(57)【要約】【課題】この発明は、ＦＦＶ用のデュアル噴射型内燃機関において、燃料中のアルコール濃度が高いほど、吸気通路噴射弁の噴射比率を増大させ、筒内噴射弁の保護と運転性能の向上とを両立させることを目的とする。【解決手段】内燃機関１０は、吸気通路１４に燃料を噴射するポート噴射弁１６と、気筒１２内に燃料を噴射する筒内噴射弁１８とを備える。ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の運転状態に応じて、噴射弁１６，１８の何れか一方または両方から燃料を噴射させる。この場合、ＥＣＵ４０は、燃料中のアルコール濃度Ｍaが高いほど、ポート噴射比率αを増大させる。これにより、ポート噴射弁１６の燃料噴射量を増やして燃費やトルク変動を改善することができ、かつ筒内噴射弁１８にも適度に燃料を噴射させてデポジット等の堆積を防止することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射弁と、
内燃機関の筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、
内燃機関の運転状態に応じて前記吸気通路噴射弁と前記筒内噴射弁とから噴射すべき燃料の総量を目標噴射量として演算する目標演算手段と、
前記燃料中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、
前記アルコール濃度が高いほど、前記目標噴射量のうち前記吸気通路噴射弁から噴射される燃料の噴射比率を増大させる吸気側噴射比率増大手段と、
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】
前記吸気側噴射比率増大手段は、前記筒内噴射弁の温度が許容限度を超えない範囲で前記吸気通路噴射弁の噴射比率を増大させる構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記吸気側噴射比率増大手段は、前記目標噴射量と前記アルコール濃度とに応じて前記吸気通路噴射弁と前記筒内噴射弁との噴射比率を可変に設定する２次元マップデータを備えてなる請求項１または２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】
この発明は、内燃機関の運転状態を制御する制御装置に係り、特に、ガソリンとアルコールとを混合した燃料で作動することが可能な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１（特開２００６−２１４４１５号公報）に開示されているように、ガソリンとアルコールとを混合した燃料で作動することが可能な内燃機関が知られている。ここで、従来の内燃機関は、吸気通路（吸気ポート）に燃料を噴射する吸気通路噴射弁と、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁とを備えている。そして、この内燃機関の制御装置は、吸気通路噴射弁と筒内噴射弁との燃料噴射量の比率（噴射比率）を必要に応じて変化させることにより、例えば燃料中のアルコール濃度に応じて適切な燃料噴射制御を行うようにしている。
【０００３】
ここで、一般に、アルコール濃度が高い燃料を使用している場合には、噴射した燃料が気化し易い。このため、従来技術では、燃料中のアルコール濃度が高いほど、筒内噴射弁の噴射比率を高く設定するようにしている。即ち、従来技術では、噴射から燃焼までの時間が短い筒内噴射を行う場合でも、アルコール濃度が高い燃料であれば、燃料が速やかに気化して良好な混合気を得られると想定している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１４４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術では、アルコール濃度が高い燃料であれば、速やかに混合気が形成されると考え、筒内噴射弁の噴射比率を高く設定するようにしている。しかし、筒内に噴射された燃料は、不均質な混合気を形成し易いため、燃焼状態が不安定となって燃費の悪化や出力トルクの変動を招くという問題がある。
