JP4872832B2

JP4872832B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4872832B2
Application number: JP2007174379A
Authority: JP
Inventors: 知士郎杉本; 進小島; 匡彦増渕; 信幸清水; 夏樹杉山; 素成鎗野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2027-07-02
Also published as: JP2009013818A

Description

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。

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。そして、従来の内燃機関は、燃焼室の吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射弁と、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。

また、この内燃機関を制御する制御装置は、内燃機関の運転状態に応じてポート噴射弁と筒内噴射弁のうち何れか一方または両方の噴射弁から燃料を噴射させる。そして、両方の噴射弁から燃料を噴射させるときには、燃料中のアルコール濃度が高くなるほど、筒内噴射弁から噴射される燃料の噴射比率を大きくする構成としている。この場合、従来技術では、アルコール濃度が高い燃料であれば、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、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。

特開２００６−２１４４１５号公報

上述した従来技術では、燃料中のアルコール濃度が高くなるほど、筒内噴射弁の噴射比率を高く設定するようにしている。しかし、筒内に噴射された燃料は、燃焼までの時間が短いために不均質な混合気を形成し易い。このため、燃料噴射制御の方法としては、内燃機関の全運転領域のうち、ポート噴射弁が作動する領域を出来るだけ広く設定し、運転性能を安定させたいという考え方もある。

しかしながら、単にポート噴射弁の作動領域を広く設定すると、その分だけ筒内噴射弁の燃料噴射量が減ることになる。この結果、例えば燃焼温度の高い領域等では筒内噴射弁の先端温度が上昇し、デポジット等の堆積を誘発し易い。また、例えば内燃機関の出力を確保したい領域等において、筒内噴射弁の燃料噴射量が減ると、吸入空気の充填効率が低下して出力が不足する場合もある。このため、従来技術では、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを適切に使い分けるのが難しいという問題がある。

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、内燃機関の運転状態に応じてポート噴射弁と筒内噴射弁とを適切に使い分けることができ、出力等の要求を満たしつつ、燃費、トルク変動等の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。

第１の発明は、内燃機関の吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射弁と、
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ポート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判定値よりも高く、かつ内燃機関が低回転・高負荷状態で運転されているときに、前記目標噴射量のうち前記ポート噴射弁から噴射される燃料の噴射比率を、前記アルコール濃度が前記判定値以下であるときの噴射比率よりも増大させるポート噴射比率増大手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、内燃機関の燃焼圧及び／又は燃焼圧の変動状態を検出する燃焼状態検出手段と、
前記燃焼状態検出手段の検出結果が内燃機関の良好な燃焼状態に対応しているか否かを判定する燃焼状態判定手段とを備え、
前記ポート噴射比率増大手段は、前記燃焼状態判定手段によって内燃機関の燃焼状態が良好であると判定したときに、前記ポート噴射弁の噴射比率を前記アルコール濃度が前記判定値以下であるときの噴射比率に保持する構成としている。

第３の発明は、内燃機関の機関回転数を検出する回転検出手段と、
前記回転検出手段によって検出した機関回転数の変動状態が内燃機関の良好な燃焼状態に対応しているか否かを判定する燃焼状態判定手段とを備え、
前記ポート噴射比率増大手段は、前記燃焼状態判定手段によって内燃機関の燃焼状態が良好であると判定したときに、前記ポート噴射弁の噴射比率を前記アルコール濃度が前記判定値以下であるときの噴射比率に保持する構成としている。

第４の発明は、前記ポート噴射弁と筒内噴射弁のうち何れか一方の噴射弁から噴射すべき燃料噴射量が当該噴射弁の最大噴射量を超えたときに、他方の噴射弁から噴射される燃料噴射量を増量する噴射量補完手段を備えている。

第５の発明は、前記ポート噴射弁と前記筒内噴射弁とに供給する燃料を加圧する燃料加圧手段と、前記ポート噴射弁と前記筒内噴射弁の最大噴射量を合計した最大総噴射量よりも前記目標噴射量が大きくなったときに前記燃料加圧手段によって燃料に加える圧力を上昇させる燃圧上昇手段とを備えている。

