(57)【要約】【課題】内燃機関に含まれる機器の制御において、アルコール濃度が変化しても最適な制御から逸脱することを抑制でき、構成が簡易な内燃機関を提供する。【解決手段】炭化水素およびアルコールを含む混合燃料を用いる圧縮着火式の内燃機関であって、燃料のアルコール濃度を取得する濃度取得手段と、要求負荷を検出する負荷検出器と、内燃機関に含まれる機器を制御する機器制御装置とを備える。機器制御装置は、要求負荷に基づいて燃焼室における発熱量を設定する。機器制御装置は、機関回転数および燃焼室における発熱量に基づいて燃焼室に供給する燃料の量の制御以外の機器の制御を行う。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素およびアルコールを含む混合燃料を用いる圧縮着火式の内燃機関であって、
燃焼室に燃料を供給する燃料供給機と、
燃料のアルコール濃度を取得する濃度取得手段と、
要求負荷を検出する負荷検出器と、
内燃機関に含まれる機器を制御する機器制御装置とを備え、
機器制御装置は、要求負荷に基づいて燃焼室における発熱量を設定し、機関回転数、燃焼室における発熱量、およびアルコール濃度に基づいて燃焼室に供給する燃料の量を制御し、機関回転数および燃焼室における発熱量に基づいて燃焼室に供給する燃料の量の制御以外の機器の制御を行うことを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
機器制御装置は、機関回転数および燃焼室における発熱量を関数にした一つのマップを用いて、燃焼室に供給する燃料の量の制御以外の機器の制御を行う、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
機器制御装置は、機関回転数および要求負荷が一定の時に、燃料のアルコール濃度が上昇するほど、燃焼室に供給する燃料の量が多くなるように燃料供給機を制御し、
機関回転数および要求負荷が一定の場合に、燃料のアルコール濃度が変化した時に、燃料の噴射時間の中央時期は変化させずに噴射時間を変化させることにより燃焼室に供給する燃料の量を変化させる、請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
機器制御装置は、燃焼室における発熱量が等しくなるように、燃焼室に供給する燃料の量を、アルコールを含まずに炭化水素を含む燃料の量に換算した換算量を設定し、燃焼室における発熱量として前記換算量を用いて機器の制御を行う、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
機器制御装置が行う機器の制御は、排気再循環装置における再循環流量の制御、過給機の過給圧の制御、吸入空気量の制御、燃料の噴射圧力の制御、および燃料の噴射開始時期の制御のうち、少なくとも一つの制御を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料として、軽油やガソリンなどの炭化水素を含む化石燃料にアルコールを混合した混合燃料を用いることが知られている。アルコールを含む混合燃料においても、化石燃料と同様に、燃焼室にて燃料と空気との混合気を燃焼させることにより動力を発生させることができる。
【０００３】
特開２００９−２４３４０７号公報においては、アルコール混合燃料を燃料にする多種燃料エンジンの燃料噴射制御装置が開示されている。この燃料噴射制御装置は、排気ガス中の酸素濃度に基づいて燃料のアルコール濃度を判定する手段と、エンジンの運転状態ごとに燃料の基本噴射量を定めた基本噴射マップと、燃料の基本噴射量およびアルコール濃度の組み合わせごとにアルコール濃度係数を定めたアルコール濃度係数テーブルとを備える。エンジンの運転状態に応じた基本噴射量を基本噴射マップから抽出し、燃料のアルコール濃度および基本噴射量に応じたアルコール濃度係数をアルコール濃度係数テーブルから抽出し、基本噴射量およびアルコール濃度係数に基づいて燃料噴射量を算出することが開示されている。
【０００４】
また、特開２０１１−１６９２４５号公報においては、バイオ燃料と石油系燃料との双方を燃焼可能にしたエンジンの燃料制御装置が開示されている。この燃料制御装置は、バイオ燃料の種類および混合割合を設定する燃料種類設定装置と、バイオ燃料の混合割合に対応したエンジンの運転条件が設定された補正マップと、石油系燃料使用時の運転条件が設定された基準マップとを備える。補正マップと基準マップとからバイオ燃料の種類と混合割合における運転条件の補正量を算出する指令マップとを作成し、指令マップによってバイオ燃料の種類と混合割合における指令値を算出することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２４３４０７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６９２４５号公報
【特許文献３】特開２００４−３４６８１５号公報
【特許文献４】特開２０１０−２０３３０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の技術の圧縮着火式の内燃機関においては、内燃機関に含まれる多くの機器が、機関回転数と、燃焼室に供給される燃料の量、すなわち燃料噴射量に基づいて制御が行なわれている。例えば、機関排気通路から機関吸気通路に排気ガスを循環させる排気再循環装置においては、機関回転数と燃焼室における燃料噴射量とに基づいて再循環率の制御が行われている。
【０００７】
