JP4792441B2 - フレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

この発明はアルコール含有燃料を使用するフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

内燃機関のひとつとして、任意の割合でアルコールをガソリンに混合したアルコール含有燃料を使用することのできるフレキシブル燃料内燃機関が知られている（例えば特許文献１参照）。アルコールはガソリン等、通常の燃料とは炭素原子の含有量が異なるため、フレキシブル燃料内燃機関にあっては、燃料に混合されるアルコールの種類とその濃度に応じて燃料噴射量を制御する必要がある。例えば、エタノールはガソリンと比較して理論空燃比が小さいため、これを含む混合燃料を使用する場合には、ガソリンをその理論空燃比のもとで燃焼させた場合に排出される排気の酸素濃度と等しくなるように燃料噴射量を増量する必要がある。そして、こうしたアルコール濃度に基づく燃料噴射量の補正が実行されることにより、排気通路に設けられた触媒装置の浄化性能を十分に発揮させることができ、排気性状の悪化を抑制することができるようになる。このため、フレキシブル燃料内燃機関においては、排気通路に設けられた酸素濃度センサの検出値に基づいて燃料のアルコール濃度を学習するとともに、その学習値に基づいて燃料噴射量を補正するようにしている。
特開平４‐１１６２３４号公報

ところで、フレキシブル燃料内燃機関では、常に一定のアルコール濃度の燃料が使用されるわけではない。すなわち、現在燃料タンクに貯留されている燃料とはアルコール濃度の異なる燃料が給油されることがある。したがって、給油操作が行われた場合には、その後の機関運転において燃料のアルコール濃度が大きく変化するようになる。もっとも、このように燃料タンクに貯留される燃料のアルコール濃度が変化した場合でも、アルコール濃度の学習処理が完了すれば、現在の燃料のアルコール濃度に応じた燃料噴射量の補正をすることはできる。ただし、アルコール濃度の学習処理は、その精度を確保するために所定の実行条件が成立しなければ開始することができず、またこうした実行条件が成立して学習処理が開始された場合であってもそれが完了するまでには所定の時間を要することとなる。したがって、給油操作が行われることにより燃料のアルコール濃度が変化した場合、所定期間が経過するまでは、その燃料のアルコール濃度に即した燃料噴射量の補正を行うことができず、空燃比の悪化を招くこととなっていた。

この発明は、こうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルコール濃度の異なる燃料が給油された後における空燃比の悪化を抑制することのできるフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成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、燃料タンクの燃料を燃料ポンプによってデリバリパイプに供給するためのメイン通路と、過剰な燃料を前記デリバリパイプから前記燃料タンクに戻すリターン通路とを備え、排気通路に設けられた酸素濃度センサの検出値に基づいて求められるアルコールの濃度偏差および前回算出されたアルコールの濃度に基づいてアルコールの濃度を更新し、この更新されたアルコールの濃度に応じた値を燃料噴射量の補正に用いられる濃度学習値とする濃度学習処理と、空燃比が理論空燃比となるように前記濃度学習値に基づいて前記デリバリパイプに接続されるインジェクタの燃料噴射量を補正する燃料噴射量算出処理とを実行するフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料タンクに給油操作がなされたことを検出する給油検出手段と、前記給油検出手段により給油操作がなされた旨検出されたときにその給油操作後の最初の機関始動開始から所定期間が経過するまで前記リターン通路を通じて前記デリバリパイプの燃料が前記燃料タンクに戻されることを制限する制限処理を実行する制限手段とを備え、前記制限手段の実行中、前記濃度学習処理ではその実行条件が成立するまで給油操作前の同濃度学習処理を通じて得られた前記濃度学習値に基づいて前記燃料噴射量の補正を行うことをその要旨とする。

給油操作がなされた場合には、濃度学習処理が完了して給油操作により変化した燃料のアルコール濃度が正確に把握されるようになるまでアルコール濃度に即した燃料噴射量の補正を適切に行うことができず、空燃比の悪化を招くこととなる。

この点、請求項１に記載の発明によれば、このように給油操作のなされたことが検出された場合には、デリバリパイプの燃料がリターン通路を通じて燃料タンクに戻されることが制限される。ここで、デリバリパイプやメイン通路には給油操作前の燃料、すなわち濃度学習処理を通じてアルコールの濃度に応じた濃度学習値が既に設定されている燃料がある程度の量残留している。したがって、こうした制限を実行することにより、インジェクタの噴射燃料に含まれるアルコールの濃度を給油操作前の濃度から給油操作によって変化した濃度にまで徐々に変化させることができるようになる。更に、こうした制限処理の実行中、アルコールの濃度学習処理ではその実行条件が成立するまでは、給油操作前の同濃度学習処理を通じて学習された濃度学習値に基づいて燃料噴射量の補正を行うようにしている。その結果、アルコール濃度学習処理の実行条件が成立するまでの期間に、同濃度学習処理を通じて既に学習されている濃度学習値と実際のアルコール濃度に対応する濃度学習値との間に大きな乖離が生じることを回避することができ、そうした乖離に起因する空燃比の悪化、ひいては排気性状の悪化を抑制することができるようになる。なお、請求項１に記載の発明において、制限手段には、デリバリパイプから燃料タンクに戻される燃料の量を減少させるものはもとより、その量を「０」としたもの、すなわちデリバリパイプから燃料タンクに燃料が戻されることを禁止するものも含まれるものとする。

