JP2009036023A - 内燃機関の異種燃料混入判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンに供給される燃料に使用不可の異種燃料が混入している場合に、その異種燃料の混入を検出できるようにする。
【解決手段】エンジンに供給される燃料（例えばガソリン）に異種燃料（例えば軽油、灯油、重油等）が混入すると、排出ガスの空燃比がリーン方向に大きく変化し、それに応じて排出ガスセンサの出力がリーン方向に大きく変化して正常範囲から外れるため、空燃比Ｆ／Ｂ（フィードバック）制御の空燃比Ｆ／Ｂ補正量がリッチ方向に大きくなって所定の正常範囲（例えば正常な燃料が供給されている場合の空燃比Ｆ／Ｂ補正量の範囲）から外れる。この特性に着目して、空燃比Ｆ／Ｂ制御中に、空燃比Ｆ／Ｂ補正量が正常範囲から外れたか否かを判定し、空燃比Ｆ／Ｂ補正量が正常範囲から外れた場合に、異種燃料（軽油、灯油、重油等）が混入していると判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関に供給される燃料に異種燃料が混入しているか否かを判定する機能を備えた内燃機関の異種燃料混入判定装置に関する発明である。

内燃機関に使用される燃料の性状は、地域や季節等によって異なることがあり、例えば、比重の大きい燃料（低沸点成分の少ない燃料）は、低温時の揮発性が低いため、特許文献１（特公平６−１５８３５号公報）に記載されているように、空燃比検出手段で検出した排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料のフィードバック補正量を算出して最終燃料供給量を決定する空燃比フィードバック制御を実行するシステムにおいては、空燃比フィードバック制御中の最終燃料供給量の平均値を燃料の比重とみなし、その比重に応じて内燃機関の冷間時（オープンループ制御時）の燃料噴射量を補正するようにしたものがある。
特公平６−１５８３５号公報（第２頁等）

ところで、内燃機関には、ガソリンを使用するガソリンエンジンや、軽油を使用するディーゼルエンジン等がある。近年、運転者が自分で燃料を給油するセルフスタンドが増加しているため、運転者がガソリンエンジンの車両に誤って使用不可の異種燃料である軽油を給油してしまう可能性がある。また、ガソリンに軽油や灯油等の異種燃料を故意に混合した粗悪燃料が給油される可能性もある。地域や季節等によってはガソリンの比重（燃料性状）が異なることがあるが、上記特許文献１等の技術により、ガソリンエンジンの車両に比重（燃料性状）の異なるガソリンを給油しても正常に運転できるようになっている。

一方、ガソリンエンジンの車両に軽油や灯油等の異種燃料や粗悪燃料が給油されても、燃料タンク内にガソリンがある程度残った状態で給油されるため、近年の電子制御化されたエンジン制御システムでは、燃料タンク内のガソリンに対する異種燃料の混入割合が少なければ、点火時期制御等によってエンジンを運転することが可能であるが、異種燃料の混入割合が多くなるに従って、エンジンの燃焼状態が悪化してエンジン回転が不安定となり、ドライバビリティが悪化するばかりか、最悪の場合、エンジンが停止して走行不能に至る可能性もある。

また、燃料タンク内にガソリンがほとんど残っていない状態で異種燃料や粗悪燃料が給油されても、最初のうちは燃料タンクからエンジンまでの燃料配管内に残っているガソリンがエンジンに供給されるため、暫くはエンジンを正常に運転でき、その後、燃料配管内に残っているガソリンが無くなって異種燃料や粗悪燃料が噴射されるようになった段階で、エンジンの燃焼状態が悪化してエンジン回転が不安定となり、最悪の場合、エンジンが停止して走行不能に至る可能性もある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、内燃機関に供給される燃料に使用不可の異種燃料が混入している場合に、その異種燃料の混入を検出することができる内燃機関の異種燃料混入判定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する排出ガスセンサを設け、この排出ガスセンサの出力に基づいて内燃機関に供給される燃料に異種燃料が混入しているか否かを異種燃料混入判定手段により判定するようにしたものである。

