JP2006220010A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料のアルコール濃度が変化した直後の燃焼燃料量を適正とし、空燃比を所望の値に保つ。
【解決手段】 燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能な内燃機関の燃料噴射制御装置であって、燃料の蒸気圧evapを検出する蒸気圧検出手段（ステップＳ２０）と、この検出された蒸気圧evapに基づいて燃料噴射量を補正する蒸気圧補正手段（ステップＳ４０、Ｓ９０、Ｓ１３０、Ｓ１４０）とを備えたことを特徴とする。噴射される全燃料量のうち、特にポート壁面等に付着して以降のサイクルに繰り越される燃料量は燃料の蒸気圧に関係がある。従ってかかる蒸気圧補正により、燃料のアルコール濃度が変化した直後の燃焼燃料量を適正量とすることができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に係り、特に、燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能な内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

近年、ガソリン燃料に加えて、代替燃料としてのアルコールを同時に使用可能なシステムが実用化されつつあり、このシステムを搭載した自動車などの車両（ＦＦＶ; Flexible Fuel Vehicle）では、ガソリンは勿論のこと、アルコールとガソリンとの混合燃料、またはアルコールのみで走行が可能なようになっている。

このＦＦＶのエンジンは、例えば特許文献１に開示されているように、燃料中のアルコール濃度をアルコール濃度センサによって検知し、このアルコール濃度に応じて燃料噴射量を補正し、実際の空燃比を所望の空燃比に保つように制御されている。

燃料がガソリン１００％（アルコール濃度０％）のときの理論空燃比は約１４．９であり、他方、燃料がアルコール１００％のときの理論空燃比は、アルコールがメタノールの場合６．４５、アルコールがエタノールの場合９．０１である。したがって、アルコール濃度が高くなるほど、理論空燃比は低下し、同じエンジン運転状態においては燃料噴射量を多くする必要がある。そこで、前述のようにアルコール濃度に応じて燃料噴射量を補正することで、実際の空燃比を、アルコール濃度に対応した理論空燃比等の所望の空燃比に制御するようにしている。

特開平５−９９０２３号公報

ところで、給油等によって燃料のアルコール濃度が変化した場合でも、前述のアルコール濃度に基づく燃料噴射量の補正により、原則的には、実際の空燃比を所望の空燃比に制御することができる。

しかしながら、このような補正によっても、アルコール濃度が変化した直後は、実際の空燃比を所望の空燃比に制御することができないという事実が判明した。

すなわち、例えば吸気ポートに取り付けられたインジェクタにより燃料噴射が実行される場合、そのインジェクタから噴射された燃料は、その一部が吸気ポートの内壁・シリンダボア表面等に付着してから蒸発して混合気の一部となる。つまり、付着しない燃料は燃料噴射が行われたサイクルで消費されるものの、その付着分の燃料は、燃料噴射が行われたサイクルではなく、その後のサイクルで消費されることになる。この付着→気化分を見込んだ量がインジェクタから噴射されている。

しかしながら、仮に現在が、アルコール濃度が変化した直後の最初のサイクルであると仮定すると、今回のサイクルで噴射される燃料のうちの付着相当分が次回サイクル以降で消費され、今回のサイクルで消費されず、その代わりに以前のサイクルの燃料噴射量のうちの付着相当分が今回のサイクルで消費される。以前のサイクルの燃料のアルコール濃度は今回サイクルと異なるので、その付着相当分も、今回サイクルで予定されていた量と異なり、従って今回サイクルで燃焼される燃料量は、予定されていた量と異なってしまう。その結果、アルコール濃度に基づく燃料噴射量の補正を行っても実際の空燃比を所望の空燃比に制御することが困難となる場合がある。

前述のような燃料のアルコール濃度に基づく燃料噴射量の補正を行った場合、アルコール濃度が変化してからある程度の時間が経過すれば、燃料噴射量のうちの付着相当分と、今回サイクルでの消費分とが、予定通りバランスするようになる。しかしながら、アルコール濃度が変化した直後はこのような補正でも十分ではなく、依然解決すべき余地が残されている。

そこで、本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、燃料のアルコール濃度が変化した場合にその変化直後の燃焼される燃料量を適正量とし、実際の空燃比を所望の空燃比に保つことができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能な内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記燃料の蒸気圧を検出する蒸気圧検出手段と、該検出された蒸気圧に基づいて燃料噴射量を補正する蒸気圧補正手段とを備えたことを特徴とする。

