特許 6011433 火花点火式エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6011433

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月19日

(54)【発明の名称】火花点火式エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02D 19/08 20060101AFI20161006BHJP

   F01M 13/00 20060101ALI20161006BHJP

【ＦＩ】

   F02D19/08 D

   F01M13/00 J

   F01M13/00 K

【請求項の数】1

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-88836(P2013-88836)

(22)【出願日】2013年4月19日

(65)【公開番号】特開2014-211139(P2014-211139A)

(43)【公開日】2014年11月13日

【審査請求日】2015年3月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安田 京平

(72)【発明者】

【氏名】荒木 啓二

【審査官】 山村 和人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０２５０８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９６０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７５５２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７７６８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ １３／００ − ４５／００

Ｆ０１Ｍ １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

特定温度以下の条件下でガソリンよりも気化率が低く、該特定温度を超えると気化率が増大する特殊燃料を含む燃料が供給されるように構成されたエンジン本体と、
前記エンジン本体のクランク室と連通し、エンジンオイルを貯留する貯留部と、
前記クランク室のブローバイガスを前記エンジン本体に設けられた吸気通路へ導くブローバイ通路と、
前記ブローバイ通路を開閉する開閉弁と、
所定条件が成立すると、前記エンジン本体の運転中に排気ガス中の酸素濃度に基づいて前記特殊燃料の濃度推定を行い、推定した前記特殊燃料の濃度に基づいて前記エンジン本体の運転を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記濃度推定が完了していないときであって前記エンジン本体が始動されたときには、前記エンジン本体の温度が所定温度未満のときには、前記開閉弁を開けた状態にし、前記エンジン本体の温度が所定温度以上になったときに、前記開閉弁を閉じた状態にして前記濃度推定を開始する火花点火式エンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示する技術は、火花点火式エンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、地球温暖化等の環境問題の視点からバイオ燃料が注目されており、ガソリンにエタノールを２５％混合したＥ２５からエタノール１００％のＥ１００まで、ガソリンと例えばバイオエタノールとを任意の混合比で混合した燃料で走行可能なＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）が実用化されている。

【0003】

エタノールとガソリンとでは理論空燃比が異なるため、エタノールとガソリンとが混合された燃料においては、エタノール濃度に応じて理論空燃比が変動する。そこで、ＦＦＶにおいては、燃料中のエタノール濃度の推定を行い、推定したエタノール濃度に基づいてエンジンの各種制御を行っている（特許文献１参照）。

【0004】

ところが、エタノールは冷間時等においては気化性能が悪く、気化しない未燃燃料が生じ易くなる。気化しない未燃のエタノールは、燃焼室からクランク室へ滴下し、エンジンオイル内に混入する。しかし、エンジン温度が上昇すると、エンジンオイル内のエタノールは、蒸発してブローバイ通路を介して吸気通路へ流入する。このような状態でエタノール濃度の推定を行うと、ブローバイ通路を介して流入するエタノールの分だけ、実際のエタノール濃度からずれた濃度を推定してしまう。

【0005】

そこで、特許文献１に開示されたＦＦＶは、吸気通路に吸入される吸気量に対するブローバイガス量の割合が判定値以下であるときに、エタノールの濃度推定を行うようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−０２５０８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１の方法では、実質的にブローバイ通路を介して流入するエタノールの量が少なくなるまではエタノールの濃度推定を待たなければならない。特に、自動車を短時間しか運転しない場合には、エンジンオイル中のエタノールがなかなか減らず、むしろ、増加する場合もある。そのような状態で特許文献１の方法でエタノールの濃度推定を行うと、推定を開始するまでの時間が非常に長くなる。結果として、濃度推定に要する時間が長期化する。

【0008】

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、特定温度以下の状態下でガソリンよりも気化率が低い特殊燃料が供給されるエンジンにおいて、特殊燃料の濃度推定を早期に行うことにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

ここに開示された技術は、火花点火式エンジンが対象である。この火花点火式エンジンは、特定温度以下の条件下でガソリンよりも気化率が低く、該特定温度を超えると気化率が増大する特殊燃料を含む燃料が供給されるように構成されたエンジン本体と、前記エンジン本体のクランク室と連通し、エンジンオイルを貯留する貯留部と、前記クランク室のブローバイガスを前記エンジン本体に設けられた吸気通路へ導くブローバイ通路と、前記ブローバイ通路を開閉する開閉弁と、所定条件が成立すると、前記エンジン本体の運転中に排気ガス中の酸素濃度に基づいて前記特殊燃料の濃度推定を行い、推定した前記特殊燃料の濃度に基づいて前記エンジン本体の運転を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記濃度推定が完了していないときであって前記エンジン本体が始動されたときには、前記エンジン本体の温度が所定温度未満のときには、前記開閉弁を開けた状態にし、前記エンジン本体の温度が所定温度以上になったときに、前記開閉弁を閉じた状態にして前記濃度推定を開始するものとする。

