JPH05340286A

JPH05340286A - 内燃機関の燃料制御装置

Info

Publication number: JPH05340286A
Application number: JP4152238A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Takahashi; 和男高橋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1993-12-21

Abstract

(57)【要約】【目的】アルコール濃度の高い混合燃料を使用した場
合でも、ガソリン中の低沸点成分の多少にかかわらず、
始動不良を起こすことなく良好に低温始動を行うことが
できる内燃機関の燃料制御装置の提供を目的とする。【構成】内燃機関の燃料制御装置は、混合燃料中のア
ルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段Ａと、
混合燃料中のガソリンの低沸点成分の割合を検出する低
沸点成分含有率検出手段Ｂと、アルコール濃度が所定値
以上の時、前記ガソリンの低沸点成分の割合が低いほ
ど、燃料噴射量を更に増量補正する増量補正手段Ｃとか
ら構成される。この結果、アルコール濃度の高い燃料を
使用した場合のガソリン中の低沸点成分の多少に応じて
燃料噴射増量値が補正されるので、常に始動に適した適
正量の燃料噴射が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアルコールとガソリンの
混合燃料を使用する内燃機関の燃料制御装置に関し、特
に、混合燃料中のガソリンの低沸点成分の割合によって
燃料噴射量の増量補正を実行して、内燃機関の低温始動
性を向上させた内燃機関の燃料制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用内燃機関は、燃料として
ガソリンを使用する火花式機関と、軽油を使用する圧縮
着火式機関に大別されるが、近年、火花式機関において
純粋なガソリンの代替燃料として、ガソリンに別の燃
料、例えばアルコールを混入した混合燃料を使用するこ
とが試みられている。

【０００３】このように、アルコールをガソリンに混合
した燃料を使用できる機関では、アルコールをどのよう
な割合でガソリンに混合しても機関が稼働できるよう
に、機関への燃料経路にアルコール濃度センサを設けて
燃料中のアルコール濃度を検出し、アルコール濃度に応
じて燃料噴射量や点火時期を制御するシステムが既に提
案されている（例えば、特開昭56-66424号公報や特開昭
56-98540号公報) 。そして、このようなアルコールがど
のような割合でガソリンに混合されても走行できる車両
は、フレキシブルフューエルビークル（ＦＦＶ）と呼ば
れている。

【０００４】ところで、アルコールとガソリンの混合燃
料を使用する機関においては、アルコールは低温時には
蒸発しにくいため、低温始動性はガソリンの低沸点成分
に依存している。つまり、混合燃料中のアルコール濃度
が高くなるほどガソリンの割合が少なくなって蒸気圧が
低くなるので、燃料噴射量を増加させなければならな
い。特開昭62-243937 号公報には、アルコール／ガソリ
ンの混合燃料を用い、始動時に燃料温度、アルコール濃
度によって噴射量増量制御を行う装置が開示されてい
る。この装置によれば、例えば、メタノール８５％、ガ
ソリン１５％の割合の混合燃料（Ｍ８５）では、理論空
燃比から考えると常温始動時の要求噴射量としてはガソ
リンの２倍程度が必要であり、低温始動時には要求噴射
量がガソリンの４倍程度が必要ということになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
62-243937 号公報に示された内燃機関の燃料制御装置で
は、始動時の燃料噴射量が低沸点成分のガソリン中に占
める割合が多い燃料にて演算されて始動増量値が設定さ
れているので、低沸点成分の少ないガソリンが供給され
た場合、混合燃料中の低沸点成分が減って混合燃料の気
化成分が減少してオーバリーン状態となってしまい、燃
料を増量しているにもかかわらず着火できない恐れがあ
った。また逆に、始動時の燃料噴射量を低沸点成分のガ
ソリン中に占める割合が少ない燃料にて演算して始動増
量値を設定した場合は、低沸点成分の多いガソリンが供
給された場合に混合燃料中の低沸点成分が増えてオーバ
リッチになり、エミッションの悪化、始動性の悪化、或
いは点火プラグの濡れによる始動不良が発生する恐れが
あった。

