JP2014145327A - エンジンの制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルコール含有燃料の使用が可能なエンジンにおいて、アルコール濃度の誤学習を回避しつつ学習機会の減少を抑制する。
【解決手段】ＰＣＭ５０は、燃焼室に燃料を直接噴射するインジェクタ１１から噴射される燃料のうち未燃のままオイルパンに落下してエンジンオイルに混入する未燃燃料量を算出し、前記未燃燃料のうち温度の上昇に伴いエンジンオイルから気化して吸気通路に還流される気化燃料量を算出し、前記未燃燃料量から前記気化燃料量を減算することによりオイルパン内のエンジンオイルに残留する残留燃料量を算出し、前記残留燃料量が閾値残留量以下であることが確認された後、排気ガス中の酸素濃度に基いてインジェクタ１１から噴射される燃料のアルコール濃度を学習する。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの制御方法及び制御装置に関し、詳しくは、アルコールを含有する燃料の使用が可能なエンジンの制御方法及び制御装置に関する。

従来、石油消費の削減等のため、再生可能資源であるエタノール等のアルコールを含有する燃料の使用が可能なエンジンを搭載したフレックス燃料自動車（ＦＦＶ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｕｅｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）が知られている。アルコールは分子中に酸素を含んでいるため、理論空燃比を実現するための空気量がガソリンに比べて少なくなる。そのため、アルコール含有燃料の理論空燃比はガソリンに比べてリッチ側にある。また、アルコール含有燃料の理論空燃比はアルコール濃度に応じて変動する。そのため、ＦＦＶでは、どのようなアルコール濃度のアルコール含有燃料でも理論空燃比でエンジンを運転できるように、アルコール含有燃料のアルコール濃度を学習するアルコール濃度学習制御が実行される。

例えば、エタノール（より詳しくは水を５％含む含水エタノール）を１００％含有する燃料（Ｅ１００と称する）を使用するときは、エタノールを２２％及びガソリンを７８％含有する混合燃料（Ｅ２２と称する）を使用するときに比べて、理論空燃比がリッチ側に移動する（理論空燃比の値が小さくなる）。したがって、アルコール濃度学習制御で現在使用中の燃料の性状を把握し、その燃料性状に適した噴射タイミングや噴射量で燃料を噴射することにより、たとえ燃料タンク内の燃料のアルコール濃度が変動しても、常に理論空燃比でエンジンを運転し、排気ガスを三元触媒で良好に浄化することができる。

燃料のアルコール濃度は、燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度から分かる。前述のように、アルコール濃度が高いほど理論空燃比がリッチ側に移動するから、排気ガス中に燃え残りの酸素があるときは燃料のアルコール濃度が予想よりも高かったと判断でき、排気ガス中の酸素濃度に基いて燃料のアルコール濃度を学習することができる。

ここで、特許文献１には、次のような問題が開示されている。例えばエンジンの始動直後で冷間時は、燃料の気化が十分でないため未燃燃料が生じ、生じた未燃燃料がシリンダとピストンとの隙間からクランクケースに漏れ出してエンジンオイルに混入する。混入した未燃燃料は、エンジンの温度上昇に伴い気化してエンジンオイルから蒸発し、クランクケースから吸気通路に通じる還流通路を通ってブローバイガスと共に吸気通路に還流され、燃焼室に導入される。そのため、このような状態で排気ガス中の酸素濃度に基いて燃料のアルコール濃度を学習すると、クランクケースから還流されてきた未燃燃料の分、実際のアルコール濃度からずれた値を誤って学習するという問題がある。

そして、この誤学習の問題に対し、特許文献１には、吸気通路に吸入される吸気量に対するブローバイガスの量の割合が判定値以下であるときは、アルコール濃度学習に及ぼすブローバイガスの影響が小さいと判断して、アルコール濃度学習制御を実行することが開示されている。

特開２０１０−０２５０８５号公報（段落０００８、００３８）

しかし、特許文献１に開示の技術では、吸気量に対するブローバイガスの量の割合が判定値を超えるときは、アルコール濃度学習制御が禁止されるので、たとえ未燃燃料がエンジンオイルに混入していないときでも、アルコール濃度の学習が行われず、学習の機会が減少するという問題がある。

そこで、本発明は、アルコール含有燃料の使用が可能なエンジンにおいて、アルコール濃度学習制御の誤学習を回避しつつ、学習機会の減少を抑制できるエンジンの制御方法及び制御装置の提供を目的とする。

