JP2020180550A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルコールを含有する燃料を用いる内燃機関の低温始動後において、安定した良好な燃焼状態を確保することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】本発明は、アルコールを含有する燃料を用いるとともに、燃料を気筒３ａ内に直接、噴射する内燃機関３に適用される。本発明の制御装置によれば、内燃機関３の温度を表す機関温度パラメータとしてエンジン水温ＴＷを検出し、燃料のエタノール濃度ＥＣを検出し、内燃機関３の負荷として吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬを検出する。そして、エンジン３の低温始動後に、検出されたエンジン水温ＴＷ、エタノール濃度ＥＣ及び吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに応じて、燃料の噴射モードとして、吸気行程において燃料を噴射する吸気行程噴射、及び圧縮行程において燃料を噴射する圧縮行程噴射の一方を選択し、実行する（図２のステップ９、図６、図１２）。【選択図】図１２

Description

本発明は、アルコールを含有する燃料を用い、気筒内に直接、噴射する内燃機関の制御装置に関し、特に内燃機関の低温状態において燃料の噴射時期を制御する制御装置に関する。

従来、この種の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この制御装置では、アルコール含有燃料を使用する内燃機関の低温始動性を向上させるために、その始動中及び始動後の暖機が完了するまでの所定期間内に、燃料噴射制御が以下のように行われる。

まず、燃料のアルコール濃度及び冷却水温を検出し、アルコール濃度が所定濃度以上でかつ冷却水温が所定温度以下であるという条件が成立したときには、噴射された燃料が気化しにくい状態にあると判定し、燃料を昇圧するとともに、圧縮行程において燃料を噴射する圧縮行程噴射を実行する。一方、上記の条件が成立していないとき、すなわちアルコール濃度が所定濃度よりも低いか、及び／又は冷却水温が所定温度よりも高いときには、噴射された燃料が気化しやすい状態にあると判定し、燃料を昇圧することなく、吸気行程において燃料を噴射する吸気行程噴射を実行する。

特開２０１０−３７９６８号公報

上述したように、従来の制御装置では、始動後の暖機が完了するまでの所定期間内において、アルコール濃度が所定濃度以上で、かつ冷却水温が所定温度以下であるときには、圧縮行程噴射が実行される。しかし、後述するように、低温始動後に上記の条件が成立する場合でも、内燃機関の負荷によっては、圧縮行程噴射よりもむしろ吸気行程噴射を行った方が、良好な燃焼状態が得られることが確認された。これに対し、従来の制御装置では、アルコール濃度及び冷却水温に関する上記の条件が成立する限り、圧縮行程噴射が実行されるので、必ずしも良好な燃焼状態を得ることができず、燃焼変動が増大するおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、アルコールを含有する燃料を用いる内燃機関の低温始動後において、安定した良好な燃焼状態を確保することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、請求項１に係る発明は、アルコールを含有する燃料を用いるとともに、燃料を気筒３ａ内に直接、噴射する内燃機関３の制御装置であって、内燃機関３の温度を表す機関温度パラメータ（エンジン水温ＴＷ）を取得する機関温度パラメータ取得手段（水温センサ２２）と、燃料のアルコール濃度（エタノール濃度ＥＣ）を取得するアルコール濃度取得手段（エタノール濃度センサ２４）と、内燃機関３の負荷（吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬ）を取得する負荷取得手段（エアフローセンサ２３）と、内燃機関３の低温始動後に、取得された機関温度パラメータ、アルコール濃度及び内燃機関３の負荷に応じ、燃料の噴射モードとして、吸気行程において燃料を噴射する吸気行程噴射、及び圧縮行程において燃料を噴射する圧縮行程噴射の一方を選択し、実行する制御手段（ＥＣＵ２、図２のステップ９、図６）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関は、アルコールを含有する燃料を用いるとともに、燃料を気筒内に直接、噴射するタイプのものである。また、内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の温度を表す機関温度パラメータ、燃料のアルコール濃度及び内燃機関の負荷が、それぞれ取得される。そして、内燃機関の低温始動後に、取得された機関温度パラメータ、アルコール濃度及び内燃機関の負荷に応じ、燃料の噴射モードとして、吸気行程において燃料を噴射する吸気行程噴射、及び圧縮行程において燃料を噴射する圧縮行程噴射の一方が選択され、実行される。

前述したように、内燃機関の低温始動後において、内燃機関の温度及びアルコール濃度が同じ条件であっても、圧縮行程噴射と吸気行程噴射のうち、より安定した燃焼状態が得られる噴射モードは、内燃機関の負荷に応じて異なる。この構成によれば、機関温度パラメータ及びアルコール濃度とともに内燃機関の負荷に応じて、吸気行程噴射又は圧縮行程噴射を選択するので、内燃機関の低温始動後において、安定した良好な燃焼状態を確保することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、制御手段は、機関温度パラメータによって表される内燃機関の温度が所定温度ＴＪＵＤ以下で、かつアルコール濃度ＥＣが所定濃度ＥＪＵＤ以上である場合において、内燃機関の負荷が所定値（所定量ＧＡＩＲＪＵＤ）以上のときに圧縮行程噴射を実行し、内燃機関の負荷が所定値未満のときに吸気行程噴射を実行すること（図２のステップ９、図６）を特徴とする。

