JPH0658094B2 - アルコールエンジンの再燃焼制御装置 - Google Patents

アルコールエンジンの再燃焼制御装置

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JPH0658094B2
JPH0658094B2 JP1281919A JP28191989A JPH0658094B2 JP H0658094 B2 JPH0658094 B2 JP H0658094B2 JP 1281919 A JP1281919 A JP 1281919A JP 28191989 A JP28191989 A JP 28191989A JP H0658094 B2 JPH0658094 B2 JP H0658094B2
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電磁力で開閉作動する電磁弁を備えたアル
コールエンジンの再燃焼制御装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、エンジンから排気される排気ガスによる環境汚染
が問題になり、最近、アルコールエンジンが注目される
ようになっている。即ち、アルコールは、燃料中に含む
炭素C量は軽油、ガソリンに比較して少なく、該アルコ
ールを燃料とするアルコールエンジンでは、排気ガス中
の炭酸ガス、炭化物の含有量は、ガソリン、軽油等の燃
料に比較して非常に少なくなるという性質を有してい
る。しかしながら、アルコールは、ガソリンに比較して
気化するための潜熱が高く、例えば、ガソリンが燃料の
0.7%の気化潜熱を要するのに対し、アルコールが燃料
の5%の気化潜熱を要するものであり、アルコール燃料
は気化し難いという性質を有していると共に、燃料噴射
ノズルから燃焼室内の圧縮空気中に噴射されたアルコー
ル燃料は、気化のために圧縮空気及び燃焼室壁面の温度
を低下させて着火を悪化させるという性質を有してい
る。
従来、エンジンにおける未燃燃料の燃焼は、シリンダか
ら排出された排気ガス中に含まれる未燃分を再度シリン
ダ内に吸入して燃焼させるため、吸気に排気ガスの一部
を混合してNOの発生を抑制する排気ガス再循環装置
は、良く知られていることである。
また、アルコール燃料を使用するエンジンに関して、例
えば、特開昭58−67959号公報には、排気ガスを
清浄にするためアルコールを改質して得た改質ガスを使
用するアルコール改質エンジンが開示されている。或い
は、例えば、実開昭59−105052号公報には、液
体燃料をエンジン排気通路に介装された改質装置により
ガスに改質し、該改質ガスを燃料として使用する改質ガ
スエンジンが開示されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、アルコールを燃料として用いるアルコー
ルエンジンについては、部分負荷時の燃焼と全負荷時の
燃焼とでは極めて異なっており、部分負荷時は燃焼が不
安定であり、全負荷時は混合気生成スピードの遅延とい
う問題がある。特に、圧縮着火タイプの往復動エンジン
については、通常の直接噴射式エンジンでは、圧縮比が
15〜17が良いとされている。この場合、圧縮端温度
は650℃位であり、始動時或いは低温空気時には、時
々、着火、燃焼が良好にならず、着火ミス、不完全燃焼
が発生し、未燃ガスが発生し易くなり、未燃ガスの排出
による臭気、刺激臭が生じたりする。特に、アルコール
燃料を使うディーゼルエンジンでは、アルコールが気化
するための潜熱が高いため、エンジンの低速低負荷時に
は、燃焼室内壁面は高温度の状態になっていないので、
該壁面が燃料から気化熱を奪い、気化を促進することが
できず、気化混合気を成功し難い。また、部分負荷時に
は、空燃比は大きく即ち燃料がリーンの状態になってお
り、その時のアルコール燃料の燃焼では、ホルムアルデ
ヒド、アセトアルデヒド等の中間生成物が発生する。そ
の結果、低温時には、燃焼も不完全となり、未燃ガス発
