(57)【要約】【課題】アルコール混合燃料のアルコール濃度に関わらず、安定した成層燃焼による運転を行う。【解決手段】筒内噴射式エンジンの成層燃焼時において、圧縮行程内に燃料をインジェクタから噴射させ、また、エタノールの濃度およびエンジン運転状態に応じて燃料噴射量を増加させ、燃料噴射期間を調整する。エタノール混合ガソリンのエタノール濃度が所定値αより大きい場合、エタノール濃度に応じて進角補正量ΔＫを求め、進角補正量ΔＫの分だけ燃料噴射開始時期を進角させる。そして、修正された燃料噴射開始時期のタイミングで燃料をインジェクタから噴射させる。【選択図】図４
2008223676.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコール混合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、
火花点火式エンジンの筒内にアルコール混合燃料を直接噴射する燃料噴射装置を制御し、層状混合気形成のため、アルコール濃度およびエンジン運転状態に応じた燃料噴射量に従ってアルコール混合燃料を少なくとも圧縮行程内で噴射させる燃料噴射時期制御手段とを備え、
前記燃料噴射時期制御手段が、アルコール濃度に関わらず燃料噴射終了時期から点火時期までの混合気生成期間が層状混合気を生成するのに必要な所定期間より短くならないように、燃料噴射時期を調整することを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射時期制御手段が、前記混合気生成期間を前記所定期間より短くする所定濃度値よりも大きいアルコール濃度である場合、燃料噴射時期を調整することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射時期制御手段が、エンジン冷却系の水温が所定値以下の場合、アルコール濃度と水温とに応じた燃料噴射量に従ってアルコール混合燃料を噴射させることを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射時期制御手段が、アルコール濃度に応じて燃料噴射開始時期を進角させることにより、燃料噴射時期を調整することを特徴とする請求項２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射時期制御手段が、進角補正した燃料噴射開始時期が層状混合気生成の限度となる許容開始時期より早い場合、燃料噴射開始時期を前記許容開始時期に定めることを特徴とする請求項４に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記燃料噴時期射制御手段が、燃料噴射量を増加させる場合、燃料噴射量の所定割合のアルコール混合燃料を吸気行程で噴射させ、残りの割合のアルコール混合燃料を圧縮行程で噴射させることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記燃料噴射時期制御手段が、圧縮行程のうち層状混合気生成のため噴射可能な期間で噴射される燃料量を圧縮行程の燃料噴射量と定め、燃料噴射量全体からその圧縮行程燃料噴射量を除いた燃料量を吸気行程の燃料噴射量と定めることを特徴とする請求項６に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記燃料噴射時期制御手段が、吸気行程の燃料噴射量が最小燃料噴射量以下に設定された場合、吸気行程で最小燃料噴射量だけ燃料を噴射させ、圧縮行程で残りの燃料を噴射させることを特徴とする請求項７に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
成層燃焼の場合、燃料タンクから送られてくるアルコール混合燃料を圧縮行程において筒内に直接噴射する燃料噴射装置と、
筒内で噴射されたアルコール混合燃料と吸入空気との混合気を点火し、燃焼させる点火栓とを備え、