内燃機関の温度が所定温度以下でかつアルコール濃度が所定濃度以上であるという条件（以下「低温高濃度条件」という）では、安定した燃焼状態を得る上で、内燃機関の負荷が比較的高いときには圧縮行程噴射が適する一方、内燃機関の負荷が比較的低いときには吸気行程噴射が適することが確認された。その理由は、以下のように推定される。

すなわち、低温高濃度条件では、アルコール濃度が高いために燃料の沸点が高いことに加えて、内燃機関が低温であるため、燃料が気化しにくい状態にある。このような低温高濃度条件において内燃機関の負荷が高い場合には、燃料量が多いことで、噴射された燃料が低温状態のピストン上などで液膜化する度合が高くなるため、燃料の気化がさらに阻害される。このような状況において圧縮行程噴射を実行すると、筒内温度がより高い状態で燃料が噴射される結果、燃料の液膜化が抑制され、燃料の気化が促進されることによって、安定した燃焼状態が得られると推定される。一方、低温高濃度条件において内燃機関の負荷が低い場合には、燃料量が少ないことで、噴射された燃料が液膜化する度合が低いため、上述した圧縮行程噴射による燃料の気化の促進効果が相対的に小さく、その結果、吸気行程噴射の方が安定した燃焼状態が得られると推定される。

請求項２の構成は、以上の観点に基づいており、低温高濃度条件において、内燃機関の負荷が高負荷状態に相当する所定値以上のときに圧縮行程噴射を実行し、内燃機関の負荷が所定値未満のときには吸気行程噴射を実行するので、内燃機関の負荷に応じて圧縮行程噴射又は吸入行程噴射を適切に選択でき、したがって、内燃機関の低温始動後において、安定した良好な燃焼状態を確実に得ることができる。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、燃料の噴射モードが吸気行程噴射から圧縮行程噴射に切り替えられたときに、燃料噴射量ＧＦＵＥＬを増量し、圧縮行程噴射から吸気行程噴射に切り替えられたときに、燃料噴射量ＧＦＵＥＬを減量する噴射量増減手段（ＥＣＵ２、図１３のステップ３３〜３５）をさらに備えることを特徴とする。

燃料の噴射モードが切り替えられた場合、燃料の噴射時期が急激に変化するため、噴射された燃料と空気との混合気の均質化度合が変化し、それに応じて燃焼効率が変化する。例えば、噴射モードが圧縮行程噴射に切り替えられた場合、混合気の生成時間が短いためにその均質化が不十分で、気筒内に燃料が偏在する局所リッチなどが生じやすく、燃焼効率が低下することによって、空燃比が実質的にリーン化し、内燃機関の出力の低下を招く。噴射モードが吸気行程噴射に切り替えられた場合には、上記と逆の動作特性になる。

この構成によれば、燃料の噴射モードが圧縮行程噴射に切り替えられたときに、燃料噴射量を増量し、吸気行程噴射に切り替えられたときに、燃料噴射量を減量するので、噴射モードの切替に伴う空燃比の変動を適切に補償し、所要の内燃機関の出力を確保することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、制御手段は、内燃機関３の低温始動時に、圧縮行程噴射を実行するとともに、アルコール濃度が高いほど、燃料の噴射時期をより遅角側に設定すること（図２のステップ４、図３〜図５）を特徴とする。

この構成によれば、内燃機関の低温始動時に、圧縮行程噴射を実行するとともに、アルコール濃度が高いほど、燃料の噴射時期をより遅角側に設定する。これにより、アルコール濃度が高いほど、すなわち燃料の気化の度合が低いほど、筒内温度がより高い状態で燃料が噴射されることによって、燃料の気化がより促進されるので、アルコール濃度に応じた安定した燃焼状態を確保でき、低温始動性を向上させることができる。

本発明を適用した内燃機関及びその制御装置を示す図である。 燃料噴射時期の制御処理を示すフローチャートである。 始動時の噴射終了時期を算出するための始動時マップである。 図３の始動時マップを線図化した図である。 図３の始動時マップのうちの低温条件におけるエタノール濃度と噴射終了時期との関係を示す図である。 暖機運転時の噴射終了時期を算出するための暖機運転時マップである。 低温高負荷条件における噴射時期と内燃機関のトルクとの関係を示す図である。 低温高負荷条件において吸気行程噴射を行ったときの、エタノール濃度と燃焼変動率などとの関係を示す図である。 低温高負荷条件において圧縮行程噴射を行ったときの、図８と同様の図である。 低温高負荷条件においてしきい値を境として吸気行程噴射と圧縮行程噴射を使い分けたときの、図８及び図９と同様の図である。 通常運転時の噴射終了時期を算出するための通常運転時マップである。 図２の制御処理によって得られる動作例を示すタイミングチャートである。 噴射モードの切替に伴う燃料噴射量の補正処理を示すフローチャートである。 図１３の補正処理による燃料補正量の算出例を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明を適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３及びその制御装置を示す。エンジン３は、車両（図示せず）に搭載されており、アルコールを含有する燃料として、エタノールとガソリンを混合した燃料を使用可能なものである。