機関始動に際しては、良好な始動性を確保するために一般に燃料噴射量が増量されるが、給油操作後の初回の機関始動に際してこうした燃料噴射量の増量がなされると、上述したような空燃比の悪化がより顕著なものとなる。また、冷間始動時においては機関始動時から酸素濃度センサが活性化するまで時間を要することがあり、この場合には酸素濃度センサが活性化するまで濃度学習処理を実行することができず、既に求められている濃度学習値を用いた見込み制御を通じて燃料噴射量が補正されることとなるため、これも空燃比の悪化を招く要因となる。

この点、請求項１に記載の発明では、機関始動時から所定期間が経過するまで制限処理が実行されるため、空燃比の悪化が顕著になりやすい機関始動に際しても、これを好適に抑制することができるようになる。

また、機関温度が上昇した状態で機関運転が停止されると、その機関停止中に内燃機関の熱によってデリバリパイプ内の燃料が加熱されてその温度が過度に上昇し、デリバリパイプの内部に燃料のベーパが発生する場合がある。このようにベーパが発生した状況下で機関始動がなされると、インジェクタから適切に燃料を噴射することができなくなるため、始動性の悪化を招くこととなる。特に、フレキシブル燃料内燃機関のように、使用される燃料にアルコールが含まれる場合にはベーパが発生しやすいため、こうしたベーパの発生に起因する高温再始動時の始動性悪化が一層顕著なものとなる。

この点、請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、デリバリパイプに残留する燃料の温度が所定温度以上であるときには、制限処理を禁止するようにしている。このように制限処理が禁止されることにより、燃料ポンプからデリバリパイプに供給された燃料の一部がリターン通路を通じて燃料タンクに戻される際に、デリバリパイプの燃料中に含まれるベーパが燃料とともに燃料タンクに戻されて消失する。したがって、ベーパの発生に起因する高温再始動時の始動性悪化を抑制することができるようになる。

また、このように制限処理を禁止する場合には、アルコール濃度の急変が避けられないものとなり、給油操作以前に求められた濃度学習値に対応するアルコール濃度と、給油操作後の燃料における実際のアルコール濃度とが大きく乖離する前に濃度学習処理を完了することは困難となり、空燃比の悪化を助長してしまうことが懸念される。このため、制限処理を禁止する場合には、請求項３に記載の発明によるように、これに併せて濃度学習処理の濃度学習値を初期化することが望ましい。具体的には、燃料のアルコール濃度が最も低い場合に設定される低濃度学習値とアルコール濃度が最も高い場合に設定される高濃度学習値との間の値を初期値とし、既に設定されている濃度学習値を同初期値に置換することによりこれを初期化する。

そして、この濃度学習値の初期化にかかる更に具体的な構成としては、請求項４に記載の発明によるように、低濃度学習値と高濃度学習値との平均値を濃度学習値の初期化に際しての初期値とするといった構成を採用することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記制限手段は前記制限処理の実行に際して機関始動時からの燃料噴射量積算値が前記メイン通路及び前記デリバリパイプに残留可能な燃料の量を上回ったときに前記所定期間が経過した旨判断して前記制限処理を終了することをその要旨とする。

機関始動時からの燃料噴射量積算値が前記メイン通路及び前記デリバリパイプに残留可能な燃料の量を上回った場合、それ以降は給油操作によってアルコール濃度の変化した燃料が噴射される可能性が極めて高くなる。従って、上記構成によれば、制限処理の実行期間が不要に長くなることを回避することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明において、前記リターン通路は前記デリバリパイプの燃料圧力を高圧に調節する高圧用調圧弁が設けられた高圧リターン通路であり、前記制限手段は、前記メイン通路に接続されて前記高圧用調圧弁よりもその開弁圧が低い低圧用調圧弁が設けられた低圧リターン通路と、前記メイン通路から前記低圧リターン通路に燃料が流入可能な状態と流入不能な状態とを切り替える切替弁と、前記給油検出手段により給油操作が検出されたときに前記低圧リターン通路が前記メイン通路に接続された状態となるように前記切替弁を制御する制御部とを備えることをその要旨とする。

同構成によれば、給油操作がなされた場合には、制御部により切替弁の弁位置が切り替えられて低圧リターン通路がメイン通路に接続されるため、デリバリパイプの燃料圧力、換言すれば燃料噴射圧が高圧リターン通路に設けられた高圧用調圧弁の開弁圧に達する前に、低圧リターン通路に設けられた低圧用調圧弁が開弁し、同低圧リターン通路を通じて燃料が燃料タンクに戻されるようになる。したがって、デリバリパイプの燃料が高圧リターン通路を通じて燃料タンクに戻されることを制限することができるようになる。なおここで、低圧リターン通路は、メイン通路において燃料ポンプの吐出口に最も近接した部分に接続するのが望ましい。すなわち、こうした構成によれば、学習処理を通じてそのアルコール濃度が既に検出されている残留燃料の量が多くなるため、給油操作後における噴射燃料のアルコール濃度変化をより緩慢なものとすることができるようになる。

以下、本発明の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１はＶ型の気筒配列を有した８気筒の車載内燃機関、及びその燃料噴射制御装置の概略構成を示している。同図１に示されるように、内燃機関にはその左右バンクに対応する一対のデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌがそれぞれ設けられている。これらデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌには各気筒に対応して４つのインジェクタ１５がそれぞれ接続されている。なお、この内燃機関は、ガソリンにエタノールが混合された混合燃料を燃料として運転することのできるフレキシブル燃料内燃機関である。ちなみに、混合燃料のエタノール濃度は、それまでの給油操作履歴、換言すれば燃料タンク１１に残存する燃料のエタノールの濃度と給油操作により燃料タンク１１に新たに注入される燃料のエタノール濃度とに応じてその都度異なるものとなる。具体的にその濃度は、０％（ガソリンのみ）〜８５％の範囲内で変化する。

