JP2009222014A - 内燃機関の燃料推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノッキングが発生しにくいアルコール濃度の混合燃料を用いる場合であっても、アルコール濃度を推定することのできる内燃機関の燃料推定装置を提供する。
【解決手段】内燃機関はアルコールとガソリンとを混合した混合燃料を使用可能である。内燃機関の運転状態を運転者の要求に基づく運転状態からノッキングを発生させることのできる運転状態へ変更することにより、アルコール濃度に対するノック限界点火時期の変化態様を実線Ａで示す状態から実線Ｂで示す状態へと変更する。実線Ｂで示す状態においてノッキングが発生したときの点火時期Ｙ２に基づいて内燃機関に供給された混合燃料のアルコール濃度Ｘ２を推定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、アルコールとガソリンとを混合したアルコール混合燃料を使用可能な内燃機関に適用される燃料推定装置に関する。

近年、アルコールとガソリンとを混合したアルコール混合燃料を使用可能な内燃機関が実用化されつつある。こうした内燃機関では、アルコール燃料のみ、ガソリン燃料のみ、あるいはアルコール燃料とガソリン燃料とが任意の割合で混合された混合燃料でも運転が可能となっている。

ところで、混合燃料に含まれるアルコール濃度が変化すると理論空燃比等も変化する。したがって、このような内燃機関においては、内燃機関に供給される燃料に含まれるアルコールの濃度に応じて燃料噴射量や点火時期の制御など、機関の基本制御を行うことが求められる。

例えば特許文献１に記載される内燃機関では、ノックセンサによって検出されるノッキングの検出結果に基づいてアルコール濃度を推定し、これに基づいて点火時期を設定するようにしている。
特開２００５−３４４６４９号公報

ところで、燃料のアルコール濃度によってはノッキングが発生しにくい場合がある。具体的には、混合燃料のアルコール濃度が高いほどノック限界点火時期（ノッキングを許容できるレベル以内に収めることのできる点火時期の進角限界値）は進角側となるが、アルコール濃度がある程度高い場合には点火時期を最進角時期にまで進角させても、運転状態によってはノッキングが発生しないといった事態が生じうる。したがって、このような場合、上記特許文献１に記載されるノッキングの検出結果に基づいてアルコール濃度を推定するといった方法では、アルコール濃度の推定を行うことができない。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ノッキングが発生しにくいアルコール濃度の混合燃料を用いる場合であっても、アルコール濃度を推定することのできる内燃機関の燃料推定装置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に記載の発明は、アルコールとガソリンとを混合した混合燃料を使用可能な内燃機関に適用され、点火時期以外の機関制御量を変更することにより前記機関の運転状態を運転者の要求に基づく運転状態からノッキングを発生させることのできる運転状態へ変更し、前記ノッキングを発生させることのできる運転状態においてノッキングが発生する点火時期に基づいて前記機関に供給された混合燃料のアルコール濃度を推定することを要旨とする。

上記構成によれば、ノッキングが発生しにくいアルコール濃度の混合燃料が内燃機関に供給された場合でも、同機関の運転状態を運転者の要求に基づく運転状態からノッキングを発生させることのできる運転状態へ変更することにより、ノッキングが発生したときの点火時期に基づいてアルコール濃度を推定することができる。

具体的には、請求項２に記載の発明によるように、前記ノッキングを発生させることのできる運転状態への変更として、前記機関の燃焼室における吸入空気の温度を上昇させるといった態様を採用することができる。なお、内燃機関の燃焼室における吸入空気の温度を上昇させる態様として、燃焼室に吸入される前の空気の温度を上昇させる、燃焼室に吸入される際に空気の温度を上昇させる、燃焼室に吸入された空気の温度を上昇させるといったいずれの態様を採用してもよい。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記機関は、前記燃焼室と吸気通路とを連通遮断する吸気バルブの最大リフト量を可変とする可変動弁機構を備え、前記吸気バルブの最大リフト量が小さくなるように前記可変動弁機構を制御することにより、前記機関の燃焼室における吸入空気の温度を上昇させることを要旨とする。

