JP4484085B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アルコールが混合された混合燃料を使用可能なエンジンの制御装置に関する。

自動車等の車両用のエンジンには、一般的に、燃料としてガソリンが使用されているが、周知の通り、アルコールを混合した混合燃料を使用することもできる。例えば、アルコールを任意の割合で（０％〜１００％）混合した混合燃料を使用可能なエンジンを搭載した車両（ＦＦＶ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｕｅｌ Ｖｉｅｈｉｃｌｅ）が知られている。

このようなＦＦＶ用のエンジンに供給される混合燃料のアルコール濃度は、常に一定というわけではない。給油する混合燃料のアルコール濃度や給油量に応じて、エンジンに供給される混合燃料のアルコール濃度は変化する。またアルコールのオクタン価はガソリンよりも高く、混合燃料のオクタン価はアルコール濃度によって変化する。このため、混合燃料のアルコール濃度に応じて空燃比や点火時期等を適宜調整する必要がある。例えば、エンジンの低回転時において混合燃料（使用燃料）のアルコール濃度が高いときには点火時期を進角側に補正し、エンジンの高回転時において混合燃料のアルコール濃度が高いときには点火時期を遅角側に補正するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３３７４８号公報

上述のようにエンジンの高回転時において混合燃料のアルコール濃度が高いときに、点火時期を遅角側に補正することで、ノッキングを防止することはできるかもしれない。しかしながら、エンジンの出力は低下してしまう虞がある。また、点火時期を遅角側に補正すると排気温度が上昇してしまうため、排気系システムに熱害によるダメージを与えてしまう虞もある。

ところで燃料として使用するアルコールは、ガソリンに比べてエネルギー密度が２／３程度であるため、アルコール濃度が比較的高い混合燃料（例えば、アルコールが８５％の割合で混合された混合燃料）を使用してガソリンの場合と同程度の当量比を得るためには、燃料噴射弁からの燃料噴射量を１．５倍程度まで増やす必要がある。このため、ガソリンエンジンで使用していた燃料噴射弁を、混合燃料を使用するエンジンにそのまま転用した場合、例えば、高速・高負荷時など燃料を大量に噴射する際には、必要な噴射量が燃料噴射弁の最大噴射量（限界噴射量）を超えてしまい、所望の当量比が得られない虞もある。勿論、混合燃料用の特別な燃料噴射弁を使用すればこのような問題が生じることはないが、コストアップに繋がるため、ガソリンエンジンに使用している燃料噴射弁を流用することが望ましい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、熱害によるエンジンの損傷を防止しつつ出力及び燃費の向上を図ることができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、アルコールが混合された混合燃料を使用可能なエンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段と、前記エンジンの排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、前記混合燃料中のアルコール濃度を検出する濃度検出手段と、前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、前記点火時期制御手段により制御される点火時期を設定する点火時期設定手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、燃料噴射弁から噴射される噴射量を制御するための目標当量比を設定する目標当量比設定手段と、前記運転状態検出手段が所定の高速且つ高負荷運転状態を検出したときに、前記濃度検出手段で検出されるアルコール濃度が高いほど、前記目標当量比設定手段により設定される目標当量比をリーン方向に補正すると共に、前記点火時期設定手段により設定される点火時期を進角側に補正する補正手段と、を具備することを特徴とするエンジンの制御装置にある。

かかる本発明の第１の態様では、アルコール濃度に応じて点火時期を適宜調整することで、出力を向上することができる。また、混合燃料をリーン化することで、燃費を向上することができると共に、強リッチ（当量比＞約１．１）から出力空燃比（当量比＝約１．１）へのリーン化では出力を向上することができる。なお混合燃料をリーン化すると排気温度が上昇するが、混合燃料を使用した場合、排気温度は低下するため、リーン化により排気温度が多少上昇しても、排気温度はエンジンに損傷を与えない程度の温度に維持される。つまり、熱害によるエンジンの損傷を防止しつつ出力及び燃費の向上を図ることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様のエンジンの制御装置において、前記補正手段は、前記運転状態検出手段が所定の高速且つ低負荷運転状態を検出したときには、前記濃度検出手段で検出されるアルコール濃度が高いほど、前記目標当量比をリーン方向に補正することを特徴とするエンジンの制御装置にある。

