(57)【要約】【課題】  ＦＦＶ用デュアル噴射型内燃機関において、低温始動性を改善すると共に、通常運転時の噴射形態を最適化する。【解決手段】  筒内噴射用インジェクタ１１と吸気通路噴射用インジェクタ６とを備え、燃料としてアルコールとガソリンとを使用可能なＦＦＶ用デュアル噴射型内燃機関において、始動時、燃料のアルコール濃度が所定濃度以上で且つエンジン温度が所定温度以下のとき、筒内噴射用インジェクタ１１のみにより燃料噴射を実行させる。圧縮熱による燃料の蒸発促進等により燃料と空気とのミキシングが良好になり、低温始動性が改善される。また、通常運転時、エンジンが所定の噴き分け領域にあるとき、両インジェクタ１１，６の燃料噴射量分担比率をアルコール濃度に応じて補正する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを備え、燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能な内燃機関の始動制御装置であって、
前記燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
エンジン温度又は空気温度を検出する温度検出手段と、
検出されたアルコール濃度が所定濃度以上で且つ検出されたエンジン温度又は空気温度が所定温度以下のとき、前記吸気通路噴射用インジェクタを停止して前記筒内噴射用インジェクタにより燃料噴射を実行させるインジェクタ制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
前記インジェクタ制御手段が前記吸気通路噴射用インジェクタを停止して前記筒内噴射用インジェクタにより燃料噴射を実行させるとき、検出されたアルコール濃度に応じて噴射圧を制御する噴射圧制御手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項３】
筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを備え、燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能な内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
前記燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、
エンジン運転状態が所定の噴き分け領域にあるか否かを判定する判定手段と、
エンジン運転状態が前記噴き分け領域にあると判定されたとき、前記筒内噴射用インジェクタと前記吸気通路噴射用インジェクタとの燃料噴射量の分担比率を検出されたアルコール濃度に応じて補正する補正手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記補正手段が、検出されたアルコール濃度が高いほど前記筒内噴射用インジェクタが分担する燃料噴射量が多くなるように前記分担比率を補正することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の始動制御装置及び燃料噴射制御装置に係り、特に、筒内に向けて燃料を噴射する筒内噴射用インジェクタと、吸気通路または吸気ポート内に向けて燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタとを備え、燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能な内燃機関の始動制御装置及び燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタと、吸気通路または吸気ポート内に燃料を噴射する吸気通路噴射用インジェクタとを備えたいわゆるデュアル噴射型の内燃機関が知られている（例えば特許文献１参照）。この種の内燃機関では、エンジンの運転状態に応じてインジェクタを切替えて使用することができ、例えば、低負荷運転領域での成層燃焼と高負荷運転領域での均質燃焼を実現させたり、１噴射行程における全燃料噴射量をそれぞれのインジェクタで分担する噴き分けを行ったりして、その時々のエンジンの運転状態に適した好ましい特性を得るようにしている。
【０００３】
一方、近年、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おり、このシステムを搭載した自動車などの車両（ＦＦＶ; Flexible Fuel Vehicle）では、ガソリンは勿論のこと、アルコールとガソリンとの混合燃料、またはアルコールのみで走行が可能なようになっている（例えば特許文献２参照）。このＦＦＶで使用する燃料のアルコール濃度（含有率）は、燃料補給の際のユーザー事情等により、０％（ガソリンのみ）から１００％（アルコールのみ）の間で変化する。一般に、アルコール燃料は、ガソリン燃料に比較して、低温で気化しにくい、蒸気圧が低い、気化潜熱が高い、引火点が高いなどの特性を有しており、アルコール濃度が高いと低温始動性が悪化するという問題がある。この対策として、ヒータ、発熱素子などの加熱装置や超音波発生装置をインジェクタに設けて燃料の気化を促進したり、吸入空気を加熱するなどして始動性を向上させる技術が知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１８５２４２号公報
