内燃機関の制御装置
【課題】混合燃料を使用する内燃機関において、ＰＭの排出量を低減する。
【解決手段】内燃機関の制御装置（１００）は、軽油及びアルコールを夫々単独又は混合して燃料とする内燃機関（２００）を制御する。内燃機関の制御装置は、燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段（４２０）と、燃料のメイン噴射の後に、アフタ噴射を実施させるアフタ噴射制御手段（４４０）と、燃料中のアルコール濃度が低いほど、アフタ噴射における噴射量を小さくするようにアフタ噴射制御手段を制御する噴射量調整手段（４３０）とを備える。
【解決手段】内燃機関の制御装置（１００）は、軽油及びアルコールを夫々単独又は混合して燃料とする内燃機関（２００）を制御する。内燃機関の制御装置は、燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段（４２０）と、燃料のメイン噴射の後に、アフタ噴射を実施させるアフタ噴射制御手段（４４０）と、燃料中のアルコール濃度が低いほど、アフタ噴射における噴射量を小さくするようにアフタ噴射制御手段を制御する噴射量調整手段（４３０）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽油及びアルコールを混合した混合燃料を使用可能な内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関では、複数種類の燃料を混合した混合燃料（例えば、軽油及びアルコールの混合燃料）を使用するものが知られている。混合燃料は、例えば異なる燃料タンクに夫々貯留された後に混合されることで、混合比率が可変とされる場合がある。この場合、混合燃料の混合比率は、内燃機関の運転状況等の各種条件に応じて適宜決定される。例えば特許文献１では、一方の燃料のみが排気ガス性状を悪化させるほどに過剰に噴射されることを防止するため、混合比率が一定濃度の範囲となるよう制御するという技術が提案されている。また特許文献２では、軽油による主噴射が所定時期を超える場合に、アルコールを混合させた噴射を行うようにするという技術が提案されている。特許文献３では、第１段階では軽油、第２段階では軽油＋アルコール、第３段階では軽油のみの３段階噴射を行うという技術が提案されている。
【０００３】
他方で、軽油を用いる内燃機関では、燃料を供給することを主目的とするメイン噴射の後に、微量のアフタ噴射を実施するという技術が提案されている。アフタ噴射によれば、メイン噴射によって発生したＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を再燃焼させることで、ＰＭの排出量を低減できるとされている（例えば、特許文献４及び５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−３０７３０７号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１１７８号公報
【特許文献３】特開昭５９−１０８８４４号公報
【特許文献４】特開２００７−１８７１４９号公報
【特許文献５】特開平２００３−２７８５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したアフタ噴射は、ＰＭを再燃焼させることができる一方で、アフタ噴射自身もＰＭを発生させる。このため、アフタ噴射において過剰に噴射を行ってしまうと、逆にＰＭを増加させてしまうおそれがある。よって、アフタ噴射を行う場合には、ＰＭ排出量が増加しないように噴射量が制御されることが好ましい。
【０００６】
具体的には、軽油及びアルコールの混合燃料では、アルコールの混合割合が減少するとアフタ噴射によるＰＭの生成量が増加し、結果的にＰＭの排出量が増加してしまう。よって、軽油及びアルコールの混合燃料を用いる場合は、アルコールの混合割合に応じたアフタ噴射の制御を実施することが好ましいと考えられる。
【０００７】
ここで特許文献１から３には、軽油及びアルコールの混合燃料について記載されているものの、アフタ噴射については何ら記載されていない。また、特許文献４及び５には、アフタ噴射について記載されているものの、軽油及びアルコールの混合燃料を用いる場合については何ら考慮されていない。従って、これらの技術では、アルコールを含む混合燃料において適切なアフタ噴射の制御を行うことができず、ＰＭの排出量を確実に低減できないという技術的問題点がある。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、アルコールを含む混合燃料を使用する内燃機関において、ＰＭの排出量を低減することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の内燃機関の制御装置は上記課題を解決するために、軽油及びアルコールを夫々単独又は混合して燃料とする内燃機関の制御装置であって、前記燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、前記燃料のメイン噴射の後に、アフタ噴射を実施させるアフタ噴射制御手段と、前記燃料中のアルコール濃度が低いほど、前記アフタ噴射における噴射量を小さくするように前記アフタ噴射制御手段を制御する噴射量調整手段とを備える。
【００１０】
本発明に係る内燃機関は、例えば車両に搭載される内燃機関であり、軽油及びアルコールを夫々単独又は混合して燃料として使用することが可能とされている。即ち、本発明に係る内燃機関は、軽油及びアルコールが様々な混合比率で混合された混合燃料によって運転することが可能である。内燃機関は、上述した混合燃料が気筒内部の燃焼室において燃焼した際に発生する力を、ピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的又は機械的な伝達手段を適宜介して駆動力として取り出すことが可能に構成されている。
【００１１】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、上述した内燃機関を制御する制御装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。
【００１２】
