(57)【要約】【課題】燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグの要求電圧を低く抑えつつアルコール濃度の違いに起因する機関トルクの相違を抑えることのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】この装置では、内燃機関１０の運転制御として点火時期制御と燃料噴射量を増量補正する増量補正制御とが実行される。点火時期および増量補正制御における増量補正量は、共に点火プラグ１６の要求電圧を変化させる機関制御量であり、且つ要求電圧が同一の方向に変化するように変化させたときの機関トルクの変化方向が互いに異なる機関制御量である。燃料のアルコール濃度が低いときの点火プラグ１６の要求電圧と比較して同アルコール濃度が高いときの要求電圧が低くなるように、アルコール濃度に応じて点火時期の制御態様と増量補正量の制御態様とを変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリンおよびアルコールを燃料として使用可能な内燃機関であり且つ点火プラグによる火花放電を通じて燃料が着火する内燃機関の運転制御を実行する制御装置において、
前記運転制御において制御される機関制御量として、共に前記点火プラグの要求電圧を変化させる機関制御量であり且つ該要求電圧が同一の方向に変化するように変化させたときの機関トルクの変化方向が互いに異なる二つの機関制御量が設定されてなり、
前記燃料のアルコール濃度が低いときの前記要求電圧と比較して同濃度が高いときの前記要求電圧が低くなるように、前記燃料のアルコール濃度に応じて前記二つの機関制御量の制御態様を変更することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記運転制御は、前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御と空燃比が理論空燃比よりリッチ側の比率になるように前記内燃機関の燃料噴射量を増量補正する増量補正制御とを含み、
前記二つの機関制御量は前記点火時期および前記増量補正制御の増量補正量である
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関は機関バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構を有してなり、
前記制御装置は、前記燃料のアルコール濃度が低いときの前記内燃機関の吸入空気量と比較して同濃度が高いときの前記内燃機関の吸入空気量が少なくなるように、前記燃料のアルコール濃度に応じて前記可変動弁機構の制御態様を変更する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関は機関バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構を有してなり、
前記運転制御は、前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御と前記可変動弁機構の作動制御とを含み、
前記二つの機関制御量は、前記内燃機関の点火時期および前記可変動弁機構の作動量である
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関はその排気通路に排気浄化触媒が設けられてなり、
前記増量補正制御は、前記排気浄化触媒の温度上昇を抑えるべく前記燃料噴射量を増量補正する制御である
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項３または４に記載の内燃機関の制御装置において、
前記可変動弁機構は、機関バルブの開閉時期を変更するバルブタイミング変更機構である
ことを特徴とする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、燃料としてアルコールとガソリンとを使用可能な内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料としてアルコールとガソリンとを使用可能な内燃機関が実用化されている。この内燃機関はアルコールのみ、あるいはガソリンのみを燃料として用いた運転が可能であることの他、アルコールとガソリンとが任意の割合で混合された混合燃料を用いた運転も可能になっている。
【０００３】
内燃機関の燃料として用いられるアルコール（例えばエタノール）はガソリンと比較して気化潜熱が大きいために、内燃機関の運転に際して供給される燃料のアルコール濃度が高いときほど同内燃機関の燃焼室内の温度が低くなる。そのようにして燃焼室内の温度が低くなると点火プラグによって火花を発生させにくい状況になることから、火花を適切に発生させるために最低限必要になる点火プラグ（詳しくは、その電極間）への印加電圧、いわゆる要求電圧が高くなってしまう。そして、この要求電圧が点火プラグに印加することの可能な電圧の上限を越えるようなことがあると、燃焼室内において適切な火花が発生しなくなって燃料が適正に燃焼しなくなるおそれがある。
【０００４】
そこで従来、特許文献１には、点火プラグの要求電圧が印加電圧の上限を越えることのないように、燃料のアルコール濃度が高いときに要求電圧を低くするべく内燃機関の運転制御の実行態様を変更する装置が提案されている。この装置では具体的には、燃料のアルコール濃度に応じて内燃機関の点火時期が変更される。これにより燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグへの電圧印加を燃焼室内の圧力が低い状態、すなわち点火プラグによって火花が発生し易い状態で行うことが可能になるために、点火プラグの要求電圧が低くなる。このようにして上記装置では、点火プラグの要求電圧が印加電圧の上限を超えることが回避されるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１１５８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、内燃機関の運転に際して点火時期を変更すると同内燃機関の出力トルク（機関トルク）が変化してしまう。そのため、単に燃料のアルコール濃度に応じて点火時期を変更すると、機関トルクが一定にならずに燃料のアルコール濃度に応じて異なったものとなる。そうした機関トルクの相違は、内燃機関の運転を緻密に制御する上では、これを妨げる一因となるために好ましくない。
