WO2016117444A1 - フレックスフューエルエンジン - Google Patents

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友巳 渡辺
展之 古市
祥 島本
美貴典 大橋
平下 茂行
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マツダ株式会社
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    • F02D2200/0611Fuel type, fuel composition or fuel quality

Definitions

  • the present invention relates to a flex fuel engine capable of using a fuel containing alcohol.
  • a flex fuel vehicle (FFV) equipped with a flex fuel engine capable of using a fuel containing alcohol such as ethanol, which is a renewable resource, is known.
  • Examples of the alcohol fuel include a fuel containing 100% ethanol (more specifically, water-containing ethanol containing 5% water) (referred to as E100), and a mixed fuel containing 22% ethanol and 78% gasoline (referred to as E22). Etc.
  • gasoline ie, a fuel not containing alcohol
  • E0 gasoline
  • various fuels (E0 to 100) arbitrarily set with an alcohol content of 0 to 100% may be used in combination as fuel for automobiles.
  • Patent Document 1 discloses a problem that the likelihood of knocking varies depending on the fuel used, and in order to solve this problem, the type of fuel in the fuel tank is detected by a fuel sensor. A device that changes the closing timing of the intake valve in accordance with the detection result is disclosed.
  • an auxiliary fuel tank for start-up is provided separately from a normal fuel tank, and fuel with a low ethanol content and high ignitability is introduced into the auxiliary fuel tank.
  • the engine is started using the fuel in the fuel tank, and the fuel in the normal fuel tank is used in the subsequent normal operation.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a flex fuel engine that can ensure startability with a simpler configuration regardless of the alcohol content of the fuel used.
  • the inventors of the present application have made it possible to perform proper combustion in the cylinder at the start even if the fuel is 100% alcohol with low ignitability if the geometric compression ratio of the cylinder is increased to 12 or more. As a result, it was found that the engine can be started well. However, simply increasing the geometric compression ratio of the cylinder will start combustion of the air-fuel mixture before pre-ignition, i.e., ignition by the ignition means, when fuel with low alcohol content and high ignitability is used. This causes a noise and worsens noise.
  • the inventors of the present application have found that the alcohol content is reduced if the closing timing of the intake valve at the start of the engine is set within a specific range while increasing the geometric compression ratio of the cylinder to 12 or more. It was found that pre-ignition can be avoided at low fuel.
  • the present invention has been made based on this finding, and is a flex fuel engine capable of using a fuel containing alcohol as a fuel to be burned in a cylinder, and a fuel injection means for directly injecting fuel into the cylinder And an ignition means for igniting a mixture of fuel and air in the cylinder, the geometric compression ratio of the cylinder is set to 12 or more, and the engine is started with the fuel containing alcohol when starting the engine At the same time, the closing timing of the intake valve at the time of starting the engine is set to be retarded from the intake bottom dead center, to be advanced from the preset first reference timing and to the retarded side from the second reference timing.
  • the engine can be started when fuel of 100% alcohol is burned in the cylinder at the first intake air temperature set in advance.
  • the valve closing timing of the air valve it is set to the most retarded timing
  • the second reference timing is 100% of gasoline in the cylinder when the engine is started at the second intake air temperature higher than the first intake air temperature.
  • a flex fuel engine characterized in that it is set to the most advanced timing among the closing timings of intake valves that do not generate pre-ignition when fuel is burned. .
  • startability can be ensured with a simple configuration regardless of the alcohol content of the fuel used.
  • 1 is an overall configuration diagram of an engine according to an embodiment of the present invention. It is the graph which showed the appropriate area
  • 6 is a graph showing the relationship between intake valve closing timing and start time. It is the graph which showed the range which can avoid the pre-ignition of E0 fuel at the time of a hot start. 4 is a graph showing the relationship between intake valve closing timing and maximum in-cylinder pressure.
  • an engine 1 is a spark ignition type 4-cycle engine having a plurality of cylinders 2 (only one is shown in FIG. 1).
  • a cylinder block 4 rotatably supported, a cylinder head 5 disposed above the cylinder block 4, an oil pan 6 disposed below the cylinder block 4, and a head cover 7 disposed above the cylinder head 5
  • a cylinder block 4 rotatably supported, a cylinder head 5 disposed above the cylinder block 4, an oil pan 6 disposed below the cylinder block 4, and a head cover 7 disposed above the cylinder head 5
  • a piston 9 connected to the crankshaft 3 through a connecting rod 8 is slidably accommodated, and a combustion chamber 10 is formed above the piston 9.
  • the cylinder head 5 is provided with an injector (fuel injection means) 11 for directly injecting fuel into the combustion chamber 10, and a fuel / air mixture in the combustion chamber 10 is ignited on the ceiling wall portion of the combustion chamber 10.
  • a spark plug (ignition means) 12 is provided.
  • the fuel in the fuel tank 40 is supplied to the injector 11 via the fuel supply pipe 41, and the injector 11 directly injects this fuel into the combustion chamber 10.
  • the pressure of the fuel supplied to the injector 11 is set to a relatively high pressure of, for example, about 40 to 120 MPa in order to promote atomization of the fuel. Further, the fuel is configured to be directly injected into the combustion chamber 10 in the compression stroke.
  • the cylinder head 5 is provided with an intake valve 14 for opening and closing the intake port 13 and an exhaust valve 16 for opening and closing the exhaust port 15.
  • the intake valve 14 and the exhaust valve 16 are opened and closed by an intake valve mechanism 17 and an exhaust valve mechanism 18, respectively.
  • the intake valve mechanism 17 and the exhaust valve mechanism 18 each have an intake camshaft (not shown) and an exhaust camshaft (not shown) connected to the crankshaft 3 via a known chain / sprocket mechanism or the like.
  • the intake valve 14 and the exhaust valve 16 are opened and closed in conjunction with the crankshaft 3.
  • the intake valve mechanism 17 includes an intake valve timing variable mechanism (intake opening / closing timing changing means) 17a for changing the opening / closing timing of the intake valve 14.
  • the intake valve timing variable mechanism 17 a changes the opening / closing timing of the intake valve 14 by changing the phase of the intake camshaft with respect to the crankshaft 3.
  • the intake valve timing variable mechanism 17a is hydraulic and changes the opening / closing timing of the intake valve 14 in accordance with the supplied hydraulic pressure.
  • the vehicle is provided with an oil pump (not shown) driven by the crankshaft 3, and the intake valve timing variable mechanism 17a is driven by receiving the hydraulic pressure pumped by the oil pump, The opening / closing timing of the valve 14 is changed.
  • the intake valve timing varying mechanism 17a changes the opening / closing timing of the intake valve 14 while maintaining the valve opening period constant.
  • the intake valve timing variable mechanism 17a is provided with a lock mechanism that fixes the opening / closing timing of the intake valve 14 at a predetermined timing.
  • This locking mechanism locks the phase of the intake camshaft with respect to the crankshaft 3 at a predetermined position, thereby fixing the opening / closing timing of the intake valve 14 at a predetermined timing regardless of the hydraulic pressure.
