(57)【要約】【課題】第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を使用する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を容易に推定する。【解決手段】上流側吸気温度センサ４２は、インジェクタ２２より上流側における吸気温度Ｔｉｕを検出する。下流側吸気温度センサ４４は、インジェクタ２２より下流側における吸気温度Ｔｉｄを検出する。混合比率推定部５２は、上流側吸気温度センサ４２で検出された吸気温度Ｔｉｕと下流側吸気温度センサ４４で検出された吸気温度Ｔｉｄとに基づいて、混合液体燃料におけるガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定する。【選択図】図１
2009299625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発潜熱の異なる第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を燃料噴射装置から吸気通路へ噴射する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する内燃機関の燃料種推定装置であって、
燃料噴射装置より上流側における吸気温度を取得する上流側吸気温度取得部と、
燃料噴射装置より下流側における吸気温度を取得する下流側吸気温度取得部と、
上流側吸気温度取得部で取得された吸気温度と下流側吸気温度取得部で取得された吸気温度との比較結果に基づいて、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する混合比率推定部と、
を備える、内燃機関の燃料種推定装置。
【請求項２】
蒸発潜熱の異なる第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を燃料噴射装置から吸気通路へ噴射する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する内燃機関の燃料種推定装置であって、
燃料噴射装置より上流側における吸気通路壁温度を取得する上流側壁温度取得部と、
燃料噴射装置より下流側における吸気通路壁温度を取得する下流側壁温度取得部と、
上流側壁温度取得部で取得された吸気通路壁温度と下流側壁温度取得部で取得された吸気通路壁温度との比較結果に基づいて、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する混合比率推定部と、
を備える、内燃機関の燃料種推定装置。
【請求項３】
蒸発潜熱の異なる第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を燃料噴射装置から吸気通路へ噴射する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する内燃機関の燃料種推定装置であって、
燃料噴射装置より下流側における吸気温度を取得する下流側吸気温度取得部と、
下流側吸気温度取得部で取得された、混合液体燃料の噴射開始前後における吸気温度の変化に基づいて、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する混合比率推定部と、
を備える、内燃機関の燃料種推定装置。
【請求項４】
蒸発潜熱の異なる第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を燃料噴射装置から吸気通路へ噴射する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する内燃機関の燃料種推定装置であって、
燃料噴射装置より下流側における吸気通路壁温度を取得する下流側壁温度取得部と、
下流側壁温度取得部で取得された、混合液体燃料の噴射開始前後における吸気通路壁温度の変化に基づいて、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する混合比率推定部と、
を備える、内燃機関の燃料種推定装置。
【請求項５】
蒸発潜熱の異なる第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を燃料噴射装置から吸気通路へ、または吸気行程にて筒内へ噴射する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する内燃機関の燃料種推定装置であって、
スロットル開度を取得するスロットル開度取得部と、
吸入吸気量を取得する吸入吸気量取得部と、
スロットル開度取得部で取得されたスロットル開度と吸入吸気量取得部で取得された吸入吸気量とに基づいて、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する混合比率推定部と、
を備える、内燃機関の燃料種推定装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１に記載の内燃機関の燃料種推定装置であって、
第１液体燃料は炭化水素系燃料であり、第２液体燃料はアルコール系燃料である、内燃機関の燃料種推定装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１に記載の内燃機関の燃料種推定装置を備える内燃機関の制御装置であって、
