(57)【要約】      （修正有）【解決手段】この内燃機関は、ガソリン及びアルコールの混合燃料を利用可能に構成され、給油された混合燃料を貯留する燃料タンクから燃料噴射弁まで混合燃料を供給する燃料供給経路と燃料供給経路中に介装される燃料濃度徐変部３４を備える。燃料濃度徐変部３４は、一定の容積を有する容器３４１と、燃料供給経路と容器３４１とを連通する入口部３４２及び出口部３４３と、を備える。燃料濃度徐変部３４は、入口部３４２から流入した混合燃料が、容器３４１内部の混合燃料と混ざり合うとともに、当該混ざり合った混合燃料のうち、流入した混合燃料と当量の混合燃料が出口部３４３から排出されるように構成される。【効果】燃料タンクに現在とは異なるアルコール濃度の混合燃料が給油されたとき、燃料供給経路中の混合燃料のアルコール濃度の変化を緩やかな変化に変更することができ、リーン燃焼時にも失火し難くすることができる。【選択図】図２
2020105915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン及びアルコールの混合燃料を利用可能に構成され、
給油された前記混合燃料を貯留する燃料タンクから前記混合燃料を噴射する燃料噴射弁まで前記混合燃料を供給する燃料供給経路を備えた、
内燃機関であって、
前記燃料供給経路中に介装され、
一定の容積を有する容器と、
前記燃料供給経路と前記容器とを連通する入口部及び出口部と、
を備え、
前記入口部から流入した前記混合燃料が、前記容器内部の前記混合燃料と混ざり合うとともに、当該混ざり合った混合燃料のうち、前記流入した混合燃料と当量の混合燃料が前記出口部から排出されるように構成され、
前記燃料供給経路に現在供給されている混合燃料のアルコール濃度とは異なるアルコール濃度の混合燃料が前記燃料タンクに給油され、前記燃料供給経路中の混合燃料のアルコール濃度が変化することとなったとき、前記燃料供給経路中の混合燃料のアルコール濃度の変化を緩やかな変化に変更する、
燃料濃度徐変部、
を更に備える、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリン及びアルコールの混合燃料を利用可能な内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリン及びアルコールの混合燃料を利用可能な内燃機関において、燃料タンクに前回と異なるアルコール濃度（混合燃料におけるアルコールの割合）の混合燃料が給油されて燃料タンク内の燃料のアルコール濃度が変化することがある。一般に、ガソリンとアルコールとでは理論空燃比が異なるので、燃料中のアルコール濃度が変化すると理論空燃比が変化する。そこで、混合燃料を利用可能な内燃機関の多くは、アルコール濃度の変化に応じて適切に混合燃料を燃焼させるため、排気通路に設けられた酸素濃度センサの出力に基づいて混合燃料のアルコール濃度をフィードバック学習している。
【０００３】
従来の内燃機関の一つ（以下、「従来機関」と称呼する。）は、燃料噴射弁に燃料を供給する燃料供給配管において１本のメイン通路部の途中から燃料の通過時間がそれぞれ異なる２本のサブ通路に分岐した後に再び１本のメイン通路部に集合させるようになっている（例えば、特許文献１を参照。）。これにより、従来機関は、燃料タンクに前回給油した燃料のアルコール濃度（混合燃料におけるアルコールの割合）とは異なるアルコール濃度の燃料が給油された場合、燃料噴射弁に供給される燃料のアルコール濃度に中間の濃度を作り出し、アルコール濃度の急激な変化を緩和するようになっている。これにより、アルコール濃度のフィードバック学習が適切に行われるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１２７４４４号公報
【発明の概要】
【０００５】
ところで、リーン燃焼における空燃比は、熱効率及びＮＯｘ排出量低減の観点から可燃限界の近傍に設定される。リーン燃焼が成立可能なアルコール濃度の変化率（学習値のずれ）は数パーセント程度である。例えば、従来機関の燃料供給配管を、リーン燃焼を行う内燃機関に適用した場合、２分岐の構造により生じる中間の濃度の燃料が供給されたとしても、給油によりアルコール濃度が急激に増加した場合、アルコール濃度の学習が追い付かず、失火してしまう虞がある。反対に、アルコール濃度が減少した場合には、アルコール濃度の学習が追い付かないと、ＮＯｘの排出量が増加する虞がある。
【０００６】
本発明は上記問題に対処するために為されたものである。即ち、本発明の目的の一つは、今回給油される燃料のアルコール濃度が前回給油された燃料のアルコール濃度と大きく異なる場合であっても、リーン燃焼時に失火し難い内燃機関を提供することにある。
【０００７】
本発明の内燃機関（以下、「本発明機関」とも称呼する。）（１０）は、ガソリン及びアルコールの混合燃料を利用可能に構成され、給油された前記混合燃料を貯留する燃料タンク（３１）から前記混合燃料を噴射する燃料噴射弁（２３）まで前記混合燃料を供給する燃料供給経路（３０）を備える。
【０００８】
混合燃料を利用可能な内燃機関の多くは、アルコール濃度の変化に応じて適切に混合燃料を燃焼させるため、排気通路に設けられた酸素濃度センサの出力に基づいて混合燃料のアルコール濃度をフィードバック学習している。しかし、混合燃料のアルコール濃度が急激に変化すると、アルコール濃度の学習の速度が追い付かず、燃料噴射弁から噴射される混合燃料の量が適切な量から外れてエミッションが悪化したり、失火したりする虞がある。特に、リーン燃焼を行う場合、適切な燃焼を実現するための混合燃料の噴射量の空燃比の範囲は狭くなる。
【０００９】
