JP2007120414A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料タンクに貯留されている混合燃料の混合比率が均一か否か速やかに判定可能な内燃機関を提供する。
【解決手段】ガソリンＧＡとアルコールＡＬとを混合したアルコール混合ガソリンなどの複数の燃料を混合した混合燃料を貯留する燃料タンク１Ａを備えたエンジンにおいて、混合燃料の混合比率を検出するべく混合燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ１０、１１が、燃料タンク１Ａに高さが互いに異なるようにして複数設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガソリン及びアルコールなどの複数の燃料が混合された混合燃料を使用する内燃機関に関する。

ガソリンとアルコールとを混合した混合燃料は、アルコール濃度が低い場合、混合燃料中に水分が一定以上含まれた場合、又は低温時などにガソリンとアルコールとが分離し易くなることが知られている。また、燃料タンク内に貯留されている混合燃料とはアルコール濃度が異なる混合燃料が燃料タンクに給油された場合、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が不均一になるおそれがある。アルコール濃度が不均一の場合又はガソリンとアルコールとが分離している場合などは、安定した性状の混合燃料が供給できないため、内燃機関の燃焼が不安定になるおそれがある。そこで、このような混合燃料を使用する内燃機関において、内燃機関の始動時に検出した混合燃料中のアルコール濃度と前回内燃機関を停止した時の混合燃料中のアルコール濃度とを比較して混合燃料の混合状態を判断すべく、燃料通路にアルコール濃度センサを設けた内燃機関が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開平６−２６４１４号公報 特開平７−１９１２４号公報

従来の内燃機関では、燃料通路にアルコール濃度センサが設けられているため、燃料ポンプが起動され、混合燃料が燃料通路を流れてアルコール濃度センサに到達するまで、混合燃料のアルコール濃度、すなわち混合燃料の混合比率が不均一か否か判定できない。また、混合燃料の混合比率が不均一であると判断できたとしても、燃料通路には混合比率が均一に調整される前の混合燃料が供給されているため、内燃機関の始動時に燃焼が不安定になるおそれがある。

なお、本発明における「均一」の概念は、燃料タンクに貯留されている混合燃料の混合比率が混合燃料の全体において同一の場合、及び燃料タンクに貯留されている混合燃料のうち互いに異なる箇所の混合燃料の混合比率の差が内燃機関を安定に運転可能な許容範囲内に収まる程度である場合の両方を含む。

そこで、本発明は、燃料タンクに貯留されている混合燃料の混合比率が均一か否か速やかに判定可能な内燃機関を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関は、複数の燃料を混合した混合燃料を貯留する燃料タンクを備えた内燃機関において、前記混合燃料の混合比率を検出する混合比率検出手段が、前記燃料タンクに高さが互いに異なるようにして複数設けられていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

燃料タンク内において混合燃料の燃料成分が分離した場合、混合燃料中の軽質の燃料成分が上に集まり、重質の燃料成分が下に集まる。混合燃料に濃度分布が生じた場合、燃料タンクの底部付近では、油面付近よりも重質な燃料成分の濃度が高くなる。そのため、燃料タンクに貯留されている混合燃料の混合比率が燃料タンクの高さ方向において異なる。本発明の内燃機関によれば、燃料タンクに高さが互いに異なるようにして複数の混合比率検出手段を設けたので、これらの混合比率検出手段の検出結果を比較することによって混合燃料の混合比率が均一か否か速やかに判定できる。なお、以降、混合燃料が軽質な燃料成分と重質な燃料成分とに分離することを相分離と呼ぶこともある。

