(57)【要約】  アルコールを含む燃料を使用する内燃機関において、その始動時における未燃ＨＣの排出量を低減させることのできる制御装置を提供する。  始動時の所定期間（以下、第１の所定期間）は、吸気上死点よりも進角側のタイミングで排気バルブを閉じるとともに、排気バルブを閉じてから吸気バルブを開くまでのマイナスオーバーラップを燃料のアルコール濃度に応じて大きくするように排気バルブの閉タイミング又は吸気バルブの開タイミングを制御する。そして、第１の所定期間に含まれる始動時の第２の所定期間は、マイナスオーバーラップ内に燃料噴射を開始するように燃料噴射時期を制御する。
2010052775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコールを含む燃料を筒内に直接噴射する内燃機関の制御装置において、
使用されている燃料のアルコール濃度に関係する情報を取得するアルコール濃度情報手段と、
始動時の所定期間（以下、第１の所定期間）は、吸気上死点よりも進角側のタイミングで排気バルブを閉じるとともに、前記排気バルブを閉じてから吸気バルブを開くまでのマイナスオーバーラップを燃料のアルコール濃度に応じて大きくするように前記排気バルブの閉タイミング又は前記吸気バルブの開タイミングを制御するバルブタイミング制御手段と、
前記第１の所定期間に含まれる始動時の第２の所定期間は、前記マイナスオーバーラップ内に燃料噴射を開始するように燃料噴射時期を制御する燃料噴射時期制御手段と、
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】
前記燃料噴射時期制御手段は、前記マイナスオーバーラップ内で燃料噴射が終了するように燃料噴射時期を制御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】
前記バルブタイミング制御手段は、前記排気バルブが閉じるクランク角の吸気上死点に対する進角量を燃料のアルコール濃度に応じて大きくするように前記排気バルブの閉タイミングを制御することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記第１の所定期間は始動１サイクル目以降或いは始動２サイクル目以降の期間であり、前記第２の所定期間は始動２サイクル目以降の期間であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射時期制御手段は、始動１サイクル目は、前記吸気バルブの開タイミングの近傍にて燃料噴射を開始するように燃料噴射時期を制御することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記第２の所定期間は、前記内燃機関の代表温度が所定温度に達するまでの期間であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記第２の所定期間は、前記内燃機関の排気通路に配置された触媒の代表温度が所定温度に達するまでの期間であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
燃料を筒内に直接噴射する内燃機関の制御装置において、
使用されている燃料の性状に関係する情報を取得し、使用されている燃料にアルコールが含まれているかどうか判定する燃料性状判定手段と、
燃料にアルコールが含まれている場合、始動時の所定期間（以下、第１の所定期間）は、吸気上死点よりも進角側のタイミングで排気バルブを閉じるとともに、前記排気バルブを閉じてから吸気バルブを開くように前記排気バルブの閉タイミング又は前記吸気バルブの開タイミングを制御するバルブタイミング制御手段と、
燃料にアルコールが含まれている場合、前記第１の所定期間に含まれる始動時の第２の所定期間は、前記排気バルブが閉じてから吸気バルブが開くまでのマイナスオーバーラップ内に燃料噴射を開始するように燃料噴射時期を制御する燃料噴射時期制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記燃料噴射時期制御手段は、前記マイナスオーバーラップ内で燃料噴射が終了するように燃料噴射時期を制御することを特徴とする請求項８記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記第１の所定期間は始動１サイクル目以降或いは始動２サイクル目以降の期間であり、前記第２の所定期間は始動２サイクル目以降の期間であることを特徴とする請求項８又は９記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記燃料噴射時期制御手段は、始動１サイクル目は、前記吸気バルブの開タイミングの近傍にて燃料噴射を開始するように燃料噴射時期を制御することを特徴とする請求項１０記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記第２の所定期間は、前記内燃機関の代表温度が所定温度に達するまでの期間であることを特徴とする請求項８乃至１１の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
