内燃機関の制御装置
【課題】燃料性状を検出する機能を有する制御装置において、発熱量とストイキ空燃比との関係を利用して制御を行う。
【解決手段】空燃比が目標ストイキ空燃比に近づくように燃料噴射量を制御する空燃比制御手段を有する内燃機関の制御装置において、燃料の低位発熱量を算出する手段と、低位発熱量とストイキ空燃比との既知の関係（図２）に基づいて、前記算出した低位発熱量から前記目標ストイキ空燃比を設定する手段と、を更に備える。発熱量とストイキ空燃比との関係を利用して、燃料性状に応じた空燃比制御を行うことが可能になる。
【解決手段】空燃比が目標ストイキ空燃比に近づくように燃料噴射量を制御する空燃比制御手段を有する内燃機関の制御装置において、燃料の低位発熱量を算出する手段と、低位発熱量とストイキ空燃比との既知の関係（図２）に基づいて、前記算出した低位発熱量から前記目標ストイキ空燃比を設定する手段と、を更に備える。発熱量とストイキ空燃比との関係を利用して、燃料性状に応じた空燃比制御を行うことが可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、燃料性状を検出する機能を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料の成分は多様であり、またガソリンにエタノールやメタノールを混合したアルコール混合燃料のような混合燃料を用いる内燃機関も実用化されている。このため、燃料の性状を車両側で検出できることが望ましい。
【０００３】
燃料性状を車両側で検出する目的から、特許文献１に開示された装置は、始動不良が検出された場合に空燃比を補正し、その空燃比補正量から理論空燃比（ストイキ空燃比）を推定し、この理論空燃比からオクタン価を推定している。
【０００４】
また、特許文献２に開示された装置は、筒内圧の検出値から筒内の発熱量を算出し、燃料の低位発熱量を求めることで燃料性状を検出している。
【０００５】
また、特許文献３は、燃料中のアルコール濃度と、理論空燃比と、ガソリンの重質度との関係を示すデータを格納した記憶手段を備え、アルコール濃度および理論空燃比（ストイキ空燃比）のデータと比較することにより、ガソリンの重質度を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１７０５８１号公報
【特許文献２】特開昭６４−８８１５３号公報
【特許文献３】特許２９０７５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の装置は、始動不良を検出した場合でないと燃料性状を検出できず、また、空燃比をストイキ空燃比に収束させるのに時間を要する。特許文献２の装置は、空燃比を制御できない。特許文献３の装置は、アルコール濃度とストイキ空燃比を何らかの手段で求める必要があり、より簡易な手段が望まれる。他方、発熱量とストイキ空燃比との関係を利用した制御装置は従来存在しない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、燃料性状を検出する機能を有する制御装置において、発熱量とストイキ空燃比との関係を利用して制御を行う新規な手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、排ガスの空燃比検出値に基づいてストイキ空燃比を算出する手段を有する内燃機関の制御装置において、低位発熱量とストイキ空燃比との既知の関係に基づいて、前記算出されたストイキ空燃比から燃料の低位発熱量を算出する手段を更に備えたことを特徴とする。この態様では、発熱量とストイキ空燃比との関係を利用して、逆にストイキ空燃比から発熱量を算出することが可能になり、発熱量を算出するための新たな手段を提供できる。
【００１０】
この態様では更に、筒内圧検出値に基づいて低位発熱量を算出する手段と、ストイキ空燃比に基づいて算出した低位発熱量の値と、筒内圧検出値に基づいて算出した低位発熱量の値との比較に基づいて、前記筒内圧検出値に基づいて低位発熱量を算出する手段および前記排ガスの空燃比検出値に基づいてストイキ空燃比を算出する手段のうち少なくとも一方を診断する診断手段と、を更に備えてもよい。この場合には検出システムを診断するための新たな手段を提供できる。
【００１１】
筒内圧センサの検出値から熱発生量を求めるには、検出された筒内圧Ｐと、前記筒内圧Ｐの検出時点における燃焼室容積Ｖを供給される混合気の比熱比κ近傍の値で累乗した値との積値ＰＶκを、前記熱発生量パラメータとして算出することが好ましい。気体の状態方程式：ＰＶ＝ｎＲＴ（Ｐ：圧力、Ｖ：体積、ｎ：気体のモル数、Ｒ：気体定数（Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）、Ｔ：温度（Ｋ））から、断熱変化においてはＰＶκ＝一定となることがわかっている。そのため、燃焼室内において燃料の燃焼が生じたときのＰＶκの変化量（すなわち２点間の差分）は、該燃焼により生じたエネルギーに依存する。従って、ＰＶκは燃焼室内での熱発生量と相関が高く、このＰＶκを熱発生量パラメータとして燃料性状を判定することによって、より高精度で該燃料の性状を判定することができる。筒内圧Ｐは筒内圧センサによって直接検出することができ、体積（筒内容積）Ｖは所定のマップまたは関数によってクランク角から一義的に求めることができる。定数κは、燃焼室において形成される混合気の比熱比近傍の値であればよく、また予め定められた固定値であっても、吸入空気量や燃料噴射量等に応じて変更するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による制御装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】ストイキ空燃比／低位発熱量比マップの構成例を示すグラフである。
【図３】第１実施形態における燃料性状判別処理を示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態における空燃比フィードバック制御の実行例を示すグラフである。
【図５】第２実施形態における燃料性状判別処理を示すフローチャートである。
【図６】第３実施形態における筒内圧検出系の診断処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明する。
【００１４】
図１は、本発明による制御装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生するものである。内燃機関１は、ガソリンによる運転、およびガソリンとアルコールとの混合燃料による運転が可能である。内燃機関１は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１は、例えば４気筒エンジンとして構成される。
【００１５】
