JP5151879B2 - エンジンのアルコール濃度推定装置およびエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガソリン中にアルコールを混入させたアルコール含有燃料を使用するエンジンにおいて、燃料中のアルコール濃度を推定するエンジンのアルコール濃度推定装置およびエンジンの制御装置に関するものである。

従来からガソリン中にアルコールを混入させたアルコール含有燃料を使用するエンジンにおいて、燃料中のアルコール濃度を推定するアルコール濃度推定装置が提案されている（特許文献１，２参照）。

特許文献１では、燃料通路にアルコールセンサを設け、エンジン運転状態から演算された燃料噴射量を検出されたアルコール濃度に応じて補正することにより各々のアルコール濃度において最適な空燃比で燃料を機関に供給するようにしている。また、検出されたアルコール濃度に基づいて点火時期を設定し点火栓を作動させる。

特許文献２では、アイドル運転時に、アルコール濃度を強制的に変化させ、その変化時のエンジン回転数の変化量からアルコール濃度を推定するよう構成している。
特開平２−１０２３４６号公報 特開平５−６０００３号公報

しかしながら、特許文献１では、アルコール濃度を検出するために、高価なアルコールセンサが必要となり、コストが高くなる。

また、特許文献２では、アルコール濃度を強制的に変化させて強制的にエンジン回転数に変化を生じさせるものであり、エンジン回転数の変化により大幅な回転低下等を生じ、運転性が悪化するため、アルコールセンサの故障時のフェールセーフ用としての使用に限定される。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、運転性を悪化させることなくアルコール濃度の正確な推定に好適なエンジンのアルコール濃度推定装置およびエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンの冷機始動後に点火時期を圧縮上死点後としてリタード燃焼させるリタード燃焼手段と、アルコール非含有燃料の理論空燃比に基づいて目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、前記リタード燃焼中におけるエンジン回転数が目標回転数になるよう点火時期を調整する点火時期調整手段と、使用燃料の実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動前に吸入空気量に基づいて目標空燃比となるよう燃料噴射量を調整し、前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動後に検出された実空燃比が目標空燃比になるよう燃料噴射量を調整してエンジンに供給する燃料供給手段と、前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動前に、点火時期調整手段によりエンジン回転数が安定して目標回転数となる場合の点火時期を記憶する空燃比フィードバック前点火時期記憶手段と、前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動後に、前記実空燃比が目標空燃比に一致し且つエンジン回転数が安定して目標回転数となる場合の点火時期を記憶する空燃比フィードバック後点火時期記憶手段と、前記空燃比フィードバック前点火時期と空燃比フィードバック後点火時期との点火時期差に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出するアルコール濃度算出手段と、を備えることを特徴とする。

したがって、本発明では、リタード燃焼中において検出された実空燃比が目標空燃比になるよう燃料噴射量を調整してエンジンに供給し、リタード燃焼中におけるエンジン回転数が目標回転数になるよう点火時期を調整し、前記実空燃比が目標空燃比に一致し且つエンジン回転数が安定して目標回転数となる場合の点火時期に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出するため、高価なアルコール濃度センサを必要とせず且つ大幅な回転低下等の運転性の悪化を伴うことなく供給燃料のアルコール濃度を推定可能である。
しかも、点火時期を圧縮上死点後とするリタード燃焼中において、アルコール濃度０％での目標空燃比に基づく燃料噴射量によりエンジン回転が安定する点火時期を求め、次いで、同一空気量を維持しつつ空燃比フィードバックにより目標空燃比となるよう燃料噴射量を調整しつつ所定のエンジン回転数(アイドリング回転数)が得られるまで遅角させた点火時期を求め、両者間の遅角量に基づいて供給燃料のアルコール濃度を正確に推定することができる。

以下、本発明のエンジンのアルコール濃度推定装置およびエンジンの制御装置を各実施形態に基づいて説明する。図１は、本発明を適用したエンジンのアルコール濃度推定装置およびエンジンの制御装置の第１実施形態を示すシステム構成の概略を模式的に示している。

図１において、エンジン１の各気筒の燃焼室は、シリンダヘッド２、シリンダブロック３に形成されたシリンダ４及びシリンダ４内に配設されたピストン５によって画成されている。また、このエンジン１では、各気筒の燃焼室に、シリンダヘッド２に形成された吸気ポート６を介して吸気マニホールド７が接続されていると共に、シリンダヘッド２に形成された排気ポート８を介して排気マニホールド９が接続されている。尚、図１中の１０は吸気弁、１１は排気弁である。また、１２はシリンダブロック３に配設され、冷却水の温度を検出する水温センサであり、この水温センサ１２の検出値は、コントロールユニット１３に入力されている。

