JP2007327411A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルコール混合燃料が相分離した場合に燃焼状態の悪化を抑制する。
【解決手段】エンジン２００には、エタノール混合燃料を貯留する燃料タンク２１５が備わる。貯留されたエタノール混合燃料が相分離した場合、燃料タンク２１５下層に溜まる水エタノールは、低圧ポンプ２２１の作用により除去され、水エタノールタンク２２２に貯留される。水エタノールが貯留されると、切り替え制御弁２２５の切り替え状態が、通常の二系統噴射に対応する状態から、吸気ポートインジェクタ２１４から燃料タンク２１５に残留するガソリンが、また直噴インジェクタ２２９から水エタノールタンク２２２に貯留される水エタノールが夫々噴射される状態へ制御され、直噴インジェクタ２２９からは、水エタノールにおけるエタノール濃度に応じて決定される直噴噴射比率に基づいて水エタノールが噴射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルコール混合燃料を使用可能な内燃機関において燃焼状態を制御する内燃機関の燃焼制御装置の技術分野に関する。

この種の装置に係るものとして、始動性能を向上させるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された始動制御方法（以下、「従来の技術」と称する）によれば、アルコール混合燃料が相分離した場合に、始動制御へ移行する前にアルコール混合燃料を予混合することによって、アルコール混合燃料中のアルコール濃度と実際に噴射される燃料中のアルコール濃度を一致させ、良好な始動性能を得ることが可能であるとされている。

尚、積極的に相分離を発生させ、先に水アルコール相を内燃機関で使用する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、ガソリン貯留タンクとアルコール混合燃料タンクを備えるものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開平６−２６４１４号公報 特開平７−１９１２４号公報 特開平５−２０９５６５号公報

従来の技術において予混合が不十分である場合、噴射される燃料におけるアルコール濃度は結局不安定となって始動性能が低下することがある。また、一旦アルコール混合燃料に相分離が発生すれば、予混合により一時的にアルコール濃度を均一に保っても再び相分離が発生する可能性が高いから、噴射される燃料におけるアルコール濃度は総じて不安定になり易い。即ち、従来の技術には、相分離発生時に内燃機関の燃焼状態が悪化しかねないという技術的な問題点がある。

本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、アルコール混合燃料が相分離した場合に燃焼状態の悪化を抑制することが可能な内燃機関の燃焼制御装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置は、ガソリンとアルコールとが混合されてなるアルコール混合燃料を貯留する第１貯留手段、該貯留されたアルコール混合燃料を吸気ポートに噴射可能な第１噴射手段及び前記貯留されたアルコール混合燃料を気筒内に噴射可能な第２噴射手段を備える内燃機関において燃焼状態を制御する内燃機関の燃焼制御装置であって、前記貯留されたアルコール混合燃料が、前記ガソリンと前記アルコールを含むアルコール燃料とに分離した状態として規定される相分離状態にあるか否かを判別する判別手段と、前記貯留されたアルコール混合燃料が前記相分離状態にある場合に前記第１貯留手段から前記アルコール燃料を除去する除去手段と、前記除去されたアルコール燃料を前記第１及び第２噴射手段のうち一方に供給し、且つ前記第１貯留手段に残留する前記ガソリンを前記一方に対応する他方に供給する供給手段と、前記供給されたアルコール混合燃料及びガソリンが噴射されるように前記一方及び他方を夫々制御する噴射制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明における「内燃機関」とは、燃料の燃焼を動力に変換する機関であって、特に、燃料として、ガソリンと、エタノールやメタノール等の各種アルコールとを混合してなるアルコール混合燃料を使用可能な機関を包括する概念である。尚、アルコール混合燃料におけるアルコールの濃度は、固定値であっても、或いは例えば燃料補給時の条件等に応じて、例えば０％から１００％の範囲で変化する可変な値であってもよい。即ち、本発明に係る内燃機関は、所謂ＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）用の内燃機関として構成されていてもよい。

本発明に係る内燃機関には、前述したアルコール混合燃料を貯留する、例えば燃料タンク等の形態を採り得る第１貯留手段が備わる。更に、この貯留されたアルコール混合燃料を吸気ポートに噴射可能な、例えば電子制御式インジェクタ等の第１噴射手段と、同じくこのアルコール混合燃料を気筒内に直接噴射可能な、例えば電子制御式インジェクタ等の第２噴射手段とが備わる。

ここで特に、第１貯留手段内では、アルコール混合燃料におけるガソリンとアルコールとの混合状態が経時的に、例えば第１貯留手段内に何らかの理由で水が存在した場合等に変化することがあり、アルコール混合燃料が相分離することがある。ここで、本発明に係る「相分離」とは、アルコール混合燃料が、ガソリンとアルコールを含むアルコール燃料とに分離した状態を表す概念である。但し、アルコール混合燃料が相分離した状態において、ガソリン相からアルコールが、またアルコール燃料相からガソリンが、必ずしも完全に排除されている必要はなく、即ち、相分離とは、アルコール混合燃料が、少なくともガソリンとアルコールとが均一に混合されたものとして噴射に供された際に、燃焼状態の悪化等の問題が顕在化し得る程度に、ガソリンが支配的な燃料相とアルコール燃料が支配的な燃料相とに分離した状態を包括する概念である。尚、アルコール燃料とは、無論アルコールのみであってもよいが、第１貯留手段内に水が混入することによって相分離が顕著に生じ易くなることに鑑みれば、アルコール燃料とは、典型的にはアルコールと水との混合体である。

