JP6058061B2 - 多種燃料噴射内燃機関の耐ノック性推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、多種燃料噴射内燃機関の耐ノック性推定方法に関する。より詳しくは、オクタン価の異なる多種燃料を別々に噴射したり一緒に噴射したりする多種燃料噴射内燃機関の耐ノック性推定方法に関する。

内燃機関の燃料として、さとうきび、とうもろこし、じゃがいもなど多くの作物から製造できるアルコール燃料が注目されている。特に近年では、アルコール燃料をガソリンに添加した混合燃料が流通しており、今後さらに普及すると予測されている。なお、アルコール燃料にはエタノールやメタノールなど様々な種類があるが、以下では、アルコール燃料として最も多く普及しているエタノールを例として説明する。

このような混合燃料の普及とあわせて、外部から給油された混合燃料を、車両上で低オクタン価の燃料と高オクタン価の燃料に再び分離する分離装置に関する研究も進められている。ガソリンとエタノールとでは、例えばオクタン価や発熱量など燃料物性において様々な異なる点があるため、外部から給油された混合燃料をそのまま利用するよりも、車両上で再び分離し、用途や状態に応じて低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とを使い分けたり、混合割合を変えて用いたりする方が好ましい場合がある。とりわけ高オクタン価燃料はノッキングを抑制するのに効果的である。このため、特に高負荷域では低負荷域よりも高オクタン価燃料を多めに噴射することによりノッキングを抑制できる。

特許文献１には、燃料タンク内の燃料を分離装置で分離することによって低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とを生成し、これら性状の異なる２種類の燃料を運転条件に応じた割合で燃焼室に供給する複数燃料供給内燃機関において、各燃料のオクタン価を推定する技術が示されている。特許文献１の発明では、低オクタン価燃料のみを噴射する運転モードと、高オクタン価燃料のみを噴射する運転モードとを設け、各運転モードで空燃比制御を行うことにより低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料のオクタン価を推定する。

特開２００６−１７０７７号公報

上述のように特許文献１の発明では、低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料の両方のオクタン価を推定するため、どちらか一方の燃料のみを供給する運転モードを設ける必要がある。ところが近年最も普及している混合燃料のエタノールの濃度は高々１０％程度であるため、分離装置によって得られる高オクタン価燃料の量は低オクタン価燃料の量よりも少ない。このため、特許文献１の発明のように高オクタン価燃料のみを供給する運転モードを設けると、より希少な高オクタン価燃料が低オクタン価燃料よりも先に無くなってしまうおそれがある。

本発明は、高オクタン価燃料の消費をできるだけ少なくしながら低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料の耐ノック性を推定する多種燃料噴射内燃機関の耐ノック性推定方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の耐ノック性推定方法は、低負荷側で低オクタン価燃料（例えば、後述の第１燃料）のみを噴射し、高負荷側で低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料（例えば、後述の第２燃料）の両方を噴射する多種燃料噴射内燃機関の耐ノック性推定方法であって、第１の負荷領域（例えば、後述の低オクタン価判定領域）において低オクタン価燃料のみを噴射したときにおける耐ノック性相関パラメータ（例えば、ノッキングが検出された時点における点火時期、エンジン負荷、回転数、及び実効圧縮比等）の値を取得し、当該取得した値を用いて低オクタン価燃料の耐ノック性（例えば、オクタン価及びエタノール濃度等）を推定する第１推定ステップ（例えば、後述の図６のＳ５の第１学習処理）と、前記第１の負荷領域よりも高負荷側の第２の負荷領域（例えば、後述の高オクタン価判定領域）において、低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料を噴射したときにおける前記耐ノック性相関パラメータの値を取得し、当該取得した値及び前記第１推定ステップで推定した低オクタン価燃料の耐ノック性を用いることによって高オクタン価燃料の耐ノック性を推定する第２推定ステップ（例えば、後述の図６のＳ７の第２学習処理）と、を備えることを特徴とする。

（２）この場合、前記第２推定ステップでは、前記第２の負荷領域において、全燃料に対し高オクタン価燃料を所定の割合（例えば、後述の噴射割合）で噴射したときにおける前記耐ノック性相関パラメータの値を取得し、当該取得した値と、前記第１推定ステップで推定した低オクタン価燃料の耐ノック性と、前記割合と、を用いることによって高オクタン価燃料の耐ノック性を推定することが好ましい。

（３）この場合、前記耐ノック性相関パラメータは、前記内燃機関でノッキングが検知されたときにおける当該内燃機関の運転状態を特定する運転パラメータであることが好ましい。

（４）この場合、前記第１の負荷領域は、前記内燃機関においてノッキングが発生しないように規定された通常運転モードの下で全噴射量に対する高オクタン価燃料の噴射量の割合（例えば、後述の噴射割合）を定めたときに、当該割合が０より大きくなる負荷領域（例えば、後述のノック領域）であり、前記第１推定ステップでは、前記内燃機関の負荷が前記第１の負荷領域内であるときに、前記通常運転モードとは別の推定運転モードの下で低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料の噴射量を定め、前記推定運転モードでは、全噴射量に対する高オクタン価燃料の噴射量の割合を０とすることが好ましい。

（５）この場合、前記第１の負荷領域は、前記内燃機関においてノッキングが発生しないように規定された通常運転モードの下で前記内燃機関の実効圧縮比及び全噴射量に対する高オクタン価燃料の噴射量の割合を定めたときに、当該割合が０になる負荷領域（例えば、後述の非ノック領域）であり、前記第１推定ステップでは、前記内燃機関の負荷が前記第１の負荷領域内であるときに、前記通常運転モードとは別の推定運転モードの下で実効圧縮比を定め、前記推定運転モードでは、前記内燃機関の実効圧縮比を前記通常運転モードの下で定めた場合よりも高く定めることが好ましい。

（６）この場合、前記耐ノック性相関パラメータは、フィードバック制御則に基づいて前記内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサの検出値が所定の目標値になるように定められた低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料の噴射量の、所定の基準噴射量に対する変化率に相関のあるパラメータであることが好ましい。

（１）本発明では、内燃機関の負荷領域を第１の負荷領域とこれより高負荷側の第２の負荷領域とに分け、第１の負荷領域では低オクタン価燃料のみを噴射し、このときに取得した耐ノック性相関パラメータの値を用いて低オクタン価燃料の耐ノック性を推定し（第１推定ステップ）、第２の負荷領域では低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料の両方を噴射し、このときに取得した耐ノック性相関パラメータの値と上記第１推定ステップにおいて推定した低オクタン価燃料の耐ノック性とを用いて高オクタン価燃料の耐ノック性を推定する（第２推定ステップ）。本発明では、各燃料の耐ノック性を推定する時期を内燃機関の負荷によって分けることにより、特に第２推定ステップでは低オクタン価燃料を噴射しながら高オクタン価燃料の耐ノック性を推定できる。すなわち、高オクタン価燃料の耐ノック性を推定するために、高オクタン価燃料のみを噴射する必要がないので、高オクタン価燃料の消費を少なくできる。

（２）本発明の第２推定ステップでは、低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料を噴射したときに取得した耐ノック性相関パラメータの値と、第１推定ステップで推定した低オクタン価燃料の耐ノック性と、全燃料に対する高オクタン価燃料の割合と、を用いることによって高オクタン価燃料の耐ノック性を推定する。これにより、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料との両方を噴射しながら高オクタン価燃料の耐ノック性を精度良く推定できる。

（３）本発明の第１及び第２推定ステップでは、ノッキングが検知されたときにおける内燃機関の運転状態を特定する運転パラメータの値を用いて各燃料の耐ノック性を推定する。上述のように高オクタン価燃料は、内燃機関の特に高負荷領域で発生するノッキングを抑制するために用いられる。本発明では、ノッキングの発生時における運転パラメータの値を用いることにより、高オクタン価燃料の消費を抑えながら耐ノック性を推定することができる。

