JP5658204B2 - 車載内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は車載内燃機関の制御装置に関し、より詳しくはガソリンとアルコール（エタノール）からなる多種燃料を用いると共に、出力を変速機で変速して駆動輪を駆動させる車載内燃機関の制御装置に関する。

近時、多種燃料を用いる内燃機関の制御装置が種々提案されており、その例として下記の特許文献１記載の技術を挙げることができる。特許文献１記載の技術にあっては、ハイブリッド車両において変速機構の有段制御領域と無段制御領域を分ける境界値である判定車速と判定出力トルクをアルコール（エタノール）の混合率が高いほど小さくなるように制御することで、アルコールの混合率に応じた良好な燃費性能を得るように構成している。

特開２０１１−６０６５号公報

特許文献１記載の技術にあっては上記のように構成することで、供給される燃料の種類が変更されたときも、燃費性能を向上させるように制御しているが、それに止まるものであった。

即ち、多種燃料を用いることでノッキングを回避しつつ熱効率の向上を図ると共に、変速比の制御によって燃費性能を向上させることも可能となるが、特許文献１記載の技術はそれについては何等示唆するものではなかった。

それについて説明すると、一般にガソリンを燃料とする内燃機関の燃費性能（熱効率）は全ての回転数において低負荷域に比べて高負荷域の方が高いことが知られている。それは主としてポンプ損失が負荷が下がるほど増加することに起因する。また高負荷域においてはノッキングにより点火時期を遅角させなくてはいけないことから、若干の燃費性能低下が起こることも知られている。

高圧縮比の低燃費機関においては、主に低回転域でノッキングが発生するために発生トルクが低下することも知られている。即ち、ノッキングを回避するために点火時期を遅角させて熱効率を下げることでトルクの低い運転をするか、あるいは実効圧縮比を下げて吸入空気量を減らすことでトルクの低い運転をするか選択せざるを得ない。

公知の如く、アルコールを含有したガソリンからなる多種燃料を使用し、それを高オクタン価成分と低オクタン価成分に分離して供給可能な内燃機関において、低回転高負荷域で分離した高いオクタン価成分を利用することでより高いトルクが得ることができる。

一般的に車両の変速機のギヤ比（変速比）は内燃機関の出力性能と車両重量のバランスにより、加速と走行性能が充分になるように設定される。同車速時の回転数はギヤ段が高い（変速比が小さい）ほど低くなる。また車軸上の出力は回転数に負荷（トルク）を乗じたものであるので、ある時点から加速する場合、その要求出力に対して回転数が高いほど負荷は低くて良く、回転数が低いときは負荷が高くなる。

即ち、加速性能を考慮した場合、内燃機関の最大負荷が高いほど高いギヤ段（小変速比）に設定することが望ましい。また燃費性能を考えた場合、高負荷域を使用した方がポンピングロスなどによる影響が減少するために改善でき、高回転域の高いフリクション（機械損失）を避けることができるので、高ギヤ段（小変速比）設定にする方が有利である。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、多種燃料を用いてノッキングを回避しつつ熱効率と燃費性能の向上を図ると共に、変速比を制御して燃費性能の一層の向上を図るようにした車載内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１にあっては、吸気バルブの開閉時期を変更可能なバルブ開閉時期可変機構と、点火手段と、ガソリンを主成分とする多種燃料を噴射可能な第１インジェクタと、前記多種燃料よりオクタン価の高いアルコール燃料を噴射可能な第２インジェクタとを備え、前記第１、第２インジェクタの少なくともいずれかから噴射された燃料を吸気と混合させて生成した混合気を燃焼室においてピストンで圧縮し、前記点火手段によって点火・燃焼させて出力を生じると共に、変速機で変速して駆動輪を駆動させる車載内燃機関の制御装置において、前記多種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、少なくとも機関回転数と機関出力トルクとからノッキングの発生する確率がしきい値以上か否か判定するノッキング判定手段と、前記ノッキングの発生する確率がしきい値以上と判定されるとき、前記検出されたアルコール濃度に基づいて目標圧縮比を算出する目標圧縮比算出手段と、前記算出された目標圧縮比となるように前記バルブ開閉時期可変機構を動作させて前記吸気バルブの閉じ時期を補正する吸気バルブ閉じ時期補正手段と、機関回転数に対して設定される前記出力の特性に基づいて前記変速機の変速比を制御すると共に、前記アルコール燃料を前記第２インジェクタから噴射させたとき、前記出力の特性に基づいて、前記アルコール燃料を噴射させたことによって発生可能な出力に対して前記機関回転数が低下するような変速比を選択する変速比制御手段とを備える如く構成した。

請求項２に係る車載内燃機関の制御装置にあっては、前記吸気バルブ閉じ時期補正手段によって前記吸気バルブの閉じ時期が補正されたとき、前記内燃機関の出力が目標出力に到達可能か否か判定する出力判定手段と、前記出力判定手段によって前記出力が前記目標出力に到達可能と判定されない場合、前記アルコール濃度が増加可能か否か判定し、増加可能と判定されるとき、前記アルコール濃度を増加させるアルコール濃度増加手段とを備える如く構成した。

請求項３に係る車載内燃機関の制御装置にあっては、前記第１インジェクタが前記燃焼室内に前記多種燃料を直接噴射するインジェクタからなり、前記第２インジェクタが前記燃焼室の手前の吸気ポートに前記アルコールを噴射するインジェクタからなる如く構成した。