エンジン３は、例えば４つの気筒３ａ（１つのみ図示）を有する４気筒エンジンである。各気筒３ａのピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃとの間には燃焼室３ｄが形成され、シリリンダヘッド３ｃには、気筒３ａごとに、燃料噴射弁４及び点火プラグ５が設けられている。燃料は、燃料噴射弁４から燃焼室３ｄ内に直接、噴射される。また、燃料噴射弁４及び点火プラグ５はＥＣＵ（電子制御ユニット）２に電気的に接続されており、燃料噴射弁４からの燃料の噴射量及び噴射時期と点火プラグ５の点火時期は、ＥＣＵ２からの制御信号によって制御される。

吸気通路６には、スロットル弁７が設けられている。スロットル弁７は、バタフライ型の弁体７ａと、これを駆動するＴＨアクチュエータ７ｂを有する。ＴＨアクチュエータ７ｂがＥＣＵ２からの制御信号で駆動されることによって、弁体７ａの開度が制御され、気筒３ａに吸入される空気量が制御される。

エンジン３には、以下に示す各種のセンサ２１〜２４が設けられており、それらの検出信号はＥＣＵ２に入力される。

クランク角センサ２１は、エンジン３のクランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号及びＴＤＣ信号を出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角度（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、ＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒３ａにおいてピストン３ｂが吸気行程の開始時のＴＤＣ（吸気ＴＤＣ）付近にあることを表す信号であり、エンジン３が４気筒の場合にはクランク角度１８０°ごとに出力される。

水温センサ２２は、エンジン３のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度であるエンジン水温ＴＷを検出する。また、エアフローセンサ２３は、吸気通路６を流れる空気量ＧＡＩＲを検出する。ＥＣＵ２は、この検出信号に基づき、各気筒３ａに吸入される空気量である吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬを算出する。

エタノール濃度センサ２４は、燃料噴射弁４と燃料タンクに接続された燃料通路（いずれも図示せず）の途中に設けられており、燃料のエタノール濃度ＥＣを検出する。なお、説明の便宜上、エタノール濃度ＥＣが○○％である燃料を適宜、「Ｅ○○燃料」と表記する。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｅ２ＰＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されており、上記の各種のセンサ２１〜２４の検出信号などに基づき、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、各種のエンジン制御処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が制御手段及び噴射量増減手段に相当する。

図２は、ＥＣＵ２で実行される燃料噴射時期の制御処理を示す。この処理は、エンジン３の始動時を含む運転状態を判別するとともに、判別された運転状態に応じて、燃料噴射時期として噴射終了時期ＥＯＩを設定するものである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生に同期して繰り返し実行される。

本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン３が始動中であるか否かを判別する。この場合、始動中とは、クランキングの開始時からエンジン回転数ＮＥが所定のアイドル回転数以上に完全に立ち上がるまでの期間をいう。この判別の結果、エンジン３が始動中のときには、後述する筒内温度カウンタ値ＣＴをインクリメントする（ステップ２）とともに、エンジン回転数ＮＥが上記アイドル回転数よりも低い所定回転数ＮＲＥＦ（例えば５００ｒｐｍ）よりも小さいか否かを判別する（ステップ３）。この答えがＹＥＳのときには、ステップ４に進み、始動時制御を実行し、本処理を終了する。

この始動時制御では、検出されたエンジン水温ＴＷ及びエタノール濃度ＥＣに応じ、図３に示す始動時マップを検索することによって、噴射終了時期ＥＯＩを算出する。この始動時マップは、良好な始動性（例えば最短の始動時間）が得られるように、エンジン水温ＴＷ及びエタノール濃度ＥＣに対して噴射終了時期ＥＯＩを設定したものである。

図４に示すように、この始動時マップでは、エンジン水温ＴＷ及びエタノール濃度ＥＣにかかわらず、噴射終了時期ＥＯＩは圧縮行程内に設定されている。すなわち、始動時には、圧縮行程において燃料を噴射する圧縮行程噴射が実行される。これは、始動時には、エンジン水温ＴＷ及びエタノール濃度ＥＣにかかわらず、吸気行程において燃料を噴射する吸気行程噴射よりも圧縮行程噴射の方が、より良好な始動性が得られることが確認されているためである。