【特許文献２】特開平５−８６９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記ＦＦＶ用エンジンに筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを装備してエンジンをデュアル噴射型とし、このエンジンに対し実験を行ったところ、次のような問題があることが判明した。まず、低温始動性について、燃料噴射を吸気通路噴射用インジェクタによる吸気通路噴射とした場合、燃料が高アルコール濃度であると低温始動性が良くないことが判明した。次に、通常運転時、エンジンのある運転領域で噴き分けを行い、このときガソリン１００％の燃料を前提として予め定められた分担比率で各インジェクタから燃料噴射を行うと、燃料が高アルコール濃度の場合にこれが必ずしも最適とはならないことが判明した。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、かかる問題を解決し、低温始動性を改善することができるＦＦＶ用デュアル噴射型内燃機関の始動制御装置、及び通常運転時に最適な噴射形態が得られるＦＦＶ用デュアル噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明に係る内燃機関の始動制御装置は、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを備え、燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能な内燃機関の始動制御装置であって、前記燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、エンジン温度又は空気温度を検出する温度検出手段と、検出されたアルコール濃度が所定濃度以上で且つ検出されたエンジン温度又は空気温度が所定温度以下のとき、前記吸気通路噴射用インジェクタを停止して前記筒内噴射用インジェクタにより燃料噴射を実行させるインジェクタ制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
燃料が高アルコール濃度である場合、高アルコール濃度でない場合に比べてガソリンの軽質分が減少し、蒸気圧も低くなるので、燃料が低温で気化しにくい。従って、この場合の低温始動を吸気通路噴射で行うと、噴射された燃料が吸気通路内壁等に付着し、蒸発気化しないで残留しやすい。これに対し、上記構成にあっては、アルコール濃度が所定濃度以上で且つエンジン温度又は空気温度が所定温度以下のとき、吸気通路噴射用インジェクタを停止して筒内噴射用インジェクタにより燃料噴射を実行させるので、噴射された燃料が必ずシリンダ内に取り込まれること、圧縮熱等により燃料の蒸発が促進されること、筒内噴射の方が吸気通路噴射より噴射圧が高圧で燃料の微粒化が促進されること、燃料と空気とのミキシングが良好になることなどの理由により、低温始動性が改善される。ここで、エンジン温度はエンジンの冷却水温又は油温をその代表値とすることができ、空気温度は吸気温又は外気温をその代表値とすることができる。
【０００９】
また、前記インジェクタ制御手段が前記吸気通路噴射用インジェクタを停止して前記筒内噴射用インジェクタにより燃料噴射を実行させるとき、検出されたアルコール濃度に応じて噴射圧を制御する噴射圧制御手段をさらに備えるのが好ましい。
【００１０】
アルコール混合ガソリン燃料の場合、燃料が高アルコール濃度であるほど燃料の重質分割合が減少し、気化特性が良くなる。よって直噴（筒内噴射）ガソリンエンジンの低温始動に際して見られるような、高噴射圧でのプラグへのかぶりやスモーク等といったデメリットが減じられ、噴射圧を高めることができる。噴射圧を高めるほど微粒化が促進され、始動性改善に有利である。従って、検出されたアルコール濃度に応じて噴射圧を制御する上記構成によれば、さらに低温始動性を改善することができる。
【００１１】
一方、上記目的を達成するための本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとを備え、燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能な内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段と、エンジン運転状態が所定の噴き分け領域にあるか否かを判定する判定手段と、エンジン運転状態が前記噴き分け領域にあると判定されたとき、前記筒内噴射用インジェクタと前記吸気通路噴射用インジェクタとの燃料噴射量の分担比率を検出されたアルコール濃度に応じて補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
アルコールが混合されたガソリン燃料の場合、アルコール濃度が高くなるにつれ重質分が少なくなり、気化特性が向上し、筒内噴射のミキシング不良が発生しにくくなる。よって筒内噴射用インジェクタと吸気通路噴射用インジェクタとの燃料噴射量の分担比率をアルコール濃度に応じて補正することにより、燃料に適した好適な分担比率で噴き分けを行うことができる。
【００１３】
ここで、前記補正手段が、検出されたアルコール濃度が高いほど前記筒内噴射用インジェクタが分担する燃料噴射量が多くなるように前記分担比率を補正するのが好ましい。
【００１４】
前述したように、燃料中のアルコール濃度が高くなるにつれ気化特性が向上し、筒内噴射のミキシング不良が発生しにくくなる。よって筒内噴射の噴射比率を高めることができる。それ故、アルコール濃度が高いほど筒内噴射用インジェクタが分担する燃料噴射量が多くなるように分担比率を補正することで、さらに好適な分担比率で噴き分けを行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、低温始動性を改善することができるＦＦＶ用デュアル噴射型内燃機関の始動制御装置、及び通常運転時に最適な噴射形態が得られるＦＦＶ用デュアル噴射型内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することができるという、優れた効果が発揮される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適一実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態にかかる内燃機関の制御装置を示す。図示されるエンジン１はＦＦＶ用デュアル噴射型内燃機関であり、本実施形態では４気筒であるが、気筒数に特に制限は無い。これら気筒毎に筒内噴射用インジェクタ１１と吸気通路噴射用インジェクタ６とが設けられている。
