JP6237659B2 - 火花点火式内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、気筒内に供給される燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路に設けられた触媒と、点火プラグとを備えた火花点火式内燃機関を制御対象とする火花点火式内燃機関の制御装置に関する。

火花点火式内燃機関の排気系に設けられた触媒の暖機制御として、点火時期を遅角することが周知である。
また、特許文献１には、気筒内に供給される燃料のアルコール濃度が高い場合に、触媒の暖機制御による点火時期の遅角量を減少させるものが提案されている（「００１０」）。これは、アルコール濃度が高い場合に燃焼が不安定となる事態を抑制することを狙ったものである。

特開２００８−２７４７８９号公報

ただし、燃料のアルコール濃度が高い場合に触媒の暖機制御による点火時期の遅角量を減少させると、点火時期が進角されることで触媒の暖機性が低下する。このため、燃焼安定性と触媒の暖機性との両立が困難である。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、燃焼安定性と触媒の暖機性との好適な両立を図ることのできる火花点火式内燃機関の制御装置を提供するものである。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。なお、特許請求の範囲に記載した発明と下記解決手段との対応関係は次のようになっている。請求項１は、下記の「１」において、（ａ）「火花点火式内燃機関の吸気通路には、スロットルバルブが設けられ」ている点、および（ｂ）空気量増加処理部が、前記点火進角処理部が設定する前記点火時期の進角量が大きい場合、小さい場合と比較して前記気筒内に充填する空気量を増加させるために、「スロットルバルブを操作する」点、を補正したものであり、請求項２〜６は、以下の「２」〜「６」にかかる発明特定事項を有する従属項である。
１．火花点火式内燃機関の制御装置は、気筒内に供給される燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路に設けられた触媒と、点火プラグとを備えた火花点火式内燃機関を制御対象とし、前記燃料噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度を取得する取得処理部と、前記触媒が未活性であることを条件に前記点火プラグによる点火時期を操作して前記触媒の暖機制御を実行する暖機制御部と、を備え、前記暖機制御部は、前記アルコール濃度が高い場合に低い場合と比較して前記点火時期を進角側に設定する点火進角処理部と、前記点火進角処理部が設定する前記点火時期の進角量が大きい場合、小さい場合と比較して前記気筒内に充填する空気量を増加させる空気量増加処理部と、を備える。

上記暖機制御部は、触媒が未活性であることを条件に点火プラグによる点火時期を操作して触媒の暖機制御を行うものの、アルコール濃度が高い場合には、アルコール濃度が高いことに起因して燃焼が不安定化することを抑制すべく、低い場合よりも点火時期を進角させる点火進角処理部を備える。点火時期が進角される場合、進角されない場合と比較して、燃料の燃焼エネルギのうち内燃機関のクランク軸のトルクに寄与する割合が増加する一方、排気通路に排出される排気の熱エネルギが減少する。そこで上記構成では、空気量増加処理部によって、点火時期の進角量が大きい場合、小さい場合と比較して気筒内に充填される空気量を増加させる。空気量が増加されると、増加されない場合と比較して、排気通路に排出される排気量が増加する。このため、触媒を通過する排気量が増加することから、排気が触媒に与える熱エネルギが増加する。これは、点火時期を進角させることで生じうる触媒の暖機性の低下を空気量の増加によって抑制することができることを意味する。したがって、上記構成では、燃焼安定性と触媒の暖機性との好適な両立を図ることができる。

２．上記１記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、前記暖機制御の実行中において前記気筒内における混合気の空燃比を目標空燃比に制御するために前記燃料噴射弁から噴射する燃料量を操作する空燃比制御部を備える。

上記構成では、空気量増加処理部によって空気量が増加される場合、空燃比制御部では、排気特性を所定の特性に制御するために、燃料噴射弁から噴射される燃料量を増加させる。このため、燃焼する燃料量が増加し、燃焼エネルギが増加するために、排気中の熱エネルギが増加する。したがって、触媒に与えられる熱エネルギを増加させることができる。

３．上記２記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁は、前記気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁を備え、前記空燃比制御部は、前記混合気の空燃比を前記目標空燃比に制御するために前記筒内噴射弁から噴射される燃料量を操作するものであり、前記アルコール濃度が高い場合、前記アルコール濃度が低い場合と比較して、前記筒内噴射弁による燃料の噴射開始時期を進角させる噴射進角処理部を備える。

上記構成では、アルコール濃度が高い場合、空燃比制御部により排気特性が所定の特性に制御されることで、アルコール濃度が低い場合と比較して筒内噴射弁から噴射される燃料量が増加される。このため、点火時期における点火プラグ付近の成層度が低下するおそれがある。そこで上記構成では、アルコール濃度が高い場合、アルコール濃度が低い場合と比較して筒内噴射弁による燃料の噴射開始時期を進角させる。これにより、点火時期における点火プラグ付近の成層度が低下することを抑制することができる。

４．上記２または３記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射弁は、前記気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁を備え、前記空燃比制御部は、前記混合気の空燃比を前記目標空燃比に制御するために前記筒内噴射弁から噴射される燃料量を操作するものであり、前記アルコール濃度が所定値以上となる場合、前記筒内噴射弁から噴射する燃料の圧力を上昇させる圧力上昇処理部を備える。

