(57)【要約】【課題】燃料の不活性成分の変動による内燃機関の運転性能の変動を抑制することができる内燃機関及び内燃機関の制御方法を提供する。【解決手段】燃料噴射弁１４から噴射される燃料Ｆに含有される不活性成分の含有量に応じて、燃料噴射補正係数値λｃを算出するとともに、この燃料噴射補正係数値λｃに応じてターボ式過給装置の過給圧力の補正量分ΔＰを算出する。そして、基本噴射量Ｑに燃料噴射補正係数値λｃを乗算した、補正後の燃料噴射量Ｑｔを燃料噴射弁１４より噴射するとともに、ターボ式過給装置を用いて気筒２に供給される吸気を基本過給圧力Ｐに過給圧力の補正量分ΔＰを加算した過給圧力Ｐｔに過給させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置と、その気筒に供給する吸気を過給するターボ式過給装置とを有する内燃機関において、
前記燃料噴射装置から噴射される燃料に含有される不活性成分の含有量に応じた燃料噴射補正係数値を取得する燃料噴射補正係数値取得手段と、
前記燃料噴射補正係数値取得手段が取得した燃料噴射補正係数値を前記燃料噴射装置から噴射される燃料の基本噴射量に乗算して補正後の燃料噴射量を算出する噴射量算出手段と、
前記燃料噴射補正係数値取得手段で取得した燃料噴射補正係数値に応じて過給圧力の補正量分を算出し、算出した過給圧力の補正量分を前記内燃機関の吸気通路に備わるスロットルバルブの開度に応じて設定された前記ターボ式過給装置の基本過給圧力に加算する過給圧力算出手段と、
前記燃料噴射装置に、前記噴射量算出手段が算出した補正後の燃料噴射量の燃料を噴射させる制御を行う噴射制御手段と、
前記ターボ式過給装置に、前記気筒に供給される吸気を前記過給圧力算出手段により前記基本過給圧力に前記過給圧力の補正量分を加算して得られる過給圧力に過給させる制御を行う過給圧力調節手段とを備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記燃料噴射補正係数値は、前記内燃機関の排気ガスの空燃比がエンジン運転状態に応じて設定された目標の空燃比となるように燃料噴射量を補正するための係数値である請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置と、その気筒に供給する吸気を過給するターボ式過給装置とを有する内燃機関の制御方法において、
前記燃料噴射装置から噴射される燃料に含有される不活性成分の含有量に応じた燃料噴射補正係数値を取得し、
この取得した燃料噴射補正係数値を、前記内燃機関の排気ガスの空燃比がエンジン運転状態に応じて設定された目標の空燃比になるように基本噴射量に乗算し、補正後の燃料噴射量を算出した後、
前記燃料噴射補正係数値に基づいて、過給圧力の補正量分を算出し、算出した過給圧力の補正量分を前記内燃機関の吸気通路に備わるスロットルバルブの開度に応じて設定された前記ターボ式過給装置の基本過給圧力に加算して、
前記補正後の燃料噴射量を前記燃料噴射装置より噴射させるとともに、前記ターボ式過給装置を用いて前記気筒に供給される吸気を前記基本過給圧力に前記過給圧力の補正量分を加算した過給圧力に過給させる制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関及び内燃機関の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のターボ式過給システムにおいては、ウェストゲートバルブの開度を調節することで、ターボ式過給システムによる過給圧力が調節されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−５６３５３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、内燃機関の燃料の一つである圧縮天然ガス（ＣＮＧ）は、原料の天然ガスが産出する場所や時期により、その組成が変化することが知られている。地域によっては、産出されたままの天然ガスから成るＣＮＧが天然ガスエンジンの燃料として使われることもある。産出されたままの天然ガスには、窒素や二酸化炭素等の不活性成分が多く含まれている場合がある。不活性成分含有量が多い場合、同燃料噴射量に対する燃料発熱量が低下するため、天然ガスエンジンの運転性能に影響を及ぼす可能性がある。