燃料タンク１１の内部に設けられた燃料ポンプ１２は、メイン配管１３によって一方のデリバリパイプ１４Ｒと接続されている。また、この一方のデリバリパイプ１４Ｒと連通管１６によって接続される他方のデリバリパイプ１４Ｌには、各デリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌ内の燃料圧力、すなわち燃料噴射圧Ｐを高圧に調節するための高圧調圧弁２２が設けられるとともに、同高圧調圧弁２２を介して高圧リターン配管２１が接続されている。

また、メイン配管１３には、燃料タンク１１の近傍に位置する部分に低圧リターン配管３１が接続されている。この低圧リターン配管３１には、各デリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌ内の燃料圧力を低圧に調節するための低圧調圧弁３２が設けられている。この低圧調圧弁３２の開弁圧ＰＬは高圧調圧弁２２の開弁圧ＰＨよりも低く設定されている（ＰＬ＜ＰＨ）。また、この低圧リターン配管３１には燃圧切替弁３３が設けられている。この燃圧切替弁３３の弁位置に応じて、メイン配管１３の燃料が低圧リターン配管３１に流入可能な状態と流入不能な状態とが切り替えられる。

すなわち、この燃圧切替弁３３が閉弁状態になると、メイン配管１３から低圧リターン配管３１に燃料が流入することができなくなるため、燃料ポンプ１２からメイン配管１３に吐出された燃料は全て各デリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌに圧送されるようになる。そして、デリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌ内の燃料圧力が高圧調圧弁２２の開弁圧ＰＨより高くなると、同高圧調圧弁２２が開弁して燃料が高圧リターン配管２１を通じて燃料タンク１１に戻されるようになる。その結果、燃料噴射圧Ｐは高圧調圧弁２２の開弁圧ＰＨと略同じ圧力に維持されることとなる。

一方、燃圧切替弁３３が開弁状態になると、メイン配管１３から低圧リターン配管３１に燃料が流入するようになる。そして、デリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌ内の燃料圧力が上昇して高圧調圧弁２２が開弁する前に低圧調圧弁３２が開弁し、燃料の一部はデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌに圧送されることなく、低圧リターン配管３１を通じて燃料タンク１１に戻されるようになる。その結果、燃料噴射圧Ｐは低圧調圧弁３２の開弁圧ＰＬと略同じ圧力に維持されることとなる。このように本実施の形態にかかる燃料噴射制御装置では、燃圧切替弁３３の弁位置を切り替えることにより燃料噴射圧Ｐを異なる圧力に変更することができる。そして基本的に、１．機関始動時から所定期間が経過するまでの期間、２．高負荷時、においては、燃圧切替弁３３は閉弁状態となるように駆動され、相対的に高い燃料噴射圧Ｐ（＝ＰＨ）をもって燃料噴射が実行される。これは、上記１．及び２．のときには、多量の燃料を噴射する必要があり、さらにエタノールはその燃焼熱量がガソリンよりも小さいため、一層多くの燃料を噴射することが必要とされるからである。一方、上記１．及び２．以外の場合には、基本的に燃圧切替弁３３は開弁状態となるように駆動され、相対的に低い燃料噴射圧Ｐ（＝ＰＬ）をもって燃料噴射が実行される。

また、この内燃機関には、その機関運転状態を含め種々の情報を検出するための各種センサが設けられている。たとえば、クランクシャフト（図示略）の近傍には、その回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出するための機関回転速度センサ４２が設けられている。吸気管（図示略）には吸入空気量ＧＡを検出する吸入空気量センサ４３が設けられている。また、排気管１７には三元触媒１８が設けられるとともに、その上流側には酸素濃度センサ４４が設けられている。この酸素濃度センサ４４は排気管１７内の排気に含まれる酸素濃度ＤＯに応じて連続的に変化する信号を出力する。なお、この酸素濃度センサ４４は、その素子温度が所定の活性化温度以下であるときには高い精度をもって酸素濃度ＤＯを検出することができない。このため、酸素濃度センサ４４には、排気温度や外気温が低いときに素子を加熱して素子温度を活性化温度にまで上昇させるためのヒータが内蔵されている。さらに、シリンダブロックのウォータジャケット（図示略）には機関冷却水温ＴＨＷを検出するための冷却水温センサ４５が設けられている。なお、この機関冷却水温ＴＨＷは機関温度や燃料温度と相関があるため、それらの代替値として用いられる。また、デリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌの一方１４Ｌには燃料圧力（燃料噴射圧Ｐ）を検出する燃圧センサ４６が設けられている。その他、燃料タンク１１には、その内部の燃料量ＦＬを検出する燃料量センサ４７が設けられている。

こうした各種センサ４２〜４７の検出信号はいずれも内燃機関の電子制御装置４１に取り込まれる。この電子制御装置４１は、各種制御プログラムや演算用マップ、各種制御の実行に際して算出されるデータ等を記憶保持する記憶部４１ａを備えている。なお、この記憶部４１ａは、ＲＯＭ及びＲＡＭの他、機関運転が停止された場合、換言すれば電子制御装置４１に対する給電が停止された場合においても、バッテリ（図示略）の給電によりその記憶内容を保持するバックアップＲＡＭを含んでいる。電子制御装置４１は、これらセンサ４２〜４７を含め各種センサの検出信号に基づいてインジェクタ１５、燃圧切替弁３３等を駆動することにより、燃料噴射量や燃料噴射圧、燃料の循環態様等々、燃料噴射にかかる制御を実行する。

次に、この電子制御装置４１により実行される燃料噴射制御について図２〜図６を参照して説明する。
まず、インジェクタ１５から噴射される燃料噴射量の算出手順について図２のフローチャートを参照して説明する。なお、このフローチャートに示す一連の処理は、電子制御装置４１によって所定の周期をもって繰り返し実行される。