【０００７】
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグの要求電圧を低く抑えつつアルコール濃度の違いに起因する機関トルクの相違を抑えることのできる内燃機関の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】
【０００８】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、ガソリンおよびアルコールを燃料として使用可能な内燃機関であり且つ点火プラグによる火花放電を通じて燃料が着火する内燃機関の運転制御を実行する制御装置において、前記運転制御において制御される機関制御量として、共に前記点火プラグの要求電圧を変化させる機関制御量であり且つ該要求電圧が同一の方向に変化するように変化させたときの機関トルクの変化方向が互いに異なる二つの機関制御量が設定されてなり、前記燃料のアルコール濃度が低いときの前記要求電圧と比較して同濃度が高いときの前記要求電圧が低くなるように、前記燃料のアルコール濃度に応じて前記二つの機関制御量の制御態様を変更することをその要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、内燃機関に供給される燃料のアルコール濃度が高いとき、すなわちアルコール濃度が低いときと同様の制御態様で内燃機関の運転制御を実行した場合に点火プラグの要求電圧が不要に高くなるおそれがあるときに、二つの機関制御量の制御態様の変更を通じて同要求電圧を低く抑えることができる。しかも、それら機関制御量の制御態様の変更に際して、一方の機関制御量の制御態様の変更による機関トルクの変化分の少なくとも一部と他方の機関制御量の制御態様の変更による機関トルクの変化分の少なくとも一部とを相殺することができるために、それら機関制御量の制御態様の変更に伴う機関トルクの変化を抑えることができる。したがって、燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグの要求電圧を低く抑えつつアルコール濃度の違いに起因する機関トルクの相違を抑えることができるようになる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記運転制御は、前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御と空燃比が理論空燃比よりリッチ側の比率になるように前記内燃機関の燃料噴射量を増量補正する増量補正制御とを含み、前記二つの機関制御量は前記点火時期および前記増量補正制御の増量補正量であることをその要旨とする。
【００１１】
上記構成では、燃料のアルコール濃度が高いときに内燃機関の点火時期が進角側の時期になるように点火時期制御の実行態様を変更することにより、燃焼室内の圧力が低い状態で点火プラグへの電圧印加が行われるようになるために、同点火プラグの要求電圧が低く抑えられるようになる。
【００１２】
通常、空燃比が理論空燃比よりリッチ側の比率になるように内燃機関の燃料噴射量を増量補正した場合、その増量補正量が少ない領域では、燃焼する燃料の量の増加に伴って燃焼室内の温度が高くなるために点火プラグの要求電圧が低くなる。これに対して、増量補正量が多くなると、燃料の気化潜熱による影響が大きくなるために、燃焼室内の温度が低くなって点火プラグの要求電圧が高くなる。そのため上記構成では、上述した増量補正量の多い領域において増量補正制御の増量補正量が設定される装置にあって、燃料のアルコール濃度が高いときに増量補正量が少なくなるように増量補正制御の実行態様を変更することにより、気化潜熱の影響が小さくなって燃焼室内の温度が高くなることによって点火プラグの要求電圧が低く抑えられるようになる。
【００１３】
上記構成によれば、そのようにして燃料のアルコール濃度に応じて点火時期制御の実行態様と増量補正制御の実行態様とを変更することにより、燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグの要求電圧を低く抑えることができるようになる。
【００１４】
しかも、点火時期が進角側の時期になるように点火時期制御の実行態様を変更した場合にはその変更が機関トルクを増加させるように作用するのに対して、増量補正制御の増量補正量が少なくなるように同制御の実行態様を変更した場合にはその変更が機関トルクを減少させるように作用する。
【００１５】
したがって上記構成によれば、点火時期制御の実行態様の変更による機関トルクの増加分の少なくとも一部と増量補正制御の実行態様の変更による機関トルクの減少分の少なくとも一部とを相殺することができ、それら制御の実行態様の変更に起因して機関トルクが変化することを抑えることができる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は機関バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構を有してなり、前記制御装置は、前記燃料のアルコール濃度が低いときの前記内燃機関の吸入空気量と比較して同濃度が高いときの前記内燃機関の吸入空気量が少なくなるように、前記燃料のアルコール濃度に応じて前記可変動弁機構の制御態様を変更することをその要旨とする。
【００１７】
上記構成では、燃料のアルコール濃度が高いときに、吸入空気量が少なくなるように可変動弁機構の制御態様が変更されるために、燃焼室内の圧力が低くなって点火プラグの要求電圧が低くなる。しかも、このように可変動弁機構の制御態様を変更した場合にはその変更が機関トルクを減少させるように作用する。
【００１８】
