JP4315196B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば複数種類の燃料が混合されている混合燃料を使用可能な内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置に関する。

この種の混合燃料を使用可能な内燃機関を含む、各種燃料を使用する内燃機関一般について、運転性を確保するためには相応の工夫を要する。例えば、クランキング終了後のアイドル運転中であって、機関回転速度がアイドル回転速度といった低い回転速度となっているときに燃料噴射量の減量が行われると、機関回転速度の当該アイドル回転速度以下への落ち込みが生じて運転性を損ねる（例えばリーン失火・ノッキング・排気温度上昇による不具合）ことにもなりかねない。そこで、このような不具合に対処するため、例えば主にディーゼル等の一般燃料を使用する内燃機関について、クランキング時に最大噴射量を制限し、クランキング終了後に制限量以上に噴射量を増やす技術が提案されている(特許文献１参照）。この技術によると、始動時のクランキング終了後に機関回転速度の落ち込みが抑制されるので運転性の損失が抑制される。

特開２００６−２７０６号公報

しかしながら、例えば前述の特許文献１に開示されている技術には、以下のような問題が生じ得る。即ち、特許文献１に開示された技術では、始動時については考慮されているが、始動後暫く経過した全負荷時については考慮されていない。それゆえ、全負荷時においては適正な噴射量を確保できず、若しくは噴射終了時期が遅れてしまい、発生させられる出力が想定値よりも低下し又は不安定化してしまい、燃焼や運転性が悪化するおそれがある。そこで、真に運転性を確保するためには、始動時以外においても好適に噴射量等を調整する必要がある。更に、近年代替エネルギーの観点から増加している、ガソリンのみならずアルコール等複数種類の燃料が混合されている混合燃料を用いる状況では、上述のような運転性の確保が益々困難になっている。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みてなされたものであり、高負荷領域において、上述のような混合燃料を用いる場合であっても、好適に運転性を確保可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記課題を解決するため、内燃機関の出力を発生させるために行われる燃焼室での燃焼に要求される要求噴射量に従って燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記噴射される燃料の燃料性状を特定する燃料性状特定手段と、前記特定される燃料性状の差異に基づいて、前記発生させられる出力を補正するように前記内燃機関の少なくとも一部を制御する出力補正処理を行う制御手段と、前記要求噴射量が前記燃料噴射手段の限界噴射量を超える高噴射領域にある場合には、前記発生させられる出力が低下し又は不安定化するおそれがあると予測する予測手段とを備える。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、混合燃料を用いる場合であっても、以下のように作用するので運転性を好適に確保可能である。

先ず、内燃機関の出力を発生させるために行われる燃焼室での燃焼に要求される要求噴射量に従って、例えばインジェクタのような燃料噴射手段によって、吸気管、或いは筒内に燃料が噴射される。ここで「要求噴射量」とは、当該内燃機関の運転状態等から判断して必要があると認められる噴射量であり、例えば運転状態と予め対応付けられているマップに基づいて定期又は不定期に電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）によって定められるとよい。

これと同時に又は相前後して好ましくは燃料給油直後の始動時に、例えば空燃比センサやアルコール濃度センサのような燃料性状特定手段によって、噴射される燃料の燃料性状が特定される。ここで「燃料性状」とは噴射量に影響を与えうる燃料の物理的或いは化学的な特性を示し、例えばオクタン価、当量比のほか、複数種類の燃料が混合されている場合にはその混合割合までも含む包括的な概念である。

そして、上述のように特定される燃料性状の差異に基づいて、発生させられる出力を補正するように内燃機関の少なくとも一部を制御する出力補正処理が、制御手段によって行われる。ここで「燃料性状の差異」とは、ある値を基準としてみた燃料性状の絶対的な差異を意味してもよいし、或いは燃料性状が給油等により変化する場合の燃料性状の相対的な差異を意味してもよい。従って、典型的には、燃料性状特定手段により特定された燃料性状は、制御手段において、その基準値又は標準値と比較されたり、従前の値と比較されることとなり、定期又は不定期に、かかる「差異」がモニタリングされる。そして、かかる「差異」に基づく出力補正処理が行われることとなる。また「内燃機関の少なくとも一部」とは、内燃機関を構成する各種部品のうち出力の発生・増減に特に関係する部品を示し、例えば吸入空気量、燃料の噴射量、点火時期等を変更できる部品を示す。発生させられる出力を「補正する」とは、発生させられる出力を、当該補出力補正処理が何ら行われない場合の出力から変更する趣旨であり、例えば上記出力を抑制する、或いは維持することが含まれる。典型的には、燃料性状の差異がゼロであるとき、当該補出力補正処理は、何ら行われないこととなる。

ここで仮に、上述のような出力補正処理がなされないと、燃料として例えばガソリンとエタノールを混合した混合燃料を用いる場合、燃焼や運転性が悪化するおそれがある。なぜなら、特定される燃料性状の差異（例えば、オクタン価が互いに異なるガソリンとエタノールとの混合割合の差異或いは変化）によって要求噴射量も変化するが、要求噴射量の大きさ如何によっては、適切に噴射できる噴射量を超えてしまい、出力が想定値よりも低下し又は不安定化するおそれがあるためである。この傾向は、特に噴射量が多量に要求され得る比較的負荷の高い高負荷領域において顕著である。

然るに、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、燃料として混合燃料を用いる場合であっても、上述のような出力補正処理が行われるので、特定される燃料性状の差異に基づいて、発生させられる出力が補正される。例えば、燃料噴射手段がその噴射量を適正に噴射できる範囲を超える噴射量が要求される場合には、そのような範囲を超えない噴射量で出力を発生させる。その結果、高負荷領域においても、燃料が適切に噴射され、好適に運転性を確保可能となる。なお、この際出力が大なり小なり低減する可能性もあるが、後述するような出力を補完する手段を備える等の対策を講じれば低減も解消される。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、以下のようにして、出力補正処理を行うべき事態を予測可能である。より詳しくは、要求噴射量が燃料噴射手段の限界噴射量を超える高噴射量領域にあるか否かが判定される。ここで、「限界噴射量」とは、噴射量のリニアリティが確保された範囲の最大値若しくはその最大値から若干のマージンを差し引いた値である。従って、要求噴射量が高噴射量領域にある場合には、噴射量のリニアリティが確保されず、発生させられる出力が低下し又は不安定化するおそれがあるということが、電子制御ユニットのような予測手段によって予測される。このようにして、出力補正処理を行うべき事態を好適に予測可能であるので、余裕ある対処が可能となる。

本発明に係る内燃機関の制御装置の一態様では、上記課題を解決するため、前記高噴射量領域において前記要求噴射量に相当する出力が低下すると予測される場合、前記制御手段は、前記限界噴射量に相当する出力が前記発生させられる出力の上限となるように、前記出力補正処理を行う。

この態様によれば、以下のようにして、噴射量のリニアリティが確保可能である。より詳しくは、高噴射量領域において要求噴射量に相当する出力が低下すると予測される場合、制御手段によって出力補正処理が行われ、限界噴射量に相当する出力が、発生させられる出力の上限となる。それ故、燃料の噴射量は限界噴射量を超えることがないので、噴射量のリニアリティが好適に確保され、出力の安定化が図られる。

