JP4424283B2 - 火花点火式内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、火花点火式内燃機関におけるノッキング抑制技術に関する。

火花点火式内燃機関において、その高負荷運転時のノッキングを抑制する方法としては、点火時期を遅角させることが一般に知られている。しかし、点火時期の遅角は燃焼を悪化させ、出力の低下と排気エミッションの悪化を招いてしまうため、点火時期の遅角によらないノッキングの抑制技術が求められている。

ノッキングは、エンドガス領域において未燃ガスが既燃ガスに圧縮され、その温度及び圧力が自着火条件に達したときに起きる。したがって、エンドガス領域のガス温度が自着火条件に達しないように燃焼室内を冷却することができれば、ノッキングを抑制することができると考えられる。

燃焼室内を冷却してガス温度を低下させる技術としては、例えば、特許文献１に開示されるように、燃焼室内に水を直接噴射することが知られている。水はそれ自体温度が低く、また、気化する際に周囲のガスから熱（気化潜熱）を奪うので、燃焼室内のガス温度を効果的に低下させることができる。
特開平１０−５４３０６号公報 特開２０００−２２０４８２号公報 特開平８−１７７４９７号公報 特開２００４−３４６８３２号公報

しかしながら、燃焼室内に水を噴射する場合、噴射された全ての水が蒸気となって燃焼室から排出されるとは限らない。一部の水は気化する前にシリンダ壁面に付着し、シリンダ壁面のアルコールと混じってしまう。水噴射の度に一部の水がアルコールへ混じっていくと、やがてアルコールの白濁やエマルジョン化が生じ、内燃機関の潤滑性能が低下してしまう可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の運転性能に悪影響を及ぼすことなく、燃焼室内のガス温度を低下させることでノッキングを抑制できるようにした火花点火式内燃機関を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、
燃焼室内にアルコールを直接噴射可能なアルコール噴射弁と、
ノッキングの発生時期に合わせて前記アルコール噴射弁からアルコールを噴射する制御手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
ノッキングを検出或いは予測する手段を備え、
前記制御手段は、ノッキングが検出或いは予測された場合に、前記アルコール噴射弁からアルコールを噴射することを特徴としている。

第３の発明は、第２の発明において、
前記制御手段は、アルコールの噴射後もノッキングが検出或いは予測されるときには、前記アルコール噴射弁からのアルコール噴射量を徐々に増量していくことを特徴としている。

第４の発明は、第３の発明において、
前記制御手段は、前記アルコール噴射弁からのアルコールの噴射量が規定量に達した場合には、アルコール噴射量の増量を停止し、アルコール噴射量の増量停止後もノッキングが検出或いは予測されるときには、点火時期を徐々に遅角していくことを特徴としている。

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
アルコール含有燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁に供給されるアルコール含有燃料からアルコールを取り出し、取り出したアルコールを前記アルコール噴射弁に供給する分離供給手段と、
を備えることを特徴としている。

第６の発明は、第５の発明において、
前記分離供給手段は、アルコール含有燃料から取り出したアルコールを貯留する貯留部を有し、前記貯留部に貯留されているアルコールを前記アルコール噴射弁に供給することを特徴としている。

第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記アルコール噴射弁は、アルコールを前記燃焼室内の内壁面に沿って噴射することを特徴としている。

第１の発明によれば、ノッキングの発生時期に合わせて燃焼室内にアルコールが噴射されることで、アルコールの気化潜熱によって燃焼室内を冷却し、ガス温度を低下させてノッキングを抑制することができる。アルコールは、水やガソリン等に比較して単位重量当たりの気化潜熱が大きいので、アルコールを噴射することによる冷却効果は極めて高い。さらに、アルコールの噴射により燃焼室内のガスに乱れが生じる結果、燃焼速度が上がってノッキングが抑制されるという効果もある。

また、燃焼室内に水を噴射する場合には、気化しなかった水が潤滑油に混ざることで、潤滑油の白濁、エマルジョン化による潤滑性能の低下を招くおそれがあるが、アルコールは低沸点であり気化しやすいので、水を噴射する場合のように白濁やエマルジョン化を起こす可能性は低い。つまり、第１の発明によれば、水を噴射する場合のように内燃機関の潤滑性能に悪影響を及ぼすことなく、ノッキングを抑制することができる。

第２の発明によれば、実際にノッキングが検出された場合、或いは、ノッキングが予測される場合にアルコールが噴射されるので、アルコールを効率的に使用してノッキングを抑制することができる。

