JP2008255832A - 多種燃料内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】スモークの生成され易い運転領域で可能な限り機関出力の制限を抑えつつスモークの生成量を低く抑えること。
【解決手段】酸素成分が含まれている含酸素燃料と当該含酸素燃料とは燃料性状の異なる少なくとも１種類の燃料の内で少なくとも１つを燃焼室ＣＣに導いて燃焼させることの可能な多種燃料内燃機関において、その燃焼室ＣＣに導かれる燃料Ｆのスモーク生成能を求めるスモーク生成能演算手段（電子制御装置１）と、スモークの生成が予測される運転領域のときに燃料Ｆのスモーク生成能に応じてスモークの生成が抑えられるよう燃焼制御を行う燃焼制御手段（電子制御装置１）と、を設けること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、含酸素燃料と当該含酸素燃料とは燃料性状の異なる少なくとも１種類の燃料との内の少なくとも１つを用いて運転される多種燃料内燃機関に関する。

近年、自動車業界においては、自動車を取り巻く環境の変化に対応させる為に様々な取り組みが行われている。例えば、内燃機関の分野では、燃料性状の異なる複数種類の燃料を用い、夫々の短所を補って長所を相互補完させる所謂多種燃料内燃機関についての取り組みが為されている。この種の多種燃料内燃機関が搭載された車輌は、一般にフレキシブル燃料車（ＦＦＶ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｕｅｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）と呼ばれており、その一例としては、ガソリン燃料とエタノール等のアルコール燃料を要求性能に合わせて単独で又は混合して運転させ、エミッション性能の向上や埋蔵量の限界が謳われ続けているガソリン燃料等の化石燃料の消費抑制などのような環境性能の向上を図らんとするものが知られている。

例えば、下記の特許文献１には、ガソリン燃料とアルコール燃料からなるアルコール混合燃料を使用して運転させる多種燃料内燃機関について開示されている。この特許文献１の多種燃料内燃機関においては、アルコール混合燃料のアルコール濃度によって目標空燃比（目標当量比）が変化するので、そのアルコール濃度に応じた目標空燃比の補正が行われている。また、下記の特許文献２には、アルコール混合燃料のアルコール濃度（アルコール含有率）に応じて機関の基本制御量の補正を行う多種燃料内燃機関について開示されている。

ここで、一般に、過濃空燃比の運転領域においては、スモークが発生し易くなる。尚、下記の特許文献３には、予備燃焼と主燃焼を行う燃焼モードでの運転時に実際の圧縮端温度を圧縮端温度の目標値に制御して、空燃比の過濃化に伴うスモークの悪化を抑える内燃機関について開示されている。

特開２００４−３０８４２９号公報 特開平５−１９５８３９号公報 特開２００５−５８６９２号公報

ところで、従来、過濃空燃比等のようなスモークが生成され易い運転領域においては、機関出力に制限を加えてまでもその生成を抑えることに重点を置いている。これが為、従来は、燃料がどの様な燃料性状であるのかを全く考慮に入れることなく、スモークが生成されるときには一律にその生成を抑える為の運転を行っていた。しかしながら、スモークの生成され易さについては使用される燃料の燃料性状によって変化するものであり、そのような違いがあるにも拘わらず全て同じようにスモーク生成抑制運転を行うと、無駄に機関出力に制限を加えてしまうことになる。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、スモークの生成され易い運転領域で可能な限り機関出力の制限を抑えつつスモークの生成量を低く抑えることのできる多種燃料内燃機関を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、酸素成分が含まれている含酸素燃料と当該含酸素燃料とは燃料性状の異なる少なくとも１種類の燃料の内で少なくとも１つを燃焼室に導いて燃焼させることの可能な多種燃料内燃機関において、燃焼室に導かれる燃料のスモーク生成能を求めるスモーク生成能演算手段と、スモークの生成が予測される運転領域のときに燃料のスモーク生成能に応じてスモークの生成が抑えられるよう燃焼制御を行う燃焼制御手段と、を設けている。

この請求項１記載の多種燃料内燃機関においては、燃料のスモーク生成能，即ち、燃料におけるスモークの生成し易さを知ることができ、そのスモークの生成し易さに応じてスモーク生成抑制運転が実行される。つまり、この多種燃料内燃機関においては、例えば、使用される燃料がスモークを生成し易いものであれば従来と同程度のスモーク生成抑制運転を行い、その燃料がスモークを生成し難いものであれば従来よりも軽度のスモーク生成抑制運転を行う。

ここで、そのスモーク生成能演算手段は、請求項２記載の発明の如く、燃焼室に導かれる燃料の酸素成分の濃度と当該燃料の理論空燃比の値とに基づいて当該燃料のスモーク生成能の演算を行うよう構成している。即ち、スモーク生成能とは、燃料の燃料性状によって変わっていくものであり、その燃料の酸素成分の濃度や燃料の理論空燃比の値に応じて変化する。これが為、スモーク生成能は、これらから求めることができる。

また、上記目的を達成する為、請求項３記載の発明では、酸素成分が含まれている含酸素燃料と当該含酸素燃料とは燃料性状の異なる少なくとも１種類の燃料の内で少なくとも１つを燃焼室に導いて燃焼させることの可能な多種燃料内燃機関において、燃焼室に導かれる燃料の水素成分と炭素成分の比を求め、スモークの生成が予測される運転領域のときに当該燃料の水素成分と炭素成分の比に基づいてスモークの生成が抑えられるよう燃焼制御を行う燃焼制御手段を設けている。