生の現象は大きく現れ、刺激臭、臭気等が発生すると共
に、排ガス中に含まれる炭化水素が多くなり、且つ着火
性即ち始動性が悪くなる。従って、アルコール燃料を使
用するエンジンでは、部分負荷時でのアルデヒド類の排
出量が多くなり、刺激臭、臭気等の問題が発生し、低温
時の部分負荷領域での燃焼状態の改善には、多くの問題
がある。
この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
アルコールを燃料として使用するエンジンについてアル
コールが気化潜熱が大きく、気化し難いという性質を有
しているが、シリンダから排出された排気ガス中に含ま
れるアルデヒド類の中間生成物の未燃分を再度燃焼室で
燃焼させると、その未燃分は完全燃焼できるので、吸排
気弁を電磁力で開閉作動することによって、クランク角
とは独立して吸排気弁の開閉作動ができるように構成
し、部分負荷時に、所定の気筒で一旦燃焼した燃焼ガス
を他の気筒に再度送り込んで再燃焼させ、燃焼ガス中に
含む中間生成物等の未燃分を該気筒内で完全燃焼させる
ことにより、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等の
アルデヒド類の発生を防止し、刺激臭、臭気等の発生を
防止して排気ガスを浄化し、環境衛生上問題のない排気
ガスを放出し、燃料を良好に燃焼させて燃費を向上させ
るアルコールエンジンの再燃焼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〕
この発明は、上記目的を達成するため、次のように構成
されている。即ち、この発明は、複数の気筒の各吸排気
ポートに配置した電磁力で開閉作動される各吸非気弁、
燃焼ガス通路で連通した各ポートに配置した電磁力で開
閉作動される各制御弁、エンジンの作動状態を検出する
センサー、該センサーによる検出信号に応答して所定の
気筒からの燃焼ガスを前記燃焼ガス通路を通じて他の気
筒に吸入させる制御を行うコントローラ、から成るアル
コールエンジンの再燃焼制御装置に関する。
また、このアルコールエンジンの再燃焼制御装置におい
て、前記センサーによるエンンの部分負荷信号に応答し
て、所定の気筒の排気弁が閉弁状態を維持し且つ制御弁
が開閉作動し、同時に他の気筒の吸気弁が閉弁状態を維
持し且つ制御弁が開閉作動し、前記所定の気筒からの燃
焼ガスを前記他の気筒に吸入して該気筒で燃焼ガスを完
全燃焼させて膨張仕事をさせるものである。
〔作用〕
この発明によるアルコールエンジンの再燃焼制御装置
は、上記のように構成され、次のように作用する。即
ち、このアルコールエンジンの再燃焼制御装置は、エン
ジンの部分負荷時に、所定の気筒が外部から吸入空気を
取り入れてアルコール燃料の混合気を生成し、該気筒か
ら排出される燃焼ガスを気筒間を連通する燃焼ガス通路
を通じて他の気筒の吸入行程で該気筒に吸入させるの
で、一度燃焼室で燃焼した燃焼ガスは高温であり、相当
の酸素量が消費されてリッチな濃混合気になっているか
ら、該濃混合気を他の気筒の燃焼室に再び導入して燃焼
させると、アルデヒド類、ハイドロカーボン、一酸化炭
素等の未燃分は容易に完全燃焼することができる。従っ
て、最後にエンジンから排気される排気ガス中には、未
燃燃料、中間生成物が含まれておらず、刺激臭、臭気等
は発生しない。また、エンジン高負荷時には燃焼が盛ん
に行われるので、燃焼室内は高温度になっており、従っ
て、アルコール燃料の気化は促進され、アルコール燃料
と良好な混合気を迅速に生成して着火し燃焼し、アルデ
ヒド類、ハイドロカーボン、一酸化炭素等の未燃分の発
生はない。
〔実施例〕
以下、図面を参照して、この発明によるアルコールエン
ジンの再燃焼制御装置の実施例を説明する。
第1図はこの発明によるアルコールエンジンの再燃焼制
御装置の一実施例を示す概略説明図、及び第2図は第1
図のアルコールエンジンの再燃焼制御装置を説明する概
略平面図である。ここでは、このアルコールエンジンの
