JP2009185721A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 点火時期を調整し得る内燃機関の制御装置において、燃料に水が混入している場合であっても、出力トルク低下を抑制し得、燃費悪化度合いを抑制し得る装置の提供。
【解決手段】この装置は、所定の条件が成立すると混合気の燃焼速度に応じて変化する燃焼室内のガス圧力の推移に基づいて燃料に含まれる水分の濃度Ｒａｑを推定する。他方、運転状態を表すパラメータに基づいて基本点火時期ＣＡｂａｓｅを決定する。そして、推定された水分濃度Ｒａｑが大きいほど、点火時期の進角度合いＤＣＡを大きい値に決定し、点火時期ＣＡｉｇを基本点火時期ＣＡｂａｓｅよりも進角度合いＤＣＡだけ進角側の時期に設定する。ここで水分濃度Ｒａｑが大きいほど、Ｒａｑ＝０の場合に比して燃焼速度が小さく、ガス圧力が最大値となる時期がより遅角側の時期となる。上記のように点火時期ＣＡｉｇが決定されることで、ガス圧力の最大値となる時期が適切な時期とされ得る。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

一般に、点火プラグを備えた内燃機関の制御装置として、運転状態を表すパラメータ（例えば、エンジン回転速度等）に基づいて燃焼室内にて形成される混合気に点火を行う時期（以下、「点火時期」と称呼する。）を決定するものが知られている。この制御装置は、例えば、下記特許文献１に記載されている。

この種の制御装置においては、燃焼室内のガスの圧力が最大値となる場合におけるクランク角度が、圧縮上死点よりも遅角側の所定のクランク角度（例えば、ＡＴＤＣ１０°ＣＡ）と一致するように、上記点火時期が決定される場合が多い。これは、点火時期に応じて変化するクランク軸の出力トルクを最大値に近づけるという観点に基づく。以下、上記所定のクランク角度を、「最大トルククランク角度」とも称呼する。また、出力トルクが最大値となる場合における点火時期を、「最大トルク点火時期」とも称呼する。

上記最大トルク点火時期と上記運転状態を表すパラメータとの関係は、予め規定されている場合が多い。従って、この種の装置では、例えば、この関係を規定するテーブル（以下、「基本点火時期決定テーブル」とも称呼する。）を利用して最大トルク点火時期が決定される。このように決定された最大トルク点火時期にて点火が行われることにより、燃費の悪化が抑制され得る。
特開平４−１１６２４４号公報

ところで、上記基本点火時期決定テーブルには、燃料に含まれる水分の割合（以下、単に「水分割合」とも称呼する。）が考慮されていない。他方、燃料タンクの給油口が開閉されること等に起因して、燃料に水が混入する事態が発生することがある。この場合に上記基本点火時期決定テーブルが利用されて点火時期が決定されると、以下に説明する問題が発生する。

図１８は、上記基本点火時期決定テーブルにより決定される点火時期ＣＡｉｇ１にて点火が行われた場合における、クランク角度と燃焼室内のガスの圧力との関係を示したグラフである。燃料に混入した水そのものは、燃焼室内での燃焼反応に寄与せず、可燃成分の燃焼熱の一部を奪う。このため、（空燃比が一定の場合において）水分割合が大きいほど燃焼室内のガスの温度がより低くなる。この結果、水分割合が大きいほど混合気の燃焼速度がより小さくなる。

水分割合がゼロである場合、ガスの圧力が最大値となるクランク角度（以下、「最大圧力クランク角度」とも称呼する。）は値ＣＡ１（即ち、上記最大トルククランク角度）となり、また、この場合に得られる出力トルクが値ＴＱ１（最大値）になるものとする。これに対し、燃料に水が混入している場合に上記点火時期ＣＡｉｇ１と同じ時期にて点火が行われると、上記最大圧力クランク角度は上記値ＣＡ１よりも遅角側の値ＣＡ２となる。この上記値ＣＡ１からの上記値ＣＡ２の遅角側への偏移の程度は、混合気の燃焼速度が小さいほど（即ち、水分割合が大きいほど）より大きくなる。

図１９は、点火時期と出力トルクとの関係を示したグラフである。燃料に水が混入している場合には、上記点火時期ＣＡｉｇ１での点火により上記最大圧力クランク角度が上記最大トルククランク角度から偏移する。従って、この場合、出力トルクは、上記値ＴＱ１よりも小さい値となる。この出力トルクの低下度合いは、上記値ＣＡ１からの上記値ＣＡ２の遅角側への偏移の程度に対応する。即ち、この出力トルクの低下度合いは、水分割合が大きいほどより大きくなる。このように出力トルクが低下することにより燃費の悪化度合いが大きくなる。

換言すれば、燃料に水が混入している場合に、上述した出力トルクの低下を抑制するためには、最大圧力クランク角度を最大トルククランク角度に近づけることが考えられる。即ち、上記偏移の程度（即ち、水分割合）に応じて上記点火時期ＣＡｉｇ１よりも進角側の時期にて点火を行う必要がある。従って、水分割合が大きいほど、点火時期と出力トルクと関係を表す曲線（即ち、上記最大トルク点火時期）はより進角側の方向へ平行移動する。

燃料に水が混入した場合等に水分割合を考慮することなく点火時期が決定されると、燃費の悪化度合いが大きくなる。従って、本発明の目的は、燃料に含まれる水分の割合を考慮して、燃費の悪化度合いを抑制し得る内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明にかかる制御装置は、内燃機関の燃焼室に向けて燃料を噴射する噴射弁と、前記噴射弁により噴射された燃料により前記燃焼室内に形成される混合気に点火を行う点火プラグとを備えた内燃機関に適用される。

本発明にかかる制御装置は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記噴射弁により燃料を噴射する量である燃料噴射量を決定する燃料噴射量決定手段と、上記点火時期を決定する点火時期決定手段とを備えている。

本発明にかかる制御装置の特徴は、前記混合気の燃焼速度に応じて変化する値に基づいて上記水分割合を推定する水分割合推定手段を備え、前記点火時期決定手段が、前記水分割合推定手段により推定された水分の割合に基づいて前記点火時期を決定するするように構成されたことにある。

より具体的には、前記点火時期決定手段が、前記水分の割合が大きいほど前記点火時期をより進角側の時期に決定するように構成される。ここにおいて、水分割合は、燃料に含まれる水分の重量割合であってもよいし、体積割合であってもよい。また、例えば、内燃機関の運転状態に基づいて基準の点火時期を決定し、決定された基準の点火時期を水分割合に応じてより進角側の時期に補正してもよい。

上記構成によれば、混合気の燃焼速度に応じて変化する値に基づくことで、容易に水分割合を推定することができる。また、点火時期を水分割合に応じた上記最大トルク点火時期に近づけることができる。従って、燃料に水が混入した場合であっても、上述した出力トルクの低下が抑制され得る。この結果、燃費の悪化度合いを抑制することができる。

本発明にかかる制御装置においては、例えば、制御装置が前記燃焼室内におけるガスの圧力の推移を取得する推移取得手段を備え、前記水分割合推定手段が、上記水分割合が所定割合の場合に対応する予め記憶された前記圧力の推移と、前記推移取得手段により取得された前記圧力の推移との相違に基づいて前記水分の割合を推定するように構成されてもよい。

ここにおいて、圧力の推移は、例えば、少なくとも圧縮行程の後半及び膨張行程の前半を含む期間におけるクランク角度（又は、時間そのもの）に対する前記ガスの圧力の推移（変化）であってもよい。また、予め記憶された前記圧力の推移は、例えば、内燃機関の運転状態が所定の状態であって、所定の点火時期にて点火が行われた場合に得られる圧力の推移であってもよい。