吸気マニホールド７には、吸気通路１４が接続されている。吸気通路１４には、吸気通路１４内の吸入空気量を検出するエアフロメータ１５が配設されている。エアフロメータ１５での検出信号は、コントロールユニット１３に入力されている。エアフロメータ１５の下流側には、コントロールユニット１３からの指令により制御されるスロットル弁１６が配設されている。尚、１７は、スロットル弁１６のバルブ位置（開度）を検出するスロットセンサである。

排気マニホールド９には、排気通路１８が接続されている。排気マニホールド９及び排気通路１８には、空燃比センサ１９、第１排気浄化触媒２０、第２排気浄化触媒２１が配設されている。第１排気浄化触媒２０の上流側に位置する空燃比センサ１９は、排気通路１８内の排気空燃比を検出するものであって、その検出値はコントロールユニット１３に入力されている。第１排気浄化触媒２０の下流側に位置する第２排気浄化触媒２１には、第２排気浄化触媒２１の内部温度を検出する温度センサ２２が配設されている。温度センサ２２の検出信号は、コントロールユニット１３に入力されている。

シリンダヘッド２には、各気筒毎に燃焼噴射弁２３が配設されている。燃料噴射弁２３は、燃料ポンプ２４から燃料が供給されており、コントロールユニット１３からの指令に基づいて燃焼室内に燃料を噴射する。尚、前記燃料噴射弁２３は、ガソリン中にエタノール（アルコール）を混入させたアルコール含有燃料を噴射する。この燃料噴射弁２３から燃焼室に直接燃料を噴射することにより形成される混合気は、コントロールユニット１３からの指令により制御される点火栓２５によって火花点火されて燃焼し、排気弁１１、排気ポート８及び排気マニホールド９を介して排気通路１８に排出される。

また、吸気通路１４には、排気マニホールド９又は排気通路１８内の排気を導入するＥＧＲ通路２６が接続されている。このＥＧＲ通路２６は、一端が第１排気浄化触媒２０よりも上流側、より詳しくは空燃比センサ１９よりも上流側の位置で排気マニホールド９又は排気通路１８に接続され、他端がスロットル弁１６よりも下流側の位置で吸気通路１４に接続されている。そして、このＥＧＲ通路２６に介装されたＥＧＲ弁２７をコントロールユニット１３で開閉制御することによって、吸気通路１４内に導入させる排気量が制御されている。

また、コントロールユニット１３には、図示せぬ各種センサからの検出信号が入力されている。図示せぬ各種センサとしては、クランク角センサ、アクセル開度センサ、吸気温度センサ、アクセル開度センサ、車速センサ等がある。

ここで、前記コントロールユニット１３は、アクセル開度等に基づいてスロットル弁開度を制御する一方、前記クランク角センサの検出信号に基づいてエンジン回転速度Ｎｅを算出する。また、エンジン負荷・エンジン回転速度Ｎｅ等に基づいて点火時期を演算し、該点火時期に点火が行われるように前記パワートランジスタのＯＮ期間を制御する。

更に、前記コントロールユニット１３は、以下に示すようにして、燃料噴射弁２３による燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）Ｔｉを、
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯ×ＨＯＳＥＴＨＡ×α＋Ｔｓ
と演算する。前記Ｔｐは基本燃料噴射量（基本燃料噴射パルス幅）であり、吸入空気量Ｑａとエンジン回転速度Ｎｅとから、ガソリン１００％の燃料を噴射するときに理論空燃比の混合気を形成することができる値として演算される。

前記ＣＯは各種補正係数であり、ガソリン１００％の燃料を噴射する状態に適合して、冷機時や加速運転時に燃料噴射量Ｔｉを増量補正する。前記αは空燃比フィードバック補正係数であり、所定の空燃比フィードバック制御条件が成立するときに、前記空燃比センサ１９で検出される実際の空燃比が目標空燃比である理論空燃比に一致するように例えば比例・積分・微分制御される。前記Ｔｓは燃料噴射弁２３の駆動電源であるバッテリの電圧に応じて設定される補正分である。更に、前記ＨＯＳＥＴＨＡは、前記燃料噴射弁２３が噴射するアルコール含有燃料中のエタノール濃度（アルコール濃度）の推定結果に応じて設定されるエタノール濃度補正係数であり、エタノール濃度の変化による理論空燃比の変化に対応すべく燃料噴射量を補正する。尚、前記空燃比フィードバック補正係数α及びエタノール濃度補正係数ＨＯＳＥＴＨＡの初期値は、１．０である。

図２は、同一トルク、同一当量比の場合における点火時期に対する空気量特性（Ａ）、及び、燃焼安定度特性（Ｂ）の関係を、アルコール濃度差をパラメータとして示したものである。いずれも、図中上方の特性がアルコール濃度０％の燃料に対する特性、下方の特性はアルコール濃度８５％の燃料に対する特性である。図示した燃料のアルコール濃度として０％と８５％とを代表として記載しているが、０〜８４％の中間濃度及び８６％以上の濃度である場合には図示した両特性を内分および外分して推定することができる。

