(57)【要約】【課題】燃料と空気の混合を良好に保ちつつ、内燃機関の冷機時におけるＰＭとオイル希釈とを低減可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を実現する。【解決手段】アルコールとガソリンとの混合燃料を噴射する燃料噴射制御装置において、混合燃料のアルコール濃度と内燃機関のピストンの上下運動とに応じて適切に燃料噴射弁からの燃料噴射期間を調節し、燃料と空気との混合を良好に維持しつつ、内燃機関冷機時のＰＭの生成とオイル希釈とを低減する。内燃機関の吸気行程における燃料噴射期間を複数の期間Ｔ１、Ｔ２に分割し、混合燃料のアルコール濃度に応じて初段噴射期間Ｔ１及び終段噴射期間Ｔ２を変更し、アルコール濃度が低の場合は、初段噴射期間Ｔ１を短く、終段噴射期間Ｔ２を長くし、アルコール濃度が高くなるにつれて、初段噴射期間Ｔ１を長くし、終段噴射期間Ｔ２を短くして、ピストンの冠面とシリンダボア壁面への燃料噴射量を調整する。【選択図】図１４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリンとアルコールとの混合燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサと、
内燃機関の温度を検出する温度センサと、
上記混合燃料を噴射する燃料噴射弁と、
上記温度センサが検出した内燃機関の温度が一定の閾値未満の場合には、内燃機関の吸気行程を複数の燃料噴射期間に分割し、分割した燃料噴射期間のうちの初期の燃料噴射期間の燃料噴射量を、上記アルコール濃度センサが検出したアルコール濃度が高くなるに従って多くし、上記分割した期間の内の後期の燃料噴射期間の燃料噴射量を、上記アルコール濃度センサが検出したアルコール濃度が高くなるに従って少なくして、上記燃料噴射弁が噴射する混合燃料の噴射量を制御する制御部と、
を備えること特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記制御部は、上記初期の燃料噴射期間の燃料噴射量をＱ１、上記後期の燃料噴射期間の燃料噴射量をＱ２としたときに、Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を上記アルコール濃度センサが検出したアルコール濃度が高いほど大とすることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記制御部は、上記初期の燃料噴射期間を、上記アルコール濃度センサが検出したアルコール濃度が高くなるに従って長くし、上記後期の燃料噴射期間を、上記アルコール濃度センサが検出したアルコール濃度が高くなるに従って短くすることにより、上記燃料噴射弁が噴射する混合燃料の噴射量を制御する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】
請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記燃料噴射弁は、弁体のリフト高さを変更して燃料噴射量を変更する燃料噴射弁であり、上記制御部は、上記燃料噴射量Ｑ１及びＱ２を、上記燃料噴射弁の上記弁体のリフト高さを変更することにより変更することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記燃料噴射弁は、上記初期の燃料噴射期間に燃料を噴射する第一の燃料噴射弁と、上記後期の燃料噴射期間に燃料を噴射する第二の燃料噴射弁とであることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記第一の燃料噴射弁に燃料を供給する第一の燃料ポンプと、上記第二の燃料噴射弁に燃料を供給する第二の燃料ポンプとを備え、上記制御部は、上記第一の燃料ポンプと第二の燃料ポンプの燃料噴射圧を変更し、上記第一の燃料噴射弁及び上記第二の燃料噴射弁の燃料噴射量を制御することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記第一の燃料噴射弁は、単孔式または多孔式の燃料噴射弁であり、上記第二の燃料噴射弁は、スワール式または外開き弁式の燃料噴射弁であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記制御部は、内燃機関の回転速度に従って、Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を変更し、内燃機関の回転速度が大となるにしたがってＱ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を大きくすることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記制御部は、上記燃料噴射弁の燃料噴射圧に従って、Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を変更し、燃料噴射圧が高くなるにしたがってＱ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を小とすることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
ガソリンとアルコールとの混合燃料のアルコール濃度を検出し、
内燃機関の温度を検出し、
上記検出した内燃機関の温度が一定の閾値未満の場合には、内燃機関の吸気行程を複数の燃料噴射期間に分割し、分割した燃料噴射期間のうちの初期の燃料噴射期間の燃料噴射量を、上記検出したアルコール濃度が高くなるに従って多くし、上記分割した期間の内の後期の燃料噴射期間の燃料噴射量を、上記検出したアルコール濃度が高くなるに従って少なくして、上記燃料噴射弁が噴射する混合燃料の噴射量を制御すること特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の内燃機関の燃料噴射制御方法において、
上記初期の燃料噴射期間の燃料噴射量をＱ１、上記後期の燃料噴射期間の燃料噴射量をＱ２としたときに、Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を上記検出したアルコール濃度が高いほど大とすることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の内燃機関の燃料噴射制御方法において、
上記初期の燃料噴射期間を、上記検出したアルコール濃度が高くなるに従って長くし、上記後期の燃料噴射期間を、上記検出したアルコール濃度が高くなるに従って短くすることにより、上記燃料噴射弁が噴射する混合燃料の噴射量を制御することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の内燃機関の燃料噴射制御方法において、
上記燃料噴射弁は、弁体のリフト高さを変更して燃料噴射量を変更する燃料噴射弁であり、上記燃料噴射量Ｑ１及びＱ２を、上記燃料噴射弁の上記弁体のリフト高さを変更することにより変更することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の内燃機関の燃料噴射制御方法において、
