(57)【要約】【課題】含水アルコール混合燃料を用いる内燃機関において、該混合燃料が相分離している状態であっても、内燃機関の始動時のアルコール濃度を精度よく推定する。【解決手段】燃料配管１０における鉛直部１２の途中にアルコール濃度センサ１４を設ける。前回のトリップ終了時におけるセンサ出力Ｃｐｒｅと今回の始動時におけるセンサ出力Ｃｎｏｗとの偏差ΔＣがＣｅｒｒよりも大きい場合に、含水アルコール混合燃料がガソリンおよびアルコールを主成分とする燃料（第１燃料）とアルコールおよび水を主成分とする燃料（第２燃料）とに相分離していると判定する。該混合燃料が相分離している場合に、第１燃料に対応するセンサ出力（第１センサ出力）と第２燃料に対応するセンサ出力（第２センサ出力）とをそれぞれし、これらのセンサ出力とに基づいて、該混合燃料のアルコール濃度を推定する。【選択図】図３
2010196595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリンとアルコールと水とが混合された混合燃料を用いる内燃機関の制御装置であって、
混合燃料を前記内燃機関へ供給するための燃料配管と、
前記燃料配管の途中に設けられた静電容量式のアルコール濃度センサと、を備え、
前記燃料配管は、燃料流通方向が鉛直上向きとなる鉛直部を有し、
前記アルコール濃度センサは前記鉛直部の途中に介在して設けられ、該センサ内の燃料のアルコール濃度に対応するセンサ出力を発し、
前回のトリップ終了時における前記アルコール濃度センサのセンサ出力と、今回の始動時におけるセンサ出力との偏差が、所定の基準値よりも大きい場合に、混合燃料が、ガソリンおよびアルコールを主成分とする燃料（以下、第１燃料）とアルコールおよび水を主成分とする燃料（以下、第２燃料）とに相分離していると判定する相分離判定手段と、
混合燃料が相分離している場合に、第１燃料に対応するセンサ出力（以下、第１センサ出力）と第２燃料に対応するセンサ出力（以下、第２センサ出力）とをそれぞれ取得するセンサ出力取得手段と、
前記第１センサ出力と前記第２センサ出力とに基づいて、混合燃料のアルコール濃度を推定するアルコール濃度推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、ガソリンとアルコールと水とを混合した含水アルコール混合燃料を用いる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ガソリンとアルコールとを混合したアルコール混合燃料を用いた内燃機関が知られている。このような内燃機関においては、燃料配管の途中にアルコール濃度センサを設け、かかるセンサの検出値に基づいて混合燃料のアルコール濃度を把握し、始動時の燃料制御等を行っている。
【０００３】
ここで、アルコール混合燃料は、アルコール濃度が低い場合や、該アルコール混合燃料中に水分が一定以上含まれている場合などに、ガソリン成分とアルコール成分とが分離しやすくなることが知られている。このため、前回の機関停止から長期間放置されている状況等においては、ガソリン成分とアルコール成分とが分離（以下、「相分離」と称する）しているおそれがある。この場合、アルコール濃度センサでは混合燃料のアルコール濃度を誤検出してしまい、始動時の内燃機関の燃焼が不安定になるおそれがある。
【０００４】
そこで、従来、例えば特開平６−２６４１４号公報では、このようなアルコール混合燃料を用いる内燃機関において、始動時に相分離が発生している場合に、該燃料を予混合させた後に始動制御を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２６４１４号公報
【特許文献２】特開平５−８００１４号公報
【特許文献３】特開２００７−３１５２９２号公報
【特許文献４】特開２００７−１９８１９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のシステムでは、内燃機関の始動前に燃料ポンプ等を作動させて分離した燃料を混合させる必要がある。このため、始動性の遅れや電力消費量の増大などの問題が発生するおそれがあった。
【０００７】
