(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料タンク内の燃料が供給されるサブタンクと、
該サブタンク内の燃料を加熱する加熱装置と、
該加熱装置が前記サブタンク内の燃料を加熱しているとき前記サブタンク内の燃料の温度を検出する温度検出手段と、
該温度検出手段によって検出された前記サブタンク内の燃料の温度の変化に基づいて燃料に混ざったアルコールの成分および該燃料における当該アルコール成分の混合割合を割り出す割出手段と
を備え、
前記割出手段は、
前記温度検出手段によって検出された前記サブタンク内の燃料の温度が一定になったときの該燃料の温度に基づいて燃料に混ざったアルコールの成分を割り出す成分割出手段と、
前記温度検出手段によって検出された前記サブタンク内の燃料の温度の変化に基づいて前記成分割出手段によって割り出されるアルコール成分を蒸発させるために要した熱量を算出する熱量算出手段と、
該熱量算出手段によって算出された熱量に基づいて前記成分割出手段によって割り出されたアルコール成分の燃料における混合割合を割り出す混合割合割出手段と
を備える
ことを特徴とする燃料性状判別装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料性状判別装置を備えたことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料性状判別装置、特に軽油とアルコールとを混合した混合燃料を使用可能な内燃機関に適用される燃料性状判別装置、および、それを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、燃料性状がそれぞれ既知である２種の燃料のいずれによっても作動可能な内燃機関を開示する。この内燃機関は、複数の気筒の全てから排出される排気ガス中の酸素濃度を検出する第１酸素センサと、特定の気筒の排気ガス中の酸素濃度を検出する第２酸素センサとを備える。そして、特許文献１の記載によれば、燃料タンクへの燃料補給が検出されたとき、第２酸素センサにより特定の気筒に供給する燃料量のフィードバック制御が実行され、該制御中の酸素濃度に応じた燃料補正量に対応する値の平均値の大きさから、上記燃料の混合比率の検出が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７９７５８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の方法は、排気通路に設けられた酸素センサを用いるので、ディーゼルエンジンに適用することは容易でない。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、そのような酸素センサを用いることなく、内燃機関に用いられる燃料を調べることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するため、本発明に係る燃料性状判別装置は、燃料タンク内の燃料が供給されるサブタンクと、該サブタンク内の燃料を加熱する加熱装置と、該加熱装置がサブタンク内の燃料を加熱しているときサブタンク内の燃料の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段によって検出されたサブタンク内の燃料の温度の変化に基づいて燃料に混ざったアルコールの成分および該燃料における当該アルコール成分の混合割合を割り出す割出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
割出手段は、温度検出手段によって検出されたサブタンク内の燃料の温度が一定になったときの該燃料の温度に基づいて燃料に混ざったアルコールの成分を割り出す成分割出手段と、温度検出手段によって検出されたサブタンク内の燃料の温度の変化に基づいて成分割出手段によって割り出されるアルコール成分を蒸発させるために要した熱量を算出する熱量算出手段と、該熱量算出手段によって算出された熱量に基づいて成分割出手段によって割り出されたアルコール成分の燃料における混合割合を割り出す混合割合割出手段とを備えるとよい。
【０００８】
