(57)【要約】【課題】アルコール燃料が使用でき、かつ気筒内の燃焼空間へ直接燃料を噴射する内燃機関において、暖機中におけるＰＭやスモークの発生を抑制すること。【解決手段】内燃機関１は、アルコール燃料が使用でき、かつ気筒内燃焼空間３０Ｂへ直接燃料を噴射する燃料噴射弁２１を備える。内燃機関１の暖機完了前において吸気行程で燃料噴射弁２１から燃料を噴射する時期は、内燃機関１の暖機完了後において吸気行程で燃料を噴射する時期よりも遅角する。そして、燃料噴射弁２１から燃料を噴射する時期を遅角させる制御は、内燃機関１の燃料のアルコール濃度に基づいて変更される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともアルコール燃料が使用でき、かつ気筒内の燃焼空間へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料噴射を制御するものであり、
前記内燃機関の暖機完了前における吸気行程の燃料噴射時期を、前記内燃機関の暖機完了後における吸気行程の燃料噴射時期よりも遅角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２】
暖機完了前における吸気行程の燃料噴射時期を、暖機完了後における吸気行程の燃料噴射時期よりも遅角させる制御を終了する暖機時遅角噴射終了時期を、前記燃料のアルコール濃度に基づいて変更することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記燃料のアルコール濃度が所定の閾値以上であるときには、前記燃料のアルコール濃度が前記閾値より小さいときよりも前記暖機時遅角噴射終了時期を早くすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記燃料のアルコール濃度に基づいて、理論空燃比よりも小さい空燃比で前記内燃機関を運転する領域を変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
少なくともアルコール燃料が使用でき、かつピストンが往復運動する気筒内の燃焼空間へ直接燃料を噴射する内燃機関において、
前記内燃機関の吸気行程で前記燃料を噴射する際には、暖機完了後よりも暖機完了前の方が前記燃料を噴射する時期を遅角して前記燃焼空間へ前記燃料を噴射する燃料噴射弁を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
前記燃料噴射弁は、
暖機完了後よりも暖機完了前の方が燃料を噴射する時期は遅角される制御を終了する暖機時遅角噴射終了時期を、前記燃料のアルコール濃度に基づいて変更することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記燃料噴射弁は、
前記燃料のアルコール濃度が所定の閾値以上である場合には、前記燃料のアルコール濃度が前記閾値よりも小さい場合よりも前記暖機時遅角噴射終了時期を早くすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記燃料噴射弁は、
前記燃料のアルコール濃度に基づいて、理論空燃比よりも小さい空燃比で前記内燃機関を運転する領域を変更することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内の燃焼空間へ直接燃料を噴射し、かつガソリンのみならず、アルコールのような含酸素燃料、あるいはガソリンとアルコールのような含酸素燃料とを混合した燃料を使用可能な内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年において、石油を中心とした化石燃料の消費抑制を視野に入れたエネルギの多様化へ対応する観点から、ガソリンの他にも、ガソリンにアルコールのような含酸素燃料を混合した燃料や、含酸素燃料のみを使用できる内燃機関が実用化されつつある。特許文献１には、吸気管内へ燃料を噴射するポート噴射弁を備え、燃料のアルコール濃度が高いほど燃料の噴射時期を早めることで、気化に要する時間を確保する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−５４３３２号公報  ４ページ、図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された技術は、ポート噴射弁を備える内燃機関に対するものであり、気筒内の燃焼空間へ直接燃料を噴射する直噴形式の内燃機関に対しては考慮されていない。また、特許文献１に開示された技術は、内燃機関が暖機中であるか暖機後であるかは考慮されていない。
【０００５】
内燃機関の温度が非常に低い場合、ＰＭ（Particulate Matter）と呼ばれる粒子状物質やスモークが発生しやすくなるため、燃料噴射時期は遅角させることが好ましい。しかし、特許文献１に開示されている技術は燃料のアルコール濃度が高いほど燃料噴射時期を早めるため、ＰＭやスモークが増加するおそれがある。一方、直噴形式の内燃機関において、吸気行程における燃料噴射時期を遅角させると、燃料が気筒内壁に付着してオイルパンのオイルへ混入し、オイルを希釈するという問題もある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、少なくともアルコールのような含酸素燃料が使用でき、かつ気筒内の燃焼空間へ直接燃料を噴射する内燃機関において、暖機中におけるＰＭやスモークの発生を抑制すること、燃料がオイルへ混入することによるオイルの希釈を抑制することのうち少なくとも一方を達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、少なくともアルコール燃料が使用でき、かつ気筒内の燃焼空間へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関の燃料噴射を制御するものであり、前記内燃機関の暖機完了前における吸気行程の燃料噴射時期を、前記内燃機関の暖機完了後における吸気行程の燃料噴射時期よりも遅角することを特徴とする。
【０００８】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の燃料噴射制御装置において、暖機完了前における吸気行程の燃料噴射時期を、暖機完了後における吸気行程の燃料噴射時期よりも遅角させる制御を終了する暖機時遅角噴射終了時期を、前記燃料のアルコール濃度に基づいて変更することが好ましい。
【０００９】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料のアルコール濃度が所定の閾値以上であるときには、前記燃料のアルコール濃度が前記閾値より小さいときよりも前記暖機時遅角噴射終了時期を早くすることが好ましい。
【００１０】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料のアルコール濃度に基づいて、理論空燃比よりも小さい空燃比で前記内燃機関を運転する領域を変更することが好ましい。
【００１１】
上述の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、少なくともアルコール燃料が使用でき、かつピストンが往復運動する気筒内の燃焼空間へ直接燃料を噴射する内燃機関において、前記内燃機関の吸気行程で前記燃料を噴射する際には、暖機完了後よりも暖機完了前の方が前記燃料を噴射する時期を遅角して前記燃焼空間へ前記燃料を噴射する燃料噴射弁を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射弁は、暖機完了後よりも暖機完了前の方が燃料を噴射する時期は遅角される制御を終了する暖機時遅角噴射終了時期を、前記燃料のアルコール濃度に基づいて変更することが好ましい。
