JP2009203924A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、バイオ燃料と炭化水素燃料との混合燃料を使用する内燃機関において、燃料中のバイオ燃料の濃度を精度良く判定することを目的とする。
【解決手段】本発明の内燃機関の制御装置は、バイオマスから生産されたバイオ燃料と炭化水素燃料とを混合した燃料を使用可能な内燃機関と、内燃機関の燃焼を不安定化させる例えばＥＧＲ率等の燃焼不安定化パラメータを取得するパラメータ取得手段と、内燃機関の燃焼室に燃料が噴射されてから着火が生ずるまでの期間である着火遅れ期間を測定する着火遅れ期間測定手段と、燃焼不安定化パラメータと、着火遅れ期間測定手段により測定された着火遅れ期間との関係に基づいて、燃料に含まれるバイオ燃料の濃度を判定するバイオ燃料濃度判定手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

バイオマスから生産されるバイオ燃料と、化石燃料由来の炭化水素燃料とを混合した燃料を使用する内燃機関が知られている。例えば、特開２００５−１７１８１８号公報には、菜種油、パーム油、廃食油等から生産される脂肪酸メチルエステルを含む燃料を使用する予混合圧縮着火内燃機関が開示されている。同公報には、バイオ燃料はセタン価が高い傾向にあるため、バイオ燃料濃度の高い燃料を予混合燃焼に供すると、予混合気の着火性が高くなり、予混合気の着火時期が標準着火時期より早い時期になるおそれがあると記載されている。このことを前提として、同公報に記載されたシステムでは、バイオ燃料濃度センサによってバイオ燃料濃度を検出し、バイオ燃料濃度が高い場合ほど、予混合燃焼を行う運転領域を縮小し、通常燃焼を行う運転領域を拡大するようにしている。

特開２００５−１７１８１８号公報 特開２００７−６４１５７号公報 特開２００６−２４２１４６号公報

しかしながら、上記公報に記載されたシステムでは、高価なバイオ燃料濃度センサを設ける必要があるため、製造コストが増大するという問題がある。また、上記公報には、バイオ燃料はセタン価が高いと記載されているが、本発明者らの知見によれば、バイオ燃料を含んだ燃料のセタン価は必ずしも高いとは言えない場合がある。すなわち、燃料のセタン価と、バイオ燃料濃度とは、必ずしも相関しない場合がある。

一方、特開２００７−６４１５７号公報には、実着火時期を目標着火時期に一致させるためのフィードバック制御における着火遅れ補正量に基づいて、燃料のセタン価を推定する技術が開示されている。しかしながら、同公報には、バイオ燃料と炭化水素燃料との混合燃料を使用することや、更には、燃料中のバイオ燃料濃度を判定する方法については、何ら開示されていない。また、上述したように、燃料のセタン価とバイオ燃料濃度とは必ずしも相関しないので、セタン価からバイオ燃料濃度を求めることもできない。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、バイオ燃料と炭化水素燃料との混合燃料を使用する内燃機関において、燃料中のバイオ燃料の濃度を精度良く判定することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
バイオマスから生産されたバイオ燃料と、炭化水素燃料とを混合した燃料を使用可能な内燃機関と、
前記内燃機関の燃焼を不安定化させる所定の運転パラメータである燃焼不安定化パラメータを取得するパラメータ取得手段と、
前記内燃機関の燃焼室に燃料が噴射されてから着火が生ずるまでの期間である着火遅れ期間を測定する着火遅れ期間測定手段と、
前記燃焼不安定化パラメータと、前記着火遅れ期間測定手段により測定された着火遅れ期間との関係に基づいて、燃料に含まれるバイオ燃料の濃度を判定するバイオ燃料濃度判定手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
給油を検知する給油検知手段と、
給油が検知された場合に、前記燃焼不安定化パラメータを、バイオ燃料濃度判定用の所定値に一時的に一致させるように制御するパラメータ制御手段と、
を備え、
前記着火遅れ期間測定手段は、前記燃焼不安定化パラメータが前記所定値に一致したときに着火遅れ期間を測定することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記燃焼不安定化パラメータは、ＥＧＲ率または燃料噴射時期遅角量であることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記着火遅れ期間測定手段は、前記燃焼不安定化パラメータの値が異なる複数の運転状態の下で着火遅れ期間を測定し、
前記バイオ燃料濃度判定手段は、前記複数の運転状態の下での着火遅れ期間と前記燃焼不安定化パラメータとの関係に基づいてバイオ燃料濃度を判定することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記バイオ燃料濃度判定手段は、前記燃焼不安定化パラメータと着火遅れ期間との関係をバイオ燃料の濃度毎に示したマップを予め記憶しており、測定された着火遅れ期間を前記マップと照合することにより、バイオ燃料濃度を判定することを特徴とする。

