JP2011064103A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、冷間始動時にアルコール混合燃料を筒内に直接噴射する場合に、空燃比フィードバック制御を安定化させ、ＴＨＣ排出量を低減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。
【解決手段】燃料中のアルコール濃度が上記Ｅ_０％より低い場合や、冷間始動時でない場合、エンジン１０は通常処理がなされる。一方、冷間始動時において、燃料タンク４０内のアルコール濃度が約２０％よりも高い濃度として予め定めたＥ_０％以上の場合、運転動作線を高トルクかつ低エンジン回転数側に変更する制御を実行する。これにより、筒内に流入する新気量を増加させ、充填効率を上昇させて圧縮端温度を上昇させることができる。したがって、燃料の気化を促進でき、未気化燃料を低減できるので、空燃比フィードバック制御を安定化させて全炭化水素（ＴＨＣ）排出量を低減できる。
【選択図】図８

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関し、より詳細には、アルコール混合燃料中のアルコール濃度に応じて機関回転数やトルクを制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、アルコール混合燃料を使用する内燃機関と共に、モータジェネレータや動力分割機構を備えるハイブリッド車両において、機関始動時など機関温度が低い冷間始動時に検出されるアルコール濃度が高いほど低トルクかつ高機関回転数となるように運転状態を制御するハイブリッド車両の制御装置が開示されている。このハイブリッド車両は、トルク及び機関回転数をそれぞれ軸とする座標平面上において、車両に対する要求出力に応じて予め規定した運転動作線に従って運転状態を制御するものである。具体的には、要求出力が取得されると、運転動作線に従ってトルクと機関回転数の組み合わせが決定され、その組み合わせとなるように、トルクはスロットル弁開度により、機関回転数はモータジェネレータの回転等により、それぞれ制御される。

アルコール混合燃料を使用する場合、燃料中のアルコール濃度が高いほど燃料の蒸発特性が低下する問題がある。加えて、冷間始動時には、燃料気化の悪化が生じる問題がある。このため、冷間始動時に高濃度のアルコール混合燃料をポート噴射する場合、未気化の燃料が吸気ポート付近に付着してしまい、その結果、目標空燃比に基づくフィードバック制御が不安定となる可能性がある。そこで、上記特許文献１では、冷間始動時のアルコール濃度を検出し、検出アルコール濃度が高くなるほど低トルクかつ高機関回転数となるように運転動作線を変更する。こうすることで、スロットル弁開度を減少させて負圧を増加させることができるので、吸気ポート付近に付着する燃料を減少できる。また、高機関回転数とすることで吸入空気の流動性を大きくして燃料気化を促進できる。

特開２００８−２８６００３号公報 特開２００８−２９８２０９号公報

しかしながら、冷間始動時にアルコール混合燃料をポート噴射でなく、気筒内に直接噴射する場合には、上述した低トルク化制御を行ったとしても、燃料の吸気ポートへの付着を抑制する効果は期待できない。一方、燃料を直接噴射する場合であっても、シリンダボア部等に未気化の燃料が付着する可能性がある。未気化の燃料が存在してしまうと、ポート噴射の場合と同様、空燃比フィードバック制御が不安定になり、更には全炭化水素（ＴＨＣ）排出量が増大してしまうという問題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、冷間始動時にアルコール混合燃料を筒内に直接噴射する場合に、空燃比フィードバック制御を安定化させ、ＴＨＣ排出量を低減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。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の筒内にガソリン及びアルコールからなる燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、
前記筒内に噴射される燃料中のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段と、
前記内燃機関の機関温度を取得する機関温度取得手段と、
機関回転数及びトルクの関係を要求出力毎に規定した動作線に従って、前記内燃機関の運転状態を制御する運転状態制御手段と、
前記アルコール濃度が予め定めた設定濃度よりも高いかに関する所定の濃度条件を判定する濃度判定手段と、
前記機関温度が予め定めた設定温度よりも低いかに関する所定の温度条件を判定する温度判定手段と、
前記所定の濃度条件及び前記所定の温度条件が共に成立する場合に、前記動作線を高トルクかつ低機関回転数側にシフトさせる動作線変更手段と、を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記動作線を高トルクかつ低機関回転数側にシフトさせる場合に、排気空燃比が目標空燃比よりもリーンとなるように前記筒内噴射弁からの噴射量を変更すると共に、噴射量の変更に伴うトルク低下を補償するように点火時期を進角側に変更することを特徴とする。

