JP2011144706A - 内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関において、アルコール濃度センサを使用せずとも、内燃機関に使用されている燃料のアルコール濃度を精度良く判定できるようにする。
【解決手段】
ポート噴射弁３８からの燃料噴射量と筒内噴射弁７０からの燃料噴射量との噴分け比率を取得する。エンジン負荷が変化した場合に、エンジン負荷の変化量を取得するとともに、エンジン負荷の変化に伴い生じる排気空燃比の一時的な変動を検出し、その変動のピーク値も取得する。そして、エンジン負荷の変化量、それに対応する排気空燃比の変動のピーク値、及び、そのときの噴分け比率を燃料アルコール濃度の判定モデルに当てはめることで、エンジンで現在使用されている燃料のアルコール濃度を判定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関、詳しくは、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備え、両噴射弁による噴分け比率を変更可能な内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置に関する。

自動車用の内燃機関（４ストロークレシプロエンジン）として、複数種類の燃料、例えばガソリン等の炭化水素系燃料とアルコール（エタノールやメタノール等）とをそれぞれ使用可能な、或いは、それらの混合燃料を使用可能な内燃機関が知られている。そのような内燃機関では、使用されている燃料のアルコール濃度に応じた制御が必要とされる。具体的には、アルコールとガソリンとでは単位体積あたりの発熱量が大きく異なるため、燃料のアルコール濃度に応じた空燃比制御が必要となる。

ところが、使用される燃料のアルコール濃度は必ずしも既知ではなく、また、常に一定であるとは限らない。市販されているアルコール混合燃料にはアルコール濃度の異なるものが複数種類あるため、燃料タンク内の燃料とは異なるアルコール濃度の燃料が給油により足される場合もある。このため、アルコール混合燃料の使用が想定される内燃機関では、使用されている燃料のアルコール濃度を知るための手段が必要となる。

上記の手段として従来一般に使用されているのがアルコール濃度センサであるが、内燃機関の制御に使用できるアルコール濃度センサは高価であった。一方、特開２００３−１２０３６３号公報には、アルコール濃度センサを用いることなく燃料のアルコール濃度を判定する方法が開示されている。前記公報に開示されている方法は、燃料噴射量を一時的に増減し、そのときに生じる排気空燃比の挙動から燃料のアルコール濃度を判定するという方法である。具体的には、前記公報には次の２つの方法が開示されている。

前記公報に開示されている一つ目の方法は、アルコールはガソリンと比較して気化潜熱が大きく、吸気ポートに付着した燃料が気化して燃焼室に吸入されるまでには相当の時間を要することに着目した方法であり、燃料噴射量を変化させてから排気空燃比に変化が現れるまでの応答遅れ期間をアルコール濃度の判定のためのパラメータとして取得するというものである。前記公報に開示されている二つ目の方法は、アルコールとガソリンとでは理論空燃比が異なり、同じ量の増量或いは減量に伴う排気空燃比の変化量はアルコール濃度に応じて相違したものになることに着目した方法である。この二つ目の方法では、燃料噴射量を一時的に増減したことに伴う排気空燃比の変化量がアルコール濃度の判定のためのパラメータとして取得される。

特開２００３−１２０３６３号公報 特開２００９−１９１８０３号公報 特開２００７−３２７３９９号公報 特開２００９−１９１６５０号公報 特開２００６−２１４４１５号公報

内燃機関における燃料噴射の形態には、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射とがある。今日実用化されている一部の内燃機関は、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを共に備え、ポートと筒内とに燃料を噴き分けることが可能になっている。このタイプの内燃機関でも、燃料としてアルコール混合燃料が使用されることはあり得る。

しかしながら、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを共に備えるタイプの内燃機関の場合、特開２００３−１２０３６３号公報に開示されている方法では燃料のアルコール濃度を精度良く判定することはできない。このタイプの内燃機関では運転状態に応じてポート噴射と筒内噴射との噴分け比率が変更されるが、噴分け比率の違いによって燃料噴射量を一時的に増減したときに生じる排気空燃比の挙動は異なったものになるためである。つまり、特開２００３−１２０３６３号公報に開示された方法では、使用されている燃料のアルコール濃度を誤判定してしまうおそれがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関において、アルコール濃度センサを使用せずとも、内燃機関に使用されている燃料のアルコール濃度を精度良く判定できるようにした燃料アルコール濃度判定装置を提供することを目的とする。