前記燃料噴射装置が、アルコール濃度に関わらず燃料噴射終了時期から点火時期までの混合気生成期間が層状混合気を生成するのに必要な所定期間より短くならないように、所定のタイミングで燃料を噴射することを特徴とする筒内噴射式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの筒内に燃料を直接噴射する筒内噴射式エンジンに関し、特に、エタノール混合ガソリンなどアルコールを含む燃料を使用するときの燃料噴射制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒内噴射式ガソリンエンジンでは、運転状況に応じて均質燃焼、成層燃焼を切り替えることが可能である。高速、高負荷では均質燃焼による運転が行われ、吸気行程内にインジェクタから燃料を噴射させることによって燃料と空気が均一に混ざった混合気を生成し、均質混合気を点火する。一方、低速、低負荷（部分負荷）では成層燃焼による運転が行われ、圧縮行程後半に燃料を噴射させる。これにより、点火栓周りに燃料の濃い層と、その周囲の希薄層からなる層状混合気（成層混合気）が生成される。  
【０００３】
一方、環境問題の諸事情からガソリンにアルコールを混合させた燃料も使用されており、エタノール濃度１０％の混合ガソリン（Ｅ１０）などがＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）自動車に供給されている。アルコール混合ガソリンはアルコールの含まれない純ガソリンと比べて気化特性、発熱量などの燃料性状が異なり、また、アルコール濃度の違いによって燃料性状が変化し、アルコール濃度が高くなるほど理論空燃比の値は下がっていく。アルコール濃度に合わせた燃料噴射制御を行うため、例えば、アルコール濃度に応じて空燃比を補正し、燃料噴射量を調整する（特許文献１参照）。
【０００４】
成層燃焼の場合、燃料の気化特性が成層燃焼成立の大きな因子となり、アルコール濃度の違いによって噴射開始時期などの様々なパラメータの値が異なる。そのため、成層燃焼に関するパラメータの制御量をアルコール濃度毎にあらかじめ設定したパラメータマップを利用する燃料噴射制御方法が知られている（特許文献２参照）。そこでは、アルコール濃度に合ったパラメータマップの中から噴射開始時期、点火時期といった制御量が設定され、成層燃焼による運転が行われる。
【特許文献１】特開平５−５４４６号公報
【特許文献２】特開２００５−２２０８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
成層燃焼では、できるだけ点火時期に近いタイミングで燃料噴射を行って筒内の燃料拡散を防ぐ必要がある。しかしながら、アルコール濃度に応じて燃料噴射量を増加させる場合、噴射量増加に伴って燃料の噴射終了時期が過度に点火時期に接近すると、点火栓周りに層状混合気を適切に生成することができず、成層燃焼が十分に達成されない。特に、エンジン始動時に成層燃焼による運転を行った場合、不完全な成層燃焼によって、エンジンの始動性悪化とＨＣなどの有害な排気ガス成分の増加、あるいは始動不能を招く。そのため、アルコール濃度に適した燃料噴射量を確保しながら確実に成層燃焼を行える燃料噴射制御が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の燃料噴射制御装置は、アルコール混合燃料を燃料として使用可能なＦＦＶなどの自動車に取り付けられる筒内噴射式エンジンの燃料噴射を制御する装置である。ここで、アルコール混合燃料は、アルコールをガソリンなどの燃料に混合させた燃料のことをいう。また、アルコール混合燃料には、アルコールが所定の割合で含まれた混合燃料だけではなく、アルコールを含まない燃料（アルコール濃度０％）、あるいはアルコールのみの燃料（アルコール１００％）も含まれるものとする。
【０００７】
本発明の燃料噴射制御装置は、アルコール混合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、エンジンの筒内にアルコール混合燃料を直接噴射する燃料噴射装置を制御する燃料噴射時期制御手段とを備える。燃料噴射時期制御手段は、アルコール濃度およびエンジン運転状態に応じた燃料噴射量に従ってアルコール混合燃料を少なくとも圧縮行程内で燃料噴射装置から噴射させることが可能であり、これによって層状混合気が形成され、成層燃焼が生じる。例えば、点火栓周りに理論空燃比に近い燃料濃度の混合気を形成する場合、アルコール濃度に応じて燃料噴射量を増加させる。燃料タンク内に様々なアルコール濃度の燃料が補給されると、噴射燃料のアルコール濃度は、使用中に変化する。燃料噴射時期制御手段は、燃料噴射期間を調整し、あるいは燃圧を調整することなどによって燃料噴射量を変化させる。