混合比率推定部で推定された第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率に基づいて、空燃比と点火時期とのいずれか１つ以上を制御する、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、内燃機関の燃料種推定装置及び内燃機関の制御装置に関し、特に、蒸発潜熱の異なる第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を使用する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する内燃機関の燃料種推定装置、及びそれを備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関において、ガソリン等の炭化水素系燃料にアルコール類等の他種の燃料を混合した混合液体燃料を使用することが提案されている。このような混合液体燃料を使用する場合は、混合液体燃料における各燃料成分の混合比率が必ずしも常に一定であるとは限らず、想定される混合比率と異なる混合液体燃料が使用されることが考えられる。例えばガソリンとアルコール類との混合液体燃料を使用する場合は、混合液体燃料におけるアルコール類の混合割合が想定される混合割合よりも低いと、混合液体燃料全体のオクタン価が低くなることでノックが発生しやすくなる。また、混合液体燃料におけるアルコール類の混合割合が想定される混合割合から変化すると、混合液体燃料全体の理論空燃比が想定される理論空燃比から変化するため、混合気の空燃比が排気触媒で有効に浄化可能な空燃比範囲から外れてくる場合がある。そのため、混合液体燃料を使用する場合は、混合液体燃料における各燃料成分の混合比率を推定できることが望ましい。
【０００３】
液体燃料の識別を行う技術としては、下記特許文献１，２によるものが開示されている。特許文献１においては、炭化水素系液体またはアルコール系液体に属する被測定液体（液体燃料）の流通経路に臨んで配置された識別センサ部は、発熱体及び感温体を含んでなる傍熱型液種検知部と、被測定液体の温度を検知する液温検知部とを有する。さらに、傍熱型液種検知部の発熱体に対して単一パルス電圧を印加して発熱体を発熱させ、傍熱型液種検知部の感温体と液温検知部とを含んでなる液種検知回路の出力に基づき被測定液体の識別を行う識別演算部を備える。識別演算部は、発熱体の発熱の際の、感温体の初期温度と単一パルス印加の開始から第１の時間経過時の第１温度との差に対応する液種対応第１電圧値及び感温体の初期温度と単一パルス印加の開始から第１の時間より長い第２の時間経過時の第２温度との差に対応する液種対応第２電圧値により、被測定液体の識別を行う。特許文献１においては、液種対応第１電圧値と被測定液体の熱伝導率とに相関があり、液種対応第２電圧値と被測定液体の動粘度とに相関があることを利用して、被測定液体の識別を行っている。
【０００４】
また、特許文献２においては、発光素子からプリズム内に光を入射させ、液体燃料と接触しているプリズム面で全反射を行わせ、その全反射光を受光素子に受光させて全反射光量を検出する。その際に、液体燃料の屈折率が変化すると、全反射角が変化するため、全反射光量が変化する。すなわち、液体燃料の濃度、例えばガソリンとメタノールとの混合比が変化すると、屈折率が変化するため、全反射光量を検出することでメタノールの濃度を推定している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１４８５６号公報
【特許文献２】特開平４−１９４７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２において液体燃料の識別を行うには、燃料タンクから内燃機関に到る燃料経路中に、液体燃料の識別を行うための専用のデバイスを別途設ける必要がある。そのため、液体燃料の識別を行うための構成が複雑化し、液体燃料の識別を容易に行うことが困難である。
【０００７】
本発明は、第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を使用する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を容易に推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る内燃機関の燃料種推定装置及び内燃機関の制御装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００９】
本発明に係る内燃機関の燃料種推定装置は、蒸発潜熱の異なる第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を燃料噴射装置から吸気通路へ噴射する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する内燃機関の燃料種推定装置であって、燃料噴射装置より上流側における吸気温度を取得する上流側吸気温度取得部と、燃料噴射装置より下流側における吸気温度を取得する下流側吸気温度取得部と、上流側吸気温度取得部で取得された吸気温度と下流側吸気温度取得部で取得された吸気温度との比較結果に基づいて、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する混合比率推定部と、を備えることを要旨とする。
【００１０】
また、本発明に係る内燃機関の燃料種推定装置は、蒸発潜熱の異なる第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を燃料噴射装置から吸気通路へ噴射する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する内燃機関の燃料種推定装置であって、燃料噴射装置より上流側における吸気通路壁温度を取得する上流側壁温度取得部と、燃料噴射装置より下流側における吸気通路壁温度を取得する下流側壁温度取得部と、上流側壁温度取得部で取得された吸気通路壁温度と下流側壁温度取得部で取得された吸気通路壁温度との比較結果に基づいて、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する混合比率推定部と、を備えることを要旨とする。
【００１１】
また、本発明に係る内燃機関の燃料種推定装置は、蒸発潜熱の異なる第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を燃料噴射装置から吸気通路へ噴射する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する内燃機関の燃料種推定装置であって、燃料噴射装置より下流側における吸気温度を取得する下流側吸気温度取得部と、下流側吸気温度取得部で取得された、混合液体燃料の噴射開始前後における吸気温度の変化に基づいて、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する混合比率推定部と、を備えることを要旨とする。