炭化水素を含む燃料に対してアルコールが混合されることにより、炭化水素を含む燃料のみで内燃機関を運転した場合よりも、燃料噴射量が多くなるように制御される。また、アルコール濃度が高くなるほど燃料噴射量が多くなるように制御される。燃料噴射量の変化に伴って、内燃機関に含まれる機器の制御も変化する。ところが、内燃機関に含まれる機器の制御が、一つのアルコール濃度の燃料の燃料噴射量に基づいて行われると、アルコール濃度が変化した場合に機器の制御に誤差が生じる。
【０００８】
例えば、排気再循環装置において、機関回転数と燃料噴射量とを関数にする再循環率のマップ（変数のデータテーブル）が、一つのアルコール濃度に基づいた一つのマップの場合がある。この場合には、アルコール濃度の変化に伴って燃料噴射量が変化し、その結果、最適な再循環率から逸脱してしまう。このため機器の制御を最適に行うためには、複数のアルコール濃度ごとに、機関回転数と燃料噴射量とを関数にする複数のマップを予め準備しておくことができる。すなわち、所定のアルコール濃度ごとのマップを準備しておくことができる。アルコール濃度が変化した場合には、現在のアルコール濃度に対応したマップに切り替えることにより、排気再循環装置などの機器の制御が最適な制御から逸脱することを回避することができる。
【０００９】
しかしながら、アルコール濃度ごとにマップを準備する場合には、アルコール濃度に応じて複数のマップを準備する必要があり、更に、燃料噴射量に基づいて行なわれる機器の制御には、過給機の過給圧の制御や吸入空気量の制御などの多数の制御が含まれる。このために、一つの機器の制御のためにアルコール濃度ごとの複数のマップを準備した場合には非常に多くの数のマップが必要になる。
【００１０】
本発明は、内燃機関に含まれる機器の制御において、アルコール濃度が変化して最適な制御から逸脱することを抑制でき、構成が簡易な内燃機関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】
【００１１】
本発明の内燃機関は、炭化水素およびアルコールを含む混合燃料を用いる圧縮着火式の内燃機関であって、燃焼室に燃料を供給する燃料供給機と、燃料のアルコール濃度を取得する濃度取得手段と、要求負荷を検出する負荷検出器と、内燃機関に含まれる機器を制御する機器制御装置とを備える。機器制御装置は、要求負荷に基づいて燃焼室における発熱量を設定する。機器制御装置は、機関回転数、燃焼室における発熱量、およびアルコール濃度に基づいて燃焼室に供給する燃料の量を制御し、機関回転数および燃焼室における発熱量に基づいて燃焼室に供給する燃料の量の制御以外の機器の制御を行う。
【００１２】
上記発明においては、機器制御装置は、機関回転数および燃焼室における発熱量を関数にした一つのマップを用いて、燃焼室に供給する燃料の量の制御以外の機器の制御を行うことができる。
【００１３】
上記発明においては、機器制御装置は、機関回転数および要求負荷が一定の時に、燃料のアルコール濃度が上昇するほど、燃焼室に供給する燃料の量が多くなるように燃料供給機を制御し、機関回転数および要求負荷が場合の時に、燃料のアルコール濃度が変化した時に、燃料の噴射時間の中央時期は変化させずに噴射時間を変化させることにより燃焼室に供給する燃料の量を変化させることができる。
【００１４】
上記発明においては、機器制御装置は、発熱量が等しくなるように、燃焼室に供給する燃料の量を、アルコールを含まずに炭化水素を含む燃料の量に換算した換算量を設定し、燃焼室における発熱量として上記換算量を用いて機器の制御を行うことができる。
【００１５】
上記発明においては、機器制御装置が行う機器の制御は、排気再循環装置における再循環流量の制御、過給機の過給圧の制御、吸入空気量の制御、燃料の噴射圧力の制御、および燃料の噴射開始時期の制御のうち、少なくとも一つの制御を含むことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、内燃機関に含まれる機器の制御において、アルコール濃度が変化して最適な制御から逸脱することを抑制でき、構成が簡易な内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態における内燃機関の概略図である。
【図２】燃料のアルコール濃度とアルコール濃度センサの電極間における誘電率との関係を説明するグラフである。
【図３】燃料のアルコール濃度と、アルコールが含まれない燃料に対するアルコールが含まれる燃料の単位体積あたりの発熱量比との関係のグラフである。
【図４】実施の形態の参考例における再循環率のマップである。
【図５】実施の形態における燃料噴射弁の制御のフローチャートである。
【図６】機関回転数と要求負荷とを関数にする燃焼室における発熱量のマップである。
【図７】機関回転数と、燃焼室における発熱量とを関数にする燃料の噴射圧力のマップである。
【図８】アルコール濃度ＣＡの燃料における燃料の噴射圧力と燃焼室における発熱量とを関数にする噴射時間のマップである。
【図９】アルコール濃度ＣＢの燃料における燃料の噴射圧力と燃焼室における発熱量とを関数にする噴射時間のマップである。
【図１０】アルコール濃度ＣＡの燃料とアルコール濃度ＣＢの燃料におけるそれぞれの燃料の噴射パターンを説明する図である。
【図１１】機関回転数と燃焼室における発熱量とを関数にする燃料の噴射時間の中央時期のマップである。
【図１２】アルコール濃度ＣＡの燃料の噴射パターンの拡大図である。
【図１３】内燃機関の排気再循環装置を制御するフローチャートである。
【図１４】機関回転数と燃焼室における発熱量が変化したときの再循環率の等量線のグラフである。
