(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、排気浄化触媒の活性状態に左右されることなく、また、燃費を悪化させることなくＮＯｘを浄化可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】本実施形態においては、排気浄化触媒２０の暖機中、排気浄化触媒２０よりも上流側の排気管１８において意図的に水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）を進行させる。水性ガスシフト反応は、その活性化温度が約１５０℃であり、また、排気浄化触媒２０の存在に関係なく進行する。また、上記反応式に示したように、水性ガスシフト反応の生成物にはＨ２が含まれる。そのため、水性ガスシフト反応を進行させれば、Ｈ２の強力な還元機能によりＮＯｘを浄化できる。【選択図】図５
2014034882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクタと、
前記内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタと、
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒よりも上流側の排気通路において水性ガスシフト反応により生成させる目標Ｈ２濃度を算出する目標Ｈ２濃度算出手段と、
前記上流側の排気通路におけるＨ２Ｏ濃度を推定するＨ２Ｏ濃度推定手段と、
前記上流側の排気通路における目標ＣＯ濃度を、前記目標Ｈ２濃度と前記Ｈ２Ｏ濃度とを用いて算出する目標ＣＯ濃度算出手段と、
前記排気浄化触媒の暖機中、前記ポートインジェクタと前記筒内インジェクタとで噴き分ける燃料の噴き分け率を、前記目標ＣＯ濃度を用いて設定する噴き分け率設定手段と、
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】
前記内燃機関はアルコールを含む燃料を使用可能であり、
前記内燃機関に供給する燃料中のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段を更に備え、
前記Ｈ２Ｏ濃度推定手段は、前記アルコール濃度を用いて前記Ｈ２Ｏ濃度を推定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。
【請求項３】
前記内燃機関はアルコールを含む燃料を使用可能であり、
前記内燃機関に供給する燃料中のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段と、
前記上流側の排気通路におけるアルデヒド類濃度を、前記アルコール濃度を用いて推定するアルデヒド類濃度推定手段と、を備え、
前記目標Ｈ２濃度算出手段は、前記アルデヒド類濃度を用いて前記目標Ｈ２濃度を補正することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記上流側の排気通路における通路温度を取得する通路温度取得手段と、
前記上流側の排気通路における露点温度を、前記Ｈ２Ｏ濃度と前記通路温度とを用いて算出する露点温度算出手段と、を備え、
目標ＣＯ濃度算出手段は、前記露点温度と前記通路温度の差に応じて、前記目標ＣＯ濃度を補正することを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記上流側の排気通路における通路温度を取得する通路温度取得手段と、
前記上流側の排気通路における露点温度を、前記Ｈ２Ｏ濃度と前記通路温度とを用いて算出する露点温度算出手段と、を備え、
目標ＣＯ濃度算出手段は、前記露点温度と前記通路温度との連続的な比較において、前回比較時には前記露点温度が前記通路温度よりも高く、今回比較時には前記露点温度が前記通路温度よりも低い場合は、前記露点温度が前記通路温度よりも連続して高い場合に比して前記目標ＣＯ濃度を高濃度側に補正することを特徴とする請求項１乃至４何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記噴き分け率設定手段は、前記目標ＣＯ濃度が高くなるほど前記筒内インジェクタの分担割合が高くなるように前記噴き分け率を設定することを特徴とする請求項１乃至５何れか１項に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。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気中に含まれるＨＣ、ＣＯやＮＯｘを浄化する排気浄化触媒（三元触媒）をその排気管に設けた内燃機関が知られている。このような内燃機関に関し、例えば特許文献１には、空燃比を一時的にリーンに変動させた後に所定の弱リッチ領域とする空燃比制御を実行する内燃機関の制御装置が開示されている。上記空燃比制御は、吸気ポート内に取り付けたポートインジェクタからの燃料噴射量の増減により行われる。上記空燃比制御を実行することで、排気浄化触媒上での水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）を促進できる。水性ガスシフト反応を促進できれば還元剤としてのＨ２を多く生成できるので、排気浄化触媒上でのＮＯｘ浄化を促進できる。
【０００３】