【００１２】
また、本発明に係る内燃機関の燃料種推定装置は、蒸発潜熱の異なる第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を燃料噴射装置から吸気通路へ噴射する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する内燃機関の燃料種推定装置であって、燃料噴射装置より下流側における吸気通路壁温度を取得する下流側壁温度取得部と、下流側壁温度取得部で取得された、混合液体燃料の噴射開始前後における吸気通路壁温度の変化に基づいて、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する混合比率推定部と、を備えることを要旨とする。
【００１３】
また、本発明に係る内燃機関の燃料種推定装置は、蒸発潜熱の異なる第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を燃料噴射装置から吸気通路へ、または吸気行程にて筒内へ噴射する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する内燃機関の燃料種推定装置であって、スロットル開度を取得するスロットル開度取得部と、吸入吸気量を取得する吸入吸気量取得部と、スロットル開度取得部で取得されたスロットル開度と吸入吸気量取得部で取得された吸入吸気量とに基づいて、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を推定する混合比率推定部と、を備えることを要旨とする。
【００１４】
本発明の一態様では、第１液体燃料は炭化水素系燃料であり、第２液体燃料はアルコール系燃料であることが好適である。
【００１５】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、本発明に係る内燃機関の燃料種推定装置を備える内燃機関の制御装置であって、混合比率推定部で推定された第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率に基づいて、空燃比と点火時期とのいずれか１つ以上を制御することを要旨とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、第１液体燃料と第２液体燃料とを混合した混合液体燃料を使用する内燃機関において、第１液体燃料と第２液体燃料との混合比率を専用のデバイスを別途設けることなく容易に推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。
【００１８】
「実施形態１」
図１は、本発明の実施形態１に係る内燃機関の燃料種推定装置を備える制御装置の概略構成を制御対象である内燃機関１０とともに示す図である。内燃機関１０は、蒸発潜熱の異なる第１の液体燃料と第２の液体燃料とを混合した混合液体燃料を燃料として使用するものである。第１の液体燃料の具体例としては、例えばガソリン等の炭化水素系燃料を挙げることができ、第２の液体燃料の具体例としては、例えばメタノールやエタノールやブタノール等、ガソリンよりも蒸発潜熱の大きいアルコール系燃料を挙げることができる。
【００１９】
燃料タンク１２内には、ガソリン（炭化水素系燃料）とアルコール系燃料（例えばエタノール）とを混合した混合液体燃料が貯溜されている。燃料タンク１２内に貯溜された混合液体燃料は、ポンプによりインジェクタ（燃料噴射装置）２２に供給される。吸気通路２０（吸気管内）に臨むインジェクタ２２は、燃料タンク１２から供給された混合液体燃料を吸気通路２０へ噴射する。ここでは、吸気通路２０の下流側へ向けて混合液体燃料を噴射する。インジェクタ２２から噴射された混合液体燃料は、周囲ガスや吸気管壁からの熱を受けて蒸発し、吸気行程にて空気とともにシリンダ１１内に導入される。内燃機関１０は、混合燃料（ガソリン及びアルコール系燃料）と空気との混合気を点火栓１８の火花放電によりシリンダ１１内で燃焼させることで動力を発生する。燃焼後の排出ガスは、排気行程にてシリンダ１１内から排気通路２１（排気管内）へ排出され、排気浄化装置として設けられた排気触媒３０で浄化される。燃焼後の排出ガスには窒素酸化物（ＮＯｘ）等が含まれており、排出ガス中の窒素酸化物等が排気触媒３０で浄化される。
【００２０】
エタノール（アルコール系燃料）はガソリンよりもオクタン価が高いため、混合液体燃料に含まれるエタノールの割合が高いほど混合液体燃料全体のオクタン価が高くなり、耐ノック性が向上する。ただし、ガソリンにエタノールを混合した混合液体燃料を用いる場合は、燃料タンク１２内に給油される混合液体燃料におけるガソリンとエタノールとの混合比率は必ずしも常に一定であるとは限らず、想定される混合比率と異なる混合液体燃料が燃料タンク１２内に給油されることがある。また、燃料タンク１２内に給油された混合液体燃料の燃料成分同士が分離することで、インジェクタ２２から噴射される混合液体燃料の混合比率が変化することもある。例えばインジェクタ２２から噴射される混合液体燃料におけるエタノールの混合割合が想定される混合割合よりも低いと、混合液体燃料全体のオクタン価が低くなることでノックが発生しやすくなる。また、インジェクタ２２から噴射される混合液体燃料におけるエタノールの混合割合が想定される混合割合から変化すると、混合液体燃料全体の理論空燃比が想定される理論空燃比から変化するため、混合気の空燃比が排気触媒３０で有効に浄化可能な空燃比範囲から外れてくる場合がある。そこで、本実施形態では、インジェクタ２２から噴射される混合液体燃料におけるガソリンとエタノールとの混合比率を推定する。そして、この推定した混合比率に基づいて、点火栓１８による混合気の点火時期と混合気の空燃比とのいずれか１つ以上を制御する。以下、そのための構成例について説明する。
【００２１】
