(57)【要約】【課題】エマルジョン燃料を用いた場合に良好な燃焼を確保する。【解決手段】燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出する。この燃料含有率に用いて機関の運転制御パラメータの値を求める。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出し、この燃料含有率に用いて機関の運転制御パラメータの値を求めるようにした内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記燃料含有率が低下するにつれて小さくなる補正係数をエマルジョン燃料中の燃料成分の量に乗算することによって燃焼に寄与する燃料量を求め、この燃料量に基づいて機関の運転制御パラメータの値を求めるようにした請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
機関の運転制御パラメータが、メイン噴射の噴射時期、パイロット噴射の噴射量および噴射時期、再循環排気ガス制御弁の開度、吸気絞り弁の開度および排気タービンに流入する排気ガス流を制御する可変ノズルの開度の全て又はそれらのうちの一部である請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
燃料噴射時間はエマルジョン燃料の量に基づいて算出される請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
エマルジョン燃料中の燃料成分の量に基づいて基本噴射時間が算出され、上記燃料含有率が低下するにつれて大きくなる補正係数を該基本噴射時間に乗算することによって実際の燃料噴射時間を求めるようにした請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
吸入空気量が目標値となるように再循環排気ガス量が制御されており、上記燃料含有率が低下するに従って吸入空気量の目標値を増大させるようにした請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
上記燃料含有率が低下するにつれて吸気絞り弁の開度を小さくし、再循環排気ガス制御弁の開度を小さくするようにした請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、例えばディーゼル機関において燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いると、水分の気化潜熱により燃焼温度が低下するのでＮＯＸ　の生成量が低下し、また水分の爆発的な沸騰作用により燃料噴霧が微粒化されるのでスモークの発生が低減せしめられる。そこで従来よりエマルジョン燃料を用いたディーゼル機関が公知である（例えば特公表２００１−５０１６９８号公報参照）。このディーゼル機関ではエマルジョン燃料中に水分を追加し、この追加の水分量を制御することによってエマルジョン燃料中の水分量を制御するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこのようなエマルジョン燃料を用いた場合、燃焼に寄与するのはエマルジョン燃料中の燃料成分であり、従って良好な機関の燃焼を確保するには機関の運転制御パラメータをエマルジョン燃料中の燃料成分の量に基づいて制御する必要がある。しかしながら従来のディーゼル機関ではこのようなことに関して何ら考慮が払われていない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明による１番目の発明では、エマルジョン燃料を用いた場合に良好な燃焼を確保するために、燃料内に水分を含有させたエマルジョン燃料を用いた内燃機関において、エマルジョン燃料の量に対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量の割合を示す燃料含有率を算出し、この燃料含有率に用いて機関の運転制御パラメータの値を求めるようにしている。
【０００５】
２番目の発明では１番目の発明において燃料含有率が低下するにつれて小さくなる補正係数をエマルジョン燃料中の燃料成分の量に乗算することによって燃焼に寄与する燃料量を求め、この燃料量に基づいて機関の運転制御パラメータの値を求めるようにしている。
【０００６】
３番目の発明では２番目の発明において、機関の運転制御パラメータが、メイン噴射の噴射時期、パイロット噴射の噴射量および噴射時期、再循環排気ガス制御弁の開度、吸気絞り弁の開度および排気タービンに流入する排気ガス流を制御する可変ノズルの開度の全て又はそれらのうちの一部である。
【０００７】
４番目の発明では１番目の発明において、燃料噴射時間はエマルジョン燃料の量に基づいて算出される。
