(57)【要約】【課題】デポジットが推積したときに燃料を切換える。【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、機関の構成要素にデポジットが一定量以上推積したか否かを判断する。機関の構成要素にデポジットが一定量以上推積したと判断されたときには供給すべき燃料をエマルジョン燃料から水および乳化剤を含まない燃料に切換える。【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、機関の構成要素にデポジットが一定量以上推積したか否かを判断する判断手段を具備し、機関の構成要素にデポジットが一定量以上推積したと判断されたときには供給すべき燃料をエマルジョン燃料から水および乳化剤を含まない燃料に切換えるようにした内燃機関の制御装置。
【請求項２】
上記機関の構成要素が燃料噴射弁からなり、上記判断手段は、機関出力トルクの変動量が設定値を越えたときに燃料噴射弁のノズル口にデポジットが一定量以上推積したと判断する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
上記機関の構成要素が再循環排気ガスクーラからなり、再循環排気ガス制御弁の開度は吸入空気量が予め定められた目標値となるように制御されており、上記判断手段は、再循環排気ガス制御弁の開度が予め定められた基準開度よりも一定開度以上大きくなったときには再循環排気ガスクーラにデポジットが一定量以上推積したと判断する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記機関の構成要素が排気ターボチャージャの排気タービンに流入する排気ガス流量を制御する可変ノズルからなり、上記判断手段は、該可変ノズルの開度が基準値よりも一定値以上大きくなったか或いは一定値以上小さくなったときに可変ノズルにデポジットが一定量以上推積したと判断する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
上記機関の構成要素が機関排気通路内に配置された排気浄化装置からなり、上記判断手段は、排気浄化装置の前後差圧が設定値を越えたときに排気浄化装置にデポジットが一定量以上推積したと判断する請求項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】
ところがこのエマルジョン燃料は水分を含んでいるために水分を含まない通常の燃料を用いた場合に比べて機関の構成要素にデポジットを推積しやすく、機関の構成要素にデポジットが推積すると種々の問題を生じる。従ってエマルジョン燃料を用いた場合にはデポジットの推積について考慮しなければならないが、従来のディーゼル機関ではこの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】
従って、本発明による１番目の発明では、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、機関の構成要素にデポジットが一定量以上推積したか否かを判断する判断手段を具備し、機関の構成要素にデポジットが一定量以上推積したと判断されたときには供給すべき燃料をエマルジョン燃料から水および乳化剤を含まない燃料に切換えるようにしている。
【０００５】
２番目の発明では１番目の発明において、機関の構成要素が燃料噴射弁からなり、判断手段は、機関出力トルクの変動量が設定値を越えたときに燃料噴射弁のノズル口にデポジットが一定量以上推積したと判断する。
【０００６】
３番目の発明では１番目の発明において、機関の構成要素が再循環排気ガスクーラからなり、再循環排気ガス制御弁の開度は吸入空気量が予め定められた目標値となるように制御されており、判断手段は、再循環排気ガス制御弁の開度が予め定められた基準開度よりも一定開度以上大きくなったときには再循環排気ガスクーラにデポジットが一定量以上推積したと判断する。
【０００７】
４番目の発明では１番目の発明において、機関の構成要素が排気ターボチャージャの排気タービンに流入する排気ガス流量を制御する可変ノズルからなり、判断手段は、可変ノズルの開度が基準値よりも一定値以上大きくなったか或いは一定値以上小さくなったときに可変ノズルにデポジットが一定量以上推積したと判断する。
【０００８】
５番目の発明では１番目の発明において、機関の構成要素が機関排気通路内に配置された排気浄化装置からなり、判断手段は、排気浄化装置の前後差圧が設定値を越えたときに排気浄化装置にデポジットが一定量以上推積したと判断する。
【０００９】
【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。
【００１０】