請求項１に係る車載内燃機関の制御装置にあっては、ガソリンを主成分とする多種燃料のアルコール濃度を検出し、少なくとも機関回転数と機関出力トルクとからノッキングの発生する確率がしきい値以上か否か判定し、ノッキングの発生する確率がしきい値以上と判定されるとき、検出されたアルコール濃度に基づいて目標圧縮比を算出すると共に、算出された目標圧縮比となるように、吸気バルブの開閉時期を変更可能なバルブ開閉時期可変機構を動作させて吸気バルブの閉じ時期を補正する如く構成したので、アルコールを燃料に用いることで低燃費かつ高出力の内燃機関を実現することができる。

即ち、アルコール濃度に応じて目標圧縮比を算出し、算出された目標圧縮比となるように吸気バルブの閉じ時期を補正するように構成したので、アルコールの供給が制約される場合でも、アルコール燃料の供給が制約されることによるノッキングの発生を抑制しつつ、低燃費かつ高出力の内燃機関を実現することができる。

それについて説明すると、内燃機関の運転において吸気を圧縮する容積比（圧縮比）と膨張比が等しいオットーサイクルでは圧縮比を上げるほど熱効率が上昇するが、通常のガソリン機関では圧縮比を上げ過ぎるとノッキングが発生してしまう。またポンプ損失は負荷が低下するにつれて増大することから、低負荷域での熱効率は高負荷域に比して低い。

その点で、機械圧縮比を上げる一方、吸気バルブ閉じ角度を遅らせて吸気量を減少させ、実効圧縮比をオットーサイクルと同様に抑えることで、ノッキングを回避しつつ、実質的に熱効率を支配する膨張比（機械圧縮比）を高めるようにしたアトキンソンサイクル（「ミラーサイクル」とも呼ばれる）が知られている。

通常、アトキンソンサイクルは吸気バルブの閉じ角度を遅らせて一旦吸入した空気を排出することで吸気量が低減するように制御されるが（以下これを「遅閉じアトキンソン」という）、吸気バルブの閉じ角度を早めることでも吸気量を制御することができる（以下これを「早閉じアトキンソン」という）。その点に鑑み、この発明においては吸気バルブの閉じ時期を補正、即ち、閉じ時期を遅角させて遅閉じアトキンソンとする、あるいは進角させて早閉じアトキンソンとする如く構成したので、アルコールを燃料に用いることと相俟って、低燃費かつ高出力の内燃機関を実現することができる。

また、機関回転数に対して設定される内燃機関の出力の特性に基づいて変速機の変速比を制御すると共に、アルコール燃料を第２インジェクタから噴射させたとき、内燃機関の出力の特性に基づいて、アルコール燃料を噴射させたことによって発生可能な出力に対して機関回転数が低下するような変速比を選択する如く構成したので、低回転の最大トルクを増加させることができ、高ギヤ段（小変速比）とすることが可能となり、あるいはファイナルギヤ比（最終減速比）を調整して全体的に高ギヤ段を使用することが可能となり、それによって燃費の悪い高回転／低負荷域を使用することなく、より高いギヤ段（より小さい変速比）を選択することができ、燃費性能を一層向上させることができる。

請求項２に係る車載内燃機関の制御装置にあっては、吸気バルブの閉じ時期が補正されたとき、内燃機関の出力が目標出力に到達可能か否か判定し、目標出力に到達可能と判定されない場合、アルコール濃度が増加可能か否か判定し、増加可能と判定されるとき、アルコール濃度を増加させる如く構成したので、上記した効果に加え、アルコール濃度が増加可能と判定される限り、内燃機関の出力を目標出力に到達させることが可能となる。

請求項３に係る車載内燃機関の制御装置にあっては、第１インジェクタが燃焼室内に多種燃料を直接噴射するインジェクタからなり、第２インジェクタが燃焼室の手前の吸気ポートにアルコールを噴射するインジェクタからなる如く構成したので、上記した効果に加え、第１インジェクタが多種燃料を燃焼室内に直接噴射するインジェクタとすることで噴射された多種燃料の潜熱によって異常燃焼を回避できると共に、第２インジェクタがアルコールを吸気ポートに噴射するインジェクタとすることで加圧ポンプなどの部品の精度やコストを下げることができて構成を簡易にすることができる。

この発明の実施例に係る車載内燃機関の制御装置を全体的に示す概略図である。 図１に示すＥＣＵの動作を機能的に示すブロック図である。 図１に示すＥＣＵの動作をより具体的に示すフロー・チャートである。 図３フロー・チャートの処理で言及される、ノッキングの発生確率の算出を示す説明図である。 図３フロー・チャートの処理で言及される、アルコール濃度に対する実効圧縮比の特性を示す説明図である。 図３フロー・チャートの処理で言及される、吸気バルブ閉じ時期に対する実効圧縮比の特性を示す説明図である。 図３フロー・チャートの処理で言及される、吸気バルブ早閉じアトキンソンサイクルの指圧線図である。 図３フロー・チャートの処理で言及される、吸気バルブ閉弁タイミンングを示す説明図である。 図３フロー・チャートの処理の効果を示す説明図である。 図３フロー・チャートの処理と平行して実行される、図１に示す第２ＥＣＵの動作を示すブロック図である。 図１０ブロック図の処理で言及される、エンジン回転数と負荷に対するギヤ比（変速比）の特性を示す説明図である。 同様に図１０ブロック図の処理で言及される、エンジン回転数と車速に対するギヤ比（変速比）の特性を示す説明図である。 図１に示す第２ＥＣＵの動作をより具体的に示すフロー・チャートである。 同様に図１に示す第２ＥＣＵの動作をより具体的に示す、図１３の変形例のフロー・チャートである。