本発明者は、鋭意研究の結果、燃料のアルコール濃度と蒸気圧との間に一定の関係があること、及び噴射される全燃料量のうち、特にポート壁面等に付着して以降のサイクルに繰り越される燃料量が燃料の蒸気圧に関係があることを見出した。従ってかかる構成のように、燃料の蒸気圧に基づく燃料噴射量の補正を行うことにより、燃料のアルコール濃度が変化した直後の燃焼される燃料量を適正量とし、実際の空燃比を所望の空燃比に保つことができる。

ここで、好ましくは、前記検出される蒸気圧の変化量を算出する変化量算出手段がさらに備えられ、前記蒸気圧補正手段は、前記算出された蒸気圧の変化量が所定量を超えたとき、前記燃料噴射量の補正を実行することを特徴とする。

燃料のアルコール濃度が変化したとき、これに伴って通常は燃料の蒸気圧が変化する。この構成によれば、燃料の蒸気圧の変化量が所定量を超えたとき燃料噴射量の補正が実行されるので、必要十分な補正を行うことができる。

また、好ましくは、前記蒸気圧補正手段は、前記算出された蒸気圧の変化量が所定量を超えた時から所定時間、前記燃料噴射量の補正を実行することを特徴とする。

燃料の蒸気圧変化（すなわち付着燃料量の変化）が空燃比に影響を及ぼすのは、燃料のアルコール濃度が変化した直後の短時間である。この構成によれば、その短時間だけ燃料の蒸気圧に基づく燃料噴射量の補正を行うことができ、補正を必要かつ十分な時間だけ実行することができる。

また、好ましくは、前記蒸気圧補正手段は、前記算出された蒸気圧の変化量が所定の正の第一閾値より大きい値であるとき前記燃料噴射量を減量補正し、前記算出された蒸気圧の変化量が所定の負の第二閾値より小さい値であるとき前記燃料噴射量を増量補正することを特徴とする。

燃料のアルコール濃度変化により燃料の蒸気圧が増加側に変化すると、変化直後のサイクルでは変化前のサイクルの比較的多量の付着燃料量が加わり、逆に燃料の蒸気圧が減少側に変化すると、変化直後のサイクルでは変化前のサイクルの比較的少量の付着燃料量が加わる。従ってこの構成のように、蒸気圧の変化量が所定の正の第一閾値より大きい値であるとき燃料噴射量を減量補正し、逆に蒸気圧の変化量が所定の負の第二閾値より小さい値であるとき燃料噴射量を増量補正することで、変化直後のサイクルにおける適正量に対する過剰分又は不足分を減量又は増量することができ、実態に即した好適な補正を行うことが可能となる。

本発明によれば、燃料のアルコール濃度が変化した場合にその変化直後の燃焼される燃料量を適正量とし、実際の空燃比を所望の空燃比に保つことができる内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することができるという、優れた効果が発揮される。

以下、本発明の好適一実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。

図１は、本実施形態にかかる内燃機関の燃料噴射制御装置を示すシステム図である。図示されるように、車両に搭載されるエンジン１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から電制スロットル弁３の制御を受けて、サージタンク４および吸気通路５を介して空気が吸入される。吸気通路５は、エンジン１のシリンダヘッドに気筒ごとに形成された吸気ポートと、これら吸気ポートに連通してシリンダヘッドに取り付けられる吸気マニホールドとを含む。そして、吸気通路５（特に吸気ポート）に燃料を噴射するように、電磁式のインジェクタ６が各気筒ごとに設けられている。インジェクタ６は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）３０から出力されるオン信号により開弁し、燃料を噴射し、ＥＣＵ３０から出力されるオフ信号により閉弁し、燃料噴射を停止する。噴射された燃料は、吸気行程噴射の場合は燃焼室内に拡散して均質な混合気を形成し、ＥＣＵ３０からの点火信号に基づき、点火栓７により点火されて、燃焼する。エンジン１からの排気は排気通路８を通じて排出される。排気通路８には、エンジン１のシリンダヘッドに気筒ごとに形成された排気ポートと、これら排気ポートに連通してシリンダヘッドに取り付けられる排気マニホールドが含まれる。排気マニホールドの下流側には排気浄化用の触媒９が配設され、触媒９の下流側には排気管が接続されている。