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　の吸収剤、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、排気浄化装置１０には排気浄化装置１０の前後差圧を検出するための圧力センサ２８が取付けられている。これら燃料圧センサ２７および圧力センサ２８の出力信号は電子制御ユニット２０に入力される。また、排気ターボチャージャ８の排気タービン８ｂの排気ガス流入部には排気タービンに流入する排気ガス流量を制御するための可変ノズルが設けられており、この可変ノズルの開度が開度センサ２９によって検出される。この開度センサ２９および回転数センサ３０の出力信号は電子制御ユニット２０に入力される。
【００１４】
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内には水が給水され、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
図２を参照すると、まず初めにステップ５０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５１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５２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。
【００１９】
さて、冒頭で述べたようにエマルジョン燃料は水分を含んでいるために水分を含まない通常の燃料を用いた場合に比べて機関の構成要素にデポジットを推積しやすく、機関の構成要素にデポジットが推積すると種々の問題を生じる。そこで本発明では、機関の構成要素にデポジットが一定量以上推積したか否かを判断し、機関の構成要素にデポジットが一定量以上推積したと判断されたときには供給すべき燃料をエマルジョン燃料から水および乳化剤を含まない燃料に切換えてそれ以上デポジットが推積しないようにしている。
【００２０】
図３は機関の構成要素が燃料噴射弁４からなる場合の実施例を示している。燃料噴射弁４の場合にはデポジットが燃料噴射弁４のノズル口に推積し、デポジットが燃料噴射弁４のノズル口に一定量以上推積すると適切に分布する良好な噴霧が形成されなくなるためにスモークが増大してしまう。一方、良好な噴霧が形成されなくなると出力トルクが変動し、この出力トルクの変動はクランク角センサ３０の出力信号から検出することができる。そこでこの実施例ではトルク変動量が設定値を越えたときには燃料噴射弁４のノズル口にデポジットが一定量以上推積したと判断し、供給すべき燃料をエマルジョン燃料から水および乳化剤を含まない燃料に切換えるようにしている。
【００２１】
即ち、図３の燃料制御ルーチンに示されるようにまず初めにステップ１００においてトルク変動量ＴＮが算出される。次いでステップ１０１ではトルク変動量ＴＮが設定値ＴＸを越えたか否かが判別される。ＴＮ≦ＴＸのときにはステップ１０２に進んで燃料に水および乳化剤が混合され、斯くしてこのときにはエマルジョン燃料が噴射される。これに対し、ステップ１０１においてＴＮ＞ＴＸであると判別されたときにはステップ１０３に進んで燃料への水および乳化剤の混合が停止され、斯くしてこのときには水および乳化剤を含まない燃料が噴射される。
【００２２】
図４は機関の構成要素がＥＧＲ制御弁１２からなる場合を示している。この実施例では吸入空気量が目標値となる吸気絞り弁６の基準開度とＥＧＲ制御弁１２の基準開度とが予め記憶されており、これら基準開度、例えばＥＧＲ制御弁１２の基準開度ＥＳは図４（Ｂ）に示されるようにアクセル開度Ｌと機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予め記憶されている。通常、吸気絞り弁６およびＥＧＲ制御弁１２の開度を夫々基準開度に制御したとしても吸入空気量は目標値に正確に一致せず、このとき吸入空気量が目標値となるようにＥＧＲ制御弁１２の開度が補正制御される。
【００２３】
この実施例は機関の構成要素がＥＧＲクーラ７からなる場合を示している。ＥＧＲクーラ７にデポジットが一定量以上推積するとＥＧＲガスの冷却作用が低下し、ＥＧＲガスの冷却作用が低下するとＥＧＲガス温が上昇する。その結果、燃焼温が上昇するためにＮＯＸ　の発生量が増大することになる。一方、ＥＧＲクーラ７にデポジットが一定量以上推積すると流路抵抗が増大するためにＥＧＲガス流量が低下し、このとき吸入空気量を目標値に維持すべくＥＧＲ制御弁１２の開度は基準開度ＥＳに対して大巾に増大する。そこでこの実施例ではＥＧＲ制御弁１２の開度が基準開度ＥＳよりも一定開度以上大きくなったときにはＥＧＲクーラ７にデポジットが一定量以上推積したと判断し、供給すべき燃料をエマルジョン燃料から水および乳化剤を含まない燃料に切換えるようにしている。
