JP2009024551A - 内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料分離装置に供給される原料燃料の油種の切換を簡易に検出する。
【解決手段】燃料分離装置２５０を用いて、原料燃料を高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離し、機関運転条件に応じてこれらの燃料を機関に供給する際に、原料燃料が通常ガソリンからエタノール混合燃料に切換えられたことを判定する。ＥＣＵ３０は、高オクタン価燃料が機関に供給されているときに、空燃比のリーン側へのシフトと機関出力の低下とノッキングの発生とが同時に生じたときに、原料燃料が通常ガソリンからエタノール混合燃料に切換えられたと判断し、ノッキング抑制のための点火時期遅角を禁止するとともに、高オクタン価燃料の機関への供給量を所定量だけ増加する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の燃料供給制御装置に関し、詳細には原料燃料を高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離する分離装置を備え、原料燃料として含酸素燃料を含まない通常燃料と、含酸素燃料と通常燃料との混合燃料との一方を選択的に使用する燃料供給制御装置に関する。

原料燃料（原料として供給される燃料）を分離装置を用いて、高オクタン価成分を多く含む高オクタン価燃料と低オクタン価成分を多く含む低オクタン価燃料とに分離し、内燃機関の運転条件に応じて高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との一方を、または両方を機関に供給する内燃機関の燃料供給制御装置が知られている。

この種の燃料供給制御装置の例としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。

特許文献１の装置では、燃料（ガソリン）中のアロマ（芳香族）成分を選択的に透過する分離膜を用いて原料ガソリンを、アロマ成分（高オクタン価成分）を多く含む高オクタン価燃料と、アロマ成分量が減少した低オクタン価燃料とに車両上で分離している。

これにより、特許文献１の装置では高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを個別に車両に給油することなく市販の燃料（ガソリン）を使用して、車両上で高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを生成することが可能となる。

これにより、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料を個別に、或は混合して機関に供給することにより、供給する燃料のオクタン価を機関の運転条件に応じて調節することが可能となるため、例えば高出力運転領域では高オクタン価燃料を使用して点火時期を進角させることにより機関出力を増大し、一方、機関始動時には低オクタン価燃料を使用して機関の始動を容易にしたりすることが可能となる。

特表２００４−５２２０３９号公報 特開２００６−１３２４３５号公報

近年、環境問題から、エタノール、メタノールなどのアルコールやＭＴＢＥなどの含酸素燃料をガソリン等の石油系燃料に混合した混合燃料の使用が検討されている。

特に、含酸素燃料としてエタノールを含む混合燃料は、実用化されており、エタノールの混合率も現状の３％から将来的には１０〜２０パーセントに増大させることが計画されている。

ところが、特許文献１の装置のように市販の燃料を原料燃料として使用し、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを分離生成する場合には、原料燃料として上記のような混合燃料を使用すると問題が生じる場合がある。

例えば、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを運転状態に応じて混合して機関に供給するような場合には、分離生成される高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とのそれぞれのオクタン価に基づいて混合比率が機関の運転条件毎に定められており、それぞれの運転条件に応じて最適なオクタン価を有する燃料が機関に供給される。

しかし、原料燃料として含酸素燃料との混合燃料が使用された場合には、含酸素燃料を含まない通常の燃料を分離した場合とは、分離燃料のオクタン価、発熱量などの燃料性状が異なってくる。

例えば、含酸素燃料としてエタノールを含む混合ガソリンを分離装置で処理した場合を例にとると、エタノールはその極性のためアロマ成分と同様分離膜を通過しやすいため、混合燃料に含まれるエタノールの多くが高オクタン価燃料側に移動するようになる。

このため、生成された高オクタン価燃料には、比較的多量のエタノールが混入することとなり、特に分離された高オクタン価燃料側では燃料性状がエタノールの混入により大きく変化する場合がある。

一般に、エタノールのオクタン価は比較的高いため、高オクタン価燃料側にエタノールが混入してもオクタン価は低下しないようにも見える。しかし、実際にはエタノールは通常燃料から分離された高オクタン価燃料より比重が小さいため、同一の体積で比較するとエタノールが混入した高オクタン価燃料は通常の高オクタン価燃料に較べて含有する高オクタン価成分の重量が少なくなっている。

