JP2014020261A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多種燃料を用いる内燃機関においてノッキングを回避しつつ熱効率の一層の向上を図るようにした内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】吸気バルブの開閉時期を変更可能なバルブ開閉時期可変機構を備えると共に、インジェクタから噴射された多種燃料を吸気と混合させて生成した混合気を燃焼させて出力を生じる内燃機関の制御装置において、多種燃料のアルコール濃度を検出し（Ｓ１２）、少なくとも機関回転数と機関出力トルクとからノッキングの発生する確率がしきい値以上か否か判定し（Ｓ１４）、しきい値以上と判定されるとき、検出されたアルコール濃度に基づいて目標圧縮比（実効圧縮比）を算出し（Ｓ１８）、算出された目標圧縮比となるようにバルブ開閉時期可変機構を動作させて吸気バルブの閉じ時期を吸気行程の下死点よりも進角させる（Ｓ２０）。
【選択図】図３

Description

この発明は内燃機関の制御装置に関し、より詳しくはガソリンとアルコール（エタノール）からなる多種燃料を用いる内燃機関の制御装置に関する。

近時、多種燃料を用いる内燃機関の制御装置が種々提案されており、その例として下記の特許文献１から３記載の技術を挙げることができる。特許文献１記載の技術にあっては、燃料のオクタン価を検出し、検出されたオクタン価に基づいて吸気バルブと排気バルブの間のバルブオーバーラップ量と点火時期を変化させるように制御している。

特許文献２記載の技術にあっては、低オクタン価燃料の濃度が増えるとき、吸気バルブの閉じ時期を吸気行程の下死点よりも遅角させ、よって実効圧縮比を低下させてノッキングを回避するように制御している。

特許文献３記載の技術にあっては、アルコール混合燃料のアルコール濃度が低いとき、吸気バルブの閉じ時期を吸気行程の下死点後の領域で遅角させ、同様に実効圧縮比を低下させてノッキングを回避するように制御している。

特開２００８−１７５１７７号公報 特開２００８−１０６７６６号公報 特開２０１０−２２３０６８号公報

特許文献１から３記載の技術にあっては上記のように構成することで多種燃料を用いる内燃機関においてノッキングの回避と熱効率の向上を目指しているが、バルブ開閉時期の変更などに関して未だ改良の余地があった。

即ち、圧縮比と膨張比が等しいオットーサイクルでは圧縮比を上げることで理論熱効率は向上するが、ノッキングの発生により圧縮比は制限される。その点で、機械圧縮比を上げる一方、吸気バルブの閉じ時期を遅角させて吸気量を減少させ、実効圧縮比をオットーサイクルと同様に抑えることで、ノッキングを回避しつつ、実質的に熱効率を支配する膨張比（機械圧縮比）を高めるようにしたアトキンソンサイクル（「ミラーサイクル」とも呼ばれる）が知られている。

通常、アトキンソンサイクルでは吸気バルブの閉じ時期を遅角させて一旦吸入した吸気を排出することで吸気量を低減させるように、いわゆる遅閉じアトキンソンで制御される。

特許文献１から３記載の技術もこの遅閉じアトキンソンを利用してノッキングの回避と熱効率の向上を目指しているが、吸気バルブの閉じ時期を遅角させると、開き時期も遅角するため、排気バルブと吸気バルブが共に閉じられる負のオーバーラップによってポンプ損失が増加する。また吸気バルブの閉じ時期を遅角させて一旦吸入した吸気を排出するときに吸気の吹き戻しが生じ、それが吸気脈動となって空燃比の外乱となる。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、多種燃料を用いる内燃機関においてノッキングを回避しつつ熱効率の一層の向上を図るようにした内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、吸気バルブの開閉時期を変更可能なバルブ開閉時期可変機構と点火手段とを備えると共に、インジェクタから噴射された多種燃料を吸気と混合させて生成した混合気を燃焼室においてピストンで圧縮し、前記点火手段によって点火・燃焼させて出力を生じる内燃機関の制御装置において、前記多種燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、少なくとも機関回転数と機関出力トルクとからノッキングの発生する確率がしきい値以上か否か判定するノッキング判定手段と、前記ノッキングの発生する確率がしきい値以上と判定されるとき、前記検出されたアルコール濃度に基づいて目標圧縮比を算出する目標圧縮比算出手段と、前記算出された目標圧縮比となるように前記バルブ開閉時期可変機構を動作させて前記吸気バルブの閉じ時期を吸気行程の下死点よりも進角させる吸気バルブ閉じ時期進角手段を備える如く構成した。

