(57)【要約】【課題】アルコール混合燃料についても重軽質比率検出センサの異常を正確に診断することができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】重質燃料、軽質燃料、アルコール燃料及びこれらの混合物を燃料として使用可能な内燃機関の制御装置は、重質燃料と軽質燃料との比率を検出可能な重軽質比率検出手段３９と、排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段４１とを具備し、重軽質比率検出手段に基づいて空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を算出する。機関温度が特定温度領域内にある場合における目標空燃比と空燃比検出手段によって検出された空燃比との差分に基づいて重軽質比率検出手段の異常を診断する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質燃料、軽質燃料、アルコール燃料及びこれらの混合物を燃料として使用可能な内燃機関において、重質燃料と軽質燃料との比率を検出可能な重軽質比率検出手段と、排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段とを具備し、重軽質比率検出手段に基づいて空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を算出する内燃機関の制御装置において、
機関温度が特定温度領域内にある場合における目標空燃比と空燃比検出手段によって検出された空燃比との差分に基づいて重軽質比率検出手段の異常を診断する、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
燃料中のアルコール含有比率を検出可能なアルコール比率検出手段を更に具備し、当該制御装置は重軽質比率検出手段に加えてアルコール比率検出手段に基づいて空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を算出し、機関温度が特定温度領域外にある場合における目標空燃比と空燃比検出手段によって検出された空燃比との差分に基づいてアルコール比率検出手段の異常を診断する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
機関温度が特定温度領域内にある場合における空燃比検出手段によって検出された空燃比が目標空燃比よりもリーンであるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出手段によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも重質燃料の比率が高いと判定し、機関温度が特定温度領域内にある場合における空燃比検出手段によって検出された空燃比が目標空燃比よりもリッチであるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出手段によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも軽質燃料の比率が高いと判定する、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
上記機関温度が特定温度領域内にある場合における目標空燃比と空燃比検出手段によって検出された空燃比との差分と、上記機関温度が特定温度領域外にある場合における目標空燃比と空燃比検出手段によって検出された空燃比との差分とに基づいて、上記算出された燃料噴射量を補正する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
燃料補給の有無を判定する燃料補給判定手段をさらに具備し、燃料補給判定手段によって燃料補給があったと判定された場合にのみ上記重軽質比率検出手段の異常の判定を行う、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
重質燃料、軽質燃料、アルコール燃料及びこれらの混合物を燃料として使用可能な内燃機関において、重質燃料と軽質燃料との比率を検出可能な重軽質比率検出手段を具備し、機関回転数が目標回転数に到達するように点火時期を制御する内燃機関の制御装置において、
重軽質比率検出手段に基づいて点火時期が到達すると予想される予想点火時期を算出すると共に、機関温度が特定温度領域内にある場合における予想点火時期と実際の点火時期との差分に基づいて重軽質比率検出手段の異常を診断する、内燃機関の制御装置。
【請求項７】
燃料中のアルコール含有比率を検出可能なアルコール比率検出手段を更に具備し、当該制御装置は重軽質比率検出手段に加えてアルコール比率検出手段に基づいて点火時期が到達すると予想される予想点火時期を算出すると共に、機関温度が特定温度領域外にある場合における予想点火時期と実際の点火時期との差分に基づいてアルコール比率検出手段の異常を診断する、請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
機関温度が特定温度領域内にある場合における実際の点火時期が予想点火時期よりも進角側にあるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出手段によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも重質燃料の比率が高いと判定し、機関温度が特定温度領域内にある場合における実際の点火時期が予想点火時期よりも遅角側にあるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出手段によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも軽質燃料の比率が高いと判定する、請求項６又は７に記載の内燃機関の制御装置。
【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する。