【０００６】
このような問題を避けるために、吸気通路噴射弁の噴射比率を高める方法も考えられる。しかし、この場合には、筒内噴射弁の燃料噴射量が相対的に減少することになるから、噴射弁の温度が上昇傾向となる。この結果、筒内噴射弁の噴射口には、デポジットが堆積し易くなり、噴射弁の動作や流量特性が不安定となる虞れがある。
【０００７】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料中のアルコール濃度に応じて吸気通路噴射弁と筒内噴射弁の噴射比率を制御するときに、筒内噴射弁をデポジット等の異物から保護しつつ、運転性能を向上させることが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】
【０００８】
第１の発明は、内燃機関の吸気通路に燃料を噴射する吸気通路噴射弁と、
内燃機関の筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、
内燃機関の運転状態に応じて前記吸気通路噴射弁と前記筒内噴射弁とから噴射すべき燃料の総量を目標噴射量として演算する目標演算手段と、
前記燃料中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、
前記アルコール濃度が高いほど、前記目標噴射量のうち前記吸気通路噴射弁から噴射される燃料の噴射比率を増大させる吸気側噴射比率増大手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明では、前記吸気側噴射比率増大手段は、前記筒内噴射弁の温度が許容限度を超えない範囲で前記吸気通路噴射弁の噴射比率を増大させる構成としている。
【００１０】
第３の発明によると、前記吸気側噴射比率増大手段は、前記目標噴射量と前記アルコール濃度とに応じて前記吸気通路噴射弁と前記筒内噴射弁との噴射比率を可変に設定する２次元マップデータを備えている。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、吸気通路噴射弁と筒内噴射弁との噴射比率を設定するときには、燃料中のアルコール濃度が高いほど、吸気通路噴射弁の噴射比率を増大させることができる。即ち、アルコール濃度が高い場合には、燃焼時の発熱量を確保するために燃料噴射量を増やすことになる。このため、吸気通路噴射弁の噴射比率を増大させたとしても、筒内噴射弁は、その先端側の温度を抑えるのに十分な量の燃料を噴射することができる。
【００１２】
これにより、吸気通路噴射弁の燃料噴射量を増やすことができるから、燃焼室内に均質で良好な混合気を形成することができる。この結果、内燃機関の燃費やトルク変動を改善することができる。一方、筒内噴射弁も、十分な量の燃料を噴射することによって先端側の温度を許容範囲内に収めることができる。この結果、筒内噴射弁の先端側にデポジット等の異物が堆積するのを防止することができる。従って、筒内噴射弁をデポジット等の異物から保護しつつ、内燃機関の運転性能を向上させることができる。
【００１３】
第２の発明によれば、燃料中のアルコール濃度が高い場合には、燃焼時の発熱量を確保するために燃料噴射量を増やすことになる。このため、吸気側噴射比率増大手段は、吸気通路噴射弁の燃料噴射量を増量しつつ、筒内噴射弁にも、先端温度を許容限度以下に保持するのに十分な量の燃料を噴射させることができる。
【００１４】
第３の発明によれば、２次元マップデータを用いることにより、目標噴射量とアルコール濃度との組合わせに応じて吸気通路噴射弁の噴射比率を自由に変化させることができる。これにより、例えばアルコール濃度に応じた補正係数を用いて噴射比率を補正する場合と比較して、噴射比率を高い精度で変化させることができる。また、目標噴射量によっても噴射比率を可変に設定することができる。このため、多量の目標噴射量が設定された場合でも、吸気通路噴射弁と筒内噴射弁の噴射性能（適応可能な噴射量の範囲）等を考慮して、個々の噴射弁にそれぞれ適切な量の燃料を分配することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１ないし図６を参照しつつ、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のシステム構成を説明するための図である。図１に示す内燃機関１０は、ガソリンとアルコールとを任意の比率で混合した燃料によって作動するＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）用のデュアル噴射型内燃機関として構成されている。
