WO2023276245A1 - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関制御装置は、閉弁時間算出部と、複数の閉弁遅れ時間を燃料圧力で正規化して閉弁遅れ時間の差分を算出する閉弁遅れ時間差分算出部と、閉弁遅れ時間の差分と、燃料に含まれる合成燃料の合成燃料含有率との関係を示す特性データに基づいて、燃料タンクに収容される燃料の合成燃料含有率を算出する含有率算出部と、合成燃料含有率に基づいて、燃焼室から排出される排気ガスの排気温度が閾値温度以上となるように内燃機関を制御する燃焼制御部と、を備える。

Description

内燃機関制御装置

　本発明は、内燃機関制御装置に関する。

　従来、アルコール（エタノール）燃料が混合されたガソリンを内燃機関で燃焼させる技術が知られている。

　特許文献１には、アルコール燃料が混合されたガソリンを噴射する燃料噴射制御装置に関する技術が開示されている。この特許文献１には、「分割した燃料噴射期間のうちの初期の燃料噴射期間の燃料噴射量を、アルコール濃度センサが検出したアルコール濃度が高くなるに従って多くし、分割した期間の内の後期の燃料噴射期間の燃料噴射量を、アルコール濃度センサが検出したアルコール濃度が高くなるに従って少なくして、燃料噴射弁が噴射する混合燃料の噴射量を制御する」と記載されている。

特開２０１５－７５０２３号公報

　近年では、再生可能エネルギーを用いて、二酸化炭素と合成することによりアルコール燃料に代替する新たな合成燃料を得ることが可能となってきた。このため、合成燃料をガソリンに混合して内燃機関で燃焼させる技術が要望されるようになった。

　ところで、合成燃料の組成は、ガソリンの組成とは異なる。このため、合成燃料が混合されたガソリンを燃焼する内燃機関では、合成燃料の燃焼時に有害成分（例えば、ホルムアルデヒド成分）が発生することが懸念されていた。そして、特許文献１に記載された技術では、合成燃料を燃焼する際に発生し得る有害成分を低減しにくいという課題があった。このため、適切な制御で内燃機関が合成燃料を燃焼できなければ、特有の有害成分（ホルムアルデヒド成分、アセトアルデヒド成分等）が発生することがあった。

　本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、合成燃料が含まれる燃料の燃焼に伴う有害成分の発生を抑制するように内燃機関を制御することを目的とする。

　本発明に係る内燃機関制御装置は、燃焼室に供給される燃料の燃料温度を推定する燃料温度推定部と、燃料噴射装置が燃料を噴射する燃料圧力を取得する燃料圧力取得部と、燃料温度が指定温度に達した時点で燃料噴射装置が閉弁したことを検出し、燃料噴射装置の閉弁時間を算出する閉弁時間算出部と、異なる複数の指定温度で算出された複数の閉弁時間に基づいて、複数の指定温度ごとに、開弁状態の燃料噴射装置が閉弁開始後、閉弁完了までにかかる閉弁遅れ時間を算出し、複数の指定温度ごとに算出した複数の閉弁遅れ時間を燃料圧力で正規化して閉弁遅れ時間の差分を算出する閉弁遅れ時間差分算出部と、閉弁遅れ時間の差分と、燃料に含まれる合成燃料の合成燃料含有率との関係を示す特性データに基づいて、燃料収容部に収容される燃料の合成燃料含有率を算出する含有率算出部と、合成燃料含有率に基づいて、燃焼室から排出される排気ガスの排気温度が閾値温度以上となるように内燃機関を制御する燃焼制御部と、を備える。

　本発明によれば、合成燃料含有率に基づいて、排気温度が閾値温度以上となるように内燃機関が制御されるので、合成燃料が含まれる燃料の燃焼時に有害成分の発生を抑制することが可能となる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射制御装置を搭載する内燃機関システムの全体構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射装置の内部構成例を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射制御装置の駆動回路及びＥＣＵの詳細な構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る駆動指令パルス、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心の変位を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係るＥＣＵ及び燃料噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る合成燃料含有率を基に決定される内燃機関の制御方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る合成燃料含有率の推定方法の例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る合成燃料含有率と閉弁遅れ時間の差分との関係を示す特性データの例である。 本発明の第１の実施形態に係るガソリンに含まれるアルコール燃料と合成燃料の含有率を推定する方法を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る空燃比に対する酸素濃度の関係を示す図である。 図９のステップＳ３７に示した連立方程式の計算処理の例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るＥＣＵ及び燃料噴射制御装置の機能構成例を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る燃料レベルセンサが出力したタンク内燃料レベルの時系列データの例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るタンク内燃料レベルの増加時にアルコール燃料と合成燃料の含有率を推定する方法を示すフローチャートである。

　以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

［第１の実施形態］
　以下、本発明の第１の実施形態に係る燃料噴射制御装置について説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。

［内燃機関システム］
　まず、本実施形態に係る燃料噴射制御装置を搭載する内燃機関システムの構成例について説明する。
　図１は、本実施形態に係る燃料噴射制御装置を搭載する内燃機関システムの全体構成図である。

　図１に示す内燃機関（エンジン）１０１は、吸入行程、圧縮行程、燃焼（膨張）行程、排気行程の４行程を繰り返す４サイクルエンジンであり、例えば、４つの気筒（シリンダ）を備えた多気筒エンジンである。なお、内燃機関１０１が有する気筒の数は、４つに限定されるものではなく、６つ又は８つ以上の気筒を有していてもよい。

　内燃機関１０１は、ピストン１０２、吸気弁１０３、排気弁１０４を備えている。内燃機関１０１への吸気（吸入空気）は、流入する空気の量を検出する空気流量計（ＡＦＭ：Air Flow Meter）１２０を通過して、スロットル弁１１９により流量が調整される。スロットル弁１１９を通過した空気は、分岐部であるコレクタ１１５に吸入され、その後、各気筒（シリンダ）に対して設けられた吸気管１１０、吸気弁１０３を介して、各気筒の燃焼室１２１に供給される。

　一方、燃料は、燃料タンク１２３から低圧燃料ポンプ１２４によって高圧燃料ポンプ１２５へ供給され、高圧燃料ポンプ１２５によって燃料噴射に必要な圧力に高められる。すなわち、高圧燃料ポンプ１２５は、排気カム１２８の排気カム軸（不図示）から伝達される動力により、高圧燃料ポンプ１２５内に設けられたプランジャーを上下に可動し、高圧燃料ポンプ１２５内の燃料を加圧（昇圧）する。

　高圧燃料ポンプ１２５の吸入口には、ソレノイドにより駆動する開閉バルブが設けられており、ソレノイドは、エンジン制御装置の一例であるＥＣＵ（Engine Control Unit）１０９内に設けられた燃料噴射装置２００の制御装置（以下、「燃料噴射制御装置１２７」と称する）に接続されている。燃料噴射装置（燃料噴射装置２００）は、燃料を燃焼室（燃焼室１２１）に直接噴射する直噴型燃料噴射装置である。

　燃料噴射制御装置１２７は、ＥＣＵ１０９からの制御指令に基づいて、ソレノイドを制御し、高圧燃料ポンプ１２５から吐出する燃料の圧力（燃料圧力）が所望の圧力になるように開閉バルブを駆動する。

　高圧燃料ポンプ１２５によって昇圧された燃料は、高圧燃料配管１２９を介して燃料噴射装置２００へ送られる。燃料噴射装置２００は、燃料噴射制御装置１２７の指令に基づいて、燃料を燃焼室１２１へ直接噴射する。この燃料噴射装置２００は、後述するコイル２０８に駆動電流が供給（通電）されることにより、弁体２０１を動作させて、燃料噴射を行う。

　また、内燃機関１０１には、高圧燃料配管１２９内の燃料圧力を計測する燃料圧力センサ１２６が設けられている。ＥＣＵ１０９は、燃料圧力センサ１２６による計測結果に基づいて、高圧燃料配管１２９内の燃料圧力を所望の圧力にするための制御指令を燃料噴射制御装置１２７へ送る。すなわち、ＥＣＵ１０９は、所謂フィードバック制御を行って、高圧燃料配管１２９内の燃料圧力を所望の圧力にする。

　さらに、内燃機関１０１の各燃焼室１２１には、点火プラグ１０６と、点火コイル１０７と、水温センサ１０８が設けられている。点火プラグ１０６は、燃焼室１２１内に電極部を露出させ、燃焼室１２１内で吸入空気と燃料が混ざった混合気を放電によって引火する。点火コイル１０７は、点火プラグ１０６で放電するための高電圧を作り出す。水温センサ１０８は、内燃機関１０１の気筒を冷却する冷却水の温度を測定する。