【背景技術】
【０００２】
近年、公害低減及び天然資源使用の抑制の観点から、ガソリンの代替燃料としてアルコール（特に、エチルアルコール）が注目されている。多くの場合、アルコールは単体で用いられるのではなく、ガソリン等に混入されたアルコール混合燃料として用いられる。アルコール混合燃料のアルコール含有比率は常に一定ではなく、また、内燃機関を適切に運転するためにはアルコール含有比率に応じて燃料噴射量等、内燃機関の制御を変更する必要がある。このため、給油等により燃料性状が変化した場合に、アルコール含有比率を検出する必要がある。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載の装置では、給油があったことを検知すると燃料噴射量を一時的に増減し、排気空燃比の挙動に基づいてアルコール含有比率を推定することとしている。特に、アルコール含有比率が高くなると燃料噴射量を増量及び減量したときの空燃比のずれ量が小さくなることから、燃料噴射量を増量したときの空燃比と燃料噴射量を減量したときの空燃比との差分を検出し、この差分に基づいてアルコール含有比率を推定することとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２０３６３号公報
【特許文献２】特開２００２−１８８５０３号公報
【特許文献３】特開２００１−１０７７９６号公報
【特許文献４】特開平１１−２４１６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関用燃料として広く用いられるガソリンには、揮発性の高い軽質成分を多く含有する軽質燃料と、揮発性の低い重質成分を多く含有する重質燃料とがあり、機関始動時において内燃機関を適切に運転させるためにはこれら軽質燃料と重質燃料との比率に応じた制御を行う必要がある。このため、燃料中の軽質燃料と重質燃料との比率を検出する必要があり、従来では燃料中の軽質燃料と重質燃料との比率を検出する重軽質比率検出センサにより斯かる比率を検出することとしている。
【０００６】
ところで、重軽質比率検出センサを用いた場合、このセンサに異常が発生しないことは何ら保証し得ず、よってセンサの異常を診断する装置が必要となる。ここで、機関始動時においては軽質燃料と重質燃料との揮発性の相違から軽質燃料と重質燃料との比率に応じて排気空燃比が変化する。従って、排気空燃比に基づいて斯かる比率を推定することが可能であり、推定した比率と重軽質比率検出センサによって検出された比率とを比較することによりセンサの異常を診断することができる。
【０００７】
ところが、アルコール混合燃料は重質燃料及び軽質燃料に加えてアルコールを燃料として含有している。アルコールの理論空燃比はガソリンの理論空燃比と比較して低いため、燃料中の軽質燃料と重質燃料との比率のみならず、燃料中のアルコール含有比率によっても排気空燃比が変化する。従って、アルコール混合燃料については上記方法によっては重軽質比率検出センサの異常を正確に診断することができない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、アルコール混合燃料についても重軽質比率検出センサの異常を正確に診断することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明では、重質燃料、軽質燃料、アルコール燃料及びこれらの混合物を燃料として使用可能な内燃機関において、重質燃料と軽質燃料との比率を検出可能な重軽質比率検出手段と、排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段とを具備し、重軽質比率検出手段に基づいて空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を算出する内燃機関の制御装置において、機関温度が特定温度領域内にある場合における目標空燃比と空燃比検出手段によって検出された空燃比との差分に基づいて重軽質比率検出手段の異常を診断する。
ここで、特定温度領域とは、重質燃料及び軽質燃料とアルコール燃料との蒸発率の相違により、燃料中にアルコールが含有されているか否かに関わらず実際の空燃比を目標空燃比にするのに必要な燃料噴射量がほとんど変わらない温度領域を意味する。
第１の発明によれば、特定温度領域における空燃比の差分に基づいて異常診断が行われるため、アルコールが含有されているか否かに関わらず重軽質比率検出センサの異常を正確に検出することができる。
【００１０】
第２の発明では、第１の発明において、燃料中のアルコール含有比率を検出可能なアルコール比率検出手段を更に具備し、当該制御装置は重軽質比率検出手段に加えてアルコール比率検出手段に基づいて空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を算出し、機関温度が特定温度領域外にある場合における目標空燃比と空燃比検出手段によって検出された空燃比との差分に基づいてアルコール比率検出手段の異常を診断する。
【００１１】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、機関温度が特定温度領域内にある場合における空燃比検出手段によって検出された空燃比が目標空燃比よりもリーンであるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出手段によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも重質燃料の比率が高いと判定し、機関温度が特定温度領域内にある場合における空燃比検出手段によって検出された空燃比が目標空燃比よりもリッチであるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出手段によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも軽質燃料の比率が高いと判定する。
【００１２】
