CN104343556A - 估计酒精燃料混合物中的酒精浓度的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种估计酒精燃料混合物中的酒精浓度的方法和装置。所述方法包括：按化学计量条件，控制被供以酒精燃料混合物的内燃发动机的工作；基于来自感测按化学计量条件控制的内燃发动机的燃烧室内的压力的压力传感器的信号，确定第一参数；以及基于所确定的第一参数、以及预先存储的第一参数与酒精燃料混合物的酒精浓度之间的关系，确定酒精燃料混合物的酒精浓度。

Description

估计酒精燃料混合物中的酒精浓度的方法和装置
技术领域
本发明涉及估计提供给内燃发动机的酒精燃料混合物中的酒精浓度的方法和装置。
背景技术
近年来，为了对汽车的内燃发动机进行供给，酒精燃料混合物（诸如汽油和酒精（诸如乙醇）的混合物）已经以不同的酒精浓度引入全球的市场。例如，近来在多个国家引入了E10，其中E10是10%的无水乙醇和90%的汽油的燃料混合物，其可以用于最现代的汽车和轻型车辆的内燃发动机，而不需要更改发动机或燃料系统。
通常，驾驶者可以在各个国家的加油站，在具有不同酒精浓度的不同燃料种类之中进行选择，并且取决于驾驶者的选择，存储在汽车的燃料箱中的燃料中的实际酒精浓度会在燃料箱的每次填充时变化，并且在供给内燃发动机时通常是未知的。当利用酒精燃料混合物时，合乎期望的是利用针对所供给的燃料中包含的实际酒精浓度而优化的发动机控制单元（ECU），控制内燃发动机的工作，以便降低燃料消耗和尽可能好地减少燃烧产生的排放物。为此，有必要检测所供给的燃料的实际酒精浓度，以便能够优化控制。
在现有技术中，通常基于被称为每单位燃料质量的放热（例如，单位为J/kg）的量值，检测供给的燃料的实际酒精浓度，通过首先计算放热率，随后基于燃料-空气比（F/A）传感器的传感器输出和质量流量传感器输出计算单位燃料质量，可以计算每单位燃料质量的放热。基于如图1中所示的每单位燃料质量的放热和酒精混合浓度之间的关系，原则上可以确定酒精混合浓度。在JP-A-Sho62-88153和JP-A-2009-74515（US2011/0301828A1）中，描述了基于每单位燃料质量的放热的这种酒精混合浓度确定的实例。
然而，根据现有技术的每单位燃料质量的放热的计算会对ECU产生显著的处理负荷，并且需要利用F/A传感器测量燃料-空气比，所述燃料-空气比的测量适合于汽油，但是相当不精确并且困难，从而对乙醇燃料混合物来说不可能。
发明内容
为了避免如上所述的现有技术的问题，本发明的目的是提供一种高效且可靠地估计供给内燃发动机的酒精燃料混合物中的酒精浓度的解决方案。具体地，本发明的目的是提供一种在降低ECU的处理负担的情况下，例如通过避免计算每单位燃料质量的放热的需要、以及通过避免利用F/A传感器的输出的需要，可靠、高效且精确地估计供给内燃发动机的酒精燃料混合物中的酒精浓度的方式。
鉴于本发明的上述目的，根据本发明，提出了一种根据权利要求1所述的估计提供给内燃发动机的酒精燃料混合物中的酒精浓度的方法，根据权利要求12所述的估计提供给内燃发动机的酒精燃料混合物中的酒精浓度的装置，以及根据权利要求14所述的计算机程序产品。从属权利要求涉及本发明的优选实施例。
根据本发明的一个方面，提供了一种估计提供给内燃发动机的酒精燃料混合物中的酒精浓度的方法，所述方法包括：按化学计量条件，控制被供以酒精燃料混合物的内燃发动机的工作；基于来自压力传感器的信号，确定第一参数，所述压力传感器感测按化学计量条件控制的内燃发动机的燃烧室内的压力；以及基于所确定的第一参数、以及预先存储的第一参数与酒精燃料混合物的酒精浓度之间的关系，确定酒精燃料混合物的酒精浓度。
根据本发明，有利的是能够直接基于测量燃烧室内的压力的压力传感器的传感器信号，估计提供给内燃发动机的酒精燃料混合物中的酒精浓度，因为发动机首先被控制成在化学计量条件下工作，以便进行酒精燃料混合物中的酒精浓度的估计，其中可以基于发动机实验，找出指示压力的参数和酒精浓度之间的关系，并把所述关系预先存储在发动机控制单元的存储单元中。因此，与现有技术的方法相比，能够显著降低处理负担，因为不必计算每单位燃料质量的放热。
根据一个优选方面，第一参数可以表示燃烧室内的压力与燃烧室容积的乘积的最大值。
根据一个优选方面，第一参数可以表示燃烧室内的压力和燃烧室容积的乘积的最大值与每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间之比（商）。
根据备选的优选方面，第一参数可以表示在燃烧室中往复运动的活塞的第一活塞位置的燃烧室内的压力。
根据一个优选方面，第一活塞位置可以是活塞的上死点位置；或者第一活塞位置可以是优选地当活塞从上死点位置朝着活塞的下死点位置退回时，在晚于活塞的上死点位置的曲柄角度的活塞位置。
根据一个优选方面，按化学计量条件控制被供以酒精燃料混合物的内燃发动机的工作的步骤可以包括：基于来自氧传感器的信号，确定是否在按化学计量条件控制内燃发动机，所述氧传感器感测从燃烧室排出的燃烧气体中的氧浓度。