内燃機関に供給される燃料に使用不可の異種燃料が混入すると、排出ガスの空燃比が大きく変化し、それに応じて排出ガスセンサの出力が大きく変化して正常範囲（正常な燃料が供給されている場合の排出ガスセンサの出力の範囲）から外れるため、排出ガスセンサの出力を用いれば、異種燃料が混入しているか否かを精度良く判定することができ、異種燃料が混入している場合に、その異種燃料の混入を検出することができる。これにより、異種燃料が混入している場合に、その異種燃料の混入を検出して警告ランプ等で運転者に知らせることが可能となり、運転者に早急に燃料の入れ替え等の処置を行うように促すことができる。また、異種燃料が混入している場合に、内燃機関の制御を異種燃料混入時用の制御に切り換えて、車両をできるだけ長く安全に走行できるようにすることも可能となる。

具体的には、請求項２のように、排出ガスセンサの出力に基づいて排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料噴射量をフィードバック補正する空燃比フィードバック制御を行っているときに、空燃比フィードバック補正量に基づいて異種燃料が混入しているか否かを判定するようにしても良い。異種燃料の混入によって排出ガスの空燃比（排出ガスセンサの出力）が大きく変化すると、空燃比フィードバック補正量が大きくなって正常範囲（正常な燃料が供給されている場合の空燃比フィードバック補正量の範囲）から外れるため、空燃比フィードバック補正量を監視すれば、異種燃料が混入しているか否かを精度良く判定することができる。

更に、請求項３のように、異種燃料が混入していると判定されたときに、空燃比フィードバック補正量に基づいて異種燃料の混入割合を異種燃料混入割合推定手段により推定するようにしても良い。一般に、異種燃料の混入割合に応じて排出ガスの空燃比（排出ガスセンサの出力）が変化して空燃比フィードバック補正量が変化するため、空燃比フィードバック補正量を用いれば、異種燃料の混入割合を推定することができる。これにより、内燃機関の制御を異種燃料混入時用の制御に切り換える場合に、異種燃料の混入割合に応じた適正な制御を行うことが可能となる。

本発明は、請求項４のように、燃料としてガソリンを使用するガソリンエンジンに適用し、異種燃料として、軽油、灯油、重油のうちの少なくとも１つが混入しているか否かを判定するようにしても良い。このようにすれば、ガソリンエンジンに供給されるガソリンに軽油や灯油や重油が混入している場合に、その軽油や灯油や重油の混入を検出することができる。

また、請求項５のように、異種燃料が混入しているか否かを判定する際の判定条件を内燃機関の温度又はこれに関連性のある温度情報（例えば冷却水温や油温等）に応じて変更するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の温度によって燃料の気化特性やウエット量（壁面付着燃料量）等が変化して排出ガスの空燃比（排出ガスセンサの出力）が変化するのに対応して判定条件を適正に変化させることができ、異種燃料混入の判定精度を向上させることができる。ここで、判定条件を変化させる方法は、判定値を補正しても良いし、判定パラメータ（例えば空燃比フィードバック補正量）を補正しても良い。

以下、本発明を実施するための最良の形態をガソリンエンジン（燃料としてガソリンを使用するエンジン）に適用して具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられている。各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキングを検出するノックセンサ２９が取り付けられている。また、クランク軸２７の外周側には、クランク軸２７が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２８が取り付けられ、このクランク角センサ２８の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

燃料（ガソリン）を貯溜する燃料タンク３０内には、燃料を汲み上げる燃料ポンプ３１が設けられている。この燃料ポンプ３１から吐出される燃料は、燃料配管３２を通してデリバリパイプ３３に送られ、このデリバリパイプ３３から各気筒の燃料噴射弁２１に分配される。燃料配管３２のうちの燃料ポンプ３１付近には、フィルタ３４とプレッシャレギュレータ３５が接続され、このプレッシャレギュレータ３５によって燃料ポンプ３１の吐出圧が所定圧力に調圧され、その圧力を越える燃料の余剰分が燃料戻し管３６により燃料タンク３０内に戻されるようになっている。

上述した各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３７に入力される。このＥＣＵ３７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。

その際、ＥＣＵ３７は、所定の空燃比Ｆ／Ｂ制御実行条件が成立したときに、排出ガスセンサ２４の出力に基づいて排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように空燃比Ｆ／Ｂ補正量を算出し、この空燃比Ｆ／Ｂ補正量を用いて燃料噴射弁２１の燃料噴射量を補正する空燃比Ｆ／Ｂ制御を実行する。ここで、「Ｆ／Ｂ」は「フィードバック」を意味する（以下、同様）。