前記第２の所定期間は、前記内燃機関の排気通路に配置された触媒の代表温度が所定温度に達するまでの期間であることを特徴とする請求項８乃至１１の何れか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し、詳しくは、アルコールを含む燃料を筒内に直接噴射する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料として、エタノール等のアルコールとガソリンとが混合した混合燃料が知られている。アルコールを含む燃料はガソリン用の内燃機関において使用することできる。ただし、アルコールとガソリンとでは性質に違いがあるため、アルコールを含む燃料を内燃機関で使用する場合には、その性質の違いを考慮した内燃機関の制御が求められる。例えば、特開２００６−２８３６３６号公報、特開平５−１５７４号公報、特開２００３−２８６８４８号公報、特開２００５−８３２１６号公報、特開２００８−１８０１０３号公報、特開２００７−１９８３０８号公報等の特許文献には、アルコールを含む燃料を使用する場合の内燃機関の制御に関する発明が開示されている。【０００３】
アルコールとガソリンとの性質の違いとして顕著なのが蒸留特性である。図６のグラフには、高濃度のエタノール混合燃料（Ｅ８５）の蒸留特性とガソリン（Ｅ０）の蒸留特性とを比較して示している。グラフの横軸は留出割合であり、縦軸は留出温度である。このグラフに示すように、アルコールを含む燃料はガソリンと比較して低温域での蒸発性がよくない。これは、アルコールはガソリンに比較して低沸点成分が少ないためである。【０００４】
アルコールの揮発性の低さは内燃機関の冷間始動時において特に問題になる。内燃機関の冷間始動時は、暖機完了後に比較して燃料の霧化が悪化するため、シリンダの壁面には燃焼に寄与しなかった未燃ＨＣが付着しやすい。シリンダ壁面に付着した未燃ＨＣは、ピストンの上昇によりかき上げられ、排気バルブが開いたときに燃焼ガスに含まれて排気通路に放出される。このため、冷間始動時に内燃機関から排出される燃焼ガスには、暖機完了時に比較して多くの未燃ＨＣが含まれることになる。燃料がアルコールを含む場合、特に、高濃度のアルコール混合燃料の場合には、その揮発性の低さにともなってシリンダ壁面への燃料の付着量が増加し、結果、内燃機関から排出される未燃ＨＣの量も増加してしまう。【０００５】
内燃機関の排気通路には、燃焼ガス中の有害成分を除去するための触媒が配置されている。この触媒はアルコールを含む燃料にも有効ではあるが、触媒は低温状態ではその浄化能力を十分に発揮することができない。そのため、内燃機関の冷間始動時のように触媒温度が低く触媒が未活性の状態では、燃焼ガス中に含まれる未燃ＨＣは十分に浄化されず大気中に放出されてしまう。冷間始動時の排気エミッションの悪化を防止するためには、アルコールを含む燃料を使用する内燃機関においても未燃ＨＣの排出量そのものを低減させることが求められている。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、アルコールを含む燃料を使用する内燃機関において、その始動時における未燃ＨＣの排出量を低減させることを目的とする。
【０００７】
本発明の１つ目の態様は、アルコールを含む燃料を筒内に直接噴射する内燃機関の制御装置である。この制御装置は使用されている燃料のアルコール濃度に関係する情報を取得する手段を備える。そのような情報は、燃料タンク内或いは燃料の供給系にアルコール濃度に応じた信号を出力するセンサを設けることで取得することができる。また、アルコール濃度によって理論空燃比が変化することから、空燃比制御に係る学習値をアルコール濃度に関係する情報として用いることもできる。或いは、車両の外部から、例えば、給油ステーションとの情報通信によって燃料のアルコール濃度に関係する情報を取得することもできる。
【０００８】
