JP2008133726A - アルコール燃料内燃機関 - Google Patents

アルコール燃料内燃機関 Download PDF

Info

Publication number
JP2008133726A
JP2008133726A JP2006318102A JP2006318102A JP2008133726A JP 2008133726 A JP2008133726 A JP 2008133726A JP 2006318102 A JP2006318102 A JP 2006318102A JP 2006318102 A JP2006318102 A JP 2006318102A JP 2008133726 A JP2008133726 A JP 2008133726A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
alcohol
fuel
internal combustion
combustion engine
supply amount
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2006318102A
Other languages
English (en)
Inventor
Daisuke Uchida
大輔 内田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2006318102A priority Critical patent/JP2008133726A/ja
Priority to PCT/JP2007/072496 priority patent/WO2008065936A1/ja
Publication of JP2008133726A publication Critical patent/JP2008133726A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0649—Liquid fuels having different boiling temperatures, volatilities, densities, viscosities, cetane or octane numbers
    • F02D19/0652—Biofuels, e.g. plant oils
    • F02D19/0655—Biofuels, e.g. plant oils at least one fuel being an alcohol, e.g. ethanol
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0673—Valves; Pressure or flow regulators; Mixers
    • F02D19/0676—Multi-way valves; Switch-over valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/081—Adjusting the fuel composition or mixing ratio; Transitioning from one fuel to the other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0686—Injectors
    • F02D19/0694—Injectors operating with a plurality of fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D2041/0265—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to decrease temperature of the exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0802—Temperature of the exhaust gas treatment apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

【課題】アルコール燃料内燃機関に関し、無駄なエネルギ消費を抑えつつ排気温度を下げて触媒の劣化を防止できるようにする。
【解決手段】通常は所定の基本混合割合に従ってアルコール及び化石燃料を供給する。しかし、触媒の温度が所定の基準温度を超えたとき或いは基準温度を超えると予想されるときには、アルコール供給量を基本混合割合から決まる供給量よりも増量する。
【選択図】図２

Description

本発明は、アルコールと化石燃料とが混合した混合燃料を使用するアルコール燃料内燃機関に関する。
近年、ガソリンや軽油のような化石燃料の代替燃料として、アルコールと化石燃料とを混合させた混合燃料が注目されている。特許文献２及び３には、そのような燃料を使用するアルコール燃料内燃機関に関する技術が開示されている。特許文献２及び３に開示された技術は、詳しくは、アルコール燃料内燃機関における排気ガスの浄化技術に関する。
