WO2008090998A1

WO2008090998A1 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: WO2008090998A1
Application number: PCT/JP2008/051141
Authority: WO
Inventors: Yuuichi Kato; Hiroki Ichinose; Nao Murase; Rie Osaki
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha; Nippon Soken, Inc.
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2008-07-31
Also published as: CN101600874B; BRPI0806810B1; CN101600874A; US20100036587A1; DE112008000130B4; DE112008000130T5; JP2008180103A; BRPI0806810A2; JP4477644B2; US8046152B2

Abstract

重質燃料、軽質燃料、アルコール燃料及びこれらの混合物を燃料として使用可能な内燃機関の制御装置は、重質燃料と軽質燃料との比率を検出可能な重軽質比率検出装置３９と、排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置４１とを具備し、重軽質比率検出装置に基づいて空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を算出する。機関温度が特定温度領域内にある場合における目標空燃比と空燃比検出装置によって検出された空燃比との差分に基づいて重軽質比率検出装置の異常を診断する。これにより、アルコール混合燃料についても重軽質比率検出センサの異常を正確に診断することができる。

Description

内燃機関の制御装置

技術分野

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。明

背景技術

近年、公害低減及び天然資源使田用の抑制の観点から、ガソリンの代替燃料としてアルコール (特に、エ書チルアルコール) が注目されている。多くの場合、アルコールは単体で用いられるのではなく、ガソリン等に混入されたアルコール混合燃料として用いられる。ァルコール混合燃料のアルコール含有比率は常に一定ではなく、また、内燃機関を適切に運転するためにはアルコール含有比率に応じて燃料噴射量等、内燃機関の制御を変更する必要がある。このため、給油等により燃料性状が変化した場合に、アルコール含有比率を検出する必要がある。 - そこで、特開 2 0 0 3— 1 2 0 3 6 3号公報に記載の装置では、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、排気空燃比の挙動に基づいてアルコール含有比率を推定することとしている。特に、アルコール含有比率が高くなると燃料噴射量を増量及び減量したときの空燃比のずれ量が小さくなることから、燃料噴射量を増量したときの空燃比と燃料噴射量を減量したときの空燃比との差分を検出し、この差分に基づいてアルコール含有比率を推定することとしている。

ところで、内燃機関用燃料として広く用いられるガソリンには、揮発性の高い軽質成分を多く含有する軽質燃料と、揮発性の低い重質成分を多く含有する重質燃料とがあり、機関始動時において内燃機関を適切に運転させるためにはこれら軽質燃料と重質燃料との比率に応じた制御を行う必要がある。このため、燃料中の軽質燃料と重質燃料との比率を検出する必要があり、従来では燃料中の軽質燃料と重質燃料との比率を検出する重軽質比率検出センサにより斯かる比率を検出することとしている。

ところで、重軽質比率検出センサを用いた場合、このセンサに異常が発生しないことは何ら保証し得ず、よってセンサの異常を診断する装置が必要となる。ここで、機関始動時においては軽質燃料と重質燃料との揮発性の相違から軽質燃料と重質燃料との比率に応じて排気空燃比が変化する。従って、排気空燃比に基づいて斯かる比率を推定することが可能であり、推定した比率と重軽質比率検出センサによって検出された比率とを比較することによりセンサの異常を診断することができる。

ところが、アルコール混合燃料は重質燃料及び軽質燃料に加えてアルコールを燃料として含有している。アルコールの理論空燃比はガソリンの理論空燃比と比較して低いため、燃料中の軽質燃料と重質燃料との比率のみならず、燃料中のアルコール含有比率によっても排気空燃比が変化する。従って、アルコール混合燃料については上記方法によっては重軽質比率検出センサの異常を正確に診断することができない。発明の開示

そこで、本発明の目的は、アルコール混合燃料についても重軽質比率検出センサの異常を正確に診断することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の制御装置を提供する。

本発明の 1番目の態様では、重質燃料、軽質燃料、アルコール燃料及びこれらの混合物を燃料として使用可能な内燃機関において、重質燃料と軽質燃料との比率を検出可能な重軽質比率検出装置と、排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置とを具備し、重軽質比率検出装置に基づいて空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を算出する内燃機関の制御装置において、機関温度が特定温度領域内にある場合における目標空燃比と空燃比検出装置によって検出された空燃比との差分に基づいて重軽質比率検出装置の異常を診断する。

ここで、特定温度領域とは、重質燃料及び軽質燃料とアルコール燃料との蒸発率の相違により、燃料中にアルコールが含有されているか否かに関わらず実際の空燃比を目標空燃比にするのに必要な燃料噴射量がほとんど変わらない温度領域を意味する。

本態様によれば、特定温度領域における空燃比の差分に基づいて異常診断が行われるため、アルコールが含有されているか否かに関わらず重軽質比率検出センサの異常を正確に検出することができる。したがって、アルコール混合燃料についても重軽質比率検出センサの異常を正確に診断することができる。