また、第６の発明は、第５の発明において、
前記マップは、バイオ燃料濃度が高い場合ほど、前記燃焼不安定化パラメータの燃焼不安定化方向への変化に伴う着火遅れ期間の増大幅が小さいものと規定していることを特徴とする。

また、第７の発明は、第５または第６の発明において、
前記マップは、前記燃焼不安定化パラメータが燃焼不安定化方向に変化するほど、バイオ燃料濃度の違いによる着火遅れ期間の差が拡大するものと規定していることを特徴とする。

また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記バイオ燃料濃度判定手段は、バイオ燃料の種類を判別するバイオ燃料種判別手段を含むことを特徴とする。

また、第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関においてＥＧＲを行うＥＧＲ装置と、
前記バイオ燃料濃度判定手段により判定されたバイオ燃料濃度の値が高濃度である場合ほど、ＥＧＲ量を多くするＥＧＲ制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第１０の発明は、第１乃至第９の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の排気系に燃料を添加する排気系燃料添加装置と、
前記バイオ燃料濃度判定手段により判定されたバイオ燃料濃度の値が高濃度である場合ほど、前記排気系燃料添加装置によって燃料を添加する際の燃料添加条件を、燃料が気化し易くなる方向に補正する燃料添加条件補正手段と、
を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関の燃焼不安定化パラメータと、測定された着火遅れ期間との関係に基づいて、燃料に含まれるバイオ燃料の濃度を判定することができる。本発明者らの知見によれば、燃焼が安定している運転状態のときには、バイオ燃料濃度の違いが着火遅れ期間の差に現れにくいが、燃焼が不安定な運転状態であるほど、バイオ燃料濃度の違いが着火遅れ期間の差に顕著に現れるという現象がある。第１の発明によれば、この現象を踏まえ、内燃機関の燃焼を不安定化させる燃焼不安定化パラメータと、着火遅れ期間との関係を検出することにより、バイオ燃料濃度を高精度に判定することができる。

第２の発明によれば、給油が検知された場合に、燃焼不安定化パラメータがバイオ燃料濃度判定に適した所定値となるように積極的に制御した上で着火遅れ期間を測定し、その測定結果に基づいてバイオ燃料濃度を判定することができる。このため、新たな燃料の給油によってバイオ燃料濃度が変化した可能性のある場合に、バイオ燃料濃度を迅速且つ高精度に再判定することができる。

第３の発明によれば、ＥＧＲ率または燃料噴射時期遅角量を燃焼不安定化パラメータとすることにより、バイオ燃料濃度をより高精度に判定することができる。

第４の発明によれば、燃焼不安定化パラメータの値が異なる複数の運転状態の下で着火遅れ期間を測定し、それら複数の運転状態の下での着火遅れ期間と燃焼不安定化パラメータとの関係に基づいてバイオ燃料濃度を判定することができる。これにより、着火遅れ期間と燃焼不安定化パラメータとの関係をより正確に把握することができるので、バイオ燃料濃度をより高い精度で判定することができる。

第５の発明によれば、燃焼不安定化パラメータと着火遅れ期間との関係をバイオ燃料の濃度毎に示したマップを予め記憶し、そのマップに基づいてバイオ燃料濃度を判定することができる。これにより、簡単な手法で高精度にバイオ燃料濃度を判定することができる。

第６の発明によれば、バイオ燃料濃度が高い場合ほど、燃焼不安定化パラメータの燃焼不安定化方向への変化に伴う着火遅れ期間の増大幅が小さいものと規定しているマップを用いることにより、バイオ燃料濃度を高精度に判定することができる。

第７の発明によれば、燃焼不安定化パラメータが燃焼不安定化方向に変化するほど、バイオ燃料濃度の違いによる着火遅れ期間の差が拡大するものと規定しているマップを用いることにより、バイオ燃料濃度を高精度に判定することができる。

第８の発明によれば、バイオ燃料濃度に加えて、バイオ燃料の種類を判別することができる。

第９の発明によれば、判定されたバイオ燃料濃度の値が高濃度である場合ほど、ＥＧＲ量を多くすることができる。バイオ燃料濃度が高濃度であるほど、燃焼が改善されるので、ＥＧＲ限界が高まる。そこで、第９の発明によれば、バイオ燃料濃度が高濃度であり、ＥＧＲ限界が高いと判断できる場合には、ＥＧＲ量を多くすることにより、ＮＯｘ排出量を更に低減することができる。