吸気バルブの最大リフト量が小さくなると、吸気通路から燃焼室に吸入される空気が狭い流路を通って燃焼室に吸入されることとなるため、燃焼室に吸入される空気の流速が速くなり、これに起因して吸入空気と吸気バルブ等との摩擦熱が大きくなる。したがって、上記構成によれば、この摩擦熱の増大により吸入空気及び燃焼室周辺の温度を上昇させてノッキングを発生させることのできる運転状態へ変更することができるため、ノッキングが発生したときの点火時期に基づいてアルコール濃度を推定することができる。なお、吸気バルブの最大リフト量を小さくするときには、吸入空気量の減少を抑制するためにスロットルバルブの開度を大きくすることが望ましい。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記機関は、前記燃焼室と吸気通路とを連通遮断する吸気バルブの開弁時期を可変とする可変動弁機構を備え、吸気行程において前記吸気バルブの開弁時期が遅角されるように前記可変動弁機構を制御することにより、前記機関の燃焼室における吸入空気の温度を上昇させることを要旨とする。

吸気行程において吸気バルブの開弁時期が遅角されると、燃焼室が充分に負圧となった状態で吸気バルブが開弁されることとなるため、燃焼室に吸入される空気の流速が速くなり、これに起因して吸入空気と吸気バルブ等との摩擦熱が大きくなる。したがって、上記構成によれば、この摩擦熱の増大により吸入空気及び燃焼室周辺の温度を上昇させてノッキングを発生させることのできる運転状態へ変更するため、ノッキングが発生したときの点火時期に基づいてアルコール濃度を推定することができる。

また、請求項１に記載の発明は、具体的には、請求項５に記載の発明によるように、前記ノッキングを発生させることのできる運転状態への変更として、前記機関の燃焼室における吸入空気の圧縮率を上昇させるといった態様を採用することができる。なお、内燃機関の燃焼室における吸入空気の圧縮率を上昇させる態様として、燃焼室に吸入される前の空気を圧縮する、燃焼室に吸入される空気の量を増加させる、燃焼室に吸入された空気を圧縮する割合を大きくするといったいずれの態様を採用してもよい。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記機関は、前記燃焼室と吸気通路とを連通遮断する吸気バルブの閉弁時期を可変とする可変動弁機構を備え、前記吸気バルブの閉弁時期を吸気行程から圧縮行程においてピストンが下死点に位置する時期に近づくように前記可変動弁機構を制御することにより、前記機関の燃焼室における吸入空気の圧縮率を上昇させることを要旨とする。

上記の構成によれば、燃焼室に空気が充分に吸入された状態で吸気バルブが閉弁されることとなり、圧縮行程において多量の空気が圧縮されることとなる。したがって、上記構成によれば、圧縮率を高くしてノッキングを発生させることのできる運転状態へ変更するため、ノッキングが発生したときの点火時期に基づいてアルコール濃度を推定することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を車載内燃機関の燃料推定装置に具体化した第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る燃料推定装置が適用される内燃機関及びその周辺機構を示す模式図である。

図１に示すように、内燃機関１０は、各気筒１１に形成される燃焼室１８と、燃焼室１８に吸入空気を送り込む吸気通路１２と、燃焼室１８での燃焼により生じた排気が排出される排気通路１３とを備えている。

吸気通路１２にはスロットルバルブ１４が設けられており、このスロットルバルブ１４がスロットルモータ１６の駆動制御を通じて開度調整がなされることにより燃焼室１８に吸入される空気の量が調整される。また、吸気通路１２には、吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタ１５が設けられている。本実施形態の内燃機関１０では、アルコール燃料のみ、ガソリン燃料のみ、あるいはアルコール燃料とガソリン燃料とが任意の割合で混合された混合燃料でも運転が可能となっており、このインジェクタ１５から任意のアルコール濃度の燃料が噴射される。さらに吸気通路１２には、この吸気通路１２を通過して燃焼室１８に吸入される空気の量を検出するためのエアフロメータ５２、吸入空気の温度を測定する吸気温センサ５０が設けられている。

各気筒１１には、燃焼室１８を望むように点火プラグ１７が配設されている。この点火プラグ１７による点火時期は可変に構成されている。具体的には、点火プラグ１７には図示しないイグナイタから出力される点火電圧が印加され、各点火プラグ１７の点火タイミングはこのイグナイタからの高電圧出力タイミングにより決定されるが、点火時期制御については後により詳細に説明する。内燃機関１０においては、吸気通路１２を流れた吸入空気とインジェクタ１５により噴射された燃料との混合気が燃焼室１８に供給されると、この点火プラグ１７からの火花放電により混合気に点火がなされて同混合気が燃焼する。そして、混合気の燃焼のエネルギーによってピストン２６が往復移動して、クランクシャフト２０が回転し、燃焼後の混合気は排気として燃焼室１８から排気通路１３に送り出される。