以下、添付図面に即してこの発明に係る車載内燃機関の制御装置を実施するための形態について説明する。

図１はこの発明の実施例に係る車載内燃機関の制御装置を全体的に示す概略図である。

図１において、符号１０は、車両（図示せず）に搭載される、４気筒（シリンダ）４サイクルの内燃機関（１気筒のみ図示。以下「エンジン」という）を示す。エンジン１０において、エアクリーナ（図示せず）から吸入される吸気は吸気管１２を流れ、スロットルバルブ１４で流量を調節されて吸気マニホルド１６を流れ、２個の吸気バルブ（１個のみ図示）２０が開弁（開放）されるとき、燃焼室２２に流入する。

スロットルバルブ１４は、車両運転席床面に配置されたアクセルペダル２４との機械的な接続を絶たれ、ＤＢＷ（Drive By Wire）機構２６で開閉が制御される。即ち、スロットルバルブ１４はアクチュエータ（電動モータ）２６ａに接続され、アクチュエータ２６ａで駆動されて開閉する。

燃焼室２２を臨む位置には第１インジェクタ（燃料噴射弁）３０が配置されると共に、吸気バルブ２０の手前の吸気ポート１６ａには第２インジェクタ（燃料噴射弁）３２が配置される。

第１インジェクタ３０には、メイン燃料タンク３４に貯留される多種燃料がタンク内部に配置されたメイン燃料ポンプ３４ａで汲み上げられ、燃料供給管３６を介して圧送される。第１インジェクタ３０は圧送された多種燃料を燃焼室２２に直接噴射する。以下、第１インジェクタ３０を「直噴インジェクタ」ともいう。

多種燃料としては、ガソリンとエタノール（エチルアルコール）の混合燃料、具体的にはガソリン９０％とエタノール１０％の混合燃料（Ｅ１０）などのアルコール濃度が比較的低い燃料の使用が予定される。

他方、メイン燃料タンク３４に貯留される多種燃料はサブ燃料ポンプ３４ｂで汲み上げられて管路４０を介して気液分離装置４２に送られ、そこで加熱・冷却されてアルコール成分とその他の成分に分離・抽出される。

分離されたアルコール成分は一定範囲のアルコール濃度を備えたアルコール燃料としてサブ燃料タンク４４に貯留されると共に、その他の成分は管路４６を介してメイン燃料タンク３４に戻される。サブ燃料タンク４４に貯留されるアルコール燃料はタンク内部に配置された燃料ポンプ４４ａで汲み上げられ、燃料供給管５０を介して第２インジェクタ３２に圧送される。

第２インジェクタ３２は圧送されたアルコール燃料を吸気ポート１６ａに噴射する。以下、第２インジェクタ３２を「ポートインジェクタ」ともいう。噴射されたアルコール燃料は吸気バルブ２０が開弁されたとき、燃焼室２２に流入する。

直噴インジェクタ３０あるいはポートインジェクタ３２は、ドライバ（駆動回路。図２に示す）５２を通じてＥＣＵ（Electronic Control Unit。電子制御ユニット）５４に電気的に接続され、ＥＣＵ５４から開弁（開放）時間を示す駆動信号がドライバ５２を通じて供給されると開弁し、開弁時間に応じた燃料を燃焼室２２あるいは吸気ポート１６ａに噴射する。噴射された燃料は、流入した空気と混合して混合気を生成する。

燃焼室２２には点火プラグ５６が配置される。点火プラグ５６はイグナイタなどからなる点火装置６０に接続される。点火装置６０はＥＣＵ５４からドライバ５２を介して点火信号が供給されると、点火プラグ５６の電極間に火花放電を生じさせる。混合気はそれによって着火されて燃焼し、燃焼室２２の内部に摺動自在に収容されるピストン６２を下方に駆動する。

燃焼室２２が形成されるシリンダブロック６４の内部には、ピストン６２に接続され、ピストン６２の上下運動を回転運動に変換するクランクシャフト（図示せず）が収容される。

燃焼によって生じた排気（排ガス）は、２個の排気バルブ（１個のみ図示）７０が開弁するとき、排気ポート７２を通って排気マニホルド７４から排気管７６に流れる。排気管７６には触媒装置（図示せず）が配置され、排気は触媒装置でＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘなどの有害成分を除去されてエンジン外の大気に放出される。

シリンダヘッド６４ａにはバルブ開閉時期可変機構（以下「ＶＴＣ」という）８０が設けられる。ＶＴＣ８０は油圧を介してカムシャフトを駆動してクランクシャフトに対するカムシャフトの位相角として規定される、吸気バルブの燃焼室を開閉する時期を変更可能な油圧モータからなる。尚、ＶＴＣ８０に加え、吸気カム８０ｂの開閉位相角とリフト量を複数のカム（カム）に従って変更可能な機構を備えても良い。

エンジン１０のカムシャフトの付近にはパルサと磁気ピックアップとからなるクランク角センサ８２が配置され、気筒判別信号と、各気筒のＴＤＣ（上死点）あるいはその付近のクランク角度を示すＴＤＣ信号と、ＴＤＣ信号を細分してなるＣＲＫ信号を出力する。

エアクリーナの付近には温度検出素子を備えたエアフローメータ８４が配置され、エアクリーナから吸入される空気（吸気）量Ｑと吸気温度ＴＡに応じた信号を出力する。

吸気管１２においてスロットルバルブ１４の下流にはＭＡＰセンサ８６が配置され、吸気管内圧力ＰＢＡを絶対圧で示す信号を出力すると共に、ＤＢＷ機構２６にはスロットル開度センサ９０が配置され、スロットルバルブ１４の位置（スロットル開度ＴＨ）に応じた信号を出力する。

