(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に触媒を備え、該触媒の上流側と下流側とに空燃比を検出するための空燃比センサを配置した内燃機関において、前記触媒の上流側に配置された空燃比センサの出力周波数と、前記触媒の下流側に配置された空燃比センサの出力周波数との比に基づいて燃料の性状を検出することを特徴とする内燃機関の燃料性状検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料性状検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関では、特定性状の燃料（通常は最も普及している燃料）を使用した時に最も高い機関出力が得られるように燃料噴射量を設定しているため、上記特定性状の燃料よりも重質な燃料が機関へ供給されると機関出力が低下する。これは燃料が重質になればなるほど揮発性が悪化し、機関燃焼に寄与する燃料量が少なくなるためである。そこで、燃料の性状に伴う揮発性の違いによって機関の気筒内における燃焼速度（筒内圧縮行程開始から筒内圧力が最大になるまでの時間）が異なることを利用して燃料の性状を判別する燃料性状判別装置が公知である（特開昭６２−２８２１３９号公報参照）。また、燃料の性状に伴う揮発性の違いによって燃焼行程中の機関の気筒内における最大筒内圧力が異なることを利用して燃料の性状を判別することも公知である（特開昭６２−２８２２６５号公報参照）。上記二つの公知例では、検出した燃料速度又は最大筒内圧力を基準値と比較し、その差から燃料性状を判別している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記燃焼速度や最大筒内圧力に基づいて燃料の性状を判別する場合、機関燃焼行程中という非常に短い間に燃焼速度や筒内圧力を検出するため、検出値の精度が低いという問題がある。また検出値と基準値との差も小さく、この理由からも燃料性状を判別することは困難である。更に、検出値と基準値との差を増大して検出精度を高めるために、燃料の揮発性に差が出る機関冷間期間（例えば機関始動直後からの短い期間）に検出を行うことも考えられるが、これでも検出期間が短いため検出精度を高めることは困難である。
本発明の目的は燃料の性状を高い精度で検出可能な内燃機関の燃料性状検出装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に触媒を備え、該触媒の上流側と下流側とに空燃比を検出するための空燃比センサを配置した内燃機関において、前記触媒の上流側に配置された空燃比センサの出力周波数と、前記触媒の下流側に配置された空燃比センサの出力周波数との比に基づいて燃料の性状を検出する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。図１において、１０は排気通路、１２は排気通路１０に配置された触媒、１４は触媒１２の排気上流側の排気通路１０に配置された上流側空燃比センサ、１６は触媒１２の排気下流側の排気通路１０に配置された下流側空燃比センサである。本願において『排気上流側』及び『排気下流側』という用語は機関から排出される排気ガスの流れに関連して用いられる用語である。上流側空燃比センサ１４及び下流側空燃比センサ１６は制御装置（ＥＣＵ）１８に接続される。また制御装置１８には、吸気通路（図示せず）に設けられ、吸入空気量を検出するエアフローメータ２０と、機関クランク軸（図示せず）の一定回転毎にパルス信号を発生するクランク角センサ２２と、機関シリンダブロックのウォータジャケット（図示せず）に設けられ、機関冷却水温度に応じたアナログ電圧を出力する冷却水温度センサ２４とが接続される。更に、制御装置１８は機関気筒へ燃料を供給する燃料噴射弁２６と、気筒内の燃料を燃焼開始させる点火プラグ２８とに接続される。
【０００６】