なお、本発明はこのような燃料性状判別装置を備えた内燃機関にも存する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料性状判別装置が適用された内燃機関の概略的なシステム図である。
【図２】本発明の実施形態において、混合燃料に混ざったアルコールの成分および混合燃料におけるアルコール分の混合割合を調べる流れを表した図である。
【図３】サブタンク内の燃料を加熱したときのその燃料の温度変化例を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明に係る燃料性状判別装置を実施形態に基づいて詳述する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る燃料性状判別装置１が適用された内燃機関１０の概略的なシステム図である。内燃機関１０は、自動車に搭載された圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンである。
【００１２】
気筒１２の燃焼室に臨むと共に吸気通路１４の一部を区画形成する吸気ポートは、シリンダヘッドに形成されていて、吸気弁によって開閉される。吸気通路１４の上流端側には、吸気通路１４に導かれる空気中の塵埃などを除去するべくエアクリーナ１６が設けられている。また、スロットルアクチュエータによって開度が調整されるスロットル弁１８が、吸気通路１４の途中に設けられている。
【００１３】
他方、気筒１２の燃焼室に臨むと共に排気通路２０の一部を区画形成する排気ポートは、シリンダヘッドに形成されていて、排気弁によって開閉される。排気通路２０には、排気ガス浄化触媒が充填された触媒コンバータ（不図示）が設けられている。
【００１４】
さらに、排気ガスにより回転駆動されるタービンホイールを含むタービン２２が排気通路２０に設けられている。これに対応して、タービンホイールに回転軸を介して同軸で連結され、タービンホイールの回転力で回転するようにしたコンプレッサホイールを含むコンプレッサ２４が吸気通路１４に設けられている。すなわち、内燃機関１０には、ターボチャージャ２６が設けられている。そして、コンプレッサ２４により圧縮された空気を冷却するべく、インタークーラ２８がコンプレッサ２４下流側の吸気通路に設けられている。
【００１５】
内燃機関１０のシリンダヘッドには、燃焼室に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁３０が設けられている。燃料タンク３２内の燃料は、サプライポンプ（不図示）によって圧縮され、燃料分配管３４を介して、燃料噴射弁３０に分配供給される（矢印ａ１参照）。
【００１６】
このような構成を備える内燃機関１０は、既知の如く、吸気通路１４から導かれた空気と、燃料噴射弁３０から噴射された燃料との混合気を燃焼室で燃焼させて、気筒１２内でピストンを往復動させて、クランクシャフトを回転させる。そして、燃焼室での混合気の燃焼により生じた排気ガスは、排気通路２０を介して排出される。
【００１７】
さて内燃機関１０は、軽油のみからなる燃料で作動可能であるが、軽油にアルコールを混合した混合燃料でも作動可能である。つまり、内燃機関１０は軽油とアルコールとを混合した混合燃料を燃料として使用可能である内燃機関である。ただし、ここでは、軽油に混ぜられ得るアルコールは、軽油の沸点よりも低い沸点を有するアルコール、例えばメタノール、エタノール、ブタノールである。軽油には、１種類のアルコールが混ぜられても、複数種類のアルコールが混ぜられてもよい。
【００１８】
ところで、軽油とアルコールとは揮発性、着火性などの燃料性状の点で相違するので、軽油のみからなる燃料と、アルコールを含む燃料とを、全く同じように、燃料噴射弁３０から噴射供給することには問題がある。そこで、内燃機関１０は、燃料の性状に適した燃料噴射制御を実行することを可能にするように、燃料に混ざったアルコールの成分（種類）および燃料における当該アルコール分の混合割合を調べることを可能にする燃料性状判別装置１を備える。
【００１９】
