(57)【要約】【課題】高オクタン価燃料と低オクタン価燃料を搭載する車では、ノッキング解消のために高オクタン価燃料を使われるが、実際にノッキングを解消するより以上の高オクタン価燃料を投入しなければならず効率が高くない場合もあった。【解決手段】高オクタン価燃料タンクと、低オクタン価燃料タンクと、前記高オクタン価燃料タンクと連通する高オクタン価燃料噴射器と、前記低オクタン価燃料タンクと連通する低オクタン価燃料噴射器と、ノッキングセンサと、前記ノッキングセンサと、前記高オクタン価燃料噴射器と、前記低オクタン価燃料噴射器と接続された制御装置を有し、前記制御装置は、ノッキングを検知した際には、前記高オクタン価燃料噴射器からの燃料噴射比率を高くし、点火時期を遅角する制御を行うことを特徴とするエンジン装置。【選択図】図１
2014047691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高オクタン価燃料タンクと、
低オクタン価燃料タンクと、
前記高オクタン価燃料タンクと連通する高オクタン価燃料噴射器と、
前記低オクタン価燃料タンクと連通する低オクタン価燃料噴射器と、
ノッキングセンサと、
前記ノッキングセンサと、前記高オクタン価燃料噴射器と、前記低オクタン価燃料噴射器と接続された制御装置を有し、
前記制御装置は、ノッキングを検知した際には、前記高オクタン価燃料噴射器からの燃料噴射比率を高くし、点火時期を遅角する制御を行うことを特徴とするエンジン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のエンジン制御装置に関するもので、特に高オクタン価燃料と低オクタン価燃料の２種類の燃料を使用するエンジンの装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリンダ内をピストンが往復運動することで、クランク軸を回転させる所謂レシプロエンジンでは、燃料と空気の混合気体がピストンで圧縮される際に、いつ点火し爆発させるかが、熱効率を高めるために重要な要素となる。４サイクルエンジンの場合を考えると、ピストンが上死点に到達した際に点火するのがよいと考えられる。しかし、混合気体の燃焼は一瞬に行われるわけではないので、実際には上死点のわずかに前（進角側）で点火するのがよいとされている。また、熱効率を高めるためには、圧縮比を高くすることも効果がある。
【０００３】
また、エンジンで使用する燃料の種類には、オクタン価で示される自着火のし易さに違いがある。たとえば、自着火しやすいオクタン価の低い燃料を、圧縮比を高く設定したエンジンに使用すると、点火後の火炎伝播中に燃焼室内の別の場所から自着火し始めるノッキングが発生する。ノッキングが発生すると、伝播圧力が干渉し合い、「カリカリ」という異音を発するとともに、それがさらに進行すると、シリンダヘッドやシリンダ、ピストン等の温度が高くなりすぎ、損傷を受けるおそれもある。したがって、圧縮比を比較的高く設定したエンジンには、自着火しにくい、高オクタン価燃料が使用されている。
【０００４】
しかし、高オクタン価燃料は、熱効率を上げやすい反面、高価である。つまり、見かけの燃費（リッターあたりの走行距離：以後単に「燃費」と呼ぶ。）は上げやすいが、燃料コストは悪化しやすい。
【０００５】
そこで、ノッキングを回避して熱効率を上げつつ、燃料コストが悪化しない方法として、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料を搭載した内燃機関とその制御装置が提案されている。これらの提案は、内燃機関の運転状態に応じてオクタン価の異なる燃料を供給することで、必要な時のみ燃焼状態を改善し、燃費の向上と燃料コストの抑制を両立しようとするものである。
【０００６】
特許文献１では、ハイオク（高オクタン価燃料）とレギュラー（低オクタン価燃料）を搭載する内燃機関が開示されている。ここでは、圧縮率を高く設定したエンジンに対して、レギュラー燃料では低速高負荷域でノッキングが発生し、ハイオク燃料では低・中負荷域でハイオクの特性が発揮できないという課題を、場合によってそれぞれを混合してエンジンに供給する内燃機関が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２では、同じく高オクタン価燃料と低オクタン価燃料を搭載し、ノッキングが発生した際には、多量の高オクタン価燃料を供給し、ノッキングが解消したら、徐々に高オクタン価燃料の量を少なくする内燃機関とその制御装置が開示されている。なお、特許文献２では、高オクタン価燃料がない場合は、点火時期を遅角側にし、それでもノッキングが解消されない場合は、空気量を低下させることでノッキングを解消させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開昭６１−５３４１号公報