第１０の発明によれば、判定されたバイオ燃料濃度の値が高濃度である場合ほど、排気系燃料添加装置によって燃料を添加する際の燃料添加条件を、燃料が気化し易くなる方向に補正することができる。これにより、バイオ燃料濃度が高濃度であり、気化しにくい場合であっても、排気添加燃料の気化を促進することができる。よって、排気添加燃料が触媒内に詰まったり、リッチスパイクやＳ再生等の効果が低下したりすることを確実に防止することができる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、ディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）１０を備えている。ディーゼル機関１０は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態のディーゼル機関１０は、直列４気筒型のものであるが、本発明では、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

ディーゼル機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ１１が設置されている。各気筒のインジェクタ１１は、共通のコモンレール１２に接続されている。コモンレール１２内には、サプライポンプ１３によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、コモンレール１２内から、各インジェクタ１１へ、燃料が供給される。

インジェクタ１１は、１サイクル中に複数回、任意のタイミングで燃料を筒内に噴射することができるものであってもよい。すなわち、１サイクル中に、主たる燃料噴射であるメイン噴射のほかに、メイン噴射に先立つパイロット噴射などを実施するようにしてもよい。

このようなディーゼル機関１０は、化石燃料由来の炭化水素燃料（本実施形態では、軽油とする）と、例えば菜種油、大豆油、パーム油、廃食油等のバイオマスから生産されるバイオ燃料（本実施形態では、脂肪酸メチルエステルとする）を混合した燃料を用いて運転可能なものである。

ディーゼル機関１０で用いられる燃料は、燃料タンク１４に貯留されている。燃料タンク１４内の燃料は、燃料パイプ１５を通って、上記サプライポンプ１３に供給される。燃料パイプ１５の途中には、燃料フィルタ１６が設置されている。

本実施形態のディーゼル機関１０は、ターボ過給機１７を備えている。ターボ過給機１７は、排気タービン１７ａと、この排気タービン１７ａによって駆動される吸気コンプレッサ１７ｂとを有している。排気タービン１７ａは、排気通路１８の途中に配置されている。吸気コンプレッサ１７ｂは、吸気通路１９の途中に配置されている。

排気タービン１７ａより下流側の排気通路１８には、排気浄化装置２０が設置されている。排気浄化装置２０としては、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、ＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)、ＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)などを用いることができる。また、排気浄化装置２０の下流側の排気通路１８には、排気絞り弁２１が設置されている。

ディーゼル機関１０の吸気通路１９の入口付近には、エアクリーナ２２が設けられている。エアクリーナ２２を通って吸入された空気は、吸気コンプレッサ１７ｂで圧縮された後、インタークーラ２３で冷却される。この冷却された吸入空気は、吸気マニホールド２４を通って、各気筒に流入する。

インタークーラ２３と吸気マニホールド２４との間の吸気通路１９には、吸気絞り弁２５が設置されている。また、吸気通路１９の、エアクリーナ２２の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ２６が設置されている。

ディーゼル機関１０には、排気ガスの一部を吸気通路１９に還流させる、いわゆる外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うためのＥＧＲ装置が設けられている。このＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路２７と、ＥＧＲ弁２８と、ＥＧＲクーラ２９とを有している。ＥＧＲ通路２７は、排気マニホールド３０と、吸気絞り弁２５の下流側の吸気通路１９とを接続している。ＥＧＲ通路２７を通る排気ガス（すなわちＥＧＲガス）の量は、ＥＧＲ弁２８の開度によって調整される。ＥＧＲクーラ２９は、ＥＧＲ通路２７を通るＥＧＲガスを冷却する。

また、ディーゼル機関１０には、排気ガス中に燃料を添加する燃料添加インジェクタ３１と、ディーゼル機関１０の燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサ（燃焼圧センサ）３２とが備えられている。燃料添加インジェクタ３１には、サプライポンプ１３から燃料が供給される。

本システムでは、排気浄化装置２０に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するためのリッチスパイクを行う場合や、排気浄化装置２０の硫黄被毒を回復させるためのＳ再生を行う場合などに、燃料添加インジェクタ３１から排気ガス中に燃料が噴射される。燃料添加インジェクタ３１から噴射された燃料を以下「排気添加燃料」と称する。

本実施形態のシステムは、ディーゼル機関１０のクランク角度を検出するクランク角センサ３４と、ディーゼル機関１０が搭載された車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３５と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼル機関１０の運転状態を制御する。