制御装置１８は、予め定められた特定の性状の燃料が使用されている場合に、上流側空燃比センサ１４、下流側空燃比センサ１６、エアフローメータ２０、クランク角センサ２２、及び冷却水温度センサ２４からの信号に基づき、機関運転状態に応じて最適な点火時期となるように点火プラグ２８の点火時期を制御する。更に、制御装置１８は、予め定められた特定の性状の燃料が使用されている場合に空燃比が理論空燃比近傍に維持されるように、上流側空燃比センサ１４及び下流側空燃比センサ１６からの信号に基づいて燃料噴射弁２６の開弁時間、即ち、空燃比をフィードバック制御する。この空燃比のフィードバック制御は、上流側Ｏ２  センサ１４の出力が図２（Ａ）のように理論空燃比相当出力ＶＲ１を中心として上下に変動するように、即ち、空燃比が理論空燃比近傍でリッチ空燃比とリーン空燃比とを交互に繰り返すように行われる。
【０００７】
本実施形態の触媒１２は三元触媒であり、この三元触媒は排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯＸ  の三成分を同時に浄化することができる。触媒１２は流入する排気空燃比がリーンの時（即ち、機関燃焼室で理論空燃比よりリーンな混合気の燃焼が行われている時）には排気中の酸素を吸着し、流入する排気空燃比がリッチの時（燃焼室で理論空燃比よりリッチな混合気の燃焼が行われている時）には吸着した酸素を放出する酸素の吸放出作用（Ｏ２  ストレージ作用）を行う。
本実施形態の空燃比センサはＯ２  センサであり、このＯ２  センサは、図４に示すように、空燃比がリーンの時に０Ｖ、リッチの時に１Ｖの出力電圧を発生し、この出力電圧は理論空燃比近傍で急激に変化して理論空燃比相当出力（比較電圧）ＶＲ  を横切る。即ち、Ｏ２  センサはそれぞれ排気空燃比が理論空燃比に対してリーン側かリッチ側かに応じて異なる出力電圧を発生する。
【０００８】
次に、燃料の性状検出について説明する。上述したように、予め定められた性状の燃料が使用され、空燃比をフィードバック制御した場合、触媒１２から流出する排気の空燃比の変動周波数は触媒１２のＯ２  ストレージ作用により小さくなるため、下流側Ｏ２  センサ１６の出力は、図２（Ｂ）のように、上流側Ｏ２  センサ１４の出力周波数よりも小さい周波数で理論空燃比相当出力ＶＲ２を交互に横切る。一方、予め定められた性状よりも重質な性状の燃料が使用され、上述と同様に空燃比をフィードバック制御した場合、下流側Ｏ２  センサ１６の出力は、図２（Ｃ）に示すように、予め定められた性状の燃料が使用されている場合よりも大きな周波数で理論空燃比相当出力ＶＲ２を交互に横切る。本発明は、この燃料性状に伴う下流側Ｏ２  センサの出力周波数の違いに基づき、燃料性状を検出する。
このように、重質な燃料が使用された場合に、下流側Ｏ２  センサの出力周波数が増大する理由は次のように考えられる。重質の燃料は揮発性が低く、気筒内において燃焼に消費される燃料量は少なく、従って、燃焼により消費される酸素量も少ない。このため、触媒１２の上流側においては、排気ガス中には含有される酸素及び未燃燃料は高く維持される傾向にある。一方、触媒１２内においては、未燃燃料が一時的に触媒１２に吸着し、その吸着した未燃燃料は或る短い期間を経てから一度に触媒１２から放出される。放出された未燃燃料は排気ガス中の酸素と反応し、排気ガス中の酸素濃度が急激に低下する。従って、下流側Ｏ２  センサは、未燃燃料が触媒に吸着されている間はリーン状態を検出し、未燃燃料が触媒から放出された時にはリッチ状態を検出する。この未燃燃料の吸着と放出とが短時間の周期で断続的に行われるため、下流側Ｏ２  センサの出力周波数が増大するものと考えられる。
本実施形態では上流側Ｏ２  センサ１４及び下流側Ｏ２  センサ１６の出力周波数を検出し、これら出力周波数の比を算出し、該出力周波数比に対応した予め制御装置のマップに格納された制御パラメータ値を読み取り、燃料噴射弁２６の開弁時間及び点火プラグ２８の点火時期を該制御パラメータ値に補正する。この補正は、具体的には、燃料性状が重質であると検出された時には、燃料噴射弁の開弁時間を長くして、供給燃料量を増大させるか、或いは、点火プラグの点火時期を進角、即ち、早める補正を行う。従って、本発明によれば、空燃比センサの出力周波数比に基づき燃料の性状を検出するため、機関運転中に比較的長い期間にわたる検出が可能となり、検出精度が向上する。
