(57)【要約】【課題】内燃機関で使用されている３種類の燃料からなる混合燃料の構成比率を、センサから得られる情報をもとに推定する。【解決手段】燃料の物性値に応じた信号を出力する第１のセンサを燃料経路に備え、排気ガスの酸素濃度に応じた信号を出力する第２のセンサを排気通路に備える。内燃機関で使用されている混合燃料の物性値を第１のセンサの信号を用いて計測するとともに、第２のセンサの信号のフィードバックによって内燃機関の燃焼状態がストイキに調整されたときの空燃比値を算出する。そして、混合燃料の構成比率と物性値との関係、及び、混合燃料の構成比率と理論空燃比値との関係を参照することにより、計測された物性値と算出された空燃比値とに基づき、内燃機関で使用されている混合燃料の構成比率を推定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の物性値に応じた信号を出力する第１のセンサを燃料経路に備え、排気ガスの酸素濃度に応じた信号を出力する第２のセンサを排気通路に備え、３種類の燃料からなる混合燃料が使用される内燃機関のための燃料性状推定装置において、
前記内燃機関で使用されている前記混合燃料の物性値を前記第１のセンサの信号を用いて計測する物性値計測手段と、
前記第２のセンサの信号のフィードバックによって前記内燃機関の燃焼状態がストイキに調整されたときの空燃比値を算出する空燃比値算出手段と、
前記混合燃料の構成比率と物性値との関係、及び、前記混合燃料の構成比率と理論空燃比値との関係を参照することにより、前記物性値計測手段により計測された物性値と、前記空燃比値算出手段により算出された空燃比値とに基づき、前記内燃機関で使用されている前記混合燃料の構成比率を推定する燃料構成比率推定手段と、
を備えることを特徴とする燃料性状推定装置。
【請求項２】
前記燃料構成比率推定手段は、
前記混合燃料の構成比率と物性値との関係を規定した第１のテーブルと、前記混合燃料の構成比率と理論空燃比値との関係を規定した第２のテーブルとを記憶した記憶手段と、
前記物性値計測手段により計測された物性値を前記第１のテーブルに照合することにより、前記混合燃料の構成比率の第１の候補群を選定する手段と、
前記空燃比値算出手段により算出された空燃比値を前記第２のテーブルに照合することにより、前記混合燃料の構成比率の第２の候補群を選定する手段と、
前記第１の候補群と前記第２の候補群とを比較して、前記第１の候補群と前記第２の候補群との間の共通項を検索する手段と、
前記共通項を前記内燃機関で使用されている前記混合燃料の構成比率として推定する手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料性状推定装置。
【請求項３】
前記燃料構成比率推定手段は、
前記混合燃料の構成比率と物性値との関係を線形近似した第１の方程式と、前記混合燃料の構成比率と理論空燃比値との関係を線形近似した第２の方程式とを含む連立方程式を記憶した記憶手段と、
前記物性値計測手段により計測された物性値と、前記空燃比値算出手段により算出された空燃比値とをパラメータとして前記連立方程式を前記混合燃料の構成比率について解く手段と、
前記連立方程式の解を前記内燃機関で使用されている前記混合燃料の構成比率として推定する手段と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料性状推定装置。
【請求項４】
前記第１の候補群と前記第２の候補群との間に所定の範囲内で共通項が存在しない場合、前記第１のセンサと前記第２のセンサの少なくとも一方に異常が発生していると判定する異常検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の燃料性状推定装置。
【請求項５】
前記連立方程式の解が有効値でない場合、前記第１のセンサと前記第２のセンサの少なくとも一方に異常が発生していると判定する異常検出手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の燃料性状推定装置。
【請求項６】
前記第１のセンサは、燃料タンクと燃料噴射弁とを接続する燃料管に取り付けられ、
前記燃料構成比率推定手段は、前記空燃比値算出手段により算出された空燃比値と、当該空燃比値の算出時点よりも前記第１のセンサから前記燃料噴射弁までの燃料の移動時間分だけ過去に前記物性値計測手段によって計測された物性値とに基づき、前記内燃機関で使用されている前記混合燃料の構成比率を推定することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の燃料性状推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、３種類の燃料からなる混合燃料が使用される内燃機関のための燃料性状推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンとアルコールとが混合された燃料を使用することができる内燃機関が知られている。