JP2008309136A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費を向上できる内燃機関を提供すること。
【解決手段】この内燃機関では、アルコール混合ガソリンが燃料として使用される。また、この内燃機関は、エンジンの運転条件とエンジンへの燃料供給量との関係を規定する第一燃料供給量マップおよび第二燃料供給量マップを有する。そして、内燃機関の稼働時には、燃料のアルコール含有率Ｒに応じて第一燃料供給量マップと第二燃料供給量マップとが切り替えられて使用される。これによって、エンジンの運転条件に応じた適正な燃料供給が行われる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、内燃機関に関し、さらに詳しくは、燃費を向上できる内燃機関に関する。

近年の内燃機関では、地球環境を保護する観点から、アルコール混合ガソリンが燃料として使用されつつある。

かかる構成を有する従来の内燃機関として、特許文献１に記載される技術が知られている。従来の内燃機関（内燃機関の制御装置）は、所定の冷機状態ではリーン限界に対応する目標当量比となるように燃料を供給する手段と、燃料中のアルコール濃度を検出する手段と、少なくとも上記アルコール濃度に基づいて、上記目標当量比を補正する当量比補正手段と、を有する。

特開２００４−３０８４２９号公報

ところで、近年の内燃機関では、高回転数あるいは高負荷での運転条件下にて、燃料供給量を増加させて燃料の気化熱により排気温度を低減させる構成が採用されている。

しかしながら、かかる構成では、燃料供給量の増加に起因して、燃費が悪化するという課題がある。

そこで、この発明は、上記に鑑みてされたものであって、燃費を向上できる内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる内燃機関は、アルコール混合ガソリンを燃料として用いる内燃機関であって、エンジンの運転条件とエンジンへの燃料供給量との関係を規定する第一燃料供給量マップおよび第二燃料供給量マップを有すると共に、燃料のアルコール含有率Ｒに応じて前記第一燃料供給量マップと前記第二燃料供給量マップとが切り替えられて使用されることを特徴とする。

この内燃機関では、燃料のアルコール含有率Ｒに応じて第一燃料供給量マップと第二燃料供給量マップとが切り替えられて使用されるので、エンジンの運転条件に応じた適正な燃料供給が行われる。これにより、エンジンの適正な運転が確保される利点がある。

また、この内燃機関では、前記第一燃料供給量マップおよび前記第二燃料供給量マップが理論空燃比での燃料供給量を規定する基準運転領域Ａと、燃料リッチ側での燃料供給量を規定する増量運転領域Ｂとをそれぞれ有すると共に、前記第二燃料供給量マップの増量運転領域Ｂが前記第一燃料供給量マップの増量運転領域Ｂよりも狭く設定され、且つ、燃料のアルコール含有率Ｒが所定の閾値以上のときに前記第二燃料供給量マップが用いられる。

この内燃機関では、第二燃料供給量マップの基準運転領域Ａが第一燃料供給量マップの基準運転領域Ａよりも広いので、幅広い運転領域にて、理論空燃比（基準運転領域Ａ）での燃料供給が行われる。これにより、第一燃料供給量マップが常に使用されて燃料供給が行われる構成と比較して、エンジンの燃費が向上する利点がある。また、エンジン負荷Ｔあるいはエンジン回転数Ｎｅが多少上昇しても、燃料のアルコール含有率Ｒが高いのでエンジンの排気温度が上昇し難いという利点がある。

また、この内燃機関では、燃料のアルコール含有率Ｒが所定の閾値より小さいときに前記第一燃料供給量マップが用いられる。

この内燃機関では、第一燃料供給量マップの増量運転領域Ｂが第二燃料供給量マップの増量運転領域Ｂよりも広いので、エンジン負荷Ｔあるいはエンジン回転数Ｎｅが上昇したときに、早い段階にて供給燃料の増量が行われる。これにより、排気温度が適正に低減されて、触媒装置の触媒やエンジンの部品が保護される利点がある。

また、この内燃機関では、前記第一燃料供給量マップの使用時にて燃料のアルコール含有率Ｒと比較される前記閾値Ｒ１と、前記第二燃料供給量マップの使用時にて燃料のアルコール含有率Ｒと比較される前記閾値Ｒ２とがＲ１＞Ｒ２の関係を有する。

この内燃機関では、第一燃料供給マップから第二燃料供給マップへの切り替えタイミングと、第二燃料供給マップから第一燃料供給マップへの切り替えタイミングとにヒステリシスが設けられる。したがって、例えば、アルコールセンサの出力変動により、第一燃料供給マップと第二燃料供給マップとが頻繁に切り替えられる事態が防止される。これにより、エンジンのドライビリティが向上する利点がある。

