JP2010164007A

JP2010164007A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2010164007A
Application number: JP2009008199A
Authority: JP
Inventors: Eiji Murase; 栄二村瀬
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: JP5375116B2

Abstract

【課題】アルコールセンサによらずに燃料中のアルコール含有率を精度よく検出し、検出したアルコール含有率に基づき空燃比を目標値へと修正することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】車両制御システム１は、アルコール含有率推定手段と、空燃比変更手段と、回転数変動検出手段と、アルコール含有率算出手段と、空燃比修正手段とによって、燃料中のアルコール含有率の推定値に基づき内燃機関の空燃比をストイキ、リッチ、リーンに制御したときの回転数の変動から、燃料中のアルコール含有率を検出し、検出したアルコール含有率に基づき空燃比を目標値へと修正する制御を実行することで、アルコールセンサがない場合や故障した場合で、Ａ／Ｆセンサによる空燃比のＦ／Ｂ制御が実行できない運転領域でも、算出したアルコール含有率に基づき空燃比を目標値へと修正することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。特に、アルコールとガソリンとを任意の割合で混合した混合燃料を使用する内燃機関の技術に関する。

近年、大気汚染や原油事情の変動に伴い、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ている。このシステムを搭載したＦＦＶ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＦｕｅｌＶｅｈｉｃｌｅ）では、ガソリン燃料のみならず、ガソリンとアルコールとを任意の割合で混合した燃料で走行することができる。
燃焼時の酸素に対する量論係数の違いから、アルコール燃料はガソリン燃料に比べて同一の吸入空気量に対してより多くの燃料を必要とする。そのため、ガソリンとアルコールとを混合した燃料は、燃料中のアルコール含有率によって理論空燃比が異なる。よって、ＦＦＶの内燃機関は、燃料中のアルコール含有率をより精度よく認識し、認識したアルコール含有率に基づいて最適な空燃比となるように燃料噴射量を制御する必要がある。

一方、車両の排気エミッション規制を達成する手段の一つとして、浄化触媒の暖機を促進させることが有効であることが知られている。そのため、内燃機関の点火時期を大幅に遅角させて、後燃えによる高温ガスを利用して浄化触媒の暖機を促進させる急速暖機制御が広く実行されている。
しかしながら、ＦＦＶの内燃機関において、認識したアルコール含有率の精度が低いと、オーバーリーンやオーバーリッチな空燃比制御が実行される。この場合、浄化触媒の急速暖機制御によって点火時期を大幅に遅角させると、内燃機関の回転数が大きく変動して浄化触媒の急速暖機制御が停止したり、内燃機関が失火したりする、といった問題がある。

このような問題を解決するために、浄化触媒の急速暖機制御時に、アルコールセンサの信号から燃料中のアルコール含有率を算出し、算出したアルコール含有率に基づき燃料噴射量を制御する技術が特許文献１に開示されている。
また、圧縮行程の所定のクランク角位相における筒内圧力センサの信号から燃料中のアルコール含有率を算出し、算出したアルコール含有率に基づき燃料噴射量および点火時期を制御する技術が特許文献２に開示されている。

特開２００８−２７４７８９号公報特開２００８−２０２５４０号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、例えば燃料経路内に残留した燃料等により、センサによって検出された燃料性状と実際に内燃機関に噴射供給される燃料性状とが異なることがあり、適切な制御が実行できない場合がある、といった問題点がある。更に、高精度のアルコールセンサを必要とするために、コストアップが避けられない、といった問題点がある。
また、特許文献２の技術では、筒内圧センサに異常や故障が発生した場合に、燃料中のアルコール含有率を精度よく認識することができない、といった問題点がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、アルコールセンサによらずに燃料中のアルコール含有率を精度よく検出し、検出したアルコール含有率に基づき空燃比を目標値へと修正することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、アルコールとガソリンとを任意の割合で混合した燃料を使用可能な内燃機関の制御装置であって、前記燃料中のアルコール含有率を推定するアルコール含有率推定手段と、前記アルコール含有率推定手段の推定結果に基づいて、前記内燃機関の空燃比を変更する空燃比変更手段と、前記空燃比変更手段によって空燃比を変更したときの前記内燃機関の回転数変動を検出する回転数変動検出手段と、前記回転数変動検出手段の検出結果に基づいて、前記燃料中のアルコール含有率を算出するアルコール含有率算出手段と、前記アルコール含有率算出手段の算出結果に基づいて、前記内燃機関の空燃比を修正する空燃比修正手段と、を備えることを特徴とする。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、燃料中のアルコール含有率の推定値に基づき内燃機関の空燃比をストイキ、リッチ、リーンに制御したときの回転数の変動から、燃料中のアルコール含有率を高精度に検出することができる。よって、アルコールセンサによらずに燃料中のアルコール含有率を精度よく検出し、検出したアルコール含有率に基づき空燃比を目標値へと修正することができる。