上記構成では、アルコール濃度が高い場合、空燃比制御部により排気特性が所定の特性に制御されることで、アルコール濃度が低い場合と比較して筒内噴射弁から噴射される燃料量が増加される。そして、筒内噴射弁から噴射される燃料量が過度に多くなると、内燃機関のピストンが下死点付近に位置するときに噴射される燃料量が増加し、シリンダ壁面に付着する燃料量が増加するおそれがある。そしてシリンダ壁面に付着する燃料量が増加すると、燃料が不完全燃焼し、エミッションや燃焼状態の悪化を招くおそれがある。この点、上記構成では、圧力上昇処理部を備えることで、噴射量が増加する場合にその増加した噴射量の噴射に要する期間である噴射期間を短縮する。これにより、ピストンが下死点付近に位置するときに噴射される燃料量を減少させることができることから、シリンダ壁面に燃料が付着することを抑制し、ひいてはエミッションや燃焼状態の悪化を抑制することができる。

しかも、圧力上昇処理部を備える場合、アルコール濃度が高い場合に燃焼状態の悪化を抑制することができるとともに、アルコール濃度が低い場合に燃焼状態を良好にすることなどもできる。すなわち、圧力上昇処理部によって上昇される前の噴射圧を、燃焼状態を良好にするなどのいくつかの要求要素を満たすうえでアルコール濃度が低い場合に特に適したものに設定することが可能である。

５．上記１〜４のいずれか１つに記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、前記点火進角処理部は、前記アルコール濃度が高いほど前記点火時期を連続的にまたは２段階以上で段階的に進角側に設定するものであり、前記空気量増加処理部は、前記点火時期が進角側に設定されるほど前記空気量を連続的にまたは２段階以上で段階的に増加させるものである。

上記構成では、アルコール濃度が高いほど、点火時期が連続的にまたは２段階以上で段階的に進角側に設定されるため、１段階で進角するのみのものと比較すると、点火時期をより適切な値に設定することができる。また、上記構成では、点火時期が進角側に設定されるほど、空気量が連続的にまたは２段階以上で段階的に増加されるため、１段階で増加するのみのものと比較すると、空気量をより適切な量に設定することができる。

６．上記１〜５のいずれか１つに記載の火花点火式内燃機関の制御装置において、前記火花点火式内燃機関は、車両に搭載され、軸トルクを駆動輪に付与するものであり、前記暖機制御部は、前記火花点火式内燃機関のアイドル運転時であることを条件に前記触媒の暖機制御を実行する。

上記構成では、アイドル運転時であることを条件に触媒の暖機制御を実行する。この場合、触媒の暖機制御中に車両に搭載されるアクセルの操作に応じて内燃機関が軸出力を生じる必要がない。このため、空気量増加処理部によって空気量を増加する処理等が実行されるに際して、アクセルの操作による制限をうけない。

火花点火式内燃機関の制御装置の一実施形態に関するシステム構成図。 同実施形態にかかる触媒急速暖機制御の処理手順を示す流れ図。 上記触媒暖機制御の各操作量とアルコール濃度との関係を示す図。

以下、火花点火式内燃機関の制御装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す火花点火式の内燃機関１０の吸気通路１２には、その流路断面積を可変とするための電子制御式のスロットルバルブ１４が設けられている。吸気通路１２のうちスロットルバルブ１４の下流には、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁１６が設けられている。吸気通路１２内の空気やポート噴射弁１６から噴射された燃料は、吸気バルブ１８の開弁動作に伴って、シリンダ２０およびピストン２２によって区画される燃焼室２４に充填される。燃焼室２４には、筒内噴射弁２８の噴射口が対向しており、筒内噴射弁２８によって燃料が燃焼室２４に直接噴射供給可能となっている。燃焼室２４には、点火プラグ３０が突出している。そして、点火プラグ３０による火花点火によって、空気と燃料との混合気が着火され、混合気が燃焼に供される。混合気の燃焼エネルギの一部は、ピストン２２を介してクランク軸３２の回転エネルギに変換される。クランク軸３２には、車両の駆動輪が機械的に連結可能とされている。なお、本実施形態では、車両として、駆動輪に動力を付与するものが内燃機関１０のみとなるものを想定している。

燃焼に供された混合気は、排気バルブ３４の開弁動作に伴って、排気として、排気通路３６に排出される。排気通路３６には、排気を浄化するための触媒３８が設けられている。

燃料タンク４０は、ポート噴射弁１６や筒内噴射弁２８に供給する燃料を貯蔵する。本実施形態では、燃料としてガソリンを主成分としつつも、アルコールの含有量が様々なものを想定している。なお、燃料タンク４０の燃料は、筒内噴射弁２８に供給されるに際して、高圧燃料ポンプ４２によって加圧される。

上記クランク軸３２には、その回転速度ＮＥに応じた信号を検出するクランク角センサ５０が設けられている。また、触媒３８の上流側には、排気中の成分に基づき燃焼室２４における混合気の空燃比を検出する空燃比センサ５２が設けられている。空燃比センサ５２の出力値ＶＡＦは、排気中の成分に応じたものであるため、燃焼室２４における混合気の空燃比に応じたものとなっている。このため、燃料中のアルコール濃度が同一であるなら、出力値ＶＡＦと空燃比Ａ／Ｆとは、１対１の対応関係を有する。ただし、燃料中のアルコール濃度が相違する場合、出力値ＶＡＦが同一であっても空燃比Ａ／Ｆの値自体は相違する。これは、排気特性が同一であっても空燃比Ａ／Ｆの値自体は相違することを意味する。

上記燃料タンク４０には、貯蔵される燃料中のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ５４が備えられており、アルコール濃度センサ５４は、検出したアルコール濃度Ｃａに応じた信号を出力する。

