JP2011231637A - アルコール濃度推定装置および内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用燃料のアルコール濃度を精度よく推定する。
【解決手段】エンジン１は、燃焼室１ｄと、吸気ポート１１ａおよび排気ポート１２ａと、吸気弁１３および排気弁１４と、吸気ポート１１ａに燃料を噴射可能なインジェクタ２と、燃焼室１ｄの混合気に点火する点火プラグ３と、排気通路１２に配置された三元触媒８の上流側に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサ８０とを備え、エタノール含有燃料を使用燃料としている。空燃比センサ８０は、第１の印加電圧ＶＰ１が印加されたとき、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流を出力するとともに、第２の印加電圧ＶＰ２が印加されたとき、排気ガスに含まれる水を分解するように構成され、第２の印加電圧ＶＰ２が印加されたときの出力電流ＩＰ２と第１の印加電圧ＶＰ１が印加されたときの出力電流ＩＰ１との差に基づいて使用燃料のエタノール濃度を推定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、使用燃料に含まれるアルコールの濃度を推定するアルコール濃度推定装置、および、これを備えた内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

自動車用等の内燃機関（エンジンとも言う）として、アルコール（例えばメタノール、エタノールなど）単体の燃料や、アルコールとガソリンとの混合燃料が使用可能なフレキシブル燃料内燃機関が知られている。この種のエンジンが搭載された車両は、一般にフレキシブル燃料自動車（ＦＦＶ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｕｅｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）と呼ばれており、アルコール燃料を使用することによって、排気エミッションの改善および化石燃料の消費量削減といった環境性能の向上を図るようにしている。

ＦＦＶでは、ガソリン１００％の燃料、アルコールとガソリンとの混合燃料、またはアルコール１００％の燃料が使用可能となっている。アルコールの物性は、ガソリンとは異なるため、使用燃料に含まれるアルコールの濃度（アルコール含有率）に応じた燃料噴射制御や、点火時期制御等を行う必要がある。したがって、燃料噴射制御や、点火時期制御等を適切に行う上では、使用燃料のアルコール濃度を精度よく検出、推定等することが重要となる。

従来では、使用燃料のアルコール濃度を推定する技術として、さまざまなものが提案されている。例えば、特許文献１には、フューエルカット終了後、空燃比（Ａ／Ｆ）センサおよびサブ酸素センサの少なくとも一方のセンサにより算出される目標値と実測値とから算出される積算量に基づいて、使用燃料のアルコール濃度を推定することが示されている。

特開２００９−５２４７７号公報

ところで、使用燃料のアルコール濃度が異なれば、排気ガス中の可燃成分の成分比（濃度）が異なるものとなり、これに起因して空燃比センサのセンサ出力（出力電流）が変動する可能性がある。詳しくは、空燃比センサのセンサ出力としては、本来であれば排気ガス中のＯ₂の濃度（酸素濃度）に応じた出力電流（「本来の出力電流」と言う）が出力されるべきであるが、排気ガス中の可燃成分（例えば、Ｈ₂、ＣＯ、ＨＣ、Ｃ₃Ｈ₈など）の濃度の違いによって、本来の出力電流からリッチ側またはリーン側にずれた出力電流が出力される可能性がある。例えば、空燃比センサの出力電流は、排気ガス中のＨ₂の濃度が増加すると、本来の出力電流よりもリッチ側にずれ、逆に、排気ガス中のＣ₃Ｈ₈の濃度が増加すると、本来の出力電流よりもリーン側にずれる。

しかし、従来では、そのような空燃比センサの出力電流の変動（本来の出力電流に対するずれ）は、考慮されていなかった。このため、使用燃料のアルコール濃度の推定精度が悪くなるといった問題があった。また、上述のように変動する空燃比センサの出力電流に基づいて燃料噴射制御（空燃比フィードバック制御）を行うと、混合気の空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）からずれるという問題があった。

本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、空燃比センサの出力電流の変動に起因するアルコール濃度の推定精度の悪化や、燃料噴射制御の悪化を抑制することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、燃焼室と、燃焼室に連通する吸気ポートおよび排気ポートと、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉可能な吸気弁および排気弁と、吸気ポートまたは燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、燃焼室の混合気に点火する点火プラグと、排気通路に配置された触媒の上流側に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサとを備え、アルコール含有燃料を使用燃料とする内燃機関のアルコール濃度推定装置であって、上記空燃比センサは、第１の印加電圧が印加されたとき、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流を出力するとともに、上記第１の印加電圧よりも高い第２の印加電圧が印加されたとき、排気ガスに含まれる水を分解するように構成されており、上記第２の印加電圧が印加されたときの第２の出力電流と、上記第１の印加電圧が印加されたときの第１の出力電流との差に基づいて、使用燃料のアルコール濃度を推定することを特徴としている。なお、アルコール含有燃料は、ガソリン１００％の燃料、アルコールとガソリンとが混合された混合燃料、アルコール１００％の燃料を含む意味である。

上記構成によれば、上記出力電流の差は、排気ガス中の水分の分解により増大される空燃比センサの出力電流の増大分となるので、その出力電流の差は、排気ガス中の水分濃度に応じて変化する。そして、排気ガス中の水分濃度は、使用燃料のアルコール濃度に応じて変化するので、上記出力電流の差は、使用燃料のアルコール濃度に応じて変化することになる。このように、上記構成では、排気ガス中の水分濃度と相関のある上記出力電流の差に基づいて使用燃料のアルコール濃度を推定するので、第１の出力電流だけに基づいてアルコール濃度を推定する場合に比べて、アルコール濃度を精度よく推定することができる。つまり、排気ガス中の可燃成分の濃度（成分比）の違いにより第１の出力電流が変動したとしても、これに起因するアルコール濃度の推定精度の悪化を抑制することができる。しかも、空燃比センサに対する印加電圧を第１の印加電圧から第２の印加電圧へ一時的に上昇させるだけで、短時間かつ容易にアルコール濃度を推定することができる。

本発明のアルコール濃度推定装置において、上記アルコールとして、エタノールを用いることが可能である。つまり、内燃機関の使用燃料をエタノール含有燃料とすることが可能である。

この構成では、排気ガス中の水分濃度と相関のある上記出力電流の差に基づいて使用燃料のエタノール濃度を推定するので、第１の出力電流だけに基づいてエタノール濃度を推定する場合に比べて、エタノール濃度を精度よく推定することができる。つまり、排気ガス中の可燃成分の濃度の違いにより第１の出力電流が変動したとしても、これに起因するエタノール濃度の推定精度の悪化を抑制することができる。