アルコール燃料内燃機関においても、排気ガスの浄化には触媒が用いられる。触媒は温度の上昇によってその浄化能力が活性するが、温度が高くなりすぎると貴金属のシンタリングが起きて性能が劣化してしまう。触媒の温度は、触媒が排気ガスから受ける熱の供給によって上昇する。したがって、前記のような触媒の劣化を防止するためには、触媒が過熱しないように触媒に流入する排気ガスの温度を抑える必要がある。
特許文献１には、過熱による触媒の劣化を防止するための技術が開示されている。特許文献１に開示された技術では、内燃機関の運転域が特定の高温域（触媒劣化高温域）にあるときには、燃料噴射量を目標空燃比から決まる量よりも増量するようにしている。燃料は気化する際に周囲のガスから熱（気化潜熱）を奪う。したがって、燃料噴射量を増量すれば、それだけ気化潜熱を大きくすることができ、燃焼室内のガス温度を効果的に低下させることができる。
特開２００６−７０８９１号公報 特開平２−１９９２１４号公報 実開平３−１９４２０号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術において触媒劣化高温域で増量される燃料は、排気ガスの冷却には有効ではあるものの、内燃機関の出力には寄与しない。つまり、その燃料が有するエネルギは無駄に消費されることになる。過熱による触媒の劣化は確実に防止する必要があるが、無駄なエネルギ消費も可能な限り抑えたい。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、無駄なエネルギ消費を抑えつつ排気温度を下げて触媒の劣化を防止できるようにしたアルコール燃料内燃機関に関する。
第１の発明は、上記の目的を達成するため、アルコールと化石燃料とが混合した混合燃料を燃焼させ、前記混合燃料の燃焼によって生成された排気ガスを浄化する触媒を備えたアルコール燃料内燃機関において、
所定の基本混合割合に従ってアルコール及び化石燃料を供給する供給手段と、
前記触媒の温度が所定の上限温度を超えたとき或いは前記上限温度を超えると予想されるときにはアルコール供給量を前記基本混合割合から決まる供給量よりも増量するアルコール供給量補正手段と、
を備えることを特徴としている。
第２の発明は、第１の発明において、
前記アルコール供給量補正手段は、前記基本混合割合から決まるアルコール及び化石燃料の各供給量のもとでの前記触媒の温度を予測し、その予測温度が前記上限温度よりも高いほど、アルコール供給量の補正を大きくすることを特徴としている。
第３の発明は、第１又は第２の発明において、
アルコール供給量の補正の前後において空気過剰率に変化が生じないように化石燃料供給量を前記基本混合割合から決まる供給量よりも減量する化石燃料供給量補正手段をさらに備えることを特徴としている。
第４の発明は、第３の発明において、
前記燃料供給手段は、空気過剰率が一定或いは略一定になるように前記基本混合割合に従いアルコール及び化石燃料を供給していることを特徴としている。
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
アルコール供給量の補正の前後において前記内燃機関のトルクに変化が生じないように吸入空気量を調整する吸入空気量調整手段をさらに備えることを特徴としている。
第６の発明は、第１又は第２の発明において、
アルコール供給量の補正の前後において前記内燃機関のトルクに変化が生じないように化石燃料供給量を前記基本混合割合から決まる供給量よりも減量する化石燃料供給量補正手段をさらに備えることを特徴としている。
第７の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
アルコール供給量の補正の前後において前記内燃機関のトルクに変化が生じないように点火時期を調整する点火時期調整手段をさらに備えることを特徴としている。
第８の発明は、上記の目的を達成するため、アルコールと化石燃料とが混合した混合燃料を燃焼させ、前記混合燃料の燃焼によって生成された排気ガスを浄化する触媒を備えたアルコール燃料内燃機関において、
アルコールと化石燃料とを混合させて得られた混合燃料を供給する燃料供給手段と、
前記触媒の温度が所定の上限温度を超えたとき或いは前記上限温度を超えると予想されるときには、前記混合燃料中のアルコールの濃度を所定の基本アルコール濃度よりも高くするアルコール濃度補正手段と、
を備えることを特徴としている。
第９の発明は、第８の発明において、
前記アルコール濃度補正手段は、前記基本アルコール濃度のもとでの前記触媒の温度を予測し、その予測温度が前記上限温度よりも高いほど、アルコール濃度の補正を大きくすることを特徴としている。
第１０の発明は、第８又は第９の発明において、
アルコール濃度の補正の前後において空気過剰率に変化が生じないように前記混合燃料の供給量を増量する燃料供給量補正手段をさらに備えることを特徴としている。
第１１の発明は、第１０の発明において、
前記燃料供給手段は、空気過剰率が一定或いは略一定になるように前記基本混合割合に従いアルコール及び化石燃料を供給していることを特徴としている。
第１２の発明は、第８乃至第１１の何れか１つの発明において、
アルコール濃度の補正の前後において前記内燃機関のトルクに変化が生じないように吸入空気量を調整する吸入空気量調整手段をさらに備えることを特徴としている。
第１３の発明は、第８又は第９の発明において、
