JP2007239510A

JP2007239510A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2007239510A
Application number: JP2006060236A
Authority: JP
Inventors: Shintaro Uchiumi; 慎太郎内海
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-03-06
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】簡単な構成で、かつ混合燃料の相分離を速やかに検出することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】ガソリンＧＡとエタノールＡＬとを混合した混合燃料が貯留される燃料タンク１を備えた内燃機関の制御装置において、燃料タンク１内に設けられ、ガソリンＧＡより比重が大きく、かつエタノールＡＬより比重が小さい重燃料用フロート１１と、燃料タンク１の高さ方向における重燃料用フロート１１の位置を検出する重燃料用フロート位置検出センサ１３と、備え、ＥＣＵ２０は、重燃料用フロート位置検出センサ１３により検出される重燃料用フロート１１の位置の変化に基づいて混合燃料が相分離しているか否か判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガソリン及びアルコールなどの比重が異なる複数の燃料が混合された混合燃料が使用される内燃機関の制御装置に関する。

ガソリンとアルコールとを混合した混合燃料は、アルコール濃度が低い場合、混合燃料中に水分が所定量以上含まれている場合、又は燃料の温度が低い場合などにガソリンとアルコールとが相分離し易くなることが知られている。また、燃料タンク内に貯留されている混合燃料とアルコール濃度が異なる混合燃料が燃料タンクに給油された場合、燃料タンクに貯留されている混合燃料のアルコール濃度が不均一になるおそれがある。アルコール濃度が不均一の場合又はガソリンとアルコールとが相分離している場合などは、安定した性状の混合燃料が供給できないため、内燃機関の燃焼が不安定になるおそれがある。そこで、このような混合燃料を使用する内燃機関において、内燃機関の始動時に検出した混合燃料のアルコール濃度と前回内燃機関を停止した時の混合燃料のアルコール濃度とを比較して混合燃料が相分離しているか否か判断する内燃機関が知られている（特許文献１参照）。

特開平６−２６４１４号公報

この内燃機関では、アルコール濃度センサが燃料通路に設けられているので、混合燃料が燃料タンクからアルコール濃度センサに到達するまで混合燃料が相分離しているか否か判定できない。そのため、混合燃料の相分離を検出するまでに時間がかかる。

なお、本発明における「相分離」の概念は、混合燃料中に含まれる燃料成分のうち比重が小さい軽質成分と軽質成分より比重が大きい重質成分とが分離している場合、及び燃料タンクの底部付近の混合燃料の重質成分の濃度が油面付近の混合燃料の重質成分の濃度よりも高い場合など分離はしていないが燃料タンクの高さ方向に関して混合燃料の混合比率に分布が生じている場合の両方を含む。

そこで、本発明は、簡単な構成で、かつ混合燃料の相分離を速やかに検出することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の制御装置は、第１の燃料と前記第１の燃料より比重が大きい第２の燃料とを混合した混合燃料が貯留される燃料タンクを備えた内燃機関の制御装置において、前記燃料タンク内に設けられ、前記第１の燃料より比重が大きく、かつ前記第２の燃料より比重が小さいフロート部材と、前記燃料タンクの高さ方向における前記フロート部材の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出される前記フロート部材の位置の変化に基づいて前記混合燃料が相分離しているか否か判定する相分離判定手段と、を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

第１の燃料と第２の燃料とが分離した場合、第１の燃料よりも比重が大きい第２の燃料が下に集まり、第１の燃料が上に集まる。混合燃料に濃度分布が生じた場合は、燃料タンクの底部付近の第２の燃料の濃度が油面付近よりも高くなる。そのため、混合燃料が相分離した場合、燃料タンクの底部付近の混合燃料の比重が第２の燃料の比重に近付き、油面付近の混合燃料の比重が第１の燃料の比重に近付く。第１の燃料より比重が大きく、かつ第２の燃料より比重が小さいフロート部材は、混合燃料に相分離が生じた場合、第１の燃料の比重に近い軽質燃料層と第２の燃料の比重に近い重質燃料層の境界付近に速やかに移動する。本発明の制御装置では、このフロート部材の位置の変化に基づいて混合燃料の相分離を判定するので、簡単な構造で、かつ混合燃料の相分離を速やかに検出することができる。また、アルコール濃度センサなど燃料成分の濃度を検出するセンサが不要であるため、コストを低減できる。