【図１５】機関回転数と燃焼室における発熱量とを関数にする再循環率のマップである。
【図１６】機関回転数と燃焼室における発熱量とが変化したときの過給圧の等圧線のグラフである。
【図１７】機関回転数と燃焼室における発熱量とを関数にする過給圧のマップである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１から図１７を参照して、実施の形態における内燃機関について説明する。本実施の形態における内燃機関は、炭化水素とアルコールとを含む混合燃料を使用する圧縮着火式の内燃機関である。炭化水素を含む燃料としては、軽油等を例示することができる。また、アルコールの燃料としては、エタノールやブタノール等を例示することができる。本実施の形態においては、軽油にエタノールを混合した混合燃料を例に取り上げて説明する。
【００１９】
図１に、本実施の形態における内燃機関の全体図を示す。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、各気筒としての燃焼室２と、それぞれの燃焼室２に燃料を供給する燃料供給機としての電子制御式の燃料噴射弁３と、吸気マニホールド４と、排気マニホールド５とを含む。
【００２０】
吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結されている。コンプレッサ７ａの入口は、吸入空気量を検出する吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結されている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。更に、吸気ダクト６の途中には、吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置されている。図１に示される実施例では、機関冷却水が冷却装置１１に導かれている。機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００２１】
一方、排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結されている。本実施の形態における内燃機関は、排気浄化装置を含む。本実施の形態における排気浄化装置は、排気タービン７ｂの出口に排気管１２を介して接続されている排気浄化触媒１７を含む。排気浄化触媒１７は、機関本体１から排出される排気ガスを浄化することができる。排気浄化触媒１７としては、酸化触媒やＮＯＸを浄化する触媒等を配置することができる。
【００２２】
排気マニホールド５と吸気マニホールド４との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲ通路１８が配置されている。ＥＧＲ通路１８には電子制御式のＥＧＲ制御弁１９が配置されている。また、ＥＧＲ通路１８にはＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２０が配置されている。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２０内に導かれている。機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００２３】
それぞれの燃料噴射弁３は、燃料供給管２１を介してコモンレール２２に連結されている。コモンレール２２は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に連結されている。燃料タンク２４に貯蔵される燃料は、燃料ポンプ２３によってコモンレール２２内に供給される。コモンレール２２内に供給された燃料は、それぞれの燃料供給管２１を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００２４】
本実施の形態における電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータからなる。電子制御ユニット３０は、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を含む。
【００２５】
吸入空気量検出器８の出力信号は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。アクセルペダル４０には、アクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷検出器としての負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力信号は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。クランク角センサ４２の出力により、機関回転数を検出することができる。
【００２６】
排気浄化触媒１７の下流には、排気浄化触媒１７の温度を検出する温度検出器として温度センサ２６が配置されている。コモンレール２２には、燃料噴射弁３に供給する燃料の圧力を検出する圧力検出器として圧力センサ２７が配置されている。温度センサ２６の出力および圧力センサ２７の出力は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１９および燃料ポンプ２３に接続されている。これらの機器は、電子制御ユニット３０に制御されている。
【００２７】