燃料の水素成分と炭素成分の比が大きくなると炭素成分の含有割合が低下してスモークが生成され難くなるので、この請求項３記載の多種燃料内燃機関においては、その水素成分と炭素成分の比に基づいてスモーク生成抑制運転を実行させる。つまり、この多種燃料内燃機関においては、例えば、使用される燃料の水素成分と炭素成分の比が小さければ従来と同程度のスモーク生成抑制運転を行い、その燃料の水素成分と炭素成分の比が大きければ従来よりも軽度のスモーク生成抑制運転を行う。

本発明に係る多種燃料内燃機関においては、燃料のスモークの生成し易さに合わせてスモーク生成抑制運転が実行される。これが為、この多種燃料内燃機関によれば、無駄な機関出力の低下を防ぎながら（つまり、機関出力の制限を抑えながら）スモークの生成量を低く抑えることができるので、スモークの生成され易い運転領域においての出力性能とエミッション性能の両立を図ることができる。

以下に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例１を図１から図５に基づいて説明する。本実施例１の多種燃料内燃機関とは、酸素成分が含まれている含酸素燃料と当該含酸素燃料とは燃料性状の異なる少なくとも１種類の燃料との内で少なくとも１つを燃焼室に導いて燃焼させる内燃機関である。

この多種燃料内燃機関は、図１に示す電子制御装置（ＥＣＵ）１によって燃焼制御等の各種制御動作が実行される。つまり、その電子制御装置１には、多種燃料内燃機関の燃焼制御を行う燃焼制御手段などが用意されている。この電子制御装置１は、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置），所定の制御プログラム等を予め記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），そのＣＰＵの演算結果を一時記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），予め用意された情報等を記憶するバックアップＲＡＭ等で構成されている。

最初に、ここで例示する多種燃料内燃機関の構成について図１に基づき説明を行う。尚、その図１においては１気筒のみを図示しているが、本発明は、これに限らず、多気筒の多種燃料内燃機関にも適用可能である。本実施例１においては、複数の気筒を具備しているものとして説明する。

この多種燃料内燃機関には、燃焼室ＣＣを形成するシリンダヘッド１１，シリンダブロック１２及びピストン１３が備えられている。ここで、そのシリンダヘッド１１とシリンダブロック１２は図１に示すヘッドガスケット１４を介してボルト等で締結されており、これにより形成されるシリンダヘッド１１の下面の凹部１１ａとシリンダブロック１２のシリンダボア１２ａとの空間内にピストン１３が往復移動可能に配置される。そして、上述した燃焼室ＣＣは、そのシリンダヘッド１１の凹部１１ａの壁面とシリンダボア１２ａの壁面とピストン１３の頂面１３ａとで囲まれた空間によって構成される。

本実施例１の多種燃料内燃機関は、機関回転数や機関負荷等の運転条件に従って空気と燃料を燃焼室ＣＣに送り込み、その運転条件に応じた燃焼制御を実行する。その空気については、図１に示す吸気通路２１とシリンダヘッド１１の吸気ポート１１ｂを介して外部から吸入される。一方、その燃料については、図１に示す燃料供給装置５０を用いて供給される。

先ず、空気の供給経路について説明する。

本実施例１の吸気通路２１上には、外部から導入した空気に含まれる塵埃等の異物を除去するエアクリーナ２２と、外部からの吸入空気量を検出するエアフロメータ２３と、が設けられている。この多種燃料内燃機関においては、そのエアフロメータ２３の検出信号が電子制御装置１へと送られ、その検出信号に基づいて電子制御装置１が吸入空気量や機関負荷等を算出する。

また、その吸気通路２１上におけるエアフロメータ２３よりも下流側には、燃焼室ＣＣ内への吸入空気量を調節するスロットルバルブ２４と、このスロットルバルブ２４を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ２５と、が設けられている。本実施例１の電子制御装置１は、そのスロットルバルブアクチュエータ２５を運転条件に従って駆動制御し、その運転条件等に応じた弁開度（換言すれば、吸入空気量）となるようにスロットルバルブ２４の開弁角度を調節させる。つまり、この電子制御装置１には、燃焼制御手段の一機能としてスロットル開度制御手段が用意されている。例えば、そのスロットルバルブ２４については、運転条件に応じた空燃比を成す為に必要な吸入空気量の空気が燃焼室ＣＣに吸入されるよう調節される。この多種燃料内燃機関においては、そのスロットルバルブ２４の弁開度を検出し、その検出信号を電子制御装置１に送信するスロットル開度センサ２６が設けられている。

一方、吸気ポート１１ｂはその一端が燃焼室ＣＣに開口しており、その開口部分に当該開口を開閉させる吸気バルブ３１が配設されている。その開口の数量は１つでも複数でもよく、その開口毎に吸気バルブ３１が配備される。従って、この多種燃料内燃機関においては、その吸気バルブ３１を開弁させることによって吸気ポート１１ｂから燃焼室ＣＣ内に空気が吸入される一方、その吸気バルブ３１を閉弁させることによって燃焼室ＣＣ内への空気の流入が遮断される。

ここで、その吸気バルブ３１としては、例えば、図示しない吸気側カムシャフトの回転と弾性部材（弦巻バネ）の弾発力に伴って開閉駆動されるものがある。この種の吸気バルブ３１においては、その吸気側カムシャフトとクランクシャフト１５の間にチェーンやスプロケット等からなる動力伝達機構を介在させることによってその吸気側カムシャフトをクランクシャフト１５の回転に連動させ、予め設定された開閉時期に開閉駆動させる。本実施例１の多種燃料内燃機関においては、このようなクランクシャフト１５の回転に同期して開閉駆動される吸気バルブ３１を適用する。