第３の発明によれば、ノッキングが抑制されるまではアルコール噴射量を徐々に増量していくことにより、アルコールの使用量を抑えながらノッキングを確実に抑制することができる。

第４の発明によれば、アルコール噴射量が規定量に達した場合には、アルコール噴射量の増量から点火時期の遅角へとノッキング抑制の方法が切り替えられるので、アルコールの過大な消費によるアルコール残量の不足や、空燃比のリッチ化による排気エミッションの悪化を防止しつつ、ノッキングを確実に抑制することができる。

第５の発明によれば、ノッキング抑制に必要なアルコールは原燃料のアルコール含有燃料から取り出すことができるので、アルコールを原燃料とは別搭載する必要がなく、省スペース化が可能になる。

第６の発明によれば、アルコール噴射弁に供給されるアルコールは貯留部に貯留されているので、ノッキングが検出された場合、或いは、ノッキングが予測される場合、アルコール含有燃料からアルコールが取り出されるのを待つまでもなく、燃焼室内にアルコールを速やかに噴射することができる。

第７の発明によれば、アルコールを燃焼室内の内壁面に沿って噴射することで、燃焼室中央を冷却することなくエンドガス領域のみを効果的に冷却することができ、ノッキングをより効果的に抑制することができる。

実施の形態１．
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。

図１は本発明の実施の形態１としての火花点火式内燃機関の概略構成を示す図である。本実施形態にかかる内燃機関は、アルコール含有ガソリンを燃料とする火花点火式の４ストロークエンジンであり、図示していないが複数の気筒を有している。本実施形態にかかる内燃機関は、その内部にピストン８が配置されたシリンダブロック６と、シリンダブロック６に組み付けられたシリンダヘッド４を備えている。ピストン８の上面からシリンダヘッド４までの空間が各気筒の燃焼室１０を形成している。

シリンダブロック６には、ノックセンサ７６が取り付けられている。ノックセンサ７６は、燃焼室１０内からシリンダブロック６に伝わるノッキング振動（ノッキング信号）を検出し、ノッキング振動に応じた信号を出力する。ノックセンサ７６としては共振型、非共振型の何れを用いてもよい。

各気筒の燃焼室１０には吸気通路２０と排気通路３０が接続されている。燃焼室１０と吸気通路２０の接続部にはその連通状態を制御する吸気バルブ１２が設けられ、燃焼室１０と排気通路３０との接続部にはその連通状態を制御する排気バルブ１４が設けられている。また、燃焼室１０の頂部には、燃焼室１０内に突出するように点火プラグ１６が取り付けられている。

吸気通路２０の上流端にはエアクリーナ２２が設けられ、空気はエアクリーナ２２を介して吸気通路２０内に取り込まれる。吸気通路２０におけるエアクリーナ２２の下流には、吸入空気量に応じた信号を出力するエアフローメータ７２が配置されている。エアフローメータ７２の下流には、電子制御式のスロットル２４が配置されている。また、吸気通路２０の下流部には、燃料であるアルコール含有ガソリンを燃焼室１０に供給するためのガソリンインジェクタ２６が取り付けられている。ガソリンインジェクタ２６は、気筒毎に設けられている。

排気通路３０には触媒３２が配置されている。燃焼室１０から排出された排気ガスは触媒３２を通過する際に浄化されてから大気中に排出される。排気通路３０における触媒３２の上流には、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力する酸素センサ７８が配置されている。

本実施形態にかかる内燃機関は、燃焼室１０内にアルコールを直接噴射することができるアルコールインジェクタ（アルコール噴射弁）４０を備えている。アルコールインジェクタ４０は、その噴射口が燃焼室１０内を臨むようにシリンダヘッド４に取り付けられている。また、このアルコールインジェクタ４０は、気筒毎に設けられている。図２は、アルコールインジェクタ４０によるアルコールの噴霧形態を燃焼室１０の横断面で見た図である。この図に示すように、アルコールインジェクタ４０はアルコールを燃焼室１０の中央に向けてではなく、燃焼室１０の内壁面１０ａに沿って噴射する。