本発明の１つ目の態様によれば、制御装置は取得したアルコール濃度に関する情報を内燃機関の始動時におけるバルブタイミング制御と燃料噴射時期制御とに反映させる。バルブタイミングの制御に関しては、始動時の所定期間（第１の所定期間）、吸気上死点よりも進角側のタイミングで排気バルブを閉じる。そして、排気バルブを閉じてから吸気バルブを開くまでのマイナスオーバーラップを燃料のアルコール濃度に応じて大きくするように排気バルブの閉タイミング又は吸気バルブの開タイミングを制御する。燃料噴射時期の制御に関しては、第１の所定期間に含まれる始動時の第２の所定期間、マイナスオーバーラップ内に燃料噴射を開始するように燃料噴射時期を制御する。
【０００９】
このようなバルブタイミング制御及び燃料噴射時期制御が実施されることで、筒内に閉じ込められたガスの熱、特に初爆が完了した始動２サイクル目以降であれば燃焼ガスの熱によってアルコールを含む燃料の気化が促進される。また、マイナスオーバーラップを大きくするほど燃料が高温環境に晒される時間が長くなることから、燃料のアルコール濃度に応じてマイナスオーバーラップを大きくとることで、アルコール濃度の高低によって筒内での燃料の気化状況が変わってしまうことを抑えることができる。
【００１０】
なお、燃料噴射時期制御に関して好ましいのは、マイナスオーバーラップ内で燃料噴射が終了するように制御することである。吸気バルブが開く前に燃料噴射を終了することで、筒内ガスの熱による燃料の気化促進効果を高めることができる。
【００１１】
また、バルブタイミング制御に関して好ましいのは、排気バルブが閉じるクランク角の吸気上死点に対する進角量を燃料のアルコール濃度に応じて大きくするように排気バルブの閉タイミングを制御することである。排気バルブを早く閉じるほどマイナスオーバーラップ内での筒内ガスの圧縮効果は高くなり、それによる筒内ガス温度の上昇効果も高くなることから、燃料のアルコール濃度に応じて前記の進角量を大きくとることで、アルコール濃度の高低によって筒内での燃料の気化状況が変わってしまうことをより効果的に抑えることができる。
【００１２】
本発明の２つ目の態様は、燃料を筒内に直接噴射する内燃機関の制御装置である。この制御装置は使用されている燃料の性状に関係する情報を取得し、使用されている燃料にアルコールが含まれているかどうか判定する手段を備える。燃料にアルコールが含まれているかどうかは、所定の基準値を超える濃度のアルコールが含まれているかどうかによって判断してもよい。その場合の基準値は、アルコール濃度が未燃ＨＣの排出に与える影響を考慮して所望の制御結果が得られるように適合で決定すればよい。
【００１３】
本発明の２つ目の態様によれば、制御装置は前記の判定結果を内燃機関の始動時におけるバルブタイミング制御と燃料噴射時期制御とに反映させる。バルブタイミングの制御に関しては、使用されている燃料にアルコールが含まれている場合、始動時の所定期間（第１の所定期間）、吸気上死点よりも進角側のタイミングで排気バルブを閉じる。そして、排気バルブを閉じてから吸気バルブを開くように、すなわち、マイナスオーバーラップを設けるように排気バルブの閉タイミング又は吸気バルブの開タイミングを制御する。燃料噴射時期の制御に関しては、使用されている燃料にアルコールが含まれている場合、第１の所定期間に含まれる始動時の第２の所定期間、マイナスオーバーラップ内に燃料噴射を開始するように燃料噴射時期を制御する。
【００１４】
このようなバルブタイミング制御及び燃料噴射時期制御が実施されることで、燃料にアルコールが含まれていた場合には、筒内に閉じ込められたガスの熱、特に初爆が完了した始動２サイクル目以降であれば燃焼ガスの熱によって燃料中のアルコールの気化を促進することができる。
【００１５】
なお、燃料噴射時期制御に関して好ましいのは、マイナスオーバーラップ内で燃料噴射が終了するように制御することである。吸気バルブが開く前に燃料噴射を終了することで、筒内ガスの熱による燃料の気化促進効果を高めることができる。
【００１６】
ところで、マイナスオーバーラップ内に燃料噴射を開始することで得られる燃料の気化促進効果は、筒内に燃焼ガスが存在している状況において特に高くなる。したがって、本発明の各態様に共通して第１の所定期間として好ましいのは、始動１サイクル目以降或いは始動２サイクル目以降の期間であり、第２の所定期間として好ましいのは始動２サイクル目以降の期間である。その場合、始動１サイクル目の燃料噴射時期に関して好ましいのは、吸気バルブの開タイミングの近傍にて燃料噴射を開始することである。
【００１７】