実施例の車両制御システムの概略構成を示した構成図である。内燃機関の空気過剰率と回転数変動との相関を示している。アルコール含有率の推定値が実アルコール含有率に近似する場合の回転数変動を示している。アルコール含有率の推定値が実アルコール含有率よりも小さい場合の回転数変動を示している。アルコール含有率の推定値が実アルコール含有率よりも大きい場合の回転数変動を示している。実施例のＥＣＵが行う制御のフローを示している。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の内燃機関の制御装置を組み込んだ車両制御システム１の概略構成を示した構成図である。なお、図１にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。

図１に示す車両制御システム１は、動力源であるエンジン１００を備えており、エンジン１００の運転動作を総括的に制御するエンジンＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１０を備えている。

エンジン１００は、車両に搭載される多気筒エンジンであって、各気筒は燃焼室１１ａを構成するピストン１１を備えている。各燃焼室のピストン１１はそれぞれコネクティングロッドを介して出力軸であるクランクシャフト１２の軸に連結されており、ピストン１１の往復運動がコネクティングロッドによってクランクシャフト１２の回転へと変換される。

クランクシャフト１２の軸の近傍には、クランク角センサ３１が設けられている。クランク角センサ３１は、クランクシャフト１２軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、運転時のエンジン回転数や回転角速度など、クランク角に関する情報を取得し、それらの情報をもとにエンジン１００の回転の変動を検出することができる。
なお、クランク角センサ３１は、本発明の回転数変動検出手段に相当する。

各気筒の燃焼室１１ａには、それぞれ燃焼室１１ａと連通する吸気ポート１３と、吸気ポート１３に連結し、吸入空気を吸気ポート１３から燃焼室１１ａへと導く吸気通路１４とが接続されている。更に、燃焼室１１ａの各気筒には、それぞれ燃焼室１１ａと連通する排気ポート１５と、燃焼室１１ａで発生した排気ガスをエンジン外へと導く排気通路１６が接続されている。また、各気筒に接続された排気通路１６は、下流側で合流して一本の合流排気通路１７となる。

各気筒の燃焼室１１ａの吸気通路、排気通路に対応して複数の吸気弁、排気弁が設けられている。図１には吸気通路、排気通路と吸気弁、排気弁をそれぞれ１つずつ示している。燃焼室１１ａの各吸気ポート１３には、それぞれ吸気弁１８が配置されており、吸気弁１８を開閉駆動させるための吸気カムシャフト２０が配置されている。更に、燃焼室１１ａの各排気ポート１５には、それぞれ排気弁１９が配置されており、排気弁１９を開閉駆動させるための排気カムシャフト２１が配置されている。

吸気弁１８および排気弁１９はクランクシャフト１２の回転が連結機構（例えばタイミングベルト、タイミングチェーンなど）により伝達された吸気カムシャフト２０および排気カムシャフト２１の回転により開閉され、吸気ポート１３および排気ポート１５と燃焼室１１ａとを連通・遮断する。なお、吸気弁１８、および排気弁１９の位相は、クランク角を基準にして表される。

吸気カムシャフト２０は可変動弁機構（以下、ＶＶＴ機構という）である電動ＶＶＴ機構２２を有している。この電動ＶＶＴ機構２２はエンジンＥＣＵ１０の指示により電動モータで吸気カムシャフト２０を回転させる。それにより吸気カムシャフト２０のクランクシャフト１２に対する回転位相が変更されることから、吸気弁１８のバルブタイミングが変更される。この場合、吸気カムシャフト２０の回転位相は、吸気カム角センサ３２にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、吸気カムシャフト２０の位相を取得することができるとともに、吸気弁１８の位相を取得することができる。また、吸気カムシャフト２０の位相は、クランク角を基準にして表される。