第４の発明では、第１〜第３のいずれか一つの発明において、上記機関温度が特定温度領域内にある場合における目標空燃比と空燃比検出手段によって検出された空燃比との差分と、上記機関温度が特定温度領域外にある場合における目標空燃比と空燃比検出手段によって検出された空燃比との差分とに基づいて、上記算出された燃料噴射量を補正する。
【００１３】
第５の発明では、第１〜第４のいずれか一つの発明において、燃料補給の有無を判定する燃料補給判定手段をさらに具備し、燃料補給判定手段によって燃料補給があったと判定された場合にのみ上記重軽質比率検出手段の異常の判定を行う。
【００１４】
上記課題を解決するために、第６の発明では、重質燃料、軽質燃料、アルコール燃料及びこれらの混合物を燃料として使用可能な内燃機関において、重質燃料と軽質燃料との比率を検出可能な重軽質比率検出手段を具備し、機関回転数が目標回転数に到達するように点火時期を制御する内燃機関の制御装置において、重軽質比率検出手段に基づいて点火時期が到達すると予想される予想点火時期を算出すると共に、機関温度が特定温度領域内にある場合における予想点火時期と実際の点火時期との差分に基づいて重軽質比率検出手段の異常を診断する。
【００１５】
第７の発明では、第６の発明において、燃料中のアルコール含有比率を検出可能なアルコール比率検出手段を更に具備し、当該制御装置は重軽質比率検出手段に加えてアルコール比率検出手段に基づいて点火時期が到達すると予想される予想点火時期を算出すると共に、機関温度が特定温度領域外にある場合における予想点火時期と実際の点火時期との差分に基づいてアルコール比率検出手段の異常を診断する。
【００１６】
第８の発明では、第６又は第７の発明において、機関温度が特定温度領域内にある場合における実際の点火時期が予想点火時期よりも進角側にあるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出手段によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも重質燃料の比率が高いと判定し、機関温度が特定温度領域内にある場合における実際の点火時期が予想点火時期よりも遅角側にあるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出手段によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも軽質燃料の比率が高いと判定する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アルコール混合燃料についても重軽質比率検出センサの異常を正確に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の制御装置を搭載可能な内燃機関の概略図である。
【図２】アルコールの混合されていない燃料及びアルコール混合燃料に関する冷却水温と蒸発率との関係を示す図である。
【図３】各種燃料についての冷却水温と蒸発率との関係を示す図である。
【図４】各温度領域における燃料性状と排気空燃比との関係を示した図である。
【図５】重軽質比率検出センサ及びアルコール比率検出センサの異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【図６】重軽質比率検出センサ及びアルコール比率検出センサの異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。
【図７】各温度領域における燃料性状と点火時期との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の第一実施形態の制御装置を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。
【００２０】
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内の燃料に点火する点火プラグ、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気管６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結され、コンプレッサ７ａの入口はエアクリーナ８に連結される。吸気管６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁９が配置され、さらに吸気管６周りには吸気管６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１０が配置される。図１に示した実施形態では機関冷却水が冷却装置１０内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結され、排気タービン７ｂの出口は排気浄化触媒１１を内蔵したケーシング１２に連結される。
【００２１】
排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１４内には電子制御式ＥＧＲ制御弁１５が配置される。また、ＥＧＲ通路１４周りにはＥＧＲ通路１４内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置１６が配置される。図１に示した実施形態では機関冷却水が冷却装置１６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃焼室２に通じる吸気ポートには各吸気ポート内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁１６が設けられ、各燃料噴射弁１６はデリバリパイプ１７に連結される。デリバリパイプ１７は燃料パイプ１８を介して燃料ポンプ１９及び燃料タンク２０に連結される。燃料タンク２０の給油孔には燃料キャップ２１が設けられる。デリバリパイプ１７内へは燃料タンク２０から燃料ポンプ１９により燃料が供給され、デリバリパイプ１７内に供給された燃料は燃料噴射弁１６に供給される。なお、以下では、ＥＧＲガスを含む空気も単に空気として説明する。