同図２に示されるように、この一連の処理ではまず、機関回転速度ＮＥと同機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量ＧＡから算出される機関負荷とに基づいて基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥが算出される（ステップＳ２００）。

次に、酸素濃度センサ４４により排気の酸素濃度ＤＯが検出可能か否かが判断される（ステップＳ２０１）。上述したように、酸素濃度センサ４４はその素子温度が所定の活性化温度以下であるときには高い精度をもって酸素濃度ＤＯを検出することができないため、ここでは酸素濃度センサ４４の素子温度が所定の活性化温度以上である場合に、酸素濃度センサ４４による酸素濃度ＤＯの検出が可能である旨判断される。

そして、酸素濃度が検出可能である旨判断された場合には（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、酸素濃度センサ４４によって検出された値に基づいて空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが算出される。この空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦは、ガソリンをその理論空燃比のもとで燃焼させた場合に排出される排気の酸素濃度ＤＯ１と実際の排気の酸素濃度ＤＯとの一時的な乖離を補償するためのものである。

こうして空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが算出されると（ステップＳ２０３）、次に空燃比学習の実行条件が成立しているか否かが判断される（ステップＳ２０４）。この実行条件として例えば、車両の加速や減速が行われておらず内燃機関が定常運転状態であること、フィードバック補正係数ＦＡＦから１．０を減じた値の絶対値が所定値より大きい状態が所定の期間継続していること等が挙げられる。

ここで、空燃比学習の実行条件が成立していると判断された場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、予め設定された所定期間における空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの平均値ＦＡＦＡＶＥが算出される（ステップＳ２０５）。

そして、平均値ＦＡＦＡＶＥから「１．０」を減算した値を現在の空燃比学習値ＫＧに加算した値が新たな空燃比学習値ＫＧとして算出される（ステップＳ２０６）。このようにして算出された空燃比学習値ＫＧは記憶部４１ａのバックアップＲＡＭに記憶される。なお、こうした空燃比学習値ＫＧの更新に伴い、フィードバック補正係数ＦＡＦはその初期値である「１．０」に設定される。

次に、空燃比学習値ＫＧ及び後述する濃度学習値ＫＡＬＣが記憶部４１ａのバックアップＲＡＭから読み込まれる（ステップＳ２０７）。
一方、酸素濃度センサ４４により排気の酸素濃度ＤＯが検出することができない旨判断された場合は（ステップＳ２０１：ＮＯ）、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが「１．０」に設定され（ステップＳ２０２）、空燃比学習値ＫＧ及びエタノール濃度学習値ＫＡＬＣが読み込まれる（ステップＳ２０７）。また、空燃比学習の実行条件が成立していない旨判断された場合にも（ステップＳ２０４：ＮＯ）、空燃比学習値ＫＧ及びエタノール濃度学習値ＫＡＬＣが読み込まれる（ステップＳ２０７）。

そして、この二つの学習値ＫＧ，ＫＡＬＣと空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦとが加算され、その加算値と基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥとの積算値が最終燃料噴射量ＱＦＩＮとして算出される（ステップＳ２０８）。

このようにして最終燃料噴射量ＱＦＩＮが算出されると、この一連の処理は一旦終了される。
この燃料噴射量算出処理を通じて算出される最終燃料噴射量ＱＦＩＮと燃圧センサ４６により検出される燃料噴射圧Ｐとに基づいて燃料噴射時間ＴＡＵ、すなわちインジェクタ１５の開弁時間が算出される。そして、電子制御装置４１はこの燃料噴射時間ＴＡＵに基づいてインジェクタ１５を開弁駆動する。その結果、最終燃料噴射量ＱＦＩＮに相当する量の燃料がインジェクタ１５から噴射される。

上述のように、本実施形態にかかるフレキシブル燃料内燃機関にあっては、ガソリンよりも理論空燃比が小さいエタノールを含む混合燃料を使用しているため、ガソリンを理論空燃比のもとで燃焼させた場合に排出される排気の酸素濃度ＤＯと等しくなるように、燃料噴射量を増量補正する必要がある。そして、こうした燃料噴射量の補正が実行されることにより、排気通路に設けられた触媒装置の浄化性能を十分に発揮させることができ、排気性状の悪化を抑制することができるようになる。従って、本実施形態の制御装置が実行する燃料噴射制御においては、排気通路に設けられた酸素濃度センサ４４の検出値に基づいて燃料のエタノール濃度を推定してこれを学習するとともに、その学習値に基づいて燃料噴射量を補正するようにしている。

以下、このエタノール濃度学習処理について図３及び４を参照して説明する。
図３はエタノール濃度学習処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す一連の処理は、電子制御装置４１によって所定の周期をもって繰り返し実行される。なお、このエタノール濃度学習処理の実行中は、燃料噴射量算出処理における空燃比の学習処理（ステップＳ２０３〜ステップＳ２０７）の実行が禁止される。

同図３に示されるように、この一連の処理ではまず、給油操作が行われた後、エタノール濃度ＡＬＣの学習が未だ完了していないか否かが判断される（ステップＳ３００）。具体的にここでは、給油操作フラグＸＦが「ＯＮ」に設定されている場合に、給油操作後、未だエタノール濃度ＡＬＣの学習が完了していない旨判断される。この給油操作フラグＸＦは、燃料タンク１１内の燃料量ＦＬが所定量以上増加した場合に「ＯＮ」に設定され、その後、エタノール濃度ＡＬＣの学習が完了したときに「ＯＦＦ」に設定される。