燃料に含まれるアルコールの濃度は、空燃比制御や点火時期制御に影響する。このため、例えば、特許文献１に開示された内燃機関は、燃料タンクと燃料噴射弁とを接続する燃料管にアルコール濃度センサを備えている。アルコール濃度センサには、燃料の比誘電率に応じた静電容量や燃料の透過光量等、燃料の物性値に応じた信号を出力するセンサが用いられる。特許文献１に開示された内燃機関によれば、燃料タンクから燃料噴射弁に供給される燃料のアルコール濃度を、アルコール濃度センサによって計測することができる。これにより、給油によって燃料のアルコール濃度が変化した場合にも、給油後の燃料の特性に応じて燃料噴射量及び点火時期等を適宜補正することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−００１８５６号公報
【特許文献２】特開２００８−１２１５７６号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５７８７１号公報
【特許文献４】特開２０１２−０１３００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、内燃機関の燃料に使用可能なアルコールは一種類ではない。例えば、エタノール、メタノール、イソブタノール、プロパノールなどが内燃機関の燃料として使用されるか、或いは、使用が検討されている。また、それらアルコールのうちの２種類を炭化水素系燃料に混合した燃料の使用も検討されている。例えば、エタノールとメタノールをガソリンに混合した燃料の使用が検討されている。しかし、アルコール濃度センサではエタノールとメタノールのそれぞれの濃度を区別して計測することができない。このため、エタノールとガソリンにさらにメタノールが混合した燃料が特許文献１に開示された内燃機関に用いられた場合、適切な空燃比制御や点火時期制御等を行うことは困難となる。
【０００５】
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、３種類の燃料からなる混合燃料が内燃機関で使用される場合に、混合燃料の構成比率を把握することができる燃料性状推定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】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、
燃料の物性値に応じた信号を出力する第１のセンサを燃料経路に備え、排気ガスの酸素濃度に応じた信号を出力する第２のセンサを排気通路に備え、３種類の燃料からなる混合燃料が使用される内燃機関のための燃料性状推定装置において、
前記内燃機関で使用されている前記混合燃料の物性値を前記第１のセンサの信号を用いて計測する物性値計測手段と、
前記第２のセンサの信号のフィードバックによって前記内燃機関の燃焼状態がストイキに調整されたときの空燃比値を算出する空燃比値算出手段と、
前記混合燃料の構成比率と物性値との関係、及び、前記混合燃料の構成比率と理論空燃比値との関係を参照することにより、前記物性値計測手段により計測された物性値と、前記空燃比値算出手段により算出された空燃比値とに基づき、前記内燃機関で使用されている前記混合燃料の構成比率を推定する燃料構成比率推定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記燃料構成比率推定手段は、
前記混合燃料の構成比率と物性値との関係を規定した第１のテーブルと、前記混合燃料の構成比率と理論空燃比値との関係を規定した第２のテーブルとを記憶した記憶手段と、
前記物性値計測手段により計測された物性値を前記第１のテーブルに照合することにより、前記混合燃料の構成比率の第１の候補群を選定する手段と、
前記空燃比値算出手段により算出された空燃比値を前記第２のテーブルに照合することにより、前記混合燃料の構成比率の第２の候補群を選定する手段と、
前記第１の候補群と前記第２の候補群とを比較して、前記第１の候補群と前記第２の候補群との間の共通項を検索する手段と、
前記共通項を前記内燃機関で使用されている前記混合燃料の構成比率として推定する手段と、
を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明において、
前記燃料構成比率推定手段は、
前記混合燃料の構成比率と物性値との関係を線形近似した第１の方程式と、前記混合燃料の構成比率と理論空燃比値との関係を線形近似した第２の方程式とを含む連立方程式を記憶した記憶手段と、
前記物性値計測手段により計測された物性値と、前記空燃比値算出手段により算出された空燃比値とをパラメータとして前記連立方程式を前記混合燃料の構成比率について解く手段と、
前記連立方程式の解を前記内燃機関で使用されている前記混合燃料の構成比率として推定する手段と、
を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第２の発明において、
