JP4507016B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アルコール含有燃料により運転可能な内燃機関の制御装置に関する。

自動車等の車両用の内燃機関（エンジン）には、一般に、燃料としてガソリンが使用されている。一方、ガソリンに加えて代替燃料としてのアルコールを任意の割合で（０％〜１００％）混合して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。

ＦＦＶ用のエンジンに供給される混合燃料のガソリンとアルコールとの割合（アルコール濃度：ブレンド率）は常に一定というわけではない。例えば、アルコール濃度が８０％の混合燃料がＦＦＶの燃料タンクに蓄えられた状態で、アルコール濃度０％の燃料（即ち、ガソリン濃度１００％の燃料）が給油されたり、アルコール濃度１００％の燃料（即ち、ガソリン濃度０％の燃料）が給油されることがある。また、給油量もその時々で異なっているのが通常である。

混合燃料を用いるエンジンにおいては、混合燃料におけるアルコール濃度を把握することで、混合燃料の特性に応じた燃料噴射量を適宜調節することができる。例えば、アルコールであるエタノールはオクタン価が高いため、ガソリンに比べてノックし難く熱効率的には有利な特性を有しているが、エネルギー密度が低いため燃料噴射量を１．３倍〜１．５倍必要とし、燃費の点では不利な特性を有している。

このような状況から、例えば、アルコール濃度が高いほどリーンフィードバック領域を拡大して燃費の向上を図る技術が従来から知られている（特許文献１参照）。しかし、走行性能等の点から拡大できるリーンフィードバック領域には限度があり、また、リーン運転領域を拡大することで排気を浄化する排気浄化触媒の早期劣化につながる虞があり、実際には、燃費を十分に向上させる程リーン運転領域を拡大することができないのが現状である。

このように、ＦＦＶ用のエンジンでは、排気浄化触媒の性能を維持して排ガス性能を向上させると同時に、燃費を向上させることが望まれているのが実情である。

特開平５−２７２３８３号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、アルコールが含有された燃料により運転可能な内燃機関において、燃料消費量を減らすと共に排ガス性能を向上させ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。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の内燃機関の制御装置は、アルコール含有燃料により運転可能な内燃機関の制御装置であって、前記アルコール含有燃料のアルコールの濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、所定の運転領域に応じて前記内燃機関の排気空燃比が目標空燃比になるようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、前記アルコール濃度検出手段で検出された前記アルコールの濃度が所定の濃度より高い場合に、前記目標空燃比がストイキとされるストイキ運転領域を拡大して設定する運転領域設定手段とを備え、前記フィードバック制御手段が作動する所定の運転領域には、前記目標空燃比がリッチ空燃比であるリッチ運転領域内で、排気浄化触媒が過熱しない所定期間継続して前記内燃機関の排気空燃比がストイキとなるよう前記フィードバック制御を実行させるタイマー領域が設定され、前記運転領域設定手段は、前記タイマー領域を含む領域を拡大したストイキ領域として設定することを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、アルコール濃度が高い場合は排気温度が低いため、アルコールの濃度が所定の濃度よりも高い場合にストイキで制御する運転領域をアルコール濃度に応じて拡大したストイキ領域として広げ、燃料冷却等の燃料量を抑制しても、排気浄化触媒が過熱する虞がなく、走行性能が維持できる最小限の燃料量で排気浄化触媒での浄化性能を向上させることができる。このため、燃料消費量を減らすと共に排ガス性能を向上させることができる。
そして、本来、リッチ空燃比で運転されるが、排気浄化触媒が過熱する虞がない所定期間はＡ／Ｆフィードバックでの運転を継続するタイマー領域を含む領域を、アルコール濃度に応じて運転領域を広げる拡大したストイキ領域としているので、タイマー領域をなくした簡素な制御の実現が可能である。

また、請求項２に係る本発明の内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記運転領域設定手段は、アルコールが含有されていない燃料の使用時における前記ストイキ運転領域の境界値と、所定のアルコールが含有されている燃料の使用時における前記ストイキ運転領域の境界値とを、前記所定のアルコールが含有されている燃料のアルコール濃度を重みとして加重平均することで、拡大したストイキ領域の境界値を求めることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、例えば、ガソリン１００％（エタノール０％）で設定されるストイキ運転領域の境界値と、エタノール８５％で設定されるストイキ運転領域の境界値とを、アルコール濃度に基づいて重み平均し、アルコール濃度に応じた拡大したストイキ領域の境界値を求めて運転領域を広げることができる。

また、請求項３に係る本発明の内燃機関の制御装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記フィードバック制御手段は、運転パラメータとして点火時期を制御し、前記アルコール濃度検出手段で検出された前記アルコールの濃度が高いほど前記点火時期の進角補正量を大きくすることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、アルコール濃度検出手段で検出されたアルコールの濃度に応じた燃料における点火時期の進角補正量を加味することで点火時期を補正することができる。具体的には、アルコールはオクタン価が高くノックし難く熱効率的に有利であるため、アルコール濃度が高い場合に、ガソリンを燃料とした時の点火時期を進角補正して燃費を向上させる。

