JP2014231799A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルコール混合燃料によって駆動される内燃機関において、短い機関始動時間を達成する燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】燃料噴射弁から噴射される始動時噴射量Ｑｓを制御する制御部を具備し、該制御部は、アルコール混合燃料のアルコール濃度が所定濃度よりも高い場合、クランキング開始後、初爆発生までの燃料噴射において、燃料噴射１回当たりに前記燃料噴射弁から噴射されるアルコール混合燃料の量を、空燃比を可燃空燃比とする量よりも少ない量に制御する噴射量制御を実施する。これにより、初爆後に筒内空燃比が過剰にリッチになることが抑制されるので、短い機関始動時間が達成される。【選択図】図１２

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

内燃機関の燃料供給制御装置が特許文献１に記載されている。この内燃機関では、アルコール混合燃料（以下、単に「混合燃料」）が使用される。このように混合燃料が使用される場合（以下「混合燃料使用時」）において、ガソリンのみが使用される場合（以下「ガソリン使用時」）の燃料噴射量と同じ量の燃料を機関始動時に噴射すると、ガソリン使用時に比べて、機関始動性が低下してしまう。そこで、特許文献１に記載の装置では、機関始動時において、混合燃料中のアルコール濃度と機関温度とに基づいて、アルコール濃度が高いほど燃料噴射量を増量し、また、機関温度が低いほど燃料噴射量を増量するようにしている。

特開昭６２−１７８７３５号公報

ところで、混合燃料使用時において、クランキング開始後の１サイクル目において初爆を発生させようとすると、燃料噴射量をガソリン使用時の燃料噴射量よりも多くする必要がある。しかしながら、この場合において機関温度が低いと、燃料の一部が気化せず、これら気化しなかった燃料が燃焼せずに筒内に残留することがある。そして、この場合、１サイクル目において燃焼せずに筒内に残留した燃料の一部が２サイクル目まで筒内に残留することがある。こうした状況下において、２サイクル目においても、ガソリン使用時の燃料噴射量よりも多い量の燃料が噴射されると、筒内に多量の燃料が存在することになる。ここで、機関温度が１サイクル目の燃焼によって上昇しているため、多量の燃料が気化し、その結果、筒内空燃比が過剰にリッチになる。このため、２サイクル目の燃焼性が低下し、その結果、機関回転数が上昇しなくなってしまう。そして、こうした燃焼性の低下は、１サイクル目以降、数サイクルに亘って続くことがあり、この場合、機関始動時間が長くなってしまう。

こうした事情に鑑み、本発明の目的は、アルコール混合燃料によって駆動される内燃機関において、短い機関始動時間を達成することにある。

本発明は、アルコール混合燃料によって駆動される内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。本発明の燃料噴射制御装置は、燃料噴射弁から噴射される燃料の量を制御する制御部を具備し、該制御部は、アルコール混合燃料のアルコール濃度が所定濃度よりも高い場合、クランキング開始後、初爆発生までの燃料噴射において、燃料噴射１回当たりに前記燃料噴射弁から噴射されるアルコール混合燃料の量を、空燃比を可燃空燃比とする量よりも少ない量に制御する噴射量制御を実施する。これによれば、初爆後に筒内空燃比が過剰にリッチになることが抑制されるので、短い機関始動時間を達成することができる。

なお、前記制御部は、機関温度が高いほど前記所定濃度を高い濃度に設定するようにしてもよい。これによれば、より短い機関始動時間を達成することができる。すなわち、機関温度が高いときには、アルコール混合燃料中のアルコール成分が蒸発しやすい。したがって、機関温度が高いほど所定濃度を高く設定しても、初爆後に筒内空燃比が過剰にリッチになることが抑制される。しかも、機関温度が高いほど所定濃度を高くすれば、前記噴射量制御の実施領域が小さくなる。このため、より短い機関始動時間を達成することができる。

また、前記制御部は、前記アルコール濃度が高いほど前記始動時噴射量を増量するようにしてもよく、この場合、該始動時噴射量の増量分は、該アルコール濃度が０％であるときに得られる発熱量に対して、前記アルコール混合燃料の蒸発量不足に起因する発熱量の不足分と、該アルコール混合燃料中のアルコール成分の気化により奪われる熱量分とを補う量である。

これによれば、より確実に、短い機関始動時間を達成することができる。すなわち、機関始動を完了させるためには、機関回転数を上昇させる必要がある。そして、このためには、機関回転数を上昇させるのに十分な発熱量を確保する必要がある。したがって、アルコール混合燃料が使用された場合において、アルコール混合燃料の蒸発量不足に起因する分と、アルコール混合燃料中のアルコール成分の気化により奪われる分とを補える分だけ、始動時噴射量が増量されれば、より確実に、機関回転数を上昇させることができる。また、前記アルコール混合燃料の発熱量の不足分は、アルコール混合燃料の蒸発量不足に起因する分と、アルコール混合燃料中のアルコール成分の気化により奪われる分とに分けて考えられるので、より精密に前記増量分を求めることができ、その結果、より確実に、短い機関始動時間を達成することができる。

また、前記制御部は、アルコール混合燃料のアルコール濃度が前記所定濃度よりも高く、且つ、機関温度が所定温度よりも低い場合にのみ、前記噴射量制御を実施するようにしてもよい。これによれば、より確実に、短い機関始動時間を達成することができる。すなわち、機関温度が低い場合、アルコール混合燃料中のアルコール成分が蒸発しづらい。このため、短い機関始動時間を達成するためには、機関温度が低い間、前記噴射量制御を実施すべきである。したがって、機関温度が所定温度よりも低い間、前記噴射量制御が実施されれば、より確実に、短い機関始動時間を達成することができる。

また、前記制御部は、前記噴射量制御において、燃料噴射１回当たりに前記燃料噴射弁から噴射されるアルコール混合燃料の量を、空燃比を可燃空燃比とする量よりも少ない範囲内で徐々に多くするようにしてもよい。

これによれば、より確実に、短い機関始動時間を達成することができる。すなわち、クランキング開始直後はアルコール混合燃料の気化量が少ないが、機関温度の上昇とともに徐々に気化量が多くなる。つまり、気化せずに次サイクルに持ち越されるアルコール混合燃料の量が徐々に少なくなり、筒内空燃比が過剰にリッチになりづらくなる。したがって、燃料噴射１回当たりに燃料噴射弁から噴射されるアルコール混合燃料の量を、空燃比を可燃空燃比とする量よりも少ない範囲で徐々に多くすれば、より確実に短い機関始動時間を達成することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の概略図である。 図２は、増量補正係数を算出するマップの一例を示している。 図３は、減量補正係数を算出するマップの一例を示している。 図４は、始動時水温が閾値水温よりも低いときのアルコール濃度と始動時噴射量との関係を示している。 図５は、始動時水温が閾値水温よりも高いときのアルコール濃度と始動時噴射量との関係を示している。 図６は、機関温度と蒸発率との関係を示している。 図７は、始動時水温とエタノール濃度７５％の混合燃料の蒸発燃料比率との関係を示している。 図８は、始動時の１サイクル目から２サイクル目に持ち越される燃料に関して説明するための図である。 図９は、始動時水温が−２５℃であるときの混合燃料使用時の始動期間中の機関回転数の時間変化を示している。 図１０は、従来ガソリン制御、従来混合燃料制御、および、第１実施形態の制御によるクランキング期間、始動燃焼期間、および、暖機運転期間中の筒内温度、燃料噴射量、筒内空燃比および機関回転数の推移を示している。 図１１は、第１実施形態の始動開始フローを示している。 図１２は、第１実施形態の燃料噴射制御フローを示している。 図１３は、第１実施形態の始動完了判定フローを示している。 図１４（Ａ）は第１実施形態の制御による燃料噴射量の推移を示し、図１４（Ｂ）は第２実施形態の制御による燃料噴射量の推移を示し、図１４（Ｃ）は第３実施形態の制御による燃料噴射量の推移を示している。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、以下で説明する内燃機関は、４サイクル・火花点火式・多気筒（直列４気筒）機関である。但し、本発明は、他の形式の機関にも適用することができる。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態の燃料噴射制御装置が適用された内燃機関１０を示している。内燃機関（以下、単に「機関」）１０は、機関本体部２０と、吸気系統３０と、排気系統４０と、を具備する。