図２（Ａ）の空気量特性によれば、アルコール濃度が０％（ガソリン１００％）の燃料に比較して、アルコール濃度８５％（アルコール８５％・ガソリン１５％）の燃料は燃焼が早いので、同一の点火時期では、必要空気量が少なくてよい。即ち、空燃比リーン側での燃焼耐力が強いことが理解できる。また、図２（Ｂ）の燃焼安定度の特性によれば、燃焼安定度も、図２（Ａ）の空気量とほぼ同一の傾向となる。

したがって、アルコール濃度８５％の燃料は、アルコール濃度０％の燃料に対して、同一の空気量となるまで点火時期を遅角させることが可能であり、また、点火時期をそのように、遅角させることにより燃焼安定度も向上する。即ち、アルコール濃度差に応じて燃焼速度差が発生し、アルコール濃度差に応じて点火時期を遅角させることが可能であり且つ燃焼安定性も向上すること、が理解できる。

本実施形態では、この特性に着目し、点火時期を圧縮上死点後とするリタード燃焼させて、アルコール濃度０％での目標空燃比に基づく燃料噴射量によりエンジン回転が安定する(図２中のＡ点での)点火時期ＡＤＶ１を求め、次いで、同一空気量を維持しつつ空燃比フィードバックにより目標空燃比となるよう燃料噴射量を調整しつつ所定のエンジン回転数(アイドリング回転数)が得られるまで遅角させた(図２中のＢ点での)点火時期ＡＤＶ２を求め、両者間の遅角量に基づいて供給燃料のアルコール濃度を推定するものである。

ところで、図３に示すように、アルコール濃度０％の燃料と同一噴射量でアルコール濃度８５％の燃料を噴射した場合には、アルコール濃度０％の燃料では空気過剰率λが［１．１］となるところ、アルコール濃度の違いからアルコール濃度８５％の燃料では、図中に矢印で示すように、その空気過剰率λが［１．５］弱まで薄く(空燃比リーン側)なる。しかしながら、前記したように、アルコール濃度８５％の燃料は空燃比リーン側での燃焼耐力が強いので、燃焼安定度を確保可能である。したがって、供給燃料のアルコール濃度が判明していない場合において、アルコール濃度０％のつもりでアルコール濃度の高い燃料を噴射してもエンジン１の運転を維持継続させることができる。

また、同一点火時期においてアルコール濃度をパラメータとした空気過剰率λに対するエンジントルク特性を図４に示す。図中上方のトルク特性はアルコール濃度８５％の燃料に対するエンジントルク特性、下方のトルク特性はアルコール濃度０％の燃料に対するエンジントルク特性である。図示した燃料のアルコール濃度として０％と８５％とを代表として記載しているが、０〜８４％の中間濃度及び８６％以上の濃度である場合には図示した両特性を内分および外分して推定することができる。

図４によれば、アルコール濃度０％の燃料を噴射した場合には、空気過剰率λが［１．１］と交差するレベルのエンジントルクが発生される。一方、アルコール濃度８５％の燃料をアルコール濃度０％の燃料と同一噴射量で噴射した場合には、空気過剰率λが［１．４８]まで薄く(空燃比リーン側)なり、その分だけエンジントルクが低下するが、アルコール濃度分だけ燃焼が早くなりその分だけエンジントルクが上昇されることとなって、アルコール濃度０％の燃料と同等のエンジントルクが発生される。即ち、前者と後者の燃料(アルコール濃度)によるエンジントルク差が解消される。この点でも、供給燃料のアルコール濃度が判明していない場合においても、エンジン１の運転を維持継続させることができる。

以上のことから、アルコール濃度０％のつもりで、例えば、アルコール濃度８５％の燃料を噴射しても、アルコール濃度８５％の燃料は空燃比リーン側での燃焼耐力が強いので、燃焼安定度を確保可能であり、また、超リタード燃焼の場合は、アルコール濃度分だけ燃焼が早くなるので、ある程度はエンジントルクのリカバリが可能である。

本実施形態では、上記特性に基づき、冷機始動後に実行する超リタード燃焼時の空燃比フィードバック制御開始前における点火時期ＡＤＶ１と空燃比フィードバック制御開始後における点火時期ＡＤＶ２との点火時期差に基づいて燃料中のアルコール濃度を判定するようにしている。

ここで、コントロールユニット１３で実行される使用燃料のアルコール濃度の算出手順を、図５〜７のフローチャートにより説明する。図５は冷機始動時における超リタード燃焼の開始・終了のフローチャート、図６は前記超リタード燃焼中におけるアイドル回転制御のフローチャート、図７はアルコール濃度推定のフローチャートであり、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行される。また、図８は超リタード燃焼時のアルコール濃度推定のタイムチャート（アルコール濃度０％の場合）、図９は超リタード燃焼時のアルコール濃度推定タイムチャート（アルコール濃度８５％の場合）である。

