(57)【要約】【課題】吸気ポート内部の温度がアルコールの沸点より低いときと、沸点より高いときとの吸気ポートへの付着燃料の蒸発量を算出することで、燃料中のアルコール含有率を精度よく算出することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ１００は、燃料噴射手段、付着燃料量算出手段、蒸発燃料量算出手段、アルコール含有率算出手段を備えることにより、燃料中のアルコールの沸点前後における吸気ポート８内部への付着燃料量および蒸発燃料量を算出し、それら蒸発燃料量の算出結果の変化量に基づいて燃料中のアルコール含有率を精度よく算出することができることから、ガソリンとアルコールとの混合燃料を使用する内燃機関の空燃比を最適に制御することができる。よって、車両の燃費の向上および排気エミッションの改善を達成することができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコールとガソリンとを任意の割合で混合した燃料を吸気ポートに噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記燃料噴射手段によって噴射された燃料のうち前記吸気ポートに付着する付着燃料量を算出する付着燃料量算出手段と、
前記付着燃料量算出手段によって算出した前記吸気ポートに付着した燃料のうち、次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料量を算出する蒸発燃料量算出手段と、
前記吸気ポートの壁面温度を検出する吸気ポート壁面温度検出手段と、
前記吸気ポート壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料中のアルコールの沸点よりも低いときの前記蒸発燃料量算出手段の算出結果と、前記吸気ポート壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料中のアルコールの沸点よりも高いときの前記蒸発燃料量算出手段の算出結果とに基づいて、前記燃料中のアルコール含有率を算出するアルコール含有率算出手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射手段によって噴射された燃料のうち、吸気弁に付着する付着燃料量を算出する吸気弁付着燃料量算出手段と、
前記吸気弁付着燃料量算出手段によって算出した前記吸気弁に付着した燃料のうち、次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料量を算出する吸気弁蒸発燃料量算出手段と、
前記内燃機関の吸気弁の壁面温度を検出する吸気弁壁面温度検出手段とを備え、
前記アルコール含有率算出手段は、前記吸気ポート壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料中のアルコールの沸点よりも低いときの前記蒸発燃料量算出手段の算出結果と、前記吸気ポート壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料中のアルコールの沸点よりも高いときの前記蒸発燃料量算出手段の算出結果と、前記吸気弁壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料中のアルコールの沸点よりも低いときの前記吸気弁蒸発燃料量算出手段の算出結果と、前記吸気弁壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料中のアルコールの沸点よりも高いときの前記吸気弁蒸発燃料量算出手段の算出結果とに基づいて、前記燃料中のアルコール含有率を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射手段によって噴射された燃料のうち前記吸気ポートに付着する付着燃料率を算出する付着燃料率算出手段と、
前記吸気ポートに付着した燃料のうち次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料率を算出する蒸発燃料率算出手段とを備え、
前記付着燃料量算出手段は、前記燃料噴射手段が前回噴射した燃料噴射量と、前記付着燃料率算出手段の算出結果と、前記付着燃料量算出手段が前回算出した算出結果と、前記蒸発燃料率算出手段の算出結果から求めた残留燃料率とに基づいて、前記付着燃料量を算出することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸気ポートに付着した燃料のうち次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料率を算出する蒸発燃料率算出手段を備え、
前記蒸発燃料量算出手段は、前記付着燃料量算出手段の算出結果と、前記蒸発燃料率算出手段の算出結果とに基づき、前記蒸発燃料量を算出することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記アルコール含有率算出手段は、前記吸気ポート壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料の蒸発開始温度から前記燃料中のアルコールの沸点までの間と、前記アルコールの沸点から前記燃料の沸点までの間とに検出した前記蒸発燃料量算出手段の検出結果に基づいて、前記燃料中のアルコール含有率を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記アルコール含有率算出手段は、前記吸気弁壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料の蒸発開始温度から前記燃料中のアルコールの沸点までの間と、前記アルコールの沸点から前記燃料の沸点までの間とに検出した前記吸気弁蒸発燃料量算出手段の検出結果に基づいて、前記燃料中のアルコール含有率を算出することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記アルコール含有率算出手段は、前記アルコール含有率算出手段の前回の算出結果と前記アルコール含有率検出手段の今回の算出結果との差分が、第１しきい値より小さくなるまで前記燃料中のアルコール含有率を算出することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記吸気ポート壁面温度検出手段は、前記吸気ポート近傍の冷却水温を検出することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。特に、燃料中のアルコール含有率を精度よく算出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大気汚染や原油事情の変動等に伴い、ガソリン燃料に加えて代替燃料としてのアルコールを同時に使用可能なシステムが実用化されている。このシステムを搭載した車両（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｆｕｅｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）では、ガソリン燃料のみならず、ガソリンとアルコールとを任意の割合で混合した燃料で走行することができる。
【０００３】
燃焼時の酸素に対する量論係数の違いから、アルコール燃料はガソリン燃料に比べて同一の吸入空気量に対してより多くの燃料を必要とする。そのため、ガソリンとアルコールとを混合した燃料は、燃料中のアルコール含有率によって理論空燃比が異なる。例えば、ガソリン１００％燃料の理論空燃比は１４．７であるが、アルコール（エタノール）含有率が４０％（Ｅ４０）の場合、理論空燃比は１２．３であり、アルコール（エタノール）含有率が８５％（Ｅ８５）の場合は、理論空燃比は９．８である。よって、ガソリンとアルコールとを任意の割合で混合した燃料を用いるＦＦＶの内燃機関は、燃料中のアルコール含有率をより正確に認識し、認識したアルコール含有率に基づいて最適な空燃比となるように燃料噴射制御を実行する必要がある。
