JP2008255884A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料性状が変化した場合において、燃焼悪化を抑制すること。
【解決手段】内燃機関１は、吸気冷却装置４を備えており、過給機３の圧縮機３Ｃで圧縮され、昇温した空気Ａを冷却してから、気筒１Ｓ内へ導入する。圧縮機３Ｃの出口側に設けられる第２空気通路２ｂは、吸気冷却装置４の上流側で、吸気冷却装置入口通路４ａと、吸気冷却手段バイパス通路５とに分岐する。そして、吸気冷却装置４の下流側において、吸気冷却装置出口通路４ｂと、吸気冷却手段バイパス通路５とが合流して第３空気通路２ｃに接続される。吸気冷却手段バイパス通路５には、バイパス空気流量調整弁１０が設けられており、燃料性状に応じて吸気冷却装置４を通過する空気Ａの流量を調整する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、多燃料が適用可能な内燃機関に関する。

近年においては、ガソリンの他にも、ガソリンにエタノールのような含酸素燃料を混合した燃料や、含酸素燃料のみを用いることのできる内燃機関を搭載した車両が実用化されつつある。このような内燃機関では、燃料性状の変化に対応して内燃機関を運転する必要がある。例えば、特許文献１には、いわゆるインタークーラーの冷却能力の低下により、燃料の性状（オクタン価）を判定する技術が開示されている。

特開昭６１−１４４７３号公報

ところで、ガソリンや、ガソリンにエタノールのような含酸素燃料を混合した燃料等を用いる場合、燃料の組成によって燃料の発熱量や気化のしやすさといった燃料性状が変化するため、これに対応して内燃機関を運転しないと、燃焼状態の悪化を招くおそれがある。特許文献１に開示されている技術は、かかる点については開示されておらず、改善の余地がある。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、燃料性状が変化した場合において、燃焼悪化を抑制できる内燃機関を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、この発明に係る内燃機関は、燃料と空気との混合気を燃焼空間で燃焼させて出力を得る内燃機関において、前記燃焼空間へ導入される前記空気を冷却する吸気冷却手段と、前記燃料の性状に応じて、前記燃焼空間へ導入される前記空気の冷却量を調整する吸気冷却量調整手段と、を含むことを特徴とする。

この内燃機関は、発熱量や気化のしやすさといった燃料性状に応じて、空気と燃料との混合気が燃焼する内燃機関の燃焼空間へ導入される空気の冷却量を調整する。これによって、燃料性状が変化して発熱量が低下することによって燃料噴射量が増加した場合においても、燃料の気化を促進できるので、燃焼悪化を抑制できる。

本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記吸気冷却量調整手段は、前記内燃機関の負荷又は負荷率、及び前記内燃機関の機関回転数に基づいて、前記空気の冷却量を調整することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記吸気冷却量調整手段は、前記内燃機関が高負荷かつ高機関回転数で運転されている場合に、前記空気の冷却量を調整することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記吸気冷却量調整手段は、前記燃料の発熱量が小さくなるにしたがって、前記空気の冷却量を小さくすることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記吸気冷却量調整手段は、前記吸気冷却手段をバイパスして、前記空気を前記燃焼空間へ導く吸気冷却手段バイパス通路と、前記吸気冷却手段バイパス通路に設けられて、前記燃料の性状に応じて、前記吸気冷却手段バイパス通路を通過する前記空気の流量を調整するバイパス空気量調整手段と、を含んで構成されることが好ましい。

本発明に係る内燃機関は、燃料性状が変化した場合において、燃焼悪化を抑制できる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。本発明は、乗用車、トラック、バスその他の車両に搭載される内燃機関に対して好適であるが、本発明の適用対象はこのような車両に限定されるものではなく、内燃機関の種類も問わない。

本実施形態は、燃料の性状に応じて、空気と燃料との混合気が燃焼する内燃機関の燃焼空間へ導入される空気の冷却量を調整する点に特徴がある。次に、本実施形態に係る内燃機関について説明する。以下の説明で下流というときには、内燃機関が排出する排ガスの流れ方向に対する下流をいい、上流というときには、内燃機関が排出する排ガスの流れ方向に対する上流をいうものとする。

図１は、本実施形態に係る内燃機関の構成を示す説明図である。本実施形態に係る内燃機関１は過給機３を備える。過給機３は、内燃機関１の排ガスＥｘによって駆動される、いわゆるターボチャージャーである。過給機３は、内燃機関１の排ガスＥｘにより圧縮機３Ｃを駆動するタービン３Ｔと、両者を連結する回転軸３Ｓとで構成される。タービン３Ｔには、内燃機関１が排出した排ガスＥｘが供給されて、当該排ガスＥｘによってタービン３Ｔが駆動される。

過給機３のタービン３Ｔが排ガスＥｘによって駆動されると、回転軸３Ｓを介して圧縮機３Ｃが駆動される。これによって、第１空気通路２ａから圧縮機３Ｃに導入される空気Ａが圧縮される。ここで、第１空気通路２ａにはエアフローセンサ２０が取り付けられている。エアフローセンサ２０がエアクリーナ１２を通過した空気Ａの流量を測定することによって、内燃機関１に供給される空気量を取得する。ここで、内燃機関１へ供給される空気を吸気という。

