JP2008309035A - 内燃機関制御装置及び内燃機関制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】代替燃料が正規燃料に混入している場合に懸念される、空燃比が最適値よりもリーン側にずれるといった不具合を抑制する内燃機関制御装置及び内燃機関制御システムを提供する。
【解決手段】１燃焼サイクルあたりに燃料噴射弁が燃料を噴射する時間の要求値である要求噴射時間InjＴを、運転者のアクセル操作量に応じて算出し（Ｓ１４）、エンジン回転速度に基づき１燃焼サイクルあたりに噴射可能な噴射可能時間InjMaxを算出し（Ｓ１５）、要求噴射時間InjＴが噴射可能時間InjMaxより大きいか否かを判定する（Ｓ１６）。そして、要求噴射時間InjＴが噴射可能時間InjMaxより大きいと肯定判定された場合に、燃料の供給圧力が高くなるように燃料ポンプを負荷上昇運転させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御装置及び内燃機関制御システムに関する。

一般的には、内燃機関の１燃焼サイクルあたりに燃料噴射弁が燃料を噴射する時間の要求値である要求噴射時間を、運転者のアクセル操作量に応じて算出している（例えば特許文献１参照）。そして、要求噴射時間となるように燃焼噴射弁の弁体を作動させることで、アクセル操作量に応じた量の燃料を噴射している。なお、例えばガソリン機関等の火花点火式内燃機関においては、アクセル操作量に応じて要求吸気量を算出し、その要求吸気量に対して最適な空燃比となるように要求噴射時間を算出している。
特開２００６−１８３５００号公報

ところで、近年では、ガソリンや軽油（以下、これらを正規燃料と呼ぶ）の代替燃料としてアルコール燃料等が注目されている。そして、例えば、燃料タンクに正規燃料が残っている状態で代替燃料を補給して混合燃料とした場合、その混合燃料が燃料噴射弁から噴射されることとなり、その場合には以下の問題が生じ得るとの知見を本発明者は得た。

すなわち、例えばアルコール燃料によりガソリンと同等の空気過剰率を得ようとすると、ガソリンよりも多く（例えば約１．６倍）の燃料噴射量を要することが分かっている。つまり、所定時間噴射して得られる内燃機関の出力トルクについて、ガソリンにアルコールが混入した混合燃料を噴射した場合に得られる出力トルクは、ガソリン１００％の燃料を噴射した場合に比べて小さくなる。よって、混合燃料の場合にはガソリン１００％の場合に比べて噴射時間を長くする必要がある。

すると、前述した１燃焼サイクルあたりの要求噴射時間が、１燃焼サイクル（７２０℃Ａ）あたりに噴射できる時間（噴射可能時間）を超えてしまうといった問題が生じ得ることとなる。特に、内燃機関の出力軸回転速度（エンジン回転速度）を高速回転にした運転領域では、１燃焼サイクルの所要時間が短くなるため、噴射可能時間も短くなってしまい、要求噴射時間が噴射可能時間を超えてしまう状態に陥りやすくなる。

そして、上述の如く要求噴射時間が噴射可能時間を超えた場合には、空燃比が最適値よりもリーン側にずれてしまうといった不具合が生じる。特に、内燃機関がガソリン機関である場合には、空燃比リーンにより希薄燃焼になると、例えば燃焼状態が不安定になることに起因して、触媒装置に流入するＨＣやＯ₂が増大し、これらのＨＣやＯ₂が触媒装置内で燃焼し、その結果、触媒装置が高温となり劣化するといった不具合も生じ得る。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、代替燃料が正規燃料に混入している場合に懸念される、空燃比が最適値よりもリーン側にずれるといった不具合を抑制する内燃機関制御装置及び内燃機関制御システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明では、１燃焼サイクルあたりに燃料噴射弁が燃料を噴射する時間の要求値である要求噴射時間を、運転者のアクセル操作量に応じて算出する要求噴射時間算出手段と、内燃機関の出力軸の回転速度に基づき１燃焼サイクルあたりに噴射可能な噴射可能時間を算出する噴射可能時間算出手段と、前記要求噴射時間が前記噴射可能時間より大きいか否かを判定する判定手段と、前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプの運転を制御する燃料ポンプ制御手段と、を備え、前記燃料ポンプ制御手段は、前記判定手段により前記要求噴射時間が前記噴射可能時間より大きいと肯定判定された場合に、燃料の供給圧力が高くなるように前記燃料ポンプを負荷上昇運転させることを特徴とする。

これによれば、要求噴射時間が噴射可能時間より大きいと肯定判定された場合には、燃料の供給圧力が高くなるように燃料ポンプを負荷上昇運転させる。そのため、燃料噴射弁から単位時間あたりに噴射される噴射量が増大するので、噴射可能時間が同じであってもその噴射可能時間中に噴射される噴射量は増大する。よって、代替燃料が正規燃料に混入することにともないアクセル操作量に応じた要求吸気量に対して最適な空燃比となる量の燃料を噴射できない、といった状態に陥る頻度を低減でき、空燃比が最適値よりもリーン側にずれることを抑制できる。