この発明にかかる内燃機関では、燃料のアルコール含有率Ｒに応じて第一燃料供給量マップと第二燃料供給量マップとが切り替えられて使用されるので、エンジンの運転条件に応じた適正な燃料供給が行われる。これにより、エンジンの適正な運転が確保される利点がある。

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、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１は、この発明の実施例にかかる内燃機関を示す構成図である。図２〜図５は、図１に記載した内燃機関の作用を示すフローチャート（図２）および説明図（図３〜図５）である。

［内燃機関］
この内燃機関１は、例えば、筒内噴射式の４サイクルガソリンエンジンに適用され、アルコール混合ガソリンを燃料として用いる（図１参照）。内燃機関１は、エンジン２と、吸気系統３と、排気系統４と、制御系統５とを有する（図１参照）。

エンジン２は、ピストン２１と、ピストン２１を収容するシリンダ（シリンダボア）２２と、ピストン２１に連結されるクランクシャフト２３と、シリンダ２２に接続される吸気ポート２４および排気ポート２５と、燃料噴射用のインジェクタ２６と、点火プラグ２７とを有する。このエンジン２では、空気が吸気ポート２４からシリンダ２２内に吸入されて圧縮され、また、インジェクタ２６からシリンダ２２内に燃料が噴射されて混合気が形成される。そして、この混合気が点火プラグ２７により点火されてシリンダ２２（燃焼室）内で燃焼し、その燃焼エネルギーによりピストン２１が駆動されてシリンダ２２内を往復運動する。すると、このピストン２１の往復運動がクランクシャフト２３の回転運動に変換されて動力が発生する。また、シリンダ２２内の燃焼ガスが排気ポート２５を介してシリンダ２２の外部に排出される。

吸気系統３は、吸気通路（吸気管）３１と、この吸気通路３１上に配置されるエアフィルタ３２、スロットルバルブ３３およびサージタンク３４とを有する。吸気通路３１は、吸気マニホールドを介してエンジン２の吸気ポート２４に接続される。エアフィルタ３２は、吸気通路３１の入口部に配置されて吸入空気中のゴミや塵などを除去するフィルタである。スロットルバルブ３３は、吸気通路３１にて空気の流路断面積を調整する流量調整弁である。サージタンク３４は、吸入空気を一時的に溜めて吸気脈動を抑制するタンクである。この吸気系統３では、エアフィルタ３２を通過した吸気が吸気通路３１を介してエンジン２に導入される。

排気系統４は、排気通路（排気管）４１と、この排気通路４１上に配置される第一触媒装置４２および第二触媒装置４３とを有する。排気通路４１は、排気マニホールドを介してエンジン２の排気ポート２５に接続される。第一触媒装置４２および第二触媒装置４３は、排気通路４１を流れる排気を浄化する機能を有する。この排気系統４では、エンジン２の排気が排気通路４１を通り触媒装置４２、４３にて浄化されて排出される。

制御系統５は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５１と、エンジン回転数を計測する回転数センサ５２と、エンジン負荷を計測するトルクセンサ５３と、燃料のアルコール含有率（濃度）Ｒを計測するアルコールセンサ５４とを有する。また、ＥＣＵ５１には、燃料供給量を規定するための第一増量マップおよび第二増量マップが格納される。この制御系統５では、各種センサ５２〜５４の出力信号と第一増量マップおよび第二増量マップとに基づいて、ＥＣＵ５１が後述する燃料噴射制御を行う。

［燃料供給量マップ］
また、この内燃機関１は、第一燃料供給量マップおよび第二燃料供給量マップを有する（図３および図４参照）。これらの燃料供給量マップ（燃料噴射量マップ）は、エンジン２の運転条件とエンジン２への燃料供給量（インジェクタ２６の燃料噴射量）との関係を規定する。なお、エンジン２の運転条件とは、例えば、エンジン負荷Ｔ、エンジン回転数Ｎｅなどをいう。各燃料供給マップでは、これらの運転条件とエンジン２の燃料供給量とが一対一の関係で規定される。

ここで、第一燃料供給量マップおよび第二燃料供給量マップは、理論空燃比（λ＝１）での燃料供給量を規定する基準運転領域Ａと、燃料リッチ側（λ＜１）での燃料供給量を規定する増量運転領域Ｂとをそれぞれ有する（図３および図４参照）。また、各燃料供給量マップＡ、Ｂでは、エンジン負荷Ｔあるいはエンジン回転数Ｎｅが高い領域に、増量運転領域Ｂが配置される。すなわち、通常運転時（エンジン負荷Ｔおよびエンジン回転数Ｎｅが基準運転領域Ａにあるとき）には、理論空燃比での燃料供給が行われる。そして、エンジン負荷Ｔあるいはエンジン回転数Ｎｅが上昇して増量運転領域Ｂに入ると、燃料供給量が増加されて燃料リッチ側での燃料供給が行われる。燃料リッチの状態では、燃料の気化熱によりエンジン２の排気温度が低減される。これにより、触媒装置４２、４３の触媒やエンジン２の部品などが保護される。