また、噴射終了時期ＥＯＩは、エンジン水温ＴＷが低いほど、より遅角側に設定されている。これは、エンジン水温ＴＷが低いほど、燃料が気化しにくいことで、燃焼状態が悪化しやすいので、噴射終了時期ＥＯＩをより遅くすることにより、筒内温度がより高い状態で燃料を噴射し、燃料の気化を促進するためである。

また、図５は、始動時マップから、エンジン水温ＴＷが一定の低温条件（例えば０℃）のときの、エタノール濃度ＥＣと噴射終了時期ＥＯＩとの関係を取り出したものである。図５にも示すように、噴射終了時期ＥＯＩは、エタノール濃度ＥＣが高いほど、圧縮ＴＤＣに近づくように、より遅角側に設定されている。これは、エタノール濃度ＥＣが高いほど、燃料の沸点が高いことで、燃料が気化しにくくなり、燃焼状態が悪化しやすいので、上述したエンジン水温ＴＷに対する場合と同様、噴射終了時期ＥＯＩをより遅くすることにより、筒内温度がより高い状態で燃料を噴射し、燃料の気化を促進するためである。

図２に戻り、前記ステップ３の答えがＮＯで、エンジン回転数ＮＥ≧所定回転数ＮＲＥＦが成立したときには、エンジン回転数ＮＥがある程度、立ち上がったとして、ステップ５に進み、始動の完了時までの移行時制御を実行し、本処理を終了する。

この移行時制御では、始動時に圧縮行程内に設定されていた噴射終了時期ＥＯＩが、始動完了後における吸気行程内の目標値に向かって進角側に制御される。より具体的には、例えば図１２に示すように、エタノール濃度ＥＣが低いＥ０〜Ｅ６４燃料の場合には、低温始動性が高いため、噴射終了時期ＥＯＩは、移行時制御の開始時に、吸気行程内の目標値に即座に変更される。これに対し、エタノール濃度が高いＥ８５燃料やＥ１００燃料の場合には、低温始動性が低いため、噴射終了時期ＥＯＩは吸気行程内の目標値に向かって徐々に変更される。これにより、安定した低温始動性を確保しながら、噴射終了時期ＥＯＩを始動完了後の目標値に円滑に移行させることができる。

図２に戻り、前記ステップ１の答えがＮＯで、エンジン３の始動が完了した後には、エンジン水温ＴＷが、所定温度ＴＪＵＤ（例えば０℃）よりも低いか否かを判別する（ステップ６）。この答えがＹＥＳのときには、エンジン３が低温始動されたと判定し、次いで、前記ステップ２と同様、筒内温度カウンタ値ＣＴをインクリメントする（ステップ７）とともに、筒内温度カウンタ値ＣＴが所定のしきい値ＣＪＵＤ以上であるか否かを判別する（ステップ８）。

この筒内温度カウンタ値ＣＴは、図示しない処理により、イグニッションスイッチがオンされたときに０にリセットされ、前記ステップ２及び７においてインクリメントされる。したがって、筒内温度カウンタ値ＣＴは、始動開始時からのエンジン３の燃焼回数を概ね示すとともに、エンジン３が低温始動された場合には、始動開始時からの燃焼による筒内温度の上昇量を表す。このため、前記ステップ８の答えがＮＯで、筒内温度カウンタ値ＣＴがしきい値ＣＪＵＤに達していないときには、筒内温度が暖機の完了に相当する温度まで上昇しておらず、エンジン３が暖機運転中であると判定して、ステップ９に進み、暖機運転時制御を実行し、本処理を終了する。なお、この暖機運転には、低温始動に続く低負荷の暖機アイドル運転と、車両の走行時における高負荷の暖機走行運転が含まれる。

一方、上記ステップ８の答えがＹＥＳで、筒内温度カウンタ値ＣＴがしきい値ＣＪＵＤに達したときには、暖機運転が終了したと判定し、ステップ１０に進み、通常運転時制御を実行し、本処理を終了する。また、前記ステップ６の答えがＮＯで、エンジン３が低温始動されていないときにも、同様にステップ１０に進み、通常運転時制御を実行する。

前記ステップ９の暖機運転時制御では、エンジン水温ＴＷ、エタノール濃度ＥＣ、エンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに応じ、図６に示す暖機運転時マップを検索することによって、噴射終了時期ＥＯＩを算出する。この暖機運転時マップは、エンジン３の暖機運転中（冷機状態）において、燃焼安定性を確保するとともに、オイルダイリューション量（エンジンオイルへのエタノールの混入量）や煤発生量を抑制するという観点から、上記４つの入力パラメータに対して噴射終了時期ＥＯＩを設定したものである。