ところで、ガソリンエンジン１１の車両に、軽油や灯油等の異種燃料や異種燃料を混合した粗悪燃料が給油されても、燃料タンク３０内にガソリンがある程度残った状態で給油されるため、本実施例のような電子制御化されたエンジン制御システムでは、燃料タンク３０内のガソリンに対する異種燃料の混入割合が少なければ、点火時期制御等によってエンジン１１を運転することが可能であるが、異種燃料の混入割合が多くなるに従って、エンジンの燃焼状態が悪化してエンジン回転が不安定となり、ドライバビリティが悪化するばかりか、最悪の場合、エンジン１１が停止して走行不能に至る可能性もある。

そこで、ＥＣＵ３７は、後述する図３の異種燃料混入判定ルーチンを実行することで、排出ガスセンサ２４の出力に基づいてエンジン１１に供給される燃料に使用不可の異種燃料（軽油、灯油、重油等の少なくとも１つ）が混入しているか否かを次のようにして判定する。

エンジン１１に供給されるガソリンに、軽油、灯油、重油等の異種燃料が混入すると、排出ガスの空燃比がリーン方向に大きく変化し、それに応じて排出ガスセンサ２４の出力がリーン方向に大きく変化して正常範囲（正常な燃料が供給されている場合の排出ガスセンサ２４の出力の範囲）から外れるため、空燃比Ｆ／Ｂ制御の空燃比Ｆ／Ｂ補正量がリッチ方向に大きくなって正常範囲（正常な燃料が供給されている場合の空燃比Ｆ／Ｂ補正量の範囲）から外れる。

このような特性に着目して、図２のタイムチャートに示すように、空燃比Ｆ／Ｂ制御中に、空燃比Ｆ／Ｂ補正量が所定の正常範囲から外れたか否かを判定し、空燃比Ｆ／Ｂ補正量が正常範囲から外れたと判定された場合に、異種燃料（軽油、灯油、重油等）が混入していると判定する。これにより、異種燃料が混入しているか否かを精度良く判定することができ、異種燃料が混入している場合に、その異種燃料の混入を速やかに検出することができる。

更に、異種燃料の混入割合に応じて排出ガスの空燃比（排出ガスセンサ２４の出力）が変化して空燃比Ｆ／Ｂ補正量が変化するという特性に着目して、異種燃料が混入していると判定されたときに、空燃比Ｆ／Ｂ補正量に応じた異種燃料の混入割合をマップ（図４参照）又は数式等により算出することで異種燃料の混入割合を推定する。

以上説明した本実施例の異種燃料混入判定は、ＥＣＵ３７によって図３の異種燃料混入判定ルーチンに従って実行される。以下、このルーチンの処理内容を説明する。

図３に示す異種燃料混入判定ルーチンは、ＥＣＵ３７の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう異種燃料混入判定手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、空燃比Ｆ／Ｂ制御中であるか否かを判定し、空燃比Ｆ／Ｂ制御中ではないと判定されれば、ステップ１０２以降の異種燃料混入判定に関する処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０１で、空燃比Ｆ／Ｂ制御中であると判定された場合には、ステップ１０２以降の異種燃料混入判定に関する処理を次のようにして実行する。まず、ステップ１０２に進み、空燃比Ｆ／Ｂ制御の空燃比Ｆ／Ｂ補正量を読み込む。

この後、ステップ１０３に進み、空燃比Ｆ／Ｂ補正量が正常範囲から外れているか否か（空燃比Ｆ／Ｂ補正量が上限側判定値よりも大きいか又は下限側判定値よりも小さいか否か）を判定する。ここで、上限側判定値は、例えば、正常な燃料（ガソリン）が供給されている場合の空燃比Ｆ／Ｂ補正量の上限値（正の値）に設定され、下限側判定値は、例えば、正常な燃料（ガソリン）が供給されている場合の空燃比Ｆ／Ｂ補正量の下限値（負の値）に設定されている。