【００１６】
ここで、内燃機関１０は、１個または複数個（本実施の形態では、４気筒を例示）の気筒１２を備えている。これらの気筒１２の吸気ポートには、インテークマニホールドを含む吸気通路１４がそれぞれ接続されている。この吸気通路１４は、個々の気筒１２内に空気（吸入空気）を吸込むものである。また、各気筒１２の排気ポート（図示せず）には、排気通路がそれぞれ接続されている。
【００１７】
また、個々の気筒１２は、吸気通路１４（または吸気ポート）に燃料を噴射する吸気通路噴射弁（以下、ポート噴射弁と言う）１６と、各気筒１２の燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁１８とを備えている。この場合、筒内噴射弁１８は、内燃機関１０が高回転または高負荷状態で運転されているときに、比較的多量の燃料を噴射することが多い。このため、筒内噴射弁１８は大流量型の噴射弁を用いて構成され、噴射可能な燃料の最大量がポート噴射弁１６よりも大きく設定されている。
【００１８】
次に、各噴射弁１６，１８への燃料供給系統について説明する。まず、内燃機関１０には、ガソリンとアルコールとが任意の混合比率で給油される燃料タンク２０が付設されている。この燃料タンク２０と各ポート噴射弁１６との間には、低圧燃料配管２２が接続されている。また、低圧燃料配管２２の途中には低圧ポンプ２４が設けられている。これにより、低圧ポンプ２４は、燃料タンク２０内に貯留された燃料を吸引して低圧燃料配管２２に流通させ、ポート噴射弁１６に加圧した燃料を供給することができる。
【００１９】
一方、低圧燃料配管２２には、低圧ポンプ２４よりも下流側で当該配管２２から分岐する高圧燃料配管２６が設けられている。この高圧燃料配管２６は、高圧ポンプ２８と他の燃料配管３０とを経由して各筒内噴射弁１８にそれぞれ接続されている。これにより、高圧ポンプ２８は、低圧ポンプ２４と共に燃料を２段階で加圧して高圧燃料配管２６に流通させ、筒内噴射弁１８に高圧な燃料を供給することができる。これらのポンプ２４，２８の作動状態は、後述のＥＣＵ４０によって制御される。
【００２０】
次に、内燃機関１０の制御系統について説明する。まず、内燃機関１０は、回転センサ３２、エアフロメータ３４、水温センサ３６及びアルコール濃度センサ３８を含む各種のセンサを備えている。この場合、回転センサ３２は、内燃機関１０の出力軸の回転数（機関回転数Ｎe）に対応する検出信号を出力する。また、エアフロメータ３４は、吸気通路１４を流れる空気の流量を吸入空気量Ｇaとして検出する。また、水温センサ３６は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出する。さらに、アルコール濃度センサ３８は、本実施の形態のアルコール濃度検出手段を構成しており、燃料タンク２０内に貯留された燃料中のアルコール濃度Ｍaを検出するものである。
【００２１】
また、本実施の形態のシステム構成は、内燃機関１０の運転状態を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０を備えている。このＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータ等によって構成され、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶回路４０ａを有している。また、ＥＣＵ４０の入力側には、回転センサ３２、エアフロメータ３４及び水温センサ３６を含む各種のセンサが接続されている。ＥＣＵ４０の出力側には、ポート噴射弁１６、ポンプ２４，２８等を含む各種のアクチュエータが接続されると共に、筒内噴射弁１８を駆動する駆動回路４２が接続されている。
【００２２】