【特許文献２】特開２００９−２９３６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
高オクタン価燃料と低オクタン価燃料を搭載した場合、ノッキングの解消方法は、点火時期を遅角にするという手段と、高オクタン価燃料を供給するという２つの種類がある。特許文献１は高オクタン価燃料を供給することでノッキングを解消するものである。また、特許文献２も基本的には同じで、高オクタン価燃料が無くなった際には点火時期を遅角にするというものである。
【００１０】
ノッキングに対するこれら２つの手法の特性として、点火時期を遅角にするのは、瞬時に対応することができる一方で、高オクタン価燃料で対応する場合には、最初に過剰の高オクタン価燃料を投入する必要がある。つまり、高オクタン価燃料を投入する場合は、実際にノッキングを解消できるより多くの高オクタン価燃料を投入しなければならない。つまり、高価な燃料を過剰に使用するので、費用がかかるために燃料コストが悪化する。
【００１１】
また、点火時期を遅角すると、燃料を消費しているにもかかわらず、熱効率が低下するので、やはり燃料コストが悪化することとなる。したがって、特許文献１および２では、高オクタン価燃料を効果的に使用しているとは言えない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みて想到されたものであり、最小燃料で最大出力を得ることのできるエンジン装置を提供するものである。すなわち、本発明は単位走行距離当たりの燃料コストをできるだけ少なくするエンジン装置を提供するものである。
【００１３】
より具体的に本発明に係るエンジン装置は、
高オクタン価燃料タンクと、
低オクタン価燃料タンクと、
前記高オクタン価燃料タンクと連通する高オクタン価燃料噴射器と、
前記低オクタン価燃料タンクと連通する低オクタン価燃料噴射器と、
ノッキングセンサと、
前記ノッキングセンサと、前記高オクタン価燃料噴射器と、前記低オクタン価燃料噴射器と接続された制御装置を有し、
前記制御装置は、ノッキングを検知した際には、前記高オクタン価燃料噴射器からの燃料噴射比率を高くし、点火時期を遅角する制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るエンジン装置は、ノッキングを検知した際には、高オクタン価燃料の比率向上と、点火時期の遅角を共に行うので、過剰の高オクタン価燃料を供給せず、また、遅角もわずかで済むため、熱効率の向上と燃費の向上を両立させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係るエンジン装置の構成を示す図である。
【図２】制御装置の処理フローを示す図である。
【図３】ノッキングと点火時期および高オクタン価燃料の噴射比率を示す図である。
【図４】図２のフローによる燃料噴射と点火時期の制御例を示す図である。
【図５】本発明に係るエンジン装置を他の制御方法で制御した場合の、ノッキングと点火時期および高オクタン価燃料の噴射比率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を用いて本発明に係る排気管の構造について説明する。なお、以下の説明は本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨から外れない範囲内で、下記の実施形態を変更しても、本発明の技術的範囲に含まれるのは言うまでもない。
【００１７】
図１には、本発明のエンジン装置１の概要を示す。エンジン本体１０は通常のレシプロエンジンであり、シリンダヘッド１２とシリンダブロック（図示せず）、オイルパン（図示せず）およびヘッドカバー（図示せず）などから構成されている。図１では、シリンダヘッド１２において、吸気ポート１２ｉｎと燃焼室１２ｒｍおよび排気ポート１２ｅｘの一部を示している。
【００１８】
吸気ポート１２ｉｎには、図示しない吸気マニホールド、サージタンク、スロットルボディ、エアクリーナといった部材が順次連結されている。また、排気ポート１２ｅｘには、図示しない排気マニホールド、触媒コンバータ、サイレンサといった部品が順次連結する。また、吸気系および排気系を利用するターボチャージャーが付加されていてもよい。
【００１９】
吸気ポート１２ｉｎには、燃料噴射器（「インジェクション」ともよぶ。）が２系統用意される。一方は高オクタン価燃料噴射器２１であり、他方は低オクタン価燃料噴射器２２である。