这具有以下优点：由于借助O2传感器（氧传感器）能够简单、可靠且精确地观察和反馈控制在化学计量条件下的发动机的工作，因此即使就酒精浓度高的酒精燃料混合物来说，也不必在估计酒精浓度时利用可靠性和精确性较低的F/A传感器，因为对于渐增的酒精浓度，F/A传感器输出会变得不可靠和不精确。
优选地，按化学计量条件控制被供以酒精燃料混合物的内燃发动机的工作的步骤可以包括：当确定内燃发动机在贫燃条件或富燃条件下工作时，改变每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间，直到基于来自氧传感器的信号，确定按化学计量条件控制内燃发动机为止。
优选地，改变每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间的步骤可以包括：当确定内燃发动机在贫燃条件下工作时，增大每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间。优选地，改变每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间的步骤可以包括：当确定内燃发动机在富燃条件下工作时，减少每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间。
此外，优选地，当确定内燃发动机在贫燃条件或富燃条件下工作时，迭代地重复改变每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间，直到确定按化学计量条件控制内燃发动机为止。
此外，优选地，可以持续预定的Nref次迭代来迭代地进行使每燃烧循环的燃料喷射期改变第一数量的操作，直到确定按化学计量条件控制内燃发动机为止，当在第Nref次迭代之后，仍未按化学计量条件控制内燃发动机时，对于第(Nref+1)次迭代和后续迭代，可以优选迭代地使每燃烧循环的燃料喷射期改变第二数量，所述第二数量的绝对值大于第一数量的绝对值，直到确定按化学计量条件控制内燃发动机为止。
这具有以下优点：当在较小的数量适合于汽油或者酒精浓度很低的酒精燃料混合物的反馈控制的情况下，使喷射期改变较小的第一数量不会使内燃发动机进入化学计量条件时，通过在酒精燃料混合物的酒精浓度较高的情况下，使燃料喷射期改变较大的第二数量，能够在向内燃发动机供给酒精燃料混合物的情况下，使发动机更快地进入化学计量条件。
根据一个优选方面，当在Nref次或者更少次数的迭代之后，已按化学计量条件控制内燃发动机时，可以确定供给内燃发动机的燃料实质上只包含汽油，和/或当在Nref次或者更少次数的迭代之后，已按化学计量条件控制内燃发动机时，所述方法可以优选地避免确定酒精燃料混合物的酒精浓度。
根据一个优选方面，当内燃发动机处于空转状态时，可以按化学计量条件控制内燃发动机的工作；或者当内燃发动机处于恒定负荷条件（稳态转矩条件），例如在恒速条件下行驶时，可以按化学计量条件控制内燃发动机的工作。
根据本发明的另一方面，提供了一种根据如上所述的一个或多个方面的方法，估计提供给内燃发动机的酒精燃料混合物中的酒精浓度的装置。
根据本发明的一个方面，所述装置可以包括：按化学计量条件，控制被供以酒精燃料混合物的内燃发动机的工作的控制单元；接收来自感测内燃发动机的燃烧室内的压力的压力传感器的信号、和/或来自感测从燃烧室排出的燃烧气体中的氧浓度的氧传感器的信号的传感器输入单元；以及处理单元，用于基于来自感测按化学计量条件控制的内燃发动机的燃烧室内的压力的压力传感器的信号来确定第一参数，并且基于所确定的第一参数、和预先存储的第一参数与酒精燃料混合物的酒精浓度之间的关系，确定酒精燃料混合物的酒精浓度。
优选地，所述装置可以包括：存储第一参数与酒精燃料混合物的酒精浓度之间的关系的存储单元。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括使车辆控制装置执行如上所述的一个或多个方面的方法的各步骤的计算机程序单元的计算机程序产品。
附图说明
图1示例性地示出酒精混合浓度和每单位燃料质量的放热（单位为J/kg）之间的关系。
图2A示例性地示出燃料空气比（F/A）传感器的取决于燃料空气比的传感器输出。
图2B示例性地示出氧传感器的取决于燃料空气比的传感器输出。
图3示例性地示出发动机系统。
图4示例性地示出发动机控制单元的示意图。
图5示例性地示出用于酒精浓度检测的控制块的示意图。
图6示例性地示出根据本发明的第一实施例的判断检测酒精浓度的检测开始的流程图。
图7示例性地示出根据本发明的第一实施例的进行酒精浓度检测的流程图。
图8示例性地示出在一个燃烧循环期间，压力和燃烧室容积的乘积随时间而变的行为。
图9示例性地示出燃烧室内的压力和燃烧室容积的乘积的最大值与喷射期之比和每单位燃料质量的放热之间的关系。
图10示例性地示出酒精混合浓度与燃烧室内的压力和燃烧室容积的乘积的最大值与喷射期之比之间的关系。
图11示例性地示出就汽油以及乙醇与汽油的混合物来说，燃烧室内的压力和燃烧室容积的乘积的最大值与喷射期之比的时间演化。
