JP2014227981A - Control device for spark ignition type engine - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To secure the ignitability and/or combustion stability of air-fuel mixture, independently of the property of fuel, in an engine into which the fuel is to be supplied including alcohol having a lower evaporation rate than gasoline under the conditions of a specified temperature or lower, when the temperature state of the engine is a predetermined temperature or lower and the operating condition of the engine is in a predetermined high-load and high-rotation region.SOLUTION: When the temperature state of an engine body (an engine 1) is a predetermined temperature or lower and the operating condition of the engine body is in a predetermined high-load and high-rotation region, a controller (an engine controller 100) carries out fuel injection so that the fuel injection started in an intake stroke is finished during a compression stroke. The controller also shortens a fuel injection period so that a fuel injection finishing timing is faster as the concentration of alcohol in fuel is higher.

Description

ここに開示する技術は、火花点火式エンジンの制御装置に係り、特に特定温度以下の状態下でガソリンよりも気化率の低いアルコールを含む燃料が供給されるよう構成された火花点火式エンジンの制御装置に関する。   The technology disclosed herein relates to a control device for a spark ignition engine, and more particularly to control of a spark ignition engine configured to be supplied with a fuel containing alcohol having a lower vaporization rate than gasoline under a specific temperature or lower. Relates to the device.

近年、地球温暖化等の環境問題の視点からバイオ燃料が注目されており、ガソリンと例えばバイオエタノールとを任意の混合比で混合した燃料で走行可能なFFV(Flexible Fuel Vehicle)が実用化されている。FFVにおける燃料のエタノール濃度の範囲は、市場で流通している燃料のガソリン及びエタノールの混合比によって異なるが、例えばE25(ガソリン75%、エタノール25)からE100(エタノール100%)まで変化する場合、又は、E0(ガソリン100%)からE85(ガソリン15%、エタノール85%)まで変化する場合がある。尚、ここでいうE100には、エタノールの精製過程で十分に水分が除去されず、5%程度の水分を含有するE100(エタノール95%、水5%)も含まれる。   In recent years, biofuels have attracted attention from the viewpoint of environmental problems such as global warming, and FFVs (Flexible Fuel Vehicles) that can run with a fuel in which gasoline and bioethanol, for example, are mixed at an arbitrary mixing ratio have been put into practical use. Yes. The range of the ethanol concentration of the fuel in FFV differs depending on the mixing ratio of gasoline and ethanol as fuels distributed in the market. For example, when changing from E25 (gasoline 75%, ethanol 25) to E100 (ethanol 100%), Or it may change from E0 (gasoline 100%) to E85 (gasoline 15%, ethanol 85%). In addition, E100 here includes E100 (ethanol 95%, water 5%) which contains about 5% of water, in which water is not sufficiently removed during the ethanol purification process.

このようなFFVでは、燃料のエタノールの濃度によって燃料の性状が異なる。つまり、多成分燃料であるガソリンは、その沸点が27〜225℃の範囲になることから、例えば図2に、温度に対するガソリンの蒸留率の変化を示すように、温度が比較的低い状態であっても、気化率は比較的高い。これに対し、エタノールは単一成分燃料であって、その標準沸点は78℃であるから、温度が比較的低いときには気化率が0になってガソリンの気化率よりも低くなる状態がある一方で、温度が比較的高いときには気化率が100%になってガソリンの気化率よりも高くなる状態がある。そのため、FFVでは、エンジンの温度状態が所定の温度以下の低温時には、燃料におけるエタノールの濃度が高いほど、また、エンジンの温度状態が低いほど、気筒内での燃料の気化性能は悪化する。つまり、気筒内に供給した燃料量に対する、燃焼に寄与した燃料量の重量比を気化率と定義すれば、エタノールの濃度が高いほど、また、エンジンの温度状態が低いほど、気化率は低くなる。例えばE100使用時の、エンジンの冷間運転時には、気化率が低くなることに起因して、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性が悪化してしまうという問題が生じる。特に、水分含有のE100は、この問題が大きい。   In such FFV, the properties of the fuel differ depending on the concentration of ethanol in the fuel. In other words, since gasoline, which is a multi-component fuel, has a boiling point in the range of 27 to 225 ° C., for example, as shown in FIG. But the vaporization rate is relatively high. On the other hand, since ethanol is a single component fuel and its standard boiling point is 78 ° C., when the temperature is relatively low, the vaporization rate becomes 0, which is lower than the gasoline vaporization rate. When the temperature is relatively high, the vaporization rate is 100%, which is higher than the vaporization rate of gasoline. Therefore, in the FFV, when the engine temperature state is a low temperature below a predetermined temperature, the higher the ethanol concentration in the fuel and the lower the engine temperature state, the worse the fuel vaporization performance in the cylinder. That is, if the weight ratio of the amount of fuel that contributes to combustion to the amount of fuel supplied into the cylinder is defined as the vaporization rate, the vaporization rate decreases as the ethanol concentration increases and the engine temperature state decreases. . For example, during the cold operation of the engine when using E100, there arises a problem that the ignitability and / or combustion stability of the air-fuel mixture deteriorates due to the low vaporization rate. In particular, E100 containing water has a large problem.

例えば特許文献1には、FFV用のエンジンシステムにおいて、冷間始動後のファーストアイドル中に、吸気行程及び圧縮行程のそれぞれで燃料を噴射する触媒暖機促進処理を行う際に、燃料におけるアルコール濃度が高くなるほど、圧縮行程中に噴射する燃料の噴射量を相対的に増やすことにより、失火を防止して触媒装置の暖機を促進する一方で、所定のアルコール濃度以上のときには、圧縮行程中に噴射する燃料噴射量を所定値に制限することによって、気化しない燃料量が増大してしまうことを防止して、点火不良等に起因する触媒装置の暖機遅延を防止することが記載されている。   For example, in Patent Document 1, in the engine system for FFV, when performing the catalyst warm-up promotion process in which fuel is injected in each of the intake stroke and the compression stroke during the first idle after the cold start, the alcohol concentration in the fuel The higher the is, the more the amount of fuel injected during the compression stroke is relatively increased, thereby preventing misfire and promoting warm-up of the catalyst device. It is described that the fuel injection amount to be injected is limited to a predetermined value, thereby preventing an increase in the amount of fuel that is not vaporized and preventing a warm-up delay of the catalyst device due to an ignition failure or the like. .

また、特許文献2には、FFV用のエンジンシステムにおいて、ガソリンの理論空燃比とアルコールの理論空燃比との相違により、アルコール濃度が高いときには必要な燃料噴射量が増えることに起因して、単位時間当たりの燃料消費量が多くなる高回転・高負荷領域においては燃料ポンプの最大吐出能力を超えてしまうことから、燃料噴射量を最大吐出能力に設定することを前提として、充填効率を制限することにより、実際の空燃比が理論空燃比よりもリーン側にずれてしまうことを防止することが記載されている。   Further, in Patent Document 2, in the engine system for FFV, the difference between the theoretical air-fuel ratio of gasoline and the theoretical air-fuel ratio of alcohol causes a necessary fuel injection amount to increase when the alcohol concentration is high. Since the maximum discharge capacity of the fuel pump is exceeded in the high rotation / high load range where the fuel consumption per hour increases, the charging efficiency is limited on the assumption that the fuel injection amount is set to the maximum discharge capacity. Thus, it is described that the actual air-fuel ratio is prevented from deviating from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean side.

特開2008−274789号公報JP 2008-274789 A 特開2009−191650号公報JP 2009-191650 A

ところで、エンジンが高回転でかつ、高負荷の運転領域では、エンジンの信頼性や、触媒装置の過熱を防止する観点から、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチにすることで、燃料の気化潜熱を利用して燃焼温度及び排気ガス温度を低下させることが行われる(以下、説明の都合上、このような制御をオーバーリッチ制御と呼ぶ場合がある)。   By the way, in an engine operating region where the engine is running at a high speed and a high load, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio from the viewpoint of engine reliability and prevention of overheating of the catalyst device. The combustion temperature and the exhaust gas temperature are lowered using the latent heat of vaporization (hereinafter, such control may be referred to as overrich control for convenience of explanation).

また、FFVにおいては、前述したように、ガソリンの理論空燃比とアルコールの理論空燃比との相違から燃料におけるアルコール濃度が高いほど、燃料噴射量が増大することになると共に、エンジンの温度状態が低くかつ燃料のエタノール濃度が高いような、燃料の気化率が低くなるときには、その低い気化率を補って所望の気化燃料量が得られるように、気筒内に供給する燃料量を、予め増量する制御が行われる。   In FFV, as described above, the higher the alcohol concentration in the fuel, the higher the alcohol concentration in the fuel due to the difference between the theoretical air-fuel ratio of gasoline and the theoretical air-fuel ratio of alcohol. When the fuel vaporization rate is low, such as when the fuel concentration is low and the fuel ethanol concentration is high, the amount of fuel supplied into the cylinder is increased in advance so as to compensate for the low vaporization rate and obtain the desired vaporized fuel amount. Control is performed.

従って、FFVにおいて、特にエンジンの温度が比較的低い低温時に、前述したオーバーリッチ制御をしようとすれば、エタノール濃度が高いほど燃料噴射量が大幅に増大するようになるから、吸気行程中から燃料噴射を開始しても、圧縮行程の後半まで燃料噴射が継続してしまうことにもなる。   Therefore, in the FFV, if the above-described overrich control is performed, particularly when the engine temperature is relatively low, the fuel injection amount increases greatly as the ethanol concentration increases. Even if the injection is started, the fuel injection will continue until the latter half of the compression stroke.

一方で、燃料におけるアルコール濃度が高いほど、低温時は、燃料は気化し難くなるため、気化時間を長く確保したいという要求が生まれるが、前述の通りアルコール濃度が高いほど燃料の噴射終了時期が遅れる上に、高回転域では、1サイクル当たりの時間が短くなるため、点火前に十分に長い気化時間を確保することができず、結果として、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性を低下させる虞がある。また、気筒内に噴射したものの気化せずに液滴のままの燃料が増えることになり、気筒内に残留する液滴燃料が、燃料の気化をさらに悪化させることにもなる。さらに、未燃燃料が触媒装置に供給されてしまう結果、触媒における後燃えを招くことも起こり得る。このように、燃料の気化潜熱を利用して燃焼温度の低下を図るオーバーリッチ制御が、FFVにおいては、燃料の気化が悪くなるときに、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性を低下させ、さらにはエンジンの信頼性低下や触媒装置の過熱を招くことにもなり得る。   On the other hand, the higher the alcohol concentration in the fuel, the more difficult it is to vaporize at low temperatures. Therefore, there is a demand for ensuring a longer vaporization time, but as described above, the higher the alcohol concentration, the later the fuel injection end time is delayed. Moreover, since the time per cycle is shortened in the high rotation range, a sufficiently long vaporization time cannot be secured before ignition, resulting in a decrease in the ignitability and / or combustion stability of the mixture. There is a risk of causing it. In addition, although the fuel injected into the cylinder does not vaporize, the amount of fuel remaining as droplets increases, and the droplet fuel remaining in the cylinder further worsens the vaporization of the fuel. Furthermore, as a result of the unburned fuel being supplied to the catalytic device, it may occur that the catalyst burns after. As described above, overrich control that lowers the combustion temperature using the latent heat of vaporization of the fuel reduces the ignitability and / or combustion stability of the air-fuel mixture when the fuel vaporization deteriorates in FFV. In addition, the reliability of the engine may be reduced and the catalyst device may be overheated.