上流側吸気温度センサ４２は、吸気通路２０におけるインジェクタ２２より上流側の位置に臨んで付設されており、インジェクタ２２（燃料噴射位置）より上流側における吸気温度（以下、上流側吸気温度とする）Ｔｉｕを検出する。図１に示す例では、上流側吸気温度センサ４２は、吸気通路２０におけるスロットルバルブ１７より下流側の位置に臨んで付設されており、スロットルバルブ１７より下流側の位置で上流側吸気温度Ｔｉｕを検出する。下流側吸気温度センサ４４は、吸気通路２０におけるインジェクタ２２より下流側の位置に臨んで付設されており、インジェクタ２２（燃料噴射位置）より下流側における吸気温度（以下、下流側吸気温度とする）Ｔｉｄを検出する。エンジン回転数センサ４６は内燃機関１０の回転数（エンジン回転数）Ｎｅを検出する。スロットル開度センサ４８は、スロットルバルブ１７の開度（スロットル開度）Ａを検出する。電子制御装置（ＥＣＵ）４０は、ＣＰＵを中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭと、一時的にデータを記憶するＲＡＭと、入出力ポートと、を備える。上流側吸気温度センサ４２で検出された上流側吸気温度Ｔｉｕを示す信号、下流側吸気温度センサ４４で検出された下流側吸気温度Ｔｉｄを示す信号、エンジン回転数センサ４６で検出されたエンジン回転数Ｎｅを示す信号、及びスロットル開度センサ４８で検出されたスロットル開度Ａを示す信号は、電子制御装置４０に入力される。
【００２２】
電子制御装置４０は、例えば図１における機能ブロックに示すように、混合比率推定部５２と点火時期制御部５４と空燃比制御部５６とを含んで構成することができる。混合比率推定部５２は、上流側吸気温度センサ４２で取得された上流側吸気温度Ｔｉｕと下流側吸気温度センサ４４で取得された下流側吸気温度Ｔｉｄとの比較結果に基づいて、インジェクタ２２から噴射された混合液体燃料におけるガソリン（第１の液体燃料）とアルコール系燃料（第２の液体燃料）との混合比率を推定する。点火時期制御部５４は、混合比率推定部５２で推定されたガソリンとアルコール系燃料との混合比率に基づいて、点火栓１８による混合気の点火時期を制御する。空燃比制御部５６は、混合比率推定部５２で推定されたガソリンとアルコール系燃料との混合比率に基づいて、インジェクタ２２からの混合液体燃料の噴射量を制御することで、混合気の空燃比を制御する。
【００２３】
インジェクタ２２から吸気通路２０に噴射された混合液体燃料は、周囲ガスや吸気管壁からの熱を受けて蒸発するため、燃料の蒸発に伴い、インジェクタ２２より下流側における吸気温度が低下する。そのため、図２に示すように、上流側吸気温度センサ４２で検出される上流側吸気温度Ｔｉｕは、燃料の蒸発による影響をほとんど受けず燃料が吸気通路２０に噴射される前後でほとんど変化しないのに対して、下流側吸気温度センサ４４で検出される下流側吸気温度Ｔｉｄは、吸気通路２０に噴射された燃料が蒸発するのに応じて低下する。さらに、吸気通路２０に噴射される燃料の蒸発潜熱が大きいほど、燃料が噴射される前後における下流側吸気温度Ｔｉｄの低下幅が大きくなり、燃料噴射開始後における上流側吸気温度Ｔｉｕと下流側吸気温度Ｔｉｄとの温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄが大きくなる。
【００２４】
メタノールやエタノール等のアルコール系燃料は、ガソリンに比べて蒸発潜熱が大きい。そのため、吸気通路２０に噴射された混合液体燃料におけるアルコール系燃料の混合割合が高いほど、燃料が噴射される前後における下流側吸気温度Ｔｉｄの低下幅が大きくなり、燃料噴射開始後における上流側吸気温度Ｔｉｕと下流側吸気温度Ｔｉｄとの温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄが大きくなる。したがって、混合比率推定部５２は、燃料噴射開始後における上流側吸気温度Ｔｉｕと下流側吸気温度Ｔｉｄとの温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄに基づいて、混合液体燃料におけるガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定することができる。ここでの温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄとしては、例えば、燃料噴射開始時から所定時間τ経過した後における上流側吸気温度Ｔｉｕと下流側吸気温度Ｔｉｄとの温度差を用いることもできるし、燃料噴射開始後に上流側吸気温度Ｔｉｕと下流側吸気温度Ｔｉｄとの温度差が最大となる（下流側吸気温度Ｔｉｄが最も低くなる）ときの温度差を用いることもできる。下表に、ガソリン中の代表的な成分であるイソオクタンと、アルコール類の代表であるメタノール、エタノール、ブタノールの蒸発潜熱（ｋＪ／ｋｇ）の比較を示す。また、図３に、ガソリンとエタノールの混合液体燃料におけるエタノールの混合割合に対する燃料噴射開始後τにおける温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄの関係を計算した例を示す。図３に示すように、エタノールの混合割合が高くなるのに対して温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄが増大していることがわかる。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
混合液体燃料におけるガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定する際には、例えば図３に示すような、アルコール系燃料の混合割合と燃料噴射開始後における温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄとの関係を表す特性マップを実験や計算等により予め作成して、電子制御装置４０内の混合比率特性記憶部５８（記憶装置）に記憶しておく。混合比率推定部５２は、この混合比率特性記憶部５８に記憶された特性マップにおいて、与えられた温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄに対応するアルコール系燃料の混合割合を演算することで、ガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定する。
【００２７】