前記課題を解決するためのものとして、本発明は、アルコールを含有する燃料の使用が可能なエンジンの制御方法であって、燃焼室に燃料を直接噴射するインジェクタから噴射される燃料のうち未燃のままオイルパンに落下してエンジンオイルに混入する未燃燃料量を算出する未燃燃料量算出ステップと、前記未燃燃料のうち温度の上昇に伴いエンジンオイルから気化して吸気通路に還流される気化燃料量を算出する気化燃料量算出ステップと、前記未燃燃料量から前記気化燃料量を減算することによりオイルパン内のエンジンオイルに残留する残留燃料量を算出する残留燃料量算出ステップと、前記残留燃料量が所定の閾値残留量以下であることが確認された後、前記燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度に基いて前記インジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を学習するアルコール濃度学習ステップとを含むことを特徴とするエンジンの制御方法である（請求項１）。

この発明によれば、アルコール含有燃料の使用が可能なエンジンにおいて、オイルパンに落下してエンジンオイルに混入する未燃燃料量が算出されると共に、前記未燃燃料のうち温度上昇に伴いエンジンオイルから気化して（つまりエンジンオイルから抜けて）吸気通路に還流される気化燃料量が算出され、そして、前記未燃燃料量から前記気化燃料量が減算されることによりオイルパン内のエンジンオイルに残留する残留燃料量が算出され、そして、前記残留燃料量が閾値残留量以下であることが確認された後、排気ガス中の酸素濃度に基いて燃料のアルコール濃度が学習される。

そのため、燃料のアルコール濃度が学習されるときは、オイルパン内のエンジンオイルに未燃燃料がほとんど残留していないから、オイルパン内のエンジンオイルから未燃燃料が気化してブローバイガスと共に吸気通路に還流されるという現象がほとんどなくなり、インジェクタから噴射される燃料だけの実際のアルコール濃度が正しく学習される。

しかも、エンジンオイルに混入する未燃燃料量とエンジンオイルから抜ける気化燃料量とからエンジンオイルに残留する残留燃料量が算出され、この残留燃料量が閾値残留量を超えない限りアルコール濃度の学習が許可されるので、未燃燃料がエンジンオイルに残留していないのにアルコール濃度の学習が行われないという問題が回避され、アルコール濃度の学習機会が確保される。

以上により、本発明によれば、アルコール含有燃料の使用が可能なエンジンにおいて、燃料のアルコール濃度学習制御の誤学習を回避しつつ、学習機会の減少を抑制できるエンジンの制御方法が提供される。

本発明において、好ましくは、未燃燃料量算出ステップでは、式１：燃料増量分×水温感度［燃料増量分とは、（増量後の燃料噴射量−増量前の燃料噴射量）で求められる値、水温感度とは、エンジン水温に応じて予め定められた係数］を用いて未燃燃料量を算出する（請求項２）。

この構成によれば、増量前後の燃料噴射量から求められる燃料増量分と、エンジン水温に応じて予め定められた水温感度とから、未燃のままオイルパン内のエンジンオイルに混入する未燃燃料量が精度よく算出される。そのため、オイルパン内のエンジンオイルに残留する残留燃料量が精度よく算出され、ひいては、残留燃料量が閾値残留量以下か否かの判定が精度よく行われる。

本発明において、好ましくは、気化燃料量算出ステップでは、アルコールの蒸発速度が算出される式２：Ｍｋ_ｍＡ（Ｐ_ｖ−Ｐ_ｐ）／ＲＴを変形した式２’：ｋ_ｍ’（Ｐ_ｖ−Ｐ_ｐ）／Ｔ［Ｍはアルコールの分子量、ｋ_ｍは物質移動係数、Ａは蒸発面積、Ｐ_ｖはアルコールの蒸気圧、Ｐ_ｐはクランクケース内のアルコールの分圧、Ｒは気体定数、Ｔはエンジンオイルの温度、ｋ_ｍ’はアルコールだけでなくガソリンも含めた燃料全体の蒸発速度が算出されるように予め実験的に求められた較正値］を用いて気化燃料量を算出する（請求項３）。

この構成によれば、アルコールの蒸発速度が算出される式２を変形した式２’を用い、かつ、式２’における較正値ｋ_ｍ’がアルコールだけでなくガソリンも含めた燃料全体の蒸発速度が算出されるように予め実験的に求められたものなので、前記式２’からアルコールだけでなくガソリンも含めた燃料全体の蒸発速度が精度よく算出され、したがって、温度上昇に伴いオイルパン内のエンジンオイルから抜ける気化燃料量が精度よく算出される。そのため、オイルパン内のエンジンオイルに残留する残留燃料量が精度よく算出され、ひいては、残留燃料量が閾値残留量以下か否かの判定が精度よく行われる。