アルコールインジェクタ４０が噴射するアルコールは、アルコール含有ガソリンから分留されたアルコールであり、例えばエタノールやメタノールである。本実施形態にかかる内燃機関は、アルコール含有ガソリンからアルコールを分留するための分留器５０を備えている。分留器５０は、アルコール含有ガソリンを貯留した燃料タンク４２に燃料供給ライン５２によって接続されている。燃料タンク４２内のアルコール含有ガソリンは、燃料供給ライン５２に配置されたポンプ４４によって吸い上げられ、分留器５０に供給される。ポンプ４４は、内燃機関本体２によって駆動される機械式ポンプでもよく、モータによって駆動される電動式ポンプでもよい。

分留器５０には、エンジン本体２を通過してラジエータ６０に戻る前の冷却水が導入されている。分留器５０内では、ポンプ４４によって分留器５０に供給されたアルコール含有ガソリンと、エンジン本体２を通過した後の冷却水との間で熱交換が行われる。アルコール（本実施形態ではエタノールやメタノール）の沸点は９０℃以下であるので、冷却水との間で熱交換を行うことでアルコール含有ガソリンからアルコールが分留される。

アルコールインジェクタ４０は、アルコール供給ライン５６によって分留器５０に接続されている。アルコール供給ライン５６には、ポンプ４８が配置されている。分留器５０でアルコール含有ガソリンから分留されたアルコールは、ポンプ４８によって吸い上げられ、燃焼室１０内の燃焼ガス圧よりも高い所定圧まで圧縮されてからアルコールインジェクタ４０へ供給される。ポンプ４８は、内燃機関本体２によって駆動される機械式ポンプでもよく、モータによって駆動される電動式ポンプでもよい。本実施形態では、これら分留器５０、アルコール供給ライン５６及びポンプ４８によって、第１の発明にかかる「分離供給手段」が構成されている。ポンプ４８には、図示しないリリーフ弁が配置されている。リリーフ弁は、ポンプ４８の下流側におけるアルコール圧が所定のリリーフ圧に達したときに開弁する。リリーフ弁には、その開弁時にアルコール供給ライン５６から放出されるアルコールを燃料タンク４２に戻すためのリターンライン５８が接続されている。

ガソリンインジェクタ２６は、ガソリン供給ライン５４によって分留器５０に接続されている。ガソリン供給ライン５４には、ポンプ４６が配置されている。含有する一部のアルコールを分留されたアルコール含有ガソリンは、ポンプ４６によって分留器５０内から吸い上げられ、ガソリンインジェクタ２６へ供給される。ポンプ４６は、内燃機関本体２によって駆動される機械式ポンプでもよく、モータによって駆動される電動式ポンプでもよい。ポンプ４６には、図示しないリリーフ弁が配置されている。リリーフ弁は、ポンプ４６の下流側におけるガソリン圧が所定のリリーフ圧に達したときに開弁する。リリーフ弁には、その開弁時にガソリン供給ライン５４から放出されるアルコール含有ガソリンを燃料タンク４２に戻すためのリターンライン５８が接続されている。

また、本実施形態にかかる内燃機関は、その制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０を備えている。ＥＣＵ７０の出力側には前述の点火プラグ１６、スロットル２４、ガソリンインジェクタ２６、アルコールインジェクタ４０等の種々の機器が接続されている。ＥＣＵ７０の入力側には、前述のノックセンサ７６、エアフローメータ７２及び酸素センサ７８の他、クランクシャフト１８の回転角度に応じた信号を出力するクランク角センサ７４等の種々のセンサ類が接続されている。ＥＣＵ７０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を制御している。

ＥＣＵ７０が実行する内燃機関の制御の１つに、ノッキングを抑制するためのノッキング抑制制御がある。ＥＣＵ７０は、ノックセンサ７６が出力する信号に基づいてノッキングの発生を検出し、ノッキング抑制制御を実行する。本実施形態においてＥＣＵ７０により実行されるノッキング抑制制御の内容は、図３を用いて説明することができる。図３は、ＥＣＵ７０により実行されるノッキング抑制制御のルーチンを示すフローチャートである。ノッキングは点火時期に関係するので、本ルーチンにおいては、ノッキング抑制制御は点火時期制御と併せて実行される。

図３に示すルーチンの最初のステップ１００では、現時点におけるエンジン回転数とスロットル開度が取得される。エンジン回転数はクランク角センサ７４の信号から取得することができ、スロットル開度はＥＣＵ７０から電子制御スロットル２４へ供給される指令値から取得することができる。次のステップ１０２では、取得したエンジン回転数とスロットル開度に応じた適正点火時期、つまり、出力が最大となる点火時期（ＭＢＴ）が求められ、適正点火時期で内燃機関の運転が行われる。