第１の発明によれば、筒内直噴インジェクタを備える内燃機関において、燃料中のアルコール濃度が予め定めた設定濃度よりも高く、機関温度が予め定めた設定温度よりも低い場合に、動作線を高トルクかつ低機関回転数側にシフトさせることができる。動作線を高トルクかつ低機関回転数側にシフトさせることで、筒内に流入する新気量を増加させ、充填効率を上昇させることができる。充填効率を上昇させることができれば、圧縮端温度も上昇させることができる。圧縮端温度を上昇させることができれば、燃料の気化を促進でき、未気化燃料を低減できるので、空燃比フィードバック制御を安定化させてＴＨＣ排出量を低減できる。

第２の発明によれば、動作線を高トルクかつ低機関回転数側にシフトさせる際に、排気空燃比がストイキよりもリーンとなるように燃料噴射量を変更できるので、燃費を向上できる。また、燃料噴射量を変更する際に、点火時期を基準点火時期よりも進角側に変更できるので、燃料噴射量の変更に伴うトルクの減少分を補うことができる。

実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 図１のシステム構成における内燃機関の模式図である。 図１のシステムにおける制御マップの模式図である。 燃料中のアルコール濃度に対する蒸気圧特性を示す図である。 実施の形態１における制御の対象範囲を示す図である。 実施の形態１における制御マップの変更を説明するための模式図である。 図６の制御による効果を説明するための図である。 実施の形態１においてＥＣＵ７０が実行する処理の内容を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２のシステム構成を説明するための図である。 実施の形態２の制御による効果を説明するための図である。 実施の形態２においてＥＣＵ７０が実行する処理の内容を説明するためのフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図８を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。図１、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、車両に搭載される内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０は、ガソリンにアルコールを混合させたアルコール混合燃料（以下の説明において、単に「燃料」とも称す。）で駆動可能な直列４気筒のエンジンである。なお、本発明における気筒数及び各気筒の配列形態は、本実施形態のエンジン１０のものに限定されず、例えば、６気筒、８気筒あるいは１２気筒エンジンであってもよいし、Ｖ型、水平対向型等であってもよく、各種の態様を採ることが可能である。

エンジン１０の出力軸には、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）１２が接続されている。ＣＶＴ１２は、何れも図示しない駆動プーリ及び従動プーリを備え、この二個のプーリのそれぞれにおいて、無端状のベルトを巻回するためのＶ溝の溝幅を可変とすることにより変速比を連続的に変化させることが可能に構成されている。

また、図１に示すシステムは、ＥＣＵ（Electrical Control Unit）７０を備えている。ＥＣＵ７０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶回路を備えたマイクロコンピュータによって構成されている。ＥＣＵ７０は、エンジン１０の各種センサやＣＶＴ１２等のアクチュエータと電気的に接続されている。これらセンサやアクチュエータについては、図２の説明の際、詳細に説明する。

図２は、図１に示すエンジン１０の断面図であって、一つの気筒及びその近傍の構造についての断面図である。エンジン１０は、内部にピストン１４を有するシリンダブロック１６を備えている。ピストン１４は、クランク機構を介してクランク軸１８と接続されている。クランク軸１８の出力軸は、図１のＣＶＴ１２と接続されている。これにより、ピストン１４の上下動作により生じた駆動力は、ＣＶＴ１２の入力軸に入力される。

クランク軸１８の近傍には、クランク角センサ２０が設けられている。クランク角センサ２０は、クランク軸１８の回転角度（クランク角ＣＡ）を検出するように構成されている。ＥＣＵ７０は、クランク角センサ２０により検出されたクランク角ＣＡに基づいて、後述する点火プラグ２６による点火時期を制御している。