この場合、エンジン温度又はこれに関連性のある温度情報（例えば冷却水温や油温等）、に応じて判定値（上限側判定値と下限側判定値）を変更する。これにより、エンジン温度によって燃料の気化特性やウエット量（壁面付着量）等が変化して排出ガスの空燃比（排出ガスセンサ２４の出力）が変化するのに対応して判定値を適正に変化させる。

このステップ１０３で、空燃比Ｆ／Ｂ補正量が正常範囲内（空燃比Ｆ／Ｂ補正量が上限側判定値から下限側判定値までの範囲内）であると判定されれば、ステップ１０４に進み、軽油、灯油、重油等の異種燃料の混入無しと判定して、本ルーチンを終了する。

これに対して、上記ステップ１０３で、空燃比Ｆ／Ｂ補正量が正常範囲から外れている（空燃比Ｆ／Ｂ補正量が上限側判定値よりも大きいか又は下限側判定値よりも小さい）と判定されれば、ステップ１０５に進み、異種燃料（軽油、灯油、重油等）の混入有りと判定した後、ステップ１０６に進み、運転席のインストルメントパネルに設けられた異種燃料混入警告ランプ３８を点灯したり、或は、運転席のインストルメントパネルの警告表示部（図示せず）に「異種燃料混入」を警告表示して運転者に警告する。これにより、異種燃料の混入を運転者に早期に知らせる。

この後、ステップ１０７に進み、図４に示す異種燃料の混入割合のマップを参照して、現在の空燃比Ｆ／Ｂ補正量に応じて異種燃料の混入割合を算出する。異種燃料の混入割合が高くなるほど、排出ガスの空燃比（排出ガスセンサ２４の出力）の変化が大きくなって空燃比Ｆ／Ｂ補正量の絶対値が大きくなる傾向があるため、図４に示す異種燃料の混入割合のマップは、空燃比Ｆ／Ｂ補正量の絶対値が大きくなるほど異種燃料の混入割合が高くなるように設定されている。このステップ１０７の処理が特許請求の範囲でいう異種燃料混入割合推定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０８に進み、エンジン１１の運転制御（例えば、燃料噴射制御、スロットル制御、トルク制御、空燃比制御、アイドル回転速度制御等のうちの少なくとも１つ）を異種燃料混入時用の制御に切り換えて、車両をできるだけ長く安全に走行できるようにする。その際、異種燃料の混入割合に応じて異種燃料混入時用の制御を実行することで、異種燃料の混入割合に応じた適正な制御を行う。

以上説明した本実施例では、エンジン１１に供給されるガソリンに、軽油、灯油、重油等が混入すると、排出ガスの空燃比（排出ガスセンサ２４の出力）がリーン方向に大きく変化して、空燃比Ｆ／Ｂ補正量がリッチ方向に大きくなって正常範囲から外れるという特性に着目して、空燃比Ｆ／Ｂ補正量が正常範囲から外れたか否かを判定し、空燃比Ｆ／Ｂ補正量が正常範囲から外れたと判定された場合に、異種燃料（軽油、灯油、重油等）が混入していると判定するようにしたので、異種燃料が混入しているか否かを精度良く判定することができ、異種燃料が混入している場合に、その異種燃料の混入を速やかに検出することができる。これにより、異種燃料が混入している場合に、その異種燃料の混入を異種燃料混入警告ランプ３８等で運転者に知らせることが可能となり、運転者に早急に燃料の入れ替え等の処置を行うように促すことができる。また、異種燃料が混入している場合に、エンジン１１の制御を異種燃料混入時用の制御に切り換えて、車両をできるだけ長く安全に走行できるようにすることもできる。

更に、本実施例では、異種燃料の混入割合に応じて排出ガスの空燃比（排出ガスセンサ２４の出力）が変化して空燃比Ｆ／Ｂ補正量が変化するという特性に着目して、異種燃料が混入していると判定されたときに、空燃比Ｆ／Ｂ補正量に基づいて異種燃料の混入割合を推定するようにしたので、異種燃料の混入割合を精度良く推定することができる。これにより、エンジン１１の制御を異種燃料混入時用の制御に切り換えた場合に、異種燃料の混入割合に応じた適正な制御を行うことができる。