そこで、前記内燃機関は、前記燃料供給経路中に介装される燃料濃度徐変部（３４）を更に備える。前記燃料濃度徐変部は、一定の容積を有する容器（３４１）と、前記燃料供給経路と前記容器とを連通する入口部（３４２）及び出口部（３４３）と、を備える。前記燃料濃度徐変部は、前記入口部から流入した前記混合燃料が、前記容器内部の前記混合燃料と混ざり合うとともに、当該混ざり合った混合燃料のうち、前記流入した混合燃料と当量の混合燃料が前記出口部から排出されるように構成される。
【００１０】
そして、前記燃料濃度徐変部は、前記燃料供給経路に現在供給されている混合燃料のアルコール濃度とは異なるアルコール濃度の混合燃料が前記燃料タンクに給油され、前記燃料供給経路中の混合燃料のアルコール濃度が変化することとなったとき、前記燃料供給経路中の混合燃料のアルコール濃度の変化を緩やかな変化に変更する。
【００１１】
本発明機関によれば、今回給油される燃料のアルコール濃度が前回給油された燃料のアルコール濃度と大きく異なる場合、燃料濃度徐変部により、燃料噴射弁に供給される混合燃料のアルコール濃度の変化が緩やかな変化に変更される。従って、アルコール濃度の学習速度がアルコール濃度の変化速度に追い付くようになる。その結果、適切な燃焼を実現し、リーン燃焼時に失火し難い内燃機関を提供することができる。
【００１２】
上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示した燃料濃度徐変部の形状を示した図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は正面図である。
【図３】図３は、図１に示した内燃機関の作動を説明する図であり、（Ａ）は燃料流量に対する燃料のアルコール濃度の変化を示した図、（Ｂ）はフィードフォワード学習開始前後におけるアルコール濃度の変化の部分拡大図に加え、燃料噴射時期、点火時期及びフィードバック学習時期を示した図である。
【図４】図４は、図１に示した内燃機関の各気筒における混合燃料のアルコール濃度変化を示した図である。
【図５】図５は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行する「ＦＢ学習制御ルーチン」を示したフローチャートである。
【図６】図６は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行する「ＦＦ学習制御ルーチン」を示したフローチャートである。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。
【図８】図８は、図７に示した内燃機関の各気筒における混合燃料のアルコール濃度変化を示した図である。
【図９】図９は、図７に示したＥＣＵのＣＰＵが実行する「アルコール濃度学習ルーチン」を示したフローチャートである。
【図１０】図１０は、第１変形例に係る燃料濃度徐変部の構造を示した図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は正面図である。
【図１１】図１１は、第２変形例に係る燃料濃度徐変部の構造を示した図である。
【図１２】図１２は、第３変形例に係る燃料濃度徐変部の構造を示した図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。
【図１３】図１３は、第４変形例に係る燃料濃度徐変部の構造を示した図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照しながら本発明の第１実施形態に係る内燃機関（以下、「第１機関」又は単に「機関」とも称呼されることがある。）について説明する。
【００１５】
（構成）
図１に示したように、内燃機関１０は、火花点火式の４サイクル・ピストン往復動型内燃機関である。機関１０は、機関本体部２０、燃料供給系統３０、吸気系統４０、排気系統５０及び電子制御装置（ＥＣＵ）６０を含んでいる。
【００１６】
機関本体部２０は、シリンダブロック、シリンダヘッド及びクランクケース等を含む本体２１を備える。本体２１には、４つの気筒（燃焼室）２２が形成されている。機関本体部２０は、更に、燃料噴射弁２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄ）、点火装置２４、吸気ポート２５及び排気ポート２６を備える。燃料噴射弁２３は、各気筒２２に対応する吸気ポート２５に備えられる。燃料噴射弁２３は、ＥＣＵ６０の指示に応答して開弁し、吸気ポート２５内に燃料を噴射するようになっている。点火装置２４は、各気筒２２にそれぞれ備えられる。点火装置２４は、ＥＣＵ６０の指示に応答して各気筒（燃焼室）２２内に火花を発生するようになっている。
【００１７】
燃料供給系統３０は、燃料を貯留する燃料タンク３１と、燃料ポンプ３２と、第１燃料送出管３３と、燃料濃度徐変部３４と、第２燃料送出管３５と、を含む。
【００１８】
機関１０は、燃料として、ガソリン、エタノール及びメタノール等のアルコール、ガソリンにアルコールを混合させたアルコール混合燃料の何れも利用可能である。従って、燃料タンク３１には、ガソリン、アルコール及びアルコール混合燃料（以下、単に「燃料」とも称呼される。）の何れかが給油され、貯留されている。燃料ポンプ３２は、燃料タンク３１内に配設され、燃料タンク３１内に貯留された燃料を汲み上げる。第１燃料送出管３３は、燃料ポンプ３２と、燃料濃度徐変部３４との間に配設され、燃料ポンプ３２が汲み上げた燃料を燃料濃度徐変部３４に供給する。
【００１９】