図５の冷機始動時における超リタード燃焼の開始・終了を設定するフローチャートを先ず説明する。前記超リタード燃焼は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２３を備えるとともに、点火プラグ２５を備えてなる筒内直接噴射式火花点火内燃機関において、排気系の触媒コンバータ２０，２１の早期昇温が要求される内燃機関の冷間始動時に、点火時期を圧縮上死点後に設定するとともに、この点火時期前でかつ圧縮上死点後に燃料を噴射するようにしたものである。

内燃機関の冷機時における触媒の早期活性化および後燃えによるＨＣ低減のためには、点火時期の遅角が有効であり、より大きな効果を得るためには、圧縮上死点以降の点火（ＡＴＤＣ点火）が望ましい。ＡＴＤＣ点火で安定した燃焼を行わせるためには、燃焼期間を短縮する必要があり、そのために、筒内の乱れを強化して、燃焼速度（火炎伝播速度）を上昇させることが必要である。このような乱れの強化のために、筒内に高圧で噴射される燃料噴霧のエネルギにより筒内に乱れを生成することが考えられる。

圧縮上死点以降では、吸気行程や圧縮行程で生成された乱れは減衰してしまうが、圧縮上死点以降の膨張行程中になされる燃料噴射によって、筒内の乱れを生成・強化することができ、ＡＴＤＣ点火での火炎伝播が促進される。従って、点火時期を圧縮上死点後とした超リタード燃焼が安定的に成立する。点火時期を圧縮上死点後に設定した超リタード燃焼の燃焼安定性を十分に確保することができ、冷間始動の際に、触媒の早期活性化および後燃えによるＨＣ低減を達成することができる。なお、燃料噴射時期は圧縮上死点後が望ましいが、圧縮行程噴射若しくは吸気行程噴射であってもよい。

図５の冷機始動時における超リタード燃焼の開始・終了の制御では、先ず、ステップＳ１において、エンジンスタートスイッチによりエンジン１が成層始動したか否かが判定され、成層始動された場合にはステップＳ２へ進む。即ち、低温始動時の圧縮行程噴射による成層始動させることにより、クランキング開始直後の段階における未燃焼燃料（ＨＣ）の排出を抑えるようにしている。そして、エンジン回転数Ｎｅが完爆回転数より大きくなった場合には、着火燃焼が行われてエンジン１が確実に始動したと判断する。

ステップＳ２では、エンジン１が超リタード燃焼中であるか否かが判定され、超リタード燃焼中でない場合にはステップＳ３へ進む。ステップＳ３では、始動時におけるエンジン冷却水温が暖機運転を必要とする所定温度範囲にあるか否かが判定され、暖機運転を必要とする場合にはステップＳ４へ進み、供給燃料のアルコール濃度を０％に設定し、ステップＳ５において、エンジン１の燃焼形態を超リタード燃焼に設定し、今回の処理ルーチンを終了させる。

ステップＳ２の判定において、超リタード燃焼中である場合にはステップＳ６へ進み、後述するアルコール濃度判定が終了したか否かが判定され、判定されていない場合には今回の処理ステップを終了し、判定されている場合にはステップＳ７へ進み、排気系統に配置されている触媒が排気温度の上昇により活性化されているか否かが判定され、活性化されていない場合には今回の処理ステップを終了する。

前記ステップＳ３の判定において暖機運転を必要としない場合、および、前記ステップＳ７の判定において触媒が活性化されている場合には、ステップＳ８へ進み、吸気行程噴射モードによる均質燃焼に切換え、今回の処理ルーチンを終了させる。均質燃焼では、燃焼室４内に噴射された燃料が気化するための時間が確保され、安定した着火燃焼が行われる。

図６の超リタード燃焼中におけるアイドル回転制御では、先ず、ステップＳ１１において、超リタード燃焼中か否かが判定され、超リタード燃焼中でない場合にはステップＳ１６へ進み、通常のアイドルコントロールが実行され、超リタード燃焼中である場合にはステップＳ１２〜ステップＳ１５と進んで、超リタード燃焼中におけるアイドル回転制御が実行される。

ステップＳ１２では、エンジン回転数が目標回転数（アイドル回転数、例えば、６５０ｒｐｍ）に対して一定範囲内（例えば、目標回転数±５０ｒｐｍ）か否かが判定され、一定範囲内であれば今回の処理ステップを終了し、一定範囲から外れる場合には、ステップＳ１３へ進む。ステップＳ１３では現在のエンジン回転数が目標回転数より高いか否かが判定され、大きい場合にはステップＳ１４へ進み、点火時期を所定値ａだけ遅角させ、高くない（低い）場合にはステップＳ１５へ進み、点火時期を所定値ａだけ進角させて、夫々今回の処理を終了する。

