JP2007177637A

JP2007177637A - 内燃機関の燃料供給装置

Info

Publication number: JP2007177637A
Application number: JP2005374172A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Taniguchi; 聡谷口
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP4696904B2

Abstract

【課題】内燃機関の燃料供給装置において、複数の燃料を混合したときにおいてもその濃度における最大出力を得ることができる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の吸入空気量および所定燃料の濃度に基づいて理論空燃比となる燃料供給量を算出する理論空燃比燃料量算出手段（Ｓ１０４）と、内燃機関の負荷が所定負荷以上の場合であって理論空燃比燃料量算出手段により算出される燃料供給量よりも多くの燃料を供給する場合には、所定燃料の濃度に応じたリッチ度合いとする燃料量変更手段（Ｓ１０６）と、を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の燃料を混合して使用可能な内燃機関の燃料供給装置に関する。

例えばガソリンを燃料とする内燃機関においては、理論空燃比よりもリッチ側（例えば１２．５）で最大の出力を得ることができる。これは、リッチ空燃比とすることにより燃焼温度が低下するので、熱解離を抑制することができるためである。そのため、全負荷状態のときには、理論空燃比よりもリッチにされる。ところで、理論空燃比は燃料により異なる。したがって、複数の燃料を混合する場合には、その混合する割合により理論空燃比が異なる。そのため、燃料の混合割合に基づいて理論空燃比を補正しつつフィードバック制御を行う技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。

また、例えばガソリンを燃料とする内燃機関では、最大出力を得るときに空燃比をリッチとするために、理論空燃比のときの燃料量に対して一定の補正係数を乗じて燃料量の補正を行っている。このような補正を複数の燃料を混合して使用する内燃機関にそのまま適用すると、最大出力が得られない場合がある。これは、燃料の種類が異なると燃焼温度が夫々異なるため、最大出力を得ることができる空燃比も夫々異なるからである。
実公平６−３４５９９号公報特開平５−１８２８２号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の燃料供給装置において、複数の燃料を混合したときにおいてもその濃度における最大出力を得ることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の燃料供給装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の燃料供給装置は、
複数の燃料を混合して用いる内燃機関の燃料供給装置であって、
前記内燃機関へ燃料を供給する燃料供給手段と、
前記内燃機関の負荷を検出または推定する負荷検出手段と、
前記内燃機関に供給される燃料の中で所定の種類の燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段と、
前記内燃機関の吸入空気量を検出または推定する吸入空気量検出手段と、
前記内燃機関の吸入空気量および前記燃料濃度検出手段により検出される濃度に基づいて理論空燃比となる燃料供給量を算出する理論空燃比燃料量算出手段と、
前記負荷検出手段により検出される負荷が所定負荷以上の場合であって前記理論空燃比燃料量算出手段により算出される燃料供給量よりも多くの燃料を供給する場合には、前記燃料濃度検出手段により検出される濃度に応じたリッチ度合いとする燃料量変更手段と、
を具備することを特徴とする。

前記内燃機関は、複数の燃料を混合したものを混合燃料として使用する。混合燃料の理論空燃比は、該混合燃料に含まれる夫々の燃料の理論空燃比と夫々の燃料の割合によって変化する。ここで、夫々の燃料の理論空燃比は、混合されると予想される燃料の理論空燃比として予め得ることができる。また、夫々の燃料の割合は、燃料濃度検出手段により検出することができる。そして、理論空燃比燃料量算出手段は、内燃機関の吸入空気量と混
合燃料の理論空燃比とに基づいて、そのときの吸入空気量における燃料供給量を算出することができる。

ここで、リッチ空燃比にして燃焼温度を低下させると内燃機関の出力が向上する。例えば、燃焼温度の低い燃料の割合が多い混合燃料を用いた場合には、リッチにする度合いは比較的小さくてよい。このように、燃料濃度検出手段により検出される濃度に応じてリッチの度合いを変更することで、そのときの混合燃料における最大出力を得ることができる。なお、「所定負荷」とは、全負荷または全負荷近傍の負荷とすることができ、内燃機関に対して最大出力が要求される負荷としてもよい。

本発明によれば、複数の燃料を混合したときにおいてもその濃度における最大出力を得ることができる。

以下、本発明に係る内燃機関の燃料供給装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の燃料供給装置を適用する内燃機関１、並びにその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクルエンジンである。内燃機関１は、ガソリンおよびアルコールを任意の割合で混合した混合燃料を用いることができる。