【０００５】
本開示の目的は、燃料の不活性成分の変動による内燃機関の運転性能の変動を抑制することができる内燃機関及び内燃機関の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本開示の内燃機関は、気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置と、その気筒に供給する吸気を過給するターボ式過給装置とを有する内燃機関において、前記燃料噴射装置から噴射される燃料に含有される不活性成分の含有量に応じた燃料噴射補正係数値を取得する燃料噴射補正係数値取得手段と、前記燃料噴射補正係数値取得手段が取得した燃料噴射補正係数値を前記燃料噴射装置から噴射される燃料の基本噴射量に乗算して補正後の燃料噴射量を算出する噴射量算出手段と、前記燃料噴射補正係数値取得手段で取得した燃料噴射補正係数値に応じて過給圧力の補正量分を算出し、算出した過給圧力の補正量分を前記内燃機関の吸気通路に備わるスロットルバルブの開度に応じて設定された前記ターボ式過給装置の基本過給圧力に加算する過給圧力算出手段と、前記燃料噴射装置に、前記噴射量算出手段が算出した補正後の燃料噴射量の燃料を噴射させる制御を行う噴射制御手段と、前記ターボ式過給装置に、前記気筒に供給される吸気を前記過給圧力算出手段により前記基本過給圧力に前記過給圧力の補正量分を加算して得られる過給圧力に過給させる制御を行う過給圧力調節手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、上記の目的を達成するための本開示の内燃機関の制御方法は、気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置と、その気筒に供給する吸気を過給するターボ式過給装置とを有する内燃機関の制御方法において、前記燃料噴射装置から噴射される燃料に含有される不活性成分の含有量に応じた燃料噴射補正係数値を取得し、この取得した燃料噴射補正係数値を、前記内燃機関の排気ガスの空燃比がエンジン運転状態に応じて設定された目標の空燃比になるように基本噴射量に乗算し、補正後の燃料噴射量を算出した後、前記燃料噴射補正係数値に基づいて、過給圧力の補正量分を算出し、算出した過給圧力の補正量分を前記内燃機関の吸気通路に備わるスロットルバルブの開度に応じて設定された前記ターボ式過給装置の基本過給圧力に加算して、前記補正後の燃料噴射量を前記燃料噴射装置より噴射させるとともに、前記ターボ式過給装置を用いて前記気筒に供給される吸気を前記基本過給圧力に前記過給圧力の補正量分を加算した過給圧力に過給させる制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、燃料の不活性成分の増加に伴う燃料発熱量の低下を補うとともに、内燃機関の出力の低下を抑制することができる。すなわち、燃料の不活性成分の変動による内燃機関の運転性能の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の内燃機関を例示する図である。
【図２】エンジン回転数と燃料噴射補正係数値と過給圧力の補正量分の関係を例示する図である。
【図３】本開示の内燃機関の制御方法に関する制御フローの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示に係る内燃機関１及び内燃機関の制御方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、エンジン（内燃機関）１の燃料としてＣＮＧ燃料を用いているが、ＣＮＧ燃料以外の燃料をエンジン１の燃料とした場合でも本開示を適用することができる。
【００１１】
図１に示すように、エンジン１は、気筒（シリンダ）２の内部にピストン３が配設され、このピストン３とシリンダヘッド（気筒２の上端部）の間に燃焼室４が形成される。ピストン３はコンロッド５を介してクランク軸６に接続されている。燃焼室４には吸入される空気とＣＮＧ燃料Ｆの混合気を点火する点火プラグ７が配設される。