かかる本発明の第２の態様では、運転状態に応じて補正内容を適宜変更しているため、熱害によるエンジンの損傷を防止しつつ出力及び燃費をさらに確実に向上させることができる。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様のエンジンの制御装置において、前記補正手段は、前記運転状態検出手段が所定の低速且つ高負荷運転状態を検出したときには、前記濃度検出手段で検出されるアルコール濃度が高いほど、前記点火時期を進角側に補正することを特徴とするエンジンの制御装置にある。

かかる本発明の第３の態様では、運転状態に応じて補正内容を適宜変更しているため、熱害によるエンジンの損傷を防止しつつ出力及び燃費をさらに確実に向上させることができる。

本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか一つの態様のエンジンの制御装置において、前記目標当量比を得るために必要な要求噴射量が前記燃料噴射弁の限界噴射量よりも大きい場合に、前記エンジンの吸気系に設けられたスロットルバルブの開度を所定の制限値に制限する制限手段をさらに具備することを特徴とするエンジンの制御装置にある。

かかる本発明の第４の態様では、燃料噴射弁に要求される要求噴射量が減少するため、燃料噴射弁からの噴射量不足を防止することができ、混合燃料のアルコール濃度に拘わらず、常に目標当量比を得ることができる。

本発明の第５の態様は、第４の態様のエンジンの制御装置において、前記エンジンの吸気量を検出する吸気量検出手段と、前記運転状態検出手段で検出される運転状態に基づいて前記限界噴射量を算出する限界噴射量算出手段と、前記吸気量検出手段で検出される吸気量及び前記濃度検出手段で検出されるアルコール濃度及び前記目標当量比に基づいて前記要求噴射量を算出する要求噴射量算出手段と、をさらに具備することを特徴とするエンジンの制御装置にある。

かかる第５の態様では、燃料噴射弁からの燃料噴射量不足をより確実に防止することができる。

本発明の第６の態様は、第５の態様のエンジンの制御装置において、前記限界噴射量算出手段の算出結果と前記濃度検出手段で検出されるアルコール濃度及び前記目標当量比とに基づいて前記制限値を算出する制限値算出手段をさらに具備することを特徴するエンジンの制御装置にある。

かかる第６の態様では、吸気量が制限値以下に制限されることで、燃料噴射弁からの燃料噴射量不足をさらに確実に防止することができる。

本発明の第７の態様は、第４〜６の何れか一つの態様のエンジンの制御装置において、アクセルペダルの開度を検出するアクセルペダル開度検出手段と、前記アクセルペダルの開度に応じて前記スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御手段と、をさらに具備し、前記スロットルバルブ制御手段は、前記濃度検出手段で検出されるアルコール濃度が高いほど、前記スロットルバルブの開度の増大量を制限することを特徴とするエンジンの制御装置にある。

かかる第７の態様では、混合燃料のアルコール濃度に応じて運転特性を変化させることで、常に最適なドライバビリティが得られる。

本発明の第８の態様は、第１〜７の何れか一つの態様のエンジンの制御装置において、前記濃度検出手段が、前記排気空燃比検出手段の検出結果に基づいて混合燃料中のアルコール濃度を検出することを特徴とするエンジンの制御装置にある。

かかる第８の態様では、アルコール濃度センサ等を用いて混合燃料のアルコール濃度を直接検出するよりも構造を簡略化することができると共に、コストの削減を図ることができる。

かかる本発明では、アルコールを混合した混合燃料を使用する場合に、熱害によるエンジンの損傷を防止しつつ、エンジンの出力及び燃費を向上することができる。またガソリンエンジン用の燃料噴射弁を、混合燃料を使用するエンジンに流用した場合でも、燃料噴射量不足を防止して、常に所望の当量比を得ることができる。さらに、混合燃料のアルコール濃度に拘わらず、常に最適なドライバビリティが得られる。

以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態について説明する。以下、アルコールを混合した混合燃料を使用するエンジンとその制御装置とを含むエンジンシステムを例示して本発明を説明する。図１は、本発明に係る制御装置を含むエンジンシステムの概略構成を示す図である。