内燃機関１０において、燃焼室１８と吸気通路１２との間は吸気バルブ３０の開閉動作によって連通・遮断され、燃焼室１８と排気通路１３との間は排気バルブ３２の開閉動作によって連通・遮断される。これら吸気バルブ３０及び排気バルブ３２は、クランクシャフト２０の回転が伝達される吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２の回転に伴い開閉動作する。さらに本実施形態の内燃機関１０では、吸気バルブ３０のバルブ特性を可変とする可変動弁機構として、吸気カムシャフト２１に設けられた油圧駆動式のバルブタイミング可変機構２３と、吸気カムシャフト２１と吸気バルブ３０との間に設けられて電動モータ２５にて駆動される吸気バルブ３０のリフト量可変機構２４とを備えている。

バルブタイミング可変機構２３は、図２に示すように、クランクシャフト２０に対する吸気カムシャフト２１の相対回転位相を調節して吸気バルブ３０の開弁時期及び閉弁時期を変更することで、吸気バルブ３０の開弁期間を一定に保持した状態で同吸気バルブ３０の開弁時期ＩＶＯ及び閉弁時期ＩＶＣを共に進角又は遅角させるものである。

また、リフト量可変機構２４は、図３に示すように、吸気バルブ３０の最大リフト量を変化させるものである。なお、本実施形態では吸気バルブ３０の最大リフト量を変化させると同吸気バルブ３０の開弁期間も同期して変化し、具体的には最大リフト量が大きくなるほど開弁期間も長くなる。また、リフト量可変機構２４により最大リフト量を増大させると、吸気バルブ３０の開弁時期ＩＶＯが進角側に、閉弁時期ＩＶＣが遅角側に移行する。

こうした内燃機関１０の各種制御は、車両に搭載された電子制御装置７０によって行われる。電子制御装置７０は、内燃機関１０の制御にかかる演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果が一時的に記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。

この電子制御装置７０の入力ポートには、各種センサからの検出信号が入力される。各種センサとしては上記エアフロメータ５２、上記吸気温センサ５０、内燃機関１０の冷却水温を検出するための水温センサ５４が挙げられる。さらに、各種センサとしてはアクセル操作量を検出するアクセルセンサ５６、機関回転速度の算出等のためにクランクシャフト２０の回転信号を出力するクランクポジションセンサ５５、及びスロットルバルブ１４の開度を検出するスロットルポジションセンサ５１等が挙げられる。また、各気筒１１のシリンダブロックには、同シリンダブロックの振動を検出することによりノッキングの発生を検出するノックセンサ５８が設けられており、このノックセンサ５８からの情報も電子制御装置７０に入力される。また電子制御装置７０の出力ポートには、インジェクタ１５、点火プラグ１７、バルブタイミング可変機構２３及びリフト量可変機構２４などの駆動回路が接続されている。

電子制御装置７０は、上記各種センサから入力した検出信号に基づいて機関運転状態を把握し、その把握した機関運転状態に応じて上記出力ポートに接続された各種駆動回路に指令信号を出力する。こうしてインジェクタ１５による燃料噴射量の制御、点火プラグ１７の点火時期の制御、吸気バルブ３０の開弁時期及び閉弁時期の制御、吸気バルブ３０の最大リフト量の制御、及びスロットルバルブ１４の開度制御等が電子制御装置７０を通じて実施される。

ここで、本実施形態の内燃機関１０においては、上述したようにアルコールが任意の濃度で含まれるアルコール混合燃料を使用可能となっている。そして、内燃機関１０に供給される混合燃料のアルコール濃度が変化すると理論空燃比等も変化するため、インジェクタ１５によって噴射される燃料の量や点火プラグ１７による混合気への点火時期をこのアルコール濃度に応じて設定することが要求される。そこで、本実施形態では、電子制御装置７０が、燃料推定装置として、内燃機関１０に供給された燃料中のアルコール濃度を推定するようにしている。以下、電子制御装置７０により実行される混合燃料のアルコール濃度推定について説明する。