前記第１の候補群と前記第２の候補群との間に所定の範囲内で共通項が存在しない場合、前記第１のセンサと前記第２のセンサの少なくとも一方に異常が発生していると判定する異常検出手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第５の発明は、第３の発明において、
前記連立方程式の解が有効値でない場合、前記第１のセンサと前記第２のセンサの少なくとも一方に異常が発生していると判定する異常検出手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第６の発明は、第１の発明乃至第３の発明のいずれか１つにおいて、
前記第１のセンサは、燃料タンクと燃料噴射弁とを接続する燃料管に取り付けられ、
前記燃料構成比率推定手段は、前記空燃比値算出手段により算出された空燃比値と、当該空燃比値の算出時点よりも前記第１のセンサから前記燃料噴射弁までの燃料の移動時間分だけ過去に前記物性値計測手段によって計測された物性値とに基づき、前記内燃機関で使用されている前記混合燃料の構成比率を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、第１センサによって計測される燃料の物性値と、第２センサの信号を利用して特定される燃料の理論空燃比値と組み合わせることによって、３種類の燃料からなる混合燃料の構成比率を推定することができる。
【００１３】
さらに、第４の発明または第５の発明によれば、第１センサと第２センサの少なくとも一方に生じた異常を検知することができる。
【００１４】
さらに、第６の発明によれば、第１センサにより混合燃料の物性値が計測されてから、混合燃料の構成比率が理論空燃比値に反映されるまでの時間遅れの影響を排除することができるので、混合燃料の構成比率を精度よく推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料性状推定装置を備えた内燃機関の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１において、各燃料成分の濃度と理論空燃比値及び比誘電率との関係について表した図である。
【図３】実施の形態１における混合燃料の構成比率の推定方法を説明するための図である。
【図４】実施の形態１において、ＥＣＵで実行される燃料性状推定ルーチンのフローチャートである。
【図５】実施の形態２において、各燃料成分の濃度と理論空燃比値及び比誘電率との関係について表した図である。
【図６】実施の形態２において、ＥＣＵで実行される燃料性状推定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】
【００１６】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図１乃至図４を参照して説明する。
【００１７】
図１は、実施の形態１に係る燃料性状推定装置を備えた内燃機関の構成を示す図である。実施の形態１の内燃機関（以下、エンジンという。）２は、シリンダブロック及びシリンダヘッドから構成されるエンジン本体４を備える。エンジン本体４には、気筒１０が設けられている。エンジン２の気筒数および気筒配置は特に限定されない。エンジン本体４には、吸気通路６と排気通路８が取り付けられている。吸気通路６と排気通路８は、それぞれエンジン本体４内で気筒１０に接続されている。吸気通路６と気筒１０との連通状態は吸気バルブ２０によって制御され、排気通路８と気筒１０との連通状態は排気バルブ２２によって制御されている。気筒１０には点火プラグが取り付けられている。吸気通路６には、吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁１８が取り付けられている。
【００１８】
吸気通路６の最上流部には、エアクリーナ１２が設けられている。吸気通路６におけるエアクリーナ１２の下流には、吸気通路６に吸入された空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１４が設けられている。吸気通路６におけるエアクリーナ１２の下流には、スロットルバルブ１６が設けられている。排気通路８には、排気ガスを浄化するための、酸素吸蔵能力を有する触媒２６が設けられている。排気通路８における触媒２６の上流には、排気ガスの酸素濃度に応じた信号、より詳しくは、排気ガスの酸素濃度の変化に対してリニアに変化する信号（電圧）を出力する空燃比センサ２８が設けられている。
【００１９】
実施の形態１のエンジン２は、アルコールと炭化水素系燃料とが混合した混合燃料を使用可能なＦＦＶ用エンジンである。実施の形態１では、アルコールと炭化水素系燃料とが混合した混合燃料として、ガソリンとメタノールからなる混合燃料、ガソリンとエタノールからなる混合燃料、或いは、ガソリンとメタノールとエタノールからなる混合燃料が使用される。エンジン２は、燃料を蓄える燃料タンク３０を備える。燃料タンク３０の中には燃料ポンプ３２が設けられている、燃料ポンプ３２は燃料管３６によって燃料噴射弁１８に接続されている。燃料タンク３０に給油された燃料は、燃料ポンプ３２によって燃料管３６へ圧送され、燃料噴射弁１８から吸気ポートへ噴射される。燃料管３６には、静電容量型のアルコール濃度センサ３４が取り付けられている。