（４）本発明では、第１推定ステップを行う第１の負荷領域を、ノッキングが発生しないように、所定の通常運転モードの下で全噴射量に対する高オクタン価燃料の噴射量の割合を定めたときに、この割合が０より大きくなる負荷領域として定義する。すなわち、第１の負荷領域を、通常運転モードの下では高オクタン価燃料を噴射しなければノッキングが発生するおそれのある負荷領域として定義する。本発明の第１推定ステップでは、内燃機関の負荷がこのような第１の負荷領域内にある場合に、上記通常運転モードとは別の推定運転モードの下で高オクタン価燃料の噴射量を０にし、積極的にノッキングを発生させることによって低オクタン価燃料の耐ノック性を推定する。これにより、高オクタン価燃料の消費を抑制しながら、低オクタン価燃料の耐ノック性を推定することができる。また第１の負荷領域を以上のように定義することにより、低オクタン価燃料の噴射量を多くできるので、その分だけ低オクタン価燃料の耐ノック性を精度良く推定できる。

（５）本発明では、第１推定ステップを行う第１の負荷領域を、通常運転モードの下で全噴射量に対する高オクタン価燃料の噴射量の割合を定めたときに、この割合が０となる負荷領域として定義する。すなわち、第１の負荷領域を、通常運転モードの下では、ノッキングを抑制するために、そもそも高オクタン価燃料を噴射する必要のない負荷領域として定義する。本発明の第１推定ステップでは、内燃機関の負荷がこのような第１負荷領域内にある場合に、上記通常運転モードとは別の推定運転モードの下で内燃機関の実効圧縮比を通常運転モードよりも高く設定し、積極的にノッキングを発生させることによって低オクタン価燃料の耐ノック性を推定する。これにより、高オクタン価燃料の消費を抑制しながら、低オクタン価燃料の耐ノック性を推定することができる。また本発明の第１推定ステップは、（４）の発明と比較してより燃料噴射量が少なくなる低負荷の領域でノッキングを発生させるため、その分だけ内燃機関にかかる負担を減らすことができる。

（６）本発明では、耐ノック性相関パラメータを、空燃比センサの検出値が所定の目標値になるように定められた低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料の噴射量の、所定の基準噴射量に対する変化率に相関のあるパラメータとする。本発明によれば、このように耐ノック性相関パラメータを定義することにより、実際の内燃機関にノッキングを発生させることなく耐ノック性を推定できる。このため、ドライバビリティを向上しかつ内燃機関にかかる負担を減らしながら各燃料の耐ノック性を推定できる。

本発明の第１実施形態に係る耐ノック性推定方法が適用されたエンジン及びその制御装置の構成を示す図である。 吸気量制御及び燃料噴射・点火制御の手順を示すブロック図である。 燃料噴射・点火制御部において噴射態様及び点火態様を決定する手順を示すブロック図である。 第１及び第２燃料のエタノール濃度の時間変化を示す図である。 噴射割合を決定するマップの一例である。 第１及び第２燃料のオクタン価を学習する処理のメインフローチャートである。 第１学習処理の手順を示すフローチャートである。 エンジン負荷と噴射割合との関係を示す図である。 ノッキング発生時における筒内オクタン価と点火時期との関係を示す図である。 第２学習処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る耐ノック性推定方法における第１学習処理の手順を示すフローチャートである。 エンジン負荷と噴射割合との関係を示す図である。 気筒内のエタノール濃度と燃料噴射量の所定の基準噴射量からの変化率との関係を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る耐ノック性推定方法における第１学習処理の手順を示すフローチャートである。 第２学習処理の手順を示すフローチャートである。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る耐ノック性推定方法が適用された多種燃料噴射型の内燃機関（以下、単に「エンジン」という）１及びその制御装置の構成を示す図である。

エンジン１には、吸気が流れる吸気管３と、排気が流れる排気管４と、吸気管３内の吸気をエンジン１へ圧送する過給機４５と、エンジン１又はその吸気ポート１５へ燃料を供給する燃料供給システム６と、これらの電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ(Electronic Control Unit」という)７と、が設けられている。

エンジン１は、複数のシリンダ１３を備えた多気筒エンジンである。図１には、このうちの１つを代表的に示す。エンジン１は、シリンダ１３が形成されたシリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２とを組み合わせて構成される。シリンダ１３内には、ピストン１４が摺動可能に設けられている。ピストン１４の頂面とシリンダヘッド１２のシリンダ１３側の面により、エンジン１の燃焼室２９が形成される。ピストン１４は、コンロッドを介して図示しないクランクシャフトに連結されている。すなわち、シリンダ１３内におけるピストン１４の往復動に応じてクランクシャフト（図示せず）が回転する。

シリンダヘッド１２には、燃焼室２９と吸気管３とを接続する吸気ポート１５と、燃焼室２９と排気管４とを接続する排気ポート１６と、が形成されている。吸気ポート１５のうち燃焼室２９に臨む吸気開口は吸気バルブ１７により開閉される。排気ポート１６のうち燃焼室２９に臨む排気開口は排気バルブ１８により開閉される。

シリンダヘッド１２には、燃焼室２９内に臨む点火プラグ２３と、吸気バルブ１７を開閉駆動する吸気カムシャフト１９と、排気バルブ１８を開閉駆動する排気カムシャフト２０と、が設けられている。点火プラグ２３は、図示しないイグナイタ及びそのドライバを介してＥＣＵ７に接続される。点火プラグ２３の点火時期は、後述の燃料噴射・点火制御によって制御される。

吸気カムシャフト１９には、吸気バルブ１７を開閉駆動する複数の吸気カム１９ａが設けられている。また、排気カムシャフト２０にも同様に、排気バルブ１８を開閉駆動する複数の排気カム２０ａが設けられている。なお、図１には、複数のカム１９ａ，２０ａのうち１つのみ図示する。これらカムシャフト１９，２０は、それぞれスプロケットやタイミングチェーン等の図示しない連結機構を介してクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトによって回転駆動される。より具体的には、クランクシャフトが２回転すると、カムシャフト１９，２０は１回転するようになっている。カムシャフト１９，２０が回転すると、バルブ１７，１８は、カム１９ａ，２０ａのプロファイルに応じた態様で進退する。

吸気カムシャフト１９の一端部には、クランクシャフトに対する吸気カム１９ａのカム位相を変更するカム位相可変機構（ＶＴＣ）２１が設けられている。吸気側ＶＴＣ２１は、吸気カムシャフト１９のカム位相を無段階に進角又は遅角させることにより、吸気バルブ１７の開閉タイミング（すなわち開時期（ＩＶＯ）及び閉時期（ＩＶＣ））を早めたり遅らせたりできる。本実施形態では、このような吸気側ＶＴＣ２１によってエンジン１の燃焼室２９の実効圧縮比を可変的に制御可能なアトキンソンサイクル（ミラーサイクル）での運転が実現される。すなわち、吸気バルブ１７の閉時期を下死点に対し進角側又は遅角側に補正し、吸気量を減少させることにより、実効圧縮比を下げることができる。

また、排気カムシャフト２０の一端部にも、クランクシャフトに対する排気カム２０ａのカム位相を変更し、排気バルブ１８の開閉タイミング（すなわち開時期（ＥＶＯ）及び閉時期（ＥＶＣ））を早めたり遅らせたりするＶＴＣ２２が設けられている。本実施形態では、排気側ＶＴＣ２２によって、排気バルブ１８の閉時期を早めたり遅らせたりすることにより、排気バルブ１８の閉時期と吸気バルブの開時期のバルブオーバーラップ量を可変的に制御する。

過給機４５は、排気管４に設けられたタービン（図示せず）と、吸気管３に設けられたコンプレッサ（図示せず）と、を備える。タービンは、排気管４を流れる排気の運動エネルギーによって駆動される。コンプレッサは、タービンによって回転駆動され、吸気管３内の吸気をエンジン１へ圧送する。

吸気管３には、上流側から下流側へ向かって順に、過給機４５のコンプレッサと、インタークーラ３１と、スロットル弁３２とが設けられている。インタークーラ３１は、過給機４５によって圧縮された吸気を冷却し、エンジン１の吸気の充填効率を向上する。スロットル弁３２は、エンジン１の燃焼室２９に供給される空気の流量（以下、「吸気流量」という）を制御する。スロットル弁３２は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続されている。すなわち、このスロットル弁３２は、運転車が操作するアクセルペダル（図示せず）と機械的な接続が絶たれたいわゆるＤＢＷ（Drive By Wire）スロットルと呼称されるものである。スロットル弁３２は、後述の吸気量制御によって適切な開度に制御される。