また、本発明は、アルコールを含有する燃料の使用が可能なエンジンの制御装置であって、燃焼室に燃料を直接噴射するインジェクタと、前記インジェクタから噴射される燃料のうち未燃のままオイルパンに落下してエンジンオイルに混入する未燃燃料量を算出する未燃燃料量算出手段と、前記未燃燃料のうち温度の上昇に伴いエンジンオイルから気化して吸気通路に還流される気化燃料量を算出する気化燃料量算出手段と、前記未燃燃料量算出手段で算出される未燃燃料量から前記気化燃料量算出手段で算出される気化燃料量を減算することによりオイルパン内のエンジンオイルに残留する残留燃料量を算出する残留燃料量算出手段と、前記残留燃料量算出手段で算出される残留燃料量が所定の閾値残留量以下であることが確認された後、前記燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度に基いて前記インジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を学習するアルコール濃度学習手段とを備えることを特徴とするエンジンの制御装置である（請求項４）。

この発明によれば、請求項１に記載の発明と同様、アルコール含有燃料の使用が可能なエンジンにおいて、燃料のアルコール濃度学習制御の誤学習を回避しつつ、学習機会の減少を抑制できるエンジンの制御装置が提供される。

本発明は、アルコール含有燃料の使用が可能なエンジンにおいて、燃料のアルコール濃度学習制御の誤学習を回避しつつ、学習機会の減少を抑制できるから、Ｅ１００やＥ２２等のアルコール含有燃料の使用が可能なエンジンを搭載したＦＦＶの技術の発展向上に寄与するものである。

本発明の実施形態に係るエンジンの全体構成図である。 前記エンジンの制御システム図である。 温度とエタノール蒸気圧との関係を示すグラフである。 前記エンジンのＰＣＭが行う残留燃料量算出制御のフローチャートである。 前記残留燃料量算出制御で用いるエタノールの分圧Ｐ_ｐのマップである。 前記残留燃料量算出制御で用いる較正値ｋ_ｍ’のマップである。 前記エンジンのＰＣＭが行うエタノール濃度学習制御のフローチャートである。

以下、図面に基いて本発明の実施形態を説明する。

（１）全体構成
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、複数の気筒２（図１には１つのみ図示）を有する火花点火式４サイクルエンジンであり、クランクシャフト３を回転自在に支持するシリンダブロック４と、シリンダブロック４の上方に配置されたシリンダヘッド５と、シリンダブロック４の下方に配置されたオイルパン６と、シリンダヘッド５の上方に配置されたヘッドカバー７とで、エンジン本体の外形が略形成されている。

各気筒２にコンロッド８を介してクランクシャフト３に連結されたピストン９が摺動自在に収容され、ピストン９の上方に燃焼室１０が形成されている。燃焼室１０に燃料を直接噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）１１がシリンダヘッド５に設けられ、燃焼室１０の天井壁部に点火プラグ１２と、吸気ポート１３を開閉するための吸気弁１４と、排気ポート１５を開閉するための排気弁１６とが設けられている。吸気弁１４及び排気弁１６はそれぞれ図略のカムシャフト及びＶＶＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ）機構を有する動弁機構１７，１８によってクランクシャフト３に連動して開閉駆動される。

吸気ポート１３に吸気通路２０が接続され、排気ポート１５に排気通路３０が接続されている。吸気通路２０に吸入空気量を調節するためのスロットル弁２１が備えられ、排気通路３０に排気ガスを浄化するための図略の三元触媒を収容する触媒装置３１が備えられている。

シリンダブロック４の下部及びオイルパン６の上部に亘る空間であるクランクケースとスロットル弁２１より吸気下流の吸気通路２０との間に、燃焼室１０からクランクケースに漏れ出した未燃の混合気（ブローバイガス）を吸気通路２０に還流させるためのＰＣＶ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｃｒａｎｋｃａｓｅ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）ホース２３が設けられている。ヘッドカバー７とスロットル弁２１より吸気上流の吸気通路２０との間に、通気のためのベンチレーションホース２４が設けられている。

本実施形態に係るエンジン１は、エタノールを含有する燃料を使用することが可能なエンジンである。すなわち、本実施形態に係る車両はＦＦＶ（フレックス燃料自動車）である。そのため、燃料タンク４０には、例えばＥ１００（水を５％含む含水エタノールを１００％含有する燃料）やＥ２２（エタノールを２２％及びガソリンを７８％含有する混合燃料）等のエタノール含有燃料が給油される。燃料タンク４０内のエタノール含有燃料は燃料供給管４１を介してインジェクタ１１に供給され、インジェクタ１１から燃焼室１０に直接噴射される。