【０００９】
次に図３を参照し、燃料性状を検出して該検出された燃料性状に基づいて機関運転状態を制御する本実施形態の制御フローを説明する。初めにステップＳ３１０において、給油後であるか否かが判別される。この給油後であるか否かの判別は、例えば給油口の蓋の開閉や燃料ゲージの増大を検出することにより行う。ステップＳ３１０において給油後ではないと判別された時には使用されている燃料に変化がないものとして処理を終了する。ステップＳ３１０において給油後であると判別された時にはステップＳ３１２へ進み、検出条件が成立しているか否かが判別される。検出条件は、触媒１２の暖機状態、即ち触媒１２が活性化温度に達しているか否か、Ｏ２  センサが活性化されているか否か、燃料噴射フィードバック制御がなされているか否か、機関回転数や負荷が所定の範囲内にあるか否か等がある。ステップＳ３１２において検出条件が成立していないと判別された時には処理を終了する。ステップＳ３１２において検出条件が成立していると判別された時にはステップＳ３１６へ進み、上流側Ｏ２  センサ１４の出力周波数（ＶＯＭ）及び下流側Ｏ２  センサ１６の出力周波数（ＶＯＳ）を検出し、ステップＳ３１６へ進む。ステップＳ３１６では、これら出力周波数の比（ＶＯＳ／ＶＯＭ）を算出し、ステップＳ３１８へ進む。ステップＳ３１８では、ステップＳ３１６において算出された出力周波数比に基づき、制御装置１８に格納されているマップから上記出力周波数比に対応した制御パラメータ値を読み取り、ステップＳ３２０へ進む。ステップＳ３２０では、上記制御パラメータ値に現在の制御パラメータ値を補正して処理を終了する。
【００１０】
上記実施形態では上流側と下流側とのＯ２  センサの出力周波数比に基づき、制御パラメータ値を補正したが、これは本発明を制限するものではなく、下流側Ｏ２  センサの出力周波数が増大すると下流側Ｏ２  センサの出力軌跡の長さが増大することを利用して、上流側と下流側とのＯ２  センサの出力軌跡長比に基づいて制御パラメータ値を補正することも可能である。また、上流側Ｏ２  センサの出力周波数は各機関運転状態においてあまり変動化しないために、下流側Ｏ２  センサの出力周波数又は出力軌跡長の変化のみにより燃料性状を検出することも可能である。更に、予め定められた特定の性状の燃料が使用されている時に未燃燃料を発生するような空燃比制御を行っている場合には、予め定められた特定の性状の燃料よりも軽質な性状の燃料が使用されると、下流側Ｏ２  センサの出力周波数は上記実施形態とは逆に小さくなるため、このことを利用して燃料の性状が軽質であることを検出することも可能である。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、触媒上流側の空燃比センサの出力周波数と触媒下流側の空燃比センサの出力周波数との比に基づいて燃料の性状を検出するため、長い検出期間にわたり検出が可能であることから、高い精度で燃料性状を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる内燃機関の構成を示す図である。
【図２】（Ａ）は上流側Ｏ２  センサの出力波形を示し、（Ｂ）は予め定められた性状の燃料が用いられている時における下流側Ｏ２  センサの出力波形を示し、（Ｃ）は予め定められた性状の燃料よりも重質な燃料が用いられている時における下流側Ｏ２  センサの出力波形を示す図である。
【図３】燃料性状を検出し、該検出された燃料性状に基づいて機関運転状態を制御する制御フローを示すフローチャートである。
【図４】Ｏ２  センサの出力特性を説明する図である。
【符号の説明】
１０…排気通路
１２…触媒
１４…上流側空燃比センサ
１６…下流側空燃比センサ
１８…制御装置
２０…エアフローメータ
２２…クランク角センサ
２４…冷却水温度センサ
２６…燃料噴射弁
２８…点火プラグ
【図１】
0003627417.tif 000002
【図２】
0003627417.tif 000003
【図３】
0003627417.tif 000004
【図４】
0003627417.tif 000005