  • this lock mechanism for example, a lock pin that connects a rotating member that rotates integrally with the crankshaft and the intake camshaft so as not to be relatively rotatable, and that locks the phase of the intake camshaft by this lock pin is used. be able to.
  • An intake passage 20 is connected to the intake port 13, and an exhaust passage 30 is connected to the exhaust port 15.
  • the intake passage 20 is provided with a throttle valve 21 for adjusting the amount of intake air
  • the exhaust passage 30 is provided with a catalyst device 31 for accommodating a three-way catalyst (not shown) for purifying exhaust gas. Yes.
  • a PCV (Positive Crankcase Ventilation) hose 23 is provided for returning a fuel mixture (blow-by gas) to the intake passage 20.
  • a ventilation hose 24 for ventilation is provided between the head cover 7 and a portion of the intake passage 20 upstream of the throttle valve 21.
  • the engine 1 is provided with a starter motor (not shown) for performing cranking at the time of starting.
  • the ECU 50 is a microprocessor including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.
  • the ECU 50 controls the hydraulic pressure (oil pump) supplied to the intake valve timing variable mechanism 17a so as to change the opening / closing timing of the intake valve 14 to an appropriate timing according to the operating conditions.
  • the engine 1 configured as described above can use fuel containing ethanol (alcohol) and 100% gasoline fuel. It is a flex fuel engine and is installed in FFV (flex fuel vehicle). Therefore, in the fuel tank 40, for example, ethanol-containing fuels such as E100 (fuel containing 100% water-containing ethanol containing 5% water) and E22 (mixed fuel containing 22% ethanol and 78% gasoline), E0 100% gasoline fuel is supplied. That is, the fuel tank 40 is supplied with fuel having an ethanol content (alcohol content) set at an arbitrary ratio between 0 and 100%, and the combustion chamber 10 is supplied with various fuels having different ethanol contents. Supplied.
  • E100 fuel containing 100% water-containing ethanol containing 5% water
  • E22 mixed fuel containing 22% ethanol and 78% gasoline
  • ethanol is a single component fuel having no low boiling point components, its vaporization performance is low and its ignitability is low compared to gasoline.
  • water-containing E100 from which water has not been sufficiently removed during ethanol purification has low vaporization performance.
  • the vaporization performance of ethanol deteriorates rapidly at low temperatures. Therefore, when a fuel having a high ethanol content such as E100 is used, securing startability, particularly securing startability at the time of cold start becomes an issue.
  • the geometric compression ratio of the cylinder is increased, the compression end temperature can be increased, fuel vaporization can be promoted, and the startability can be improved.
  • the geometric compression ratio is simply increased, pre-ignition, that is, when a fuel that does not contain ethanol such as E0 or a fuel that has a low ethanol content and is highly ignitable is used. There arises a problem that the air-fuel mixture burns before ignition by the spark plug 12 and noise is worsened.
  • the inventors of the present application have determined that the geometric compression ratio and the intake valve closing timing at the start are set to values within the appropriate region A shown in FIG. We have determined that it is possible to achieve both startability and avoid pre-ignition. That is, the inventors of the present application have found that there is a range of the geometric compression ratio and the intake valve closing timing at the time of starting that can achieve both of these.
  • the geometric compression ratio and the intake valve closing timing at the start are set to a predetermined compression ratio and timing (appropriate timing) included in the appropriate region A.
  • the appropriate region A is a region where the geometric compression ratio is 12 or more and the intake valve closing timing is retarded from the intake bottom dead center, and the intake valve closing timing is the first line ( The first reference time) is an area that is more advanced than L1 and more retarded than the second line (second reference time) L2.
  • the first line L1 is a line that reaches the intake valve closing timing that is the most retarded in each geometric compression ratio in the region B1 shown in FIG.
  • Region B1 is a region in which startability can be ensured when the engine 1 is started when the intake air temperature is the predetermined first intake air temperature using the fuel of E100 having the lowest vaporization performance as described above.
  • the region B1 is cold, and the engine is left standing under conditions where the engine water temperature and the outside air temperature are ⁇ 5 ° C., that is, the temperature of the engine 1 is stabilized at a predetermined temperature, that is, the intake air temperature
  • the engine is started in a state where (the temperature of the air taken into each cylinder) is about ⁇ 5 ° C. which is substantially the same as the outside air temperature, it is regarded as a cold start.
  • FIG. 4 shows the change in the start time with respect to the change in the intake valve closing timing when the engine with the geometric compression ratio set to a predetermined value is cold started.
  • the start time is a time for the engine speed to rise to a predetermined value after the starter motor is turned on.
  • the start time becomes longer as the intake valve closing timing becomes retarded, and the startability deteriorates. This tendency is the same even if the value of the geometric compression ratio changes.
  • this starting time is below predetermined time t1, it will determine with starting property being ensured.
  • the region B1 is a region where the intake valve closing timing is on the advance side with respect to the timing IVC1 at which the start time becomes the predetermined time t1, and the intake valve closing timing IVC1 is a point on the first line L1. . That is, the inventors of the present application changed the geometric compression ratio in various ways, and examined the relationship between the intake valve closing timing and the start time for each. Then, the intake valve closing timing at which the starting time is the predetermined time t1 is extracted for each geometric compression ratio, and these are connected to determine the first line L1.
  • the first line L1 is a line whose intake valve closing timing becomes retarded as the geometric compression ratio increases.
  • the higher the geometric compression ratio the higher the compression end temperature. Therefore, even if the intake valve is closed relatively late, the compression end temperature can be maintained high to achieve proper ignition, that is, startability can be ensured. This is probably because Further, the first line L1 exists in a region where the geometric compression ratio is 12 or more.
  • the second line L2 is a line that reaches the intake valve closing timing that is the most advanced in each geometric compression ratio in the region B2 shown in FIG.
  • the region B2 when E0 having the highest ignitability, that is, fuel of 100% gasoline is used, and when the intake air temperature is the second intake air temperature higher than the first intake air temperature, the start-up and subsequent idle operation, etc.
  • the region B2 is the temperature at the time of hot start, for example, the engine coolant temperature is about 100 ° C. and the intake air temperature is at least higher than the intake air temperature at the time of the cold start, that is, ⁇ 5 ° C. (for example, 20 ° C.
  • the pre-ignition is not generated.
  • FIG. 6 shows the maximum value (maximum in-cylinder pressure) Pmax of the in-cylinder pressure at the start with respect to the change in the intake valve closing timing when the engine having the geometric compression ratio set to a predetermined value is started hot. It is what investigated the change of. As shown in FIG. 6, when the geometric compression ratio is constant, the maximum in-cylinder pressure Pmax increases as the intake valve closing timing becomes the advance side. Pre-ignition occurs when the maximum in-cylinder pressure Pmax is equal to or greater than a predetermined value Pmax1.
  • the region B2 is a region where the intake valve closing timing IVC_P1 is retarded from the intake valve closing timing IVC_P1 at which the maximum in-cylinder pressure Pmax becomes the predetermined value Pmax1, and the intake valve closing timing IVC_P1 is the second line. It becomes a point on L2. That is, the inventors of the present application changed the geometric compression ratio in various ways, and examined the relationship between the intake valve closing timing and the maximum in-cylinder pressure Pmax for each. Then, the intake valve closing timing at which the maximum in-cylinder pressure Pmax is a predetermined value P1 is extracted for each geometric compression ratio, and these are connected to determine the second line L2.