燃料濃度徐変部３４は、第１燃料送出管３３と、第２燃料送出管３５との間に配設される。燃料濃度徐変部３４は、一定の容積を有し、第１燃料送出管３３から流入した燃料を一時的に貯留するとともに、流入した燃料と当量の燃料を第２燃料送出管３５に排出する。例えば、燃料タンク３１に貯留されている燃料のアルコール濃度とは異なるアルコール濃度の燃料が給油された場合、給油前後において燃料タンク３１内の燃料のアルコール濃度が変化する。この場合、燃料の給油後に燃料ポンプ３２が汲み上げる燃料のアルコール濃度は、燃料の給油前に燃料ポンプ３２が汲み上げた燃料のアルコール濃度とは異なる。従って、第１燃料送出管３３内の燃料のアルコール濃度分布は、燃料の給油前後において大きく変化する場合がある。つまり、第１燃料送出管３３内において燃料のアルコール濃度の勾配が急激に変化している場合がある。
【００２０】
燃料濃度徐変部３４は、第１燃料送出管３３内において生じている燃料のアルコール濃度の勾配を緩やかに変更するような構造になっている。燃料濃度徐変部３４の具体的な構造については後述する。
【００２１】
第２燃料送出管３５は、燃料濃度徐変部３４と燃料噴射弁２３との間に配設される。つまり、第２燃料送出管３５は、燃料濃度徐変部３４が排出した燃料を各気筒２２の吸気ポート２５に備えられた燃料噴射弁２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄに分配・供給する。第２燃料送出管３５において燃料濃度徐変部３４から各燃料噴射弁２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄまでの経路の長さは何れも等しくなっている。なお、各燃料噴射弁２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄに対応する気筒２２はそれぞれ第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３及び第４気筒＃４とも称呼される。
【００２２】
＜吸気系統＞
吸気系統４０は、スロットルバルブ４１、吸気通路４２及びインテークマニホールド４３を含んでいる。
【００２３】
スロットルバルブ４１は、吸気通路４２の上流に配設されている。スロットルバルブ４１は、ＥＣＵ６０にて算出されるスロットルモータ４１ａの制御量に応じてその開度が変更されるようになっている。従って、このスロットルバルブ４１の開度に応じて吸気通路４２へ導入される吸入空気量が調整される。吸気通路４２はインテークマニホールド４３に連通している。インテークマニホールド４３は各気筒２２に対応する吸気ポート２５に連通しており、吸気通路４２から送られた空気を各吸気ポート２５に分配する。
【００２４】
排気系統５０は、エキゾーストマニホールド５１、排気通路５２及び触媒５３を含んでいる。エキゾーストマニホールド５１の一端は各気筒２２に対応する排気ポート２６に連通し、他端は排気通路５２に連通している。各気筒２２からの排気はエキゾーストマニホールド５１にて集合されて排気通路５２を通って触媒５３に送られる。
【００２５】
燃料噴射弁２３から吸気ポート２５へ噴射された燃料は、吸気通路４２へ吸入された吸入空気とともに混合気を形成する。機関１０の吸気行程において吸気弁が開弁すると、混合気が燃焼室２２に導入される。燃焼室２２に導入された混合気は、圧縮行程において圧縮された後、所定の時期において点火装置２４によって点火されて燃焼・爆発する。この燃焼・爆発によってピストンが押し下げられ（膨張行程）、クランクシャフトに駆動力が付与される。燃焼後の排ガスは、排気弁が開弁することによってエキゾーストマニホールド５１に排出される（排気行程）。上記一連の行程（燃焼サイクル）が機関１０の４つの気筒２２が次々に実行されるので、クランクシャフトは連続して回転するようになる。
【００２６】
ＥＣＵ６０は、エレクトロニックコントロールユニットの略称であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ（スタティックＲＡＭ又は不揮発性メモリ）及びインタフェースＩ／Ｆ等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路である。ＣＰＵは、メモリ（ＲＯＭ）に格納されたインストラクション（ルーチン）を実行することにより後述する各種機能を実現する。
【００２７】
ＥＣＵ６０は、燃料噴射弁２３、点火装置２４、燃料ポンプ３２及びスロットルモータ４１ａ等と電気的に接続されている。
【００２８】
ＥＣＵ６０は、そのＣＰＵからの指示に応じて、燃料噴射弁２３及び点火装置２４等のアクチュエータに指示（駆動）信号を送出するようになっている。更に、ＥＣＵ６０は、クランクポジションセンサ６１、エアフローメータ６２及び酸素濃度センサ６３等と電気的に接続されており、各センサからの信号を受信（入力）するようになっている。
【００２９】
クランクポジションセンサ６１は、クランクシャフトの回転位置を検出する。エアフローメータ６２は、吸気通路４２のスロットルバルブ４１よりも吸気上流側位置に配設される。エアフローメータ６２は、吸気通路４２を流れる吸入空気量Ｇａを検出する。ＥＣＵ６０は、エアフローメータ６２の出力信号に基づいて単位時間当たりの吸入空気量Ｇａを算出する。酸素濃度センサ６３は、排気通路５２に配設される。酸素濃度センサ６３は、排気通路５２内の酸素濃度に応じた信号を出力する。なお、機関１０は、機関１０を始動するための燃料（始動用燃料）を貯留するサブ燃料タンク及び始動用燃料を吸気ポートに供給するための燃料噴射弁を更に備えていてもよい。更に、内燃機関の気筒数は特に４気筒に限定されない。
【００３０】
（作動の概要）
次に、機関１０の作動の概要について説明する。機関１０は、燃料供給系統３０に備える燃料濃度徐変部３４により、燃料配管中においてアルコール濃度が変化している場合、その急激な変化を緩やかな変化に変更させる。以下、燃料濃度徐変部３４についてより詳細に説明する。