本発明に係る内燃機関の制御装置の動作時には、アルコール濃度検出手段によって、燃料中のアルコール濃度が検出される。アルコール濃度検出手段は、例えば混合燃料が貯留される燃料タンクに設けられるアルコール濃度センサ等を含むものとして構成される。アルコール濃度検出手段は、燃料中のアルコール濃度を具体的な数値として検出するものであってもよいし、燃料中のアルコール濃度が予め設定された基準値より高いか低いかを検出する程度のものであってもよい。
【００１３】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、アフタ噴射制御手段によって、燃料のメイン噴射の後に、アフタ噴射が実施される。尚、ここでの「メイン噴射」とは、内燃機関への燃料の供給を主目的とした噴射であり、例えば内燃機関の負荷（具体的には、スロットル開度やアクセル踏下量等）に応じて噴射量が決定される。一方「アフタ噴射」は、メイン噴射によって発生したＰＭを再燃焼させるために行われる比較的微量の噴射であり、メイン噴射の後に実施される。アフタ噴射を実施可能とすることで、ＰＭの排出量を低減することが可能となる。
【００１４】
ここで本発明では特に、上述したアフタ噴射における燃料噴射量が、噴射量調整手段によって制御されている。具体的には、噴射量調整手段は、燃料中のアルコール濃度が低いほど、アフタ噴射における噴射量を小さくするようにアフタ噴射制御手段を制御する。噴射量調整手段は、例えばアフタ噴射における噴射量を決定するための制御マップをアルコール濃度別に複数記憶しており、検出されたアルコール濃度に応じて制御マップを切替えることで、アルコール濃度に応じた噴射量を決定する。
【００１５】
ここでアルコールは、分子中に酸素を含んでおり、軽油と比べると、低セタン価であるため着火に要する時間が長い、低沸点なため燃料気化が早い、低動粘度及び低表面張力により噴霧が微粒化し気化し易いという特性を有している。このため、混合燃料におけるアルコールの混合比率（言い換えれば、アルコール濃度）が増加すると、アフタ噴射によるＰＭの生成量は減少する。逆に、混合燃料におけるアルコールの混合比率が現象すると、アフタ噴射によるＰＭの生成量は増加する。
【００１６】
しかるに本発明では、上述したように、アルコール濃度が低い場合にアフタ噴射の噴射量が小さくされる。よって、アルコール濃度が低くなることに起因するＰＭの発生量増加を抑制することができる。即ち、燃料の特性がＰＭを排出し易いものになったとしても、その分噴射量が小さくされることでＰＭの増加が相殺され、全体としてのＰＭ排出量を低減或いは維持することができる。
【００１７】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、アルコールを含む混合燃料を使用する内燃機関において、ＰＭの排出量を低減することが可能である。
【００１８】
本発明の内燃機関の制御装置の一態様では、前記燃料の給油を検出する給油検出手段を備え、前記アルコール濃度検出手段は、前記給油が検出される度に前記燃料中のアルコール濃度を検出する。
【００１９】
この態様によれば、内燃機関への給油は、給油検出手段によって監視された状態となる。給油検出手段は、例えば燃料タンクにおける燃料の貯留量を検出するセンサ等を含むものとして構成されており、燃料の貯留量が増加した場合に給油を検出する。
【００２０】
本態様では特に、アルコール検出手段は、上述した給油検出手段によって給油が検出された場合にアルコール濃度を検出する。即ち、アルコール検出手段は、常時或いは定期的にアルコール濃度を検出する訳ではなく、給油が検出された場合（より具体的には、給油が終わった後）にアルコール濃度を検出する。
【００２１】
燃料タンクに貯留されている混合燃料のアルコール濃度は、異なる混合比率の混合燃料が給油された場合に変動する。言い換えれば、混合燃料のアルコール濃度は、給油が行われない限り大きく変動しないと考えられる。従って、給油が検出された場合にアルコール濃度を検出するようにすれば、アルコール濃度が変化し得るタイミングで効率的に検出を行うことができる。
【００２２】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】エンジンシステムの全体構成を示す概略図である。
【図２】ＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る内燃機関の制御装置によるアフタ噴射の制御処理を示すフローチャートである。
【図４】アルコール濃度とアフタ噴射量との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００２５】
先ず、本実施形態に係るエンジンシステム全体の構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、エンジンシステムの全体構成を示す概略図である。尚、図１では、説明の便宜上、エンジンシステムを構成する各要素のうち本実施形態と関わりの深いもののみを選択的に図示しており、その他の要素については適宜図示を省略してある。
【００２６】
図１において、本実施形態に係るエンジンシステムは主に、ＥＣＵ１００と、コンプレッサ１１０と、タービン１２０と、エンジン２００と、燃料タンク３００とを備えて構成されている。
【００２７】
ＥＣＵ１００は、本発明の「内燃機関の制御装置」の一例であり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、エンジンシステムの動作全体を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って各種制御を実行可能に構成されている。ＥＣＵ１００の具体的な構成については、後に詳述する。
【００２８】
コンプレッサ１１０は、流入された空気を圧縮し、圧縮空気として下流に供給する。タービン１２０は、エンジン２００から排気管２１５を介して供給された排気を動力として回転する。タービン１１０は、シャフトを介してコンプレッサ１１０に連結されており、相互に一体に回転することが可能に構成されている。即ち、タービン１２０とコンプレッサ１１０とによって、ターボチャージャが構成されている。
【００２９】