そしてここで、給油操作フラグＸＦが「ＯＦＦ」である旨判断されると（ステップＳ３００：ＮＯ）、この一連の処理は一旦終了される。
これに対して、給油操作が行われた旨判断されると（ステップＳ３００：ＹＥＳ）、次にエタノール濃度学習の実行条件が成立しているか否かが判断される（ステップＳ３０１）。ここで、以下の条件（１）及び条件（２）が成立したときに、エタノール濃度学習の実行条件が成立した旨判断される。

（条件１）酸素濃度センサ４４が活性化している
（条件２）空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの絶対値≠１．０

ここでエタノール濃度学習の実行条件が成立していないと判断された場合（ステップＳ３０１：ＮＯ）、この一連の処理は一旦終了される。

一方、エタノール濃度学習の実行条件が成立していると判断された場合（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、酸素濃度検出センサの検出結果に基づき空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが算出され、この値と空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの初期値（＝１．０）との偏差ΔＦＡＦが算出される。そして、この偏差ΔＦＡＦに基づいて燃料のエタノール濃度偏差ΔＡＬＣが推定され、更にエタノール濃度偏差ΔＡＬＣに基づいて、エタノール濃度ＡＬＣが算出される（ステップＳ３０２）。

図４（ａ）に示すように、給油直後における機関始動の場合、給油後に算出されるフィードバック補正係数ＦＡＦと、その初期値（＝１．０）の偏差ΔＦＡＦはエタノールの濃度変化に応じて異なるものとなる。したがって、この空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの偏差ΔＦＡＦに基づいて燃料のエタノール濃度偏差ΔＡＬＣを推定することができる。そして、以下の演算式（１）に基づいてエタノール濃度ＡＬＣが算出される。

ＡＬＣ ← ＡＬＣ＋ΔＡＬＣ …（１）

その後、図４（ｂ）に示される演算用マップを通じてエタノール濃度ＡＬＣに応じたエタノール濃度学習値ＫＡＬＣが算出される（ステップＳ３０３）。なお、これら演算用マップは実験等を通じて得られた結果に基づいて予め作成されたものであり、記憶部４１ａのＲＯＭに記憶されている。また、このようにして算出された濃度学習値ＫＡＬＣは記憶部４１ａのバックアップＲＡＭに記憶される。

このようにエタノール濃度学習値ＫＡＬＣが算出されると、この一連の処理は一旦終了される。
上述したように、フレキシブル燃料内燃機関においては、今回給油した燃料と前回給油した燃料との間で含有するエタノールの濃度が異なることがあり、給油後に燃料のエタノール濃度が変化することが少なくない。このような場合、給油操作後の機関運転においてインジェクタ１５から噴射される燃料のエタノール濃度が急変することとなり、エタノール濃度の学習処理が完了して給油操作により変化した燃料のエタノール濃度が正確に把握されるようになるまで、エタノール濃度に即した燃料噴射量のフィードバック補正を適切に行うことができず、空燃比の悪化を招いてしまう。

そこで、本実施形態にかかる制御装置が実行する燃料噴射制御においては、給油操作が検出された場合に、低圧リターン配管３１の燃圧切替弁３３を開くことによって高圧リターン配管２１を通じてデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌの燃料が燃料タンク１１に戻されることを制限する。こうした制限を実行することによりデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌやメイン配管１３に残留している混合燃料を用いて燃料噴射を実行する期間を極力長くすることができる。したがってこの期間においては、給油操作前に学習されたエタノール濃度学習値ＫＡＬＣに基づいて、燃料のエタノール濃度ＡＬＣに応じた燃料噴射量の補正を適切に行うことができ、空燃比の悪化を抑制することができる。

以下、こうした燃料噴射制御に際して行われる燃圧切替弁開閉駆動処理について図５を参照して説明する。
同図５は本実施形態における燃圧切替弁開閉駆動処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示す一連の処理は、電子制御装置４１により機関始動毎に実行される。

同図５に示されるように、まず今回の機関始動が給油操作後の初回の機関始動であるか否かが判断される（ステップＳ５００）。この判断処理では、燃料タンク１１の燃料量センサ４７によって検出された燃料量ＦＬが機関停止直前に検出された前回量と比較して所定量ΔＦＬ以上増加している場合に、機関停止中に給油操作が行われた旨判断される。

この処理を通じて給油操作後の初回の機関始動でない旨判断された場合には（ステップＳ５００：ＮＯ）、次に燃圧切替弁３３を閉じる処理が実行され（ステップＳ５１０）、その後、燃料噴射量の算出に用いられる補正値である燃料のエタノール濃度学習値ＫＡＬＣの値が、以前の機関運転時に学習された値ＫＡＬＣＢに設定され（ステップＳ５１１）、この一連の処理は一旦終了される。

一方、給油操作後の初回の機関始動である旨判断された場合には（ステップＳ５００：ＹＥＳ）、さらに内燃機関温度が高い状態での再始動であるか否かが判断される（ステップＳ５０１）。具体的には、デリバリパイプに残留する燃料の温度の代替値として機関冷却水温ＴＨＷを冷却水温センサ４５によって検出し、その温度が所定値以上であることに基づいて高温状態にある旨判断される。ここで上記所定値は、燃料のベーパが発生する燃料温度の下限値に対応した機関冷却水温ＴＨＷの値に設定されている。

この処理を通じて高温再始動時である旨判断された場合には（ステップＳ５０１：ＹＥＳ）、次に燃圧切替弁３３を閉じる処理が実行され（ステップＳ５２０）、濃度学習値ＫＡＬＣがその初期値である濃度学習初期値ＫＡＬＣＩに設定される（ステップＳ５２１）。ここで、濃度学習初期値ＫＡＬＣＩは、エタノール濃度学習処理を通じて学習される濃度学習値のうち、エタノール濃度ＡＬＣが最も低い場合（すなわち０％）に設定される低濃度学習値とエタノール濃度ＡＬＣの最も高い場合（８５％）に設定される高濃度学習値との平均値である。濃度学習値の初期化処理が実行されると、この一連の処理は一旦終了される。