本発明の 2番目の態様では、燃料中のアルコール含有比率を検出可能なアルコール比率検出装置を更に具備し、当該制御装置は重軽質比率検出装置に加えてアルコール比率検出装置に基づいて空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を算出し、機関温度が特定温度領域外にある場合における目標空燃比と空燃比検出装置によって検出された空燃比との差分に基づいてアルコール比率検出装置の異常を診断する。

本発明の 3番目の態様では、機関温度が特定温度領域内にある場合における空燃比検出装置によって検出された空燃比が目標空燃比よりもリーンであるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出装置によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも重質燃料の比率が高いと判定し、機関温度が特定温度領域内にある場合における空燃比検出装置によって検出された空燃比が目標空燃比よりもリッチであるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出装置によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも軽質燃料の比率が高いと判定する。

本発明の 4番目の態様では、上記機関温度が特定温度領域内にある場合における目標空燃比と空燃比検出装置によって検出された空燃比との差分と、上記機関温度が特定温度領域外にある場合における目標空燃比と空燃比検出装置によって検出された空燃比との差分とに基づいて、' 上記算出された燃料噴射量を補正する。

本発明の 5番目の態様では、燃料補給の有無を判定する燃料補給判定装置をさらに具備し、燃料補給判定装置によって燃料補給があつたと判定された場合にのみ上記重軽質比率検出装置の異常の判定を行う。

本発明の 6番目の態様では、重質燃料、軽質燃料、アルコール燃料及びこれらの混合物を燃料として使用可能な内燃機関において、重質燃料と軽質燃料との比率を検出可能な重軽質比率検出装置を具備し、機関回転数が目標回転数に到達するように点火時期を制御する内燃機関の制御装置において、重軽質比率検出装置に基づいて点火時期が到達すると予想される予想点火時期を算出すると共に、機関温度が特定温度領域内にある場合における予想点火時期と実際の点火時期との差分に基づいて重軽質比率検出装置の異常を診断する本発明の 7番目の態様では、燃料中のアルコール含有比率を検出可能なアルコール比率検出装置を更に具備し、当該制御装置は重軽質比率検出装置に加えてアルコール比率検出装置に基づいて点火時期が到達すると予想される予想点火時期を算出すると共に、機関温度が特定温度領域外にある場合における予想点火時期と実際の点火時期との差分に基づいてアルコール比率検出装置の異常を診断する本発明の 8番目の態様では、機関温度が特定温度領域内にある場合における実際の点火時期が予想点火時期よりも進角側にあるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出装置によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも重質燃料の比率が高いと判定し、機関温度が特定温度領域内にある場合における実際の点火時期が予想点火時期よりも遅角側にあるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出装置によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも軽質燃料の比率が高いと判定する。

以下、添付図面と本発明の好適な実施形態の記載から、本発明を一層十分に理解できるであろう。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の制御装置を搭載可能な内燃機関の概略図である図 2は、アルコールの混合されていない燃料及びアルコール混合燃料に関する冷却水温と蒸発率との関係を示す図である。

図 3は、各種燃料についての冷却水温と蒸発率との関係を示す図である。

図 4 A〜図 4 Cは、各温度領域における燃料性状と排気空燃比との関係を示した図である。

図 5は、重軽質比率検出センサ及びアルコール比率検出センサの異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートの一部である。

図 6は、重軽質比率検出センサ及びアルコール比率検出センサの異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチヤ一卜の一部である。

図 7 A〜図 7 Cは、各温度領域における燃料性状と点火時期との関係を示した図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。図 1は本発明の第一実施形態の制御装置を筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用した場合を示している。

図 1 を参照すると、 1 は機関本体、 2は各気筒の燃焼室、 3は各燃焼室 2内の燃料に点火する点火プラグ、 4は吸気マニホルド、 5 は排気マ二ホルドをそれぞれ示す。吸気マ二ホルド 4は吸気管 6 を介して排気タ一ポチャージャ 7のコンプレッサ 7 aの出口に連結され、コンプレッサ 7 aの入口はエアクリーナ 8に連結される。吸気管 6内にはステップモ一夕により駆動されるスロットル弁 9が配置され、さらに吸気管 6周りには吸気管 6内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置 1 0が配置される。図 1 に示した実施形態では機関冷却水が冷却装置 1 0内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド 5は排気ターボチャージャ 7の排気タービン 7 bの入口に連結され、排気タービン 7 bの出口は排気浄化触媒 1 1 を内蔵したケ一シング 1 2に連結される。