図７のアルコール濃度推定制御では、先ず、供給燃料のアルコール濃度判定が終了しているか否かが判定され、濃度判定が終了している場合には実行されずに今回の処理が終了され、濃度判定が終了していない場合にステップＳ２２〜ステップＳ３５の濃度判定制御が実行される。

ステップＳ２２では、エンジン１が成層始動され且つ超リタード燃焼中か否かが判定され、ステップＳ２３で空燃比センサ１９が活性化されて排気中の空燃比フィードバックが可能か否かが判定され、いずれも満足された場合にステップＳ２４へ進む。

ステップＳ２４では、空燃比フィードバック中であるか否かが判定され、フィードバック中でない場合にはステップＳ２５へ進み、フィードバック中である場合にはステップＳ２８へ進む。

ステップＳ２５では、エンジン回転数が目標回転数（アイドル回転数、例えば、６５０ｒｐｍ）に対して一定範囲内（例えば、目標回転数±５０ｒｐｍ）か否かが判定され、一定範囲外であれば今回の処理ステップを終了し、一定範囲内である場合には、ステップＳ２６へ進み、その時点の点火時期をＡＤＶ１として記憶し、ステップＳ２７へ進んで、空燃比フィードバック制御を開始設定して今回の処理ステップを終了する。したがって、次回の処理ステップでは、ステップＳ２４からステップＳ２８へ進む。

ステップＳ２８では、空気過剰率λが一定範囲、例えば、λ＝１．１±許容値にあるか否かが判定され、一定範囲から離脱している場合には、ステップＳ２９へ進み、現在の空気過剰率λが目標空気過剰率λより大きいか否かが判定され、大きい場合にはステップＳ３０へ進んで空燃比フィードバック補正係数αを所定量ＩＬだけ増加させて燃料噴射量を増量させ、小さい場合にはステップＳ３１へ進んで空燃比フィードバック補正係数αを所定量ＩＬだけ減少させて燃料噴射量を減量させる。

ステップＳ２８での判定が「空気過剰率λが一定範囲内」となる場合には、ステップＳ３２へ進んで、エンジン回転数が目標回転数（アイドル回転数、例えば、６５０ｒｐｍ）に対して一定範囲内（例えば、目標回転数±５０ｒｐｍ）か否かが判定され、一定範囲外であれば今回の処理ステップを終了し、一定範囲内である場合には、ステップＳ３３へ進み、その時点の点火時期をＡＤＶ２として記憶し、ステップＳ３４へ進む。

ステップＳ３４では、前記ステップＳ２６で記憶した点火時期ＡＤＶ１とステップＳ３３で記憶した点火時期ＡＤＶ２との差異に応じて、供給燃料中のアルコール濃度を判定し、ステップＳ３５において、判定された供給燃料のアルコール濃度に応じてエタノール濃度補正係数ＨＯＳＥＴＨＡを算出してアルコール濃度判定終了させ、今回の処理を終了する。

前記ステップＳ３４における供給燃料中のアルコール濃度の判定において、ステップＳ２６で記憶した点火時期ＡＤＶ１は、冷機始動時において、アルコール濃度を０％とみなして始動させ、且つ、始動後に燃料噴射時期を圧縮−膨張行程、且つ、点火時期を圧縮上死点後として、アイドル回転を点火時期でフィードバック制御して目標回転数近傍に落ち着いた時の点火時期である。

また、ステップＳ３３で記憶した点火時期ＡＤＶ２は、空燃比フィードバック開始後において、スロットル開度を一定にしたままゆっくりと目標空気過剰率になるように燃料噴射量をコントロールし、同様にアイドル回転を点火時期でフィードバック制御し、目標空気過剰率且つ目標回転近辺に落ち着いた時の点火時期である。

したがって、前記点火時期ＡＤＶ１と点火時期ＡＤＶ２との点火時期差は、アルコール濃度０％の燃料に対する供給燃料のアルコール濃度に応じて変化されることとなる。即ち、供給燃料のアルコール濃度を前記点火時期ＡＤＶ１と点火時期ＡＤＶ２との点火時期差により推定することができる。具体的には、使用燃料のアルコール濃度は、図１０を内容とするテーブルを点火時期ＡＤＶ１と点火時期ＡＤＶ２とに基づいて検索することにより算出する。図１０のテーブルは、ステップＳ２６で記憶した点火時期ＡＤＶ１を横軸にし且つステップＳ３３で記憶した点火時期ＡＤＶ２を縦軸にして、燃料中のアルコール濃度をパラメータとしたマップを、予めアルコール濃度を変化させて実験により設定する。

次に、前記図５〜図７のフローチャートでの制御を実行した場合におけるエンジン回転、空気過剰率λ、燃料噴射量、点火時期等の変化を、アルコール濃度０％の燃料を供給した場合(図８)、アルコール濃度８５％の燃料を供給した場合(図９)、の夫々のタイムチャートにより説明する。