【０００６】そこで、本発明は、前記従来の混合燃料を
使用する内燃機関の燃料制御装置における課題を解消
し、アルコール濃度の高い燃料を使用した場合でも、ガ
ソリン中の低沸点成分の多少にかかわらず、始動不良を
起こすことなく良好に低温始動を行うことができる内燃
機関の燃料制御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明のアルコールとガソリンの混合燃料を使用し、始動時
に燃料を増量制御する内燃機関の燃料制御装置の構成が
図１に示される。図１に示すように本発明は、混合燃料
中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段
Ａと、混合燃料中のガソリンの低沸点成分の割合を検出
する低沸点成分含有率検出手段Ｂと、アルコール濃度が
所定値以上の時、前記ガソリンの低沸点成分の割合が低
いほど、燃料噴射量を更に増量補正する増量補正手段Ｃ
とを備えていることを特徴とする。

【０００８】

【作用】アルコールとガソリンの混合燃料を使用し、始
動時に燃料を増量制御する本発明の内燃機関の燃料制御
装置によれば、アルコール濃度検出手段によって混合燃
料中のアルコール濃度が検出され、低沸点成分含有率検
出手段によって混合燃料中のガソリンの低沸点成分の割
合が検出される。そして、アルコール濃度が所定値以上
の時、増量補正手段によってガソリンの低沸点成分の割
合が低いほど、燃料噴射量が更に増量補正される。この
結果、アルコール濃度の高い燃料を使用した場合のガソ
リン中の低沸点成分の多少に応じて燃料噴射増量値が補
正されるので、常に始動に適した適正量の燃料噴射が行
われる。

【０００９】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図２には本発明の内燃機関の燃料制御装置
の一実施例を備えた電子制御燃料噴射式内燃機関が概略
的に示されている。この図において、機関（エンジン）
１０は例えば４気筒であり、ガソリン及びアルコールの
混合燃料を用いることができるように配管及び点火系統
が調整されている。

【００１０】シリンダブロック１１に形成されたシリン
ダボア１２にはピストン１３が往復動自在に収容されて
おり、このピストン１３とシリンダヘッド１４の間に燃
焼室１５が形成されている。シリンダヘッド１４に設け
られた吸気ポート１６および排気ポート１７は、それぞ
れ吸気弁１８および排気弁１９により開閉される。ま
た、シリンダブロック１１の冷却水通路には、冷却水の
温度を通じてエンジンの温度を測定する水温センサ２０
が設けられており、その出力はエンジン・コントロール
・ユニット（ＥＣＵ）３１に入力されている。

【００１１】エンジン１０の吸気通路２１内には、図示
しないアクセルペダルに連動するスロットルバルブ２２
が設けられており、吸気通路２１の更に上流側には図示
は省略するが、エアフローメータとエアクリーナが設け
られている。吸気通路２１の下流側には各気筒毎に燃料
噴射を行う主燃料噴射弁２３が取り付けられ、各気筒の
吸気ポート１６内に燃料を噴射するようになっている。
また、吸気通路２１の上流側のサージタンク２５内には
始動時に燃料噴射を行う始動用燃料噴射弁２４が設けら
れている。

【００１２】各主燃料噴射弁２３と始動用燃料噴射弁２
４へは、燃料タンク２６の中のガソリンとアルコールと
の混合燃料がポンプ２７により燃料パイプ２８を通して
送られる。燃料タンク２６から延びる燃料パイプ２８は
その途中において分岐され、分岐した先端部にそれぞれ
主燃料噴射弁２３と始動用燃料噴射弁２４が取り付けら
れている。そして、各主燃料噴射弁２３と始動用燃料噴
射弁２４は、ＥＣＵ３１からのパルスまたは電圧による
開弁信号によって開弁し、開弁時間だけ燃料を噴射す
る。始動用燃料噴射弁２４への開弁信号は、イグニッシ
ョンスイッチ４１のオン信号と、水温センサ２０からの
信号により、冷却水温が所定値より低い始動時にＥＣＵ
３１から出力される。