また、ガソリン、アルコールまたはこれらの混合燃料で運転可能な内燃機関を搭載した車両が知られており、このような内燃機関を搭載した車両は一般にＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）と呼ばれている。また、吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクタと、気筒内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタと、を備えるデュアル噴射型の内燃機関が知られている。デュアル噴射型の内燃機関を搭載したＦＦＶに関し、例えば特許文献２には、機関温度が低いときに、燃料中のアルコール濃度が高くなるほどポートインジェクタからの燃料噴射割合を減じる燃料噴射制御を実行する内燃機関の制御装置が開示されている。そのため、機関温度が低いと噴射燃料が吸気ポートに付着し易い。またアルコールは、ガソリンに比して揮発性が低い。そのため、燃料中のアルコール濃度が高くなるほど上記吸気ポートへの燃料付着量が多くなる。この点、上記燃料噴射制御を実行すれば、このような不具合を良好に抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２３６４５０号公報
【特許文献２】特開２００９−１２１３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記空燃比制御では空燃比を所定の弱リッチ領域に制御するので、噴射燃料量の増加ひいては燃費の悪化に繋がるという問題がある。また、アルコールを燃焼すればＨ２Ｏが生成するので、燃料中のアルコール濃度が高くなるほど排出Ｈ２Ｏ量が増える。そのため、仮にＦＦＶにおいて上記空燃比制御を実行する場合、Ｈ２生成量を増やすべく噴射燃料量を増やせば、より一層燃費が悪化してしまう。また、上記空燃比制御は排気浄化触媒の活性を前提としているので、例えば機関始動直後で排気浄化触媒が未活性である場合には、制御自体が実行できないという問題もある。
【０００６】
本発明は、上述の課題に鑑みなされたものである。即ち、排気浄化触媒の活性状態に左右されることなく、また、燃費を悪化させることなくＮＯｘを浄化可能な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】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクタと、
前記内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタと、
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒よりも上流側の排気通路において水性ガスシフト反応により生成させる目標Ｈ２濃度を算出する目標Ｈ２濃度算出手段と、
前記上流側の排気通路におけるＨ２Ｏ濃度を推定するＨ２Ｏ濃度推定手段と、
前記上流側の排気通路における目標ＣＯ濃度を、前記目標Ｈ２濃度と前記Ｈ２Ｏ濃度とを用いて算出する目標ＣＯ濃度算出手段と、
前記排気浄化触媒の暖機中、前記ポートインジェクタと前記筒内インジェクタとで噴き分ける燃料の噴き分け率を、前記目標ＣＯ濃度を用いて設定する噴き分け率設定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関はアルコールを含む燃料を使用可能であり、
前記内燃機関に供給する燃料中のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段を更に備え、
前記Ｈ２Ｏ濃度推定手段は、前記アルコール濃度を用いて前記Ｈ２Ｏ濃度を推定することを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関はアルコールを含む燃料を使用可能であり、
前記内燃機関に供給する燃料中のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段と、
前記上流側の排気通路におけるアルデヒド類濃度を、前記アルコール濃度を用いて推定するアルデヒド類濃度推定手段と、を備え、
前記目標Ｈ２濃度算出手段は、前記アルデヒド類濃度を用いて前記目標Ｈ２濃度を補正することを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れか１つにおいて、
前記上流側の排気通路における通路温度を取得する通路温度取得手段と、
前記上流側の排気通路における露点温度を、前記Ｈ２Ｏ濃度と前記通路温度とを用いて算出する露点温度算出手段と、を備え、
目標ＣＯ濃度算出手段は、前記露点温度と前記通路温度の差に応じて、前記目標ＣＯ濃度を補正することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れか１つにおいて、
前記上流側の排気通路における通路温度を取得する通路温度取得手段と、
前記上流側の排気通路における露点温度を、前記Ｈ２Ｏ濃度と前記通路温度とを用いて算出する露点温度算出手段と、を備え、
目標ＣＯ濃度算出手段は、前記露点温度と前記通路温度との連続的な比較において、前回比較時には前記露点温度が前記通路温度よりも高く、今回比較時には前記露点温度が前記通路温度よりも低い場合は、前記露点温度が前記通路温度よりも連続して高い場合に比して前記目標ＣＯ濃度を高濃度側に補正することを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れか１つにおいて、