したがって上記構成によれば、前述したように点火時期制御および増量補正制御の実行態様を変更することに加えて可変動弁機構の制御態様を変更することにより、高い自由度をもって燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグの要求電圧を低く抑えつつアルコール濃度の違いに起因する機関トルクの相違を抑えることができるようになる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は機関バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構を有してなり、前記運転制御は、前記内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御と前記可変動弁機構の作動制御とを含み、前記二つの機関制御量は、前記内燃機関の点火時期および前記可変動弁機構の作動量であることをその要旨とする。
【００２０】
上記構成では、燃料のアルコール濃度が高いときに内燃機関の点火時期が進角側の時期になるように点火時期制御の実行態様を変更することにより、燃焼室内の圧力が低い状態で点火プラグへの電圧印加が行われるようになるために、同点火プラグの要求電圧が低く抑えられるようになる。また、燃料のアルコール濃度が高いときに吸入空気量が少なくなるように可変動弁機構の作動制御の実行態様を変更すると、燃焼室内の圧力が低くなるために点火プラグの要求電圧が低く抑えられるようになる。上記構成によれば、そのようにして燃料のアルコール濃度に応じて点火時期制御の実行態様と可変動弁機構の作動制御の実行態様とを変更することにより、燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグの要求電圧を低く抑えることができるようになる。
【００２１】
しかも、点火時期が進角側の時期になるように点火時期制御の実行態様を変更した場合にはその変更が機関トルクを増加させるように作用するのに対して、吸入空気量が少なくなるように可変動弁機構の制御態様を変更した場合にはその変更が機関トルクを減少させるように作用する。したがって上記構成によれば、点火時期制御の実行態様の変更による機関トルクの増加分の少なくとも一部と可変動弁機構の制御態様の変更による機関トルクの減少分の少なくとも一部とを相殺することができ、それら制御の実行態様の変更に起因して機関トルクが変化することを抑えることができる。
【００２２】
なお前記増量補正制御は、請求項５によるように、内燃機関の排気通路に排気浄化触媒が設けられた装置において同排気浄化触媒の温度上昇を抑えるべく燃料噴射量を増量補正する制御を含む。
【００２３】
また前記可変動弁機構は、機関バルブの開弁期間（開弁時期から閉弁時期までの期間［いわゆるバルブ作用角］）を変更するための機構の他、請求項６によるように、機関バルブの開閉時期（いわゆるバルブタイミング）を変更するためのバルブタイミング変更機構を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を具体化した一実施の形態にかかる内燃機関の制御装置の概略構成を示す略図。
【図２】点火時期と点火プラグの要求電圧と機関トルクとの関係の一例を示すグラフ。
【図３】吸気バルブのバルブタイミングと点火プラグの要求電圧と機関トルクとの関係の一例を示すグラフ。
【図４】増量補正制御の補正係数と点火プラグの要求電圧と機関トルクとの関係の一例を示すグラフ。
【図５】燃料のアルコール濃度と点火プラグの要求電圧と機関トルクとの関係の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した一実施の形態について説明する。
図１に、本実施の形態にかかる制御装置が適用される内燃機関およびその周辺機器の概略構成を示す。
【００２６】
同図１に示すように、内燃機関１０の燃焼室１１には吸気通路１２を通じて空気が吸入されるとともに、燃料噴射弁１３から噴射された燃料が供給される。燃料噴射弁１３には、燃料タンク１４内に備蓄された燃料が燃料ポンプ１５によって圧送されている。そして、燃焼室１１内の吸入空気と噴射燃料とからなる混合気に対して点火プラグ１６による火花放電を通じて点火が行われると、その混合気が燃焼してピストン１７が往復移動することによって内燃機関１０のクランクシャフト１８が回転する。燃焼後の混合気は排気として内燃機関１０の燃焼室１１から排気通路１９に送り出される。内燃機関１０の排気通路１９には排気を浄化するための排気浄化触媒２０が設けられている。
【００２７】
なお上記内燃機関１０としては、アルコール（具体的には、エタノール）のみ、あるいはガソリンのみを燃料として用いた運転が可能なことに加えて、アルコールとガソリンとが任意の割合で混合された混合燃料を用いた運転も可能なものが採用されている。また内燃機関１０には、吸気バルブ２１の開閉時期（いわゆるバルブタイミング）を変更するためのバルブタイミング変更機構２２が設けられている。
【００２８】
内燃機関１０の周辺機器としては、その運転状態を検出するための各種センサが設けられている。そうしたセンサとしては、例えば吸気通路１２に設けられたスロットルバルブ２３の開度（スロットル開度ＴＡ）を検出するためのスロットルセンサや、クランクシャフト１８の回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するための回転速度センサ、燃焼室１１に吸入される空気の量（吸入空気量ＧＡ）を検出するためのエアフローメータが設けられている。また、吸気バルブ２１のバルブタイミングＶＴを検出するための位置センサや、内燃機関１０の冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を検出するための水温センサ、排気の酸素濃度を通じて混合気の空燃比を検出するための空燃比センサ、ノッキングの発生の有無を検出するためのノックセンサが設けられている。その他、アクセルペダル２４の操作量（アクセル操作量ＡＣＣ）を検出するためのアクセルセンサや、燃料タンク１４内に備蓄されている燃料の量（燃料残量）を検出するための残量センサなども設けられている。
【００２９】