請求項２に係る内燃機関の制御装置にあっては、前記吸気バルブ閉じ時期進角手段によって前記吸気バルブの閉じ時期が進角させられたとき、前記内燃機関の出力が目標出力に到達可能か否か判定する出力判定手段と、前記出力判定手段によって前記出力が前記目標出力に到達可能と判定されない場合、前記アルコール濃度が増加可能か否か判定し、増加可能と判定されるとき、前記アルコール濃度を増加させるアルコール濃度増加手段とを備える如く構成した。

請求項３に係る内燃機関の制御装置にあっては、前記インジェクタが前記多種燃料を噴射する第１インジェクタとアルコールを噴射する第２インジェクタとからなる如く構成した。

請求項４に係る内燃機関の制御装置にあっては、前記第１インジェクタが前記燃焼室内に前記多種燃料を直接噴射するインジェクタからなり、前記第２インジェクタが前記燃焼室の手前の吸気ポートに前記アルコールを噴射するインジェクタからなる如く構成した。

請求項１に係る内燃機関の制御装置にあっては、多種燃料のアルコール濃度を検出し、少なくとも機関回転数と機関出力トルクとからノッキングの発生する確率がしきい値以上か否か判定し、ノッキングの発生する確率がしきい値以上と判定されるとき、検出されたアルコール濃度に基づいて目標圧縮比を算出すると共に、算出された目標圧縮比となるように、吸気バルブの開閉時期を変更可能なバルブ開閉時期可変機構を動作させて吸気バルブの閉じ時期を吸気行程の下死点よりも進角させる如く構成したので、アルコールを燃料に用いることで低燃費かつ高出力の内燃機関を実現することができる。

一方、アルコール濃度に応じて目標圧縮比を算出し、算出された目標圧縮比となるように吸気バルブの閉じ時期を進角させるように構成したので、アルコールの供給が制約される場合でも、アルコール燃料の供給が制約されることによるノッキングの発生を抑制することができる。

また、吸気バルブの閉じ時期を吸気行程の下死点よりも進角させるように構成したので、換言すれば吸気バルブの閉じ時期を遅角させる遅閉じアトキンソンではなく、吸気バルブの閉じ時期を進角させる（以下これを「早閉じアトキンソン」という）ようにしたので、特許文献１から３記載の技術のような不都合が生じることがない。

図１０を参照して説明すると、同図（ａ）に示す通常のオットーサイクル、即ち、圧縮比と膨張比が等しいオットーサイクルにおいて、同図（ｂ）に示す如く、リフト吸気バルブの閉じ時期を遅角させて遅閉じアトキンソンにすると、吸気バルブの閉じ時期の遅角につれて（リフト量を変えない場合には）開き時期も自動的に遅角するため、負のオーバーラップによってポンプ損失が増加すると共に、吸気の吹き戻しが生じ、それが吸気脈動となって空燃比の外乱となる。

それに対し、この発明においては、同図（ｃ）に示す如く、吸気バルブの閉じ時期を進角させる早閉じアトキンソンとしたので、吸気バルブの閉じ時期を進角させることで（リフト量は変えないために）開き時期も自動的に進角するが、正のオーバーラップが増加するのみで悪影響が生じることがない。

即ち、特許文献１から３記載の技術のように、遅閉じアトキンソンにすると、同図（ｄ）に示す如く、網掛け部の負の仕事が増える分、熱効率が悪化するが、同図（ｅ）に示すような早閉じアトキンソンではそのような不都合が起きることがない。

さらに、早閉じアトキンソンを利用することによって低負荷域の熱効率を向上させることができ、アルコールを燃料に用いることとあいまって低燃費かつ高出力のエンジン１０を実現することができる。

請求項２に係る内燃機関の制御装置にあっては、吸気バルブの閉じ時期が進角させられたとき、内燃機関の出力が目標出力に到達可能か否か判定し、目標出力に到達可能と判定されない場合、アルコール濃度が増加可能か否か判定し、増加可能と判定されるとき、アルコール濃度を増加させる如く構成したので、上記した効果に加え、アルコール濃度が増加可能と判定される限り、内燃機関の出力を目標出力に到達させることが可能となる。

