(57)【要約】【課題】混合燃料を使用する内燃機関において、容易な構成で燃焼を安定化させることができ、出力の向上及び燃費の向上を実現することのできる内燃機関を提供すること。【解決手段】ガソリン及びエタノールの混合燃料が供給されるエンジン(1)において、混合燃料が貯留される燃料タンク(60)内に水を添加し当該混同燃料からエタノール水を分離抽出させ、高負荷運転時には吸気ポート内にアルコール水の噴射を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン及びアルコールの混合燃料を貯留する燃料タンクと、
該燃料タンク内に水を添加する水添加手段と、
該水添加手段により水を添加することで前記混合燃料から分離抽出されたアルコール水を内燃機関に供給するアルコール水供給手段と、
前記アルコール水が分離抽出された後の残留燃料を前記内燃機関に供給する残留燃料供給手段と、
前記内燃機関の負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、
前記内燃機関の通常運転時には前記残留燃料供給手段を作動させるとともに、前記負荷状態検出手段により所定以上の負荷が検出された時には少なくとも前記アルコール水供給手段を作動させる制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記水添加手段は水を貯留する水タンクを有しており、
該水タンクには、前記内燃機関が搭載される車両に設けられた空調装置で発生した凝縮水が貯留可能となっていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリン及びアルコールの混合燃料が供給される内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガソリンとアルコールとを混合した混合燃料を使用する内燃機関（以下、単にエンジンという）がある。
ただし、当該混合燃料は、アルコールの親水性が高いため当該混合燃料内に水が混入すると容易にガソリンとアルコールとが分離するという性質を有している。例えばエタノール１０％混合ガソリン（所謂Ｅ１０燃料）に対して体積比０．５％程度の水を添加することで完全にガソリンとエタノール水とに分離する。このため、混合燃料を使用する内燃機関では、燃料タンク内への水の浸入を厳重に防止したり、アルコール濃度に応じた燃料噴射制御等を行う必要があり構成及び制御が複雑となっていた。
【０００３】
また、当該混合燃料を使用する内燃機関ではガソリンのみを使用する内燃機関に比べ低温時の燃焼が不安定となり易いため低温始動が困難であるという問題があった。
そこで、内燃機関の低温始動時に燃料通路内に水を供給することで混合燃料を分離させガソリンのみでの燃料噴射を行うことで低温始動性を向上させる内燃機関の始動システムが開発されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２５７９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術では、燃料通路であるデリバリパイプ内に水を供給しており、このような構成では僅かな振動等で分離したガソリンとアルコールとが撹拌されてしまい、正確なガソリン噴射を行うことは困難である。また、当該特許文献１では分離されたアルコールの処理については考慮されていない。
また、上記特許文献１では、混合燃料を分離させるための水を貯留する水タンクを備えているが、当該水タンクへの水をどのように補給するか等も考慮されておらず、水タンク内の水がなくなり混合燃料の分離が不可能となれば燃焼が不安定となり始動性が悪化するという問題がある。ただし、水の補給を車両の使用者が行うことになると使用者の作業が増加するという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、混合燃料を使用する内燃機関において、容易な構成で燃焼を安定化させることができ、出力の向上及び燃費の向上を実現することのできる内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関では、ガソリン及びアルコールの混合燃料を貯留する燃料タンクと、該燃料タンク内に水を添加する水添加手段と、該水添加手段により水を添加することで前記混合燃料から分離抽出されたアルコール水を内燃機関に供給するアルコール水供給手段と、前記アルコール水が分離抽出された後の残留燃料を前記内燃機関に供給する残留燃料供給手段と、前記内燃機関の負荷状態を検出する負荷状態検出手段と、前記内燃機関の通常運転時には前記残留燃料供給手段を作動させるとともに、前記負荷状態検出手段により所定以上の負荷が検出された時には少なくとも前記アルコール水供給手段を作動させる制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
