(57)【要約】【課題】多種燃料エンジンに関し、どのような燃料が使用される場合でも所望のエンジン性能を確保できるようにする。【解決手段】使用する燃料が基本燃料であるという前提のもと要求トルクに基づいて燃料噴射量Ｑbaseを算出する。燃料噴射弁４と協働してエンジン２を動作させるアクチュエータ（例えばＥＧＲ弁）６の制御は、この燃料噴射量Ｑbaseに基づいて行う。一方、燃料噴射弁４の制御は、実際に使用する燃料の発熱量及び密度に基づいて補正した燃料噴射量に基づいて行う。具体的には、燃料噴射量Ｑbaseに燃料噴射弁４の動作期間τを対応させるためのτ−Ｑマップ２０において、動作期間τの値を実際に使用する燃料の発熱量及び密度に基づいて補正した燃料噴射量に対応した値に更新する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基本燃料を含めた複数種の燃料を使用することが可能な多種燃料エンジンにおいて、
燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁と協働して前記エンジンを動作させるアクチュエータと、
使用する燃料が前記基本燃料であるという前提のもと要求トルクに基づいて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量算出手段で算出された燃料噴射量に基づいて前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、
実際に使用する燃料を判別してその発熱量及び密度を取得する情報取得手段と、
前記基本燃料を使用する場合と同等のトルクが得られるように、使用する燃料の発熱量及び密度に基づいて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、
前記燃料噴射量補正手段で補正された燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御手段と、
を備えることを特徴とする多種燃料エンジン。
【請求項２】
前記燃料噴射弁制御手段は、前記燃料噴射量算出手段で算出された燃料噴射量に前記燃料噴射弁の動作期間を対応させるための規則と、前記規則における動作期間の値を前記燃料噴射量補正手段で補正された燃料噴射量に対応した値に更新する規則更新手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の多種燃料エンジン。
【請求項３】
前記基本燃料は軽油であり、前記複数種の燃料にはＧＴＬ燃料が含まれることを特徴とする請求項１又は２記載の多種燃料エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種の燃料を使用することが可能な多種燃料エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数種の燃料を使用することが可能な多種燃料エンジンが知られている。ディーゼルエンジンも多種燃料エンジンとしての使用が可能であり、軽油のほかＧＴＬ（Gas To Liquid）燃料も使用することができる。ＧＴＬ燃料は飽和炭化水素を中心とした燃料であり、高セタン価、アロマフリー、硫黄フリーといった特徴がある。また、ディーゼルエンジンでは、ＢＴＬ（Biomass To Liquid）燃料などのバイオ燃料も使用することができる。
【０００３】
燃料の種類が異なれば、当然、その性状も異なったものとなるが、燃料性状はエンジンの出力性能や排ガス性能に影響する。このため、多種燃料エンジンでは燃料性状を判別し、燃料性状に応じてエンジンの制御内容を補正することが必要とされる。下記に列挙した特許文献には、燃料性状を判定する技術や、燃料性状の変化に対応して燃料噴射量を補正する技術について開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３２４５０９号公報
【特許文献２】特開２００５−６１４０１号公報
【特許文献３】特開２００５−４８７０３号公報
【特許文献４】特開２００５−２３９２２９号公報
【特許文献５】特開平５−２４０８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンは、通常、燃料噴射弁を含む複数のアクチュエータの協働によって動作する。ディーゼルエンジンでは、これらアクチュエータは燃料噴射量をベースにして制御されている。つまり、要求トルクから燃料噴射量が決まると、予め決定された規則に従ってアクチュエータの制御量が決定されるようになっている。燃料噴射弁においては燃料噴射量に基づいて噴射期間が決定され、ＥＧＲ弁においては燃料噴射量に基づいてＥＧＲ開度が決定される。ディーゼルエンジンにおいて燃料噴射量から各アクチュエータの制御量を決定するための規則は、エンジンの開発段階において適合試験により決定される。この適合試験では所定の基本燃料（一般的には軽油）を用いてエンジンの運転が行われ、所望の出力性能や排ガス性能が得られるように、各アクチュエータの制御量の適合値が決定されている。
