(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコールにより運転可能な内燃機関の制御装置において、
前記機関の温度または前記機関の雰囲気温度を検出する温度検出手段と、
前記アルコールから水素を生成する水素生成手段と、
前記機関の始動時に、前記水素生成手段にて生成された水素を前記機関に供給する水素供給手段と、
前記機関の始動時に空気とアルコールの混合気の始動空燃比を、前記機関の温度または前記機関の雰囲気温度に応じて設定する始動空燃比設定手段と、
前記機関に供給する空気とアルコールの比率が前記始動空燃比となるように、前記機関に前記アルコールを供給するアルコール供給手段とを備え、
前記水素供給手段は、前記機関の温度または前記機関の雰囲気温度が所定温度より低いときにのみ、前記機関の温度または前記機関の雰囲気温度が低下するほど前記混合気中の水素濃度が高くなるように始動水素濃度を設定し、水素の供給を行うとともに、
前記始動空燃比設定手段は、前記機関の温度または前記機関の雰囲気温度が前記所定温度より低いときにのみ、前記始動空燃比を理論空燃比よりリーン側の空燃比に設定し、前記機関の温度または前記機関の雰囲気温度が低下するほどよりリーン側の空燃比に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特にアルコールにより運転可能な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンに代えてアルコールを燃料として運転可能な内燃機関は、アルコールがガソリンより気化し難いため、特に始動性が悪いという課題がある。この課題を解決するために、特許文献１には、アルコールの一部を水素及び一酸化炭素を主成分とするガス燃料に改質し、該改質により得られるガス燃料を始動時に供給することにより、始動性を向上させたアルコール燃料エンジンの始動装置が示されている。
【０００３】
【特許文献１】特公昭６２−５９２１５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、ガス燃料を補助的に使用したとしても、始動時の機関温度あるいは周囲温度によっては、良好な始動性が得られないことがある。上記特許文献１は、ガス燃料をどの程度供給するかについては記載しておらず、前記始動装置は、加熱により確実な始動性を確保する手法を採用している。そのため、加熱用のヒータが必要になり、構造の複雑化及びコストの上昇を招いていた。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、アルコールにより運転可能な内燃機関を始動する際に、水素を燃料として使用し、かつヒータを用いることなく確実に始動性を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、アルコールにより運転可能な内燃機関の制御装置において、前記機関の温度（ＴＷ）または前記機関の雰囲気温度（ＴＡ）を検出する温度検出手段と、前記アルコールから水素を生成する水素生成手段と、前記機関の始動時に、前記水素生成手段にて生成された水素を前記機関に供給する水素供給手段と、前記機関の始動時に空気とアルコールの混合気の始動空燃比（ＡＦＳＴ）を、前記機関の温度（ＴＷ）または前記機関の雰囲気温度（ＴＡ）に応じて設定する始動空燃比設定手段と、前記機関に供給する空気とアルコールの比率が前記始動空燃比（ＡＦＳＴ）となるように、前記機関に前記アルコールを供給するアルコール供給手段とを備え、前記水素供給手段は、前記機関の温度（ＴＷ）または前記機関の雰囲気温度（ＴＡ）が所定温度より低いときにのみ、前記機関の温度（ＴＷ）または前記機関の雰囲気温度（ＴＡ）が低下するほど前記混合気中の水素濃度が高くなるように始動水素濃度（Ｈ２ＳＴ）を設定し、水素の供給を行うとともに、前記始動空燃比設定手段は、前記機関の温度（ＴＷ）または前記機関の雰囲気温度（ＴＡ）が前記所定温度より低いときにのみ、前記始動空燃比（ＡＦＳＴ）を理論空燃比よりリーン側の空燃比に設定し、前記機関の温度（ＴＷ）または前記機関の雰囲気温度（ＴＡ）が低下するほどよりリーン側の空燃比に設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、機関始動時においては、空気とアルコールの比率が決定された始動空燃比となるように機関にアルコールが供給されるとともに、水素が供給される。具体的には、機関の温度または機関の雰囲気温度が所定温度より低いときにのみ、機関の温度または機関の雰囲気温度が低下するほど混合気中の水素濃度が高くなるように始動水素濃度が設定されるとともに、始動空燃比が理論空燃比よりリーン側の空燃比に設定され、しかも機関の温度または機関の雰囲気温度が低下するほどよりリーン側の空燃比に設定される。このような始動空燃比の設定により、冷間始動時において気化潜熱による燃焼室内温度の低下を抑制し、さらに水素濃度を機関温度または機関雰囲気温度が低下するほど混合気中の水素濃度が高くなるように設定することにより、始動性を一層向上させることができる。