各燃焼室３の吸気ポートは、吸気管（吸気マニホールド）５にそれぞれ接続され、各燃焼室３の排気ポートは、排気管６（排気マニホールド）にそれぞれ接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅが燃焼室３ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉは対応する吸気ポートを開閉し、各排気弁Ｖｅは対応する排気ポートを開閉する。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、可変バルブタイミング機構を含む動弁機構ＶＭによって開閉させられる。更に、内燃機関１は、気筒数に応じた数の点火プラグ７を有し、点火プラグ７は、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
【００１６】
吸気管５は、図１に示されるように、サージタンク８に接続されている。サージタンク８には、給気ラインＬ１が接続されており、給気ラインＬ１は、エアクリーナ９を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気ラインＬ１の中途（サージタンク８とエアクリーナ９との間）には、スロットルバルブ（本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ）１０が組み込まれている。一方、排気管６には、図１に示されるように、例えば三元触媒を含む前段触媒装置１１ａおよび例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置１１ｂが接続されている。
【００１７】
更に、内燃機関１は、複数のインジェクタ１２を有し、各インジェクタ１２は、図１に示されるように、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配置されている。また、内燃機関１の各ピストン４は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面に、凹部４ａを有している。そして、内燃機関１では、各燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ１２から各燃焼室３内のピストン４の凹部４ａに向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。
【００１８】
これにより、内燃機関１では、点火プラグ７の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）されるので、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。なお、本実施形態の内燃機関１は、いわゆる直噴エンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明が吸気管（吸気ポート）噴射式の内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。
【００１９】
上述の各点火プラグ７、スロットルバルブ１０、各インジェクタ１２および動弁機構ＶＭ等は、内燃機関１の制御装置として機能するＥＣＵ２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および、記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ２０には、図１に示されるように、内燃機関１のクランク角センサ１４を始めとした各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、動弁機構ＶＭ等を制御する。
【００２０】
また、内燃機関１は、半導体素子、圧電素子、磁歪素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ（筒内圧検出手段）１５を気筒数に応じた数だけ有している。各筒内圧センサ１５は、対応する燃焼室３内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、図示されないＡ／Ｄ変換器等を介してＥＣＵ２０に電気的に接続されている。各筒内圧センサ１５は、燃焼室３内でその受圧面に加わる圧力（筒内圧力）を大気圧に対する相対値として出力するものであり、その受圧面に加わる圧力（筒内圧力）に応じた電圧信号（検出値を示す信号）をＥＣＵ２０に与える。
【００２１】
更に、内燃機関１は、サージタンク８内の吸入空気の圧力（吸気圧）を絶対圧力として検出する吸気圧センサ１６を有している。吸気圧センサ１６も、図示されないＡ／Ｄ変換器等を介してＥＣＵ２０に電気的に接続されており、検出したサージタンク８内の吸入空気の絶対圧力を示す信号をＥＣＵ２０に与える。なお、クランク角センサ１４、吸気圧センサ１６の検出値は、微小時間おきにＥＣＵ２０に順次与えられ、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。また、各筒内圧センサ１５の検出値（筒内圧力）は、吸気圧センサ１６の検出値に基づいて絶対圧補正された上で、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。
【００２２】
更に内燃機関１は、排気管６内の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ１７と、排気管６内の酸素濃度を検出するＯ2センサ１８とを前段触媒装置１１ａの前段に有しており、これらＡ／Ｆセンサ１７およびＯ2センサ１８は、検出信号をそれぞれＥＣＵ２０に与える。Ａ
／Ｆセンサ１７は、内燃機関１で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。Ｏ2センサ１８は、内燃機関１で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出する。
【００２３】
ＥＣＵ２０のＲＯＭには、予め作成された図２に示されるようなストイキ空燃比／低位発熱量比マップが格納されている。同マップは、ストイキ空燃比と低位発熱量比との既知の関係を記憶したものであり、これらの一方の値から他方の値を検索可能に構成されている。ここにいうストイキ空燃比とは、空気中の酸素と燃料が過不足なく反応し完全燃焼するときの空燃比である。ここにいう低位発熱量比とは、燃料の低位発熱量が規範ガソリン燃料の低位発熱量に対してなす比率である。図２に示されるように、ストイキ空燃比と低位発熱量比とは概ね比例関係にある。
【００２４】
ＥＣＵ２０のＲＯＭには、予め作成された２種類の燃料噴射量マップ、２種類の噴射時期マップ、および２種類の点火時期マップが格納されている。各２種類のマップのうちの
一方はガソリン燃料に、また他方はガソリン・アルコール混合燃料に対応している。なお、各マップは、例えば吸入空気量およびエンジン回転数を入力変数とし、これらの値に対応して、燃料噴射量、噴射時期および点火時期を読み出すことができるように構成されている。またＥＣＵ２０のＲＯＭには更に、これら各マップから読み出された燃料噴射量、噴射時期および点火時期に対して、吸気温、スロットル開度、およびエンジン水温などの運転状態を示す他の各種パラメータに基づいて補正を行うための関数およびプログラムが格納されている。
【００２５】