従って、内燃機関で一回に気筒に供給する燃料量（体積）で比較するとエタノールが混入した高オクタン価燃料は通常の高オクタン価燃料に較べて高オクタン価成分の量（重量）少なくなり、実際のオクタン価としては低下することになる。

また、エタノールの発熱量はガソリンに較べて小さいため、比重が小さいことも加わり、エタノールが混入した高オクタン価燃料の発熱量はかなり低下することになる。

上記は分離膜方式の分離装置を用いてエタノール混合燃料を分離した場合について説明したが、他の分離装置（例えば沸点の相違を利用して高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを分離する分留式の分離装置）を用いた場合や、エタノール以外の含酸素燃料を用いた場合も上記と同様に分離した高オクタン価燃料の性状が通常の原料燃料を使用した場合から変化してしまう。

ところが、混合燃料は特定の給油所でしか入手できないなどの事情もあり、一般の車両などではユーザーは常に混合燃料を給油できるとは限らず、通常燃料を給油せざるを得ない場合もある。このため、給油の際に混合燃料と通常燃料との間で油種の切換が生じてしまう場合がある。

通常、後述するように内燃機関の燃料供給制御では学習制御が行われており、分離燃料のオクタン価、発熱量などに応じて燃料噴射量、供給割合、点火時期などがが最適になるように調整が行われる。ところが、混合燃料と通常燃料との間の切換では分離燃料の性状が比較的大きく変化するため、切換直後は学習制御による最適化が間に合わず、一時的に機関出力、燃費、排気エミッションなどが油種の切換による影響を受けて悪化する場合が生じる。

これを防止するためには、原料燃料の油種を判別して早期に燃料噴射量や高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との供給割合などを調整する必要があるが、油種の判別のためには、例えば燃料タンク内に油種を判定する特殊なセンサ等を設ける必要がある。

本発明は上記問題に鑑み、分離装置を用いて原料燃料を高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離して運転条件に応じてこれらを機関に供給する場合に、特別なセンサ等を用いることなく簡易に原料燃料の油種の切換が生じたことを検出し、原料燃料の油種に応じて燃料噴射量や供給割合、点火時期などの条件を最適に制御することが可能な内燃機関の燃料供給制御装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明によれば、原料燃料として、含酸素燃料を含まない通常燃料と、含酸素燃料と通常燃料との混合燃料との任意の一方を選択的に使用し、前記原料燃料を高オクタン価成分を多く含む高オクタン価燃料と、低オクタン価成分を多く含む低オクタン価燃料とに分離する分離装置を備え、機関が予め定めた運転領域で運転される時に、前記分離した高オクタン価燃料を前記機関に供給する内燃機関の燃料供給制御装置であって、前記高オクタン価燃料が供給される前記運転領域で前記機関が運転されているときに、機関運転空燃比の目標空燃比よりリーン空燃比側へのシフトと、機関出力トルクの低下と、ノッキングの発生とが同時に生じたときに、前記原料燃料が通常燃料から混合燃料に切換えられたと判定する内燃機関の燃料供給制御装置が提供される。

すなわち、請求項１の発明では高オクタン価燃料が機関に供給される運転領域で、機関空燃比のリーン側へのシフトと機関出力トルクの低下とノッキングの発生とが同時に起きたときに原料燃の通常燃料から混合燃料への切換が行われたと判定する。

前述したように、原料燃料が通常燃料から混合燃料へと切換えられると、分離装置により分離生成される高オクタン価燃料は、通常燃料使用時に較べて、オクタン価と単位体積当たりの発熱量とが低下する。

このため、高オクタン価燃料が機関に供給される運転領域（ここで、「高オクタン価燃料が機関に供給される」とは、高オクタン価燃料のみが機関に供給される場合に加えて、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料との両方が機関に供給される場合も含む）では、通常燃料を原料燃料とした場合に対応して最適化された燃料噴射量や供給割合、点火時期で機関を運転していると、燃料の発熱量の低下による機関出力トルクの低下が生じる。

更に、燃料中に混入した含酸素燃料が燃焼するため排気中の酸素成分が増大し、機関空燃比（排気空燃比）は目標空燃比よりリーン側に移行（シフト）するようになる。

また、上記に加えて燃料分離を行う場合には高オクタン価燃料側に含酸素燃料が分離されるため、高オクタン価燃料のオクタン価の低下幅が比較的大きくなるのでノッキングが発生する。