また、本発明は、燃焼室と、燃焼室に連通する吸気ポートおよび排気ポートと、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉可能な吸気弁および排気弁と、吸気ポートまたは燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、燃焼室の混合気に点火する点火プラグと、排気通路に配置された触媒の上流側に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサとを備え、アルコール含有燃料を使用燃料とする内燃機関の燃料噴射制御装置であって、上記構成のアルコール濃度推定装置を備え、アルコール濃度推定装置により推定されたアルコール濃度を用いて、排気ガス中の酸素濃度に基づく出力電流からの上記第１の出力電流のずれ量を算出し、算出されたずれ量に応じて上記第１の出力電流を補正し、補正後の上記第１の出力電流に基づいて上記燃料噴射弁による燃料噴射量を制御することを特徴としている。

この構成では、上述したアルコール濃度推定装置によって推定される使用燃料のアルコール濃度を利用して空燃比センサの第１の出力電流のずれ量を算出するようにしている。つまり、アルコール濃度推定装置によって精度よく推定される使用燃料のアルコール濃度を利用することで、空燃比センサの第１の出力電流のずれ量を正確に算出することが可能になる。これにより、そのずれ量に基づいて補正される空燃比センサの出力電流を、実空燃比に応じた値にできるだけ近付けることが可能になる。そして、補正後の出力電流に基づいて空燃比フィードバック補正を行うことで、そのずれ量に起因する燃料噴射制御の悪化を抑制することが可能になる。

本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置において、アルコール濃度推定装置により推定されたアルコール濃度から、そのアルコール濃度における排気ガス中の可燃成分の濃度を求め、求められた排気ガス中の可燃成分の濃度を用いて上記第１の出力電流のずれ量を算出することが好ましい。

ここで、空燃比センサの第１の出力電流のずれ量は、排気ガス中の可燃成分の濃度に応じて変化し、排気ガス中の可燃成分の濃度は、使用燃料のアルコール濃度に応じて変化する。この構成では、上述したアルコール濃度推定装置によって推定される使用燃料のアルコール濃度を利用して空燃比センサの第１の出力電流のずれ量を算出するようにしている。したがって、上記出力電流の差に基づいて使用燃料のアルコール濃度を精度よく推定でき、排気ガス中の可燃成分の濃度を正確に求めることができる。その結果、空燃比センサの第１の出力電流のずれ量を正確に算出することができる。これにより、そのずれ量に基づいて補正される空燃比センサの出力電流を、実空燃比に応じた値にできるだけ近付けることが可能になる。そして、補正後の出力電流に基づいて空燃比フィードバック補正を行うことで、そのずれ量に起因する燃料噴射制御の悪化を抑制することが可能になる。

本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置において、上記第１の出力電流のずれ量は、次の式、ＩＬ＝ＩＰ１（Ｘ）−ＩＰ１（０）、（ＩＬ：上記第１の出力電流のずれ量、ＩＰ１（Ｘ）：使用燃料がアルコールＸ％の燃料であるときの上記第１の出力電流、ＩＰ１（０）：使用燃料がアルコール０％の燃料であるときの上記第１の出力電流）、により算出されることが好ましい。また、使用燃料がアルコールＸ％の燃料であるときの上記第１の出力電流ＩＰ１（Ｘ）は、次の式、ＩＰ１（Ｘ）＝ΣＡ・（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）、（Ａ：比例定数、Ｄｏ：排気ガス中の酸素濃度、ｉ：排気ガス中の可燃成分のそれぞれに割り当てられる数、Ｋｉ：排気ガス中の可燃成分ｉの化学当量、Ｓｉ：空燃比センサの出力電流がストイキ出力と同じときの排気ガス中の可燃成分ｉの酸素当量比、Ｄｉ：排気ガス中の可燃成分ｉの濃度）、により算出されることが好ましい。

ここで、排気ガス中の可燃成分ｉの（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）は、次のような値となる。排気通路を流れる排気ガス中のＯ₂と可燃成分ｉとが、それぞれ空燃比センサの内部（拡散層）を通過して、排気側電極まで到達し、排気側電極に到達したＯ₂と可燃成分ｉとが反応した結果、排気側電極上で余る（残る）Ｏ₂または可燃成分ｉの量（濃度）を表す値が、（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）となる。そして、各可燃成分ｉの（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）の総和が、空燃比センサの排気側電極上におけるＯ₂の過不足の度合いを表す値となる。具体的に、空燃比センサの排気側電極上でＯ₂が余るような状況では、各可燃成分ｉの（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）の総和が正の値となる。一方、空燃比センサの排気側電極上でＯ₂が不足するような状況、言い換えれば、可燃成分ｉが余る状況では、各可燃成分ｉの（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）の総和が負の値となる。

そして、上記式によれば、ずれ量ＩＬは、使用燃料がアルコール０％（ガソリン１００％）の燃料であるときの出力電流ＩＰ１（０）に対する、使用燃料がアルコールＸ％の燃料であるときの出力電流ＩＰ１（Ｘ）のずれ量として算出される。具体的に、上記式により算出されたずれ量ＩＬが正の値となる場合、空燃比センサの出力電流をリッチ側に補正すればよい。一方、上記式により算出されたずれ量ＩＬが負の値となる場合、空燃比センサの出力電流をリーン側に補正すればよい。このように、上記式により算出されるずれ量ＩＬに応じて空燃比センサの出力電流を補正し、補正後の出力電流に基づいて空燃比フィードバック補正を行うことで、ずれ量に起因する燃料噴射制御の悪化を抑制することが可能になる。

本発明のアルコール濃度推定装置によれば、排気ガス中の水分濃度と相関のある上記出力電流の差に基づいて使用燃料のアルコール濃度を推定するので、第１の出力電流だけに基づいてアルコール濃度を推定する場合に比べて、アルコール濃度を精度よく推定することができる。つまり、排気ガス中の可燃成分の濃度（成分比）の違いにより第１の出力電流が変動したとしても、これに起因するアルコール濃度の推定精度の悪化を抑制することができる。しかも、空燃比センサに対する印加電圧を第１の印加電圧から第２の印加電圧へ一時的に上昇させるだけで、短時間かつ容易にアルコール濃度を推定することができる。

本発明の内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、アルコール濃度推定装置によって精度よく推定される使用燃料のアルコール濃度を利用することで、空燃比センサの第１の出力電流のずれ量を正確に算出することが可能になる。これにより、そのずれ量に基づいて補正される空燃比センサの出力電流を、実空燃比に応じた値にできるだけ近付けることが可能になる。そして、補正後の出力電流に基づいて空燃比フィードバック補正を行うことで、そのずれ量に起因する燃料噴射制御の悪化を抑制することが可能になる。

本発明を適用するエンジンの概略構成を模式的に示す図である。 図１のエンジンの１気筒のみを模式的に示す図である。 エンジンの制御系の構成を示すブロック図である。 空燃比センサの概略構成を示す断面図である。 空燃比センサの電圧−電流特性を示す図である。 エタノール濃度推定制御の一例を示すフローチャートである。 燃料噴射制御の一例を示すフローチャートである。 排気ガス中の各可燃成分の分子量、酸素当量比などを示す表である。 排気ガス中の各可燃成分の分子量と酸素当量比との関係を示す図である。