但し、この多種燃料内燃機関は、その吸気バルブ３１の開閉時期やリフト量を変更可能な所謂可変バルブタイミング＆リフト機構等の可変バルブ機構を具備してもよく、これにより、その吸気バルブ３１の開閉時期やリフト量を運転条件に応じた好適なものへと可変させることができるようになる。この場合、電子制御装置１には、その可変バルブ機構の動作を制御する吸気バルブ制御手段が燃焼制御手段の一機能として用意されている。更にまた、この多種燃料内燃機関においては、かかる可変バルブ機構と同様の作用効果を得るべく、電磁力を利用して吸気バルブ３１を開閉駆動させる所謂電磁駆動弁を利用してもよい。かかる場合には、その電磁駆動弁の動作を吸気バルブ制御手段に制御させる。

続いて、燃料供給装置５０について説明する。

この燃料供給装置５０は、１つの燃料タンク４１に貯留された燃料Ｆを燃焼室ＣＣに導くものであり、その燃料Ｆとして含酸素燃料とこれとは燃料性状の異なる少なくとも１種類の燃料からなる混合燃料を燃焼室ＣＣ内に直接噴射させるべく構成する。本実施例１においては、含酸素燃料としてのアルコール燃料（ここでは、エタノール燃料）と炭化水素系燃料（ここでは、ガソリン燃料）とからなるアルコール混合燃料を燃料タンク４１に貯留させる。

具体的に、この燃料供給装置５０は、そのアルコール混合燃料Ｆを燃料タンク４１から吸い上げて燃料通路５１に送出するフィードポンプ５２と、その燃料通路５１のアルコール混合燃料Ｆを加圧して高圧燃料通路５３に圧送する高圧燃料ポンプ５４と、その高圧燃料通路５３のアルコール混合燃料Ｆを夫々の気筒に分配するデリバリ通路５５と、このデリバリ通路５５から供給されたアルコール混合燃料Ｆを夫々の燃焼室ＣＣ内に噴射する各気筒の燃料噴射弁（燃料噴射手段）５６と、を備える。

この燃料供給装置５０は、その高圧燃料ポンプ５４及び燃料噴射弁５６を運転条件に従って電子制御装置１に駆動制御させ、これにより、その運転条件に対応させた燃料噴射量，燃料噴射時期及び燃料噴射期間等の燃料噴射条件でアルコール混合燃料Ｆが噴射されるように構成する。従って、その電子制御装置１には、その高圧燃料ポンプ５４及び燃料噴射弁５６の動作を制御する燃料噴射制御手段が燃焼制御手段の一機能として用意されている。例えば、その燃料噴射制御手段には、そのアルコール混合燃料Ｆを高圧燃料ポンプ５４から圧送させ、運転条件に応じた燃料噴射条件で燃料噴射弁５６に噴射を実行させる。

このようにして燃焼室ＣＣに供給されたアルコール混合燃料Ｆは、燃焼室ＣＣ内で上述した空気と混ざり合い、運転条件に応じた点火時期になると点火プラグ６１の着火動作によって燃焼させられる。その着火動作は、電子制御装置１の燃焼制御手段の一機能として用意された点火制御手段によって実行される。そして、その燃焼された後の筒内ガス（燃焼ガス）は、燃焼室ＣＣから図１に示す排気ポート１１ｃへと排出され、排気通路８１によって大気へと放出される。

その排気ポート１１ｃには、燃焼室ＣＣとの間の開口を開閉させる排気バルブ７１が配設されている。その開口の数量は１つでも複数でもよく、その開口毎に上述した排気バルブ７１が配備される。従って、この多種燃料内燃機関においては、その排気バルブ７１を開弁させることによって燃焼室ＣＣ内から排気ポート１１ｃに燃焼ガスが排出され、その排気バルブ７１を閉弁させることによって燃焼ガスの排気ポート１１ｃへの排出が遮断される。ここで、その排気バルブ７１としては、上述した吸気バルブ３１と同様に、動力伝達機構を介在させたもの、所謂可変バルブタイミング＆リフト機構等の可変バルブ機構を具備したものや所謂電磁駆動弁を適用することができる。その可変バルブ機構や電磁駆動弁を適用する場合には、その動作を電子制御装置１の燃焼制御手段の一機能として用意された排気バルブ制御手段によって制御させる。

また、排気通路８１上には排気浄化装置８２が配設されており、排気ガス中の有害成分の浄化が行われる。ここでは、その排気浄化装置８２として、排気ガス中の有害なＨＣ（炭化水素），未燃ＨＣ（未燃炭化水素），ＣＯ（一酸化炭素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）を無害なＨ₂Ｏ（水），ＣＯ₂（二酸化炭素），Ｎ₂（窒素）へと還元又は酸化させる三元触媒を用意する。

ところで、本実施例１においては、上述したようにアルコール燃料とガソリン燃料が１つの燃料タンク４１に混合された状態で貯留されるので、夫々の給油量を的確に制御しなければアルコール燃料とガソリン燃料の燃料混合比率が変化してアルコール混合燃料Ｆのアルコール濃度（換言するならば、アルコール混合燃料Ｆにおける酸素成分の濃度）が変わる。一般にその制御を給油作業者に実行させるのは難儀であり、また、一方の燃料が入手できない場合もあり得るので、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、給油をする度にアルコール混合燃料Ｆのアルコール濃度が変わってしまう可能性がある。これが為、この多種燃料内燃機関は、如何様な燃料混合比率（即ち、如何様なアルコール濃度）であっても運転できるように構成しておく。つまり、この多種燃料内燃機関は、燃料タンク４１に貯留された燃料Ｆが多用なアルコール濃度のアルコール混合燃料であっても、単独のアルコール燃料や炭化水素系燃料であっても運転することができる。