請求項３に係る内燃機関の制御装置にあっては、インジェクタが多種燃料を噴射する第１インジェクタとアルコールを噴射する第２インジェクタとからなる如く構成したので、上記した効果に加え、ガソリンとアルコールが混合された多種燃料を単一のインジェクタから噴射する場合に比し、所望量のアルコール燃料を確実に機関に供給することができる。

請求項４に係る内燃機関の制御装置にあっては、第１インジェクタが燃焼室内に多種燃料を直接噴射するインジェクタからなり、第２インジェクタが燃焼室の手前の吸気ポートにアルコールを噴射するインジェクタからなる如く構成したので、上記した効果に加え、第１インジェクタが多種燃料を燃焼室内に直接噴射するインジェクタとすることで噴射された多種燃料の潜熱によって異常燃焼を回避できると共に、第２インジェクタがアルコールを吸気ポートに噴射するインジェクタとすることで加圧ポンプなどの部品の精度やコストを下げることができて構成を簡易にすることができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る内燃機関の制御装置を実施するための最良の形態について説明する。

この発明の実施例に係る内燃機関の制御装置を全体的に示す概略図である。 図１に示すＥＣＵの動作を機能的に示すブロック図である。 図１に示すＥＣＵの動作をより具体的に示すフロー・チャートである。 図３フロー・チャートの処理で言及される、ノッキングの発生確率の算出を示す説明図である。 図３フロー・チャートの処理で言及される、アルコール濃度に対する実効圧縮比の特性を示す説明図である。 図３フロー・チャートの処理で言及される、吸気バルブ閉じ時期に対する実効圧縮比の特性を示す説明図である。 図３フロー・チャートの処理で言及される、吸気バルブ早閉じアトキンソンサイクルの指圧線図である。 図３フロー・チャートの処理で言及される、吸気バルブ閉弁タイミンングを示す説明図である。 図３フロー・チャートの処理の効果を示す説明図である。 図１に示す装置におけるオットーサイクルとアトキンソンの相違を説明する説明図である。

図１はこの発明の実施例に係る内燃機関の制御装置を全体的に示す概略図である。

図１において、符号１０は、車両（図示せず）に搭載される、４気筒（シリンダ）４サイクルの内燃機関（１気筒のみ図示。以下「エンジン」という）を示す。エンジン１０において、エアクリーナ（図示せず）から吸入される吸気は吸気管１２を流れ、スロットルバルブ１４で流量を調節されて吸気マニホルド１６を流れ、２個の吸気バルブ（１個のみ図示）２０が開弁（開放）されるとき、燃焼室２２に流入する。

スロットルバルブ１４は、車両運転席床面に配置されたアクセルペダル２４との機械的な接続を絶たれ、ＤＢＷ（Drive By Wire）機構２６で開閉が制御される。即ち、スロットルバルブ１４はアクチュエータ（電動モータ）２６ａに接続され、アクチュエータ２６ａで駆動されて開閉する。

燃焼室２２を臨む位置には第１インジェクタ（燃料噴射弁）３０が配置されると共に、吸気バルブ２０の手前の吸気ポート１６ａには第２インジェクタ（燃料噴射弁）３２が配置される。

第１インジェクタ３０には、メイン燃料タンク３４に貯留される多種燃料がタンク内部に配置されたメイン燃料ポンプ３４ａで汲み上げられ、燃料供給管３６を介して圧送される。第１インジェクタ３０は圧送された多種燃料を燃焼室２２に直接噴射する。以下、第１インジェクタ３０を「直噴インジェクタ」ともいう。

多種燃料としては、ガソリンとエタノール（エチルアルコール）の混合燃料、具体的にはガソリン９０％とエタノール１０％の混合燃料（Ｅ１０）などのアルコール濃度が比較的低い燃料の使用が予定される。

他方、メイン燃料タンク３４に貯留される多種燃料はサブ燃料ポンプ３４ｂで汲み上げられて管路４０を介して気液分離装置４２に送られ、そこで加熱・冷却されてアルコール成分とその他の成分に分離・抽出される。

分離されたアルコール成分は一定範囲のアルコール濃度を備えたアルコール燃料としてサブ燃料タンク４４に貯留されると共に、その他の成分は管路４６を介してメイン燃料タンク３４に戻される。サブ燃料タンク４４に貯留されるアルコール燃料はタンク内部に配置された燃料ポンプ４４ａで汲み上げられ、燃料供給管５０を介して第２インジェクタ３２に圧送される。