エンジン２００は、例えば自動車等の車両の動力源たるディーゼルエンジンであり、本発明に係る「内燃機関」の一例である。エンジン２００は、シリンダブロック内に気筒２０１が４本直列に配置されてなる直列４気筒エンジンである。
【００３０】
エンジン２００における吸気側（即ち、気筒２０１より上流側）には、エアクリーナ１０１、吸気制御弁１０３、コンプレッサ１１０、インタークーラ１１３及びスロットル弁２０８が設けられている。
【００３１】
エアクリーナ１０１は、外部から吸入した空気を浄化し、吸気管１０２を介して、コンプレッサ１１０へと供給する。エアクリーナから供給される空気量は、吸気制御弁１０３によって制御される。コンプレッサ１１０の下流に設けられたインタークーラ１１３は、吸入空気を冷却して空気の過給効率を上昇させることが可能に構成されている。
【００３２】
インタークーラ１１３の下流には、スロットルバルブ２０８が設置されている。スロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されたスロットルバルブモータ２０９によってその駆動状態が制御される構成となっている。スロットルバルブ２０８は、基本的には不図示のアクセルペダルの開度に応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータ２０９を制御するが、スロットルバルブモータ２０９の動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することも可能である。即ち、スロットルバルブ２０８は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００３３】
吸気側から気筒２０１内部に導かれた混合気は、圧縮着火方式によって点火せしめられ、気筒２０１内で爆発工程が行われる。爆発工程が行われると、燃焼済みの混合気（一部未燃状態の混合気を含む）は、爆発工程に続く排気工程において、不図示の排気ポートに排出される。排気ポートに排出された排気は、排気管２１５に導かれる。
【００３４】
エンジン２００における排気側（即ち、気筒２０１より下流側）には、ＥＧＲ管１１７と、ＨＰＬＥＧＲ制御弁１１８と、タービン１２０と、排気浄化触媒１２２とが設けられている。
【００３５】
ＥＧＲ管１１７は、エンジン２００から排出された排気管２１５における排気を、エンジン２００の吸気側である吸気管２０７に還流可能である。ＥＧＲ管１１７には、ＥＧＲ制御弁１１８が設けられており、ＥＧＲガスの量が調節可能とされている。ＥＧＲ制御弁１１８は、例えば全開及び全閉の二値的な開閉状態を採り得る電磁開閉弁であり、ＥＣＵ１００と電気的に接続されることによって、その開閉状態がＥＣＵ１００により制御される構成となっている。
【００３６】
排気浄化触媒１２２は、排気管１２１上に設けられており、タービン１２０を通過した排気中に含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ２（二酸化炭素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）を夫々浄化する。
【００３７】
燃料タンク３００は、エンジン２００の燃料となる軽油及びアルコールの混合燃料を貯留している。燃料タンク３００に貯留された燃料は、燃料供給管３１０を介して、気筒２０１に燃料を噴射するインジェクタ２１０へと供給される。尚、インジェクタ２１０における燃料噴射圧力は可変であり、ＥＣＵ１００において制御されている。
【００３８】
燃料タンク３００に貯留されている燃料の量は、燃料センサ３２０によって検出され、ＥＣＵ１００に伝達可能とされている。また、燃料のアルコール濃度が、アルコール濃度センサ３３０によって検出され、ＥＣＵ１００に伝達可能とされている。尚、燃料のアルコール濃度は、燃料タンク３００ではなく、燃料供給管３１０等において検出可能とされてもよい。
【００３９】
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置であるＥＣＵ１００の具体的な構成について、図２を参照して説明する。ここに図２は、ＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【００４０】
図２において、ＥＣＵ１００は、給油検出部４１０と、アルコール濃度検出部４２０と、アフタ噴射量決定部４３０と、アフタ噴射制御部４４０とを備えている。
【００４１】
給油検出部４１０は、本発明の「給油検出手段」の一例であり、燃料タンク３００に対する給油を検出する。具体的には、給油検出部４１０は、燃料タンク３００における燃料の残量を燃料センサ３２０によって検出し、燃料の残量が増加した場合に給油が行われたことを検出する。給油検出部４１０による給油の検出は、アルコール濃度検出部４２０へと伝達可能とされている。
【００４２】
アルコール濃度検出部４２０は、本発明の「アルコール濃度検出手段」の一例であり、燃料タンク３００内に貯留されている燃料のアルコール濃度を検出する。アルコール濃度検出部４２０は、燃料タンク３００に設けられたアルコール濃度センサ３３０を用いて燃料のアルコール濃度を検出する。尚、アルコール濃度は直接的に検出されるのではなく、間接的に算出されるような値（即ち、推定値）であってもよい。検出されたアルコール濃度は、アフタ噴射量決定部４３０へと伝達可能とされている。
【００４３】
アフタ噴射量決定部４３０は、本発明の「噴射量調整手段」の一例であり、アフタ噴射においてインジェクタ２１０から噴射される燃料の量（以下、適宜「アフタ噴射量」と称する）を決定する。具体的には、アフタ噴射量決定部４３０は、アルコール濃度検出部４２０において検出された燃料のアルコール濃度に応じてアフタ噴射量を決定する。但し、アフタ噴射量決定部４３０は、アルコール濃度に加えて他のパラメータを用いてアフタ噴射量を決定してもよい。アフタ噴射量決定部４３０は、例えば燃料のアルコール濃度別にアフタ噴射量の制御マップを複数記憶しており、アルコール濃度に応じて制御マップを切替えてアフタ噴射量を決定する。
【００４４】
アフタ噴射制御部４５０は、本発明の「アフタ噴射制御手段」の一例であり、エンジン２００への燃料の供給を主目的としたメイン噴射の後に、メイン噴射によって発生したＰＭを再燃焼させるためのアフタ噴射を実施するようエンジン２００の各部を制御する。アフタ噴射を実施可能とすることで、ＰＭの排出量を低減することが可能となる。