上述したように、本実施形態のディーゼル機関１０は、軽油と、バイオ燃料であるメチルエステルとの混合燃料によって運転可能である。ディーゼル機関１０に供給される燃料、つまり燃料タンク１４内の燃料に含まれるバイオ燃料の濃度は、ユーザーがいかなるバイオ燃料濃度の燃料を給油するかによって、様々に変化する。そして、ディーゼル機関１０を最適に制御するためには、バイオ燃料濃度の高低に応じて、種々の制御値を補正することが重要となる。燃料中のバイオ燃料濃度を求める方法として、バイオ燃料濃度を検出可能な燃料性状センサを設けて直接的に測定することも考えられる。しかしながら、そのような燃料性状センサは高価である。このため、コスト低減の観点からは、燃料性状センサを用いることなしに、バイオ燃料濃度を精度良く判定することが求められている。

ところで、ディーゼル機関１０の着火遅れ期間は、燃料のセタン価と相関する。そこで、従来、筒内圧センサ３２によって検出される筒内圧に基づいて着火遅れ期間を測定し、その着火遅れ期間から、燃料のセタン価を算出する技術が知られている。燃料性状センサを用いることなしにバイオ燃料濃度を判定する方法として、この技術を応用することも考えられる。しかしながら、本発明者らの知見によれば、燃料のセタン価と、バイオ燃料濃度とは、必ずしも相関するものではない。例えば、菜種油から生産されるメチルエステル（以下「ＲＭＥ」と称する）を３０％混合した軽油、すなわちＲＭＥ３０％について、ＪＩＳ（日本工業規格）測定法により測定したセタン価は、１００％軽油とほぼ同等である。従って、セタン価を単純にバイオ燃料濃度に換算することはできない。

本発明者らは、上述したような事情を考慮しつつ、鋭意研究を重ねた結果、ＥＧＲ率の高い運転状態であるほど、バイオ燃料濃度の違いが着火遅れ期間の差に大きく現れるという現象を見出した。すなわち、ＥＧＲ率と、着火遅れ期間と、バイオ燃料濃度（ＲＭＥ濃度）との関係は、図２のように表すことができる。図２の横軸は、ディーゼル機関１０のＥＧＲ率であり、縦軸は、クランク角度で表した着火遅れ期間である。

図２に示すように、ＥＧＲ率が０％に近い運転状態では、ＲＭＥ濃度にかかわらず、着火遅れ期間はほぼ同等である。これは、軽油ＲＭＥ混合燃料のセタン価が、ＲＭＥ濃度にかかわらず、ほぼ同等であることを示している。そして、何れの燃料を使用した場合であっても、ＥＧＲ率が高くなるにつれて、着火遅れ期間は増大していく。しかしながら、その着火遅れ期間の増大の仕方は、ＲＭＥ濃度が高い燃料であるほど、緩やかである。つまり、ＥＧＲ率の高い運転状態では、ＲＭＥ濃度の高い燃料であるほど、着火遅れ期間は短くなる。

上記のような現象が生ずる理由は、必ずしも明らかではないが、次のように考えることができる。バイオ燃料は、酸素原子を多く含む含酸素燃料である。これに対し、炭化水素燃料である軽油は、酸素を含有しない。よって、バイオ燃料濃度の高い燃料であるほど、含まれる酸素の量は多くなる。

一方、ＥＧＲ率が高くなると、燃焼室内の不活性ガス濃度が高くなり、酸素濃度が低下する。このため、燃料が燃焼しにくい状況となる。このような状況下においても、バイオ燃料濃度の高い燃料では、燃料中の酸素によって酸素不足を補うことができ、酸化反応（すなわち燃焼）を促進することができる。このため、ＥＧＲ率の高い運転状態においては、バイオ燃料濃度の高い燃料であるほど、着火遅れ期間が短縮されるものと考えられる。

上述したような知見に基づいて、本実施形態のシステムでは、ＥＧＲ率を比較的高くした運転状態の下で着火遅れ期間を測定し、その着火遅れ期間とＥＧＲ率との関係を図２に示すようなマップと照合することにより、バイオ燃料濃度を判定することとした。

また、本実施形態では、ＥＧＲ率の異なる複数の運転状態（例えば、ＥＧＲ率が１０％、２０％、３０％、４０％の４つ）において着火遅れ期間をそれぞれ測定し、それら複数の運転状態下でのＥＧＲ率および着火遅れ期間の関係に基づいて、バイオ燃料濃度を判定することとした。これにより、ＥＧＲ率と着火遅れ期間との関係が、図２に示すようなマップにおいて、何れのバイオ燃料濃度の曲線に対応しているかをより高い精度で判定することができる。つまり、バイオ燃料濃度をより高い精度で判定することができる。