排気カムシャフト２１は油圧ＶＶＴ機構２３を有している。この油圧ＶＶＴ機構２３はエンジンＥＣＵ１０の指示によりオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）で排気カムシャフト２１を回転させる。それにより排気カムシャフト２１のクランクシャフト１２に対する回転位相が変更されることから、排気弁１９のバルブタイミングが変更される。この場合、排気カムシャフト２１の回転位相は、排気カム角センサ３３にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、排気カムシャフト２１の位相を取得することができるとともに、排気弁１９の位相を取得することができる。また、排気カムシャフト２１の位相は、クランク角を基準にして表される。

エンジン１００の吸気通路１４にはエアフロメータ３４、スロットルバルブ２４およびスロットルポジションセンサ３５が設置されている。エアフロメータ３４およびスロットルポジションセンサ３５は、それぞれ吸気通路１４を通過する吸入空気量、およびスロットルバルブ２４の開度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて吸気ポート１３および燃焼室１１ａへ導入される吸入空気量を認識し、スロットルバルブ２４の開度を調整することでエンジン１００の運転に必要な吸入空気量を燃焼室１１ａへ取り込むことができる。
スロットルバルブ２４は、ステップモータを用いたスロットルバイワイヤ方式を適用することが好ましいが、例えばステップモータの代わりにワイヤなどを介してアクセルペダル（図示しない）と連動し、スロットルバルブ２４の開度が変更されるような機械式スロットル機構を適用することもできる。

エンジン１００の各気筒にはインジェクタ２５が装着されている。燃料ポンプ（図示しない）より燃料配管を通じて供給された高圧燃料は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりインジェクタ２５にてエンジン気筒内の燃焼室１１ａに噴射供給される。エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ３４およびスロットルポジションセンサ３５からの吸入空気量、および吸気カム角センサ３２からのカム軸回転位相の情報に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ２５に信号を送る。インジェクタ２５はエンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて燃焼室１１ａへ燃料を高圧噴射する。高圧噴射された燃料は霧化し、吸気弁１８の開弁時に供給された吸入空気と混合され、エンジン１００の燃焼に適した混合ガスとなる。そして、インジェクタ２５のリーク燃料は、リリーフ配管を通って燃料タンク（図示しない）へと戻される。
なお、インジェクタ２５は、本発明の空燃比変更手段に相当する。

ここで、エンジン１００の運転に用いられる燃料について説明する。ガソリンと混合するアルコール燃料としては、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ，沸点６４．７℃，密度０．７９ｇ・ｃｍ^−３）、またはエタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ，沸点７８．３℃，密度０．７９ｇ・ｃｍ^−３）を適用することができる。本実施例のエンジン１００は、エタノールを燃料として使用する。燃焼時の酸素に対する量論係数の違いから、アルコール燃料はガソリン燃料に比べて同一の吸入空気量に対してより多くの燃料を必要とする。そのため、ガソリンとアルコールとを混合した燃料は、燃料中のアルコール含有率によって理論空燃比が異なる。例えば、ガソリン１００％燃料の理論空燃比は１４．７であるが、アルコール（エタノール）含有率が４０％（Ｅ４０）の場合、理論空燃比は１２．３であり、アルコール（エタノール）含有率が８５％（Ｅ８５）の場合は、理論空燃比は９．８である。そして、燃料がエタノール１００％のときの理論空燃比は９．０である。

各気筒の燃焼室１１ａはそれぞれ点火プラグ２６を備えており、点火プラグ２６の点火タイミングはイグナイタ２７によって調整される。吸気ポート１３から流入された吸入空気は気筒内でインジェクタ２５から噴射された燃料と混合し、ピストン１１の上昇運動により燃焼室１１ａ内で圧縮される。エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサ３１からのピストン１１の位置、および吸気カム角センサ３２からのカム軸回転位相の情報に基づき、点火タイミングを決定しイグナイタ２７に信号を送る。イグナイタ２７はエンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された点火タイミングでバッテリからの電力を点火プラグ２６に通電する。点火プラグ２６はバッテリからの電力により点火し、圧縮混合ガスを着火させて、燃焼室１１ａ内を膨張させピストン１１を下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフト１２の軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。