機関本体部２０は、シリンダブロック部及びシリンダヘッド部を含む。機関本体部２０は、複数の気筒（燃焼室）２１を備える。各気筒は、吸気ポート（図示せず）及び排気ポート（図示せず）と連通している。吸気ポートと燃焼室２１との連通部は、吸気弁（図示せず）により開閉される。排気ポートと燃焼室２１との連通部は、排気弁（図示せず）により開閉される。各気筒２１には、点火プラグ（図示せず）が配設されている。

吸気系統３０は、インテークマニホールド３１、吸気管３２、複数の燃料噴射弁（燃料噴射部）３３、及び、スロットル弁３４を備えている。インテークマニホールド３１は、複数の枝部３１ａとサージタンク３１ｂとを備える。各枝部３１ａの一端は、それぞれ対応する吸気ポートに接続されている。各枝部３１ａの他端は、サージタンク３１ｂに接続されている。吸気管３２の一端は、サージタンク３１ｂに接続されている。吸気管３２の他端には、エアフィルタ（図示せず）が配設されている。吸気ポート、インテークマニホールド３１及び吸気管３２は、吸気通路を構成している。

燃料噴射弁３３は、各吸気ポートに設けられている。すなわち、燃料噴射弁３３は、各気筒２１に対応して一つずつ配設されている。スロットル弁３４は、吸気管３２内に回動可能に配設されている。スロットル弁３４は、吸気通路の開口断面積を可変とするようになっている。スロットル弁３４は、スロットル弁アクチュエータ（図示せず）により吸気管３２内で回転駆動される。

排気系統４０は、エキゾーストマニホールド４１、排気管４２、及び、触媒４３を備える。エキゾーストマニホールド４１は、複数の枝部４１ａと集合部４１ｂとを備える。各枝部４１ａの一端は、それぞれ対応する排気ポートに接続されている。各枝部４１ａの他端は、集合部４１ｂに集合している。集合部４１ｂは、複数（第１実施形態では、４つ）の気筒から排出された排ガスが集合する部分である。以下、集合部４１ｂは、排気集合部ＨＫとも称呼される。排気管４２は、集合部４１ｂに接続されている。排気ポート、エキゾーストマニホールド４１及び排気管４２は、排気通路を構成している。触媒４３は、排気管４２に配設されている。触媒４３は、そこに流入する排ガス中の特定成分を浄化する。

機関１０は、熱線式エアフローメータ５１、スロットルポジションセンサ５２、水温センサ５３、クランクポジションセンサ５４、インテークカムポジションセンサ５５、アクセル開度センサ５８、及び、アルコール濃度センサ５９を備える。

エアフローメータ５１は、吸入空気量（すなわち、吸気管３２内を流れる吸入空気の質量流量）Ｇａに応じた信号を出力する。ここで、吸入空気量Ｇａは、単位時間当たりに機関１０に吸入される吸入空気量を表す。スロットルポジションセンサ５２は、スロットル弁開度（すなわち、スロットル弁３４の開度）ＴＡに応じた信号を出力する。水温センサ５３は、水温（すなわち、機関１０の冷却水の温度）ＴＨＷに応じた信号を出力する。水温ＴＨＷは、機関温度を代表するパラメータである。

クランクポジションセンサ５４は、クランク軸が１０°回転する毎に幅狭のパルスを有する信号を出力するとともに、クランク軸が３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力する。これら信号に基づいて、後述する電子制御装置７０によって機関回転数ＮＥが算出される。インテークカムポジションセンサ５５は、インテークカムシャフトが所定角度から９０度、次いで９０度、さらに１８０度回転する毎に一つのパルスを出力する。後述する電子制御装置７０は、クランクポジションセンサ５４及びインテークカムポジションセンサ５５からの信号に基づいて、基準気筒（たとえば、第１気筒）の圧縮上死点を基準とした絶対クランク角度ＣＡを取得する。この絶対クランク角度ＣＡは、基準気筒の圧縮上死点において「０°クランク角度」に設定され、クランク軸の回転角度に応じて７２０°クランク角度まで増大し、その時点にて再び０°クランク角度に設定される。

排ガスセンサ５６は、エキゾーストマニホールド４１の集合部４１ｂ（排気集合部ＨＫ）と触媒４３との間の位置において、「エキゾーストマニホールド４１及び排気管４２の何れか」に配設されている。排ガスセンサ５６は、排ガス中の酸素濃度を検出する起電力式の酸素濃度センサである。アクセル開度センサ５８は、運転者によって操作されるアクセルペダルＡＰの操作量Ａｃｃｐ（アクセルペダル操作量、アクセルペダルＡＰの開度）に応じた信号を出力する。アクセルペダル操作量Ａｃｃｐは、アクセルペダルＡＰの操作量が大きくなるとともに大きくなる。

アルコール濃度センサ５９は、複数の燃料噴射弁３３と燃料タンク（図示せず）とを接続する燃料供給管ＦＰに配設されている。アルコール濃度センサ５９は、燃料中のアルコール濃度（本実施形態では、エタノール濃度）に応じた信号Ｅを出力する。アルコール濃度センサ５９は、燃料の誘電率に基づいてアルコール濃度を検出する静電容量式のセンサであってもよいし、燃料の屈折率及び透過率等に基づいてアルコール濃度を検出する光学式のセンサであってもよい。

また、機関１０は、スタータ６１、及び、イグニッション・キー・スイッチ（ＩＧ−ＳＷ）６２を備える。スタータ６１は、機関１０を外部から駆動して自力回転の補助をするものである。

電子制御装置７０は、「ＣＰＵ、ＣＰＵが実行するプログラム、テーブル（マップ、関数）及び定数等を予め記憶したＲＯＭ、ＣＰＵが必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、並びに、ＡＤコンバータを含むインターフェース等」からなる周知のマイクロコンピュータである。上記センサは、電子制御装置７０に接続されている。また、電子制御装置７０は、点火プラグ、燃料噴射弁３３、及び、スロットル弁アクチュエータ５２に接続されている。

電子制御装置７０は、目標タイミングにおいて混合気が点火プラグによって着火されるように点火プラグを駆動する。また、電子制御装置は、目標タイミングにおいて目標量の燃料が燃料噴射弁３３から噴射されるように燃料噴射弁３３を駆動する。また、電子制御装置７０は、アクセルペダル操作量Ａｃｃｐが大きくなるほどスロットル弁開度ＴＡが大きくなるようにスロットル弁アクチュエータ５２を駆動する。また、電子制御装置７０は、イグニッション・キー・スイッチ６２からのスタータ動作要求信号を受信するとスタータ６１を駆動する。

燃料噴射制御装置８０は、燃料噴射弁３３及び電子制御装置７０を備える。電子制御装置７０は、ＣＰＵの内部に燃料噴射量制御部７１を備える。燃料噴射制御装置８０は、燃料噴射量制御部７１により決定された燃料噴射量に基づいて燃料噴射弁３３を制御する。

（始動期間中の燃料噴射制御）
次に、始動期間中の燃料噴射制御について説明する。なお、始動期間とは、機関１０のクランキング開始から始動完了までの期間である。具体的には、始動期間とは、クランキング開始から、機関回転数が始動完了回転数に到達するまでの期間、または、クランキング開始から、機関回転数が始動完了回転数に到達してから所定サイクルが経過するまでの期間である。また、以下の説明において、アルコール濃度は、混合燃料中のアルコール濃度を意味する。また、クランキング期間とは、クランキング開始から初爆発生までの期間である。

第１実施形態では、ガソリン使用時（すなわち、機関１０を駆動する燃料としてガソリンが使用される時）において所望の始動性の確保に必要な目標燃料噴射量が基準始動時噴射量Ｑｂとして電子制御装置７０に記憶されている。

