JPWO2014006761A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、筒内直接噴射とポート噴射とを併用する内燃機関において、使用燃料における異種燃料の混合割合が大きく変化した場合に生じうる噴射弁間の燃料濃度の相違を早期に解消できるようにすることである。この目的のため、本発明に係る制御装置は、通常は、内燃機関の運転状態に応じて各噴射弁の燃料噴射量を制御するが、使用燃料における異種燃料の混合割合に変化が生じた場合、或いは、そのような変化が生じる可能性がある場合は、一時的に筒内噴射弁とポート噴射弁の双方から燃料が噴射されるように各噴射弁の燃料噴射量を制御する。

Description

本発明は、異種燃料が混合した燃料、例えば、アルコールと炭化水素系燃料が混合した燃料を使用可能な内燃機関であって、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁の双方から混合燃料を噴射することのできる内燃機関のための制御装置に関する。

自動車用の内燃機関として、異種燃料が混合した燃料を使用可能なＦＦＶ用内燃機関が知られている。エタノール等のアルコールとガソリン等の炭化水素系燃料が混合した燃料は、ＦＦＶ用内燃機関で用いられる代表的な混合燃料の１つである。また、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁とを備え、運転状態に応じて両燃料噴射弁による噴射比率を変更することのできるデュアル噴射型内燃機関も知られている。そして、特開２００６−２１４４１５号公報には、それら２種類の内燃機関の両方の特徴を兼ね備えたＦＦＶ用デュアル噴射型内燃機関、つまり、筒内噴射弁とポート噴射弁を備え、両燃料噴射弁から混合燃料（同公報の例ではアルコール混合燃料）を噴射することのできる内燃機関に関する技術が開示されている。

アルコール混合燃料を使用する従来のＦＦＶ用内燃機関では、燃料のアルコール濃度に応じた方法でエンジン制御が行われている。具体的には、燃料のアルコール濃度が高いほど単位体積あたりの発熱量は小さくなることから、燃料のアルコール濃度に応じて燃料噴射量が決められている。燃料噴射量が過剰になればエミッションが増大し、燃料噴射量が不足すればドライバビリティが悪化するためである。また、燃料のアルコール濃度が高いほど燃焼速度は速くなり、その分、排気温度は低くなり易いことから、燃料のアルコール濃度に応じて点火時期が決められている。点火時期の遅角によって排気温度を高くし、それによりエミッションを低減するためである。ただし、点火時期を遅角しすぎるとドライバビリティが悪化してしまうという背反もある。このようなことから、従来のＦＦＶ用内燃機関では、エミッションの低減とドライバビリティの悪化の抑制とが両立するように、燃料のアルコール濃度に応じて燃料噴射量と点火時期とを最適に制御することが行われている。

ところで、市販されているアルコール混合燃料にはアルコール濃度の異なるものが複数種類存在する。このため、車両に給油が行われた場合、現在使用されている燃料とは異なるアルコール濃度の燃料が燃料タンクに足されることも有り得る。その場合、燃料タンク内のアルコール濃度は給油量に応じて変化するが、給油前に既に燃料タンクから吸い上げられた燃料、つまり、燃料供給ライン内の残存燃料については給油前のアルコール濃度がそのまま維持される。その結果、給油後暫くは給油前と同じアルコール濃度の燃料が燃料噴射弁から噴射され、その後、給油によりアルコール濃度が変化した燃料が燃料噴射弁から噴射されることになる。

従来のＦＦＶ用内燃機関では、空燃比フィードバック制御のフィードバック補正量から燃料のアルコール濃度が学習され、学習したアルコール濃度に基づいてエンジン制御が行われている。このため、給油に伴い燃料噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度が変化する場合は、給油前の燃料から給油後の燃料への切り替えが完了するまでの間は、不安定なアルコール濃度に基づいてエンジン制御が行われることになる。よって、従来のＦＦＶ用内燃機関では、燃料噴射弁から噴射される燃料が給油前のものから給油後のものに切り替わる途中においてエミッションの増加やドライバビリティの悪化が起きる可能性がある。

そして、上述の問題は、上記特許文献に記載のようなデュアル噴射型内燃機関において特に顕著なものとなる。デュアル噴射型内燃機関は気筒毎に筒内噴射弁とポート噴射弁を備えているが、各気筒の燃料噴射弁に燃料を分配するための燃料供給ラインは燃料噴射弁とポート噴射弁とで別々に配管されている。しかも、２つの燃料噴射弁の燃料噴射量は同じではなく内燃機関の運転状態に応じて両者の噴射比率は変更される。このため、筒内噴射弁用の燃料供給ラインとポート噴射弁用の燃料供給ラインとでは、内部の燃料が給油前のものから給油後のものに完全に切り替わるまでの時間に違いが生じることになる。その結果、デュアル噴射型内燃機関では、ポート噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度と筒内噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度とが異なる状況が長く続き、その間は内燃機関全体としての噴射燃料のアルコール濃度が安定しないため、筒内噴射弁或いはポート噴射弁のみ備えるシングル噴射型内燃機関に比較してエミッションの増加やドライバビリティの悪化が起きやすくなってしまう。