【００２０】
以上のように構成されたエンジン２は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００によって制御される。ＥＣＵ１００には、アルコール濃度センサ３４や空燃比センサ２８などの種々のセンサが電気的に接続されている。ＥＣＵ１００は、記憶手段としてのメモリと、メモリに記憶されたプログラムをメモリから読み出して実行するプロセッサとを備えるコンピュータである。プログラムには、触媒２６の酸素吸蔵量を適正に保つための空燃比フィードバック制御のプログラムが含まれている。空燃比フィードバック制御によれば、空燃比センサ２８の信号のフィードバックによって燃料噴射弁１８の燃料噴射量が補正され、エンジン２の燃焼状態はストイキに調整される。
【００２１】
また、ＥＣＵ１００のメモリには、理論空燃比値算出ユニット１１０、比誘電率計測ユニット１１２、及び、燃料構成比率推定ユニット１１４に対応するプログラムが記憶されている。それらプログラムがプロセッサによって実行されることで、ＥＣＵ１００は、実施の形態１に係る燃料性状推定装置として機能する。以下、ＥＣＵ１００の燃料性状推定装置としての機能について説明する。
【００２２】
理論空燃比値算出ユニット１１０は、現在使用されている燃料の理論空燃比値を算出するようにプログラムされている。理論空燃比値は、燃料の組成、詳しくは、燃料が混合燃料である場合には、混合燃料を構成する各燃料成分の構成比率によって異なった値をとる。各燃料成分の理論空燃比値は、ガソリンが１４．７、メタノールが６．４、そしてエタノールが９．０である。これらの燃料成分の比率に応じて、混合燃料全体としての理論空燃比値は変化する。理論空燃比値算出ユニット１１０は、空燃比フィードバック制御によって空燃比センサ２８が出力する信号がストイキに相当する電圧値を示しているとき、そのときの吸入空気量及び燃料噴射量から空燃比値を算出することにより、現在使用されている燃料の理論空燃比値を求める。理論空燃比値算出ユニット１１０は、算出した理論空燃比値Ａ／Ｆを燃料構成比率推定ユニット１１４に入力する。
【００２３】
比誘電率計測ユニット１１２は、アルコール濃度センサ３４の信号を受信し、この信号に基づいて現在使用されている燃料の比誘電率を計測する。燃料の物性値である比誘電率は、燃料の組成、詳しくは、燃料が混合燃料である場合には、混合燃料を構成する各燃料成分の構成比率によって異なった値をとる。また、アルコール濃度センサ３４の信号は、燃料の比誘電率によって異なった値をとる。比誘電率計測ユニット１１２は、計測した比誘電率εを燃料構成比率推定ユニット１１４に入力する。
【００２４】
燃料構成比率推定ユニット１１４は、理論空燃比値算出ユニット１１０が算出した理論空燃比値Ａ／Ｆと、比誘電率計測ユニット１１２が計測した比誘電率εとに基づいて、混合燃料のメタノール濃度Ｃｍ及びエタノール濃度Ｃｅを推定する。なお、ここでいうメタノール濃度Ｃｍとは、混合燃料中のメタノールの濃度（混合割合）をいい、エタノール濃度Ｃｅとは、混合燃料中のエタノールの濃度（混合割合）をいう。
【００２５】
以下、混合燃料のメタノール濃度Ｃｍ及びエタノール濃度Ｃｅと理論空燃比値Ａ／Ｆとの関係、及び、同混合燃料のメタノール濃度Ｃｍ及びエタノール濃度Ｃｅと比誘電率εとの関係について図２を用いて説明する。
【００２６】
図２のグラフ（ａ）は、混合燃料のメタノール濃度Ｃｍ及びエタノール濃度Ｃｅと理論空燃比値Ａ／Ｆとの関係を表した図である。図２のグラフ（ａ）の縦軸には、混合燃料のエタノール濃度Ｃｅが示されている。図２のグラフ（ａ）の横軸には、混合燃料のメタノール濃度Ｃｍが示されている。図２のグラフ（ａ）の破線Ｐは、混合燃料の理論空燃比値Ａ／Ｆが１０の場合に選定されるメタノール濃度Ｃｍ及びエタノール濃度Ｃｅの候補群である。図２のグラフ（ａ）の破線Ｑは、混合燃料の理論空燃比値Ａ／Ｆが９の場合に選定されるメタノール濃度Ｃｍ及びエタノール濃度Ｃｅの候補群である。
【００２７】
図２のグラフ（ｂ）は、混合燃料のメタノール濃度Ｃｍ及びエタノール濃度Ｃｅと比誘電率εとの関係を表した図である。図２のグラフ（ｂ）の縦軸には、混合燃料のエタノール濃度Ｃｅが示されている。図２のグラフ（ｂ）の横軸には、混合燃料のメタノール濃度Ｃｍが示されている。図２のグラフ（ｂ）の実線Ｒは、混合燃料の比誘電率εが２０の場合に選定されるメタノール濃度Ｃｍ及びエタノール濃度Ｃｅの候補群である。図２の実線Ｓは、混合燃料の比誘電率εが２２の場合に選定されるメタノール濃度Ｃｍ及びエタノール濃度Ｃｅの候補群である。
【００２８】