この暖機運転時マップでは、エンジン水温ＴＷが低温状態に相当する所定温度ＴＪＵＤ（例えば０℃）以下であり（低温条件）、エタノール濃度ＥＣが高濃度状態に相当する所定濃度ＥＪＵＤ（例えば７５％）以上であり（高濃度条件）、かつ吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬが高負荷状態に相当する所定量ＧＡＩＲＪＵＤ以上である（高負荷条件）ときには、噴射終了時期ＥＯＩは圧縮行程内に設定されており、それにより圧縮行程噴射が実行される。一方、暖機運転時マップでは、上記の低温条件、高濃度条件及び高負荷条件の少なくとも１つが成立していないときには、噴射終了時期ＥＯＩは吸気行程内に設定されており、それにより吸気行程噴射が実行される。

以上のように、暖機運転時には、上述した条件に従って、圧縮行程噴射又は吸気行程噴射が選択的に実行される。以下、その理由について説明する。図７は、エンジン水温ＴＷ、エタノール濃度ＥＣ及び吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬが上記の条件をそれぞれ満たす低温・高濃度・高負荷条件において、燃料噴射時期を吸気行程から圧縮行程にわたって変化させたときに得られたエンジン３のトルク（エンジントルク）ＴＲＱを例示したものである。同図に示すように、吸気行程噴射を行った場合には、エンジントルクＴＲＱは０で、エンジン３が失火しており、燃焼不良が生じていることが分かる。これは、エタノール濃度ＥＣが高い燃料はもともと気化しにくいとともに、低温高負荷条件で吸気行程噴射を行った場合には、燃料が低温状態のピストン３ｂ上などで液膜化するなどの理由から、燃料がさらに気化しにくくなるためと推定される。

これに対し、圧縮行程噴射を行った場合には、大きなエンジントルクＴＲＱが発生しており、良好な燃焼性が得られることが分かる。これは、圧縮行程では吸気行程よりも筒内温度が高いため、低温高負荷条件で圧縮行程噴射を行った場合、吸気行程噴射の場合のようなピストン３ｂ上での燃料の液膜化が生じにくく、燃料の気化が促進されることによって、燃焼状態が改善されるためと推定される。

また、図８及び図９は、低温高負荷条件において吸気行程噴射及び圧縮行程噴射をそれぞれ行ったときに得られた、エタノール濃度ＥＣに対する、（ａ）燃焼変動率ＲＣＣ、（ｂ）煤発生量ＱＳ、（ｃ）オイルダイリューション量（以下「ＯＤ量」という）ＱＯＤ及び（ｄ）噴射終了時期ＥＯＩの関係を示す。

図８に示すように、吸気行程噴射の場合には、燃焼変動率ＲＣＣは、エタノール濃度ＥＣが約８５％未満の領域では、判定値ＲＣＣＪに対して十分に小さいのに対し、エタノール濃度ＥＣが約８５％よりも大きい領域では、急激に増大し、判定値ＲＣＣＪを上回っている。煤発生量ＱＳは、エタノール濃度ＥＣの全領域において、判定値ＱＳＪに対して十分に小さい。また、ＯＤ量ＱＯＤは、エタノール濃度ＥＣが約８５％よりも大きい領域では、判定値ＱＯＤＪを上回る場合がある。

一方、図９に示すように、圧縮行程噴射の場合には、燃焼変動率ＲＣＣは、エタノール濃度ＥＣが約６０％よりも大きい領域で若干、増加する傾向が認められるものの、エタノール濃度ＥＣの全領域において非常に小さく、判定値ＲＣＣＪを十分に下回っている。煤発生量ＱＳは、エタノール濃度ＥＣが約６０％よりも小さい領域では、非常に大きく、判定値ＱＳＪを上回るのに対し、約６０％よりも大きい領域ではほぼ０になる。また、ＯＤ量ＱＯＤは、エタノール濃度ＥＣの全領域において、判定値ＱＯＤＪに対して十分に小さい。

図１０は、上述した図８及び図９の結果をふまえ、所定濃度ＥＪＵＤ（例えば７５％）をしきい値とし、それよりも低濃度側で吸気行程噴射を行い、高濃度側で圧縮行程噴射を行った場合に得られる結果を示したものである。図１０から、このような吸気行程噴射と圧縮行程噴射との切替により、エタノール濃度ＥＣの全領域において、燃焼変動率ＲＣＣが判定値ＲＣＣＪを十分に下回り、良好な燃焼状態が確保されるとともに、煤発生量ＱＳ及びＯＤ量ＱＯＤがそれぞれの判定値ＱＳＪ及びＱＯＤＪを十分に下回り、抑制されることが分かる。

図２に戻り、前記ステップ１０の通常運転時制御では、エンジン水温ＴＷ、エンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに応じ、図１１に示す通常運転時マップを検索することによって、噴射終了時期ＥＯＩを算出する。通常運転時には、エンジン３が高温状態にあるため、吸気行程噴射によって燃焼安定性を確保することが可能である。このため、通常運転時マップでは、噴射終了時期ＥＯＩは、吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬなどにかかわらず、吸気行程内に設定されており、それにより、通常運転時には常時、吸気行程噴射が実行される。