ここに開示する技術は、前記の実情を考慮した技術であり、その目的とするところは、特定温度以下の状態下でガソリンよりも気化率の低いアルコールを含む燃料が供給されるエンジンにおいて、その温度状態が所定温度以下でかつ、エンジンの運転状態が所定の高負荷・高回転の領域にあるときに、燃料の性状に関わらず、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性を確保することにある。   The technology disclosed herein is a technology that takes the above-mentioned circumstances into consideration, and the purpose of the technology is that in an engine that is supplied with a fuel containing an alcohol having a lower vaporization rate than gasoline under a condition below a specific temperature. To ensure the ignitability and / or combustion stability of the air-fuel mixture regardless of the fuel properties when the temperature is below the specified temperature and the engine is operating in the specified high load / high rotation range It is in.

具体的にここに開示する技術は、火花点火式エンジンの制御装置に係る。この火花点火式エンジンの制御装置は、特定温度以下の条件下でガソリンよりも気化率の低いアルコールを含む燃料が供給されるように構成されたエンジン本体、前記燃料を噴射する燃料噴射弁を有しかつ、当該燃料噴射弁が噴射した前記燃料を前記エンジン本体の気筒内に供給するように構成された燃料供給機構、及び、少なくとも前記燃料供給機構の制御を通じて前記エンジン本体を運転するように構成された制御器、を備える。   Specifically, the technology disclosed herein relates to a control device for a spark ignition engine. The control device for the spark ignition engine has an engine main body configured to be supplied with fuel containing alcohol having a lower vaporization rate than gasoline under conditions of a specific temperature or lower, and a fuel injection valve for injecting the fuel. And a fuel supply mechanism configured to supply the fuel injected by the fuel injection valve into a cylinder of the engine body, and configured to operate the engine body through at least control of the fuel supply mechanism. A controller.

そして、前記制御器は、前記エンジン本体の温度状態が所定温度以下のときでかつ、前記エンジン本体の運転状態が所定の高負荷・高回転の領域にあるときには、吸気行程中に開始した燃料噴射が圧縮行程中に終了するように、前記燃料の噴射を行い、前記制御器はまた、前記燃料における前記アルコールの濃度が高いほど、前記燃料の噴射終了時期が進角するように、前記燃料の噴射期間を短くする。   When the temperature of the engine main body is equal to or lower than a predetermined temperature and the operating state of the engine main body is in a predetermined high load / high rotation range, the controller performs fuel injection started during the intake stroke. The fuel is injected such that the fuel injection ends during the compression stroke, and the controller also increases the fuel injection end timing as the concentration of the alcohol in the fuel increases. Shorten the injection period.

ここで、「特定温度以下の状態下でガソリンよりも気化率が低いアルコール」とは、具体的にはエタノール又はメタノール等であり、単一成分燃料であることで、当該アルコールの沸点以下の状態下では、ガソリンよりも気化率が低くなり得る。ここでいうアルコールには、サトウキビやトウモロコシを原料としたバイオエタノール等の、生物由来アルコールを含む。   Here, the “alcohol having a lower vaporization rate than gasoline under a condition below a specific temperature” specifically refers to ethanol or methanol, etc., and is a single component fuel, which is a condition below the boiling point of the alcohol. Below, the vaporization rate can be lower than gasoline. The alcohol here includes biological alcohol such as bioethanol made from sugarcane or corn.

また、「アルコールを含む燃料」は、アルコールとガソリンとを混合した燃料、及び、アルコールのみの燃料の双方を含む。ガソリンとアルコールとの混合比に、特に制限はなく、任意の混合比を採用することができる。エンジン本体に供給される燃料は、ガソリンとアルコールとの混合比が一定であってもよいし、随時、変化してもよい。アルコールをエタノールとしたときに、「アルコールを含む燃料」には、具体的には、ガソリンにエタノールを25%混合したE25から、エタノール100%のE100までの範囲で、任意のエタノール濃度の燃料が含まれる。また、前記の構成は、エンジン本体に対して、アルコールを含まない燃料が供給されることを排除するものではない。例えばアルコールをエタノールとしたときに、エンジン本体に供給する燃料には、ガソリン(つまり、エタノールを含まないE0)から、ガソリンにエタノールを85%混合したE85までの範囲で、任意のエタノール濃度の燃料が含まれる。さらに、「アルコールを含む燃料」には、水が含まれていてもよい。従って、5%程度の水分を含有するE100もまた、ここでいう「アルコールを含む燃料」に含まれる。尚、燃料におけるアルコール濃度は、様々な手法により、検知又は推定することが可能である。   The “fuel containing alcohol” includes both a fuel obtained by mixing alcohol and gasoline, and a fuel containing only alcohol. There is no restriction | limiting in particular in the mixing ratio of gasoline and alcohol, Arbitrary mixing ratios can be employ | adopted. The fuel supplied to the engine body may have a constant mixing ratio between gasoline and alcohol, or may change as needed. When the alcohol is ethanol, the “fuel containing alcohol” specifically includes fuels having an arbitrary ethanol concentration in a range from E25 in which 25% ethanol is mixed with gasoline to E100 in which ethanol is 100%. included. Further, the above-described configuration does not exclude that fuel containing no alcohol is supplied to the engine body. For example, when alcohol is ethanol, the fuel to be supplied to the engine body is a fuel having an arbitrary ethanol concentration in a range from gasoline (that is, E0 not containing ethanol) to E85 in which gasoline is mixed with 85% ethanol. Is included. Further, the “fuel containing alcohol” may contain water. Therefore, E100 containing about 5% of water is also included in the “fuel containing alcohol”. The alcohol concentration in the fuel can be detected or estimated by various methods.

「気化率」は、気筒内に供給した燃料量に対する、燃焼に寄与した燃料量の重量比として定義することができる。こうした気化率は、エンジンの排気通路に取り付けたOセンサの検出値に基づいて算出することが可能である。エンジン本体の温度が所定温度以下の条件下では、燃料におけるアルコールの濃度が高いほど、また、エンジン本体の温度状態が低いほど、気化率は低くなり得る。 “Vaporization rate” can be defined as the weight ratio of the amount of fuel contributed to combustion to the amount of fuel supplied into the cylinder. Such a vaporization rate can be calculated based on a detection value of an O 2 sensor attached to the exhaust passage of the engine. Under conditions where the temperature of the engine body is equal to or lower than a predetermined temperature, the higher the alcohol concentration in the fuel and the lower the temperature state of the engine body, the lower the vaporization rate.

「燃料噴射弁」は、気筒内に、燃料を直接、噴射する燃料噴射弁としてもよい。こうすることで、気筒が吸気行程にあるとき、及び、圧縮行程にあるときのそれぞれで、気筒内に燃料を供給することが可能である。また、そうした直噴の燃料噴射弁に加えて、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁を別途備えてもよい。   The “fuel injection valve” may be a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder. By doing so, it is possible to supply fuel into the cylinder when the cylinder is in the intake stroke and when it is in the compression stroke. In addition to such a direct injection fuel injection valve, a fuel injection valve for injecting fuel into the intake port may be provided separately.

「エンジン本体の温度状態が所定温度以下のとき」とは、エンジン本体が暖機状態にまでは至っていない半暖機状態であって、アルコールを含む燃料の気化率が相対的に低くなるようなときである。   “When the temperature of the engine body is below a predetermined temperature” means a semi-warm-up state where the engine body has not reached the warm-up state, and the vaporization rate of the alcohol-containing fuel is relatively low. Is the time.

「エンジン本体の運転状態が所定の高負荷・高回転の領域にある」とは、エンジンの運転状態が、全開負荷を含む高負荷領域にあるときでかつ、エンジン本体の回転数領域を、仮に低回転領域と高回転領域とに2分割したときの高回転領域にあるときと定義してもよい。より具体的には、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定することにより、燃料の気化潜熱を利用して燃焼温度を低下させ、それにより、エンジン本体の信頼性を確保したり、エンジン本体の排気側に設けた触媒装置の過熱を防止したりするような運転領域である。この空燃比は、エンジンのトルクが最も高くなるような、いわゆるパワー空燃比(出力空燃比ともいう)よりもリッチな空燃比とすればよく、こうすることで、燃料の気化潜熱を利用した燃焼温度の低下等が実現する。具体的に、オーバーリッチは、パワー空燃比の当量比を例えばφ=1.2程度としたときに、それよりもリッチである当量比φ=1.4程度(1.2<φ≦1.4)としてもよい。   “The operating state of the engine body is in a predetermined high load / high rotation area” means that the engine operating state is in a high load area including a fully open load and the engine speed range is temporarily It may be defined as being in a high rotation area when divided into a low rotation area and a high rotation area. More specifically, by setting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio, the combustion temperature is lowered using the latent heat of vaporization of the fuel, thereby ensuring the reliability of the engine body. This is an operation region in which overheating of the catalyst device provided on the exhaust side of the engine body is prevented. This air-fuel ratio may be an air-fuel ratio richer than the so-called power air-fuel ratio (also referred to as output air-fuel ratio) that gives the highest engine torque, and in this way, combustion using the vaporization latent heat of the fuel A decrease in temperature is realized. Specifically, over-rich is equivalent to an equivalent ratio φ = 1.4 (1.2 <φ ≦ 1...) When the equivalent ratio of the power air-fuel ratio is about φ = 1.2, for example. 4).

前記の構成によると、エンジン本体の温度状態が所定温度以下であって、燃料の気化率が相対的に低下するようなときでかつ、エンジン本体の運転状態が所定の高負荷・高回転の領域にあるときには、燃料噴射量が増大することに伴い、燃料の噴射期間が長くなる。その結果、吸気行程から開始した燃料噴射が圧縮行程にまで継続することにもなる。また、アルコールの理論空燃比とガソリンの理論空燃比とが相違することから、燃料におけるアルコールの濃度が高いほど、燃料噴射量は相対的に増えることになり、低温時には、燃料におけるアルコールの濃度が高いほど低くなる気化率を補うために、燃料噴射量が増えることになる。その結果、燃料におけるアルコールの濃度が高いほど、燃料の噴射期間が長くなって、噴射終了時期は遅れる(つまり、点火時期に近づく)。   According to the above configuration, when the temperature state of the engine body is equal to or lower than the predetermined temperature and the fuel vaporization rate is relatively lowered, and the operating state of the engine body is a predetermined high load / high rotation region In this case, the fuel injection period becomes longer as the fuel injection amount increases. As a result, the fuel injection started from the intake stroke continues to the compression stroke. In addition, since the theoretical air-fuel ratio of alcohol is different from the stoichiometric air-fuel ratio of gasoline, the higher the alcohol concentration in the fuel, the higher the fuel injection amount. At low temperatures, the alcohol concentration in the fuel increases. In order to compensate for the lowering vaporization rate, the fuel injection amount increases. As a result, the higher the alcohol concentration in the fuel, the longer the fuel injection period and the later the injection end timing (that is, the closer to the ignition timing).