アルコール濃度の補正の前後において前記内燃機関のトルクに変化が生じないように前記混合燃料の供給量を増量する燃料供給量補正手段をさらに備えることを特徴としている。
第１４の発明は、第８乃至第１１の何れか１つの発明において、
アルコール濃度の補正の前後において前記内燃機関のトルクに変化が生じないように点火時期を調整する点火時期調整手段をさらに備えることを特徴としている。
第１の発明によれば、過熱による触媒の劣化のおそれがある状況では、アルコール供給量が増量される。アルコール供給量を増量することで、アルコールの気化潜熱によって燃焼室内を冷却することができる。また、アルコールは組成に酸素を含むために燃焼速度が速い。このため、排気バルブが開いた時点での燃焼室内のガス温度を相対的に低くすることができる。その結果、触媒に流入する排気ガスの温度を低下させることができる。また、化石燃料と比較した場合、アルコールは単位重量当たりの気化潜熱が大きいので、化石燃料供給量を増量する場合に比較して少ない増量で同等の冷却効果を得ることができる。しかも、アルコールは化石燃料に比較して単位重量当たりの発熱量が小さいので、同等の冷却効果を得るために無駄になるエネルギは化石燃料を増量する場合に比較して格段に少なくて済む。つまり、第１の発明によれば、過熱による触媒の劣化を確実に防止しつつ、エネルギの無駄を抑えることができる。
第２の発明によれば、過熱による触媒の劣化のおそれが高いほどアルコール供給量の増量が大きくされるので、過熱による触媒の劣化をより確実に防止することができる。
第３の発明によれば、アルコール供給量の増量にあわせて化石燃料供給量が減量されることで、空気過剰率の変化を防止することができ、空気過剰率の変化によるエミッションの悪化を招くことなく過熱による触媒の劣化を防止することが可能になる。
第４の発明によれば、空気過剰率が常に一定或いは略一定に保たれるようにアルコール及び化石燃料の各供給量が制御されることで、触媒における浄化効率を維持することができる。
第５の発明によれば、アルコール供給量の増量にあわせて吸入空気量が調整されることで、内燃機関のトルク変化を防止することができ、トルク変化によるドライバビリティの悪化を招くことなく過熱による触媒の劣化を防止することが可能になる。
第６の発明によれば、アルコール供給量の増量にあわせて化石燃料供給量が減量されることで、内燃機関のトルク変化を防止することができ、トルク変化によるドライバビリティの悪化を招くことなく過熱による触媒の劣化を防止することが可能になる。
第７の発明によれば、アルコール供給量の増量にあわせて点火時期が調整されることで、内燃機関のトルク変化を防止することができ、トルク変化によるドライバビリティの悪化を招くことなく過熱による触媒の劣化を防止することが可能になる。
第８の発明によれば、過熱による触媒の劣化のおそれがある状況では、混合燃料中のアルコールの濃度が増大補正される。アルコールは単位重量当たりの気化潜熱が大きいので、アルコールの濃度を増大させることで、アルコールの気化潜熱によって燃焼室内を冷却することができる。また、アルコールは組成に酸素を含むために燃焼速度が速い。このため、排気バルブが開いた時点での燃焼室内のガス温度を相対的に低くすることができる。その結果、触媒に流入する排気ガスの温度を低下させることができる。さらに、アルコールは化石燃料に比較して単位重量当たりの発熱量が小さいので、同等の冷却効果を得るために無駄になるエネルギは化石燃料の増量によって燃焼温度を低下させる場合に比較して格段に少なくて済む。つまり、第１０の発明によれば、過熱による触媒の劣化を確実に防止しつつ、エネルギの無駄を抑えることができる。
第９の発明によれば、過熱による触媒の劣化のおそれが高いほど混合燃料中のアルコールの濃度が高くされるので、過熱による触媒の劣化をより確実に防止することができる。
第１０の発明によれば、アルコール濃度の補正の前後において混合燃料の供給量が増量されることで、空気過剰率の変化を防止することができ、空気過剰率の変化によるエミッションの悪化を招くことなく過熱による触媒の劣化を防止することが可能になる。
第１１の発明によれば、空気過剰率が常に一定或いは略一定に保たれるようにアルコール及び化石燃料の各供給量が制御されることで、触媒における浄化効率を維持することができる。
第１２の発明によれば、アルコール濃度の補正の前後において吸入空気量が調整されることで、内燃機関のトルク変化を防止することができ、トルク変化によるドライバビリティの悪化を招くことなく過熱による触媒の劣化を防止することが可能になる。
第１３の発明によれば、アルコール濃度の補正の前後において混合燃料の供給量が増量されることで、内燃機関のトルク変化を防止することができ、トルク変化によるドライバビリティの悪化を招くことなく過熱による触媒の劣化を防止することが可能になる。
第１４の発明によれば、アルコール濃度の補正の前後において点火時期が調整されることで、内燃機関のトルク変化を防止することができ、トルク変化によるドライバビリティの悪化を招くことなく過熱による触媒の劣化を防止することが可能になる。