  • the appropriate area A is set in the area surrounded by the lines L1 and L2, and the appropriate area A can be started even if the engine is started with the fuel of E100 at the cold start. This is a region where pre-ignition can be avoided even if the engine is started with E0 fuel during hot start.
  • the geometric compression ratio is 12 or more, and the compression in which the geometric compression ratio and the intake valve closing timing at the start are included in the appropriate region A. It is set to be the ratio and time.
  • the geometric compression ratio is set to about 14, and the appropriate time is set to about ABDC (after intake bottom dead center) 50-60 ° CA.
  • the intake valve timing varying mechanism 17a for changing the intake valve closing timing is hydraulic. Therefore, if the hydraulic pressure is not ensured at the time of starting, there is a possibility that the intake valve closing timing cannot be changed to the appropriate timing. In other words, since the oil pump that supplies hydraulic pressure is configured to be driven by the engine, the intake valve timing variable mechanism 17a changes the closing timing of the intake valve 14 to an appropriate timing when the engine speed is low. Hydraulic pressure may not be supplied.
  • the intake valve closing timing is changed to the appropriate timing and fixed (locked) before starting.
  • the intake valve timing variable mechanism 17a changes the intake valve closing timing to an appropriate timing and locks to the appropriate timing.
  • the appropriate timing is set to the most retarded timing among the intake valve closing timings that can be changed by the intake valve timing varying mechanism 17a. Therefore, the intake valve timing variable mechanism 17a (lock mechanism) changes the intake valve closing timing to the most retarded timing and locks it when the engine is stopped.
  • the intake valve timing variable mechanism 17a When the hydraulic pressure supplied to the intake valve timing variable mechanism 17a is secured after the engine is started, the intake valve timing variable mechanism 17a appropriately advances the opening / closing timing of the intake valve according to the operating conditions, Ensure proper combustion in the cylinder.
  • the inventors of the present application set the amount of air introduced into the cylinder at the time of engine start and the subsequent idling operation ( In order to ensure the combustion stability and the engine output by securing the intake amount), the difference between the opening timing of the intake valve 14 and the closing timing of the exhaust valve 16 at the time of engine start is set to -5 ° CA to 5 It is preferable to be within the range of ° CA, that is, the overlap period in which the opening period of the intake valve 14 and the opening period of the exhaust valve 16 overlap is within the range of ⁇ 5 ° CA to 5 ° CA. The knowledge that this is preferable was obtained.
  • the opening start timing of the intake valve 14 at the time of engine start is set so as to satisfy this condition, that is, the condition that the overlap period falls within the range of ⁇ 5 ° CA to 5 ° CA.
  • the intake valve timing varying mechanism 17a changes the opening / closing timing while keeping the valve opening period of the intake valve 14 constant. Accordingly, the opening timing of the intake valve 14 at the time of starting the engine is set as described above, and the closing timing of the intake valve 14 at the time of starting the engine is set as described above. The period is determined as a predetermined period.
  • a negative overlap period means that the opening period of the intake valve 14 and the opening period of the exhaust valve do not overlap, and the negative period means that the intake valve 16 is inhaled from the closing timing of the exhaust valve 16. This refers to the period up to the valve opening time.
  • the geometric compression ratio is set to 12 or more, and the intake air temperature is relatively low between the geometric compression ratio and the intake valve closing timing at start-up. Even if the engine is started with the fuel of E100 at the time of starting at the first intake air temperature, the startability can be ensured, and the fuel of E0 at the time of starting when the intake air temperature is a relatively high second intake temperature. Thus, even if the engine is started, it is set to a value within an appropriate region A that can avoid the occurrence of pre-ignition.
  • the E100 fuel is the lowest ignitable fuel among the E0 to E100 fuels that may be used.
  • the startability can be ensured with other fuels.
  • the E0 fuel has the highest ignitability among the above-mentioned fuels and is likely to generate pre-ignition. Therefore, if the pre-ignition is avoided in the E0 fuel under conditions where the intake air temperature is high and pre-ignition is likely to occur as described above, the pre-ignition can be avoided even with other fuels.
  • the fuel content of E0 to E100 that is, the content of ethanol is 0.
  • the engine can be started properly without causing pre-ignition. If this embodiment is used, it is not necessary to provide an auxiliary fuel tank separately from a normal fuel tank and to provide two fuel supply systems in order to separately supply a highly startable fuel to the engine at the time of starting, The configuration can be simplified and the cost can be reduced.
  • the first line L1 is set to a line that can properly start the engine with the fuel of E100 even under a cold start condition that makes it difficult to start the engine. Therefore, if the geometric compression ratio and the intake valve closing timing at the start are set to values within the appropriate region A, it can be ensured even during a hot start, that is, whether it is a cold start or a hot start. In addition, startability can be ensured with all fuels.
  • the second line L2 is set to a line that can avoid the occurrence of pre-ignition at the time of engine start with the fuel of E0 even under conditions where the pre-ignition is likely to occur during hot start. Yes. Therefore, it is possible to reliably avoid the occurrence of pre-ignition with all fuels regardless of whether it is a cold start or a hot start.
  • the intake valve closing timing is locked at the appropriate timing before starting by the lock mechanism of the intake valve timing varying mechanism 17a. Therefore, the intake valve closing timing is surely set to the appropriate timing at the start. The engine can be started properly while avoiding pre-ignition.
  • the first line L1 is set to a line that can properly start the engine with the fuel of E100 at the time of cold start. It may be set to a line at the time of hot start or the temperature at which the intake air temperature is higher than ⁇ 5 ° C.
  • startability can be ensured regardless of whether it is during cold start or hot start.
  • the case where the start under the condition where the outside air temperature (intake air temperature) is ⁇ 5 ° C. is the cold start has been described, but the definition of the cold start is not limited to this, and the engine water temperature is predetermined
  • a start at a temperature lower than the temperature may be a cold start.
  • the start under the condition of the lowest outside air temperature in the region where the flex-fuel vehicle according to the present embodiment is used may be a cold start.
  • the hot start the case where the engine water temperature is about 100 ° C. is described as the hot start.
  • the definition of the hot start is not limited to this, and the engine water temperature is not limited to a different temperature. It is good also as a start.
  • the second intake air temperature is not limited to the intake air temperature at the time of cold start, and may be a temperature higher than the first intake air temperature.
  • the intake valve timing variable mechanism 17a is a hydraulic type
  • the intake / intake valve timing variable mechanism 17a may be an electric type or the like.
  • the intake valve closing timing cannot be appropriately changed by the intake valve timing variable mechanism 17a immediately after the engine is started. Therefore, in this case, it is preferable to lock the intake valve closing timing at the appropriate timing when the engine is stopped by the lock mechanism included in the intake valve timing variable mechanism 17a.
