(57)【要約】【課題】本発明は、燃料性状検出装置に関し、複数種の燃料からなる混合燃料の燃料構成比率を精度良く検出することを目的とする。【解決手段】本発明の燃料性状検出装置は、内燃機関１０に供給される複数種混合燃料のサンプルを採取するサンプル採取手段と、採取されたサンプルを減圧状態で蒸留する蒸留手段と、サンプルのうち蒸留後に残存した量の割合を検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づいて混合燃料の燃料構成比率を算出する燃料構成比率算出手段とを備える。検出手段は、サンプルを蒸留する蒸留室４４内の液量を検出する液量センサ７４を含む。蒸留室４４に接続された燃料採取ポンプ６０は、燃料タンク１２から蒸留室４４内へサンプルを採取する用途と、蒸留室４４内を減圧する用途とに兼用可能になっている。燃料性状検出装置は、サンプルが採取される前に燃料タンク１２に貯留された混合燃料を攪拌する攪拌手段を更に備えていてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に供給される複数種混合燃料のサンプルを採取するサンプル採取手段と、
前記採取されたサンプルを減圧状態で蒸留する蒸留手段と、
前記サンプルのうち蒸留後に残存した量の割合を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて前記混合燃料の燃料構成比率を算出する燃料構成比率算出手段と、
を備えることを特徴とする燃料性状検出装置。
【請求項２】
前記蒸留手段は、常温で前記蒸留を行うことを特徴とする請求項１記載の燃料性状検出装置。
【請求項３】
前記サンプルを蒸留する蒸留室と、
前記蒸留室に接続されたポンプと、
を備え、
前記ポンプは、燃料タンクから前記蒸留室内へ前記サンプルを採取する用途と、前記蒸留室内を減圧する用途とに兼用されることを特徴とする請求項１または２記載の燃料性状検出装置。
【請求項４】
前記サンプルを蒸留する蒸留室と、
前記蒸留室内の温度および圧力を検出する温度圧力検出手段と、
前記蒸留室内の温度および圧力が所定の燃料蒸気圧曲線上に乗るように、前記温度圧力検出手段の検出結果に基づいて前記蒸留室内の減圧を制御する減圧制御手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の燃料性状検出装置。
【請求項５】
前記検出手段は、前記サンプルの採取量を計量する第１の計量手段と、前記蒸留後に残存した量を計量する第２の計量手段とを含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の燃料性状検出装置。
【請求項６】
前記サンプルを蒸留する蒸留室を備え、
前記検出手段は、前記蒸留室内の液量を検出する液量センサを含むことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の燃料性状検出装置。
【請求項７】
前記蒸留手段は、前記蒸留を複数段の減圧状態で行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の燃料性状検出装置。
【請求項８】
前記サンプル採取手段は、燃料タンクに貯留された前記混合燃料から前記サンプルを採取し、
前記サンプルが採取される前に、前記燃料タンクに貯留された前記混合燃料を攪拌する攪拌手段を備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の燃料性状検出装置。
【請求項９】
前記サンプル採取手段は、燃料タンクに貯留された前記混合燃料から前記サンプルを採取し、
使用後のサンプルを前記燃料タンクに戻す返却手段を備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の燃料性状検出装置。
【請求項１０】
前記混合燃料は、多成分からなる第１燃料と、前記第１燃料の蒸気圧曲線範囲の中に含まれる蒸気圧曲線を有する単一成分からなる第２燃料とを含み、
前記蒸留手段は、前記第２燃料の蒸気圧曲線以上に高温側の所定の蒸気圧曲線上に乗るような減圧状態で前記蒸留を行い、
前記第１燃料を前記所定の蒸気圧曲線上に乗るような減圧状態で蒸留したときの留出量と残存量との割合に関する情報を記憶した記憶手段を備え、
前記燃料構成比率算出手段は、前記情報と、前記検出手段の検出結果とに基づいて前記燃料構成比率を算出することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項記載の燃料性状検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料性状検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー源の多様化に伴い、例えばガソリンと軽油との混合燃料のような、複数種混合燃料を用いて運転可能な内燃機関の必要性が高まることが見込まれている。混合燃料の各種の特性は、その混合燃料を構成する各燃料の比率に応じて大きく変化する。このため、混合燃料の特性に合わせた最適な燃焼を行うためには、内燃機関の燃焼制御の内容を、その燃料構成比率に応じて補正することが必要となる。従って、混合燃料を使用する内燃機関においては、燃料タンク内の混合燃料の燃料構成比率を正確に検出することが強く望まれる。