【０００８】
本発明では、燃料噴射時期制御手段が、アルコール濃度に関わらず混合気生成期間が層状混合気を生成するのに必要な所定期間より短くならないように、燃料噴射時期を調整する。ここで、混合気生成期間とは、燃料噴射終了時期から点火時期までの期間を示す。また、層状混合気生成に必要な所定期間とは、適切な成層燃焼を行える層状混合気を生成するために最低限必要な期間を示し、燃焼室（ピストン表面）の形状、燃圧、単位時間当たりの燃料噴射量などに従って期間が定められる。
【０００９】
成層燃焼の間、アルコール濃度に合わせて燃料噴射量が変化しても、混合気生成期間が所定期間より短くならないように燃料噴射時期が制御される。すなわち、所定期間を常に確保するように燃料噴射終了時期のタイミングが制御されている。そのため、燃料のアルコール濃度の変化に関わらず、要求される空燃比に基づいた層状混合気が確実に生成される。アルコール濃度が僅かであれば純ガソリンとほぼ同じ燃料噴射量に定められるため、純ガソリンと同じタイミングで燃料噴射すればよく、要求される燃料噴射量が所定量を超える場合には、純ガソリンとは異なる燃料噴射時期の制御が行われる。
【００１０】
アルコール濃度が高いほど燃料噴射量が多くなることを考慮すれば、燃料噴射量の代わりにアルコール濃度の値に従って燃料噴射時期の調整の必要性を判断させるのがよい。例えば、アルコール濃度が混合気生成期間を所定期間より短くする所定濃度値より大きいか否かを判断し、所定濃度値より大きい場合に燃料噴射時期を調整する。さらに、エンジン冷却系の水温が低いほどアルコールの揮発性が低下するため、燃料噴射量を多くする必要がある。このことを考慮し、エンジン冷却系の水温が所定値以下の場合、アルコール濃度と水温とに応じた燃料噴射量に従ってアルコール混合燃料を噴射させるのがよい。
【００１１】
燃料噴射期間を変えて燃料噴射量を増加させる場合、燃料噴射時期制御手段は、アルコール濃度に応じて燃料噴射開始時期を進角させることによって燃料噴射時期を調整すればよい。例えば、純ガソリンに応じた燃料噴射開始時期で燃料を噴射する中、燃料噴射量の増加に伴って燃料噴射終了時期が所定期間内に達してしまう場合、燃料噴射時期制御手段は燃料噴射開始時期を進角させる。しかしながら、層状混合気生成のためには、圧縮行程後半に燃料を噴射させる必要があり、層状混合気生成の限度となる時期（許容開始時期）が決まっている。そのため、燃料噴射時期制御手段は、進角補正により修正した燃料噴射開始時期が許容開始時期より早い（進角側に位置する）場合、燃料噴射開始時期を許容開始時期に定める。
【００１２】
アルコール濃度が比較的高く、燃料噴射量が多い場合などには、燃料噴射時期制御手段は、燃料噴射量の所定割合の分だけアルコール混合燃料を吸気行程において噴射させ、残りの割合のアルコール混合燃料を圧縮行程で噴射させてもよい。この場合、要求される燃料噴射量を減らすことなく成層燃焼（弱成層燃焼）を行うことができる。例えば、圧縮行程のうち層状混合気生成のため噴射可能な期間が決められていることから、その期間に渡って噴射される燃料量を圧縮行程の燃料噴射量と定め、燃料噴射量全体からその圧縮行程の燃料噴射量を除いた燃料量を、吸気行程の燃料噴射量と定めればよい。ただし、吸気行程の燃料噴射量が最小燃料噴射量以下に設定された場合、燃料噴射時期制御手段は、最小燃料噴射量だけ吸気行程において燃料を噴射させ、圧縮行程において残りの燃料を噴射させる。
【００１３】
