(57)【要約】【課題】燃料の加熱開始後の早期に燃料のアルコール濃度を判定できるようにする。【解決手段】エンジン１１の始動前にヒータ３４で燃料を加熱し、このヒータ３４の温度の情報としてヒータ３４の電流を電流センサ３５で検出する。そして、ヒータ３４による燃料の加熱開始後で燃料の膜沸騰発生前に電流センサ３５で検出したヒータ３４の電流に基づいて燃料のアルコール濃度を判定する。具体的には、燃料の膜沸騰発生前の核沸騰中に、電流センサ３５で検出したヒータ３４の電流の傾き（所定時間当りの変化量）又はその積算値を算出し、そのヒータ３４の電流の傾き又はその積算値に基づいて燃料のアルコール濃度を判定する。更に、判定した燃料のアルコール濃度に応じて燃料の加熱時間とエンジン１１の燃料噴射量（例えば始動時の燃料噴射量や空燃比Ｆ／Ｂ制御開始前の燃料噴射量）を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１１）に供給される燃料を加熱する電気式のヒータ（３４）を備えた内燃機関の制御装置において、
前記ヒータ（３４）の温度又はこれと相関関係を有する情報（以下これらを「ヒータ温度情報」と総称する）を検出するヒータ温度情報検出手段（３５）と、
前記ヒータ（３４）による前記燃料の加熱開始後で前記燃料の膜沸騰発生前に、前記ヒータ温度情報検出手段（３５）で検出した前記ヒータ温度情報に基づいて前記燃料のアルコール濃度を判定するアルコール濃度判定手段（３０）と
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ヒータ温度情報検出手段（３５）は、前記ヒータ温度情報として、前記ヒータ（３４）の温度、抵抗、電流、電力のうちのいずれかを検出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記アルコール濃度判定手段（３０）は、前記燃料の膜沸騰発生前の核沸騰中に、前記ヒータ温度情報検出手段（３５）で検出した前記ヒータ温度情報の所定時間当りの変化量又はその積算値に基づいて前記燃料のアルコール濃度を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記アルコール濃度判定手段（３０）で判定した前記燃料のアルコール濃度に応じて前記燃料の加熱時間と前記内燃機関（１１）の燃料噴射量のうちの少なくとも一方を設定する設定手段（３０）を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか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、内燃機関に供給される燃料を加熱する電気式のヒータを備えた内燃機関の制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＯ2 排出量削減、石油代替燃料の活用等の社会的要請から、燃料として、ガソリン、アルコール（例えばエタノールやメタノール等）、ガソリンにアルコールを混合したアルコール混合燃料をいずれも使用可能な内燃機関（エンジン）を搭載した自動車、いわゆるＦＦＶ(Flexible Fuel Vehicle) の需要が増加してきている。
【０００３】
ガソリンとアルコールとでは発熱量や組成が異なるため、ＦＦＶでは、燃料のアルコール濃度に応じて燃料噴射量を設定して、燃焼により発生する熱量やエミッション量を適正化する必要があり、そのためには、燃料のアルコール濃度を判定する必要がある。そこで、排出ガスセンサ（空燃比センサや酸素センサ等）の出力に基づいて燃料噴射量を補正する空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御の空燃比Ｆ／Ｂ補正量に基づいて燃料のアルコール濃度を学習するようにしたものがある。
【０００４】
しかし、空燃比Ｆ／Ｂ補正量に基づいて燃料のアルコール濃度を学習するシステムでは、内燃機関の始動後に排出ガスセンサが活性化して空燃比Ｆ／Ｂ制御が開始されるまでは、燃料のアルコール濃度の学習値が更新されない。このため、燃料タンクに新たに燃料が給油されて燃料のアルコール濃度が変化した場合には、内燃機関の始動後に空燃比Ｆ／Ｂ制御が開始されて燃料のアルコール濃度の学習値が更新されるまで、燃料噴射量を適正に制御できない可能性がある。
【０００５】
また、アルコールは、ガソリンに比べて、揮発性・着火性が悪いため、アルコール又はアルコール混合燃料を使用した場合に、内燃機関の低温始動性が悪化するという問題がある。その対策として、内燃機関の始動前に電気式のヒータで燃料を加熱することで、内燃機関の低温始動性を向上させるようにしたものがある。