請求項２記載の発明では、前記燃料ポンプ制御手段は、前記肯定判定が為された後、前記判定手段による判定が前記否定判定に変わるまで、前記供給圧力を徐々に上昇させることを特徴とする。

これによれば、否定判定に変わるまで（要求噴射時間が噴射可能時間以下に変わるまで）供給圧力が徐々に上昇するので、空燃比が最適値になるまで供給圧力が上昇することとなる。よって、空燃比を最適値にできる。

請求項３記載の発明では、前記要求噴射時間算出手段は、実際の空燃比が目標空燃比に近づくように前記要求噴射時間を算出することを特徴とするので、代替燃料が混入して空燃比がリーンになると、実際の空燃比が目標空燃比に近づくように増量補正されて要求噴射時間が長くなる。その結果、要求噴射時間が噴射可能時間より大きくなるといった肯定判定の状態となる。よって、このように実際の空燃比が目標空燃比に近づくように要求噴射時間を算出する場合に、請求項１又は２に記載の発明を適用することが望ましい。

請求項４記載の発明では、前記判定手段により肯定判定されることがないと想定される正規燃料と、前記正規燃料以外の混入燃料との比率である混合比を、前記負荷上昇運転による負荷上昇量に基づき推定する混合比推定手段を備えることを特徴とする。

これによれば、混入燃料の濃度を検出するアルコール濃度センサ等のセンサを不要にしつつ、正規燃料と混入燃料との混合比を推定できる。因みに、吸気量、燃料噴射量及び点火時期等を混合比が不明の状態で制御すると、内燃機関の運転状態が悪化してエミッション悪化等の問題が生じるが、本発明により推定された混合比に基づき上記各種制御を行えば前記問題を抑制できる。

そして、上述の如く燃料ポンプを負荷上昇運転させるにあたり、以下の発明を適用することが挙げられる。
・請求項５記載の発明では、前記燃料ポンプ制御手段は、前記燃料ポンプをオンオフ制御しており、該オンオフ制御のデューティ比を増加させることで前記負荷上昇運転させることを特徴とする。
・請求項７記載の発明では、前記燃料ポンプ制御手段は、前記供給圧力が目標圧力となるように前記燃料ポンプの運転を制御しており、前記目標圧力を増加させることで前記負荷上昇運転させることを特徴とする。
・請求項９記載の発明では、前記燃料ポンプから前記燃料噴射弁に至るまでの燃料供給経路には、前記供給圧力が設定値以上である場合に前記燃料ポンプの上流側に燃料を戻すリリーフ弁が設けられており、前記燃料ポンプ制御手段は、前記設定値を高く変更することで前記負荷上昇運転させることを特徴とする。

なお、上記リリーフ弁に関し、例えば、設定値を変更可能なリリーフ弁を採用して、判定手段の判定結果に応じて設定値を切り換えるようにしてもよいし、設定値の異なる複数のリリーフ弁を設置して、判定手段の判定結果に応じていずれのリリーフ弁を用いるかを切り換えるようにしてもよい。

請求項６,８記載の発明では、前記燃料ポンプ制御手段は、前記肯定判定が為された後、前記判定手段による判定が前記否定判定に変わるまで、前記負荷上昇運転を継続させ、前記正規燃料と前記混入燃料との比率である混合比を推定する混合比推定手段を備えることを特徴としており、請求項６記載の混合比推定手段は、前記燃料ポンプ制御手段による前記デューティ比の増加量に基づき推定することを特徴とし、請求項８記載の混合比推定手段は、前記燃料ポンプ制御手段による前記目標圧力の増加量に基づき推定することを特徴とする。

これらによれば、混入燃料の濃度を検出するアルコール濃度センサ等のセンサを不要にしつつ、正規燃料と混入燃料との混合比を推定できる。因みに、吸気量、燃料噴射量及び点火時期等を混合比が不明の状態で制御すると、内燃機関の運転状態が悪化してエミッション悪化等の問題が生じるが、本発明により推定された混合比に基づき上記各種制御を行えば前記問題を抑制できる。

請求項１０記載の発明では、上記発明にかかる内燃機関制御装置と、燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプ及び前記燃料噴射弁の少なくとも一方と、を備えることを特徴とする内燃機関制御システムである。この内燃機関制御システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態は、内燃機関である車載多気筒ガソリンエンジンを対象に内燃機関制御システムを構築するものとしており、当該制御システムにおいては、内燃機関制御装置として機能する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として、燃料噴射量の制御や点火時期の制御等を実施することとしている。先ずは、図１を用いて内燃機関制御システムの全体概略構成図を説明する。

図１に示すエンジン１０において、吸気管１１の最上流部にはエアクリーナ１２が設けられ、このエアクリーナ１２の下流側には吸入空気量（吸気量）を検出するためのエアフロメータ１３が設けられている。エアフロメータ１３の下流側には、ＤＣモータ等のスロットルアクチュエータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１４（吸気量制御バルブ）が設けられている。スロットルバルブ１４の開度（スロットル開度）は、スロットルアクチュエータ１５に内蔵されたスロットル開度センサにより検出されるようになっている。本実施形態では、複数気筒に対して１つのスロットルバルブ１４を設けるように構成しているが、各々の気筒に対してスロットルバルブ１４を設けるように構成してもよく、この場合には、各々の燃焼室２３に対して吸気量を独立して制御してもよい。