また、混合燃料使用時（すなわち、機関１０を駆動する燃料として混合燃料が使用される時）においてガソリン使用時のクランキング期間と同等なクランキング期間を確保するために基準始動時噴射量Ｑｂを増量する係数が始動時水温とアルコール濃度とに応じて予め実験等によって求められ、これら求められた係数が図２に示されているように始動時水温とアルコール濃度との関数のマップの形で増量補正係数として電子制御装置７０に記憶されている。

また、混合燃料使用時において所望の始動性を確保するために上記増量補正係数を減少させる係数が始動時水温とアルコール濃度とに応じて予め実験等によって求められ、これら求められた係数が図３に示されているように始動時水温とアルコール濃度との関数のマップの形で減量補正係数として電子制御装置７０に記憶されている。

そして、始動期間中、始動時水温とアルコール濃度とに基づいて図２のマップから増量補正係数が算出されるとともに、始動時水温とアルコール濃度とに基づいて図３のマップから減量補正係数が算出される。そして、減量補正係数を増量補正係数に乗算することによって得られる値が基準始動時噴射量Ｑｂに乗算される。これにより、混合燃料使用時の始動時噴射量（すなわち、始動期間中の目標燃料噴射量）が算出される。そして、斯くして算出される始動時噴射量の燃料が所定のタイミングにて噴射されるように燃料噴射弁３３が作動せしめられる。

（増量補正係数）
なお、増量補正係数は、始動時水温が高いほど小さい値となる傾向にある。また、増量補正係数は、アルコール濃度が０％であるときに「１」であり、アルコール濃度が０％よりも高いときに「１」よりも大きい値であり、アルコール濃度が高いほど大きい値となる。

（減量補正係数）
また、減量補正係数は、始動時水温が閾値水温ＴＨＷｔｈ以下であり且つアルコール濃度が閾値濃度以下であるときに「１」であり、始動時水温が前記閾値水温ＴＨＷｔｈ以下であり且つアルコール濃度が前記閾値濃度よりも高いときには「０」よりも大きく且つ「１」よりも小さい値であり、始動時水温が前記閾値水温ＴＨＷｔｈ以下の一定温度である条件下においてアルコール濃度が高くなるほど小さい値となる。より具体的には、減量補正係数は、始動時水温が閾値水温以下であり且つアルコール濃度が閾値濃度以下であるときに、クランキング開始後の最初の燃料噴射において、筒内空燃比が可燃範囲内の空燃比（すなわち、筒内に蒸発した燃料が燃焼する範囲の空燃比であり、以下「可燃空燃比」）よりもリーンな空燃比になる程度の始動時噴射量が算出される値になっている。

なお、減量補正係数は、始動時水温が前記閾値水温ＴＨＷｔｈよりも高いときには「１」である。また、前記閾値濃度は、始動時水温に応じて定まる濃度であり、図３において始動時水温に応じて実線Ｌ１で示されているライン上で変化する濃度であり、より具体的には、始動時水温が低いほど低い濃度となる。

（アルコール濃度と始動時噴射量との関係１）
第１実施形態によれば、混合燃料使用時において始動時水温が前記閾値水温ＴＨＷｔｈよりも高いときには、始動期間中におけるアルコール濃度と始動時噴射量との関係は、図４に示されている関係となる。

すなわち、アルコール濃度が０％であるときには、混合燃料はガソリンのみの燃料であるので、始動時噴射量は、ガソリン使用時の始動時噴射量と同じ量（すなわち、基準始動時噴射量）Ｑｂである。そして、アルコール濃度が０％から或る濃度（以下「第１濃度」）Ｃ１までの範囲内の濃度であるときには、始動時噴射量は、アルコール濃度の上昇に伴って基準始動時噴射量Ｑｂから或る量（以下「第１始動時噴射量」）Ｑ１まで一次関数的に増大する。そして、アルコール濃度が第１濃度Ｃ１よりも高いときには、始動時噴射量は、アルコール濃度の上昇に伴って第１始動時噴射量Ｑ１から二次関数的に増大する。

したがって、言い方を変えれば、増量補正係数および減量補正係数は、始動時水温が前記閾値水温ＴＨＷｔｈよりも高いときには、始動期間中において、アルコール濃度と目標燃料噴射量との関係を図４に示されている関係とする値に定められているとも言える。

なお、アルコール濃度の上昇に伴う始動時噴射量の増量分は、気化潜熱増量分と蒸発率増量分との合計である。ここで、気化潜熱増量分とは、アルコールの高い気化潜熱に起因する発熱量不足を補うための増量分である。すなわち、アルコールの気化潜熱は、ガソリンの気化潜熱よりも高い。このアルコールの高い気化潜熱に起因して、混合燃料使用時の発熱量は、ガソリン使用時の発熱量よりも小さくなる。こうしたアルコールの高い気化潜熱に起因する発熱量不足を補うための増量分が気化潜熱増量分である。一方、蒸発率増量分とは、アルコールの低い蒸発率に起因する発熱量不足を補うための増量分である。すなわち、アルコールの蒸発率は、ガソリンの蒸発率よりも低い。このアルコールの低い蒸発率に起因して、混合燃料使用時の発熱量は、ガソリン使用時の発熱量よりも小さくなる。こうしたアルコールの低い蒸発率に起因する発熱量不足を補うための増量分が蒸発率増量分である。

なお、図４に示されている例では、気化潜熱増量分は、アルコール濃度が０％であるときには「０」であり、アルコール濃度の上昇に伴って一次関数的に増大する。一方、蒸発率増量分は、アルコール濃度が０％から第１濃度Ｃ１までの範囲内にあるときには「０」であり、アルコール濃度が第１濃度Ｃ１よりも高いときには、アルコール濃度の上昇に伴って二次関数的に増大する。したがって、第１濃度Ｃ１は、蒸発率増量分が発生するアルコール濃度のうち最も小さい濃度であると言える。

（アルコール濃度と始動時噴射量との関係２）
一方、第１実施形態によれば、混合燃料使用時において、始動時水温が前記閾値水温ＴＨＷｔｈよりも低いときには、始動期間中におけるアルコール濃度と目標燃料噴射量との関係は、図５に示されている関係となる。

すなわち、アルコール濃度が０％であるときには、混合燃料はガソリンのみの燃料であるので、始動時噴射量は、基準始動時噴射量（すなわち、ガソリン使用時の始動時噴射量）Ｑｂである。そして、アルコール濃度が０％から或る濃度（以下「第１濃度」）Ｃ１までの範囲内の濃度であるときには、始動時噴射量は、アルコール濃度の上昇に伴って基準始動時噴射量Ｑ０から或る量（以下「第１始動時噴射量」）Ｑ１まで一次関数的に増大する。そして、アルコール濃度が第１濃度Ｃ１から或る濃度（第１濃度Ｃ１よりも高い濃度であり、以下「第２濃度」）Ｃ２までの範囲内の濃度であるときには、始動時噴射量は、アルコール濃度の上昇に伴って第１始動時噴射量Ｑ１から或る量（以下「第２始動時噴射量」）Ｑ２まで二次関数的に増大する。そして、アルコール濃度が第２濃度Ｃ２よりも高いときには、始動時噴射量は、アルコール濃度の上昇に伴って第２始動時噴射量Ｑ２から逆二次関数的に増大する。つまり、アルコール濃度が第２濃度Ｃ２よりも高いときの始動時噴射量の増大率は、アルコール濃度が第１濃度Ｃ１と第２濃度Ｃ２との間の範囲内の濃度であるときの始動時噴射量の増大率よりも小さい。

したがって、言い方を変えれば、増量補正係数および減量補正係数は、始動時水温が前記閾値水温ＴＨＷｔｈよりも低いときには、始動期間中において、アルコール濃度と目標燃料噴射量との関係を図３に示されている関係とする値に定められている。

