JP5861666B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アルコールと炭化水素系燃料が混合したアルコール混合燃料を使用可能な内燃機関であって、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁の双方からアルコール混合燃料を噴射することのできる内燃機関のための制御装置に関する。

自動車用の内燃機関として、エタノール等のアルコールとガソリン等の炭化水素系燃料が混合した燃料を使用可能なＦＦＶ用内燃機関が知られている。また、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁とを備え、運転状態に応じて両噴射弁による噴射比率を変更することのできるデュアル噴射型内燃機関も知られている。そして、特開２００９−２１６００５号公報には、それら２種類の内燃機関の両方の特徴を兼ね備えたＦＦＶ用デュアル噴射型内燃機関、つまり、筒内噴射弁とポート噴射弁を備え、両噴射弁からアルコール混合燃料を噴射することのできる内燃機関に関する技術が開示されている。

特開２００９−２１６００５号公報 特開２００８−２２３４９３号公報 特開２００９−００２１９９号公報

従来のＦＦＶ用内燃機関では、燃料のアルコール濃度に応じた方法でエンジン制御が行われている。具体的には、燃料のアルコール濃度が高いほど単位体積あたりの発熱量は小さくなることから、燃料のアルコール濃度に応じて燃料噴射量が決められている。燃料噴射量が過剰になればエミッションが増大し、燃料噴射量が不足すればドライバビリティが悪化するためである。

ところで、筒内噴射弁による燃料噴射の場合、安定的な燃焼が得られる燃料噴射時期が限られている。従って、燃料のアルコール濃度に応じて、単純に筒内噴射弁による燃料噴射量も増加した場合、燃焼が不安定となる事態が生じ得る。

また、市販されているアルコール混合燃料にはアルコール濃度の異なるものが複数種類存在する。このため、車両に給油が行われた場合、現在使用されている燃料とは異なるアルコール濃度の燃料が燃料タンクに足されることも有り得る。その場合、燃料タンク内のアルコール濃度は給油量に応じて変化するが、給油前に既に燃料タンクから吸い上げられた燃料、つまり、燃料供給ライン内の残存燃料については給油前のアルコール濃度がそのまま維持される。その結果、給油後暫くは給油前と同じアルコール濃度の燃料が燃料噴射弁から噴射され、その後、給油によりアルコール濃度が変化した燃料が燃料噴射弁から噴射されることになる。

ここで、上記のようなデュアル噴射型内燃機関は、気筒毎に筒内噴射弁とポート噴射弁とを備えている。また、各気筒の燃料噴射弁に燃料を分配するための燃料供給ラインは燃料噴射弁とポート噴射弁とで別々に配管されている。この構造により、給油前の燃料から燃料が給油後のものに切り替わる途中、筒内噴射弁とポート噴射弁とから、アルコール濃度の異なる燃料が噴射される場合がある。