【０００６】
更に、燃料加熱用のヒータを利用して燃料のアルコール濃度を判定する技術として、例えば、特許文献１（ＵＳ２０１０／０２０４９２８Ａ１）に記載されたものがある。このものは、ヒータによる燃料の加熱開始後に、燃料が核沸騰状態から膜沸騰状態に遷移したときのヒータの温度上昇による電流降下（抵抗増加）を検出することでＣＨＦ点（限界熱流束点）を検出し、燃料をＣＨＦ点まで加熱するのに必要なヒータ電力量に基づいて燃料のアルコール濃度を判定するようにしている。これにより、空燃比Ｆ／Ｂ制御が開始される前に燃料のアルコール濃度を判定することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＵＳ２０１０／０２０４９２８Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献１の技術では、ヒータによる燃料の加熱開始後に、燃料が核沸騰状態を経て膜沸騰状態に遷移してからでないと、燃料のアルコール濃度を判定することができない。このため、燃料の加熱開始後の早期に燃料のアルコール濃度を判定することができず、燃料の加熱完了前（内燃機関の燃料噴射開始前）に燃料のアルコール濃度を判定することは困難である。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、燃料の加熱開始後の早期に燃料のアルコール濃度を判定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】
【００１０】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関（１１）に供給される燃料を加熱する電気式のヒータ（３４）を備えた内燃機関の制御装置において、ヒータ（３４）の温度又はこれと相関関係を有する情報（以下これらを「ヒータ温度情報」と総称する）を検出するヒータ温度情報検出手段（３５）と、ヒータ（３４）による燃料の加熱開始後で燃料の膜沸騰発生前に、ヒータ温度情報検出手段（３５）で検出したヒータ温度情報に基づいて燃料のアルコール濃度を判定するアルコール濃度判定手段（３０）とを備えた構成としたものである。
【００１１】
ヒータによる燃料の加熱開始後に、ヒータの表面が高温になると、ヒータの表面付近の燃料が核沸騰状態となる。この核沸騰中のヒータの温度の挙動は、燃料のアルコール濃度によって異なる。これはガソリンとアルコールとでは沸騰成分の数や沸点が異なるためである。アルコールは単一成分であるため、核沸騰中は熱平衡状態となり、ヒータの温度がほぼ一定となる。一方、ガソリンは多成分であるため、まず、低沸点成分から沸騰が始まり、その後、沸点の高い成分の沸騰が順次始まることで、ヒータの温度が徐々に上昇する。また、アルコール混合燃料の場合も、ヒータの温度が徐々に上昇するが、そのときの温度上昇度合が燃料のアルコール濃度に応じて変化する。
【００１２】
従って、ヒータによる燃料の加熱開始後で膜沸騰発生前（つまり膜沸騰状態に遷移する前の核沸騰状態までの期間）に検出したヒータ温度情報を用いることで、燃料のアルコール濃度を判定することができる。これにより、燃料の加熱開始後の早期（膜沸騰発生前）に燃料のアルコール濃度を判定することができ、燃料の加熱完了前（つまり内燃機関の燃料噴射開始前）に燃料のアルコール濃度を判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は本発明の一実施例におけるエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は加熱室及びその周辺部の概略構成を示す図である。
【図３】図３はヒータ電流の挙動を示すタイムチャートである。
【図４】図４は制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その１）である。
【図５】図５は制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャート（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システムの概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
【００１５】
更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に接続された吸気ポート又はその近傍に、それぞれ吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２２の火花放電によって各気筒内の混合気に着火される。