第１の発明によれば、低回転・高負荷状態の運転領域では、機関回転数が低いために吸入空気の流動性が低い。その上、高い負荷状態に対応して比較的多量の燃料が噴射される。しかも、燃料中のアルコール濃度が高い場合には、燃焼時の発熱量を維持するために、より多量の燃料が噴射される。つまり、流動性が低い吸入空気に対して多量の燃料噴射が行われるから、均質な混合気を形成するのが難しい。特に、筒内噴射弁から燃料を噴射しようとすると、噴射から燃焼までの時間が短いので、混合気が不均質となり易い。

このように、燃料中のアルコール濃度が高く、かつ低回転・高負荷状態で運転が行われている状況において、ポート噴射比率増大手段は、ポート噴射弁の噴射比率を増やすことができる。これにより、ポート噴射弁から噴射された燃料は、燃焼室に達するまでの間に吸入空気と混ざり合うことになるので、筒内噴射弁と比較して均質な混合気を形成することができる。この結果、ポート噴射比率増大手段は、ポート噴射弁の噴射比率が増えた分だけ混合気の燃焼状態を安定させることができ、また筒内噴射弁から混合気の形成に不利な燃料噴射が行われるのを防止することができる。

一方で、筒内噴射弁からも残りの燃料を噴射することができるので、内燃機関の出力を確保することができる。従って、内燃機関の運転状態や燃料中のアルコール濃度等に応じて、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを適切な噴射比率で使用することができる。そして、内燃機関の出力要求等を満たしつつ、燃費、トルク変動等の運転性能を向上させることができる。

第２の発明によれば、燃焼状態判定手段は、例えば内燃機関の燃焼圧及び／又は燃焼圧の変動状態と、良好な燃焼状態における基準データ等とを比較することにより、内燃機関の燃焼状態が良好か否かを判定することができる。そして、燃焼状態が良好であると判定したときには、ポート噴射弁の噴射比率を増大させるべき前提条件が成立していたとしても、この噴射比率をアルコール濃度が低いときの噴射比率に保持することができる。

これにより、アルコール濃度が高い燃料を用いて低回転・高負荷状態で運転を行うときには、内燃機関の燃焼状態が不安定な場合にのみ、ポート噴射弁の噴射比率を増大させることができる。一方、燃焼状態が良好な場合には、筒内噴射を十分に行うことができ、例えば出力を優先した状態で内燃機関を運転することができる。従って、ポート噴射弁の噴射比率が不要なタイミングで増大されるのを回避することができ、各噴射弁の噴射比率を適切に制御することができる。

第３の発明によれば、燃焼状態判定手段は、例えば内燃機関の機関回転数の変動状態と、良好な燃焼状態における基準データ等とを比較することにより、内燃機関の燃焼状態が良好か否かを判定することができる。そして、燃焼状態が良好であると判定したときには、ポート噴射弁の噴射比率を増大させるべき前提条件が成立していたとしても、この噴射比率をアルコール濃度が低いときの噴射比率に保持することができる。これにより、第２の発明の場合と同様に、ポート噴射弁の噴射比率が不要なタイミングで増大されるのを回避することができる。

第４の発明によれば、ポート噴射弁と筒内噴射弁とは、一方の噴射弁で噴射しきれない燃料を他方の噴射弁から噴射させることができ、互いの燃料噴射を補完することができる。従って、例えば燃料中のアルコール濃度に応じて目標噴射量が増大された場合でも、目標噴射量に対応する量の燃料噴射を確実に行うことができる。

第５の発明によれば、燃圧上昇手段は、燃料の目標噴射量が２つの噴射弁の最大総噴射量を超えたときに、燃料加圧手段によって噴射弁に供給される燃料の圧力を上昇させることができる。これにより、一定の開弁時間に対する噴射弁の燃料噴射量を増やすことができる。従って、例えば燃料中のアルコール濃度に応じて目標噴射量が増大された場合でも、これに対応して噴射弁の最大総噴射量を大きくすることができ、目標噴射量に対応する量の燃料噴射を確実に行うことができる。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１ないし図４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。