或いは、本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、上記課題を解決するため、前記低下すると予測される出力の低下分を少なくとも部分的に補完する補完手段を更に備える。

この態様によれば、以下のようにして、出力の安定化とともに、要求出力を確保可能である。より詳しくは、低下すると予測される出力の低下分が少なくとも部分的に、燃圧上昇用のポンプ或いは出力アシスト用のモータのような補完手段によって補完される。ここで出力の低下分を「補完する」とは、低下すると予測される出力を、大なり小なり増加させることである。このようにして、出力の安定化とともに、出力の低下分が軽減されて要求出力を確保可能となるので、実践上非常に有効である。

上記の補完手段を備える態様では、上記課題を解決するため、前記補完手段は、前記噴射される燃料の燃圧を上昇させることで、前記低下分を少なくとも部分的に補完する。

この態様によれば、以下のようにして、出力の安定化とともに、要求出力を確保可能である。より詳しくは、補完手段によって、噴射される燃料の燃圧を上昇させることで、低下分を少なくとも部分的に補完する。例えば、筒内噴射型の内燃機関において、噴射前の燃料をポンプなど圧縮することで燃圧を上昇させることで、出力が相対的に増加する。このようにして、出力の安定化とともに、要求出力を確保可能である。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、上記課題を解決するため、前記燃焼室へ吸入される空気の量である吸入空気量を調整する調整手段を更に備え、前記制御手段は、前記吸入空気量を増減させるように前記調整手段を制御することで、前記出力補正処理を行う。

この態様によれば、以下のようにして、出力の安定化が可能である。より詳しくは、燃焼室へ吸入される空気の量である吸入空気量が、調整手段によって調整される。ここで、吸入空気量と発生させられる出力との間には、正の相関がある。そこで、上述の出力補正処理を行うべく、吸入空気量を増減させるように調整手段が制御手段によって制御される。例えば、上述の出力補正処理において限界噴射量に相当する出力が、発生させられる出力の上限となる場合には、その上限に合わせて吸入空気量を低下させるように、調整手段が制御される。このようにして、出力の安定化が可能である。

上記の調整手段を備える態様では、上記課題を解決するため、前記調整手段は、前記吸入される空気の通路である吸気管の開口面積を調整することで、前記吸入空気量を調整する。

この態様によれば、調整手段は、典型的にはスロットルバルブであり、吸入される空気の通路である吸気管の開口面積を調整することで、吸入空気量を調整する。この調整手段を用いて、上述のように出力の安定化が可能である。

上記の調整手段を備える態様では、上記課題を解決するため、前記吸入される空気を過給する過給手段を更に備え、前記調整手段は、前記吸入される空気のうち前記過給手段を迂回する空気の量を調整することで、前記吸入空気量を調整する。

この態様によれば、以下のようにして、出力の安定化が可能である。より詳しくは、吸入される空気が、過給機のような過給手段によって過給される。ここで、吸入される空気のうち過給手段を通過するものは過給され、他方で通過しないものは過給されない。そこで、吸入される空気のうち過給手段を迂回する空気の量が、エアバイパスバルブのような調整手段によって調整され、これにより吸入空気量が調整される。このようにして、吸入空気量が調整されるので、上述のように出力の安定化が可能である。

上記の調整手段を備える態様では、上記課題を解決するため、前記燃焼に伴う排気ガスを利用して、前記吸入される空気を過給する過給手段を更に備え、前記調整手段は、前記排気ガスのうち前記過給手段を迂回する排気ガスの量を調整することで、前記吸入空気量を調整する。

この態様によれば、以下のようにして、出力の安定化が可能である。より詳しくは、ターボ過給機のような過給手段によって、燃焼に伴う排気ガスを利用して、吸入される空気が過給される。ここで、利用される排気ガスの量と過給圧との間には正の相関がある。そこで、排気ガスのうち過給手段を迂回する排気ガスの量が、ウェイストゲートバルブのような調整手段によって調整され、これにより過給圧及び吸入空気量が調整される。このようにして、吸入空気量が調整されるので、上述のように出力の安定化が可能である。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、上記課題を解決するため、前記噴射される燃料に混合されている複数種類の燃料のうち所定オクタン価閾値を上回る高オクタン価であるものの混合割合が所定混合割合閾値を超えることが、前記燃料性状として特定される場合には、前記制御手段は、所定回転数閾値を下回る低回転領域において、前記出力補正処理を行う。

この態様によれば、以下のようにして、出力の安定化が可能である。より詳しくは、先ず、前記噴射される燃料に混合されている複数種類の燃料のうち所定オクタン価閾値を上回る高オクタン価であるものの混合割合が所定混合割合閾値を超えることが、燃料性状として特定されるとする。この場合には制御手段によって、所定回転数閾値を下回る低回転領域において、上述のような出力補正処理が行われる。これにより、特に低回転領域において高オクタン価であるために燃焼効率が向上する分、吸入空気量（つまり、エネルギー量の一部）が制限され、燃焼効率及びエネルギー量から定まる出力の一定化或いは安定化が図られる。ここで、「所定オクタン価閾値」は、燃焼効率が向上することによる出力の向上が実用上無視し得ないようなオクタン価の下限値として、「所定混合割合閾値」は、高オクタン価の燃料による出力の向上が実用上無視し得ないような混合割合の下限値として、「所定回転数閾値」は、高オクタン価であることが燃焼効率の向上に対して寄与するような運転領域の一尺度である回転数の上限値として、夫々実験・経験・シミュレーション等によって予め定められるとよい。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、上記課題を解決するため、前記噴射される燃料に混合されている複数種類の燃料のうち所定発熱量を下回る低発熱燃料であるものの混合割合が所定混合割合閾値を超えることが、前記燃料性状として特定される場合には、前記制御手段は、所定回転数閾値を上回る高回転領域において、前記出力補正処理を行う。

この態様によれば、以下のようにして、出力の安定化が可能である。より詳しくは、噴射される燃料に混合されている複数種類の燃料のうち所定発熱量を下回る低発熱燃料であるものの混合割合が所定混合割合閾値を超えることが、燃料性状として特定されるとする。ここで、「所定発熱量」は、燃焼効率の向上による出力の向上が実用上無視し得ないような発熱量の上限値として、実験・経験・シミュレーション等によって予め定められるとよい。そして、この場合には制御手段によって、所定回転数閾値を上回る高回転領域において、上述のような出力補正処理が行われる。これにより、特に高回転領域においては低発熱燃料であるために燃焼効率が向上し易いがその分、吸入空気量（つまり、エネルギー量の一部）が制限され、燃焼効率及びエネルギー量から定まる出力の一定化或いは安定化が図られる。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、上記課題を解決するため、前記制御手段は、前記噴射される燃料に混合されている複数種類の燃料の各々について想定される出力のうち比較的低い出力を発生するように、前記出力補正処理を行う。