上記燃料噴射弁は、上記初期の燃料噴射期間に燃料を噴射する第一の燃料噴射弁と、上記後期の燃料噴射期間に燃料を噴射する第二の燃料噴射弁とであることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の内燃機関の燃料噴射制御方法において、
上記内燃機関は、上記第一の燃料噴射弁に燃料を供給する第一の燃料ポンプと、上記第二の燃料噴射弁に燃料を供給する第二の燃料ポンプとを備え、上記第一の燃料ポンプと第二の燃料ポンプの燃料噴射圧を変更し、上記第一の燃料噴射弁及び上記第二の燃料噴射弁の燃料噴射量を制御することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の内燃機関の燃料噴射制御方法において、
上記第一の燃料噴射弁は、単孔式または多孔式の燃料噴射弁であり、上記第二の燃料噴射弁は、スワール式または外開き弁式の燃料噴射弁であることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
【請求項１７】
請求項１１に記載の内燃機関の燃料噴射制御方法において、
上記内燃機関の回転速度に従って、Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を変更し、内燃機関の回転速度が大となるにしたがってＱ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を大きくすることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
【請求項１８】
請求項１１に記載の内燃機関の燃料噴射制御方法において、
上記燃料噴射弁の燃料噴射圧に従って、Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を変更し、燃料噴射圧が高くなるにしたがってＱ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を小とすることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の性能を確保するための技術として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１には、「アルコール混合燃料が使用される筒内直噴式のエンジンを備える内燃機関であって、前記エンジンに供給される燃料のアルコール濃度に応じて燃料噴射時期が設定されると共に、当該燃料噴射時期を制御量として前記エンジンの燃料噴射制御が行われることを特徴とし、燃料のアルコール濃度が増加すると燃料噴射時期が進角側に設定され、且つ、燃料のアルコール濃度が減少すると燃料噴射時期が遅角側に設定される」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−４７０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、筒内直噴式のエンジンでは、筒内に噴射された燃料がピストン冠面や燃焼室ボア壁面などに付着し、機関温度が低いときには、これら付着燃料によって、粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ、ＰＭ）の生成や、潤滑油に燃料が溶解する所謂オイル希釈が発生することが知られている。
【０００５】
一方、ＣＯ２排出の削減のために、近年の内燃機関ではガソリンとアルコール（主にエタノール）とを混ぜた混合燃料が使われるようになってきている。アルコールの混合比率が様々に変化しても走行可能な車両は、フレックス燃料車（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ−Ｆｕｅｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＦＦＶ）として知られている。
【０００６】
ここで、冷機運転時におけるＰＭの発生量とオイル希釈の程度は、燃料性状によって変化するため、ＰＭとオイル希釈を同時に低減するには、燃料性状に応じた最適なエンジン制御が必要である。このため、特許文献１に記載の技術では、燃料のアルコール濃度が増加すると、燃料噴射時期を進角側に設定し、且つ、燃料のアルコール濃度が減少すると、燃料噴射時期が遅角側に設定することで対応している。
【０００７】
燃料噴射のタイミングは、ＰＭとオイル希釈の原因となる壁面付着量のみでなく、エンジン燃焼室内での燃料と空気の混合にも影響する。特許文献１に記載されたように、アルコール濃度に応じて、燃料噴射時期を進角側に設定、もしくは遅角側に設定する方法では、燃料と空気の混合が不十分となる虞がある。
【０００８】
本発明の目的は、燃料と空気の混合を良好に保ちつつ、内燃機関の冷機時におけるＰＭとオイル希釈とを低減可能な内燃機関の燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、次のように構成される。
【００１０】
本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置は、ガソリンとアルコールとの混合燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサと、内燃機関の温度を検出する温度センサと、上記混合燃料を噴射する燃料噴射弁と、制御部とを備える。
【００１１】
制御部は、上記温度センサが検出した内燃機関の温度が一定の閾値未満の場合には、内燃機関の吸気行程を複数の燃料噴射期間に分割し、分割した燃料噴射期間のうちの初期の燃料噴射期間の燃料噴射量を、上記アルコール濃度センサが検出したアルコール濃度が高くなるに従って多くし、上記分割した期間の内の後期の燃料噴射期間の燃料噴射量を、上記アルコール濃度センサが検出したアルコール濃度が高くなるに従って少なくして、上記燃料噴射弁が噴射する混合燃料の噴射量を制御する。
【００１２】
また、本発明の内燃機関の燃料噴射制御方法は、ガソリンとアルコールとの混合燃料のアルコール濃度を検出し、内燃機関の温度を検出する。そして、検出した内燃機関の温度が一定の閾値未満の場合には、内燃機関の吸気行程を複数の燃料噴射期間に分割し、分割した燃料噴射期間のうちの初期の燃料噴射期間の燃料噴射量を、上記検出したアルコール濃度が高くなるに従って多くし、上記分割した期間の内の後期の燃料噴射期間の燃料噴射量を、上記検出したアルコール濃度が高くなるに従って少なくして、上記燃料噴射弁が噴射する混合燃料の噴射量を制御する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料と空気の混合を良好に保ちつつ、内燃機関の冷機時におけるＰＭとオイル希釈とを低減可能な内燃機関の燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例が適用される内燃機関の概略構成図である。
【図２】本発明の実施例に使用されるアルコール濃度センサの出力例を示したグラフである。
【図３】本発明の実施例１における内燃機関のシリンダの概略縦断面図である。
【図４】本発明の実施例１における内燃機関の概略斜視図である。
【図５】本発明の実施例１における燃料噴射弁のノズルの部分断面図である。
【図６】本発明の実施例１における燃料噴射弁のノズルの概略平面図である。
【図７】本発明の実施例１における燃料噴射弁の噴射量特性であり、噴射期間（噴射パルス幅）と噴射量との関係を示したグラフである。
