JP6109628B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。より詳しくは、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを利用した内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の燃料として、さとうきび、とうもろこし、じゃがいもなど多くの作物から製造できるアルコール燃料が注目されている。特に近年では、アルコール燃料をガソリンに添加した混合燃料が流通しており、今後さらに普及すると予測されている。なお、アルコール燃料にはエタノールやメタノールなど様々な種類があるが、以下では、アルコール燃料として最も多く普及しているエタノールを例として説明する。

このような混合燃料の普及とあわせて、外部から給油された混合燃料を、車両上で高ガソリン濃度の燃料と高エタノール濃度の燃料に再び分離する分離装置に関する研究も進められている。ガソリンとエタノールとでは、例えばオクタン価や発熱量など燃料物性において様々な異なる点があるため、外部から給油された混合燃料をそのまま利用するよりも、車両上で再び分離し、用途に応じてガソリンとエタノールとを使い分けた方が好ましい場合がある。

例えば特許文献１には、２つのインジェクタによって混合燃料から分離したエタノールを主成分とする燃料とガソリンを主成分とする燃料とを吸気ポート内に噴き分ける技術が記載されている。エタノールはガソリンと比べるとオクタン価が高く、耐ノッキング性に優れている。特許文献１の技術では、この点に着目し、低回転高負荷運転時には気筒内の燃料のオクタン価が高くなるように２つのインジェクタからの燃料の噴射割合を制御することにより、ノッキングやプレイグニッション等の異常燃焼の発生を抑制している。

特開２０１２−１６３００２号公報

以上のように、ノッキング等を抑制するために比較的オクタン価の高いエタノールを噴射することは、従前から知られている。しかしながら、エタノールを吸気ポートへ噴射した場合、以下のような課題があることから、その噴射量はできるだけ抑制することが好ましい。

第１に、吸気ポートに設けられたインジェクタ（以下、「ポートインジェクタ」という）からエタノールを多く噴射すると、気筒内に導入される新気の流れが阻害（いわゆる、エアブロック）されてしまい、結果として要求される出力が十分に得られなくなってしまう。エタノールはガソリンと比べて発熱量が小さい。したがって、ポートインジェクタからエタノールを噴射した場合とガソリンを噴射した場合とでは、両者で同等の出力を得るためにはエタノールの方がより多くの量を噴射する必要がある。このため、ポートインジェクタからエタノールを噴射する場合、このようなエアブロックの発生によるトルク不足の課題はさらに顕著になる。

第２に、ノッキング等の抑制効果を得るためにエタノールを多く噴射すると、壁面に燃料が付着してしまい、内燃機関からは不必要な排出物の量が増加し、排気を浄化する排気浄化触媒にかかる負担が増加するおそれがある。この第２の課題も、ガソリンより発熱量の小さいエタノールを用いた場合にはさらに顕著になる。

第３に、最も普及している混合燃料のエタノール含有率は１０％程度であることから、走行中の車両に蓄えられるエタノールの量はガソリンよりも少ない。したがって、走行中にエタノールの貯蔵量が不足しがちになる。

本発明は、混合燃料から分離して得られる高オクタン価燃料を吸気ポート内に噴射するものであって、低回転高負荷領域におけるノッキング等の抑制効果を損なうことなく高オクタン価燃料の噴射量を抑制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。

（１）本発明の内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の制御装置は、アルコールとガソリンの混合燃料から分離された当該混合燃料よりオクタン価の高い第１燃料を内燃機関の吸気ポート（例えば、後述の吸気ポート１５）内に噴射する第１燃料噴射装置（例えば、後述のポートインジェクタ６２）と、前記混合燃料から分離された当該混合燃料よりオクタン価の低い第２燃料を内燃機関の気筒（例えば、後述のシリンダ１３）内に噴射する第２燃料噴射装置（例えば、後述の直噴インジェクタ６３）と、前記第１、第２燃料噴射装置からの燃料の噴射時期及び噴射量を制御する噴射制御装置（例えば、後述のＥＣＵ７）と、を備える。前記噴射制御装置は、前記機関の負荷パラメータ及び回転数によって特定される運転状態が低回転かつ高負荷の領域（例えば、後述の第１領域）内である場合には、第１燃料を噴射した後に第２燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割噴射する。

（２）この場合、前記噴射制御装置は、前記機関の運転状態が前記低回転かつ高負荷の領域よりやや高回転側又はやや低負荷側の領域（例えば、後述の第２領域）内である場合には第２燃料は吸気行程にのみ噴射し、かつその噴射時期を前記機関の運転状態が前記低回転高負荷領域に近くなるほど遅らせることが好ましい。

（３）本発明の内燃機関の制御装置は、アルコールとガソリンの混合燃料から分離された当該混合燃料よりオクタン価の高い第１燃料を内燃機関の吸気ポート内に噴射する第１燃料噴射装置と、前記混合燃料から分離された当該混合燃料よりオクタン価の低い第２燃料を内燃機関の気筒内に噴射する第２燃料噴射装置と、前記第１、第２燃料噴射装置からの燃料の噴射時期及び噴射量を制御する噴射制御装置と、を備える。前記噴射制御装置は、第１燃料を噴射した後に第２燃料を噴射し、かつ、前記機関の負荷パラメータ及び回転数によって特定される運転状態が低回転側又は高負荷側へ変化するほど前記第２燃料の噴射時期を遅らせる。