  • the present invention relates to a flex fuel engine capable of using a fuel containing alcohol as a fuel to be burned in a cylinder, a fuel injection means for directly injecting fuel into the cylinder, and a mixture of fuel and air in the cylinder Ignition means for igniting the engine, the geometric compression ratio of the cylinder is set to 12 or more, and the closing timing of the intake valve at the start of the engine is retarded from the intake bottom dead center.
  • the first reference time is set to an advance side with respect to the first reference time set in advance, and set to a retard side with respect to the second reference time.
  • the first reference time is determined by the alcohol in the cylinder at the first intake air temperature set in advance.
  • It is set to the most retarded timing among the closing timings of the intake valves that can start the engine when 100% of the fuel is burned, and the second reference timing is the first intake temperature. Higher than It is characterized in that it is set to the most advanced timing among the closing timings of the intake valves in which pre-ignition does not occur when 100% gasoline fuel is burned in the cylinder at the time of starting the engine at the second intake temperature.
  • This is a flex fuel engine characterized by a flex fuel engine.
  • this engine a simple configuration without providing an auxiliary fuel tank for storing fuel for starting is used, and the intake air temperature (the amount of air sucked into each cylinder is not affected by the alcohol content of the fuel used).
  • the startability can be ensured even under conditions where the temperature is relatively low and the startability is likely to deteriorate, and pre-ignition is more reliably generated even under conditions where the intake air temperature is relatively high and pre-ignition is likely to occur. It can be avoided.
  • the first reference time and the second reference time may be set such that the higher the geometric compression ratio, the more retarded.
  • hydraulic intake opening / closing timing changing means for changing the opening / closing timing of the intake valve, and the intake opening / closing timing changing means sets the closing timing of the intake valve to the first reference timing at least when the engine is stopped. It is preferable to have a lock mechanism that locks at a predetermined time between the first reference time and the second reference time.
  • the intake valve closing timing can be surely set to an appropriate timing between the first reference timing and the second reference timing when the engine is started, and startability can be ensured.
  • the intake valve closing timing is changed to a timing between the first reference timing and the second reference timing by the intake opening / closing timing changing means.
  • the intake valve closing timing is locked at a timing between the first reference timing and the second reference timing when the engine is stopped. The time can be right.
  • the closing timing of the intake valve that is locked when the engine is stopped may be set to the most retarded timing within the changeable range of the closing timing.
  • the opening timing of the intake valve at the time of starting the engine is a period in which the opening time of the intake valve and the opening time of the exhaust valve provided in the cylinder overlap at the time of starting the engine. It is preferably set to be in the range of ⁇ 5 ° CA to 5 ° CA.