排気マ二ホルド 5 と吸気マ二ホルド 4とは排気ガス再循環（以下、 E G Rと称す）通路 1 4を介して互いに連結され、 E G R通路 1 4内には電子制御式 E G R制御弁 1 5が配置される。また、 E G R 通路 1 4周りには E G R通路 1 4内を流れる E G Rガスを冷却するための E G R冷却装置 1 6が配置される。図 1 に示した実施形態では機関冷却水が冷却装置 1 6内に導かれ、機関冷却水によって E G Rガスが冷却される。一方、各燃焼室 2に通じる吸気ポー卜には各吸気ポ一ト内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁 1 6が設けられ、各燃料噴射弁 1 6はデリバリパイプ 1 7に連結される。デリバリパイプ 1 7は燃料パイプ 1 8 を介して燃料ポンプ 1 9及び燃料タンク 2 0に連結される。燃料タンク 2 0の給油孔には燃料キャップ 2 1が設けられる。デリバリパイプ 1 7内へは燃料タンク 2 0から燃料ポンプ 1 9により燃料が供給され、デリバリパイブ 1 7内に供給された燃料は燃料噴射弁 1 6に供給される。なお、以下では、 E G Rガスを含む空気も単に空気として説明する。電子制御ユニット 3 0はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス 3 1 によって互いに接続された R O M (リードオンリメモリ ) 3 2 、 R A M (ランダムアクセスメモリ） 3 3 、 C P U (マイク口プロセッサ） 3 4、入力ポート 3 5および出力ポート 3 6 を具備する。デリバリパイプ 1 7内にはデリバリパイプ 1 7内の燃料の性状を検出するための燃料性状センサ 3 9 、 4 0が取り付けられ、排気マニホルド 5には排気マ二ホルド 5内を通過する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ 4 1が取り付けられ、また、排気浄化触媒 1 1 には排気浄化触媒 1 1の温度を検出するための温度センサ 4 2が取付けられる。これら燃料性状センサ 3 9 、 4 0、空燃比センサ 4 1及び温度センサ 4 2の出力信号は対応する A D変換器 3 7 を介して入力ポート 3 5 に入力される。さらに、燃料タンク 2 0内には燃料タンク 2 0内の燃料量を検出するための燃料ゲージ 4 3が取り付けられ、' また、燃料タンク 2 0の給油孔には給油孔の燃料キャップ 2 1の開閉を検出するための開閉センサ 4 4が取り付けられる。これら、燃料ゲージ 4 3及び開閉センサ 4 4の出力信号は対応する A D変換器 3 7を介して入力ポート 3 5に入力される。

また、ァクセルペダル 4 5にはアクセルペダル 4 5の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ 4 6が接続され、負荷センサ 4 6の出力電圧は対応する A D変換器 3 7を介して入力ポート 3 5に入力される。さらに入力ポート 3 5にはクランクシャフトが例えば 1 5 ° 回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ 4 7が接続され、このクランク角センサ 4 7により機関回転数が検出される。一方、出力ポート 3 6は対応する駆動回路 3 8を介して燃料噴射弁 1 6、スロットル弁 9駆動用ステップモータ、 E G R制御弁 1 5及び燃料ポンプ 1 9 に接続される。

ところで、本発明の内燃機関では燃焼室 2内に供給する燃料としてガソリンとアルコールとの混合燃料（以下、「アルコール混合燃料」という）が用いられる。このうち、ガソリンには、周知のように、揮発性の高い軽質成分を多く含有する軽質燃料と揮発性の低い重質成分を多く含有する重質燃料とがあり、燃焼室 2内に供給される燃料中には任意の比率で軽質燃料と重質燃料とが混合されているこれら軽質燃料と重質燃料とは、機関温度（例えば、機関冷却水温、油温、燃料温度。以下、冷却水温を例にとって説明する）がー定の温度以上となっていればいずれも容易に蒸発するため、いずれの燃料を用いたとしても内燃機関が得られる性能（例えばトルク等 ) にはほとんど影響を及ぼさない。しかしながら、機関冷却水温が一定の温度以下である場合には、軽質燃料が蒸発し易いのに対して重質燃料は蒸発しにくく、燃料噴射量が同一であったとしても重質燃料の方が吸気ポート壁面ゃシリンダ壁面に付着し易く、実質的に燃焼室 2内での燃焼に寄与する燃料の量が少なくなつてしまう。このため、燃料噴射量の設定にもよるが、重質燃料を用いた場合には内燃機関の冷間始動時等に燃焼室への燃料の供給量が目標よりも少なくなり空燃比が大きく（リーンに）なる傾向にある。逆に、軽質燃料を用いた場合には内燃機関の冷間始動時等に燃焼室への燃料の供給量が目標よりも多くなり、空燃比が小さく（リッチに）なる傾向にある。これらは、いずれにおいても、始動不良、燃費不良、トルク不足、ェミッションの低下等の原因となるため、斯かる事態を防止すべく燃料中の重質燃料と軽質燃料との比率（以下、「重軽質比率」という）を検出する必要がある。

そこで、本実施形態では、デリバリパイプ 1 7 に取付けられた燃料性状センサ（重軽質比率検出センサ） 3 9によってデリバリパイプ 1 7内の燃料、すなわち燃焼室 2内に供給される燃料の重軽質比率を検出することとしている。重軽質比率検出センサ 3 9は、例えば、デリバリパイプ 1 7内の燃料の屈折率を検出して算出された当該燃料の密度に基づいて重軽質比率を推定するセンサである。

