JP2014034943A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】筒内直接噴射とポート噴射を併用するデュアル噴射型内燃機関において、燃料のアルコール濃度が変化した場合に生じる気筒ごとのアルコール濃度のばらつきを低減し、そのばらつきを早期に解消できるようにする。
【解決手段】内燃機関の、第1燃料供給ラインから各気筒の筒内噴射弁への燃料供給の順序が、第2燃料供給ラインから各気筒のポート噴射弁への燃料供給の順序とは逆になるように、第1、第2燃料供給ラインを配管する。燃料タンクに蓄えられている燃料のアルコール濃度の変化が検知された場合には、第1燃料供給ラインの容積と、第2燃料供給ラインの容積とに応じた噴射比率で、筒内噴射弁とポート噴射弁とに燃料を噴射させるように制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、アルコールと炭化水素系燃料が混合した燃料を使用可能な内燃機関であって、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直接噴射する筒内噴射弁の双方からアルコール混合燃料を噴射することのできる内燃機関のための制御装置に関する。
自動車用の内燃機関として、エタノール等のアルコールとガソリン等の炭化水素系燃料が混合した燃料を使用可能なFFV用内燃機関が知られている。また、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直接噴射する筒内噴射弁とを備え、運転状態に応じて両噴射弁による噴射比率を変更することのできるデュアル噴射型内燃機関も知られている。そして、特開2006−214415号公報には、それら2種類の内燃機関の両方の特徴を兼ね備えたFFV用デュアル噴射型内燃機関、つまり、筒内噴射弁とポート噴射弁を備え、両噴射弁からアルコール混合燃料を噴射することのできる内燃機関に関する技術が開示されている。
特開2006−214415号公報
従来のFFV用内燃機関では、燃料のアルコール濃度に応じた方法でエンジン制御が行われている。具体的には、燃料のアルコール濃度が高いほど単位体積あたりの発熱量は小さくなることから、燃料のアルコール濃度に応じて燃料噴射量が決められている。燃料噴射量が過剰になればエミッションが増大し、燃料噴射量が不足すればドライバビリティが悪化するためである。また、燃料のアルコール濃度が高いほど燃焼速度は速くなり、その分、排気温度は低くなり易いことから、燃料のアルコール濃度に応じて点火時期が決められている。点火時期の遅角によって排気温度を高くし、それによりエミッションを低減するためである。ただし、点火時期を遅角しすぎるとドライバビリティが悪化してしまうという背反もある。このようなことから、従来のFFV用内燃機関では、エミッションの低減とドライバビリティの悪化の抑制とが両立するように、燃料のアルコール濃度に応じて燃料噴射量と点火時期とを最適に制御することが行われている。
ところで、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存在する。このため、車両に給油が行われた場合、現在使用されている燃料とは異なるアルコール濃度の燃料が燃料タンクに足されることも有り得る。その場合、燃料タンク内のアルコール濃度は給油量に応じて変化するが、給油前に既に燃料タンクから吸い上げられた燃料、つまり、燃料供給ライン内の残存燃料については給油前のアルコール濃度がそのまま維持される。その結果、給油後暫くは給油前と同じアルコール濃度の燃料が燃料噴射弁から噴射され、その後、給油によりアルコール濃度が変化した燃料が燃料噴射弁から噴射されることになる。
ここで、上記特許文献に記載のようなデュアル噴射型内燃機関は、気筒毎に筒内噴射弁とポート噴射弁を備えているが、各気筒の燃料噴射弁に燃料を分配するための燃料供給ラインは燃料噴射弁とポート噴射弁とで別々に配管されている。そして気筒噴射弁用の燃料供給ラインとポート噴射弁用の燃料供給ラインとにはそれぞれ、各気筒の気筒噴射弁又はポート噴射弁が直列に設置されている。この構造により、給油前の燃料から燃料が給油後のものに切り替わる途中、燃料給油ラインの燃料供給順序が早い気筒側と、遅い気筒側とで、噴射される燃料のアルコール濃度にばらつきが生じる場合がある。
従来のFFV用内燃機関では、空燃比フィードバック制御の補正量から燃料のアルコール濃度が学習され、学習したアルコール濃度に基づいてエンジン制御が行われている。このため、給油に伴い燃料噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度が変化する場合、給油前の燃料から給油後の燃料への切り替えが完了するまでの間は、不安定なアルコール濃度に基づいてエンジン制御が行われることになる。よって、従来のFFV用内燃機関では、燃料噴射弁から噴射される燃料が給油前のものから給油後のものに切り替わる途中においてエミッションの増加やドライバビリティの悪化が起きる可能性がある。
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、筒内直接噴射とポート噴射を併用するデュアル噴射型内燃機関において、燃料のアルコール濃度が変化した場合に生じる気筒ごとのアルコール濃度のばらつきを低減し、そのばらつきを早期に解消できるように改良した内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