シリンダブロック１６の上部にはシリンダヘッド２２が組み付けられている。ピストン１４上面からシリンダヘッド２２までの空間は燃焼室２４を形成している。シリンダヘッド２２には、燃焼室２４内の混合気に点火する点火プラグ２６が設けられている。

シリンダヘッド２２は、燃焼室２４と連通する吸気ポート３０を備えている。吸気ポート３０と燃焼室２４との接続部には吸気バルブ３２が設けられている。吸気バルブ３２には、吸気バルブ３２の開弁特性（開閉弁時期、リフト量）を変更可能な可変動弁機構３４が設けられている。

シリンダヘッド２２には、燃焼室２４内に燃料を直接噴射する筒内直噴インジェクタ３６が設けられている。筒内直噴インジェクタ３６は、燃料を貯留した燃料タンク４０に燃料供給経路４２を介して接続されている。燃料タンク４０には、該燃料タンク４０内のアルコール濃度を検出する濃度センサ４４が設けられている。

吸気ポート３０には、吸気通路４６が接続されている。吸気通路４６の途中にはスロットル弁４８が設けられている。スロットル弁４８は、アクセル開度センサ５０により検出され、ドライバにより踏下されるアクセルペダルの踏下量を表すアクセル開度ＡＡに基づいて駆動されるものである。スロットル弁４８の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットル開度センサ５２が設けられている。

また、シリンダヘッド２２は、燃焼室２４と連通する排気ポート５４を備えている。排気ポート５４と燃焼室２４との接続部には排気バルブ５６が設けられている。排気バルブ５６には、排気バルブ５６の開弁特性（開弁時期、リフト量）を変更可能な可変動弁機構５８が設けられている。排気ポート５４には排気通路６０が接続されている。排気通路６０には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒６２が設けられている。排気浄化触媒６２の上流の排気通路６０には、排気空燃比を検出する空燃比センサ６４が設けられている。空燃比センサ６４の出力は、後述する空燃比フィードバック制御のために利用される。

また、図２に示すように、ＥＣＵ７０の出力側には、点火プラグ２８、筒内直噴インジェクタ３６、可変動弁機構３４，５８、スロットル弁４８等のアクチュエータが接続されている。一方、ＥＣＵ７０の入力側には、クランク角センサ２０、アクセル開度センサ５０、スロットル開度センサ５２、空燃比センサ６４の他、シリンダブロック１６に設置されたウォータージャケットを流れ、エンジン１０を冷却する冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ６６、車両の車速Ｖを検出する車速センサ６８等が接続されている。

［エンジン１０の基本的な動作制御］
図３は、エンジン１０の運転動作線を表す制御マップの模式図である。本実施形態では、エンジン１０が、基本的に、図３に示す運転動作線に従って制御される。運転動作線は、エンジン出力毎に、エンジン１０の燃料消費率が最小となる最適燃料消費点を求めることで設定できる。最適燃料消費点は、具体的に、次のように設定できる。先ず、エンジン出力を一定としたときの等出力線（図３における実線）を複数設定する。そして、それぞれの出力において、エンジン１０の燃料消費率が最小となるエンジントルクとエンジン回転数との組み合わせを実験やシミュレーション等により求める。この組み合わせにおけるエンジントルクとエンジン回転数とが最適燃料消費点に該当する。最適燃料消費点を連続的或いは離散的に繋げることにより、図３のような運転動作線（図３における破線）が設定できる。この運転動作線を表した制御マップは、ＥＣＵ７０内に予め記憶されている。

ＥＣＵ７０は、アクセル開度センサ５０により取得したアクセル開度ＡＡや、車速センサ６８により取得した車速Ｖに基づいて要求出力を求める。そして、ＥＣＵ７０は、この要求出力に対応した最適燃料消費点となるように、エンジン１０及びＣＶＴ１２を制御する。

［空燃比フィードバック制御］
また、ＥＣＵ７０は、排気空燃比を所望の目標空燃比にするための空燃比フィードバック制御を実施している。空燃比フィードバック制御は、エンジン１０の運転中、空燃比センサ６４により検出される排気空燃比が目標空燃比になるように筒内直噴インジェクタ３６からの燃料噴射量を制御するものである。なお、目標空燃比は通常、理論空燃比（ストイキ）に設定される。