【０００４】
このような燃料中のアルコール含有率を認識するために、目標空燃比と実空燃比との比率に基づいて、燃料中のアルコール含有率を推定する技術が特許文献１に開示されている。また、エンジン始動時の回転数の変化から、燃料の質量、軽質を判断する技術が特許文献２に開示されている。
【０００５】
一方、このようなＦＦＶの内燃機関は、従来のガソリン内燃機関と同様にポート噴射型が採用されており、吸気ポートに噴射された燃料の一部は、吸気ポートの壁面などに付着し、その付着燃料の一部は内燃機関の熱によって蒸発して次のサイクルで燃焼室内へと吸入される。定常状態では、その燃料付着量、および蒸発燃料量が一定となり、燃焼室に吸入される燃料の量は、噴射された燃料の量と等しくなる。しかし、内燃機関の過渡運転時には、吸入空気量や燃料噴射量が変化することにより、その燃料付着量、蒸発燃料量も増減する。そして、この増減が生ずる間は、燃焼室に吸入される燃料の量と、噴射される燃料の量との間にずれが生じる。よって、過渡運転時に要求される燃料量を燃焼室内に吸入させるためには、吸気ポートの壁面などへの付着燃料量、および蒸発燃料量の変化に基づいて燃料噴射量を制御することが必要となる。
【０００６】
このような内燃機関への燃料噴射量を制御するために、ポート噴射型のガソリンエンジンにおける吸気ポート内部への燃料の付着率と残留率とを用いた燃料挙動モデルにより、所望の燃料噴射量を算出する技術が、特許文献３、４に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−０４８６２５号公報
【特許文献２】特許第２７９３７５４号公報
【特許文献３】特開２００５−００９４６７号公報
【特許文献４】特開２００６−０１７０５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、ガソリン燃料の蒸留挙動は、種々の成分が混在するために連続的な蒸留挙動を示すのに対し、単一成分のアルコールは、その沸点において一気に蒸発する不連続的な蒸留挙動を示す。そのため、ガソリンとアルコールとの混合燃料は、アルコールの沸点付近で燃料中のアルコールが一気に蒸発する蒸留挙動を示し（図２参照）、また、その際のアルコールの蒸発量は燃料中のアルコール含有率が高くなるほど増加する。よって、ポート噴射型のＦＦＶ内燃機関の場合、吸気ポート等に付着した燃料中のアルコールは、吸気ポート等の温度が燃料中のアルコールの沸点付近に到達すると一気に蒸発して燃焼室へと取り込まれる。そのため、特許文献１の技術では、内燃機関の過渡運転時に吸気ポート等の付着燃料が急激に蒸発することによって実空燃比が大きく変化することから、燃料中のアルコール含有率を精度よく求めることが困難である、といった問題がある。同様に、特許文献２の技術でも、内燃機関の過渡運転時に吸気ポート等の付着燃料が急激に蒸発して燃焼室へ吸入されるために、燃料の質量、軽質を精度よく判断することが困難である、といった問題がある。このように、従来の技術では、ガソリンとアルコールとの混合燃料において、燃料中のアルコール含有率を精度よく求めることが困難である、といった課題がある。
【０００９】
一方、内燃機関の過渡運転時に、吸気ポート等の温度がアルコールの沸点付近に到達すると、吸気ポート等へ付着した燃料中のアルコールはその大半が蒸発する。そのため、吸気ポート等の温度がアルコールの沸点前と沸点後との付着燃料の蒸発量を特許文献３、４の燃料挙動モデルによって算出し、それら蒸発量の変化量を求めることによって、ガソリンとアルコールとを任意の割合で混合した燃料のアルコール含有率を求めることができる。
【００１０】
本発明は、かかる点に鑑みてなされてものであり、吸気ポート内部の温度がアルコールの沸点より低いときと、沸点より高いときとの吸気ポートへの付着燃料の蒸発量を算出することで、燃料中のアルコール含有率を精度よく算出することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するために、本発明の内燃機関の制御装置は、アルコールとガソリンとを任意の割合で混合した燃料を吸気ポートに噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関の制御装置であって、前記燃料噴射手段によって噴射された燃料のうち前記吸気ポートに付着する付着燃料量を算出する付着燃料量算出手段と、前記付着燃料量算出手段によって算出した前記吸気ポートに付着した燃料のうち、次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料量を算出する蒸発燃料量算出手段と、前記吸気ポートの壁面温度を検出する吸気ポート壁面温度検出手段と、前記吸気ポート壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料中のアルコールの沸点よりも低いときの前記蒸発燃料量算出手段の算出結果と、前記吸気ポート壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料中のアルコールの沸点よりも高いときの前記蒸発燃料量算出手段の算出結果とに基づいて、前記燃料中のアルコール含有率を算出するアルコール含有率算出手段と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
このような構成とすることにより、燃料中のアルコールの沸点前後における吸気ポート内部への付着燃料量および蒸発燃料量を算出し、それら蒸発燃料量の算出結果の変化量に基づいて燃料中のアルコール含有率を精度よく算出することができることから、ガソリンとアルコールとの混合燃料を使用する内燃機関の空燃比を最適に制御することができる。本発明の付着燃料量算出手段、および蒸発燃料量算出手段は、吸気ポート壁面への付着燃料量、および付着した燃料の蒸発燃料量を内燃機関の運転状態より算出する。そして、吸気ポート壁面温度検出手段の検出結果がアルコールの沸点前、沸点後のときの吸気ポート壁面からの蒸発燃料量を算出し、それら算出結果の変化量を求めることによって、燃料中のアルコールの蒸発特性を利用した精度の高いアルコール含有率の算出を実行することができる。
【００１３】
上記のように、燃料中のアルコール含有率を精度よく算出することで、内燃機関の空燃比を最適に制御することができることから、車両の燃費の向上および排気エミッションの改善を達成することができる。
【００１４】
特に、本発明の内燃機関の制御装置は、前記燃料噴射手段によって噴射された燃料のうち、吸気弁に付着する付着燃料量を算出する吸気弁付着燃料量算出手段と、前記吸気弁付着燃料量算出手段によって算出した前記吸気弁に付着した燃料のうち、次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料量を算出する吸気弁蒸発燃料量算出手段と、前記内燃機関の吸気弁の壁面温度を検出する吸気弁壁面温度検出手段とを備え、前記アルコール含有率算出手段が、前記吸気ポート壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料中のアルコールの沸点よりも低いときの前記蒸発燃料量算出手段の算出結果と、前記吸気ポート壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料中のアルコールの沸点よりも高いときの前記蒸発燃料量算出手段の算出結果と、前記吸気弁壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料中のアルコールの沸点よりも低いときの前記吸気弁蒸発燃料量算出手段の算出結果と、前記吸気弁壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料中のアルコールの沸点よりも高いときの前記吸気弁蒸発燃料量算出手段の算出結果とに基づいて、前記燃料中のアルコール含有率を算出することを特徴とすることができる。