圧力の推移は、混合気の燃焼速度に応じて変化する。即ち、圧力の推移は、水分割合に応じて変化するものとなり得る（図１８を参照）。従って、上記構成によれば、前記予め記憶された圧力の推移と前記取得された圧力の推移の相違に基づくことで、容易に水分割合が推定され得る。

また、本発明にかかる制御装置においては、例えば、制御装置が前記内燃機関のクランク軸の出力トルクの推移を取得する推移取得手段を備え、前記水分割合推定手段が、上記水分割合が所定割合の場合に対応する予め記憶された前記出力トルクの推移と、前記推移取得手段により取得された前記出力トルクの推移との相違に基づいて前記水分の割合を推定するように構成されてもよい。

ここにおいて、出力トルクの推移は、例えば、点火時期に対する（１回の燃焼サイクルにおける平均の、又は、最大の）前記出力トルクの推移（変化）であってもよい。また、予め記憶された前記出力トルクの推移は、例えば、内燃機関の運転状態が所定の状態であって、所定の点火時期にて点火が行われた場合に得られる出力トルクの推移であってもよい。

出力トルクの推移も、上記圧力の推移と同様、水分割合に応じて変化するものとなり得る（図１９を参照）。従って、上記構成によっても、前記予め記憶された出力トルクの推移と前記取得された出力トルクの推移の相違に基づくことで、容易に水分割合が推定され得る。

本発明にかかる制御装置においては、制御装置が前記内燃機関の温度を取得する温度取得手段を備え、前記燃料噴射量決定手段が、前記温度取得手段により取得された温度が所定温度よりも低い場合、前記混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比となるように、且つ、前記水分割合推定手段により推定された水分の割合が大きいほど前記空燃比の前記理論空燃比からのリッチ方向への偏移の程度がより大きくなるよう前記燃料噴射量を決定するように構成されることが好適である。

この場合、例えば、内燃機関の排気通路に排ガスの空燃比に応じた値を出力する空燃比センサが配設され、前記燃料噴射量決定手段が、前記温度取得手段により取得された温度が前記所定温度以上である場合には、前記空燃比センサの出力値に基づいて前記混合気の空燃比が理論空燃比となるよう前記燃料噴射量を決定するように構成されてもよい。

一般に、内燃機関の温度が低い場合、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比となるように燃料噴射量を決定する場合が多い。これは、燃料が蒸発し難いことや、触媒の暖機等の観点に基づく。他方、燃料に水が混入している場合に、内燃機関の温度が低いと、燃料が蒸発し難いのに加え水に燃焼熱が大きく奪われる。このことに起因して、水分割合が大きいほど燃焼室内で失火がより発生し易い。この結果、出力トルクの変動度合いがより大きくなる。

上述した失火の発生を抑制するためには、水分割合に応じて空燃比の理論空燃比からのリッチ方向への偏移の程度を変更することが考えられる。上記構成はかかる知見に基づくものである。これによれば、内燃機関の温度が低い場合であっても、水分割合の大きさにかかわらず、燃焼室内の混合気の状態が適切に可燃状態とされ得、失火の発生が抑制され得る。この結果、上述した出力トルクの変動度合いを抑制することができる。

また、本発明にかかる制御装置においては、前記内燃機関が、前記燃料としてアルコールを含む燃料を用いるように構成される場合、制御装置が前記燃料に含まれる前記アルコールの割合を取得するアルコール割合取得手段を備え、前記燃料噴射量決定手段が、前記アルコール割合取得手段により取得されたアルコールの割合が大きいほど前記リッチ方向への偏移の程度がより大きくなるよう前記燃料噴射量を決定するように構成されると好適である。

一般に、炭化水素燃料（例えば、ガソリン）には、比較的沸点の低い成分が含まれている場合が多い。一方、アルコールの沸点は、上記沸点の低い成分に比して高い場合が多い。また、アルコールの蒸発潜熱は、炭化水素燃料に比して大きい場合が多い。これらは、アルコールが有するＯＨ基に基づくものと考えられる。

従って、燃料としてアルコールを含むものが用いられる場合に、内燃機関の温度が低いと燃料が特に蒸発し難い。加えて、アルコールに燃焼熱が大きく奪われる。このことに起因して、上述した水分割合の場合と同様、アルコールの割合が大きいほど燃焼室内での失火がより発生しやすい。この結果、出力トルクの変動度合いがより大きくなる。

上記構成によれば、アルコールの割合の大きさにかかわらず、燃焼室内の混合気の状態が適切に可燃状態とされ得、失火の発生が抑制され得る。この結果、上述した出力トルクの変動度合いを抑制することができる。

以下、本発明による内燃機関の制御装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる内燃機関の制御装置を火花点火式多気筒（４気筒）内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関１０は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース、及びオイルパン等を含むシリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０に燃料混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排気ガスを外部に放出するための排気系統５０とを含んでいる。

内燃機関１０は、燃料として、ガソリンのみ（エタノール濃度Ｒｅｔ＝０％）、エタノールを含むガソリン、及びエタノールのみ（エタノール濃度Ｒｅｔ＝１００％）を使用可能となっている。ここにおいて、エタノール濃度Ｒｅｔは、Ｖｇａｓを燃料に含まれるガソリンの体積、Ｖｅｔを燃料に含まれるエタノールの体積として、「Ｖｅｔ／（Ｖｇａｓ＋Ｖｅｔ）」で表されるパーセント濃度である。

シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３、及びクランク軸２４を含んでいる。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１とピストン２２のヘッドは、シリンダヘッド部３０とともに燃焼室２５を形成している。

シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した吸気ポート３１、吸気ポート３１を開閉する吸気弁３２、吸気弁３２を駆動するインテークカムシャフトを含むとともに同インテークカムシャフトの位相角を連続的に変更する可変吸気タイミング装置３３、可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、燃焼室２５に連通した排気ポート３４、排気ポート３４を開閉する排気弁３５、排気弁３５を駆動するエキゾーストカムシャフト３６、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ３８、燃料を吸気ポート３１内に噴射する燃料噴射弁３９を備えている。

吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通し同吸気ポート３１とともに吸気通路を形成するインテークマニホールドを含む吸気管４１、吸気管４１の端部に設けられたエアフィルタ４２、吸気管４１内にあって吸気通路の開口断面積を可変とするスロットル弁４３、及びスロットル弁駆動手段を構成するＤＣモータからなるスロットル弁アクチュエータ４３ａを備えている。

排気系統５０は、排気ポート３４に連通したエキゾーストマニホールド５１、エキゾーストマニホールド５１（実際には、各排気ポート３４に連通したそれぞれのエキゾーストマニホールド５１が集合した集合部）に接続されたエキゾーストパイプ（排気管）５２、エキゾーストパイプ５２に配設（介装）された三元触媒５３を備えている。排気ポート３４、エキゾーストマニホールド５１、及びエキゾーストパイプ５２は、排気通路を構成している。

一方、このシステムは、熱線式エアフローメータ６１、スロットルポジションセンサ６２、カムポジションセンサ６３、クランクポジションセンサ６４、水温センサ６５（前記温度取得手段の一部に対応）、空燃比センサ６６、給油口開閉センサ６７、及び燃焼室内圧力センサ６８を備えている。

熱線式エアフローメータ６１は、吸気管４１内を流れる吸入空気の単位時間あたりの質量流量を検出し、質量流量（吸入空気流量）Ｇａを表す信号を出力するようになっている。スロットルポジションセンサ６２は、スロットル弁４３の開度を検出し、スロットル弁開度を表す信号を出力するようになっている。カムポジションセンサ６３は、インテークカムシャフトが９０°回転する毎に（即ち、クランク軸２４が１８０°回転する毎に）一つのパルスを有する信号（Ｇ２信号）を発生するようになっている。この信号は、吸気弁３２の開閉タイミングを表す。