ガソリンを燃料とする内燃機関の点火時期は、レギュラー、ハイオクの違いがノック制御により補正・学習されて設定され、また、バルブタイミングに応じて多数の点火時期が設定されているため、ガソリンを燃料とする内燃機関における基本の点火時期が多数記憶されている。このため、ガソリンを燃料とする多数の基本の点火時期に対応して更にアルコールの濃度に応じた点火時期を設定すると、記憶手段や処理手段の負荷が多大となってしまう。ガソリンを燃料とした時の点火時期を基に補正量を加味して進角補正することで、記憶手段や処理手段の負荷を増大させずにアルコールの濃度に応じた点火時期を設定することができる。

本発明の内燃機関の制御装置は、アルコールが含有された燃料により運転可能な内燃機関において、燃料消費量を減らすと共に排ガス性能を向上させることができる。

図１には本発明の一実施形態例に係る制御装置を備えた内燃機関の概略構成、図２には目標空燃比を設定する制御ブロック、図３にはガソリン１００％（エタノール０％）の際の負荷とエンジン回転速度に基づく空燃比（当量比）を表すグラフ、図４にはエタノール８５％の際の負荷とエンジン回転速度に基づく空燃比（当量比）を表すグラフ、図５には補間係数とエタノール濃度の関係、図６にはフィードバックの運転領域を設定する制御ブロック、図７にはエンジン回転速度と負荷に基づく運転領域のグラフ、図８にはエンジン回転速度とスロットル開度に基づく運転領域のグラフ、図９には点火時期を設定する制御ブロック、図１０には反映係数とエタノール濃度の関係を示してある。

図１に基づいて内燃機関の制御装置の構成を説明する。
図１に示すように、ＦＦＶに搭載された内燃機関であるエンジン１のシリンダヘッド２には気筒毎に点火プラグ３が取り付けられ、点火プラグ３には高電圧を出力する点火コイル４が接続されている。シリンダヘッド２には気筒毎に吸気ポート５が形成され、吸気ポート５の燃焼室６側には吸気弁７がそれぞれ設けられている。吸気弁７はエンジン回転に応じて回転するカムシャフト８のカムに倣って開閉作動され、吸気ポート５と燃焼室６との連通・遮断を行なう。

吸気ポート５には吸気マニホールド９の一端がそれぞれ接続されて連通している。吸気マニホールド９には各気筒に対応して電磁式の燃料噴射弁１０が取り付けられ、燃料噴射弁１０は燃料パイプ１１に接続されている。この燃料パイプ１１は図示しない燃料供給装置に接続され、図示しない燃料タンクからアルコール（エタノール）とガソリンとを含む混合燃料が供給される。

吸気マニホールド９の上流側の吸気管には、電動アクチュエータ２１の駆動により吸気通路を開閉するスロットルバルブ１２が設けられ、スロットルバルブ１２の弁開度（スロットル開度）を検出するスロットルポジションセンサ１３が設けられている。また、アクセルペダル２７の踏み込み状況（アクセル開度）を検出するアクセルポジションセンサ２８が設けられ、アクセルポジションセンサ２８の検出情報に応じてスロットルバルブ１２が開閉駆動される。

スロットルバルブ１２の上流側には吸入空気量を計測するエアフローセンサ１４が設けられている。エアフローセンサ１４としては、例えばカルマン渦流式やホットフィルム式のエアフローセンサが使用される。エアフローセンサ１４で計測された吸入空気量に基づきエンジン１の負荷が検出される。エンジン１の負荷は、吸気マニホールドの負圧の状況により充填効率を判断して検出することも可能である。

一方、シリンダヘッド２には気筒毎に排気ポート１５が形成され、排気ポート１５の燃焼室６側には排気弁１７がそれぞれ設けられている。排気弁１７はエンジン回転に応じて回転するカムシャフト１８のカムに倣って開閉作動され、排気ポート１５と燃焼室６との連通・遮断を行なう。そして、排気ポート１５には排気マニホールド１６の一端がそれぞれ接続され、排気ポート１５に排気マニホールド１６が連通している。尚、このような吸気管噴射型の多気筒ガソリンエンジンは公知のものであるため、構成の詳細については省略してある。

排気マニホールド１６の他端には排気管（排気通路）２０が接続され、排気管２０には排気浄化触媒２３が設けられている。排気浄化触媒２３の上流側の排気管２０には空燃比検出手段としての空燃比センサ２２が設けられ、空燃比センサ２２により排気空燃比が検出される。空燃比センサ２２により排気空燃比が検出され、検出された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、この時の燃料噴射量の補正割合に応じて混合燃料のアルコール濃度が推定される。

アルコール濃度は常に一定ではなく、また、アルコール濃度（ブレンド率）により燃料の特性が変わるため、混合燃料を使用する場合には、アルコールの濃度を把握することが必要である。アルコール（エタノール）はエネルギー密度がガソリンの約２／３であるため、ガソリンと同等の空燃比を得るためには、燃料噴射量を約１．３倍〜１．５倍に増やす必要がある。そして、所望の空燃比を得るため、アルコール使用時の燃料噴射量が予め設定されている。このことから、アルコール濃度は、排気空燃比をフィードバックした時の燃料噴射量により推定することができるので、排気空燃比に基づきアルコール濃度を把握することができる（アルコール濃度検出手段）。