また、アルコールは、ガソリンと比較して発熱量が少なく、また理論空燃比が小さい。このため、アルコール混合燃料については一般に燃料中に含まれているアルコールの比率（以下、「アルコール含有比率」という）に応じてガソリン単体よりも多量に燃焼室 2内に燃料を供給する必要がある。そして、燃焼室 2への適切な燃料供給量を決定するためには燃料中のアルコール含有比率を検出する必要がある。

そこで、本実施形態では、デリバリパイプ 1 7 に取付けられた燃料性状センサ（アルコール比率検出センサ） 4 0によってデリバリパイプ 1 7内の燃料、すなわち燃焼室 2内に供給される燃料のアルコール含有比率を検出することとしている。アルコール比率検出センサ 4 0は、アルコールが混入したことによる屈折率の変化を利用した光学型のセンサであってもよいし、ガソリンとの誘電率及び抵抗の違いを利用した静電容量型のセンサであってもよい。

本実施形態では、このようにして重軽質比率検出センサ 3 9によつて検出された重軽質比率及びアルコール比率検出センサ 4 0によつて検出されたアルコール含有比率に基づいて内燃機関の制御が行われる。例えば、機関始動時において軽質燃料の方が蒸発し易いことから重質燃料に対する軽質燃料の比率が高いほど燃料噴射量が低減され、またアルコールの理論空燃比が低いことからアルコール含有比率が高いほど燃料噴射量が増大される。

ところで、このように構成された内燃機関では、燃料性状センサ

3 9 、 4 0に異常が生じて重軽質比率又はアルコール含有比率を正確に検出することができないと、燃料噴射弁 1 6から適切な燃料噴射を行うことができず、内燃機関の運転状態が不安定になってしまう。斯かる事態を防止するためには、これら燃料性状センサ 3 9 、

4 0が正常に作動しているか否かの診断、すなわち燃料性状センサ 3 9 、 4 0の異常診断を行う必要がある。

このような燃料性状センサ 3 9 、 4 0の異常診断方法としては、例えば空燃比センサ 4 1 によって検出された排気空燃比を利用することが考えられる。重軽質比率検出センサ 3 9 を例にとって説明すると、重軽質比率検出センサ 3 9に異常があって重軽質比率検出センサ 3 9によって検出された重質燃料の比率が実際の重質燃料の比率よりも高くなつている場合、機関始動時に重軽質比率検出センサ 3 9によって検出された重質燃料の比率に基づいて内燃機関の制御を行うと排気空燃比が目標空燃比よりもリッチになる。逆に、重軽質比率検出センサ 3 9によって検出された重質燃料の比率が実際の重質燃料の比率よりも低くなつている場合、機関始動時に重軽質比率検出センサ 3 9によって検出された重質燃料の比率に基づいて内燃機関の制御を行うと排気空燃比が目標空燃比よりもリーンになる

。従って、空燃比センサ 4 1 によって検出された排気空燃比が目標空燃比よりもリツチのときには検出された重質燃料の比率が実際の比率よりも高くなつており、リーンのときには検出された重質燃料の比率が実際の比率よりも低くなつていることが分かる。これらの場合には、いずれも重軽質比率検出センサ 3 9によって重質燃料の比率を正確に検出することができておらず、センサ 3 9に異常が生じていると診断することができる。

ところが、アルコール混合燃料では、重質燃料及び軽質燃料に加えてアルコールが含まれており、アルコール比率検出センサ 4 0に異常があってアルコール比率検出センサ 4 0によって検出されたァルコール含有比率が実際のアルコール含有比率と異なっていることによっても空燃比センサ 4 1 によって検出された空燃比が目標空燃比と異なつた値となってしまう。従って、空燃比センサ 4 1 によつて検出された排気空燃比が目標空燃比と異なる値となっていたとしても、重軽質比率検出センサ 3 9に異常が生じているのかアルコ一ル比率検出センサ 4 0 に異常が生じているのか判断することができない。

ここで、アルコール混合燃料の燃料蒸発特性はアルコールの沸点付近（エタノールであれば 7 8 . 3 °C ) 付近で変化する。図 2は、アルコールの混合されていない燃料及びアルコール混合燃料に関する冷却水温と蒸発率との関係を示す図である。図中、アルコールの混合されていない燃料は実線で、アルコール混合燃料は破線でそれぞれ示されている。図からわかるように、アルコール混合燃料はァルコールの混合されていない燃料に比べて全温度領域において蒸発率が高く、特に図 2中の温度領域 Cにおいて蒸発率が高い。

このように、アルコール混合燃料とアルコールの混合されていない燃料との間で冷却水温に応じて燃料の蒸発率が異なることから、空燃比を目標空燃比にするのに必要な燃料噴射量も冷却水温に応じて変化する。図 3は、各種燃料についての空燃比を目標空燃比にするのに必要な燃料噴射量と冷却水温との関係を示す図である。図中、実線はアルコールの混合されていない燃料、すなわち重質燃料又は軽質燃料における関係を示しており、破線はアルコール混合燃料、すなわち重質燃料とアルコールとの混合燃料又は軽質燃料とアルコールとの混合燃料における関係を示している。本実施形態では、重軽質比率検出センサ 3 9及びアルコール比率検出センサ 4 0の出力値及び図 3 に示したようなマップに基づいて燃料噴射量が設定される。