また、車両には、アクセルペダル５５が備えられており、アクセルペダル５５付近には、アクセルセンサ５６が設けられている。アクセルセンサ５６は、アクセルペダル５５の操作量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）を検出して出力する。

一方、水温センサ５８は、シリンダ２０内を流れる冷却水の温度（水温ＴＨＷ）を検出して出力する。
制御装置６０は、内燃機関１０を制御対象とする電子制御装置である。制御装置６０は、内燃機関１０の制御量を制御すべく、スロットルバルブ１４や、ポート噴射弁１６、筒内噴射弁２８、点火プラグ３０、高圧燃料ポンプ４２等の各種アクチュエータを操作する。なお、制御装置６０が各種アクチュエータに出力する電気信号は、必ずしも各種アクチュエータの操作量ではなく、操作量に操作するための電気信号である。ただし、図では、説明を簡素化するために電気信号と操作量との区別をしない。すなわちたとえば、高圧燃料ポンプ４２に出力する電気信号を、高圧燃料ポンプ４２によって調整される燃料の圧力（噴射圧ｅｐｒ）と記載し、点火プラグ３０に出力する電気信号を、点火プラグ３０による点火時期ａｏｐと記載している。

図１には、制御装置６０によって実行される処理の一部をブロック図にて示している。すなわち、スロットル操作部６２は、スロットルバルブ１４の開口度θを操作する。詳しくは、スロットル操作部６２は、アクセルペダル５５が踏み込まれることで内燃機関１０の軸トルクを駆動輪に付与することが要求されている場合、アクセル操作量ＡＣＣＰに応じて開口度θを操作する。一方、アクセルペダル５５が解放され、内燃機関１０の軸トルクを駆動輪に付与することが要求されていないアイドル運転時の場合、基本的には、クランク軸３２の回転速度ＮＥを目標回転速度ＮＥ＊にフィードバック制御するために開口度θを操作する。ただし、本実施形態では、アイドル運転時であっても、後に詳述する触媒３８の急速暖機制御を実行する場合には、開口度θを、気筒内（燃焼室２４内）に充填する空気量の指令値ｑｓｊｃに応じて設定する。

一方、基本噴射量算出部７０は、車載負荷に関するパラメータに基づき、ポート噴射弁１６および筒内噴射弁２８から噴射される合計の燃料量の基本値である基本噴射量を算出する。ここで、上記触媒急速暖機制御中においては、基本噴射量は、空気量の指令値ｑｓｊｃに基づき設定される。

アルコール濃度補正部７２は、アルコール濃度Ｃａに基づき、基本噴射量算出部７０によって算出された基本噴射量を補正するアルコール補正係数Ｋ１を算出する。アルコール補正部７４では、基本噴射量にアルコール補正係数Ｋ１を乗算することで、基本噴射量を補正する。

目標空燃比設定部７６は、排気特性を所定の特性とするために、燃焼室２４内の混合気の空燃比の目標値（目標空燃比）を設定する。詳しくは、目標空燃比設定部７６は、空燃比センサ５２の出力値ＶＡＦの目標出力値ＶＡＦ＊を設定する。より詳しくは、目標空燃比設定部７６は、内燃機関１０の負荷および回転速度ＮＥに応じて定まる動作点に応じて目標出力値ＶＡＦ＊を可変設定する。偏差算出部７８では、目標出力値ＶＡＦ＊から出力値ＶＡＦを減算した値を出力する。空燃比フィードバック制御部８０では、偏差算出部７８の出力値に基づき、出力値ＶＡＦを目標出力値ＶＡＦ＊にフィードバック制御するための操作量として、フィードバック補正係数Ｋ２を算出する。フィードバック補正部８２では、アルコール補正部７４の出力する燃料量をフィードバック補正係数Ｋ２によって補正する。

上記アルコール補正係数Ｋ１は、基本噴射量算出部７０とともに、燃焼室２４内の空燃比を目標空燃比に制御するための開ループ操作量を設定するものである。ただし、ここでの目標空燃比は、排気特性を所定の特性に制御するためのものであるため、アルコール濃度Ｃａに応じて変化する。アルコール補正係数Ｋ１は、アルコール濃度Ｃａに応じて目標空燃比を変化させることで、アルコール濃度Ｃａにかかわらず空燃比センサ５２の出力値ＶＡＦを目標出力値ＶＡＦ＊とする上での開ループ操作量となる。

上記フィードバック補正部８２によって補正された燃料量である噴射量の指令値Ｑ＊は、噴射弁操作部８４に出力される。噴射弁操作部８４では、噴射量の指令値Ｑ＊をポート噴射弁１６による噴射量と筒内噴射弁２８による噴射量とに分割し、それら分割された噴射量の燃料を噴射するうえでの噴射期間ＴＱ１，ＴＱ２を設定して、ポート噴射弁１６と筒内噴射弁２８とに出力する。本実施形態では、内燃機関１０の運転領域の全域において、ポート噴射弁１６による燃料噴射が実行される。一方、筒内噴射弁２８による燃料噴射は、触媒急速暖機中と高負荷運転領域において実行される。なお、基本噴射量算出部７０、アルコール濃度補正部７２、アルコール補正部７４、目標空燃比設定部７６、偏差算出部７８、空燃比フィードバック制御部８０、フィードバック補正部８２、噴射弁操作部８４は、本実施形態において、空燃比制御部を構成する。