前記噴き分け率設定手段は、前記目標ＣＯ濃度が高くなるほど前記筒内インジェクタの分担割合が高くなるように前記噴き分け率を設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、ポートインジェクタと筒内インジェクタとで噴き分ける燃料の噴き分け率を、上記目標ＣＯ濃度を用いて設定できる。上記目標ＣＯ濃度は、上記目標Ｈ２濃度と上記Ｈ２Ｏ濃度とを用いて求められる。上記目標Ｈ２濃度は、上記上流側の排気通路における水性ガスシフト反応の進行により生成させるＨ２濃度の目標濃度である。また、上記Ｈ２Ｏ濃度は、上記上流側の排気通路におけるＨ２Ｏ濃度の推定値である。即ち、上記目標ＣＯ濃度は、水性ガスシフト反応の進行に必要なＣＯ濃度の目標値であり、上記噴き分け率は、上記上流側の排気通路において水性ガスシフト反応を進行するために必要な噴き分け率の目標値である。
ここで、水性ガスシフト反応は、排気浄化触媒のＮＯｘ浄化が活性化する温度（約３５０℃）よりも低温（約１５０℃）で進行する。そのため、第１の発明のように噴き分け率を設定すれば、排気浄化触媒よりも上流側の排気通路において水性ガスシフト反応を進行させ、生成したＨ２の還元機能により、ＮＯｘを浄化できる。従って、例えば排気浄化触媒が低温（約１５０℃）の場合であっても、排気中のＮＯｘを浄化できる。即ち、排気浄化触媒の活性状態に左右されることなく排気中のＮＯｘを浄化できる。
また、排気浄化触媒の暖機中は、筒内インジェクタから噴射した燃料がピストンや燃焼室壁に付着し、この付着燃料が不完全燃焼を起こし易くなるので、排気中にＣＯが排出される。そのため、第１の発明のような噴き分け率の設定によってＣＯを生成できれば、燃費を悪化させることなくＮＯｘを浄化できる。
【００１４】
第２の発明によれば、上記内燃機関に供給する燃料中のアルコール濃度を用いて上記Ｈ２Ｏ濃度を推定できる。アルコールはその分子内に水酸基（−ＯＨ）を有し、その燃焼によりＨ２Ｏを生成する。そのため、燃料中のアルコール濃度を用いれば、上記Ｈ２Ｏ濃度を高精度に推定できる。
【００１５】
アルコールが燃焼すると、中間生成物であるホルムアルデヒドやアセトアルデヒドが生成する場合もある。このようなアルデヒド類は、Ｈ２同様にＮＯｘ還元機能を有する。この点、第３の発明によれば、上記内燃機関に供給する燃料中のアルコール濃度を用いて、アルデヒド類の濃度を推定し、上記目標Ｈ２濃度を補正できる。従って、上記目標Ｈ２濃度を高精度に推定できる。
【００１６】
上記排気浄化触媒の暖機前においては、上記通路温度は外部環境の影響を受けており、露点温度以下となっている場合もある。このような場合には、上記上流側の排気通路に存在できる水蒸気量に余裕がなく、上記排気浄化触媒の暖機中にアルコールから生成したＨ２Ｏが凝縮する可能性がある。この点、第４の発明によれば、上記露点温度と上記通路温度の差に応じて、上記目標ＣＯ濃度を補正することができる。従って、上記上流側の排気通路での水蒸気量の変化を考慮しつつＮＯｘを浄化できる。
【００１７】
上述したように、上記排気浄化触媒の暖機前においては、上記通路温度が露点温度以下となっている場合もある。但し、上記通路温度は排気により上昇するので、上記通路温度が露点温度よりも高くなった場合には、上記上流側の排気通路の凝縮水が気化し始める。そのため、上記通路温度内のＨ２Ｏ量が一時的に増加する。この点、第５の発明によれば、露点温度と上記通路温度との連続的な比較において、前回比較時には上記露点温度が上記通路温度よりも高く、今回比較時には上記露点温度が上記通路温度よりも低い場合は、上記露点温度が上記通路温度よりも連続して高い場合に比して上記目標ＣＯ濃度を高濃度側に補正することができる。従って、上記通路温度内のＨ２Ｏ量が一時的に増加した場合にも、その増加分に応じたＣＯを生成してＮＯｘを浄化できる。
【００１８】
第６の発明によれば、上記目標ＣＯ濃度が高くなるほど上記筒内インジェクタの分担割合が高くなるように上記噴き分け率を設定することができるので、上述した不完全燃焼によるＣＯ生成を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１のシステム構成を示す図である。
【図２】触媒活性時間および排気温度と、燃料中のエタノール濃度との関係を示した図である。
【図３】ＮＯｘの５０％浄化温度と、触媒活性時間との関係を示した図である。
【図４】触媒上流排気管におけるＨ２濃度（Ｈ２量）と、ＮＯｘの５０％浄化温度との関係を示した図である。
【図５】実施の形態１における噴き分け率の設定手法を説明するための図である。
【図６】エタノール濃度と触媒活性時間との関係を示した図である。
【図７】ＮＯｘの５０％浄化温度と、触媒活性の短縮時間との関係を示した図である。
【図８】ＮＯｘの５０％浄化温度の必要向上代と、Ｈ２濃度との関係を示した図である。
【図９】燃料中のエタノール濃度と排気中のＨ２Ｏ濃度との関係を示した図である。
【図１０】必要Ｈ２濃度および必要Ｈ２Ｏ濃度と、必要ＣＯ濃度との関係を示した図である。
【図１１】噴き分け率とＣＯ濃度との関係を示した図である。
【図１２】実施の形態２における噴き分け率の設定手法を説明するための図である。
【図１３】燃料中のエタノール濃度と、排気中のアルデヒド類の濃度との関係を示した図である。
【図１４】排気中のアルデヒド類の濃度と、等還元能力のＨ２濃度との関係を示した図である。
【図１５】実施の形態３における噴き分け率の補正手法を説明するための図である。