尚、空燃比センサ２２としては、Ｏ_２センサやリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）を用いることができる。

ＥＣＵ（電子コントロールユニット）３１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ＥＣＵ３１により、エンジン１を含めた制御装置の総合的な制御が行われる。

ＥＣＵ３１の入力側には、上述したスロットルポジションセンサ１３、エアフローセンサ１４、空燃比センサ２２の他、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ２５等の各種センサ類が接続され、これらセンサ類からの検出情報が入力される。クランク角センサ２５の情報により点火時期が設定されると共にエンジン回転速度が判断される。

一方、ＥＣＵ３１の出力側には、上述の燃料噴射弁１０、点火コイル４、スロットルバルブ１２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ＥＣＵ３１で演算された燃料噴射料、点火時期、スロットル目標開度等がそれぞれ出力される。即ち、各種センサ類からの検出情報に基づき、混合燃料のアルコールの濃度に応じた適正な目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、空燃比センサ２２からの情報に基づきフィードバック制御される（フィードバック制御手段）。

つまり、目標Ａ／Ｆに応じた量の混合燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁１０から噴射され、また、スロットルバルブ１２が適正な開度に調整され、点火プラグ３により適正なタイミングで火花点火が実施されるようになっている。混合燃料のアルコール濃度は、空燃比センサ２２の情報から得られる排気空燃比をフィードバックした時の燃料噴射量の補正割合により推定されて把握される。

本実施形態例のエンジン１は、アルコール濃度が所定の濃度よりも高い場合にアルコール濃度に応じてストイキでフィードバックする負荷の領域及びスロットル開度の領域を広げるようにしている（運転領域設定手段）。つまり、アルコールの濃度が所定の濃度より高い場合に、目標空燃比がストイキとされるストイキ運転領域を拡大して設定するようになっている。アルコール濃度が高い場合には排気温度が低いので、ストイキでの運転領域を拡大しても（拡大したストイキ領域を設定しても）排気浄化触媒２３が過熱する虞がない。このため、燃料冷却等の燃料量を抑制して最小限の燃料量で排気の浄化性能を向上させることができる。

また、リッチ空燃比で制御されている時はアルコールの濃度に応じたストイキ運転領域に移行することで、ストイキでの運転領域を拡大し燃料消費量を減らしている。更に、アルコールはオクタン価が高くノックし難く熱効率的に有利であるため、基本となる点火時期に対してアルコールの濃度に応じた点火時期の補正量を加味、補正し、ガソリンを燃料とした時の点火時期に対してアルコールの濃度が高い場合に進角補正して燃費を向上させている。

図２〜図５に基づいてアルコール（エタノール）濃度に応じた目標Ａ／Ｆの設定について説明する。

図２に示すように、ＥＣＵ３１は、ガソリンが１００％の燃料（エタノールが０％の燃料：Ｅ０）が使用された場合の目標Ａ／Ｆを読込むＥ０目標Ａ／Ｆ読込部５１、及び、エタノールが８５％の燃料（ガソリンが１５％の燃料：Ｅ８５）が使用された場合の目標Ａ／Ｆを読込むＥ８５目標Ａ／Ｆ読込部５２を有している。

Ｅ０目標Ａ／Ｆ読込部５１では、Ｅ０における目標Ａ／Ｆの領域を表す図３に示したマップから負荷Ｅｃとエンジン回転速度Ｎｅに応じた目標Ａ／Ｆが読込まれる。目標Ａ／Ｆは当量比が１．０の理論空燃比の領域と当量比が１．０よりも大きいリッチ空燃比の領域が設定されている。そして、当量比が１．０よりも大きいリッチ空燃比の領域の一部には、排気浄化触媒２３が過熱する虞がない所定期間はＡ／Ｆフィードバックでの運転を継続するタイマー領域（図中斜線で示した領域）が存在している。

Ｅ８５目標Ａ／Ｆ読込部５２では、目標Ａ／Ｆの領域を表す図４に示したマップからＥ８５における負荷Ｅｃとエンジン回転速度Ｎｅに応じた目標Ａ／Ｆが読込まれる。目標Ａ／Ｆは当量比が１．０のストイキの領域（ストイキ運転領域）と当量比が１．０よりも大きいリッチ空燃比の領域（リッチ運転領域）が設定されている。そして、図３に示したマップでタイマー領域が存在する負荷Ｅｃがα以下、エンジン回転速度Ｎｅがβ以下の領域は、図４に示したマップでは当量比が１．０のストイキの領域とされている。つまり、Ｅ８５の目標Ａ／Ｆの領域（拡大したストイキ領域）にはＥ０における（リッチ運転領域における）タイマー領域が含まれている。

一方、エタノール濃度に応じて、Ｅ０における目標Ａ／ＦとＥ８５の目標Ａ／Ｆの割合（重み）を加重平均するための補間係数Ｋが補間係数Ｋ決定部５３で決定される。即ち、図５に示すように、補間係数Ｋがエタノール濃度に応じて設定され、検出されたエタノール濃度が６０％〜７０％程度（所定の濃度）までは補間係数Ｋが０とされ、エタノール濃度が上昇するに従い徐々に補間係数Ｋが１に近づき、エタノール濃度が８５％の手前から補間係数Ｋが１とされている。