第２インジェクタ３２は圧送されたアルコール燃料を吸気ポート１６ａに噴射する。以下、第２インジェクタ３２を「ポートインジェクタ」ともいう。噴射されたアルコール燃料は吸気バルブ２０が開弁されたとき、燃焼室２２に流入する。

直噴インジェクタ３０あるいはポートインジェクタ３２は、ドライバ（駆動回路。図２に示す）５２を通じてＥＣＵ（Electronic Control Unit。電子制御ユニット）５４に電気的に接続され、ＥＣＵ５４から開弁（開放）時間を示す駆動信号がドライバ５２を通じて供給されると開弁し、開弁時間に応じた燃料を燃焼室２２あるいは吸気ポート１６ａに噴射する。噴射された燃料は、流入した空気と混合して混合気を生成する。

燃焼室２２には点火プラグ５６が配置される。点火プラグ５６はイグナイタなどからなる点火装置６０に接続される。点火装置６０はＥＣＵ５４からドライバ５２を介して点火信号が供給されると、点火プラグ５６の電極間に火花放電を生じさせる。混合気はそれによって着火されて燃焼し、燃焼室２２の内部に摺動自在に収容されるピストン６２を下方に駆動する。

燃焼室２２が形成されるシリンダブロック６４の内部には、ピストン６２に接続され、ピストン６２の上下運動を回転運動に変換するクランクシャフト（図示せず）が収容される。

燃焼によって生じた排気（排ガス）は、２個の排気バルブ（１個のみ図示）７０が開弁するとき、排気ポート７２を通って排気マニホルド７４から排気管７６に流れる。排気管７６には触媒装置（図示せず）が配置され、排気は触媒装置でＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘなどの有害成分を除去されてエンジン外の大気に放出される。

シリンダヘッド６４ａにはバルブ開閉時期可変機構（以下「ＶＴＣ」という）８０が設けられる。ＶＴＣ８０は油圧を介してカムシャフトを駆動してクランクシャフトに対するカムシャフトの位相角として規定される、吸気バルブの燃焼室を開閉する時期を変更可能な油圧モータからなる。尚、ＶＴＣ８０に加え、吸気カム８０ｂの開閉位相角とリフト量を複数のカム（カム）に従って変更可能な機構を備えても良い。

尚、エンジン１０の出力は自動変速機に送られ、そこで変速されて駆動輪に伝達されるが、自動変速機などの図示は省略する。

エンジン１０のカムシャフトの付近にはパルサと磁気ピックアップとからなるクランク角センサ８２が配置され、気筒判別信号と、各気筒のＴＤＣ（上死点）あるいはその付近のクランク角度を示すＴＤＣ信号と、ＴＤＣ信号を細分してなるＣＲＫ信号を出力する。

エアクリーナの付近には温度検出素子を備えたエアフローメータ８４が配置され、エアクリーナから吸入される空気（吸気）量Ｑと吸気温度ＴＡに応じた信号を出力する。

吸気管１２においてスロットルバルブ１４の下流にはＭＡＰセンサ８６が配置され、吸気管内圧力ＰＢＡを絶対圧で示す信号を出力すると共に、ＤＢＷ機構２６にはスロットル開度センサ９０が配置され、スロットルバルブ１４の位置（スロットル開度ＴＨ）に応じた信号を出力する。

エンジン１０のクランクケース６４ａに形成された冷却水通路（図示せず）には水温センサ９２が配置されてエンジン冷却水温（エンジン温度）ＴＷに応じた信号を出力すると共に、その付近にはノッキングセンサ９４が配置され、ノッキングに起因してエンジン１０に生じる振動に応じた信号を出力する。

排気系において触媒装置の上流にはＡ／Ｆセンサ（広域空燃比センサ）９６が配置され、理論空燃比からリッチあるいはリーンに至るまでの広い範囲において排気中の酸素濃度、換言すれば実際の空燃比ＫＡＣＴを示す信号を出力する。