【００３１】
燃料濃度徐変部３４は、図２に示したように、略円板状の容器３４１に、第１燃料送出管３３と連通する円筒状の入口部３４２及び第２燃料送出管３５と連通する円筒状の出口部３４３が設けられた装置である。
【００３２】
入口部３４２は、容器３４１の外周部に、容器３４１の円周方向（接続点Ｐ１における接線方向）と入口部３４２の中心軸線Ｃ１とが平行となるように配設される。出口部３４３は、入口部３４２と同様に容器３４１の外周部に、接続点Ｐ１とは容器３４１の中心Ｏを挟んで反対側の接続点Ｐ２における接線方向と出口部３４３の中心軸線Ｃ２とが平行となるように配設される。従って、中心軸線Ｃ１と中心軸線Ｃ２とが平行となるように、入口部３４２及び出口部３４３が取り付けられる。このようにして、燃料濃度徐変部３４は、入口部３４２及び出口部３４３にてそれぞれ開口している。
【００３３】
ところで、通常、燃料濃度徐変部３４内は、燃料ポンプ３２によって汲み上げられた燃料によって満たされている。この状態において、機関１０が作動しているとき、燃料ポンプ３２によって汲み上げられた燃料が第１燃料送出管３３から入口部３４２を通じて容器３４１内に流入すると、既に容器３４１内に貯留されている燃料（以下、「貯留燃料」とも称呼される。）と、が混ざり合う。これとともに、容器３４１内に流入した燃料（以下、「流入燃料」とも称呼される。）と等量の貯留燃料（既存の貯留燃料と流入燃料が混ざり合った燃料）が出口部３４３から排出される。
【００３４】
従って、ある時点を基準として、流入燃料が容器３４１内に流入した直後においては、容器３４１内の全燃料に占める流入燃料の割合は極めて少ないが、時間の経過とともに流入燃料の割合が増加していく。流入燃料は、容器３４１の外周部に沿って渦を巻くようにして容器３４１内に拡散していくから、容器３４１内の燃料は、貯留燃料と流入燃料とが均一に混ざり合うようになる。
【００３５】
例えば、ある時点において、流入燃料のアルコール濃度が貯留燃料のアルコール濃度ρ１と異なる濃度ρ２となった場合、以後、貯留燃料のアルコール濃度ρ１は、徐々に濃度ρ２に向かって変化する。従って、出口部３４３から排出される燃料のアルコール濃度は、濃度ρ１から濃度ρ２へと徐々に変化する（図３（Ａ）を参照。）。このように、燃料濃度徐変部３４は、燃料供給経路（燃料供給系統３０）中の燃料の濃度を徐々に変化させることができる。
【００３６】
＜燃料濃度徐変部の容積の見積り＞
【００３７】
ところで、燃料濃度徐変部３４の容積が過小である場合、アルコール濃度の急激な変化があっても、その濃度の変化を緩やかにする能力が不足し、十分に燃料を徐変する効果が得られない場合がある。反対に、燃料濃度徐変部３４の容積が過大である場合、アルコール濃度の変化が緩慢となり過ぎてＥＣＵ６０がアルコール濃度の変化を検知できず、アルコール濃度の学習をすることができない場合がある。従って、燃料濃度徐変部３４の容積は適切な範囲に設定される必要がある。そこで、燃料濃度徐変部３４の好適な容積は、例えば、次のように見積もられる。
【００３８】
先ず、燃料濃度徐変部３４においてアルコール濃度が変化する速度は、単位時間当たりの流入燃料量と容器３４１の容積とによって決定される。燃料濃度徐変部３４への単位時間当たりの流入燃料量は、機関回転速度ＮＥ及び燃料噴射量Ｑｖによって決定される。一方、アルコール濃度の学習周期（学習間隔）は、主として機関回転速度ＮＥに応じて変化する。つまり、アルコール濃度の学習周期は、機関回転速度ＮＥが高いほど短くなる。更に、燃料噴射量Ｑｖは機関回転速度ＮＥが高いほど増加する傾向がある。
【００３９】
ところで、ガソリンの理論空燃比は１４．７であり、エタノールの理論空燃比は８．９であることから、吸入空気量が等しい場合、混合燃料のアルコール濃度が高いほど、必要な燃料量が増加することが理解される。
【００４０】
前述したように、本実施形態において本機関１０は、リーン燃焼を行う。一般的に、リーン燃焼による機関１０の運転は、ＮＯｘの発生量低減及び高燃焼効率化の観点から、可燃限界近傍のリーン失火し易い状況にて行われる。
【００４１】
リーン燃焼時、例えば、１学習周期の間にアルコール濃度が大きく増加した場合、次の学習時期において新たにアルコール濃度の学習が実行されるまで、機関負荷が一定であるとすれば、各燃料噴射弁２３から噴射する燃料量（要求される燃料噴射量）は一定である。しかし、実際にはアルコール濃度が高くなっているので、必要とされる燃料噴射量は要求される燃料噴射量より多い。従って、この場合、適正な燃焼に必要な燃料が不足するので、機関１０は失火する虞がある。更に、失火が複数の気筒２２において連続的に発生すると、アルコール濃度の学習さえもできなくなる虞がある。
【００４２】
反対に、１学習周期の間にアルコール濃度が大きく低下した場合、次の学習周期において新たにアルコール濃度の学習が実行されるまで、機関負荷が一定であるとすれば、各燃料噴射弁２３から噴射する燃料量は一定である。しかし、実際にはアルコール濃度が低くなっているので、必要とされる燃料噴射量は要求される燃料噴射量より少ない。従って、この場合、適正な燃焼に対して燃料が過剰となるので、ＮＯｘの発生量が増大し、その結果、エミッションが悪化する虞がある。
【００４３】
以上のことから、本実施形態において、１学習周期当たりのアルコール濃度の変化率を所定値以下に設定する必要がある。前述したように、リーン燃焼は、可燃限界近傍の空燃比にて行われるから、リーン燃焼時に許容されるアルコール濃度の変化率は小さい。よって、例えば、１学習周期当たりのアルコール濃度の変化率は、５％以下に抑える必要がある。本実施形態においては、システムの誤差を考慮して、燃料濃度徐変部３４における１学習周期当たりのアルコール濃度の変化率の目標値を１％に設定する。