【0010】

ここで、「特定温度以下の状態下でガソリンよりも気化率が低く、該特定温度を超えると気化率が増大する特殊燃料」とは、例えば単一成分燃料であり、具体的にはエタノール又はメタノール等のアルコールを例示することができる。アルコールの具体例としては、サトウキビを原料としたバイオエタノール等の、生物由来アルコールとしてもよい。

【0011】

また、「特殊燃料を含む燃料」は、特殊燃料とそれ以外の物質（例えば、ガソリン）とを混合した燃料、及び、特殊燃料のみの燃料の双方を含む。特殊燃料をエタノールとしたときに、「特殊燃料を含む燃料」には、例えば、ガソリンにエタノールを２５％混合したＥ２５から、エタノール１００％のＥ１００まで、ガソリンとエタノールとを任意の混合比で混合した燃料が含まれ得る。この「特殊燃料を含む燃料」には、特殊燃料と水とを混合した燃焼も含まれ得る。従って、５％程度の水分を含有するＥ１００もまた、ここでいう「特殊燃料を含む燃料」に含まれる。

【0012】

この構成によれば、制御部は、所定条件が成立すると、エンジン本体の運転中に排気ガス中の酸素濃度に基づいて特殊燃料の濃度推定を行う。濃度推定は、エンジン本体の運転中に行われるので、濃度推定が完了する前にエンジン本体の運転が終了する場合もある。その場合、次にエンジン本体が始動されたときに再び濃度推定が開始される。また、所定条件成立後に初めてエンジン本体が始動されるときも、濃度推定が完了していないので、濃度推定が開始される。このように、濃度推定が完了していないときであってエンジン本体が始動されたときには、濃度推定が開始される。

【0013】

このとき、エンジン本体の温度が所定値以上のときに、開閉弁を閉じた状態で濃度推定を開始する。こうすることによって、精度の良い濃度推定を早期に開始することができる。

【0014】

つまり、エンジン始動時はエンジン本体の温度が低い場合があり、そのような場合は燃料の気化に不利である。そのため、燃焼室に供給した特殊燃料は、気化せずに未燃燃料として残留し易くなる。気化しない未燃の特殊燃料は、貯留部に滴下してエンジンオイル内に蓄積される。また、エンジンオイル中には、前回の運転時から蓄積された特殊燃料が存在する場合もある。エンジンオイル内の特殊燃料は、エンジン温度の上昇に伴って蒸発し、ブローバイ通路を介して吸気通路に流入する。

【0015】

それに対し、開閉弁を閉じた状態で濃度推定を行うことによって、特殊燃料がブローバイ通路を介して吸気通路に流入することを防止することができる。これにより、精度の良い濃度推定を行うことができる。また、ブローバイ通路を介して吸気通路に流入する特殊燃料が減るのを待つことなく濃度推定を行うことができるので、濃度推定を早期に開始することができる。

【0016】

ただし、前述の如く、エンジン本体の温度が低いときには、燃焼室に未燃の燃料が残留し、貯留部に滴下する。さらには、燃焼室に残留した燃料の一部は、気筒内の壁面に付着したまま残留する場合もある。つまり、燃料の気化率が低い条件下での燃焼においては、そのサイクルで供給された燃料が燃焼したのか、前のサイクルから残留している燃料が燃焼したのか正確に求めることができない。そのため、このような状態で排気ガス中の酸素濃度に基づいて特殊燃料の濃度推定を行っても、濃度推定を精度良く行うことができない。

【0017】

それに対し、前述の開閉弁を閉じた状態での濃度推定をエンジン本体の温度が所定値以上のときに行う。これにより、エンジン本体の温度が上昇し、気化せずに残留する特殊燃料が少ない状態で濃度推定を行うことになり、濃度推定を精度良く行うことができる。ここで、所定温度は、燃料の気化率に応じて設定すればよく、例えば、燃焼室に供給した燃料のうち気化せずに残留する燃料が実質的に零になる温度に設定され得る。

【発明の効果】

【0018】

前記火花点火式エンジンによれば、特定温度以下の状態下でガソリンよりも気化率が低い特殊燃料が供給されるエンジンにおいて、特殊燃料の濃度推定を早期に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】火花点火式エンジン及びその制御装置の構成を示す概略図である。

【図2】温度に対するガソリンの蒸留量の変化とエタノールの蒸留量の変化とを比較する図である。

【図3】濃度推定のフローチャートである。

【図4】（Ａ）は、クランク室へ滴下するエタノール量の変化を例示するタイムチャートであり、（Ｂ）は、クランク室で蒸発するエタノール量の変化を例示するタイムチャートであり、（Ｃ）は、オイル貯留部に蓄積されるエタノール量の変化を例示するタイムチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0021】