ここで、この多種燃料内燃機関においては、スモーク（煤）の生成され易い運転領域が存在している。例えば、その代表的な運転領域としては、高負荷要求時や排気浄化装置８２の触媒保護時（即ち、触媒の温度上昇を抑えるとき）等に行われる過濃空燃比運転の領域（以下、「リッチ運転領域」という。）が知られている。

一方、スモークの生成され易さについては、同じ運転領域であっても実際に使用される燃料Ｆの酸素成分の量（アルコール濃度）によって違いが生じる。つまり、アルコール濃度が高く酸素成分の量が多い燃料Ｆほどスモークを生成し難いので、スモークが生成され易い運転領域であっても燃料Ｆのアルコール濃度次第でスモークの生成量を低く抑えることができる。

また、そのスモークの生成され易さについては、燃料Ｆの理論空燃比によっても異なる。つまり、スモークは、例えば、燃料中の芳香族化合物の含有量が多いほど生成され易くなるが、燃料中の飽和炭化水素（パラフィン）の含有量が多いほど生成され難くなる。そして、理論空燃比はその燃料Ｆの含有成分に応じて違う値を示すので、スモークの生成され易さは、その燃料Ｆの理論空燃比から推測することができる。

そこで、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、燃料タンク４１内の燃料Ｆについてのスモークの生成し易さを判断し、スモークが生成され易い運転領域（即ち、スモークの生成が予測される運転領域）のときにはその判断結果に従ってスモーク生成抑制運転を実行する。

ここでは、その燃料Ｆについてのアルコール濃度と理論空燃比を求め、これらに基づいて当該燃料Ｆについてのスモーク生成能を求める。本実施例１においては、そのスモーク生成能の演算が可能なスモーク生成能演算手段を電子制御装置１に用意している。

その燃料Ｆのアルコール濃度は、例えば、燃料タンク４１や燃料供給装置５０に設けたアルコール濃度検知手段（例えば、静電容量型アルコール濃度センサ）５７に検出させる。ここでは、その燃料供給装置５０の燃料通路５１上にアルコール濃度検知手段５７を配置する。尚、アルコール濃度は、そのアルコール濃度検知手段５７の検出値に替えて排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）の学習値から算出させてもよい。この場合、その排気ガスの空燃比については、例えば、排気通路８１上に設けたＡ／Ｆセンサ８３から取得することができる。

また、その燃料Ｆの理論空燃比については、排気ガスの空燃比と排気ガス中の酸素量から求めることができる。その排気ガスの空燃比は、上記のＡ／Ｆセンサ８３で検出し、その排気ガス中の酸素量は、排気通路８１上に設けたＯ₂センサ８４で検出する。つまり、排気ガス中から酸素が検出されれば希薄空燃比運転されていると知ることができ、その中から酸素が検出されなければ理論空燃比運転又は過濃空燃比運転されていると知ることができるので、例えば、希薄空燃比運転中に燃料噴射量を徐々に増やしていき、排気ガス中から酸素が検出されなくなったときにＡ／Ｆセンサ８３から検出された排気ガスの空燃比が燃料Ｆの理論空燃比となる。

また、本実施例１においては、その燃料Ｆのスモーク生成能をスモークの生成し易さの指数（以下、「スモーク生成係数」という。）として算出する。そのスモーク生成係数は、例えば、その値が小さいほどスモークが生成され難い燃料であることを表しており、実験やシミュレーションを行って予め求めておく。ここでは、燃料Ｆのアルコール濃度と理論空燃比を図２に示すスモーク生成係数マップデータに当て嵌めて当該燃料Ｆのスモーク生成係数を求めさせる。ここで、その図２のスモーク生成係数マップデータにおいては、燃料Ｆのアルコール濃度が高くなるにつれて、また、燃料Ｆの理論空燃比が大きくなるにつれて小さなスモーク生成係数が求められる。

尚、本実施例１の多種燃料内燃機関で使用可能な燃料Ｆはアルコール混合燃料に限らず単独のアルコール燃料や炭化水素系燃料でもよいので、その図２においては、アルコール燃料や炭化水素系燃料についてのスモーク生成係数も図示している。また、その図２においては３種類のアルコール濃度（０，低濃度、高濃度）に分けているが、スモーク生成係数マップデータは、更にアルコール濃度の種類を細分化しておいてもよい。

ここで、スモーク生成抑制運転は、周知の方法によって実行可能なものであり、例えば、空燃比の希薄化制御や点火時期の遅角制御等が考えられる。本実施例１においては、その内の少なくとも１種類の制御を行ってスモークの生成が抑えられるようにする。従って、本実施例１においては、空燃比を希薄側へと補正する為の補正値（以下、「空燃比補正値」という。）α、点火時期を遅角側へと補正する為の補正値（以下、「点火時期補正値」という。）βを燃料Ｆのスモーク生成係数と理論空燃比に応じて設定させる。

また、機関始動時においては、燃料噴射時期の遅角制御を行うことでスモークの生成を抑えることができる。これが為、本実施例１においては、機関始動時におけるスモーク生成抑制運転の制御対象として燃料噴射時期の遅角制御も含めておく。従って、ここでは、燃料噴射時期を遅角側へと補正する為の補正値（以下、「燃料噴射時期補正値」という。）γも燃料Ｆのスモーク生成係数と理論空燃比に応じて設定しておく。