本発明では、上記した、機関出力の低下、空燃比のリーンシフト、ノッキングの発生の３つが同時に起きたときに原料燃料が通常燃料から混合燃料に切換えられたと判断する。

これにより、本発明では、原料燃料の通常燃料から混合燃料への切換わりを正確に判定することが可能となる。

また、機関出力の低下、空燃比のリーンシフト、ノッキングの発生の有無は、特殊なセンサーを設けることなく既存のセンサ類を用いて検知可能であるため、本発明によれば原料燃料の切換を簡易に検出することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、更に、前記通常燃料から混合燃料への切換が行われたと判定された場合に、ノッキング抑制のための点火時期遅角を禁止するとともに、原料燃料として通常燃料が使用された場合に較べて前記高オクタン価燃料の供給量を増大する、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御装置が提供される。

すなわち、請求項２の発明では、通常燃料から混合燃料への切換が行われたと判定された場合には、ノッキング抑制のための点火時期遅角を禁止する。

通常、ノッキングの発生が検知されるとノッキング抑制のために点火時期の遅角が行われる。ところが、高オクタン価燃料に混入した含酸素成分によるオクタン価低下によってノッキングが発生している場合には、同時に機関出力トルクの低下も生じている。このため、ノッキング抑制のために点火時期を遅角すると、更に出力トルクの低下を招き運転に支障が生じる可能性がある。

そこで、本発明ではノッキングが発生した場合にも点火時期の遅角は行わず、高オクタン価燃料の供給量を通常燃料使用時より増大する。これにより、機関に供給される燃料量が増大するとともに、燃料全体としてのオクタン価も増加するため原料燃料の切換時に機関出力の低下を増幅することなく、ノッキングの発生を防止すること可能となる。

なお、ノッキングの発生は原料燃料が通常燃料から混合燃料に切換えられた場合に特有の現象であり、原料燃料が混合燃料から通常燃料に切換えられた場合には生じない。

また、原料燃料が混合燃料から通常燃料に切換えられた場合には、ノッキングは発生しないものの、上記とは逆に空燃比のリッチ側へのシフトと機関出力トルクの増大が生じる。しかし、この場合には、ノッキングが発生していないため、通常の空燃比制御及び学習制御により、目標空燃比の維持と機関出力トルクの調整が可能であるため、特に対策は必要とされない。

各請求項に記載の発明によれば、分離装置を用いて原料燃料を高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とに分離して運転条件に応じてこれらを混合して機関に供給する場合に、原料燃料の油種の切換が生じたか否かを簡易に検出することが可能となる。このため、各請求項に記載の発明では、原料燃料の油種に応じて燃料噴射量や供給割合、点火時期などの条件を最適に制御することが可能となる共通の効果を奏する。

以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明を適用する車載用の燃料分離システムの概略構成を説明する構成図である。

図１において、１００は車両用内燃機関であり、本実施形態では４気筒ガソリンエンジンが使用されている。また図１、１１０Ｈ、１１０Ｌは内燃機関１の各気筒にそれぞれ設けられた燃料噴射弁を示す。本実施形態では、燃料噴射弁１１０Ｈは各気筒の吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁、燃料噴射弁１１０Ｌは各気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁とされている。

後述するように、本実施形態の内燃機関１は燃料噴射弁１１０Ｈと１１０Ｌとからオクタン価の異なる燃料を機関運転条件に応じた供給割合で噴射する複数燃料供給内燃機関とされている。具体的には、本実施形態では燃料噴射弁１１０Ｈから高オクタン価ガソリンを吸気ポートに、燃料噴射弁１１０Ｌからは低オクタン価ガソリンを気筒内に直接、それぞれ噴射するとともに、燃料噴射弁１１０Ｈと１１０Ｌからの燃料噴射量の比率（供給割合）を機関運転条件（例えば機関負荷）に応じて変更する制御を行う。

高オクタン価ガソリン用噴射弁１１０Ｈと低オクタン価ガソリン用噴射弁１１０Ｌは、それぞれ高オクタン価ガソリン用デリバリパイプ２０Ｈと低オクタン価ガソリン用デリバリパイプ２０Ｌに接続されており、デリバリパイプ２０Ｈ、２０Ｌ内の燃料を各気筒にそれぞれ噴射する。

