JP3888258B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、例えばディーゼル機関において燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いると、水分の気化潜熱により燃焼温度が低下するのでＮＯX の生成量が低下し、また水分の爆発的な沸騰作用により燃料噴霧が微粒化されるのでスモークの発生が低減せしめられる。そこで従来よりエマルジョン燃料を用いたディーゼル機関が公知である（例えば特公表２００１−５０１６９８号公報参照）。このディーゼル機関ではエマルジョン燃料中に水分を追加し、この追加の水分量を制御することによってエマルジョン燃料中の水分量を制御するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのようなエマルジョン燃料を用いた場合においても良好な燃焼を確保するためには、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行うことが好ましい。ところがエマルジョン燃料を用いるとエマルジョン燃料中の水分の量によってマルチ噴射の噴射形態や燃焼状態が大きく変化するので、エマルジョン燃料を用いた場合にはエマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率に応じてマルチ噴射を制御することが必要となる。しかしながら従来のディーゼル機関ではこのようなことに関して何ら考慮が払われていない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明による１番目の発明では、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いてマルチ噴射を制御するようにし、マルチ噴射において噴射すべきいずれか一回のエマルジョン燃料量が燃料噴射弁の最小噴射量よりも少ないときには燃料含有率を低下させるようにしている。
【０００５】
また、本発明による２番目の発明では、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いてマルチ噴射を制御するようにし、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯ X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ X を放出するＮＯ X 吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯ X 吸収剤からＮＯ X を放出すべくＮＯ X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするときには燃料含有率を減少させるようにしている。
【０００６】
また、本発明による３番目の発明では、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いてマルチ噴射を制御するようにし、燃料含有率が低くなるほどマルチ噴射の噴射時期を進角し、噴射時期の早いマルチ噴射ほど進角量を小さくするようにしている。
【０００７】
また、本発明による４番目の発明では、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いてマルチ噴射を制御するようにし、燃料含有率が低くなるほどマルチ噴射の噴射量を減少させるようにしている。
【０００８】
また、本発明による５番目の発明では、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いてマルチ噴射を制御するようにし、燃料含有率が予め定められた含有率よりも低くなったときには噴射圧を低下させるようにしている。
【０００９】
また、本発明による６番目の発明では、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いてマルチ噴射を制御するようにし、燃焼圧が許容限界値を越える危険性のある運転状態であるか否かを判断する判断手段を具備し、燃焼圧が許容限界値を越える危険性のある運転状態のときにはエマルジョン燃料の噴射を停止し、水および乳化剤を含まない燃料を噴射するようにしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１はエマルジョン燃料を用いたディーゼル機関の全体図を示している。
【００１２】
図１を参照すると、１はディーゼル機関本体、２は吸気マニホルド、３は排気マニホルド、４は各気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁、５は各燃料噴射弁４に噴射すべきエマルジョン燃料を分配するためのコモンレールを夫々示す。吸気マニホルド２は吸気絞り弁６、インタークーラ７、排気ターボチャージャ８のコンプレッサ８ａを介してエアクリーナ９に連結され、排気マニホルド３は排気ターボチャージャ８の排気タービン８ｂを介して酸化触媒、ＮＯX 吸収剤、或いはパティキュレートフィルタ等からなる排気浄化装置１０に連結される。
【００１３】
また、吸気マニホルド２と排気マニホルド３とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１１を介して互いに連結され、このＥＧＲ通路１１内にＥＧＲ制御弁１２、ＥＧＲクーラ１３および触媒１４が配置される。なお、燃料噴射弁４、吸気絞り弁６およびＥＧＲ制御弁１２はデジタルコンピュータからなる電子制御ユニット２０の出力信号に基づいて制御される。
【００１４】
一方、図１に示されるようにディーゼル機関はエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１を具備している。このエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１は燃料タンク２２、水タンク２３および乳化剤タンク２４を備えており、これら燃料タンク２２、水タンク２３および乳化剤タンク２４は夫々対応する流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎを介してエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１に連結されている。また、このエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１は回転式の撹拌装置２５を具備しており、このエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１はコモンレール高圧ポンプ２６を介してコモンレール５に連結されている。各流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎ、撹拌装置２５およびコモンレール高圧ポンプ２６は電子制御ユニット２０の出力信号に基づいて制御される。
【００１５】
コモンレール５にはコモンレール５内のエマルジョン燃料圧を検出するための燃料圧センサ２７が取付けられている。この燃料圧センサ２７の出力信号は電子制御ユニット２０に入力される。
【００１６】