【００４４】
燃料流量に対するアルコール濃度の変化率は、燃料濃度徐変部３４の容積によって決定される。そこで、以下、上記目標値を実現するための燃料濃度徐変部３４の容積を見積もる。
【００４５】
先ず、燃料の噴射頻度Ｎ（回／ｓｅｃ）は、以下の（１）式にて表される。
Ｎ＝ＮＥ・６０／１８００      …（１）
【００４６】
ここで、ＮＥは機関回転速度（ｒｐｍ）である。このとき、１学習周期当たりの燃料噴射量Ｑｓ（ｍｍ3）は、以下の（２）式にて表される。
Ｑｓ＝Ｑｖ・Ｔ・Ｎ＝１０・２・ＮＥ／３０      …（２）
Ｑｖは１回当たりの燃料噴射量（ｍｍ3）、Ｔは学習周期（ｓｅｃ）である。更に、アルコール濃度の移行期間における燃料の総噴射量Ｑｔ（ｃｃ）は、以下の（３）式にて表される。
Ｑｔ＝Ｑｓ／１０００／（Ｅｒｒ／１００）      …（３）
上記Ｅｒｒは許容濃度誤差（％）である。即ち、この場合、Ｅｒｒ＝１（％）である。
【００４７】
燃料濃度徐変部３４によるアルコール濃度の移行期間の開始時期において、給油により濃度が変更された後の燃料（以下、「給油燃料」と称呼する。）の量はゼロであるが、濃度の異なる燃料の割合が一様に増加して、移行期間の終了時期になると、燃料濃度徐変部３４内の燃料はすべて給油燃料に置き換わっている。つまり、アルコール濃度の移行期間における総噴射量Ｑｔのうち、給油燃料の割合は半分である。従って、燃料濃度徐変部３４の容積は、少なくともアルコール濃度の移行期間における総噴射量Ｑｔの半分あれば足りる。そこで、必要とされる燃料濃度徐変部３４の容積Ｖｒ（ｃｃ）は、以下の（４）式にて表される。
Ｖｒ＝Ｑｔ／２      …（４）
【００４８】
例えば、ある特定の車種について、必要とされる燃料濃度徐変部３４の容積Ｖｒは、上記（１）乃至（４）式に基づいて、次のようにそれぞれ算出される。
・アイドル時（ＮＥ＝６００ｒｐｍ）：２６．７ｃｃ
・中負荷時（ＮＥ＝２８００ｒｐｍ）：９３．３ｃｃ
・高回転時（ＮＥ＝６６００ｒｐｍ）：１６５ｃｃ
【００４９】
以上から、容器３４１の容積は、高回転時に必要な容積をカバー可能な容積である約２００ｃｃが好適である。なお、上記機関回転速度、噴射量、アルコール濃度及び燃料濃度徐変部３４の容積等を示す数値は、あくまで例示であり、本発明の内燃機関がこれらの数値により限定されることはない。
【００５０】
＜アルコール濃度の学習＞
このように、本機関１０は、燃料濃度徐変部３４により、燃料のアルコール濃度が急激に変化した場合に、アルコール濃度を略一定の割合にて徐変させることができる。そこで、ＥＣＵ６０は、アルコール濃度が略一定の割合にて変化することを利用して、通常のアルコール濃度の学習周期の間においても、アルコール濃度の変化を予測する「もう一つのアルコール濃度学習」を実施する。
【００５１】
より具体的に述べると、ＥＣＵ６０は、酸素濃度センサ６３の検出した空燃比に基づくフィードバック学習（以下、「ＦＢ学習」とも称呼する。）と、予測したアルコール濃度の変化率に基づくフィードフォワード学習（以下、「ＦＦ学習」とも称呼する。）の２通りの学習を並行して実施する。なお、ＥＣＵ６０は、ＦＦ学習をＦＢ学習の学習周期に比べて短い周期にて実施する。
【００５２】
図３の（Ａ）には燃料供給経路（第１燃料送出管３３及び第２燃料送出管３５）内のアルコール濃度の燃料流量に対する変化が示される。図３（Ａ）の横軸は、燃料流量である。従って、燃料流量の時間変化が一定であるならば、横軸は経過時間と等価である。
【００５３】
図３の（Ａ）において、一点鎖線Ｌ１は、第１燃料送出管３３内のアルコール濃度が示されており、実線Ｌ２は、第２燃料送出管３５内（即ち、燃料濃度徐変部３４通過後）のアルコール濃度が示されている。燃料流量Ｆ１において燃料中のアルコール濃度が変化すると、第１燃料送出管３３内のアルコール濃度は濃度ρ０から濃度ρａへと直ちに変化する。これに対し、第２燃料送出管３５内のアルコール濃度は、燃料濃度徐変部３４の容積により定まる所定期間（以下、「徐変期間」と称呼する。）Ｆ１からＦａの間、濃度ρ０から濃度ρａへと変化する。
【００５４】
そこで、本機関１０のＥＣＵ６０は、徐変期間の間のアルコール濃度の変化率（勾配）に基づいてＦＦ学習を実施する。なお、ＦＢ学習は、図３（Ａ）において常時、所定の周期にて繰り返し実施されている。
【００５５】
燃料流量Ｆ１の前後部分を拡大した図である図３の（Ｂ）には、併せて燃料噴射弁２３からの燃料噴射のタイミング、点火装置２４の点火タイミング及びＦＢ学習の学習タイミングが示されている。実線Ｌ２にて示したように、燃料流量Ｆ１において、アルコール濃度が濃度ρ０から増加を開始するが、このとき、ＦＢ学習が実行されると、ＥＣＵ６０は、濃度ρ０を学習値として更新する。そして、ＥＣＵ６０は、次のＦＢ学習が実行されるまで、学習値は濃度ρ０に維持される。つまり、この間、ＥＣＵ６０は、アルコール濃度の変化を検出できない。
【００５６】
次のＦＢ学習が実行される燃料流量Ｆ２において、ＦＢ学習によってアルコール濃度の学習値は、濃度ρ１に更新される。このとき、アルコール濃度が濃度ρ０から濃度ρ１に変化したことが検出される。従って、燃料流量Ｆ２においてＦＦ学習が開始される。ＦＦ学習は、アルコール濃度の変化率を算出することにより、次のＦＦ学習タイミングにおけるアルコール濃度を予測する制御である。従って、燃料噴射から酸素濃度センサ６３の出力結果を待たなければならないＦＢ学習に比較して、より短い間隔にて学習が可能である。よって、図３の（Ｂ）に示したように、燃料流量Ｆ２以降、学習値（破線Ｌ３）は、実際のアルコール濃度の変化（実線Ｌ２）に追従して変化する。
【００５７】
なお、このＦＦ学習が実行されない場合（即ち、ＦＢ学習のみが実行される場合）、アルコール濃度の学習値は一点鎖線Ｌ４に従って推移する。