以下、触媒急速暖機制御について詳述する。
図２に、触媒急速暖機制御の処理手順を示す。この処理は、制御装置６０によって、たとえば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理において、制御装置６０は、まず、触媒急速暖機制御の実行条件が成立したか否かを判断する（Ｓ１０）。ここで、実行条件は、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づきアクセルが解放されていると判断される第１の条件と、水温ＴＨＷが所定温度以下である旨の第２の条件とを含む。ここで、所定温度は、触媒３８が未活性であるか否かを判断するための値に設定されている。このため、第２の条件は、触媒３８が未活性であると判断される旨の条件となっている。なお、上記実行条件に、内燃機関１０の始動処理が完了している旨の条件を含めることが望ましい。

制御装置６０は、実行条件が成立していると判断する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、アルコール濃度Ｃａを取得する（Ｓ１２：取得処理部）。続いて制御装置６０は、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１以上であるか否かを判断する（Ｓ１４）。第１規定濃度Ｃａｔｈ１は、アルコール濃度が高くなることで燃料の燃焼が不安定化するか否かを判断するための値に設定されている。そして、制御装置６０は、第１規定濃度Ｃａｔｈ１未満であると判断する場合（Ｓ１４：ＮＯ）、点火時期ａｏｐ、筒内噴射弁２８による燃料の噴射開始時期ａｉｎｊｄを水温ＴＨＷに応じて設定して触媒急速暖機制御を実行する（Ｓ１６）。ここで、点火時期ａｏｐは、アイドル運転時において触媒急速暖機制御を実行しない場合と比較して遅角側に設定される。これは、混合気の燃焼エネルギのうちクランク軸３２のトルクに変換される割合を低減し、排気温を上昇させるための設定である。

次に、制御装置６０は、空気量の指令値ｑｓｊｃを水温ＴＨＷに応じて設定する（Ｓ１８）。ここで、空気量の指令値ｑｓｊｃを水温ＴＨＷに応じて設定するのは、回転速度ＮＥを所定の回転速度にするうえで必要な空気量が水温ＴＨＷに応じて変化することに鑑みたものである。ちなみに、上記所定の回転速度は、上記目標回転速度ＮＥ＊に対応するものである。こうして設定された指令値ｑｓｊｃに応じてスロットルバルブ１４の開口度θが設定されるため、アイドル運転時のうち触媒急速暖機制御中におけるスロットルバルブ１４の開口度θは、回転速度ＮＥを目標回転速度ＮＥ＊に制御するための開ループ操作量と見なせる。

制御装置６０は、第１規定濃度Ｃａｔｈ１以上であると判断する場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、アルコール濃度Ｃａに起因して燃焼が不安定化することを抑制しつつ触媒暖機制御を実行する。

すなわち、制御装置６０は、まず点火時期ａｏｐをアルコール濃度Ｃａに応じて進角させる（Ｓ２０：点火進角処理部）。これにより、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１未満である場合と比較して、点火時期ａｏｐが進角側に設定されることとなる。この処理は、アルコール濃度Ｃａが高いことに起因して燃焼が不安定化することを抑制するためのものである。なお、ここで進角側に設定される点火時期ａｏｐは、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１未満である場合と同様、水温ＴＨＷに応じた値ともなっている。さらに、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１以上である場合において、アルコール濃度Ｃａが高いほど点火時期ａｏｐがより進角側に設定される。そして、点火時期ａｏｐは、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１以上である場合、アルコール濃度Ｃａと１対１の対応関係を有する。

また、制御装置６０は、筒内噴射弁２８による燃料の噴射開始時期ａｉｎｊｄをアルコール濃度Ｃａに応じて進角させる（Ｓ２２：噴射進角処理部）。これにより、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１未満である場合と比較して、噴射開始時期ａｉｎｊｄが進角側に設定されることとなる。この処理は、点火時期ａｏｐにおける成層度を向上させることで、燃焼が不安定化することを抑制するためのものである。ここで、成層度とは、点火プラグ３０回りの燃料の集中的な分布度合いのことである。なお、進角側に設定される噴射開始時期ａｉｎｊｄは、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１未満である場合と同様、水温ＴＨＷに応じた値になっている。

次に、制御装置６０は、点火時期ａｏｐの進角量が所定量Δｔｈ以上であるか否かを判断する（Ｓ２４）。ここで、所定量Δｔｈは、点火時期ａｏｐの進角によって、触媒の暖機性が顕著に低下すると想定される値に設定される。そして、制御装置６０は、所定量Δｔｈ未満であると判断する場合（Ｓ２４：ＮＯ）、上記ステップＳ１８に移行する。

これに対し、制御装置６０は、所定量Δｔｈ以上であると判断する場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、筒内空気量の指令値ｑｓｊｃを点火時期ａｏｐの進角量Δａｏｐに応じて増加させる（Ｓ２６：空気量増加処理部）。すなわち、点火時期ａｏｐの進角量Δａｏｐが大きい場合、小さい場合と比較して筒内空気量の指令値ｑｓｊｃを増加させる。特に本実施形態では、筒内空気量の指令値ｑｓｊｃを、点火時期ａｏｐの進角量Δａｏｐと１対１の対応関係を有するようにする。