そして、ＥＣＵ４０は、前記各センサによって内燃機関１０の運転状態やオペレータの運転操作等を検出し、その検出結果に応じて燃料噴射制御、点火時期制御等を含む各種の制御を行う。この場合、燃料噴射制御では、まず各センサの検出結果に応じて燃料の目標噴射量Ｑを演算し、この目標噴射量Ｑに対応する量の燃料を噴射弁１６，１８から各気筒１２に噴射させる。
【００２３】
また、燃料の噴射時には、内燃機関１０の運転状態等に応じて噴射弁１６，１８の何れか一方または両方から燃料が噴射される。具体的に述べると、内燃機関１０の運転領域は、例えば負荷状態と機関回転数とに応じて、ポート噴射領域、筒内噴射領域及び噴き分け領域からなる３種類の領域に区分されている。そして、ポート噴射領域では、ポート噴射弁１６だけを用いて目標噴射量Ｑの燃料が噴射される。また、筒内噴射領域では、筒内噴射弁１８だけを用いて目標噴射量Ｑの燃料が噴射される。
【００２４】
また、噴き分け領域では、両方の噴射弁１６，１８から燃料が噴射される。このとき、ＥＣＵ４０は、例えば目標噴射量Ｑとアルコールの濃度Ｍaとを用いて、記憶回路４０ａに予め記憶された２次元マップデータＥ(Ｍa,Ｑ)を参照することにより、ポート噴射比率αを設定する。ここで、ポート噴射比率αとは、ポート噴射弁１６からの燃料噴射量が全体の目標噴射量Ｑの中で占める比率（％）であり、α＝0〜100％の範囲で設定されている。そして、ＥＣＵ４０は、このポート噴射比率αに基づいて各噴射弁１６，１８から燃料を噴射させる。
【００２５】
［実施の形態１の特徴部分］
図２は、ポート噴射比率αを設定するための２次元マップデータＥ(Ｍa,Ｑ)を示す特性線図である。この２次元マップデータＥ(Ｍa,Ｑ)は、それぞれ異なるアルコール濃度Ｍaに対応して予め設定された複数種類の噴射比率設定データＥn（n＝0〜100）を備えている。この場合、Ｅnに付されている添字ｎは、アルコール濃度（％）である。また、個々の噴射比率設定データＥnは、目標噴射量Ｑの値に応じて最適なポート噴射比率αを設定するための１次元マップデータとして構成されている。
【００２６】
従って、図２は、燃料中のアルコール濃度が０％，２５％，５０％，７５％，１００％である場合について、それぞれポート噴射比率αを設定するための噴射比率設定データＥ0,Ｅ25,Ｅ50,Ｅ75,Ｅ100を例示している。具体的に述べると、例えば噴射比率設定データＥ50とは、アルコール濃度が５０％であるときに、目標噴射量Ｑの値に応じてポート噴射比率αを設定するためのデータである。
【００２７】
この図２から判るように、本実施の形態では、例えば目標噴射量Ｑを一定値として考えたときに、燃料中のアルコール濃度Ｍaが高いほど、ポート噴射比率αを増大させる構成としている。このように構成すれば、後述の理由によって筒内噴射弁１８をデポジットから保護しつつ、内燃機関１０の運転性能を向上させることができる。また、個々の噴射比率設定データＥnにおいては、燃料噴射量Ｑが増えるほど、ポート噴射比率αを増大させる設定としている。これにより、燃料の噴射量が多い場合でも、この燃料を２つの噴射弁１６，１８に分けて安定的に噴射することができる。
【００２８】
次に、図３ないし図５を参照しつつ、アルコール濃度Ｍaが高いときにポート噴射比率αを増大させる理由について説明する。まず、図３は、ポート噴射比率αが変化するときに、内燃機関１０の燃費、トルク変動及び筒内噴射弁１８の先端温度がどのように変化するかの傾向を示している。この場合、筒内噴射弁１８の先端温度とは、燃料の噴射口近傍の温度である。
【００２９】
この図３から判るように、燃費とトルク変動とは、ポート噴射比率αが大きくなるほど改善される傾向がある。即ち、燃料がポート噴射弁１６から吸気通路１４に噴射されると、この燃料は、吸入空気と混ざり合いながら気筒１２内に達するまでの間に、比較的均質で良好な混合気を形成することができる。この結果、混合気の燃焼状態を安定させることができるから、燃費やトルク変動の状態を改善することができる。
【００３０】