【００１３】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射弁は、前記燃料のアルコール濃度が所定の閾値以上である場合には、前記燃料のアルコール濃度が前記閾値よりも小さい場合よりも前記暖機時遅角噴射終了時期を早くすることが好ましい。
【００１４】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射弁は、前記燃料のアルコール濃度に基づいて、理論空燃比よりも小さい空燃比で前記内燃機関を運転する領域を変更することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、少なくともアルコールのような含酸素燃料が使用でき、かつ気筒内の燃焼空間へ直接燃料を噴射する内燃機関において、暖機中におけるＰＭやスモークの発生を抑制すること、燃料がオイルへ混入することによるオイルの希釈を抑制することのうち少なくとも一方を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。本発明は、少なくともアルコール燃料を使用できる内燃機関に対して好適である。ここで、アルコール燃料とは、アルコールのような含酸素燃料、あるいはガソリンとアルコールのような含酸素燃料とを混合した燃料をいう。
【００１７】
（実施形態１）
実施形態１は、気筒内の燃焼空間へ燃料を直接噴射し、かつガソリンのみならず、アルコールのような含酸素燃料、あるいはガソリンとアルコールのような含酸素燃料とを混合した燃料を使用できる内燃機関、すなわち、少なくともアルコール燃料を使用できる内燃機関の燃料噴射制御において、燃料のアルコール濃度に基づいて、燃料噴射時期や燃料の噴射量を変更する点に特徴がある。ここで、燃料噴射制御とは、燃料噴射時期や燃料の噴射量等を変更する制御である。
【００１８】
図１は、実施形態１に係る内燃機関の構成を示す概略構成図である。この内燃機関１は、燃料供給装置２と、気筒３０を備えた内燃機関本体３と、内燃機関本体３に接続される吸気経路５と、この内燃機関本体３に接続される排気経路６とを備える。内燃機関１の運転は、制御装置である機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７によって制御される。
【００１９】
この内燃機関１は、燃料供給装置２により燃料タンク２２内に貯留されている燃料Ｆが気筒３０に供給される。内燃機関１は、ガソリンのみならず、アルコールのような含酸素燃料、あるいはガソリンとアルコールのような含酸素燃料とを混合した燃料を使用できる。本実施形態において、燃料Ｆは、例えば、ガソリンとアルコール（例えばエタノール）との混合燃料が用いられる。燃料供給装置２は、燃料噴射弁２１と、燃料タンク２２と、低圧燃料ポンプ２３と、高圧燃料ポンプ２４と、燃料供給配管２６〜２８と、燃料分配管（いわゆる燃料デリバリパイプ）２５とを含んでいる。
【００２０】
燃料供給装置２を構成する燃料噴射弁２１は、内燃機関本体３のシリンダヘッド３２に取り付けられるとともに、後述する気筒内の燃焼空間（気筒内燃焼空間）３０Ｂ内に燃料噴射口が開口する。そして、気筒内燃焼空間３０Ｂ内に開口した燃料噴射弁２１の燃料噴射口から内燃機関１の気筒内燃焼空間３０Ｂ内へ直接燃料Ｆが噴射され、気筒内燃焼空間３０Ｂ内に燃料噴霧Ｆｍが形成される。このように、本実施形態に係る内燃機関１は、いわゆる直噴方式によって燃料Ｆが供給される。燃料噴射弁２１の燃料噴射量（内燃機関１に供給する燃料Ｆの燃料供給量）や噴射タイミング等に関する燃料噴射制御は、制御装置である機関ＥＣＵ７が実行する。なお、本実施形態においては、吸気ポート３７へ燃料を噴射するポート噴射弁をさらに備えていてもよい。
【００２１】
燃料タンク２２中の燃料Ｆは、低圧燃料ポンプ２３によって燃料圧送手段である高圧燃料ポンプ２４へ送られ、高圧燃料ポンプ２４から燃料分配管２５へ圧送される。燃料分配管２５内における燃料Ｆの圧力は、例えば十数ＭＰａに設定される。燃料分配管２５にはアルコール濃度センサ２９が取り付けられている。アルコール濃度センサ２９は、燃料分配管２５内に満たされている燃料Ｆのアルコール濃度を検出する。アルコール濃度センサ２９によって検出された燃料Ｆのアルコール濃度は、機関ＥＣＵ７に取り込まれ、本実施形態に係る燃料噴射時期制御に用いられる。燃料分配管２５にアルコール濃度センサ２９を取り付けることにより、燃料噴射弁２１から気筒内燃焼空間３０Ｂへ噴射される直前における燃料のアルコール濃度を検出できるので、燃料噴射時期制御の精度が向上する。
【００２２】
内燃機関１の内燃機関本体３は、シリンダブロック３１と、シリンダブロック３１に締結して一体化されたシリンダヘッド３２と、シリンダブロック３１に締結して一体化されたクランクケース３０Ｃと、気筒３０に設けられるピストン３３及びコネクティングロッド３４と、クランク軸３５と、気筒３０に設けられる点火プラグ３６と、弁装置４とを備える。
【００２３】
内燃機関本体３が備える気筒３０には、ピストン３３と、シリンダブロック３１と、シリンダヘッド３２とにより囲まれた気筒内燃焼空間３０Ｂが形成される。気筒３０の気筒内燃焼空間３０Ｂには、吸気経路５に接続する吸気ポート３７と、排気経路６に接続する排気ポート３８とが形成される。なお、吸気ポート３７と排気ポート３８とは、シリンダヘッド３２に形成される。
【００２４】
ピストン３３は、コネクティングロッド３４に回転自在に取り付けられ、また、コネクティングロッド３４は、クランク軸３５に回転自在に取り付けられる。このように、ピストン３３は、コネクティングロッド３４を介してクランク軸３５と連結される。内燃機関本体３においては、気筒３０の気筒内燃焼空間３０Ｂ内で空気Ａと燃料Ｆとの混合気を燃焼させることによりピストン３３をシリンダブロック３１内で往復運動させ、この往復運動をクランク軸３５によって回転運動に変換して出力する。
【００２５】
内燃機関本体３は、内燃機関本体３が備えるクランク軸３５の回転数（機関回転数）を検出する手段及びクランク軸３５の角度を検出する手段として機能するクランク角度センサ３９を備える。クランク角度センサ３９は、クランク軸３５の角度であるクランク角度（ＣＡ）を検出して機関ＥＣＵ７に出力する。なお、機関ＥＣＵ７は、このクランク角度センサ３９により検出されたクランク角度から内燃機関１の回転数（単位時間あたりの回転数であり機関回転数ともいう）を算出したり、気筒３０の行程（例えば、吸気行程であるか、圧縮行程であるか、膨張行程であるか、排気行程であるか）を判定したりする。
【００２６】
内燃機関本体３のシリンダヘッド３２には、点火プラグ３６が取り付けられている。点火プラグ３６の電極３６Ｓは、気筒３０の気筒内燃焼空間３０Ｂへ突き出している。また、点火プラグ３６には、ダイレクトイグニッション３６ＤＩが取り付けられている。ダイレクトイグニッション３６ＤＩは、点火時期調整手段として機能する機関ＥＣＵ７からの点火信号によって点火プラグ３６を放電させ、気筒３０の気筒内燃焼空間３０Ｂ内の混合気に着火する。これによって、混合気は燃焼して高温、高圧の燃焼ガスとなり、ピストン３３を駆動する。ここで、点火プラグ３６の放電タイミング等に関する点火動作は、内燃機関１の動作を制御するための制御装置である機関ＥＣＵ７が制御する。
【００２７】
内燃機関本体３は、吸気弁４１と排気弁４２とを開閉させるための弁装置４を備える。弁装置４は、気筒３０に設けられる吸気弁４１及び排気弁４２と、吸気カムシャフト４３と、排気カムシャフト４４と、吸気弁タイミング変更機構４５と、排気弁タイミング変更機構４７とを含んで構成される。
【００２８】
弁装置４を構成する吸気弁４１は、吸気ポート３７と気筒内燃焼空間３０Ｂとの間の開口部分に配置され、吸気カムシャフト４３が回転することにより開閉する。また、弁装置４を構成する排気弁４２は、排気ポート３８と気筒内燃焼空間３０Ｂとの間の開口部分に配置され、排気カムシャフト４４が回転することにより開閉する。
【００２９】