図１２は、これまでに説明した図２の燃料噴射時期の制御処理によって得られる、エンジン３が低温始動された場合の動作例を示す。まず、時点ｔ１において、エンジン３の始動のためのクランキングが開始されたとすると、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＪＵＤに達するまでの間（ｔ１〜ｔ２）、始動時制御（ステップ４）が実行される。この始動時制御では、噴射終了時期ＥＯＩは、図３の始動時マップに従って圧縮行程内に設定され、圧縮行程噴射が実行されるとともに、噴射終了時期ＥＯＩは、エタノール濃度ＥＣが高いほど、より遅角側に設定される。また、始動開始時から筒内温度カウンタ値ＣＴがインクリメントされる。

その後、エンジン３の始動が完了するまでの間（ｔ２〜ｔ３）、移行時制御（ステップ５）が実行される。前述したように、この移行時制御では、始動時制御において圧縮行程内に設定されていた噴射終了時期ＥＯＩが、Ｅ０〜Ｅ６４燃料の場合には即座に、Ｅ８５燃料及びＥ１００燃料の場合には徐々に、始動完了後の吸気行程内の目標値に変更される。

エンジン３の始動が完了すると、暖機時制御（ステップ９）が実行され、噴射終了時期ＥＯＩは、図６の暖機運転時マップに従って設定される。この例では、始動の完了に引き続いて低負荷の暖機アイドル運転が行われているため（ｔ３〜ｔ４）、この間、噴射終了時期ＥＯＩは吸気行程内に設定され、吸気行程噴射が実行される。

その後、暖機アイドル運転から高負荷の暖機走行運転に移行すると（ｔ４）、Ｅ０〜Ｅ６４燃料の場合には、前述した高濃度条件が成立しないため、噴射終了時期ＥＯＩは、吸気行程内のエンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬなどに応じた値に設定され、吸気行程噴射が引き続き実行される。一方、Ｅ８５燃料及びＥ１００燃料の場合には、低温条件、高濃度条件及び高負荷条件がすべて成立するため、噴射終了時期ＥＯＩは、圧縮行程内のエンジン回転数ＮＥ及び吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬなどに応じた値に設定され、圧縮行程噴射が実行される。

その後、筒内温度カウンタ値ＣＴがしきい値ＣＪＵＤに達すると（ｔ５）、暖機運転が終了したと判定され、通常運転時制御（ステップ１０）が実行される。この通常運転時制御では、噴射終了時期ＥＯＩは、図１１の通常運転時マップに従って吸気行程内に設定され、吸気行程噴射が実行される。なお、この例では、Ｅ８５燃料及びＥ１００燃料については、噴射終了時期ＥＯＩは、時点ｔ５〜ｔ６の間、暖機運転制御の終了時の値に保持され、その後、通常運転時マップによる吸気行程内の値に変更される（実線）。あるいは、この場合の噴射終了時期ＥＯＩの変更を、破線で示すように徐々に行うことも可能である。

以上のように、本実施形態によれば、エンジン３の低温始動後の暖機運転において、エンジン３の温度を表すエンジン水温ＴＷ及びエタノール濃度ＥＣに加えて、エンジン３の負荷に相当する吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬに応じて、吸気行程噴射又は圧縮行程噴射を選択し、実行するので、エンジン３の低温始動後において、安定した良好な燃焼状態を確保することができる。

より具体的には、エンジン水温ＴＷが低温状態に相当する所定温度ＴＪＵＤ以下である低温条件、エタノール濃度ＥＣが高濃度状態に相当する所定濃度ＥＪＵＤ以上である高濃度条件、及び吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬが高負荷状態に相当する所定量ＧＡＩＲＪＵＤ以上である高負荷条件が、すべて成立しているときに、圧縮行程噴射を実行する一方、低温条件、高濃度条件及び高負荷条件の少なくとも１つが成立していないときに、吸気行程噴射を実行する。これにより、エンジン３の負荷に応じて圧縮行程噴射又は吸入行程噴射を適切に選択でき、したがって、エンジン３の低温始動後において、安定した良好な燃焼状態を確実に得ることができる。また、図１０に示したように、特に低温高負荷条件において、煤発生量ＱＳ及びＯＤ量ＱＯＤを十分に抑制することができる。

また、エンジン３の低温始動時に、圧縮行程噴射を実行するとともに、エタノール濃度ＥＣが高いほど、噴射終了時期ＥＯＩをより遅角側に設定する。これにより、燃料の気化の度合が低いほど、筒内温度がより高い状態で燃料が噴射されることによって、燃料の気化が促進されるので、エタノール濃度ＥＣに応じた安定した燃焼状態を確保でき、低温始動性を向上させることができる。