【００２２】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。デリバリパイプ１７内にはデリバリパイプ１７内の燃料の性状を検出するための燃料性状センサ３９、４０が取り付けられ、排気マニホルド５には排気マニホルド５内を通過する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ４１が取り付けられ、また、排気浄化触媒１１には排気浄化触媒１１の温度を検出するための温度センサ４２が取付けられる。これら燃料性状センサ３９、４０、空燃比センサ４１及び温度センサ４２の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに、燃料タンク２０内には燃料タンク２０内の燃料量を検出するための燃料ゲージ４３が取り付けられ、また、燃料タンク２０の給油孔には給油孔の燃料キャップ２１の開閉を検出するための開閉センサ４４が取り付けられる。これら、燃料ゲージ４３及び開閉センサ４４の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２３】
また、アクセルペダル４５にはアクセルペダル４５の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４６が接続され、負荷センサ４６の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４７が接続され、このクランク角センサ４７により機関回転数が検出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁１６、スロットル弁９駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１５及び燃料ポンプ１９に接続される。
【００２４】
ところで、本発明の内燃機関では燃焼室２内に供給する燃料としてガソリンとアルコールとの混合燃料（以下、「アルコール混合燃料」という）が用いられる。このうち、ガソリンには、周知のように、揮発性の高い軽質成分を多く含有する軽質燃料と揮発性の低い重質成分を多く含有する重質燃料とがあり、燃焼室２内に供給される燃料中には任意の比率で軽質燃料と重質燃料とが混合されている。
【００２５】
これら軽質燃料と重質燃料とは、機関温度（例えば、機関冷却水温、油温、燃料温度。以下、冷却水温を例にとって説明する）が一定の温度以上となっていればいずれも容易に蒸発するため、いずれの燃料を用いたとしても内燃機関が得られる性能（例えばトルク等）にはほとんど影響を及ぼさない。しかしながら、機関冷却水温が一定の温度以下である場合には、軽質燃料が蒸発し易いのに対して重質燃料は蒸発しにくく、燃料噴射量が同一であったとしても重質燃料の方が吸気ポート壁面やシリンダ壁面に付着し易く、実質的に燃焼室２内での燃焼に寄与する燃料の量が少なくなってしまう。
【００２６】
このため、燃料噴射量の設定にもよるが、重質燃料を用いた場合には内燃機関の冷間始動時等に燃焼室への燃料の供給量が目標よりも少なくなり空燃比が大きく（リーンに）なる傾向にある。逆に、軽質燃料を用いた場合には内燃機関の冷間始動時等に燃焼室への燃料の供給量が目標よりも多くなり、空燃比が小さく（リッチに）なる傾向にある。これらは、いずれにおいても、始動不良、燃費不良、トルク不足、エミッションの低下等の原因となるため、斯かる事態を防止すべく燃料中の重質燃料と軽質燃料との比率（以下、「重軽質比率」という）を検出する必要がある。
【００２７】
そこで、本実施形態では、デリバリパイプ１７に取付けられた燃料性状センサ（重軽質比率検出センサ）３９によってデリバリパイプ１７内の燃料、すなわち燃焼室２内に供給される燃料の重軽質比率を検出することとしている。重軽質比率検出センサ３９は、例えば、デリバリパイプ１７内の燃料の屈折率を検出して算出された当該燃料の密度に基づいて重軽質比率を推定するセンサである。
【００２８】
また、アルコールは、ガソリンと比較して発熱量が少なく、また理論空燃比が小さい。このため、アルコール混合燃料については一般に燃料中に含まれているアルコールの比率（以下、「アルコール含有比率」という）に応じてガソリン単体よりも多量に燃焼室２内に燃料を供給する必要がある。そして、燃焼室２への適切な燃料供給量を決定するためには燃料中のアルコール含有比率を検出する必要がある。
【００２９】
そこで、本実施形態では、デリバリパイプ１７に取付けられた燃料性状センサ（アルコール比率検出センサ）４０によってデリバリパイプ１７内の燃料、すなわち燃焼室２内に供給される燃料のアルコール含有比率を検出することとしている。アルコール比率検出センサ４０は、アルコールが混入したことによる屈折率の変化を利用した光学型のセンサであってもよいし、ガソリンとの誘電率及び抵抗の違いを利用した静電容量型のセンサであってもよい。
【００３０】
本実施形態では、このようにして重軽質比率検出センサ３９によって検出された重軽質比率及びアルコール比率検出センサ４０によって検出されたアルコール含有比率に基づいて内燃機関の制御が行われる。例えば、機関始動時において軽質燃料の方が蒸発し易いことから重質燃料に対する軽質燃料の比率が高いほど燃料噴射量が低減され、またアルコールの理論空燃比が低いことからアルコール含有比率が高いほど燃料噴射量が増大される。
【００３１】
ところで、このように構成された内燃機関では、燃料性状センサ３９、４０に異常が生じて重軽質比率又はアルコール含有比率を正確に検出することができないと、燃料噴射弁１６から適切な燃料噴射を行うことができず、内燃機関の運転状態が不安定になってしまう。斯かる事態を防止するためには、これら燃料性状センサ３９、４０が正常に作動しているか否かの診断、すなわち燃料性状センサ３９、４０の異常診断を行う必要がある。
【００３２】
