JP5181890B2

JP5181890B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5181890B2
Application number: JP2008183872A
Authority: JP
Inventors: 一親田島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-15
Filing date: 2008-07-15
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2028-07-15
Also published as: JP2010024853A

Description

この発明はデリバリパイプ内の設定燃圧を内燃機関の運転状態に応じて複数段階に切り替えることのできる内燃機関の制御装置に関する。

一般に、燃料噴射弁が接続されたデリバリパイプに電動式の燃料ポンプによって燃料を圧送する構成においては、この燃料ポンプによって吐出された燃料の一部が圧力レギュレータを介して燃料タンク内に戻されることにより、デリバリパイプ内の燃料圧力が所定圧力に調圧されている。そして、こうしてデリバリパイプ内の燃料圧力、すなわち燃料噴射圧を制御することにより、この燃料噴射圧と燃料噴射弁の開弁期間とに基づき、燃料噴射弁から内燃機関に供給される燃料供給量が制御されている。

近年、内燃機関にあっては、ガソリン燃料よりも理論空燃比の小さなアルコールとガソリンとの混合燃料が使用されるときや高出力が要求されるとき等に、燃料供給量を適切に制御することが要求されている。そこで、特許文献１に記載されるように、燃料噴射圧を複数段階に切り替えることのできる構成が提案されている。この特許文献１に記載される構成では、燃料噴射圧が所定圧力以上になったときに余剰燃料を燃料タンクに戻すリターン通路として、高圧レギュレータが設けられた高圧リターン通路と低圧レギュレータが設けられた低圧リターン通路とを備え、これらリターン通路を内燃機関の運転状態に応じて切り替えるようにしている。これにより、機関の低負荷状態では燃料噴射圧を低圧側に設定して、燃料供給量が比較的少量である領域において供給量制御の精度を確保する一方、高負荷状態では燃料噴射圧を高圧側に設定して、燃料供給量を多く確保している。
特開平５−５９９７６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されるように、燃料噴射圧を複数段階に設定することのできる構成、すなわち燃料噴射弁が接続されたデリバリパイプ内の設定燃圧を複数段階に切り替えることのできる構成にあっては、同一の電圧が燃料ポンプに印加されている場合であっても、デリバリパイプの設定燃圧が高くなると燃料ポンプの吐出量が減少する現象が起きることが判明した。

ここで、内燃機関には、同機関に要求される空気量が吸気通路を通じて供給されるとともに、この要求空気量に対応した量の燃料が燃料噴射弁により供給されている。そして、燃料噴射弁によって供給される燃料の量は、上記設定燃圧に対応する燃料噴射圧と燃料噴射弁の開弁期間によって制御されているため、燃料ポンプの吐出量が減少してデリバリパイプに圧送される燃料量が減少すると、デリバリパイプ内の実際の燃料圧力が上記設定燃圧にまで上昇せず燃料噴射圧が低下するといったことや、機関に供給される実際の燃料供給量が減少するといったことが起きるおそれがある。こうしたことが起きると、供給された空気に対して燃料供給量が不足する状態、すなわちリーン状態になるといった不具合が生じることとなる。

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、デリバリパイプ内の設定燃圧を内燃機関の運転状態に応じて複数段階に切り替えることのできる内燃機関の制御装置にあって、燃料ポンプの吐出量を適切に把握することにある。

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、内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁が接続されたデリバリパイプにメイン通路を通じて燃料タンク内の燃料を圧送する電動式の燃料ポンプと、前記デリバリパイプの設定燃圧を前記機関の運転状態に応じて複数段階に切り替える燃圧切替手段とを備え、前記燃圧切替手段により切り替えられた前記設定燃圧に対応して前記燃料噴射弁の開弁期間を制御することにより燃料供給量が制御される内燃機関の制御装置において、前記燃料ポンプに対する印加電圧を検知する印加電圧検知手段と、前記燃圧切替手段によって切り替えられた前記設定燃圧が高いほど前記燃料ポンプによる燃料の吐出効率を低く判断する吐出効率判断手段と、前記印加電圧検知手段により検知された印加電圧が低下するほど減少するとともに、前記吐出効率判断手段により判断された吐出効率が低いほど減少するように前記燃料ポンプの吐出量を算出する吐出量算出手段とを備えることを要旨とする。

燃料ポンプの吐出量は、この燃料ポンプに印加される電圧が低下するほど減少するとともに、デリバリパイプ内およびメイン通路内の燃料圧力が高いほど減少する。したがって、燃圧切替手段によって切り替えられた設定燃圧が高いほど、同一の電圧が印加されているときにおける燃料ポンプの吐出量が減少する傾向にあると判断することができる。

したがって、上記構成によるように、燃料ポンプに対する印加電圧を検知する印加電圧検知手段と、燃圧切替手段によって切り替えられた設定燃圧が高いほど燃料ポンプによる燃料の吐出効率を低く判断する吐出効率判断手段とを備え、印加電圧が低下するほど減少するとともに、吐出効率が低いときほど減少するように燃料ポンプの吐出量を算出することにより、燃料ポンプの吐出量を適切に把握することができる。その結果、こうして把握された燃料ポンプの吐出量に基づいて、デリバリパイプ内の燃料圧力や燃料噴射弁による燃料供給量を適切に制御することができる。