本発明を具体化した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

−エンジン−
まず、フレキシブル燃料内燃機関（エンジン）の概略構成について、図１、図２を参照して説明する。なお、図２では、エンジンの１気筒の構成のみを示している。

図１、図２に示すように、エンジン１は、ＦＦＶに搭載されるポート噴射式４気筒エンジンであって、エタノール含有燃料が使用燃料とされている。ここで、エタノール含有燃料は、ガソリン１００％の燃料、エタノールとガソリンとが混合された混合燃料、エタノール１００％の燃料を含む意味である。

エンジン１は、一列に並ぶ４つの気筒＃１，＃２，＃３，＃４が形成されたシリンダブロック１ａと、このシリンダブロック１ａの上端に取り付けられたシリンダヘッド１ｂとを備えている。各気筒＃１，＃２，＃３，＃４には、上下方向に往復動するピストン１ｃがそれぞれ設けられている。ピストン１ｃは、コネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｃの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転運動に変換される。

クランクシャフト１５には、シグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の外周面には、複数の歯（突起）１７ａが等角度（例えば、１０°ＣＡ（クランク角度））ごとに設けられている。シグナルロータ１７は、歯１７ａの２枚分が欠落した欠歯部１７ｂを有している。

シグナルロータ１７の側方近傍には、クランク角を検出するクランクポジションセンサ３１が配置されている。クランクポジションセンサ３１は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の歯１７ａに対応するパルス状の信号（電圧パルス）を発生する。また、シリンダブロック１ａには、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ３２が配置されている。

シリンダブロック１ａの下部には、潤滑油を貯留するオイルパン１８が設けられている。オイルパン１８に貯留された潤滑油は、エンジン１の運転時に、異物を除去するオイルストレーナを介してオイルポンプ（図示せず）によって汲み上げられて、ピストン１ｃ、クランクシャフト１５、コネクティングロッド１６などのエンジン１の各部に供給され、その各部の潤滑・冷却等に使用される。そして、潤滑油は、エンジン１の各部の潤滑・冷却等の後、オイルパン１８に戻され、再びオイルポンプによって汲み上げられるまでオイルパン１８内に貯留される。

シリンダヘッド１ｂとピストン１ｃとの間には、燃焼室１ｄが形成されている。燃焼室１ｄには、点火プラグ３が配置されている。点火プラグ３の点火タイミングは、イグナイタ４によって調整される。イグナイタ４は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００によって制御される。

燃焼室１ｄには、吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１の一部は、吸気ポート１１ａおよび吸気マニホールド１１ｂによって形成されている。吸気通路１１には、サージタンク１１ｃが設けられている。また、吸気通路１１には、吸気を濾過するエアクリーナ７、熱線式のエアフロメータ３３、吸気温センサ３４（エアフロメータ３３に内蔵）、エンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットル弁５などが配置されている。スロットル弁５は、サージタンク１１ｃの上流側（吸気流れの上流側）に設けられており、スロットルモータ６によって駆動される。スロットル弁５の開度は、スロットル開度センサ３５によって検出される。スロットル弁５のスロットル開度は、ＥＣＵ２００によって駆動制御される。

排気通路１２の一部は、排気ポート１２ａおよび排気マニホールド１２ｂによって形成されている。排気通路１２には三元触媒８が配置されている。三元触媒８においては、燃焼室１ｄから排気通路１２に排気された排気ガス中のＣＯ、ＨＣの酸化、およびＮＯｘの還元が行われ、それらをＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂とすることによって排気ガスの浄化が図られている。

排気通路１２の三元触媒８の上流側（排気流れの上流側）には、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ８０が配置されている。空燃比センサ８０は、三元触媒８に流入する排気ガスの酸素濃度に応じたセンサ出力（出力電流）を発生する。この空燃比センサ８０の詳細については後述する。

また、排気通路１２の三元触媒８の下流側には、Ｏ₂センサ３８が配置されている。Ｏ₂センサ３８は、三元触媒８から流出した排気ガスの酸素濃度に基づいて、排気ガスがリッチであるかリーンであるかを判定するものである。具体的には、Ｏ₂センサ３８は、排気ガス中の酸素濃度に応じて起電力を発生するものであり、理論空燃比に相当する電圧（比較電圧）よりも出力が高いときはリッチと判定し、逆に、比較電圧よりも出力が低いときはリーンと判定する。

吸気通路１１と燃焼室１ｄとの間には、吸気弁１３が設けられており、吸気弁１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ｄとの間には、排気弁１４が設けられており、排気弁１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。これら吸気弁１３および排気弁１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転がタイミングチェーン等を介して伝達される吸気カムシャフト２１および排気カムシャフト２２の各回転によって行われる。

吸気カムシャフト２１の近傍には、特定の気筒（例えば気筒＃１）のピストン１ｃが圧縮上死点（ＴＤＣ）に達したときにパルス状の信号を発生するカムポジションセンサ３９が設けられている。カムポジションセンサ３９は、例えば電磁ピックアップであって、吸気カムシャフト２１に一体的に設けられたロータ外周面の１個の歯（図示せず）に対向するように配置されており、吸気カムシャフト２１が回転する際にパルス状の信号（電圧パルス）を出力する。なお、吸気カムシャフト２１および排気カムシャフト２２は、クランクシャフト１５の１／２の回転速度で回転するので、クランクシャフト１５が２回転（７２０°ＣＡ回転）するごとにカムポジションセンサ３９が１つのパルス状の信号を発生する。

そして、吸気通路１１の吸気ポート１１ａには、エタノール含有燃料を噴射可能なインジェクタ（燃料噴射弁）２が配置されている。インジェクタ２は各気筒＃１〜＃４ごとに設けられている。各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２は共通のデリバリパイプ１０１に接続されている。デリバリパイプ１０１には、燃料供給系１００の燃料タンク１０４に貯留された燃料が供給され、これによってインジェクタ２から吸気ポート１１ａ内に燃料が噴射される。

インジェクタ２から噴射された燃料は、吸入空気と混合されて混合気となり、吸気弁１３の開弁にともない燃焼室１ｄに導入される。燃焼室１ｄに導入された混合気（燃料＋空気）は、点火プラグ３にて点火されて燃焼・爆発する。混合気の燃焼室１ｄ内での燃焼・爆発によって、ピストン１ｃが往復運動してクランクシャフト１５が回転する。そして、混合気の燃焼により生じた燃焼ガスは、排気弁１４の開弁にともない排気ガスとして排気通路１２に排出される。

燃料供給系１００は、各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２に共通に接続されたデリバリパイプ１０１、デリバリパイプ１０１に接続された燃料供給管１０２、燃料ポンプ（例えば電動ポンプ）１０３、燃料タンク１０４などを備えている。燃料タンク１０４には、所定のエタノール濃度を有するエタノール含有燃料が貯留されている。そして、燃料ポンプ１０３を駆動することにより、燃料タンク１０４内に貯留された燃料を、燃料供給管１０２を介してデリバリパイプ１０１に供給する。燃料ポンプ１０３の駆動制御はＥＣＵ２００によって行われる。このような構成の燃料供給系１００によって各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２に燃料がそれぞれ供給される。