例えば、従来のＦＦＶ用内燃機関では、筒内噴射弁とポート噴射弁とから同じ濃度の燃料が噴射されることを前提に、燃料の総量に対する各噴射弁の吹き分け率に従って各噴射弁からの燃料噴射量が決定される。このような場合ポート噴射弁から噴射される燃料と、筒内噴射弁から噴射される燃料との間にアルコール濃度の差が生じていると、燃料噴射量が所望の空燃比に応じた量とはならず、空燃比にばらつきが生じることが考えられる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものである。即ち、第１の目的として、燃料のアルコール濃度が変化した場合に生じるアルコール濃度のばらつきによる空燃比ばらつきを低減できるように改良した内燃機関の制御装置を提供する。第２の目的として、筒内噴射とポート噴射とを併用するデュアル噴射型内燃機関において、筒内噴射弁による燃料噴射時期の適正化により燃料の安定化を図る内燃機関の制御装置を提供する。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、
アルコールと炭化水素系燃料とが混合した燃料を使用可能であり、
複数の気筒のそれぞれに配置され、各筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、を備える内燃機関に適用され、
燃料のアルコール濃度がゼロの場合の燃料噴射量に対する、前記筒内噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度に応じた、燃料の増量割合である第１増量値を取得する第１取得手段と、
燃料のアルコール濃度がゼロの場合の燃料噴射量に対する、前記ポート噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度に応じた、燃料の増量割合である第２増量値を取得する第２取得手段と、
燃料のアルコール濃度がゼロであるとした場合に、各気筒に供給されるべき燃料の総量である基本総噴射量を取得する手段と、
前記筒内噴射弁から噴射される燃料量である筒内噴射量が、燃料のアルコール濃度がゼロであるとした場合に、前記筒内噴射弁から噴射されるべき噴射量となり、かつ、前記筒内噴射量と前記ポート噴射弁から噴射される燃料量であるポート噴射量とを合計した噴射量が、前記基本総噴射量を前記第１増量値及び前記第２増量値に応じて増量した量である総燃料量となるように、前記筒内噴射量と前記ポート噴射量とを決定する決定手段と、
を備える。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１の発明において、前記決定手段は、
前記筒内噴射量の、アルコール濃度がゼロの燃料に相当する量である相当量を、前記第１増量値に応じて算出し、
前記ポート噴射量は、前記基本総噴射量から前記相当量を除いた量を、前記第２増量値に応じて増量した量とするものである。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１又は第２の発明において、
燃料タンクに接続し、燃料を供給するための燃料供給ラインと、
前記燃料供給ラインに接続し、前記筒内噴射弁に燃料を供給するための第１ラインと、
前記燃料供給ラインに接続し、前記ポート噴射弁に燃料を供給するための第２ラインと、
前記燃料供給ラインに設置され、燃料のアルコール濃度に応じた出力を発する濃度センサと、を、更に備える内燃機関に適用され、
前記燃料供給ラインの前記濃度センサより下流側の容積と第１ラインの容積と、前記ポート噴射量の積算値と前記筒内噴射量の積算値と、前記濃度センサの出力と、に応じて、前記筒内噴射弁から噴射される燃料の濃度を推定する第１推定手段と、
前記燃料供給ラインの前記濃度センサより下流側の容積と前記第２ラインの容積と、前記筒内噴射量の積算値と前記ポート噴射量の積算値と、前記濃度センサの出力と、に応じて、前記ポート噴射弁から噴射される燃料の濃度を推定する第２推定手段と、
を、更に備え、
前記第１取得手段は、前記第１推定手段により推定された燃料の濃度の推定値を用いて、前記第１増量値を取得し、
前記第２取得手段は、前記第２推定手段により推定された燃料の濃度の推定値を用いて、前記第２増量値を取得する。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置は、第３の発明において、
ある第１時点における前記濃度センサの出力に応じて、燃料のアルコール濃度を検出する手段と、
前記第１時点以降の前記筒内噴射量の積算値と前記ポート噴射量の積算値との合計が、前記燃料供給ラインの前記濃度センサより下流側の容積に達した時点である第２時点を検出する手段と、
前記第２時点以降の前記筒内噴射量の積算値が、前記第１ラインの容積に達するまでの時点である第３時点を検出する手段と、
前記第２時点以降の前記ポート噴射量の積算値が、前期第２ラインの容積に達するまでの時点である第４時点を検出する手段と、を更に備え、
前記第１推定手段は、前記第３時点における燃料の濃度の推定値を、前記第１時点におけるアルコール濃度とし、
前記第２推定手段は、前記第４時点における燃料の濃度の推定値を、前記第１時点におけるアルコール濃度とする。

本発明によれば、筒内噴射量とポート噴射量との合計量が、筒内噴射弁とポート噴弁とから噴射される各燃料のアルコール濃度に応じた第１、第２増量値により基本総燃料を増量した総燃料量となるように、筒内噴射量とポート噴射量とが決定される。これにより筒内噴射弁とポート噴射弁とからの燃料のアルコール濃度が異なる場合にも、各燃料のアルコール濃度に応じて増量された燃料が各筒内に供給される。従って気筒内に供給される総燃料量を空燃比に応じた量とすることができ、空燃比変動を抑制することができる。

また、本発明において筒内噴射量は、噴射される燃料濃度に関わらず、燃料のアルコール濃度がゼロであるとした場合の、筒内噴射弁からの燃料噴射量に設定される。これにより、燃料濃度に変化があった場合にも燃料が安定する噴射時期にすることができ、エミッションの低減及びドライバビリティの改善を図ることができる。また、濃度に応じて、筒内噴射量を適合させる必要が無く、燃料噴射量に関する制御の簡略化を図ることができる。

また、第３又は第４の発明によれば、筒内噴射弁とポート噴射弁とから噴射される燃料それぞれの濃度を推定するために用いられる濃度センサを、共通の１つのセンサとすることができる。

本発明の実施の形態１に係る制御装置が適用される内燃機関の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１におけるエタノール濃度と燃料増量値との関係について説明するための図である。 本発明の実施の形態１における筒内噴射量とポート噴射量との算出方法について説明するための図である。 本発明の実施の形態１においてＥＣＵが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態２における燃料のエタノール濃度の推定方法について説明するための図である。 本発明の実施の形態２においてＥＣＵが実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。

本発明の実施の形態について図を参照して説明する。各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステムの全体構成］
図１は、本実施の形態１において本発明に係る制御装置が適用される内燃機関の構成を示す図である。本実施の形態に係る内燃機関２は、アルコール（ここではエタノール）と炭化水素系燃料（ここではガソリン）とが混合した燃料を使用可能なＦＦＶ用内燃機関であり、さらに、筒内噴射弁とポート噴射弁を気筒毎に備えるデュアル噴射型内燃機関でもある。