また、第二燃料供給量マップの増量運転領域Ｂが第一燃料供給量マップの増量運転領域Ｂよりも狭く設定される（図３および図４参照）。言い換えると、第一燃料供給量マップの基準運転領域Ａが第二燃料供給量マップの基準運転領域Ａよりも広く設定される。具体的には、第二燃料供給量マップでは、増量運転領域Ｂを規定するエンジン負荷Ｔおよびエンジン回転数Ｎｅが第一燃料供給量マップよりも高く設定される。すなわち、第二燃料供給量マップでは、第一燃料供給量マップよりも高負荷あるいは高回転数での運転条件下にて、燃料供給量の増加が行われる。

［燃料噴射制御］
一般に、燃料のアルコール含有率Ｒが上昇すると、エンジン２の排気温度が低下する傾向にある。したがって、燃料のアルコール含有率Ｒが高い場合には、エンジン負荷Ｔあるいはエンジン回転数Ｎｅが多少上昇しても、エンジン２の排気温度が上昇し難い。このため、エンジン２の排気温度を低減させるために、燃料供給量を増加させる必要性が少ない。そこで、かかる場合には、エンジン２の燃費を向上させる観点から、理論空燃比での燃料供給が行われることが好ましい。

したがって、この内燃機関１では、以下のように燃料噴射制御が行われる（図２参照）。まず、燃料のアルコール含有率Ｒがアルコールセンサ５４を用いて計測される（ＳＴ１）。次に、現在、第二燃料供給量マップが使用されているか否かが判断される（ＳＴ２）。すなわち、第一燃料供給量マップおよび第二燃料供給マップのいずれが使用されているかが判断される。そして、第二燃料供給量マップが使用されていない（第一燃料供給量マップが使用されている）場合には、アルコール含有率Ｒと所定の閾値Ｒ１とが比較される（ＳＴ３）。そして、Ｒ≦Ｒ１の場合には、第一燃料供給量マップが継続して使用される（ＳＴ４）。

一方、Ｒ＞Ｒ１の場合には、燃料供給量マップの切り替えが行われて、第二燃料供給量マップが使用される（ＳＴ６）。すなわち、燃料のアルコール含有率Ｒが高い場合には、第二燃料供給量マップが使用される。この第二燃料供給量マップでは、その増量運転領域Ｂが第一燃料供給量マップの増量運転領域Ｂよりも狭いので（図３および図４参照）、幅広い運転領域にて、理論空燃比（基準運転領域Ａ）での燃料供給が行われる。これにより、第一燃料供給量マップが常に使用されて燃料供給が行われる構成と比較して、エンジン２の燃費が向上する。また、エンジン負荷Ｔあるいはエンジン回転数Ｎｅが多少上昇しても、燃料のアルコール含有率Ｒが高いのでエンジン２の排気温度が上昇し難い。なお、第二燃料供給量マップにおいても、エンジン負荷Ｔあるいはエンジン回転数Ｎｅが過大となった場合（増量運転領域Ｂにある場合）には、エンジン２の排気温度を低減するために燃料リッチ側での燃料供給が行われる。

次に、第二燃料供給量マップが使用されている場合には、燃料のアルコール含有率Ｒと所定の閾値Ｒ２とが比較される（ＳＴ５）。そして、Ｒ＞Ｒ２の場合には、第二燃料供給量マップが継続して使用される（ＳＴ６）。すなわち、燃料のアルコール含有率Ｒが高い場合には、第二燃料供給量マップが使用される。これにより、エンジン２の燃費が向上する。

一方、Ｒ≦Ｒ２の場合には、燃料供給量マップの切り替えが行われて、第一燃料供給量マップが使用される（ＳＴ４）。すなわち、Ｒ≦Ｒ２の場合には、燃料のアルコール含有量Ｒが低いので、アルコールによる排気温度の低減効果が得られ難い。このため、かかる構成では、エンジン負荷Ｔあるいはエンジン回転数Ｎｅが比較的低い段階にて、供給燃料の増量が行われる。これにより、排気温度が適正に低減されて、触媒装置４２、４３の触媒やエンジン２の部品が保護される。

［効果］
この内燃機関１では、燃料のアルコール含有率Ｒに応じて第一燃料供給量マップと第二燃料供給量マップとが切り替えられて使用されるので（図２〜図５参照）、エンジンの運転条件に応じた適正な燃料供給が行われる。これにより、エンジンの適正な運転が確保される利点がある。

また、この内燃機関１では、上記のように、燃料のアルコール含有率Ｒが所定の閾値Ｒ１（Ｒ２）以上のときに第二燃料供給量マップが用いられて燃料供給が行われる（図２参照）。すなわち、燃料のアルコール含有率Ｒが高いときには、理論空燃比にて燃料供給が行われる運転領域（基準運転領域Ａ）が拡大される。