なお、図１の実施形態では高オクタン価ガソリンをポート噴射弁１１０Ｈから、低オクタン価ガソリンを筒内噴射弁１１０Ｌから、それぞれ個別に各気筒に噴射しているが、燃料噴射弁１１０Ｈと１１０Ｌとの両方ともにポート噴射弁または筒内噴射弁とすることも可能である。また、この両方をポート噴射弁または筒内噴射弁とする場合に高オクタン価ガソリン用燃料噴射弁１１０Ｈと低オクタン価ガソリン用燃料噴射弁１１０Ｌとを個別に設けずに、デリバリパイプ２０Ｈと２０Ｌとを単一の筒内燃料噴射弁に接続し、燃料噴射弁供給前に、或いは燃料噴射弁供給後に燃料噴射弁内で、高オクタン価ガソリンと低オクタン価燃料とを所定の割合で混合するようにしても良い。

図１において、１１Ｇで示すのは燃料タンク、２５０で示すのは後述する燃料分離装置である。
本実施形態では、燃料タンク１１Ｇに給油した市販の通常ガソリンを車両上に配置した燃料分離装置２５０を用いて高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとを生成し、機関１００に供給する。

本実施形態の分離装置２５０としては、高沸点成分（芳香族成分）を選択的に透過可能なパーベーパレーション膜を用いた分離膜方式の分離装置が使用されているが、分離装置２５０としては、市販のガソリンを高オクタン価成分を多く含むガソリンと低オクタン価成分を多く含むガソリンとに分離することが可能なものであれば他の形式、例えば分留式の分離装置等も使用可能である。

燃料タンク１１Ｇに貯留された原料燃料は、ポンプ２３０により燃料分離装置２５０に送られ、分離装置２５０により原料燃料より高オクタン価成分を多く含む高オクタン価燃料と高オクタン価成分が減少した低オクタン価燃料とに分離される。
分離された高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とは、燃料噴射弁１１０Ｈ、１１０Ｌに供給され、それぞれの燃料噴射弁から機関１００の各気筒に噴射される。

すなわち、本実施形態では、高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとは、互いに独立した供給経路を通って機関１００の各気筒に供給され、それぞれの燃料噴射弁の燃料噴射量を個別に制御することにより、機関に供給する高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとの供給割合を任意に設定することができる。

図１に３０で示すのは機関１００の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。本実施形態では、ＥＣＵ３０は、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、演算ユニット（ＣＰＵ）及び入出力ポートを双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータとして構成され、例えば機関の空燃比制御、各気筒の点火時期と燃料噴射量の制御などの基本制御を行っている他、本実施形態では、後述するようにノッキング抑制のための点火時期制御を行う他、機関運転条件に応じて供給する高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとの比率（供給割合）を設定するとともに、燃料タンク１１Ｇに給油された原料燃料が通常燃料（ガソリン）から含酸素燃料（本実施形態ではエチルアルコール）混合燃料に切換えられたか否かを判断する。

これらの制御のため、ＥＣＵ３０の出力ポートは、図示しない駆動回路を介して各気筒の燃料噴射弁１１０Ｈ、１１０Ｌに接続されそれぞれの燃料噴射弁の燃料噴射量を制御している他、図示しない点火回路を介して各気筒の点火プラグ（図示せず）に接続され、機関の点火時期を制御している。また、ＥＣＵ３０の入力ポートには、回転数センサ３３から機関の回転数と、機関吸気通路３に設けられたエアフローメータ３５から機関の吸入空気量とが、それぞれ入力されている。

更に、本実施形態では、ＥＣＵ３０の入力ポートには、アクセルペダル近傍に配置されたアクセル開度センサ３７から運転者のアクセルペダル踏み込み量を表す信号が、また排気通路５に配置された空燃比センサ３９から排気ガスの空燃比を表す信号が入力されるとともに、機関１００のシリンダブロックに設けられたノックセンサ４１から機関のノッキングの有無を表す信号が、それぞれに入力されている。

本実施形態では、アクセル開度センサ３７、空燃比センサ３９、ノックセンサ４１の出力は、タンク１１Ｇ内の燃料が通常燃料からエタノール混合燃料に切換えられたか否かの判断に使用される。