この処理は、ステップＳ２０の処理によって点火時期ａｏｐが進角側に設定されることに起因した触媒３８の暖機性の低下を抑制するためのものである。すなわち、指令値ｑｓｊｃが増加されると、空燃比制御によって排気特性を所定の特性に保つべく、基本噴射量算出部７０によって算出される基本噴射量が増加される。さらに、基本噴射量等の開ループ操作量の設定によっては排気特性を所定の特性とすることができない場合、空燃比センサ５２の出力値ＶＡＦを目標出力値ＶＡＦ＊にフィードバック制御するための操作量であるフィードバック補正係数Ｋ２によって開ループ操作量が補正される。このため、空気量の指令値ｑｓｊｃが増加される場合、噴射量の指令値Ｑ＊も増加される。このため、燃焼エネルギが増加し、排気中の熱エネルギが増加する。したがって、触媒３８に付与される熱エネルギが、指令値ｑｓｊｃを増加しなかった場合と比較して増加する。

また、制御装置６０は、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１よりも大きい第２規定濃度Ｃａｔｈ２以上であるか否かを判断する（Ｓ２８）。この処理は、ピストン２２が下死点付近にあるときに筒内噴射弁２８から噴射される燃料量が増加することに起因してエミッションや燃焼状態が悪化することを抑制するためのものである。すなわち、アルコール濃度Ｃａが高いと、空燃比制御によって排気特性を所定の特性に制御するために、燃料噴射量が増加される。そして、これにより筒内噴射弁２８から噴射される燃料量が過度に増加すると、ピストン２２が下死点付近にあるときに筒内噴射弁２８から噴射される燃料量が増加する。ピストン２２が下死点付近にあるときに筒内噴射弁２８から噴射される燃料量が増加する場合、シリンダ２０の壁面に付着する燃料量が増加する。そしてこの場合、燃料が不完全燃焼し、エミッションや燃焼状態の悪化を招くおそれがある。

制御装置６０は、第２規定濃度Ｃａｔｈ２未満であると判断する場合（Ｓ２８：ＮＯ）、筒内噴射弁２８から噴射される燃料の噴射圧ｅｐｒを、予め定められた噴射圧（暖機用噴射圧）に設定する（Ｓ３０）。暖機用噴射圧は、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１以下であるときに、燃焼安定性等の観点から最適な値とされている。

一方、制御装置６０は、第２規定濃度Ｃａｔｈ２以上であると判断する場合（Ｓ２８：ＹＥＳ）、筒内噴射弁２８から噴射される燃料の噴射圧ｅｐｒを上記暖機用噴射圧に対して上昇させる（Ｓ３２：圧力上昇処理部）。ここでは、アルコール濃度Ｃａが高いほど、噴射圧ｅｐｒを暖機用噴射圧に対して連続的に上昇させる。

なお、制御装置６０は、ステップＳ３０，Ｓ３２の処理が完了する場合や、ステップＳ１０において否定判断する場合には、この一連の処理を一旦終了する。
ここで、図３を用いつつ、本実施形態の作用を説明する。

アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１以上となる場合、噴射開始時期ａｉｎｊｄおよび点火時期ａｏｐが進角側に設定される。詳しくは、上述したようにアルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１以上となる場合、点火時期ａｏｐとアルコール濃度Ｃａとの間には１対１の対応関係があるため、図３に示すように、アルコール濃度Ｃａが高いほど連続的に点火時期ａｏｐが進角側に設定される。特に、アルコール濃度Ｃａに応じた点火時期ａｏｐの進角量が所定量Δｔｈ以上となる場合、空気量の指令値ｑｓｊｃが増加される。上述したように、空気量の指令値ｑｓｊｃと点火時期ａｏｐの進角量とは１対１の対応関係を有するため、点火時期ａｏｐが進角側に設定されるほど空気量の指令値ｑｓｊｃは連続的に増加される。これにより、空燃比制御によって、ポート噴射弁１６や筒内噴射弁２８から噴射される燃料量も、指令値ｑｓｊｃが増加されない場合と比較して増加される。このため、燃料の燃焼エネルギが増加することから、排気に含まれる熱エネルギが増加する。このように、指令値ｑｓｊｃの増加等によって触媒３８に到達する排気の流量が増加し、また、排気中のエネルギが増加することから、触媒３８が排気から受ける熱エネルギが増加する。

また、アルコール濃度Ｃａが第２規定濃度Ｃａｔｈ２以上である場合には、アルコール濃度Ｃａが低い場合と比較して、筒内噴射弁２８による燃料の噴射圧ｅｐｒが高い値に設定される。ここで、筒内噴射弁２８から噴射される燃料量が同一である場合であっても、噴射圧ｅｐｒが高い場合には低い場合よりも噴射期間ＴＱ２が短くなる。このため、噴射圧ｅｐｒを高い値に設定することで、噴射期間ＴＱ２を短くすることができることから、ピストン２２が下死点付近にあるときに筒内噴射弁２８から噴射される燃料量を減少させることができる。

こうした処理は、触媒３８が未活性である場合、少なくとも内燃機関１０の始動後、アクセルペダル５５が踏み込まれることで車両の駆動輪に内燃機関１０の軸トルクを付与することが要求されるまでの期間において実行される。換言すれば、内燃機関１０のアイドル運転時において実行される。この期間に触媒３８を急速に暖機することで、アクセルペダル５５が踏み込まれ、内燃機関１０の軸トルクが駆動輪に付与されて車両が発進する際には、触媒３８を活性状態とすることができる。

以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）制御装置６０により、アルコール濃度Ｃａが高い場合に点火時期ａｏｐを進角側に設定し（Ｓ２０）、点火時期ａｏｐの進角量が大きい場合に空気量の指令値ｑｓｊｃを増加した（Ｓ２６）。これにより、燃焼安定性と触媒３８の暖機性との好適な両立を図ることができる。