クランクポジションセンサ６４は、クランク軸２４が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともに同クランク軸２４が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。この信号は、運転速度ＮＥを表す。水温センサ６５は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。冷却水温ＴＨＷが前記内燃機関の温度に相当する。

空燃比センサ６６は、排気通路であって三元触媒５３よりも上流側に配設されている。空燃比センサ６６は、所謂「限界電流式酸素濃度センサ」であって、三元触媒５３に流入する排ガスの空燃比を検出し、排ガスの空燃比に応じた電圧である出力値Ｖａｆｓ(V)を出力するようになっている。

給油口開閉センサ６７は、図示しない燃料タンクが備える給油口に配設されており、給油口が閉状態から開状態となった場合に、所定の電流を出力するようになっている。燃焼室内圧力センサ６８は、燃焼室２５内におけるガスの圧力を検出し、ガス圧力Ｐを表す信号を出力するようになっている。

電気制御装置７０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ７１、ＣＰＵ７１が実行するルーチン（プログラム）、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ７２、ＣＰＵ７１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなるマイクロコンピュータである。

インターフェース７５は、上記センサ６１〜６８に接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６８からの信号を供給するとともに、同ＣＰＵ７１の指示に応じて可変吸気タイミング装置３３のアクチュエータ３３ａ、イグナイタ３８、燃料噴射弁３９、及びスロットル弁アクチュエータ４３ａ等へ駆動信号を送出するようになっている。

（制御の概要）
次に、上記のように構成された制御装置が行う制御の概要について説明する。本例における制御装置は、原則的には、空燃比センサ６６の出力値Ｖａｆｓに基づいて混合気の空燃比（即ち、排ガスの空燃比）が理論空燃比となるように燃料噴射量Ｆｉを決定する。即ち、空燃比のフィードバック制御が実行される。また、本例における制御装置は、後述するように内燃機関１０の運転状態、エタノール濃度Ｒｅｔ、及び水分濃度Ｒａｑに基づいて点火時期ＣＡｉｇを決定する。そして、点火時期ＣＡｉｇにて燃料噴射量Ｆｉをもって噴射された燃料の混合気に点火が行われる。

ここにおいて、水分濃度Ｒａｑは、Ｖａｑを燃料に含まれる水の体積として、「Ｖａｑ／（Ｖｇａｓ＋Ｖｅｔ＋Ｖａｑ）」で表されるパーセント濃度である。

図２は、本例における制御装置が実行する空燃比のフィードバック制御の概略を示した図である。空燃比センサ６６が正常、冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷ１以上である等の条件が成立している場合に、空燃比のフィードバック制御が実行される。なお、冷却水温ＴＨＷが上記所定温度ＴＨＷ１よりも低い場合には、フィードバック制御が実行されずに後述するように混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比とする制御（以下、この制御を「空燃比リッチ制御」と称呼する）が実行される。以下、図２を参照しながらフィードバック制御の概要を説明する。

先ず、１吸気行程あたりの吸入空気量をガソリンのみの燃料（エタノール濃度Ｒｅｔ＝０％）の理論空燃比ｓｔｏｉｃｈ（本例では、１４．６（一定値））で除することで、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅが決定される。ここにおいて、吸入空気量は空気の質量流量Ｇａ及び運転速度ＮＥに基づいて決定される。そして、フィードバック係数α算出部にて算出されるフィードバック係数αを上記決定された基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅに乗じることで、燃料噴射弁３９から噴射するための燃料噴射量Ｆｉが算出される。

フィードバック係数α算出部では、空燃比センサ６６の出力値Ｖａｆｓ及び目標値Ｖａｆｓｒｅｆに基づいてフィードバック係数αが算出される。具体的には、上記出力値Ｖａｆｓから目標値Ｖａｆｓｒｅｆを減じた値をＰＩＤ処理することでフィードバック係数αが算出される。ここにおいて、目標値Ｖａｆｓｒｅｆは上記理論空燃比ｓｔｏｉｃｈに対応する値である。燃料がガソリンのみの燃料（エタノール濃度Ｒｅｔ＝０％）である場合、フィードバック係数αは「１」となる。

これにより、エタノール濃度Ｒｅｔが変化する場合であっても、この変化に応じて算出されるフィードバック係数αにより基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅが補正される。この結果、フィードバック制御により空燃比が理論空燃比に一致するようになっている。換言すれば、フィードバック係数αは、エタノール濃度Ｒｅｔに応じて変化する値となり得る。

従って、本例における制御装置は、予め規定されたフィードバック係数αとエタノール濃度Ｒｅｔとの関係を利用してエタノール濃度Ｒｅｔを決定する。より具体的には、図３の実線にて示すフィードバック係数αとエタノール濃度Ｒｅｔとの関係を規定する基本エタノール濃度決定テーブルと、フィードバック係数αとに基づいてエタノール濃度Ｒｅｔが決定される。このテーブルは、水分濃度Ｒａｑがゼロである場合にエタノール濃度Ｒｅｔを適合する実験結果に基づいて作成されたものである。このテーブルによれば、エタノール濃度Ｒｅｔは、フィードバック係数αが大きいほどより大きい値に決定される。

この例では、エタノール濃度Ｒｅｔが値Ｒ１である場合であって、水分濃度Ｒａｑがゼロである場合に、算出されるフィードバック係数αが値α１であるものとする。ここで、エタノール濃度Ｒｅｔが上記値Ｒ１と等しい値であって、燃料中に水が混入している場合について考える。この場合、フィードバック係数αは、水分濃度Ｒａｑに応じた値Δαだけ上記値α１よりも大きい値（α１＋Δα）となる。これは、燃料に混入した水そのものは、燃焼室２５内での燃焼反応に寄与しないことに基づく。

即ち、燃料中に水が混入している場合には、フィードバック係数αとエタノール濃度Ｒｅｔとの関係は、上記基本エタノール濃度決定テーブルにおける関係と異なったものとなる（図３の破線を参照）。従って、この場合に上記基本エタノール濃度決定テーブルが利用されると、エタノール濃度Ｒｅｔが上記値（α１＋Δα）に対応する値Ｒ２（＞値Ｒ１）に決定される。

このように、燃料中に水が混入している場合に上記テーブルが利用されると、エタノール濃度Ｒｅｔが実際のエタノール濃度よりも大きい値に決定される。以下、上記基本エタノール濃度決定テーブルを利用して決定される値を「基本エタノール濃度Ｒｂａｓｅ」と称呼する。

エタノール濃度Ｒｅｔは、後述するように点火時期ＣＡｉｇ等を決定するために用いられるパラメータとなる。このためにも精度よくエタノール濃度Ｒｅｔを決定する必要がある。従って、本例における制御装置は、燃焼室２５内におけるガス圧力Ｐの推移に基づいて水分濃度Ｒａｑを推定し、推定された水分濃度Ｒａｑに基づいて基本エタノール濃度Ｒｂａｓｅを補正する。

また、上述したように水分濃度Ｒａｑが大きいほど、水分濃度Ｒａｑ＝０％の場合に比して、混合気の燃焼速度がより小さくなる。このため、上記最大圧力クランク角度の上記最大トルククランク角度からの遅角側への偏移の程度がより大きくなる（図１８を参照）このことに起因して、点火時期ＣＡｉｇとクランク軸２４の出力トルクと関係を表す曲線（即ち、上記最大トルク点火時期）はより進角側の方向へ平行移動する（図１９を参照）。