また内燃機関１０の周辺機器としては電子制御ユニット３０が設けられている。電子制御ユニット３０は、内燃機関１０の運転にかかる各種制御についての演算処理を実施するＣＰＵ、制御用のプログラムやデータの記憶された不揮発性のメモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶する揮発性のメモリ（ＲＡＭ）や不揮発性のメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、外部との信号の入出力のための入出力ポートを備えて構成されている。上述した各種センサの出力信号は電子制御ユニット３０に入力されている。そして電子制御ユニット３０は、それらセンサ類の出力信号に基づいて各種の演算を行い、その演算結果に基づいて内燃機関１０の運転にかかる各種の機関制御を実行する。
【００３０】
それら機関制御としては、具体的には、燃料噴射弁１３の作動制御（燃料噴射制御）や、点火プラグ１６の作動制御（点火時期制御）、バルブタイミング変更機構２２の作動制御（バルブタイミング制御）、スロットルバルブ２３の作動制御（スロットル制御）などが実行される。以下、それら機関制御について各別に説明する。
【００３１】
ここでは先ず、スロットル制御について説明する。
スロットル制御では、アクセル操作量ＡＣＣおよび機関回転速度ＮＥに基づいてスロットル開度ＴＡについての制御目標値（目標スロットル開度Ｔｔａ）が算出される。そして、この目標スロットル開度Ｔｔａと実際のスロットル開度ＴＡとが一致するようにスロットルバルブ２３（詳しくは、スロットルバルブ２３に連結されたスロットルモータ２５）の作動が制御される。こうしたスロットル制御を通じて吸気通路１２の通路断面積が調節されることにより、内燃機関１０の運転状態に応じたかたちで吸入空気量が調節される。
【００３２】
次に、バルブタイミング制御について説明する。
バルブタイミング制御では、機関負荷ＫＬおよび機関回転速度ＮＥに基づいて、バルブタイミングＶＴについての制御目標値（目標バルブタイミングＴｖｔ）が算出される。そして、目標バルブタイミングＴｖｔと実際のバルブタイミングＶＴとが一致するようにバルブタイミング変更機構２２（詳しくは、同機構２２に接続されたアクチュエータ２６）の作動が制御される。なお、上記機関負荷ＫＬは吸入空気量ＧＡと機関回転速度ＮＥとに基づき算出される。こうしたバルブタイミング制御を通じて、内燃機関１０の運転状態に応じたかたちで効率よく燃焼室１１内に空気が吸入されるようにバルブタイミングＶＴが調節される。
【００３３】
次に点火時期制御について説明する。
点火時期制御では、機関負荷ＫＬおよび機関回転速度ＮＥに基づいて点火時期についての制御基本値（ベース点火時期Ａｂｓｅ）が算出されるとともに、ノッキングの発生状況に応じてノック補正量Ｋｎが算出される。そして、ベース点火時期Ａｂｓｅにノック補正量Ｋｎを反映させることによって点火時期の制御目標値（要求点火時期Ａｃａｌ）が算出される。この要求点火時期Ａｃａｌにおいて混合気への点火が行われるように、点火プラグ１６の作動が制御される。こうした点火時期制御を通じて、ノッキングの発生を適正に抑えつつ大きな機関トルクが得られるように、内燃機関１０の運転状態に応じたかたちで点火時期が調節される。
【００３４】
次に燃料噴射制御について説明する。
燃料噴射制御では、先ず機関負荷ＫＬおよび機関回転速度ＮＥに基づいて基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥが算出される。この基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥとしては、機関負荷ＫＬおよび機関回転速度ＮＥにより定まる運転状態において混合気の空燃比を所望の比率（例えば理論空燃比）にすることの可能な燃料噴射量が算出される。
【００３５】
その後、空燃比フィードバック制御の実行条件が成立していることを条件に、空燃比センサにより検出される実際の空燃比と目標空燃比との差に基づいて、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが算出される。具体的には、実際の空燃比が目標空燃比よりリッチ側の比率である場合には空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦから所定量が減算され、リーン側の比率である場合には空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦに所定量が加算される。また、実際の空燃比が目標空燃比よりリッチ側の比率からリーン側の比率に切り替わったとき、あるいはリーン側の比率からリッチ側の比率へ切り替わったときには、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが階段状に増減（スキップ）される。
【００３６】
また、学習処理の実行条件が成立していることを条件に、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦに基づいて、空燃比学習値ＫＧやアルコール濃度学習値ＫＧａｌの学習が実行される。これら空燃比学習値ＫＧおよびアルコール濃度学習値ＫＧａｌとしては、共に空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦとその基本値（＝「１．０」）との定常的な乖離量を補償することの可能な値が学習される。特に、アルコール濃度学習値ＫＧａｌとしては、上記乖離量のうちの燃料の実アルコール濃度とその基準濃度との差に起因する分を補償することの可能な値が学習される。
【００３７】
この学習処理では、空燃比学習値ＫＧの更新が、直近の予め設定された所定期間における空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの平均値ＦＡＦＡＶＥを算出するとともに同平均値ＦＡＦＡＶＥから「１．０」を減算した値を空燃比学習値ＫＧに加算するといったように行われる。
【００３８】
ここで、内燃機関１０に供給される燃料のアルコール濃度が変化すると、これに伴って排気の酸素濃度が変化するようになる。本実施の形態では、空燃比フィードバック制御が実行されるために、燃料補給によって燃料タンク１４内の燃料のアルコール濃度が変化すると、これによる排気の酸素濃度の変化に伴って空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが変化するようになる。この点をふまえて、上記学習処理ではアルコール濃度学習値ＫＧａｌの更新についても空燃比学習値ＫＧと同様の更新で行われる。