また、吸気管３には、過給機４５のコンプレッサの前後を連通するバイパス通路３３と、バイパス通路３３を開閉するブローオフバルブ３４と、が設けられている。このブローオフバルブ３４が開かれると過給機４５のコンプレッサの前後が連通し、コンプレッサとスロットル弁３２間の圧力（以下、「過給圧」という）が解放される。ブローオフバルブ３４は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続されている。ブローオフバルブ３４は、後述の吸気量制御によって適切な時期に開閉される。

排気管４には、上流側から下流側へ向かって順に、過給機４５のタービンと、排気を浄化する排気浄化触媒４１とが設けられている。排気浄化触媒４１は、例えば、三元触媒であり、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化する。

また、排気管４には、過給機４５のタービンの前後を連通するバイパス通路４２と、バイパス通路４２を開閉するウェイストゲートバルブ４３とが設けられている。このウェイストゲートバルブ４３が開かれると過給機４５のタービンの前後が連通し、タービンの回転数が制限され、ひいては過給圧が制限される。ウェイストゲートバルブ４３は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続されている。ウェイストゲートバルブ４３は、後述の吸気量制御によって適切な時期に開閉される。

燃料供給システム６は、燃料を蓄える燃料貯蔵装置６１と、燃料貯蔵装置６１によって蓄えられた燃料をエンジン１の吸気に噴射するポートインジェクタ６２と、燃料貯蔵装置６１によって蓄えられた燃料を燃焼室２９内に直接噴射するダイレクトインジェクタ６３と、を備える。

燃料貯蔵装置６１は、給油口Ｆから供給されたエタノールとガソリンの混合燃料が導入されるメインタンク６１１と、メインタンク６１１内の混合燃料を分離する分離装置６１２と、分離装置６１２によって分離された燃料を蓄えるサブタンク６１３と、を備える。分離装置６１２は、メインタンク６１１内に貯蔵された混合燃料から、エタノール及び芳香族を分離し、これをサブタンク６１３に供給する。

分離装置６１２は、例えば、浸透気化法（パーベーパレーション法）によって、メインタンク６１１内に貯蔵された混合燃料を、この混合燃料よりも高エタノール濃度（すなわち、高オクタン価燃料）の第２燃料と、混合燃料又は第２燃料よりも低エタノール濃度（すなわち、低オクタン価燃料）の第１燃料と、に分離する。分離装置６１２は、混合燃料から分離した第２燃料をサブタンク６１３に供給し、残る第１燃料をメインタンク６１１に戻す。

より具体的には、分離装置６１２は、混合燃料中の特定成分を選択的に透過させる分離膜６１２ａと、この分離膜６１２ａによって区画された高圧室６１２ｂと低圧室６１２ｃと、を備える。この分離装置６１２では、高圧室６１２ｂにメインタンク６１１内に貯蔵されている燃料を循環させ、低圧室６１２ｃを図示しないポンプによって減圧すると、高圧室６１２ｂを循環する混合燃料の一部が蒸発し、低圧室６１２ｃ側へ透過し、サブタンク６１３に供給される。これにより、サブタンク６１３には、主にエタノールと芳香族からなり、外部から最初に給油された混合燃料よりオクタン価の高い第２燃料が貯蔵される。メインタンク６１１には、主にガソリンからなり、外部から最初に給油された混合燃料又は第２燃料よりオクタン価の低い第１燃料が貯蔵される。

ダイレクトインジェクタ６３は、図示しない燃料ポンプを介して供給されたメインタンク６１１内の第１燃料を、エンジン１の燃焼室２９内に直接噴射する。ダイレクトインジェクタ６３は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続される。ダイレクトインジェクタ６３の開弁時期及び開弁時間、すなわち燃焼室２９内への第１燃料の噴射時期及び噴射時間（すなわち、１ストローク当たりの噴射量）は、ＥＣＵ７によって制御される。

ポートインジェクタ６２は、図示しない燃料ポンプを介して供給されたサブタンク６１３内の第２燃料を、吸気ポート１５内に噴射する。ポートインジェクタ６２は、図示しないドライバを介してＥＣＵ７に接続される。ポートインジェクタ６２の開弁時期及び開弁時間、すなわち吸気ポート１５内への第２燃料の噴射時期及び噴射時間（すなわち、１ストローク当たりの噴射量）は、ＥＣＵ７によって制御される。

ＥＣＵ７は、エンジン１に設けられた各種装置を制御する電子制御ユニットであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び各種インターフェースなどの電子回路を含んで構成される。ＥＣＵ７には、エンジン１の状態及びエンジン１を搭載した車両の状態等を把握するため、複数のセンサ８１〜９３が接続されている。

過給圧センサ８１は、吸気管３のうち過給機４５の下流側、より具体的には吸気管３のうちインタークーラ３１とスロットル弁３２との間の過給圧に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する。水温センサ８２は、エンジン１のシリンダブロック１１の冷却水路（図示せず）内を流れる冷却水の温度（以下、単に「水温」という）に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する。なお、ＥＣＵ７では、水温センサ８２によって検出された水温をエンジン１の代表温度とするが、これに限らない。

吸気センサ８３は、吸気管３のうちスロットル弁３２の下流側の吸気の状態を検出するセンサである。より具体的には、この吸気センサ８３は、対象箇所の吸気の温度（以下、「吸気温度」という）に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する吸気温度センサ、及び対象箇所の吸気の圧力（以下、「吸気圧」という）に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する吸気圧センサ等で構成される。

吸気側カムセンサ８４は、吸気カムシャフト１９の回転に伴い、所定のカム角ごとにパルス信号をＥＣＵ７に出力する。排気側カムセンサ８５は、排気カムシャフト２０の回転に伴い、所定のカム角ごとにパルス信号をＥＣＵ７に出力する。ＥＣＵ７では、これらカムセンサ８４，８５から送信されるパルス信号に基づいてカムシャフト１９，２０の実際のカム位相を把握する。
スロットル開度センサ８６は、スロットル弁３２の位置（以下、「スロットル開度」という）に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する。

ノッキングセンサ８７は、ノッキングによって生じたエンジン１の振動に応じた検出信号をＥＣＵ７に出力する。ＥＣＵ７は、ノッキングセンサ８７からの出力に基づいてノッキングの発生を判定する。
エアフローメータ８８は、吸気管３のうち過給機４５のコンプレッサより上流側の吸気の流量に略比例した検出信号をＥＣＵ７に出力する。

アクセルペダルセンサ８９は、運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み量を検出し、これに応じた検出信号をＥＣＵ７に出力する。
車速センサ９０は、車両の速度に比例したパルス信号をＥＣＵ７に出力する。車速は、ＥＣＵ７において、車速センサ９０からのパルス信号に基づいて、図示しない処理によって算出される。

クランク角センサ９１は、クランクシャフトに固定されたパルサ９２の回転に応じて、所定のクランク角ごとにパルス信号をＥＣＵ７へ出力する。ＥＣＵ７では、クランク角センサ９１の出力に基づいて実際のエンジンの回転数が把握される。
空燃比センサ９３は、排気管４のうち排気浄化触媒４１より上流側に設けられ、排気の酸素濃度（空燃比）に略比例した検出信号をＥＣＵ７へ出力する。以下では空燃比センサ９３として、検出箇所の空燃比に略比例したリニアな出力特性を有するものを用いた場合について説明するが、本発明はこれに限らない。

次に、図２及び図３を参照して、ＥＣＵ７を主体として実行される吸気量制御及び燃料噴射・点火制御の手順について説明する。
図２は、吸気量制御及び燃料噴射・点火制御の手順を示すブロック図である。なお以下で説明する吸気量制御及び燃料噴射・点火制御では、最も基本であり通常運転時に実行される通常運転モードと、燃料の耐ノック性を学習する際にのみ実行される第１燃料学習モード（例えば、後述の図７のＳ２３参照）及び第２燃料学習モード（例えば、後述の図１０のＳ３３参照）と、の３つの運転モードが定義されている。以下の説明において特段の明記がないものは、通常運転モードでのみ実現される機能か又は３つの運転モードで共通の機能とする。

吸気量制御は、要求出力算出部７１、目標吸気量算出部７２、目標スロットル開度算出部７３、目標過給圧算出部７４、目標吸気側ＶＴＣ角度算出部７５、目標排気側ＶＴＣ角度算出部７６、及びフィードバック制御部７７等の機能を組み合わせることによって実現される。以下、各モジュールの機能について順に説明する。