【００１６】
一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ又は酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。
【００１７】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキングを検出するノックセンサ２７が取り付けられている。また、クランク軸２８の外周側には、クランク軸２８が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２９が取り付けられ、このクランク角センサ２９の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００１８】
エンジン１１は、燃料として、ガソリン、アルコール（例えばエタノールやメタノール等）、ガソリンにアルコールを混合したアルコール混合燃料をいずれも使用可能であり、これらのガソリン、アルコール、アルコール混合燃料のいずれかを給油してエンジン１１に供給するようになっている。燃料を貯溜する燃料タンク（図示せず）内には、燃料を汲み上げる燃料ポンプ（図示せず）が設けられ、この燃料ポンプから吐出される燃料は、燃料配管３１を通してデリバリパイプ３２に送られ、このデリバリパイプ３２から加熱室３３を介して各気筒の燃料噴射弁２１に分配される。
【００１９】
図２に示すように、デリバリパイプ３２には、各気筒毎に、それぞれ加熱室３３が接続され、各加熱室３３に、それぞれ燃料噴射弁２１が接続されている。また、各加熱室３３には、それぞれ加熱室３３内の燃料を加熱する電気式のヒータ３４が設けられている。各ヒータ３４は、それぞれ水平方向に対して所定角度以下（例えば３０°以下）の傾斜角度で傾斜する（又は水平方向に延びる）ように配置されている。このヒータ３４の電流（ヒータ３４に流れる電流）が電流センサ３５（図１参照）で検出される。この電流センサ３５が特許請求の範囲でいうヒータ温度情報検出手段としての役割を果たす。
【００２０】
図１に示すように、上述した各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。
【００２１】
その際、ＥＣＵ３０は、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御実行条件が成立したときに、排出ガスセンサ２４の出力に基づいて排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように空燃比Ｆ／Ｂ補正量を算出し、この空燃比Ｆ／Ｂ補正量を用いて燃料噴射弁２１の燃料噴射量を補正する空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する。ここで、「Ｆ／Ｂ」は「フィードバック」を意味する（以下、同様）。更に、空燃比Ｆ／Ｂ補正量に基づいて燃料のアルコール濃度を学習し、その燃料のアルコール濃度に応じて燃料噴射量を補正する。
【００２２】
また、ＥＣＵ３０は、後述する図４及び図５の制御ルーチンを実行することで、エンジン１１の始動前にヒータ３４で燃料を加熱し、このヒータ３４による燃料の加熱開始後で燃料の膜沸騰発生前に電流センサ３５で検出したヒータ３４の電流に基づいて燃料のアルコール濃度を判定する。本実施例では、ヒータ温度情報（ヒータ３４の温度と相関関係を有する情報）として、ヒータ３４の電流を用いる。ヒータ３４の温度が変化すると、それに応じてヒータ３４の抵抗が変化して、ヒータ３４の電流も変化するため、ヒータ３４の電流は、ヒータ３４の温度と相関関係を有する情報となる。
【００２３】
図３に示すように、ヒータ３４による燃料の加熱開始後に、ヒータ３４の表面が高温になると、ヒータ３４の表面付近の燃料が核沸騰状態となる。この核沸騰中のヒータ３４の温度の挙動（ヒータ３４の電流の挙動）は、燃料のアルコール濃度によって異なる。これはガソリンとアルコールとでは沸騰成分の数や沸点が異なるためである。アルコールは単一成分であるため、核沸騰中は熱平衡状態となり、ヒータ３４の温度がほぼ一定となる（ヒータ３４の電流がほぼ一定となる）。一方、ガソリンは多成分であるため、まず、低沸点成分から沸騰が始まり、その後、沸点の高い成分の沸騰が順次始まることで、ヒータ３４の温度が徐々に上昇する（ヒータ３４の電流が徐々に降下する）。また、アルコール混合燃料の場合も、ヒータ３４の温度が徐々に上昇する（ヒータ３４の電流が徐々に降下する）が、そのときの温度上昇度合（電流降下度合）が燃料のアルコール濃度に応じて変化する。