  • the intake valve closing timing at the time of starting is set to an appropriate time between the first reference time and the second reference time, and at the time of starting and subsequent low load operation such as idle operation, the intake valve Combustion stability can be maintained high by setting the overlap period of the exhaust valve to a period of ⁇ 5 ° CA to 5 ° CA, which is a period in which an appropriate amount of intake air can be secured.
  • the first reference time is the latest of the intake valve closing timings at which the engine can be started when the 100% alcohol fuel is burned in the cylinder at the cold start. It is preferable to set the time on the corner side.
  • the engine can be started more reliably even during cold start when starting is difficult.
  • the second reference timing is the most advanced timing of the intake valve closing timing at which pre-ignition does not occur when 100% gasoline fuel is burned in the cylinder during hot start. Is preferably set.

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Abstract

 気筒(11)内で燃焼させる燃料としてアルコールを含有する燃料の使用が可能なフレックスフューエルエンジンにおいて、幾何学的圧縮比が12以上にし、アルコールを含有する燃料によりエンジン始動を行うとともに、エンジン始動時の吸気閉弁時期を、第1吸気温度において気筒内でアルコール100%の燃料を燃焼させてもエンジンを始動させることが可能な吸気閉弁時期のうち最も遅角側の時期である第1基準時期(L1)よりも進角側、第2吸気温度において始動時にガソリン100%の燃料を燃焼させてもプリイグニッションが発生しない吸気閉弁時期のうち最も進角側の時期である第2基準時期(L2)よりも遅角側の時期に設定する。

Description

フレックスフューエルエンジン
 本発明は、アルコールを含有する燃料の使用が可能なフレックスフューエルエンジンに関する。
 石油消費の削減等のため、再生可能資源であるエタノール等のアルコールを含有する燃料の使用が可能なフレックスフューエルエンジンを搭載したフレックス燃料自動車(FFV:Flexible Fuel Vehicle)が知られている。
 上記アルコール燃料としては、エタノール(より詳しくは水を5%含む含水エタノール)を100%含有する燃料(E100と称する)や、エタノールを22%及びガソリンを78%含有する混合燃料(E22と称する)等がある。ここで、地域(国等)によっては、フレックス燃料自動車の燃料として、これらアルコール燃料に加えてガソリンすなわちアルコールを含まない燃料(E0と称する)が併用される場合がある。すなわち、自動車用燃料として、アルコール含有率が0~100%の間で任意に設定された種々の燃料(E0~100)が併用される場合がある。
 しかしながら、エタノールは気化性能が低く着火性が低い一方ガソリンは着火性が高く、アルコール含有率の違いによって燃料の着火性が大きく異なるため、これら燃料を併用する場合には種々の問題が生じる。
 例えば、特許文献1には、使用する燃料によってノッキングの生じやすさが異なるという問題が開示されているとともに、この問題を解決するために燃料タンク内の燃料の種類を燃料センサによって検出し、この検出結果に応じて吸気弁の閉弁時期を変更するものが開示されている。
 また、上記着火性の違いに伴い始動性の確保が困難になるという問題が知られている。この問題に対して、従来では、通常の燃料タンクとは別に始動用の補助燃料タンクを設け、この補助燃料タンクにエタノール含有率が小さく着火性が高い燃料を導入しておき、始動時にはこの補助燃料タンク内の燃料を用いてエンジンを始動させ、その後の通常運転では、通常の燃料タンク内の燃料を用いるようにしている。
特開2008-106766号公報
 しかしながら、上記のように通常の燃料タンクとは別に補助燃料タンクを設けた場合には、コストがかさむとともに、燃料供給系が2系統になりシステムが複雑になる。
 本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、より簡単な構成で、使用される燃料のアルコール含有率によらず始動性を確保することのできるフレックスフューエルエンジンの提供を目的とする。
 本願発明者らは、上記課題について鋭意研究した結果、気筒の幾何学的圧縮比を12以上に高めれば着火性の低いアルコール100%の燃料であっても始動時に気筒内で適正な燃焼を行わせてエンジンを良好に始動させることが可能であることを突き止めた。しかしながら、単純に気筒の幾何学的圧縮比を高めただけでは、アルコール含有率が低く着火性の高い燃料を用いた場合に、プリイグニッションすなわち点火手段による点火の前に混合気が燃焼を開始するという現象が起き騒音等が悪化する。これについて、本願発明者らは、さらに研究した結果、気筒の幾何学的圧縮比を12以上に高めつつエンジン始動時の吸気弁の閉弁時期を特定の範囲内に設定すればアルコール含有率が低い燃料においてプリイグニッションを回避できることを突き止めた。
 本願発明は、この知見に基づいてなされたものであり、気筒内で燃焼させる燃料としてアルコールを含有する燃料の使用が可能なフレックスフューエルエンジンあって、上記気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、上記気筒内の燃料と空気の混合気に点火を行う点火手段とを備え、上記気筒の幾何学的圧縮比が12以上に設定され、エンジン始動時には上記アルコールを含有する燃料により始動を行うとともに、エンジン始動時における吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも遅角側であって予め設定された第1基準時期よりも進角側かつ第2基準時期よりも遅角側に設定されており、上記第1基準時期は、予め設定された第1吸気温度において気筒内でアルコール100%の燃料を燃焼させた際にエンジンを始動させることが可能な吸気弁の閉弁時期のうち最も遅角側の時期に設定されており、上記第2基準時期は、上記第1吸気温度よりも高い第2吸気温度においてエンジン始動時に気筒内でガソリン100%の燃料を燃焼させた際にプリイグニッションが発生しない吸気弁の閉弁時期のうち最も進角側の時期に設定されていることを特徴とするフレックスフューエルエンジンことを特徴とするフレックスフューエルエンジンを提供する。
 本発明によれば、簡単な構成で、使用される燃料のアルコール含有率によらず始動性を確保することができる。
本発明の実施形態に係るエンジンの全体構成図である。 適正領域を示したグラフである。 E100燃料の冷間始動性を確保できる範囲を示したグラフである。 吸気閉弁時期と始動時間との関係を示したグラフである。 熱間始動時においてE0燃料のプリイグニッションを回避可能な範囲を示したグラフである。 吸気閉弁時期と最大筒内圧との関係を示したグラフである。
 以下、本発明の実施形態に係るフレックスフューエルエンジンについて、図面を参照して説明する。
 (1)全体構成
 図1に示すように、本実施形態に係るエンジン1は、複数の気筒2(図1には1つのみ図示)を有する火花点火式4サイクルエンジンであり、クランクシャフト3を回転自在に支持するシリンダブロック4と、シリンダブロック4の上方に配置されたシリンダヘッド5と、シリンダブロック4の下方に配置されたオイルパン6と、シリンダヘッド5の上方に配置されたヘッドカバー7とを有する。