一方、エンジンとして特徴づけられる本発明の筒内噴射式エンジンは、成層燃焼の場合、燃料タンクから送られてくるアルコール混合燃料を圧縮行程において筒内に直接噴射する燃料噴射装置と、筒内で噴射されたアルコール混合燃料と吸入空気との混合気を点火し、燃焼させる点火栓とを備え、燃料噴射装置は、アルコール濃度に関わらず燃料噴射終了時期から点火時期までの混合気生成期間が層状混合気を生成するのに必要な所定期間より短くならないように、所定のタイミングで燃料を噴射する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、アルコール混合燃料のアルコール濃度に関わらず、安定した成層燃焼による運転を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では、図面を参照して、本発明の実施形態である筒内噴射式エンジンについて説明する。
【００１６】
図１は、第１の実施形態である筒内噴射式エンジンを含めた燃料噴射制御系全体の概略的構成を示した図である。図２は、燃料供給系の概略的構成図である。
【００１７】
筒内噴射式の多気筒エンジン１０は、ＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）などの自動車（図示せず）に装備されており、図１には、１つの気筒が図示されている。エアクリーナー１２を通って吸気管１４に吸入された空気は、電子制御式スロットルバルブ１６を介して吸気管１４の吸気ポート１４Ａまで給送され、エンジン本体のシリンダ１３内へ吸入される。
【００１８】
高圧噴射型インジェクタ１８は、シリンダ１３内部へ燃料を直接噴射するようにシリンダヘッドに取り付けられており、吸入空気の入ったシリンダ１３内に燃料を噴射する。シリンダヘットの頂部付近に取り付けられた点火栓１９は、燃料と吸入空気の混合気を点火し、燃焼させる。燃焼ガスは、排気管２６の排気ポート２６Ａから排出される。      
【００１９】
コンロッド２２を介してクランクシャフト２０に接続されたピストン２４は、吸入〜排気のサイクルに合わせてシリンダ１３内を往復運動する。一方、カムシャフト（図示せず）に取り付けられた吸排気弁（図示せず）は、ピストン２４の動きに合わせた空気の吸入、排気を行うように、クランクシャフト２０の回転に従って吸気ポート１４Ａ、排気ポート２６Ａを開閉する。
【００２０】
筒内噴射式エンジン１０は、成層燃焼と均質燃焼を切り替え可能であり、低速、低負荷の場合、成層燃焼モードに設定される。吸気ポート１４Ａは、ヘリカルポートとスワールコントロールバルブ付きストレートポート（ここではともに図示せず）によって構成されており、成層燃焼モードの場合、スワールコントールバルブが閉じ、ヘリカルポートを通ってシリンダ１３内へ空気が吸入される。これにより、シリンダ１３内にスワール流が発生する。スロットルバルブ１６は、吸入空気量を一定に保つように制御される。
【００２１】
ピストン２４の上面２４Ａには凹部が形成されており、インジェクタ１８が圧縮行程後半に燃料を噴射すると、噴射燃料は凹部に沿って流動する、その結果、層状混合気（成層混合気）が生成され、点火栓１９周りにはほぼ理論空燃比（ストイキ値）に近い燃料濃度の混合気が、その周囲には超希薄な混合気が生成される。そして、層状混合気が点火栓１９によって点火され、成層燃焼が生じる。一方、高速、高負荷では、均質燃焼が行われる。均質燃焼では、吸気行程においてインジェクタ１８から燃料が噴射され、燃料と吸入空気とが均一に混ざった均質混合気が点火される。
【００２２】
燃焼ガスは、排気管２６を通って触媒コンバータ２８へ送られ、三元触媒の触媒作用によって清浄化される。清浄化された排ガスは、エキゾーストパイプ（図示せず）へ送られるとともに、ＥＧＲバルブ３０、ＥＧＲ管路３２を通って吸気管１４へ環流される。Ｏ２センサ４０は、理論空燃比に基づいた燃焼を行うため、排ガスの酸素濃度を検出する。  
【００２３】
ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むＥＣＵ３４は、エンジン１０の動作を制御し、クランクポジションセンサ３６，吸気温センサ３７、スロットルバルブポジションセンサ３８、吸気管圧センサ３９ととともに、Ｏ２センサ４０、アクセル開度センサ４１、水温センサ４２など各センサからの信号を検出する。また、ＥＣＵ３４は、検出されるアクセル開度、クランクシャフト２０の回転数および回転位置などのパラメータ情報に基づいて、インジェクタ１８、点火栓１９、スロットルバルブ１４、ＥＧＲバルブ３０等へ制御信号を出力し、燃料噴射時期、点火時期とともに、燃料噴射量、吸入空気量、ＥＧＲ率などを調整する。  