上記目的のために、第１の発明の燃料アルコール濃度判定装置は、
吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置であって、
前記ポート噴射弁からの燃料噴射量と前記筒内噴射弁からの燃料噴射量との噴分け比率を取得する手段と、
前記内燃機関の負荷が変化した場合に、負荷の変化量を取得する手段と、
前記内燃機関の負荷が変化した場合に生じる排気空燃比の一時的な変動を検出し、その変動のピーク値を取得する手段と、
負荷の変化量、それに対応する排気空燃比の変動のピーク値、及び、そのときの噴分け比率を燃料アルコール濃度の判定モデルに当てはめることで、前記内燃機関で現在使用されている燃料のアルコール濃度を判定する手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明の燃料アルコール濃度判定装置は、第１の発明の燃料アルコール濃度判定装置において、
前記判定モデルは、負荷の変化量、排気空燃比の変動のピーク値、及び噴分け比率に燃料アルコール濃度を関連付けるマップとして構成されていることを特徴としている。

また、上記目的のために、第３の発明の燃料アルコール濃度判定装置は、
吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置であって、
前記ポート噴射弁による燃料噴射から前記筒内噴射弁による燃料噴射へ、或いは、前記筒内噴射弁による燃料噴射から前記噴射弁による燃料噴射へと、前記内燃機関の発生トルクを一定に維持しつつ燃料噴射の形態を切り替える手段と、
燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の一時的な変動を検出し、その変動のピーク値を取得する手段と、
排気空燃比の変動のピーク値と、そのときの前記内燃機関の負荷の大きさとを燃料アルコール濃度の判定モデルに当てはめることで、前記内燃機関で現在使用されている燃料のアルコール濃度を判定する手段と、
を備えることを特徴としている。

第４の発明の燃料アルコール濃度判定装置は、第３の発明の燃料アルコール濃度判定装置において、
前記判定モデルは、排気空燃比の変動のピーク値と、前記内燃機関の負荷の大きさとに燃料アルコール濃度を関連付けるマップとして構成されていることを特徴としている。

まず、第１の発明の燃料アルコール濃度判定装置について説明する。ポート噴射弁を備える内燃機関では、負荷の変化に伴って排気空燃比に一時的な変動が生じる。例えば負荷が増大する場合、スロットルの開き側への操作とともにポート噴射弁からの燃料噴射量が増量される。ポート噴射弁から吸気ポートに噴射された燃料は、その一部は吸気ポート内の空気とともにそのまま筒内に吸入される。しかし、その多くは吸気ポートに一旦付着した後、ポート壁面から受ける熱の作用と吸気ポート内に発生する負圧の作用とによって気化を促され、気化した燃料が空気と混合されて筒内に吸入される。このため、筒内に吸入される燃料量は筒内に吸入される空気量に遅れて増大することになり、排気空燃比は一時的にリーン側にずれることになる。逆に負荷が減少する場合は、筒内に吸入される燃料量は筒内に吸入される空気量に遅れて減少することになり、排気空燃比は一時的にリッチ側にずれることになる。

内燃機関の負荷の変化に伴って生じる排気空燃比の一時的な変動の大きさは、負荷の変化量が同じであるならば、必要燃料量に対するポート付着燃料量の割合に大きく左右される。付着燃料量の割合が大きいほど、筒内に吸入される燃料量の空気量に対する過剰量や不足量は大きくなって、排気空燃比の一時的なリッチ側へのずれ量やリーン側へのずれ量は拡大する。必要燃料量に対する吸気ポートの付着燃料量の割合は、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを共に備える内燃機関の場合、ポート噴射弁によるポート噴射と筒内噴射弁による筒内噴射との噴分け比率によって決まる。ポート噴射の比率が高いほど、吸気ポートの付着燃料量の割合は大きくなり、排気空燃比の一時的な変動量、つまり、変動のピーク値は大きくなる。