本発明の制御装置の一形態においては、前記燃料タンク内に設けられ、かつ前記第１の燃料より比重が小さい補助フロート部材と、前記燃料タンクの高さ方向における前記補助フロート部材の位置を検出する補助フロート位置検出手段と、前記補助フロート位置検出手段により検出される前記補助フロート部材の位置が変化していると判断した場合に前記相分離判定手段による前記混合燃料の相分離の判定を禁止する判定禁止手段と、をさらに備えていてもよい（請求項２）。燃料タンクへの給油時などは燃料タンク内の混合燃料が流動するので、相分離以外の要因によってフロート部材の位置が変化する。この形態では、第１の燃料より比重が小さい補助フロート部材の位置が変化していると判断した場合、すなわち燃料タンクに貯留されている混合燃料の油面の位置が変化していると判断した場合に混合燃料の相分離の判定を禁止するので、相分離以外の要因によってフロート部材の位置が変化しても混合燃料が相分離したと判定されない。そのため、誤判定を防止できる。また、この補助フロート部材によって燃料タンクに貯留されている混合燃料の量を検出できる。

本発明の制御装置の一形態においては、前記燃料タンク内に設けられ、かつ前記第１の燃料より比重が小さい補助フロート部材と、前記燃料タンクの高さ方向における前記補助フロート部材の位置を検出する補助フロート位置検出手段と、をさらに備え、前記相分離判定手段は、前記フロート部材の位置が予め設定した閾値以上に変化した場合に前記混合燃料が相分離していると判断するとともに、前記補助フロート位置検出手段により検出された前記補助フロート部材の位置に基づいて前記閾値を補正する閾値補正手段を備えていてもよい（請求項３）。燃料タンクに貯留されている混合燃料の量に応じて混合燃料が相分離した場合におけるフロート部材の移動量が変化する。例えば、所定量の混合燃料が相分離した場合におけるフロート部材の移動量は、混合比率が同一で、かつこの所定量の半分の量の混合燃料が相分離した場合におけるフロート部材の移動量よりも大きい。そこで、このように補助フロート部材の位置、すなわち燃料タンクに貯留されている混合燃料の量に基づいて閾値を補正することにより、相分離の判定精度を向上させることができる。そのため、誤判定を防止できる。

本発明の制御装置の一形態においては、前記フロート部材が複数設けられるとともに、これら複数のフロート部材の比重が互いに異なるように設定され、前記位置検出手段は、前記複数のフロート部材の位置をそれぞれ検出し、前記相分離判定手段は、前記位置検出手段により検出された各フロート部材の位置の変化に基づいて前記混合燃料が相分離しているか否か判定してもよい（請求項４）。このように比重が互いに異なる複数のフロート部材を設け、各フロート部材の位置の変化に基づいて混合燃料の相分離を判定することにより、相分離の判定精度を向上させることができる。

本発明の制御装置の一形態において、前記内燃機関は車両に搭載されており、前記相分離判定手段は、前記車両の停止時に前記混合燃料の相分離の判定を行ってもよい（請求項５）。この場合、車両の振動が相分離の判定に及ぼす影響を低減できる。そのため、相分離の誤判定を防止できる。

以上に説明したように、本発明によれば、燃料タンク内に設けたフロート部材の変位に基づいて混合燃料の相分離を検出するので、簡単な構成で、かつ混合燃料の相分離を速やかに検出することができる。

図１は、本発明の一形態に係る制御装置が組み込まれた内燃機関の燃料タンクを示している。図１の燃料タンク１を備えた内燃機関（以下、エンジンと呼ぶこともある。）は、車両に走行用動力源として搭載され、ガソリンＧＡとエタノールＡＬとを混合した混合燃料、いわゆるアルコール混合ガソリンにて運転可能である。燃料タンク１にはこの混合燃料が貯留される。ガソリンＧＡの比重は一般に０．７３〜０．７６であり、エタノールＡＬの比重は０．７８９である。そのため、ガソリンＧＡが本発明の第１の燃料に相当し、エタノールＡＬが本発明の第２の燃料に相当する。なお、図１は、ガソリンＧＡとエタノールＡＬとが相分離した場合の燃料タンク１の状態の一例を示している。また、図２にガソリンＧＡとエタノールＡＬとが相分離していない場合の燃料タンク１の状態の一例を示す。