相分離したアルコール混合燃料が、何らの対策も施されることなく、第１及び第２噴射手段にアルコール混合燃料として供給された場合、第１及び第２噴射手段を介して噴射される燃料におけるアルコール濃度が不安定となり、例えば、好適にはアルコール混合燃料におけるアルコール濃度等に応じて最適化され得る内燃機関の各種運転条件が現状に整合しなくなって、燃焼状態が悪化しかねない。また、アルコール混合燃料が相分離した場合にガソリンのみを噴射に供すると、必然的に燃料の効率的な使用が阻害され、且つアルコール燃料に期待される燃焼温度低減の効果が得られないことに起因してノッキングが発生易くなり燃焼状態が悪化しかねない。更には、一旦相分離したアルコール混合燃料は、攪拌又は再混合を行っても再び相分離する可能性が高いから、或いは攪拌又は再混合の度合いによってはアルコール濃度が安定し難いから、結局燃焼状態が不安定となりかねない。

そこで、本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置は、以下の如くにして係る問題を解決せしめている。即ち、本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置によれば、その動作時には、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される、或いは更にそれらに例えば液面検出センサやフロートセンサ等の各種検出装置又はそれに準じる装置を適宜組み合わせてなる判別手段によって、アルコール混合燃料が相分離状態にあるか否かが判別される。

尚、判別手段に係る判別の態様は、アルコール混合燃料が相分離状態にあるか否かを、少なくとも実践的にみて問題が顕在化しない程度に正確に判別し得る限りにおいて何ら限定されない。

アルコール混合燃料が相分離状態にあると判別された場合、例えばデリバリパイプ等の管状部材、ポンプ等の圧送手段、或いはそれらを制御する例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の制御手段を適宜含む除去手段により、第１貯留手段からアルコール燃料が除去される。この際、ガソリンの比重がアルコールと比較して小さいことに鑑みれば、ガソリンは第１貯留手段内においてアルコール燃料よりも上層に貯留されるから、例えば第１貯留手段内部に連通する管路を第１貯留手段底部に接続してもよい。

この除去されたアルコール燃料は更に、管状部材やポンプ等の圧送手段及びそれらを制御する例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の制御手段を適宜含む供給手段によって、第１噴射手段及び第２噴射手段のいずれか一方に供給される。また、アルコール燃料が除去された後に第１貯留手段に残留するガソリンは、この供給手段により当該いずれか一方に対応する他方に供給される。

尚、係る供給手段の構成は、アルコール混合燃料を第１及び第２噴射手段に供給する供給系と少なくとも一部が共有されていてもよいし、相互に全く独立していてもよい。

このように、ガソリン及び除去されたアルコール燃料が夫々前述した他方及び一方に供給されると、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成され得る噴射制御手段により、供給されたガソリン及びアルコール燃料が噴射されるように他方及び一方が夫々制御される。

尚、この場合、アルコール燃料は、燃料として内燃機関に係る燃焼に供されてもよいし、例えばノッキング抑制剤として、例えば内燃機関の燃焼温度等に応じて、より具体的には、例えば比較的燃焼温度が上昇し易いＷＯＴ（Wide Open Throttle）時に限定して噴射されてもよい。

このように、本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置によれば、アルコール混合燃料が相分離した場合には、ガソリンとアルコール燃料とが、夫々相互に異なる噴射手段を介して噴射され、例えば内燃機関における燃焼に供される。或いはアルコール燃料がノッキングを抑制するためのノッキング抑制剤として噴射に供される。従って、アルコール濃度が安定しないことによる燃焼状態の悪化が抑制される。即ち、本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置によれば、アルコール混合燃料の相分離時における燃焼状態の悪化を抑制することが可能となるのである。

尚、第１貯留手段内部に存在する水によってアルコール混合燃料が相分離した場合、アルコール燃料は、高い確率でアルコールと水とから構成される。この場合、アルコール燃料におけるアルコール濃度は、第１貯留手段内に存在する水の量と、元々第１貯留手段に貯留されていたアルコール混合燃料におけるアルコール濃度と、アルコール混合燃料の残量等に応じて、例えば限りなくゼロに近い（即ち、ほとんど水である）値から限りなく１００％に近い（即ち、ほとんどアルコールである）値まで変化し得るが、係るアルコール濃度によらず、少なくともノッキング抑制剤としての効果は担保される。

また、アルコール混合燃料が経時的に或いは自然に相分離することを待たずとも、例えば第１貯留手段内に水を供給可能な何らかの手段を介して第１貯留手段内に水を供給することにより、このような相分離状態をアクティブに生じさせてもよい。

本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置の他の態様では、前記供給手段は、前記一方として前記第２噴射手段に前記アルコール燃料を供給し、前記他方として前記第１噴射手段に前記ガソリンを供給する。