弁装置４の吸気カムシャフト４３及び排気カムシャフト４４は、タイミングチェーンやタイミングベルトを介して、クランク軸３５の回転に連動して回転する。弁装置４の吸気弁タイミング変更機構４５は、吸気カムシャフト４３に取り付けられており、また、排気弁タイミング変更機構４７は、排気カムシャフト４４に取り付けられる。
【００３０】
吸気弁タイミング変更機構４５及び排気弁タイミング変更機構４７は、可変動弁機構であり、吸気弁タイミング変更機構４５が吸気カムシャフト４３の位相を連続的に変化させ、排気弁タイミング変更機構４７が排気カムシャフト４４の位相を連続的に変化させる。これによって、吸気弁タイミング変更機構４５及び排気弁タイミング変更機構４７は、吸気弁４１の開閉時期と排気弁４２の開閉時期とを連続的に変化させることができるので、内燃機関１の運転状態に応じて吸気弁４１の開閉時期と排気弁４２の開閉時期とを最適なタイミングに制御できる。
【００３１】
弁装置４は、吸気カムシャフト４３の回転位置を検出して機関ＥＣＵ７に出力するための吸気カムポジションセンサ４６、及び排気カムシャフト４４の回転位置を検出して機関ＥＣＵ７に出力するための排気カムポジションセンサ４８を備える。吸気カムポジションセンサ４６及び排気カムポジションセンサ４８の出力は、機関ＥＣＵ７に取り込まれ、点火プラグ３６の点火時期の制御や吸気弁タイミング変更機構４５及び排気弁タイミング変更機構４７の制御に用いられる。
【００３２】
吸気カムシャフト４３には吸気カム４３Ｃが取り付けられており、排気カムシャフト４４には排気カム４４Ｃが取り付けられている。吸気カムシャフト４３及び排気カムシャフト４４が回転することにより、吸気カム４３Ｃ及び排気カム４４Ｃが回転する。これによって、吸気カム４３Ｃは吸気弁４１を開閉し、排気カム４４Ｃは排気弁４２を開閉する。
【００３３】
内燃機関本体３の吸気経路５は、大気中の空気Ａを吸気し、この吸入された空気Ａを内燃機関本体３の気筒３０に形成される気筒内燃焼空間３０Ｂに導入する。吸気経路５は、エアクリーナ５１と、エアフローメーター５２と、スロットル弁５３と、エアクリーナ５１から気筒３０の吸気ポート３７までを連通する吸気通路５４とを有する。吸気経路５は、エアクリーナ５１によってごみや塵等が除去された空気Ａを、吸気通路５４及び吸気ポート３７を介して、それぞれの気筒３０の気筒内燃焼空間３０Ｂに導入する。吸気経路５に設けられるエアフローメーター５２は吸入空気量検出手段であり、吸気経路５から吸入されて気筒３０に導入される吸入空気量を検出し、機関ＥＣＵ７に出力する。
【００３４】
吸気経路５には、気筒内燃焼空間３０Ｂに供給する吸入空気量を調整し、制御する吸入空気量調整手段として機能するスロットル弁５３が設けられる。スロットル弁５３は、気筒３０の気筒内燃焼空間３０Ｂに導入する吸入空気量を調整する。スロットル弁５３は、ステッピングモータ等のアクチュエータ５３ａにより開閉される。吸入空気量調整手段として機能するスロットル弁５３のバルブ開度、すなわちスロットル弁の開度は、機関ＥＣＵ７がアクチュエータ５３ａによってスロットル弁５３の開度を調整することにより制御される。
【００３５】
内燃機関本体３に接続される排気経路６には、気筒３０の気筒内燃焼空間３０Ｂで燃焼してピストン３３を駆動した後の燃焼ガスが、排ガスとして排出される。排気経路６は、排ガス通路６２と、排ガス通路６２に設けられる排ガス浄化触媒６１とを含んで構成される。排気経路６に設けられる排ガス浄化触媒６１は、排ガス通路６２から送られる排ガスＥｘに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）を浄化するものである。排ガス浄化触媒６１で浄化された後の排ガスは、消音装置を通って大気中に排気される。
【００３６】
排ガス通路６２には、Ａ／Ｆセンサ６３と、Ｏ2センサ６４とが設けられている。空燃比検出手段であるＡ／Ｆセンサ６３は、排ガスＥｘの空燃比にほぼ比例する出力特性を有するセンサである。Ａ／Ｆセンサ６３は、排ガス通路６２のうち排ガス浄化触媒６１の上流側、すなわち、内燃機関１の排気ポート３８と排ガス浄化触媒６１との間に配置される。Ａ／Ｆセンサ６３は、気筒内燃焼空間３０Ｂから排気経路６に排気された排ガスＥｘのうち、排ガス浄化触媒６１に吸入される前における排ガスＥｘの排ガス空燃比を検出し、機関ＥＣＵ７に出力する。なお、Ａ／Ｆセンサ６３は、Ｏ2センサで構成してもよい。
【００３７】
また、機関ＥＣＵ７は、Ａ／Ｆセンサ６３によって検出された排ガス空燃比に基づいて、吸入された空気Ａ及び燃料Ｆからなる混合気の空燃比、すなわち内燃機関１の空燃比を算出する。排気経路６に設けられるＯ2センサ６４は、排ガスＥｘ中の酸素濃度を検出するセンサであり、酸素濃度検出手段として機能する。Ｏ2センサ６４は、排ガス通路６２のうち排ガス浄化触媒６１の下流側、すなわち、排ガス浄化触媒６１の出口側に配置される。このＯ2センサ６４は、気筒内燃焼空間３０Ｂから排気経路６に排気された排ガスＥｘのうち、排ガス浄化触媒６１を通過した後における排ガスＥｘの酸素濃度を検出し、機関ＥＣＵ７に出力する。
【００３８】
上述したように、機関ＥＣＵ７には、内燃機関１を制御して運転するために車両の各所に取り付けられたセンサから、各種入力信号が入力される。機関ＥＣＵ７に入力される入力信号には、例えば、クランク軸３５に取り付けられたクランク角度センサ３９によって検出されたクランク角度、エアフローメーター５２により検出された吸入空気量、アクセル開度センサ８により検出されるアクセル８Ｐの開度（アクセル開度）、Ａ／Ｆセンサ６３により検出された排ガス空燃比、Ｏ2センサ６４により検出された酸素濃度、内燃機関１を冷却する冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ６５から出力された冷却水の温度（冷却水温度）、アルコール濃度センサ２９によって検出された燃料Ｆのアルコール濃度等がある。
【００３９】
機関ＥＣＵ７は、内燃機関１の運転を制御するため、上述した入力信号及び記憶部７３に格納されている燃料噴射量が記述されたマップや点火時期が記述されたマップ等の各種マップに基づいて、制御対象である燃料噴射弁２１やダイレクトイグニッション３６ＤＩ等に対して、制御信号を出力する。機関ＥＣＵ７が内燃機関１の運転制御を実行するために出力する制御信号には、例えば、燃料噴射弁２１の燃料噴射を制御する燃料噴射信号、点火プラグ３６の点火を制御する点火信号、スロットル弁５３の弁開度を制御する弁開度信号等がある。
【００４０】
機関ＥＣＵ７は、上述した入力信号や出力信号の入出力を行う入出力部（Ｉ／Ｏ）７１と、処理部７２と、燃料噴射量マップなどの各種マップなどを格納する記憶部７３とを有する。処理部７２は、例えば、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）により構成されている。処理部７２は、燃料噴射条件設定部７４と、燃料噴射制御部７５と、吸排気弁制御部７６とを含んでいる。これらが本実施形態に係る燃料噴射制御を実行する。
【００４１】
このように、機関ＥＣＵ７は、本実施形態に係る燃料噴射制御を実行する手段を含んで構成されているので、機関ＥＣＵ７は、本実施形態に係る内燃機関の燃料噴射制御装置（以下、燃料噴射制御装置という）として機能する。また、記憶部７３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能なメモリ、あるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能なメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成できる。次に、本実施形態に係る燃料噴射制御を説明する。
【００４２】
本実施形態に係る燃料噴射制御は、図１に示す内燃機関１のように、いわゆる直噴方式で燃料が供給され、かつガソリンのみならず、アルコールのような含酸素燃料、あるいはガソリンとアルコールのような含酸素燃料とを混合した燃料を使用できる内燃機関に対して有効に適用される。本実施形態に係る燃料噴射制御は、内燃機関１の冷間始動時に実行する第１の燃料噴射制御、及び内燃機関１の排気温度が高い運転条件で運転される場合に実行する第２の燃料噴射制御がある。
