JP2009047071A - 内燃機関の停止制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】アルコール混合燃料を使用する内燃機関において、エンジン始動時の触媒暖機性能を高める。
【解決手段】ガソリンとアルコール混合ガソリンを用いるバイフューエル方式の内燃機関において、エンジン停止信号検出時、アルコール混合燃料で運転が行われているか否かが判定される（ステップＳ１００）。ガソリンで運転されている場合には、直ちにガソリンの供給を停止し、エンジンを停止する（ステップＳ１０８）。アルコール混合燃料で運転されているときには、アルコール濃度に対応してガソリンによる運転サイクルを決定する（Ｓ１０２）。アルコール混合燃料の供給を停止し（ステップＳ１０４）、ガソリンの供給を開始し、アルコール濃度に対応した運転期間に渡りガソリン運転を継続する（ステップＳ１０６）。運転期間経過後、ガソリンの供給を停止し、エンジンを停止する（ステップＳ１０８）。
【選択図】図２

Description

本発明は、アルコール混合燃料を使用する内燃機関の制御システムに関し、特に内燃機関停止時の制御システムに関する。

近年、環境問題などへの関心から、アルコール混合燃料を使用する内燃機関が提案されている。アルコールを燃料として使用する場合、ガソリンや軽油などとの物性の違いから様々な改良が必要である。例えば、メタノール用ディーゼルエンジンにおいて、メタノールとガソリンを燃料としたバイフューエル式の内燃機関では、エンジン停止時に、着火性の悪いメタノールがシリンダ内に残留して、エンジンの再始動性能が悪化することを防止するために、エンジン停止時に所定時間ガソリンのみでエンジン駆動を行なう構成が提案されている（特許文献１参照）。
特開昭６３−７５３２２号公報

一方、アルコール燃料は、燃焼時にガソリンなどの燃料に比べてより多くの水分を発生する。発生した水分はエンジン停止時に排気管内に残留し、排気管が冷えた後、凝結して水滴となる。そのため、次回エンジンを始動する際、排気管内に残留した水滴が大きな熱容量となり、触媒暖機に悪影響を及ぼす。

本発明は、アルコール混合燃料を使用する内燃機関において、エンジン始動時の触媒暖機性能を高めることを目的としている。

本発明の内燃機関停止制御システムは、アルコール混合燃料を使用する内燃機関の停止時の駆動を制御する内燃機関停止制御システムであって、アルコール混合燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段を備え、内燃機関の停止に際して、アルコール混合燃料の内燃機関への供給を停止した後、アルコール濃度に応じた期間、内燃機関からの掃気を継続することを特徴としている。

例えば、バイフューエル方式のときなどのように、アルコールを含有しない第１の燃料を貯留するタンクと、アルコール混合燃料を貯留する第２の燃料タンクとから内燃機関に燃料を選択的に供給する燃料供給手段を備えるときには、燃料供給手段は、アルコール混合燃料の内燃機関への供給を停止した後、第１の燃料を内燃機関に供給して内燃機関の運転を上記期間に渡り継続することにより掃気を継続する。

また、アルコール混合燃料を使用するハイブリッド車両の場合などには、内燃機関はモータを用いたクランキングにより上記期間に渡る掃気を継続することが好ましい。更に上記期間は、アルコール濃度が高いほど長く設定されることが好ましい。

なお、本明細書および特許請求の範囲において掃気とは、アルコール混合燃料の内燃機関への供給を停止した後、アルコール混合燃料を用いずに内燃機関を駆動して排気管内からアルコール混合燃料由来の燃焼ガスを排出することを意味する。

以上のように、本発明によれば、アルコール混合燃料を使用する内燃機関において、エンジン始動時の触媒暖機性能を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である内燃機関停止制御システムの構成を模式的に示すブロック図である。なお、図１には内燃機関の１つの気筒の模式的、部分的な断面図のみが示されるが、内燃機関は従来周知のように複数の気筒を備える。