【００１５】
このような構成とすることで、吸気ポート壁面への付着燃料の蒸発挙動のみならず、吸気弁壁面への付着燃料の蒸発挙動も考慮して、より正確に吸気ポート内の蒸発燃料量を算出することができる。よって、ガソリンとアルコールとの混合燃料を使用する際のアルコール含有率をより高精度に算出することができることから、算出結果に基づいて内燃機関の空燃比を最適に制御することができる。
【００１６】
また、本発明の内燃機関の制御装置は、前記燃料噴射手段によって噴射された燃料のうち前記吸気ポートに付着する付着燃料率を算出する付着燃料率算出手段と、前記吸気ポートに付着した燃料のうち次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料率を算出する蒸発燃料率算出手段とを備え、前記付着燃料量算出手段が、前記燃料噴射手段が前回噴射した燃料噴射量と、前記付着燃料率算出手段の算出結果と、前記付着燃料量算出手段が前回算出した算出結果と、前記蒸発燃料率算出手段の算出結果から求めた残留燃料率とに基づいて、前記付着燃料量を算出することを特徴とすることができる。
【００１７】
吸気ポート壁面への付着燃料率、および蒸発燃料率は内燃機関の運転状態と対応する。よって、吸気ポートへ噴射された燃料噴射量に、内燃機関の運転状態より算出した付着燃料率を掛けあわせたものと、前回のサイクルで付着した燃料で蒸発しなかった残留付着燃料量とを求めることで、吸気ポート壁面への付着燃料量を算出することができる。このように、燃料挙動モデルを用いてより高精度に吸気ポート壁面への付着燃料量を算出することで、付着燃料量の算出結果に基づいて燃料中のアルコール含有率を精度よく算出することができる。
【００１８】
そして、本発明の内燃機関の制御装置は、前記吸気ポートに付着した燃料のうち次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料率を算出する蒸発燃料率算出手段を備え、前記蒸発燃料量算出手段が、前記付着燃料量算出手段の算出結果と、前記蒸発燃料率算出手段の算出結果とに基づき、前記蒸発燃料量を算出することを特徴とすることができる。
【００１９】
吸気ポート壁面に付着した燃料の蒸発燃料率は、内燃機関の運転状態と対応する。よって、付着燃料量に、内燃機関の運転状態より算出した蒸発燃料率を乗することで、吸気ポートからの蒸発燃料量を算出することができる。このように、燃料挙動モデルを用いてより高精度に吸気ポートからの蒸発燃料量を算出することで、蒸発燃料量の算出結果に基づいて燃料中のアルコール含有率を精度よく算出することができる。
【００２０】
更に、本発明の内燃機関の制御装置は、前記アルコール含有率算出手段が、前記吸気ポート壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料の蒸発開始温度から前記燃料中のアルコールの沸点までの間と、前記アルコールの沸点から前記燃料の沸点までの間とに検出した前記蒸発燃料量算出手段の検出結果に基づいて、前記燃料中のアルコール含有率を算出することを特徴とすることができる。
【００２１】
吸気ポート壁面の温度が燃料中のアルコールの沸点未満の場合、吸気ポート壁面への付着燃料中のアルコールはほとんど蒸発しない。一方、吸気ポート壁面の温度がアルコールの沸点付近に到達すると、吸気ポート壁面への付着燃料中のアルコールは徐々に蒸発を開始し、吸気ポート壁面の温度がアルコールの沸点を超えると、付着燃料中のアルコールは一気に蒸発する。そして、吸気ポート壁面の温度が燃料の沸点を超えた場合、吸気ポート壁面への付着燃料はすべて蒸発する。この場合、吸気ポート壁面の温度がアルコールの沸点前後のときに蒸発する燃料は、ほぼ付着燃料中のアルコールの蒸発によるものである。よって、吸気ポート壁面の温度が燃料中のアルコールの蒸発開始温度から沸点までの間と、アルコールの沸点から燃料の沸点までの間とにおける蒸発燃料量を算出し、これらの変化量を求めることで、ガソリンとアルコールとの混合燃料のアルコール含有率を精度よく算出することができる。
【００２２】
また、本発明の内燃機関の制御装置は、前記アルコール含有率算出手段が、前記吸気弁壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料の蒸発開始温度から前記燃料中のアルコールの沸点までの間と、前記アルコールの沸点から前記燃料の沸点までの間とに検出した前記吸気弁蒸発燃料量算出手段の検出結果に基づいて、前記燃料中のアルコール含有率を算出することを特徴とすることができる。
【００２３】
吸気弁壁面の温度が燃料中のアルコールの沸点未満の場合、吸気弁壁面への付着燃料中のアルコールはほとんど蒸発しない。一方、吸気弁壁面の温度がアルコールの蒸発開始温度に到達すると、吸気弁壁面への付着燃料中のアルコールは徐々に蒸発を開始し、吸気弁壁面の温度がアルコールの沸点を超えた際に、付着燃料中のアルコールは一気に蒸発する。そして、吸気弁壁面の温度が燃料の沸点を超えた場合、吸気弁壁面への付着燃料はすべて蒸発する。この場合、吸気弁壁面の温度がアルコールの沸点前後のときに蒸発する燃料は、ほぼ付着燃料中のアルコールの蒸発によるものである。よって、吸気弁壁面の温度が燃料中のアルコールの蒸発開始温度から沸点までの間と、アルコールの沸点から燃料の沸点までの間とにおける蒸発燃料量を算出し、これらの変化量を求めることで、ガソリンとアルコールとの混合燃料中のアルコール含有率を精度よく算出することができる。
【００２４】
そして、本発明の内燃機関の制御装置は、前記アルコール含有率算出手段が、前記アルコール含有率算出手段の前回の算出結果と前記アルコール含有率検出手段の今回の算出結果との差分が、第１しきい値より小さくなるまで前記燃料中のアルコール含有率を算出することを特徴とすることができる。
【００２５】
このように、燃料給油によって変化した燃料中のアルコール含有率を燃料挙動モデルによって算出するときに、前回算出したアルコール含有率と、今回算出したアルコール含有率との差分が任意の第１しきい値より小さい値に収束するまでアルコール含有率の算出を繰り返すことによって、より正確なアルコール含有率を算出することができる。よって、算出結果に基づいて内燃機関の空燃比を最適に制御することができることから、車両の燃費の向上および排気エミッションの改善を達成することができる。
【００２６】
更に、本発明の内燃機関の制御装置は、前記吸気ポート壁面温度検出手段が、前記吸気ポート近傍の冷却水温を検出することを特徴とすることができる。
【００２７】
吸気ポートのポート壁面温度は、通常、エンジン冷却水温とほぼ同じであることから、エンジン冷却水温を検出することで吸気ポート壁面温度を求めることができる。また、エンジン冷却水温の検出場所を吸気ポート近傍にすることによって、より正確な吸気ポート壁面温度を検出することができる。よって、燃料中のアルコール含有率をより高精度に算出することができることから、算出結果に基づいて内燃機関の空燃比を最適に制御することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、吸気ポートおよび吸気弁の壁面温度が燃料中のアルコールの沸点前後のときの蒸発燃料量に基づいて、燃料中のアルコール含有率を高い精度で算出することができることから、ガソリンとアルコールとの混合燃料を使用する内燃機関の空燃比を最適に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００３０】
本発明の実施例１について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の内燃機関の制御装置を組み込んだエンジン１の概略構成を示した説明図である。なお、図１にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。
【００３１】