Ｅ０目標Ａ／Ｆ読込部５１で読込まれた目標Ａ／Ｆ、Ｅ８５目標Ａ／Ｆ読込部５２で読込まれた目標Ａ／Ｆ、及び、補間係数Ｋ決定部５３で決定されたエタノールの濃度に応じた補間係数Ｋが重み処理部５４に入力される。重み処理部５４では、補間係数Ｋに応じて、Ｅ０目標Ａ／Ｆ読込部５１で読込まれた目標Ａ／ＦとＥ８５目標Ａ／Ｆ読込部５２で読込まれた目標Ａ／Ｆの割合（重み）を加重平均してエタノール濃度に応じた目標Ａ／Ｆが決定される。

つまり、重み処理部５４では、Ｅ０目標Ａ／Ｆ読込部５１で読込まれた目標Ａ／Ｆに（１−Ｋ）を乗じた値と、Ｅ８５目標Ａ／Ｆ読込部５２で読込まれた目標Ａ／ＦにＫを乗じた値とを加算し、新たな目標Ａ／Ｆを決定してエンジン１に出力する。

即ち、
新たな目標Ａ／Ｆ＝（Ｅ０目標Ａ／Ｆ）×（１−Ｋ）＋（Ｅ８５目標Ａ／Ｆ）×Ｋ
により新たな目標Ａ／Ｆが決定されてエンジン１に出力される。

例えば、エタノール濃度が６０％〜７０％程度（所定の濃度）までは補間係数Ｋが０とされているので、Ｅ０目標Ａ／Ｆ読込部５１で読込まれた目標Ａ／Ｆがそのまま新たな目標Ａ／Ｆとして決定され、エタノール濃度が８５％の手前から８５％の濃度（所定の濃度よりも高い場合）では補間係数Ｋが１とされているので、Ｅ８５目標Ａ／Ｆ読込部５２で読込まれた目標Ａ／Ｆがそのまま新たな目標Ａ／Ｆとして決定される。エタノール濃度が６０％〜７０％程度（所定の濃度）から８５％の手前までの間の濃度（所定の濃度よりも高い場合）の際には、Ｅ８５目標Ａ／Ｆ読込部５２で読込まれた目標Ａ／Ｆの割合（重み）が徐々に増加した目標Ａ／Ｆが新たな目標Ａ／Ｆとして決定される。

つまり、ガソリン１００％（エタノール０％）で設定される負荷Ｅｃとエンジン回転速度Ｎｅのストイキ運転領域の境界値と、エタノール８５％で設定される負荷Ｅｃとエンジン回転速度Ｎｅのストイキ運転領域の境界値とを、アルコール濃度に基づいて重み平均し、アルコール濃度に応じた負荷Ｅｃとエンジン回転速度Ｎｅでの拡大したストイキ領域の境界値を求めて運転領域を広げている。

このようにして、エタノール濃度に応じて新たな目標Ａ／Ｆが決定されることにより、ガソリン１００％（エタノール０％）で設定される目標Ａ／Ｆ（当量比）と、エタノール８５％で設定される目標Ａ／Ｆ（当量比）が、エタノール濃度に基づいて重み平均されて目標Ａ／Ｆとされる。これにより、エタノール濃度が高い場合にリッチ空燃比からエタノール濃度に応じた空燃比に移行することになり、燃料消費量を減らすことができる。

図６〜図８に基づいてアルコール（エタノール）濃度に応じたフィードバックの運転領域の設定について説明する。

図６、図７に基づいてフィードバックゾーン（ＦＢゾーン）の負荷（Ｅｃ）の領域の設定を説明する。

図６に示すように、ＥＣＵ３１は、ガソリンが１００％の燃料（エタノールが０％の燃料：Ｅ０）が使用された場合にストイキでフィードバック制御されるフィードバックゾーン（ＦＢゾーン）の負荷（Ｅｃ）を判定するＥ０ＦＢゾーンＥｃ判定部６１、及び、エタノールが８５％の燃料（ガソリンが１５％の燃料：Ｅ８５）が使用された場合にストイキでフィードバック制御されるフィードバックゾーン（ＦＢゾーン）の負荷（Ｅｃ）を判定するＥ８５ＦＢゾーンＥｃ判定部６２を有している。

Ｅ０ＦＢゾーンＥｃ判定部６１では、負荷ＥｃのＦＢゾーンを表す図７に示したマップから、エンジン回転速度Ｎｅに応じたＥ０の燃料の場合のＦＢゾーンの負荷Ｅｃ（図中点線で示してある）の上限（判定領域）、即ち、アルコールが含有されていない燃料の使用時におけるストイキ運転領域の境界値が判定される。Ｅ０の燃料の場合の負荷ＥｃのＦＢゾーンの外側（リッチ領域側）には、負荷Ｅｃが高くなっても排気浄化触媒２３が過熱する虞がない所定期間はＡ／Ｆフィードバックを継続するタイマー領域（図中斜線で示した領域）が存在している。