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１２ａ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。

また、各気筒１２の吸気通路１４には、吸気ポート１２ａに向けて燃料を噴射するポート噴射弁１６が設けられている。さらに、各気筒１２には、それぞれの燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁１８が設けられている。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、燃料の最大噴射量がポート噴射弁１６よりも大きく設定されている。

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。

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。

このように、２つのポンプ２４，２８は、噴射弁１６，１８に供給する燃料を加圧する燃料加圧手段を構成している。そして、各ポンプ２４，２８の作動状態、及び燃料の吐出圧等は、後述のＥＣＵ４２によって制御される。

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、燃焼圧センサ３８、及びアルコール濃度センサ４０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、本実施の形態の回転検出手段を構成しており、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。また、燃焼圧センサ３８は、本実施の形態の燃焼状態検出手段を構成しており、各気筒１２での燃焼時に生じる圧力（燃焼圧Ｐ）及びその変動状態を検出する。さらに、アルコール濃度センサ４０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。

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）４２を備えている。このＥＣＵ４２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４２ａを有している。この記憶回路４２ａには、後述の図２に示す運転領域のマップデータと、図３及び図４に示すプログラムと、判定値Ｍx，Ｋx，Ｎx等を含めた各種のデータとが予め記憶されている。

また、ＥＣＵ４２の入力側には、上述したセンサ３２，３６，３８，４０及びエアフロメータ３４を含む各種のセンサが接続されている。ＥＣＵ４２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４４が接続されている。

そして、ＥＣＵ４２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。ここで、燃料噴射制御について説明すると、まずＥＣＵ４２は、内燃機関１０の運転状態に応じて燃料の目標噴射量Ｑを算出すると共に、ポート噴射弁１６と筒内噴射弁１８との燃料噴射量の比率（噴射比率）を決定する。

この噴射比率の設定範囲には、噴射弁１６，１８のうち何れか一方の噴射弁の燃料噴射量が零になる場合（即ち、他方の噴射弁だけで燃料噴射を行う場合）も含まれる。そして、ＥＣＵ４２は、目標噴射量Ｑのうち各噴射弁１６，１８が分担する燃料噴射量を噴射比率に応じて設定し、個々の噴射弁１６，１８から燃料を噴射させる。一例を挙げれば、ポート噴射弁１６の噴射比率が３０％である場合には、目標噴射量Ｑのうち３０％の燃料がポート噴射弁１６から噴射（ポート噴射）され、残りの７０％の燃料が筒内噴射弁１８から噴射（筒内噴射）される。

［実施の形態１の特徴部分］
（基本的なポート噴射比率増大制御）
図２は、ＥＣＵ４２の記憶回路４２ａに予め記憶された運転領域のマップデータを示している。この図２に示すように、内燃機関１０の運転領域中には、ポート噴射比率増大制御を行う領域である低回転・高負荷領域Ａが予め設定されている。以下、この低回転・高負荷領域Ａで必要に応じて実行されるポート噴射比率増大制御について説明する。

まず、本実施の形態に示す一例において、低回転・高負荷領域Ａは、内燃機関１０の機関回転数Ｎeが予め設定された回転判定値Ｎxよりも低く、かつ内燃機関１０の負荷率KLが予め設定された負荷判定値Ｋxよりも高い運転領域として設定されている。この場合、負荷率KLとは、内燃機関１０の負荷状態を表す数値であり、機関回転数Ｎe、吸入空気量Ｇa等を用いて算出される。

ここで、内燃機関１０が高い負荷状態にあるときには、基本的に、筒内噴射を行うことによって内燃機関１０の出力（トルク）を向上させたいという要求がある。即ち、筒内噴射された燃料は、燃焼室内で気化するときに周囲から気化熱を奪う。このため、筒内噴射は、ポート噴射と比較して吸入空気の温度を低下させることができ、吸入空気の充填効率を高めて出力を向上させることができる。