本実施形態では、ＥＣＵ３０は、エアフローメータ３５で検出した機関吸入空気量と回転数センサ３３で求めた機関回転数とに基づいて機関１回転当たりの吸入空気量Ｇａを算出し、この吸入空気量Ｇａに基づいて各気筒に供給すべき燃料量（燃料噴射量Ｑ）を算出する。ここで、Ｑは吸入空気量Ｇａに対して燃焼室内の混合気の空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）に維持するために必要とされる燃料噴射量である。

更に、ＥＣＵ３０は、燃料噴射弁１１０Ｈ、１１０Ｌからの燃料噴射量（燃料噴射弁開弁時間）ＱＨ及びＱＬを以下の式に基づいて算出する。
ＱＨ＝Ｑ₀×（１−Ｒ）
ＱＬ＝Ｑ₀×Ｒ

ここで、Ｒは高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとの燃料噴射量合計に占める低オクタン価ガソリンの割合であり、高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとの供給割合を表している。

供給割合Ｒは、予め機関運転状態に応じて最適な値が実験などにより設定されており、例えば機関回転数ＮＥと負荷（合計燃料噴射量Ｑ）とを用いた二次元数値マップの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格納されている。

本実施形態では、上記のように運転状態に応じて高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとの供給割合を変えることにより、燃料のオクタン価を機関の運転状態に応じて適切な値に調整することが可能となっている。

ところで、分離装置２５０により生成される高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンのオクタン価は、原料燃料が同一の場合であっても分離装置２５０の作動条件の変化等により、変動する場合がある。従って、燃料のオクタン価を機関運転状態に応じて常に適切な値に調整するためには、分離燃料のオクタン価が変化した場合に、それに応じて供給割合Ｒを補正する必要がある。

本実施形態では、ＥＣＵ３０は以下に説明するように、機関運転中に分離燃料のオクタン価の変化に応じて供給割合を調整する学習制御を行い、常に機関に運転条件に応じた最適なオクタン価の燃料が供給されるようにしている。

本実施形態では、ＥＣＵ３０はノック限界点火時期を検出することにより、機関に供給される燃料のオクタン価を検出している。すなわち、運転条件が同一であればノッキングが生じないもっとも進角側の点火時期（ノック限界点火時期）は燃料のオクタン価と１対１の関係になる。このため、機関運転条件が定まればノック限界点火時期を検出することにより燃料のオクタン価を知ることができる。

本実施形態では、機関負荷、回転数、空燃比などの運転条件毎に燃料のオクタン価とノック限界点火時期との関係を求め、ＥＣＵ３０のＲＯＭに数値テーブルの形で格納してある。

ＥＣＵ３０は、機関の定常運転中に点火時期を進角させて人為的にノッキングを生じさせることにより、ノッキングが生じ始める点火時期（ノック限界点火時期）を検出し、このノック限界点火時期と機関運転条件とから上記数値テーブルを用いて燃料のオクタン価を求める。そして、上記により求めた燃料のオクタン価が機関運転条件毎に定まるオクタン価になるように高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとの供給割合Ｒを変更し、変更後のＲの値を記憶する学習制御を行っている。

この学習制御により、分離された高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとのオクタン価が多少変化した場合であっても、或る程度の時間が経過すれば機関に供給される燃料のオクタン価が最適な値になるように高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとの供給割合Ｒが調整されるようになる。

ところが、上記学習制御によるオクタン価調整は、燃料の比較的小さなオクタン価変動を対象としているため、例えば給油により分離装置２５０に供給される原料燃料の性状が急激に変化したような場合の大きなオクタン価変動に対応するのにはかなりの長時間を要する場合がある。

例えば、前回通常のガソリンが燃料タンク１１Ｇに給油された状態で運転されている場合には、燃料の高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとの供給割合Ｒは、通常のガソリンから分離されるそれぞれの分離燃料のオクタン価に適した値に学習制御されている。

一方、この状態で燃料タンク１１Ｇにエタノール混合燃料が供給されると、特にエタノール混合比が大きい場合（例えば２０パーセント）には、分離装置２５０により生成される分離燃料のオクタン価が変化する。この場合前述したように、特に高オクタン価ガソリンのオクタン価は大幅に低下する。