Ｅ８５ＦＢゾーンＥｃ判定部６２では、負荷ＥｃのＦＢゾーンを表す図７に示したマップから、エンジン回転速度Ｎｅに応じたＥ８５の燃料の場合のＦＢゾーンの負荷Ｅｃ（図中実線で示してある）の上限（判定領域）、即ち、所定のアルコールが含有されている燃料の使用時におけるストイキ運転領域の境界値が判定される。Ｅ８５の燃料の場合のＦＢゾーンの負荷Ｅｃの領域は、Ｅ０の燃料の場合のＦＢゾーンの負荷Ｅｃよりも高い領域（広い領域）まで広げられている。そして、Ｅ０の燃料の場合のタイマー領域がＥ８５の燃料の場合のＦＢゾーンに含まれている。

このため、エタノール濃度が高い場合は排気温度が低いので、ＦＢゾーンの負荷Ｅｃの領域を広げ燃料冷却等の燃料量を抑制しても、排気浄化触媒２３が過熱する虞がなく、走行性能が維持できる最小限の燃料量で排気浄化触媒２３での浄化性能を向上させることができる。また、タイマー領域をなくした簡素な制御を実現することができる。

一方、エタノールの濃度に応じて、Ｅ０におけるＦＢゾーンの負荷Ｅｃの判定領域とＥ８５におけるＦＢゾーンの負荷Ｅｃの判定領域の割合（重み）を加重平均するための補間係数Ｋが補間係数Ｋ決定部６３で決定される。補間係数Ｋ決定部６３では、前述した目標Ａ／Ｆの割合を按分するための補間係数Ｋと同一の補間係数Ｋ（図５参照）が用いられる。即ち、図５に示すように、検出されたエタノール濃度が６０％〜７０％程度（所定の濃度）までは補間係数Ｋが０とされ、エタノール濃度が上昇するに従い徐々に補間係数Ｋが１に近づき、エタノール濃度が８５％の手前から補間係数Ｋが１とされている。

Ｅ０ＦＢゾーンＥｃ判定部６１で判定された負荷Ｅｃの上限（判定領域）、Ｅ８５ＦＢゾーンＥｃ判定部６２で判定された負荷Ｅｃの上限（判定領域）、及び、補間係数Ｋ決定部６３で決定されエタノール濃度に応じた補間係数Ｋが重み処理部６７に入力される。重み処理部６７では、補間係数Ｋに応じて、Ｅ０ＦＢゾーンＥｃ判定部６１で判定された負荷Ｅｃの上限（判定領域）とＥ８５ＦＢゾーンＥｃ判定部６２で判定された負荷Ｅｃの上限（判定領域）の割合（重み）を補間係数Ｋ決定部６３で決定されエタノール濃度に応じた補間係数Ｋで荷重平均してエタノール濃度に応じた負荷Ｅｃの上限（判定領域）、即ち、拡大したストイキ領域の境界値が決定される。

つまり、重み処理部６７では、Ｅ０ＦＢゾーンＥｃ判定部６１で判定された負荷Ｅｃの上限（判定領域）に（１−Ｋ）を乗じた値と、Ｅ８５ＦＢゾーンＥｃ判定部６２で判定された負荷Ｅｃの上限（判定領域）にＫを乗じた値とを加算し、新たなＦＢゾーンの負荷Ｅｃの上限（判定領域）を決定してエンジン１に出力する。

即ち、
新たなＦＢゾーン判定Ｅｃ
＝（Ｅ０ＦＢゾーン判定Ｅｃ）×（１−Ｋ）＋（Ｅ８５ＦＢゾーン判定Ｅｃ）×Ｋ
により新たなＦＢゾーンの判定Ｅｃが決定されてエンジン１に出力される。

例えば、エタノール濃度が６０％〜７０％程度（所定の濃度）までは補間係数Ｋが０とされているので、Ｅ０ＦＢゾーンＥｃ判定部６１で判定された負荷Ｅｃの上限（判定領域）がそのまま新たなＦＢゾーン判定Ｅｃとして決定され、エタノール濃度が８５％の手前から８５％の濃度（所定の濃度よりも高い場合）では補間係数Ｋが１とされているので、Ｅ８５ＦＢゾーンＥｃ判定部６２で判定された負荷Ｅｃの上限（判定領域）がそのまま新たなＦＢゾーン判定Ｅｃとして決定される。エタノール濃度が６０％〜７０％程度（所定の濃度）から８５％の手前までの間の濃度（所定の濃度よりも高い場合）の際には、Ｅ８５ＦＢゾーンＥｃ判定部６２で判定された負荷Ｅｃの上限（判定領域）の割合（重み）が徐々に増加したＦＢゾーン判定Ｅｃが新たなＦＢゾーン判定Ｅｃとして決定される。

このようにして、エタノール濃度に応じて新たなＦＢゾーン判定Ｅｃが決定されることにより、エタノール濃度に基づいてストイキで制御されるＦＢゾーンの負荷Ｅｃの領域が広げられ（拡大したストイキ領域）、排気浄化触媒２３での浄化性能が高い運転領域を拡大できる。つまり拡大したストイキ領域においては、燃料冷却等の燃料量を抑制して走行性能が維持できる最小限の燃料量で排気浄化触媒２３での浄化性能を向上させることができる。