図１に示したように、燃料タンク１には、燃料タンク１内に貯留されている混合燃料をストレーナ３を介して吸い上げてエンジンの機関本体（不図示）に送る燃料ポンプ２と、燃料タンク１に混合燃料を給油するための燃料給油通路４と、給油時に燃料タンク１内の空気を抜くためのブリーザ通路５と、燃料タンク１に貯留されている混合燃料の量に対応した信号を出力する燃料量センサ６と、を備えている。燃料量センサ６は、燃料タンク１内に設けられ、かつ比重がガソリンＧＡの比重より小さい軽燃料用フロート７と、燃料ポンプ２に一端８ａが回転可能に取り付けられるとともに他端に軽燃料用フロート７が取り付けられる第１アーム８と、第１アーム８の一端８ａを中心とした第１アーム８の角度に対応した信号を出力する軽燃料用フロート位置検出センサ９と、を備えている。軽燃料用フロート７は、ガソリンＧＡの比重よりも小さいので、燃料タンク１に貯留されている混合燃料が相分離していても混合燃料の油面とともに移動する。軽燃料用フロート７が燃料タンク１の高さ方向に移動すると、第１アーム８が一端８ａを中心に回転する。そのため、この第１アーム８の角度を参照することにより燃料タンク１の高さ方向における軽燃料用フロート７の位置を検出して燃料タンク１に貯留されている混合燃料の量を検出できる。このように機能することにより、軽燃料用フロート７が本発明の補助フロート部材に相当し、軽燃料用フロート位置検出センサ９が補助フロート位置検出手段に相当する。

また、燃料タンク１には、相分離検出装置１０が設けられている。相分離検出装置１０は、燃料タンク１内に設けられる重燃料用フロート１１と、燃料ポンプ２に一端１２ａが回転可能に取り付けられるとともに他端に重燃料用フロート１１が取り付けられる第２アーム１２と、第２アーム１２の一端１２ａを中心とした第２アーム１２の回転角度に対応した信号を出力する重燃料用フロート位置検出センサ１３と、を備えている。なお、重燃料用フロート位置検出センサ１３は、軽燃料用フロート位置検出センサ９と同様のセンサである。そのため、第２アーム１２の角度を参照することにより燃料タンク１の高さ方向における重燃料用フロート１１の位置を検出できる。

重燃料用フロート１１の比重は、ガソリンＧＡの比重より大きく、かつエタノールＡＬの比重より小さく設定される。また、本形態における重燃料用フロート１１の比重は、混合燃料が相分離していない場合、重燃料用フロート１１が燃料タンク１の底部に沈むように設定される。そのため、重燃料用フロート１１は、混合燃料が相分離していない場合、図２に示したように燃料タンク１の底部に沈み、混合燃料がエタノールＡＬとガソリンＧＡとに相分離した場合、図１に示したようにエタノールＡＬの層とガソリンＧＡの層との境界付近に移動する。このように機能することにより、重燃料用フロート１１が本発明のフロート部材に相当し、重燃料用フロート位置検出センサ１３が本発明の位置検出手段に相当する。

軽燃料用フロート位置検出センサ９及び重燃料用フロート位置検出センサ１３はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に接続されている。ＥＣＵ２０は、マイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、燃料ポンプ２などの動作を制御してエンジンの運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。

上述したように重燃料用フロート１１は、燃料タンク１内の混合燃料が相分離している場合と相分離していない場合とでその位置を変える。そこで、ＥＣＵ２０は、重燃料用フロート１１の位置の変化に基づいて混合燃料の相分離を判定するべく図３の相分離判定ルーチンを実行する。図３の相分離判定ルーチンは、エンジンが運転中か否かに拘わりなく、ＥＣＵ２０の動作中は所定の周期で繰り返し実行される。

図３の相分離判定ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、まずステップＳ１１でエンジンが搭載された車両が停止中か否か判断する。この判断は、例えば車両の速度などに基づいて行う。車両が移動中と判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、車両が停止中と判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ２０は軽燃料用フロート位置検出センサ９の出力信号及び重燃料用フロート位置検出センサ１３の出力信号を参照して軽燃料用フロート７の位置及び重燃料用フロート１１の位置をそれぞれ取得する。続くステップＳ１３においてＥＣＵ２０は、軽燃料用フロート７の移動量及び重燃料用フロート１１の移動量をそれぞれ算出する。各フロート７、１１の移動量は、例えば今回取得した各フロート７、１１の位置と前回この相分離判定ルーチンを実行したときに取得した各フロート７、１１の位置とに基づいて算出する。