以下、直噴エンジンの実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は例示である。図１に示されるように、エンジンシステムは、エンジン（エンジン本体）１、エンジン１に付随する様々なアクチュエータ、様々なセンサ、及びセンサからの信号に基づきアクチュエータを制御するエンジン制御器１００を有する。このエンジンシステムは、幾何学的圧縮比が１２以上２０以下（例えば１４）の高圧縮比エンジン１を備える。

【0022】

エンジン１は、火花点火式４ストローク内燃機関であって、図１には１つのみ図示するが、直列に配置された第１〜第４の４つの気筒１１を有する。但し、ここに開示する技術が適用可能なエンジンは、直列４気筒エンジンには限定されない。エンジン１は、自動車等の車両に搭載され、その出力軸は、図示しないが、変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジン１の出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。

【0023】

このエンジン１には、エタノール（バイオエタノールを含む）を含有する燃料が供給される。特にこの車両は、エタノールの濃度が２５％（つまり、Ｅ２５）〜１００％（つまり、Ｅ１００）までの任意の濃度の燃料が使用可能なＦＦＶである。図示は省略するが、この車両は、前記の燃料を貯留する燃料（メインタンク）のみを有しており、従来のＦＦＶのように、ガソリン濃度の高い燃料を、メインタンクとは別に貯留するためのサブタンクを有していない。ただし、サブタンクを設けてもよい。

【0024】

エンジン１は、シリンダブロック１２と、シリンダブロック１２の上に載置されるシリンダヘッド１３と、シリンダブロック１２に下に設けられるオイルパン２３とを備えている。ブロック１２の内部に気筒１１が形成されている。周知のように、シリンダブロック１２には、ジャーナル、ベアリングなどによりクランクシャフト１４が回転自在に支持されており、このクランクシャフト１４が、コネクティングロッド１６を介してピストン１５に連結されている。シリンダブロック１２の下部とオイルパン２３とによってクランク室１２ａが形成されている。オイルパン２３の内側には、エンジンオイルを貯留するオイル貯留部２３ａが形成されている。オイル貯留部２３ａとクランク室１２ａとは、連通している。オイル貯留部２３ａは、貯留部の一例である。

【0025】

各気筒１１の天井部には、略中央部からシリンダヘッド１３の下端面付近まで延びる２つの傾斜面が形成されており、それらの傾斜面が互いに差し掛けられた屋根のような形状をなすいわゆるペントルーフ型となっている。

【0026】

前記ピストン１５は、各気筒１１内に摺動自在に嵌挿されており、気筒１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画している。ピストン１５の頂面は、前述した気筒１１の天井面のペントルーフ型の形状に対応するように、その周縁部から中央部に向かって隆起する台形状に形成されており、これによって、ピストン１５が圧縮上死点に到達したときの燃焼室容積を小さくして、１２以上の高い幾何学的圧縮比を達成している。ピストン１５の頂面にはまた、その概略中心位置に、概ね球面状に凹陥したキャビティ１５１が形成されている。このキャビティ１５１は、気筒１１の中心部に配設された点火プラグ５１に相対するように、配置されており、これによって、燃焼期間を短縮するようにしている。つまり、前述したように、この高圧縮比エンジン１は、ピストン１５の頂面が隆起していて、ピストン１５が圧縮上死点に到達したときに、ピストン１５の頂面と気筒１１の天井面との間隔が極めて狭くなるように構成されている。このため、キャビティ１５１を形成していないときには、初期火炎がピストン１５の頂面と干渉して冷却損失が増大し、火炎伝播が阻害されて燃焼速度が遅延してしまう。これに対し、前記のキャビティ１５１は、初期火炎の干渉を回避して、その成長を妨げないため、火炎伝播が速くなって、燃焼期間が短縮し得る。このことは、ガソリン濃度の高い燃料においては、ノッキングの抑制に有利になり、点火時期の進角によるトルクの向上に寄与する。

【0027】

気筒１１毎に、吸気ポート１８及び排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれが燃焼室１７に連通している。吸気弁２１及び排気弁２２はそれぞれ、吸気ポート１８及び排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁２１は吸気弁駆動機構３０により、排気弁２２は排気弁駆動機構４０により、それぞれ駆動され、それによって所定のタイミングで往復動して、吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉する。

【0028】

吸気弁駆動機構３０及び排気弁駆動機構４０は、それぞれ吸気カムシャフト３１及び排気カムシャフト４１を有する。カムシャフト３１，４１は、周知のチェーン／スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフト１４に連結される。動力伝達機構は、周知のように、クランクシャフト１４が二回転する間に、カムシャフト３１，４１を一回転させる。