図１に示すエンジン１１は、吸気管噴射型(Multi Point Injection)のエンジンであり、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１３とを有している。シリンダブロック１３の各シリンダ１４内には、ピストン１５が往復移動自在に収容されている。このピストン１５とシリンダ１４とシリンダヘッド１２とで燃焼室１６が形成されている。ピストン１５は、コンロッド１７を介してクランクシャフト１８に接続されている。ピストン１５の往復運動は、コンロッド１７を介してクランクシャフト１８に伝達される。

シリンダヘッド１２には吸気ポート１９が形成されている。この吸気ポート１９には吸気マニホールド２０が接続されている。吸気ポート１９には吸気弁２２が設けられており、この吸気弁２２によって吸気ポート１９が開閉されるようになっている。吸気マニホールド２０には、例えば、電磁式の燃料噴射弁２３が設けられ、この燃料噴射弁２３には、図示しないが、燃料バルブを介して燃料タンクを擁した燃料供給装置が接続されている。

シリンダヘッド１２には、さらに排気ポート２４が形成されている。この排気ポート２４には排気マニホールド２５の一端が接続され、排気マニホールド２５の他端には排気管２６が接続されている。なお、排気ポート２４には排気弁２７が設けられており、吸気ポート１９における吸気弁２２と同様、排気ポート２４はこの排気弁２７によって開閉されるようになっている。

シリンダヘッド１２には、各気筒毎に点火プラグ２８が取り付けられている。各点火プラグ２８には、高電圧を出力する点火コイル２９が接続されている。吸気マニホールド２０の上流側には、吸気量を調整するスロットルバルブ３１が設けられており、併せてスロットルバルブ３１の開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）３２が設けられている。なおスロットルバルブ３１は、アクセルペダルの操作に連動して開度が調整される。またスロットルバルブ３１の上流には、吸気量を計測するエアフローセンサ３３が介装されている。

排気マニホールド２５に接続された排気管２６には、排気浄化用触媒である三元触媒３４が介装されている。三元触媒３４の上流側には、触媒通過前の排ガス中の酸素濃度を検出するＯ_２センサ３５が設けられている。すなわち、このＯ_２センサ３５の出力情報に基づいて排気空燃比が検出され、排気空燃比に応じて燃料噴射量がフィードバック制御される。また本実施形態では、この排気空燃比から混合燃料のアルコール濃度が検出（推定）される（濃度検出手段）。なおＯ_２センサの代わりにリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を設け、ＬＡＦＳによって排気空燃比を検出するようにしてもよい。

ＥＣＵ（電子コントロールユニット）３６は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えている。このＥＣＵ３６によって、エンジン１１の総合的な制御が行われる。ＥＣＵ３６の入力側には、上述したスロットルポジションセンサ３２、エアフローセンサ（運転状態検出手段）３３、Ｏ_２センサ３５の他、エンジン１１のクランク角を検出するクランク角センサ（運転状態検出手段）４０、アクセルペダル４１の操作開度を検出するアクセルポジションセンサ（アクセルペダル開度検出手段）４２、エンジン１１の水温を検出する水温センサ４３等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。

一方、ＥＣＵ３６の出力側には、上述の燃料噴射弁２３、点火コイル２９、スロットルバルブ３１等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３６で演算された燃料噴射時間、点火時期、スロットル開度等がそれぞれ出力される。

そして本発明の制御装置１０は、このようなＥＣＵ３６と上記各種センサとで構成され、各種センサ類からの検出情報に基づき適正な目標当量比が設定され、実際の空燃比がこの目標当量比となるように、適正量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁２３から噴射され、またスロットルバルブ３１が適正な開度に調整され、適正な点火時期に点火プラグ２８により火花点火が実施されるようになっている。

上述のようにエンジン１１は、ＦＦＶに搭載されアルコールが混合された混合燃料を使用するものである。本発明の制御装置１０では、以下に説明するように、エンジンの運転領域及びエンジン１１に供給される混合燃料のアルコール濃度に応じて、例えば、点火時期、目標当量比等の各種パラメータ値を適宜設定することで、エンジン１１の出力及び燃費の向上を図っている。

