(57)【要約】【課題】燃料の組成劣化や燃料インジェクタの性能劣化による噴射量の減少に起因するエンジンの性能低下を抑制することができる直噴エンジン及びその制御方法を提供する。【解決手段】制御装置２０は、液体燃料インジェクタ１４の噴射量をアクセルペダル２１の開度及びエンジン回転数に基づいて予め設定された値になるように制御する一方で、筒内圧センサ２５の最大測定値Ｐが、ＡＰＳ２３の測定値Ｋ及び回転数センサ２１の測定値Ｒと、予め設定されたアクセルペダル２１の開度及びエンジン回転数と気筒６の最大内圧との関係を示すマップデータとから定まる最大内圧値Ｍよりも小さい場合には、液体燃料インジェクタ１４からの液体燃料の噴射量を、最大測定値Ｐが最大内圧値Ｍになるまで増加させる制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に燃料を噴射する燃料インジェクタと、前記燃料インジェクタの噴射量をアクセルペダルの開度及びエンジン回転数に基づいて予め設定された値になるように制御する制御装置とを備えた直噴エンジンにおいて、
前記アクセルペダルの開度を測定するアクセルポジションセンサと、前記エンジン回転数を測定する回転数センサと、前記気筒の内圧を測定する筒内圧センサとを設け、
前記制御装置は、前記筒内圧センサの測定値の最大値が、前記アクセルポジションセンサ及び回転数センサの測定値と、予め設定された該アクセルペダルの開度及びエンジン回転数と前記気筒の最大内圧との関係を示すマップデータとから定まる最大内圧値よりも小さい場合には、前記燃料インジェクタの噴射量を、該筒内圧センサの測定値の最大値が前記最大内圧値になるまで増加させる制御を行うように構成されていることを特徴とする直噴エンジン。
【請求項２】
前記制御装置により噴射量を制御する対象となる前記燃料インジェクタが、液体燃料を噴射する液体燃料インジェクタである請求項１に記載の直噴エンジン。
【請求項３】
前記直噴エンジンが、前記気筒内にガス燃料を噴射するガスインジェクタと軽油を噴射する軽油インジェクタとを備えたディーゼルデュアルフューエルエンジンであるとともに、前記制御装置により噴射量を制御する対象となる前記燃料インジェクタが前記ガスインジェクタである請求項１に記載の直噴エンジン。
【請求項４】
前記ガス燃料が、天然ガス、バイオガス、液化石油ガス又は水素である請求項３に記載の直噴エンジン。
【請求項５】
気筒内に燃料を噴射する燃料インジェクタを備え、前記燃料インジェクタの噴射量をアクセルペダルの開度及びエンジン回転数に基づいて予め設定された値になるように制御する直噴エンジンの制御方法であって、
前記アクセルペダルの開度、エンジン回転数及び気筒の内圧をそれぞれ測定し、
前記アクセルペダルの開度の測定値及びエンジン回転数の測定値と、予め設定された該アクセルペダルの開度及びエンジン回転数と前記気筒の最大内圧との関係を示すマップデータとから定まる最大内圧値を定め、
前記気筒の内圧の測定値の最大値を前記最大内圧値と比較し、
前記気筒の内圧の測定値の最大値が前記最大内圧値よりも小さい場合には、前記燃料インジェクタの噴射量を、該気筒の内圧の測定値の最大値が前記最大内圧値になるまで増加させることを特徴とする直噴エンジンの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直噴エンジン及びその制御方法に関し、更に詳しくは、燃料の組成劣化や燃料インジェクタの性能劣化による噴射量の減少に起因するエンジンの性能低下を抑制する直噴エンジン及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直噴エンジンにおいては、燃料は燃料インジェクタを通じて気筒内に噴射される。このときの燃料インジェクタにおける噴射量は、燃費及び排ガス組成の観点からの最適なエンジン性能が得られるように、アクセルペダルの開度及びエンジン回転数をパラメータとして、実験等により予め設定される。
【０００３】
この直噴エンジンには、燃料にガソリンを用いるガソリン直噴エンジン、軽油を用いるディーゼルエンジン、並びに軽油及びガス燃料を用いるディーゼルデュアルフューエルエンジン（以下、「ＤＤＦエンジン」という。）などがある。