【００３９】
ただし、アルコール濃度学習値ＫＧａｌを学習する処理は、燃料タンク１４内への燃料補給が行われたと判定されたことを条件に、その後の所定期間にわたって空燃比学習値ＫＧを学習する処理の実行を禁止した上で実行される。このようにしてアルコール濃度学習値ＫＧａｌを学習することにより、燃料タンク１４内への燃料補給が行われたときに、以後における空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの変化が燃料のアルコール濃度の変化に伴うものであるとして、同空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの変化に応じてアルコール濃度学習値ＫＧａｌが更新されるようになる。なお、燃料タンク１４内への燃料補給がなされたことは、残量センサによって燃料残量の増加が検知されたことなどをもって判定することができる。
【００４０】
ちなみに、空燃比フィードバック制御の実行条件が非成立である場合には、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦとして「１．０」が設定される。すなわち、この場合には空燃比フィードバック制御が実行されない。また、学習処理の実行条件が非成立である場合には、学習処理が実行されない。
【００４１】
このようにして空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが設定されるとともに学習処理が適宜実行された後、空燃比学習値ＫＧおよびアルコール濃度学習値ＫＧａｌが読み込まれる。そして、これら空燃比学習値ＫＧおよびアルコール濃度学習値ＫＧａｌが空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦに加算されるとともに、その加算した値と基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥとを乗算した値が最終燃料噴射量ＱＦＩＮとして算出される。
【００４２】
そして上記燃料噴射制御では、最終燃料噴射量ＱＦＩＮに基づいて燃料噴射時間ＴＡＵ、すなわち燃料噴射弁１３の開弁時間が算出され、同燃料噴射時間ＴＡＵに基づいて燃料噴射弁１３が開弁駆動される。これにより、最終燃料噴射量ＱＦＩＮに相当する量の燃料が燃料噴射弁１３から噴射されて内燃機関１０の燃焼室１１に供給される。このように上記燃料噴射制御では、混合気の実際の空燃比が目標とする空燃比になるように燃料噴射量を調節するための制御（いわゆる空燃比制御）が実行される。
【００４３】
本実施の形態の燃料噴射制御では、そうした空燃比制御を実行することに加えて、排気浄化触媒２０の温度上昇を抑えるべく混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側の比率になるように燃料噴射量を増量補正する増量補正制御が実行される。
【００４４】
この増量補正制御では、先ず機関負荷ＫＬ、機関回転速度ＮＥ、および冷却水温度ＴＨＷに基づいて補正係数Ｋｏｔが算出される。そして、この補正係数Ｋｏｔが最終燃料噴射量ＱＦＩＮの算出に際して空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦに乗算される。すなわち、基本燃料噴射量ＱＢＡＳＥ、空燃比学習値ＫＧ、アルコール濃度学習値ＫＧａｌ、および補正係数Ｋｏｔに基づいて関係式（ＱＦＩＮ＝ＱＢＳＥ×［ＦＡＦ×Ｋｏｔ＋ＫＧ＋ＫＧａｌ］）を満たす値が最終燃料噴射量ＱＦＩＮとして算出される。なお、補正係数Ｋｏｔとしては、排気浄化触媒２０の温度が過度に高くなることを的確に回避することの可能な値が算出される。また増量補正制御による燃料噴射量の増量補正は、実行条件が成立していることを条件に、内燃機関１０の温度が低いときを除いてほぼ常時実行される。
【００４５】
ここで、前述したように内燃機関１０の運転に際して同内燃機関１０に供給される燃料（具体的には、燃料タンク１４内に備蓄されている燃料）のアルコール濃度が高いときほど、点火プラグ１６の要求電圧が高くなってしまう。そのため本実施の形態では、燃料のアルコール濃度が高いときであっても点火プラグ１６の要求電圧が同点火プラグ１６に印加することの可能な電圧範囲の上限を越えることのないように、同アルコール濃度に応じて各種の機関制御の実行態様を変更するようにしている。
【００４６】
ところで、点火プラグ１６の要求電圧を低くするためとはいえ、単に機関制御の実行態様を変更すると、内燃機関１０の出力トルク（機関トルク）が変化してしまう。すなわち、機関トルクが一定にならずに燃料のアルコール濃度に応じて異なったものとなる。そうした機関トルクの相違は、内燃機関１０の運転を緻密に制御する上では、これを妨げる一因となるために好ましくない。
【００４７】
この点をふまえて本実施の形態では、燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグ１６の要求電圧を低く抑えつつアルコール濃度の違いに起因する機関トルクの相違を抑えるように、点火時期制御の実行態様と増量補正制御の実行態様とバルブタイミング制御の実行態様とがそれぞれアルコール濃度に応じて変更される。
【００４８】
具体的には、ベース点火時期Ａｂｓｅ、補正係数Ｋｏｔ、目標バルブタイミングＴｖｔの算出に用いる算出パラメータに燃料のアルコール濃度（詳しくは、アルコール濃度学習値ＫＧａｌ）が加えられている。そして、点火時期制御では、ベース点火時期Ａｂｓｅが、機関負荷ＫＬと機関回転速度ＮＥとアルコール濃度学習値ＫＧａｌとに基づいて点火時期算出マップから算出される。また増量補正制御では、補正係数Ｋｏｔが、機関負荷ＫＬと機関回転速度ＮＥと冷却水温度ＴＨＷとアルコール濃度学習値ＫＧａｌとに基づいて補正係数算出マップから算出される。さらにバルブタイミング制御では、目標バルブタイミングＴｖｔが、機関負荷ＫＬと機関回転速度ＮＥとアルコール濃度学習値ＫＧａｌとに基づいてバルブタイミング算出マップから算出される。各算出マップ（点火時期算出マップ、補正係数算出マップ、バルブタイミング算出マップ）は電子制御ユニット３０に記憶されるとともに、各制御値の算出に際してそれぞれ参照される。
