JP2015129489A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費の悪化を小さく抑えながら２種の燃料の偏った消費を抑制できる車両の制御装置を提供すること。
【解決手段】車両の制御装置は、エタノールとガソリンの混合燃料を低オクタン価燃料と高オクタン価燃料に分離する分離装置と、低オクタン価燃料を内燃機関の気筒内に噴射する直噴インジェクタと、高オクタン価燃料を吸気ポート内に噴射するポートインジェクタと、変速機と、燃料マネジメント処理、トランスミッション制御、及びエンジン制御を実行するＥＣＵと、を備える。燃料マネジメント処理では、エタノール残量パラメータに応じて運転モードを選択し、選択した運転モード毎に設定されたマップを参照することによって噴射割合、点火時期、エンジン目標回転数、及びエンジン要求トルクを算出する。トランスミッション制御では、エンジン回転数が算出された目標回転数になるように変速比を制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。より詳しくは、アルコールとガソリンの混合燃料をオクタン価の異なる２つの燃料に分離する分離装置を備えた車両の制御装置に関する。

内燃機関の燃料として、さとうきび、とうもろこし、じゃがいもなど多くの作物から製造できるアルコール燃料が注目されている。特に近年では、アルコール燃料をガソリンに添加した混合燃料が流通しており、今後さらに普及すると予測されている。なお、アルコール燃料にはエタノールやメタノールなど様々な種類があるが、以下では、アルコール燃料として最も多く普及しているエタノールを例として説明する。

このような混合燃料の普及とあわせて、外部から給油された混合燃料を、車両上で高ガソリン濃度の燃料と高エタノール濃度の燃料に再び分離する分離装置に関する研究も進められている。ガソリンとエタノールとでは、例えばオクタン価や発熱量など燃料物性において様々な異なる点があるため、外部から給油された混合燃料をそのまま利用するよりも、車両上で再び分離し、用途や状態に応じてガソリンとエタノールとを使い分けたり、混合割合を変えて用いたりする方が好ましい場合がある。とりわけエタノールはガソリンよりもオクタン価が高くノッキングを抑制するのに効果的である。このため、特に高負荷域では低負荷域よりもエタノールを多めに噴射することによりノッキングを抑制できる。

ところが、最も多く扱われている混合燃料のエタノール濃度は１０％程度であり、混合燃料から分離して得られるエタノールの量はガソリンに比べて少ない。このように量はエタノールの方が少ないため、一般的には、走行中にガソリンよりもエタノールの方が先に消費しきってしまう場合が多い。

特許文献１の発明では、高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとを用いたエンジン運転時において、それぞれの燃料の残量に応じて点火時期を調整しながら燃料の使用割合を制御することによって、２種の燃料の残量の過度な偏りを防ぐ。

特開２００５−１５５４６９号公報

特許文献１の発明によれば、高オクタン価ガソリン及び低オクタン価ガソリンの何れかの偏った消費を防止できるものの、筒内のオクタン価を変更することによるエンジンの熱効率の変化については十分に検討されていない。このため特許文献１の発明では、燃料の偏った消費を是正するあまり、結果として燃費が悪化したりエンジンの出力が低下したりするおそれがある。

本発明は、ガソリンとアルコールの混合燃料を用いて走行する車両の制御装置であって、燃費の悪化を小さく抑えながら２種の燃料の偏った消費を抑制できる車両の制御装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の車両（例えば、後述の車両１）の制御装置は、アルコールとガソリンの混合燃料を第１燃料と当該第１燃料よりも高オクタン価の第２燃料とに分離する分離装置（例えば、後述の分離装置６１２）と、前記第１燃料（例えば、後述のメインタンク６１１内に残る燃料）を内燃機関の気筒内に噴射する第１噴射装置（例えば、後述の直噴インジェクタ６３）と、前記第２燃料（例えば、後述のサブタンク６１３内に残る燃料）を前記機関の吸気ポート内に噴射する第２噴射装置（例えば、後述のポートインジェクタ６２）と、前記機関の出力軸に設けられた変速機（例えば、後述の変速機ＴＭ）と、所定の入力に基づいて所定のマップを検索することにより前記第１及び第２噴射装置からの燃料の噴射割合を算出する噴射割合算出手段（例えば、後述のＥＣＵ７）を有し、当該算出された噴射割合を用いて前記第１及び第２噴射装置の燃料の噴射割合を制御する噴射制御手段（例えば、後述のＥＣＵ７）と、所定の入力に基づいて所定のマップを検索することにより前記気筒に設けられた点火装置（例えば、後述の点火プラグ２３）の点火時期を算出する点火時期算出手段（例えば、後述のＥＣＵ７）を有し、当該算出された点火時期を用いて前記点火装置の点火時期を制御する点火制御手段（例えば、後述のＥＣＵ７）と、前記車両に残存する全燃料に対するアルコール又は第２燃料の残量割合（例えば、後述のエタノール残量パラメータ）及び前記車両の状態に基づいて前記機関の目標回転数を算出する目標回転数算出手段（例えば、後述のＥＣＵ７）を有し、前記機関の回転数が前記目標回転数になるように前記変速機の変速比を制御する変速比制御手段（例えば、後述のＥＣＵ７）と、を備え、前記噴射割合算出手段及び前記点火時期算出手段は、それぞれ第２燃料消費率が異なる複数のマップを有し、前記残量割合に応じて選択されたマップを用いて前記噴射割合及び点火時期を算出する。