一方、機関温度が低い状態である旨判断された場合には（ステップＳ５０１：ＮＯ）、燃圧切替弁３３を開く処理が実行され（ステップＳ５０２）、その後濃度学習値ＫＡＬＣは以前の機関運転中に学習された濃度学習値ＫＡＬＣＢに設定される（ステップＳ５０３）。

このように一旦燃圧切替弁３３が開かれると、機関始動時からの燃料噴射量積算値が機関停止時にメイン配管１３及びデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌに残留可能な燃料の量を上回った旨判定されるまで、この状態が保たれる。

具体的にはまず、以下の演算式（２）を通じて最終燃料噴射量ＱＦＩＮの積算値ΣＱＦＩＮが算出される（ステップＳ５０４）。

ΣＱＦＩＮ ← ΣＱＦＩＮ＋ＱＦＩＮ …（２）

次に、演算式（３）により算出される最終燃料噴射量ＱＦＩＮの積算値ΣＱＦＩＮに気筒数ｎ（＝８）を乗じて総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬが算出される（ステップＳ５０５）。

ＱＴＯＴＡＬ ← ｎ・ΣＱＦＩＮ …（３）

この演算式（３）により算出される総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬを機関停止時にメイン配管１３及びデリバリパイプ１４Ｌ，１４Ｒに残留可能な燃料の量である基準燃料量ＱＴＨと比較し、総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬが基準燃料量ＱＴＨを上回ったか否かが判断される（ステップＳ５０６）。

そして、総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬが基準燃料量ＱＴＨを上回った旨判断された場合には（ステップＳ５０６：ＹＥＳ）、次に燃圧切替弁３３が閉弁駆動され（ステップＳ５０７）、この一連の処理は一旦終了される。

一方、総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬが基準燃料量ＱＴＨ以下である旨判断された場合には（ステップＳ５０６：ＮＯ）、基準燃料量ＱＴＨを上回るまで、演算式（２）（３）それぞれによる最終燃料噴射量ＱＦＩＮ及び総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬの算出が繰り返されることとなる。

図６は、図５のフローチャートに示される燃圧切替弁開閉駆動処理が実行された場合について、（ａ）燃料タンク１１内の燃料貯留量、（ｂ）イグニッションスイッチの操作状態、（ｃ）燃料切替弁の弁位置、（ｄ）インジェクタ１５から噴射される燃料のエタノール濃度ＡＬＣ、（ｅ）機関再始動からの総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬの変化の一例を示している。図６（ｉ）は同フローチャートにおいて機関温度が低い状態での機関再始動である旨判断された場合（ステップＳ５０１：ＮＯ）における変化例であり、図６（ｉｉ）は同温度が高い状態での機関再始動である旨判断された場合（ステップＳ５０１：ＹＥＳ）における変化例である。また図６（ｉ）及び（ｉｉ）はいずれも、燃料タンク１１内に残存する燃料のエタノール濃度ＡＬＣよりも新しく給油される燃料のエタノール濃度ＡＬＣのほうが高い場合における変化例である。

図６（ｉ）に示されるように、フレキシブル燃料内燃機関の機関停止中に給油操作が行われると燃料タンク１１内の燃料貯留量が増加する（タイミングｔ１）。そしてイグニッションスイッチをＯＮにすることによって機関が再始動され、燃圧切替弁３３は開状態が保たれる（タイミングｔ２）。なお、燃料切替弁は機関停止時に開かれ機関停止中はその状態を保つように駆動制御するようにしている。機関始動から総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬは増加し、それに伴ってインジェクタ１５から噴射される燃料のエタノール濃度ＡＬＣも上昇する（タイミングｔ２〜タイミングｔ４間）。この間に機関温度が上昇し、酸素濃度センサ４４も活性化されて空燃比フィードバック制御が開始される（タイミングｔ３）。その後総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬが基準燃料量ＱＴＨを上回ると、燃料切替弁が駆動され閉状態となる（タイミングｔ４）。

次に図６（ｉｉ）については、図６（ｉ）との相違点を中心に述べる。
図６（ｉｉ）に示されるように、イグニッションスイッチをＯＮにすることによって機関が再始動されると、燃圧切替弁３３が駆動され開状態から閉状態となる（タイミングｔ２）。そして酸素濃度センサ４４が活性化し、空燃比フィードバック制御が開始される（タイミングｔ３）。機関始動から空燃比フィードバック制御が開始されるまでの時間は、図６（ｉ）に示す低温再始動時と比較して短いが、その間にインジェクタ１５から噴射される燃料のエタノール濃度ＡＬＣは急激に変化する（タイミングｔ２〜タイミングｔ３間）。