各インジェクタ６には、燃料タンク１０に貯留された燃料が燃料供給系１２を介して供給される。ここで本実施形態のエンジン１は、燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能となっており、従って燃料タンク１０には、任意のアルコール濃度を有する燃料が貯留される。この燃料は、ガソリン１００％のときもあるし、メタノール、エタノール等のアルコールがガソリンに混合された混合燃料の場合もあるし、さらにはアルコール１００％の場合もある。燃料タンク１０にどのような燃料が給油されるかは、例えば、ユーザがどのようなガソリンスタンドが利用可能かなどといったユーザの使用環境に依存することが多い。

燃料供給系１２は、各インジェクタ６に共通に接続されたデリバリパイプ１７と、デリバリパイプ１７に燃料タンク１０内の燃料を供給するための燃料供給管１６と、燃料供給管１６に燃料タンク１０内の燃料を送り込むためのフィードポンプ１４と、燃料供給圧を調整してデリバリパイプ１７内の燃料圧を調整するためのレギュレータバルブ１８とから構成される。

燃料供給系１２には、燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段をなすアルコール濃度センサ２１が設けられている。本実施形態のアルコール濃度センサ２１は、燃料の誘電率に基づいてアルコール濃度を検出する静電容量式のものである。しかしながら、燃料の屈折率に基づいてアルコール濃度を検出する光学式のものも使用可能である。本実施形態ではアルコール濃度センサ２１は燃料供給管１６に取り付けられている。

ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサ類からの入力信号を受け、これに基づいて所定の演算処理を行い、インジェクタ６、点火栓７、電制スロットル弁３の駆動モータ１９、レギュレータバルブ１８、フィードポンプ１４などの作動を制御する。

前記センサ類には、前述のアルコール濃度センサ２１が含まれる。また、これ以外に以下のものも含まれる。すなわち、エンジン１にはそのクランク位相を検出するためのクランクセンサ２４が設けられる。クランクセンサ２４は、所定のクランク位相間隔でパルス信号を出力する。このパルス信号に基づいてＥＣＵ３０はエンジン１の実際のクランク位相を検知すると共に、回転速度を演算する。

また、触媒９の直前の上流側には排気中の酸素濃度に比例した出力信号を発生するＯ２センサまたは空燃比センサ２５が設けられる。空燃比センサ２５は、排気の空燃比に比例した電圧値を有する信号を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。

この他、吸気温度を検出する吸気温センサ２６、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２７、スロットル弁３の開度を検出するスロットルポジションセンサ２８、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ（図示せず）、スロットル弁３下流の吸気通路５内の圧力を検出する吸気圧センサ（図示せず）、及び燃料タンク１０内の燃料残量を検知するためのフロートセンサ２９が前記センサ類に含まれる。燃料残量を表示するメータや、燃料残量が少ないことを表示する残量警告灯などがＥＣＵ３０により作動される。

次に、以上の構成からなる燃料噴射制御装置に関し、ＥＣＵ３０により行なわれる制御を以下に説明する。

まず基本の燃料噴射量制御について説明すると、ＥＣＵ３０のメモリ（ＲＯＭ）には、エンジン１の回転速度と負荷とに関連付けられた基本噴射量のマップが予め記憶されており、ＥＣＵ３０は、クランクセンサ２４の出力信号に基づき演算された実際の回転速度と、吸気圧センサの出力信号に基づき演算された実際の負荷とから、マップを参照して基本噴射量を算出する。この場合、マップに入力されている基本噴射量は、燃料がガソリン１００％でエンジンが同一回転数及び負荷で定常運転されているときに排気空燃比が理論空燃比（＝約１４．９）となるような値である。

ＥＣＵ３０は、基本噴射量の算出を終えた後、以下の計算を行って、最終的に噴射すべき目標噴射量を決定し、目標噴射時期の到来と同時に目標噴射量相当の通電時間だけインジェクタ６をオンする。これによりインジェクタ６が開弁され、目標噴射量相当の燃料が噴射される。

目標噴射時期は、前述の基本噴射量マップと同様の噴射時期マップを参照して前記同様に決定される。また目標点火時期も同様に決定され、この目標点火時期に一致させて点火プラグ７による点火が実行される。電制スロットル弁３の開度制御は、基本的には、スロットルポジションセンサ２８の出力値がアクセル開度センサ２７の出力値に応じた値となるように駆動モータ１９を制御するフィードバック制御である。

さて、前述の目標燃料噴射量は次式に基づき決定される。
Ｑｔ＝Ｑｂ×Ｋ１×Ｋａｌｃ×Ｋ２＋ＴＡＵ ・・・ （１）

ここで、Ｑｔは目標噴射量、Ｑｂは基本噴射量、Ｋ１は空燃比フィードバック補正係数、Ｋａｌｃはアルコール濃度補正係数、ＴＡＵは蒸気圧補正量、Ｋ２は水温や吸気温等に基づく他の補正量である。