例えば、これら空燃比補正値α、点火時期補正値β、燃料噴射時期補正値γは、実験やシミュレーションを行って図３に示す補正値マップデータとして予め用意しておき、この補正値マップデータに燃料Ｆのスモーク生成係数と理論空燃比を当て嵌めて求めさせる。その図３の補正値マップデータは、理論空燃比が所定値（実験やシミュレーションで予め求めておく）よりも小さい燃料Ｆであれば、その理論空燃比が小さいほどに大きな空燃比補正値α（点火時期補正値β、燃料噴射時期補正値γ）が求められるものであり、これについてスモーク生成係数毎に用意されたものである。また、この補正値マップデータにおいては、スモーク生成係数が小さいほど（即ち、スモークを生成させ難い燃料Ｆであるほど）スモーク生成抑制運転を実行する必要性が減っていくことから、上記の所定値が低く設定される。

尚、その図３においては、空燃比補正値αと点火時期補正値βと燃料噴射時期補正値γを便宜上１つマップデータとして図示しているが、実際の補正値マップデータは夫々の補正値毎に用意されている。また、上記の所定値については、実験等の結果に依存するが、夫々の補正値で同じ空燃比を指す場合もあれば、夫々で異なる空燃比を指す場合もある。本実施例１においては、便宜上同じ空燃比とする。

以下に、この本実施例１の多種燃料内燃機関のスモーク生成抑制運転動作について図４のフローチャートを用いて説明する。

最初に、本実施例１の電子制御装置１のスモーク生成能演算手段は、アルコール濃度検知手段５７の検出信号に基づいて燃焼室ＣＣに導かれる燃料Ｆのアルコール濃度を検出すると共に（ステップＳＴ１）、Ａ／Ｆセンサ８３とＯ₂センサ８４から各々検出された排気ガスの空燃比と排気ガス中の酸素量に基づいてその燃料Ｆの理論空燃比を求める（ステップＳＴ２）。そのステップＳＴ２においては、その酸素量から現状の空燃比が希薄空燃比である場合、又は理論空燃比であるのか過濃空燃比であるのか判断できない場合、理論空燃比が明らかになるまで吸入空気量又は／及び燃料噴射量を増減制御する。

そして、このスモーク生成能演算手段は、その燃料Ｆのアルコール濃度と理論空燃比を上述した図２のスモーク生成係数マップデータに照らし合わせて当該燃料Ｆのスモーク生成係数を求める（ステップＳＴ３）。

続いて、本実施例１の電子制御装置１は、例えばイグニッションＯＦＦ信号が受信されるまで（即ち、機関停止まで）以下の演算処理を繰り返す。

先ず、その電子制御装置１の燃焼制御手段は、現状の運転領域がスモーク生成され易い運転領域であるのか否かについて判定する（ステップＳＴ４）。この判定は、例えば、燃焼室ＣＣ内の混合気に対する目標空燃比の指令値やＡ／Ｆセンサ８３から検出された排気ガスの空燃比に基づいて実行される。そして、燃焼制御手段は、その目標空燃比や排気ガスの空燃比が過濃空燃比であれば「スモーク生成され易い運転領域」との判定を下し、その目標空燃比や排気ガスの空燃比が理論空燃比や希薄空燃比であれば「スモーク生成され難い運転領域」との判定を下す。この判定は、スモーク生成され易い運転領域との結果を得るまで繰り返す。

本実施例１の燃焼制御手段は、そのステップＳＴ４で「スモーク生成され易い運転領域」と判定した場合、その燃料Ｆについてのスモーク生成抑制運転時の補正値（空燃比補正値α、点火時期補正値β、燃料噴射時期補正値γ）を求める（ステップＳＴ５）。そして、この燃焼制御手段は、空燃比の希薄化制御、点火時期の遅角制御、機関始動時であれば燃料噴射時期の遅角制御の内の少なくとも１種類の制御を実行し、スモーク生成抑制運転を実施させる（ステップＳＴ６）。例えば、このステップＳＴ６で実行させる制御については、スモーク生成抑制の実現が重視されることは当然であるが、それ以外に制御を実行したことによる出力低下等の弊害があればこれを考慮に入れて選択させる。

ここで、その燃料Ｆの理論空燃比がそのスモーク生成係数に該当する上述した所定値以上になっている場合には、上記ステップＳＴ５において空燃比補正値α、点火時期補正値β、燃料噴射時期補正値γが夫々「０」に設定される。これが為、この場合には、通常時の目標空燃比（以下、「基準目標空燃比」という。）、通常時の目標点火時期（以下、「基準目標点火時期」という。）、通常時の目標燃料噴射時期（以下、「基準燃料噴射時期」という。）のままで運転が実行される。つまり、この場合の燃料Ｆはアルコール濃度が高くスモークを発生させ難いものであるので、上記ステップＳＴ６においては、実際にはスモーク生成抑制運転が実施されずに、例えば、通常の運転条件（機関回転数や機関負荷）に応じた基準目標空燃比、基準目標点火時期、基準燃料噴射時期での運転が行われる。尚、その回転数については、クランクシャフト１５の回転角度の検出を行うクランク角センサ１６の検出信号から把握させることができる。