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、アルコール混合燃料を用いる内燃機関において、該混合燃料が相分離している状態であっても、内燃機関の始動時のアルコール濃度を精度よく推定することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ガソリンとアルコールと水とが混合された混合燃料を用いる内燃機関の制御装置であって、
混合燃料を前記内燃機関へ供給するための燃料配管と、
前記燃料配管の途中に設けられた静電容量式のアルコール濃度センサと、を備え、
前記燃料配管は、燃料流通方向が鉛直上向きとなる鉛直部を有し、
前記アルコール濃度センサは前記鉛直部の途中に介在して設けられ、該センサ内の燃料のアルコール濃度に対応するセンサ出力を発し、
前回のトリップ終了時における前記アルコール濃度センサのセンサ出力と、今回の始動時におけるセンサ出力との偏差が、所定の基準値よりも大きい場合に、混合燃料が、ガソリンおよびアルコールを主成分とする燃料（以下、第１燃料）とアルコールおよび水を主成分とする燃料（以下、第２燃料）とに相分離していると判定する相分離判定手段と、
混合燃料が相分離している場合に、第１燃料に対応するセンサ出力（以下、第１センサ出力）と第２燃料に対応するセンサ出力（以下、第２センサ出力）とをそれぞれ取得するセンサ出力取得手段と、
前記第１センサ出力と前記第２センサ出力とに基づいて、混合燃料のアルコール濃度を推定するアルコール濃度推定手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、アルコール濃度センサは、燃料配管の鉛直部に設けられている。このような構成によれば、混合燃料が相分離した場合に、該鉛直部では、比重の重い第２燃料が第１燃料よりも下層となるように分離する。このため、本発明によれば、該鉛直部に設けられたアルコール濃度センサを用いて、第１燃料および第２燃料のアルコール濃度に対応したセンサ出力をそれぞれ検出することができる。
【００１０】
また、第１の発明によれば、内燃機関の始動直前のセンサ出力と前回のトリップ終了時のセンサ出力との偏差が所定の基準値よりも大きい場合に、混合燃料の相分離が判定される。機関の運転時には、混合燃料が燃料配管を流通している。このため、前回のトリップ終了時のセンサ出力は、常に混合燃料のアルコール濃度に対応したセンサ出力になっている。一方、機関の始動直前のセンサ出力は、相分離していない場合には混合燃料のアルコール濃度に対応したセンサ出力となり、相分離している場合には第１燃料のアルコール濃度に対応したセンサ出力となる。このため、本発明によれば、これらの出力の偏差に基づいて、混合燃料の相分離の有無を精度よく判定することができる。
【００１１】
また、第１の発明によれば、混合燃料が相分離している場合に、第１燃料のアルコール濃度に対応したセンサ出力と第２燃料のアルコール濃度に対応したセンサ出力とに基づいて、混合燃料のアルコール濃度が推定される。このため、本発明によれば、混合燃料が相分離している場合であっても、これらを混合させることなく、内燃機関の始動時に該混合燃料のアルコール濃度を精度よく推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態に係る内燃機関の制御装置の特徴的構成を説明するための図である。
【図２】鉛直部１２内の含水アルコール混合燃料の状態を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態において実行されるルーチンの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、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態．
［実施の形態の特徴的構成］