本実施形態に係るエンジン１では、燃料が燃焼室１０に直接噴射されるので、インジェクタ１１に供給される燃料の圧力が、例えば３ＭＰａ程度と比較的高圧に設定されている。そのため、インジェクタ１１から噴射される燃料の微粒化が促進される。

本実施形態に係るエンジン１では、幾何学的圧縮比が、例えば１２〜１４程度と高圧縮比に設定されている。そのため、例えば燃料が圧縮行程で燃焼室１０に直接噴射された場合、噴射された燃料は点火プラグ１２の周りでリッチな混合気を生成し、燃料の微粒化と併せて混合気の着火が促進される。

（２）制御システム
図２に示すように、本実施形態に係るエンジン１はＰＣＭ（Ｐｏｗｅｒｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｅ Ｍｏｄｕｌｅ）５０を備える。ＰＣＭ５０は、周知の通り、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサであり、本発明の未燃燃料量算出手段、気化燃料量算出手段、残留燃料量算出手段、及びアルコール濃度学習手段に相当する。

ＰＣＭ５０は、吸気通路２０に備えられて吸入空気量を検出するためのエアフローセンサＳＷ１、エンジン回転数を検出するためのエンジン回転数センサＳＷ２、エンジン水温を検出するためのエンジン水温センサＳＷ３、排気通路３０に備えられて排気ガス中の酸素濃度を検出するためのリニア空燃比センサ（リニアＯ_２センサ）ＳＷ４、及び運転者のアクセル操作（アクセルペダルの踏込み）の有無及びアクセル操作量（アクセルペダルの踏込量）を検出するためのアクセルポジションセンサＳＷ５と相互に電気的に接続されている。

ＰＣＭ５０は、前記各種センサＳＷ１〜ＳＷ５から入力される種々の情報に基き、エンジン１の始動制御や通常運転制御を行う他、触媒装置３１の排気ガス浄化率の向上のため、エンジン１をどのようなエタノール濃度のエタノール含有燃料でも理論空燃比で運転できるように、エタノール含有燃料のエタノール濃度を学習するエタノール濃度学習制御を実行する。

ＰＣＭ５０は、エタノール濃度学習制御の実行のため、インジェクタ１１、点火プラグ１２、及びスロットル弁２１を駆動するためのスロットル弁アクチュエータ２２と相互に電気的に接続されており、これらの各種機器に制御信号を出力する。

（３）問題の所在
一般に、冷間時は、燃料の気化が不足するため、インジェクタ１１から噴射される燃料のうち燃焼せずに未燃のまま残る量が多くなる。残った未燃燃料は気筒２の側壁とピストン９の周面との隙間からクランクケースに漏れ出してオイルパン６に落下し、オイルパン６内のエンジンオイルに混入する。すなわち、オイルパン６内のエンジンオイルが未燃燃料で希釈された状態となる。

エンジンオイルに混入した未燃燃料は、エンジン１の暖機に伴いエンジンオイルの温度が上昇すると、クランクケース内でエンジンオイルから蒸発する。つまり気化してエンジンオイルから抜ける。気化した燃料は、ＰＣＶホース２３やベンチレーションホース２４を通って、ブローバイガスと共に吸気通路２０に還流され、吸気通路２０を吸気上流側から流れてきた吸気（新気）と一緒に燃焼室１０に導入される。

そのため、燃焼室１０には、インジェクタ１１から噴射される燃料の他に、クランクケースから還流されてきた燃料が混入する。このような状態で、リニア空燃比センサＳＷ４で検出される排気ガス中の酸素濃度に基いて、燃料のエタノール濃度学習制御を行うと、実際に使用している燃料（インジェクタ１１から噴射される燃料）と異なるエタノール濃度の燃料が使用されていると誤って認識され、実際に使用している燃料と異なるエタノール濃度の値が誤学習される。

その結果、エンジン１の燃焼安定性に影響が及ぶ他、エンジン１を理論空燃比で運転しようとしたときに、インジェクタ１１からの燃料噴射量が実際に理論空燃比を実現する燃料噴射量からずれて、触媒装置３１の排気ガス浄化率が低下する。

しかも、本実施形態では、燃料が燃焼室１０に直接噴射される直噴方式なので、噴射された燃料の一部が気筒２の側壁に付着する可能性が大きい。そのため、燃料が吸気ポート１３に噴射されるポート噴射方式に比べて、未燃燃料がオイルパン６に落ちてエンジンオイルに混入する量が多くなり、以上のような誤学習の問題が大きくなる。