【００１８】
各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から電制スロットル弁３の制御を受けて、サージタンク４および吸気通路５を介して空気が吸入される。吸気通路５は、エンジン１のシリンダヘッドに気筒毎に形成された吸気ポートと、これら吸気ポートに連通してシリンダヘッドに取り付けられる吸気マニホールドとを含む。そして、吸気通路５に燃料を噴射するように、電磁式の吸気通路噴射用インジェクタ６が気筒毎に設けられている。本実施形態の吸気通路噴射用インジェクタ６は、吸気ポート、特にその出口部に向けて燃料噴射を行うように指向及び構成されている。この噴射された燃料は空気と混合して筒内燃焼室に比較的均質な混合気を形成する。吸気通路噴射用インジェクタ６は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）３０から出力されるオン信号により開弁し、燃料を噴射し、ＥＣＵ３０から出力されるオフ信号により閉弁し、燃料噴射を停止する。
【００１９】
他方、筒内燃焼室に直接燃料を噴射するように、電磁式の筒内噴射用インジェクタ１１が気筒毎に設けられている。本実施形態の筒内噴射用インジェクタ１１は、吸気行程及び圧縮行程のいずれか一方又は両方で燃料噴射を行うものであり、圧縮行程噴射の場合、上昇してくるピストンの頂部の凹部に向けて燃料を噴射し、凹部内面に沿うタンブル状の流れを生成する過程で燃料と空気とを混合させ、点火プラグ７付近に比較的リッチな混合気層を形成するように指向及び構成されている。筒内噴射用インジェクタ１１も吸気通路噴射用インジェクタ６と同様、ＥＣＵ３０から出力されるオン信号により開弁し、燃料を噴射し、ＥＣＵ３０から出力されるオフ信号により閉弁し、燃料噴射を停止する。
【００２０】
かかる二つの噴射形態の一方又は両方により、燃焼室に形成された混合気は、ＥＣＵ３０からの点火信号に基づき、点火プラグ７により点火されて、燃焼する。エンジン１からの排気は排気通路８を通じて排出される。排気通路８には、エンジン１のシリンダヘッドに気筒毎に形成された排気ポートと、これら排気ポートに連通してシリンダヘッドに取り付けられる排気マニホールドとが含まれる。排気マニホールドの下流側には排気浄化用の触媒９が配設され、触媒９の下流側には排気管が接続されている。吸気ポートの出口及び排気ポートの入口はそれぞれ図示しない吸気弁及び排気弁により開閉される。
【００２１】
各吸気通路噴射用インジェクタ６及び各筒内噴射用インジェクタ１１には、燃料タンク１０に貯留された燃料が燃料供給系１２を介して供給される。ここで本実施形態のエンジン１は、燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能となっており、従って燃料タンク１０には、所定のアルコール濃度を有する燃料が貯留される。この燃料は、ガソリン１００％のときもあるし、メタノール、エタノール等のアルコールがガソリンに混合された混合燃料の場合もあるし、さらにはアルコール１００％の場合もある。燃料タンク１０にどのような燃料が給油されるかは、例えば、ユーザがどのようなガソリンスタンドが利用可能かなどといったユーザの使用環境に依存することが多い。
【００２２】
燃料供給系１２は、各筒内噴射用インジェクタ１１に共通に接続された筒内側デリバリパイプ１３と、各吸気通路噴射用インジェクタ６に共通に接続された吸気側デリバリパイプ１７と、これらデリバリパイプ１３，１７に燃料タンク１０内の燃料を供給するための燃料供給管１６と、燃料供給管１６に燃料タンク１０内の燃料を送り込むための低圧燃料ポンプ１４とを備える。燃料供給管１６は途中で分岐されて各デリバリパイプ１３，１７に接続され、この分岐部と筒内側デリバリパイプ１３との間の位置に高圧燃料ポンプ１５が設けられる。この高圧燃料ポンプ１５は、低圧燃料ポンプ１４により送られてきた燃料を筒内側デリバリパイプ１３に圧送し、筒内側デリバリパイプ１３内の燃料圧即ち筒内噴射用インジェクタ１１の噴射圧を比較的高圧となるまで高める。高圧燃料ポンプ１５は制御弁を有してその吐出流量がＥＣＵ３０により制御される。この吐出流量の制御により筒内噴射の噴射圧が制御されることになる。筒内側デリバリパイプ１３内の燃料を燃料タンク１０に積極的に回収するための燃料回収系１８も設けられる。この燃料回収系１８にはリリーフバルブ２０が設けられ、リリーフバルブ２０はＥＣＵ３０により開閉制御され、エンジン運転時には通常閉とされる。
【００２３】
燃料供給系１２には、燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度検出手段をなすアルコール濃度センサ２１が設けられている。本実施形態のアルコール濃度センサ２１は、燃料の誘電率に基づいてアルコール濃度を検出する静電容量式のものが用いられている。しかしながら、アルコール濃度センサ２１として、燃料の屈折率に基づいてアルコール濃度を検出する光学式のものも使用可能である。本実施形態ではアルコール濃度センサ２１は燃料供給管１６の分岐部の上流側に設けられている。また筒内側デリバリパイプ１３には、その内部にある燃料の圧力を検出する燃料圧力センサ２３が設けられている。
【００２４】
ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサ類からの入力信号を受け、これに基づいて所定の演算処理を行い、筒内噴射用インジェクタ１１、吸気通路噴射用インジェクタ６、点火プラグ７、電制スロットル弁３の駆動モータ１９、低圧燃料ポンプ１４、高圧燃料ポンプ１５、リリーフバルブ２０等を制御する。
【００２５】
前記センサ類には、前述のアルコール濃度センサ２１及び燃料圧力センサ２３が含まれる。また、これら以外に以下のものも含まれる。すなわち、エンジン１にはそのクランク位相を検出するためのクランクセンサ２４が設けられる。クランクセンサ２４は、所定のクランク位相間隔でパルス信号を出力する。このパルス信号に基づいてＥＣＵ３０はエンジン１の実際のクランク位相を検知すると共に、回転速度を演算する。