第１空気通路２ａから圧縮機３Ｃに吸入された空気Ａは、過給機３の圧縮機３Ｃで圧縮されて、第２空気通路２ｂに吐出される。この空気Ａは、吸気冷却手段である吸気冷却装置（熱交換器）４に送られて冷却される。吸気冷却装置４で冷却された空気Ａは、第３空気通路２ｃから吸気マニホールド２ＩＭへ送られて、ここで内燃機関１が備える気筒１Ｓ内に導入される。

ここで、第２空気通路２ｂは、吸気冷却装置４の上流側、すなわち吸気冷却装置４の入口側で、吸気冷却装置入口通路４ａと、吸気冷却手段バイパス通路５とに分岐する。そして、吸気冷却装置４の下流側、すなわち吸気冷却装置４の出口側において、吸気冷却装置出口通路４ｂと、吸気冷却手段バイパス通路５とが合流して第３空気通路２ｃに接続される。このように、第２空気通路２ｂと第３空気通路２ｃとは、吸気冷却手段バイパス通路５、及び吸気冷却装置４で接続される。

吸気冷却手段バイパス通路５は、吸気冷却手段である吸気冷却装置４をバイパスして、空気Ａを燃焼空間である内燃機関１の気筒１Ｓ内へ導くものである。吸気冷却手段バイパス通路５を通過した空気Ａは、吸気冷却装置４をバイパスして流れた後、吸気冷却装置４を通過した空気Ａと第３空気通路２ｃで合流して、内燃機関１へ供給される。

吸気冷却手段バイパス通路５には、バイパス空気量調整手段であるバイパス空気流量調整弁１０が取り付けられる。吸気冷却手段バイパス通路５は、バイパス空気流量調整弁１０の上流側、すなわち空気Ａの入口側が入口側吸気冷却手段バイパス通路５ａであり、下流側、すなわち空気Ａの出口側が出口側吸気冷却手段バイパス通路５ｂである。

バイパス空気流量調整弁１０は、吸気冷却手段バイパス通路５の通路断面積の大きさを変化させる弁体１０Ｖと、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０が備える吸気温度制御装置３０によって弁体１０Ｖを動作させるバイパス空気流量調整弁アクチュエータ１０Ａとで構成される。そして、バイパス空気流量調整弁１０は、吸気冷却装置４をバイパスして吸気冷却手段バイパス通路５を通過する空気Ａの流量を調整する。

吸気冷却手段バイパス通路５を通過する空気Ａの流量を変更することによって、吸気冷却装置４を通過する空気Ａの流量が変化するので、吸気冷却装置４で冷却される空気Ａの流量が変化する。一方、吸気冷却手段バイパス通路５を通過する空気Ａは、吸気冷却装置４で冷却されないので、吸気冷却装置４を通過した空気Ａよりも温度は高くなる。第３空気通路２ｃでは、吸気冷却装置４で冷却された空気Ａと、吸気冷却手段バイパス通路５を通過するために吸気冷却装置４で冷却されない空気Ａとが合流する。

したがって、バイパス空気流量調整弁１０の弁開度（弁体１０Ｖの開度）を調整し、吸気冷却装置４を通過する空気Ａの流量と、吸気冷却手段バイパス通路５を通過する空気Ａの流量との比率を変更することにより、第３空気通路２ｃで合流する空気Ａの温度を変更することができる。これによって、第３空気通路２ｃから内燃機関１へ供給される空気Ａの温度（吸気温度）Ｔｉを調整することができる。本実施形態においては、吸気冷却手段バイパス通路５と、バイパス空気流量調整弁１０とが、吸気冷却量調整手段を構成する。このように、吸気冷却量調整手段を構成することにより、吸気冷却装置４をバイパスさせる空気Ａの流量を調整するのみで吸気温度Ｔｉを調整できるので、比較的簡単に、かつ迅速に吸気温度Ｔｉを調整できる。

本実施形態に係る内燃機関１は、ガソリンを燃料とするが、含酸素燃料であるエタノールが含まれたガソリンであっても運転することができる。ここで、エタノールはガソリンと比較して発熱量が低い（ガソリンの約半分）。このため、エタノールを混合したガソリン燃料（エタノール混合燃料という）で、ガソリンが１００％の燃料（以下ガソリン燃料という）を用いる場合と同じ出力を得るには、ガソリン燃料と比較して、燃料噴射量を増加させる必要がある。そして、エタノール混合燃料のエタノールの割合が高くなるほど、同じ出力を得るために必要な燃料噴射量は増加するので、気化が不十分となりやすく燃焼が悪化しやすい。

また、エタノールはガソリンと比較して気化潜熱が大きい。このため、燃焼空間内においては燃焼に供される空気Ａが過度に冷却されて気化しにくくなる。そして、エタノール混合燃料のエタノールの割合が高くなるほど、燃料全体としての気化潜熱は大きくなるので、燃焼空間（気筒１Ｓ）内で気化しにくくなる傾向が強くなり、燃焼が悪化しやすい。