ステップ１０４では、ノックセンサ７６が出力する信号に基づいてノッキングが発生しているか否か判定される。ノッキングが発生していない場合には、本ルーチンは終了する。ノッキングが発生している場合には、ノッキング抑制制御として、ステップ１０６乃至１１０の処理が実行される。

ステップ１０６では、ノッキングの発生時期（ＴＤＣ後のノッキングが最も発生しやすい時期）に合わせて、アルコールインジェクタ４０から燃焼室１０内にアルコールが直接噴射される。アルコールインジェクタ４０から噴射されたアルコールは、燃焼室１０内の燃焼熱によって気化し、燃料であるアルコール含有ガソリンと同様に燃焼する。なお、点火時期は不変であり、ステップ１０２で設定された適正点火時期での運転が継続される。

アルコールは周囲の燃焼ガスに比較して温度が低く、また、気化する際に周囲のガスから熱を奪う。しかも、アルコールの単位重量当たりの気化潜熱は、水やガソリンに比較して極めて高い。したがって、燃焼室１０内にアルコールを直接噴射することで、燃焼室１０内を効果的に冷却することができ、ガス温度を低下させてノッキングを抑制することができる。しかも、アルコールは燃焼室１０の内壁面１０ａに沿って噴射されるので、燃焼室１０の中央を冷却して燃焼を悪化させることなく、エンドガス領域のみを効果的に冷却することができる。さらに、噴射されたアルコールの粒によって燃焼室１０内のガスに乱れが生じる結果、燃焼速度が上がってノッキングが抑制されるという効果もある。

次のステップ１０８では、ノックセンサ７６が出力する信号に基づいて、アルコール噴射後のノッキングの有無について判定される。アルコール噴射後も依然としてノッキングが発生している場合には、次のステップ１１０において、アルコールインジェクタ４０から噴射するアルコール量の設定が増量側に補正される。次回のステップ１０６の処理では、増量されたアルコールがアルコールインジェクタ４０から燃焼室１０内へ直接噴射される。アルコール噴射量が増量されることで、燃焼室１０の冷却効果が高まってノッキングの抑制効果も向上する。アルコール噴射量の増量はステップ１０８の判定においてノッキングが発生しなくなるまで続けられ、ノッキングが発生しなくなった時点で本ルーチンは終了する。

以上のように、図３に示すルーチンを実行することで、アルコールの気化潜熱による冷却効果によって燃焼室１０内のガス温度を低下させることができ、ノッキングを抑制することができる。また、ノッキングが抑制されるまではアルコール噴射量は徐々に増量されていくので、アルコールの使用量を抑えながらノッキングを確実に抑制することができる。

また、従来技術のように燃焼室１０内に水を噴射する場合には、気化しなかった水が潤滑油（エンジンオイル）に混ざることで、潤滑油の白濁、エマルジョン化による潤滑性能の低下を招くおそれがあるが、本実施形態のようにアルコールを噴射するのであれば、アルコールは低沸点であり気化しやすいので、水を噴射する場合のように潤滑油の白濁やエマルジョン化を起こす可能性は低い。つまり、本実施形態にかかる内燃機関によれば、水を噴射する場合のように内燃機関の潤滑性能に与える影響が少なく、且つ、ノッキングをより効果的に抑制することができるという利点がある。

さらに、本実施形態にかかる内燃機関によれば、ノッキング抑制に必要なアルコールは、原燃料のアルコール含有ガソリンから分留することができるので、アルコールを別搭載する必要がないという利点もある。なお、ノッキングの抑制に必要なアルコールの量は、燃料噴射量に比較すれば僅かであるので、原燃料からアルコールを分留しても原燃料のアルコール含有率を大きく変化させることなない。

実施の形態２．
次に、図４を参照して本発明の実施の形態２について説明する。

本発明の実施の形態２としての火花点火式内燃機関は、実施の形態１において、ＥＣＵ７０に、図３に示すルーチンに代えて図４に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。図４に示すルーチンにおいて、図３に示すルーチンと同一内容の処理については同一のステップ番号を付している。また、既に説明した内容の処理については重複する説明は省略するものとする。