エンジン１は、車両に搭載される多気筒エンジンであって、各気筒は燃焼室１ａを構成するピストン２を備えている。各燃焼室１ａのピストン２はそれぞれコネクティングロッド４を介して出力軸であるクランクシャフト３の軸に連結されており、各ピストン２の往復運動がコネクティングロッド４によってクランクシャフト３の回転へと変換される。
【００３２】
クランクシャフト３の軸の近傍には、クランク角センサ５が配置されている。クランク角センサ５はクランクシャフト３軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をＥＣＵ１００に出力する。それにより、ＥＣＵ１００は、クランク角に関する情報を取得することができる。更にクランクシャフト３の一端には、クランクスプロケット６が接続されている。クランクスプロケット６はクランクシャフト３と同じ周期で回転する。クランクスプロケット６としては、複数の歯が外周に配置された周知のスプロケットを用いることができる。クランクスプロケット６にはエンジン１の始動時に起動するスタータモータ７のピニオンギアが噛み合わされており、スタータモータ７の起動に伴うリングギアの回転によりエンジン１のクランキングが行われる。
【００３３】
各気筒の燃焼室１ａには、それぞれ燃焼室１ａと連通する吸気ポート８と、吸気ポート８に連結し、吸入空気を吸気ポート８から燃焼室１ａへと導く吸気通路９とが接続されている。更に、燃焼室１ａの各気筒には、それぞれ燃焼室１ａと連通する排気ポート１０と、燃焼室１ａで発生した排気ガスをエンジン外へと導く排気通路１１が接続されている。また、各気筒に接続された排気通路１１は、下流側で合流して一本の合流排気通路４００となる。
【００３４】
各気筒の燃焼室１ａの吸気通路、排気通路に対応して複数の吸気弁、排気弁が設けられている。図１には吸気通路、排気通路と吸気弁、排気弁をそれぞれ１つずつ示している。燃焼室１ａの各吸気ポート８には、それぞれ吸気弁１２が配置されており、吸気弁１２を開閉駆動させるための吸気カムシャフト１３が配置されている。更に、燃焼室１ａの各排気ポート１０には、それぞれ排気弁１４が配置されており、排気弁１４を開閉駆動させるための排気カムシャフト１５が配置されている。
【００３５】
吸気弁１２および排気弁１４はクランクシャフト３の回転が連結機構（例えばタイミングベルト、タイミングチェーンなど）により伝達された吸気カムシャフト１３および排気カムシャフト１５の回転により開閉され、吸気ポート８および排気ポート１０と燃焼室１ａとを連通・遮断する。なお、吸気弁１２、および排気弁１４の位相は、クランク角を基準にして表される。
【００３６】
吸気カムシャフト１３は可変動弁機構（以下、ＶＶＴ機構という）である電動ＶＶＴ機構１６を有している。この電動ＶＶＴ機構１６はＥＣＵ１００の指示により電動モータ１７で吸気カムシャフト１３を回転させる。それにより吸気カムシャフト１３のクランクシャフト３に対する回転位相が変更されることから、吸気弁１２のバルブタイミングが変更される。この場合、吸気カムシャフト１３の回転位相は、吸気カム角センサ１８にて検出され、ＥＣＵ１００へと出力される。それにより、ＥＣＵ１００は、吸気カムシャフトの位相を取得することができるとともに、吸気弁１２の位相を取得することができる。また、吸気カムシャフト１３の位相は、クランク角を基準にして表される。
【００３７】
また、排気カムシャフト１５は油圧ＶＶＴ機構１９を有している。この油圧ＶＶＴ機構１９はＥＣＵ１００の指示によりオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）２０で排気カムシャフト１５を回転させる。それにより排気カムシャフト１５のクランクシャフト３に対する回転位相が変更されることから、排気弁１４のバルブタイミングが変更される。この場合、排気カムシャフト１５の回転位相は、排気カム角センサ２１にて検出され、ＥＣＵ１００へと出力される。それにより、ＥＣＵ１００は、排気カムシャフトの位相を取得することができるとともに、排気弁１４の位相を取得することができる。また、排気カムシャフト１５の位相は、クランク角を基準にして表される。
【００３８】
エンジン１の吸気通路９には、吸気通路９を通過する吸入空気量を検出するエアフロメータ２２が設置されている。また、吸気通路９には、スロットルバルブ２３およびスロットルポジションセンサ２４が設置されている。このエアフロメータ２２およびスロットルポジションセンサ２４はそれぞれの検出結果をＥＣＵ１００に出力する。それにより、ＥＣＵ１００は、吸気ポート８および燃焼室１ａへ吸入される吸入空気量を認識することができる。
【００３９】
エンジン１の各吸気ポートには、それぞれインジェクタ３００が設けられている。インジェクタ３００には、燃料ポンプ（図示しない）より燃料配管を通じて高圧の燃料が供給されており、ＥＣＵ１００の指示により吸気ポート８へ燃料を噴射供給する。ＥＣＵ１００は、エアフロメータ２２およびスロットルポジションセンサ２４からの吸入空気量、および吸気カム角センサ１８からのカム軸回転位相の情報に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ３００に信号を送る。インジェクタ３００はＥＣＵ１００の信号に従って、吸気ポート８へ指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて燃料を高圧噴射する。高圧噴射された燃料は霧化し吸入空気と混合され、エンジン１の燃焼に適した混合ガスとなり、吸気弁１２が開いた際に燃焼室１ａへと供給される。そして、インジェクタ３００のリーク燃料は、リリーフ配管を通って燃料タンク（図示しない）へと戻される。
【００４０】
ガソリンと混合するアルコール燃料としては、メタノール（ＣＨ３ＯＨ，沸点６４．７℃，密度０．７９ｇ・ｃｍ−３）、またはエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ，沸点７８．３℃，密度０．７９ｇ・ｃｍ−３）を適用することができる。本実施例のエンジン１は、エタノールを燃料として使用する。ガソリン１００％（エタノール０％）のときの理論空燃比は１４．７であるのに対し、燃料がエタノール１００％のときの理論空燃比は９．０である。ここで、エタノールとガソリンの蒸留挙動を図２に示す。複数成分が混合しているガソリンは温度に対して連続的な蒸留特性を示すのに対し、単一成分のエタノールは、その沸点（７８．３℃）において一気に蒸発するので、不連続的な蒸留特性を示す。よって、ガソリンとエタノールとの混合燃料を使用する場合、吸気ポート８壁面の温度がエタノールの沸点未満の時に付着した燃料は、吸気ポート８壁面の温度がエタノールの沸点付近（７８．３−α℃）に到達すると付着燃料中のエタノールが徐々に蒸発を開始し、エタノールの沸点に到達すると付着燃料中のエタノールが一気に蒸発する。そして、吸気ポート８壁面の温度がエタノールの沸点を超える（７８．３＋α℃）と、付着燃料中のエタノールはその大半が蒸発し、吸気ポート８壁面の温度が混合燃料の沸点を超えると、吸気ポート８へ噴射された燃料はすべて蒸発するため、吸気ポート８壁面への付着燃料は皆無となる。つまり、吸気ポート８壁面の温度が７８．３−α℃から７８．３＋α℃の間に蒸発する吸気ポート８壁面の付着燃料は、ほぼエタノールで占められる。この特性を利用することにより、吸気ポート８壁面の温度がエタノールの沸点付近のとき（７８．３−α℃）と、エタノールの沸点を超えたとき（７８．３＋α℃）とにおける吸気ポート８壁面への付着燃料量および蒸発燃料量を算出することで、それら蒸発燃料量の差分のマップから燃料中のエタノール含有率を算出することができる。
【００４１】