【００４５】
上述した各部位を含んで構成されたＥＣＵ１００は、一体的に構成された電子制御ユニットであり、上記各部位に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係る上記部位の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各部位は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００４６】
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置であるＥＣＵ１００が行う処理及びその効果について、図３及び図４を参照して説明する。ここに図３は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によるアフタ噴射の制御処理を示すフローチャートである。また図４は、アルコール濃度とアフタ噴射量との相関を示すグラフである。
【００４７】
図３において、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作時には、先ず給油検出部４１０によって燃料が給油されたか否かが検出される（ステップＳ１０１）。尚、給油が検出されていない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、以下に示すステップＳ１０２及びＳ１０３の各処理は省略される。
【００４８】
給油検出部４１０によって燃料の給油が検出されると（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、アルコール濃度検出部４２０によって燃料のアルコール濃度が検出される（ステップＳ１０２）。燃料タンク３００に貯留されている混合燃料のアルコール濃度は、異なる混合比率の混合燃料が給油された場合に変動する。言い換えれば、混合燃料のアルコール濃度は、給油が行われない限り大きく変動しないと考えられる。従って、給油が検出された場合にアルコール濃度を検出するようにすれば、アルコール濃度が変化し得るタイミングで効率的に検出を行うことができる。
【００４９】
アルコール濃度が検出されると、アフタ噴射量決定部４３０では、検出されたアルコール濃度に基づいて、アフタ噴射量を決定するための制御マップが変更される（ステップＳ１０３）。具体的には、アフタ噴射量決定部４３０は、アフタ噴射量を決定するための制御マップを、アルコール濃度別に複数記憶している。そしてアフタ噴射量決定部４３０は、複数の制御マップの中から検出されたアルコール濃度に対応する制御マップを選択する。
【００５０】
制御マップが変更されると、以降のアフタ噴射制御では、噴射量決定部４３０において変更後の制御マップを用いてアフタ噴射量が決定される。そしてアフタ噴射制御部４４０によって、決定されたアフタ噴射量が実現されるようインジェクタ２１０が制御される。このように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、アルコール濃度に応じたアフタ噴射制御が行われることになる。
【００５１】
上述したアフタ噴射量を決定するための制御マップは、アルコール濃度が低くなるほど、アフタ噴射が小さくなるように夫々設定されている。よって、アルコール濃度とアフタ噴射量とは、例えば図４に示すような関係となる。
【００５２】
ここでアルコールは、分子中に酸素を含んでおり、軽油と比べると、低セタン価であるため着火に要する時間が長い、低沸点なため燃料気化が早い、低動粘度及び低表面張力により噴霧が微粒化し気化し易いという特性を有している。このため、混合燃料におけるアルコールの混合比率（言い換えれば、アルコール濃度）が増加すると、アフタ噴射によるＰＭの生成量は減少する。逆に、混合燃料におけるアルコールの混合比率が現象すると、アフタ噴射によるＰＭの生成量は増加する。
【００５３】
これに対し本実施形態では、上述したように、アルコール濃度が低い場合にアフタ噴射の噴射量が小さくされる。よって、アルコール濃度が低くなることに起因するＰＭの発生量増加を抑制することができる。即ち、燃料の特性がＰＭを排出し易いものになったとしても、その分噴射量が小さくされることでＰＭの増加が相殺され、全体としてのＰＭ排出量を低減或いは維持することができる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、アルコールを含む混合燃料を使用する内燃機関において、ＰＭの排出量を低減させることが可能である。
【００５５】
尚、上述した実施形態では、アルコール濃度に応じてアフタ噴射量の制御マップが選択されるという方法について説明したが、アルコール濃度が低いほどアフタ噴射量が小さい値として決定されるような方法であれば、他の方法を用いてもよい。即ち、アフタ噴射量を決定するための具体的な方法については、特に限定されない。
【００５６】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５７】
１００…ＥＣＵ、１０１…エアクリーナ、１１０…コンプレッサ、１１３…インタークーラ、１１７…ＥＧＲ管、１１８…ＥＧＲ制御弁、１２０…タービン、１２２…排気浄化触媒、２００…エンジン、２０１…気筒、２０７…吸気管、２０８…スロットル弁、２１０…インジェクタ、３００…燃料タンク、３１０…燃料供給管、３２０…燃料センサ、３３０…アルコール濃度センサ、４１０…給油検出部、４２０…アルコール濃度検出部、４３０…アフタ噴射量決定部、４４０…アフタ噴射制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽油及びアルコールを混合した混合燃料を使用可能な内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関では、複数種類の燃料を混合した混合燃料（例えば、軽油及びアルコールの混合燃料）を使用するものが知られている。混合燃料は、例えば異なる燃料タンクに夫々貯留された後に混合されることで、混合比率が可変とされる場合がある。この場合、混合燃料の混合比率は、内燃機関の運転状況等の各種条件に応じて適宜決定される。例えば特許文献１では、一方の燃料のみが排気ガス性状を悪化させるほどに過剰に噴射されることを防止するため、混合比率が一定濃度の範囲となるよう制御するという技術が提案されている。また特許文献２では、軽油による主噴射が所定時期を超える場合に、アルコールを混合させた噴射を行うようにするという技術が提案されている。特許文献３では、第１段階では軽油、第２段階では軽油＋アルコール、第３段階では軽油のみの３段階噴射を行うという技術が提案されている。