【００２６】
また、吸気温を検出する吸気温センサ２６、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ２７、スロットル弁３の開度を検出するスロットルポジションセンサ２８、エンジン１の冷却水温（以下単にエンジン水温という）を検出する水温センサ２９、及びスロットル弁３下流の吸気通路５内の圧力を検出する吸気圧センサ２５が前記センサ類に含まれる。ここで吸気圧センサ２５の出力値は吸入空気量やエンジン負荷の算出等に利用されるが、このような算出を行うために、吸気圧センサ２５に代わって空気量センサを設けたり、両者を併用したりすることができる。
【００２７】
次に、以上の構成からなる内燃機関の制御装置に関し、ＥＣＵ３０により行なわれる制御を以下に説明する。まず基本ないしベースとなる制御について説明する。
【００２８】
通常運転時の燃料噴射制御に関し、ＥＣＵ３０のメモリ（ＲＯＭ）には、エンジン１の運転状態（本実施形態ではエンジンの回転速度と負荷）に関連付けられた基本の燃料噴射量（基本噴射量という）のマップが予め記憶されており、ＥＣＵ３０は、クランクセンサ２４の出力信号に基づき演算された実際の回転速度と、吸気圧センサ２５の出力信号に基づき演算された実際の負荷とから、マップを参照して基本噴射量を算出する。この場合、マップに入力されている基本噴射量は、燃料がガソリン１００％でエンジンが同一回転速度及び負荷で定常運転されているときに排気空燃比が理論空燃比（＝約１４．９）となるような値である。
【００２９】
詳しくは後述するが、ＥＣＵ３０は、基本噴射量の算出を終えた後、所定の補正を行って、最終的に噴射すべき燃料噴射量（最終噴射量という）を決定する。そしてこの最終噴射量と所定の分担率αとを用いて、筒内噴射用インジェクタ１１と吸気通路噴射用インジェクタ６とがそれぞれ噴射すべき燃料噴射量を決定する。ここで分担率αとは、本実施形態の場合、全最終噴射量のうち筒内噴射用インジェクタ１１が噴射する燃料噴射量の割合のことをいう。例えば分担率α＝７０（％）の場合、筒内噴射用インジェクタ１１から噴射される燃料噴射量の割合は最終噴射量のうちの７０％、吸気通路噴射用インジェクタ６から噴射される燃料噴射量の割合は最終噴射量のうちの３０（％）（＝１００−α（％））であり、筒内噴射量と吸気通路噴射量との分担比率は７：３である。当然、分担率α＝１００（％）の場合、分担比率は１０：０であって、最終噴射量の全てが筒内噴射用インジェクタ１１から噴射される。
【００３０】
こうして各インジェクタの燃料噴射量が決定されたら、これら燃料噴射量を各インジェクタの通電時間に換算する。そして、エンジン運転状態に応じて定まる目標噴射時期の到来と同時に、当該通電時間だけ、対応するインジェクタをオンする。これによりインジェクタが開弁され、最終噴射量相当の燃料が噴射される。
【００３１】
目標噴射時期は、前述の基本噴射量マップと同様の噴射時期マップを参照して前記同様に決定される。また目標点火時期も同様に決定され、この目標点火時期に一致させて点火プラグ７による点火が実行される。筒内側デリバリパイプ１３内の燃料圧即ち筒内噴射の噴射圧は、前述の基本噴射量マップと同様の噴射圧マップを参照してフィードバック制御される。即ち、検出されたエンジン運転状態（本実施形態では回転速度と負荷）に対応する噴射圧の目標値がマップから算出され、燃料圧力センサ２３の検出値がこの目標値に一致するように高圧燃料ポンプ１５が制御される。電制スロットル弁３の開度制御は、基本的には、スロットルポジションセンサ２８の出力値がアクセル開度センサ２７の出力値に応じた値となるように駆動モータ１９を制御するフィードバック制御である。なお吸気側デリバリパイプ１７内の燃料圧は基本的に制御されず一定である。従って吸気通路噴射用インジェクタ６による噴射圧も基本的には一定である。この吸気通路噴射圧は筒内噴射圧よりも低い。
【００３２】
本実施形態においては、燃料噴射量に対するアルコール濃度補正を実行するためのアルコール濃度補正手段が設けられている。これは、燃料のアルコール濃度が高いほど噴射量当たりの熱量が下がり、燃料噴射量を増加する必要があるからである。ＥＣＵ３０には、燃料のアルコール濃度とアルコール濃度補正係数Ｋとの関係で表されるマップが記憶されている。このマップでは、燃料のアルコール濃度が０％のとき（即ち燃料がガソリン１００％であるとき）、アルコール濃度補正係数Ｋが１であり、燃料のアルコール濃度が０％から大きくなるに従って（即ち燃料のうちのガソリンの割合が減少するに従って）、アルコール濃度補正係数Ｋが１から増大される。そして、アルコール濃度センサ２１によって検出された実際の燃料のアルコール濃度に対応したアルコール濃度補正係数Ｋが当該マップから求められ、この補正係数Ｋを前記基本噴射量に乗じることにより、燃料のアルコール濃度に基づく燃料噴射量の補正が実行される。なお、当該アルコール濃度と燃料噴射量の補正量（即ちアルコール濃度補正係数Ｋ）とは単純な比例関係とはならない。その理由は、確かに燃料のアルコール濃度が高いほど噴射量当たりの熱量が下がり、燃料噴射量を増量補正する必要があるものの、その一方でアルコール濃度が高くなると燃料の吸気ポート等への付着量やオイルへの希釈量が減少し、これが補正量を減少する方向に働くからである。
【００３３】
次に、基本となる始動制御について説明する。エンジン始動に際しては、スタータモータによるクランキング中、通常運転時とは異なる別個の始動用燃料噴射量が筒内噴射用インジェクタ１１又は吸気通路噴射用インジェクタ６から噴射される。そして初爆の後、エンジン回転速度が上昇して所定速度に達したとき、始動制御が終了し、エンジン制御はエンジン回転速度を所定のアイドル回転速度に保とうとするアイドル制御に移行する。この始動制御の終了を規定する閾値となる回転速度は、クランキング回転速度より高く、暖機後のアイドル回転速度より低い値とすることができる。
【００３４】