図１に示されるように燃料タンク２２内には燃料、即ち軽油が給油され、燃料タンク２２内に貯蔵された燃料は流量制御弁Ｖｆを介してエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内に供給される。水タンク２３内には通常の水が給水されるか、或いはろ過した雨水が外部導入孔を介して供給され、水タンク２３内に貯蔵された水は流量制御弁Ｖｗを介してエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内に供給される。また、燃料と水との親和力を高めるための乳化剤を貯蔵している乳化剤タンク２４からは流量制御弁Ｖｎを介して乳化剤がエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内に供給される。
【００１７】
エマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内に燃料、水および乳化剤が供給されるとこれら燃料、水および乳化剤は撹拌装置２５によって撹拌され、それによってエマルジョン燃料が生成される。このとき乳化剤は水の供給量に比例して供給される。生成されるエマルジョン燃料の水含有率は各流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎの開度を制御することによって０％から５０％の範囲で任意に設定することができる。また、図１に示される実施例では撹拌装置２５による撹拌速度（ｒ．ｐ．ｍ．）は流量制御弁Ｖｎの開度に比例するように制御される。
【００１８】
エマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内において生成されたエマルジョン燃料はコモンレール高圧ポンプ２６により昇圧されてコモンレール５内に送り込まれ、コモンレール５内に送り込まれたエマルジョン燃料は各燃料噴射弁４から対応する気筒内に噴射される。
【００１９】
図２はエマルジョン燃料を製造制御するためのルーチンを示している。
【００２０】
図２を参照すると、まず初めにステップ１００においてエマルジョン燃料の水含有率の目標値が設定される。次いでステップ１０１ではエマルジョン燃料の水含有率が目標値となるように各流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎの開度が制御される。次いでステップ１０２では撹拌装置２５の撹拌速度が流量制御弁Ｖｎの開度に比例するように制御される。
【００２１】
さて、エマルジョン燃料量をＱｅ、エマルジョン燃料中の燃料成分の量をＱｆ、添加された水分の量をＱｗ、乳化剤の量をＱｎとするとエマルジョン燃料量Ｑｅは次式によって表わされる。
【００２２】
Ｑｅ＝Ｑｆ＋Ｑｗ＋Ｑｎ
ところでエマルジョン燃料において燃焼に寄与するのはエマルジョン燃料中の燃料成分であり、エマルジョン燃料中の水分はＮＯX やスモークの生成を抑制する役割を果しているだけで燃焼には寄与していない。そこで本発明では燃焼への寄与率を表すものとして、エマルジョン燃料の量Ｑｅに対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆの割合を示す燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）を用いるようにしている。
【００２３】
さて、本発明では図３に示されるようにメイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行うようにしている。図３に示す例では圧縮上死点（圧縮ＴＤＣ）直前にメイン噴射が行われ、圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）６０°，５０°，４０°，３０°においてマルチ噴射が行われる。なお、図３に示す例ではメイン噴射の直前に更にパイロット噴射が行われている。本発明では燃料含有率Ｑｒに基いてマルチ噴射が制御される。
【００２４】
次に図４を参照しつつ燃料噴射の制御ルーチンについて説明する。
【００２５】
図４を参照すると、まず初めにステップ５０において機関回転数、アクセルペダルの踏込み量等が読み込まれる。次いでステップ５１では噴射すべきエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆ、添加された水分の量Ｑｗ、乳化剤の量Ｑｎが算出される。次いでステップ５２では噴射すべきエマルジョン燃料の量Ｑｅが算出される。次いでステップ５３ではマルチ噴射の制御が行われる。次いでステップ５４ではパイロット噴射、メイン噴射の制御が行われる。図５から図１２は図４のステップ５３において行われるマルチ噴射制御の種々の実施例を示している。
【００２６】
図５はマルチ噴射制御の第１実施例を示している。
【００２７】
少量の燃料を複数回噴射すると良好に予混合気が形成され、予混合気が形成されるとスモークを低減することができると共に燃焼騒音を低減することができる。ところがこのように複数回噴射するようにすると一回当りの噴射量が少くなり、一回当りの噴射量が燃料噴射弁４の噴射限界である最小噴射量よりも少くなるともはや燃料を噴射し得なくなる。しかしながらこの場合、燃料に水を添加すると、即ちエマルジョン燃料を用いるとエマルジョン燃料中の燃料量が同じであっても一回当りの噴射量が増大するので噴射することが可能となる。言い換えるとエマルジョン燃料中の水分の量が少ないとき、即ち燃料含有率Ｑｒが大きいときに噴射し得なくてもエマルジョン中の水分の量を多くすると、即ち燃料含有率Ｑｒを低下させると噴射することが可能となる。
【００２８】
そこでこの実施例では、マルチ噴射において噴射すべきいずれか一回のエマルジョン燃料量が燃料噴射弁４の最小噴射量よりも少ないときには燃料含有率を低下させるようにしている。
【００２９】
即ち、図５を参照すると、まず初めにステップ１００においてマルチ噴射の各噴射におけるエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｍが算出される。次いでステップ１０１では燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ１０２ではマルチ噴射における各噴射のエマルジョン燃料量Ｑｅｍ（＝Ｑｍ／Ｑｒ）が算出される。次いでステップ１０３ではエマルジョン燃料量Ｑｅｍが燃料噴射弁４の最小噴射量Ｑｍｉｎよりも少ないか否かが判別される。Ｑｅｍ≧Ｑｍｉｎのときにはステップ１０６にジャンプしてマルチ噴射が行われる。
【００３０】
これに対してＱｅｍ＜Ｑｍｉｎのときにはステップ１０４に進んで燃料成分の量Ｑｍを最小噴射量Ｑｍｉｎで除算した値が燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｍ／Ｑｍｉｎ）とされる。ここでＱｅｍ＜Ｑｍｉｎであるので燃料含有率Ｑｒが低下せしめられていることがわかる。次いでステップ１０５ではステップ１０４で算出された燃料含有率Ｑｒとなるように各流量制御弁Ｖｆ，Ｖｍ，Ｖｎが制御され、次いでステップ１０６に進む。このときには燃料噴射弁４の最小噴射量Ｑｍｉｎでもってエマルジョン燃料が噴射される。なお、ステップ１０４ではＱｒ＜Ｑｍ／Ｑｍｉｎとすることもでき、このとき燃料含有率Ｑｒは更に減少せしめられる。
【００３１】
図６はマルチ噴射制御の第２実施例を示している。
【００３２】
この実施例は、排気浄化装置１０として貴金属およびＮＯX 吸収剤を担体上、又はパティキュレートフィルタ上に担持したものを用いた場合を示している。このＮＯX 吸収剤は、排気浄化装置１０に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯX を吸収し、排気浄化装置１０に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯX を放出し還元する機能を有する。従ってこのＮＯX 吸収剤を用いた場合にはリーン空燃比のもとで機関の運転が行われているときに排気ガス中に含まれるＮＯX はＮＯX 吸収剤に吸収される。