再燃焼制御装置の説明を分かり易くするため、アルコー
ルエンジンとして4気筒の場合を例にとって説明する。
このアルコールエンジンは、4つの気筒1,2,3,4
を形成するシリンダブロックに形成されたシリンダ1
9、該シリンダブロックに固定されたシリンダヘッド1
2、及び各シリンダ19内を往復移動するピストン5を
有する。シリンダヘッド12には、各気筒1,2,3,
4に対して吸気ポート16、排気ポート17、及びこれ
らの吸排気ポート16,17とは別の第3のポート18
が形成されている。シリンダヘッド12に形成した各吸
気ポート16には吸気弁6がそれぞれ配置され、各排気
ポート17には排気弁7がそれぞれ配置され、更に、各
ポート18には制御弁8がそれぞれ配置されている。
また、図示していないが、吸気ポート16は吸気管に接
続して吸入空気をシリンダ19内に導入し、また、排気
ポート17は排気管に接続してシリンダ19内の排気ガ
スを排気するように構成されている。各ポート18は、
燃焼ガス通路11によって全て連通するように構成され
ている。
このアルコールエンジンは、上記の構成によって4サイ
クル、即ち、吸入行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行
程で駆動されるものである。例えば、このアルコールエ
ンジンにおいて、部分負荷時にはエンジン出力を余り必
要としないので、2つの気筒は、吸入空気を外部から取
り入れて通常の燃焼を行うが、他の2つの気筒は、上記
気筒で一旦燃焼した燃焼ガスを取り入れる駆動を行い、
該燃焼ガスを再燃焼して完全燃焼させ、外部にクリーン
な排気ガスを放出するように駆動させる。即ち、気筒1
及び気筒4は、吸気弁6は閉弁状態を維持し、外部から
吸入空気を取り入れずに、制御弁8に開閉作動して気筒
2及び気筒3で発生した燃焼ガスを吸入して、該燃焼ガ
スを完全燃焼させる駆動を行う。これに対して、気筒2
及び気筒3は、排気弁7を閉弁状態に維持し、燃焼ガス
を外部に排気せずに、制御弁8を開閉作動して気筒1及
び気筒4に送り込む。具体的には、第1図に示すよう
に、気筒1は制御弁8が開弁して吸入行程の開始時であ
り、且つ、気筒2は制御弁8が開弁して排気行程の開始
時である。この時、気筒3は制御弁9が開弁して圧縮行
程の開始時であり、且つ、気筒4は制御弁8が閉弁して
膨張行程の開始時である。
更に、吸気弁6、排気弁7及び制御弁8は、電磁弁駆動
装置9によって電磁力で開閉作動できるように構成され
ている。これらの電磁弁駆動装置9は、コントローラ1
0の指令で開閉作動されるものである。コントローラ1
0は、回転センサー13、負荷センサー14及び位置セ
ンサー15からの検出信号を受けて、吸気弁6、排気弁
7及び制御弁8を開閉作動する電磁弁駆動装置9の駆動
は勿論のこと、例えば、燃料噴射ポンプの噴射時期、噴
射量、噴射タイミング、グロープラグ等を制御すること
ができ、それらの条件をエンジンの作動状態に応じて最
適条件に制御するものである。
次に、このアルコールエンジンの再燃焼制御装置に組み
込むことができる電磁弁駆動装置9の一例を、制御弁8
を例にとって簡単に説明する。
制御弁8の上昇又は下降によってバルブフェースが、ポ
ート18に設けたバルブシートに当接又は離脱すること
によって、ポート18が開閉されるものである。従っ
て、ポート18の開閉作動或いは開閉量によってシリン
ダ19に吸排気される燃焼ガス量が制御されるものであ
る。制御弁8のバルブステムの上端部には、軟鉄等の磁
性材料から成る可動子が固定され、該可動子には可動子
コイルが設けられている。また、可動子に対して、該可
動子の上方に軟鉄等の磁性材料から成る固定子が設置さ
れており、しかも固定子には固定子コイルが設けられて
いる。従って、コントローラ10からの指令によって制
御弁8を開閉作動するには、コントローラ10の指令で
可動子コイル及び固定子コイルを通電/遮断することに
よって、固定子は可動子を吸引/離反することになり、