　ＥＣＵ１０９は、点火コイル１０７の通電制御と、点火プラグ１０６による点火制御を行う。燃焼室１２１内で吸入空気と燃料が混ざった混合気は、点火プラグ１０６から放たれる火花により燃焼し、この圧力によりピストン１０２が押し下げられる。

　燃焼により生じた排気ガスは、排気弁１０４を介して排気管１１１に排出される。排気管１１１には、三元触媒１１２と、酸素センサ１１３が設けられている。三元触媒１１２は、排気ガス中に含まれる、例えば、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質を浄化する。酸素センサ１１３は、排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出し、その検出結果をＥＣＵ１０９に出力する。ＥＣＵ１０９は、酸素センサ１１３の検出結果に基づいて、燃料噴射装置２００から供給される燃料噴射量が目標空燃比となるように、フィードバック制御を行う。

　また、ピストン１０２には、クランクシャフト１３１がコンロッド１３２介して接続されている。そして、ピストン１０２の往復運動がクランクシャフト１３１により回転運動に変換される。そして、クランクシャフト１３１には、クランク角度センサ１１６が取り付けられている。クランク角度センサ１１６は、クランクシャフト１３１の回転と位相を検出し、その検出結果をＥＣＵ１０９に出力する。ＥＣＵ１０９は、クランク角度センサ１１６の出力に基づいて、内燃機関１０１の回転速度を検出することができる。

　ＥＣＵ１０９には、クランク角度センサ１１６、空気流量計１２０、酸素センサ１１３、ドライバーが操作するアクセルの開度を示すアクセル開度センサ１２２、燃料圧力センサ１２６等から供給される信号が入力される。

　ＥＣＵ１０９は、アクセル開度センサ１２２から供給された信号に基づいて、内燃機関１０１の要求トルクを算出するとともに、アイドル状態であるか否かの判定等を行う。また、ＥＣＵ１０９は、要求トルクなどから、内燃機関１０１に必要な吸入空気量を算出して、それに見合った開度信号をスロットル弁１１９に出力する。

　また、ＥＣＵ１０９は、クランク角度センサ１１６から供給された信号に基づいて、内燃機関１０１の回転速度(以下、「エンジン回転数」という)を演算する回転数検出部（不図示）を有する。さらに、ＥＣＵ１０９は、水温センサ１０８から得られる冷却水の温度と、内燃機関１０１の始動後の経過時間等から三元触媒１１２が暖機された状態であるか否かを判断する暖機判断部（不図示）を有する。

　燃料タンク１２３の内部には、燃料レベルセンサ９９が設けられている。この燃料レベルセンサ９９は、燃料タンク１２３内の燃料残量を検出するためのものであって、例えば電気式のものが使用されている。この電気式の燃料レベルセンサ９９は、燃料タンク１２３内に配置されたフロート（浮き子）９９ａがレバー９９ｂを介して連結されている。

　そして、燃料タンク１２３内の燃料レベル（燃料の液面高さ）の変動によるフロート９９ａの上下移動に伴ってレバー９９ｂが移動し、このレバー９９ｂの移動位置を可変抵抗の抵抗値に変換して、その抵抗値に応じた出力信号がＥＣＵ１０９に出力される。ＥＣＵ１０９は、この出力信号に基づいて燃料タンク１２３内の燃料レベルを検出できる。なお、燃料レベルセンサ９９の構成としては、図１に示す形態に限定されるものではない。

　燃料タンク１２３への燃料は、車両の外部から人的あるいは機械的に与えられる。燃料タンク１２３が燃料で満たされると、燃料ゲージ（不図示）がアナログあるいはデジタルで表示され、燃料タンク１２３への残燃料をドライバーは確認することができる。

　燃料タンク１２３へ供給される燃料は、必ずしもガソリンのみとは限らず、例えばアルコールを含んだガソリンがある。あるいは、アルコール、合成燃料、及びガソリンなどを混合した混合燃料もある。また、それぞれの燃料の混合比率は必ずしも同じとは限らず、国や地域、ガソリンスタンドなどで多様に変化し得る。一方で、それらの燃料の合成割合を推定する方法は、専用のセンサを用いた方法もあるが、コストに跳ね返ることもしばしばあった。そのため、ガソリンに含まれる各種燃料の含有率を正確に把握する推定方法が望まれていた。そこで、本実施形態に係る燃料噴射制御装置１２７は、全燃料に対する合成燃料の含有率を正確に把握するための合成燃料含有率αの推定方法を提供する。

　燃料噴射制御装置１２７は、吸入空気量に応じた燃料量（目標噴射量）を算出して、それに応じた燃料噴射信号を燃料噴射装置２００に出力する。また、燃料噴射制御装置１２７には、酸素センサ１１３が測定した酸素濃度を基に目標噴射量がフィードバックされる。さらに、燃料噴射制御装置１２７は、点火コイル１０７に通電信号を出力し、点火プラグ１０６に点火信号を出力する。

　次に、図１に示した燃料噴射装置２００の詳細な構成例について、図２を用いて説明する。
　図２は、燃料噴射装置２００の内部構成例を示す断面図である。

　図２に示すように、燃料噴射装置２００は、燃料を供給する燃料供給部２１２と、燃料の通り道となる燃料噴射孔２１５を有した弁座２０２と、弁体２０１を駆動する可動鉄心（可動子）２０６と、で構成される。本実施形態では、ガソリン又は混合燃料を燃料とする内燃機関用の電磁式燃料噴射装置を例にとり、説明する。

　燃料噴射装置２００では、図面上において上端側に燃料供給部２１２が構成され、下端側に燃料噴射孔２１５及び弁座２０２が構成される。そして、燃料供給部２１２と弁座２０２との間に可動鉄心２０６、弁体２０１、中間部材２１４が配置されている。

　燃料噴射装置２００は、燃料噴射孔２１５及び弁座２０２に対して反対側（燃料供給部２１２側）の端部が図示しない高圧燃料配管１２９（図１参照）に連結される。燃料噴射装置２００は、燃料供給部２１２に対して反対側（燃料噴射孔２１５側）の端部が、燃焼室１２１（図１参照）を形成する部材（シリンダブロック、シリンダヘッド等）に形成された取付穴（挿入孔）に挿入される。

　燃料噴射装置２００は、燃料供給部２１２を通じて高圧燃料配管１２９（図１参照）から燃料の供給を受け、弁座２０２の先端部から燃焼室１２１（図１参照）内に燃料を噴射する。燃料噴射装置２００の内部には、燃料供給部２１２側の基端部から燃料噴射孔２１５側の先端部まで、燃料がほぼ燃料噴射装置２００の中心軸線２００ａに沿って流れるように、燃料通路が構成されている。

　コイル２０８は、固定鉄心（固定子）２０７とハウジング２０９との間に配置されている。固定鉄心２０７、コイル２０８及びハウジング２０９は、電磁石を構成する。コイル２０８に通電されていない閉弁状態では、弁体２０１を閉弁方向に付勢する第一ばね部材２１０及び第二ばね部材２１６の付勢力から第三ばね部材２１７の付勢力を引いた力により、弁体２０１が弁座２０２に当接している。この状態を閉弁安定状態（閉弁待機状態）とする。閉弁安定状態では、可動鉄心２０６は、中間部材２１４と当接し、閉弁位置に配置される。弁体２０１は、可動鉄心２０６からの荷重を伝達する伝達面２１９を介して駆動される。

　閉弁安定状態では、中間部材２１４は、第二ばね部材２１６により下流側（弁座２０２側、閉弁方向）に付勢され、弁体２０１と接触して、静止している。可動鉄心２０６は、第三ばね部材２１７により上流側（固定鉄心２０７側、開弁方向）に付勢され、中間部材２１４と接触している。第三ばね部材２１７の付勢力よりも第二ばね部材２１６の付勢力の方が大きいため、弁体２０１と可動鉄心２０６との間には隙間２５０が生じている。

　燃料噴射装置２００には、燃料噴射制御装置１２７及びＥＣＵ１０９が接続される。ＥＣＵ１０９には、後述する図３に示すＣＰＵ（Central Processing Unit）５０１が含まれる。燃料噴射制御装置１２７は、ＥＣＵ１０９から駆動指令パルスを受けて燃料噴射装置２００に駆動電流（駆動電圧）を通電する回路を有する。なお、ＥＣＵ１０９と燃料噴射制御装置１２７とは一体の部品として構成されてもよい。少なくとも燃料噴射制御装置１２７は、燃料噴射装置２００の駆動電圧を発生する装置であって、ＥＣＵ１０９と一体となったものであってもよいし、単体で構成されてもよい。

　ＥＣＵ１０９では、内燃機関１０１の状態を示す信号を各種センサから取り込み、内燃機関１０１の運転条件に応じて適切な駆動指令パルス幅や噴射タイミングの演算を行う。ＥＣＵ１０９より出力された駆動指令パルスは、信号線２２３を通して燃料噴射制御装置１２７に入力される。