【００４３】
（第１の燃料噴射制御）
図２は、燃料噴射時期を説明するための模式図である。図２の矢印Ｒは、図１に示す内燃機関１が備えるクランク軸３５の回転方向を示す。図３は、燃料噴射時期と冷却水温度との関係を示す説明図である。第１の燃料噴射制御（以下、第１燃料噴射制御という）は、図１に示す内燃機関１の冷間始動後、暖機が完了するまでの間に実行される。直噴方式の内燃機関１は、混合気の燃焼形態に応じて燃料の噴射時期を変更する。例えば、均質燃焼で内燃機関１を運転する場合には、空気の充填効率を向上させるため、また、燃料と空気とを十分に混合するため、吸気行程で燃料を噴射する。これを吸気行程噴射という。吸気行程噴射では、図２に示す吸気上死点ＴＤＣ＿Ｉから吸気下死点ＢＤＣ＿Ｉまでの間に燃料を噴射する。また、成層燃焼で内燃機関１を運転する場合には、点火プラグ３６の電極３６Ｓの近傍に成層混合気を形成するため、圧縮行程で燃料を噴射する。これを圧縮行程噴射という。
【００４４】
本実施形態に係る第１燃料噴射制御は、図１に示す内燃機関１の暖機完了後には、空気の充填効率を向上させ、燃料と空気とを十分に混合するため、より吸気上死点ＴＤＣ＿Ｉに近い燃料噴射時期θ１で燃料を噴射する。一方、図１に示す内燃機関１の冷間始動後から暖機完了までの間、すなわち暖機中は、燃料と空気とを十分に混合するため、吸気行程噴射で燃料を噴射する。この場合、図２に示す吸気上死点ＴＤＣ＿Ｉの近傍で燃料を噴射すると、スモークやＰＭが発生しやすい。この現象は、燃料Ｆのガソリン濃度が高くなるにしたがって顕著になる。これを抑制するため、暖機完了後の燃料噴射時期（θ１）と比較して遅角側の燃料噴射時期（θ２）で燃料を噴射する。
【００４５】
このように、本実施形態に係る第１燃料噴射制御では、内燃機関１の暖機完了前における吸気行程の燃料噴射時期は、内燃機関１の暖機完了後における吸気行程の燃料噴射時期よりも遅角させる。これにより、内燃機関１の暖機中におけるＰＭやスモークの発生を抑制できる。
【００４６】
ここで、内燃機関１の摺動部を潤滑するオイルが燃料によって希釈される、オイル希釈という現象がある。これは、図１に示す燃料噴射弁２１から噴射された燃料Ｆが気筒内壁３０ｉｗに衝突した後、ピストン３３と気筒内壁３０ｉｗとの間を通ってオイルパン内のオイルへ混入し、オイルを希釈する現象である。気筒内燃焼空間３０Ｂへ直接燃料Ｆを噴射する直噴方式では、燃料噴霧Ｆｍが気筒内壁３０ｉｗへ到達しやすくなるため、オイル希釈は特に顕著になる。オイル希釈は、気筒内壁３０ｉｗの温度が低く、気筒内壁３０ｉｗへ付着した燃料Ｆが蒸発しにくい条件で発生しやすい。
【００４７】
通常、内燃機関は、ブローバイガスを吸気通路へ戻すブローバイガス還元装置を備える。オイルに混入し、オイルを希釈した燃料Ｆは、内燃機関１が暖機され、オイルの温度が上昇するにしたがって蒸発する。蒸発した燃料Ｆは、ブローバイガス還元装置を通って図１に示す内燃機関１の吸気通路５４へ戻り、吸気ポート３７を通って気筒内燃焼空間３０Ｂへ導入され、燃焼する。オイルに混入した燃料Ｆがオイルから蒸発し、吸気通路５４へ戻ると、内燃機関１の空燃比を狂わせるので、燃料噴射弁２１からの燃料噴射量を調整することにより、空燃比を調整する。
【００４８】
燃料噴射時期を吸気上死点ＴＤＣ＿Ｉよりも遅角させると、図１に示すピストン３３が下死点に近づき、気筒内壁３０ｉｗが気筒内燃焼空間３０Ｂ内へ露出する面積が大きくなる。その結果、燃料噴射時期を吸気上死点ＴＤＣ＿Ｉよりも遅角させると、気筒内壁３０ｉｗへ燃料Ｆが付着しやすくなり、オイルに混入する燃料Ｆの量が増加する傾向がある。
【００４９】
暖機完了後よりも燃料噴射時期を遅角させ、オイルに混入する燃料Ｆの量が増加した場合、内燃機関１の燃料としてガソリンを用いる場合には問題にならなくとも、内燃機関１の燃料にアルコールが含まれると問題となることがある。これは、アルコールがガソリンよりも蒸発しにくいこと、アルコールの発熱量がガソリンの発熱量に対して小さく、同じ発熱量を得ようとすれば、ガソリンよりも多くの量を噴射する必要があることに起因する。オイルを希釈する燃料Ｆの量が増加することによる問題としては、例えば、アルコールがガソリンよりも蒸発しにくく、また、ガソリンよりも多くの量を噴射しなければならないため、オイルへより多くの燃料が混入するという問題がある。また、アルコールがガソリンよりも蒸発しにくいため、内燃機関１の暖機完了後に急激にオイルに混入したアルコールが蒸発して内燃機関１の吸気通路５４へ戻り、空燃比の制御が困難になるという問題もある。
【００５０】
一方、アルコールは、暖機中において、図２に示す吸気上死点ＴＤＣ＿Ｉの近傍で燃料を噴射した場合、ガソリンと比較してスモークやＰＭ（Particulate Matter）と呼ばれる粒子状物質が発生しにくいという性質を有している。そこで、本実施形態では、図１に示す内燃機関１の暖機完了前における吸気行程の燃料噴射時期が、内燃機関１の暖機完了後における吸気行程の燃料噴射時期よりも遅角される制御を終了する時期（暖機時遅角噴射終了時期）を、内燃機関１の燃料Ｆのアルコール濃度に基づいて変更する。より具体的には、燃料Ｆのアルコール濃度が所定の閾値以上である場合には、燃料Ｆのアルコール濃度が前記閾値より小さい場合よりも遅角噴射終了時期を早くする。
【００５１】
図３の実線Ａは、内燃機関１の燃料Ｆのアルコール濃度が所定の閾値以上である場合の燃料噴射時期を示している。また、図３の一点鎖線Ｂは、内燃機関１の燃料Ｆのアルコール濃度が所定の閾値よりも小さい場合の燃噴射時期を示している。図３の燃料噴射時期θは、θ１よりもθ２の方が遅角側、すなわち、図２に示す吸気上死点ＴＤＣ＿Ｉ側よりも吸気下死点ＢＤＣ＿Ｉ側で燃料を噴射する。
【００５２】
本実施形態においては、暖機時遅角噴射終了時期を、内燃機関１の冷却水温度Ｔｗによって判定する。例えば、内燃機関１の燃料Ｆのアルコール濃度が所定の閾値よりも小さい場合、冷却水温度Ｔｗ＝Ｔｗ２であるときに内燃機関１の暖機が完了したと判定し、燃料噴射時期を、暖機完了前における燃料噴射時期θ２から暖機完了後における燃料噴射時期θ１に切り替える。すなわち、暖機完了前における吸気行程の燃料噴射時期を、暖機完了後における吸気行程の燃料噴射時期よりも遅角させる制御は、冷却水温度Ｔｗ＝Ｔｗ２のときに終了する。これによって、暖機が完了するまでは、スモークやＰＭの発生を抑制するとともに、暖機後は、空気の充填効率を向上させるとともに、燃料と空気とを十分に混合することにより、適切な燃焼状態で内燃機関１を運転する。
【００５３】
また、内燃機関１の燃料Ｆのアルコール濃度が所定の閾値以上である場合、冷却水温度Ｔｗ＝Ｔｗ１のときに内燃機関１の暖機が完了したと判定し、燃料噴射時期を、暖機完了前における燃料噴射時期θ２から暖機完了後における燃料噴射時期θ１に切り替える。すなわち、暖機完了前における吸気行程の燃料噴射時期を、暖機完了後における吸気行程の燃料噴射時期よりも遅角させる制御は、冷却水温度Ｔｗ＝Ｔｗ１のときに終了する。
【００５４】
上述したように、内燃機関１の燃料Ｆのアルコール濃度が所定の閾値以上である場合の暖機時遅角噴射終了時期を判定する冷却水温度はＴｗ１であり、内燃機関１の燃料Ｆのアルコール濃度が所定の閾値よりも小さい場合の暖機時遅角噴射終了時期を判定する冷却水温度はＴｗ２である。ここで、Ｔｗ１＜Ｔｗ２なので、内燃機関１の燃料Ｆのアルコール濃度が所定の閾値以上である場合の暖機時遅角噴射終了時期は、内燃機関１の燃料Ｆのアルコール濃度が所定の閾値よりも小さい場合の暖機時遅角噴射終了時期よりも早くなる。
【００５５】
このように、暖機時遅角噴射終了時期を、内燃機関１の燃料Ｆのアルコール濃度に基づいて変更することにより、燃料Ｆのアルコールの濃度が高い場合には、暖機時遅角噴射終了時期がより早期に終了する。この場合、ガソリンと比較してスモークやＰＭが発生しにくいというアルコールの性質を利用してスモークやＰＭの発生を抑制できる。また、燃料噴射時期が吸気上死点側へ移行するので、オイルへ混入する燃料Ｆの量を抑制できる。次に、本実施形態に係る第１燃料噴射制御の手順を説明する。