【００２４】
図２に示すように、燃料タンク４４に貯留された燃料は、燃料タンク４４に取り付けられた低圧ポンプ４６によって吸い上げられ、高圧ポンプ４８へ送られる。吸い上げられた燃料は、高圧ポンプ４８によって目標噴射圧（燃圧）まで加圧され、燃料分配管５０を介してインジェクタ１８へ供給される。燃料タンク４４内には、低圧用レギュレータ５３が設けられ、また、高圧ポンプ４８内部に高圧用レギュレータ（図示せず）が設けられており、それぞれ燃圧を調整する。
【００２５】
燃料タンク４４には、エタノール含有のエタノール混合ガソリン、エタノール１００％のニートエタノール、あるいはエタノールの含まない純ガソリンなどが燃料として補給される。燃料分配管５０に設けられた静電容量型のアルコール濃度センサ５２は、エタノールの誘電率に基づいてシリンダ内へ噴射する燃料のエタノール濃度（０％〜１００％）を検出する。また、燃圧センサ５１は、燃料分配管５０内の燃圧を検出する。
【００２６】
図３は、ＥＣＵ３４によって実行される燃料噴射制御処理のフローチャートである。ここでは、成層燃焼によるエンジン始動を行うための燃料噴射制御処理を示す。また、図４は、燃料噴射のタイミングチャートであり、図５は、エタノール濃度と燃料噴射開始時期の補正量（進角補正量）との関係を示した線図である。エンジン始動操作に伴って燃料噴射処理が開始される。
【００２７】
ステップＳ１０１では、アルコール濃度センサ５２によってエタノール濃度（％）が検出される。燃料タンク４４には、前述したようにエタノール混合ガソリン、ニートエタノール、あるいはエタノールの含まれていない純ガソリンなどが補給されるため、噴射燃料のエタノール濃度は、補給される燃料の種類、混合の程度によって随時変化する。そしてステップＳ１０２では、エタノール濃度が所定値αより大きいか否かが判断される。  
【００２８】
アルコールの発熱量、気化特性は、ガソリンと異なり、理論空燃比はガソリンに比べて低くなる（純エタノールの場合、理論空燃比は約９）。成層燃焼においても、点火栓９の周りに理論空燃比に近い混合気を生成するため、エタノール濃度が高くなるほど理論空燃比の値は小さくなる。したがって、エタノール濃度に応じて燃料噴射量を増加させる必要がある。インジェクタ１８は燃圧一定の下で燃料を噴射しているため、ＥＣＵ３４は、インジェクタ１８内のソレノイドへの通電時間を制御することによって噴射期間、すなわち燃料噴射量を調整する。
【００２９】
図４には、エンジン始動時の成層燃焼のサイクルが図示されており、層状混合気を生成するため、圧縮行程後半に燃料が噴射されている。しかしながら、燃料噴射終了時期が点火時期に過度に近づくと、燃焼室内に適切な層状混合気を生成させる時間が不足し、成層燃焼が不完全となる（なお、図４では、点火時期がピストン２４の上死点と一致しているが、エンジンの運転状態に応じて点火時期は種々変更される）。
【００３０】
純ガソリンを使用する場合、吸入空気量に基づいてクランク角Ｋ０のタイミングでインジェクタ１８から燃料が噴射され、クランク角Ｋ１のタイミングで燃料噴射が終了する。燃料噴射終了時期は、層状混合気生成のため必要とされる所定期間（以下では、限度期間という）Ｌｍに入らないように定められている。
【００３１】
エタノール濃度が高いほど燃料噴射量が多くなることから、燃料噴射量の増加に伴って燃料噴射期間を長くする必要がある。このとき、純ガソリンと同じタイミングで燃料噴射を開始すると、燃料噴射終了時期が限度期間Ｌｍの範囲に入り込み、不完全な層状混合気が生成される。この限度期間Ｌｍは、エンジンのシリンダ内（ピストン２４の上面）形状、燃圧、単位時間当たりの燃料噴射量など様々な特性に従って決まる。
【００３２】
第１の実施形態では、エタノール濃度が所定値αより大きい場合、燃料噴射終了時期が限度期間Ｌｍの範囲に入らないように燃料噴射開始時期を早める。すなわち、燃料噴射開始時期を圧縮工程内において進角させ、必要な燃料噴射期間を確保する。その結果、燃料噴射終了時期は、限度期間Ｌｍの境界となるクランク角Ｋｔに応じた時期（以下では、限界終了時期という）を超えない。