　燃料噴射制御装置１２７は、コイル２０８に印加する駆動電圧を制御し、駆動電流を供給する。ＥＣＵ１０９は、通信ライン２２２を通して、燃料噴射制御装置１２７と通信を行っており、燃料噴射装置２００に供給する燃料の圧力や運転条件によって燃料噴射制御装置１２７によって生成する駆動電流を切替えることが可能である。燃料噴射制御装置１２７は、ＥＣＵ１０９との通信によって制御定数を変化できるようになっており、制御定数に応じて電流波形が変化する。

［燃料噴射制御装置の構成］
　次に、燃料噴射制御装置１２７の構成について、図３を用いて説明する。
　図３は、燃料噴射制御装置１２７の駆動回路及びＥＣＵ１０９の詳細な構成例を示す図である。

　ＥＣＵ１０９に内蔵されるＣＰＵ５０１は、燃料圧力センサ１２６や、空気流量計１２０、酸素センサ１１３、クランク角度センサ１１６等からエンジンの状態を示す各種信号を取り込む。そして、ＣＰＵ５０１は、これらの信号に応じて、内燃機関１０１の運転条件に応じて燃料噴射装置２００から噴射する燃料噴射量を制御するための駆動指令パルス幅や噴射タイミングの演算を行う。

　また、ＣＰＵ５０１は、内燃機関１０１の運転条件に応じて適切な駆動指令パルスのパルス幅や噴射タイミングの演算を行い、信号線２２３を通して燃料噴射装置２００の駆動ＩＣ（Integrated Circuit）５０２（図では、「ＩＣ」と記載）に駆動指令パルスを出力する。なお、駆動指令パルスのパルス幅の大小によって、噴射量の大小が決まる。その後、駆動ＩＣ５０２によって、スイッチング素子５０５、５０６、５０７の通電、非通電を切替えて燃料噴射装置２００へ駆動電流を供給する。

　スイッチング素子５０５は、燃料噴射制御装置１２７の駆動回路に入力された電圧源ＶＢよりも高い高電圧源と、燃料噴射装置２００のコイル２０８の高電圧側の端子間に接続されている。スイッチング素子５０５、５０６、５０７は、例えば、ＦＥＴ（Field effect transistor）やトランジスタ等によって構成され、燃料噴射装置２００への通電・非通電を切り替えることができる。

　高電圧源の初期電圧値である昇圧電圧ＶＨは、例えば６５Ｖであり、バッテリ電圧を昇圧回路５１４によって昇圧することで生成する。昇圧回路５１４は、例えば、コイル５３０とトランジスタ５３１、ダイオード５３２及びコンデンサ５３３で構成されている。

　昇圧回路５１４では、トランジスタ５３１をＯＮにすると、バッテリ電圧ＶＢは接地電位５３４側へ流れる。一方、トランジスタ５３１をＯＦＦにすると、コイル５３０に発生する高い電圧がダイオード５３２を通して整流され、コンデンサ５３３に電荷が蓄積される。そして、昇圧電圧ＶＨとなるまで、このトランジスタのＯＮ又はＯＦＦを繰り返し、コンデンサ５３３の電圧を増加させる。トランジスタ５３１は、駆動ＩＣ５０２又はＣＰＵ５０１と接続され、昇圧回路５１４から出力される昇圧電圧ＶＨは、駆動ＩＣ５０２又はＣＰＵ５０１が検出するように構成する。なお、昇圧回路５１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ等により構成してもよい。

　スイッチング素子５０７は、低電圧源とコイル２０８の高圧端子間に接続されている。低電圧源ＶＢは、例えば、バッテリ電圧であり、その電圧値は１２～１４Ｖ程度である。スイッチング素子５０６は、燃料噴射装置２００の低電圧側の端子と接地電位５１５の間に接続されている。

　駆動ＩＣ５０２は、電流検出用の抵抗５０８、５１２、５１３により、燃料噴射装置２００に流れている電流の値を検出し、検出した電流値によって、スイッチング素子５０５、５０６、５０７の通電又は非通電を切替え、所望の駆動電流を生成している。ダイオード５０９、５１０は、燃料噴射装置２００のコイル２０８に逆電圧を印加し、コイル２０８に供給されている電流を急速に低減する。

　ＣＰＵ５０１は、駆動ＩＣ５０２と通信ライン２２２を通して、通信を行っており、燃料噴射装置２００に供給する燃料の圧力や運転条件によって駆動ＩＣ５０２によって生成する駆動電流を切替えることが可能である。また、抵抗５０８、５１２、５１３の両端は、駆動ＩＣ５０２のＡ／Ｄ変換ポートに接続されており、抵抗５０８、５１２、５１３の両端にかかる電圧を駆動ＩＣ５０２で検出できるように構成されている。

［燃料噴射装置の動作］
　次に、燃料噴射制御装置１２７の制御による燃料噴射装置２００の動作について、図４を用いて説明する。
　図４は、駆動指令パルス、駆動電圧、駆動電流、弁体変位及び可動鉄心の変位を示す図である。

　図４に示すように、時刻Ｔｓにおいて駆動指令パルスＴｉが入力されると、バッテリ電圧ＶＢよりも高い電圧に昇圧された高電圧源から駆動電圧３０４が印加され、コイル２０８（図２参照）に電流の供給が開始される。

　コイル２０８への通電後、固定鉄心２０７、コイル２０８及びハウジング２０９によって構成された電磁石により起磁力が発生する。この起磁力により、固定鉄心２０７、ハウジング２０９及び可動鉄心２０６によってコイル２０８を囲むように構成される磁路を周回する磁束が流れる。このとき、可動鉄心２０６と固定鉄心２０７との間に磁気吸引力が作用し、可動鉄心２０６と中間部材２１４とが固定鉄心２０７に向けて変位する。その後、可動鉄心２０６は、弁体２０１の伝達面２１９と可動鉄心２０６の伝達面２１８とが当接するまで変位する。なお、弁体２０１は、弁座２０２との当接状態を維持し続ける。

　可動鉄心２０６が、弁体２０１と可動鉄心２０６との間に生じている隙間２５０だけ変位し、弁体２０１の伝達面２１９と可動鉄心２０６の伝達面２１８とが衝突すると、弁体２０１は可動鉄心２０６の持つエネルギーにより上流側に引き上げられ、弁体２０１は、弁座２０２から離間する。これにより、弁座部に隙間が構成され、燃料通路が開き、燃料噴射孔２１５より燃料が噴射される。運動エネルギーを有した可動鉄心２０６により、弁体２０１は急峻に変位する。

　燃料噴射制御装置１２７は、時刻Ｔｓから、可動鉄心２０６と弁体２０１とが衝突し、弁座２０２から弁体２０１が離間する時刻Ｔ３１（開弁開始タイミング）まで、高い駆動電圧３０４を印加し、駆動電流３０８をコイル２０８に流す。これにより、可動鉄心２０６と固定鉄心２０７との間には、必要十分な磁気吸引力が発生し、可動鉄心２０６を素早く応答させることができる。そして、可動鉄心２０６を素早く応答させることにより、例えば、予備ストロークとなる隙間２５０が個体毎にばらついたとしても、そのばらつきが噴射量に及ぼす影響を小さくすることができる。

　本実施形態に係る燃料噴射制御装置１２７は、開弁開始タイミングに駆動電流がピーク電流値Ｉｐに達するように駆動電圧３０４を設定し、駆動電流がピーク電流値Ｉｐに達すると電圧をオフする。図４では、ピーク電流３０８ｂがピーク電流値Ｉｐに達した時に電圧がオフされる様子が示される。このように、燃料噴射制御装置１２７は、可動鉄心２０６の過剰な加速を抑制することができるタイミングで電圧をオフすることができる。なお、本実施形態に係るピーク電流値Ｉｐに達するまでの駆動電流の印加時間は、開弁開始タイミングに基づいて決定すればよい。例えば、開弁開始タイミングまでに発生する磁気吸引力が弱い場合、燃料噴射制御装置１２７は、開弁開始タイミング後に駆動電流がピーク電流値Ｉｐに達するようにしてもよい。また、燃料噴射制御装置１２７は、駆動電流がピーク電流値Ｉｐに達すると逆電圧を印加してもよい。

　時刻Ｔ３１の後、駆動電圧３０４が急速に低下することで、破線で示す駆動電流３１７が減少し、可動鉄心２０６と固定鉄心２０７との間に作用する磁気吸引力が低下する。この磁気吸引力の低下により、可動鉄心２０６の過剰な加速は抑制され、固定鉄心２０７に衝突する際の衝突エネルギーを低下させることができる。すなわち、燃料噴射制御装置１２７は、可動鉄心２０６が固定鉄心２０７に衝突する前に逆電圧を印加することにより、可動鉄心２０６の過剰な加速を抑制し、可動鉄心２０６が固定鉄心２０７に衝突する際の衝突エネルギーを低下させる。