（２）制御装置６０により、アルコール濃度Ｃａが高い場合に筒内噴射弁２８による燃料の噴射開始時期ａｉｎｊｄを進角側に設定した（Ｓ２２）。これにより、アルコール濃度Ｃａが高いために筒内噴射弁２８による燃料の噴射期間が伸長する場合であっても、点火時期ａｏｐにおける点火プラグ３０付近の成層度が低下することを抑制することができる。

（３）制御装置６０により、アルコール濃度が所定値（第２規定濃度Ｃａｔｈ２）以上となる場合、筒内噴射弁２８から噴射される燃料の噴射圧ｅｐｒを上昇させた（Ｓ３２）。これにより、エミッションや燃焼状態の悪化を抑制することができる。

（４）制御装置６０により、アルコール濃度Ｃａが高いほど、点火時期ａｏｐを連続的に進角側に設定した。これにより、１段階で進角するのみのものと比較すると、点火時期ａｏｐをより適切な値に設定することができる。

（５）制御装置６０により、点火時期ａｏｐが進角側に設定されるほど、空気量の指令値ｑｓｊｃを連続的に増加させた。これにより、１段階で増加させるのみのものと比較すると、空気量をより適切な量に設定することができる。

（６）制御装置６０により、駆動輪に付与することが要求される内燃機関１０の軸トルクがゼロであることを条件に触媒３８の急速暖機制御を実行した。これにより、急速暖機制御中に車両に搭載されるアクセルペダル５５の操作に応じて内燃機関１０が軸出力を生じる必要がない。このため、空気量の指令値ｑｓｊｃを増加する処理等が実行されるに際して、アクセルペダル５５の操作による制限をうけない。

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。以下において、「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と上記実施形態との対応関係を符号等によって例示した部分があるが、これには、例示した対応関係に上記事項を限定する意図はない。

・「空気量増加処理部（Ｓ２６）について」
上記実施形態では、筒内空気量の指令値ｑｓｊｃを増加し、これに応じて空気量を開ループ制御するためにスロットルバルブ１４の開口度θを設定したが、これに限らない。たとえば、吸気通路１２の吸気流量の検出値や筒内圧の検出値等に基づき燃焼室２４に充填される空気量を算出する算出部を備え、算出部による算出値をフィードバック制御量とし、これを指令値ｑｓｊｃにフィードバック制御してもよい。

上記実施形態では、触媒急速暖機中は、回転速度ＮＥのフィードバック制御を行わなかったがこれを行ってもよい。この場合、たとえば、目標回転速度ＮＥ＊を筒内空気量の指令値ｑｓｊｃに応じて設定すればよい。また筒内空気量の指令値ｑｓｊｃを中間変数として利用することなく、アルコール濃度Ｃａが高いほど目標回転速度ＮＥ＊を高く設定してもよい。この場合であっても、アルコール濃度Ｃａが高い場合に低い場合と比較して筒内空気量を増加することができる。また、たとえば、吸気通路１２の吸気流量の検出値や筒内圧の検出値等に基づき燃焼室２４に充填される空気量を算出する算出部を備え、算出部による算出値を指令値ｑｓｊｃにフィードバック制御するための操作量を目標回転速度ＮＥ＊としてもよい。

上記実施形態では、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１以上となることを条件に筒内空気量の指令値ｑｓｊｃを増加させたが、これに限らない。たとえば、アルコール濃度Ｃａがゼロよりも高くなることで、筒内空気量の指令値ｑｓｊｃを連続的に増加してもよい。

上記実施形態では、点火時期ａｏｐの進角量が大きいほど、筒内空気量（指令値ｑｓｊｃ）を連続的に増加したがこれに限らない。たとえば、２段階以上に段階的に増加してもよい。またこれに限らず、進角量に応じて１段階で筒内空気量を増加してもよい。これは、たとえば、進角量が予め定められた値以上であるか否かに応じて、指令値ｑｓｊｃの値を第１の値とするか、第１の値よりも小さい第２の値とするかすることで実現することができる。

空気量の指令値ｑｓｊｃを増加するために利用するパラメータとしては、進角量Δａｏｐに限らず、たとえばアルコール濃度Ｃａであってもよい。
上記実施形態では、アイドル運転時に内燃機関１０の軸トルクによって補機を駆動することについては特に言及しなかったが、実際には、たとえば空調装置のコンプレッサの従動軸をクランク軸３２に機械的に連結した構成なども可能である。そしてこの場合、コンプレッサを駆動している場合には、していない場合と比較して筒内空気量の指令値ｑｓｊｃを増加してもよい。この場合、点火時期ａｏｐの進角量が大きい場合に小さい場合と比較して指令値ｑｓｊｃを増加する量を、コンプレッサの駆動時に低減することも可能である。

・「点火進角処理部（Ｓ２０）について」
上記実施形態では、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１以上となることを条件に点火時期ａｏｐを進角させたが、これに限らない。たとえば、アルコール濃度Ｃａがゼロよりも高くなることで、点火時期ａｏｐを連続的に進角させてもよい。

また、アルコール濃度Ｃａが高いほど点火時期ａｏｐを連続的に進角させるものに限らない。たとえば、２段階以上で段階的に進角させるものであってもよい。またこれに限らず、たとえば、アルコール濃度Ｃａに応じて１段階で点火時期を進角させるものであってもよい。これはたとえば、アルコール濃度Ｃａが予め定められた値以上であるか否かに応じて、点火時期ａｏｐを第１の時期とするか、第１の時期よりも遅角側の第２の時期とするかすることで実現することができる。