また、ＥＧＲ率の異なる複数の運転状態下でのＥＧＲ率および着火遅れ期間の関係を把握することにより、バイオ燃料濃度だけでなく、バイオ燃料の種類（原料、製法等の違いによる種類）を判定することも可能となる。図３は、大豆油から生産されるメチルエステル（以下「ＳＭＥ」と称する）と軽油との混合燃料を使用した場合における、ＥＧＲ率と着火遅れ期間とバイオ燃料濃度（ＳＭＥ濃度）との関係を示す図である。図２および図３に示すように、ＲＭＥ軽油混合燃料の場合と、ＳＭＥ軽油混合燃料の場合とでは、ＥＧＲ率と着火遅れ期間との関係を示す曲線の形状が異なる。このように、混合されるバイオ燃料の種類に応じて、ＥＧＲ率と着火遅れ期間とバイオ燃料濃度との関係が示す曲線の形状が変化する。そこで、本実施形態では、バイオ燃料の種類毎に、図２や図３に示すようなマップを用意しておき、ＥＧＲ率の異なる複数の運転状態下で測定された着火遅れ期間のデータをそれらのマップと照合することにより、そのデータが何れの曲線に対応するかを判定することとした。これにより、バイオ燃料の種類および濃度の双方を精度良く判定することができる。

燃料に含まれるバイオ燃料の種類や濃度を判定するタイミングとしては、特に限定されないが、燃料タンク１４への給油がなされた後に行うことが好ましい。燃料タンク１４への給油がなされると、新しく給油された燃料におけるバイオ燃料の種類や濃度によって、燃料タンク１４内の燃料の組成が変化するからである。そこで、本実施形態では、燃料タンク１４への給油が検知された場合には、その後、バイオ燃料の種類および濃度を判定することとした。また、その際、本実施形態では、ＥＧＲ率が所定の複数の値（本実施形態では、１０％、２０％、３０％、４０％とする）になるように積極的に制御し、それらの各ＥＧＲ率の下での着火遅れ期間を測定することとした。

すなわち、通常運転のＥＧＲ制御においては、ＥＧＲ率は、エンジン回転数やエンジン負荷等に応じた最適なＥＧＲ率になるように制御される。つまり、ＥＧＲ率は、エンジン回転数やエンジン負荷の変動に応じて変化する。このため、ＥＧＲ率が複数の所定値になるのを順次待ってから着火遅れ期間を測定するとした場合には、バイオ燃料の種類および濃度の判定が完了するまでに要する時間が長くなり、その間、各種の制御を最適化することができない。そこで、本実施形態では、給油が検知された場合には、ＥＧＲ率が複数の所定値になるように積極的に制御して着火遅れ期間を測定することにより、バイオ燃料の種類および濃度の判定を迅速に完了させることとした。

本実施形態において、バイオ燃料の種類および濃度の判定が完了した後は、その判定結果を用いて、例えば次のような制御を行うことが好ましい。

（ＥＧＲ制御）
ＮＯｘの排出量を低減するためには、ＥＧＲが有効である。そして、ＥＧＲ量を多くするほど、ＮＯｘ排出量を少なくすることができる。しかしながら、ＥＧＲ量を多くすると、ＰＭ(Particulate Matter)の排出量が増大し易くなる等の弊害を生ずる。このため、ＥＧＲ量には限界がある。これに対し、バイオ燃料濃度の高い燃料では、含有される酸素によって酸化反応（燃焼）が改善されるので、ＰＭの排出量が少なくなる。その結果、ＰＭの規制値に対し余裕が生じ、その分だけ、ＥＧＲ量を増大させることが可能となる。そこで、本実施形態では、バイオ燃料濃度が高い場合ほど、ＥＧＲ量が多くなるように制御することとした。これにより、高バイオ燃料濃度の燃料が使用されている場合には、ＥＧＲ量を通常時より多くすることができるので、ＮＯｘ排出量を更に低減することができる。

（排気燃料添加制御）
前述したように、排気浄化装置２０のリッチスパイクやＳ再生を行う場合には、燃料添加インジェクタ３１から排気ガス中に燃料を噴射する。このような排気燃料添加を行う場合には、燃料添加インジェクタ３１から噴射された排気添加燃料が十分に気化するようにすることが重要である。排気添加燃料の気化が十分でないと、リッチスパイクやＳ再生等の効果が十分に発揮されなかったり、排気浄化装置２０の内部に燃料が詰まったりするおそれがあるからである。そこで、通常、燃料添加インジェクタ３１からは、所定のインターバルで、所定量ずつの燃料を噴射する。