燃料性状判別装置１は、後述するＥＣＵの一部を含み、燃料タンク３２内と連通可能なサブタンク３８と、サブタンク３８内の燃料を加熱する加熱装置４０とを備える。燃料タンク３２内の燃料のうちの少量の燃料、ここでは所定量の燃料は、燃料取出通路４２を介して、サブタンク３８内に取り出される。所定量の燃料をサブタンク３８に取り出すことを可能にするように（矢印ａ２参照）、燃料取出通路４２には、ポンプ４４と、アクチュエータによって作動される制御弁４６とが設けられている。また、サブタンク３８内の燃料を燃料タンク３２内に戻すことを可能にするように（矢印ａ３参照）、サブタンク３８内は、燃料戻し通路４８を介して燃料タンク３２内に連通する。加熱装置４０はヒーター５０を備え、ヒーター５０の作動は後述するＥＣＵによって制御される。なお、サブタンク３８は断熱構造を有し、断熱性に優れる。
【００２０】
燃料性状判別装置１を備える内燃機関１０を制御する制御装置として機能するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５６には、各種のアクチュエータ、センサ類、バッテリ等が接続されている。ＥＣＵ５６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。ＥＣＵ５６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類を用いて得られる検出値等に基づいて、円滑に内燃機関１０を作動させるように、スロットル弁１８、燃料噴射弁３０、ポンプ４４、制御弁４６、ヒーター５０の各々の作動を制御する。
【００２１】
例えば、図示しないが、機関回転速度を検出するための回転速度センサ、機関負荷を検出するための負荷センサが設けられている。また、サブタンク３８にはサブタンク３８内の燃料の温度を検出するための温度センサ５８が設けられている。さらに、燃料タンク３２には燃料タンク３２内の燃料の液面位置を検出するための液面センサ６０が設けられている。
【００２２】
なお、サブタンク３８内の燃料の温度を検出する温度検出手段（温度検出装置）は、温度センサ５８と、ＥＣＵ５６の一部とを含む。また、燃料に混ざったアルコールの成分および燃料におけるアルコール成分の混合割合を割り出す割出手段（割出装置）は、ＥＣＵ５６の一部を含む。なお、割出手段は、燃料に混ざったアルコールの成分を割り出す成分割出手段と、割り出されるアルコール成分を蒸発させるために要した熱量を算出する熱量算出手段と、その熱量に基づいて割り出されたアルコール成分の燃料における混合割合を割り出す混合割合割出手段とを含む。さらに、燃料タンク３２への燃料の追加を検出する燃料追加検出手段（燃料追加検出装置）は、液面センサ６０と、ＥＣＵ５６の一部とを含む。また、燃料噴射制御手段はＥＣＵ５６の一部を含む。そして、これらは互いに関係付けられている。
【００２３】
次に、燃料性状判別装置１による、燃料に混ざったアルコールの成分および燃料におけるアルコール分の混合割合の割り出しについて、図２に基づいて説明する。以下に軽油系燃料におけるアルコール混合状態の決定について詳述するが、概略的に述べると、軽油とアルコール分との沸点の差およびアルコール分の蒸発に要する熱量に基づいて、軽油系混合燃料におけるアルコール混合状態が割り出される。
【００２４】
なお、本実施形態の内燃機関１０では、燃料タンク３２への給油中、内燃機関１０は停止される。そして、燃料性状判別装置１の作動中、内燃機関１０の始動は実質的に禁止される。
【００２５】
まず、ＥＣＵ５６は、燃料が燃料タンク３２に追加されたか否かを判定する（ステップＳ２０１）。液面センサ６０からの出力信号に基づいて検出された燃料タンク３２内の燃料の液面位置がそれまでに検出されて記憶されていた燃料の液面位置と比較される。そして、新たに検出された燃料の液面位置がそれまでの液面位置に比べて相対的に高いとき、燃料が追加されたとＥＣＵ５６は判定する（ステップＳ２０１で肯定判定）。他方、新たに検出された燃料の液面位置がそれまでの液面位置に比べて実質的に変わらないまたは低いとき、燃料が追加されていないとＥＣＵ５６は判定する（ステップＳ２０１で否定判定）。なお、記憶装置に記憶する燃料タンク３２内の燃料の液面位置データは、検出されるたびに、更新される。
【００２６】
燃料が追加されたとき、ＥＣＵ５６は、ポンプ４４を作動させると共に、通常は閉じられている制御弁４６を開くようにそのアクチュエータに作動信号を出力する（ステップＳ２０３）。制御弁４６の開弁期間は、所定時間である。これは、所定量の燃料を、燃料タンク３２内からサブタンク３８内に取り出すためである。
【００２７】