このように燃料の噴射期間が長くなるときに、前記の構成では、燃料におけるアルコールの濃度が高いほど、燃料の噴射終了時期が進角するように、燃料の噴射期間を短くする。燃料の噴射期間を短くすることは、例えば燃料の圧力を高めて同一噴射量であっても、噴射期間が短くなるようにしてもよいし、燃料の圧力をそれ以上に高めることができないと きには、噴射量を減らすことによって噴射期間を短くしてもよい。前述したように、エンジン本体の運転状態が所定の高負荷・高回転の領域にあるときには、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチに設定されることから、燃料噴射量を減らしたとしても、混合気の空燃比は理論空燃比に近づくだけである。つまり、噴射量を減らすときには、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンにならない範囲で減らすことが好ましい。こうすることで、排気エミッション性能の低下が回避される。   As described above, when the fuel injection period is long, in the above configuration, the fuel injection period is shortened so that the higher the alcohol concentration in the fuel is, the more the fuel injection end timing is advanced. To shorten the fuel injection period, for example, even if the fuel pressure is increased to achieve the same injection amount, the injection period may be shortened, or the fuel pressure cannot be increased further. Alternatively, the injection period may be shortened by reducing the injection amount. As described above, when the operating state of the engine body is in a predetermined high load / high rotation range, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is set to be richer than the stoichiometric air-fuel ratio. However, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture only approaches the stoichiometric air-fuel ratio. That is, when reducing the injection amount, it is preferable to reduce the injection amount in a range where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture does not become leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. By doing so, a reduction in exhaust emission performance is avoided.

そうして、燃料の噴射期間を短くして、燃料の噴射終了時期を進角させることにより、噴射終了から点火までの期間を長くすることが可能になる。前記の構成では、燃料におけるアルコールの濃度が高いほど噴射終了時期を進角する結果、燃料の気化率が相対的に低くなるときほど、燃料の噴射終了から点火までの期間が長くなるから、燃料の気化に有利になる。その結果、燃料の性状に関わらず、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性が向上する。   Then, by shortening the fuel injection period and advancing the fuel injection end timing, it becomes possible to lengthen the period from the end of injection to ignition. In the above configuration, as the alcohol concentration in the fuel increases, the injection end timing is advanced. As a result, as the fuel vaporization rate becomes relatively low, the period from the end of fuel injection to ignition becomes longer. It becomes advantageous for vaporization. As a result, the ignitability and / or combustion stability of the air-fuel mixture is improved regardless of the properties of the fuel.

また特に、燃料噴射量を減らすことによって噴射期間を短くしたときには、気筒内で気化しない燃料量を減らすことになるから、液滴燃料が気筒内に残留することを抑制し、燃料の気化の悪化を回避することが可能になる。また、燃料噴射量の低減は、エンジン本体の排気側に接続された触媒装置に未燃燃料が供給されることを抑制して、触媒装置の過熱の回避にも有効である。   In particular, when the injection period is shortened by reducing the fuel injection amount, the amount of fuel that is not vaporized in the cylinder is reduced, so that the droplet fuel is prevented from remaining in the cylinder and the fuel vaporization is deteriorated. Can be avoided. Further, the reduction of the fuel injection amount is effective in preventing overheating of the catalyst device by suppressing unburned fuel from being supplied to the catalyst device connected to the exhaust side of the engine body.

前記火花点火式エンジンの制御装置は、前記エンジン本体の排気側に接続されかつ、前記エンジン本体から排出された排気ガスを浄化するよう構成された触媒装置をさらに備え、前記制御器は、前記触媒装置の温度が所定温度以上であるときには、前記燃料における前記アルコールの濃度が高いほど、前記燃料の噴射終了時期が進角するように、前記燃料の噴射量を減少させると共に、当該燃料噴射量の減少に対応するように、前記エンジン本体の充填効率を低下させる、としてもよい。   The control device for the spark ignition engine further includes a catalyst device connected to an exhaust side of the engine body and configured to purify exhaust gas discharged from the engine body, and the controller includes the catalyst When the temperature of the apparatus is equal to or higher than a predetermined temperature, the fuel injection amount is decreased so that the higher the alcohol concentration in the fuel is, the more the fuel injection end timing is advanced. The filling efficiency of the engine body may be lowered so as to correspond to the decrease.

ここで、「充填効率」は、次の定義に従うとする。すなわち、標準大気(25℃、1atm)で総排気量の1気筒分の空気重量を1としたときの、1気筒内に吸入した空気重量の割合である。   Here, it is assumed that “filling efficiency” follows the following definition. That is, the ratio of the weight of air sucked into one cylinder when the air weight of one cylinder of the total displacement is 1 in the standard atmosphere (25 ° C., 1 atm).

前述したように、エンジン本体が高負荷・高回転の領域にあるときに、燃料の噴射終了時期を進角すべく燃料噴射量を減少させたときには、混合気の空燃比が、オーバーリッチの状態からパワー空燃比に近づく。これにより、燃焼温度及び排気ガス温度は、上昇する。燃料温度及び排気ガス温度の上昇は、触媒装置の温度が比較的低いときには大きな問題とはならないが、触媒装置の温度が比較的高い所定温度以上のときには、燃焼温度等の上昇が、触媒装置の過熱を招き得る。そこで、触媒装置の温度が所定温度以上であって、触媒装置の温度がそれ以上に上昇することを回避したいときには、燃料噴射量の減少に対応するように、エンジン本体の充填効率を低下させる。つまり、燃料噴射量及び空気量の双方を減少させることにより、混合気の空燃比は、パワー空燃比よりもリッチな状態を維持することが可能になり、燃焼温度及び排気ガス温度の上昇が抑制される。その結果、触媒装置の過熱が抑制乃至回避される。   As described above, when the fuel injection amount is decreased to advance the fuel injection end timing when the engine body is in the high load / high rotation region, the air-fuel ratio of the mixture is overrich. Approaches the power air-fuel ratio. As a result, the combustion temperature and the exhaust gas temperature rise. The increase in the fuel temperature and the exhaust gas temperature is not a big problem when the temperature of the catalyst device is relatively low, but when the temperature of the catalyst device is higher than a relatively high predetermined temperature, the increase in the combustion temperature or the like Can cause overheating. Therefore, when the temperature of the catalyst device is equal to or higher than the predetermined temperature and it is desired to avoid the temperature of the catalyst device from rising further, the charging efficiency of the engine body is reduced so as to correspond to the decrease in the fuel injection amount. In other words, by reducing both the fuel injection amount and the air amount, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be kept richer than the power air-fuel ratio, and the rise in combustion temperature and exhaust gas temperature is suppressed. Is done. As a result, overheating of the catalyst device is suppressed or avoided.

火花点火式エンジンの制御装置は、前記エンジン本体に設けられかつ、吸気弁の開閉時期を変更可能に構成された可変動弁機構をさらに備え、前記制御器は、前記可変動弁機構を通じて、前記吸気弁の閉弁時期を吸気下死点以降の所定時期に設定することにより、前記充填効率を低下させる、としてもよい。   The control device for the spark ignition engine further includes a variable valve mechanism that is provided in the engine body and is configured to be able to change the opening and closing timing of the intake valve, and the controller passes through the variable valve mechanism. The charging efficiency may be lowered by setting the closing timing of the intake valve to a predetermined timing after intake bottom dead center.

すなわち、可変動弁機構によって、吸気弁の閉弁時期をいわゆる遅閉じに設定することで、ポンプ損失を増大させることなく、充填効率の低下が図られる。尚、エンジン本体の充填効率は、例えばスロットル弁の開度を小さくすることによって低下させてもよい。   That is, by setting the closing timing of the intake valve to a so-called delayed closing by the variable valve mechanism, the charging efficiency can be reduced without increasing the pump loss. Note that the charging efficiency of the engine body may be lowered, for example, by reducing the opening of the throttle valve.

前記燃料供給機構は、前記燃料噴射弁が噴射する前記燃料の圧力を昇圧させる燃料ポンプをさらに有し、前記制御器は、少なくとも前記エンジン本体の運転状態及び前記燃料の気化率に基づいて前記燃料噴射弁が噴射する前記燃料の噴射量を設定し、前記制御器は、前記設定した噴射量が、前記燃料ポンプの性能限界によって決定される最大噴射量よりも少ないときでも、前記燃料における前記アルコールの濃度に応じて前記噴射量を減少させる、としてもよい。   The fuel supply mechanism further includes a fuel pump that boosts the pressure of the fuel injected by the fuel injection valve, and the controller is configured to control the fuel based on at least an operating state of the engine body and a fuel vaporization rate. An injection amount of the fuel injected by the injection valve is set, and the controller controls the alcohol in the fuel even when the set injection amount is smaller than a maximum injection amount determined by a performance limit of the fuel pump. The injection amount may be decreased according to the concentration of the fuel.

ここで、燃料ポンプは、エンジン本体によって駆動される構成であっても、エンジン本体とは別の駆動源によって駆動される構成(例えば電動ポンプ)であってもよい。例えば燃料ポンプがエンジン本体によって駆動されるプランジャ式の構成においては、エンジン本体のクランク軸が1回転する毎に所定回数のプランジャの押し込みが行われて燃料の圧力が高まる一方で、その間に、基本的にはプランジャの押し込みと同じ回数の燃料噴射が行われる。ここで、1回当たりの燃料噴射量が多くて燃料ポンプの容量を超えてしまうようなときには、ポンプによる昇圧が間に合わずに燃料圧力が次第に低下することになる。「燃料ポンプの性能限界によって決定される最大噴射量」とは、そうしたポンプの昇圧が間に合わずに燃料圧力が次第に低下するようなことが生じない範囲で最大の燃料噴射量と定義することが可能である。   Here, the fuel pump may be configured to be driven by the engine main body or may be configured to be driven by a drive source different from the engine main body (for example, an electric pump). For example, in a plunger-type configuration in which the fuel pump is driven by the engine body, the plunger pressure is increased by a predetermined number of times each time the crankshaft of the engine body rotates once, while the fuel pressure increases. Specifically, the fuel injection is performed as many times as the plunger is pushed. Here, when the amount of fuel injection per one time is so large that it exceeds the capacity of the fuel pump, the fuel pressure gradually decreases without the pump boosting in time. “Maximum injection amount determined by the performance limit of the fuel pump” can be defined as the maximum fuel injection amount in such a range that the pressure of the pump cannot be increased in time and the fuel pressure does not gradually decrease. It is.

前述の通り、エンジン本体の温度状態が所定温度以下のときでかつ、エンジン本体の運転状態が所定の高負荷・高回転の領域にあるときには、燃料噴射量が相対的に増える。また、燃料におけるアルコールの濃度が高いときには、ガソリンと比較して燃料噴射量が増える上に、低温時の低い気化率を補うために、燃料噴射量はさらに増えることになる。その結果、エンジンの運転状態や燃料の気化率に基づいて設定される燃料の噴射量が、燃料ポンプの性能限界によって決定される最大噴射量よりも長くなることもある。この場合は、ポンプの性能限界を超えて作動させることはそもそも不可能であるため、燃料噴射量は、その最大噴射量に制限されることになる。   As described above, when the temperature state of the engine body is equal to or lower than the predetermined temperature and the operation state of the engine body is in a predetermined high load / high rotation region, the fuel injection amount relatively increases. Further, when the concentration of alcohol in the fuel is high, the fuel injection amount increases as compared with gasoline, and the fuel injection amount further increases in order to compensate for a low vaporization rate at low temperatures. As a result, the fuel injection amount set based on the engine operating state and the fuel vaporization rate may be longer than the maximum injection amount determined by the performance limit of the fuel pump. In this case, since it is impossible to operate beyond the performance limit of the pump, the fuel injection amount is limited to the maximum injection amount.