筒内直噴インジェクタ３６からの燃料噴射量は、筒内直噴インジェクタ３６の開弁時間である燃料噴射時間ＴＡＵにより決まる。下記の（１）式は、燃料噴射時間ＴＡＵの基本算出式である。
ＴＡＵ＝ＴＰ×（ＦＡＦ＋ＫＥＸＡＦ）・・・（１）
上記（１）式中、ＴＰは基本噴射時間であり、エンジン回転数と吸入空気流量との比に所定の噴射係数を乗算することで算出される。また、上記（１）式中、ＫＥＸＡＦ及びＦＡＦはそれぞれ補正係数である。ＦＡＦはフィードバック補正係数、ＫＥＸＡＦはＦＡＦ以外の各種の増量補正係数の和である。

フィードバック補正係数ＦＡＦは、空燃比センサ６４の出力から排気空燃比が目標空燃比よりもリッチであると判定されている間は、小さなステップで減少方向に更新される。その結果、燃料噴射時間ＴＡＵは僅かずつ減少し、空燃比センサ６４により検出される排気空燃比はやがて目標空燃比よりもリーンに反転する。排気空燃比が目標空燃比よりもリッチからリーンに反転すると、フィードバック補正係数ＦＡＦはその時点で大きく増加方向にスキップされる。そして、排気空燃比が目標空燃比よりもリッチに反転するまで、フィードバック補正係数ＦＡＦは小さなステップで増加方向に更新される。その結果、燃料噴射時間ＴＡＵは僅かずつ増加し、排気空燃比はやがて目標空燃比よりもリーンからリッチに反転する。排気空燃比が目標空燃比よりもリーンからリッチに反転すると、フィードバック補正係数ＦＡＦはその時点で大きく減少方向にスキップされる。以後、上述した更新処理が繰り返し実行されることにより、排気空燃比は目標空燃比の近傍に維持される。

ところで、燃料にアルコールが含まれる場合、燃料中のアルコール濃度によって、燃料全体の揮発性が変化する。この揮発性の変化について、図４を用いて説明する。図４は、燃料中のアルコール濃度に対する蒸気圧特性としてのリード蒸気圧（ＲＶＰ）を示す図である。図４に示すように、燃料中のアルコール濃度が０％から約２０％の範囲では、アルコール濃度が高くなるにつれてリード蒸気圧が上昇する。即ち、この範囲においては、アルコール濃度が高くなれば燃料が揮発しやすくなる。一方、アルコール濃度が約２０％よりも高い範囲では、濃度が高くなるにつれてリード蒸気圧が下降する。即ち、この範囲においては、アルコール濃度が高くなれば燃料が揮発しにくくなる。このように、燃料にアルコールが含まれる場合、リード蒸気圧は、２０％付近を境にして上昇から下降へと転じる特性を示すことが分かる。

加えて、冷間始動時においては、エンジン１０が十分に暖機されていない。このため、冷間始動時に筒内直噴インジェクタ３６から噴射されたアルコール濃度の高い燃料の蒸気圧特性は、図４と同様の傾向を示すことが考えられる。その結果、燃料の揮発が促進されず、空燃比フィードバック制御が不安定になり、ＴＨＣ排出量が増大してしまう。

そこで、本実施の形態では、冷間始動時において、アルコール濃度が約２０％よりも高い濃度として予め定めた設定濃度以上の場合、図３に示した運転動作線を変更する制御を実行する。図５は、本実施の形態における制御の対象範囲を示す図である。図５に示すＥ_０は、上記の設定濃度に対応する濃度である。具体的には、アルコール濃度０％（ガソリンのみ）のときのリード蒸気圧と等しくなる濃度である。したがって、Ｅ_０は、用いるガソリンやアルコールの種類に応じて適宜設定することが可能である。但し、このＥ_０は、冷間始動時において、燃料の揮発性の低下を補うという点において、例えばアルコール濃度０％のときのリード蒸気圧よりも高い蒸気圧に対応する濃度に設定しても良い。