图12是根据本发明的第一实施例，在估计酒精燃料混合物中的酒精浓度期间的各个传感器输出和ECU参数的实例的图示。
图13示例性地示出根据本发明的第二实施例的判断检测酒精浓度的检测开始的流程图。
图14示例性地示出根据本发明的第二实施例的进行酒精浓度检测的流程图。
图15示例性地示出就汽油以及酒精燃料混合物来说，作为活塞位置的函数的燃烧室中的压力的行为。
图16示例性地示出就汽油、乙醇和汽油的混合物、乙醇来说，作为当量比的函数的层流火焰传播速度。
图17示例性地示出上死点位置的压力与酒精混合浓度之间的关系。
图18示例性地示出就汽油以及乙醇和汽油的混合物来说，上死点位置的压力的时间演化。
图19是根据本发明的第二实施例，在估计酒精燃料混合物中的酒精浓度期间的各个传感器输出和ECU参数的实例的图示。
具体实施方式
下面将参考附图说明本发明的优选实施例。说明的实施例的特征和方面可以被修改或组合，以形成本发明的另外的实施例。
图1示例性地示出酒精混合浓度和每单位燃料质量的放热（单位为J/kg）之间的关系。汽油的每单位燃料质量的放热大于酒精的每单位燃料质量的放热，因此，混合燃料中的较高酒精浓度会导致较低的每单位燃料质量的放热，即，每单位燃料质量的放热随着酒精燃料混合物中的酒精浓度的增大而降低。
根据这种关系，如果能够计算每单位燃料质量的放热，那么基于每单位燃料质量的放热，就可以检测酒精混合浓度。然而，计算每单位燃料质量的放热是困难的，因为计算每燃烧循环的放热会对发动机控制单元（ECU）施加较高的处理负担，并且必须利用F/A传感器检测燃料-空气比，所述燃料-空气比的检测足够困难，以致对酒精燃料混合物来说不可能。因此，合乎期望的是找出与每单位燃料质量的放热率相关的另一指标。
图2A示例性地示出F/A（燃料空气比）传感器的取决于燃料空气比的传感器输出。原则上，F/A传感器的传感器输出随燃料空气比的增大而增大。如果燃料空气比较低，那么这被称为贫燃条件，而如果燃料空气比较高，那么这被称为富燃条件。
图2B示例性地示出O2（氧）传感器的取决于燃料-空气比的传感器输出。从图2B可以看出，O2传感器能够可靠地区分贫燃条件和富燃条件，特别地，O2传感器能够可靠地检测何时内燃发动机在化学计量燃烧条件下工作。具体地，O2传感器能够关于汽油以及酒精燃料混合物，可靠且精确地检测何时内燃发动机在化学计量燃烧条件下工作。
图3示例性地示出内燃发动机的发动机系统100。在内燃发动机的汽缸体6的汽缸10中，设置有内燃发动机的燃烧室。借助把空气吸入燃烧室的进气口5和从燃烧室排出燃烧废气产物的排气口7之间的进气和排气阀13，连接汽缸10。借助燃料喷射器3，把燃料喷入燃烧室中。在排气口7，示例性地设置有三元催化剂9。
图3的发动机系统100包括多个传感器和致动器。在传感器之中，发动机系统100示例性地包括空气质量流量传感器1、氧传感器8（O2传感器）、加速踏板位置传感器11、压力传感器12和曲柄角度传感器14。在致动器之中，发动机系统100示例性地包括节气阀装置2、燃料喷射器3和喷射火花塞4。基于发动机控制单元（ECU）20提供的控制信号控制致动器，ECU20接收来自传感器的传感器输入，并基于控制程序计算对应的致动器控制信号。
在内燃发动机的进气口5，设置有空气质量流量传感器1以检测流向燃烧室的气流中的空气质量，并且设置有节气阀装置2以控制引入燃烧室的空气质量。设置燃料喷射器3以向燃烧室供给燃料，并且设置火花塞4以便点燃燃烧室中的空气燃料混合物。
进气口5和排气口7连接到燃烧室。在排气口7，设置O2传感器8（氧传感器）以检测来自燃烧室的废气中的氧的浓度，特别地，O2传感器8适合于检测内燃发动机的化学计量燃烧条件（例如，参见图2B）。
另外，在连接到排气口7的排气管上配备减少有害排放成分的三元催化剂9。设置汽缸10以燃烧燃烧室中的空气燃料混合物。在发动机系统100上，配备检测加速踏板的加速踏板开角的加速踏板位置传感器11。在汽缸10上配备检测燃烧室中的压力的压力传感器12。
设置发动机控制单元（ECU）20，用于控制内燃发动机、基于传感器输入生成致动器控制信号、并控制进气和排气阀从而控制燃烧室内的空气质量。来自空气质量流量传感器1和O2传感器8的传感器信号被传送给ECU20，ECU20基于从加速踏板位置传感器11接收的传感器信号，计算需求转矩。ECU20还基于曲柄角度传感器14的传感器输出，计算发动机转速。
图4示例性地示出发动机控制单元20的示意图。发动机控制单元20示例性地包括输入电路20a、输入输出端口20b、示例性地包括RAM20c和ROM20d的存储单元、作为处理单元的CPU20e、以及多个驱动电路，所述驱动电路示例性地包括电控节气阀驱动电路20f、喷射器驱动电路20g和点火驱动电路20h。
空气质量流量传感器1、O2传感器8、加速度传感器11、压力传感器12和曲柄角度传感器14的传感器信号被输入到ECU20的输入电路20a中。输入的传感器信号从输入电路20a被传送给输入输出端口20b，传送给输入输出端口20b的值可以存储在RAM20c中，并应用于由CPU（中央处理单元）20e进行的致动器运动的计算。