この態様によれば、例えば水とアルコールからなるアルコール燃料が、第２噴射手段を介して気筒内に噴射される。アルコール燃料は、第１貯留手段に残留するガソリンと比較してアルコールを多量に含むから、アルコールの気化潜熱がガソリンよりも大きいことに鑑みれば燃焼温度の低減効果が顕著であり、このように気筒内に直接噴射されることにより、係る燃焼温度を低減し、それに伴ってノッキングの発生を抑制し、燃焼状態をより安定させることが可能となる。

また、同一の噴射量で比較した場合、アルコールの発熱量はガソリンよりも小さいから、同等の発熱量を得ようとした場合には、即ち、内燃機関の出力を維持しようとした場合には、アルコールの噴射量はガソリンよりも多くなる。従って、第１噴射手段にアルコール燃料が供給される場合には、吸気系を介して吸入される空気に係る吸入空気量が相対的に減少することになる。この点、第２噴射手段は、気筒内に直接燃料を噴射するため有利である。

本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置の他の態様では、前記供給手段は更に、前記貯留されたアルコール混合燃料が前記相分離状態にない場合に、前記第１及び第２噴射手段に前記アルコール混合燃料を供給し、前記噴射制御手段は更に、前記供給されたアルコール混合燃料が噴射されるように前記第１及び第２噴射手段を制御する。

この態様によれば、アルコール混合燃料が相分離していない、通常の或いは理想的な状況では、供給手段によって、アルコール混合燃料が第１及び第２噴射手段に供給される。従って、供給手段が、相分離時における燃料供給に特化した構成を有する必要はなくなり、効率的且つ効果的である。

例えば、このような供給手段の構成としては、第１貯留手段から第１及び第２噴射手段に燃料を供給する、例えば管状部材等の物理的又は機械的な系統と、除去されたアルコール燃料を第１又は第２噴射手段に供給する例えば管状部材等の物理的又は機械的な系統とを相互に接続し、更には例えばその接続部位周辺に、例えば切り替え弁等の制御弁を介在させてもよい。この場合、例えば係る制御弁の切り替え状態を制御すること等によって、第１及び第２噴射手段にアルコール混合燃料が供給される第１の供給モードと、一方の噴射手段にアルコール燃料が供給され且つ他方の噴射手段にガソリンが供給される第２の供給モードとが実現されてもよい。

本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置の他の態様では、前記除去されたアルコール燃料を貯留する第２貯留手段と、該貯留されたアルコール燃料における前記アルコールの濃度を特定する濃度特定手段と、該特定された濃度に応じて前記ガソリンの噴射量に対する前記アルコール燃料の噴射量の比率を決定する噴射比率決定手段とを更に具備し、前記噴射制御手段は更に、前記決定された比率に基づいて前記アルコール燃料及びガソリンが噴射されるように前記一方及び他方を制御する。

この態様によれば、除去されたアルコール燃料が、例えば第１貯留手段と同様貯留タンク等の形態を採り得る第２貯留手段に貯留される。この貯留されたアルコール燃料におけるアルコールの濃度（以下、適宜「アルコール濃度」と称する）は、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される、或いは更に濃度センサ等の検出手段を含んでなる濃度特定手段によって特定される。

尚、本発明における「特定」とは、例えば電気的、物理的、化学的、機械的又は機構的な検出手段により直接的に又は間接的に検出することに限定されず、例えばこれら直接的に又は間接的に検出された値を例えば電気的な信号又はデータとして取得することを含み、更には、このように取得された信号又はデータ等から予め設定されたアルゴリズムや算出式に基づいて算出又は導出することをも含む広い概念である。

一方、このようにアルコール濃度が特定されると、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成される噴射比率決定手段により、係る特定されたアルコール濃度に応じて、例えば連続的に、段階的に、又は二値的にガソリンの噴射量に対するアルコール燃料の噴射量の比率（以下、適宜「アルコール燃料の噴射比率」と称する）が決定される。そして噴射制御手段により、係るアルコール燃料の噴射比率に基づいてガソリン及びアルコール燃料が噴射されるように夫々の噴射手段が制御される。

アルコール燃料が、そのアルコール濃度にかかわらず幾らかなりともノッキング抑制剤として作用し得ることに鑑みれば、ガソリン及びアルコール燃料は、その噴射量が相互に全く独立して決定されてもよく、極端な場合、例えばアルコール混合燃料が相分離した場合には、内燃機関の要求出力に係る燃料を例えばガソリンのみによって賄い、アルコール燃料を例えば単にノッキング抑制剤としてのみ使用してもよいことになる。

例えば、アルコール燃料中のアルコール濃度が極端に低ければ、このようにアルコール燃料を主としてノッキング抑制剤として機能させても内燃機関の出力への影響は低いものとなるから、ガソリンの噴射量は、例えばアクセルペダルの開度（以下、適宜「アクセル開度」と称する）や車速等、内燃機関の運転条件に基づいて定まる要求噴射量に維持してよいが、定性的にみて、アルコール燃料中のアルコール濃度が相応に高ければ内燃機関において生じる燃焼に対するアルコール燃料の寄与分は相応に増加するから、その寄与分に相当する量のガソリンは本来減じてよいはずである。

従って、アルコール燃料中のアルコール濃度に応じてアルコール燃料の噴射比率を決定することにより、内燃機関の燃焼状態を良好に維持し且つ燃料を効率的に使用することが可能となる。即ち、実践的にみて極めて有利な効果を得ることができる。

