(57)【要約】【課題】内燃機関におけるデポジットの抑制【解決手段】  制御装置２００は、デポジット抑制処理部２６１を備えている。デポジット抑制処理部２６１は、第１処理部２６１ａと第２処理部２６１ｂとを備えている。第１処理部２６１ａは、第１記憶部２２１に記憶されたアニリン構造を有する成分の成分濃度と燃料噴射ノズルの許容温度との関係と、第１検出部２４１で検出されたアニリン構造を有する成分の成分濃度とに基づいて、噴射ノズル２ａの許容温度を得る処理を実行する。第２処理部２６１ｂは、内燃機関１００の燃焼中において、噴射ノズル２ａの許容温度以下に、噴射ノズル２ａの温度を低下させる処理を実行する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アニリン構造を有する成分の成分濃度と、燃料噴射ノズルの許容温度との関係が予め記憶された第１記憶部と、
燃料供給管路または燃料タンクにおいて、燃料中のアニリン構造を有する成分の成分濃度を検出する第１検出部と、
デポジット抑制処理部と
を備え、
前記デポジット抑制処理部は、
前記第１記憶部に記憶されたアニリン構造を有する成分の成分濃度と燃料噴射ノズルの許容温度との関係と、前記第１検出部で検出されたアニリン構造を有する成分の成分濃度とに基づいて、燃料噴射ノズルの許容温度を得る第１処理と、
内燃機関の燃焼中において、前記燃料噴射ノズルの許容温度以下に、燃料噴射ノズルの温度を低下させる第２処理と
が実行されるように構成された、
制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００７−２４０１４号公報には、吸気ポートや燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁を有する内燃機関の制御装置に関する提案が記載されている。同公報に記載された内燃機関の制御装置は、燃料性状検出手段と、デポジット限界温度設定手段と、点火時期制御手段とを備えている。ここで、燃料性状検出手段は、燃料中のアロマ濃度またはマンガン濃度または硫黄濃度を検出する。デポジット限界温度設定手段は、燃料性状検出手段の検出結果に応じて燃料噴射弁におけるデポジット限界温度を設定する。点火時期制御手段は、該デポジット限界温度設定手段が設定したデポジット限界温度に基づいて点火手段による点火時期を遅角する。同公報では、かかる内燃機関の制御装置において、燃料噴射ノズルへ堆積したデポジットによる燃焼悪化が抑制されるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２４０１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、本発明者は、特許文献１に記載された制御装置での制御を実施しても、燃料噴射ノズルへ堆積したデポジットによる燃焼悪化が抑制されない場合が存在するとの知見を得た。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ここで提案される制御装置は、アニリン構造を有する成分の成分濃度と、燃料噴射ノズルの許容温度との関係が予め記憶された第１記憶部と、燃料供給管路または燃料タンクにおいて、燃料中のアニリン構造を有する成分の成分濃度を検出する第１検出部と、デポジット抑制処理部とを備えている。
デポジット抑制処理部は、第１処理と第２処理とが実行されるように構成されている。
第１処理は、第１記憶部に記憶されたアニリン構造を有する成分の成分濃度と燃料噴射ノズルの許容温度との関係と、第１検出部で検出されたアニリン構造を有する成分の成分濃度とに基づいて、燃料噴射ノズルの許容温度を得る処理である。
第２処理は、内燃機関の燃焼中において、燃料噴射ノズルの許容温度以下に、燃料噴射ノズルの温度を低下させる処理である。
【０００６】
かかる制御装置によれば、アニリン構造を有する成分に起因して噴射ノズルに生じうるデポジットの発生が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、内燃機関１００の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、制御装置２００のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、ここで提案される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。