【０００３】
他方で、軽油を用いる内燃機関では、燃料を供給することを主目的とするメイン噴射の後に、微量のアフタ噴射を実施するという技術が提案されている。アフタ噴射によれば、メイン噴射によって発生したＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を再燃焼させることで、ＰＭの排出量を低減できるとされている（例えば、特許文献４及び５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−３０７３０７号公報
【特許文献２】特開２００３−１６１１７８号公報
【特許文献３】特開昭５９−１０８８４４号公報
【特許文献４】特開２００７−１８７１４９号公報
【特許文献５】特開平２００３−２７８５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したアフタ噴射は、ＰＭを再燃焼させることができる一方で、アフタ噴射自身もＰＭを発生させる。このため、アフタ噴射において過剰に噴射を行ってしまうと、逆にＰＭを増加させてしまうおそれがある。よって、アフタ噴射を行う場合には、ＰＭ排出量が増加しないように噴射量が制御されることが好ましい。
【０００６】
具体的には、軽油及びアルコールの混合燃料では、アルコールの混合割合が減少するとアフタ噴射によるＰＭの生成量が増加し、結果的にＰＭの排出量が増加してしまう。よって、軽油及びアルコールの混合燃料を用いる場合は、アルコールの混合割合に応じたアフタ噴射の制御を実施することが好ましいと考えられる。
【０００７】
ここで特許文献１から３には、軽油及びアルコールの混合燃料について記載されているものの、アフタ噴射については何ら記載されていない。また、特許文献４及び５には、アフタ噴射について記載されているものの、軽油及びアルコールの混合燃料を用いる場合については何ら考慮されていない。従って、これらの技術では、アルコールを含む混合燃料において適切なアフタ噴射の制御を行うことができず、ＰＭの排出量を確実に低減できないという技術的問題点がある。
【０００８】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、アルコールを含む混合燃料を使用する内燃機関において、ＰＭの排出量を低減することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の内燃機関の制御装置は上記課題を解決するために、軽油及びアルコールを夫々単独又は混合して燃料とする内燃機関の制御装置であって、前記燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、前記燃料のメイン噴射の後に、アフタ噴射を実施させるアフタ噴射制御手段と、前記燃料中のアルコール濃度が低いほど、前記アフタ噴射における噴射量を小さくするように前記アフタ噴射制御手段を制御する噴射量調整手段とを備える。
【００１０】
本発明に係る内燃機関は、例えば車両に搭載される内燃機関であり、軽油及びアルコールを夫々単独又は混合して燃料として使用することが可能とされている。即ち、本発明に係る内燃機関は、軽油及びアルコールが様々な混合比率で混合された混合燃料によって運転することが可能である。内燃機関は、上述した混合燃料が気筒内部の燃焼室において燃焼した際に発生する力を、ピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的又は機械的な伝達手段を適宜介して駆動力として取り出すことが可能に構成されている。
【００１１】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、上述した内燃機関を制御する制御装置であって、例えば、一又は複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のＥＣＵ（Electronic Controlled Unit）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。
【００１２】
本発明に係る内燃機関の制御装置の動作時には、アルコール濃度検出手段によって、燃料中のアルコール濃度が検出される。アルコール濃度検出手段は、例えば混合燃料が貯留される燃料タンクに設けられるアルコール濃度センサ等を含むものとして構成される。アルコール濃度検出手段は、燃料中のアルコール濃度を具体的な数値として検出するものであってもよいし、燃料中のアルコール濃度が予め設定された基準値より高いか低いかを検出する程度のものであってもよい。
【００１３】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、アフタ噴射制御手段によって、燃料のメイン噴射の後に、アフタ噴射が実施される。尚、ここでの「メイン噴射」とは、内燃機関への燃料の供給を主目的とした噴射であり、例えば内燃機関の負荷（具体的には、スロットル開度やアクセル踏下量等）に応じて噴射量が決定される。一方「アフタ噴射」は、メイン噴射によって発生したＰＭを再燃焼させるために行われる比較的微量の噴射であり、メイン噴射の後に実施される。アフタ噴射を実施可能とすることで、ＰＭの排出量を低減することが可能となる。
【００１４】
ここで本発明では特に、上述したアフタ噴射における燃料噴射量が、噴射量調整手段によって制御されている。具体的には、噴射量調整手段は、燃料中のアルコール濃度が低いほど、アフタ噴射における噴射量を小さくするようにアフタ噴射制御手段を制御する。噴射量調整手段は、例えばアフタ噴射における噴射量を決定するための制御マップをアルコール濃度別に複数記憶しており、検出されたアルコール濃度に応じて制御マップを切替えることで、アルコール濃度に応じた噴射量を決定する。
【００１５】