しかしながら、低回転・高負荷領域Ａでは、筒内噴射によって均質な混合気を形成するのが難しい。なぜなら、低回転・高負荷領域Ａでは、機関回転数Ｎeが低いために吸入空気の流動性が低い。その上、高い負荷状態に対応して比較的多量の燃料が噴射されるので、噴射された燃料は吸入空気と混ざり難い。特に、筒内噴射された燃料は、噴射から燃焼までの時間が短いので、吸入空気と均質に混ざり合う前に燃焼することになり易い。

このため、本実施の形態では、低回転・高負荷領域Ａにおいて、ポート噴射と筒内噴射とを一緒に行う構成としている。ポート噴射された燃料は、燃焼室に達するまでの間に吸入空気と混ざり合うことになるから、筒内噴射と比較して均質な混合気を形成することができる。これにより、ポート噴射では、混合気の燃焼状態を安定させることができ、燃費やトルク変動を改善することができる。

従って、低回転・高負荷領域Ａでは、筒内噴射によって内燃機関１０の出力を確保しつつ、ポート噴射によって燃費やトルク変動を向上させるようにしている。この場合、ポート噴射弁１６と筒内噴射弁１８の燃料噴射量の比率（噴射比率）は、実験等によって求められた適切な値に設定され、ＥＣＵ４２の記憶回路４２ａに予め記憶されている。

このように、低回転・高負荷領域Ａでは、比較的多量の燃料が噴射されるが、燃料中のアルコール濃度が高い場合には、さらに多量の燃料を噴射する必要が生じる。即ち、燃料中のアルコール濃度が高い場合には、燃焼時の発熱量が低下するのを補うために、ガソリンの濃度が高い場合と比較して燃料噴射量が大きく設定される。このため、低回転・高負荷領域Ａでは、混合気を均質化し難い状況において、一段と多量の燃料が噴射されることになり、混合気の均質化が一層困難となる。

このため、本実施の形態では、燃料中のアルコール濃度Ｍaが濃度判定値Ｍxよりも高く、かつ内燃機関１０が低回転・高負荷領域Ａで運転されているときに、ポート噴射比率増大制御を行う構成としている。このポート噴射比率増大制御では、ポート噴射弁１６から噴射される燃料の噴射比率（以下、ポート噴射比率と称す）を、通常時の噴射比率よりも増大させる。この場合、通常時の噴射比率は、例えばアルコール濃度Ｍaが濃度判定値Ｍx以下であるときの噴射比率として設定される。

これにより、ポート噴射比率増大制御は、ポート噴射比率が増えた分だけ均質な混合気を形成することができ、混合気の燃焼状態を安定させることができる。また、例えば目標噴射量Ｑのうち、筒内噴射では混合気の形成に不利となる分の燃料を、ポート噴射弁１６から噴射させることができる。この結果、混合気の均質化が難しい状況において、筒内噴射弁１８から過剰な燃料噴射が行われるのを防止することができる。その一方で、筒内噴射弁１８からも残りの燃料を噴射することができるので、内燃機関１０の出力を確保することができる。

従って、内燃機関１０の運転状態や燃料中のアルコール濃度等に応じて、ポート噴射弁１６と筒内噴射弁１８とを適切な噴射比率で使用することができる。そして、内燃機関１０の出力要求等を満たしつつ、燃費、トルク変動等の運転性能を向上させることができる。なお、この制御に用いる濃度判定値Ｍxは、ポート噴射比率を増大させる必要が生じるようなアルコール濃度Ｍaの最低値として設定される。

一方、ポート噴射比率を増大させると、筒内噴射弁１８の噴射比率（以下、筒内噴射比率と称す）は減少することになる。しかし、アルコール濃度が高い場合には、前述したように、燃焼時の発熱量を維持するために目標噴射量Ｑの値が大きく設定される。このため、筒内噴射比率が減少したとしても、筒内噴射弁１８の先端部を冷却する分の燃料流量は確保することができる。従って、ポート噴射比率増大制御を実行したとしても、筒内噴射弁１８の先端部が高温となってデポジット等が堆積するのを防止することができる。