本実施の形態における内燃機関の燃料には、化石燃料である軽油に加えてアルコールが含まれる。燃料の供給経路には、燃料のアルコール濃度を取得する濃度取得手段としてのアルコール濃度センサ２８が配置されている。本実施の形態においては、コモンレール２２と燃料タンク２４とを接続する流路にアルコール濃度センサ２８が配置されている。アルコール濃度センサ２８の出力は、対応するＡＤ変換器３７を介して電子制御ユニット３０の入力ポート３５に入力される。本実施の形態におけるアルコール濃度センサ２８は、互いに対向する電極を含む静電容量式のセンサが採用されている。
【００２８】
図２に、燃料のアルコール濃度と誘電率との関係を説明するグラフを示す。本実施の形態におけるアルコール濃度センサは、互いに対向する電極を含む。縦軸は、互いに対向する電極同士の間に燃料を配置したときの誘電率である。アルコール濃度が高くなるほど、誘電率が高くなることが分かる。本実施の形態におけるアルコール濃度センサは、電極間の静電容量を測定することにより、燃料のアルコール濃度を検出することができる。
【００２９】
図３に、燃料のアルコール濃度に対する発熱量比のグラフを示す。横軸は燃料のアルコール濃度である。縦軸の発熱量比は、単位体積あたりの軽油の発熱量に対する単位体積あたりのアルコールを含む混合燃料の発熱量の比率である。すなわち、発熱量比は、（発熱量比ＨＲ）＝（単位体積あたりのアルコールを含む混合燃料の発熱量）／（単位体積あたりの軽油の発熱量）にて算出することができる。本実施の形態における内燃機関は、軽油とアルコールとが混合された混合燃料を採用しているために、アルコール濃度が変化すると単位体積の燃料が燃焼室にて燃焼したときの発熱量が変化する。単位体積のアルコールを燃焼させたときの発熱量は、単位体積の軽油を燃焼させたときの発熱量よりも小さくなる。このために、アルコール濃度が高くなるほど発熱量比が低下する。
【００３０】
本実施の形態の内燃機関では、燃料のアルコール濃度を検出し、アルコール濃度が高くなるほど燃焼室に供給する燃料の量を増加させる制御を行なう。すなわち、一つの要求負荷および一つの機関回転数の時に、アルコール濃度が高くなるほど燃焼室に供給する燃料の量を多くして、出力されるトルクを要求されるトルクに近づけることができる。
【００３１】
内燃機関に含まれる様々な機器は、内燃機関の運転状態に応じて制御される。本実施の形態の内燃機関は、内燃機関に含まれる機器を制御する機器制御装置を備える。内燃機関に含まれる機器の制御としては、排気再循環装置における再循環流量の制御（または再循環率の制御）を例示することができる。
【００３２】
図４に、機関回転数と燃料噴射量とを関数にする参考例の再循環率のマップを示す。参考例では、内燃機関の運転状態として、機関回転数と燃焼室に供給する燃料の量、すなわち燃料噴射量とを採用している。機関回転数と燃料噴射量とを関数にして再循環率を設定することができる。ここで、機関回転数が２０００［ｒｐｍ］で一定の運転状態であったとする。燃焼室に供給する燃料の量としては、例えば、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射量を設定することができる。図４の参考例のマップに従うと、軽油の燃料噴射量が２０［ｍｍ３／ｓｔ］の時には、再循環率を４０％に設定することができる。
【００３３】
ところで、軽油にアルコールが含まれることにより燃料の単位体積あたりの発熱量が例えば１０％低下した場合には、同一のトルク（要求負荷）を出力するために必要な燃料の量は、軽油のみの燃料よりも１０％増加する。この場合には、同一のトルクを出力するための燃料の量は２２［ｍｍ３／ｓｔ］になる。ところが、図４のマップを用いて燃料噴射量に基づいて再循環率を設定すると、本来の再循環率が４０％であるところ、燃料の量が増加しているために、矢印９１に示すように設定される実際の再循環率が３５％になる。このように、アルコール濃度が変化すると最適の再循環率よりも５％減少してしまう。最適の再循環率からのずれが生じて、この結果、内燃機関から排出されるＮＯＸ量が増加する等して排気性状が悪化する。
【００３４】
アルコール濃度が変化した場合には、内燃機関に含まれる機器の制御についてもアルコール濃度に対応した制御を行なうことが好ましい。本実施の形態においては、燃焼室に供給される燃料の量の代わりに、燃焼室における発熱量を用いて内燃機関に含まれる機器の制御を行なう。本実施の形態においては、機関回転数と燃焼室における発熱量とに基づいて、内燃機関に含まれる機器の制御を行なう。燃焼室における発熱量としては、燃焼室において燃料が燃焼したときの熱量を採用することができる。例えば、１回の燃焼サイクルにおける燃焼室における発熱量［ｋＪ／ｓｔ］を用いることができる。始めに、機器制御装置が制御する機器の制御として、燃料噴射弁からの燃料の噴射制御について説明する。
【００３５】
図５は、本実施の形態における燃料噴射弁からの燃料の噴射制御のフローチャートである。図５に示す制御は、例えば、予め定められた時間間隔ごとに繰り返して行なうことができる。
【００３６】
ステップ５１においては、燃料のアルコール濃度を検出する。図１を参照して、本実施の形態において、燃料のアルコール濃度はアルコール濃度センサ２８により検出することができる。
【００３７】
次に、ステップ５２においては、機関回転数および要求負荷を検出する。図１を参照して、機関回転数はクランク角センサ４２の出力により検出することができる。要求負荷は負荷センサ４１の出力により検出することができる。
【００３８】