この態様によれば、以下のようにして、仮に燃料性状が特定されずに不確かな場合であっても、出力の安定化が可能である。より詳しくは、噴射される燃料に混合されている複数種類の燃料の各々について想定される出力のうち比較的低い出力を発生するように、制御手段によって、出力補正処理が行われる。ここで「想定される出力」は、複数種類の燃料の各々について所定の運転領域において想定される出力として、実験・経験・シミュレーション等によって予め定められるとよい。そして、例えば、噴射される燃料に燃料１及び燃料２が混合されているとする。ここで、ある回転領域においては、燃料２の方が燃料１よりも想定される出力が低い場合には、たとえ燃料２の混合割合が燃料１よりも少なくても、燃料２の想定される出力を発生するように出力補正処理が行われる。逆に高回転領域では燃料１の方が想定される出力が低い場合には、燃料１の想定される出力を発生するように出力補正処理が行われる。このようにして、想定される出力のうち比較的低い出力にあわせて出力が発生させられるので、混合割合が不明である場合のように、燃料性状が不確かである場合でも、出力の安定化が優先的に確保可能である。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、上記課題を解決するため、前記燃料性状特定手段は、前記燃焼に伴う排気ガスの空燃比に基づいて、前記燃料性状を特定する。

この態様によれば、以下のようにして、好適に燃料性状が特定され、出力の安定化が可能である。より詳しくは、例えば空燃比センサ及びその実測値が入力される電子制御ユニットのような燃料性状特定手段によって、燃焼に伴う排気ガスの空燃比に基づいて、燃料性状が特定される。例えば、燃焼に伴う排気ガスの空燃比に基づいて算出される空燃比学習値のズレによって、噴射される燃料のアルコール濃度が特定される。このようにして特定される燃料性状を用いて、出力の安定化が可能である。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、上記課題を解決するため、前記燃料性状特定手段は、前記燃料を貯蔵する燃料タンクに備わる燃料性状センサの出力値に基づいて、前記燃料性状を特定する。

この態様によれば、好適に燃料性状が特定され、出力の安定化が可能である。より詳しくは、燃料を貯蔵する燃料タンクに備わる燃料性状センサのような燃料性状特定手段によって、例えばアルコール濃度、或いは混合割合等の燃料性状が直接的或いは間接的に特定される。このようにして特定される燃料性状を用いて、出力の安定化が可能である。

本発明の作用及び他の利得は、次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。

以下、発明を実施するための最良の形態として本発明の一実施形態を、図面に基いて詳細に説明する。

（１）第１実施形態
第１実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成及び動作処理を、図１から図７を参照して説明する。この実施形態によると、以下に詳述するように、混合燃料を用いる場合であっても、好適に運転性を確保可能である。特に、燃料性状（この場合は、アルコール濃度）に応じて吸入空気量に適宜制限を設けるので、吸入空気量に対して燃料噴射量が不足することが回避される。その結果、リーン失火、ノッキング、或いは排気温度上昇、ひいてはエンジン破損等までも回避可能となる。

（１−１）構成
先ず、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の基本的な構成について、図１を参照して説明する。ここに、図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載するエンジンの模式的な断面図である。

図１において、本発明に係る「内燃機関」の一例であるエンジン２００は、シリンダ２０１、燃料タンク２２３、燃料噴射弁２０７、直噴型燃料噴射弁２０７２、パージ装置２３０、吸気管２０６等の吸気系、排気管２１０等の排気系、ターボ過給機５、及び制御装置１００等を備える。これら各部位は具体的には夫々、以下のように構成されている。

シリンダ２０１は、その内部において点火プラグ２０２で点火して、混合気を燃焼させる。この時の爆発力に応じたピストン２０３の往復運動は、コネクションロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。この回転運動によって、エンジン２００を搭載する車両が駆動される。シリンダ２０１の周囲には、冷却水の温度を検出する水温センサ２２０、クランク角を検出することでエンジン２００の回転数を検出可能なクランクポジションセンサ２１８、及びノックの有無或いは程度を検出するノックセンサ２１９等の各種センサが配設されている。各センサの出力は、対応する検出信号として制御装置１００へと供給される。

燃料タンク２２３は、給油口３１１から給油される燃料を貯蔵している。ここで給油される燃料は、例えばガソリンにエタノール等のアルコール系燃料を混合させた混合燃料であってもよい。燃料センサ２２４は、貯蔵されている燃料の量を検出する。貯蔵されている燃料は、ポンプ２２５によって適宜吸い上げられ、低圧供給通路２２５１を介して接続された高圧ポンプ２２５２により目標噴射圧まで加圧されて、燃料噴射弁２０７や直噴型燃料噴射弁２０７２に接続されている燃料分配管１６に供給される。即ち、高圧ポンプ２２５２は、本発明に係る「補完手段」の一例である。燃料分配管１６には、アルコールセンサ１６１及び燃圧センサ１６２が備えられている。ここで、アルコールセンサ１６１は、ガソリン／アルコール混合燃料のアルコール濃度を誘電率の変化等に基づき検出する。燃圧センサ１６２は、燃料分配管１６内の燃料圧力を検出する。

燃料噴射弁２０７は、本発明に係る「燃料噴射手段」の一例であり、燃料タンク２２３から供給される燃料を、制御装置１００の制御に従って、吸気管２０６内に噴射する。直噴型燃料噴射弁２０７２は、本発明に係る「燃料噴射手段」の一例であり、各気筒内へ直接的に燃料を噴射する。そして、点火プラグ２０２付近に燃焼可能な混合割合の層（成層燃焼）を形成することで均質混合気を形成する均質燃焼を実施する。この均質燃焼の空燃比は、通常、理論空燃比よりリーンとされ、燃料消費を低減している。より詳しくは、要求噴射量が少なく所望量の燃料を確実にシリンダ２０１内に供給することが望まれる機関低負荷時等には、所望量の燃料を正確に気筒内へ供給することができる直噴型燃料噴射弁２０７２により燃料を噴射する。他方で、要求噴射量が比較的多くなって未燃燃料の排出量が多くなり易い機関中負荷時には、良好に均質化された均質混合気を形成するのに有利な燃料噴射弁２０７により燃料を噴射する。更に機関負荷が高くなって機関高負荷時になると、希薄燃焼では十分な機関出力を発生させることができず、理論空燃比での均質燃焼が実施される。なお、燃料噴射弁２０７と直噴型燃料噴射弁２０７２とのうち少なくとも一方があれば燃料の噴射は可能だが、燃圧を上昇させるような場合には直噴型燃料噴射弁２０７２を有することが実用上好ましい。

パージ装置２３０は、キャニスタ２２９、パージ通路２２８、及びパージ制御弁２２７を備える。キャニスタ２２９は、内部に活性炭からなる吸着剤を備えており、燃料タンク２２３内で発生する蒸発燃料（即ち、パージガス）を吸着する。パージ通路２２８は、燃料タンク２２３、キャニスタ２２９、及び吸気管２０６を連通する。パージ制御弁２２７は、パージ通路２２８のうちキャニスタ２２９よりも下流に備えられており、制御装置１００の制御下で開閉される。このパージ制御弁２２７の開閉によって、キャニスタ２２９内の吸着剤に貯蔵されていたパージガスは、適宜吸気管２０６へ導入される。

吸気管２０６は、シリンダ２０１と外気とを連通しており、シリンダ２０１内へと外気（空気）を吸入可能に構成されている。吸気管２０６の管路には、吸入空気を浄化するエアクリーナ２１１、吸入空気の質量流量（即ち、吸入空気量）を検出するエアフローメータ２１２、本発明に係る「調整手段」の一例であると共にシリンダ２０１内部への吸入空気量を調節するスロットルバルブ２１４、スロットルバルブ２１４の開度を検出するスロットルポジションセンサ２１５、運転者によるアクセルペダル２２６の踏み込み量であるアクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ２１６、踏み込み量に基づいてスロットルバルブ２１４を駆動するスロットルバルブモータ２１７、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ２１３、吸入空気を貯蔵すると共に複数気筒の各々に分配するサージタンク２０６１、サージタンク２０６１における吸気管圧力を検出する圧力センサ２０６２、及び後述するターボ過給機５の一部であるコンプレッサ５１が備わる。