【００５８】
図１に示したように、第２燃料送出管３５は、燃料濃度徐変部３４から各燃料噴射弁２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄ）までのそれぞれの長さが等しくなるように設定されている。従って、図４に示したように、各気筒２２における燃料のアルコール濃度の変化タイミングは同時となる。
【００５９】
（実際の作動）
次に、本支援装置の実際の作動について説明する。
【００６０】
ＥＣＵ６０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」とも称呼される。）は、酸素濃度センサ６３の出力読み込みタイミング毎に図５にフローチャートにより示した「ＦＢ学習制御ルーチン」を実行するようになっている。更に、ＣＰＵは、一定時間（例えば、２０ｍｓ）が経過する毎に図６にフローチャートにより示した「ＦＦ学習制御ルーチン」を実行するようになっている。
【００６１】
＜ＦＢ学習制御＞
所定の酸素濃度センサ６３の出力読み込みタイミングにてＣＰＵは図５のステップ５００から処理を開始して、以下に述べるステップ５１０乃至ステップ６８０の処理を順に行い、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００６２】
ステップ５１０：ＣＰＵは、クランクポジションセンサ６１からの出力信号により得られる機関回転速度ＮＥと、エアフローメータ６２により計測された吸入空気量Ｇａとに基づいて、今回吸気行程を迎える気筒（以下、「燃料噴射気筒」とも称呼される。）に吸入される吸入空気量Ｍｃを算出する。
【００６３】
ステップ５２０：ＣＰＵは、前回学習し、ＲＡＭに格納したアルコール濃度学習値を読み込む。
【００６４】
ステップ５３０：ＣＰＵは、目標空気過剰率及びアルコール濃度学習値から目標空燃比ａｂｙｆｒを算出する。
【００６５】
ステップ５４０：ＣＰＵは、目標空燃比ａｂｙｆｒから燃料噴射気筒の燃料噴射量Ｑｖを算出する。
【００６６】
ステップ５５０：ＣＰＵは、ステップ５４０にて算出された燃料噴射量Ｑｖの燃料を燃料噴射弁２３から噴射させる。
【００６７】
ステップ５６０：ＣＰＵは、酸素濃度センサ６３により排気通路５２中の酸素濃度を取得する。
【００６８】
ステップ５７０：ＣＰＵは、取得された酸素濃度と、目標空燃比ａｂｙｆｒから推定された酸素濃度と、の偏差に基づいてアルコール濃度を推定する。
【００６９】
ステップ５８０：ＣＰＵは、ステップ５７０にて推定されたアルコール濃度を新たな学習値としてＲＡＭに格納する（学習値を更新する。）。
【００７０】
＜ＦＦ学習制御＞
ＣＰＵは、所定のタイミングにてステップ６００から処理を開始してステップ６１０に進み、ＦＢ学習値が更新された直後か否かを判定する。ＦＢ学習値が更新された直後である場合、ＣＰＵはステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２０に進み、ＦＢ学習により更新されたアルコール濃度を取得する。次いで、ＣＰＵはステップ６３０に進み、今回取得されたアルコール濃度が前回取得されたアルコール濃度から変化したか否かを判定する。つまり、ＣＰＵは、今回更新されたＦＢ学習値が前回更新されたＦＢ学習値と異なる値であるか否かを判定する。
【００７１】
今回取得されたアルコール濃度が前回取得されたアルコール濃度から変化している場合、ＣＰＵは、ステップ６３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６４０に進み、ＦＦ学習実施フラグＸＦＦの値を「１」に設定する。なお、ＦＦ学習実施フラグＸＦＦの値は、図示しないイニシャルルーチンにおいて、イグニッション・キー・スイッチがオフからオンに変更されると、「０」に設定されるようになっている。
【００７２】
次いで、ＣＰＵは、ステップ６５０に進み、燃料流量に対するアルコール濃度の変化率を算出する。
【００７３】
次いで、ＣＰＵはステップ６６０に進むと、アルコール濃度が変化を始めてからの燃料流量が、燃料濃度徐変部３４の容積によって定まる所定の燃料流量未満であるか否かを判定する。
【００７４】
アルコール濃度が変化を始めてからの燃料流量が所定の燃料流量未満である場合は、前述の「徐変期間」が終了していない。従って、この場合、ＣＰＵは、ステップ６６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６７０に進み、アルコール濃度を推定する。次いで、ＣＰＵは、ステップ６８０に進み、ＦＦ学習値を推定されたアルコール濃度に更新し、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００７５】
一方、アルコール濃度が変化を始めてからの燃料流量が所定の燃料流量以上である場合は、「徐変期間」が終了していることになる。従って、この場合、ＣＰＵは、ステップ６６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６９０に進み、ＦＦ学習実施フラグＸＦＦの値を「０」に設定して（即ち、ＦＦ学習を終了して）ステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００７６】
なお、ステップ６３０にて「Ｎｏ」と判定した場合、ＣＰＵはステップ６９０に直接進み、ＦＦ学習実施フラグＸＦＦの値を「０」に設定して、ステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００７７】