【０００３】
特開２００８−１６３９０１号公報には、給油前における燃料タンク内の混合燃料の性状および残存量の情報を記憶しておき、給油に際しては、給油する燃料の性状および給油量の情報を給油装置から車両へ送信し、給油前の情報と、給油装置から送信された情報とに基づいて、給油後の機関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】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６３９０１号公報
【特許文献２】特開２００９−２４５６９号公報
【特許文献３】特開２００６−１６１７２２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】発明協会公開技報公技番号２００３−５００７１０号
【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、上記従来の技術では、各給油所の給油装置に、車両と通信可能な通信装置を組み込む必要がある。従って、インフラストラクチャの整備が必要となり、普及までに長期間を要する。また、誤った情報が給油装置から送信された場合には、燃料性状に関して誤った情報が取得されてしまうので、不適切な機関制御が行われてしまうおそれがある。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複数種の燃料からなる混合燃料の燃料構成比率を精度良く検出することのできる燃料性状検出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、燃料性状検出装置であって、
内燃機関に供給される複数種混合燃料のサンプルを採取するサンプル採取手段と、
前記採取されたサンプルを減圧状態で蒸留する蒸留手段と、
前記サンプルのうち蒸留後に残存した量の割合を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて前記混合燃料の燃料構成比率を算出する燃料構成比率算出手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記蒸留手段は、常温で前記蒸留を行うことを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記サンプルを蒸留する蒸留室と、
前記蒸留室に接続されたポンプと、
を備え、
前記ポンプは、燃料タンクから前記蒸留室内へ前記サンプルを採取する用途と、前記蒸留室内を減圧する用途とに兼用されることを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記サンプルを蒸留する蒸留室と、
前記蒸留室内の温度および圧力を検出する温度圧力検出手段と、
前記蒸留室内の温度および圧力が所定の燃料蒸気圧曲線上に乗るように、前記温度圧力検出手段の検出結果に基づいて前記蒸留室内の減圧を制御する減圧制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記検出手段は、前記サンプルの採取量を計量する第１の計量手段と、前記蒸留後に残存した量を計量する第２の計量手段とを含むことを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記サンプルを蒸留する蒸留室を備え、
前記検出手段は、前記蒸留室内の液量を検出する液量センサを含むことを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記蒸留手段は、前記蒸留を複数段の減圧状態で行うことを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記サンプル採取手段は、燃料タンクに貯留された前記混合燃料から前記サンプルを採取し、
前記サンプルが採取される前に、前記燃料タンクに貯留された前記混合燃料を攪拌する攪拌手段を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れかにおいて、
前記サンプル採取手段は、燃料タンクに貯留された前記混合燃料から前記サンプルを採取し、
使用後のサンプルを前記燃料タンクに戻す返却手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第１０の発明は、第１乃至第９の発明の何れかにおいて、
前記混合燃料は、多成分からなる第１燃料と、前記第１燃料の蒸気圧曲線範囲の中に含まれる蒸気圧曲線を有する単一成分からなる第２燃料とを含み、
前記蒸留手段は、前記第２燃料の蒸気圧曲線以上に高温側の所定の蒸気圧曲線上に乗るような減圧状態で前記蒸留を行い、
前記第１燃料を前記所定の蒸気圧曲線上に乗るような減圧状態で蒸留したときの留出量と残存量との割合に関する情報を記憶した記憶手段を備え、
前記燃料構成比率算出手段は、前記情報と、前記検出手段の検出結果とに基づいて前記燃料構成比率を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