エンジン１０のクランクケース６４ａに形成された冷却水通路（図示せず）には水温センサ９２が配置されてエンジン冷却水温（エンジン温度）ＴＷに応じた信号を出力すると共に、その付近にはノッキングセンサ９４が配置され、ノッキングに起因してエンジン１０に生じる振動に応じた信号を出力する。

排気系において触媒装置の上流にはＡ／Ｆセンサ（広域空燃比センサ）９６が配置され、理論空燃比からリッチあるいはリーンに至るまでの広い範囲において排気中の酸素濃度、換言すれば実際の空燃比ＫＡＣＴを示す信号を出力する。

メイン燃料タンク３４と気液分離装置４２を接続する管路４０にはアルコールセンサ１００が配置されて管路４０を流れる多種燃料、より具体的にはメイン燃料タンク３４に貯留される多種燃料のアルコール濃度を示す信号を出力すると共に、サブ燃料タンク４４にはレベルセンサ１０２が配置され、サブ燃料タンク４４に貯留されるアルコール燃料のレベル（液面高さ）、換言すればアルコール燃料の残量を示す信号を出力する。

アクセルペダル２４の付近にはアクセル開度センサ１０４が設けられ、運転者のアクセルペダル踏み込み量を示すアクセル開度ＡＰに応じた信号を出力する。ドライブシャフト（図示せず）の付近には車速センサ１０６が設けられ、ドライブシャフトの所定角回転当たりにパルス信号を出力する。

上記したセンサ群の出力は、ＥＣＵ５４に入力される。ＥＣＵ５４はマイクロコンピュータからなり、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｆなどを備える。ＥＣＵ５４は入力信号の内、クランク角センサ８２の出力（ＣＲＫ信号）と車速センサ１０６の出力の時間間隔を計測してエンジン回転数ＮＥと車速Ｖを算出（検出）する。

図２はＥＣＵ５４の動作を機能的に示すブロック図である。

ＥＣＵ５４においてＣＰＵ５４ａはＩ／Ｆ５４ｂを介して入力されたセンサ出力に基づき、算出部５４ａ１においてエンジン回転数ＮＥとエンジン負荷から適宜な特性（マップ）を検索してエンジン１０に供給すべき燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。

即ち、ＣＰＵ５４ａはエンジン回転数ＮＥとエンジン負荷に応じて基本燃料噴射量ＴＩＭを算出すると共に、検出された空燃比ＫＡＣＴを目標空燃比ＫＣＭＤに制御する空燃比フィードバック制御においてそれらの偏差に応じて空燃比補正係数（空燃比フィードバック補正係数）ＫＡＦを算出し、さらにアルコール濃度補正係数（アルコール濃度学習値）ＫＲＥＦＢＳなどのその他の補正係数を算出して基本燃料噴射量を補正することで、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出する。

ＣＰＵ５４ａは、算出された燃料噴射量ＴＯＵＴに基づき、直噴インジェクタ３０を駆動する。アルコール濃度補正係数ＫＲＥＦＢＳは空燃比補正係数ＫＡＦを用いて学習され、アルコール濃度が学習される。

尚、この実施例ではアルコールセンサ１００が設けられていることから、上記したアルコール濃度補正係数ＫＲＥＦＢＳなどを用いることなく、アルコールセンサ１００の出力から燃料噴射量ＴＯＵＴを算出するようにしても良い。

ＣＰＵ５４ａはさらに、目標位相算出部５４ａ２においてＶＴＣ８０の吸気カム８０ｂの目標位相角、即ち、吸気バルブ２０の開閉時期を算出（設定）し、算出された目標位相角となるようにＶＴＣ８０のアクチュエータを駆動すると共に、点火時期算出部５４ａ３においてエンジン回転数ＮＥとエンジン負荷に応じてエンジン１０に供給すべき点火時期ＩＧを算出し、それに基づいて点火装置６０を介した点火プラグ５６による点火を制御する。

ＣＰＵ５４ａはさらにスロットル開度算出部５４ａ４において目標スロットル開度ＴＨＤを算出する。ＣＰＵ５４ａは先ず要求トルクＰＣＭＤを以下のように算出する。
ＰＣＭＤ＝ｋ・ＰＳＥ／ＮＥ
上記でｋ:定数、ＰＳＥ:アクセル開度ＡＰとエンジン回転数ＮＥから予め設定された特性（マップ）を検索して得られるエンジン１０の要求出力を示す。

次いでＣＰＵ５４ａは、算出された要求トルクＰＣＭＤとなるように目標スロットル開度ＴＨＤを決定し、決定された目標スロットル開度ＴＨＤとなるようにＤＢＷ機構２６のアクチュエータ２６ａを駆動する。

図１の説明に戻ると、エンジン１０は、トルクコンバータと前後進切換機構（共に図示せず）を介して変速機（無段変速機。Continuously Variable Transmission。以下「ＣＶＴ」という）１２０に接続される。

図示は省略するが、ＣＶＴ１２０は変速機入力軸に配置されたドライブプーリと、変速機入力軸に平行にも受けられる変速機出力軸に配置されたドリブンプーリと、その間に掛け回される金属製のベルト（無端可撓部材）からなる。

ＣＶＴ１２０はドライブ・ドリブンプーリが油圧供給回路から供給される油圧で軸上を移動してベルトを狭圧することでベルトの巻き掛け半径が調整され、それによってエンジン１０の出力（回転）を無段階の変速比（ギヤ比）で変速して駆動輪（図示せず）に伝達する。