用于致动器运动的计算的控制程序可以预先存储在ROM20d中。由控制程序计算的致动器信号、致动量和其它结果可以存储在RAM20c中，随后这些值可以被传送给输入输出端口20b的输出端口，随后可以通过多个驱动电路中的相应驱动电路被发送给对应的致动器。示例性地，作为驱动电路，图4的ECU20具有向节气阀装置2传送致动器控制信号以控制节气阀装置2的电控节气阀体驱动电路20f，向喷射器3传送控制信号以控制喷射器3的喷射器驱动电路20g，以及向火花塞4传送控制信号以控制火花塞4的点火驱动电路20h。
图5示例性地示出用于酒精浓度检测的控制块的示意图。该控制块可以用硬件、软件或者它们的组合来实现。本实例的控制块具有两个单元，用于判断开始酒精浓度检测的条件（即，用于判断是否应该确定酒精燃料混合物中的酒精浓度）的判断单元201，以及用于确定或估计酒精燃料混合物中的酒精浓度的酒精浓度确定单元202。判断单元201可以利用来自空气质量流量传感器1、氧传感器8、压力传感器12和曲柄角度传感器14的传感器输入。酒精浓度确定单元202可以输出估计的酒精浓度或者用于燃料喷射器3的控制的喷射期。
图6示例性地示出根据本发明的第一实施例的判断检测酒精浓度的检测开始的流程图。示例性地，图6的流程图的处理可以由图5的判断单元201执行。
在步骤S300，判断单元201检查检测开始标记是ON还是OFF。检测开始标记指示酒精浓度确定单元202是否应进行酒精检测。如果步骤S300返回“是”，那么在步骤S310可以输出检测开始标记、并输出当前喷射期。当前喷射期指示供给燃烧室的燃料的喷射期，发动机控制单元20应基于所述喷射期控制喷射器3。在步骤S310之后，在下一个控制循环中，判断单元201可以再次从步骤S300开始。
如果步骤S300返回“否”，那么判断单元201继续步骤S301，并基于加速踏板位置传感器11的传感器输出和/或基于提供给节气阀装置2的致动器信号，确定需求转矩是否是空转转矩。如果步骤S301返回“否”，即如果当前未以空转条件控制内燃发动机，那么判断单元201继续步骤S303，把整数Niter设定为0，并在步骤S305中把检测开始标记设定为OFF。然后，判断单元201继续步骤S310，并输出检测开始标记和当前喷射期。在步骤S310之后，在下一个控制循环中，判断单元201可以再次从步骤S300开始。
上面，整数Niter代表指示在下面结合图7说明的酒精浓度检测循环之外，为了使内燃发动机的工作从贫燃条件进入化学计量条件而需要的控制迭代的次数的指数。
另一方面，如果步骤S301返回“是”，即当以空转条件控制内燃发动机时，判断单元201继续步骤S302，并且基于来自O2传感器8的传感器输入，确定内燃发动机的燃烧条件。具体地，判断单元201基于来自O2传感器8的传感器输入，确定内燃发动机是在贫燃条件下、在化学计量条件下、还是在富燃条件下工作（例如，参见上面的图2B）。
如果在步骤S302，判断单元201确定内燃发动机在化学计量条件下工作，那么判断单元201继续步骤S303，把整数Niter设定为0，并在步骤S305把检测开始标记设定为OFF。随后，判断单元201继续步骤S310，输出检测开始标记和当前喷射期。在步骤S310之后，在下一个控制循环中，判断单元201可以在下一次迭代中再次从步骤S300开始。
如果在步骤S302中，判断单元201确定内燃发动机在富燃条件下工作，那么判断单元201继续步骤S304，把喷射期减小特定量，以便降低燃料空气比，使内燃发动机进入化学计量条件，随后继续步骤S303，把整数Niter设定为0，并在步骤S305把检测开始标记设定为OFF。随后，判断单元201继续步骤S310，输出检测开始标记和当前（减小的）喷射期。在步骤S310之后，在下一个控制循环中，判断单元201可以在下一次迭代中再次从步骤S300开始。
如果在步骤S302中判断单元201确定内燃发动机在贫燃条件下工作，那么判断单元201继续步骤S306，确定整数Niter的当前迭代值是否小于参考值Nref（参考值Nref通常可以被选为例如从5到10的整数）。如果步骤S306返回“是”，那么判断单元201继续步骤S307，把喷射期增大特定量，以便降低燃料空气比，使内燃发动机进入化学计量条件，随后继续步骤S308，把整数Niter加1（即，Niter→Niter+1），并在步骤S305把检测开始标记设定为OFF。随后，判断单元201继续步骤S310，输出检测开始标记和当前（增大的）喷射期。在步骤S310之后，在下一个控制循环中，判断单元201可以在下一次迭代中再次从步骤S300开始。
另一方面，一旦步骤S306返回“否”，判断单元201就继续步骤S309，把检测开始标记设定为ON，随后继续步骤S310，输出检测开始标记和当前喷射期。在步骤S310之后，在下一个控制循环中，判断单元201可以在下一次迭代中再次从步骤S300开始。