尚、アルコール燃料中のアルコール濃度に応じたアルコール燃料の噴射比率の決定態様は、このような噴射比率の決定及び制御がなされない場合と比較して、燃料を幾らかなりとも効率的に使用可能である限りにおいて限定されず、例えば予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、アルコール濃度に応じたアルコール燃料の寄与分を少なくとも実践的にみて問題が顕在化しない程度に正確に補償し得るように決定されていてもよい。この際、更には上述ようなガソリンとアルコールとの相対的な発熱量の差異が考慮されてもよい。

尚、アルコール燃料の噴射比率が決定される態様では更に、前記噴射比率決定手段は、前記特定される濃度が高い程大きくなるように前記比率を決定してもよい。

上述したように、定性的にみてアルコール濃度が高い程アルコール燃料は燃焼に寄与するから、このように噴射比率が決定される場合には、実践的にみて有益である。

また、第２貯留手段が備わる態様においては更に、前記供給手段は、前記第２貯留手段における前記アルコール燃料の貯留状態に応じて前記一方及び他方に夫々前記アルコール燃料及びガソリンを供給してもよい。

この場合、アルコール燃料を一方の噴射手段の噴射に供するタイミングが、例えば第２貯留手段におけるアルコール燃料の貯留状態に応じて、より具体的には、例えば第２貯留手段におけるアルコール燃料の貯留量が所定値を超えた場合等に決定され得るから、第１及び第２噴射手段の噴射態様をより効率的に切り替えることが可能となり好適である。

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。

＜発明の実施形態＞
以下、適宜図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

＜１：実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の模式図である。

図１において、エンジンシステム１０は、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。

ＥＣＵ１００は、図示せぬＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を含み、エンジン２００の動作全体を制御する電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の燃焼制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、後述する噴射制御処理を実行することが可能に構成されている。

エンジン２００は、燃料としてガソリンとエタノールとの混合燃料たるエタノール混合燃料（即ち、本発明に係る「アルコール混合燃料」の一例）を使用可能に構成されたエンジンであり、本発明に係る「内燃機関」の一例である。エンジン２００は、シリンダ２０１内に一部が露出した点火プラグ（符号省略）を含む点火装置２０２の点火動作によりシリンダ２０１内部で混合気を爆発させると共に、爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクションロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。

この際、クランクシャフト２０５の回転位置は、クランクシャフト２０５近傍に設置されたクランクポジションセンサ２０６により検出される。クランクポジションセンサ２０６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ２０６によって検出されたクランクシャフト２０５の回転位置に基づいて、点火装置２０３の点火時期、或いは後述する吸気バルブ２３０及び排気バルブ２３１の開閉タイミング等を制御するように構成されている。また、ＥＣＵ１００は、クランクシャフト２０５の回転位置に基づいてエンジン２００の機関回転数Ｎｅを算出することが可能に構成されている。以下に、エンジン２００の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。

エンジン２００において、外部から吸入され、エアクリーナ２０８及びエアフローメータ２０９を通過した空気（以下、適宜「吸入空気」と称する）は、吸気管２０７を介し、吸気ポート２１３に到達する。エアクリーナ２０８は、吸入空気を浄化するための浄化装置であり、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、ＥＣＵ１００によりその動作状態が制御される構成となっている。エアフローメータ２０９は、ホットワイヤー式の質量流量測定装置であり、吸入空気の質量流量（即ち、吸入空気量）を測定することが可能に構成されている。エアフローメータ２０９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された吸入空気量は、ＥＣＵ１００によって絶えず把握される構成となっている。

吸気管２０７におけるエアフローメータ２０９の下流側には、シリンダ２０１内部への吸入空気量を調節するスロットルバルブ２１０が配設されている。このスロットルバルブ２１０には、スロットルポジションセンサ２１２が電気的に接続されており、その開度（即ち、スロットル開度）が検出可能に構成されている。スロットルバルブ２１０の開閉状態は、スロットルバルブ２１０と電気的且つ機械的に接続されたスロットルバルブモータ２１１によって制御される。スロットルバルブモータ２１１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００により駆動制御がなされる構成となっている。この際、ＥＣＵ１００は、不図示のアクセルポジションセンサにより検出される、不図示のアクセルペダルの操作量に基づいてスロットル開度を決定し、係る決定されたスロットル開度に従ってスロットルバルブモータ２１１を駆動制御している。

吸気ポート２１３には、吸気ポートインジェクタ２１４が設置されている。吸気ポートインジェクタ２１４は、吸気ポート２１３に、例えば上述したエタノール混合燃料を供給することが可能に構成された、本発明に係る「第１噴射手段」の一例である。吸気ポートインジェクタ２１４から噴射された燃料は、上述した吸入空気と混合され、上述した混合気の一部となる。

エタノール混合燃料は、本発明に係る「第１貯留手段」の一例たる燃料タンク２１５に貯留されており、低圧ポンプ２１９の作用によりデリバリパイプ２１８を介して吸気ポートインジェクタ２１４に圧送供給されている。尚、デリバリパイプ２１８は、吸気ポートインジェクタ２１４に向う経路上においてサブデリバリ２１８ａ及びサブデリバリ２１８ｂに分岐しており、吸気ポートインジェクタ２１４にはサブデリバリ２１８ａが接続されている。また、吸気ポートインジェクタ２１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、この供給される燃料をＥＣＵ１００の制御に従って吸気ポート２１３に噴射することが可能に構成されている。