（燃焼状態が良好な場合の例外制御）
このように、基本的なポート噴射比率増大制御では、筒内噴射を行うと混合気の形成に不利となる分の燃料を、ポート噴射に振り分けて混合気の均質化を促進することができる。しかし、内燃機関１０の運転状態によっては、ポート噴射比率増大制御を行わなくても、予想以上に均質な混合気が形成され、燃焼状態が良好となる場合がある。

一例を挙げれば、内燃機関１０が十分に暖機されている場合、あるいは燃料中のガソリンに軽質成分が多く含まれていた場合等には、アルコール濃度が高い燃料を低回転・高負荷領域Ａで筒内噴射したとしても、燃料の気化が予想以上に促進されるため、燃焼室内には均質な混合気が形成され易い。

このため、本実施の形態では、例えば内燃機関１０の燃焼圧Ｐと、燃焼圧Ｐの変動量と、機関回転数Ｎeの変動量とからなる３つのパラメータを検出している。この場合、燃焼圧Ｐや機関回転数Ｎeの変動量としては、例えば平均値に対する偏差等のように、データのばらつきを反映することができる一般的な指標を用いればよい。

また、ＥＣＵ４２の記憶回路４２ａには、例えば良好な燃焼状態における燃焼圧Ｐの平均値と、燃焼圧Ｐの平均的な変動量と、機関回転数Ｎeの平均的な変動量とが「良好な燃焼状態に対応する基準データ」として予め記憶されている。そして、ＥＣＵ４２は、前述した全てのパラメータとこれらの基準データとを比較する。

そして、全てのパラメータが前記基準データと等しいか、または基準データに対して許容範囲内であると判定したときには、均質な混合気が形成されているために内燃機関１０の燃焼状態が良好であると判断する。この場合には、ポート噴射比率増大制御を行うべき前提条件（燃料中のアルコール濃度が高く、かつ低回転・高負荷領域Ａで運転中であること）が成立していたとしても、ポート噴射比率を増大させない。即ち、ポート噴射比率を前述した通常時の噴射比率（例えば、アルコール濃度Ｍaが濃度判定値Ｍx以下であるときの噴射比率）に保持する構成となっている。

一方、例えば燃焼圧Ｐが前記基準データよりも低かったり、燃焼圧Ｐや機関回転数Ｎeの変動量が基準データよりも大きいときには、混合気が不均質であるために、燃焼状態が安定していないと考えられる。従って、この場合には、前述したように、ポート噴射比率を増大させることにより、混合気の均質化を促進する。

これにより、アルコール濃度が高い燃料を用いて低回転・高負荷領域Ａで運転を行うときには、内燃機関１０の燃焼状態が不安定な場合にのみ、ポート噴射比率を増大させることができる。そして、燃焼状態が良好な場合には、通常時の噴射比率を保持することによって筒内噴射を十分に行うことができ、例えば出力を優先した状態で内燃機関１０を運転することができる。

従って、ポート噴射比率が不要なタイミングで増大されるのを回避することができ、各噴射弁１６，１８の噴射比率を適切に制御することができる。なお、上述した燃焼圧Ｐによる燃焼状態の判定処理は、各気筒１２毎にそれぞれ個別に実行される。そして、全ての気筒１２で燃焼状態が良好であると判定されたときにのみ、機関回転数Ｎeの変動量に応じてポート噴射比率を増大させてもよい状態となるものである。

（目標噴射量が大きい場合の制御）
燃料中のアルコール濃度が高い場合には、前述したように、目標噴射量Ｑの値が大きくなり易い。この場合、目標噴射量Ｑを噴射比率の設定値に応じて各噴射弁１６，１８に割り当てたとしても、個々の噴射弁１６，１８に割り当てられた燃料噴射量が当該噴射弁の最大噴射量を超えてしまうことがある。