従って、本例における制御装置は、運転速度ＮＥ、内燃機関１０の負荷ＫＬ、及びエタノール濃度Ｒｅｔに基づいて基本点火時期ＣＡｂａｓｅを決定し、上記推定された水分濃度Ｒａｑに基づいて基本点火時期ＣＡｂａｓｅを補正する。

加えて、本例における制御装置は、上記推定された水分濃度Ｒａｑ及び上記補正により得られるエタノール濃度Ｒｅｔに基づいて、上記空燃比リッチ制御を実行する際の燃料噴射量を補正する。以上が、本例における制御装置が行う制御の概要である。

（実際の作動）
次に、本装置の実際の作動について説明する。以下、説明の便宜上、「ＭａｐＸ（ａ１，ａ２，・・・）」は、ａ１，ａ２，・・・を引数とする値Ｘを求めるためのテーブルを表すものとする。また、引数の値がセンサの検出値である場合、現在値が使用される。

ＣＰＵ７１は、図４にフローチャートにより示した燃料噴射量Ｆｉ及び点火時期ＣＡｉｇの決定を行うルーチンを、各気筒のクランク角が各吸気上死点前の所定クランク角度（例えば、ＢＴＤＣ９０°ＣＡ）となる毎に、繰り返し実行するようになっている。

従って、任意の気筒のクランク角度が上記所定クランク角度になると、ＣＰＵ７１はステップ４００から処理を開始してステップ４０５に進み、冷却水温ＴＨＷが上記所定温度ＴＨＷ１以上であるか否かを判定する。ここにおいて、所定温度ＴＨＷ１は、混合気の空燃比が理論空燃比である場合において、エタノール濃度Ｒｅｔにかかわらず混合気の状態が燃焼室２５内にて可燃状態となる冷却水温ＴＨＷの範囲の下限値である。

先ず、冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷ１以上である場合について説明する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ４０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４１０に進み、上述したように空燃比センサ６６の出力値Ｖａｆｓ等に基づいてフィードバック係数αを算出する。なお、上記フィードバック条件が成立していないときは（例えば、空燃比センサ６６が異常であると判定される場合等）、フィードバック係数αは「１」に設定される。

次に、ＣＰＵ７１はステップ４１５に進んで、ステップ４１０にて算出されたフィードバック係数αを上記基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅ（現時点における最新値）に乗じることで燃料噴射量Ｆｉを求める。

次いで、ＣＰＵ７１はステップ４２０に進み、水分濃度Ｒａｑ推定条件が成立しているか否かを判定する。ここにおいて、水分濃度Ｒａｑ推定条件は、給油口開閉センサ６７により給油口が閉状態から開状態になったと検出されてから未だ水分濃度Ｒａｑ及びエタノール濃度Ｒｅｔが推定されていない場合に成立する。即ち、上記検出がなされる毎に１回だけ水分濃度Ｒａｑ推定条件が成立する。これは、給油口が開かれて給油等が行われる場合に、水分濃度Ｒａｑ及びエタノール濃度Ｒｅｔが変化し易いことに基づく。また、本例では、水分濃度Ｒａｑ推定条件は、上述した条件に加え、内燃機関１０の運転状態が定常状態であり、且つ、内燃機関１０の負荷ＫＬが所定値ＫＬ１よりも小さい場合に成立するものとする。

いま、水分濃度Ｒａｑ推定条件が不成立であるとして説明する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ４２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４２５に進み、基本点火時期決定テーブルＭａｐＣＡｂａｓｅ（ＮＥ，ＫＬ，Ｒｅｔ）に基づいて基本点火時期ＣＡｂａｓｅを決定する。この基本点火時期決定テーブルＭａｐＣＡｂａｓｅ（ＮＥ，ＫＬ，Ｒｅｔ）は、水分濃度Ｒａｑがゼロである場合において、点火時期ＣＡｉｇに対する出力トルクＴＱが最大値となる場合に対応する点火時期ＣＡｉｇ（即ち、上記最大トルク点火時期）を適合する実験結果に基づいて作製されたテーブルである。なお、本例では、出力トルクＴＱは、クランク軸２４の出力トルクの１燃焼サイクルあたりの平均値を意味している。

図５（ａ）は、エタノール濃度Ｒｅｔが一定の場合における、運転速度ＮＥ及び負荷ＫＬと、基本点火時期決定テーブルＭａｐＣＡｂａｓｅ（ＮＥ，ＫＬ，Ｒｅｔ）に基づいて決定される基本点火時期ＣＡｂａｓｅとの関係を示した図である。この場合、基本点火時期ＣＡｂａｓｅは、運転速度ＮＥが大きいほどより進角側の時期に決定される。これは、運転速度ＮＥが大きいほど単位クランク角度あたりの時間がより短くなることに基づく。また、基本点火時期ＣＡｂａｓｅは、負荷ＫＬが大きいほどより遅角側の時期に決定される。これは、負荷ＫＬが大きいほど燃焼室２５内のガス圧力Ｐがより大きくなり、混合気の燃焼速度もより大きくなることに基づく。

なお、「ＫＬ≧ＫＬ１」である範囲では、「ＫＬ＜ＫＬ１」である範囲の場合に比して、負荷ＫＬの増大に対する基本点火時期ＣＡｂａｓｅの遅角側への偏移度合いがより大きい。これは、ガス圧力Ｐの増大に伴って発生し易くなる異常燃焼（即ち、ノッキング）を抑制する観点に基づく。

図５（ｂ）は、運転速度ＮＥ及び負荷ＫＬが一定の場合における、エタノール濃度Ｒｅｔと、基本点火時期決定テーブルＭａｐＣＡｂａｓｅ（ＮＥ，ＫＬ，Ｒｅｔ）に基づいて決定される基本点火時期ＣＡｂａｓｅとの関係を示した図である。「ＫＬ＜ＫＬ１」である場合、基本点火時期ＣＡｂａｓｅは、エタノール濃度Ｒｅｔにかかわらず一定の時期に決定される。一方、「ＫＬ≧ＫＬ１」である場合、基本点火時期ＣＡｂａｓｅは、エタノール濃度Ｒｅｔが大きいほどより進角側の時期に決定される。ガソリンに比してエタノールのオクタン価が大きいため、燃料中のエタノールはアンチノック剤の役割をする。このため、「ＫＬ≧ＫＬ１」である場合であっても、エタノール濃度Ｒｅｔが大きいほど基本点火時期ＣＡｂａｓｅを進角側に設定できる余裕度がより大きくなる。「ＫＬ≧ＫＬ１」である場合におけるエタノール濃度Ｒｅｔに対する基本点火時期ＣＡｂａｓｅの傾向は、このことに基づく。

次に、ＣＰＵ７１はステップ４３０に進んで、ステップ４２５にて決定された基本点火時期ＣＡｂａｓｅから後述するステップ６５０にて算出されている進角度合いＤＣＡを減じることで点火時期ＣＡｉｇを求める。点火時期ＣＡｉｇが基本点火時期ＣＡｂａｓｅから進角度合いＤＣＡを減じた値に設定されることは、点火時期ＣＡｉｇが基本点火時期ＣＡｂａｓｅよりも進角度合いＤＣＡだけより進角側の時期に設定されることを意味している。

次いで、ＣＰＵ７１はステップ４３５に進み、ステップ４３０にて求められた点火時期ＣＡｉｇにて点火が行われるようにイグナイタ３８等に指示を行った後、ステップ４９５に進んで本ルーチンの処理を一旦終了する。

以降、ＣＰＵ７１は水分濃度Ｒａｑ推定条件が不成立である限り、ステップ４２０にて「Ｎｏ」と判定して、ステップ４０５，４１０〜４２０，４２５〜４３５の処理を繰り返し実行する。そして、水分濃度Ｒａｑ推定条件が成立すると、上記処理を繰り返し実行していたＣＰＵ７１は、ステップ４２０に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ４４０に進む。ＣＰＵ７１はこのステップ４４０を経由して図６にフローチャートにより示した各種値の算出を実行するためのルーチン処理をステップ６００から開始する。