（２）この場合、前記噴射割合算出手段及び前記点火時期算出手段は、それぞれ基準マップと当該基準マップよりも前記第２燃料消費率が大きな余剰時マップとを有し、前記残量割合が前記基準マップと対応する第１所定値から前記余剰時マップと対応しかつ前記第１所定値より大きな第２所定値までの範囲内である場合には、前記基準マップ及び前記余剰時マップによって得られた値を補間することが好ましい。

（３）この場合、前記噴射割合算出手段及び前記点火時期算出手段は、それぞれ前記基準マップよりも前記第２燃料消費率が小さな節約時マップをさらに有し、前記節約時マップと対応しかつ前記第１所定値より小さな第３所定値から前記第１所定値までの範囲内である場合には、前記節約時マップ及び前記基準マップによって得られた値を補間することによって前記噴射割合及び点火時期を算出することが好ましい。

（４）この場合、前記目標回転数算出手段は、前記残量割合が増加するほど前記目標回転数を減少させることが好ましい。

（１）本発明の車両の制御装置は、高オクタン価の第２燃料（換言すれば、高アルコール濃度の燃料）の残量割合に応じて第２燃料消費率が異なる複数のマップのうちの何れかを選択し、選択したマップを用いて噴射割合及び点火時期を決定する。このように、第２燃料の残量割合に応じて異なる態様で噴射割合と点火時期を決定することにより、ノッキングを抑制しながらかつ第１燃料及び第２燃料の何れかの燃料の偏った消費も抑制できる。また、このように噴射割合や点火時期を決定するのに用いられるマップを変更すると、結果として機関の熱効率特性も変化する（例えば、後述の図８参照）。そこで本発明では、マップを選択するのに用いられる第２燃料の残量割合と車両の状態に基づいて目標回転数を算出し、機関の回転数が目標回転数になるように変速比を制御する。これにより、マップの変更に伴う機関の熱効率特性の変化に合わせて機関の回転数及び負荷を最適化できるので、マップの変更に伴う燃費の悪化を抑制できる。以上より、本発明によれば、燃費の悪化を小さく抑えながらガソリンとアルコールの何れかの偏った消費を抑制できる。

（２）本発明の車両の制御装置では、噴射割合及び点火時期の決定に用いられるマップとして、基準マップとこれより第２燃料消費率が大きな余剰時マップとを用いる。そして、第２燃料の残量割合が第１所定値（基準マップに対応）から第２所定値（余剰時マップ）の範囲内である場合には、これら基準マップ及び余剰時マップを用いて得られる値を補間することによって噴射割合及び点火時期を算出する。これにより、第２燃料の残量割合が、基準マップが選択される第１所定値より多く余剰時マップが選択される第２所定より小さな中間的な量であっても、この残量割合に応じて適切な態様で噴射割合及び点火時期を決定できる。

（３）本発明の車両の制御装置では、噴射割合及び点火時期の決定に用いられるマップとして、基準マップとこれより第２燃料消費率が小さな節約時マップとを用いる。そして、第２燃料の残量割合が第１所定値（基準マップに対応）から第３所定値（節約時マップ）の範囲内である場合には、これら基準マップ及び節約時マップを用いて得られる値を補間することによって噴射割合及び点火時期を算出する。これにより、第２燃料の残量割合が、基準マップが選択される第１所定値より少なく節約時マップが選択される第３所定値より大きな中間的な量であっても、この残量割合に応じて適切な態様で噴射割合及び点火時期を決定できる。

（４）本発明では、第２燃料の残量割合が増加するほど目標回転数を減少させる。すなわち、第２燃料の残量割合が増加するほど、機関の運転領域をより低回転−高負荷側に変更させる。これにより、機関の熱効率特性の変化に合わせて適切に車両の燃費を向上できる。

本発明の一実施形態に係る車両の構成を示す図である。 エンジン及び燃料供給システムの構成を示す図である。 燃料マネジメント処理、トランスミッション制御、及びエンジン制御等の手順を模式的に示す図である。 エタノール残量パラメータと４つの運転モードとの関係を示す図である。 各運転モードにおけるエンジン負荷と噴射割合及び点火時期との関係を示す図である。 各運転モードにおけるエンジン負荷と熱効率及び正味燃料消費率との関係を示す図である。 噴射割合マップの具体例を示す図である。 各運転モードの熱効率特性を示す図である。 エンジンの運転ポイントの時間頻度重心を、エンジンの等出力線図にプロットした図である。 各運転モードのエタノール消費率と燃費との関係を示す図である。 エタノール残量パラメータと４つの運転モードとの関係を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態にかかる車両１の構成を示す図である。
車両Ｖは、内燃機関（以下、「エンジン」という）１と、エンジン１の出力軸に設けられ、その回転数を変速して駆動輪Ｗに伝達する変速機ＴＭと、外部から供給されたガソリンとアルコール（例えば、エタノール）燃料を貯蔵しておき、これをエンジン１に供給する燃料供給システム６と、これらを制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７と、を備える。なお以下では、変速機ＴＭとして、エンジン１の回転数を無段階に変速する所謂無段変速機（ＣＶＴ）を用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。例えば、エンジン１の回転数を有段階に変速する所謂自動変速機（ＡＴ）を用いることもできる。

次に、図２を参照しながらエンジン１及び燃料供給システム６の構成を説明する。
図２は、エンジン１及び燃料供給システム６の構成を示す図である。
エンジン１は、複数のシリンダ１３を備えた多気筒エンジンである。図１には、このうちの１つを代表的に示す。エンジン１は、シリンダ１３が形成されたシリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２とを組み合わせて構成される。シリンダ１３内には、ピストン１４が摺動可能に設けられている。ピストン１４の頂面とシリンダヘッド１２のシリンダ１３側の面により、エンジン１の燃焼室１ａが形成される。ピストン１４は、コンロッドを介して図示しないクランクシャフトに連結されている。すなわち、シリンダ１３内におけるピストン１４の往復動に応じてクランクシャフト（図示せず）が回転する。