駆動輪の回転方向は前後進切換機構によって決定される。尚、ＣＶＴ１２０の詳細は例えば本出願人が提出した特開２０１１−１９６３９０号公報などに記載されているので、説明は上記に止める。

ＣＶＴ１２０とトルクコンバータと前後進切換機構と油圧供給回路などの動作は、同様にマイクロコンピュータからなる第２ＥＣＵ（電子制御ユニット）１２２によって制御される。第２ＥＣＵ１２２はＥＣＵ５４と通信自在に接続される。

図３は上記したＥＣＵ５４の動作をより具体的に示すフロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１０において検出されたエンジン回転数ＮＥと算出された要求トルクＰＣＭＤを読み込み、Ｓ１２に進み、現在使用している（メイン燃料タンク３４に貯留されている）多種燃料のアルコール濃度を検出する。即ち、アルコールセンサ１００の出力からメイン燃料タンク３４に貯留される多種燃料のアルコール濃度を検出する。

次いでＳ１４に進み、ノッキング発生確率（ノッキングが発生する確率）がしきい値ｂ以上か否か判断する。ノッキング発生確率は図４に示す特性（マップ）をエンジン回転数ＮＥとエンジントルクとで検索して得られる値（例えば点ａ）を意味する。

従ってＳ１４の判断は検索して得られる値（例えば点ａ）をしきい値ｂと比較してそれ以上か否かを判断することで行う。Ｓ１４の判断に際しては、Ｓ１０で読み込まれた要求トルクＰＣＭＤから該当するしきい値ｂを選択し、それと検索値を比較することで行う。

図３フロー・チャートの説明に戻ると、Ｓ１４で否定されてノッキング発生確率がしきい値以上ではないと判断されるときはＳ１６に進み、ＶＴＣ８０の吸気カム８０ｂの目標位相角を通常の位相角（換言すればエンジン１０が通常の（圧縮比と膨張比が等しい）オットーサイクルの圧縮比で運転されるバルブ開閉時期に対応する位相角）に設定し、その位相角となるようにＶＴＣ８０を動作させる。

一方、Ｓ１４で肯定されてノッキング発生確率がしきい値以上と判断されるときはＳ１８に進み、ノッキングの発生しない圧縮比を選択する。即ち、Ｓ１２で検出されたアルコール濃度に基づいて図５に示す特性（マップ）を検索して実効圧縮比を選択、換言すれば目標圧縮比として算出する。

次いでＳ２０に進み、Ｓ１８で選択された実効圧縮比（目標圧縮比）となる（下げる）ように図６に示す特性（マップ）に従ってＶＴＣ８０の吸気カム８０ｂの目標位相角を設定する。即ち、ＶＴＣ８０を動作させて吸気バルブ２０の閉弁時期を補正、より具体的には進角させて早閉じアトキンソンのバルブ開閉時期に変更する。

図７にその早閉じアトキンソンの特性を、オットーサイクル（破線）に対比させて示す。

より具体的には、Ｓ１８で選択された実効圧縮比に基づいて図６に示す特性を検索して吸気バルブ２０の閉じ時期を、ＡＢＤＣ−８０度からＡＢＤＣ−２０度の間の任意の値に設定する。

図８に吸気バルブ２０（と排気バルブ７０の）開閉時期を示す。Ｓ２０の処理においては吸気バルブ２０の閉じ時期を、ＡＢＤＣ−８０度（ＡＴＤＣ１００度）からＡＢＤＣ−２０度（ＡＴＤＣ１６０度）の間の任意の値に設定し、換言すれば吸気行程の下死点ＢＤＣよりも進角するように設定する。

尚、最初に述べた如く、アトキンソンサイクルには早閉じアトキンソンに加え、吸気バルブの閉じ角度を遅らせて一旦吸入した空気を排出することで吸気量が低減する遅閉じアトキンソンがあり、両者とも同様の効果を得ることができることから、Ｓ２０の処理においてはＶＴＣ８０を動作させ、吸気バルブ２０の閉弁時期を遅角させて遅閉じアトキンソンとしても良いものである。

図３フロー・チャートの説明に戻ると、次いでＳ２２に進み、エンジン１０の出力が目標出力に到達可能か否か判断し、肯定されるときは以降の処理をスキップする。

他方、Ｓ２２で否定されて目標出力に到達可能と判定されないときはＳ２４に進み、アルコール残量を検出する。即ち、レベルセンサ１０２の出力からサブ燃料タンク４４に貯留されるアルコール燃料の残量を検出する。

次いでＳ２６に進み、検出されたアルコール燃料の残量が所定値以上、換言すればエンジン１０に供給可能な程度以上か否か判断し、肯定されるときはＳ２８に進み、サブ燃料タンク４４に貯留されるアルコール燃料をポートインジェクタ３２から吸気ポート１６ａに噴射させる（換言すればエンジン１０に供給される燃料のアルコール濃度を増加させる）。次いでＳ１２に進み、上記した処理を繰り返す。

一方、Ｓ２６で否定されるときはＳ３０に進み、点火時期を調整してノッキングの起こらない条件でエンジン１０を運転する。即ち、ノッキングセンサ９４の出力に基づいてノッキングが発生しないように点火時期を制御する。