スロットルバルブ１４の下流側にはサージタンク１６が設けられ、このサージタンク１６には吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１７が設けられている。また、サージタンク１６には、エンジン１０の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１８が接続されており、吸気マニホールド１８において各気筒の吸気ポート近傍には燃料を噴射する電磁駆動式の燃料噴射弁１９が取り付けられている。

燃料タンク１９Ｔから燃料噴射弁１９までの燃料経路には、電動の燃料ポンプ１９ａが備えられている。本実施形態に係る燃料ポンプ１９ａは燃料タンク１９Ｔ内に設置されたインタンク式であり、燃料タンク１９Ｔ内の燃料は燃料ポンプ１９ａによりデリバリパイプ１９ｂに供給され、デリバリパイプ１９ｂから各々の燃料噴射弁１９に分配される。

エンジン１０の吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられており、吸気バルブ２１の開動作により空気と燃料との混合気が燃焼室２３内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排ガスが排気管２４（排気通路）に排出される。

エンジン１０のシリンダヘッドには気筒毎に点火プラグ２７が取り付けられており、点火プラグ２７には、点火コイル等よりなる点火装置（図示略）を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２７の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２３内に導入した混合気が着火され燃焼に供される。

排気管２４には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒３１が設けられ、この触媒３１の上流側には、排ガスを検出対象として混合気の空燃比（酸素濃度）を検出するためのＡ／Ｆセンサ３２が設けられている。

また、エンジン１０のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３３や、エンジンの所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角度センサ３５が取り付けられている。その他、本制御システムでは、ドライバによるアクセル操作量（アクセルペダル踏込量）を検出するアクセルセンサ３６や、大気圧を検出する大気圧センサ３７が設けられている。

ＥＣＵ４０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等よりなるマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）４１を主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、その都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。すなわち、ＥＣＵ４０のマイコン４１には、前述した各種センサから各々検出信号が入力される。そして、同マイコン４１は、随時入力される各種の検出信号に基づいて燃料噴射量や点火時期、スロットル開度等を演算し、燃料噴射弁１９や点火装置、スロットルアクチュエータ１５の駆動を制御する。燃料噴射量の制御について詳しくは、マイコン４１は、都度のエンジン運転状態に基づいて目標空燃比を設定するとともに、Ａ／Ｆセンサ３２の出力値により算出した実空燃比が目標空燃比に一致するよう空燃比フィードバック制御を実施する。

また、ＥＣＵ４０は、燃料ポンプ１９ａの作動をオンオフ制御しており、後述する負荷上昇運転を行わない通常時においては、オンオフ制御のデューティ比は予め設定された設定値に固定されている。そして、燃料ポンプ１９ａから吐出される燃料の吐出圧が閾値を超えると、プレッシャレギュレータ１９ｃが作動することにより燃料は燃料タンク１９Ｔに戻される。よって、デリバリパイプ１９ｂ内の燃料圧力は閾値を超えない範囲で所定の値に保たれる。

なお、燃料ポンプ１９ａはインタンク式であり、プレッシャレギュレータ１９ｃは燃料タンク１９Ｔ内に備えられているため、閾値を超えた吐出圧の燃料はデリバリパイプ１９ｂに供給されることはない。つまり、デリバリパイプ１９ｂから燃料タンク１９Ｔへのリターン配管を廃止したリターンレス式が採用されている。

ところで、燃料タンク１９Ｔ内のガソリンにアルコール燃料を混入させて混合燃料を燃料噴射弁１９から噴射させる場合には、ガソリンよりも多くの燃料噴射量を要することが分かっている。本実施形態では、ガソリン１００％の状態からアルコール燃料を混入させた状態に移り変わった場合に好適に対処することを図っている。

以下、前記対処を図るためのＥＣＵ４０による燃料ポンプ１９ａの制御内容を、図２及び図３に示すフローチャートに基づいて説明する。本処理はＥＣＵ４０内のマイコン４１により所定の時間周期（例えば１０ｍｓｅｃ周期）で繰り返し実行される。

先ず、図２のステップＳ１０において、エアフロメータ１３により測定された値に基づき実際の吸気量を算出する。次に、ステップＳ１１において、算出された吸気量に基づき、気筒当りの基本燃料時間Baseを算出する。基本燃料時間Baseは、吸気量が多いほど大きい値となるよう算出される。

次に、ステップＳ１２において、クランク角度センサ３５から出力される信号に基づき算出されるエンジン回転速度と、吸気管圧力センサ１７により測定された値に基づき算出された吸気圧とに基づき、燃料増量値CmpHvを算出する。燃料増量値CmpHvは、エンジン回転速度及び吸気圧が大きいほど大きい値となるよう算出される。

次に、ステップＳ１３において、Ａ／Ｆセンサ３２により測定された値に基づき算出された実空燃比と目標空燃比との偏差（実空燃比−目標空燃比）に基づき、燃料補正値CmpAfを算出する。燃料補正値CmpAfは、前記偏差が大きいほど大きい値となるよう算出され、実空燃比を目標空燃比に近づけるようにするための補正値である。