ただし、温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄは、エンジン回転数Ｎｅやエンジン負荷（スロットル開度）Ａや上流側吸気温度Ｔｉｕによっても影響を受ける。そのため、アルコール系燃料の混合割合と燃料噴射開始後における温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄとの関係を表す特性マップは、各エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（スロットル開度）Ａと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）毎に作成し、各エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（スロットル開度）Ａと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）と対応付けて混合比率特性記憶部５８に記憶することが好ましい。そして、混合比率推定部５２は、与えられたエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（スロットル開度）Ａと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）に対応する特性マップを混合比率特性記憶部５８から読み出し、この読み出した特性マップにおいて、温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄに対応するアルコール系燃料の混合割合を演算することが好ましい。このように、混合比率推定部５２は、燃料噴射開始後における温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄの他に、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（スロットル開度）Ａと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）に基づいて、ガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定することが好ましい。
【００２８】
前述のように、燃料タンク１２内に給油される混合液体燃料におけるガソリンとアルコール系燃料との混合比率は必ずしも一定ではないため、ガソリンとアルコール系燃料との混合比率は、例えば燃料タンク１２への給油前後において変化しやすくなる。そのため、混合比率推定部５２は、混合液体燃料が燃料タンク１２内に給油された後の内燃機関１０の始動直後に、混合液体燃料におけるガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定することが好ましい。その際に、混合液体燃料が燃料タンク１２内に給油されたか否かについては、例えば燃料タンク１２内に付設された、燃料タンク１２内の燃料残量を検出するセンサの検出値に基づいて判定することができる。ただし、燃料タンク１２内に給油された混合液体燃料の燃料成分同士が分離することで、インジェクタ２２から噴射される混合液体燃料の混合比率が変化することもあるため、混合比率推定部５２は、所定時間毎に混合液体燃料の混合比率を推定することも好適である。
【００２９】
混合比率推定部５２による混合比率の推定後は、点火時期制御部５４は、推定された混合比率に基づいて点火栓１８による混合気の点火時期を制御する。前述のように、エタノール等のアルコール系燃料はガソリンよりもオクタン価が高いため、混合液体燃料におけるアルコール系燃料の混合割合が低いと、混合液体燃料全体のオクタン価が低くなることでノックが発生しやすくなる。そこで、点火時期制御部５４は、混合比率推定部５２で推定されたアルコール系燃料の混合割合の低下に対して、点火栓１８による混合気の点火時期を遅角させることが好ましい。これによって、ノックの発生を防ぐことが可能となる。また、点火時期制御部５４は、混合比率推定部５２で推定されたアルコール系燃料の混合割合が所定割合よりも低い場合に、（推定された混合割合が所定割合である場合よりも）点火時期を遅角させ、混合比率推定部５２で推定されたアルコール系燃料の混合割合が所定割合よりも高い場合に、（推定された混合割合が所定割合である場合よりも）点火時期を進角させることもできる。
【００３０】
また、混合比率推定部５２による混合比率の推定後は、空燃比制御部５６は、推定された混合比率に基づいて混合気の空燃比を制御する。前述のように、混合液体燃料におけるアルコール系燃料の混合割合が想定される混合割合から変化すると、混合液体燃料全体の理論空燃比が想定される理論空燃比から変化するため、混合気の空燃比が排気触媒３０で有効に浄化可能な空燃比範囲から外れてくる場合がある。そこで、空燃比制御部５６は、混合比率推定部５２で推定されたアルコール系燃料の混合割合の増加に対して、混合気の空燃比を低下させることが好ましい。これによって、混合気の空燃比が排気触媒３０で有効に浄化可能な空燃比範囲から外れるのを防ぐことが可能となる。また、空燃比制御部５６は、混合比率推定部５２で推定されたアルコール系燃料の混合割合が所定割合よりも低い場合に、（推定された混合割合が所定割合である場合よりも）混合気の空燃比を増加させ、混合比率推定部５２で推定されたアルコール系燃料の混合割合が所定割合よりも高い場合に、（推定された混合割合が所定割合である場合よりも）混合気の空燃比を低下させることもできる。なお、空燃比制御部５６は、空燃比を低下させる際には、インジェクタ２２からの燃料噴射量を増加させてもよいし、電制スロットルの場合はスロットルバルブ１７の開度を減少させてもよい。同様に、空燃比を増加させる際には、インジェクタ２２からの燃料噴射量を減少させてもよいし、電制スロットルの場合はスロットルバルブ１７の開度を増加させてもよい。
【００３１】
以上説明した本実施形態では、燃料噴射開始後における上流側吸気温度Ｔｉｕと下流側吸気温度Ｔｉｄとの温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄに基づいて、混合液体燃料におけるガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定している。その際には、内燃機関１０に通常設けられている吸気温度センサを利用して混合液体燃料の混合比率を推定しているため、混合液体燃料の混合比率を専用のデバイスや特殊なセンサを別途設けることなく容易に推定することができる。そして、推定した混合液体燃料の混合比率に基づいて点火時期を制御することで、ノックの発生を防ぐことができる。また、推定した混合液体燃料の混合比率に基づいて混合気の空燃比を制御することで、混合気の空燃比が排気触媒３０で有効に浄化可能な空燃比範囲から外れるのを防ぐことができる。
