JPH03185259A - アルコールエンジンの燃料制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアルコールとガソリンの混合燃料を用いるアル
コールエンジンの燃料制御装置にｆｓｌ、特に暖機運転
時などエンジン温度が低いときには混合燃料から分離し
たアルコールを供給するようにしたものに関する。

〔従来技術〕

最近、燃料費やＣＯｚ排出量低減の為、アルコールとガ
ソリンの混合燃料（通常、アルコール８５％、ガソリン
１５％）を用いるアルコールエンジンが実用に供されつ
つある。

例えば、特開昭５７−１２２１４９号公報には、混合燃
料を用いる場合にアルコールの含有濃度に応じて気化器
のエアブリード量を増減調節することにより適正な空燃
比の混合気を生成するように構成したエンジンの燃料供
給装置が記載されている。

上記混合燃料を用いるアルコールエンジンでは、エンジ
ンオイルの劣化が著しく、ピストンリング、シリンダラ
イナ、カムシャフト及びロッカーアームなど摺動部の摩
耗が著しく進行し、またオイルパン、ストレーナ及びパ
ンフルプレートなどに錆が発生するということは知られ
ている。

そこで、上記摩耗や発錆に対する対策として、アルコー
ルエンジンの各摺動部材の材質や表面処理を変更して対
処する技術と、エンジンオイルを改質してその劣化防止
を図る技術とが鋭意研究されているが、アルコールエン
ジン専用のエンジンオイルでの対応が主流である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記アルコールエンジンにおいては、特に暖機前の低温
運転状態のときにピストンリングやシリンダライナの摩
耗が著しく進行するという問題がある。

その理由について考察すると、圧縮行程において気筒内
の混合気の温度が上昇し、アルコールの沸点（メタノー
ルでは６４．５℃）に達すると、アルコール分は瞬時に
蒸発する。一方、ガソリンについては５０％藩発の沸点
が９０″Ｃなのでアルコールの沸点ではガソリン分の５
０％よりも多くが蒸発しないで残留している。アルコー
ルの気化潜熱はガソリンに比べ約４倍と大きいためアル
コールの蒸発により気筒内の混合気は冷却されてガソリ
ンの蒸発が妨げられ、低温のシリンダライナ壁面に付着
した未蒸発のガソリンによりシリンダライナ壁面のエン
ジンオイルが溶かされて潤滑不足が起こるものと考えら
れる。尚、この点については、後述の実施例に示した実
験結果を参照して頂きたい。

本発明の目的は、Ｔ１機前の低温運転時におけるピスト
ンリングやシリンダライナの摩耗を改善し得るようなア
ルコールエンジンの燃料制御装置を提供することである
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るアルコールエンジンの燃料制御装置は、ア
ルコールとガソリンの混合燃料を用いるアルコールエン
ジンにおいて、上記アルコールエンジンの燃料供給系に
、上記混合燃料からアルコールを分離する分離手段及び
この分離されたアルコールを混合燃料に代えて供給する
燃料切換手段を設け、上記エンジン温度を直接的又は間
接的に検出する温度検出手段を設け、上記温度検出手段
の出力を受けて、エンジン温度が低いときにアルコール
を供給するように燃料切換手段を制御する制御手段を設
けたものである。

〔作用〕

本発明に係るアルコールエンジンの燃料制御装置におい
てはアルコールエンジンの燃Ｒ（Ａ　給糸に設けられた
分離手段は混合燃料からアルコールを分離して貯溜して
おく。アルコールエンジンが始動されると、温度検出手
段はエンジン温度を直接的又は間接的に検出し、その出
力が制御手段へ供給される。

暖機運転期間などエンジン温度が低いときに制御手段は
アルコールを供給するように燃料切換手段を制御するの
で、燃料切換手段は分離手段で分離され貯溜されていた
アルコールを混合燃料に代えて供給する。そして、その
後エンジン温度が低（なくなると、制御手段は混合燃料
を供給するように燃料供給手段を制御し、燃料切換手段
は混合燃料の供給を開始する。

このように、暖機運転期間などのエンジン温度の低いと
きには混合燃料に代えてアルコールを供給するので、圧
縮行程において気筒内の混合気がアルコールの沸点まで
昇温してアルコールが瞬時に気化したときに、気筒内に
未蒸発ガソリンが残留することがなく、その結果その未
蒸発ガソリンでシリンダライナ壁面のエンジンオイルが
溶かされることがない。それ故、エンジン温度が低いと
きにおけるピストンリングやシリンダライナの異常摩耗
を防止することが出来る。

エンジン温度が低くなったときには、気筒内の混合気の
温度が十分高くなり、アルコールの気化潜熱で冷却され
ても未蒸発ガソリンがシリンダライナ壁面に残留せず、
エンジンオイルが未蒸発ガソリンで溶かされることがな
い。