内燃機関２には、筒内噴射弁用デリバリパイプ１０とポート噴射弁用デリバリパイプ１２とが設置されている。筒内噴射弁用デリバリパイプ１０には各気筒の筒内噴射弁が接続されている。筒内噴射弁用デリバリパイプ１０の一端には、第１パイプ１４（第１ライン）が接続されている。ポート噴射弁用デリバリパイプ１２には、各気筒のポート噴射弁が接続されている。ポート噴射弁用デリバリパイプ１２の一端には、第２パイプ１６（第２ライン）が接続されている。

第１パイプ１４と、第２パイプ１６とは、その上流側の端部で１本の燃料パイプ１８に合流する。燃料パイプ１８には燃料タンク２０から燃料を圧送するための燃料ポンプが接続されている。

上記のように各パイプが配管されることにより、燃料タンク２０から燃料ポンプによって圧送される燃料の一部は、燃料パイプ１８及び第１パイプ１４を経由して筒内噴射弁用デリバリパイプ１０に供給され、筒内噴射弁から各気筒内に噴射される。また、燃料タンク２０から燃料ポンプによって圧送される燃料の一部は、燃料パイプ１８及び第２パイプ１６を経由して、ポート噴射弁用デリバリパイプ１２に供給され、ポート噴射弁から各気筒の吸気ポートに噴射される。

第１パイプ１４及び第２パイプ１６には、それぞれ濃度センサ３２、３４が設置されている。濃度センサ３２、３４は、その設置位置における燃料中のエタノール濃度に応じた出力を発するセンサである。

ＥＣＵ３０は、内燃機関２の運転を制御する制御装置である。ＥＣＵ３０は、空燃比センサ８及び濃度センサ３２、３４を含む各種センサの信号を取り込み処理する。センサは、空燃比センサ８及び濃度センサ３２、３４の他にも、内燃機関２及び車両の各所に取り付けられている。例えば、クランク軸の近傍には図示しないクランク角センサが取り付けられ、吸気通路の入口には図示しないエアフローメータが取り付けられている。ＥＣＵ３０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ＥＣＵ３０によって操作されるアクチュエータには、筒内噴射弁とポート噴射弁の他、スロットル弁や点火プラグなども含まれている。ＥＣＵ３０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。

［実施の形態１の制御の内容］
本実施の形態１において、制御装置であるＥＣＵ３０により実行される内燃機関２の制御には、筒内噴射弁及びポート噴射弁を操作して行う燃料噴射制御が含まれる。上記したように本実施の形態で内燃機関２に用いられる燃料は、エタノールとガソリンとが混合したエタノール混合ガソリンである。エタノール混合ガソリンは、燃料中のＨ／Ｃ組成比の違いからλ＝１、すなわち、ストイキとなる空燃比がガソリンとは異なる。このため、空燃比センサの信号に基づいて空燃比がストイキになるようにフィードバック制御を行う場合、エタノール混合ガソリンでは１００％のガソリンに比べて多くの燃料噴射量が必要になる。

図２は、本実施の形態１におけるエタノール濃度と燃料増量値との関係を説明するための図である。図２において横軸はエタノール濃度であり、縦軸は燃料増量値である。燃料増量値は１００％ガソリン（即ち、エタノール濃度がゼロ）の場合の燃料噴射量に対しての燃料増量率である。図２に示されるように、エタノール混合ガソリンでは、エタノール濃度が高くなるほど燃料増量値が高くなる。即ち、燃料中のエタノール濃度が高くなるほど燃料噴射量が大きくなる。

本実施の形態においてＥＣＵ３０には、図２に示すような１００％ガソリンの燃料噴射量に対しての燃料増量値とエタノール濃度との関係を定義したマップが予め記憶されている。ＥＣＵ３０は、このマップを用い、エタノール濃度に応じて増量した燃料噴射量を以下のように設定する。

図３は、本発明の実施の形態１における筒内噴射弁からの燃料噴射量である筒内噴射量ＤＩと、ポート噴射弁からの燃料噴射量であるポート噴射量ＰＦＩとの算出手法について説明するための図である。

図３において、基本総噴射量Ｔｏｔａｌは、燃料が１００％ガソリンであるとした場合に、そのサイクルで各気筒に噴射するべき筒内噴射量とポート噴射量とを合わせた燃料の総量である。基本総噴射量Ｔｏｔａｌは、吸入空気量に応じ、空燃比フィードバック制御の過程において計算される。

本実施の形態において筒内噴射期間は、エタノール濃度に関係なく、１００％ガソリンである場合に筒内噴射弁から噴射されるべき期間に設定され、筒内噴射量ＤＩは、燃料噴射期間に応じた燃料量となる。つまり、筒内噴射期間及びそれに対応する筒内噴射量ＤＩは、燃料のエタノール濃度に関わらず、クランク角、内燃機関２の負荷率及び水温等、内燃機関の運転条件に応じて、必要な期間に燃料噴射を終えることができるように適宜設定される。