【００３２】
なお、前述のように、吸気通路２０に噴射された混合液体燃料におけるアルコール系燃料の混合割合が高いほど、燃料が噴射される前後における下流側吸気温度Ｔｉｄの低下幅が大きくなる。そこで、本実施形態では、混合比率推定部５２は、温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄの代わりに、下流側吸気温度センサ４４で取得された、混合液体燃料の噴射開始前後における下流側吸気温度Ｔｉｄの変化量ΔＴｉｄに基づいて、混合液体燃料におけるガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定することもできる。ここでの下流側吸気温度の変化量ΔＴｉｄとしては、例えば、燃料噴射開始直前における下流側吸気温度と燃料噴射開始時から所定時間τ経過した後における下流側吸気温度との温度差を用いることもできるし、燃料噴射開始直前における下流側吸気温度と燃料噴射開始後における下流側吸気温度の最小値との差を用いることもできる。混合液体燃料の混合比率を推定する際には、アルコール系燃料の混合割合と燃料噴射開始前後における下流側吸気温度の変化量ΔＴｉｄとの関係を表す特性マップを実験や計算等により予め作成して、電子制御装置４０内の混合比率特性記憶部５８に記憶しておく。混合比率推定部５２は、この混合比率特性記憶部５８に記憶された特性マップにおいて、与えられた下流側吸気温度の変化量ΔＴｉｄに対応するアルコール系燃料の混合割合を演算する。さらに、アルコール系燃料の混合割合と燃料噴射開始前後における下流側吸気温度の変化量ΔＴｉｄとの関係を表す特性マップは、各エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（スロットル開度）Ａと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）と対応付けて混合比率特性記憶部５８に記憶することが好ましい。そして、混合比率推定部５２は、与えられたエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（スロットル開度）Ａと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）に対応する特性マップを混合比率特性記憶部５８から読み出し、この読み出した特性マップにおいて、与えられた下流側吸気温度の変化量ΔＴｉｄに対応するアルコール系燃料の混合割合を演算することが好ましい。混合液体燃料の噴射開始前後における下流側吸気温度の変化量ΔＴｉｄに基づいて混合液体燃料の混合比率を推定する場合は、上流側吸気温度センサ４２を省略することが可能となる。
【００３３】
「実施形態２」
図４は、本発明の実施形態２に係る内燃機関の燃料種推定装置を備える制御装置の概略構成を示す図である。以下の実施形態２の説明では、実施形態１と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１と同様である。
【００３４】
本実施形態では実施形態１と比較して、上流側吸気温度センサ４２及び下流側吸気温度センサ４４の代わりに、上流側壁温度センサ６２及び下流側壁温度センサ６４が付設されている。上流側壁温度センサ６２は、インジェクタ２２（燃料噴射位置）より上流側における吸気通路壁温度（以下、上流側壁温度とする）Ｔｗｕを検出する。下流側壁温度センサ６４は、インジェクタ２２（燃料噴射位置）より下流側における吸気通路壁温度（以下、下流側壁温度とする）Ｔｗｄを検出する。ここでは、壁温度検出の応答性を向上させるために、壁温度Ｔｗｕ，Ｔｗｄを測定する吸気通路壁の部分を薄膜化構造とすることも可能である。また、壁温度Ｔｗｕ，Ｔｗｄを測定する吸気通路壁の部分に樹脂材を用いることも可能である。上流側壁温度センサ６２で検出された上流側壁温度Ｔｗｕを示す信号、及び下流側壁温度センサ６４で検出された下流側壁温度Ｔｗｄを示す信号は、電子制御装置４０に入力される。混合比率推定部５２は、上流側壁温度センサ６２で取得された上流側壁温度Ｔｗｕと下流側壁温度センサ６４で取得された下流側壁温度Ｔｗｄとの比較結果に基づいて、インジェクタ２２から噴射された混合液体燃料におけるガソリン（第１の液体燃料）とアルコール系燃料（第２の液体燃料）との混合比率を推定する。
【００３５】
インジェクタ２２から吸気通路２０に噴射された混合液体燃料は、周囲ガスや吸気管壁からの熱を受けて蒸発するため、燃料の蒸発に伴い、インジェクタ２２より下流側における吸気通路壁温度が低下する。そのため、図２に示すように、上流側壁温度センサ６２で検出される上流側壁温度Ｔｗｕは、燃料の蒸発による影響をほとんど受けず燃料が吸気通路２０に噴射される前後でほとんど変化しないのに対して、下流側壁温度センサ６４で検出される下流側壁温度Ｔｗｄは、吸気通路２０に噴射された燃料が蒸発するのに応じて低下する。さらに、吸気通路２０に噴射された混合液体燃料におけるアルコール系燃料の混合割合が高く燃料の蒸発潜熱が大きいほど、燃料が噴射される前後における下流側壁温度Ｔｗｄの低下幅が大きくなり、燃料噴射開始後における上流側壁温度Ｔｗｕと下流側壁温度Ｔｗｄとの温度差Ｔｗｕ−Ｔｗｄが大きくなる。したがって、混合比率推定部５２は、燃料噴射開始後における上流側壁温度Ｔｗｕと下流側壁温度Ｔｗｄとの温度差Ｔｗｕ−Ｔｗｄに基づいて、混合液体燃料におけるガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定することができる。ここでの温度差Ｔｗｕ−Ｔｗｄについても、例えば、燃料噴射開始時から所定時間τ経過した後における上流側壁温度Ｔｗｕと下流側壁温度Ｔｗｄとの温度差を用いることもできるし、燃料噴射開始後に上流側壁温度Ｔｗｕと下流側壁温度Ｔｗｄとの温度差最大となる（下流側壁温度Ｔｗｄが最も低くなる）ときの温度差を用いることもできる。なお、下流側壁温度センサ６４による下流側壁温度Ｔｗｄの測定位置は、インジェクタ２２から噴射された燃料が衝突する位置を選ぶとより効果的である。