内燃機関１には、燃焼室２へ通じる吸気通路３が接続されている。この吸気通路３の途中には、内燃機関１の吸入空気量を測定するエアフローメータ４が取り付けられている。なお、本実施例におけるエアフローメータ４は、本発明における吸入空気量検出手段に相当する。また、エアフローメータ４よりも内燃機関１側の吸気通路３には、スロットル５が設けられている。このスロットル５には、該スロットル５の開度に応じた信号を出力するスロットル開度センサ５１が取り付けられている。このスロットル開度センサ５１の出力信号により内燃機関１の負荷を検出することができる。なお、本実施例ではスロットル開度センサ５１が、本発明における負荷検出手段に相当する。

スロットル５よりも内燃機関１側の吸気通路３には、該吸気通路３内に燃料を噴射する燃料噴射弁６が取り付けられている。なお、本実施例では燃料噴射弁６が、本発明における燃料供給手段に相当する。燃料噴射弁６には、燃料供給管６１が接続され該燃料供給管６１内には燃料が流れている。また、燃料供給管６１には、該燃料供給管６１内を流れる燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ６２が取り付けられている。なお、本実施例ではアルコール濃度センサ６２が、本発明における燃料濃度検出手段に相当する。

一方、内燃機関１には、燃焼室２へ通じる排気通路７が接続されている。この排気通路７の途中には、該排気通路７を流通する排気の空燃比を検出する空燃比センサ８が取り付けられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する。ＥＣＵ１０には、前記センサが電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号が入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁６が電気配線を介して接続され、この燃料噴射弁６は
ＥＣＵ１０により制御される。

そして、本実施例では、内燃機関１が部分負荷で運転されているときには、理論空燃比（または空気過剰率が１）を目標として燃料噴射量が決定される。すなわち、空燃比センサ８により検出される空燃比が理論空燃比となるように、燃料噴射弁６から噴射される燃料量がフィードバック制御される。ここで、理論空燃比は、アルコール濃度により異なる。そのため、アルコール濃度センサ６２により得られるアルコール濃度に基づいて目標となる理論空燃比が決定される。

一方、全負荷およびその近傍では、内燃機関１の出力が最大となる空燃比（以下、出力空燃比という。）を目標として燃料噴射量が決定される。この出力空燃比は、理論空燃比よりもリッチ側で且つアルコール濃度により変わる。そのため、本実施例では、理論空燃比からリッチとする度合いをアルコール濃度に応じて変更する。

次に、本実施例に係る燃料供給量の算出フローについて説明する。図２は、本実施例に係る燃料供給量の算出フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、アルコール濃度が読み込まれる。本ステップでは、燃料のアルコール濃度がアルコール濃度センサ６２により検出され、その値がＥＣＵ１０に記憶される。なお、アルコール濃度センサ６２を用いずに、空燃比センサ８により検出される空燃比に基づいた燃料供給量のフィードバック制御時のフィードバック値からアルコール濃度を推定してもよい。

ステップＳ１０２では、吸入空気量が読み込まれる。本ステップでは、内燃機関１の吸入空気量がエアフローメータ４により検出され、その値がＥＣＵ１０に記憶される。

ステップＳ１０３では、アルコール濃度を０としたときの基本噴射量Ａを算出する。この基本噴射量Ａとは、燃料がガソリンのみと仮定した場合に理論空燃比を得ることができる燃料噴射量である。すなわち、本ステップでは、吸入空気量をガソリンの理論空燃比で除して基本噴射量Ａを算出する。

ステップＳ１０４では、内燃機関１が部分負荷で運転されているときの燃料噴射量を算出する。本ステップでは、混合燃料において理論空燃比を得るための燃料噴射量をアルコール濃度に基づいて算出する。また、燃料噴射弁６から噴射された燃料の吸気通路３への付着量等の内燃機関で通常行われる補正も併せて行う。そして、本ステップでは、次式により燃料噴射量Ｆを算出する。

Ｆ＝（Ａ・Ｃ＋Ｄ）・Ｂ

但し、Ａは基本噴射量、Ｂはアルコール濃度に基づいた補正係数、ＣおよびＤは内燃機関で従来から行われている補正の補正係数である。

アルコール濃度に基づいた補正係数Ｂ（以下、濃度補正係数Ｂという。）は、図３に示したマップに基づいて得ることができる。ここで、図３は、アルコール濃度と濃度補正係数Ｂとの関係を示した図である。アルコール濃度が高いほど燃料噴射量Ｆが多くなるように濃度補正係数Ｂが設定されている。すなわち、アルコール濃度が高いほど混合燃料の理論空燃比が低くなる。これは、ガソリンよりもアルコールの理論空燃比が低いことによる。