（４）この場合、前記噴射制御装置は、前記機関の運転状態が低回転かつ高負荷の領域（例えば、後述の第１領域）内である場合には、前記第２燃料を吸気行程から圧縮行程にかけて噴射することが好ましい。

（１）本発明では、第１燃料噴射装置によって高オクタン価の第１燃料を吸気ポート内へ噴射した後、第２燃料噴射装置によって低オクタン価の第２燃料を気筒内へ直接噴射する。特に本発明では、内燃機関の運転状態がノッキング等の発生しやすい低回転高負荷領域内である場合には、気筒内へ直接噴射する第２燃料は吸気行程と圧縮行程とに分けて噴射することにより、気筒内へ直接噴射された第２燃料の気化潜熱による筒内冷却効果を高くできる。また、第２燃料の分割噴射によってある程度の筒内冷却効果を確保することにより、その分だけ低回転高負荷領域内でノッキング等の異常燃焼を抑制するために必要な第１燃料の噴射量を削減することができる。また、このように高オクタン価の第１燃料を利用して低回転高負荷領域でのノッキングを抑制することにより、その分だけ内燃機関の膨張比（幾何学的圧縮比）を高く設定できるので、低回転高負荷領域以外の全領域での燃費を向上できる。

ところで、気筒内へ直接燃料を噴射する燃料噴射装置を備えた一般的な内燃機関では、低回転高負荷領域内でのノッキング等を抑制するため、排気バルブの閉時期（ＥＶＣ）と吸気バルブの開時期（ＩＶＯ）のバルブオーバーラップ量（すなわち、排気バルブと吸気バルブの両方が開いた期間の長さ）を増加する場合がある。このようなバルブオーバーラップ量を長くすると、掃気が促され、内部ＥＧＲ量が減少し、新気が多く気筒内へ取り込まれるので、筒内冷却効果が向上し充填効率も向上する。しかしながら、吸気ポートへの第１燃料の噴射を伴う本発明では、第２燃料より先に噴射した第１燃料が新気とともに排気側へ吹き抜けてしまい排気浄化触媒の負担が増加するおそれがあるため、バルブオーバーラップ量は制限されてしまう。これに対し、本発明では、第１燃料の吸気ポートへの噴射と第２燃料の分割噴射とを組み合わせることにより、バルブオーバーラップ量を大きくせずとも耐ノッキング性を向上できる。

（２）本発明では、内燃機関の運転状態が第２燃料の分割噴射を行う低回転高負荷領域の外側の領域内である場合には、この低回転高負荷領域に近くなるほど吸気行程における第２燃料の噴射時期を遅らせる。このように、分割噴射を行う領域になるまでは第２燃料の噴射時期の遅角化によって筒内冷却効果を高くすることにより、この低回転高負荷領域の外における第１燃料の噴射量を削減できる。

（３）本発明では、第１燃料噴射装置によって高オクタン価の第１燃料を吸気ポート内へ噴射した後、第２燃料噴射装置によって低オクタン価の第２燃料を気筒内へ直接噴射する。特に本発明では、内燃機関の運転状態が低回転側又は高負荷側へ変化しノッキング等が発生しやすくなるほど、第２燃料の噴射時期を遅らせることにより、気筒内へ直接噴射された第２燃料の気化潜熱による筒内冷却効果を高くできる。このように第２燃料の噴射時期の遅角化によってある程度の筒内冷却効果を確保することにより、その分だけノッキング等の異常燃焼を抑制するために必要な第１燃料の噴射量を削減することができる。また、このように高オクタン価の第１燃料を利用して低回転高負荷領域でのノッキングを抑制することにより、その分だけ内燃機関の膨張比を高く設定できるので、低回転高負荷領域以外の全領域での燃費を向上できる。

（４）本発明では、所定の低回転高負荷領域内では第２燃料を吸気行程から圧縮行程にかけて噴射する。すなわち、本発明では、低回転高負荷領域内において第２燃料の噴射時期を吸気行程の下死点近傍まで遅らせることにより、十分な筒内冷却効果を高くできる。したがって、ノッキング等の抑制効果を損なうことなく第１燃料の噴射量を削減できる。

本発明の第１実施形態に係るエンジン及びその制御装置の構成を示す図である。 吸気量制御及び燃料噴射・点火制御の実行に係る機能ブロック図である。 第１及び第２燃料の噴射時間及び噴射時期の基本値を決定する具体的な手順を示すフローチャートである。 エンジン回転数及び筒内吸気量に基づいて運転領域を判定するマップの一例である。 第１燃料の噴射時間及び噴射時期の基本値、第２燃料の噴射時間及び噴射時期の基本値を決定するマップの一例である。 第２燃料の噴射態様を模式的に示す図である。 エンジン回転数とエンジンのトルクとの関係を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る第１燃料の噴射時間及び噴射時期の基本値、並びに第２燃料の噴射時間及び噴射時期の基本値を決定するマップの一例である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関（以下、単に「エンジン」という）１及びその制御装置の構成を示す図である。