バイオ燃料は、一般に、動粘度が高く、蒸発性が良くないという特性がある。そして、排気燃料添加では、噴射圧力、雰囲気温度が共に低い。このため、バイオ燃料濃度の高い燃料の場合には、気化が不十分となり易い。その結果、リッチスパイクやＳ再生等の効果の低下や、排気浄化装置２０内部での詰まりを生じ易い。そこで、本実施形態では、バイオ燃料濃度が高い場合ほど、燃料添加インジェクタ３１の１回当たりの噴射量を少なくすることとした。これにより、排気添加燃料の気化を促進することができ、上記のような不都合が生ずることを確実に回避することができる。また、燃料添加インジェクタ３１の１回当たりの噴射量を少なくする場合には、噴射インターバルを短縮することにより、排気添加燃料の総添加量が必要量に到達するようにした。

［実施の形態１における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。なお、本ルーチンは、ディーゼル機関１０の始動後に実行されるものとする。図４に示すルーチンによれば、まず、燃料タンク１４への給油履歴の有無が判別される（ステップ１００）。なお、給油を検知する方法は、特に限定されず、例えば、燃料タンク１４に設けられたセンダーゲージ（レベルゲージ）、ディーゼル機関１０を搭載した車両のフューエルリッド、ＯＲＶＲ(Onboard Refueling Vapor Recovery)システム（何れも図示せず）などの状態に基づいて、給油が行われたことを検知することができる。そして、給油が行われたことが検知されている場合には、給油履歴が有りとされる。

上記ステップ１００で、給油履歴が無いと判別された場合には、燃料タンク１４内の燃料のバイオ燃料の種類および濃度は、前回運転時と同じであり、変化していないと判断することができる。この場合には、バイオ燃料の種類および濃度の再判定を行う必要はないので、本ルーチンの実行はそのまま終了される。

一方、上記ステップ１００で、給油履歴が有ると判別された場合には、燃料タンク１４内の燃料のバイオ燃料の濃度や種類が変化する可能性があると判断できる。そこで、この場合には、以下のように、バイオ燃料の種類および濃度の判定が実行される。まず、複数の所定のＥＧＲ率毎に、着火遅れ期間の測定が完了しているか否かが判別される（ステップ１０２）。本実施形態では、ＥＧＲ率が１０％、２０％、３０％、４０％の各運転状態において、着火遅れ期間をそれぞれ測定することとする。よって、上記ステップ１０２では、上記４つのＥＧＲ率の各々について、着火遅れ期間の測定が完了しているか否かが判別される。

上記ステップ１０２で、１０％、２０％、３０％、４０％のうちの少なくとも１つのＥＧＲ率における着火遅れ期間が未測定であると判別された場合には、その未測定のＥＧＲ率における着火遅れ期間を測定するべく、ＥＧＲ率がその値になるように制御される（ステップ１０４）。実ＥＧＲ率は、エンジン回転数、エンジン負荷、吸入空気量等に基づいて算出することができる。このステップ１０４においては、その実ＥＧＲ率が上記所定値となるように、ＥＧＲ弁２８の開度や、必要に応じて吸気絞り弁２５の開度などが制御される。

実ＥＧＲ率が上記所定値に一致するように制御されたら、次に、着火遅れ期間が測定される（ステップ１０６）。本実施形態では、筒内圧センサ３２により検出される筒内圧力に基づいて、着火遅れ期間を測定する。燃焼室内に噴射された燃料が着火し、燃焼が開始すると、筒内圧力が急上昇し始める。このため、筒内圧センサ３２で筒内圧力を検出することにより、実着火時期を検出することができる。よって、ステップ１０６においては、上記実着火時期と、燃料噴射時期（メイン噴射時期）との差が、着火遅れ期間として測定される。

なお、本発明では、着火遅れ期間を測定する方法は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、クランク角センサ３４の信号に基づいて着火遅れ期間を測定することも可能である。すなわち、燃焼室内の燃料が着火し、燃焼が開始されると、熱エネルギーが発生してピストンを押し下げるため、クランク角センサ３４によって検出されるディーゼル機関１０のクランクシャフトの回転が急峻に変動する。この変動を検出することにより、実着火時期を検出することができるので、着火遅れ期間を測定することができる。このように、クランク角センサ３４の信号に基づいて着火遅れ期間を測定する方法は、特開昭６１−１９７７４２号公報に詳しく記載されており、公知であるので、ここではこれ以上の説明は省略する。

上記ステップ１０６で着火遅れ期間が測定された後は、上記ステップ１０２以下の処理が再度実行される。すなわち、１０％、２０％、３０％、４０％の各ＥＧＲ率における着火遅れ期間の測定が完了されているか否かが再度判別され、何れかのＥＧＲ率において着火遅れ期間の測定が未完了である場合には、ステップ１０４および１０６の処理が再度実行される。このようにして、ステップ１０４および１０６の処理が繰り返し実行されることにより、ＥＧＲ率が１０％、２０％、３０％、４０％の各運転状態における着火遅れ期間の測定が順次実行される。