図４に示すルーチンの特徴は、アルコールインジェクタ４０からのアルコールの噴射量に制限を設けたことに特徴がある。つまり、ノッキングが発生している間はアルコール噴射量を徐々に増量するが、アルコール噴射量が規定量に達した場合には、以降の増量は禁止してアルコール噴射量を規定量に制限することとしている。また、アルコール噴射量の増量停止後もノッキングが続く場合には、ノッキング抑制制御として点火時期の遅角を行うようにしている。

図４に示すルーチンについて具体的に説明すると、ステップ１０８において、アルコール噴射後も依然としてノッキングが発生していると判定された場合、ステップ１１０の処理によるアルコール噴射量の増量側への補正に先立ち、ステップ１１２の処理が実施される。ステップ１１２では、現在のアルコール噴射量が規定量に達しているか否か判定される。アルコール噴射量は流量計で直接測定してもよく、インジェクタ駆動時間や圧力から算出してもよい。アルコール噴射量の規定量は、分留器５０におけるアルコールの分留速度や、アルコールの噴射による排気エミッションへの影響を考慮して決定するのが好ましい。

ステップ１１２の判定の結果、未だアルコール噴射量が規定量に達していなければ、アルコールインジェクタ４０から噴射するアルコール量の設定は増量側に補正される（ステップ１１０）。次回のステップ１０６の処理では、増量されたアルコールがアルコールインジェクタ４０から燃焼室１０内へ直接噴射される。アルコール噴射量の増量は、ステップ１０８の判定においてノッキングが発生しなくなるまで、或いは、ステップ１１２の判定においてアルコール噴射量が規定量に達するまで続けられる。

ステップ１１２の判定の結果、アルコール噴射量が規定量に達した場合、以降のアルコール噴射量の増量は禁止されてアルコール噴射量は規定量に制限される。そして、次の処理としてステップ１１４が選択される。ステップ１１４では、点火時期が所定角度だけ遅角側に補正される。つまり、アルコール噴射量が規定量に達した後は、点火時期の遅角によってノッキングの抑制が図られる。

次のステップ１１６では、ノックセンサ７６が出力する信号に基づいて、点火時期遅角後のノッキングの有無について判定される。点火時期遅角後も依然としてノッキングが発生している場合には、再びステップ１１４の処理が実施され、点火時期がさらに所定角度だけ遅角側に補正される。点火時期の遅角はステップ１１６の判定においてノッキングが発生しなくなるまで続けられ、ノッキングが発生しなくなった時点で本ルーチンは終了する。

以上のように、本実施形態にかかる内燃機関によれば、アルコール噴射量が規定量に達した場合には、アルコール噴射量の増量から点火時期の遅角へとノッキング抑制の方法が切り替えられるので、アルコール消費量が分留器５０の分留能力を超えることによるアルコール残量の不足や、空燃比のリッチ化による排気エミッションの悪化を防止しつつ、ノッキングを確実に抑制することができる。また、アルコール噴射によって燃焼室１０内のガス温度を低下させることができる分、点火時期の遅角量は僅かで済むので、点火時期の遅角に伴う出力の低下や排気エミッションの悪化は抑えられる。

実施の形態３．
次に、図５乃至図７を参照して本発明の実施の形態３について説明する。

図５は本発明の実施の形態３としての火花点火式内燃機関の概略構成を示す図である。本実施形態にかかる内燃機関は、実施の形態１にかかる内燃機関と同じく、アルコール含有ガソリンを燃料とする火花点火式の４ストロークエンジンである。図５において、図１に示す内燃機関と同一の構成要素については同一の符号を付している。また、既に説明した構成要素については重複する説明は省略するものとする。

先ず、本実施形態にかかる内燃機関と、実施の形態１にかかる内燃機関との構成上の相違点について説明する。本実施形態にかかる内燃機関は、アルコールインジェクタ４０と分留器５０とを接続するアルコール供給ライン５６上に、アルコール予備タンク６４を備えている。ポンプ４８は、アルコール予備タンク６４とアルコールインジェクタ４０との間に配置されている。このような構成により、分留器５０で分留されたアルコールは、一旦、アルコール予備タンク６４に貯留される。そして、アルコール噴射時には、ポンプ４８によってアルコール予備タンク６４からアルコールが吸い上げられ、アルコールインジェクタ４０へ供給される。