先ず、図１を参照して、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置の特徴的構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る内燃機関の制御装置の特徴的特徴を説明するための図である。本実施の形態の内燃機関は、ガソリンとアルコールと水とが混合された含水アルコール混合燃料を用いることが可能な内燃機関である。尚、本実施の形態の内燃機関本体の構成については、アルコール混合燃料を用いる公知の内燃機関と同様の構成のため、その詳細な説明を省略する。
【００１５】
含水アルコール混合燃料は、燃料タンク（図示せず）に貯留されている。燃料タンク内の含水アルコール混合燃料は、図示しない燃料ポンプの駆動力により燃料配管１０を介して内燃機関へ供給される。ここで、図１に示すとおり、燃料配管１０は、該配管内の燃料の流通方向が鉛直上向きとなる鉛直部１２を有している。鉛直部１２には、燃料のアルコール濃度を検知するためのアルコール濃度センサ１４が設けられている。アルコール濃度センサ１４は、静電容量式の濃度センサであって、燃料配管１０における当該アルコール濃度センサ１４が設けられた部位を流れる燃料のアルコール濃度を検知する。尚、アルコール濃度センサ１４は、公知の静電容量式の濃度センサと同様の構成であるため、その詳細な説明を省略する。
【００１６】
［実施の形態の特徴的動作］
次に、図２を参照して、本実施の形態の内燃機関の制御装置の特徴的動作について説明する。図２は、鉛直部１２内の含水アルコール混合燃料の状態を説明するための図である。尚、図２中（Ａ）は、内燃機関の運転中における鉛直部１２内の該混合燃料の状態を、図２中（Ｂ）は、内燃機関の静止放置中における鉛直部１２内の該混合燃料の状態を、それぞれ示している。
【００１７】
図２中（Ａ）に示すとおり、内燃機関の運転中においては、燃料タンクから該内燃機関へ含水アルコール混合燃料が供給されている。このため、燃料配管１０における鉛直部１２内は、アルコールとガソリンと水とが混合された状態で燃料が流通している。このため、アルコール濃度センサ１４は、該含水アルコール混合燃料のアルコール濃度を直接検出することができる。
【００１８】
一方、図２中（Ｂ）に示すとおり、内燃機関の静止放置中においては、含水アルコール混合燃料が相分離する場合がある。より具体的には、含水アルコール混合燃料は、該混合燃料に含まれる水分の影響等により、ガソリンとアルコールとを主成分とする第１燃料とアルコールと水を主成分とする第２燃料とに相分離する場合がある。この場合、鉛直方向に延在している鉛直部１２では、第１燃料に比して比重の重い第２燃料が下層になるように分離する。かかる状態においては、図２中（Ｂ）に示すとおり、アルコール濃度センサ１４は第１燃料のアルコール濃度を検出してしまうため、内燃機関の始動前に、該内燃機関へ供給される含水アルコール燃料のアルコール濃度を精度よく検出することができないことが想定される。
【００１９】
そこで、本実施の形態の制御装置では、内燃機関の始動時に含水アルコール混合燃料の相分離が判定された場合に、分離している各燃料、すなわち、第１燃料および第２燃料のアルコール濃度をそれぞれ検出して、これらが混合された含水アルコール混合燃料のアルコール濃度および水濃度を算出することとする。
【００２０】
（相分離の判定原理）
次に、図２を参照して、含水アルコール混合燃料が相分離しているか否かを判定するための原理について説明する。図２中（Ａ）に示すとおり、含水アルコール混合燃料が相分離していない場合には、アルコール濃度センサ１４の周囲は、攪拌された状態の燃料が通過する。このため、この場合のセンサ出力は、該混合燃料のアルコール濃度に対応した出力となる。
【００２１】
一方、図２中（Ｂ）に示すとおり、含水アルコール混合燃料が相分離している場合には、該混合燃料はガソリンとアルコールとを主成分とする第１燃料とアルコールと水を主成分とする第２燃料とに相分離する。この際、鉛直部１２は、鉛直方向に延在しているため、比重の重い第２燃料は下層に停滞し、上層に位置するアルコール濃度センサ１４内は第１燃料が停滞する。このため、この場合のセンサ出力は、第１燃料のみのアルコール濃度に対応した出力となる。
【００２２】