【００２４】
即ち、図４（Ａ）の燃料制御ルーチンに示されるようにまず初めにステップ２００において吸入空気量が目標値となるようにＥＧＲ制御弁１２の開度が制御される。次いでステップ２０１ではＥＧＲ制御弁１２の開度ＥＳＯが基準開度ＥＳよりも一定開度ΔＳ以上大きくなったか否かが判別される。ＥＳＯ≦ＥＳ＋ΔＳのときにはステップ２０２に進んで燃料に水および乳化剤が混合され、斯くしてこのときにはエマルジョン燃料が噴射される。これに対し、ステップ２０１においてＥＳＯ＞ＥＳ＋ΔＳであると判別されたときにはステップ２０３に進んで燃料への水および乳化剤の混合が停止され、斯くしてこのときには水および乳化剤を含まない燃料が噴射される。
【００２５】
図５は機関の構成要素が排気ターボチャージャ８の排気タービン８ｂに流入する排気ガス流量を制御する可変ノズルからなる場合の実施例を示している。この可変ノズルは、可変ノズルにデポジットが一定量以上推積すると固着してしまう。この場合、開度が大きい状態で固着するとターボチャージャ８の回転数が過度に上昇するために過給圧が極度に高くなり、その結果機関本体が損傷する危険性が生じる。一方、開度が小さい状態で固着すると過給圧が十分に上昇しないために高い出力が得られなくなる。
【００２６】
ところで可変ノズルの開度には最適値が存在し、この最適値は基準値ＶＳとして図５（Ｂ）に示すようなマップの形で予め記憶されている。通常、可変ノズルはその開度が基準値ＶＳとなるように制御されている。しかしながら可変ノズルが固着すると可変ノズルの開度は基準値ＶＳから大巾にずれてしまう。そこでこの実施例では可変ノズルの開度が基準値よりも一定値以上大きくなったか或いは一定値以上小さくなったときに可変ノズルにデポジットが一定量以上推積したと判断し、供給すべき燃料をエマルジョン燃料から水および乳化剤を含まない燃料に切換えるようにしている。
【００２７】
即ち、図５（Ａ）の燃料制御ルーチンに示されるようにまず初めにステップ３００において可変ノズルの開度ＶＳＯと基準値ＶＳとの差の絶対値Δθが算出される。次いでステップ３０１ではこの差の絶対値Δθが一定値θＸよりも大きいか否かが判別される。Δθ≦θＸのときにはステップ３０２に進んで燃料に水および乳化剤が混合され、斯くしてこのときにはエマルジョン燃料が噴射される。これに対し、ステップ３０１においてΔθ＞θＸであると判別されたときにはステップ３０３に進んで燃料への水および乳化剤の混合が停止され、斯くしてこのときには水および乳化剤を含まない燃料が噴射される。
【００２８】
図６は機関の構成要素が機関排気通路内に配置された排気浄化装置１０からなる場合の実施例を示している。排気浄化装置１０にデポジットが一定量以上推積すると排気浄化装置１０は目詰まりを生ずる。排気浄化装置１０が目詰まりを生ずると浄化能力は低下し、機関出力が低下する。一方、排気浄化装置１０にデポジットが一定量以上推積すると排気浄化装置１０の前後差圧が上昇する。そこでこの実施例では排気浄化装置１０の前後差圧が設定値を越えたときに排気浄化装置１０にデポジットが一定量以上推積したと判断し、供給すべき燃料をエマルジョン燃料から水および乳化剤を含まない燃料に切換えるようにしている。
【００２９】
即ち、図６の燃料制御ルーチンに示されるようにまず初めにステップ４００において圧力センサ２９により排気浄化装置１０の前後差圧ΔＰが検出される。次いでステップ４０１ではこの前後差圧ΔＰが設定値ＰＸを越えたか否かが判別される。ΔＰ≦ＰＸのときにはステップ４０２に進んで燃料に水および乳化剤が混合され、斯くしてこのときにはエマルジョン燃料が噴射される。これに対し、ステップ４０１においてΔＰ＞ＰＸであると判別されたときにはステップ４０３に進んで燃料への水および乳化剤の混合が停止され、斯くしてこのときには水および乳化剤を含まない燃料が噴射される。
【００３０】
【発明の効果】
機関の構成要素にデポジットが一定量以上推積したと判断されたときには供給すべき燃料がエマルジョン燃料から水および乳化剤を含まない燃料に切換えられるのでデポジットがそれ以上推積するのを阻止することができる。
【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】燃料制御を行うための第１実施例のフローチャートである。
【図４】噴射制御を行うための第２実施例のフローチャート等を示す図である。
【図５】燃料制御を行うための第３実施例のフローチャート等を示す図である。
【図６】燃料制御を行うための第４実施例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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