また、マイナスオーバーラップ内で燃料噴射を行う場合、内燃機関の暖気が進むにつれてノッキングが発生しやすくなる可能性が高くなる。したがって、第２の所定期間として好ましいのは、内燃機関の代表温度が所定温度に達するまでの期間である。内燃機関の代表温度は水温でもよいし油温でもよい。若しくは、排気温度をもって内燃機関の代表温度としてもよい。所定温度については、ノッキングの発生の可能性とマイナスオーバーラップ内での燃料噴射を終了した場合の未燃ＨＣの発生量とのバランスを考慮して決定することが好ましい。
【００１８】
また、内燃機関の始動後、排気ガスからの熱供給を受けて触媒の温度は上昇していき、やがて触媒の排気浄化能力は活性する。触媒の排気浄化能力が活性化していれば、内燃機関からの排出ガスに未燃ＨＣが含まれている場合であっても、それは触媒において浄化することができる。したがって、第２の所定期間としては、触媒の代表温度が所定温度に達するまでの期間とするのも好ましい。この場合の所定温度については、好ましくは、触媒の活性温度を基準にして決定する。触媒の温度は触媒床温をセンサで計測したものでもよいし、始動からの排気ガスの温度履歴や内燃機関の運転状態の履歴から計算した推定温度でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の制御装置を適用可能な内燃機関の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行される噴射・バルブタイミング制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる冷間始動時の噴射・バルブタイミングを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる温間時の噴射・バルブタイミングを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる冷間始動時の噴射・バルブタイミングを示す図である。
【図６】燃料の蒸留特性を示す図である。
【符号の説明】
【００２０】
４  シリンダヘッド
６  シリンダブロック
８  ピストン
１０  燃焼室
１２  吸気バルブ
１４  排気バルブ
１６  点火プラグ
２２  可変動弁装置
２４  可変動弁装置
３０  吸気ポート
３２  排気ポート
３４  インジェクタ
５０  ＥＣＵ
５２  アルコール濃度センサ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施の形態１．
以下、図１乃至図４を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。【００２２】
図１は本実施の形態において本発明の制御装置が適用される内燃機関の概略図である。この内燃機関は火花点火式の４ストロークエンジンである。内燃機関は内部にピストン８が配置されたシリンダブロック６と、シリンダブロック６に組み付けられたシリンダヘッド４を備えている。ピストン８の上面からシリンダヘッド４までの空間は燃焼室１０を形成している。そして、この燃焼室１０に連通するようにシリンダヘッド４には吸気ポート３０と排気ポート３２が形成されている。【００２３】
吸気ポート３０と燃焼室１０との接続部には、吸気ポート３０と燃焼室１０との連通状態を制御する吸気バルブ１２が設けられている。吸気バルブ１２には、そのバルブタイミングを作用角と併せて変化させることができる可変動弁装置２２が備えられている。また、排気ポート３２と燃焼室１０との接続部には、排気ポート３２と燃焼室１０との連通状態を制御する排気バルブ１４が設けられている。排気バルブ１４には、その作用角は一定のままでバルブタイミングのみを変化させる可変動弁装置２４が備えられている。なお、本発明の実施にあたっては可変動弁装置２２，２４の仕組みには限定はない。バルブタイミング可変機構やリフト量／作用角可変機構といった機構を用いるシステムの他、吸気バルブ或いは排気バルブを開閉させるカムをモータによって駆動するモータ駆動式のシステムや、吸気バルブ或いは排気バルブをソレノイドによって開閉させる電磁駆動式のシステムであってもよい。【００２４】
燃焼室１０には点火プラグ１６とインジェクタ３４が取り付けられている。インジェクタ３４の配置からも分かるように、本実施の形態にかかる内燃機関は筒内に燃料を直接噴射する筒内直噴型内燃機関である。また、本実施形態にかかる内燃機関は、アルコールとガソリンの混合燃料を使用可能な内燃機関でもある。インジェクタ３４には、図示しない燃料ポンプによって燃料タンクに貯留されている燃料が供給されるようになっている。燃料タンク或いは燃料パイプには燃料のアルコール濃度に応じた信号を出力するアルコール濃度センサ５２が取り付けられている。なお、本実施の形態ではアルコールとしてエタノールが用いられているものとする。【００２５】