これに対し、前記の構成では、エンジン本体の運転状態や燃料の気化率に基づいて設定される燃料の噴射量が、燃料ポンプの性能限界によって決定される最大噴射量よりも少ないときでも、燃料の噴射終了時期から点火までの期間を長く確保する目的から、燃料におけるアルコール濃度が高いときには、その噴射量を少なくする。このことにより、前記の構成では、エンジン本体の温度状態が所定温度以下の低温時でかつ、エンジン本体の運転状態が、混合気の空燃比をオーバーリッチに設定するような所定の高負荷・高回転の領域あるときに、燃料の性状如何に関わらず、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性を確保することが可能になる。   On the other hand, in the above configuration, even when the fuel injection amount set based on the operating state of the engine body and the fuel vaporization rate is smaller than the maximum injection amount determined by the performance limit of the fuel pump, For the purpose of ensuring a long period from the end timing of injection to ignition, when the alcohol concentration in the fuel is high, the injection amount is reduced. As a result, in the above-described configuration, the engine body is in a predetermined high load and high state when the temperature of the engine body is a low temperature that is equal to or lower than a predetermined temperature and the operating state of the engine body sets the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to overrich. In the region of rotation, the ignitability and / or combustion stability of the air-fuel mixture can be ensured regardless of the nature of the fuel.

以上説明したように、前記の火花点火式エンジンの制御装置によると、エンジン本体の温度状態が所定温度以下のときであって、エンジン本体の運転状態が所定の高負荷・高回転の領域にあるときには、燃料におけるアルコール濃度が高いほど、吸気行程中から開始して圧縮行程中に終了する燃料の噴射期間を短くして、燃料の噴射終了時期を進角させることで、点火前の気化時間を、アルコール濃度が高いほど長くすることが可能になり、燃料の性状に関わらず、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性が向上する。   As described above, according to the spark ignition type engine control apparatus, the engine body is in a predetermined high load / high rotation range when the temperature of the engine body is equal to or lower than a predetermined temperature. Sometimes, the higher the alcohol concentration in the fuel, the shorter the fuel injection period that starts during the intake stroke and ends during the compression stroke, and advances the fuel injection end timing, thereby reducing the vaporization time before ignition. The higher the alcohol concentration, the longer it becomes, and the ignitability and / or combustion stability of the air-fuel mixture is improved regardless of the properties of the fuel.

火花点火式エンジン及びその制御装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a spark ignition type engine and its control apparatus. 温度に対するガソリンの蒸留量の変化とエタノールの蒸留量の変化とを比較する図である。It is a figure which compares the change of the distillation amount of gasoline with respect to temperature, and the change of the distillation amount of ethanol. エンジンの運転領域を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the driving | operation area | region of an engine. 低温時でかつ、高負荷・高回転領域における、エタノール濃度と噴射期間との関係を例示する図である。It is a figure which illustrates the relationship between ethanol concentration and injection period at the time of low temperature and in a high load and high rotation region. 低温時でかつ、高負荷・高回転領域における、燃料噴射量と充填効率との設定に関するフローチャートの一例である。It is an example of the flowchart regarding the setting of the fuel injection amount and the charging efficiency at a low temperature and in a high load / high rotation range.

以下、火花点火式エンジンの実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は例示である。図1に示されるように、エンジンシステムは、エンジン(エンジン本体)1、エンジン1に付随する様々なアクチュエーター、様々なセンサ、及びセンサからの信号に基づきアクチュエーターを制御するエンジン制御器100を有する。このエンジンシステムは、幾何学的圧縮比が12以上20以下(例えば12)の高圧縮比エンジン1を備える。   Hereinafter, an embodiment of a spark ignition engine will be described with reference to the drawings. In addition, the following description of preferable embodiment is an illustration. As shown in FIG. 1, the engine system includes an engine (engine body) 1, various actuators associated with the engine 1, various sensors, and an engine controller 100 that controls the actuators based on signals from the sensors. The engine system includes a high compression ratio engine 1 having a geometric compression ratio of 12 or more and 20 or less (for example, 12).

エンジン1は、火花点火式4ストローク内燃機関であって、図1には1つのみ図示するが、直列に配置された第1〜第4の4つの気筒11を有する。但し、ここに開示する技術が適用可能なエンジンは、直列4気筒エンジンには限定されない。エンジン1は、自動車等の車両に搭載され、その出力軸は、図示しないが、変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジン1の出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。   The engine 1 is a spark ignition type four-stroke internal combustion engine. Although only one is shown in FIG. 1, the engine 1 has first to fourth four cylinders 11 arranged in series. However, an engine to which the technology disclosed herein is applicable is not limited to an in-line four-cylinder engine. The engine 1 is mounted on a vehicle such as an automobile, and its output shaft is connected to drive wheels via a transmission, although not shown. The vehicle is propelled by the output of the engine 1 being transmitted to the drive wheels.

このエンジン1には、エタノール(バイオエタノールを含む)を含有する燃料が供給される。特にこの車両は、エタノールの濃度が25%(つまり、ガソリンの濃度が75%のE25)〜100%(つまり、ガソリンを含まないE100)までの任意の濃度の燃料が使用可能なFFVである。尚、ここでいうE100には、エタノールの精製過程で十分に水分が除去されずに5%程度の水分を含有するエタノールを含む。但し、ここに開示する技術は、E25〜E100の使用を前提としたFFVに限らず、例えばE0(つまり、ガソリンのみでエタノールを含まない)〜E85(つまり、ガソリン濃度15%、エタノール濃度85%)の範囲でエタノール濃度が変化する燃料が使用するFFVにも適用可能である。   The engine 1 is supplied with fuel containing ethanol (including bioethanol). In particular, this vehicle is an FFV that can use fuel of any concentration from 25% ethanol (that is, E25 having a gasoline concentration of 75%) to 100% (that is, E100 that does not include gasoline). In addition, E100 here includes ethanol containing about 5% of moisture without being sufficiently removed in the ethanol purification process. However, the technique disclosed here is not limited to FFV based on the use of E25 to E100, but for example, E0 (that is, gasoline alone and does not include ethanol) to E85 (that is, gasoline concentration 15%, ethanol concentration 85%). ) Can also be applied to FFV used by a fuel whose ethanol concentration varies within the range.

図示は省略するが、この車両は、前記の燃料を貯留する燃料タンク(つまり、メインタンク)のみを有しており、従来のFFVのように、ガソリン濃度の高い燃料を、メインタンクとは別に貯留するためのサブタンクを有していない点が特徴である。このFFVは、ガソリンのみが供給されるガソリン仕様車をベースにしたものであり、その構成の大部分は、二つの仕様の間で共通化されている。   Although not shown in the figure, this vehicle has only a fuel tank (that is, a main tank) for storing the above-mentioned fuel. Like a conventional FFV, a fuel having a high gasoline concentration is separated from the main tank. It is characterized by not having a sub-tank for storing. The FFV is based on a gasoline specification vehicle to which only gasoline is supplied, and most of the configuration is shared between the two specifications.

エンジン1は、シリンダブロック12と、その上に載置されるシリンダヘッド13とを備えており、ブロック12の内部に気筒11が形成されている。周知のように、シリンダブロック12には、ジャーナル、ベアリングなどによりクランクシャフト14が回転自在に支持されており、このクランクシャフト14が、コネクティングロッド16を介してピストン15に連結されている。   The engine 1 includes a cylinder block 12 and a cylinder head 13 mounted thereon, and a cylinder 11 is formed inside the block 12. As is well known, a crankshaft 14 is rotatably supported on the cylinder block 12 by a journal, a bearing or the like, and this crankshaft 14 is connected to a piston 15 via a connecting rod 16.

各気筒11の天井部には、略中央部からシリンダヘッド13の下端面付近まで延びる2つの傾斜面が形成されており、それらの傾斜面が互いに差し掛けられた屋根のような形状をなす、いわゆるペントルーフ型となっている。   Two inclined surfaces extending from the substantially central portion to the vicinity of the lower end surface of the cylinder head 13 are formed on the ceiling portion of each cylinder 11, and the inclined surfaces form a roof-like shape on which they are placed. It is a so-called pent roof type.

前記ピストン15は、各気筒11内に摺動自在に嵌挿されており、気筒11及びシリンダヘッド13と共に燃焼室17を区画している。ピストン15の頂面は、前述した気筒11の天井面のペントルーフ型の形状に対応するように、その周縁部から中央部に向かって隆起する台形状に形成されており、これによって、ピストン15が圧縮上死点に到達したときの燃焼室容積を小さくして、12以上の高い幾何学的圧縮比を達成している。ピストン15の頂面にはまた、その概略中心位置に、概ね球面状に凹陥したキャビティ151が形成されている。このキャビティ151は、気筒11の中心部に配設された点火プラグ51に相対するように、配置されており、これによって、燃焼期間を短縮するようにしている。つまり、前述したように、この高圧縮比エンジン1は、ピストン15の頂面が隆起していて、ピストン15が圧縮上死点に到達したときに、ピストン15の頂面と気筒11の天井面との間隔が極めて狭くなるように構成されている。このため、キャビティ151を形成していないときには、初期火炎がピストン15の頂面と干渉して冷却損失が増大し、火炎伝播が阻害されて燃焼速度が遅延してしまう。これに対し、前記のキャビティ151は、初期火炎の干渉を回避して、その成長を妨げないため、火炎伝播が速くなって、燃焼期間が短縮し得る。このことは、ガソリン濃度の高い燃料においては、ノッキングの抑制に有利になり、点火時期の進角によるトルクの向上に寄与する。   The piston 15 is slidably inserted into each cylinder 11, and defines a combustion chamber 17 together with the cylinder 11 and the cylinder head 13. The top surface of the piston 15 is formed in a trapezoidal shape that protrudes from the peripheral portion toward the center portion so as to correspond to the pent roof type shape of the ceiling surface of the cylinder 11 described above. The combustion chamber volume when the compression top dead center is reached is reduced to achieve a high geometric compression ratio of 12 or more. On the top surface of the piston 15, a cavity 151 that is recessed in a substantially spherical shape is formed at the approximate center position. The cavity 151 is disposed so as to be opposed to the spark plug 51 disposed at the center of the cylinder 11, thereby shortening the combustion period. That is, as described above, in the high compression ratio engine 1, the top surface of the piston 15 is raised, and when the piston 15 reaches the compression top dead center, the top surface of the piston 15 and the ceiling surface of the cylinder 11 are used. The interval between and is extremely narrow. For this reason, when the cavity 151 is not formed, the initial flame interferes with the top surface of the piston 15 and the cooling loss increases, flame propagation is inhibited and the combustion speed is delayed. On the other hand, the cavity 151 avoids the interference of the initial flame and does not hinder its growth, so that the flame propagation becomes faster and the combustion period can be shortened. This is advantageous in suppressing knocking in a fuel with a high gasoline concentration, and contributes to an improvement in torque due to the advance of the ignition timing.

気筒11毎に、吸気ポート18及び排気ポート19がシリンダヘッド13に形成され、それぞれが燃焼室17に連通している。吸気弁21及び排気弁22はそれぞれ、吸気ポート18及び排気ポート19を燃焼室17から遮断(閉)することができるように配設されている。吸気弁21は吸気弁駆動機構30により、排気弁22は排気弁駆動機構40により、それぞれ駆動され、それによって所定のタイミングで往復動して、吸気ポート18及び排気ポート19を開閉する。   For each cylinder 11, an intake port 18 and an exhaust port 19 are formed in the cylinder head 13, and each communicates with the combustion chamber 17. The intake valve 21 and the exhaust valve 22 are arranged so that the intake port 18 and the exhaust port 19 can be shut off (closed) from the combustion chamber 17, respectively. The intake valve 21 is driven by the intake valve drive mechanism 30 and the exhaust valve 22 is driven by the exhaust valve drive mechanism 40, thereby reciprocating at a predetermined timing to open and close the intake port 18 and the exhaust port 19.