【0029】

吸気弁駆動機構３０は、吸気弁２１の開閉時期を変更可能な吸気バルブタイミング可変機構３２を含んで構成され、排気弁駆動機構４０は、排気弁２２の開閉時期を変更可能な排気バルブタイミング可変機構４２を含んで構成される。吸気バルブタイミング可変機構３２は、この実施形態では、吸気カムシャフト３１の位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な電動式の位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）により構成され、排気バルブタイミング可変機構４２は、排気カムシャフト４１の位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な電動式の位相可変機構により構成されている。吸気バルブタイミング可変機構３２は、吸気弁２１の閉弁時期を変更することにより、有効圧縮比を調整し得るものである。尚、有効圧縮比とは、吸気弁閉弁時の燃焼室容積と、ピストン１５が上死点にあるときの燃焼室容積との比である。尚、ＶＶＴは、液圧式又は機械式であってもよい。

【0030】

点火プラグ５１は、例えばねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ５１の電極は、気筒１１の概略中心において燃焼室１７の天井部に臨んでいる。点火システム５２は、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて、点火プラグ５１が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。

【0031】

燃料噴射弁５３は、例えばブラケットを使用する等の周知の構造で、この実施形態ではシリンダヘッド１３の一側（図例では吸気側）に取り付けられている。このエンジン１は、燃料を気筒１１内に直接噴射する、いわゆる直噴エンジンであり、燃料噴射弁５３の先端は、上下方向については吸気ポート１８の下方に、また、水平方向については気筒１１の中央に位置して、燃焼室１７内に臨んでいる。但し、燃料噴射弁５３の配置はこれに限定されるものではない。燃料噴射弁５３は、この例においては、多噴口（例えば６噴口）型の燃料噴射弁（Multi Hole Injector：ＭＨＩ）である。各噴口の向きは、図示は省略するが、気筒１１内の全体に燃料が噴射できるように、噴口軸の芯先が広がっている。ＭＨＩの利点は、多噴口であるため一噴口の径が小さく、比較的高い圧力で燃料を噴射し得る点、及び、気筒１１内の全体に燃料を噴射可能に広がっているため、燃料のミキシング性が高まると共に、燃料の気化・霧化が促進される点にある。従って、吸気行程中に燃料を噴射した場合は、気筒１１内の吸気流動を利用した、燃料のミキシング性、及び、気化・霧化の促進の点で有利になる一方、圧縮行程において燃料を噴射した場合は、燃料の気化・霧化の促進により、気筒１１内のガス冷却の点で有利になる。尚、燃料噴射弁５３は、ＭＨＩに限定されるものではない。

【0032】

燃料供給システム５４は、燃料を昇圧して燃料噴射弁５３に供給する高圧ポンプ（燃料ポンプ）と、この高圧ポンプに対して燃料タンクからの燃料を送る配管やホース等と、燃料噴射弁５３を駆動する電気回路と、を備えている。燃料ポンプは、この例ではエンジン１によって駆動される。尚、燃料ポンプを電動ポンプとしてもよい。燃料噴射弁５３が多噴口型である場合は、微小な噴口から燃料を噴射するために、燃料噴射圧力は比較的高く設定される。電気回路は、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて燃料噴射弁５３を作動させ、所定のタイミングで所望量の燃料を、燃焼室１７内に噴射させる。ここで、燃料供給システム５４は、エンジン回転数が上昇するに伴い燃圧を高く設定する。これは、エンジン回転数が上昇するに伴い、気筒１１内に噴射される燃料量も増大するが、燃圧が高くなることで、燃料の気化・霧化に有利になると共に、燃料噴射弁５３の燃料噴射に係るパルス幅を可及的に短くするという利点がある。前述したように、燃料タンクには、Ｅ２５〜Ｅ１００までの任意のエタノール濃度のアルコール含有燃料が貯留されている。

【0033】

吸気ポート１８は、吸気マニホールド５５内の吸気経路５５ｂによってサージタンク５５ａに連通している。図示しないエアクリーナからの吸気流は、スロットルボディ５６を通過してサージタンク５５ａに供給される。スロットルボディ５６にはスロットル弁５７が配置されており、このスロットル弁５７は、周知のようにサージタンク５５ａに向かう吸気流を絞って、その流量を調整する。スロットル・アクチュエータ５８が、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて、スロットル弁５７の開度を調整する。

【0034】

サージタンク５５ａには、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）ホース５９の下流端が接続されている。ＰＣＶホース５９の上流端は、エンジンブロック１２にＰＣＶバルブ５９ａを介して接続されている。ＰＣＶホース５９は、エンジンブロック１２のクランク室１２ａと連通している。ＰＣＶバルブ５９ａは、ＰＣＶホース５９を開閉することができる。つまり、ＰＣＶバルブ５９ａが開かれると、ＰＣＶホース５９とクランク室１２ａが連通し、ＰＣＶバルブ５９ａが閉じられると、ＰＣＶホース５９とクランク室１２ａが遮断される。サージタンク５５ａには、クランク室１２ａ内のブローバイガスがＰＣＶホース５９を介して流入する。ＰＣＶホース５９は、ブローバイ通路の一例である。サージタンク５５ａは、吸気通路の一例である。