【図８】本発明の実施例１における燃料噴射弁から噴射される噴霧の形態を示した図である。
【図９】本発明の実施例１における燃料噴射弁から噴射される噴霧の横断面を示した図である。
【図１０】内燃機関において、燃料を吸気行程前期に噴射したときの噴霧の挙動例を示した図である。
【図１１】内燃機関において、燃料を吸気行程後期に噴射したときの噴霧の挙動例を示した図である。
【図１２】本発明の実施例１におけるエンジン始動後の運転モード切替え手順を示したフローチャートである。
【図１３】本発明の実施例１におけるＥＣＵ内のエンジン始動後の運転モード切替についての機能ブロックを示す図である。
【図１４】本発明の実施例１における噴射時期を示したタイミングチャートである。
【図１５】本発明の実施例１における、アルコール濃度と初段噴射比率の関係の一例を示したグラフである。
【図１６】本発明の実施例１における、アルコール濃度と初段噴射比率の関係の別の一例を示したグラフである。
【図１７】本発明の実施例１における、アルコール濃度が低い場合の、ピストン冠面位置と噴射タイミングとの関係を示した図である。
【図１８】本発明の実施例１における、アルコール濃度が高い場合の、ピストン冠面位置と噴射タイミングとの関係を示した図である。
【図１９】本発明の実施例１における、アルコール濃度に対する燃料のピストン付着量とシリンダボア付着量の変化を示したグラフである。
【図２０】本発明の実施例１の効果を示し、アルコール濃度に対するＰＭ排出量、オイル希釈率の変化を示すグラフである。
【図２１】分割噴射と１回噴射における筒内混合気均質性の履歴の一例を示したグラフである。
【図２２】分割噴射と１回噴射における筒内当量比の履歴の一例を示したグラフである。
【図２３】アルコール濃度が低い場合の、分割噴射における筒内混合気均質性の履歴の一例を示したグラフである。
【図２４】アルコール濃度が低い場合の、分割噴射における筒内等量比の履歴の一例を示したグラフである。
【図２５】アルコール濃度が高い場合の、分割噴射における筒内混合気均質性の履歴の一例を示したグラフである。
【図２６】アルコール濃度が高い場合の、分割噴射における筒内等量比の履歴の一例を示したグラフである。
【図２７】本発明の実施例１における、噴射時期の別の一例を示したタイミングチャートである。
【図２８】本発明の実施例１における、噴射時期の別の一例を示したタイミングチャートである。
【図２９】本発明において、アルコール濃度と初段噴射比率の関係を、機関回転速度に対して変化させる例を示したグラフである。
【図３０】本発明において、アルコール濃度と初段噴射比率の関係を、燃料の噴射圧に対して変化させる例を示したグラフである。
【図３１】本発明において、初段噴射率の上限値、下限値に制限を設ける例を示したグラフである。
【図３２】本発明において、最小噴射パルス幅Ｔｍｉｎを示すための、噴射パルス幅と噴射量の関係の例を示したグラフである。
【図３３】本発明の実施例１における、要求噴射量による噴射制御の切り換えを説明するための、噴射時期のタイミングチャートである。
【図３４】本発明の実施例２における燃料噴射弁の縦断面図である。
【図３５】本発明の実施例２における燃料噴射弁のノズルの部分断面図である。
【図３６】本発明の実施例２における燃料噴射弁の弁体リフト履歴の例を示す図である。
【図３７】本発明の実施例２における燃料噴射弁の弁リフト高さと噴射量の関係を示すグラフである。
【図３８】本発明の実施例２における、弁リフト時期を示したタイミングチャートである。
【図３９】本発明の実施例２における、アルコール濃度と初段噴射の弁リフト比の関係の一例を示したグラフである。
【図４０】本発明の実施例２における、アルコール濃度と初段噴射の弁リフト比の関係の別の一例を示したグラフである。
【図４１】本発明の実施例３における内燃機関の概略構成図である。
【図４２】本発明の実施例３における燃料噴射弁と燃料噴射弁から噴射される噴霧のザウター平均粒径と噴射圧の関係を示すグラフである。
【図４３】本発明の実施例３における噴射時期を示したタイミングチャートである。
【図４４】本発明の実施例３におけるアルコール濃度と噴射圧の関係を示したグラフである。
【図４５】本発明の実施例３における、噴射時期を示したタイミングチャートである。
【図４６】本発明が適用される直上噴射式筒内噴射エンジンの構成図である。
【図４７】直上噴射式筒内噴射エンジンにおいて、吸気行程前期に燃料を噴射したときの噴霧挙動の例を示した図である。
【図４８】直上噴射式筒内噴射エンジンにおいて、吸気行程後期に燃料を噴射したときの噴霧挙動の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１６】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１が適用される内燃機関における制御系の概略構成図である。図１において、内燃機関１は、シリンダヘッドに燃料噴射弁（インジェクタ）１０６と点火プラグ１０７とを備えた筒内噴射式点火機関である。内燃機関１は、ガソリンとアルコールの混合燃料を使用し、任意のアルコール濃度で運転可能なように内燃機関の構成部品やエンジン仕様、制御仕様が決められている。
【００１７】
燃料タンク３内には、ガソリンとアルコールの混合燃料６が充填されている。混合燃料６のアルコール濃度は固定されたものではなく、ユーザーが補給する燃料仕様、補給時のタンク３内の残存燃料の仕様、残存量などによって０〜１００％の範囲で変化する。
【００１８】
燃料タンク３内の混合燃料６はフィードポンプ５によって３００ｋＰａ程度に加圧され、燃料配管７ａを通って高圧燃料ポンプ２に送られる。混合燃料は高圧燃料ポンプ２によって更に５〜２０ＭＰａ程度に加圧され、高圧燃料配管７ｂを通って燃料噴射弁１０６に送られる。高圧燃料配管７ｂ内の燃料圧力（噴射圧）は噴射圧力センサ９によって検出され、噴射圧信号Ｓ５がＥＣＵ（制御部）１１２に取り込まれる。ＥＣＵ１１２は、噴射圧信号Ｓ５をフィードバックしながら高圧燃料ポンプ２に送る噴射圧指令値Ｓ２を調整することで高圧燃料配管７ｂ内の噴射圧が所定目標値に設定される。
【００１９】
混合燃料のアルコール濃度は燃料タンク３内に設けたアルコール濃度センサ４によって検出される。アルコール濃度センサ４によって検出されたアルコール濃度信号Ｓ１がＥＣＵ１１２に取り込まれる。
【００２０】
アルコール濃度センサ４は燃料の誘電率、もしくは光の屈折率からアルコール濃度を検出し、電圧値として出力するものである。
【００２１】
図２に燃料のアルコール濃度に対するアルコール濃度センサ４の出力電圧の変化の一例を示す。アルコール濃度センサ４の出力電圧はアルコール濃度と１対１の相関があり、アルコール濃度センサ４の出力電圧値から図２の相関を用いて燃料のアルコール濃度を求めることができる。
【００２２】
図１において、ＥＣＵ１１２から燃料噴射弁１０６に噴射信号Ｓ３を送ることで、所定のタイミング、期間で燃料噴射弁１０６から内燃機関１の燃焼室内へ燃料が噴射される。また、ＥＣＵ１１２から点火プラグ１０７に点火信号Ｓ４を送ることで、所定のタイミングにおいて、燃焼室内の混合気が点火プラグ１０７によって点火される。
【００２３】