本発明の内燃機関の一形態において、前記燃料タンクは、その内部にフロート部材を備え、前記燃料タンクに設けられた複数の混合比率検出手段のうちの一つが前記フロート部材に設けられるとともに前記複数の混合比率検出手段のうちの他の一つが前記燃料タンクの底面に設けられていてもよい（請求項２）。このように燃料タンク内に設けられたフロート部材に混合比率検出手段を設けることで、燃料タンクに貯留されている混合燃料の量に係わらず油面付近の混合燃料の混合比率を確実に検出できる。相分離した軽質な燃料成分は油面付近に集まり易く、相分離した重質な燃料成分は燃料タンクの底部に集まり易い。また、混合燃料に濃度分布が生じた場合は、燃料タンクの底部付近の重質な燃料成分の濃度が油面付近よりも高くなる。この形態では、複数の混合比率検出手段のうちの一つが油面付近の混合燃料の混合比率を検出し、他の一つが燃料タンクの底部の混合燃料の混合比率を検出するので、混合燃料の混合比率が均一か否か速やかに判定できる。

本発明の内燃機関の一形態は、前記燃料タンクの底面が傾斜しており、前記燃料タンクの底面に設けられる混合比率検出手段は、前記燃料タンクの底面のうちの最も低い位置に配置されていてもよい（請求項３）。このような位置に混合比率検出手段を設けることで、相分離した重質な燃料成分、又は重質な燃料成分の濃度が高い混合燃料を混合比率検出手段の周囲に集めることができる。そのため、燃料タンクに貯留されている混合燃料の量が少ない場合、又は混合燃料に含まれている重質な燃料成分が少ない場合などでも速やかに混合燃料の混合比率が均一か否か判定できる。

本発明の内燃機関の一形態において、前記燃料タンクは前記燃料タンクの底面の一部が外側に突出して形成される溜り部を備え、前記燃料タンクの底面に設けられる混合比率検出手段は前記溜り部に配置されていてもよい（請求項４）。この場合、相分離した重質な燃料成分、又は重質な燃料成分の濃度が高い混合燃料を溜り部に設けられた混合比率検出手段の周囲に集めることができる。そのため、さらに速やかに混合燃料の混合比率が均一か否か判定できる。

本発明の内燃機関の一形態において、前記混合燃料はガソリンとアルコールとが混合された燃料であり、前記混合比率検出手段は混合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であってもよい（請求項５）。このようにガソリンとアルコールとを混合した混合燃料が相分離すると、ガソリンよりも重いアルコールが燃料タンクの底部に集まる。そのため、燃料タンクの底部付近の混合燃料のアルコール濃度と油面付近の混合燃料のアルコール濃度との間に濃度差が生じる。そこで、燃料タンクに高さが互いに異なるように設けた複数のアルコール濃度検出手段によって異なる高さの混合燃料中のアルコール濃度を検出し、それら検出したアルコール濃度を比較することで、混合燃料の混合比率が均一か否か判定できる。

以上に説明したように、本発明によれば、燃料タンクに高さが互いに異なるようにして複数の混合比率検出手段を設けたので、これらの混合比率検出手段の検出結果を比較することで速やかに燃料タンク内の混合燃料の混合比率が均一か否か判定できる。

図１は、本発明の一形態に係る内燃機関の燃料タンクを示している。図１の燃料タンク１Ａを備えた内燃機関（以下、エンジンと称することもある。）は、ガソリンとアルコールとを混合した混合燃料、いわゆるアルコール混合ガソリンにて運転可能であり、燃料タンク１Ａにはこの混合燃料が貯留される。図１に示したように、燃料タンク１Ａには、燃料タンク１Ａ内に貯留されている混合燃料をストレーナ３を介して吸い上げてエンジンの機関本体（不図示）に送る燃料ポンプ２と、燃料タンク１Ａに混合燃料を給油するための燃料給油通路４と、給油時に燃料タンク１Ａ内の空気を抜くためのブリーザ通路５と、燃料タンク１Ａに貯留されている混合燃料の量に対応した信号を出力する燃料量センサ６とを備えている。燃料ポンプ２は、燃料タンク１Ａから吸い上げた混合燃料のうち機関本体に送られなかった余剰分を燃料タンク１Ａに戻すリターン通路７を備えている。燃料量センサ６は、燃料タンク１Ａ内に設けられるフロート部材としてのフロート８と、一端９ａが燃料ポンプ２に回転可能に取り付けられるとともに他端にフロート８が設けられるアーム９とを備え、燃料タンク１Ａに貯留されている混合燃料の油面とともに移動するフロート８の位置によって燃料タンク１Ａ内に貯留されている混合燃料の量を検出する。これらの部分は周知の燃料タンクのものと同様でよいため、ここでの詳細な説明は省略する。