シリンダヘッド１２には、燃焼室１ａと吸気管３とを接続する吸気ポート１５と、燃焼室１ａと排気管４とを接続する排気ポート１６と、が形成されている。吸気ポート１５のうち燃焼室１ａに臨む吸気開口は吸気バルブ１７により開閉される。排気ポート１６のうち燃焼室１ａに臨む排気開口は排気バルブ１８により開閉される。

シリンダヘッド１２には、燃焼室１ａ内に臨む点火プラグ２３と、吸気バルブ１７を開閉駆動する吸気カムシャフト１９と、排気バルブ１８を開閉駆動する排気カムシャフト２０と、が設けられている。点火プラグ２３は、図示しないイグナイタ及びそのドライバを介してＥＣＵ７に接続される。点火プラグ２３の点火時期は、後述の燃料噴射・点火制御によって制御される。

吸気カムシャフト１９には、吸気バルブ１７を開閉駆動する複数の吸気カム１９ａが設けられている。また、排気カムシャフト２０にも同様に、排気バルブ１８を開閉駆動する複数の排気カム２０ａが設けられている。なお、図１には、複数のカム１９ａ，２０ａのうち１つのみ図示する。これらカムシャフト１９，２０は、それぞれスプロケットやタイミングチェーン等の図示しない連結機構を介してクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトによって回転駆動される。より具体的には、クランクシャフトが２回転すると、カムシャフト１９，２０は１回転するようになっている。カムシャフト１９，２０が回転すると、バルブ１７，１８は、カム１９ａ，２０ａのプロファイルに応じた態様で進退する。

吸気カムシャフト１９の一端部には、クランクシャフトに対する吸気カム１９ａのカム位相を変更するカム位相可変機構（ＶＴＣ）２１が設けられている。吸気側ＶＴＣ２１は、吸気カムシャフト１９のカム位相を無段階に進角又は遅角させることにより、吸気バルブ１７の開閉タイミング（すなわち開時期（ＩＶＯ）及び閉時期（ＩＶＣ））を早めたり遅らせたりできる。本実施形態では、このような吸気側ＶＴＣ２１によってエンジン１の燃焼室１ａの実効圧縮比を可変的に制御可能なアトキンソンサイクル（ミラーサイクル）での運転が実現される。すなわち、吸気バルブ１７の閉時期を下死点に対し進角側又は遅角側に補正し、吸気量を減少させることにより、実効圧縮比を下げることができる。

また、排気カムシャフト２０の一端部にも、クランクシャフトに対する排気カム２０ａのカム位相を変更し、排気バルブ１８の開閉タイミング（すなわち開時期（ＥＶＯ）及び閉時期（ＥＶＣ））を早めたり遅らせたりするＶＴＣ２２が設けられている。本実施形態では、排気側ＶＴＣ２２によって、排気バルブ１８の閉時期を早めたり遅らせたりすることにより、排気バルブ１８の閉時期と吸気バルブの開時期のバルブオーバーラップ量を可変的に制御する。

過給機５は、排気管４に設けられたタービン（図示せず）と、吸気管３に設けられたコンプレッサ（図示せず）と、を備える。タービンは、排気管４を流れる排気の運動エネルギーによって駆動される。コンプレッサは、タービンによって回転駆動され、吸気管３内の吸気をエンジン１へ圧送する。

吸気管３には、上流側から下流側へ向かって順に、過給機５のコンプレッサと、インタークーラ３１と、スロットル弁３２とが設けられている。インタークーラ３１は、過給機５によって圧縮された吸気を冷却し、エンジン１の吸気の充填効率を向上する。スロットル弁３２は、エンジン１の燃焼室１ａに供給される空気の流量（以下、「吸気流量」という）を制御する。スロットル弁３２は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続されている。すなわち、このスロットル弁３２は、運転車が操作するアクセルペダル（図示せず）と機械的な接続が絶たれたいわゆるＤＢＷ（Drive By Wire）スロットルと呼称されるものである。スロットル弁３２は、後述の吸気量制御によって適切な開度に制御される。

また、吸気管３には、過給機５のコンプレッサの前後を連通するバイパス通路３３と、バイパス通路３３を開閉するブローオフバルブ３４と、が設けられている。このブローオフバルブ３４が開かれると過給機５のコンプレッサの前後が連通し、コンプレッサとスロットル弁３２間の圧力（以下、「過給圧」という）が解放される。ブローオフバルブ３４は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続されている。ブローオフバルブ３４は、後述の吸気量制御によって適切な時期に開閉される。

排気管４には、上流側から下流側へ向かって順に、過給機５のタービンと、排気を浄化する排気浄化触媒４１とが設けられている。排気浄化触媒４１は、例えば、三元触媒であり、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化する。

また、排気管４には、過給機５のタービンの前後を連通するバイパス通路４２と、バイパス通路４２を開閉するウェイストゲートバルブ４３とが設けられている。このウェイストゲートバルブ４３が開かれると過給機５のタービンの前後が連通し、タービンの回転数が制限され、ひいては過給圧が制限される。ウェイストゲートバルブ４３は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続されている。ウェイストゲートバルブ４３は、後述の吸気量制御によって適切な時期に開閉される。

燃料供給システム６は、燃料を蓄える燃料貯蔵装置６１と、燃料貯蔵装置６１によって蓄えられた燃料をエンジン１の吸気に噴射するポートインジェクタ６２と、燃料貯蔵装置６１によって蓄えられた燃料を燃焼室１ａ内に直接噴射する直噴インジェクタ６３と、を備える。