〔発明の効果〕

本発明に係るアルコールエンジンの燃料制御装置によれ
ば、以上説明したように、分離手段、燃料切換手段、温
度検出手段及び制御手段を設け、エンジン温度の低いと
きに混合燃料に代えてアルコールを供給するようにした
ので、アルコールの気化潜熱で蒸発が妨げられた未蒸発
ガソリンの発生を確実に防止し、上記未蒸発ガソリンで
シリンダライナ壁面のエンジンオイルを溶かすのを防止
し、ピストンリングやシリンダライナに対する潤滑性が
低下するのを、確実に防止することが出来る。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。

本実施例は、アルコールとガソリンの混合燃料を用いる
自動車用アルコールエンジンに本発明を適用した場合の
一例である。

第１図は、上記エンジンの吸気通路ｌの途中部に介設さ
れた気化器２を示すもので、図示のように気化器２のフ
ロート室は上段の第１貯溜室３と中段の第２貯溜室４と
下段の第３貯溜室５の３室に区画され、第１貯溜室３は
燃料ポンプ６を有する供給通路７により燃料タンク８に
接続され、燃料ポンプ６のリターンボートはリターン通
路９により燃料タンク８に接続され、燃料タンク８には
メタノール８５ｗｔ％とアルコール１５ｗｔ％の混合燃
料（この混合燃料を燃料Ｍ８５という）が収容されてい
る。

第１貯溜室３内には供給通路６の下流端を開閉するニー
ドルバルブ１０を開閉制御する第１フロー）１１が収容
され、第１貯溜室３と第２貯溜室４の間は金属製の仕切
板１２で仕切られ、仕切板１２には連通孔１３が形成さ
れ、この連通孔１３を開閉するニードルバルブ１４を開
閉制御する第２フロート１５が第２貯溜室４内に収容さ
れている。

上記第２貯溜室４と第３貯溜室５とはメタノールの透過
のみを許す公知の分離膜１６で仕切られ、第１貯溜室３
から連通孔１３を経て第２貯溜室４へ燃料Ｍ８５が供給
されるが、第２貯溜室４の燃料Ｍ８５のうちのメタノー
ルは分離膜１６を透過して第３貯溜室５へ流れるので、
第２貯溜室４内にはメタノールを殆ど含まないガソリン
（これを、燃料Ｇ１００という）が貯溜され、第３貯溜
室５内にはメタノール１００％の燃料（これを、燃料Ｍ
１００という）が貯溜されることになる。

吸気通路１のベンチュリ１７よりも上流側にはチョーク
弁１８が設けられ、またベンチュリ１７よりも下流側に
はスロットル弁■９が設けられ、第１貯溜室３の上部に
連通されたエアベント２０はチョーク弁１８とベンチュ
リ１７の間の吸気通路１の部分に開口している。

第１貯溜室３内の燃料Ｍ８５と、第２貯溜室４内の燃料
Ｇ１００と、第３貯溜室５内の燃料Ｍ１００とを択一的
にメインノズル２１へ供給する為、第１貯溜室３の底部
から延びた第１通路２２と第２貯溜室４の底部から延び
た第２通路２３と第３貯溜室５の底部から延びた第３通
路２４とは合流部で合流してメイン通路２６へ連通され
、合流部には第１通路２２と第２通路２３と第３通路２
４の１つを択一的にメイン通路２６へ連通させる電磁方
向切換弁２５が介装されている。

本実施例のアルコールエンジン′においては、電磁方向
切換弁２５を制御することにより、エンジンの始動運転
時には着火性を高める為に燃料Ｇ１００を供給し、また
始動運転経過後の暖機運転時（低温運転時）には後述の
ようにシリンダボアの潤滑性の低下を防ぐ為に燃料Ｍ１
００を供給し、また略暖機完了後の熱間運転時には燃料
Ｍ８５を供給するものとする。

上記のように電磁方向切換弁２５を切換え制御する為の
コントロールユニット２７が設けられるとともに、エン
ジンの冷却水水温を検出する水温センサ２８がシリンダ
ブロンクのウォータジャケットに臨むように設けられ、
この水温センサ２８とイグニシジンスインチ２９及びス
タータスイッチ３０からの信号がコントロールユニット
２７へ入力されている。

上記コントロールユニット２７は、マイクロコンピュー
タを主体とする一般的なもので、マイクロコンピュータ
以外に水温センサ２８からの検出信号をＡＤ変換するＡ
／Ｄ変換器、入出力インターフェイス、電磁方向切換弁
２５の為の駆動回路などを備えている。