このように、エタノール燃料は、ガソリン燃料と同じ出力を得ようとすると燃料噴射量が増加すること、また、それによって吸入空気が過度に冷却され、ガソリン燃料と比較して気化しにくくなることによって、燃焼が悪化しやすい。このため、本実施形態では、内燃機関１に供給される燃料の性状（燃料性状）、より具体的にはエタノール混合燃料中におけるエタノールの濃度（ｍｏｌ濃度）に応じて、空気Ａの冷却量を変更して、吸気温度Ｔｉを調整する。すなわち、エタノール混合燃料中におけるエタノールの濃度が高くなるにしたがって、空気Ａの冷却量を小さくして吸気温度Ｔｉを高くすることによって、燃焼空間におけるエタノール燃料の気化を促進し、燃焼悪化を抑制する。

なお、エタノール燃料中におけるエタノールの濃度が高くなると、エタノール燃料の発熱量は小さくなる。したがって、燃料性状として燃料の発熱量を用い、燃料の発熱量が低下するにしたがって空気Ａの冷却量を小さくして、吸気温度Ｔｉを高くしてもよい。

本実施形態において、吸気温度Ｔｉを高くするためには、吸気冷却量調整手段を構成するバイパス空気流量調整弁１０の弁開度を大きくして、吸気冷却装置４で冷却される空気Ａの流量を少なくする。これによって、内燃機関１へ供給される空気Ａ中における、過給機３の圧縮機３Ｃで圧縮され昇温した空気の割合が増加するので、吸気温度Ｔｉを高くすることができる。

また、エタノール混合燃料は、燃料噴射量が増加するほど、また、気化に要する時間（より具体的には噴射から点火までの時間）が短いほど気化しにくく、燃焼が悪化しやすい。このため、燃料噴射量が大きく、また気化に要する時間が短い運転条件である場合、より具体的には、内燃機関１の機関回転数Ｎｅが高機関回転数で、負荷Ｋが高負荷である場合、すなわち高機関回転数かつ高負荷である場合に、吸気温度Ｔｉを高くする。特に、高負荷時には、排気温度が上昇するために燃料冷却を実行するので、理論空燃比から求められる燃料噴射量に対して燃料噴射量がさらに増加する。このため、高機関回転数かつ高負荷においては、他の運転条件と比較して燃焼悪化が発生しやすいので、吸気温度Ｔｉを高くすることにより、燃焼悪化を抑制する。ここで、高機関回転数とは、最高機関回転数の２／３以上の領域をいい、高負荷とは、負荷率ＫＬで７５％以上の領域をいう。

第３空気通路２ｃには、吸入空気量調整手段であるスロットル弁９が取り付けられており、吸入空気量を制御する。スロットル弁９は、第３空気通路２ｃの通路断面積の大きさを変化させる弁体９Ｖと、弁体９Ｖを動作させるスロットルアクチュエータ９Ａとで構成される。そして、スロットルアクチュエータ９Ａの動作は、ＥＣＵ５０によって制御される。このように、本実施形態に係る内燃機関１が備えるスロットル弁９は、いわゆる電子スロットル弁である。なお、本実施形態に係る内燃機関１に適用できるスロットル弁は電子スロットル弁に限定されるものではない。

それぞれの気筒１Ｓには、気筒１Ｓ内の空気Ａへ燃料ｆを供給する燃料供給弁１５が取り付けられている。燃料供給弁１５の動作は、ＥＣＵ５０によって動作が制御される。このように、本実施形態に係る内燃機関１は、燃料供給弁１５によって気筒１Ｓ内へ直接燃料を供給する、いわゆる直噴の内燃機関である。なお、本実施形態に係る内燃機関１において、燃料の供給方式は、いわゆる直噴に限定されるものではなく、空気通路の一部である吸気ポートへ燃料を供給する、いわゆるポート噴射方式であってもよい。

燃料供給弁１５は、それぞれが共通の燃料分配管１４に取り付けられている。燃料分配管１４は、燃料供給管１９を介して燃料タンク１６から送られる燃料ｆをそれぞれの燃料供給弁１５へ分配する。燃料供給管１９には、燃料供給手段として燃料ポンプ１７が取り付けられており、燃料分配管１４へ燃料ｆを圧送する。また、燃料供給管１９には燃料性状判定手段として、エタノール濃度計１８が取り付けられており、内燃機関１へ供給される燃料ｆの性状（本実施形態では燃料ｆに含まれるエタノールの濃度）を判定する。

気筒１Ｓ内へ導入された空気Ａは、燃料供給弁１５から気筒１Ｓ内へ供給される燃料ｆとの混合気を形成して、内燃機関１が備えるそれぞれの気筒１Ｓ内で燃焼する。このように、気筒１Ｓ内は、混合気が燃焼する燃焼空間となる。混合気の燃焼によって発生するエネルギーによって内燃機関１が駆動される。燃焼後の混合気は排ガスＥｘとなって排気通路の一部であるエキゾーストマニホールド６から排出される。この排ガスＥｘは、過給機３のタービン３Ｔへ排ガスＥｘを導く排ガス導入通路７を通ってタービン３Ｔに供給されて、タービン３Ｔを駆動する。

過給機３には、タービン３Ｔをバイパスさせてタービン３Ｔの下流側（排気通路の出口側）に排ガスＥｘを流すためのタービンバイパス通路であるウエストゲート３Ｗが設けられる。ウエストゲート３Ｗには、タービン３Ｔをバイパスさせる排ガスＥｘの流量を調整するための排ガス量調整手段として、ウエストゲート弁３Ｖが設けられる。ウエストゲート弁３Ｖは、ＥＣＵ５０によって動作が制御されるウエストゲート弁駆動用アクチュエータ３Ａによって開閉される。ウエストゲート弁３Ｖは、開度を調整したり、開時間と閉時間との比率を変更したりすることによって、ウエストゲート３Ｗを通過する排ガスＥｘの流量を調整することができる。