燃料貯蔵装置６１は、給油口Ｆから供給されたエタノールとガソリンの混合燃料が導入されるメインタンク６１１と、メインタンク６１１内の混合燃料を分離する分離装置６１２と、分離装置６１２によって分離された燃料を蓄えるサブタンク６１３と、を備える。分離装置６１２は、メインタンク６１１内に貯蔵された混合燃料から、エタノール及び芳香族を分離し、これをサブタンク６１３に供給する。なお以下では、混合燃料として、最も広く流通するエタノール濃度が１０％のものが用いられることを想定して説明するが、本発明はこれに限るものではない。

分離装置６１２は、例えば、浸透気化法（パーベーパレーション法）によって、メインタンク６１１内に貯蔵された混合燃料を、この混合燃料よりも低オクタン価（低エタノール濃度）の第１燃料と、この第１燃料よりも高オクタン価（高エタノール濃度）の第２燃料と、に分離する。分離装置６１２は、混合燃料から分離した第２燃料をサブタンク６１３に供給し、残る第１燃料をメインタンク６１１に戻す。

より具体的には、分離装置６１２は、混合燃料中の特定成分を選択的に透過させる分離膜６１２ａと、この分離膜６１２ａによって区画された高圧室６１２ｂと低圧室６１２ｃと、を備える。この分離装置６１２では、高圧室６１２ｂにメインタンク６１１内に貯蔵されている燃料を循環させ、低圧室６１２ｃを図示しないポンプによって減圧すると、高圧室６１２ｂを循環する混合燃料の一部が蒸発し、低圧室６１２ｃ側へ透過し、サブタンク６１３に供給される。これにより、サブタンク６１３には、主にエタノールと芳香族からなり、外部から最初に給油された混合燃料よりオクタン価の高い第２燃料が貯蔵される。メインタンク６１１には、主にガソリンからなり、外部から最初に給油された混合燃料よりオクタン価の低い第１燃料が貯蔵される。

なお、このように分離装置６１２は、一旦メインタンク６１１に供給された混合燃料を循環させることによって高エタノール濃度の第２燃料を取り出すことから、メインタンク６１１内に貯蔵されている第２燃料のエタノール濃度は、給油直後が最大となり、その後、徐々に低下すると考えられる。

直噴インジェクタ６３は、図示しない燃料ポンプを介して供給されたメインタンク６１１内の第１燃料を、エンジン１の燃焼室１ａ内に直接噴射する。直噴インジェクタ６３は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続される。直噴インジェクタ６３の開弁時期及び開弁時間、すなわち燃焼室１ａ内への第１燃料の噴射時期及び噴射時間（すなわち、噴射量）は、ＥＣＵ７によって制御される。

ポートインジェクタ６２は、図示しない燃料ポンプを介して供給されたサブタンク６１３内の第２燃料を、吸気ポート１５内に噴射する。ポートインジェクタ６２は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続される。ポートインジェクタ６２の開弁時期及び開弁時間、すなわち吸気ポート１５内への第２燃料の噴射時期及び噴射時間は、ＥＣＵ７によって制御される。

以上のように本実施形態では、比較的多く噴射される第１燃料を直噴インジェクタ６３によって噴射することにより、第１燃料をポートインジェクタ６２によって噴射する場合よりも、第１燃料の潜熱によるノッキング抑制効果を大きなものにできる。

ＥＣＵ７は、エンジン１に設けられた各種装置を制御する電子制御ユニットであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び各種インターフェースなどの電子回路を含んで構成される。ＥＣＵ７には、エンジン１、燃料供給システム６、及びエンジン１を搭載した車両等の状態等を把握するため、複数のセンサ８１〜９７が接続されている。

過給圧センサ８１は、吸気管３のうち過給機５の下流側、より具体的には吸気管３のうちインタークーラ３１とスロットル弁３２との間の過給圧に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する。水温センサ８２は、エンジン１のシリンダブロック１１の冷却水路（図示せず）内を流れる冷却水の温度（以下、単に「水温」という）に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する。なお、ＥＣＵ７では、水温センサ８２によって検出された水温をエンジン１の代表温度とするが、これに限らない。

吸気センサ８３は、吸気管３のうちスロットル弁３２の下流側の吸気の状態を検出するセンサである。より具体的には、この吸気センサ８３は、対象箇所の吸気の温度（以下、「吸気温度」という）に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する吸気温度センサ、及び対象箇所の吸気の圧力（以下、「吸気圧」という）に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する吸気圧センサ等で構成される。

吸気側カムセンサ８４は、吸気カムシャフト１９の回転に伴い、所定のカム角ごとにパルス信号をＥＣＵ７に出力する。排気側カムセンサ８５は、排気カムシャフト２０の回転に伴い、所定のカム角ごとにパルス信号をＥＣＵ７に出力する。ＥＣＵ７では、これらカムセンサ８４，８５から送信されるパルス信号に基づいてカムシャフト１９，２０の実際のカム位相を把握する。
スロットル開度センサ８６は、スロットル弁３２の位置（以下、「スロットル開度」という）に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する。

ノッキングセンサ８７は、ノッキングによって生じたエンジン１の振動に応じた検出信号をＥＣＵ７に出力する。ＥＣＵ７は、ノッキングセンサ８７からの出力に基づいてノッキングの発生を判定する。
エアフローメータ８８は、吸気管３のうち過給機５のコンプレッサより上流側の吸気の流量に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する。