図 3から分かるように、重質燃料とアルコールとの混合燃料及び軽質燃料とアルコールとの混合燃料いずれについても、冷却水温が低いとき（例えば、 0 °C以下）、すなわち冷却水温が温度領域 Aにあるときには、空燃比を目標空燃比にするのに必要な燃料噴射量はアルコールの混合されていない燃料の方がアルコール混合燃料よりも多い。これは、斯かる温度領域 Aにおいてはアルコール混合燃料の蒸発率がアルコールの混合されていない燃料の蒸発率に比べてほとんど高くなく且つアルコールの理論空燃比が低いことによるものである。

また、冷却水温が上記温度領域 Aよりも高い温度領域 Bにあるときには、空燃比を目標空燃比にするのに必要な燃料噴射量はアルコール混合燃料とアルコールの混合されていない燃料とでほぼ等しい。これは、斯かる温度領域 Bにおいてはアルコール混合燃料の蒸発率がアルコールの混合されていない燃料の蒸発率に比べて比較的高く且つアルコールの理論空燃比が低いことによるものである。

さらに、冷却水温が上記温度領域 Bよりも高く且つアルコールの沸点を含む温度領域、すなわち図 3中の温度領域 Cにあるときには、空燃比を目標空燃比にするのに必要な燃料噴射量はアルコールの混合されていない燃料の方がアルコール混合燃料よりも少ない。これは、斯かる温度領域 Cにおいてはアルコール混合燃料の蒸発率がアルコールの混合されていない燃料の蒸発率に比べて極めて高く且つアルコールの理論空燃比が低いことによるものである。

このように、冷却水温の各温度領域よつてアルコール混合の有無と排気空燃比との関係が異なる。図 4 A、図 4 B及び図 4 Cはそれぞれ燃料噴射量を同一としたときの温度領域 A、 B及び Cにおける燃料性状と排気空燃比との関係を示した図である。

図 4 A〜図 4 Cに示したように、冷却水の温度領域に関わらず、燃料噴射量が同一である場合には重質燃料と軽質燃料とのうち重質燃料の比率が高くなるほど排気空燃比はリーンになる。そして、冷却水温が温度領域 Aにあるときには、図 4 Aに示したように、燃料中のアルコール含有比率が高くなるほど排気空燃比がリーンになる。従って、温度領域 Aにおいては、燃料中の重軽質比率が分かっていれば、排気空燃比に基づいて燃料中のアルコール含有比率を推定することができる。

冷却水温が温度領域 Bにあるときには、図 4 Bに示したように、燃料中のアルコール含有比率が変化しても排気空燃比は変化しない。従って、温度領域 Bにおいては、アルコールの含有の有無に関わらず、排気空燃比に基づいて重軽質比率を推定することができる。冷却水温が温度領域 Cにあるときには、図 4 Cに示したように、燃料中のアルコール含有比率が高くなるほど排気空燃比がリツチになる。従って、温度領域 Cにおいては、燃料中の重軽質比率が分かつていれば、排気空燃比に基づいて燃料中のアルコール含有比率を推定することができる。そこで、本実施形態では、機関始動時において、冷却水温が温度領域 Bにあるときに空燃比センサ 4 1 によって排気空燃比を検出し、検出した排気空燃比に基づいて重軽質比率を推定する。そして、推定した重軽質比率が重軽質比率検出センサ 3 9によって検出された重軽質比率とほぼ同一である場合には重軽質比率検出センサ 3 9 に異常はないと判定し、大きく異なっている場合には重軽質比率検出センサ 3 9に異常があると判定する。これにより、アルコール混合燃料を用いた場合であっても重軽質比率検出センサ 3 9の異常を適切に診断することができる。

なお、冷却水温が温度領域 Bにあるときに排気空燃比に基づいて推定した重軽質比率と重軽質比率検出センサ 3 9によって検出された重軽質比率とが大きく異なっている場合、これら重軽質比率の差分から重軽質比率検出センサ 3 9の誤差を推定することができる。従って、重軽質比率検出センサ 3 9に異常があると判定された場合、上記推定した重軽質比率と検出された重軽質比率との差分に基づいて、重軽質比率検出センサ 3 9によって検出された重軽質比率を補正するようにしてもよい。これにより、重軽質比率検出センサ 3 9によって検出された重軽質比率を利用して実際の重軽質比率を推定することができるようになる。

そして本実施形態では、このようにして重軽質比率検出センサ 3 9の異常診断を行った後に、冷却水温が温度領域 Cにあるときに空燃比センサ 4 1 によって排気空燃比を検出し、検出した排気空燃比に基づいてアルコール含有比率を推定する。 .