第１の発明によれば、内燃機関に供給される複数種混合燃料の燃料構成比率を高精度に推定することができる。このため、燃料噴射量、噴射時期、噴射圧力などの内燃機関の燃焼制御パラメータを、混合燃料の燃料構成比率に応じて最適に補正することができる。よって、その混合燃料の特性に応じた最適な燃焼を行うことが可能となり、エミッションや燃費の悪化を確実に防止することができる。また、本発明によれば、内燃機関に供給される混合燃料そのものから実際に採取したサンプルを蒸留して分析し、燃料構成比率を直接的に推定することができる。このため、誤った推定がなされる可能性が低く、燃料構成比率を正確に推定することができる。更に、本発明によれば、採取した燃料サンプルを減圧状態で蒸留することができる。このため、低温での蒸留が可能となり、加熱が不要または少量で済む。このため、迅速且つ省エネルギーに蒸留を行うことができる。
【００１９】
第２の発明によれば、常温で蒸留を行うことにより、更に迅速且つ省エネルギーに蒸留を行うことができる。
【００２０】
第３の発明によれば、蒸留室に接続されたポンプを、燃料タンクから蒸留室内へサンプルを採取する用途と、蒸留室内を減圧する用途とに兼用することができる。このため、装置構成を簡素化することができ、コスト低減および重量軽減が図れる。
【００２１】
第４の発明によれば、蒸留温度および蒸留圧力が所定の燃料蒸気圧曲線上に乗るように減圧を制御することができるので、燃料構成比率をより正確に推定することができる。
【００２２】
第５の発明によれば、サンプルの採取量と、蒸留後に残存した量とを計量することにより、蒸留後に残存した量の割合をより正確に検出することができる。このため、燃料構成比率をより正確に推定することができる。
【００２３】
第６の発明によれば、蒸留室内の液量を検出する液量センサを設けることにより、簡単な構成で、蒸留後に残存した量の割合を正確に検出することができる。
【００２４】
第７の発明によれば、蒸留を複数段の減圧状態で行うことにより、多種の燃料からなる混合燃料の燃料構成比率を検出することが可能となる。
【００２５】
第８の発明によれば、燃料タンクからサンプルを採取する前に、燃料タンク内の混合燃料を攪拌することにより、混合燃料に含まれる各成分の濃度をタンク全体で均一にすることができる。このため、採取するサンプルの燃料構成比率を、燃料タンクに貯留されている混合燃料全体の燃料構成比率に正確に一致させることができる。その結果、燃料構成比率をより正確に推定することができる。
【００２６】
第９の発明によれば、使用後のサンプルを燃料タンクに戻すことができる。このため、燃料を節約することができる。
【００２７】
第１０の発明によれば、多成分からなる第１燃料と、この第１燃料の蒸気圧曲線範囲の中に含まれる蒸気圧曲線を有する単一成分からなる第２燃料とを含む混合燃料の燃料構成比率を高精度に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図３】残存量Ａと攪拌時間Ｂとの関係を示すマップである。
【図４】本発明の実施の形態１におけるガソリンの蒸気圧曲線を示す図である。
【図５】蒸留後の残存量と、軽油比率との関係を示す図である。
【図６】ガソリンの蒸気圧曲線およびエタノールの蒸気圧曲線を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態２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】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、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。
【００３０】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両の動力源などとして用いられる内燃機関１０を備えている。本実施形態の内燃機関１０は、ガソリンと軽油との混合状態にある混合燃料を燃焼させて運転することが可能である。この混合燃料は、燃料タンク１２に貯留されている。なお、図１では、紙面の都合上、燃料タンク１２や後述する蒸留装置４２の大きさに比べて、内燃機関１０の大きさを縮小して描画している。
【００３１】
燃料タンク１２内の混合燃料は、燃料パイプ１４を通って、内燃機関１０へ送られる。燃料パイプ１４の途中には、燃料フィルタ１６が設置されている。燃料パイプ１４を通って内燃機関１０へと送られてきた混合燃料は、燃料ポンプ１８によって加圧され、コモンレール２０内に高圧状態で蓄えられる。コモンレール２０内に蓄えられた混合燃料は、各気筒に設置された燃料インジェクタ２２へと送られる。燃料インジェクタ２２は、その混合燃料を筒内に直接に噴射する。
【００３２】
本実施形態の内燃機関１０には、ターボチャージャ２４が備えられている。吸入空気は、ターボチャージャ２４のコンプレッサで圧縮された後、吸気通路２６を通って送られ、吸気マニホールドにより各気筒へ分配される。各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド２８によって集められて、ターボチャージャ２４のタービンに流入する。タービンの下流側の排気通路には、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ３０が設置されている。