内燃機関１の吸気ポート１０９内には燃焼室内へ吸入する空気の量を調整するためのスロットル弁１０が設けられている。スロットル弁１０の開度はＥＣＵ１１２からスロットル弁１０に送られるスロットル弁開度信号Ｓ６により所定の開度に設定される。
【００２４】
内燃機関１のシリンダは、図示しない冷却水によって冷却されており、その水温は冷却水温センサ１１によって検出され、冷却水温信号Ｓ７がＥＣＵ１１２に送られる。
【００２５】
更にＥＣＵ１１２には、クランク角信号、アクセル開度信号、トランスミッションのギアポジション信号等の信号Ｓ８が取り込まれ、内燃機関１の回転数、負荷（トルク）の検出、冷機／暖機状態の識別等、機関運転状態の種々の判定がＥＣＵ１１２によって行われる。
【００２６】
次に、図３、図４を参照して、内燃機関１のシリンダの構成を説明する。図３は本発明の実施例１が適用される筒内噴射エンジンの中央断面図であり、図４は筒内噴射エンジンの概略斜視図である。
【００２７】
図３、図４において、シリンダヘッド１５と、シリンダブロック１６と、シリンダブロック１６に挿入されたピストン１２とにより燃焼室が形成され、燃焼室の中心上部に点火プラグ１０７が設けられている。燃焼室に吸気管１０９と排気管１１０とがそれぞれ開口しており、吸気管１０９の開口部を開閉する吸気弁１３と、排気管１１０の開口部を開閉する排気弁１４が設けられている。シリンダヘッド１５の上部側方部には、燃焼室に直接燃料が噴射できるように燃料噴射弁１０６が設けられている。
【００２８】
料噴射弁１０６は，概ね５〜２０ＭＰａに加圧された燃料を燃料噴射弁１０６のノズル先端に設けた微細な孔から高速に噴出することで微粒化した燃料を燃焼室に噴射するものである。燃料噴射弁１０６はＥＣＵ１１２からの指令を受けて任意のタイミングと時間幅で燃料を噴射することができる。
【００２９】
図５は燃料噴射弁１０６のノズル部の中央断面図であり、図６は燃料噴射弁１０６のノズル部を下から見たときの平面図である。また、図７は燃料噴射弁１０６の噴射期間と噴射量との関係を示すグラフであり、図８、図９は燃料噴射弁１０６から噴射される噴霧形状の例を示す図である。
【００３０】
図５及び図６に示されるように、燃料噴射弁１０６のノズル先端には円周上に複数の微細な噴口２１が設けられている。噴口２１の数は例えば６個であり、直径は例えば２００μｍである。この微細な噴口２１から，高圧（例えば５〜２０ＭＰａ）に加圧された燃料を噴射することで、ザウター平均粒径が５〜３０μｍ程度の液滴から構成される噴霧を形成する。燃料の噴射開始、噴射終了は、ノズル内の弁体２０を図示しない電磁石（ソレノイド）、圧電（ピエゾ）素子、磁歪素子等で上下に駆動することで行われる。
【００３１】
図７は上述したように、噴射期間と噴射量と関係の一例を示している。ここで、射期間はＥＣＵ１１２から燃料噴射弁１０６に送られる噴射パルス幅に等しい。噴射期間と噴射量とにはほぼ比例関係があり、噴射期間によって噴射量を調整することができる。
【００３２】
図８は静止大気中に噴射した時の噴霧外観形状の一例を示しており、図９は図８のＡＡ線に沿った断面位置での噴霧形状を示している。前述したように、燃料噴射弁１０６の先端には円周上に複数の噴口２１が設けられており、各噴口２１から例えば１０ａ〜１０ｆで示されるような噴霧が形成される。
【００３３】
次に、図１０及び図１１を用いて、本発明の実施例１における内燃機関の燃焼室内に噴射された噴霧挙動について説明する。
【００３４】
図１０は燃料噴射開始タイミングが吸気行程の前期、例えば吸気上死点後３０ｄｅｇＣＡの場合の噴霧挙動を示す図である。吸気行程の前期ではピストン１２は高い位置（上死点に近い位置）にあるため、噴霧１０ａ〜１０ｆの殆どは、ピストン１２の冠面に衝突する。内燃機関が冷機状態のときは、ピストン１２の冠面の温度が低いため、冠面に衝突した液滴の多くは、ピストン１２の冠面上に液膜を形成する。
【００３５】
図１１は燃料噴射終了タイミングが吸気行程の後期、例えば吸気上死点後１２０ｄｅｇＣＡの場合の噴霧挙動を示す図である。吸気行程の後期ではピストン１２は低い位置（上死点から離れた位置）にあるため、噴霧の一部が燃焼室ボア壁面に衝突し、噴霧の他の一部は、ピストン１２の冠面に衝突する。内燃機関が冷機状態のときは、燃焼室ボア壁面の温度が低いため、燃焼室ボア壁面に衝突した液滴の多くは、燃焼室ボア壁面上に液膜を形成する。また、ピストン１２に衝突した液滴も同様にピストン１２の冠面上に液膜を形成する。
【００３６】
次に、本発明の実施例１におけるエンジン始動後の運転モード切替フローを図１２、図１３を参照して説明する。図１２は、エンジン始動後の運転モード切替の動作フローを示す図であり、図１３はＥＣＵ１１２内のエンジン始動後の運転モード切替についての機能ブロックを示す図である。
【００３７】
図１２、図１３において、エンジン始動後（ステップＳ１）、ＥＣＵ１１２のアルコール濃度判断部１１２ａはアルコール濃度センサ４の検出信号Ｓ１により燃料タンク３内の燃料のアルコール濃度Ｘｅを判断（算出）する（ステップＳ２）。次に、ＥＣＵ１１２の冷機状態判断部１１２ｂは冷却水温センサ１１の検出信号Ｓ７により冷却水温Ｔｗを取得し（ステップＳ３）、予め設定された温度閾値Ｔｗｃ（例えば５０°Ｃ）とＴｗとを比較する（ステップＳ４）。冷機状態判断部１１２ｂは冷却水温ＴｗがＴｗｃより低い場合には内燃機関は冷機状態と判断し、冷機状態であることを燃料噴射制御部１１２ｄに伝達する。燃料噴射制御部１１２ｄは、メモリ１１２ｃに格納されたアルコール濃度と燃料噴射期間との関係を示すデータと、アクセル開度等を示す信号Ｓ８とに基づいてインジェクタ１０６等に指令信号を送り、冷機モードでの機関運転の制御を実施する（ステップＳ５）。
【００３８】
ステップＳ４において、冷機状態判断部１１２ｂは冷却水温ＴｗがＴｗｃより以上の場合には内燃機関は暖機状態と判断し、暖機状態であることを燃料噴射制御部１１２ｄに伝達する。燃料噴射制御部１１２ｄは、アクセル開度等を示す信号Ｓ８に基づいて燃料噴射弁（インジェクタ）１０６等に指令信号を送り、暖機モードでの機関運転の制御を実施する（ステップＳ６）。
【００３９】
冷機モードは冷却水温ＴｗがＴｗｃに到達するまで継続し、Ｔｗ≧Ｔｗｃになったら、冷機モードから暖機モードに移行する。
【００４０】
次に、本発明の実施例１による、冷機モードにおける燃料噴射の制御方法について説明する。
【００４１】
図１４は、本発明の実施例１による冷機モードにおける燃料の噴射タイミングのチャートを示す図である。図１４において、冷機モードでは、燃料は吸気行程内に２回に分割して噴射する。ここで、２回に分割した前側の燃料噴射期間を初段噴射（初期の燃料噴射期間）とし、その噴射期間（噴射パルス幅）をＴ１と定義する。また２回に分割した後側の燃料噴射期間を終段噴射（後期の燃料噴射期間）とし、その噴射期間（噴射パルス幅）をＴ２と定義する。
【００４２】
初段噴射は吸気行程の前期に実施され、その噴射開始時期は例えば吸気上死点後３０ｄｅｇＣＡである。一方、終段噴射は吸気行程の後期に実施され、その噴射終了時期は例えば１２０ｄｅｇＣＡである。
【００４３】
図１４に示すように、本発明の実施例１では、アルコール濃度を低（例えば、０〜３３％）、中（３４〜６６％）、高（６７〜１００％）に分割し、噴射期間Ｔ１とＴ２の長さを燃料のアルコール濃度によって変化させ、アルコール濃度が高いほど、Ｔ１を長く、Ｔ２を短く設定する。即ちアルコール濃度が高いほど、初段噴射の噴射量比率を高く、終段噴射の噴射量比率を低く設定する。