【０００９】
図１は、内燃機関１００の一例を示す模式図である。図１に示されているように、内燃機関１００は、吸気ポート１と、燃料噴射弁２と、燃料ポンプ３と、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、流量調整弁７と、ラジエータ８と、ウォーターポンプ９と、送風ファン１０と、水温センサ１１と、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）１２と、燃料成分センサ１３と、吸気ＶＶＴ（Variable Valve Timing）１４と、燃料タンク１５と、点火プラグ１６と、スロットル１７と、ピストンヘッド２１と、排気ポート２２と、排気バルブ２３とを備えている。ここで、ＥＣＵ１２は、内燃機関の運転を制御する制御装置である。
【００１０】
燃料タンク１５には、内燃機関１００で燃焼させる燃料が貯えられている。燃料タンク１５には、燃料成分センサ１３が取り付けられている。燃料ポンプ３は、燃料タンク１５から燃料噴射弁２に通じる燃料供給管路３ａに設けられている。燃料タンク１５を作動させることによって、燃料供給管路３ａを通じて燃料噴射弁２に燃料が供給される。シリンダヘッド４と、シリンダブロック５と、シリンダブロック５に組み込まれたピストンヘッド２１とは、燃焼室２０を形成している。シリンダヘッド４には、燃焼室２０に通じる吸気ポート１と排気ポート２２とが形成されている。吸気ポート１には、吸気ＶＶＴ１４を通じて開くタイミングが制御される吸気バルブ１４ａ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２３が設けられている。
【００１１】
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。流量調整弁７とウォーターポンプ９は、ラジエータ８から冷却水路６に通じる配管６ａにそれぞれ設けられている。送風ファン１０は、ラジエータ８を冷却する冷却装置として機能するファンである。水温センサ１１は、冷却水路６に設けられている。図１に示された実施形態では、水温センサ１１は、燃焼室２０の近傍において、シリンダブロック５の冷却水路６を流通する水温を測定しうるように、シリンダブロック５に形成された冷却水路６に設けられている。図１に示された実施形態では、ＥＣＵ１２は、流量調整弁７とウォーターポンプ９と送風ファン１０を制御し、冷却水路６を流通する水温や流量を調整するように構成されている。
【００１２】
燃料噴射弁２の噴射ノズル２ａ（燃料噴射ノズル）は、内燃機関１００の吸気ポート１に向けられている。吸気ポート１に向けられた噴射ノズル２ａには、温度センサ（図示省略）が設けられているとよい。燃料噴射弁２は、スロットル１７を有している。ＥＣＵ１２は、スロットル１７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１は、内燃機関１００の燃焼室２０に通じている。吸気ポート１には、吸気ＶＶＴ１４で制御される吸気バルブ１４ａが設けられている。吸気バルブ１４ａが開かれるタイミングは、シリンダブロック５に組み込まれたピストンヘッド２１の上下動のタイミングに合わせて、吸気ＶＶＴ１４を通じてＥＣＵ１２によって制御される。
【００１３】
例えば、ピストンヘッド２１が上死点から下方に移動するタイミングで、吸気バルブ１４ａが開かれる。この際、適当なタイミングでスロットル１７が制御され、燃料噴射弁２が開かれる。このことによって、燃料噴射弁２の噴射ノズル２ａから吸気ポート１に燃料が噴射される。さらにスロットル１７の開き具合が制御されることによって、噴射ノズル２ａから噴出される燃料の量が制御される。換言すると、スロットル１７の開き具合が制御されることによって、燃焼室２０に吸い込まれる空気に含まれる燃料の量が制御される。このように、図１に示された形態では、ピストンヘッド２１が上死点から下方に移動するタイミングで、所定量の燃料を含む混合気が吸気ポート１から燃焼室２０に吸い込まれる。