排気管２１０は、シリンダ２０１と外気とを連通しており、シリンダ２０１内部で燃焼した混合気は排気ガスを排気可能に構成されている。排気管２１０の管路には、空燃比センサ２２１、触媒２２２、及び後述するターボ過給機５の一部であるタービン５２等が備わる。空燃比センサ２２１は、本発明に係る「燃料性状特定手段」の一例であり、例えばジルコニア固体電解質などで構成されており、排気管２１０中の排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を検出すると共に、検出信号を制御装置１００へと供給する。この検出信号に基づいて、空燃比フィードバック補正が行われ、燃料中のアルコール濃度が間接的に特定される。触媒２２２は、例えば白金やロジウムなどの貴金属を活性成分とした三元触媒であり、例えば排気管２１０の管路に設けられると共に、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などを除去する機能を有する。

吸気弁２０８は、シリンダ２０１内部と吸気管２０６との連通状態を制御することが可能に構成されている。他方で、排気弁２０９は、シリンダ２０１内部と排気管２１０との連通状態を制御することが可能に構成されている。これらの開閉タイミングは、例えば周知の可変バルブタイミング機構（Variable Valve Timing-intelligent system：ＶＶＴ−ｉ）により構成される可変動弁装置１０によって調整される。可変動弁装置１０は、気筒の吸気弁２０８及び排気弁２０９の動弁特性を変更可能に構成されている。吸気弁及び排気弁の開閉時期を制御できるものであればよく、カムバイワイヤ、電磁駆動弁等を用いることができる。

ターボ過給機５は、本発明に係る「過給手段」の一例であり、排気管２１０の管路に備わるタービン５２、吸気管２０６の管路に備わるコンプレッサ５１、及び両者を機械的に繋ぐ動力伝達部５３を備える。タービン５２は排気ガスを受けて回転運動させられ、その回転運動が動力伝達部５３を介してコンプレッサ５１に伝えられ、コンプレッサ５１が吸入空気を所定の過給圧で過給する。この過給によってシリンダ２０１内へ吸入空気が多量に供給でき、希薄燃焼範囲を高負荷側へ拡大可能である。しかしながら、過給圧が設計限度を超えると、各部に不具合が生じる懸念がある。そこで、過給圧を設計限度に対して余裕を持たせるべく、ターボ過給機５は、ウェイストゲートバルブ１２、及びエアバイパスバルブ１４を更に備える。ウェイストゲートバルブ１２は、本発明に係る「調整手段」の一例であり、排気管２１０においてタービン５２をバイパスするためのウェイストゲート通路１１の開口面積を調整する。エアバイパスバルブ１４は、本発明に係る「調整手段」の一例であり、吸気管２０６においてコンプレッサ５１をバイパスするためのエアバイパス通路１３の開口面積を調整する。このような調整により、ターボ過給機５の過剰回転を抑制して過給圧が適宜抑制される。

制御装置１００は、本発明に係る「燃料性状特定手段」、「制御手段」、及び「予測手段」の一例である。制御装置１００は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）、中央処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）、制御プログラムを格納した読み出し専用メモリ（Read Only Memory：ＲＯＭ）及び各種データを格納する随時書き込み読み出しメモリ（Random Access Memory：ＲＡＭ）等を中心とした論理演算回路として構成されている。そして、空燃比センサ２２１やクランクポジションセンサ２１８等の各種センサから入力信号を受ける入力ポートと、スロットルバルブモータ２１７、可変動弁装置１０、燃料噴射弁２０７、直噴型燃料噴射弁２０７２、ウェイストゲートバルブ１２、或いはエアバイパスバルブ１４等の各種アクチュエータに制御信号を送る出力ポートとに、バスを介して接続されている。

ここで、図２から図４を参照して、燃料性状（例えば、エタノール含有率）の変化に伴う各種燃料特性の変化について詳述する。ここに、図２は、エタノール含有率と理論空燃比との関係を示す特性図である。図３は、エタノール含有率とガソリン比噴射量増量割合との関係を示す特性図である。図４は、エタノール含有率と単位質量あたりの発熱量との関係を示す特性図である。

図２において、横軸は混合燃料中のエタノール含有率（％）を示し、縦軸はそのようなエタノール含有率である場合の理論空燃比（つまり、空燃比の目標値）を示す。例えば、エタノール含有率が０％の場合の理論空燃比は１４．７であり、１００％の場合の理論空燃比は９である。つまり、エタノール含有率を０％から１００％へと増やすと、理論空燃比は最大で６０％リッチ化することを示している。

図３において、横軸は混合燃料中のエタノール含有率（％）を示し、縦軸はそのようなエタノール含有率である場合のガソリン比噴射量増量割合（倍）を示す。ここで、「ガソリン比噴射量増量割合」とは、ある空気量に対する燃料の噴射量を、ガソリンのみを使用する場合（つまり、エタノール含有率が０％の場合）を基準値としてその何倍かで示すものである。例えば、エタノール含有率が０％の場合のガソリン比噴射量増量割合は１（倍）であり、１００％の場合のガソリン比噴射量増量割合は約１．６（倍）である。つまり、エタノール含有率を０％から１００％へと増やすと、燃料の噴射量を最大で６０％増量する必要があることを示している。

図２及び図３に示すように、エタノール（つまり、アルコールの一例）とガソリンとの混合燃料が給油口３１１から給油されると、この混合燃料中の酸素量が、エタノール含有率の増加に伴い増加するので、理論空燃比がリッチ側に変化する。このため、ガソリンのみを使用する場合に比べて、同じ空気量に対する燃料の噴射量を増加させなければならない。即ち、図３に示すように、ガソリン比噴射量増量割合が相対的に増すことになる。

図４において、横軸は混合燃料中のエタノール含有率（％）を示し、縦軸はそのようなエタノール含有率である場合の単位質量あたりの発熱量を示す。

図４に示すように、エタノール含有率が上昇するにつれて、燃料の単位質量あたりの発熱量が低下する。例えば、エタノール含有率が０％の場合の単位質量あたりの発熱量は約４４［MJ／kg］であり、１００％の場合の単位質量あたりの発熱量は約２７［MJ／kg］である。つまり、エタノール含有率を０％から１００％へと増やすと、単位質量あたりの発熱量は最大で３５％も低下し得ることを示している。

ここで、図２から図４の要請により、例えば直噴ガソリンエンジンにおいてガソリンとエタノールとの混合燃料を使用すると、ガソリンと同等の全負荷出力を維持するには、燃料の噴射量（率）を増加させる必要がある。しかし、噴射量（率）は小噴射量時のリニアリティを確保するためにも、無闇に増加できない。それゆえ、仮に全負荷時に要求出力を満たそうものなら、吸入空気量に対して噴射量が足りずに、リーン失火、ノッキング、或いは排気温度上昇、ひいてはエンジン破損を生じるおそれがある。