設定された筒内燃料量ＤＩの、１００％ガソリン燃料Ｅ０に相当する相当量ＤＩ＿Ｅ０は次式（１）により算出される。
ＤＩ＿Ｅ０＝ＤＩ／ＥＧｄ ・・・・（１）

式（１）において、ＥＧｄは、１００％ガソリン燃料Ｅ０に対する、筒内噴射弁から噴射される燃料のエタノール濃度に応じた燃料増量割合値（第１増量値）である。この値は、筒内噴射弁から噴射される燃料のエタノール濃度に応じて、ＥＣＵ３０に記憶されたマップに従って求められる。また、本実施の形態１において、筒内噴射弁から噴射される燃料のエタノール濃度としては、濃度センサ３２の出力に応じて検出されるエタノール濃度が用いられる。

なお、以下、簡略化のため、ある燃料量を１００％ガソリン燃料に換算した量を、「Ｅ０相当量」と称することとする。ポート噴射量ＰＦＩは、筒内噴射量ＤＩのＥ０相当量ＤＩ＿Ｅ０と、ポート噴射量ＰＦＩのＥ０相当量ＰＦＩ＿Ｅ０との合計が、基本総噴射量Ｔｏｔａｌとなるように設定される。つまり、ポート噴射量ＰＦＩのＥ０相当量ＰＦＩ＿Ｅ０は、次式（２）により表される。
ＰＦＩ＿Ｅ０＝Ｔｏｔａｌ―ＤＩ／ＥＧｄ ・・・（２）

実際のポート噴射量ＰＦＩは、ポート噴射量ＰＦＩのＥ０相当量ＰＦＩ＿Ｅ０を、エタノール濃度に応じて増量した燃料量とする。つまりポート噴射量ＰＦＩは、ポート噴射弁から噴射されるエタノール濃度に応じた燃料増量割合値ＥＧｐ（第２増量値）を用いて、次式（３）により算出される。
ＰＦＩ＝（Ｔｏｔａｌ−ＤＩ／ＥＧｄ）×ＥＧｐ ・・・（３）

以上のように、筒内噴射量ＤＩとポート噴射量ＰＦＩとを設定することにより、筒内噴射量ＤＩとポート噴射量ＰＦＩとを合計した噴射量は、基本総噴射量Ｔｏｔａｌと、筒内噴射の燃料増量値ＥＧｄ、ポート噴射の燃料増量値ＥＧｐとを用いて求められる燃料増量分との総量に設定されていることになる。

［実施の形態１の具体的な制御ルーチン］
図４は、本発明の実施の形態１においてＥＣＵ３０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図４のルーチンは内燃機関２の運転中、燃料サイクルごとに繰り返し実行されるルーチンである。図４のルーチンでは、まず現在の運転状態が、筒内噴射とポート噴射を併用する所定の運転条件であるか否かを判別する（Ｓ１０２）。具体的な条件は、ＥＣＵ３０に予め記憶されている。筒内噴射とポート噴射を併用する運転条件を満たすことが認められない場合、今回の処理は終了する。

一方、ステップＳ１０２において運転条件の成立が認められると、次に、現在の運転状態に関する情報が取得される（Ｓ１０４）。具体的には、例えば、機関回転数や、負荷率、水温等の情報が取得される。次に、エタノール濃度が取得される（Ｓ１０６）。ここでは濃度センサ３２、３４の出力が取得され、この出力に基づいて筒内噴射弁側の燃料のエタノール濃度と、ポート噴射弁側の燃料のエタノール濃度とが、別々に検出される。

次に、基本総噴射量Ｔｏｔａｌが取得される（Ｓ１０８）。基本総噴射量Ｔｏｔａｌは、現在の吸入空気量に応じて、フィードバック制御の過程で算出される値である。

次に、筒内噴射期間及び筒内噴射量ＤＩが決定される（Ｓ１１０）。ここでは筒内噴射期間は機関回転数、燃料の負荷率、水温等に応じ所定のプログラムに従って決定され、それに応じた筒内噴射量ＤＩが算出される。ここで筒内噴射量ＤＩは、ガソリン１００％燃料の場合の筒内噴射弁からの噴射量、と同量に設定される。つまり筒内噴射量ＤＩは、筒内噴射弁側の燃料のエタノール濃度によるものではない。

次に、ポート噴射量ＰＦＩに対応するポート噴射期間が決定される（Ｓ１１２）。ポート噴射量ＰＦＩは、ステップＳ１０６で検出された各エタノール濃度に応じ、マップに従って算出される筒内噴射弁側とポート噴射弁側との各燃料増量値ＥＧｄ、ＥＧｐ及びステップＳ１１０で算出された筒内噴射量ＤＩ、ステップＳ１０８で算出された基本総噴射量Ｔｏｔａｌを用いて、上記式（３）に従って算出される。その後今回の処理は終了する。