請求項２の内燃機関では、請求項１において、前記水添加手段は水を貯留する水タンクを有しており、該水タンクには、前記内燃機関が搭載される車両に設けられた空調装置で発生した凝縮水が貯留可能となっていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
上記手段を用いる本発明の請求項１の内燃機関では、ガソリン及びアルコールの混合燃料が供給される内燃機関において、混合燃料が貯留される燃料タンク内に水を添加させることで元々分離しやすい混同燃料からアルコール水を分離抽出し、且つ当該アルコール水及び残留燃料を内燃機関に供給する供給手段をそれぞれ備え、通常運転時には残留燃料を内燃機関に供給することで運転する。そして、高負荷運転時には内燃機関へのアルコール水の供給を行うことで、当該アルコール水の気化潜熱により燃焼温度を低下させることができる。これにより、高負荷時のノッキングを抑制させ内燃機関の高圧縮比化を実現し、高出力化させることができるとともに、低負荷運転での燃費を向上させることができる。
【０００９】
以上のように本発明の請求項１の内燃機関によれば、混合燃料が供給される内燃機関において、容易な構成で燃焼を安定化させることができる上、出力の向上及び燃費の向上を実現することができる。
請求項２の内燃機関によれば、水添加手段は水タンクを有しており、当該水タンクに車両の空調装置で発生した凝縮水を補給可能とすることで、車両の使用者による水補給作業の増加を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の概略構成図が示されている。
図１に示すエンジン１（内燃機関）は、例えばエタノール１０％混合ガソリン（以下Ｅ１０燃料という）対応の４サイクル直列４気筒型エンジンであり、図１にはそのうちの１つの気筒についての縦断面が示されている。なお、図示されていない他の気筒は、当該図１に示す気筒と同様の構成をなしている。
【００１１】
図１に示すように、エンジン１はシリンダブロック２にシリンダヘッド４が載置されて構成されている。
シリンダブロック２に形成されている気筒６内には上下摺動可能にピストン８が設けられている。当該ピストン８はコンロッド１０を介してクランクシャフト１２に連結されている。そして、当該クランクシャフト１２のクランク角を検出するクランク角センサ１４が設けられている。
【００１２】
また、気筒６に対応してシリンダヘッド４の下面には所謂ペントルーフ型の斜面が形成されおり、当該シリンダヘッド４下面、気筒６、及びピストン８上面に囲まれて燃焼室１６が形成されている。
また、シリンダヘッド４下面の中央部分には、燃焼室１６に臨むようにして点火プラグ１８が設けられている。
【００１３】
また、シリンダヘッド４には、シリンダヘッド４下面の斜面一側からシリンダヘッド４の一側面に向かって吸気ポート２０が形成されており、シリンダヘッド４下面の斜面他側からシリンダヘッド４の他側面に向かって排気ポート２２が形成されている。
また、シリンダヘッド４には、燃焼室１６と吸気ポート２０との連通及び遮断を行う吸気弁２４、燃焼室１６と排気ポート２２との連通及び遮断を行う排気弁２６がそれぞれ設けられている。
【００１４】
さらに、シリンダヘッド４には吸気ポート２０内にガソリンを噴射するガソリン噴射弁２８（残留燃料供給手段）及びエタノール水を噴射するエタノール水噴射弁３０（エタノール水供給手段）が設けられている。
また、シリンダヘッド４の一側面には吸気ポート２０と連通するように吸気マニホールド３２が接続されている。そして、当該吸気マニホールド３２はサージタンク３４と接続されており、当該サージタンク３４は吸気管３６と接続されている。