次に、ステップＳ１４（要求噴射時間算出手段）において、次の算出式に基づき１気筒当りに噴射する燃料の要求噴射時間InjＴを算出する。
InjＴ＝基本燃料時間Base×燃料増量値CmpHv×燃料補正値CmpAf
なお、要求噴射時間InjＴだけ燃料噴射弁１９を開弁作動させれば、デリバリパイプ１９ｂ内の圧力は所定の値に保たれているため、要求噴射時間InjＴに応じた量の燃料が燃料噴射弁１９から噴射されることとなる。そして、要求噴射時間InjＴに応じた量の燃料を１燃焼サイクル中に噴射することを前提として、ステップＳ１１では基本燃料時間Baseを算出している。

次に、ステップＳ１５（噴射可能時間算出手段）において、エンジン回転速度に基づき最大噴射可能時間InjMaxを算出する。本実施形態では、１燃焼サイクル７２０℃Ａ中、７００℃Ａを最大噴射可能クランク角度としており、７００℃Ａだけクランク軸が回転するのにかかる時間が最大噴射可能時間InjMaxとなる。

次に、ステップＳ１６（判定手段）において、要求噴射時間InjＴが噴射可能時間InjMaxより大きいか否かを判定する。InjＴ＞InjMaxであると肯定判定されると、噴射量が不足した状態となり実空燃比が目標空燃比からリーン側にずれることが懸念される。この懸念を解消すべく、上記肯定判定（Ｓ１６：ＹＥＳ）がなされた場合にはステップＳ１７に進み、デリバリパイプ１９ｂ内の燃料圧力を上昇させるように燃料ポンプ１９ａを負荷上昇運転させる。

デリバリパイプ１９ｂ内の燃料圧力を上昇させるには、燃料ポンプ１９ａのオンオフ制御のデューティ比を上昇させればよい。そこで、ステップＳ１７では、ポンプ駆動デューティ比を負荷上昇運転用の高値にセットするよう補正指令を行う。具体的には負荷上昇補正指令のフラグを立てる。そして、このような負荷上昇の補正指令が為されると、後述する図３のポンプ制御ルーチンにおいて、デューティ比が上昇されることとなる。

一方、ステップＳ１６において、InjＴ＞InjMaxではないと否定判定（Ｓ１６：ＮＯ）されると、ステップＳ１８に進み、ポンプ駆動デューティ比が通常値であるか否かを判定する。通常値でないと判定（Ｓ１８：ＮＯ）された場合には、続くステップＳ１９においてポンプ駆動デューティ比を高値から通常値に戻すよう補正指令を行う。具体的には通常値補正指令のフラグを立てる。

図３は、ＥＣＵ４０から燃料ポンプ１９ａに出力される制御値を算出するための、ポンプ制御処理の内容を示すフローチャートであり、先ず、ステップＳ２０において、燃料ポンプ１９ａの基本デューティ比DutyBaseを算出する。次に、ステップＳ２１において、ステップＳ１７による負荷上昇の補正指令が為されているか否かをフラグに基づき判定する。

負荷上昇補正指令有りと判定（Ｓ２１：ＹＥＳ）されると、続くステップＳ２２において、負荷上昇補正の履歴有無を判定する。負荷上昇補正履歴が無いと判定（Ｓ２２：ＮＯ）されれば、ステップＳ２３において、デューティ比の増加量ΔDutyを次の算出式に基づき算出する。
ΔDuty＝ΔDuty前回値＋α
なお、算出式中のαの値は予め設定された値に固定されている。

そして、続くステップＳ２４では、ＥＣＵ４０から燃料ポンプ１９ａに出力される最終的な制御値Dutyfinを次の算出式に基づき算出する。
Dutyfin＝基本デューティ比DutyBase＋増加量ΔDuty
一方、負荷上昇補正指令無しと判定（Ｓ２１：ＮＯ）された場合には、ステップＳ２５に進み、ステップＳ２１の判定が肯定判定から否定判定に今回切り換わったものであるかを判定する。今回切り換わったものであると判定（Ｓ２５：ＹＥＳ）されれば、ステップＳ２６（混合比推定手段）において、ガソリンとアルコール燃料との比である混合比を、図４（ａ）（ｂ）のマップを用いて算出する。

図４（ａ）中の実線は、燃料噴射弁１９から実際に噴射された噴射量TAUと基本デューティ比DutyBaseとの関係を示すマップであり、エンジン回転速度に応じて噴射量TAUと基本デューティ比DutyBaseとの関係がマップ化されている。そして、ステップＳ２６では先ず、補正後のデューティ比である制御値Dutyfinと基本デューティ比DutyBaseとの偏差ΔDutyを、図４（ａ）のマップを用いて算出する。そして、偏差ΔDutyと混合比との関係を示す図４（ｂ）のマップを用いて偏差ΔDutyに基づき混合比を算出する。

因みに、図４（ａ）に替えて、図４（ｃ）に示すマップを用いて混合比を算出してもよい。図４（ｃ）は、要求噴射時間InjＴにエンジン回転速度ＮＥを乗じた値と、基本デューティ比DutyBaseとの関係を示すマップであり、このマップによれば、図４（ｂ）で用いるための偏差ΔDutyを図４（ａ）と同様に得ることができる。