過給機３の下流側（排気通路の出口側）には、排ガス通路８が設けられており、タービン３Ｔを駆動した排ガスＥｘが排出される。排ガス通路８には浄化触媒１１が設けられており、内燃機関１から排出された排ガスＥｘを浄化する。浄化触媒１１は、例えば三元触媒が用いられる。浄化触媒１１を通過した排ガスＥｘは、消音器１３で消音されて大気中へ排出される。

ＥＣＵ５０及びＥＣＵ５０が備える吸気温度制御装置３０には、エアフローセンサ２０、機関回転数センサ２１、入口空気温度センサ２２、吸気温度センサ２３が接続されている。エアフローセンサ２０は、内燃機関１に対する吸入空気量Ｑを計測し、機関回転数センサ２１は、内燃機関１の機関回転数Ｎｅを計測する。また、入口空気温度センサ２２は、エアクリーナ１２から導入された後であって、エアフローセンサ２０の近傍における空気Ａの温度（入口空気温度）Ｔを計測する。

また、吸気温度センサ２３は、第３空気通路２ｃを通過した後、すなわち、吸気冷却装置４を通過した空気Ａと、吸気冷却手段バイパス通路５を通過した空気Ａとが合流した後における空気Ａの温度（吸気温度）Ｔｉを計測する。ＥＣＵ５０及びＥＣＵ５０が備える吸気温度制御装置３０は、これらのセンサ類から検出された情報に基づき、内燃機関１の運転を制御したり、内燃機関１の吸気温度Ｔｉを調整したりする。

図２は、本実施形態に係る内燃機関が備える吸気冷却量調整手段の変形例を示す模式図である。図２に示す吸気冷却量調整手段は、吸気冷却装置４よりも車両の進行方向前方に配置されるシャッター４１と、シャッター４１を開閉するためのシャッター駆動アクチュエータ４２とを含んで構成される走行風量調整装置４０である。本実施形態において、吸気冷却装置４は、図２に示すように、過給機３の圧縮機３Ｃで圧縮されて昇温した空気Ａを、走行風Ｗと熱交換することにより冷却する。

この変形例においては、走行風量調整装置４０が備えるシャッター４１の開度を調整することにより、走行風Ｗが吸気冷却装置４の熱交換部４ＨＥを通過する面積を変更する。これによって、熱交換部４ＨＥにおいて、空気Ａの冷却に寄与する面積が変更されるので、吸気冷却装置４の出口における空気Ａの温度が変更されて、吸気温度Ｔｉが変化する。

シャッター４１は、シャッター駆動アクチュエータ４２によって動作し、吸気冷却装置４の熱交換部４ＨＥを走行風Ｗが通過する面積を変更する。シャッター駆動アクチュエータ４２は、ＥＣＵ５０が備える吸気温度制御装置３０によって動作が制御される。シャッター駆動アクチュエータ４２によって、図２の矢印ＣＬ方向にシャッター４１が動かされると、熱交換部４ＨＥを走行風Ｗが通過する面積が小さくなる。これによって、熱交換部４ＨＥにおいては、空気Ａの冷却に寄与する面積が小さくなるので、吸気冷却装置４を通過した後における空気Ａの温度は高くなる。

一方、シャッター駆動アクチュエータ４２によって、図２の矢印ＯＰ方向にシャッター４１が動かされると、熱交換部４ＨＥを走行風Ｗが通過する面積が大きくなる。これによって、熱交換部４ＨＥにおいては、空気Ａの冷却に寄与する面積が大きくなるので、吸気冷却装置４を通過した後における空気Ａの温度は低くなる。このように、シャッター４１の開度を調整することによって、吸気温度Ｔｉを調整することができる。なお、図１に示す吸気冷却量調整手段と、本変形例に係る吸気冷却装置４とを併用してもよい。これによって、吸気温度Ｔｉをより迅速に変化させることができる。次に、本実施形態に係る吸気温度制御装置３０について説明する。

図３は、本実施形態に係る吸気温度制御装置の構成を示す概念図である。図３に示すように、吸気温度制御装置３０は、ＥＣＵ５０に組み込まれて構成されている。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）５１と、記憶部５２と、入力及び出力ポート５５、５６と、入力及び出力インターフェース５７、５８とから構成される。

なお、ＥＣＵ５０とは別個に、本実施形態に係る吸気温度制御装置３０を用意し、これをＥＣＵ５０に接続してもよい。そして、本実施形態に係る吸気温度制御を実現するにあたっては、ＥＣＵ５０が備えているウエストゲート弁３Ｖ及びバイパス空気流量調整弁１０に対する制御機能を、前記吸気温度制御装置３０が利用できるように構成してもよい。