また、図３のエタノール蒸気圧特性に示すように、エタノール（沸点７８℃）は温度の上昇に伴い蒸気圧が急激に増大する。つまり気化が急激に進んで蒸発量が急激に増加する。そのため、本実施形態で、エタノールの蒸気圧が急激に増大する時期（例えばエンジンオイルの温度が５０〜７８℃に上昇した時期）に、燃料のエタノール濃度学習制御を行うと、多量の気化したエタノールが吸気通路２０に還流され、燃焼室１０に導入されるので、やはり以上のような誤学習の問題が大きくなる。なお、ガソリンはエタノールに比べると温度上昇に伴う蒸発量の急激な増加は見られない。

（４）制御動作
以上のような誤学習の問題に対処するため、ＰＣＭ５０は、オイルパン６内のエンジンオイルに残留する残留燃料量を常に監視し、残留燃料量が零であることが確認された後に限り、リニア空燃比センサＳＷ４で検出される排気ガス中の酸素濃度に基くエタノール濃度学習制御を実行する。

まず、図４のフローチャートを参照して、ＰＣＭ５０が行う残留燃料量算出制御を説明する。

ステップＳ１で、ＰＣＭ５０は、冷間時にオイルパン６内のエンジンオイルに混入する未燃燃料量を算出する（未燃燃料量算出ステップ）。より詳しくは、ＰＣＭ５０は、前回、オイルパン６内のエンジンオイルに残留する残留燃料量が零になった後、例えば冷間始動時の始動性確保等のために燃料噴射量の増量を開始した時点から、現時点までに、オイルパン６に落ちてエンジンオイルに混入した未燃燃料の総量を算出する。

具体的に、ＰＣＭ５０は、下記式１を用いて、エンジンオイルに混入する未燃燃料量を算出する。

式１：燃料増量分×水温感度
式１において、「燃料増量分」とは、（増量後の燃料噴射量−増量前の燃料噴射量）で求められる値である。ここで、燃料噴射量とは、１気筒あたり、吸気、圧縮、膨張、排気の１サイクルの間に噴射される燃料の総量である。燃料が複数回に分割して噴射される場合は、各分割噴射の噴射量の総和となる。「水温感度」とは、エンジン水温センサＳＷ３で検出されるエンジン水温に応じて予め定められた係数であり、０以上１以下の値である。「燃料増量分」にこの「水温感度」を乗算することにより、エンジン水温に応じた値の未燃燃料量が精度よく算出される。つまり、例えば冷間始動時の始動性確保等のために増量した燃料増量分の何割かがオイルパン６に落ちてエンジンオイルに混入するものと考えられる。そのため、その何割であるかをエンジン水温に応じて「水温感度」で予め定めたものである。

ＰＣＭ５０は、噴射タイミング毎、すなわち、全気筒を通じて燃料が噴射される毎に、式１を用いて、エンジンオイルに混入する未燃燃料量を算出し、得られた値を積算していく。

ステップＳ２で、ＰＣＭ５０は、暖機時にオイルパン６内のエンジンオイルから気化する（抜ける）気化燃料量を算出する（気化燃料量算出ステップ）。より詳しくは、ＰＣＭ５０は、前回、オイルパン６内のエンジンオイルに残留する残留燃料量が零になった後、エンジンオイルに混入する未燃燃料量が増え始めた時点から、現時点までに、温度上昇に伴いエンジンオイルから抜けた気化燃料の総量を算出する。

具体的に、ＰＣＭ５０は、下記式２を変形した下記式２’を用いて、エンジンオイルから気化する気化燃料量を算出する。

式２：Ｍｋ_ｍＡ（Ｐ_ｖ−Ｐ_ｐ）／ＲＴ
式２’：ｋ_ｍ’（Ｐ_ｖ−Ｐ_ｐ）／Ｔ
式２及び式２’において、Ｍはアルコールの分子量、ｋ_ｍは例えばオイルパン６内のエンジンオイルの油面上の風速等の物質移動係数（ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）、Ａは蒸発面積（オイルパン６内のエンジンオイルと空気との接触面積）、Ｐ_ｖはエタノールの蒸気圧、Ｐ_ｐはクランクケース内のエタノールの分圧、Ｒは気体定数、Ｔはエンジンオイルの温度、ｋ_ｍ’は較正値である。

式２によりエタノールの蒸発速度（単位時間当たりの蒸発量）が算出される。つまり、式２により、エンジンオイルに混入した未燃燃料のうち、温度上昇に伴うエタノールの単位時間当たりの気化量が算出される。

式２’は、エタノールの蒸発速度だけでなく、ガソリンも含めた燃料全体の蒸発速度を算出するために変形したものである。つまり、式２’により、エンジンオイルに混入した未燃燃料全体の温度上昇に伴う単位時間当たりの気化量が算出される。そのため、式２’で得られた値に時間（より詳しくは、エンジンオイルに混入する未燃燃料量が増え始めた時点から現時点までの経過時間）を乗算することにより気化燃料量が算出される。