このため、本実施の形態では、噴射弁１６，１８のうち何れか一方の噴射弁から噴射すべき燃料噴射量が当該噴射弁の最大噴射量を超えたときに、噴射量が超過した分だけ他方の噴射弁の燃料噴射量を増量する構成としている。これにより、噴射弁１６，１８は、一方の噴射弁で噴射しきれない燃料を他方の噴射弁から噴射させることができ、互いの燃料噴射を補完することができる。従って、例えば燃料中のアルコール濃度Ｍaに応じて目標噴射量Ｑが増大された場合でも、目標噴射量Ｑに対応する量の燃料噴射を確実に行うことができる。

また、目標噴射量Ｑの値がさらに大きくなった場合には、ポート噴射弁１６の最大噴射量と筒内噴射弁１８の最大噴射量とを合計した全体の最大噴射量（以下、最大総噴射量と称す）と比較して、目標噴射量Ｑの方が大きくなってしまうこともある。

このため、本実施の形態では、目標噴射量Ｑの値が噴射弁１６，１８の最大総噴射量を超えたときに、これらの噴射弁１６，１８に供給する燃料の圧力を上昇させる構成としている。即ち、ＥＣＵ４２は、例えば低圧ポンプ２４と高圧ポンプ２８の作動状態を切換えることにより、これらのポンプ２４，２８から吐出される燃料の圧力を上昇させる。

一般に、燃料噴射弁は、加圧燃料が供給された状態で、開弁時間を変化させることによって燃料噴射量を制御する。このため、ＥＣＵ４２は、ポンプ２４，２８から噴射弁１６，１８に供給される燃料の圧力を上昇させることにより、一定の開弁時間に対する噴射弁１６，１８の燃料噴射量を増やすことができる。従って、本実施の形態によれば、例えば燃料中のアルコール濃度等に影響によって目標噴射量Ｑが増大した場合でも、これに対応して噴射弁１６，１８の最大総噴射量を大きくすることができ、目標噴射量Ｑに対応する量の燃料噴射を確実に行うことができる。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
図３は、本実施の形態のシステム動作を実現するために、ＥＣＵ４２が燃料噴射制御中に実行するルーチンのフローチャートである。なお、図３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。

まず、ＥＣＵ４２は、ステップ１００において、各センサ３２，３６，３８，４０及びエアフロメータ３４から検出信号を読込むことにより、機関回転数Ｎe、吸入空気量Ｇa、温度、アルコール濃度Ｍa、燃焼圧Ｐを検出する。また、ステップ１００では、燃焼圧Ｐと機関回転数Ｎeの変動量についても、例えば平均値に対する偏差を求める等の演算処理を行うことによって検出する。そして、ステップ１０２では、機関回転数Ｎe、吸入空気量Ｇaと、予め記憶されたシリンダ容積等とを用いて負荷率KLを算出する。

次に、ステップ１０４では、機関回転数Ｎe、吸入空気量Ｇa、アルコール濃度Ｍaと、他のセンサを用いて検出したオペレータの運転操作の検出結果等とを用いて、噴射弁１６，１８から噴射すべき燃料の目標噴射量Ｑを算出する。

次に、ステップ１０６では、アルコール濃度Ｍaが予め設定された濃度判定値Ｍxよりも高いか否かを判定する。さらに、ステップ１０８では、例えば現在の機関回転数Ｎe及び負荷率KLを、ＥＣＵ４２に予め記憶された判定値Ｎx，Ｋxと比較することにより、現在の運転状態が低回転・高負荷領域Ａに属しているか否かを判定する。具体的には、例えば機関回転数Ｎeが回転判定値Ｎxよりも低く、かつ負荷率KLが負荷判定値Ｋxよりも高いときに、低回転・高負荷領域Ａで運転が行われていると判定する。