吸気温度制御装置３０は、冷却量設定部３１と、冷却制御部３２とを含んで構成される。これらが、本実施形態に係る吸気温度制御を実行する部分となる。本実施形態において、吸気温度制御装置３０は、ＥＣＵ５０を構成するＣＰＵ５１の一部として構成される。また、ＣＰＵ５１内には、内燃機関１の運転制御を司る機関制御部５３が設けられる。吸気温度制御装置３０と記憶部５２とは、バス５４ｃを介して接続される。また、吸気温度制御装置３０の冷却量設定部３１と、冷却制御部３２と、ＣＰＵ５１の機関制御部５３とは、バス５４ａ、５４ｂ及び入力ポート５５、出力ポート５６を介して接続される。

これにより、吸気温度制御装置３０を構成する冷却量設定部３１と冷却制御部３２とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、吸気温度制御装置３０は、機関制御部５３が有する内燃機関１の運転制御データを取得し、これを利用することができる。また、吸気温度制御装置３０は、本実施形態に係る吸気温度制御を、機関制御部５３が予め備えている内燃機関１の運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。

入力ポート５５には、入力インターフェース５７が接続されている。入力インターフェース５７には、エタノール濃度計１８、エアフローセンサ２０、機関回転数センサ２１、入口空気温度センサ２２、吸気温度センサ２３といった、吸気温度制御に必要な情報を取得するセンサ類が接続されている。なお、これらのセンサ類の他にも、内燃機関１の運転制御に必要なセンサ類が、適宜入力インターフェース５７へ接続される。これらのセンサ類から出力される信号は、入力インターフェース５７内のＡ／Ｄコンバータ５７ａやディジタルバッファ５７ｄにより、ＣＰＵ５１が利用できる信号に変換されて入力ポート５５へ送られる。これにより、ＣＰＵ５１は、吸気温度制御や、内燃機関１の制御に必要な情報を取得することができる。

出力ポート５６には、出力インターフェース５８が接続されている。出力インターフェース５８には、バイパス空気流量調整弁アクチュエータ１０Ａ、すなわち、吸気温度制御における制御対象が接続されている。なお、この他にも、内燃機関１の運転制御に必要な制御対象が、適宜出力インターフェース５８へ接続される。出力インターフェース５８は、制御回路５８₁、５８₂等を備えており、ＣＰＵ５１で演算された制御信号に基づき、前記制御対象を動作させる。このような構成により、前記センサ類からの出力信号に基づき、ＥＣＵ５０のＣＰＵ５１は、バイパス空気流量調整弁アクチュエータ１０Ａを動作させて、バイパス空気流量調整弁１０が備える弁体１０Ｖの開度を制御することができる。

記憶部５２には、本実施形態に係る吸気温度制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御マップ、あるいは本実施形態に係る吸気温度制御に用いるデータマップ等が格納されている。ここで、記憶部５２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。

上記コンピュータプログラムは、ＣＰＵ５１へ既に記録されているコンピュータプログラムと組み合わせによって、本実施形態に係る吸気温度制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この吸気温度制御装置３０は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、冷却量設定部３１及び冷却制御部３２の機能を実現するものであってもよい。

図４〜図６は、本実施形態に係る内燃機関の吸気温度制御に用いるデータマップを示す模式図である。図４に示す弁開度データマップ６０は、機関回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとによって、図１に示すバイパス空気流量調整弁１０の開度を決定するためのデータマップである。図５に示す濃度補正データマップ６１は、燃料中のエタノール濃度ｄによって、バイパス空気流量調整弁１０の開度を補正するためのデータマップである。図６に示す温度補正データマップ６２は、吸気温度Ｔｉによって、バイパス空気流量調整弁１０の弁開度を補正するためのデータマップである。

図４に示す弁開度データマップ６０は、機関回転数Ｎｅが所定回転数以上、かつ所定の負荷率ＫＬ以上の領域で、空気Ａの冷却量をより小さくして、吸気温度Ｔｉを上昇させるように記述されている。なお、弁開度データマップ６０においては、負荷率ＫＬの代わりに負荷Ｋを用いてもよい。この弁開度データマップ６０では、上述したように高機関回転数かつ高負荷領域で内燃機関１が運転されている場合に、バイパス空気流量調整弁１０が開かれて、吸気温度Ｔｉを昇温させるように記述されている。ここで、弁開度データマップ６０中の実線においては、バイパス空気流量調整弁１０の弁開度ＶＯが等しくなる。

弁開度データマップ６０の弁開度ＶＯ０は、バイパス空気流量調整弁１０の弁開度が０％である。そして、弁開度ＶＯ１、ＶＯ２、ＶＯ３となるにしたがって、弁開度ＶＯは大きくなる。すなわち、弁開度ＶＯは、ＶＯ０＜ＶＯ１＜ＶＯ２＜ＶＯ３となる。この弁開度データマップ６０にしたがってバイパス空気流量調整弁１０の弁開度ＶＯを制御することにより、気化しにくいエタノール混合燃料の燃料噴射量が増加した場合でも、気化を促進して燃焼悪化を抑制できる。

また、機関回転数Ｎｅが低〜中速である場合や内燃機関１の負荷が低〜中負荷である場合には、過給機３の圧縮機３Ｃで圧縮され、昇温した空気Ａは、吸気冷却装置４をバイパスしないで、吸気冷却装置４で冷却されてから内燃機関１に供給される。これによって、吸気冷却装置４によって冷却された空気Ａを内燃機関１へ供給できるので、燃焼空間である気筒１Ｓ内に対する空気Ａの充填効率の低下を抑制することができる。