本実施形態においては燃料噴射量に対する空燃比フィードバック補正を実行するための空燃比フィードバック補正手段が設けられている。特に本実施形態では、排気の空燃比（即ち、筒内混合気の空燃比）が燃料の理論空燃比に一致するように燃料噴射量を増減補正するいわゆるストイキ制御が実行される。ここで、燃料がガソリン１００％（アルコール濃度０％）のときの理論空燃比は約１４．９であり、燃料がアルコール１００％のときの理論空燃比は、アルコールがメタノールの場合６．４５、アルコールがエタノールの場合９．０１である。このようにアルコール濃度が変化すると理論空燃比が変化するが、排気空燃比が理論空燃比となるときの排気中の酸素濃度はアルコール濃度が変化しても変わらないので、このときの酸素濃度（即ち、目標酸素濃度）に対応した空燃比センサ２５の出力値がリッチ・リーン判別基準値としてＥＣＵ３０に記憶される。

空燃比フィードバック補正においては、まず排気中の酸素濃度が空燃比センサ２５により検出され、この値と前記リッチ・リーン判別基準値との比較により、実際の排気のリッチ・リーンが判別される。センサ出力値がリッチ側の値であれば、燃料噴射量を減量補正すべく、１より小さい値の空燃比フィードバック補正係数Ｋ１が算出され、逆にセンサ出力値がリーン側の値であれば、燃料噴射量を増量補正すべく、１より大きい値の空燃比フィードバック補正係数Ｋ１が算出される。なお、ストイキ制御ではなくリーンバーンのような場合では、アルコール濃度が変化したときに燃焼が変わる（空気過剰率に対する燃焼安定度が変わる）ことがあるので、このときには燃料中のアルコール濃度に応じてリッチ・リーン判別基準値を変更することとなる。

また、本実施形態においては燃料噴射量に対するアルコール濃度補正を実行するためのアルコール濃度補正手段も設けられている。これは前述したように、燃料のアルコール濃度が高いほど理論空燃比が小さくなり、燃料噴射量を増加する必要があるからである。ＥＣＵ３０には、図２に示すような、燃料のアルコール濃度とアルコール濃度補正係数Ｋａｌｃとの関係で表されるマップが記憶されている。このマップでは、燃料のアルコール濃度が０％のとき（即ち燃料がガソリン１００％であるとき）、アルコール濃度補正係数Ｋａｌｃが１であり、燃料のアルコール濃度が０％から大きくなるに従って（即ち燃料のうちのガソリンの割合が減少するに従って）、アルコール濃度補正係数Ｋａｌｃが１から増大される。よって、アルコール濃度センサ２１によって検出された実際の燃料のアルコール濃度に対応したアルコール濃度補正係数Ｋａｌｃが当該マップから求められ、この補正係数Ｋａｌｃを用いて前記（１）式から目標燃料噴射量Ｑｔが算出されることにより、燃料のアルコール濃度に基づく燃料噴射量の補正が実行される。

次に、本発明の要旨である燃料の蒸気圧に基づく燃料噴射量の補正（蒸気圧補正）、及び前記（１）式で用いられる蒸気圧補正量ＴＡＵについて説明する。

前述したように、給油等によって燃料のアルコール濃度が変化した場合、原則的には前述のアルコール濃度補正により実際の空燃比を目標空燃比に制御することができる。しかし、この補正によっても、アルコール濃度が変化した直後は、実際の空燃比を目標空燃比に制御することができない場合がある。

すなわち、インジェクタ６から噴射された燃料は、その一部が吸気ポートの内壁等に付着し蒸発してから混合気の一部となる。つまりその付着分の燃料は、燃料噴射が行われたサイクルではなく、その後のサイクルで消費されることになる。他方、残部は燃料噴射が行われたサイクルで消費され、直接混合気を形成して燃焼に供される。このように、この付着→気化分を見込んだ量が、予め基本噴射量Ｑｂとして決定されている。

しかしながら、仮に現在が、アルコール濃度が変化した直後の最初のサイクルであると仮定すると、今回のサイクルで噴射される燃料のうち付着相当分が今回のサイクルで消費されず、代わりに以前のサイクルの噴射燃料のうちの付着相当分が今回のサイクルに加えられて燃焼に供される。以前のサイクルの燃料のアルコール濃度は今回サイクルの燃料のアルコール濃度と異なるので、その付着相当分も、以前のサイクルのものは今回サイクルのものと異なり、従って今回サイクルで燃焼される燃料量は、予定されていた量と異なってしまう。その結果、実際の空燃比を所望の空燃比に制御することができない場合がある。