燃料タンク１Ａには、混合燃料のアルコール濃度に対応した信号を出力するアルコール濃度検出手段としてのアルコール濃度センサ１０、１１が燃料タンク１Ａの底面１ａ及びフロート８にそれぞれ設けられている。なお、以降、燃料タンク１Ａの底面１ａに設けられたアルコール濃度センサ１０を第１のアルコール濃度センサ１０と呼び、フロート８に設けられたアルコール濃度センサ１１を第２のアルコール濃度センサ１１と呼ぶこともある。図１に示したように燃料タンク１Ａの底面１ａは側面から中央に向かって下り勾配を描くように傾斜しており、底面１ａに設けられる第１のアルコール濃度センサ１０は、燃料タンク１Ａの底部に集まった混合燃料のアルコール濃度を検出するように底面１ａのうちの最も低い位置に配置される。フロート８に設けられる第２のアルコール濃度センサ１１は、フロート８とともに移動するように設けられ、油面付近の混合燃料のアルコール濃度を検出するようにフロート８に取り付けられる。また、燃料タンク１Ａは、その内部に貯留されている混合燃料を循環させて攪拌するための燃料循環通路１２と、循環ポンプ１３とを備えている。図１に示したように燃料循環通路１２の一端は底面１ａに接続され、他端は燃料タンク１Ａの天井面に接続される。この他端の接続位置は燃料タンク１Ａの天井面に限らず、燃料タンク１Ａ内の混合燃料を循環することによって攪拌可能、かつ燃料量センサ６の検出精度及び第２のアルコール濃度センサ１１の検出精度に影響を与えない種々の場所に接続してよい。

循環ポンプ１３の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０によって制御される。ＥＣＵ２０は、マイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、例えば燃料ポンプ２などの動作を制御してエンジンの運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ２０には、循環ポンプ１３の動作を制御するために必要な情報を取得する手段として第１及び第２のアルコール濃度センサ１０、１１が接続されている。

図２は、ＥＣＵ２０が循環ポンプ１３の動作を制御するために実行する燃料循環制御ルーチンのフローチャートを示している。図２の制御ルーチンは、ＥＣＵ２０の動作中に所定の周期で繰り返し実行される。

図２の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、まずステップＳ１１において第１のアルコール濃度センサ１０の検出値を取得する。続くステップＳ１２においてＥＣＵ２０は第２のアルコール濃度センサ１１の検出値を取得する。

次のステップＳ１３においてＥＵＣ２０は、燃料タンク１Ａ内の混合燃料が相分離しているか否か判定する。図１に一例を示したように燃料タンク１Ａ内において混合燃料であるアルコール混合ガソリンがガソリンとアルコールとに相分離した場合、ガソリンＧＡよりも重いアルコールＡＬが燃料タンク１Ａの底部に集まる。そのため、第１のアルコール濃度センサ１０の検出値が第２のアルコール濃度センサ１１の検出値よりも高くなると考えられる。そこで、例えば、第１のアルコール濃度センサ１０の検出値と第２のアルコール濃度センサ１１の検出値とが異なる場合、すなわち油面付近の混合燃料のアルコール濃度と燃料タンク１Ａの底部の混合燃料のアルコール濃度との間に差（以降、濃度差と呼ぶことがある。）がある場合に混合燃料が相分離していると判断し、濃度差が殆どゼロの場合に混合燃料が相分離していないと判断する。なお、予めエンジンを安定に運転可能な濃度差を実験などで求めて許容値として設定し、濃度差が許容値よりも大きい場合に混合燃料が相分離していると判断し、濃度差が許容値以下の場合に混合燃料が相分離していないと判断してもよい。このように相分離を判定することで、ＥＣＵ２０は相分離判定手段として機能する。