【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を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、アルコールを燃料として運転可能な４気筒のエンジンである。エンジン１の吸気管２には、スロットル弁３が設けられている。スロットル弁３にはスロットル弁開度ＴＨを検出するスロットル弁開度センサ２２が連結されており、スロットル弁開度ＴＨに応じた検出信号を電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１１】
燃料噴射弁６は、吸気管２の途中であってエンジン１とスロットル弁３との間の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられている。さらにエンジン１の始動時に水素を噴射する水素噴射弁７が、燃料噴射弁６の近傍に設けらている。燃料噴射弁６は燃料供給管８を介して燃料タンク９に接続されており、また水素噴射弁７は、水素供給管１２を介して改質装置１１に接続されている。改質装置１１には、燃料通路１０を介して燃料、すなわちアルコール（例えばエタノール）が供給される。改質装置１１は、水及び空気中の酸素と、アルコールとを反応させて、水素を生成する。
【００１２】
燃料噴射弁６及び水素噴射弁７はＥＣＵ５に電気的に接続され、該ＥＣＵ５からの信号により開弁時間が制御される。吸気管２のスロットル弁３の下流側には吸気管内絶対圧ＰＢＡを検出する吸気管内絶対圧センサ２３、及び吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ２４が装着されている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。
【００１３】
エンジン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲にはエンジン回転数（エンジン回転速度）を検出するエンジン回転数センサ２５が取付けられている。エンジン回転数センサ２５はエンジン１のクランク軸の１８０度回転毎に所定のクランク角度位置でパルス（ＴＤＣパルス）を出力する。エンジン１の本体にはエンジン冷却水温ＴＷを検出するエンジン冷却水温センサ２６が装着されており、その検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００１４】
図２は、改質装置１１の構成を示すブロック図である。改質装置１１は、低温プラズマ反応器３３と、ガス回収部３４とを備えている。
低温プラズマ反応器３３は、低温プラズマにより、下記式（１）〜（３）で示す化学反応を促進し、水素、二酸化炭素、水、及び一酸化炭素の混合ガスを生成する。式（１）〜（３）は、部分酸化反応、完全酸化反応、ガスシフト反応を示す。低温プラズマを発生する装置は、従来公知のものがすべて使用可能であり、例えばパルスコロナ型、無声放電型、パックドベット型などがある。
【００１５】
Ｃ2Ｈ5ＯＨ＋１／２Ｏ2  →  ２ＣＯ＋３Ｈ2                    （１）
Ｃ2Ｈ5ＯＨ＋３Ｏ2  →  ２ＣＯ2＋３Ｈ2Ｏ                      （２）
ＣＯ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋Ｈ2                                  （３）
ガス回収部３４は、上記混合ガスから水素を回収して出力する。
【００１６】
図３は、エンジンの冷間始動時のアルコール供給制御を行う処理のフローチャートであり、この処理はＥＣＵ５のＣＰＵでＴＤＣパルスに同期して実行される。
ステップＳ１１では、吸気温ＴＡに応じて図５（ａ）に示すＡＦＳＴテーブルを検索し、始動空燃比ＡＦＳＴを算出する。ＡＦＳＴテーブルは、吸気温ＴＡが低下するほど、始動空燃比ＡＦＳＴが増加する（リーン化する）ように設定されている。図５（ａ）において吸気温ＴＡ１、ＴＡ２、及びＴＡ３は、例えば−２５℃、１０℃、及び２５℃であり、空燃比ＡＦ１、ＡＦ２、及びＡＦ３は、例えば２０、１０、及び９（アルコール燃料の理論空燃比に相当する）である。
【００１７】