図５に示す濃度補正濃度補正データマップ６１は、燃料ｆに含まれるエタノールの濃度（エタノール濃度）ｄに応じて弁開度ＶＯを補正するための濃度補正係数Ｃｄが記述してある。本実施形態では、燃料ｆ中におけるエタノール濃度ｄが高くなるにしたがって、弁開度ＶＯが大きくなるように濃度補正係数Ｃｄが設定される。そして、例えば、機関回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいてバイパス空気流量調整弁１０の弁開度ＶＯに、濃度補正係数Ｃｄを乗ずる。そして、エタノール濃度ｄの増加にしたがって弁開度ＶＯが大きくなるように補正して、空気Ａの冷却量を小さくする。これによって、エタノール濃度ｄが増加するにしたがって吸気温度Ｔｉを高くできるので、燃料の気化を促進して、エタノール濃度ｄの増加による燃焼悪化を効果的に抑制できる。

なお、上述したように、燃料ｆの発熱量に応じて弁開度ＶＯを補正してもよい。すなわち、燃料ｆの発熱量が小さくなるにしたがって弁開度ＶＯが大きくなるようにすることにより、空気Ａの冷却量を小さくして吸気温度Ｔｉをより昇温させる。このように、発熱量に基づいて空気Ａの冷却量及び吸気温度Ｔｉを調整することにより、燃料ｆの組成が不明であっても、例えば、内燃機関１のトルク変動等によって推定した燃料ｆの発熱量によって、空気Ａの冷却量を調整できる。

図５に示す濃度補正データマップ６１は、エタノール濃度ｄによって弁開度ＶＯを補正するのみであるが、エタノール濃度ｄによって、バイパス空気流量調整弁１０の開弁開始時期を変更してもよい。すなわち、エタノール濃度ｄによって、空気Ａの冷却量を変更する時期、すなわちバイパス空気流量調整弁１０が開き始める内燃機関１の負荷率ＫＬ（負荷Ｋ）及び機関回転数Ｎｅの値を変更してもよい。例えば、エタノール濃度ｄが高くなるにしたがって、より低い負荷率ＫＬ（負荷Ｋ）及び機関回転数Ｎｅでバイパス空気流量調整弁１０が開き始めるようにしてもよい。エタノール濃度が高い場合、設定した負荷率ＫＬ（負荷Ｋ）や機関回転数Ｎｅよりも低い値でも燃焼悪化が発生するおそれがあるが、エタノール濃度ｄに応じてバイパス空気流量調整弁１０が開き始める時期を変更することにより、このようなおそれを抑制できる。

図６に示す温度補正温度補正データマップ６２は、入口空気温度Ｔに応じて弁開度ＶＯを補正するための温度補正係数ＣＴが記述してある。入口空気温度Ｔが高い場合、例えば、機関回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて決定されたバイパス空気流量調整弁１０の弁開度ＶＯでは、吸気温度Ｔｉが必要以上に昇温することがある。この場合、燃焼空間である気筒１Ｓ内への空気Ａの充填効率が低下して、内燃機関１の出力低下等を招くおそれがある。また、入口空気温度Ｔが低い場合、例えば、機関回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて決定されたバイパス空気流量調整弁１０の弁開度ＶＯでは、吸気温度Ｔｉの昇温が不十分になることがある。この場合、燃料ｆの気化が十分に促進ざれず、燃焼悪化の抑制が不十分になるおそれがある。

そこで、図６に示す温度補正温度補正データマップ６２を用いて、入口空気温度Ｔによってバイパス空気流量調整弁１０の弁開度ＶＯを補正し、空気Ａの冷却量を補正する。例えば、機関回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて決定された弁開度ＶＯに温度補正係数ＣＴを乗じて、吸気温度Ｔｉの変化に基づいて弁開度ＶＯを補正し、空気Ａの冷却量を補正する。これによって、空気Ａの昇温不足や過昇温を抑制して、吸気温度Ｔｉを適切な値にすることができる。その結果、燃焼悪化をより確実に抑制し、また、内燃機関１の出力低下等を抑制することができる。

温度補正データマップ６２において、温度補正係数ＣＴは、入口空気温度Ｔの増加とともに小さくなるように、かつ基準の入口空気温度Ｔｒｅｆにおいて１になるように設定する。これによって、基準の入口空気温度Ｔｒｅｆにおいては、例えば、機関回転数Ｎｅと負荷率ＫＬとに基づいて決定された弁開度ＶＯで内燃機関１は運転される。そして、入口空気温度Ｔが基準の入口空気温度Ｔｒｅｆよりも高い場合には、前記弁開度ＶＯはより小さくなるので、空気Ａの冷却量はより大きくなる。一方、入口空気温度Ｔが基準の入口空気温度Ｔｒｅｆよりも低い場合には、前記弁開度ＶＯはより大きくなるので、空気Ａの冷却量はより小さくなる。次に、本実施形態に係る吸気温度制御の手順を説明する。

図７は、本実施形態に係る吸気温度制御の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係る吸気温度制御は、図３に示す吸気温度制御装置３０により実現できる。本実施形態に係る吸気温度制御を実行するにあたり、ステップＳ１０１において、吸気温度制御装置３０の冷却量設定部３１は、図１に示すエタノール濃度計１８から燃料ｆのエタノール濃度ｄを取得する。