具体的には、請求項２に記載されるように、燃圧切替手段は、デリバリパイプ内の燃料を燃料タンクに戻す高圧リターン通路と、高圧リターン通路に設けられて同通路内の燃料圧力が第１の所定圧力以上のときに開弁して燃料タンク側に燃料を排出する高圧レギュレータと、メイン通路から分岐して形成されるとともに同メイン通路内の燃料を燃料タンクに戻す低圧リターン通路と、低圧リターン通路に設けられるとともに同通路内の燃料圧力が第１の所定圧力よりも低い第２の所定圧力以上のときに開弁して燃料タンク側に燃料を排出する低圧レギュレータと、低圧リターン通路の開放と閉塞とを機関の運転状態に応じて切り替える切替弁とを備えるといった構成を採用することができる。

こうした構成にあっては、切替弁により低圧リターン通路が閉塞されているときには、高圧レギュレータによってデリバリパイプ内およびメイン通路内の燃料圧力が第１の所定圧力（高圧側）に調整される。一方、切替弁により低圧リターン通路が開放されているときには、低圧レギュレータによってメイン通路内の燃料圧力が第２の所定圧力に調整され、これによってデリバリパイプ内の燃料圧力が第２の所定圧力（低圧側）に調整されるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関の要求空気量を算出する要求空気量算出手段と、前記吐出量算出手段により把握された吐出量に基づき前記機関への供給が許容される最大の空気量を制限空気量として算出する制限空気量算出手段と、前記要求空気量算出手段により算出される要求空気量と前記制限空気量算出手段により算出される制限空気量とのうち少ない方の空気量を前記機関に供給する空気量制御手段とを備えることを要旨とする。

ここで、燃圧切替手段を備えた構成にあっては、デリバリパイプ内の燃料圧力が上記設定燃圧にまで上昇していると想定された上で、この設定燃圧に対応して前記燃料噴射弁の開弁期間を制御することにより燃料供給量の制御がされるため、燃料ポンプの吐出量が減少してデリバリパイプ内の実際の燃料圧力が設定燃圧にまで上昇しないときには、実際の燃料供給量が所望の燃料供給量を下回るおそれがある。そして、このように燃料供給量が減少すると、機関に供給される空気量に対して燃料が不足する状態、すなわちリーン状態になるおそれがある。

この点、上記構成によれば、機関の要求空気量を算出する要求空気量算出手段と、吐出量算出手段により把握された吐出量に基づき機関への供給が許容される最大の空気量を制限空気量として算出する制限空気量算出手段と、要求空気量算出手段により算出される要求空気量と制限空気量算出手段により算出される制限空気量とのうち少ない方の空気量を機関に供給する空気量制御手段とを備えるため、制限空気量が要求空気量を上回っているときには、機関に要求される空気量が供給されるとともに、燃料ポンプの吐出量が減少して制限空気量が要求空気量を下回っているときには、機関に供給する空気量を燃料ポンプの吐出量に基づき算出された制限空気量に制限することができる。したがって、燃料ポンプの吐出量に応じて機関に供給する空気量を適切に制御することができ、機関に供給される空気量と燃料量とのバランスを適切に保持することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関は、アルコールとガソリンとを任意に混合させた混合燃料を使用することのできる機関であって、前記燃料タンクに貯留された混合燃料のアルコール濃度を検知するアルコール濃度検知手段を備え、前記制限空気量算出手段は、前記アルコール濃度検知手段により検知されたアルコール濃度が高いほど前記制限空気量を少なく算出することを要旨とする。

アルコールとガソリンとを任意に混合させた混合燃料は、ガソリン燃料と比較して理論空燃比が小さいため、混合燃料が使用される内燃機関では、ガソリン燃料が使用される内燃機関と比較して、同量の空気量に対して多くの燃料を供給する必要がある。したがって、こうした混合燃料を使用することのできる内燃機関では、燃料ポンプに対する負荷が高くなる傾向にある。

上記構成によれば、燃料タンクに貯留された混合燃料のアルコール濃度を検知するアルコール濃度検知手段を備え、制限空気量算出手段は、アルコール濃度検知手段により検知されたアルコール濃度が高いほど制限空気量を少なく算出するため、アルコール濃度が高いほど機関に供給する空気量を制限することができ、空気量と燃料量とのバランスを適切に保持することができる。一方、アルコール濃度が低いときには、制限空気量が多く算出されるため、不必要な空気量の制限を抑制することができる。

具体的には、請求項５に記載されるように、燃料噴射弁は、機関の吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射用の燃料噴射弁であるものとすることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置をフレキシブルフューエルビークル（ＦＦＶ）に搭載される内燃機関の制御装置に具体化した第１の実施形態について図１〜図５を参照して説明する。なお、ＦＦＶとは、アルコール燃料のみ（アルコール濃度１００％）や、ガソリン燃料（アルコール濃度０％）のみ、或いはアルコールとガソリンとを任意に混合させた混合燃料を使用可能な車両のことをいう。

図１は、本実施形態にかかる内燃機関５０とその周辺構成を示している。同図に示される内燃機関５０は、アルコールとガソリンとを任意に混合させた混合燃料を使用することのできる機関であって複数の気筒５１を有し、この気筒５１内には、ピストン５３が往復動可能にそれぞれ収容されている。そして、ピストン５３の頂面と気筒５１の内周面とによって、燃焼室５２が区画形成されている。

この燃焼室５２に空気を供給する吸気通路６０には、同通路６０を流通する吸入空気量ＧＡの流量を調整するスロットルバルブ６１と、同スロットルバルブ６１を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ６２が設けられている。また、このスロットルバルブ６１にはその開度ＴＡを検出するスロットル開度センサ６３が取り付けられている。