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形態としてのアルコール燃料内燃機関のシステムの概略図である。この図に示すように、アルコール燃料内燃機関の本体（以下、エンジン本体）２には、吸気通路４と排気通路６とが接続されている。吸気通路４にはスロットル８が配置され、さらにスロットル８の下流に燃料噴射弁１２が取り付けられている。図では燃料噴射弁１２は１つのみ示しているが、これは図の簡略化のためであって、実際には燃料噴射弁１２は気筒毎に設けられている。排気通路６には排気ガスを浄化するための触媒１０が配置されている。
このシステムには、ガソリンが溜められたガソリンタンク１４と、アルコールとガソリンとの混合燃料（以下、アルコール混合燃料）が溜められたアルコール混合燃料タンク１６とが配備されている。アルコール混合燃料タンク１６内のアルコール混合燃料は予め所定のアルコール濃度に調整されている。ガソリンタンク１４内のガソリンはポンプ１８によって吸い上げられて調合装置２２に供給される。また、アルコール混合燃料タンク１６内のアルコール混合燃料はポンプ２０によって吸い上げられて調合装置２２に供給される。調合装置２２は、アルコール混合燃料にガソリンを混合させることで、アルコール混合燃料のアルコール濃度（別の表現をすれば、アルコールとガソリンとの混合割合）を調整する装置である。調合装置２２でアルコール濃度を調整されたアルコール混合燃料は燃料噴射弁１２に供給され、燃料噴射弁１２からエンジン本体２に噴射される。
また、このシステムには、システムの動作を制御する制御装置３０が備えられる。制御装置３０の出力部には前述の燃料噴射弁１２、調合装置２２、スロットル８等の種々の機器が接続されている。燃料噴射弁１２の制御によって燃料噴射量を調整することができる。調合装置２２の制御によってアルコール混合燃料のアルコール濃度を調整することができる。また、スロットル８の制御によって吸入空気量を調整することができる。制御装置３０の入力部には、アクセル開度、エンジン回転数、吸気温度等のエンジン本体２の運転状態に関係する種々の情報が入力されている。制御装置３０は、これら種々の情報に基づき所定の制御プログラムにしたがって各機器を制御している。
制御装置３０が実行するエンジン制御の１つとして、触媒１０の過熱を防止するための燃料制御がある。触媒１０の温度は、排気ガスから触媒１０への熱の供給によって上昇することから、触媒１０の過熱を防止するためには排気ガスの温度上昇を抑える必要がある。その方法としては、燃料が気化する際の気化潜熱を利用して燃焼室内を冷却することが有効である。本実施の形態にかかるエンジン制御では、燃焼室内を冷却するための燃料として、ガソリンではなくアルコールを利用する。つまり、アルコールの噴射量を増大させる。
アルコールはその組成に酸素を含むため、ガソリンと比較して燃焼速度が速い。これにより、排気バルブが開いた時点での燃焼室内のガス温度を相対的に低くすることが可能であり、その結果、触媒１０に流入する排気ガスの温度を低下させることができる。また、ガソリンのような化石燃料と比較すると、アルコールは単位重量当たりの気化潜熱が大きい。したがって、ガソリンの噴射量を増やす場合に比較して、少ない増量で同等の冷却効果を得ることができる。しかも、アルコールはガソリンに比較して単位重量当たりの発熱量が小さいので、同等の冷却効果を得るために無駄になるエネルギはガソリンの噴射量を増やす場合に比較して格段に少なくて済む。
このように、アルコール混合燃料に含まれるアルコールを利用して燃焼室内を冷却することとすれば、触媒１０の過熱を確実に防止しつつ、エネルギの無駄を抑えることができる。以下では、本実施の形態において実行されるエンジン制御の内容について、図２乃至図４を参照してより具体的に説明する。
図２は、触媒１０の過熱を防止するためのエンジン制御の内容をタイムチャートで示す図である。図２では、調合装置２２で調整されるアルコール混合燃料のアルコール濃度と触媒１０の温度との関係が示されている。図２中に破線で示すアルコール濃度は、調合装置２２で調整されるアルコール濃度の基本値である。この基本値は、燃料消費率、トルク、排気エミッション等の総合的な観点から決定されている。通常は、アルコール濃度が基本値になるようにアルコールとガソリンとの混合割合が調整されている。
図２中に破線で示す触媒温度の変化は、アルコール濃度を基本値に維持して内燃機関の運転を行ったときの触媒温度の変化を示している。アルコール濃度を常に基本値に維持したままだと、高回転高負荷運転時には排気温度の上昇によって触媒温度が上昇し、その上限温度を超えてしまうおそれがある。上限温度とは、それ以下であれば触媒１０の熱劣化は回避できる温度の上限値であり、触媒温度が上限温度を超えてしまうと過熱による触媒１０の劣化が起きる可能性が格段に高くなってしまう。
そこで、本実施の形態にかかるエンジン制御では、図２中に実線で示すように、基本値のままでは触媒温度が上限温度を超えると予想されるときには、アルコール濃度を基本値よりも高い値に設定する。アルコール混合燃料のアルコール濃度を増大させることで、アルコール燃料の噴射量は相対的に増大することになる。その結果、アルコールの気化潜熱によって燃焼室内を冷却して排気温度を下げることができ、触媒温度が上限温度を超えることは防止される。図２中に実線で示す触媒温度の変化は、実線のようにアルコール濃度を変化させたときの触媒温度の変化を示している。