図２中（Ａ）の状態としては、例えば、前回のトリップの終了時が挙げられる。そこで、本実施の形態では、前回のトリップの終了時のセンサ出力Ｃｐｒｅと、今回の始動時のセンサ出力Ｃｎｏｗとの偏差ΔＣがセンサ誤差Ｃｅｒｒよりも大きい場合に、該混合燃料が相分離していると判定することとする。これにより、含水アルコール混合燃料に相分離が発生しているか否かを、内燃機関の始動前に精度よく判定することができる。
【００２３】
（アルコール濃度の算出原理）
次に、図２を参照して、含水アルコール混合燃料が相分離している場合のアルコール濃度の算出原理について説明する。図２中（Ｂ）に示すとおり、含水アルコール混合燃料が相分離している場合のセンサ出力は、第１燃料のアルコール濃度に対応した出力Ｃａｌｃ＿ｉｎｉとなる。
【００２４】
一方、この状態で燃料ポンプを作動させると該混合燃料が流通し始める。このため、アルコール濃度センサ１４から第１燃料と第２燃料との境界までの液体量Ｖｆｏに相当する燃料が該センサを通過すると、該センサのセンサ出力は、第２燃料のアルコール濃度に対応した出力Ｃｗｔ＿ｉｎｉとなる。そこで、センサ出力Ｃａｌｃ＿ｉｎｉとＣｗｔ＿ｉｎｉとをそれぞれ検出して所定の演算を行うことにより、相分離したこれらの燃料を攪拌することなく、これらの混合燃料のアルコール濃度を精度よく算出することができる。
【００２５】
［実施の形態における具体的処理］
次に、図３を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図３は、本実施の形態の内燃機関の制御装置が始動時にアルコール濃度および水濃度を算出するルーチンのフローチャートである。
【００２６】
図３に示すルーチンでは、先ず、内燃機関の始動時であるか否かが判定される（ステップ１００）。その結果、内燃機関の始動時ではないと判定された場合には、以下に示す始動時制御を実行する必要がないと判定されて、本ルーチンは速やかに終了される。
【００２７】
一方、上記ステップ１０２において、内燃機関の始動時であると判定された場合には、次のステップに移行し、燃料の相分離の有無が判定される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、先ず、前回のトリップ終了時におけるアルコール濃度センサ１４のセンサ出力Ｃｐｒｅと、現在のセンサ出力Ｃｎｏｗとが読み込まれる。そして、これらの偏差ΔＣ（＝Ｃｎｏｗ−Ｃｐｒｅ）が所定の基準値Ｃｅｒｒよりも大きいか否かが判定される。尚、Ｃｅｒｒは、センサ誤差として予め設定された値が使用される。
【００２８】
その結果、ΔＣ＞Ｃｅｒｒの成立が認められない場合には、燃料の相分離は発生していないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。一方、上記ステップ１０２において、ΔＣ＞Ｃｅｒｒの成立が認められた場合には、燃料の相分離が発生していると判断されて、次のステップに移行し、第１燃料のアルコール濃度に対応したセンサ出力Ｃａｌｃ＿ｉｎｉが特定される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０２において読み込まれたＣｎｏｗがＣａｌｃとして特定される。
【００２９】
次に、燃料ポンプがＯＮとされたか否かが判定される（ステップ１０６）。その結果、未だ燃料ポンプが作動していない場合には、上記ステップ１０２に移行して、再度同様の処理が実行される。
【００３０】
一方、上記ステップ１０６において、燃料ポンプがＯＮされたと判定された場合には、次のステップに移行し、Ｖｆ＝Ｖｆｏの成立有無が判定される（ステップ１０８）。ここで、Ｖｆはアルコール濃度センサ１４を通過した燃料量を示している。また、Ｖｆｏは、図２中（Ｂ）に示すとおり、アルコール濃度センサ１４から鉛直部１２における第２燃料の液面までの液体量を示している。その結果、Ｖｆ＝Ｖｆｏの成立が認められない場合には、Ｖｆ＝Ｖｆｏの成立が判定されるまで本ステップが繰り返し実行される。
【００３１】
一方、上記ステップ１０８において、Ｖｆ＝Ｖｆｏの成立が認められた場合には、該アルコール濃度センサ１４に第２燃料が到達したと判断されて、次のステップに移行し、第２燃料のアルコール濃度に対応したセンサ出力Ｃｗｔ＿ｉｎｉが特定される（ステップ１１０）。ここでは、具体的には、現地点におけるアルコール濃度センサ１４のセンサ出力Ｃｎｏｗが読み込まれる。そしてかかるＣｎｏｗがＣｗｔ＿ｉｎｉとして特定される。