［実施の形態１の効果］
以上説明したように、本実施の形態１においては、実際に各気筒に噴射される燃料噴射量の合計量が、筒内噴射弁側の燃料のエタノール濃度に応じた燃料増量値ＥＧｄ及びポート噴射弁側の燃料のエタノール濃度に応じた燃料増量値ＥＧｐの両者を用いて算出される。従って、筒内噴射弁側とポート噴射弁側とで燃料のエタノール濃度が異なっているような場合にも、エタノール濃度の差異を踏まえて、空燃比に応じた適切な量の燃料を各筒内に供給することができる。

また、本実施の形態では、筒内噴射弁からの筒内噴射は燃料のエタノール濃度に関わらず１００％ガソリン燃料である場合に設定される噴射期間及び噴射量に決定される。従って、エタノール濃度の変化に関わらず、筒内噴射を燃焼が安定する時期に行うことができ、エミッションの低減及びドライバビリティの改善を図ることができる。また、筒内噴射量については、エタノール濃度を考慮した噴射量を算出する必要がない。従って、燃料噴射量の制御工程を少なくすることができ、制御の簡略化を図ることができる。

［実施の形態１の他の構成例］
なお、本実施の形態では、ガソリンとエタノールとの混合燃料を用いる場合について説明した。しかし、本発明は、他の炭化水素系の燃料とアルコール燃料との混合燃料を用いる場合にも同様に適用することができる。これは他の実施の形態についても同様である。

また、本実施の形態では、内燃機関２の運転中、筒内噴射弁とポート噴射弁とを併用して燃料噴射を行う場合に、本実施の形態の制御により筒内噴射量ＤＩとポート噴射量ＰＦＩとを決定すると説明した。しかしながら本発明はこれに限られるものではなく、例えば、筒内噴射弁とポート噴射弁とのそれぞれから噴射される燃料のエタノール濃度が異なることが想定される場合にのみ、本実施の形態による燃料噴射量の決定を行うものとしてもよい。具体的には、例えば、燃料を新たに給油した後、各噴射弁から噴射される燃料のエタノール濃度が、給油後のエタノール濃度に変更するまでの一定期間のみ、本実施の形態による噴射量の制御を行うようにすることもできる。これは他の実施の形態についても同様である。

また、本実施の形態では、濃度センサ３２、３４を、各デリバリパイプ１０、１２の近傍にそれぞれ設置し、筒内噴射弁側の燃料のエタノール濃度と、ポート噴射弁側のエタノール濃度とを別々に検出する場合について説明した。しかし、本発明はこの構成に限られるものではなく、濃度センサ３２が他の位置に設置されていてもよい。また、本発明は、各噴射弁から噴射される燃料それぞれのエタノール濃度又は濃度と相関する値を、検出又は推定できるものであれば、２つの濃度センサを有する構成に限られず、他の構成であってもよい。これは他の実施の形態についても同様である。

また、本実施の形態では、第１パイプ１４と第２パイプ１６とが上流側で共通の燃料パイプ１８に接続され、共通の燃料タンク２０から燃料が供給される構成について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、第１パイプ１４と第２パイプ１６とがそれぞれ共通の燃料タンク２０に直接連結されているものであってもよいし、あるいは、第１パイプ１４と第２パイプ１６とが別々の燃料タンクに連結され、別の燃料が供給されるような構成でもよい。これは他の実施の形態についても同様である。

本実施の形態においては、筒内噴射期間が、エタノール濃度に関係なく、１００％ガソリンである場合に筒内噴射弁から噴射されるべき期間に設定され、筒内噴射量ＤＩは、燃料噴射期間に応じた燃料量とされる場合について説明した。しかし、本発明において筒内噴射量ＤＩの決定方法はこれに限られるものではない。例えば、筒内噴射量として、１００％ガソリンのときに噴射されるべき燃料量が、クランク角、内燃機関２の負荷率及び水温等、内燃機関の運転条件に応じて算出されて、この算出された燃料量（筒内噴射量）に応じて筒内噴射期間が設定されるものであってもよい。

なお、本実施の形態１において、ステップＳ１０８の処理が実行されることで、本発明の「基本総噴射量を取得する手段」が実現し、ステップＳ１１０及びＳ１１２の処理が実行されることで「決定手段」が実現する。

実施の形態２．
実施の形態２のシステムは、第１パイプ１４と第２パイプ１６とのそれぞれに濃度センサ３２、３４を有さず、燃料パイプ１８に共通の濃度センサ３６を１つ有する点を除き、図１のシステムと同一の構成を有している。また実施の形態２のシステムは、１の濃度センサ３６によって、筒内噴射弁とポート噴射弁とのそれぞれから噴射される燃料濃度を推定する点を除き、実施の形態１又は実施の形態２と同一の制御を行うものである。

図５は、本発明の実施の形態２におけるエタノール濃度の推定方法を説明するための図である。図５では、濃度センサ３６の下流側の燃料パイプ１８と、第１パイプ１４と筒内噴射弁用デリバリパイプ１０と、第２パイプ１６とポート噴射弁用デリバリパイプ１２とを模式的に表している。