燃焼後の排気ガスは、排気弁１９が開いた際に排気ポート１５、排気通路１６を通って合流排気通路１７で合流し、浄化触媒２８を通過してエンジン１００の外部へと排出される。浄化触媒２８は、エンジン１００の排ガスを浄化するために用いられるもので、例えば三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元型触媒などが適用される。浄化触媒２８は、エンジン１００の排気量、使用地域等の違いによって複数個組み合わせて用いられる場合もある。
合流排気通路１７には排気温センサ３６、Ａ／Ｆセンサ３７、Ｏ２センサ３８が設けられており、燃焼室１１ａから排出される排気ガスの温度、空燃比を検出し、その結果をエンジンＥＣＵ１０へと送信する。また、浄化触媒２８には触媒温度センサ４０が設けられており、浄化触媒２８の温度を検出し、その結果をエンジンＥＣＵ１０へと送信する。エンジンＥＣＵ１０は、触媒温度センサ４０からの信号を受信することにより、浄化触媒２８の温度を認識し、浄化触媒２８が活性温度域にあるか否かを判断する。

エンジンＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（ＮｏｎＶｏｌａｔｉｌｅＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサ３１、吸気カム角センサ３２、エアフロメータ３４、スロットルポジションセンサ３５、排気温センサ３６、水温センサ３９等の検出結果を読み込み、スロットルバルブ２４の動作、吸気弁１８、排気弁１９の動作、インジェクタ２５の動作、点火プラグ２６の点火時期など、エンジン１００の運転動作を統合的に制御する。
また、エンジンＥＣＵ１０は、Ａ／Ｆセンサ３７およびＯ２センサ３８の検出結果に基づいて燃焼室１１ａの燃焼情報を取得し、最適な燃焼状態となるように気筒内への燃料噴射量を調整するフィードバック（以下、Ｆ／Ｂと略記する）制御を実行する。この制御を実行することにより、エタノールとガソリンとを任意の割合で混合した燃料を使用する場合でも、エンジン１００の運転に適した空燃比となるよう燃料噴射量を補正することができる。

そして、エンジンＥＣＵ１０は、水温センサ３９、触媒温度センサ４０の検出結果に基づいて、浄化触媒２８の急速暖機制御を実行する。エンジンＥＣＵ１０は、水温センサ３９からの信号を受信し、エンジン冷却水が低温である場合、すなわち冷間始動時であるか否かを判断する。また、エンジンＥＣＵ１０は、触媒温度センサ４０からの信号を受信し、浄化触媒２８の温度が活性温度域より低温であるか否かを判断する。つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、冷間始動時または浄化触媒２８が低温であると判断した場合に、エンジン運転中の点火プラグ２６の点火時期を遅角させ、吸気弁１８の閉弁タイミングを進角制御する。この制御を実行することにより、後燃えによる高温の排気ガスによって浄化触媒２８の暖機を促進させることができる。よって、エンジン始動から浄化触媒２８が活性温度域に達するまでの時間を大幅に短縮することができることから、排気エミッションをより低減させることができる。
この場合、エンジンＥＣＵ１０は、点火時期の遅角量と燃料中のアルコール含有率との関係に対応したマップを予めＲＯＭに記録しておくことで、燃料中のアルコール含有率に基づいてより適した点火時期の遅角量を決定することができる。これにより、過剰な点火時期の遅角によって内燃機関の回転数が大きく変動して浄化触媒の急速暖機制御が停止したり、内燃機関が失火したりすることを抑制することができる。

更に、エンジンＥＣＵ１０は、浄化触媒２８の急速暖機制御を実行する際に、燃料中のアルコール含有率を算出し、算出結果に基づいて空燃比を目標空燃比へと修正する制御を実行する。まず、エンジンＥＣＵ１０は、浄化触媒２８の急速暖機制御の実行条件が成立していると判断した場合に、前回運転時にＡ／Ｆセンサ３７およびＯ２センサ３８の検出結果に基づいて実行したＦ／Ｂ制御の記録に基づいて、燃料中のアルコール含有率を推定する。
この場合、図示しない燃料タンク内にアルコールセンサを設け、センサの検出値に基づいて燃料中のアルコール含有率を推定してもよい。また、その他の推定手段を適用することで、燃料中のアルコール含有率を推定してもよい。

