JP4798304B2 - 内燃機関の燃料性状判定装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関に使用されている燃料の性状を判定する内燃機関の燃料性状判定装置に係り、特に、複数の燃料種を単独でもしくは混合して使用することが想定される内燃機関において燃料の性状を判定する装置として好適な内燃機関の燃料性状判定装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、アルコール混合燃料を使用する内燃機関の燃料噴射制御装置が開示されている。この従来の装置では、給油があったことを検知すると、燃料噴射量を一時的に増減し、その際の排気空燃比の挙動に基づいて、アルコール混合濃度を推定するようにしている。そして、推定されたアルコール混合濃度に応じて、燃料噴射量を補正するようにしている。
尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

日本特開２００３−１２０３６３号公報 日本特開２００６−１７７３１３号公報 日本特開２００８−２７４８９１号公報

ところで、燃料の蒸留特性に関して、複数の燃料種使用時の混合濃度、或いは燃料の種類が異なる場合であっても、ある蒸留割合下での燃料の蒸留温度が同じ値となる場合がある。従って、特定の蒸留割合下での蒸留温度を用いるだけでは、燃料の混合濃度の判定や燃料種の判定を精度良く行うことが困難となる場合がある。

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、複数の燃料種を単独でもしくは混合して使用することが想定される内燃機関において、燃料の性状判定精度を良好に向上させ得る内燃機関の燃料性状判定装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、内燃機関の燃料性状判定装置であって、
複数の燃料種を単独でもしくは混合して使用することが想定される内燃機関の燃料性状判定装置であって、
排気通路に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段により供給される燃料を含むガスの排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記燃料供給手段による燃料供給に伴う前記排気空燃比の変化に基づいて、少なくとも２つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度を取得する蒸留温度取得手段と、
前記少なくとも２つの蒸留割合下での燃料の前記蒸留温度の相対的な変化量もしくは変化率に基づいて、燃料性状を判定する燃料性状判定手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記複数の燃料種は、バイオ燃料と化石燃料とを含み、
前記燃料性状判定手段は、前記少なくとも２つの蒸留割合下での燃料の前記蒸留温度の相対的な前記変化量もしくは前記変化率と、少なくとも１つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度の値とを、前記化石燃料に対する前記バイオ燃料の所定混合濃度毎に設定された判定値とそれぞれ比較して、燃料中の前記バイオ燃料の混合濃度を判定するバイオ濃度判定手段を含むことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記複数の燃料種は、バイオ燃料と化石燃料とを含み、
前記燃料性状判定手段は、前記少なくとも２つの蒸留割合下での燃料の前記蒸留温度の相対的な前記変化量もしくは前記変化率の絶対値が所定値以上である場合に、前記化石燃料に対する前記バイオ燃料の混合濃度が高いと判定することを特徴とする。

また、第４の発明は、第２または第３の発明において、
前記燃料性状判定手段は、前記バイオ燃料と前記化石燃料との混合燃料の初留点が１００℃となる場合に、当該混合燃料に度合いの大きな酸化劣化が生じていると判定する酸化劣化度合判定手段を含むことを特徴とする。

また、第５の発明は、第２または第３の発明において、
前記燃料性状判定装置は、前記内燃機関に使用される燃料の変更の有無を判定する燃料変更有無判定手段を更に備え、
前記燃料性状判定手段は、燃料の変更を伴わない時間の経過中に、前記バイオ燃料と前記化石燃料との混合燃料についての少なくとも１つの蒸留割合下での当該混合燃料の蒸留温度の値が所定値以上となった場合に、当該混合燃料が酸化劣化していると判定する酸化劣化判定手段を含むことを特徴とすることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１の発明において、
前記燃料性状判定手段は、前記少なくとも２つの蒸留割合下での燃料の前記蒸留温度の相対的な前記変化量もしくは前記変化率と、少なくとも１つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度の値とを、前記複数の燃料種毎に設定された判定値とそれぞれ比較して、現在使用されている燃料種を判定する燃料種判定手段を含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、排気通路への燃料供給時の排気空燃比の変化に基づいて実機上で、少なくとも２つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度が取得される。そして、取得された蒸留温度の相対的な変化量もしくは変化率に基づいて、燃料性状が判定される。このため、本発明によれば、燃料の蒸発割合の変化に対する蒸留温度の変化の傾向を捉えて、燃料の性状判定精度を良好に向上させることが可能となる。

第２の発明によれば、上記少なくとも２つの蒸留温度の相対的な変化量もしくは変化率に加え、少なくとも１つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度の値をも用いたバイオ濃度の判定が行われる。これにより、バイオ濃度の違いによる蒸留特性の変化の傾向をより正確に捉えて、バイオ濃度をより精度良く判定することが可能となる。

第３の発明によれば、取得された蒸留温度の相対的な変化量もしくは変化率に基づいて、現在使用中の燃料のバイオ濃度の高低を精度良く判定することができる。

第４の発明によれば、バイオ燃料と化石燃料との混合燃料の使用が認められる場合において、燃料の初留点を利用して、度合いの大きな酸化劣化の発生の有無を判定することができる。

第５の発明によれば、バイオ燃料と化石燃料との混合燃料の使用が認められる場合において、燃料の変更を伴わない時間の経過中における、少なくとも１つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度の値の変化に基づいて、燃料の酸化劣化の発生の有無を判定することができる。