この始動制御に関し、ＥＣＵ３０のメモリ（ＲＯＭ）にはエンジン温度（本実施形態ではその代用値としてのエンジン水温）に関連付けられた基本の始動用燃料噴射量（基本始動噴射量）のマップが予め記憶されており、ＥＣＵ３０は、水温センサ２９により検出された実際のエンジン水温からマップを参照して基本始動噴射量を算出する。この場合、マップに入力されている基本始動噴射量は、燃料がガソリン１００％であることを前提とする。従ってこの算出された基本始動噴射量に前述のようなアルコール濃度補正を行って最終的な始動用燃料噴射量（最終始動噴射量）を算出している。なおこの例ではエンジン水温に基づいて基本始動噴射量を算出するが、他のエンジン温度の代用値（例えばエンジン油温）又は直接エンジン温度に基づいて基本始動噴射量を算出してもよい。
【００３５】
さて、次に、本発明の実施形態に係る始動制御の特徴点について説明する。
【００３６】
「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、燃料が高アルコール濃度である場合に燃料噴射を吸気通路噴射とすると、始動時間が長くなったりして低温始動性が良くないことが判明した。
【００３７】
これに対し、かかる場合に、燃料噴射を筒内噴射とすると低温始動性が改善されることが判明した。これは次の理由による。
【００３８】
燃料が高アルコール濃度である場合、高アルコール濃度でない場合に比べてガソリンの軽質分が減少し、蒸気圧も低くなる（つまり気化潜熱が高くなる、引火点が高くなる）ので、燃料が低温で気化しにくい。従って、この場合の低温始動時に吸気通路噴射を行うと、噴射された燃料が吸気通路特に吸気ポート内壁等に付着し、蒸発気化しないでそのまま内壁に液体状態で残留しやすい。つまり、燃料がシリンダ内に混合気として取り込まれるのが比較的困難となる。
【００３９】
これに対し、燃料が高アルコール濃度のときの低温始動時において筒内噴射を行えば、噴射された燃料が必ずシリンダ内に取り込まれること、圧縮熱やピストン等からの受熱により燃料の蒸発が促進されること、筒内噴射の方が吸気通路噴射より噴射圧が高圧で燃料の微粒化が促進されること、燃料と空気とのミキシングが良好になることなどの理由により、低温始動性が良好となる。従って、本実施形態では、燃料が高アルコール濃度のときの低温始動は筒内噴射によって行うこととしている。
【００４０】
前述したように、従来、燃料が高アルコール濃度であるときの低温始動性を向上するために燃料や吸入空気の加熱等を行っていたが、本実施形態によればこのような加熱等を行う装置を別途設けなくて済むという利点がある。即ち、デュアル噴射型内燃機関において本来的に存在する筒内噴射用インジェクタを利用して、燃料が高アルコール濃度のときの低温始動性を改善できる点が一つの特徴である。
【００４１】
図４は、本実施形態における始動時噴射形態を各アルコール濃度及び温度別に示した表である。始動時噴射形態は、本実施形態ではエンジン水温Ｔｗに応じて区分されている。ただし他の温度（例えば吸気温、外気温、油温等）に応じて区分されても良い。図中、「低温」とは、エンジン水温ＴｗがＴｗ≦Ｔｗ１の範囲にあることをいう。ここでＴｗ１は所定の閾値（第１閾値）であり、本実施形態では０℃である。「常温」とは、エンジン水温ＴｗがＴｗ１＜Ｔｗ≦Ｔｗ２の範囲にあることをいう。Ｔｗ２も所定の閾値（第２閾値）であり、本実施形態では２０℃である。「高温」とは、エンジン水温ＴｗがＴｗ２＜Ｔｗの範囲にあることをいう。なお本実施形態において、単に低温といったときには、「常温」も含めたエンジン水温ＴｗがＴｗ２以下の場合のことをいう。
【００４２】
「低アルコール濃度」及び「高アルコール濃度」とは、それぞれ、燃料のアルコール濃度が所定の閾値（本実施形態では５０％）以下の場合及びそれより高い場合であることをいう。図から理解されるように、燃料が「高アルコール濃度」の場合、始動時噴射形態は「低温」及び「常温」の場合（つまり低温始動時）において筒内噴射である。また「高温」の場合も同様に始動時噴射形態は筒内噴射である。換言すれば、燃料が「高アルコール濃度」のときはエンジン水温に拘わらず始動時噴射形態は筒内噴射である。
【００４３】
他方、燃料が「低アルコール濃度」の場合、始動時噴射形態は「低温」及び「常温」のとき（つまり低温始動時）は吸気通路噴射である。この理由は、燃料が低アルコール濃度の場合、気化しにくいガソリンの重質分を燃料が多く含むため、筒内噴射とすると、スモークやミキシング不良が発生しやすく、また高噴射圧による点火プラグへのかぶり等が発生しやすくなるからである。一方、「高温」のときはこのような問題がないので始動時噴射形態は筒内噴射である。
【００４４】
なお、従来は、燃料が「高アルコール濃度」の場合であって「低温」及び「常温」のとき、「低アルコール濃度」の場合と同様に吸気通路噴射を行っていた。しかしながら、この吸気通路噴射では低温始動性が良好ではなく、これを筒内噴射に変えることで低温始動性が改善されることが実機試験等を通じて確認された。
【００４５】
次に、本実施形態に係るエンジンの始動制御を図２に基づき説明する。図示される制御ルーチンはＥＣＵ３０により実行され、キースイッチ等のイグニッションスイッチがオンされたと同時に開始される。
【００４６】
まず最初のステップＳ１０１では、アルコール濃度センサ２１により燃料のアルコール濃度Ｌが検出され、水温センサ２９によりエンジン水温Ｔｗが検出される。
【００４７】
次のステップＳ１０２では、検出されたアルコール濃度Ｌが所定の閾値Ｌ１以上か否かが判断される。本実施形態において閾値Ｌ１は前述したように５０％である。
【００４８】
アルコール濃度Ｌが閾値Ｌ１以上の場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３において吸気通路噴射が禁止され、筒内噴射が準備される。これにより吸気通路噴射用インジェクタ６が停止状態に維持され、筒内噴射用インジェクタ１１が通電待機状態となる。そして次のステップＳ１０４において、噴射圧がアルコール濃度Ｌに応じた噴射圧に制御される。
【００４９】