第1の発明に係る内燃機関の制御装置は、アルコールと炭化水素系燃料が混合した燃料を使用可能な内燃機関に適用される。この内燃機関は、直列に配置された複数の気筒を備え、かつ、第1燃料供給ラインを経由して供給される燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射弁と、第2燃料供給ラインを経由して供給される燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射弁とを、気筒毎に備える。第1及び第2燃料供給ラインは、各気筒の筒内噴射弁への燃料は、複数の気筒の一端に位置する第1気筒の筒内噴射弁から、他端に位置する第2気筒の筒内噴射弁に向かう順に供給され、各気筒のポート噴射弁への燃料は、第2気筒のポート噴射弁から第1気筒のポート噴射弁に向かう順に供給されるように、配管されている。第1の発明の制御装置は、燃料タンクに蓄えられている燃料のアルコール濃度の変化を検知する手段と、アルコール濃度の変化が検知された場合、第1燃料供給ラインの容積と、第2燃料供給ラインの容積とに応じた噴射比率で、筒内噴射弁とポート噴射弁とに燃料を噴射させる制御手段とを備える。
第2の発明に係る内燃機関の制御装置は、アルコールと炭化水素系燃料が混合した燃料を使用可能な内燃機関に適用される。この内燃機関は、直列に配置された複数の気筒をそれぞれ備える複数の気筒群を備え、かつ、第1燃料供給ラインを経由して供給される燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射弁と、第2燃料供給ラインを経由して供給される燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射弁とを、気筒毎に備える。第1及び第2燃料供給ラインは、複数の気筒群のうち少なくとも1の気筒群において、各気筒の筒内噴射弁への燃料は、該気筒群の一端に位置する第1気筒の筒内噴射弁から他端に位置する第2気筒の筒内噴射弁に向かう順に供給され、各気筒のポート噴射弁への燃料は、該気筒群の第2気筒のポート噴射弁から第1気筒のポート噴射弁に向かう順に供給されるように、配管されている。第2の発明の制御装置は、燃料タンクに蓄えられている燃料のアルコール濃度の変化を検知する手段と、アルコール濃度の変化が検知された場合、第1燃料供給ラインの容積と、第2燃料供給ラインの容積とに応じた噴射比率で、筒内噴射弁とポート噴射弁とに燃料を噴射させる制御手段とを備える。
第3の発明は、第2の発明において、第1及び第2燃料供給ラインが、複数の気筒群それぞれにおいて、各気筒の筒内噴射弁への燃料は、各気筒群の一端に位置する第1気筒の筒内噴射弁から他端に位置する第2気筒の筒内噴射弁に向かう順に供給され、各気筒のポート噴射弁への燃料は各気筒群の第2気筒のポート噴射弁から第1気筒のポート噴射弁に向かって順に供給されるように、配管されている。
第4の発明は、第1から第3のいずれかの発明において、制御手段は、アルコール濃度の変化が検知された場合、第1燃料供給ラインの容積と、第2燃料供給ラインの容積と、アルコール濃度の変化が検知されてからの、筒内噴射弁から噴射された燃料の積算量と、ポート噴射弁から噴射された燃料の積算量と、に応じて、噴射比率を変化させる。
第5の発明は、第1から第4のいずれかの発明において、制御手段は、アルコール濃度の変化が検知された場合、第1燃料供給ラインの容積と筒内噴射弁から噴射された燃料の積算量とに応じて推定される、第1燃料供給ラインに残る給油前の燃料量の推定値と、第2燃料供給ラインの容積とポート噴射弁から噴射された燃料の積算量とに応じて推定される第2燃料供給ラインに残る給油前の燃料量の推定値と、に応じて、噴射比率を変化させる。
第1の発明によれば、各気筒の筒内噴射弁へ燃料供給の順序と、各気筒のポート噴射弁への燃料供給の順序とが逆になるように燃料供給ラインが配管されている。従って、濃度の異なる燃料が給油された場合に、燃料供給の順序の差によって生じる気筒間でのアルコール濃度のばらつきを抑制することができる。更に、第1の発明によれば、アルコール濃度の変化が検知された場合に、筒内噴射弁からの燃料の噴射量とポート噴射弁からの燃料の噴射量との比率が、第1燃料供給ラインの容積と第2燃料供給ラインの容積とに応じた比率とされる。これにより燃料の給油後、第1燃料供給ラインと第2燃料供給ラインに残る給油前の燃料を効率的に各気筒に噴射させることができる。従って、燃料給油後、給油された燃料のアルコール濃度に早期に安定させることができ、エミッションの低減及びドライバビリティの悪化の抑制を図ることができる。
第2の発明によれば、内燃機関が複数の気筒群を有する場合にも少なくとも1の気筒群において、各気筒の筒内噴射弁へ燃料供給の順序と、各気筒のポート噴射弁への燃料供給の順序とが逆になるように燃料供給ラインが配管されている。従って、濃度の異なる燃料が給油された場合に、燃料供給の順序の差によって生じる気筒間でのアルコール濃度のばらつきを抑制することができる。更に、第2の発明においても、アルコール濃度の変化が検知された場合に、筒内噴射弁からの燃料の噴射量とポート噴射弁からの燃料の噴射量との比率が、第1燃料供給ラインの容積と第2燃料供給ラインの容積とに応じた比率とされる。これにより燃料の給油後、第1燃料供給ラインと第2燃料供給ラインに残る給油前の燃料を効率的に各気筒に噴射させることができる。従って、燃料給油後、給油された燃料のアルコール濃度に早期に安定させることができ、エミッションの低減及びドライバビリティの悪化の抑制を図ることができる。
本発明の実施の形態1におけるシステムの全体構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態1において実行される噴射比率制御のルーチンを示すフローチャートである。 図2に示すルーチンに従い噴射比率を変更した場合の各気筒のアルコール濃度の変化を説明するための図である。 本発明の実施の形態2におけるシステムの燃料供給ラインの構成を説明するための図である。 図4に示す構成における燃料供給ラインの配管の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態3において実行される噴射比率制御のルーチンを示すフローチャートである。
本発明の実施の形態について図を参照して説明する。各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
実施の形態1.