メイン燃料タンク３４と気液分離装置４０を接続する管路４０にはアルコールセンサ１００が配置されて管路４０を流れる多種燃料、より具体的にはメイン燃料タンク３４に貯留される多種燃料のアルコール濃度を示す信号を出力すると共に、サブ燃料タンク４４にはレベルセンサ１０２が配置され、サブ燃料タンク４４に貯留されるアルコール燃料のレベル（液面高さ）、換言すればアルコール燃料の残量を示す信号を出力する。

アクセルペダル２４の付近にはアクセル開度センサ１０４が設けられ、運転者のアクセルペダル踏み込み量を示すアクセル開度ＡＰに応じた信号を出力する。ドライブシャフト（図示せず）の付近には車速センサ１０６が設けられ、ドライブシャフトの所定角回転当たりにパルス信号を出力する。

上記したセンサ群の出力は、ＥＣＵ５４に入力される。ＥＣＵ５４はマイクロコンピュータからなり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｆなどを備える。ＥＣＵ５４は入力信号の内、クランク角センサ８２の出力（ＣＲＫ信号）と車速センサ１０６の出力の時間間隔を計測してエンジン回転数ＮＥと車速Ｖを算出（検出）する。

図２はＥＣＵ５４の動作を機能的に示すブロック図である。

ＥＣＵ５４においてＣＰＵ５４ａはＩ／Ｆ５４ｂを介して入力されたセンサ出力に基づき、算出部５４ａ１においてエンジン回転数ＮＥとエンジン負荷から適宜な特性（マップ）を検索してエンジン１０に供給すべき燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。

即ち、ＣＰＵ５４ａはエンジン回転数ＮＥとエンジン負荷に応じて基本燃料噴射量ＴＩＭを算出すると共に、検出された空燃比ＫＡＣＴを目標空燃比ＫＣＭＤに制御する空燃比フィードバック制御においてそれらの偏差に応じて空燃比補正係数（空燃比フィードバック補正係数）ＫＡＦを算出し、さらにアルコール濃度補正係数（アルコール濃度学習値）ＫＲＥＦＢＳなどのその他の補正係数を算出して基本燃料噴射量を補正することで、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。

ＣＰＵ５４ａは、算出された燃料噴射量ＴＯＵＴに基づき、直噴インジェクタ３０を駆動する。アルコール濃度補正係数は空燃比補正係数ＫＡＦを用いて学習され、アルコール濃度が学習される。

尚、この実施例ではアルコールセンサ１００が設けられていることから、上記したアルコール濃度補正係数（アルコール濃度学習値）ＫＲＥＦＢＳなどを用いることなく、アルコールセンサ１００の出力から燃料噴射量ＴＯＵＴを算出するようにしても良い。

ＣＰＵ５４ａはさらに、目標位相算出部５４ａ２においてＶＴＣ８０の吸気カム８０ｂの目標位相角、即ち、吸気バルブ２０の開閉時期を算出（設定）し、算出された目標位相角となるようにＶＴＣ８０のアクチュエータを駆動すると共に、点火時期算出部５４ａ３においてエンジン回転数ＮＥとエンジン負荷に応じてエンジン１０に供給すべき点火時期ＩＧを算出し、それに基づいて点火装置６０を介した点火プラグ５６による点火を制御する。

ＣＰＵ５４ａはさらにスロットル開度算出部５４ａ４において目標スロットル開度ＴＨＤを算出する。ＣＰＵ５４ａは先ず要求トルクＰＣＭＤを以下のように算出する。
ＰＣＭＤ＝ｋ・ＰＳＥ／ＮＥ
上記でｋ:定数、ＰＳＥ:アクセル開度ＡＰとエンジン回転数ＮＥから予め設定された特性（マップ）を検索して得られるエンジン１０の要求出力を示す。

次いでＣＰＵ５４ａは、算出された要求トルクＰＣＭＤとなるように目標スロットル開度ＴＨＤを決定し、決定された目標スロットル開度ＴＨＤとなるようにＤＢＷ機構２６のアクチュエータを駆動する。

図３は上記したＥＣＵ５４の動作をより具体的に示すフロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１０において検出されたエンジン回転数ＮＥと算出された要求トルクＰＣＭＤを読み込み、Ｓ１２に進み、現在使用している（メイン燃料タンク３４に貯留されている）多種燃料のアルコール濃度を検出する。即ち、アルコールセンサ１００の出力からメイン燃料タンク３４に貯留される多種燃料のアルコール濃度を検出する。