制御装置３０は、具体的には、エンジン負荷とエンジン回転数とを軸とする多次元マップからアルコール濃度を決定する。触媒温度が上限温度を超えるかどうかは、内燃機関が運転されている運転域で判断することができるからである。高負荷域では燃焼熱の増大に伴って排気ガスの温度は高くなる。また、高回転域では排気ガスの流量の増大に伴って触媒１０が排気ガスから受ける単位時間当たりの熱量も増大する。このため、内燃機関が高回転高負荷域にあるときには、触媒温度が上限温度を超える可能性が高い。そこで、制御装置３０は、内燃機関が高回転高負荷側の特定の運転域で運転されているときには、アルコール濃度を基本値よりも高い値に設定し、それ以外の運転域ではアルコール濃度を基本値に設定するようにしている。
また、制御装置３０は、内燃機関の運転域が高回転高負荷側にあるほど、アルコール濃度の基本値に対する補正量をより大きくしている。仮にアルコール濃度を基本値のままに維持した場合、触媒１０の最高温度は、内燃機関の運転域が高回転高負荷側にあるほど上限温度を超えて高くなることが予測される。つまり、高回転高負荷側にあるほど、過熱による触媒１０の劣化のおそれは高くなる。そこで、前述のようにアルコール濃度の基本値に対する補正量を内燃機関の運転域に応じて変化させることで、過熱による触媒１０の劣化をより確実に防止することが可能になる。
ところで、アルコールは組成に酸素を含むため、燃料噴射弁１２から噴射するアルコール混合燃料の噴射量を一定にしたままアルコール濃度を高くすると、空気量に対して燃料量が不足する事態が生じる。エミッションの悪化を防止するためには、アルコール濃度の変化の前後において空気過剰率を一定に保つことが求められる。
図３は、空気過剰率を一定にするためのエンジン制御の内容をタイムチャートで示す図である。図３では、調合装置２２で調整されるアルコール混合燃料のアルコール濃度と、燃料噴射弁１２から噴射されるアルコール混合燃料の噴射量と、空気過剰率との関係が示されている。図３中に破線で示すように燃料噴射量が常に一定（所定の吸入空気量に対して一定）の場合、アルコール濃度を基本値よりも増大させると空気過剰率もその基本値からリーン側に外れてしまうことになる。空気過剰率の基本値は、触媒１０による排気ガスの浄化効率が最大になる値、具体的には１に設定されている。空気過剰率を１に維持することができれば、排気ガスに含まれる酸化成分と還元成分とを相殺して高い浄化効率を得ることができる。
本実施の形態にかかるエンジン制御では、アルコール濃度をその基本値から高濃度側に補正する場合、図３中に実線で示すように、燃料噴射弁１２によるアルコール混合燃料の噴射量も増大させる。アルコール濃度が基本値よりも高い値であるほど、燃料噴射量の増大補正をより大きくする。それにより、アルコール濃度を高くしたときの空気量に対する燃料量の不足を防止し、アルコール濃度の変化の前後において空気過剰率を一定値（基本値）に維持するようにしている。
図３中には、噴射されるアルコールの量の変化と、噴射されるガソリンの量の変化とがアルコール濃度及び燃料噴射量の変化に合わせて示されている。上述のようにアルコール濃度及び燃料噴射量を変化させることは、言い換えれば、アルコール噴射量を増量する一方でガソリン噴射量は減量することである。アルコール噴射量を増量することで燃焼室内の冷却効果が高まり、ガソリン噴射量の減量によって空気過剰率を一定値に維持することが可能になる。
次に、アルコール濃度の補正の前後においてトルクを一定にするためのエンジン制御について説明する。先にも述べたように、アルコールはガソリンに比較して単位重量当たりの発熱量が小さい。このため、燃料噴射弁１２から噴射するアルコール混合燃料の噴射量を一定にしたままアルコール濃度を高くすると、燃料の燃焼で得られるエネルギは小さくなって内燃機関のトルクは低下してしまう。ドライバビリティの悪化を防止するためには、アルコール濃度の変化の前後においてトルクを一定に保つことが求められる。
図４は、トルクを一定にするためのエンジン制御の内容をタイムチャートで示す図である。図４では、調合装置２２で調整されるアルコール混合燃料のアルコール濃度と、スロットル８の開度と、トルクとの関係が示されている。吸入空気量の変化はスロットル開度の変化に対応している。また、燃料噴射弁１２から噴射されるアルコール混合燃料の噴射量は、空気過剰率が基本値になるように吸入空気量に応じて決定されている。このため、図４中に破線で示すようにスロットル開度が一定であれば、吸入空気量及び燃料噴射量は一定に保たれることになる。その場合にアルコール濃度が高くされると、図４中に破線で示すようにトルクの落ち込みが起きてしまう。
本実施の形態にかかるエンジン制御では、アルコール濃度をその基本値から増大側に補正する場合、図４中に実線で示すようにスロットル開度を増大させる。アルコール濃度が基本値よりも高い値であるほど、スロットル開度の補正をより大きくする。それにより、アルコール濃度を高くしたときの燃焼エネルギの低下を防止し、アルコール濃度の変化の前後においてトルクを一定に保つようにしている。
以上説明した通り、図２を用いて説明したエンジン制御によれば、エネルギの無駄を抑えながら過熱による触媒１０の劣化を確実に防止することができる。本実施の形態では、制御装置３０が図２を用いて説明したエンジン制御を実行することで、第１及び第２の発明にかかる「アルコール供給量補正手段」、及び第８及び第９の発明にかかる「アルコール濃度補正手段」が実現されている。