図1は、本実施の形態1において本発明に係る制御装置が適用される内燃機関の構成を示す図である。本実施の形態に係る内燃機関2は、直列型内燃機関であり、また、アルコール(ここではエタノール)と炭化水素系燃料(ここではガソリン)とが混合した燃料を使用可能なFFV用内燃機関であり、さらに、筒内噴射弁とポート噴射弁を気筒毎に備えるデュアル噴射型内燃機関でもある。
内燃機関2は筒内噴射弁用デリバリパイプ10と、ポート噴射弁用デリバリパイプ12とを備えている。筒内噴射弁用デリバリパイプ10の一端(♯1気筒側)には、第1燃料パイプ14が接続されていている。ポート噴射弁用デリバリパイプ12の一端(♯4気筒側)には、第2燃料パイプ16が接続されている。第1燃料パイプ14と、第2燃料パイプ16とは、その上流側の端部で1本の燃料パイプ18に合流する。燃料パイプ18には燃料タンク20から燃料を圧送するための燃料ポンプが接続されている。また、燃料パイプ18にはエタノール濃度センサ22が設置されている。エタノール濃度センサ22は、燃料中のエタノール濃度に応じた出力を発するセンサである。
上記のように各パイプが配管されることにより、燃料タンク20から燃料ポンプによって圧送される燃料の一部は、燃料パイプ18及び第1燃料パイプ14を経由して筒内噴射弁用デリバリパイプ10に供給され、筒内噴射弁から各気筒内に噴射される。燃料パイプ18、第1燃料パイプ14、及び、筒内噴射弁用デリバリパイプ10は、各気筒の筒内噴射弁に対して燃料を順番に分配する燃料供給ライン(第1燃料供給ライン)を構成している。
また、燃料タンク20から燃料ポンプによって圧送される燃料の一部は、燃料パイプ18及び第2燃料パイプ16を経由して、ポート噴射弁用デリバリパイプ12に供給され、ポート噴射弁から各気筒の吸気ポートに噴射される。燃料パイプ18、第2燃料パイプ16及びポート噴射弁用デリバリパイプ12は、各気筒のポート噴射弁に対して燃料を順番に分配する燃料供給ライン(第2燃料供給ライン)を構成している。
ところで、本実施の形態1の構成では、全気筒における、筒内噴射弁に対する燃料供給の順序(以下、「第1順序」とも称する)は、燃料供給が早い順に、♯1気筒、♯2気筒、♯3気筒、♯4気筒となっている。一方、全気筒における、ポート噴射弁に対する燃料供給の順序(以下、「第2順序」とも称する)は、燃料供給が早い順に、♯4気筒、♯3気筒、♯2気筒、♯1気筒となっている。つまり、第1順序と第2順序とが逆になっており、筒内噴射弁への燃料は、全気筒の一端に位置する♯1気筒(第1気筒)から他端に位置する♯4気筒(第2気筒)に向かう順に供給され、ポート噴射弁への燃料は、逆に、♯4気筒から、♯1気筒に向かう順に供給されるように、各燃料供給ラインが構成されている。
ECU30は、内燃機関2の運転を制御する制御装置である。ECU30は、空燃比センサ8及びエタノール濃度センサ22を含む各種センサの信号を取り込み処理する。センサは内燃機関及び車両の各所に取り付けられている。例えば、クランク軸の近傍には図示しないクランク角センサが取り付けられ、吸気通路の入口には図示しないエアフローメータが取り付けられている。ECU30は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ECU30によって操作されるアクチュエータには、筒内噴射弁とポート噴射弁の他、スロットル弁や点火プラグなども含まれている。ECU30に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
本実施の形態1においてECU30により実行される内燃機関2の制御には、筒内噴射弁及びポート噴射弁を操作して行う燃料噴射制御が含まれる。燃料噴射制御では、空燃比センサ8の信号に基づく空燃比フィードバック制御によって燃料噴射量が計算される。本実施の形態で内燃機関2に用いられる燃料は、前述の通りエタノールとガソリンとが混合したエタノール混合ガソリンである。エタノール混合ガソリンは、燃料中のH/C組成比の違いからλ=1、すなわち、ストイキとなる空燃比がガソリンとは異なる。このため、空燃比センサの信号に基づいて空燃比がストイキになるようにフィードバック制御を行う場合、エタノール混合ガソリンでは100%のガソリンに比べて多くの燃料噴射量が必要になる。
ECU30には、予め、100%のガソリンにおける燃料噴射量に対しての燃料増量値とエタノール濃度とを定義するマップが記憶されている。ECU30は、空燃比フィードバック制御の過程において100%ガソリン使用時の燃料噴射量を計算し、記憶されたマップ等を参照してエタノール濃度に応じた燃料増量値を計算し、各気筒への燃料噴射量qを計算する。
ECU30による燃料噴射制御では、筒内直接噴射とポート噴射との噴射比率が制御される。ECU30は、通常は、内燃機関2の運転状態に応じて、具体的には、回転数、負荷、水温など内燃機関2の運転状態を示す各種の物理量の値に応じて噴射比率kを変更する。前記各種物理量と噴射比率kとの関係はマップにおいて定義されており、ECU30はそのマップを参照して噴射比率kを決定する。
ECU30は、噴射比率kと燃料噴射量qとから、筒内噴射弁からの燃料噴射量である筒内噴射量q1と、ポート噴射弁からの燃料噴射量であるポート噴射量q2とを、次式(1)、(2)に従って算出する。
筒内噴射量q1=k×燃料噴射量q ・・・・(1)
ポート噴射量q2=(1−k)×燃料噴射量q ・・・(2)
なお、上記式(1)、(2)において燃料噴射量qは、ある気筒に対し1回の燃焼に際して供給される総燃料量である。
更に、本実施の形態1における燃料噴射制御では、ECU30は、車両に対して給油が行われ、その結果、燃料タンク20内の燃料のエタノール濃度が変化したときには、噴射比率kを、通常時とは異なる噴射比率k0とする。ここで噴射比率k0は、第1燃料パイプ14の容積B1と、第2燃料パイプ16の容積B2との比率に応じた固定値とする。より具体的に、噴射比率k0は次式(3)により算出される値である。
噴射比率k0=容積B1/(容積B1+容積B2) ・・・・(3)
ECU30は、エタノール濃度の変化を検知した時から、燃料のエタノール濃度が給油後の燃料のエタノール濃度に安定するまでの間、噴射比率kを、k0の値に固定し、筒内噴射量q1、ポート噴射量q2のそれぞれを上記(1)、(2)式により設定する。
図2は、本実施の形態においてECU30により実行される噴射比率制御のルーチンを示すフローチャートである。図2のルーチンは内燃機関の運転中、一定時間ごとに繰り返し実行されるルーチンである。
最初のステップS2では、ECU30は、燃料タンク20内に異種燃料が給油されたかどうか判定する。ここでいう異種燃料とは、給油前の燃料タンク20内の燃料とはエタノール濃度の異なる燃料である。ステップS2における判定は、エタノール濃度センサ22の信号の変化に基づいて行われる。
給油が行われていない場合や、給油が行われた場合であって燃料タンク20内の燃料と同エタノール濃度の燃料が給油された場合には、エタノール濃度センサ22の信号の変化は検知されない。従って、ステップS2の判定結果は否定となる。その場合、ECU30による処理はステップS10に進み、ECU30は、筒内直接噴射(q1)とポート噴射(q2)との噴射比率を通常の噴射比率、すなわち、内燃機関2の運転状態に応じた噴射比率に設定する。