燃料タンク２１５内部では、例えば燃料補給時に燃料タンク２１５に混入される水分等によって、エタノール混合燃料が相分離することがある。図1では、燃料タンク２１５内でエタノール混合燃料が相分離した状態が示されている。即ち、相分離した状態において、エタノール混合燃料は、ガソリン２１６ａと、水とエタノールとの混合液体である水エタノール２１６ｂ（即ち、本発明に係る「アルコール燃料」の一例）とに分離する。ガソリン２１６ａの比重は、水エタノール２１６ｂの比重と比較して軽いから、燃料タンク２１５内部において、ガソリン２１６ａは上層に、水エタノール２１６ｂは下層に夫々貯留される。

液面検出センサ２１７は、水エタノール２１６ｂよりも比重が軽く且つガソリン２１６ａよりも比重が重く構成され、水エタノール２１６ｂの液面高（即ち、燃料タンク２１５の底部から水エタノール２１６ｂの液面までの高さ）を検出することが可能に構成されている。液面検出センサ２１７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された水エタノール２１６ｂの液面高は、ＥＣＵ１００によって絶えず把握される構成となっている。ＥＣＵ１００は、この液面検出センサ２１７により検出される液面高に基づいて、エタノール混合燃料が相分離しているか否かを判別することが可能に構成されている。

一方、燃料タンク２１５下部には、燃料タンク２１５の内部に連通する除去用デリバリパイプ２２０が接続されている。この除去用デリバリパイプ２２０上には更に、低圧ポンプ２２１が設置されており、燃料タンク２１５において下層に貯留される水エタノール２１６ｂを、除去用デリバリパイプ２２０を介して燃料タンク２１５から除去することが可能に構成されている。この低圧ポンプ２２１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００により、その動作が制御される構成となっている。

除去用デリバリパイプ２２０の他方端は、水エタノールタンク２２２に接続されている。水エタノールタンク２２２は、燃料タンク２１５から除去された水エタノール２１６ｂを貯留するためのタンクであり、本発明に係る「第２貯留手段」の一例である。水エタノールタンク２２２の内部には、貯留量検出センサ２３７が設けられており、水エタノールタンク２２２における水エタノール２１６ｂの貯留量を検出することが可能に構成されている。貯留量検出センサ２３７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された水エタノールの貯留量は、絶えずＥＣＵ１００によって把握される構成となっている。

水エタノールタンク２２２には、デリバリパイプ２２４が接続されている。また、このデリバリパイプ２２４上には低圧ポンプ２２３が設置されており、水エタノールタンク２２２から、貯留された水エタノール２１６ｂを汲み出すことが可能に構成されている。低圧ポンプ２２３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その動作がＥＣＵ１００により制御される構成となっている。尚、デリバリパイプ２２４上には、濃度センサ２３８が設置されており、デリバリパイプ２２４内を流れる水エタノールにおけるエタノール濃度Ｄｅ（即ち、本実施形態では、貯留された水エタノール２１６ｂにおけるエタノール濃度と等価に扱われる）を検出することが可能に構成されている。濃度センサ２３８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたエタノール濃度Ｄｅは、常にＥＣＵ１００によって把握される構成となっている。

デリバリパイプ２２４の他方端は、デリバリパイプ２１８から分岐する前述したサブデリバリ２１８ｂに接続されている。このデリバリパイプ２２４とサブデリバリ２１８ｂとの接続点には、切り替え制御弁２２５が設けられている。切り替え制御弁２２５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、その切り替え状態がＥＣＵ１００によって制御される電動式の切り替え弁であり、係る切り替え状態に応じて、サブデリバリ２１８ｂを介して供給される燃料の種類を切り替えることが可能に構成されている。

即ち、切り替え制御弁は、一方の切り替え状態において、サブデリバリ２１８ａ及び２１８ｂに夫々同一種の燃料（即ち、デリバリパイプ２１８を介して供給される燃料）を供給することが可能であり（以下、この切り替え状態を適宜「第１の切り替え状態」と称する）、他方の切り替え状態において、デリバリパイプ２１８を介して供給される燃料をサブデリバリ２１８ａに、またデリバリパイプ２２４を介して供給される燃料をサブデリバリ２１８ｂに夫々供給することが可能である（以下、この切り替え状態を適宜「第２の切り替え状態」と称する）。

サブデリバリ２１８ｂには、高圧ポンプ２２６が設置され、サブデリバリ２１８ｂを流れる燃料の供給圧を昇圧せしめることが可能に構成されている。高圧ポンプ２２６によって昇圧せしめられた燃料は、一旦デリバリレール２２７に貯留される。デリバリレール２２７は、紙面と垂直な方向であるシリンダ２０１の配列方向に延在し、高圧状態の燃料を安定に貯留することが可能に構成されている。

デリバリレール２２７には、各シリンダ２０１に対応するサブデリバリ２２８の一方端が接続されており、各サブデリバリ２２８の他方端は、一部が各シリンダ２０１の内部に露出した直噴インジェクタ２２９に接続されている。直噴インジェクタ２２９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００の制御に従って高圧の燃料をシリンダ２０１内に直接噴射することが可能に構成されている。直噴インジェクタ２２９は、本発明に係る「第２噴射手段」の一例である。尚、シリンダ２０１内部では、吸入空気、吸気ポートインジェクタ２１４から噴射される燃料及び直噴インジェクタ２２９から噴射される燃料によって、上述した混合気が構成される。