次いでＳ１４に進み、ノッキング発生確率（ノッキングが発生する確率）がしきい値以上か否か判断する。ノッキング発生確率は図４に示す特性（マップ）をエンジン回転数ＮＥとエンジントルクとで検索して得られる値（例えば点ａ）を意味する。

従ってＳ１４の判断は検索して得られる値（例えば点ａ）をしきい値ｂと比較してそれ以上か否かを判断することで行う。Ｓ１４の判断に際しては、Ｓ１０で読み込まれた要求トルクＰＣＭＤから該当するしきい値ｂを選択し、それと検索値を比較することで行う。

図３フロー・チャートの説明に戻ると、Ｓ１４で否定されてノッキング発生確率がしきい値以上ではないと判断されるときはＳ１６に進み、ＶＴＣ８０の吸気カム８０ｂの目標位相角を通常の位相角（換言すればエンジン１０が通常の（圧縮比と膨張比が等しい）オットーサイクルの圧縮比で運転されるバルブ開閉時期に対応する位相角）に設定し、その位相角となるようにＶＴＣ８０を動作させる。

一方、Ｓ１４で肯定されてノッキング発生確率がしきい値以上と判断されるときはＳ１８に進み、ノッキングの発生しない圧縮比を選択する。即ち、Ｓ１２で検出されたアルコール濃度に基づいて図５に示す特性（マップ）を検索して実効圧縮比を選択、換言すれば目標圧縮比として算出する。

次いでＳ２０に進み、Ｓ１８で選択された実効圧縮比（目標圧縮比）となる（下げる）ようにＶＴＣ８０の吸気カム８０ｂの目標位相角を設定する。即ち、ＶＴＣ８０を動作させて吸気バルブ２０の閉弁時期を進角させて早閉じアトキンソンのバルブ開閉時期に変更する。

図７にその早閉じアトキンソンの特性を、オットーサイクル（破線）に対比させて示す。

より具体的には、Ｓ１８で選択された実効圧縮比に基づいて図６に示す特性（マップ）を検索して吸気バルブ２０の閉じ時期を、ＡＢＤＣ−８０度からＡＢＤＣ−２０度の間の任意の値に設定する。

図８に吸気バルブ２０（と排気バルブ７０）の開閉時期を示す。Ｓ２０の処理においては吸気バルブ２０の閉じ時期を、ＡＢＤＣ−８０度（ＡＴＤＣ１００度）からＡＢＤＣ−２０度（ＡＴＤＣ１６０度）の間の任意の値に設定し、換言すれば吸気行程の下死点ＢＤＣよりも進角するように設定する。

図３フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ２２に進み、エンジン１０の出力が目標出力に到達可能か否か判断し、肯定されるときは以降の処理をスキップする。

他方、Ｓ２２で否定されて目標出力に到達可能と判定されないときはＳ２４に進み、アルコール残量を検出する。即ち、レベルセンサ１０２の出力からサブ燃料タンク４４に貯留されるアルコール燃料の残量を検出する。

次いでＳ２６に進み、検出されたアルコール燃料の残量が所定値以上、換言すればエンジン１０に供給可能な程度以上か否か判断し、肯定されるときはＳ２８に進み、サブ燃料タンク４４に貯留されるアルコール燃料をポートインジェクタ３２から吸気ポート１６ａに噴射させる（換言すればエンジン１０に供給される燃料のアルコール濃度を増加させる）。次いでＳ１２に進み、上記した処理を繰り返す。

一方、Ｓ２６で否定されるときはＳ３０に進み、点火時期を調整してノッキングの起こらない条件でエンジン１０を運転する。即ち、ノッキングセンサ９４の出力に基づいてノッキングが発生しないように点火時期を制御する。

図９は上記した処理の効果を示す説明図である。

多種燃料としてアルコール濃度が比較的低いＥ１０エタノール燃料を使用したとしても、図３フロー・チャートのＳ１４でノッキングの発生確率がしきい値以上と判断されるときはＳ１８に進み、エンジン１０を上記した早閉じアトキンソンで駆動して実効圧縮比を下げることにより、（しきい値以上ではないと判断されてＳ１６に進んで通常のオットーサイクルで運転する場合に比し、）ノッキングを回避しつつ、点火時期を遅角することなく、エンジン１０を高い熱効率で燃焼させることが可能となることが、同図から見てとれよう。