図９は上記した処理の効果を示す説明図である。

多種燃料としてアルコール濃度が比較的低いＥ１０エタノール燃料を使用したとしても、図３フロー・チャートのＳ１４でノッキングの発生確率がしきい値以上と判断されるときはＳ１８に進み、エンジン１０を上記した早閉じアトキンソンで駆動して実効圧縮比を下げることにより、（しきい値以上ではないと判断されてＳ１６に進んで通常のオットーサイクルで運転する場合に比し、）ノッキングを回避しつつ、点火時期を遅角することなく、エンジン１０を高い熱効率で燃焼させることが可能となることが、同図から見てとれよう。

即ち、吸気を圧縮する容積比（圧縮比）と膨張比が等しいオットーサイクルでは圧縮比を上げるほど熱効率が上昇するが、通常のガソリンエンジンでは圧縮比を上げ過ぎるとノッキングが発生してしまう。またポンプ損失は負荷が低下するにつれて増大することから、低負荷域での熱効率は高負荷域に比して低い。

その点で、機械圧縮比を上げる一方、吸気バルブ閉じ時期を進角（あるいは遅角）させて吸気量を減少させ、実効圧縮比をオットーサイクルと同様に抑え、ノッキングを回避しつつ、実質的に熱効率を支配する膨張比（機械圧縮比）を高めるアトキンソンサイクルを利用することによって低負荷域の熱効率を向上でき、アルコールを燃料に用いることと相俟って低燃費かつ高出力のエンジン１０を実現することができる。尚、図９で「負荷率」は全開スロットル開度（ＷＯＴ）に対する割合を意味する。

図１０は、図３に示すＥＣＵ５４の処理と平行して実行される第２ＥＣＵ１２２の動作、より具体的にはそのＣＰＵ１２２ａの動作を示すブロック図である。第２ＥＣＵ１２２はＥＣＵ５４と通信しつつ、図示の処理を実行する。

先に述べた如く、一般にガソリンを燃料とするエンジンの燃費性能（熱効率）は全ての回転数において低負荷域に比べて高負荷域の方が高いことが知られている。また、図１１に示す如く、同一の車速時のエンジン回転数ＮＥは高ギヤ段側になるほど（変速比が小さくなる）ほど低くなる。

即ち、図１２に示す如く、加速性能を考慮した場合、エンジン１０の最大負荷が高いほど高いギヤ段（小変速比）に設定することが可能となる。また燃費性能を考えた場合、高負荷域を使用した方がポンピングロスなどによる影響が減少するために改善でき、高回転域の高いフリクション（機械損失）を避けることができるので、高ギヤ段設定（変速比を減少させる設定）にする方が有利である。

従って、この実施例においては多種燃料を用いてノッキングを回避しつつ熱効率と燃費性能の向上を図ると共に、ギヤ比（変速比）を制御して燃費性能の一層の向上を図るようにした。

上記を前提として図１０を説明すると、第２ＥＣＵ１２２においてＣＰＵ１２２ａは、要求出力算出部１２２ａ１とギヤ比選択制御部１２２ａ２とギヤ比決定部１２２ａ３を備え、要求出力算出部１２２ａ１においてアクセル開度センサ１０４と車速センサ１０６から検出されたアクセル開度ＡＰと車速Ｖ（換言すれば要求加速力）から予め設定された所定の特性を検索して要求出力をアクセル開度で算出する。

次いでＣＰＵ１２２ａはギヤ比選択制御部１２２ａ２において格納された図示の特性（ａ）（ｂ）に従ってギヤ比（変速比）を選択し、ギヤ比決定部１２２ａ３において選択されたギヤ比の中で燃費の良い範囲でギヤ比を最終的に決定する。

即ち、ギヤ比選択制御部１２２ａ２に示されるようなエンジン回転数ＮＥに対して設定されたエンジン１０のトルク（出力）の特性（ｂ）に基づいてエンジン回転数ＮＥが低下するように変速比を制御、より具体的にはエンジン回転数ＮＥが低下するように変速比が減少する如く制御する。

次いでＣＰＵ１２２ａはギヤ比決定部１２２ａ３においてギヤ比とエンジン回転数ＮＥとエンジントルクとを決定する。

図１３は図１０の処理をより具体的に示すフロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１００においてアクセル開度ＡＰと車速Ｖ（要求加速力）から予め設定された所定の特性を検索して要求出力を算出し、Ｓ１０２に進み、ギヤ比（変速比）をとりあえず選択し、Ｓ１０４に進み、運転マップ（図１０のギヤ比選択制御部１２２ａ２の特性（ｂ））よりエンジン回転数ＮＥとトルク（負荷）を決定する。

次いでＳ１０６に進み、図３フロー・チャートのＳ２６，Ｓ２８の処理と同様、サブ燃料タンク４４に貯留されるアルコール燃料の残量を検出し、検出されたアルコール燃料の残量が所定値以上、換言すればアルコール燃料がエンジン１０に供給可能か否か判断する。

Ｓ１０６で肯定されるときはＳ１０８に進み、アルコール燃料をポートインジェクタ３２から吸気ポート１６ａに噴射させた場合のアルコール濃度（エタノール割合）で発生可能なトルクを算出する。

次いでＳ１０２に戻り、図１０のギヤ比選択制御部１２２ａ２の特性（ｂ）から燃費性能が向上するように可能な限り小さい変速比（高ギヤ段側）を再度選択する。上記した処理を、Ｓ１０６で否定、換言すればエンジン１０に供給されるアルコール燃料の増量が不可能と判断されるまで繰り返す。