ＥＣＵ１００のメモリには、図２のグラフ（ｂ）の関係を規定した第１のテーブルと、図２のグラフ（ａ）の関係を規定した第２のテーブルとが記憶されている。次に、これらのテーブルを用いて混合燃料のメタノール濃度Ｃｍ及びエタノール濃度Ｃｅを推定する方法について説明する。
【００２９】
図３は、実施の形態１における混合燃料の構成比率の推定方法を説明するための図である。図３には、図２のグラフ（ａ）で説明した破線Ｐと図２のグラフ（ｂ）で説明した実線Ｒとが示されている。さらに、図３には、破線Ｐと実線Ｒとの交点Ｔが示されている。この交点Ｔの座標（図３におけるＣｅＴ，ＣｍＴ）が、エタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍのそれぞれの推定値として算出される。つまり、燃料構成比率推定ユニット１１４は、比誘電率εに基づいて選定した第１の候補群と、理論空燃比値Ａ／Ｆに基づいて選定した第２の候補群とを比較して、第１の候補群と第２の候補群との間の共通項を検索する。そして、共通項が存在する場合に、その共通項における値をエタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍのそれぞれの推定値として算出する。
【００３０】
エタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍの各推定値が得られれば、混合燃料の全体の割合（１００％）からこれら各推定値を差し引いてその差分（１００％−ＣｅＴ−ＣｍＴ）を算出することにより、燃料のガソリン濃度が求められる。燃料構成比率推定ユニット１１４は、このようにして３種類の燃料からなる混合燃料の構成比率を推定する。
【００３１】
混合燃料の構成比率を推定することができれば、空燃比制御や点火時期制御において燃料噴射量や点火時期の補正を適正に行うことができる。このため、運転性能を向上させることができ、エミッション性能を最適に保持することができる。
【００３２】
［実施の形態１の燃料性状推定ルーチン］
図４は、実施の形態１において、ＥＣＵ１００で実行される燃料性状推定ルーチンのフローチャートである。
【００３３】
ＥＣＵ１００は、まず、理論空燃比値Ａ／Ｆの算出条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１００）。ＥＣＵ１００が理論空燃比値Ａ／Ｆの算出条件は成立していないと判定した場合、本ルーチンは終了する。
【００３４】
Ｓ１００において理論空燃比値Ａ／Ｆの算出条件は成立していると判定した場合、ＥＣＵ１００は、次に、比誘電率εの計測条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ１０２）。ＥＣＵ１００が比誘電率εの計測条件は成立していないと判定した場合、本ルーチンは終了する。
【００３５】
Ｓ１０２において比誘電率εの計測条件が成立していると判定した場合、ＥＣＵ１００は、理論空燃比値Ａ／Ｆの算出と比誘電率εの計測とを実行する（Ｓ１０４）。具体的には、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ２８の信号がストイキを示すときの吸入空気量と燃料噴射量とから理論空燃比値Ａ／Ｆを算出し、アルコール濃度センサ３４の信号から比誘電率εを計測する。
【００３６】
次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０４で算出した理論空燃比値Ａ／Ｆを第２のテーブルに照合するとともに、計測した比誘電率εを第１のテーブルに照合して、エタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍの候補群をそれぞれ選定する（Ｓ１０６）。具体的には、例えば、理論空燃比値Ａ／Ｆが１０の場合、図２のグラフ（ａ）の破線Ｐで示される候補群が選定される。そして、比誘電率εが２０の場合、図２のグラフ（ｂ）の実線Ｒで示される候補群が選定される。
【００３７】
次に、ＥＣＵ１００は、Ｓ１０６で選定したそれぞれの候補群の間に共通項があるか否かを判定する（Ｓ１０８）。例えば、図３に示すように破線Ｐと実線Ｒとが示す候補群が選定された場合、それらの候補群の間に共通項があるか否かを判定する。なお、当然のことながら、各燃料成分の混合割合は０％よりも小さくなることはない。よって、共通項の検索は、各燃料成分の混合割合が０％よりも小さくならない所定の範囲内で行われる。
【００３８】
Ｓ１０８において所定の範囲内で共通項が存在しないと判定した場合、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ２８とアルコール濃度センサ３４の少なくとも一方にセンサ異常が発生していると判定する（Ｓ１１２）。所定の範囲内で共通項が存在しない原因は、理論空燃比値Ａ／Ｆと比誘電率εの少なくとも一方が異常値を示しているからである。理論空燃比値Ａ／Ｆが異常値であるならば、空燃比センサ２８に何らかの異常が生じている可能性が高い。比誘電率εが異常値であるならば、アルコール濃度センサ３４に何らかの異常が生じている可能性が高い。Ｓ１１２でセンサ異常が発生していると判定した場合、ＥＣＵ１００は、ＯＢＤ（オンボードでの自己診断）のためのフラグを立てる。その後、本ルーチンは終了する。