一方、給油によって異種燃料が燃料タンク20内に入ると、燃料タンク20内に蓄えられている燃料のエタノール濃度は変化する。ECU30はその変化をエタノール濃度センサ22の信号から検知し、異種燃料が給油されたと判断する。その場合、ECU30による処理はステップS4に進む。
ステップS4では、異種燃料の給油が開始されてからの燃料噴射量の積算が開始される。ここで積算される積算量Qは、筒内噴射弁とポート噴射弁とから噴射された総燃料の積算値である。次に、ステップS6では、ECU30は、燃料の噴射比率kをk0に設定する。噴射比率k0は、第1燃料パイプ14の容積B1と、第2燃料パイプ16の容積B2とに応じた上記式(3)に示す値であり、予めECU30に記憶されている。
ステップS8では、ECU30は、燃料噴射量の積算量Qが燃料供給ライン(10〜18)の総容積C以上となったか否かを判定する。ステップS8において、積算量Qが総容積C以上となったことが認められない場合、燃料噴射量の積算量Qが積算されている状態で、積算量Qが総容積C以上となったことが認められるまでの間、ECU30はステップS8の判定を繰り返し実行する。
ステップS8の処理の判定により、積算量Qが総容積C以上となったことが認められると、次に、ステップS10に進み、ECU30は、筒内直接噴射とポート噴射との噴射比率kを通常の噴射比率、すなわち、内燃機関2の運転状態に応じた噴射比率とするモードとなる。その後、今回の処理を終了する。
次に、燃料供給ラインを図1の構成とし、上記のように異種燃料給油時の噴射比率kをk0に設定することで得られる効果について、図3を用いて説明する。この図においてグラフの横軸は時間軸であり、縦軸はエタノール濃度の変化を示す軸である。また、図3において上段のグラフは筒内噴射弁から噴射される燃料のエタノール濃度、中段はポート噴射弁から噴射される燃料のエタノール濃度、下段は筒内噴射弁とポート噴射弁とから気筒内に噴射される燃料全体でのエタノール濃度を表している。
図3では、燃料の給油により、燃料のエタノール濃度がa[%]から、b[%]に変化した場合の例を示している。第1順序は、早い順に♯1、♯2、♯3、♯4となっている。従って、各気筒に筒内噴射される燃料のエタノール濃度は、♯1気筒から増加し始め、筒内噴射される燃料のエタノール濃度がb[%]に達するのが最後となるのは♯4気筒である。これに対し、第2順序は、早い順に♯4、♯3、♯2、♯1となっている。従って、各気筒にポート噴射される燃料のエタノール濃度は♯4気筒から増加し始め、ポート噴射される燃料のエタノール濃度がb[%]に達するのが最後となるのは、♯1気筒である。
このように第1順序と第2順序とは逆になるように配管されている。そして本実施の形態1では、給油によりエタノール濃度が変化した場合には、噴射比率k0で筒内噴射とポート噴射との両者が行われる。従って、図3の下段に示されているように、各筒内に噴射される燃料全体でみた場合、各気筒への燃料供給順序の差によって生じるエタノール濃度の濃度変化の遅れが緩和されて、気筒間に生じるエタノール濃度の差が低減されている。また、給油後の燃料のエタノール濃度に安定するまでの期間も短縮化されている。従って、給油による燃料噴射量や点火時期の制御精度の低下に伴うエミッションの増加やドライバビリティの悪化を抑えることができる。
以上、本発明の一つの実施の形態について説明した。ただし、本発明は上述の実施の形態1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。例えば、本実施の形態では、アルコール燃料としてエタノール、炭化水素系燃料としてガソリンが混合した燃料が用いられる場合について説明したが、これに限らず、他のアルコール燃料と炭化水素系燃料が混合した燃料が用いられるものであってもよい。また、上述の実施の形態では、エタノール濃度センサ22を燃料パイプ18に配置するとしているが、エタノール濃度センサは給油による燃料タンク20内の燃料のエタノール濃度の変化を、各燃料噴射弁用の燃料パイプ(14,16)に分岐する前に検知できる位置にあればよい。よって、エタノール濃度センサは燃料タンク20や給油口等に設けられていてもよい。これらは以下の実施の形態についても同様である。
また、例えば、本実施の形態1において直列型4気筒の内燃機関2の場合の構成について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、内燃機関は他の構成であってもよい。但し、少なくとも、各気筒の筒内噴射弁への燃料供給の順序である第1順序と、各気筒のポート噴射弁への燃料供給の順序である第2順序の順序とが異なるように、燃料パイプが配管されている必要がある。この構成により、燃料供給により生じ得る、気筒間のアルコール濃度のばらつきを、低減することができる。これは以下の実施の形態についても同様である。
また、例えば、本実施の形態1では、異種燃料の給油が検知された後、噴射された燃料の積算量Qが、燃料供給ラインの総容積C以上となるまでの間、噴射比率k0とする場合について説明した。しかし、本発明において噴射比率k0とする期間はこれに限るものではない。この期間は、異種燃料の給油されたことで、デリバリパイプ10、12に給油後の燃料と給油前の燃料とが混在した状態となっていることが予想される期間に設定されればよい。例えば、異種燃料が給油された後、積算量Qが、燃料パイプ18の容積Aを超えるまでは、各気筒に噴射されるアルコール濃度に変化が生じないと考えられる。従って、例えば、積算量Qが、燃料パイプの容積Aに達した時点で、通常の噴射比率とする制御から、噴射比率kをk0に固定する制御に切り替えることとしてもよい。また、例えば、デリバリパイプ10、12の下流、即ち燃料供給の順序の遅い側にセンサを設置するなどして、アルコール濃度を検出できる構成とし、燃料供給の順序が相対的に遅い側における燃料中のアルコール濃度が、給油後の燃料のアルコール濃度に達したことが検知されたときに、噴射比率をk0に固定する制御から、通常の噴射比率kとする制御に切り替えることとしてもよい。これらは以下の実施の形態についても同様である。
また、本実施の形態では、噴射比率k0を式(3)のように設定する場合について説明した。しかし、本発明における噴射比率は、これに限るものではなく、噴射比率k0を第1燃料供給ラインの容積と第2燃料供給ラインの容積とに応じて設定するものであればよい。つまり、噴射比率k0に、筒内噴射弁側への燃料供給ライン容積とポート噴射弁側への燃料供給ラインの容積との差異が反映されているものであればよい。従って、式(3)の容積B1,B2に替えて、例えば、容積B1に筒内噴射弁用デリバリパイプ10の容積を足した容積と、容積B2にポート噴射弁用デリバリパイプ12の容積を足した容積を代入するなどしてもよい。また、更に、これに、燃料パイプ18の容積又はその一部を足した容積を代入してもよい。これは以下の実施の形態についても同様である。
実施の形態2.