また、本実施形態にかかる内燃機関は、ガソリンインジェクタ２６と分留器５０とを接続するガソリン供給ライン５４上に、ガソリン予備タンク６２を備えている。ポンプ４６は、ガソリン予備タンク６２とガソリンインジェクタ２６との間に配置されている。このような構成により、含有する一部のアルコールを分留器５０で分留されたアルコール含有ガソリンは、一旦、ガソリン予備タンク６２に貯留される。そして、ガソリン噴射時には、ポンプ４６によってガソリン予備タンク６２からアルコール含有ガソリンが吸い上げられ、ガソリンインジェクタ２６へ供給される。

また、本実施形態にかかる内燃機関は、分留器５０をバイパスして燃料タンク４２とガソリンインジェクタ２６とを直接接続するバイパスライン６８を備えている。バイパスライン６８には、ポンプ６６が配置されている。このポンプ６６を作動させた場合には、燃料タンク４２からガソリンインジェクタ２６へ直接、燃料であるアルコール含有ガソリンを供給することができる。ポンプ６６は、内燃機関本体２によって駆動される機械式ポンプでもよく、モータによって駆動される電動式ポンプでもよい。

以上のように、本実施形態にかかる内燃機関は、実施の形態１にかかる内燃機関には設けられていないアルコール予備タンク６４、ガソリン予備タンク６２、バイパスライン６８及びポンプ６６を備えている。それ以外の構成については、実施の形態１にかかる内燃機関と同構成である。アルコールインジェクタ４０によるアルコールの噴霧形態も実施の形態１と同様であり、アルコールは燃焼室１０の内壁面に沿って噴射される。

次に、本実施形態にかかる内燃機関において、ＥＣＵ７０により実行されるノッキング抑制制御について説明する。図６は、ＥＣＵ７０により実行されるノッキング抑制制御のルーチンを示すフローチャートである。ノッキングは点火時期に関係するので、本ルーチンにおいては、ノッキング抑制制御は点火時期制御と併せて実行される。

図６に示すルーチンの最初のステップ２００では、現時点におけるエンジン回転数とスロットル開度が取得される。エンジン回転数はクランク角センサ７４の信号から取得することができ、スロットル開度はＥＣＵ７０から電子制御スロットル２４へ供給される指令値から取得することができる。次のステップ２０２では、取得したエンジン回転数とスロットル開度に応じた適正点火時期、つまり、出力が最大となる点火時期（ＭＢＴ）が求められる。そして、適宜の燃料噴射時期でガソリンインジェクタ２６からアルコール含有ガソリン（混合燃料）が噴射されるとともに、適正点火時期で点火プラグ１６の点火が行われる。

なお、本実施形態の内燃機関では、燃料タンク４２からガソリンインジェクタ２６へ燃料を供給するラインとして、分留器５０を経由するライン５２，５４と、分留器５０をバイパスするライン６８の２つのラインがある。ＥＣＵ７０は、これら２つのラインを選択的に切り替える機能を有している。ノッキングが発生していない状況では、バイパスライン６８が選択され、燃料タンク４２からガソリンインジェクタ２６へ直接、アルコール含有ガソリンが供給されている。バイパスライン６８が選択される場合、ポンプ４４，４６，４８は停止されている。

ステップ２０４では、ノックセンサ７６が出力する信号に基づいてノッキングが発生しているか否か判定される。ノッキングが発生していない場合には、本ルーチンは終了する。ノッキングが発生している場合には、ノッキング抑制制御として、ステップ２０６乃至２１４の処理が実行される。

ステップ２０６では、ポンプ４４，４６，４８の運転が開始され、逆にポンプ６６の運転は停止される。これにより、ガソリンインジェクタ２６へ燃料を供給するラインが、バイパスライン６８から分留器５０を経由するライン５２，５４へ切り替えられる。次回の燃料噴射時には、ポンプ４６によってガソリン予備タンク６２内のアルコール含有ガソリンが吸い上げられ、ガソリンインジェクタ２６へ供給される。

ステップ２０８では、ノッキングの発生時期（ＴＤＣ後のノッキングが最も発生しやすい時期）に合わせて、アルコールインジェクタ４０から燃焼室１０内にアルコールが直接噴射される。アルコールインジェクタ４０には、アルコール予備タンク６４に貯留されているアルコールが供給される。アルコールインジェクタ４０から噴射されたアルコールは、燃焼室１０内の燃焼熱によって気化し、燃料であるアルコール含有ガソリンと同様に燃焼する。なお、点火時期は不変であり、ステップ２０２で設定された適正点火時期での運転が継続される。