【００３３】
コンプレッサの上流側の吸気通路の入口付近には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３２が設置されている。また、コンプレッサの下流側の吸気通路２６には、吸入空気量を調整するための吸気絞り弁３４が設置されている。
【００３４】
また、本実施形態の内燃機関１０には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を行うためのＥＧＲ装置が備えられている。このＥＧＲ装置は、取り出した排気ガスを吸気系へ送るためのＥＧＲ通路３６と、ＥＧＲ量を調整するためのＥＧＲ弁３８とを有している。
【００３５】
上述した燃料ポンプ１８、燃料インジェクタ２２、エアフローメータ３２、吸気絞り弁３４、ＥＧＲ弁３８は、それぞれ、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０に電気的に接続されている。図示を省略するが、これらのほかに、内燃機関１０を制御するための各種の公知なセンサおよびアクチュエータ（例えば、クランク角を検出するクランク角センサ、空燃比センサ、可変動弁装置など）が設けられ、ＥＣＵ５０に電気的に接続されていてもよい。ＥＣＵ５０は、これらの各センサの出力と、後述するようにして検出される混合燃料の燃料構成比率とに基づいて、各アクチュエータの作動を制御することにより、内燃機関１０の運転を制御する。
【００３６】
なお、本発明における内燃機関１０の構成は、気筒数、気筒配置、過給の有無、ＥＧＲの有無、燃焼方式などに関して、上記の構成に限定されるものではない。
【００３７】
本実施形態のシステムは、燃料タンク１２に貯留されている混合燃料の量（残存量）を検出する残存量センサ３９と、燃料タンク１２に貯留されている混合燃料のサンプルを採取するサンプル採取装置４０と、その混合燃料の燃料構成比率を検出するために、採取されたサンプルを蒸留する蒸留装置４２とを更に備えている。
【００３８】
蒸留装置４２は、蒸留室４４と、凝縮器４６と、蒸留室４４内で発生した燃料蒸気を凝縮器４６へ送る連通路４８と、蒸留室４４に溜まっている燃料を抜き取って燃料タンク１２へ戻すための排出路５２と、排出路５２の入口を開閉する排出弁５４と、凝縮器４６に溜まっている燃料を抜き取って燃料タンク１２へ戻すための排出路５６と、排出路５６の入口を開閉する排出弁５８とを備えている。
【００３９】
サンプル採取装置４０は、燃料タンク１２と蒸留室４４とを接続する燃料採取通路６２と、この燃料採取通路６２の途中に設置された燃料採取ポンプ６０とを備えている。燃料採取ポンプ６０を作動させることにより、燃料タンク１２内の混合燃料を、燃料採取通路６２を通して送液し、蒸留室４４内に採取することができる。また、本実施形態の燃料採取ポンプ６０は、送液機能のほかに減圧機能を兼ね備えたポンプで構成されている。すなわち、この燃料採取ポンプ６０は、蒸留室４４内の空気を燃料採取通路６２を通して排出し、蒸留室４４内を減圧するように作動可能になっている。このように作動することを以下では「燃料採取ポンプ６０を逆回転する」とも言う。
【００４０】
蒸留装置４２には、蒸留室４４内の圧力（蒸留圧力）を検出する圧力センサ６４と、蒸留室４４内の温度（蒸留温度）を検出する温度センサとしてのサーミスタ７２と、蒸留室４４内の液量（体積）を検出する液量センサ７４とが設置されている。液量センサ７４は、蒸留室４４に溜まっている燃料の液面などを検出することにより、蒸留室４４に溜まっている液体の燃料の量を検出することができる。
【００４１】
上述した排出弁５４，５８、燃料採取ポンプ６０、圧力センサ６４、サーミスタ７２、液量センサ７４は、ＥＣＵ５０に電気的に接続されている。排出弁５４，５８、燃料採取ポンプ６０の作動は、ＥＣＵ５０により制御される。
【００４２】
図２は、燃料タンク１２内に貯留された混合燃料の燃料構成比率を検出（推定）する燃料構成比率推定制御を行うために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図２に示すルーチンによれば、まず、燃料構成比率推定制御の実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ１００）。例えば、内燃機関１０がアイドル運転を行っていることが実行条件とされている場合には、ステップ１００で、内燃機関１０がアイドル運転状態にあるか否かが判定される。
【００４３】
上記ステップ１００で実行条件が成立していると判定された場合には、以下に説明する燃料構成比率推定制御が実行される。本実施形態では、サンプルの採取に先立って、燃料タンク１２内の混合燃料を攪拌する操作が次のようにして行われる。まず、残存量センサ３９の検出信号に基づいて、燃料タンク１２内の混合燃料の残存量Ａが取得される（ステップ１０２）。次いで、その取得された残存量Ａに基づいて、攪拌時間Ｂが算出される（ステップ１０４）。図３は、残存量Ａと攪拌時間Ｂとの関係を示すマップである。上記ステップ１０４では、このマップに基づいて、攪拌時間Ｂが設定される。すなわち、上記ステップ１０４では、残存量Ａが多い場合ほど、攪拌時間Ｂが長く設定される。