【図１６】実施の形態３における噴き分け率の設定手法を説明するための図である。
【図１７】始動時温度差および積算吸入空気量と、凝縮水の発生割合との関係を示した図である。
【図１８】始動時温度差および積算吸入空気量と、凝縮水の蒸発割合との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
先ず、図１乃至図１１を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１のシステム構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、動力装置としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０は、ガソリン、エタノール（アルコール）またはこれらの混合燃料で運転可能に構成されている。尚、エンジン１０の気筒数および気筒配列は特に限定されない。
【００２１】
また、本実施形態のシステムは、吸気管１２（吸気ポート）内に燃料を噴射するポートインジェクタ１４と、エンジン１０の気筒内に各気筒内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタ１６とを備えている。つまり、燃料は、ポートインジェクタ１４からの噴射（以下、「ポート噴射」ともいう。）または筒内インジェクタ１６からの噴射（以下、「筒内噴射」ともいう。）により、エンジン１０に供給される。
【００２２】
また、本実施形態のシステムは、排気管１８に排気浄化触媒２０を備えている。排気浄化触媒２０は、これに流入する空燃比がストイキ付近の狭い範囲にある場合に排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの３成分を効率的に浄化する三元触媒である。
【００２３】
また、本実施形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０の入力側には、燃料供給手段（燃料タンクまたは燃料供給経路）に設置され、燃料中のエタノール濃度を検出可能なアルコール濃度センサ２２や、エンジン１０の制御に必要な各種のセンサが接続されている。一方、ＥＣＵ３０の出力側にはポートインジェクタ１４、筒内インジェクタ１６などの各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３０は、アルコール濃度センサ２２の出力を用い、後述する噴き分け率設定制御等の各種の制御を実行する。
【００２４】
［実施の形態１の特徴］
上述したように、排気浄化触媒２０によれば排気中のＮＯｘを浄化できる。しかしながら、排気浄化触媒２０のＮＯｘ浄化機能は約３５０℃で活性化する。そのため、例えばエンジン始動直後といった冷間時は排気浄化触媒２０の暖機が不十分で、ＮＯｘの浄化ができないという問題がある。従って、このような冷間時においては、上記ＮＯｘ浄化機能に頼らずにＮＯｘ浄化の低温活性を向上させる必要があると言える。
【００２５】
また、エタノールはガソリンに比べて燃焼速度が速く、排気温度が上昇し難い。そのため、エタノール含有燃料を用いる場合には、ガソリンのみを用いる場合に比して、排気浄化触媒２０の活性化に長時間を要するという問題もある。図２は、触媒活性時間（排気浄化触媒２０の活性化に要する時間をいう。以下同じ。）および排気温度と、燃料中のエタノール濃度との関係を示した図である。図２に示すように、排気温度はエタノール濃度０％（つまり、ガソリン１００％）の場合に最も高く（Ｅ０）、エタノール濃度が高くなるにつれて低くなる。また、触媒活性時間はエタノール濃度１００％の場合に最も長く（Ｅ１００）、エタノール濃度が低くなるにつれて短くなる。このことから、エタノール含有燃料を用いる場合は、上述した冷間時のＮＯｘ浄化が満足に行われないことが分かる。
【００２６】
また図３は、ＮＯｘの５０％浄化温度（排出ＮＯｘのうちの５０％を浄化できる排気浄化触媒２０の温度をいう。以下同じ。）と、触媒活性時間との関係を示した図である。仮に、排気浄化触媒２０の上記５０％浄化温度がαであるとする。そうすると、エタノール０％（Ｅ０）の場合、図中の要求活性時間でこの触媒温度αに到達できる。他方、エタノール１００％（Ｅ１００）の場合、エタノール０％（Ｅ０）の場合に比して触媒活性時間が長くなり、当該要求活性時間後の触媒温度は、αよりも低いβに留まる。従って、図２乃至図３から、エタノール含有燃料を用いる場合には、上記ＮＯｘ浄化の低温活性の向上が特に必要であると言える。
【００２７】
そこで、本実施形態においては、排気浄化触媒２０の暖機中、排気浄化触媒２０よりも上流側の排気管１８（以下、「触媒上流排気管」と称す。）において意図的に水性ガスシフト反応（ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２）を進行させることとしている。水性ガスシフト反応は、その活性化温度が約１５０℃であり、また、排気浄化触媒２０の存在に関係なく進行する。また、上記反応式に示したように、水性ガスシフト反応の生成物にはＨ２が含まれる。そのため、水性ガスシフト反応を進行させれば、Ｈ２の強力な還元機能によりＮＯｘを浄化できる。
【００２８】
図４は、触媒上流排気管におけるＨ２濃度（Ｈ２量）と、ＮＯｘの５０％浄化温度との関係を示した図である。図４に示すように、Ｈ２濃度を［Ｈ２］Ｅ１００αから［Ｈ２］Ｅ１００βへと上昇させれば、触媒温度がβであっても、排出ＮＯｘの５０％を浄化できる。つまり、触媒上流排気管で水性ガスシフト反応を進行させて、触媒上流排気管内のＨ２濃度を高めれば、排気浄化触媒２０が低温であっても、ＮＯｘの５０％を浄化できる。