制御弁8を上下に動弁駆動する。なお、図示していない
が、シリンダヘッド12の上面に形成されたバルブスプ
リングシートと可動子との間には、バルブスプリングが
配設されている。従って、制御弁8は、バルブスプリン
グのばね力により常時はポート18を閉鎖即ち閉弁状態
に維持しているものである。
上記のように、制御弁8を構成することによって、コン
トローラ10からの制御された電流が可動子コイル及び
固定子コイルに通電又は遮断されると、固定子は可動子
をバルブスプリングの付勢力に抗して離反又は吸引を行
うことができ、従って、制御弁8は下降又は上昇を行
い、制御弁8のバルブフェースはポート18を開放又は
閉鎖することができる。なお、電磁弁駆動装置9につい
ては、上記のように限定されるものでないことは勿論で
ある。また、吸排気弁6,7についての開閉作動につい
ての装置が図示されていないが、吸排気弁6,7につい
ても、上記と同様な電磁弁駆動装置9によって開閉作動
ができるものである。従って、吸気弁6、排気弁7及び
制御弁8は、クランク角とは独立して各電磁弁駆動装置
9によって開閉作動されるものである。
このアルコールエンジンの再燃焼制御装置に組み込むこ
とができる電磁弁駆動装置9については、エンジンの回
転数としてクランク回転数を検出する回転センサー1
3、エンジンの負荷として燃料噴射ポンプからエンジン
へ供給される燃料供給量又はアクセルペダルの踏込み量
を検出する負荷センサー14、及びストローク位置とし
てクランク角を検出する位置センサー15からの各検出
信号をコントローラ10に入力することによって、コン
トローラ10は該検出信号に応答して信号を発し、吸気
弁6、排気弁7及び制御弁8の各電磁弁駆動装置9を制
御することができる。
次に、第1図、第2図及び第3図を参照して、この発明
によるアルコールエンジンの再燃焼制御装置の作動の一
例について説明する。第3図はこの発明によるアルコー
ルエンジンの再燃焼制御装置の作動の一例を示す処理フ
ロー図である。
エンジンの始動によって、燃料噴射ポンプ、吸気弁6及
び排気弁7の各電磁弁駆動装置9が駆動制御される。
まず、第1ステップとして、エンジンを始動する場合に
は、コントローラ10の指令によって制御弁8を閉鎖作
動してポート18を閉鎖しておく。このアルコールエン
ジンについては、コントローラ10の指令によって各気
筒1,2,3,4は吸入行程、圧縮行程、膨張行程及び
排気行程から成る4サイクルで駆動されるものであり、
燃料噴射ポンプから燃料噴射ノズルへアルコール燃料を
供給し、各気筒1,2,3,4の燃焼室或いは各気筒
1,2,3,4に通じる吸気通路中に噴射される。コン
トローラ10に入力するエンジンの作動状態の検出信号
としては、ここでは、負荷センサー14からの検出信号
を用いた場合について説明する。勿論、回転センサー1
3からのエンジンの回転数を検出信号として用いてもよ
いものである。
負荷センサー14によってエンジン負荷Lを検出する
ため、燃料噴射ポンプから燃料噴射ノズルへ供給される
アルコール燃料の供給量を検出する。燃料噴射ノズルへ
供給された検出燃料供給量信号をエンジンの負荷信号と
してコントローラ10に入力する(ステップ30)。こ
の時、位置センサー15によって各気筒1,2,3,4
のクランク角は検出されている。これらの検出信号は、
コントローラ10に入力され、各気筒1,2,3,4が
何の行程であるかが入力されている。
コントローラ10において、負荷センサー14によって
検出したエンジン負荷Lが予め設定された所定のエン
ジン負荷LE1より大きいか否かを比較して判断する(ス
テップ31)。
コントローラ10の比較判断によって、エンジン負荷L
が所定のエンジン負荷LE1より大きい場合には、エン
ジンは高負荷時であり、燃焼が盛んに行われている状態
である。従って、燃焼室内は高温度になっており、アル
コール燃料は気化が促進され、完全燃焼されており、排
気ガス中に未燃状態のアルデヒド類は含まれていないの