なお、図５に示されている例では、気化潜熱増量分は、アルコール濃度が０％であるときには「０」であり、アルコール濃度の上昇に伴って一次関数的に増大する。一方、蒸発率増量分は、アルコール濃度が０％であるときには「０」であり、アルコール濃度が０％から第１濃度Ｃ１までの範囲内にあるときには、アルコール濃度の上昇に伴って一次関数的に増大し、アルコール濃度が第１濃度Ｃ１から第２濃度Ｃ２までの範囲内にあるときには、アルコール濃度の上昇に伴って二次関数的に増大し、アルコール濃度が第２濃度Ｃ２よりも高いときには、アルコール濃度の上昇に伴って逆二次関数的に増大する。したがって、第１濃度Ｃ１は、蒸発率増量分がアルコール濃度の上昇に対して一次関数的に増大するアルコール濃度の領域と二次関数的に増大するアルコール濃度の領域との境界となる濃度であると言える。また、第２濃度Ｃ２は、蒸発率増量分がアルコール濃度の上昇に対して二次関数的に増大するアルコール濃度の領域と逆二次関数的に増大するアルコール濃度の領域との境界となる濃度であると言える。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態によれば、混合燃料を使用する内燃機関において、短い機関始動時間を達成することができる。以下、その理由について説明する。なお、以下では、混合燃料中のアルコールがエタノールであり、その濃度が７５％である場合を例に理由を説明する。また、始動時間とは、クランキング開始から始動完了までにかかる時間である。

（エタノールとガソリンの蒸発特性）
図６は、機関温度（機関の冷却水温度）とエタノールの蒸発率との関係、および、機関温度とガソリンの蒸発率との関係を示している。なお、蒸発率は、燃料の総量に対する蒸発燃料の割合である。

図６に示されているように、エタノールの蒸発率は、機関温度が約−１５℃よりも低い場合、略０％であり、機関温度が約−１５℃から約５０℃までの範囲にある場合であっても、数％である。そして、エタノールの蒸発率は、機関温度が約５０℃に達すると上昇し始め、その後、機関温度が高くなるにつれて約１０％に向けて徐々に上昇する。そして、エタノールの蒸発率は、機関温度がエタノールの沸点である７８℃に達すると９５％まで一気に上昇し、その後、機関温度が高くなるにつれて１００％に向けて上昇する。そして、エタノールの蒸発率は、機関温度が約１７５℃に達すると１００％に達する。

図６には表されていないが、−１５℃程度の極低温においても、実際には、わずかにエタノールは蒸発する。これは、点火までの期間（吸気行程から圧縮行程の期間）に圧縮熱により筒内温度が上昇し、このとき燃料噴射弁から噴射された燃料が燃焼室内に流入し、前記圧縮熱のエネルギーを受けてエタノールが蒸発しているためと考えられる。

一方、ガソリンは数百もの炭化水素成分の混合燃料であるため、機関温度が約−１５℃よりも低い場合にも蒸発可能な成分が含まれている。そのため、ガソリンの蒸発率は、機関温度が約−１５℃以下の極低温域から、機関温度の上昇に伴い、ほぼ比例的に上昇していく。そして、ガソリンの蒸発率は、機関温度が約１７５℃に達すると１００％に達する。

（始動時水温と蒸発燃料比率）
このようにエタノールの蒸発特性とガソリンの蒸発特性との違いから、始動時水温と蒸発燃料比率との関係は、図７に示されている関係になる。なお、蒸発燃料比率とは、混合燃料のうち蒸発した燃料に占めるエタノールまたはガソリンの比率である。

図７に例示されているように、エタノール濃度が７５％の燃料の蒸発燃料比率は、始動時水温が２５℃であるときには約６０％であり、始動時水温が−７℃であるときには約２５％であり、始動時水温が−１５℃であるときには約６％であり、始動時水温が−２５℃であるときには略０％である。始動時水温が−２５℃であるときには、エタノールの蒸発は僅かであるので、混合燃料使用時のクランキング時間をガソリン使用時のクランキン時間と同等にするには、ガソリン使用時の始動時噴射量に対して、少なくとも、混合燃料使用時の始動時噴射量を多くする必要がある。（図８および図８の説明を削除。）

（始動時噴射量とクランキング期間）
ところが、本願の発明者の研究により、従来のように、混合燃料使用時の始動時噴射量をガソリン使用時の始動時噴射量（以下「第１所定量」）よりも大幅に多くすることは、所望の始動性の確保の観点からは好ましくないことが判明している。すなわち、始動時水温が−２５℃であり、且つ、ガソリン使用時の始動時噴射量よりも大幅に多い始動時噴射量（以下「第２所定量」）の混合燃料が燃料噴射弁３３から噴射されたとしても、クランキング開始後の１サイクル目の吸気行程において噴射された混合燃料のうち蒸発する燃料は、図８に示されているように、ほとんどがガソリンである。したがって、残りのガソリンと略全てのエタノールは、１サイクル目の膨張行程において燃焼せず、筒内に残留する。そして、この残留した燃料は、１サイクル目の排気行程において排気通路に排出されるか、または、図８に示されているように、筒内に残留したまま２サイクル目に持ち越される。

そして、２サイクル目の吸気行程において、ガソリン使用時の始動時噴射量よりも大幅に多い量（第２所定量）の混合燃料が噴射されると、１サイクル目から２サイクル目に持ち越された混合燃料が加わり、筒内空燃比が想定空燃比（すなわち、１サイクル目から２サイクル目に混合燃料が持ち越されない場合の空燃比）よりもリッチになる。しかも、２サイクル目においては、１サイクル目の燃焼によって筒内温度が少なからず上昇しているので、混合燃料の蒸発率も上昇している。このため、筒内空燃比は、想定空燃比よりも過剰にリッチになる。その結果、蒸発燃料の燃焼性が低下し、出力トルクが想定トルク（すなわち、筒内空燃比が想定空燃比である場合の出力トルク）よりも小さくなってしまう。このため、機関回転数が想定回転数（すなわち、筒内空燃比が想定空燃比である場合の機関回転数）まで上昇しないばかりか、ほとんど上昇しないことになる。そして、２サイクル目においても、１サイクル目と同様に、混合燃料の一部が３サイクル目に持ち越される。そして、こうした現象が３サイクル目以降も継続する。

このため、機関回転数は、図９に参照符号ＡおよびＢで示されているように、想定通りには上昇しないばかりか、ほとんど上昇せず、その結果、始動時間が長くなってしまう。

なお、図９は、イグニッション・キー・スイッチがオンにされた時点が時刻０であり、その１秒間は、気筒判別などの初期状態の検出が行われ、時刻０から１秒後にクランキングが開始され、時刻０から２秒後に初爆が発生した例を示している。

（第１実施形態による始動性）
一方、第１実施形態によれば、始動時水温が−２５℃である場合、始動期間中、混合燃料の始動時噴射量は、前記第２所定量よりも少ない量（以下「第３所定量」）に設定される。この第３所定量は、上述したように、クランキング開始後の最初の燃料噴射において筒内空燃比が可燃空燃比よりもリーンな空燃比となる量である。したがって、１サイクル目では、初爆は起こらない。しかしながら、１サイクル目から２サイクル目に持ち越される混合燃料の量が少ない。このため、２サイクル目以降、前サイクルから持ち越される燃料が少なく且つ現サイクルでの始動時噴射量が少ないため、いずれかのサイクルにおいて筒内空燃比が可燃空燃比よりもリッチになる前に、いずれかのサイクルにおいて筒内空燃比が可燃空燃比となり、その後も継続して筒内空燃比が可燃空燃比に維持される。その結果、機関回転数が継続的に上昇するので、短い始動時間が達成されるのである。

（始動時間の比較）
第１実施形態の制御、従来ガソリン制御、および、従来混合燃料制御での始動時間について、図１０を参照しつつ説明する。図１０は、第１実施形態の制御、従来ガソリン制御、および、従来混合燃料制御における筒内温度、燃料噴射量、筒内空燃比および機関回転数の推移を示している。なお、図１０において、実線（Ｉ）は第１実施形態の制御における推移、一点鎖線（Ｇ）は従来ガソリン制御における推移、点線（Ｐ）は従来混合燃料制御における推移を示している。また、始動時水温は−２５℃である。また、いずれの場合も、時刻Ｔ０において、クランキングが開始され、時刻Ｔ４において、最初の燃料噴射が行われる。また、最初の燃料噴射が行われるサイクルが１サイクル目である。また、以下の説明において、始動完了までの燃料噴射量は、上述した始動時噴射量に相当する。