また、ポンプ４４の運転が開始されることで、燃料タンク４２から分留器５０へアルコール含有ガソリンが供給される。ステップ２１０では、分留器５０においてアルコール含有ガソリンの分留が行われる。アルコール含有ガソリンから分留されたアルコールは、アルコール予備タンク６４に貯留される。アルコールを分留された残りのアルコール含有ガソリンは、ガソリン予備タンク６２に貯留される。

次のステップ２１２では、ノックセンサ７６が出力する信号に基づいて、アルコール噴射後のノッキングの有無について判定される。アルコール噴射後も依然としてノッキングが発生している場合には、次のステップ２１４において、アルコールインジェクタ４０から噴射するアルコール量の設定が増量側に補正される。また、アルコール量の増量に合わせて、分留器５０でのアルコールの分留量も増加される。次回のステップ２０８の処理では、増量されたアルコールがアルコールインジェクタ４０から燃焼室１０内へ直接噴射される。アルコール噴射量が増量されることで、燃焼室１０の冷却効果が高まってノッキングの抑制効果も向上する。アルコール噴射量の増量はステップ２１２の判定においてノッキングが発生しなくなるまで続けられ、ノッキングが発生しなくなった時点で本ルーチンは終了する。

以上のように、本実施形態にかかる内燃機関によれば、アルコール予備タンク６４にアルコールが貯留されているので、ノッキングが発生した場合、分留器５０においてアルコール含有ガソリンからアルコールが分留されるのを待つまでもなく、燃焼室１０内にアルコールを速やかに噴射することができる。本実施形態にかかる内燃機関によれば、ノッキングが検出されてから分留を開始したとしても十分に間に合うので、分留器５０を常に作動させおく必要はなく、分留のためのエネルギーを節約することができる。

ただし、アルコール予備タンク６４内のアルコールを用いてアルコール噴射を行うためには、アルコール予備タンク６４内に常に十分な量のアルコールが貯留されている必要がある。また、ラインの切り替え後、ポンプ４４の運転が開始されるまではガソリン予備タンク６２内のアルコール含有ガソリンが燃料噴射に用いられるので、ガソリン予備タンク６２内にも常に十分な量のアルコール含有ガソリンが貯留されている必要がある。そこで、ＥＣＵ７０は、各予備タンク６２，６４内の貯留量を適正に保つベく、ノッキング抑制制御と併せて以下に説明する貯留量適正化制御も実行する。

図７は、ＥＣＵ７０により実行される貯留量適正化制御のルーチンを示すフローチャートである。図７に示すルーチンの最初のステップ３００では、現時点における冷却水の温度と各予備タンク６２，６４内の貯留量が取得される。ここで取得される冷却水温度は、エンジン本体２を出て分留器５０へ入る前の冷却水の温度である。冷却水温度は図示しない温度センサの信号から取得することができる。各予備タンク６２，６４内の貯留量は、例えば、液面レベルを測定することで取得することができる。

次のステップ３０２では、取得した冷却水温度とアルコールの沸点とが比較される。冷間始動時等、冷却水温度が十分に上昇しておらずアルコール沸点以下の場合には、本ルーチンは終了する。この場合、分離器５０を作動させても、アルコール含有ガソリンからアルコールを分離するのに必要な熱交換を行うことができないからである。冷却水温度がアルコール沸点よりも高くなった場合には、ステップ３０４の判定が行われる。

ステップ３０４では、アルコール予備タンク６４内のアルコール貯留量が基準値よりも少ないか否か、また、ガソリン予備タンク６２内のガソリン貯留量が基準値よりも少ないか否か、それぞれ判定される。各基準値は、分留器５０における分留速度や、各インジェクタ２６，４０の噴射量を考慮して決定される。判定の結果、何れの予備タンク６２，６４内の貯留量もそれぞれの基準値以上になっている場合には、本ルーチンは終了する。

ステップ３０４の判定の結果、２つの予備タンク６２，６４のうち何れか一方でも貯留量が基準値よりも少なくなっている場合には、ノッキングの発生の有無に関係なく、ポンプ４４の運転が開始され、燃料タンク４２から分留器５０へアルコール含有ガソリンが供給される。そして、分留器５０においてアルコール含有ガソリンの分留が行われる（ステップ３０６）。アルコール含有ガソリンから分留されたアルコールは、アルコール予備タンク６４に貯留され、アルコールを分留された残りのアルコール含有ガソリンは、ガソリン予備タンク６２に貯留される。アルコール含有ガソリンの分留はステップ３０４の判定において貯留量が基準値以上になるまで続けられ、基準値以上になった時点で本ルーチンは終了する。