本実施形態では、空燃比が目標ストイキ空燃比に近づくように燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御が行われる。この空燃比フィードバック制御は、具体的には、予め設定されている目標ストイキ空燃比Ａ／Ｆtgtと、Ａ／Ｆセンサ１７の検出値との偏差を求め、偏差に応じた量、燃料噴射量を偏差が０に近づく方向に変更することで実行される。
【００２６】
次に、図３を参照しながら、上述の内燃機関１において燃料性状を判別する手順について説明する。内燃機関１を始動させるように不図示のイグニッションキーが操作されると、ＥＣＵ２０によって図３に示される燃料性状判別処理が所定期間おきに繰返し実行される。図３において、ＥＣＵ２０は、まず、エンジン条件を示すパラメータを読み込む（Ｓ１０)。ここで読み込まれるパラメータは、筒内圧Ｐ、クランク角θ及び燃料噴射量Ｔａｕである。これらのパラメータは、気筒ごとに、予め定められた複数のクランク角θについて取得され、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域に格納される。
【００２７】
次にＥＣＵ２０は、熱発生量パラメータとして、所定の基準クランク角における筒内圧Ｐ、筒内容積Ｖ、および上述のとおり予め定められた比熱比κまたはその近傍の値から、ＰＶκの値を各気筒について算出し（Ｓ２０）、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域に格納する。
【００２８】
全気筒についての検出および演算が終了すると、ＥＣＵ２０は、低位発熱量比ＲQを算出する（Ｓ３０）。ここにいう低位発熱量比は、検出対象となる燃料の低位発熱量が、規範ガソリン燃料の低位発熱量に対してなす比である。具体的には、ＥＣＵ２０は次の数式
（１）により、ステップＳ４０で算出したＰＶκの吸気下死点からの上昇量ΔＰＶκを当該燃料の図示発熱量Ｑindとみなし、これを規範ガソリン燃料の所定単位あたりの低位発熱量Ｑref、検出期間における燃料噴射量Tau、および低位発熱量に換算するための換算係数ｘで除して、低位発熱量比ＲQを算出する。
【００２９】
【数１】
【００３０】
この低位発熱量比ＲQの値は燃料の性状に応じて異なり、アルコール混合燃料の場合には、ガソリン燃料の場合よりも小さい値となる。
【００３１】
そして、低位発熱量比ＲQによって、上述したストイキ空燃比／低位発熱量比マップ（図２）を参照し、これに対応するストイキ空燃比ＡＦtgtを算出する（Ｓ４０）。ここで算出されたストイキ空燃比ＡＦtgtは、後述する空燃比フィードバック制御において目標ストイキ値として用いられる。
【００３２】
次に、ＥＣＵ２０は算出されたストイキ空燃比ＡＦtgtを、規範ガソリン燃料に対応する値として予め定められたしきい値と比較し（Ｓ５０）、しきい値より小さい場合には、アルコール混合燃料と判定して、所定の混合燃料使用フラグをセットする（Ｓ６０）。またストイキ空燃比ＡＦtgtがしきい値以上である場合には、ガソリン燃料と判定して、混合燃料使用フラグをリセットする（Ｓ８０）。
【００３３】
そしてこれらの燃料着火性判断（Ｓ６０，Ｓ８０）に応答して、ＥＣＵ２０は運転マップの切替を行う（Ｓ７０）。具体的には、上記混合燃料使用フラグの参照に応じて、各２種類の燃料噴射量マップ、燃料噴射時期マップおよび点火時期マップのうち、アルコール混合燃料が使用されている場合にはアルコール混合燃料用のものが選択され、ガソリン燃料が使用されている場合にはガソリン燃料用のものが選択されて、燃料噴射量・噴射時期および点火時期の制御にそれぞれ使用される。
【００３４】
以上の処理の結果、ストイキ空燃比ＡＦtgtがしきい値よりも小さい場合に、アルコール混合燃料用の制御マップが選択され、エンジンの制御に使用されることになる。
【００３５】
他方、ステップＳ４０で算出されたストイキ空燃比ＡＦtgtは、空燃比フィードバック制御において目標値として用いられる。空燃比フィードバック制御は、排気通路中に設置されたＡ／Ｆセンサ１７の検出値ＡＦが目標ストイキ空燃比ＡＦtgtに一致するように燃料噴射量を制御するものであり、具体的には、目標ストイキ空燃比ＡＦtgtと検出値ＡＦとの偏差に比例ゲインＫｃを乗じて補正量を算出し、この補正量を現在の燃料噴射量に加算又は減算するものである。なお、この空燃比フィードバック制御における制御系は、フィードバック補正量を算出する調節部の動作が比例（Ｐ）動作（Ｐ項）だけではなく、定常偏差をなくする作用を有する積分（Ｉ）動作（Ｉ項）、積分動作の導入による制御の不安定性を回避する微分（Ｄ）動作（Ｄ項）を有することとしてもよい（いわゆるＰＩＤ制御）。しかして本実施形態では、目標ストイキ空燃比ＡＦtgtが燃料性状に応じて変更されるので（Ｓ４０）、燃料性状に応じた適正なストイキ空燃比で運転が行われることになる。
【００３６】
以上のとおり、本実施形態では、燃料の低位発熱量Ｑindを算出し、算出した低位発熱量に基づいて目標ストイキ空燃比ＡＦtgtを設定するので（Ｓ４０）、発熱量とストイキ空燃比との関係を利用して、燃料性状に応じた空燃比制御を行うことが可能になる。
【００３７】
また、本実施形態では燃料の低位発熱量Ｑindを、筒内圧センサの検出値Ｐから得られる熱発生量を用いて算出するので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の装置は、排ガス中の成分に基づいてストイキ空燃比を算出する手段を有する内燃機関の制御装置において、ストイキ空燃比に基づいて低位発熱量を算出する手段を更に備えたことを特徴とする。第２実施形態の機械的構成は第１実施形態と同様であるため、その詳細の説明は省略する。
【００３９】
本実施形態では、本発明に係る燃料性状判定処理とは別途に、Ｏ2センサ１８の検出値に基づいて燃料噴射量を制御することで、空燃比をリーン側とリッチ側とに所定時間ごとに反転させながら、空燃比をストイキ空燃比に維持するＯ2フィードバック制御が行われる。そして、同制御の実行中におけるＯ2センサ１８の検出値とＡ／Ｆセンサ１７の検出値とに基づいてストイキ空燃比を算出し、このストイキ空燃比に基づいて燃料性状を判定する。
【００４０】
図５の処理ルーチンはＯ2フィードバック制御が実行中であることを条件に実行される。まずＥＣＵ２０はＯ2センサ１８の出力を読み込み（Ｓ１１０）、メモリに格納する。次にＥＣＵ２０は、Ａ／Ｆセンサ１７出力を読み込み（Ｓ１２０）、メモリに格納する。これらステップＳ１１０，１２０の処理は、Ｏ2センサの出力信号の反転の所定周期にわたって（Ｓ１３０）繰返し実行される。周期のカウントは、インジェクタ１２に対する動作指令出力を利用して行ってもよく、Ｏ2センサの出力信号自体を解析して行ってもよい。
【００４１】
所定周期のＯ2センサ出力及びＡ／Ｆセンサ出力が得られると、次にＥＣＵ２０は、格納されている複数周期分のＯ2センサ１８の出力値を、最大値を１とし最小値を０として０〜１に正規化する（Ｓ１４０）。
【００４２】
次にＥＣＵ２０は、このようにして正規化されたＯ2センサ１８の出力値Ｏ２i（ｉ＝１
〜ｋ）と、これに対応するタイミングで取得されたＡ／Ｆセンサ１７の出力値ＡＦi（ｉ
＝１〜ｋ）とを用い、次の数式（２）により、Ｏ２iで重み付けされたＡＦiの重み付き平均（加重平均）である重み付き平均ストイキ空燃比ＡＦstを算出する（Ｓ１５０）。