【００２４】
従って、ヒータ３４による燃料の加熱開始後で膜沸騰発生前（つまり膜沸騰状態に遷移する前の核沸騰状態までの期間）に検出したヒータ３４の電流を用いることで、燃料のアルコール濃度を判定することができる。
【００２５】
本実施例では、燃料の膜沸騰発生前の核沸騰中に、電流センサ３５で検出したヒータ３４の電流の傾き（所定時間当りの変化量）又はその積算値を算出し、そのヒータ３４の電流の傾き又はその積算値に基づいて燃料のアルコール濃度を判定するようにしている。
【００２６】
燃料のアルコール濃度が低い（ガソリン濃度が高い）ほど、核沸騰中のヒータ３４の温度の傾きが大きくなる（上昇度合が大きくなる）ため、ヒータ３４の電流の傾きが小さくなる（降下度合が大きくなる）。従って、燃料の核沸騰中に検出したヒータ３４の電流の傾き又はその積算値を用いることで、燃料のアルコール濃度を精度良く判定することができる。
【００２７】
更に、本実施例では、判定した燃料のアルコール濃度に応じて燃料の加熱時間とエンジン１１の燃料噴射量（例えば始動時の燃料噴射量や空燃比Ｆ／Ｂ制御開始前の燃料噴射量）を設定するようにしている。
【００２８】
以下、本実施例でＥＣＵ３０が実行する図４及び図５の制御ルーチンの処理内容を説明する。
図４及び図５に示す制御ルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン後に実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、ＩＧスイッチ（イグニッションスイッチ）がオンされたか否かを判定する。
【００２９】
このステップ１０１で、ＩＧスイッチがオンされたと判定された時点で、ステップ１０２に進み、ヒータ３４の通電をオンして、ヒータ３４による燃料の加熱を開始する。この場合、ヒータ３４に所定電圧を印加してヒータ３４に電流を流す。
この後、ステップ１０３に進み、電流センサ３５によるヒータ電流Ｉ（ヒータ３４の電流）の検出を開始する。
【００３０】
この後、ステップ１０４に進み、燃料が核沸騰状態になったか否かを、例えば、ヒータ３４の通電時間（ヒータ３４の通電オンからの経過時間）が所定時間以上になったか否か、ヒータ３４の積算電力が所定値以上になったか否か、ヒータ電流Ｉの所定時間当りの降下量が所定値以下になったか否か等によってを判定する。
【００３１】
このステップ１０４で、燃料が核沸騰状態になったと判定された場合には、ステップ１０５に進み、燃料の核沸騰中に電流センサ３５で検出したヒータ電流Ｉの傾きΔＩ（所定時間当りの変化量）を算出する。或は、核沸騰中の所定期間においてヒータ電流Ｉの傾きΔＩを積算してヒータ電流Ｉの傾き積算値∫ΔＩを求めるようにしても良い。
【００３２】
この後、ステップ１０６に進み、ヒータ電流Ｉの傾きΔＩ（又は傾き積算値∫ΔＩ）に応じた燃料のアルコール濃度をマップ等により算出する。この燃料のアルコール濃度のマップは、ヒータ電流の傾きΔＩ（又は傾き積算値∫ΔＩ）が小さくなる（降下度合が大きくなる）ほどアルコール濃度が低くなるように設定されている。この燃料のアルコール濃度のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている。上記ステップ１０５，１０６の処理が特許請求の範囲でいうアルコール濃度判定手段としての役割を果たす。
【００３３】
この後、図５のステップ１０７に進み、今回の燃料のアルコール濃度に基づいて燃料加熱時間を設定する。この場合、例えば、今回の燃料のアルコール濃度に応じた加熱時間補正量をマップ等により算出し、この加熱時間補正量を用いて燃料加熱時間を補正する。
【００３４】
この後、ステップ１０８に進み、燃料の加熱が完了したか否かを、ヒータ３４の通電時間が燃料加熱時間に到達したか否かによって判定する。このステップ１０８で、燃料の加熱が完了したと判定された時点で、ステップ１０９に進み、ヒータ３４の通電をオフして、ヒータ３４による燃料の加熱を終了する。
【００３５】
この後、ステップ１１０に進み、エンジン１１のスタータ（図示せず）がオンされたか否かを判定する。このステップ１１０で、スタータがオンされたと判定された時点で、ステップ１１１に進み、今回の燃料のアルコール濃度に基づいて始動時の燃料噴射量を設定する。この場合、例えば、今回の燃料のアルコール濃度に応じた始動時の噴射補正量をマップ等により算出し、この始動時の噴射補正量を用いて始動時の燃料噴射量を補正する。
【００３６】
この後、ステップ１１２に進み、エンジン１１の始動が完了したか否かを判定する。このステップ１１２で、エンジン１１の始動が完了していない（エンジン１１の始動中である）と判定された場合には、上記ステップ１１１に戻る。