この噴射圧の制御は図３に示されるマップに従って行われる。このマップはアルコール濃度Ｌと噴射圧との関係を実機試験等を通じて予め定めたもので、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている。そしてＥＣＵ３０は、検出されたアルコール濃度Ｌに対応した噴射圧をマップから算出し、この目標となる噴射圧に、燃料圧力センサ２３により検出される実際の噴射圧が一致するよう、高圧燃料ポンプ１５を制御する。マップにおいては、アルコール濃度が高くなるほど噴射圧が高くなるように噴射圧が設定されている。またこのマップでは０％を含む全てのアルコール濃度に対し噴射圧が設定されているが、問題となっている高アルコール濃度のときの低温始動という観点からしてみれば、アルコール濃度がＬ１＝５０％以上のときの噴射圧に意味がある。もっとも、アルコール濃度がＬ１未満のときの噴射圧の値は、後述するステップＳ１０２、Ｓ１０７、Ｓ１０３、Ｓ１０４・・・という経路を辿ったときにステップＳ１０４にて利用される。
【００５０】
一般に、直噴（筒内噴射）ガソリンエンジンの低温始動に際しては、ガソリンの重質分が気化しにくいので、噴射圧が高いとプラグへのかぶりやスモーク等が発生しやすくなる。このため通常運転時より噴射圧を減少させるのが普通である。例えば通常運転時の噴射圧が１２〜１３ＭＰａ程度であるとすると、始動時の噴射圧は１０ＭＰａ程度である。これに対し、ＦＦＶ用エンジンにおいてアルコール混合ガソリン燃料を用いると、燃料が高アルコール濃度であるほど燃料の重質分割合が減少し、気化特性が良くなる。よってかかるデメリットが減じられ、噴射圧を高めることができる。噴射圧を高めるほど微粒化が促進され、始動性改善に有利である。これが本実施形態において高アルコール濃度ほど噴射圧を高くする理由である。
【００５１】
こうして噴射圧の制御が行われた後、ステップＳ１０５において、アルコール濃度Ｌに応じた燃料噴射量が算出される。即ち、前述したように、エンジン水温Ｔｗに応じた基本始動噴射量がマップから算出され、この算出された基本始動噴射量にアルコール濃度Ｌに基づく補正が実行されて最終始動噴射量が算出される。こうして最終始動噴射量が算出されると、ステップＳ１０６に進んで、別ルーチンで算出された燃料噴射時期の到来と同時に最終始動噴射量に相当する通電時間だけ筒内噴射用インジェクタ１１がオンされ、筒内噴射が実行される。このように、燃料が「高アルコール濃度」のときは、エンジン水温が「低温」、「常温」及び「高温」のいずれであっても筒内噴射が実行される。
【００５２】
一方、ステップＳ１０２においてアルコール濃度Ｌが閾値Ｌ１未満の場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ステップＳ１０７に進み、検出されたエンジン水温Ｔｗが第２閾値Ｔｗ２以下か否かが判断される。なお前述の通り本実施形態ではＴｗ２＝２０℃に設定されている。つまりここではエンジン水温が図４に示されるところの「低温」若しくは「常温」に該当するか、または「高温」に該当するかが判断される。
【００５３】
エンジン水温Ｔｗが第２閾値Ｔｗ２以下の場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、ステップＳ１０８において筒内噴射が禁止され、吸気通路噴射が準備される。これにより筒内噴射用インジェクタ１１が停止状態に維持され、吸気通路噴射用インジェクタ６が通電待機状態となる。そして次のステップＳ１０９において、ステップＳ１０５と同様に、アルコール濃度Ｌに応じた燃料噴射量（最終始動噴射量）が算出され、ステップＳ１１０に進んで、別ルーチンで算出された燃料噴射時期の到来と同時に最終始動噴射量に相当する通電時間だけ吸気通路噴射用インジェクタ６がオンされ、吸気通路噴射が実行される。このように、燃料が「低アルコール濃度」のときであってエンジン水温が「低温」又は「常温」のときは吸気通路噴射が実行される。なおこの吸気通路噴射において噴射圧は前述の如く制御されず一定である。
【００５４】
一方、ステップＳ１０７においてエンジン水温Ｔｗが第２閾値Ｔｗ２より高い場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、ステップＳ１０３に進み、前述のステップＳ１０３〜Ｓ１０６が実行される。このように、燃料が「低アルコール濃度」のときであってエンジン水温が「高温」のときは筒内噴射が実行される。
【００５５】
次に、本発明の実施形態に係る通常運転時の燃料噴射制御の特徴点について説明する。
【００５６】
「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、通常運転時（即ち、エンジンが暖機後の状態であるとき）、エンジンのある運転領域で噴き分けを行い、このときガソリン１００％の燃料を前提として予め定められた前記分担率αで各インジェクタ６，１１から燃料噴射を行うと、燃料が高アルコール濃度の場合にこれが必ずしも最適とはならないことが判明した。
【００５７】
即ち、アルコールが混合されたガソリン燃料の場合、アルコール濃度が高くなるにつれ重質分が少なくなり、蒸留温度が低くなるので、気化特性が向上し、筒内噴射のミキシング不良が発生しにくくなる。よって筒内噴射の噴射比率を高めることができ、ある濃度以上では筒内噴射のみとすることも可能となる。従って、燃料がアルコールを含む場合に、ガソリン１００％の燃料を前提とする前記分担率αで噴き分けを行うのは必ずしも最適ではない。
【００５８】
これを図示例を用いてより詳細に説明する。図６には、本実施形態におけるエンジン運転領域が示されている。横軸はエンジン回転速度、縦軸はエンジントルクであり、Ｔｍａｘが最大トルクである。エンジントルクはエンジン負荷に対応するパラメータである。図から理解されるように、エンジンの全運転領域は領域Ａと領域Ｂとに予め区分されており、領域Ａは筒内噴射のみで燃料噴射が行われる筒内噴射領域、領域Ｂは筒内噴射と吸気通路噴射との噴き分けが行われる噴き分け領域である。図から理解されるように、本実施形態のエンジンは筒内噴射を基本としており、大部分の領域が領域Ａに該当する。そして後述の問題を含む限られた領域Ｂだけ、噴き分けが行われ、筒内噴射のみによるデメリットを、吸気通路噴射を伴う噴き分けによって解消することを意図している。