【０００５】
ディーゼルエンジンを多種燃料エンジンとして使用する場合、基本燃料と実際の使用燃料との燃料性状の違いが問題になる。例えば、実際の使用燃料が基本燃料と密度は同じであるが発熱量が低い燃料の場合、要求トルクに対して必要となる燃料噴射量は実際の使用燃料のほうが多くなる。その場合、単純に燃料噴射量を増やす補正を行うと、燃料噴射量をベースにして制御される他のアクチュエータの制御量が要求トルクに対する適合値からずれてしまうことになる。したがって、基本燃料以外の燃料を使用する場合には、その燃料が有する本来のポテンシャルを発揮させることができない。
【０００６】
上述の問題は、燃料噴射量から各アクチュエータの制御量を決定するための規則が基本燃料にしか対応していないことによる。したがって、制御量を決定するための規則を燃料種毎に用意しておき、使用する燃料に応じて規則を変更することができれば、上述の問題は解決できるとも考えられる。しかしながら、多種燃料エンジンにおいて使用の可能性がある燃料の全てを予想することは困難であり、また、それらの全てについて適合試験を行うことはコストの観点において現実的ではい。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、どのような燃料が使用される場合でも所望のエンジン性能を確保できるようにした多種燃料エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、所定の基本燃料を含めた複数種の燃料を使用することが可能な多種燃料エンジンにおいて、
燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁と協働して前記エンジンを動作させるアクチュエータと、
使用する燃料が前記基本燃料であるという前提のもと要求トルクに基づいて燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
前記燃料噴射量算出手段で算出された燃料噴射量に基づいて前記アクチュエータを制御するアクチュエータ制御手段と、
実際に使用する燃料を判別してその発熱量及び密度を取得する情報取得手段と、
前記基本燃料を使用する場合と同等のトルクが得られるように、使用する燃料の発熱量及び密度に基づいて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、
前記燃料噴射量補正手段で補正された燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、
前記燃料噴射弁制御手段は、前記燃料噴射量算出手段で算出された燃料噴射量に前記燃料噴射弁の動作期間を対応させるための規則と、前記規則における動作期間の値を前記燃料噴射量補正手段で補正された燃料噴射量に対応した値に更新する規則更新手段とを含むことを特徴としている。
【００１０】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記基本燃料は軽油であり、前記複数種の燃料にはＧＴＬ燃料が含まれることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、使用燃料の発熱量及び密度に応じて燃料噴射量が補正されることで、実際の使用燃料が基本燃料と異なる場合であっても、また、使用燃料がさらに別の燃料に替わった場合であっても、基本燃料を使用する場合と同等のトルクを得ることができる。また、アクチュエータの動作を制御するための燃料噴射量は、使用する燃料が基本燃料であるという前提のもと要求トルクに基づいて算出された燃料噴射量であるので、実際の使用燃料が基本燃料と異なる場合であっても、また、使用燃料が別の燃料に替わった場合であっても、要求トルクに応じた最適な動作でアクチュエータを制御することができる。したがって、本発明によれば、どのような燃料が使用される場合でも所望のエンジン性能を確保することが可能であり、使用燃料が有する本来のポテンシャルを発揮させることができる。
【００１２】
また、第２の発明によれば、使用する燃料が基本燃料であるという前提のもと要求トルクに基づいて燃料噴射量が算出されると、その燃料噴射量に対応する燃料噴射弁の動作期間が所定の規則に従って決定される。実際の使用燃料が基本燃料と異なる場合、また、使用燃料が別の燃料に替わった場合、この規則における動作期間の値は実際の使用燃料で必要な燃料噴射量に対応した値に更新されるので、規則に従って決定された動作期間で燃料噴射弁を制御することで、どのような燃料が使用される場合でも基本燃料を使用する場合と同等のトルクを得ることができる。したがって、第２の発明によれば、要求トルクから燃料噴射量を決定するための規則を使用燃料毎に用意する必要はない。