第６の発明によれば、少なくとも２つの蒸留温度の相対的な変化量もしくは変化率と、少なくとも１つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度の値をも用いた燃料種の判定が行われる。これにより、燃料種の違いによる蒸留特性の変化の傾向を正確に捉えて、燃料種を精度良く判定することが可能となる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 排気通路への燃料添加時の排気空燃比（Ａ／Ｆ）の挙動を表した図である。 本発明の実施の形態１における燃料の蒸留温度の算出手法を説明するための図である。 排気通路に添加された燃料の所定蒸留割合Ｒ下での蒸留温度を算出するために用いるマップの傾向を表した図である。 バイオ濃度による燃料の蒸留特性の変化を表した図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 バイオ混合燃料の酸化劣化による蒸留特性の変化を表した図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３において使用が想定される複数の燃料種の蒸留特性を表した図である。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 燃料タンク
１６ 燃料ポンプ
２０ 燃料噴射弁
２２ 排気通路
２４ 排気燃料添加弁
３４、３６ 排気温度センサ
３８ Ａ／Ｆセンサ
４０ 液面レベルセンサ
４２ 吸気通路
４４ エアフローメータ
５０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、自動車に搭載された内燃機関１０を備えている。ここでは、内燃機関１０は、ディーゼル機関であるものとする。内燃機関１０の燃料は、燃料タンク１２に貯留されている。燃料タンク１２には、軽油１００％の燃料、バイオ燃料１００％の燃料、或いは、軽油とバイオ燃料との混合燃料が給油されるものとする。

燃料タンク１２内の燃料は、燃料パイプ１４を通って内燃機関１０側へ移送される。燃料パイプ１４の途中には、燃料ポンプ１６が設置されている。燃料ポンプ１６によって加圧された高圧の燃料は、コモンレール１８内に貯留され、このコモンレール１８から、各気筒の燃料噴射弁２０へ分配される。

また、内燃機関１０の排気通路２２には、排気通路（より具体的には、排気マニホールド）２２内に燃料を添加するための排気燃料添加弁２４が配置されている。上記燃料ポンプ１６によって加圧された高圧の燃料は、この排気燃料添加弁２４に対しても供給されるようになっている。

また、排気通路２２におけるターボ過給機２６の下流側には、上流側から順に、ＮＯｘを浄化するためのＮＳＲ（NOx Storage Reduction）触媒２８、ＮＯｘの浄化のための触媒とともに粒子状物質ＰＭを除去するためのパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）を含むＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction）触媒３０、および、酸化触媒３２が配置されている。

また、ＤＰＮＲ触媒３０の上流および下流には、排気ガス温度を検出するための排気温度センサ３４、３６がそれぞれ取り付けられている。更に、ＤＰＮＲ触媒３０の下流には、その位置での排気ガスの空燃比を検出するためのＡ／Ｆセンサ３８が取り付けられている。

また、燃料タンク１２には、燃料タンク１２内の燃料の液面高さを検出するための液面レベルセンサ４０が取り付けられている。更に、内燃機関１０の吸気通路４２の入口付近には、内燃機関１０の吸入空気量を検出するためのエアフローメータ４４が取り付けられている。

本実施形態のシステムは、更に、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を更に備えている。ＥＣＵ５０には、排気温度センサ３４、３６、Ａ／Ｆセンサ３８、液面レベルセンサ４０、およびエアフローメータ４４とともに、内燃機関１０を制御するための各種のセンサが接続されている。また、ＥＣＵ５０には、燃料ポンプ１６、燃料噴射弁２０、および排気燃料添加弁２４とともに、内燃機関１０を制御するための各種のアクチュエータが接続されている。

［燃料性状判定手法］
ところで、燃料の蒸留特性に関して、軽油に対するバイオ燃料の混合濃度（以下、「バイオ濃度」と略することがある）が異なる場合であっても、ある蒸留割合下での燃料の蒸留温度（例えば、Ｔ５０：５０％蒸留温度）が同じ値となる場合がある。従って、特定の蒸留割合下での蒸留温度を用いるだけでは、バイオ濃度の判定を精度良く行うことが困難となる場合がある。

そこで、本実施形態では、排気燃料添加弁２４による排気通路２２への未燃燃料の添加に伴う排気空燃比の挙動に基づいて、現在使用中の燃料について、２つの蒸留割合下での蒸留温度（例えば、Ｔ１０とＴ９０）を実機上において算出するようにした。そして、それらの異なる蒸留割合下での蒸留温度（例えば、Ｔ１０、Ｔ９０の相対的な変化量（差）と、ある蒸留割合下での蒸留温度（例えば、Ｔ１０）の値とを、所定バイオ濃度毎に設定された判定値とそれぞれ比較することによって、現在使用中の燃料のバイオ濃度を判定するようにした。

（蒸留温度の算出手法）
先ず、図２乃至図４を参照して、本実施形態の蒸留温度の算出手法について説明する。
図２は、排気通路２２への燃料添加時の排気空燃比（Ａ／Ｆ）の挙動を表した図である。
排気燃料添加弁２４によって排気通路２２への燃料添加を行うと、図２に示すように、排気空燃比がリッチ側の値に変化する（Ａ／Ｆセンサ３８の出力としては低下する）。ここでは、燃料添加に伴って排気空燃比がリッチ側に変化し始めた時点から燃料添加前の排気空燃比に戻る時点までの期間を、「Ａ／Ｆ低下保持時間」と称している。