【００４３】
【数２】
【００４４】
そしてＥＣＵ２０は、算出された重み付き平均ストイキ空燃比ＡＦstによって、上述したストイキ空燃比／低位発熱量比マップ（図２）を参照し、これに対応する低位発熱量比ＲQを算出する（Ｓ１６０）。
【００４５】
次に、ＥＣＵ２０は算出された低位発熱量比ＲQを、規範ガソリン燃料に対応する値として予め定められたしきい値と比較し（Ｓ１７０）、しきい値より小さい場合には、アルコール混合燃料と判定して、所定の混合燃料使用フラグをセットする（Ｓ１８０）。また低位発熱量比ＲQがしきい値以上である場合には、ガソリン燃料と判定して、混合燃料使用フラグをリセットする（Ｓ２００）。
【００４６】
そしてこれらの燃料着火性判断（Ｓ１８０，Ｓ２００）に応答して、ＥＣＵ２０は運転マップの切替を行う（Ｓ１９０）。具体的には、上記混合燃料使用フラグの参照に応じて、各２種類の燃料噴射量マップ、燃料噴射時期マップおよび点火時期マップのうち、アルコール混合燃料が使用されている場合にはアルコール混合燃料用のものが選択され、ガソリン燃料が使用されている場合にはガソリン燃料用のものが選択されて、燃料噴射量・噴射時期および点火時期の制御にそれぞれ使用される。以上の処理の結果、低位発熱量比Ｒ
Qがしきい値よりも小さい場合に、アルコール混合燃料用の制御マップが選択され、エンジンの制御に使用されることになる。
【００４７】
他方、ステップＳ１５０で算出された重み付き平均ストイキ空燃比ＡＦstは、空燃比フィードバック制御において目標値として用いられ、排気通路中に設置されたＡ／Ｆセンサ１７の検出値ＡＦが目標値であるストイキ空燃比ＡＦstに一致するように燃料噴射量が制御される。
【００４８】
以上のとおり、第２実施形態では、発熱量とストイキ空燃比との関係を利用して、逆にストイキ空燃比から発熱量を算出することが可能になり、発熱量を算出するための新たな手段を提供できる。したがって、筒内圧センサ１５を用いた発熱量の算出自体を不要にすることも可能になる。また、本実施形態ではＡ／Ｆセンサ１７の出力の単純平均でなく、酸素濃度で重み付けされた重み付き平均を用いるため、Ｏ2フィードバック制御による安定したストイキ点が得られていない状態であっても、重み付き平均ストイキ空燃比を算出できるという利点がある。
【００４９】
次に、第３実施形態について説明する。上述した第２実施形態ではストイキ空燃比に基づいて低位発熱量を算出したが、第３実施形態は当該処理に係る部分（ステップＳ１１０
〜Ｓ１６０）と同様の処理を利用し、更に、ストイキ空燃比に基づいて算出した低位発熱量の値（低位発熱量比ＲQ1）と、筒内圧に基づいて算出した低位発熱量の値（低位発熱量比ＲQ2）との比較に基づいて、筒内圧検出系を診断するものである。ここにいう筒内圧検出系とは、筒内圧センサ１５および同センサからＥＣＵ２０への伝送経路、ならびに筒内圧検出値を用いて燃料性状を判定する一連の処理を行うプログラム及び各種基準値を含む。第３実施形態の機械的構成は第１実施形態と同様であるため、その詳細の説明は省略する。
【００５０】
第３実施形態の制御について説明する。図６において、まずＥＣＵ２０は、ストイキ空燃比に基づいて低位発熱量の値（低位発熱量比ＲQ1）を算出する（Ｓ２１０）。このステップＳ２１０における処理は、上記ステップＳ１１０〜Ｓ１６０と同様である。
【００５１】
次にＥＣＵ２０は、筒内圧に基づいて低位発熱量の値（低位発熱量比ＲQ2）を算出する
（Ｓ２２０）。このステップＳ２２０における処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ１０〜Ｓ３０のものと同様である。
【００５２】
そしてＥＣＵ２０は、筒内圧に基づいて算出した低位発熱量比ＲQ2が、ストイキ空燃比に基づいて算出した低位発熱量比ＲQ1と所定範囲内で一致するかを判定し（Ｓ２３０）、肯定の場合には、筒内圧検出系が正常と判定して、所定の筒内圧検出系異常フラグをリセットする（Ｓ２４０）。またステップＳ２３０で否定の場合には、筒内圧検出系が異常と判定して、筒内圧検出系異常フラグをセットする（Ｓ２５０）。この筒内圧検出系異常フラグは、筒内圧検出値または同検出値を用いて行われた演算結果を用いる他の制御において参照され、同フラグがセットされている場合には筒内圧検出値または同検出値を用いて行われた演算結果を用いる制御自体が中止されるか、あるいは筒内圧検出値または同検出値を用いて行われた演算結果として所定の代用値が用いられる。
【００５３】
以上のとおり、第３実施形態では、筒内圧検出系を診断することが可能になる。
【００５４】
なお、第３実施形態では筒内圧検出系を診断する構成について説明したが、このような構成に代えて、低位発熱量比ＲQ2が低位発熱量比ＲQ1と所定範囲内で一致しない場合に、空燃比検出系を異常と判定してもよい。ここにいう空燃比検出系とは、Ａ／Ｆセンサ１７および同センサからＥＣＵ２０への伝送経路、ならびに空燃比検出値を用いてストイキ空燃比を算出する一連の処理を行うプログラム及び各種基準値を含む。
【００５５】
また、低位発熱量比ＲQ2が低位発熱量比ＲQ1と所定範囲内で一致しない場合に、筒内圧検出系と空燃比検出系の両者を異常と判定することにより、両者の診断を行う構成としてもよい。さらに、低位発熱量比ＲQ2が低位発熱量比ＲQ1と所定範囲内で一致しない場合に、他の診断手段（例えば、燃料の屈折率から粘度および比重を判定する性状センサを燃料系に配置し、この性状センサの検出値から算出した低位発熱量と筒内圧から算出した低位発熱量との比較により筒内圧検出系を診断する処理プログラム）による筒内圧検出系および／または空燃比検出系の診断結果を参照することにより、筒内圧検出系と空燃比検出系とのいずれが異常であるかを多数決論理で判定する構成としてもよい。
【００５６】
なお、上記実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。例えば、Ａ／Ｆセンサ１７の検出値からストイキ空燃比を求める手法は、上記各実施形態に示したもの以外にも各種の手法を採用することができる。また、上記各実施形態ではガソリン・アルコール混合燃料を使用可能な車両の内燃機関に本発明を適用した例について説明したが、本発明は単一種類の燃料を含む他の種類の燃料を用いる内燃機関、あるいは各種内燃機関を駆動源として含むハイブリッド車についても適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 内燃機関３ 燃焼室１４ クランク角センサ１５ 筒内圧センサ１６ 吸気圧センサ２０ ＥＣＵＶｅ 排気弁Ｖｉ 吸気弁ＶＭ 動弁機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、燃料性状を検出する機能を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料の成分は多様であり、またガソリンにエタノールやメタノールを混合したアルコール混合燃料のような混合燃料を用いる内燃機関も実用化されている。このため、燃料の性状を車両側で検出できることが望ましい。
【０００３】