然るに、本実施形態によれば、混合燃料を用いる場合であっても、図１に示す構成のもと、以下に詳述するように、燃料のアルコール濃度のような燃料性状に基づいて適宜吸入空気量に制限を設けるので、吸入空気量に対して燃料噴射量が不足することが回避され、好適に運転性を確保可能である。

（１−２）動作処理
続いて、上述の如く構成された本実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作処理について、図１から図４に加えて、図５から図７を用いて説明する。ここに、図５は、第１実施形態に係る内燃機関の制御装置の基本的な動作処理を示すフローチャートである。図６は、第１実施形態に係る出力補正処理を示すフローチャートである。図７は、スロットル開度と機関回転数及び吸入空気量との関係を示す特性図である。

図５において、先ず、定期又は不定期に、燃料の給油直後の始動であるか否かが、制御装置１００によって判定される（ステップS１）。給油直後であることは、例えば、燃料センサ２２４によって検出される燃料量の経時的な変動履歴から判定される。

ここで、燃料の給油直後の始動であると判定される場合（ステップS１：YES）、給油前始動の空燃比学習処理により得られる空燃比学習値EFGAFが、制御装置１００のメモリに格納されている変数EFGAFOLDに記憶される（ステップS２）。

続いて、パージカット要求フラグexprginhがON（オン）に切り換えられる（ステップS３）。これにより、パージガスが吸気管２０６へ導入されないようにパージ制御弁２２７が閉じられる。パージガスは燃料噴射弁２０７或いは直噴型燃料噴射弁２０７２から噴射される燃料以外の燃料を含むため、空燃比を学習するにあたっての外乱となるおそれがあるからである。

続いて、理論空燃比に対する実際の空燃比の一時的なずれを補償するための空燃比フィードバック処理において、空燃比フィードバック量FAFが、FAF＝F(実A/F,要求A/F)として特定される（ステップS４）。ここで、F(実A/F, 要求A/F)は、F(実A/F, 要求A/F)が実A/F及び要求A/Fと何らかの関数関係を有することを示す。ここでの関数関係とは、ある変数である実A/F及び要求A/Fに依存して決まる値あるいはその対応を表し、具体的には計算式或いはマップによって値が決められる。実A/Fは、空燃比センサ２２１によって検出される実際の空燃比を示す。要求A/Fは、空燃比を理論空燃比にするために要求される空燃比を示す。

続いて、理論空燃比に対する実際の空燃比の定常的なずれを補償するための空燃比学習処理において、今回給油時の空燃比学習値KGが、KG＝F(Ga) として特定される（ステップS５）。ここで、Gaは、エアフローメータ２１２によって検出される吸入空気量を示す。空燃比学習値KGを特定することは、すなわち、検出される吸入空気量Gaに応じて、理論空燃比にするために要求される燃料の噴射量をどのように変えるとよいかを学習する趣旨である。かかる学習の具体的手順については周知の空燃比学習処理と同様でよく、ここでは詳細を省略する。

続いて、空燃比学習処理が完了しているか否かが、空燃比フィードバック量FAFの収束状況に基づいて判定される（ステップS５１）。ここで、空燃比フィードバック量FAFが所定範囲内に収束していないために、空燃比学習処理が完了してないと判定される場合（ステップS５１：NO）、再び空燃比学習処理が行われて空燃比フィードバック量FAFが特定される（ステップS４）。

他方で、空燃比学習処理が完了していると判定される場合（ステップS５１：YES）、その時の空燃比学習値を、今回給油時における空燃比学習値として採用する。そして、前回給油時と今回給油時とにおける空燃比学習値の差に、上述のように特定される空燃比フィードバック量FAFが加味された、燃料の噴射量のズレΔQが、ΔQ ＝FAF ＋ KG−EFGAFOLDとして制御装置１００によって特定される（ステップS６）。

続いて、後述するアルコール判定を行うための基準噴射量ズレΔQbが定数として定められる（ステップS７）。より詳しくは、基準噴射量ズレΔQbは、給油前と比べて噴射量のズレΔQが高くなっているために、燃料中のアルコール濃度が給油前に比べて高くなっていると推定されるような噴射量のズレの下限値として、経験・実験・シミュレーション等によって予め定められるとよい。

続いて、このように定められる基準噴射量ズレΔQbよりも噴射量のズレΔQの方が大きいか否か、すなわちΔQ＞ΔQbであるか否かが、制御装置１００によって判定される（ステップS８）。

ここで、ΔQ＞ΔQbであると判定される場合（ステップS８：YES）、噴射量のズレΔQが比較的大きいために、何らかな異常が発生しているおそれが比較的高いと推定される。その印として、噴射ズレ大カウンタecalc をカウントアップする（ステップS９１）。

続いて、アルコール判定用閾値ECALCBが定数として定められる（ステップS１０）。より詳しくは、アルコール判定用閾値ECALCBは、一時的な誤差を取り除く趣旨で予め定められるとよい。すなわち、噴射量のズレΔQが基準噴射量ズレΔQbよりも大きい状態が暫く継続しているためにこのズレの大きさは何らかの誤差があるためではなく燃料中のアルコール濃度が給油前に比べて高くなっているためであると推定されるような期間の下限値に相当する噴射ズレ大カウンタ値として、経験・実験・シミュレーション等によって予め定められるとよい。

そして、このように定められるアルコール判定用閾値ECALCB に基づいて、アルコール判定が行われる。より詳しくは、アルコール判定用閾値ECALCBよりも噴射ズレ大カウンタecalcの方が大きいか否か、すなわちecalc＞ECALCBであるか否かが、制御装置１００によって判定される（ステップS１１）。

ここで、ecalc＞ECALCBではないと判定される場合（ステップS１１：NO）、噴射量のズレΔQが基準噴射量ズレΔQbよりも大きい状態が、未だ上述したような期間に亘って継続していないということである。つまり、噴射量のズレΔQが基準噴射量ズレΔQbよりも大きいのは、燃料中のアルコール濃度が比較的高いためであるとは言い切れない。その印として、アルコール判定フラグexalcがOFF（オフ）に切り換えられ（ステップS１２２）、本処理が再度行われる。また、燃料の給油直後の始動ではないと判定される場合（ステップS１：NO）、或いは、ΔQ＞ΔQbであると判定されない（ステップS８：NO）ために噴射ズレ大カウンタecalc がクリアされる場合（ステップS９２）も同様に、本処理が再度行われる。

他方で、ecalc＞ECALCBであると判定される場合（ステップS１１：YES）、上述したように燃料中のアルコール濃度が比較的高いために、噴射量のズレΔQが基準噴射量ズレΔQbよりも大きい状態が継続しているということである。そこで、その印として、アルコール判定フラグexalcがONに切り換えられる（ステップS１２１）。ここで、アルコール判定フラグexalcがONであるとは、燃料中のアルコール濃度が所定濃度閾値を超えるような状態であることを示す。所定濃度閾値は、例えば５０％であり、典型的には、燃料中のアルコール濃度が所定濃度閾値を超えるために、空燃比フィードバック処理による補正が効かない程に噴射量がズレてしまうような状態を示す。このように、燃料中のアルコール濃度が比較的高い場合には、上述したように、吸入空気量に対して噴射量が足りないおそれがある。