【0035】

排気ポート１９は、排気マニホールド６０内の排気経路によって周知のように排気管６１内の通路に連通している。この排気マニホールド６０は、図示を省略するが、各気筒１１の排気ポート１９に接続された分岐排気通路が、排気順序が隣り合わない気筒同士で第１集合部により集合され、各第１集合部の下流の中間排気通路が第２集合部で集合された構造となっている。すなわち、このエンジン１の排気マニホールド６０には、いわゆる４−２−１レイアウトが採用されている。排気管６１には、リニアＯ_２センサ７９が設けられている。リニアＯ_２センサ７９は、排気ガス中の酸素濃度に基づいて混合気の空燃比を検出する。

【0036】

エンジン１にはまた、その始動時にクランキングを行うためのスタータモータ２０が設けられている。

【0037】

エンジン制御器１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。エンジン制御器１００は、制御部の一例である。

【0038】

尚、制御部は、ハードロジックで実現してもよい。制御部は、１つの素子で構成してもよいし、物理的に複数の素子で構成してもよい。複数の素子で構成する場合、１つの制御を複数の素子で実現してもよい。

【0039】

エンジン制御器１００は、エアフローセンサ７１からの吸気流量及び吸気温度、吸気圧センサ７２からの吸気マニホールド圧、クランク角センサ７３からのクランク角パルス信号、水温センサ７８からのエンジン水温、リニアＯ_２センサ７９からの空燃比というように、種々の入力を受ける。エンジン制御器１００は、例えばクランク角パルス信号に基づいて、エンジン回転数を計算する。また、エンジン制御器１００は、アクセル・ペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ７５からのアクセル開度信号を受ける。さらに、エンジン制御器１００には、変速機の出力軸の回転速度を検出する車速センサ７６からの車速信号が入力される。加えて、シリンダブロック１２には、当該シリンダブロック１２の振動を電圧信号に変換して出力する加速度センサからなるノックセンサ７７が取り付けられており、その出力信号もエンジン制御器１００に入力される。

【0040】

エンジン制御器１００は前記のような入力に基づいて、以下のようなエンジン１の制御パラメータを計算する。例えば、所望のスロットル開度信号、燃料噴射パルス、点火信号、バルブ位相角信号等である。そしてエンジン制御器１００は、それらの信号を、スロットル・アクチュエータ５８、燃料供給システム５４、点火システム５２、並びに、吸気及び排気バルブタイミング可変機構３２、４２等に出力する。エンジン制御器１００はまた、エンジン１の始動時には、スタータモータ２０に駆動信号を出力する。

【0041】

ここで、ＦＦＶ用のエンジンシステムに特有の構成として、エンジン制御器１００は、リニアＯ_２センサ７９の検知結果に基づいて、燃料噴射弁５３が噴射する燃料のエタノール濃度を推定する。エタノールの理論空燃比（９．０）は、ガソリンの理論空燃比（１４．７）よりも小さく、燃料のエタノール濃度が高いほど理論空燃比はリッチ側（つまり、理論空燃比の値が小さくなる）になることから、理論空燃比でエンジンを運転している条件下において、排気ガス中に燃え残りの酸素が存在しているときには、燃料のエタノール濃度が予想よりも高かったと判断することができる。エンジン制御器１００は、リニアＯ_２センサ７９が出力した信号から、空燃比がリーンのときには、燃料中にガソリンが多いと判定する一方、空燃比がリッチのときには燃料中にエタノールが多いと判定することにより、燃料におけるエタノール濃度を推定する。

【0042】

エンジン制御器１００はさらに、リニアＯ_２センサ７９の検知結果に基づいて、気筒１１内に供給した燃料の気化率を算出する。気化率は、気筒１１内に供給する燃料量（言い換えると、燃料噴射弁５３が噴射した燃料量）に対する、燃焼に寄与した燃料量の重量比によって定義される。エンジン制御器１００は、混合気の空燃比と、リニアＯ_２センサ７９の検出値とに基づいて燃焼に寄与した燃料量の重量を算出し、算出した燃料重量と、燃料噴射弁５３の燃料噴射量とから気化率を算出する。

