JP6052224B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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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、高負荷運転時に行われるエンジントルクを上昇させるための燃料噴射量の増量制御において、燃料のアルコール濃度が高いほど、増量制御によって増量された燃料噴射量を減量するように補正を行う内燃機関が開示されている。この補正を行うことにより、高負荷運転時においてアルコール濃度の違いに起因するエンジントルク差の発生を抑制することができる。
ところで、ガソリンとアルコールとが混合された燃料を使用する内燃機関においては、燃焼時の未燃アルコール及び燃焼時に発生する水分が燃焼室内のボア壁面のオイルに含まれるカルシウム成分と反応し、炭酸カルシウム、硫酸カルシウムなどの堆積物を生じることがある。この堆積物が生じることで、ボア壁面とピストンリングとの摺動摩擦が増える。この結果、ピストンの潤滑不足が生じやすくなる。
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、ガソリンとアルコールとが混合された燃料を使用する内燃機関において、炭酸カルシウム、硫酸カルシウムなどの堆積物を生じることによるピストンの潤滑不足が生じることを抑制す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、ポート噴射弁を備えるガソリン及びアルコールの混合燃料を使用可能な内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転時の負荷を検出する負荷検出手段と、
前記混合燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
前記負荷検出手段によって検出された負荷が所定負荷値より高く、かつ、前記アルコール濃度検出手段によって検出されたアルコール濃度が所定濃度値より高い場合に、吸気弁の開弁期間と前記ポート噴射弁からの混合燃料の噴射期間とが重なる期間である同期噴射期間における燃料噴射量を負荷に応じて増量すると共に、前記噴射期間のうち前記開弁期間と重ならない期間である非同期噴射期間における燃料噴射量を一定にする同期噴射燃料増量手段と、
を備えることを特徴とする。
前記内燃機関の運転時の負荷を検出する負荷検出手段と、
前記混合燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
前記負荷検出手段によって検出された負荷が所定負荷値より高く、かつ、前記アルコール濃度検出手段によって検出されたアルコール濃度が所定濃度値より高い場合に、吸気弁の開弁期間と前記ポート噴射弁からの混合燃料の噴射期間とが重なる期間である同期噴射期間における燃料噴射量を負荷に応じて増量すると共に、前記噴射期間のうち前記開弁期間と重ならない期間である非同期噴射期間における燃料噴射量を一定にする同期噴射燃料増量手段と、
を備えることを特徴とする。
また、第２の発明は、第１の発明において、前記同期噴射燃料増量手段は、前記同期噴射期間を負荷に応じて長くすることで燃料噴射量を増量することを特徴とする。
また、第３の発明は、第１の発明において、前記同期噴射燃料増量手段は、前記同期噴射期間における前記混合燃料の噴射圧を負荷に応じて高くすることで燃料噴射量を増量することを特徴とする。
本発明によれば、内燃機関の運転時の負荷が所定負荷値より高く、かつ、混合燃料のアルコール濃度が所定濃度値より高い場合に、同期噴射期間における燃料噴射量を負荷に応じて増量するので、多量の燃料をボア壁面に付着させ、その燃料の気化によりボア壁面を冷やすことができる。さらに、多量の燃料がボア壁面に付着するため、ボア壁面のオイルが燃料によって希釈される。これにより、オイルのカルシウム成分と水とが反応しにくくなるため、堆積物が生成しにくくなる。従って、アルコール濃度が高い場合、つまり水分が多い場合であっても、オイルのカルシウム成分と燃料中の水分とが反応してボア壁面に堆積物が付着することを抑制することができる。
また、本発明によれば、内燃機関の運転時の負荷が所定負荷値より高く、かつ、混合燃料のアルコール濃度が所定濃度値より高い場合に、非同期噴射期間における燃料噴射量を一定にするので、同期噴射期間に噴射された燃料の多くをボア壁面に付着させたとしても、非同期噴射期間において一定量噴射された燃料によって、筒内での燃焼に支障が出るような状況を未然に回避することもできる。
また、本発明によれば、内燃機関の運転時の負荷が所定負荷値より高く、かつ、混合燃料のアルコール濃度が所定濃度値より高い場合に、非同期噴射期間における燃料噴射量を一定にするので、同期噴射期間に噴射された燃料の多くをボア壁面に付着させたとしても、非同期噴射期間において一定量噴射された燃料によって、筒内での燃焼に支障が出るような状況を未然に回避することもできる。