【００１５】
当該吸気管３６には、吸気量を調節する電子スロットルバルブ３８が設けられており、その吸気上流側には吸気を冷却するインタークーラ４０が設けられており、さらに吸気上流側には排気流により駆動して吸気を過給するターボチャージャ４２のコンプレッサが設けられている。
また、当該ターボチャージャ４２より吸気上流側には吸入空気量を検出するエアフローセンサ４４が設けられ、吸気管３６の吸気上流端にはエアクリーナ４６が設けられている。
【００１６】
一方、シリンダヘッド４の他側面には排気ポート２２と連通するように排気マニホールド４８が接続されている。
当該排気マニホールド４８には排気管５０が接続されており、当該排気管５０には上記コンプレッサと同期回転するターボチャージャ４２のタービンが設けられている。
また、当該エンジン１を搭載する車両にはＥ１０燃料を貯留する燃料タンク６０が設けられている。
【００１７】
当該燃料タンク６０は、上部に形成された主タンク６２及び下部に形成された副タンク６４から構成されている。
詳しくは、燃料タンク６０は、箱状の主タンク６２の底面に、同じく箱状であり主タンク６２よりも容積が小である（例えば主タンク容積の１０％）副タンク６４の上面が連通して形成されている。そして、当該主タンク６２と副タンク６４とは複数の孔が穿設されたバッフルプレート６６により区画されている。
【００１８】
また、主タンク６２の底部分にはガソリン供給パイプ６８を介して上記ガソリン噴射弁２８と接続された主ポンプ７０が配設されており、副タンク６４の底部分にはエタノール水供給パイプ７２を介して上記エタノール水噴射弁３０と接続された副ポンプ７４が配設されている。なお、ガソリン供給パイプ６８及びエタノール水供給パイプ７２には、図示しないがフィルタ、デリバリパイプ等が介装されている。
【００１９】
また、主タンク６２の上部には、車体側壁に形成されている図示しない給油口と連通された給油パイプ７６が接続されているとともに、燃料タンク６０内の燃料量を検出する燃料ゲージ７８が設けられている。
また、当該主タンク６２の上部には水添加パイプ８０の一端が接続されている。
当該水添加パイプ８０は、途中にチェックバルブ８２、水添加ポンプ８４、フィルタ８６が介装され、他端は水を貯留する水タンク８８に接続されている。そして、当該水添加パイプ８０は、水添加ポンプ８４が作動することで水タンク８８内の水を燃料タンク６０内へと添加する機能を有している（水添加手段）。
【００２０】
また、水タンク８８は、例えば燃料タンク６０の燃料貯留可能量に対して０．５％の水を貯留することが可能な容積を有しており、当該水タンク８８の上部にはオーバーフローした水を排出するための排水通路９０が形成されている。
さらに、当該水タンク８８の上部には凝縮水パイプ９２の一端が接続されている。
当該凝縮水パイプ９２は、他端が車両に搭載されたエアコン装置のエバポレータ９４部分に接続されており、エアコン装置作動時にエバポレータ９４において発生する凝縮水を水タンク８８内に補給する機能を有している。なお、当該水タンク８８には図示しないが車両の使用者による水補給も可能な補給口も形成されている。
【００２１】
また、車両には、エンジン１の運転制御等をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置としてＥＣＵ９６が設けられており、当該ＥＣＵ９６は、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うとともに、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
例えば、ＥＣＵ９４の入力側には、上記クランク角センサ１４、エアフローセンサ４４、燃料ゲージ７８、及び車両の加減速操作を行うアクセルペダルのアクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）９８等の各種センサ類が接続されている（負荷状態検出手段）。また、ＥＣＵ９６の出力側には各気筒の点火プラグ１８、ガソリン噴射弁２８、エタノール水噴射弁３０、電子スロットルバルブ３８、主ポンプ７０、副ポンプ７４、水添加ポンプ８４等の各種デバイス類が接続されている。
【００２２】