【００３９】
一方、Ｓ１０８において共通項が存在すると判定した場合、ＥＣＵ１００は、共通項におけるエタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍの各値を、現在使用している混合燃料のエタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍの推定値として算出する（Ｓ１１０）。これは、図３における交点Ｔの座標ＣｅＴ、ＣｍＴに相当する。ＥＣＵ１００は、エタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍの各推定値からガソリン濃度の推定値を算出する。これにより、３種類の燃料からなる混合燃料の構成比率が推定される。その後、本ルーチンは終了する。
【００４０】
以上が本発明の実施の形態１についての説明である。ただし、本発明の燃料性状推定装置が適用されるエンジンで使用する混合燃料は、ガソリン、メタノール、そしてエタノールが混合された燃料に限られるものではない。炭化水素系燃料として、ガソリンの代わりに軽油が用いられていてもよい。さらに、混合するアルコールとして、プロパノール、イソブタノール等が用いられていてもよい。さらに、３種類の性状の異なるアルコールが混合された混合燃料であってもよい。本変形例は、後述する実施の形態２においても同様に適用可能である。
【００４１】
また、３種類の燃料が混合した混合燃料の構成比率を推定するために、実施の形態１では燃料の物性値として比誘電率を用いたが、これに限られるものではない。例えば、混合燃料の密度、粘度、そして光学分析による吸収波長強度などの物性値を用いて混合燃料の構成比率を推定してもよい。本変形例は、後述する実施の形態２においても同様に適用可能である。
【００４２】
また、アルコール濃度センサ３４が取り付けられている位置から気筒１０への燃料の到達の時間遅れを考慮して、理論空燃比値Ａ／Ｆの算出時点よりもアルコール濃度センサ３４から燃料噴射弁１８までの燃料の移動時間分だけ過去に計測した比誘電率εを使用することとしてもよい。これにより、アルコール濃度センサ３４により混合燃料の比誘電率εが計測されてから、混合燃料の構成比率が理論空燃比値Ａ／Ｆに反映されるまでの時間遅れの影響を排除することができるので、混合燃料の構成比率を精度よく推定することができる。本変形例は、後述する実施の形態２においても同様に適用可能である。
【００４３】
アルコール濃度センサ３４を取り付ける場所は、燃料管３６には限定されない。燃料が燃料噴射弁１８に届くまでの燃料経路であればよく、燃料タンク３０の中にアルコール濃度センサ３４を取り付けることもできる。本変形例は、後述する実施の形態２においても同様に適用可能である。
【００４４】
なお、実施の形態１においては、アルコール濃度センサ３４が、前記第１の発明における「第１のセンサ」に、空燃比センサ２８が、前記第１の発明における「第２のセンサ」に、それぞれ相当する。また、比誘電率計測ユニット１１２が、前記第１の発明における「物性値計測手段」に、理論空燃比値算出ユニット１１０が、前記第１の発明における「空燃比値算出手段」に、燃料構成比率推定ユニット１１４が、前記第１の発明及び前記第２の発明における「燃料構成比率推定手段」に、それぞれ相当する。
【００４５】
また、実施の形態１においては、ＥＣＵ１００がＳ１０８及びＳ１１２を実行することで、前記第４の発明における「異常検出手段」が実現されている。
【００４６】
実施の形態２．
次に、図５及び図６を参照して、本発明の実施の形態２を説明する。
【００４７】
実施の形態２に係る燃料性状推定装置は、実施の形態１と同じく、図１に示す構成のエンジン２に適用される。また、実施の形態１と同じく、ＥＣＵ１００が燃料性状推定装置として機能する。燃料性状推定装置として機能するＥＣＵ１００は、理論空燃比値算出ユニット１１０、比誘電率計測ユニット１１２、及び、燃料構成比率推定ユニット１１４を備える。
【００４８】
実施の形態２と実施の形態１とでは、燃料構成比率推定ユニット１１４の機能に違いがある。実施の形態２では、混合燃料のエタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍと理論空燃比値Ａ／Ｆ及び比誘電率εとの関係を規定した連立方程式がＥＣＵ１００のメモリに予め記憶されている。燃料構成比率推定ユニット１１４は、理論空燃比値Ａ／Ｆと比誘電率εとをこの連立方程式に代入することで、エタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍの各推定値を算出する。以下に、図５を用いてこの連立方程式について説明する。
【００４９】