ここで、既に重軽質比率検出センサ 3 9の異常診断が行われていることから、重軽質比率検出センサ 3 9が異常と判定されていなければ重軽質比率検出センサ 3 9によって検出された重軽質比率は実際の重軽質比率となっている。このため冷却水温が温度領域 Cにあるときには、重軽質比率検出センサ 3 9によって検出された重軽質比率と空燃比センサ 4 1 によって検出された排気空燃比とに基づいてアルコール比率検出センサ 4 0の異常が診断せしめられる。

例えばアルコール含有比率が 0 %であった場合、図 4 Cに示したように重軽質比率検出センサ 3 9によって検出された重軽質比率が p r o l となっていると、空燃比センサ 4 1 によって検出される排気空燃比は a f l となる。ところが、このとき空燃比センサ 4 1 によって検出された排気空燃比が a f 1 となっていない場合、例えば a f 2 となっている場合には、アルコール比率検出センサ 4 1は正確に実際の値を示しておらず、よつて本実施形態では斯かる場合にアルコール比率検出センサに異常があると判定する。これにより、重質燃料、軽質燃料及びアルコールの混合燃料を用いた場合であつても、アルコール比率検出センサの異常を適切に診断することができる。

なお、冷却水温が温度領域 Cにあるときに排気空燃比に基づいて推定したアルコール含有比率とアルコール比率検出センサ 4 0によつて検出されたアルコール含有比率とが大きく異なっている場合、これらアルコール含有比率の差分からアルコール比率検出センサ 4 0の誤差を推定することができる。従って、アルコール比率検出センサ 4 0に異常があると判定された場合、上記推定したアルコール含有比率と検出されたアルコール含有比率との差分に基づいて、ァルコール比率検出センサ 4 0によって検出されたアルコール含有比率を補正するようにしてもよい。これにより、アルコール比率検出センサ 4 0によって検出されたアルコール含有比率を利用して実際のアルコール含有比率を推定することができるようになる。

図 5及び図 6は、重軽質比率検出センサ 3 9及びアルコール比率検出センサ 4 0の異常診断制御の制御ルーチンを示すフローチヤ一トである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによつて行われる。

図 5及び図 6 を参照すると、まず、ステップ S 1 1〜 S 1 3において、機関冷却水温を検出する水温センサ（図示せず）、重軽質比率検出センサ 3 9及びアルコール比率検出センサ 4 0によってそれぞれ冷却水温、重軽質比率及びアルコール含有比率が検出せしめられる。次いで、ステップ S 1 4において、機関始動前に燃料キヤップ 2 1が開かれたか否か、すなわち燃料タンク 2 0内に燃料が給油されたか否かが判定される。或いは、燃料ゲージ 4 3によって前回機関停止した時と今回機関始動した時との間で燃料タンク 2 0内の燃料量が増加したか否かにより燃料の給油の有無を判定してもよいステップ S 1 4において燃料キャップが開かれた、すなわち燃料タンク 2 0内に燃料が給油されたと判定された場合にはステップ S 1 5に進む。ステップ S 1 5では、異常診断フラグ X d e tが 1 とされ、ステップ 1 6へと進む。異常診断フラグ X d e t は異常診断制御の実行中に 1、実行が終了すると 0 とされるフラグである。また、ステップ S 1 4において燃料タンク 2 0内に燃料が給油されていないと判定された場合にはステップ S 1 7へと進み、異常診断フラグ X d e tが 1であるか否か、すなわち異常診断制御の実行中であるか否かが判定され、異常診断制御の実行中であると判定された場合（X d e t = l ) には、ステップ S 1 6へと進む。一方、ステップ S 1 7 において異常診断制御が終了していると判定された場合 (X d e t = 0 ) には、制御ルーチンが終了せしめられる。

次いで、ステップ S 1 6、 S 1 8において、水温センサによって検出された冷却水温 t h wが t h w 1 と t h w 2 との間又は t h w 2 と t hw 3 との間にあるか否か、すなわち冷却水温が温度領域 B 又は温度領域 C内にあるか否かが判定される。ステップ S 1 6 、 S 1 8 において冷却水温が温度領域 B及び温度領域 C内にないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップ S 1 6 、 S 1 8において冷却水温が温度領域 B内にあると判定された場合にはステップ S 1 9へと進む'。ステップ S 1 9では、重軽質診断フラグ X g a sが 1 とされる。重軽質診断フラグ X g a s は重軽質比率検出センサ 3 9の異常診断が行われると 1 とされ、両センサ 3 9 、 4 0の異常診断が終了すると 0 にされるフラグである。次いで、ステップ S 2 0において、排気空燃比が目標空燃比になつているか否かが判定される。排気空燃比が目標空燃比になっていないと判定された場合にはステップ S 2 1 、 S 2 2に進み、重軽質比率検出センサ 3 9に異常があると判定され、排気空燃比と目標空燃比との差分に基づいて重軽質比率検出センサ 3 9で検出された重軽質比率に対する補正係数が算出せしめられる。

一方、ステップ S 1 6 、 S 1 8において、冷却水温が温度領域 C 内にあると判定された場合にはステップ S 2 3へと進む。ステップ S 2 3では、アルコール診断フラグ X a 1 が 1 とされる。アルコ一ル診断フラグ X a 1 はアルコール比率検出センサ 4 0の異常診断が行われると 1 とされ、両センサ 3 9 、 4 0の異常診断が終了すると 0 にされるフラグである。