吸気弁駆動機構30及び排気弁駆動機構40は、それぞれ吸気カムシャフト31及び排気カムシャフト41を有する。カムシャフト31,41は、周知のチェーン/スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフト14に連結される。動力伝達機構は、周知のように、クランクシャフト14が二回転する間に、カムシャフト31,41を一回転させる。   The intake valve drive mechanism 30 and the exhaust valve drive mechanism 40 have an intake camshaft 31 and an exhaust camshaft 41, respectively. The camshafts 31 and 41 are connected to the crankshaft 14 via a power transmission mechanism such as a known chain / sprocket mechanism. As is well known, the power transmission mechanism rotates the camshafts 31 and 41 once while the crankshaft 14 rotates twice.

吸気弁駆動機構30は、吸気弁21の開閉時期を変更可能な吸気バルブタイミング可変機構32を含んで構成され、排気弁駆動機構40は、排気弁22の開閉時期を変更可能な排気バルブタイミング可変機構42を含んで構成される。吸気バルブタイミング可変機構32は、この実施形態では、吸気カムシャフト31の位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式、機械式又は電動式の位相可変機構(Variable Valve Timing:VVT)により構成され、排気バルブタイミング可変機構42は、排気カムシャフト41の位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式、機械式又は電動式の位相可変機構により構成されている。吸気バルブタイミング可変機構32は、吸気弁21の閉弁時期を変更することにより、有効圧縮比を調整し得るものである。尚、有効圧縮比とは、吸気弁閉弁時の燃焼室容積と、ピストン15が上死点にあるときの燃焼室容積との比である。   The intake valve drive mechanism 30 includes an intake valve timing variable mechanism 32 that can change the opening / closing timing of the intake valve 21, and the exhaust valve drive mechanism 40 can change the exhaust valve timing that can change the opening / closing timing of the exhaust valve 22. A mechanism 42 is included. In this embodiment, the intake valve timing variable mechanism 32 is a hydraulic, mechanical, or electric variable phase mechanism (Variable Valve Timing) that can continuously change the phase of the intake camshaft 31 within a predetermined angle range. The exhaust valve timing variable mechanism 42 is configured by a hydraulic, mechanical, or electric phase variable mechanism that can continuously change the phase of the exhaust camshaft 41 within a predetermined angle range. Yes. The intake valve timing variable mechanism 32 can adjust the effective compression ratio by changing the closing timing of the intake valve 21. The effective compression ratio is the ratio between the combustion chamber volume when the intake valve is closed and the combustion chamber volume when the piston 15 is at top dead center.

点火プラグ51は、例えば、ねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド13に取り付けられている。点火プラグ51の電極は、気筒11の概略中心において燃焼室17の天井部に臨んでいる。点火システム52は、エンジン制御器100からの制御信号を受けて、点火プラグ51が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。   The spark plug 51 is attached to the cylinder head 13 by a known structure such as a screw, for example. The electrode of the spark plug 51 faces the ceiling of the combustion chamber 17 at the approximate center of the cylinder 11. The ignition system 52 receives a control signal from the engine controller 100 and energizes the spark plug 51 so that a spark is generated at a desired ignition timing.

燃料噴射弁53は、例えばブラケットを使用する等の周知の構造で、この実施形態ではシリンダヘッド13の一側(図例では吸気側)に取り付けられている。このエンジン1は、燃料を気筒11内に直接噴射する、いわゆる直噴エンジンである。燃料噴射弁53の先端は、上下方向については吸気ポート18の下方に、また、水平方向については気筒11の中央に位置して、燃焼室17内に臨んでいる。但し、燃料噴射弁53の配置はこれに限定されるものではない。燃料噴射弁53は、この例においては、多噴口(例えば6噴口)型の燃料噴射弁(Multi Hole Injector:MHI)である。各噴口の向きは、図示は省略するが、気筒11内の全体に燃料が噴射できるように、噴口軸の芯先が広がっている。MHIの利点は、多噴口であるため一噴口の径が小さく、比較的高い圧力で燃料を噴射し得る点、及び、気筒11内の全体に燃料を噴射可能に広がっているため、燃料のミキシング性が高まると共に、燃料の気化・霧化が促進される点にある。従って、吸気行程中に燃料を噴射した場合は、気筒11内の吸気流動を利用した、燃料のミキシング性、及び、気化・霧化の促進の点で有利になる一方、圧縮行程において燃料を噴射した場合は、燃料の気化・霧化の促進により、気筒11内のガス冷却の点で有利になる。尚、燃料噴射弁53は、MHIに限定されるものではない。   The fuel injection valve 53 has a known structure, for example, using a bracket. In this embodiment, the fuel injection valve 53 is attached to one side (the intake side in the illustrated example) of the cylinder head 13. The engine 1 is a so-called direct injection engine in which fuel is directly injected into the cylinder 11. The tip of the fuel injection valve 53 faces the inside of the combustion chamber 17 in the vertical direction below the intake port 18 and in the horizontal direction at the center of the cylinder 11. However, the arrangement of the fuel injection valve 53 is not limited to this. In this example, the fuel injection valve 53 is a multi-hole (for example, six-hole) fuel injection valve (Multi Hole Injector: MHI). Although the direction of each nozzle hole is not shown in the drawing, the tip of the nozzle shaft is widened so that fuel can be injected into the entire cylinder 11. The advantage of MHI is that the diameter of one nozzle hole is small because of the multiple nozzle holes, the fuel can be injected at a relatively high pressure, and the fuel can be injected into the entire cylinder 11 so that the fuel can be injected. This increases the fuel efficiency and promotes fuel vaporization and atomization. Therefore, when fuel is injected during the intake stroke, it is advantageous in terms of fuel mixing performance and acceleration of vaporization / atomization using the intake air flow in the cylinder 11, while fuel is injected during the compression stroke. In this case, it is advantageous in terms of gas cooling in the cylinder 11 by promoting vaporization and atomization of the fuel. The fuel injection valve 53 is not limited to MHI.

燃料供給システム54は、その構成の図示は省略するが、燃料を昇圧して燃料噴射弁53に供給する高圧ポンプと、この高圧ポンプに対して燃料タンクからの燃料を送る配管やホース等と、燃料噴射弁53を駆動する電気回路と、を備えている。高圧ポンプは、この例ではエンジン1によって駆動される。具体的に高圧ポンプは、カムシャフトに取り付けられている。尚、高圧ポンプを電動ポンプとしてもよい。高圧ポンプは、例えばプランジャ式のポンプであり、高圧ポンプのプランジャは、カムシャフトに設けられたポンプ用カムにより、カムシャフト1回転につき4回の燃料の押し出しを行う。この高圧ポンプは、ここではガソリン仕様車と同じ比較的小容量のポンプである。燃料噴射弁53が多噴口型である場合は、微小な噴口から燃料を噴射するために、燃料噴射圧力は比較的高く設定される。最大の燃料圧力は、例えば20MPaである。電気回路は、エンジン制御器100からの制御信号を受けて燃料噴射弁53を作動させ、所定のタイミングで所望量の燃料を、燃焼室17内に噴射させる。ここで、燃料供給システム54は、エンジン回転数が上昇するに伴い燃圧を高く設定する。これは、エンジン回転数が上昇するに伴い、気筒11内に噴射される燃料量も増大するが、燃圧が高くなることで、燃料の気化・霧化に有利になると共に、燃料噴射弁53の燃料噴射に係るパルス幅を可及的に短くするという利点がある。前述したように、燃料タンクには、E25〜E100までの任意のエタノール濃度のアルコール含有燃料が貯留されている。   Although illustration of the structure of the fuel supply system 54 is omitted, a high-pressure pump that boosts the fuel and supplies the fuel to the fuel injection valve 53, a pipe, a hose, and the like that send fuel from the fuel tank to the high-pressure pump, And an electric circuit for driving the fuel injection valve 53. The high pressure pump is driven by the engine 1 in this example. Specifically, the high-pressure pump is attached to the camshaft. The high pressure pump may be an electric pump. The high-pressure pump is, for example, a plunger-type pump, and the plunger of the high-pressure pump pushes out fuel four times per camshaft rotation by a pump cam provided on the camshaft. This high-pressure pump is a relatively small-capacity pump here, which is the same as a gasoline specification vehicle. When the fuel injection valve 53 is a multi-injection type, the fuel injection pressure is set to be relatively high in order to inject fuel from a minute injection port. The maximum fuel pressure is, for example, 20 MPa. The electric circuit receives a control signal from the engine controller 100 and operates the fuel injection valve 53 to inject a desired amount of fuel into the combustion chamber 17 at a predetermined timing. Here, the fuel supply system 54 sets the fuel pressure higher as the engine speed increases. This is because as the engine speed increases, the amount of fuel injected into the cylinder 11 also increases, but the fuel pressure increases, which is advantageous for fuel vaporization and atomization, and the fuel injection valve 53 There is an advantage that the pulse width related to fuel injection is made as short as possible. As described above, an alcohol-containing fuel having an arbitrary ethanol concentration from E25 to E100 is stored in the fuel tank.

吸気ポート18は、吸気マニホールド55内の吸気経路55bによってサージタンク55aに連通している。図示しないエアクリーナからの吸気流は、スロットルボデー56を通過してサージタンク55aに供給される。スロットルボデー56にはスロットル弁57が配置されており、このスロットル弁57は、周知のようにサージタンク55aに向かう吸気流を絞って、その流量を調整する。スロットル・アクチュエーター58が、エンジン制御器100からの制御信号を受けて、スロットル弁57の開度を調整する。   The intake port 18 communicates with the surge tank 55 a through an intake path 55 b in the intake manifold 55. An intake air flow from an air cleaner (not shown) passes through the throttle body 56 and is supplied to the surge tank 55a. A throttle valve 57 is disposed on the throttle body 56. The throttle valve 57 throttles the intake air flow toward the surge tank 55a and adjusts the flow rate as is well known. The throttle actuator 58 receives the control signal from the engine controller 100 and adjusts the opening degree of the throttle valve 57.

排気ポート19は、排気マニホールド60内の排気経路によって周知のように排気管内の通路に連通している。この排気マニホールド60は、図示を省略するが、各気筒11の排気ポート19に接続された分岐排気通路が、排気順序が隣り合わない気筒同士で第1集合部により集合され、各第1集合部の下流の中間排気通路が第2集合部で集合された構造となっている。すなわち、このエンジン1の排気マニホールド60には、いわゆる4−2−1レイアウトが採用されている。また、排気通路の途中には、排気ガスの浄化を行う、少なくとも一つの触媒装置43が介設されている。触媒装置43は、例えば三元触媒を含んで構成されている。   The exhaust port 19 communicates with a passage in the exhaust pipe as is well known by an exhaust path in the exhaust manifold 60. The exhaust manifold 60 is not shown, but the branch exhaust passages connected to the exhaust ports 19 of the cylinders 11 are gathered by the first gathering parts among the cylinders whose exhaust order is not adjacent to each other, and each first gathering part The downstream intermediate exhaust passages are gathered at the second gathering portion. That is, a so-called 4-2-1 layout is adopted for the exhaust manifold 60 of the engine 1. Further, at least one catalyst device 43 for purifying exhaust gas is interposed in the middle of the exhaust passage. The catalyst device 43 includes, for example, a three-way catalyst.

エンジン1にはまた、その始動時にクランキングを行うためのスタータモータ20が設けられている。   The engine 1 is also provided with a starter motor 20 for performing cranking at the time of starting.