なお、ＦＦ学習値が更新されていない場合、ＣＰＵはステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６３０に直接進む。つまり、この場合、ＦＢ学習によるアルコール濃度は取得しない。
【００７８】
以上、説明したように、本発明の実施形態に係る内燃機関１０は、燃料供給経路（燃料供給系統）３０中に介装される燃料濃度徐変部３４を備える。燃料濃度徐変部３４は、一定の容積を有する容器３４１と、燃料供給経路３０と容器３４１とを連通する入口部３４２及び出口部３４３と、を備える。燃料濃度徐変部３４は、入口部３４２から流入した混合燃料が、容器３４１内部の混合燃料と混ざり合うとともに、当該混ざり合った混合燃料のうち、流入した混合燃料と当量の混合燃料が出口部３４３から排出されるように構成される。
【００７９】
燃料濃度徐変部３４は、燃料供給経路３０に現在供給されている混合燃料のアルコール濃度とは異なるアルコール濃度の混合燃料が燃料タンク３１に給油され、燃料供給経路３０中の混合燃料のアルコール濃度が変化することとなったとき、燃料供給経路３０中の混合燃料のアルコール濃度の変化を緩やかな変化に変更する。
【００８０】
従って、アルコール濃度の学習速度がアルコール濃度の変化速度に追い付くようになる。その結果、内燃機関１０は、アルコール濃度の異なる燃料が給油されても、適切な燃焼を実現し、リーン燃焼時に失火し難くなる。
【００８１】
更に、内燃機関１０は、以下のフィードバック濃度学習（ＦＢ学習）及びフィードフォワード濃度学習（ＦＦ学習）を実行する制御部（ＥＣＵ）６０を備える。
・フィードバック濃度学習：実際の空燃比と目標の空燃比との差分値に基づいてアルコール濃度の学習値を更新する。
・フィードフォワード濃度学習：所定時間毎に取得される学習値に基づいてアルコール濃度の変化を検出し、フィードバック濃度学習よりも短い周期にて、検出されたアルコール濃度の変化の量からアルコール濃度の変化速度を算出する。更に、算出されたアルコール濃度の変化速度に基づいてアルコール濃度の学習値を更新する。
【００８２】
更に、内燃機関１０において、燃料濃度徐変部３４から各燃料噴射弁２３までの燃料供給経路（第２燃料送出管）３５の長さが等しい。
【００８３】
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る内燃機関（以下、「第２機関」とも称呼される。）１０Ａは、図７に示したように、第２燃料送出管３５の燃料濃度徐変部３４から各燃料噴射弁２３までのそれぞれの配管の長さが一つだけ長く、残りの他の管の長さが互いに等しい点において第１機関１０と異なっている。従って、以下、上記相違点を中心に説明する。
【００８４】
より具体的に述べると、図７に示したように第１気筒＃１に対応する燃料噴射弁２３ａまでの配管長は、他の燃料噴射弁２３ｂ、２３ｃ及び２３ｄまでの配管長よりも短く設定されている。従って、各燃料噴射弁２３が噴射する燃料のアルコール濃度が変化するタイミングは、図８に示したように、第１気筒＃１において最も早く、且つ、第２気筒＃２、第３気筒＃３及び第４気筒＃４は互いに等しい。
【００８５】
この第２機関１０Ａの構成によれば、仮に、複数の気筒のうち、配管長が短い気筒（第１気筒＃１）においてアルコール濃度の学習が、アルコール濃度の変化に追い付かず、失火が発生した場合であっても、残りの他の気筒（第２気筒＃２、第３気筒＃３及び第４気筒＃４）においては、同時期に失火が発生することがない。従って、内燃機関１０の回転を維持することができる。
【００８６】
（実際の作動）
第２機関１０Ａが備えるＥＣＵ６０ＡのＣＰＵは、酸素濃度センサ６４の出力読み込みタイミング毎に図９に示した「アルコール濃度学習ルーチン」を実行するようになっている。
【００８７】
ＣＰＵは、所定のタイミングにてステップ９００から処理を開始して、ステップ９１０に進み、第１気筒＃１の排気ポート２６の直後（エキゾーストマニホールド５１によって各気筒からの排気が集合するよりも上流側）に備えられた酸素濃度センサ６４を用いて、第１気筒＃１のアルコール濃度が変化したか否かを判定する。言い換えると、アルコール濃度のＦＢ学習の結果に基づいてアルコール濃度が変化したか否かを判定する。
【００８８】
アルコール濃度が変化していない場合、ＣＰＵは、ステップ９１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。即ち、この場合、ＦＦ学習は実行せず、通常のＦＢ学習を継続する。
【００８９】
一方、アルコール濃度が変化した場合、ＣＰＵは、ステップ９１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９２０に進み、第１気筒＃１のみＦＢ学習及びＦＦ学習を実行する。即ち、ＣＰＵは、第１気筒＃１に対してのみ、図６に示した「ＦＦ学習制御ルーチン」を実行する。次いで、ＣＰＵは、ステップ９３０に進み、第１気筒＃１におけるアルコール濃度学習の変化の履歴をＲＡＭに記録して、ステップ９４０に進む。
【００９０】
ＣＰＵは、ステップ９４０にて、第２燃料送出管３５の配管長及び燃料流量Ｆに基づいて第２気筒＃２、第３気筒＃３及び第４気筒＃４の濃度変化時期を予測する。即ち、第１気筒＃１に対する第２気筒＃２、第３気筒＃３及び第４気筒＃４の燃料到達の遅延時間を予測する。
【００９１】
次いで、ＣＰＵはステップ９５０に進み、予測した他気筒の濃度変化時期が到来したか否かを判定する。予測した他気筒の濃度変化時期が到来していない場合、ＣＰＵは、ステップ９５０にて「Ｎｏ」と判定してステップ９９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。即ち、この場合、他気筒におけるアルコール濃度の学習値は更新されない。
【００９２】