【００５６】
図４は、実施形態１に係る第１燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。図５は、実施形態１に係る第１燃料噴射制御の暖機時遅角噴射終了時期を切り替える冷却水温度を決定する手法の説明図である。本実施形態に係る第１燃料噴射制御を実行するにあたり、ステップＳ１０１において、機関ＥＣＵ７の燃料噴射条件設定部７４は、アルコール濃度センサ２９が検出した燃料分配管２５内における燃料のアルコール濃度Ｃｅを取得する。
【００５７】
次に、ステップＳ１０２において、燃料噴射条件設定部７４は、燃料噴射制御切替温度Ｔｃに、冷却水温度Ｔｗ１を使用中であるか否かを判定する。ここで、冷却水温度Ｔｗ１は、燃料Ｆのアルコール濃度が所定の閾値以上である場合に、暖機完了前における燃料噴射時期から暖機完了後における燃料噴射時期へ切り替える判定に用いる冷却水温度である。すなわち、燃料Ｆのアルコール濃度が所定の閾値以上である場合には、冷却水温度Ｔｗ１以上になった場合に、燃料噴射時期を暖機完了前における燃料噴射時期から暖機完了後における燃料噴射時期へ切り替える。
【００５８】
ステップＳ１０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、燃料噴射制御切替温度ＴｃとしてＴｗ１を使用していると燃料噴射条件設定部７４が判定した場合、ステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３において、機関ＥＣＵ７の燃料噴射条件設定部７４は、ステップＳ１０１で取得したアルコール濃度Ｃｅが、予め定めた所定の閾値である第１閾値Ｃｅ１以上であるか否かを判定する。
【００５９】
ステップＳ１０３でＹｅｓと判定された場合、すなわち、燃料噴射条件設定部７４がＣｅ≧Ｃｅ１であると判定した場合、ガソリンと比較してスモークやＰＭが発生しにくいアルコールの濃度が高いと判断できる。このため、暖機完了前における吸気行程の燃料噴射時期を暖機完了後における吸気行程の燃料噴射時期よりも遅角する制御を早期に終了させても、スモークやＰＭを抑制できる。また、燃料噴射時期が吸気上死点側へ移行するので、オイルへ混入する燃料Ｆの量を抑制できる。この場合、ステップＳ１０４に進み、燃料噴射条件設定部７４は、燃料噴射制御切替温度Ｔｃとして設定した冷却水温度Ｔｗ１の使用を継続する。
【００６０】
ステップＳ１０３でＮｏと判定された場合、すなわち、燃料噴射条件設定部７４がＣｅ＜Ｃｅ１であると判定した場合、ガソリンと比較してスモークやＰＭが発生しにくいアルコールの濃度は低いと判断できる。この場合、暖機完了前における吸気行程の燃料噴射時期を暖機完了後における吸気行程の燃料噴射時期よりも遅角する制御を早期に終了させると、スモークやＰＭが増加するおそれがある。このため、ステップＳ１０５に進み、燃料噴射条件設定部７４は、燃料噴射制御切替温度Ｔｃとして冷却水温度Ｔｗ２を設定する。
【００６１】
ここで、冷却水温度Ｔｗ２は、燃料Ｆのアルコール濃度が所定の閾値よりも低い場合に、暖機完了前における燃料噴射時期から暖機完了後における燃料噴射時期へ切り替える判定に用いる冷却水温度である。すなわち、燃料Ｆのアルコール濃度が所定の閾値よりも低い場合には、冷却水温度Ｔｗ２以上になった場合に、燃料噴射時期を暖機完了前における燃料噴射時期から暖機完了後における燃料噴射時期へ切り替える。
【００６２】
燃料噴射制御切替温度ＴｃがＴｗ１又はＴｗ２に設定されたら、ステップＳ１０６へ進み、燃料噴射条件設定部７４は、冷却水温度Ｔｗを取得する。そして、燃料噴射条件設定部７４は、燃料噴射制御切替温度ＴｃとステップＳ１０６で取得した冷却水温度Ｔｗとを比較する。その結果、燃料噴射条件設定部７４がＴｃ≦Ｔｗであると判定した場合、すなわちステップＳ１０７でＹｅｓと判定された場合、図１に示す内燃機関１の暖機は終了したと判定できる。この場合、ステップＳ１０８において、燃料噴射条件設定部７４は、燃料噴射時期を記述したマップとして暖機後噴射時期マップを設定し、機関ＥＣＵ７の燃料噴射制御部７５は、設定された暖機後噴射時期マップを用いて燃料噴射弁２１の燃料噴射時期を制御する。
【００６３】
燃料噴射条件設定部７４がＴｃ＞Ｔｗであると判定した場合、すなわちステップＳ１０７でＮｏと判定された場合、図１に示す内燃機関１の暖機は終了していないと判定できる。この場合、ステップＳ１０９において、燃料噴射条件設定部７４は、燃料噴射時期を記述したマップとして暖機前噴射時期マップを設定し、機関ＥＣＵ７の燃料噴射制御部７５は、設定された暖機前噴射時期マップを用いて燃料噴射弁２１の燃料噴射時期を制御する。
【００６４】
ここで、内燃機関１が同じ運転条件（負荷や機関回転数、あるいは吸入空気温度等が同じ）であれば、暖機後噴射時期マップの燃料噴射時期は、暖機前噴射時期マップの燃料噴射時期よりも進角側、すなわち吸気上死点側に記述されている。また、暖機後噴射時期マップ及び暖機前噴射時期マップは、燃料の均質化や充填効率の向上といった効果を最大限発揮できるように、燃料噴射時期が設定されている。
【００６５】
ステップＳ１０２でＮｏと判定された場合、すなわち、燃料噴射制御切替温度ＴｃとしてＴｗ２を使用していると燃料噴射条件設定部７４が判定した場合、ステップＳ１１０へ進む。ステップＳ１１０において、機関ＥＣＵ７の燃料噴射条件設定部７４は、ステップＳ１０１で取得したアルコール濃度Ｃｅが、予め定めた所定の閾値である第２閾値Ｃｅ２以上であるか否かを判定する。
【００６６】
ステップＳ１１０でＮｏと判定された場合、すなわち、燃料噴射条件設定部７４がＣｅ＜Ｃｅ２であると判定した場合、ガソリンと比較してスモークやＰＭが発生しにくいアルコールの濃度は低いと判断できる。この場合、暖機完了前における吸気行程の燃料噴射時期を暖機完了後における吸気行程の燃料噴射時期よりも遅角する制御を早期に終了させると、スモークやＰＭが増加するおそれがある。このため、ステップＳ１０５に進み、燃料噴射条件設定部７４は、燃料噴射制御切替温度Ｔｃとして設定した冷却水温度Ｔｗ２の使用を継続する。
【００６７】
ステップＳ１１０でＹｅｓと判定された場合、すなわち、燃料噴射条件設定部７４がＣｅ≧Ｃｅ２であると判定した場合、ガソリンと比較してスモークやＰＭが発生しにくいアルコールの濃度が高いと判断できる。このため、暖機完了前における吸気行程の燃料噴射時期を暖機完了後における吸気行程の燃料噴射時期よりも遅角する制御を早期に終了させても、スモークやＰＭを抑制できる。また、燃料噴射時期が吸気上死点側へ移行するので、オイルへ混入する燃料Ｆの量を抑制できる。この場合、ステップＳ１０４に進み、燃料噴射条件設定部７４は、燃料噴射制御切替温度Ｔｃとして冷却水温度Ｔｗ１を設定する。燃料噴射制御切替温度ＴｃがＴｗ１又はＴｗ２に設定された後の手順は上述した通りなので、説明を省略する。
【００６８】
ここで、図５を用いて、燃料のアルコール濃度に基づいて燃料噴射制御切替温度Ｔｃを設定する際の手法を説明する。本実施形態においては、燃料噴射制御切替温度ＴｃをＴｗ１からＴｗ２へ変更する場合（図５の一点鎖線Ｄ）のアルコール濃度として第１閾値Ｃｅ１を用い、燃料噴射制御切替温度ＴｃをＴｗ２からＴｗ１へ変更する場合（図５の実線Ｃ）のアルコール濃度として第２閾値Ｃｅ２を用いる。すなわち、高アルコール濃度燃料における暖機時遅角噴射終了時期を低アルコール濃度燃料における暖機時遅角噴射終了時期へ変更する場合のアルコール濃度として第１閾値Ｃｅ１を用い、低アルコール濃度燃料における暖機時遅角噴射終了時期を高アルコール濃度燃料における暖機時遅角噴射終了時期へ変更する場合のアルコール濃度として第２閾値Ｃｅ２を用いる。ここで、Ｃｅ１＜Ｃｅ２である。
【００６９】