以下、制御装置１０によるエンジン１１の制御方法について図面を参照して詳細に説明する。なおエンジン１１には使用する混合燃料のアルコール濃度は特に限定されるものではないが、市販されている最もアルコール濃度の高い混合燃料は、アルコール（エタノール）濃度が８５％のものである（以下、混合燃料（Ｅ８５）と表記する）。ちなみに最もアルコール濃度の低い燃料は、アルコール濃度０％の燃料（以下、燃料（Ｅ０）と表記する）、つまりガソリンである。このため、本例のエンジン１１で使用される混合燃料は、アルコール濃度が０〜８５％の範囲で変化するものとする。

図２は、本実施形態に係る制御装置によるエンジンの制御方法の一例を示すフローチャートである。図２に示すように、まずステップＳ１において、クランク角センサ４０の出力からエンジン回転速度（Ｎｅ）を読み込み、エアフローセンサ３３の出力からエンジン負荷（Ｅｃ）を読み込む。次にステップＳ２で、エンジン１１で使用される混合燃料中のアルコール濃度を検出する（濃度検出手段）。本実施形態に係る制御装置１０では、所定のタイミングで、例えば、Ｏ_２センサ３５によって検出される排気空燃比等に基づいて混合燃料中のアルコール濃度が検出（推定）され、その検出値が記憶されており、ステップＳ２では、最後に記憶されたアルコール濃度推定値の読み込みを行う。勿論、混合燃料のアルコール濃度をその都度検出（推定）するようにしてもよい。また本実施形態では、混合燃料のアルコール濃度を推定するようにしたが、例えば、燃料タンク内の混合燃料のアルコール濃度を直接検出するようにしてもよい。

次にステップＳ３で、各種マップを参照し、読み込んだエンジン負荷（Ｅｃ）及びアルコール濃度推定値に基づいて、エンジンが高負荷運転状態であってアルコール濃度が高いほど、点火時期を進角側へ補正する（補正手段）。例えば、本実施形態では、図３に示すように、エンジン回転速度（Ｎｅ）と負荷（Ｅｃ）との関係で示される燃料（Ｅ０）使用時の点火時期マップ（Ｅ０用点火時期マップ）５１と、エンジン回転速度と負荷との関係で示される混合燃料（Ｅ８５）使用時の点火進角マップ（Ｅ８５用点火進角マップ）５２と、アルコール濃度に対する補間係数のマップ５３とから、混合燃料のアルコール濃度に最適な点火時期を算出する。すなわち、Ｅ０用点火時期マップ５１から取得された点火時期に、Ｅ８５時点火進角マップ５２から取得された進角量とマップ５３から取得した補間係数とを乗じたものを加算することで、混合燃料のアルコール濃度に最適な点火時期を算出する。そして、その算出結果に応じて点火時期を進角側に補正する（補正手段）。

次いでステップＳ４で、Ａ／Ｆ制御がオープンループ（Ｏ／Ｌ）モードか否かを判定し、Ｏ／Ｌモードであると判定された場合には（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ステップＳ５で、混合燃料中のアルコール濃度が高いほど目標当量比をリーン方向に補正する（補正手段）。一方、Ａ／Ｆ制御がＯ／Ｌモードでない場合、つまりフィードバック（Ｆ／Ｂ）制御である場合には（ステップＳ４：Ｎｏ）、例えば、排気Ａ／Ｆに基づいて空燃比が制御されるため、ステップＳ５での制御は行わずステップＳ６に移行する。

ステップＳ５では各種マップを参照して、エンジンが高速運転状態であってアルコール濃度が高い場合に、目標当量比をリーン方向に補正する。例えば、本実施形態では、図４に示すように、燃料（Ｅ０）使用時の目標当量比マップ（Ｅ０用目標当量比マップ）５５と、混合燃料（Ｅ８５）使用時の目標当量比マップ（Ｅ８５用目標当量比マップ）５６と、混合燃料のアルコール濃度に対する補間係数のマップ５７とから、リーン方向に補正した目標当量比を算出する。すなわち、Ｅ０用目標当量比マップ５５から取得した目標当量比、具体的には現時点のエンジンの運転状態（エンジン回転速度及び負荷）に応じた目標当量比Ａと、Ｅ８５用目標当量比マップ５６から取得した目標当量比、具体的には現時点のエンジンの運転状態（エンジン回転速度及び負荷）に応じた目標当量比Ｂと、補間係数のマップ５７から取得した混合燃料のアルコール濃度（ステップＳ３にて取得）に応じた補間係数Ｋとから、下記式（１）を用いてリーン方向に補正した目標当量比を算出する。