【００１３】
第３の発明によれば、軽油を主たる燃料とするディーゼルエンジンにおいて、高セタン価、アロマフリー、硫黄フリーといった特徴を有するＧＴＬ燃料を使用することができ、しかもＧＴＬ燃料本来のポテンシャルを発揮させつつ使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態としての多種燃料エンジンのシステムの概略図である。このシステムは、エンジン２とそれを制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)１０とから構成される。本実施の形態にかかるエンジン２はディーゼルエンジンであって、軽油のほかＧＴＬ燃料やバイオ燃料といった軽油とは燃料性状（例えば密度、発熱量、セタン価等）が大きく異なる燃料も使用できるようになっている。
【００１５】
エンジン２は、燃料噴射弁４を含む複数のアクチュエータの協働によって動作する。ここでは説明を簡単にするため、燃料噴射弁４以外のアクチュエータをＥＧＲ弁６に限定して説明をする。ただし、本発明にかかる「燃料噴射弁と協働して前記エンジンを動作させるアクチュエータ」がＥＧＲ弁６に限定されるものではない。燃料噴射弁４及びＥＧＲ弁６は、ＥＣＵ１０によって制御される。
【００１６】
ＥＣＵ１０の機能には、燃料噴射量算出部１２としての機能が含まれる。燃料噴射量算出部１２は、マップや関数等の予め決定された規則に従って要求トルクに応じた燃料噴射量Ｑbaseを算出する。要求トルクの算出にはエンジン回転数とアクセル開度とを変数とするマップが用いられる。
【００１７】
上記の規則の前提となる燃料は、エンジン開発段階での適合試験に用いられた基本燃料である。本実施の形態では、基本燃料として軽油が用いられているものとする。ただし、全ての軽油が基本燃料に該当するのではなく、軽油の中でもある特定の燃料性状のものを基本燃料とする。したがって、実際に使用する軽油の中には基本燃料には該当しないもののもある。また、ここでは軽油を基本燃料としているが、軽油以外の燃料を基本燃料とすることも可能である。
【００１８】
ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁４を制御する燃料噴射弁制御部１４としての機能を有している。燃料噴射弁制御部１４は、ＥＣＵ１０に記憶されているτ−Ｑマップ２０を参照して燃料噴射期間を決定する。τ−Ｑマップ２０は燃料噴射量Ｑbaseに燃料噴射期間τを対応させるための規則である。τ−Ｑマップ２０は更新可能なマップであり、マップデータ更新部１８によってそのマップデータを更新できるようになっている。τ−Ｑマップ２０の初期データは基本燃料を用いた適合試験によって決定されている。マップデータ更新部１８は、エンジン２で実際に使用される燃料の燃料性状に応じてマップデータを更新する。
【００１９】
使用する燃料が基本燃料と異なれば、要求トルクを実現するために必要な燃料噴射量と燃料噴射量算出部１２で算出される燃料噴射量Ｑbaseとの間には差が生じる。仮に実際の使用燃料が基本燃料と同密度であるが発熱量が低い場合には、要求トルクに対して必要となる燃料噴射量は燃料噴射量Ｑbaseよりも多くなる。そこで、マップデータ更新部１８は、基本燃料を使用する場合と同等のトルクが得られるように、使用燃料の燃料性状に応じて燃料噴射量Ｑbaseに対する燃料噴射期間τの値を更新するようにしている。
【００２０】
つまり、本実施の形態では、要求トルクから燃料噴射量Ｑbaseを決定するための規則を使用燃料毎に用意するのではなく、燃料噴射量Ｑbaseと燃料噴射期間τとの関係を使用燃料に応じて補正することにしている。これによれば、使用の可能性がある燃料の全てを予想し、それらの全てについて燃料噴射量Ｑbaseを決定するための適合試験を行う必要はない。使用燃料の変化に応じて実際の燃料噴射量を補正する手順については、後でフローチャートを用いて詳しく説明する。
【００２１】
また、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁６を制御するＥＧＲ弁制御部１６としての機能を有している。ＥＧＲ弁制御部１６は、燃料噴射弁４から噴射される実際の燃料噴射量ではなく、燃料噴射量算出部１２で算出された燃料噴射量Ｑbaseに基づいてＥＧＲ弁６の制御量、すなわち、ＥＧＲ開度を決定する。燃料噴射量ＱbaseからＥＧＲ開度を決定するための規則は、エンジン開発段階での適合試験によって決定されている。前述のように適合試験は基本燃料を用いて行われ、所望の出力性能や排ガス性能が得られるように、燃料噴射量Ｑbaseに対するＥＧＲ開度の適合値が決定されている。したがって、ＥＧＲ弁制御部１６によるＥＧＲ弁６の制御によれば、実際の使用燃料が基本燃料と異なる場合であっても、また、使用燃料が別の燃料に替わったような場合であっても、要求トルクに応じた最適な動作でＥＧＲ弁６を制御することができる。