【００３７】
その後、上記ステップ１１２で、エンジン１１の始動が完了したと判定された時点で、ステップ１１３に進み、今回の燃料のアルコール濃度に基づいて空燃比Ｆ／Ｂ制御開始前の燃料噴射量を設定する。この場合、例えば、今回の燃料のアルコール濃度に応じた空燃比Ｆ／Ｂ制御開始前の噴射補正量をマップ等により算出し、この空燃比Ｆ／Ｂ制御開始前の噴射補正量を用いて空燃比Ｆ／Ｂ制御開始前の燃料噴射量を補正する。
【００３８】
この後、ステップ１１４に進み、空燃比Ｆ／Ｂ制御が開始されたか否かを判定する。このステップ１１４で、空燃比Ｆ／Ｂ制御が開始されていないと判定された場合には、上記ステップ１１３に戻る。
【００３９】
その後、上記ステップ１１４で、空燃比Ｆ／Ｂ制御が開始されたと判定された時点で、本ルーチンを終了する。上記ステップ１０７，１１１，１１３の処理が特許請求の範囲でいう設定手段としての役割を果たす。
【００４０】
以上説明した本実施例では、ヒータ３４による燃料の加熱開始後で燃料の膜沸騰発生前に電流センサ３５で検出したヒータ電流Ｉに基づいて燃料のアルコール濃度を判定するようにしている。これにより、燃料の加熱開始後の早期（膜沸騰発生前）に燃料のアルコール濃度を判定することができ、燃料の加熱完了前（つまりエンジン１１の燃料噴射開始前）に燃料のアルコール濃度を判定することが可能となる。
【００４１】
また、本実施例では、燃料の膜沸騰発生前の核沸騰中に、電流センサ３５で検出したヒータ電流Ｉの傾きΔＩ（又は傾き積算値∫ΔＩ）を算出し、そのヒータ電流Ｉの傾きΔＩ（又は傾き積算値∫ΔＩ）に基づいて燃料のアルコール濃度を判定するようにしている。燃料のアルコール濃度が低いほど、核沸騰中のヒータ３４の電流の傾きが小さくなるため、燃料の核沸騰中に検出したヒータ３４の電流Ｉの傾きΔＩ（又は傾き積算値∫ΔＩ）を用いることで、燃料のアルコール濃度を精度良く判定することができる。
【００４２】
更に、本実施例では、判定した燃料のアルコール濃度に応じて燃料の加熱時間とエンジン１１の燃料噴射量（例えば始動時の燃料噴射量や空燃比Ｆ／Ｂ制御開始前の燃料噴射量）を設定するようにしている。このようにすれば、燃料タンクに新たに燃料が給油されて燃料のアルコール濃度が変化した場合でも、燃料の加熱時間やエンジン１１の燃料噴射量（例えば始動時の燃料噴射量や空燃比Ｆ／Ｂ制御開始前の燃料噴射量）を、そのときの燃料のアルコール濃度に応じた適正値に設定することができる。
【００４３】
また、本実施例では、ヒータ３４を水平方向に対して所定角度以下（例えば３０°以下）の傾斜角度で傾斜する（又は水平方向に延びる）ように配置している。このようにすれば、ヒータ３４の表面が沸騰気泡の影響を受け易くなって、燃料のアルコール濃度の違いによる核沸騰中のヒータ３４の温度の挙動の違いが表れ易くなるため、燃料のアルコール濃度の判定精度を向上させることができる。
【００４４】
尚、上記実施例では、ヒータ３４の電流を検出して、そのヒータ３４の電流に基づいて燃料のアルコール濃度を判定するようにしたが、これに限定されず、ヒータ３４の温度を検出（又は算出）して、そのヒータ３４の温度に基づいて燃料のアルコール濃度を判定するようにしても良い。また、ヒータ３４の抵抗を検出（又は算出）して、そのヒータ３４の抵抗に基づいて燃料のアルコール濃度を判定するようにしても良い。或は、ヒータ３４の電力を検出（又は算出）して、そのヒータ３４の電力に基づいて燃料のアルコール濃度を判定するようにしても良い。
【００４５】
ヒータ３４の温度が変化すると、それに応じてヒータ３４の抵抗が変化して、ヒータ３４の電流や電力も変化するため、ヒータ３４の抵抗、電流、電力は、いずれもヒータ３４の温度と相関関係を有する情報となる。
【００４６】
その他、本発明は、図１に示すような吸気ポート噴射式エンジンに限定されず、筒内噴射式エンジンや、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。
【符号の説明】
【００４７】
１１…エンジン（内燃機関）、３０…ＥＣＵ（アルコール濃度判定手段，設定手段）、３４…ヒータ、３５…電流センサ（ヒータ温度情報検出手段）
【図１】
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【図２】
2015232291.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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