【００１４】
図１に示された実施形態では、燃焼室２０に点火プラグ１６が設けられている。ここで、ＥＣＵ１２は、点火プラグ１６を通じて、燃焼室２０内で燃料に点火されるタイミングを制御するように構成されている。点火プラグ１６は、例えば、燃焼室２０に燃料を含む空気が吸引された後、吸気ポート１が閉じられる。その後、ピストンヘッド２１が下死点から上死点へ向けて移動し、燃料を含む空気を圧縮する。そして、ピストンヘッド２１が上死点に至ったタイミングで、点火プラグ１６が作動する。これによち、圧縮された燃料を含む空気が点火されるとともに、爆発的に膨張し、ピストンヘッド２１を下方へ押し下げる。図示は省略されるが、ピストンヘッド２１を下方へ押し下げる力がピストンロッドに伝えられ、ピストンロッドを通じて内燃機関１００のクランク軸が回転する。
【００１５】
図１は、制御装置２００が適用されうる内燃機関１００の一形態が例示されているが、ここで提案される制御装置２００が適用される内燃機関１００は、かかる形態に限定されない。
【００１６】
ところで、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、燃料から析出する。本発明者は、炭素−炭素による重合に対して窒素−炭素による重合の方が低温にて強固となるため、燃料中のアニリン（−ＮＨ２）構造を持つ成分は、より低温にて強固なデポジットになることを見出した。
【００１７】
例えば、図１に示されているように、内燃機関１００の吸気ポート１には、燃料噴射弁２が取り付けられている。燃料噴射弁２は、燃料供給管路３ａを通じて燃料タンク１５から燃料が供給される。燃料は、燃料噴射弁２の噴射ノズル２ａから噴射される。燃料噴射弁２は、シリンダヘッド４から吸気ポート１を介して伝わる燃焼熱によって加熱される。この際、燃料噴射弁２の噴射ノズル２ａの先端に付着した燃料が燃焼される。噴射ノズル２ａは、燃料が燃焼されることによって生じる排気ガス（ＮＯｘおよびＰＭ）環境下に曝される。この際、燃料が酸化され、燃料同士が重合することによって、不溶解化し固形化されることでデポジットが生成される。
【００１８】
デポジットが生成される温度は、燃料の成分によって異なる。例えば、燃料中に、オレフィンとトルエンのようなアロマ構造（芳香族系炭化水素）を持つ成分が含まれている場合には、化１で示されるような反応が生じ、炭素−炭素による重合を含むデポジットが生成される。また、燃料中に、オレフィンとアニリン構造（ＮＨ２基）を持つ成分が含まれている場合には、化２で示されるような反応が生じ、窒素−炭素による重合を含むデポジットが生成される。ここで、本発明者の知見によれば、化２で示されるような窒素−炭素の重合反応は、化１で示されるような炭素−炭素による重合よりも低温で生じる傾向がある。そして、窒素−炭素による重合を含むデポジットは、炭素−炭素による重合よりも硬いデポジットになる傾向がある。
【００１９】
【化１】
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【００２０】
【化２】
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【００２１】
本発明者の知見によれば、例えば、燃料にアニリン構造を持つ成分が添加されている場合には、窒素−炭素による重合を含むデポジットは、概ね９０℃までは、生成され難いが、９０℃を超えると生成されやすくなる。他方で、燃料にトルエンが添加されている場合に、炭素−炭素による重合を含むデポジットは、温度が高くなると徐々に生成されやすくなるものの、１１０℃くらいまでは、あまり大きくならない。燃料中にアニリン構造が混入している場合には、アニリン構造を含む成分の割合が多ければ多いほど、低い温度でもデポジットが生成される量が多くなりやすい。
【００２２】
ここで提案される制御装置２００は、第１記憶部２２１と、第１検出部２４１と、デポジット抑制処理部２６１とを備えている。ここで、制御装置２００は、例えば、ＥＣＵ１２の一部の機能として具現化されうる。