【００３３】
一方、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収能力が飽和する前に排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯX 吸収剤からＮＯX が放出され、放出されたＮＯX は排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ等の還元成分によって還元される。ところで燃料含有率Ｑｒを小さくするとエマルジョン燃料は燃えずらくなるので排気ガス中の還元成分の量、例えば未燃ＨＣの量が増大し、従ってＮＯX 吸収剤から放出されたＮＯX を良好に還元しうるようになる。そこでこの実施例では、ＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出すべく排気ガスの空燃比をリッチにするときには燃料含有率Ｑｒを減少させるようにしている。
【００３４】
即ち、図６を参照すると、まず初めにステップ２００においてマルチ噴射の各噴射におけるエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｍが算出される。次いでステップ２０１では燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ２０２ではＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出すべきか否かが判別される。ＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出すべきときではないと判別されたときにはステップ２０５にジャンプしてマルチ噴射が行われる。このとき空燃比はリーンとされる。
【００３５】
これに対してステップ２０２においてＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出すべきであると判断されたときにはステップ２０３に進んで燃料含有率Ｑｒが予め定められた燃料含有率Ｑｒｒまで低減せしめられ、燃料含有率ＱｒがＱｒｒとなるように各流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎの開度が制御される。次いでステップ２０４では空燃比をリッチとするのに必要な噴射量が算出され、ステップ２０５に進む。このとき空燃比は一時的にリッチとされる。
【００３６】
図７および図８はマルチ噴射制御の第３実施例を示している。
【００３７】
この実施例では、燃料含有率Ｑｒが低くなるほどマルチ噴射の噴射時期を進角し、噴射時期の早いマルチ噴射ほど進角量を小さくするようにしている。即ち、燃料含有率Ｑｒが低くなるほど着火遅れ期間が増大し、未燃ＨＣの排出量が増大するばかりでなく燃焼騒音が大きくなる。この場合、着火遅れ期間を短くして未燃ＨＣの排出量および燃焼騒音を抑制するにはマルチ噴射の噴射時期を早める必要がある。そこでこの実施例では図７（Ａ）に示されるように燃料含有率Ｑｒが小さくなるにつれてマルチ噴射の噴射時期の進角量ＡＴを増大するようにしている。
【００３８】
ところがマルチ噴射の噴射時期を早めると噴射時におけるピストンの位置が低くなるために噴射燃料がシリンダボア内壁に付着して潤滑油を希釈してしまうという、いわゆるボアフラッシングが生じる。この場合、噴射時期の早いマルチ噴射ほどボアフラッシングを生じる危険性が高くなる。そこでこの実施例では図７（Ｂ）に示されるように進角量ＡＴに乗算する補正係数Ｋの値をマルチ噴射の噴射時期が早いときほど小さくし、進角量ＡＴに補正係数Ｋを乗算することによって得られるＡＴ・Ｋの値を進角量とするようにしている。
【００３９】
即ち、図８を参照すると、まず初めにステップ３００においてマルチ噴射の各噴射におけるエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑm1，Ｑm2，Ｑm3，Ｑm4が算出される。次いでステップ３０１では燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ３０２では各マルチ噴射の基本噴射時期ＩＮＪ 1 ，ＩＮＪ 2 ，ＩＮＪ 3 ，ＩＮＪ 4 が算出される。次いでステップ３０３では燃料含有率Ｑｒに基づいて図７（Ａ）に示す関係から進角量ＡＴが算出される。次いでステップ３０４では図７（Ｂ）に示す関係から各マルチ噴射の噴射時期に応じた補正係数Ｋの値Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 が算出される。次いでステップ３０５では各マルチ噴射の噴射時間ＩＮ1 ，ＩＮ2 ，ＩＮ3 ，ＩＮ4 が基本噴射時期ＩＮＪ1 ，ＩＮＪ2 ，ＩＮＪ3 ，ＩＮＪ4 に対して夫々ＡＴ・Ｋ1 ，ＡＴ・Ｋ2 ，ＡＴ・Ｋ3 ，ＡＴ・Ｋ4 だけ進角される。次いでステップ３０６ではマルチ噴射が実行される。
【００４０】
図９および図１０はマルチ噴射制御の第４実施例を示している。
【００４１】
エマルジョン燃料を用いた場合にはエマルジョン燃料中の水分の量が多くなるほど、即ち燃料含有率Ｑｒが低くなるほど粘性抵抗が小さくなるので噴射燃料の速度及び飛行距離が増大し、その結果ボアフラッシングが生じやすくなる。そこでこの実施例では燃料含有率が低くなるほどマルチ噴射の噴射量を減少させて噴射エネルギを低減させ、それによってボアフラッシングが発生するのを抑制するようにしている。図９はこの実施例においてマルチ噴射の各噴射における噴射量に乗算すべき補正係数Ｊの値を示している。
【００４２】
この実施例では図１０に示されるように、まず初めにステップ４００においてマルチ噴射の各噴射におけるエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑm1，Ｑm2，Ｑm3，Ｑm4が算出される。次いでステップ４０１では燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ４０２ではマルチ噴射における各噴射の噴射時期ＩＮＪ1 ，ＩＮＪ2 ，ＩＮＪ3 ，ＩＮＪ4 が算出される。次いでステップ４０３ではマルチ噴射における各噴射量ＱＯm1，ＱＯm2，ＱＯm3，ＱＯm4がステップ４００において算出されたＱm1，Ｑm2，Ｑm3，Ｑm4に図９から算出された補正係数Ｊの値を乗算することによって算出される。次いでステップ４０４においてマルチ噴射が実行される。
【００４３】
図１１および図１２はマルチ噴射制御の第５実施例を示している。
【００４４】
ＥＧＲガス等の必要量は実際に燃焼に寄与してトルクを発生させる実燃料量によって定まり、従ってＥＧＲガス等の量は実燃料量に基づいて制御しなければならない。しかしながらこの実燃料量はエマルジョン燃料中に含まれる燃料成分の量に必ずしも一致しない。そこでこの実施例では実燃料量を算出し、この実燃料量に基づいてＥＧＲガス等を制御しうるようにしている。
【００４５】
即ち、マルチ噴射において噴射時期が早くなるほどトルクを発生させる実噴射量の割合は少くなる。従って噴射されたエマルジョン燃料中の燃料成分の量に対する実噴射量の割合Ｋｆ１は図１１（Ａ）に示されるように噴射時期が早いほど小さくなる。一方、エマルジョン燃料中の水分の量が増大すると、即ち燃料含有率Ｑｒが低下すると燃料は燃えずらくなるので図１１（Ｂ）に示されるように、噴射されたエマルジョン燃料中の燃料成分の量に対する実噴射量の割合Ｋｆ２は燃料含有率Ｑｒが低下するほど小さくなる。この実施例では実燃料量がエマルジョン燃料中の燃料成分の量に各割合Ｋｆ１・Ｋｆ２を乗算することによって算出される。