図６、図８に基づいてフィードバックゾーン（ＦＢゾーン）のスロットル開度（ＴＰ）の領域の設定を説明する。

図６に示すように、ＥＣＵ３１は、ガソリンが１００％の燃料（エタノールが０％の燃料：Ｅ０）が使用された場合にストイキでフィードバック制御されるフィードバックゾーン（ＦＢゾーン）のスロットル開度（ＴＰ）を判定するＥ０ＦＢゾーンＴＰ判定部６４、及び、エタノールが８５％の燃料（ガソリンが２５％の燃料：Ｅ８５）が使用された場合に理論空燃比でフィードバック制御されるフィードバックゾーン（ＦＢゾーン）のスロットル開度（ＴＰ）を判定するＥ８５ＦＢゾーンＴＰ判定部６５を有している。

Ｅ０ＦＢゾーンＴＰ判定部６４では、スロットル開度ＴＰのＦＢゾーンを表す図８に示したマップから、エンジン回転速度Ｎｅに応じたＥ０の燃料の場合のＦＢゾーンのスロットル開度ＴＰ（図中点線で示してある）の上限（判定領域）、即ち、アルコールが含有されていない燃料の使用時におけるストイキ運転領域の境界値が判定される。Ｅ８５ＦＢゾーンＴＰ判定部６５では、スロットル開度ＴＰのＦＢゾーンを表す図８に示したマップから、エンジン回転速度Ｎｅに応じたＥ８５の燃料の場合のＦＢゾーンのスロットル開度ＴＰ（図中実線で示してある）の上限（判定領域）、即ち、所定のアルコールが含有されている燃料の使用時におけるストイキ運転領域の境界値が判定される。

このため、エタノール濃度が高い場合は排気温度が低いため、燃料冷却等の燃料量を抑制しても排気浄化触媒２３が過熱する虞がなく、ＦＢゾーンのスロットル開度ＴＰの領域を広げることで、走行性能が維持できる最小限の燃料量で排気浄化触媒２３での浄化性能を向上させることができる。

一方、エタノール濃度に応じて、Ｅ０におけるＦＢゾーンのスロットル開度ＴＰの判定領域とＥ８５におけるＦＢゾーンのスロットル開度ＴＰの判定領域の割合を按分するための補間係数Ｋが補間係数Ｋ決定部６６で決定される。補間係数Ｋ決定部６６では、前述した目標Ａ／Ｆの割合（重み）を加重平均するための補間係数Ｋと同一の補間係数Ｋ（図５参照）が用いられる。即ち、図５に示すように、検出されたエタノール濃度が６０％〜７０％程度（所定の濃度）までは補間係数Ｋが０とされ、エタノール濃度が上昇するに従い徐々に補間係数Ｋが１に近づき、エタノール濃度が８５％の手前から補間係数Ｋが１とされている。

Ｅ０ＦＢゾーンＴＰ判定部６４で判定されたスロットル開度ＴＰの上限（判定領域）、Ｅ８５ＦＢゾーンＴＰ判定部６５で判定されたスロットル開度ＴＰの上限（判定領域）、及び、補間係数Ｋ決定部６６で決定されエタノールの濃度に応じた補間係数Ｋが重み処理部６７に入力される。重み処理部６７では、補間係数Ｋに応じて、Ｅ０ＦＢゾーンＴＰ判定部６４で判定されたスロットル開度ＴＰの上限（判定領域）とＥ８５ＦＢゾーンＴＰ判定部６５で判定されたスロットル開度ＴＰの上限（判定領域）の割合（重み）を補間係数Ｋ決定部６６で決定されエタノール濃度に応じた補間係数Ｋで加重平均してエタノール濃度に応じたスロットル開度ＴＰの上限（判定領域）、即ち、拡大したストイキ領域の境界値が決定される。

つまり、重み処理部６７では、Ｅ０ＦＢゾーンＴＰ判定部６４で判定されたスロットル開度ＴＰの上限（判定領域）に（１−Ｋ）を乗じた値と、Ｅ８５ＦＢゾーンＴＰ判定部６５で判定されたスロットル開度ＴＰの上限（判定領域）にＫを乗じた値とを加算し、新たなＦＢゾーンのスロットル開度ＴＰの上限（判定領域）を決定してエンジン１に出力する。

即ち、
新たなＦＢゾーン判定ＴＰ
＝（Ｅ０ＦＢゾーン判定ＴＰ）×（１−Ｋ）＋（Ｅ８５ＦＢゾーン判定ＴＰ）×Ｋ
により新たなＦＢゾーンの判定ＴＰが決定されてエンジン１に出力される。