 各気筒2には、コンロッド8を介してクランクシャフト3に連結されたピストン9が摺動自在に収容され、ピストン9の上方に燃焼室10が形成されている。シリンダヘッド5には、燃焼室10に燃料を直接噴射するインジェクタ(燃料噴射手段)11が設けられ、燃焼室10の天井壁部には、燃焼室10内の燃料と空気の混合気を点火するための点火プラグ(点火手段)12が設けられている。インジェクタ11には、燃料タンク40内の燃料が燃料供給管41を介して供給され、インジェクタ11は、この燃料を燃焼室10に直接噴射する。本実施形態では、インジェクタ11に供給される燃料の圧力は、燃料の微粒化を促進するために、例えば40~120MPa程度と比較的高圧に設定されている。また、燃料は、圧縮行程で燃焼室10に直接噴射されるよう構成されている。
 また、シリンダヘッド5には、吸気ポート13を開閉するための吸気弁14と、排気ポート15を開閉するための排気弁16とが設けられている。
 吸気弁14および排気弁16は、それぞれ吸気動弁機構17および排気動弁機構18によって開閉駆動される。吸気動弁機構17および排気動弁機構18は、それぞれ、周知のチェーン/スプロケット機構等を介してクランクシャフト3に連結される吸気カムシャフト(不図示)および排気カムシャフト(不図示)を有し、クランクシャフト3に連動して吸気弁14および排気弁16を開閉する。
 吸気動弁機構17は、吸気弁14の開閉時期を変更するための吸気バルブタイミング可変機構(吸気開閉時期変更手段)17aを含んでいる。吸気バルブタイミング可変機構17aは、クランクシャフト3に対する吸気カムシャフトの位相を変更することで吸気弁14の開閉時期を変更する。本実施形態では、吸気バルブタイミング可変機構17aは、油圧式であり供給された油圧に応じて吸気弁14の開閉時期を変更する。具体的には、車両にはクランクシャフト3により駆動されるオイルポンプ(不図示)が設けられており、吸気バルブタイミング可変機構17aは、このオイルポンプにより圧送された油圧を受けて駆動し、吸気弁14の開閉時期を変更する。また、本実施形態では、吸気バルブタイミング可変機構17aは、吸気弁14の開弁期間を一定に維持しながらその開閉時期を変更する。
 吸気バルブタイミング可変機構17aには、吸気弁14の開閉時期を所定の時期に固定するロック機構が設けられている。このロック機構は、クランクシャフト3に対する吸気カムシャフトの位相を所定の位置でロックし、これにより吸気弁14の開閉時期を油圧によらず所定の時期に固定する。このロック機構としては、例えば、クランクシャフトと一体に回転する回転部材と吸気カムシャフトとを相対回転不能に連結するロックピンを有し、このロックピンによって吸気カムシャフトの位相を固定するものを用いることができる。
 吸気ポート13には吸気通路20が接続され、排気ポート15には排気通路30が接続されている。吸気通路20には、吸入空気量を調節するためのスロットル弁21が備えられ、排気通路30には、排気ガスを浄化するための図略の三元触媒を収容する触媒装置31が備えられている。
 シリンダブロック4の下部及びオイルパン6の上部に亘る空間であるクランクケースと吸気通路20のうちスロットル弁21よりも下流側の部分との間には、燃焼室10からクランクケースに漏れ出した未燃の混合気(ブローバイガス)を吸気通路20に還流させるためのPCV(Positive Crankcase Ventilation)ホース23が設けられている。ヘッドカバー7と吸気通路20のうちスロットル弁21よりも上流側の部分との間に、通気のためのベンチレーションホース24が設けられている。
 また、エンジン1には、その始動時にクランクキングを行わせるためのスタータモータ(不図示)が設けられている。
 上記各装置は、図1に示されるECU(エンジン制御ユニット)50によって統括的に制御される。ECU50は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサである。ECU50は、例えば、運転条件に応じて吸気弁14の開閉時期を適正な時期に変更するように、吸気バルブタイミング可変機構17aに供給される油圧(オイルポンプ)を制御する。
 (2)幾何学的圧縮比と始動時の吸気閉弁時期の設定
 以上のように構成されたエンジン1は、エタノール(アルコール)を含有する燃料およびガソリン100%の燃料を使用することが可能なフレックフューエルエンジンであり、FFV(フレックス燃料自動車)に搭載される。そのため、燃料タンク40には、例えばE100(水を5%含む含水エタノールを100%含有する燃料)やE22(エタノールを22%及びガソリンを78%含有する混合燃料)等のエタノール含有燃料、さらにはE0のガソリン100%の燃料が給油される。すなわち、燃料タンク40には、エタノール含有率(アルコール含有率)が0~100%の間の任意の割合で設定された燃料が供給され、燃焼室10にはエタノール含有率が異なる種々の燃料が供給される。
 ここで、エタノールは低沸点成分がない単一成分の燃料であるため、気化性能が低くガソリンに比べて着火性が低い。特に、エタノールの精製過程で十分に水分が除去されていない水分含有のE100は気化性能が低い。また、低温になるとエタノールの気化性能は急激に悪化する。そのため、E100等のようにエタノール含有率が高い燃料を用いる場合には、始動性の確保、特に、冷間始動時における始動性の確保が課題になる。
 これに対して、気筒の幾何学的圧縮比を高めれば、圧縮端温度を高めて燃料の気化を促進し、始動性を高めることができる。しかしながら、単純に幾何学的圧縮比を高めただけでは、今度は、E0等のエタノールを含まない燃料あるいはエタノール含有率が低い燃料であって着火性が高い燃料を用いた場合に、プリイグニッションすなわち点火プラグ12による点火の前に混合気が燃焼するという現象が生じ、騒音が悪化するという問題が生じる。
 これについて、本願発明者らは、鋭意研究の結果、幾何学的圧縮比と始動時の吸気閉弁時期とを図2に示す適正領域A内の値に設定すれば、エタノール含有率によらず始動性の確保とプリイグニッションの回避とを両立できることを突き止めた。すなわち、本願発明者らは、これらを両立できる幾何学的圧縮比と始動時の吸気閉弁時期との範囲が存在することを突き止めた。
 この知見に基づき、本実施形態では、幾何学的圧縮比と始動時の吸気閉弁時期とが適正領域Aに含まれる所定の圧縮比および時期(適正時期)に設定されている。
 適正領域Aは、図2に示すように、幾何学的圧縮比が12以上かつ吸気閉弁時期が吸気下死点よりも遅角側の領域であって、吸気閉弁時期が第1ライン(第1基準時期)L1よりも進角側かつ第2ライン(第2基準時期)L2よりも遅角側となる領域である。
 第1ラインL1は、図3に示す領域B1のうち各幾何学的圧縮比において最も遅角側となる吸気閉弁時期をむすんだラインである。領域B1は、上記のように最も気化性能が低いE100の燃料を用いて、吸気温度が所定の第1吸気温度であるときにエンジン1を始動させた際に始動性を確保できる領域である。本実施形態では、領域B1は、冷間時であって、エンジン水温および外気温が-5℃となる条件下にエンジンを放置しエンジン1の温度が所定温度で安定した状態、すなわち、吸気温度(各気筒に吸入される空気の温度)が外気温とほぼ同じ-5℃程度である状態で、エンジンを始動させた場合を冷間始動時としている。
 図4を用いて具体的に説明する。図4は、幾何学的圧縮比が所定の値に設定されたエンジンを冷間始動させた場合において、吸気閉弁時期の変化に対する始動時間の変化を調べたものである。始動時間は、スターターモータをオンにしてからエンジン回転数が所定値まで上昇する時間である。この図4に示されるように、幾何学的圧縮比一定では、始動時間は吸気閉弁時期が遅角側になるほど長くなり始動性は悪化する。なお、この傾向は幾何学的圧縮比の値が変わっても同じである。そして、本実施形態では、この始動時間が所定時間t1以下であれば始動性が確保されていると判定している。従って、上記領域B1は、始動時間がこの所定時間t1となる時期IVC1よりも吸気閉弁時期が進角側となる領域であり、この吸気閉弁時期IVC1が第1ラインL1上の点となる。すなわち、本願発明者らは、幾何学的圧縮比を種々に変更し、それぞれについて吸気閉弁時期と始動時間との関係を調べた。そして、各幾何学的圧縮比について始動時間が所定時間t1となる吸気閉弁時期を抽出し、これらをつないで第1ラインL1を決定した。
 ここで、図3に示すように、第1ラインL1は、幾何学的圧縮比が高いほど吸気閉弁時期が遅角側になるラインである。これは、幾何学的圧縮比が高いほど圧縮端温度が高まるため、吸気弁を比較的遅く閉じても圧縮端温度を高く維持して適正な着火を実現できるすなわち始動性を確保することができるためと考えられる。また、第1ラインL1は、幾何学的圧縮比が12以上の領域に存在している。