また、図２を用いて説明したエンジン制御に図３を用いて説明したエンジン制御を組み合わせることで、空気過剰率の変化によるエミッションの悪化を招くことなく過熱による触媒１０の劣化を防止することが可能になる。本実施の形態では、制御装置３０が図２及び図３を用いて説明した各エンジン制御を実行することで、第３の発明にかかる「化石燃料供給量補正手段」、及び第１０の発明にかかる「燃料供給量補正手段」が実現されている。
また、図２を用いて説明したエンジン制御に図４を用いて説明したエンジン制御を組み合わせることで、トルク変化によるドライバビリティの悪化を招くことなく過熱による触媒の劣化を防止することが可能になる。本実施の形態では、制御装置３０が図２及び図３を用いて説明した各エンジン制御を実行することで、第６の発明にかかる「吸入空気量調整手段」、及び第１２の発明にかかる「吸入空気量調整手段」が実現される。
さらに、図２を用いて説明したエンジン制御に、図３を用いて説明したエンジン制御と図４を用いて説明したエンジン制御を組み合わせることで、空気過剰率の変化によるエミッションの悪化も、トルク変化によるドライバビリティの悪化もともに招くことなく過熱による触媒１０の劣化を防止することが可能になる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変形して実施することもできる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
内燃機関のトルク変化を防止する方法として、アルコール濃度の増大に合わせて点火時期を進角すること有効である。アルコール濃度を高くするとオクタン価が高くなるため、高負荷域でのノッキングを回避することができる。これは、点火時期の進角が可能ということを意味する。点火時期を進角できれば、アルコール濃度の増大に伴うトルクの低下を抑えることができる。
また、空気過剰率を無視することができるならば、燃料噴射弁１２から噴射するアルコール混合燃料の噴射量を増量することによって、アルコール濃度の補正の前後における内燃機関のトルク変化を防止することもできる。つまり、空気過剰率を一定にするのではなく、トルクが一定になるように燃料噴射量の調整を行うのである。この場合、全体の燃料噴射量は増量されるが、その内訳はアルコール噴射量の増量に対してガソリン噴射量は減量されることになる。これは、アルコールの増量に伴うトルク増をガソリン噴射量の減量によって相殺するためである。
上記実施の形態では、エンジン回転数とエンジン負荷から触媒温度を予測しているが、排気ガスの温度を温度センサによって測定し、排気温度から触媒温度を予測してもよい。また、触媒１０に温度センサを取り付けて直接に触媒温度を測定してもよい。
また、第１乃至第７の発明は、アルコールを噴射するアルコール噴射弁とガソリン等の化石燃料を噴射する化石燃料噴射弁とを別々に備えるアルコール燃料内燃機関にも適用可能である。
本発明の実施の形態としてのアルコール燃料内燃機関のシステムの概略図である。 本発明の実施の形態において実行される触媒の過熱を防止するためのエンジン制御の内容をタイムチャートで示す図である。 本発明の実施の形態において実行される空気過剰率を一定にするためのエンジン制御の内容をタイムチャートで示す図である。 本発明の実施の形態において実行されるトルクを一定にするためのエンジン制御の内容をタイムチャートで示す図である。
符号の説明
２ エンジン本体
４ 吸気通路
６ 排気通路
８ スロットル
１０ 触媒
１２ 燃料噴射弁
１４ ガソリンタンク
１６ アルコール燃料タンク
１８ ガソリンポンプ
２０ アルコール燃料ポンプ
２２ 調合装置
３０ 制御装置

Claims (14)

  1. アルコールと化石燃料とが混合した混合燃料を燃焼させ、前記混合燃料の燃焼によって生成された排気ガスを浄化する触媒を備えたアルコール燃料内燃機関において、
    所定の基本混合割合に従ってアルコール及び化石燃料を供給する燃料供給手段と、
    前記触媒の温度が所定の上限温度を超えたとき或いは前記上限温度を超えると予想されるときにはアルコール供給量を前記基本混合割合から決まる供給量よりも増量するアルコール供給量補正手段と、
    を備えることを特徴とするアルコール燃料内燃機関。
  2. 前記アルコール供給量補正手段は、前記基本混合割合から決まるアルコール及び化石燃料の各供給量のもとでの前記触媒の温度を予測し、その予測温度が前記上限温度よりも高いほど、アルコール供給量の補正を大きくすることを特徴とする請求項１記載のアルコール燃料内燃機関。
  3. アルコール供給量の補正の前後において空気過剰率に変化が生じないように化石燃料供給量を前記基本混合割合から決まる供給量よりも減量する化石燃料供給量補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載のアルコール燃料内燃機関。
  4. 前記燃料供給手段は、空気過剰率が一定或いは略一定になるように前記基本混合割合に従いアルコール及び化石燃料を供給していることを特徴とする請求項３記載のアルコール燃料内燃機関。
  5. アルコール供給量の補正の前後において前記内燃機関のトルクに変化が生じないように吸入空気量を調整する吸入空気量調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のアルコール燃料内燃機関。