図４において実線Ａは、運転者の要求に基づく運転状態において、混合燃料に含まれるアルコール（エタノール）の濃度と、ノッキングを許容できるレベル以内に収めることのできる点火時期の進角限界値であるノック限界点火時期との関係を示している。この実線Ａに示すように、アルコール混合燃料ではアルコール濃度が高いほどノック限界点火時期が進角する傾向にあるため、ノック限界点火時期に基づいてアルコール濃度を推定することができる。しかしながら、図４に示すように点火プラグ１７による燃料の点火時期には破線Ｙ１に示す進角上限が設定されており、混合燃料のアルコール濃度が濃度Ｘ１よりも高い場合には運転状態によっては点火時期を進角上限まで進角させてもノッキングが発生しないため、このような場合には燃料のアルコール濃度を推定することができない。そこで本実施形態では、電子制御装置７０が点火時期以外の機関制御量を変更させることにより内燃機関１０の運転状態を変更して、アルコール濃度に対するノック限界点火時期の変化態様を実線Ａに示す状態から実線Ｂに示すアルコール濃度が比較的高い燃料においても進角上限よりも遅角側でノッキングを発生させることのできる状態へ変更する。そして、この状態でノッキングが発生したときの点火時期に基づいて燃料のアルコール濃度を推定する。なお、図４において運転者の要求に基づく運転状態では、燃料の点火は例えば実線Ｃに示す時期に実行される。すなわち、混合燃料のアルコール濃度が濃度Ｘ１以下の場合には点火プラグ１７による燃料の点火がノック限界点火時期で実行され、混合燃料のアルコール濃度が濃度Ｘ１よりも大きい場合には進角上限あるいは進角上限よりも少し遅角した機関出力が最大となる時期において点火が行われる。

以下、電子制御装置７０により実行される燃料のアルコール濃度推定を、図４及び図５に基づいて説明する。図５は、燃料のアルコール濃度推定ルーチンの実行手順を示すフローチャートである。この推定ルーチンの実際の処理は、例えば所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

図５に示すように、燃料のアルコール濃度推定ルーチンが開始されると、まずステップＳ１１において、内燃機関１０の運転状態を燃料のアルコール濃度が比較的高い場合においてもノッキングを発生させることのできる運転状態へと変更する。ここで、ノッキングは、燃焼室１８における吸入空気（混合気）の温度が高いほど起こりやすく、燃焼室１８における吸入空気（混合気）の圧縮率が高いときほど起こりやすい。したがって本実施形態では、ノッキングを発生させることのできる運転状態への変更として、燃焼室１８に混合気が吸入される際に混合気の温度を上昇させるとともに、燃焼室１８に吸入される混合気の量を増加させる。具体的には、吸気バルブ３０の最大リフト量を所定量小さくするようにリフト量可変機構２４を制御するとともに、同吸気バルブ３０の閉弁時期をピストン２６が下死点に位置する時期に近づけるようにバルブタイミング可変機構２３を制御する。

ここで、図６は吸気バルブ３０の最大リフト量に対するノック限界点火時期を示し、図７は吸気バルブ３０の閉弁時期に対するノック限界点火時期を示している。このように吸気バルブ３０の最大リフト量を小さくすると、吸気通路１２から燃焼室１８に吸入される混合気が狭い流路を通って燃焼室１８に吸入されることとなるため、燃焼室１８に吸入される混合気の流速が速くなり、これに起因して混合気と吸気バルブ３０等との摩擦熱が大きくなる。したがって、この摩擦熱の増大により混合気及び燃焼室１８周辺の温度が上昇することから、燃焼室１８における混合気の温度が上昇してノッキングが起きやすくなり、図６に示すようにノック限界点火時期が遅角側へと変化する。なお、本実施形態では、吸気バルブ３０の最大リフト量を小さくする際にスロットルバルブ１４の開度を大きくするようにしており、これにより吸入空気量の減少を抑制するようにしている。

また、図７に示すように、吸気バルブ３０の閉弁時期が内燃機関１０の吸気行程から圧縮行程においてピストン２６が下死点に位置する時期に近づくほど、燃焼室１８に混合気が充分に吸入された状態で吸気バルブ３０が閉弁されることとなるため、圧縮行程における混合気の圧縮率が高くなることとなり、ノッキングが起きやすくなる。したがってノック限界点火時期についても、ピストン２６が下死点に位置する時期に吸気バルブ３０の閉弁時期が近づくほど遅角側へと変化するようになる。