【００１２】
エンジン１の気筒２には、吸気弁８を介して吸気通路９が接続（連通）される。吸気通路９には、上流側より順に、エアクリーナ１０、ターボ式過給装置のコンプレッサ１１、インタークーラ１２、スロットルバルブ１３、燃料噴射弁（燃料噴射装置）１４が配設される。
【００１３】
エアクリーナ１０は、吸気通路９に吸気される新気（大気）Ａに含まれる塵を除去する装置である。ターボ式過給装置は、エンジン１に備わり、後述するタービン１７を排気ガスＧにより回転駆動することで、このタービン１７と直結するコンプレッサ１１を駆動して気筒２に供給する吸気を圧縮（過給）する装置である。コンプレッサ１１は後述するＥＧＲシステムのＥＧＲ通路２５の合流部より上流側の吸気通路９に備わる。インタークーラ１２は、コンプレッサ１１で過給された吸気Ａを冷却する装置である。スロットルバルブ１３は、燃焼室４への吸気量を調整するためのバルブである。燃料噴射弁１４は、気筒２にＣＮＧ燃料Ｆを噴射する装置である。点火プラグ７は、吸入される吸気Ａと燃料噴射弁１４で噴射されたＣＮＧ燃料Ｆの混合気を点火する装置である。
【００１４】
エンジン１の気筒２には、排気弁１５を介して排気通路１６が接続（連通）される。排気通路１６には、上流側より順に、ターボ式過給装置のタービン１７、排気ガス浄化装置１８、排気ブレーキバルブ１９、消音機２０が配設される。タービン１７は後述するＥＧＲシステムのＥＧＲ通路２５の分岐部より下流側の排気通路１６に備わる。排気ブレーキバルブ１９には、電動モータ等の排気ブレーキバルブ駆動用の駆動装置２１が接続される。また、排気通路１６には、タービン１７をバイパスするバイパス通路２２が接続される。バイパス通路２２には、ウェストゲートバルブ２３が配設される。ウェストゲートバルブ２３は、専用のアクチュエータ２４に接続される。
【００１５】
排気ブレーキバルブ１９は、エンジン１を備えた車両の制動時にエンジンブレーキを補強するための排気ブレーキを必要に応じて作動させるためのバルブで、ＥＧＲシステムよりも下流側の排気通路１６に配置される。排気ガス浄化装置１８は、三元触媒等、排気ガスＧに含まれるＮＯｘ等を浄化するための触媒を担持する装置である。消音機２０は、排気ガスＧの排気音を低減させるための装置である。
【００１６】
ウェストゲートバルブ２３は、開弁して排気ガスＧをバイパス通路２２側にバイパスさせて過給圧力の調節をするためのバルブである。
【００１７】
エンジン１には、排気通路１６と吸気通路９を接続するＥＧＲ通路２５が備わる。ＥＧＲ通路２５は、排気ガスＧに含まれるＮＯｘ量の低減のために、排気ガスＧの一部をＥＧＲガスとして排気通路１６から吸気通路９に還流するための通路で、上流側より順に、ＥＧＲクーラ２６、ＥＧＲバルブ２７が配設される。ＥＧＲクーラ２６は、高温のＥＧＲガスＧｅをエンジン冷却水等の冷却媒体で低温化するための装置である。ＥＧＲバルブ２７はＥＧＲガスＧｅの還流量を調整するための装置である。ＥＧＲ通路２５、ＥＧＲクーラ２６及びＥＧＲバルブ２７で構成されるＥＧＲシステムにより、排気通路１６を通過する排気ガスＧの一部がＥＧＲガスＧｅとして吸気通路９に還流されて新気Ａと合流する。
【００１８】
エンジン２には、ノックセンサ２８、冷却水温度センサ２９、クランク角度センサ３０、カム角度センサ３１、燃料温度センサ３２、燃料圧力センサ３３が備わる。ノックセンサ２８は、エンジン１にノッキングが発生しているか否かを検出するためのセンサである。冷却水温度センサ２９は、エンジン１の冷却媒体であるエンジン冷却水の温度を検出するためのセンサである。クランク角度センサ３０は、クランク軸６の角度を検出するためのセンサである。カム角度センサ３１は、吸気弁８及び排気弁１５を動作させるカムの角度を検出するためのセンサである。燃料温度センサ３２、燃料圧力センサ３３は、燃料噴射弁１４への燃料供給用の通路に備わり、燃料噴射弁１４に供給される燃料Ｆの温度、圧力を検出するためのセンサである。
【００１９】