で、外部に放出しても、排気ガスの問題は発生しない。
そこで、コントローラ10は、エンジンの高負荷信号を
受けて、電磁弁駆動装置9を駆動して制御弁8を閉鎖状
態に維持するように指令を出し(ステップ32)、吸気
弁6及び吸気弁7は電磁弁駆動装置によって通常の4サ
イクルの開閉作動で制御される(ステップ33)。従っ
て、各気筒1,2,3,4の燃焼室は燃焼が盛んに行わ
れている状態で高温度になっており、アルコール燃料の
気化は促進され、良好な混合気が生成され、噴霧された
アルコール燃料は気化が促進されてスムースに燃焼し、
アルデヒド等の未燃ガスの発生を防止できる。
次いで、エンジンの駆動を引き続き行うか否を判断する
と共に、処理工程において、エンジンに対して設けた各
種センサーからの異常信号が有るか否かを判断し、異常
信号がなく且つエンジン駆動を持続する場合には処理は
ステップ30に戻り、エンジンを停止する場合或いは異
常信号がある場合には、この制御装置の処理を終了す
る。
また、ステップ31において、コントローラ10の比較
判断によって、エンジン負荷Lが所定のエンジン負荷
E1より小さい場合には、エンジンは低負荷時であり、
燃焼は弱く、燃焼室の温度は低い状態である。従って、
アルコール燃料の気化は十分でない状態であり、アルコ
ール燃料は完全燃焼されずに、燃焼ガス中には未燃燃料
のアルデヒド類が含まれている状態であるので、このま
まの状態で燃焼ガスを排気ガスとして外部に放出する
と、臭化、刺激臭等の公害の原因になる。ところが、低
負荷時にはエンジン出力は低くて十分である。そこで、
このアルコールエンジンにおいて、4つの気筒の内、気
筒2,3を外部から吸入空気を取り入れる駆動とし、気
筒1,4を気筒2,3で発生した燃焼ガスを導入する制
御を行い、燃焼ガスを再燃焼させて完全燃焼させるよう
にする。まず、コントローラ10は、エンジンの低負荷
信号を受けて、電磁弁駆動装置9を駆動して各気筒1,
2,3,4の制御弁8をそれぞれ開閉作動する指令を出
すと共に、電磁弁駆動装置を駆動して気筒2,3の各排
気弁7を閉弁状態に維持し、また、気筒1,4の各吸気
弁6を閉弁状態に維持する(ステップ34)。ここで、
コントローラ10からの指令によって、気筒2,3の吸
気弁6及び制御弁8が開閉作動し、また、気筒1,4の
制御弁8及び排気弁7が開閉作動する。従って、気筒
2,3は、吸気管を通じて外部から吸気ポート16を通
じて吸入空気或いはアルコール燃料との混合気を取り入
れ、該吸入空気とアルコール燃料との混合気を燃焼さ
せ、該燃焼ガスをポート18から燃焼ガス通路11に排
出する。また、気筒1,4は、燃焼ガス通路11を通じ
てポート18から燃焼ガスを吸入して該燃焼ガスを再燃
焼して完全燃焼させ、該完全燃焼した排気ガスを排気ポ
ート17から排気管を通じて外部に排気する(ステップ
35)。それ故に、気筒2,3の燃焼室で燃焼した燃焼
ガスが、気筒1,4の燃焼室で再燃焼されて完全燃焼
し、気筒1,4から排気される排気ガスにはアルデヒド
等の未燃分は含んでいない状態になり、臭気、刺激臭等
の発生はなく、クリーンな排気ガスとなって外気に放出
される。
次いで、エンジンの駆動を引き続き行うか否を判断する
と共に、処理工程において、エンジンに対して設けた各
種センサーからの異常信号が有るか否かを判断し、異常
信号がなく且つエンジン駆動を持続する場合には処理は
ステップ30に戻り、エンジンを停止する場合或いは異
常信号がある場合には、この制御装置の処理を終了す
る。
〔発明の効果〕
この発明によるアルコールエンジンの再燃焼制御装置
は、上記のように構成されており、次のような効果を有
する。即ち、このアルコールエンジンの再燃焼制御装置
は、複数の気筒の各吸排気ポートに配置した電磁力で開
閉作動される各吸排気弁、燃焼ガス通路で連通した各ポ
ートに配置した電磁力で開閉作動される各制御弁、エン
ジンの作動状態を検出するセンサー、該センサーによる
検出信号に応答して所定の気筒からの燃焼ガスを前記燃
焼ガス通路を通じて他の気筒に吸入させる制御を行うコ