アクセルペダルセンサ８９は、運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み量を検出し、これに応じた検出信号をＥＣＵ７に出力する。
車速センサ９０は、車両のドライブシャフト（図示せず）に設けられ、当該ドライブシャフトが所定の角度を回転する度にパルス信号をＥＣＵ７に出力する。車速は、ＥＣＵ７において、車速センサ９０からのパルス信号に基づいて、図示しない処理によって算出される。

クランク角センサ９１は、クランクシャフトに固定されたパルサ９２の回転に応じて、所定のクランク角ごとにパルス信号をＥＣＵ７へ出力する。ＥＣＵ７では、クランク角センサ９１の出力に基づいて実際のエンジンの回転数が把握される。
ＬＡＦセンサ９３は、排気管４のうち排気浄化触媒４１より上流側に設けられ、排気の酸素濃度（空燃比）に略比例した検出信号をＥＣＵ７へ出力する。このＬＡＦセンサ９３は、検出箇所の空燃比に略比例したリニアな出力特性を有する。

メイン濃度センサ９４は、メインタンク６１１に貯蔵されている燃料のエタノール濃度を検出し、検出値に略比例した検出信号をＥＣＵ７へ出力する。サブ濃度センサ９５は、サブタンク６１３に貯蔵されている燃料のエタノール濃度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７へ出力する。

メインレベルセンサ９６は、メインタンク６１１に貯蔵されている燃料の水位を検出し、検出値に略比例した検出信号をＥＣＵ７へ出力する。サブレベルセンサ９７は、サブタンク６１３に貯蔵されている燃料の水位を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７へ出力する。メインタンク６１１内の燃料の残量、及びサブタンク６１３内の燃料の残量は、これらレベルセンサ９６，９７の出力に基づいてＥＣＵ７によって算出される。

図３は、ＥＣＵ７による車両Ｖの燃料マネジメント処理、トランスミッション制御、及びエンジン制御等の手順を模式的に示す図である。

図１、２を参照して説明したように、車両は、低オクタン価（低エタノール濃度）の燃料が貯蔵されるメインタンクと、高オクタン価（高エタノール濃度）の燃料が貯蔵されるサブタンクと、の２つの燃料タンクを備える。このうち高オクタン価の燃料は高負荷時に発生するノッキングを抑制するのに有効であるが、混合燃料のエタノール濃度は高々１０％程度であり、限りがある。このため、単純にドライバからの要求負荷に応じて噴射割合（全インジェクタから噴射する燃料の総量に対するポートインジェクタから噴射する燃料の割合）を制御したのでは、メインタンク内の燃料よりも先にサブタンク内の燃料の方が速く消費されてしまいがちである。サブタンク内の燃料が先に無くなると、その後、高負荷要求が生じた場合には、ノッキングを抑制するために点火時期を遅角化せざるを得ず、結果として燃費が悪化してしまう。

またサブタンク内の燃料の消費をむやみに抑制すれば、サブタンク内の燃料よりも先にメインタンク内の燃料が無くなってしまう場合もある。この場合、サブタンク内の燃料のみで走行せざるを得なくなるが、エタノール等の高オクタン価燃料は体積当たりの発熱量がガソリンよりも小さいことから、高負荷領域でも点火時期をＭＢＴにでき、熱効率の高い運転が可能であったとしても体積当りの燃料消費量（以下、単に燃費という）［ｋｍ／Ｌ］は悪化するおそれがある。また、エタノールは蒸気圧が低く寒気時の始動には適さないため、始動時用の燃料を確保するためにもメインタンク内の燃料が先に無くなるのは好ましくない。

図３に模式的に示す燃料マネジメント処理は、このような燃料の偏った消費を抑制しつつ車両全体での燃費の悪化ができるだけ小さく抑えられるように、エタノールの残量に応じた適切な燃料の噴射割合及び点火時期等を決定する処理である。燃料マネジメント処理では、上記２つの制御目的を達成するため、噴射割合、点火時期及びエンジン要求トルク等のエンジン制御に係る制御パラメータだけでなく、同時に目標回転数又は目標回転数に応じて決定される変速比等のトランスミッション制御に係る制御パラメータも同時に決定する。

図３に示すように、燃料マネジメント処理は、ドライバ要求駆動力を算出する処理と、エタノール残量パラメータを算出する処理と、エンジンの運転モードを決定する運転モード選択処理と、選択された運転モードの下で噴射割合及び点火時期等を決定するマップ値決定処理と、選択された運転モードの下でエンジン負荷を調整する負荷調整処理と、の５つの処理で構成される。以下、これらの処理について順に説明する。

＜ドライバ要求駆動力の算出＞
ドライバ要求駆動力は、変速機から駆動輪に出力させるべき目標出力に相当する。このドライバ要求駆動力は、アクセルペダルセンサによって検出されたアクセル開度及び車速センサによって検出された車速等に基づいて、既知のアルゴリズムに従って算出される。

＜エタノール残量パラメータの算出＞
エタノール残量パラメータ［％］は、メインタンクとサブタンクとを合わせた全残存燃料に対するエタノール残量の割合に相当する。このエタノール残量パラメータは、例えば、濃度センサ及びレベルセンサによって検出されるメインタンク内の燃料の残量ＲＱ１及びエタノール濃度ＥＣ１、並びにサブタンク内の燃料の残量ＲＱ２及びエタノール濃度ＥＣ２を用いて、下記式によって算出される。
エタノール残量パラメータ［％］
＝（ＥＣ１×ＲＱ１＋ＥＣ２×ＲＱ２）／（ＲＱ１＋ＲＱ２）