このようにエンジンが高速且つ高負荷運転状態である場合に、混合燃料のアルコール濃度に応じて点火時期を進角側に補正すると共に目標当量比をリーン化することにより、出力及び燃費の向上を図ることができ、且つ排気温度の上昇によるエンジンの損傷も防止することができる。

ガソリンエンジンの場合、高速・高負荷運転時には、排気系システムへの熱害を考慮して目標当量比を強リッチに設定して排気温度を抑制している。これに対して、アルコール混合燃料を使用する場合、ノックしにくく（オクタン価が大きい）、また排気温度が低くなる（気化潜熱が大きい）ため、点火時期進角および目標当量比リーン化が可能になる。

上述したように点火時期進角および目標当量比リーン化の補正は、エンジン回転速度（Ｎｅ）と負荷（Ｅｃ）との関係で示される領域に応じて行われる（図３及び図４の各マップ５１，５２，５５，５６参照）。点火時期進角の補正を行う領域は、燃料（Ｅ０）を使用した場合に最適点火時期（ＭＢＴ）がとれないと推定できる領域（つまりＥ０を使用した場合にノックを生じ易いといえる領域）に基づき設定される。目標当量比リーン化の補正を行う領域は、燃料（Ｅ０）を使用した場合に排気系（排気ポート２４−排気マニホールド２５−排気管２６）の耐熱限界を考慮してフィードバック制御を行わずにリッチ化が必要と推定できる領域に基づき設定される。本実施形態では、このような補正を行う領域を図５に示すように設定している。

詳細には、
（１）エンジン回転速度と負荷がともに高い高速・高負荷運転領域αでは、点火時期進角および目標当量比リーン化の補正をともに実施する。
（２）エンジン回転速度が高く負荷が低い高速・低負荷運転領域βでは、目標当量比リーン化の補正のみを実施する。
（３）エンジン回転速度が低く負荷が高い低速・高負荷運転領域γでは、点火時期進角の補正のみを実施する。
（４）エンジン回転速度と負荷がともに低い低速・低負荷運転領域δでは、点火時期進角および目標当量比リーン化の補正をともに実施しない。
というように設定している。

ここで、点火時期とトルクとの関係を示す図６のグラフから分かるように、混合燃料（Ｅ８５）を使用した場合の最適点火時期（ＭＢＴ）は、燃料（Ｅ０）を使用したときのノック点（Ｋ１点：ノッキングが発生しない点火時期の限界点）よりも進角側となる。また、混合燃料（Ｅ８５）を使用したときのトルクの大きさも（図中実線）、燃料（Ｅ０）を使用したときのＫ１点におけるトルクに比べて大幅に上昇している。

さらに、点火時期と排気温度との関係を示す図７のグラフから分かるように、図中実線で示す混合燃料（Ｅ８５）を使用したときの排気温度は、燃料（Ｅ０）を使用した時のＫ１点における排気温度よりも大幅に低下する（点火時期進角によってさらに低下する）。そして排気温度をこのＫ１点における排気温度（限界温度）よりも低い温度に維持しておけば、熱害によるエンジン１１の損傷を防止できる。目標当量比をリーン化すると排気温度は上昇するが、混合燃料（Ｅ８５）を使用した場合には、図７中点線で示すように排気温度が限界温度を実質的に超えない範囲であれば、目標当量比をリーン化してもエンジン１１が損傷することはない。さらに目標当量比のリーン化を図ることで、図６中に点線で示すように、トルクも大幅に向上する。