次いで、ステップ S 2 4において、排気空燃比が目標空燃比になつているか否かが判定される。排気空燃比が目標空燃比になっていないと判定された場合にはステップ S 2 5 、 S 2 6に進み、アルコ —ル比率検出センサ 4 0に異常があると判定され、排気空燃比と目標空燃比との差分に基づいてアルコール比率検出センサ 4 0で検出されたアルコール含有比率に対する補正係数が算出せしめられる。次いで、ステップ S 2 7では、重軽質診断フラグ X g a s及びァルコール診断フラグ X a 1 がいずれも 1 となっているか否かが判定され、 1 となっていないとき、すなわち重軽質比率検出センサ 3 9 及びアルコール比率検出センサ 4 0の異常診断が終了していないと判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、両フラグが 1 となっているとき、すなわち両センサ 3 9 、 4 0の異常診断が終了していると判定された場合にはステップ S 2 8へと進む。ステップ S 2 8では異常診断フラグ X d a tが 0 とされ、重軽質診断フラグ X g a s及びアルコール診断フラグ X a 1 が 0 とされて制御ルーチンが終了せしめられる。 '

次に、本発明の第二実施形態について説明する。上記実施形態では、空燃比センサ 4 1 によって検出された排気空燃比に基づいて燃料性状センサ 3 9 、 4 0の異常診断を行っていたが、本実施形態では点火プラグ 3による点火時期に基づいて燃料性状センサ 3 9 、 4 0の異常診断を行うこととしている。

ここで、本実施形態の内燃機関では、機関始動時において機関回転数が目標回転数に到達するように点火時期を進角又は遅角させることとしている。すなわち、機関回転数が目標回転数よりも低かつたり、機関回転数の上昇速度が遅かったりした場合には点火時期を進角し、機関回転数が目標回転数よりも高かったり、機関回転数の上昇速度が速かったりした場合には点火時期を遅角するようにしている。

ここで、図 3を参照して説明したのと同様に、アルコール混合燃料とアルコールの混合されていない燃料との間で冷却水温に応じて燃料の蒸発率が異なることから、機関回転数を目標回転数にするのに必要な点火時期も冷却水温に応じて変化する。この場合も、機関回転数を目標回転数にするのに必要な点火時期と冷却水温との関係は図 3 と同様な関係となる。図 7 A、図 7 B及び図 7 Cはそれぞれ機関回転数を同一したときの温度領域 A、 B及び Cにおける燃料性状と点火時期との関係を示した図である。図 7 A〜図 7 Cに示したように、冷却水の温度領域に関わらず、機関回転数が同一である場合には重質燃料と軽質燃料とのうち重質燃料の比率が高くなるほど点火時期は進角せしめられる。これは、重質燃料の比率が高くなると燃料の蒸発率が低下して燃焼に寄与する燃料の量が減少するためである。

そして、冷却水温が温度領域 Aにあるときには、図 7 Aに示したように、燃料中のアルコール含有比率が高くなるほど点火時期が進角される。従って、温度領域 Aにおいては、燃料中の重軽質比率が分かつていれば、点火時期に基づいて燃料中のアルコール含有比率を推定することができる。

冷却水温が温度領域 Bにあるときには、図 7 Bに示したように、燃料中のアルコール含有比率が変化しても点火時期は変化しない。従って、温度領域 Bにおいては、アルコールの含有の有無に関わらず、点火時期に基づいて重軽質比率を推定することができる。

冷却水温が温度領域 Cにあるときには、図 7 Cに示したように、燃料中のアルコール含有比率が高くなるほど点火時期が遅角される。従って、温度領域 Cにおいては、燃料中の重軽質比率が分かっていれば、点火時期に基づいて燃料中のアルコール含有比率を推定することができる。

そこで、第二実施形態では、機関始動時において、冷却水温が温度領域 Bにあるときに点火プラグ 3による点火時期を取得し、取得した点火時期に基づいて重軽質比率を推定する。そして、推定した重軽質比率が重軽質比率検出センサ 3 9 によって検出された重軽質比率とほぼ同一である場合には重軽質比率検出センサ 3 9に異常はないと判定し、大きく異なっている場合には重軽質比率検出センサ 3 9に異常があると判定する。これにより、アルコール混合燃料を用いた場合であっても重軽質比率検出センサ 3 9の異常を適切に診断することができる。

なお、冷却水温が温度領域 Bにあるときに点火時期に基づいて推定した重軽質比率と重軽質比率検出センサ 3 9によって検出された重軽質比率とが大きく異なっている場合、第一実施形態と同様に、これら重軽質比率の差分から重軽質比率検出センサ 3 9の誤差を推定することができる。

そして第二実施形態では、このようにして重軽質比率検出センサ 3 9の異常診断を行った後に、冷却水温が温度領域 Cにあるときに点火プラグ 3による点火時期を取得し、取得した点火時期に基づいてアルコール含有比率を推定する。