【００４４】
上記ステップ１０４の処理に続いて、排出弁５４，５８が開放される（ステップ１０６）。次いで、燃料採取ポンプ６０を作動させる（ステップ１０８）。これにより、燃料タンク１２内の混合燃料が、燃料採取ポンプ６０によって汲み上げられ、蒸留室４４に流入する。蒸留室４４に流入した混合燃料は、排出路５２を通って、燃料タンク１２へ戻る。このようにして混合燃料を循環させることにより、燃料タンク１２内の混合燃料を攪拌することができる。
【００４５】
上記ステップ１０８の処理に続いて、攪拌時間Ｂが経過したか否かが判定される。攪拌時間Ｂが経過したと判定された場合には、燃料採取ポンプ６０が停止され（ステップ１１０）、その後、排出弁５４，５８が閉じられる（ステップ１１２）。これにより、攪拌操作が終了する。
【００４６】
燃料タンク１２にガソリンと軽油との何れかが給油された直後は、十分に混合してないので、各成分の濃度がタンク内で均一になっていない場合がある。本実施形態によれば、サンプルの採取に先立って上記の攪拌操作を行うことにより、燃料タンク１２内の混合燃料の各成分の濃度をタンク全体で均一にすることができる。このため、採取するサンプルの燃料構成比率を、燃料タンク１２に貯留されている混合燃料全体の燃料構成比率に正確に一致させることができる。その結果、燃料構成比率をより正確に推定することができる。また、本実施形態では、燃料タンク１２内の混合燃料の残存量Ａに応じて、攪拌時間Ｂの長さを過不足なく設定することができる。このため、攪拌を確実に行うことができるとともに、時間や消費電力を必要最小限に抑制することができる。更に、サンプル採取装置４０を利用して攪拌操作を行うことができ、攪拌専用の装置が不要であるので、コスト低減や重量軽減が図れる。
【００４７】
攪拌操作が終了すると、サンプル採取操作および蒸留操作が実行される。本実施形態では、所定量（以下、１０ｍｌとする）のサンプルを蒸留室４４内に採取し、この採取したサンプルを減圧状態で蒸留する。図４は、本実施形態におけるガソリンの蒸気圧曲線の範囲を示す図である。図４中の斜線部は、本実施形態におけるガソリンを構成する各成分の蒸気圧曲線が存在する範囲を示している。すなわち、本実施形態におけるガソリンは、大気圧（７６０ｍｍＨｇ）の下での沸点が１８０℃以下の多成分で構成される。一方、軽油は、大気圧下での沸点が１８０℃以上の多成分で構成される。すなわち、軽油を構成する各成分の蒸気圧曲線は、図４中の斜線部より高温側の範囲に存在する。
【００４８】
本実施形態では、採取された燃料サンプルに対し減圧蒸留を行うことにより、ガソリンと軽油とに分離する。図４中の斜線部の右端に位置する蒸気圧曲線Ｃは、ガソリンと軽油との境界に相当する。この蒸気圧曲線Ｃ上の温度および圧力において蒸留を行えば、燃料サンプルに含まれるガソリンのみが蒸発する。その蒸気となったガソリンは、連通路４８を通って凝縮器４６へ流入し、凝縮して凝縮器４６内に溜まる。一方、蒸留室４４には、燃料サンプルに含まれる軽油のみが蒸発せずに液体として残存する。従って、蒸留後に蒸留室４４に残った液体の量を液量センサ７４で検出することにより、１０ｍｌのサンプルに含まれていた軽油の量（体積）を求めることができる。このようにして、混合燃料中の軽油の構成比率を算出することができる。本実施形態では、上記の蒸気圧曲線ＣがマップとしてＥＣＵ５０に予め記憶されているものとする。
【００４９】
本実施形態では、燃料構成比率をより正確に推定するため、サンプル採取操作および蒸留操作を複数回（以下、３回とする）繰り返して実行し、その複数回の操作によって得られたデータを平均した値に基づいて、燃料構成比率を算出することとした。そこで、サンプル採取操作および蒸留操作を開始するに当たっては、まず、その実行回数をカウントするための変数ＮがＮ＝０とされる（ステップ１１４）。次いで、サンプル採取装置４０により、燃料タンク１２内の混合燃料のサンプルを、１０ｍｌだけ蒸留室４４内に採取する（ステップ１１６）。サンプルを計量する方法としては、液量センサ７４で検出される蒸留室４４内の液量が１０ｍｌとなるように、燃料採取ポンプ６０の作動を制御すればよい。また、燃料採取ポンプ６０が、吐出量を正確に制御可能な定量ポンプである場合には、燃料採取ポンプ６０によって計量してもよい。
【００５０】
続いて、燃料採取ポンプ６０を逆回転させることにより、蒸留室４４内が減圧される（ステップ１１７）。このステップ１１７では、まず、燃料サンプルの温度Ｔ1がサーミスタ７２により検出される。次いで、蒸気圧曲線Ｃのマップが参照され、その温度Ｔ1に対応する圧力Ｐ1が算出される（図４参照）。そして、圧力センサ６４で検出される圧力がＰ1に一致するように、燃料採取ポンプ６０の作動が制御される。このようにして、ガソリンと軽油との境界の蒸気圧曲線Ｃ上に位置する温度Ｔ1および圧力Ｐ1の下で、蒸留が実行される（ステップ１１８）。
【００５１】
蒸留操作の終了後、液量センサ７４により、蒸発せずに蒸留室４４内に残存した燃料の量を検出し、その残存量データが記憶される（ステップ１２０）。次いで、変数Ｎに１が加算される（ステップ１２２）。この時点で、変数Ｎの値は、既に終了したサンプル採取操作および蒸留操作の回数に一致しており、取得された残存量データの個数とも一致している。