燃料性状を車両側で検出する目的から、特許文献１に開示された装置は、始動不良が検出された場合に空燃比を補正し、その空燃比補正量から理論空燃比（ストイキ空燃比）を推定し、この理論空燃比からオクタン価を推定している。
【０００４】
また、特許文献２に開示された装置は、筒内圧の検出値から筒内の発熱量を算出し、燃料の低位発熱量を求めることで燃料性状を検出している。
【０００５】
また、特許文献３は、燃料中のアルコール濃度と、理論空燃比と、ガソリンの重質度との関係を示すデータを格納した記憶手段を備え、アルコール濃度および理論空燃比（ストイキ空燃比）のデータと比較することにより、ガソリンの重質度を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１７０５８１号公報
【特許文献２】特開昭６４−８８１５３号公報
【特許文献３】特許２９０７５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の装置は、始動不良を検出した場合でないと燃料性状を検出できず、また、空燃比をストイキ空燃比に収束させるのに時間を要する。特許文献２の装置は、空燃比を制御できない。特許文献３の装置は、アルコール濃度とストイキ空燃比を何らかの手段で求める必要があり、より簡易な手段が望まれる。他方、発熱量とストイキ空燃比との関係を利用した制御装置は従来存在しない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、燃料性状を検出する機能を有する制御装置において、発熱量とストイキ空燃比との関係を利用して制御を行う新規な手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、排ガスの空燃比検出値に基づいてストイキ空燃比を算出する手段を有する内燃機関の制御装置において、低位発熱量とストイキ空燃比との既知の関係に基づいて、前記算出されたストイキ空燃比から燃料の低位発熱量を算出する手段を更に備えたことを特徴とする。この態様では、発熱量とストイキ空燃比との関係を利用して、逆にストイキ空燃比から発熱量を算出することが可能になり、発熱量を算出するための新たな手段を提供できる。
【００１０】
この態様では更に、筒内圧検出値に基づいて低位発熱量を算出する手段と、ストイキ空燃比に基づいて算出した低位発熱量の値と、筒内圧検出値に基づいて算出した低位発熱量の値との比較に基づいて、前記筒内圧検出値に基づいて低位発熱量を算出する手段および前記排ガスの空燃比検出値に基づいてストイキ空燃比を算出する手段のうち少なくとも一方を診断する診断手段と、を更に備えてもよい。この場合には検出システムを診断するための新たな手段を提供できる。
【００１１】
筒内圧センサの検出値から熱発生量を求めるには、検出された筒内圧Ｐと、前記筒内圧Ｐの検出時点における燃焼室容積Ｖを供給される混合気の比熱比κ近傍の値で累乗した値との積値ＰＶκを、前記熱発生量パラメータとして算出することが好ましい。気体の状態方程式：ＰＶ＝ｎＲＴ（Ｐ：圧力、Ｖ：体積、ｎ：気体のモル数、Ｒ：気体定数（Ｊ／ｍｏｌ・Ｋ）、Ｔ：温度（Ｋ））から、断熱変化においてはＰＶκ＝一定となることがわかっている。そのため、燃焼室内において燃料の燃焼が生じたときのＰＶκの変化量（すなわち２点間の差分）は、該燃焼により生じたエネルギーに依存する。従って、ＰＶκは燃焼室内での熱発生量と相関が高く、このＰＶκを熱発生量パラメータとして燃料性状を判定することによって、より高精度で該燃料の性状を判定することができる。筒内圧Ｐは筒内圧センサによって直接検出することができ、体積（筒内容積）Ｖは所定のマップまたは関数によってクランク角から一義的に求めることができる。定数κは、燃焼室において形成される混合気の比熱比近傍の値であればよく、また予め定められた固定値であっても、吸入空気量や燃料噴射量等に応じて変更するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による制御装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】ストイキ空燃比／低位発熱量比マップの構成例を示すグラフである。
【図３】第１実施形態における燃料性状判別処理を示すフローチャートである。
【図４】第２実施形態における空燃比フィードバック制御の実行例を示すグラフである。
【図５】第２実施形態における燃料性状判別処理を示すフローチャートである。
【図６】第３実施形態における筒内圧検出系の診断処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について具体的に説明する。
【００１４】
図１は、本発明による制御装置が適用された内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、シリンダブロック２に形成された燃焼室３の内部で燃料および空気の混合気を燃焼させ、燃焼室３内でピストン４を往復移動させることにより動力を発生するものである。内燃機関１は、ガソリンによる運転、およびガソリンとアルコールとの混合燃料による運転が可能である。内燃機関１は多気筒エンジンとして構成されると好ましく、本実施形態の内燃機関１は、例えば４気筒エンジンとして構成される。
【００１５】
各燃焼室３の吸気ポートは、吸気管（吸気マニホールド）５にそれぞれ接続され、各燃焼室３の排気ポートは、排気管６（排気マニホールド）にそれぞれ接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅが燃焼室３ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉは対応する吸気ポートを開閉し、各排気弁Ｖｅは対応する排気ポートを開閉する。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、可変バルブタイミング機構を含む動弁機構ＶＭによって開閉させられる。更に、内燃機関１は、気筒数に応じた数の点火プラグ７を有し、点火プラグ７は、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
【００１６】
吸気管５は、図１に示されるように、サージタンク８に接続されている。サージタンク８には、給気ラインＬ１が接続されており、給気ラインＬ１は、エアクリーナ９を介して図示されない空気取入口に接続されている。そして、給気ラインＬ１の中途（サージタンク８とエアクリーナ９との間）には、スロットルバルブ（本実施形態では、電子制御式スロットルバルブ）１０が組み込まれている。一方、排気管６には、図１に示されるように、例えば三元触媒を含む前段触媒装置１１ａおよび例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置１１ｂが接続されている。
【００１７】
更に、内燃機関１は、複数のインジェクタ１２を有し、各インジェクタ１２は、図１に示されるように、対応する燃焼室３内に臨むようにシリンダヘッドに配置されている。また、内燃機関１の各ピストン４は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面に、凹部４ａを有している。そして、内燃機関１では、各燃焼室３内に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ１２から各燃焼室３内のピストン４の凹部４ａに向けてガソリン等の燃料が直接噴射される。