そこで、図６及び図７を用いて詳述するような、本発明に係る「出力補正処理」の一例である、出力補正処理が行われる（ステップS１３）。この出力補正処理によると、アルコールと判定された場合、噴射量のリニアリティを確保しつつ適正に噴射できる範囲で最大となる限界噴射量Qlimitが特定され、それに対する吸入空気量GAlimitが求まる。このGAlimitを越えないように、スロットルバルブ２１４の開度であるスロットル開度に制限が設けられるので、吸入空気量に対しての噴射量不足が回避される。

具体的には図６において、先ずリニアリティを損なわず適正に噴射可能な限界噴射量Qlimitが所定値として定められる（ステップS２１）。ここでの所定値は、燃料噴射弁２０７或いは直噴型燃料噴射弁２０７２が、リニアリティを損なわず適正に噴射可能な噴射量の最大値若しくはその最大値から若干のマージンを差し引いた値として予め経験・実験・シミュレーション等によって予め定められるとよい。

続いて、上述の限界噴射量Qlimit時の噴射量係数がekrich＝Ｆ（Qlimit,NE）として特定される（ステップS２２）。ここで、噴射量係数ekrichは、出力増加或いは触媒保護の観点から、空燃比をリッチ化するための係数であり、NEは、クランクポジションセンサ２１８によって検出される実際の機関回転である。

続いて、上述の限界噴射量Qlimit時の吸入空気量がGAlimit＝F（Qlimit,ekrich）として特定される（ステップS２３）。この時の吸入空気量GAlimitは、単純には、限界噴射量Qlimitと目標空燃比とから定まるが、空燃比をリッチ化するべく限界噴射量Qlimit時の噴射量係数ekrichが加味され、吸入空気量が相対的に低減されている。

続いて、上述の限界噴射量Qlimit時のスロットル開度が、TAlimit＝F（GAlimit，NE）として特定される（ステップS２４）。この時のスロットル開度TAlimitは、例えば図７に示すようなマップに従って特定される。より詳しくは、図７において、横軸は機関回転数NEを示し、縦軸はスロットル開度TAを示し、等吸入空気量線が複数本引かれている。これら複数本の等吸入空気量線の中からGAlimitに該当するものを選択し、選択された等吸入空気量線において、現在の機関回転数NEに対応するスロットル開度TAが所望のスロットル開度TAlimitに該当する。

再び図６に戻り、続いて、要求スロットル開度がTAreq＝F(アクセル開度，NE)として特定される（ステップS２５）。ここでアクセル開度は、アクセルポジションセンサ２１６によって検出される実際のアクセル開度である。

そして、上述のように特定された要求スロットル開度TAreqが限界噴射量Qlimit時のスロットル開度TAlimitよりも大きいか否か、すなわちTAreq＞TAlimitであるか否かが、制御装置１００によって判定される（ステップS２６）。

ここで、TAreq＞TAlimitではないと判定される場合（ステップS２６：NO）、この要求スロットル開度TAreq時の吸入空気量に対応する噴射量は、未だ適正に噴射可能な範囲にあると推測されるので、スロットル開度は特に制限されない。言い換えれば、要求スロットル開度TAreqの通りにスロットル開度が調整される。

他方で、TAreq＞TAlimitであると判定される場合（ステップS２６：YES）、この要求スロットル開度TAreq時の吸入空気量に対応する噴射量は、適正に噴射可能な範囲を超えてしまうと推測される。そこで、要求スロットル開度をTAreq＝TAlimitとして制限する（ステップS２６１）。つまり、要求スロットル開度が如何に大きくとも、TAlimitを超えた開度となるようにスロットル開度が調整されることはない。

以上説明したように第1実施形態によれば、混合燃料を用いる場合であっても、好適に運転性を確保可能である。特に、燃料のアルコール濃度に応じて適宜吸入空気量に制限を設けるので、吸入空気量に対して燃料噴射量が不足することが回避される。その結果、リーン失火、ノッキング、或いは排気温度上昇、ひいてはエンジン破損等までも回避可能となる。
（２）第２実施形態
次に、第２実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作処理を、図１から図７に加えて、図８から図９を用いて説明する。ここで、図８は、第２実施形態に係る出力補正処理を示すフローチャートである。図９は、目標燃圧と限界噴射量との関係を示す特性図である。なお、第２実施形態の基本構成は図１と同様でよく、出力補正処理以外の基本動作は図５と同様でよいので、同一の構成・ステップについては同一の参照符号を付し、その詳細な説明を適宜省略する。

第２実施形態によると、第１実施形態に示すように吸入空気量が制限されても、以下に詳述するように、燃圧を増大させることで出力低下を好適に回避可能である。

図８に示す第２実施形態に係る出力補正処理において、先ず、目標燃圧マップが制御装置１００によってアルコール用に切り替えられる（ステップS３０）。即ち、吸入空気量が制限されることを見越して、燃圧を上昇させるような目標燃圧が目標燃圧マップから読み取られてPRreq＝pmreq_alc_mapとして切り替えられる。

続いて、適正に噴射可能な限界噴射量が、Qlimit＝F(PRreq)として制御装置１００によって特定される（ステップS３１）。ここで、図９に示すように、目標燃圧PRreqが基準値（例えば、ガソリン１００％時）から増加すると、適正に噴射可能な限界噴射量Qlimitも増加する。

それ以降は、上述の図６と同様にして、上述の限界噴射量Qlimit時の噴射量係数ekrich（ステップS２２）、吸入空気量Galimit（ステップS２３）、スロットル開度TAlimit（ステップS２４）、および要求スロットル開度TAreq（ステップS２５）が順次特定され、TAreq＞TAlimitであるか否かが、制御装置１００によって判定される（ステップS２６）。そして、TAreq＞TAlimitでなはいと判定される場合（ステップS２６：NO）、この要求スロットル開度TAreq時の吸入空気量に対応する噴射量は、未だ適正に噴射可能な範囲にあると推測されるので、スロットル開度は特に制限されない。他方で、TAreq＞TAlimitであると判定される場合（ステップS２６：YES）、この要求スロットル開度TAreq時の吸入空気量に対応する噴射量は、適正に噴射可能な範囲を超えてしまうと推測される。そこで、要求スロットル開度をTAreq＝TAlimitとして制限する（ステップS２６１）。

以上説明したように第２実施形態によれば、混合燃料を用いる場合であっても、好適に運転性を確保可能である。特に、目標燃圧PRreqの増加に伴い適正に噴射可能なときのスロットル開度TAlimitも増加するので、TAreq＞TAlimitであると判定される（ステップS２６：YES）可能性は相対的に低減する。従って、ガソリン１００％時に対する出力の低下が回避され、実践上非常に有利である。
（３）第３実施形態
次に、第３実施形態に係る内燃機関の制御装置の動作処理を、図１から図７に加えて、図１０を用いて説明する。ここに、図１０は、第３実施形態に係る出力補正処理を示すフローチャートである。なお、第３実施形態の基本構成は図１と同様でよく、出力補正処理以外の基本動作は図５と同様でよいので、同一の構成・ステップについては同一の参照符号を付し、その詳細な説明を適宜省略する。

第３実施形態によると、混合燃料を用いる場合であっても、好適に運転性を確保可能であると共に、以下に詳述するように、吸入空気量の制限を、第１実施形態に示すようなスロットルバルブ２１４に代えてウェイストゲートバルブ１２（又はエアバイパスバルブ１４）で行うので、スロットルバルブ２１４におけるポンプ損失を好適に低減可能である。