以上説明した本実施形態におけるフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、以下に列挙する効果を奏することができる。
（１）本実施形態においては給油操作が検出された場合には、電子制御装置４１により低圧リターン配管３１に設けられた燃圧切替弁３３が開かれて低圧リターン配管３１がメイン配管１３に接続されるため、デリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌの燃料圧力、換言すれば燃料噴射圧が高圧リターン配管２１に設けられた高圧調圧弁２２の開弁圧に達する前に、低圧リターン配管３１に設けられた低圧調圧弁３２が開弁し、低圧リターン配管３１を通じて燃料ポンプ１２から吐出された燃料の一部が燃料タンク１１に戻されるようにした。これにより、デリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌの燃料が高圧リターン配管２１を通じて燃料タンク１１に戻されることを制限することができるようになる。その結果、デリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌやメイン配管１３に残留している給油操作前の燃料、すなわち燃料のエタノール濃度学習処理を通じてエタノールの濃度に応じた濃度学習値ＫＡＬＣが既に設定されている燃料を用いて所定期間燃料噴射を継続することができるようになる。したがって、インジェクタ１５の噴射燃料に含まれるエタノールの濃度を給油操作前の濃度から給油操作によって変化した濃度にまで徐々に変化させることができる。その結果、エタノールの濃度学習処理が完了するまでの期間に、同濃度学習処理を通じて検出されたエタノール濃度ＡＬＣと実際のエタノール濃度との間に大きな乖離が生じることを回避することができ、そうした乖離に起因する空燃比の悪化、ひいては排気性状の悪化を抑制することが可能となる。

（２）また機関始動時から所定期間が経過するまで上記制限処理が実行されるため、空燃比の悪化が顕著になりやすい機関始動に際しても、これを好適に抑制することができるようになる。

（３）一方、給油操作後の初回の機関始動時であっても、デリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌに残留する燃料の温度が所定温度、すなわち燃料のベーパが発生する虞のある温度以上であるときには上記制限処理を禁止するようにした。このように高温再始動時には制限処理が禁止されることにより、燃料ポンプ１２からデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌに供給された燃料の一部が高圧リターン配管２１を通じて燃料タンク１１に戻される際に、デリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌの燃料中に含まれるベーパが燃料とともに燃料タンク１１に戻されて消失する。したがって、ベーパの発生に起因する高温再始動時の始動性悪化を抑制することができるようになる。

（４）また、高温再始動時に上記制限処理を禁止する際にはこれに併せて濃度学習処理の濃度学習値ＫＡＬＣを初期化するようにした。さらに、この場合には、濃度学習処理を通じて、燃料のエタノール濃度ＡＬＣが最も低い場合に設定される低濃度学習値と、エタノール濃度ＡＬＣが最も高い場合に設定される高濃度学習値との平均値を初期値ＫＡＬＣＩとした。したがって、例えば濃度学習初期値として低濃度学習値や高濃度学習値が選択される場合とは異なり、実際のエタノール濃度ＡＬＣと学習が完了するまでのエタノール濃度ＡＬＣとが大きく乖離することを抑制することができ、空燃比の悪化の助長を抑えることができるようになる。

（５）機関始動時からの総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬがメイン配管１３及びデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌに残留可能な燃料の量である基準燃料量ＱＴＨを上回った場合に上記制限処理を終了するようにした。総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬが基準燃料量ＱＴＨを上回った場合、それ以降は給油操作によってエタノール濃度ＡＬＣの変化した燃料が噴射され、エタノール濃度ＡＬＣが略一定となる可能性が極めて高くなる。従って、制限処理の実行期間が不要に長くなることを回避することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・燃料タンク１１の燃料量センサ４７によって検出された燃料量が前回検出された量と比較して所定量以上増加している場合に、機関停止中に給油操作が行われた旨判断するようにしている。これに限らず、給油口の蓋の開閉操作を検出する検出手段を設け、同蓋の開閉に基づいて給油操作の有無を判断してもよい。また給油ガンを給油口に差込む操作を検出する手段を設け、その差込の有無に基づいて給油操作の有無を判断してもよい。

・混合燃料のエタノール濃度は、燃料タンク１１に残存する燃料のエタノールの濃度と給油操作により燃料タンク１１に注入される燃料のエタノール濃度とに応じてその都度異なるものとなり、０％（ガソリンのみ）〜８５％の範囲内で変化するものとしたが、例えばエタノールの濃度が０％〜１００％（エタノールのみ）にまで変化する混合燃料を使用する場合であっても、上記実施の形態に準じたかたちで本発明を具現化するができる。

・ガソリンに混合させるアルコールはエタノールに限らず、メタノールやイソプロピルアルコール等であってもよい。
・機関再始動に際して給油操作が行われた旨検出された場合には、低圧リターン配管３１に備えられた燃圧切替弁３３を開くことによって高圧リターン配管２１を通じてデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌの燃料が燃料タンク１１に戻されることを制限し、デリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌやメイン配管１３に給油操作前の燃料をある程度の量残留させるようにしている。これに限らず、燃料ポンプ１２の吐出圧を給油操作が検出されなかった場合と比較して小さくすることによってデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌの燃料が燃料タンク１１に戻されることを制限するようにしてもよい。

・デリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌの燃料が燃料タンク１１に戻されることを制限する制限処理の実行期間を、機関始動時から総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬが機関停止時にメイン配管１３及びデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌに残留可能な燃料の量である基準燃料量ＱＴＨを上回るまでの期間としているが、機関始動時からあらかじめ設定された一定の期間としてもよい。

・給油操作後であって内燃機関温度が高い状態での再始動である旨判断された場合には、燃料のエタノール濃度学習値ＫＡＬＣとして、エタノール濃度学習処理を通じて学習された濃度学習値のうち、エタノール濃度ＡＬＣの最も低い場合に設定される低濃度学習値とエタノール濃度ＡＬＣの最も高い場合に設定される高濃度学習値との平均値である濃度学習初期値ＫＡＬＣＩを設定するようにしている。これに限らず、濃度学習初期値ＫＡＬＣＩは低濃度学習値と高濃度学習値との間の任意の値であってもよい。また、低濃度学習値の値及び高濃度学習値の値とすることも可能である。