エンジン１には、吸気が流れる吸気管３と、排気が流れる排気管４と、吸気管３内の吸気をエンジン１へ圧送する過給機５と、エンジン１及び吸気ポート１５へ燃料を供給する燃料供給システム６と、これらの電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ(Electronic Control Unit」という)７と、が設けられている。

エンジン１は、複数のシリンダ１３を備えた多気筒エンジンである。図１には、このうちの１つを代表的に示す。エンジン１は、シリンダ１３が形成されたシリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２とを組み合わせて構成される。シリンダ１３内には、ピストン１４が摺動可能に設けられている。ピストン１４の頂面とシリンダヘッド１２のシリンダ１３側の面により、エンジン１の燃焼室１ａが形成される。ピストン１４は、コンロッドを介して図示しないクランクシャフトに連結されている。すなわち、シリンダ１３内におけるピストン１４の往復動に応じてクランクシャフト（図示せず）が回転する。

シリンダヘッド１２には、燃焼室１ａと吸気管３とを接続する吸気ポート１５と、燃焼室１ａと排気管４とを接続する排気ポート１６と、が形成されている。吸気ポート１５のうち燃焼室１ａに臨む吸気開口は吸気バルブ１７により開閉される。排気ポート１６のうち燃焼室１ａに臨む排気開口は排気バルブ１８により開閉される。

シリンダヘッド１２には、燃焼室１ａ内に臨む点火プラグ２３と、吸気バルブ１７を開閉駆動する吸気カムシャフト１９と、排気バルブ１８を開閉駆動する排気カムシャフト２０と、が設けられている。点火プラグ２３は、図示しないイグナイタ及びそのドライバを介してＥＣＵ７に接続される。点火プラグ２３の点火時期は、後述の燃料噴射・点火制御によって制御される。

吸気カムシャフト１９には、吸気バルブ１７を開閉駆動する複数の吸気カム１９ａが設けられている。また、排気カムシャフト２０にも同様に、排気バルブ１８を開閉駆動する複数の排気カム２０ａが設けられている。なお、図１には、複数のカム１９ａ，２０ａのうち１つのみ図示する。これらカムシャフト１９，２０は、それぞれスプロケットやタイミングチェーン等の図示しない連結機構を介してクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトによって回転駆動される。より具体的には、クランクシャフトが２回転すると、カムシャフト１９，２０は１回転するようになっている。カムシャフト１９，２０が回転すると、バルブ１７，１８は、カム１９ａ，２０ａのプロファイルに応じた態様で進退する。

吸気カムシャフト１９の一端部には、クランクシャフトに対する吸気カム１９ａのカム位相を変更するカム位相可変機構（ＶＴＣ）２１が設けられている。吸気側ＶＴＣ２１は、吸気カムシャフト１９のカム位相を無段階に進角又は遅角させることにより、吸気バルブ１７の開閉タイミング（すなわち開時期（ＩＶＯ）及び閉時期（ＩＶＣ））を早めたり遅らせたりできる。本実施形態では、このような吸気側ＶＴＣ２１によってエンジン１の燃焼室１ａの実効圧縮比を可変的に制御可能なアトキンソンサイクル（ミラーサイクル）での運転が実現される。すなわち、吸気バルブ１７の閉時期を下死点に対し進角側又は遅角側に補正し、吸気量を減少させることにより、実効圧縮比を下げることができる。

また、排気カムシャフト２０の一端部にも、クランクシャフトに対する排気カム２０ａのカム位相を変更し、排気バルブ１８の開閉タイミング（すなわち開時期（ＥＶＯ）及び閉時期（ＥＶＣ））を早めたり遅らせたりするＶＴＣ２２が設けられている。本実施形態では、排気側ＶＴＣ２２によって、排気バルブ１８の閉時期を早めたり遅らせたりすることにより、排気バルブ１８の閉時期と吸気バルブの開時期のバルブオーバーラップ量を可変的に制御する。

過給機５は、排気管４に設けられたタービン（図示せず）と、吸気管３に設けられたコンプレッサ（図示せず）と、を備える。タービンは、排気管４を流れる排気の運動エネルギーによって駆動される。コンプレッサは、タービンによって回転駆動され、吸気管３内の吸気をエンジン１へ圧送する。

吸気管３には、上流側から下流側へ向かって順に、過給機５のコンプレッサと、インタークーラ３１と、スロットル弁３２とが設けられている。インタークーラ３１は、過給機５によって圧縮された吸気を冷却し、エンジン１の吸気の充填効率を向上する。スロットル弁３２は、エンジン１の燃焼室１ａに供給される空気の流量（以下、「吸気流量」という）を制御する。スロットル弁３２は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続されている。すなわち、このスロットル弁３２は、運転車が操作するアクセルペダル（図示せず）と機械的な接続が絶たれたいわゆるＤＢＷ（Drive By Wire）スロットルと呼称されるものである。スロットル弁３２は、後述の吸気量制御によって適切な開度に制御される。