次のステップＳ１４においてＥＣＵ２０は、算出した軽燃料用フロート７の移動量が予め設定した許容範囲内か否か判断する。軽燃料用フロート７の移動量が許容範囲外の場合、今回の制御ルーチンを終了する。例えば燃料タンク１に混合燃料を補給する給油時は、燃料タンク１内の混合燃料が流動するため、重燃料用フロート１１の位置が変化する。また、この給油時は燃料タンク１内の混合燃料の量が増加するので、軽燃料用フロート７の位置も変化する。そこで、軽燃料用フロート７の位置を参照し、燃料タンク１内の混合燃料の量が変化している場合は混合燃料の相分離の判定を禁止する。なお、許容範囲には、例えばエンジンの振動などに起因する混合燃料の油面の変化が燃料タンク１内の混合燃料量の変化と誤判定されないような移動量が適宜設定される。

一方、軽燃料用フロート７の移動量が許容範囲内と判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ２０は混合燃料が相分離しているか否か判断するために使用する閾値αを軽燃料用フロート７の位置に基づいて補正する。混合燃料が相分離した場合における重燃料用フロート１１の移動量は、燃料タンク１に貯留されている混合燃料の量に応じて異なる。例えば、燃料タンク１内に図１に示した量の半分の量の混合燃料が貯留されている場合、この混合燃料が相分離したときにおけるエタノールＡＬの層とガソリンＧＡの層との境界の位置は図１に示した位置よりも低い位置となる。そのため、混合燃料が相分離したときの重燃料用フロート１１の位置も図１に示した位置よりも低い位置となる。すなわち、燃料タンク１内に貯留されている混合燃料量が多いほど、混合燃料の相分離時における重燃料用フロート１１の位置が高くなる。従って、燃料タンク１内に貯留されている混合燃料量が多いほど、混合燃料の相分離時における重燃料用フロート１１の移動量が大きくなる。そこで、図４に示したように、軽燃料用フロート７の位置が高いほど閾値αが大きくなるように補正する。なお、閾値αの初期値には、例えば燃料タンク１に混合燃料が満タンに貯留されている場合にこの混合燃料が相分離したときの重燃料用フロート１１の移動量が設定される。

次のステップＳ１６においてＥＣＵ２０は、重燃料用フロート１１の移動量の絶対値が閾値α以上か否か判断する。重燃料用フロート１１の移動量の絶対値が閾値α以上と判断した場合はステップＳ１７に進み、ＥＣＵ２０は混合燃料が相分離していることを示す相分離フラグをオンの状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、重燃料用フロート１１の移動量の絶対値が閾値α未満と判断した場合はステップＳ１８に進み、ＥＣＵ２０は相分離フラグをオフの状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。なお、相分離フラグは、ＥＣＵ２０のＲＡＭに記憶され、図３のルーチンとは異なる他のルーチンによって使用される。例えば、燃料タンク１内の混合燃料を攪拌するための攪拌装置が燃料タンク１に設けられている場合は、この攪拌装置の動作制御に使用され、ＥＣＵ２０は相分離フラグがオンの状態であれば攪拌装置を動作させ、相分離フラグがオフの状態であれば攪拌装置を停止させる。

以上に説明したように、図３の相分離判定ルーチンを実行して重燃料用フロート１１の位置の変化を監視することにより、燃料タンク１に貯留されている混合燃料の相分離を速やかに検出できる。軽燃料用フロート７の移動量が許容範囲を超えている場合は相分離の判断を禁止するので、相分離の誤判定を防止できる。また、軽燃料用フロート７の位置に応じて閾値αを補正するので、判定精度を向上させることができる。

なお、ＥＣＵ２０は、エンジンの始動が要求されたときに図３の相分離判定ルーチンを実行してもよい。この場合、エンジン１を停止させたときの重燃料用フロート１１の位置と始動時に取得した重燃料用フロート１１の位置とに基づいて重燃料用フロート１１の移動量を算出し、この移動量に基づいて混合燃料が相分離しているか否か判断してもよい。このようにエンジンの始動が要求されたときに混合燃料の相分離を判断し、相分離していた場合は燃料タンク１内の混合燃料を攪拌することにより、エンジンに安定した性状の混合燃料を供給できる。そのため、エンジンの始動性を改善できる。

図３のルーチンを実行して混合燃料の相分離を判定することにより、ＥＣＵ２０は本発明の相分離判定手段として機能する。また、ＥＣＵ２０は、図３のステップＳ１４の処理を実行し、軽燃料用フロート７の移動量が許容範囲外の場合に相分離の判定を禁止することにより、本発明の判定禁止手段として機能する。さらに図３のステップＳ１５の処理を実行することにより、ＥＣＵ２０は本発明の閾値補正手段として機能する。