【０００８】
５番目の発明では１番目の発明において、エマルジョン燃料中の燃料成分の量に基づいて基本噴射時間が算出され、燃料含有率が低下するにつれて大きくなる補正係数を基本噴射時間に乗算することによって実際の燃料噴射時間を求めるようにしている。
【０００９】
６番目の発明では１番目の発明において、吸入空気量が目標値となるように再循環排気ガス量が制御されており、燃料含有率が低下するに従って吸入空気量の目標値を増大させるようにしている。
【００１０】
７番目の発明では１番目の発明において、燃料含有率が低下するにつれて吸気絞り弁の開度を小さくし、再循環排気ガス制御弁の開度を小さくするようにしている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１はエマルジョン燃料を用いたディーゼル機関の全体図を示している。
【００１２】
図１を参照すると、１はディーゼル機関本体、２は吸気マニホルド、３は排気マニホルド、４は各気筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁、５は各燃料噴射弁４に噴射すべきエマルジョン燃料を分配するためのコモンレールを夫々示す。吸気マニホルド２は吸気絞り弁６、インタークーラ７、排気ターボチャージャ８のコンプレッサ８ａを介してエアクリーナ９に連結され、排気マニホルド３は排気ターボチャージャ８の排気タービン８ｂを介して酸化触媒、ＮＯＸ　吸収剤、或いはパティキュレートフィルタ等からなる排気浄化装置１０に連結される。
【００１３】
また、吸気マニホルド２と排気マニホルド３とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１１を介して互いに連結され、このＥＧＲ通路１１内にＥＧＲ制御弁１２、ＥＧＲクーラ１３および触媒１４が配置される。なお、燃料噴射弁４、吸気絞り弁６およびＥＧＲ制御弁１２はデジタルコンピュータからなる電子制御ユニット２０の出力信号に基づいて制御される。
【００１４】
一方、図１に示されるようにディーゼル機関はエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１を具備している。このエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１は燃料タンク２２、水タンク２３および乳化剤タンク２４を備えており、これら燃料タンク２２、水タンク２３および乳化剤タンク２０は夫々対応する流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎを介してエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１に連結されている。また、このエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１は回転式の撹拌装置２５を具備しており、このエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１は高圧ポンプ２６を介してコモンレール５に連結されている。各流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎ、撹拌装置２５および高圧ポンプ２６は電子制御ユニット２０の出力信号に基づいて制御される。
【００１５】
コモンレール５にはコモンレール５内のエマルジョン燃料圧を検出するための燃料圧センサ２７が取付けられており、エアクリーナ９の出口近くには吸入空気量を検出するための吸入空気量センサ２８が取付けられている。これら燃料圧センサ２７および吸入空気量センサ２８の出力信号は電子制御ユニット２０に入力される。
【００１６】
図１に示されるように燃料タンク２２内には燃料、即ち軽油が給油され、燃料タンク２２内に貯蔵された燃料は流量制御弁Ｖｆを介してエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内に供給される。水タンク２３内には通常の水が給水されるか、或いはろ過した雨水が外部導入孔を介して供給され、水タンク２３内に貯蔵された水は流量制御弁Ｖｗを介してエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内に供給される。また、燃料と水との親和力を高めるための乳化剤を貯蔵している乳化剤タンク２４からは流量制御弁Ｖｎを介して乳化剤がエマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内に供給される。
【００１７】
エマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内に燃料、水および乳化剤が供給されるとこれら燃料、水および乳化剤は撹拌装置２５によって撹拌され、それによってエマルジョン燃料が生成される。このとき乳化剤は水の供給量に比例して供給される。生成されるエマルジョン燃料の水含有率は各流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎの開度を制御することによって０％から５０％の範囲で任意に設定することができる。また、図１に示される実施例では撹拌装置２５による撹拌速度（ｒ．ｐ．ｍ．）は流量制御弁Ｖｎの開度に比例するように制御される。
【００１８】
エマルジョン燃料製造・貯蔵装置２１内において生成されたエマルジョン燃料は高圧ポンプ２６により昇圧されてコモンレール５内に送り込まれ、コモンレール５内に送り込まれたエマルジョン燃料は各燃料噴射弁４から対応する気筒内に噴射される。
【００１９】
図２はエマルジョン燃料を製造制御するためのルーチンを示している。
【００２０】
図２を参照すると、まず初めにステップ１００においてエマルジョン燃料の水含有率の目標値が設定される。次いでステップ１０１ではエマルジョン燃料の水含有率が目標値となるように各流量制御弁Ｖｆ，Ｖｗ，Ｖｎの開度が制御される。次いでステップ１０２では撹拌装置２５の撹拌速度が流量制御弁Ｖｎの開度に比例するように制御される。
【００２１】
さて、エマルジョン燃料量をＱｅ、エマルジョン燃料中の燃料成分の量をＱｆ、添加された水分の量をＱｗ、乳化剤の量をＱｎとするとエマルジョン燃料量Ｑｅは次式によって表わされる。
【００２２】
Ｑｅ＝Ｑｆ＋Ｑｗ＋Ｑｎ
ところでエマルジョン燃料において燃焼に寄与するのはエマルジョン燃料中の燃料成分であり、エマルジョン燃料中の水分はＮＯＸ　やスモークの生成を抑制する役割を果しているだけで燃焼には寄与していない。従って燃焼に寄与する燃料量をＱｔとするとＱｔ＝Ｑｆとなる。しかしながら実際にはＱｔ＝Ｑｆとならない。
【００２３】
即ち、エマルジョン燃料中の燃料成分の割合が少くなってくると、即ち水分の量および乳化剤の量が多くなってくると十分に燃焼しえない燃料量が増大し、その結果燃焼に実質的に寄与する燃料量が減少する。そこで本発明ではエマルジョン燃料の量Ｑｅに対するエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆの割合を示す燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）を求め、この燃料含有率Ｑｒと燃焼への寄与率Ｋとの関係を求めて次式から燃焼に寄与する燃料量Ｑｔを求めるようにしている。
【００２４】
Ｑｔ＝Ｑｆ・Ｋ
図３は実験から求めた燃料含有率Ｑｒと燃焼への寄与率Ｋとの関係を示している。図３からわかるように燃料含有率Ｑｒが低下するほど燃焼への寄与率Ｋが小さくなる。従って上式からわかるように燃焼に寄与する燃料量Ｑｔは燃料含有率Ｑｒが低下するほど燃料成分の量Ｑｆに対して減少する。なお、この燃焼への寄与率Ｋは補正係数Ｋとして予め記憶されている。
【００２５】
さて、メイン噴射の噴射時期、パイロット噴射の噴射量および噴射時期、ＥＧＲ制御弁１２の開度、吸気絞り弁６の開度および排気タービン８ｂに流入する排気ガス流を制御する可変ノズルの開度等、大部分の機関の運転制御パラメータの最適値は燃焼に寄与する燃料量Ｑｔに支配されている。この燃料量Ｑｔは燃料含有率Ｑｒの関数であり、従って本発明では本発明では燃料含有率Ｑｒを用いて機関の運転制御パラメータの値を求めるようにしている。
【００２６】
具体的に言うと、本発明では燃料含有率Ｑｒが低下するにつれて小さくなる補正係数Ｋをエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆに乗算することによって燃焼に寄与する燃料量Ｑｔが求められ、この燃料量Ｑｔに基づいて機関の運転制御パラメータの値が求められる。
【００２７】
なお、メイン噴射およびパイロット噴射の噴射時間および噴射圧はエマルジョン燃料中の水分の量および乳化剤の量の影響も受けるのでこれらはエマルジョン燃料の量に応じて制御される。
【００２８】
次に図４を参照しつつ燃料噴射の制御ルーチンについて説明する。
【００２９】
図４を参照するとまず初めにステップ１００において機関回転数、アクセルペダルの踏込み量等が読み込まれる。次いでステップ１０１ではエマルジョン燃料量Ｑｅが算出される。次いでステップ１０２ではエマルジョン燃料量Ｑｅとエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆから燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ１０３では図３から求められた補正係数Ｋとエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆから実際に燃焼に寄与する燃料量Ｑｔ（＝Ｑｆ・Ｋ）が算出される。