式２’において、エンジンオイルの温度Ｔは、センサで検出してもよく、また、クランクケース内の温度と仮定し、エンジン回転と負荷とから算出することもできる。

式２’において、エタノールの蒸気圧Ｐ_ｖは、図３に示したように、エンジンオイルの温度Ｔが分かれば決定される。

式２’において、クランクケース内のエタノールの分圧Ｐ_ｐは、実機を用い、エンジン回転と負荷とをパラメータとして、多数の値が予め実験的に求められ、図５に示すように、マップ化してＰＣＭ５０のメモリに格納されている。

式２’において、較正値ｋ_ｍ’は、式２におけるＴ、Ｐ_ｖ、Ｐ_ｐを除くＭ、ｋ_ｍ、Ａ、Ｒを１つにまとめたもの（Ｍｋ_ｍＡ／Ｒ）である。この較正値ｋ_ｍ’は、実機を用い、エンジン回転と負荷とをパラメータとして、エタノールだけでなくガソリンも含めた燃料全体の蒸発速度が精度よく算出されるように多数の値が予め実験的に求められ、図６に示すように、マップ化してＰＣＭ５０のメモリに格納されている。

すなわち、較正値ｋ_ｍ’は、エンジンオイルの温度Ｔを検出又は算出し、エンジンオイルの温度Ｔからエタノールの蒸気圧Ｐ_ｖを決定し、エンジン回転と負荷とを図５に示すマップに当てはめてクランクケース内のエタノールの分圧Ｐ_ｐを求め、エンジン回転と負荷とを図６に示すマップに当てはめて較正値ｋ_ｍ’を求め、これらの数値を式２’に代入すれば、エタノール含有燃料全体の蒸発速度が精度よく算出されるように、式２’を較正（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）するためのものである。

したがって、エタノールの蒸発速度が算出される式２を燃料全体の蒸発速度が算出されるように変形した式２’を用い、かつ、図５及び図６に示したエタノールの分圧Ｐ_ｐのマップ及び較正値ｋ_ｍ’のマップを用いることにより、前述したように、エンジンオイルに混入する未燃燃料量が増え始めた時点から現時点までにエンジンオイルから気化する気化燃料量が精度よく算出される。

例えば、図３のエタノール蒸気圧特性に示したように、エタノールの蒸気圧が急激に増大する時期は、式２’から、エンジンオイルから気化する気化燃料量が多量であると算出される。このような時期はエンジンオイルにまだ燃料が多量に残留していると判断できるから、エタノール濃度学習制御は行われない。

ステップＳ３で、ＰＣＭ５０は、現時点で、オイルパン６内のエンジンオイルに残留する残留燃料量を算出する（残留燃料量算出ステップ）。

具体的に、ＰＣＭ５０は、下記式３により、エンジンオイルに残留する残留燃料量を算出する。

式３：ステップＳ１で算出した未燃燃料量−ステップＳ２で算出した気化燃料量
すなわち、前記未燃燃料量から前記気化燃料量を減算することにより残留燃料量を算出する。

以上で残留燃料量算出制御が終了する。

次に、図７のフローチャートを参照して、ＰＣＭ５０が行うエタノール濃度学習制御を説明する。

ステップＳ１１で、ＰＣＭ５０は、前記ステップＳ３で算出した残留燃料量を読み込み、ステップＳ１２で、残留燃料量が零（零は閾値残留量）か否かを判定する。

ステップＳ１２で残留燃料量が零（すなわち閾値残留量以下）と判定されたときは、その後、ステップＳ１３で、ＰＣＭ５０は、エタノール含有燃料のエタノール濃度の学習を実行する（アルコール濃度学習ステップ）。具体的に、ＰＣＭ５０は、リニア空燃比センサＳＷ４から入力される情報に基き、排気ガス中の酸素濃度が高いほど燃料のエタノール濃度を高い値に学習する。

以上でエタノール濃度学習制御が終了する。

一方、ステップＳ１２で残留燃料量が零でないと判定されたときは、ＰＣＭ５０は、ステップＳ１１に戻る。

（５）作用等
以上のように、本実施形態では、エタノールを含有する燃料の使用が可能なエンジン１の制御装置において、次のような特徴的構成を採用した。

すなわち、燃焼室１０に燃料を直接噴射するインジェクタ１１とＰＣＭ５０とが備えられている。ＰＣＭ５０は、燃焼室１０から排出される排気ガス中の酸素濃度を検出するためのリニア空燃比センサＳＷ４から検出信号を入力し、インジェクタ１１に制御信号を出力する。