また、負荷の変化量が同じであるならば、負荷の変化に伴って生じる排気空燃比の一時的な変動の大きさは、燃料のアルコール濃度にも大きく左右される。使用されている燃料のアルコール濃度が高いほど吸気ポートの付着燃料は気化し難く、ポート噴射弁の燃料噴射量を変化させてから筒内に流入する燃料量に変化が現れるまでの応答遅れは大きくなる。このため、燃料のアルコール濃度が高いほど、筒内空気量に対する筒内燃料量の一時的な過剰や不足が多くなって、排気空燃比の一時的なリッチ側へのずれ量やリーン側へのずれ量は大きくなる。例えば、内燃機関の負荷の増大に伴い生じる排気空燃比の一時的なリーン側へのずれ量は、燃料のアルコール濃度が高いほど大きくなる。

以上のことから理解されるように、内燃機関の負荷の変化に伴い生じる排気空燃比の一時的な変動量（変動のピーク値）は、負荷の変化量、噴分け比率、及び、燃料のアルコール濃度によって決まる。この関係に着目すれば、負荷の変化量、それに対応する排気空燃比の変動のピーク値、及び、そのときの噴分け比率を特定することによって、使用されている燃料のアルコール濃度を特定することができる。

第１の発明の燃料アルコール濃度判定装置では、上記の関係（排気空燃比の変動のピーク値、負荷の変化量、及び噴分け比率と燃料のアルコール濃度との関係）が燃料アルコール濃度の判定モデルとして予め用意され、この判定モデルに実際に取得された負荷の変化量、それに対応する排気空燃比の変動のピーク値、及び、そのときの噴分け比率が当てはめられる。これによれば、アルコール濃度センサを使用せずとも、内燃機関で現在使用されている燃料のアルコール濃度を精度良く判定することができる。

第２の発明の燃料アルコール濃度判定装置によれば、第１の発明の燃料アルコール濃度判定装置による効果に加え、負荷の変化量、排気空燃比の変動のピーク値、及び噴分け比率に燃料アルコール濃度を関連付けるマップを判定モデルとして持つことで、燃料アルコール濃度の判定にかかる演算負荷を抑えることができるという効果もある。

次に、第３の発明の燃料アルコール濃度判定装置について説明する。ポート噴射弁と筒内噴射弁とを共に備える内燃機関の場合、ポート噴射弁による燃料噴射から筒内噴射弁による燃料噴射へ、或いは、筒内噴射弁による燃料噴射からポート噴射弁による燃料噴射へと、内燃機関の発生トルクを変化させることなく燃料噴射の形態のみを切り替えることができる。前者の切り替えの場合、切り替え前に吸気ポートに付着していた燃料が切り替え後も暫くの間は筒内に流入するため、排気空燃比は一時的にリッチ側にずれることになる。一方、後者の場合は、ポート噴射の開始によって十分な量の燃料が吸気ポートに付着するまでの間、筒内に吸入される燃料量が不足する状況が発生し、排気空燃比は一時的にリーン側にずれることになる。

燃料噴射の形態の切り替えに伴って生じる排気空燃比の一時的な変動の大きさは、内燃機関の負荷に左右される。負荷によって燃料噴射量が変わり、また、吸気ポートに発生する負圧の大きさも変わるためである。負荷が大きいときには吸気ポートに発生する負圧は小さいため、吸気ポートに付着した燃料の気化は抑えられる。逆に、負荷が小さいときの吸気ポートの負圧は大きいため、吸気ポートに付着した燃料の気化は促進される。

また、燃料噴射の形態の切り替えに伴って生じる排気空燃比の一時的な変動の大きさは、燃料のアルコール濃度にも大きく左右される。使用されている燃料のアルコール濃度が高いほど吸気ポートの付着燃料は気化し難く、ポート噴射弁の燃料噴射量を変化させてから筒内に流入する燃料量に変化が現れるまでの応答遅れは大きくなる。このため、燃料のアルコール濃度が高いほど筒内空気量に対する筒内燃料量の一時的な不足や過剰が顕著になって、排気空燃比の一時的なリッチ側へのずれ量やリーン側へのずれ量は大きくなる。例えば、筒内噴射からポート噴射への燃料噴射形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の一時的なリーン側へのずれ量は、燃料のアルコール濃度が高いほど大きくなる。

以上のことから理解されるように、燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の一時的な変動量（変動のピーク値）は、負荷の大きさと燃料のアルコール濃度とによって決まる。この関係に着目すれば、燃料噴射の形態を切り替えたときの負荷の大きさと排気空燃比の変動のピーク値とを特定することによって、使用されている燃料のアルコール濃度を特定することができる。