次に、図１３及び図１４を参照しながら、燃料噴射量の補正処理について説明する。本処理は、圧縮行程噴射と吸気行程噴射との切替に伴う空燃比の変動を補償するためのものであり、ＥＣＵ２により、ＴＤＣ信号の発生に同期して繰り返し実行される。

本処理では、まずステップ２１において、圧縮行程噴射フラグＦ＿ＦＣＭＰがその前回値Ｆ＿ＦＣＭＰＺに等しいか否かを判別する。この圧縮行程噴射フラグＦ＿ＦＣＭＰは、図示しない処理により、圧縮行程噴射が実行されているときに「１」にセットされ、吸気行程噴射が実行されているときに「０」にセットされる。

このステップ２１の答えがＮＯのとき、すなわち今回の処理サイクルが、噴射モードが圧縮行程噴射及び吸気行程噴射の一方から他方に切り替わった直後に相当するときには、燃料噴射量の補正を行うものとして、燃料量補正フラグＦ＿ＦＣＨＧを「１」にセットする（ステップ２２）とともに、その補正回数を表すカウンタ値ｉを１にセットする（ステップ２３）。次に、燃料補正量ＣＧＦを所定の初期値ＣＧＩＮＩに設定し（ステップ２４）、後述するステップ３３に進む。

前記ステップ２１の答えがＹＥＳで、噴射モードの切替の直後でないときには、燃料量補正フラグＦ＿ＦＣＨＧが「１」であるか否かを判別する（ステップ２５）。この答えがＹＥＳで、すでに燃料噴射量の補正中のときには、カウンタ値ｉをインクリメントする（ステップ２６）とともに、カウンタ値ｉが所定値ＮＨＬＤ（例えば２）以下であるか否かを判別する（ステップ２７）。その答えがＹＥＳのときには、燃料補正量ＣＧＦを前回値ＣＧＦ（＝初期値ＣＧＩＮＩ）に保持し（ステップ２８）、ステップ３３に進む。

前記ステップ２７の答えがＮＯで、カウンタ値ｉが所定値ＮＨＬＤを上回ったときには、前回の燃料補正量ＣＧＦから所定の減少量ΔＧＦを差し引いた値を、今回の燃料補正量ＣＧＦとして設定する（ステップ２９）。次に、燃料補正量ＣＧＦが０よりも大きいか否かを判別し（ステップ３０）、その答えがＹＥＳのときには、そのままステップ３３に進む。

一方、上記ステップ３０の答えがＮＯで、燃料補正量ＣＧＦが０以下になったときには、燃料補正量ＣＧＦを０に設定する（ステップ３１）とともに、燃料噴射量の補正を終了するものとして、燃料量補正フラグＦ＿ＦＣＨＧを「０」にセットし（ステップ３２）、ステップ３３に進む。また、このステップ３２を実行した後には、前記ステップ２５の答えがＮＯになり、その場合にもステップ３３に進む。

以上のように算出される結果、燃料補正量ＣＧＦは、図１４に示すように、噴射モードの切替時に、大きな初期値ＣＧＩＮＩに設定され、その後の（ＮＨＬＤ−１）回の燃焼サイクルの間、初期値ＣＧＩＮＩに保持された後、燃焼サイクルごとに所定の減少量ΔＧＦずつ減少し、値０に収束する。

図１３に戻り、前記ステップ２４、２８、３０又は３２などに続くステップ３３では、圧縮行程噴射フラグＦ＿ＦＣＭＰが「１」であるか否かを判別する。この答えがＹＥＳで、今回の噴射モードの切替が吸気行程噴射から圧縮行程噴射への切替であるときには、上記のように算出された燃料補正量ＣＧＦを用い、燃料噴射量ＧＦＵＥＬを次式（１）によって算出し（ステップ３４）、本処理を終了する。
ＧＦＵＥＬ ＝ ＧＢＳ・ＫＧＦ＋ＣＧＦ ・・・（１）

ここで、ＧＢＳは、吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬ及びエンジン回転数ＮＥなどに応じて算出される燃料噴射量の基本値、ＫＧＦは、目標空燃比を達成するための空燃比補正係数や、エンジン水温ＴＷ及び吸気温などを含むエンジン３の運転状態に応じた各種の補正係数を互いに乗算した総補正係数である。

この式（１）により、圧縮行程噴射への切替の際に、燃料補正量ＣＧＦの分、燃料噴射量ＧＦＵＥＬが増量されるので、この切替に伴うリーン側への空燃比の変動を適切に補償し、所要のエンジン出力を確保することができる。