ところで、スロットルバルブ３１の開度は、アクセルペダル４１の開度に応じて調整されるが、混合燃料のアルコール濃度に拘わらず、アクセル−スロットル特性が同一であると、図８に示すように、アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）４２が検出するアクセルペダル４１の開度に対するトルク変化は、混合燃料のアルコール濃度が高いほど、その傾きが大きくなる。すなわち、燃料（Ｅ０）を使用するときよりも、混合燃料（Ｅ８５）を使用したときの方が、上記トルク変化の割合は大きくなる。このため、混合燃料のアルコール濃度によっては、ドライバーが違和感を覚えるほどドライバビリティが悪化する虞がある。

そこで、本実施形態では、ステップＳ４で目標空燃比をリーン化した後、ステップＳ６で、濃度検出手段によって検出された混合燃料中のアルコール濃度に応じてアクセル−スロットル変換特性マップを切り替えて、混合燃料中のアルコール濃度が高いほど、スロットルバルブ３１の開度の増大量を制限するようにした（スロットルバルブ制御手段）。

具体的には、混合燃料のアルコール濃度に応じた複数のアクセル−スロットル変換特性マップ、本実施形態では、図９に示すように、燃料（Ｅ０）と混合燃料（Ｅ８５）とに対応する複数の変換特性係数のマップ６０を有しており、混合燃料のアルコール濃度に応じてこの変換特性係数のマップ６０を切り替えている。そして、このマップ６０から取得した変換特性係数とアクセル開度（ＡＰＳ開度）とを乗じることで、スロットルバルブ目標開度（ＥＴＶ目標開度）が算出され、算出されたＥＴＶ目標開度に基づいてスロットルバルブ３１の開度が調整される。このように混合燃料のアルコール濃度に応じてスロットルバルブ３１の開度を調整することで、例えば、混合燃料（Ｅ８５）を使用するときのスロットルバルブ３１の開度は、燃料（Ｅ０）を使用するときよりも小さくなる。つまり、混合燃料中のアルコール濃度が高いほど、スロットルバルブ３１の開度の増大量が制限される。その結果、吸気量が減少してトルクが弱まり、アクセル開度に対応した最適なトルクが得られる。

なお、このようにアクセル開度からスロットルバルブの目標開度を算出する際、実際には、まず取得したアクセル開度（ＡＰＳ開度）を、スロットルバルブ開度（ＴＰＳ開度）の対応した値に変換している。すなわち、アクセルペダル４１の開度からスロットルバルブ３１の開度を算出している。具体的には、ＡＰＳ開度に（ＴＰＳ動作範囲／ＡＰＳ動作範囲）を乗じることで、取得したアクセル開度をスロットルバルブの開度に対応した値に変換している。

ところで、アルコール濃度が比較的高い混合燃料（Ｅ８５）等によって燃料（Ｅ０）の場合と同程度の当量比を得ようとすると、燃料噴射弁２３による燃料噴射量は約１．５倍程度必要となるため、燃料噴射弁２３からの噴射量不足によって所望の当量比が得られない虞がある。例えば、図１０に示すように、燃料（Ｅ０）を使用した場合の最大噴射量が燃料噴射弁（インジェクタ）２３の限界噴射量よりも少なくても、混合燃料（Ｅ８５）を使用した場合、インジェクタ限界噴射量を超えてしまうことが考えられる。特に、エンジンの運転状態が高速・高負荷運転状態（図５の領域α内）である場合には、このような問題が生じ易い。

しかしながら、本発明では、上述したように、エンジンの運転状態及び混合燃料のアルコール濃度に応じて目標当量比をリーン化しているため、燃料噴射弁２３に要求される要求噴射量は、目標当量比のリーン化に伴って減少しインジェクタ限界噴射量以下に抑えられる。したがって、特別な燃料噴射弁等を採用する必要がないため、コストを増加させることなく燃料噴射弁２３から良好に混合燃料を噴射させることができる。

さらに本実施形態では、以下に説明するように、所定のタイミングで燃焼室１６に供給される吸気量を制限しているため、要求噴射量を、より確実にインジェクタ限界噴射量よりも低く抑えることができる。