排気通路２２内の温度雰囲気が同一の雰囲気下であって添加燃料量（噴射量）が一定である場合には、燃料添加に伴うＡ／Ｆ低下代およびＡ／Ｆ低下保持時間は、添加された燃料の蒸発性に依存して変化することになる。具体的には、例えば、蒸発性の悪い燃料の場合には、蒸発の進行に多くの時間を要するので、図２に示すように、Ａ／Ｆ低下代が小さく、Ａ／Ｆ低下保持時間が長くなる。これに対し、蒸発性の良い燃料の場合には、蒸発の進行が早いので、Ａ／Ｆ低下代が大きく、Ａ／Ｆ低下保持時間が短くなる。本実施形態では、このような特性を利用して、複数の蒸留割合下での燃料の蒸留温度の算出を行う。尚、空燃比（Ａ／Ｆ）は、空気と燃料との重量比である。このため、Ａ／Ｆセンサ３８によって出力される空燃比の値と、エアフローメータ４４によって出力される吸入空気量の値とに基づいて、燃料重量を（空気重量／空燃比）として算出することができる。

図３は、本発明の実施の形態１における燃料の蒸留温度の算出手法を説明するための図である。より具体的には、図３（Ａ）は、排気温度が十分に低い温度（アイドリング時などの温度）Ｔ_ａである場合の排気空燃比の波形を示している。また、図３（Ｂ）は、排気温度が比較的高い温度（高負荷運転時などの温度）Ｔ_ｂであり、燃料が十分に気化できる条件となっている場合の排気空燃比の波形を示している。

本実施形態では、先ず、排気温度が十分に低い温度Ｔ_ａである場合に、排気通路２２に燃料添加を行うようにし、その際の排気空燃比の変化を示す波形（図３（Ａ）参照）をＡ／Ｆセンサ３８によって検出する。そして、その排気空燃比の波形を利用して、所定の判定時間Ｙ（＝ｔ−ｔ_０で、例えば、３０μｓ）の間に気化した燃料重量相当量Ｗ_ｔを、次の（１）式に従って算出する。

ただし、上記（１）式において、Ａ_ａは排気温度Ｔ_ａ下での空気重量であり、Ｘ_ａＨは、排気温度Ｔ_ａ下における燃料添加実行前のベース空燃比であり、Ｘ_ａｔは、排気温度Ｔ_ａ下における燃料添加に伴うＡ／Ｆ低下中の時刻ｔにおける空燃比である。

図３（Ａ）中にハッチングを付した面積は、上記判定時間Ｙにおいて気化した燃料重量相当量Ｗ_ｔに相当する。従って、上記（１）式によれば、所定の判定時間Ｙの間に気化した燃料重量相当量Ｗ_ｔを算出することができる。尚、ＥＧＲ制御を行っている場合には、エアフローメータ４４によって取得される空気重量と、Ａ／Ｆセンサ３８の配置部位を通過する排気ガスの重量とが相違する。従って、ＥＧＲ制御を行っている場合において実機上でＥＧＲ率を判定することが可能な場合には、エアフローメータ４４の出力とＥＧＲ率とに基づいて排気ガスの重量を算出したうえで、算出された排気ガスの重量を空燃比で除することにより、上記燃料重量を算出することが好ましい。また、実施上でＥＧＲ率を判定できない場合には、本実施形態における蒸留温度の算出処理中は、ＥＧＲ制御を実行しないようにすることが好ましい。

本実施形態では、次いで、排気温度が比較的高いＴ_ｂである場合に、上記排気温度Ｔ_ａ時と同一の噴射量で排気通路２２に燃料添加を行う。そして、その燃料添加時の排気空燃比の変化の波形（図３（Ｂ）参照）をＡ／Ｆセンサ３８によって検出する。そして、その排気空燃比の波形を利用して、時刻ｔ_０からｔ_２までの上記Ａ／Ｆ低下保持時間中に気化した燃料重量相当量Ｗ_ａｌｌを、次の（２）式に従って算出する。

ただし、上記（２）式において、Ａ_ｂは排気温度Ｔ_ｂ下での空気重量であり、Ｘ_ｂＨは、排気温度Ｔ_ｂ下における燃料添加実行前のベース空燃比であり、Ｘ_ｂｔは、排気温度Ｔ_ｂ下における燃料添加に伴うＡ／Ｆ低下中の時刻ｔにおける空燃比である。

図３（Ｂ）中にハッチングを付した面積は、上記Ａ／Ｆ低下保持時間（ｔ_１−ｔ_０）中に気化した燃料重量相当量Ｗ_ａｌｌに相当する。従って、上記（２）式によれば、排気燃料添加弁２４により添加（噴射）された燃料の総重量相当量Ｗ_ａｌｌを算出することができる。燃料の密度は、燃料の種類によって異なるので、排気燃料添加弁２４の指示噴射量（燃料の容積）だけでは燃料重量を推定することができない。これに対し、この排気温度Ｔ_ｂ下での上記燃料重量相当量Ｗ_ａｌｌの算出手法によれば、燃料の種類の違いに依らず、燃料重量を正確に推定することができる。