【００１８】
これにより、内燃機関１では、点火プラグ７の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）されるので、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。なお、本実施形態の内燃機関１は、いわゆる直噴エンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明が吸気管（吸気ポート）噴射式の内燃機関に適用され得ることはいうまでもない。
【００１９】
上述の各点火プラグ７、スロットルバルブ１０、各インジェクタ１２および動弁機構ＶＭ等は、内燃機関１の制御装置として機能するＥＣＵ２０に電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および、記憶装置等を含むものである。ＥＣＵ２０には、図１に示されるように、内燃機関１のクランク角センサ１４を始めとした各種センサが電気的に接続されている。ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に各種センサの検出値等に基づいて、所望の出力が得られるように、点火プラグ７、スロットルバルブ１０、インジェクタ１２、動弁機構ＶＭ等を制御する。
【００２０】
また、内燃機関１は、半導体素子、圧電素子、磁歪素子あるいは光ファイバ検出素子等を含む筒内圧センサ（筒内圧検出手段）１５を気筒数に応じた数だけ有している。各筒内圧センサ１５は、対応する燃焼室３内に受圧面が臨むようにシリンダヘッドに配設されており、図示されないＡ／Ｄ変換器等を介してＥＣＵ２０に電気的に接続されている。各筒内圧センサ１５は、燃焼室３内でその受圧面に加わる圧力（筒内圧力）を大気圧に対する相対値として出力するものであり、その受圧面に加わる圧力（筒内圧力）に応じた電圧信号（検出値を示す信号）をＥＣＵ２０に与える。
【００２１】
更に、内燃機関１は、サージタンク８内の吸入空気の圧力（吸気圧）を絶対圧力として検出する吸気圧センサ１６を有している。吸気圧センサ１６も、図示されないＡ／Ｄ変換器等を介してＥＣＵ２０に電気的に接続されており、検出したサージタンク８内の吸入空気の絶対圧力を示す信号をＥＣＵ２０に与える。なお、クランク角センサ１４、吸気圧センサ１６の検出値は、微小時間おきにＥＣＵ２０に順次与えられ、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。また、各筒内圧センサ１５の検出値（筒内圧力）は、吸気圧センサ１６の検出値に基づいて絶対圧補正された上で、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域（バッファ）に所定量ずつ格納保持される。
【００２２】
更に内燃機関１は、排気管６内の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ１７と、排気管６内の酸素濃度を検出するＯ2センサ１８とを前段触媒装置１１ａの前段に有しており、これらＡ／Ｆセンサ１７およびＯ2センサ１８は、検出信号をそれぞれＥＣＵ２０に与える。Ａ
／Ｆセンサ１７は、内燃機関１で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。Ｏ2センサ１８は、内燃機関１で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出する。
【００２３】
ＥＣＵ２０のＲＯＭには、予め作成された図２に示されるようなストイキ空燃比／低位発熱量比マップが格納されている。同マップは、ストイキ空燃比と低位発熱量比との既知の関係を記憶したものであり、これらの一方の値から他方の値を検索可能に構成されている。ここにいうストイキ空燃比とは、空気中の酸素と燃料が過不足なく反応し完全燃焼するときの空燃比である。ここにいう低位発熱量比とは、燃料の低位発熱量が規範ガソリン燃料の低位発熱量に対してなす比率である。図２に示されるように、ストイキ空燃比と低位発熱量比とは概ね比例関係にある。
【００２４】
ＥＣＵ２０のＲＯＭには、予め作成された２種類の燃料噴射量マップ、２種類の噴射時期マップ、および２種類の点火時期マップが格納されている。各２種類のマップのうちの
一方はガソリン燃料に、また他方はガソリン・アルコール混合燃料に対応している。なお、各マップは、例えば吸入空気量およびエンジン回転数を入力変数とし、これらの値に対応して、燃料噴射量、噴射時期および点火時期を読み出すことができるように構成されている。またＥＣＵ２０のＲＯＭには更に、これら各マップから読み出された燃料噴射量、噴射時期および点火時期に対して、吸気温、スロットル開度、およびエンジン水温などの運転状態を示す他の各種パラメータに基づいて補正を行うための関数およびプログラムが格納されている。
【００２５】
本実施形態では、空燃比が目標ストイキ空燃比に近づくように燃料噴射量を制御する空燃比フィードバック制御が行われる。この空燃比フィードバック制御は、具体的には、予め設定されている目標ストイキ空燃比Ａ／Ｆtgtと、Ａ／Ｆセンサ１７の検出値との偏差を求め、偏差に応じた量、燃料噴射量を偏差が０に近づく方向に変更することで実行される。
【００２６】
次に、図３を参照しながら、上述の内燃機関１において燃料性状を判別する手順について説明する。内燃機関１を始動させるように不図示のイグニッションキーが操作されると、ＥＣＵ２０によって図３に示される燃料性状判別処理が所定期間おきに繰返し実行される。図３において、ＥＣＵ２０は、まず、エンジン条件を示すパラメータを読み込む（Ｓ１０)。ここで読み込まれるパラメータは、筒内圧Ｐ、クランク角θ及び燃料噴射量Ｔａｕである。これらのパラメータは、気筒ごとに、予め定められた複数のクランク角θについて取得され、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域に格納される。
【００２７】
次にＥＣＵ２０は、熱発生量パラメータとして、所定の基準クランク角における筒内圧Ｐ、筒内容積Ｖ、および上述のとおり予め定められた比熱比κまたはその近傍の値から、ＰＶκの値を各気筒について算出し（Ｓ２０）、ＥＣＵ２０の所定の記憶領域に格納する。
【００２８】
全気筒についての検出および演算が終了すると、ＥＣＵ２０は、低位発熱量比ＲQを算出する（Ｓ３０）。ここにいう低位発熱量比は、検出対象となる燃料の低位発熱量が、規範ガソリン燃料の低位発熱量に対してなす比である。具体的には、ＥＣＵ２０は次の数式
（１）により、ステップＳ４０で算出したＰＶκの吸気下死点からの上昇量ΔＰＶκを当該燃料の図示発熱量Ｑindとみなし、これを規範ガソリン燃料の所定単位あたりの低位発熱量Ｑref、検出期間における燃料噴射量Tau、および低位発熱量に換算するための換算係数ｘで除して、低位発熱量比ＲQを算出する。
【００２９】
【数１】
【００３０】
この低位発熱量比ＲQの値は燃料の性状に応じて異なり、アルコール混合燃料の場合には、ガソリン燃料の場合よりも小さい値となる。