【００３３】
図５には、エタノール濃度と、燃料噴射開始時期に応じた進角補正量との対応関係が表されており、進角補正量は、純ガソリンを使用するときの燃料噴射開始時期からのシフト量をクランク角度によって示す。エタノール濃度と燃料噴射量とが概ね比例関係にあることから、進角補正量もエタノール濃度と比例関係にある。
【００３４】
ステップＳ１０２では、燃料噴射開始時期を進角補正する必要がない程度のエタノール濃度であるか否かが判断され、エタノール濃度が所定値αより大きくない場合、ステップＳ１０７へ進み、進角補正せずに純ガソリンと同じクランク角Ｋ０に応じたタイミングで燃料を噴射させる。図４では、エタノール濃度が所定値αと一致する場合の燃料噴射開始時期が図示されている。
【００３５】
一方、エタノール濃度が所定値αより大きい場合、ステップＳ１０３に進み、進角補正量ΔＫが算出される。ＥＣＵ３４は、図５に示すアルコール濃度と進角補正量との対応関係を表すマップデータに基づき、エタノール濃度に応じた進角補正量ΔＫを求める。そして、ステップＳ１０４では、進角補正量ΔＫによって修正された燃料噴射開始時期が成層燃焼の限度となる時期（許容開始時期）を超えて進角側にシフトしているか否かが判断される。
【００３６】
成層燃焼の場合、層状混合気を生成するために圧縮行程後半に燃料を噴射させる必要がある。許容開始時期より早く燃料を噴射すると、点火時期までのインターバルが過度に長くなり、適度な層状混合気が生成されない。図４では、クランク角度Ｋｍに応じた時期を許容開始時期として表している。
【００３７】
ステップＳ１０４において、修正された燃料噴射開始時期が許容開始時期を超えていないと判断されると、ステップＳ１０５へ進み、進角補正量ΔＫだけ進角させた燃料噴射開始時期で燃料を噴射開始するように、インジェクタ１８が制御される（図４参照）。限界終了時期までの間に燃料が噴射されることにより、要求される燃料噴射量に基づいた層状混合気が点火栓１９周りに形成される。
【００３８】
一方、ステップＳ１０４において、進角補正された燃料噴射開始時期が許容開始時期よりも早い場合、ステップＳ１０６へ進み、許容開始時期が燃料噴射開始時期として設定される。そして、許容開始時期から限界終了時期までの燃料噴射期間が設定され、許容開始時期から限界終了時期まで燃料が噴射される。ステップＳ１０４、又はＳ１０６が実行されると、燃料噴射制御処理が終了する。
【００３９】
このように第１の実施形態によれば、燃料噴射期間を変えることによって燃料噴射量を増加させることが可能であり、アルコール濃度に応じた燃料噴射量が定められる。そして、成層燃焼時の場合、エタノール混合ガソリンのエタノール濃度が所定値αより大きい場合、進角補正量ΔＫが求められ、進角補正量ΔＫの分だけ燃料噴射開始時期が進められる（図４参照）。これにより、エタノール濃度に応じた理論空燃比に近い高濃度層の混合気が点火栓１９周りに生成されるとともに、層状混合気の生成に必要な限度期間Ｌｍが常に確保される。その結果、エタノール濃度の変化に関係なく安定した成層燃焼を行うことができ、不完全燃焼による排ガス成分の増加、トルク不足を防止し、安定した成層燃焼によるエンジン始動を実現できる。
【００４０】
次に、図６〜図８を用いて、第２の実施形態である筒内噴射式エンジンについて説明する。第２の実施形態では、第１の実施形態と異なり、アルコール濃度とともに冷却系の水温に基づいて燃料噴射制御を行う。さらに、吸気行程と圧縮行程とに分けて燃料を分割噴射する。それ以外の構成については、第１の実施形態と実質的に同じである。
【００４１】
図６は、第２の実施形態における燃料噴射制御処理を示したフローチャートである。また、図７は、第２の実施形態における燃料噴射のタイミングチャートであり、図８は、エタノール濃度および冷却系の水温と燃料の分割噴射率との対応関係を示した線図である。
【００４２】