　可動鉄心２０６と固定鉄心２０７の衝突後、弁体２０１は上流側へ変位し、可動鉄心２０６は、下方へ変位する。固定鉄心２０７と可動鉄心２０６とが衝突すると、弁体２０１と可動鉄心２０６とは離間し、可動鉄心２０６は、下流側へ変位するが、やがて目標リフト位置で、静止し安定する。この状態を開弁安定状態とする。

　高い駆動電圧３０４が印加された後、駆動電流が開弁を保持できる第１の電流値Ｉｈ１に到達すると、燃料噴射制御装置１２７は、バッテリ電圧ＶＢの印加と０Ｖの印加を繰り返す駆動電圧３０５の印加を時刻Ｔｅまで続ける。そして、燃料噴射制御装置１２７は、第１の電流値Ｉｈ１を維持するように制御を行い、第１のホールド電流３３１を流す。

　燃料噴射制御装置１２７は、第１のホールド電流３３１の保持を所定の時間が経過するまで行った後、燃料噴射制御装置１２７は、電流値を低下させる。開弁を保持できる第２の電流値Ｉｈ２に到達すると、燃料噴射制御装置１２７は、バッテリ電圧ＶＢの印加と０Ｖの印加を繰り返す駆動電圧３０５を印加する制御を行い、第２の電流値Ｉｈ２を維持するように、第２のホールド電流３３２（駆動電流）を流す。なお、所定の時間は、磁束が飽和するまでの時間等に応じて設定される。また、第１のホールド電流３３１及び第２のホールド電流３３２は、弁体２０１が開弁した状態（開弁保持状態）を維持するための駆動電流である。

　続いて、時刻Ｔｅで駆動指令パルスＴｉがＯＦＦになると、燃料噴射制御装置１２７は、駆動電圧を逆方向に印加する（すなわち、逆電圧を印加する）。これにより、コイル２０８への電流供給が断たれ、磁気回路中に生じていた磁束が消滅し磁気吸引力が消滅する。その結果、磁気吸引力を失った可動鉄心２０６は、第一ばね部材２１０の荷重と、燃料圧力による力によって、弁体２０１が弁座２０２に接触する閉位置に押し戻される。

　弁体２０１に作用する第一ばね部材２１０の付勢力は、弁体２０１側の伝達面２１９及び可動鉄心２０６側の伝達面２１８を介して可動鉄心２０６に伝達される。駆動指令パルスＴｉがＯＦＦになる時刻Ｔｅから閉弁が完了する時刻Ｔｂまでの閉弁所要時間が経過すると、時刻Ｔｂにおいて、弁体２０１が弁座２０２と接触する。このように駆動電流が切られてから実際に弁体２０１が弁座２０２と接触するまでにかかる時間を「閉弁遅れ時間」と呼ぶ。閉弁遅れ時間は、時刻Ｔｂから時刻Ｔｅを減じた閉弁所要時間で表され、閉弁遅れ時間（Ｔｂ－Ｔｅ）とも記載する。

　弁体２０１が弁座２０２と接触した後、可動鉄心２０６側の伝達面２１８は、弁体２０１側の伝達面２１９から離脱し、下向き方向（閉弁方向）に運動を継続する。閉弁が完了する時刻Ｔｂ以降、可動鉄心２０６と弁体２０１とは、図２に示すように、分離した状態となる。このとき、駆動電圧には、変曲点３３０で示すように、折れ曲りのような変化が現れる。燃料噴射制御装置１２７は、この変化により、閉弁が完了する時刻Ｔｂを検出することができる。

　燃料噴射装置２００を閉弁する際は、弁体２０１が弁座２０２と衝突する時に、第三ばね部材２１７が伸長から圧縮に転じて、可動鉄心２０６の運動方向が逆転する。これにより、可動鉄心２０６の加速度が変化し、コイル２０８のインダクタンスが変化する。つまり、燃料噴射装置２００を閉弁する際には、コイル２０８に流れる駆動電流が遮断され、コイル２０８に逆起電力が印加される。そして、駆動電流が収束すると徐々に逆起電力も減少していくため、逆起電力が減少する際にインダクタンスが変化することで、駆動電圧に変曲点３３０が発生する。

　上述した変曲点３３０は、燃料噴射装置２００の閉弁タイミングを表す。変曲点３３０は、コイル２０８に印加される駆動電圧の時系列データを２階微分すると、極値(極大値又は極小値)として現れる。したがって、燃料噴射制御装置１２７は、駆動電圧の時系列データの極値を検出することで変曲点３３０を特定することができる。

　次に、本実施形態に係るＥＣＵ１０９及び燃料噴射制御装置１２７の内部構成例について図５を用いて説明する。
　図５は、ＥＣＵ１０９及び燃料噴射制御装置１２７の機能構成例を示すブロック図である。

　燃料噴射制御装置１２７は、燃料タンク１２３に燃料が給油された後、内燃機関１０１が駆動開始するタイミングで、燃料タンク１２３に溜まった燃料（例えば、ガソリン）に、アルコール燃料、又は合成燃料が含まれているかを判断する処理を行う。

　ＥＣＵ１０９は、燃料噴射制御装置１２７の他に燃焼制御部６１０を備える。
　燃焼制御部（燃焼制御部６１０）は、燃料噴射制御装置１２７で算出された合成燃料含有率αに基づいて、燃焼室（燃焼室１２１）から排出される排気ガスの排気温度が閾値温度以上となるように内燃機関（内燃機関１０１）を制御する。この時、燃焼制御部６１０は、燃焼タイミングを制御するための点火信号を内燃機関１０１に出力する。内燃機関１０１の点火プラグ１０６（図１を参照）は、入力した点火信号に基づいて燃料を点火する。

　内燃機関１０１の各種状態は、センサ類１０５により検出される。センサ類１０５は、図１に示した内燃機関１０１に設けられる各種のセンサ（燃料圧力センサ１２６、水温センサ１０８、クランク角度センサ１１６等）を総称したものである。センサ類１０５による検出結果は、燃料噴射制御装置１２７及び燃焼制御部６１０に入力される。そして、燃料噴射制御装置１２７及び燃焼制御部６１０は、センサ類１０５から入力した検出結果に基づいて所定の処理を行う。

　燃料噴射制御装置１２７は、燃料温度推定部６０１、燃料圧力取得部６０２、閉弁時間算出部６０３、理論空燃比算出部６０４、閉弁遅れ時間差分算出部６０５、含有率算出部６０６、及び記憶部６０７を備える。燃料噴射制御装置１２７の各部の動作の詳細については、図６以降を参照して説明する。

　燃料温度推定部（燃料温度推定部６０１）は、燃焼室（燃焼室１２１）に供給される燃料の燃料温度を推定する。燃料温度は、燃料噴射装置２００が噴射する燃料の温度である。そして、燃料温度推定部（燃料温度推定部６０１）は、燃料温度の変化に伴い燃料噴射装置（燃料噴射装置２００）に内蔵されるコイル（コイル２０８）の抵抗が変化する燃料噴射装置（燃料噴射装置２００）を駆動する駆動電流の波形に基づいて燃料温度を推定する。

　燃料圧力取得部（燃料圧力取得部６０２）は、燃料噴射装置（燃料噴射装置２００）が燃料を噴射する燃料圧力を取得する。例えば、燃料圧力取得部６０２は、燃料圧力センサ１２６が検出した燃料圧力を取得する。
　閉弁時間算出部（閉弁時間算出部６０３）は、燃料温度が指定温度に達した時点で燃料噴射装置（燃料噴射装置２００）が閉弁したことを検出し、燃料噴射装置（燃料噴射装置２００）の閉弁時間を算出する。本実施の形態では、２点の指定温度が設けられる。

　理論空燃比算出部（理論空燃比算出部６０４）は、燃料噴射装置（燃料噴射装置２００）が噴射する燃料の噴射量（噴射パルス幅）を変化させた時に、排気ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出部（酸素センサ１１３）から取得する酸素濃度の最小値に基づいて、合成燃料を含む燃料の燃焼時における理論空燃比を算出する。理論空燃比を算出する処理の詳細は、後述する図１０に示される。