これを図３を参照しつつより具体的に説明する。図の横軸は燃料噴射実行サイクルを示し、本実施形態の４気筒エンジンの場合１８０°クランク角間隔で、５回のサイクル１，２，３，４，５が示されている。図の縦軸は、全燃料噴射量のうち特に燃焼に供される燃料量を示す。特にここでは実際の空燃比を所望の空燃比にすることができるような適正量をＦとして、各サイクル１〜５で燃焼に供される燃料量を示している。

噴射される全燃料量Ｔのうち、その噴射サイクルで消費される燃料量をＡとし、一旦ポート壁面等に付着して次のサイクルで消費される燃料量をＢとし、さらに次のサイクルで消費される燃料量をＣとすると、これらの関係は
Ｔ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ ・・・ （２）
となる。

そして、これらＡ，Ｂ，Ｃは燃料の蒸気圧に影響されることが判明した。すなわち、定常状態で蒸気圧の高い（つまり蒸発し易い或いは気化速度の高い）燃料でのそれぞれの値をＡｈ，Ｂｈ，Ｃｈ、蒸気圧の低い（つまり蒸発し難い或いは気化速度の低い）燃料でのそれぞれの値をＡｌ，Ｂｌ，Ｃｌとすると、
Ａｈ＞Ａｌ、Ｂｈ＜Ｂｌ、Ｃｈ＜Ｃｌ
という関係が成立する。

ここで、給油等によって燃料のアルコール濃度が急激に変化した場合を想定する。図３の例ではサイクル２とサイクル３との間でこのような急変が起こり、アルコール濃度は低い値Ｌから高い値Ｈに増加されている。

図４は、燃料のアルコール濃度（横軸）と蒸気圧（縦軸）との関係を示している。図から理解されるように、アルコール濃度と蒸気圧とは比例関係になく、アルコール濃度が０％から増加するにつれ、蒸気圧は極低濃度領域で一旦最大値まで上昇した後、徐々に低下する傾向を示す。

図３の例において、アルコール濃度が、例えば図４にＬで示される０％（つまりガソリン１００％）から、図４にＨで示される蒸気圧がほぼ最大値となるような濃度に増加されたとすると、サイクル２からサイクル３にかけて燃料の蒸気圧が急激に大きく上昇される。

アルコール濃度がＬからＨに増加した直後のサイクル３では、このサイクル３で噴射された燃料のうちの今回燃焼分の燃料量Ａｈに、サイクル２の付着分の燃料量Ｂｌと、サイクル１の付着分の燃料量Ｃｌとが加えられる。このとき、アルコール濃度の変化によって今回燃焼分の燃料量がＡｌからＡｈに増加するが、このサイクル３では、Ｂｈ、Ｃｈより多量の付着分燃料量がＢｌ、Ｃｌが繰り越されているから、燃料量が適正量より過剰となって空燃比がリッチになってしまう。

次のサイクル４では、Ｂの値が本来の燃料のアルコール濃度Ｈに対応したＢｈとなるが、依然としてサイクル２におけるＣｌが残っており、燃料量はやはり適正量を超えて空燃比リッチが継続する。

次のサイクル５に到達してようやく、以前の付着燃料量の消費が終了し、Ｂ、Ｃの値ともに本来の燃料のアルコール濃度Ｈに対応したＢｈ、Ｃｈとなり、燃料量は適正量となって適正空燃比が得られる。

このように、燃料のアルコール濃度が変化した直後は空燃比が一時的に所望の値とならず、アルコール濃度が増加した場合は瞬間リッチに、またアルコール濃度が減少した場合は瞬間リーンになってしまう。このような瞬間リッチ又は瞬間リーンの影響は、エンジンの過渡時にはさらに大きくなり、エミッションやドライバビリティの悪化を招いてしまう。

このような瞬間リッチ又は瞬間リーンは、前述の空燃比フィードバック制御によっても補正することが困難である。なぜなら、このような瞬間リッチ又は瞬間リーンによって生じた排気の空燃比が空燃比センサ２５によって検知されるまでにタイムラグがあるからである。そしてそのような瞬間リッチ又は瞬間リーンが空燃比センサ２５で検知された時には、既に燃料量は適正量に戻っている可能性が高く、逆に空燃比フィードバック制御によってその適正状態を崩す結果にもなりかねない。このことも燃料のアルコール濃度が変化した場合にエミッションが悪化する一因となる。