次に、ステップ５３においては、燃焼室における発熱量を設定する。図６に、本実施の形態の燃焼室における発熱量ＱＨのマップを示す。図６は、機関回転数Ｎと要求負荷ＴＱ（または要求トルク）を関数にする燃焼室における発熱量ＱＨのマップである。検出した機関回転数と検出した要求負荷ＴＱとに基づいて、燃焼室における発熱量ＱＨを設定することができる。たとえば、要求負荷ＴＱが大きくなるほど発熱量ＱＨが高くなるように設定することができる。このようなマップは、予め作成して電子制御ユニット３０に記憶させておくことができる。
【００３９】
図５を参照して、次に、ステップ５４においては、燃料噴射弁における燃料の噴射圧力を設定する。燃料の噴射圧力は、燃焼室における発熱量ＱＨが大きくなるほど、高く設定することができる。要求負荷が高くなると吸入空気量が多くなるために、ピストンが圧縮上死点に到達したときの燃焼室の圧力が高くなる。また、要求負荷が高くなると燃焼室に供給する燃料の量が多くなるために、燃料と空気との混合性が悪化する。燃料噴射弁の燃料の噴射圧力を高くすることにより、噴射するときの燃料の運動量が増大する。この結果、燃料と空気との混合を促進し、たとえば、スモークの発生を抑制することができる。
【００４０】
図７に、本実施の形態における燃料噴射弁の燃料の噴射圧力を設定するためのマップを示す。図７は、機関回転数Ｎと燃焼室における発熱量ＱＨとを関数にする噴射圧力ＦＰのマップである。検出した機関回転数Ｎと設定した燃焼室における発熱量ＱＨとに基づいて、燃料の噴射圧力を設定することができる。
【００４１】
図５を参照して、次に、ステップ５５において、燃料の噴射時間を設定する。すなわち、燃料噴射量を設定する。本実施の形態における燃料の噴射時間は、燃料の噴射開始時期から燃料の噴射終了時期までの燃料を噴射している時間である。
【００４２】
図８および図９に、燃料の噴射圧力と燃焼室における発熱量とを関数にする噴射時間のマップを示す。図８はアルコール濃度ＣＡの燃料のマップであり、図９はアルコール濃度ＣＢの燃料のマップである（ここでＣＡ＜ＣＢである）。本実施の形態においては、複数のアルコール濃度に対応するように、複数の噴射時間ＴＬＡ，ＴＬＢのマップが予め作成されている。なお、図８および図９では、２個のアルコール濃度のマップを例示しているが、３個以上のアルコール濃度のマップを備えることができる。
【００４３】
前述したように、一つの要求負荷（または一つの燃焼室における発熱量）および一つの機関回転数では、アルコール濃度が高くなるほど、燃焼室に供給する燃料の量を増加する必要がある。このために、アルコール濃度が高くなるほど、燃料の噴射時間を長く設定する。本実施の形態においては、一つのアルコール濃度に対応した噴射圧力と発熱量とを関数にする噴射時間のマップがアルコール濃度ごとに複数作成されている。アルコール濃度に応じた複数のマップが予め電子制御ユニットに記憶されている。図８および図９では、アルコール濃度ＣＢがアルコール濃度ＣＡよりも大きいために、たとえば、噴射時間ＴＬＡ１１よりも噴射時間ＴＬＢ１１の方が大きくなるように設定されている。
【００４４】
このように、本実施の形態における内燃機関では、要求負荷に基づいて燃焼室における発熱量を設定する。また、機関回転数、燃焼室における発熱量に基づいて噴射圧力を設定し、燃焼室における発熱量、噴射圧力、およびアルコール濃度に基づいて、燃焼室に供給する燃料の量を制御する。すなわち、機関回転数、燃焼室における発熱量、およびアルコール濃度に基づいて、燃焼室に供給する燃料の量を設定する。
【００４５】
図５を参照して、次に、ステップ５６においては、燃料の噴射開始時期を設定する。燃料噴射弁が燃料の噴射を開始する時期としては、時刻やクランク角度により設定することができる。
【００４６】
図１０に、本実施の形態における燃料の噴射パターンの説明図を示す。図１０には、一つの機関回転数および一つの要求負荷において、アルコール濃度ＣＡの燃料の場合とアルコール濃度ＣＢの燃料の場合とが記載されている。横軸は、クランク角度である。本実施の形態における内燃機関は、アルコール濃度が変化しても燃料の噴射時間の中央時期が一定になる様に、燃料の噴射開始時期を設定している。
【００４７】
アルコール濃度ＣＡの噴射パターンを参照すると、噴射時間ＴＬＡの中央時期ＣＴは、圧縮上死点ＴＤＣよりも僅かに後に設定されている。同一の機関回転数および同一の要求負荷において、アルコール濃度ＣＡよりも高濃度のアルコール濃度ＣＢの噴射パターンでは、噴射時間ＴＬＡよりも長い噴射時間ＴＬＢなる。このときに、噴射時間の中央時期ＣＴは変化させずに、噴射時間を進角側にΔＴＬ延ばし、および遅角側にΔＴＬ延ばすように制御している（ここで、ΔＴＬ＝（ＴＬＢ−ＴＬＡ）／２である）。すなわち、アルコール濃度が高くなるほど燃料の噴射開始時期を早くして、更に、燃料の噴射終了時期を遅くする制御を行なっている。さらに、進角側に延ばす時間長さと遅角側に延ばす時間長さとが同一になるように制御している。
【００４８】
図１１に、燃料の噴射時間の中央時期を設定するためのマップを示す。図１１は、機関回転数と燃焼室における発熱量とを関数にする噴射時間の中央時期のマップである。燃料の噴射開始時期は、負荷が高負荷になるほど、すなわち、同一の燃料では燃料噴射量が多くなるほど燃料の噴射開始時期を遅角することができる。同一の噴射開始時期にて燃料を噴射した場合には高負荷になるほど燃焼温度が上昇して、排出されるＮＯＸが増加する。このために、負荷が上昇すると燃焼温度を下げるために燃料の噴射開始時期を遅角し、排出されるＮＯＸの増加を抑制することができる。噴射時間の中央時期ＣＴについても同様に、機関回転数と燃焼室における発熱量とに基づいて設定することができる。噴射時間の中央時期ＣＴについても、負荷が高くなるほど遅角することができる。