・給油操作後の初回の機関始動であって、且つ内燃機関温度が高い状態での再始動である場合には、燃圧切替弁３３を閉じる処理が実行され、高圧リターン配管２１を通じてデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌの燃料が燃料タンク１１に戻されることを制限することを禁止するようにしているが、機関温度が高い場合であってもデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌの燃料が燃料タンク１１に戻されることを制限するようにしてもよい。これにより、上記（３）の効果を得ることはできないが、高温再始動時にも燃料のエタノール濃度学習処理が完了するまでの期間に、同濃度学習処理を通じて検出されたエタノール濃度と実際のエタノール濃度との間に大きな乖離が生じることを回避することができ、上記（１）の効果をさらに顕著なものとすることができる。

・給油操作が検出された場合には、機関始動時であるか否かに関わらず、燃圧切替弁３３を開くことによって高圧リターン配管２１を通じてデリバリパイプ１４Ｒ，１４Ｌの燃料が燃料タンク１１に戻されることを制限するようにしてもよい。すなわち、給油操作は機関停止中に限らず、機関運転中に実行される可能性もあるため、制限処理の開始を機関始動時ではなく給油操作の検出時としてもよい。

本発明の一実施形態における燃料噴射制御装置を示す概略構成図。 実施形態における燃料噴射量算出の処理手順を示すフローチャート。 実施形態における燃料のエタノール濃度学習の処理手順を示すフローチャート。 （ａ）空燃比フィードバック補正係数の変化量と燃料のエタノール濃度の変化量との関係を示すグラフ。（ｂ）燃料のエタノール濃度とエタノール濃度学習値との関係を示すグラフ。 実施形態における燃圧切替弁開閉駆動制御の処理手順を示すフローチャート。 （ｉ）低温再始動時における燃圧切替弁駆動様態の一例を示すタイミングチャート。（ｉｉ）高温再始動時における燃圧切替弁駆動様態の一例を示すタイミングチャート。

符号の説明

１１…燃料タンク、１２…燃料ポンプ、１３…メイン配管（メイン通路）、１４Ｒ，１４Ｌ…デリバリパイプ、１５…インジェクタ、１６…連通管、１７…排気管、１８…三元触媒、２１…高圧リターン配管（高圧リターン通路）、２２…高圧調圧弁、３１…低圧リターン配管（低圧リターン通路）、３２…低圧調圧弁、３３…燃圧切替弁（切替弁）、４１…電子制御装置（給油検出手段、制限手段、推定手段、禁止手段、制御部）、４１ａ…記憶部、４２…機関回転速度センサ、４３…吸入空気量センサ、４４…酸素濃度センサ、４５…冷却水温センサ（推定手段）、４６…燃圧センサ、４７…燃料量センサ（給油検出手段）。

Claims (6)

1. 燃料タンクの燃料を燃料ポンプによってデリバリパイプに供給するためのメイン通路と、過剰な燃料を前記デリバリパイプから前記燃料タンクに戻すリターン通路とを備え、
   排気通路に設けられた酸素濃度センサの検出値に基づいて求められるアルコールの濃度偏差および前回算出されたアルコールの濃度に基づいてアルコールの濃度を更新し、この更新されたアルコールの濃度に応じた値を燃料噴射量の補正に用いられる濃度学習値とする濃度学習処理と、空燃比が理論空燃比となるように前記濃度学習値に基づいて前記デリバリパイプに接続されるインジェクタの燃料噴射量を補正する燃料噴射量算出処理とを実行するフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記燃料タンクに給油操作がなされたことを検出する給油検出手段と、
   前記給油検出手段により給油操作がなされた旨検出されたときにその給油操作後の最初の機関始動開始から所定期間が経過するまで前記リターン通路を通じて前記デリバリパイプの燃料が前記燃料タンクに戻されることを制限する制限処理を実行する制限手段とを備え、
   前記制限手段の実行中、前記濃度学習処理ではその実行条件が成立するまで給油操作前の同濃度学習処理を通じて得られた前記濃度学習値に基づいて前記燃料噴射量の補正を行う
   ことを特徴とするフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 請求項１に記載のフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記デリバリパイプに残留する燃料の温度を推定する推定手段と、
   前記推定手段によって推定される燃料温度が所定温度以上であるときには前記制限手段による前記制限処理を禁止する禁止手段とを更に備える
   ことを特徴とするフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 請求項２に記載のフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   濃度学習処理を通じて、燃料のアルコール濃度が最も低い場合に設定される低濃度学習値と、アルコール濃度が最も高い場合に設定される高濃度学習値との間の値を初期値とし、既に設定されている濃度学習値を同初期値に置換することにより初期化を実行する初期化手段を更に備える
   ことを特徴とするフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 請求項３に記載のフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記初期化手段は前記濃度学習値の初期化に際して前記低濃度学習値と前記高濃度学習値との平均値を初期値とする
   ことを特徴とするフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記制限手段は前記制限処理の実行に際して機関始動時からの燃料噴射量積算値が前記メイン通路及び前記デリバリパイプに残留可能な燃料の量を上回ったときに前記所定期間が経過した旨判断して前記制限処理を終了する
   ことを特徴とするフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記リターン通路は前記デリバリパイプの燃料圧力を高圧に調節する高圧用調圧弁が設けられた高圧リターン通路であり、
   前記制限手段は、前記メイン通路に接続されて前記高圧用調圧弁よりもその開弁圧が低い低圧用調圧弁が設けられた低圧リターン通路と、前記メイン通路から前記低圧リターン通路に燃料が流入可能な状態と流入不能な状態とを切り替える切替弁と、前記給油検出手段により給油操作が検出されたときに前記低圧リターン通路が前記メイン通路に接続された状態となるように前記切替弁を制御する制御部とを備える
   ことを特徴とするフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置。

Images