また、吸気管３には、過給機５のコンプレッサの前後を連通するバイパス通路３３と、バイパス通路３３を開閉するブローオフバルブ３４と、が設けられている。このブローオフバルブ３４が開かれると過給機５のコンプレッサの前後が連通し、コンプレッサとスロットル弁３２間の圧力（以下、「過給圧」という）が解放される。ブローオフバルブ３４は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続されている。ブローオフバルブ３４は、後述の吸気量制御によって適切な時期に開閉される。

排気管４には、上流側から下流側へ向かって順に、過給機５のタービンと、排気を浄化する排気浄化触媒４１とが設けられている。排気浄化触媒４１は、例えば、三元触媒であり、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化する。

また、排気管４には、過給機５のタービンの前後を連通するバイパス通路４２と、バイパス通路４２を開閉するウェイストゲートバルブ４３とが設けられている。このウェイストゲートバルブ４３が開かれると過給機５のタービンの前後が連通し、タービンの回転数が制限され、ひいては過給圧が制限される。ウェイストゲートバルブ４３は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続されている。ウェイストゲートバルブ４３は、後述の吸気量制御によって適切な時期に開閉される。

燃料供給システム６は、燃料を蓄える燃料貯蔵装置６１と、燃料貯蔵装置６１によって蓄えられた燃料をエンジン１の吸気に噴射するポートインジェクタ６２と、燃料貯蔵装置６１によって蓄えられた燃料を燃焼室１ａ内に直接噴射する直噴インジェクタ６３と、を備える。

燃料貯蔵装置６１は、給油口Ｆから供給されたエタノールとガソリンの混合燃料が導入されるメインタンク６１１と、メインタンク６１１内の混合燃料を分離する分離装置６１２と、分離装置６１２によって分離された燃料を蓄えるサブタンク６１３と、を備える。分離装置６１２は、メインタンク６１１内に貯蔵された混合燃料から、エタノール及び芳香族を分離し、これをサブタンク６１３に供給する。

分離装置６１２は、例えば、浸透気化法（パーベーパレーション法）によって、メインタンク６１１内に貯蔵された混合燃料を、この混合燃料よりも高エタノール濃度の第１燃料と、混合燃料よりも低エタノール濃度の第２燃料と、に分離する。分離装置６１２は、混合燃料から分離した第１燃料をサブタンク６１３に供給し、残る第２燃料をメインタンク６１１に戻す。

より具体的には、分離装置６１２は、混合燃料中の特定成分を選択的に透過させる分離膜６１２ａと、この分離膜６１２ａによって区画された高圧室６１２ｂと低圧室６１２ｃと、を備える。この分離装置６１２では、高圧室６１２ｂにメインタンク６１１内に貯蔵されている燃料を循環させ、低圧室６１２ｃを図示しないポンプによって減圧すると、高圧室６１２ｂを循環する混合燃料の一部が蒸発し、低圧室６１２ｃ側へ透過し、サブタンク６１３に供給される。これにより、サブタンク６１３には、主にエタノールと芳香族からなり、外部から最初に給油された混合燃料よりオクタン価の高い第１燃料が貯蔵される。メインタンク６１１には、主にガソリンからなり、外部から最初に給油された混合燃料よりオクタン価の低い第２燃料が貯蔵される。

直噴インジェクタ６３は、図示しない燃料ポンプを介して供給されたメインタンク６１１内の第２燃料を、エンジン１の燃焼室１ａ内に直接噴射する。直噴インジェクタ６３は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続される。直噴インジェクタ６３の開弁時期及び開弁時間、すなわち燃焼室１ａ内への第２燃料の噴射時期及び噴射時間は、ＥＣＵ７によって制御される。

ポートインジェクタ６２は、図示しない燃料ポンプを介して供給されたサブタンク６１３内の第１燃料を、吸気ポート１５内に噴射する。ポートインジェクタ６２は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続される。ポートインジェクタ６２の開弁時期及び開弁時間、すなわち吸気ポート１５内への第１燃料の噴射時期及び噴射時間は、ＥＣＵ７によって制御される。

ＥＣＵ７は、エンジン１に設けられた各種装置を制御する電子制御ユニットであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び各種インターフェースなどの電子回路を含んで構成される。ＥＣＵ７には、エンジン１の状態及びエンジン１を搭載した車両の状態等を把握するため、複数のセンサ８１〜９３が接続されている。

過給圧センサ８１は、吸気管３のうち過給機５の下流側、より具体的には吸気管３のうちインタークーラ３１とスロットル弁３２との間の過給圧に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する。水温センサ８２は、エンジン１のシリンダブロック１１の冷却水路（図示せず）内を流れる冷却水の温度（以下、単に「水温」という）に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する。なお、ＥＣＵ７では、水温センサ８２によって検出された水温をエンジン１の代表温度とするが、これに限らない。