このように、高オクタン価ガソリンのオクタン価の低下が急激に生じた場合であっても、本来であれば上記学習制御により或る程度の時間が経てば、供給割合Ｒはオクタン価が最適になるように調整される。しかし、学習制御によりＲを最適値に収束させるためには比較的長時間を要する。

また、高オクタン価ガソリンのオクタン価低下により機関に供給される燃料のオクタン価が低下すると、通常であればノッキングが生じない運転条件であってもノッキングが生じるようになり、機関の運転上問題が生じる場合がある。

しかも、ノッキングが生じると通常で有ればノッキング抑制のために点火時期の遅角が行われる。前述したように、エタノール混合燃料から分離生成した高オクタン価ガソリンは発熱量が低いため、エタノール混合燃料への切換が生じると高オクタン価ガソリンが機関に供給されている場合には機関出力トルクの低下が生じている。この状態でノッキング抑制のために機関点火時期が遅角されると機関出力トルクは更に低下してしまい、運転に支障が生じる場合がある。

本実施形態では、ＥＣＵ３０は分離装置２５０に供給される原料燃料が通常ガソリンからエタノール混合燃料に切換えられたことを検出し、エタノール混合燃料に切換えられたと判断される場合には、早期に切換後の高オクタン価ガソリン性状に適した値に供給割合Ｒ、燃料噴射量などを補正することにより上記問題を解決している。

以下、まず本実施形態における原料燃料の切換判定操作について説明する。
本実施形態では、ＥＣＵ３０は機関運転中に以下の４つの条件が同時に成立したときに、原料燃料が通常ガソリンからエタノール混合燃料に切換えられたと判断する。

（１）高オクタン価ガソリンが機関に供給される運転領域であること（すなわち、低オクタン価ガソリンのみが機関に供給される運転領域でないこと）。
（２）機関空燃比が目標空燃比に対してリーン空燃比側にシフトしたこと。
（３）機関出力トルクの低下が生じたこと。
（４）ノッキングが発生したこと。

上記条件（１）は、エタノール混合燃料から分離生成した分離燃料では、エタノールは大くの部分が高オクタン価ガソリン側に分離されるため、高オクタン価ガソリンでの運針時に機関の運転に影響が生じる場合があるためである。

また、上記条件（２）は、燃料に含酸素成分であるエタノールが多量に混入したために生じる、含酸素燃料使用時に特有の現象である。エタノールなどの含酸素燃料は酸素を含むため、燃焼後の排気中の酸素濃度は通常燃料使用時より増大する。このため、通常ガソリンから生成された高オクタン価ガソリンを使用して機関が目標空燃比で運転されている状態で、急に高オクタン価ガソリンにエタノールが混入すると、機関空燃比（排気空燃比）は急激に目標空燃比に対してリーン側にシフトするようになる。
このため、本実施形態では空燃比のリーン側シフトが生じたことを原料燃料の切換の有無の判断条件の一つとしている。

更に、上記条件（３）は、エタノール混合燃料から分離生成した高オクタン価ガソリンでは、エタノールの混入のために単位体積当たりの発熱量が低下するためである。

この発熱量の低下のため、通常ガソリンから生成された高オクタン価ガソリンを使用した場合と同じ燃料噴射量（体積）で機関を運転していると、エタノール混合燃料から生成した高オクタン価ガソリンへの切換が生じると機関出力トルクが低下する。
従って、本実施形態では機関出力トルクの低下が生じたことを原料燃料の切換の有無の判断条件の一つとしている。

また、上記条件（４）は、エタノール混合燃料から生成した高オクタン価ガソリンでは、オクタン価が低下するために生じる特有の現象である。エタノール自体のオクタン価は比較的高い（通常ガソリンから分離生成した高オクタン価ガソリンと略同程度）。しかし、エタノールは比重が小さいためエタノールが高オクタン価ガソリンに混入すると、単位体積当たりのガソリンに含まれる高オクタン価成分量が低下することとなる。

このため、エタノール混入により高オクタン価ガソリンのオクタン価は全体として低下してしまい、本来ノッキングが生じない運転条件でもノッキングが生じるようになる。
従って、本実施形態ではノッキングが発生したことを原料燃料の切換の有無の判断材料の一つとしている。