−ＥＣＵ−
次に、上述のように構成されたエンジン１の運転状態を制御するＥＣＵ２００について、図３を参照して説明する。

図３に示すように、ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、バックアップＲＡＭ２０４などを備えている。

ＲＯＭ２０２には、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１での演算結果や各種センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ２０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

上記ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、およびバックアップＲＡＭ２０４は、双方向性バス２０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース２０５および出力インターフェース２０６と接続されている。

入力インターフェース２０５には、クランクポジションセンサ３１、水温センサ３２、エアフロメータ３３、吸気温センサ３４、スロットル開度センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ３６、Ｏ₂センサ３８、カムポジションセンサ３９、空燃比センサ８０などの各種センサが接続されている。また、入力インターフェース２０５には、イグニッションスイッチ４０が接続されており、イグニッションスイッチ４０がオン操作されると、スタータモータ（図示せず）によるエンジン１のクランキングが開始される。

出力インターフェース２０６には、インジェクタ２、点火プラグ３のイグナイタ４、スロットル弁５のスロットルモータ６、燃料供給系１００の燃料ポンプ１０３などが接続されている。そして、ＥＣＵ２００は、上述した各種センサの検出信号に基づいて、後述する「エタノール濃度推定制御」および「燃料噴射制御」を含むエンジン１の各種制御を実行する。

−空燃比センサ−
次に、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ８０について、図４、図５を参照して説明する。

この実施形態では、空燃比センサ８０として、例えば図５のような出力特性（電圧−電流特性）を示す限界電流式のものが用いられている。空燃比センサ８０は、例えば図４に示すような構成となっている。

図４に示すように、空燃比センサ８０は、センサ素子８１、通気性を有する内カバー８７および外カバー８８などを備えている。

センサ素子８１は、板状の固体電解質層（例えばジルコニア製）８２、この固体電解質層８２の一方の面に形成された大気側電極（例えば白金電極）８３、固体電解質層８２の他方の面に形成された排気側電極（例えば白金電極）８４、拡散層（例えば多孔質のセラミック）８５などによって構成されている。

センサ素子８１の大気側電極８３は、大気ダクト８６内に配置されている。大気ダクト８６内は大気に解放されており、この大気ダクト８６内に流入した大気が大気側電極８３に接触する。一方、排気側電極８４の表面は、拡散層８５によって覆われており、排気通路１２を流れる排気ガスの一部が、拡散層８５の内部を通過して排気側電極８４に接触する。なお、排気ガスは、外カバー８８の小孔８８ａおよび内カバー８７の小孔８７ａを通過してセンサ素子８１（排気側電極８４）に達する。

また、空燃比センサ８０には、センサ素子８１を加熱するためのヒータ８９が組み込まれている。ヒータ８９は、車載のバッテリ電源からの通電により発熱する線状の発熱体によって構成されており、その発熱体の発熱によってセンサ素子８１の全体を加熱する。

このような構成の空燃比センサ８０において、大気側電極８３と排気側電極８４との間に所定の電圧が印加されると、この電圧印加によって空燃比センサ８０に排気ガス中のＯ₂の濃度（酸素濃度）に応じた出力電流が発生する。

具体的に説明すると、排気ガスの空燃比がリーンである場合、排気ガス中の余剰のＯ₂が排気側電極８４での電極反応により電子を受け取ってイオン化される。その酸素イオンが固体電解質層８２の内部を排気側電極８４→大気側電極８３の向きに移動し、大気側電極８３に到達すると、そこで電子が離脱されＯ₂に戻って大気ダクト８６に排出される。このような酸素イオンの移動によって、大気側電極８３→排気側電極８４の向きに電流（正電流）が流れる。

一方、排気ガスの空燃比がリッチである場合、上述したリーンの場合とは逆に、大気ダクト８６内のＯ₂が大気側電極８３での電極反応により電子を受け取ってイオン化される。その酸素イオンが、固体電解質層８２の内部を大気側電極８３→排気側電極８４の向き移動した後、拡散層８５の内部で拡散された排気ガス中の可燃成分（例えば、Ｈ₂、ＣＯ、ＨＣなど）との触媒反応によりＣＯ₂やＨ₂Ｏが生成される。このような酸素イオンの移動によって、排気側電極８４→大気側電極８３の向きに電流（負電流）が流れる。

そして、空燃比センサ８０の電圧−電流特性は、例えば図５のようになる。図５は、空燃比センサ８０の大気側電極８３と排気側電極８４との間に印加する印加電圧ＶＰと、センサ出力である出力電流ＩＰとの関係を示す図である。図５では、使用燃料がガソリン１００％の燃料で、空燃比がストイキ（理論空燃比）である場合の特性を実線で示し、使用燃料がエタノール１００％の燃料で、空燃比がストイキである場合の特性を破線で示している。

図５に示すように、空燃比センサ８０の電圧−電流特性としては、空燃比センサ８０に対する印加電圧ＶＰを変化させても出力電流ＩＰが殆ど変化せずほぼ一定の値となる領域（限界電流域Ｚ１および水分解領域Ｚ２）が存在している。

空燃比センサ８０の限界電流域Ｚ１は、排気ガス中の酸素濃度に応じたほぼ一定の電流（限界電流）ＩＰ１を出力する領域であり、エンジン１の運転時に排気ガスの酸素濃度（空燃比）を検出するのに用いられる領域である。この限界電流域Ｚ１の出力電流（第１の出力電流）ＩＰ１は、排気ガスの酸素濃度に応じて変化する。具体的には、図５に示すように、排気ガスの空燃比がリーン側になるほど、出力電流ＩＰ１が増大し、逆に、排気ガスの空燃比がリッチ側になるほど、出力電流ＩＰ１が減少する。なお、図５の例では、使用燃料がガソリン１００％の燃料で、空燃比がストイキである場合に、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１（ＩＰ１ｇ）が０（ｍＡ）に設定されている（ストイキ出力）。

また、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１は、使用燃料のエタノール濃度に応じて変化する。つまり、既に述べたように、使用燃料のエタノール濃度が異なれば、排気ガス中の可燃成分の濃度（成分比）が異なるものとなり、可燃成分の濃度の違いによって限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１が変動する。この実施形態では、アルコールとしてエタノールが用いられており、使用燃料のエタノール濃度が高くなるほど、排気ガス中のＨ₂の濃度が高くなり、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１がリッチ側にずれる傾向にある。このため、図５に示すように、使用燃料のエタノール濃度が高くなるほど、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１が減少する。具体的には、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１は、使用燃料がガソリン１００％の燃料であるときに最大電流ＩＰ１ｇとなり、使用燃料がエタノール１００％の燃料であるときに最小電流ＩＰ１ｅとなる。また、使用燃料がエタノールとガソリンとが混合された混合燃料のとき、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１は、そのエタノール濃度に応じて最小電流ＩＰ１ｅと最大電流ＩＰ１ｇとの間の値を取り得る。