エンジン制御器100は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置(CPU)と、例えばRAMやROMにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力(I/O)バスと、を備えている。   The engine controller 100 is a controller based on a well-known microcomputer, and includes a central processing unit (CPU) that executes a program, a memory that is configured by, for example, RAM and ROM, and stores a program and data, And an input / output (I / O) bus for inputting and outputting signals.

エンジン制御器100は、エアフローセンサ71からの吸気流量及び吸気温度、吸気圧センサ72からの吸気マニホールド圧、クランク角センサ73からのクランク角パルス信号、水温センサ78からのエンジン水温、及び、排気通路に取り付けられたリニアOセンサ79からの、排気ガス中の酸素濃度、というように、種々の入力を受ける。エンジン制御器100は、例えばクランク角パルス信号に基づいて、エンジン回転数を計算する。また、エンジン制御器100は、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ75からのアクセル開度信号を受ける。さらに、エンジン制御器100には、変速機の出力軸の回転速度を検出する車速センサ76からの車速信号が入力される。加えて、シリンダブロック12には、当該シリンダブロック12の振動を電圧信号に変換して出力する加速度センサからなるノックセンサ77が取り付けられており、その出力信号もエンジン制御器100に入力される。 The engine controller 100 includes an intake air flow rate and an intake air temperature from the air flow sensor 71, an intake manifold pressure from the intake pressure sensor 72, a crank angle pulse signal from the crank angle sensor 73, an engine water temperature from the water temperature sensor 78, and an exhaust passage. Various inputs such as the oxygen concentration in the exhaust gas are received from the linear O 2 sensor 79 attached to the sensor. The engine controller 100 calculates the engine speed based on, for example, a crank angle pulse signal. The engine controller 100 also receives an accelerator opening signal from an accelerator opening sensor 75 that detects the amount of depression of the accelerator pedal. Further, a vehicle speed signal from a vehicle speed sensor 76 that detects the rotational speed of the output shaft of the transmission is input to the engine controller 100. In addition, a knock sensor 77 including an acceleration sensor that converts the vibration of the cylinder block 12 into a voltage signal and outputs it is attached to the cylinder block 12, and the output signal is also input to the engine controller 100.

エンジン制御器100は前記のような入力に基づいて、以下のようなエンジン1の制御パラメータを計算する。例えば、所望のスロットル開度信号、燃料噴射パルス、点火信号、バルブ位相角信号等である。そしてエンジン制御器100は、それらの信号を、スロットル・アクチュエーター58、燃料供給システム54、点火システム52、並びに、吸気及び排気バルブタイミング可変機構32、42等に出力する。エンジン制御器100はまた、エンジン1の始動時には、スタータモータ20に駆動信号を出力する。   The engine controller 100 calculates the following control parameters of the engine 1 based on the input as described above. For example, a desired throttle opening signal, fuel injection pulse, ignition signal, valve phase angle signal, etc. The engine controller 100 outputs these signals to the throttle actuator 58, the fuel supply system 54, the ignition system 52, the intake and exhaust valve timing variable mechanisms 32 and 42, and the like. The engine controller 100 also outputs a drive signal to the starter motor 20 when the engine 1 is started.

ここで、FFV用のエンジンシステムに特有の構成として、エンジン制御器100は、リニアOセンサ79の検知結果に基づいて、燃料噴射弁53が噴射する燃料のエタノール濃度を推定する。エタノールの理論空燃比(9.0)は、ガソリンの理論空燃比(14.7)よりも小さく、燃料のエタノール濃度が高いほど理論空燃比はリッチ側(つまり、理論空燃比の値が小さくなる)になることから、理論空燃比でエンジンを運転している条件下において、排気ガス中に燃え残りの酸素が存在しているときには、燃料のエタノール濃度が予想よりも高かったと判断することができる。具体的に、燃料噴射弁53が噴射する燃料のエタノール濃度、言い換えると燃料タンク内に貯留している燃料のエタノール濃度は、給油を行うことによって変化する可能性があるため、エンジン制御器100はまず、燃料タンクのレベルゲージセンサの検出値に基づいて給油判定を行い、給油が行われたことを判定すれば、燃料のエタノール濃度の推定を行う。エンジン制御器100は、リニアOセンサ79が出力した信号から、空燃比がリーンのときには、燃料中にガソリンが多いと判定する一方、空燃比がリッチのときには燃料中にエタノールが多いと判定することにより、燃料におけるエタノール濃度を推定する。尚、燃料のエタノール濃度を推定する代わりに、燃料のエタノール濃度を検出するセンサを設けてもよい。推定したエタノール濃度は、燃料噴射制御に利用される。 Here, as a configuration unique to the FFV engine system, the engine controller 100 estimates the ethanol concentration of the fuel injected by the fuel injection valve 53 based on the detection result of the linear O 2 sensor 79. The theoretical air fuel ratio (9.0) of ethanol is smaller than the theoretical air fuel ratio (14.7) of gasoline. The higher the ethanol concentration of the fuel, the richer the theoretical air fuel ratio (that is, the smaller the theoretical air fuel ratio). Therefore, under the condition that the engine is operated at the stoichiometric air-fuel ratio, when there is unburned oxygen in the exhaust gas, it can be determined that the ethanol concentration of the fuel was higher than expected. . Specifically, since the ethanol concentration of the fuel injected by the fuel injection valve 53, in other words, the ethanol concentration of the fuel stored in the fuel tank may change due to refueling, the engine controller 100 First, the fuel supply determination is performed based on the detection value of the level gauge sensor of the fuel tank. If it is determined that the fuel supply has been performed, the ethanol concentration of the fuel is estimated. From the signal output from the linear O 2 sensor 79, the engine controller 100 determines that there is a lot of gasoline in the fuel when the air-fuel ratio is lean, and determines that there is a lot of ethanol in the fuel when the air-fuel ratio is rich. Thus, the ethanol concentration in the fuel is estimated. Instead of estimating the ethanol concentration of the fuel, a sensor that detects the ethanol concentration of the fuel may be provided. The estimated ethanol concentration is used for fuel injection control.

エンジン制御器100はさらに、リニアOセンサ79の検知結果に基づいて、気筒11内に供給した燃料の気化率を算出する。気化率は、気筒11内に供給する燃料量(言い換えると、燃料噴射弁53が噴射した燃料量)に対する、燃焼に寄与した燃料量の重量比によって定義される。エンジン制御器100は、混合気の空燃比と、リニアOセンサの検出値とに基づいて燃焼に寄与した燃料量の重量を算出すると共に、算出した燃料重量と、燃料噴射弁53の燃料噴射量とに基づいて気化率を算出する。 The engine controller 100 further calculates the vaporization rate of the fuel supplied into the cylinder 11 based on the detection result of the linear O 2 sensor 79. The vaporization rate is defined by the weight ratio of the amount of fuel that contributes to combustion with respect to the amount of fuel supplied into the cylinder 11 (in other words, the amount of fuel injected by the fuel injection valve 53). The engine controller 100 calculates the weight of the fuel amount contributing to combustion based on the air-fuel ratio of the air-fuel mixture and the detected value of the linear O 2 sensor, and calculates the calculated fuel weight and the fuel injection of the fuel injection valve 53. The vaporization rate is calculated based on the amount.

(燃料噴射量の設定)
このエンジンシステムは、前述の通りFFVに搭載されたシステムであり、エンジン1には、E25〜E100までの任意の混合比のアルコール含有燃料が供給される。ここで、図2は、ガソリンの気化特性とエタノールの気化特性とを比較する図である。尚、図2は、1気圧下における温度変化に対する、ガソリン及びエタノールそれぞれの蒸留量(%)の変化を示している。ガソリンは多成分燃料であることから、各成分の沸点に応じて蒸発する。ガソリンの蒸留量は、温度変化に対しおおよそ線形的に変化することなる。つまり、ガソリンは、エンジン1の温度状態が比較的低いときにも一部の成分が気化して、可燃混合気を形成することが可能である。
(Setting of fuel injection amount)
This engine system is a system mounted on the FFV as described above, and the engine 1 is supplied with alcohol-containing fuel having any mixing ratio from E25 to E100. Here, FIG. 2 is a diagram comparing the gasification characteristics of gasoline and ethanol. In addition, FIG. 2 has shown the change of the distillation amount (%) of each of gasoline and ethanol with respect to the temperature change under 1 atmosphere. Since gasoline is a multi-component fuel, it evaporates according to the boiling point of each component. The amount of gasoline distilled will vary approximately linearly with changes in temperature. That is, some components of the gasoline are vaporized even when the temperature state of the engine 1 is relatively low, and a combustible air-fuel mixture can be formed.

これに対しエタノールは単一成分燃料であることから、特定温度(つまり、エタノールの沸点である78℃)以下では、蒸留量が0%になる一方で、特定温度を超えると、蒸留量が100%になる。このように、ガソリンとエタノールとを比較すると、特定温度以下では、エタノールの蒸留量の方がガソリンの蒸留量よりも低くなる状態がある一方で、特定温度を超えると、エタノールの蒸留量の方がガソリンの蒸留量よりも高くなる状態がある。そのため、エンジン1の温度状態が所定温度以下(例えば水温が30℃未満程度)の低温状態では、エタノールを含有する燃料は、ガソリンと比較して気化率が低くなる。そうして、エンジン1が低温状態にあるときには、エンジン1の温度状態が低いほど、また燃料のエタノール濃度が高いほど、燃料の気化率は低下することになる。   On the other hand, since ethanol is a single component fuel, the distillation amount becomes 0% at a specific temperature (that is, 78 ° C. which is the boiling point of ethanol) or less, whereas when the specific temperature is exceeded, the distillation amount is 100%. %become. Thus, when gasoline and ethanol are compared, there is a state in which the amount of ethanol distilled is lower than the amount of gasoline distilled below a specific temperature, while the amount of ethanol distilled exceeds the specified temperature. Is higher than the amount of gasoline distilled. Therefore, in a low temperature state where the temperature state of the engine 1 is a predetermined temperature or lower (for example, the water temperature is less than about 30 ° C.), the fuel containing ethanol has a lower vaporization rate than gasoline. Thus, when the engine 1 is in a low temperature state, the lower the temperature state of the engine 1 and the higher the ethanol concentration of the fuel, the lower the fuel vaporization rate.

このように、エンジン1の温度状態や、燃料のエタノール濃度によって燃料の気化率が変化することから、エンジン制御器100は、目標となる気化燃料量が得られるように、エンジン負荷及びアルコール濃度等に応じて設定されるベースの燃料量に対し、燃料の気化率に応じた燃料量の増量補正を行う。すなわち、燃料噴射弁53が噴射する燃料量は、燃料の気化率が低いほど、増量される。   As described above, since the fuel vaporization rate varies depending on the temperature state of the engine 1 and the ethanol concentration of the fuel, the engine controller 100 can set the engine load, the alcohol concentration, and the like so as to obtain a target vaporized fuel amount. The fuel amount increase correction according to the fuel vaporization rate is performed on the base fuel amount set according to the above. That is, the amount of fuel injected by the fuel injection valve 53 is increased as the fuel vaporization rate is lower.