【００３０】
次いでステップ１０４ではこの実際に燃焼に寄与する燃料量Ｑｔに基づいてメイン噴射の噴射時期、パイロット噴射の噴射量および噴射時期、ＥＧＲ制御弁１２の開度、吸気絞り弁６の開度および排気タービン８ｂに流入する排気ガス流を制御する可変ノズルの開度等が算出される。次いでステップ１０５ではエマルジョン燃料量Ｑｅから噴射時間が算出される。
【００３１】
図５および図６に第２実施例を示す。この実施例ではエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆに基づいて基本燃料噴射量ＴＡＵを算出し、この基本燃料噴射量ＴＡＵからエマルジョン燃料を噴射する場合の実際の燃料噴射量ＴＡＵＯを求めるようにしている。即ち、この実施例では図５に示されるように燃料含有率Ｑｒが低下するにつれて大きくなる補正係数Ｊが予め定められており、補正係数Ｊを基本噴射時間ＴＡＵに乗算することによって実際の燃料噴射時間ＴＡＵＯを求めるようにしている。
【００３２】
次に図６を参照しつつ燃料噴射の制御ルーチンについて説明する。
【００３３】
図６を参照するとまず初めにステップ２００において機関回転数、アクセルペダルの踏込み量等が読み込まれる。次いでステップ２０１ではエマルジョン燃料量Ｑｅが算出される。次いでステップ２０２ではエマルジョン燃料量Ｑｅとエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆから燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ２０３では図３から求められた補正係数Ｋとエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆから実際に燃焼に寄与する燃料量Ｑｔ（＝Ｑｆ・Ｋ）が算出される。
【００３４】
次いでステップ２０４ではこの実際に燃焼に寄与する燃料量Ｑｔに基づいてメイン噴射の噴射時期、パイロット噴射の噴射量および噴射時期、ＥＧＲ制御弁１２の開度、吸気絞り弁６の開度および排気タービン８ｂに流入する排気ガス流を制御する可変ノズルの開度等が算出される。次いでステップ２０５ではエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆからこの量Ｑｆを噴射するのに必要な基本燃料噴射時間ＴＡＵが算出される。次いでステップ２０６では燃料含有率Ｑｒに基づいて図５に示す関係から補正係数Ｊが算出される。次いでステップ２０７では基本燃料噴射時間ＴＡＵに補正係数Ｊを乗算することによって実際の燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝ＴＡＵ・Ｊ）が算出される。
【００３５】
図７および図８に第３実施例を示す。この実施例では吸入空気量の目標値ＧＡが図７（Ａ）に示されるように機関回転数Ｎおよびアクセルペダルの踏込み量Ｌの関数としてマップの形で予め記憶されており、吸入空気量がこの目標値ＧＡとなるようにＥＧＲガス量が制御される。
【００３６】
この場合、燃料含有率Ｑｒを低下させると、即ちエマルジョン燃料中の水分の量Ｑｗを増大させると燃焼温度が低下するためにＮＯＸ　の生成量が低下する。しかもこのときＥＧＲガスが再循環されているのでＮＯＸ　の生成量は目標値を超えて大巾に低下する。ただし、このとき燃費が悪化する。この場合、吸入空気量を増大すると燃費がよくなるがＥＧＲガス量が少くなるためにＮＯＸ　の生成量は増大する。従って本発明による実施例では燃費をよくするためにＮＯＸ　の生成量が目標値を越えて大きくならない程度まで吸入空気量を増大するようにしている。
【００３７】
即ち、本発明による実施例では図７（Ｂ）に示されるように燃料含有率Ｑｒが低下するにつれて大きくなる補正係数Ｍが予め記憶されており、この補正係数Ｍを吸入空気量の目標値ＧＡに乗算することによって最終的な吸入空気量の目標値ＧＡＯが算出される。
【００３８】
次に図８を参照しつつ吸気・ＥＧＲの制御ルーチンについて説明する。
【００３９】
図８を参照するとまず初めにステップ３００において機関回転数、アクセルペダルの踏込み量等が読み込まれる。次いでステップ３０１ではエマルジョン燃料量Ｑｅが算出される。次いでステップ３０２ではエマルジョン燃料量Ｑｅとエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆから燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ３０３では燃料含有率Ｑｒに基づいて図７（Ｂ）に示す関係から補正係数Ｍが算出される。次いでステップ３０４では図７（Ａ）に示すマップから吸入空気量の目標値ＧＡが算出される。次いでステップ３０５では目標値ＧＡに補正係数Ｍを乗算することによって吸入空気量の最終的な目標値ＧＡＯが算出される。