一方、空燃比センサ８０に対する印加電圧ＶＰが限界電流域Ｚ１の最小電圧ＶＰ１ｍｉｎよりも低くなると、空燃比センサ８０の出力電流ＩＰは、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１よりも小さくなる。この場合、印加電圧ＶＰが低くなるほど、出力電流ＩＰがほぼ比例的に下降する。

逆に、空燃比センサ８０に対する印加電圧ＶＰが限界電流域Ｚ１の最大電圧ＶＰ１ｍａｘよりも高くなると、空燃比センサ８０の固体電解質層８２のジルコニアなどによって、排気ガス中のＨ₂Ｏ（水）がＨ₂およびＯ₂に分解されるため、空燃比センサ８０の出力電流ＩＰは、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１よりも大きくなる。つまり、排気ガスに含まれるＨ₂Ｏの電気分解によって、空燃比センサ８０の出力電流ＩＰが増大される。

そして、図５に示すように、空燃比センサ８０に対する印加電圧ＶＰが高くなるほど、空燃比センサ８０の出力電流ＩＰが増大するが、印加電圧ＶＰが所定の電圧（ＶＰ２ｍｉｎ）以上になると、印加電圧ＶＰを変化させても出力電流ＩＰは殆ど変化せずほぼ一定の値ＩＰ２となる。この排気ガス中の水分を分解しほぼ一定の電流ＩＰ２を出力する領域を水分解領域Ｚ２と呼ぶ。この水分解領域Ｚ２の出力電流（第２の出力電流）ＩＰ２は、上述した限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１よりも大きくなっている。なお、空燃比センサ８０に対する印加電圧ＶＰが所定の電圧（ＶＰ２ｍａｘ）よりも大きくなると、空燃比センサ８０の出力電流ＩＰは再び増大するようになる。

−エタノール濃度推定制御−
次に、エンジン１における使用燃料のエタノール濃度を推定するエタノール濃度推定制御について、図６のフローチャートを参照して説明する。図６のフローチャートに示すルーチンは、ＥＣＵ２００が実行するエタノール濃度推定制御に関するものであり、一定周期ごとに繰り返される。

まず、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１１において、空燃比センサ８０の大気側電極８３と排気側電極８４との間に印加する印加電圧ＶＰを、限界電流域Ｚ１の範囲内の電圧（第１の印加電圧）ＶＰ１に設定する（ＶＰ１ｍｉｎ≦ＶＰ１≦ＶＰ１ｍａｘ）。この電圧ＶＰ１は、例えば、０．３〜０．４Ｖに設定される。続いて、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１２において、空燃比センサ８０の出力電流ＩＰを取得する。この際、限界電流域Ｚ１の出力電流（第１の出力電流）ＩＰ１が取得される。

次に、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１３において、空燃比センサ８０に対する印加電圧ＶＰを、水分解領域Ｚ２の範囲内の電圧（第２の印加電圧）ＶＰ２に設定する（ＶＰ２ｍｉｎ≦ＶＰ２≦ＶＰ２ｍａｘ）。つまり、空燃比センサ８０に対する印加電圧ＶＰを上記限界電流域Ｚ１の範囲内の電圧ＶＰ１から水分解領域Ｚ２の範囲内の電圧ＶＰ２へ上昇させる。この電圧ＶＰ２は、例えば、０．６〜０．８Ｖに設定される。続いて、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１４において、空燃比センサ８０の出力電流ＩＰを取得する。この際、水分解領域Ｚ２の出力電流（第２の出力電流）ＩＰ２が取得される。

次に、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１５において、水分解領域Ｚ２の出力電流ＩＰ２と、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１との差ΔＩＰ（＝ＩＰ２−ＩＰ１）を求める。そして、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１６において、ステップＳＴ１５で得られた出力電流の差ΔＩＰに基づいて使用燃料のエタノール濃度を推定する。この場合、上記出力電流の差ΔＩＰと、使用燃料のエタノール濃度との関係を、予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２にマップ（濃度推定マップ）として記憶させておき、このマップを参照することで、使用燃料のエタノール濃度を推定することが可能である。

ステップＳＴ１６のエタノール濃度の推定について詳しく説明する。ステップＳＴ１５で得られる出力電流の差ΔＩＰは、排気ガス中のＨ₂Ｏの分解により増大される空燃比センサ８０の出力電流ＩＰの増大分となっている。したがって、その出力電流の差ΔＩＰは、排気ガス中のＨ₂Ｏの濃度（水分濃度）と相関のある量となっており、排気ガス中の水分濃度に応じて変化することになる。

ここで、排気ガス中の水分濃度は、使用燃料のエタノール濃度に応じて変化する。例えば、次の式（１）によれば、ガソリン１００％の燃料が燃焼した場合、排気ガス中の水分濃度は、１２．０％となる。

２Ｃ₁₀Ｈ₁₈＋２９Ｏ₂＋１１１．７７Ｎ₂→２０ＣＯ₂＋１８Ｈ₂Ｏ＋１１１．７７Ｎ₂…（１）
また、次の式（２）によれば、エタノール１００％の燃料が燃焼した場合、排気ガス中の水分濃度は、１８．１％となる。

Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ＋３Ｏ₂＋１１．５６Ｎ₂→２ＣＯ₂＋３Ｈ₂Ｏ＋１１．５６Ｎ₂…（２）
排気ガス中の水分濃度は、使用燃料がガソリン１００％の燃料であるときに最小値となり、使用燃料がエタノール１００％の燃料であるときに最大値となる。また、使用燃料がエタノールとガソリンとが混合された混合燃料のとき、排気ガス中の水分濃度は、そのエンジン濃度に応じてそれら最小値と最大値の間の値を取り得る。

このように、排気ガス中の水分濃度が使用燃料のエタノール濃度に応じて変化するので、上記出力電流の差ΔＩＰは、使用燃料のエタノール濃度に応じて変化し、エタノール濃度が高いほど大きくなる。具体的には、図５に示すように、上記出力電流の差ΔＩＰは、使用燃料がガソリン１００％の燃料であるときに最小値ΔＩＰｇとなり、使用燃料がエタノール１００％の燃料であるときに最大値ΔＩＰｅとなる。また、使用燃料がエタノールとガソリンとが混合された混合燃料のとき、上記出力電流の差ΔＩＰは、そのエタノール濃度に応じて最小値ΔＩＰｇと最大値ΔＩＰｅとの間の値を取り得る。