【0043】

このエンジンシステムは、前述の通りＦＦＶに搭載されたシステムであり、エンジン１には、Ｅ２５〜Ｅ１００までの任意の混合比のアルコール含有燃料が供給される。ここで、図２は、ガソリンの気化特性とエタノールの気化特性とを比較する図である。尚、図２は、１気圧下における温度変化に対する、ガソリン及びエタノールそれぞれの蒸留量（％）の変化を示している。ガソリンは多成分燃料であることから、各成分の沸点に応じて蒸発する。ガソリンの蒸留量は、温度変化に対しおおよそ線形的に変化することなる。つまり、ガソリンは、エンジン１の温度状態が比較的低いときにも気化して、可燃混合気を形成することが可能である。

【0044】

これに対しエタノールは単一成分燃料であることから、特定温度（つまり、エタノールの沸点である７８℃）以下では、蒸留量が０％になる一方で、特定温度を超えると、蒸留量が１００％になる。このように、ガソリンとエタノールとを比較すると、特定温度以下では、エタノールの蒸留量の方がガソリンの蒸留量よりも低くなる一方で、特定温度を超えると、エタノールの蒸留量の方がガソリンの蒸留量よりも高くなる。そのため、エンジン１の温度状態が所定温度以下（例えば水温が２０℃以下程度）の冷間状態では、エタノールを含有する燃料は、ガソリンと比較して気化率が低くなる。そうして、エンジン１が冷間状態にあるときには、エンジン１の温度状態が低いほど、また燃料のエタノール濃度が高いほど、燃料の気化率は低下することになる。

【0045】

このように、エンジン１の温度状態や、燃料のエタノール濃度によって燃料の気化率が変化することから、エンジン制御器１００は、目標となる気化燃料量が得られるように、エンジン負荷等に応じて設定されるベースの燃料量に対し、燃料の気化率に応じて燃料量の増量補正を行う。すなわち、燃料の気化率が低いほど、燃料噴射弁５３が噴射する燃料量は増量する。

【0046】

また、エンジン制御器１００は、エタノール濃度を推定し、推定したエタノール濃度を用いてエンジン１の制御を行っている。以下に、図３を参照しながら、エンジン制御器１００のエタノール濃度推定（以下、「濃度推定」という）について説明する。図３は、濃度推定のフローチャートを示す。図４（Ａ）は、クランク室へ滴下するエタノール量及びクランク室で蒸発するエタノール量の変化を例示するタイムチャートであり、図４（Ｂ）は、オイル貯留部に蓄積されるエタノール量の変化を例示するタイムチャートである。

【0047】

エンジン制御器１００は、まずステップＳ１において、エンジン１が始動したか否かを判定する。エンジン１が始動していれば、フローはステップＳ２へ移行する。エンジン１が始動していなければ、エンジン制御器１００は、ステップＳ１を繰り返す。このように、ステップＳ１は、エンジン１の始動を待機するステップである。

【0048】

ステップＳ２において、エンジン制御器１００は、濃度推定を実行する所定の推定実行条件が成立したか否かを判定する。所定条件は、濃度推定を実行すべき条件であり、例えば、給油が行われたことやバッテリが外されたこと、濃度推定に用いるリニアＯ_２センサ７９が活性していること等である。給油された場合には、燃料タンク内のエタノール濃度が変化する可能性があるため、濃度推定を実行すべきである。バッテリが外された場合には、エンジン制御器１００が記憶している、推定されたエタノール濃度が消失してしまうため、濃度推定を実行すべきである。例えば、エンジン制御器１００は、燃料タンクのレベルゲージセンサの検出値に基づいて給油判定を行い、給油が行われたことをもって推定実行条件が成立したと判定する。推定実行条件が成立したときには、フローはステップＳ３へ移行し、推定実行条件が成立していないときには、フローはリターン、即ちステップＳ１へ戻る。尚、推定実行条件が成立したときには、エンジン制御器１００は、濃度推定の完了を示す完了フラグを０（すなわち、濃度推定が完了していないことを示す値）に設定する。

【0049】

ステップＳ３において、エンジン制御器１００は、濃度推定が完了しているか否かを判定する。すなわち、エンジン制御器１００は、以前に推定実行条件が成立した際の濃度推定（後述のステップＳ６）が完了しているか否かを判定する。例えば、エンジン制御器１００は、完了フラグが０であることをもって、濃度推定が完了しているか否かを判定する。濃度判定が完了しているときには、フローは終了し、濃度判定が完了していないときには、フローはステップＳ４へ移行する。

【0050】

ステップＳ４において、エンジン制御器１００は、エンジン１の温度が所定温度Ｔ以上か否かを判定する。この所定温度Ｔは、燃焼室１７に供給されたエタノールが概ね気化するエンジン１の温度である。例えば、所定温度Ｔは、エタノールの沸点又は沸点に近い値に設定される。エンジン１の温度が所定温度Ｔ未満であれば、燃焼室１７に供給されたエタノールは気化し難く、多くのエタノールが液体の状態で未燃のまま燃焼室１７に残留する。残留したエタノールは、気筒１１とピストンリング（図示省略）の合口等の隙間を通って、クランク室１２ａのオイル貯留部２３ａに滴下する。オイルパン２３に滴下したエタノールは、オイルパン２３内のエンジンオイルに混入する。一方、エンジン１の温度が所定値以上であれば、燃焼室１７に供給されたエタノールの大部分は気化して燃焼する。つまり、オイル貯留部２３ａへのエタノールの滴下はほとんどない。