一方、その燃料Ｆの理論空燃比がそのスモーク生成係数に該当する上述した所定値よりも小さくなっている場合には、上記ステップＳＴ５においてその理論空燃比に応じた（換言すれば、その燃料Ｆのスモークの生成し易さに応じた）空燃比補正値α、点火時期補正値β、燃料噴射時期補正値γが設定される。この場合、上記ステップＳＴ６においては、空燃比の希薄化制御（基準目標空燃比＋α）、点火時期の遅角制御（基準目標点火時期−β）、燃料噴射時期の遅角制御（基準燃料噴射時期−γ）の内の少なくとも１種類の制御が行われ、スモーク生成抑制運転が実施される。

以上示した如く、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、使用される燃料Ｆのアルコール濃度に応じて当該燃料Ｆのスモーク生成能（スモーク生成係数）を求めておく。そして、そのスモーク生成能に基づいて燃料Ｆがスモークを生成し易いものであると判断された場合には、その生成し易さに応じた程度の空燃比の希薄化、点火時期の遅角化や燃料噴射時期の遅角化を行ってスモーク生成抑制運転を実行する。つまり、この場合の多種燃料内燃機関においては、機関出力の低下を可能な限り抑えながらもスモークの生成を防ぐことができる。

一方、そのスモーク生成能に基づいて燃料Ｆがスモークを生成し難いものであると判断された場合には、微量ながらでもスモークが生成され得るのであれば僅かに空燃比の希薄化、点火時期の遅角化や燃料噴射時期の遅角化を行ってスモーク生成抑制運転を実行し、スモークの生成の可能性が無いのであればスモーク生成抑制運転を行わずに通常の運転を実行する。つまり、この場合の多種燃料内燃機関においては、機関出力を低下させることなくスモークの大気への放出を防ぐことができる。

このように、本実施例１の多種燃料内燃機関によれば、燃料Ｆのスモークの生成し易さに合わせてスモーク生成抑制運転が実行される。例えば、この多種燃料内燃機関においては、その燃料Ｆがスモークを生成し易いものであれば従来と同程度のスモーク生成抑制運転を行い、その燃料Ｆがスモークを生成し難いものであれば従来よりも軽度のスモーク生成抑制運転を行う。これが為、この多種燃料内燃機関においては、無駄な機関出力の低下を防ぎながらも（つまり、機関出力の制限を抑えながらも）本来の目的たるスモークの大気への放出を抑えることができ、スモークの生成され易い運転領域においての出力性能とエミッション性能の両立を図ることができる。

ところで、上述した例示においては含酸素燃料としてアルコール燃料を例に挙げたが、その含酸素燃料としてはＥＴＢＥ（エチル・ターシャリー・ブチル・エーテル）も利用可能であり、この場合には、アルコール濃度検知手段５７に替えてＥＴＢＥ濃度検知手段を用意しておく。

また、スモークは、燃料Ｆの水素成分と炭素成分の比（以下、「水素炭素比」という。）Ｈ／Ｃが大きくなるにつれて生成され難くなる。つまり、水素炭素比Ｈ／Ｃが大きい燃料Ｆは、その中の炭素成分の含有割合が低くなっているのでスモークを生成し難い。従って、この多種燃料内燃機関においては、使用される燃料Ｆの水素炭素比Ｈ／Ｃを燃焼制御手段に求めさせることによって、この水素炭素比Ｈ／Ｃから直接空燃比補正値α、点火時期補正値β、燃料噴射時期補正値γを算出することができるようになる。この場合には、例えば、上述した補正値マップデータに替えて図５に示す補正値マップデータを用意し、これに水素炭素比Ｈ／Ｃを照らし合わせて空燃比補正値α、点火時期補正値β、燃料噴射時期補正値γを求めさせる。この図５の補正値マップデータは、水素炭素比Ｈ／Ｃが所定値（実験やシミュレーションで予め求めておく）よりも小さい燃料Ｆであれば、その水素炭素比Ｈ／Ｃが小さいほどに大きな空燃比補正値α（点火時期補正値β、燃料噴射時期補正値γ）が求められるよう設定されたものである。これにより、例えば、この多種燃料内燃機関においては、燃料Ｆの水素炭素比Ｈ／Ｃが小さければ従来と同程度のスモーク生成抑制運転を行い、その燃料Ｆの水素炭素比Ｈ／Ｃが大きければ従来よりも軽度のスモーク生成抑制運転を行う。

ここで、例えば、その水素炭素比Ｈ／Ｃは、燃料Ｆ固有の値として捉えることができるので、現状で使用されている燃料Ｆが如何様なものであるのかを知ることで推定することができる。そこで、例えば、ここでは、給油燃料の種別や成分情報を車輌の使用者等に入力させる又は給油装置から車輌へと送信させるなどして、これに基づいて燃料タンク４１に貯留されている燃料Ｆの水素炭素比Ｈ／Ｃを燃焼制御手段に求めさせる。

本実施例１の多種燃料内燃機関は、そのような燃料Ｆの水素炭素比Ｈ／Ｃを用いることによって上述した燃料Ｆのアルコール濃度の検出や燃料Ｆの理論空燃比の算出、その燃料Ｆのスモーク生成係数の算出を行わずにスモーク生成抑制運転の実行が可能になるので、上記と同様の効果を奏しつつも演算処理の簡便化を図ることができる。

次に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例２を図６及び図７に基づいて説明する。

前述した実施例１の多種燃料内燃機関は、１つの燃料タンク４１に予め混合状態で貯留された含酸素燃料と当該含酸素燃料とは燃料性状の異なる少なくとも１種類の燃料とからなる混合燃料で運転されるものとして例示した。しかしながら、多種燃料内燃機関の中には、燃料毎に個別の燃料タンクが用意されており、その夫々の燃料タンクから送られた各燃料が燃料供給装置の途中で混合される形態のものも存在する。