【００５２】
続いて、排出弁５４，５８が開放される（ステップ１２４）。これにより、蒸留室４４および凝縮器４６に分かれて溜まっている分離後の燃料サンプルが、排出路５２，５６を通って、燃料タンク１２へ戻される（ステップ１２６）。このように、本実施形態では、使用後の燃料サンプルを燃料タンク１２へ戻すことができるので、燃料を節約することができる。
【００５３】
使用後の燃料サンプルが燃料タンク１２へ戻された後、排出弁５４，５８が閉じられる（ステップ１２８）。次いで、変数Ｎが２より大きいか否かが判断される（ステップ１３０）。このステップ１２４で、変数Ｎの値が２以下である場合、すなわち取得された蒸留後の残存量データの個数が２個以下である場合には、上記ステップ１１６〜１２８の処理が再度実行される。一方、変数Ｎの値が２より大きい場合、すなわち、取得された残存量データの個数が３個に達した場合には、その３個の残存量データを平均化する処理が実行される（ステップ１３２）。
【００５４】
続くステップ１３４では、上記ステップ１３２の平均化処理後の残存量データを用いて、混合燃料の燃料構成比率（本実施形態では、軽油比率）が算出される。図５は、蒸留後の残存量と、軽油比率との関係を示す図である。前述したように、蒸留後の残存量は、１０ｍｌのサンプルに含まれている軽油の量に相当する。従って、図５に示すように、軽油比率は蒸留後の残存量に比例する。具体的には、蒸留後の残存量が３ｍｌであれば軽油比率は３０％（すなわちガソリン比率が７０％）となり、蒸留後の残存量が６ｍｌであれば軽油比率は６０％（すなわちガソリン比率が４０％）となる。
【００５５】
混合燃料の燃料性状は、その燃料構成比率に応じて大きく変化する。このため、内燃機関１０の燃焼制御パラメータ（燃料噴射量、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、吸入空気量、ＥＧＲ率など）の最適な値は、内燃機関１０に供給される混合燃料の燃料構成比率に応じて、異なった値になる。本実施形態によれば、以上説明した図２に示すルーチンの処理により、燃料タンク１２に貯留されている混合燃料の燃料構成比率を高精度に推定することができる。
【００５６】
本実施形態では、上記の各燃焼制御パラメータを、燃料構成比率（軽油比率）に応じて最適な値に補正するための補正値マップをＥＣＵ５０に予め記憶しておくことが望ましい。そうすれば、図２に示すルーチンの処理によって取得された軽油比率と、それらの補正値マップとに基づいて、各燃焼制御パラメータを適切に補正することができる。よって、現在使用中の混合燃料に応じた最適な燃焼状態を得ることができる。その結果、内燃機関１０のエミッションや燃費の悪化を確実に防止することができる。
【００５７】
また、本発明は、給油装置との情報通信によって燃料構成比率を間接的に推定するような技術とは異なり、インフラストラクチャ（給油所側の設備）の整備が不要であるので、容易に普及させることができる。更に、本発明では、燃料タンク１２に貯留されている混合燃料、つまり内燃機関１０に供給される混合燃料そのものから実際に採取したサンプルを蒸留して分析し、燃料構成比率を直接的に推定する。このため、誤った推定がなされる可能性が低く、燃料構成比率を正確に推定することができる。
【００５８】
また、本実施形態によれば、燃料サンプルを減圧下に置くことにより、常温で蒸留することが可能である。このため、燃料サンプルを加熱するための加熱装置が不要となり、装置構成を簡素化することができる。更に、本実施形態によれば、燃料サンプルを採取するための燃料採取ポンプ６０を、蒸留室４４内を減圧する用途にも兼用することができる。このため、装置構成を更に簡素化することができる。
【００５９】
なお、本実施形態では、燃料サンプルの採取量と、蒸留後の残存量とをそれぞれ計測し、その両者の値から燃料構成比率を算出しているが、本発明では、これに代えて、次のようにしてもよい。
（１）燃料サンプルの採取量と、蒸留で留出した量とをそれぞれ計測し、その両者の値から燃料構成比率を算出する。留出量は、例えば、凝縮器４６に液量センサを設置することにより、計測することができる。
（２）蒸留で留出した量と、蒸留後の残存量とをそれぞれ計測し、その両者の値から燃料構成比率を算出する。この場合、燃料サンプルの採取量は、計測しなくてもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、燃料サンプルを常温で蒸留しているが、本発明では、常温より高い温度で減圧蒸留を行うようにしてもよい。この場合でも、減圧状態とすることにより、大気圧下より低い温度で蒸留することができるので、加熱量が少なくて済むという利点がある。
【００６１】