そこで、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置においては、かかる問題を解決するために、燃料の蒸気圧を検出する蒸気圧検出手段と、この検出された蒸気圧に基づいて燃料噴射量を補正する蒸気圧補正手段とを備え、燃料の蒸気圧に基づいて燃料噴射量を補正するようにしている。これが前記式（１）において蒸気圧補正量ＴＡＵを加えた理由である。

まず蒸気圧検出手段について説明すると、ＥＣＵ３０には、図４に示されたような燃料のアルコール濃度と蒸気圧との関係がマップとして記憶される。そしてＥＣＵ３０は、アルコール濃度センサ２１によって検出された実際の燃料のアルコール濃度に対応した蒸気圧を当該マップから求める。このように蒸気圧検出手段はＥＣＵ３０及びアルコール濃度センサ２１により構成される。

次に蒸気圧補正手段について説明する。図５には、蒸気圧補正量ＴＡＵを算出するための処理ルーチンが示されており、ＥＣＵ３０が、この処理ルーチンに従って蒸気圧補正量ＴＡＵを算出し、燃料噴射量を補正する。この処理ルーチンは前述の噴射サイクル（１８０°クランク角毎）ごとに実行される。

まず、処理が開始されると、ステップＳ１０において、アルコール濃度センサ２１によって検出されたアルコール濃度alcoholが読み込まれる。

次のステップＳ２０では、図４の蒸気圧算出マップが参照されて、そのアルコール濃度alcoholに対応した蒸気圧evapが求められる。そしてステップＳ３０において、その求められた今回サイクルの蒸気圧evapと、前回サイクルの蒸気圧evap_oldとの差（evap−evap_old）が、所定の正の値を持つ第一閾値Ａより大きいか否かが判断される（図６参照）。これは蒸気圧の変化量が所定量を超えたか否かを判断するためである。

蒸気圧の差（evap−evap_old）が第一閾値Ａより大きいと判断された場合（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、ステップＳ４０に進んで負の蒸気圧補正量ＴＡＵ（−）が算出される。この蒸気圧補正量ＴＡＵ（−）は、蒸気圧の差（evap−evap_old）の関数であり、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶された計算式又はマップにより求められ、g（evap−evap_old）で表わされる。この後、ステップＳ５０に進んで識別子ｉが１にセットされる。この識別子ｉは、蒸気圧の変化状態を特定するパラメータであり、大略、増加の場合が１、減少の場合が２、変化なしの場合が０である（図６参照）。なお初期化後の最初の処理の場合や、補正終了の場合も識別子ｉは０にセットされる。

一方、ステップＳ３０で蒸気圧の差（evap−evap_old）が第一閾値Ａ以下と判断された場合（ステップＳ３０：Ｎｏ）、ステップＳ８０に進んで、こんどは蒸気圧の差（evap−evap_old）が、所定の負の値を持つ第二閾値Ｂより小さいか否かが判断される（図６参照）。これも蒸気圧の変化量（ここではマイナス側である）が所定量を超えたか否かを判断するためである。

蒸気圧の差（evap−evap_old）が第二閾値Ｂより小さいと判断された場合（ステップＳ８０：Ｙｅｓ）、ステップＳ９０に進んで正の蒸気圧補正量ＴＡＵ（＋）が算出される。この蒸気圧補正量ＴＡＵ（＋）も蒸気圧の差（evap−evap_old）の関数であり、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶された計算式又はマップにより求められ、h（evap−evap_old）で表わされる。この後、ステップＳ１００に進んで識別子ｉが２にセットされる。

蒸気圧の差（evap−evap_old）が第二閾値Ｂ以上と判断された場合（ステップＳ８０：Ｎｏ）、ステップＳ１１０に進んで、識別子ｉの値が０でないか否かが判断される。これは蒸気圧の変化があったか否かを判断するためである。識別子ｉの値が０でない場合（ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２０に進んで、識別子ｉの値が１であるか否かが判断される。これは蒸気圧の変化が増加側か否かを判断するためである。