そして、ＥＣＵ９４は、上記各種センサ類から取得される情報に基づき各気筒４への燃料噴射及び点火等を制御するとともに、給油されたＥ１０燃料からエタノール水を分離抽出させる制御等を行う。
以下、このように構成された本発明に係る内燃機関の作用について説明する。
給油口からＥ１０燃料が給油され、燃料タンク６０内の燃料給油量を燃料ゲージ７８により検知しつつ、この検知結果に応じて、ＥＣＵ９６が水添加ポンプ８４を作動させ水タンク８８内に貯留された水を燃料タンク６０内へ添加する。なお、燃料タンク６０内へ添加する水量は、給油されたＥ１０燃料を全てガソリンとエタノール水とに分離可能な量、即ち上記一定量に対して０．５％程度の水量とする。
【００２３】
水が添加されたＥ１０燃料は、親水性が高くガソリンに比べ密度の高いエタノール水が下側に、ガソリンが上側に位置するよう分離する。なお、ここでエタノール水とガソリンの比重の違いを利用して、境界面に浮遊するフロートにてエタノール量を検知してもよい。エタノール量を的確に検知することで、副タンク６４のエタノール水が主タンク６２に侵入することにより主ポンプ７０がエタノール水を吸い上げることを防止できる。例えば、エタノール水量が副タンク６４の容量を超えそうになれば、エタノール水を多めに噴射するような制御を施すことも可能である。
【００２４】
そして、下側に分離するエタノール水は、バッフルプレート６６の孔を通過して副タンク６４内に貯留される。なお、当該副タンク６４内に貯留されたエタノール水はバッフルプレート６６により主タンク６２と区画されていることで、車両の振動等による油面変動が抑制され、ガソリンとの撹拌は防止される。
一方、燃料タンク６０内へ水を添加したことで水タンク８８内の水量は減少または空になるが、エアコン装置の作動に伴いエバポレータ９４において凝縮水が発生することで、凝縮水パイプ９２を介して当該凝結水が水タンク８８内に補給される。
【００２５】
なお、ここで凝縮水を確保するために、例えばエアコン装置のスイッチが非作動状態である場合でも、車両減速時の回生制動トルクによりエアコン装置のコンプレッサを作動させることで、エバポレータ９４における凝縮水の発生を促進させることが好ましい。また、凝結水による水の補給が次回の給油までに間に合わないような場合には、使用者による水補給も可能である。
【００２６】
また、ＥＣＵ９６は、上記ＡＰＳ９８より検出されるアクセル開度及びエアフローセンサ４４より検出される吸入空気量に基づきエンジン負荷を算出するとともに、上記クランク角センサ１４より検出されるクランク角からエンジン回転速度を算出し、当該エンジン負荷及びエンジン回転速度に応じて燃料噴射制御及び点火制御を行う。
詳しくは、ＥＣＵ９６に記憶されているエンジン負荷及びエンジン回転速度に応じたマップに基づきガソリン噴射量、噴射時期及び点火時期を設定し、当該設定値に応じてガソリン噴射弁２８及び点火プラグ１８の制御を行う。
【００２７】
また、ＥＣＵ９６はエンジン負荷が所定負荷以上の高負荷運転時には、ガソリン噴射に加えて、副ポンプ７４を作動させ副タンク６４内に貯留されているエタノール水をエタノール水噴射弁３０へ供給し、当該エタノール水噴射弁３０より吸気ポート２０内にエタノール水も噴射させるよう制御する。
このように高負荷運転時にエタノール水を吸気ポート２０内へ噴射することで、当該エタノール水の気化潜熱により燃焼温度を低下させることができ、ノッキングを抑制させることができる。
【００２８】
したがって、エンジン１の高圧縮比化し、高出力化させることができるとともに低負荷運転時の燃費を向上させることができる。
また、Ｅ１０燃料対応エンジンにおいて、Ｅ１０燃料を分離したガソリン噴射による運転を行うことで、従来のような燃料タンク内への水浸入防止やアルコール濃度に応じた制御を行う必要がなくなり、低温始動性の悪化も解消することができる。
【００２９】
また、エタノール水は、元々分離しやすいＥ１０燃料に対して０．５％程度の少量の水を添加させるだけで十分な量を確保することができる。
さらに、当該Ｅ１０燃料に添加するための水においても、エアコン装置のエバポレータ９４で発生する凝縮水により補給可能であるため、車両の使用者による水補給作業の増加を防止することができる。
【００３０】
このように、本発明に係る内燃機関は、混合燃料を使用する内燃機関において、容易な構成で燃焼を安定化させることができ、出力の向上及び燃費の向上を実現することができる。