そこで、本実施例２においては、実施例１で示したスモーク生成抑制運転をかかる形態の多種燃料内燃機関へと適用した場合について説明する。

先ず、この本実施例２の多種燃料内燃機関は、実施例１の多種燃料内燃機関において燃料供給装置５０を図６に示す燃料供給装置１５０へと置き換えたものであり、この置換部分に係る制御形態以外については実施例１と同様に構成されている。

この本実施例２の燃料供給装置１５０は、個別の燃料タンクに貯留した含酸素燃料と当該含酸素燃料とは燃料性状の異なる少なくとも１種類の燃料とを運転条件に応じた燃料混合比率で混合し、その混合燃料を夫々の気筒の燃焼室ＣＣへと直接噴射させるべく構成したものである。ここで、本実施例２においても、含酸素燃料及び他の燃料としては、実施例１と同様に夫々アルコール燃料と炭化水素系燃料（ガソリン燃料）を適用する。これが為、本実施例２においては、第１燃料タンク１４１Ａに貯留されたアルコール燃料Ｆ１と第２燃料タンク１４１Ｂに貯留されたガソリン燃料Ｆ２とを運転条件に応じた燃料混合比率で混ぜ合わせて供給させる燃料供給装置１５０について例示する。

具体的に、この燃料供給装置１５０は、アルコール燃料Ｆ１を第１燃料タンク１４１Ａから吸い上げて第１燃料通路１５１Ａに送出する第１フィードポンプ１５２Ａと、ガソリン燃料Ｆ２を第２燃料タンク１４１Ｂから吸い上げて第２燃料通路１５１Ｂに送出する第２フィードポンプ１５２Ｂと、その第１及び第２の燃料通路１５１Ａ，１５１Ｂから各々送られてきたアルコール燃料Ｆ１とガソリン燃料Ｆ２を混ぜ合わせる燃料混合手段１５８と、この燃料混合手段１５８にて生成されたアルコール混合燃料を第３燃料通路１５９から高圧燃料通路５３へと圧送する高圧燃料ポンプ５４と、その高圧燃料通路５３のアルコール混合燃料を気筒毎に分配するデリバリ通路５５と、このデリバリ通路５５から供給されたアルコール混合燃料を夫々の燃焼室ＣＣ内へと噴射する燃料噴射弁５６と、を備える。つまり、本実施例２の燃料供給装置１５０は、実施例１の燃料供給装置５０において高圧燃料ポンプ５４よりも上流の構成を変更したものである。尚、本実施例２のアルコール濃度検知手段５７は、図６に示す如く第３燃料通路１５９上に配置されることによってアルコール混合燃料のアルコール濃度を検出している。

この燃料供給装置１５０においては、その第１フィードポンプ１５２Ａ，第２フィードポンプ１５２Ｂ及び燃料混合手段１５８を電子制御装置１の供給燃料制御手段（燃料含有比率制御手段）に駆動制御させ、これにより、運転条件に応じた所定の燃料混合比率（換言すれば、アルコール濃度）のアルコール混合燃料が燃料混合手段１５８で生成されるように構成する。例えば、この燃料供給装置１５０は、その第１フィードポンプ１５２Ａと第２フィードポンプ１５２Ｂの夫々の吐出量を電子制御装置１の供給燃料制御手段に加減させることによってアルコール混合燃料の燃料混合比率を調節してもよく、その供給燃料制御手段の指示に従って燃料混合手段１５８にアルコール燃料Ｆ１とガソリン燃料Ｆ２の夫々の混合割合を増減させてアルコール混合燃料の燃料混合比率を調節してもよい。

このように、本実施例２の多種燃料内燃機関においては、運転中でもアルコール混合燃料のアルコール濃度が運転条件次第で変化するので、運転領域がスモークの生成され易い領域であるならば実施例１と同じくアルコール濃度に応じてスモーク生成抑制運転を実行し、その運転領域での出力性能とエミッション性能の両立を図ることが望ましい。

例えば、図７のフローチャートに示す如く、本実施例２の多種燃料内燃機関においても電子制御装置１のスモーク生成能演算手段は、実施例１と同様にして燃焼室ＣＣへと導かれるアルコール混合燃料のアルコール濃度を検出すると共に（ステップＳＴ１１）、排気ガスの空燃比と排気ガス中の酸素量に基づいてそのアルコール混合燃料の理論空燃比を求め（ステップＳＴ１２）、これらアルコール濃度と理論空燃比に基づいてアルコール混合燃料のスモーク生成係数を求める（ステップＳＴ１３）。

続いて、本実施例２の電子制御装置１の燃焼制御手段は、実施例１と同様にして現状の運転領域がスモーク生成され易い運転領域であるのか否かについて判定する（ステップＳＴ１４）。

ここで、本実施例２においては、そのステップＳＴ１４にて「スモーク生成され難い運転領域」との判定が為された場合、上記ステップＳＴ１１に戻って再度アルコール混合燃料のスモーク生成係数を求め、運転条件に応じて変化するアルコール混合燃料のアルコール濃度に対応させる。

一方、その燃焼制御手段は、そのステップＳＴ１４で「スモーク生成され易い運転領域」と判定した場合、そのアルコール混合燃料についてのスモーク生成抑制運転時の補正値（空燃比補正値α、点火時期補正値β、燃料噴射時期補正値γ）を実施例１と同様にして求める（ステップＳＴ１５）。そして、この燃焼制御手段は、空燃比の希薄化制御、点火時期の遅角制御、機関始動時であれば燃料噴射時期の遅角制御の内の少なくとも１種類の制御を実行し、実施例１と同様にスモーク生成抑制運転を実施させる（ステップＳＴ１６）。