【００２９】
［実施の形態１における噴き分け率設定手法］
本実施形態において、上記水性ガスシフト反応の進行は、噴き分け率設定制御を実行することにより行う。この噴き分け率設定制御においては、燃料中のエタノール濃度に応じて、ポート噴射と筒内噴射の間で行う噴射燃料の分担割合（つまり、噴き分け率）が設定される。この噴き分け率の設定手法について、図５乃至図１１を参照しながら説明する。図５は、実施の形態１における噴き分け率の設定手法を説明するための図である。尚、図５に示すフローは、ＥＣＵ３０において実行されるものであり、エンジン１０の始動後、排気浄化触媒２０の暖機が完了するまでの間、燃料噴射タイミング毎に繰り返し実行されるものとする。
【００３０】
図５においては、先ず、(i)エタノール濃度が検出される（ステップ１００）。(i)エタノール濃度は、アルコール濃度センサ２２の出力に基づいて検出される。(i)エタノール濃度は、エンジン１０の始動直後におけるアルコール濃度センサ２２の出力を用いて検出するが、始動前に取得した該出力を代用して検出してもよい。更には、排気ガスセンサの出力を用いた推定等、公知の手法により検出してもよい。
【００３１】
続いて、(ii)触媒活性の短縮時間（短縮すべき触媒活性時間をいう。以下同じ。）が算出される（ステップ１１０）。図６は、エタノール濃度と触媒活性時間との関係を示した図である。図６に示すように、(ii)触媒活性の短縮時間は、要求活性時間（エタノール濃度０％（Ｅ０）の場合の触媒活性時間）と、ステップ１００で検出した(i)エタノール濃度に対応する触媒活性時間の差として算出される。尚、図６の関係については、予めＥＣＵ３０内に記憶されているものとする。
【００３２】
続いて、(iii)触媒低温活性の必要向上代（ＮＯｘの５０％浄化温度の必要向上代をいう。以下同じ。）が算出される（ステップ１２０）。図７は、ＮＯｘの５０％浄化温度と、触媒活性の短縮時間との関係を示した図である。図７に示すように、(iii)触媒低温活性の必要向上代は、ステップ１１０で算出した(ii)触媒活性の短縮時間に対応するＮＯｘの５０％浄化温度γと、図３で説明した温度αとの差として算出される。尚、図７の関係については、図６同様、予めＥＣＵ３０内に記憶されているものとする。
【００３３】
続いて、(iv)Ｈ２濃度の必要増加代（必要Ｈ２濃度ともいう。以下同じ。）が算出される（ステップ１３０）。図８は、ＮＯｘの５０％浄化温度の必要向上代と、Ｈ２濃度との関係を示した図である。図８に示すように、(iv)Ｈ２濃度の必要増加代は、ステップ１２０で算出した(iii)触媒低温活性の必要向上代に対応するＨ２濃度［Ｈ２］Ｅ(i)γと、図４に示した濃度［Ｈ２］Ｅ０αとの差として算出される。尚、図８の関係については、図６同様、予めＥＣＵ３０内に記憶されているものとする。
【００３４】
続いて、(v)Ｈ２Ｏ濃度の必要増加代（必要Ｈ２Ｏ濃度ともいう。以下同じ。）が算出される（ステップ１４０）。図９は、燃料中のエタノール濃度と排気中のＨ２Ｏ濃度との関係を示した図である。エタノールは分子構造内に水酸基（−ＯＨ）を有するので、燃料中のエタノール濃度が高くなるほど排気中のＨ２Ｏ濃度が高くなる。図９に示すように、(v)Ｈ２Ｏ濃度の必要増加代は、ステップ１００で検出した(i)エタノール濃度に対応するＨ２Ｏ濃度［Ｈ２Ｏ］Ｅ(i)と、エタノール濃度０％（Ｅ０）の場合のＨ２Ｏ濃度［Ｈ２Ｏ］Ｅ０との差として算出される。尚、図９の関係については、図６同様、予めＥＣＵ３０内に記憶されているものとする。
【００３５】
続いて、(vi)ＣＯ濃度の必要増加代（必要ＣＯ濃度ともいう。以下同じ。）が算出される（ステップ１５０）。ＣＯ濃度の必要増加代は、触媒上流排気管のＨ２ＯとＣＯとが過不足無く水性ガスシフト反応するために必要なＣＯ濃度である。図１０は、必要Ｈ２濃度および必要Ｈ２Ｏ濃度と、必要ＣＯ濃度との関係を示した図である。図１０に示すように、必要ＣＯ濃度（ｘ軸）は、必要Ｈ２Ｏ濃度（ｙ軸）および必要Ｈ２濃度（ｚ軸）によって決定される。即ち、(vi)ＣＯ濃度の必要増加代は、ステップ１３０で算出した(iv)Ｈ２濃度の必要増加代と、ステップ１４０で算出した(v)Ｈ２Ｏ濃度の必要増加代とを図１０の関係に適用することで決定される。尚、図１０の関係については、図６同様、予めＥＣＵ３０内に記憶されているものとする。
【００３６】
最後に、(vii)噴き分け率ＳＲが設定される（ステップ１６０）。図１１は、噴き分け率とＣＯ濃度との関係を示した図である。図１１に示すように、ＣＯ濃度は、筒内噴射の割合と比例関係にある。この理由は、冷間時に筒内噴射を行うと燃料がピストンや燃焼室壁に付着し、この付着燃料が不完全燃焼を起こし易くなるためで、筒内噴射の割合が高くなるほどＣＯ濃度も高くなる。また、図１１に示すように、ステップ１５０で求めた(vi)ＣＯ濃度の必要増加代は、噴き分け率ＳＲの前回値ＳＲ（ｋ−１）と今回値ＳＲ（ｋ）として表すことができる。よって、(vii)噴き分け率ＳＲの今回値ＳＲ（ｋ）は、ステップ１５０で求めた(vi)ＣＯ濃度の必要増加代と、前回値ＳＲ（ｋ−１）とから決定される。尚、図１１の関係については、図６同様、予めＥＣＵ３０内に記憶されているものとする。
【００３７】