(高負荷・高回転域におけるエンジン制御)
図3に示す運転領域においてハッチングを付して示すような、エンジン1の運転状態が高負荷・高回転の領域あるときには、エンジン1の信頼性及び/又は触媒装置43の過熱防止の観点から、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチにし、燃料の気化潜熱を利用して燃焼温度を低下させることが行われる。ここでいう高負荷域とは、全開負荷を含む高負荷域であり、高回転域とは、エンジン1の運転領域を、回転数方向に、低回転域と高回転域とに、仮想的に2分割したときの高回転域である。また、ここでの空燃比は、エンジン1のトルクが最も高くなるパワー空燃比(例えば当量比φ=1.2)よりも、さらにリッチである(例えば当量比φ=1.4。以下、このような空燃比をオーバーリッチともいう)。
(Engine control at high load and high speed)
When the operation state of the engine 1 is in a high load / high rotation region as shown by hatching in the operation region shown in FIG. 3, from the viewpoint of reliability of the engine 1 and / or prevention of overheating of the catalyst device 43, The air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made richer than the stoichiometric air-fuel ratio, and the combustion temperature is lowered using the latent heat of vaporization of the fuel. Here, the high load range is a high load range including a fully open load, and the high rotation range is virtually the operation range of the engine 1 in the low speed range and the high rotation range in the rotational speed direction. This is a high rotation range when divided into two. Further, the air-fuel ratio here is richer than the power air-fuel ratio (for example, equivalent ratio φ = 1.2) at which the torque of the engine 1 is the highest (for example, equivalent ratio φ = 1.4). Such an air-fuel ratio is also called overrich).

従って、エンジン1の運転状態が高負荷・高回転の領域にあるときには、空燃比をオーバーリッチにすることにより、必要な燃料量が多くなる上に、ガソリンの理論空燃比に対し、エタノールの理論空燃比は値が小さいため、燃料のエタノール濃度が高くなればなるほど、噴射する燃料量は増え、さらに、エンジン1の温度状態が所定温度以下(例えば30℃以下)の低温状態のときには、高エタノール濃度の燃料は、燃料の気化率が低くて増量補正値が大きくなる結果、燃料噴射弁53が噴射する燃料量は極めて多くなり得る。   Therefore, when the operating state of the engine 1 is in the high load / high rotation region, the air / fuel ratio is overriched to increase the amount of fuel required, and the theoretical air / fuel ratio of ethanol is greater than that of gasoline. Since the value of the air-fuel ratio is small, the higher the ethanol concentration of the fuel, the greater the amount of fuel to be injected. Furthermore, when the temperature state of the engine 1 is a low temperature state of a predetermined temperature or lower (for example, 30 ° C. or lower), Concentrated fuel has a low fuel vaporization rate and a large increase correction value. As a result, the amount of fuel injected by the fuel injection valve 53 can be extremely large.

図4は、低温状態(例えば、エンジン水温が10〜30℃程度)でかつ、高負荷・高回転時の燃料の噴射期間を例示する図である。図4は、燃料におけるエタノール濃度が異なる三種類の燃料(つまり、E95、E85及びE75)のそれぞれについて、燃料噴射期間を示している。燃料圧力は、全て最大燃料圧力(例えば20MPa)に設定されている。   FIG. 4 is a diagram illustrating a fuel injection period in a low temperature state (for example, the engine water temperature is about 10 to 30 ° C.) and at a high load and a high rotation speed. FIG. 4 shows the fuel injection period for each of the three types of fuel (ie, E95, E85, and E75) having different ethanol concentrations in the fuel. The fuel pressures are all set to the maximum fuel pressure (for example, 20 MPa).

先ず、E75では、前述の通り、燃料噴射量が多くなるため、吸気行程の初期に燃料噴射が開始された後、圧縮行程の中期の終了時期まで燃料噴射が継続する。燃料の噴射終了後、圧縮上死点付近において点火が行われる。   First, at E75, since the fuel injection amount increases as described above, after the fuel injection is started at the beginning of the intake stroke, the fuel injection is continued until the end of the middle stage of the compression stroke. After completion of fuel injection, ignition is performed near the compression top dead center.

E75よりもエタノール濃度が高いE85では、相対的にエタノール濃度が高いため、燃料噴射量が増えると共に、気化率が低下する分、増量補正量も増えるから、E75よりも燃料噴射量が多くなる。その結果、E75と同様に、吸気行程初期に燃料噴射が開始されたとして、同図に一点鎖線で示すように、E85では、噴射終了時期は、E75よりも遅れることになる。このことは、燃料の噴射終了時点から点火までの期間を短くし、点火前の燃料の気化時間を確保する上では、不利である。   In E85 having a higher ethanol concentration than E75, since the ethanol concentration is relatively high, the fuel injection amount increases, and the increase correction amount increases as the vaporization rate decreases. Therefore, the fuel injection amount increases compared to E75. As a result, as in E75, assuming that fuel injection is started at the beginning of the intake stroke, the injection end timing is delayed from E75 in E85, as indicated by a one-dot chain line in FIG. This is disadvantageous in shortening the period from the end of fuel injection to ignition and ensuring the fuel vaporization time before ignition.

また、E85よりもさらにエタノール濃度の高いE95では、燃料噴射量がさらに多くなるため、同図に一点鎖線で示すように、噴射終了時期もさらに遅れることになる。その結果、燃料の噴射終了時点から点火までの期間はさらに短くなる。   Further, in E95 having an ethanol concentration higher than that of E85, the fuel injection amount is further increased, so that the injection end timing is further delayed as shown by a one-dot chain line in FIG. As a result, the period from the end of fuel injection to ignition is further shortened.

一方で、燃料におけるエタノール濃度が高いほど気化率は低くなり易いため、気化時間を長く確保することが望ましいが、前述の通り、エタノール濃度が高いほど、点火前の燃料の気化時間が短くなることから、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性の低下を招くことになる。また、気化時間の短縮は、気化せずに気筒11内に残留する液滴燃料を増やし、そのことが燃料の気化を、さらに悪化させる。また、未燃燃料が触媒装置43に供給されて、触媒装置43において後燃えすることで、触媒装置43の過熱を招く虞もある。   On the other hand, the higher the ethanol concentration in the fuel, the easier it is to lower the vaporization rate, so it is desirable to secure a longer vaporization time. However, as described above, the higher the ethanol concentration, the shorter the fuel vaporization time before ignition. Therefore, the ignitability and / or combustion stability of the air-fuel mixture will be reduced. Further, the shortening of the vaporization time increases the amount of droplet fuel remaining in the cylinder 11 without being vaporized, which further worsens the fuel vaporization. Further, the unburned fuel is supplied to the catalyst device 43 and burned after in the catalyst device 43, so that the catalyst device 43 may be overheated.

そこで、このエンジンシステムでは、エンジン1の低温時でかつ、エンジン1が高負荷・高回転の運転領域にあるときには、図4に実線で示すように、燃料におけるエタノール濃度に応じて、エタノール濃度が高いほど、燃料の噴射期間が短くなるようにする(同図における「EOI」参照)。具体的には、燃料の噴射量を低減することにより、噴射期間を短くする。こうすることで、図4に白抜きの矢印で示すように、燃料の噴射終了から点火までの期間は、エタノール濃度が高いほど長くなる。こうして、燃料におけるエタノール濃度が高いときも、低いときも、必要な気化時間を確保することが可能になり、燃料におけるエタノール濃度の高低に関わらず、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性が確保される。また、燃料噴射量を低減することで、気化せずに液滴のまま気筒11内に残留する燃料量を減らすことが可能になり、燃料の気化の悪化が抑制乃至回避される。このこともまた、混合気の着火性及び/又は燃焼安定性を向上させる。さらに、未燃燃料の排出量が抑制され、触媒装置43における後燃えが抑制される結果、触媒装置43の過熱も抑制される。   Therefore, in this engine system, when the engine 1 is at a low temperature and the engine 1 is in a high load / high rotation operation region, the ethanol concentration is determined according to the ethanol concentration in the fuel as shown by the solid line in FIG. The higher the fuel injection period, the shorter the fuel injection period (see “EOI” in the figure). Specifically, the injection period is shortened by reducing the fuel injection amount. By doing so, as indicated by the white arrow in FIG. 4, the period from the end of fuel injection to ignition becomes longer as the ethanol concentration is higher. In this way, it is possible to ensure the necessary vaporization time whether the ethanol concentration in the fuel is high or low, and the ignitability and / or combustion stability of the air-fuel mixture can be maintained regardless of the ethanol concentration in the fuel. Secured. In addition, by reducing the fuel injection amount, it is possible to reduce the amount of fuel remaining in the cylinder 11 as droplets without being vaporized, thereby suppressing or avoiding deterioration of fuel vaporization. This also improves the ignitability and / or combustion stability of the mixture. Further, the amount of unburned fuel discharged is suppressed, and afterburning in the catalyst device 43 is suppressed. As a result, overheating of the catalyst device 43 is also suppressed.

ここで、図4に示す一点鎖線は、前述の通り、エンジン1の運転状態や燃料の気化率に基づき、混合気がオーバーリッチとなるように設定される燃料噴射量(燃料噴射期間)であり、こうして設定される燃料噴射量を低減することにより、混合気の空燃比は、リーン側に変更されることになる。具体的に混合気の空燃比は、パワー空燃比に近づくことになる。このように、高負荷・高回転の運転領域では、エンジン1の信頼性や触媒装置43の過熱防止の観点から、混合気の空燃比をそもそもオーバーリッチに設定しているため、前述のように燃料噴射量を低減したとしても、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンにはならない。つまり、排気エミッション性能の低下を招かない。   Here, the one-dot chain line shown in FIG. 4 is the fuel injection amount (fuel injection period) set so that the air-fuel mixture becomes over-rich based on the operating state of the engine 1 and the fuel vaporization rate as described above. Thus, by reducing the fuel injection amount thus set, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is changed to the lean side. Specifically, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture approaches the power air-fuel ratio. As described above, in the high load / high rotation operation region, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is originally set to overrich from the viewpoint of reliability of the engine 1 and prevention of overheating of the catalyst device 43, as described above. Even if the fuel injection amount is reduced, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture does not become leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. That is, the exhaust emission performance is not deteriorated.

尚、図4に二点鎖線で示す線は、高圧ポンプの性能限界から決定される最大の燃料噴射量(つまり、最大燃圧での最長の燃料噴射期間)である。前述の通り、高圧ポンプは、ガソリン仕様車と同じ比較的小容量のポンプである一方で、FFVにおいては、エタノールの理論空燃比とガソリンの理論空燃比が相違すること、また、低温時におけるエタノールの低い気化率に起因して、エンジン1の状態や燃料の性状によっては燃料噴射量が増大する。従って、エンジン1の運転状態に応じて設定される燃料噴射量が、最大の燃料噴射量を超えることも起き得る(図4の例では、E95のときに、最大の燃料噴射量を超えている)。   Note that the line indicated by a two-dot chain line in FIG. 4 is the maximum fuel injection amount determined from the performance limit of the high-pressure pump (that is, the longest fuel injection period at the maximum fuel pressure). As described above, the high-pressure pump is a relatively small-capacity pump that is the same as a gasoline specification vehicle. On the other hand, in FFV, the theoretical air-fuel ratio of ethanol is different from the theoretical air-fuel ratio of gasoline. Due to the low vaporization rate, the fuel injection amount increases depending on the state of the engine 1 and the fuel properties. Therefore, the fuel injection amount set according to the operating state of the engine 1 may exceed the maximum fuel injection amount (in the example of FIG. 4, the maximum fuel injection amount is exceeded at E95). ).