識別子ｉの値が１である場合（ステップＳ１２０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３０に進んでさらなる負の蒸気圧補正量ＴＡＵ（−）が算出される。ここでの蒸気圧補正量ＴＡＵ（−）は、前回サイクルの蒸気圧evap_oldと、前々回サイクルの蒸気圧evap_old2との差（evap_old−evap_old2）の関数であり、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶された計算式又はマップにより求められ、g' (evap_old−evap_old2）で表わされる。この後、ステップＳ１５０に進んで識別子ｉが０にセットされる。これは補正が終了したことを意味する。

一方、ステップＳ１２０において識別子ｉの値が１でない場合（ステップＳ１２０：Ｎｏ）、ステップＳ１４０に進んでさらなる正の蒸気圧補正量ＴＡＵ（＋）が算出される。ここでの蒸気圧補正量ＴＡＵ（＋）は、前回サイクルの蒸気圧evap_oldと前々回サイクルの蒸気圧evap_old2との差（evap_old−evap_old2）の関数であり、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶された計算式又はマップにより求められ、h' (evap_old−evap_old2）で表わされる。この後、ステップＳ１５０に進んで識別子ｉが０にセットされる。

ステップＳ１１０において識別子ｉの値が０である場合（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、ステップＳ１６０に進んで蒸気圧補正量ＴＡＵは０とされる。

ステップＳ５０、Ｓ１００、Ｓ１５０、Ｓ１６０の後はステップＳ６０に進んで今回サイクルの蒸気圧evapが前回サイクルの蒸気圧evap_oldに置換され、ステップＳ７０において前回サイクルの蒸気圧evap_oldが前々回サイクルの蒸気圧evap_old2に置換される。以上で本処理が終了する。

以上の説明から理解されるように、また図６にも示されるように、本処理においては、蒸気圧の差（evap−evap_old）又は(evap_old−evap_old2）が正の第一閾値Ａより大きい場合、識別子ｉが１にセットされるとともに負の蒸気圧補正量ＴＡＵ（−）が算出され、その差が負の第二閾値Ｂより小さい場合、識別子ｉが２にセットされるとともに正の蒸気圧補正量ＴＡＵ（＋）が算出され、その差が第一閾値Ａ以下且つ第二閾値Ｂ以上の場合、識別子ｉが０にセットされるとともに蒸気圧補正量ＴＡＵが０とされる。

この処理を実際のエンジン運転中の状況に当てはめて説明すると、まず、燃料のアルコール濃度の変化がなくしたがってその蒸気圧にも変化がないとき、処理はステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ８０、Ｓ１１０を経て、ステップＳ１６０において蒸気圧補正量ＴＡＵが０とされ、ステップＳ６０、ｓ７０で蒸気圧の差の今回値と前回値との置き換えがなされる。したがって前記式（１）より燃料噴射量の蒸気圧補正は行われない。

そして、燃料のアルコール濃度の変化により、例えば燃料の蒸気圧がステップＳ３０の条件を満たす程度に増加すると、この変化直後の最初のサイクル（図３のサイクル３に相当）では処理がステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ４０、Ｓ５０、Ｓ６０、ｓ７０と進み、負の蒸気圧補正量ＴＡＵ（−）が算出される。よって前記式（１）より、目標燃料噴射量は減量補正され、この結果実際の燃料噴射量も減量補正されて図３に示した適正量となる。これにより排気空燃比は所望の目標空燃比に維持される。すなわち、蒸気圧補正量ＴＡＵ（＋）、ＴＡＵ（−）は、実際の空燃比が所望の空燃比となるように燃料噴射量を適正量とするような値が設定されている。

そして次回のサイクル（図３のサイクル４に相当）では、処理がステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ８０、Ｓ１１０と進み、ｉ＝１であるからステップＳ１２０、Ｓ１３０と進み、再び負の蒸気圧補正量ＴＡＵ（−）が算出され、ステップＳ１５０においてｉ＝０とされる。よって再度、目標燃料噴射量は減量補正され、実際の燃料噴射量も減量補正されて適正量となり、排気空燃比が所望の目標空燃比に維持される。

ここで算出される負の蒸気圧補正量ＴＡＵ（−）は、前回サイクルで算出される負の蒸気圧補正量ＴＡＵ（−）より少量である（つまり絶対値が小さい）。これは図３のサイクル３とサイクル４とを見比べれば分かるように、今回サイクルの方が前回サイクルよりも適正量から超過した量が少なくなっているからである。

さらに次のサイクル（図３のサイクル５に相当）では、処理がステップＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０、Ｓ８０、Ｓ１１０と進み、Ｓ１１０においてｉ＝０であるからＮｏとなってステップＳ１６０に進む。ここで蒸気圧補正量ＴＡＵは０とされ、燃料噴射量の蒸気圧補正は行われない。このときは既に以前の付着分燃料の影響が解消しているからである。