エンジンＥＣＵ１０は、アルコール含有率の推定結果およびエアフロメータ３４、スロットルポジションセンサ３５の検出結果に基づいて、吸入空気中の酸素と燃料とが化学量論（ストイキ）で反応する空燃比となるよう、気筒内への燃料噴射期間（燃料噴射量）を算出する。ここで、ストイキとは、例えば空気過剰率λが１．０７程度の空燃比をいう。この場合、エンジンＥＣＵ１０は、燃料中のアルコール含有率と空燃比との関係に対応したマップを予めＲＯＭに記録しておくことで、燃料中のアルコール含有率に基づいて気筒内への燃料噴射期間を算出することができる。

エンジンＥＣＵ１０は、アルコール含有率の推定結果およびエアフロメータ３４、スロットルポジションセンサ３５の検出結果に基づいて、空燃比がストイキから所定量リーン、リッチとなるよう、気筒内への燃料噴射期間（燃料噴射量）を算出する。ここで、リーンとは、例えば空気過剰率λが１．０７より大きい空燃比をいい、リッチとは、空気過剰率λが１．０７より小さい空燃比をいう。また、リーン、リッチの所定量は、エンジン１００の回転数の変動を検出するのに適した量を適用するが、例えば空気過剰率０．０７とすることができる。

エンジンＥＣＵ１０は、燃料噴射期間（燃料噴射量）の算出結果に基づいて、空燃比をストイキ、リーン、リッチに制御し、各空燃比において所定時間ずつ運転を実行する。エンジンＥＣＵ１０は、算出した燃料噴射期間をインジェクタ２５に指令することで、空燃比をストイキ、リーン、リッチと変更する制御を実行する。ここで、運転の所定時間は、エンジン１００の回転数の変動を検出するのに適した運転時間を適用するが、例えば０．５［ｓｅｃ］とすることができる。この場合、エンジンＥＣＵ１０は、スロットルバルブ２４の開度を調整することで空燃比をストイキ、リーン、リッチに制御することもできる。

エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサ３１の検出結果に基づいて、各空燃比での運転時におけるエンジン１００の回転数変動を検出し、検出結果から燃料中のアルコール含有率を算出する制御を実行する。図２に、内燃機関の空気過剰率λと回転数変動との相関を示す。図２のように、理論空燃比からリーン側、リッチ側へ空燃比を変更した際の内燃機関の回転数変動は左右非対称な曲線状になる。このことから、ストイキ、リーン、リッチでの運転時における回転数の変動より現状の空気過剰率λ、すなわち空燃比を求めることができる。そして、各空燃比の回転数変動と燃料噴射量の差分より燃料中のアルコール含有率を認識することができる。

以下に、回転数変動に基づくアルコール含有率の算出方法を説明する。
アルコール含有率の推定値が実アルコール含有率に近似する場合、ストイキ、リーン、リッチで運転したときに検出される回転数変動は、ストイキ＜リッチ≦リーンとなる（図３参照）。この場合、エンジンＥＣＵ１０は、アルコール含有率の推定値より設定した空燃比がほぼ目標空燃比となっていることを認識することができる。
アルコール含有率の推定値が実アルコール含有率よりも小さい場合、ストイキ、リーン、リッチで運転したときに検出される回転数変動は、リッチ＜ストイキ＜リーンとなる（図４参照）。この場合、エンジンＥＣＵ１０は、アルコール含有率の推定値より設定した空燃比がリーン側にずれていることを認識することができる。
アルコール含有率の推定値が実アルコール含有率よりも大きい場合、ストイキ、リーン、リッチで運転したときに検出される回転数変動は、リーン＜ストイキ＜リッチとなる（図５参照）。この場合、エンジンＥＣＵ１０は、アルコール含有率の推定値より設定した空燃比がリッチ側にずれていることを認識することができる。
そして、エンジンＥＣＵ１０は、アルコール含有率の推定値より設定した空燃比がリーンまたはリッチ側にずれている場合、既知のΔ回転数変動／Δλの傾きと、ストイキ、リーン、リッチ運転時の燃料噴射量の差分から燃料中のアルコール含有率を算出する。

エンジンＥＣＵ１０は、燃料中のアルコール含有率の算出結果に基づいて、エンジン１００の空燃比を目標空燃比へと修正する制御を実行する。つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、修正した空燃比に基づいて浄化触媒２８の急速暖機制御を実行する。