［デリバリパイプに供給される燃料のエタノール濃度の算出］
図５に示されるように、本実施の形態では、燃料パイプ１８及び第１、第２パイプ１４、１６内における燃料の拡散を無視して燃料濃度を推定する。即ち、濃度センサ３６において濃度が計測された燃料は、噴射された総燃料量分、燃料噴射の度に燃料パイプ１８内を下流側に移動するものとする。また、燃料パイプ１８から第１、第２パイプ１４、１６への分岐点より下流側において、第１パイプ１４内では、噴射された筒内噴射量ＤＩ分、筒内噴射の度に燃料が下流側に移動すると考え、第２パイプ１６内ではポート噴射量ＰＦＩ分、ポート噴射のたびに燃料が下流側に移動すると考える。

ここである第１時点から、燃料噴射のたびに総燃料量を積算した積算値が、燃料パイプ１８の容積Ｖ０に達する時点（第２時点）までの噴射回数ｎとし、ｎ+１回目以降からの筒内噴射量ＤＩの積算値が、第１パイプ１４の容積Ｖ１に達する時点（第３時点）までの、筒内噴射の回数をｍ１とする。ある第１時点で、エタノール濃度が計測された燃料は、ｎ回の噴射により燃料パイプ１８内を移動して第１パイプ１４に入り、第２時点以後のｍ１回の噴射により第１パイプ１４内を移動して筒内噴射弁用デリバリパイプ１０に入る。

即ち、筒内噴射弁用デリバリパイプ１０に供給される燃料のエタノール濃度Ｘ１は、噴射回数ｎと噴射回数ｍ１との合計回数分だけ過去の第１時点において計測されたエタノール濃度Ｘ０に近似すると推定される。

同様に、ｎ+１回目以降のポート噴射量ＰＦＩの積算値が、第２パイプ１６の容積Ｖ２に達する時点（第４時点）までの、ポート噴射の回数をｍ２とすると、ある第１時点で、エタノール濃度が計測された燃料は、ｎ回の噴射により燃料パイプ１８内を移動して、第２パイプ１６に入り、その後のｍ２回の噴射により第２パイプ１６内を移動して、筒内噴射弁用デリバリパイプ１０に入る。即ち、ポート噴射弁用デリバリパイプ１２に供給される燃料のエタノール濃度Ｘ２は、噴射回数ｎと噴射回数ｍ２の合計回数分だけ過去の第１時点で計測されたエタノール濃度Ｘ０に近似すると推定される。

［噴射燃料のエタノール濃度の算出］
一方、両デリバリパイプ１０、１２内に燃料が新たに移動した場合に、その燃料が拡散するまでの濃度のばらつきは無視し、両デリバリパイプ１０、１２に到達した燃料は、デリバリパイプ１０、１２内に瞬時に拡散すると考える。これにより、推定されたエタノール濃度Ｘ１、Ｘ２を用いて、筒内噴射弁、ポート噴射弁からそれぞれ噴射される燃料のエタノール濃度が以下のように算出される。

まず、ある燃料噴射時における筒内噴射弁用デリバリパイプ１０内のエタノール濃度である第１濃度は、次式（４）により算出される。
第１濃度＝前回筒内噴射濃度×（１−ｆ１）＋Ｘ１×ｆ１ ・・・（４）
ここで、ｆ１は、今回の筒内噴射弁用デリバリパイプ１０への燃料移動量が筒内噴射弁用デリバリパイプ１０の容積に占める割合であり、ここでは、単位時間当たりの燃料噴射量を、筒内噴射弁用デリバリパイプ１０の容積Ｖ１で除算した値を用いる。

同様に、ある燃料噴射時におけるポート噴射弁用デリバリパイプ１２内のエタノール濃度である第２濃度は、次式（５）により算出される。
第２濃度＝前回ポート噴射濃度×（１−ｆ２）＋Ｘ２×ｆ２ ・・・（５）
ここで、ｆ２は、今回のポート噴射弁用デリバリパイプ１２への燃料移動量がポート噴射弁用デリバリパイプ１２の容積に占める割合であり、ここでは単位時間当たりの燃料噴射量をポート噴射弁用デリバリパイプ１２の容積を除算した値を用いる。

［実施の形態２の具体的な制御のルーチン］
図６は、本発明の実施の形態２においてＥＣＵ３０が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図６のルーチンは、筒内噴射弁用デリバリパイプ１０に供給される燃料のエタノール濃度Ｘ１を算出するためのルーチンである。また、図６のルーチンは所定の時間ごとに開始され、かつ複数のルーチンが並行して実行される。

図６のルーチンでは、濃度検出条件が成立しているか否かが判別される（Ｓ３００）。濃度検出条件は予めＥＣＵ３０に記憶されている。具体的には、例えば、内燃機関２の運転中であるか、現在筒内噴射弁とポート噴射弁との両方からの燃料噴射が行われる領域になるか等、筒内噴射弁とポート噴射側のとのエタノール濃度の推定を要するかを判別する条件が挙げられる。ステップＳ３００において、濃度検出条件の成立が認められない場合には今回の処理が終了する。