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の制御装置の構成を、これが適用される内燃機関の構成とともに示す図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両の動力源として用いられる内燃機関２を備えている。内燃機関２は、気筒４を有している。図１では１つの気筒のみが描かれているが、一般的な車両用のエンジンは複数の気筒から構成されている。
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の制御装置の構成を、これが適用される内燃機関の構成とともに示す図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両の動力源として用いられる内燃機関２を備えている。内燃機関２は、気筒４を有している。図１では１つの気筒のみが描かれているが、一般的な車両用のエンジンは複数の気筒から構成されている。
また、内燃機関２は、アルコールとガソリンとが混合した燃料（以下、混合燃料という。）を使用可能なＦＦＶ用エンジンである。アルコールの例として、メタノール、エタノールなどが挙げられる。
各気筒４には、吸気ポートと燃焼室との間を開閉する吸気バルブ１８と、排気ポートと燃焼室との間を開閉する排気バルブ２０とが設けられている。各気筒４の吸気ポートには吸気通路２２が連通している。吸気通路２２にはサージタンク２４が設けられている。サージタンク２４には、吸気圧センサ２３が配置されている。サージタンク２４の上流には、スロットルバルブ２６が配置されている。各気筒の排気ポートには排気経路３０が連通している。排気経路３０の合流部の下流には、空燃比センサ３２が取り付けられている。
各気筒４にはピストン６が配置されている。ピストン６は、クランク機構を介してクランクシャフトと接続されている。クランクシャフトの近傍には、クランク角センサ８が設けられている。クランク角センサ８は、クランクシャフトの回転角度に応じた出力を発するセンサである。内燃機関２には、吸気通路２２に燃料を噴射するインジェクタ１２と、燃焼室内の混合気に点火するスパークプラグ１４が設けられている。インジェクタ１２は、吸気ポートに設置され、吸気弁の裏側に向けて燃料を噴射するように設けられている。アルコール濃度センサ３１は、内燃機関２の燃料系統に取り付けられており、例えば、燃料タンク、または燃料タンクから気筒へ通じる燃料通路等に取り付けられる。
本実施の形態１にかかるシステムは演算処理装置４０を備えている。内燃機関２の制御を司るエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）が、この演算処理装置４０の役割を担ってもよい。演算処理装置４０の入力側には、クランク角センサ８の出力ＣＡ、吸気圧センサ２３の出力ＫＬ、空燃比センサ３２の出力ＡＦ等の各種センサの出力が入力される。演算処理装置４０は、クランク角センサ８の出力ＣＡ及び吸気圧センサ２３の出力ＫＬに基づいてエンジン負荷を算出する。また、演算処理装置４０の出力側には、前述のインジェクタ１２、スパークプラグ１４、スロットルモータ等の他、各種アクチュエータが接続されている。演算処理装置４０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータを作動させる。
演算処理装置４０が実行する所定のプログラムには、同期噴射燃料増量制御が含まれる。同期噴射燃料増量制御を行うことで、気筒４のボア壁面の温度を低下させ、堆積物の発生を抑制することができる。以下、図２を参照して同期噴射燃料増量制御について説明する。
［同期噴射燃料増量制御］
図２は、実施の形態１の内燃機関２における同期噴射燃料増量制御を説明するための図である。図２には、燃料噴射期間がエンジン負荷に応じて変化する様子が表されている。図２に示すように、エンジン負荷が高くなると必要な燃料噴射量が増加するため燃料噴射期間が長くなる。ここで、エンジン負荷が所定負荷値以下の場合における燃料噴射制御を通常の燃料噴射制御とする。通常の燃料噴射制御は、非同期噴射期間及び同期噴射期間のそれぞれが長くなる。ここで、所定負荷値とは、気筒４内に堆積物が発生しやすくなる温度における負荷の値をいい、実験結果に基づいて最適な値に設定される。
図２は、実施の形態１の内燃機関２における同期噴射燃料増量制御を説明するための図である。図２には、燃料噴射期間がエンジン負荷に応じて変化する様子が表されている。図２に示すように、エンジン負荷が高くなると必要な燃料噴射量が増加するため燃料噴射期間が長くなる。ここで、エンジン負荷が所定負荷値以下の場合における燃料噴射制御を通常の燃料噴射制御とする。通常の燃料噴射制御は、非同期噴射期間及び同期噴射期間のそれぞれが長くなる。ここで、所定負荷値とは、気筒４内に堆積物が発生しやすくなる温度における負荷の値をいい、実験結果に基づいて最適な値に設定される。
そして、エンジン負荷が所定負荷値より高くなった場合に、同期噴射燃料増量制御が行われる。同期噴射燃料増量制御は、非同期噴射期間を固定してエンジン負荷に応じて同期噴射期間のみを長くする制御である。