浄化触媒の急速暖機制御は、通常ストイキよりリーン側の空燃比（空燃比が約１５．５）で運転されるため、Ａ／Ｆセンサの検出精度が低い領域である。よって、浄化触媒の急速暖機制御中は、Ａ／Ｆセンサの検出結果に基づいた空燃比のＦ／Ｂ制御が実行できない。そのため、ガソリン１００％を使用する内燃機関の場合、浄化触媒の急速暖機制御中においても燃焼安定性を確保できるようロバスト性が確保されている。
しかしながら、ＦＦＶの内燃機関の場合、認識したアルコール含有率の精度が低いと、オーバーリーンやオーバーリッチな空燃比制御が実行されてしまう。また、アルコール含有率によって燃料の蒸発特性が変化するために燃焼挙動が変化する。そのため、浄化触媒の急速暖機制御によって点火時期を大幅に遅角させると、内燃機関の回転数が大きく変動して浄化触媒の急速暖機制御が停止したり、内燃機関が失火したりする場合がある。

この場合、本発明の制御を実行することにより、燃料中のアルコール含有率の推定値に基づき内燃機関の空燃比をストイキ、リッチ、リーンに制御したときの回転数の変動から、燃料中のアルコール含有率を高精度に検出し、空燃比を目標値へと修正することができる。よって、浄化触媒の急速暖機制御の際に内燃機関の大きな回転数変動や失火が生じることを抑制することができる。
また、アルコールセンサによらずに燃料中のアルコール含有率を精度よく算出することができることから、アルコールセンサがない場合や故障した場合で、Ａ／Ｆセンサによる空燃比のＦ／Ｂ制御が実行できない運転領域でも、算出したアルコール含有率に基づき空燃比を目標値へと修正することができる。
なお、エンジンＥＣＵ１０は、本発明のアルコール含有率推定手段、空燃比変更手段、アルコール含有率算出手段、空燃比修正手段に相当する。

つづいて、エンジンＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、車両制御システム１の動作を説明する。図６はエンジンＥＣＵ１０の処理の一例を示すフローチャートである。本実施例の車両制御システム１は、アルコール含有率推定手段と、空燃比変更手段と、回転数変動検出手段と、アルコール含有率算出手段と、空燃比修正手段とを備えることで、燃料中のアルコール含有率の推定値に基づき内燃機関の空燃比をストイキ、リッチ、リーンに制御したときの回転数の変動から、燃料中のアルコール含有率を検出し、検出したアルコール含有率に基づき空燃比を目標値へと修正する制御を実行する。

エンジンＥＣＵ１０の制御は、エンジンの始動要求がされると、すなわちイグニッションスイッチがＯＮにされると開始する。まず、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１で、水温センサ３９、触媒温度センサ４０の検出結果に基づいて、浄化触媒２８の急速暖機制御の実行条件が成立しているか否かを判断する。ここで、急速暖機制御の実行条件は前述したために、その詳細な説明は省略する。急速暖機制御の実行条件が成立していない場合（ステップＳ１／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１０は制御の処理を終了する。急速暖機制御の実行条件が成立している場合（ステップＳ１／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１０は次のステップＳ２へ進む。

ステップＳ２で、エンジンＥＣＵ１０は、前回運転時にＡ／Ｆセンサ３７およびＯ２センサ３８の検出結果に基づいて実行したＦ／Ｂ制御の記録に基づいて、燃料中のアルコール含有率を推定する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ２の処理を終えると、次のステップＳ３へ進む。

ステップＳ３で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ２で推定したアルコール含有率の推定結果およびエアフロメータ３４、スロットルポジションセンサ３５の検出結果に基づいて、ストイキ運転における気筒内への燃料噴射期間（燃料噴射量）を算出する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３の処理を終えると、次のステップＳ４へ進む。

ステップＳ４で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ２で推定したアルコール含有率の推定結果およびエアフロメータ３４、スロットルポジションセンサ３５の検出結果に基づいて、空燃比がストイキから所定量リーン、リッチとなるよう、気筒内への燃料噴射期間（燃料噴射量）を算出する。ここで、リーン、リッチの所定量は前述したために、その詳細な説明は省略する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ４の処理を終えると、次のステップＳ５へ進む。