特開２００６−２１４４１５号公報

上述の課題はアルコール混合燃料を使用するデュアル噴射型内燃機関に限定される課題ではない。異種燃料が混合した燃料であって、給油によって異種燃料の混合割合が大きく変化しうる混合燃料を使用するデュアル噴射型内燃機関の全てに通じる課題である。なお、異種燃料の混合割合とは、例えば、アルコールとガソリンとが混合した燃料であればそれらの混合割合であり、燃料中のアルコール濃度、或いは、燃料中のガソリン濃度として表すこともできる。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、異種燃料が混合した燃料を使用可能なデュアル噴射型内燃機関において、使用燃料における異種燃料の混合割合が大きく変化した場合に生じうる噴射弁間の燃料濃度の相違を早期に解消可能にすることを目的とする。そして、そのような目的のために、本発明は、次のように動作するように構成された内燃機関の制御装置を提供する。

本発明に係る制御装置は、通常は、内燃機関の運転状態に応じて筒内噴射弁の燃料噴射量とポート噴射弁の燃料噴射量とを制御する。より詳しくは、筒内噴射弁の燃料噴射量とポート噴射弁の燃料噴射量との噴射比率を内燃機関の運転状態に応じて決定する。この場合の噴射比率は０：１或いは１：０を含む範囲、より好ましくは、０：１から１：０までの範囲とされる。噴射比率が０：１の場合にはポート噴射弁のみによって燃料噴射が行われ、噴射比率が１：０の場合には筒内噴射弁のみによって燃料噴射が行われる。各噴射形態には内燃機関の運転状態に関連してメリット及びデメリットがある。よって、噴射比率を固定するのではなく内燃機関の運転状態に応じて噴射比率を変化させることで、各噴射形態のメリットを最大限に生かすことができる。

ただし、使用燃料における異種燃料の混合割合の変化が検知された場合、或いは、使用燃料における異種燃料の混合割合の変化の可能性が検知された場合、本発明に係る制御装置は、内燃機関の運転状態に応じて各噴射弁の燃料噴射量を制御するのではなく、筒内噴射弁とポート噴射弁の双方から燃料が噴射されるように各噴射弁の燃料噴射量を制御する。

詳しくは、本発明に係る制御装置は、噴射比率の決定に係るモードを通常モードとは異なる特殊モードに変更する。特殊モードでは、本発明に係る制御装置は、０：１及び１：０を除く範囲で噴射比率を決定する。つまり、本発明に係る制御装置は、ポート噴射弁のみによる燃料噴射も筒内噴射弁のみによる燃料噴射も許容せず、必ず両方の燃料噴射弁に燃料を噴射させる。このように噴射比率を決定することにより、筒内噴射弁につながる燃料供給ラインとポート噴射弁につながる燃料供給ラインの両方において給油前の残存燃料を着実に消費させることができる。これにより、ポート噴射弁から噴射される燃料における異種燃料の混合割合と、筒内噴射弁から噴射される燃料における異種燃料の混合割合とが異なる状況を早期に解消することが可能となる。なお、特殊モードでの噴射比率は０：１及び１：０を除く範囲であれば可変でもよいが、両燃料供給ライン内の残留燃料の消費を促進するために０：１及び１：０を除く所定の比率に固定してもよい。

上記の特殊モードは一定の条件が満たされた場合に終了される。特殊モードの終了後は再び通常モードにて噴射比率が決定される。特殊モードの終了条件の一例としては、特殊モードへの切り替えから一定の時間が経過したことを挙げることができる。好ましくは、ポート噴射弁からの積算燃料噴射量が閾値を超え、且つ、筒内噴射弁からの積算燃料噴射量が閾値を超えたことを特殊モードの終了条件とする。各閾値は同一値でもよいが、各燃料供給ラインの容量に応じた値になっていればより好ましい。

また、より好ましくは、筒内噴射弁から噴射される燃料における異種燃料の混合割合と、ポート噴射弁から噴射される燃料における異種燃料の混合割合とがともに変化して両者がほぼ等しい混合割合になったことが確認されたら特殊モードを終了する。その確認の方法としては、噴射比率を所定割合以上変化させて、そのときの空燃比センサの出力値の変化量を調べればよい。ポート噴射弁から噴射された燃料と筒内噴射弁から噴射された燃料との間で異種燃料の混合割合に差がなくなっていれば、噴射比率を変更した前後において空燃比センサの出力値はあまり変化しない。よって、そのときの空燃比センサの出力値の変化量或いは同出力値に基づき計算されるパラメータの変化量が閾値よりも小さいかどうかによって、ポート噴射弁から噴射された燃料と筒内噴射弁から噴射された燃料との間で異種燃料の混合割合がほぼ等しくなったかどうか確認することができる。