上記式によって定義される残量パラメータは、メインタンクとサブタンクとを合わせた全タンクに貯蔵されている燃料の総和に対するエタノールの割合である。上述のように、分離装置は、メインタンク内に供給された混合燃料を循環させることによってメインタンク内の混合燃料から高エタノール濃度の燃料を取り出し、取り出したものをサブタンクに溜める。したがって、分離装置による混合燃料の分離が十分に進めば、エタノールはサブタンク内のみに貯蔵されることとなる。また、分離装置によって分離される燃料のエタノール濃度がほぼ１００％であるとみなすことができる場合には、エタノール残量パラメータは、下記式で近似し、演算を簡略化できる。すなわち、エタノール残量パラメータは、メインタンクとサブタンクとを合わせた全残存燃料に対するサブタンク内の燃料の割合で近似できる。
エタノール残量パラメータ［％］＝ＲＱ２／（ＲＱ１＋ＲＱ２）

＜運転モード選択処理＞
図４は、エタノール残量パラメータと４つの運転モードとの関係を示す図である。運転モード選択処理では、上述のように算出された残量パラメータに基づいて、図４に示すＥ０モード、エタノール節約モード、ＢＳＦＣボトムモード、及びＭＢＴモードのうちの何れかをエンジンの運転モードとして選択する。後述するように、エンジン制御及びトランスミッション制御に係る制御パラメータの決定に用いられるマップは、上記４つの運転モード毎に異なる。

図５は、各運転モードにおけるエンジン負荷（ＢＭＥＰ［ｋＰａ］）と噴射割合［％］（図５の上段参照）及び点火時期［ｄｅｇ．−ＢＴＤＣ］（図５の下段参照）との関係を示す図である。また、この図５は、各運転モードにおける噴射割合及び点火時期を決定するのに用いられるマップの一例でもある。

図６は、各運転モードにおけるエンジン負荷と、熱効率［％］（図６の上段参照）及び正味燃料消費率［ｇ／ｋＷｈ］（所謂、ＢＳＦＣ、図６の下段参照）との関係を示す図である。より具体的には、図６は、図５に示すようなマップを用いて噴射割合及び点火時期を決定した場合における各運転モードの熱効率及び燃料消費率の特性を示す図である。以下、これら図５及び６を参照しながら、各運転モードの特徴について説明する。

Ｅ０モードは、図５の上段に示すように、噴射割合を０％（すなわち、ポートインジェクタからの燃料噴射量は０）とする運転モードである。Ｅ０モードでは、噴射割合を０％とすることから、４つの運転モードの中で筒内の燃料のオクタン価は最も低い。このためＥ０モードでは、エンジン負荷が所定値よりも大きくなるとＭＢＴタイミングでの点火ができなくなってしまうので、図５の下段に示すように点火時期を大きく遅角化せざるを得ない。またＥ０モードでは、高負荷域での点火時期の遅角化に伴い、図６の上段に示すように熱効率は大きく低下し、ある程度以上の高負荷域での運転は不可能となる。すなわち、Ｅ０モードは、他の３つの運転モードと比較して低負荷域内に制限される。

ＭＢＴモードは、図５の下段に示すように、できるだけ広範囲の負荷領域内において点火時期をＭＢＴタイミングとする運転モードである。ＭＢＴタイミングで点火できる負荷領域の上限は、主に圧縮比によって変化するが、ＭＢＴモードにおけるエタノールの噴射割合は、できるだけ高負荷領域までＭＢＴタイミングで点火できるように調整される。この結果、ＭＢＴモードにおけるエタノールの噴射割合は他の３つの運転モードよりも高くなる。また、このようにＭＢＴタイミングでの点火が可能となることから、図６の下段に示すようにエンジンの熱効率はＭＢＴモードが最も高くなる。

エタノール節約モードは、エタノールの偏った消費を抑制する運転モードである。図５に示すように、エタノール節約モードの噴射割合は、高負荷領域では点火時期の遅角化を併せて行うことにより、全負荷領域での運転が可能となるように設定される。このため、図６に示すように熱効率及び燃料消費率はＭＢＴモードよりも多少低くならざるを得ないが、Ｅ０モード以外の他の２つの運転モードに対し噴射割合を最も低くできる（図５の上段参照）。

ＢＳＦＣボトムモードは、ＭＢＴモードとエタノール節約モードの中間的な運転モードである。このＢＳＦＣボトムモードにおける噴射割合及び点火時期は、図６の下段に示すように、全負荷領域において正味燃料消費率が最も低くなるように調整される。

図４に戻って、運転マップ選択処理では、以上のように定義された４つの運転モードの何れかを、その時のエタノール残量パラメータに応じて選択する。上述のように、噴射割合は、Ｅ０モード、節約モード、ＢＳＦＣボトムモード、及びＭＢＴモードの順で高くなる。したがって運転マップ選択処理では、エタノール残量パラメータが大きくなるに従い、Ｅ０モード、節約モード、ＢＳＦＣボトムモード、及びＭＢＴモードの順で選択される。これにより、エタノールの偏った消費が抑制される。

＜マップ値算出処理＞
図３に戻って、マップ値算出処理では、上述のように選択された運転モードごとに設定されたマップを利用することによって、エンジン負荷及び残量パラメータに応じた適切な噴射割合及び点火時期を決定する。このマップ値算出処理で算出された噴射割合及び点火時期は、それぞれのマップ値としてエンジンの燃料噴射、点火制御に用いられる。

例えば点火時期は、現在のエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、予め運転モード毎に定められた所定の点火時期マップ（例えば、図５の下段参照）を検索することによって算出される。