そして、ステップ１０６，１０８の両方で「ＹＥＳ」と判定したときには、ポート噴射比率増大制御を行うべき前提条件が成立しているので、ステップ１１０に移る。また、ステップ１０６，１０８の少なくとも一方で「ＮＯ」と判定した場合には、後述のステップ１１４に移って、ポート噴射比率を通常時の噴射比率に設定する。

次に、ステップ１１０では、第１の燃焼状態判定手段として、燃焼圧Ｐの大きさ及び変動量が、ＥＣＵ４２に記憶された基準データと一致するか否か（正確には、基準データと等しいか、または基準データに対して許容範囲内にあるか否か）を判定する。さらに、ステップ１１２では、第２の燃焼状態判定手段として、機関回転数Ｎeの変動量が前記基準データと一致するか否かを判定する。

そして、ステップ１１０，１１２の両方で「ＹＥＳ」と判定したときには、内燃機関１０の燃焼状態が安定していると判断されるので、ステップ１１４に移り、ポート噴射比率を通常時の噴射比率に保持する。また、ステップ１０６，１０８の少なくとも一方で「ＮＯ」と判定した場合には、良好な燃焼状態ではないと判断されるので、ステップ１１６に移ってポート噴射比率を増大させる。

次に、ステップ１１８では、後述の噴射量補正処理を実行し、ステップ１２０では、この噴射量補正処理による補正結果や、ステップ１１４，１１６で設定した噴射比率等に応じて燃料噴射を行う。

次に、図４を参照して、噴射量補正処理について説明する。まず、ステップ１３０では、目標噴射量Ｑが噴射弁１６，１８の最大総噴射量よりも大きいか否かを判定する。ここで、「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１３２でポンプ２４，２８の吐出圧を上昇させ、その後にリターンする。また、ステップ１３０で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ１３４に移る。

ステップ１３４では、ポート噴射弁１６に割り当てられた燃料噴射量が当該噴射弁１６の最大噴射量を超えているか否かを判定する。ここで、「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１３６で筒内噴射弁１８に割り当てる燃料噴射量を増量させ、その後にリターンする。この増量は、例えばポート噴射弁１６に割り当てられていた燃料噴射量と、当該噴射弁１６の最大噴射量との差分に対応した量だけ行う。

また、ステップ１３４で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ１３８に移り、筒内噴射弁１８に割り当てられた燃料噴射量が当該噴射弁１８の最大噴射量を超えているか否かを判定する。ここで、「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ１４０でポート噴射弁１６に割り当てる燃料噴射量を増量させ、その後にリターンする。

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、内燃機関１０の運転状態、燃料中のアルコール濃度、噴射弁１６，１８の燃料噴射能力等に応じて、ポート噴射弁１６と筒内噴射弁１８とを適切な噴射比率で使用することができる。これにより、内燃機関１０の出力要求等を満たしつつ、燃費、トルク変動等の運転性能を向上させることができる。

なお、前記実施の形態１では、図３中のステップ１０４が目標演算手段の具体例を示し、ステップ１０６，１０８，１１４，１１６は、ポート噴射比率増大手段の具体例を示している。また、ステップ１１０は第１の燃焼状態検出手段の具体例を示し、ステップ１１２は第２の燃焼状態検出手段の具体例を示している。さらに、図４中のステップ１３４〜１４０が噴射量補完手段の具体例を示し、ステップ１３０，１３２が燃圧上昇手段の具体例を示している。

また、実施の形態１では、低回転・高負荷領域Ａの境界として、機関回転数Ｎeの上限値（回転判定値Ｎx）のみと、負荷率KLの下限値（負荷判定値Ｋx）のみとを設定する構成とした。即ち、機関回転数Ｎeの下限値は、内燃機関１０を運転することが可能な最低の回転数であり、負荷率KLの上限値は、内燃機関１０を運転することが可能な最大の負荷率であるものとして設定した。しかし、本発明はこれに限らず、低回転・高負荷領域Ａの境界として、機関回転数Ｎeと負荷率KLのそれぞれについて、上限値と下限値の両方を設定する構成としてもよい。