ステップＳ２０１では、エタノール濃度が検出され、さらに、シリンダ１３のウォータジャケットを流れる冷却水の水温が検出される。ステップＳ２０２では、エタノール濃度が所定値αより大きいか否かが判断される。エタノール濃度が所定値αより大きくない場合、ステップＳ２１０へ進み、図３のステップＳ１０７同様、進角補正せずに燃料噴射時期が設定される。一方、エタノール濃度が所定値αより大きい場合、ステップＳ２０３へ進む。
【００４３】
ステップＳ２０３では、冷却水の水温が所定値β以下であるか否かが判断される。エタノールなどのアルコールは冷却系の水温が低いほど揮発性が低下する。そのため、水温が所定値βより低い場合、エタノール濃度とともに水温にも関連づけて燃料噴射量を設定する。水温が所定値βより大きい場合、すなわち水温の影響を考慮する必要がないと判断した場合、ステップＳ２０９へ進み、図３のステップＳ１０３〜Ｓ１０６に示すエタノール濃度に基づいた燃料噴射制御処理が実行される。一方、水温が所定値β以下である場合、ステップＳ２０４に進み、吸気行程の燃料噴射量と吸気行程の燃料噴射量が求められる。
【００４４】
第２の実施形態では、アルコール濃度が高く燃料噴射量の増加量が大きい場合、圧縮行程で噴射できない燃料を吸気行程で噴射させる。すなわち、燃料を吸気行程と圧縮行程に分けて噴射し、点火栓１９周りの高濃度混合気の周囲にはリーン状態の希薄均質混合気を生成させ、弱成層燃焼を生じさせる。燃料噴射量の分割の割合に関しては、圧縮行程で噴射可能な期間、すなわち開始許容時期から限界終了時期までの期間に渡って噴射できる量を圧縮行程における噴射量（以下、圧縮行程噴射量という）とし、残りの噴射量を吸気行程における噴射量（以下、吸気行程噴射量）とする。
【００４５】
図８には、エタノール濃度および水温と、燃料噴射量全体に対する吸気行程噴射量の割合（％）との関係が図示されており、エタノール濃度一定の下での水温変化に対する吸気行程噴射量の割合が、曲線Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３によって表されている。エタノール濃度は、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の順で高い。図８から明らかなように、エタノール濃度が高いほど、また、水温が低いほど、吸気行程噴射量の割合が大きくなる。水温が低いほどエタノール混合燃料の揮発性が悪くなり、吸気ポートへの燃料付着などを考慮して燃料噴射量を増加させる必要がある。水温が低いほど全体の燃料噴射量を増加させることに伴い、吸気行程噴射量の割合も大きくなる。一方、エタノール濃度が高いほど理論空燃比が高くなるため、全体の燃料噴射量が増加する。それに伴い、吸気行程噴射量の割合もエタノール濃度が高いほど大きくなる。
【００４６】
ＥＣＵ３４は、図８に示す対応関係のデータに基づき、検出された水温およびエタノール濃度から吸気行程噴射量の割合を求める。すなわち、吸気行程噴射量と、圧縮行程噴射量とを求める。圧縮行程噴射量は圧縮工程内で噴射可能な最大噴射量として定められ、吸気行程噴射量は、圧縮行程噴射量および吸気行程噴射量の割合から求められる。図７には、求められた吸気行程噴射量と圧縮行程噴射量とを合わせた総燃料噴射量に相当する噴射期間Ｌｐが一点鎖線で表されている。ステップＳ２０４が実行されると、ステップＳ２０５へ進む。
【００４７】
ステップＳ２０５では、算出された吸気行程噴射量が、最小燃料噴射量Ｑｍｉｎ以上であるか否かが判断される。インジェクタ１８の性能等により、最短燃料噴射期間はあらかじめ定められており、最小燃料噴射量もそれに従って決まる。吸気行程噴射量が最小燃料噴射量Ｑｍｉｎ以上であると判断されると、ステップＳ２０６へ進み、ステップＳ２０４で求められた吸気行程噴射量および圧縮行程噴射量が設定され、燃料が吸気行程、圧縮行程に分けて分割噴射される（図７参照）。
【００４８】
一方、吸気行程噴射量が最小燃料噴射量Ｑｍｉｎより少ない場合、ステップＳ２０７へ進み、吸気行程噴射量が最小燃料噴射量Ｑｍｉｎに設定される。そして、ステップＳ２０８では、全燃料噴射量から最小燃料噴射量Ｑｍｉｎを除いた燃料噴射量が求められる。この燃料噴射量が圧縮行程噴射量として設定され、燃料が許容開始時期に合わせてインジェクタ１８から噴射される。
【００４９】