ステップ６００に進んだＣＰＵ７１は、ステップ６０５に進んで基準点火時期決定テーブルＭａｐＭＢＴｓｔｄ（ＮＥ，ＫＬ）に基づいて基準点火時期ＭＢＴｓｔｄを決定する。この基準点火時期決定テーブルＭａｐＭＢＴｓｔｄ（ＮＥ，ＫＬ）は、水分濃度Ｒａｑがゼロである場合であって、且つ、「ＫＬ＜ＫＬ１」である場合において上記最大トルク点火時期を適合する実験結果に基づいて作製されたテーブルである。

次に、ＣＰＵ７１はステップ６１０に進んで、基準クランク角度決定テーブルＭａｐＣＡｓｔｄ（ＮＥ，ＫＬ）に基づいて基準クランク角度ＣＡｓｔｄを決定する。この基準クランク角度ＣＡｓｔｄは、水分濃度Ｒａｑがゼロである場合であって基準点火時期ＭＢＴｓｔｄにて点火が行われた場合に、クランク角度に対する燃焼室２５内のガス圧力Ｐが最大値となるときに対応するクランク角度（即ち、上記最大トルククランク角度）である。

次いで、ＣＰＵ７１はステップ６１５に進み、ステップ６０５にて決定された基準点火時期ＭＢＴｓｔｄにて点火が行われるようにイグナイタ３８等に指示を行う。続いて、ＣＰＵ７１はステップ６２０に進み、クランク角度に対する燃焼室２５内のガス圧力Ｐが最大値Ｐｍａｘとなるときに対応する最大圧力クランク角度ＣＡｐｍａｘが取得されたか否かを判定する。

図７は、上記基準点火時期ＭＢＴｓｔｄにて点火が行われた場合における、クランク角度とガス圧力Ｐとの関係を示したグラフである。図７において、破線にて示すガス圧力Ｐの推移は、水分濃度Ｒａｑがゼロである場合のものである。上述したように、水分濃度Ｒａｑが大きいほど、混合気の燃焼速度がより小さくなる。混合気の燃焼速度が小さいほど、基準点火時期ＭＢＴｓｔｄ以降ガス圧力Ｐの増大度合いがより小さい。以上のことから、水分濃度Ｒａｑが大きいほど、上記最大圧力クランク角度ＣＡｐｍａｘがより遅角側の時期となる。

即ち、水分濃度Ｒａｑが大きいほど、上記基準クランク角度ＣＡｓｔｄと上記最大圧力クランク角度ＣＡｐｍａｘとのクランク角度差ΔＣＡがより大きくなる。換言すれば、クランク角度差ΔＣＡは、水分濃度Ｒａｑに応じて変化する値になる。従って、クランク角度差ΔＣＡに基づいて水分濃度Ｒａｑを推定することができる。本例における制御装置は、かかる知見に基づいて水分濃度Ｒａｑを推定する。これらのステップ６０５〜６２０が前記推移取得手段の一部に対応する。

従って、ＣＰＵ７１は最大圧力クランク角度ＣＡｐｍａｘが取得されるまでステップ６２０にて「Ｎｏ」と判定し、同ステップ６２０にて「Ｙｅｓ」と判定するとステップ６２５に進んで取得された最大圧力クランク角度ＣＡｐｍａｘからステップ６１０にて決定された基準クランク角度ＣＡｓｔｄを減じることでクランク角度差ΔＣＡを求める。

次に、ＣＰＵ７１はステップ６３０に進んで、ステップ６２５にて求められたクランク角度差ΔＣＡと水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＣＡ）とに基づいて水分濃度Ｒａｑを推定する。図８は、水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＣＡ）を示した図である。水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＣＡ）によれば、水分濃度Ｒａｑは、クランク角度差ΔＣＡが大きいほどより大きい値に推定される。これらのステップ６２５，６３０が前記水分割合推定手段の一部に対応する。

次いで、ＣＰＵ７１はステップ６３５に進み、ステップ４１０にて算出されたフィードバック係数αと基本エタノール濃度決定テーブルＭａｐＲｂａｓｅ（α）とに基づいて基本エタノール濃度Ｒｂａｓｅを推定する（図３の実線を参照）。このステップ６３５が前記アルコール割合取得手段の一部に対応する。

続いて、ＣＰＵ７１はステップ６４０に進んで、ステップ６３０にて推定された水分濃度Ｒａｑとエタノール濃度補正係数決定テーブルＭａｐＫＲ（Ｒａｑ）とに基づいてエタノール濃度補正係数ＫＲ（０＜ＫＲ≦１）を決定する。図９は、エタノール濃度補正係数決定テーブルＭａｐＫＲ（Ｒａｑ）を示した図である。エタノール濃度補正係数決定テーブルＭａｐＫＲ（Ｒａｑ）によれば、エタノール濃度補正係数ＫＲは、水分濃度Ｒａｑが大きいほどより小さい値に決定される。

次に、ＣＰＵ７１はステップ６４５に進んで、ステップ６３５にて推定された基本エタノール濃度Ｒｂａｓｅに、ステップ６４０にて決定されたエタノール濃度補正係数ＫＲを乗じることでエタノール濃度Ｒｅｔを求める。

次いで、ＣＰＵ７１はステップ６５０に進み、ステップ６３０にて推定された水分濃度Ｒａｑと進角度合い決定テーブルＭａｐＤＣＡ（Ｒａｑ）とに基づいて、ステップ４３０にて用いられる進角度合いＤＣＡを決定する。図１０は、進角度合い決定テーブルＭａｐＤＣＡ（Ｒａｑ）を示した図である。進角度合い決定テーブルＭａｐＤＣＡ（Ｒａｑ）によれば、進角度合いＤＣＡは、水分濃度Ｒａｑが大きいほどより大きい値に決定される。ステップ４２５，４３０，６５０が前記点火時期決定手段の一部に対応する。

続いて、ＣＰＵ７１はステップ６５５に進んで、ステップ６３０にて推定された水分濃度Ｒａｑと、ステップ６４５にて求められたエタノール濃度Ｒｅｔと、リッチ制御補正係数決定テーブルＭａｐＫβ（Ｒａｑ，Ｒｅｔ）とに基づいて、リッチ制御補正係数Ｋβ（≧１）を決定する。そして、ＣＰＵ７１はステップ６９５を経由して図４のステップ４９５に進んで本ルーチンの処理を一旦終了する。

このリッチ制御補正係数Ｋβは、上記空燃比リッチ制御において用いられるものである（後述するステップ４５０を参照）。図１１は、リッチ制御補正係数決定テーブルＭａｐＫβ（Ｒａｑ，Ｒｅｔ）を示した図である。リッチ制御補正係数決定テーブルＭａｐＫβ（Ｒａｑ，Ｒｅｔ）によれば、リッチ制御補正係数Ｋβは、水分濃度Ｒａｑが大きいほど、エタノール濃度Ｒｅｔが大きいほどより大きい値に決定される。

なお、本例では、水分濃度Ｒａｑ、エタノール濃度Ｒｅｔ、進角度合いＤＣＡ、及びリッチ制御補正係数Ｋβの最新値が算出される毎に、それらがバックアップＲＡＭ７４に記憶・更新されるようになっている。