図６は、本実施の形態における制御マップの変更を説明するための模式図である。既に図３で説明したとおり、本実施の形態では、エンジン１０が、運転動作線に従って制御される。この運転動作線は、図６中の運転動作線Ａに対応する。燃料中のアルコール濃度が０％〜Ｅ_０％の範囲では、この運転動作線Ａで制御される。一方、既に図５で説明したとおり、冷間始動時において、アルコール濃度がＥ_０％以上の場合には、運転動作線Ａを変更する制御を実行する。具体的には、より高負荷側即ち高トルク、かつ低エンジン回転数側の運転動作線Ｂにシフトさせる。

この運転動作線Ｂは、アルコール濃度がＥ_０％よりも高いＥ_１％の場合の運転動作線を示したものである。動作線を高トルクかつ低機関回転数側にシフトさせることで、筒内に流入する新気量を増加させ、充填効率を上昇させることができる。充填効率を上昇させることができれば、圧縮端温度も上昇させることができる。圧縮端温度を上昇させることができれば、燃料の気化を促進でき、未気化燃料を低減できるので、空燃比フィードバック制御を安定化させてＴＨＣ排出量を低減できる。

また、本実施の形態では、運転動作線を高トルクかつ低エンジン回転数側にシフトさせる制御を行う際に、排気空燃比が目標空燃比よりもリーン側になるように筒内直噴インジェクタ３６から噴射する燃料噴射量を減少させる制御を行う。上述したように、運転動作線をシフトさせることで、燃料の気化を促進でき、未気化燃料を低減できるが、本実施の形態では、このシフト変更と同時に、筒内直噴インジェクタ３６からの燃料噴射量を減少させる制御を実行する。具体的には、上式（１）のＫＥＸＡＦに、このリーン補正分の補正係数を加算する。こうすることで、未気化燃料となり得る燃料量そのものを減らし、燃費を向上することができる。

一方、筒内直噴インジェクタ３６から噴射する燃料噴射量を減少させると、最適燃料消費点に必要なトルクが得られなくなる可能性がある。そこで、本実施の形態では、燃料噴射量を減少させると同時に、点火時期を進角する制御を実行する。一般に、火花点火式の内燃機関では、点火時期を進角しようとするとノッキングが発生する場合があるため、その点火時期は、ＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）よりも遅角側に設定されている。しかし、アルコール燃料は、ガソリンよりもオクタン価が高い。このため、高負荷域でのノッキングの発生を回避することができる。これは、ＭＢＴ側に点火時期の進角が可能ということを意味する。したがって、本実施の形態の制御によれば、ノッキングの発生を回避しつつトルクの減少分を補うこともできる。

図７は、本実施形態の制御内容及びそれによる効果を説明するための図である。図７の横軸はエンジン始動後の時間を示し、縦軸はそれぞれ、(i)車速、(ii)エンジン回転数、(iii)負荷率（トルク）、(iv)当量比λ、(v)点火時期、(vi)ＴＨＣ排出量及び(vii)燃料消費率を示す。

燃料中のアルコール濃度が上記Ｅ_０％より低い場合や、冷間始動時でない場合、エンジン１０は、図７中の実線で示す通常処理がなされる。既に説明したとおり、ＥＣＵ７０は、要求出力に対応した最適燃料消費点となるように、エンジン１０及びＣＶＴ１２を制御する。このため、エンジン１０の始動後、ＥＣＵ７０により、(i)車速の増加要求に応じた(ii)エンジン回転数及び(iii)負荷率の増加制御が行われる。また、空燃比センサ６４の出力に基づく空燃比フィードバック制御により(iv)当量比λの制御が行われる。更に、クランク角センサ２０の出力に基づく(v)点火時期の制御も行われる。