【００３６】
混合液体燃料の混合比率を推定する際には、アルコール系燃料の混合割合と燃料噴射開始前後における温度差Ｔｗｕ−Ｔｗｄとの関係を表す特性マップを実験や計算等により予め作成して、電子制御装置４０内の混合比率特性記憶部５８に記憶しておく。混合比率推定部５２は、この混合比率特性記憶部５８に記憶された特性マップにおいて、与えられた温度差Ｔｗｕ−Ｔｗｄに対応するアルコール系燃料の混合割合を演算する。さらに、アルコール系燃料の混合割合と燃料噴射開始前後における温度差Ｔｗｕ−Ｔｗｄとの関係を表す特性マップは、各エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（スロットル開度）Ａと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）と対応付けて混合比率特性記憶部５８に記憶することが好ましい。そして、混合比率推定部５２は、与えられたエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（スロットル開度）Ａと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）に対応する特性マップを混合比率特性記憶部５８から読み出し、この読み出した特性マップにおいて、与えられた温度差Ｔｗｕ−Ｔｗｄに対応するアルコール系燃料の混合割合を演算することが好ましい。
【００３７】
以上説明した本実施形態でも実施形態１と同様に、混合液体燃料におけるガソリンとアルコール系燃料との混合比率を専用のデバイスや特殊なセンサを別途設けることなく容易に推定することができる。
【００３８】
なお、本実施形態でも、混合比率推定部５２は、温度差Ｔｗｕ−Ｔｗｄの代わりに、下流側壁温度センサ６４で取得された、混合液体燃料の噴射開始前後における下流側壁温度Ｔｗｄの変化量ΔＴｗｄに基づいて、混合液体燃料におけるガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定することもできる。ここでの下流側壁温度の変化量ΔＴｗｄとしては、例えば、燃料噴射開始直前における下流側壁温度と燃料噴射開始時から所定時間τ経過した後における下流側壁温度との温度差を用いることもできるし、燃料噴射開始直前における下流側壁温度と燃料噴射開始後における下流側壁温度の最小値との差を用いることもできる。混合液体燃料の混合比率を推定する際には、アルコール系燃料の混合割合と燃料噴射開始前後における下流側壁温度の変化量ΔＴｗｄとの関係を表す特性マップを実験や計算等により予め作成して、電子制御装置４０内の混合比率特性記憶部５８に記憶しておく。混合比率推定部５２は、この混合比率特性記憶部５８に記憶された特性マップにおいて、与えられた下流側壁温度の変化量ΔＴｗｄに対応するアルコール系燃料の混合割合を演算する。さらに、アルコール系燃料の混合割合と燃料噴射開始前後における下流側壁温度の変化量ΔＴｗｄとの関係を表す特性マップは、各エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（スロットル開度）Ａと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）と対応付けて混合比率特性記憶部５８に記憶することが好ましい。そして、混合比率推定部５２は、与えられたエンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（スロットル開度）Ａと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）に対応する特性マップを混合比率特性記憶部５８から読み出し、この読み出した特性マップにおいて、与えられた下流側壁温度の変化量ΔＴｗｄに対応するアルコール系燃料の混合割合を演算することが好ましい。混合液体燃料の噴射開始前後における下流側壁温度の変化量ΔＴｗｄに基づいて混合液体燃料の混合比率を推定する場合は、上流側壁温度センサ６２を省略することが可能となる。
【００３９】
「実施形態３」
図５は、本発明の実施形態３に係る内燃機関の燃料種推定装置を備える制御装置の概略構成を制御対象である内燃機関１０とともに示す図である。以下の実施形態３の説明では、実施形態１，２と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する構成については実施形態１，２と同様である。
【００４０】
本実施形態では実施形態１と比較して、下流側吸気温度センサ４４が省略されており、内燃機関１０の吸入空気量（吸入吸気量）ＩＡを検出する吸入空気量センサ（吸入吸気量センサ）６６が付設されている。図５に示す例では、吸入空気量センサ６６は、吸気通路２０におけるインジェクタ２２及びスロットルバルブ１７より上流側の位置に臨んで付設されており、インジェクタ２２及びスロットルバルブ１７より上流側の位置で吸入空気量ＩＡを検出する。また、実施形態１と同様に、上流側吸気温度センサ４２、エンジン回転数センサ４６、及びスロットル開度センサ４８が付設されている。吸入空気量センサ６６で検出された吸入空気量ＩＡを示す信号、上流側吸気温度センサ４２で検出された上流側吸気温度Ｔｉｕを示す信号、エンジン回転数センサ４６で検出されたエンジン回転数Ｎｅを示す信号、及びスロットル開度センサ４８で検出されたスロットル開度Ａを示す信号は、電子制御装置４０に入力される。混合比率推定部５２は、スロットル開度センサ４８で取得されたスロットル開度Ａと吸入空気量センサ６６で取得された吸入空気量ＩＡとに基づいて、インジェクタ２２から噴射された混合液体燃料におけるガソリン（第１の液体燃料）とアルコール系燃料（第２の液体燃料）との混合比率を推定する。
【００４１】