次に、ステップＳ２７において偏差ΔDutyを前回の偏差ΔDutyと比較して大きい方の値を履歴偏差ΔDutyＭとしてバックアップＲＡＭに記憶する。なお、このように記憶された履歴偏差ΔDutyＭの値は、イグニッションスイッチがオフ操作されると削除される。或いは、燃料タンク１９Ｔへの燃料補給が為されると削除されるように設定してもよい。或いは、これらの削除を行うことなく履歴補正量ΔＴＨＭの値を記憶保持させるようにしてもよい。

なお、燃料補給が為されたか否かの判定は、給油キャップの開閉を検出する検出手段３８（図１参照）からの出力信号や、燃料タンク内の燃料の残量を検出する検出手段からの出力信号等に基づき行えばよい。換言すれば、上記検出手段からの出力信号（解除信号）を取得するまで前記履歴の記憶を維持させる。

続くステップＳ２８では、ＥＣＵ４０から燃料ポンプ１９ａに出力される最終的な制御値Dutyfinを、基本デューティ比DutyBaseとする。なお、ステップＳ２５において今回切り換わったものでないと判定（Ｓ２５：ＮＯ）されれば、ステップＳ２６による混合比の算出を行うことなくステップＳ２８に進み、制御値Dutyfinを基本デューティ比DutyBaseとする処理を行う。

一方、ステップＳ２７による履歴の記憶がなされれば、ステップＳ２２において、負荷上昇補正の履歴有りと判定されることとなり、その場合にはステップＳ２９において、記憶された履歴偏差ΔDutyＭを増加量ΔDutyとして設定する。つまり、負荷上昇補正指令有りから無しに一旦切り換われば（Ｓ２５：ＹＥＳ）、その時の履歴偏差ΔDutyＭが算出（Ｓ２６）、記憶され（Ｓ２７）、それ以後において負荷上昇補正指令が有った場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）には、ステップＳ２３における増加量ΔDutyの算出を実行することなく、記憶された履歴偏差ΔDutyＭの値だけ基本デューティ比DutyBaseを増加させる（Ｓ２４）こととなる。

図５に、ステップＳ１６のInjＴ＞InjMaxの判定等に基づき燃料ポンプ１９ａの駆動を制御した場合における一態様を例示する。図５（ａ）は、クランク角度センサ３５から出力される信号に基づき算出されるエンジン回転速度ＮＥの変化を示す。図５（ｂ）中の実線は、最大噴射可能時間InjMaxの変化を示し、点線は、アルコール燃料が混入していない場合における１気筒当りの要求噴射時間InjＴの変化を示す。図５（ｃ）は、制御値Dutyfinによるポンプ駆動デューティ比の変化を示す。

該図５に示すように、アクセル踏込量増大等によりエンジン回転速度が上昇するにともない最大噴射可能時間InjMaxは下降し、エンジン回転速度が下降するにともない最大噴射可能時間InjMaxは上昇する。そして、エンジン回転速度の上昇にともない最大噴射可能時間InjMaxが下降してｔ１の時点になると、アルコール燃料がガソリンに混入していることに起因して、要求噴射時間InjＴが最大噴射可能時間InjMaxより大きくなる。

このｔ１時点で、ステップＳ１６のInjＴ＞InjMaxの判定が否定判定から肯定判定に移行することとなる。すると、InjＴ＞InjMaxの肯定判定状態が続く限りステップＳ２３等の処理により制御値Dutyfinはαずつ徐々に上昇し、ポンプ駆動デューティ比は通常値から徐々に上昇することとなる。その後、ポンプ駆動デューティ比が１００％になった時点ｔ２以降、その値が維持される。

その後、アクセル踏込量減少によるエンジン回転速度の下降にともない最大噴射可能時間InjMaxが上昇してｔ３の時点になると、要求噴射時間InjＴが最大噴射可能時間InjMaxより小さくなる。つまり、要求噴射時間InjＴに相当する量の燃料を噴射できる状態となる。このｔ３時点で、ステップＳ１６のInjＴ＞InjMaxの判定処理が肯定判定から否定判定に移行することとなる。すると、ステップＳ１９の処理によりポンプ駆動デューティ比は１００％から通常値に戻ることとなる。

さらにその後、再び要求噴射時間InjＴが最大噴射可能時間InjMaxより大きくなると、図５（ｃ）中の一点鎖線に示すように、記憶された履歴偏差ΔDutyＭの値となるようにポンプ駆動デューティ比は上昇することとなる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

（１）アルコール燃料がガソリンに混入していることに起因して、要求噴射時間InjＴが最大噴射可能時間InjMaxより大きくなった場合に、燃料ポンプ１９ａの駆動デューティ比を上昇させた負荷上昇運転となる。よって、デリバリパイプ１９ｂ内の燃料圧力が上昇し、燃料噴射弁１９から単位時間あたりに噴射される噴射量が増大するので、最大噴射可能時間InjMaxが同じであってもその噴射可能時間中に噴射される噴射量は増大する。よって、アルコール燃料がガソリンに混入することにともないアクセル操作量に応じた要求吸気量に対して最適な空燃比となる量の燃料（要求噴射時間InjＴに相当する量の燃料）を噴射できない、といった状態に陥る頻度を低減でき、空燃比が最適値よりもリーン側にずれるといった不具合を抑制できる。