一方、冷間始動時において、アルコール濃度が上記Ｅ_０％以上の場合には、図７中の点線で示す処理がなされる。エンジン１０の始動後、通常処理時と同様に、(i)車速の増加要求に応じてエンジン１０及びＣＶＴ１２を制御する。ただし、通常処理時よりも運転動作線は低エンジン回転数かつ高トルク側にシフトさせるので、(ii)エンジン回転数は通常処理時に比べて小さくなり、(iii)負荷率は大きくなる。また、運転動作線を低エンジン回転数かつ高トルク側にシフトさせることで、筒内に流入する新気量を増加させ、充填効率を上昇させることができる。したがって、燃料の気化を促進でき、未気化燃料を低減できるので、空燃比フィードバック制御を安定化させて(vi)ＴＨＣ排出量を低減できる。

また、冷間始動時において、アルコール濃度が上記Ｅ_０％以上の場合には、運転動作線のシフトに併せて、排気空燃比がストイキよりもリーン側になるように筒内直噴インジェクタ３６から噴射する燃料噴射量を減少させる。このため、(iv)当量比λは通常処理時に比べてリーン側になる。これにより、(vii)燃料消費率を向上させることができる。加えて、燃料噴射量を減少させると同時に、(v)点火時期を進角する制御を実行する。これにより、ノッキングの発生を回避しつつトルクの減少分を補うことができる。

［実施の形態１の具体的処理］
図８は、本実施の形態においてＥＣＵ７０が実行する処理の内容を説明するためのフローチャートである。図８に示すルーチンでは、先ず、アルコール濃度がＥ_０％よりも低いか否かが判別される（ステップ１００）。上述の通り、濃度センサ４４は、燃料タンク４０内のアルコール濃度を検出する。このため、図５で説明したＥ_０と、この検出濃度とが比較される。検出濃度＜Ｅ_０の場合には、アルコールによる燃料の揮発性の低下は生じない、或いは、生じたとしてもその影響は小さいと判定できる。したがって、運転動作線を変更せずに通常処理が行われる（ステップ１１０）。

一方、検出濃度≧Ｅ_０の場合には、エンジン１０の冷却水温Ｔｗが予め定めた設定温度Ｔ_０よりも高いか否かが判別される（ステップ１２０）。上述の通り、水温センサ６６は、エンジン１０の冷却水温Ｔｗを検出する。このため、この検出された冷却水温Ｔｗと、設定温度Ｔ_０とが比較される。ここで、設定温度Ｔ_０としては、例えば、純アルコールの標準沸点（エタノール：７８．５℃、メタノール：６４．７℃）或いはその近傍点とすることができる。そして、冷却水温Ｔｗ＞Ｔ_０の場合には、仮にアルコール濃度がＥ_０％以上であったとしても、十分に揮発すると判定できる。したがって、運転動作線を変更せずに通常処理が行われる（ステップ１１０）。

一方、冷却水温Ｔｗ≦Ｔ_０の場合には、燃料の揮発が促進されないと判定できる。したがって、通常処理ではなく補正処理が行われる（ステップ１３０）。具体的に、運転動作線が低エンジン回転数かつ高トルク側に変更され、排気空燃比がストイキよりもリーン側になるように筒内直噴インジェクタ３６から噴射する燃料噴射量が減少され、点火時期が進角される制御が実行される。

以上説明したとおり、図８に示すルーチンによれば、アルコール濃度がＥ_０％以上であって、エンジン１０の冷却水温ＴｗがＴ_０以下の場合に、運転動作線を高トルクかつ低エンジン回転数側に変更できるので、燃料の気化を促進でき、空燃比フィードバック制御を安定化させてＴＨＣ排出量を低減できる。また、燃料噴射量が減少されるので、未気化燃料を一層低減し、同時に燃費を向上することができる。更に、ノッキングの発生を回避しつつトルクの減少分を補うこともできる。

ところで、上述した実施の形態１では、ＣＶＴ１２を用い、ＥＣＵ７０に記憶された運転動作線に基づいてエンジン１０及びＣＶＴ１２を制御した。しかし、要求出力を維持しつつ、エンジン１０運転動作線を低エンジン回転数かつ高トルク側に変更することが可能となるシステムは、ＣＶＴ１２を採用せずとも可能である。即ち、実施の形態１のシステムは、ＣＶＴ１２の代わりにモータジェネレータ、動力分割機構等を採用し、エンジン１０と組み合わせたハイブリッド車両のシステムにも適用が可能である。本変形は、後述する実施の形態２においても同様に適用が可能である。