【０００４】
ＤＤＦエンジンは、空気中にガス燃料を噴射して混合気を生成し、その混合気を圧縮して高温になったときに軽油を噴射して自着火させる圧縮着火式のエンジンである。そのため、燃料の噴射における軽油及びガス燃料のそれぞれの噴射量は、最適なエンジン性能が得られるように予め設定される（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４３７０５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の直噴エンジンにおいては、燃料の組成が変化したり、燃料インジェクタが経年劣化して予め設定された噴射量を達成できなくなったりすると、意図した発熱量が得られず、エンジンの性能低下を招くおそれがある。特に、代表的なガス燃料である天然ガスは、産出する場所や時期により、窒素や二酸化炭素などの不燃物質が大量に含まれて組成が劣化する場合があることが知られている。
【０００７】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料の組成劣化や燃料インジェクタの性能劣化による噴射量の減少に起因するエンジンの性能低下を抑制することができる直噴エンジン及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成する本発明の直噴エンジンは、気筒内に燃料を噴射する燃料インジェクタと、前記燃料インジェクタの噴射量をアクセルペダルの開度及びエンジン回転数に基づいて予め設定された値になるように制御する制御装置とを備えた直噴エンジンにおいて、前記アクセルペダルの開度を測定するアクセルポジションセンサと、前記エンジン回転数を測定する回転数センサと、前記気筒の内圧を測定する筒内圧センサとを設け、前記制御装置は、前記筒内圧センサの測定値の最大値が、前記アクセルポジションセンサ及び回転数センサの測定値と、予め設定された該アクセルペダルの開度及びエンジン回転数と前記気筒の最大内圧との関係を示すマップデータとから定まる最大内圧値よりも小さい場合には、前記燃料インジェクタの噴射量を、該筒内圧センサの測定値の最大値が前記最大内圧値になるまで増加させる制御を行うように構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、上記の目的を達成する本発明の直噴エンジンの制御方法は、気筒内に燃料を噴射する燃料インジェクタを備え、前記燃料インジェクタの噴射量をアクセルペダルの開度及びエンジン回転数に基づいて予め設定された値になるように制御する直噴エンジンの制御方法であって、前記アクセルペダルの開度、エンジン回転数及び気筒の内圧をそれぞれ測定し、前記アクセルペダルの開度の測定値及びエンジン回転数の測定値と、予め設定された該アクセルペダルの開度及びエンジン回転数と前記気筒の最大内圧との関係を示すマップデータとから定まる最大内圧値を定め、前記気筒の内圧の測定値の最大値を前記最大内圧値と比較し、前記気筒の内圧の測定値の最大値が前記最大内圧値よりも小さい場合には、前記燃料インジェクタの噴射量を、該気筒の内圧の測定値の最大値が前記最大内圧値になるまで増加させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の直噴エンジン及びその制御方法によれば、燃料の組成劣化や燃料インジェクタの性能劣化による噴射量の減少を気筒の最大内圧の低下として検出して、その低下した最大内圧が回復するまで燃料の噴射量を増加させるようにしたので、エンジンの性能低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態からなる直噴エンジンの構成図である。
【図２】図１の直噴エンジンがディーゼルエンジンである場合における気筒の構造図である。
【図３】図１の直噴エンジンがガソリン直噴エンジンである場合における気筒の構造図である。
【図４】本発明の第１の実施形態からなる直噴エンジンの制御方法を説明するフロー図である。
【図５】アクセルペダルの開度及びエンジン回転数と、気筒の最大内圧との関係を示すマップデータの例である。
【図６】気筒の最大内圧の定義を説明するグラフである。