次に、ステップＳ１０２において、冷却量設定部３１は、図１に示す入口空気温度センサ２２から現時点における入口空気温度Ｔを取得し、ステップＳ１０３において、内燃機関１の負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅを求める。内燃機関１の負荷率ＫＬ（あるいは負荷Ｋ）は、エアフローセンサ２０で検出される吸入空気量Ｑに基づいて求めることができる。また、内燃機関１の機関回転数Ｎｅは、機関回転数センサ２１から求めることができる。

ステップＳ１０４において、冷却量設定部３１は、負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅを、図４に示す弁開度データマップ６０に与え、対応するバイパス空気流量調整弁１０の弁開度ＶＯを設定する。そして、ステップＳ１０５において、冷却量設定部３１は、ステップＳ１０１で取得したエタノール濃度ｄ及びステップＳ１０２で取得した入口空気温度Ｔによって、ステップＳ１０４で設定された弁開度ＶＯを補正する。

すなわち、冷却量設定部３１は、ステップＳ１０１で取得したエタノール濃度ｄを図５に示す濃度補正データマップ６１に与え、対応する濃度補正係数Ｃｄを取得し、また、ステップＳ１０２で取得した入口空気温度Ｔを図５に示す濃度補正データマップ６１に与え、対応する温度補正係数ＣＴを取得する。そして、取得した濃度補正係数Ｃｄと温度補正係数ＣＴとを上記弁開度ＶＯに乗ずることにより、補正弁開度ＶＯ＿ｃを求める。すなわち、ＶＯ＿ｃ＝Ｃｄ×ＣＴ×ＶＯである。

上記手順により、補正弁開度ＶＯ＿ｃを設定したら、ステップＳ１０６において、吸気温度制御装置３０の冷却制御部３２は、設定した弁開度（補正弁開度）ＶＯ＿ｃになるように、バイパス空気流量調整弁アクチュエータ１０Ａを調整する。

図８は、本実施形態に係る吸気温度制御の他の手順を示すフローチャートである。この吸気温度制御は、図３に示す吸気温度制御装置３０により実現できる。この吸気温度制御を実行するにあたり、ステップＳ２０１において、冷却量設定部３１は、内燃機関１の負荷率及び機関回転数を求める。次に、ステップＳ２０２において、冷却量設定部３１は、負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅを、図４に示す弁開度データマップ６０に与え、対応するバイパス空気流量調整弁１０の弁開度ＶＯを設定する。

そして、ステップＳ２０３において、冷却量設定部３１は、エタノール濃度ｄや入口空気温度Ｔにより、ステップＳ２０２で設定した弁開度ＶＯを補正する。これは、上述したように、冷却量設定部３１が、エタノール濃度ｄに基づいて濃度補正データマップ６１から得た濃度補正係数Ｃｄと、入口空気温度Ｔに基づいて温度補正データマップ６２から得た温度補正係数ＣＴとを上記弁開度ＶＯに乗ずることにより、弁開度ＶＯが補正される。補正した弁開度は、補正弁開度ＶＯ＿ｃ、すなわち、Ｃｄ×ＣＴ×ＶＯである。

上記手順により、補正弁開度ＶＯ＿ｃを設定したら、ステップＳ２０４において、冷却制御部３２は、設定した弁開度（補正弁開度）ＶＯ＿ｃになるように、バイパス空気流量調整弁アクチュエータ１０Ａを調整する。

図９は、本実施形態に係る内燃機関の吸気温度制御に用いるデータマップを示す模式図である。図１０は、図９に示すデータマップを用いた場合における、本実施形態に係る吸気温度制御の手順を示すフローチャートである。この吸気温度制御は、図３に示す吸気温度制御装置３０により実現できる。

図９に示す弁開度データマップ６３は、機関回転数Ｎｅが所定回転数以上、かつ所定の負荷率ＫＬ以上の領域で、空気Ａの冷却量をより小さくして、吸気温度Ｔｉを上昇させるように記述されたデータマップを、エタノール濃度ｄ毎に備えて構成される。補助データマップ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄの順に、エタノール濃度ｄが高い場合の弁開度ＶＯが記述されている。すなわち、弁開度データマップ６３においては、同じ負荷率ＫＬかつ機関回転数Ｎｅであっても、補助データマップ６３Ａ、６３Ｂ、６３Ｃ、６３Ｄの順に、弁開度ＶＯは大きくなるように設定される。

弁開度データマップ６３を用いた吸気温度制御を実行するにあたり、ステップＳ３０１において、冷却量設定部３１は、負荷率ＫＬ、機関回転数Ｎｅ、エタノール濃度ｄを取得する。次に、ステップＳ３０２において、冷却量設定部３１は、取得した負荷率ＫＬ、機関回転数Ｎｅ、エタノール濃度を図９に示す弁開度データマップ６３に与え、対応する弁開度ＶＯを設定する。

次に、ステップＳ３０３において、冷却量設定部３１は、図１に示す入口空気温度センサ２２から現時点における入口空気温度Ｔを取得して図６に示す温度補正データマップ６２に与えて、対応する温度補正係数ＣＴを取得する。そして、取得した温度補正係数ＣＴを、ステップＳ３０２で設定した弁開度ＶＯに乗じて、弁開度を補正する。すなわち、補正弁開度ＶＯ＿ｃは、ＣＴ×ＶＯとなる。