しかしながら、本発明は、異種燃料が混入していると判定されたときに、異種燃料の混入割合を推定しない構成としても良いことは言うまでもない。

また、本実施例では、異種燃料が混入しているか否かを判定する際の判定値（上限側判定値と下限側判定値）をエンジン温度又はこれに関連性のある温度情報（例えば冷却水温や油温等）に応じて変更するようにしたので、エンジン温度によって燃料の気化特性やウエット量（壁面付着量）等が変化して排出ガスの空燃比（排出ガスセンサ２４の出力）が変化するのに対応して判定値を適正に変化させることができ、異種燃料混入の判定精度を向上させることができる。

尚、上記実施例では、異種燃料が混入しているか否かを判定する際の判定値をエンジン温度又はこれに関連性のある温度情報に応じて変更するようにしたが、判定パラメータ（空燃比Ｆ／Ｂ補正量）をエンジン温度又はこれに関連性のある温度情報に応じて変更するようにしても良い。

また、上記実施例では、空燃比Ｆ／Ｂ補正量が正常範囲から外れたか否かによって異種燃料が混入しているか否かを判定するようにしたが、異種燃料混入の判定方法は、適宜変更しても良く、例えば、排出ガスセンサ２４の出力が正常範囲から外れたか否かによって異種燃料が混入しているか否かを判定するようにしても良い。或は、排出ガスセンサ２４の出力の変化量や空燃比Ｆ／Ｂ補正量の変化量を判定値と比較して異種燃料が混入しているか否かを判定するようにしても良い。

また、上記実施例では、エンジン１１に供給されるガソリンに、異種燃料として、軽油、灯油、重油が混入しているか否かを判定するようにしたが、許容量以上のアルコールが混入しているか否かを判定するようにしても良い。

また、本発明は、図１に示すような吸気ポート噴射式エンジンに限定されず、筒内噴射式エンジンや、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。

更に、燃料として軽油を使用するディーゼルエンジンに本発明を適用して、排出ガスセンサ２４の出力に基づいてエンジンに供給される軽油に使用不可の異種燃料であるガソリンが混入しているか否かを判定するようにしても良い。

また、燃料として、ガソリン、アルコール、ガソリンにアルコールを混合したアルコール混合燃料をいずれも使用可能なバイフューエルエンジンに本発明を適用して、排出ガスセンサ２４の出力に基づいてエンジンに供給される燃料に使用不可の異種燃料である軽油、灯油、重油等が混入しているか否かを判定するようにしても良い。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 異種燃料混入の判定方法を説明するタイムチャートである。 異種燃料混入判定ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 異種燃料混入割合のマップの一例を概念的に示す図である。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２４…排出ガスセンサ、３０…燃料タンク、３１…燃料ポンプ、３２…燃料配管、３７…ＥＣＵ（異種燃料混入判定手段，異種燃料混入割合推定手段）、３８…異種燃料混入警告ランプ

Claims (5)

1. 内燃機関の排出ガスの空燃比又はリッチ／リーンを検出する排出ガスセンサと、
   前記排出ガスセンサの出力に基づいて前記内燃機関に供給される燃料に異種燃料が混入しているか否かを判定する異種燃料混入判定手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の異種燃料混入判定装置。
2. 前記排出ガスセンサの出力に基づいて排出ガスの空燃比を目標空燃比に一致させるように燃料噴射量をフィードバック補正する空燃比フィードバック制御手段を備え、
   前記異種燃料混入判定手段は、前記空燃比フィードバック制御手段による空燃比フィードバック補正量に基づいて前記異種燃料が混入しているか否かを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異種燃料混入判定装置。
3. 前記異種燃料混入判定手段により前記異種燃料が混入していると判定されたときに、前記空燃比フィードバック補正量に基づいて前記異種燃料の混入割合を推定する異種燃料混入割合推定手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の異種燃料混入判定装置。
4. 前記内燃機関は、燃料としてガソリンを使用するガソリンエンジンであり、
   前記異種燃料混入判定手段は、前記異種燃料として、軽油、灯油、重油のうちの少なくとも１つが混入しているか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の異種燃料混入判定装置。
5. 前記異種燃料混入判定手段は、前記異種燃料が混入しているか否かを判定する際の判定条件を前記内燃機関の温度又はこれに関連性のある温度情報に応じて変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の異種燃料混入判定装置。

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