【００３１】
そして、低位発熱量比ＲQによって、上述したストイキ空燃比／低位発熱量比マップ（図２）を参照し、これに対応するストイキ空燃比ＡＦtgtを算出する（Ｓ４０）。ここで算出されたストイキ空燃比ＡＦtgtは、後述する空燃比フィードバック制御において目標ストイキ値として用いられる。
【００３２】
次に、ＥＣＵ２０は算出されたストイキ空燃比ＡＦtgtを、規範ガソリン燃料に対応する値として予め定められたしきい値と比較し（Ｓ５０）、しきい値より小さい場合には、アルコール混合燃料と判定して、所定の混合燃料使用フラグをセットする（Ｓ６０）。またストイキ空燃比ＡＦtgtがしきい値以上である場合には、ガソリン燃料と判定して、混合燃料使用フラグをリセットする（Ｓ８０）。
【００３３】
そしてこれらの燃料着火性判断（Ｓ６０，Ｓ８０）に応答して、ＥＣＵ２０は運転マップの切替を行う（Ｓ７０）。具体的には、上記混合燃料使用フラグの参照に応じて、各２種類の燃料噴射量マップ、燃料噴射時期マップおよび点火時期マップのうち、アルコール混合燃料が使用されている場合にはアルコール混合燃料用のものが選択され、ガソリン燃料が使用されている場合にはガソリン燃料用のものが選択されて、燃料噴射量・噴射時期および点火時期の制御にそれぞれ使用される。
【００３４】
以上の処理の結果、ストイキ空燃比ＡＦtgtがしきい値よりも小さい場合に、アルコール混合燃料用の制御マップが選択され、エンジンの制御に使用されることになる。
【００３５】
他方、ステップＳ４０で算出されたストイキ空燃比ＡＦtgtは、空燃比フィードバック制御において目標値として用いられる。空燃比フィードバック制御は、排気通路中に設置されたＡ／Ｆセンサ１７の検出値ＡＦが目標ストイキ空燃比ＡＦtgtに一致するように燃料噴射量を制御するものであり、具体的には、目標ストイキ空燃比ＡＦtgtと検出値ＡＦとの偏差に比例ゲインＫｃを乗じて補正量を算出し、この補正量を現在の燃料噴射量に加算又は減算するものである。なお、この空燃比フィードバック制御における制御系は、フィードバック補正量を算出する調節部の動作が比例（Ｐ）動作（Ｐ項）だけではなく、定常偏差をなくする作用を有する積分（Ｉ）動作（Ｉ項）、積分動作の導入による制御の不安定性を回避する微分（Ｄ）動作（Ｄ項）を有することとしてもよい（いわゆるＰＩＤ制御）。しかして本実施形態では、目標ストイキ空燃比ＡＦtgtが燃料性状に応じて変更されるので（Ｓ４０）、燃料性状に応じた適正なストイキ空燃比で運転が行われることになる。
【００３６】
以上のとおり、本実施形態では、燃料の低位発熱量Ｑindを算出し、算出した低位発熱量に基づいて目標ストイキ空燃比ＡＦtgtを設定するので（Ｓ４０）、発熱量とストイキ空燃比との関係を利用して、燃料性状に応じた空燃比制御を行うことが可能になる。
【００３７】
また、本実施形態では燃料の低位発熱量Ｑindを、筒内圧センサの検出値Ｐから得られる熱発生量を用いて算出するので、簡易な構成によって本発明に所期の効果を得ることができる。
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態の装置は、排ガス中の成分に基づいてストイキ空燃比を算出する手段を有する内燃機関の制御装置において、ストイキ空燃比に基づいて低位発熱量を算出する手段を更に備えたことを特徴とする。第２実施形態の機械的構成は第１実施形態と同様であるため、その詳細の説明は省略する。
【００３９】
本実施形態では、本発明に係る燃料性状判定処理とは別途に、Ｏ2センサ１８の検出値に基づいて燃料噴射量を制御することで、空燃比をリーン側とリッチ側とに所定時間ごとに反転させながら、空燃比をストイキ空燃比に維持するＯ2フィードバック制御が行われる。そして、同制御の実行中におけるＯ2センサ１８の検出値とＡ／Ｆセンサ１７の検出値とに基づいてストイキ空燃比を算出し、このストイキ空燃比に基づいて燃料性状を判定する。
【００４０】
図５の処理ルーチンはＯ2フィードバック制御が実行中であることを条件に実行される。まずＥＣＵ２０はＯ2センサ１８の出力を読み込み（Ｓ１１０）、メモリに格納する。次にＥＣＵ２０は、Ａ／Ｆセンサ１７出力を読み込み（Ｓ１２０）、メモリに格納する。これらステップＳ１１０，１２０の処理は、Ｏ2センサの出力信号の反転の所定周期にわたって（Ｓ１３０）繰返し実行される。周期のカウントは、インジェクタ１２に対する動作指令出力を利用して行ってもよく、Ｏ2センサの出力信号自体を解析して行ってもよい。
【００４１】
所定周期のＯ2センサ出力及びＡ／Ｆセンサ出力が得られると、次にＥＣＵ２０は、格納されている複数周期分のＯ2センサ１８の出力値を、最大値を１とし最小値を０として０〜１に正規化する（Ｓ１４０）。
【００４２】
次にＥＣＵ２０は、このようにして正規化されたＯ2センサ１８の出力値Ｏ２i（ｉ＝１
〜ｋ）と、これに対応するタイミングで取得されたＡ／Ｆセンサ１７の出力値ＡＦi（ｉ
＝１〜ｋ）とを用い、次の数式（２）により、Ｏ２iで重み付けされたＡＦiの重み付き平均（加重平均）である重み付き平均ストイキ空燃比ＡＦstを算出する（Ｓ１５０）。
【００４３】
【数２】
【００４４】
そしてＥＣＵ２０は、算出された重み付き平均ストイキ空燃比ＡＦstによって、上述したストイキ空燃比／低位発熱量比マップ（図２）を参照し、これに対応する低位発熱量比ＲQを算出する（Ｓ１６０）。
【００４５】
次に、ＥＣＵ２０は算出された低位発熱量比ＲQを、規範ガソリン燃料に対応する値として予め定められたしきい値と比較し（Ｓ１７０）、しきい値より小さい場合には、アルコール混合燃料と判定して、所定の混合燃料使用フラグをセットする（Ｓ１８０）。また低位発熱量比ＲQがしきい値以上である場合には、ガソリン燃料と判定して、混合燃料使用フラグをリセットする（Ｓ２００）。
【００４６】
そしてこれらの燃料着火性判断（Ｓ１８０，Ｓ２００）に応答して、ＥＣＵ２０は運転マップの切替を行う（Ｓ１９０）。具体的には、上記混合燃料使用フラグの参照に応じて、各２種類の燃料噴射量マップ、燃料噴射時期マップおよび点火時期マップのうち、アルコール混合燃料が使用されている場合にはアルコール混合燃料用のものが選択され、ガソリン燃料が使用されている場合にはガソリン燃料用のものが選択されて、燃料噴射量・噴射時期および点火時期の制御にそれぞれ使用される。以上の処理の結果、低位発熱量比Ｒ
Qがしきい値よりも小さい場合に、アルコール混合燃料用の制御マップが選択され、エンジンの制御に使用されることになる。
【００４７】
他方、ステップＳ１５０で算出された重み付き平均ストイキ空燃比ＡＦstは、空燃比フィードバック制御において目標値として用いられ、排気通路中に設置されたＡ／Ｆセンサ１７の検出値ＡＦが目標値であるストイキ空燃比ＡＦstに一致するように燃料噴射量が制御される。
【００４８】
以上のとおり、第２実施形態では、発熱量とストイキ空燃比との関係を利用して、逆にストイキ空燃比から発熱量を算出することが可能になり、発熱量を算出するための新たな手段を提供できる。したがって、筒内圧センサ１５を用いた発熱量の算出自体を不要にすることも可能になる。また、本実施形態ではＡ／Ｆセンサ１７の出力の単純平均でなく、酸素濃度で重み付けされた重み付き平均を用いるため、Ｏ2フィードバック制御による安定したストイキ点が得られていない状態であっても、重み付き平均ストイキ空燃比を算出できるという利点がある。