【００４６】
即ち、この実施例では図１２に示されるように、まず初めにステップ５００においてマルチ噴射の各噴射におけるエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑm1，Ｑm2，Ｑm3，Ｑm4が算出される。次いでステップ５０１では燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ５０２ではマルチ噴射における各噴射の噴射時期ＩＮＪ1 ，ＩＮＪ2 ，ＩＮＪ3 ，ＩＮＪ4 が算出される。次いでステップ５０３ではマルチ噴射における各噴射の噴射時期から図１１（Ａ）に基づいて各割合Ｋｆ１1 ，Ｋｆ１2 ，Ｋｆ１3 ，Ｋｆ１4 が算出される。次いでステップ５０４では燃料含有率Ｑｒから図１１（Ｂ）に基づいて割合Ｋｆ２が算出される。
【００４７】
次いでステップ５０５では実噴射量Ｑe1，Ｑe2，Ｑe3，Ｑe4がエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑm1，Ｑm2，Ｑm3，Ｑm4に夫々Ｋｆ１1 ・Ｋｆ２，Ｋｆ１2 ・Ｋｆ２，Ｋｆ１3 ・Ｋｆ２，Ｋｆ１4 ・Ｋｆ２を乗算することによって算出される。ＥＧＲガス量等はこの実噴射量Ｑe1，Ｑe2，Ｑe3，Ｑe4に基づいて制御される。次いでステップ５０６においてマルチ噴射が実行される。
【００４８】
図１３および図１４は噴射圧を制御するようにした実施例を示している。
【００４９】
図１３（Ａ）に示すように噴射圧、即ちコモンレール５内の目標燃料圧ＰＯが上昇するとコモンレール５内の実際の燃料圧はオーバシュートし、その結果目標燃料圧ＰＯよりも高くなる。一方、エマルジョン燃料中の水分の量が増大すると、即ち燃料含有率Ｑｒが小さくなると着火遅れ時間が長くなるために急激な燃焼が生じる。従って燃料含有率Ｑｒが小さいときにコモンレール５内の目標燃料圧ＰＯが高くなると燃焼が極めて急激となるために燃焼圧が許容限界値を越える危険性がある。
【００５０】
そこでこの実施例では図１３（Ｂ）に示されるように、燃料含有率Ｑｒが予め定められた含有率よりも低くなったときには噴射圧ＰＯを低下させるようにしている。
【００５１】
即ち、図１４を参照すると、まず初めにステップ６００においてコモンレール５内の目標燃料圧ＰＯが算出される。次いでステップ６０１では燃料含有率Ｑｒが予め定められた含有率ＱＸよりも低いか否かが判別される。Ｑｒ≧ＱＸのときにはステップ６０３にジャンプしてコモンレール５内の燃料圧が目標燃料圧ＰＯとなるようにコモンレール高圧ポンプ２６が制御される。これに対してステップ６０１においてＱｒ＜ＱＸであると判別されたときにはステップ６０２に進んで目標燃料圧ＰＯから一定圧ΔＰが減算され、次いでステップ６０３に進む。従ってこのときにはコモンレール５内の目標燃料圧ＰＯが低下せしめられる。
【００５２】
図１５および図１６は燃料含有率の増大制御をするようにした実施例を示している。
【００５３】
図１５に示されるようにこの実施例ではコモンレール高圧ポンプ２６に加え、燃料タンク２２内の燃料をコモンレール５内に供給するための燃料高圧ポンプ２８を具備している。この実施例では燃料の着火遅れ期間が長くなって燃焼が極度に急激になる危険性があるときにはエマルジョン燃料に代えて燃料タンク２２内の燃料をコモンレール５内に供給するようにしている。即ち、この実施例では、燃焼圧が許容限界値を越える危険性のある運転状態であるか否かを判断し、燃焼圧が許容限界値を越える危険性のある運転状態のときにはエマルジョン燃料の噴射を停止し、水および乳化剤を含まない燃料を噴射するようにしている。
【００５４】
即ち、図１６に示されるようにまず初めにステップ７００においてコモンレール５内の目標燃料圧ＰＯが設定値ＰＰよりも高いか否かが判別される。ＰＯ≦ＰＰのときには燃焼圧が許容限界値を越える危険性がないと判断され、ステップ７０２に進む。一方、ステップ７００においてＰＯ＞ＰＰであると判断されたときにはステップ７０１に進んで燃料含有率Ｑｒが設定値ＱＹよりも小さいか否かが判別される。Ｑｒ≧ＱＹのときには燃焼圧が許容限界値を越える危険性がないと判断され、ステップ７０２に進む。
【００５５】
ステップ７０２ではコモンレール高圧ポンプ２６が作動せしめられ、燃料高圧ポンプ２８が停止される。このときコモンレール５内にはエマルジョン燃料が供給される。次いでステップ７０６において燃料噴射が実行される。
【００５６】
一方、ステップ７００においてＰＯ＞ＰＰであると判断され、ステップ７０１においてＱｒ＜ＱＹであると判断されたとき、即ち燃焼圧が許容限界値を越える危険性があるときにはステップ７０４に進んでコモンレール高圧ポンプ２６が停止され、ステップ７０５において燃料高圧ポンプ２８が作動せしめられる。このとき燃料タンク２２内の燃料が直接コモンレール５内に供給される。
【００５７】
【発明の効果】
エマルジョン燃料を用いた場合のマルチ噴射を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディーゼル機関の全体図である。
【図２】エマルジョン燃料の製造を制御するためのフローチャートである。
【図３】マルチ噴射を説明するための図である。
【図４】噴射制御を行うためのフローチャートである。
【図５】マルチ噴射を制御するための第１実施例を示すフローチャートである。
【図６】マルチ噴射を制御するための第２実施例を示すフローチャートである。
【図７】進角量ＡＴと補正係数Ｋを示す図である。
【図８】マルチ噴射を制御するための第３実施例を示すフローチャートである。
【図９】補正係数Ｊを示す図である。
【図１０】マルチ噴射を制御するための第４実施例を示すフローチャートである。
【図１１】割合Ｋｆ１，Ｋｆ２を示す図である。
【図１２】マルチ噴射を制御するための第５実施例を示すフローチャートである。
【図１３】噴射圧の変化を示す図である。
【図１４】噴射圧を制御するためのフローチャートである。
【図１５】ディーゼル機関の別の実施例を示す全体図である。
【図１６】燃料含有率の増大を制御するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…ディーゼル機関本体
４…燃料噴射弁
５…コモンレール
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、例えばディーゼル機関において燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いると、水分の気化潜熱により燃焼温度が低下するのでＮＯX の生成量が低下し、また水分の爆発的な沸騰作用により燃料噴霧が微粒化されるのでスモークの発生が低減せしめられる。そこで従来よりエマルジョン燃料を用いたディーゼル機関が公知である（例えば特公表２００１−５０１６９８号公報参照）。このディーゼル機関ではエマルジョン燃料中に水分を追加し、この追加の水分量を制御することによってエマルジョン燃料中の水分量を制御するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのようなエマルジョン燃料を用いた場合においても良好な燃焼を確保するためには、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行うことが好ましい。ところがエマルジョン燃料を用いるとエマルジョン燃料中の水分の量によってマルチ噴射の噴射形態や燃焼状態が大きく変化するので、エマルジョン燃料を用いた場合にはエマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率に応じてマルチ噴射を制御することが必要となる。しかしながら従来のディーゼル機関ではこのようなことに関して何ら考慮が払われていない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明による１番目の発明では、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いてマルチ噴射を制御するようにし、マルチ噴射において噴射すべきいずれか一回のエマルジョン燃料量が燃料噴射弁の最小噴射量よりも少ないときには燃料含有率を低下させるようにしている。