尚、上記構成において、除去用デリバリパイプ２２０及び低圧ポンプ２２１は、ＥＣＵ１００と共に本発明に係る「除去手段」の一例を構成し、またデリバリパイプ２１８、低圧ポンプ２１９、サブデリバリ２１８ａ、サブデリバリ２１８ｂ、デリバリパイプ２２４、切り替え制御弁２２５、高圧ポンプ２２６、デリバリレール２２７及びサブデリバリ２２８は、ＥＣＵ１００と共に、本発明に係る「供給手段」の一例を構成する。

シリンダ２０１内部と吸気ポート２１３とは、吸気バルブ２３０の開閉によって、その連通状態が制御されている。シリンダ２０１内部で燃焼した混合気は排気ガスとなり吸気バルブ２３０の開閉に連動して開閉する排気バルブ２３１を通過し、排気ポート２３２及び排気ポート２３２に連通する排気管２３３を介して排気される。

排気管２３３には、三元触媒２３５が設置されている。三元触媒２３５は、エンジン２００から排出されるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）を夫々浄化することが可能な触媒である。

また、排気管２３３における三元触媒２３５の上流側には、空燃比センサ２３４が配設されている。空燃比センサ２３４は、排気管２３３から排出される排気ガスから、エンジン２００の空燃比を検出することが可能に構成されている。また、シリンダ２０１を収容するシリンダブロック内のウォータージャケットには、エンジン２００の冷却水温度を検出するための水温センサ２３６が配設されている。空燃比センサ２３４及び水温センサ２３６は、夫々ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された空燃比及び冷却水温は、夫々ＥＣＵ１００によって把握される構成となっている。

＜２：実施形態の動作＞
エンジンシステム１０において、燃料タンク２１５に貯留されるエタノール混合燃料の状態は、上述した如く相分離する場合がある。相分離が発生した場合、燃料タンク２１５から相分離したエタノール混合燃料を燃料として供給すると、アルコール濃度が不安定となって燃焼状態の悪化を招きかねない。また、相分離後のガソリンのみを燃料として供給すると、燃料の効率的な利用が阻害される。更には、相分離状態にあるエタノール混合燃料を例えば攪拌すること等によって再び混合しても再び相分離が発生する可能性が高く、燃焼に供されるエタノール混合燃料のエタノール濃度が不安定となってやはり燃焼状態が悪化し易い。そこで、本実施形態に係るエンジンシステム１０では、ＥＣＵ１００が噴射制御処理を実行することによって、相分離時における燃焼状態の悪化が抑制されている。

ここで、図２を参照して、噴射制御処理の詳細について説明する。ここに、図２は、噴射制御処理のフローチャートである。

図２において、ＥＣＵ１００は、燃料タンク２１５に貯留されるエタノール混合燃料に相分離が発生したか否かを判別する（ステップＡ１０）。上述したように、エタノール混合燃料が相分離したか否かは、燃料タンク２１５内に設置された液面検出センサ２１７の検出信号等に基づいてＥＣＵ１００により判別される。この際、例えば液面検出センサ２１７により検出される液面高が所定値を超えた場合等に、エタノール混合燃料が相分離していると判別される。尚、エタノール混合燃料における相分離の検出態様は、このような液面検出センサ２１８等によるものに限定されず、例えばエタノール混合燃料中におけるエタノール濃度の変化等に基づいて相分離の有無が検出されてもよい。

エタノール混合燃料が相分離していないと判別された場合（ステップＡ１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、切り替え制御弁２２５を上述した第１の切り替え状態に制御し（ステップＡ１６）、通常の二系統噴射制御を実行する（ステップＡ１７）。

切り替え制御弁２２５が第１の切り替え状態に制御されることによって、燃料タンク２１５内のエタノール混合燃料（即ち、相分離していない燃料）が、デリバリパイプ２１８及びサブデリバリ２１８ａを介して吸気ポートインジェクタ２１４に、またデリバリパイプ２１８及びサブデリバリ２１８ｂを介して直噴インジェクタ２２９に夫々供給され、夫々のインジェクタによる噴射に供される。即ち、通常の二系統噴射制御とは、吸気ポートインジェクタ２１４及び直噴インジェクタ２２９から夫々エタノール混合燃料を噴射せしめる制御を指す。

このような通常の二系統噴射制御では、例えば、車速やアクセル開度等から定まる要求出力及びエタノール混合燃料におけるアルコール濃度等に基づいてエタノール混合燃料の要求噴射量が決定され、機関回転数や負荷等の状態に応じて定まる噴射比率に従って夫々のインジェクタによる噴射量が決定される。ＥＣＵ１００は、この決定された噴射量に相当する燃料が噴射されるように夫々のインジェクタを駆動制御する。通常の二系統噴射制御が実行されると、ＥＣＵ１００は処理をステップＡ１０に戻す。