吸気センサ８３は、吸気管３のうちスロットル弁３２の下流側の吸気の状態を検出するセンサである。より具体的には、この吸気センサ８３は、対象箇所の吸気の温度（以下、「吸気温度」という）に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する吸気温度センサ、及び対象箇所の吸気の圧力（以下、「吸気圧」という）に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する吸気圧センサ等で構成される。

吸気側カムセンサ８４は、吸気カムシャフト１９の回転に伴い、所定のカム角ごとにパルス信号をＥＣＵ７に出力する。排気側カムセンサ８５は、排気カムシャフト２０の回転に伴い、所定のカム角ごとにパルス信号をＥＣＵ７に出力する。ＥＣＵ７では、これらカムセンサ８４，８５から送信されるパルス信号に基づいてカムシャフト１９，２０の実際のカム位相を把握する。
スロットル開度センサ８６は、スロットル弁３２の位置（以下、「スロットル開度」という）に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する。

ノッキングセンサ８７は、ノッキングによって生じたエンジン１の振動に応じた検出信号をＥＣＵ７に出力する。ＥＣＵ７は、ノッキングセンサ８７からの出力に基づいてノッキングの発生を判定する。
エアフローメータ８８は、吸気管３のうち過給機５のコンプレッサより上流側の吸気の流量に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する。

アクセルペダルセンサ８９は、運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み量を検出し、これに応じた検出信号をＥＣＵ７に出力する。
車速センサ９０は、車両のドライブシャフト（図示せず）に設けられ、当該ドライブシャフトが所定の角度を回転する度にパルス信号をＥＣＵ７に出力する。車速は、ＥＣＵ７において、車速センサ９０からのパルス信号に基づいて、図示しない処理によって算出される。

クランク角センサ９１は、クランクシャフトに固定されたパルサ９２の回転に応じて、所定のクランク角ごとにパルス信号をＥＣＵ７へ出力する。ＥＣＵ７では、クランク角センサ９１の出力に基づいて実際のエンジンの回転数が把握される。
ＬＡＦセンサ９３は、排気管４のうち排気浄化触媒４１より上流側に設けられ、排気の酸素濃度（空燃比）に略比例した検出信号をＥＣＵ７へ出力する。このＬＡＦセンサ９３は、検出箇所の空燃比に略比例したリニアな出力特性を有する。

図２は、ＥＣＵ７を主体として実行される吸気量制御及び燃料噴射・点火制御の機能ブロック図である。

吸気量制御は、以下の手順で行う。始めに、要求出力算出部７１は、エンジン回転数、アクセルペダルの踏み込み量、及び車速等に基づいて、予め定められたマップを検索することによって、エンジンへの要求出力を算出する。

目標吸気量算出部７２は、エンジン回転数、要求出力、吸気流量、吸気圧力、吸気温度、及び燃料噴射・点火制御において決定された燃料噴射量等に基づいて、予め定められたマップを検索することによってエンジンへの吸気量の目標となる目標吸気量を算出する。

目標スロットル開度算出部７３は、目標吸気量、及びエンジン回転数等に基づいて、予め定められたマップを検索することによって、スロットル弁の開度の目標となる目標スロットル開度を算出する。
目標過給圧算出部７４は、目標吸気量、及びエンジン回転数等に基づいて、予め定められたマップを検索することによって、過給圧の目標となる目標過給圧を算出する。

目標吸気側ＶＴＣ角度算出部７５は、目標吸気量、及びエンジン回転数等に基づいて、予め定められたマップを検索することによって実効圧縮比の目標となる目標実効圧縮比を算出し、この目標実効圧縮比を実現するための吸気カムシャフトのカム位相の目標となる目標吸気側カム位相を算出する。なお、この目標実効圧縮比は、高負荷側から低負荷側へ変化するほど小さくなるように設定される。これにより、高負荷側ではオットーサイクルを利用した運転とし低負荷側ではアトキンソンサイクルを利用した運転とすることができる。

目標排気側ＶＴＣ角度算出部７６は、目標吸気量、及びエンジン回転数等に基づいて予め定められたマップを検索することによってバルブオーバーラップ量の目標となる目標オーバーラップ量を算出し、この目標オーバーラップ量を実現するための排気カムシャフトのカム位相の目標となる目標排気側カム位相を算出する。なお、本実施形態では、直噴インジェクタによってシリンダ内へ直接第２燃料を噴射するだけでなく、ポートインジェクタによって吸気ポート内へ排気行程中に第１燃料を噴射する。このため、バルブオーバーラップ量を大きくし過ぎるとポートインジェクタから噴射した第１燃料の一部が燃焼に供されることなくそのまま吹き抜けてしまう場合がある。したがって、本実施形態における最適な目標オーバーラップ量は、直噴インジェクタのみを備えた従来の内燃機関における最適な目標オーバーラップ量よりも少なめに制限される。したがって、この目標バルブオーバーラップ量を決定するためのマップは、ポートインジェクタからの第１燃料の噴射量を考慮して、エンジンから排出される未燃ＨＣの量が所定の基準値を上回らないように実験的に設定される。