【００４４】
例えば、アルコール濃度が低では、噴射期間Ｔ１とＴ２との比を１対３、アルコール濃度が中は、噴射期間Ｔ１とＴ２との比を１対１、アルコール濃度が高では、噴射期間Ｔ１とＴ２との比を３対１とする。
【００４５】
なお、図１５に示すように、アルコール濃度の増加に対して、初段噴射の比率Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）を連続的に増やしても良い。また、図１６に示すように、アルコール濃度の増加に対して、初段噴射の比率Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）を段階的に増やしても良い。
【００４６】
噴射時期Ｔ１とＴ２との間の空白期間は、使用するエンジン仕様等により、決定することができる。
【００４７】
ここで、吸気行程の前期と後期との２つに分割して、燃料を噴射する構成とせずに、吸気行程の前期又は後期に燃料を噴射せず、後期又は前期に連続して燃料を噴射することも考えられるが、後述するように、混合気均質性の観点から、吸気行程期間を分割して、燃料を噴射する構成としている。
【００４８】
図１７、図１８は、冷機モードにおける燃料噴射タイミングとピストン１２の冠面位置との関係を示す図である。図１７は、アルコール濃度が低い場合の燃料噴射タイミングとピストン１２の冠面位置との関係を示しており、図１８は、アルコール濃度が高い場合の燃料噴射タイミングとピストン１２の冠面位置との関係を示している。
【００４９】
図１７、図１８において、ピストン１２の冠面位置は、吸気上死点で最も高く（シリンダヘッドに近く）、吸気下死点に向けて低くなっていく。
【００５０】
初段噴射の噴射時期ではピストン１２の冠面位置は高いため、初段噴射で噴射された燃料は図１０に示したように、多くがピストン１２の冠面に衝突、付着する。このため、初段噴射の燃料は、シリンダボア壁には殆ど付着しない。
【００５１】
一方、終段噴射の噴射時期ではピストン１２の冠面位置は低いため、終段噴射で噴射された燃料の一部が図１１に示したように、ピストン１２の冠面とシリンダボア壁に衝突し、付着する。
【００５２】
本発明の実施例１による噴射制御においては、アルコール濃度が低い場合には、図１７に示すように、ピストン１２の位置が高い時期に噴射される初段噴射量が少なく、ピストン１２の位置が低い時期に噴射される終段噴射量が多くなるように噴射量が設定される。
【００５３】
一方、本発明の実施例１による噴射制御においては、アルコール濃度が高い場合には、図１８に示すように、ピストン１２の位置が高い時期に噴射される初段噴射量が多く、ピストン１２の位置が低い時期に噴射される終段噴射量が少なくなるように噴射量が設定される。このため、図１９に示すように、アルコール濃度が低い場合には、ピストン冠面への燃料付着が少なく、シリンダボア壁面への付着が多くなる。一方、アルコール濃度が高い場合には、ピストン１２の冠面への燃料付着が多く、シリンダボア壁面への付着が少なくなる。
【００５４】
ガソリンは一般に芳香族炭化水素の成分を多く含んでいる。芳香族炭化水素はＰＭの発生要因物質の１つであり、芳香族炭化水素が多いとＰＭ発生量が多くなる事が知られている。従って、ガソリンがピストン１２の冠面に付着するとＰＭが発生しやすい。一方、ガソリンは低温での気化性が良いため、シリンダボア壁へ付着しても比較的短時間に気化して、潤滑オイルへの溶解はし難い。
【００５５】
従って、アルコール濃度が低い（ガソリン濃度が高い）燃料では、ピストン１２の冠面への燃料付着を少なくすることでＰＭを低く抑えることができる。また、アルコール濃度が低い燃料では、シリンダボア壁面への燃料付着が多くてもオイル希釈は起こり難い。
【００５６】
これに対して、アルコールは芳香族炭化水素の成分を殆ど含んでいないため、ピストン１２の冠面に付着してもＰＭは発生しにくい。
【００５７】
一方、アルコールは低温での気化性がガソリンに比べて低いため、シリンダボア壁へ付着すると気化し難く、オイルへ溶解し易い。従って、アルコール濃度が高い燃料では、リンダボア壁面への燃料付着を少なくすることで、オイル希釈を低減できる。また、アルコール濃度が高い燃料では、ピストン１２の冠面への燃料付着が多くてもＰＭの発生量は少ない。
【００５８】
本発明による実施例１の燃料噴射制御によって、アルコール濃度が低い場合には、ピストン１２の冠面への燃料付着が少なく、シリンダボア壁面への付着が多くなり、アルコール濃度が高い場合には、ピストン１２の冠面への燃料付着が多く、シリンダボア壁面への付着が少なくなる。よって、図２０に示すように、アルコール濃度が変化しても、内燃機関冷機時のＰＭ排出量、オイル希釈率（オイル中に溶解した燃料の比率）の双方を低減することができる。
【００５９】
ところで、燃料を吸気行程内で複数回に分割して噴射すると、燃料と空気の混合を促進できることが知られている。この理由について図２１、図２２を用いて説明する。
【００６０】
図２１は、吸気行程中に２回に分割して噴射した場合と、１回のみの噴射をした場合の、混合気均質性の履歴の一例を示す図である。ここで、混合気均質性とは、燃料と空気が筒内でどれだけ均一に混ざっているかを示す指標であり、値が大きいほど燃料と空気の混合が良いことを示す。混合気均質性は、例えば筒内の当量比空間分布の標準偏差の逆数で定義される。
【００６１】
図２２は、図２１に対応した最大当量比の履歴を示す図である。ここで最大当量比とは、筒内の局所当量比の最大値である。
【００６２】
１回噴射の場合には、吸気行程内の短期間に燃料が集中して供給されるため、噴射直後に当量比の大きな混合気が形成され、均質性は大幅に低下する。
【００６３】
これに対して２回噴射の場合には、１回あたりの噴射量が少ないため、噴射直後の当量比ピーク値は１回噴射に比べて低い。従って、噴射後の均質性の低下が１回噴射に比べて少なくなる。また、１回目と２回目の噴射の間の期間でも、空気と燃料との混合が進むため、圧縮行程後期の点火時期付近では２回噴射の均質性は１回噴射に比べ良くなる。
【００６４】
このように、分割噴射は、筒内の局所当量比が過度に高くならないように、時間方向に分散して燃料を投入することで、筒内混合気の均質性を向上できるものである。筒内混合気の均質性が良いと不完全燃焼による損失が減るため、エンジンの燃費、出力、排出ガスが改善される。
【００６５】
本発明による噴射制御は、ＰＭとオイル希釈の低減のみでなく、混合気の均質性も改善できるものである。以下では、本発明による均質性向上の理由について図２３〜図２６を用いて説明する。
【００６６】
図２３は冷機モードにおいて低アルコール濃度燃料を吸気行程内で分割噴射した場合の混合気均質性の履歴を示す図である。混合気均質性の履歴は、初段噴射の割合が低い噴射パターン（Ａ）と、初段噴射の割合が高い噴射パターン（Ｂ）との２つの場合について示している。また、図２４は図２３に示した混合気均質性対応した最大当量比の履歴を示す図である。
【００６７】
アルコール濃度が低い（ガソリン濃度が高い）場合には、低温での気化性が比較的良いため、初段噴射の割合が高い噴射パターン（Ｂ）では、初段噴射後の最大当量比が高くなる。筒内に燃料リッチな混合気が集中して生成される結果、初段噴射後の混合気均質性の低下が大きくなる。
【００６８】