他方、Ｓ１０６で否定されるときはＳ１１０に進み、選択されたギヤ比に決定し、Ｓ１１２に進み、そのギヤ比でエンジン１０とＣＶＴ１２０を運転、即ち、エンジン１０とＣＶＴ１２０の動作を制御する。尚、Ｓ１０６，Ｓ１０８の処理を経た場合、増量可能とされたアルコール燃料がポートインジェクタ３２から噴射されることはいうまでもない。

図１４は図１３の処理の変形例を示す、図１３と同様のフロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ２００で要求出力を算出し、Ｓ２０２においてギヤ比を仮設定した後、Ｓ２０４に進み、図１０のギヤ比選択制御部１２２ａ２の特性（ｂ）からさらに高いトルク・低いエンジン回転数ＮＥでの（エンジン１０の）出力が可能か否か判断し、肯定されるときはＳ２０６に進み、ハイギヤ化、即ち、変速比が減少するようにＣＶＴ１２０の動作を制御する。

次いでＳ２０８に進み、仮設定されたギヤ比に決定し、Ｓ２１０に進み、それに基づいてエンジン１０とＣＶＴ１２０を運転する。

上記した如く、この実施例にあっては、吸気バルブ２０の開閉時期を変更可能なバルブ開弁時期可変機構（ＶＴＣ）８０と点火手段（点火装置６０、点火プラグ５６）と、ガソリンを主成分とする多種燃料を噴射可能な第１インジェクタ（直噴インジェクタ）３０と、前記多種燃料よりオクタン価の高いアルコール燃料を噴射可能な第２インジェクタ（ポートインジェクタ）３２とを備え、前記第１、第２インジェクタの少なくともいずれかから噴射された燃料を吸気と混合させて生成した混合気を燃焼室２２においてピストン６２で圧縮し、前記点火手段によって点火・燃焼させて出力を生じると共に、変速機（ＣＶＴ）１２０で変速して駆動輪を駆動させる車載内燃機関（エンジン）１０の制御装置において、前記多種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（アルコールセンサ１００，ＥＣＵ５４，Ｓ１２）と、少なくとも機関回転数（エンジン回転数）ＮＥと機関出力トルク（エンジントルク）とからノッキングの発生する確率がしきい値以上か否か判定するノッキング判定手段（ＥＣＵ５４，Ｓ１４）と、前記ノッキングの発生する確率がしきい値以上と判定されるとき、前記検出されたアルコール濃度に基づいて目標圧縮比（実効圧縮比）を算出する目標圧縮比算出手段（ＥＣＵ５４，Ｓ１８）と、前記算出された目標圧縮比となるように前記バルブ開閉時期可変機構を動作させて前記吸気バルブの閉じ時期を補正、より具体的には進角あるいは遅角する吸気バルブ閉じ時期補正手段（ＥＣＵ５４，Ｓ２０）と、機関回転数に対して設定される前記出力の特性に基づいて前記変速機の変速比を制御すると共に、前記アルコール燃料を前記第２インジェクタから噴射させたとき、前記出力の特性に基づいて、前記アルコール燃料を噴射させたことによって発生可能な出力に対して前記機関回転数が低下するような変速比を選択する変速比制御手段（第２ＥＣＵ１２２，Ｓ１００からＳ１１０）とを備える如く構成したので、アルコールを燃料に用いることで低燃費かつ高出力のエンジン１０を実現することができる。

即ち、アルコール濃度に応じて目標圧縮比を算出し、算出された目標圧縮比となるように吸気バルブの閉じ時期を補正するように構成したので、アルコールの供給が制約される場合でも、アルコール燃料の供給が制約されることによるノッキングの発生を抑制しつつ、低燃費かつ高出力の内燃機関を実現することができる。

それについて説明すると、エンジンの運転において吸気を圧縮する容積比（圧縮比）と膨張比が等しいオットーサイクルでは圧縮比を上げるほど熱効率が上昇するが、通常のガソリン機関では圧縮比を上げ過ぎるとノッキングが発生してしまう。またポンプ損失は負荷が低下するにつれて増大することから、低負荷域での熱効率は高負荷域に比して低い。

その点で、機械圧縮比を上げる一方、吸気バルブ閉じ角度を遅らせて吸気量を減少させ、実効圧縮比をオットーサイクルと同様に抑えることで、ノッキングを回避しつつ、実質的に熱効率を支配する膨張比（機械圧縮比）を高めるようにしたアトキンソンサイクルが知られている。

通常、アトキンソンサイクルは吸気バルブの閉じ角度を遅らせて一旦吸入した空気を排出することで吸気量が低減するように制御されるが、吸気バルブの閉じ角度を早めることでも吸気量を制御することができる。その点に鑑み、この発明においては吸気バルブの閉じ時期を補正、即ち、閉じ時期を遅角させて遅閉じアトキンソンとする、あるいは進角させて早閉じアトキンソンとする如く構成したので、アルコールを燃料に用いることと相俟って、低燃費かつ高出力の内燃機関を実現することができる。

また、エンジン回転数ＮＥに対して設定されるエンジン１０の出力（トルク）の特性（図１０のギヤ比選択制御部１２２ａ２の特性（ｂ））に基づいてＣＶＴ１２０の変速比（ギヤ比）を制御すると共に、アルコール燃料を第２インジェクタ３２から噴射させたとき、エンジン１０の出力の特性に基づいて、アルコール燃料を噴射させたことによって発生可能な出力に対してエンジン回転数ＮＥが低下するような変速比を選択する如く構成したので、低回転の最大トルクを増加させることができ、高ギヤ段（小変速比）とすることが可能となり、あるいはファイナルギヤ比（最終減速比）を調整して全体的に高ギヤ段を使用することが可能となり、図１２に示す如く、それによって燃費最適ラインから遠い燃費の悪い高回転／低負荷域を使用することなく、より高いギヤ段（より小さい変速比）を選択することができ、燃費性能を一層向上させることができる。