第３の発明の燃料アルコール濃度判定装置では、上記の関係（排気空燃比の変動のピーク値、及び負荷の大きさと燃料のアルコール濃度との関係）が燃料アルコール濃度の判定モデルとして予め用意され、この判定モデルに実際に取得された排気空燃比の変動のピーク値と、そのときの負荷の大きさと当てはめられる。これによれば、アルコール濃度センサを使用せずとも、内燃機関で現在使用されている燃料のアルコール濃度を精度良く判定することができる。

第４の発明の燃料アルコール濃度判定装置によれば、第３の発明の燃料アルコール濃度判定装置による効果に加え、燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の変動のピーク値、及び負荷の大きさに燃料アルコール濃度を関連付けるマップを判定モデルとして持つことで、燃料アルコール濃度の判定にかかる演算負荷を抑えることができるという効果もある。

本発明の実施の形態１としての燃料アルコール濃度判定装置が適用される内燃機関を示す図である。 スロットル開度の変化に伴い生じる排気空燃比の挙動を示す図である。 排気空燃比の変動のピーク値と噴分け比率とから燃料アルコール濃度を判定するためのマップの一例を示す図である。 本発明の実施の形態１にて行なわれる燃料噴射量の補正手順を示すフローチャートである。 燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の挙動を示す図である。 燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の変動のピーク値から燃料アルコール濃度を判定するためのマップの一例を示す図である。 本発明の実施の形態２にて行なわれる燃料噴射量の補正手順を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、図１乃至図４の各図を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。

図１は本発明の実施の形態１としてのアルコール濃度判定装置が適用される内燃機関（以下、単にエンジンという）の概略構成を示す図である。図１に示すエンジンは、火花点火式の４ストロークレシプロエンジンである。このエンジンは内部にピストン８が配置されたシリンダブロック６と、シリンダブロック６に組み付けられたシリンダヘッド４を備えている。ピストン８の上面からシリンダヘッド４までの空間は燃焼室１０を形成し、この燃焼室１０に連通するように吸気ポート１８と排気ポート２０がシリンダヘッド４に形成されている。吸気ポート１８と燃焼室１０との接続部には、吸気ポート１８と燃焼室１０との連通状態を制御する吸気バルブ１２が設けられ、排気ポート２０と燃焼室１０との接続部には、排気ポート２０と燃焼室１０との連通状態を制御する排気バルブ１４が設けられている。また、シリンダヘッド４には、燃焼室１０の頂部から燃焼室１０内に突出するように点火プラグ１６が取り付けられている。

シリンダヘッド４の吸気ポート１８には、空気を燃焼室１０内に導入するための吸気通路３０が接続されている。吸気通路３０の上流端にはエアクリーナ３２が設けられ、空気はエアクリーナ３２を介して吸気通路３０内に取り込まれる。エアクリーナ３２の下流には、空気の吸入量に応じた信号を出力するエアフローメータ５６が配置されている。吸気通路３０の下流部は気筒毎（吸気ポート１８毎）に分岐し、その分岐点にはサージタンク３４が設けられている。吸気通路３０のサージタンク３４の上流にはスロットル３６が配置されている。スロットル３６には、その開度に応じた信号を出力するスロットルセンサ５４が付設されている。

また、シリンダヘッド４の排気ポート２０には、燃焼室１０内での燃焼により生成された燃焼ガスを排気ガスとして排出するための排気通路４０が接続されている。排気通路４０には、排気ガスを浄化するための触媒４２が設けられている。排気通路４０における触媒４２の上流には、排気ガスの空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサ５８が配置されている。

本実施形態のエンジンは、各気筒に２つの噴射弁３８，７０を備えるデュアルインジェクションシステムとして構成されている。一方の噴射弁３８は吸気通路３０の吸気ポート１８の近傍に設けられたポート噴射弁であり、吸気ポート１８内に燃料を噴射するようになっている。他方の噴射弁７０はシリンダヘッド４に燃焼室１０内を臨むように設けられた筒内噴射弁であり、燃焼室１０内に燃料を直接噴射するようになっている。このようなデュアルインジェクションシステムでは、ポート噴射弁３８からの燃料噴射量と筒内噴射弁７０からの燃料噴射量との噴分け比率を任意に設定することができる。なお、本実施の形態のエンジンはアルコール混合燃料を使用可能なエンジンであるので、各噴射弁３８，７０から噴射される燃料はガソリンに限らず、アルコール混合ガソリンや１００％のアルコールが噴射されることがある。ただし、燃料タンク（図示せず）は噴射弁３８，７０間で共通であるので、二つの噴射弁３８，７０から噴射される燃料は同種であり、アルコール濃度の異なる燃料が噴き分けられることはない。