ステップＳ１２では、始動空燃比ＡＦＳＴ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、燃料噴射弁６の開弁時間ＴＡＬを算出する。すなわち、開弁時間ＴＡＬは、エンジン１に供給される混合気中のアルコールと空気の質量比（空燃比）が始動空燃比ＡＦＳＴとなるように、エンジン回転数ＮＥに応じて決定される。
ステップＳ１３では、算出された開弁時間ＴＡＬに応じた燃料噴射弁６の駆動制御を行う。
【００１８】
図４は、エンジンの冷間始動時の水素供給制御を行う処理のフローチャートであり、この処理もＥＣＵ５のＣＰＵでＴＤＣパルスの発生に同期して実行される。
ステップＳ２１では、吸気温ＴＡに応じて図５（ｂ）に示すＨ２ＳＴテーブルを検索し、始動水素濃度Ｈ２ＳＴを算出する。Ｈ２ＳＴテーブルは、吸気温ＴＡが低下するほど、始動水素濃度Ｈ２ＳＴが増加するように設定されている。図５（ｂ）において吸気温ＴＡ１、ＴＡ２、及びＴＡ３は、同図（ａ）と同一であり、、水素濃度Ｈ２Ｎ１及びＨ２Ｎ２は、例えば８％及び２％（体積濃度）である。吸気温ＴＡが温度ＴＡ３以上であるときは、水素を供給しなくても始動できるので、始動水素濃度Ｈ２ＳＴは「０」としている。
【００１９】
ステップＳ２２では、始動水素濃度Ｈ２ＳＴ及びエンジン回転数ＮＥに応じて、水素噴射弁７の開弁時間ＴＨ２を算出する。すなわち、開弁時間ＴＨ２は、エンジン１に供給される混合気中の水素濃度Ｈ２Ｎが始動水素濃度Ｈ２ＳＴとなるように、エンジン回転数ＮＥに応じて決定される。
ステップＳ２３では、算出された開弁時間ＴＨ２に応じた水素噴射弁７の駆動制御を行う。
【００２０】
図３及び図４に示す処理によれば、空気とアルコールの比率（空燃比）ＡＦが決定された始動空燃比ＡＦＳＴとなるようにアルコールが供給されるとともに、吸気温ＴＡが低いときは（ＴＡ＜ＴＡ３）、水素が供給される。そして、吸気温ＴＡが低くなるほど、始動空燃比ＡＦＳＴがリーン側に設定されるとともに、始動水素濃度Ｈ２ＳＴが高くなるように設定される。これにより、機関温度が低い冷間始動時には、アルコールの気化潜熱による燃焼室内温度の低下を抑制しつつ、水素供給によって、エンジン始動性を一層向上させることができる。
【００２１】
本実施形態では、吸気温センサ２４またはエンジン冷却水温センサ２６が温度検出手段に相当し、改質装置１１が水素生成手段に相当し、燃料噴射弁６、燃料供給管８、及びＥＣＵ５がアルコール供給手段を構成し、水素噴射弁７、水素供給管１２、及びＥＣＵ５が水素供給手段を構成し、ＥＣＵ５が始動空燃比設定手段を構成する。具体的には、図３の処理がアルコール供給手段の一部及び始動空燃比設定手段に相当し、図４の処理が水素供給手段の一部に相当する。
【００２２】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、図５に示すテーブルを用いてエンジン１の雰囲気温度としての吸気温ＴＡに応じて、始動空燃比ＡＦＳＴ及び始動水素濃度Ｈ２ＳＴを決定するようにしたが、エンジン温度を示すエンジン冷却水温ＴＷに応じて始動空燃比ＡＦＳＴ及び始動水素濃度Ｈ２ＳＴを決定するようにしてもよい。この場合に使用するテーブルは、図５の横軸をエンジン冷却水温ＴＷに変更したものをほぼそのまま使用することができる。
【００２３】
また上述した実施形態では、アルコール１００％の燃料を使用するエンジンの始動制御を示したが、アルコールとガソリンの混合燃料を使用するエンジンについても同様の制御を行うことができる。ただし、混合燃料の理論空燃比はガソリンの理論空燃比（１４．７）と、アルコールの理論空燃比（９）との中間となり、両燃料の混合比ＲＭＩＸによって変化するので、図５（ａ）に示すテーブルを混合比ＲＭＩＸに応じて修正し、修正したテーブルを用いて始動空燃比ＡＦＳＴを決定する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す改質装置の構成を示すブロック図である。
【図３】エンジン始動時の燃料供給制御を行う処理のフローチャートである。
【図４】エンジン始動時の水素供給制御を行う処理のフローチャートである。
【図５】図３または図４の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  内燃機関
５  電子制御ユニット（アルコール供給手段、水素供給手段、始動空燃比設定手段）
６  燃料噴射弁（アルコール供給手段）
７  水素噴射弁（水素供給手段）
８  燃料供給管（アルコール供給手段）
９  燃料タンク
１０  燃料通路
１１  改質装置（水素生成手段）
１２  水素供給管（水素供給手段）
２４  吸気温センサ（温度検出手段）
２６  エンジン冷却水温センサ（温度検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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