以上示したように、本実施例２の多種燃料内燃機関においても、運転条件に応じて変化するアルコール混合燃料のアルコール濃度（即ち、スモークの生成し易さ）に合わせてスモーク生成抑制運転が実行されるので、無駄な機関出力の低下を防ぎながらも（つまり、機関出力の制限を抑えながらも）本来の目的たるスモークの大気への放出を抑えることができ、スモークの生成され易い運転領域においての出力性能とエミッション性能の両立を図ることができる。

ここで、本実施例２の多種燃料内燃機関においては夫々の燃料（アルコール燃料とガソリン燃料）を燃料混合手段１５８で混ぜ合わせる形態を採っているが、例えば、そのような燃料混合手段１５８を設けずに、ガソリン燃料が流れる燃料通路の中にアルコール燃料を送り込み、その燃料通路内の流れの中で各々を混合させる形態を採ってもよく、このように構成しても上記と同様の効果を得ることができる。例えば、ここで示した形態の燃料供給装置とは、図１に示す実施例１の燃料供給装置５０において、燃料タンク４１にガソリン燃料のみを貯留させ、その高圧燃料通路５３に連通させた燃料通路と、この燃料通路に別の燃料タンク内のアルコール燃料を送出するフィードポンプと、を設けたものである。

ところで、上述した各実施例１，２においては燃料を燃焼室ＣＣ内に直接噴射する所謂筒内直接噴射式の多種燃料内燃機関に対して本発明を適用したが、本発明の適用対象の多種燃料内燃機関は、必ずしもかかる燃料噴射形態の燃料供給装置を有するものに限定されない。例えば、その適用対象の多種燃料内燃機関としては、燃料を吸気ポート１１ｂに噴射する所謂ポート噴射式の多種燃料内燃機関でもよく、筒内噴射とポート噴射が併用される（つまり、燃焼室ＣＣと吸気ポート１１ｂに夫々燃料噴射手段が配設された）多種燃料内燃機関でもよく、このような形態の多種燃料内燃機関であっても各実施例１，２と同様の効果を奏することができる。更に、その後者の多種燃料内燃機関の場合には、夫々の燃料噴射手段から個別に例えばアルコール燃料とガソリン燃料を噴射させ、これらを燃焼室ＣＣ内で混ぜ合わせる形態にしてもよく、その際には各々の燃料噴射量から燃焼室ＣＣ内の燃料のアルコール濃度を演算させる。

以上のように、本発明に係る多種燃料内燃機関は、スモークの生成され易い運転領域で機関出力の制限を抑えながらスモークの大気への放出も抑えることの可能な技術として有用である。

本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例１の構成について示す図である。 実施例１のスモーク生成係数マップデータの一例を示す図である。 実施例１の補正値マップデータの一例を示す図である。 実施例１の多種燃料内燃機関のスモーク生成抑制運転動作について説明するフローチャートである。 実施例１の補正値マップデータの他の例を示す図である。 本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例２の構成について示す図である。 実施例２の多種燃料内燃機関のスモーク生成抑制運転動作について説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 電子制御装置（ＥＣＵ）
１１ｂ 吸気ポート
２１ 吸気通路
２４ スロットルバルブ
２５ スロットルバルブアクチュエータ
４１ 燃料タンク
５０，１５０ 燃料供給装置
５６ 燃料噴射弁
５７ アルコール濃度検知手段
６１ 点火プラグ
８１ 排気通路
８２ 排気浄化装置
８３ Ａ／Ｆセンサ
８４ Ｏ₂センサ
１４１Ａ 第１燃料タンク
１４１Ｂ 第２燃料タンク
１５８ 燃料混合手段
ＣＣ 燃焼室
Ｆ 燃料（アルコール混合燃料、アルコール燃料、ガソリン燃料）
Ｆ１ アルコール燃料
Ｆ２ ガソリン燃料
Ｈ／Ｃ 水素炭素比
α 空燃比補正値
β 点火時期補正値
γ 燃料噴射時期補正値

Claims (3)

1. 酸素成分が含まれている含酸素燃料と当該含酸素燃料とは燃料性状の異なる少なくとも１種類の燃料の内で少なくとも１つを燃焼室に導いて燃焼させることの可能な多種燃料内燃機関において、
   前記燃焼室に導かれる燃料のスモーク生成能を求めるスモーク生成能演算手段と、スモークの生成が予測される運転領域のときに前記燃料のスモーク生成能に応じてスモークの生成が抑えられるよう燃焼制御を行う燃焼制御手段と、を設けたことを特徴とする多種燃料内燃機関。
2. 前記スモーク生成能演算手段は、前記燃焼室に導かれる燃料の酸素成分の濃度と当該燃料の理論空燃比の値とに基づいて当該燃料のスモーク生成能の演算を行うよう構成したことを特徴とする請求項１記載の多種燃料内燃機関。
3. 酸素成分が含まれている含酸素燃料と当該含酸素燃料とは燃料性状の異なる少なくとも１種類の燃料の内で少なくとも１つを燃焼室に導いて燃焼させることの可能な多種燃料内燃機関において、
   前記燃焼室に導かれる燃料の水素成分と炭素成分の比を求め、スモークの生成が予測される運転領域のときに当該燃料の水素成分と炭素成分の比に基づいてスモークの生成が抑えられるよう燃焼制御を行う燃焼制御手段を設けたことを特徴とする多種燃料内燃機関。

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