エンジン１の吸気通路９には、上流側より順に、吸気温度センサ３４、吸気圧力センサ３５が備わる。吸気温度センサ３４はスロットルバルブ１３通過後の吸気の温度を検出するための装置である。吸気圧力センサ３５は、スロットルバルブ１３通過後の吸気の圧力を検出するための装置である。
【００２０】
エンジン１の排気通路１６には、上流側より順に、空燃比センサ３６、酸素センサ３７が備わる。空燃比センサ３６は排気ブレーキバルブ１９より上流側の排気通路１６を通過する排気ガスＧの空燃比を検出するための装置である。酸素センサ３７は排気ガスＧ中の酸素の量を検出する装置である。
【００２１】
制御装置３８は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウエアである。制御装置３８は、上記した各種センサ、燃料噴射弁１４やウェストゲートバルブ２３の専用のアクチュエータ２４等の各種装置に信号線を介して電気的に接続されている。なお、図１では、図の煩雑さを避けるために、燃料噴射弁１４、アクチュエータ２４と制御装置３８の間の信号線以外の信号線は省略している。
【００２２】
本実施形態の内燃機関１では、制御装置３８は、第１プログラム（燃料噴射補正係数値取得手段）３９と、第２プログラム（噴射量算出手段）４０と、第３プログラム（過給圧力算出手段）４１と、第４プログラム（噴射制御手段）４２と、第５プログラム（過給圧力調節手段）４３の５つのプログラムを備えて構成される。
【００２３】
第１プログラム３９は、燃料噴射弁１４から噴射される燃料Ｆに含有される不活性成分の含有量に応じた燃料噴射補正係数値を取得するプログラムである。本実施形態では、この取得する燃料噴射補正係数値は、空燃比センサ３６の検出値をエンジン１の運転状態に応じて設定された目標の空燃比にするために燃料噴射量を補正する係数値λｃである。
【００２４】
本実施形態では、燃料Ｆの不活性成分が多くなった場合、燃料噴射弁１４から基本の燃料噴射量（基本噴射量）Ｑを噴射すると空燃比センサ３６の検出値が理論空燃比よりリーンと検出されるため、このセンサ３６の検出値を目標の空燃比にするために燃料噴射量を増量する。具体的には、基本噴射量Ｑに燃料噴射補正係数値λｃ（＞１）を乗算して増量補正する。この燃料噴射補正係数値λｃは、燃料Ｆに含有される不活性成分の含有量の増加に対応して増加させる。すなわち、燃料Ｆに含有される不活性成分の含有量と燃料噴射補正係数値λｃは一方が増加すると他方も増加する関係にある。したがって、燃料Ｆに含有される不活性成分の含有量を直接取得することは困難であっても、燃料噴射補正係数値λｃの大小により、燃料Ｆに含有される不活性成分の含有量の大小を把握することが可能である。第１プログラム３９では、燃料噴射補正係数値λｃを取得することで、燃料Ｆに含有される不活性成分の含有量の大小を把握している。なお、基本噴射量Ｑは、燃料Ｆに不活性成分が含まれないとして、エンジン１の運転状態に応じて設定されて制御装置３８に記憶される燃料噴射弁１４からの燃料噴射量の目標値である。
【００２５】
第２プログラム４０は、第１プログラム３９が取得した燃料噴射補正係数値λｃを、空燃比センサ３６の検出値がエンジン運転状態に応じて設定された目標の空燃比になるように基本噴射量Ｑに乗算し、補正後の燃料噴射量Ｑｔを算出するプログラムである。
【００２６】
第３プログラム４１は、第１プログラム３９で取得した燃料噴射補正係数値λｃに応じて過給圧力の補正量分ΔＰを算出し、算出した過給圧力の補正量分ΔＰを燃料Ｆに不活性成分が含まれないとしてスロットルバルブ１３の開度に応じて設定されたターボ式過給装置の基本過給圧力Ｐに加算して、基本過給圧力Ｐを補正するプログラムである。このプログラムにより、燃料噴射補正係数値λｃによる補正後のターボ式過給装置の過給圧力Ｐｔ（＝Ｐ＋ΔＰ）が算出される。この過給圧力の補正量分ΔＰは、例えば、図２に例示するようなエンジン回転数と燃料噴射補正係数値λｃと過給圧力の補正量分ΔＰの関係を示すマップを用いて算出される。このマップは実験により定まる。燃料噴射補正係数値λｃが大きくなるにつれて、気筒２内で燃料Ｆが占める体積が大きくなり、気筒２への吸入空気量が低下する。そのため、ターボ式過給装置で吸気Ａをより高過給すべく、過給圧力の補正量分ΔＰはより大きく設定される。なお、燃料噴射補正係数値λｃと過給圧力の補正量分ΔＰの関係はエンジン１のトルク特性に応じて設定される関係であればよく、図２に例示するような直線関係のマップには限定されない。また、図２に例示するマップにより、各エンジン回転数、各燃料噴射補正係数値λｃにおけるトルクの調整（チューニング）の幅を広げることができる。