図１０に示す第３実施形態に係る出力補正処理において、図６と同様にして、先ずリニアリティを損なわず適正に噴射可能な限界噴射量Qlimitが所定値として定められ（ステップS２１）、及び上述の限界噴射量Qlimit時の噴射量係数ekrich（ステップS２２）、吸入空気量GＡlimit（ステップS２３）が順次特定される。

第３実施形態では特に、適正に噴射可能な限界噴射量の時の過給圧が、PMlimit＝F（GAlimit，NE，吸気温度）として制御装置１００によって特定される（ステップＳ４４）。具体的にはPMlimitが、GAlimitと正の相関を有するようなマップ、或いは機関回転数NEと負の相関を有するようなマップ、或いは吸気温度と正の相関を有するようなマップ等に基づいて特定される。

続いて、要求ウェイストゲートの基本開度がWGreqb＝F（PMlimit）として制御装置１００によって特定される（ステップＳ４５）。具体的にはWGreqbがPMlimitと負の相関を有するようなマップ等に基づいて特定される。

そして、現在の過給圧をPMlimitへ収束させるフィードバック処理を抜けてよいか否かの判定が以下のようになされる。即ち、先ず現在の過給圧＞PMlimit＋ΔPMであるか否かが、制御装置１００によって判定される（ステップＳ４６）。ΔPMは、PMlimitについて実用上許容されるマージンとして経験・実験・シミュレーション等によって予め定められるとよい。ここで、現在の過給圧＞PMlimit＋ΔPMであると判定される場合（ステップＳ４６：ＹＥＳ）、現在の過給圧がPMlimitに比べて大き過ぎるということなので、ウェイストゲートを相対的に開いて過給圧を低下させるべく要求ウェイストゲート開度がWGreq＝WGreqb＋WGfbとして定められ（ステップＳ４７）、再びステップＳ２２の処理からフィードバック的に上述の処理が行われる。

他方で、現在の過給圧＞PMlimit＋ΔPMではないと判定される場合（ステップＳ４６：ＮＯ）、続いて、現在の過給圧＜PMlimit−ΔＰＭであるか否かが判定される（ステップＳ４８）。ここで、現在の過給圧＜PMlimit−ΔＰＭであると判定される場合（ステップＳ４８：ＹＥＳ）、現在の過給圧がPMlimitに比べて小さ過ぎるということなので、ウェイストゲートを相対的に閉じて過給圧を増加させるべく要求ウェイストゲート基本開度がWGreq＝WGreqb−WGfbとして定められ（ステップＳ４９）、再びステップＳ２２の処理からフィードバック的に上述の処理が行われる。

他方で、現在の過給圧＜PMlimit−ΔＰＭではないと判定される場合（ステップＳ４８：ＮＯ）、現在の過給圧は、PMlimitから許容範囲内に収束しているということなので、当該出力補正処理は終了する。

なお、上述の実施形態では、ウェイストゲートバルブ１２を用いて説明したが、エアバイパスバルブ１４を用いてもよい。

以上説明したように第３実施形態によれば、混合燃料を用いる場合であっても、好適に運転性を確保可能である。この際特に、吸入空気量の制限をスロットルバルブ２１４に代えてウェイストゲートバルブ１２（又はエアバイパスバルブ１４）で行うので、スロットルバルブ２１４におけるポンプ損失を好適に低減可能であり、実践上非常に有利である。
（４）第４実施形態
次に、第４実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成及び動作処理を、図１から図１０に加えて、図１１から図１３を用いて説明する。ここに、図１１は、機関回転数とトルクとの関係を示す特性図である。図１２は、スロットル開度の制限により出力一定化する場合のスロットル開度マップ（フル性能時）である。図１３は、過給圧の制限により出力一定化する場合のスロットル開度マップ（フル性能時）である。なお、第４実施形態の基本構成は図１と同様でよく、基本動作は図６、図８或いは図１１と同様でよいので、同一の構成及び処理については同一の参照符号を付し、その詳細な説明を適宜省略する。

第４実施形態は、複数種類の燃料が混合された混合燃料を使用する内燃機関のWOT時の出力補正処理（図５のステップＳ１３参照）である。一般に複数種類の燃料が混合されていると、各燃料の燃料性状（オクタン価、当量比等）が異なるので、その混合割合によって発生可能な出力に差が生じる。これは、オクタン価が異なると設定可能な点火時期も異なるためである。或いは、当量比が異なると、当量比の大きな燃料から小さな燃料までの噴射量を実現するために噴射弁のダイナミックレンジを広くとったとしても高回転領域等でカバーできない範囲については噴射量や出力を制限せざるを得ない場合があるからである。このように出力差が生じると、当該エンジン２００の設計強度や運転性の調整などに影響を及ぼすので、付随的に以下のような問題も生じ得る。即ち、各燃料の最大出力に合わせた強度向上の設計によると、必要以上の強度となるので摩擦損失が増加して燃費の悪化を招くおそれがある。或いは、各燃料毎に想定される混合割合全てについて、変速比や変速タイミング、変速時のトルクなどの調整を行うためには多大な時間及び労力を要する。そこで、第４実施形態に係る出力補正処理は、図１１に示すように、使用燃料の混合割合に関わらずWOT時の出力を一定化する。

図１１において、２種類の破線は燃料１・燃料２夫々単独の場合のマップを示し、実線は本実施形態において採用されるマップを示す。ここで、燃料１は、例えばエタノール燃料でありそのオクタン価は１１０、発熱量は７０００kcal／kgである。燃料２は、例えばガソリン燃料でありそのオクタン価は９１、発熱量は１１０００kcal／kgである。この図１１の実線に示すように、第４実施形態では、上述の出力補正処理（図５のステップＳ１３参照）において、混合燃料のうち想定される使用燃料の混合割合の中で最も性能が出ない状態の出力に合わせて出力が補正される。言い換えると、図１１のある機関回転数において、燃料１・燃料２のうちトルクが低い側の燃料のマップが、回転領域に応じて採用される。例えば図１１においては低回転領域においては燃料２のマップが採用され、他方で高回転領域においては燃料１のマップが採用され、採用されたマップに合わせた出力となるように出力補正処理が行われる。

より詳しくは、出力性能はエネルギー量（≒吸入空気量＋燃料噴射量）と燃焼効率（≒点火時期をトルクが最大となる点火時期MBT（Minimum Advance for Best Torque：MBT）にいかに近づけられるか）で決まるので、以下に示すように、燃料性状及び運転領域に応じて吸入空気量が適宜制限されて、出力補正処理が行われる。

先ず、高オクタン燃料の混合割合が大きい場合には、低回転領域で吸入空気量を制限する。一般的に高オクタンの混合割合が大きいほど燃焼効率が向上する。この傾向は、ノッキング（異常燃焼）のおこりやすい低回転領域において、高回転領域に比べて顕著である。そこで、このように高オクタン燃料の混合割合が大きく且つ低回転領域の場合には、燃焼効率が向上する分エネルギー量を制限するべく、エネルギー量の一部である吸入空気量を制限する。これにより、出力の一定化が図られる。