【００４９】
なお各算出マップには、実験やシミュレーションの結果をもとに各算出パラメータにより定まる機関運転状態と同運転状態に適した制御値（ベース点火時期Ａｂｓｅ、補正係数Ｋｏｔ、目標バルブタイミングＴｖｔ）との関係が予め求められた上で記憶されている。また各算出マップとしてはそれぞれ、燃料のアルコール濃度が高いとき（例えば濃度１００％）に見合う関係が記憶された高濃度用マップと同アルコール濃度が低いとき（例えば濃度０％）に見合う関係が記憶された低濃度用マップとの二種類のマップが設定されている。そして、高濃度用マップと低濃度用マップとをアルコール濃度学習値ＫＧａｌによって補間（例えば直線補間）することにより、各制御値として燃料のアルコール濃度に応じた値が算出される。さらに各算出マップは、各制御値（ベース点火時期Ａｂｓｅ、補正係数Ｋｏｔ、および目標バルブタイミングＴｖｔ）の関係が適切な関係、すなわち燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグ１６の要求電圧を低く抑えつつアルコール濃度の違いに起因する機関トルクの相違を抑えることの可能な関係になるように各別に設定されている。
【００５０】
以下、そうした燃料のアルコール濃度に応じたかたちでの点火時期制御、増量補正制御、およびバルブタイミング制御の実行態様について各別に説明する。
先ず、点火時期制御の実行態様について説明する。
【００５１】
図２に、燃料噴射量および吸入空気量が一定の条件下における点火時期と点火プラグ１６の要求電圧と機関トルクとの関係の一例を示す。
通常、内燃機関１０の運転制御では、点火時期が圧縮上死点より進角側の時期に設定される。そのため、点火時期が進角側の時期に設定されるほど、燃焼室１１内の圧力が低い状態、すなわち点火プラグ１６によって火花が発生し易い状態で同点火プラグ１６への電圧印加が行われるようになる。したがって図２に線Ｌ１で示すように、点火時期が進角側の時期になるほど点火プラグ１６の要求電圧は低くなる。
【００５２】
この点をふまえて本実施の形態にかかる点火時期制御では、燃料のアルコール濃度が高いときほど点火時期（詳しくは、ベース点火時期Ａｂｓｅ）が進角側の時期になるように、アルコール濃度に応じたかたちで点火時期が変更される。具体的には、ベース点火時期Ａｂｓｅとしてその設定範囲（図２に示す例では領域Ａ）における最も進角側の時期（図２に示す例では時期Ａｈｉ）が算出される関係が点火時期算出マップの高濃度用マップに設定されるとともに、最も遅角側の時期（図２に示す例では時期Ａｌｏｗ）が算出される関係が点火時期算出マップの低濃度用マップに設定される。これにより、燃料のアルコール濃度が高いとき、すなわちアルコール濃度が低いときと同様の制御態様で内燃機関の運転制御を実行した場合に点火プラグ１６の要求電圧が不要に高くなるおそれがあるときに、点火時期が進角側の時期に変更されることによって点火プラグ１６の要求電圧が低く抑えられる。
【００５３】
また、そのように燃料のアルコール濃度に応じて点火時期制御の実行態様を変更すると、図２に線Ｌ２で示すように、同アルコール濃度が高いことに起因して点火時期が進角側の時期になるように変更された場合に、その変更が機関トルクを増加させるように作用するようになる。
【００５４】
次に、バルブタイミング制御の実行態様について説明する。
図３に、燃料噴射量および点火時期が一定の条件下における吸気バルブ２１のバルブタイミングＶＴと点火プラグ１６の要求電圧と機関トルクとの関係の一例を示す。
【００５５】
通常、内燃機関の運転制御では吸気バルブのバルブタイミングが、同内燃機関の吸入効率が極力高くなるように設定される。そのため内燃機関１０の運転制御において設定されるバルブタイミングＶＴ（例えば図３におけるタイミングＢｌｏｗ）が変更されると、それに伴い内燃機関１０の吸入効率が低くなって吸入空気量が少なくなると云える。そして、図３に線Ｌ３で示すように、そのようにして吸入空気量が少なくなると、燃焼室１１内の圧力が低い状態で点火プラグ１６への電圧印加が行われるようになるために、同点火プラグ１６の要求電圧が低くなる。
【００５６】
この点をふまえて本実施の形態にかかるバルブタイミング制御では、燃料のアルコール濃度が高いときほど吸入空気量が少なくなるように（具体的には、目標バルブタイミングＴｖｔが遅角側の時期になるように）、アルコール濃度に応じてバルブタイミング制御の実行態様が変更される。具体的には、目標バルブタイミングＴｖｔとしてその設定範囲（図３に示す例では領域Ｂ）における最も遅角側のタイミング（図３に示す例ではタイミングＢｈｉ）が算出される関係がバルブタイミング算出マップの高濃度用マップに設定される。また、上記設定範囲における最も進角側のタイミング（図３に示す例ではタイミングＢｌｏｗ）が算出される関係がバルブタイミング算出マップの低濃度用マップに設定される。これにより、燃料のアルコール濃度が高く点火プラグ１６の要求電圧が不要に高くなるおそれがあるときに吸入空気量が少なくなるために、点火プラグ１６の要求電圧が低く抑えられるようになる。
【００５７】
また、このように燃料のアルコール濃度に応じてバルブタイミング制御の実行態様を変更すると、図３に線Ｌ４で示すように、アルコール濃度が高いことに起因してバルブタイミングＶＴが吸入空気量の少なくなる遅角側の時期に変更された場合に、その変更が機関トルクを減少させるように作用するようになる。
【００５８】
次に、増量補正制御の実行態様について説明する。
図４に、吸入空気量および点火時期が一定の条件下における増量補正制御の補正係数Ｋｏｔと点火プラグ１６の要求電圧と機関トルクとの関係の一例を示す。
【００５９】