このような燃料性状センサ３９、４０の異常診断方法としては、例えば空燃比センサ４１によって検出された排気空燃比を利用することが考えられる。重軽質比率検出センサ３９を例にとって説明すると、重軽質比率検出センサ３９に異常があって重軽質比率検出センサ３９によって検出された重質燃料の比率が実際の重質燃料の比率よりも高くなっている場合、機関始動時に重軽質比率検出センサ３９によって検出された重質燃料の比率に基づいて内燃機関の制御を行うと排気空燃比が目標空燃比よりもリッチになる。逆に、重軽質比率検出センサ３９によって検出された重質燃料の比率が実際の重質燃料の比率よりも低くなっている場合、機関始動時に重軽質比率検出センサ３９によって検出された重質燃料の比率に基づいて内燃機関の制御を行うと排気空燃比が目標空燃比よりもリーンになる。従って、空燃比センサ４１によって検出された排気空燃比が目標空燃比よりもリッチのときには検出された重質燃料の比率が実際の比率よりも高くなっており、リーンのときには検出された重質燃料の比率が実際の比率よりも低くなっていることが分かる。これらの場合には、いずれも重軽質比率検出センサ３９によって重質燃料の比率を正確に検出することができておらず、センサ３９に異常が生じていると診断することができる。
【００３３】
ところが、アルコール混合燃料では、重質燃料及び軽質燃料に加えてアルコールが含まれており、アルコール比率検出センサ４０に異常があってアルコール比率検出センサ４０によって検出されたアルコール含有比率が実際のアルコール含有比率と異なっていることによっても空燃比センサ４１によって検出された空燃比が目標空燃比と異なった値となってしまう。従って、空燃比センサ４１によって検出された排気空燃比が目標空燃比と異なる値となっていたとしても、重軽質比率検出センサ３９に異常が生じているのかアルコール比率検出センサ４０に異常が生じているのか判断することができない。
【００３４】
ここで、アルコール混合燃料の燃料蒸発特性はアルコールの沸点付近（エタノールであれば７８．３℃）付近で変化する。図２は、アルコールの混合されていない燃料及びアルコール混合燃料に関する冷却水温と蒸発率との関係を示す図である。図中、アルコールの混合されていない燃料は実線で、アルコール混合燃料は破線でそれぞれ示されている。図からわかるように、アルコール混合燃料はアルコールの混合されていない燃料に比べて全温度領域において蒸発率が高く、特に図２中の温度領域Ｃにおいて蒸発率が高い。
【００３５】
このように、アルコール混合燃料とアルコールの混合されていない燃料との間で冷却水温に応じて燃料の蒸発率が異なることから、空燃比を目標空燃比にするのに必要な燃料噴射量も冷却水温に応じて変化する。図３は、各種燃料についての空燃比を目標空燃比にするのに必要な燃料噴射量と冷却水温との関係を示す図である。図中、実線はアルコールの混合されていない燃料、すなわち重質燃料又は軽質燃料における関係を示しており、破線はアルコール混合燃料、すなわち重質燃料とアルコールとの混合燃料又は軽質燃料とアルコールとの混合燃料における関係を示している。本実施形態では、重軽質比率検出センサ３９及びアルコール比率検出センサ４０の出力値及び図３に示したようなマップに基づいて燃料噴射量が設定される。
【００３６】
図３から分かるように、重質燃料とアルコールとの混合燃料及び軽質燃料とアルコールとの混合燃料いずれについても、冷却水温が低いとき（例えば、０℃以下）、すなわち冷却水温が温度領域Ａにあるときには、空燃比を目標空燃比にするのに必要な燃料噴射量はアルコールの混合されていない燃料の方がアルコール混合燃料よりも多い。これは、斯かる温度領域Ａにおいてはアルコール混合燃料の蒸発率がアルコールの混合されていない燃料の蒸発率に比べてほとんど高くなく且つアルコールの理論空燃比が低いことによるものである。
【００３７】
また、冷却水温が上記温度領域Ａよりも高い温度領域Ｂにあるときには、空燃比を目標空燃比にするのに必要な燃料噴射量はアルコール混合燃料とアルコールの混合されていない燃料とでほぼ等しい。これは、斯かる温度領域Ｂにおいてはアルコール混合燃料の蒸発率がアルコールの混合されていない燃料の蒸発率に比べて比較的高く且つアルコールの理論空燃比が低いことによるものである。
【００３８】
さらに、冷却水温が上記温度領域Ｂよりも高く且つアルコールの沸点を含む温度領域、すなわち図３中の温度領域Ｃにあるときには、空燃比を目標空燃比にするのに必要な燃料噴射量はアルコールの混合されていない燃料の方がアルコール混合燃料よりも少ない。これは、斯かる温度領域Ｃにおいてはアルコール混合燃料の蒸発率がアルコールの混合されていない燃料の蒸発率に比べて極めて高く且つアルコールの理論空燃比が低いことによるものである。
【００３９】
このように、冷却水温の各温度領域よってアルコール混合の有無と排気空燃比との関係が異なる。図４（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ燃料噴射量を同一としたときの温度領域Ａ、Ｂ及びＣにおける燃料性状と排気空燃比との関係を示した図である。
【００４０】
図４（ａ）〜図４（ｃ）に示したように、冷却水の温度領域に関わらず、燃料噴射量が同一である場合には重質燃料と軽質燃料とのうち重質燃料の比率が高くなるほど排気空燃比はリーンになる。そして、冷却水温が温度領域Ａにあるときには、図４（ａ）に示したように、燃料中のアルコール含有比率が高くなるほど排気空燃比がリーンになる。従って、温度領域Ａにおいては、燃料中の重軽質比率が分かっていれば、排気空燃比に基づいて燃料中のアルコール含有比率を推定することができる。
【００４１】
冷却水温が温度領域Ｂにあるときには、図４（ｂ）に示したように、燃料中のアルコール含有比率が変化しても排気空燃比は変化しない。従って、温度領域Ｂにおいては、アルコールの含有の有無に関わらず、排気空燃比に基づいて重軽質比率を推定することができる。
【００４２】
冷却水温が温度領域Ｃにあるときには、図４（ｃ）に示したように、燃料中のアルコール含有比率が高くなるほど排気空燃比がリッチになる。従って、温度領域Ｃにおいては、燃料中の重軽質比率が分かっていれば、排気空燃比に基づいて燃料中のアルコール含有比率を推定することができる。
【００４３】