そして、所定量の燃料がサブタンク３８に取り出されて、制御弁４６が閉じられたとき、ヒーター５０が作動され、これによりサブタンク３８内の燃料の加熱が開始される（ステップＳ２０５）。本実施形態では、ヒーター５０による燃料の加熱は、サブタンク３８内の燃料の温度が所定温度、具体的には２００℃になるまで行われる。なお、このときのヒーター電力は一定である。
【００２８】
ただし、ヒーター５０による燃料の加熱は、サブタンク３８内の燃料の温度が他の温度になるまで行われることができる。加熱の目標温度（所定温度）は、ここでは燃料のベースが軽油であり、軽油の沸点が概ね２００℃〜４００℃の幅を有するので、２００℃〜４００℃の範囲内に定められることができる。これは、上述したように、当該内燃機関１０で用いられる燃料は、軽油系燃料（軽油のみからなる燃料を含む。）であり、軽油に加えられ得るアルコールは軽油よりも揮発性に優れたものであるからである。
【００２９】
ヒーター５０が作動されてサブタンク３８内の燃料が加熱されているとき、サブタンク３８内の燃料の温度が検出される（ステップＳ２０７）。この燃料の温度の検出は、継続して、または、所定時間おきに実行され、検出された温度は加熱時間と関連付けられて記憶される。このようにして取得される温度変化データの一例を概念的に図３に示す。なお、図３は、サブタンク３８内の燃料を２００℃まで加熱しているときのその途中までの温度変化例を表す。
【００３０】
図３から明らかなように、ヒーター５０による加熱によりサブタンク３８内の燃料の温度は連続的に上昇する。そして、この場合、燃料では軽油がベースとして用いられてそこに沸点の低いアルコールが含まれているので、サブタンク３８内の燃料を軽油の沸点である所定温度まで高める間に、燃料の温度が一定（安定）となる期間Ｐ１、Ｐ２がある。第１期間Ｐ１は図３中のｔ１−ｔ２期間であり、第２期間Ｐ２は図３中のｔ３−ｔ４期間である。第１期間Ｐ１では燃料の温度が第１温度Ａで概ね一定である。これに対して、第２期間Ｐ２では燃料の温度が第２温度Ｂで概ね一定である。
【００３１】
ＥＣＵ５６はエタノールの沸点、メタノールの沸点、ブタノールの沸点などの軽油に混ぜられる可能性のあるアルコールの沸点を予め記憶する。それ故、ＥＣＵ５６は、それら沸点のデータを、サブタンク３８内の燃料の温度が一定になったときの燃料の温度で検索する。具体的には、ＥＣＵ５６は、第１温度Ａでそのデータを検索する。第１温度Ａはエタノールの沸点であるので、燃料にエタノールが混ざっていることが割り出される。また、ＥＣＵ５６は、第２温度Ｂでそのデータを検索する。第２温度Ｂはブタノールの沸点であるので、燃料にブタノールが混ざっていることが割り出される。このようにして、サブタンク３８内の燃料に混ざったアルコールの成分（種類）が割り出される（ステップＳ２０９）。
【００３２】
次に、サブタンク３８内の燃料におけるアルコール成分の混合割合が割り出される（ステップＳ２１１）。その割り出しは、燃料に混ぜられたアルコール成分毎に、行われる。ここでは燃料に混ぜられたアルコール成分はエタノールとブタノールであるが、いずれの成分の混合割合の算出も同様に実行される。そこで、以下では、それらのうちの一方のエタノールの混合割合の算出について説明し、ブタノールの混合割合の算出についての説明を省略する。
【００３３】
エタノールの混合割合の算出に際しては、エタノールの密度、エタノールの潜熱、サブタンク３８内に取り出した燃料の量（容積）、ヒーター投入熱量（加熱量）が用いられる。ヒーター投入熱量は、エタノールを蒸発させるために要した熱量つまり加熱装置４０がヒーター５０に投入した熱量である。具体的には、ヒーター投入熱量は、ヒーター電力とエタノール蒸発に要した時間との積（「ヒーター投入熱量」＝「ヒーター電力」×「エタノール蒸発に要した時間」）によって算出される。このうちのヒーター電力は上記のように一定であるので所定値とされる。また、エタノール蒸発に要した時間は取得された温度変化データから得られ、燃料の温度が一定になっていた時間であり、ここでは具体的に図３中のｔ１−ｔ２時間である。そして、燃料中のエタノールの量（容積）が、ヒーター投入熱量をエタノールの潜熱で割ると共にエタノールの密度で割ることで求められる（「燃料中のエタノールの量」＝「ヒーター投入熱量」／「エタノールの潜熱」／「エタノールの密度」）。