以上、本実施形態によれば、上記のように設定した今回値ＳＲ（ｋ）で燃料噴射を行うことで、触媒上流排気管で水性ガスシフト反応を進行できる。従って、排気浄化触媒２０の暖機中、燃料中のエタノール濃度に関係なく、ガソリン１００％の燃料を用いる場合同様のＮＯｘ浄化特性を維持できる。
【００３８】
また、一般に、冷間時は排気中の水分量が多くなる傾向があり、各種センサの被水割れといった不具合を生じ易い。そのため、排気浄化触媒２０の暖機中の空燃比は、通常、ストイキよりもややリッチ側に設定される。この点、本実施形態では、水性ガスシフト反応により触媒上流排気管でのＨ２Ｏの消費を促進できる。よって、本実施形態によれば、当該暖機中の空燃比を、従来よりもストイキ側に設定できるので、更なる燃費向上を図ることも可能となる。
【００３９】
尚、上記実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が図５のステップ１００〜１３０の処理を実行することにより上記第１の発明における「目標Ｈ２濃度算出手段」が、同図のステップ１４０の処理を実行することにより上記第１の発明における「Ｈ２Ｏ濃度推定手段」に、同図のステップ１５０の処理を実行することにより上記第１の発明における「目標ＣＯ濃度算出手段」が、同図のステップ１６０の処理を実行することにより上記第１の発明における「噴き分け率設定手段」が、それぞれ実現されている。
また、上記実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が図５のステップ１００の処理を実行することにより上記第２の発明における「アルコール濃度取得手段」が実現されている。
【００４０】
実施の形態２．
次に、図１２乃至図１４を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態においては、図１のシステム構成において、図１２に示すフローにより噴き分け率を設定する点をその特徴とする。従って、システム構成の説明については省略する。また、図１２に示すフローの説明において上記実施の形態１と共通する処理についてはその説明を簡略化する。
【００４１】
［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１の噴き分け率設定制御においては、燃料中のエタノールの全てが燃焼してＨ２Ｏが生成するという前提のもと、必要Ｈ２Ｏ濃度等の算出を行った。しかしながら、エタノールがＨ２Ｏの状態で排出されるとは限らない。即ち、中間生成物であるホルムアルデヒドやアセトアルデヒド（以下、「アルデヒド類」と総称する。）の状態で排出されることがある。アルデヒド類は、Ｈ２同様にＮＯｘ還元機能を有する。そのため、Ｈ２によるＮＯｘ浄化の役割をこのアルデヒド類に担わせることができる。このような観点に基づき、本実施形態の噴き分け率設定制御においては、アルデヒド類の濃度を考慮することとしている。
【００４２】
［実施の形態２における噴き分け率設定手法］
図１２は、実施の形態２における噴き分け率の設定手法を説明するための図である。尚、図１２に示すフローは、図５に示したフロー同様、エンジン１０の始動後、排気浄化触媒２０の暖機が完了するまでの間、燃料噴射タイミング毎に繰り返し実行されるものとする。
【００４３】
図１２においては、先ず、(i)エタノール濃度が検出され（ステップ２００）、(ii)触媒活性の短縮時間が算出され（ステップ２１０）、(iii)触媒低温活性の必要向上代が算出され（ステップ２２０）、(iv)Ｈ２濃度の必要増加代が算出される（ステップ２３０）。これらのステップにおける処理は、図５のステップ１００〜１３０における処理と同一である。
【００４４】
ステップ２３０に続いて、(viii)アルデヒド類の濃度が推定される（ステップ２４０）。図１３は、燃料中のエタノール濃度と、排気中のアルデヒド類の濃度との関係を示した図である。図１３に示すように、(viii)アルデヒド類の濃度は、ステップ２００で検出した(i)エタノール濃度に基づいて推定される。尚、図１３の関係については、図６同様、予めＥＣＵ３０内に記憶されているものとする。
【００４５】
続いて、(ix)等還元能力のＨ２濃度（ＮＯｘ還元能力に基づいたアルデヒド類濃度のＨ２濃度換算値をいう。以下同じ。）が算出される（ステップ２５０）。図１４は、排気中のアルデヒド類の濃度と、等還元能力のＨ２濃度との関係を示した図である。図１４に示すように、(ix)等還元能力のＨ２濃度は、エタノール濃度０％（Ｅ０）の場合に排出されるアルデヒド類の濃度に基づいて算出した等還元能力のＨ２濃度［Ｈ２］Ｅ０α／ＣＶと、ステップ２３０で算出した(viii)アルデヒド類の濃度に対応する等還元能力のＨ２濃度［Ｈ２］Ｅ(i)γ／ＣＶとの差として算出される。尚、図１４の関係については、図６同様、予めＥＣＵ３０内に記憶されているものとする。
【００４６】
続いて、(x)Ｈ２濃度の必要増加代の補正値が算出される（ステップ２６０）。(x)Ｈ２濃度の必要増加代の補正値は、ステップ２３０で算出した(iv)Ｈ２濃度の必要増加代からステップ２５０で算出した等還元能力のＨ２濃度を差し引くことで算出される。
【００４７】
続いて、(v)Ｈ２Ｏ濃度の必要増加代が算出される（ステップ２７０）。本ステップにおける処理は、図５のステップ１４０における処理と同一である。
【００４８】
続いて、(vi)ＣＯ濃度の必要増加代が算出される（ステップ２８０）。本ステップにおける処理は、図５のステップ１５０における処理と基本的に同一である。即ち、本ステップにおいては、ステップ２６０で算出した(iv)Ｈ２濃度の必要増加代の補正値と、ステップ２７０で算出した(v)Ｈ２Ｏ濃度の必要増加代とを図１０の関係に適用することで決定される。