なお、上述した実施の形態１においては、濃度センサ４４が前記第１の発明における「濃度取得手段」に、水温センサ６６が前記第１の発明における「機関温度取得手段」に、ＥＣＵ７０が前記第１の発明における「運転状態制御手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ７０が、図８のステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「濃度判定手段」が、同ステップ１２０の処理を実行することにより前記第１の発明における「温度判定手段」が、同ステップ１３０の処理を実行することにより前記第１の発明における「動作線変更手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
次に、図９〜図１１を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは、図９に示すように、吸気ポート３０の近傍に燃料を噴射するポートインジェクタ３８を備えている。ポートインジェクタ３８は、筒内直噴インジェクタ３６同様、燃料タンク４０に燃料供給経路４２を介して接続されている。その他の構成については、実施の形態１と同様である。本実施のシステムは、図９に示す構成において、ＥＣＵ７０に、後述する図１１に示すルーチンを実行させることにより実現できる。

［実施の形態２の制御の特徴］
実施の形態１では、筒内直噴インジェクタ３６から燃料を噴射するシステムを前提とした。本実施形態においては、この筒内直噴インジェクタ３６に加えて、ポートインジェクタ３８からも燃料を噴射するシステムを前提とする。このシステムにおいて、冷間始動時であってアルコール濃度が上記Ｅ_０％以上の場合に、ポートインジェクタ３８から燃料を噴射すると仮定する。そうすると、吸気ポート付近に未気化の燃料が付着し、目標空燃比に基づくフィードバック制御が不安定となる可能性がある。

そこで、本実施の形態では、燃料中のアルコール濃度が上記Ｅ_０％より低い場合や、冷間始動時でない場合には、筒内直噴インジェクタ３６とポートインジェクタ３８とを併用し、要求噴射量に対する噴射比率（割合）制御を行う。一方、冷間始動時において、アルコール濃度が上記Ｅ_０％以上の場合には、実施の形態１と同様、運転動作線の変更等の補正処理を行う他、筒内直噴インジェクタ３６のみで燃料を噴射するように噴射比率の制御を行う。更に、この補正処理時に、トルク要求噴射量が筒内直噴インジェクタ３６の許容噴射量を超えるような場合には、ポートインジェクタ３８からの燃料噴射を許可する制御を行う。

したがって、本実施の形態によれば、運転動作線を変更等させる補正処理時に、基本的に、筒内直噴インジェクタ３６のみを利用できる。これにより、補正処理時に、ポートインジェクタ３８から燃料を噴射することによる吸気ポート付近の燃料付着を抑制できる。

図１０は、本実施形態の制御内容及びそれによる効果を説明するための図である。図１０の横軸はエンジン始動後の時間を示し、縦軸はそれぞれ、(i)車速、(ii)全噴射量に対するポートインジェクタ３８からの噴射量の比率ＰＦＩ、(iii)ＴＨＣ排出量及び(iv)燃料消費率を示す。

燃料中のアルコール濃度が上記Ｅ_０％より低い場合や、冷間始動時でない場合、エンジン１０は、図１０中の実線で示す通常処理がなされる。実施の形態１で既に説明したとおり、ＥＣＵ７０は、要求出力に対応した最適燃料消費点となるように、エンジン１０及びＣＶＴ１２を制御する。このため、エンジン１０の始動後、ＥＣＵ７０により、(i)車速の増加要求に応じたエンジン回転数及び負荷率の増加制御が行われる。そして、この増加制御に際して(ii)ＰＦＩ比率が制御され、要求トルクを満たすための燃料噴射量が、筒内直噴インジェクタ３６及びポートインジェクタ３８からそれぞれ噴射される。また、実施の形態１と同様に、空燃比センサ６４の出力に基づく空燃比フィードバック制御や、クランク角センサ２０の出力に基づく点火時期制御が行われる。