【０００５】
また、本発明による２番目の発明では、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いてマルチ噴射を制御するようにし、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯ X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ X を放出するＮＯ X 吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯ X 吸収剤からＮＯ X を放出すべくＮＯ X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするときには燃料含有率を減少させるようにしている。
【０００６】
また、本発明による３番目の発明では、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いてマルチ噴射を制御するようにし、燃料含有率が低くなるほどマルチ噴射の噴射時期を進角し、噴射時期の早いマルチ噴射ほど進角量を小さくするようにしている。
【０００７】
また、本発明による４番目の発明では、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いてマルチ噴射を制御するようにし、燃料含有率が低くなるほどマルチ噴射の噴射量を減少させるようにしている。
【０００８】
また、本発明による５番目の発明では、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いてマルチ噴射を制御するようにし、燃料含有率が予め定められた含有率よりも低くなったときには噴射圧を低下させるようにしている。
【０００９】
また、本発明による６番目の発明では、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いてマルチ噴射を制御するようにし、燃焼圧が許容限界値を越える危険性のある運転状態であるか否かを判断する判断手段を具備し、燃焼圧が許容限界値を越える危険性のある運転状態のときにはエマルジョン燃料の噴射を停止し、水および乳化剤を含まない燃料を噴射するようにしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１はエマルジョン燃料を用いたディーゼル機関の全体図を示している。
【００１２】
図１を参照すると、１はディーゼル機関本体、２は吸気マニホルド、３は排気マニホルド、４は各気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁、５は各燃料噴射弁４に噴射すべきエマルジョン燃料を分配するためのコモンレールを夫々示す。吸気マニホルド２は吸気絞り弁６、インタークーラ７、排気ターボチャージャ８のコンプレッサ８ａを介してエアクリーナ９に連結され、排気マニホルド３は排気ターボチャージャ８の排気タービン８ｂを介して酸化触媒、ＮＯX 吸収剤、或いはパティキュレートフィルタ等からなる排気浄化装置１０に連結される。
【００１３】
また、吸気マニホルド２と排気マニホルド３とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１１を介して互いに連結され、このＥＧＲ通路１１内にＥＧＲ制御弁１２、ＥＧＲクーラ１３および触媒１４が配置される。なお、燃料噴射弁４、吸気絞り弁６およびＥＧＲ制御弁１２はデジタルコンピュータからなる電子制御ユニット２０の出力信号に基づいて制御される。
【００１４】
一方、図１に示されるようにディーゼル機関はエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１を具備している。このエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１は燃料タンク２２、水タンク２３および乳化剤タンク２４を備えており、これら燃料タンク２２、水タンク２３および乳化剤タンク２４は夫々対応する流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎを介してエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１に連結されている。また、このエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１は回転式の撹拌装置２５を具備しており、このエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１はコモンレール高圧ポンプ２６を介してコモンレール５に連結されている。各流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎ、撹拌装置２５およびコモンレール高圧ポンプ２６は電子制御ユニット２０の出力信号に基づいて制御される。
【００１５】
コモンレール５にはコモンレール５内のエマルジョン燃料圧を検出するための燃料圧センサ２７が取付けられている。この燃料圧センサ２７の出力信号は電子制御ユニット２０に入力される。
【００１６】
図１に示されるように燃料タンク２２内には燃料、即ち軽油が給油され、燃料タンク２２内に貯蔵された燃料は流量制御弁Ｖｆを介してエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内に供給される。水タンク２３内には通常の水が給水されるか、或いはろ過した雨水が外部導入孔を介して供給され、水タンク２３内に貯蔵された水は流量制御弁Ｖｗを介してエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内に供給される。また、燃料と水との親和力を高めるための乳化剤を貯蔵している乳化剤タンク２４からは流量制御弁Ｖｎを介して乳化剤がエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内に供給される。
【００１７】
エマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内に燃料、水および乳化剤が供給されるとこれら燃料、水および乳化剤は撹拌装置２５によって撹拌され、それによってエマルジョン燃料が生成される。このとき乳化剤は水の供給量に比例して供給される。生成されるエマルジョン燃料の水含有率は各流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎの開度を制御することによって０％から５０％の範囲で任意に設定することができる。また、図１に示される実施例では撹拌装置２５による撹拌速度（ｒ．ｐ．ｍ．）は流量制御弁Ｖｎの開度に比例するように制御される。
【００１８】
エマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内において生成されたエマルジョン燃料はコモンレール高圧ポンプ２６により昇圧されてコモンレール５内に送り込まれ、コモンレール５内に送り込まれたエマルジョン燃料は各燃料噴射弁４から対応する気筒内に噴射される。
【００１９】
図２はエマルジョン燃料を製造制御するためのルーチンを示している。
【００２０】
図２を参照すると、まず初めにステップ１００においてエマルジョン燃料の水含有率の目標値が設定される。次いでステップ１０１ではエマルジョン燃料の水含有率が目標値となるように各流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎの開度が制御される。次いでステップ１０２では撹拌装置２５の撹拌速度が流量制御弁Ｖｎの開度に比例するように制御される。
【００２１】
さて、エマルジョン燃料量をＱｅ、エマルジョン燃料中の燃料成分の量をＱｆ、添加された水分の量をＱｗ、乳化剤の量をＱｎとするとエマルジョン燃料量Ｑｅは次式によって表わされる。
【００２２】
Ｑｅ＝Ｑｆ＋Ｑｗ＋Ｑｎ
ところでエマルジョン燃料において燃焼に寄与するのはエマルジョン燃料中の燃料成分であり、エマルジョン燃料中の水分はＮＯX やスモークの生成を抑制する役割を果しているだけで燃焼には寄与していない。そこで本発明では燃焼への寄与率を表すものとして、エマルジョン燃料の量Ｑｅに対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆの割合を示す燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）を用いるようにしている。
【００２３】
さて、本発明では図３に示されるようにメイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行うようにしている。図３に示す例では圧縮上死点（圧縮ＴＤＣ）直前にメイン噴射が行われ、圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）６０°，５０°，４０°，３０°においてマルチ噴射が行われる。なお、図３に示す例ではメイン噴射の直前に更にパイロット噴射が行われている。本発明では燃料含有率Ｑｒに基いてマルチ噴射が制御される。
【００２４】
次に図４を参照しつつ燃料噴射の制御ルーチンについて説明する。
【００２５】
図４を参照すると、まず初めにステップ５０において機関回転数、アクセルペダルの踏込み量等が読み込まれる。次いでステップ５１では噴射すべきエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆ、添加された水分の量Ｑｗ、乳化剤の量Ｑｎが算出される。次いでステップ５２では噴射すべきエマルジョン燃料の量Ｑｅが算出される。次いでステップ５３ではマルチ噴射の制御が行われる。次いでステップ５４ではパイロット噴射、メイン噴射の制御が行われる。図５から図１２は図４のステップ５３において行われるマルチ噴射制御の種々の実施例を示している。
【００２６】
図５はマルチ噴射制御の第１実施例を示している。
【００２７】
少量の燃料を複数回噴射すると良好に予混合気が形成され、予混合気が形成されるとスモークを低減することができると共に燃焼騒音を低減することができる。ところがこのように複数回噴射するようにすると一回当りの噴射量が少くなり、一回当りの噴射量が燃料噴射弁４の噴射限界である最小噴射量よりも少くなるともはや燃料を噴射し得なくなる。しかしながらこの場合、燃料に水を添加すると、即ちエマルジョン燃料を用いるとエマルジョン燃料中の燃料量が同じであっても一回当りの噴射量が増大するので噴射することが可能となる。言い換えるとエマルジョン燃料中の水分の量が少ないとき、即ち燃料含有率Ｑｒが大きいときに噴射し得なくてもエマルジョン中の水分の量を多くすると、即ち燃料含有率Ｑｒを低下させると噴射することが可能となる。
【００２８】
そこでこの実施例では、マルチ噴射において噴射すべきいずれか一回のエマルジョン燃料量が燃料噴射弁４の最小噴射量よりも少ないときには燃料含有率を低下させるようにしている。
【００２９】
即ち、図５を参照すると、まず初めにステップ１００においてマルチ噴射の各噴射におけるエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｍが算出される。次いでステップ１０１では燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ１０２ではマルチ噴射における各噴射のエマルジョン燃料量Ｑｅｍ（＝Ｑｍ／Ｑｒ）が算出される。次いでステップ１０３ではエマルジョン燃料量Ｑｅｍが燃料噴射弁４の最小噴射量Ｑｍｉｎよりも少ないか否かが判別される。Ｑｅｍ≧Ｑｍｉｎのときにはステップ１０６にジャンプしてマルチ噴射が行われる。
【００３０】
これに対してＱｅｍ＜Ｑｍｉｎのときにはステップ１０４に進んで燃料成分の量Ｑｍを最小噴射量Ｑｍｉｎで除算した値が燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｍ／Ｑｍｉｎ）とされる。ここでＱｅｍ＜Ｑｍｉｎであるので燃料含有率Ｑｒが低下せしめられていることがわかる。次いでステップ１０５ではステップ１０４で算出された燃料含有率Ｑｒとなるように各流量制御弁Ｖｆ，Ｖｍ，Ｖｎが制御され、次いでステップ１０６に進む。このときには燃料噴射弁４の最小噴射量Ｑｍｉｎでもってエマルジョン燃料が噴射される。なお、ステップ１０４ではＱｒ＜Ｑｍ／Ｑｍｉｎとすることもでき、このとき燃料含有率Ｑｒは更に減少せしめられる。
【００３１】
図６はマルチ噴射制御の第２実施例を示している。
【００３２】
この実施例は、排気浄化装置１０として貴金属およびＮＯX 吸収剤を担体上、又はパティキュレートフィルタ上に担持したものを用いた場合を示している。このＮＯX 吸収剤は、排気浄化装置１０に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯX を吸収し、排気浄化装置１０に流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯX を放出し還元する機能を有する。従ってこのＮＯX 吸収剤を用いた場合にはリーン空燃比のもとで機関の運転が行われているときに排気ガス中に含まれるＮＯX はＮＯX 吸収剤に吸収される。
【００３３】
一方、ＮＯX 吸収剤のＮＯX 吸収能力が飽和する前に排気ガスの空燃比が一時的にリッチにされ、それによってＮＯX 吸収剤からＮＯX が放出され、放出されたＮＯX は排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ等の還元成分によって還元される。ところで燃料含有率Ｑｒを小さくするとエマルジョン燃料は燃えずらくなるので排気ガス中の還元成分の量、例えば未燃ＨＣの量が増大し、従ってＮＯX 吸収剤から放出されたＮＯX を良好に還元しうるようになる。そこでこの実施例では、ＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出すべく排気ガスの空燃比をリッチにするときには燃料含有率Ｑｒを減少させるようにしている。
【００３４】