【0051】

エンジン制御器１００は、例えば、水温センサ７８からのエンジン水温に基づいて、エンジン１の温度が所定温度Ｔ以上か否かを判定する。

【0052】

エンジン１の温度が所定温度Ｔ以上であれば、フローはステップＳ５へ移行する。一方、エンジン１の温度が所定温度Ｔ未満であれば、エンジン制御器１００は、ステップＳ４を繰り返す。つまり、ステップＳ４は、エンジン１の温度が、オイル貯留部２３ａへのエタノールの滴下がほとんどなくなる温度に達するまで待機するステップである。

【0053】

ステップＳ５において、エンジン制御器１００は、ＰＣＶバルブ５９ａを閉じる。これにより、クランク室１２ａからサージタンク５５ａへのブローバイガスの流入を遮断する。これにより、クランク室１２ａ内で蒸発したエタノールがサージタンク５５ａへ導入されることを防止することができる。

【0054】

続くステップＳ６において、エンジン制御器１００は、濃度推定を行う。エンジン制御器１００は、前述の如く、リニアＯ_２センサ７９からの出力に基づいて濃度推定を行う。濃度推定が完了すると、エンジン制御器１００は、完了フラグを１（すなわち、濃度推定が完了していることを示す値）に設定し、フローを終了する。

【0055】

つまり、エンジン１の始動直後はエンジン１の温度が低く、エタノールの気化率が低いため、燃焼室１７に気化していない未燃のエタノールが残留し、残留した該エタノールがクランク室１２ａに滴下する。エタノールの気化率は、エンジン１の温度が上昇するに従って高くなる。それに伴い、図４（Ａ）に示すように、クランク室１２ａに滴下するエタノールの量も減少していく。エンジン１の温度が上昇していくと、やがてクランク室１２ａに滴下するエタノールの量は零となる。

【0056】

その結果、図４（Ｃ）に示すように、オイル貯留部２３ａに蓄積されたエタノールの量は、燃焼室１７からのエタノールの滴下がなくなるまで徐々に増加する。

【0057】

そして、図４（Ｂ）に示すように、エンジン１の温度が或る程度高くなると、エンジンオイル中のエタノールの蒸発が始まる。そして、エンジン１の温度が高くなるにつれて（時間経過に伴って）エンジンオイル中から蒸発したエタノールの量が増えていく。エタノールの蒸発が始まるタイミングとクランク室１２ａへ滴下するエタノールが零になるタイミングとは略同時期となる。図４（Ｃ）に示すように、エタノールの蒸発に伴って、オイル貯留部２３ａに蓄積されたエタノールの量は徐々に減少していく。やがて、オイル貯留部２３ａに蓄積された全てのエタノールが蒸発する。

【0058】

そして、前述の濃度推定制御によれば、オイル貯留部２３ａへのエタノールの滴下が実質的に零になったときに、ＰＣＶバルブ５９ａが閉じられ、濃度推定が開始される。オイル貯留部２３ａに蓄積されたエタノールが全て蒸発するのを待ってから濃度推定を開始すると、濃度推定に要する時間が非常に長くなる。それに比べて、ＰＣＶバルブ５９ａを一時的に閉じることによって、ＰＣＶホース５９を介して流入する蒸発エタノールの影響を受けない濃度推定を早期に開始することができる。

【0059】

ただし、エンジンの始動後すぐに濃度推定を行うのではなく、エンジン１の温度が所定温度以上となるのを待ってから、濃度推定を開始する。エンジン１の温度が低い場合には、燃焼室１７へ供給した燃料の一部は気化せず未燃の状態で燃焼室１７に残留する。残留した燃料の多くは、オイル貯留部２３ａに蓄積されるが、一部には、気筒１１の内壁に付着して残留し、次回のサイクルで燃焼するものもある。このような状態で濃度推定を行っても、燃焼に供した燃料がそのサイクルで燃焼室１７に供給された燃料なのか、それより前のサイクルから残留している燃料なのか正確にはわからないので、濃度推定を精度良く行うことができない。そこで、エンジン１の温度が所定温度以上となるのを待つことによって、燃焼室１７に気化せずに残留する燃料が濃度推定に影響を与えない程度に減少した状態で濃度推定を行うことができる。これにより、濃度推定をより精度良く行うことができる。