また、前記吸気バルブ閉じ時期補正手段によって前記吸気バルブ２０の閉じ時期が補正されたとき、前記内燃機関の出力が目標出力に到達可能か否か判定する出力判定手段と（ＥＣＵ５４，Ｓ２２）、前記出力判定手段によって前記出力が前記目標出力に到達可能と判定されない場合、前記アルコール濃度が増加可能か否か判定し、増加可能と判定されるとき、前記アルコール濃度を増加させるアルコール濃度増加手段（ＥＣＵ５４，Ｓ２６からＳ３０）とを備える如く構成したので、上記した効果に加え、アルコール濃度が増加可能と判定される限り、エンジン１０の出力を目標出力に到達させることが可能となる。

また、前記第１インジェクタが前記燃焼室２２内に前記多種燃料を直接噴射するインジェクタ３０からなり、前記第２インジェクタが前記燃焼室２２の手前の吸気ポート１６に前記アルコールを噴射するインジェクタ３２からなる如く構成したので、上記した効果に加え、第１インジェクタ３０がガソリンを主成分とする多種燃料を燃焼室内に直接噴射するインジェクタとすることで噴射された多種燃料のガソリン潜熱によって異常燃焼を回避できると共に、第２インジェクタ３２がアルコールを吸気ポート１６ａに噴射するインジェクタとすることで加圧ポンプなどの部品の精度やコストを下げることができて構成を簡易にすることができる。

尚、図１２においてハイギヤ化する場合、同一負荷（同一ＢＭＥＰ）よりも例えば２０％程度高い値にして加速性能を維持させるのが望ましい。

尚、上記において、メイン燃料タンク３４にアルコール燃料を含む多種燃料、サブ燃料タンク４４にアルコール燃料を貯留するようにしたが、メイン燃料タンク３４にガソリン燃料、サブ燃料タンク４４にアルコール燃料を貯留するようにしても良い。

また、上記においては変速機、より具体的には自動変速機としてＣＶＴを説明したが、図１０の制御においてエンジン回転数からトルクを演算するときに図１１の特性を利用し、同一負荷よりも大きい最小のギヤ比を選択するように構成すれば、有段の自動変速機にも適用可能である。

１０ 内燃機関（エンジン）、１４ スロットルバルブ、２０ 吸気バルブ、２２ 燃焼室、２６ ＤＢＷ機構、３０ 第１（直噴）インジェクタ、３２ 第２（ポート）インジェクタ、３４ メイン燃料タンク、４２ 気液分離装置、４４ サブ燃料タンク、５４ ＥＣＵ（電子制御ユニット）、５６ 点火プラグ（点火手段）、６０ 点火装置（点火手段）、８０ ＶＴＣ（バルブ開弁時期可変機構）、８２ クランク角センサ、８４ エアフローメータ、８６ ＭＡＰセンサ、９０ スロットル開度センサ、９６ Ａ／Ｆセンサ、１００ アルコールセンサ、１０２ レベルセンサ、１０４ アクセル開度センサ、１２０ ＣＶＴ（変速機）、１２２ 第２ＥＣＵ

Claims (3)

1. 吸気バルブの開閉時期を変更可能なバルブ開閉時期可変機構と、点火手段と、ガソリンを主成分とする多種燃料を噴射可能な第１インジェクタと、前記多種燃料よりオクタン価の高いアルコール燃料を噴射可能な第２インジェクタとを備え、前記第１、第２インジェクタの少なくともいずれかから噴射された燃料を吸気と混合させて生成した混合気を燃焼室においてピストンで圧縮し、前記点火手段によって点火・燃焼させて出力を生じると共に、変速機で変速して駆動輪を駆動させる車載内燃機関の制御装置において、前記多種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、少なくとも機関回転数と機関出力トルクとからノッキングの発生する確率がしきい値以上か否か判定するノッキング判定手段と、前記ノッキングの発生する確率がしきい値以上と判定されるとき、前記検出されたアルコール濃度に基づいて目標圧縮比を算出する目標圧縮比算出手段と、前記算出された目標圧縮比となるように前記バルブ開閉時期可変機構を動作させて前記吸気バルブの閉じ時期を補正する吸気バルブ閉じ時期補正手段と、機関回転数に対して設定される前記出力の特性に基づいて前記変速機の変速比を制御すると共に、前記アルコール燃料を前記第２インジェクタから噴射させたとき、前記出力の特性に基づいて、前記アルコール燃料を噴射させたことによって発生可能な出力に対して前記機関回転数が低下するような変速比を選択する変速比制御手段とを備えたことを特徴とする車載内燃機関の制御装置。
2. 前記吸気バルブ閉じ時期補正手段によって前記吸気バルブの閉じ時期が補正されたとき、前記内燃機関の出力が目標出力に到達可能か否か判定する出力判定手段と、前記出力判定手段によって前記出力が前記目標出力に到達可能と判定されない場合、前記アルコール濃度が増加可能か否か判定し、増加可能と判定されるとき、前記アルコール濃度を増加させるアルコール濃度増加手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の車載内燃機関の制御装置。
3. 前記第１インジェクタが前記燃焼室内に前記多種燃料を直接噴射するインジェクタからなり、前記第２インジェクタが前記燃焼室の手前の吸気ポートに前記アルコールを噴射するインジェクタからなることを特徴とする請求項１または２記載の車載内燃機関の制御装置。

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