如果步骤S306返回“否”，这基本上指示尽管已经Nref次迭代地把用于增大燃料空气比的喷射器3的喷射期增大特定量，但是内燃发动机仍然在贫燃条件下工作，而不是在化学计量（或者富燃）条件下工作。这里，选择Nref的数值，使得如果向内燃室供给纯汽油，那么内燃发动机会在化学计量（或富燃）条件下工作。因此，一旦步骤S306返回“否”，判断单元201就确定酒精燃料混合物被供给内燃发动机，于是通过在步骤S309中把检测开始标记设定为ON，开始通过酒精浓度检测单元202对酒精燃料混合物中的酒精浓度进行估计。
应注意的是，在上面所述的步骤S304和S307中，喷射量可以被改变绝对量，或者喷射量可以被改变相对量，例如，通过在步骤S304中把喷射量设定为C*当前喷射量（C<1）、以及通过在步骤S307中把喷射量设定成D*当前喷射量（D>1）。
图7示例性地示出根据本发明的第一实施例的进行酒精浓度检测的流程图。示例性地，图7的流程图的处理可以由图5的酒精浓度检测单元202执行。
在步骤S321，酒精浓度检测单元202检查检测开始标记是被设定为ON还是OFF。如果步骤S321返回“否”，那么酒精浓度检测单元202继续步骤S330，输出酒精检测标记和当前喷射期。根据下面的说明将变得明显的是，酒精检测标记指示酒精浓度检测单元202是否已估计酒精浓度。在步骤S330之后，在下一个控制循环中，酒精浓度检测单元202可以在下一次迭代中再次从步骤S321开始。
如果步骤S321返回“是”，即当检测开始标记被设定为ON时（例如，当上面的判断单元201已执行了步骤S309时），酒精浓度检测单元202继续步骤S322，基于来自O2传感器8的传感器输入，确定内燃发动机的燃烧条件。具体地，酒精浓度检测单元202基于来自O2传感器8的传感器输入，确定内燃发动机是在贫燃条件下、在化学计量条件下、还是在富燃条件下工作（例如，参见上面的图2B）。
如果步骤S322的结果是确定内燃发动机在贫燃条件下工作，那么酒精浓度检测单元202继续步骤S324，在步骤S324中增大用于喷射器3的控制的喷射期，并在步骤S325中把酒精检测标记设定为“否”。另一方面，如果步骤S322的结果是确定内燃发动机在富燃条件下工作，那么酒精浓度检测单元202继续步骤S323，在步骤S324中减小用于喷射器3的控制的喷射期，并在步骤S325中把酒精检测标记设定为“否”。在步骤S325之后，酒精浓度检测单元202继续步骤S330，输出酒精检测标记和当前喷射期。在步骤S330之后，在下一个控制循环中，酒精浓度检测单元202可以在下一次迭代中再次从步骤S321开始。
如果步骤S322的结果是确定内燃发动机在化学计量条件下工作，那么酒精浓度检测单元202继续步骤S326，计算参数(PV)max，参数(PV)max指示在一个燃烧循环期间，燃烧室内的压力和燃烧室容积的乘积的最大值（参见下面的图8）。参数(PV)max可以由酒精浓度检测单元202基于来自曲柄角度传感器14和压力传感器12的传感器输入来计算，其中燃烧室容积可以预先存储在发动机控制单元20的存储单元中。
在步骤S327，酒精浓度检测单元202继续基于酒精浓度和参数PV(max)与当前喷射期之比之间的关系，估计酒精燃料混合物的酒精浓度。这种关系可以预先存储在发动机控制单元20的存储单元中。下面将进一步讨论所述确定的原理。
在步骤S328，酒精浓度检测单元202继续检查估计的酒精浓度是否已收敛（即，估计的酒精浓度是否与在以前的迭代中估计的酒精浓度相似）。步骤S328的目的是使酒精浓度的估计更精确、可靠和鲁棒，因为测量中随循环而变的潜在变化的影响可以得到减小。还可以通过一旦获得估计值就把多次循环迭代的估计值求平均，使酒精浓度的估计更精确、可靠和鲁棒。
如果步骤S328返回“否”，那么酒精浓度检测单元202继续步骤S325，把酒精检测标记设定为“否”。否则，如果步骤S328返回“是”，那么酒精浓度检测单元202继续步骤S329，把酒精检测标记设定为“是”。随后，在这两种情况下，酒精浓度检测单元202都继续步骤S330，输出酒精检测标记和当前喷射期。在步骤S330之后，在下一个控制循环中，酒精浓度检测单元202可以在下一次迭代中再次从步骤S321开始。
在上面的步骤S323和S324中，可以与如上所述的步骤S304和S307类似地改变喷射期，即在上面说明的步骤S323和S324中，喷射量可以被改变绝对量，或者喷射量可以被改变相对量，例如通过在步骤S323中把喷射量设定为C*当前喷射量（C<1）、以及通过在步骤S324中把喷射量设定成D*当前喷射量（D>1）。
这里，特定量可以大于步骤S304和S307的特定量，使得与步骤S304和S307相比，在步骤S323和S324中更显著地改变喷射期。此外，可选地，在步骤S324中，为了更快地逼近化学计量条件，增大的新的喷射期可以被计算为0.5*(当前喷射期+乙醇燃料的参考喷射期)，其中乙醇燃料的参考喷射期是当在空转条件下向内燃发动机供给乙醇时，用于按化学计量条件控制内燃发动机的喷射期。