同期噴射燃料増量制御が行われると、排気上死点後の同期噴射における燃料噴射量のみが増加する。これにより、多量の燃料がボア壁面に付着する。この結果、燃料の気化によりボア壁面を冷やすことができる。さらに、多量の燃料がボア壁面に付着するため、ボア壁面のオイルが燃料によって希釈される。同期噴射燃料増量制御によってボア壁面の温度が低くオイルの濃度が低くなると、オイルのカルシウム成分と水とが反応しにくくなるため、堆積物が生成しにくくなる。従って、アルコール濃度が高い場合、つまり水分が多い場合であっても、オイルのカルシウム成分と燃料中の水分とが反応してボア壁面に堆積物が付着することを抑制することができる。
［燃料噴射期間制御ルーチン］
図３は、実施の形態１においてＥＣＵで実行されるルーチンのフローチャートである。ＥＣＵは、本ルーチンを記憶するためのメモリーを有している。ＥＣＵ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。
図３は、実施の形態１においてＥＣＵで実行されるルーチンのフローチャートである。ＥＣＵは、本ルーチンを記憶するためのメモリーを有している。ＥＣＵ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。
まず、ＥＣＵは、アルコール濃度を検出する（Ｓ１００）。ＥＣＵは、アルコール濃度センサ３１の出力に基づいてアルコール濃度を検出する。
次に、ＥＣＵは、エンジン負荷を検出する（Ｓ１０２）。ＥＣＵは、クランク角センサ８の出力ＣＡ及び吸気圧センサ２３の出力ＫＬに基づいてエンジン負荷を検出する。
次に、ＥＣＵは、Ｓ１００で検出したアルコール濃度が所定濃度値より高いか否かを判定する（Ｓ１０４）。ＥＣＵは、Ｓ１００で検出したアルコール濃度が所定濃度値以下であると判定した場合、通常の燃料噴射制御を行う（Ｓ１１０）。その後、本ルーチンは終了する。また、所定濃度値とは、ボア壁面に付着しているオイルと混合燃料中の水分とが混ざり合い堆積物が発生しやすくなるアルコール濃度の値をいい、実験結果に基づいて最適な値に設定される。
一方、ＥＣＵは、Ｓ１００で検出したアルコール濃度が所定濃度値より高いと判定した場合、Ｓ１０２で検出したエンジン負荷が所定負荷値より高いか否かを判定する（Ｓ１０６）。ＥＣＵは、Ｓ１０２で検出したエンジン負荷が所定負荷値以下と判定した場合、通常の燃料噴射制御を行う（Ｓ１１０）。その後、本ルーチンは終了する。
一方、ＥＣＵは、Ｓ１０２で検出したエンジン負荷が所定負荷値より高いと判定した場合、同期噴射燃料増量制御を行う（Ｓ１０８）。同期噴射燃料増量制御は、図２で説明した負荷に応じて同期噴射期間のみを長くする制御である。その後、本ルーチンは終了する。
本発明では、アルコール濃度センサ３１を用いてアルコール濃度を検出する方法を用いたがこれに限定されるものではなく、推定手段によって算出する方法であってもよい。例えば、空燃比センサ３２を用いたフィードバック制御による補正量からアルコール濃度を推定する手法を採用してもよい。
また、本発明では、同期噴射量を増加させるために燃料噴射期間を長くしていたがこれに限定されるものではない。例えば、燃料の噴射期間を固定してインジェクタ１２の燃料噴射圧を高くすることで同期噴射量を増加させる手法を採用してもよい。あるいは、燃料噴射期間を長くする手法と燃料噴射圧を高くする手法とを組み合わせてもよい。
なお、ＥＣＵが、上記Ｓ１００を実行することにより前記第１の発明における「アルコール濃度検出手段」が、上記Ｓ１０２を実行することにより前記第１の発明における「負荷検出手段」が、上記Ｓ１０８を実行することにより前記第１の発明における「同期噴射燃料増量手段」が、それぞれ実現されている。
２ 内燃機関
４ 気筒
８ クランク角センサ
１２ インジェクタ
２３ 吸気圧センサ
３１ アルコール濃度センサ
４０ 演算処理装置（ＥＣＵ）
４ 気筒
８ クランク角センサ
１２ インジェクタ
２３ 吸気圧センサ
３１ アルコール濃度センサ
４０ 演算処理装置（ＥＣＵ）
Claims (3)
- ポート噴射弁を備えるガソリン及びアルコールの混合燃料を使用可能な内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の運転時の負荷を検出する負荷検出手段と、
前記混合燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
前記負荷検出手段によって検出された負荷が所定負荷値より高く、かつ、前記アルコール濃度検出手段によって検出されたアルコール濃度が所定濃度値より高い場合に、吸気弁の開弁期間と前記ポート噴射弁からの混合燃料の噴射期間とが重なる期間である同期噴射期間における燃料噴射量を負荷に応じて増量すると共に、前記噴射期間のうち前記開弁期間と重ならない期間である非同期噴射期間における燃料噴射量を一定にする同期噴射燃料増量手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記同期噴射燃料増量手段は、前記同期噴射期間を負荷に応じて長くすることで燃料噴射量を増量することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記同期噴射燃料増量手段は、前記同期噴射期間における前記混合燃料の噴射圧を負荷に応じて高くすることで燃料噴射量を増量することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
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