次に、冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷ１よりも低い場合について説明する。この場合、ＣＰＵ７１はステップ４０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ４４５に進み、基本リッチ制御係数決定テーブルＭａｐβｂａｓｅ（ＴＨＷ）に基づいて、基本リッチ制御係数βｂａｓｅ（＞１）を決定する。この基本リッチ制御係数βｂａｓｅは、混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比となるように、燃料噴射量Ｆｉの決定に利用されるものである。より具体的には、基本リッチ制御係数決定テーブルＭａｐβｂａｓｅ（ＴＨＷ）によれば、基本リッチ制御係数βｂａｓｅは、冷却水温ＴＨＷが低いほどより大きい値に決定される。

次いで、ＣＰＵ７１はステップ４５０に進み、ステップ６５５にて決定されたリッチ制御補正係数Ｋβをステップ４４５にて決定された基本リッチ制御係数βｂａｓｅに乗じることによりリッチ制御係数β（＞１）を求める。続いて、ＣＰＵ７１はステップ４５５に進んで、ステップ４５０にて求められたリッチ制御係数βを、上記基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅに燃料噴射量補正係数ＫＦ（≧１）を乗じた値に乗じることにより燃料噴射量Ｆｉを求める。

ここにおいて、燃料噴射量補正係数ＫＦは、値（ＫＦ・Ｆｂａｓｅ）をもって燃料噴射された場合に混合気の空燃比が理論空燃比となるように、エタノール濃度Ｒｅｔを考慮して決定される値である。より具体的には、図１２に示す燃料噴射量補正係数ＫＦとエタノール濃度Ｒｅｔとの関係を規定するテーブルに基づいて、燃料噴射量補正係数ＫＦが決定される。このテーブルによれば、エタノール濃度Ｒｅｔが大きいほど燃料噴射量補正係数ＫＦがより大きい値に決定される。以降、ＣＰＵ７１はステップ４２０以降の処理を実行していく。ステップ４０５，４１０，４１５，４４５，４５０，４５５，６５５が前記燃料噴射量決定手段の一部に対応する。

このように、冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷ１よりも低い場合、上述のように燃料噴射量Ｆｉが決定されることで、冷却水温ＴＨＷが低いほど空燃比の理論空燃比からのリッチ方向への偏移の程度がより大きくなる。これは、冷却水温ＴＨＷが低いほど燃料が蒸発し難いこと、及び触媒５３を暖める必要性が大きいことに基づく。また、本例では、水分濃度Ｒａｑ大きいほど、またエタノール濃度Ｒｅｔが大きいほど上記リッチ方向への偏移の程度がより大きくなる。これは、冷却水温ＴＨＷが低い場合には、水、及びエタノールにより熱が奪われることによる失火への影響が特に大きいことに基づく。

以上説明したように、本発明にかかる内燃機関の制御装置の第１実施形態によれば、水分濃度Ｒａｑ推定条件が成立した場合、基準点火時期ＭＢＴｓｔｄにて点火が行われガス圧力Ｐが最大値となる最大圧力クランク角度ＣＡｐｍａｘが取得される。この取得された最大圧力クランク角度ＣＡｐｍａｘと、水分濃度Ｒａｑがゼロである場合に対応する予め記憶されている基準クランク角度ＣＡｓｔｄとの差であるクランク角度差ΔＣＡが求められる。そして、クランク角度差ΔＣＡに基づいて水分濃度Ｒａｑが推定される。

ここで、水分濃度Ｒａｑが大きいほど混合気の燃焼速度がより小さくなる。このため、水分濃度Ｒａｑが大きいほど最大圧力クランク角度ＣＡｐｍａｘがより遅角側の時期となり、クランク角度差ΔＣＡがより大きくなる。換言すれば、クランク角度差ΔＣＡは、水分濃度Ｒａｑを表す値となり得る。従って、容易に且つ精度よく水分濃度Ｒａｑを推定することができる。

また、上記第１実施形態によれば、運転速度ＮＥ等の運転状態に基づいて基本点火時期ＣＡｂａｓｅが決定され、点火時期ＣＡｉｇが、基本点火時期ＣＡｂａｓｅよりも水分濃度Ｒａｑに応じた進角度合いＤＣＡだけ進角側の時期に設定される。即ち、水分濃度Ｒａｑが大きいほど点火時期ＣＡｉｇがより進角側の時期に設定される。

水分濃度Ｒａｑが大きいほど混合気の燃焼速度がより小さくなることに起因して、運転状態が一定の場合であっても、水分濃度Ｒａｑが大きいほど最大トルク点火時期がより進角側の時期となる。従って、図１３の破線にて示すように、仮に、点火時期ＣＡｉｇを基本点火時期ＣＡｂａｓｅと同じ時期に設定すると、水分濃度Ｒａｑが大きいほど出力トルクＴＱの低下度合いがより大きくなるため（図１９を参照）、燃費の悪化度合いもより大きくなる。

これに対し、上記第１実施形態では、点火時期ＣＡｉｇが基本点火時期ＣＡｂａｓｅよりも水分濃度Ｒａｑに応じた進角度合いＤＣＡだけ進角側の時期に設定される。即ち、点火時期ＣＡｉｇを最大トルク点火時期に近づけることができる。このため、図１３の実線にて示すように、水分濃度Ｒａｑの増大に対する燃費の悪化度合いをより小さくすることができる。なお、ここにおける「燃費」は、水を含んだ燃料の単位量に対する走行可能距離を意味する。従って、水分濃度Ｒａｑが大きくなるほど燃費の悪化度合いは大きくなる。

また、上記第１実施形態によれば、冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷ１よりも低い場合に、混合気の空燃比を理論空燃比とするように燃料噴射量Ｆｉ（＝α・Ｆｂａｓｅ）を決定する（即ち、上記空燃比のフィードバック制御を実行する）のに代えて、混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比にとするように燃料噴射量Ｆｉ（＝β・（ＫＦ・Ｆｂａｓｅ））を決定する（即ち、空燃比リッチ制御を実行する）。この空燃比リッチ制御では、冷却水温ＴＨＷに基づいて基本リッチ制御係数βｂａｓｅが決定され、リッチ制御係数βが、基本リッチ制御係数βｂａｓｅに水分濃度Ｒａｑ及びエタノール濃度Ｒｅｔに応じたリッチ制御補正係数Ｋβを乗じた値に決定される。

図１４の破線にて示すように、仮に、空燃比リッチ制御にて燃料噴射量Ｆｉが値（βｂａｓｅ・（ＫＦ・Ｆｂａｓｅ））に決定されると、水分濃度Ｒａｑ（又はエタノール濃度Ｒｅｔ）が大きいほど燃焼室２５内にてより失火が発生し易くなり、出力トルクＴＱの変動度合いがより大きくなる。

これに対し、上記第１実施形態では、図１４の実線にて示すように、水分濃度Ｒａｑ（又はエタノール濃度Ｒｅｔ）が大きいほど、空燃比の理論空燃比からのリッチ方向への偏移の程度がより大きくなるよう燃料噴射量Ｆｉが決定されるため、燃焼室２５内における失火の発生を抑制することができる。この結果、水分濃度Ｒａｑの増大に対する出力トルクＴＱの変動度合いをより小さくすることができる。

本発明は、上記第１実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第１実施形態においては、基本点火時期ＣＡｂａｓｅが基本点火時期決定テーブルＭａｐＣＡｂａｓｅ（ＮＥ，ＫＬ，Ｒｅｔ）に基づいて決定され、点火時期ＣＡｉｇが、決定された基本点火時期ＣＡｂａｓｅよりも進角度合いＤＣＡだけ進角側の時期に設定されていたが、これに代えて、点火時期決定テーブルＭａｐＣＡｉｇ（ＮＥ，ＫＬ，Ｒａｑ，Ｒｅｔ）に基づいて点火時期ＣＡｉｇを決定してもよい。この場合、点火時期決定テーブルＭａｐＣＡｉｇ（ＮＥ，ＫＬ，Ｒａｑ，Ｒｅｔ）によれば、水分濃度Ｒａｑが大きいほど点火時期ＣＡｉｇはより進角側の時期に決定される。