ントローラから構成したので、エンジンの部分負荷時に
おいて、前記各吸気弁及び前記各制御弁の開閉作動を制
御して所定の気筒に対しては、外部から吸入空気を導入
してアルコール燃料を混合させ、該混合気を燃焼させる
制御を行い、他の気筒に対しては、外部からの吸入空気
とアルコール燃料との混合気の吸入を遮断して前記所定
の気筒からの燃焼ガスを再度燃焼させる制御を行う。こ
れによって、前記所定の気筒から前記燃焼ガス通路に送
り出される燃焼ガスは一度燃焼して高温になっており、
相当の酸素量が消費されてリッチな濃混合気になってい
る。従って、該燃焼ガスを前記他の気筒に吸入させて再
度燃焼させれば、アルデヒド類、ハイドロカーボン、一
酸化炭素等の中間生成物の未燃分は容易に完全燃焼する
ことができる。従って、最後に、エンジンから排気され
る排気ガス中には、中間生成物或いは未燃燃料が含まれ
ておらず、刺激臭、臭気等は発生しない。また、エンジ
ン高負荷時には燃焼が盛んに行われるので燃焼室内は高
温度になっており、高温度によりアルコール燃料の気化
は促進され、アルコール燃料と良好な混合気を迅速に生
成して着火し燃焼し、アルデヒド、ハイドロカーボン、
一酸化炭素等の未燃分の発生はない。
また、このアルコールエンジンの再燃焼制御装置におい
て、前記センサーによるエンジンの部分負荷信号に応答
して、所定の気筒の排気弁が閉弁状態を維持し且つ制御
弁が開閉作動し、同時に他の気筒の吸気弁が閉弁状態を
維持し且つ制御弁が開閉作動し、前記所定の気筒からの
燃焼ガスを前記他の気筒に吸入して該気筒で燃焼ガスを
完全燃焼させて膨張仕事をさせるので、部分負荷時に応
じてエンジン出力を出させると共に、該エンジン作動の
状態でも、アルコール燃料を完全に燃焼させることがで
き、しかも、アルコール燃料と吸入空気との混合気を一
旦燃焼させた燃焼ガスを再燃焼させることによって完全
燃焼させ、燃焼を良好にしてアルデヒド等の中間生成
物、未燃ガス、臭気、刺激臭、ハイドロカーボン等の発
生を防止し、しかも燃費の向上もできる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明によるアルコールエンジンの再燃焼制
御装置の一実施例を示す断面図、第2図は第1図のアル
コールエンジンの再燃焼制御装置の吸排気弁及び制御弁
の開閉作動の制御を説明する説明図、及び第3図は第1
図のアルコールエンジンの再燃焼制御装置の作動の一例
を示す処理フロー図である。 1,2,3,4……気筒、5……ピストン、6……吸気
弁、7……排気弁、8……制御弁、9……電磁弁駆動装
置、10……コントローラ、11……燃焼ガス通路、1
2……シリンダヘッド、14……負荷センサー、16…
…吸気ポート、17……排気ポート、18……ポート、
19……シリンダ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の気筒の各吸排気ポートに配置した電
    磁力で開閉作動される各吸排気弁、燃焼ガス通路で連通
    した各ポートに配置した電磁力で開閉作動される各制御
    弁、エンジンの作動状態を検出するセンサー、該センサ
    ーによる検出信号に応答して所定の気筒からの燃焼ガス
    を前記燃焼ガス通路を通じて他の気筒に吸入させる制御
    を行うコントローラ、から成るアルコールエンジンの再
    燃焼制御装置。
  2. 【請求項2】前記センサーによるエンジンの部分負荷信
    号に応答して、所定の気筒の排気弁が閉弁状態を維持し
    且つ制御弁が開閉作動し、同時に他の気筒の吸気弁が閉
    弁状態を維持し且つ制御弁が開閉作動し、前記所定の気
    筒からの燃焼ガスを前記他の気筒に吸入して該気筒で燃
    焼ガスを完全燃焼させて膨張仕事をさせる請求項1に記
    載のアルコールエンジンの再燃焼制御装置。
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