同じ吸気通路圧力の場合でも、吸気行程における吸入ガス温度またはシリンダ内ガス温度が低下すると、充填効率が増大して吸入空気量ＩＡが増大する。すなわち、同じスロットル開度Ａにおいても、混合液体燃料におけるアルコール系燃料の混合割合が高く蒸発潜熱が大きいほど、吸入空気量ＩＡが増大する。したがって、混合比率推定部５２は、スロットル開度Ａと吸入空気量ＩＡとの関係に基づいて、混合液体燃料におけるガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定することができる。図６に、ガソリンとエタノールの混合液体燃料におけるエタノールの混合割合を変化させながらスロットル開度Ａと吸入空気量ＩＡとの関係を計算した例を示す。図６に示すように、エタノールの混合割合が高くなるほど同じスロットル開度Ａに対する吸入空気量ＩＡが大きくなることがわかる。
【００４２】
混合液体燃料の混合比率を推定する際には、例えば図６に示すような、スロットル開度Ａ及び吸入空気量ＩＡに対するアルコール系燃料の混合割合の関係を表す特性マップを実験や計算等により予め作成して、電子制御装置４０内の混合比率特性記憶部５８に記憶しておく。混合比率推定部５２は、この混合比率特性記憶部５８に記憶された特性マップにおいて、与えられたスロットル開度Ａ及び吸入空気量ＩＡに対応するアルコール系燃料の混合割合を演算することで、ガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定する。
【００４３】
ただし、スロットル開度Ａ及び吸入空気量ＩＡに対するアルコール系燃料の混合割合の関係は、エンジン回転数Ｎｅや上流側吸気温度Ｔｉｕによっても影響を受ける。そのため、スロットル開度Ａ及び吸入空気量ＩＡに対するアルコール系燃料の混合割合の関係を表す特性マップは、各エンジン回転数Ｎｅと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）毎に作成し、各エンジン回転数Ｎｅと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）と対応付けて混合比率特性記憶部５８に記憶することが好ましい。そして、混合比率推定部５２は、与えられたエンジン回転数Ｎｅと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）に対応する特性マップを混合比率特性記憶部５８から読み出し、この読み出した特性マップにおいて、与えられたスロットル開度Ａ及び吸入空気量ＩＡに対応するアルコール系燃料の混合割合を演算することが好ましい。このように、混合比率推定部５２は、スロットル開度Ａ及び吸入空気量ＩＡの他に、エンジン回転数Ｎｅと上流側吸気温度Ｔｉｕ（あるいはそれらのいずれか１つ以上）に基づいて、ガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定することが好ましい。
【００４４】
以上説明した本実施形態では、スロットル開度Ａ及び吸入空気量ＩＡに基づいて、混合液体燃料におけるガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定している。その際には、内燃機関１０に通常設けられているスロットル開度センサ４８及び吸入空気量センサ６６を利用して混合液体燃料の混合比率を推定しているため、混合液体燃料の混合比率を専用のデバイスや特殊なセンサを別途設けることなく容易に推定することができる。
【００４５】
以上の実施形態３の説明では、混合液体燃料を吸気通路２０に噴射する場合について説明した。ただし、本実施形態では、内燃機関１０は、吸気行程にて混合液体燃料をインジェクタからシリンダ１１内へ直接噴射する筒内噴射式内燃機関であってもよい。その場合においても、混合比率推定部５２は、スロットル開度Ａ及び吸入空気量ＩＡに基づいて、シリンダ１１内へ噴射された混合液体燃料におけるガソリン（第１の液体燃料）とアルコール系燃料（第２の液体燃料）との混合比率を推定することができる。
【００４６】
以上の実施形態１〜３の説明では、蒸発潜熱の異なる第１の液体燃料と第２の液体燃料とを混合した混合液体燃料として、ガソリンとアルコール系燃料とを混合した混合液体燃料を使用し、この混合液体燃料におけるガソリンとアルコール系燃料との混合比率を推定する場合について説明した。ただし、実施形態１〜３では、蒸発潜熱の異なる第１の液体燃料及び第２の液体燃料として、ガソリン及びアルコール系燃料以外の液体燃料を使用することも可能である。例えば、アルコール系燃料以外の含酸素燃料を使用することもできるし、フラン類を使用することもできる。実施形態１〜３では、２種類の液体燃料の蒸発潜熱が異なっていればよい。
【００４７】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態１に係る内燃機関の燃料種推定装置を備える制御装置の概略構成を制御対象である内燃機関とともに示す図である。
【図２】上流側吸気温度Ｔｉｕ及び下流側吸気温度Ｔｉｄ（あるいは上流側壁温度Ｔｗｕ及び下流側壁温度Ｔｗｄ）の時間変化を説明する図である。
【図３】エタノールの混合割合に対する燃料噴射開始後τにおける温度差Ｔｉｕ−Ｔｉｄの関係を計算した例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る内燃機関の燃料種推定装置を備える制御装置の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る内燃機関の燃料種推定装置を備える制御装置の概略構成を制御対象である内燃機関とともに示す図である。
【図６】エタノールの混合割合を変化させながらスロットル開度Ａと吸入空気量ＩＡとの関係を計算した例を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  内燃機関、１１  シリンダ、１２  燃料タンク、１７  スロットルバルブ、１８  点火栓、２０  吸気通路、２１  排気通路、２２  インジェクタ、３０  排気触媒、４０  電子制御装置、４２  上流側吸気温度センサ、４４  下流側吸気温度センサ、４６  エンジン回転数センサ、４８  スロットル開度センサ、５２  混合比率推定部、５４  点火時期制御部、５６  空燃比制御部、５８  混合比率特性記憶部、６２  上流側壁温度センサ、６４  下流側壁温度センサ、６６  吸入空気量センサ。
【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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