一方、筒内噴射弁１８の先端温度は、ポート噴射比率αが大きくなるほど上昇する傾向がある。この場合、燃焼室内で高温となる筒内噴射弁１８の先端側は、燃料を噴射することによって冷却されている。しかし、目標噴射量Ｑを一定値として考えたときに、ポート噴射比率αが大きくなると、その分だけ筒内噴射弁１８の燃料噴射量が減少するから、燃料噴射による冷却効果が低減されることになる。
【００３１】
このため、ポート噴射比率αが大きくなり過ぎると、筒内噴射弁１８の先端温度は、図３中に示す許容限度を超えてＮＧ領域に達する。この許容限度とは、デポジットを堆積させないための目安となる温度であり、例えば１５０℃程度の温度である。即ち、筒内噴射弁１８の先端温度がＮＧ領域に達すると、噴射口の近傍にデポジットが堆積し、噴射弁の動作や流量特性が不安定となり易い。従って、ポート噴射比率αを大きくする場合には、筒内噴射弁１８の先端温度に注意する必要がある。
【００３２】
次に、図４は、燃料中のアルコール濃度Ｍaが変化するときに、同一の運転条件における燃料噴射量と、燃料の単位量当たりの発熱量とがどのように変化するかの傾向を示している。この図４から判るように、燃料の発熱量は、アルコール濃度Ｍaが高くなるほど低下する。
【００３３】
この結果、アルコール濃度Ｍaが高い場合には、燃焼時の発熱量を確保するために、燃料噴射量を増やすことになる。このように、燃料噴射量が増量された状態では、ポート噴射比率αを大きく設定したとしても、筒内噴射弁１８は、その先端温度を下げるのに十分な量の燃料を噴射することができる。
【００３４】
従って、上記の図３、図４に示す傾向を考慮すれば、本実施の形態では、図５に示すような効果を得ることができる。ここで、図５は、燃料中のアルコール濃度Ｍaに応じてポート噴射比率αを増大させたときに、燃費、トルク変動及び筒内噴射弁１８の先端温度について得られる効果を示している。
【００３５】
この図５にも示すように、本実施の形態では、燃料中のアルコール濃度Ｍaが高くなるにつれて、ポート噴射比率αを増大させる構成としている。このため、アルコール濃度Ｍaが高いほど、ポート噴射弁１６の燃料噴射量を増やすことができ、これによって燃費やトルク変動を改善することができる。
【００３６】
また、筒内噴射弁１８も、十分な量の燃料を噴射することによって先端温度を許容範囲内に収めることができる。この結果、筒内噴射弁１８の先端側にデポジットが堆積するのを確実に防止することができる。従って、本実施の形態によれば、筒内噴射弁１８をデポジット等の異物から保護しつつ、内燃機関１０の運転性能を向上させることができる。
【００３７】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図６は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図６に示すルーチンは、内燃機関１０の始動時に開始され、一定の時間毎に繰返し実行されるものである。
【００３８】
この燃料噴射制御では、まずステップ１００において、回転センサ３２、エアフロメータ３４、アルコール濃度センサ３８の検出信号を用いることにより、内燃機関１０の機関回転数Ｎe、吸入空気量Ｇaと、燃料中のアルコール濃度Ｍaとを検出する。
【００３９】
次に、ステップ１０２では、前記機関回転数Ｎe、吸入空気量Ｇaと、シリンダ容積等のパラメータとを用いて、負荷率ＫＬを算出する。ここで、負荷率ＫＬとは、気筒１２内に吸入される吸入空気の充填効率に相当するもので、内燃機関１０の負荷状態を表すものである。そして、ステップ１０４では、負荷率ＫＬを用いて燃料噴射用のマップデータ等を参照することにより、現在の運転状態において噴射すべき燃料の総量を目標噴射量Ｑとして演算する。
【００４０】
次に、ステップ１０６では、目標噴射量Ｑとアルコール濃度Ｍaとを用いて、図２の２次元マップデータＥ(Ｍa,Ｑ)を参照することにより、ポート噴射比率αを設定する。この設定時には、複数種類の噴射比率設定データＥnの中から、アルコール濃度Ｍaの値に応じて特定の噴射比率設定データＥnが選択され、さらに選択された噴射比率設定データＥnの中から、目標噴射量Ｑに応じて特定のポート噴射比率αが選択される。
【００４１】