以上のルーチンが実行されることで、アルコール予備タンク６４内には常に十分な量のアルコールを貯留しておくことができる。これにより、ノッキングの発生時、アルコールを速やかにアルコールインジェクタ４０に供給することができる。また、ガソリン予備タンク６２内にも常に十分な量のアルコール含有ガソリンを貯留しておくことができるので、ラインの切り替え後、ポンプ４４の運転が開始されるまでの間、必要な量のアルコール含有ガソリンをガソリンインジェクタ２６に供給することができる。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において変形して実施することもできる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

上記実施の形態では、ノックセンサ７６が出力する信号に基づいてノッキングを検出しているが、筒内圧の変化等からノッキングの発生を事前に予測することもできる。ノッキングが予測されたら、アルコールインジェクタ４０から燃焼室１０内へアルコールを直接噴射することで、ノッキングの発生を事前に防止することができる。また、内燃機関が特定の運転状態、例えば高負荷運転状態になったら、ノッキングの有無に関係なく、アルコールインジェクタ４０から燃焼室１０内へアルコールを直接噴射するようにしてもよい。これによっても、ノッキングの発生を事前に防止することができる。

図１及び図５に示す構成において、ポンプ４８とアルコールインジェクタ４０との間に熱交換器を配置してもよい。熱交換器には、ラジエータ６０で冷却された冷却水を導入するのが好ましい。これによれば、ポンプ４８により圧縮されて温度が上昇したアルコールを冷却水との熱交換によって冷却することができ、アルコールを燃焼室１０内に噴射した際の冷却効果を高めることができる。

また、図１及び図５に示す構成において、冷却水の代わりに排気ガスを分留器５０に導入するようにしてもよい。排気ガスは高温であるので、排気ガスとアルコール含有ガソリンとの間で熱交換を行うことで、アルコール含有ガソリンからアルコールを分留することができる。

また、上記実施の形態では、アルコール含有ガソリンを燃料として使用する火花点火式内燃機関に本発明を適用しているが、本発明はアルコールを含まない通常の燃料（ガソリン等）を使用する火花点火式内燃機関にも適用することができる。その場合には、アルコールを貯留したアルコールタンクを燃料タンクとは別に搭載し、アルコールタンクからアルコールインジェクタへ直接アルコールを供給すればよい。アルコールタンクを別搭載する必要は生じるものの、アルコール噴射により得られるノックの抑制効果は上記実施の形態の場合と同様である。

本発明の実施の形態１としての火花点火式内燃機関の概略構成を示す図である。 図１に示すアルコールインジェクタによるアルコールの噴霧形態を示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるノッキング抑制制御のルーチンについて示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるノッキング抑制制御のルーチンについて示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３としての火花点火式内燃機関の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態３において実行されるノッキング抑制制御のルーチンについて示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３において実行される貯留量適正化制御のルーチンについて示すフローチャートである。

符号の説明

４ シリンダヘッド
６ シリンダブロック
８ ピストン
１０ 燃焼室
１６ 点火プラグ
２０ 吸気通路
２６ ガソリンインジェクタ
３０ 排気通路
４０ アルコールインジェクタ
４２ 燃料タンク
４４，４６，４８，６６ ポンプ
５０ 分留器
５２ 燃料供給ライン
５４ ガソリン供給ライン
５６ アルコール供給ライン
５８ リターンライン
６０ ラジエータ
６２ ガソリン予備タンク
６４ アルコール予備タンク
６８ バイパスライン
７０ ＥＣＵ
７４ クランク角センサ
７６ ノックセンサ

Claims (2)

1. 燃焼室内にアルコールを直接噴射可能なアルコール噴射弁と、
   ノッキングの発生時期に合わせて前記アルコール噴射弁からアルコールを噴射する制御手段と、
   アルコール含有燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁に供給されるアルコール含有燃料からアルコールを取り出し、取り出したアルコールを前記アルコール噴射弁に供給する分離供給手段と、
   を備えることを特徴とする火花点火式内燃機関。
2. 前記分離供給手段は、アルコール含有燃料から取り出したアルコールを貯留する貯留部を有し、前記貯留部に貯留されているアルコールを前記アルコール噴射弁に供給することを特徴とする請求項１記載の火花点火式内燃機関。

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