そこで、本実施形態では、機関始動時において、冷却水温が温度領域Ｂにあるときに空燃比センサ４１によって排気空燃比を検出し、検出した排気空燃比に基づいて重軽質比率を推定する。そして、推定した重軽質比率が重軽質比率検出センサ３９によって検出された重軽質比率とほぼ同一である場合には重軽質比率検出センサ３９に異常はないと判定し、大きく異なっている場合には重軽質比率検出センサ３９に異常があると判定する。これにより、アルコール混合燃料を用いた場合であっても重軽質比率検出センサ３９の異常を適切に診断することができる。
【００４４】
なお、冷却水温が温度領域Ｂにあるときに排気空燃比に基づいて推定した重軽質比率と重軽質比率検出センサ３９によって検出された重軽質比率とが大きく異なっている場合、これら重軽質比率の差分から重軽質比率検出センサ３９の誤差を推定することができる。従って、重軽質比率検出センサ３９に異常があると判定された場合、上記推定した重軽質比率と検出された重軽質比率との差分に基づいて、重軽質比率検出センサ３９によって検出された重軽質比率を補正するようにしてもよい。これにより、重軽質比率検出センサ３９によって検出された重軽質比率を利用して実際の重軽質比率を推定することができるようになる。
【００４５】
そして本実施形態では、このようにして重軽質比率検出センサ３９の異常診断を行った後に、冷却水温が温度領域Ｃにあるときに空燃比センサ４１によって排気空燃比を検出し、検出した排気空燃比に基づいてアルコール含有比率を推定する。
【００４６】
ここで、既に重軽質比率検出センサ３９の異常診断が行われていることから、重軽質比率検出センサ３９が異常と判定されていなければ重軽質比率検出センサ３９によって検出された重軽質比率は実際の重軽質比率となっている。このため冷却水温が温度領域Ｃにあるときには、重軽質比率検出センサ３９によって検出された重軽質比率と空燃比センサ４１によって検出された排気空燃比とに基づいてアルコール比率検出センサ４０の異常が診断せしめられる。
【００４７】
例えばアルコール含有比率が０％であった場合、図４（ｃ）に示したように重軽質比率検出センサ３９によって検出された重軽質比率がｐｒｏ１となっていると、空燃比センサ４１によって検出される排気空燃比はａｆ１となる。ところが、このとき空燃比センサ４１によって検出された排気空燃比がａｆ１となっていない場合、例えばａｆ２となっている場合には、アルコール比率検出センサ４１は正確に実際の値を示しておらず、よって本実施形態では斯かる場合にアルコール比率検出センサに異常があると判定する。これにより、重質燃料、軽質燃料及びアルコールの混合燃料を用いた場合であっても、アルコール比率検出センサの異常を適切に診断することができる。
【００４８】
なお、冷却水温が温度領域Ｃにあるときに排気空燃比に基づいて推定したアルコール含有比率とアルコール比率検出センサ４０によって検出されたアルコール含有比率とが大きく異なっている場合、これらアルコール含有比率の差分からアルコール比率検出センサ４０の誤差を推定することができる。従って、アルコール比率検出センサ４０に異常があると判定された場合、上記推定したアルコール含有比率と検出されたアルコール含有比率との差分に基づいて、アルコール比率検出センサ４０によって検出されたアルコール含有比率を補正するようにしてもよい。これにより、アルコール比率検出センサ４０によって検出されたアルコール含有比率を利用して実際のアルコール含有比率を推定することができるようになる。
【００４９】
図５及び図６は、重軽質比率検出センサ３９及びアルコール比率検出センサ４０の異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
【００５０】
図５及び図６を参照すると、まず、ステップＳ１１〜Ｓ１３において、機関冷却水温を検出する水温センサ（図示せず）、重軽質比率検出センサ３９及びアルコール比率検出センサ４０によってそれぞれ冷却水温、重軽質比率及びアルコール含有比率が検出せしめられる。次いで、ステップＳ１４において、機関始動前に燃料キャップ２１が開かれたか否か、すなわち燃料タンク２０内に燃料が給油されたか否かが判定される。或いは、燃料ゲージ４３によって前回機関停止した時と今回機関始動した時との間で燃料タンク２０内の燃料量が増加したか否かにより燃料の給油の有無を判定してもよい。
【００５１】
ステップＳ１４において燃料キャップが開かれた、すなわち燃料タンク２０内に燃料が給油されたと判定された場合にはステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、異常診断フラグＸｄｅｔが１とされ、ステップ１６へと進む。異常診断フラグＸｄｅｔは異常診断制御の実行中に１、実行が終了すると０とされるフラグである。また、ステップＳ１４において燃料タンク２０内に燃料が給油されていないと判定された場合にはステップＳ１７へと進み、異常診断フラグＸｄｅｔが１であるか否か、すなわち異常診断制御の実行中であるか否かが判定され、異常診断制御の実行中であると判定された場合（Ｘｄｅｔ＝１）には、ステップＳ１６へと進む。一方、ステップＳ１７において異常診断制御が終了していると判定された場合（Ｘｄｅｔ＝０）には、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００５２】
次いで、ステップＳ１６、Ｓ１８において、水温センサによって検出された冷却水温ｔｈｗがｔｈｗ１とｔｈｗ２との間又はｔｈｗ２とｔｈｗ３との間にあるか否か、すなわち冷却水温が温度領域Ｂ又は温度領域Ｃ内にあるか否かが判定される。ステップＳ１６、Ｓ１８において冷却水温が温度領域Ｂ及び温度領域Ｃ内にないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１６、Ｓ１８において冷却水温が温度領域Ｂ内にあると判定された場合にはステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９では、重軽質診断フラグＸｇａｓが１とされる。重軽質診断フラグＸｇａｓは重軽質比率検出センサ３９の異常診断が行われると１とされ、両センサ３９、４０の異常診断が終了すると０にされるフラグである。
【００５３】