　閉弁遅れ時間差分算出部（閉弁遅れ時間差分算出部６０５）は、異なる複数の指定温度で算出された複数の閉弁時間に基づいて、複数の指定温度ごとに、開弁状態の燃料噴射装置（燃料噴射装置２００）が閉弁開始後、閉弁完了までにかかる閉弁遅れ時間を算出する。そして、閉弁遅れ時間差分算出部（閉弁遅れ時間差分算出部６０５）は、複数の指定温度ごとに算出した複数の閉弁遅れ時間を燃料圧力で正規化して複数の閉弁遅れ時間の差分を算出する。例えば、閉弁遅れ時間差分算出部６０５は、複数の温度で求めた閉弁遅れ時間（Ｔｂ－Ｔｅ）の差分を閉弁遅れ時間差分ΔＴdelayとして算出する。

　含有率算出部（含有率算出部６０６）は、閉弁遅れ時間の差分と、燃料に含まれる合成燃料の合成燃料含有率αとの関係を示す特性データ（後述する図８参照）に基づいて、燃料収容部（燃料タンク１２３）に収容される燃料の合成燃料含有率αを算出する。この際、含有率算出部６０６は、記憶部６０７から特性データを読み出す。この特性データは、混合燃料温度に対する閉弁遅れ時間差分ΔＴdelayの関係を表す。また、含有率算出部（含有率算出部６０６）は、理論空燃比と、閉弁遅れ時間の差分とに基づいて、燃料に含まれるガソリン、アルコール及び合成燃料の含有率を算出する。

　記憶部６０７は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）で構成される。燃料噴射制御装置１２７の各部で算出された結果は、ＲＡＭに一時的に記憶され、適宜読み出される。また、記憶部６０７のＲＯＭには、予め特性データが記憶されており、含有率算出部６０６により特性データが読み出される。燃料噴射制御装置１２７の各部の機能は、ＥＣＵ１０９に構成されるＣＰＵ５０１がＲＯＭから読み出したソフトウェアのプログラムコードをＲＡＭにロードして実行することで実現される。このため、ＲＯＭは、ＣＰＵ５０１によって実行されるプログラムを格納したコンピューター読取可能な非一過性の記憶媒体の一例として用いられる。

　ここで、本実施形態に係る内燃機関１０１の制御方法の一例について、図６を参照して説明する。
　図６は、合成燃料含有率αを基に決定される内燃機関１０１の制御方法の一例を示すフローチャートである。図６に示す処理は、ドライバーが車両の運転を開始する時、すなわち内燃機関１０１が駆動開始した時点で開始される。

　燃焼制御部（燃焼制御部６１０）は、合成燃料含有率αがゼロより大きく、かつ排気温度が閾値温度未満である場合に、燃焼室（燃焼室１２１）に供給された燃料への点火タイミングをノック限界まで進角させる。具体的には、燃焼制御部６１０は、燃料タンク１２３に入っている燃料に対する合成燃料の含有率（以下、「合成燃料含有率α」と呼ぶ）が０％を超えているか否かを判断する（Ｓ１）。合成燃料含有率αを算出する処理は、後述する図７に示すフローチャートで実行される。

　合成燃料含有率αは、図５に示した記憶部６０７のＲＡＭに保存されている。合成燃料含有率α［％］は、次式（１）で算出される値である。

　燃焼制御部６１０は、合成燃料の含有率αが０％を超えていない（Ｓ１のＮＯ）、すなわち燃料に合成燃料が含まれないと判定した場合、本処理を終了する。なお、燃料タンク１２３にはガソリンしか入っていないので、燃焼制御部６１０は、ガソリンのみを燃料とする内燃機関１０１の燃焼制御を行う。

　一方、合成燃料の含有率αが０％を超えている（Ｓ１のＹＥＳ）、すなわち燃料にガソリン以外の合成燃料が含まれている場合、燃焼制御部６１０は、図５に示したセンサ類１０５から取得する排気温度が閾値温度以上であるか否かを判断する（Ｓ２）。排気温度が閾値温度以上である場合（Ｓ２のＹＥＳ）、燃焼制御部６１０は、本処理を終了する。

　一方、排気温度が閾値温度未満である場合（Ｓ２のＮＯ）、燃焼制御部６１０は、点火タイミングを進角させる（Ｓ３）。点火タイミングが進角することで、燃料の燃焼温度が上昇する。

　次に、燃焼制御部６１０は、センサ類１０５から取得するノックセンサの検出値を基にノック限界か否かを判断する（Ｓ４）。ノック限界でなければ（Ｓ４のＮＯ）、燃焼制御部６１０は、ステップＳ３に戻り、ノック限界まで点火タイミングを進角させ、排気温度を向上させる。

　排気温度が閾値以下であるにもかかわらず、ノック限界であれば（Ｓ４のＹＥＳ）、燃焼制御部６１０は、内燃機関１０１の負荷を変更し（Ｓ５）、排気温度を閾値以上まで上昇させる制御を行う。このため、燃焼制御部６１０は、再びステップＳ２以降の処理を行う。

　このように燃焼制御部６１０は、合成燃料が含まれる場合に排気温度を所望の閾値温度以上となるように内燃機関１０１を制御する。この制御により、排気温度が閾値温度以上となり、合成燃料を用いて燃焼した時に発生し得るホルムアルデヒド成分等の有害成分の量を少なくすることが可能となる。

　図６のステップＳ１の判定に用いられる合成燃料含有率αは、ＥＣＵ１０９の含有率算出部６０６が燃料噴射装置２００の閉弁タイミングを基に検出可能である。上述したように、図４に示した変曲点３３０が閉弁タイミングである。そして、燃料タンク１２３内の燃料が変化（例えば、ガソリンに合成燃料が混入）した際には、燃料変化の影響が直ちに閉弁タイミングの変化として現れる。そのため、後述する図７で説明するように、閉弁時間算出部６０３が駆動電圧の時期列データの極値を基に閉弁タイミングを検出することで、含有率算出部６０６が燃料タンク１２３に給油された燃料に対する合成燃料の割合（合成燃料含有率α）を正確に推定することが可能となる。

　本実施形態では、含有率算出部６０６が算出する、燃料タンク１２３に給油された燃料に対する合成燃料含有率αと、閉弁タイミングとの関係は、記憶部６０７のＲＯＭに記録されている。そして、含有率算出部６０６は、合成燃料含有率αと閉弁タイミングとの関係をＲＯＭから読み出して、閉弁タイミングから合成燃料含有率αを求めることができる。

　なお、燃料噴射装置２００は、内燃機関１０１の気筒毎に設けられており、燃料噴射装置２００の特性（例えば、閉弁タイミングと合成燃料含有率αとの関係）は、気筒毎に異なることもある。そのため、記憶部６０７に記憶される特性データには、気筒毎に燃料噴射装置２００の特性値が記録されていてもよい。あるいは、燃料噴射制御装置１２７が、図７に示す以下の方法で合成燃料含有率αを算出することも可能である。

＜合成燃料含有率αの算出方法＞
　図７は、図６のステップＳ１で判断される合成燃料含有率αの算出方法の例を示すフローチャートである。図７に示す処理は、内燃機関１０１を暖気し、燃料温度を上昇させながら実行される。このため、図６と図７のフローチャートは、別々に実行される。

　始めに、燃料温度推定部６０１は、燃料噴射装置２００の電流変化に基づいて、燃料温度を推定する（Ｓ１１）。燃料噴射装置２００の電流変化は、燃料噴射装置２００の温度を推定するために用いられる。例えば、燃料温度推定部６０１は、駆動指令パルスが入力されてから規定された時間における燃料噴射装置２００の駆動電流を監視している。以下の説明では、燃料噴射装置２００の温度を「燃料温度」と呼ぶ。

　内燃機関１０１の暖気が進むにつれて、燃料噴射装置２００のコイル２０８（図２を参照）が温まり抵抗が増すと、図４に示す駆動電流の傾き（ピーク電流部分の波形）が、ピーク電流３０８ａからピーク電流３０８ｂに変化する。この原理を用いることで、燃料温度推定部６０１は、ピーク電流から燃料温度を推定することができる（Ｓ１２）。

　次に、燃料温度推定部６０１は、燃料温度が指定温度Ｔｗ１を超えたか否かを判定する（Ｓ１３）。ここで、ステップＳ１３で用いられる指定温度Ｔｗ１は、ステップＳ１６で用いられる指定温度Ｔｗ２より低い値である。

　異なる複数の指定温度として、少なくとも内燃機関（内燃機関１０１）の起動直後の温度、及び内燃機関（内燃機関１０１）の暖気が完了した後の温度の少なくとも２点が指定される。少なくとも２点の指定温度が設定される理由は、低い温度と高い温度とで燃料の粘性が異なるためである。内燃機関１０１の起動直後の燃料が最も温度が低く、粘性が高いので、燃料の抵抗により弁体２０１の移動が妨げられ、閉弁遅れ時間が長くなる傾向がある。一方で、８０℃程度まで加熱された燃料は粘性が低くなるので、燃料の抵抗が小さくなって弁体２０１の移動が妨げられにくくなり、閉弁遅れ時間が短くなる傾向がある。