图8示例性地示出在一个燃烧循环期间，压力和燃烧室容积的乘积随时间而变的行为。图8示出结合上面的步骤S326提及的参数(PV)max的定义。参数(PV)max对应于在一个燃烧循环中，由压力传感器12感测的燃烧室中的压力和燃烧室容积的乘积的最大值。
图9示例性地示出燃烧室内的压力和燃烧室容积的乘积的最大值与喷射期之比（即，上面讨论的(PV)max与喷射期之商）和每单位燃料质量的放热之间的关系。可以在发动机试验台上，为内燃发动机确定这种关系。原则上，在相同的点火定时下，(PV)max与喷射期之商和每单位燃料质量的放热成比例，在点火定时和喷射定时相同的实验期间，可以在发动机试验台上定义出比例曲线。
图10示例性地示出酒精混合浓度与燃烧室内的压力和燃烧室容积的乘积的最大值与喷射期之比之间的关系。这种关系可以预先存储在发动机控制单元20的存储单元中，诸如存储在ROM20d中。
图11示例性地示出就汽油以及乙醇与汽油的混合物来说，燃烧室内的压力和燃烧室容积的乘积的最大值与喷射期之比的时间演化。从图11可以看出，和乙醇与汽油的混合物的(PV)max与喷射期之商相比，汽油的(PV)max与喷射期之商较高。这种关系可以在在上面的步骤S327中用于以减小的发动机控制单元20的处理负担来估计酒精燃料混合物中的酒精浓度。
图12是根据本发明的第一实施例，在估计酒精燃料混合物中的酒精浓度期间的各个传感器输出和ECU参数的实例的图示。
首先，在时间t1，需求转矩下降为空转条件的转矩（图12的第1行）。结果，喷射期被设定成空转条件的短默认喷射期（图12的第4行）。如果供给的燃料不是纯汽油，而是酒精燃料混合物（即，汽油和诸如乙醇之类的酒精的混合物），那么O2传感器会检测到贫燃条件，因为短默认喷射期是如果向内燃发动机供给纯汽油，那么在空转状态下，使内燃发动机在（或者至少接近）化学计量条件下工作的默认喷射期，即步骤S302返回“贫燃”。
为了使内燃发动机的工作进入化学计量条件，在时间t1和t2之间，反复增大喷射期（图12的第4行）（步骤S307），并且在时间t1和t2之间，反复增大整数Niter（图12的第6行）（步骤S308），直到在时间t2，整数Niter变得等于参考整数Nref为止。因此，上面的步骤S306产生“否”，并且在时间t2，在步骤S309检测开始标记被设定为“ON”（图12的第9行）。一旦检测开始标记被设定成ON，就归因于上面讨论的步骤S324，以更高的比率增大喷射期。结果，在图12的第4行中，在时间t2之后，喷射期的增大斜率变得更大。具体地，时间t2之前的喷射期的控制对应于关于汽油的O2反馈控制，而时间t2之后的喷射期的控制对应于关于酒精浓度检测的O2反馈控制。
在时间t3之后，内燃发动机在化学计量条件下工作，开始酒精浓度的检测（反复进行步骤S326和S327），从而确定酒精浓度（图12的第8行）。一旦在几次迭代之后，检测到在步骤S326和S327中确定的参数已收敛（步骤S328产生“是”），就在图12的第10行中，在时间t4之前不久，把酒精检测标记设定为“是”。最后，在时间t4，检测开始标记可以设定为OFF（图12的第9行），并且在时间t4之后，发动机控制单元20基于所确定的酒精浓度比率，适当地控制所有致动器。
图13示例性地示出根据本发明的第二实施例的判断检测酒精浓度的检测开始的流程图。示例性地，图13的流程图的处理可以由图5的判断单元201执行。
在步骤S400，判断单元201检查检测开始标记是ON还是OFF。检测开始标记指示酒精浓度确定单元202是否应执行酒精检测。如果步骤S400返回“是”，那么在步骤S410，可以输出检测开始标记并输出当前喷射期。当前喷射期指示供给燃烧室的燃料的喷射期，发动机控制单元20应基于所述喷射期控制喷射器3。在步骤S410之后，在下一个控制循环中，判断单元201可以再次从步骤S400开始。
如果步骤S400返回“否”，那么判断单元201继续步骤S401，基于加速踏板位置传感器11的传感器输出和/或基于提供给节气阈装置2的致动器信号，确定需求转矩是否是检测用的预先确定的转矩。如果步骤S401返回“否”，那么判断单元201继续步骤S403，把整数Niter设定为0，并在步骤S405中把检测开始标记设定为OFF。随后，判断单元201继续步骤S410，输出检测开始标记和当前喷射期。在步骤S410之后，在下一个控制循环中，判断单元201可以再次从步骤S400开始。
上面，整数Niter代表指示在上面结合图7说明的酒精浓度检测循环之外，为了使内燃发动机的工作从贫燃条件进入化学计量条件而需要的控制迭代的次数的指数。
另一方面，如果步骤S401返回“是”，那么判断单元201继续步骤S402，基于来自O2传感器8的传感器输入，确定内燃发动机的燃烧条件。具体地，判断单元201基于来自O2传感器8的传感器输入，确定内燃发动机是在贫燃条件下、在化学计量条件下、还是在富燃条件下工作（例如，参见上面的图2B）。
如果在步骤S402，判断单元201确定内燃发动机在化学计量条件下工作，那么判断单元201继续步骤S403，把整数Niter设定为0，并在步骤S405把检测开始标记设定为OFF。随后，判断单元201继续步骤S410，输出检测开始标记和当前喷射期。在步骤S410之后，在下一个控制循环中，判断单元201可以在下一次迭代中再次从步骤S400开始。