ここでアルコールは、分子中に酸素を含んでおり、軽油と比べると、低セタン価であるため着火に要する時間が長い、低沸点なため燃料気化が早い、低動粘度及び低表面張力により噴霧が微粒化し気化し易いという特性を有している。このため、混合燃料におけるアルコールの混合比率（言い換えれば、アルコール濃度）が増加すると、アフタ噴射によるＰＭの生成量は減少する。逆に、混合燃料におけるアルコールの混合比率が現象すると、アフタ噴射によるＰＭの生成量は増加する。
【００１６】
しかるに本発明では、上述したように、アルコール濃度が低い場合にアフタ噴射の噴射量が小さくされる。よって、アルコール濃度が低くなることに起因するＰＭの発生量増加を抑制することができる。即ち、燃料の特性がＰＭを排出し易いものになったとしても、その分噴射量が小さくされることでＰＭの増加が相殺され、全体としてのＰＭ排出量を低減或いは維持することができる。
【００１７】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、アルコールを含む混合燃料を使用する内燃機関において、ＰＭの排出量を低減することが可能である。
【００１８】
本発明の内燃機関の制御装置の一態様では、前記燃料の給油を検出する給油検出手段を備え、前記アルコール濃度検出手段は、前記給油が検出される度に前記燃料中のアルコール濃度を検出する。
【００１９】
この態様によれば、内燃機関への給油は、給油検出手段によって監視された状態となる。給油検出手段は、例えば燃料タンクにおける燃料の貯留量を検出するセンサ等を含むものとして構成されており、燃料の貯留量が増加した場合に給油を検出する。
【００２０】
本態様では特に、アルコール検出手段は、上述した給油検出手段によって給油が検出された場合にアルコール濃度を検出する。即ち、アルコール検出手段は、常時或いは定期的にアルコール濃度を検出する訳ではなく、給油が検出された場合（より具体的には、給油が終わった後）にアルコール濃度を検出する。
【００２１】
燃料タンクに貯留されている混合燃料のアルコール濃度は、異なる混合比率の混合燃料が給油された場合に変動する。言い換えれば、混合燃料のアルコール濃度は、給油が行われない限り大きく変動しないと考えられる。従って、給油が検出された場合にアルコール濃度を検出するようにすれば、アルコール濃度が変化し得るタイミングで効率的に検出を行うことができる。
【００２２】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】エンジンシステムの全体構成を示す概略図である。
【図２】ＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態に係る内燃機関の制御装置によるアフタ噴射の制御処理を示すフローチャートである。
【図４】アルコール濃度とアフタ噴射量との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００２５】
先ず、本実施形態に係るエンジンシステム全体の構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、エンジンシステムの全体構成を示す概略図である。尚、図１では、説明の便宜上、エンジンシステムを構成する各要素のうち本実施形態と関わりの深いもののみを選択的に図示しており、その他の要素については適宜図示を省略してある。
【００２６】
図１において、本実施形態に係るエンジンシステムは主に、ＥＣＵ１００と、コンプレッサ１１０と、タービン１２０と、エンジン２００と、燃料タンク３００とを備えて構成されている。
【００２７】
ＥＣＵ１００は、本発明の「内燃機関の制御装置」の一例であり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、エンジンシステムの動作全体を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、例えばＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って各種制御を実行可能に構成されている。ＥＣＵ１００の具体的な構成については、後に詳述する。
【００２８】
コンプレッサ１１０は、流入された空気を圧縮し、圧縮空気として下流に供給する。タービン１２０は、エンジン２００から排気管２１５を介して供給された排気を動力として回転する。タービン１１０は、シャフトを介してコンプレッサ１１０に連結されており、相互に一体に回転することが可能に構成されている。即ち、タービン１２０とコンプレッサ１１０とによって、ターボチャージャが構成されている。
【００２９】
エンジン２００は、例えば自動車等の車両の動力源たるディーゼルエンジンであり、本発明に係る「内燃機関」の一例である。エンジン２００は、シリンダブロック内に気筒２０１が４本直列に配置されてなる直列４気筒エンジンである。
【００３０】
エンジン２００における吸気側（即ち、気筒２０１より上流側）には、エアクリーナ１０１、吸気制御弁１０３、コンプレッサ１１０、インタークーラ１１３及びスロットル弁２０８が設けられている。
【００３１】
エアクリーナ１０１は、外部から吸入した空気を浄化し、吸気管１０２を介して、コンプレッサ１１０へと供給する。エアクリーナから供給される空気量は、吸気制御弁１０３によって制御される。コンプレッサ１１０の下流に設けられたインタークーラ１１３は、吸入空気を冷却して空気の過給効率を上昇させることが可能に構成されている。
【００３２】
インタークーラ１１３の下流には、スロットルバルブ２０８が設置されている。スロットルバルブ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されたスロットルバルブモータ２０９によってその駆動状態が制御される構成となっている。スロットルバルブ２０８は、基本的には不図示のアクセルペダルの開度に応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータ２０９を制御するが、スロットルバルブモータ２０９の動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することも可能である。即ち、スロットルバルブ２０８は、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００３３】