（２）ここで、空燃比リーンにより希薄燃焼になると、例えば燃焼状態が不安定になることに起因して、触媒３１に流入するＨＣやＯ₂が増大し、これらのＨＣやＯ₂が触媒３１近傍で燃焼し、その結果、触媒３１が高温となり劣化するといった不具合が懸念される。これに対し、本実施形態によれば、上述の如く空燃比がリーン側にずれることを抑制できるので、上記懸念を解消できる。

（３）要求噴射時間InjＴが最大噴射可能時間InjMaxより大きくなっている期間（ｔ１〜ｔ３）、燃料ポンプ１９ａの負荷上昇運転が継続されるので、空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）に近づくようにできる。

（４）ガソリンとアルコール燃料との比である混合比を、燃料ポンプ１９ａのデューティ比の増加量ΔDuty（負荷上昇量）の最大値である履歴偏差ΔDutyＭに基づき算出する。よって、アルコール燃料の濃度を検出するアルコール濃度センサ等のセンサを不要にしつつ、ガソリンとアルコール燃料との混合比を算出（推定）できる。なお、デューティ比が１００％未満の場合にはマップを用いて混合比を特定の値に推定できるが、１００％以上となった場合には、デューティ比１００％の場合のアルコール濃度以上の濃度であると推定するようにすればよい。

（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、燃料ポンプ１９ａの駆動デューティ比を増加させることで負荷上昇運転を行っているのに対し、本実施形態では、デリバリパイプ１９ｂ内の燃料圧力（供給圧力）が目標圧力（目標燃圧）となるようにフィードバック制御する構成を採用し、その目標燃圧を増加させることで負荷上昇運転させている。

図６及び図７は、本実施形態に係るＥＣＵ４０による燃料ポンプ１９ａの制御内容を示すフローチャートであり、図２及び図３中の処理と同じ処理を行うステップについては、同一の符号を付し、その説明を援用する。また、本実施形態ではデリバリパイプ１９ｂ内の燃料圧力を検出する燃圧センサ１９ｄ（図１中の一点鎖線参照）を備えている。その他のハード構成については、第１の実施形態と同じである。なお、燃圧センサ１９ｄにより検出された信号はＥＣＵ４０に入力される。

そして、図６に示すように、ステップＳ１６において、要求噴射時間InjＴが噴射可能時間InjMaxより大きいと肯定判定された場合には、ステップＳ１７１に進み、目標燃圧を負荷上昇運転用の高値にセットするよう補正指令を行う。一方、ステップＳ１６において、InjＴ＞InjMaxではないと否定判定されると、ステップＳ１８１に進み、目標燃圧が通常値であるか否かを判定する。通常値でないと判定（Ｓ１８１：ＮＯ）された場合には、続くステップＳ１９１において目標燃圧を高値から通常値に戻すよう補正指令を行う。

図７に示す処理では、先ず、ステップＳ３０において、燃料ポンプ１９ａの基本目標燃圧ＰBaseを算出する。次に、ステップＳ３１において、ステップＳ１７１による負荷上昇の補正指令が為されているか否かをフラグに基づき判定する。

負荷上昇補正指令有りと判定（Ｓ３１：ＹＥＳ）されると、続くステップＳ３２において、負荷上昇補正の履歴有無を判定する。負荷上昇補正履歴が無いと判定（Ｓ３２：ＮＯ）されれば、ステップＳ３３において、目標燃圧の増加量ΔＰを次の算出式に基づき算出する。
ΔＰ＝ΔＰ前回値＋β
なお、算出式中のβの値は予め設定された値に固定されている。

そして、続くステップＳ３４では、最終的な目標燃圧Ｐfinを次の算出式に基づき算出する。
Ｐfin＝基本目標燃圧ＰBase＋増加量ΔＰ
この最終目標燃圧Ｐfinとなるように燃料ポンプ１９ａの駆動は制御される。

一方、負荷上昇補正指令無しと判定（Ｓ３１：ＮＯ）された場合には、ステップＳ３５に進み、ステップＳ３１の判定が肯定判定から否定判定に今回切り換わったものであるかを判定する。今回切り換わったものであると判定（Ｓ３５：ＹＥＳ）されれば、ステップＳ３６（混合比推定手段）において、ガソリンとアルコール燃料との比である混合比を、マップを用いて算出する。ここで用いるマップは、目標燃圧の増加量ΔＰと混合比との関係を予め記憶させたものであり、増加量ΔＰの値が大きいほどアルコール燃料の混入割合が大きくなるよう混合比は算定される。

次に、ステップＳ３７において増加量ΔＰを前回の増加量ΔＰと比較して大きい方の値を履歴増加量ΔＰＭとしてバックアップＲＡＭに記憶する。なお、このように記憶された履歴増加量ΔＰＭの値は、イグニッションスイッチがオフ操作されると削除される。或いは、燃料タンク１９Ｔへの燃料補給が為されると削除されるように設定してもよい。或いは、これらの削除を行うことなく履歴補正量ΔＴＨＭの値を記憶保持させるようにしてもよい。