本実施形態のエンジンは、その制御装置としてＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には前述のポート噴射弁３８、筒内噴射弁７０、スロットル３６、点火プラグ１６等の種々のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、前述のエアフローメータ５６、スロットルセンサ５４、空燃比センサ５８の他、クランク軸２４の回転角度に応じた信号を出力するクランク角センサ５２等の種々のセンサ類が接続されている。ただし、本実施形態のエンジンはアルコール混合燃料を使用可能なエンジンではあるが、燃料のアルコール濃度を直接測定することのできるアルコール濃度センサは備えていない。ＥＣＵ５０は、エンジンが備える各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがってエンジンが備える各アクチュエータを動作させるようになっている。

本実施の形態では、ＥＣＵ５０が燃料アルコール濃度判定装置として機能する。本実施の形態で実施される燃料アルコール濃度の判定は、エンジン負荷に変動があった場合に、そのときの排気空燃比の一時的な変動を空燃比センサ５８によって検出し、その変動のピーク値を判定のための情報として用いることに一つの特徴がある。また、燃料アルコール濃度を判定するための情報として、エンジン負荷の変動に伴って排気空燃比に変動が生じたときの噴分け比率を用いることにも特徴がある。以下、ＥＣＵ５０が実施する燃料アルコール濃度の判定の方法について詳しく説明する。

図２は、ポート噴射と筒内噴射との噴分け比率を一定としたときの、スロットル３６の開度の変化に伴い生じる排気空燃比の挙動を示す図である。この図からは、スロットル３６が開き側に操作されると排気空燃比は一時的にリーン側にずれ、逆にスロットル３６が閉じ側に操作されると排気空燃比は一時的にリッチ側にずれることが分かる。このような排気空燃比の一時的な変動は、ポート噴射弁３８から噴射された燃料が一旦吸気ポート１８に付着し、その付着燃料が気化して燃焼室１０内に吸入されるまでには相当の時間を要することによる。

例えば、スロットル３６が開かれた場合は、エンジン負荷の増大に合わせて各噴射弁３８，７０からの燃料噴射量が増量される。このとき、ポート噴射弁３８から吸気ポート１８に噴射された燃料は、その一部は吸気ポート１８内の空気とともにそのまま燃焼室１０内に吸入されるものの、その多くは吸気ポート１８に一旦付着する。このため、吸気ポート１８から燃焼室１０内に吸入される燃料量は空気量に遅れて増大することになり、燃焼室１０内の混合気の空燃比、要するに排気空燃比は一時的にリーン側にずれることになる。一方、スロットル３６が閉じられた場合は、エンジン負荷の減少に合わせて各噴射弁３８，７０からの燃料噴射量が減量されるものの、燃焼室１０内に吸入される燃料量は空気量に遅れて減少するため、排気空燃比は一時的にリッチ側にずれることになる。

ここで、スロットル３６の操作に伴って生じる排気空燃比の一時的な変動の大きさに着目する。排気空燃比の変動の大きさ、すなわち、変動のピーク値（図中に矢印で示す）を決定する要因には、次の３つを挙げることができる。まず一つ目の要因は、エンジン負荷の変化量である。燃料噴射量はエンジン負荷の変化に応じて増減されるため、エンジン負荷の変化が大きければ燃料噴射量の増減量も大きくなり、結果、変動のピーク値も大きくなる。

二つ目の要因は、ポート噴射と筒内噴射との噴分け比率である。総燃料噴射量が同じであれば、ポート噴射と筒内噴射との噴分け比率によって吸気ポート１８の付着燃料量が決まる。そして、必要燃料量（目標空燃比と筒内吸入空気量とから決まる燃料量）に対するポート付着燃料量の割合が大きいほど、燃焼室１０内に吸入される燃料量の空気量に対する遅れは顕著になる。したがって、エンジン負荷が増加して総燃料噴射量が増大されたときには、必要燃料量に対するポート付着燃料量の割合が大きいほど、すなわち、噴分け比率においてポート噴射の比率が高いほど、燃料量の不足が顕著になって排気空燃比のリーン側へのずれのピーク値は大きくなる。逆に、エンジン負荷が減少して総燃料噴射量が減量されたときには、必要燃料量に対するポート付着燃料量の割合が大きいほど、すなわち、噴分け比率においてポート噴射の比率が高いほど、燃料量の過剰が顕著になって排気空燃比のリッチ側へのずれのピーク値は大きくなる。