また、上記第１実施形態においては、クランク角度差ΔＣＡが求められ、水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＣＡ）に基づいて水分濃度Ｒａｑが推定されていたが、これに代えて、水分濃度Ｒａｑがゼロの場合において基準点火時期ＭＢＴｓｔｄにて点火が行われた場合におけるガス圧力Ｐの最大値と、基準点火時期ＭＢＴｓｔｄにて点火が行われた場合における基準クランク角度ＣＡｓｔｄに対応するガス圧力Ｐとの圧力差ΔＰが求められ、水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＰ）に基づいて水分濃度Ｒａｑが推定されてもよい。この場合、水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＰ）によれば、圧力差ΔＰが大きいほど水分濃度Ｒａｑがより大きい値に推定される。

また、上記第１実施形態においては、引数としてクランク角度差ΔＣＡのみが用いられる水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＣＡ）に基づいて水分濃度Ｒａｑが推定されているが、これに代えて、引数として更に運転速度ＮＥが用いられる水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＣＡ，ＮＥ）に基づいて水分濃度Ｒａｑが推定されてもよい。水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＣＡ，ＮＥ）によれば、運転速度ＮＥが大きいほど水分濃度Ｒａｑがより小さい値に推定される。これは、クランク角度差ΔＣＡが一定の場合であっても、運転速度ＮＥが大きいほどクランク角度差ΔＣＡに相当する時間が短いことに基づく。また、引数として更に負荷ＫＬが用いられる水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＣＡ，ＮＥ，ＫＬ）に基づいて水分濃度Ｒａｑが推定されてもよい。水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＣＡ，ＮＥ，ＫＬ）によれば、負荷ＫＬが大きいほど水分濃度Ｒａｑがより小さい値に推定される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態にかかる内燃機関の制御装置について説明する。この第２実施形態が適用される内燃機関は、燃焼室内圧力センサ６８に代えて、トルクセンサ６９を備えている点についてのみ第１実施形態における内燃機関１０と異なる（図１の破線を参照）。このトルクセンサ６９は、クランク軸２４の出力トルクを検出し、出力トルクＴＱを表す信号を出力するようになっている。

また、上記第１実施形態では、ガス圧力Ｐの推移と水分濃度Ｒａｑがゼロである場合に対応するガス圧力Ｐの推移との相違（即ち、上記クランク角度差ΔＣＡ）に基づいて水分濃度Ｒａｑが推定されていた。第２実施形態では、これに代えて、出力トルクＴＱの推移と水分濃度Ｒａｑがゼロである場合に対応する出力トルクＴＱの推移との相違に基づいて水分濃度Ｒａｑが推定される。第２実施形態は、この点についてのみ上記第１実施形態と異なる。

具体的には、第２実施形態のＣＰＵ７１は、第１実施形態のＣＰＵ７１が実行する図４に示したルーチンと同じものを実行するとともに、図６に対応する図１５にフローチャートにより示したルーチンを実行する。以下、第２実施形態に特有の図１５に示したルーチンについて説明する。なお、図１５において、図６に示したステップと同一のステップについては図６のステップ番号と同一のステップ番号を付することで、その説明を省略する。

第２実施形態のＣＰＵ７１はステップ１５０５にて、基準出力トルク決定テーブルＴＱｓｔｄ（ＮＥ，ＫＬ）に基づいて基準出力トルクＴＱｓｔｄを決定する。この基準出力トルクＴＱｓｔｄは、水分濃度Ｒａｑがゼロである場合であって基準点火時期ＭＢＴｓｔｄにて点火が行われた場合に得られる出力トルクＴＱである。また、第２実施形態のＣＰＵ７１はステップ１５１０にて、トルクセンサ６９により出力トルクＴＱが取得されたか否かを判定する。

図１６は、点火時期ＣＡｉｇと出力トルクＴＱとの関係を示したグラフである。図１６において、破線にて示す点火時期ＣＡｉｇと出力トルクＴＱとの関係を表す曲線は、水分濃度Ｒａｑがゼロである場合のものである。ここで、上述したように、水分濃度Ｒａｑが大きいほど、最大圧力クランク角度の最大トルククランク角度からの偏移の程度（上記クランク角度差ΔＣＡ）がより大きくなる（図７を参照）。即ち、水分濃度Ｒａｑが大きいほど、基準点火時期ＭＢＴｓｔｄに対応する出力トルクＴＱの上記基準出力トルクＴＱｓｔｄからの低下度合い（以下、この低下度合いを「出力トルク差ΔＴＱ」称呼する。）がより大きくなる。

換言すれば、出力トルク差ΔＴＱは、水分濃度Ｒａｑに応じて変化する値になる。従って、出力トルク差ΔＴＱに基づいて水分濃度Ｒａｑを推定することができる。本例における制御装置は、かかる知見に基づいて水分濃度Ｒａｑを推定する。これらのステップ６０５，１５０５，６１５，１５１０が前記推移取得手段の一部に対応する。

従って、第２実施形態のＣＰＵ７１はステップ１５１０にて、「Ｙｅｓ」と判定するとステップ１５１５に進んでステップ１５０５にて決定された基準出力トルクＴＱｓｔｄから取得された出力トルクＴＱを減じることで出力トルク差ΔＴＱを求める。そして、第２実施形態のＣＰＵ７１はステップ１５２０にて、ステップ１５１５にて求められた出力トルク差ΔＴＱと水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＴＱ）とに基づいて水分濃度Ｒａｑを推定する。

図１７は、水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＴＱ）を示した図である。水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＴＱ）によれば、水分濃度Ｒａｑは、出力トルク差ΔＴＱが大きいほどより大きい値に推定される。これらのステップ１５１５，１５２０が前記水分割合推定手段の一部に対応する。

以上説明したように、本発明にかかる内燃機関の制御装置の第２実施形態によれば、水分濃度Ｒａｑ推定条件が成立した場合、基準点火時期ＭＢＴｓｔｄにて点火が行われ出力トルクＴＱが取得される。この取得された出力トルクと水分濃度Ｒａｑがゼロである場合に対応する予め記憶されている基準出力トルクＴＱｓｔｄとの差である出力トルク差ΔＴＱが求められる。そして、出力トルク差ΔＴＱに基づいて水分濃度Ｒａｑが推定される。
ここで、出力トルク差ΔＴＱは、水分濃度Ｒａｑを表す値となり得る。従って、上記第１実施形態と同様、容易に且つ精度よく水分濃度Ｒａｑを推定することができる。

本発明は、上記第２実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第２実施形態においては、出力トルク差ΔＴＱが求められ、水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＴＱ）に基づいて水分濃度Ｒａｑが推定されていたが、これに代えて、所定のクランク角度の範囲内で複数の点火時期にて順次点火を行い出力トルクＴＱが最大値となる場合に対応する最大トルク点火時期を取得し、取得された最大トルク点火時期と、上記基準点火時期ＭＢＴｓｔｄとのクランク角度差ΔＭＢＴが求められ、水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＭＢＴ）に基づいて水分濃度Ｒａｑが推定されてもよい。この場合、水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＭＢＴ）によれば、クランク角度差ΔＭＢＴが大きいほど水分濃度Ｒａｑがより大きい値に推定される。

また、所定のクランク角度の範囲内で複数の点火時期にて順次点火を行うことで得られる点火時期と出力トルクと関係を表す曲線を取得し、取得された曲線の、水分割合Ｒｑａがゼロである場合に得られる上記曲線であって予め記憶されているものからの進角側への平行移動量を求めることで、上記クランク角度差ΔＭＢＴが求められてもよい。