実施の形態2のシステムは、V型の内燃機関を有する点を除き、実施の形態1のシステムと同様である。図4は、本発明の実施の形態2のシステムの燃料ラインの配管の構成例を説明するための図である。図4に示す内燃機関42は、左右のバンク44L、44Rそれぞれに直列に配置された4つの気筒を備えるV型8気筒の内燃機関であり、また、FFV用内燃機関であり、さらに、筒内噴射弁とポート噴射弁を気筒毎に備えるデュアル噴射型内燃機関でもある。
内燃機関42は左バンク44Lと右バンク44Rのそれぞれに筒内噴射弁用デリバリパイプ50L,50Rを備えている。筒内噴射弁用デリバリパイプ50Lの♯7気筒側の端部と、筒内噴射弁用デリバリパイプ50Rは♯8気筒側の端部とは、連結パイプ52によって接続され、左バンク44Lの筒内噴射弁用デリバリパイプ50Lの♯1気筒側の端部が第1燃料パイプ14に接続されている。
また、内燃機関42は左バンク44Lと右バンク44Rのそれぞれにポート噴射弁用デリバリパイプ54L,54Rを備えている。ポート噴射弁用デリバリパイプ54Lの♯7気筒側の端部と、ポート噴射用デリバリパイプ54Rの♯8気筒側の端部とは、連結パイプ56によって接続され、右バンク44Rのポート噴射弁用デリバリパイプ54Rの♯2気筒側の端部が第2燃料パイプ16に接続されている。
図4においては図示を省略するが、図1の構成と同様に、第1燃料パイプ14と第2燃料パイプ16とは、上流側端部で集合し、燃料タンク20から延びる燃料パイプ18に接続している。
このように各パイプが配管されることにより、燃料タンク20から燃料ポンプによって圧送される燃料は、第1燃料パイプ14から左バンク44Lの筒内噴射弁用デリバリパイプ50Lに供給され、次に、連結パイプ52を経由して右バンク44Rの筒内噴射弁用デリバリパイプ50Rに供給される。即ち、第1順序は、早い順から左バンク44Lの♯1、♯3、♯5、♯7気筒、右バンク44Rの♯8、♯6、♯4、♯2気筒となるように構成されている。ここで燃料パイプ18、第1燃料パイプ14、筒内噴射弁用デリバリパイプ50L、連結パイプ52及び筒内噴射弁用デリバリパイプ50Rは、各気筒の筒内噴射弁に対して燃料を順番に分配する燃料供給ライン(第1燃料供給ライン)を構成している。
また燃料タンクから燃料ポンプによって圧送される燃料は、右バンク44Rのポート噴射弁用デリバリパイプ54Rに供給され、次に、連結パイプ56を経由して左バンク44Lのポート噴射弁用デリバリパイプ54Lに供給される。即ち、第2順序は、早い順に、右バンク44R側の♯2、♯4、♯6、♯8気筒、左バンク44L側の♯7、♯5、♯3、♯1気筒となるように構成されている。なお、燃料パイプ18、第2燃料パイプ16、ポート噴射弁用デリバリパイプ54R、連結パイプ56及びポート噴射弁用デリバリパイプ54Lは、各気筒のポート噴射弁に対して燃料を順番に分配する燃料供給ライン(第2の燃料供給ライン)を構成している。
以上の構成により、V型8気筒の内燃機関42において、各燃料供給ラインは、全気筒において、第1順序と第2順序とが逆になるように配管されている。即ち、左バンク44Lにおいて、筒内噴射弁への燃料は、左バンク44Lの一端に位置する♯1気筒(第1気筒)から他端に位置する♯7気筒(第2気筒)に向かって順に供給され、ポート噴射弁への燃料は、♯7気筒から♯1気筒に向かって順に供給されるように各燃料供給ラインが構成されている。また、右バンク44Rにおいて、筒内噴射弁への燃料は、右バンクの一端に位置する♯8気筒から他端に位置する♯2気筒に向かって順に供給され、ポート噴射弁への燃料は、♯2気筒から♯8気筒に向かって順に供給されるように各燃料供給ラインが構成されている。これにより実施の形態1の直列型の内燃機関2の場合と同様に、燃料給油時に生じ得る気筒間のアルコール濃度のばらつきを、低減することができる。
なお、本実施の形態2では、実施の形態1のシステムと構成の異なる部分を中心に説明した。上記以外の構成及びこの内燃機関42に適用されるECU30による制御については、実施の形態1と同一である。つまり、この内燃機関2に対しても、ECU30は、異種燃料の給油が検知された場合に、噴射比率kを、上記(3)式に従って設定される、筒内噴射弁への燃料パイプ14の容積B1と、ポート噴射弁への燃料パイプ18の容積B2との比に応じた噴射比率k0とする。
但し、上記式(3)の容積B1、B2を、実施の形態1と同様に、第1燃料パイプ14の容積B1、第2燃料パイプ16の容積B2としてもよい。また、例えば(3)式の容積B1、B2に替えて、容積B1に連結パイプ52の容積、容積B2に連結パイプ56をそれぞれ足した容積を代入してもよいし、これらに更に、筒内噴射弁用デリバリパイプ50L、50Rの容積、ポート噴射弁用デリバリパイプ54R、54Lの容積をそれぞれ加えた容積を代入してもよい。また、これらの容積それぞれに、燃料パイプ18の容積又はその容積の一部を加えた容積を代入してもよい。更に、ここに挙げたものに限られず、噴射比率k0の算出に用いる容積は、筒内噴射弁への給油ラインの容積と、ポート噴射弁への給油ラインの容積との差を反映できるよう設定されたものであればよい。このように各ラインの容積の差により噴射比率を設定することで、給油後のアルコールの濃度の気筒間のばらつきを小さくし、かつアルコール濃度のばらつきを早期に解消することができる。