そこでステップＳ１１においては、上述したように吸気バルブ３０の最大リフト量を所定量小さくするとともに、吸気バルブ３０の閉弁時期をピストン２６が下死点に位置する時期に近づけるようにする。これにより、図４の実線Ｂに示すように、任意のアルコール濃度においてノック限界点火時期を遅角側へと変化させることができ、アルコール濃度が比較的高い燃料においても点火時期が進角上限よりも遅角側でノッキングが発生する運転状態とすることができる。なお、運転状態の変更にあたり、最大リフト量や閉弁時期の変更度合は、固定値に設定されていてもよいし、運転者の要求に基づく運転状態に応じて適宜変更してもよい。すなわち、運転者の要求に基づく運転状態において例えば燃焼室１８における混合気の温度がかなり高い場合には既に比較的ノッキングが起きやすい状態になっていると考えられるため、最大リフト量を少しだけ小さくするようにしてもよいし、逆に混合気の温度がかなり低い場合には最大リフト量を大幅に小さくするようにしてもよい。

そして、このような運転状態の変更によりノッキングを発生させることができるようになるため、ステップＳ１２に移りノックセンサ５８によりノッキングが検出されたか否かを確認的に判定する。そして、ステップＳ１２においてノッキングが検出されたと判定されると、ステップＳ１３に移り、燃料の点火時期をノッキングが発生しない点火時期へと大幅に（例えば所定角度α）遅角し、ステップＳ１４において点火時期を少し（所定角度αよりも充分小さい所定角度β）進角する。そして、ステップＳ１５においてノックセンサ５８によりノッキングが検出されたか否かを検出し、ノッキングが検出されるまでステップＳ１４の点火時期の進角を繰り返す。

そして、ステップＳ１５においてノッキングが検出されると、例えばこのときの点火時期をノック限界点火時期とし、ステップＳ１６に移りこのノック限界点火時期からアルコール濃度を推定する。具体的には、例えばノッキングが検出されたときの点火時期が時期Ｙ２であれば、図４において、この時期Ｙ２を実線Ｂに適用することによりアルコール濃度が濃度Ｘ２と推定される。このように本実施形態では、燃料のアルコール濃度が比較的高くノッキングが発生しにくい場合であっても、機関運転状態をノッキングが発生しうる運転状態に変更することにより、燃料のアルコール濃度を推定することができる。したがって、このようにして推定されたアルコール濃度に基づいて空燃比制御などの機関制御を適切に行うことができる。なお、アルコール濃度推定ルーチンが終了した後には、吸気バルブ３０の最大リフト量及び閉弁時期を運転者の要求に応じた状態に変更し、点火時期も実線Ｃに示す機関出力が最大となる点火時期へと変更する。

以上詳述した上記第１の実施形態では、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、内燃機関１０がアルコールとガソリンとを混合した混合燃料を使用可能であり、同機関１０の運転状態を運転者の要求に基づく運転状態からノッキングを発生させることのできる運転状態へ変更し、ノッキングが発生したときの点火時期に基づいて前記機関１０に供給された混合燃料のアルコール濃度を推定するようにしている。したがって、ノッキングが発生しにくいアルコール濃度の混合燃料が内燃機関１０に供給された場合でも、アルコール濃度を推定することができる。

（２）本実施形態では、内燃機関１０の燃焼室１８における吸入空気（混合気）の温度を上昇させることにより、運転者の要求に基づく運転状態からノッキングを発生させることのできる運転状態に変更するようにしている。具体的には、リフト量可変機構２４により吸気バルブ３０の最大リフト量を小さくし、これにより吸気通路１２から燃焼室１８に吸入される混合気が狭い流路を通って燃焼室１８に吸入されることとなるため、燃焼室１８に吸入される空気の流速が速くなり、これに起因して吸入空気と吸気バルブ３０等との摩擦熱を大きくするようにしている。したがって上記構成によれば、この摩擦熱の増大により吸入空気及び燃焼室１８周辺の温度を上昇させてノッキングを発生させることのできる運転状態へ変更することができる。

（３）本実施形態では、（２）で記載したノッキングを発生させることのできる運転状態とするために吸気バルブ３０の最大リフト量を小さくする際に、スロットルバルブ１４の開度を大きくするようにしている。したがって、吸気バルブ３０の最大リフト量を小さくても、これに起因して吸入空気量の減少することを抑制することができる。