【図７】本発明の第２の実施形態からなる直噴エンジンの構成図である。
【図８】図７の直噴エンジンにおける気筒の構造図である。
【図９】図７の直噴エンジンにおける気筒の別の例の構造図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態からなる直噴エンジンの制御方法を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１〜３は、本発明の第１の実施形態からなる直噴エンジンを示す。
【００１３】
この直噴エンジン１Ａにおいては、吸気通路２に吸入された空気Ａは、インテークマニホールド３を経て、吸気バルブ４が開放した時に、シリンダーブロック５に形成された複数の気筒６（この例では４個）内に、吸気管７を通じてそれぞれ供給される。
【００１４】
気筒６内には、図２、３に示すように、ピストン８の頂面９に凹設されたキャビティ１０とシリンダ１１の内壁面１２とからなる燃焼室１３が形成されている。
【００１５】
直噴エンジン１Ａがディーゼルエンジンである場合には、図２に示すように、燃焼室１３内に導入された空気Ａは、上昇するピストン８により圧縮されて高温になり、液体燃料インジェクタ１４である軽油インジェクタ１４ａを通じて軽油が噴射されることで自着火により燃焼・膨張してピストン８を押し下げる。
【００１６】
直噴エンジン１Ａがガソリン直噴エンジンである場合には、図３に示すように、燃焼室１３内に導入された空気Ａに、液体燃料インジェクタ１４であるガソリンインジェクタ１４ｂを通じてガソリンが噴射され、点火プラグ１５によって火花点火されて燃焼・膨張してピストン８を押し下げる。
【００１７】
そして燃焼後のガスは、排気バルブ１６が開放した時に、排気管１７及びエキゾーストマニホールド１８を通じて排気通路１９へ排出される。
【００１８】
直噴エンジン１Ａでは、液体燃料インジェクタ１４からの液体燃料の噴射は、制御装置２０により制御される。その液体燃料の噴射量は、排ガス組成が規制基準を満足した上で燃費が最良となるエンジン性能が得られるように、アクセルペダル２１の開度（踏み込み量に相当）及びエンジン回転数をパラメータとして、実験等により予め設定される。
【００１９】
また、直噴エンジン１Ａには、アクセルペダル２１の開度を測定するアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）２３と、エンジン回転数を測定する回転数センサ２４と、気筒６の内圧を測定する筒内圧センサ２５とが設置されている。それらのセンサ２３、２４、２５は、信号線（一点鎖線で示す）を通じて、制御装置２０に接続されている。
【００２０】
このような直噴エンジン１Ａの制御方法を、制御装置２０の機能として図４に基づいて以下に説明する。
【００２１】
最初に制御装置２０は、ＡＰＳ２３の測定値Ｋ、回転数センサ２４の測定値Ｒ及び筒内圧センサ２５の測定値の最大値（以下、「最大測定値」という。）Ｐをそれぞれ入力する（Ｓ１０）。そして制御装置２０は、測定値Ｋ及び測定値Ｒと、予め設定されたアクセルペダル２１の開度及びエンジン回転数と気筒６の最大内圧との関係を示すマップデータとから気筒６の最大内圧値Ｍを決定する（Ｓ２０）。
【００２２】
図５に、マップデータの例を示す。このマップデータでは、気筒６の最大内圧は、アクセルペダル２１の開度に対して正の相関を示す一方で、エンジン回転数に対してはほぼ一定の関係となっている。ここで、気筒６の最大内圧とは、図６に例示するように、ピストン８が圧縮行程から膨張行程へ至る間の燃焼室１３の内圧の最大値を意味する。
【００２３】
次に制御装置２０は、最大測定値Ｐと最大内圧値Ｍとを比較して（Ｓ３０）、最大測定値Ｐが最大内圧値Ｍ未満である場合（Ｓ４０）には、液体燃料の組成が劣化しているか、あるいは液体燃料インジェクタ１４が経年劣化して噴射量が減少したか、又はその両者が発生したものと判定して、予め設定されている噴射量にかかわらず、液体燃料インジェクタ１４からの液体燃料の噴射量を増加させる（Ｓ５０Ａ）。
【００２４】
一方で、制御装置２０は、最大測定値Ｐが最大内圧値Ｍ超である場合（Ｓ６０）には、燃料インジェクタ１４からの液体燃料の噴射量を減少させる（Ｓ７０Ａ）。