なお、上記条件（２）から（４）は、程度の差こそあるものの通常燃料から分離生成された高オクタン価ガソリンが機関に供給されている場合にも単独では生じる場合がある。
しかし、通常燃料から分離生成された高オクタン価ガソリンを使用している場合には、上記（２）から（４）が同時に生じることはない。このため、本実施形態では、上記条件（２）から（４）が同時に生じた場合にのみ原料燃料の切換が行われたと判定することにより、誤判定を防止している。

更に、本実施形態では、ＥＣＵ３０は上記により原料燃料の切換が行われたと判定された場合には、以下の操作を実行する。
（Ａ）ノッキング抑制のための点火時期遅角を禁止する。
（Ｂ）高オクタン価ガソリン供給量を所定量増大する。

上記（Ａ）を実行するのは、通常ＥＣＵ３０はノッキングが検出されると、ノッキング抑制のために点火時期を遅角するノッキング抑制操作を行うのであるが、上述したように、燃料の発熱量が低下して機関の出力トルクが低下した状態で点火時期の遅角を行うと、機関出力が更に低下して機関の運転に支障が生じる場合があるためである。

また、上記（Ｂ）を実行するのは、エタノール混入による発熱量の低下を補うために燃料噴射量全体を増量するとともに、高オクタン価ガソリンの供給割合を増大して全体としての燃料のオクタン価を増大するためである。
なお、高オクタン価ガソリンの供給量の増大量は、機関の運転条件（回転数、負荷）により予め実験により最適値が定められており、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている。

また、前述したように、本実施形態では機関排気通路に設けた空燃比センサ３９に基づく空燃比制御により機関空燃比（排気空燃比）が目標空燃比になるように燃料噴射量が、また、オクタン価の学習制御により、高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンの供給割合Ｒが最適値に、それぞれ制御される。

このため、本実施形態で上記のように予め定めた量だけ高オクタン価ガソリンの供給量を増大しているのは、あくまで、燃料噴射量と供給割合Ｒとを短時間で最適値の近傍に制御することを目的としており、上記高オクタン価ガソリンの増量後、燃料噴射量と供給割合Ｒは、それぞれ空燃比制御とオクタン価学習制御とにより最適値になるように高精度に制御される。

図２は、上記原料燃料切換判定操作の詳細を説明するフローチャートである。
本操作は、ＥＣＵ３０により実行されるルーチンとして行われる。

図２において、ステップ２０１は、機関が高オクタン価ガソリンを供給する運転領域で運転されているか否かの判定を示している（前述の判定条件（１））。この判定は、現在設定されている高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとの供給割合Ｒ（すなわち、燃料噴射量合計に占める低オクタン価ガソリンの割合）が１に等しいか否かを判断することにより行われる。Ｒ＝１（すなわち、１００パーセント低オクタン価ガソリンが供給されている場合）以外は、高オクタン価ガソリンが機関に供給されているため、ステップ２０３以下の操作が実行され、Ｒ＝１の場合（高オクタン価ガソリンを供給する運転領域にない場合）にはステップ２０１以下の操作は行わずに今回のルーチン実行を終了する。

次いで、ステップ２０３では、現在空燃比のリーンシフトが生じているか否か（前述の判定条件（２））が判定される。

この判定は、実際には、機関排気通路に配置された空燃比センサ３９により検出した排気空燃比が、目標値よりリーン側に所定時間以上維持されているか否かを判定することにより行われ、所定時間以上リーン側に維持されている場合には、リーンシフトが生じたと判断する。

ステップ２０３でリーンシフトが生じている場合には、次にステップ２０５で機関の出力トルクが低下しているか否か（前述の判定条件（３））が判定される。この判定は、運転者のアクセルペダル踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３７出力に基づいて行われる。

すなわち、車両運転中に急に機関出力トルクが低下した場合、運転者は低下した機関出力トルクが回復するまでアクセルペダルを踏み込むことにより車両速度の低下を防ごうとする。このため、燃料発熱量の急激な低下などにより機関出力トルクが低下すると、運転者はアクセルペダルを大きく踏み込んだ状態に維持するようになる。
本実施形態では、上記を利用して、例えばアクセルペダル踏み込み量が予め定めた値以上となった状態が所定時間継続したような場合には、機関出力トルクが低下していると判断する。