さらに、吸気通路６０には、上記各気筒５１に対応して吸気ポート６０ａが形成されるとともに、この吸気ポート６０ａ内に燃料を噴射供給する燃料噴射弁３１がそれぞれ設けられている。この燃料噴射弁３１から噴射される燃料は、吸気通路６０を流通する空気と混合されて燃焼室５２に供給される。こうして燃焼室５２に供給された混合気は点火プラグ５４により点火されて燃焼し、燃焼後の排気が排気通路７０に排出される。

排気通路７０には、同排気通路７０を流通する排気を浄化するための排気浄化触媒７１が設けられるとともに、同触媒７１の上流側の部分には、燃焼室５２で燃焼された混合気の空燃比を把握するために排気中の酸素濃度及び未燃燃料濃度を検知する空燃比センサ７２が取り付けられている。

燃料タンク１０には、アルコールとガソリンとが任意に混合された混合燃料が貯留されるとともに、同タンク１０内には、燃料ポンプ１１が設けられている。燃料ポンプは、電動式の燃料ポンプであって、バッテリ１３から電圧が印加されることにより機関運転中に継続して燃料を吐出する。この燃料ポンプ１１は、燃料中の細かな異物を除去するフィルタ１２を介してメイン通路２０に接続されるとともに、このメイン通路２０は、燃料を一時的に貯留するデリバリパイプ３０に接続されている。

デリバリパイプ３０には、上記各吸気ポート６０ａに接続された燃料噴射弁３１が接続されている。また、デリバリパイプ３０には、同デリバリパイプ３０内の燃料を燃料タンク１０に戻す高圧リターン通路４１が接続されるとともに、この高圧リターン通路４１には、同通路４１内の燃料圧力Ｐが第１の所定圧力Ｐｈ（例えば４００ｋＰａ）以上のときに開弁して燃料タンク１０側に燃料を排出する高圧レギュレータ４２が取り付けられている。

また、上記メイン通路２０には、同メイン通路２０から分岐して形成されるとともに同メイン通路２０内の燃料を燃料タンク１０に戻す低圧リターン通路４３が設けられている。そして、この低圧リターン通路４３には、同通路４３内の燃料圧力が第２の所定圧力Ｐｌ（例えば２８４ｋＰａ）以上のときに開弁して燃料タンク１０側に燃料を排出する低圧レギュレータ４４が取り付けられている。

さらに、低圧リターン通路４３には、この低圧リターン通路４３の開放と閉塞とを機関５０の運転状態に応じて切り替える切替弁４０が設けられている。この切替弁４０は電圧が印加されることにより閉弁する常開ソレノイドバルブであって、この切替弁４０が閉弁されることにより低圧リターン通路４３が閉塞される。

こうした構成により燃圧切替手段が構成されて、切替弁４０による低圧リターン通路４３の開放と閉塞との切替を通じて、デリバリパイプ３０内の設定燃圧ＦＰが切り替えられる。具体的には、設定燃圧ＦＰが第１の所定圧力Ｐｈに切り替えられるときには、切替弁４０により低圧リターン通路４３が閉塞されて、高圧レギュレータ４２による調圧が行われる。これにより、高圧リターン通路４１における高圧レギュレータ４２の上流側の部分、デリバリパイプ３０内及びメイン通路２０内の燃料圧力Ｐが第１の所定圧力Ｐｈ（高圧側）に調整されて、燃料噴射圧が比較的高い値に保持される。

一方、設定燃圧ＦＰが第２の所定圧力Ｐｌに切り替えられるときには、切替弁４０により低圧リターン通路４３が開放されて、低圧レギュレータ４４による調圧が行われる。これにより、低圧リターン通路４３における低圧レギュレータ４４の上流側の部分、メイン通路２０内及びデリバリパイプ３０内の燃料圧力Ｐが第２の所定圧力Ｐｌ（低圧側）に調整されて、燃料噴射圧が比較的低い値に保持される。

この切替弁４０は、内燃機関５０の運転状態を総括的に制御する電子制御装置８０によって制御される。電子制御装置８０は、演算ユニット（ＣＰＵ）をはじめ、各種制御プログラムや演算マップ、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メモリを備えている。また、この電子制御装置８０には、燃料ポンプ１１に電力を供給するバッテリ１３の電圧、すなわち燃料ポンプ１１に対する印加電圧を検知する電圧センサ８１（印加電圧検知手段に相当）、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量ＡＣＣＰを検知するアクセルポジションセンサ８２、燃料タンク１０内に貯留された燃料のアルコール濃度Ｃｏｎｃを検知するアルコール濃度センサ８３（アルコール濃度検知手段に相当）、機関回転数ＮＥを検知するクランク角センサ８４、吸入空気の温度（吸気温）ＴＨＡを検知する吸気温センサ８５、大気圧ＰＡを検知する大気圧センサ８６等が接続されている。そして、電子制御装置８０は、上述した各種センサの出力信号を取り込むとともに、これらの信号に基づいて機関運転状態を把握し、この機関運転状態に基づいて各種制御を実行する。具体的には、電子制御装置８０は、上述した切替弁４０の制御の他、スロットル開度ＴＡを制御するべくスロットルバルブアクチュエータ６２を駆動するスロットル制御や、燃焼室５２に供給される空気量に対して適切な量の燃料量を適切な時期に燃料噴射弁３１から噴射供給する燃料噴射制御、燃焼室５２内の混合気を適切な時期に点火プラグ５４によって点火する点火時期制御等を実行する。