三つ目の要因は、使用されている燃料のアルコール濃度である。燃料のアルコール濃度が高いほど吸気ポート１８の付着燃料は気化し難く、ポート噴射弁３８の燃料噴射量を変化させてから燃焼室１０に流入する燃料量に変化が現れるまでの応答遅れは大きくなる。このため、エンジン負荷の増大したときに、燃料アルコール濃度が高いほど筒内空気量に対する筒内燃料量の一時的な不足が顕著になって、排気空燃比のリーン側へのずれのピーク値は大きくなる。また、エンジン負荷が減少したときには、燃料アルコール濃度が高いほど吸入空気量に対する燃料量の一時的な過剰が顕著になって、排気空燃比のリッチ側へのずれのピーク値は大きくなる。

以上の三つの要因によって排気空燃比の変動のピーク値が決まる。このことは、排気空燃比の変動のピーク値、エンジン負荷の変化量、噴分け比率、及び、燃料アルコール濃度の間に一定の関係が有ることを意味している。この一定の関係を関数やマップ等によってモデル化すれば、エンジン負荷の変化量、それに対応する排気空燃比の変動のピーク値、及び、そのときの噴分け比率をそれぞれ特定することによって、現在使用されている燃料のアルコール濃度を判定することが可能となる。

燃料アルコール濃度判定装置としてのＥＣＵ５０は、燃料アルコール濃度の判定モデルとして、エンジン負荷の変化量、排気空燃比の変動のピーク値、及び噴分け比率に燃料アルコール濃度を関連付けるマップを備えている。図３にその一例を示す。図３では、排気空燃比の変動のピーク値（Ａ／Ｆ変動ピーク値）とアルコール濃度との相関関係を示す曲線が、噴分け比率毎に用意されている。図３中には、噴分け比率としてポート噴射１００％、ポート噴射５０％（筒内噴射５０％）、筒内噴射１００％の三つが例示されている。ＥＣＵ５０には、このようなマップがエンジン負荷の変化量毎に用意されている。

ＥＣＵ５０は、エンジン負荷の変化量、それに対応する排気空燃比の変動のピーク値、及び、そのときの噴分け比率をそれぞれ取得し、取得したそれら情報を前記の判定モデルに当てはめる。これにより、アルコール濃度センサを使用せずとも、エンジンで現在使用されている燃料のアルコール濃度を精度良く判定することが可能となる。

アルコール濃度の判定結果は、ＥＣＵ５０による空燃比制御に利用される。ＥＣＵ５０は、目標空燃比と筒内吸入空気量とから燃料噴射量を決定する際に、基本燃料噴射量に加えるべき補正値にアルコール濃度の判定結果を反映させる。アルコールはガソリンに比較して単位体積あたりの熱量が小さいので、アルコール濃度が高いほど補正値は大きい値に設定されることになる。

最後に、本実施の形態の燃料アルコール濃度の判定方法を適用した燃料噴射量の補正の手順について、図４のフローチャートを用いて説明する。

最初のステップＳ２では、現在設定されているポート噴射と筒内噴射との噴分け比率が取得される。

次のステップＳ４では、エンジン負荷の変化が検出されると、ＥＣＵ５０はその変化量が取得される。ＥＣＵ５０は、エンジン負荷をスロットル３６の開度、エンジン回転数、エアフローメータ５６の出力値などから計算する。取得されるエンジン負荷の変化量は、単位時間当たりのエンジン負荷の変化量（Δエンジン負荷／ｓｅｃ）とされる。