通常、混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側の比率になるように内燃機関の燃料噴射量を増量補正した場合、図４の線Ｌ５に一例を示すように、その増量補正量が少ない少増量領域（図４に示す例では領域Ｃ）では、燃焼する燃料の量の増加に伴って燃焼室内の温度が高くなるために点火プラグの要求電圧が低くなる。これに対して、増量補正量が多くなると、燃料噴射量の増加に伴って燃料の気化潜熱による影響が大きくなるために、燃焼室内の温度が低くなって点火プラグの要求電圧が高くなる。したがって増量補正量が多い多増量領域（図４に示す例では領域Ｃよりリッチ側の領域）では、上記少増量領域とは異なり、増量補正量が多くなるほど点火プラグの要求電圧が高くなる。
【００６０】
この点をふまえて本実施の形態にかかる増量補正制御では、補正係数Ｋｏｔが上記多増量領域（詳しくは、図４に示す例では領域Ｄ）において設定されるように同補正係数Ｋｏｔと機関運転状態との関係が定められている。そして、燃料のアルコール濃度が高いほど増量補正量が少なくなる値が補正係数Ｋｏｔとして算出されるように、アルコール濃度に応じて増量補正制御の実行態様が変更される。具体的には、補正係数Ｋｏｔとしてその設定範囲（図４に示す例では領域Ｄ）において最も増量補正量が少なくなるリーン側の値（図４に示す例では値Ｄｈｉ）が算出されるようになる関係が補正係数算出マップの高濃度用マップに設定される。また、上記設定範囲において最も増量補正量が多くなるリッチ側の値（図４に示す例では値Ｄｌｏｗ）が算出されるようになる関係が補正係数算出マップの低濃度用マップに設定される。これにより、燃料のアルコール濃度が高いときほど同燃料の気化潜熱の影響が小さくなって燃焼室１１内の温度が高くなるために、同アルコール濃度が高くなった場合であっても点火プラグ１６の要求電圧が低く抑えられるようになる。
【００６１】
また、混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側の比率になるように内燃機関の燃料噴射量を増量補正した場合には、基本的に、その増量補正量が多いときほど燃焼する燃料の量が多くなるために機関トルクが増加するようになる。そのため図４に線Ｌ６で示すように、燃料のアルコール濃度が高いときほどリーン側の値になるように補正係数Ｋｏｔを変更すると、燃料のアルコール濃度が高いことに起因して補正係数Ｋｏｔが増量補正量の少なくなるリーン側の値に変更された場合に、その変更が機関トルクを減少させるように作用するようになる。
【００６２】
このように本実施の形態にかかる制御装置では、燃料のアルコール濃度が低いときの点火プラグ１６の要求電圧と比較して同アルコール濃度が高いときの同要求電圧が低くなるように、点火時期制御の実行態様と増量補正制御の実行態様とバルブタイミング制御の実行態様とがそれぞれ変更される。詳しくは、燃料のアルコール濃度が高いときほど、点火時期が進角側の時期になるように点火時期制御の実行態様が変更されるとともに、燃料噴射量の増量補正量が少なくなるように増量補正制御の実行態様が変更され、さらには吸気バルブ２１のバルブタイミングＶＴが遅角側の時期になるようにバルブタイミング制御の実行態様が変更される。したがって、燃料のアルコール濃度が高くなった場合であっても、点火プラグ１６の要求電圧を低く抑えることができるようになる。
【００６３】
また、本実施の形態の点火時期制御では、アルコール濃度が高いときほど点火時期が進角側の時期になるように変更されるために、その変更が機関トルクを増加させるように作用するようになる。これとは逆に、バルブタイミング制御では、アルコール濃度が高いときほど吸入空気量が少なくなるようにバルブタイミングＶＴが変更されるために、その変更が機関トルクを減少させるように作用する。また増量補正制御においても同様に、燃料のアルコール濃度が高いときほど燃料噴射量の増量補正量が少なくなるように補正係数Ｋｏｔが変更されるために、その変更が機関トルクを減少させるように作用する。
【００６４】
そのため本実施の形態にかかる制御装置では、点火時期および増量補正量（詳しくは、補正係数Ｋｏｔ）が、共に点火プラグ１６の要求電圧を変化させる機関制御量であり且つ該要求電圧が同一の方向に変化するように変化させたときの機関トルクの変化方向が互いに異なる二つの機関制御量になる。また、点火時期およびバルブタイミングＶＴについても同様に、共に点火プラグ１６の要求電圧を変化させる機関制御量であり且つ該要求電圧が同一の方向に変化するように変化させたときの機関トルクの変化方向が互いに異なる二つの機関制御量になる。
【００６５】
したがって、燃料のアルコール濃度が高いときに、点火時期の進角側の時期への変更による機関トルクの増加分の一部と増量補正量が少なくなる値への補正係数Ｋｏｔの変更による機関トルクの減少分の少なくとも一部とが相殺されるようになる。また、燃料のアルコール濃度が高いときに、点火時期の進角側の時期への変更による機関トルクの増加分の一部とバルブタイミングＶＴの遅角側の時期への変更による機関トルクの減少分の少なくとも一部とが相殺されるようになる。
【００６６】
図５に、燃料のアルコール濃度と点火プラグ１６の要求電圧と機関トルクとの関係の一例を示す。なお図５において、実線は本実施の形態の装置についての上記関係を示し、二点鎖線は燃料のアルコール濃度に応じて点火時期制御の実行態様のみが変更される比較例の装置についての上記関係を示す。
【００６７】
図５に示すように、本実施の形態（実線）では、アルコール濃度が高いときの点火プラグ１６の要求電圧を低く抑えるために燃料のアルコール濃度に応じて点火時期制御、増量補正制御、およびバルブタイミング制御の実行態様が変更されるとはいえ、その変更に伴う機関トルクの変化が比較例の装置（二点差線）と比べて小さく抑えられるようになる。したがって本実施の形態の制御装置によれば、燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグ１６の要求電圧を低く抑えつつアルコール濃度の違いに起因する機関トルクの相違を抑えることができるようになる。
【００６８】
また本実施の形態では、点火時期、補正係数Ｋｏｔ、およびバルブタイミングＶＴといった三つの機関制御量の制御態様がアルコール濃度に応じて変更される。そのため、点火時期および補正係数Ｋｏｔ、あるいは点火時期およびバルブタイミングＶＴといった二つの機関制御量の制御態様のみを変更する装置と比較して、各機関制御量の制御態様を高い自由度で設定することができ、点火プラグ１６の要求電圧の低減と機関トルクの相違の抑制とを共に的確に行うことが可能になる。