以上のように第２の実施形態によれば、エタノール濃度および冷却系の水温に応じて燃料噴射量が補正されるとともに、吸気行程、圧縮行程に分けて燃料が分割噴射され。弱成層燃焼が生じる。これにより、相対的にエタノール濃度の高い燃料、温度が低い冷却水に従って燃料噴射量を多く増加させても、要求される燃料噴射量だけ燃料を噴射できるとともに、層状混合気を確実に生成することができる。
【００５０】
第１の実施形態では、エタノール濃度が所定値αより大きい場合には進角補正を実行することを決定し、エタノール濃度から進角補正量を求めているが、代わりに、エタノール濃度に適した燃料噴射量を算出し、その燃料噴射量に基づいて進角補正する必要があるか否かを判断するように構成してもよい。同様に第２の実施形態においても、エタノール濃度と水温に応じた燃料噴射量を算出し、分割噴射の割合を設定するように構成してもよい。また、第２の実施形態では、圧縮行程で噴射できない燃料の分だけ吸気行程で燃料を噴射するように構成されているが、要求される燃料噴射量を任意の割合で分け、分割噴射させてもよい。
【００５１】
第２の実施形態では、冷却水の水温を考慮した燃料噴射制御を行っているが、第１の実施形態においても、エタノール濃度および冷却水の水温を考慮した燃料噴射制御を行ってもよい。例えば、図５に示す進角補正量とエタノール濃度の対応関係を示すデータを、水温毎にあらかじめデータとして用意する。そして、アルコール濃度が所定値α以上であって、水温が所定値以下の場合、検出される水温に応じた進角補正量とエタノール濃度の対応関係データを抽出し、そのデータから進角補正量を求めるように構成してもよい。
【００５２】
第１、第２の実施形態では、燃圧一定の下に燃料噴射機関を調整することによって燃料噴射量を変化させているが、燃料噴射期間の代わりに燃圧を調整してもよい。この場合、インジェクタ１８の燃料噴射期間を一定に定め、高圧ポンプ４８によって設定される燃圧をアルコール濃度に合わせて上げる。そして、あらかじめ定められた燃圧とアルコール濃度との対応関係に基づいて燃圧を補正すればよい。
【００５３】
第１、第２の実施形態では、理論空燃比に基づいた燃料噴射制御を行っているが、運転状況、走行状況に合わせて要求すべき空燃比を設定し、その設定された空燃比に基づいて成層燃焼を生じさせてもよい。エンジン運転状態、そしてエタノール濃度に応じて成層燃焼のための燃料噴射制御を行えばよい。また、第１、第２の実施形態では、エンジン始動時の燃料噴射制御を示しているが、運転期間中、所定時間間隔で割り込み処理を実行することによって同様な燃料噴射制御を行えるように構成してもよい。
【００５４】
本実施形態ではエタノール混合ガソリンが使用されているが、エタノール以外のアルコール混合燃料を使用してもよく、アルコールの種類に応じて燃料噴射量の増加量を調整すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１の実施形態である筒内噴射式エンジンを含めた燃料噴射制御系全体の概略的構成図である。
【図２】燃料供給系の概略的構成図である。
【図３】ＥＣＵによって実行される燃料噴射制御処理のフローチャートである。
【図４】燃料噴射のタイミングチャートである。
【図５】エタノール濃度と噴射開始時期の補正量（進角補正量）との関係を示した線図である。
【図６】第２の実施形態における燃料噴射制御処理を示したフローチャートである。
【図７】第２の実施形態における燃料噴射のタイミングチャートである。
【図８】エタノール濃度および冷却系の水温と燃料の分割噴射率との対応関係を示した線図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  筒内噴射式エンジン
１３  シリンダ
１４  吸気管
２６  排気管
１８  インジェクタ
１９  点火栓
２４  ピストン
３４  ＥＣＵ
４２  水温センサ
４４  燃料タンク
４６  低圧ポンプ
４８  高圧ポンプ
５２  アルコール濃度センサ
【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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