上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「サンプル採取手段」が、上記ステップ１１７および１１８の処理を実行することにより前記第１の発明における「蒸留手段」が、上記ステップ１１６および１２０の処理を実行することにより前記第１の発明における「検出手段」が、上記ステップ１３４の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料構成比率算出手段」が、上記ステップ１１７の処理を実行することにより前記第４の発明における「減圧制御手段」が、上記ステップ１１６の処理を実行することにより前記第５の発明における「第１の計量手段」が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより前記第５の発明における「第２の計量手段」が、上記ステップ１０６〜１１２の処理を実行することにより前記第８の発明における「攪拌手段」が、上記ステップ１２４〜１２８の処理を実行することにより前記第９の発明における「返却手段」が、それぞれ実現されている。また、燃料採取ポンプ６０が前記第３の発明における「ポンプ」に、温度センサ６４およびサーミスタ７２が前記第４の発明における「温度圧力検出手段」に、蒸気圧曲線Ｃが前記第４の発明における「所定の燃料蒸気圧曲線」に、それぞれ相当している。
【００６２】
実施の形態２．
次に、図６および図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、前述した図１に示すシステム構成を用いて、ＥＣＵ５０に、前述した図２に示すルーチンに代えて、後述する図７に示すルーチンを実行させることにより、実現することができる。
【００６３】
本実施形態では、燃料タンク１２に貯留されている混合燃料は、ガソリンと軽油とエタノールとが混合されたものである。すなわち、本実施形態の内燃機関１０は、ガソリンと軽油とエタノールとの混合状態にある混合燃料を燃焼させて運転することが可能である。
【００６４】
図６は、図４と同様のガソリンの蒸気圧曲線の図に、エタノールの蒸気圧曲線を重ねて描いた図である。エタノールの大気圧下での沸点は、７８℃である。図６に示すように、エタノールの蒸気圧曲線は、ガソリンの蒸気圧曲線の範囲の中に含まれている。本実施形態では、エタノールの蒸気圧曲線以上に高温側の所定の蒸気圧曲線Ｄ上に乗るような温度および圧力の下で第１段目の蒸留を行う。図６に示すように、本実施形態では、この蒸気圧曲線Ｄは、大気圧下での沸点が８０℃となるような燃料成分の蒸気圧曲線に相当している。そして、この第１段目の蒸留に続いて、ガソリンと軽油との境界の蒸気圧曲線Ｃ上に乗るような温度および圧力の下で第２段目の蒸留を行う。なお、蒸気圧曲線Ｄは、蒸気圧曲線Ｃよりは低温側とされる。蒸気圧曲線ＣおよびＤのマップは、ＥＣＵ５０に予め記憶される。
【００６５】
蒸気圧曲線Ｄ上の温度および圧力の下でガソリンを蒸留すると、蒸気圧曲線が蒸気圧曲線Ｄより低温側にあるような成分は蒸発して留出し、蒸気圧曲線が蒸気圧曲線Ｄより高温側にあるような成分は蒸発せずに液体として残存する。この留出量と残存量との割合、すなわち蒸気圧曲線が蒸気圧曲線Ｄより低温側にある成分の量と、蒸気圧曲線が蒸気圧曲線Ｄより高温側にある成分の量との割合は、国や地域によって異なる。本実施形態では、当該国あるいは地域で使用されているガソリンを、蒸気圧曲線Ｄ上の温度および圧力の下で蒸留した場合の留出割合をｘとする。すなわち、そのガソリンを蒸気圧曲線Ｄ上の温度および圧力の下で蒸留した場合の留出量と残存量との比をｘ：(１−ｘ)とする。そして、その留出割合ｘの値がＥＣＵ５０に予め記憶されているものとする。
【００６６】
サンプル採取量は、実施の形態１と同様に１０ｍｌとする。そして、第１段目の蒸留後の残存量をα［ｍｌ］とし、第２段目の蒸留後の残存量をβ［ｍｌ］とする。第２段目の蒸留の後には、軽油のみが液体として残存する。よって、１０ｍｌのサンプルに含まれる軽油の量をＶL［ｍｌ］とすると、ＶL＝βが成立する。従って、１０ｍｌのサンプルに含まれるエタノールの量をＶE［ｍｌ］とし、１０ｍｌのサンプルに含まれるガソリンの量をＶG［ｍｌ］とすると、次式が成り立つ。
ＶG＝１０−ＶL−ＶE
＝１０−β−ＶE    ・・・（１）
【００６７】
ガソリン量ＶGのうち、第１段目の蒸留後に残存する量は、(１−ｘ)ＶGで表される。この量と、軽油量ＶL（＝β）との和が、第１段目の蒸留後の残存量αに相当する。従って、次式が成り立つ。
α＝(１−ｘ)ＶG＋ＶL
＝(１−ｘ)(１０−β−ＶE)＋β    ・・・（２）
【００６８】
上記（２）式をＶEについて解くことにより、エタノール量ＶEは、次式で表される。
ＶE＝１０−(α−βｘ)/(１−ｘ)    ・・・（３）
【００６９】
上記（３）式を用いることにより、混合燃料におけるガソリンと軽油とエタノールとの構成比率は、次のように表すことができる。
ガソリン：軽油：エタノール
＝ＶG：ＶL：ＶE
＝(１０−β−ＶE)：β：ＶE
＝(α−β)/(１−ｘ)：β：{１０−(α−βｘ)/(１−ｘ)}    ・・・（４）
【００７０】
図７は、燃料タンク１２内の混合燃料の燃料構成比率を上述した原理に基づいて検出（推定）する燃料構成比率推定制御を行うために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図７において、前述した図２に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。図７のフローチャートは、図２のフローチャートと比べ、ステップ１１７〜１２０がステップ１３５〜１４２に置換され、ステップ１３２および１３４がステップ１４４および１４６に置換されていること以外は同じである。