各気筒の燃焼室１ａはそれぞれ点火プラグ２６を備えており、点火プラグ２６の点火タイミングはイグナイタ２７によって調整される。吸気ポート８から流入された混合ガスはピストン２の上昇運動により燃焼室１ａ内で圧縮される。ＥＣＵ１００は、クランク角センサ５からのピストン２の位置、および吸気カム角センサ１８からのカム軸回転位相の情報に基づき、点火タイミングを決定しイグナイタ２７に信号を送る。イグナイタ２７はＥＣＵ１００の信号に従って、指示された点火タイミングでバッテリ２００からの電力を点火プラグ２６に通電する。点火プラグ２６はバッテリ２００からの電力により点火し、圧縮混合ガスを着火させて、燃焼室１ａ内を膨張させピストン２を下降させる。これがコネクティングロッド４を介してクランクシャフト３の軸回転に変更されることにより、エンジン１は動力を得る。燃焼後の排気ガスは、排気弁１４が開いた際に排気ポート１０、排気通路１１を通って合流排気通路４００で合流し、浄化触媒４０１を通過してエンジン１の外部へと排出される。
【００４２】
各気筒の排気通路１１は下流で合流して合流排気通路４００を形成し、合流排気通路４００の先には浄化触媒４０１が設けられている。浄化触媒４０１は、エンジン１の排ガスを浄化するために用いられるもので、例えば三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元型触媒などが適用され、エンジン１の排気量、使用地域等の違いによってこれら浄化触媒４０１を複数個組み合わせて設置される場合もある。浄化触媒４０１には触媒温度センサ４０２が設けられている。ＥＣＵ１００は、触媒温度センサ４０２からの信号を受信することにより、浄化触媒４０１の温度を認知し、浄化触媒４０１が活性温度域にあるか否かを判断することができる。
【００４３】
燃焼室１ａの周辺にはウォータジャケットが設けられており、ウォータジャケット内部は燃焼室１ａを冷却するためのエンジン冷却水が循環している（図示しない）。更に、ウォータジャケットにはエンジン冷却水温（Ｔｗ）を測定するための水温センサ２８が設けられている。ここで、吸気ポート８のポート壁面温度は、通常、エンジン冷却水温Ｔｗとほぼ同じであることから、ＥＣＵ１００は、水温センサ２８から受信したＴｗを吸気ポート８の壁面温度として適用することができる。このような吸気ポート８壁面の温度検出方法としては、吸気ポート８に種々の温度センサを設けて、吸気ポート８壁面の温度を直接検出する方法や、エンジン回転数、負荷、吸入空気温度等から吸気ポート８壁面の温度を推定する方法などを採用することもできる。なお、水温センサ２８は、吸気ポート８の壁面温度を検出する吸気ポート壁面温度検出手段に相当する。
【００４４】
バッテリ２００は、正極に二酸化鉛（ＰｂＯ２）、負極に海綿状鉛（Ｐｂ）、電解液として希硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を用いた二次電池であり、それらの化学反応によって充放電サイクルを実施する。バッテリ２００は、オルタネータ（図示しない）の発電量が各電装品の電力使用量を超える場合に、超えた分の電力を充電してバッテリ内部に蓄電する。そして、バッテリ２００は、エンジン１の始動の際にスタータモータ７を稼動させるために、または車両の走行中にＥＣＵ１００等の電装品を適切に稼動させるために、バッテリ２００の内部に蓄電した電力を放電する。バッテリ２００としては、例えば１２［Ｖ］システムを適用することができるが、４２［Ｖ］システム等の高電圧仕様を適用することもできる。
【００４５】
ＥＣＵ１００は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）と、を備えるコンピュータである。ＥＣＵ１００は、クランク角センサ５、カム角センサ１８，２１、エアフロメータ２２、スロットルポジションセンサ２４、水温センサ２８の検出結果を読み込み、ＶＶＴ機構１６，１９の動作、インジェクタ３００の動作、点火プラグ２６の点火時期など、エンジン１の運転動作を統合的に制御する。また、ＥＣＵ１００は、インジェクタ３００から噴射された燃料のうち、吸気ポート８の壁面へ付着する付着燃料量を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、吸気ポート８の壁面への付着燃料のうち、次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料量を算出する。更に、ＥＣＵ１００は、水温センサ２８の検出結果が７８．３±α℃のときの蒸発燃料量の算出結果の差分のマップから、燃料中のエタノール含有率を算出する。なお、ＥＣＵ１００は、本発明の付着燃料量算出手段、蒸発燃料量算出手段、およびアルコール含有率算出手段に相当する。
【００４６】
［燃料挙動モデルについて］
図３は、エンジン１の燃料噴射時の概略構成を示した説明図である。なお、図３にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。エンジン１が始動されると、吸気通路９に配置されたインジェクタ３００によって、吸気ポート８内部にガソリンとエタノールとの混合燃料が噴射される。このようにして噴射された燃料は、吸気弁１２の開弁に伴って筒内負圧が吸気ポート８に導かれることにより、空気と共に燃焼室１ａに吸入されるが、吸気ポート８に噴射された燃料の一部は、吸気ポート８の壁面などに付着する。また、吸気ポート８の壁面は、暖気が進むに伴ってその壁面温度が上昇する。
【００４７】
この場合において、吸気ポート８の壁面に付着した燃料の挙動は、（Ａ）吸気ポート８壁面の温度がエタノールの蒸発開始温度未満の場合、吸気ポート８の壁面に付着した燃料はほとんど蒸発しない。（Ｂ）吸気ポート８壁面の温度がエタノールの沸点付近（７８．３−α℃）の場合、吸気ポート８壁面に付着した燃料中のエタノールが徐々に蒸発を開始する。（Ｃ）吸気ポート８壁面の温度がエタノールの沸点を超えた（７８．３＋α℃）場合、吸気ポート８壁面に付着した燃料中のエタノールは一気に蒸発する。そして、（Ｄ）吸気ポート８壁面の温度が燃料の沸点を超えた場合、吸気ポート８へ噴射された燃料はすべて蒸発し、吸気ポート８壁面への付着燃料は皆無となる。このように、上記（Ｂ）から（Ｃ）の間では、吸気ポート８壁面への付着燃料中のガソリン量の変化は少量であるのに対し、付着燃料中のエタノール量は、吸気ポート８壁面温度がエタノールの沸点（７８．３℃）前後を境として一気に変化する。
【００４８】
つまり、上記（Ｂ）から（Ｃ）の間に変化する吸気ポート８壁面からの蒸発燃料量は、ほぼ付着燃料中のエタノールの蒸発によるものである。よって、燃料中のエタノール含有率を求めるためには、上記（Ｂ）と（Ｃ）とにおける吸気ポート８からの蒸発燃料量を求め、（Ｂ）から（Ｃ）の間における蒸発燃料量の変化量を算出することが必要となる。
【００４９】
ここで、吸気ポート８の壁面などに付着する付着燃料量、および付着燃料が蒸発する蒸発燃料量は、燃料挙動モデルより算出することができる。吸気ポート８の壁面への燃料の付着率をＲ、付着した燃料のうち次回の燃料噴射までの間に蒸発する燃料の蒸発率をＰ、吸気ポート８への燃料の噴射量をｆｉとすると、第ｋサイクルにおける燃料噴射量がｆｉｋである場合、第ｋ＋１サイクルにおける付着燃料量ｆｗｋ＋１および第ｋ＋２サイクルにおける蒸発燃料量ｆｖｋ＋２は以下の（１）（２）式のように表すことができる。
［第ｋ＋１サイクルにおける付着燃料量］
ｆｗｋ＋１＝（１−Ｐ）・ｆｗｋ＋Ｒ・ｆｉｋ  ・・・（１）
［第ｋ＋２サイクルにおける蒸発燃料量］
ｆｖｋ＋２＝Ｐ・ｆｗｋ＋１  ・・・（２）
上記（１）（２）式の関係を用いることより、第ｋサイクルの燃料噴射量ｆｉｋから第ｋ＋１サイクルの付着燃料量ｆｗｋ＋１を算出することができ、更に、第ｋ＋１サイクルの付着燃料量ｆｗｋ＋１から第ｋ＋２サイクルの蒸発燃料量ｆｖｋ＋２を算出することができる。すなわち、エンジン１の吸気ポート８に噴射された燃料の付着率Ｒおよび蒸発率Ｐを求めることができれば、蒸発燃料量を算出することができることから、算出された蒸発燃料量に基づいて燃料中のエタノール含有率を算出することができる。
【００５０】