フィードバック制御部７７は、実スロットル開度、実過給圧、実吸気側カム位相、及び実排気側カム位相と、それぞれに対して設定された目標値との偏差がなくなるように既知のフィードバックアルゴリズムに基づいて、スロットル弁、ウェイストゲートバルブ、吸気側ＶＴＣ、及び排気側ＶＴＣに対する制御入力を決定し、ドライバへ入力する。

燃料噴射・点火制御は、以下の手順で行う。始めに、燃料噴射・点火制御部７８は、ポートインジェクタからの第１燃料の噴射時間及び噴射時期、直噴インジェクタからの第２燃料の噴射時間及び噴射時期、並びに点火プラグの点火時期に対する基本値を算出する。これら噴射態様及び点火態様を規定するパラメータ（噴射時間、噴射時期、及び点火時期）の基本値は、エンジン回転数、吸気流量、吸気圧力、吸気温度、水温、スロットル開度、吸気側カム位相、及び排気側カム位相等に基づいて予め定められたマップを検索することによって算出される。なお、これらパラメータの基本値のうち、第１燃料の噴射時間及び噴射時期、並びに第２燃料の噴射時間及び噴射時期を決定する具体的な手順については、後に図３〜図６を参照して説明する。

燃料噴射・点火制御部７８は、上述のように算出した噴射態様及び点火態様を規定するパラメータの基本値に、ノックセンサ及びＬＡＦセンサの出力に基づいて算出された補正係数を加算又は乗算することによって噴射態様及び点火態様を決定する。燃料噴射・点火制御部７８は、決定した噴射態様及び点火態様が実現するように、ポートインジェクタ、直噴インジェクタ、及び点火プラグに対する制御入力を決定し、それぞれのドライバへ入力する。

次に、図３〜図６を参照して、第１燃料及び第２燃料の具体的な噴射態様（噴射時間及び噴射時期の基本値、並びに分割噴射の有無等）を決定する手順について説明する。

図３は、第１及び第２燃料の噴射時間及び噴射時期の基本値を決定する具体的な手順を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵにおいて所定の周期ごとに実行される。

Ｓ１では、ＥＣＵは、シリンダ内に導入される吸気の量に相当する負荷パラメータとしての筒内吸気量を算出し、Ｓ２に移る。この筒内吸気量は、例えば、エンジン回転数、スロットル開度の変化率（単位時間当たりのスロットル開度の変化量）、吸気流量、及び吸気温度等に基づいて予め定められたマップを検索することで算出される。
Ｓ２では、ＥＣＵは、エンジン回転数及び筒内吸気量に基づいて特定されるエンジンの運転状態がどの運転領域に属するかを判定する。

図４は、エンジン回転数及び筒内吸気量に基づいて運転領域を判定するマップの一例である。図４において、横軸はエンジン回転数であり縦軸は筒内吸気量である。図４に示すように、運転領域は、大きく３つの状態に分けられる。本実施形態では、エンジン回転数及び筒内吸気量の取り得る範囲内において、最も低回転かつ高負荷の領域を第１領域と定義する。エンジン回転数及び筒内吸気量の取り得る範囲内において、第１領域よりやや高回転側又はやや低負荷側の領域を第２領域と定義する。また、エンジン回転数及び筒内吸気量の取り得る範囲内において、上記第１及び第２領域を除いた高回転又は低負荷の領域を第３領域と定義する。

また、エンジンの運転状態が第１領域と第２領域との境界付近で変化した場合、これに応じて噴射態様が頻繁に変わるのを防止するため、第２領域内のうち第１領域と隣接する所定幅の領域（図４の第２領域のうち破線で囲まれた領域）をマージナル領域と定義する。すなわち、前回のＳ２の判定時から今回のＳ２の判定時にかけて、エンジンの運転状態が第２領域から第１領域へ変化した場合、これ以降は、マージナル領域を超えて第２領域へ変化しない限り、エンジンの運転状態は第１領域に属すると判定する。

図２に戻って、Ｓ３では、ＥＣＵは、予め定められたマップを検索することにより、判定した運転領域に応じた噴射時間及び噴射時期の基本値を決定し、この処理を終了する。

図５は、第１燃料の噴射時間及び噴射時期の基本値、並びに第２燃料の噴射時間及び噴射時期の基本値を決定するマップの一例である。図５には、エンジン回転数が１５００ｒｐｍの場合における例を示す。他のエンジン回転数においても定性的には変わらないため、その図示及び説明を省略する。

エンジンの運転状態が第３領域に属する場合、第１燃料の噴射を停止するとともに、第２燃料を吸気行程中の所定の時期に、所定の時間にわたって噴射する。

エンジンの運転状態が第２領域に属する場合、第１燃料を排気行程中の所定の時期に所定の時間にわたって噴射し、その後、第２燃料を吸気行程中の所定の時期に所定の時間にわたって噴射する。ここで、第２領域では、第１領域へ近くなるほど、第１燃料の噴射開始時期を早くするとともに噴射時間を長くする。また、第１領域へ近くなるほど、第２燃料の噴射開始時期を遅くするとともに噴射時間を長くする。