ここで、燃料噴射弁３１によって噴射される燃料の量は、燃料噴射圧と燃料噴射弁３１の開弁期間によって制御されている。具体的には、この燃料噴射圧に相当するデリバリパイプ３０内の実際の燃料圧力Ｐが設定燃圧ＦＰにまで上昇していると想定された上で、この設定燃圧ＦＰに対応して開弁期間が調整されることによって燃料量が制御される。そこで、電子制御装置８０は、高負荷運転時や機関冷間始動時のように大量の燃料を噴射する必要のある運転領域である旨判断すると、設定燃圧ＦＰを第１の所定圧力Ｐｈに切り替えて燃料噴射圧を高くすることにより、一度の吸気行程において多量の燃料を噴射する一方、それ以外の運転領域である旨判断すると、設定燃圧ＦＰを第２の所定圧力Ｐｌに切り替えて燃料噴射圧を低くすることにより、比較的少ない燃料量について緻密な制御を実行することを通じて、燃料供給量を適切に制御している。

次に、図２を参照して、電子制御装置８０により実行される処理の手順について説明する。同図２に示されるフローチャートは、電子制御装置８０によって所定の周期をもって繰り返し実行される。

この一連の処理では、まず、要求開度ＴＡｄが把握される（ステップＳ１００）。この要求開度ＴＡｄは、内燃機関５０に要求される空気量ＧＡｄを燃焼室５２に供給するべくスロットルバルブ６１に要求される開度であって、具体的には、アクセルポジションセンサ８２の出力信号に対応するアクセルペダルの踏み込み量ＡＣＣＰと、クランク角センサ８４の出力信号に基づき把握される機関回転数ＮＥとに基づき把握される。このステップＳ１００の処理が要求空気量算出手段としての処理に相当する。

ここで、燃料ポンプ１１の吐出効率は、同一のバッテリ電圧ＧＡＢが印加されている場合であっても、デリバリパイプ３０内およびメイン通路２０内の燃料圧力Ｐが高いほど低下する。すなわち、図３に示されるように、設定燃圧ＦＰが高いほど、同一のバッテリ電圧ＧＡＢが印加されているときにおける燃料ポンプ１１の吐出効率が低下する傾向にある。

そこで、設定燃圧ＦＰに基づき吐出効率Ｅが判断される（ステップＳ１１０）。この吐出効率Ｅは、燃料ポンプ１１の燃料の吐出しやすさを示すものであって、バッテリ電圧ＧＡＢが同一である場合には、吐出効率Ｅが高いほど多くの燃料が吐出される。この設定燃圧ＦＰは、電子制御装置８０による上記切替弁４０の制御状態に基づき把握される。これにより、設定燃圧ＦＰが第１の所定圧力Ｐｈ（高圧側）であるときには、設定燃圧ＦＰが第２の所定圧力Ｐｌ（低圧側）であるときよりも吐出効率Ｅが低いと判断される。このステップＳ１１０の処理が吐出効率判断手段としての処理に相当する。

ここで、上記燃料ポンプ１１は、機関運転中において定格電圧が印加されることにより、一定量の燃料を継続して吐出するように構成されている。しかしながら、こうして燃料ポンプ１１に電力を印加するバッテリ１３の電圧ＧＡＢは、内燃機関５０が搭載された車両に設けられる種々の機器（エアコンディショナー等）を運転者が操作すること等によって低下するおそれがある。そして、図４に示されるように、燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗは、この燃料ポンプ１１に印加されるバッテリ電圧ＧＡＢが低下するほど少なくなる。

そこで、上記ステップＳ１１０において判断された吐出効率Ｅとバッテリ電圧ＧＡＢに基づき吐出量Ｆｌｏｗが算出される（ステップＳ１２０）。具体的には、バッテリ電圧ＧＡＢは、電圧センサ８１の出力信号に基づき把握される。このステップＳ１２０の処理が吐出量算出手段としての処理に相当する。すなわち、ステップＳ１１０およびステップＳ１２０の処理により、バッテリ電圧ＧＡＢが同一である場合には、設定燃圧ＦＰが高いほど吐出量Ｆｌｏｗが少なく算出され、設定燃圧ＦＰが同一である場合には、バッテリ電圧ＧＡＢが低いほど吐出量Ｆｌｏｗが少なく算出される。なお、図３に示される設定燃圧ＦＰと吐出効率Ｅとの関係、及び図４に示されるバッテリ電圧ＧＡＢと吐出量Ｆｌｏｗとの関係は、理論的な計算や実験により予め決定されて記憶されている。

ところで、上述したように、デリバリパイプ３０内の燃料圧力、すなわち燃料噴射圧は、切替弁４０による設定燃圧ＦＰの切り替えによって調整される。しかしながら、デリバリパイプ３０内の実際の燃料圧力Ｐは、燃料ポンプ１１による吐出量Ｆｌｏｗに応じて変化する。例えば、燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗが減少したときには、デリバリパイプ３０内の実際の燃料圧力Ｐが設定燃圧ＦＰにまで上昇しないおそれがある。そして、こうした燃料圧力Ｐの変化により、燃料噴射弁３１の燃料噴射圧と開弁期間に基づき制御される燃料供給量が変化する。実際に供給される燃料供給量が、上記要求空気量ＧＡｄに対応した燃料供給量を下回った場合には、供給された空気に対して燃料が不足する状態になるおそれがある。