このように、高アルコール濃度燃料における暖機時遅角噴射終了時期を低アルコール濃度燃料における暖機時遅角噴射終了時期へ変更する場合と、低アルコール濃度燃料における暖機時遅角噴射終了時期を高アルコール濃度燃料における暖機時遅角噴射終了時期へ変更する場合とで、アルコール濃度の閾値を異ならせる。これによって、暖機時遅角噴射終了時期の切り替えにおける制御のハンチングを抑制して、安定した燃料噴射制御が実現できる。
【００７０】
以上、本実施形態に係る第１燃料噴射制御では、内燃機関の暖機完了前における吸気行程の燃料噴射時期は、内燃機関の暖機完了後における吸気行程の燃料噴射時期よりも遅角させる。これにより、内燃機関の暖機中におけるＰＭやスモークの発生を抑制できる。また、暖機時遅角噴射終了時期を内燃機関の燃料のアルコール濃度に基づいて変更することにより、燃料のアルコールの濃度が高い場合には、ガソリンと比較してスモークやＰＭが発生しにくいというアルコールの性質を利用して、スモークやＰＭの発生を抑制しつつ、オイルへ混入する燃料の量を抑制できる。
【００７１】
直噴形式の内燃機関は、吸気行程の適切な時期に燃料を噴射すると、燃料の均質化や充填効率の向上という利点があるが、燃料の噴射時期が吸気上死点に近すぎるとこれらの利点は小さくなる。本実施形態に係る第１燃料噴射制御では、アルコール濃度が高くなるにしたがって燃料噴射時期を単に吸気上死点側へ進角させるのではなく、暖機中及び暖機終了後において、燃料の均質化や充填効率の向上といった効果を最大限発揮できるように設定された燃料噴射時期で燃料を噴射する。これによって、内燃機関の燃焼悪化を抑制して、内燃機関を効率よく運転することができる。
【００７２】
（第２の燃料噴射制御）
第２の燃料噴射制御（以下第２燃料噴射制御という）は、理論空燃比に対する燃料噴射量よりも燃料を増量する領域を、燃料のアルコール濃度に基づいて変更する点に特徴がある。
【００７３】
図６、図７は、第２燃料噴射制御で用いる空気過剰率マップを示す説明図である。ガソリンを燃料とする内燃機関は、例えば、高回転高負荷の運転条件のように排ガスの温度が高い運転条件では、理論空燃比に対する燃料噴射量を増量させ、理論空燃比よりも小さい空燃比で運転される。すなわち、空気過剰率λ（供給される空気量／理論的に必要な空気量）＜１となる燃料噴射量で運転される。これによって、排ガスの温度を低下させて触媒や部品の過熱を抑制する。
【００７４】
しかし、燃料噴射量を増加させるため、燃料消費が増加するという問題がある。一方、内燃機関の燃料としてアルコールを用いると、排ガスの温度は低下する。このため、理論空燃比に対する燃料噴射量を増量させて内燃機関を運転する領域は、ガソリンのみを燃料として用いる場合と比較して小さくできる。すなわち、より排ガスの温度が高くなる高回転、高負荷の領域まで、燃料噴射量を増量させずに内燃機関を運転できる。
【００７５】
第２燃料噴射制御は、理論空燃比に対する燃料噴射量よりも燃料を増量する領域を、燃料のアルコール濃度に基づいて変更する。より具体的には、燃料のアルコール濃度が所定の閾値よりも小さい場合に用いる空気過剰率マップλ＿ＧＳ（図６）と、燃料のアルコール濃度が所定の閾値以上である場合に用いる、空気過剰率マップλ＿ＧＳよりも燃料を増量する領域を小さくした空気過剰率マップλ＿ＡＬ（図７）とを用意する。そして、燃料のアルコール濃度に応じて、空気過剰率マップλ＿ＧＳと空気過剰率マップλ＿ＡＬとを切り替えて使用する。これによって、アルコール濃度が高い燃料の場合には、燃料中のアルコールによって排ガス温度を低下させることにより、より排ガスの温度が高くなる高回転、高負荷の領域まで、燃料噴射量を増量させずに内燃機関を運転する。その結果、触媒や部品の過熱を抑制しつつ、燃料消費も抑制できる。ここで、図６、図７に示すように、空気過剰率マップλ＿ＧＳ、λ＿ＡＬは、内燃機関１の負荷ＫＬと機関回転数Ｎｅとの関係で記述されており、領域ＦＵがλ＜１の領域である。
【００７６】
図８は、実施形態１に係る第２燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。図９は、実施形態１に係る第２燃料噴射制御において空気過剰率マップを切り替える手法の説明図である。第２燃料噴射制御は、図１に示す機関ＥＣＵ７を燃料噴射制御装置として用いることにより実現できる。本実施形態に係る第２燃料噴射制御を実行するにあたり、ステップＳ２０１において、機関ＥＣＵ７の燃料噴射条件設定部７４は、アルコール濃度センサ２９が検出した燃料分配管２５内における燃料のアルコール濃度Ｃｅを取得する。
【００７７】
次に、ステップＳ２０２において、燃料噴射条件設定部７４は、燃料のアルコール濃度が所定の閾値以上である場合に用いる空気過剰率マップλ＿ＡＬを使用中であるか否かを判定する。ステップＳ２０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、空気過剰率マップλ＿ＡＬを使用していると燃料噴射条件設定部７４が判定した場合、ステップＳ２０３へ進む。ステップＳ２０３において、機関ＥＣＵ７の燃料噴射条件設定部７４は、ステップＳ２０１で取得したアルコール濃度Ｃｅが、予め定めた所定の閾値である第３閾値Ｃｅ３以上であるか否かを判定する。
【００７８】
ステップＳ２０３でＹｅｓと判定された場合、すなわち、燃料噴射条件設定部７４がＣｅ≧Ｃｅ３であると判定した場合、ガソリンと比較して排ガスの温度を低下させる効果の高いアルコールの濃度が高いと判断できる。この場合、燃料増量をしない領域をガソリンよりも拡大しても、触媒や部品の過熱を抑制できる。この場合、ステップＳ２０４に進み、燃料噴射条件設定部７４は、燃料噴射制御に用いる空気過剰率マップとして設定された空気過剰率マップλ＿ＡＬを継続使用する。
【００７９】
ステップＳ２０３でＮｏと判定された場合、すなわち、燃料噴射条件設定部７４がＣｅ＜Ｃｅ３であると判定した場合、ガソリンと比較して排ガスの温度を低下させる効果の高いアルコールの濃度は低いと判断できる。この場合、アルコール濃度が高い燃料に対応した空気過剰率マップλ＿ＡＬを用いると、排ガスの温度が許容値を超えるおそれがある。このため、ステップＳ２０５に進み、燃料噴射条件設定部７４は、燃料のアルコール濃度が所定の閾値よりも小さい場合に用いる空気過剰率マップλ＿ＧＳを燃料噴射制御に用いる空気過剰率マップとして設定する。燃料噴射制御に用いる空気過剰率マップが設定されたら、ステップＳ２０６へ進み、機関ＥＣＵ７の燃料噴射制御部７５は、設定された空気過剰率マップを用いて燃料噴射弁２１の燃料噴射時期を制御する。
【００８０】
ステップＳ２０２でＮｏと判定された場合、すなわち、空気過剰率マップλ＿ＧＳを使用していると燃料噴射条件設定部７４が判定した場合、ステップＳ２０７へ進む。ステップＳ２０７において、機関ＥＣＵ７の燃料噴射条件設定部７４は、ステップＳ２０１で取得したアルコール濃度Ｃｅが、予め定めた所定の閾値である第４閾値Ｃｅ４以上であるか否かを判定する。
【００８１】
ステップＳ２０７でＮｏと判定された場合、すなわち、燃料噴射条件設定部７４がＣｅ＜Ｃｅ４であると判定した場合、ガソリンと比較して排ガスの温度を低下させる効果の高いアルコールの濃度は低いと判断できる。この場合、アルコール濃度が高い燃料に対応した空気過剰率マップλ＿ＡＬを用いると、排ガスの温度が許容値を超えるおそれがある。このため、ステップＳ２０５に進み、燃料噴射条件設定部７４は、図９に示すように、燃料のアルコール濃度が所定の閾値よりも小さい場合に用いる空気過剰率マップλ＿ＧＳを燃料噴射制御に用いる空気過剰率マップとして設定する。
【００８２】
ステップＳ２０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、燃料噴射条件設定部７４がＣｅ≧Ｃｅ４であると判定した場合、ガソリンと比較して排ガスの温度を低下させる効果の高いアルコールの濃度は高いと判断できる。この場合、燃料増量をしない領域をガソリンよりも拡大しても、触媒や部品の過熱を抑制できる。この場合、ステップＳ２０４に進み、燃料噴射条件設定部７４は、燃料噴射制御に用いる空気過剰率マップとして設定された空気過剰率マップλ＿ＡＬを継続使用する。燃料噴射制御に用いる空気過剰率マップが設定された後の手順は上述した通りなので、説明を省略する。