【００１３】一方、燃料パイプ２８の分岐部とポンプ２
７との間には燃料中のアルコール濃度を検出するアルコ
ール濃度センサ２９が設けられている。アルコール濃度
センサ２９は従来公知の構成を有し、燃料の静電容量を
測定することによって燃料のアルコール濃度を検出す
る。また、燃料タンク２６内には、燃料の蒸気圧を検出
する圧力センサ５１と、混合燃料の温度を検出する燃料
温度センサ５２が設けられている。

【００１４】ディストリビュータ４３にはエンジン回転
数を検出する回転数センサ４２が設けられている。この
回転数センサ４２は、ディストリビュータ４３の軸が例
えば180 ゜CA毎に基準位置検出用パルス信号を発生する
クランク角センサと、30゜CA毎に基準位置検出用パルス
信号を発生するクランク角センサとから構成されてい
る。

【００１５】ＥＣＵ３１は、例えば、マイクロコンピュ
ータを用いて構成され、アナログ入力回路, 入出力イン
タフェース, Ａ／Ｄ変換器等を備えた入力ポート３３、
各燃料噴射弁２３、２４への噴射信号を出力する出力ポ
ート３２、ＲＡＭやＲＯＭ等のメモリ３４、および、制
御をおこなうマイクロ・プロセッシング・ユニット (Ｍ
ＰＵ）３５等が設けられており、これらはバス３６で相
互に接続されている。

【００１６】ＥＣＵ３１の入力ポート３３には、水温セ
ンサ２０，アルコール濃度センサ２９, イグニッション
スイッチ４１，圧力センサ５１, 燃料温度センサ５２、
および、回転数センサ４２からの信号が入力され、ＥＣ
Ｕ３１はこれらの信号に基づいて燃料噴射量を演算によ
り決定する。また、ＥＣＵ３１の出力ポート３２には主
燃料噴射弁２３と始動用燃料噴射弁２４が接続されてい
る。

【００１７】このＥＣＵ３１には、以上の構成の他にも
吸気温センサ、酸素濃度センサ、トランスミッションか
らのスピードメータケーブルに設けられた車速センサ等
（全て図示せず）からの検出信号が送り込まれたりする
が、これらは本発明と直接関係がないため説明を省略す
る。図６はエンジン始動時の燃料噴射量を演算するため
の制御ルーチンを示している。このルーチンはエンジン
の始動時イグニッションスイッチ４１からのオン信号に
よって割り込み処理される。

【００１８】ステップ６０１ではアルコール濃度センサ
２９からの出力信号に基づいてアルコール濃度ＭＸが読
み込まれ、ステップ６０２では図７に示すようなマップ
によりアルコール濃度ＭＸに対応した燃料噴射係数τx
が演算される。この図から分かるように、燃料噴射係数
τx は、アルコール濃度ＭＸが大きくなるに従って増加
する傾向を有する。ステップ６０３ではクランク各セン
サ４２からの出力信号に基づいてクランキング１回転当
たりの所要時間τc が求められる。そして、ステップ６
０４ではこの所要時間τc に燃料噴射係数τx を乗算す
ることにより、燃料噴射時間ＴＡＵが演算されて求めら
れる。

【００１９】以上のようにして演算されたアルコール濃
度ＭＸに対応する始動時の燃料噴射時間ＴＡＵに対し、
この実施例では始動時の燃料噴射時間ＴＡＵを補正する
係数Ｋの演算が図３に示すルーチンにより実行される。
このルーチンはエンジンの始動時イグニッションスイッ
チ４１からのオン信号によって割り込み処理される。ス
テップ３０１ではアルコール濃度センサ２９からのアル
コール濃度ＭＸ、水温センサ２０からのエンジン冷却水
温ＴＨＷ，および燃料温度センサ５２からの燃料温度Ｔ
ＨＦが読み込まれる。そして、ステップ３０２にてアル
コール濃度ＭＸが６０％以上か否かが判定され、ＭＸ＜
６０％の時(NO)はこのルーチンを終了するが、ＭＸ≧６
０％の時(YES) はステップ３０３に進む。このように、
アルコール濃度６０％未満の時に補正を行わないのは、
図４に示すように、アルコール濃度ＭＸが６０％のＲＶ
Ｐ（リード蒸気圧、単位ｋｇｆ／cm²)がアルコール濃度
ＭＸが０％とほぼ同等であり、始動性の悪化が殆どない
ためである。

