴射されるように制御されてもよい。反対に、通常、圧縮行程で、燃料が噴射されるように制御されている内燃機関１において、洗浄モードでは、吸気行程で燃料が噴射されるように制御されてもよい。例えば、圧縮行程の下死点から上死点への動作において、上死点側の１／２〜１／４の予め定められたタイミングで増量された燃料が噴射されるように構成されていてもよい。このように、洗浄モードでは、燃料は、圧縮行程で噴射されてもよいし、吸気行程において噴射されてもよい。また、例えば、インジェクタ１１のノズル１１ａに、ピストンヘッド１６が近づくタイミングとしてもよく、ピストンヘッド１６の上死点付近に噴射タイミングを設定してもよい。

かかる洗浄モードは、予め定められた期間、継続されるとよい。例えば、車両は、停止時にアイドリング状態となるが、車両発進時には、要求されるトルクが高くなる。このため、アイドリング状態で洗浄モードに入った後、車両発進時には、一度、洗浄モードが停止されるように構成されているとよい。そして、予め定められた低回転、低トルクの状態になった時に、洗浄モードに復帰するように構成されているとよい。また、洗浄モードに入っている期間中に内燃機関１が停止され、イグニションスイッチがＯＦＦとなった場合には、イグニションスイッチがＯＮになった時に、洗浄モードに入るようにＥＣＵ２０の制御が復帰するとよい。

例えば、この実施形態では、図２に示されているように、洗浄モードに入ってからの時間Ｔが加算されるようにカウントされている。そして、洗浄モードに入ってからの時間Ｔが予め定められた時間Ｔ１よりも長いか否か（Ｔ＞Ｔ１）が判定されている（Ｓ１０５）。そして、洗浄モードに入ってからの時間Ｔが、予め定められた時間Ｔ１よりも短い場合（Ｎｏ）には、予め定められた低回転、低トルクの状態になった時に、洗浄モードで制御されるように構成されている。また、洗浄モードに入ってからの時間Ｔが、予め定められた時間Ｔ１よりも短い場合（Ｎｏ）には、予め定められた低回転、低トルクの状態になった時に、洗浄モードで制御されるように構成されている。なお、時間で管理することに代えて、洗浄モードにおいて燃焼室３０に燃料が噴射された回数をカウントし、予め定められた回数噴射されるまで洗浄モードが継続されるように構成されていてもよい。かかるカウントは、途中でイグニションスイッチがＯＦＦになっても継続されるとよい。つまり、判定処理Ｓ１０１において、燃料剤が燃料タンクに投入されたと判定された場合には、所定の期間（時間あるいは噴射回数）が経過するまで、洗浄モードに入るように構成されているとよい。

次に、所定の期間経過した場合には、通常モード（Ｓ１００）で、燃料噴射が制御されるように構成されているとよい。このように、ここで提案される燃料噴射制御装置２０ａによれば、燃料に洗浄剤が含まれている場合に、効率良くピストン表面のデポジットを除去することができる。

以上、ここで提案される燃料噴射制御装置について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた燃料噴射制御装置の実施形態などは、本発明を限定しない。

１ 内燃機関（エンジン）
４ シリンダヘッド
５ シリンダブロック
６ 冷却水路
１１ インジェクタ
１１ａ 噴射ノズル
１１ｂ バルブ
１２ スロットルバルブ
１２ａ アクチュエータ
１３ 点火プラグ
１４ 可変吸気カムシャフト
１５ 可変排気カムシャフト
１６ ピストンヘッド
１７ 吸気ポート
１８ 吸気バルブ
１９ 排気バルブ
２０ ＥＣＵ
２０ａ 燃料噴射制御装置
２０ａ１ 判断部
２０ａ２ 制御変更部
２２ 排気ポート
３０ 燃焼室
３１ 燃料タンク
３２ 燃料成分センサ
３４ 吸気管路
３６ 排気管路
３７ イグニションコイル
３８ アクセル
４１ クランク角センサ
４２ 吸気カム角センサ
４３ 排気カム角センサ
４４ アクセルセンサ
４５ スロットルセンサ
４６ エアフローメータ

Claims (1)

1. 燃料に洗浄剤が含まれているか否かを判断する判断部と、
   前記判断部によって、燃料に洗浄剤が含まれていると判断された場合に燃料噴射制御を変更する制御変更部と
   を有し、
   前記制御変更部は、
   内燃機関が予め定められた回転数以下であり、かつ、低トルクである場合に、燃料を所定量増量する処理を、予め定められた期間実行するように構成された、
   燃料噴射制御装置。

Images