以上のように、この実施形態では、排気ガス中の水分濃度と相関のある上記出力電流の差ΔＩＰに基づいて使用燃料のエタノール濃度を推定するので、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１だけに基づいてエタノール濃度を推定する場合に比べて、エタノール濃度を精度よく推定することができる。つまり、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１が上述のように変動したとしても、これに起因するエタノール濃度の推定精度の悪化を抑制することができる。しかも、空燃比センサ８０に対する印加電圧ＶＰを限界電流域Ｚ１の範囲内の電圧ＶＰ１から水分解領域Ｚ２の範囲内の電圧ＶＰ２へ一時的に上昇させるだけで、短時間かつ容易にエタノール濃度を推定することができる。

−燃料噴射制御−
次に、上述のエタノール濃度推定制御によって推定された使用燃料のエタノール濃度を用いて行われるエンジン１の燃料噴射制御について説明する。

この実施形態では、ＥＣＵ２００は、上述した各種センサの出力に基づいて、各気筒＃１〜＃４の混合気の空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）に保持させるように、各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２の燃料噴射量を制御する。具体的には、ＥＣＵ２００は、各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２の燃料噴射量の基礎となる燃料噴射量（基本燃料噴射量）を算出するとともに、算出された燃料噴射量に対し空燃比フィードバック補正を行うことにより、最終的な燃料噴射量を決定する。

なお、空燃比フィードバック補正の基本的な制御は、従来公知であるので、ここでは簡単に説明する。基本燃料噴射量は、吸入空気量（エアフロメータ３３により検出）、エンジン回転数（クランクポジションセンサ３１からの出力に基づいて算出）、冷却水温度（水温センサ３２により検出）など、現在のエンジン１の運転状態を示すパラメータに基づいて算出される。そして、空燃比センサ８０により検出される排気ガス中の酸素濃度に応じた実空燃比と、目標空燃比との偏差に基づいて、実空燃比を目標空燃比に一致させるように、各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２の燃料噴射量がフィードバック制御される。具体的に、実空燃比が目標空燃比よりもリッチである場合には、各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２の燃料噴射量が減量補正される。逆に、実空燃比が目標空燃比よりもリーンである場合には、各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２の燃料噴射量が増量補正される。

この実施形態の燃料噴射制御では、そのような空燃比フィードバック補正の基本的な制御に加え、上述した空燃比センサ８０の出力電流ＩＰ１のずれに基づく補正を行うようにしている。この燃料噴射制御について、図７のフローチャートを参照して説明する。図７のフローチャートに示すルーチンは、ＥＣＵ２００が実行する燃料噴射制御に関するものであり、一定周期ごとに繰り返される。

まず、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ２１において、エタノール濃度推定処理を実行する。このエタノール濃度推定処理では、図６に示すステップＳＴ１１〜Ｓ１６と同様の処理が行われる。すなわち、空燃比センサ８０の水分解領域Ｚ２の出力電流ＩＰ２と、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１との差ΔＩＰに基づいて、使用燃料のエタノール濃度が推定される。

続いて、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ２２において、ステップＳＴ２１で得られた使用燃料のエタノール濃度を用いて空燃比センサ８０の限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１のずれ量ＩＬを算出する。出力電流ＩＰ１のずれ量ＩＬは、排気ガス中の酸素濃度に応じた出力電流（実空燃比に応じた出力電流）に対する限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１のずれ量である。出力電流ＩＰ１は、排気ガス中の可燃成分の濃度（成分比）に応じて変化する。エタノール含有燃料が燃焼した場合の排気ガス中の主な可燃成分としては、例えば、図８の表に示すようなものがある。図８では、排気ガス中の主な可燃成分として、代表的な１０の成分（Ｈ₂、ＣＨ₄、ＣＯ、Ｃ₂Ｈ₄、Ｃ₃Ｈ₆、ＣＨ₃ＣＨＯ、Ｃ₃Ｈ₈、Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ、Ｃ₆Ｈ₅ＣＨ₃、Ｃ₈Ｈ₁₈）を挙げている。

エタノール含有燃料が燃焼した場合の排気ガス中の可燃成分の濃度は、使用燃料のエタノール濃度に応じて変化する。この実施形態では、排気ガス中の可燃成分の濃度（酸素濃度も含む）と、使用燃料のエタノール濃度との関係を、予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２にマップ（可燃成分マップ）として記憶させておくようにしている。そして、ステップＳＴ２１で推定されたエタノール濃度に基づき、ＲＯＭ２０２の可燃成分マップを参照することで、そのエタノール濃度における排気ガス中の可燃成分の濃度を求めるようにしている。例えば、０％〜１００％のエタノール濃度について、等間隔で複数の領域（例えば、１０％間隔で１０の領域）を設定し、各領域ごとに可燃成分マップを作成してＲＯＭ２０２に記憶させておけばよい。そして、ステップＳＴ２１で得られたエタノール濃度が属する領域に対応する可燃成分マップを参照し、そのエタノール濃度に対応する排気ガス中の可燃成分の濃度を求めればよい。

そして、この実施形態では、上述のようにして求められた排気ガス中の可燃成分の濃度から、空燃比センサ８０の限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１のずれ量ＩＬを算出するようにしている。出力電流ＩＰ１は、次の式（３）によって算出される。また、出力電流ＩＰ１のずれ量ＩＬは、次の式（４）によって算出される。

ＩＰ１＝Ａ・Ｄｏｐ＝ΣＡ・（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）…（３）
ＩＬ＝ＩＰ１（Ｘ）−ＩＰ１（０）…（４）
この式（３）により、使用燃料がエタノールＸ％の燃料であるときの出力電流ＩＰ１が算出される。この式（３）において、「ｉ」は、便宜上、排気ガス中の各可燃成分のそれぞれに割り当てられる数（自然数）であり（図８では、ｉ＝１〜１０）、「Σ」は、排気ガス中の各可燃成分ｉについての総和である。「Ａ」は、空燃比センサ８０ごとに定まる比例定数である。比例定数Ａは、空燃比センサ８０の排気側電極８４の面積等に応じて定まる値であり、実験等によって予め求めることが可能である。この場合、比例定数Ａは、排気側電極８４の面積が大きいほど、大きな値とされる。

そして、式（４）により、ずれ量ＩＬは、使用燃料がエタノール０％（ガソリン１００％）の燃料であるときの出力電流ＩＰ１（０）に対する、使用燃料がエタノールＸ％の燃料であるときの出力電流ＩＰ１（Ｘ）のずれ量として算出される。

「Ｄｏｐ（％）」は、空燃比センサ８０の排気側電極８４上の余剰酸素濃度である。この余剰酸素濃度Ｄｏｐは、後述するように、排気側電極８４上におけるＯ₂の過不足の度合いを表す値となっている。この実施形態では、余剰酸素濃度Ｄｏｐは、（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）の排気ガス中の各可燃成分ｉについての総和となっており、以下の「Ｄｏ」、「Ｋｉ」、「Ｓｉ」、および「Ｄｉ」から算出される。