アルコール濃度０％の燃料を供給した図８においては、時点ｔ１でスタータスイッチによりエンジン１が成層始動され、エンジン回転数が完爆回転数より大きくなって着火燃焼が行われてエンジン１が確実に始動されると、エンジン１は成層燃焼される(ステップＳ１)。この時の空気過剰率λは目標空気過剰率(λ=１．１)になるようエアフロメータ１５で計測した吸入空気量に対して燃焼噴射量が設定されて圧縮行程噴射により燃料が気筒内に噴射される。

時点ｔ２で、ステップＳ２及びステップＳ３での判定により、超リタード燃焼中でなくまた始動時水温が所定値範囲内であるため、アルコール濃度０％(ステップＳ４)、超リタード燃焼(ステップＳ５)の設定がなされ、超リタード燃焼が開始される(ステップＳ２)。

時点ｔ３で、点火時期のフィードバック制御によるエンジン回転数(アイドル回転数)の調整が(ステップＳ１２〜ステップＳ１５)開始され、目標エンジン回転数に対する点火時期の調整が実行される。

時点ｔ４において、排気温度の上昇により空燃比センサ１９が活性化され、空燃比フィードバック可能と判断され(ステップＳ２３)、エンジン回転数が目標エンジン回転数の近傍に落ち着いていることが確認される(ステップＳ２５)と、時点ｔ５において点火時期ＡＤＶ１が記憶され(ステップＳ２６)、空燃比フィードバック制御開始が設定される(ステップＳ２７)。空燃比センサ１９が測定可能となっているため、現在の空気過剰率λを目標空気過剰率λ＝１．１になるよう空燃比フィードバック制御が開始される。

空燃比フィードバック制御が開始されても、アルコール濃度０％の燃料は目標設定されているアルコール濃度であるため、空燃比フィードバック開始以前の点火時期ＡＤＶ１より殆ど遅角側にも進角側にも動かない(ステップＳ１２〜ステップＳ１５)。同様の理由により、空気過剰率λも設定されている目標空気過剰率λ＝１．１であり、空気過剰率λ、燃料噴射量も同様に変化されない(ステップＳ２８〜ステップＳ３１)。

時点ｔ６において、エンジン回転数が目標エンジン回転数の近傍に落ち着いていることが確認される(ステップＳ３２)と、その時点の点火時期ＡＤＶ２が記憶され(ステップＳ３３)、時点ｔ７において、空燃比フィードバック前の点火時期ＡＤＶ１と空燃比フィードバック後の点火時期ＡＤＶ２とによりアルコール濃度が推定される(ステップＳ３５)。

超リタード燃焼が継続され、排気系統に配置された触媒の温度が上昇され活性化が促進されると、時点ｔ８において、触媒活性化が完了される(ステップＳ７)と、燃焼状態が超リタード燃焼から、前記推定されたアルコール濃度に対応した空気過剰率λ、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度、吸入空気量が均質燃焼(ステップＳ８)に切換えられ、通常のアイドリング運転に切換えられる。

一方、アルコール濃度８５％の燃料が供給された図９においては、時点ｔ１でスタータスイッチによりエンジン１が成層始動され、エンジン回転数が完爆回転数より大きくなって着火燃焼が行われてエンジン１が確実に始動されると、エンジン１は成層燃焼される(ステップＳ１)。この時の空気過剰率λは目標空気過剰率(λ=１．１)になるようエアフロメータ１５で計測した吸入空気量に対して燃焼噴射量が設定されて圧縮行程噴射により燃料が気筒内に噴射される。

しかしながら、供給燃料の実際のアルコール濃度が、０％でなく８５％であり、アルコール濃度０％の設定噴射量で燃料を噴射するため、空気過剰率λが１．１でなく１．５４と、アルコール濃度に応じて空燃比がリーン側に薄くなる。しかしながら、前述したように、アルコール濃度０％のつもりで、例えば、アルコール濃度８５％の燃料を噴射しても、アルコール濃度８５％の燃料は空燃比リーン側での燃焼耐力が強いので、燃焼安定度を確保可能であり、また、超リタード燃焼の場合は、アルコール濃度分だけ燃焼が早くなるので、ある程度はエンジントルクのリカバリが可能である。

時点ｔ２で、ステップＳ２及びステップＳ３での判定により、超リタード燃焼中でなくまた始動時水温が所定値範囲内であるため、アルコール濃度０％(ステップＳ４)、超リタード燃焼(ステップＳ５)の設定がなされ、超リタード燃焼が開始される(ステップＳ２)。