【００８３】
ここで、図９を用いて、燃料のアルコール濃度に基づいて空気過剰率マップを設定する際の手法を説明する。本実施形態においては、空気過剰率マップλ＿ＧＳからλ＿ＡＬへ変更する場合（図９の実線Ｅ）のアルコール濃度として第４閾値Ｃｅ４を用い、空気過剰率マップλ＿ＡＬからλ＿ＧＳへ変更する場合（図９の一点鎖線Ｆ）のアルコール濃度として第３閾値Ｃｅ３を用いる。すなわち、高アルコール濃度燃料における空気過剰率マップλ＿ＡＬを低アルコール濃度燃料における空気過剰率マップλ＿ＧＳへ変更する場合のアルコール濃度として第３閾値Ｃｅ３を用い、低アルコール濃度燃料における空気過剰率マップλ＿ＧＳを高アルコール濃度燃料における空気過剰率マップλ＿ＡＬへ変更する場合のアルコール濃度として第４閾値Ｃｅ４を用いる。ここで、Ｃｅ３＜Ｃｅ４である。
【００８４】
このように、高アルコール濃度燃料における空気過剰率マップλ＿ＡＬを低アルコール濃度燃料における空気過剰率マップλ＿ＧＳへ変更する場合と、低アルコール濃度燃料における空気過剰率マップλ＿ＧＳを高アルコール濃度燃料における空気過剰率マップλ＿ＡＬへ変更する場合とで、アルコール濃度の閾値を異ならせる。これによって、空気過剰率マップの切り替えにおける制御のハンチングを抑制して、安定した燃料噴射制御が実現できる。
【００８５】
以上、本実施形態に係る第２燃料噴射制御では、理論空燃比に対する燃料噴射量よりも燃料を増量する領域を、燃料のアルコール濃度に基づいて変更する。これによって、アルコール濃度が高い燃料の場合には、燃料中のアルコールによって排ガス温度を低下させることにより、より排ガスの温度が高くなる高回転、高負荷の領域まで、燃料噴射量を増量させずに内燃機関を運転できる。その結果、触媒や部品の過熱を抑制しつつ、燃料消費も抑制できる。
【００８６】
（実施形態２）
実施形態２は、燃料のアルコール濃度に基づいて、吸気弁が開いている時期と排気弁が閉じている時期とが重なる期間、すなわちバルブオーバーラップを変更する点に特徴がある。ここで、実施形態２に係るバルブオーバーラップの制御は、上述した実施形態１に係る内燃機関１に対して適用できる。
【００８７】
図１０は、バルブオーバーラップを説明する概念図である。図１１、図１２は、実施形態２で用いるバルブオーバーラップ設定マップを示す説明図である。図１０には図１に示す内燃機関１の吸気弁４１の弁開度を示す曲線ＣＡ＿ＩＮと、排気弁４２の弁開度を示す曲線ＣＡ＿ＥＸとが記載されている。バルブオーバーラップは、図１に示す内燃機関１の吸気弁４１が開く時期θｏと排気弁４２が閉じる時期θｃとが重なる期間（θｃ−θｏ）である。バルブオーバーラップを大きくすると、ポンピングロスの軽減及び内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）により、燃料の消費量を抑制することができる。図１に示す内燃機関１は、吸気弁タイミング変更機構４５及び排気弁タイミング変更機構４７を用いてバルブオーバーラップを変更することができる。これによって、内燃機関１の運転条件に応じてバルブオーバーラップを変更することにより、燃料消費量を抑制する。
【００８８】
ガソリンを燃料とする内燃機関は、バルブオーバーラップが大きいと、図１に示す内燃機関１の気筒内燃焼空間３０Ｂ内における燃焼ガスに含まれるＰＭが吸気経路５側へ吹き返す量が増加し、吸気経路５へのデポジット（吸気デポジットという）の一因になることがある。したがって、ＰＭの発生量が多くなる運転条件では、吸気弁タイミング変更機構４５及び排気弁タイミング変更機構４７を用いてバルブオーバーラップを制限し、吸気デポジットを抑制している。しかし、バルブオーバーラップを制限するので、その分燃料消費量の抑制効果は低減する。一方、アルコールは、燃焼ガスに含まれるＰＭの量が少ないため、ガソリンのみを用いた場合と同じバルブオーバーラップであっても、吸気デポジットは少なくなるという性質がある。
【００８９】
本実施形態では、バルブオーバーラップを、燃料のアルコール濃度に基づいて変更する。より具体的には、燃料のアルコール濃度が所定の閾値よりも小さい場合に用いるバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＧＳ（図１１）と、燃料のアルコール濃度が所定の閾値以上である場合に用いる、バルブオーバーラップマップＶＴ＿ＧＳよりもバルブオーバーラップを増加する領域を大きくしたバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＡＬ（図１２）とを用意する。そして、燃料のアルコール濃度に応じて、バルブオーバーラップマップＶＴ＿ＧＳとバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＡＬとを切り替えて使用する。これによって、アルコール濃度が高い燃料の場合には、燃料中のアルコールによって吸気デポジットを抑制しつつ、バルブオーバーラップを大きくする領域を広げることにより、燃料消費を抑制できる。
【００９０】
ここで、図１１、図１２に示すように、バルブオーバーラップマップＶＴ＿ＧＳ、ＶＴ＿ＡＬは、内燃機関１の負荷ＫＬと機関回転数Ｎｅとの関係で記述されている。バルブオーバーラップを通常よりも大きくする領域は、ＯＬ１、ＯＬ２、ＯＬ３である。ＯＬ１、ＯＬ２、ＯＬ３はそれぞれバルブオーバーラップの大きさを表しておりＯＬ１＜ＯＬ２＜ＯＬ３である。
【００９１】
図１３は、実施形態２に係る吸排気弁開閉制御の手順を示すフローチャートである。図１４は、バルブオーバーラップマップを切り替える手法の説明図である。実施形態２に係る吸排気弁開閉制御は、図１に示す機関ＥＣＵ７を吸排気弁開閉制御装置として用いることにより実現できる。本実施形態に係る吸排気弁開閉制御を実行するにあたり、ステップＳ３０１において、機関ＥＣＵ７の燃料噴射条件設定部７４は、アルコール濃度センサ２９が検出した燃料分配管２５内における燃料のアルコール濃度Ｃｅを取得する。
【００９２】
次に、ステップＳ３０２において、燃料噴射条件設定部７４は、燃料のアルコール濃度が所定の閾値以上である場合に用いるバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＡＬを使用中であるか否かを判定する。ステップＳ３０２でＹｅｓと判定された場合、すなわち、バルブオーバーラップマップＶＴ＿ＡＬを使用していると燃料噴射条件設定部７４が判定した場合、ステップＳ３０３へ進む。ステップＳ３０３において、機関ＥＣＵ７の燃料噴射条件設定部７４は、ステップＳ３０１で取得したアルコール濃度Ｃｅが、予め定めた所定の閾値である第５閾値Ｃｅ５以上であるか否かを判定する。
【００９３】
ステップＳ３０３でＹｅｓと判定された場合、すなわち、燃料噴射条件設定部７４がＣｅ≧Ｃｅ５であると判定した場合、ガソリンと比較して吸気デポジットの少ないアルコールの濃度が高いと判断できる。この場合、バルブオーバーラップを増加させる領域をガソリンよりも拡大しても、吸気デポジットを抑制できる。この場合、ステップＳ３０４に進み、燃料噴射条件設定部７４は、吸排気弁開閉制御に用いるマップとして設定されたバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＡＬを継続使用する。
【００９４】