【００２３】
第１記憶部２２１は、アニリン構造を有する成分の成分濃度と、噴射ノズル２ａの許容温度との関係が予め記憶されている。例えば、上述した知見を基に、アニリン構造を有する成分の成分濃度（換言すると、アニリンの含有率）に応じたデポジットに対する噴射ノズル２ａの許容温度を設定するとよい。例えば、制御対象となる内燃機関において試験やシミュレーションを行い、燃料に含まれるアニリン構造の成分濃度に起因するデポジットの発生が低く抑えられる噴射ノズル２ａの温度を予め見出すとよい。そして、このような試験やシミュレーションの結果に基づいて定められた、アニリン構造を有する成分の成分濃度に応じたデポジットに対する噴射ノズル２ａの許容温度が定められるとよい。かかる第１記憶部２２１によれば、燃料中のアニリン構造を有する成分の成分濃度が得られると、噴射ノズル２ａの許容温度が得られる。
【００２４】
第１検出部２４１は、燃料供給管路３ａまたは燃料タンク１５において、燃料中のアニリン構造を有する成分の成分濃度を検出する。ここで、燃料成分センサ１３は、燃料中のアニリン構造を有する成分を検出する方法には、例えば、赤外吸収光を用いることができる。例えば、内燃機関１００が停止中に給油された場合には、燃料タンク１５内のアニリン構造を有する成分を検出する。
【００２５】
図１に示された形態では、第１検出部２４１は、例えば、燃料タンク１５に取り付けられた燃料成分センサ１３に基づいて、燃料中のアニリン構造を有する成分の成分濃度を検出する。ここで、燃料中のアニリン構造を有する成分を検出する方法には、例えば、赤外吸収スペクトルを用いる赤外分光法が用いられうる。図１に示された形態では、燃料タンク１５に燃料成分センサ１３が取り付けられている。燃料成分センサ１３を取り付ける位置は、かかる形態に限定されない。ここでは、燃料中のアニリン構造を有する成分の成分濃度が検出されるとよく、燃料成分センサ１３は、例えば、燃料供給管路３ａに取り付けられていてもよい。例えば、燃料ポンプ３に設けられていてもよい。
例えば、第１検出部２４１は、燃料タンク１５に給油された場合に、燃料タンク１５内の燃料のアニリン構造を有する成分の成分濃度を検出するように構成されているとよい。
【００２６】
デポジット抑制処理部２６１は、例えば、第１処理部２６１ａと、第２処理部２６１ｂとを備えている。
【００２７】
第１処理部２６１ａは、噴射ノズル２ａの許容温度Ｔ０を得る第１処理が実施されるように構成されている。ここで、噴射ノズル２ａの許容温度Ｔ０は、第１記憶部２２１に記憶されたアニリン構造を有する成分の成分濃度と噴射ノズル２ａの許容温度Ｔ０との関係と、第１検出部２４１で検出されたアニリン構造を有する成分の成分濃度とに基づいて得られるように構成されているとよい。
【００２８】
第２処理部２６１ｂは、内燃機関１００の燃焼中において、噴射ノズル２ａの許容温度Ｔ０以下に、噴射ノズル２ａの温度を低下させる第２処理が実行されるように構成されているとよい。
【００２９】
デポジット抑制処理部２６１は、内燃機関１００の燃焼中において、第１検出部２４１で検出されたアニリン構造を有する成分の成分濃度と第１記憶部２２１に記憶された関係とに基づいて、噴射ノズル２ａが許容温度以下になるように噴射ノズル２ａの温度を適宜に低下させる処理が実行されるように構成されている。
【００３０】
図２は、制御装置２００のフローチャートである。制御装置２００は、給油がされたか否かを判定する（Ｓ１１）。給油がされない場合（Ｎｏ）には、前回のアニリン構造を有する成分の成分濃度についての検出値が採用され、前回の噴射ノズル２ａの許容温度Ｔ０が得られる（Ｓ１２）。給油がされた場合（Ｙｅｓ）には、給油された後に変化する燃料タンク１５内の燃料中のアニリン構造を有する成分の成分濃度が検出される（Ｓ１３）。次に、検出された燃料中のアニリン構造を有する成分の成分濃度に基づいて、噴射ノズル２ａの許容温度Ｔ０が得られる（Ｓ１４）。許容温度Ｔ０は、第１記憶部２２１に記憶されたアニリン構造を有する成分の成分濃度と噴射ノズル２ａの許容温度Ｔ０との関係と、検出された燃料中のアニリン構造を有する成分の成分濃度とから得るとよい。
【００３１】