要求出力算出部７１は、エンジン回転数、アクセルペダルの踏み込み量、及び車速等に基づいて、予め定められたマップを検索することによって、エンジンへの要求出力を決定する。目標吸気量算出部７２は、エンジン回転数、要求出力、吸気流量、吸気圧力、吸気温度、及び燃料噴射・点火制御において決定された燃料噴射量等に基づいて、予め定められたマップを検索することによってエンジンへの吸気量の目標となる目標吸気量を決定する。目標スロットル開度算出部７３は、目標吸気量、及びエンジン回転数等に基づいて、予め定められたマップを検索することによって、スロットル弁の開度の目標となる目標スロットル開度を決定する。目標過給圧算出部７４は、目標吸気量、及びエンジン回転数等に基づいて、予め定められたマップを検索することによって、過給圧の目標となる目標過給圧を決定する。

目標吸気側ＶＴＣ角度算出部７５は、目標吸気量、及びエンジン回転数等に基づいて、予め定められた基本マップを検索することによって実効圧縮比の目標となる目標実効圧縮比を決定し、この目標実効圧縮比を実現するための吸気カムシャフトのカム位相の目標となる目標吸気側カム位相を決定する。この基本マップによれば、目標実効圧縮比は、低負荷から高負荷までノッキングが発生しないように、高負荷側から低負荷側へ変化するほど小さくなるように設定される。これにより、高負荷側ではオットーサイクルを利用した運転とし低負荷側ではアトキンソンサイクルを利用した運転とすることができる。

なお後述の第２実施形態において定義される第１燃料学習モードの実行時には、目標吸気側ＶＴＣ角度算出部７５は、上記基本マップを検索することによって定められる実効圧縮比を上昇側に補正して目標実効圧縮比を決定することにより、一時的にノッキングが生じやすい状態にする。

目標排気側ＶＴＣ角度算出部７６は、目標吸気量、及びエンジン回転数等に基づいて予め定められたマップを検索することによってバルブオーバーラップ量の目標となる目標オーバーラップ量を決定し、この目標オーバーラップ量を実現するための排気カムシャフトのカム位相の目標となる目標排気側カム位相を決定する。

フィードバック制御部７７は、実スロットル開度、実過給圧、実吸気側カム位相、及び実排気側カム位相と、上述のようにしてそれぞれに対して設定された目標値との偏差がなくなるように既知のフィードバックアルゴリズムに基づいて、スロットル弁、ウェイストゲートバルブ、吸気側ＶＴＣ、及び排気側ＶＴＣに対する制御入力を決定し、ドライバへ入力する。

燃料噴射・点火制御は、燃料噴射・点火制御部７８によって実現される。燃料噴射・点火制御部７８は、図３以降で説明する手順に従って、ポートインジェクタからの第２燃料の噴射量及び噴射時期、ダイレクトインジェクタからの第１燃料の噴射量及び噴射時期、並びに点火プラグの点火時期を決定し、決定した噴射態様及び点火態様が実現するようにポートインジェクタ、ダイレクトインジェクタ、及び点火プラグに対する制御入力を決定し、それぞれのドライバへ入力する。

図３は、燃料噴射・点火制御部７８において噴射態様及び点火態様を決定する手順を示すブロック図である。

燃料噴射・点火制御部７８は、点火時期を決定する点火時期決定部５１と、第１及び第２燃料の耐ノック性（エタノール濃度及びオクタン価等）を学習する耐ノック性学習部５４と、第１及び第２燃料の噴射量を決定する燃料噴射量決定部５５と、を備える。

耐ノック性学習部５４は、吸気量、ノックセンサの検出信号、点火時期、及び後述の噴射割合等の入力を用いた学習処理を行うことによって、現在用いられている第１燃料及び第２燃料の耐ノック性（より具体的には、オクタン価やエタノール濃度等）を推定し、学習する。以下では、耐ノック性学習部５４によって得られる第１燃料のオクタン価を第１学習オクタン価という。また耐ノック性学習部５４によって得られる第２燃料のオクタン価を第２学習オクタン価という。第１学習オクタン価から既知の変換則に従って適宜導き出される第１燃料のエタノール濃度を、以下では第１学習濃度という。また第２学習オクタン価から同様に導きだされる第２燃料のエタノール濃度を、以下では第２学習濃度という。

図４は、第１及び第２燃料のエタノール濃度の時間変化を示す図である。図４において、横軸は分離の進行度合い（すなわち、メインタンク内の第１燃料のエタノール濃度の分離開始時からの低下度合い）を示し、縦軸はエタノール濃度を示す。また図４において実線は分離装置から出る燃料のエタノール濃度（瞬時値）を示し、破線はサブタンク内の第２燃料のエタノール濃度（平均値）を示す。また図４には、エタノール濃度が１０％の混合燃料を給油した場合を示す。

外部から給油された混合燃料は、一旦メインタンクに貯蔵される。その後、分離装置でメインタンク内の第１燃料を循環させることによって、高オクタン価の第２燃料を分離し、サブタンクに貯蔵する。このため、メインタンク内の第１燃料のエタノール濃度は、分離の進行に伴って給油直後の１０％から徐々に低下する。またこの時、メインタンク内のエタノール濃度が低下することにより、分離装置に供給される燃料のエタノール濃度が低下することから、分離装置によって取り出される燃料のエタノール濃度も低下し（図４の破線参照）、ひいてはサブタンク内の第２燃料のエタノール濃度も徐々に低下する（図４の実線参照）。

図３に戻り耐ノック性学習部５４は、このような第１及び第２燃料の耐ノック性の時間変化を追跡すべく、第１及び第２学習オクタン価の値を後に図６〜図１０等を参照して説明する手順に従って逐次更新する。この耐ノック性学習部５４によって取得される第１及び第２学習オクタン価は、適宜第１及び第２学習濃度に変換して点火時期決定部５１や燃料噴射量決定部５５等において用いられる。これにより、時間の経過とともに変化する第１及び第２燃料の耐ノック性に応じた適切な点火時期や噴射量が決定される。

点火時期決定部５１は、通常点火時期の値を算出する通常点火時期演算部５２と、所定の学習時補正値と上記通常点火時期の値とを合算することにより最終的な点火時期の値を算出する合算部５３と、を備える。

通常点火時期演算部５２は、要求トルク、吸気量、水温、ノックセンサの出力、後述の噴射割合、及び耐ノック性学習部５４によって逐次更新される第１及び第２学習濃度等を入力として用いた既知のアルゴリズムによって、最適な出力トルクが得られかつノッキングが発生しないような通常点火時期の値を算出する。

なお上述の学習時補正値は、通常運転モードの実行時は０であり、第１燃料学習モード又は第２燃料学習モードの実行時にのみ０以外になるように耐ノック性学習部５４において算出される値である。したがって、点火時期決定部５１では、通常運転モードの実行時には上述の通常点火時期を最終的な点火時期として決定し、第１又は第２燃料学習モードの実行時には通常点火時期を上記学習時補正値を用いて補正したものを最終的な点火時期として決定する。

燃料噴射量決定部５５は、要求オクタン価を決定する要求オクタン価演算部５６と、噴射割合を決定する噴射割合演算部５７と、第１及び第２燃料の噴射量を決定する噴射量演算部５８と、を備える。

要求オクタン価演算部５６は、要求トルク及び吸気量等のエンジン負荷と相関のあるパラメータを入力として用いることにより、エンジンでノッキングが発生しないようにするために最低限必要とされる筒内オクタン価に相当する要求オクタン価の値を算出する。ここで「筒内オクタン価」とは、エンジンの気筒内に供給され、燃焼される燃料全体でのオクタン価をいう。要求オクタン価演算部５６は、低負荷から高負荷までの全ての負荷領域においてできるだけノッキングが発生しないようにするため、エンジン負荷が大きくなるほど要求オクタン価の値を大きくする。

噴射割合演算部５７は、耐ノック性学習部５４によって更新される第１及び第２学習オクタン価を用いて予め定められたマップを検索することにより、上述の要求オクタン価を実現するため、すなわちノッキングが発生しないようにするために最低限必要な噴射割合の値を算出する。ここで噴射割合は、気筒内に供給される燃料全体に対する第２燃料の割合（例えば、体積比）として定義する。