エンジンの運転状態が第１領域に属する場合、第１燃料を排気行程中の所定の時期に所定の時間にわたって噴射し、その後、第２燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割噴射する。ここで、第１領域では、エンジンの運転状態がより高負荷側又は低回転側へ変化するほど第１燃料の噴射開始時期を早くするとともに噴射時間を長くする。また、第２燃料については、エンジンの運転状態がより高負荷側又は低回転側へ変化するほど、吸気行程中における噴射開始時期を遅らせ、圧縮行程中における噴射開始時期はほぼ一定とする。

なお、図４のマップの定量的な構成、すなわち第１及び第２燃料の噴射時期や噴射時間の具体的な値については、ノッキング等の抑制効果、エンジンから排出されるＨＣの量、燃焼安定性、及び吸気効率が最適になるように、実験的に定められる。

図６は、本実施形態の第２燃料の噴射態様を模式的に示す図である。より具体的には、図６では、第２燃料の噴射時期を濃淡で示す。
図６に示すように、本実施形態では、第１領域及び第２領域において、高負荷側又は低回転側へ変化するほど第２燃料の噴射時期を遅くする。そして、第１領域では、第２燃料の噴射時期の遅角化に加えて、吸気行程と圧縮行程の分割噴射を実行する。

次に、以上のように第１領域及び第２領域において第２燃料の噴射態様を最適化することによる効果を説明する。
図７は、エンジン回転数とエンジンのトルク（正味平均有効圧（ＢＭＥＰ［ｋＰａ］））との関係を示す図である。より具体的には、図７の左側は、第２燃料の噴射時期の遅角化及び第２燃料の分割噴射の両方を行わなかった場合を示す。図７の右側は、上述のように第２燃料の噴射態様を最適化した場合を示す。

図７に示すように、第２燃料の噴射態様を最適化することにより、オクタン価の高い第１燃料によらずに筒内冷却効果を高くできるため、それだけ第１燃料を噴射する必要のない領域が拡大し、少ない第１燃料でより大きな出力を得ることができる。また、吸気ポートへの第１燃料の噴射量を少なくすることにより、その分だけより多くの新気を取り込むことができる。したがって、過給機のインターセプトポイントをより低回転化できるので、特に低回転域におけるトルクを向上できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態は、第１実施形態と第２燃料の噴射態様が異なる。

図８は、第１燃料の噴射時間及び噴射時期の基本値、並びに第２燃料の噴射時間及び噴射時期を決定するマップの一例である。図８には、エンジン回転数が１５００ｒｐｍの場合における例を示す。他のエンジン回転数においても定性的には変わらないため、その図示及び説明を省略する。

エンジンの運転状態が第３領域に属する場合、第１燃料の噴射を停止するとともに、第２燃料を吸気行程中の所定の時期に、所定の時間にわたって噴射する。

エンジンの運転状態が第２領域に属する場合、第１燃料を排気行程中の所定の時期に所定の時間にわたって噴射し、その後、第２燃料を吸気行程中の所定の時期に所定の時間にわたって噴射する。ここで、第２領域では、第１領域へ近くなるほど、第１燃料の噴射開始時期を早くするとともに噴射時間を長くする。また、第１領域へ近くなるほど、第２燃料の噴射開始時期を遅くするとともに噴射時間を長くする。

エンジンの運転状態が第１領域に属する場合、第１燃料を排気行程中の所定の時期に所定の時間にわたって噴射し、その後、第２燃料を吸気行程から圧縮行程にかけて噴射する。ここで、第１領域では、エンジンの運転状態がより高負荷側又は低回転側へ変化するほど第１燃料の噴射開始時期を早くするとともに噴射時間を長くする。また、第２燃料については、エンジンの運転状態がより高負荷側又は低回転側へ変化するほど、吸気行程中における噴射開始時期を遅らせる。

本実施形態では、以上のように第２燃料の噴射時期を遅角化することにより、第１燃料によらずに筒内冷却効果を確保できるので、第１実施形態と同様に第１燃料の噴射量を抑制できる。

ここで、第１領域及び第２領域における第２燃料の噴射時期の遅角化の度合いについて、本実施形態と第１実施形態とで比較する。第１実施形態では、第１領域において吸気行程と圧縮行程との分割噴射を実行する。このため、第２燃料の吸気行程中の噴射時期の遅角化の度合いは第１領域と第２領域とでほぼ一定である（図５参照）。これに対し本実施形態では、第１領域では、第２燃料を吸気行程から圧縮行程にかけて噴射する。このため、第２領域のうち第１領域の近傍では、図８に示すように遅角化の度合いを強くすることが好ましい。