これに対し、初段噴射の割合が低い噴射パターン（Ａ）では初段噴射後の燃料リッチが緩和され、初段噴射後の混合気均質性の低下が抑制される。この結果、圧縮行程後期の点火時期近傍では、初段噴射の割合が低い噴射パターン（Ａ）の方が混合気均質性を向上できる。
【００６９】
図２５は冷機モードにおいて高アルコール濃度燃料を吸気行程内で分割噴射した場合の混合気均質性の履歴を示す図である。混合気均質性の履歴は、初段噴射の割合が低い噴射パターン（Ａ）と、初段噴射の割合が高い噴射パターン（Ｂ）との２つのケースについて示している。また、図２６は図２５に示した混合気均質性に対応した最大当量比の履歴を示す図である。
【００７０】
アルコール濃度が高い場合には、低温での気化性がガソリンに比較して低いため、初段噴射の割合が低い噴射パターン（Ａ）では、初段噴射後の最大当量比が低く、終段噴射後の最大当量比が高くなる。これは、初段噴射で投入された燃料の気化が遅く、終段噴射が開始された後も多くの初段燃料が気化するためである。終段噴射後に燃料リッチな混合気が集中して生成される結果、噴射パターン（Ａ）では、終段噴射後の混合気均質性の低下が大きくなる。
【００７１】
これに対して、初段噴射の割合が高い噴射パターン（Ｂ）では終段噴射後の燃料リッチが緩和され、終段噴射後の混合気均質性の低下が抑制される。この結果、圧縮行程後期の点火時期近傍では、初段噴射の割合が高い噴射パターン（Ｂ）の方が混合気均質性を向上できる。
【００７２】
すなわち、本発明によれば、エンジン冷機時において、吸気行程内で初段噴射と終段噴射に分割して噴射し、アルコール濃度が高くなると初段噴射の噴射割合を増やすことで、アルコール濃度が変化してもＰＭ排出とオイル希釈の双方を低減できるとともに、燃料と空気を良好に混合し、燃費、出力、排出ガスの改善が可能となる。
【００７３】
なお、本発明の実施例１では、吸気行程に、２回に分割して燃料を噴射する例を示したが、燃料分割噴射回数は２回に限定されるものではない。吸気行程で３回以上に分割して燃料を噴射する場合や、吸気行程に加えて他の行程にも燃料が噴射される場合においても、吸気行程の最初の噴射量と、吸気行程の最後の噴射量とがそれぞれピストン１２の冠面への付着量とシリンダボア付着量とを決定付ける。従って、例えば、図２７に示すように、吸気行程で噴射を３回に分割し、圧縮行程にも噴射する場合においては、吸気行程の最初の噴射を初段噴射（噴射期間Ｔ１）、吸気行程の最後の噴射を終段噴射（噴射期間Ｔ２）として、アルコール濃度が高くなると初段噴射割合Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）を増やすことで、図１４に示した例と同様の効果が得られる。
【００７４】
また、初段噴射や終段噴射の噴射時期について限定するものではなく、例えば、図２８に示すように、初段噴射の噴射開始時期や終段噴射の噴射終了時期を変化させる例においても、アルコール濃度が高くなると初段噴射割合Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ２）を増やすことで、前記例と同様の効果が得られる。
【００７５】
また、アルコール濃度に対する初段噴射比率の変化方法は一定である必要は無く、内燃機関の運転条件によって変えても良い。例えば、図２９に示すように内燃機関の回転速度が高い時には内燃機関の回転速度が低い時に比べて、同一アルコール濃度における初段噴射の比率が高くなるようにすると良い。回転速度が速い場合にはピストンが高速で下降するため、回転速度が遅い場合に比べて初段噴射がピストンに付着し難くなる。一方、終段噴射は、ピストンの下降が速くなるためシリンダボア壁に付着しやすくなる。
【００７６】
このため、回転速度が速い場合には、回転速度が遅い場合に比べて初段噴射の割合を増やした方が良い。
【００７７】
また、例えば、図３０に示すように、燃料の噴射圧が低い時には噴射圧が高い時に比べて、同一アルコール濃度における初段噴射の比率が高くなるようにすると良い。燃料噴射圧が低い場合には噴霧の貫徹力（ペネトレーション）が小さくなるので、噴射圧が高い場合に比べて初段噴射がピストン１２の冠面に付着し難くなる。
【００７８】
一方、燃料噴射圧が低い場合には、噴霧の粒径が大きくなるので、終段噴射によってシリンダボア壁に付着した燃料の気化性が低くなる。このため、噴射圧が低い場合には、噴射圧が高い場合に比べて初段噴射の割合を増やした方が良い。
【００７９】
また、図３１に示すように、アルコール濃度に対して初段噴射の割合に制限を設けても良い。例えばＴ１、Ｔ２の最小値は、使用される燃料噴射弁に許容される最小パルス幅Ｔｍｉｎに制限される。ここでＴｍｉｎは、図３２に示すように、噴射パルス幅と噴射量の関係が線形となる最小噴射パルス幅である。
【００８０】
また、吸気行程内に分割して噴射することで、初段噴射の開始から終段噴射の終了までの期間は１回噴射に比べて長くなる。この噴射期間が長くなりすぎると、燃料の気化や混合時間が減るため、空気と燃料の混合が低下する虞がある。これを防止するために、内燃機関の要求噴射量が予め定めた閾値Ｑｃ以下の場合には、分割噴射をして、アルコール濃度が高いほど前期噴射の割合を増やすように制御して、内燃機関の要求噴射量が予め定めた閾値Ｑｃより多い場合には、吸気行程内の噴射を１回噴射に切り替えてもよい。
【００８１】
さらに、本発明の実施例１においては、アルコール濃度センサ４を用いて燃料タンク３内の燃料アルコール濃度を検出するようにしたが、アルコール濃度センサ４を用いずに、空燃比センサの出力、要求噴射量、機関回転速度などから、アルコール濃度を推定しても良い。
【００８２】
また、内燃機関の始動直後のアルコール濃度を取得するには、例えば、前回の機関運転時に推定されたアルコール濃度をメモリ等に記憶しておき、この値を始動直後に読み出し、アルコール濃度として用いてもよい。
【００８３】
以上のように、本発明の実施例１によれば、アルコールとガソリンとの混合燃料を噴射する燃料噴射制御装置において、混合燃料のアルコール濃度と内燃機関のピストンの上下運動とに応じて適切に燃料噴射弁からの燃料噴射期間を調節することにより、燃料と空気との混合を良好に維持しつつ、内燃機関冷機時のＰＭの生成とオイル希釈とを低減することが可能となる。
【００８４】
つまり、内燃機関の吸気行程における燃料噴射期間を複数の期間に分割し、アルコールとガソリンとの混合燃料のアルコール濃度に応じて初段噴射期間及び終段噴射期間を変更し、アルコール濃度が低の場合は、初段噴射期間を短く、終段噴射期間を長くし、アルコール濃度が高くなるにつれて、初段噴射期間を長くし、終段噴射期間を短くして、ピストンの冠面と、シリンダボア壁面への燃料噴射量を調整する。これは、分割噴射の初段の噴射量をＱ１、分割噴射の終段の噴射量をＱ２としたときに、Ｑ１／（Ｑ１＋Ｑ２）を混合燃料のアルコール濃度が高いほど大きくすることである。
【００８５】
これによって、ガソリン濃度が高い場合のピストン冠面への燃料付着と、アルコール濃度が高い場合の、シリンダボア壁面への燃料付着を抑制でき、内燃機関冷機時のＰＭの生成とオイル希釈とを低減することが可能となる。また、燃料噴射期間を複数の期間に分割することによって、燃料と空気との混合を良好に維持することが可能となる。
【００８６】
（実施例２）