ステップＳ５で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ３およびＳ４で算出した燃料噴射期間（燃料噴射量）をインジェクタ２５に指令することで、空燃比をストイキ、リーン、リッチに制御し、各空燃比において所定時間ずつ運転を実行する。ここで、運転の所定時間は前述したために、その詳細な説明は省略する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサ３１の検出結果に基づいて、各空燃比での運転におけるエンジン１００の回転数変動を検出する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ５の処理を終えると、次のステップＳ６へ進む。

ステップＳ６で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ５で検出した各空燃比における回転数変動に基づいて、燃料中のアルコール含有率を算出する。エンジンＥＣＵ１０は、アルコール含有率の推定値より設定した空燃比がリーンまたはリッチ側にずれている場合（図４、５参照）、既知のΔ回転数変動／Δλの傾きと、ストイキ、リーン、リッチ運転時の燃料噴射量の差分から燃料中のアルコール含有率を算出する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ６の処理を終えると、次のステップＳ７へ進む。

ステップＳ７で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ６で算出した燃料中のアルコール含有率に基づいて、エンジン１００の空燃比を目標空燃比へと修正する。この制御を実行することによって、アルコールセンサがない場合や故障した場合で、Ａ／Ｆセンサによる空燃比のＦ／Ｂ制御が実行できない運転領域でも、算出したアルコール含有率に基づき空燃比を目標値へと修正することができる。よって、浄化触媒の急速暖機制御の際に内燃機関の大きな回転数変動や失火が生じることを抑制することができる。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ７の処理を終えると、次のステップＳ８へ進む。

ステップＳ８で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ７で修正した空燃比に基づいて、浄化触媒２８の急速暖機制御を実行する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ８の処理を終えると、制御の処理を終了する。

以上のように、本実施例の車両制御システム１は、アルコール含有率推定手段と、空燃比変更手段と、回転数変動検出手段と、アルコール含有率算出手段と、空燃比修正手段とによって、燃料中のアルコール含有率の推定値に基づき内燃機関の空燃比をストイキ、リッチ、リーンに制御したときの回転数の変動から、燃料中のアルコール含有率を検出し、検出したアルコール含有率に基づき空燃比を目標値へと修正する制御を実行することで、浄化触媒の急速暖機制御の際に内燃機関の大きな回転数変動や失火が生じることを抑制することができる。

また、アルコールセンサによらずに燃料中のアルコール含有率を精度よく算出することができることから、アルコールセンサがない場合や故障した場合で、Ａ／Ｆセンサによる空燃比のＦ／Ｂ制御が実行できない運転領域でも、算出したアルコール含有率に基づき空燃比を目標値へと修正することができる。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１車両制御システム
１０エンジンＥＣＵ（アルコール含有率推定手段，空燃比変更手段，アルコール含有率算出手段，空燃比修正手段）
１１ピストン
１２クランクシャフト
１３吸気ポート
１４吸気通路
１５排気ポート
１６排気通路
１７合流排気通路
１８吸気弁
１９排気弁
２０吸気カムシャフト
２１排気カムシャフト
２２電動ＶＶＴ機構
２３油圧ＶＶＴ機構
２４スロットルバルブ
２５インジェクタ（空燃比変更手段）
２６点火プラグ
２７イグナイタ
２８浄化触媒
３１クランク角センサ（回転数変動検出手段）
３２吸気カム角センサ
３３排気カム角センサ
３４エアフロメータ
３５スロットルポジションセンサ
３６排気温センサ
３７Ａ／Ｆセンサ
３８Ｏ２センサ
３９水温センサ
４０触媒温度センサ
１００エンジン

Claims

アルコールとガソリンとを任意の割合で混合した燃料を使用可能な内燃機関の制御装置であって、
前記燃料中のアルコール含有率を推定するアルコール含有率推定手段と、
前記アルコール含有率推定手段の推定結果に基づいて、前記内燃機関の空燃比を変更する空燃比変更手段と、
前記空燃比変更手段によって空燃比を変更したときの前記内燃機関の回転数変動を検出する回転数変動検出手段と、
前記回転数変動検出手段の検出結果に基づいて、前記燃料中のアルコール含有率を算出するアルコール含有率算出手段と、
前記アルコール含有率算出手段の算出結果に基づいて、前記内燃機関の空燃比を修正する空燃比修正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。