（４）本実施形態では、圧縮行程において燃焼室１８に吸入された混合気の圧縮率を上昇させることにより、運転者の要求に基づく運転状態からノッキングを発生させることのできる運転状態に変更するようにしている。具体的には、バルブタイミング可変機構２３により吸気バルブ３０の閉弁時期をピストン２６が下死点に位置する時期に近づけるようにしている。これにより、燃焼室１８に空気が充分に吸入された状態で吸気バルブ３０が閉弁されることとなり、この状態で圧縮行程に移ると多量の空気が圧縮されることとなるため、圧縮率を高くしてノッキングを発生させることができる。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態について、図８及び図９に基づいて説明する。この実施形態の内燃機関１０は、第１の実施形態において図１に示した内燃機関１０とほぼ同じ構成であるため、同一の構成については同じ符号を用いて説明する。第１の実施形態では混合燃料のアルコール濃度推定にあたり、アルコール濃度に対するノック限界点火時期の変化態様を図８の実線Ａに示す状態から内燃機関１０の運転状態を変更することにより一点鎖線Ｂに示すアルコール濃度が比較的高い燃料においても進角上限よりも遅角側でノッキングを発生させることのできる態様へと一段階で変更させている。これに対して本実施形態は、アルコール濃度に対するノック限界点火時期の変化態様を、アルコール濃度が比較的高い燃料においても進角上限よりも遅角側でノッキングを発生させることのできる態様へと段階的に変更するものである。

本実施形態において電子制御装置７０により実行される燃料のアルコール濃度推定ルーチンについて、図８及び図９に基づいて説明する。図９は、燃料のアルコール濃度推定ルーチンの実行手順を示すフローチャートである。なお、この制御ルーチンの実際の処理は、例えば、所定時間毎の時間割り込みにて周期的に実行される。

図９に示すように、アルコール濃度推定が開始されると、まずステップＳ２１において、内燃機関１０の運転状態を運転者の要求に基づく運転状態からノッキングがより発生しやすい運転状態へと変更することにより、ノック限界点火時期の変化態様を図８の実線Ａに示す状態から実線Ｂ１に示すノッキングがより発生しやすい状態へと変更する。すなわち、本実施形態では、ノック限界点火時期の変化態様を図８の一点鎖線Ｂに示すアルコール濃度が比較的高い燃料においても進角上限よりも遅角側でノッキングを発生させることのできる状態に一度に変更するのではなく、ノッキングが発生しやすい状態に少しだけ変更する。したがって、この第２の実施形態では、上記第１の実施形態と同様に吸気バルブ３０の最大リフト量及び閉弁時期を変更するものの、このステップＳ２１における最大リフト量及び閉弁時期の変更度合は上記第１の実施形態のステップＳ１１の運転状態の変更における最大リフト量及び閉弁時期の変更度合よりも小さく設定されている。

そして、ステップＳ２１において実線Ｂ１に示す運転状態へと変更した後にステップＳ２２においてノックセンサ５８によりノッキングが検出されたか否かを判定する。ここで、ノックセンサ５８によりノッキングが検出されない場合には、再びステップＳ２１に移り、さらに吸気バルブ３０の最大リフト量及び閉弁時期を少しだけ変更して実線Ｂ２に示すノッキングがより発生しやすい状態へと変更し、ステップＳ２２においてノックセンサ５８によりノッキングが検出されるか否かを判定する。

このようにステップＳ２２においてノッキングが検出されるまで、内燃機関１０の運転状態をノッキングが起きやすい運転状態に徐々に変更する。そして、例えばノック限界点火時期の変化態様が図８の実線Ｂ３に示す状態となったときにステップＳ２２においてノッキングが検出されたと判定されると、現在の点火時期Ｙ３が実線Ｂ３に示す状態におけるノック限界点火時期であるとされ、ステップＳ２３に移って点火時期Ｙ３をこの実線Ｂ３に適用して燃料のアルコール濃度Ｘ３を推定する。このように本実施形態では、点火時期を変化させることなく最大リフト量及び閉弁時期を少しずつ変更してノッキングの発生しやすい運転状態へと段階的に変更することによって燃料中のアルコール濃度を推定するようにしている。