【００４９】
最後に、(vii)噴き分け率ＳＲの今回値ＳＲ（ｋ）が設定される（ステップ２９０）。本ステップにおける処理は、図５のステップ１６０における処理と基本的に同一である。即ち、(vii)噴き分け率ＳＲの今回値ＳＲ（ｋ）は、ステップ２８０で求めた(vi)ＣＯ濃度の必要増加代と、前回値ＳＲ（ｋ−１）とから決定される。
【００５０】
以上、本実施形態によれば、Ｈ２によるＮＯｘ浄化の役割をアルデヒド類に担わせることができる。従って、(x)Ｈ２濃度の必要増加代や、(vi)ＣＯ濃度の必要増加代を減らすことができる。即ち、上記実施の形態１に比して、筒内噴射の割合を低下させることができる。ここで、一般に、冷間時に筒内噴射の割合を高くすると、ピストンウェットが多くなりスモークが生じるという問題がある。この点、本実施形態によれば、筒内噴射の割合を低下できるので、ピストンウェットやそれに伴い生じるスモーク量を低減できる。
【００５１】
尚、上記実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が図１２のステップ２４０の処理を実行することにより上記第３の発明における「アルデヒド類濃度推定手段」が実現されている。
【００５２】
実施の形態３．
次に、図１５乃至図１８を参照しながら、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態においては、図１のシステムに、エンジン１０の冷却水温を検出する水温センサと、触媒上流排気管内の相対湿度を検出する湿度センサと、吸入空気量ＧＡを測定するエアフロメータとを追加した構成において、図１６に示すフローにより噴き分け率を設定する点をその特徴とする。従って、システム構成の説明については省略する。また、図１６に示すフローの説明において上記実施の形態１と共通する処理についてはその説明を簡略化する。
【００５３】
［実施の形態３の特徴］
上記実施の形態１や２の噴き分け率設定制御においては、制御実行中の燃料中のアルコールの燃焼により生成したＨ２Ｏが、水性ガスシフト反応において消費されるとした。しかし、Ｈ２Ｏは、エンジン１０の前回運転時にも生成しており、この生成Ｈ２Ｏの一部は制御開始前（つまり、エンジン１０の始動前）においても触媒上流排気管に残留していることが考えられる。
【００５４】
残留Ｈ２Ｏに関し、制御開始時点で触媒上流排気管に存在するＨ２Ｏは、制御開始前における触媒上流排気管の温度によって決まる。当該温度は、外部環境の影響を少なからず受ける。そのため、外部環境によっては、触媒上流排気管内のＨ２Ｏが水蒸気状態ではなく、凝縮水の状態で存在している場合があり得る。このような場合、触媒上流排気管内のＨ２Ｏ量が制御開始後（つまり、エンジン１０の始動後）に変化する可能性がある。そこで、本実施形態の噴き分け率設定制御においては、制御開始前後における触媒上流排気管内のＨ２Ｏ量の変化を考慮し、噴き分け率を補正することとしている。
【００５５】
図１５は、実施の形態３における噴き分け率の補正手法を説明するための図である。本図は、燃料中のエタノール濃度と筒内噴射比率との関係を、排気管温度（触媒上流排気管の温度）と関連付けて示した図である。図中に示す筒内噴射比率は、上述した噴き分け率と同義である。即ち、筒内噴射比率１００％とは筒内噴射のみで燃料供給を行うことを意味し、筒内噴射比率０％とはポート噴射のみで燃料供給を行うことを意味する。
【００５６】
図１５に示すように、（ａ）制御開始前の排気管温度が露点温度よりも高い場合（排気管温度＞露点温度）、触媒上流排気管内に存在できる水蒸気量に余裕があると言える。そのため、制御開始後におけるＨ２Ｏ濃度の必要増加代は、燃料中のエタノール濃度に比例して増加できると考えることができる（図９参照）。よって、この場合は、噴き分け率を補正せずに、燃料中のエタノール濃度に応じて筒内噴射比率を設定できる。
【００５７】
一方、（ｂ）制御開始前の排気管温度が露点温度以下の場合（排気管温度≦露点温度）、触媒上流排気管内に存在できる水蒸気量に余裕がなく、制御開始後にエタノールから生成したＨ２Ｏが凝縮する可能性があると考えることができる。よって、この場合は、Ｈ２Ｏ濃度の必要増加代が低下することが予想されることから、必要ＣＯ濃度を低めに設定するべく上記（ａ）の場合に比べて筒内噴射比率を低い値に補正する。
【００５８】
また、（ｃ）制御開始前の排気管温度が露点温度をまたいだ場合は、その直後、触媒上流排気管に発生していた凝縮水が気化し始める。凝縮水が気化すれば触媒上流排気管のＨ２Ｏ量が一時的に増加すると考えることができる。よって、この場合は、Ｈ２Ｏ濃度の必要増加代が一時的に高くなることが予想されることから、必要ＣＯ濃度を高めに設定するべく上記（ａ）の場合に比べて筒内噴射比率を高い値に補正する。
【００５９】
上記のように筒内噴射比率を補正することで、触媒上流排気管内の水蒸気量の変化を加味できる。よって、上記ＮＯｘ浄化の低温活性の向上を高精度に図ることができる。
【００６０】
［実施の形態３における噴き分け率設定手法］
図１６は、実施の形態３における噴き分け率の設定手法を説明するための図である。尚、図１６に示すフローは、図５に示したフロー同様、エンジン１０の始動後、排気浄化触媒２０の暖機が完了するまでの間、燃料噴射タイミング毎に繰り返し実行されるものとする。
【００６１】