【００２２】
このように、使用燃料が基本燃料であるという前提のもとで要求トルクに基づいて燃料噴射量Ｑbaseを算出し、それに基づいてＥＧＲ弁６を含む各アクチュエータの制御量を決定することとすれば、各アクチュエータの制御量を決定するための規則（マップ或いは関数）は基本燃料に対応する規則のみで足りることになる。一方、使用燃料の変化によって生じる必要燃料噴射量と燃料噴射量Ｑbaseとの差は、燃料噴射量Ｑbaseと燃料噴射期間τとの対応関係を補正することで補償することができる。
【００２３】
以下では、使用燃料の変化に応じて実際の燃料噴射量を補正する手順について、図２乃至図４のフローチャートを用いて説明する。
【００２４】
図２のフローチャートは使用燃料の変化を判別するためのルーチンを示している。図２に示すルーチンの最初のステップＳ１０では、燃料変化フラグの初期化が行われる。燃料変化フラグは使用燃料が別の燃料に変化したことを示すフラグである。燃料変化フラグの初期状態はＯＦＦであり、使用燃料の変化が認められたときに燃料変化フラグはＯＮにされる。
【００２５】
次のステップＳ１２では、使用燃料の燃料性状に関する新たな情報が取得される。取得される情報には、密度、発熱量（低位発熱量）及びセタン価が含まれる。これらの情報は燃料性状センサによって取得する。燃料性状センサの構成やその測定方法についての限定はない。以下、新たに取得した密度、発熱量及びセタン価の各値をρnew，Ｈnew，ＣＮnewと表記し、ＥＣＵ１０のメモリに記憶されている密度、発熱量及びセタン価の各値をρ，Ｈ，ＣＮと表記する。
【００２６】
次のステップＳ１４では、ステップＳ１２で新たに取得した密度、発熱量及びセタン価の各値ρnew，Ｈnew，ＣＮnewとそれらの各記憶値ρ，Ｈ，ＣＮとが記憶される。比較の結果、密度、発熱量及びセタン価の何れにも変化がない場合には、使用燃料に変化がないものと判断することができる。この場合、本ルーチンは終了する。
【００２７】
一方、ステップＳ１４における比較の結果、密度、発熱量及びセタン価の何れかに変化がある場合、使用燃料に変化があったものと判断することができる。この場合、ステップＳ１６において、密度、発熱量及びセタン価の各記憶値ρ，Ｈ，ＣＮが新たに取得した各値ρnew，Ｈnew，ＣＮnewに置き換えられる。そして、次のステップＳ１８で燃料変化フラグがＯＮにされて、本ルーチンは終了する。
【００２８】
使用燃料の変化の判別結果は、ＥＣＵ１０による燃料噴射量の制御に反映される。図３のフローチャートは燃料噴射量を制御するためのルーチンを示している。図３に示すルーチンの最初のステップＳ２０では、燃料変化フラグがＯＮか否か判定される。
【００２９】
燃料変化フラグがＯＮの場合、つまり、使用燃料に変化があった場合には、ステップＳ２２の処理が実施される。ステップＳ２２では、使用燃料の変化に応じた燃料噴射期間の更新、つまり、τ−Ｑマップ２０の更新が行われる。ステップＳ２２の処理の具体的内容については後述する。次のステップＳ２４では、更新されたτ−Ｑマップ２０を用いて燃料噴射期間τが算出されて燃料噴射弁４による燃料噴射が実施される。
【００３０】
一方、燃料変化フラグがＯＦＦの場合は、使用燃料に変化はない。この場合、τ−Ｑマップ２０の更新は行われず、次のステップＳ２４では、現在のτ−Ｑマップ２０を用いて燃料噴射期間τが算出されて燃料噴射弁４による燃料噴射が実施される。
【００３１】
次のステップＳ２６では、エンジンが停止したか否か判定される。本ルーチンはエンジンが停止するまで繰り返し実施される。
【００３２】
図４のフローチャートはステップＳ２２の具体的な処理、つまり、τ−Ｑマップ２０を更新するためのルーチンを示している。本実施の形態では、ＥＣＵ１０が図４に示すルーチンを実行することで、第１の発明にかかる「燃料噴射量補正手段」と第２の発明にかかる「規則更新手段」とが実現される。図４に示すルーチンの最初のステップＳ３０では、使用燃料の発熱量Ｈと密度ρがメモリから読み出される。
【００３３】
次のステップＳ３２では、次の（１）式を用い、ステップＳ３０で読み出した発熱量Ｈと密度ρとから噴射量補正率βが算出される。（１）式におけるρbaseは基本燃料の密度であり、Ｈbaseは基本燃料の発熱量である。基本燃料の密度ρbaseと発熱量Ｈbaseは、基本燃料を用いた適合試験の段階で予め取得されている。
β＝(ρbase/ρ)3/2(Ｈbase/Ｈ)  ・・・（１）