　本実施形態では、２０℃から８０℃までの間で２点の異なる温度が指定温度Ｔｗ１，Ｔｗ２として用いられる。例えば、指定温度Ｔｗ１が３０℃と設定され、指定温度Ｔｗ２が７０℃と設定される。内燃機関１０１の起動直後は燃料温度が外気温とほぼ同じであっても、暖気されることで燃料温度が上昇する。また、２０℃から８０℃までの間で少なくとも２点の異なる温度を指定温度に設定することで、燃料温度の上昇に伴い、必ず指定温度を通過することとなる。

　燃料温度が指定温度Ｔｗ１を超えたことは、例えば、図４に示すピーク電流が電流値Ｉｐに達するまでの時間Ｔ１が閾値Ｔｈ１以上となることから判定される。そして、燃料温度が指定温度Ｔｗ１を超えていなければ（Ｓ１３のＮＯ）、燃料温度推定部６０１は、本処理を終了する。所定時間後、再びステップＳ１１の処理が行われる。

　一方、燃料温度が指定温度Ｔｗ１を超えていれば（Ｓ１３のＹＥＳ）、閉弁時間算出部６０３は、指定温度Ｔｗ１における燃料噴射装置２００の閉弁を検出する（Ｓ１４）。

　そして、燃料圧力取得部６０２は、指定温度Ｔｗ１に燃料圧力センサ１２６から取得した値を燃料圧力Ｐｆ１として、記憶部６０７のＲＡＭに保存する。また、閉弁時間算出部６０３は、駆動電圧の逆電圧がかかった時間Ｔｅと、閉弁時間Ｔｂとに基づく、図４に示した閉弁遅れ時間（Ｔｂ－Ｔｅ）の値を閉弁遅れ時間Ｔｃ１として、記憶部６０７のＲＡＭに保存する（Ｓ１５）。

　燃料噴射制御装置１２７が指定温度Ｔｗ１にて、ステップＳ１５にて閉弁遅れ時間Ｔｃ１を取得した後、燃料温度が指定温度Ｔｗ２に達するまで、燃焼制御部６１０が内燃機関１０１の暖気を継続する。その間、ステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１６の処理が繰り返し行われる。

　燃料温度推定部６０１が内燃機関１０１の暖気を継続する間に行うステップＳ１１，Ｓ１２の処理は、上述したとおりである。ステップＳ１２の後、燃料温度推定部６０１は、燃料温度が指定温度Ｔｗ２を超えたか否かを判定する（Ｓ１６）。燃料温度推定部６０１は、燃焼制御部６１０が内燃機関１０１の暖気を継続中に、図４に示す駆動電流が指定の電流値に達するまでの時間Ｔ２を超えた最初の噴射時を、燃料温度が指定温度Ｔｗ２を超えた時点と判定できる。

　燃料温度が指定温度Ｔｗ２を超えていなければ（Ｓ１６のＮＯ）、燃料温度推定部６０１は、本処理を終了する。所定時間後、再びステップＳ１１の処理が行われる。

　一方、燃料温度が指定温度Ｔｗ２を超えていれば（Ｓ１６のＹＥＳ）、閉弁時間算出部６０３は、指定温度Ｔｗ２における燃料噴射装置２００の閉弁を検出する（Ｓ１７）。

　そして、燃料圧力取得部６０２は、指定温度Ｔｗ２に燃料圧力センサ１２６から取得した値を燃料圧力Ｐｆ２として、記憶部６０７のＲＡＭに保存する。また、閉弁時間算出部６０３は、駆動電圧の逆電圧がかかった時間Ｔｅと、閉弁時間Ｔｂとに基づく、図４に示した閉弁遅れ時間（Ｔｂ－Ｔｅ）の値を閉弁遅れ時間Ｔｃ２として、記憶部６０７のＲＡＭに保存する（Ｓ１８）。

　ステップＳ１８の後、閉弁遅れ時間差分算出部６０５は、指定温度Ｔｗ１での閉弁遅れ時間Ｔｃ１及び燃料圧力Ｐｆ１と、指定温度Ｔｗ２での閉弁遅れ時間Ｔｃ２及び燃料圧力Ｐｆ２とをＲＡＭから読出す（Ｓ１９）。

　そして、閉弁遅れ時間差分算出部（閉弁遅れ時間差分算出部６０５）は、複数の指定温度ごとに算出した複数の閉弁遅れ時間を燃料圧力で正規化して複数の閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayを算出する（Ｓ２０）。例えば、閉弁遅れ時間差分算出部６０５は、指定温度Ｔｗ１，Ｔｗ２における閉弁遅れ時間Ｔｃ１，Ｔｃ２を燃料圧力Ｐｆ１，Ｐｆ２で正規化して閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayを計算し（Ｓ２０）、閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayを、記憶部６０７のＲＡＭに保存する。ここで、閉弁遅れ時間を燃料圧力で正規化する処理は、例えば、閉弁遅れ時間Ｔｃ１，Ｔｃ２を、燃料圧力Ｐｆ１，Ｐｆ２を同じ値とした時の閉弁遅れ時間に変換する処理である。同じ燃料圧力であっても、燃料の性状が異なれば、閉弁遅れ時間が異なる。このため、異なる燃料の性状ごとに閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayについても異なるので、閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayから燃料の性状を特定することが可能となる。

　ステップＳ２０の後、含有率算出部６０６は、ＲＡＭから読み出した閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayと、記憶部６０７に保存された特性データ（後述する図８に示す関係）とを用いて、合成燃料含有率αを推定し（Ｓ２１）、本処理を終了する。

　図８は、合成燃料含有率αと閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayとの関係を示す特性データの例である。
　図８の横軸は合成燃料含有率αを表し、縦軸は閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayを表す。そして、グラフに付された複数の四角点は、ＲＡＭから読み出された閉弁遅れ時間の差分の値を表す。

　図８に示すように、閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayと合成燃料含有率αとは直線状の関係がある。すなわち、閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayが大きくなるほど、合成燃料含有率αが増加する傾向にあることが分かる。このため、図７のステップＳ２１では、含有率算出部６０６が記憶部６０７から読み出した、図８に示す特性データから求められる変換式を用いることで、閉弁遅れ時間の差分ΔＴから合成燃料含有率αを推定することが可能となる。

　図９は、ガソリンに含まれるアルコール燃料と合成燃料の含有率を推定する方法を示すフローチャートである。
　ここでは、ガソリンに合成燃料とアルコール燃料とを混合した混合燃料が含まれる場合に、燃料噴射制御装置１２７が、ガソリンに含まれるアルコール燃料の含有率と、合成燃料の含有率とを推定する方法について説明する。

　本実施形態では、気筒毎に燃料噴射装置２００の性能ばらつきが生じていた場合でも、気筒ごとにＲＯＭに記録された特定の値を用いることなく、アルコール燃料と合成燃料の含有率を推定することができる。

　始めに、燃料温度推定部６０１は、水温センサ１０８から取得した冷却水の温度に基づいて、内燃機関１０１の暖気が完了したか否かを判定する（Ｓ３１）。

　燃料温度推定部６０１は、内燃機関１０１の暖気が完了していないと判定した場合（Ｓ３１のＮＯ）、燃料噴射制御装置１２７は、燃料噴射装置２００を用いて燃料性状検出ステップを実行する（Ｓ３２）。本明細書では、燃料に含まれるガソリン、合成燃料及びアルコール燃料を見分けるための指標を「燃料性状」と呼ぶ。この燃料性状検出ステップは、内燃機関１０１の暖気に伴い、例えば、燃料温度が３０℃と７０℃の時に行われる処理であり、図７に示した合成燃料含有率αの推定処理と同様に実行される。この燃料性状検出ステップにより、燃料タンク１２３に入っている燃料の燃料性状として、合成燃料含有率αが算出される。算出された合成燃料含有率αは、記憶部６０７のＲＡＭに保存される。燃料性状が検出されると、再びステップＳ３１の暖気完了の判定が行われる。

　ステップＳ３１にて燃料温度推定部６０１は、暖気が完了したと判定した場合（Ｓ３１のＹＥＳ）、理論空燃比算出部６０４は、理論空燃比取得ステップを実行する（Ｓ３３）。この理論空燃比取得ステップは、例えば、燃料温度が８０℃の時に行われる処理である。ここで、図１０を参照して、理論空燃比算出部６０４が理論空燃比を取得する処理について説明する。

　図１０は、空燃比に対する酸素濃度の関係を示す図である。
　図１０の横軸は空燃比を表し、縦軸は酸素濃度を表す。空燃比に対する酸素濃度は、例えば下に凸の二次曲線で表される。