本実施形態では、上記図３（Ａ）に示すような所定の判定時間Ｙにおける燃料重量相当量Ｗ_ｔの算出処理を、所定間隔の排気温度Ｔ毎に実行し、燃料重量相当量Ｗ_ｔの算出値を逐次ＥＣＵ５０に記憶するようにしている。また、上記排気温度Ｔｂ下での燃料の総重量相当量Ｗ_ａｌｌの算出値をＥＣＵ５０に記憶するようにしている。本実施形態では、このような燃料重量の算出および記憶を、燃料の給油が認められる度に（すなわち、燃料タンク１２内の燃料の種類や混合濃度に変化が認められる度に）実行するようにしている。

図４は、排気通路２２に添加された燃料の所定蒸留割合Ｒ下での蒸留温度を算出するために用いるマップの傾向を表した図である。尚、図４は、蒸留割合Ｒが１０％となる条件下での蒸留温度（Ｔ１０）を算出するためのマップの傾向を表している。
図４に示すマップは、判定時間Ｙと排気温度Ｔとの関係で１０％蒸留温度Ｔ１０を予め実験等により定めたものである。より具体的には、図４では、排気温度が高くなるほど、同一判定時間Ｙ下での１０％蒸留温度Ｔ１０が高くなるように設定されており、また、判定時間Ｙが長くなるほど、同一排気温度Ｔ下での１０％蒸留温度が低くなるように設定されている。

本実施形態では、例えば、１０％蒸留温度Ｔ１０の算出を必要とする場合には、ＥＣＵ５０の燃料重量相当量Ｗ_ｔ、Ｗ_ａｌｌの各記憶値を利用して、排気添加された燃料の蒸留割合Ｒ（＝Ｗ_ｔ／Ｗ_ａｌｌ）が０．１となる場合の排気温度Ｔを算出する。そして、図４に示すマップの関係を参照して、算出された排気温度Ｔと、当該排気温度Ｔの取得のための燃料重量算出に使用した判定時間Ｙとに基づいて、１０％蒸留温度Ｔ１０の算出を行う。例えば、図４において、排気温度Ｔ＝２００℃、かつ、判定時間Ｙ＝３０μｓである場合には、１０％蒸留温度Ｔ１０が２４０℃として算出される。

尚、他の蒸留割合Ｒ下での蒸留温度の算出についても同様である。すなわち、実機上において算出を必要とする所定蒸留割合Ｒ下での蒸留温度に対して、上記図４に示すマップと同様のマップを予め取得しておく。そして、例えば、９０％蒸留温度Ｔ９０を算出する場合には、蒸留割合Ｒ＝０．９となる場合の排気温度Ｔと判定時間との関係で定めたマップを参照して、９０％蒸留温度Ｔ９０を算出する。また、このようにして算出した所定蒸留割合下での蒸留温度（Ｔ１０、Ｔ９０等）は、ＥＣＵ５０に記憶しておくようにする。

（バイオ濃度の判定手法）
次に、図５および図６を参照して、本実施形態のバイオ濃度の判定手法について説明する。
図５は、バイオ濃度による燃料の蒸留特性の変化を表した図である。尚、図５において、「Ｂ」の後に付した数字は、バイオ濃度を示している。すなわち、「Ｂ０」は、バイオ濃度０％の燃料（軽油１００％の燃料）のことであり、以下同様である。

ここでは、バイオ燃料として、脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ：Fatty Acid Methyl Esters）が使用されているものとする。バイオ濃度（軽油に対するＦＡＭＥの混合濃度）を変化させると、蒸留割合Ｒの変化に対する蒸留温度の波形は、図５に示すように、バイオ濃度が０％（Ｂ０）である場合の波形とバイオ濃度が１００％（Ｂ１００）である場合の波形との間に位置するようになる。

ＦＡＭＥは、その大部分が沸点の高いメチルエステルで構成される。このため、ＦＡＭＥ１００％の燃料（Ｂ１００）の場合には、図５に示すように、蒸留割合Ｒの変化に対する蒸留温度領域が狭く、また、蒸留温度自体も高くなる。一方、ＦＡＭＥの混合濃度が低くなるにつれ、図５に示すように、蒸留割合Ｒの変化に対する蒸留温度領域が広くなる。

上記図５に示すＦＡＭＥの蒸留特性によれば、バイオ濃度が高くなるほど、９０％蒸留温度Ｔ９０と１０％蒸留温度Ｔ１０との温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）が小さくなる。また、このような傾向は、５０％蒸留温度Ｔ５０と１０％蒸留温度Ｔ１０との温度差（Ｔ５０−Ｔ１０）についても同様であるが、温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）の方がバイオ濃度の変化による変化代が大きくなる。また、バイオ濃度が高くなると、上記図５に示すように、１０％蒸留温度Ｔ１０が高くなる。

そこで、本実施形態では、上述したバイオ濃度による蒸留特性の変化を考慮して、所定バイオ濃度毎にそれぞれのバイオ濃度を特定するための判定値を設定するようにした。そして、２つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度（例えば、Ｔ９０とＴ１０）の相対的な変化量（差）と、１つの蒸留割合下での蒸留温度（例えば、Ｔ１０）の値とを、所定のバイオ濃度毎に設定された判定値とそれぞれ比較した結果に基づいて、現在使用中の燃料のバイオ濃度を判定するようにした。