噴射割合は、現在のエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、図７に示すように３つの運転モード毎に予め定められた噴射割合マップを検索することによって算出される。
図７は、噴射割合マップの具体例を示す図であり、上から順に、ＭＢＴモード時、ＢＳＦＣボトムモード時、及び節約モード時に選択されるマップを示す。なお図７では、噴射割合を不連続に数段階に分けて簡略化したものを図示するが、実際には連続的に定められる。この図７に示すように、エンジン回転数及びエンジン負荷によって指定されるエンジンの運転ポイントが同じであっても、各マップによって決定される噴射割合は３つの運転モードで異なる。より具体的には、３つのマップを同じ運転ポイントで比較した場合、噴射割合は、節約モード、ＢＳＦＣボトムモード、及びＭＢＴモードの順で高くなる。上述のように、混合燃料をメインタンクに給油した直後は、分離装置による燃料の分離が十分に進んでいないため、メインタンク内の燃料のエタノール濃度が高くなっている。このようにメインタンクにエタノールが含まれた状態で、定められた噴射割合の下で２つのインジェクタを利用して燃料を噴射すると、筒内のエタノール濃度（又はオクタン価）は、図７のマップによって定められる噴射割合と対応した濃度からずれてしまう。そこで、このような筒内のエタノール濃度のずれを抑制すべく、図７のマップを用いて算出された噴射割合は、メインタンク及びサブタンク内の燃料のエタノール濃度に応じて補正される。これにより、例えば分離が十分に進んでおらずメインタンク内の燃料のエタノール濃度が高い場合には、図７のマップに従って定められた噴射割合は減少側に補正される。

＜負荷調整処理＞
図８は、各運転モードの熱効率特性を示す図である。すなわち図８は、上述のようにして運転モード毎に異なるマップを利用して噴射割合及び点火時期を決定してエンジンを制御した場合の各運転領域における熱効率を示す図である。図８に示すように、節約モード時では、熱効率の高い領域は、他の運転モードに対し、低中負荷の一部の領域に偏っている。また、この熱効率の高い領域は、ＢＳＦＣボトムモード時、及びＭＢＴモード時へと噴射割合が高くなるに従い、中高負荷の領域へと広がる。

図６を参照して説明したように、熱効率は、全領域においてＭＢＴタイミングで点火できるまで噴射割合を高くすることによって最も高くできる。しかしながら、図８に示すように、一部の負荷領域では、噴射割合をＭＢＴモード時から多少低下させたとしても、依然として熱効率の高い運転を行うことができる。そこで負荷調整処理では、選択された運転モードによらずできるだけ高い熱効率での運転が可能となるように、エンジンの運転ポイントが熱効率の高い部分に分布するように、運転モード毎に設定された変速マップを利用して、ドライバ要求駆動力に応じた目標回転数とエンジン要求トルクとを決定する。

なお図７及び図８には、運転モードを固定して所定の走行モードに従って車両を走行させた場合における運転範囲を破線で示し、この走行による運転ポイントの時間頻度重心を白丸で示す。図８に示すように、負荷調整処理では、エンジンの運転ポイントが各運転モードでの熱効率の高い領域に偏るように設定された変速マップを参照することによって、目標回転数とエンジン要求トルクを決定する。より具体的には、エタノール残量パラメータが大きくなるほど、目標回転数を減少させかつエンジン要求トルクを上昇させる。

図９は、各運転モードで所定の走行モードに従って走行した場合におけるエンジンの運転ポイントの時間頻度重心を、エンジンの等出力線図にプロットした図である。
上述の負荷調整処理を行うことにより、各運転モードの時間頻度重心は、エンジンの等出力線上を低回転側から高回転側へ向かってＭＢＴモード、ＢＳＦＣボトムモード、及びエタノール節約モードの順で推移する。上述のように、噴射割合を低くするほど熱効率の高い領域は低中負荷領域の一部に限られる。そこで本発明では、このような噴射割合の変更に伴う熱効率特性の変化に合わせて運転モード毎に適した熱効率で走行できるように、負荷調整処理を行い、噴射割合が低くなるほどエンジンの運転ポイントをより低負荷かつ高回転側にシフトさせる。

図１０は、各運転モードのエタノール消費率［％］と燃費［ｋｍ／Ｌ］との関係を示す図である。ここでエタノール消費率とは、全燃料の消費量に対するエタノールの消費量の割合をいう。

図１０に示すように、燃費及びエタノール消費率はともに、節約モード、ＢＳＦＣボトムモード、及びＭＢＴモードの順で高くなる。本発明では、このように燃費及びエタノール消費率が異なる３つの運転モードを準備し、エタノール残量パラメータの大きさに応じて、エタノール消費率の異なる運転モードを切り替えることにより、燃料の偏った消費を抑制できる。また、本発明では運転モード毎に異なる熱効率特性に適した変速マップを利用し、エンジン回転数及びエンジン要求トルクを運転モード毎に最適化することにより、運転モード間の燃費のばらつきを小さくできるので、燃料の偏った消費を抑制しながら同時に燃費を向上できる。なお、例えば、ＭＢＴモードよりもエタノール消費率を大きくすると、過負荷によって燃費が悪化してしまう。

＜トランスミッション制御＞
図３に戻って、トランスミッション制御では、実際のエンジンの回転数と、上述のように負荷調整処理によって運転モードに応じて定められた目標回転数とが一致するように、変速機の変速比を制御する。

＜エンジン制御＞
エンジン制御は、気筒内に導入される空気の量を制御する吸気量制御と、各インジェクタからの燃料噴射量及び点火時期を制御する燃料噴射・点火制御と、に分けられる。