【００４０】
次いでステップ３０６では吸入空気量センサ２８により検出された吸入空気量Ｇａが目標値ＧＡＯよりも大きいか否かが判別される。Ｇａ＞ＧＡＯのときにはステップ３０７に進んでＥＧＲ制御弁１２の開度ＥＧがΔθだけ増大せしめられる。このとき、ＥＧＲガス量が増大せしめられるので吸入空気量Ｇａは減少する。一方、ステップ３０６においてＧａ≦ＧＡＯであると判断されたときにはステップ３０８に進んでＥＧＲ制御弁１２の開度ＥＧがΔθだけ減少せしめられる。このとき、ＥＧＲガス量が減少せしめられるので吸入空気量Ｇａは増大する。
【００４１】
図９および図１０に第４実施例を示す。上述したように燃料含有率Ｑｒを低下させるとＮＯＸ　の生成量は低下するが着火遅れ期間が長くなるために燃焼騒音が発生する。この場合、吸気絞り弁６の開度を小さくすれば燃焼騒音の発生を抑制することができる。そこでこの実施例では燃料含有率Ｑｒが低下するにつれて吸気絞り弁６の開度を小さくするようにしている。
【００４２】
ところが吸気絞り弁６の開度を小さくするとＥＧＲガス量が増大してしまう。そこでこの実施例では吸気絞り弁６の開度を小さくしたときにはＥＧＲ制御弁１２の開度を小さくし、更に排気マニホルド３内の排圧を低下させてＥＧＲガス量を減少させるために排気タービン８ｂの可変ノズルの開度を大きくするようにしている。図９は吸気絞り弁６の開度、ＥＧＲ制御弁１２の開度、可変ノズルの開度に対する各補正係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の値を示している。
【００４３】
次に図１０を参照しつつ吸気・ＥＧＲの制御ルーチンについて説明する。
【００４４】
図１０を参照するとまず初めにステップ４００において機関回転数、アクセルペダルの踏込み量等が読み込まれる。次いでステップ４０１ではエマルジョン燃料量Ｑｅが算出される。次いでステップ４０２ではエマルジョン燃料量Ｑｅとエマルジョン燃料中の燃料成分の量Ｑｆから燃料含有率Ｑｒ（＝Ｑｆ／Ｑｅ）が算出される。次いでステップ４０３では燃料含有率が１００パーセントのときの吸気絞り弁６の開度ＳＡが算出される。次いでステップ４０４ではこの開度ＳＡに図９から求められた補正係数Ｋ１を乗算することによって吸気絞り弁６の最終的な開度ＳＡＯ（＝ＳＡ・Ｋ１）が算出される。
【００４５】
次いでステップ４０５では燃料含有率が１００パーセントのときのＥＧＲ制御弁１２の開度ＥＡが算出される。次いでステップ４０６ではこの開度ＥＡに図９から求められた補正係数Ｋ２を乗算することによってＥＧＲ制御弁１２の最終的な開度ＥＡＯ（＝ＥＡ・Ｋ２）が算出される。次いでステップ４０７では燃料含有率が１００パーセントのときの可変ノズルの開度ＶＡが算出される。次いでステップ４０８ではこの開度ＶＡに図９から求められた補正係数Ｋ３を乗算することによって可変ノズルの最終的な開度ＶＡＯ（＝ＶＡ・Ｋ３）が算出される。
【００４６】
【発明の効果】
エマルジョン燃料を用いた場合において良好な燃焼を確保する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディーゼル機関の全体図である。
【図２】エマルジョン燃料の製造を制御するためのフローチャートである。
【図３】補正係数Ｋと燃料含有率Ｑｒとの関係を示す図である。
【図４】燃料噴射制御を行うためのフローチャートである。
【図５】補正係数Ｊと燃料含有率Ｑｒとの関係を示す図である。
【図６】燃料噴射制御を行うためのフローチャートである。
【図７】吸入空気量の目標値のマップ等を示す図である。
【図８】吸気・ＥＧＲ制御を行うためのフローチャートである。
【図９】補正係数Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３と燃料含有率Ｑｒとの関係を示す図である。
【図１０】吸気・ＥＧＲ等の制御を行うためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…ディーゼル機関本体
４…燃料噴射弁
５…コモンレール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004068619.tif 000009
【図８】
2004068619.tif 000010
【図９】
2004068619.tif 000011
【図１０】
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