（実施の形態１の具体的処理）
図６は、上述したバイオ濃度の判定手法を実現するために、本実施の形態１においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、液面レベルセンサ４０により検出される燃料タンク１２内の液面レベルの変化に基づいて、給油がなされたと判断された場合に起動されるものとする。

図６に示すルーチンでは、先ず、排気通路２２への燃料添加時の排気空燃比の変化に基づいて、１０％蒸留温度Ｔ１０および９０％蒸留温度Ｔ９０がそれぞれ算出される（ステップ１００）。ＥＣＵ５０は、内燃機関１０がアイドリング状態にある場合等の排気温度Ｔが極低温となる状況下において、上記図３（Ａ）に示す手法で、排気通路２２に添加された燃料が所定の判定時間Ｙの間に気化した燃料重量相当量Ｗ_ｔを算出する。そして、ＥＣＵ５０は、この燃料重量相当量Ｗ_ｔの算出を所定排気温度Ｔ毎に行ったうえで、算出値を逐次記憶する。また、ＥＣＵ５０は、排気温度Ｔが上記温度Ｔ_ｂとなる条件下において、上記図３（Ｂ）に示す手法で、排気通路２２に添加された燃料の総重量相当量Ｗ_ａｌｌを算出し、記憶する。

本ステップ１００では、燃料重量相当量Ｗ_ｔおよび燃料の総重量相当量Ｗ_ａｌｌの記憶値がそれぞれ参照され、蒸留割合Ｒ（＝Ｗ_ｔ／Ｗ_ａｌｌ）が０．１となる場合の排気温度Ｔが算出される。そして、算出された排気温度Ｔと、この排気温度Ｔに対応する判定時間Ｙと、上記図４に示すようなマップとに基づいて、１０％蒸留温度Ｔ１０が算出される。また、同様の手法によって、９０％蒸留温度Ｔ９０が算出される。

次に、９０％蒸留温度Ｔ９０と１０％蒸留温度Ｔ１０との温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）が算出される（ステップ１０２）。次いで、当該温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）と１０％蒸留温度Ｔ１０とを、所定バイオ濃度毎にそれぞれ設定された判定値と比較した結果に基づいて、現在使用中の燃料のバイオ濃度が判定される（ステップ１０４）。本ステップ１０４で用いる判定値は、内燃機関１０への使用が想定されるバイオ燃料（本実施形態では、ＦＡＭＥ）と軽油との混合燃料の蒸留特性（図５参照）に基づいて、判定を要するバイオ濃度毎に予め設定されているものである。

より具体的には、本ステップ１０４では、上記図５に示す蒸留特性を考慮して、例えば、蒸留温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）＜判定値２０℃が成立し、かつ、１０％蒸留温度Ｔ１０＞判定値３３０℃が成立する場合には、現在使用中の燃料のバイオ濃度が１００％であると判定する。また、例えば、判定値２０℃≦蒸留温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）＜判定値６０℃が成立し、かつ、判定値２８０℃＜１０％蒸留温度Ｔ１０≦判定値３３０℃が成立する場合には、現在使用中の燃料のバイオ濃度が８０％であると判定する。また、その他のバイオ濃度についても同様の判定値を設けた判定を行うものとする。

次に、上記ステップ１０４において判定されたバイオ濃度が所定濃度以上であるか否かが判別される（ステップ１０６）。上記ＦＡＭＥ等のバイオ燃料は、低濃度で軽油と混合された状態で使用される場合には、車両や内燃機関１０への影響が少ない。しかしながら、バイオ燃料が高濃度で使用される場合には、燃料性状や酸化安定性が大きく変化するため、内燃機関１０の燃焼や燃料系材料に与える影響が大きくなる。

そこで、本ルーチンでは、上記ステップ１０６において、バイオ濃度が車両や内燃機関１０への悪影響が懸念される所定濃度以上と判定された場合には、車両のユーザーに対して高バイオ濃度燃料の使用についての警告、或いは、内燃機関１０の燃料噴射制御の補正が実行される（ステップ１０８）。また、そのような燃料噴射制御の変更例としては、バイオ濃度が高い場合には燃料の粘度が高くなるので、例えば、燃料噴射圧を高めることが効果的である。また、バイオ濃度が高い場合には燃料の発熱量が下がるので、例えば、燃料噴射量を増やすことが効果的である。

既述したように、バイオ濃度が異なる場合であっても、ある蒸留割合下での燃料の蒸留温度が同じ値となる場合がある。従って、特定の蒸留割合下での蒸留温度を用いるだけでは、バイオ濃度の判定を精度良く行うことが困難である。これに対し、以上説明した図６に示すルーチンの判定手法によれば、温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）を評価指標として用いることで、燃料の蒸留割合Ｒの変化に対する蒸留温度の変化幅がバイオ濃度によって異なる点を利用して、バイオ濃度を精度良く判定することが可能となる。

また、上記ルーチンの処理によれば、燃料の蒸留割合Ｒの変化に対する蒸留温度の変化幅（すなわち、温度差（Ｔ９０−Ｔ１０））だけでなく、１０％蒸留温度Ｔ１０の値をも用いた判定を行っているので、バイオ濃度の違いによる蒸留特性の変化の傾向をより正確に捉えて、バイオ濃度をより精度良く判定することが可能となる。