図５は、噴射割合を決定するマップの一例である。図５の横軸は要求オクタン価であり、縦軸は噴射割合である。図５には、第１学習オクタン価の値を所定値で固定したまま、第２学習オクタン価の値を４段階に変化させた場合におけるマップの一例を示す。図５に示すように、要求オクタン価が第１学習オクタン価より低い場合には、第１燃料のみの噴射で要求オクタン価を実現できるので、噴射割合は０％となる。以下では、ノッキングが発生しないようにかつ第２燃料の消費ができるだけ抑制されるように図５に示すようなマップを用いることによって噴射割合を定めたときに、噴射割合が０％になる負荷領域を非ノック領域と定義する。

要求オクタン価が第１学習オクタン価より高くなると、第１燃料に加えて第２燃料を供給しなければ要求オクタン価を実現することができないので、噴射割合は０％から上昇する。また図５に示すように、要求オクタン価又は第２学習オクタン価が高くなるほど噴射割合は低くなる。以下では、上記非ノック領域以外の領域、すなわち図５に示すようなマップを用いることによって噴射割合を定めたときに、噴射割合が０％より高くなる負荷領域をノック領域と定義する。

図３に戻り噴射割合演算部５７は、要求オクタン価、第１及び第２学習オクタン価等を用いて図５のようなマップを検索することによって、要求オクタン価を実現し、ひいてはノッキングが発生しないようにする噴射割合の値を算出する。

なお、後述の第１燃料学習モードの実行時には、噴射割合演算部５７は、図５のような予め定められたマップを採用せずに、エンジン負荷がノック領域内にある状態であっても強制的に噴射割合の値を０％にし、一時的にノッキングが生じやすい状態にする。

噴射量演算部５８は、吸気量、噴射割合、第１学習濃度、第２学習濃度、空燃比センサの検出値、及び温度センサの検出値等に基づいて最終的な第１及び第２燃料の噴射量の値を算出する。噴射量演算部５８は、より具体的には、下記式（１）及び（２）に基づいて第１燃料の噴射量ＧＦＵＥＬ１及び第２燃料の噴射量ＧＦＵＥＬ２の値を算出する。
ＧＦＵＥＬ１＝ＧＢＳ１×ＫＡＦ×ＫＨ （１）
ＧＦＵＥＬ２＝ＧＢＳ２×ＫＡＦ×ＫＨ （２）

上記式（１）及び（２）においてＧＢＳ１，ＧＢＳ２はそれぞれ第１及び第２燃料の基本質量流量（１ストローク当たりに気筒内に導入される燃料の質量）であり、各々の値は、筒内吸気量（１ストローク当たりに気筒内に導入される吸気の質量）と、噴射割合と、第１学習濃度と、第２学習濃度と、を用いることによって算出される。より具体的には、噴射量演算部５８は、第１及び第２燃料並びに吸気によって気筒内で形成される混合気の空燃比（空気と燃料の質量比）が、ストイキになり同時に上記噴射割合が実現されるように、ＧＢＳ１，ＧＢＳ２の値を算出する。

また上記式（１）及び（２）においてＫＨは、温度補正係数であり、その値は吸気温度や冷却水温度等を用いて所定のマップを検索することによって算出される。

また上記式（１）及び（２）においてＫＡＦは、フィードバック補正係数であり、その値は排気管に設けられた空燃比センサの検出値を用いることによって算出される。噴射量演算部５８は、空燃比センサの検出値がストイキに相当する所定の目標値になるように、既知のフィードバック制御則に基づいてフィードバック補正係数ＫＡＦの値を算出する。この補正係数ＫＡＦの値は基本的には１であるが、基本質量流量ＧＢＳ１，ＧＢＳ２を決定する際に用いられる筒内吸気量に誤差が生じる場合（例えば、吸気量が変動する過渡運転時）や、第１及び第２学習濃度等に誤差が生じるような場合等には１からずれる。なお、上記式（１）及び（２）に示すように、基本質量流量ＧＢＳ１，ＧＢＳ２にはそれぞれ同じ補正係数ＫＡＦ，ＫＨが乗算されるため、噴射割合は最終的に得られる噴射量ＧＦＵＥＬ１，ＧＦＵＥＬ２においても実現される。

図６は、上述の耐ノック性学習部において第１及び第２燃料のオクタン価を学習する処理のメインフローチャートである。図６の処理は、図示しないイグニッションスイッチがオンにされた後、所定の周期毎に繰り返し実行される。

Ｓ１では、耐ノック性学習部は、給油直後であるか否かを判定する。給油直後である場合（Ｓ１の判定結果がＹＥＳの場合）、耐ノック性学習部は、第２学習オクタン価の値を前回値に維持したまま、第１学習オクタン価の値を所定の初期値にリセットし（Ｓ２参照）、さらに後述の第１学習完了フラグ及び第２学習完了フラグを共に０にリセットし（Ｓ３参照）、図６の処理を終了する。新たに給油される混合燃料の耐ノック性は不明であるため、Ｓ２のように給油の直後には第１学習オクタン価の値を初期値でリセットすることが好ましい。なお、図１に示すシステムでは、給油によって新しく供給される混合燃料は、一旦、全てメインタンクに供給される。したがって、給油直後はサブタンク内の第２燃料の耐ノック性は左程変化しないと考えられる。したがって、この点を考慮して、上記Ｓ２の処理では、第１学習オクタン価の値のみ初期値にリセットし、第２学習オクタン価の値は前回値のまま維持する。またこの他、給油時にサブタンク内にも何らかの燃料が給油される場合には、第１学習オクタン価と同様に第２学習オクタン価の値も所定の初期値にリセットしてもよい。

また第１学習完了フラグ及び第２学習完了フラグは、それぞれ第１及び第２学習オクタン価の値が最新の値に更新された後であることを示すフラグである。これら２つの学習完了フラグは、それぞれ後述の第１学習処理（Ｓ５及び図７参照）及び第２学習処理（Ｓ７及び図１０参照）において各々の学習値が更新されたことに応じて１にセットされる。

Ｓ１の判定結果がＮＯの場合、耐ノック性学習部は、第１学習完了フラグは０であるか否か（換言すれば、Ｓ５の第１学習処理によって第１学習オクタン価の値を最新の値に更新してから後述の待ち時間が経過したか否か）を判定する（Ｓ４参照）。Ｓ４の判定結果がＹＥＳである場合には、耐ノック性学習部は、第１学習オクタン価の値を最新の値に更新する第１学習処理を実行し（Ｓ５及び後述の図７参照）、Ｓ９に移る。

Ｓ４の判定結果がＮＯである場合には、耐ノック性学習部は、第２学習完了フラグは０であるか否か（換言すれば、Ｓ５の第１学習処理によって第１学習オクタン価の値を最新の値に更新してから後述の待ち時間が経過したか否か）を判定する（Ｓ６参照）。Ｓ６の判定結果がＹＥＳである場合には、耐ノック性学習部は、第２学習オクタン価の値を最新の値に更新する第２学習処理を実行し（Ｓ７及び後述の図１０参照）、Ｓ９に移る。

Ｓ４及びＳ６の判定結果が何れもＮＯである場合には、耐ノック性学習部は、第１及び第２学習オクタン価の値を各々の前回値で維持し、Ｓ９に移る。Ｓ９では、耐ノック性学習部は、第１学習完了フラグが０から１になってから所定の待ち時間が経過したか否かを判定する。Ｓ９の判定結果がＹＥＳである場合、すなわち第１学習オクタン価の値が最新の値に更新されてから上記待ち時間が経過した場合には、耐ノック性学習部は再びこれら第１及び第２学習オクタン価の値を最新の値に更新すべく、第１学習完了フラグ及び第２学習完了フラグを共に０にリセットし（Ｓ３参照）、図６の処理を終了する。またＳ９の判定結果がＮＯである場合には、直ちに図６の処理を終了する。

図６の処理によれば、燃料の給油直後は、初めに第１学習処理が実行され、次に第２学習処理が実行される。また、第１及び第２学習処理が実行された後は、上記待ち時間に相当する時間が経過した後、再び第１学習処理及び第２学習処理の順で実行される。このように毎回第１学習処理を先に実行する理由は、後に説明するように第２学習処理では第２学習オクタン価の値を更新するために第１学習オクタン価の値が用いられるためである。すなわち、第２学習オクタン価の値をその時の第２燃料の耐ノック性に合わせて精度良く決定するためには、第２学習処理を行う前に第１学習処理を行い、第１学習オクタン価の値を最新の値に更新しておいた方が好ましい。