  6. アルコール供給量の補正の前後において前記内燃機関のトルクに変化が生じないように化石燃料供給量を前記基本混合割合から決まる供給量よりも減量する化石燃料供給量補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載のアルコール燃料内燃機関。
  7. アルコール供給量の補正の前後において前記内燃機関のトルクに変化が生じないように点火時期を調整する点火時期調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のアルコール燃料内燃機関。
  8. アルコールと化石燃料とが混合した混合燃料を燃焼させ、前記混合燃料の燃焼によって生成された排気ガスを浄化する触媒を備えたアルコール燃料内燃機関において、
    アルコールと化石燃料とを混合させて得られた混合燃料を供給する燃料供給手段と、
    前記触媒の温度が所定の上限温度を超えたとき或いは前記上限温度を超えると予想されるときには、前記混合燃料中のアルコールの濃度を所定の基本アルコール濃度よりも高くするアルコール濃度補正手段と、
    を備えることを特徴とするアルコール燃料内燃機関。
  9. 前記アルコール濃度補正手段は、前記基本アルコール濃度のもとでの前記触媒の温度を予測し、その予測温度が前記上限温度よりも高いほど、アルコール濃度の補正を大きくすることを特徴とする請求項８記載のアルコール燃料内燃機関。
  10. アルコール濃度の補正の前後において空気過剰率に変化が生じないように前記混合燃料の供給量を増量する燃料供給量補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項８又は９記載のアルコール燃料内燃機関。
  11. 前記燃料供給手段は、空気過剰率が一定或いは略一定になるように前記基本混合割合に従いアルコール及び化石燃料を供給していることを特徴とする請求項１０記載のアルコール燃料内燃機関。
  12. アルコール濃度の補正の前後において前記内燃機関のトルクに変化が生じないように吸入空気量を調整する吸入空気量調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項８乃至１１の何れか１項に記載のアルコール燃料内燃機関。
  13. アルコール濃度の補正の前後において前記内燃機関のトルクに変化が生じないように前記混合燃料の供給量を増量する燃料供給量補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項８又は９記載のアルコール燃料内燃機関。
  14. アルコール濃度の補正の前後において前記内燃機関のトルクに変化が生じないように点火時期を調整する点火時期調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項８乃至１１の何れか１項に記載のアルコール燃料内燃機関。
JP2006318102A 2006-11-27 2006-11-27 アルコール燃料内燃機関 Withdrawn JP2008133726A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006318102A JP2008133726A (ja) 2006-11-27 2006-11-27 アルコール燃料内燃機関
PCT/JP2007/072496 WO2008065936A1 (fr) 2006-11-27 2007-11-21 Moteur à combustion interne à carburant à l'alcool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006318102A JP2008133726A (ja) 2006-11-27 2006-11-27 アルコール燃料内燃機関

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008133726A true JP2008133726A (ja) 2008-06-12

Family

ID=39467728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006318102A Withdrawn JP2008133726A (ja) 2006-11-27 2006-11-27 アルコール燃料内燃機関

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2008133726A (ja)
WO (1) WO2008065936A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011111224A1 (ja) 2010-03-12 2011-09-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
WO2014108969A1 (ja) * 2013-01-09 2014-07-17 株式会社デンソー 内燃機関の燃料噴射制御装置