ところで、上述した実施の形態１においては、２つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度（例えば、Ｔ９０とＴ１０）の相対的な変化量（差）と、１つの蒸留割合下での蒸留温度（例えば、Ｔ１０）の値とを、所定のバイオ濃度毎に設定された判定値とそれぞれ比較した結果に基づいて、バイオ濃度を判定するようにしている。しかしながら、本発明における燃料性状判定は、このような手法に限定されるものではない。すなわち、例えば、蒸留温度の温度差（例えば、Ｔ９０−Ｔ１０）のみを使用し、当該温度差の絶対値が所定の判定値以上であれば、高バイオ濃度の燃料が使用されていると判定し、当該温度差が当該判定値より低い場合には、低バイオ濃度の燃料が使用されていると判定してもよい。

また、上述した実施の形態１においては、バイオ濃度の判定のために、２つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度の相対的な変化量（差）を使用するようにしたが、本発明における蒸留温度の相対的な変化量として使用される蒸留温度は、３つ以上の蒸発割合下での温度であってもよい。また、同様に、バイオ濃度の判定のために使用される蒸留温度の値は、２つ以上の蒸発割合下での蒸留温度の値であってもよい。

また、上述した実施の形態１においては、バイオ濃度の判定のために、２つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度の相対的な変化量（差）を使用するようにしたが、本発明において使用される値は、当該蒸留温度の相対的な変化量（差）に限らず、当該蒸留温度の相対的な変化率（比、例えば、Ｔ９０／Ｔ１０）であってもよい。

また、上述した実施の形態１においては、排気通路２２に配置された排気燃料添加弁２４によって、排気通路２２に未燃燃料を供給するようにしているが、本発明において、排気通路に燃料を供給する燃料供給手段は、これに限定されず、例えば、上記燃料噴射弁２０によってメインの燃料噴射後に行われるポスト噴射で実現されるものであってもよい。

また、上述した実施の形態１においては、バイオ燃料として、脂肪酸メチルエステル（ＦＡＭＥ）を使用する例について説明したが、これに限らず、如何なるバイオマスから生産されるものでもよい。また、バイオ燃料と混合される炭化水素燃料（化石燃料）についても、軽油に限らず、他の種類の燃料でもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、排気燃料添加弁２４を制御して排気通路２２に燃料を添加することにより前記第１の発明における「燃料供給手段」が、Ａ／Ｆセンサ３８の出力を利用して排気空燃比を検出することにより前記第１の発明における「排気空燃比検出手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「蒸留温度取得手段」が、上記ステップ１０２および１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料性状判定手段」が、それぞれ実現されている。
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「バイオ濃度判定手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に図６に示すルーチンとともに後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。

［バイオ混合燃料の酸化劣化の判定手法］
図７は、バイオ混合燃料の酸化劣化による蒸留特性の変化を表した図である。尚、図７は、軽油に対するバイオ燃料（ＦＡＭＥ）の混合濃度が３０％（Ｂ３０）である場合の蒸留特性の変化を表している。また、図７では、新油に対して、「劣化Ａ」、「劣化Ｂ」、「劣化Ｃ」という順で、酸化劣化が進んだ燃料であることを示している。

図７に示すように、バイオ混合燃料は、酸化劣化することによっても蒸留特性が変化する。より具体的には、初留点（Ｔ０）に着目すると、酸化劣化の度合いが比較的小さい「劣化Ａ」では、初留点（Ｔ０）は、新油と比較して少し上昇する。そして、「劣化Ｂ」更には「劣化Ｃ」のように劣化が更に進むと、燃料中に水が生成するので、初留点（Ｔ０）は、１００℃となる。

そこで、本実施形態では、上述した実施の形態１のバイオ濃度の判定手法によって現在の使用燃料中にバイオ燃料の存在が確認された場合に、初留点（Ｔ０）が１００℃となっているか否かを判別するようにした。そして、初留点（Ｔ０）が１００℃になっている場合には、現在使用中の燃料に、度合いの大きな酸化劣化が生じていると判定するようにした。

また、図７に示すように、１０％以上の蒸発割合下での蒸留温度（特に、Ｔ１０〜Ｔ５０）は、新油時よりも酸化劣化が進むほど、高くなることが判る。そこで、本実施形態では、上述した実施の形態１のバイオ濃度の判定手法によって現在の使用燃料中にバイオ燃料の存在が確認された場合には、燃料の給油が行われてから次に給油がなされるまでの期間において（すなわち、使用される燃料の変更を伴わない条件下において）、燃料の蒸留特性の経時的な変化を測定するようにした。そして、所定の蒸発割合下での蒸留温度（例えば、Ｔ１０）の最新値が上記期間中における過去値（直近の給油時の値）よりも所定の判定値以上大きくなっている場合には、現在使用中の燃料が酸化劣化していると判定するようにした。

図８は、上記の機能を実現するために、本実施の形態２においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、上記図６に示すルーチンのバイオ濃度の判定によって、現在使用中の燃料に、バイオ燃料が混合されていると判定された場合に起動されるものとする。