【００２０】
それぞれの燃料噴射器２１、２２は、それぞれ、高オクタン価燃料用デリバリパイプ２３、低オクタン価燃料用デリバリパイプ２４と連結されている。また、それぞれのデリバリパイプ２３、２４は、高オクタン価用燃料タンク２５および低オクタン価用燃料タンク２６と連通されている。したがって、本発明に係るエンジン装置１では、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料の２種類の燃料を搭載する。
【００２１】
２種類の燃料は所謂ハイオクガソリン(無鉛プレミアムガソリン)とレギュラーガソリンであってよい。それぞれのオクタン価は、レギュラーガソリン（低オクタン価燃料）で９０〜９１であり、ハイオクガソリン（高オクタン価燃料）で９８〜１００のものが提供されている。
【００２２】
また、本明細書でいうオクタン価は、リサーチ・オクタン価（Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｏｃｔａｎｅ  Ｎｕｍｂｅｒ）を想定している。しかし、モータ・オクタン価（ＭＯＮ）やアンチノック・インデックス（ＡＫＩ）であってもよい。また、本発明に係るエンジン装置１はディーゼルエンジンを排除しない。ディーゼルエンジンにおいて本発明を適用する場合は、オクタン価を、セタン価と読み替えてもよい。
【００２３】
高オクタン価燃料噴射器２１と低オクタン価燃料噴射器２２は、制御装置３０と接続されている。また、制御装置３０には、少なくともノックセンサ３２と、点火装置３４が接続されている。さらに制御装置３０には、アクセル開度センサ３６、速度センサ３７、回転数センサ３８、および角度センサ３９が接続されていてもよい。
【００２４】
制御装置３０は、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）が兼用してもよいが、別途ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ  Ｕｎｉｔ）とメモリによるコンピュータであってもよい。
【００２５】
制御装置３０は、ノックセンサ３２からノッキングの大きさを表す信号Ｓｎｋを受信する。また、アクセル開度センサ３６からはアクセル開度を示す信号Ｓａｃ、速度センサ３７からは車体の速度を示す信号Ｓｖ、回転数センサ３８からはエンジンの回転数を示す信号Ｓｒｖ、角度センサ３９からは、クランク軸の角度を示す信号Ｓθを受信する。
【００２６】
また、制御装置３０は、高オクタン価燃料噴射器２１と低オクタン価燃料噴射器２２に、燃料を噴射するタイミングで、噴射する燃料の量を示す指示ＣｈとＣｒを送信する。この指示信号ＣｈとＣｒによって、高オクタン価燃料噴射器２１と低オクタン価燃料噴射器２２は、指示された量の燃料を噴射する。
【００２７】
さらに、制御装置３０は、点火装置３４に点火時期を指示するＣｉを送信する。制御装置３０は、角度センサ３９からクランク軸の基準位置からの角度を表す信号Ｓθを受信する。したがって、制御装置３０は、現在のピストンの位置を知ることができる。そこで、点火の時期をクランク軸の角度によって指示する。点火装置３４は、点火時期を指示する信号Ｃｉを受信したら、燃焼室１２ｒｍ内のスパークプラグ２７に点火する。
【００２８】
以上の構成を有する本発明に係るエンジン装置１の動作について説明する。通常走行をしている際には、低オクタン価燃料だけを供給する。この際、エンジン本体１０は最も出力を発揮できるように、点火時期は進角に設定される。このようにすることで、燃料使用量を減らすことができる。
【００２９】
一方、急な登り坂などで、エンジン負荷が増加すると、ノッキングが生じやすくなる。そしてノッキングが発生した場合は、点火時期をわずかに遅角させると共に、高オクタン価燃料を噴射する。このようにすることで、ノッキングを抑制すると同時に、遅角による燃費の悪化と、高オクタン価燃料の過剰投入を低く抑える。
【００３０】
より具体例を示して説明を行う。図２には、制御装置３０の処理フローを示す。燃料の噴射は、微小時間毎にノッキングの有無を制御装置３０が調べ、その都度調整する。今、低オクタン価燃料の噴射量をＱｒ、高オクタン価燃料の噴射量をＱｈ、燃料噴射量の総量をＱａとする。もちろん、Ｑａ＝Ｑｒ＋Ｑｈである。
【００３１】
また、高オクタン価燃料の噴射比率をγとする。そこで、高オクタン価燃料の噴射量Ｑｈは、点火時期を遅らせる遅角の角度ＡＫに比例させる。例えば、（１）式および（２）式のようにする。
Ｑｈ＝Ｑａ×（γｋ＋γｋ−１）        （１）