これらのうちの「エタノールの潜熱」および「エタノールの密度」は、それぞれＥＣＵ５６に予め記憶されている。つまり、ＥＣＵ５６はエタノールの潜熱、メタノールの潜熱、ブタノールの潜熱などの軽油に混ぜられる可能性のあるアルコールの潜熱のデータを予め記憶すると共に、エタノールの密度、メタノールの密度、ブタノールの密度などの軽油に混ぜられる可能性のあるアルコールの密度のデータを予め記憶する。なお、ここでいう潜熱は液体の沸点における蒸発潜熱すなわち気化熱である。そしてそれらの各々のデータを混ぜられたアルコール成分に基づいて検索することで、具体的にはここでは「エタノール」で検索することで「エタノールの潜熱」および「エタノールの密度」が得られる。そして、得られた燃料中のエタノールの量をサブタンク３８内に取り出した燃料の量（燃料総量）で割ることで、エタノールの混合割合が求められる（「エタノールの混合割合」＝「燃料中のエタノールの量」／「燃料総量」）。このように、割り出されるアルコール分を蒸発させるために要した熱量を燃料の温度の変化に基づいて求めて、そのアルコール分の燃料における混合割合を求めることができる。
【００３４】
なお、燃料が軽油のみからなる場合には、サブタンク３８内に取り出した燃料の加熱途中で、燃料の温度は一定とならない。したがって、この場合には、適切に、燃料が軽油のみからなると判断される。
【００３５】
以上述べたように、軽油系混合燃料を使用可能な内燃機関１０において、サブタンク３８内に取り出した燃料を加熱蒸発させる際のその燃料の温度変化に基づいて、燃料中にどのようなアルコールがどの程度混ざっているのかを適切にＥＣＵ５６は割り出すことができる。したがって、予め記憶するデータおよび／または演算式を用いて、ＥＣＵ５６は、燃料の性状に合った燃料噴射制御を適切に行うことができる。
【００３６】
具体的には、ＥＣＵ５６は、燃料におけるアルコール混合割合が高いときには、特に沸点の低いアルコール分（発熱量が低く、着火性が低いアルコール分）が燃料に多く含まれているときには、その混合割合に応じてパイロット噴射量を増加させる。したがって、内燃機関１０は、燃料着火性を適切に確保することができる。
【００３７】
以上、本発明を上記実施形態に基づいて説明したが、例えば、次のような変更が可能である。例えば、燃料取出通路４２のポンプ４４は省略可能である。この場合、燃料が自重により燃料タンク３２からサブタンク３８に流れるように、サブタンク３８は、燃料タンク３２に対して下方に位置付けられる。これにより、燃費改善、コスト削減、省スペース化を図ることができる。また、燃料戻し通路４８には、サブタンク３８から燃料タンク３２へ戻る燃料を迅速に凝縮させるべく（液化させるべく）、熱交換器などの凝縮器が設けられるとよい。これにより、燃料タンク内に気体状態の燃料が充満することを確実に防ぐことができる。また、上記燃料戻し通路４８には弁が設けられていないが、燃料戻し通路４８に弁が設けられてもよい。その場合、当該弁は、逆止弁とされても、ＥＣＵによって制御されるアクチュエータによって作動される制御弁とされてもよい。
【００３８】
また、燃料性状判別装置１の作動は、燃料タンク３２への給油口（不図示）が閉じられているときに行われるとよい。これにより、サブタンク３８から燃料タンク３２へ戻った燃料の外部への流出を防ぐことができる。それ故、例えば、燃料性状判別装置１の作動中は燃料タンク３２への給油口を開くことができないように作動するロック装置が設けられるとよい。
【００３９】
以上、本発明を実施形態等に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されない。本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  燃料性状判別装置
１０  内燃機関
１２  気筒
１４  吸気通路
２０  排気通路
２６  ターボチャージャ
３０  燃料噴射弁
３２  燃料タンク
３８  サブタンク
４０  加熱装置
４２  燃料取出通路
４４  ポンプ
４６  制御弁
４８  燃料戻し通路
５０  ヒーター
５８  温度センサ
６０  液面センサ
【図１】
0005477073.tif 000002
【図２】
0005477073.tif 000003
【図３】
0005477073.tif 000004