図８に示すルーチンでは、先ず、上記ステップ１００と同様の手法によって、初留点（Ｔ０）が算出される（ステップ２００）。次いで、上記ステップ２００において算出された初留点（Ｔ０）が１００℃であるか否かが判別される（ステップ２０２）。その結果、本ステップ２０２の判定が成立する場合には、現在使用中の燃料に、度合いの大きな酸化劣化が生じていると判定される（ステップ２０４）。

一方、上記ステップ２０２の判定が不成立である場合には、直近の給油時点から所定期間が経過したか否かが判別される（ステップ２０６）。その結果、当該所定期間が経過した場合には、上記ステップ１００と同様の手法によって、現時点での１０％蒸留温度Ｔ１０が算出される（ステップ２０８）。

次に、上記ステップ２０８において算出された最新の１０％蒸留温度Ｔ１０が、上記ステップ１００において算出された直近の給油時の１０％蒸留温度Ｔ１０よりも所定の判定値以上大きいか否かが判別される（ステップ２１０）。本ステップ２１０における判定値は、酸化劣化による燃料の蒸発特性の変化（図７参照）を考慮して、酸化劣化の有無を判定できる値として予め設定されたものである。尚、これらのステップ２０８および２１０では、１０％蒸留温度Ｔ１０の経時的な変化に基づいて酸化劣化を判定するようにしているが、ここで使用される蒸留温度は、Ｔ１０に限らず、例えば、Ｔ２０〜Ｔ５０であってもよい。

上記ステップ２１０の判定が成立する場合には、現在使用中の燃料に酸化劣化が生じていると判定される（ステップ２１２）。一方、上記ステップ２１０の判定が不成立である場合には、更なる所定期間の経過の有無が判別される（ステップ２１４）。また、本ステップ２１４の所定期間の進行中には、給油の有無が判別される（ステップ２１６）。その結果、給油がなされたと判定された場合には、以後、本ルーチンの処理が速やかに終了される。尚、上記ステップ２１６において給油の存在が認められない状況下で上記ステップ２１４の所定期間の経過が認められた場合には、上記ステップ２０８以降の処理が繰り返し実行されることになる。

以上説明した図８に示すルーチンによれば、使用燃料中にバイオ燃料の存在が認められる場合に、初留点（Ｔ０）が１００℃であるか否かを判断することによって、現在使用中の燃料について、度合いの大きな酸化劣化の有無を良好に判定することができる。

また、上記ルーチンによれば、使用燃料中にバイオ燃料の存在が認められる場合に、燃料の変更を伴わない条件下での燃料の蒸留特性の経時的な変化に基づいて、現在使用中の燃料についての酸化劣化の有無を良好に判定することができる。

尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２００〜２０４の処理を実行することにより前記第４の発明における「酸化劣化度合判定手段」が実現されている。
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２１６の処理を実行することにより前記第５の発明における「燃料変更有無判定手段」が、上記ステップ２０６〜２１６の処理を実行することにより前記第５の発明における「酸化劣化判定手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態３．
次に、図９および図１０を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に図６に示すルーチンに代えて後述する図１０に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。

［燃料種の判定手法］
本実施形態では、上述した実施の形態１におけるバイオ濃度の判定手法を、内燃機関１０への使用が想定される複数の燃料種の中から現在使用中の燃料種を判定する手法に応用した例について説明を行う。

図９は、本発明の実施の形態３において使用が想定される複数の燃料種の蒸留特性を表した図である。
ＦＡＭＥの酸化劣化の課題を解決するため、近年、水素化分解バイオ燃料（ＨＶＯ）が開発されている。この燃料（ＨＶＯ）の特徴は、不飽和結合や酸素を含まずにパラフィン系炭化水素によってほぼ１００％構成されているため、酸化安定性および着火性が良い点と軽質な点にある。この燃料（ＨＶＯ）の蒸留特性に関しては、図９に示すように、蒸留割合Ｒの変化に対する蒸留温度の変化範囲が比較的狭いという特徴が挙げられる。また、当該蒸留温度の変化範囲は、ＦＡＭＥよりは低い温度領域にあって、軽油よりは高い温度領域にある。

また、液体合成燃料（ＧＴＬ：Gas To Liquid）は、化石燃料を原料として製造されるため、図９に示すように、軽油に近い蒸留温度領域を有する。しかしながら、ＧＴＬの蒸留温度領域は、軽油の蒸留温度領域に対して狭くなり、特に、９０％蒸留温度Ｔ９０が軽油に対して低くなる。

そこで、本実施形態では、上述した各燃料種の蒸留特性を考慮して、使用が想定される燃料種（軽油、ＦＡＭＥ、ＧＴＬ、ＨＶＯ）毎にそれぞれの燃料種を特定するための判定値を設定するようにした。そして、２つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度（例えば、Ｔ９０とＴ１０）の相対的な変化量（差）と、１つの蒸留割合下での蒸留温度（例えば、Ｔ１０）の値とを、燃料種毎に設定された判定値とそれぞれ比較した結果に基づいて、現在使用中の燃料種を判定するようにした。

図１０は、上記の機能を実現するために、本実施の形態３においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図１０において、実施の形態１における図６に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図１０に示すルーチンでは、ステップ１００において１０％蒸留温度Ｔ１０および９０％蒸留温度Ｔ９０が算出され、ステップ１０２においてその温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）が算出された後に、上記温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）と１０％蒸留温度Ｔ１０とを、燃料種毎にそれぞれ設定された判定値と比較した結果に基づいて、現在使用中の燃料種が判定される（ステップ３００）。既述したように、本ステップ３００で用いる判定値は、内燃機関１０への使用が想定される燃料種（軽油、ＦＡＭＥ、ＧＴＬ、ＨＶＯ））のそれぞれの蒸留特性（図９参照）に基づいて、燃料種毎に予め設定されているものである。