時点ｔ３で、点火時期のフィードバック制御によるエンジン回転数(アイドル回転数)の調整が(ステップＳ１２〜ステップＳ１５)開始され、目標エンジン回転数に対する点火時期の調整が実行される。供給燃料のアルコール濃度が８５％とアルコール濃度分だけ空気過剰率λがリーン側に薄くなるが、アルコール濃度が高いため燃焼が早くなり、実際に必要となる空気量差は、例えば１０％以内となる。

時点ｔ４において、排気温度の上昇により空燃比センサ１９が活性化され、空燃比フィードバック可能と判断され(ステップＳ２３)、エンジン回転数が目標エンジン回転数の近傍に落ち着いていることが確認される(ステップＳ２５)と、時点ｔ５において点火時期ＡＤＶ１が記憶され(ステップＳ２６)、空燃比フィードバック制御開始が設定される(ステップＳ２７)。空燃比センサ１９が測定可能となっているため、現在の空気過剰率λを目標空気過剰率λ＝１．１になるよう空燃比フィードバック制御が開始される。

空燃比フィードバック制御が開始されると、現在の空気過剰率λが１．５４とリーン側となっているため、設定されている目標空気過剰率λ＝１．１になるように、燃料噴射量が徐々に増量される(ステップＳ２８〜ステップＳ３１)。また、アルコール濃度８５％の燃料は目標設定されているアルコール濃度０％と乖離しているため、エンジン回転を目標回転数近傍になるように、空燃比フィードバック開始以前の点火時期ＡＤＶ１より遅角側に徐々に調整される(ステップＳ１２〜ステップＳ１５)。

時点ｔ６において、エンジン回転数が目標エンジン回転数の近傍に落ち着いていることが確認される(ステップＳ３２)と、その時点の点火時期ＡＤＶ２が記憶され(ステップＳ３３)、時点ｔ７において、空燃比フィードバック前の点火時期ＡＤＶ１と空燃比フィードバック後の点火時期ＡＤＶ２とによりアルコール濃度が推定される(ステップＳ３５)。

超リタード燃焼が継続され、排気系統に配置された触媒の温度が上昇され活性化が促進されると、時点ｔ８において、触媒活性化が完了される(ステップＳ７)と、燃焼状態が超リタード燃焼から、前記推定されたアルコール濃度に対応した空気過剰率λ、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度、吸入空気量が均質燃焼(ステップＳ８)に切換えられ、通常のアイドリング運転に切換えられる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）アルコール含有燃料を使用燃料とするエンジン１のアルコール濃度推定装置であって、エンジン１の冷機始動後に点火時期を圧縮上死点後としてリタード燃焼させるリタード燃焼手段(ステップＳ５)と、目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段としてのコントロールユニット１３と、使用燃料の実空燃比を検出する実空燃比検出手段としての空燃比センサ１９と、前記リタード燃焼中において検出された実空燃比が目標空燃比になるよう燃料噴射量を調整してエンジン１に供給する燃料供給手段(ステップＳ２８〜ステップＳ３１)と、前記リタード燃焼中におけるエンジン回転数が目標回転数になるよう点火時期を調整する点火時期調整手段(ステップＳ１２〜ステップＳ１５)と、前記実空燃比が目標空燃比に一致し且つエンジン回転数が安定して目標回転数となる場合の点火時期に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出するアルコール濃度算出手段(ステップＳ３４)と、を備えるため、高価なアルコール濃度センサを必要とせず且つ大幅な回転低下等の運転性の悪化を伴うことなく供給燃料のアルコール濃度を推定可能である。即ち、リタード燃焼は、リーン側の燃焼耐力が強く、仮にアルコール８５％の燃料を使用して、アルコール０％の燃料噴射量でも、燃焼安定度が確保可能であり、また空燃比が薄くなる分、トルクは低下するが、アルコール濃度が高い分、燃焼が早くなり、上記のトルク低下分を補うことが可能であり、結果的にアルコール濃度推定時の運転性の確保も可能となる。

(イ)エンジン１の冷機始動後に点火時期を圧縮上死点後としてリタード燃焼させるリタード燃焼手段(ステップＳ５)と、アルコール非含有燃料の理論空燃比に基づいて目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段としてのコントロールユニット１３と、前記リタード燃焼中におけるエンジン回転数が目標回転数になるよう点火時期を調整する点火時期調整手段(ステップＳ１２〜ステップＳ１５)と、使用燃料の実空燃比を検出する実空燃比検出手段としての空燃比センサ１９と、前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動前に吸入空気量に基づいて目標空燃比となるよう燃料噴射量を調整し、前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動後に検出された実空燃比が目標空燃比になるよう燃料噴射量を調整してエンジン１に供給する燃料供給手段(ステップＳ２８〜ステップＳ３１)と、前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動前に、点火時期調整手段によりエンジン回転数が安定して目標回転数となる場合の点火時期を記憶する空燃比フィードバック前点火時期記憶手段(ステップＳ２６)と、前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動後に、前記実空燃比が目標空燃比に一致し且つエンジン回転数が安定して目標回転数となる場合の点火時期を記憶する空燃比フィードバック後点火時期記憶手段(ステップＳ３３)と、前記空燃比フィードバック前点火時期と空燃比フィードバック後点火時期との点火時期差(遅角量)に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出するアルコール濃度算出手段(ステップＳ３４)と、を備える。このため、点火時期を圧縮上死点後とするリタード燃焼させて、アルコール濃度０％での目標空燃比に基づく燃料噴射量によりエンジン回転が安定する(図２中のＡ点での)点火時期ＡＤＶ１を求め、次いで、同一空気量を維持しつつ空燃比フィードバックにより目標空燃比となるよう燃料噴射量を調整しつつ所定のエンジン回転数(アイドリング回転数)が得られるまで遅角させた(図２中のＢ点での)点火時期ＡＤＶ２を求め、両者間の遅角量に基づいて供給燃料のアルコール濃度を正確に推定することができる。