ＰＣＭ５０は、インジェクタ１１から噴射される燃料のうち未燃のままオイルパン６に落下してエンジンオイルに混入する未燃燃料量を算出し（ステップＳ１）、前記未燃燃料のうち温度の上昇に伴いエンジンオイルから気化して吸気通路２０に還流される気化燃料量を算出し（ステップＳ２）、前記未燃燃料量から前記気化燃料量を減算することによりオイルパン６内のエンジンオイルに残留する残留燃料量を算出する（ステップＳ３）。そして、ＰＣＭ５０は、前記残留燃料量が零であることが確認された後（ステップＳ１２でＹＥＳと判定された後）、リニア空燃比センサＳＷ４からの検出信号に基いてインジェクタ１１から噴射されるエタノール含有燃料のエタノール濃度を学習する（ステップＳ１３）。

この構成によれば、エタノール含有燃料の使用が可能なエンジン１において、燃料のエタノール濃度が学習されるときは、オイルパン６内のエンジンオイルに未燃燃料が残留していないから、オイルパン６内のエンジンオイルから未燃燃料が気化してブローバイガスと共に吸気通路２０に還流されるという現象がなくなり、インジェクタ１１から噴射される燃料だけの実際のエタノール濃度が正しく学習される。

しかも、エンジンオイルに混入する未燃燃料量とエンジンオイルから抜ける気化燃料量とからエンジンオイルに残留する残留燃料量が算出され、この残留燃料量が零を超えない限りエタノール濃度の学習が許可されるので、未燃燃料がエンジンオイルに残留していないのに（つまり零なのに）エタノール濃度の学習が行われないという問題が回避され、エタノール濃度の学習機会が確保される。

以上により、本実施形態によれば、エタノール含有燃料の使用が可能なエンジン１において、燃料のエタノール濃度学習制御の誤学習を回避しつつ、学習機会の減少を抑制できるエンジン１の制御方法及びエンジン１の制御装置が提供される。

特に、本実施形態では、残留燃料量が零のときに限り、エタノール濃度の学習が許可されるので、学習精度のより一層の向上が図られる。

また、本実施形態では、ＰＣＭ５０は、ステップＳ１で、前記式１を用いて、増量前後の燃料噴射量から求められる燃料増量分と、エンジン水温に応じて予め定められた水温感度とから、未燃燃料量を算出するので、未燃のままオイルパン６内のエンジンオイルに混入する未燃燃料量が精度よく算出される。そのため、ステップＳ３で、オイルパン６内のエンジンオイルに残留する残留燃料量が精度よく算出され、ひいては、ステップＳ１２で、残留燃料量が零か否かの判定が精度よく行われる。

また、本実施形態では、ＰＣＭ５０は、ステップＳ２で、エタノールの蒸発速度が算出される前記式２を変形した前記式２’を用いて、気化燃料量を算出する。その場合、式２’における較正値ｋ_ｍ’がエタノールだけでなくガソリンも含めた燃料全体の蒸発速度が算出されるように予め実験的に求められたものなので、前記式２’からエタノールだけでなくガソリンも含めた燃料全体の蒸発速度が精度よく算出され、したがって、温度上昇に伴いオイルパン６内のエンジンオイルから抜ける気化燃料量が精度よく算出される。そのため、ステップＳ３で、オイルパン６内のエンジンオイルに残留する残留燃料量が精度よく算出され、ひいては、ステップＳ１２で、残留燃料量が零か否かの判定が精度よく行われる。

本実施形態では、燃料が燃焼室１０に直接噴射される直噴方式なので、噴射された燃料の一部が気筒２の側壁に付着してエンジンオイルに混入する量が多くなり、エタノール濃度学習制御の誤学習の問題が大きくなる。そのため、エタノール濃度学習制御の誤学習が回避される効果は非常に大きいものである。

また、図３のエタノール蒸気圧特性に示したように、エタノールは温度の上昇に伴い蒸気圧が急激に増大するので、そのような時期にエタノール濃度学習制御を行うと誤学習の問題が大きくなる。そのため、エタノールの蒸気圧が急激に増大する時期にエタノール濃度学習制御が行われない効果は非常に大きなものである。