そして、次のステップＳ６では、エンジン負荷の変化に伴って生じた排気空燃比の変動のピーク値（Ａ／Ｆ変動ピーク値）が取得される。

次のステップＳ８では、燃料アルコール濃度の判定モデルを構成するマップ群の中から、ステップＳ４で取得したエンジン負荷の変化量に対応するマップ（図３に示すようなマップ）が選択される。そして、選択したマップにステップＳ２で取得した噴分け比率と、ステップＳ６で取得したＡ／Ｆ変動ピーク値とが当てはめられる。これにより、エンジンで現在使用されている燃料のアルコール濃度が精度良く判定される。

そして、ステップＳ１０では、ステップＳ８で判定された燃料アルコール濃度が燃料噴射量の補正値に反映される。これにより、アルコール濃度と目標空燃比とに応じた適正な量の燃料を噴射することが可能となって空燃比制御の精度が高められる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図５乃至図７の各図を参照して説明する。

本実施の形態の燃料アルコール濃度判定装置は、実施の形態１と同様に図１に示す構成のエンジンに適用される。したがって、以下の説明では、実施の形態１と同じく図１に示すエンジンを前提にして説明を行う。

本実施の形態で実施される燃料アルコール濃度の判定は、エンジンの発生トルクを一定に維持しつつ、ポート噴射弁３８による燃料噴射から筒内噴射弁７０による燃料噴射へ、或いは、筒内噴射弁７０による燃料噴射からポート噴射弁３８による燃料噴射へ、燃料噴射の形態を能動的に切り替えることに一つの特徴がある。ＥＣＵ５０は、燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の一時的な変動を検出し、その変動のピーク値を判定のための情報として用いる。以下、ＥＣＵ５０が実施する燃料アルコール濃度の判定の方法について詳しく説明する。

図５は、定常走行時においてエンジンの発生トルクを一定としたときの、燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の挙動を示す図である。この図からは、筒内噴射からポート噴射に切り替えられると排気空燃比は一時的にリーン側にずれることが分かる。この場合、切り替え前に吸気ポート１８に付着していた燃料が切り替え後も暫くの間は燃焼室１０内に流入するため、燃焼室１０内の混合気の空燃比、要するに排気空燃比は一時的にリーン側にずれることになる。

また、図５からは、ポート噴射から筒内噴射に切り替えられると排気空燃比は一時的にリッチ側にずれることが分かる。この場合、ポート噴射弁３８による燃料噴射の開始によって十分な量の燃料が吸気ポート１８に付着するまでの間、燃焼室１０内に吸入される燃料量が不足する状況が発生し、燃焼室１０内の混合気の空燃比、要するに排気空燃比は一時的にリーン側にずれることになる。

ここで、燃料噴射の形態の切り替えに伴って生じる排気空燃比の一時的な変動の大きさに着目する。この場合の排気空燃比の変動の大きさ、すなわち、変動のピーク値（図中に矢印で示す）を決定する要因には、次の二つを挙げることができる。まず一つ目の要因は、エンジン負荷の大きさである。エンジン負荷によって燃料噴射量が変わり、また、吸気ポート１８に発生する負圧の大きさも変わる。エンジン負荷が大きいときには吸気ポート１８に発生する負圧は小さく、吸気ポート１８に付着した燃料の気化は抑えられる。逆に、エンジン負荷が小さいときの吸気ポート１８の負圧は大きく、吸気ポート１８に付着した燃料の気化は促進される。

二つ目の要因は、使用されている燃料のアルコール濃度である。燃料のアルコール濃度が高いほど吸気ポート１８の付着燃料は気化し難く、ポート噴射弁３８の燃料噴射量を変化させてから燃焼室１０に流入する燃料量に変化が現れるまでの応答遅れは大きくなる。このため、燃料アルコール濃度が高いほど筒内空気量に対する筒内燃料量の一時的な不足や過剰が顕著になって、排気空燃比のリッチ側へのずれ量やリーン側へのずれ量は大きくなる。

以上の二つの要因によって燃料噴射の形態の切り替えに伴う排気空燃比の変動のピーク値が決まる。このことは、排気空燃比の変動のピーク値、エンジン負荷の大きさ、及び、燃料アルコール濃度の間に一定の関係が有ることを意味している。この一定の関係を関数やマップ等によってモデル化すれば、燃料噴射の形態の切り替えに伴う排気空燃比の変動のピーク値と、エンジン負荷の大きさとをそれぞれ特定することによって、現在使用されている燃料のアルコール濃度を判定することが可能となる。