【００６９】
ちなみに上記比較例の装置では、点火プラグ１６の要求電圧を低く抑えるべく単に点火時期を進角側の時期に変更すると、機関トルクが不要に大きくなってしまう。そのため、そうした機関トルクに合わせて内燃機関やその周辺機器の強度を設定せざるを得なくなって、その強度が不要に高くなるといった不都合を招くおそれがある。この点、本実施の形態によれば、燃料のアルコール濃度が高いときに機関トルクが不要に大きくなることが抑えられるために、上記不都合の発生についても抑えられるようになる。
【００７０】
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）燃料のアルコール濃度が低いときの点火プラグ１６の要求電圧と比較して同アルコール濃度が高いときの同要求電圧が低くなるように、点火時期、補正係数Ｋｏｔ、およびバルブタイミングＶＴといった三つの機関制御量の制御態様をアルコール濃度に応じて変更するようにした。そのため、燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグ１６の要求電圧を低く抑えつつアルコール濃度の違いに起因する機関トルクの相違を抑えることができるようになる。
【００７１】
（２）点火時期、補正係数Ｋｏｔ、およびバルブタイミングＶＴといった三つの機関制御量の制御態様をアルコール濃度に応じて変更するようにした。そのため、点火時期および補正係数Ｋｏｔ、あるいは点火時期およびバルブタイミングＶＴといった二つの機関制御量の制御態様のみを変更する装置と比較して、各機関制御量の制御態様を高い自由度で設定することができ、点火プラグ１６の要求電圧の低減と機関トルクの相違の抑制とを共に的確に行うことが可能になる。
【００７２】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチ側の比率になるように燃料噴射量を増量補正する増量補正制御であれば、単に排気温度を低下させるために燃料噴射量を増量補正する増量補正制御など、排気浄化触媒２０の温度上昇を抑えるための増量補正制御以外の増量補正制御を実行するようにしてもよい。
【００７３】
・点火時期および補正係数Ｋｏｔの二つの機関制御量のみを、あるいは点火時期およびバルブタイミングＶＴの二つの機関制御量の制御態様のみをアルコール濃度に応じて変更するようにしてもよい。この場合、二つの機関制御量が適切な関係、すなわち燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグ１６の要求電圧を低く抑えつつアルコール濃度の違いに起因する機関トルクの相違を抑えることの可能な関係になるように、それら二つの機関制御量の制御態様を各別に設定するようにすればよい。
【００７４】
・機関バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構として、バルブタイミング変更機構２２以外のものが搭載された内燃機関にも、本実施の形態にかかる制御装置はその構成を適宜変更した上で適用することができる。そうした可変動弁機構としては、吸気バルブ２１の開弁期間（開弁時期から閉弁時期までの期間［いわゆるバルブ作用角］）を変更するための機構や、排気バルブのバルブタイミングを変更するための機構、排気バルブのバルブ作用角を変更するための機構を挙げることができる。こうした構成によれば、燃料のアルコール濃度に応じて機関バルブの開弁特性（バルブタイミングあるいはバルブ作用角）の制御態様を変更することにより、これに伴う吸入空気量の変化によって点火プラグ１６の要求電圧と機関トルクとを共に変化させることができる。そのため、そうした機関バルブの開弁特性を、燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグ１６の要求電圧を低く抑えつつアルコール濃度の違いに起因する機関トルクの相違を抑えるための機関制御量として用いることができる。
【００７５】
・燃料のアルコール濃度が高いときにおける点火プラグ１６の要求電圧を低く抑えつつアルコール濃度の違いに起因する機関トルクの相違を抑えるために用いる機関制御量の一つとして、スロットル開度ＴＡを追加するようにしてもよい。こうした構成によれば、燃料のアルコール濃度に応じてスロットル開度ＴＡの制御態様を変更することにより、これに伴う吸入空気量の変化によって点火プラグ１６の要求電圧と機関トルクとを共に変化させることができる。
【００７６】
・吸気通路および排気通路を連通するＥＧＲ通路と同ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁とを有する内燃機関に適用されて、同内燃機関の運転状態に基づくＥＧＲ弁の作動制御を通じて排気通路から吸気通路に再循環される排気の量を調節する制御装置において、同ＥＧＲ弁の開度を上記機関制御量の一つとして追加するようにしてもよい。こうした構成によれば、アルコール濃度に応じてＥＧＲ弁の開度の制御態様を変更することにより、これに伴う燃焼室内の温度変化によって点火プラグ１６の要求電圧を変化させることができ、さらに吸入空気量の変化によって機関トルクを変化させることもできる。
【００７７】
・燃料のアルコール濃度を検出するための濃度センサを設けるとともに同濃度センサにより検出したアルコール濃度を前記機関制御量の算出に用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１０…内燃機関、１１…燃焼室、１２…吸気通路、１３…燃料噴射弁、１４…燃料タンク、１５…燃料ポンプ、１６…点火プラグ、１７…ピストン、１８…クランクシャフト、１９…排気通路、２０…排気浄化触媒、２１…吸気バルブ、２２…バルブタイミング変更機構、２３…スロットルバルブ、２４…アクセルペダル、２５…スロットルモータ、２６…アクチュエータ、３０…電子制御ユニット。
【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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