即ち、吸気を圧縮する容積比（圧縮比）と膨張比が等しいオットーサイクルでは圧縮比を上げるほど熱効率が上昇するが、通常のガソリンエンジンでは圧縮比を上げ過ぎるとノッキングが発生してしまう。またポンプ損失は負荷が低下するにつれて増大することから、低負荷域での熱効率は高負荷域に比して低い。

その点で、特許文献１から３記載の技術の如く、機械圧縮比を上げる一方、吸気バルブ閉じ時期を遅らせて吸気量を減少させ、実効圧縮比をオットーサイクルと同様に抑えることで、ノッキングを回避しつつ、実質的に熱効率を支配する膨張比（機械圧縮比）を高めるようにしたアトキンソンサイクルが利用される。しかしながら、通常の遅閉じアトキンソンでは、図１０を参照して説明したように負のオーバーラップによってポンプ損失が増加すると共に、吸気の吹き戻しが生じ、それが吸気脈動となって空燃比の外乱となる。

それに対し、この実施例においては、同図（ｃ）に示す如く、吸気バルブ２０の閉じ時期を進角させる早閉じアトキンソンとしたので、吸気バルブ２０の閉じ時期を進角させることで開き時期も自動的に進角するが、正のオーバーラップが増加するのみであるため、ポンプ損失の増加や空燃比の外乱となる悪影響が生じることがない。

従って、この早閉じアトキンソンを利用することによって低負荷域の熱効率を向上させることができ、アルコールを燃料に用いることとあいまって低燃費かつ高出力のエンジン１０を実現することができる。尚、図９で「負荷率」は全開スロットル開度（ＷＯＴ）に対する割合を意味する。

上記した如く、この実施例にあっては、吸気バルブ２０の開閉時期（位相角）を変更可能なバルブ開閉時期可変機構（ＶＴＣ）８０と点火手段（点火装置６０、点火プラグ５６）とを備えると共に、インジェクタ（直噴インジェクタ）３２から噴射された多種燃料を吸気と混合させて生成した混合気を燃焼室２２においてピストン６２で圧縮し、前記点火手段によって点火・燃焼させて出力を生じる内燃機関（エンジン）１０の制御装置において、前記多種燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段（アルコールセンサ１００，ＥＣＵ５４，Ｓ１２）と、少なくとも機関回転数（エンジン回転数）ＮＥと機関出力トルク（エンジントルク）とからノッキングの発生する確率がしきい値以上か否か判定するノッキング判定手段（ＥＣＵ５４，Ｓ１４）と、前記ノッキングの発生する確率がしきい値以上と判定されるとき、前記検出されたアルコール濃度に基づいて目標圧縮比（実効圧縮比）を算出する目標圧縮比算出手段（ＥＣＵ５４，Ｓ１８）と、前記算出された目標圧縮比となるように前記バルブ開閉時期可変機構を動作させて前記吸気バルブの閉じ時期を吸気行程の下死点よりも進角させる吸気バルブ閉じ時期進角手段（ＥＣＵ５４，Ｓ２０）を備える如く構成したので、アルコールを燃料に用いることで低燃費かつ高出力のエンジン１０を実現することができる。

一方、アルコール濃度に応じて目標圧縮比（実効圧縮比）を算出し、算出された目標圧縮比となるように吸気バルブ２０の閉じ時期を進角させるように構成したので、アルコールの供給が制約される場合でも、アルコール燃料の供給が制約されることによるノッキングの発生を抑制することができる。

また吸気バルブの閉じ時期を吸気行程の下死点よりも進角させるように構成したので、換言すれば吸気バルブの閉じ時期を遅角させる遅閉じアトキンソンではなく、吸気バルブの閉じ時期を進角させる早閉じアトキンソンにしたので、図１０を参照して説明した如く特許文献１から３記載の技術のようなポンプ損失の増加や空燃比の外乱となる不都合が生じることがない。

さらに、早閉じアトキンソンを利用することによって低負荷域の熱効率を向上させることができ、アルコールを燃料に用いることとあいまって低燃費かつ高出力のエンジン１０を実現することができる。