なお、燃料補給が為されたか否かの判定は、給油キャップの開閉を検出する検出手段３８（図１参照）からの出力信号や、燃料タンク内の燃料の残量を検出する検出手段からの出力信号等に基づき行えばよい。

続くステップＳ３８では、最終的な目標燃圧Ｐfinを基本目標燃圧ＰBaseとする。なお、ステップＳ３５において今回切り換わったものでないと判定（Ｓ３５：ＮＯ）されれば、ステップＳ３６による混合比の算出を行うことなくステップＳ３８に進み、最終的な目標燃圧Ｐfinを基本目標燃圧ＰBaseとする処理を行う。

一方、ステップＳ３７による履歴の記憶がなされれば、ステップＳ３２において、負荷上昇補正の履歴有りと判定されることとなり、その場合にはステップＳ３９において、記憶された履歴増加量ΔＰＭを増加量ΔＰとして設定する。つまり、負荷上昇補正指令有りから無しに一旦切り換われば（Ｓ３５：ＹＥＳ）、その時の履歴増加量ΔＰＭが算出（Ｓ３６）、記憶され（Ｓ３７）、それ以後において負荷上昇補正指令が有った場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）には、ステップＳ３３における増加量ΔＰの算出を実行することなく、記憶された履歴偏差ΔＰＭの値だけ基本目標燃圧ＰBaseを増加させる（Ｓ３４）こととなる。

次に、上記図６及び図７の処理による一態様を説明する。該態様は、図２及び図３の処理による一態様と比較した場合、図５（ｃ）のデューティ比を目標燃圧Ｐと読み替えれば、図５（ａ）（ｂ）については同じ態様となる。なお、本実施形態においても、最終的な目標燃圧Ｐfinが上昇してデューティ比が１００％となった時点ｔ２で、それ以上目標燃圧Ｐfinが上昇してもデリバリパイプ１９ｂ内の燃圧は上昇しない。

以上詳述した本実施形態によっても、上記第１の実施形態と同様にして以下の効果が得られる。

（１）要求噴射時間InjＴが最大噴射可能時間InjMaxより大きくなった場合に、燃料ポンプ１９ａの目標燃圧Ｐfinを上昇させることで負荷上昇運転となり、デリバリパイプ１９ｂ内の燃料圧力が上昇する。よって、燃料噴射弁１９から単位時間あたりに噴射される噴射量が増大するので、最大噴射可能時間InjMaxが同じであってもその噴射可能時間中に噴射される噴射量は増大する。よって、アルコール燃料がガソリンに混入することにともないアクセル操作量に応じた要求吸気量に対して最適な空燃比となる量の燃料を噴射できない、といった状態に陥る頻度を低減でき、空燃比が最適値よりもリーン側にずれるといった不具合を抑制できる。

（２）ここで、空燃比リーンにより希薄燃焼になると、例えば燃焼状態が不安定になることに起因して、触媒３１に流入するＨＣやＯ₂が増大し、これらのＨＣやＯ₂が触媒３１近傍で燃焼し、その結果、触媒３１が高温となり劣化するといった不具合が懸念される。これに対し、本実施形態によれば、上述の如く空燃比がリーン側にずれることを抑制できるので、上記懸念を解消できる。

（３）要求噴射時間InjＴが最大噴射可能時間InjMaxより大きくなっている期間（ｔ１〜ｔ３）、燃料ポンプ１９ａの負荷上昇運転が継続されるので、空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）に近づくようにできる。

（４）ガソリンとアルコール燃料との比である混合比を、目標燃圧の増加量ΔＰ（負荷上昇量）の最大値である履歴増加量ΔＰＭに基づき算出している。よって、アルコール燃料の濃度を検出するアルコール濃度センサ等のセンサを不要にしつつ、ガソリンとアルコール燃料との混合比を算出（推定）できる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、図１に示すプレッシャレギュレータ１９ｃ（リリーフ弁）に、リリーフ圧となる閾値を変更することができるものを採用しており、前記閾値はＥＣＵ４０により設定可能である。そして、上述の負荷上昇運転を行うにあたり、目標燃圧Ｐを高くする手段に替えて、閾値を高くする手段を採用している。これによっても上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。また、閾値を高くした量及び時間に基づき負荷上昇量を推定し、推定した負荷上昇量に基づき混合比を算出することができる。

また、上記構成の変形例として、リリーフ圧となる閾値が固定されたプレッシャレギュレータ１９ｃを適用し、閾値が各々異なる２つのプレッシャレギュレータ１９ｃを切り換えて用いるようにしてもよい。この場合、上述の負荷上昇運転を行うにあたり、一方のプレッシャレギュレータ１９ｃに比べてリリーフ圧の高いプレッシャレギュレータ１９ｃに切り換えればよい。これによっても上記各実施形態と同様の効果を得ることができる。また、閾値を高くした量及び時間に基づき負荷上昇量を推定し、推定した負荷上昇量に基づき混合比を算出することができる。

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構造をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。