また、上記第２実施形態においては、引数として出力トルク差ΔＴＱのみが用いられる水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＴＱ）に基づいて水分濃度Ｒａｑが推定されているが、これに代えて、引数として更に運転速度ＮＥが用いられる水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＴＱ，ＮＥ）に基づいて水分濃度Ｒａｑが推定されてもよい。水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＴＱ，ＮＥ）によれば、運転速度ＮＥが大きいほど水分濃度Ｒａｑがより小さい値に推定される。また、引数として更に負荷ＫＬが用いられる水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＴＱ，ＮＥ，ＫＬ）に基づいて水分濃度Ｒａｑが推定されてもよい。水分濃度決定テーブルＭａｐＲａｑ（ΔＴＱ，ＮＥ，ＫＬ）によれば、負荷ＫＬが大きいほど水分濃度Ｒａｑがより小さい値に推定される。

また、上記第２実施形態においては、トルクセンサ６９により出力トルクＴＱを検出していたが、これに代えて、例えば、内燃機関１０が搭載される車両がモータジェネレータを備え、内燃機関１０の出力トルクがモータジェネレータに伝達されるように構成されており、モータジェネレータのトルク検出機構が備えられている場合には、トルク検出機構を用いて出力トルクＴＱを取得してもよい。この場合、出力トルクＴＱの取得に際し、上記トルク検出機構が有効に利用され得る。

また、上記各実施形態においては、本発明にかかる制御装置が、燃料としてガソリンにエタノールを混合したものを利用可能な内燃機関１０に適用されていたが、アルコールを混合しない燃料（例えば、ガソリン）を利用する内燃機関に適用されてもよい。

加えて、例えば、内燃機関１０が、点火プラグ３７とは別の第２点火プラグを備えている場合、１燃焼サイクルにおいてこれらの点火プラグのうち一方にて点火が行われ、他方にて点火が行われないように制御され、一方の点火プラグでの点火時期と他方の点火プラグにて火炎を検出した時期との間隔（又は、その間隔から算出される混合気の燃焼速度）を取得してもよい。そして、取得された間隔が大きいほど（即ち、混合気の燃焼速度が小さいほど）、水分濃度Ｒａｑがより大きい値に推定されるように構成されてもよい。また、第２点火プラグに代えて、フレームロッド等の火炎を検出するプローブが備えられることによっても上記間隔を取得することができる。

本発明の第１実施形態にかかる制御装置を火花点火式内燃機関に適用したシステムの概略構成図である。 本発明の第１実施形態にかかる制御装置が実行する空燃比のフィードバック制御を説明するための図である。 エタノール濃度とフィードバック係数の関係を示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが実行する、燃料噴射量及び点火時期の決定の実行のためのプログラムを示したフローチャートである。 負荷及び運転速度と基本点火時期との関係を示したグラフ、及びエタノールと基本点火時期との関係を示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが実行する、水分濃度、エタノール濃度等の各種値の算出の実行のためのプログラムを示したフローチャートである。 水分濃度に応じて変化する、同一の点火時期にて点火が実行されたときのクランク角度に対する燃焼室内のガス圧力の推移を説明するための図である。 図１に示したＣＰＵが参照する、クランク角度差と水分濃度との関係を規定するテーブルを示した図である。 図１に示したＣＰＵが参照する、水分濃度とエタノール濃度補正係数との関係を規定するテーブルを示した図である。 図１に示したＣＰＵが参照する、水分濃度と点火時期の進角度合いとの関係を規定するテーブルを示した図である。 図１に示したＣＰＵが参照する、水分濃度とリッチ制御補正係数との関係を規定するテーブルを示した図である。 図１に示したＣＰＵが参照する、エタノール濃度と燃料噴射量補正係数との関係を規定するテーブルを示した図である。 本発明の第１実施形態にかかる制御装置により設定された点火時期にて点火が行われた場合における、燃費の悪化度合いの抑制効果を説明するための図である。 本発明の第１実施形態にかかる制御装置により設定された燃料噴射量にて、内燃機関の温度が低い場合に空燃比リッチ制御が行われた場合における、出力トルクの変動度合いの抑制効果を説明するための図である。 本発明の第２実施形態のＣＰＵが実行する、水分濃度、エタノール濃度等の各種値の算出の実行のためのプログラムを示したフローチャートである。 水分濃度に応じて変化する、同一の点火時期にて点火が実行されたときの出力トルクの推移を説明するための図である。 本発明の第２実施形態のＣＰＵが参照する、出力トルク差と水分濃度との関係を規定するテーブルを示した図である。 燃料に水が混入した場合において点火が実行されたときの、クランク角度に対する燃焼室内のガス圧力の推移を説明するための図である。 燃料に水が混入した場合において点火が実行されたときの、点火時期に対する出力トルクの推移を説明するための図である。

符号の説明

１０…火花点火式内燃機関、３７…点火プラグ、３９…燃料噴射弁、６５…冷却水温センサ、６８…燃焼室内圧力センサ、６９…トルクセンサ、７０…電気制御装置、７１…ＣＰＵ

Claims (6)

1. 内燃機関の燃焼室に向けて燃料を噴射する噴射弁と、
   前記噴射弁により噴射された燃料により前記燃焼室内に形成される混合気に点火を行う点火プラグと、
   を備えた内燃機関に適用され、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて前記噴射弁により燃料を噴射する量である燃料噴射量を決定する燃料噴射量決定手段と、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて前記点火プラグにより点火を行う時期である点火時期を決定する点火時期決定手段と、
   を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記混合気の燃焼速度に応じて変化する値に基づいて前記燃料に含まれる水分の割合を推定する水分割合推定手段を備え、
   前記点火時期決定手段は、
   前記水分割合推定手段により推定された水分の割合に基づいて前記点火時期を決定するするように構成された内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記点火時期決定手段は、
   前記水分の割合が大きいほど前記点火時期をより進角側の時期に決定するように構成された内燃機関の制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記燃焼室内におけるガスの圧力の推移を取得する推移取得手段を備え、
   前記水分割合推定手段は、
   前記燃料に含まれる水分の割合が所定割合の場合に対応する予め記憶された前記圧力の推移と、前記推移取得手段により取得された前記圧力の推移との相違に基づいて前記水分の割合を推定するように構成された内燃機関の制御装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関のクランク軸の出力トルクの推移を取得する推移取得手段を備え、
   前記水分割合推定手段は、
   前記燃料に含まれる水分の割合が所定割合の場合に対応する予め記憶された前記出力トルクの推移と、前記推移取得手段により取得された前記出力トルクの推移との相違に基づいて前記水分の割合を推定するように構成された内燃機関の制御装置。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の温度を取得する温度取得手段を備え、
   前記燃料噴射量決定手段は、
   前記温度取得手段により取得された温度が所定温度よりも低い場合、前記混合気の空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比となるように、且つ、前記水分割合推定手段により推定された水分の割合が大きいほど前記空燃比の前記理論空燃比からのリッチ方向への偏移の程度がより大きくなるよう前記燃料噴射量を決定するように構成された内燃機関の制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、
   前記燃料として、アルコールを含む燃料を用いるように構成され、
   前記燃料に含まれる前記アルコールの割合を取得するアルコール割合取得手段を備え、
   前記燃料噴射量決定手段は、
   前記アルコール割合取得手段により取得されたアルコールの割合が大きいほど前記リッチ方向への偏移の程度がより大きくなるよう前記燃料噴射量を決定するように構成された内燃機関の制御装置。
   
   
   
   

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