【００３４】
上記の（１）式について説明すると、この式は、エネルギーバランス式と、同トルクを発生させるための条件式とから導き出された式である。まず、実際の使用燃料の燃料噴射量Ｑと、基本燃料を使用した場合の燃料噴射量Ｑbaseとをそれぞれエネルギーバランス式を用いて表すと次の（２）式、（３）式のようになる。（２）式及び（３）式において、ΔＰは燃料噴射弁４の内外の圧力差、αは流量係数（粘性係数と縮流係数との積）、Ａは燃料噴射弁４の噴口断面積である。
Ｑ＝αＡ(２ΔＰ/ρ)1/2  ・・・（２）
Ｑbase＝αＡ(２ΔＰ/ρbase)1/2  ・・・（３）
【００３５】
上記の(２)式及び（３）式によれば、基本燃料と使用燃料との間にある燃料噴射量と密度との関係は次の（４）式によって表すことができる。
Ｑ/Ｑbase＝(ρbase/ρ)1/2  ・・・（４）
【００３６】
一方、基本燃料を使用する場合と同等のトルクを得るための条件は、噴射量補正率βを用いると次の（５）式によって表すことができる。
ρbasＱbaseＨbase＝βρＱＨ  ・・・（５）
【００３７】
(５)式から(４)式を用いて各燃料の燃料噴射量Ｑ，Ｑbaseを除去することによって上記の（１）式を得ることができる。
【００３８】
噴射量補正率βを用いると、実際に使用する燃料で基本燃料と同等のトルクを得るために必要となる燃料噴射量Ｑは、次の（６）式によって表すことができる。
Ｑ＝βＱbase・・・（６）
【００３９】
次のステップＳ３４では、補正後の燃料噴射量βＱbaseを実現するための燃料噴射期間τが算出される。燃料噴射期間τの算出には、燃料噴射期間と燃料噴射量及び噴射圧との関係を規定したマップを使用する。このマップのデータは基本燃料を用いた適合試験によって決定されている。このマップを参照することで、補正後の燃料噴射量βＱbaseに対応する燃料噴射期間τを得ることができる。
【００４０】
次のステップＳ３６では、τ−Ｑマップ２０における燃料噴射期間τの値が更新される。具体的には、燃料噴射量Ｑbaseに対応する燃料噴射期間τの値を、ステップＳ３４で算出された燃料噴射期間τ、すなわち、燃料噴射量βＱbaseに対応する燃料噴射期間τの値に更新する。これにより、τ−Ｑマップ２０を参照して得られた燃料噴射期間τに従って燃料噴射弁４を制御することで、燃料噴射弁４からの実際の燃料噴射量を、基本燃料を使用する場合の燃料噴射量Ｑbaseではなく、実際の使用燃料に応じて補正した燃料噴射量βＱbaseとすることができる。
【００４１】
以上説明したとおり、本実施の形態の多種燃料エンジンによれば、基本燃料である軽油とは燃料性状の異なる燃料、例えば、ＧＴＬ燃料が使用される場合であっても、実際の使用燃料の発熱量Ｈ及び密度ρに応じて燃料噴射量が補正されることで、基本燃料を使用する場合と同等のトルクを得ることができる。一方、ＥＧＲ弁６を含む他のアクチュエータの動作を制御するための燃料噴射量は、使用する燃料が基本燃料であるという前提のもと要求トルクに基づいて算出された燃料噴射量であるので、実際の使用燃料が基本燃料と異なる場合であっても、要求トルクに応じた最適な動作で各アクチュエータを制御することができる。したがって、本実施の形態の多種燃料エンジンによれば、どのような燃料が使用される場合でも所望のエンジン性能を確保することが可能であり、使用燃料が有する本来のポテンシャルを発揮させることができる。
【００４２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変形して実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施の形態としての多種燃料エンジンのシステムの概略図である。
【図２】本発明の実施の形態において実行される使用燃料の変化を判別するためのルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態において実行される燃料噴射量を制御するためのルーチンを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態において実行されるτ−Ｑマップを補正するためのルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
２  エンジン
４  燃料噴射弁
６  ＥＧＲ弁
１０  ＥＣＵ
１２  燃料噴射量算出部
１４  燃料噴射弁制御部
１６  ＥＧＲ弁制御部
１８  マップデータ補正部
２０  τ−Ｑマップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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