また、本発明における内燃機関がV型の内燃機関である場合にも、その構成は、上記に説明した構成に限られるものではなく、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。但し、実施の形態1にも説明したように、少なくとも、第1順序と第2順序とが異なる気筒となるように、給油ラインが配管されている必要がある。
例えば、図4の内燃機関において、連結パイプ52、56が、筒内噴射弁用デリバリパイプ50L、50Rが連結パイプ52により連結される端部と、ポート噴射弁用デリバリパイプ54L,54Rが連結パイプ56による連結される端部とが、逆となるように配置され、かつ、燃料パイプ14、16が、互いに異なるバンク側であって、かつ、それぞれ連結パイプ52、54が連結されていない端部側に接続されるようにしたものであってもよい。
より詳しくは、内燃機関において、例えば、ポート噴射弁用デリバリパイプ54L,54Rの♯1気筒、♯2気筒側の端部を連結パイプ56により連結し、ポート噴射弁用デリバリパイプ54L、54Rが連結される側の端部を、筒内噴射弁用デリバリパイプ50L,50Rが連結されている側の端部とは逆側となるようにする。そして、第2燃料パイプ16は、ポート噴射用デリバリパイプ54Rの、連結パイプ56の接続部とは反対側の♯8気筒側の端部に接続する。
この構成により、第1順序は、早い順から左バンク44Lの♯1、♯3、♯5、♯7気筒、右バンク44Rの♯8、♯6、♯4、♯2気筒となり、第2順序は早い順に右バンク44Rの♯8、♯6、♯4、♯2気筒、左バンク44Lの♯1、♯3、♯5、♯7気筒となる。この構成の場合、各バンク44L、44R内それぞれで見ると、第1順序と第2順序とが同じになる。しかし、バンク44L、44R間で比較した場合には、筒内噴射弁への燃料供給の順序は左バンク44Lの順序が早く、ポート噴射弁への燃料供給の順序は右バンク44Rが早い。この構成によっても、給油後のアルコール濃度が安定するまでの間の気筒間のアルコール濃度のばらつきを小さくし、かつ、このばらつきの早期解消を図ることができる。
このように、本発明には、燃料供給ラインが、第1順序が最初の気筒が属するバンクと、第2順序が最初の気筒が属するバンクとが、異なるように配管されているものが含まれる。従って、例えば、図4の内燃機関において、例えば、筒内噴射弁用デリバリパイプ50L,50Rの♯1気筒、♯2気筒側の端部を連結パイプ52により連結し、筒内噴射弁用デリバリパイプ50L、50Rが連結される側の端部を、ポート噴射弁用デリバリパイプ54L,54Rが連結されている側の端部とは逆側となるようにして、第1燃料パイプ14は、ポート噴射用デリバリパイプ50Lの、連結パイプ56の接続部とは反対側の♯1気筒側の端部に接続したものであってもよい。
図5は、図4に示す構成における燃料供給ラインの配管の他の変形例を示す図である。図5に示す例では、筒内噴射弁への燃料供給ラインである第1燃料供給ラインは、図4と同一である。一方、ポート噴射弁用デリバリパイプ54L,54Rを連結する連結パイプ62は、筒内噴射弁用デリバリパイプ50L,50R用の連結パイプ52とは逆側に設置されている。また、第2燃料パイプ16は、連結パイプ62に接続している。
図5の例では、燃料は、第2燃料パイプ16から、連結パイプ62を経由して、ポート噴射弁用デリバリパイプ54L、54Rのそれぞれにほぼ同時に送られる。ポート噴射弁への燃料分配の順序(第2順序)は、早い方から順に、右バンク44R側では、♯2、♯4、♯6、♯8気筒となり、左バンク44L側では♯1、♯3、♯5、♯7気筒となるように構成されている。
この構成例では、少なくとも一方のバンクである右バンク44Rにおいて、第1順序と、第2順序とが異なり、第1順序と第2順序とが逆になるよう構成されている。これにより、給油後の気筒間のアルコール濃度のばらつきを小さくすることができる。
更に、本発明では、図5の構成例に限らず、例えば、図5の例において、第1燃料パイプ14を、連結パイプ52に接続するようにしてもよい。これにより第1順序は、左バンク44L側では、♯7、♯5、♯3、♯1、右バンク44R側では、♯8、♯6、♯4、♯2となる。これにより、各バンク44L、44R内での第1順序と第2順序とを逆にすることができる。つまり各バンク44Lにおいて、各気筒の筒内噴射弁への燃料は、一端に位置する♯7気筒(第1気筒)から他端に位置する♯1気筒(第2気筒)に向かって順に供給され、前記各気筒のポート噴射弁への燃料は、♯1気筒から♯7気筒に向かって順に供給される。また、各バンク44Rにおいて、各気筒の筒内噴射弁への燃料は、一端に位置する♯8気筒(第1気筒)から他端に位置する♯2気筒(第2気筒)に向かって順に供給され、ポート噴射弁への燃料は、♯2気筒から♯8気筒に向かって順に供給される。
実施の形態3.