なお、このようにしてアルコール濃度Ｘ３が推定された後には、再び運転者の要求に基づく運転状態、すなわちノック限界点火時期の変化態様が実線Ａに示す状態となる運転状態に変更し、推定されたアルコール濃度Ｘ３に基づいて空燃比制御などの機関制御を行う。

以上詳述した上記実施形態によれば、第１の実施形態に記載した（１）〜（４）の効果に加え、以下の（５）及び（６）の効果を奏することができる。なお、特に言及しないその他の構成、作用及び効果は上記第１の実施形態と同じである。

（５）本実施形態では、ノッキングを発生させることのできる運転状態に１段階で変更するのではなく段階的に変更するようにしている。したがって混合燃料のアルコール濃度推定のために運転状態を変更するにあたり、運転状態が運転者の要求に基づく運転状態から不必要に大幅に変更されることを抑制することができる。

（６）本実施形態では、運転者の要求に基づく運転状態において設定した点火時期を変更することなくアルコール濃度の推定を行うようにしている。したがって、燃料のアルコール濃度の推定にあたり、多くの機関制御量を変更することを抑制することができる。

なお、上記実施形態は以下のように適宜変更してもよい。
・上記各実施形態では、内燃機関の運転状態を運転者の要求に基づく運転状態からノッキングを発生させることのできる（発生しやすい）運転状態へ変更するために燃焼室１８における吸入空気（混合気）の温度を上昇させるにあたり、吸気行程において吸気バルブ３０の最大リフト量を小さくするようにしている。しかしながら、吸気バルブ３０の最大リフト量の変更に代わって、同バルブ３０の開弁時期を遅角することにより吸入空気（混合気）の温度を上昇させるようにしてもよい。すなわち、図１０に示すように、吸気行程において吸気バルブ３０の開弁時期が遅角されると、燃焼室１８が充分に負圧となった状態で吸気バルブ３０が開弁されることとなるため、燃焼室１８に吸入される空気の流速が速くなり、これに起因して吸入空気と吸気バルブ３０等との摩擦熱が大きくなる。したがって、上記構成によれば、この摩擦熱の増大により吸入空気及び燃焼室１８周辺の温度を上昇させることができる。

また、ノッキングを発生させることのできる運転状態に変更するにあたり、吸気バルブ３０の最大リフト量、開弁時期、閉弁時期の変更制御を適宜組み合わせて行うようにしてもよい。また、これら吸気バルブ３０の制御量の１つのみを変更させるようにしてもよい。特に上記第２の実施形態では、ノッキングをより発生しやすい運転状態に段階的に変更するようにしているため、アルコール濃度の推定にあたり大幅な運転状態の変更は不要であることから、ノッキングが発生しやすい運転状態に変更するにあたって初めは１つの機関制御量のみを変更するようにしてもよい。

・上記各実施形態の内燃機関１０には、吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタ１５が設けられていたが、内燃機関１０はポート噴射用のインジェクタ１５に加えて又は代わって気筒１１内に燃料を直接噴射する筒内噴射インジェクタを備える構成であってもよい。

・上記各実施形態では、アルコール濃度推定ルーチンを所定周期毎に常に行うようにしていたが、例えば内燃機関１０の図示しない燃料タンクに新たに燃料が補給されてから所定時間後（噴射される燃料の濃度が安定した後）に一度だけアルコール濃度推定を行うようにしてもよい。また、アルコール濃度推定ルーチンにおいて、ステップＳ１１又はステップＳ２１の運転状態の変更を行う前に、同推定ルーチンを行うための前提条件が成立しているかといった判定行うようにしてもよい。

・上記各実施形態では、燃焼室１８における吸入空気（混合気）の温度を上昇させるにあたり、吸気行程において吸気バルブ３０の最大リフト量を小さくする、すなわち燃焼室１８に吸入される際に空気の温度を上昇させるようにしている。しかしながら、内燃機関の燃焼室における吸入空気の温度を上昇させる態様として、例えばヒータ等により燃焼室に吸入される前の空気の温度を上昇させる、あるいは吸入空気（混合気）にスワール流やタンブル流を形成させることにより燃焼室に吸入された空気の温度を上昇させるといった態様を採用することもできる。