吸気側から気筒２０１内部に導かれた混合気は、圧縮着火方式によって点火せしめられ、気筒２０１内で爆発工程が行われる。爆発工程が行われると、燃焼済みの混合気（一部未燃状態の混合気を含む）は、爆発工程に続く排気工程において、不図示の排気ポートに排出される。排気ポートに排出された排気は、排気管２１５に導かれる。
【００３４】
エンジン２００における排気側（即ち、気筒２０１より下流側）には、ＥＧＲ管１１７と、ＨＰＬＥＧＲ制御弁１１８と、タービン１２０と、排気浄化触媒１２２とが設けられている。
【００３５】
ＥＧＲ管１１７は、エンジン２００から排出された排気管２１５における排気を、エンジン２００の吸気側である吸気管２０７に還流可能である。ＥＧＲ管１１７には、ＥＧＲ制御弁１１８が設けられており、ＥＧＲガスの量が調節可能とされている。ＥＧＲ制御弁１１８は、例えば全開及び全閉の二値的な開閉状態を採り得る電磁開閉弁であり、ＥＣＵ１００と電気的に接続されることによって、その開閉状態がＥＣＵ１００により制御される構成となっている。
【００３６】
排気浄化触媒１２２は、排気管１２１上に設けられており、タービン１２０を通過した排気中に含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ２（二酸化炭素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）を夫々浄化する。
【００３７】
燃料タンク３００は、エンジン２００の燃料となる軽油及びアルコールの混合燃料を貯留している。燃料タンク３００に貯留された燃料は、燃料供給管３１０を介して、気筒２０１に燃料を噴射するインジェクタ２１０へと供給される。尚、インジェクタ２１０における燃料噴射圧力は可変であり、ＥＣＵ１００において制御されている。
【００３８】
燃料タンク３００に貯留されている燃料の量は、燃料センサ３２０によって検出され、ＥＣＵ１００に伝達可能とされている。また、燃料のアルコール濃度が、アルコール濃度センサ３３０によって検出され、ＥＣＵ１００に伝達可能とされている。尚、燃料のアルコール濃度は、燃料タンク３００ではなく、燃料供給管３１０等において検出可能とされてもよい。
【００３９】
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置であるＥＣＵ１００の具体的な構成について、図２を参照して説明する。ここに図２は、ＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【００４０】
図２において、ＥＣＵ１００は、給油検出部４１０と、アルコール濃度検出部４２０と、アフタ噴射量決定部４３０と、アフタ噴射制御部４４０とを備えている。
【００４１】
給油検出部４１０は、本発明の「給油検出手段」の一例であり、燃料タンク３００に対する給油を検出する。具体的には、給油検出部４１０は、燃料タンク３００における燃料の残量を燃料センサ３２０によって検出し、燃料の残量が増加した場合に給油が行われたことを検出する。給油検出部４１０による給油の検出は、アルコール濃度検出部４２０へと伝達可能とされている。
【００４２】
アルコール濃度検出部４２０は、本発明の「アルコール濃度検出手段」の一例であり、燃料タンク３００内に貯留されている燃料のアルコール濃度を検出する。アルコール濃度検出部４２０は、燃料タンク３００に設けられたアルコール濃度センサ３３０を用いて燃料のアルコール濃度を検出する。尚、アルコール濃度は直接的に検出されるのではなく、間接的に算出されるような値（即ち、推定値）であってもよい。検出されたアルコール濃度は、アフタ噴射量決定部４３０へと伝達可能とされている。
【００４３】
アフタ噴射量決定部４３０は、本発明の「噴射量調整手段」の一例であり、アフタ噴射においてインジェクタ２１０から噴射される燃料の量（以下、適宜「アフタ噴射量」と称する）を決定する。具体的には、アフタ噴射量決定部４３０は、アルコール濃度検出部４２０において検出された燃料のアルコール濃度に応じてアフタ噴射量を決定する。但し、アフタ噴射量決定部４３０は、アルコール濃度に加えて他のパラメータを用いてアフタ噴射量を決定してもよい。アフタ噴射量決定部４３０は、例えば燃料のアルコール濃度別にアフタ噴射量の制御マップを複数記憶しており、アルコール濃度に応じて制御マップを切替えてアフタ噴射量を決定する。
【００４４】
アフタ噴射制御部４５０は、本発明の「アフタ噴射制御手段」の一例であり、エンジン２００への燃料の供給を主目的としたメイン噴射の後に、メイン噴射によって発生したＰＭを再燃焼させるためのアフタ噴射を実施するようエンジン２００の各部を制御する。アフタ噴射を実施可能とすることで、ＰＭの排出量を低減することが可能となる。
【００４５】
上述した各部位を含んで構成されたＥＣＵ１００は、一体的に構成された電子制御ユニットであり、上記各部位に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係る上記部位の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各部位は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００４６】
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御装置であるＥＣＵ１００が行う処理及びその効果について、図３及び図４を参照して説明する。ここに図３は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によるアフタ噴射の制御処理を示すフローチャートである。また図４は、アルコール濃度とアフタ噴射量との相関を示すグラフである。
【００４７】
図３において、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作時には、先ず給油検出部４１０によって燃料が給油されたか否かが検出される（ステップＳ１０１）。尚、給油が検出されていない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、以下に示すステップＳ１０２及びＳ１０３の各処理は省略される。