如果在步骤S402，判断单元201确定内燃发动机在富燃条件下工作，那么判断单元201继续步骤S404，把喷射期减小特定量，以便降低燃料空气比，使内燃发动机进入化学计量条件，随后继续步骤S403，把整数Niter设定为0，并在步骤S405把检测开始标记设定为OFF。随后，判断单元201继续步骤S410，输出检测开始标记和当前（减小的）喷射期。在步骤S410之后，在下一个控制循环中，判断单元201可以在下一次迭代中再次从步骤S400开始。
如果在步骤S402中，判断单元201确定内燃发动机在贫燃条件下工作，那么判断单元201继续步骤S406，确定整数Niter的当前迭代值是否小于参考值Nref。如果步骤S406返回“是”，那么判断单元201继续步骤S407，把喷射期增大特定量，以便降低燃料空气比，使内燃发动机进入化学计量条件，随后继续步骤S408，把整数Niter加1（即，Niter→Niter+1），并在步骤S405把检测开始标记设定为OFF。随后，判断单元201继续步骤S410，输出检测开始标记和当前（增大的）喷射期。在步骤S410之后，在下一个控制循环中，判断单元201可以在下一次迭代中再次从步骤S400开始。
另一方面，一旦步骤S406返回“否”，判断单元201就继续步骤S409，把检测开始标记设定为ON，随后继续步骤S410，输出检测开始标记和当前喷射期。在步骤S410之后，在下一个控制循环中，判断单元201可以在下一次迭代中再次从步骤S400开始。
如果步骤S406返回“否”，那么这基本上指示尽管已经Nref次迭代地把用于增大燃料空气比的喷射器3的喷射期增大特定量，但是内燃发动机仍然在贫燃条件下工作，而不是在化学计量（或者富燃）条件下工作。这里，选择Nref的数值，使得如果向内燃室供给纯汽油，那么内燃发动机会在化学计量（或富燃）条件下工作。因此，一旦步骤S406返回“否”，判断单元201就确定酒精燃料混合物被供给内燃发动机，于是通过在步骤S409中把检测开始标记设定为ON，开始由酒精浓度检测单元202对酒精燃料混合物中的酒精浓度进行估计。
应注意的是，在上面所述的步骤S404和S407中，喷射量可以被改变绝对量，或者喷射量可以被改变相对量，例如通过在步骤S404中把喷射量设定为C*当前喷射量（C<1）、以及通过在步骤S407中把喷射量设定成D*当前喷射量（D>1）。
除了步骤S401假定稳态转矩条件（即，使得在恒定负荷条件下、例如在恒定速度下进行酒精浓度检测）以外，图13的处理类似于上面的图6的处理。
图14示例性地示出根据本发明的第二实施例的进行酒精浓度检测的流程图。示例性地，图14的流程图的处理可以由图5的酒精浓度检测单元202执行。
在步骤S421，酒精浓度检测单元202检查检测开始标记被设定为ON还是OFF。如果步骤S421返回“否”，那么酒精浓度检测单元202继续步骤S430，输出酒精检测标记和当前喷射期。酒精检测标记指示酒精浓度检测单元202是否已估计酒精浓度。在步骤S430之后，在下一个控制循环中，酒精浓度检测单元202可以在下一次迭代中再次从步骤S421开始。
如果步骤S421返回“是”，即当检测开始标记被设定为ON时（例如，当上面的判断单元201已执行了步骤S309或S409时），酒精浓度检测单元202继续步骤S422，基于来自O2传感器8的传感器输入，确定内燃发动机的燃烧条件。具体地，酒精浓度检测单元202基于来自O2传感器8的传感器输入，确定内燃发动机是在贫燃条件下、在化学计量条件下、还是在富燃条件下工作（例如，参见上面的图2B）。
如果步骤S422的结果是确定内燃发动机在贫燃条件下工作，那么酒精浓度检测单元202继续步骤S424，在步骤S424中增大用于喷射器3的控制的喷射期，并在步骤S425中把酒精检测标记设定为“否”。另一方面，如果步骤S422的结果是确定内燃发动机在富燃条件下工作，那么酒精浓度检测单元202继续步骤S423，在步骤S424中减小用于喷射器3的控制的喷射期，并在步骤S425中把酒精检测标记设定为“否”。在步骤S425之后，酒精浓度检测单元202继续步骤S430，输出酒精检测标记和当前喷射期。在步骤S430之后，在下一个控制循环中，酒精浓度检测单元202可以在下一次迭代中再次从步骤S421开始。
如果步骤S422的结果是确定内燃发动机在化学计量条件下工作，那么酒精浓度检测单元202继续步骤S426，确定在活塞位于上死点位置的时候，燃烧室中的压力（基于曲柄角度传感器14和压力传感器12的传感器输入）。
在步骤S427，酒精浓度检测单元202继续基于酒精浓度和在活塞位于上死点位置的时候燃烧室中的压力（基于曲柄角度传感器14和压力传感器12的传感器输入）之间的关系，估计酒精燃料混合物的酒精浓度。下面将进一步讨论所述确定的原理。