・上記各実施形態では、燃焼室１８における吸入空気（混合気）の圧縮率を上昇させるにあたり、吸気バルブ３０の閉弁時期をピストン２６が下死点に位置する時期に近づけるようする、すなわち燃焼室に吸入される空気の量を増加させるようにしている。しかしながら、内燃機関の燃焼室における吸入空気の圧縮率を上昇させる態様として、例えば過給機等により燃焼室に吸入される前の空気を圧縮する、あるいは可変圧縮比機構により燃焼室に吸入された空気を圧縮する割合を大きくするといった態様を採用することもできる。

本発明にかかる第１の実施形態において内燃機関の燃料推定装置が適用される内燃機関とその周辺機構とを示す模式図。 第１の実施形態においてバルブタイミング可変機構による吸気バルブの閉弁時期の変更態様を示すグラフ。 第１の実施形態においてリフト量可変機構による吸気バルブの最大リフト量の変更態様を示すグラフ。 第１の実施形態において燃料のアルコール濃度とノック限界点火時期との関係を示すグラフ。 第１の実施形態において燃料のアルコール濃度推定の実行手順を示すフローチャート。 第１の実施形態において吸気バルブの最大リフト量とノック限界点火時期との関係を示すグラフ。 第１の実施形態において吸気バルブの閉弁時期とノック限界点火時期との関係を示すグラフ。 本発明にかかる第２の実施形態において燃料のアルコール濃度とノック限界点火時期との関係を示すグラフ。 第２の実施形態において燃料のアルコール濃度推定の実行手順を示すフローチャート。 本発明にかかるその他の実施形態において吸気バルブの開弁時期とノック限界点火時期との関係を示すグラフ。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…気筒、１２…吸気通路、１３…排気通路、１４…スロットルバルブ、１５…インジェクタ、１６…スロットルモータ、１７…点火プラグ、１８…燃焼室、２０…クランクシャフト、２１…吸気カムシャフト、２２…排気カムシャフト、２３…バルブタイミング可変機構、２４…リフト量可変機構、２５…電動モータ、２６…ピストン、３０…吸気バルブ、３２…排気バルブ、５０…吸気温センサ、５１…スロットルポジションセンサ、５２…エアフロメータ、５４…水温センサ、５５…クランクポジションセンサ、５６…アクセルセンサ、５８…ノックセンサ、７０…電子制御装置。

Claims (6)

1. アルコールとガソリンとを混合した混合燃料を使用可能な内燃機関に適用され、
   点火時期以外の機関制御量を変更することにより前記機関の運転状態を運転者の要求に基づく運転状態からノッキングを発生させることのできる運転状態へ変更し、
   前記ノッキングを発生させることのできる運転状態においてノッキングが発生する点火時期に基づいて前記機関に供給された混合燃料のアルコール濃度を推定する
   ことを特徴とする内燃機関の燃料推定装置。
2. 請求項１において、
   前記ノッキングを発生させることのできる運転状態への変更として、前記機関の燃焼室における吸入空気の温度を上昇させる
   ことを特徴とする内燃機関の燃料推定装置。
3. 請求項２において、
   前記機関は、前記燃焼室と吸気通路とを連通遮断する吸気バルブの最大リフト量を可変とする可変動弁機構を備え、
   前記吸気バルブの最大リフト量が小さくなるように前記可変動弁機構を制御することにより、前記機関の燃焼室における吸入空気の温度を上昇させる
   ことを特徴とする内燃機関の燃料推定装置。
4. 請求項２において、
   前記機関は、前記燃焼室と吸気通路とを連通遮断する吸気バルブの開弁時期を可変とする可変動弁機構を備え、
   吸気行程において前記吸気バルブの開弁時期が遅角されるように前記可変動弁機構を制御することにより、前記機関の燃焼室における吸入空気の温度を上昇させる
   ことを特徴とする内燃機関の燃料推定装置。
5. 請求項１において、
   前記ノッキングを発生させることのできる運転状態への変更として、前記機関の燃焼室における吸入空気の圧縮率を上昇させる
   ことを特徴とする内燃機関の燃料推定装置。
6. 請求項５において、
   前記機関は、燃焼室と吸気通路とを連通遮断する吸気バルブの閉弁時期を可変とする可変動弁機構を備え、
   前記吸気バルブの閉弁時期を吸気行程から圧縮行程においてピストンが下死点に位置する時期に近づくように前記可変動弁機構を制御することにより、前記機関の燃焼室における吸入空気の圧縮率を上昇させる
   ことを特徴とする内燃機関の燃料推定装置。

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