・「噴射進角処理部（Ｓ２２）について」
上記実施形態では、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１以上となることを条件に噴射開始時期ａｉｎｊｄを進角させたが、これに限らない。たとえば、アルコール濃度Ｃａがゼロよりも高くなることで、噴射開始時期ａｉｎｊｄを連続的に進角させてもよい。

また、アルコール濃度Ｃａが高いほど噴射開始時期ａｉｎｊｄを連続的に進角させるものに限らない。たとえば、２段階以上で段階的に進角させるものであってもよい。またこれに限らず、たとえば、アルコール濃度Ｃａに応じて１段階で噴射開始時期ａｉｎｊｄを進角させるものであってもよい。これはたとえば、アルコール濃度Ｃａが予め定められた値以上であるか否かに応じて、噴射開始時期ａｉｎｊｄを第１の時期とするか、第１の時期よりも遅角側の第２の時期とするかすることで実現することができる。

・「空燃比制御部（７０〜８４）について」
上記実施形態では、空燃比制御の操作量としての燃料量を、筒内噴射弁２８から噴射される燃料量とポート噴射弁１６から噴射される燃料量との双方としたが、これに限らない。たとえば、筒内噴射弁２８から噴射される燃料量のみとしてもよく、また、ポート噴射弁１６から噴射される燃料量のみとしてもよい。ポート噴射弁１６から噴射される燃料量のみとする場合、アルコール濃度Ｃａにかかわらず筒内噴射弁２８から噴射される燃料量を固定値とすることができることから、エミッションや燃焼状態を悪化させることなく筒内噴射弁２８の噴射圧を上昇させる処理（図２のステップＳ３２）を削除することも可能となる。

上記実施形態では、排気特性を所定の特定に制御するための空燃比制御として、開ループ制御（７２，７４）と、フィードバック制御（７６〜８２）を併用したがこれに限らず、いずれか１つであってもよい。ここで、開ループ制御のみを行う場合、空燃比フィードバック制御の目標出力値ＶＡＦ＊をアルコール濃度Ｃａにかかわらず一定とした場合にフィードバック制御によって実現される排気特性となるように開ループ操作量（アルコール補正係数Ｋ１）を設定すればよい。

さらに、空燃比制御としては、空燃比フィードバック制御の目標出力値ＶＡＦ＊をアルコール濃度Ｃａにかかわらず一定とした場合にフィードバック制御によって実現される排気特性に制御するものに限らない。

・「圧力上昇処理部（Ｓ３２）について」
上記実施形態では、アルコール濃度Ｃａが第２規定濃度Ｃａｔｈ２以上となることを条件に噴射圧ｅｐｒを上昇させたが、これに限らない。たとえば、アルコール濃度Ｃａがゼロよりも高くなることで、噴射圧ｅｐｒを連続的にまたは２段階以上で段階的に上昇させてもよい。

・「取得処理部（Ｓ１２）について」
アルコール濃度センサ５４の検出値を取得するものに限らない。たとえば、空燃比フィードバック制御器を積分要素を備えて構成して且つ空燃比フィードバック制御の操作量をアルコール濃度として取得するものであってもよい。ここで、操作量と噴射量とが正の相関を有するのであれば、操作量が大きいほどアルコール濃度は高いとする。なお、アルコール濃度を把握するための上記操作量としては、積分要素の出力値の定常値を用いることが望ましい。またたとえば、筒内噴射弁２８の噴射圧をフィードバック制御すべく高圧燃料ポンプ４２の吐出量をフィードバック制御する制御器を積分要素を備えて構成して且つ、同フィードバック制御のための操作量をアルコール濃度として取得してもよい。

・「暖機制御部（Ｓ１０〜Ｓ３２）について」
上記実施形態では、内燃機関１０のアイドル運転時であることを条件に、触媒急速暖機制御を実行したがこれに限らない。たとえば、シリーズパラレルハイブリッド車やパラレルハイブリッド車等、アクセル操作に応じて駆動輪に要求される動力を内燃機関１０の軸出力とモータの出力とによって分割可能なものである場合、内燃機関１０の軸出力を駆動輪に付与する期間に触媒急速暖機制御を行うことができる。すなわちたとえば、車両の走行中に内燃機関１０を始動する場合において、アルコール濃度Ｃａが高いために筒内空気量の指令値ｑｓｊｃを増加させることで、増加させなかった場合と比較して内燃機関１０の軸出力が大きくなる場合には、その軸出力の一部を駆動輪に要求される動力の一部として利用してもよい。

・「燃料噴射弁について」
ポート噴射弁１６を備えることなく、筒内噴射弁２８のみを備えるものであってもよい。また、筒内噴射弁２８を備えることなく、ポート噴射弁１６のみを備えるものであってもよい。要は、アルコール濃度Ｃａが高い場合に低い場合よりも点火時期を進角させるものであるなら、点火時期の進角に起因した触媒３８の暖機性の低下を抑制する上で空気量の指令値ｑｓｊｃを増加させることは有効である。

・「気筒内に充填される空気量を増加させるためのアクチュエータについて」
スロットルバルブ１４に限らない。たとえば、機関バルブ（吸気バルブや排気バルブ）のバルブタイミングやバルブリフト等のバルブ特性を可変とする可変機構を備えるものにあっては、バルブ特性を変更することで気筒内に充填される空気量を増加させることができる場合があり、この場合には、バルブ特性を操作してもよい。