使用燃料における異種燃料の混合割合の変化は、センサによって直接的に検知することができる。例えば、特定の燃料成分に対応する濃度センサが燃料供給系に設けられている場合には、濃度センサの出力値の変化から使用燃料における異種燃料の混合割合の変化を検知することができる。濃度センサを配置する位置としては、燃料ポンプの吐出口から延びる燃料供給ラインが筒内噴射弁に接続されるラインとポート噴射弁に接続されるラインとに分岐する分岐点の手前が好ましい。勿論、燃料タンクの内部に濃度センサを配置してもよい。

なお、異種燃料が混合した燃料が使用される場合、その混合割合には経時的な変化が生じる場合がある。燃料成分ごとに揮発性が異なるため、燃料タンク内で揮発性が高い燃料成分が蒸発し、結果として混合割合に変化が生じるのである。ただし、そのような経時的な変化は極僅かな変化であり、例えば給油によって燃料タンク内の燃料が入れ替わった場合とでは変化の程度は大きく異なる。よって、使用燃料における異種燃料の混合割合の変化を濃度センサによって検知する場合には、経時的な変化とは区別できる閾値が予め定められ、その閾値を超える出力値の変化が検知されることが好ましい。

また、使用燃料における異種燃料の混合割合の変化の可能性は、例えば、燃料タンクへの給油が行われたこと又は行われることのうち少なくとも一方を検知することで間接的に検知することができる。給油が行われた場合、燃料タンク内の残存燃料とは異種燃料の混合割合の異なる燃料が燃料タンク内に入る可能性があるからである。給油が行われたことは、燃料残量センサの出力値の変化から検知することができるし、これから給油が行われることは、給油口の開閉から検知することができる。給油口の開閉を検知するには、給油口にセンサを配置してそのセンサの出力値から検知してもよいし、給油口を開くためのスイッチやレバーの操作を検知してもよい。

また、内燃機関が始動されたこと又は始動されることのうち少なくとも一方を検知することによって、使用燃料における異種燃料の混合割合の変化の可能性を検知してもよい。使用燃料における異種燃料の混合割合が内燃機関の運転中に急激に変化する可能性は極めて低い。そのような可能性があるのは内燃機関の停止中に給油が行われた場合であり、その影響が現れるのは内燃機関の始動時である。よって、内燃機関が始動されたこと又は始動されることのうち少なくとも一方を検知し、それをもって使用燃料における異種燃料の混合割合の変化の可能性があると判断することにより、混合燃料の給油が内燃機関の運転に与える影響をより緩和することができる。内燃機関が始動されたこと又は始動されることは、内燃機関の始動制御に用いられる始動要求信号を確認することにより、或いは、始動判定の判定結果を確認することにより検知することができる。

燃料供給系に濃度センサが設けられているのであれば、濃度センサの出力値から推定される異種燃料の混合割合に基づいて点火時期制御及び燃料噴射量制御を行うことができる。

また、噴射された燃料における異種燃料の混合割合は空燃比フィードバック制御にかかるフィードバック補正量から算出することが可能であるから、フィードバック補正量から算出された異種燃料の混合割合に基づいて点火時期及び燃料噴射量の決定を行うことも可能である。しかし、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを併用するデュアル噴射型内燃機関においては、給油により使用燃料における異種燃料の混合割合に変化があった場合、噴射される燃料が給油前の残存燃料から給油後の燃料に完全に切り替わるまでは、フィードバック補正量からは正確な異種燃料の混合割合を得ることはできない。よって、燃料供給系に濃度センサが設けられているのであれば、濃度センサの出力値に変化があった場合は、濃度センサの出力値から推定される異種燃料の混合割合の範囲に基づいて点火時期及び燃料噴射量を決定することが好ましい。

本発明に係る制御装置が用いられる内燃機関の燃料供給系の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態において実行されるエンジン制御のルーチンを示すフローチャートである。

本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本実施の形態において本発明に係る制御装置が適用される内燃機関（以下、エンジン）の燃料供給系の構成を示す図である。本実施の形態に係るエンジン２は、左右のバンク４Ｌ，４Ｒに３気筒ずつ備えるＶ型６気筒エンジンであり、また、アルコール（ここではエタノール）と炭化水素系燃料（ここではガソリン）とが混合した燃料を使用可能なＦＦＶ用エンジンであり、さらに、ポート噴射と筒内直接噴射を併用するデュアル噴射型エンジンでもある。