一方、エタノール混合燃料が相分離している場合（ステップＡ１０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、低圧ポンプ２２１を駆動制御して燃料タンク２１５から水エタノールを除去し、水エタノールタンク２２２に除去された水エタノールを貯留する（ステップＡ１１）。この時点で、燃料タンク２１５内部には、ガソリン２１６ａのみが貯留された状態となる。

水エタノールタンク２２２に水エタノールが貯留されると、ＥＣＵ１００は、切り替え制御弁２２５を上述した第２の切り替え状態に制御する（ステップＡ１２）。第２の切り替え状態では、吸気ポートインジェクタ２１４にはデリバリパイプ２１８及びサブデリバリ２１８ａを介して燃料が供給され、また直噴インジェクタ２２９には、デリバリパイプ２２４及びサブデリバリ２１８ｂを介して燃料が供給される。既に述べたように、この段階では燃料タンク２１５内にはガソリン２１６ａが貯留されており、また水エタノールタンク２２２には水エタノール２１６ｂが貯留されている。従って、吸気ポートインジェクタ２１４にはガソリンが、また直噴インジェクタ２２９には水エタノールが夫々燃料として供給されることになる。

切り替え制御弁２２５が第２の切り替え状態に制御されると、ＥＣＵ１００は、水エタノールタンク２２２に貯留された水エタノール２１６ｂにおけるエタノール濃度Ｄｅを取得する（ステップＡ１３）と共に、係る取得したエタノール濃度Ｄｅに基づいて、直噴噴射比率Ｃｄを決定する（ステップＡ１４）。直噴噴射比率Ｃｄとは即ち、吸気ポートインジェクタ２１４を介したガソリンの噴射量に対する直噴インジェクタ２２９を介した水エタノールの噴射量の比率である。

ここで、図３を参照して、直噴噴射比率Ｃｄについて説明する。ここに、図３は、直噴噴射比率Ｃｄの特性を表す模式図である。

図３において、縦軸及び横軸には夫々直噴噴射比率Ｃｄ及び水エタノールにおけるエタノール濃度Ｄｅが表されている。

図示するように、直噴噴射比率Ｃｄは、アルコール濃度Ｄｅがほぼゼロ、即ち水エタノールの構成要素がほとんど水である場合に最小値Ｃｄ０を採り、エタノール濃度Ｄｅが増加するのに応じて連続的に増加するように設定されている。例えばエタノール濃度Ｄｅが図示Ｄｅ１である場合には直噴噴射比率Ｃｄは図示Ｃｄ１（Ｃｄ１＞Ｃｄ０）を採る。

ここで、水エタノールの構成要素がほぼ水である場合、水エタノールはほとんど燃料として機能し得ないから、過剰な量を噴射した場合にはかえって燃焼状態の悪化を招きかねないが、水にも気化熱による燃焼温度低減効果が期待できるため、ある程度の量を噴射に供することにより、ノッキングを抑制し燃焼状態の低下を抑制することができる。図示直噴噴射比率Ｃｄ０は、予め実験的に、経験的に或いはシミュレーション等に基づいて、燃焼状態の悪化を招くことのない範囲でノッキング抑制の効果が十分に得られるように決定されている。

図２に戻り、直噴噴射比率Ｃｄが決定されると、ＥＣＵ１００は、決定された直噴噴射比率Ｃｄに基づいた二系統噴射制御を実行する（ステップＡ１５）。ここで更に、図４を参照して、各インジェクタにおける噴射量について説明する。ここに、図４は、ポートインジェクタ２１４及び直噴インジェクタ２２９各々における噴射量の模式図である。

図４では、縦軸に噴射量が表され、ポートインジェクタ２１４（図示「ポート」）と直噴インジェクタ２２９（図示「直噴」）が並べて表示されている。尚、図４において、要求出力に基づいた燃料の要求噴射量は、ガソリン換算で「１０」となっている。尚、図４における噴射量は、単に噴射量の比較を行うことを目的として規格化されており、且つその値は説明の煩雑化を防ぐ目的から模式的なものとなっている。

図４（ａ）は、水エタノールにおけるエタノール濃度Ｄｅが極端に低い（即ち、ゼロ近傍の）場合であり、例えばポートインジェクタ２１４により噴射されるガソリンの量が「１０」に設定され、直噴インジェクタ２２９により噴射される水エタノールの量が「２」に設定されている。即ち、この場合、直噴噴射比率Ｃｄは「０．２」である。尚、この場合、水エタノールにおける燃焼に対する寄与分はゼロに等しく、水エタノールは単にノッキング抑制剤として噴射に供される。

一方、図４（ｂ）は、水エタノールにおけるエタノール濃度Ｄｅが十分に大きい場合であり、ポート噴射量は「８」に、また水エタノールの噴射量は「３」に夫々設定される。即ち、この場合、直噴噴射比率Ｃｄは概ね「０．３」程度の値となる。水エタノールにおけるエタノール濃度Ｄｅが高ければ、それだけ燃焼に対する水エタノールの寄与が大きくなるため、水エタノールの噴射量を多く設定することができ、それに伴って必然的にガソリンの噴射量が減じられる。即ち、直噴噴射比率Ｃｄは、水エタノールにおけるエタノール濃度Ｄｅに応じて増加する。