【００３２】
次に、アルコール混合燃料のアルコール濃度ａｌｃおよび該燃料の水濃度Ｈ２Ｏが算出される（ステップ１１２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０４において特定された第１燃料のセンサ出力Ｃａｌｃ＿ｉｎｉと上記ステップ１１０において特定された第２燃料のセンサ出力Ｃｗｔ＿ｉｎｉとに基づいて算出される。
【００３３】
次に、補正用のセンサ出力ＣａｌｃおよびＣｗｔが算出される（ステップ１１４）。ここで、Ｃａｌｃは、アルコール混合燃料のアルコール濃度に対応した補正用センサ出力を、Ｃｗｔは、該燃料の水濃度に対応した補正用センサ出力を、それぞれ示している。ここでは、具体的には、Ｃａｌｃは、上記ステップ１０４において特定された第１燃料のセンサ出力Ｃａｌｃ＿ｉｎｉと上記ステップ１１０において特定された第２燃料のセンサ出力Ｃｗｔ＿ｉｎｉとをアルコール濃度算出関数Ａに入力することによって、Ｃｗｔは、第２燃料のセンサ出力Ｃｗｔ＿ｉｎｉを水濃度算出関数Ｂに入力することによってそれぞれ算出される。
【００３４】
以上説明したとおり、本実施の形態の制御装置によれば、アルコール濃度センサ１４は、燃料配管１０の鉛直部１２に設けられている。鉛直部１２内の含水アルコール混合燃料が相分離すると、比重の重い第２燃料が第１燃料よりも下層となるように分離する。このため、該鉛直部１２に設けられたアルコール濃度センサ１４を用いて、第１燃料および第２燃料のアルコール濃度に対応したセンサ出力を順次検出することができる。
【００３５】
また、本実施の形態の制御装置によれば、内燃機関の始動時に鉛直部１２内の含水アルコール混合燃料が相分離している場合には、センサ出力Ｃｎｏｗが第１燃料のアルコール濃度に対応した出力となる。このため、前回のトリップ終了時のセンサ出力Ｃｐｒｅ、すなわち含水アルコール混合燃料のアルコール濃度に対応した出力と、上記センサ出力Ｃｎｏｗとの偏差ΔＣに基づいて、含水アルコール混合燃料の相分離の発生有無を精度よく判定することができる。
【００３６】
また、本実施の形態の制御装置によれば、含水アルコール混合燃料が相分離している場合に、第１燃料のアルコール濃度に対応したセンサ出力Ｃａｌｃ＿ｉｎｉと第２燃料のアルコール濃度に対応したセンサ出力Ｃｗｔ＿ｉｎｉとに基づいて、該燃料のアルコール濃度および水濃度が算出される。このため、本発明によれば、含水アルコール混合燃料が相分離している場合であっても、これらを混合させることなく、内燃機関の始動時に該混合燃料のアルコール濃度を精度よく推定することができる。
【００３７】
ところで、上述した実施の形態の制御装置では、バッテリクリアが行われた場合に前回トリップ終了時のセンサ出力Ｃｐｒｅを読み込むことができず、混合燃料の相分離発生有無を判定することができない。そこで、かかる場合には、始動時のセンサ出力が瞬時に変化した場合には、相分離が発生しているとして、本実施の形態のアルコール濃度算出を実行することとしてもよい。
【００３８】
尚、上述した実施の形態においては、Ｃａｌｃ＿ｉｎｉが前記第１の発明における「第１センサ出力」に、Ｃｗｔ＿ｉｎｉが前記第１の発明における「第２センサ出力」に、それぞれ相当している。また、システムが、上記ステップ１０４および１１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「センサ出力取得手段」が、上記ステップ１１０または１１２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「アルコール濃度推定手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００３９】
１０  燃料配管
１２  鉛直部
１４  アルコール濃度センサ
【図１】
2010196595.tif 000003
【図２】
2010196595.tif 000004
【図３】
2010196595.tif 000005