また、実施の形態１では、内燃機関の燃焼圧Ｐ、燃焼圧Ｐの変動量及び機関回転数Ｎeの変動量からなる３つのパラメータを用いて、内燃機関１０の燃焼状態が良好であるか否かを判定する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、前記３つのパラメータのうちの何れか１つまたは２つを用いて燃焼状態を判定する構成としてもよい。

また、実施の形態１では、目標噴射量Ｑが噴射弁１６，１８の最大総噴射量を超えたときに、低圧ポンプ２４と高圧ポンプ２８の両方の吐出圧を上昇させる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、低圧ポンプ２４と高圧ポンプ２８のうち一方のポンプの吐出圧のみを上昇させる構成としてもよい。

さらに、実施の形態１では、内燃機関１０の負荷状態を表すパラメータとして負荷率KLを用いる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、負荷状態を表す指標としては、例えば燃料の目標噴射量Ｑ、吸入空気量Ｇa、スロットル開度、オペレータのアクセル操作量等のパラメータや、これらのパラメータによって算出されるトルク等のパラメータを用いる構成としてもよい。

本発明の実施の形態１による内燃機関の制御装置を示す全体構成図である。内燃機関の運転領域中における低回転・高負荷領域を示す説明図である。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。図３中の噴射量補正処理ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１０内燃機関
１２気筒
１２ａ吸気ポート
１４吸気通路
１６ポート噴射弁
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（燃料加圧手段）
２６高圧燃料配管
２８高圧ポンプ（燃料加圧手段）
３０燃料配管
３２回転センサ（回転検出手段）
３４エアフロメータ
３６水温センサ
３８燃焼圧センサ（燃焼状態検出手段）
４０アルコール濃度センサ（アルコール濃度検出手段）
４２ＥＣＵ
Ａ低回転・高負荷領域
Ｇa 吸入空気量
KL 負荷率
Ｋx 負荷判定値
Ｎe 機関回転数
Ｎx 回転判定値
Ｍa アルコール濃度
Ｍx 濃度判定値
Ｐ燃焼圧
Ｑ目標噴射量

Claims

内燃機関の吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射弁と、
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ポート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判定値よりも高く、かつ内燃機関が低回転・高負荷状態で運転されるという前提条件が成立したときに、前記目標噴射量のうち前記ポート噴射弁から噴射される燃料の噴射比率を、前記アルコール濃度が前記判定値以下であるときの噴射比率よりも増大させるポート噴射比率増大手段と、
前記前提条件が成立しても、内燃機関の燃焼状態が良好である場合には、前記ポート噴射比率増大手段を作動させずに、前記ポート噴射弁の噴射比率を前記アルコール濃度が前記判定値以下であるときの噴射比率に保持する手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
内燃機関の燃焼圧及び／又は燃焼圧の変動状態を検出する燃焼状態検出手段と、
前記燃焼状態検出手段の検出結果が内燃機関の良好な燃焼状態に対応しているか否かを判定する燃焼状態判定手段とを備えてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
内燃機関の機関回転数を検出する回転検出手段と、
前記回転検出手段によって検出した機関回転数の変動状態が内燃機関の良好な燃焼状態に対応しているか否かを判定する燃焼状態判定手段と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。
前記ポート噴射弁と筒内噴射弁のうち何れか一方の噴射弁から噴射すべき燃料噴射量が当該噴射弁の最大噴射量を超えたときに、他方の噴射弁から噴射される燃料噴射量を増量する噴射量補完手段を備えてなる請求項１，２または３に記載の内燃機関の制御装置。
前記ポート噴射弁と前記筒内噴射弁とに供給する燃料を加圧する燃料加圧手段と、前記ポート噴射弁と前記筒内噴射弁の最大噴射量を合計した最大総噴射量よりも前記目標噴射量が大きくなったときに前記燃料加圧手段によって燃料に加える圧力を上昇させる燃圧上昇手段とを備えてなる請求項１ないし４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。