尚、ガソリンの噴射量の不足分は水エタノールの噴射量によって補償されるが、既に述べたようにガソリンとエタノールとは発熱量が異なるため、同等の発熱量を得るために必要となる噴射量は水エタノールの方が概ね５割程多くなる。従って、図４においてポート噴射量の不足分たる「２」に相当するエタノール量は、概ね「３」程度となり、ポート噴射量と筒内噴射量との総量は、エタノール濃度Ｄｅが増加するのに応じて増加する。

図２に戻り、ステップＡ１５に係る処理が実行されると、ＥＣＵ１００は処理をステップＡ１３に戻し、常に最新のエタノール濃度Ｄｅに基づいた直噴噴射比率Ｃｄを決定して、直噴噴射比率Ｃｄに基づいた二系統噴射制御を繰り返す。

以上説明したように、本実施形態に係るエンジンシステム１０によれば、燃料タンク２１５に貯留されるエタノール混合燃料が相分離した場合には、燃料タンク２１５から水エタノールが除去され水エタノールタンク２２２に貯留される。そして切り替え制御弁２２５の切り替え状態の制御により、吸気ポートインジェクタ２１４からは燃料タンク２１５に残留するガソリンが噴射され、直噴噴射インジェクタ２２９からは水エタノールタンク２２２に貯留された水エタノールが噴射される。この際、直噴噴射比率Ｃｄが、水エタノールにおけるエタノール濃度Ｄｅが増加するのに応じて増加するように決定され、係る直噴噴射比率Ｃｄに基づいて吸気ポートインジェクタ２１４及び直噴インジェクタ２２９各々における噴射量が制御される。従って、エタノール混合燃料が相分離しても、最終的に燃焼に供される燃料のアルコール濃度を安定に制御することが可能となり、燃焼状態の悪化が抑制されるのである。

尚、水エタノールを直噴インジェクタ２２９から噴射すべく切り替え制御弁２２５の切り替え状態を上述した第２の切り替え状態に制御するタイミングは比較的自由であってよく、例えば、水エタノールタンク２２２に一定量の水エタノールが貯留された段階で行われる等、水エタノールタンク２２２における水エタノールの貯留状態に応じて決定されてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の燃焼制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの模式図である。 図１のエンジンシステムにおいて実行される噴射制御処理のフローチャートである。 図２の噴射制御処理において決定される直噴噴射比率Ｃｄの模式図である。 直噴噴射比率Ｃｄに基づいて制御される噴射量の模式図である。

符号の説明

１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２１３…吸気ポート、２１４…吸気ポートインジェクタ、２１５…燃料タンク、２１８…デリバリパイプ、２１８ａ、２１８ｂ…サブデリバリ、２２０…除去用デリバリパイプ、２２１…低圧ポンプ、２２２…水エタノールタンク、２２３…低圧ポンプ、２２４…デリバリパイプ、２２５…切り替え制御弁、２２９…直噴インジェクタ、２３８…濃度センサ。

Claims (6)

1. ガソリンとアルコールとが混合されてなるアルコール混合燃料を貯留する第１貯留手段、該貯留されたアルコール混合燃料を吸気ポートに噴射可能な第１噴射手段及び前記貯留されたアルコール混合燃料を気筒内に噴射可能な第２噴射手段を備える内燃機関において燃焼状態を制御する内燃機関の燃焼制御装置であって、
   前記貯留されたアルコール混合燃料が、前記ガソリンと前記アルコールを含むアルコール燃料とに分離した状態として規定される相分離状態にあるか否かを判別する判別手段と、
   前記貯留されたアルコール混合燃料が前記相分離状態にある場合に前記第１貯留手段から前記アルコール燃料を除去する除去手段と、
   前記除去されたアルコール燃料を前記第１及び第２噴射手段のうち一方に供給し、且つ前記第１貯留手段に残留する前記ガソリンを前記一方に対応する他方に供給する供給手段と、
   前記供給されたアルコール燃料及びガソリンが噴射されるように前記一方及び他方を夫々制御する噴射制御手段と
   を具備することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
2. 前記供給手段は、前記一方として前記第２噴射手段に前記アルコール燃料を供給し、前記他方として前記第１噴射手段に前記ガソリンを供給する
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
3. 前記供給手段は更に、前記貯留されたアルコール混合燃料が前記相分離状態にない場合に、前記第１及び第２噴射手段に前記アルコール混合燃料を供給し、
   前記噴射制御手段は更に、前記供給されたアルコール混合燃料が噴射されるように前記第１及び第２噴射手段を制御する
   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焼制御装置。
4. 前記除去されたアルコール燃料を貯留する第２貯留手段と、
   該貯留されたアルコール燃料における前記アルコールの濃度を特定する濃度特定手段と、
   該特定された濃度に応じて前記ガソリンの噴射量に対する前記アルコール燃料の噴射量の比率を決定する噴射比率決定手段と
   を更に具備し、
   前記噴射制御手段は更に、前記決定された比率に基づいて前記アルコール燃料及びガソリンが噴射されるように前記一方及び他方を制御する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
5. 前記噴射比率決定手段は、前記特定される濃度が高い程大きくなるように前記比率を決定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
6. 前記供給手段は、前記第２貯留手段における前記アルコール燃料の貯留状態に応じて前記一方及び他方に夫々前記アルコール燃料及びガソリンを供給する
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の燃焼制御装置。

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