【００４８】
給油検出部４１０によって燃料の給油が検出されると（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、アルコール濃度検出部４２０によって燃料のアルコール濃度が検出される（ステップＳ１０２）。燃料タンク３００に貯留されている混合燃料のアルコール濃度は、異なる混合比率の混合燃料が給油された場合に変動する。言い換えれば、混合燃料のアルコール濃度は、給油が行われない限り大きく変動しないと考えられる。従って、給油が検出された場合にアルコール濃度を検出するようにすれば、アルコール濃度が変化し得るタイミングで効率的に検出を行うことができる。
【００４９】
アルコール濃度が検出されると、アフタ噴射量決定部４３０では、検出されたアルコール濃度に基づいて、アフタ噴射量を決定するための制御マップが変更される（ステップＳ１０３）。具体的には、アフタ噴射量決定部４３０は、アフタ噴射量を決定するための制御マップを、アルコール濃度別に複数記憶している。そしてアフタ噴射量決定部４３０は、複数の制御マップの中から検出されたアルコール濃度に対応する制御マップを選択する。
【００５０】
制御マップが変更されると、以降のアフタ噴射制御では、噴射量決定部４３０において変更後の制御マップを用いてアフタ噴射量が決定される。そしてアフタ噴射制御部４４０によって、決定されたアフタ噴射量が実現されるようインジェクタ２１０が制御される。このように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、アルコール濃度に応じたアフタ噴射制御が行われることになる。
【００５１】
上述したアフタ噴射量を決定するための制御マップは、アルコール濃度が低くなるほど、アフタ噴射が小さくなるように夫々設定されている。よって、アルコール濃度とアフタ噴射量とは、例えば図４に示すような関係となる。
【００５２】
ここでアルコールは、分子中に酸素を含んでおり、軽油と比べると、低セタン価であるため着火に要する時間が長い、低沸点なため燃料気化が早い、低動粘度及び低表面張力により噴霧が微粒化し気化し易いという特性を有している。このため、混合燃料におけるアルコールの混合比率（言い換えれば、アルコール濃度）が増加すると、アフタ噴射によるＰＭの生成量は減少する。逆に、混合燃料におけるアルコールの混合比率が現象すると、アフタ噴射によるＰＭの生成量は増加する。
【００５３】
これに対し本実施形態では、上述したように、アルコール濃度が低い場合にアフタ噴射の噴射量が小さくされる。よって、アルコール濃度が低くなることに起因するＰＭの発生量増加を抑制することができる。即ち、燃料の特性がＰＭを排出し易いものになったとしても、その分噴射量が小さくされることでＰＭの増加が相殺され、全体としてのＰＭ排出量を低減或いは維持することができる。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、アルコールを含む混合燃料を使用する内燃機関において、ＰＭの排出量を低減させることが可能である。
【００５５】
尚、上述した実施形態では、アルコール濃度に応じてアフタ噴射量の制御マップが選択されるという方法について説明したが、アルコール濃度が低いほどアフタ噴射量が小さい値として決定されるような方法であれば、他の方法を用いてもよい。即ち、アフタ噴射量を決定するための具体的な方法については、特に限定されない。
【００５６】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５７】
１００…ＥＣＵ、１０１…エアクリーナ、１１０…コンプレッサ、１１３…インタークーラ、１１７…ＥＧＲ管、１１８…ＥＧＲ制御弁、１２０…タービン、１２２…排気浄化触媒、２００…エンジン、２０１…気筒、２０７…吸気管、２０８…スロットル弁、２１０…インジェクタ、３００…燃料タンク、３１０…燃料供給管、３２０…燃料センサ、３３０…アルコール濃度センサ、４１０…給油検出部、４２０…アルコール濃度検出部、４３０…アフタ噴射量決定部、４４０…アフタ噴射制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽油及びアルコールを夫々単独又は混合して燃料とする内燃機関の制御装置であって、
前記燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
前記燃料のメイン噴射の後に、アフタ噴射を実施させるアフタ噴射制御手段と、
前記燃料中のアルコール濃度が低いほど、前記アフタ噴射における噴射量を小さくするように前記アフタ噴射制御手段を制御する噴射量調整手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料の給油を検出する給油検出手段を備え、
前記アルコール濃度検出手段は、前記給油が検出される度に前記燃料中のアルコール濃度を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
軽油及びアルコールを夫々単独又は混合して燃料とする内燃機関の制御装置であって、
前記燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
前記燃料のメイン噴射の後に、アフタ噴射を実施させるアフタ噴射制御手段と、
前記燃料中のアルコール濃度が低いほど、前記アフタ噴射における噴射量を小さくするように前記アフタ噴射制御手段を制御する噴射量調整手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料の給油を検出する給油検出手段を備え、
前記アルコール濃度検出手段は、前記給油が検出される度に前記燃料中のアルコール濃度を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２５５４２３（Ｐ２０１２−２５５４２３Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３０２２９（Ｐ２０１１−１３０２２９）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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