【００２０】なお、前述のＲＶＰは、ＪＩＳＫ２２５
８にて定められた蒸気圧試験法により求められるもので
あり、蒸気圧が高すぎると高温環境下でベーパーロック
等が発生し、低すぎると低温環境下で始動性等が悪くな
るものである。続くステップ３０３では冷却水温ＴＨＷ
が所定値、例えば、３０℃以下か否かが判定され、ＴＨ
Ｗ＞３０℃の時(NO)はこのルーチンを終了し、ＴＨＷ≦
３０℃の時(YES) はステップ３０４に進む。そして、ス
テップ３０４では燃料温度ＴＨＦが所定値、例えば、０
℃以下か否かが判定され、ＴＨＷ＞０℃の時(NO)はこの
ルーチンを終了し、ＴＨＷ≦０℃の時(YES) はステップ
３０５に進む。このように冷却水温ＴＨＷや燃料温度Ｔ
ＨＦが高い時に始動時の燃料噴射量の増量補正を行わな
いのは、混合燃料の気化割合が高く始動時に増量補正し
なくても良いからである。

【００２１】ステップ３０５では燃料タンク内圧力ＰＴ
を圧力センサ５１からの出力信号によって読み込み、ス
テップ３０６において、既に読み込んだアルコール濃度
ＭＸと燃料タンク内圧力ＰＴを使用し、ＥＣＵ３１に設
定してある図５(a) に示すような燃料噴射量補正係数マ
ップから増量補正係数Ｋを補間計算する。図５(a) のマ
ップについて簡単に説明する前に、燃料温度と燃料蒸気
圧の関係について図５(b) を用いて説明する。この図か
ら、蒸気圧の必要幅の最小値を燃料温度−２０℃でＭ８
５（アルコール濃度８５％）の時とし、最大値を燃料温
度０℃でＭ６０（アルコール濃度６０％）の時とする。
燃料温度−３０℃でＭ８５の蒸気圧を最小値としなかっ
たのは、現在の燃料温度−２０℃でＭ８５以下では始動
が困難なため、そのような蒸気圧の燃料は存在しないと
思われるためである。従って、この図５(b) に基づいて
補正係数マップを作成したものが図５(a) のマップであ
る。なお、この図５(a) のマップにおける係数Ｋ₀₀₁か
らＫ₃₁₀のうち、網点が付されていない係数はその時の
温度の蒸気圧に必要な値であり、網点が付されている係
数は温度、アルコール濃度がこのマップ上にない中間値
を補間計算によって求める際に必要な値である。

【００２２】図５(a) に示すように、この実施例では燃
料噴射量補正係数マップは燃料温度０℃，−１０℃，−
２０℃，−３０℃の４種類設定されており、その間の温
度は近隣のマップから補間して求める。因みに、補正係
数Ｋ₀₀₁からＫ₃₁₀の範囲は約０．８５〜１．１５程度
である。そして、ステップ３０７において演算した増量
補正係数Ｋを格納してこのルーチンを終了する。

【００２３】図８は最終燃料噴射量を演算するルーチン
を示すものである。このルーチンは所定時間毎に割り込
み処理される。ステップ８０１ではステップ６０４で格
納された燃料噴射時間ＴＡＵが読み込まれ、ステップ８
０２ではステップ３０７で格納された増量補正係数Ｋが
読み込まれる。そして、ステップ８０３において、燃料
噴射時間ＴＡＵに増量補正係数Ｋが乗算されて最終燃料
噴射時間ＴＡＵが計算され、計算値がステップ８０４に
おいて格納される。