次に、本発明の実施例２について説明する。上述した実施例１は、燃料噴射期間を変更して噴射量を調整する例であるが、混合燃料のアルコール濃度に応じて、初段噴射と終段噴射の噴射量を調整するには、噴射期間を変える代わりに、燃料噴射弁の弁リフト高さを変えてもよい。本発明の実施例２は、燃料噴射弁の弁リフト高さによって、冷機モードにおける燃料噴射料を制御する例である。
【００８７】
なお、本発明の実施例２が適用される内燃機関における制御系は、図１に示した実施例１の制御系と同様であるので、図示及び説明は省略する。
【００８８】
図３４は、本発明の実施例２における燃料噴射弁１０６の内部構造を示す概略断面図であり、図３５は、図３４に示した燃料噴射弁１０６の絞り部３０の拡大概略断面図である。
【００８９】
図３４、図３５において、ノズル２５は円筒状でその内部に弁体２６が挿入されており、弁体２６はノズル２５に対して軸方向に動く構造になっている。そして、弁体２６とノズル２５には、弁体２６の軸方向の動きを案内するための弁体側ガイド部２７とノズル側ガイド部２８が設けられている。弁体２６はノズル２５の内径よりも細くなっており、弁体２６とノズル２７との間の隙間が燃料流路２８となっている。
【００９０】
通常の状態では、弁体２６は閉弁用ばね２９により上方向に引っ張られているため、弁体２６とノズル２５は絞り部３０において接触し燃料は噴射されない。弁体２６の上側には、弁体２６の軸方向のリフト量を制御するためのピエゾユニット３２が設けられている。ピエゾユニット３２からはリード線３３が噴射弁外部に引き出されている。
【００９１】
リード線３３に電圧が印加されるとピエゾユニット３２が軸方向に伸び、弁体２６が押し下げられて絞り部３０に間隙が生じ、この隙間から燃料流路２８内の高圧燃料が燃料液膜３６として外部に噴出する。弁体２６及びノズル２５のテーパ面３２にそって燃料が流れるため、噴射される燃料液膜は中空円錐形状となる。液膜３６の厚さは噴口から離れるに従い薄くなり、その先端が分裂して微細な液滴３７が発生する。
【００９２】
弁体２６のリフト量はピエゾユニット３２に印加する電圧に比例し、印加電圧を変えることで図３６に示すように弁体２６のリフト高さを任意に変更することができる。また、図３７に示すように、噴射期間が一定であれば、噴射量は弁リフト高さにほぼ比例する。
【００９３】
図３８は、本発明の実施例２による、冷機モードにおける燃料の噴射タイミングのチャートを示す図である。図３８において、冷機モードでは、燃料は吸気行程内に２回に分割して噴射する。ここでは、２回に分割した前側の噴射を初段噴射、その時の燃料噴射弁のリフト高さをｈ１と定義する。また２回に分割した後側の噴射を終段噴射、その時の燃料噴射弁のリフト高さをｈ２と定義する。
【００９４】
初段噴射は吸気行程の前半に実施され、その噴射開始時期は例えば吸気上死点後３０ｄｅｇＣＡである。一方、終段噴射は吸気行程の後半に実施され、その噴射終了時期は例えば１２０ｄｅｇＣＡである。
【００９５】
図３８に示すように、本発明の実施例２では、リフト高さｈ１とｈ２とを燃料のアルコール濃度によって変化させ、アルコール濃度が高いほど、ｈ１を高く、ｈ２を低く設定する。また、初段噴射と終段噴射の噴射期間は、アルコール濃度が変化しても一定に保つ。これによってアルコール濃度が高いほど、初段噴射の噴射量比率が高く、終段噴射の噴射量比率が低く設定される。
【００９６】
このとき、図３９に示すように、アルコール濃度の増加に対して、初段噴射の比率ｈ１／（ｈ１＋ｈ２）を連続的に増やしても良い。また、図４０に示すように、アルコール濃度の増加に対して、初段噴射の比率ｈ１／（ｈ１＋ｈ２）を段階的に増やしても良い。
【００９７】
本発明の実施例２におけるエンジン始動後の運転モード切替フローは図１２に示したフローと同様であり、ＥＣＵ１１２内のエンジン始動後の運転モード切替についての機能ブロックは、図１３に示した機能ブロックと同様となる。ただし、燃料噴射制御部１１２ｄは、アルコール濃度と、燃料噴射時期（初段噴射又は後段噴射）とにより、メモリ１１２ｃに格納された噴射弁リフト高さを検索し、検索したデータに従って燃料噴射弁１０６の噴射弁リフト高さを制御する。
【００９８】
本発明の実施例２においても、実施例１と同様な効果を得ることができる。
【００９９】
また、本発明の実施例２では、燃料噴射量を燃料噴射弁１０６のリフト高さで変更するため、アルコール濃度変化に対して噴射期間を一定にすることができる。例えば、アルコール濃度が高く初段噴射の割合を増やしたいときに、初段噴射の噴射期間を長くすると、初段噴射の噴射終了時期が遅くなって、初段噴射がシリンダボアに付着する量が増大する虞がある。しかし、噴射期間を一定にして噴射量を噴射弁のリフト高さで変更すれば、この問題を回避できる。
【０１００】
（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。上述した実施例１、２は、燃料噴射期間又は燃料噴射弁のリフト量を変更して噴射量を調整する例であるが、混合燃料のアルコール濃度に応じて、初段噴射と終段噴射の噴射量を調整するには噴射期間、噴射弁リフト量を変える代わりに、燃料噴射圧を変えることで、噴射量の比率を変えても良い。本発明の実施例３は、燃料噴射弁の燃料噴射圧を調整することによって、冷機モードにおける燃料噴射を制御する例である。
【０１０１】
図４１は、本発明の実施例３における筒内噴射式エンジンの概略構成図である。図４１において、筒内噴射エンジン１にはシリンダヘッドの側方に第一燃料弁１０６ａを備え、シリンダヘッドの上部中央部に第二燃料噴射弁１０６ｂを備えている。第一燃料噴射弁１０６ａには第一高圧燃料ポンプ２ａから高圧燃料配管７ｂａを介して燃料が供給され、第二燃料噴射弁１０６ｂには第二の高圧燃料ポンプ２ｂから高圧燃料配管７ｂｂを介して燃料が供給される。高圧燃料ポンプ２ａと高圧燃料ポンプ２ｂはＥＣＵ１１２から供給される噴射圧指令値信号Ｓ２ａ、Ｓ２ｂによってそれぞれ独立に噴射圧が設定される。
【０１０２】
一般に燃料噴射弁から噴射される噴霧の粒径は、噴射圧が高くなると小さく、噴射圧が低くなると大きくなる。噴射圧に対する粒径の感度は噴射弁の微粒化方式によって異なる。
【０１０３】
図４２は、燃料噴射弁１０６ａと１０６ｂの噴射圧に対する噴霧粒径の関係を示すグラフである。第二燃料噴射弁１０６ｂは噴射圧に対する粒径感度が小さいものが良く、例えば旋回流式噴射弁（スワール弁）や外開き式噴射弁などが適している。
【０１０４】
第一燃料噴射弁１０６ａは、吸気弁などへの燃料付着を防ぐために、比較的噴霧角が狭いものが適しており、単孔式噴射弁や多孔式噴射弁（マルチホールインジェクタ）などが適している。一般に、単孔式噴射弁や多孔式噴射弁は、噴射圧に対する粒径感度は高い。
【０１０５】
第一燃料噴射弁１０６ａ及び第二燃料噴射弁１０６ｂは、ＥＣＵ１１２から供給される指令信号Ｓ３ａ、Ｓ３ｂによって動作が制御される。
【０１０６】
図４３は、本発明の実施例３による、冷機モードにおける燃料の噴射タイミングチャートを示す図である。冷機モードでは、燃料は吸気行程内に２回に分割して噴射する。
【０１０７】
初段噴射は燃料噴射弁１０６ａによって吸気行程の前半に実施され、その噴射開始時期は例えば吸気上死点後３０ｄｅｇＣＡである。一方、終段噴射は燃料噴射弁１０６ｂによって吸気行程の後半に実施され、その噴射終了時期は例えば１２０ｄｅｇＣＡである。
【０１０８】