・上記実施形態では内燃機関（エンジン１０）としてガソリン機関等の火花点火式内燃機関を対象としているが、ディーゼル機関等の圧縮着火式内燃機関を対象としてもよい。

・上記実施形態では、吸気マニホールド１８又は吸気管に燃料噴射弁１９を取り付けたポート噴射式のエンジン１０を対象としているが、シリンダヘッドに燃料噴射弁１９を取り付けて燃焼室２３内に直接燃料を噴射する直噴式のエンジン１０を対象としてもよい。但し、ポート噴射式の場合には、１燃焼サイクル７２０℃Ａ中、最大噴射可能クランク角度を約７００℃Ａに確保できるのに対し、直噴式の場合には、最大噴射可能クランク角度がポート噴射式の場合に比べて小さくなってしまうため、アルコール燃料が僅かに混入しただけでも要求噴射時間InjＴが噴射可能時間InjMaxより大きくなる。故に、直噴式のエンジン１０を対象にした場合でも有効であると考えられる。

・図３中のステップＳ２６及び図７中のステップＳ３６による混合比算出手段に替えて、アルコール燃料の混入の有無のみを判定するようにしてもよい。具体的には、ステップＳ３１にて負荷上昇の補正指令が為されていると判定（Ｓ３１：ＮＯ）されれば、アルコール燃料の混入可能性有り、と判定するようにしてもよい。

第１の実施形態に係る内燃機関制御システムの全体概略構成図。 図１のＥＣＵによる制御内容を示すフローチャート。 図２の処理内容に応じたポンプ制御ルーチンを示すフローチャート。 図３の混合比算出処理で用いるマップ。 図２及び図３の処理による一態様を示すタイミングチャート。 第２の実施形態に係るＥＣＵによる制御内容を示すフローチャート。 図６の処理内容に応じたポンプ制御ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１９…燃料噴射弁、１９ａ…燃料ポンプ、４０…ＥＣＵ（内燃機関制御装置、燃料ポンプ制御手段）、Ｓ１４…要求噴射時間算出手段、Ｓ１５…噴射可能時間算出手段、Ｓ１６…判定手段、Ｓ２６,Ｓ３６…混合比推定手段、InjMax…噴射可能時間、InjＴ…要求噴射時間。

Claims (10)

1. １燃焼サイクルあたりに燃料噴射弁が燃料を噴射する時間の要求値である要求噴射時間を、運転者のアクセル操作量に応じて算出する要求噴射時間算出手段と、
   内燃機関の出力軸の回転速度に基づき１燃焼サイクルあたりに噴射可能な噴射可能時間を算出する噴射可能時間算出手段と、
   前記要求噴射時間が前記噴射可能時間より大きいか否かを判定する判定手段と、
   前記燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプの運転を制御する燃料ポンプ制御手段と、
   を備え、
   前記燃料ポンプ制御手段は、前記判定手段により前記要求噴射時間が前記噴射可能時間より大きいと肯定判定された場合に、燃料の供給圧力が高くなるように前記燃料ポンプを負荷上昇運転させることを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 前記燃料ポンプ制御手段は、前記肯定判定が為された後、前記判定手段による判定が前記否定判定に変わるまで、前記供給圧力を徐々に上昇させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
3. 前記要求噴射時間算出手段は、実際の空燃比が目標空燃比に近づくように前記要求噴射時間を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置。
4. 前記判定手段により肯定判定されることがないと想定される正規燃料と、前記正規燃料以外の混入燃料との比率である混合比を、前記負荷上昇運転による負荷上昇量に基づき推定する混合比推定手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関制御装置。
5. 前記燃料ポンプ制御手段は、前記燃料ポンプをオンオフ制御しており、該オンオフ制御のデューティ比を増加させることで前記負荷上昇運転させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置。
6. 前記燃料ポンプ制御手段は、前記肯定判定が為された後、前記判定手段による判定が前記否定判定に変わるまで、前記負荷上昇運転を継続させ、
   前記判定手段により肯定判定されることがないと想定される正規燃料と、前記正規燃料以外の混入燃料との比率である混合比を、前記燃料ポンプ制御手段による前記デューティ比の増加量に基づき推定する混合比推定手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関制御装置。
7. 前記燃料ポンプ制御手段は、前記供給圧力が目標圧力となるように前記燃料ポンプの運転を制御しており、前記目標圧力を増加させることで前記負荷上昇運転させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置。
8. 前記燃料ポンプ制御手段は、前記肯定判定が為された後、前記判定手段による判定が前記否定判定に変わるまで、前記負荷上昇運転を継続させ、
   前記判定手段により肯定判定されることがないと想定される正規燃料と、前記正規燃料以外の混入燃料との比率である混合比を、前記燃料ポンプ制御手段による前記目標圧力の増加量に基づき推定する混合比推定手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関制御装置。
9. 前記燃料ポンプから前記燃料噴射弁に至るまでの燃料供給経路には、前記供給圧力が設定値以上である場合に前記燃料ポンプの上流側に燃料を戻すリリーフ弁が設けられており、
   前記燃料ポンプ制御手段は、前記設定値を高く変更することで前記負荷上昇運転させることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関制御装置と、
    燃料噴射弁に燃料を供給する燃料ポンプ及び前記燃料噴射弁の少なくとも一方と、
    を備えることを特徴とする内燃機関制御システム。

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