図７は、第１学習処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
Ｓ２１では、耐ノック性学習部は、現在のエンジン負荷は所定の下限値と上限値との間で特徴付けられる低オクタン価判定領域内であるか否かを判定する。Ｓ２１の判定結果がＮＯである場合には、耐ノック性学習部は、第１学習オクタン価の値を前回値で維持し（Ｓ２２参照）、図７の処理を直ちに終了する。Ｓ２１の判定結果がＹＥＳである場合には、耐ノック性学習部は、第１学習オクタン価の値を更新すべく、Ｓ２３以降の処理を実行する。

ここで低オクタン価判定領域についてより詳しく説明する。
図８は、通常運転モードの下で燃料噴射量等を制御した場合におけるエンジン負荷（縦軸）と噴射割合（横軸）との関係を示す図である。図５を参照して説明したように通常運転モードの下で燃料噴射量等を制御した場合、低負荷から高負荷までノッキングが発生しないようにしかつできるだけ第２燃料の消費を抑制するため、非ノック領域では噴射割合を０％とし、ノック領域ではエンジン負荷が高くなるほど噴射割合を高くする。なお図８に示すように、通常運転モードの下では、エンジン負荷が最大の時における噴射割合は第２学習オクタン価によって変化し、ノック領域と非ノック領域とを分ける閾値は第１学習オクタン価によって変化する。

上述の低オクタン価判定領域は、図８に示すように、ノック領域内のうち低負荷側の所定の幅内に設定される。すなわち、低オクタン価判定領域は、通常運転モードの下で燃料噴射量等を制御した場合には、噴射割合を０％よりも高くし第２燃料を噴射するか、又は点火時期を通常運転モードの下で定められる通常点火時期よりも遅らせるかしなければ直ちにノッキングが発生すると考えられる領域内のうち低負荷側に設定される。

図７に戻りＳ２３では、耐ノック性学習部は、エンジンの運転モードを通常運転モードから第１燃料学習モードへ切り替え、Ｓ２４に移る。この第１燃料学習モードでは、エンジン負荷が低オクタン価判定領域内（ノック領域内）にある状態で噴射割合を強制的に０％（すなわち、第２燃料の噴射量を０）とし、ノッキングが発生しやすい状態にする。また同時にこの第１燃料学習モードでは、通常点火時期（図３参照）の値に加えられる学習時補正値を所定の範囲内で変化させることによって、ノックセンサで初めてノッキングが検出される点火時期を探索する。より具体的には、噴射割合を０％とすることでノッキングが生じやすい状態になっていることから、始めは学習時補正値を遅角側の所定値とし、点火時期を通常点火時期よりも所定角だけ遅角側に一旦退避させた後、学習時補正値を徐々に進角側へ変化させることによって、ノックセンサによってノッキングが検出される点火時期を探索する。

Ｓ２４では、耐ノック性学習部は、エンジンの運転モードを第１燃料学習モードに切り替えた後、ノックセンサによってノッキングが検出されたか否かを判定する。Ｓ２４の判定結果がＮＯである場合、Ｓ２２に移り、第１燃料学習値は前回値で維持し、図７の処理を直ちに終了する。Ｓ２４の判定結果がＹＥＳである場合には、耐ノック性学習部は、Ｓ２５に移り、第１燃料学習モードの下で初めてノッキングが検出された時点における点火時期、エンジン負荷、エンジン回転数、及び実効圧縮比等のエンジンの運転状態を特定する複数の運転パラメータの値を取得してＳ２６に移る。

Ｓ２６では、耐ノック性学習部は、Ｓ２５で取得した複数の運転パラメータの値を用いて、図９に示すようなマップを検索することにより、第１燃料のオクタン価の推定値を算出する。

図９は、ノッキング発生時における筒内オクタン価（横軸）と点火時期（縦軸）との関係を示す図であり、かつＳ２６において参照されるマップの一例でもある。なお、図９は、エンジン回転数及び実効圧縮比等のその他の運転パラメータの値を所定値で固定した場合における一例を示す。耐ノック性学習部は、図９に示すようなマップを、エンジン回転数及び実効圧縮比の組み合わせ毎に備える。

図９において破線はエンジンの発生トルクが最大となる点火時期（所謂、ＭＢＴ）をエンジン負荷ごとにプロットしたものである。図９に示すように、比較的低負荷側では、ノッキングは、極端にオクタン価の低い燃料が用いられた場合を除き概ねＭＢＴよりも進角側で発生する。これに対しエンジン負荷が上昇すると、ノッキングはＭＢＴよりも遅角側で発生するようになり、またノッキングが発生する点火時期は気筒内に供給される燃料のオクタン価が低下するほど遅角側に変化する。Ｓ２６では、図９において実線の矢印で示すように、エンジン負荷が低オクタン価判定領域内にある間であって、噴射割合を強制的に０％とし、かつ点火時期を徐々に進角させたときに初めてノッキングが発生した点火時期（図９中、丸印参照）を用いて、筒内オクタン価を推定する。また上述のように第１燃料推定モードの下では噴射割合を０％とするため、図９のマップによって得られる筒内オクタン価の推定値は、そのまま第１燃料のオクタン価の推定値とできる。

図７に戻り、Ｓ２７では、耐ノック性学習部は、Ｓ２６で算出した第１燃料のオクタン価の推定値を第１学習オクタン価の最新の値として更新し、Ｓ２８に移る。Ｓ２８では、耐ノック性学習部は、第１学習処理によって第１学習オクタン価は最新の値に更新されたことを明示すべく、第１学習完了フラグを０から１にし、図７の処理を終了する。Ｓ２８において第１学習完了フラグが１にされた後は、新たに給油されるか又は上述の待ち時間が経過するまで、第１学習オクタン価が更新されることはない。

図１０は、第２学習処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
Ｓ３１では、耐ノック性学習部は、エンジン負荷が所定の下限値と上限値との間で特徴付けられる高オクタン価判定領域内であるか否かを判定する。Ｓ３１の判定結果がＮＯである場合には、耐ノック性学習部は、第２学習オクタン価の値を前回値で維持し（Ｓ３２参照）、図１０の処理を直ちに終了する。Ｓ３１の判定結果がＹＥＳである場合には、耐ノック性学習部は、第２学習オクタン価を更新すべく、Ｓ３３以降の処理を実行する。この高オクタン価判定領域は、図８に示すように、ノック領域内のうち上述の低オクタン価判定領域よりも高負荷側の所定の幅内に設定される。なお以下で説明するように第２学習処理では、第２学習オクタン価を精度良く推定するため、噴射割合はできるだけ高い方、すなわち第２燃料の噴射量は多い方が好ましい。このため、高オクタン価判定領域は、低オクタン価判定領域よりも十分に高負荷側に設定される。

Ｓ３３では、耐ノック性学習部は、エンジンの運転モードを通常運転モードから第２燃料学習モードへ切り替え、Ｓ３４に移る。第２燃料学習モードでは、エンジン負荷が高オクタン価判定領域内にある状態で、通常点火時期（図３参照）の値に加えられる学習時補正値を所定の範囲内で変化させることによって、ノックセンサで初めてノッキングが検出される点火時期を探索する。より具体的には、第１燃料学習モードでは、学習時補正値を徐々に進角側に変化させることによって、点火時期を通常点火時期から徐々に進角させる。なお上述の第１燃料学習モードと異なりこの第２燃料学習モードでは、噴射割合は通常運転モードの下で定められる割合で維持したまま、点火時期のみを通常点火時期からさらに進角することによってノッキングが発生しやすい状態にする。

Ｓ３４では、耐ノック性学習部は、エンジンの運転モードを第２燃料学習モードに切り替えた後、ノックセンサによってノッキングが検出されたか否かを判定する。Ｓ３４の判定結果がＮＯである場合、Ｓ３２に移り、第２学習オクタン価の値は前回値で維持し、図１０の処理を直ちに終了する。Ｓ３４の判定結果がＹＥＳである場合には、耐ノック性学習部は、Ｓ３５に移り、第２燃料学習モードの下で初めてノッキングが検出された時点における噴射割合、第１学習オクタン価、点火時期、エンジン負荷、エンジン回転数、及び実効圧縮比等のエンジンの運転状態を特定する複数の運転パラメータの値を取得してＳ３６に移る。