即ち、図６を参照すると、まず初めにステップ２００においてマルチ噴射の各噴射におけるエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｍが算出される。次いでステップ２０１では燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ２０２ではＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出すべきか否かが判別される。ＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出すべきときではないと判別されたときにはステップ２０５にジャンプしてマルチ噴射が行われる。このとき空燃比はリーンとされる。
【００３５】
これに対してステップ２０２においてＮＯX 吸収剤からＮＯX を放出すべきであると判断されたときにはステップ２０３に進んで燃料含有率Ｑｒが予め定められた燃料含有率Ｑｒｒまで低減せしめられ、燃料含有率ＱｒがＱｒｒとなるように各流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎの開度が制御される。次いでステップ２０４では空燃比をリッチとするのに必要な噴射量が算出され、ステップ２０５に進む。このとき空燃比は一時的にリッチとされる。
【００３６】
図７および図８はマルチ噴射制御の第３実施例を示している。
【００３７】
この実施例では、燃料含有率Ｑｒが低くなるほどマルチ噴射の噴射時期を進角し、噴射時期の早いマルチ噴射ほど進角量を小さくするようにしている。即ち、燃料含有率Ｑｒが低くなるほど着火遅れ期間が増大し、未燃ＨＣの排出量が増大するばかりでなく燃焼騒音が大きくなる。この場合、着火遅れ期間を短くして未燃ＨＣの排出量および燃焼騒音を抑制するにはマルチ噴射の噴射時期を早める必要がある。そこでこの実施例では図７（Ａ）に示されるように燃料含有率Ｑｒが小さくなるにつれてマルチ噴射の噴射時期の進角量ＡＴを増大するようにしている。
【００３８】
ところがマルチ噴射の噴射時期を早めると噴射時におけるピストンの位置が低くなるために噴射燃料がシリンダボア内壁に付着して潤滑油を希釈してしまうという、いわゆるボアフラッシングが生じる。この場合、噴射時期の早いマルチ噴射ほどボアフラッシングを生じる危険性が高くなる。そこでこの実施例では図７（Ｂ）に示されるように進角量ＡＴに乗算する補正係数Ｋの値をマルチ噴射の噴射時期が早いときほど小さくし、進角量ＡＴに補正係数Ｋを乗算することによって得られるＡＴ・Ｋの値を進角量とするようにしている。
【００３９】
即ち、図８を参照すると、まず初めにステップ３００においてマルチ噴射の各噴射におけるエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑm1，Ｑm2，Ｑm3，Ｑm4が算出される。次いでステップ３０１では燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ３０２では各マルチ噴射の基本噴射時期ＩＮＪ 1 ，ＩＮＪ 2 ，ＩＮＪ 3 ，ＩＮＪ 4 が算出される。次いでステップ３０３では燃料含有率Ｑｒに基づいて図７（Ａ）に示す関係から進角量ＡＴが算出される。次いでステップ３０４では図７（Ｂ）に示す関係から各マルチ噴射の噴射時期に応じた補正係数Ｋの値Ｋ1 ，Ｋ2 ，Ｋ3 ，Ｋ4 が算出される。次いでステップ３０５では各マルチ噴射の噴射時間ＩＮ1 ，ＩＮ2 ，ＩＮ3 ，ＩＮ4 が基本噴射時期ＩＮＪ1 ，ＩＮＪ2 ，ＩＮＪ3 ，ＩＮＪ4 に対して夫々ＡＴ・Ｋ1 ，ＡＴ・Ｋ2 ，ＡＴ・Ｋ3 ，ＡＴ・Ｋ4 だけ進角される。次いでステップ３０６ではマルチ噴射が実行される。
【００４０】
図９および図１０はマルチ噴射制御の第４実施例を示している。
【００４１】
エマルジョン燃料を用いた場合にはエマルジョン燃料中の水分の量が多くなるほど、即ち燃料含有率Ｑｒが低くなるほど粘性抵抗が小さくなるので噴射燃料の速度及び飛行距離が増大し、その結果ボアフラッシングが生じやすくなる。そこでこの実施例では燃料含有率が低くなるほどマルチ噴射の噴射量を減少させて噴射エネルギを低減させ、それによってボアフラッシングが発生するのを抑制するようにしている。図９はこの実施例においてマルチ噴射の各噴射における噴射量に乗算すべき補正係数Ｊの値を示している。
【００４２】
この実施例では図１０に示されるように、まず初めにステップ４００においてマルチ噴射の各噴射におけるエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑm1，Ｑm2，Ｑm3，Ｑm4が算出される。次いでステップ４０１では燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ４０２ではマルチ噴射における各噴射の噴射時期ＩＮＪ1 ，ＩＮＪ2 ，ＩＮＪ3 ，ＩＮＪ4 が算出される。次いでステップ４０３ではマルチ噴射における各噴射量ＱＯm1，ＱＯm2，ＱＯm3，ＱＯm4がステップ４００において算出されたＱm1，Ｑm2，Ｑm3，Ｑm4に図９から算出された補正係数Ｊの値を乗算することによって算出される。次いでステップ４０４においてマルチ噴射が実行される。
【００４３】
図１１および図１２はマルチ噴射制御の第５実施例を示している。
【００４４】
ＥＧＲガス等の必要量は実際に燃焼に寄与してトルクを発生させる実燃料量によって定まり、従ってＥＧＲガス等の量は実燃料量に基づいて制御しなければならない。しかしながらこの実燃料量はエマルジョン燃料中に含まれる燃料成分の量に必ずしも一致しない。そこでこの実施例では実燃料量を算出し、この実燃料量に基づいてＥＧＲガス等を制御しうるようにしている。
【００４５】
即ち、マルチ噴射において噴射時期が早くなるほどトルクを発生させる実噴射量の割合は少くなる。従って噴射されたエマルジョン燃料中の燃料成分の量に対する実噴射量の割合Ｋｆ１は図１１（Ａ）に示されるように噴射時期が早いほど小さくなる。一方、エマルジョン燃料中の水分の量が増大すると、即ち燃料含有率Ｑｒが低下すると燃料は燃えずらくなるので図１１（Ｂ）に示されるように、噴射されたエマルジョン燃料中の燃料成分の量に対する実噴射量の割合Ｋｆ２は燃料含有率Ｑｒが低下するほど小さくなる。この実施例では実燃料量がエマルジョン燃料中の燃料成分の量に各割合Ｋｆ１・Ｋｆ２を乗算することによって算出される。
【００４６】
即ち、この実施例では図１２に示されるように、まず初めにステップ５００においてマルチ噴射の各噴射におけるエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑm1，Ｑm2，Ｑm3，Ｑm4が算出される。次いでステップ５０１では燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ５０２ではマルチ噴射における各噴射の噴射時期ＩＮＪ1 ，ＩＮＪ2 ，ＩＮＪ3 ，ＩＮＪ4 が算出される。次いでステップ５０３ではマルチ噴射における各噴射の噴射時期から図１１（Ａ）に基づいて各割合Ｋｆ１1 ，Ｋｆ１2 ，Ｋｆ１3 ，Ｋｆ１4 が算出される。次いでステップ５０４では燃料含有率Ｑｒから図１１（Ｂ）に基づいて割合Ｋｆ２が算出される。
【００４７】
次いでステップ５０５では実噴射量Ｑe1，Ｑe2，Ｑe3，Ｑe4がエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑm1，Ｑm2，Ｑm3，Ｑm4に夫々Ｋｆ１1 ・Ｋｆ２，Ｋｆ１2 ・Ｋｆ２，Ｋｆ１3 ・Ｋｆ２，Ｋｆ１4 ・Ｋｆ２を乗算することによって算出される。ＥＧＲガス量等はこの実噴射量Ｑe1，Ｑe2，Ｑe3，Ｑe4に基づいて制御される。次いでステップ５０６においてマルチ噴射が実行される。
【００４８】
図１３および図１４は噴射圧を制御するようにした実施例を示している。
【００４９】