１０％、２０％、３０％および４０％の４点のＥＧＲ率における着火遅れ期間の測定が完了し、ステップ１０２の判断が肯定された場合には、その測定結果に基づいて、バイオ燃料の種類および濃度が次のようにして判定される（ステップ１０８）。前述したように、ＥＣＵ５０には、使用が想定されるバイオ燃料の種類毎に、図２や図３に示すようなマップが予め記憶されている。すなわち、それらのマップには、バイオ燃料の種類および濃度毎に、ＥＧＲ率と着火遅れ期間との関係を示す曲線のデータが規定されている。ステップ１０８では、そのようなマップの曲線群のうち、上記の処理によって測定された４点のＥＧＲ率における着火遅れ期間のデータからなる曲線に最も近い曲線が選別される。そして、その曲線が示すバイオ燃料の種類および濃度（例えば、ＲＭＥ３０％等）が判定結果とされる。

バイオ燃料の種類および濃度が判定されたら、次に、その判定結果に基づいて、ＥＧＲ制御を最適化する処理が実行される（ステップ１１０）。図５は、ＥＧＲ制御を最適化するために用いられるマップの例を示す図である。図５のマップの一番上の欄は、燃料が軽油１００％である場合のＥＧＲ弁開度である。これに対し、その下に続く欄は、バイオ燃料が混合された燃料の場合のＥＧＲ弁開度である。このステップ１１０では、図５に示すマップの各欄のうち、上記ステップ１０８で判定されたバイオ燃料の種類および濃度に対応する欄の値を用いて、ＥＧＲ弁開度が補正される。図５に示すマップによれば、バイオ燃料濃度が高い場合ほど、ＥＧＲ弁開度が拡大方向に補正され、ＥＧＲ量が増量される。前述したように、バイオ燃料濃度の高い燃料であるほど、ＰＭが排出されにくく、規制値に対する余裕が生ずるので、その分だけＥＧＲ量を増量することができる。このため、ＥＧＲ量の増量により、ＮＯｘ排出量を更に低減することができる。

続いて、排気添加制御を最適化する処理が実行される（ステップ１１２）。図６は、排気添加制御を最適化するために用いられる排気添加係数のマップの例を示す図である。本実施形態では、リッチスパイクやＳ再生などにおいて燃料添加インジェクタ３１から排気ガス中に燃料を添加する場合に、１回当たりの噴射量および噴射インターバルを、図６に示す排気添加係数を乗じることによって補正するものとする。例えば、図６に示す例によれば、通常時の１回当たり噴射量、噴射インターバルが５０mm³/回、２５秒であるような排気燃料添加条件において、ＲＭＥ２０％と判定されている場合には、これに係数０．９を乗じた４５mm³/回、２２．５秒が、１回当たり噴射量および噴射インターバルとされる。

上記ステップ１１２の処理によれば、バイオ燃料濃度が高い場合、つまり排気添加燃料が気化しにくい場合であるほど、燃料添加インジェクタ３１からの添加燃料を少量ずつに分けて噴射することができる。このため、排気添加燃料の気化を促進することができる。よって、リッチスパイクやＳ再生等の効果低下や排気浄化装置２０内への燃料詰まりなどの弊害を確実に防止することができる。

なお、本発明において、排気添加制御を最適化する方法は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、上記の方法に代えて、バイオ燃料濃度が高い場合ほど、燃料添加インジェクタ３１からの噴射圧力が高くなるように補正することにより、気化を促進するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態のシステムによれば、高価な燃料性状センサを用いることなしに、燃料中のバイオ燃料濃度を判定することができる。特に、ＥＧＲ率が比較的高く、燃焼が不安定になり易い運転状態のときほど、バイオ燃料濃度の違いが着火遅れ期間の違いとして顕著に現れるという現象を利用してバイオ燃料濃度を判定することができるので、バイオ燃料濃度を高精度に判定することができる。

また、ＥＧＲ率が比較的高い場合以外にも、燃焼が不安定になり易い運転状態であれば、バイオ燃料濃度の違いが着火遅れ期間の違いとして顕著に現れるという現象が生ずる。例えば、インジェクタ１１からの燃料噴射時期を通常時期よりも遅角させると、燃焼が不安定化し易くなり、このような状態では、バイオ燃料濃度の違いが着火遅れ期間の違いとして顕著に現れる。よって、本発明では、ＥＧＲ率に代えて、インジェクタ１１の燃料噴射時期遅角量（通常時期からの遅角量）を燃焼不安定化パラメータとして用いた場合であっても、上述した実施の形態１と同様にして、バイオ燃料の濃度や種類を判定することが可能である。