Ｓ３６では、耐ノック性学習部は、Ｓ３５で取得した複数の運転パラメータの値を用いて、上述の図９に示すようなマップを検索することにより、第２燃料のオクタン価の推定値を算出する。より具体的は、Ｓ３６では、図９において破線の矢印で示すようにエンジン負荷が高オクタン価判定領域内にある間であって、点火時期をノッキングが発生しないように通常運転モードの下で定められた通常点火時期から徐々に進角させたときに初めてノッキングが発生した点火時期（図９中、三角印参照）を用いて、筒内オクタン価を推定する。なお第２学習処理では、第１燃料と第２燃料とを所定の噴射割合の下で混合した燃料が供給されることから、第１学習処理と異なり、図９のマップによって得られる筒内オクタン価の推定値を、そのまま第２燃料のオクタン価の推定値とすることができない。よってＳ３６では、図９のマップによって取得される筒内オクタン価に加えて、Ｓ３５で取得した噴射割合及び第１学習オクタン価をさらに用いることによって、第２燃料のオクタン価の推定値を算出する。

Ｓ３７では、耐ノック性学習部は、Ｓ３６で算出した第２燃料のオクタン価の推定値を第２学習オクタン価の値の最新値として更新し、Ｓ３８に移る。Ｓ３８では、耐ノック性学習部は、第２学習処理によって第２学習オクタン価は更新されたことを明示すべく、第２学習完了フラグを０から１にし、図１０の処理を終了する。Ｓ３８において第２学習完了フラグが１にされた後は、その後再び第１学習処理が行われることによって、第１学習オクタン価が更新されない限り、第２学習オクタン価も更新されることはない。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下では、本発明の第２実施形態について第１実施形態と異なる構成を重点的に説明し、同じ構成については図示及び説明等を省略する。

図１１は、本実施形態に係る第１学習処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
Ｓ５１では、耐ノック性学習部は、エンジン負荷が所定の下限値と上限値との間で特徴付けられる低オクタン価判定領域内であるか否かを判定する。Ｓ５１の判定結果がＮＯである場合には、耐ノック性学習部は、第１学習オクタン価の値を前回値で維持し（Ｓ５２参照）、図１１の処理を直ちに終了する。Ｓ５１の判定結果がＹＥＳである場合には、耐ノック性学習部は、第１学習オクタン価を更新すべく、Ｓ５３以降の処理を実行する。

図１２は、上述の図８と同じ図に、本実施形態の低オクタン価判定領域を示した図である。図１２に示すように、本実施形態では低オクタン価判定領域を非ノック領域内のうち高負荷側の所定の幅内に設定する。

図１１に戻りＳ５３では、耐ノック性学習部は、エンジンの運転モードを通常運転モードから第１燃料学習モードへ切り替え、Ｓ５４に移る。より具体的には、本実施形態の第１燃料学習モードでは、エンジン負荷が非ノック領域内にある状態で、実効圧縮比を通常運転モードの下で決定される実効圧縮比よりも高くすることによって、実質的にノック領域を低オクタン価判定領域の下限値まで拡大し、ノッキングが発生しやすい状態にする。また同時に本実施形態の第１燃料学習モードでは、通常点火時期（図３参照）の値に加えられる学習時補正値を所定の範囲内で変化させることによって、ノックセンサで初めてノッキングが検出される点火時期を探索する。点火時期を探索する具体的な手順は、第１実施形態の第１燃料学習モードと同じであるので詳細な説明は省略する。

Ｓ５４では、耐ノック性学習部は、エンジンの運転モードを第１燃料学習モードに切り替えた後、ノックセンサによってノッキングが検出されたか否かを判定する。Ｓ５４の判定結果がＮＯである場合、耐ノック性学習部は、Ｓ５２に移り第１学習オクタン価の値は前回値で維持し、図１１の処理を直ちに終了する。Ｓ５４の判定結果がＹＥＳである場合には、耐ノック性学習部は、Ｓ５５に移り、第１燃料学習モードの下で初めてノッキングが検出された時点における点火時期、エンジン負荷、エンジン回転数、及び実効圧縮比等のエンジンの運転状態を特定する複数の運転パラメータの値を取得してＳ５６に移る。

Ｓ５６では、耐ノック性学習部は、Ｓ５５で取得した複数の運転パラメータの値を用いて、上述の図９に示すようなマップを検索することにより、第１燃料のオクタン価の推定値を算出する。Ｓ５７では、耐ノック性学習部は、Ｓ５６で算出した第１燃料のオクタン価の推定値を第１学習オクタン価の最新値として更新し、Ｓ５８に移る。Ｓ５８では、耐ノック性学習部は、第１学習完了フラグを０から１にし、図１１の処理を終了する。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第１実施形態では、エンジンの運転モードを通常運転モードから第１又は第２燃料学習モードに切り替えた後にノッキングが発生した時点におけるエンジンの複数の運転パラメータの値を用いて第１及び第２学習オクタン価の値を更新した。これに対し本実施形態では、エンジンの運転モードを通常運転モードに維持したまま、上述の式（１）及び（２）において導入されるフィードバック補正係数ＫＡＦの値を用いて第１及び第２学習オクタン価の値を更新する点が異なる。以下では、本発明の第３実施形態について、第１実施形態と異なる構成を重点的に説明し、同じ構成については図示及び説明等を省略する。

図１３は、空燃比センサの検出値が所定の値（例えば、ストイキ）になるように上記式（１）に示すようなフィードバック制御則によって燃料噴射量を制御したときにおける気筒内の燃料のエタノール濃度（横軸）と燃料噴射量の所定の基準噴射量からの変化率（縦軸）との関係を示す図である。図１３の例では、燃料としてエタノール濃度が０％（すなわち、ガソリン）を用いた場合における燃料噴射量を基準噴射量とした。

ガソリンとエタノールとでは発熱量が異なる。このため、図１３に示すように、混合燃料のエタノール濃度が高くなるほど（すなわち、オクタン価が高くなるほど）、空燃比センサの検出値を所定の値に維持するために必要な燃料噴射量も増加する。ここで、例えば第１学習濃度を０％として、上記式（１）のフィードバック制御則の下で燃料噴射量を制御した場合を想定する。そうすると、図１３の縦軸の変化率は、第１学習濃度の下で決定される上記式（１）中の“ＧＢＳ１×ＫＨ”の項を基準噴射量とした変化率、すなわちフィードバック補正係数ＫＡＦそのものに相当する。

上記式（１）及び（２）の下では、補正係数ＫＡＦは、気筒内に供給される燃料のエタノール濃度によらず発熱量が一定になるように、燃料噴射量を所定の学習濃度の下で定められた基準噴射量からの変化させる機能がある。したがって、基準噴射量と、これを決定するために用いられる第１及び第２学習濃度（又はこれと等価な第１及び第２学習オクタン価）の値と、その時の補正係数ＫＡＦの値と、を用いれば、その時の筒内オクタン価、ひいては第１及び第２燃料のオクタン価を推定できる。以下では、フィードバック補正係数から第１及び第２燃料の耐ノック性を推定する手順を説明する。

図１４は、本実施形態に係る第１学習処理の具体的な手順を示すフローチャートである。なお、本実施形態の耐ノック性学習部におけるメインフローチャートは、図６に示すものと同じであるので、詳細な説明を省略する。

Ｓ６１では、耐ノック性学習部は、エンジン負荷が非ノック領域内（図８参照）であるか否かを判定する。Ｓ６１の判定結果がＮＯである場合には、耐ノック性学習部は、第１学習オクタン価の値を前回値で維持し（Ｓ６２参照）、図１４の処理を直ちに終了する。Ｓ６１の判定結果がＹＥＳである場合には、耐ノック性学習部は、第１学習オクタン価の値を最新値で更新すべく、Ｓ６３以降の処理を実行する。

Ｓ６３では、耐ノック性学習部は、図３の噴射量演算部５８において算出されるフィードバック補正係数ＫＡＦの現在の値を取得し、これを図示しないバッファ（例えば、後述の判定時間の間の各制御時刻における補正係数ＫＡＦの値を格納できるように構成されたリングバッファ）の所定の領域に格納し、Ｓ６４に移る。Ｓ６４では、耐ノック性学習部は、所定の判定時間にわたりエンジン負荷はほぼ一定の値に維持されたか否かを判定する。上述のように、補正係数ＫＡＦの値は、第１及び第２学習濃度に誤差がある場合の他、エンジン負荷が変動する過渡運転時にも変化する。Ｓ６４の判定結果がＮＯである場合には、耐ノック性学習部は、補正係数ＫＡＦの値の取得を継続すべくＳ６２に移り、第１学習オクタン価の値を前回値で維持し、図１４の処理を直ちに終了する。Ｓ６４の判定結果がＹＥＳである場合には、耐ノック性学習部は、Ｓ６５に移る。