かかる構成では、第二燃料供給量マップの基準運転領域Ａが第一燃料供給量マップの基準運転領域Ａよりも広いので（図３および図４参照）、幅広い運転領域にて、理論空燃比（基準運転領域Ａ）での燃料供給が行われる。これにより、第一燃料供給量マップが常に使用されて燃料供給が行われる構成と比較して、エンジン２の燃費が向上する利点がある。また、エンジン負荷Ｔあるいはエンジン回転数Ｎｅが多少上昇しても、燃料のアルコール含有率Ｒが高いのでエンジン２の排気温度が上昇し難いという利点がある。

また、この内燃機関１では、上記のように、燃料のアルコール含有率Ｒが所定の閾値Ｒ１（Ｒ２）より小さいときに第一燃料供給量マップが用いられる（図２参照）。すなわち、燃料のアルコール含有率Ｒが低いときには、燃料供給量を増加すべき運転領域（増量運転領域Ｂ）が拡大される。

かかる構成では、第一燃料供給量マップの増量運転領域Ｂが第二燃料供給量マップの増量運転領域Ｂよりも広いので（図３および図４参照）、エンジン負荷Ｔあるいはエンジン回転数Ｎｅが上昇したときに、早い段階にて供給燃料の増量が行われる。これにより、排気温度が適正に低減されて、触媒装置４２、４３の触媒やエンジン２の部品が保護される利点がある。

［付加的事項］
なお、この内燃機関１では、第一燃料供給量マップの使用時にて燃料のアルコール含有率Ｒと比較される閾値Ｒ１と、第二燃料供給量マップの使用時にて燃料のアルコール含有率Ｒと比較される閾値Ｒ２とがＲ１＞Ｒ２の関係を有することが好ましい（図２および図５参照）。かかる構成では、第一燃料供給マップから第二燃料供給マップへの切り替えタイミングと、第二燃料供給マップから第一燃料供給マップへの切り替えタイミングとにヒステリシスが設けられる（図５参照）。したがって、例えば、アルコールセンサ５４の出力変動により、第一燃料供給マップと第二燃料供給マップとが頻繁に切り替えられる事態が防止される。これにより、エンジン２のドライビリティが向上する利点がある。

以上のように、この発明にかかる内燃機関は、燃費を向上できる点で有用である。

この発明の実施例にかかる内燃機関を示す構成図である。 図１に記載した内燃機関の作用を示すフローチャートである。 図１に記載した内燃機関の作用を示す説明図である。 図１に記載した内燃機関の作用を示す説明図である。 図１に記載した内燃機関の作用を示す説明図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ エンジン
２１ ピストン
２２ シリンダ
２３ クランクシャフト
２４ 吸気ポート
２５ 排気ポート
２６ インジェクタ
２７ 点火プラグ
３ 吸気系統
３１ 吸気通路
３２ エアフィルタ
３３ スロットルバルブ
３４ サージタンク
４ 排気系統
４１ 排気通路
４２ 第一触媒装置
４３ 第二触媒装置
５ 制御系統
５１ ＥＣＵ
５２ 回転数センサ
５３ トルクセンサ
５４ アルコールセンサ

Claims (4)

1. アルコール混合ガソリンを燃料として用いる内燃機関であって、
   エンジンの運転条件とエンジンへの燃料供給量との関係を規定する第一燃料供給量マップおよび第二燃料供給量マップを有すると共に、燃料のアルコール含有率Ｒに応じて前記第一燃料供給量マップと前記第二燃料供給量マップとが切り替えられて使用されることを特徴とする内燃機関。
2. 前記第一燃料供給量マップおよび前記第二燃料供給量マップが理論空燃比での燃料供給量を規定する基準運転領域Ａと、燃料リッチ側での燃料供給量を規定する増量運転領域Ｂとをそれぞれ有すると共に、前記第二燃料供給量マップの増量運転領域Ｂが前記第一燃料供給量マップの増量運転領域Ｂよりも狭く設定され、且つ、燃料のアルコール含有率Ｒが所定の閾値以上のときに前記第二燃料供給量マップが用いられる請求項１に記載の内燃機関。
3. 燃料のアルコール含有率Ｒが所定の閾値より小さいときに前記第一燃料供給量マップが用いられる請求項２に記載の内燃機関。
4. 前記第一燃料供給量マップの使用時にて燃料のアルコール含有率Ｒと比較される前記閾値Ｒ１と、前記第二燃料供給量マップの使用時にて燃料のアルコール含有率Ｒと比較される前記閾値Ｒ２とがＲ１＞Ｒ２の関係を有する請求項３に記載の内燃機関。

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