上記マイクロコンピュータのＲＯＭ　（リード・オンリ
・メモリ）には、次に説明する燃料切換制御の制御プロ
グラムが予め入力格納されている。

ここで、燃料切換制御のルーチンについて第２図のフロ
ーチャート及び第３図のタイムチャートに基いて説明す
るが、図中Ｓｉ　　（ｉ＝１．２．３、・・・）は各ス
テップを示す。

エンジンのイグニションキーの投入とともに制御が開妬
されると、フラグＢＦＧ及びフラグＳＦＧをリセットし
たりタイマＴＭをリセットするなど必要な初期設定が実
行され（Ｓｌ）、次にスタータスイッチ信号と水温信号
とが読込まれ（Ｓ２）、次にスタータスイッチ信号がＯ
Ｎか否か判定され（Ｓ３）、最初スタータスイッチ３０
がＯＦＦのときにはＳ７へ移行してフラグＢＦＧがＢＦ
Ｇ＝　１か否か判定されるが最初はＢＦＧはＯなので３
７から８６へ移行し、Ｓ６において燃料Ｇ１００を選択
するため第２通路２３へ切換える制御信号が切換弁２５
へ出力されて第２通路２３がメイン通路２６に連通され
、Ｓ２へ戻る。次に、Ｓ２・Ｓ３・Ｓ７・Ｓ６を繰返し
、スタータスイッチ３０がＯＮになると３４へ移行し、
フラグＢＦＧ及びフラグＳＦＧが夫々セットされ、タイ
マＴＭに所定の短時間ｔｌ（例えば、ｔ　１＝５秒）が
セットされてＳ６へ移行し、スタータスイッチ３０がＯ
Ｎの間はＳ２〜Ｓ６が繰返され、タイマＴＭにはｔｌが
繰返しセットされていく。次にスタータスイッチ３０が
ＯＦＦになると３３から８７へ移行し、フラグＢＦＧが
ＢＦＧ＝１か否か判定されるが、ＢＦＧ＝１なので３８
へ移行し、フラグＳＦＧが５ＦＧ＝１か否か判定される
が、５ＦＧ＝　１なので８９へ移行し、タイマＴＭの残
時間ＴＭ＝０か否か判定される。例えばスタータスイッ
チ３０がＯＦＦ後に再びＯＮされることもあるが、この
ような場合には通常の場合時間ｔ１以内にＯＮされるこ
とからＴＭ＝Ｏとならないので８９から３６へ移行する
。

エンジンが始動してスタータスイッチ３０が最終的にＯ
ＦＦになると最初のうちはＳ２・Ｓ３・Ｓ７・Ｓ８・Ｓ
９・Ｓ６を微小時間毎に繰返し、タイマＴＭの残時間Ｔ
Ｍが徐々に減少していって、ＴＭ＝Ｏになると３９から
ＳＩＯへ移行し、フラグＳＦＧがリセットされ（Ｓ１０
）、次に水温ＴＷが所定値Ｔｏ　（例えば、６０℃）以
下か否か判定され（Ｓｌｌ）、水温ＴｗＳＴｏのときに
は後述のように燃料Ｍ１００を供給するのが望ましいの
で、Ｓ１２において燃料Ｍ１００を選択する為第３通路
２４へ切換える制？ＩＩＩ信号が切換弁２５へ出力され
、Ｓ１２から８２へ戻り、水温ＴｗＳＴＯで暖機不十分
の間はＳ２・Ｓ３・Ｓ７・Ｓ８・５ｌｌ−３１２が微小
時間毎に繰返され、そのうちに暖機が進行し暖機期間の
終期頃になって水温Ｔｗ≦Ｔｏでなくなると、Ｓｌｌか
らＳ１３へ移行し、５１３において燃料Ｍ８５を選択す
る為第１通路２２へ切換える制御信号が切換弁２５へ出
力される。それ以降、エンジンを停止するまでＳ２・Ｓ
３・Ｓ７・Ｓ８・Ｓｌｌ・Ｓ１３が微小時間毎に繰返さ
れ、燃料Ｍ８５がメインノズル２１へ供給され続ける。

次に、上記燃料切換制御の作用について説明する。

エンジンの始動時（特に、冷間始動時）には低温でも気
化しやすく着火性に優れるガソリン１００％の燃料Ｇ１
００を供給するので、始動性の低下を防ぐことが出来る
。

暖機運転時に、仮に燃料Ｍ８５を供給する場合には、圧
縮行程において混合気が圧縮されて昇温しメタノールの
沸点（６４，５℃）に達した時点で、ガソリンと比較し
て約４倍の気化潜熱を奪うメタノールの蒸発により混合
気が冷却されて比較的低温のシリンダライナ壁面に未蒸
発ガソリンが液状に付着し、その液状ガソリンでシリン
ダライナ壁面のエンジンオイルが溶かされて潤滑性が著
しく低下してしまうことになる。