本実施形態の他の特徴的構成として、直噴方式と高圧縮比とを併用したことが挙げられる。すなわち、前述したように、本実施形態に係るエンジン１は、直噴方式なので燃圧が高燃圧に設定され、かつ、幾何学的圧縮比が高圧縮比に設定されている。これにより、燃料の微粒化が促進され、かつ、点火プラグ１２の周りでリッチな混合気が生成されるので、混合気の着火が促進される。そのため、アルコール濃度の高い燃料を使用しても、冷間始動時の始動性が確保される。よって、冷間始動時の始動性確保のために、アルコール濃度の低い燃料専用のサブ燃料タンク及びサブインジェクタを備える必要がなくなる。すなわち、アルコール濃度の低い燃料はアルコール濃度の高い燃料に比べてエンジンの始動性がよいので、始動時用にアルコール濃度の低い燃料専用の燃料タンクやインジェクタを備えなくても済み、コストや車両重量等の観点で有利となる。また、冷間始動時の始動性確保のための燃料噴射量の増量が少なくて済むという利点もある。

なお、前記実施形態では、アルコール含有燃料として、エタノール含有燃料を使用したが、これに限らず、例えば、メタノール含有燃料、ブタノール含有燃料、プロパノール含有燃料等を使用してもよい。

また、ステップＳ１２でのエタノール濃度学習実行の可否判定のときに、閾値残留量を零とせずに、いくらか幅を持たせてもよい。その結果、エタノール濃度の学習機会がより多くなる。

１ エンジン
６ オイルパン
１０ 燃焼室
１１ インジェクタ
２０ 吸気通路
２３ ＰＣＶホース
５０ ＰＣＭ（未燃燃料量算出手段、気化燃料量算出手段、残留燃料量算出手段、アルコール濃度学習手段）
Ｓ１ 未燃燃料量算出ステップ
Ｓ２ 気化燃料量算出ステップ
Ｓ３ 残留燃料量算出ステップ
Ｓ１３ アルコール濃度学習ステップ
ＳＷ４ リニア空燃比センサ（リニアＯ_２センサ）

Claims (4)

1. アルコールを含有する燃料の使用が可能なエンジンの制御方法であって、
   燃焼室に燃料を直接噴射するインジェクタから噴射される燃料のうち未燃のままオイルパンに落下してエンジンオイルに混入する未燃燃料量を算出する未燃燃料量算出ステップと、
   前記未燃燃料のうち温度の上昇に伴いエンジンオイルから気化して吸気通路に還流される気化燃料量を算出する気化燃料量算出ステップと、
   前記未燃燃料量から前記気化燃料量を減算することによりオイルパン内のエンジンオイルに残留する残留燃料量を算出する残留燃料量算出ステップと、
   前記残留燃料量が所定の閾値残留量以下であることが確認された後、前記燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度に基いて前記インジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を学習するアルコール濃度学習ステップとを含むことを特徴とするエンジンの制御方法。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御方法において、
   未燃燃料量算出ステップでは、
   式１：燃料増量分×水温感度
   ［燃料増量分とは、（増量後の燃料噴射量−増量前の燃料噴射量）で求められる値、水温感度とは、エンジン水温に応じて予め定められた係数］
   を用いて未燃燃料量を算出することを特徴とするエンジンの制御方法。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの制御方法において、
   気化燃料量算出ステップでは、
   アルコールの蒸発速度が算出される式２：Ｍｋ_ｍＡ（Ｐ_ｖ−Ｐ_ｐ）／ＲＴ
   を変形した式２’：ｋ_ｍ’（Ｐ_ｖ−Ｐ_ｐ）／Ｔ
   ［Ｍはアルコールの分子量、ｋ_ｍは物質移動係数、Ａは蒸発面積、Ｐ_ｖはアルコールの蒸気圧、Ｐ_ｐはクランクケース内のアルコールの分圧、Ｒは気体定数、Ｔはエンジンオイルの温度、ｋ_ｍ’はアルコールだけでなくガソリンも含めた燃料全体の蒸発速度が算出されるように予め実験的に求められた較正値］
   を用いて気化燃料量を算出することを特徴とするエンジンの制御方法。
4. アルコールを含有する燃料の使用が可能なエンジンの制御装置であって、
   燃焼室に燃料を直接噴射するインジェクタと、
   前記インジェクタから噴射される燃料のうち未燃のままオイルパンに落下してエンジンオイルに混入する未燃燃料量を算出する未燃燃料量算出手段と、
   前記未燃燃料のうち温度の上昇に伴いエンジンオイルから気化して吸気通路に還流される気化燃料量を算出する気化燃料量算出手段と、
   前記未燃燃料量算出手段で算出される未燃燃料量から前記気化燃料量算出手段で算出される気化燃料量を減算することによりオイルパン内のエンジンオイルに残留する残留燃料量を算出する残留燃料量算出手段と、
   前記残留燃料量算出手段で算出される残留燃料量が所定の閾値残留量以下であることが確認された後、前記燃焼室から排出される排気ガス中の酸素濃度に基いて前記インジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を学習するアルコール濃度学習手段とを備えることを特徴とするエンジンの制御装置。

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