ここで、燃料の付着率Ｒおよび蒸発率Ｐは、エンジン１の運転状態に応じて変化する。すなわち、インジェクタ３００が噴射した燃料が吸気ポート８の壁面に付着する付着燃料量や、壁面に付着した燃料が蒸発する蒸発燃料量は、エンジン１の負荷、回転数、吸気弁１２の開閉タイミング、吸気ポート８の壁面温度などに応じて適宜変化する。そこで、付着率Ｒおよび蒸発率Ｐのそれぞれを、機関負荷Ｋｌ，機関回転数Ｎｅ，バルブタイミングＶＴ，およびエンジン冷却水温（吸気ポート８の壁面温度）Ｔｗとの関係で特定するための規則を予め作成しておき、ＥＣＵ１００に、その規則に従って付着率Ｒおよび蒸発率Ｐを設定させることで、エンジン１の運転状態に応じてより正確な付着率Ｒおよび蒸発率Ｐを設定することができる。
【００５１】
この場合、吸気ポート８に噴射された燃料は、その温度が高いほど気化しやすい状態となるため、付着率Ｒは小さい値となる。また、吸気ポート８に噴射された燃料は、エンジン１の吸気管圧力が高いほど燃焼室１ａ内に吸入されやすい状態となるため、付着率Ｒは小さい値となる。このように、燃料の付着率Ｒは、燃料温度、吸気管圧力に応じて有意に変化することから、付着率Ｒを算出した後に、燃料温度、吸気管圧力に基づいて補正することで、より正確な付着率Ｒを算出することができる。
【００５２】
つづいて、ＥＣＵ１００の制御の流れに沿って、エンジン１の動作を説明する。図４はＥＣＵ１００の処理の一例を示すフローチャートである。本実施例のエンジン１は、燃料噴射手段、付着燃料量算出手段、蒸発燃料量算出手段、アルコール含有率算出手段を備えることにより、吸気ポートへ噴射された燃料の付着燃料量から蒸発燃料量を算出することができる。そして、吸気ポート８壁面の温度の検出結果がエタノールの沸点前と、沸点後との蒸発燃料量の変化量を求めることによって、燃料中のエタノール含有率の算出を精度よく実行することができる。
【００５３】
ＥＣＵ１００の制御は、エンジンの始動要求がされると、すなわちイグニッションスイッチがＯＮにされると開始する。まず、ＥＣＵ１００はステップＳ１で、前回イグニッションスイッチがＯＦＦされたときにＮＶＲＡＭに保存された燃料中のエタノール含有率の前回値ＡＬＣｏｌｄを読み込む。このように、燃料の給油後のエンジン始動時に給油前のエタノール含有率を認識することで、給油前のエタノール含有率を暫定値として給油後の新たなエタノール含有率を算出する処理を実行することができる。ＥＣＵ１００はステップＳ１の処理を終えると、次のステップＳ２へ進む。
【００５４】
ステップＳ２で、ＥＣＵ１００は、水温センサ２８の検出結果からエンジン冷却水温Ｔｗを検出する。この処理を実行することによって、ＥＣＵ１００は吸気ポート８壁面の温度を認識することができる。ＥＣＵ１００はステップＳ２の処理を終えると、つづいてステップＳ３へ進む。
【００５５】
ステップＳ３で、ＥＣＵ１００は、エンジン冷却水温Ｔｗが７８．３−α℃であるか否かを判断する。ここで、αは任意の数を適用することができ、７８．３−α℃は、燃料中のエタノールの蒸発開始温度からエタノールの沸点７８．３℃までの間を示すことができる。なお、エタノール含有率の算出精度をより高めるためには、可能な限りエタノールの沸点に近い温度での蒸発燃料量を算出することが好ましいため、αは小さい値を適用することが好ましい。エンジン冷却水温Ｔｗが７８．３−α℃でない場合（ステップＳ３／ＮＯ）、ＥＣＵ１００はステップＳ５へ進む。エンジン冷却水温Ｔｗが７８．３−α℃である場合（ステップＳ３／ＹＥＳ）は、ＥＣＵ１００は次のステップＳ４へ進む。
【００５６】
ステップＳ４で、ＥＣＵ１００は、エンジン１のエンジン回転数Ｎｅと、負荷率Ｋｌと、バルブタイミングＶＴと、エンジン冷却水温Ｔｗとを検出し、これらの検出結果に基づいて、ＥＣＵ１００内に予め記録されたマップを参照して吸気ポート８への燃料の付着率Ｒ１、および蒸発率Ｐ１を算出する。この場合、算出した付着率Ｒ１を燃料温度、吸気管圧力に基づいて補正してもよい。ＥＣＵ１００はステップＳ４の処理を終えると、つづいて次のステップＳ５へ進む。
【００５７】
ステップＳ３の判断がＮＯの場合、またはステップＳ４の処理を終えたとき、ＥＣＵ１００はステップＳ５へ進む。ステップＳ５で、ＥＣＵ１００は、エンジン冷却水温Ｔｗが７８．３＋α℃であるか否かを判断する。ここで、αは任意の数を適用することができ、７８．３＋α℃は、燃料中のエタノールの沸点７８．３℃から燃料の沸点までの間を示すことができる。なお、エタノール含有率の算出精度をより高めるためには、可能な限りエタノールの沸点に近い温度での蒸発燃料量を算出することが好ましいため、αは小さい値を適用することが好ましい。エンジン冷却水温Ｔｗが７８．３＋α℃でない場合（ステップＳ５／ＮＯ）、ＥＣＵ１００は必要な情報をＮＶＲＡＭに保存して、制御の処理を終了する。エンジン冷却水温Ｔｗが７８．３＋α℃である場合（ステップＳ５／ＹＥＳ）は、ＥＣＵ１００は次のステップＳ６へ進む。
【００５８】
ステップＳ６で、ＥＣＵ１００は、エンジン１のエンジン回転数Ｎｅと、負荷率Ｋｌと、バルブタイミングＶＴと、エンジン冷却水温Ｔｗとを検出し、これらの検出結果に基づいて、ＥＣＵ１００内に予め記録されたマップを参照して吸気ポート８への燃料の付着率Ｒ２、および蒸発率Ｐ２を算出する。この場合、算出した付着率Ｒ２を燃料温度、吸気管圧力に基づいて補正してもよい。ＥＣＵ１００はステップＳ６の処理を終えると、つづいて次のステップＳ７へ進む。
【００５９】
ステップＳ７で、ＥＣＵ１００は、上記した燃料挙動モデルの（１）（２）式に基づき、前回インジェクタ３００が噴射した燃料噴射量（ｆ１ｉｋ）に、ステップＳ４で算出した付着率Ｒ１を掛けあわせたものと、前回の吸気ポートへの付着燃料量（ｆ１ｗｋ）にステップＳ４で算出した蒸発率Ｐ１から求めた残留付着燃料率（１−Ｐ１）を掛けあわせたものとを加えることで、吸気ポート８への付着燃料量（ｆ１ｗｋ＋１）を算出する。更に、ＥＣＵ１００は、算出した吸気ポート８への付着燃料量（ｆ１ｗｋ＋１）に、ステップＳ４で算出した蒸発率Ｐ１を掛けあわせることで、Ｔｗ＝７８．３−α℃のときの蒸発燃料量（ｆ１ｖｋ＋２）を算出する。同様に、ＥＣＵ１００はステップＳ６で算出した付着率Ｒ２および蒸発率Ｐ２から、Ｔｗ＝７８．３＋α℃のときの蒸発燃料量（ｆ２ｖｋ＋２）を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、算出したＴｗ＝７８．３−α℃のときの蒸発燃料量（ｆ１ｖｋ＋２）と、Ｔｗ＝７８．３＋α℃のときの蒸発燃料量（ｆ２ｖｋ＋２）との差分を求めることで、蒸発燃料量の変化量Ｅを算出する。ステップＳ７の処理を終えると、次のステップＳ８へ進む。
【００６０】
ステップＳ８で、ＥＣＵ１００は、ステップＳ７で算出した蒸発燃料量の変化量Ｅに基づいて、ＥＣＵ１００内に予め記録されたマップを参照して燃料中のエタノール含有率を算出する。ＥＣＵ１００はステップＳ８の処理を終えると、つづいて次のステップＳ９へ進む。
【００６１】
ステップＳ９で、ＥＣＵ１００は、ステップＳ８で算出した燃料中のエタノール含有率とステップＳ１で読み込んだエタノール含有率の前回値との差分の絶対値が第１しきい値よりも小さいか否かを判断する。ここで、第１しきい値は、任意の小さい数を適用することができ、例えば０．１とすることができる。算出した燃料中のエタノール含有率と読み込んだエタノール含有率の前回値との差分が第１しきい値よりも小さい場合（ステップＳ９／ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、燃料中のエタノール含有率の算出結果が正しい値に収束したと判断して、必要な情報をＮＶＲＡＭに保存し制御の処理を終了する。算出した燃料中のエタノール含有率と読み込んだエタノール含有率の前回値との差分が第１しきい値よりも大きい場合（ステップＳ９／ＮＯ）は、ＥＣＵ１００は、エタノール含有率の算出結果がまだ正しい値に収束していないと判断して、次のステップＳ１０へ進む。
【００６２】