Ｓ６５では、耐ノック性学習部は、上記判定時間の間に制御周期ごとに取得された補正係数ＫＡＦの平均値を算出し、Ｓ６６に移る。Ｓ６６では、耐ノック性学習部は、補正係数ＫＡＦの平均値と、この補正係数ＫＡＦの平均値を算出した時における基準噴射量（上記式（１）中の“ＧＢＳ１×ＫＨ”の項）と、この基準噴射量を算出する際に用いられた第１学習オクタン価の前回値と、を用いることにより、第１燃料のオクタン価を推定する。

Ｓ６７では、耐ノック性学習部は、Ｓ６６で算出した第１燃料のオクタン価の推定値を第１学習オクタン価の最新値として更新し、Ｓ６８に移る。Ｓ６８では、耐ノック性学習部は、第１学習完了フラグを０から１にし、図１４の処理を終了する。

図１５は、本実施形態に係る第２学習処理の具体的な手順を示すフローチャートである。

Ｓ７１では、耐ノック性学習部は、エンジン負荷が図８中のノック領域内であるか否かを判定する。Ｓ７１の判定結果がＮＯである場合には、耐ノック性学習部は、第２学習オクタン価の値を前回値のまま維持し（Ｓ７２参照）、図１５の処理を直ちに終了する。Ｓ７１の判定結果がＹＥＳである場合には、耐ノック性学習部は、第２学習オクタン価の値を最新値で更新すべく、Ｓ７３以降の処理を実行する。

Ｓ７３では、耐ノック性学習部は、フィードバック補正係数ＫＡＦの値を取得し、これを第１学習処理と同様に図示しないバッファの所定の領域に格納し、Ｓ７４に移る。Ｓ７４では、耐ノック性学習部は、第１学習処理と同様に所定の判定時間にわたりエンジン負荷はほぼ一定の値に維持されたか否かを判定する。Ｓ７４の判定結果がＮＯである場合には、耐ノック性学習部は、補正係数ＫＡＦの値の取得を継続すべくＳ７２に移り、第２学習オクタン価の値を前回値で維持し、図１５の処理を直ちに終了する。Ｓ７４の判定結果がＹＥＳである場合には、耐ノック性学習部は、Ｓ７５に移る。

Ｓ７５では、耐ノック性学習部は、上記判定時間の間に制御周期ごとに取得された補正係数ＫＡＦの値の平均値を算出し、Ｓ７６に移る。Ｓ７６では、耐ノック性学習部は、算出した補正係数ＫＡＦの平均値と、この補正係数ＫＡＦの平均値を算出した時における基準噴射量（上記式（１）及び（２）を合わせて得られる“（ＧＢＳ１＋ＧＢＳ２）×ＫＨ”の項）と、この基準噴射量を算出する際に用いられた第１及び第２学習オクタン価の前回値と、を用いることによって、第２燃料のオクタン価の推定値を算出する。

Ｓ７７では、耐ノック性学習部は、Ｓ７６で算出した第２燃料のオクタン価の推定値を第２学習オクタン価の値の最新値として更新し、Ｓ７８に移る。Ｓ７８では、耐ノック性学習部は、第２学習完了フラグを０から１にし、図１５の処理を終了する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限るものではない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

例えば上記実施形態では、外部から給油された混合燃料をオクタン価の異なる第１燃料と第２燃料とに分離する分離装置を備える車両に本発明の耐ノック性推定方法を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。オクタン価の異なる２種類の燃料のうち一方のみを噴射したり両方を噴射したりできるものであれば、分離装置を備えないものであっても本発明を適用できる。

また上記実施形態では、比較的低オクタン価の第１燃料をダイレクトインジェクタでエンジンの気筒内へ直接噴射し、比較的高オクタン価の第２燃料をポートインジェクタでエンジンの吸気ポート内へ噴射する車両に本発明の耐ノック性推定方法を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明は、第１燃料を吸気ポート内へ噴射しかつ第２燃料を気筒内へ直接噴射するもの、第１及び第２燃料を共に気筒内へ直接噴射するもの、或いは第１及び第２燃料を共に吸気ポート内へ噴射するもの、にも適用できる。

１…エンジン（多種燃料噴射内燃機関）
５４…耐ノック性学習部
６…燃料供給システム６
６１…燃料貯蔵装置
６１１…メインタンク
６１２…分離装置
６１３…サブタンク
６２…ポートインジェクタ
６３…ダイレクトインジェクタ
７…ＥＣＵ
９３…空燃比センサ

Claims (5)

1. 低負荷側で低オクタン価燃料のみを噴射し、高負荷側で低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料の両方を噴射する多種燃料噴射内燃機関の耐ノック性推定方法であって、
   第１の負荷領域において低オクタン価燃料のみを噴射したときにおける耐ノック性相関パラメータの値を取得し、当該取得した値を用いて低オクタン価燃料の耐ノック性を推定する第１推定ステップと、
   前記第１の負荷領域よりも高負荷側の第２の負荷領域において、低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料を噴射したときにおける前記耐ノック性相関パラメータの値を取得し、当該取得した値及び前記第１推定ステップで推定した低オクタン価燃料の耐ノック性を用いることによって高オクタン価燃料の耐ノック性を推定する第２推定ステップと、を備え、
   前記第１の負荷領域は、前記内燃機関においてノッキングが発生しないように規定された通常運転モードの下で全噴射量に対する高オクタン価燃料の噴射量の割合を定めたときに、当該割合が０より大きくなる負荷領域であり、
   前記第１推定ステップでは、前記内燃機関の負荷が前記第１の負荷領域内であるときに、前記通常運転モードとは別の推定運転モードの下で低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料の噴射量を定め、
   前記推定運転モードでは、全噴射量に対する高オクタン価燃料の噴射量の割合を０とすることを特徴とする耐ノック性推定方法。
2. 低負荷側で低オクタン価燃料のみを噴射し、高負荷側で低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料の両方を噴射する多種燃料噴射内燃機関の耐ノック性推定方法であって、
   第１の負荷領域において低オクタン価燃料のみを噴射したときにおける耐ノック性相関パラメータの値を取得し、当該取得した値を用いて低オクタン価燃料の耐ノック性を推定する第１推定ステップと、
   前記第１の負荷領域よりも高負荷側の第２の負荷領域において、低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料を噴射したときにおける前記耐ノック性相関パラメータの値を取得し、当該取得した値及び前記第１推定ステップで推定した低オクタン価燃料の耐ノック性を用いることによって高オクタン価燃料の耐ノック性を推定する第２推定ステップと、を備え、
   前記第１の負荷領域は、前記内燃機関においてノッキングが発生しないように規定された通常運転モードの下で前記内燃機関の実効圧縮比及び全噴射量に対する高オクタン価燃料の噴射量の割合を定めたときに、当該割合が０になる負荷領域であり、
   前記第１推定ステップでは、前記内燃機関の負荷が前記第１の負荷領域内であるときに、前記通常運転モードとは別の推定運転モードの下で実効圧縮比を定め、
   前記推定運転モードでは、前記内燃機関の実効圧縮比を前記通常運転モードの下で定めた場合よりも高く定めることを特徴とする耐ノック性推定方法。
3. 前記第２推定ステップでは、前記第２の負荷領域において、全燃料に対し高オクタン価燃料を所定の割合で噴射したときにおける前記耐ノック性相関パラメータの値を取得し、当該取得した値と、前記第１推定ステップで推定した低オクタン価燃料の耐ノック性と、前記割合と、を用いることによって高オクタン価燃料の耐ノック性を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の耐ノック性推定方法。
4. 前記耐ノック性相関パラメータは、前記内燃機関でノッキングが検知されたときにおける当該内燃機関の運転状態を特定する運転パラメータであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の耐ノック性推定方法。
5. 前記耐ノック性相関パラメータは、フィードバック制御則に基づいて前記内燃機関の排気通路に設けられた空燃比センサの検出値が所定の目標値になるように定められた低オクタン価燃料及び高オクタン価燃料の噴射量の、所定の基準噴射量に対する変化率に相関のあるパラメータであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の耐ノック性推定方法。
   

Images