以上はアルコール濃度が増加した場合の例であるが、本処理は、アルコール濃度が減少した場合にも当然に適用可能である。その要部のみを簡単に説明すると、ステップＳ８０の条件が成立する程度に燃料のアルコール濃度が変化すると、その直後のサイクルではステップＳ９０で正の蒸気圧補正量ＴＡＵ（+）が算出され、ステップＳ１００で識別子ｉ＝２とされる。そして次のサイクルではステップＳ１４０でより少ない正の蒸気圧補正量ＴＡＵ（+）が算出され、ステップＳ１５０で識別子ｉ＝０とされる。これにより蒸気圧補正が実質的に終了される。

以上から理解されるように、本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、燃料の蒸気圧に基づく燃料噴射量の補正を行うので、燃料のアルコール濃度が変化した場合でも、その変化直後の燃焼される燃料量を適正な値とし、実際の空燃比を所望の空燃比に安定して保つとともに、エミッションやドライバビリティを良好に保つことができる。

そして、前記蒸気圧補正によりアルコール濃度変化に基づく瞬間リッチ又は瞬間リーンが根本的に解消されるので、本実施形態の如く空燃比フィードバック制御が行われる場合にあっても、その瞬間リッチ又は瞬間リーンを打ち消すように空燃比フィードバック補正が働くことはなく、このことによっても実際の空燃比を所望の空燃比に安定して保つことができる。

本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば、前記実施形態では、燃料のアルコール濃度が変化したときその直後の２回のサイクルに限って蒸気圧補正を実行した。しかしながら、この回数（ひいては補正実行時間）を変更することは可能であり、例えば１回としたり、３回以上とすることも可能である。前記実施形態は、蒸気圧変化の影響が２回のサイクルで解消する場合の例であった。しかしながら、何サイクルで解消するかは、インジェクタの設置位置やエンジン水温等によって異なり、最適な回数を実験等を通じて決定すればよい。さらにＥＣＵのタイマやカウンタによって補正実行時間を規定することも可能である。

また、前記実施形態ではアルコール濃度センサ２１を燃料供給管１６に取り付けたが、デリバリパイプ１７又はインジェクタ６又は燃料タンク１０に取り付けることも可能である。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施形態を示すシステム平面図である。 アルコール濃度補正係数Ｋａｌｃを算出するためのマップである。 各燃料噴射サイクルごとに筒内で燃焼される燃料量の推移を示したタイムチャートであり、本発明にかかる蒸気圧補正が実行されない場合の例である。 燃料のアルコール濃度と蒸気圧との関係を示したグラフである。 本実施形態に係る蒸気圧補正を実行するための処理ルーチンを示したフローチャートである。 蒸気圧の差に対する蒸気圧補正量の対応関係を示すグラフである。

符号の説明

１ エンジン
６ インジェクタ
１０ 燃料タンク
１２ 燃料供給系
１６ 燃料供給管
１７ デリバリパイプ
２１ アルコール濃度センサ
２５ 空燃比センサ
３０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
alcohol 燃料のアルコール濃度
evap, evap_old, evap_old2 燃料の蒸気圧
Ｑｔ 目標噴射量
Ｑｂ 基本噴射量
ＴＡＵ、ＴＡＵ（+），ＴＡＵ（-） 蒸気圧補正量
Ｋａｌｃ アルコール濃度補正係数
Ｋ１ 空燃比フィードバック補正係数
Ａ 第一閾値
Ｂ 第二閾値

Claims (4)

1. 燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能な内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記燃料の蒸気圧を検出する蒸気圧検出手段と、該検出された蒸気圧に基づいて燃料噴射量を補正する蒸気圧補正手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記検出される蒸気圧の変化量を算出する変化量算出手段をさらに備え、
   前記蒸気圧補正手段は、前記算出された蒸気圧の変化量が所定量を超えたとき、前記燃料噴射量の補正を実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記蒸気圧補正手段は、前記算出された蒸気圧の変化量が所定量を超えた時から所定時間、前記燃料噴射量の補正を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記蒸気圧補正手段は、前記算出された蒸気圧の変化量が所定の正の第一閾値より大きい値であるとき前記燃料噴射量を減量補正し、前記算出された蒸気圧の変化量が所定の負の第二閾値より小さい値であるとき前記燃料噴射量を増量補正することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
   

Images