そこで、上記ステップＳ１２０で算出された吐出量Ｆｌｏｗとアルコール濃度Ｃｏｎｃに基づき制限空気量ＧＡｐが算出される（ステップＳ１３０）。この制限空気量ＧＡｐは、上記ステップＳ１２０で算出された吐出量Ｆｌｏｗに対応して内燃機関５０の燃焼室５２への供給が許容される最大の空気量に相当する。すなわち、制限空気量ＧＡｐは、算出された吐出量Ｆｌｏｗに基づき推定される実際の燃料供給量に対応した空気量であって、この吐出量Ｆｌｏｗと、アルコール濃度センサ８３の出力信号に基づき把握されるアルコール濃度Ｃｏｎｃとに基づき、例えば吐出量Ｆｌｏｗの値毎に予め記憶されたマップを参照することにより算出される。ここで、アルコールの理論空燃比はガソリンの理論空燃比よりも小さいため、図５に示されるように、アルコール濃度Ｃｏｎｃが高くなるほど制限空気量ＧＡｐが低く算出される。すなわち、吐出量Ｆｌｏｗが同一である場合であっても、アルコール濃度Ｃｏｎｃが高くなるほど、燃焼室５２に実際に供給する空気量が少なく算出される。このステップＳ１３０の処理が制限空気量算出手段としての処理に相当する。

次に、上記ステップＳ１３０で算出された制限空気量ＧＡｐと、吸気温ＴＨＡ、大気圧ＰＡ、機関回転数ＮＥに基づき制限開度ＴＡｐが算出される（ステップＳ１４０）。この制限開度ＴＡｐは、上記算出された制限空気量ＧＡｐを燃焼室５２に供給するためのスロットル開度である。具体的には、吸気温ＴＨＡは吸気温センサ８５の出力信号に基づき把握され、大気圧ＰＡは、大気圧センサ８６に基づき把握され、機関回転数ＮＥは、クランク角センサ８４の出力信号に基づき把握される。

上述したように、吸気通路６０を流通する吸入空気量ＧＡは、スロットルバルブ６１で調整される。こうしてスロットルバルブ６１で調整される吸入空気の密度が変化すると、同じ体積であっても燃焼室５２に供給される空気の質量が変化する。ここで、燃焼室５２の混合気の空燃比は、燃料と空気の質量の割合によって決定されるため、こうした空気の密度に関連する吸気温ＴＨＡ、大気圧ＰＡに基づいて、スロットル開度ＴＡを補正するようにする。また、機関回転数ＮＥに基づき、吸気通路６０を流通する吸入空気の流速が変化するため、この機関回転数ＮＥによってスロットル開度ＴＡが調整される。すなわち、上記算出された制限空気量ＧＡｐに加えて、吸気温ＴＨＡ、大気圧ＰＡ、機関回転数ＮＥを考慮した上で、予め記憶されたマップを参照することにより制限開度ＴＡｐが決定される。

続いて、要求開度ＴＡｄと制限開度ＴＡｐのうち小さい方に調整されて（ステップＳ１５０）、一連の処理を終了する。具体的には、上記ステップＳ１００で把握された要求開度ＴＡｄと、ステップＳ１４０で算出された制限開度ＴＡｐのうち小さい方の開度に、スロットルバルブアクチュエータ６２を駆動することによってスロットルバルブ６１の開度ＴＡが制御される。このステップＳ１５０の処理が空気量制御手段としての処理に相当する。

以上説明した第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）設定燃圧ＦＰが高いほど燃料ポンプ１１による燃料の吐出効率Ｅを低く判断する（ステップＳ１１０）とともに、この吐出効率Ｅとバッテリ電圧ＧＡＢとに基づき燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗを算出する（ステップＳ１２０）ことにより、燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗを適切に把握することができる。その結果、こうして把握された燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗに基づいて、デリバリパイプ３０内の燃料圧力Ｐや燃料噴射弁３１による燃料供給量を適切に制御することができる。

（２）本実施形態ではデリバリパイプ３０内の燃料圧力Ｐを燃圧センサ等によって直接検知して同パイプ３０内の燃料圧力Ｐを制御するのではなく、切替弁４０を用いて設定燃圧ＦＰを切り替えることにより制御している。そして、デリバリパイプ３０内の実際の燃料圧力Ｐが設定燃圧ＦＰにまで上昇していると想定された上で、この設定燃圧ＦＰに対応して燃料噴射弁３１の開弁期間を制御することにより燃料供給量の制御がされる。したがって、燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗが減少してデリバリパイプ３０内の実際の燃料圧力Ｐが設定燃圧ＦＰにまで上昇しないときには、実際の燃料供給量が所望の燃料供給量、すなわち要求空気量ＧＡｄに対応した燃料供給量を下回るおそれがある。この点、本実施形態によれば、機関５０の要求空気量ＧＡｄを算出するとともに、算出された吐出量Ｆｌｏｗに基づき制限空気量ＧＡｐを算出し、これら要求空気量ＧＡｄと制限空気量ＧＡｐのうちの少ない方が機関５０に供給されるべく、上記要求空気量ＧＡｄに対応する要求開度ＴＡｄと、上記制限空気量ＧＡｐに対応する制限開度ＴＡｐとの小さい方にスロットル開度ＴＡを調整する（ステップＳ１５０）。したがって、制限空気量ＧＡｐが要求空気量ＧＡｄを上回っているときには、機関５０には要求空気量ＧＡｄが供給されるとともに、燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗが減少して制限空気量ＧＡｐが要求空気量ＧＡｄを下回っているときには、機関５０に供給する空気量を燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗに基づき算出された制限空気量ＧＡｐに制限することができる。したがって、燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗに応じて機関５０に供給する空気量を適切に制御することができ、機関５０に供給される空気量と燃料量とのバランスを適切に保持することができるようになる。