次に、内燃機関１００が運転中か否かを判定する（Ｓ１５）。内燃機関１００が運転中でない場合（Ｎｏ）には、本制御を終了してよい。内燃機関１００が運転中である場合（Ｙｅｓ）には、噴射ノズル２ａの温度Ｔ１を得る（Ｓ１６）とよい。温度Ｔ１は、吸気ポート１に向けられた噴射ノズル２ａに設けられた温度センサ（図示省略）によって検出されるとよい。そして、噴射ノズル２ａの温度Ｔ１が、許容温度Ｔ０よりも大きいか否かが判定される（Ｓ１７）。
【００３２】
噴射ノズル２ａの温度Ｔ１が、許容温度Ｔ０以下（Ｔ１≦Ｔ０）である場合（ＮＯ）には、内燃機関１００が運転中か否かを判定する処理（Ｓ１５）に戻されるとよい。噴射ノズル２ａの温度Ｔ１が、許容温度Ｔ０よりも大きい（Ｔ１＞Ｔ０）である場合（Ｙｅｓ）には、デポジットを抑制する処理（Ｓ１８）が実行されるとよい。
【００３３】
デポジット抑制処理は、例えば、冷却水路６に流通させる冷却水の水量を多くする処理や、冷却水路６に流通させる冷却水の温度を低くする処理や、吸気ＶＶＴ１４における吸気カムのタイミングや、点火プラグ１６の点火タイミングの調整などが挙げられる。これらの処理を組み合わせつつ、内燃機関１００が運転中か否かを判定する処理（Ｓ１５）に戻し、噴射ノズル２ａの温度Ｔ１を再取得し、噴射ノズル２ａの温度Ｔ１が、許容温度Ｔ０以下になるように、フィードバック制御するとよい。これにより、噴射ノズル２ａの温度は、内燃機関１００の燃焼中において、許容温度Ｔ０以下に低下する。このため、アニリン構造を有する成分に起因して噴射ノズル２ａにデポジットが生じるのが抑制される。
【００３４】
ここで、冷却水路６に流通させる冷却水の水量を多くする処理や、冷却水路６に流通させる冷却水の温度を低くする処理は、例えば、流量調整弁７とウォーターポンプ９と送風ファン１０を制御するとよい。例えば、ウォーターポンプ９の出力を上げることで、冷却水路６に流通する流量が増える。送風ファン１０の出力を上げることで、流通する水温が低くなる。また、吸気ＶＶＴ１４における吸気カムのタイミングや、点火プラグ１６の点火タイミングが調整されることによって、吸気ポート１への燃焼ガスの吹き返しが抑えられ、噴射ノズル２ａの温度上昇が低く抑えられる。
【００３５】
以上、ここで提案される制御装置について、種々説明した。特に言及されない限りにおいて、ここで挙げられた制御装置の実施形態などは、本発明を限定しない。
【００３６】
ここでは、アニリン構造を有する成分の成分濃度が検出されている。これに限定されず、例えば、燃料中にアニリン構造を有する成分が含まれる場合に、噴射ノズル２ａの温度が、内燃機関１００の燃焼中において、予め定められた許容温度Ｔ０以下に低下するように、制御装置２００によって処理されてもよい。この場合、例えば、アニリン構造を有する成分の有無に起因して噴射ノズル２ａにデポジットが生じるのが抑制される。つまり、制御装置２００は、アニリン構造を有する成分の成分濃度が０か否かで、内燃機関１００の燃焼中において、噴射ノズル２ａの温度が予め定められた許容温度Ｔ０以下に低下するようにデポジット抑制処理が実行されてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  吸気ポート
２  燃料噴射弁
２ａ  噴射ノズル
３  燃料ポンプ
３ａ  燃料供給管路
４  シリンダヘッド
５  シリンダブロック
６  冷却水路
６ａ  配管
７  流量調整弁
８  ラジエータ
９  ウォーターポンプ
１０  送風ファン
１１  水温センサ
１２  ＥＣＵ
１３  燃料成分センサ
１４  吸気ＶＶＴ
１４ａ  吸気バルブ
１５  燃料タンク
１６  点火プラグ
１７  スロットル
２０  燃焼室
２１  ピストンヘッド
２２  排気ポート
２３  排気バルブ
１００  内燃機関
２００  制御装置
２２１  第１記憶部
２４１  第１検出部
２６１  デポジット抑制処理部
２６１ａ  第１処理部
２６１ｂ  第２処理部
【図１】
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【図２】
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