ステップＳ３０３でＮｏと判定された場合、すなわち、燃料噴射条件設定部７４がＣｅ＜Ｃｅ５であると判定した場合、ガソリンと比較して吸気デポジットの少ないアルコールの濃度は低いと判断できる。この場合、アルコール濃度が高い燃料に対応したバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＡＬを用いると、吸気デポジットが増加するおそれがある。この場合、ステップＳ３０５に進み、燃料噴射条件設定部７４は、図１４に示すように、燃料のアルコール濃度が所定の閾値よりも小さい場合に用いるバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＧＳを吸排気弁開閉制御に用いるバルブオーバーラップマップとして設定する。燃料噴射制御に用いるバルブオーバーラップマップが設定されたら、ステップＳ３０６へ進む。ステップＳ３０６において、機関ＥＣＵ７の吸排気弁制御部７６は、設定されたバルブオーバーラップマップを用いて内燃機関１の吸気弁タイミング変更機構４５及び排気弁タイミング変更機構４７を制御して、吸気弁４１及び排気弁４２の開閉時期を制御する。
【００９５】
ステップＳ３０２でＮｏと判定された場合、すなわち、燃料噴射条件設定部７４がバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＧＳを使用していると判定した場合、ステップＳ３０７へ進む。ステップＳ３０７において、機関ＥＣＵ７の燃料噴射条件設定部７４は、ステップＳ３０１で取得したアルコール濃度Ｃｅが、予め定めた所定の閾値である第６閾値Ｃｅ６以上であるか否かを判定する。
【００９６】
ステップＳ３０７でＮｏと判定された場合、すなわち、燃料噴射条件設定部７４がＣｅ＜Ｃｅ４であると判定した場合、ガソリンと比較して吸気デポジットの少ないアルコールの濃度は低いと判断できる。この場合、アルコール濃度が高い燃料に対応したバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＡＬを用いると、吸気デポジットが増加するおそれがある。このため、ステップＳ３０５に進み、燃料噴射条件設定部７４は、燃料のアルコール濃度が所定の閾値よりも小さい場合に用いるバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＧＳを吸排気弁開閉制御に用いるバルブオーバーラップマップとして設定する。
【００９７】
ステップＳ３０７でＹｅｓと判定された場合、すなわち、燃料噴射条件設定部７４がＣｅ≧Ｃｅ６であると判定した場合、ガソリンと比較して吸気デポジットの少ないアルコールの濃度は高いと判断できる。この場合、バルブオーバーラップを大きくする領域をガソリンよりも拡大しても、吸気デポジットは抑制できる。この場合、ステップＳ３０４に進み、燃料噴射条件設定部７４は、吸排気弁制御に用いるバルブオーバーラップマップとして設定されたバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＡＬを継続使用する。吸排気弁開閉制御に用いるバルブオーバーラップマップが設定された後の手順は上述した通りなので、説明を省略する。
【００９８】
ここで、図１４を用いて、燃料のアルコール濃度に基づいてバルブオーバーラップマップを設定する際の手法を説明する。本実施形態においては、バルブオーバーラップマップＶＴ＿ＧＳからＶＴ＿ＡＬへ変更する場合（図１４の実線Ｇ）のアルコール濃度として第６閾値Ｃｅ６を用い、バルブオーバーラップマップＶＴ＿ＡＬからＶＴ＿ＧＳへ変更する場合（図１４の一点鎖線Ｈ）のアルコール濃度として第５閾値Ｃｅ５を用いる。すなわち、高アルコール濃度燃料におけるバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＡＬを低アルコール濃度燃料におけるバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＧＳへ変更する場合のアルコール濃度として第５閾値Ｃｅ５を用い、低アルコール濃度燃料におけるバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＧＳを高アルコール濃度燃料におけるバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＡＬへ変更する場合のアルコール濃度として第６閾値Ｃｅ６を用いる。ここで、Ｃｅ５＜Ｃｅ６である。
【００９９】
このように、高アルコール濃度燃料におけるバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＡＬを低アルコール濃度燃料におけるバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＧＳへ変更する場合と、低アルコール濃度燃料におけるバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＧＳを高アルコール濃度燃料におけるバルブオーバーラップマップＶＴ＿ＡＬへ変更する場合とで、アルコール濃度の閾値を異ならせる。これによって、バルブオーバーラップマップの切り替えにおける制御のハンチングを抑制して、安定した吸排気弁開閉制御が実現できる。
【０１００】
以上、本実施形態では、燃料のアルコール濃度に基づいて、バルブオーバーラップを変更する。これによって、アルコール濃度が高い燃料の場合には、燃料中のアルコールによって吸気デポジットを抑制しつつ、バルブオーバーラップを大きくする領域を広げることにより、燃料消費を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
以上のように、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置及び内燃機関は、アルコール燃料を使用できる内燃機関に有用であり、特に、ＰＭやスモークの発生を抑制し、また、燃料によるオイルの希釈を抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】実施形態１に係る内燃機関の構成を示す概略構成図である。
【図２】燃料噴射時期を説明するための模式図である。
【図３】燃料噴射時期と冷却水温度との関係を示す説明図である。
【図４】実施形態１に係る第１燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。
【図５】実施形態１に係る第１燃料噴射制御の暖機時遅角噴射終了時期を切り替える冷却水温度を決定する手法の説明図である。
【図６】第２燃料噴射制御で用いる空気過剰率マップを示す説明図である。
【図７】第２燃料噴射制御で用いる空気過剰率マップを示す説明図である。
【図８】実施形態１に係る第２燃料噴射制御の手順を示すフローチャートである。
【図９】実施形態１に係る第２燃料噴射制御において空気過剰率マップを切り替える手法の説明図である。
【図１０】バルブオーバーラップを説明する概念図である。
【図１１】実施形態２で用いるバルブオーバーラップ設定マップを示す説明図である。
【図１２】実施形態２で用いるバルブオーバーラップ設定マップを示す説明図である。
【図１３】実施形態２に係る吸排気弁開閉制御の手順を示すフローチャートである。
【図１４】バルブオーバーラップマップを切り替える手法の説明図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１  内燃機関
２  燃料供給装置
３  内燃機関本体
４  弁装置
５  吸気経路
６  排気経路
７  機関ＥＣＵ
２１  燃料噴射弁
２２  燃料タンク
２５  燃料分配管
２９  アルコール濃度センサ
３０  気筒
３０Ｂ  気筒内燃焼空間
３０Ｃ  クランクケース
３０ｉｗ  気筒内壁
３１  シリンダブロック
３２  シリンダヘッド
３３  ピストン
３４  コネクティングロッド
３５  クランク軸
３６  点火プラグ
３９  クランク角度センサ
４５  吸気弁タイミング変更機構
４７  排気弁タイミング変更機構
５４  吸気通路
６２  排ガス通路
６５  冷却水温度センサ
７２  処理部
７３  記憶部
７４  燃料噴射条件設定部
７５  燃料噴射制御部
７６  吸排気弁制御部
【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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