 一方、第2ラインL2は、図5に示す領域B2のうち各幾何学的圧縮比において最も進角側となる吸気閉弁時期をむすんだラインである。領域B2は、最も着火性が高いE0すなわちガソリン100%の燃料を用い、かつ、吸気温度が上記第1吸気温度よりも高い第2吸気温度である場合に、始動時およびそれに続くアイドル運転等の低負荷運転時にプリイグニッションが発生しない領域である。本実施形態では、領域B2は、熱間始動時、例えば、エンジン冷却水温が100℃程度であって吸気温度が少なくとも上記冷間始動時における吸気温度すなわち-5℃よりも高い温度(例えば20℃程度)の場合にエンジンを始動させたときに、プリイグニッションが発生しない領域に設定されている。
 図6を用いて具体的に説明する。図6は、幾何学的圧縮比が所定の値に設定されたエンジンを熱間始動させた場合において、吸気閉弁時期の変化に対する始動時の気筒内圧力の最大値(最大筒内圧力)Pmaxの変化を調べたものである。この図6に示されるように、幾何学的圧縮比一定では、最大筒内圧力Pmaxは吸気閉弁時期が進角側になるほど高くなる。そして、プリイグニッションは、この最大筒内圧力Pmaxが所定値Pmax1以上になると生じる。従って、上記領域B2は、最大筒内圧力Pmaxがこの所定値Pmax1となる吸気閉弁時期IVC_P1よりも吸気閉弁時期が遅角側となる領域であり、この吸気閉弁時期IVC_P1が第2ラインL2上の点となる。すなわち、本願発明者らは、幾何学的圧縮比を種々に変更し、それぞれについて吸気閉弁時期と最大筒内圧力Pmaxとの関係を調べた。そして、各幾何学的圧縮比について最大筒内圧力Pmaxが所定値P1となる吸気閉弁時期を抽出し、これらをつないで第2ラインL2を決定した。
 このように、本実施形態では、上記ラインL1、L2で囲まれた領域に適正領域Aが設定されており、適正領域Aは、冷間始動時にE100の燃料でエンジンを始動しても始動性を確保することができ、かつ、熱間始動時にE0の燃料でエンジンを始動してもプリイグニッションの発生を回避できる領域となっている。
 そして、上記の通り、本実施形態に係るエンジン1では、幾何学的圧縮比が12以上に、かつ、幾何学的圧縮比と始動時の吸気閉弁時期とが、適正領域Aに含まれる圧縮比および時期になるように設定されている。例えば、幾何学的圧縮比は14程度に設定され、適正時期はABDC(吸気下死点後)50~60°CA程度に設定されている。
 ここで、上記のように、本実施形態では、吸気閉弁時期を変更する吸気バルブタイミング可変機構17aが油圧式である。そのため、始動時に油圧が確保されない場合には、吸気閉弁時期を上記適正時期に変更することができないおそれがある。すなわち、油圧を供給するオイルポンプがエンジンにより駆動されるよう構成されているため、エンジン回転数が低い始動時には吸気バルブタイミング可変機構17aに吸気弁14の閉弁時期を適正時期に変更するための油圧を供給できないおそれがある。
 そこで、本実施形態では、始動前に吸気閉弁時期を上記適正時期に変更するとともに、固定(ロック)しておく。具体的には、エンジン停止時(例えば、エンジン回転数が所定値以下になったとき)に、吸気バルブタイミング可変機構17aにより、吸気閉弁時期を適正時期に変更するとともにこの適正時期にロックする。ここで、本実施形態では、この適正時期は、吸気バルブタイミング可変機構17aにより変更可能な吸気閉弁時期のうち最も遅角側の時期に設定されている。そのため、吸気バルブタイミング可変機構17a(ロック機構)は、エンジン停止時に吸気閉弁時期を最遅角時期に変更してロックする。なお、エンジン始動後であって吸気バルブタイミング可変機構17aに供給される油圧が確保されると、吸気バルブタイミング可変機構17aは、運転条件に応じて吸気弁の開閉時期を適宜進角して、気筒内で適正な燃焼が行われるようにする。
 また、本願発明者らは、始動時の吸気閉弁時期を上記のように設定された適正時期に設定した場合において、エンジン始動時およびその後に続くアイドル運転時において気筒に導入される空気量(吸気量)を確保して燃焼安定性およびエンジン出力を確保するためには、エンジン始動時の吸気弁14の開弁開始時期と排気弁16の閉弁時期との差を-5°CAから5°CAの範囲に収めるのが好ましい、すなわち、吸気弁14の開弁期間と排気弁16の開弁期間とが重複する期間であるオーバーラップ期間を-5°CAから5°CAの範囲に収めるのが好ましいとの知見を得た。そこで、本実施形態では、エンジン始動時における吸気弁14の開弁開始時期が、この条件、すなわち、上記オーバーラップ期間が-5°CAから5°CAの範囲に収まるという条件を満たすように設定する。ここで、上記のように、本実施形態では、吸気バルブタイミング可変機構17aは、吸気弁14の開弁期間を一定に維持しながらこの開閉時期を変更する。従って、エンジン始動時における吸気弁14の開弁開始時期が上記のように設定され、エンジン始動時における吸気弁14の閉弁時期が上記のように設定されることで、吸気弁14の開弁期間は所定の期間に決定される。なお、オーバーラップ期間がマイナスとは、吸気弁14の開弁期間と排気弁の開弁期間とが重複していないことを意味し、マイナスの期間とは、排気弁16の閉弁時期から吸気弁の開弁時期までの期間をさしている。
 以上のように、本実施形態に係るフレックスフューエルエンジンでは、幾何学的圧縮比が12以上とされるとともに、幾何学的圧縮比と始動時の吸気閉弁時期とが、吸気温度が比較的低い第1吸気温度である場合の始動時にE100の燃料でエンジンを始動しても始動性を確保することができ、かつ、吸気温度が比較的高い第2吸気温度である場合の始動時にE0の燃料でエンジンを始動してもプリイグニッションの発生を回避できる適正領域A内の値に設定されている。E100の燃料は、使用される可能性のあるE0~E100の燃料のうち最も着火性が低い燃料である。そのため、上記のように吸気温度が低く始動性が確保しにくい条件でE100燃料において始動性が確保されれば、他の燃料でも始動性を確保することができる。また、E0の燃料は、上記燃料のうち最も着火性が高くプリイグニッションが発生しやすい燃料である。そのため、上記のように吸気温度が高くプリイグニッションが発生しやすい条件でE0燃料においてプリイグニッションが回避されれば、他の燃料でもプリイグニッションを回避することができる。
 従って、幾何学的圧縮比と始動時の吸気閉弁時期とが上記のように設定されていることで、本実施形態に係るフレックスフューエルエンジンでは、E0~E100の燃料すなわちエタノールの含有率が0~100%の間で任意に設定される全ての燃料で、プリイグニッションを生じさせることなく適正にエンジンを始動させることができる。そして、本実施形態を用いれば、始動時に始動性の高い燃料を別途エンジンに供給するべく通常の燃料タンクとは別に補助燃料タンクを設ける必要、および、燃料供給系統を2つ設ける必要がなく、構成を簡素化することができるとともにコストを下げることができる。
 特に、本実施形態では、第1ラインL1が、冷間始動時であってエンジンを始動させにくい条件下においても、E100の燃料でエンジンを適正に始動させることができるラインに設定されている。そのため、幾何学的圧縮比と始動時の吸気閉弁時期を適正領域A内の値とすれば、熱間始動時においてもすなわち冷間始動であるか熱間始動であるかによらず、確実に全ての燃料で始動性を確保することができる。
 また、本実施形態では、第2ラインL2が、熱間始動時であってプリイグニッションが生じやすい条件下においてもE0の燃料でエンジン始動時にプリイグニッションが発生するのを回避できるラインに設定されている。そのため、冷間始動時であるか熱間始動時であるかによらず確実に全ての燃料でプリイグニッションの発生を回避することができる。
 また、本実施形態では、吸気バルブタイミング可変機構17aのロック機構によって、始動前に吸気閉弁時期を上記適正時期にロックしているため、始動時に吸気閉弁時期を確実にこの適正時期にすることができ、プリイグニッションを回避しながら適正にエンジンを始動させることができる。
(3)変形例
 ここで、上記実施形態では、第1ラインL1を冷間始動時にE100の燃料でエンジンを適正に始動させることができるラインに設定した場合について説明したが、第1ラインL1を熱間始動時や吸気温度が上記の-5℃よりも高い温度におけるラインに設定してもよい。ただし、上記実施形態のように構成すれば、冷間始動時であるか熱間始動時であるかによらず始動性を確保することができる。また、上記実施形態では、外気温(吸気温度)が-5℃の条件下での始動を冷間始動とした場合について説明したが、冷間始動の定義はこれに限らず、エンジン水温が所定温度以下での始動を冷間始動としてもよい。また、例えば、本実施形態に係るフレックス燃料自動車が使用される地域の外気温の最低温度の条件下での始動を冷間始動としてもよい。