【００７１】
図７に示すルーチンによれば、燃料構成比率推定制御を実行する場合には、まず、燃料タンク１２内の混合燃料を攪拌する操作が実施の形態１と同様にして実行される（ステップ１０２〜１１２）。攪拌操作の終了後、燃料タンク１２内の混合燃料のサンプルを、１０ｍｌだけ蒸留室４４内に採取する（ステップ１１６）。
【００７２】
サンプルが蒸留室４４内に採取された後、燃料採取ポンプ６０を逆回転させることにより、第１段目の減圧が行われる（ステップ１３５）。このステップ１３５では、まず、燃料サンプルの温度Ｔ1がサーミスタ７２により検出される。次いで、蒸気圧曲線Ｄのマップが参照され、温度Ｔ1に対応する圧力Ｐ1が算出される（図６参照）。そして、圧力センサ６４で検出される圧力がＰ1に一致するように、燃料採取ポンプ６０の作動が制御される。このようにして、蒸気圧曲線Ｄ上の温度Ｔ1および圧力Ｐ1の下で、蒸留が実行される（ステップ１３６）。この第１段目の蒸留の終了後、蒸留室４４内に残存している燃料の量が液量センサ７４により検出され、その残存量αのデータが記憶される（ステップ１３８）。
【００７３】
続いて、燃料採取ポンプ６０を再び逆回転させることにより、第２段目の減圧が行われる（ステップ１３９）。このステップ１３９においては、ガソリンと軽油との境界に相当する蒸気圧曲線Ｃのマップが参照され、サーミスタ７２により検出される温度Ｔ1に対応する圧力Ｐ2が算出される（図６参照）。そして、圧力センサ６４で検出される圧力がＰ2に一致するように、燃料採取ポンプ６０の作動が制御される。このようにして、蒸気圧曲線Ｄ上に位置する温度Ｔ1および圧力Ｐ2の下で、蒸留が実行される（ステップ１４０）。この第２段目の蒸留の終了後、蒸留室４４内に残存している燃料の量が液量センサ７４により検出され、その残存量βのデータが記憶される（ステップ１４２）。その後、排出弁５４，５８が開放され（ステップ１２４）、燃料サンプルが燃料タンク１２へ戻される（ステップ１２６）。
【００７４】
図７のルーチンの処理によれば、実施の形態１と同様に、上述したようなサンプル採取操作および蒸留操作が３回繰り返して実行され、残存量αおよびβのデータが３個ずつ取得される。ステップ１４４では、残存量αおよびβのそれぞれについて、その３個のデータが平均化処理される。続くステップ１４６では、上記ステップ１４４の平均化処理後の残存量αおよびβのデータと、ＥＣＵ５０に記憶されている８０℃におけるガソリン留出割合ｘの値とを用いて、上記（４）式に従い、混合燃料におけるガソリンと軽油とエタノールとの構成比率が算出される。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態によれば、２段階の蒸留を行うことにより、ガソリン、軽油およびエタノールの３種の燃料からなる混合燃料の燃料構成比率を精度良く推定することができる。
【００７６】
本発明では、更に多くの種類の燃料からなる混合燃料に対して、更に多段階の減圧状態で蒸留を行うことにより、それらの燃料構成比率を算出するようにしてもよい。
【００７７】
上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１３５〜１４０の処理を実行することにより前記第１および第７の発明における「蒸留手段」が、上記ステップ１１６，１３８，１４２の処理を実行することにより前記第１の発明における「検出手段」が、上記ステップ１４４の処理を実行することにより前記第１および第９の発明における「燃料構成比率算出手段」が、上記ステップ１３５および１３９の処理を実行することにより前記第４の発明における「減圧制御手段」が、上記ステップ１３８および１４２の処理を実行することにより前記第５の発明における「第２の計量手段」が、留出割合ｘの値を記憶することにより前記第１０の発明における「記憶手段」が、それぞれ実現されている。また、ガソリンが前記第１０の発明における「第１燃料」に、エタノールが前記第１０の発明における「第２燃料」に、それぞれ相当している。また、蒸気圧曲線ＣおよびＤが前記第４の発明における「所定の燃料蒸気圧曲線」に相当している。
【符号の説明】
【００７８】
１０  内燃機関
１２  燃料タンク
１４  燃料パイプ
１６  燃料フィルタ
２２  燃料インジェクタ
２４  ターボチャージャ
３０  触媒コンバータ
３２  エアフローメータ
３４  吸気絞り弁
３９  残存量センサ
４０  サンプル採取装置
４２  蒸留装置
４４  蒸留室
４６  凝縮器
５０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
５２，５６  排出路
５４，５８  排出弁
６０  燃料採取ポンプ
６２  燃料採取通路
６４  圧力センサ
７２  サーミスタ
７４  液量センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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