次いで、ステップＳ２０において、排気空燃比が目標空燃比になっているか否かが判定される。排気空燃比が目標空燃比になっていないと判定された場合にはステップＳ２１、Ｓ２２に進み、重軽質比率検出センサ３９に異常があると判定され、排気空燃比と目標空燃比との差分に基づいて重軽質比率検出センサ３９で検出された重軽質比率に対する補正係数が算出せしめられる。
【００５４】
一方、ステップＳ１６、Ｓ１８において、冷却水温が温度領域Ｃ内にあると判定された場合にはステップＳ２３へと進む。ステップＳ２３では、アルコール診断フラグＸａｌが１とされる。アルコール診断フラグＸａｌはアルコール比率検出センサ４０の異常診断が行われると１とされ、両センサ３９、４０の異常診断が終了すると０にされるフラグである。
【００５５】
次いで、ステップＳ２４において、排気空燃比が目標空燃比になっているか否かが判定される。排気空燃比が目標空燃比になっていないと判定された場合にはステップＳ２５、Ｓ２６に進み、アルコール比率検出センサ４０に異常があると判定され、排気空燃比と目標空燃比との差分に基づいてアルコール比率検出センサ４０で検出されたアルコール含有比率に対する補正係数が算出せしめられる。
【００５６】
次いで、ステップＳ２７では、重軽質診断フラグＸｇａｓ及びアルコール診断フラグＸａｌがいずれも１となっているか否かが判定され、１となっていないとき、すなわち重軽質比率検出センサ３９及びアルコール比率検出センサ４０の異常診断が終了していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、両フラグが１となっているとき、すなわち両センサ３９、４０の異常診断が終了していると判定された場合にはステップＳ２８へと進む。ステップＳ２８では異常診断フラグＸｄａｔが０とされ、重軽質診断フラグＸｇａｓ及びアルコール診断フラグＸａｌが０とされて制御ルーチンが終了せしめられる。
【００５７】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。上記実施形態では、空燃比センサ４１によって検出された排気空燃比に基づいて燃料性状センサ３９、４０の異常診断を行っていたが、本実施形態では点火プラグ３による点火時期に基づいて燃料性状センサ３９、４０の異常診断を行うこととしている。
【００５８】
ここで、本実施形態の内燃機関では、機関始動時において機関回転数が目標回転数に到達するように点火時期を進角又は遅角させることとしている。すなわち、機関回転数が目標回転数よりも低かったり、機関回転数の上昇速度が遅かったりした場合には点火時期を進角し、機関回転数が目標回転数よりも高かったり、機関回転数の上昇速度が速かったりした場合には点火時期を遅角するようにしている。
【００５９】
ここで、図３を参照して説明したのと同様に、アルコール混合燃料とアルコールの混合されていない燃料との間で冷却水温に応じて燃料の蒸発率が異なることから、機関回転数を目標回転数にするのに必要な点火時期も冷却水温に応じて変化する。この場合も、機関回転数を目標回転数にするのに必要な点火時期と冷却水温との関係は図３と同様な関係となる。
【００６０】
図７（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ機関回転数を同一したときの温度領域Ａ、Ｂ及びＣにおける燃料性状と点火時期との関係を示した図である。図７（ａ）〜図７（ｃ）に示したように、冷却水の温度領域に関わらず、機関回転数が同一である場合には重質燃料と軽質燃料とのうち重質燃料の比率が高くなるほど点火時期は進角せしめられる。これは、重質燃料の比率が高くなると燃料の蒸発率が低下して燃焼に寄与する燃料の量が減少するためである。
【００６１】
そして、冷却水温が温度領域Ａにあるときには、図７（ａ）に示したように、燃料中のアルコール含有比率が高くなるほど点火時期が進角される。従って、温度領域Ａにおいては、燃料中の重軽質比率が分かっていれば、点火時期に基づいて燃料中のアルコール含有比率を推定することができる。
【００６２】
冷却水温が温度領域Ｂにあるときには、図７（ｂ）に示したように、燃料中のアルコール含有比率が変化しても点火時期は変化しない。従って、温度領域Ｂにおいては、アルコールの含有の有無に関わらず、点火時期に基づいて重軽質比率を推定することができる。
【００６３】
冷却水温が温度領域Ｃにあるときには、図７（ｃ）に示したように、燃料中のアルコール含有比率が高くなるほど点火時期が遅角される。従って、温度領域Ｃにおいては、燃料中の重軽質比率が分かっていれば、点火時期に基づいて燃料中のアルコール含有比率を推定することができる。
【００６４】
そこで、第二実施形態では、機関始動時において、冷却水温が温度領域Ｂにあるときに点火プラグ３による点火時期を取得し、取得した点火時期に基づいて重軽質比率を推定する。そして、推定した重軽質比率が重軽質比率検出センサ３９によって検出された重軽質比率とほぼ同一である場合には重軽質比率検出センサ３９に異常はないと判定し、大きく異なっている場合には重軽質比率検出センサ３９に異常があると判定する。これにより、アルコール混合燃料を用いた場合であっても重軽質比率検出センサ３９の異常を適切に診断することができる。
【００６５】
なお、冷却水温が温度領域Ｂにあるときに点火時期に基づいて推定した重軽質比率と重軽質比率検出センサ３９によって検出された重軽質比率とが大きく異なっている場合、第一実施形態と同様に、これら重軽質比率の差分から重軽質比率検出センサ３９の誤差を推定することができる。
【００６６】
そして第二実施形態では、このようにして重軽質比率検出センサ３９の異常診断を行った後に、冷却水温が温度領域Ｃにあるときに点火プラグ３による点火時期を取得し、取得した点火時期に基づいてアルコール含有比率を推定する。
【００６７】
ここで、既に重軽質比率検出センサ３９の異常診断が行われていることから、重軽質比率検出センサ３９が異常と判定されていなければ重軽質比率検出センサ３９によって検出された重軽質比率は実際の重軽質比率となっている。このため、冷却水温が温度領域Ｃにあるときには、重軽質比率検出センサ３９によって検出された重軽質比率と点火プラグ３による点火時期とに基づいてアルコール比率検出センサ４０の異常が診断せしめられる。