重燃料用フロート１１の比重は、ガソリンＧＡの比重より大きく設定されるとともにエタノールＡＬの比重より小さく設定され、かつ相分離していない混合燃料の油面に浮くような値に設定してもよい。このような比重に設定した重燃料用フロートは、混合燃料が相分離してガソリンＧＡが油面付近に集まった場合に混合燃料中に沈み、エタノールＡＬの層とガソリンＧＡの層との境界付近に移動する。すなわち、この重燃料用フロートも混合燃料の相分離に伴って位置を変化させる。そのため、このように重燃料用フロート１１の比重を設定してもその重燃料用フロート１１の位置の変化を監視することにより、混合燃料の相分離を速やかに検出できる。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、混合燃料に混合されるアルコールはエタノールに限定されない。また、本発明が適用される内燃機関は、アルコールとガソリンとを混合したアルコール混合ガソリンが使用される内燃機関に限定されない。本発明は、比重が互いに異なる複数の燃料が混合された混合燃料が使用される内燃機関に適用してよい。

重燃料用フロート及び重燃料用フロート位置検出センサの個数はそれぞれ１つに限定されない。エタノールより比重が小さく設定されるとともにガソリンより比重が大きく設定され、かつ互いに比重が異なる複数の重燃料用フロートが設けられ、これら複数の重燃料用フロートに対してそれぞれ重燃料用フロート位置検出センサが設けられていてもよい。このように比重が異なる複数の重燃料用フロートを設けることにより、相分離していない混合燃料の比重と重燃料用フロートの比重とが一致した場合における相分離の誤判定を防止できる。また、各重燃料用フロートの位置の変化に基づいて相分離を判定することにより、相分離の判定精度を向上させることができる。

本発明の一形態に係る内燃機関の燃料タンクを示す図。ガソリンとエタノールとが相分離していない場合の燃料タンクの状態の一例を示す図。ＥＣＵが実行する相分離判定ルーチンを示すフローチャート。軽燃料用フロートの位置と閾値との関係の一例を示す図。

符号の説明

１燃料タンク
７軽燃料用フロート（補助フロート部材）
９軽燃料用フロート位置検出センサ（補助フロート位置検出手段）
１１重燃料用フロート（フロート部材）
１３重燃料用フロート位置検出センサ（位置検出手段）
２０エンジンコントロールユニット（相分離判定手段、判定禁止手段、閾値補正手段）
ＧＡガソリン（第１の燃料）
ＡＬエタノール（第２の燃料）

Claims

第１の燃料と前記第１の燃料より比重が大きい第２の燃料とを混合した混合燃料が貯留される燃料タンクを備えた内燃機関の制御装置において、
前記燃料タンク内に設けられ、前記第１の燃料より比重が大きく、かつ前記第２の燃料より比重が小さいフロート部材と、前記燃料タンクの高さ方向における前記フロート部材の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出される前記フロート部材の位置の変化に基づいて前記混合燃料が相分離しているか否か判定する相分離判定手段と、を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記燃料タンク内に設けられ、かつ前記第１の燃料より比重が小さい補助フロート部材と、前記燃料タンクの高さ方向における前記補助フロート部材の位置を検出する補助フロート位置検出手段と、前記補助フロート位置検出手段により検出される前記補助フロート部材の位置が変化していると判断した場合に前記相分離判定手段による前記混合燃料の相分離の判定を禁止する判定禁止手段と、をさらに備えてい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。
前記燃料タンク内に設けられ、かつ前記第１の燃料より比重が小さい補助フロート部材と、前記燃料タンクの高さ方向における前記補助フロート部材の位置を検出する補助フロート位置検出手段と、をさらに備え、
前記相分離判定手段は、前記フロート部材の位置が予め設定した閾値以上に変化した場合に前記混合燃料が相分離していると判断するとともに、前記補助フロート位置検出手段により検出された前記補助フロート部材の位置に基づいて前記閾値を補正する閾値補正手段を備えてい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。
前記フロート部材が複数設けられるとともに、これら複数のフロート部材の比重が互いに異なるように設定され、
前記位置検出手段は、前記複数のフロート部材の位置をそれぞれ検出し、
前記相分離判定手段は、前記位置検出手段により検出された各フロート部材の位置の変化に基づいて前記混合燃料が相分離しているか否か判定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。
前記内燃機関は車両に搭載されており、
前記相分離判定手段は、前記車両の停止時に前記混合燃料の相分離の判定を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。