エンジン２の各気筒には、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁２８Ｌ，２８Ｒが備えられている。左バンク４Ｌの３つの気筒のポート噴射弁２８Ｌは低圧デリバリーパイプ２４Ｌに接続され、右バンク４Ｒの３つの気筒のポート噴射弁２８Ｒは低圧デリバリーパイプ２４Ｒに接続されている。左右の低圧デリバリーパイプ２４Ｌ，２４Ｒは共に低圧燃料パイプ２２に接続されている。また、各低圧デリバリーパイプ２４Ｌ，２４Ｒには、燃料の圧力脈動を抑えるためのパルセーションダンパ２６Ｌ，２６Ｒが取り付けられている。

低圧燃料パイプ２２はフィードポンプ（低圧燃料ポンプ）１２の吐出口に接続されている。フィードポンプ１２は、燃料であるエタノール混合ガソリンが貯留された燃料タンク１０の内部に配置されている。低圧燃料パイプ２２には、燃料のエタノール濃度を計測するためのエタノール濃度センサ２０が取り付けられている。さらに、低圧燃料パイプ２２には、フィルタ１８とプレッシャレギュレータ１６が設けられている。プレッシャレギュレータ１６は低圧燃料パイプ２２内の燃料圧力が所定圧（例えば４００ｋＰａ）を超えたときに開き、低圧燃料パイプ２２内の燃料を燃料タンク１０に戻すことによって、低圧燃料パイプ２２内の燃料圧力を所定圧以下に抑えている。

また、エンジン２の各気筒には、気筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁４０Ｌ，４０Ｒが備えられている。左バンク４Ｌの３つの気筒の筒内噴射弁４０Ｌは高圧デリバリーパイプ３６Ｌに接続され、右バンク４Ｒの３つの気筒の筒内噴射弁４０Ｒは高圧デリバリーパイプ３６Ｒに接続されている。２つの高圧デリバリーパイプ３６Ｌ，３６Ｒは連結パイプ３８によって連結され、その片方の高圧デリバリーパイプ３６Ｒが高圧燃料パイプ３４に接続されている。また、一方の高圧デリバリーパイプ３６Ｒには燃圧センサ７４が取り付けられ、他方の高圧デリバリーパイプ３６Ｌにはリリーフ弁４２が取り付けられている。リリーフ弁４２は高圧デリバリーパイプ３６Ｌ，３６Ｒ内の燃料圧力が所定圧（例えば１５．３ＭＰａ）を超えたときに開き、高圧デリバリーパイプ３６Ｌ，３６Ｒ内の燃料をリターンパイプ４４を介して燃料タンク１０に戻すことによって、高圧デリバリーパイプ３６Ｌ，３６Ｒ内の燃料圧力を所定圧以下に抑えている。

高圧燃料パイプ３４は高圧燃料ポンプ５０の吐出口に接続されている。前記の低圧燃料パイプ２２はエタノール濃度センサ２０の搭載位置の下流で分岐し、その分岐した低圧燃料パイプ３０と高圧燃料パイプ３４とを高圧燃料ポンプ５０が接続している。高圧燃料ポンプ５０は、カム５８によって駆動されることにより低圧燃料パイプ３０からの燃料の吸入、燃料の加圧、及び、高圧燃料パイプ３４への燃料の吐出を行うプランジャ５２と、プランジャ５２に吸入される燃料の量を調整する電磁スピル弁５４と、プランジャ５２から吐出される燃料の圧力が所定圧（例えば６０ｋＰａ）を超えるときに開弁するチェック弁５６とを備えている。また、高圧燃料ポンプ５０に接続される低圧燃料パイプ３０には、燃料の圧力脈動を抑えるためのパルセーションダンパ３２が取り付けられている。

以上のように構成されたエンジン２の燃料供給系において、ポート噴射弁２８Ｌ，２８Ｒはエンジンコントロールコンピュータ７０によって直接駆動される。一方、筒内噴射弁４０Ｌ，４０Ｒと電磁スピル弁５４はエンジンコントロールコンピュータ７０によりドライバ回路７２を介して駆動される。エンジンコントロールコンピュータ７０には、燃圧センサ７４やエタノール濃度センサ２０等の各種のセンサから、エンジン２の運転状態に関する様々な情報が入力される。エンジンコントロールコンピュータ７０は、それらセンサ情報や予めメモリに格納されている設定値情報等に基づいて、ＲＯＭ内に格納された制御プログラムに従い、ポート噴射弁２８Ｌ，２８Ｒ、筒内噴射弁４０Ｌ，４０Ｒ及び電磁スピル弁５４を含む各種のアクチュエータを操作する。

