(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】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応じて制御すべき第１のパラメータ群とエマルジョン燃料の量に応じて制御すべき第２のパラメータ群とに分ける。各第１のパラメータをエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御し、各第２のパラメータをエマルジョン燃料の量に応じて制御する。【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応じて制御すべき第１のパラメータ群とエマルジョン燃料の量に応じて制御すべき第２のパラメータ群とに分けて各第１のパラメータをエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御すると共に各第２のパラメータをエマルジョン燃料の量に応じて制御するようにした内燃機関の制御装置。
【請求項２】
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が増大するほど噴射時期を進角す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】
各気筒の燃料噴射弁に噴射すべき燃料を分配するためのコモンレールを具備し、エマルジョン燃料の密度および体積弾性率とコモンレール内の燃料圧の変化から燃料が漏洩しているか否かを判定す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４】
燃料に添加すべき水分のペーハーの値を検出し、該ペーハーの値が予め設定された値よりも低いときには警告を発するようにした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に良好な燃焼を確保するには燃料噴射時間や燃料噴射時期等を適切に制御する必要がある。この場合燃料噴射時間は噴射すべきエマルジョン燃料の量に応じて制御する必要があり、燃料噴射時期は燃焼そのものに寄与するエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御する必要があるが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】
本発明の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、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応じて制御すべき第１のパラメータ群とエマルジョン燃料の量に応じて制御すべき第２のパラメータ群とに分けて各第１のパラメータをエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御すると共に各第２のパラメータをエマルジョン燃料の量に応じて制御するようにしている。
【０００５】
２番目の発明では１番目の発明において、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が増大するほど噴射時期を進角するようにしている。
【０００６】
３番目の発明では１番目の発明において、各気筒の燃料噴射弁に噴射すべき燃料を分配するためのコモンレールを具備し、エマルジョン燃料の密度および体積弾性率とコモンレール内の燃料圧の変化から燃料が漏洩しているか否かを判定するようにしている。
【０００７】
４番目の発明では１番目の発明において、燃料に添加すべき水分のペーハーの値を検出し、このペーハーの値が予め設定された値よりも低いときには警告を発するようにしている。
【０００８】
【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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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２４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。
【００１２】
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、水タンク２３には水タンク２３内の水分のｐｈ（ペーハー）の値を検出するためのｐｈ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ｐｈ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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。次いでステップ２００では水タンク２３内に貯蔵されている水が酸性を示すか否かに基づいて水質の管理が行われる。
【００１８】
この水質管理の第１実施例が図３に示されている。
【００１９】
図３を参照すると、まず初めにステップ２０１においてｐｈセンサ２８の出力信号に基づき水タンク２３内の水のｐｈの値が１と４の間であるか否かが判別される。ｐｈ≧４のときにはステップ２０２に進んで水タンク２３内の水のｐｈの値が４と６の間であるか否かが判別される。ｐｈ≧６のときには処理サイクルを完了する。これに対してステップ２０１において１＜ｐｈ＜４であると判別されたときはステップ２０３に進んで重故障であると判断され、このとき吸気絞り弁６が全閉せしめられると共に重故障を生じている旨が運転者に警告される。一方、ステップ２０２において４≦ｐｈ＜６であると判別されたときにはステップ２０４に進んで軽故障であると判断され、このとき水交換をすべきである旨が運転者に警告される。
【００２０】
図４に水質管理の第２実施例を示す。
【００２１】
図４を参照すると、まず初めにステップ２１１においてｐｈセンサ２８の出力信号に基づき水タンク２３内の水のｐｈの値が１と３の間であるか否かが判別される。ｐｈ≧３のときにはステップ２１２に進んで水タンク２３内の水のｐｈの値が３と６の間であるか否かが判別される。ｐｈ≧６のときには処理サイクルを完了する。これに対してステップ２１１において１＜ｐｈ＜３であると判別されたときはステップ２１３に進んで重故障であると判断され、このとき吸気絞り弁６が全閉せしめられると共に重故障を生じている旨が運転者に警告される。一方、ステップ２１２において３≦ｐｈ＜６であると判別されたときにはステップ２１４に進んで軽故障であると判断され、このときにはｐｈの値に応じて図５に示される増加率でもって乳化剤の供給量が増大される。なお、このとき運転者には警告が発せられない。
【００２２】
次にディーゼル機関における燃焼について考えてみると、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。そこで本発明で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応じて制御すべき第１のパラメータ群とエマルジョン燃料の量に応じて制御すべき第２のパラメータ群とに分けて各第１のパラメータをエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御すると共に各第２のパラメータをエマルジョン燃料の量に応じて制御するようにしている。
【００２３】
ここで第１のパラメータに属するものとしては、メイン噴射の噴射量および噴射時期、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挙げられる。これらのものはエマルジョン燃料中の燃料成分の量によって直接支配されるのでエマルジョン燃料中の燃料成分の量に応じて制御される。
【００２４】
これに対して第２のパラメータに属するものとしては、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である。これらのものはエマルジョン燃料中の水分の量の影響も受けるのでエマルジョン燃料の量に応じて制御される。
【００２５】
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。
【００２６】
図６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では噴射すべき燃料量Ｑｆが算出される。次いでステップ３０２ではこの噴射すべき燃料量Ｑｆに基づいてメイン噴射の噴射量および噴射時期、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。
【００２７】
次いでステップ３０３ではエマルジョン燃料の噴射量Ｑｔが算出される。ここでエマルジョン燃料中の水含有率はわかっており、従って噴射すべき燃料量Ｑｆと水含有率から噴射すべきエマルジョン燃料量Ｑｆが求められる。エマルジョン燃料の噴射量Ｑｔが算出されるとステップ３０４において噴射量Ｑｔに基づいて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が算出される。次いでステップ３０５ではエマルジョン燃料の噴射量Ｑｆに対するエマルジョン燃料中の燃料の量Ｑｆの割合に応じて図７に示されるようにこの割合が小さくなるほど噴射時期の進角量が増大するように噴射時期が制御される。次いでステップ３０６において燃料噴射が実行される。
【００２８】
次いでステップ３０７では燃料が漏洩しているか否かが判別される。即ち、本発明ではエマルジョン燃料の水含有率がわかっており、従ってエマルジョン燃料の密度および体積弾性率がわかる。これらがわかるとコモンレール５内の燃料圧の低下量から消費された燃料量がわかる。本発明による実施例ではこの消費された燃料量と算出された噴射すべき燃料量Ｑｔとが比較され、消費された燃料量が算出された噴射すべき燃料量Ｑｔよりも多ければ燃料が漏洩していると判定される。
【００２９】
【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】水質を管理するためのフローチャートである。
【図４】水質を管理するための別の実施例を示すフローチャートである。
【図５】乳化剤の増加率を示す図である。
【図６】燃料噴射を制御するためのフローチャートである。
【図７】噴射進角量を示す図である。
【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】
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