（３）アルコールとガソリンとを任意に混合させた混合燃料は、ガソリン燃料と比較して理論空燃比が小さいため、混合燃料が使用される内燃機関５０では、ガソリン燃料が使用される内燃機関と比較して、同量の空気量に対して多くの燃料を供給する必要がある。したがって、こうした混合燃料を使用することのできる内燃機関では、燃料ポンプ１１に対する負荷が高くなる傾向にある。この点、本実施形態によれば、燃料タンク１０に貯留された混合燃料のアルコール濃度Ｃｏｎｃを検知するアルコール濃度センサ８３を備え、ステップＳ１３０においてアルコール濃度Ｃｏｎｃが高いほど制限空気量ＧＡｐが少なく算出されるため、アルコール濃度Ｃｏｎｃが高いほど機関５０に供給する空気量を制限することができ、空気量と燃料量とのバランスを適切に保持することができる。一方、アルコール濃度Ｃｏｎｃが低いときには、制限空気量ＧＡｐが多く算出されるため、不必要な空気量の制限を抑制することができる。すなわち、アルコール濃度Ｃｏｎｃに応じて、適切にスロットル開度ＴＡを調整することができるとともに、アルコール濃度Ｃｏｎｃが低いときには、不必要なスロットル開度ＴＡの低下を抑制することができる。

（４）燃焼室５２に供給される空気に対して燃料供給量が不足する状態、すなわちリーン状態になると、この燃焼室５２の混合気の着火性が低下して失火が生じるおそれがある。そして、こうした失火によって排出された未燃燃料が排気通路７０において燃焼すると、排気浄化触媒７１が過熱されるおそれがある。この点、本実施形態では、制限開度ＴＡｐが要求開度ＴＡｄを下回るときにはスロットル開度ＴＡを制限開度ＴＡｐに調整することにより、燃焼室５２に供給する空気量を制限空気量ＧＡｐに低下させるため、燃焼室５２の混合気がリーン状態になることを抑制することができ、こうした排気浄化触媒７１の過熱を抑制することができる。

（５）機関運転状態に応じて切替弁４０の制御を通じて設定燃圧ＦＰを切り替えることによって燃料噴射圧を制御することができるため、機関運転状態に対応した燃料供給量を適切に制御することができる。すなわち、燃料噴射圧を比較的高く保持することによって一度の吸気行程に噴射供給する燃料の量を多くすることができ、ガソリン燃料よりも理論空燃比の小さなアルコールとガソリンとの混合燃料の使用をする機関５０において、要求される多量の燃料供給を実現することができる。一方、切替弁４０の制御を通じて設定燃圧ＦＰを切り替えることによって燃料噴射圧を比較的低く保持することもできるため、燃料供給量が少量であるときにも、緻密な燃料供給量の制御をすることができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した第２の実施形態について説明する。本実施形態と上記第１の実施形態とでは、次の点において異なる。すなわち、上記第１の実施形態における内燃機関５０は、アルコールとガソリンとが任意に混合されたアルコール混合燃料を使用することのできる機関であったが、本実施形態における内燃機関５０は、ガソリン燃料のみを使用することのできる機関である。また、上記第１の実施形態では、ステップＳ１５０において、要求開度ＴＡｄと制限開度ＴＡｐとを比較するようにしていたが、本実施形態では、要求空気量ＧＡｄと制限空気量ＧＡｐとを直接比較することによって燃焼室５２に供給する空気量ＧＡを決定するようにする。なお、上記実施形態と同様の処理及び構成については、詳細な説明を省略する。

以下、図６を参照して、電子制御装置８０により実行される処理の手順について説明する。同図のフローチャートに示される一連の処理は、電子制御装置８０によって所定の周期をもって繰り返し実行される。

この一連の処理では、まず、要求空気量ＧＡｄが算出される（ステップＳ２００）。
そして、設定燃圧ＦＰに基づき吐出効率Ｅが判断され（ステップＳ２１０）、こうして判断された吐出効率Ｅとバッテリ電圧ＧＡＢに基づき吐出量Ｆｌｏｗが算出される（ステップＳ２２０）。

次に、吐出量Ｆｌｏｗに基づき制限空気量ＧＡｐが算出される（ステップＳ２３０）。なお、本実施形態における内燃機関５０は、ガソリン燃料のみが使用されるため、上記ステップＳ１３０のようにアルコール濃度Ｃｏｎｃを考慮することを要しない。

続いて、要求空気量ＧＡｄと制限空気量ＧＡｐのうち少ない方に調整されて（ステップＳ２４０）、一連の処理を終了する。具体的には、上記ステップＳ２００で把握された要求空気量ＧＡｄと、ステップＳ２３０で算出された制限空気量ＧＡｐのうち少ない方の空気量ＧＡが燃焼室５２に供給されるように調整される。詳しくは、上記第１の実施形態と同様に、スロットルバルブ６１の開度ＴＡを、決定された空気量ＧＡに対応するように制御する。また、内燃機関５０の吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングをそれぞれ可変設定することのできる可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）を備える構成では、この可変バルブタイミング機構の駆動を通じて燃焼室５２に供給する空気量ＧＡを調整することもできる。さらに、機関回転数ＮＥに応じて吸気管長を変更することによって吸入効率を最適にする可変吸気機構（ＡＣＩＳ）を備える構成では、この可変吸気機構を制御することを通じて燃焼室５２に供給する空気量ＧＡを調整することもできる。