　理論空燃比算出部６０４が理論空燃比を取得するステップでは、燃焼制御部６１０が燃料噴射装置２００の駆動指令パルスＴｉを変化させることで、燃焼室に噴射される燃料の濃度（空燃比）を変える。そして、酸素センサ１１３が、駆動指令パルスＴｉの変化毎に、排気ガス中の酸素濃度を検出する。図１０のグラフに付された複数の四角点は、駆動指令パルスＴｉの変化毎に検出される酸素濃度を表す。

　理論空燃比算出部６０４は、燃焼制御部６１０が駆動指令パルス幅Ｔｉを変化させて得た酸素濃度が最小値となる時の駆動指令パルス幅を探索する。このように駆動指令パルス幅を探索する処理を学習と呼ぶ。そして、理論空燃比算出部６０４は、酸素濃度が最小値となる時の駆動指令パルス幅を探索し終えると、酸素濃度が最小値となる時の駆動指令パルス幅で燃焼室１２１に噴射される燃料と空気の比を理論空燃比として取得し、記憶部６０７のＲＡＭに保存する。

　再び図９に戻って説明を続ける。
　ステップＳ３２及びＳ３３の後、含有率算出部６０６は、理論空燃比取得ステップにおける学習を終了したか否かを判断する（Ｓ３４）。含有率算出部６０６は、燃料温度が、少なくとも２点の指定温度Ｔｗ１，Ｔｗ２を超え、かつ、理論空燃比を取得可能な温度（例えば、８０℃以上の設定温度）を超えた段階で学習終了と判断する。含有率算出部６０６は、学習が終了していないと判断した場合（Ｓ３４のＮＯ）、本処理を終了する。そして、所定時間後、含有率算出部６０６は、再びＳ３１，Ｓ３３の処理を行う。

　一方、含有率算出部６０６は、学習が終了したと判断した場合（Ｓ３４のＹＥＳ）、ステップＳ３２で算出された合成燃料含有率αを記憶部６０７のＲＡＭから取得し、ステップＳ３３で取得した理論空燃比の学習値を記憶部６０７のＲＡＭから読出す（Ｓ３５）。次に、含有率算出部６０６は、ステップＳ３２で検出された閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayをＲＡＭから読み出して取得する（Ｓ３６）。

　含有率算出部６０６は、後述する図１１にて説明する連立方程式を計算することで（Ｓ３７）、閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayと、理論空燃比とを用いて、未知数である合成燃料含有率α，アルコール燃料含有率β、ガソリン含有率（１－α－β）を求める。

　図１１は、図９のステップＳ３７に示した連立方程式の計算処理の例を示すフローチャートである。

　本処理では、図９のステップＳ３５で読み出された理論空燃比の学習値、及びステップＳ３６で取得された閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayが入力される。図１１に示すデータＹは、入力値を表しており、理論空燃比の学習値、閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayが入力される。図１１の左上に記載した理論空燃比を表すデータＹの右下には、理論空燃比を表す「o2」が付され、データＹの右上には、アルコールを表す「etha」が付されている。また、図１１の右上に記載した閉弁遅れ時間の差分を表すデータＹの右下には、閉弁遅れ時間の差分を表す「delta」が付され、データＹの右上には、アルコールを表す「etha」が付されている。

　始めに、含有率算出部６０６は、ＲＯＭ内に記憶された理論空燃比のデータベースを参照し、アルコール、合成燃料、ガソリンごとにステップＳ４３の計算に用いられる理論空燃比のデータを取得する（Ｓ４１）。図中のデータＡの右下には、理論空燃比を表す「o2」が付され、データＡの右上には、各データの種類としてアルコールを表す「etha」、合成燃料を表す「syn」、ガソリンを表す「gas」が付されている。

　次に、含有率算出部６０６は、ＲＯＭ内に記憶された閉弁遅れ時間のデータベースを参照し、ステップＳ４３の計算に用いられる閉弁遅れ時間のデータを取得する（Ｓ４２）。図中のデータＡの右下には、閉弁遅れ時間を表す「delay」が付され、データＡの右上には、各データの種類としてアルコールを表す「etha」、合成燃料を表す「syn」、ガソリンを表す「gas」が付されている。

　次に、含有率算出部６０６は、次式（２）を用いた行列算出により、アルコール、合成燃料の含有率を計算する（Ｓ４３）。ここで、式（２）の左辺のデータＸは、アルコール、合成燃料の含有率を表し、式（２）の右辺の演算で算出される値である。そして、データＸの右上には、各データの種類としてアルコールを表す「etha」、合成燃料を表す「syn」が付されている。また、式（２）のデータＹは、上述したようにステップＳ４１の開始時点で入力された値である。

　次に、含有率算出部６０６は、式（２）の演算で得た、アルコール、合成燃料の含有率を次式（３）に代入し、燃料に含まれるガソリンの含有率を計算する（Ｓ４４）。ガソリンの含有率は、右上にガソリンを表す「gas」が付されたデータＸで表される。式（３）の右辺に含まれるデータＸは、上述したガソリン含有率（１－α－β）、アルコール燃料含有率β、合成燃料含有率αに対応する。

　含有率算出部６０６は、ステップＳ４４の処理を経て、アルコール燃料含有率、合成燃料含有率、及びガソリン含有率を得て、図９のステップＳ３８の処理に繋げる。

　含有率算出部６０６は、ステップＳ３７の連立方程式を利用すると、３種類のアルコール燃料含有率、合成燃料含有率、及びガソリン含有率を算出することが可能となる。そして、含有率算出部６０６は、アルコール燃料含有率、合成燃料含有率、及びガソリン含有率に基づき、燃料に含まれるアルコール燃料と合成燃料の量を推定して（Ｓ３８）、本処理を終了する。

　ステップＳ３８の後、燃焼制御部６１０は、燃料に含まれるガソリン、アルコール燃料及び合成燃料の量の推定値に基づいて、排気ガスに有害成分が発生しない最適な点火タイミングとなるように点火タイミングを進角させて内燃機関１０１の燃焼を制御する。

　以上説明した第１の実施形態に係る燃料噴射制御装置１２７では、少なくとも２つの異なる指定温度Ｔｗ１，Ｔｗ２ごとに取得した閉弁遅れ時間及び燃料圧力に基づいて、閉弁遅れ時間の差分を計算し、ガソリンに含まれる合成燃料の合成燃料含有率αを算出する。このため、燃焼制御部６１０は、燃料噴射制御装置１２７により正確に推定された合成燃料含有率αに基づいて、内燃機関１０１の燃焼を適切に制御することができる。このように合成燃料の含有の有無に応じて排気温度が所定値以上となるように燃焼を制御することで、ホルムアルデヒド等の有害成分の発生を抑制することが可能となり、排気ガスを清浄化することが可能となる。

　また、燃料温度が異なる２点以上の指定温度に達した時点で、指定温度ごとに閉弁時間を算出し、閉弁遅れ時間差分ΔＴdelayを求める。このため、燃料噴射装置２００の個体差による閉弁時間のばらつきの影響を排除することができる。

　また、ガソリンに、アルコール燃料と合成燃料が含まれる場合には、エンジン暖気の完了後に取得した合成燃料含有率αと、理論空燃比の学習値と、閉弁遅れ時間の差分とを式（２）の連立方程式に代入して、アルコール燃料と合成燃料を推定することができる。このように３種類の燃料が混合されていても、燃料噴射制御装置１２７は、各燃料がどのような比率で含まれているかを把握できる。このため、燃焼制御部６１０は、燃料噴射制御装置１２７により正確に推定された３種類の燃料の含有率に基づいて、内燃機関１０１の燃焼を適切に制御することができる。

［第２の実施形態］
　次に、本発明の第２の実施形態に係る燃料噴射制御装置の構成例及び動作例について、図１２～図１４を参照して説明する。
　ドライバーによっては、車両を運転する頻度に差がある。例えば、毎日、車両を運転するドライバーがいれば、週ごと、又は月ごとでしか車両を運転しないドライバーもいる。しかし、燃料タンク１２３に入ったままの燃料は、酸化する等の経年劣化が発生しやすい。このため、車両を運転する時、すなわち内燃機関１０１を駆動した時だけ、燃料タンク１２３に入った燃料の合成燃料含有率αを算出し、アルコール燃料及びガソリンの含有率を推定する処理を行うと、経年劣化の影響により不正確な値を得る可能性がある。そこで、第２の実施形態に係る燃料噴射制御装置は、給油時に燃料のアルコール燃料含有率、合成燃料含有率、及びガソリン含有率を算出する処理を行う。

　図１２は、第２の実施形態に係るＥＣＵ１０９Ａの機能構成例を示すブロック図である。
　ＥＣＵ１０９Ａは、図５に示した燃料噴射制御装置１２７、燃焼制御部６１０に加えて、燃料増加判断部６１１を備える。