【００５９】
領域Ｂは、エンジン回転速度が低回転側となる領域で、且つそのうちの低回転側ではエンジン負荷が中高負荷、高回転側では中負荷となる領域である。領域Ｂでは、１噴射サイクル中に、例えば、吸気通路噴射が吸気弁の開弁前に実行され、筒内噴射が圧縮行程に実行される。なお筒内噴射は吸気行程に実行してもよい。図６の領域図に対応したマップ（領域マップ）がＥＣＵ３０に予め記憶されており、このマップでは、エンジン回転速度及びエンジン負荷に対応したＡ，Ｂ各領域の関係が規定されている。また、領域Ｂにおける分担率αのマップ（分担率マップ）がＥＣＵ３０に予め記憶されており、このマップでは、エンジン回転速度及びエンジン負荷と分担率αとの関係が規定されている。その分担率αは１００％以下の値である。特にここでの分担率αは、燃料がガソリン１００％であることを前提として値が定められている。なお図６において、ハッチングで示される領域Ｃは、領域Ｂのうち最大トルク（全負荷：ＷＯＴ）付近となる領域である。
【００６０】
かかる領域Ｂにおいて、筒内噴射のみで燃料噴射を行うと燃料と空気とのミキシング不良が発生しやすい。また、これを回避するため吸気通路噴射のみで燃料噴射を行うと、筒内噴射用インジェクタ１１から燃料が噴射されないので、エンジンの燃焼熱等により筒内噴射用インジェクタ１１の先端部にデポジットが付着しやすい。これが領域Ｂにおいて噴き分けを行う理由である。噴き分けを行えば、吸気通路噴射によるミキシングの向上が見込まれ、また、筒内噴射用インジェクタ１１から燃料が噴射されるのでデポジット付着を回避できる。
【００６１】
特に、最大トルクＴｍａｘ付近の領域Ｃにおいては、筒内噴射によれば気化潜熱による体積効率の向上が見込まれるため、本来ならば筒内噴射のみを実行したいところであるが、回転速度が低く、筒内流動が少なく、また筒内温度も低いので、燃料と空気とのミキシング不良が発生しやすい。これが領域Ｃにおいて噴き分けを行う理由である。要するに、本来ならば領域Ｂにおいても筒内噴射のみにより燃料噴射を行いたいが、こうすると上述の問題があるので噴き分けを行っている。
【００６２】
ところで、かかる領域Ｂにあっても、アルコールを含む燃料の場合、アルコール濃度が高くなるにつれ重質分が少なくなり、蒸留温度が低くなるので、気化特性が向上し、筒内噴射のミキシング不良が発生しにくくなる。よってこの場合には筒内噴射の噴射比率を、ガソリン１００％を前提とする前記分担率αよりも、高めることができる。よって本実施形態では、筒内噴射と吸気通路噴射との分担比率を、検出された燃料のアルコール濃度に応じて補正している。具体的には、燃料のアルコール濃度が高いほど、筒内噴射の噴射比率を増加させる補正を実行している。
【００６３】
本実施形態に係るエンジンの通常運転時の燃料噴射制御を図５に基づき説明する。図示される制御ルーチンはＥＣＵ３０により噴射サイクル毎に実行される。
【００６４】
まず最初のステップＳ２０１では、アルコール濃度センサ２１により燃料のアルコール濃度Ｌが検出され、クランクセンサ２４によりエンジン回転速度Ｎｅが検出され、吸気圧センサ２５によりエンジン負荷Ｈが検出される。
【００６５】
次のステップＳ２０２では、検出されたエンジン回転速度Ｎｅ及びエンジン負荷Ｈと領域マップとの比較により、実際のエンジン運転状態が噴き分け領域Ｂにあるか否かが判断される。
【００６６】
エンジン運転状態が噴き分け領域Ｂにあると判断された場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、ステップＳ２０３において、検出されたエンジン回転速度Ｎｅ及びエンジン負荷Ｌに対応した分担率α（基本分担率）が前述の分担率マップの参照により算出される。そしてステップＳ２０４において、検出されたアルコール濃度Ｌに応じた分担率補正値α１が算出される。
【００６７】
この分担率補正値α１の算出は、図７に示す如きマップに従って行われる。このマップはアルコール濃度Ｌと補正値α１との関係を実機試験等を通じて予め定めたもので、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている。そしてＥＣＵ３０は、検出されたアルコール濃度Ｌに対応した補正値α１をマップから算出する。このマップにおいては、アルコール濃度が高くなるほど補正値α１が大きくなるように補正値α１が設定されている。
【００６８】
こうして補正値α１の算出が行われた後は、ステップＳ２０５において、最終的な補正後の分担率αｆ（最終分担率）が式：αｆ＝α＋α１に従って算出される。つまり最終分担率αｆは、基本分担率αに補正値α１を加えた値である。例えば、基本分担率α＝７０％、補正値α１＝５％の場合、最終分担率αｆ＝７５％となり、筒内噴射量と吸気通路噴射量との分担比率は、当初７０：３０であったものが７５：２５に補正される。
【００６９】
このような補正を行うと、場合によっては最終分担率αｆが１００％以上となることもあり得る。この場合、最終分担率αｆは１００％とされ、エンジン運転状態が噴き分け領域にあるにも拘わらず噴き分けは実行されず、筒内噴射のみが実行される。かかる判断を行うため、次のステップＳ２０６においては、最終分担率αｆが１００％以上か否かが判断される。
【００７０】
最終分担率αｆが１００％未満と判断された場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、噴き分けを実行すべく、ステップＳ２０７に進んで、検出されたアルコール濃度Ｌ及び算出された最終分担率αｆに基づき、最終的な筒内噴射量及び吸気通路噴射量が算出される。このときの算出方法は前述の基本制御と同様である。そして次にステップＳ２０８に進み、別ルーチンで算出された各インジェクタ６，１１に対する燃料噴射時期の到来と同時に、各インジェクタ６，１１が、それぞれの最終噴射量に相当する通電時間だけオンされ、噴き分けが実行される。
【００７１】