具体的には、図１１に示すように、まずステップＳ１１で、エンジン１１の運転状態（エンジンの回転速度Ｎｅ）を読み込む。次いで、ステップＳ１２で、検出された回転速度Ｎｅに基づいて燃料噴射弁２３の限界噴射量（Ｔｍａｘ）を算出する（限界噴射量算出手段）。さらにステップＳ１３で、吸気量検出手段であるエアフローセンサ３３から取得した吸気量Ｑとアルコール濃度推定値及び上述した目標当量比から燃料噴射弁２３に要求される要求噴射量（Ｔｄｍｎ）を算出する（要求噴射量算出手段）。限界噴射量は、下記式（２）から求められ、要求噴射量は下記式（３）から求められる。

Ｎｅ：エンジン回転数（ｒｐｍ） Ｔｄ：むだ時間（ｓｅｃ）

Ｑ：吸気量（ｇ／ｓｅｃ） ｔ：１行程当たりの時間（ｓｅｃ）
σｆ：燃料密度（ｇ／ｃｃ）： λ：目標当量比
ＳＴａｌｃｈ：アルコール濃度に応じた理論空燃比
Ｇ：インジェクタゲイン（ｃｃ／ｓｅｃ）

なお、むだ時間Ｔｄとは、主に燃料噴射弁２３を構成するニードルの開閉にかかる時間である。また、アルコール濃度に応じた理論空燃比ＳＴａｌｃｈは、例えば図１２に示すマップに基づき、アルコール濃度推定値より求められる。

次に、ステップＳ１４でこの要求噴射量（Ｔｄｍｎ）が限界噴射量（Ｔｍａｘ）以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。要求噴射量（Ｔｄｍｎ）が限界噴射量（Ｔｍａｘ）以下と判定された場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、つまり燃料噴射弁２３から要求噴射量の燃料を噴射できる状態であると判定された場合には、以下の制御は必要ないため処理を終了する。

ステップＳ１４で要求噴射量（Ｔｄｍｎ）が限界噴射量（Ｔｍａｘ）よりも大きいと判定された場合には（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、すなわち燃料噴射弁２３によって要求噴射量の燃料を噴射できないと判定された場合には、次いでステップＳ１５で限界噴射量（Ｔｍａｘ）とアルコール濃度推定値及び目標当量比から噴射許容吸気量（Ｑａｂｌｅ）を算出する。つまりステップＳ１５では、限界噴射量（Ｔｍａｘ）とアルコール濃度に応じた理論空燃比（ＳＴａｌｃｈ）及び目標当量比からスロットルバルブ３１の開度の制限値を算出する（制限値算出手段）。噴射許容吸気量（Ｑａｂｌｅ）は、上記式（３）を変形した下記式（４）から求められる。

このように噴射許容吸気量（Ｑａｂｌｅ）が得られたら、現時点の吸気量Ｑが噴射許容吸気量Ｑａｂｌｅ以下となるように、スロットルバルブ３１の開度を制限する（制限手段）。

これにより、要求噴射量（Ｔｄｍｎ）は限界噴射量（Ｔｍａｘ）以下となるため、燃料噴射弁２３から要求噴射量の燃料を確実に噴射することができる。したがって、燃料噴射弁２３からの噴射量不足によって目標当量比が得られないといった問題が生じることはない。

なお、このような噴射量不足の問題は、例えば、各気筒毎に複数の燃料噴射弁を設けたり、混合燃料用の特別な燃料噴射弁を採用したりすること等によっても解消することはできるが、大幅なコストアップは避けられない。これに対し、本発明では、スロットルバルブ３１の開度を制限することで、コストアップさせることなく比較的容易に上記問題を解消することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、吸気管噴射型のエンジンを例示して本発明を説明したが、勿論、本発明は、例えば、筒内噴射型等、他のタイプのエンジンにも採用することができることは言うまでもない。