本実施形態にかかる内燃機関の制御は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって行われる。本実施の形態では、このＥＣＵ５０の一つの機能として本発明の制御装置が成立している。ＥＣＵ５０の出力側には前述の可変動弁装置２２，２４、インジェクタ３４、点火プラグ１６等の種々のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、前述のアルコール濃度センサ５２からの信号の他、クランク角信号、水温信号、スタータ信号等の種々の信号が入力されている。ＥＣＵ５０は、これらの入力信号に基づいて所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。【００２６】
本実施の形態は、ＥＣＵ５０により実行される内燃機関の制御のうち、始動時の燃料噴射時期制御とバルブタイミング制御とに特徴がある。図２は、本実施の形態においてＥＣＵ５０により実行される噴射・バルブタイミング制御の内容をフローチャートで示したものである。以下、始動時に実行される噴射・バルブタイミング制御の内容について説明する。【００２７】
最初のステップＳ２では、スタータ信号のオン／オフが判定される。スタータ信号が入力されていない場合には本ルーチンは終了となり、スタータ信号が入力されたらステップＳ４以降の処理が行われる。スタータ信号のオンによってスタータによる内燃機関のクランキングが開始されるが、それと同時に本ルーチンによる噴射・バルブタイミング制御も開始されることになる。【００２８】
ステップＳ４では、現在使用されている燃料のエタノール濃度がアルコール濃度センサ５２の信号に基づいて推定される。そして、推定エタノール濃度と所定の閾値濃度Ａとの大小関係が判定される。推定エタノール濃度が閾値濃度Ａ以下の場合には本ルーチンは終了となって通常の噴射・バルブタイミング制御が実行される。推定エタノール濃度が閾値濃度Ａを越えていれば、ステップＳ６以降の処理が行われる。なお、閾値濃度Ａの具体的な値は設計者の設計思想に応じて任意に設定することができる。例えば、アルコール濃度センサ５２の信号の誤差を考慮して、エタノールが確実に混合していると判断できる値を閾値濃度Ａとしてもよい。或いは、本ルーチンによる冷間始動時の噴射・バルブタイミング制御の有無が燃料の気化状況に与える影響について実験し、その効果が顕著に表れるようになるエタノール濃度を閾値濃度Ａとして用いてもよい。【００２９】
ステップＳ６では、始動１サイクル目における燃料噴射時期の設定が行われる。始動１サイクル目で設定される燃料噴射時期Ｂは、吸気バルブの開タイミングの近傍にて燃料噴射が開始されるような設定になっている。これは、吸気ポート３０から燃焼室１０内に流れ込む空気の流れを利用して燃料を攪拌し、その気化を促進するためである。本発明の実施にあたっては始動１サイクル目のバルブタイミングについての限定はない。ここでは、排気バルブ１４のバルブタイミングについては最進角位置に設定されているものとし、吸気バルブ１２のバルブタイミングについてはその開タイミングが吸気上死点よりもやや進角側になる位置に設定されているものとする。【００３０】
次のステップＳ８では、初爆完了フラグの取得が行われる。初爆の完了判定は本ルーチンと併行して別のルーチンで行われている。初爆の完了判定は始動１サイクル目が終了したか否かの判定でもある。初爆が完了したか否かは、クランク角信号から計算されるクランク軸の回転角度から判断することができる。クランク軸の回転角度が初爆に必要な回転速度を超えたらインジェクタ３４から初爆用燃料が噴射される。この初爆用燃料が噴射されるサイクルが始動１サイクル目である。初爆の完了が判定されるとフラグが立つ。ステップＳ１０では、この初爆完了フラグがオンになったかどうかが判定される。初爆完了フラグがオンになるまで、ステップＳ８及びステップＳ１０の処理が繰り返し行われる。【００３１】
初爆完了フラグがオンになった場合、次に、ステップＳ１２において温度判定が行われる。ここでは、内燃機関の代表温度が所定の閾値温度Ｃ未満かどうかが判定される。代表温度としては水温、油温、排気温度等が挙げられるが、ここでは内燃機関の水温センサによって得られる水温を代表温度として用いる。閾値温度Ｃは内燃機関の暖気が完了したと判断できる温度である。水温が閾値温度Ｃ未満の場合には、後述するステップＳ１４及びステップＳ１６の処理が行われる。一方、水温が閾値温度Ｃ以上になっている場合には、本ルーチンによる冷間始動時の噴射・バルブタイミング制御は終了して通常の、つまり、温間時の噴射・バルブタイミング制御が行われる。【００３２】