γｋ＝α×（ＡＫ−β）              （２）
【００３２】
ここで、γｋは今の微小時間であり、γｋ−１は１つ前の微小時間を示す。微小時間とは、制御装置３０のマシンタイムによって決まる時間である。すなわち、高オクタン価燃料の噴射量Ｑｈは今回のノッキング強度から求めた高オクタン価燃料の噴射比率と、前回の高オクタン価燃料の噴射比率の和できまる。高オクタン価燃料の噴射比率γは負の値もあり得る。
【００３３】
また、αは比例定数であり、βはオフセット定数である。例えば、α＝０．１とし、βを２度とする。そうすると、点火時期を遅らせない場合はＡＫ＝０である。点火時期を遅角しない場合は、ＡＫ＝０が継続し、（１）式の（γｋ＋γｋ−１）が負の値となる。すると、（１）式は全体として負の値となる。高オクタン価燃料の噴射量Ｑｈが負の値はありえないので、噴射は行わない。つまり、遅角をしない場合は、高オクタン価燃料は噴射しない。この場合は、点火時期は最適点火時期（ＭＢＴ：Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｓｐａｒｋ  Ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）若しくはその付近で行われている。
【００３４】
図３には、ノッキングの強度と点火時期および高オクタン価燃料の噴射比率の関係を示す。横軸はノッキング強度（無単位）であり、右に行くほどノッキング強度が高い。右縦軸は点火時期を示す。軸の上方ほど進角を表す。ＭＢＴは最適点火時期である。ノッキングが認識されると（Ａ点）、ノッキングの大きさに応じて、点火時期を遅角する（Ｂの傾斜）。この場合、（２）式で示すように、ある程度の遅角までは、高オクタン価燃料は噴射しない。これがオフセット量βである。しかし、オフセット量であるβを超える遅角になると、遅角量ＡＫに応じた高オクタン価燃料が噴射される（傾斜Ｃ）。
【００３５】
すなわち、ノッキングを遅角と高オクタン価燃料の噴射という２つの手段によって解消する。ノッキングが低下すれば、それに従って、遅角と高オクタン価燃料噴射は低下する。また、このような制御は、小さなノッキングは点火時期を遅角するだけで抑制し、大きなノッキングは点火時期と高オクタン価燃料の噴射で抑制するともいえる。
【００３６】
図２を再度参照して、処理が開示されると（ステップＳ１００）、初期設定が行われる（ステップＳ１０２）。ここで初期設定とは、各パラメータの初期値等である。処理が開始されると、終了判定が行われる（ステップＳ１０４）。終了判定は、エンジンが停止される等の状況で判断することができる。もちろん、イグニッションスイッチが切られたことを起因としてもよい。処理を終了する場合（ステップＳ１０４のＹ分岐）は、処理は停止する（ステップＳ１０５）。
【００３７】
処理が継続する場合（ステップＳ１０４のＮ分岐）、ノッキング量を検出する（ステップＳ１０６）。制御装置３０は、ノックセンサ３２より信号Ｓｎｋを受信し、その大きさを知る。そして予め定められたテーブルに従って、遅角量ＡＫを決定し（ステップＳ１０８）、点火時期を遅らせる。遅角量ＡＫが決まると、（２）式より高オクタン価燃料の噴射量比率γｋが求められる。今仮に遅角量ＡＫが５度であったとすると、（２）式は、γｋが０．３となる。高オクタン価燃料の噴射比率γは前回の噴射比率γｋ−１とこのγｋの和として求められる（ステップＳ１１２）。
【００３８】
次にγに基づいて、高オクタン価燃料の噴射量Ｑｈ、低オクタン価燃料の噴射量Ｑｒが求められる（ステップＳ１１４）。燃料噴射量の総量Ｑａはアクセル開度センサ３６からの信号Ｓａｃによって決めることができる。また低オクタン価燃料の噴射量Ｑｒは、Ｑｒ＝Ｑａ−Ｑｈによって求めることができる。
【００３９】
したがって、高オクタン価燃料の噴射量Ｑｈと低オクタン価燃料の噴射量Ｑｒを直ちに求めることができる。そして、高オクタン価燃料の噴射量Ｑｈが負か否かが判断される（ステップＳ１１６）。高オクタン価の噴射量Ｑｈがゼロ若しくは負の値であれば、高オクタン価燃料は噴射しないものとし、総燃料噴射量Ｑａの分だけ低オクタン価燃料を噴射することとする（ステップＳ１２２）。
【００４０】
これらの噴射量に応じた噴射の指示Ｃｈ、Ｃｒが制御装置３０から高オクタン価燃料噴射器２１と低オクタン価燃料噴射器２２に送られる（ステップＳ１１８もしくはステップＳ１２２）。最後に今の高オクタン価燃料の噴射比率γｋをγｋ−１に置き換える（ステップＳ１２０）。そして、終了判定（ステップＳ１０４）に戻る。
【００４１】