例えば、エタノール濃度が６０％〜７０％程度（所定の濃度）までは補間係数Ｋが０とされているので、Ｅ０ＦＢゾーンＴＰ判定部６４で判定されたスロットル開度ＴＰの上限（判定領域）がそのまま新たなＦＢゾーン判定ＴＰとして決定され、エタノール濃度が８５％の手前から８５％の濃度（所定の濃度よりも高い場合）では補間係数Ｋが１とされているので、Ｅ８５ＦＢゾーンＴＰ判定部６５で判定されたスロットル開度ＴＰの上限（判定領域）がそのまま新たなＦＢゾーン判定ＴＰとして決定される。エタノール濃度が６０％〜７０％程度（所定の濃度）から８５％の手前までの間の濃度（所定の濃度よりも高い場合）の際には、Ｅ８５ＦＢゾーンＴＰ判定部６５で判定されたスロットル開度ＴＰの上限（判定領域）の割合（重み）が徐々に増加したＦＢゾーン判定ＴＰが新たなＦＢゾーン判定ＴＰとして決定される。

つまり、ガソリン１００％（エタノール０％）で設定されるスロットル開度ＴＰとエンジン回転速度Ｎｅのストイキ運転領域の境界値と、エタノール８５％で設定されるスロットル開度ＴＰとエンジン回転速度Ｎｅのストイキ運転領域の境界値とを、アルコール濃度に基づいて重み平均し、アルコール濃度に応じたスロットル開度ＴＰとエンジン回転速度Ｎｅでの拡大したストイキ領域の境界値を求めて運転領域を広げている。

このようにして、エタノール濃度に応じて新たなＦＢゾーン判定ＴＰが決定されることにより、エタノール濃度に基づいてストイキで制御されるＦＢゾーンのスロットル開度ＴＰの領域が広げられ（拡大したストイキ領域）、エタノール濃度が所定の濃度よりも高くなった際にストイキで制御される領域が拡大して排気浄化触媒２３での浄化性能を向上させることができる。つまり拡大したストイキ領域においては、燃料冷却等の燃料量を抑制して走行性能が維持できる最小限の燃料量で排気浄化触媒２３での浄化性能を向上させることができる。

ところで、ガソリンを燃料とする内燃機関の点火時期は、レギュラー、ハイオクの違いがノック制御により補正・学習されて設定されている。そして、ノック学習補間された点火時期がバルブタイミングに応じて多数設定されている。メタノールはオクタン価が高くノックし難いために熱効率的に有利であり、本実施形態例（フィードバック制御手段）では、アルコール濃度が高い場合に、ガソリンを燃料とした時のノック学習補間後の点火時期を進角補正して燃費を向上させるようにしている。

図９、図１０に基づいてアルコール（エタノール）の濃度に応じた点火時期の設定について説明する。

図９に示すように、ＥＣＵ３１は、ガソリンが１００％の燃料（エタノールが０％の燃料：Ｅ０）が使用された場合のノック学習補間された点火時期（基本点火時期）を読込むＥ０基本点火時期読込み部７１を有している。また、エタノールが８５％の燃料（ガソリンが１５％の燃料：Ｅ８５）が使用された場合の基本点火時期の補正量（進角／遅角）を読込むＥ８５補正量読込部７２を有している。Ｅ０基本点火時期読込み部７１で読込まれる基本点火時期、及び、Ｅ８５補正量読込み部７２で読込まれる補正量は、図示しないマップに記憶されている。

一方、エタノール濃度に応じて、Ｅ８５における補正量（進角／遅角）を基本点火時期の補正に反映させる割合（反映割合）を決定するための反映係数が反映係数決定部７３で決定される。図１０に示すように、反映係数はエタノール濃度に応じて設定され、検出されたエタノール濃度が６０％〜７０％程度（所定の濃度）までは反映係数が０とされ、エタノール濃度が上昇するに従い徐々に反映係数が１に近づき、エタノール濃度が８５％の手前から反映係数が１とされている。

Ｅ８５補正量読込み部７２で読込まれた基本点火時期の補正量（進角／遅角）及び反映係数決定部７３で決定されたエタノール濃度に応じた反映係数が補正量決定部７４に入力される。補正量決定部７４では、反映係数に応じて、即ち、エタノール濃度に応じてＥ８５補正量読込み部７２で読込まれた補正量の反映割合が決定される。即ち、エタノール濃度が６０％〜７０％程度（所定の濃度）まではＥ８５における補正量は反映されずに、補正量が０とされ、エタノール濃度が上昇するに従い（所定の濃度よりも高い場合）、反映される補正量がＥ８５における補正量に近づき、エタノール濃度が８５％の手前から、反映される補正量がＥ８５における補正量とされる。

補正量決定部７４で決定された補正量が、Ｅ０基本点火時期読込み部７１で読込まれた基本点火時期に加算され、点火時期決定部７５でエタノール濃度に応じて基本点火時期が補正（決定）されてエンジン１に出力される。具体的には、エタノールはオクタン価が高くノックし難いため熱効率的に有利であり、ガソリンを燃料とした時の基本点火時期をエタノール濃度が高い場合に進角補正して燃費を向上させる。

このように、燃料のエタノール濃度に応じた点火時期の補正量を、Ｅ０基本点火時期読込み部７１で読込まれた基本点火時期（エタノールが含有されていない燃料における点火時期）に加味することで（アルコールの濃度が高いほど前記点火時期の進角補正量を大きくすることで）、エタノール濃度が高い場合に基本点火時期を補正して燃費を向上させることができる。