ステップＳ１０で、ＥＣＵ１００は、ステップＳ８で算出した燃料中のエタノール含有率を暫定値として、ステップＳ２に戻り再び上記のエタノール含有率の算出処理を実行する。このように、燃料給油によって変化した燃料中のエタノール含有率を算出するときに、前回算出したエタノール含有率と、今回算出したエタノール含有率との差分が収束するまでエタノール含有率の算出を繰り返すことによって、より正確なエタノール含有率を算出することができる。なお、エタノール含有率の算出結果が収束しない場合、ＥＣＵ１００は、算出処理の開始から所定の時間が経過した際に、または算出処理が所定サイクル実行された際に、エタノール含有率の算出処理を終了することもできる。
【００６３】
以上のように、本実施例１のエンジン１は、燃料中のエタノールの沸点前および沸点後における吸気ポート８内部への付着燃料量および蒸発燃料量を内燃機関の運転状態に基づいて算出し、それら蒸発燃料量の算出結果の差分に基づいて燃料中のエタノール含有率を精度よく算出することで、ガソリンとアルコールとの混合燃料を使用する内燃機関の空燃比を最適に制御することができる。このように、内燃機関の空燃比を最適に制御することで、車両の燃費の向上および排気エミッションの改善を達成することができる。
【００６４】
また、本実施例１のエンジン１は、内燃機関の運転状態より算出した付着率Ｒを、燃料温度、吸気管圧力に基づいて補正することもできる。燃料の付着率Ｒは、燃料温度、吸気管圧力に応じて有意に変化することから、付着率Ｒを算出した後に、燃料温度、吸気管圧力に基づいて補正することで、より正確な付着率Ｒを算出することができる。
【００６５】
そして、本実施例１のエンジン１は、吸気ポート８に付着した付着燃料量（ｆｗｋ＋１）を、燃料挙動モデルの（１）式に基づき、前回インジェクタ３００が噴射した燃料噴射量（ｆｉｋ）に、内燃機関の運転状態より算出した付着率Ｒを掛けあわせたものと、前回の吸気ポートへの付着燃料量（ｆｗｋ）に内燃機関の運転状態より算出した蒸発率Ｐから求めた残留付着燃料率（１−Ｐ）を掛けあわせたものとを加えることで算出することができる。
【００６６】
更に、本実施例１のエンジン１は、吸気ポート８に付着したエタノール燃料のうち、次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料量（ｆｖｋ＋２）を、燃料挙動モデルの（２）式に基づき、算出した吸気ポート８への付着燃料量（ｆｗｋ＋１）に、内燃機関の運転状態より算出した蒸発率Ｐを掛けあわせることで算出することができる。
【００６７】
また、本実施例１のエンジン１は、エンジン冷却水温Ｔｗの検出結果が燃料中のエタノールの蒸発開始温度からエタノールの沸点７８．３２℃までの間と、エタノールの沸点から燃料の沸点までの間とにおける蒸発燃料量を算出することができる。これによって、付着燃料中のガソリンの蒸発量が少なく、かつエタノールの蒸発量が最も多いときの蒸発燃料量の変化量を求めることができるために、燃料中のエタノール含有率を精度よく算出することができる。
【００６８】
そして、本実施例１のエンジン１は、前回算出したエタノール含有率と、今回算出したエタノール含有率との差分が収束するまでエタノール含有率の算出を繰り返すことによって、より正確なエタノール含有率を算出することができる。
【００６９】
更に、本実施例１のエンジン１は、吸気ポート８近傍のエンジン冷却水温Ｔｗを検出することで、吸気ポート８壁面の温度を検出することができる。本実施例では、エンジン冷却水温Ｔｗを検出することで吸気ポート８の壁面温度を検出しているが、Ｔｗの検出場所を吸気ポート８近傍にすることによって、より正確に吸気ポート８の壁面温度を検出することができる。よって、エタノール燃料を使用する際の内燃機関の燃料噴射制御をより高精度に実行することができることから、車両の燃費の向上および排気エミッションの改善を達成することができる。
【実施例２】
【００７０】
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例のエンジン５０は、実施例１のエンジン１とほぼ同様の構成となっているが、エンジン５０は、噴射された燃料のうち吸気弁に付着する燃料量を算出する吸気弁付着燃料量算出手段と、吸気弁に付着した燃料のうち次回の燃料噴射までに蒸発する蒸発燃料量を算出する吸気弁蒸発燃料量算出手段と、吸気弁の壁面温度を検出する吸気弁壁面温度検出手段とを備え、吸気ポートおよび吸気弁への付着燃料の蒸発燃料率に基づいて燃料中のエタノール含有率を算出する点でエンジン１と相違している。
【００７１】
図５は、本発明の内燃機関の制御装置を組み込んだエンジン５０の概略構成を示した説明図である。なお、図５にはエンジンの１気筒の構成のみを示している。本実施例のエンジン５０は、実施例１と同様に車両内部にＥＣＵ１００を備えている。このＥＣＵ１００が、吸気弁付着燃料量算出手段と、吸気弁蒸発燃料量算出手段とに相当する。また、エンジン５０は吸気弁１２の近傍に吸気弁壁温センサ５００を備えている。吸気弁壁温センサ５００としては、赤外線等を用いて吸気弁１２の壁面温度Ｔｖを検出する非接触型のセンサを用いることができる。この吸気弁壁温センサ５００が、吸気弁の壁面温度を検出する吸気弁壁面温度検出手段に相当する。これによって、吸気ポート壁面への付着燃料の蒸発挙動のみならず、吸気弁壁面への付着燃料の蒸発挙動も考慮して、より高精度に燃料中のエタノール含有率を算出することができる。
【００７２】
また、本実施例のエンジン５０は、吸気ポート８と吸気弁１２との付着燃料の蒸発燃料率Ｐ、Ｐｖに基づいて燃料中のエタノール含有率を算出する。これによって、蒸発燃料量の算出処理を省略することができるために、エタノール含有率の算出処理をより簡略化することができる。
【００７３】
つづいて、ＥＣＵ１００の制御の流れに沿って、エンジン５０の動作を説明する。図６は、ＥＣＵ１００の処理の一例を示すフローチャートである。なお、実施例１と同様の処理については、その詳細な説明は省略する。実施例１と同様に、ＥＣＵ１００の制御は、エンジンの始動要求がされると、すなわちイグニッションスイッチがＯＮにされると開始する。
【００７４】
まず、ＥＣＵ１００はステップＳ１１で、前回イグニッションスイッチがＯＦＦされたときにＮＶＲＡＭに保存された燃料中のエタノール含有率の前回値ＡＬＣｏｌｄを読み込む。このように、燃料の給油後のエンジン始動時に給油前のエタノール含有率を認識することで、給油前のエタノール含有率を暫定値として給油後の新たなエタノール含有率を算出する処理を実行することができる。ＥＣＵ１００はステップＳ１１の処理を終えると、次のステップＳ１２へ進む。
【００７５】
ステップＳ１２で、ＥＣＵ１００は、水温センサ２８および吸気弁壁温センサ５００の検出結果からエンジン冷却水温Ｔｗ、吸気弁壁温Ｔｖを検出する。この処理を実行することによって、ＥＣＵ１００は吸気ポート８壁面および吸気弁１２壁面の温度を認識することができる。ＥＣＵ１００はステップＳ１２の処理を終えると、つづいてステップＳ１３へ進む。
【００７６】
ステップＳ１３で、ＥＣＵ１００は、エンジン冷却水温Ｔｗ、または吸気弁壁温Ｔｖが７８．３−α℃であるか否かを判断する。ここで、αは任意の数を適用することができ、７８．３−α℃は、燃料中のエタノールの蒸発開始温度からエタノールの沸点７８．３℃までの間を示すことができる。なお、エタノール含有率の算出精度をより高めるためには、可能な限りエタノールの沸点に近い温度での蒸発燃料率を算出することが好ましいため、αは小さい値を適用することが好ましい。エンジン冷却水温Ｔｗ、または吸気弁壁温Ｔｖが７８．３−α℃でない場合（ステップＳ１３／ＮＯ）、ＥＣＵ１００はステップＳ１５へ進む。エンジン冷却水温Ｔｗ、または吸気弁壁温Ｔｖが７８．３−α℃である場合（ステップＳ１３／ＹＥＳ）は、ＥＣＵ１００は次のステップＳ１４へ進む。
【００７７】
ステップＳ１４で、ＥＣＵ１００は、エンジン５０のエンジン回転数Ｎｅと、負荷率Ｋｌと、バルブタイミングＶＴと、エンジン冷却水温Ｔｗと、吸気弁壁温Ｔｖとを検出し、これらの検出結果に基づいて、ＥＣＵ１００内に予め記録されたマップを参照して吸気ポート８の付着燃料の蒸発率Ｐ１および吸気弁１２の付着燃料の蒸発率Ｐｖ１を算出する。ＥＣＵ１００はステップＳ１４の処理を終えると、つづいて次のステップＳ１５へ進む。
【００７８】