図５のグラフ（ａ）は、混合燃料のメタノール濃度Ｃｍ及びエタノール濃度Ｃｅと比誘電率との関係を表した図である。図５のグラフ（ａ）の縦軸には、燃料の比誘電率が示されている。図５のグラフ（ａ）の横軸には、混合燃料のエタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍが示されている。
【００５０】
図５のグラフ（ａ）の破線Ｕは、ガソリンとメタノールからなる混合燃料において、メタノール濃度に応じて変化する比誘電率を表した破線である。左の縦軸に示すように、燃料中のメタノール濃度が０％、つまりガソリン濃度が１００％の場合には、比誘電率の値は２になる。一方、燃料中のメタノール濃度が１００％の場合には、比誘電率の値は３２になる。このため、ガソリンとメタノールからなる混合燃料の場合、メタノール濃度が０％から１００％まで変化すると、比誘電率の値は２から３２まで変化する。破線Ｕはこの関係を表したものである。
【００５１】
また、図５のグラフ（ａ）の実線Ｖは、破線Ｕと同様に、ガソリンとエタノールからなる混合燃料において、エタノール濃度に応じて変化する比誘電率を表した破線である。
【００５２】
図５のグラフ（ａ）の一点鎖線は、比誘電率計測ユニット１１２により計測された比誘電率εである。燃料がガソリンとエタノールとメタノールとの混合燃料である場合、エタノール濃度Ｃｅとメタノール濃度Ｃｍと比誘電率εとの関係は図５のグラフ（ａ）で示す折れ線Ｕ´で表すことができる。そして、この関係を線形近似することによって、以下の第１の方程式が得られる。ここで、εは比誘電率計測ユニット１１２により計測された比誘電率、εｇはガソリンの比誘電率、Ｋｅは実線Ｖの傾きを示す定数、Ｋｍは破線Ｕの傾きを示す定数である。
【００５３】
【数１】
2015127529.tif 000003
【００５４】
図５のグラフ（ｂ）は、混合燃料のメタノール濃度Ｃｍ及びエタノール濃度Ｃｅと理論空燃比値との関係を表した図である。図５のグラフ（ｂ）の縦軸には、燃料の理論空燃比値が示されている。図５のグラフ（ｂ）の横軸には、混合燃料のエタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍが示されている。
【００５５】
図５のグラフ（ｂ）の破線Ｘは、ガソリンとメタノールとが混合された燃料において、メタノール濃度に応じて変化する理論空燃比値を表した破線である。左の縦軸に示すように、燃料中のメタノール濃度が０％、つまりガソリン濃度が１００％の場合には、理論空燃比値は１４．７になる。一方、燃料中のメタノール濃度が１００％の場合には、理論空燃比値は６．４になる。このため、ガソリンとメタノールとが混合された燃料の場合、メタノール濃度が０％から１００％まで変化すると、理論空燃比値は１４．７から６．４まで変化する。破線Ｘはこの関係を表したものである。
【００５６】
また、図５のグラフ（ｂ）の実線Ｗは、破線Ｘと同様に、ガソリンとエタノールとが混合された燃料において、エタノール濃度に応じて変化する理論空燃比値を表した破線である。
【００５７】
図５のグラフ（ｂ）の一点鎖線は、理論空燃比値算出ユニット１１０により算出された理論空燃比値Ａ／Ｆである。燃料がガソリンとエタノールとメタノールとの混合燃料である場合、エタノール濃度Ｃｅとメタノール濃度Ｃｍと理論空燃比値Ａ／Ｆとの関係は図５のグラフ（ｂ）で示す折れ線Ｘ´で表すことができる。そして、この関係を線形近似することによって、以下の第２の方程式が得られる。ここで、Ａ／Ｆは理論空燃比値算出ユニット１１０により算出された理論空燃比値、Ａ／Ｆｇはガソリンの理論空燃比値、Ｋｅは実線Ｗの傾きを示す定数、Ｋｍは破線Ｘの傾きを示す定数である。
【００５８】
【数２】
2015127529.tif 000004
【００５９】
ＥＣＵ１００のメモリには、上記の第１の方程式と第２の方程式とを含む連立方程式が記憶されている。この連立方程式をエタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍについて解くと、以下の解の式が得られる。燃料構成比率推定ユニット１１４は、この解の式に理論空燃比値Ａ／Ｆと比誘電率εとを代入することによってエタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍの各推定値を算出し、エタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍの各推定値からガソリン濃度の推定値を算出する。これにより、３種類の燃料からなる混合燃料の構成比率が推定される。
【００６０】
【数３】
2015127529.tif 000005
【００６１】
［実施の形態２の燃料性状推定ルーチン］
図６は、実施の形態２において、ＥＣＵ１００で実行される燃料性状推定ルーチンのフローチャートである。
【００６２】
ＥＣＵ１００は、まず、理論空燃比値Ａ／Ｆの算出条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ２００）。ＥＣＵ１００が理論空燃比値Ａ／Ｆの算出条件は成立していないと判定した場合、本ルーチンは終了する。