【００２５】
そして、制御装置２０は、ステップ５０Ａ又はステップ７０Ａにおける液体燃料の噴射量の増加又は減少を、最大測定値Ｐが最大内圧値Ｍになるまで実施した後に（Ｓ８０）、その噴射量を維持する（Ｓ９０Ａ）。
【００２６】
このように、液体燃料の組成劣化や液体燃料インジェクタ１４の経年劣化による噴射量の減少を、気筒６の最大内圧の低下として検出して、その低下した最大内圧が回復するまで液体燃料の噴射量を増加させるようにしたので、エンジンの性能低下を抑制することができるのである。
【００２７】
本発明の第２の実施形態からなる直噴エンジンを図７〜９に示す。なお、図１〜３と同じ箇所には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
この直噴エンジン１Ｂは、ディーゼルデュアルフューエルエンジン（以下、「ＤＤＦエンジン」という。）であり、吸気通路２に吸入された空気Ａは、インテークマニホールド３を経て、吸気バルブ４が開放した時に、ガスインジェクタ２２を通じて噴射されたガス燃料と共に、複数の気筒６（この例では４個）内に、吸気管７を通じて混合気としてそれぞれ供給される。
【００２９】
このガス燃料としては、天然ガス、バイオガス、液化石油ガス又は水素などが例示される。
【００３０】
気筒６内に形成された燃焼室１３内に導入された混合気は、図８に示すように、上昇するピストン８により圧縮されて高温になり、軽油インジェクタ１４ａを通じて軽油が噴射されることで自着火により燃焼・膨張してピストン８を押し下げる。
【００３１】
なお、図７、８は、ガス燃料を吸気ポートへ噴射するポート噴射型のＤＤＦエンジンを示しているが、図９に示すような、ガス燃料を気筒６内へ噴射する筒内噴射型又は直噴型のＤＤＦエンジンであっても良い。
【００３２】
この直噴エンジン１Ｂでは、ガスインジェクタ２２及び軽油インジェクタ１４ａからの燃料の合計噴射量は、制御装置２０により制御される。そして、これらの燃料の噴射におけるガス燃料及び軽油のそれぞれの噴射量は、排ガス組成が規制基準を満足した上で燃費が最良となるエンジン性能が得られるように、アクセルペダル２１の開度及びエンジン回転数をパラメータとして、実験等により予め設定される。
【００３３】
このような直噴エンジン１Ｂの制御方法を、制御装置２０の機能として図１０に基づいて以下に説明する。なお、図４と同じ処理内容については、同一のステップ番号を付し、その説明を省略する。
【００３４】
制御装置２０は、ステップ１０〜３０を実施した後に、最大測定値Ｐが最大内圧値Ｍ未満である場合（Ｓ４０）には、ガス燃料の組成が劣化しているか、あるいはガスインジェクタ２２が経年劣化して噴射量が減少したか、又はその両者が発生したものと判定して、予め設定された噴射量にかかわらず、ガスインジェクタ２２からのガス燃料の噴射量を増加させる（Ｓ５０Ｂ）。
【００３５】
一方で、制御装置２０は、最大測定値Ｐが最大内圧値Ｍ超である場合（Ｓ６０）には、ガスインジェクタ２２からのガス燃料の噴射量を減少させる（Ｓ７０Ｂ）。
【００３６】
そして、制御装置２０は、ステップ５０Ｂ又はステップ７０Ｂにおけるガス燃料の噴射量の増加又は減少を、最大測定値Ｐが最大内圧値Ｍになるまで実施した後に（Ｓ８０）、その噴射量を維持する（Ｓ９０Ｂ）。
【００３７】
このように、ガス燃料の組成劣化やガスインジェクタ２２の経年劣化による噴射量の減少を気筒６の最大内圧の低下として検出して、その低下した最大内圧が回復するまでガスインジェクタ２２からのガス燃料の噴射量を増加させるようにしたので、エンジンの性能低下を抑制することができるのである。
【符号の説明】
【００３８】
１Ａ、１Ｂ  直噴エンジン
６  気筒
１３  燃焼室
１４  液体燃料インジェクタ
１４ａ  軽油インジェクタ
１４ｂ  ガソリンインジェクタ
１５  点火プラグ
２０  制御装置
２１  アクセルペダル
２２  ガスインジェクタ
２３  ＡＰＳ
２４  回転数センサ
２５  筒内圧センサ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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