内燃機関１０は、バイフューエル方式のエンジンであり、ガソリンのみが貯留される第１燃料タンク１１と、ガソリンにメタノールなどのアルコール燃料が混合されたアルコール混合燃料が貯留される第２燃料タンク１２とから燃料が供給される。第１燃料タンク１１からは、燃料パイプ１３を介して第１インジェクタ１４へとガソリンが供給され、第２燃料タンク１２からは、燃料パイプ１５を介して第２インジェクタ１６へとアルコール混合燃料が供給される。

なお、燃料パイプ１３、１５には燃料ポンプが設けられるが本図では省略されている。また、本実施形態において、第１および第２インジェクタ１４、１６は吸気ポート１７に設けられるが、気筒１８内に直接燃料を噴射する構成であってもよい。

第１、第２インジェクタ１４、１６から吸気ポート１７に噴射された燃料は、吸気弁１９が開かれる吸気行程において、クランクシャフト２０の回転とともに下降するピストン２１によって発生する負圧により気筒１８内に吸入される。吸入された燃料は圧縮行程を経た後、点火プラグ２２により点火され、燃焼行程を経て、排気弁２３が開かれる排気行程において排気ポート２４、排気管２５、触媒コンバータ２６を介して排気される。

第１および第２インジェクタ１４、１６の噴射弁の開閉、点火プラグ２２の火花点火は、それぞれＥＣＵ２７により制御される。また、本実施形態では、第２インジェクタ１６近くの燃料パイプ１５に、例えばアルコール濃度センサ２８が設けられ、アルコール濃度センサ２８からの信号はＥＣＵ２７へと送られる。

なお、アルコール濃度センサ２８としては、例えばレーザの屈折を用いたものや誘電型のセンサを用いることが可能であるが、アルコール濃度は、気筒内で燃焼されるアルコール混合燃料の濃度を検出するためのものであるため、これを算出できるセンサであれば、これらに限定されるものではない。例えば気筒内で発生する熱量からアルコール濃度を算出する構成であってもよいし、アルコール混合燃料が貯留された第２燃料タンクにアルコール濃度センサを設ける構成であってもよい。

次に、第１実施形態の内燃機関１０のエンジン停止時の処理動作（停止処理動作）について、図２のフローチャートを参照して説明する。なお、本実施形態において処理動作は、主にＥＣＵ２７、第１、第２インジェクタ１４、１６、アルコール濃度センサ２８などから構成される制御システムにより実行される。制御システムは内燃機関１０の始動から停止までの駆動制御に係わるが、図２のフローチャートは、制御システムのうち、エンジン停止時の制御に関わる処理であり、本実施形態の停止制御システムの処理動作（停止処理動作）に対応する。

内燃機関１０は、ガソリンとアルコール混合ガソリンを使用するバイフューエル方式であるため、制御システムは、第１および第２インジェクタ１４、１６の噴射弁の開閉を制御して、運転状態に合わせた燃料を内燃機関１０に供給する。すなわち、制御システムは、エンジン始動時には、始動性の高いガソリンを燃料として使用し、始動後の通常運転時はアルコール混合ガソリンを燃料として使用する。

図２のフローチャートは、この制御システムにおいて、ＥＣＵ２７がエンジン停止信号を検出したときに開始される。エンジン停止信号が検出されると、ステップＳ１００において、アルコール混合燃料で内燃機関１０が運転されているか否かが判定される。内燃機関１０がアルコール混合燃料で運転されていないとき、すなわちガソリン燃料のみで運転されている場合には、ＥＣＵ２７は、ステップＳ１０８において、直ちに第１インジェクタ１４の噴射弁を閉じることによりガソリン燃料の供給を遮断して内燃機関１０の運転を停止する。これにより、本実施形態の停止制御システムの処理は終了する。

一方、ステップＳ１００において、アルコール混合燃料で運転されていると判定された場合には、ステップＳ１０２において、アルコール濃度センサ２８により検出されたアルコール濃度に対応して、アルコール混合燃料による運転を停止した後に実行されるガソリン燃料による運転期間（サイクル数）が決定される（少なくとも２、３サイクル）。なお、ガソリン燃料による運転期間は、排気管２５に残留する水分が多いと判断されるときにより長く設定されるため、本実施形態ではアルコール濃度が高いときほど長く設定される。また、アルコール濃度と運転期間との対応は、例えばメモリなどに予め格納される。