JP2017075574A (ja) * 2015-10-15 2017-04-20 トヨタ自動車株式会社 エンジンの燃料噴射制御装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61129429A (ja) * 1984-11-27 1986-06-17 Mitsubishi Motors Corp アルコ−ル混合燃料エンジン
JPH04334736A (ja) * 1991-05-10 1992-11-20 Toyota Motor Corp 内燃機関の空燃比制御装置
JPH04342866A (ja) * 1991-05-17 1992-11-30 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の燃料供給装置
JPH05296071A (ja) * 1992-04-15 1993-11-09 Mazda Motor Corp エンジンの制御装置
JP4086044B2 (ja) * 2004-08-04 2008-05-14 トヨタ自動車株式会社 動力出力装置、これを搭載する自動車、動力出力装置の制御方法及びその制御プログラム
JP4432745B2 (ja) * 2004-11-19 2010-03-17 三菱自動車工業株式会社 内燃機関の排気浄化装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011111224A1 (ja) 2010-03-12 2011-09-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
CN102482974A (zh) * 2010-03-12 2012-05-30 丰田自动车株式会社 内燃机的控制装置
CN102482974B (zh) * 2010-03-12 2014-05-07 丰田自动车株式会社 内燃机的控制装置
US9057331B2 (en) 2010-03-12 2015-06-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control device for internal combustion engine
WO2014108969A1 (ja) * 2013-01-09 2014-07-17 株式会社デンソー 内燃機関の燃料噴射制御装置
JP2017075574A (ja) * 2015-10-15 2017-04-20 トヨタ自動車株式会社 エンジンの燃料噴射制御装置
US9885298B2 (en) 2015-10-15 2018-02-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel injection control device for engine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008065936A1 (fr) 2008-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4375201B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP4513615B2 (ja) 内燃機関の制御装置
EP1907682B1 (en) Control apparatus for internal combustion engine and engine system
JP2007051587A (ja) 水素エンジンの制御装置
KR100898884B1 (ko) 내연 엔진용 제어 장치
JP2006161799A (ja) 内燃機関の制御装置
WO2012111114A1 (ja) 多種燃料内燃機関及びその制御方法
JP5418675B2 (ja) 内燃機関の燃料制御装置
JP2009085169A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2007315353A (ja) 内燃機関の排気浄化触媒暖機システム
JP2008045530A (ja) 内燃機関の制御方法
JP2008267308A (ja) エンジンのｅｇｒ制御装置
JP2008133726A (ja) アルコール燃料内燃機関
JP2009085168A (ja) 内燃機関の制御装置
JP4823799B2 (ja) 内燃機関の制御方法
JP2007224927A (ja) 圧縮比変更機構の故障を検知して制御を行う内燃機関
JP2006112291A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2012255422A (ja) 内燃機関の制御装置
JP5327084B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP4581889B2 (ja) エンジンの制御装置
JP2006183534A (ja) 内燃機関の制御装置
JP4569373B2 (ja) 水素利用内燃機関
JP2009185664A (ja) 内燃機関のブローバイガス処理装置
JP2008291662A (ja) 内燃機関
JP2005120969A (ja) 筒内噴射式エンジンの制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20090115