【００２７】
第４プログラム４２は、燃料噴射弁１４に、第２プログラム４０が算出した燃料噴射補正係数値λｃによる補正後の燃料噴射量Ｑｔを噴射させるプログラムである。
【００２８】
第５プログラム４３は、ターボ式過給装置に、気筒２に供給される吸気を第３プログラム４１が算出した基本過給圧力Ｐに過給圧力の補正量分ΔＰを加算した値Ｐｔの過給圧力に過給させる制御を行うプログラムである。
【００２９】
このターボ式過給装置の過給圧力の制御は、基本的にはウェストゲートバルブ２３の開度を調節することで行う。ターボ式過給装置が可変式である場合は、ターボ式過給装置の可変翼の角度を調節することでターボ式過給装置の過給圧力を制御してもよい。すなわち、第５プログラム４３は、ウェストゲートバルブ２３の開度と、ターボ式過給装置の可変翼の角度との少なくとも一つ以上を調節することで、気筒２に供給される吸気Ａの過給圧力を調節するプログラムとして構成される。
【００３０】
本実施形態の内燃機関の制御方法に関する制御フローについて、図３を参照しながら説明する。図３に示す制御フローは、エンジン１が運転状態にあるときに周期的に実施される制御フローである。
【００３１】
図３に示す制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、燃料Ｆに含有される不活性成分の含有量に応じた燃料噴射補正係数値λｃを取得する。ステップＳ１０を実施後、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、ステップＳ１０で取得した補正係数値λｃを排気ガスＧの空燃比がエンジン運転状態に応じて設定された目標の空燃比になるように基本噴射量Ｑに乗算し、補正後の燃料噴射量Ｑｔを算出する。ステップＳ２０を実施後、ステップＳ３０に進む。
【００３２】
ステップＳ３０では、ステップＳ１０で算出した燃料噴射補正係数値λｃに基づいて、ターボ式過給装置の過給圧力の補正量分ΔＰを算出するとともに、算出した過給圧力の補正量分ΔＰをターボ式過給装置の基本過給圧力Ｐに加算して、ターボ式過給装置の過給圧力の値Ｐｔを算出する。ステップＳ３０を実施後、ステップＳ４０に進む。
【００３３】
ステップＳ４０では、ステップＳ２０で算出した燃料噴射補正係数値λｃによる補正後の燃料噴射量Ｑｔを燃料噴射弁１４より噴射するとともに、ステップＳ３０で算出した値Ｐｔまで吸気をターボ式過給装置により過給する。ステップＳ４０を実施後、リターンに進んで、本制御フローを終了する。
【００３４】
本実施形態によれば、燃料Ｆに含有される不活性成分の含有量に応じて燃料噴射量を増量すると共に、その燃料噴射量の増量に伴って、ターボ式過給装置による過給圧力を増加させる。それ故、燃料Ｆの不活性成分が多くなることに伴う燃料発熱量の低下を補う。また、燃料噴射量が増加することに伴う吸入空気量の低下分を補うことでエンジン１の出力の低下を抑制することができる。特に、エンジン１の燃料として、本実施形態のようにＣＮＧ等の気体燃料を利用することで、燃料の組成に影響するエンジン１の出力の変化を抑制することができる。
【００３５】
また、燃料Ｆに含有される不活性成分の含有量を直接取得することが困難であっても、この不活性成分の含有量と相関関係の高い、空燃比センサ３６の検出値をエンジン１の運転状態に応じた目標の空燃比にするために得られた燃料噴射補正係数値λｃを用いることで、不活性成分の含有量の大小を把握することは容易となる。
【符号の説明】
【００３６】
１  エンジン（内燃機関）
２  気筒
９  吸気通路
１４  燃料噴射弁（燃料噴射装置）
１６  排気通路
２２  バイパス通路
２３  ウェストゲートバルブ
【図１】
2020159289.tif 000003
【図２】
2020159289.tif 000004
【図３】
2020159289.tif 000005