ステップＳ１０４では、第２インジェクタ１６の噴射弁を閉じることによりアルコール混合燃料の供給が遮断され、その後直ちにステップＳ１０６において、第１インジェクタ１４の駆動が制御され、ガソリン燃料による内燃機関１０の運転が、ステップＳ１０２で求められた期間（サイクル数）に渡って開始される。この所定期間（サイクル数）に渡るガソリン燃料による運転が終了すると、ステップＳ１０８において、第１インジェクタ１４の噴射弁が閉じられ、内燃機関１０の運転が停止される。これにより、本実施形態における停止制御システムの処理は終了する。

以上のように、第１実施形態では、バイフューエル方式の内燃機関において、エンジン停止時にアルコール混合燃料による運転を行っている場合、アルコール混合燃料の供給を停止するとともに、アルコール濃度に応じた期間（サイクル数）に渡りガソリン燃料による運転を行った後にエンジンを停止する。したがって、エンジン停止時のガソリン燃料による運転により、アルコール混合燃料の燃焼ガスは、排気管２５内から掃気され、排気管２５内に残留する水分を低減することができる。これにより次のエンジン始動時における水滴による触媒暖機性能への悪影響を低減し、触媒暖機性能を向上することができる。

なお、本実施形態では、ガソリンとアルコール混合ガソリンのバイフューエル方式を例に説明を行ったが、本実施形態はマルチフューエル方式に適用することも可能である。また、燃焼時の水分発生量に大きな差がある複数の燃料を用い、その少なくとも１つが状況により濃度が変化する混合燃料である場合にも、その混合燃料の濃度に応じて、水分発生の少ない燃料によりエンジン停止直前の一定期間に渡って運転を行うことにより、触媒暖機性能を向上することも可能である。

次に、図３、４を参照して、本発明の第２実施形態である内燃機関停止制御システムの構成を模式的に示すブロック図である。なお第２実施形態は、アルコール混合燃料を使用するハイブリッド車両に内燃機関停止制御システムを適用したものである。また、第１実施形態と同様の構成については、同一参照符号を用い、その説明は省略する。

第２実施形態では、アルコール混合燃料を貯留する第２燃料タンク１２のみが設けられ、第２燃料タンク１２からは、第１実施形態と同様に、燃料パイプ１５を介して第２インジェクタ部１６からアルコール混合燃料が噴射され、供給されるアルコール混合燃料のアルコール濃度は、アルコール濃度センサ２８により検出される。

また、第２実施形態はハイブリッド車両に適用されるため、ＥＣＵ２７は、図示しないインバータ等を介してモータ／ジェネレータ２９の駆動を制御する。モータ／ジェネレータ部２９は、クランクシャフト２０に連結されており、内燃機関１０の駆動が停止されていても、モータ／ジェネレータ部２９の駆動力によりクランクシャフト２０は回転可能である。

なお、モータ／ジェネレータ部２９は、クランクシャフト２０に直接接続されたモータ／ジェネレータのみから構成されてもよいが、例えば、クランクシャフト２０に直接接続されたモータ／ジェネレータの他に、車輪側の動力伝達機構に接続され、動力分割機構を介してクランクシャフト２０に接続されたモータ／ジェネレータを備える構成であってもよい。

図４は、第２実施形態における内燃機関停止制御システムの処理動作（停止処理動作）に対応するフローチャートであり、図２に示される第１実施形態の処理動作と同様のタイミングで開始される。

すなわち、エンジン停止信号が検出されると、ステップＳ２００において、アルコール混合燃料で内燃機関１０が運転されているか否かが判定される。内燃機関１０がアルコール混合燃料で運転されていないとき、すなわちモータ／ジェネレータ部２９により車両が運転されている場合には、ＥＣＵ２７は、ステップＳ２０８において、直ちにモータ／ジェネレータ部２９の運転を停止し、本実施形態の停止時制御システムの処理は終了する。