混合燃料が相分離していると判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ２０は循環ポンプ１３を起動する。なお、既に循環ポンプ１３が起動されていた場合は、そのまま循環ポンプ１３の動作させ続ける。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、混合燃料が相分離していないと判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ２０は循環ポンプ１３を停止する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図３は、図２の制御ルーチンを実行して燃料タンク１Ａ内の混合燃料を攪拌した場合の第１のアルコール濃度センサ１０の検出値及び第２のアルコール濃度センサ１１の検出値の時間変化の一例を示している。なお、図３の横軸は時間を示し、縦軸はアルコール濃度を示している。また、図３の線Ｌ１は第１のアルコール濃度センサ１０の検出値を示し、線Ｌ２は第２のアルコール濃度センサ１１の検出値を示している。図３では、時刻Ｔ０において循環ポンプ１３が起動されて燃料タンク１Ａ内の混合燃料の攪拌が開始される。その後、この攪拌によって第１のアルコール濃度センサ１０の検出値と第２のアルコール濃度センサ１１の検出値が徐々に近付き、時刻Ｔ１において濃度差が殆どゼロになる。図２の制御ルーチンでは、図３の時刻Ｔ１以前（図３の時刻Ｔ１よりも左側の領域）において混合燃料が相分離している、すなわちアルコール濃度が不均一であると判断し、時刻Ｔ１以降（図３の時刻Ｔ１よりも右側の領域）において混合燃料が相分離していない、すなわちアルコール濃度が均一であると判断する。

このように本発明の内燃機関によれば、燃料タンク１Ａの底面１ａ及びフロート８にそれぞれアルコール濃度センサ１０、１１を設けたので、これらのアルコール濃度センサ１０、１１の検出値を比較することによって燃料タンク１Ａ内の混合燃料が相分離しているか否か、すなわち混合燃料の混合比率が均一であるか否か速やかに判定できる。また、燃料タンク１Ａに貯留されている混合燃料に濃度分布が生じた場合、アルコール濃度の高い混合燃料が燃料タンク１Ａの底部付近に集まり、アルコール濃度の低い混合燃料は油面付近に集まる。そのため、この形態によれば混合燃料に濃度分布が生じたか否かも速やかに判定できる。

第２のアルコール濃度センサ１１をフロート８に設けたので、燃料タンク１Ａに貯留されている混合燃料の量に係わらず油面近傍の混合燃料のアルコール濃度を検出できる。一方、第１のアルコール濃度センサ１０は、燃料タンク１Ａの底面１ａのうちの最も低い位置に配置されるので、混合燃料が相分離してアルコールが底部に集まった際に速やかにアルコール濃度の変化を検出できる。混合燃料としてアルコール混合ガソリンが使用される場合、混合燃料中のアルコール濃度を検出することによって混合燃料の混合比率を取得できる。そのため、この形態ではアルコール濃度センサ１０、１１が本発明の混合比率検出手段として機能する。

図４は、本発明の内燃機関に設けられる燃料タンクの他の形態を示している。なお、図４において図１と共通の部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図４に示したようにこの形態の燃料タンク１Ｂは、底面１ａが側面から中央に向かって外側に膨らむカーブを描くように傾斜している点が異なる。なお、燃料タンク１Ｂにおいても第１のアルコール濃度センサ１０は、底面１ａのうちの最も低い位置に設けられる。燃料タンク１Ｂの底面１ａがこのような形状を有していても、相分離したアルコールを底面１ａのうちの最も低い位置に設けることができるので、速やかに混合燃料中のアルコール濃度の変化を検出できる。そのため。混合燃料が相分離しているか否か速やかに判定できる。