本発明の一実施形態を示すエンジンのアルコール濃度推定装置およびエンジンの制御装置の概略構成図。 同一トルク、同一当量比の場合における点火時期に対する空気量（Ａ）、及び、燃焼安定度（Ｂ）の関係を、アルコール濃度差をパラメータとして示す特性図。 アルコール濃度０％の燃料と同一噴射量でアルコール濃度８５％の燃料を噴射した場合の燃焼安定度特性を示す特性図。 同一点火時期においてアルコール濃度をパラメータとした空気過剰率λに対するエンジントルク特性を示す特性図。 超リタード燃焼の開始、終了制御のフローチャート。 超リタード燃焼中のアイドル制御のフローチャート。 アルコール濃度の推定制御のフローチャート。 超リタード燃焼時のアルコール濃度推定タイムチャート（アルコール濃度０％の場合）。 超リタード燃焼時のアルコール濃度推定タイムチャート（アルコール濃度８５％の場合）。 使用燃料のアルコール濃度を算出するテーブルマップ。

符号の説明

１ エンジン
２ シリンダヘッド
３ シリンダブロック
４ シリンダ
５ ピストン
１３ コントロールユニット
１５ エアフロメータ
１６ スロットル弁
１９ 空燃比センサ
２３ 燃料噴射弁
２５ 点火栓

Claims (2)

1. アルコール含有燃料を使用燃料とするエンジンのアルコール濃度推定装置であって、
   エンジンの冷機始動後に点火時期を圧縮上死点後としてリタード燃焼させるリタード燃焼手段と、
   アルコール非含有燃料の理論空燃比に基づいて目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
   前記リタード燃焼中におけるエンジン回転数が目標回転数になるよう点火時期を調整する点火時期調整手段と、
   使用燃料の実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、
   前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動前に吸入空気量に基づいて目標空燃比となるよう燃料噴射量を調整し、前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動後に検出された実空燃比が目標空燃比になるよう燃料噴射量を調整してエンジンに供給する燃料供給手段と、
   前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動前に、点火時期調整手段によりエンジン回転数が安定して目標回転数となる場合の点火時期を記憶する空燃比フィードバック前点火時期記憶手段と、
   前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動後に、前記実空燃比が目標空燃比に一致し且つエンジン回転数が安定して目標回転数となる場合の点火時期を記憶する空燃比フィードバック後点火時期記憶手段と、
   前記空燃比フィードバック前点火時期と空燃比フィードバック後点火時期との点火時期差に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出するアルコール濃度算出手段と、を備えることを特徴とするエンジンのアルコール濃度推定装置。
2. アルコール含有燃料を使用燃料とするエンジンのアルコール濃度推定装置であって、
   エンジンの冷機始動後に点火時期を圧縮上死点後としてリタード燃焼させるリタード燃焼手段と、
   アルコール非含有燃料の理論空燃比に基づいて目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
   前記リタード燃焼中におけるエンジン回転数が目標回転数になるよう点火時期を調整する点火時期調整手段と、
   使用燃料の実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、
   前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動前に吸入空気量に基づいて目標空燃比となるよう燃料噴射量を調整し、前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動後に検出された実空燃比が目標空燃比になるよう燃料噴射量を調整してエンジンに供給する燃料供給手段と、
   前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動前に、点火時期調整手段によりエンジン回転数が安定して目標回転数となる場合の点火時期を記憶する空燃比フィードバック前点火時期記憶手段と、
   前記実空燃比検出手段によるフィードバック作動後に、前記実空燃比が目標空燃比に一致し且つエンジン回転数が安定して目標回転数となる場合の点火時期を記憶する空燃比フィードバック後点火時期記憶手段と、
   前記空燃比フィードバック前点火時期と空燃比フィードバック後点火時期との点火時期差に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出するアルコール濃度算出手段と、
   この算出されたアルコール濃度に基づいてエンジン制御指令値を補正するエンジン指令値補正手段と、を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。

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