次に図２のフローによる実際の制御について説明する。図４には、エンジン負荷、点火時期、高オクタン価燃料の噴射量と時間軸を示す。エンジン負荷が低い領域ＥＬでは、点火時期はＭＢＴの付近で行われている。この場合は、高オクタン価燃料は噴射されない（（２）式による噴射比率はゼロ：Ｆ０点）。
【００４２】
今エンジン負荷が増加し始め、点火時期が遅角側に設定されたとする（ＬＩ点）。この時の遅角量ＡＫは、オフセット量βを越えているので（ＡＫ１点）、高オクタン価燃料の噴射比率γが求められ、噴射される（Ｆ１点）。
【００４３】
次のタイミングでは、遅角量ＡＫは所定の量ずつ進角側に向う（ＡＫ２点）。それによって（２）式から高オクタン価燃料の噴射比率γｋが求められ、前回の高オクタン価燃料の噴射比率γｋ−１に加算され、高オクタン価燃料の噴射は継続する（Ｆ２点）。
【００４４】
点火時期は所定量ずつ進角側に進められるが、進みすぎるとノッキングが大きくなる。この時は再び、点火時期の遅角が進む（ＡＫ３点）。この時は高オクタン価燃料の噴射は継続しているので、最初に遅角したよりも少ない量の遅角でよい（Ｆ３）点。
【００４５】
高オクタン価燃料の噴射が多くなると、点火時期が進角側に進んでもノッキングは大きくならず、オフセット量βよりも進角側に点火時期は進む（ＡＫ４点）。この時は、（２）式よりγｋが負の値となるので、高オクタン価燃料の噴射量は負となる。結果、高オクタン価燃料の噴射量Ｑｈは減少する（Ｆ４点）。
【００４６】
しかし、高オクタン価燃料の噴射量Ｑｈは積算されているので、点火時期をＭＢＴに近づけたとしてもいきなりゼロにはならない。このように、図２のフローで制御を行うと、点火時期と高オクタン価燃料を共に変化させながらノッキングを生じないようにするため、高オクタン価燃料を多量に使用することなく、点火時期をできるだけ進角側で行える。
【００４７】
図５は、図３に対応する本発明に係るエンジン装置１の他の制御原理を示す。横軸はノッキングの強度であり、また右縦軸は点火時期、左縦軸は高オクタン価燃料の噴射量の割合である。軸の意味は図３と同じである。図５の例では、ノッキングの強度によって、オフセット量βを変更する。オフセット量βは、高オクタン価燃料の噴射量を抑制する因子であり、ノッキングが小さい場合に点火タイミングを遅角するだけで制御する範囲を決めている。つまり、遅角量ＡＫがオフセット量βを越えない間は点火時期を遅角するだけでノッキングを抑制し、高オクタン価燃料を噴射しない。
【００４８】
しかし、圧縮率の設定などによって、一度高オクタン価燃料を噴射したら、ある程度多くのオクタン価燃料を噴射した方が効果的である場合もある。図５では、ＡＫがオフセット量βを超え、高オクタン価燃料の噴射を行う領域（傾斜Ｃ）で、オフセット量βを小さくする例を示す。具体的には、ノッキング強度がＷの点において、オフセット量βは小さく設定される。
【００４９】
それによって、（２）式より高オクタン価燃料の噴射比率が増大することとなる（傾斜Ｄ）。このオフセット量βの変更は、複数の値で行ってもよく、エンジン設計の自由度を高め、よりきめ細かに、熱効率エンジン出力と燃費低下を実現することができる。なお、制御装置３０による処理フローは、図２に示した処理でよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は自動車のエンジン装置に好適に利用することができ、特に所謂ハイオクガソリンとレギュラーガソリンの２種類の燃料を搭載できる自動車に利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  エンジン装置
１０  エンジン本体
１２  シリンダヘッド
１２ｉｎ  吸気ポート
１２ｒｍ  燃焼室
１２ｅｘ  排気ポート
２１  高オクタン価燃料噴射器
２２  低オクタン価燃料噴射器
２３  高オクタン価燃料用デリバリパイプ
２４  低オクタン価燃料用デリバリパイプ
２５  高オクタン価用燃料タンク
２６  低オクタン価用燃料タンク
２７  スパークプラグ
３０  制御装置
３２  ノックセンサ
３４  点火装置
３６  アクセル開度センサ
３７  速度センサ
３８  回転数センサ
３９  角度センサ
Ｓａｃ  アクセル開度信号
Ｓｎｋ  ノッキングの信号
Ｓｖ  速度信号
Ｓｒｖ  回転数信号
Ｓθ  クランク角度
Ｃｈ  高オクタン価燃料の噴射指示
Ｃｒ  低オクタン価燃料の噴射指示
Ｃｉ  点火時期の指示
【図１】
2014047691.tif 000003
【図２】
2014047691.tif 000004
【図３】
2014047691.tif 000005
【図４】
2014047691.tif 000006
【図５】
2014047691.tif 000007