上記手順により、補正弁開度ＶＯ＿ｃを設定したら、ステップＳ３０４において、吸気温度制御装置３０の冷却制御部３２は、設定した弁開度（補正弁開度）ＶＯ＿ｃになるように、バイパス空気流量調整弁アクチュエータ１０Ａを調整する。

このような吸気温度制御により、吸気冷却装置４をバイパスして直接内燃機関１へ供給される空気Ａの流量が増加するので、吸気温度Ｔｉが上昇する。その結果、燃料噴射量が増加することにより、内燃機関１に供給されるエタノールの量が増加した場合であっても、燃料の気化を促進して燃焼悪化を抑制できる。また、燃料性状（エタノール濃度）に応じて吸気温度Ｔｉが調整されるので、燃料が気化不足となるおそれを低減できる。

なお、内燃機関１の負荷Ｋ（負荷率ＫＬ）、機関回転数Ｎｅ、エタノール濃度ｄから、目標とする吸気温度（目標吸気温度）Ｔｉ＿ｐを設定し、吸気温度センサ２３で検出される実際の吸気温度Ｔｉと目標吸気温度Ｔｉ＿ｐとの偏差が０になるように、空気の冷却量（本実施形態では弁開度ＶＯ）をフィードバック制御してもよい。

以上、本実施形態では、燃料の性状に応じて、空気と燃料との混合気が燃焼する内燃機関の燃焼空間へ導入される空気の冷却量を調整する。これによって、燃料性状が変化して発熱量が低下することによって燃料噴射量が増加した場合においても、燃料の気化を促進できるので、燃焼悪化を抑制できる。また、燃料の気化が促進されることにより、液滴のままの燃料は減少するので、スモークや未燃ＨＣの抑制という効果や、エンジンオイルの希釈抑制効果も得られる。

以上のように、本発明に係る内燃機関は、多燃料が適用可能な内燃機関に有用であり、特に、燃料性状が変化した場合において、燃焼悪化を抑制することに適している。

本実施形態に係る内燃機関の構成を示す説明図である。 本実施形態に係る内燃機関が備える吸気冷却量調整手段の変形例を示す模式図である。 本実施形態に係る吸気温度制御装置の構成を示す概念図である。 本実施形態に係る内燃機関の吸気温度制御に用いるデータマップを示す模式図である。 本実施形態に係る内燃機関の吸気温度制御に用いるデータマップを示す模式図である。 本実施形態に係る内燃機関の吸気温度制御に用いるデータマップを示す模式図である。 本実施形態に係る吸気温度制御の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る吸気温度制御の他の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る内燃機関の吸気温度制御に用いるデータマップを示す模式図である。 図９に示すデータマップを用いた場合における、本実施形態に係る吸気温度制御の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
１Ｓ 気筒
２ａ 第１空気通路
２ｂ 第２空気通路
２ｃ 第３空気通路
２ＩＭ 吸気マニホールド
３ 過給機
３Ｔ タービン
３Ｃ 圧縮機
３Ｓ 回転軸
４ 吸気冷却装置
４ＨＥ 熱交換部
５ 吸気冷却手段バイパス通路
６ エキゾーストマニホールド
９ スロットル弁
１０ バイパス空気流量調整弁
１０Ａ バイパス空気流量調整弁アクチュエータ
１０Ｖ 弁体
１４ 燃料分配管
１５ 燃料供給弁
１６ 燃料タンク
１７ 燃料ポンプ
１８ エタノール濃度計
１９ 燃料供給管
２０ エアフローセンサ
２１ 機関回転数センサ
２２ 入口空気温度センサ
２３ 吸気温度センサ
３０ 吸気温度制御装置
３１ 冷却量設定部
３２ 冷却制御部
４０ 走行風量調整装置
４１ シャッター
４２ シャッター駆動アクチュエータ
５０ ＥＣＵ
５１ ＣＰＵ
５２ 記憶部
５３ 機関制御部
６０、６３ 弁開度データマップ
６１ 濃度補正データマップ
６２ 温度補正データマップ

Claims (5)

1. 燃料と空気との混合気を燃焼空間で燃焼させて出力を得る内燃機関において、
   前記燃焼空間へ導入される前記空気を冷却する吸気冷却手段と、
   前記燃料の性状に応じて、前記燃焼空間へ導入される前記空気の冷却量を調整する吸気冷却量調整手段と、
   を含むことを特徴とする内燃機関。
2. 前記吸気冷却量調整手段は、
   前記内燃機関の負荷又は負荷率、及び前記内燃機関の機関回転数に基づいて、前記空気の冷却量を調整することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記吸気冷却量調整手段は、
   前記内燃機関が高負荷かつ高機関回転数で運転されている場合に、前記空気の冷却量を調整することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記吸気冷却量調整手段は、
   前記燃料の発熱量が小さくなるにしたがって、前記空気の冷却量を小さくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 前記吸気冷却量調整手段は、
   前記吸気冷却手段をバイパスして、前記空気を前記燃焼空間へ導く吸気冷却手段バイパス通路と、
   前記吸気冷却手段バイパス通路に設けられて、前記燃料の性状に応じて、前記吸気冷却手段バイパス通路を通過する前記空気の流量を調整するバイパス空気量調整手段と、
   を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。

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