一方、ステップＳ２００において、アルコール混合燃料で運転されていると判定された場合には、ステップＳ２０２において、アルコール濃度センサ２８により検出されたアルコール濃度に対応して、アルコール混合燃料による運転を停止した後にモータ／ジェネレータ部２９により実行されるクランキング期間（例えばサイクル数）が決定される。なお、このクランキング期間は、排気管２５に残留する水分が多いと判断されるときにより長く設定されるため、本実施形態ではアルコール濃度が高いときほど長く設定される。また、アルコール濃度とクランキング期間との対応は、予めメモリ等に格納される。

ステップＳ２０４では、インジェクタ１６の噴射弁を閉じることによりアルコール混合燃料の供給が遮断され、その後直ちにステップＳ２０６において、モータ／ジェネレータ部２９による内燃機関１０のクランキングが、ステップＳ２０２で求められたクランキング期間（サイクル数）に渡って開始される。クランキング期間に渡るモータ／ジェネレータ部２９によるクランキングが終了すると、ステップＳ２０８において、モータ／ジェネレータ部２９の駆動が停止され、本実施形態における停止制御システムの処理は終了する。

以上のように、第２実施形態では、エンジン停止時にアルコール混合燃料による運転を行っている場合、アルコール混合燃料の供給を停止するとともに、アルコール濃度に応じた期間、ハイブリッド用のモータ／ジェネレータを用いてクランキング運転を行った後にエンジンを停止する。すなわち、アルコール混合燃料の燃焼ガスは、モータ／ジェネレータによるクランキングにより排気管から掃気され、排気管内の残留水分による触媒暖機性能への悪影響は低減され、触媒暖機性能が向上する。

なお、第２実施形態では、ハイブリッド車両を前提としてハイブリッド用のモータ／ジェネレータをクランキングに用いたが、ハイブリッド車両以外のアルコール混合燃料を用いた車両においても、始動用のモータ／ジェネレータを用いてエンジン停止時に所定期間に渡りクランキングを行っても同様の効果を得ることができる。また、第１実施形態の構成において、ガソリン燃料によるエンジン停止時の掃気に代えて、始動用のモータ／ジェネレータを用いたクランキングにより掃気を行ってもよい。また、ハイブリッドとバイフューエルを組み合わせた構成において、クランキングまたはガソリンによる運転によりアルコール混合燃料の燃焼ガスの掃気を行ってもよい。

本発明の第１実施形態である内燃機関停止制御システムの構成を模式的に示すブロック図である。 第１実施形態の内燃機関停止制御システムにおける処理動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態である内燃機関停止制御システムの構成を模式的に示すブロック図である。 第２実施形態の内燃機関停止制御システムにおこえる処理動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１１ 第１燃料タンク
１２ 第２燃料タンク
１４ 第１インジェクタ
１６ 第２インジェクタ
２５ 排気管
２６ 触媒コンバータ
２７ ＥＣＵ
２８ アルコール濃度センサ
２９ モータ／ジェネレータ部

Claims (4)

1. アルコール混合燃料を使用する内燃機関の停止時の駆動を制御する内燃機関停止制御システムであって、
   前記アルコール混合燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段を備え、
   前記内燃機関の停止に際して、前記アルコール混合燃料の前記内燃機関への供給を停止した後、前記アルコール濃度に応じた期間、前記内燃機関からの掃気を継続する
   ことを特徴とする内燃機関停止制御システム。
2. アルコールを含有しない第１の燃料を貯留するタンクと、前記アルコール混合燃料を貯留する第２の燃料タンクとから前記内燃機関に燃料を選択的に供給する燃料供給手段を備え、前記燃料供給手段が、前記アルコール混合燃料の前記内燃機関への供給を停止した後、前記第１の燃料を前記内燃機関に供給して前記内燃機関の運転を前記期間に渡り継続することにより前記掃気を継続することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関停止制御システム。
3. 前記内燃機関がモータを用いたクランキングにより前記期間に渡る前記掃気を継続することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関停止制御システム。
4. 前記期間が、前記アルコール濃度が高いほど長く設定されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の内燃機関停止制御システム。
   

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