【００６８】
なお、冷却水温が温度領域Ｃにあるときに点火時期に基づいて推定したアルコール含有比率とアルコール比率検出センサ４０によって検出されたアルコール含有比率とが大きく異なっている場合、第一実施形態と同様に、これらアルコール含有比率の差分からアルコール比率検出センサ４０の誤差を推定することができる。
【００６９】
なお、本発明の上記実施形態では、排気空燃比や点火時期に基づいて重軽質比率検出センサ３９及びアルコール比率検出センサ４０の異常診断を行うこととしているが、これらセンサを設けずに排気空燃比や点火時期に基づいて重軽質比率やアルコール含有比率を推定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１    機関本体
１６    燃料噴射弁
１７    デリバリパイプ
１８    燃料パイプ
１９    燃料ポンプ
２０    燃料タンク
２１    燃料キャップ
３０    ＥＣＵ
３９    重軽質比率検出センサ
４０    アルコール比率検出センサ
４１    空燃比センサ
４３    燃料ゲージ
４４    開閉センサ
【図１】
2010096185.tif 000003
【図２】
2010096185.tif 000004
【図３】
2010096185.tif 000005
【図４】
2010096185.tif 000006
【図５】
2010096185.tif 000007
【図６】
2010096185.tif 000008
【図７】
2010096185.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成21年12月24日(2009.12.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記課題を解決するために、第１の発明では、重質燃料、軽質燃料、アルコール燃料及びこれらの混合物を燃料として使用可能な内燃機関において、重質燃料と軽質燃料との比率を検出可能な重軽質比率検出手段を具備し、機関回転数が目標回転数に到達するように点火時期を制御する内燃機関の制御装置において、重軽質比率検出手段に基づいて点火時期が到達すると予想される予想点火時期を算出すると共に、機関温度が特定温度領域内にある場合における予想点火時期と実際の点火時期との差分に基づいて重軽質比率検出手段の異常を診断する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
第２の発明では、第１の発明において、燃料中のアルコール含有比率を検出可能なアルコール比率検出手段を更に具備し、当該制御装置は重軽質比率検出手段に加えてアルコール比率検出手段に基づいて点火時期が到達すると予想される予想点火時期を算出すると共に、機関温度が特定温度領域外にある場合における予想点火時期と実際の点火時期との差分に基づいてアルコール比率検出手段の異常を診断する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
第３の発明では、第１又は第２の発明において、機関温度が特定温度領域内にある場合における実際の点火時期が予想点火時期よりも進角側にあるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出手段によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも重質燃料の比率が高いと判定し、機関温度が特定温度領域内にある場合における実際の点火時期が予想点火時期よりも遅角側にあるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出手段によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも軽質燃料の比率が高いと判定する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重質燃料、軽質燃料、アルコール燃料及びこれらの混合物を燃料として使用可能な内燃機関において、重質燃料と軽質燃料との比率を検出可能な重軽質比率検出手段を具備し、機関回転数が目標回転数に到達するように点火時期を制御する内燃機関の制御装置において、
重軽質比率検出手段に基づいて点火時期が到達すると予想される予想点火時期を算出すると共に、機関温度が特定温度領域内にある場合における予想点火時期と実際の点火時期との差分に基づいて重軽質比率検出手段の異常を診断する、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
燃料中のアルコール含有比率を検出可能なアルコール比率検出手段を更に具備し、当該制御装置は重軽質比率検出手段に加えてアルコール比率検出手段に基づいて点火時期が到達すると予想される予想点火時期を算出すると共に、機関温度が特定温度領域外にある場合における予想点火時期と実際の点火時期との差分に基づいてアルコール比率検出手段の異常を診断する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
機関温度が特定温度領域内にある場合における実際の点火時期が予想点火時期よりも進角側にあるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出手段によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも重質燃料の比率が高いと判定し、機関温度が特定温度領域内にある場合における実際の点火時期が予想点火時期よりも遅角側にあるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出手段によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも軽質燃料の比率が高いと判定する、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。