【００４９】
図１２に、噴射開始時期の算出を説明するための噴射パターンの拡大図を示す。図１２には、アルコール濃度ＣＡの燃料の噴射パターンが記載されている。アルコール濃度ＣＡの燃料の噴射時間ＴＬＡは、図５のステップ５５において設定されている。設定された噴射時間の中央時期ＣＴから噴射時間ＴＬＡの１／２を減算することにより、噴射開始時期ＳＴＡを設定することができる。
【００５０】
噴射開始時期の設定においては、上記の形態に限られず、アルコールを含まない燃料の噴射開始時期に基づいて設定しても構わない。たとえば、アルコールを含まない軽油の燃料の噴射開始時期と噴射時間とをマップ等により取得する。軽油の噴射開始時期および噴射時間の設定においても、機関回転数と燃焼室における発熱量とを関数にするマップにより設定することができる。次に、検出したアルコール濃度の燃料の噴射時間から軽油のみの燃料の噴射時間を減算した減算値を算出する。算出した減算値の１／２の時間（またはクランク角度）を軽油のみの燃料の噴射開始時期よりも進角させて、アルコールを含む燃料の噴射開始時期を設定することができる。
【００５１】
図５を参照して、次に、ステップ５７においては、設定された燃料の噴射圧力、噴射時間、および噴射開始時期に基づいて燃料の噴射を行なう。燃料の噴射圧力は、燃料ポンプによりコモンレール内の圧力を調整することにより制御することができる。燃料噴射弁から燃料を噴射する場合に、燃料噴射弁に通電を開始してから実際に燃料が噴射されるまでの無効噴射期間と、実際に燃料を噴射している有効噴射期間とが存在する。ステップ５５およびステップ５６において設定した燃料の噴射時間と、燃料の噴射開始時期とに基づいて、燃料噴射弁に通電を開始する通電開始時刻と、通電を継続する通電継続時間とを設定することができる。例えば、ステップ５５において設定した燃料の噴射時間は有効噴射期間に相等し、ステップ５６において設定した噴射開始時期に予め定められた無効噴射期間を考慮することにより、燃料噴射弁に通電する期間を設定することができる。
【００５２】
図７を参照して、本実施の形態における燃料噴射弁からの燃料の噴射圧力は、機関回転数Ｎと燃焼室における発熱量ＱＨとに基づいて設定されている。前述のように、燃料のアルコール濃度が変化すると燃料噴射量が変化する。このために、単一のマップにより噴射圧力を設定する場合には、アルコール濃度が変化すると最適な噴射圧力からのずれが生じる。このために、機関回転数と燃料噴射量に基づいて燃料の噴射圧力を設定する場合には、それぞれのアルコール濃度に応じて、複数の噴射圧力のマップを準備する必要がある。たとえば、所定の間隔のアルコール濃度ごとに複数の噴射圧力のマップを作成しておく必要がある。
【００５３】
ところが、要求負荷および機関回転数が一定の場合には、燃料のアルコール濃度が変化しても、燃料噴射量を変化させて燃焼室における発熱量がほぼ一定になるように制御される。本実施の形態においては、燃料噴射量の代わりに燃焼における発熱量に基づいて燃料の噴射圧力が設定されている。機関回転数と燃焼室における発熱量とに基づいて燃料の噴射圧力が設定されているために、アルコール濃度が変化する場合でも、１つのマップを用いて燃料の噴射圧力を設定することができる。本実施の形態の内燃機関では、所定の機器の制御において、アルコール濃度ごとに複数のマップを準備する必要がなく、簡易な構成にすることができる。また、アルコール濃度が変化して最適な制御から逸脱することを抑制できる。
【００５４】
また、図１１を参照して、本実施の形態の内燃機関は、機関回転数と燃焼室における発熱量とに基づいて、燃料の噴射時間の中央時期が定められている。すなわち、機関回転数と燃焼室における発熱量とに基づいて、燃料の噴射開始時期が設定されている。燃料の噴射開始時期においても、燃料噴射量の代わりに燃焼室の発熱量に基づいて設定することにより、アルコール濃度を変数に含まない１つのマップにより、アルコール濃度が変化しても最適な燃料の噴射開始時期を設定することができる。
【００５５】
更に、本実施の形態においては、図１０および図１２を参照して、一つの機関回転数および一つの要求負荷において、燃料のアルコール濃度が変化した場合には、燃料の噴射時間の中央時期を変化させずに噴射時間を変化させている。たとえば、燃料噴射量を増加させる場合には、進角側に噴射時間を長くし、さらに遅角側に噴射時間を長くさせることにより、燃料噴射量を増大させている。この制御を行なうことにより、排気性状の悪化や熱効率の悪化を抑制することができる。
【００５６】
例えば、アルコール濃度が高くなり燃料噴射量を増加させる場合に、噴射開始時期を変化させずに、燃料の噴射終了時間を遅角側に延長する制御を行なった場合には、等容度が低下して熱効率が悪化する。すなわち、燃料が燃焼して発熱する時期が、全体的に圧縮上死点から遅角側に移動するために熱効率が悪化する。または、噴射終了時期を変化させずに、燃料の噴射開始時期を進角側に延長する制御を行なうことができる。ところが、この場合には、燃料が噴射してから着火するまでの時間、すなわち着火遅れが短くなってしまう。燃料を噴射してから着火するまでの時間が短くなると排気性状が悪化する。たとえば、燃料と空気との混合が不十分になり、局所的に空気不足になりスモークが発生しやすくなる。または、着火時期が圧縮上死点に近づくために燃焼温度が上昇し、燃焼室から流出するＮＯＸ量が増大する。本実施の形態のように、燃料の噴射時間の変化分を、進角側と遅角側とに等分に分割して噴射時間を変化させることにより、熱効率の悪化や排気性状の悪化を抑制しながら燃料噴射量を変化させることができる。