一実施形態に係る制御装置を含むエンジンシステムの概略構成図である。 本発明の制御装置によるエンジンの制御方法の一例を示すフローチャートである。 点火時期の算出手順を説明する概略図である。 リーン化した目標当量比の算出手順を説明する概略図である。 点火時期進角および目標当量比リーン化の補正を行う領域の例を示すグラフである。 点火時期とトルクとの関係を示すグラフである。 点火時期と排気温度との関係を示すグラフである。 ＡＰＳ開度とトルクとの関係を示すグラフである。 ＥＴＶ目標開度の算出手順を説明する概略図である。 燃料の違いによる燃料噴射弁からの燃料噴射量の違いを示すグラフである。 本発明の制御装置によるエンジンの制御方法の一例を示すフローチャートである。 アルコール濃度と理論空燃比の関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 制御装置
１１ エンジン
１２ シリンダヘッド
１３ シリンダブロック
１４ シリンダ
１５ ピストン
１６ 燃焼室
１７ コンロッド
１８ クランクシャフト
１９ 吸気ポート
２０ 吸気マニホールド
２２ 吸気弁
２３ 燃料噴射弁
２４ 排気ポート
２５ 排気マニホールド
２６ 排気管
２７ 排気弁
２８ 点火プラグ
２９ 点火コイル
３１ スロットルバルブ
３２ スロットルポジションセンサ
３３ エアフローセンサ
３４ 三元触媒
３５ Ｏ_２センサ
３６ ＥＣＵ
４０ クランク角センサ
４１ アクセルペダル
４２ アクセルポジションセンサ
４３ 水温センサ

Claims (8)

1. アルコールが混合された混合燃料を使用可能なエンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段と、
   前記エンジンの排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
   前記混合燃料中のアルコール濃度を検出する濃度検出手段と、
   前記エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、前記点火時期制御手段により制御される点火時期を設定する点火時期設定手段と、
   前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて、燃料噴射弁から噴射される噴射量を制御するための目標当量比を設定する目標当量比設定手段と、
   前記運転状態検出手段が所定の高速且つ高負荷運転状態を検出したときに、前記濃度検出手段で検出されるアルコール濃度が高いほど、前記目標当量比設定手段により設定される目標当量比をリーン方向に補正すると共に、前記点火時期設定手段により設定される点火時期を進角側に補正する補正手段と、
   を具備することを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
   前記補正手段は、前記運転状態検出手段が所定の高速且つ低負荷運転状態を検出したときには、前記濃度検出手段で検出されるアルコール濃度が高いほど、前記目標当量比をリーン方向に補正することを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置において、
   前記補正手段は、前記運転状態検出手段が所定の低速且つ高負荷運転状態を検出したときには、前記濃度検出手段で検出されるアルコール濃度が高いほど、前記点火時期を進角側に補正することを特徴とするエンジンの制御装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記目標当量比を得るために必要な要求噴射量が前記燃料噴射弁の限界噴射量よりも大きい場合に、前記エンジンの吸気系に設けられたスロットルバルブの開度を所定の制限値に制限する制限手段をさらに具備することを特徴とするエンジンの制御装置。
5. 請求項４に記載のエンジンの制御装置において、
   前記エンジンの吸気量を検出する吸気量検出手段と、
   前記運転状態検出手段で検出される運転状態に基づいて前記限界噴射量を算出する限界噴射量算出手段と、
   前記吸気量検出手段で検出される吸気量及び前記濃度検出手段で検出されるアルコール濃度及び前記目標当量比に基づいて前記要求噴射量を算出する要求噴射量算出手段と、
   をさらに具備することを特徴とするエンジンの制御装置。
6. 請求項５に記載のエンジンの制御装置において、
   前記限界噴射量算出手段の算出結果と前記濃度検出手段で検出されるアルコール濃度及び前記目標当量比とに基づいて前記制限値を算出する制限値算出手段をさらに具備することを特徴するエンジンの制御装置。
7. 請求項４〜６の何れか一項に記載のエンジンの制御装置において、
   アクセルペダルの開度を検出するアクセルペダル開度検出手段と、
   前記アクセルペダルの開度に応じて前記スロットルバルブを制御するスロットルバルブ制御手段と、
   をさらに具備し、
   前記スロットルバルブ制御手段は、前記濃度検出手段で検出されるアルコール濃度が高いほど、前記スロットルバルブの開度の増大量を制限することを特徴とするエンジンの制御装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記濃度検出手段が、前記排気空燃比検出手段の検出結果に基づいて混合燃料中のアルコール濃度を検出することを特徴とするエンジンの制御装置。

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