実施の形態3のシステムは、図1のシステムと同様の構成を有している。実施の形態3のシステムは、異種燃料給油を検知した場合に噴射比率を設定する制御を行う点において実施の形態1のシステムと異なっている。図6は、本実施の形態においてECU30により実行される噴射比率制御のルーチンを示すフローチャートである。図6のルーチンは、図3のルーチンに替えて実行される。
図6のルーチンでは、ステップS2において異種燃料の給油が検知され、ステップS4において燃料噴射量の積算量Qの積算が開始された後、次に、ステップS30において、ECU30は現在の積算量Qが容積Aに達したか否かを判別する。容積Aは、燃料パイプ18内の容積であり、即ち、燃料の供給ラインが、筒内噴射弁側と、ポート噴射弁側とに分かれる直前までの容積である。
上述したように、燃料積算量Qが容積Aに達するまでの間は、給油された燃料が、筒内噴射弁にもポート噴射弁にも到達せず、給油前の燃料濃度が維持されていると考えられる。従って、この場合、ECU30による処理はステップS32に進み、ECU30は、筒内直接噴射(q1)とポート噴射(q2)との噴射比率を通常の噴射比率k、すなわち、内燃機関2の運転状態に応じた噴射比率に設定する。その後、再びステップS6に戻り、ECU30は、現在の燃料積算量Qが容積Aより大きくなったか否かを判定する。
ステップS30において、燃料積算量Qが容積Aより大きくなったと判定されると、次に、ECU30による処理はステップS34に進み、筒内噴射弁とポート噴射弁とのそれぞれからの燃料噴射量の積算量である第1積算量Q1、第2積算量Q2の積算を開始する。分岐上流側の燃料パイプ18内の容積A分の燃料が噴射された時点で、給油ラインの分岐点に新たに供給された燃料が到達したことが想定され、給油前の燃料は分岐点下流の給油ラインにのみ残る状態となっていると想定できる。従って、この状態から、筒内噴射弁から噴射された第1積算量Q1と、ポート噴射弁から噴射された第2積算量Q2とをカウントすることで、筒内噴射弁側、ポート噴射弁側のそれぞれの給油ラインに残る給油前の燃料量が予測される。
ステップS34において、第1、第2積算量Q1、Q2の積算が開始された後、ステップS36において、ECU30は、現在の第1積算量Q1が第1燃料パイプ14の容積B1以上であり、かつ、第2積算量Q2が第2燃料パイプ16の容積B2以上であるか否かを判別する。ステップS36において、第1積算量Q1≧容積B1かつ第2積算量Q2≧容積B2の成立が認められる場合には、第1燃料パイプ14、16にそれぞれ残っていた給油前の燃料がすべて噴射されたと想定できる。従って、この場合、ステップS10の処理に進み、ECU30は、噴射比率kを通常の噴射比率に設定するモードとなり、今回の処理を終了する。
一方、第1積算量Q1≧容積B1及び第2積算量Q2≧容積B2のいずれか一方でも成立が認められない場合には、第1燃料パイプ14及び16の少なくとも一方には、給油前の燃料が残っている状態であると予測される。この場合、ステップS38に進み、ECU30により、噴射比率k1が算出される。
より詳しくは、第1積算量Q1<容積B1かつ、第2積算量Q2<容積B2の関係が成立する領域では、噴射比率k1は次式(4)により算出される。
噴射比率k1=(B1−Q1)/{(B1−Q1)+(B2−Q2)} ・・(4)
また、第1積算量Q1<容積B1かつ、第2積算量Q2≧容積B2の関係が成立する領域ではk1=1に設定される。つまりこの場合には、第2燃料パイプ16内は給油後の燃料に切り替わり、第1燃料パイプ14にのみ給油前の燃料が残っている状態と想定される。従って、k1=1として筒内噴射弁のみから燃料噴射を行うことで筒内噴射弁側の給油ラインに残る燃料を積極的に各気筒に供給し、エタノール濃度の早期安定化を図る。
一方、第1積算量Q1≧容積B1かつ、第2積算量Q2<容積B2の場合には、噴射比率k1=0に設定される。この場合、第1燃料パイプ14内は給油後の燃料に切り替わり、第2燃料パイプ16にのみ給油前の燃料が残っている状態と想定される。従って、k1=0としてポート噴射弁のみから燃料噴射を行う状態にすることで、ポート噴射弁側の給油ラインに残る燃料を積極的に使用し、燃料のエタノール濃度の早期安定化を図る。
ステップS38において噴射比率k1が設定された後、再び、ステップS36に戻り、その段階での第1、第2積算量Q1、Q2に応じた判別処理が実行される。その後、ステップS36において、第1積算量Q1≧容積B1かつ、第2積算量Q2≧容積B2の関係の成立が認められるまでの間、ステップS38でのECU30の処理により、その段階での第1、第2積算量Q1、Q2に応じて噴射比率k1が算出され、更新される。一方、ステップS36において、第1積算量≧容積B1かつ、第2積算量≧容積B2の関係の成立が認められると、噴射比率kは通常の噴射比率に設定されるモードとされ、今回の処理は終了する。
以上説明したように、本実施の形態3によれば、燃料給油によりエタノール濃度に変化が生じた場合、給油後の燃料のエタノール濃度に切り替わるまでの間、噴射比率を各燃料パイプ14、16に残る給油前の燃料量に応じた噴射比率k1に設定することができる。これにより、給油後早期にアルコール濃度の安定化を図ることができる。
なお、本実施の形態3では、図1の構成を有するシステムを用いる場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、実施の形態3で説明した制御を、例えば、実施の形態1又は2で説明した他の構成の内燃機関に適用したものであってもよい。
また、本実施の形態3では、給油後からの燃料噴射量の積算量Qが燃料パイプ18の容積に達した時点で、第1、第2積算量Q1、Q2の積算を開始し、式(4)により噴射比率を設定する場合について説明した。これにより第1、第2燃料パイプ14、16それぞれに残る給油前の燃料量に応じた噴射比率k1を随時更新することができる。しかし、本発明における噴射比率の算出手法は、実施の形態3に説明した手法に限られものではない。本発明では、筒内噴射弁への給油ラインと、ポート噴射弁への給油ラインとのそれぞれに残る給油前の燃料量又はその推定量に応じて、噴射比率が設定されるものであればよい。このような噴射比率は、筒内噴射弁への給油ラインの容積、ポート噴射弁へ給油ラインの容積、エタノール濃度の変化が検知されてから筒内噴射弁から噴射された燃料の積算量、ポート噴射弁から噴射された燃料の積算量等に応じて、適宜設定することができる。