そして、ステップ１０８では、ポート噴射比率αの設定値に応じて噴射弁１６，１８を駆動することにより、燃料噴射を行う。具体的には、全体の目標噴射量Ｑのうち、ポート噴射比率αに対応する分の燃料を、ポート噴射弁１６から吸気通路１４に噴射する。また、残余の比率（１００−α）に対応する分の燃料を、筒内噴射弁１８から気筒１２内に直接噴射する。
【００４２】
この場合、本実施の形態では、ポート噴射比率αを設定するために２次元マップデータＥ(Ｍa,Ｑ)を用いている。このため、目標噴射量Ｑとアルコール濃度Ｍaとの組合わせに応じてポート噴射比率αを自由に変化させることができる。これにより、例えばアルコール濃度に応じた補正係数を用いて噴射比率を補正する場合と比較して、ポート噴射比率αを高い精度で変化させることができる。
【００４３】
また、２次元マップデータＥ(Ｍa,Ｑ)を用いることにより、目標噴射量Ｑによってもポート噴射比率αを可変に設定することができる。このため、多量の目標噴射量Ｑが設定された場合でも、ポート噴射弁１６と筒内噴射弁１８の噴射性能（適応可能な噴射量の範囲）等を考慮して、個々の噴射弁１６，１８にそれぞれ適切な量の燃料を分配することができる。
【００４４】
なお、上述した実施の形態１では、図６中のステップ１０４が目標演算手段の具体例を示している。また、図２中の２次元マップデータＥ(Ｍa,Ｑ)と、図６中のステップ１０６とが吸気側噴射比率増大手段の具体例を示している。
【００４５】
また、実施の形態１では、アルコール濃度センサ３８によって燃料中のアルコール濃度を検出する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばアルコール濃度センサ３８を用いずに、燃料タンク２０に対する給油履歴のデータ（過去に給油された燃料のアルコール濃度と量）を用いてアルコール濃度を推定する構成としてもよい。また、燃料を燃焼させたときの発熱量を計測するセンサ等を搭載し、発熱量の計測値からアルコール濃度を推定する構成としてもよい。さらには、例えば給油する燃料中にアルコール濃度に応じた液体マーカーを予め混入しておき、この液体マーカーを検出することによってアルコール濃度を把握する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置のシステム構成を示す全体構成図である。
【図２】燃料中のアルコール濃度と目標噴射量とを用いてポート噴射比率を設定するための２次元マップデータを示す特性線図である。
【図３】ポート噴射比率が変化するときに、内燃機関の燃費、トルク変動及び筒内噴射弁の先端温度がどのように変化するかの傾向を示す特性線図である。
【図４】燃料中のアルコール濃度が変化するときに、燃料の発熱量及び噴射量がどのように変化するかの傾向を示す特性線図である。
【図５】燃料中のアルコール濃度に応じてポート噴射比率を増大させたときに、内燃機関の燃費、トルク変動及び筒内噴射弁の先端温度がどのように変化するかの傾向を示す特性線図である。
【図６】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  内燃機関
１２  気筒
１４  吸気通路
１６  ポート噴射弁（吸気通路噴射弁）
１８  筒内噴射弁
２０  燃料タンク
２２  低圧燃料配管
２４  低圧ポンプ
２６  高圧燃料配管
２８  高圧ポンプ
３０  燃料配管
３２  回転センサ
３４  エアフロメータ
３６  水温センサ
３８  アルコール濃度センサ（アルコール濃度検出手段）
４０  ＥＣＵ
４０ａ  記憶回路
４２  駆動回路
Ｎe  機関回転数
Ｇa  吸入空気量
Ｍa  アルコール濃度
Ｑ  目標噴射量
α  ポート噴射比率
Ｅ(Ｍa,Ｑ)  ２次元マップデータ（吸気側噴射比率増大手段）
Ｅn  噴射比率設定データ
【図１】
2008298046.tif 000003
【図２】
2008298046.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008298046.tif 000006
【図５】
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【図６】
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