また前記吸気バルブ閉じ時期進角手段によって前記吸気バルブ２０の閉じ時期が進角させられたとき、前記内燃機関の出力が目標出力に到達可能か否か判定する出力判定手段と（ＥＣＵ５４，Ｓ２２）、前記出力判定手段によって前記出力が前記目標出力に到達可能と判定されない場合、前記アルコール濃度が増加可能か否か判定し、増加可能と判定されるとき、前記アルコール濃度を増加させるアルコール濃度増加手段（ＥＣＵ５４，Ｓ２４からＳ２８）とを備える如く構成したので、上記した効果に加え、アルコール濃度が増加可能と判定される限り、エンジン１０の出力を目標出力に到達させることが可能となる。

また前記インジェクタが前記多種燃料を噴射する第１インジェクタ（直噴インジェクタ）３０と前記アルコールを噴射する第２インジェクタ（ポートインジェクタ）３２とからなる如く構成したので、上記した効果に加え、ガソリンとアルコールが混合された燃料を単一のインジェクタから噴射する場合に比し、所望量のアルコール燃料を確実にエンジン１０に供給することができる。

また前記第１インジェクタが前記燃焼室２２内に前記多種燃料を直接噴射するインジェクタ３０からなり、前記第２インジェクタが前記燃焼室２２の手前の吸気ポート１６にアルコールを噴射するインジェクタ３２からなる如く構成したので、上記した効果に加え、第１インジェクタ３０がガソリンを主成分とする多種燃料を燃焼室２２内に直接噴射するインジェクタとすることで噴射された多種燃料のガソリン潜熱によって異常燃焼を回避できると共に、第２インジェクタ３２がアルコールを吸気ポート１６ａに噴射するインジェクタとすることで加圧ポンプなどの部品の精度やコストを下げることができて構成を簡易にすることができる。

尚、上記において、メイン燃料タンク３４にアルコール燃料を含む多種燃料、サブ燃料タンク４４にアルコール燃料を貯留するようにしたが、メイン燃料タンク３４にガソリン燃料、サブ燃料タンク４４にアルコール燃料を貯留するようにしても良い。

１０ 内燃機関（エンジン）、１４ スロットルバルブ、２０ 吸気バルブ、２２ 燃焼室、２６ ＤＢＷ機構、３０ 第１（直噴）インジェクタ、３２ 第２（ポート）インジェクタ、３４ メイン燃料タンク、４２ 気液分離装置、４４ サブ燃料タンク、５４ ＥＣＵ（電子制御ユニット）、５６ 点火プラグ（点火手段）、６０ 点火装置（点火手段）、８０ ＶＴＣ（バルブ開閉時期可変機構）、８２ クランク角センサ、８４ エアフローメータ、８６ ＭＡＰセンサ、９０ スロットル開度センサ、９６ Ａ／Ｆセンサ、１００ アルコールセンサ、１０２ レベルセンサ、１０４ アクセル開度センサ

Claims (4)

1. 吸気バルブの開閉時期を変更可能なバルブ開閉時期可変機構と点火手段とを備えると共に、インジェクタから噴射された多種燃料を吸気と混合させて生成した混合気を燃焼室においてピストンで圧縮し、前記点火手段によって点火・燃焼させて出力を生じる内燃機関の制御装置において、前記多種燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、少なくとも機関回転数と機関出力トルクとからノッキングの発生する確率がしきい値以上か否か判定するノッキング判定手段と、前記ノッキングの発生する確率がしきい値以上と判定されるとき、前記検出されたアルコール濃度に基づいて目標圧縮比を算出する目標圧縮比算出手段と、前記算出された目標圧縮比となるように前記バルブ開閉時期可変機構を動作させて前記吸気バルブの閉じ時期を吸気行程の下死点よりも進角させる吸気バルブ閉じ時期進角手段を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記吸気バルブ閉じ時期進角手段によって前記吸気バルブの閉じ時期が進角させられたとき、前記内燃機関の出力が目標出力に到達可能か否か判定する出力判定手段と、前記出力判定手段によって前記出力が前記目標出力に到達可能と判定されない場合、前記アルコール濃度が増加可能か否か判定し、増加可能と判定されるとき、前記アルコール濃度を増加させるアルコール濃度増加手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記インジェクタが前記多種燃料を噴射する第１インジェクタとアルコールを噴射する第２インジェクタとからなることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記第１インジェクタが前記燃焼室内に前記多種燃料を直接噴射するインジェクタからなり、前記第２インジェクタが前記燃焼室の手前の吸気ポートに前記アルコールを噴射す
   るインジェクタからなることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。

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