吸気量制御では、負荷調整処理によって算出されたエンジン要求トルクや、エンジン回転数、吸気流量、吸気温度、及び吸気圧力等に基づいて、規定のアルゴリズムに従って目標吸気量、目標スロットル開度、目標過給圧、及び目標実行圧縮比等を算出し、これら目標が実現するようにスロットル弁、ウェイストゲートバルブ、吸気側ＶＴＣ、及び排気側ＶＴＣ等に対する制御入力を決定し、各々のドライバへ入力する。

燃料噴射・点火制御では、マップ値算出処理によって算出された噴射割合及び点火時期のマップ値や、エンジン回転数、吸気流量、吸気圧力、吸気温度、水温、スロットル開度、及びカム位相等に基づいて、規定のアルゴリズムに従ってポートインジェクタからの燃料の噴射時間及び噴射時期、直噴インジェクタからの燃料の噴射時間（噴射量に比例）及び噴射時期、並びに点火プラグの点火時期に対する基本値を算出する。そして、これら噴射態様及び点火態様を規定するパラメータの基本値を、ノックセンサ及びＬＡＦセンサの出力に基づいて算出された補正係数を用いて補正することによって、最終的な噴射態様及び点火態様を決定し、これが実現するようにポートインジェクタ、直噴インジェクタ、及び点火プラグに対する制御入力を決定し、それぞれのドライバへ入力する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。
上記実施形態では、図４に示すようにエタノール残量パラメータの値を４つの領域に区切り、領域に応じて選択された運転モード毎に異なるマップを用いて噴射割合や点火時期等を決定したが、本発明はこれに限らない。例えば、図１１に示すように、運転モード（及びこの運転モードに応じて選択されるマップ）毎に基準となるエタノール残量パラメータの値を設定する。そして、エタノール残量パラメータの値が各運転モードと対応する値の間にある場合には、噴射割合及び点火時期は、２つの運転モードによって得られた値を重み付けして補間することによって算出してもよい。

また、上記実施形態では、エタノールとガソリンの混合燃料を使用する場合を想定したが、本発明はこれに限らない。ガソリンに混合するアルコール成分は、エタノールに限らずメタノールやブタノール等でもよい。

また、上記実施形態では、運転モードはエタノール残量パラメータのみに応じてドライバの意思とは無関係に自動で選択される場合について説明したが、本発明はこれに限らない。運転モードは、例えばドライバが手動で選択できるようにしてもよい。例えば、近い将来に給油する予定がある場合、給油するまでの間に積極的にエタノールを消費させた方が好ましい場合がある。これに対し、運転モードをドライバが手動で選択できるようにすることにより、ドライバしか知り得ない情報に応じて適切な運転モードに設定できる。

Ｖ…車両
ＴＭ…変速機
１…エンジン（内燃機関）
６…燃料供給システム
６１２…分離装置
６２…ポートインジェクタ（第２噴射装置）
６３…直噴インジェクタ（第１噴射装置）
７…ＥＣＵ（噴射割合算出手段、噴射制御手段、点火時期算出手段、点火制御手段、目標回転数算出手段、変速比制御手段）

Claims (4)

1. アルコールとガソリンの混合燃料を第１燃料と当該第１燃料よりも高オクタン価の第２燃料とに分離する分離装置と、
   前記第１燃料を内燃機関の気筒内に噴射する第１噴射装置と、
   前記第２燃料を前記機関の吸気ポート内に噴射する第２噴射装置と、
   前記機関の出力軸に設けられた変速機と、を備えた車両の制御装置であって、
   所定の入力に基づいて所定のマップを検索することにより前記第１及び第２噴射装置からの燃料の噴射割合を算出する噴射割合算出手段を有し、当該算出された噴射割合を用いて前記第１及び第２噴射装置の燃料の噴射割合を制御する噴射制御手段と、
   所定の入力に基づいて所定のマップを検索することにより前記気筒に設けられた点火装置の点火時期を算出する点火時期算出手段を有し、当該算出された点火時期を用いて前記点火装置の点火時期を制御する点火制御手段と、
   前記車両に残存する全燃料に対するアルコール又は第２燃料の残量割合及び前記車両の状態に基づいて前記機関の目標回転数を算出する目標回転数算出手段を有し、前記機関の回転数が前記目標回転数になるように前記変速機の変速比を制御する変速比制御手段と、を備え、
   前記噴射割合算出手段及び前記点火時期算出手段は、それぞれ第２燃料消費率が異なる複数のマップを有し、前記残量割合に応じて選択されたマップを用いて前記噴射割合及び点火時期を算出することを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記噴射割合算出手段及び前記点火時期算出手段は、それぞれ基準マップと当該基準マップよりも前記第２燃料消費率が大きな余剰時マップとを有し、前記残量割合が前記基準マップと対応する第１所定値から前記余剰時マップと対応しかつ前記第１所定値より大きな第２所定値までの範囲内である場合には、前記基準マップ及び前記余剰時マップによって得られた値を補間することによって前記噴射割合及び点火時期を算出することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記噴射割合算出手段及び前記点火時期算出手段は、それぞれ前記基準マップよりも前記第２燃料消費率が小さな節約時マップをさらに有し、前記節約時マップと対応しかつ前記第１所定値より小さな第３所定値から前記第１所定値までの範囲内である場合には、前記節約時マップ及び前記基準マップによって得られた値を補間することによって前記噴射割合及び点火時期を算出することを特徴とする請求項２に記載の車両の制御装置。
4. 前記目標回転数算出手段は、前記残量割合が増加するほど前記目標回転数を減少させることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の車両の制御装置。