（１）従来ガソリン制御
従来ガソリン制御によれば、１サイクル目（＝時刻Ｔ４）では、噴射量Ｑ３の燃料が噴射される。このとき、筒内温度は極低温であるものの、ガソリンの蒸発率は比較的高いので、筒内空燃比が可燃範囲内の空燃比（すなわち、蒸発燃料が燃焼する範囲の空燃比であり、以下「可燃空燃比」）となる。このため、蒸発燃料が高い燃焼性でもって燃焼し、初爆ＦＥａが起こる。そして、この初爆によって機関回転数および筒内温度が大きく上昇する。なお、参照符号ＣＲａは、クランキングの開始時刻Ｔ０から初爆の発生時刻Ｔ４までの期間を示しており、この期間は、従来ガソリン制御でのクランキング期間である。

次いで、２サイクル目（＝時刻Ｔ５）においても、噴射量Ｑ３の燃料が噴射される。ガソリン使用時は、１サイクル目から２サイクル目に持ち越される燃料はほとんどない。したがって、２サイクル目においても、筒内空燃比が可燃空燃比となるので、蒸発燃料が高い燃焼性でもって燃焼する。したがって、機関回転数および筒内温度が上昇する。

そして、３サイクル目（＝時刻Ｔ６）において、機関回転数が始動完了回転数ＮＥｔｈ（たとえば、７００ｒｐｍ）に到達する。これ以降も、燃料噴射量は噴射量Ｑ３に維持され、蒸発燃料は高い燃焼性でもって燃焼するので、機関回転数は始動完了回転数に安定的に維持される。

そして、機関回転数が始動完了回転数ＮＥｔｈに到達してから所定サイクルが経過するまで（すなわち、３サイクル目から５サイクル目まで）機関回転数が始動完了回転数に安定的に維持されているので、５サイクル目（＝時刻Ｔ８）において、始動が完了したものと判断される。なお、参照符号ＰＳａは、初爆ＦＥａの発生時刻Ｔ４から始動完了時刻Ｔ８までの期間を示しており、この期間が従来ガソリン制御での始動燃焼期間である。

そして、始動が完了したものと判断されると、燃料噴射量は、機関回転数をアイドル回転数ＮＥｉｄ（すなわち、自立運転可能な回転数）に安定的に維持するために必要な噴射量Ｑ２とされる。ここで、噴射量Ｑ２は、噴射量Ｑ３よりも少ない。つまり、始動燃焼期間後は、燃料噴射量が少なくされる。しかしながら、燃料噴射量が少なくされたとしても、筒内温度が高いこともあり、蒸発燃料は高い燃焼性でもって燃焼するので、機関回転数および筒内温度が徐々に上昇する。

そして、９サイクル目（＝時刻Ｔ１２）において、機関回転数がアイドル回転数ＮＥｉｄに到達する。これ以降も、燃料噴射量は噴射量Ｑ２に維持され、蒸発燃料は高い燃焼性でもって燃焼する。したがって、機関回転数はアイドル回転数に安定的に維持される。

そして、機関回転数がアイドル回転数ＮＥｉｄに到達してから所定サイクルが経過するまで（すなわち、９サイクル目から１５サイクル目まで）機関回転数がアイドル回転数に安定的に維持されているので、１５サイクル目（＝時刻Ｔ１８）において、運転状態が通常運転状態に移行される。なお、参照符号ＷＵａは、始動完了時刻Ｔ８から通常運転状態への移行時刻Ｔ１８までの期間を示しており、この期間が従来ガソリン制御での暖機運転期間である。

（２）従来混合燃料制御
従来混合燃料制御によれば、１サイクル目（＝時刻Ｔ４）では、噴射量Ｑ１２の燃料が噴射される。ここで、噴射量Ｑ１２は、従来ガソリン制御での１サイクル目の噴射量Ｑ３よりも大幅に多い。

１サイクル目では、筒内温度は極低温であり且つ混合燃料の蒸発率は低いものの、大幅に多い量の燃料が噴射されるので、筒内空燃比は可燃空燃比となる。このため、蒸発燃料が高い燃焼性でもって燃焼し、初爆ＦＥｂが起こる。この初爆によって機関回転数および筒内温度が大きく上昇する。なお、参照符号ＣＲｂは、クランキングの開始時刻Ｔ０から初爆の発生時刻Ｔ４までの期間を示しており、この期間は、従来混合燃料制御でのクランキング期間である。

次いで、２サイクル目（＝時刻Ｔ５）においても、噴射量Ｑ１２の燃料が噴射される。従来混合燃料制御では、１サイクル目の燃料噴射量が大幅に多いことから１サイクル目から２サイクル目に持ち越される燃料が多く、且つ、２サイクル目の燃料噴射量も大幅に多いので、２サイクル目では、筒内空燃比が可燃空燃比とはならない。具体的には、筒内空燃比は、可燃範囲の下限値よりも小さい空燃比、すなわち、過剰にリッチな空燃比となってしまう。したがって、２サイクル目では、蒸発燃料が燃焼するものの、その燃焼性は低い。したがって、機関回転数が上昇せず、また、筒内温度はほとんど上昇しない。

次いで、３サイクル目（＝時刻Ｔ６）においても、噴射量Ｑ１２の燃料が噴射される。このときにも、２サイクル目から３サイクル目に持ち越される燃料が多く、且つ、３サイクル目の燃料噴射量も大幅に多いので、筒内空燃比が可燃空燃比とはならない。したがって、蒸発燃料が燃焼するものの、その燃焼性は低い。したがって、機関回転数は上昇せず、また、筒内温度はほとんど上昇しない。

４サイクル目以降も、燃料噴射量が噴射量Ｑ１２に維持される。このため、筒内空燃比は可燃空燃比とはならず、蒸発燃料が低い燃焼性でしか燃焼しないので、機関回転数は上昇しない。しかしながら、蒸発燃料は少なからず燃焼するので、筒内温度は徐々に上昇し、７サイクル目（＝時刻Ｔ１０）において、筒内温度がエタノール成分の沸点Ｔｂｐに到達する。すると、７サイクル目において、蒸発燃料が高い燃焼性でもって燃焼する。したがって、機関回転数が上昇する。もちろん、筒内温度も上昇する。

８サイクル目（＝時刻Ｔ１１）以降も、燃料噴射量は噴射量Ｑ１２に維持されるが、筒内空燃比は可燃空燃比となるので、蒸発燃料が高い燃焼性でもって燃焼し、機関回転数および筒内温度が上昇する。なお、７サイクル目で筒内温度がエタノール成分の沸点に到達し、蒸発燃料が高い燃焼性でもって燃焼するので、７サイクル目から８サイクル目に持ち越される燃料は少ない。

そして、９サイクル目（＝時刻Ｔ１２）において、機関回転数が始動完了回転数ＮＥｔｈに到達する。これ以降も、燃料噴射量は噴射量Ｑ１２に維持され、蒸発燃料は高い燃焼性でもって燃焼するので、機関回転数が始動完了回転数に安定的に維持される。

そして、機関回転数が始動完了回転数ＮＥｔｈに到達してから所定サイクルが経過するまで（すなわち、９サイクル目から１０サイクル目まで）機関回転数が始動完了回転数に安定的に維持されているので、１０サイクル目（＝時刻Ｔ１３）において、始動が完了したものと判断される。なお、参照符号ＰＳｂは、初爆ＦＥｂの発生時刻Ｔ４から始動完了時刻Ｔ１３までの期間を示しており、この期間が従来混合燃料制御での始動燃焼期間である。