図４４は、本発明の実施例３による、燃料のアルコール濃度に対する噴射圧の設定例を示す図である。初段噴射を実施する第一燃料噴射弁１０６ａの噴射圧はアルコール濃度の増加に伴って高くなるように設定する。一方、終段噴射を実施する第二燃料噴射弁１０６ｂの噴射圧は、アルコール濃度の増加に伴って低くなるように設定する。
【０１０９】
本発明の実施例３におけるエンジン始動後の運転モード切替フローは図１２に示したフローと同様であり、ＥＣＵ１１２内のエンジン始動後の運転モード切替についての機能ブロックは、図１３に示した機能ブロックと同様となる。ただし、燃料噴射制御部１１２ｄは、アルコール濃度と、燃料噴射時期（初段噴射又は後段噴射）、燃料噴射弁の区別により、メモリ１１２ｃに格納された燃料噴射圧力を検索し、検索したデータに従って燃料噴射弁１０６ａ、１０６ｂの燃料噴射圧力を制御する。また、図１３のインジェクタ１０６は、燃料ポンプ２ａ、２ｂに置き換えられる。
【０１１０】
このように、それぞれの燃料噴射弁１０６ａ、１０６ｂの噴射圧力を設定することで、アルコール濃度が高いほど、初段噴射の噴射量比率を高く、終段噴射の噴射量比率を低く設定することができる。
【０１１１】
上述したように、噴射圧で燃料噴射量を制御すると、アルコール濃度変化に対して燃料噴射期間を一定にできるので、前述の噴射弁のリフト量による噴射量制御と同様の利点がある。
【０１１２】
また、燃料噴射圧によって噴霧の貫徹力（ペネトレーション）が変化するので、この効果によって燃料の壁面付着をさらに減らすことができる。例えば、本発明の実施例３による燃料噴射制御では、アルコール濃度が低い場合には、初段噴射の噴射圧を低く設定する。噴射圧が低くなると噴霧の貫徹力が下がるので、初段噴射の噴霧のピストン１２の冠面への付着を減らすことができる。これによって、更にＰＭを低減できる。
【０１１３】
また、本発明の実施例３による燃料噴射制御では、アルコール濃度が高い場合には、終段噴射の燃料噴射圧を低く設定する。燃料噴射圧を低く設定すると、終段噴射の貫徹力が下がる。また、終段噴射を実施する噴射弁は、噴射圧に対して粒径感度が小さいので、噴射圧が低くても粒径はあまり増大しない。これらによって噴霧のシリンダボア壁への付着が減り、更にオイル希釈を低減することができる。
【０１１４】
また、本発明の実施例３の筒内噴射エンジンのように、１つの気筒に２つの燃料噴射弁１０６ａ、１０６ｂが設けられている場合には、それぞれの噴射弁からの噴射期間を変えることでも、燃料噴射比率を変えることができる。具体的には、噴射弁１０６ｂの噴射圧と噴射弁１０６ａの噴射圧との比をアルコール濃度に対して一定とし、図４５に示すように、初段噴射を実施する第一燃料噴射弁１０６ａの噴射期間をアルコール濃度の増加に伴って長くなるように設定する。一方、終段噴射を実施する第二燃料噴射弁１０６ｂの噴射期間を、アルコール濃度の増加に伴って低くなるように設定する。
【０１１５】
このように、それぞれの燃料噴射弁１０６ａ、１０６ｂの噴射期間を設定することで、アルコール濃度が高いほど、初段噴射の燃料噴射量比率を高く、終段噴射の燃料噴射量比率を低く設定することができる。
【０１１６】
なお、初段噴射と終段噴射を担当する燃料噴射弁を入れ替え、初段噴射を１０６ｂで実施し、終段噴射を１０６ａで実施してもよい。この場合には、初段噴射を実施する燃料噴射弁１０６ｂの噴射期間はアルコール濃度の増加に伴って長くなるように設定し、終段噴射を実施する燃料噴射弁１０６ａの噴射期間は、アルコール濃度の増加に伴って短くなるように設定する。
【０１１７】
また、燃料噴射期間、燃料噴射弁のリフト高さ、燃料噴射圧力を組み合わせて燃料噴射比率を変えても良い。これらを組み合わせることで、燃料噴射比率をより広い範囲で変更できるので、エンジンの運転条件に合わせてより柔軟な燃料噴射制御が可能になる。
【０１１８】
なお、本発明の対象となる筒内直噴式のエンジンは、図４６に示すような直上噴射式エンジン１ｂであってもよい。直上噴射式エンジン１ｂは、燃料噴射弁１０６がピストン１２の冠面に対向する直上部に配置ざれている。
【０１１９】
直上噴射式エンジン１ｂにおいて、燃料噴射開始タイミングが吸気行程の前期、例えば吸気上死点後３０ｄｅｇＣＡの場合の噴霧挙動の例を図４７に示す。図４７において、吸気行程の前期ではピストン１２は高い位置（上死点に近い位置）にあるため、燃料噴射弁１０６からの燃料噴霧の殆どは、ピストン１２の冠面に衝突する。内燃機関が冷機状態のときは、ピストン１２の冠面の温度が低いため、冠面に衝突した液滴の多くは、ピストン１２の冠面上に液膜を形成する。
【０１２０】
図４８は、直上噴射式エンジン１ｂにおいて、燃料噴射開始タイミングが吸気行程の後期、例えば吸気上死点後１２０ｄｅｇＣＡの場合の噴霧挙動の例を示す図である。
【０１２１】
吸気行程の後期ではピストン１２は低い位置（上死点から離れた位置）にあるため、燃料噴射弁１０６からの燃料噴霧の一部が燃焼室ボア壁面に衝突する。内燃機関が冷機状態のときは、燃焼室ボア壁面の温度が低いため、燃焼室ボア壁面に衝突した液滴の多くは、燃焼室ボア壁面上に液膜を形成する。
【０１２２】
このように、直上噴射式エンジン１ｂにおいても、シリンダヘッドの側方から燃料が噴射されるエンジンの場合と同様に、吸気行程の初期に噴射する燃料はピストン１２の冠面に多く付着し、吸気行程の後期に噴射すると燃料はシリンダボア壁面に多く付着する。
【０１２３】
従って、冷機モードにおける吸気行程期間内に、期間を分割して燃料を噴射し、アルコール濃度が高いほど、初段噴射量の割合を多くすることで、アルコール濃度が変化した場合にＰＭ排出とオイル希釈の双方を低減することができる。
【０１２４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【０１２５】
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１２６】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク等の記憶装置、またはＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記憶媒体に置くことができる。
【０１２７】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆どの構成が相互に接続されていると考えてよい。
【符号の説明】
【０１２８】
１、１ｂ・・・内燃機関、２、２ａ、２ｂ・・・高圧燃料ポンプ、４・・・アルコール濃度センサ、５・・・フィードポンプ、６・・・混合燃料、７ａ、７ｂ・・・燃料配管、９・・・噴射圧力センサ、１０・・・スロットル弁、１１・・・冷却水温センサ、１２・・・ピストン、１３・・・吸気弁、１４・・・排気弁、１５・・・シリンダヘッド、１６・・・シリンダブロック、２０、２６・・・弁体、２１・・・噴口、２５・・・ノズル、２７・・・弁体側ガイド部、２８・・・ノズル側ガイド部、２９・・・開弁用ばね、３０・・・絞り部、３２・・・ピエゾユニット、１０６・・・燃料噴射弁、１０７・・・点火プラグ、１１２・・・ＥＣＵ、１１２ａ・・・アルコール濃度判断部、１１２ｂ・・・冷機状態判断部、１１２ｃ・・・メモリ、１１２ｄ・・・燃料噴射制御部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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