図３及び図４は本実施の形態において採られる噴射・バルブタイミングを示す図である。図３に示すのがステップＳ１４及びステップＳ１６で設定される冷間始動時の噴射・バルブタイミングであり、図４に示すのが温間時の噴射・バルブタイミングである。各図中、ＥＶＯは排気バルブ１４の開タイミング、ＥＶＣは排気バルブ１４の閉タイミング、ＩＶＯは吸気バルブ１２の開タイミング、ＩＶＣは吸気バルブ１２の閉タイミングをそれぞれ表している。また、区間ＩＮＪは燃料噴射の開始タイミングから終了タイミングまでの区間、すなわち、燃料噴射時期を示している。【００３３】
水温が閾値温度Ｃ未満の場合、ステップＳ１４において始動２サイクル目以降のバルブタイミングの設定が行われる。図３に示されるのが始動２サイクル目以降のバルブタイミングの設定Ｄである。図３では、ＥＶＣは吸気上死点よりも進角側の位置に設定され、ＩＶＯは吸気上死点よりも遅角側の位置に設定されている。図３に示すバルブタイミングの設定によれば、排気バルブ１４が閉じてから吸気バルブ１２が開くまでの所謂マイナスオーバーラップが生じる。ステップＳ１４では、ステップＳ４で取得したエタノール濃度に応じてマイナスオーバーラップの大きさを決定し、決定したマイナスオーバーラップを実現するようにＥＶＣ及びＩＶＯを制御する。また、ステップＳ１４では、吸気上死点に対するＥＶＣの進角量と、吸気上死点に対するＩＶＯの遅角量とがほぼ等しくなるようにＥＶＣ及びＩＶＯを制御する。なお、ＩＶＯに関しては、吸気バルブ１２の作用角を縮小するのと連動してＩＶＯを遅角させる。【００３４】
また、水温が閾値温度Ｃ未満の場合、ステップＳ１６において始動２サイクル目以降の燃料噴射時期の設定が行われる。図３に示されるのが始動２サイクル目以降の燃料噴射時期の設定Ｅである。図３では、ＥＶＣの後に燃料噴射が開始され、ＩＶＯの前に燃料噴射が終了するように燃料噴射時期が設定されている。ステップＳ１６では、ステップＳ１４で決定されるマイナスオーバーラップの大きさに基づき、マイナスオーバーラップ内で燃料噴射を開始し、マイナスオーバーラップ内で燃料噴射を終了するように燃料噴射時期を制御する。ただし、燃料噴射量によっては必要な燃料噴射期間がマイナスオーバーラップよりも長くなることも起こりうる。その場合には、マイナスオーバーラップ内で燃料噴射を開始することを優先し、燃料噴射の終了時期がマイナスオーバーラップからはみ出ることについては許容する。なお、燃料噴射の開始時期として好ましいのは、筒内ガスの圧縮によって筒内温度が最も高くなる吸気上死点の近傍である。【００３５】
ステップＳ１２乃至ステップＳ１６の処理は、水温が閾値温度Ｃに達するまで繰り返し行われる。ステップＳ１４及びステップＳ１６による噴射・バルブタイミング制御が実施されることで、筒内に閉じ込められた燃焼ガスの熱によって燃料の気化が促進される。また、マイナスオーバーラップを大きくするほど燃料が高温環境に晒される時間が長くなることから、燃料のエタノール濃度に応じてマイナスオーバーラップを大きくとることで、エタノール濃度の高低によって筒内での燃料の気化状況が変わってしまうことを抑えることができる。【００３６】
ステップＳ１２において水温が閾値温度Ｃに達したと判定されたら、バルブタイミングの設定と燃料噴射時期の設定のそれぞれが図４に示す設定へと変更される。具体的には、ＥＶＣは吸気上死点よりもやや遅角側の位置に変更され、ＩＶＯは吸気上死点よりもやや進角側の位置に変更される。特にＩＶＯに関しては、吸気バルブ１２の作用角を拡大するのと連動してＩＶＯを進角させる。また、ＥＶＣ後の吸気行程において燃料噴射が開始されるように燃料噴射時期が変更される。このように噴射・バルブタイミングを変更するのは、高温環境下での燃料噴射によってノッキングが誘発されるのを防止するためと、バルブタイミングを適正化して燃費を向上させるためである。したがって、水温判定に用いる閾値温度Ｃは、図３に示す設定を継続した場合のノッキングの発生の可能性と図４に示す設定へ切り替えた場合の未燃ＨＣの発生量とのバランスを考慮して決定することが望ましい。【００３７】
以上説明した燃料噴射時期制御とバルブタイミング制御とを内燃機関の始動時に行うことによって、燃料の筒内での気化を促進してシリンダ壁面への燃料の付着を抑えることができる。したがって、本実施の形態の制御装置によれば、エタノール等のアルコールを含む燃料が使用されている場合であっても、始動時における未燃ＨＣの排出量を低減させることができる。【００３８】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図５を参照して説明する。【００３９】