一方で、前述したエタノール濃度に応じて燃料噴射量を低減する制御は、図4の例ではE85について示すように、エンジン1の運転状態に応じて設定される燃料噴射量が、最大の燃料噴射量を超えないときであっても、燃料の噴射終了時点と点火との間に、十分に長い気化時間を確保する観点から行われるものである。   On the other hand, in the control for reducing the fuel injection amount according to the ethanol concentration described above, the fuel injection amount set according to the operating state of the engine 1 is the maximum fuel injection as shown for E85 in the example of FIG. Even when the amount is not exceeded, this is performed from the viewpoint of ensuring a sufficiently long vaporization time between the end of fuel injection and ignition.

ここで、前述したように、燃料噴射量を低減する結果、混合気の空燃比がオーバーリッチからパワー空燃比に近づいたときには、燃焼温度及び排気ガス温度が高くなり、そのことが、エンジン1の信頼性の低下や触媒装置43の過熱を招く虞がある。そこで、触媒装置43の温度が所定温度以上であって、それ以上の温度上昇を回避したいときには、前述した燃料噴射量の低減と同時に、エンジン1の充填効率を低下させることにより、混合気の空燃比がパワー空燃比よりもリッチな状態を維持する。その結果、触媒装置43の過熱を回避することが可能になると共に、エンジン1の信頼性も確保される。但し、充填効率を低下させる分だけ、エンジン1のトルクは低下することになる。   Here, as described above, as a result of reducing the fuel injection amount, when the air-fuel ratio of the air-fuel mixture approaches from the overrich to the power air-fuel ratio, the combustion temperature and the exhaust gas temperature increase, There is a possibility that the reliability is lowered and the catalyst device 43 is overheated. Therefore, when the temperature of the catalyst device 43 is equal to or higher than a predetermined temperature and it is desired to avoid a temperature increase beyond that, the air-fuel mixture is emptied by reducing the fuel injection amount and reducing the charging efficiency of the engine 1 at the same time. The fuel ratio is kept richer than the power air-fuel ratio. As a result, overheating of the catalyst device 43 can be avoided, and the reliability of the engine 1 is ensured. However, the torque of the engine 1 decreases as much as the charging efficiency decreases.

図5は、前述した、低温時でかつ、高負荷・高回転域における、燃料噴射量、及び、充填効率の調整制御に係り、エンジン制御器100が実行するフローチャートの一例を示している。先ずスタート後のステップS51では、各種の信号を読み込み、エンジン1の運転状態、及び、燃料の気化率等に基づいて、燃料噴射量、燃圧、及び、充填効率を少なくとも設定する。   FIG. 5 shows an example of a flowchart executed by the engine controller 100 in connection with the adjustment control of the fuel injection amount and the charging efficiency at a low temperature and in a high load / high rotation range. First, in step S51 after the start, various signals are read, and at least the fuel injection amount, the fuel pressure, and the charging efficiency are set based on the operating state of the engine 1, the fuel vaporization rate, and the like.

続くステップS52では、エンジン1の温度状態が所定の低温状態でかつ、エンジン1の運転状態が所定の高負荷・高回転の領域にあるか否かを判定する。ステップS52の判定がYESのときには,ステップS53に移行する一方、NOのときにはフローはリターンする。   In the following step S52, it is determined whether or not the temperature state of the engine 1 is a predetermined low temperature state and the operating state of the engine 1 is in a predetermined high load / high rotation region. When the determination in step S52 is YES, the process proceeds to step S53, while when NO, the flow returns.

ステップS53では、燃料のエタノール濃度に応じて、ステップS51で設定した燃料噴射量を制限(低減)する。尚、燃料のエタノール濃度が低いときには、燃料噴射量の低減が行われない場合もある。ステップS53により、燃料におけるエタノール濃度が高いほど、燃料の噴射終了時期が進角することになる。   In step S53, the fuel injection amount set in step S51 is limited (reduced) according to the ethanol concentration of the fuel. When the fuel ethanol concentration is low, the fuel injection amount may not be reduced. In step S53, the higher the ethanol concentration in the fuel, the more advanced the fuel injection end timing.

続くステップS54では、触媒装置43の温度状態を判断し、触媒装置43の温度上昇を抑制する必要があるか否かを判定する。ステップS54の判定がYESのときにはステップS55に移行する。   In a succeeding step S54, the temperature state of the catalyst device 43 is determined, and it is determined whether or not it is necessary to suppress the temperature increase of the catalyst device 43. When the determination in step S54 is YES, the process proceeds to step S55.

一方で、ステップS54の判定がNOのときにはステップS55に移行することなく、フローはリターンする。この場合、燃料噴射量の低減のみが行われて、充填効率の低減は行われない。その結果、混合気の空燃比は、オーバーリッチからパワー空燃比に近づくことになるものの、触媒装置43の温度状態が比較的低いため触媒装置43の多少の温度上昇は許容される。この場合、エンジン1のトルクも低減しない。   On the other hand, when the determination in step S54 is NO, the flow returns without moving to step S55. In this case, only the fuel injection amount is reduced, and the charging efficiency is not reduced. As a result, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture approaches the power air-fuel ratio from overrich, but since the temperature state of the catalyst device 43 is relatively low, a slight temperature increase of the catalyst device 43 is allowed. In this case, the torque of the engine 1 is not reduced.

ステップS55では、ステップS53で低減した燃料噴射量に対応するように、充填効率を低下させる。このことにより、混合気の空燃比を、パワー空燃比よりもリッチな状態に維持する。エンジン1の充填効率は、吸気バルブタイミング可変機構32によって、吸気弁21の閉弁時期を吸気下死点移行の所定時期に遅らせることで低減される。こうした、吸気の遅閉じ制御は、ポンプ損失を増大させることなく、エンジン1の充填効率を低下させるという利点がある。尚、吸気の遅閉じ制御以外にも、例えばスロットル弁57の開度を低下させることによって、充填効率を低減してもよい。   In step S55, the charging efficiency is lowered so as to correspond to the fuel injection amount reduced in step S53. This maintains the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in a richer state than the power air-fuel ratio. The charging efficiency of the engine 1 is reduced by delaying the closing timing of the intake valve 21 to a predetermined timing of intake bottom dead center shift by the variable intake valve timing mechanism 32. Such slow closing control of intake air has the advantage of reducing the charging efficiency of the engine 1 without increasing pump loss. In addition to the intake closing control, the charging efficiency may be reduced by, for example, reducing the opening of the throttle valve 57.

尚、前記の構成では、気筒11内に燃料を噴射する、いわゆる直噴の燃料噴射弁53のみを備えているが、この燃料噴射弁53に加えて、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁をさらに備えるようにしてもよい。   In the above configuration, only the so-called direct injection fuel injection valve 53 for injecting fuel into the cylinder 11 is provided. In addition to the fuel injection valve 53, a fuel injection valve for injecting fuel into the intake port is provided. May be further provided.

1 エンジン(エンジン本体)
11 気筒
100 エンジン制御器
21 吸気弁
32 吸気バルブタイミング可変機構(可変動弁機構)
43 触媒装置
53 燃料噴射弁(燃料供給機構)
54 燃料供給システム(燃料供給機構)
1 Engine (Engine body)
11 Cylinder 100 Engine controller 21 Intake valve 32 Intake valve timing variable mechanism (variable valve mechanism)
43 catalyst device 53 fuel injection valve (fuel supply mechanism)
54 Fuel supply system (fuel supply mechanism)

Claims (4)

特定温度以下の条件下でガソリンよりも気化率の低いアルコールを含む燃料が供給されるように構成されたエンジン本体、
前記燃料を噴射する燃料噴射弁を有しかつ、当該燃料噴射弁が噴射した前記燃料を前記エンジン本体の気筒内に供給するように構成された燃料供給機構、及び、
少なくとも前記燃料供給機構の制御を通じて前記エンジン本体を運転するように構成された制御器、を備え、
前記制御器は、前記エンジン本体の温度状態が所定温度以下のときでかつ、前記エンジン本体の運転状態が所定の高負荷・高回転の領域にあるときには、吸気行程中に開始した燃料噴射が圧縮行程中に終了するように、前記燃料の噴射を行い、
前記制御器はまた、前記燃料における前記アルコールの濃度が高いほど、前記燃料の噴射終了時期が進角するように、前記燃料の噴射期間を短くする火花点火式エンジンの制御装置。
An engine body configured to be supplied with fuel containing alcohol having a lower vaporization rate than gasoline under conditions of a specific temperature or lower;
A fuel supply mechanism having a fuel injection valve for injecting the fuel, and configured to supply the fuel injected by the fuel injection valve into a cylinder of the engine body; and
A controller configured to operate the engine body through control of at least the fuel supply mechanism,
The controller compresses the fuel injection started during the intake stroke when the temperature of the engine body is below a predetermined temperature and the operating state of the engine body is in a predetermined high load / high rotation range. Inject the fuel so that it ends during the stroke,
The controller is also a control device for a spark ignition engine that shortens the fuel injection period so that the fuel injection end timing is advanced as the concentration of the alcohol in the fuel is higher.
請求項1に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記エンジン本体の排気側に接続されかつ、前記エンジン本体から排出された排気ガスを浄化するよう構成された触媒装置をさらに備え、
前記制御器は、前記触媒装置の温度が所定温度以上であるときには、前記燃料における前記アルコールの濃度が高いほど、前記燃料の噴射終了時期が進角するように、前記燃料の噴射量を減少させると共に、当該燃料噴射量の減少に対応するように、前記エンジン本体の充填効率を低下させる火花点火式エンジンの制御装置。
The control device for a spark ignition engine according to claim 1,
A catalyst device connected to the exhaust side of the engine body and configured to purify exhaust gas discharged from the engine body;
When the temperature of the catalyst device is equal to or higher than a predetermined temperature, the controller decreases the fuel injection amount so that the higher the alcohol concentration in the fuel is, the more the fuel injection end timing is advanced. At the same time, a control device for a spark ignition engine that lowers the charging efficiency of the engine body so as to correspond to the decrease in the fuel injection amount.
請求項2に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記エンジン本体に設けられかつ、吸気弁の開閉時期を変更可能に構成された可変動弁機構をさらに備え、
前記制御器は、前記可変動弁機構を通じて、前記吸気弁の閉弁時期を吸気下死点以降の所定時期に設定することにより、前記充填効率を低下させる火花点火式エンジンの制御装置。
The control device for the spark ignition engine according to claim 2,
A variable valve mechanism that is provided in the engine body and configured to be able to change the opening and closing timing of the intake valve;
The controller is a control device for a spark ignition engine that reduces the charging efficiency by setting the closing timing of the intake valve to a predetermined timing after intake bottom dead center through the variable valve mechanism.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の火花点火式エンジンの制御装置において、
前記燃料供給機構は、前記燃料噴射弁が噴射する前記燃料の圧力を昇圧させる燃料ポンプをさらに有し、
前記制御器は、少なくとも前記エンジン本体の運転状態及び前記燃料の気化率に基づいて前記燃料噴射弁が噴射する前記燃料の噴射量を設定し、
前記制御器は、前記設定した噴射量が、前記燃料ポンプの性能限界によって決定される最大噴射量よりも少ないときでも、前記燃料における前記アルコールの濃度に応じて前記噴射量を減少させる火花点火式エンジンの制御装置。
In the control device for the spark ignition engine according to any one of claims 1 to 3,
The fuel supply mechanism further includes a fuel pump that increases the pressure of the fuel injected by the fuel injection valve,
The controller sets an injection amount of the fuel to be injected by the fuel injection valve based on at least an operation state of the engine body and a fuel vaporization rate;
The controller is a spark ignition type that reduces the injection amount according to the concentration of the alcohol in the fuel even when the set injection amount is smaller than the maximum injection amount determined by the performance limit of the fuel pump. Engine control device.
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