燃料アルコール濃度判定装置としてのＥＣＵ５０は、燃料アルコール濃度の判定モデルとして、燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の変動のピーク値と、エンジン負荷の大きさとに燃料アルコール濃度を関連付けるマップを備えている。図６にその一例を示す。図６では、排気空燃比の変動のピーク値（Ａ／Ｆ変動ピーク値）とアルコール濃度との相関関係を示す曲線が用意されている。ＥＣＵ５０には、ポート噴射から筒内噴射に切り替えた場合と、筒内噴射からポート噴射に切り替えた場合のそれぞれについて、このようなマップがエンジン負荷の大きさ毎に用意されている。

ＥＣＵ５０は、燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じた排気空燃比の変動のピーク値と、そのときのエンジン負荷の大きさとを取得し、取得したそれら情報を前記の判定モデルに当てはめる。これにより、アルコール濃度センサを使用せずとも、エンジンで現在使用されている燃料のアルコール濃度を精度良く判定することが可能となる。ＥＣＵ５０は、目標空燃比と筒内吸入空気量とから燃料噴射量を決定する際に、基本燃料噴射量に加えるべき補正値にアルコール濃度の判定結果を反映させる。

最後に、本実施の形態の燃料アルコール濃度の判定方法を適用した燃料噴射量の補正の手順について、図７のフローチャートを用いて説明する。

最初のステップＳ１２では、燃料噴射の形態の切り替えが行われる。ポート噴射が行われているときには筒内噴射への切り替えが行われ、筒内噴射が行われているときにはポート噴射への切り替えが行われる。

次のステップＳ１４では、燃料噴射の形態の切り替えに伴って生じた排気空燃比の変動のピーク値（Ａ／Ｆ変動ピーク値）が取得される。

次のステップＳ１６では、燃料アルコール濃度の判定モデルを構成するマップ群の中から、ステップＳ１２で行われた燃料噴射の形態の切り替えの方向と、現在のエンジン負荷の大きさとに対応するマップ（図６に示すようなマップ）が選択される。そして、選択したマップにステップＳ１４で取得したＡ／Ｆ変動ピーク値が当てはめられる。これにより、エンジンで現在使用されている燃料のアルコール濃度が精度良く判定される。

そして、ステップＳ１８では、ステップＳ８で判定された燃料アルコール濃度が燃料噴射量の補正値に反映される。これにより、アルコール濃度と目標空燃比とに応じた適正な量の燃料を噴射することが可能となって空燃比制御の精度が高められる。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１０ 燃焼室
３６ スロットル
１８ 吸気ポート
３８ ポート噴射弁
５０ ＥＣＵ
５８ 空燃比センサ
７０ 筒内噴射弁

Claims (4)

1. 吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置であって、
   前記ポート噴射弁からの燃料噴射量と前記筒内噴射弁からの燃料噴射量との噴分け比率を取得する手段と、
   前記内燃機関の負荷が変化した場合に、負荷の変化量を取得する手段と、
   前記内燃機関の負荷が変化した場合に生じる排気空燃比の一時的な変動を検出し、その変動のピーク値を取得する手段と、
   負荷の変化量、それに対応する排気空燃比の変動のピーク値、及び、そのときの噴分け比率を燃料アルコール濃度の判定モデルに当てはめることで、前記内燃機関で現在使用されている燃料のアルコール濃度を判定する手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置。
2. 前記判定モデルは、負荷の変化量、排気空燃比の変動のピーク値、及び噴分け比率に燃料アルコール濃度を関連付けるマップとして構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置。
3. 吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置であって、
   前記ポート噴射弁による燃料噴射から前記筒内噴射弁による燃料噴射へ、或いは、前記筒内噴射弁による燃料噴射から前記噴射弁による燃料噴射へと、前記内燃機関の発生トルクを一定に維持しつつ燃料噴射の形態を切り替える手段と、
   燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の一時的な変動を検出し、その変動のピーク値を取得する手段と、
   排気空燃比の変動のピーク値と、そのときの前記内燃機関の負荷の大きさとを燃料アルコール濃度の判定モデルに当てはめることで、前記内燃機関で現在使用されている燃料のアルコール濃度を判定する手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置。
4. 前記判定モデルは、排気空燃比の変動のピーク値と、前記内燃機関の負荷の大きさとに燃料アルコール濃度を関連付けるマップとして構成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置。

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