ステップ２０５で機関出力トルクが低下していると判定された場合には、次にステップ２０７で、現在ノッキングが生じているか否か（前述の判定条件（４））が判定される。

ノッキングの有無は、機関シリンダブロックに配置されたノックセンサ４１出力により判断される。本実施形態のノックセンサ４１は振動センサであり、ノッキング特有の周波数の振動を検出するようにされている。機関にノッキングが生じると、シリンダヘッド、シリンダブロックを伝達してノックセンサ４１にノッキング特有の周波数の振動が伝達され、ノッキングの発生が検出される。

なお、ステップ２０３、２０４、２０５で判定条件が成立しなかった場合には、図２の操作はそれ以降の操作を実行することなく、直ちに終了する。

図２において、ステップ２０７でノッキングが発生している場合には、すなわちステップ２０１から２０７（判定条件（１）〜（４））の全ての条件が成立しているため、本操作では、現在原料燃料が通常ガソリンからエタノール混合燃料に切換えられたと判定し、ステップ２０９と２１１とを実行する。

ステップ２０９は、ノッキング抑制のための点火時期遅角の禁止（前記操作（Ａ））を示す。これにより、点火時期が遅角されて機関出力トルクが更に低下することが防止される。

ステップ２１１では高オクタン価ガソリンの供給量が予め定めた量だけ増大される。これにより、機関への燃料噴射量全体が増大するとともに燃料の高オクタン価ガソリンの供給割合が増大し混合後の燃料オクタン価が増大するため、ノッキングが抑制されるとともに、機関出力と空燃比とが目標値に近づくようになる。

なお、前述したように、燃料噴射量、供給割合Ｒはこの状態から通常の空燃比制御とオクタン価の学習制御により最適値に高精度に制御されるようになる。

本実施形態では、原料燃料が通常ガソリンからエタノール混合燃料に切換えられた場合にのみ原料燃料の切換有無の判定を行っている。
一方、原料燃料がエタノール混合燃料から通常ガソリンに切換えられたような場合には、上記とは逆に、高オクタン価ガソリンの発熱量とオクタン価とが増大するとともに、含酸素成分の減少が生じるため、機関空燃比は目標空燃比よりリッチ側にシフトし、機関出力トルクは増大する。

しかし、この場合には運転者がアクセルペダルを戻すことにより機関出力の増大は容易に補正され、更に空燃比のリッチシフトも空燃比制御により比較的短時間で補正されるようになる。更に、この場合には機関にノッキングが生じないので機関運転に大きな支障は生じない。

このため、本実施形態では、原料燃料の通常ガソリンからエタノール混合燃料への切換のみを検出し、必要な対策を取るようしているものである。

本発明を車両用燃料供給制御装置に適用した場合の構成の一例を示す図である。 本発明の原料燃料の切換判定操作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１１Ｇ 原料燃料タンク
３０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３７ アクセル開度センサ
３９ 空燃比センサ
４１ ノックセンサ
１００ 内燃機関
１１０Ｈ ポート噴射弁（高オクタン価ガソリン）
１１０Ｌ 筒内噴射弁（低オクタン価ガソリン）
２５０ 燃料分離装置

Claims (2)

1. 原料燃料として、含酸素燃料を含まない通常燃料と、含酸素燃料と通常燃料との混合燃料との任意の一方を選択的に使用し、前記原料燃料を高オクタン価成分を多く含む高オクタン価燃料と、低オクタン価成分を多く含む低オクタン価燃料とに分離する分離装置を備え、機関が予め定めた運転領域で運転される時に、前記分離した高オクタン価燃料を前記機関に供給する内燃機関の燃料供給制御装置であって、
   前記高オクタン価燃料が供給される前記運転領域で前記機関が運転されているときに、
   機関運転空燃比の目標空燃比よりリーン空燃比側へのシフトと、機関出力トルクの低下と、ノッキングの発生とが同時に生じたときに、前記原料燃料が通常燃料から混合燃料に切換えられたと判定する内燃機関の燃料供給制御装置。
2. 更に、前記通常燃料から混合燃料への切換が行われたと判定された場合に、ノッキング抑制のための点火時期遅角を禁止するとともに、原料燃料として通常燃料が使用された場合に較べて前記高オクタン価燃料の供給量を増大する、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。

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