なお、上述した実施の形態１においては、ＥＧＲ率が前記第１の発明における「燃焼不安定化パラメータ」に、燃料添加インジェクタ３１が前記第１０の発明における「排気系燃料添加装置」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、各センサの信号に基づいて公知の手法によって実ＥＧＲ率を算出することにより前記第１の発明における「パラメータ取得手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「着火遅れ期間測定手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「バイオ燃料濃度判定手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第２の発明における「給油検知手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第２の発明における「パラメータ制御手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第８の発明における「バイオ燃料種判別手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより前記第９の発明における「ＥＧＲ制御手段」が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第１０の発明における「燃料添加条件補正手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 ＥＧＲ率と着火遅れ期間とバイオ燃料濃度（ＲＭＥ濃度）との関係を示す図である。 ＥＧＲ率と着火遅れ期間とバイオ燃料濃度（ＳＭＥ濃度）との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 ＥＧＲ制御を最適化するために用いられるマップの例を示す図である。 排気添加制御を最適化するために用いられる排気添加係数のマップの例を示す図である。

符号の説明

１０ ディーゼル機関
１１ インジェクタ
１２ コモンレール
１４ 燃料タンク
１７ ターボ過給機
１８ 排気通路
１９ 吸気通路
２０ 排気浄化装置
２１ 排気絞り弁
２４ 吸気マニホールド
２５ 吸気絞り弁
２６ エアフローメータ
２７ ＥＧＲ通路
２８ ＥＧＲ弁
３０ 排気マニホールド
３１ 燃料添加インジェクタ
３２ 筒内圧センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (10)

1. バイオマスから生産されたバイオ燃料と、炭化水素燃料とを混合した燃料を使用可能な内燃機関と、
   前記内燃機関の燃焼を不安定化させる所定の運転パラメータである燃焼不安定化パラメータを取得するパラメータ取得手段と、
   前記内燃機関の燃焼室に燃料が噴射されてから着火が生ずるまでの期間である着火遅れ期間を測定する着火遅れ期間測定手段と、
   前記燃焼不安定化パラメータと、前記着火遅れ期間測定手段により測定された着火遅れ期間との関係に基づいて、燃料に含まれるバイオ燃料の濃度を判定するバイオ燃料濃度判定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 給油を検知する給油検知手段と、
   給油が検知された場合に、前記燃焼不安定化パラメータを、バイオ燃料濃度判定用の所定値に一時的に一致させるように制御するパラメータ制御手段と、
   を備え、
   前記着火遅れ期間測定手段は、前記燃焼不安定化パラメータが前記所定値に一致したときに着火遅れ期間を測定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記燃焼不安定化パラメータは、ＥＧＲ率または燃料噴射時期遅角量であることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記着火遅れ期間測定手段は、前記燃焼不安定化パラメータの値が異なる複数の運転状態の下で着火遅れ期間を測定し、
   前記バイオ燃料濃度判定手段は、前記複数の運転状態の下での着火遅れ期間と前記燃焼不安定化パラメータとの関係に基づいてバイオ燃料濃度を判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記バイオ燃料濃度判定手段は、前記燃焼不安定化パラメータと着火遅れ期間との関係をバイオ燃料の濃度毎に示したマップを予め記憶しており、測定された着火遅れ期間を前記マップと照合することにより、バイオ燃料濃度を判定することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記マップは、バイオ燃料濃度が高い場合ほど、前記燃焼不安定化パラメータの燃焼不安定化方向への変化に伴う着火遅れ期間の増大幅が小さいものと規定していることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記マップは、前記燃焼不安定化パラメータが燃焼不安定化方向に変化するほど、バイオ燃料濃度の違いによる着火遅れ期間の差が拡大するものと規定していることを特徴とする請求項５または６記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記バイオ燃料濃度判定手段は、バイオ燃料の種類を判別するバイオ燃料種判別手段を含むことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記内燃機関においてＥＧＲを行うＥＧＲ装置と、
   前記バイオ燃料濃度判定手段により判定されたバイオ燃料濃度の値が高濃度である場合ほど、ＥＧＲ量を多くするＥＧＲ制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記内燃機関の排気系に燃料を添加する排気系燃料添加装置と、
    前記バイオ燃料濃度判定手段により判定されたバイオ燃料濃度の値が高濃度である場合ほど、前記排気系燃料添加装置によって燃料を添加する際の燃料添加条件を、燃料が気化し易くなる方向に補正する燃料添加条件補正手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

Images