ステップＳ１３の判断がＮＯの場合、またはステップＳ１４の処理を終えたとき、ＥＣＵ１００はステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５で、ＥＣＵ１００は、エンジン冷却水温Ｔｗ、または吸気弁壁温Ｔｖが７８．３＋α℃であるか否かを判断する。ここで、αは任意の数を適用することができ、７８．３＋α℃は、燃料中のエタノールの沸点７８．３℃から燃料の沸点までの間を示すことができる。なお、エタノール含有率の算出精度をより高めるためには、可能な限りエタノールの沸点に近い温度での蒸発燃料率を算出することが好ましいため、αは小さい値を適用することが好ましい。エンジン冷却水温Ｔｗ、または吸気弁壁温Ｔｖが７８．３＋α℃でない場合（ステップＳ１５／ＮＯ）、ＥＣＵ１００は必要な情報をＮＶＲＡＭに保存して、制御の処理を終了する。エンジン冷却水温Ｔｗ、または吸気弁壁温Ｔｖが７８．３＋α℃である場合（ステップＳ１５／ＹＥＳ）は、ＥＣＵ１００は次のステップＳ１６へ進む。
【００７９】
ステップＳ１６で、ＥＣＵ１００は、エンジン５０のエンジン回転数Ｎｅと、負荷率Ｋｌと、バルブタイミングＶＴと、エンジン冷却水温Ｔｗと、吸気弁壁温Ｔｖとを検出し、これらの検出結果に基づいて、ＥＣＵ１００内に予め記録されたマップを参照して吸気ポート８の付着燃料の蒸発率Ｐ２および吸気弁１２の付着燃料の蒸発率Ｐｖ２を算出する。ＥＣＵ１００はステップＳ１６の処理を終えると、つづいて次のステップＳ１７へ進む。
【００８０】
ステップＳ１７で、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１４で算出した吸気ポート８の蒸発率Ｐ１と吸気弁１２の蒸発率Ｐｖ１とに基づいて、Ｔｗ＝７８．３−α℃のときの蒸発燃料率Ｐ１＋Ｐｖ１を算出する。同様に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１６で算出した吸気ポート８の蒸発率Ｐ２と吸気弁１２の蒸発率Ｐｖ２とに基づいて、Ｔｗ＝７８．３＋α℃のときの蒸発燃料率Ｐ２＋Ｐｖ２を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、算出したＴｗ＝７８．３−α℃のときの蒸発燃料率（Ｐ１＋Ｐｖ１）と、Ｔｗ＝７８．３＋α℃のときの蒸発燃料率（Ｐ２＋Ｐｖ２）との差分を求めることで、蒸発燃料率の変化量ＤＰを算出する。ステップＳ１７の処理を終えると、次のステップＳ１８へ進む。
【００８１】
ステップＳ１８で、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１７で算出した蒸発燃料率の変化量ＤＰに基づいて、ＥＣＵ１００内に予め記録されたマップを参照して燃料中のエタノール含有率を算出する。ＥＣＵ１００はステップＳ１８の処理を終えると、つづいて次のステップＳ１９へ進む。
【００８２】
ステップＳ１９で、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１８で算出した燃料中のエタノール含有率とステップＳ１１で読み込んだエタノール含有率の前回値との差分の絶対値が第１しきい値よりも小さいか否かを判断する。ここで、第１しきい値は、任意の小さい数を適用することができ、例えば０．１とすることができる。算出した燃料中のエタノール含有率と読み込んだエタノール含有率の前回値との差分が第１しきい値よりも小さい場合（ステップＳ１９／ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、燃料中のエタノール含有率の算出結果が正しい値に収束したと判断して、必要な情報をＮＶＲＡＭに保存し制御の処理を終了する。算出した燃料中のエタノール含有率と読み込んだエタノール含有率の前回値との差分が第１しきい値よりも大きい場合（ステップＳ１９／ＮＯ）は、ＥＣＵ１００は、エタノール含有率の算出結果がまだ正しい値に収束していないと判断して、次のステップＳ２０へ進む。
【００８３】
ステップＳ２０で、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１８で算出した燃料中のエタノール含有率を暫定値として、ステップＳ１２に戻り再び上記のエタノール含有率の算出処理を実行する。このように、燃料給油によって変化した燃料中のエタノール含有率を算出するときに、前回算出したエタノール含有率と、今回算出したエタノール含有率との差分が収束するまでエタノール含有率の算出を繰り返すことによって、より正確なエタノール含有率を算出することができる。なお、エタノール含有率の算出結果が収束しない場合、ＥＣＵ１００は、算出処理の開始から所定の時間が経過した際に、または算出処理が所定サイクル実行された際に、エタノール含有率の算出処理を終了することもできる。
【００８４】
以上のように、本実施例２のエンジン５０は、燃料中のエタノールの沸点前および沸点後における吸気ポート８壁面と吸気弁１２壁面への付着燃料の蒸発燃料率を内燃機関の運転状態に基づいて算出し、それら蒸発燃料率の算出結果の差分に基づいて燃料中のエタノール含有率をより高精度に算出することで、ガソリンとアルコールとの混合燃料を使用する内燃機関の空燃比を最適に制御することができる。このように、内燃機関の空燃比を最適に制御することで、車両の燃費の向上および排気エミッションの改善を達成することができる。
【００８５】
また、本実施例２のエンジン５０は、吸気ポート８と吸気弁１２との付着燃料の蒸発燃料率Ｐ、Ｐｖに基づいて燃料中のエタノール含有率を算出することで、蒸発燃料量の算出処理を省略することができるために、エタノール含有率の算出処理をより簡略化することができる。
【００８６】
なお、本実施例２のエンジン５０は、吸気弁壁温センサ５００を使用せずに、吸気弁１２の壁面温度を内燃機関の運転状態から推定することもできる。吸気弁壁温Ｔｖの温度変化量ΔＴｖは、燃焼ガス受熱量Ｑｂ、接触面受熱量Ｑｓ、燃料気化熱量Ｑｆ、吸気弁１２の開弁に伴って生ずる吸入ガス受熱量Ｑｇｉｎ、および吹き返し受熱量Ｑｇｂａｃｋにて表すことができる。このため、内燃機関の運転状態に基づいてこれらのパラメータを別個独立に推定し、それら推定値を統合することにより吸気弁１２が受ける総受熱量を精度よく算出することができる。このようにして算出された総受熱量に基づいて、吸気弁壁温Ｔｖを精度よく推定することもできる。
【００８７】
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】実施例１の内燃機関の制御装置を組み込んだエンジンの概略構成を示した説明図である。
【図２】エタノールとガソリンの蒸留挙動を示している。
【図３】実施例１のエンジンの１気筒の概略構成を示した説明図である。
【図４】実施例１のＥＣＵが行う制御のフローを示している。
【図５】実施例２の内燃機関の制御装置を組み込んだエンジンの概略構成を示した説明図である。
【図６】実施例２のＥＣＵが行う制御のフローを示している。
【符号の説明】
【００８９】
１  エンジン
１ａ  燃焼室
２  ピストン
３  クランクシャフト
５  クランク角センサ
８  吸気ポート
１０  排気ポート
１２  吸気弁
１３  吸気カムシャフト
１４  排気弁
１５  排気カムシャフト
１６  電動可変動弁機構（電動ＶＶＴ機構）
１７  電動モータ
１８  吸気カム角センサ
１９  油圧可変動弁機構（油圧ＶＶＴ機構）
２０  オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）
２１  排気カム角センサ
２８  水温センサ（吸気ポート壁面温度検出手段）
１００  ＥＣＵ（付着燃料量算出手段、蒸発燃料量算出手段、アルコール含有率算出手段）
３００  インジェクタ（燃料噴射手段）
５００  吸気弁壁温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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