「Ｄｏ（％）」は、排気通路１２を流れる排気ガス中の酸素濃度である。一方、「Ｄｉ（％）」は、排気通路１２を流れる排気ガス中の可燃成分ｉに関連付けられる量であって、具体的には、排気通路１２を流れる排気ガス中の可燃成分ｉの濃度である。排気ガス中の酸素濃度Ｄｏおよび排気ガス中の可燃成分ｉの濃度Ｄｉは、上述したように、ステップＳＴ２１で推定されたエタノール濃度からＲＯＭ２０２に記憶された可燃成分マップを参照することで求めることが可能である。

「Ｓｉ」は、空燃比センサ８０の拡散層８５を通過する排気ガス中の可燃成分ｉに関連付けられる量である。具体的には、「Ｓｉ」は、空燃比センサ８０の出力電流ＩＰ１がストイキ出力と同じとき（この実施形態では０（ｍＡ））の排気ガス中の可燃成分ｉの酸素当量比である。この酸素当量比Ｓｉは、可燃成分ｉが空燃比センサ８０の拡散層８５を通過する際の容易度（通過のしやすさ）を表す値である。この場合、酸素当量比Ｓｉは、Ｏ₂が拡散層８５を通過する際の容易度に対する、可燃成分ｉが拡散層８５を通過する際の容易度の比となっている。酸素当量比Ｓｉは、実験等によって予め求めることが可能であり、図８の表に示すように、各可燃成分ｉに固有の値となっている。

ここで、排気ガス中の可燃成分ｉの分子量Ｍｉと酸素当量比Ｓｉとの間には相関がある。図８に示すように、可燃成分ｉとＯ₂とがほぼ同じ分子量の場合（図８では、ＣＯ、Ｃ₂Ｈ₄の場合）、拡散層８５の通過のしやすさが、可燃成分ｉとＯ₂とでほぼ同じになり、可燃成分ｉの酸素当量比Ｓｉがほぼ１となる。Ｏ₂よりも可燃成分ｉの分子量が小さい場合（図８では、Ｈ₂、ＣＨ₄の場合）、Ｏ₂よりも可燃成分ｉのほうが拡散層８５を通過しやすくなり、可燃成分ｉの酸素当量比Ｓｉが１よりも大きくなる。逆に、Ｏ₂よりも可燃成分ｉの分子量が大きい場合（図８では、Ｃ₃Ｈ₆、ＣＨ₃ＣＨＯ、Ｃ₃Ｈ₈、Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ、Ｃ₆Ｈ₅ＣＨ₃、Ｃ₈Ｈ₁₈の場合）、Ｏ₂よりも可燃成分ｉのほうが拡散層８５を通過しにくくなり、可燃成分ｉの酸素当量比Ｓｉが１よりも小さくなる。

また、図８の可燃成分ｉの（分子量Ｍｉ）^-1/2の値と、酸素当量比Ｓｉの値とを、図９のグラフ上にプロットすると、可燃成分ｉの（分子量Ｍｉ）^-1/2と、酸素当量比Ｓｉとの間には、直線Ｌで示すような１次関数的な関係がある。つまり、次の式（５）で示すような関係がある（Ｂ、Ｃは定数）。

Ｓｉ＝Ｂ・Ｍｉ^-1/2＋Ｃ…（５）
この理由は、排気ガス中の可燃成分ｉが空燃比センサ８０の拡散層８５を通過する際の拡散係数が、（分子量Ｍｉ）^-1/2に比例するためであると考えられる。したがって、この式（５）を利用することで、図８に挙げた可燃成分以外についても、その酸素当量比を推定することが可能である。

「Ｋｉ」は、空燃比センサ８０の排気側電極８４でＯ₂と反応する可燃成分ｉに関連付けられる量であって、具体的には、排気ガス中の可燃成分ｉの化学当量である。この化学当量Ｋｉは、１モルの可燃成分ｉが完全燃焼するのに必要なＯ₂のモル数である。可燃成分ｉの化学当量Ｋｉは、各可燃成分ｉに固有の値となっており、例えば、可燃成分ｉがＨ₂の場合、化学当量Ｋｉは１／２であり、可燃成分ｉがＣＯの場合、化学当量Ｋｉは１／２である。

以上より、各可燃成分ｉの（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）は、次のような値となる。排気通路１２を流れる排気ガス中のＯ₂と可燃成分ｉとを考え、これらＯ₂と可燃成分ｉとがそれぞれ空燃比センサ８０の拡散層８５を通過し、排気側電極８４まで到達したとする。そして、排気側電極８４に到達したＯ₂と可燃成分ｉとが反応したとする。その結果、排気側電極８４上で余る（残る）Ｏ₂または可燃成分ｉの量（濃度）を表す値が、（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）となる。（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）は、排気側電極８４上でＯ₂が余る場合、正の値となり、逆に、排気側電極８４上で可燃成分ｉが余る場合、負の値となる。

そして、各可燃成分ｉの（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）の総和が、余剰酸素濃度Ｄｏｐとなる。したがって、余剰酸素濃度Ｄｏｐは、空燃比センサ８０の排気側電極８４上におけるＯ₂の過不足の度合いを表す値となる。具体的には、排気側電極８４上でＯ₂が余るような状況では、余剰酸素濃度Ｄｏｐが正の値となる。この場合、式（３）により算出される空燃比センサ８０の出力電流ＩＰ１は、正の値となる。一方、排気側電極８４上でＯ₂が不足するような状況、言い換えれば、可燃成分ｉが余る状況では、余剰酸素濃度Ｄｏｐが負の値となる。この場合、式（３）により算出される空燃比センサ８０の出力電流ＩＰ１は、負の値となる。

そして、式（４）を用いて空燃比センサ８０の出力電流ＩＰ１のずれ量ＩＬを算出する。この際、ＩＰ１（Ｘ）は、ステップＳＴ２１で推定されたエタノール濃度がＸ％であるときに式（３）によって算出される値となっており、ＩＰ１（０）は、エタノール濃度が０％であるときに式（３）によって算出される値となっている。

そして、図７に示すように、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ２３において、ステップＳＴ２２で算出されたずれ量ＩＬに基づいて、各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２の燃料噴射量を補正する。この場合、ずれ量ＩＬに基づいて、空燃比センサ８０の限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１（実測値）を補正し、補正後の出力電流ＩＰ１ｙに基づいて各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２の燃料噴射量を補正することが可能である。補正後の出力電流ＩＰ１ｙとしては、空燃比センサ８０の出力電流ＩＰ１から式（４）により算出されたずれ量ＩＬを減算した値（ＩＰ１−ＩＬ）を用いることが可能である。

具体的には、式（４）により算出されたずれ量ＩＬが正の値である場合、出力電流ＩＰ１ｙは出力電流ＩＰ１よりもリッチ側（出力電流が減少する側）に補正される。逆に、式（４）により算出されたずれ量ＩＬが負の値である場合、出力電流ＩＰ１ｙは出力電流ＩＰ１よりもリーン側（出力電流が増大する側）に補正される。