そして、基準噴射量Ａは、ガソリンのみの燃料を基準としているため、アルコール濃度が０％のときの濃度補正係数Ｂが１となる。また、アルコール濃度が１００％のとき（図３では、濃度補正係数Ｂが１．５５のとき）には、アルコールのみの燃料を用いたときに理論空燃比を得られる燃料噴射量となる。なお、燃料噴射量Ｆは、従来技術と同様にして求めてもよい。そして、本実施例では、燃料噴射量Ｆを算出するＥＣＵ１０が、本発明における理論空燃比燃料量算出手段に相当する。

ステップＳ１０５では、スロットル５の開度が所定開度以上であるか否か判定される。所定開度とは、内燃機関１が全負荷であるとすることのできる開度である。これは、スロットル５の開度が大きいときに全負荷状態となるからである。また、スロットル５の開度に代えて、吸入空気量が所定量以上であるか否か判定するようにしてもよい。本ステップでは、最大出力を発生させるための燃料増量が必要か否か判定している。すなわち、出力空燃比とする必要があるか否か判定している。ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０６では、燃料噴射量Ｆに出力空燃比補正係数Ｐを乗じた値を新たに燃料噴射量Ｆとする。すなわち、次式により燃料噴射量Ｆを更新する。

Ｆ＝Ｆ・Ｐ

出力空燃比補正係数Ｐは、アルコール濃度に応じて決定される補正係数であり、最大出力を得るための燃料噴射量とするための係数である。この出力空燃比補正係数Ｐは、図４に示したマップに基づいて得ることができる。ここで、図４は、アルコール濃度と出力空燃比補正係数Ｐとの関係を示した図である。ガソリンのみの燃料で最大出力が得られる空気過剰率（例えばλ＝０．８５）と、そのときのアルコール濃度で最大出力が得られる空気過剰率と、の比が空燃比出力空燃比補正係数Ｐとなる。最大出力が得られる空気過剰率は予め実験等により得ることができる。また、本ステップでは、触媒の過熱を抑制するために燃料噴射量の増量制御を行ってもよい。なお、本実施例ではステップＳ１０６の処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明における燃料量変更手段に相当する。

ステップＳ１０７では、空燃比センサ８により得られる空燃比を目標空燃比とするために、燃料噴射量のフィードバック制御を行う。目標空燃比は、そのときのアルコール濃度に応じて決定される例えば理論空燃比であり、予め実験等により求めて設定される。そして、フィードバック制御により新たに燃料噴射量Ｆが設定される。このように、本実施例では、最大出力を得るとき以外には、理論空燃比を目標として燃料噴射量が決定される。このフィードバック制御は従来の技術を用いることもできる。

ステップＳ１０８では、燃料噴射弁６から燃料噴射量Ｆを噴射させるために該燃料噴射弁６の開弁時間が決定され、該開弁時間となるように燃料噴射弁６へ信号が送られる。これにより、そのときの負荷に応じた量の燃料が供給される。

以上説明したように、本実施例によれば、内燃機関１の全負荷およびその近傍の負荷において、アルコール濃度に基づいて燃料噴射量を変更することにより、そのときのアルコール濃度の燃料で最大の出力を得ることができる。

実施例に係る内燃機関の燃料供給装置を適用する内燃機関、並びにその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。実施例に係る燃料供給量の算出フローを示したフローチャートである。アルコール濃度と濃度補正係数Ｂとの関係を示した図である。アルコール濃度と出力空燃比補正係数Ｐとの関係を示した図である。

符号の説明

１内燃機関
２燃焼室
３吸気通路
４エアフローメータ
５スロットル
５１スロットル開度センサ
６燃料噴射弁
６１燃料供給管
６２アルコール濃度センサ
７排気通路
８空燃比センサ
１０ＥＣＵ

Claims

複数の燃料を混合して用いる内燃機関の燃料供給装置であって、
前記内燃機関へ燃料を供給する燃料供給手段と、
前記内燃機関の負荷を検出または推定する負荷検出手段と、
前記内燃機関に供給される燃料の中で所定の種類の燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段と、
前記内燃機関の吸入空気量を検出または推定する吸入空気量検出手段と、
前記内燃機関の吸入空気量および前記燃料濃度検出手段により検出される濃度に基づいて理論空燃比となる燃料供給量を算出する理論空燃比燃料量算出手段と、
前記負荷検出手段により検出される負荷が所定負荷以上の場合であって前記理論空燃比燃料量算出手段により算出される燃料供給量よりも多くの燃料を供給する場合には、前記燃料濃度検出手段により検出される濃度に応じたリッチ度合いとする燃料量変更手段と、
を具備することを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。