一方、前記ステップ３３の答えがＮＯで、今回の噴射モードの切替が圧縮行程噴射から吸気行程噴射への切替であるときには、燃料補正量ＣＧＦを用い、燃料噴射量ＧＦＵＥＬを次式（２）によって算出し（ステップ３５）、本処理を終了する。
ＧＦＵＥＬ ＝ ＧＢＳ・ＫＧＦ−ＣＧＦ ・・・（２）
この式（２）により、吸気行程噴射への切替の際に、燃料補正量ＣＧＦの分、燃料噴射量ＧＦＵＥＬが減量されるので、この切替に伴うリッチ側への空燃比の変動を適切に補償し、所要のエンジン出力を確保することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、暖機運転時に噴射終了時期ＥＯＩを算出するために、暖機アイドル運転と暖機走行運転に共通の１つの暖機運転時マップ（図６）を用いているが、両運転時用のマップをそれぞれ作成し、判別された運転状態に応じて、該当するマップを用いるようにしてもよい。また、実施形態では、燃料噴射時期として、噴射終了時期ＥＯＩを算出しているが、これに限らず、例えば噴射開始時期を算出してもよい。

また、図１３の燃料噴射量の補正処理では、燃料補正量ＣＧＦを算出し、基本値ＧＢＳと総補正係数ＫＧＦとの積に加減算することによって、燃料噴射量ＧＦＵＥＬを増減しているが、これに限らない。例えば、燃料補正量ＣＧＦに相当する増減量を含めて燃料噴射量ＧＦＵＥＬをマップ化し、噴射モードの切替時からのＴＤＣ数や切替の方向などに応じて、燃料噴射量ＧＦＵＥＬをマップから直接、読み出すようにしてもよい。また、実施形態に示した燃料補正量ＣＧＦの算出手法は、あくまで例示であり、細部の構成を変更することが可能である。

また、実施形態では、内燃機関の温度を表す機関温度パラメータとして、エンジン水温ＴＷを用いているが、これに代えて、他の適当なパラメータ、例えばエンジン３の吸気温や油温などを用いてもよい。さらに、実施形態では、暖機運転の終了判定を、筒内温度カウンタ値ＣＴに基づいて行っているが、これに代えて、上記のエンジン水温ＴＷなどの機関温度パラメータに基づいて行ってもよい。

同様に、実施形態では、エンジン３の負荷に相当するパラメータとして、吸入空気量ＧＡＩＲＣＹＬを用いているが、これに代えて、他の適当なパラメータ、例えば燃料噴射量、要求トルクや車両のアクセル開度などを用いてもよい。また、実施形態では、エタノール濃度ＥＣを、エタノール濃度センサ２４を用いて検出しているが、エタノール濃度ＥＣとの相関性が高いエンジン３の運転パラメータ、例えば空燃比のフィードバック補正量や検出空燃比のずれの大きさなどから、推定によって取得してもよい。

さらに、実施形態では、アルコールを含有する燃料として、エタノールとガソリンとの混合燃料を用いているが、メタノールとガソリンとの混合燃料でもよいことは勿論である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更すること可能である。

２ ＥＣＵ（制御手段、噴射量増減手段）
３ エンジン（内燃機関）
３ａ 気筒
１０ 燃料噴射弁
２２ 水温センサ（機関温度パラメータ取得手段）
２３ エアフローセンサ（負荷取得手段）
２４ エタノール濃度センサ（アルコール濃度取得手段）
ＴＷ エンジン水温（機関温度パラメータ）
ＥＣ エタノール濃度（アルコール濃度）
ＧＡＩＲＣＹＬ 吸入空気量（内燃機関の負荷）
ＥＯＩ 噴射終了時期（燃料の噴射時期）
ＴＪＵＤ 所定温度
ＥＪＵＤ 所定濃度
ＧＡＩＲＪＵＤ 所定量（所定値）
ＧＦＵＥＬ 燃料噴射量
ＣＧＦ 燃料補正量

Claims (4)

1. アルコールを含有する燃料を用いるとともに、当該燃料を気筒内に直接、噴射する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の温度を表す機関温度パラメータを取得する機関温度パラメータ取得手段と、
   前記燃料のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段と、
   前記内燃機関の負荷を取得する負荷取得手段と、
   前記内燃機関の低温始動後に、前記取得された機関温度パラメータ、アルコール濃度及び内燃機関の負荷に応じ、燃料の噴射モードとして、吸気行程において燃料を噴射する吸気行程噴射、及び圧縮行程において燃料を噴射する圧縮行程噴射の一方を選択し、実行する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、前記機関温度パラメータによって表される内燃機関の温度が所定温度以下で、かつ前記アルコール濃度が所定濃度以上である場合において、前記内燃機関の負荷が所定値以上のときに前記圧縮行程噴射を実行し、前記内燃機関の負荷が前記所定値未満のときに前記吸気行程噴射を実行することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記燃料の噴射モードが前記吸気行程噴射から前記圧縮行程噴射に切り替えられたときに、燃料噴射量を増量し、前記圧縮行程噴射から前記吸気行程噴射に切り替えられたときに、燃料噴射量を減量する噴射量増減手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記内燃機関の低温始動時に、前記圧縮行程噴射を実行するとともに、前記アルコール濃度が高いほど、燃料の噴射時期をより遅角側に設定することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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