【００５７】
本実施の形態において、内燃機関に含まれる機器の制御に用いられる変数としては、燃焼室における発熱量を採用しているが、この形態に限られず、燃焼室における発熱量に対応する任意の変数を採用することができる。例えば、燃焼室における発熱量として、アルコールを含まない炭化水素の燃料に換算した換算量を採用することができる。たとえば、本実施の形態においては、燃焼室における発熱量が等しくなるように、アルコールを含む燃料の量を軽油の量に換算したときの燃料噴射の換算量を設定し、この換算量と機関回転数とに基づいて、燃料の噴射圧力や、燃料の噴射開始時期等を設定することができる。この制御においても、アルコール濃度が変化しても単一のマップを用いて、アルコール濃度の変化による最適な制御からのずれを抑制しながら機器の制御を行うことができる。
【００５８】
また、図８および図９を参照して、本実施の形態においては、燃焼室に供給する燃料の量を設定するために、複数のアルコール濃度ごとのマップを用いているが、この形態に限られず、基準となるアルコール濃度における噴射時間（燃焼室に供給する燃料の量に対応する）のマップから計算により算出しても構わない。
【００５９】
たとえば、アルコール濃度が０％の軽油について、噴射圧力ＦＰと燃焼室における発熱量ＱＨとを関数にする燃料噴射弁の噴射時間ＴＬＸのマップを予め準備する。アルコール濃度が０％の軽油について、燃焼室における発熱量ＱＨと噴射圧力ＦＰとに基づいて、燃料噴射弁の噴射時間ＴＬＸを設定することができる。軽油のみの燃料の噴射時間ＴＬＸを前述の発熱量比ＨＲにて除算することにより、アルコール濃度に対応した燃料噴射弁の噴射時間を設定することができる。このように、燃焼室に供給する燃料の量においては、機関回転数、燃焼室における発熱量、およびアルコール濃度に基づいて制御することができる。
【００６０】
上記の例においては、機器制御装置が行なう機器の制御として、燃料の噴射圧力の制御および燃料の噴射開始時期の制御を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、内燃機関に含まれる任意の機器の制御に、本発明を適用することができる。従来では内燃機関に含まれる多くの機器は、機関回転数と燃料噴射量とに基づいて制御が行なわれており、燃料噴射量の代わりに燃焼室における発熱量を採用して制御を行うことができる。
【００６１】
次に、本実施の形態における内燃機関に含まれる他の機器の制御について例示する。機器制御装置が行なう機器の制御としては、排気再循環装置における再循環量流量の制御を例示することができる。
【００６２】
図１３は、排気再循環装置にて再循環流量を制御するフローチャートである。図１３に示す制御は、例えば予め定められた時間間隔ごとに繰り返して行なうことができる。
【００６３】
ステップ６１においては、燃焼室における発熱量を読み込む。図５の燃料噴射制御のステップ５３において設定した燃焼室における発熱量を読み込む。
【００６４】
次に、ステップ６２においては、排気再循環装置の再循環率（ＥＧＲ率）を設定する。図１４に、機関回転数と燃焼室における発熱量とに基づいて設定される再循環率のグラフを示す。図１４には、再循環率の等量線のグラフが複数記載されている。燃焼室における発熱量ＱＨが高くなるほど再循環率を下げる制御を行なっている。また、機関回転数Ｎが高くなると燃焼室に十分な量の空気が流入しにくくなるために再循環率を下げる制御を行っている。
【００６５】
図１５に、本実施の形態における再循環率のマップを示す。図１４に示す関係に基づいて、機関回転数Ｎと燃焼室における発熱量ＱＨとを関数にする再循環率のマップを作成することができる。機関回転数Ｎと燃焼室における発熱量ＱＨとに基づいて、再循環率ＥＧＲＸを設定することができる。本実施の形態において、再循環率を設定するマップは、燃料噴射量の関数ではなく、燃焼室における発熱量の関数になっている。このために、アルコール濃度に依存せずに１つのマップにて再循環率を設定することができる。アルコール濃度が変化して最適な再循環率から逸脱することを抑制できる。また、複数のアルコール濃度ごとのマップを作成する必要がなく、一つのマップの簡易な構成にて制御を行うことができる。
【００６６】
図１３を参照して、次に、ステップ６３においては、設定した再循環率に基づいてＥＧＲ制御弁の開度を制御する。このように、排気再循環装置の制御においても、燃焼室における発熱量に基づいて再循環率を設定することができる。
【００６７】
次に、機器制御装置が行なう機器の制御として、過給機の過給圧の制御について説明する。図１を参照して、本実施の形態における排気ターボチャージャ７は、過給圧を変更可能に形成されている。本実施の形態の排気ターボチャージャ７は、排気タービン７ｂの回転翼の外側に絞り弁として機能する可変ノズルを有している。たとえば排気ガスの流量が低くなる運転領域にて可変ノズルを絞ることにより、排気ターボチャージャ７の回転数を上昇させることができる。この結果、過給圧を上昇させることができる。過給圧を変更可能な機構としては、この形態に限らず、燃焼室に供給する吸入空気の圧力を調整可能な任意の機構を採用することができる。
【００６８】
図１６は、機関回転数および燃焼室における発熱量に対する過給圧の等圧線のグラフである。燃焼室における発熱量が大きくなるほど、過給圧を高くする制御を行なうことができる。
【００６９】