また、例えば、式(4)やステップS36の判定では、容積B1、B2を用いたが、第1燃料パイプ14の容積B1、第2燃料パイプ16の容積B2のみを用いるものに限られるものではない。例えば、内燃機関が直列型のものである場合、(4)式や、ステップS36の判定の容積B1、B2に替えて、容積B1、B2それぞれに、各デリバリパイプ10、12を足した容積を用いてもよいし、更にこれに、燃料パイプ18の容積又はその一部を足した容積を用いてもよい。また、内燃機関がV型のものに適用される場合、(4)式やS36の判定の容積B1、B2に替えて、容積B1に連結パイプ52の容積、容積B2に連結パイプ56の容積をそれぞれ足した容積を用いてもよいし、これらに更に、筒内噴射弁用デリバリパイプ50L、50Rの容積、ポート噴射弁用デリバリパイプ54R、54Lの容積や、燃料パイプ18の容積又はその一部を加えた容積を代入してもよい。これらは、実施の形態1、2に説明したのと同様である。
また、異種燃料の給油を検知した後、ステップS2、S30の処理を行わず、直ちに第1、第2積算量Q1、Q2の積算を開始してもよい。この場合、式(4)やステップS36の容積B1に替えて、容積B1に連結パイプ52の容積、燃料パイプ18の容積又はその容積の一部を加えた容積、あるいはこの容積に更に筒内噴射弁用デリバリパイプ50L、50Rの容積を加えたよう容積を代入し、容積B2に替えて、容積B2に連結パイプ56の容積と、燃料パイプ18の容積又はその容積の一部を加えた容積、あるいはこの容積に更にポート噴射弁用デリバリパイプ54L,54Rの容積を加えた容積を代入してもよい。
また、以上に挙げたものに限られず、噴射比率k1の算出に用いる容積は、筒内噴射弁への給油ラインの容積と、ポート噴射弁への給油ラインの容積との差を反映できるよう設定されたものであればよい。このように各ラインの容積を設定することで、給油後のアルコールの濃度の気筒間のばらつきを小さくし、かつアルコール濃度のばらつきを早期に解消することができる。
2、42 内燃機関
10、50L、50R 筒内噴射弁用デリバリパイプ
12、54L、54R ポート噴射弁用デリバリパイプ
14 第1燃料パイプ
16 第2燃料パイプ
18 燃料パイプ
20 燃料タンク
22 エタノール濃度センサ
44L 左バンク
44R 右バンク
52、56、62 連結パイプ

Claims (5)

  1. アルコールと炭化水素系燃料が混合した燃料を使用可能であり、
    直列に配置された複数の気筒と、
    前記複数の気筒のそれぞれに配置され、第1燃料供給ラインを経由して供給される燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射弁と、第2燃料供給ラインを経由して供給される燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射弁と、を備え、
    各気筒の筒内噴射弁への燃料は、前記複数の気筒の一端に位置する第1気筒の筒内噴射弁から、他端に位置する第2気筒の筒内噴射弁に向かう順に供給され、各気筒のポート噴射弁への燃料は、前記気筒群の前記第2気筒のポート噴射弁から前記第1気筒のポート噴射弁に向かう順に供給されるように、前記第1燃料供給ラインと前記第2燃料供給ラインとが配管されている、内燃機関に適用され、
    前記燃料タンクに蓄えられている燃料のアルコール濃度の変化を検知する手段と、
    アルコール濃度の変化が検知された場合、前記第1燃料供給ラインの容積と、前記第2燃料供給ラインの容積とに応じた噴射比率で、前記筒内噴射弁と前記ポート噴射弁とに燃料を噴射させる制御手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. アルコールと炭化水素系燃料が混合した燃料を使用可能であり、
    直列に配置された複数の気筒をそれぞれ備える複数の気筒群と、
    前記複数の気筒のそれぞれに配置され、第1燃料供給ラインを経由して供給される燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射弁と、第2燃料供給ラインを経由して供給される燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射弁と、を備え、
    前記複数の気筒群のうち少なくとも1の気筒群において、各気筒の筒内噴射弁への燃料は、該気筒群の一端に位置する第1気筒の筒内噴射弁から他端に位置する第2気筒の筒内噴射弁に向かう順に供給され、各気筒のポート噴射弁への燃料は、該気筒群の前記第2気筒のポート噴射弁から前記第1気筒のポート噴射弁に向かう順に供給されるように、前記第1燃料供給ラインと前記第2燃料供給ラインとが配管されている、内燃機関に適用され、
    前記燃料タンクに蓄えられている燃料のアルコール濃度の変化を検知する手段と、
    アルコール濃度の変化が検知された場合、前記第1燃料供給ラインの容積と、前記第2燃料供給ラインの容積とに応じた噴射比率で、前記筒内噴射弁と前記ポート噴射弁とに燃料を噴射させる制御手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 前記第1燃料供給ラインと前記第2燃料供給ラインとは、前記複数の気筒群それぞれにおいて、各気筒の筒内噴射弁への燃料は、各気筒群の一端に位置する第1気筒の筒内噴射弁から他端に位置する第2気筒の筒内噴射弁に向かう順に供給され、前記各気筒のポート噴射弁への燃料は、各気筒群の前記第2気筒のポート噴射弁から前記第1気筒のポート噴射弁に向かう順に供給されるように、配管されていることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記制御手段は、アルコール濃度の変化が検知された場合、前記第1燃料供給ラインの容積と、前記第2燃料供給ラインの容積と、前記アルコール濃度の変化が検知されてからの、前記筒内噴射弁から噴射された燃料の積算量と、前記ポート噴射弁から噴射された燃料の積算量と、に応じて、前記噴射比率を変化させることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記制御手段は、アルコール濃度の変化が検知された場合、前記第1燃料供給ラインの容積と前記筒内噴射弁から噴射された燃料の積算量とに応じて推定される、前記第1燃料供給ラインに残る給油前の燃料量の推定値と、前記第2燃料供給ラインの容積と前記ポート噴射弁から噴射された燃料の積算量とに応じて推定される前記第2燃料供給ラインに残る給油前の燃料量の推定値と、に応じて、前記噴射比率を変化させることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016223438A (ja) * 2015-05-27 2016-12-28 トヨタ自動車株式会社 エンジンの制御装置
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