本実施の形態においてエンジンコントロールコンピュータ７０により実行されるエンジン２の制御には、ポート噴射弁２８Ｌ，２８Ｒ及び筒内噴射弁４０Ｌ，４０Ｒを操作して行う燃料噴射制御が含まれる。この燃料噴射制御では、ポート噴射と筒内直接噴射との噴射比率が制御される。エンジンコントロールコンピュータ７０は、通常は、エンジン２の運転状態に応じて、具体的には、エンジン回転数、負荷、水温などエンジン２の運転状態を示す各種の物理量の値に応じて噴射比率を決定する。具体例を挙げると、温間時は、アイドル状態では筒内直接噴射のみが行われ、部分負荷では負荷に応じて噴射比率が変更され、ＷＯＴでは筒内直接噴射のみが行われる。冷間時は、アイドル状態ではポート噴射のみが行われ、部分負荷では負荷に応じて噴射比率が変更され、触媒の急速暖機が要求される場合は所定の噴射比率で噴き分けが行われる。一方、極低温では、負荷によらずポート噴射のみが行われる。前記各種物理量と噴射比率との関係はマップにおいて定義されており、エンジンコントロールコンピュータ７０はそのマップを参照して噴射比率を決定する。

ただし、車両に対して給油が行われ、その結果、燃料タンク１０内の燃料のエタノール濃度が変化した場合には、エンジンコントロールコンピュータ７０は通常とは異なる設定に噴射比率を変更する。つまり、噴射比率の設定モードを通常モードから特殊モードに変更する。また、エンジンコントロールコンピュータ７０は、通常は、排気通路に配置された空燃比センサの出力値に基づいて空燃比フィードバック制御を行うとともに、フィードバック補正量から燃料のエタノール濃度を算出している。そして、フィードバック補正量から得られたエタノール濃度に基づいて点火時期を決定し、また、同エタノール濃度に基づいて各燃料噴射弁４０Ｌ，４０Ｒ，２８Ｌ，２８Ｒによる燃料噴射量を決定している。しかし、給油により燃料タンク１０内の燃料のエタノール濃度が変化した場合には、エンジンコントロールコンピュータ７０は点火時期や燃料噴射量の決定方法についても通常とは異なる方法に変更する。以下、本実施の形態においてエンジンコントロールコンピュータ７０が実行するエンジン制御の詳細について図２を用いて説明する。

図２は、本実施の形態においてエンジンコントロールコンピュータ７０により実行されるエンジン制御のルーチンを示すフローチャートである。最初のステップＳ２では、エンジンコントロールコンピュータ７０は、給油により燃料タンク１０内の燃料のエタノール濃度が変化したかどうか判定する。給油が行われていない場合や、給油が行われた場合であって燃料タンク１０内の燃料と同エタノール濃度の燃料が給油された場合には、ステップＳ２の判定結果は否定となる。その場合、エンジンコントロールコンピュータ７０による処理はステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、エンジンコントロールコンピュータ７０は、ポート噴射と筒内直接噴射との噴射比率を通常の噴射比率、すなわち、エンジン２の運転状態に応じた噴射比率に設定する。また、点火時期をフィードバック補正量から算出したエタノール濃度に応じて設定し、同エタノール濃度に基づいて燃料噴射量を決定する。

ステップＳ２における判定は、エタノール濃度センサ２０の出力値の変化に基づいて行われる。燃料タンク１０内の燃料とはエタノール濃度の異なる燃料が給油されると、燃料タンク１０内の燃料のエタノール濃度は大きく変化する。エンジンコントロールコンピュータ７０はその変化をエタノール濃度センサ２０の出力値の変化から検知する。つまり、エンジンコントロールコンピュータ７０は、エタノール濃度センサ２０の出力値の変化を使用燃料のエタノール濃度の変化、つまり、使用燃料における異種燃料の混合割合の変化として検知する。ただし、燃料タンク１０内の燃料のエタノール濃度には経時的な変化が生じる場合がある。燃料タンク１０内では揮発性が高い燃料成分が蒸発するため、結果としてエタノールとガソリンとの混合割合に変化が生じるからである。ステップＳ２における判定では、このような経時的な変化とは区別するため、エタノール濃度センサ２０の出力値の変化量が閾値を超えた場合に限り、給油により使用燃料のエタノール濃度が変化したと判断するようになっている。この場合、エンジンコントロールコンピュータ７０による処理はステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、エンジンコントロールコンピュータ７０は、筒内直接噴射（ＤＩ）とポート噴射（ＰＦＩ）との噴射比率を０．５：０．５に固定する。固定された噴射比率はエンジン回転数や負荷が変化した場合でも変更されない。よって、通常であれば、温間時のアイドル運転ではポート噴射と筒内直接噴射との噴射比率は０：１とされるが、本ステップの処理によれば、ポート噴射弁２８Ｌ，２８Ｒからも必ず燃料が噴射される。また、通常であれば、極低温ではポート噴射と筒内直接噴射との噴射比率は１：０とされるが、本ステップの処理によれば、筒内噴射弁４０Ｌ，４０Ｒからも必ず燃料が噴射される。つまり、本ステップの処理が実行されることにより、エンジン２の運転状態によらず両燃料噴射弁４０Ｌ，４０Ｒ，２８Ｌ，２８Ｒから必ず燃料が噴射される。これにより、筒内噴射弁側とポート噴射弁側の両方の燃料供給ラインにおいて燃料が消費され、給油前の残存燃料から給油によりエタノール濃度が変化した燃料へと各燃料供給ライン内の燃料が入れ替えられていく。