・「触媒急速暖機制御時の点火時期進角による排気温低下の補償原理について」
上記実施形態では、触媒急速暖機中にあっても空燃比制御によって排気特性が所定の特性に制御されているため、点火時期進角に伴って筒内空気量を増加することは、空燃比制御によって燃料噴射量が増加されることを意味した。しかし、これに限らず、たとえば、排気特性が所定の特定に制御されないまでも、筒内空気量の増加とともに排気の熱エネルギを増加させるためにいくらかの燃料の増加をすることも可能である。

さらに、筒内空気量を増加する場合に噴射量については筒内空気量を増加しない場合と同一としてもよい。この場合であっても、たとえば、筒内空気量の増加によって空燃比がリーンとなることや、増加しなかった場合と比較して断熱圧縮によって混合気に生じる熱エネルギが増加するなどの理由により排気温度が上昇し、また、排気温が上昇した排気量も増加する場合には、触媒３８の暖機性の低下を抑制できる。

・「そのほか」
触媒急速暖機制御の実行条件としては、上記実施形態で例示したものに限らない。たとえば、触媒３８の下流に酸素センサを備える構成において、酸素センサの出力値に基づき触媒３８が未活性であると判断されることを水温ＴＨＷの条件に代えてもよい。

図２においては、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１以上であるか否かを判断することとしたが、これに限らない。たとえば、点火時期ａｏｐや噴射開始時期ａｉｎｊｄを、水温ＴＨＷとアルコール濃度Ｃａとの２次元マップによって定めるようにする代わりに、上記判断処理を削除してもよい。同様、空気量の指令値ｑｓｊｃを、水温ＴＨＷと進角量Δａｏｐとの２次元マップによって定めるようにする代わりに、上記判断処理を削除してもよい。また、噴射圧ｅｐｒをアルコール濃度Ｃａのテーブルによって算出する代わりに、アルコール濃度Ｃａが第１規定濃度Ｃａｔｈ１以上であるか否かを削除してもよい。

１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…スロットルバルブ、１６…ポート噴射弁、１８…吸気バルブ、２０…シリンダ、２２…ピストン、２４…燃焼室、２８…筒内噴射弁、
３０…点火プラグ、３２…クランク軸、３４…排気バルブ、３６…排気通路、３８…触媒、４０…燃料タンク、４２…高圧燃料ポンプ、５０…クランク角センサ、５２…空燃比センサ、５４…アルコール濃度センサ、５５…アクセルペダル、５６…アクセルセンサ、５８…水温センサ、６０…制御装置、６２…スロットル操作部、７０…基本噴射量算出部、７２…アルコール濃度補正部、７４…アルコール補正部、７６…目標空燃比設定部、７８…偏差算出部、８０…空燃比フィードバック制御部、８２…フィードバック補正部、８４…噴射弁操作部。

Claims (6)

1. 気筒内に供給される燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路に設けられた触媒と、点火プラグとを備えた火花点火式内燃機関を制御対象とし、
   前記火花点火式内燃機関の吸気通路には、スロットルバルブが設けられ、
   前記燃料噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度を取得する取得処理部と、
   前記触媒が未活性であることを条件に前記点火プラグによる点火時期を操作して前記触媒の暖機制御を実行する暖機制御部と、を備え、
   前記暖機制御部は、
   前記アルコール濃度が高い場合に低い場合と比較して前記点火時期を進角側に設定する点火進角処理部と、
   前記スロットルバルブを操作することによって、前記点火進角処理部が設定する前記点火時期の進角量が大きい場合、小さい場合と比較して前記気筒内に充填する空気量を増加させる空気量増加処理部と、を備える火花点火式内燃機関の制御装置。
2. 前記暖機制御の実行中において前記気筒内における混合気の空燃比を目標空燃比に制御するために前記燃料噴射弁から噴射する燃料量を操作する空燃比制御部を備える請求項１記載の火花点火式内燃機関の制御装置。
3. 前記燃料噴射弁は、前記気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁を備え、
   前記空燃比制御部は、前記混合気の空燃比を前記目標空燃比に制御するために前記筒内噴射弁から噴射する燃料量を操作するものであり、
   前記アルコール濃度が高い場合、前記アルコール濃度が低い場合と比較して、前記筒内噴射弁による燃料の噴射開始時期を進角させる噴射進角処理部を備える請求項２記載の火花点火式内燃機関の制御装置。
4. 前記燃料噴射弁は、前記気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁を備え、
   前記空燃比制御部は、前記混合気の空燃比を前記目標空燃比に制御するために前記筒内噴射弁から噴射する燃料量を操作するものであり、
   前記アルコール濃度が所定値以上となる場合、前記筒内噴射弁から噴射する燃料の圧力を上昇させる圧力上昇処理部を備える請求項２または３記載の火花点火式内燃機関の制御装置。
5. 前記点火進角処理部は、前記アルコール濃度が高いほど前記点火時期を連続的にまたは２段階以上で段階的に進角側に設定するものであり、
   前記空気量増加処理部は、前記点火時期が進角側に設定されるほど前記空気量を連続的にまたは２段階以上で段階的に増加させるものである請求項１〜４のいずれか１項に記載の火花点火式内燃機関の制御装置。
6. 前記火花点火式内燃機関は、車両に搭載され、軸トルクを駆動輪に付与するものであり、
   前記暖機制御部は、前記火花点火式内燃機関のアイドル運転時であることを条件に前記触媒の暖機制御を実行する請求項１〜５のいずれか１項に記載の火花点火式内燃機関の制御装置。