一方、ステップＳ２０２においてエンジン運転状態が噴き分け領域Ｂにないと判断された場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、及びステップＳ２０６において最終分担率αｆが１００％以上と判断された場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、筒内噴射のみを実行すべく、ステップＳ２０９に進んで、検出されたアルコール濃度Ｌ及び算出された最終分担率αｆ（＝１００％）に基づき、最終的な筒内噴射量が算出される。このときの算出方法も前述の基本制御と同様である。そして次にステップＳ２１０に進み、別ルーチンで算出された燃料噴射時期の到来と同時に、筒内噴射用インジェクタ１１が最終噴射量に相当する通電時間だけオンされ、筒内噴射が実行される。このように、エンジン運転状態が筒内噴射領域Ａにあるときは勿論のこと、エンジン運転状態が噴き分け領域Ｂにあるときでも筒内噴射のみが実行される。
【００７２】
このように、本実施形態においては、エンジン運転状態が噴き分け領域にあるときに、筒内噴射量と吸気通路噴射量との分担比率が燃料のアルコール濃度に応じて補正されるので、燃料のアルコール濃度に応じた最適な分担比率、即ち、筒内噴射量及び吸気通路噴射量とすることができる。また特に、本実施形態においては、燃料のアルコール濃度が高いほど、筒内噴射の分担率αが補正により増加されるので、噴き分け領域において燃料のアルコール濃度が高いほど筒内噴射量を増大することができる。そして場合によっては噴き分け領域であっても筒内噴射のみによって燃料噴射を実行することができ、筒内噴射のみの領域を実質的に拡大することができる。
【００７３】
なお、筒内噴射用インジェクタ１１へのデポジット付着を考慮しても、かかる補正は筒内噴射用インジェクタ１１からの燃料噴射量或いは燃料噴射の機会を増大させるので、むしろ好ましい。
【００７４】
ところで、筒内噴射のみが長期間に亘り行われると、吸気通路噴射用インジェクタ６が長期間使用されないで固着する可能性がある。特に前記補正によれば噴き分け領域でも筒内噴射のみとなることがあり、この問題が発生しやすい。そこで、この問題を回避するため、本実施形態では、一定期間毎に吸気通路噴射用インジェクタ６から最小噴射量で燃料噴射を行うようにしている。
【００７５】
より具体的には、吸気通路噴射用インジェクタ６のオフと同時にＥＣＵ３０のタイマ等による時間計測が開始され、計測時間が所定時間（例えば１時間）に達したならば、吸気通路噴射用インジェクタ６がそれ自体の最小噴射量に相当する時間だけ強制的にオンされる。このときの噴射形態は噴き分けとなり、全燃料噴射量から最小噴射量を減じた残りの噴射量が筒内噴射用インジェクタ１１から噴射されることになる。もし仮に、計測時間が所定時間に達する前に吸気通路噴射用インジェクタ６がオンになったら、時間計測は終了され、タイマはリセットされる。こうして吸気通路噴射用インジェクタ６の固着が抑制される。
【００７６】
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、他にも様々な実施形態を採り得る。例えば、低温始動制御に関し、前記実施形態ではエンジン水温に応じて「低温」、「常温」、「高温」といったように温度領域を三区分したが、このような領域分けは三区分に限定されず、例えば二区分或いは四区分などとしてもよい。またこれを区分する温度閾値も０℃、２０℃に限らず、任意の値を採用できる。同様に、前記実施形態において採用された他の数値もあくまで一例であり、状況に応じて任意の値が採用され得る。また、マップに代わり演算式に従って各種演算処理を実行することもできる。通常運転時の燃料噴射制御に関し、アルコール濃度に基づく噴射分担比率の補正は、前記実施形態では筒内噴射の分担率を補正するものであったが、このような方法以外にも様々な補正方法が可能である。例えば、前記実施形態とは逆に、吸気通路噴射の分担率を設定し、補正時に筒内噴射の噴射割合が増加されるように、吸気通路噴射の分担率を減少することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を示すシステム平面図である。
【図２】本実施形態に係る低温始動制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図３】アルコール濃度に応じた噴射圧を算出するためのマップである。
【図４】本実施形態における始動時噴射形態を示す表である。
【図５】本実施形態に係る通常運転時の燃料噴射制御のルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本実施形態に係るエンジンの運転領域を示し、特に噴き分け領域を示す線図である。
【図７】アルコール濃度に応じた分担率補正値を算出するためのマップである。
【符号の説明】
【００７８】
１  エンジン
６  吸気通路噴射用インジェクタ
１０  燃料タンク
１１  筒内噴射用インジェクタ
１３  筒内側デリバリパイプ
１５  高圧燃料ポンプ
１７  吸気側デリバリパイプ
２１  アルコール濃度センサ
２３  燃料圧力センサ
２４  クランクセンサ
２５  吸気圧センサ
２６  吸気温センサ
２９  水温センサ
３０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｌ  アルコール濃度
Ｌ１  アルコール濃度の閾値
Ｔｗ  エンジン水温
Ｔｗ１  エンジン水温の第１閾値
Ｔｗ２  エンジン水温の第２閾値
Ａ  筒内噴射領域
Ｂ  噴き分け領域
α  分担率
α１  分担率補正値
【図１】
2006214415.tif 000003
【図２】
2006214415.tif 000004
【図３】
2006214415.tif 000005
【図４】
2006214415.tif 000006
【図５】
2006214415.tif 000007
【図６】
2006214415.tif 000008
【図７】
2006214415.tif 000009