 また、上記実施形態では、エンジン水温が100℃程度での始動を熱間始動とした場合について説明したが、熱間始動の定義はこれに限らず、エンジン水温が異なる温度以上での始動を熱間始動としてもよい。また、第2吸気温度は、この冷間始動時における吸気温度に限らず、第1吸気温度よりも高い温度であればよい。
 また、上記実施形態では、吸気バルブタイミング可変機構17aが油圧式の場合について説明したが、この吸吸気バルブタイミング可変機構17aは電動式等であってもよい。ただし、上述のように、油圧式の場合は、エンジン始動直後は吸気バルブタイミング可変機構17aによって吸気閉弁時期を適正に変更することができないおそれがある。そのため、この場合には、吸気バルブタイミング可変機構17aに含まれるロック機構によってエンジン停止時に吸気閉弁時期を上記適正時期にロックしておくのが好ましい。
 以上説明した本発明をまとめると以下の通りである。
 本願発明は、気筒内で燃焼させる燃料としてアルコールを含有する燃料の使用が可能なフレックスフューエルエンジンあって、上記気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、上記気筒内の燃料と空気の混合気に点火を行う点火手段とを備え、上記気筒の幾何学的圧縮比が12以上に設定されるとともに、エンジン始動時における吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも遅角側であって予め設定された第1基準時期よりも進角側かつ第2基準時期よりも遅角側に設定されており、上記第1基準時期は、予め設定された第1吸気温度において気筒内でアルコール100%の燃料を燃焼させた際にエンジンを始動させることが可能な吸気弁の閉弁時期のうち最も遅角側の時期に設定されており、上記第2基準時期は、上記第1吸気温度よりも高い第2吸気温度においてエンジン始動時に気筒内でガソリン100%の燃料を燃焼させた際にプリイグニッションが発生しない吸気弁の閉弁時期のうち最も進角側の時期に設定されていることを特徴とするフレックスフューエルエンジンことを特徴とするフレックスフューエルエンジンである。
 このエンジンによれば、始動用の燃料を貯留するための補助燃料タンクを設けることなく簡単な構成で、使用される燃料のアルコール含有率によらず、吸気温度(各気筒に吸入される空気の温度)が比較的低く始動性が悪化しやすい条件下であっても始動性を確保できるとともに、吸気温度が比較的高くプリイグニッションが生じやすい条件下であってもプリイグニッションの発生をより確実に回避することができる。
 上記第1基準時期および第2基準時期は、幾何学的圧縮比が高いほど遅角側になるように設定されているものが挙げられる。
 本発明において、上記吸気弁の開閉時期を変更する油圧式の吸気開閉時期変更手段を備え、上記吸気開閉時期変更手段は、少なくともエンジン停止時に、上記吸気弁の閉弁時期を上記第1基準時期と第2基準時期との間の所定の時期にロックするロック機構を有するのが好ましい。
 このようにすれば、エンジン始動時により確実に吸気閉弁時期を第1基準時期と第2基準時期との間の適正な時期にすることができ、始動性を確保することができる。具体的には、吸気開閉時期変更手段に供給される油圧が確保されない場合には、この吸気開閉時期変更手段によって吸気閉弁時期を第1基準時期と第2基準時期との間の時期に変更できなくなるおそれがある。これに対して、この構成によれば、エンジン停止時に吸気閉弁時期が第1基準時期と第2基準時期との間の時期にロックされるため、エンジン始動時に吸気閉弁時期をより確実に適正な時期にすることができる。
 上記構成において、上記エンジン停止時にロックされる上記吸気弁の閉弁時期は、当該閉弁時期の変更可能範囲のうち最も遅角側の時期に設定されているものが挙げられる。
 また、本発明において、エンジン始動時における上記吸気弁の開弁開始時期は、エンジン始動時において当該吸気弁の開弁期間と上記気筒に設けられる排気弁の開弁期間とがオーバーラップする期間が-5°CAから5°CAの範囲となるように設定されているのが好ましい。
 このようにすれば、始動時の吸気閉弁時期を第1基準時期と第2基準時期との間の適正な時期にしつつ、始動時およびその後のアイドル運転等の低負荷運転時において、吸気弁と排気弁のオーバーラップ期間を、吸気量を適正量確保可能な期間である-5°CAから5°CAの期間として、燃焼安定性を高く維持することができる。
 また、本発明において、上記第1基準時期は、冷間始動時において気筒内でアルコール100%の燃料を燃焼させた際にエンジンを始動させることが可能な吸気弁の閉弁時期のうち最も遅角側の時期に設定されているのが好ましい。
 このようにすれば、始動が困難となる冷間始動時においてもエンジンをより確実に始動させることができる。
 また、本発明において、上記第2基準時期は、熱間始動時に気筒内でガソリン100%の燃料を燃焼させた際にプリイグニッションが発生しない吸気弁の閉弁時期のうち最も進角側の時期に設定されているのが好ましい。
 このようにすれば、プリイグニッションが生じやすい熱間始動時においてもプリイグニッションの発生をより確実に回避することができる。

Claims (7)

  1.  気筒内で燃焼させる燃料としてアルコールを含有する燃料の使用が可能なフレックスフューエルエンジンあって、
     上記気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、
     上記気筒内の燃料と空気の混合気に点火を行う点火手段とを備え、
     上記気筒の幾何学的圧縮比が12以上に設定され、エンジン始動時には上記アルコールを含有する燃料により始動を行うとともに、エンジン始動時における吸気弁の閉弁時期が吸気下死点よりも遅角側であって予め設定された第1基準時期よりも進角側かつ第2基準時期よりも遅角側に設定されており、
     上記第1基準時期は、予め設定された第1吸気温度において気筒内でアルコール100%の燃料を燃焼させた際にエンジンを始動させることが可能な吸気弁の閉弁時期のうち最も遅角側の時期に設定されており、
     上記第2基準時期は、上記第1吸気温度よりも高い第2吸気温度においてエンジン始動時に気筒内でガソリン100%の燃料を燃焼させた際にプリイグニッションが発生しない吸気弁の閉弁時期のうち最も進角側の時期に設定されていることを特徴とするフレックスフューエルエンジン。
  2.  請求項1に記載のフレックスフューエルエンジンにおいて、
     上記第1基準時期および第2基準時期は、幾何学的圧縮比が高いほど遅角側になるように設定されていることを特徴とするフレックスフューエルエンジン。
  3.  請求項1に記載のフレックスフューエルエンジンにおいて、
     上記吸気弁の開閉時期を変更する油圧式の吸気開閉時期変更手段を備え、
     上記吸気開閉時期変更手段は、少なくともエンジン停止時に、上記吸気弁の閉弁時期を上記第1基準時期と第2基準時期との間の所定の時期にロックするロック機構を有することを特徴とするフレックスフューエルエンジン。
  4.  請求項3に記載のフレックスフューエルエンジンにおいて、
     上記エンジン停止時にロックされる上記吸気弁の閉弁時期は、当該閉弁時期の変更可能範囲のうち最も遅角側の時期に設定されていることを特徴とするフレックスフューエルエンジン。
  5.  請求項1に記載のフレックスフューエルエンジンにおいて、
     エンジン始動時における上記吸気弁の開弁開始時期は、エンジン始動時において当該吸気弁の開弁期間と上記気筒に設けられる排気弁の開弁期間とがオーバーラップする期間が-5°CAから5°CAの範囲となるように設定されていることを特徴とするフレックスフューエルエンジン。
  6.  請求項1に記載のフレックスフューエルエンジンにおいて、
     上記第1基準時期は、冷間始動時において気筒内でアルコール100%の燃料を燃焼させた際にエンジンを始動させることが可能な吸気弁の閉弁時期のうち最も遅角側の時期に設定されていることを特徴とするフレックスフューエルエンジン。
  7.  請求項1に記載のフレックスフューエルエンジンにおいて、
     上記第2基準時期は、熱間始動時に気筒内でガソリン100%の燃料を燃焼させた際にプリイグニッションが発生しない吸気弁の閉弁時期のうち最も進角側の時期に設定されていることを特徴とするフレックスフューエルエンジン。
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