ガソリンを燃料とする内燃機関の点火時期は、レギュラー、ハイオクの違いがノック制御により補正・学習されて設定され、また、バルブタイミングに応じて多数の基本点火時期が設定されている。このため、ガソリンを燃料とする内燃機関における基本点火時期が多数記憶され、更に、多数の基本点火時期に対応してエタノール濃度に応じた点火時期を設定すると、記憶手段や処理手段の負荷が多大となってしまう。

上述したように、ガソリンを燃料とした時の基本点火時期を基に、エタノール濃度に応じた補正量を加味することで、記憶手段や処理手段の負荷を増大させずにエタノール濃度に応じた点火時期を設定することができる。

本実施形態例のエンジン１は、エタノール濃度が所定の濃度よりも高い場合にエタノール濃度に応じて理論空燃比でフィードバックする負荷Ｅｃの領域及びスロットル開度ＴＰの領域を広げるようにしているので、エタノール濃度が高く理論空燃比での運転領域を拡大しても排気浄化触媒２３が過熱する虞がない場合、燃料冷却等の燃料量を抑制して最小限の燃料量で排気の浄化性能を向上させることができる。

また、リッチ空燃比で制御されている時はエタノール濃度に応じた理論空燃比に移行することで、理論空燃比での運転領域を拡大し燃料消費量を減らしている。更に、エタノール濃度に応じた燃料における点火時期の補正量を加味して基本点火時期を補正し、エタノール濃度が高い場合にガソリンを燃料とした時の基本点火時期に対して進角補正して燃費を向上させることができる。

本発明は、アルコール含有燃料により運転可能な内燃機関の制御装置の産業分野で利用することができる。

本発明の一実施形態例に係る制御装置を備えた内燃機関の概略構成図である。 目標空燃比を設定する制御ブロック図である。 ガソリン１００％（エタノール０％）の際の負荷とエンジン回転速度に基づく空燃比（当量比）を表すグラフである。 エタノール８５％の際の負荷とエンジン回転速度に基づく空燃比（当量比）を表すグラフである。 補間係数とエタノール濃度の関係を表すグラフである。 フィードバックの運転領域を設定する制御ブロック図である。 エンジン回転速度と負荷に基づく運転領域のグラフである。 エンジン回転速度とスロットル開度に基づく運転領域のグラフである。 点火時期を設定する制御ブロック図である。 反映係数とエタノール濃度の関係を表すグラフである。

符号の説明

１ エンジン
２ シリンダヘッド
３ 点火プラグ
４ 点火コイル
５ 吸気ポート
６ 燃焼室
７ 吸気弁
８ カムシャフト
９ 吸気マニホールド
１０ 燃料噴射弁
１１ 燃料パイプ
１２ スロットルバルブ
１４ エアフローセンサ
１５ 吸気ポート
１６ 排気マニホールド
１７ 排気弁
１８ カムシャフト
２０ 排気管
２１ 電動アクチュエータ
２２ 空燃比センサ
２３ 排気浄化触媒
２７ アクセルペダル
２８ アクセルポジションセンサ
３１ ＥＣＵ
５１ Ｅ０目標Ａ／Ｆ読込部
５２ Ｅ８５目標Ａ／Ｆ読込部
５３、６３、６６ 補間係数Ｋ決定部
５４、６７ 重み処理部
６１ Ｅ０ＦＢゾーンＥｃ判定部
６２ Ｅ８５ＦＢゾーンＥｃ判定部
６４ Ｅ０ＦＢゾーンＴＰ判定部
６５ Ｅ８５ＦＢゾーンＴＰ判定部
７１ Ｅ０基本点火時期読込み部
７２ Ｅ８５補正量読込み部
７３ 反映係数決定部
７４ 補正量決定部

Claims (3)

1. アルコール含有燃料により運転可能な内燃機関の制御装置であって、
   前記アルコール含有燃料のアルコールの濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
   所定の運転領域に応じて前記内燃機関の排気空燃比が目標空燃比になるようにフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
   前記アルコール濃度検出手段で検出された前記アルコールの濃度が所定の濃度より高い場合に、前記目標空燃比がストイキとされるストイキ運転領域を拡大して設定する運転領域設定手段とを備え、
   前記フィードバック制御手段が作動する所定の運転領域には、前記目標空燃比がリッチ空燃比であるリッチ運転領域内で、排気浄化触媒が過熱しない所定期間継続して前記内燃機関の排気空燃比がストイキとなるよう前記フィードバック制御を実行させるタイマー領域が設定され、
   前記運転領域設定手段は、
   前記タイマー領域を含む領域を拡大したストイキ領域として設定する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記運転領域設定手段は、
   アルコールが含有されていない燃料の使用時における前記ストイキ運転領域の境界値と、所定のアルコールが含有されている燃料の使用時における前記ストイキ運転領域の境界値とを、前記所定のアルコールが含有されている燃料のアルコール濃度を重みとして加重平均することで、拡大したストイキ領域の境界値を求める
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１もしくは請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記フィードバック制御手段は、
   運転パラメータとして点火時期を制御し、前記アルコール濃度検出手段で検出された前記アルコールの濃度が高いほど前記点火時期の進角補正量を大きくする
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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