ところで、給油前の残存燃料から給油によりエタノール濃度が変化した燃料へと各燃料供給ライン内の燃料が入れ替わっている途中では、両燃料噴射弁から噴射される燃料のエタノール濃度も変化していく。このため、フィードバック補正量からは正確なエタノール濃度を得ることはできない。さらに、フィードバック補正量から算出されるエタノール濃度は両燃料噴射弁から噴射された燃料の全体としてのエタノール濃度であって、筒内直接噴射による燃料とポート噴射による燃料のそれぞれにおけるエタノール濃度を個別に算出することはできない。このため、フィードバック補正量から算出されたエタノール濃度を用いて点火時期や燃料噴射量を決定したのでは燃焼を悪化させてしまうおそれがある。

このため、ステップＳ４では、エンジンコントロールコンピュータ７０は、エタノール濃度センサ２０の出力値から燃料のエタノール濃度を推定する。そして、エタノール濃度センサ２０の出力値から推定されるエタノール濃度と、給油前の残存燃料のアルコール濃度とを用いて、両燃料噴射弁から噴射される燃料のエタノール濃度の範囲を予想する。そして、予想したエタノール濃度範囲内で最も高いエタノール濃度を基準にして燃料噴射量を決定するとともに、過進角によるノックを防止すべく、同エタノール濃度を基準にしてベース点火時期を決定する。ただし、冷間時の触媒暖機が要求されている状況では、過遅角による燃焼の悪化を防止すべく、予想したエタノール濃度範囲内で最も低いエタノール濃度を基準にして点火時期の遅角量を決定する。つまり、エンジンコントロールコンピュータ７０は、給油により使用燃料のエタノール濃度に変化が生じた場合には、空燃比フィードバック制御に係るフィードバック補正量から算出されるエタノール濃度ではなく、エタノール濃度センサ２０の出力値から推定されるエタノール濃度に基づいて燃料噴射量及び点火時期を決定する。

次のステップＳ６では、エンジンコントロールコンピュータ７０は、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が活性化しているかどうか判定する。その判定は、例えば、エンジン水温、始動後における吸入空気量の積算値、始動後における述べ燃料噴射回数等に基づいて行われる。エンジンコントロールコンピュータ７０は、空燃比センサが活性化したことが確認できた場合、次のステップＳ８において、空燃比センサの出力値に基づき算出される空燃比補正量（Ａ／Ｆ補正量）が所定範囲内に入っているかどうか判定する。所定範囲は、例えば、エタノール濃度センサ２０の出力値から推定されるエタノール濃度に基づいて決定することができる。そして、空燃比補正量が所定範囲内に入っていることが確認できた場合、エンジンコントロールコンピュータ７０による処理はステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、エンジンコントロールコンピュータ７０は、ポート噴射と筒内直接噴射との噴射比率を１：０に変更する。つまり、筒内噴射弁４０Ｌ，４０Ｒによる燃料噴射を停止して、ポート噴射弁２８Ｌ，２８Ｒによる燃料噴射のみを実行する。

次のステップＳ１２では、エンジンコントロールコンピュータ７０は、噴射比率の変更に伴う空燃比補正量の変化量が所定値よりも小さいかどうか判定する。この判定で用いられる所定値は、噴射比率の変更前の空燃比補正量と変更後の空燃比補正量とが同等であるとみなせる程度に十分に小さい値とされる。噴射比率の変更前の空燃比補正量は、筒内直接噴射による燃料とポート噴射による燃料とを合わせた噴射燃料全体としてのエタノール濃度に対応している。一方、噴射比率の変更後の空燃比補正量は、ポート噴射による燃料のエタノール濃度のみに対応している。よって、噴射比率の変更の前後において空燃比補正量が異なることは、筒内直接噴射による燃料とポート噴射による燃料との間でエタノール濃度に差があることを意味する。さらにこれは、筒内噴射弁側とポート噴射弁側のどちらかの燃料供給ラインにおいて燃料の入れ替えが完全には完了していないことを意味する。

よって、ステップＳ１２の判定の結果、空燃比補正量の変化量が所定値よりも小さくなっていない場合、エンジンコントロールコンピュータ７０による処理は再びステップＳ４に戻る。そして、ポート噴射と筒内直接噴射との噴射比率は再び０．５：０．５に変更されて固定される。これにより、再び筒内噴射弁側とポート噴射弁側の両方の燃料供給ラインにおいて燃料が消費されるようになり、燃料の入れ替えが完了していなかった燃料供給ラインでも燃料の入れ替えが促進される。エンジンコントロールコンピュータ７０は、ステップＳ１２の判定の結果が肯定になるまで、ステップＳ４からステップＳ１２までの処理を繰り返し実行する。