以上で本発明に係る内燃機関の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
【００３１】
例えば、変形例として、図２に示すように上記実施形態のエタノール水供給パイプ７２から水タンク８８へと分岐させた分岐通路１００を形成するとともに、当該分岐通路１００にＥＣＵ９６により制御されるエタノール水制御バルブ１０２を設けた構成とする。
そして、副ポンプ７４作動時に、エタノール水制御バルブ１０２を開放することで水タンク８８内にエタノール水を供給する。
【００３２】
このように水タンク８８内の水にエタノール水が供給されることで、水タンク内の水の腐食及び凍結を防止することができる。
また、他の変形例として、図示しないが上記実施形態のターボチャージャ４２よりも吸気下流側の吸気管３６と水タンク８８上面とを接続する過給圧通路を形成するとともに、当該過給圧通路にＥＣＵ９６により制御される過給圧制御バルブを設け、上記実施形態における水添加ポンプ８４をなくした構成とする。
【００３３】
そして、Ｅ１０燃料給油後、ターボチャージャ４２による過給圧が所定圧以上となったときに過給圧制御バルブを開放させることで、当該過給圧により水タンク８８内の水を燃料タンク６０内へと添加させる。
これにより、水添加ポンプ８４を不要とした簡単な構成とすることができる。
この他にも、例えば上記実施形態におけるエンジン１は、混合燃料としてＥ１０燃料対応のエンジンであるが、他のアルコール混合燃料を使用するエンジンにも本発明の適用は可能である。
【００３４】
また、上記実施形態では燃料タンク６０の副タンク６４は箱状で容積が主タンク容積の１０％としているが、形状及び容積はこれに限られるものではなく、分離したアルコール水を十分に貯留可能なものであればよい。例えば、給油される混合燃料がエタノール２０％混合燃料である場合には、副タンクの容積は主タンクの２０％以上であることが好ましい。
【００３５】
また、上記実施形態では、水タンク８８の容積は燃料タンク６０の燃料貯留可能量に対して０．５％としているが、当該水タンク８８の容積はこれに限られるものではなく、例えばより大きな容積にしても構わない。
また、上記実施形態におけるエンジン１は、ガソリン噴射弁２８により吸気ポート内にガソリンを噴射するものであるが、例えばガソリン噴射弁が燃焼室内に直接ガソリンを噴射する筒内噴射型エンジンであっても構わない。また、エタノール水噴射弁においても、燃焼室内に直接エタノール水を噴射する構成としても構わない。
【００３６】
また、上記実施形態では混合燃料（Ｅ１０燃料）をガソリン及びエタノール水に完全に分離させているが、このような構成に限られるものではなく、例えば混合燃料からエタノール水を一部分離抽出し、通常運転時においては残留した混合燃料による運転を行い、高負荷運転時にエタノール水も供給するような構成としても構わない。この場合には、残留燃料供給手段にアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ等を設けることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】変形例の要部を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  エンジン（内燃機関）
１４  クランク角センサ（負荷状態検出手段）
２８  ガソリン噴射弁（残留燃料供給手段）
３９  エタノール水噴射弁（エタノール水供給手段）
４４  エアフローセンサ（負荷状態検出手段）
６０  燃料タンク
６２  主タンク
６４  副タンク
６６  バッフルプレート
７０  主ポンプ（残留燃料供給手段）
７４  副ポンプ（エタノール水供給手段）
７８  燃料ゲージ
８０  水添加パイプ（水添加手段）
８４  水添加ポンプ（水添加手段）
８８  水タンク（水添加手段）
９４  エバポレータ
９６  ＥＣＵ（制御手段）
９８  アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）（負荷状態検出手段）
【図１】
2008248840.tif 000003
【図２】
2008248840.tif 000004