このことは、第１４図に示す実験結果が示す通りである
。

即ち、この実験は実際の通常の自動車用エンジンを用い
て図示のような条件でシリンダライナの潤滑性能につい
て行ったもので、燃料Ｍ８５、Ｍｌｏｏ、Ｍ２Ｓ　（本
発明）のものはメタノール対応の専用エンジンオイルを
用いて行ったものである。但し、燃料Ｍ８５（本発明）
のものは始動時には燃料Ｇ１００でまたその後燃料Ｍ１
００を用いて行ったものである。

ところで、燃料Ｇ１００、Ｍｌｏｏの場合に比較して燃
料Ｍ８５の場合にピストンリングの摩耗量が著しく増加
している。

このように、暖機運転時に燃料Ｍ８５を供給すると、ピ
ストンリング及びシリンダライナの摩耗が著しく進行す
るため好ましくないので、本願では暖機運転時には燃料
Ｍ１００を供給するようにした。

その結果、ピストンリングの摩耗量を著しく低減して燃
料Ｇ１００の場合と略同程度の摩耗量となることが実験
的にも裏付けられている。

但し、暖機期間の全期間に互って燃料Ｍ１００を供給す
ることは望ましいが、シリンダライナ壁面に付着する未
蒸発ガソリンの量は冷却水水温ＴＷが上昇する程減少し
ていくことから、暖機運転期間のうちの少なくとも前記
には燃料Ｍ１００を供給することが望ましい。

暖機運転の終期頃及びそれ以後の熱間運転時には冷却水
水温Ｔｗも十分に高くなってシリンダライナの壁面に未
蒸発ガソリンが殆ど付着しなくなるので、燃料Ｍ８５を
供給してもピストンリングやシリンダライナの異常摩耗
は起こらない。

尚、上記フローチャートを部分的に変更して、スタータ
スインチが最終的にＯＦＦになった時点から燃料Ｍ１０
０を供給するようにしてもよい。

また、アルコールとガソリンの混合燃料の混合割合は上
記８５％：１５％のものに限られず種々の混合割合のも
のでもよい。アルコールとしてはメタノール以外にエタ
ノールであってもよい。

また、上記実施例では水温センサ２８を設けて冷却水水
温を検出して用いたが、エンジンオイルの温度を検出す
る油温センサを設け、油温から水温を間接的に求めるよ
うにしてもよい。

また、上記実施例の気化器２には、実際にはメインエア
ブリード、アイドル用ノズル及びその為の通路、アイド
ルアジャスト機構、加速用ノズル及びその為の通路及び
加速ポンプ、等々が設けられるが、これらは既存周知の
ものと同様なので図示及び説明を省略した。更に、２バ
レル型の気化器を有するエンジンに対しても同様に本発
明を適用し得ることは言うまでもない。

尚、上記実施例では、気化器付きのエンジンに本発明を
適用した場合について説明したが、気化器ではなく燃料
噴射用のインジェクタを備えたエンジンの場合には、燃
料タンクからインジェクタへ至る燃料供給系のうちの燃
料タンクから燃料ポンプの間に、前記第１〜第３貯溜室
３〜５、分離膜１６、第１〜第３通路２２〜２４及び電
磁方向切換弁２５に相当する構成を組込んでもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係るもので、第１図は自動車用
アルコールエンジンの燃料制御装置の全体構成図、第２
図は燃料切換制御のルーチンのフローチャート、第３図
はスタータスイッチ信号及び冷却水温などのタイムチャ
ート、第４図は潤滑性能比較の為に行った実験結果のグ
ラフである。 ２・・気化器、　３・・第１貯溜室、　４・・第２貯溜
室、　５・・第３貯溜室、　　１６・・分離膜、　２２
・・第１通路、　２３・・第２通路、２４・・第３通路
、　２５・・電磁方向切換弁、２７・・コントロールユ
ニット、　２８・・水温センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルコールとガソリンの混合燃料を用いるアルコ
   ールエンジンにおいて、 上記アルコールエンジンの燃料供給系に、上記混合燃料
   からアルコールを分離する分離手段及びこの分離された
   アルコールを混合燃料に代えて供給する燃料切換手段を
   設け、 上記エンジン温度を直接的又は間接的に検出する温度検
   出手段を設け、 上記温度検出手段の出力を受けて、エンジン温度が低い
   ときにアルコールを供給するように燃料切換手段を制御
   する制御手段を設けたことを特徴とするアルコールエン
   ジンの燃料制御装置。