　燃料増加判断部（燃料増加判断部６１１）は、燃料収容部（燃料タンク１２３）に収容される燃料が増加したことを判断する。例えば、燃料増加判断部６１１は、給油により燃料レベルセンサ９９（図１を参照）から出力される出力信号に基づいて、燃料タンク１２３内に燃料が給油されたこと、すなわち燃料タンク１２３内の燃料の増加を検出する。燃料増加判断部６１１は、燃料の増加を検出すると、燃料の増加検出、及び燃料の増加量を含む情報（以下、「燃料増加の判断結果」と呼ぶ。）を燃料噴射制御装置１２７に出力する。

　燃料噴射制御装置１２７は、燃料増加判断部６１１から燃料増加の判断結果が入力すると、後述する図１４に示す処理を開始する。そして、含有率算出部（含有率算出部６０６）は、燃料増加判断部（燃料増加判断部６１１）により燃料が増加したことが判断されると、燃料に含まれるガソリン、アルコール及び合成燃料の含油率を算出する。

　図１３は、燃料レベルセンサ９９が出力したタンク内燃料レベルの時系列データの例を示す図である。図１３の横軸は時間を表し、縦軸はタンク内燃料レベルを表す。

　時刻Ｔ０では、タンク内燃料レベルが容量限度（Ｆｕｌｌ）の状態である。その後、時間経過と共にタンク内燃料レベルが下がる。タンク内燃料レベルが下がる要因として、車両が走行すること、又は、長期間にわたって車両が放置されて揮発すること等がある。給油を必要とするＦ点までタンク内燃料レベルが下がると、ドライバーは燃料タンク１２３に給油する。ドライバーが燃料を給油した時刻Ｔｆ１から短時間でタンク内燃料レベルがＦ点からＦｕｌｌに上昇する。このことは、燃料タンク１２３に給油された燃料が増加したことを意味する。

　このように時刻Ｔｆ１におけるタンク内燃料レベルのＦ点からＦｕｌｌになるまでの直線の傾き（時間当たりの燃料の増加値）が、所定値より大きい場合に、図５に示した燃料増加判断部６１１は、給油されたと判断する。そして、燃料増加判断部６１１は、燃料増加の判断結果を燃料噴射制御装置１２７Ａに出力する。燃料噴射制御装置１２７Ａは、燃料増加の判断結果を受け取ると、図１４に示すガソリンの含有率を推定する処理を開始する。

　図１４は、タンク内燃料レベルの増加時にアルコール燃料と合成燃料の含有率を推定する方法を示すフローチャートである。

　始めに、燃料温度推定部６０１は、タンク内燃料レベルが増加したか否かを判定する（Ｓ３０）。燃料温度推定部６０１に燃料増加判断部６１１から燃料増加の判断結果が入力していなければ、タンク内燃料レベルが増加していないので（Ｓ３０のＮＯ）、ステップＳ３０の処理を繰り返す。

　一方、燃料温度推定部６０１に燃料増加判断部６１１から燃料増加の判断結果が入力していれば、タンク内燃料レベルが増加したので（Ｓ３０のＹＥＳ）、ステップＳ３１以降の処理を行う。ステップＳ３１以降の処理は、既に図９を参照して説明したフローチャートの処理と同じであるため、詳細な説明を省略する。

　このようにタンク内燃料レベルが増加した場合にのみ、アルコール燃料と合成燃料の含有率を推定する処理が行われるので、燃料タンク１２３に入ったまま経年劣化した燃料のアルコール燃料含有率、合成燃料含有率、及びガソリン含有率の誤検出を排除することができる。このため、ＥＣＵ１０９は、燃料の経年劣化による含有率の算出処理への影響を最小限に抑え、有害成分の発生を抑えて内燃機関１０１を制御することができる。

　なお、燃料増加判断部６１１は、燃料噴射制御装置１２７内に設けられる構成としてもよい。

［変形例］
　上述した各実施形態では、燃料噴射制御として、弁体２０１のフルリフト制御を例に挙げて説明した。しかし、本発明に係る燃料噴射制御は、弁体２０１をハーフリフト制御としてもよい。

　また、上述した各実施形態では、２点の指定温度で燃料性状を検出したが、３点以上の指定温度を設定して燃料性状を検出してもよい。例えば、３点の指定温度を設定した場合、閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayを２個算出できる。このため、２個の閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayの平均値を算出し、この平均値を図１１のステップＳ３７に示す処理に用いてもよい。また、複数の閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayを算出し、多数決をとって一つの閉弁遅れ時間の差分ΔＴdelayを決定してもよい。

　また、上述した各実施形態に係るＥＣＵ１０９、及び燃料噴射制御装置１２７は、車両だけでなく、鉄道、建設機械、発電機などに搭載される内燃機関の制御に用いられてもよい。

　また、上述した各実施形態に係る燃料噴射装置２００は、燃焼室１２１に直接噴射する直噴型燃料噴射装置としたが、吸気管１１０に噴射するポート型燃料噴射装置としてもよい。また、燃料噴射制御装置１２７は、燃料噴射装置２００の閉弁特性ではなく、開弁特性を検出することで、燃料の合成燃料含有率を算出できるようにしてもよい。

　なお、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
　例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために装置の構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

　１０１…内燃機関、１０９…ＥＣＵ、１２３…燃料タンク、１２７…燃料噴射制御装置、２００…燃料噴射装置、６０１…燃料温度推定部、６０２…燃料圧力取得部、６０３…閉弁時間算出部、６０４…理論空燃比算出部、６０５…時間差分算出部、６０６…含有率算出部、６０７…記憶部、６１０…燃焼制御部、６１１…燃料増加判断部

Claims (6)

1. 　燃焼室に供給される燃料の燃料温度を推定する燃料温度推定部と、
   　燃料噴射装置が前記燃料を噴射する燃料圧力を取得する燃料圧力取得部と、
   　前記燃料温度が指定温度に達した時点で前記燃料噴射装置が閉弁したことを検出し、前記燃料噴射装置の閉弁時間を算出する閉弁時間算出部と、
   　異なる複数の前記指定温度で算出された複数の閉弁時間に基づいて、複数の前記指定温度ごとに、開弁状態の前記燃料噴射装置が閉弁開始後、閉弁完了までにかかる閉弁遅れ時間を算出し、複数の前記指定温度ごとに算出した複数の前記閉弁遅れ時間を前記燃料圧力で正規化して前記閉弁遅れ時間の差分を算出する閉弁遅れ時間差分算出部と、
   　前記閉弁遅れ時間の差分と、前記燃料に含まれる合成燃料の合成燃料含有率との関係を示す特性データに基づいて、燃料収容部に収容される前記燃料の前記合成燃料含有率を算出する含有率算出部と、
   　前記合成燃料含有率に基づいて、前記燃焼室から排出される排気ガスの排気温度が閾値温度以上となるように内燃機関を制御する燃焼制御部と、を備える
   　内燃機関制御装置。
2. 　前記燃料温度推定部は、前記燃料温度の変化に伴いコイルの抵抗が変化する前記燃料噴射装置を駆動する駆動電流の波形に基づいて前記燃料温度を推定する
   　請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 　前記燃焼制御部は、前記合成燃料含有率がゼロより大きく、かつ前記排気温度が前記閾値温度未満である場合に、前記燃焼室に供給された前記燃料への点火タイミングをノック限界まで進角させる
   　請求項２に記載の内燃機関制御装置。
4. 　前記燃料噴射装置は、前記燃料を前記燃焼室に直接噴射する直噴型燃料噴射装置であって、
   　前記燃料噴射装置が噴射する前記燃料の噴射量を変化させた時に、前記排気ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出部から取得する前記酸素濃度の最小値に基づいて、前記合成燃料を含む燃料の燃焼時における理論空燃比を算出する理論空燃比算出部を備え、
   　前記含有率算出部は、前記理論空燃比と、前記閉弁遅れ時間の差分とに基づいて、前記燃料に含まれるガソリン、アルコール及び合成燃料の含有率を算出する
   　請求項３に記載の内燃機関制御装置。
5. 　前記燃料収容部に収容される燃料が増加したことを判断する燃料増加判断部を備え、
   　前記含有率算出部は、前記燃料増加判断部により前記燃料が増加したことが判断されると、前記燃料に含まれるガソリン、アルコール及び合成燃料の含有率を算出する
   　請求項３に記載の内燃機関制御装置。
6. 　異なる複数の前記指定温度として、少なくとも前記内燃機関の起動直後の温度、及び前記内燃機関の暖気が完了した後の温度の少なくとも２点が指定される
   　請求項１に記載の内燃機関制御装置。

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