ステップＳ３００において、濃度検出条件の成立が認められると、次に、現時点ｉにおけるエタノール濃度Ｘ０ｉが検出される（Ｓ３０２）。ここでは濃度センサ３６の出力信号が取得され、これに応じたエタノール濃度Ｘ０ｉが検出される。

次に、現時点ｉからの筒内噴射量ＤＩとポート噴射量ＰＦＩの積算が開始される（Ｓ３０４）。積算値は、積算開始前の時点においてゼロであり、現時点ｉ以降、全ての気筒の燃料噴射の度に、その噴射時の総燃料量（ＤＩ＋ＰＦＩ）が加算されていく値である。

次に、筒内噴射量ＤＩとポート噴射量ＰＦＩとの積算値Σ（ＤＩ＋ＰＦＩ）が、燃料パイプ１８の濃度センサ３６下流側の容積Ｖ０に達したか否かが判別される（Ｓ３０６）。積算値Σ（ＤＩ＋ＰＦＩ）が容積Ｖ０に達したことが認められない場合、ステップＳ３０６に戻される。即ち、積算値Σ（ＤＩ＋ＰＦＩ）が容積Ｖ０に達するまで、ステップＳ３０６の判別処理が繰り返される。

ステップＳ３０６において、積算値Σ（ＤＩ＋ＰＦＩ）が容積Ｖ０に達したことが認められると、この時点（第２時点）から筒内噴射量ＤＩの積算が開始される（Ｓ３０８）。筒内噴射量ＤＩの積算値ΣＤＩは、積算開始時点（ステップＳ３０８）でゼロであり、積算開始から後の筒内噴射のたびに、その時の筒内噴射量ＤＩが積算されていく値である。

次に、積算値ΣＤＩが第１供給ラインの容積Ｖ１に達したか否かが判別される（Ｓ３１０）。ステップＳ３１０において、積算値ΣＤＩが容積Ｖ１に達したことが認められない場合、ステップＳ３１０に戻り、積算値ΣＤＩが容積Ｖ１に達することが認められるまでの間、ステップＳ３１０の判別処理が繰り返される。

一方、ステップＳ３１０において、積算値ΣＤＩが容積Ｖ１に達したことが認められると、筒内噴射弁用デリバリパイプ１０に供給される燃料のエタノール濃度Ｘ１がステップＳ３０２において検出された濃度Ｘ０ｉに更新される（Ｓ３１２）。その後、今回の処理が終了する。

本実施の形態では、ＥＣＵ３０は、図６のルーチンと同様に、ポート噴射弁用デリバリパイプに供給される燃料のエタノール濃度Ｘ２更新のためのルーチンを記憶しており、図６同様に、所定時間ごとにこれを繰り返し実行する。

具体的にポート噴射弁用デリバリパイプ１２に供給される燃料のエタノール濃度Ｘ２算出のためのルーチンでは、図６のステップＳ３０６において、筒内噴射量ＤＩとポート噴射量ＰＦＩとの積算値Σ（ＤＩ＋ＰＦＩ）が容積Ｖ０に達したことが認められた場合、ステップＳ３０８の処理に替えて、ポート噴射量ＰＦＩの積算を開始する。

次に、ステップＳ３１０の処理替えて、ポート噴射量ＰＦＩの積算値ΣＰＦＩが、第２パイプ１６の容積Ｖ２に達したか否かが判別される。そして積算値ΣＰＦＩが容積Ｖ２に達したことが認められると、ステップＳ３１２の処理に替えて、ポート噴射弁用デリバリパイプ１２に供給される燃料のエタノール濃度Ｘ２が、ステップＳ３０２において検出されたエタノール濃度Ｘ０ｉに更新される。

更に、ＥＣＵ３０は、上記のルーチンにより順次更新されるエタノール濃度Ｘ１、Ｘ２を用いて、燃料噴射のたびに、上記式（４）、（５）に従って、次回噴射される燃料の第１濃度及び第２濃度を算出する。

以上説明したように、本実施の形態２によれば、燃料供給ラインが各噴射弁に対応して分岐しているような構成の場合にも、１つの濃度センサ３６により、筒内噴射側とポート噴射側とで異なる燃料のエタノール濃度を推定することができる。算出された第１、第２濃度は、実施の形態１における燃料増量値の算出等に利用できる。これにより、実施の形態１の発明をより低コストで実現することができる。

なお、本実施の形態では、内燃機関２の運転中、各噴射弁から噴射される燃料エタノール濃度を推定する制御を繰り返し行う場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、必要な所定のタイミングにおいてのみ、燃料濃度の検出を行うようにしてもよい。具体的は、例えば、濃度センサを燃料タンクに設置しておいて、給油が行われた場合に、給油された燃料濃度をＸ０として検出するようにして、給油のたびに一度図６に示されるような濃度の推定のルーチンを行うようにしてもよい。また、この場合において濃度センサを燃料タンクに設置した構成とせず、給油された燃料が濃度センサの設置位置に到達するまでの期間が経過した場合に、図６に示されるような濃度の推定のルーチンを実行するようにしてもよい。