【００６３】
Ｓ２００において理論空燃比値Ａ／Ｆの算出条件は成立していると判定した場合、ＥＣＵ１００は、次に、比誘電率εの計測条件が成立しているか否かを判定する（Ｓ２０２）。ＥＣＵ１００が比誘電率εの計測条件は成立していないと判定した場合、本ルーチンは終了する。
【００６４】
Ｓ２０２において比誘電率εの計測条件が成立していると判定した場合、ＥＣＵ１００は、理論空燃比値Ａ／Ｆの算出と比誘電率εの計測とを実行する（Ｓ２０４）。具体的には、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ２８の信号がストイキを示すときの吸入空気量と燃料噴射量とから理論空燃比値Ａ／Ｆを算出し、アルコール濃度センサ３４の信号から比誘電率εを計測する。
【００６５】
次に、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０４で得た理論空燃比値Ａ／Ｆと比誘電率εとをパラメータとして、上記の第１の方程式と第２の方程式とからなる連立方程式をエタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍについて解く（Ｓ２０６）。
【００６６】
次に、ＥＣＵ１００は、Ｓ２０６で得た連立方程式の解が有効値か否かを判定する（Ｓ２０８）。当然のことながら、各燃料成分の混合割合は０％よりも小さくなることはない。よって、何れかの燃料成分の混合割合が０％よりも小さくなるような解が得られた場合、その解は有効値とは判定されない。
【００６７】
Ｓ２０８において連立方程式の解が有効値ではないと判定した場合、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ２８とアルコール濃度センサ３４の少なくとも一方にセンサ異常が発生していると判定する（Ｓ２１２）。連立方程式の解が有効値とならない原因は、理論空燃比値Ａ／Ｆと比誘電率εの少なくとも一方が異常値を示しているからである。理論空燃比値Ａ／Ｆが異常値であるならば、空燃比センサ２８に何らかの異常が生じている可能性が高い。比誘電率εが異常値であるならば、アルコール濃度センサ３４に何らかの異常が生じている可能性が高い。Ｓ２１２でセンサ異常が発生していると判定した場合、ＥＣＵ１００は、ＯＢＤのためのフラグを立てる。その後、本ルーチンは終了する。
【００６８】
一方、Ｓ２０８において連立方程式の解が有効値であると判定した場合、ＥＣＵ１００は、連立方程式を解いて得られたエタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍの各値を、現在使用している混合燃料のエタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍの推定値として算出する（Ｓ２１０）。ＥＣＵ１００は、エタノール濃度Ｃｅ及びメタノール濃度Ｃｍの各推定値からガソリン濃度の推定値を算出する。これにより、３種類の燃料からなる混合燃料の構成比率が推定される。その後、本ルーチンは終了する。
【００６９】
以上が本発明の実施の形態２についての説明である。ただし、本発明の実施においては、ＥＣＵ１００のメモリに記憶される連立方程式は、必ずしも第１の方程式と第２の方程式をそのままの形で記憶したものでなくてもよい。第１の方程式と第２の方程式とを変形して得られる２つの数式、例えば、上記の解の式を連立方程式として記憶することもできる。つまり、「第１の方程式と第２の方程式とを含む連立方程式」とは、第１の方程式と第２の方程式からなる連立方程式だけでなく、第１の方程式と第２の方程式とを変形して得られた２つの式からなる連立方程式も含む概念である。
【００７０】
なお、実施の形態１においては、アルコール濃度センサ３４が、前記第１の発明における「第１のセンサ」に、空燃比センサ２８が、前記第１の発明における「第２のセンサ」に、それぞれ相当する。また、比誘電率計測ユニット１１２が、前記第１の発明における「物性値計測手段」に、理論空燃比値算出ユニット１１０が、前記第１の発明における「空燃比値算出手段」に、燃料構成比率推定ユニット１１４が、前記第１の発明及び前記第３の発明における「燃料構成比率推定手段」に、それぞれ相当する。
【符号の説明】
【００７１】
２  内燃機関
８  排気通路
１８  燃料噴射弁
２８  空燃比センサ
３４  アルコール濃度センサ
３６  燃料管
１００  ＥＣＵ
１１０  理論空燃比値算出ユニット
１１２  比誘電率計測ユニット
１１４  燃料構成比率推定ユニット
【図１】
2015127529.tif 000006
【図２】
2015127529.tif 000007
【図３】
2015127529.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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