ここで、既に重軽質比率検出センサ 3 9の異常診断が行われていることから、重軽質比率検出センサ 3 9が異常と判定されていなければ重軽質比率検出センサ 3 9によって検出された重軽質比率は実際の重軽質比率となっている。このため、冷却水温が温度領域 Cにあるときには、重軽質比率検出センサ 3 9 によって検出された重軽質比率と点火プラグ 3 による点火時期とに基づいてアルコール比率検出センサ 4 0の異常が診断せしめられる。

なお、冷却水温が温度領域 Cにあるときに点火時期に基づいて推定したアルコール含有比率とアルコール比率検出センサ 4 0 によつて検出されたアルコール含有比率とが大きく異なっている場合、第一実施形態と同様に、これらアルコール含有比率の差分からアルコール比率検出センサ 4 0の誤差を推定することができる。

なお、本発明の上記実施形態では、排気空燃比や点火時期に基づいて重軽質比率検出センサ 3 9及びアルコール比率検出センサ 4 0 の異常診断を行うこととしているが、これらセンサを設けずに排気空燃比や点火時期に基づいて重軽質比率やアルコール含有比率を推定するようにしてもよい。

なお、本発明について特定の実施形態に基づいて詳述しているが、当業者であれば本発明の請求の範囲及び思想から逸脱することなく、様々な変更、修正等が可能である。

Claims

1 . 重質燃料、軽質燃料、アル 3 ル燃料及びこれらの混合物を燃料として使用可能な内燃機関において、重質燃料と軽質燃料との比率を検出可能な重軽質比率検出装置と、排気ガスの空燃比を検出する空燃比検出装置とを具備し、重軽質比率検出装置に基づいて空請

燃比が目標空燃比となるように燃料噴射量を算出する内燃機関の制御装置において、

機関温度が特定温度領域内にある場合における目標空燃比と空燃比検出装置によって検出された空燃比との差分に基づいて重軽質比率検出装置の異常を診断する、内燃機関の囲制御装置。

2 • 燃料中のアルコール含有比率を検出可能なアルコ一ル比率検出装置を更に具備し、当該制御装置は重軽質比率検出装置に加えてアルール比率検出装置に基づいて空燃比が目標空燃比となるよラに燃料噴射量を算出し、機関温度が特定温度領域外にある場合における巨標空燃比と空燃比検出装置によつて検出された空燃比との差分に基づいてアルコール比率検出装置の異常を診断する、請求項 1 に記載の内燃機関の制御装置。

3 . 機関温度が特定温度領域内にある場合における空燃比検出装置によって検出された空燃比が目標空燃比よりもリーンであるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出装置によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも重質燃料の比率が高いと判定し、機関温度が特定温度領域内にある場合における空燃比検出装置によって検出された空燃比が目標空燃比よりもリッチであるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出装置によって検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも軽質燃料の比率が高いと判定する、請求項 1 に記載の内燃機関の制御装置。

4 . 上記機関温度が特定温度領域内にあるナ合における巨標空燃比と空燃比検出装置によって検出された空燃比との差分と、上記機関温度が特定温度領域外にある場合における空燃比と空燃比検出装置によって検出された空燃比との差分とに基づいて、上記算出された燃料噴射量を補正する、請求項 1 に記載の内燃機関の制御装

5 . 燃料補給の有無を判定する燃料補給判定装置をさらに具備し

、燃料補給判定装置によって燃料補給があつたと判定された A口にのみ上記重軽質比率検出装置の異常の判定を行う、求項 1 に記載の内燃機関の制御装置

6 . 重質燃料、軽質燃料、アルコール燃料及びこれらの混合物を燃料として使用可能な内燃機関において、重質燃料と軽質燃料との比率を検出可能な重軽質比率検出装置を具備し、機関回転数が目回転数に到達するように点火時期を制御する内燃機関の制御装置において、

重軽質比率検出装置に基づいて点火時期が到達すると予想される予想点火時期を算出すると共に、機関温度が特定温度領域内にある場合における予想点火時期と実際の点火時期との差分に基づいて重軽質比率検出装置の異常を診断する、内燃機関の制御装置。

7 . 燃料中のアルコール含有比率を検出可能なアルコール比率検出装置を更に具備し、当該制御装置は重軽質比率検出装置に加えてアルコール比率検出装置に基づいて点火時期が到達すると予想される予想点火時期を算出すると共に、機関温度が特定温度領域外にある場合における予想点火時期と実際の点火時期との差分に基づいてアルコール比率検出装置の異常を診断する、請求項 6に記載の内燃機関の制御装置。

8 . 機関温度が特定温度領域内にある場合における実際の点火時期が予想点火時期よりも進角側にあるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出装置によつて検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも重質燃料の比率が高いと判定し、機関温度が特定温度領域内にある場合における実際の点火時期が予想点火時期よりも遅角側にあるときには実際の重質燃料と軽質燃料との比率については重軽質比率検出装置によつて検出された重質燃料と軽質燃料との比率よりも軽質燃料の比率が高いと判定する、請求項 6 に記載の内燃機関の制御装置。