一方、冷間始動時において、アルコール濃度が上記Ｅ_０％以上の場合には、運転動作線は低エンジン回転数かつ高トルク側にシフトさせるので、筒内に流入する新気量を増加させ、充填効率を上昇させることができる。したがって、燃料の気化を促進でき、未気化燃料を低減できるので、空燃比フィードバック制御を安定化させて(iii)ＴＨＣ排出量を低減できる。

また、冷間始動時において、アルコール濃度が上記Ｅ_０％以上の場合には、運転動作線の変更に併せて、排気空燃比がストイキよりもリーン側になるように燃料噴射量を減少させる。これにより、(iv)燃料消費率を向上させることができる。

［実施の形態２の具体的処理］
図１１は、本実施の形態においてＥＣＵ７０が実行する処理の内容を説明するためのフローチャートである。なお、本ルーチンにおいて、ステップ１００〜ステップ１３０の処理は実施の形態１と同一の処理内容であるので説明を省略する。

ステップ１３０に続いて、要求噴射量が筒内直噴インジェクタ３６の許容噴射量を超えるか否かが判別される（ステップ１４０）。この要求噴射量は、例えば、変更後の最適燃料消費点のトルクを発生させるのに必要な噴射量として予めＥＣＵ７０に記憶させておいた噴射量に、リーン化分の補正係数を乗算することにより算出できる。一方、筒内直噴インジェクタ３６の許容噴射量は、設計時の値として予めＥＣＵ７０に記憶させておくことができる。

そして、要求噴射量＜筒内直噴インジェクタ３６の許容噴射量の場合には、筒内直噴インジェクタ３６のみで燃料を噴射するように噴射比率の制御を行う（ステップ１５０）。一方、要求噴射量≧筒内直噴インジェクタ３６の許容噴射量の場合には、筒内直噴インジェクタ３６の噴射比率を多くし、ポートインジェクタ３８からの燃料噴射比率を小さくするように噴射比率の制御を行う（ステップ１６０）。

以上説明したとおり、図１１に示すルーチンによれば、アルコール濃度がＥ_０％以上であって、エンジン１０の冷却水温ＴｗがＴ_０以下の場合に、運転動作線を高トルクかつ低エンジン回転数側に変更できるので、燃料の気化を促進でき、空燃比フィードバック制御を安定化させてＴＨＣ排出量を低減できる。また、燃料噴射量が減少されるので、未気化燃料を一層低減し、同時に燃費を向上することができる。更に、ノッキングの発生を回避しつつトルクの減少分を補うこともできる。加えて、アルコール濃度がＥ_０％以上であって、エンジン１０の冷却水温ＴｗがＴ_０以下の場合に、筒内直噴インジェクタ３６のみで燃料を噴射するように噴射比率の制御を行うので、ポートインジェクタ３８から燃料を噴射することによる吸気ポート付近の燃料付着を抑制できる。

１０ エンジン
１２ ＣＶＴ
３６ 筒内直噴インジェクタ
４４ 濃度センサ
６６ 水温センサ
７０ ＥＣＵ

Claims (2)

1. 内燃機関の筒内にガソリン及びアルコールからなる燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、
   前記筒内に噴射される燃料中のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段と、
   前記内燃機関の機関温度を取得する機関温度取得手段と、
   機関回転数及びトルクの関係を要求出力毎に規定した動作線に従って、前記内燃機関の運転状態を制御する運転状態制御手段と、
   前記アルコール濃度が予め定めた設定濃度よりも高いかに関する所定の濃度条件を判定する濃度判定手段と、
   前記機関温度が予め定めた設定温度よりも低いかに関する所定の温度条件を判定する温度判定手段と、
   前記所定の濃度条件及び前記所定の温度条件が共に成立する場合に、前記動作線を高トルクかつ低機関回転数側にシフトさせる動作線変更手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記動作線を高トルクかつ低機関回転数側にシフトさせる場合に、排気空燃比が目標空燃比よりもリーンとなるように前記筒内噴射弁からの噴射量を変更すると共に、噴射量の変更に伴うトルク低下を補償するように点火時期を進角側に変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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