【００４９】
次に、第３実施形態について説明する。上述した第２実施形態ではストイキ空燃比に基づいて低位発熱量を算出したが、第３実施形態は当該処理に係る部分（ステップＳ１１０
〜Ｓ１６０）と同様の処理を利用し、更に、ストイキ空燃比に基づいて算出した低位発熱量の値（低位発熱量比ＲQ1）と、筒内圧に基づいて算出した低位発熱量の値（低位発熱量比ＲQ2）との比較に基づいて、筒内圧検出系を診断するものである。ここにいう筒内圧検出系とは、筒内圧センサ１５および同センサからＥＣＵ２０への伝送経路、ならびに筒内圧検出値を用いて燃料性状を判定する一連の処理を行うプログラム及び各種基準値を含む。第３実施形態の機械的構成は第１実施形態と同様であるため、その詳細の説明は省略する。
【００５０】
第３実施形態の制御について説明する。図６において、まずＥＣＵ２０は、ストイキ空燃比に基づいて低位発熱量の値（低位発熱量比ＲQ1）を算出する（Ｓ２１０）。このステップＳ２１０における処理は、上記ステップＳ１１０〜Ｓ１６０と同様である。
【００５１】
次にＥＣＵ２０は、筒内圧に基づいて低位発熱量の値（低位発熱量比ＲQ2）を算出する
（Ｓ２２０）。このステップＳ２２０における処理は、上記第１実施形態におけるステップＳ１０〜Ｓ３０のものと同様である。
【００５２】
そしてＥＣＵ２０は、筒内圧に基づいて算出した低位発熱量比ＲQ2が、ストイキ空燃比に基づいて算出した低位発熱量比ＲQ1と所定範囲内で一致するかを判定し（Ｓ２３０）、肯定の場合には、筒内圧検出系が正常と判定して、所定の筒内圧検出系異常フラグをリセットする（Ｓ２４０）。またステップＳ２３０で否定の場合には、筒内圧検出系が異常と判定して、筒内圧検出系異常フラグをセットする（Ｓ２５０）。この筒内圧検出系異常フラグは、筒内圧検出値または同検出値を用いて行われた演算結果を用いる他の制御において参照され、同フラグがセットされている場合には筒内圧検出値または同検出値を用いて行われた演算結果を用いる制御自体が中止されるか、あるいは筒内圧検出値または同検出値を用いて行われた演算結果として所定の代用値が用いられる。
【００５３】
以上のとおり、第３実施形態では、筒内圧検出系を診断することが可能になる。
【００５４】
なお、第３実施形態では筒内圧検出系を診断する構成について説明したが、このような構成に代えて、低位発熱量比ＲQ2が低位発熱量比ＲQ1と所定範囲内で一致しない場合に、空燃比検出系を異常と判定してもよい。ここにいう空燃比検出系とは、Ａ／Ｆセンサ１７および同センサからＥＣＵ２０への伝送経路、ならびに空燃比検出値を用いてストイキ空燃比を算出する一連の処理を行うプログラム及び各種基準値を含む。
【００５５】
また、低位発熱量比ＲQ2が低位発熱量比ＲQ1と所定範囲内で一致しない場合に、筒内圧検出系と空燃比検出系の両者を異常と判定することにより、両者の診断を行う構成としてもよい。さらに、低位発熱量比ＲQ2が低位発熱量比ＲQ1と所定範囲内で一致しない場合に、他の診断手段（例えば、燃料の屈折率から粘度および比重を判定する性状センサを燃料系に配置し、この性状センサの検出値から算出した低位発熱量と筒内圧から算出した低位発熱量との比較により筒内圧検出系を診断する処理プログラム）による筒内圧検出系および／または空燃比検出系の診断結果を参照することにより、筒内圧検出系と空燃比検出系とのいずれが異常であるかを多数決論理で判定する構成としてもよい。
【００５６】
なお、上記実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。例えば、Ａ／Ｆセンサ１７の検出値からストイキ空燃比を求める手法は、上記各実施形態に示したもの以外にも各種の手法を採用することができる。また、上記各実施形態ではガソリン・アルコール混合燃料を使用可能な車両の内燃機関に本発明を適用した例について説明したが、本発明は単一種類の燃料を含む他の種類の燃料を用いる内燃機関、あるいは各種内燃機関を駆動源として含むハイブリッド車についても適用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 内燃機関３ 燃焼室１４ クランク角センサ１５ 筒内圧センサ１６ 吸気圧センサ２０ ＥＣＵＶｅ 排気弁Ｖｉ 吸気弁ＶＭ 動弁機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスの空燃比検出値に基づいてストイキ空燃比を算出する手段を有する内燃機関の制御装置において、
低位発熱量とストイキ空燃比との既知の関係に基づいて、前記算出されたストイキ空燃比から燃料の低位発熱量を算出する手段を更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
筒内圧検出値に基づいて低位発熱量を算出する手段と、
ストイキ空燃比に基づいて算出した低位発熱量の値と、筒内圧検出値に基づいて算出した低位発熱量の値との比較に基づいて、前記筒内圧検出値に基づいて低位発熱量を算出する手段および前記排ガスの空燃比検出値に基づいてストイキ空燃比を算出する手段のうち少なくとも一方を診断する診断手段と、を更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１】
排ガスの空燃比検出値に基づいてストイキ空燃比を算出する手段を有する内燃機関の制御装置において、
低位発熱量とストイキ空燃比との既知の関係に基づいて、前記算出されたストイキ空燃比から燃料の低位発熱量を算出する手段を更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
筒内圧検出値に基づいて低位発熱量を算出する手段と、
ストイキ空燃比に基づいて算出した低位発熱量の値と、筒内圧検出値に基づいて算出した低位発熱量の値との比較に基づいて、前記筒内圧検出値に基づいて低位発熱量を算出する手段および前記排ガスの空燃比検出値に基づいてストイキ空燃比を算出する手段のうち少なくとも一方を診断する診断手段と、を更に備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−７６２０（Ｐ２０１２−７６２０Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９３１７６（Ｐ２０１１−１９３１７６）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【分割の表示】特願２００７−１２０９４９（Ｐ２００７−１２０９４９）の分割
【原出願日】平成１９年５月１日（２００７．５．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【分割の表示】特願２００７−１２０９４９（Ｐ２００７−１２０９４９）の分割
【原出願日】平成１９年５月１日（２００７．５．１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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