【００２４】図９は燃料噴射制御を行う制御ルーチンを
示すものである。このルーチンは所定時間毎に割り込み
処理される。ステップ９０１では現在燃料を噴射すべき
時期であるか否かが判定される。図１０において、符号
Ｔで示される時期が噴射時期であり、噴射時期はクラン
キング１回転毎に現れる。ステップ９０１が噴射時期と
一致した場合はYES となってステップ９０２に進み、ス
テップ９０２で燃料噴射が実行される。一方、ステップ
９０１が噴射時期に一致しない時はステップ９０２は実
行されず、このルーチンはこのまま終了する。

【００２５】ステップ９０２における燃料噴射の実行で
は、始動用燃料噴射弁２４に対して燃料噴射の指令信号
として最終燃料噴射時間ＴＡＵが出力される。ここで、
最終燃料噴射時間ＴＡＵは、図１０に示すように隣合う
噴射時期Ｔの間の時間τc 以下である。なお、最終燃料
噴射時間ＴＡＵが噴射時期Ｔの間の時間τc に近い時間
であったり、これを越えるような場合は、合計噴射時間
がＴＡＵになるように主燃料噴射弁２３と始動用燃料噴
射弁２４とを併用しても良いものである。

【００２６】このように、本発明の内燃機関の燃料制御
装置によれば、アルコール濃度が所定値以上の時、混合
燃料中のガソリンの低沸点成分の割合が低い程、更に燃
料噴射量が増量補正されるため、混合燃料中のガソリン
の低沸点成分の割合が変化しても、混合燃料の霧化成分
を常に確保でき、良好な着火性が得られて始動性を向上
させることができる。

【００２７】また、始動性を向上させることにより、
(1) 始動不良による未燃燃料の排出によって触媒に未燃
燃料が溜まり、その後のエンジンの始動により触媒にお
ける未燃燃料が急激に燃焼して触媒温度が異常に上昇し
て溶損することが防止される、(2) 始動不良による未燃
燃料がエンジンオイル中に混入し、エンジン潤滑油の供
給されている部位にてアルコールによる潤滑不良が発生
し、異常摩耗、および腐食摩耗の発生が防止でき、耐久
性が向上する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アルコール濃度の高い燃料を使用した場合でも、ガソリ
ン中の低沸点成分の多少にかかわらず、始動不良を起こ
すことなく良好に低温始動を行うことができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の燃料制御装置の構成を示す
原理図である。

【図２】本発明の内燃機関の燃料制御装置の一実施例を
備えた電子制御燃料噴射式内燃機関の概略を示す構成図
である。

【図３】本発明における増量補正係数を演算する処理を
示すフローチャートである。

【図４】アルコール濃度とＲＶＰとの関係を示す線図で
ある。

【図５】燃料噴射量増量補正係数のマップ図である。

【図６】本発明における始動噴射量演算処理を示すフロ
ーチャートである。

【図７】アルコール濃度と燃料噴射係数との関係を示す
線図である。

【図８】本発明における最終燃料噴射量演算処理を示す
フローチャートである。

【図９】本発明における燃料噴射制御処理を示すフロー
チャートである。

【図１０】本発明における燃料噴射制御を示す波形図で
ある。

【符号の説明】

１０…機関（エンジン）１１…シリンダブロック１５…燃焼室１６…吸気ポート１７…排気ポート１８…吸気弁１９…排気弁２０…水温センサ２１…吸気通路２２…スロットルバルブ２３…主燃料噴射弁２４…始動用燃料噴射弁２６…燃料タンク２７…ポンプ２８…燃料パイプ２９…アルコール濃度センサ３１…エンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）５１…圧力センサ５２…燃料温度センサ３６…バス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルコールとガソリンの混合燃料を使用
し、始動時に燃料を増量制御する内燃機関の燃料制御装
置において、混合燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度
検出手段と、混合燃料中のガソリンの低沸点成分の割合を検出する低
沸点成分含有率検出手段と、アルコール濃度が所定値以上の時、前記ガソリンの低沸
点成分の割合が低いほど、燃料噴射量を更に増量補正す
る増量補正手段と、を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料制御装置。