そして、始動が完了したものと判断されると、燃料噴射量は、機関回転数をアイドル回転数ＮＥｉｄに安定的に維持するために必要な噴射量Ｑ４とされる。ここで、噴射量Ｑ４は、噴射量Ｑ１２よりも少ない。つまり、始動燃焼期間後は、燃料噴射量が少なくされる。しかしながら、燃料噴射量が少なくされたとしても、筒内温度が高いこともあり、蒸発燃料は高い燃焼性でもって燃焼する。したがって、機関回転数は徐々に上昇する。

そして、１５サイクル目（＝時刻Ｔ１８）において、機関回転数がアイドル回転数ＮＥｉｄに到達する。これ以降も、燃料噴射量は噴射量Ｑ４に維持され、蒸発燃料は高い燃焼性でもって燃焼するので、機関回転数がアイドル回転数に安定的に維持される。

そして、機関回転数がアイドル回転数ＮＥｉｄに到達してから所定サイクルが経過するまで（すなわち、１５サイクル目から２０サイクル目まで）機関回転数がアイドル回転数に安定的に維持されているので、２０サイクル目（＝時刻Ｔ２３）において、運転状態が通常運転状態に移行される。なお、参照符号ＷＵｂは、始動完了時刻Ｔ１３から通常運転状態への移行時刻Ｔ２３までの期間を示しており、この期間が従来混合燃料制御での暖機運転期間である。

（３）第１実施形態の制御
第１実施形態の制御によれば、１サイクル目（＝時刻Ｔ４）では、噴射量Ｑ６の燃料が噴射される。ここで、噴射量Ｑ６は、従来ガソリン制御での１サイクル目の噴射量Ｑ３よりも多く、従来混合燃料制御での１サイクル目の噴射量Ｑ１２よりも少ない。

１サイクル目では、筒内温度は極低温であり且つ混合燃料の蒸発率は低く、しかも、燃料噴射量が少ないので、筒内空燃比は可燃空燃比とはならない。具体的には、可燃範囲の上限値よりも大きい空燃比（すなわち、リーンな空燃比）となる。したがって、１サイクル目では、蒸発燃料がほとんど燃焼せず、初爆は起こらず、機関回転数はさほど上昇しない。しかしながら、蒸発燃料は少なからず燃焼するので、筒内温度は上昇する。

次いで、２サイクル目（＝時刻Ｔ５）においても、噴射量Ｑ６の燃料が噴射される。第１実施形態の制御では、１サイクル目の燃料噴射量が少ないことから１サイクル目から２サイクル目に持ち越される燃料が少なく、且つ、２サイクル目の燃料噴射量も少ないので、２サイクル目において筒内空燃比が可燃空燃比となる。したがって、蒸発燃料が高い燃焼性でもって燃焼し、初爆ＦＥｃが起こる。この初爆によって機関回転数および筒内温度が大きく上昇する。なお、参照符号ＣＲｃは、クランキングの開始時刻Ｔ０から初爆の発生時刻Ｔ５までの期間を示しており、この期間が第１実施形態の制御でのクランキング期間である。

次いで、３サイクル目（＝時刻Ｔ６）においても、噴射量Ｑ６の燃料が噴射される。このときにも、２サイクル目から３サイクル目に持ち越される燃料は少ないので、筒内空燃比が可燃空燃比となる。したがって、蒸発燃料が高い燃焼性でもって燃焼するので、機関回転数および筒内温度が大きく上昇する。

そして、４サイクル目（＝時刻Ｔ７）において、機関回転数が始動完了回転数ＮＥｔｈに到達する。これ以降も、燃料噴射量は噴射量Ｑ６に維持され、蒸発燃料は高い燃焼性でもって燃焼するので、機関回転数は始動完了回転数に安定的に維持される。

そして、機関回転数が始動完了回転数ＮＥｔｈに到達してから所定サイクルが経過するまで（すなわち、４サイクル目から６サイクル目まで）機関回転数が始動完了回転数に安定的に維持されているので、６サイクル目（＝時刻Ｔ９）において、始動が完了したものと判断される。なお、参照符号ＰＳｃは、初爆ＦＥｂの発生時刻Ｔ５から始動完了時刻Ｔ９までの期間を示しており、この期間が第１実施形態の制御での始動燃焼期間である。また、図示した例では、筒内温度は、５サイクル目（＝時刻Ｔ８）において、エタノール成分の沸点Ｔｂｐに近くなり、６サイクル目（＝時刻Ｔ９）においてエタノール成分の沸点に達している。

そして、始動が完了したものと判断されると、燃料噴射量は、機関回転数をアイドル回転数ＮＥｉｄに安定的に維持するために必要な噴射量Ｑ４とされる。ここで、噴射量Ｑ４は、噴射量Ｑ６よりも少ない。つまり、始動燃焼期間後は、燃料噴射量が少なくされる。しかしながら、燃料噴射量が少なくされたとしても、筒内温度が比較的高いこともあり、蒸発燃料は高い燃焼性でもって燃焼する。したがって、機関回転数は徐々に上昇する。

そして、１０サイクル目（＝時刻Ｔ１３）において、機関回転数がアイドル回転数ＮＥｉｄに到達する。これ以降も、燃料噴射量は噴射量Ｑ４に維持され、蒸発燃料は高い燃焼性でもって燃焼する。したがって、機関回転数はアイドル回転数に安定的に維持される。

そして、機関回転数がアイドル回転数ＮＥｉｄに到達してから所定サイクルが経過するまで（すなわち、１０サイクル目から１６サイクル目まで）機関回転数がアイドル回転数に安定的に維持されているので、１６サイクル目（＝時刻Ｔ１９）において、運転状態が通常運転状態に移行される。なお、参照符号ＷＵｃは、始動完了時刻Ｔ９から通常運転状態への移行時刻Ｔ１９までの期間を示しており、この期間が第１実施形態の制御での暖機運転期間である。

このように、第１実施形態によれば、始動完了時刻（＝時刻Ｔ９）は、従来ガソリン制御での始動完了時刻（＝時刻Ｔ８）よりも遅いものの、従来混合燃料制御での始動完了時刻（＝時刻Ｔ１３）よりも大幅に早い。また、始動燃焼期間ＰＳｃは、従来ガソリン制御での始動燃焼期間ＰＳａと同じであり、従来混合燃料制御での始動燃焼期間ＰＳｂよりも大幅に短い。したがって、第１実施形態の制御での始動時間は、従来ガソリン制御での始動時間よりも若干長いものの、従来混合燃料制御での始動時間よりも大幅に短い。

（第１実施形態の始動開始フロー）
第１実施形態の始動開始フローの一例について説明する。このフローの一例が図１１に示されている。ＣＰＵは、図１１の始動開始ルーチンを、ＣＰＵの割り込み要求の時間間隔に同期して定期的に繰り返し実行する。ＣＰＵは、所定タイミングにおいて、ステップ１０から処理を開始し、ステップ１１において、イグニッションＩＧの状態がオフからオンに変化したか否かを判定する。なお、イグニッションＩＧの状態は、機関１０を始動させるためにイグニッション・キー・スイッチ６２が操作されるとオフからオンに変化する。

ステップ１１において、イグニッションＩＧの状態がオフからオンに変化したときには、ＣＰＵは、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ１２〜ステップ１５の処理を順に行い、ステップ１６に進んで、本ルーチンを一旦終了する。

すなわち、ＣＰＵは、ステップ１２において、スタータ６１を作動することによってクランキングを開始する（ＳＴｏｎ）。次いで、ＣＰＵは、ステップ１３において、始動時水温ＴＨＷを取得する。次いで、ＣＰＵは、ステップ１４において、アルコール濃度Ｅを取得する。次いで、ＣＰＵは、ステップ１５において、始動完了フラグをリセットする（ＸＳＴ←０）。

一方、ステップ１１において、イグニッションＩＧの状態がオフからオンに変化していないときには、ＣＰＵは、「Ｎｏ」と判定し、ステップ１６に進んで、本ルーチンを終了する。