図５は、本発明の内燃機関に設けられる燃料タンクのさらに他の形態を示している。なお、図５において図１と共通の部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図５に示したようにこの形態の燃料タンク１Ｃは、底面１ａの最も低い位置に底面１ａの一部が外側に突出して形成される溜り部３０を備えている点が異なる。また、この形態では第１のアルコール濃度センサ１０が、溜り部３０に配置される。相分離したアルコールは燃料タンク１Ａの底面１ａの最も低い位置に集まるため、溜り部３０に相分離したアルコールを集めることができる。そのため、第１のアルコール濃度センサ１０の周囲にアルコールを集めることができる。この場合、混合燃料から相分離したアルコールの量が少量であっても、その少量のアルコールを溜り部３０に集めることができるので、第１のアルコール濃度センサ１０によって混合燃料中のアルコール濃度の変化を速やかに検出できる。そのため、混合燃料が相分離しているか否か速やかに判定できる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の内燃機関に使用される混合燃料はアルコールとガソリンとを混合したアルコール混合ガソリンに限定されない。相分離する複数の燃料が混合された混合燃料を使用してよい。この場合、混合燃料が相分離すると、混合燃料中の軽質な成分が上に集まり、重質な成分が下に集まるので、燃料タンクの互いに異なる高さにおける混合燃料の混合比率が異なる。そのため、燃料タンクに高さが互いに異なるようにして混合比率を検出する手段を設けることによって混合燃料の混合比率が均一か否か速やかに判定できる。

燃料タンクにアルコール濃度センサなどの混合比率検出手段を設ける位置はフロート及び底面に限定されない。例えば、燃料タンクの側面などに燃料タンクに貯留されている混合燃料の混合比率が検出でき、かつ互いに高さが異なるようにして複数の混合比率検出手段が設けられていてもよい。また、燃料タンクに設けるアルコール濃度センサなどの混合比率検出手段の数は２個に限定されない。３個以上の混合比率検出手段を燃料タンクに高さが互いに異なるようにして設けてもよい。このように燃料タンクに設ける混合比率検出手段の数を増加させることによって燃料タンクの高さ方向における混合燃料の混合比率の変化をより細かく把握できる。

本発明の一形態に係る内燃機関の燃料タンクを示す図。 ＥＣＵが実行する燃料循環制御ルーチンを示すフローチャート。 混合燃料を攪拌した場合の第１のアルコール濃度センサの検出値及び第２のアルコール濃度センサの検出値の時間変化の一例を示す図。 本発明の内燃機関に設けられる燃料タンクの他の形態を示す図。 本発明の内燃機関に設けられる燃料タンクのさらに他の形態を示す図。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 燃料タンク
１ａ 底面
８ フロート（フロート部材）
１０ 第１のアルコール濃度センサ（混合比率検出手段、アルコール濃度検出手段）
１１ 第２のアルコール濃度センサ（混合比率検出手段、アルコール濃度検出手段）
３０ 溜り部
ＧＡ ガソリン
ＡＬ アルコール

Claims (5)

1. 複数の燃料を混合した混合燃料を貯留する燃料タンクを備えた内燃機関において、
   前記混合燃料の混合比率を検出する混合比率検出手段が、前記燃料タンクに高さが互いに異なるようにして複数設けられていることを特徴とする内燃機関。
2. 前記燃料タンクは、その内部にフロート部材を備え、
   前記燃料タンクに設けられた複数の混合比率検出手段のうちの一つが前記フロート部材に設けられるとともに前記複数の混合比率検出手段のうちの他の一つが前記燃料タンクの底面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記燃料タンクの底面が傾斜しており、
   前記燃料タンクの底面に設けられる混合比率検出手段は、前記燃料タンクの底面のうちの最も低い位置に配置されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記燃料タンクは前記燃料タンクの底面の一部が外側に突出して形成される溜り部を備え、
   前記燃料タンクの底面に設けられる混合比率検出手段は前記溜り部に配置されることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関。
5. 前記混合燃料はガソリンとアルコールとが混合された燃料であり、
   前記混合比率検出手段は混合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であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関。
   
   

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