以上説明した第２の実施形態によれば、上記（１）に示す作用効果に加え、下記に示す作用効果を奏することができる。
（６）機関５０の要求空気量ＧＡｄを算出するとともに、算出された吐出量Ｆｌｏｗに基づき機関５０への供給が許容される最大の空気量を制限空気量ＧＡｐとして算出し、これら要求空気量ＧＡｄと制限空気量ＧＡｐのうちの少ない方を、機関５０に実際に供給される空気量ＧＡとして調整するため（ステップＳ２４０）、制限空気量ＧＡｐが要求空気量ＧＡｄを上回っているときには、機関５０には、要求空気量ＧＡｄが供給されるとともに、燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗが減少して制限空気量ＧＡｐが要求空気量ＧＡｄを下回っているときには、機関５０に供給する空気量を燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗに基づき算出された制限空気量ＧＡｐに制限することができる。したがって、燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗに応じて機関５０に供給する空気量を適切に制御することができ、機関５０に供給される空気量と燃料量とのバランスを適切に保持することができるようになる。

（７）制限空気量ＧＡｐが要求空気量ＧＡｄを下回るときには燃焼室５２に供給される空気量ＧＡを制限空気量ＧＡｐに低下させるため、燃焼室５２の混合気がリーン状態になることを抑制することができ、排気浄化触媒７１の過熱を抑制することができる。

（その他の実施形態）
なお、この発明にかかる内燃機関の制御装置は、上記実施の形態にて例示した構成に限定されるものではなく、同実施の形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記第１の実施形態では、アルコール濃度センサ８３の出力信号に基づき燃料のアルコール濃度Ｃｏｎｃを検知する例を示したが、アルコール濃度Ｃｏｎｃの検知方法については、この例に限られない。例えば、排気通路７０に設けられた空燃比センサ７２の出力信号に基づき燃焼室５２の混合気の空燃比を検知することを通じてアルコール濃度を推定する周知の「アルコール濃度推定処理」を実行してもよい。

・上記各実施形態では、設定燃圧ＦＰを２段階に切り替える例を示したが、こうした設定燃圧ＦＰの段階については、２段階に限られず、さらに多くの段階に切り替える燃圧切替手段を備えていてもよい。この場合であっても、設定燃圧ＦＰが高いほど燃料ポンプ１１の吐出効率Ｅを低く判断することができ、上記各作用効果を奏することができる。また、燃圧切替手段における切替弁４０等の設置箇所等についても、上述した例に限られない。例えば、図７に示されるように、メイン通路１２０から分岐して形成される高圧リターン通路１４１と、この高圧リターン通路１４１に設けられて同通路１４１内の燃料圧力が第１の所定圧力Ｐｈ以上のときに開弁して燃料タンク１０側に燃料を排出する高圧レギュレータ１４２と、デリバリパイプ３０内の燃料を燃料タンク１０に戻す低圧リターン通路１４３と、この低圧リターン通路１４３に設けられるとともに同通路１４３内の燃料圧力が上記第１の所定圧力Ｐｈよりも低く設定された第２の所定圧力Ｐｌ以上のときに開弁して燃料タンク１０側に燃料を排出する低圧レギュレータ１４４と、低圧リターン通路１４３の開放と閉塞とを機関運転状態に応じて切り替える切替弁１４０とを備える構成を採用してもよい。また、図８に示されるように、メイン通路２２０から分岐して形成される高圧リターン通路２４１と、この高圧リターン通路２４１に設けられる高圧レギュレータ２４２と、メイン通路２２０から分岐して形成される低圧リターン通路２４３と、低圧リターン通路に設けられる低圧レギュレータ２４４と、低圧リターン通路２４３の開放と閉塞とを機関運転状態に応じて切り替える切替弁２４０とを備える構成を採用してもよい。これらの場合であっても、設定燃圧ＦＰが高く設定されて切替弁１４０，２４０によって低圧リターン通路１４３，２４３が閉塞されると、高圧レギュレータ１４２、２４２によってデリバリパイプ３０内の燃料圧力が調圧されて第１の所定圧力Ｐｈに保持される。一方、設定燃圧ＦＰが低く設定されて切替弁１４０、２４０によって低圧リターン通路１４３，２４３が開放されると、低圧レギュレータ１４４、２４４によってデリバリパイプ３０内の燃料圧力が調圧されて第２の所定圧力Ｐｌに保持される。

さらに、図９に示されるように、デリバリパイプ３０内の燃料を燃料タンク１０に戻す高圧リターン通路３４１と、高圧リターン通路３４１に設けられて同通路３４１内の燃料圧力が第１の所定圧力Ｐｈ以上のときに開弁する高圧レギュレータ３４２と、メイン通路３２０から分岐して形成される低圧リターン通路３４３及び中圧リターン通路３４５と、中圧リターン通路３４５に設けられるとともに上記第１の所定圧力Ｐｈよりも低く設定された第２の所定圧力Ｐｍ以上のときに開弁する中圧レギュレータ３４６と、低圧リターン通路３４３に設けられるとともに、上記第２の所定圧力Ｐｍよりも低く設定された第３の所定圧力Ｐｌ以上のときに開弁する低圧レギュレータ３４４と、低圧リターン通路３４３の開放と閉塞と切り替える第１切替弁３４０ａと、中圧リターン通路３４５の開放と閉塞とを切り替える第２切替弁３４０ｂとを備える構成を採用することもできる。この場合には、切替弁３４０ａ，３４０ｂを機関運転状態に応じて切り替えることにより、設定燃圧ＦＰを第１の所定圧力Ｐｈ，第２の所定圧力Ｐｍ，第３の所定圧力Ｐｌの３段階に切り替えることができる。