（第１実施形態の燃料噴射制御フロー）
第１実施形態の燃料噴射制御フローの一例について説明する。このフローの一例が図１２に示されている。ＣＰＵは、図１２のルーチンを、任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定クランク角度となる毎に、その気筒に対して繰り返し実行する。前記所定クランク角度とは、たとえば、吸気下死点前９０°クランク角度である。クランク角度が前記所定クランク角度に一致した気筒は「燃料噴射気筒」とも称呼される。ＣＰＵは、この燃料噴射制御ルーチンにより、指示燃料噴射量Ｑｉの算出及び燃料噴射の指示を行う。

任意の気筒のクランク角度が吸気上死点前の所定のクランク角度と一致すると、ＣＰＵは、ステップ２０から処理を開始し、ステップ２１において、始動完了フラグがリセットされている（ＸＳＴ＝０）か否かを判定する。ＸＳＴ＝０であれば、ＣＰＵは「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ２２〜ステップ２５の処理を順に行い、ステップ２７に進んで、本ルーチンを一旦終了する。

すなわち、ＣＰＵは、ステップ２２において、始動時水温ＴＨＷとアルコール濃度Ｅとに基づいて図２のマップから増量補正係数Ｋｉを算出する。次いで、ＣＰＵは、ステップ２３において、始動時水温ＴＨＷとアルコール濃度Ｅとに基づいて図３のマップから減量補正係数Ｋｄを算出する。次いで、ＣＰＵは、ステップ２４において、基準始動時噴射量Ｑｂに増量補正係数Ｋｉと減量補正係数Ｋｄとを乗算することによって始動時噴射量Ｑｓを算出する。次いで、ＣＰＵは、ステップ２５において、始動時噴射量Ｑｓの燃料を燃料噴射弁３３から噴射させるための指示信号を燃料噴射弁３３に送信する。

一方、ステップ２１において、ＸＳＴ＝１であるときには、ＣＰＵは、「Ｎｏ」と判定し、ステップ２６およびステップ２５の処理を順に行い、ステップ２７に進んで、本ルーチンを一旦終了する。

すなわち、ＣＰＵは、ステップ２６において、通常の目標燃料噴射量Ｑｎを算出する。ここで、通常の目標燃料噴射量Ｑｎとは、始動期間以外の期間において、機関回転数と機関負荷とに応じて決定される目標燃料噴射量である。次いで、ＣＰＵは、ステップ２５において、目標燃料噴射量Ｑｎの燃料を燃料噴射弁３３から噴射させるための指示信号を燃料噴射弁３３に送信する。

（第１実施形態の始動完了判定フロー）
第１実施形態の始動完了判定フローの一例について説明する。このフローの一例が図１３に示されている。ＣＰＵは、図１３のルーチンを、ＣＰＵの割り込み要求の時間間隔に同期して定期的に繰り返し実行する。ＣＰＵは、所定のタイミングにおいて、ステップ３０から処理を開始し、ステップ３１において、機関回転数ＮＥを取得する。

次いで、ＣＰＵは、ステップ３２において、ステップ３１で取得した機関回転数ＮＥが所定回転数ＮＥｔｈ（たとえば、７００ｒｐｍ）以上である（ＮＥ≧ＮＥｔｈ）か否かを判定する。ここで、ＮＥ≧ＮＥｔｈであるときには、ＣＰＵは、「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ３３および３４の処理を順に行い、ステップ３５に進んで、本ルーチンを一旦終了する。

すなわち、ＣＰＵは、ステップ３３において、始動完了フラグＸＳＴをセットする（ＸＳＴ←１）。次いで、ＣＰＵは、ステップ３４において、スタータ６１の作動を停止することによってクランキングを終了する（ＳＴｏｆｆ）。

一方、ステップ３２において、ＮＥ≧ＮＥｔｈではないときには、ＣＰＵは、「Ｎｏ」と判定し、ステップ３５に進んで、本ルーチンを終了する。

＜第２実施形態および第３実施形態＞
第２実施形態および第３実施形態について説明する。以下で説明されない第２実施形態の構成および制御は、それぞれ、第１実施形態の構成および制御と同じであるか、あるいは、以下で説明する第２実施形態の構成または制御に鑑みたときに第１実施形態の構成または制御から当然に導き出される構成および制御である。

第２実施形態および第３実施形態の制御について説明する。第２実施形態の制御による燃料噴射量の推移が図１４（Ｂ）に実線で示されており、第３実施形態の制御による燃料噴射量の推移が図１４（Ｃ）に実線で示されている。なお、参考までに、第１実施形態の制御による燃料噴射量の推移が図１４（Ａ）に実線で示されている。また、各図において、一点鎖線は従来ガソリン制御による燃料噴射量の推移を示し、点線は従来混合燃料制御による燃料噴射量の推移を示している。これら推移は、図１０に示されている推移と同じである。また、始動時水温は−２５℃である。また、いずれの場合も、時刻Ｔ０において、クランキングが開始され、時刻Ｔ４において、最初の燃料噴射が行われる。また、最初の燃料噴射が行われるサイクルが１サイクル目である。

また、図１４において、燃料噴射量は、Ｑ２＜Ｑ３＜Ｑ３．５＜Ｑ４＜Ｑ６＜Ｑ１２の関係にある。ここで、噴射量Ｑ３は、従来ガソリン制御での１サイクル目の燃料噴射量であり、噴射量Ｑ１２は、従来混合燃料制御での１サイクル目の燃料噴射量である。

＜第２実施形態の制御＞
第２実施形態の制御によれば、図１４（Ｂ）に示されているように、１サイクル目（＝時刻Ｔ４）では、噴射量Ｑ３．５の燃料が噴射される。２サイクル目（＝時刻Ｔ５）では、噴射量Ｑ６の燃料が噴射される。つまり、燃料噴射量が多くされる。第１実施形態と同様に、１サイクル目では、燃料噴射量が少ないので、筒内空燃比は可燃空燃比とはならず、初爆は起こらない。しかしながら、１サイクル目から２サイクル目に持ち越される燃料が少なく、また、２サイクル目において燃料噴射量が１サイクル目の燃料噴射量よりも多くされたとしても、この燃料噴射量は十分に少ない。したがって、２サイクル目において、筒内空燃比が可燃空燃比となり、初爆が起こる。

そして、始動が完了したものと判断されるまで（すなわち、時刻Ｔ９まで）、燃料噴射量が噴射量Ｑ６に維持される。そして、始動が完了したものと判断されると、第１実施形態と同様に、燃料噴射量が噴射量Ｑ４とされる。すなわち、燃料噴射量が少なくされる。そして、機関暖機が完了したものと判断されるまで（すなわち、時刻Ｔ１９まで）、燃料噴射量が噴射量Ｑ４に維持される。そして、機関暖機が完了したものと判断されると、燃料噴射量が噴射量Ｑ３．５とされる。すなわち、燃料噴射量がさらに少なくされる。

これによれば、始動完了時刻（＝時刻Ｔ９）は、従来ガソリン制御での始動完了時刻（＝時刻Ｔ８）よりも遅いものの、従来混合燃料制御での始動完了時刻（＝時刻Ｔ１３）よりも大幅に早い。また、始動燃焼期間は、従来ガソリン制御での始動燃焼期間と同じであり、従来混合燃料制御での始動燃焼期間よりも大幅に短い。したがって、第２実施形態の制御での始動時間は、従来ガソリン制御での始動時間よりも若干長いものの、従来混合燃料制御での始動時間よりも大幅に短い。なお、この制御は、１サイクル目に噴射された燃料のうち、２サイクル目に持ち越される燃料の割合が高い場合において、始動時間を短くするという目的を達成する手段として有効である。