以上のように、この実施形態では、ステップＳＴ２１で精度よく推定される使用燃料のエタノール濃度を利用することで、空燃比センサ８０の限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１のずれ量ＩＬを正確に算出することが可能になる。この点について詳しく説明すると、上述したように、出力電流ＩＰ１のずれ量ＩＬは、排気ガス中の可燃成分ｉの濃度に応じて変化し、排気ガス中の可燃成分ｉの濃度は、使用燃料のエタノール濃度に応じて変化する。この実施形態では、空燃比センサ８０の水分解領域Ｚ２の出力電流ＩＰ２と、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰ１との差ΔＩＰに基づいて使用燃料のエタノール濃度が精度よく推定できるので、そのエタノール濃度を利用して出力電流ＩＰ１のずれ量ＩＬを算出するようにしている。このため、排気ガス中の可燃成分ｉの濃度を正確に求めることができ、その結果、出力電流ＩＰ１のずれ量ＩＬを正確に算出することができる。

これにより、ずれ量ＩＬに基づいて補正される空燃比センサ８０の出力電流ＩＰ１ｙを、実空燃比に応じた値にできるだけ近付けることが可能になる。そして、補正後の出力電流ＩＰ１ｙに基づいて空燃比フィードバック補正を行うことで、ずれ量ＩＬに起因する燃料噴射制御の悪化を抑制することが可能になる。

なお、上述のステップＳＴ２２では、ステップＳＴ２１で推定されたエタノール濃度から排気ガス中の可燃成分の濃度を求め、求められた排気ガス中の可燃成分の濃度を用いて空燃比センサ８０の出力電流ＩＰ１のずれ量ＩＬを算出したが、ステップＳＴ２１で推定されたエタノール濃度から、空燃比センサ８０の出力電流ＩＰ１のずれ量ＩＬを直接求めるようにしてもよい。この場合、ずれ量ＩＬと、使用燃料のエタノール濃度との関係を、予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２にマップ（ずれ量マップ）として記憶させておき、このマップを参照することで、ずれ量ＩＬを推定することが可能である。

−他の実施形態−
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。

上記実施形態で挙げた使用燃料としてのエタノール含有燃料は一例であって、フレキシブル燃料内燃機関の使用燃料として、その他のアルコール含有燃料（例えば、メタノール含有燃料など）を用いてもよい。

上記実施形態で挙げた空燃比センサの構造（図４参照）は一例であって、図５のような特性を示す限界電流式の空燃比センサであれば、その他の構造のものを用いてもよい。

上記実施形態では、本発明をＦＦＶに搭載されるポート噴射式４気筒エンジンに適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンに対しても適用可能である。また、本発明は、ポート噴射式のエンジンに限らず、筒内直噴式のエンジンや、ポート噴射式および筒内直噴式の両インジェクタを備えたエンジンに対しても適用可能である。さらに、気筒数や、エンジン形式（直列型やＶ型や水平対向型等の別）についても特に限定されるものではない。

本発明は、アルコール含有燃料を使用燃料とするフレキシブル燃料内燃機関のアルコール濃度推定装置に利用可能である。また、本発明は、アルコール含有燃料を使用燃料とするフレキシブル燃料内燃機関の燃料噴射制御装置に利用可能である。

１ エンジン
１ｄ 燃焼室
２ インジェクタ（燃料噴射弁）
３ 点火プラグ
８ 三元触媒
１１ａ 吸気ポート
１２ 排気通路
１２ａ 排気ポート
１３ 吸気弁
１４ 排気弁
８０ 空燃比（Ａ／Ｆ）センサ
１００ 燃料供給系
２００ ＥＣＵ
ＩＰ１ 第１の出力電流
ＩＰ２ 第２の出力電流
ΔＩＰ 出力電流の差
ＶＰ１ 第１の印加電圧
ＶＰ２ 第２の印加電圧

Claims (6)

1. 燃焼室と、燃焼室に連通する吸気ポートおよび排気ポートと、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉可能な吸気弁および排気弁と、吸気ポートまたは燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、燃焼室の混合気に点火する点火プラグと、排気通路に配置された触媒の上流側に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサとを備え、アルコール含有燃料を使用燃料とする内燃機関のアルコール濃度推定装置であって、
   上記空燃比センサは、第１の印加電圧が印加されたとき、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流を出力するとともに、上記第１の印加電圧よりも高い第２の印加電圧が印加されたとき、排気ガスに含まれる水を分解するように構成されており、
   上記第２の印加電圧が印加されたときの第２の出力電流と、上記第１の印加電圧が印加されたときの第１の出力電流との差に基づいて、使用燃料のアルコール濃度を推定することを特徴とするアルコール濃度推定装置。
2. 請求項１に記載のアルコール濃度推定装置において、
   上記アルコールが、エタノールであることを特徴とするアルコール推定装置。
3. 燃焼室と、燃焼室に連通する吸気ポートおよび排気ポートと、吸気ポートおよび排気ポートをそれぞれ開閉可能な吸気弁および排気弁と、吸気ポートまたは燃焼室に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、燃焼室の混合気に点火する点火プラグと、排気通路に配置された触媒の上流側に設けられ排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサとを備え、アルコール含有燃料を使用燃料とする内燃機関の燃料噴射制御装置であって、
   請求項１または２に記載のアルコール濃度推定装置を備え、
   アルコール濃度推定装置により推定されたアルコール濃度を用いて、排気ガス中の酸素濃度に基づく出力電流に対する上記第１の出力電流のずれ量を算出し、
   算出されたずれ量に応じて上記第１の出力電流を補正し、
   補正後の上記第１の出力電流に基づいて上記燃料噴射弁による燃料噴射量を制御することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   アルコール濃度推定装置により推定されたアルコール濃度から、そのアルコール濃度における排気ガス中の可燃成分の濃度を求め、
   求められた排気ガス中の可燃成分の濃度を用いて上記第１の出力電流のずれ量を算出することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   上記第１の出力電流のずれ量は、次の式、
   ＩＬ＝ＩＰ１（Ｘ）−ＩＰ１（０）
   （ＩＬ：上記第１の出力電流のずれ量、ＩＰ１（Ｘ）：使用燃料がアルコールＸ％の燃料であるときの上記第１の出力電流、ＩＰ１（０）：使用燃料がアルコール０％の燃料であるときの上記第１の出力電流）
   により算出されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   使用燃料がアルコールＸ％の燃料であるときの上記第１の出力電流ＩＰ１（Ｘ）は、次の式、
   ＩＰ１（Ｘ）＝ΣＡ・（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）
   （Ａ：比例定数、Ｄｏ：排気ガス中の酸素濃度、ｉ：排気ガス中の可燃成分のそれぞれに割り当てられる数、Ｋｉ：排気ガス中の可燃成分ｉの化学当量、Ｓｉ：空燃比センサの出力電流がストイキ出力と同じときの排気ガス中の可燃成分ｉの酸素当量比、Ｄｉ：排気ガス中の可燃成分ｉの濃度）
   により算出されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

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