ステップＳ１２の判定の結果が肯定になることは、筒内直接噴射による燃料とポート噴射による燃料との間でアルコール濃度に差がなくなったことを意味する。さらにこれは、筒内噴射弁側とポート噴射弁側の両方の燃料供給ラインにおいて、燃料の入れ替えが完了したことを意味する。よって、この場合、エンジンコントロールコンピュータ７０による処理はステップＳ１４に進む。そして、ポート噴射と筒内直接噴射との噴射比率は通常の噴射比率、すなわち、エンジン２の運転状態に応じた噴射比率に変更される。また、点火時期及び燃料噴射量の設定は、フィードバック補正量から算出したエタノール濃度に応じた設定に変更される。

以上説明した各ステップで構成されるルーチンをエンジンコントロールコンピュータ７０が実行することにより、給油により燃料タンク１０内の燃料のエタノール濃度が変化した場合において、ポート噴射弁２８Ｌ，２８Ｒから噴射される燃料のエタノール濃度と筒内噴射弁４０Ｌ，４０Ｒから噴射される燃料のエタノール濃度とが異なる状況を早期に解消することができる。これにより、点火時期や燃料噴射量の制御精度の低下に伴うエミッション性能やドライバビリティの悪化を抑えることができる。

ところで、ポート噴射による燃料のエタノール濃度と筒内直接噴射による燃料のエタノール濃度との相違による問題を解決する別の方法としては、最初にポート噴射のみを所定期間行い、次に、ポート噴射を停止して筒内直接噴射のみを所定期間行うことが考えられる。つまり、ポート噴射と筒内直接噴射との噴射比率を０：１と１：０との間で切り替えることが考えられる。しかし、この方法では噴射形態が切り替わる際にエタノール濃度の急変によってショックが発生する可能性があり、また、空燃比の変動によってエミッション性能が悪化する可能性もある。

これに対し、本実施の形態に係るエンジン制御によれば、給油により燃料タンク１０内の燃料のエタノール濃度が変化した場合、噴射比率はエンジン２の運転状態によらず０.５：０．５に固定されるので、筒内噴射弁側とポート噴射弁側の両方の燃料供給ラインにおいて燃料の入れ替えを進めつつ、噴射燃料のエタノール濃度が運転状態によって急激に変化することを避けることができる。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上述の実施の形態では、空燃比フィードバック制御にかかるフィードバック補正量から算出したエタノール濃度を利用できない場合に限り、その代替手段として、エタノール濃度センサの出力値から推定されるエタノール濃度を点火時期及び燃料噴射量の決定に使用している。しかし、本発明が適用される制御装置においては、フィードバック補正量から算出したエタノール濃度を用いることなく、常に、エタノール濃度センサの出力値から推定されるエタノール濃度に基づいて点火時期及び燃料噴射量を決定しても良い。

また、上述の実施の形態ではエタノール濃度センサの出力値の変化から燃料のエタノール濃度の変化を検知している。しかし、給油行為自体を燃料のエタノール濃度の変化の可能性を示すサインとして検知してもよい。つまり、燃料残量センサなどによって給油が検知されたら、燃料のエタノール濃度が変化した可能性があるとして、ポート噴射と筒内直接噴射との噴射比率を一定比率に固定するようにしてもよい。さらには、内燃機関の始動行為を燃料のエタノール濃度の変化の可能性を示すサインとして検知してもよい。給油が行われるのは主に内燃機関の停止時であり、給油の影響が現れるのは内燃機関の始動時だからである。

また、上述の実施の形態では、噴射比率を一定比率に固定した後、筒内直接噴射による燃料とポート噴射による燃料との間でエタノール濃度に差がなくなったことを確認してから通常制御に戻している。しかし、噴射比率を一定比率に固定してから一定時間が経過した時点で通常制御に戻すようにしてもよい。或いは、各燃料噴射弁から噴射される燃料の積算値が一定値に達した時点で通常制御に戻すようにしてもよい。

また、上述の実施の形態ではエタノール濃度センサを低圧燃料パイプの分岐点の手前に配置するとしている。しかし、エタノール濃度センサは給油による燃料タンク内の燃料のエタノール濃度の変化を各燃料噴射弁からの噴射前に検知できる位置にあればよい。よって、エタノール濃度センサはフィードポンプと一体化して燃料タンクの中に設けられていてもよいし、給油口に設けられていてもよい。