図１７に、本実施の形態における過給圧のマップを示す。図１７は、機関回転数Ｎと燃焼室における発熱量ＱＨとを関数にする過給圧ＰＳＣのマップである。図１６に示す関係に基づいて、過給圧のマップを作成することができる。このマップにより機関回転数Ｎと燃焼室における発熱量ＱＨとに基づいて、過給圧を設定することができる。この場合においても燃焼室における発熱量に基づいて過給圧を設定するために、アルコール濃度に依存せずに１つのマップにて過給圧を設定することができる。
【００７０】
過給圧の制御においても、図１３に示すフローチャートと同様の制御を行なうことができる。すなわち、燃焼室における発熱量ＱＨを読込み、機関回転数Ｎと燃焼室における発熱量ＱＨとに基づいて、図１７に示すマップにより過給圧を設定することができる。設定された過給圧に基づいて過給機を制御することができる。
【００７１】
内燃機関に含まれる機器の制御としては、上記の機器の他にも従来の技術において燃焼室における燃料の供給量（燃料噴射量）と機関回転数とを関数にして制御されている任意の機器の制御に本発明を適用することができる。
【００７２】
例えば、燃焼室に供給する空気量である吸入空気量の制御を例示することができる。図１を参照して、吸入空気量は、スロットル弁１０の開度を変更することに制御される。スロットル弁１０は、例えば低負荷の領域においては機関吸気通路の圧力を低下させてＥＧＲ率を上昇させるように開度が小さく制御される。一方で、予め定められた負荷以上では、スロットル弁１０を全開にすることができる。すなわち、燃焼室における発熱量が小さな領域では、スロットル弁の開度を小さく設定し、燃焼室における発熱量が所定の値以上の領域では、スロットル弁を全開にすることができる。このような吸入空気量の制御においても、機関回転数と燃焼室における発熱量とに基づいて制御を行なうことにより、燃料のアルコール濃度に依存せずに一つのマップにより制御を行なうことができる。
【００７３】
本実施の形態においては、１種類の炭化水素を含む燃料に１種類のアルコールが含まれているが、この形態に限られず、炭化水素を含む燃料に複数種類のアルコール燃料が含まれていても構わない。この場合においても燃焼室における発熱量を設定する。たとえば、複数のアルコール濃度ごとに燃料噴射量のマップを予め準備する。複数種類のそれぞれのアルコール濃度を検出し、アルコール濃度の組み合わせに対応した燃料噴射量を設定することができる。また、再循環流量等の燃料噴射量の制御以外の制御においては、機関回転数と燃焼室における発熱量とに基づいて制御を行うことができる。
【００７４】
また、本実施の形態においては、アルコール濃度を取得する濃度取得手段として、静電容量式のアルコール濃度センサが配置されているが、この形態に限られず、燃料のアルコール濃度を取得可能な任意の装置を採用することができる。例えば、アルコール濃度を検出するセンサとして、光学式のアルコール濃度検出センサが配置されていても構わない。または、濃度取得手段はアルコール濃度を推定する装置を含んでいても構わない。
【００７５】
たとえば、排気ガスを浄化する触媒の上流側に、排気ガスに含まれる炭化水素に対する空気の比率（排気ガスの空燃比：Ａ／Ｆ）を検出するセンサを配置して、排気ガスの空燃比が予め設定された目標値になるように、燃料噴射弁からの燃料噴射量をフィードバック制御する内燃機関がある。このような内燃機関において、燃料のフィードバック量に基づいてアルコール濃度を推定することができる。たとえば、燃料タンクに新燃料が供給された場合、供給された新燃料のアルコール濃度に応じて、燃料タンクのアルコール濃度が変化する。例えば、燃料タンクの燃料のアルコール濃度が変化すれば、排気を浄化する触媒に流入する排気ガスの空燃比を目標の空燃比に近づけるために、燃料噴射弁の噴射量の補正量（フィードバック量）も変化する。このときの燃料の噴射量の補正量に基づいて燃料のアルコール濃度の推定を行なうことができる。その他にも、濃度取得手段は、アルコール濃度を推定する任意の装置を含むことができる。
【００７６】
上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。また、上述の制御においては、その機能および作用が変わらない限り適宜順序を変更することができる。上述のそれぞれの図において、同一または相等する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。
【符号の説明】
【００７７】
１    機関本体
２    燃焼室
３    燃料噴射弁
４    吸気マニホールド
５    排気マニホールド
７    排気ターボチャージャ
８    吸入空気量検出器
１０    スロットル弁
１８    ＥＧＲ通路
１９    ＥＧＲ制御弁
２３    燃料ポンプ
２７    圧力センサ
２８    アルコール濃度センサ
３０    電子制御ユニット
【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】
2013217201.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2013217201.tif 000013
【図１２】
2013217201.tif 000014
【図１３】
2013217201.tif 000015
【図１４】
2013217201.tif 000016
【図１５】
2013217201.tif 000017
【図１６】
2013217201.tif 000018
【図１７】
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