或いは、低発熱燃料の混合割合が大きい場合には、高回転領域で吸入空気量を制限する。一般的に低発熱燃料は、噴射量を増加する必要があるので以下のような現象が起こる。先ず第1に、熱容量が上昇し、排気温度が低下し、過度な燃料増量が中止され、燃焼効率が向上する。第２に、噴射燃料の潜熱による新気の冷却効果が向上し、ノッキングが防止される（つまり、燃焼効率が向上する）と共に新気の体積が減少する（つまり、吸入空気量が増してエネルギー量が増す）。第３に、筒内噴射であれば噴射燃料による筒内の乱れが増して燃焼効率が向上する。ここで特に、高回転領域においては第1の現象が顕著に現れて燃焼効率が向上するので、出力が増大する傾向にある。そこで、第1の現象により燃焼効率が向上する分エネルギー量を制限するべく、低発熱燃料の混合割合が大きく且つ高回転領域の場合には吸入空気量を制限する。これにより、出力の一定化が図られる。

以上のように運転領域と燃料の混合割合に応じて吸入空気量を制限することにより、出力補正処理が行われ、燃料の混合割合が変化してもWOT時の出力を安定化できる。

このような出力補正処理は、例えばスロットル開度或いは過給圧を制限することで実現可能である。この出力補正処理について図１２及び図１３を用いて説明を加える。

図１２において、燃料１の混合割合が大きい場合のスロットル開度のマップと、燃料２の混合割合が大きい場合のスロットル開度のマップとが２種類の線、即ち一点鎖線と点線で夫々示されている。そして、燃料１の方が燃料２よりも高オクタン燃料であるので、低回転領域において、燃料１の混合割合が大きい場合のスロットル開度の方が、燃料２の混合割合が大きい場合のスロットル開度よりも大きく制限されている。具体的には、図６或いは図８のステップＳ２４で、上述の限界噴射量Qlimit時のスロットル開度が、TAlimit＝F（GAlimit，NE）として特定されるとき、スロットル開度TAlimitが、図１２に示すようなマップに従って特定される。

或いは図１３において、燃料１の混合割合が大きい場合の過給圧のマップと、燃料２の混合割合が大きい場合の過給圧のマップとが2種類の線、即ち一点鎖線と点線で夫々示されている。そして、燃料１の方が燃料２よりも高オクタン燃料であるので、低回転領域において、スロットル開度制御の結果定まる過給圧は、燃料１の混合割合が大きい場合の方が、燃料２の混合割合が大きい場合よりも大きく制限されている。具体的には、図１０のステップＳ４４で、適正に噴射可能な限界噴射量の時の過給圧が、PMlimit＝F（GAlimit，NE，吸気温度）として制御装置１００によって特定されるとき、この過給圧PMlimitが、図１３に示すようなマップに従って特定される。

以上説明したように第４実施形態によれば、運転領域と燃料の混合割合に応じて吸入空気量が制限されてWOT時の出力を一定化できるので、混合燃料を用いる場合であっても、好適に運転性を確保可能である。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置も又、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置を搭載するエンジンの模式的な断面図である。 エタノール含有率と理論空燃比との関係を示す特性図である。 エタノール含有率とガソリン比噴射量増量割合との関係を示す特性図である。 エタノール含有率と単位質量あたりの発熱量との関係を示す特性図である。 第１実施形態に係る内燃機関の制御装置の基本的な動作処理を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る出力補正処理を示すフローチャートである。 スロットル開度と機関回転数及び吸入空気量との関係を示す特性図である。 第２実施形態に係る出力補正処理を示すフローチャートである。 目標燃圧と限界噴射量との関係を示す特性図である。 第３実施形態に係る出力補正処理を示すフローチャートである。 機関回転数とトルクとの関係を示す特性図である。 スロットル開度の制限により出力一定化する場合のスロットル開度マップ（フル性能時）である。 過給圧の制限により出力一定化する場合のスロットル開度マップ（フル性能時）である。

符号の説明

２００…エンジン、２０１…シリンダ、２２３…燃料タンク、２０７…燃料噴射弁、２０７２…直噴型燃料噴射弁、２３０…パージ装置、２０６…吸気管、２１０…排気管、５…ターボ過給機、１００…制御装置

Claims (13)

1. 内燃機関の出力を発生させるために行われる燃焼室での燃焼に要求される要求噴射量に従ってアルコール混合燃料を噴射する燃料噴射手段と、
   前記噴射されるアルコール混合燃料の燃料性状を特定する燃料性状特定手段と、
   前記特定される燃料性状の差異に基づいて、前記発生させられる出力を補正するように前記内燃機関の少なくとも一部を制御する出力補正処理を行う制御手段と、
   前記要求噴射量が前記燃料噴射手段の限界噴射量を超える高噴射領域にある場合には、前記発生させられる出力が低下し又は不安定化するおそれがあると予測する予測手段と
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記高噴射量領域において前記要求噴射量に相当する出力が低下すると予測される場合、
   前記制御手段は、前記限界噴射量に相当する出力が前記発生させられる出力の上限となるように、前記出力補正処理を行う
   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. 前記低下すると予測される出力の低下分を少なくとも部分的に補完する補完手段を更に備える
   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。
4. 前記補完手段は、前記噴射されるアルコール混合燃料の燃圧を上昇させることで、前記低下分を少なくとも部分的に補完する
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃焼室へ吸入される空気の量である吸入空気量を調整する調整手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記吸入空気量を増減させるように前記調整手段を制御することで、前記出力補正処理を行う
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記調整手段は、前記吸入される空気の通路である吸気管の開口面積を調整することで、前記吸入空気量を調整する
   ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記吸入される空気を過給する過給手段を更に備え、
   前記調整手段は、前記吸入される空気のうち前記過給手段を迂回する空気の量を調整することで、前記吸入空気量を調整する
   ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記燃焼に伴う排気ガスを利用して、前記吸入される空気を過給する過給手段を更に備え、
   前記調整手段は、前記排気ガスのうち前記過給手段を迂回する排気ガスの量を調整することで、前記吸入空気量を調整する
   ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記噴射されるアルコール混合燃料に混合されている複数種類の燃料のうち所定オクタン価閾値を上回る高オクタン価であるものの混合割合が所定混合割合閾値を超えることが、前記燃料性状として特定される場合には、
   前記制御手段は、所定回転数閾値を下回る低回転領域において、前記出力補正処理を行う
   ことを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記噴射されるアルコール混合燃料に混合されている複数種類の燃料のうち所定発熱量を下回る低発熱燃料であるものの混合割合が所定混合割合閾値を超えることが、前記燃料性状として特定される場合には、
    前記制御手段は、所定回転数閾値を上回る高回転領域において、前記出力補正処理を行う
    ことを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記制御手段は、前記噴射されるアルコール混合燃料に混合されている複数種類の燃料の各々について想定される出力のうち最も低い出力を発生するように、前記出力補正処理を行う
    ことを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
12. 前記燃料性状特定手段は、前記燃焼に伴う排気ガスの空燃比に基づいて、前記燃料性状を特定する
    ことを特徴とする請求項１から１１の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
13. 前記燃料性状特定手段は、前記アルコール混合燃料を貯蔵する燃料タンクに備わる燃料性状センサの出力値に基づいて、前記燃料性状を特定する
    ことを特徴とする請求項１から１２の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。

Images