また、上述のルーチンのステップＳ４において固定するポート噴射と筒内直接噴射との噴射比率は必ずしも０.５：０.５でなくてよい。例えば、噴射比率は０．４：０．６でもよいし０．６：０．４でもよい。さらには、噴射比率を一定比率に固定するのではなく、０：１と１：０とを除く範囲で噴射比率を変化させてもよい。つまり、必ず両方の噴射弁に燃料を噴射させるようになっていれば、噴射比率をエンジン２の運転状態に応じて変化させてもよい。噴射燃料のエタノール濃度が運転状態によって急激に変化することを避けるためには、上述の実施の形態のように噴射比率は一定比率に固定されていることが好ましい。しかし、少なくとも両方の噴射弁による燃料噴射が行われていれば、筒内噴射弁につながる燃料供給ラインとポート噴射弁につながる燃料供給ラインの両方において給油前の残留燃料を着実に消費させ、両燃料供給ラインにおいて燃料の入れ替えを進めることができる。

さらに、上述のルーチンのステップＳ１０において変更するポート噴射と筒内直接噴射との噴射比率は必ずしも１：０でなくてよい。例えば、筒内直接噴射のみを行うように噴射比率を０：１に変更してもよい。さらには、固定時の噴射比率から所定割合以上変化させることができるならば、１：０や０：１以外の噴射比率に変更してもよい。

２ エンジン
４Ｌ 左バンク
４Ｒ 右バンク
１０ 燃料タンク
１２ フィードポンプ
２０ エタノール濃度センサ
２２ 低圧燃料パイプ
２４Ｌ，２４Ｒ 低圧デリバリーパイプ
２８Ｌ，２８Ｒ ポート噴射弁
３４ 高圧燃料パイプ
３６Ｌ，３６Ｒ 高圧デリバリーパイプ
４０Ｌ，４０Ｒ 筒内噴射弁
５０ 高圧燃料ポンプ
７０ エンジンコントロールコンピュータ

Claims (11)

1. 燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射弁と燃料を吸気ポートに噴射するポート噴射弁とを備え、異種燃料が混合した燃料を使用可能な内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の運転状態に応じて前記筒内噴射弁の燃料噴射量と前記ポート噴射弁の燃料噴射量とを制御する噴射制御手段と、
   使用燃料における異種燃料の混合割合の変化又は変化の可能性のうち少なくとも一方を検知する検知手段と、を備え、
   前記噴射制御手段は、前記検知手段によって使用燃料における異種燃料の混合割合の変化又は変化の可能性が検知された場合には、前記筒内噴射弁と前記ポート噴射弁の双方から燃料が噴射されるように、前記筒内噴射弁の燃料噴射量と前記ポート噴射弁の燃料噴射量とを制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記検知手段は、特定の燃料成分に対応する濃度センサの出力値の変化から使用燃料における異種燃料の混合割合の変化を検知す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. 前記検知手段は、燃料タンクへの給油が行われたこと又は行われることのうち少なくとも一方を使用燃料における燃料成分の濃度の変化の可能性として検知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. 前記検知手段は、前記内燃機関が始動されたこと又は始動されることのうち少なくとも一方を使用燃料における異種燃料の混合割合の変化の可能性として検知することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記濃度センサは、燃料ポンプの吐出口から延びる燃料供給ラインが前記筒内噴射弁に接続される第１の燃料供給ラインと前記ポート噴射弁に接続される第２の燃料供給ラインとに分岐する分岐点の手前に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記濃度センサは、燃料タンクの内部において燃料ポンプと一体化されて配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
7. 燃料供給系に設けられた濃度センサの出力値から推定される異種燃料の混合割合に基づいて点火時期及び燃料噴射量を決定する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記検知手段によって使用燃料における異種燃料の混合割合の変化又は変化の可能性が検知されていない通常時は、空燃比フィードバック制御にかかるフィードバック補正量から算出した異種燃料の混合割合に基づいて点火時期及び燃料噴射量を決定し、前記検知手段によって使用燃料における異種燃料の混合割合の変化又は変化の可能性のうち少なくとも一方が検知された場合には、濃度センサの出力値から推定される異種燃料の混合割合の範囲に基づいて点火時期及び燃料噴射量を決定する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記噴射制御手段は、前記検知手段によって使用燃料における異種燃料の混合割合の変化又は変化の可能性のうち少なくとも一方が検知された後、前記筒内噴射弁から噴射される燃料における異種燃料の混合割合と前記ポート噴射弁から噴射される燃料における異種燃料の混合割合とがともに変化してほぼ等しい混合割合になったことが確認されたら、前記筒内噴射弁の燃料噴射量と前記ポート噴射弁の燃料噴射量とを前記内燃機関の運転状態に応じた比率に制御することを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記噴射制御手段は、前記筒内噴射弁の燃料噴射量と前記ポート噴射弁の燃料噴射量との比率を所定割合以上変化させたときの空燃比センサの出力値の変化量或いは同出力値に基づき計算されるパラメータの変化量が閾値よりも小さいかどうかにより、前記筒内噴射弁から噴射される燃料における異種燃料の混合割合と前記ポート噴射弁から噴射される燃料における異種燃料の混合割合とがほほ等しくなったことを確認することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記燃料はアルコールと炭化水素系燃料とが混合した燃料であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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