一方、予測した他気筒の濃度変化時期が到来した場合、ＣＰＵは、ステップ９５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９６０に進み、他気筒（第２気筒＃２、第３気筒＃３及び第４気筒＃４）におけるアルコール濃度の推移が、記録された第１気筒＃１におけるアルコール濃度の推移と同様の推移になるとして各気筒の濃度学習値を更新する。従って、この場合、他気筒におけるアルコール濃度の学習値は、第１気筒＃１におけるアルコール濃度の学習値と同様に、時間差をもって更新される。
【００９３】
＜変形例＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。
【００９４】
上記実施形態の燃料濃度徐変部３４において、入口部３４２及び出口部３４３はそれぞれ接続点Ｐ１及びＰ２の位置において容器３４１に互いに平行に取り付けられていたが、入口部３４２及び出口部３４３の取付位置及び取付角度は一つの例示であり、これらに限定されることはなく、適宜変更されてもよい。更に、容器３４１の形状も一つの例示であり、必ずしも円板形状に限定されない。
【００９５】
更に、燃料濃度徐変部については、以下の４つの変形例が開示される。
＜第１変形例＞
図１０に示したように、燃料濃度徐変部３４Ａにおいて、容器３４１Ａが略ドーナツ状に形成される。入口部３４２Ａ及び出口部３４３Ａは、容器３４１Ａの外周部分において容器３４１Ａと連通し且つ互いに同軸となるように配置されている。
【００９６】
この構造によれば、入口部３４２Ａから流入した燃料は、容器３４１Ａと出口部３４３Ａとの分岐部ＢＢにおいて２分岐する。このとき、出口部３４３Ａの流路断面積に比べて容器３４１Ａの流路断面積が大きいので、入口部３４２Ａ流入した燃料は、出口部３４３Ａよりも容器３４１Ａに多く流れ込む。
【００９７】
容器３４１Ａ内を周回した燃料は、入口部３４２Ａとの合流部ＧＧにおいて、入口部３４２Ａから流入した燃料と合流する。この合流した燃料は、分岐部ＢＢにおいて２分岐され、その多くが容器３４１Ａに流れ込み、残りが出口部３４３Ａから排出される。このようにして、アルコール濃度の異なる燃料が混ざり合うことにより、出口部３４３Ａから排出される燃料は、アルコール濃度が徐々に変化するようになる。
【００９８】
＜第２変形例＞
図１１に示したように、燃料濃度徐変部３４Ｂは、容器３４１Ｂ内に軸流ファン３４４を備えている点において、第１変形例に係る燃料濃度徐変部３４Ａと異なっている。この構成によれば、軸流ファン３４４によって容器３４１Ｂ内のリターン流量を増加させることにより、燃料濃度徐変部３４Ｂに流入する燃料と燃料濃度徐変部３４Ｂ内の燃料との混合状態が良好となり、出口部３４３Ｂから排出される燃料のアルコール濃度変化はより滑らかな状態となる。
【００９９】
＜第３変形例＞
図１２に示したように、燃料濃度徐変部３４Ｃは、円筒状の容器３４１Ｃと、入口部３４２Ｃと、出口部３４３Ｃと、を備える。入口部３４２Ｃは、容器３４１Ｃの側面下部にて容器３４１Ｃと連通する。入口部３４２Ｃの中心軸は容器の上面及び下面と平行であるが、容器３４１Ｃとの接続部Ｐ３における容器３４１Ｃの側面の法線とは平行ではない。従って、図１２の（Ａ）に示したように、入口部３４２Ｃから流入した燃料は、渦を巻くように容器３４１Ｃ内を流れる。
【０１００】
出口部３４３Ｃは、容器３４１Ｃと同軸且つ容器３４１Ｃの上面に延出するように設けられる。出口部３４３Ｃは、容器３４１Ｃと同軸に容器３４１Ｃ内に延びるドレーン部３４６と連通している。従って、容器３４１Ｃ内の燃料は、ドレーン部３４６を通って出口部３４３Ｃへと流出するようになっている。ドレーン部３４６には複数の孔３４７が開口している。複数の孔３４７は、ドレーン部３４６の軸方向及び周方向に規則的に開口している。従って、容器３４１Ｃ内に流入した燃料は、らせんを描きながら、ドレーン部３４６に開口した複数の孔３４７を通って出口部３４３Ｃへと流出する。このような構造により、出口部３４３Ｃから排出される燃料は、アルコール濃度が徐々に変化した状態となる。
【０１０１】
＜第４変形例＞
図１３に示したように、燃料濃度徐変部３４Ｄは、円筒状の容器３４１Ｄと、入口部３４２Ｄと、出口部３４３Ｄと、軸流ファン３４８と、を備える。燃料濃度徐変部３４Ｄは、燃料濃度徐変部３４Ｃからドレーン部３４６を除去し、軸流ファン３４８を容器底部に加えた構造である。
【０１０２】
入口部３４２Ｄから容器３４１Ｄ内に流入した燃料は、軸流ファン３４８により撹拌されながら容器３４１Ｄ内上方に運ばれ、出口部３４３Ｄから排出される。これにより、容器３４１Ｄ内の燃料は、より速やかに均一に混ざり合う。
【符号の説明】
【０１０３】
１０…内燃機関、２３…燃料噴射弁、３０…燃料供給系統（燃料供給経路）、３１…燃料タンク、３４…燃料濃度徐変部、３４１…容器、３４２…入口部、３４３…出口部。３５…第２燃料送出管、６０…電子制御装置（ＥＣＵ）。
【図１】
2020105915.tif 000003
【図２】
2020105915.tif 000004
【図３】
2020105915.tif 000005
【図４】
2020105915.tif 000006
【図５】
2020105915.tif 000007
【図６】
2020105915.tif 000008
【図７】
2020105915.tif 000009
【図８】
2020105915.tif 000010
【図９】
2020105915.tif 000011
【図１０】
2020105915.tif 000012
【図１１】
2020105915.tif 000013
【図１２】
2020105915.tif 000014
【図１３】
2020105915.tif 000015