＜第３実施形態の制御＞
第３実施形態の制御によれば、図１４（Ｃ）に示されているように、１サイクル目（＝時刻Ｔ４）では、噴射量Ｑ２の燃料が噴射される。２サイクル目（＝時刻Ｔ５）では、噴射量Ｑ４の燃料が噴射される。つまり、燃料噴射量が多くされる。３サイクル目（＝時刻Ｔ６）では、噴射量Ｑ６の燃料が噴射される。つまり、燃料噴射量がさらに多くされる。第１実施形態と同様に、１サイクル目では、燃料噴射量が非常に少ないので、筒内空燃比は可燃空燃比とはならず、初爆は起こらない。また、１サイクル目から２サイクル目に持ち越される燃料が非常に少なく、また、２サイクル目において燃料噴射量が１サイクル目の燃料噴射量よりも多くされるが、この燃料噴射量は十分に少ない。したがって、２サイクル目においても、筒内空燃比は可燃空燃比とはならず、初爆は起こらない。そして、３サイクル目において、初めて、筒内空燃比が可燃空燃比となり、初爆が起こる。

そして、始動が完了したものと判断されるまで（すなわち、時刻Ｔ１０まで）、燃料噴射量が噴射量Ｑ６に維持される。そして、始動が完了したものと判断されると、第１実施形態と同様に、燃料噴射量が噴射量Ｑ４とされる。すなわち、燃料噴射量が少なくされる。そして、機関暖機が完了したものと判断されるまで（すなわち、時刻Ｔ２０まで）、燃料噴射量が噴射量Ｑ４に維持される。そして、機関暖機が完了したものと判断されると、燃料噴射量が噴射量Ｑ３．５とされる。すなわち、燃料噴射量がさらに少なくされる。

これによれば、始動完了時刻（＝時刻Ｔ１０）は、従来ガソリン制御での始動完了時刻（＝時刻Ｔ８）よりも遅いものの、従来混合燃料制御での始動完了時刻（＝時刻Ｔ１３）よりも大幅に早い。また、始動燃焼期間は、従来ガソリン制御での始動燃焼期間よりも若干長いが、従来混合燃料制御での始動燃焼期間よりも大幅に短い。したがって、第３実施形態の制御での始動時間は、従来ガソリン制御での始動時間よりも若干長いものの、従来混合燃料制御での始動時間よりも大幅に短い。なお、この制御は、１サイクル目に噴射された燃料のうち、２サイクル目に持ち越される燃料の割合が非常に高い場合において、始動時間を短くするという目的を達成する手段として有効である。

なお、上述した実施形態では、初爆発生から機関回転数が始動完了回転数に到達するまで、燃料噴射量は一定に維持される。しかしながら、この燃料噴射量は一定でなくてもよく、内燃機関の特性を考慮し、始動時間が最短（または、許容される程度に短い時間）となるように、サイクル毎に変更してもよい。

たとえば、初爆が起こると、筒内温度が急激に上昇するので、初爆発生後のサイクルでは、混合燃料が蒸発しやすい。このため、初爆発生後も燃料噴射量が一定に維持されていると、筒内空燃比が可燃空燃比にならない（すなわち、筒内空燃比が過剰にリッチな空燃比になってしまう）場合がある。そこで、この場合、初爆発生後、燃料噴射量を少なくするようにしてもよい。

あるいは、上述したように、初爆発生後は、混合燃料が蒸発しやすくなるので、次サイクルに持ち越される燃料が少なくなる。このため、初爆発生後も燃料噴射量が一定に維持されていると、筒内空燃比が可燃空燃比にならない（すなわち、筒内空燃比が過剰にリーンな空燃比になってしまう）場合がある。そこで、この場合、初爆発生後、燃料噴射量を多くするようにしてもよい。

また、上述した実施形態において、クランキング開始後の最初の燃料噴射タイミングは、従来ガソリン制御および従来混合燃料制御でのクランキング開始後の最初の燃料噴射タイミングと同じである。しかしながら、上述した実施形態において、このタイミングを、従来ガソリン制御および従来混合燃料制御でのクランキング開始後の最初の燃料噴射タイミングよりも早いタイミングとしてもよい。

以上、説明したように、内燃機関１０の燃料噴射制御装置８０は、アルコール混合燃料によって駆動される。また、内燃機関１０の燃料噴射制御装置８０は、燃料噴射弁３３から噴射される燃料の量を制御する制御部（始動時噴射量制御部７１）を具備し、該制御部７１は、アルコール混合燃料のアルコール濃度が所定濃度よりも高い場合、クランキング開始後、初爆発生までの燃料噴射において、燃料噴射１回当たりに前記燃料噴射弁から噴射されるアルコール混合燃料の量を、空燃比を可燃空燃比とする量よりも少ない量に制御する噴射量制御を実施する。

さらに、内燃機関１０の燃料噴射制御装置８０において、前記制御部７１は、機関温度が高いほど前記所定濃度を高い濃度に設定する。

さらに、内燃機関１０の燃料噴射制御装置８０において、前記制御部７１は、前記アルコール濃度が高いほど前記始動時噴射量（第３所定量）を増量し、該始動時噴射量の増量分は、該アルコール濃度が０％（すなわち、ガソリンのみ）であるときに得られる発熱量に対して、前記アルコール混合燃料の蒸発量不足に起因する発熱量の不足分と、該アルコール混合燃料中のアルコール成分の気化により奪われる熱量分とを補う量である。

さらに、内燃機関１０の燃料噴射制御装置８０において、前記制御部７１は、アルコール混合燃料のアルコール濃度が前記所定濃度よりも高く、且つ、機関温度が所定温度よりも低い場合にのみ、前記噴射量制御を実施する。

さらに、内燃機関１０の燃料噴射制御装置８０の前記制御部７１は、前記噴射量制御において、燃料噴射１回当たりに前記燃料噴射弁３３から噴射されるアルコール混合燃料の量を、空燃比を可燃空燃比とする量よりも少ない範囲内で徐々に多くする。

これによれば、初爆後に筒内空燃比が過剰にリッチになることが抑制されるので、短い機関始動時間が達成される。

なお、上述した実施形態では、混合燃料中のアルコールとして、エタノールを例示しているが、メタノール、ブタノール等のアルコール類であってもよい。また、上述した実施形態では、始動時水温として、クランキング開始時点の機関水温が使用されているが、始動期間中に定期的に取得される機関水温を使用してもよい。

１０…内燃機関、２０…内燃機関本体部、２１…気筒、３０…吸気系統、３１…インテークマニホールド、３１ａ…枝部、３１ｂ…サージタンク、３２…吸気管、３３…燃料噴射弁（燃料噴射部）、３４…スロットル弁、４０…排気系統、４１…エキゾーストマニホールド、４１ａ…枝部、４１ｂ…集合部、４２…エキゾーストパイプ、４３…三元触媒、５０…センサ系、５１…エアフローメータ、５２…スロットルポジションセンサ、５３…水温センサ、５４…クランクポジションセンサ、５５…インテークカムポジションセンサ、５６…排ガスセンサ、５８…アクセル開度センサ、５９…アルコール濃度センサ、６１…スタータ、６２…イグニッション・キー・スイッチ

Claims (5)

1. アルコール混合燃料によって駆動される内燃機関の燃料噴射制御装置において、燃料噴射弁から噴射される燃料の量を制御する制御部を具備し、該制御部は、アルコール混合燃料のアルコール濃度が所定濃度よりも高い場合、クランキング開始後、初爆発生までの燃料噴射において、燃料噴射１回当たりに前記燃料噴射弁から噴射されるアルコール混合燃料の量を、空燃比を可燃空燃比とする量よりも少ない量に制御する噴射量制御を実施する内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記制御部は、機関温度が高いほど前記所定濃度を高い濃度に設定する請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記制御部は、前記アルコール濃度が高いほど前記始動時噴射量を増量し、該始動時噴射量の増量分は、該アルコール濃度が０％であるときに得られる発熱量に対して、前記アルコール混合燃料の蒸発量不足に起因する発熱量の不足分と、該アルコール混合燃料中のアルコール成分の気化により奪われる熱量分とを補う量である請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記制御部は、アルコール混合燃料のアルコール濃度が前記所定濃度よりも高く、且つ、機関温度が所定温度よりも低い場合にのみ、前記噴射量制御を実施する請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記制御部は、前記噴射量制御において、燃料噴射１回当たりに前記燃料噴射弁から噴射されるアルコール混合燃料の量を、空燃比を可燃空燃比とする量よりも少ない範囲内で徐々に多くする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
   

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