図１６においては、先ず、(i)エタノール濃度が検出され（ステップ３００）、(ii)触媒活性の短縮時間が算出され（ステップ３１０）、(iii)触媒低温活性の必要向上代が算出され（ステップ３２０）、(iv)Ｈ２濃度の必要増加代が算出され（ステップ３３０）、(v)Ｈ２Ｏ濃度の必要増加代が算出される（ステップ３４０）。これらのステップにおける処理は、図５のステップ１００〜１４０における処理と同一である。
【００６２】
続いて、(xi)始動時温度差（エンジン始動時における排気管温度の露点温度とエンジン冷却水温との差をいう。以下同じ。）が算出される（ステップ３５０）。本ステップにおいて、エンジン冷却水温は、上記水温センサの出力に基づいて検出される。また、触媒上流排気管の露点温度は、上記湿度センサの出力と上記水温センサの出力とに基づいて算出される。
【００６３】
続いて、(xii)凝縮水の発生割合（触媒上流排気管に存在する水蒸気が凝縮する割合をいう。以下同じ。）が算出される（ステップ３６０）。図１７は、始動時温度差および積算吸入空気量と、凝縮水の発生割合との関係を示した図である。尚、図１７に示す積算ＧＡはエンジン１０の始動後における吸入空気量ＧＡの積算値である。また、この吸入空気量ＧＡには、上記エアフロメータにより測定された値が用いられる。図１７に示すように、凝縮水の発生割合は始動時温度差が大きいほど低くなる。また、凝縮水の発生割合は積算ＧＡが多いほど低くなる。(xii)凝縮水の発生割合は、ステップ３５０で検出した(xi)始動時温度差と、積算ＧＡとを図１７に示した関係に適用することで算出される。尚、図１７の関係については、図６同様、予めＥＣＵ３０内に記憶されているものとする。
【００６４】
続いて、(xiii)凝縮水の蒸発割合（触媒上流排気管に存在する凝縮水が蒸発する割合をいう。以下同じ。）が算出される（ステップ３７０）。図１８は、始動時温度差および積算吸入空気量と、凝縮水の蒸発割合との関係を示した図である。尚、図１８に示す積算ＧＡは図１７に示した積算ＧＡと同一である。図１８に示すように、凝縮水の蒸発割合は始動時温度差が小さいほど高くなる。また、凝縮水の蒸発割合は積算ＧＡが多いほど高くなる。(xiii)凝縮水の蒸発割合は、ステップ３５０で検出した(xi)始動時温度差と、積算ＧＡとを図１８に示した関係に適用することで算出される。尚、図１８の関係については、図６同様、予めＥＣＵ３０内に記憶されているものとする。
【００６５】
続いて、(xiv)Ｈ２Ｏ濃度の必要増加代の補正値が算出される（ステップ３８０）。(xiv)Ｈ２Ｏ濃度の必要増加代の補正値は、ステップ３４０で算出した(v)Ｈ２Ｏ濃度の必要増加代と、ステップ３６０で算出した(xii)凝縮水の発生割合と、ステップ３７０で算出した(xiii)凝縮水の蒸発割合とを用いて算出される。
【００６６】
続いて、(vi)ＣＯ濃度の必要増加代が算出される（ステップ３９０）。本ステップにおける処理は、図５のステップ１５０における処理と基本的に同一である。即ち、本ステップにおいては、ステップ３３０で算出した(iv)Ｈ２濃度の必要増加代と、ステップ３８０で算出した(xiv)Ｈ２Ｏ濃度の必要増加代の補正値とを図１０の関係に適用することで決定される。
【００６７】
最後に、(vii)噴き分け率ＳＲの今回値ＳＲ（ｋ）が設定される（ステップ４００）。本ステップにおける処理は、図５のステップ１６０における処理と基本的に同一である。即ち、(vii)噴き分け率ＳＲの今回値ＳＲ（ｋ）は、ステップ３９０で求めた(vi)ＣＯ濃度の必要増加代と、前回値ＳＲ（ｋ−１）とから決定される。
【００６８】
以上、本実施形態によれば、制御開始前後における触媒上流排気管内のＨ２Ｏ量の変化を考慮することができる。よって、上記ＮＯｘ浄化の低温活性を精度高く向上できる。
【００６９】
尚、上記実施の形態３においては、上記水温センサが上記第４の発明における「通路温度取得手段」に相当している。
また、上記実施の形態３においては、ＥＣＵ３０が図１８のステップ３５０の処理を実行することにより上記第４の発明における「露点温度算出手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００７０】
１０  エンジン
１２  吸気管
１４  ポートインジェクタ
１６  筒内インジェクタ
１８  排気管
２０  排気浄化触媒
２２  アルコール濃度センサ
３０  ＥＣＵ
【図１】
2014034882.tif 000003
【図２】
2014034882.tif 000004
【図３】
2014034882.tif 000005
【図４】
2014034882.tif 000006
【図５】
2014034882.tif 000007
【図６】
2014034882.tif 000008
【図７】
2014034882.tif 000009
【図８】
2014034882.tif 000010
【図９】
2014034882.tif 000011
【図１０】
2014034882.tif 000012
【図１１】
2014034882.tif 000013
【図１２】
2014034882.tif 000014
【図１３】
2014034882.tif 000015
【図１４】
2014034882.tif 000016
【図１５】
2014034882.tif 000017
【図１６】
2014034882.tif 000018
【図１７】
2014034882.tif 000019
【図１８】
2014034882.tif 000020