【0060】

尚、エンジン１の温度が低いときには、前述の燃料量の増量補正が行われている。増量分は、燃料の気化率に応じて調整されている。つまり、エンジン１の温度が低いほど増量分は多くなっている。そのため、増量補正の増量分に基づいてエンジン１の温度を判定することもできる。エンジン１の温度が所定温度Ｔのときの増量分を閾値として設定することができる。この場合、増量分が該閾値以下となったことをもって、エンジン１の温度が所定温度Ｔ以上であると判定することができる。

【0061】

したがって、前記エンジン１は、エタノールを含む燃料が供給されるように構成されたエンジンであって、前記エンジン１のクランク室１２ａと連通し、エンジンオイルを貯留するオイル貯留部２３ａと、前記クランク室１２ａのブローバイガスを前記エンジン１に設けられたサージタンク５５ａへ導くＰＣＶホース５９と、前記ＰＣＶホース５９を開閉するＰＣＶバルブ５９ａと、所定条件が成立すると、前記エンジン１の運転中に排気ガス中の酸素濃度に基づいてエタノールの濃度推定を行い、推定したエタノールの濃度に基づいて前記エンジン１の運転を制御するエンジン制御器１００とを備え、前記エンジン制御器１００は、前記濃度推定が完了していないときであって前記エンジン１が始動されたときには、エンジン１の温度が所定温度Ｔ以上のときに、前記ＰＣＶバルブ５９ａを閉じた状態で前記濃度推定を開始する。

【0062】

この構成によれば、オイル貯留部２３ａにエタノールが蓄積されている場合であっても、オイル貯留部２３ａからの蒸発エタノールの影響を受けることのない濃度推定、即ち、精度の良い濃度推定を、オイル貯蔵部２３ａのエタノールが蒸発し切るのを待つこと無く早期に行うことができる。それに加えて、エンジン１の温度が高いときに濃度推定を行うことによって、気化せずに残留する燃料が少ない状態で濃度推定を行うことができる。これにより、さらに精度の良い濃度推定を行うことができる。

【0063】

また、エンジン制御器１００は、燃料の気化率に応じて燃料噴射量を増量するように構成されており、噴射燃料量の増量分に基づいてエンジン１の温度が所定温度以上か否かを判定してもよい。

【0064】

増量補正の増量分は、燃料の気化率に応じて設定されており、燃料の気化率は、エンジン１の温度と関連している。つまり、増量補正の増量分はエンジン１の温度と関連しているので、増量補正の増量分に基づいてエンジン１の温度が所定温度以上か否かを判定することもできる。

【0065】

《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、前記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

【0066】

前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

【0067】

前記の構成はＦＦＶとしているが、ここに開示する技術は、ＦＦＶでなくても、アルコールを含有する燃料が供給されるエンジンを搭載する車両に広く適用することが可能である。

【0068】

前記実施形態では、特殊燃料としてエタノールを用いた例を説明したが、特殊燃料はそれ以外の物質であってもよい。例えば、特殊燃料は、メタノール等のアルコール、食用油や産業油等の油であってもよい。また、特殊燃料と混合される燃料は、ガソリンに限られない。

【0069】

前記実施形態では、エンジン１の温度が所定温度Ｔ以上になると、濃度推定を開始しているが、エンジン１の温度が所定温度Ｔ以上であれば、濃度推定をいつ開始してもよい。ただし、エンジン１の温度が所定温度Ｔ以上となったときに濃度推定を開始する方が、濃度推定を早期に実行することができる。また、ＰＣＶバルブ５９ａの閉弁をエンジン１の温度が所定温度Ｔ以上となったときに行っているが、エンジン１の温度が所定温度Ｔとなる前からＰＣＶバルブ５９ａを閉弁してもよい。つまり、濃度推定時にＰＣＶバルブ５９ａが閉弁されていれば、ＰＣＶバルブ５９ａの閉弁タイミングは任意に設定することができる。ただし、クランク室１２ａの換気機能の観点からは、濃度推定を開始するときにＰＣＶバルブ５９ａを閉じることが好ましい。

【0070】

また、前記実施形態では、エンジン１の温度をエンジン水温に基づいて判定しているが、これに限られるものではない。前述の如く、増量補正の補正分に基づいてエンジン１の温度を判定してもよいし、それ以外の物理量に基づいてエンジン１の温度を判定してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0071】

以上説明したように、ここに開示された技術は、特定温度以下の条件下でガソリンよりも気化率が低く、該特定温度を超えると気化率が増大する特殊燃料を含む燃料が供給されるように構成されたエンジンについて有用である。

【符号の説明】

【0072】

１ エンジン（エンジン本体）
１２ａ クランク室
２３ａ オイル貯留部（貯留部）
５５ａ サージタンク（吸気通路）
５９ ＰＣＶホース（ブローバイ通路）
５９ａ ＰＣＶバルブ（開閉弁）
１００ エンジン制御器（制御部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】