なお、第１実施形態では、第１領域でのみ第２燃料の分割噴射を行う。このため、エンジンの運転状態が第１領域と第２領域の境界近傍で変動する場合を考慮して、第２領域内にマージナル領域を設定し、第２燃料の噴射回数が頻繁に切り替わるハンチングの発生を防止した。これに対し第２実施形態では、第２領域から第１領域へかけて第２燃料の噴射時期を連続的に遅角化する。このため、エンジンの運転状態が第１領域と第２領域の境界近傍で変動したとしても上述のようなハンチングが発生することはない。このため、第２実施形態では、第２領域内にマージナル領域を設定する必要がない。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。
例えば、上記実施形態では、吸気側ＶＴＣ及び排気側ＶＴＣによって吸気カム位相及び排気カム位相を変更することによって実効圧縮比とバルブオーバーラップ量を可変制御したが、実効圧縮比とバルブオーバーラップ量の両方を制御する手段は、これらに限るものではない。例えば、吸気バルブや排気バルブのリフト量と開弁期間の角度幅とを変化させるバルブリフト可変機構（ＶＴＥＣ（登録商標））を利用して実効圧縮比やバルブオーバーラップ量を可変制御してもよい。

また、上記第１実施形態では、第２領域にマージナル領域を定義することによってハンチングの発生を防止したが、ハンチングを防止するための手段はこれに限らない。例えば、第２領域から第１領域へ変化した後、所定時間が経過するまでは、エンジンの運転状態が第２領域へ変化しても第１領域に属すると判定し続けても同様の効果を奏する。

なお、上記実施形態では、負荷を示すパラメータとして、エンジン回転数や、スロットル開度の変化率等に基づいて推定した筒内吸気量を利用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。エンジンの負荷に概ね比例したパラメータであれば、どのようなものでもよい。

また、上記実施形態では、エタノールとガソリンの混合燃料の使用を想定したが、本発明はこれに限らない。ガソリンに混合するアルコール成分は、エタノールに限らずメタノールやブタノール等でもよい。

１…エンジン（内燃機関）
１３…シリンダ（気筒）
１５…吸気ポート
６２…ポートインジェクタ（第１燃料噴射装置）
６３…直噴インジェクタ（第２燃料噴射装置）
７…ＥＣＵ（噴射制御装置）

Claims (6)

1. アルコールとガソリンの混合燃料から分離された当該混合燃料よりオクタン価の高い第１燃料を内燃機関の吸気ポート内に噴射する第１燃料噴射装置と、
   前記混合燃料から分離された当該混合燃料よりオクタン価の低い第２燃料を内燃機関の気筒内に噴射する第２燃料噴射装置と、
   前記第１、第２燃料噴射装置からの燃料の噴射時期及び噴射量を制御する噴射制御装置と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記機関の運転状態は、低回転かつ高負荷の第１領域と、当該第１領域よりもやや高回転側又はやや低負荷側の第２領域と、前記第１及び第２領域を除いた第３領域と、に分けられ、
   前記噴射制御装置は、前記運転状態が前記第１領域内である場合には、第１燃料を排気行程中に噴射した後に第２燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割噴射し、
   前記運転状態が前記第３領域内である場合には、第１燃料の噴射を停止するとともに第２燃料を吸気行程中に噴射することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記噴射制御装置は、前記機関の運転状態が前記第２領域内である場合には第２燃料は吸気行程にのみ噴射し、かつその噴射時期を前記機関の運転状態が前記低回転高負荷領域に近くなるほど遅らせ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. 前記噴射制御装置は、前記運転状態が前記第１又は第２領域内である場合には、負荷が高くなるほど第１燃料の噴射開始時期を早くす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. アルコールとガソリンの混合燃料から分離された当該混合燃料よりオクタン価の高い第１燃料を内燃機関の吸気ポート内に噴射する第１燃料噴射装置と、
   前記混合燃料から分離された当該混合燃料よりオクタン価の低い第２燃料を内燃機関の気筒内に噴射する第２燃料噴射装置と、
   前記第１、第２燃料噴射装置からの燃料の噴射時期及び噴射量を制御する噴射制御装置と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記機関の運転状態は、低回転かつ高負荷の第１領域と、当該第１領域よりもやや高回転側又はやや低負荷側の第２領域と、前記第１及び第２領域を除いた第３領域と、に分けられ、
   前記噴射制御装置は、前記運転状態が前記第１又は第２領域内である場合には、第１燃料を排気行程中に噴射した後に第２燃料を噴射し、かつ、前記運転状態が低回転側又は高負荷側へ変化するほど前記第２燃料の噴射時期を遅らせ、
   前記運転状態が前記第３領域内である場合には、第１燃料の噴射を停止するとともに第２燃料を吸気行程中に噴射することを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 前記噴射制御装置は、前記機関の運転状態が前記第１領域内である場合には、前記第２燃料を吸気行程から圧縮行程にかけて噴射することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記噴射制御装置は、前記運転状態が前記第１又は第２領域内である場合には、負荷が高くなるほど第１燃料の噴射開始時期を早くすることを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の制御装置。