本発明の実施の形態２としての制御装置は、実施の形態１と同様に図１に示す構成の内燃機関に適用される。したがって、以下の説明では、実施の形態１と同じく図１に示す構成を前提にして説明を行うものとする。【００４０】
本実施の形態は、冷間始動時に採られる噴射・バルブタイミングの設定に特徴がある。本実施の形態によれば、図２に示すルーチンのステップＳ１４及びステップＳ１６で設定される噴射・バルブタイミングは図５に示すような設定となる。図５では、ＩＶＯは吸気上死点の近傍に設定され、ＥＶＣは吸気上死点よりも大きく進角された位置に設定されている。つまり、ピストン８が上昇している区間にマイナスオーバーラップが取られている。燃料噴射時期はこのマイナスオーバーラップ内の吸気上死点に近い位置に設定されている。【００４１】
図５に示すバルブタイミングの設定によれば、ＥＶＣの後にピストン８によって圧縮された筒内ガスはＩＶＯにおいて吸気ポート３０に吹き返されことになる。このため、ピストン８による圧縮仕事は損失になってしまう。しかしながら、その一方で、筒内ガスの圧縮による筒内ガス温度の上昇効果が高くなることから、マイナスオーバーラップ内での燃料噴射により得られる燃料の気化促進効果は向上する。本実施の形態では、ステップＳ４で取得したエタノール濃度に応じてマイナスオーバーラップの大きさを決定し、決定したマイナスオーバーラップを実現するようにＥＶＣの進角量を制御する。エタノール濃度に応じてＥＶＣの進角量を大きくとってマイナスオーバーラップを大きくすることで、エタノール濃度の高低によって筒内での燃料の気化状況が変わってしまうことをより効果的に抑えることができる。【００４２】
その他．
本発明は上述の実施の形態には限定されない。実施の形態１及び２には本発明にかかる「アルコール濃度に関係する情報を取得する手段」、「燃料性状を判定する手段」、「燃料噴射時期を制御する手段」及び「バルブタイミングを制御する手段」が具現化されているが、そこに開示されている構成はこれらの手段が採り得る構成の一例にすぎない。各手段の機能を実現することが可能な全ての構成がそれら各手段の範囲に含まれる。【００４３】
アルコール濃度に関係する情報を取得する手段に関して言えば、アルコール濃度に関係する情報は空燃比制御に係る学習値から得ることもできる。アルコール濃度によって理論空燃比が変化すると、その変化は空燃比センサの出力値に基づくフィードバック制御量に反映される。フィードバック制御量から得られた学習値はメモリに記憶されているので、その値をスタータ信号のオン時に読み込むことによって使用されている燃料のアルコール濃度を推定することができる。また、給油ステーションと車両との間で通信が可能であって、給油ステーションが燃料のアルコール濃度に関する情報を提供している場合には、その情報を受信するのでもよい。【００４４】
また、図３或いは図５に示す噴射・バルブタイミングの設定は、始動２サイクル目からではなく始動１サイクル目から取ってもよい。ただし、燃料噴射時期に関しては、始動１サイクル目はＩＶＯの近傍に設定にしておき始動２サイクル目から図３或いは図５に示すタイミングに切り替えるのが好ましい。マイナスオーバーラップでの筒内ガスの圧縮による筒内ガス温度の上昇効果はあるものの、始動１サイクル目は筒内に燃焼ガスが存在しないため、マイナスオーバーラップ内での燃料噴射による気化促進効果は限定されるためである。【００４５】
また、噴射・バルブタイミングの設定を図４に示す設定に切り替える時期は、水温ではなくて触媒温度から判断してもよい。内燃機関の始動後、排気ガスからの熱供給を受けて触媒の温度は上昇していき、やがて触媒の排気浄化能力は活性する。触媒の排気浄化能力が活性化していれば、内燃機関からの排出ガスに未燃ＨＣが含まれている場合であっても、それは触媒において浄化することができる。したがって、触媒温度が活性温度に達したら噴射・バルブタイミングの設定を温間時の設定に切り替え、未燃ＨＣの抑制は触媒に委ねるようにしてもよい。なお、触媒の温度はセンサによって直接計測してもよいし、排気温度や運転状態等の触媒温度に関連する情報に基づいて計算で求めてもよい。
【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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【国際調査報告】
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