２ 内燃機関
８ 空燃比センサ
１０ 筒内噴射弁用デリバリパイプ
１２ ポート噴射弁用デリバリパイプ
１４ 第１パイプ
１６ 第２パイプ
１８ 燃料パイプ
２０ 燃料タンク
３０ ＥＣＵ
３２、３４ 濃度センサ

Claims (5)

1. アルコールと炭化水素系燃料とが混合した燃料を使用可能な内燃機関であって、
   複数の気筒のそれぞれに配置され、各筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、を備える内燃機関に適用され、
   前記筒内噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度を推定又は検出する第１濃度取得手段と、
   前記ポート噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度を推定又は検出する第２濃度取得手段と、
   前記第１濃度取得手段により取得されたアルコール濃度に応じて、燃料のアルコール濃度がゼロの場合の燃料噴射量に対する、燃料のアルコール濃度に応じた燃料の増量割合である第１増量値を取得する第１取得手段と、
   前記第２濃度取得手段により取得されたアルコール濃度に応じて、燃料のアルコール濃度がゼロの場合の燃料噴射量に対する、燃料のアルコール濃度に応じた燃料の増量割合である第２増量値を取得する第２取得手段と、
   燃料のアルコール濃度がゼロであるとした場合に、各気筒に供給されるべき燃料の総量である基本総噴射量を取得する手段と、
   前記筒内噴射弁から噴射される燃料量である筒内噴射量と、ポート噴射弁から噴射される燃料量であるポート噴射量とを決定する決定手段と、
   を備え、
   前記決定手段は、
   前記筒内噴射量を、燃料のアルコール濃度がゼロであるとした場合に、前記筒内噴射弁から噴射されるべき噴射量とし、かつ、
   前記筒内噴射量のアルコール濃度がゼロの燃料に相当する量と、前記ポート噴射量のアルコール濃度がゼロの燃料に相当する量との合計が、前記基本総噴射量となるように、前記基本総噴射量と前記筒内噴射量と前記第１増量値と前記第２増量値とに応じて、前記ポート噴射量を決定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記決定手段は、
   前記筒内噴射量の、アルコール濃度がゼロの燃料に相当する量である相当量を、前記第１増量値に応じて算出し、
   前記ポート噴射量を、前記基本総噴射量から前記相当量を除いた量を、前記第２増量値に応じて増量した量とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記決定手段は、前記基本総噴射量をＴｏｔａｌ、前記筒内噴射量をＤＩ、前記第１増量値をＥＧｄ、前記第２増量値をＥＧｐとした場合に、前記ポート噴射量ＰＦＩを、次式（１）により算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
   ＰＦＩ＝（Ｔｏｔａｌ−ＤＩ/ＥＧｄ）×ＥＧｐ ・・・・（１）
4. 燃料タンクに接続し、燃料を供給するための燃料パイプと、
   前記燃料パイプに接続し、前記筒内噴射弁に燃料を供給するための第１パイプと、
   前記燃料パイプに接続し、前記ポート噴射弁に燃料を供給するための第２パイプと、
   前記燃料パイプに設置され、燃料のアルコール濃度に応じた出力を発する濃度センサと、を更に備える内燃機関に適用され、
   前記第１濃度取得手段は、前記燃料パイプの前記濃度センサより下流側の容積と、前記第１パイプの容積と、前記ポート噴射量の積算値と、前記筒内噴射量の積算値と、前記濃度センサの出力と、に応じて、前記筒内噴射弁から噴射される燃料の濃度を推定し、
   前記第２濃度取得手段は、前記燃料パイプの前記濃度センサより下流側の容積と、前記第２パイプの容積と、前記筒内噴射量の積算値と、前記ポート噴射量の積算値と、前記濃度センサの出力と、に応じて、前記ポート噴射弁から噴射される燃料の濃度を推定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. ある第１時点における前記濃度センサの出力に応じて、燃料のアルコール濃度を検出する手段と、
   前記第１時点以降の前記筒内噴射量の積算値と前記ポート噴射量の積算値との合計が、前記燃料パイプの前記濃度センサより下流側の容積に達した時点である第２時点を検出する手段と、
   前記第２時点以降の前記筒内噴射量の積算値が、前記第１パイプの容積に達するまでの時点である第３時点を検出する手段と、
   前記第２時点以降の前記ポート噴射量の積算値が、前期第２パイプの容積に達するまでの時点である第４時点を検出する手段と、を更に備え、
   前記第１濃度取得手段は、前記第３時点における燃料の濃度を、前記第１時点におけるアルコール濃度に応じて推定し、
   前記第２濃度取得手段は、前記第４時点における燃料の濃度を、前記第１時点におけるアルコール濃度に応じて推定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。

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