図１３（Ａ）に示すように噴射圧、即ちコモンレール５内の目標燃料圧ＰＯが上昇するとコモンレール５内の実際の燃料圧はオーバシュートし、その結果目標燃料圧ＰＯよりも高くなる。一方、エマルジョン燃料中の水分の量が増大すると、即ち燃料含有率Ｑｒが小さくなると着火遅れ時間が長くなるために急激な燃焼が生じる。従って燃料含有率Ｑｒが小さいときにコモンレール５内の目標燃料圧ＰＯが高くなると燃焼が極めて急激となるために燃焼圧が許容限界値を越える危険性がある。
【００５０】
そこでこの実施例では図１３（Ｂ）に示されるように、燃料含有率Ｑｒが予め定められた含有率よりも低くなったときには噴射圧ＰＯを低下させるようにしている。
【００５１】
即ち、図１４を参照すると、まず初めにステップ６００においてコモンレール５内の目標燃料圧ＰＯが算出される。次いでステップ６０１では燃料含有率Ｑｒが予め定められた含有率ＱＸよりも低いか否かが判別される。Ｑｒ≧ＱＸのときにはステップ６０３にジャンプしてコモンレール５内の燃料圧が目標燃料圧ＰＯとなるようにコモンレール高圧ポンプ２６が制御される。これに対してステップ６０１においてＱｒ＜ＱＸであると判別されたときにはステップ６０２に進んで目標燃料圧ＰＯから一定圧ΔＰが減算され、次いでステップ６０３に進む。従ってこのときにはコモンレール５内の目標燃料圧ＰＯが低下せしめられる。
【００５２】
図１５および図１６は燃料含有率の増大制御をするようにした実施例を示している。
【００５３】
図１５に示されるようにこの実施例ではコモンレール高圧ポンプ２６に加え、燃料タンク２２内の燃料をコモンレール５内に供給するための燃料高圧ポンプ２８を具備している。この実施例では燃料の着火遅れ期間が長くなって燃焼が極度に急激になる危険性があるときにはエマルジョン燃料に代えて燃料タンク２２内の燃料をコモンレール５内に供給するようにしている。即ち、この実施例では、燃焼圧が許容限界値を越える危険性のある運転状態であるか否かを判断し、燃焼圧が許容限界値を越える危険性のある運転状態のときにはエマルジョン燃料の噴射を停止し、水および乳化剤を含まない燃料を噴射するようにしている。
【００５４】
即ち、図１６に示されるようにまず初めにステップ７００においてコモンレール５内の目標燃料圧ＰＯが設定値ＰＰよりも高いか否かが判別される。ＰＯ≦ＰＰのときには燃焼圧が許容限界値を越える危険性がないと判断され、ステップ７０２に進む。一方、ステップ７００においてＰＯ＞ＰＰであると判断されたときにはステップ７０１に進んで燃料含有率Ｑｒが設定値ＱＹよりも小さいか否かが判別される。Ｑｒ≧ＱＹのときには燃焼圧が許容限界値を越える危険性がないと判断され、ステップ７０２に進む。
【００５５】
ステップ７０２ではコモンレール高圧ポンプ２６が作動せしめられ、燃料高圧ポンプ２８が停止される。このときコモンレール５内にはエマルジョン燃料が供給される。次いでステップ７０６において燃料噴射が実行される。
【００５６】
一方、ステップ７００においてＰＯ＞ＰＰであると判断され、ステップ７０１においてＱｒ＜ＱＹであると判断されたとき、即ち燃焼圧が許容限界値を越える危険性があるときにはステップ７０４に進んでコモンレール高圧ポンプ２６が停止され、ステップ７０５において燃料高圧ポンプ２８が作動せしめられる。このとき燃料タンク２２内の燃料が直接コモンレール５内に供給される。
【００５７】
【発明の効果】
エマルジョン燃料を用いた場合のマルチ噴射を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディーゼル機関の全体図である。
【図２】エマルジョン燃料の製造を制御するためのフローチャートである。
【図３】マルチ噴射を説明するための図である。
【図４】噴射制御を行うためのフローチャートである。
【図５】マルチ噴射を制御するための第１実施例を示すフローチャートである。
【図６】マルチ噴射を制御するための第２実施例を示すフローチャートである。
【図７】進角量ＡＴと補正係数Ｋを示す図である。
【図８】マルチ噴射を制御するための第３実施例を示すフローチャートである。
【図９】補正係数Ｊを示す図である。
【図１０】マルチ噴射を制御するための第４実施例を示すフローチャートである。
【図１１】割合Ｋｆ１，Ｋｆ２を示す図である。
【図１２】マルチ噴射を制御するための第５実施例を示すフローチャートである。
【図１３】噴射圧の変化を示す図である。
【図１４】噴射圧を制御するためのフローチャートである。
【図１５】ディーゼル機関の別の実施例を示す全体図である。
【図１６】燃料含有率の増大を制御するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…ディーゼル機関本体
４…燃料噴射弁
５…コモンレール
Claims (6)
- 燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いて上記マルチ噴射を制御するようにし、マルチ噴射において噴射すべきいずれか一回のエマルジョン燃料量が燃料噴射弁の最小噴射量よりも少ないときには燃料含有率を低下させるようにした内燃機関の制御装置。
- 燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いて上記マルチ噴射を制御するようにし、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯ X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ X を放出するＮＯ X 吸収剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯ X 吸収剤からＮＯ X を放出すべくＮＯ X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするときには燃料含有率を減少させるようにした内燃機関の制御装置。
- 燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いて上記マルチ噴射を制御するようにし、燃料含有率が低くなるほどマルチ噴射の噴射時期を進角し、噴射時期の早いマルチ噴射ほど進角量を小さくするようにした内燃機関の制御装置。
- 燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いて上記マルチ噴射を制御するようにし、燃料含有率が低くなるほどマルチ噴射の噴射量を減少させるようにした内燃機関の制御装置。
- 燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いて上記マルチ噴射を制御するようにし、燃料含有率が予め定められた含有率よりも低くなったときには噴射圧を低下させるようにした内燃機関の制御装置。
- 燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、メイン噴射時期よりも以前の圧縮行程中にメイン噴射よりも少量のエマルジョン燃料を複数回に亘って噴射するマルチ噴射を行い、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出すると共にこの燃料含有率に基いて上記マルチ噴射を制御するようにし、燃焼圧が許容限界値を越える危険性のある運転状態であるか否かを判断する判断手段を具備し、燃焼圧が許容限界値を越える危険性のある運転状態のときにはエマルジョン燃料の噴射を停止し、水および乳化剤を含まない燃料を噴射するようにした内燃機関の制御装置。
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