より具体的には、本ステップ３００では、上記図９に示す蒸留特性を考慮して、例えば、蒸留温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）＜判定値３０℃が成立し、かつ、判定値２５０℃＜１０％蒸留温度Ｔ１０＜２７０℃が成立する場合には、現在使用中の燃料種が水素化分解バイオ燃料（ＨＶＯ）であると判定する。また、例えば、蒸留温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）＜判定値８０℃が成立し、かつ、判定値２２０℃＜１０％蒸留温度Ｔ１０＜判定値２４０℃が成立する場合には、現在使用中の燃料種が液体合成燃料（ＧＴＬ）であると判定する。また、その他の燃料種についても同様の判定値を設けた判定を行うものとする。

以上説明した図１０に示すルーチンによれば、蒸留温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）および１０％蒸留温度Ｔ１０をそれぞれの判定値と比較することで、図９を参照して上述したように燃料種毎に異なる蒸留特性を用いて、燃料種を精度良く判定することができる。

また、水素化分解バイオ燃料（ＨＶＯ）や液体合成燃料（ＧＴＬ）は、軽質で着火性が良く、ＮＯｘやＰＭ等の排気エミッション成分を少なく抑えることができる。従って、本実施形態の燃料種判定を利用して、これらの燃料種の使用状況を正確に判断できるようになると、これらの燃料種に応じて内燃機関１０の制御を適切な制御に変えることで、より良い運転状態（燃焼改善や部材の詰まり改善）を作り出すことが可能となる。

ところで、上述した実施の形態３においては、蒸留温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）および１０％蒸留温度Ｔ１０を燃料種毎に設定された判定値とそれぞれ比較することで、燃料種を判定するようにしている。しかしながら、このような蒸留温度差（Ｔ９０−Ｔ１０）と１０％蒸留温度Ｔ１０の２点での判定だけでは、上述した実施の形態１のバイオ濃度判定との差別化が困難となる場合も想定される。そのような場合には、判定するパラメータを増やすようにしてもよい。より具体的には、５０％蒸留温度Ｔ５０等も判定に利用することで、より確実な判定が可能となる。

尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が上記ステップ３００の処理を実行することにより前記第６の発明における「燃料種判定手段」が実現されている。

Claims (6)

1. 複数の燃料種を単独でもしくは混合して使用することが想定される内燃機関の燃料性状判定装置であって、
   排気通路に燃料を供給する燃料供給手段と、
   前記燃料供給手段により供給される燃料を含むガスの排気空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
   前記燃料供給手段による燃料供給に伴う前記排気空燃比の変化に基づいて、少なくとも２つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度を取得する蒸留温度取得手段と、
   前記少なくとも２つの蒸留割合下での燃料の前記蒸留温度の相対的な変化量もしくは変化率に基づいて、燃料性状を判定する燃料性状判定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料性状判定装置。
2. 前記複数の燃料種は、バイオ燃料と化石燃料とを含み、
   前記燃料性状判定手段は、前記少なくとも２つの蒸留割合下での燃料の前記蒸留温度の相対的な前記変化量もしくは前記変化率と、少なくとも１つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度の値とを、前記化石燃料に対する前記バイオ燃料の所定混合濃度毎に設定された判定値とそれぞれ比較して、燃料中の前記バイオ燃料の混合濃度を判定するバイオ濃度判定手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
3. 前記複数の燃料種は、バイオ燃料と化石燃料とを含み、
   前記燃料性状判定手段は、前記少なくとも２つの蒸留割合下での燃料の前記蒸留温度の相対的な前記変化量もしくは前記変化率の絶対値が所定値以上である場合に、前記化石燃料に対する前記バイオ燃料の混合濃度が高いと判定することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
4. 前記燃料性状判定手段は、前記バイオ燃料と前記化石燃料との混合燃料の初留点が１００℃となる場合に、当該混合燃料に度合いの大きな酸化劣化が生じていると判定する酸化劣化度合判定手段を含むことを特徴とする請求項２または３記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
5. 前記燃料性状判定装置は、前記内燃機関に使用される燃料の変更の有無を判定する燃料変更有無判定手段を更に備え、
   前記燃料性状判定手段は、燃料の変更を伴わない時間の経過中に、前記バイオ燃料と前記化石燃料との混合燃料についての少なくとも１つの蒸留割合下での当該混合燃料の蒸留温度の値が所定値以上となった場合に、当該混合燃料が酸化劣化していると判定する酸化劣化判定手段を含むことを特徴とすることを特徴とする請求項２または３記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
6. 前記燃料性状判定手段は、前記少なくとも２つの蒸留割合下での燃料の前記蒸留温度の相対的な前記変化量もしくは前記変化率と、少なくとも１つの蒸留割合下での燃料の蒸留温度の値とを、前記複数の燃料種毎に設定された判定値とそれぞれ比較して、現在使用されている燃料種を判定する燃料種判定手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料性状判定装置。

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