・また、上記各実施形態では、燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗを算出した後に、この吐出量Ｆｌｏｗに対応した空気量ＧＡを燃焼室５２に供給するべく処理を実行する例を示したが、燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗを適切に算出した後に、この算出された吐出量Ｆｌｏｗに基づき実行する処理を任意に変更することが可能である。すなわち、こうして把握された燃料ポンプ１１の吐出量Ｆｌｏｗによれば、デリバリパイプ３０内の燃料圧力Ｐや燃料噴射弁３１による燃料供給量を適切に制御することができる。この場合であっても、上記（１）に示した作用効果を奏することができる。

・上記各実施形態では、内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関に本発明を適用したが、燃料噴射弁が接続されたデリバリパイプにメイン通路を通じて燃料タンク内の燃料を圧送する電動式の燃料ポンプを備える機関であれば、気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射式の内燃機関に本発明を適用してもよい。

本発明を具体化した第１の実施形態にかかる内燃機関の制御装置をその周辺構成とともに示す概略構成図。同実施形態の電子制御装置により実行される処理について、その処理手順を示すフローチャート。同実施形態における設定燃圧と吐出効率との関係を示すグラフ。同実施形態におけるバッテリ電圧と吐出量との関係を示すグラフ。同実施形態におけるアルコール濃度と制限空気量との関係を示すグラフ。第２の実施形態の電子制御装置により実行される処理について、その処理手順を示すフローチャート。本発明にかかる燃圧切替手段の変形例について示す概略構成図。本発明にかかる燃圧切替手段の他の変形例について示す概略構成図。本発明にかかる燃圧切替手段の他の変形例について示す概略構成図。

符号の説明

１０…燃料タンク、１１…燃料ポンプ、１２…フィルタ、１３…バッテリ、２０，１２０，２２０，３２０…メイン通路、３０…デリバリパイプ、３１…燃料噴射弁、４０，１４０，２４０，３４０ａ，３４０ｂ…切替弁、４１，１４１，２４１，３４１…高圧リターン通路、４２，１４２，２４２，３４２…高圧レギュレータ、４３，１４３，２４３，３４３…低圧リターン通路、４４，１４４，２４４，３４４…低圧レギュレータ、５０…内燃機関、５１…気筒、５２…燃焼室、５３…ピストン、５４…点火プラグ、６０…吸気通路、６０ａ…吸気ポート、６１…スロットルバルブ、６２…スロットルバルブアクチュエータ、６３…スロットル開度センサ、７０…排気通路、７１…排気浄化触媒、７２…空燃比センサ、８０…電子制御装置、８１…電圧センサ（印加電圧検知手段）、８２…アクセルポジションセンサ、８３…アルコール濃度センサ（アルコール濃度検知手段）、８４…クランク角センサ、８５…吸気温センサ、８６…大気圧センサ、３４５…中圧リターン通路、３４６…中圧レギュレータ。

Claims

内燃機関に燃料を供給する燃料噴射弁が接続されたデリバリパイプにメイン通路を通じて燃料タンク内の燃料を圧送する電動式の燃料ポンプと、前記デリバリパイプの設定燃圧を前記機関の運転状態に応じて複数段階に切り替える燃圧切替手段とを備え、前記燃圧切替手段により切り替えられた前記設定燃圧に対応して前記燃料噴射弁の開弁期間を制御することにより燃料供給量が制御される内燃機関の制御装置において、
前記燃料ポンプに対する印加電圧を検知する印加電圧検知手段と、
前記燃圧切替手段によって切り替えられた前記設定燃圧が高いほど前記燃料ポンプによる燃料の吐出効率を低く判断する吐出効率判断手段と、
前記印加電圧検知手段により検知された印加電圧が低下するほど減少するとともに、前記吐出効率判断手段により判断された吐出効率が低いほど減少するように前記燃料ポンプの吐出量を算出する吐出量算出手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記燃圧切替手段は、前記デリバリパイプ内の燃料を前記燃料タンクに戻す高圧リターン通路と、前記高圧リターン通路に設けられて同通路内の燃料圧力が第１の所定圧力以上のときに開弁して前記燃料タンク側に燃料を排出する高圧レギュレータと、前記メイン通路から分岐して形成されるとともに同メイン通路内の燃料を前記燃料タンクに戻す低圧リターン通路と、前記低圧リターン通路に設けられるとともに同通路内の燃料圧力が前記第１の所定圧力よりも低い第２の所定圧力以上のときに開弁して前記燃料タンク側に燃料を排出する低圧レギュレータと、前記低圧リターン通路の開放と閉塞とを前記機関の運転状態に応じて切り替える切替弁とを備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記機関の要求空気量を算出する要求空気量算出手段と、
前記吐出量算出手段により把握された吐出量に基づき前記機関への供給が許容される最大の空気量を制限空気量として算出する制限空気量算出手段と、
前記要求空気量算出手段により算出される要求空気量と前記制限空気量算出手段により算出される制限空気量とのうち少ない方の空気量を前記機関に供給する空気量制御手段とを備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
前記機関は、アルコールとガソリンとを任意に混合させた混合燃料を使用することのできる機関であって、前記燃料タンクに貯留された混合燃料のアルコール濃度を検知するアルコール濃度検知手段を備え、
前記制限空気量算出手段は、前記アルコール濃度検知手段により検知されたアルコール濃度が高いほど前記制限空気量を少なく算出する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１〜４にいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射弁は、前記機関の吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射用の燃料噴射弁である
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。