在步骤S428，酒精浓度检测单元202继续检查估计的酒精浓度是否已收敛（即，估计的酒精浓度是否和在以前的迭代中估计的酒精浓度相似）。步骤S428的目的是使酒精浓度的估计更精确、可靠和鲁棒，因为测量中随循环而变的潜在变化的影响可以得到减小。还可以通过一旦获得估计值就把多次循环迭代的估计值求平均，使酒精浓度的估计更精确、可靠和鲁棒。
如果步骤S428返回“否”，那么酒精浓度检测单元202继续步骤S425，把酒精检测标记设定为“否”。否则，如果步骤S428返回“是”，那么酒精浓度检测单元202继续步骤S429，把酒精检测标记设定为“是”。随后，在这两种情况下，酒精浓度检测单元202都继续步骤S430，输出酒精检测标记和当前喷射期。在步骤S430之后，在下一个控制循环中，酒精浓度检测单元202可以在下一次迭代中再次从步骤S421开始。
在上面的步骤S423和S424中，可以与如上所述的步骤S404和S407类似地改变喷射期，即在上面说明的步骤S423和S424中，喷射量可以被改变绝对量，或者喷射量可以被改变相对量，例如通过在步骤S423中把喷射量设定为C*当前喷射量（C<1）、以及通过在步骤S424中把喷射量设定成D*当前喷射量（D>1）。
这里，特定量可以大于步骤S404和S407的特定量，使得与步骤S404和S407相比，在步骤S423和S424中更显著地改变喷射期。此外，可选地，在步骤S424中，为了更快地逼近化学计量条件，增大的新的喷射期可以被计算为0.5*(当前喷射期+乙醇燃料的参考喷射期)，其中乙醇燃料的参考喷射期是当在空转条件下，向内燃发动机供给乙醇时，用于按化学计量条件控制内燃发动机的喷射期。
除了步骤S426和S427基于在压缩冲程和膨胀冲程之间的上死点位置时的燃烧室内的压力来估计酒精浓度以外，图14的处理类似于上面的图7的处理。
图15示例性地示出就汽油（实线）以及酒精燃料混合物（虚线）来说，作为活塞位置的函数的燃烧室中的压力的行为。如果点火定时大约在上死点位置之前10°或者更早，那么如图15中所示，与汽油相比，对酒精燃料混合物来说，在燃烧室中将存在更高的压力。这种压力差是由燃烧速度的差异引起的。通常，更快的燃烧速度会产生更快的压力上升，如图15中关于酒精燃料混合物所示，其中燃烧速度表示每单位时间，空气-燃料混合气体从未燃烧气体变成燃烧气体的变化速率。因此，归因于上述压力差，燃烧室内（或者在如图15中所示，比上死点位置晚的位置）的压力可以用于估计酒精浓度。
图16示例性地示出就汽油、乙醇和汽油的混合物、以及乙醇来说，作为当量比的函数的层流火焰传播速度。层流火焰传播速度是示出上述燃烧速度的指标。如果层流火焰传播速度越大，那么燃烧速度也将越大。如图16中所示，酒精燃料混合物的层流火焰传播速度大于纯汽油的层流火焰传播速度。根据燃烧速度的这种差异，在点火定时相同的条件下，酒精燃料混合燃料的在上死点时的燃烧室中的压力大于汽油的相应压力。
图17示例性地示出在上死点位置时的压力和酒精混合浓度之间的关系。由于上述原因，可以预先确定（例如，实验期间在发动机试验台上）在上死点位置时的压力和酒精燃料混合物的酒精混合浓度之间的关系。这种所确定的关系可以预先存储在发动机控制单元20的存储单元中，诸如存储在ROM20d中。为了定义比例线，优选利用在燃烧室中具有相同的空气质量、并且具有相同的点火定时的规定条件。
图18示例性地示出就汽油以及乙醇和汽油的混合物来说，在上死点位置时的压力的时间演化。从图18中可以看出，汽油的在上死点位置时的压力小于乙醇和汽油的混合物的在上死点位置时的压力。这种关系可以以减小的发动机控制单元20的处理负担，并且基于来自压力传感器12的直接传感器输入，在上面的步骤S427中用于估计酒精燃料混合物中的酒精浓度。
图19是根据本发明的第二实施例，在估计酒精燃料混合物中的酒精浓度期间的各个传感器输出和ECU参数的实例的图示。
首先，在时间t1，根据在恒定负荷条件下的稳态转矩条件，需求转矩下降为检测用的特定转矩（图19的第1行）。结果，在假定供给纯汽油的情况下，喷射期被设定成稳态转矩条件的短默认喷射期（图19的第4行）。如果供给的燃料不是纯汽油，而是酒精燃料混合物（即，汽油和诸如乙醇之类的酒精的混合物），那么O2传感器会检测到贫燃条件，因为短默认喷射期是如果向内燃发动机供给纯汽油，那么在空转状态下，使内燃发动机在（或者至少接近）化学计量条件下工作的默认喷射期，即步骤S402返回“贫燃”。
为了使内燃发动机的工作进入化学计量条件，在时间t1和t2之间，反复增大喷射期（图19的第4行）（步骤S407），并且在时间t1和t2之间，反复增大整数Niter（图19的第6行）（步骤S408），直到在时间t2，整数Niter变得等于参考整数Nref为止。因此，上面的步骤S406产生“否”，并且在时间t2，在步骤S409检测开始标记被设定为“ON”（图19的第9行）。一旦检测开始标记被设定成ON，就归因于如上所述的步骤S424，以更高的比率增大喷射期。结果，在图19的第4行中，在时间t2之后，喷射期的增大斜率变得更大。
在时间t3之后，内燃发动机在化学计量条件下工作，开始酒精浓度的检测（反复进行步骤S426和S427），从而将确定酒精浓度（图19的第8行）。一旦在几次迭代之后检测到在步骤S426和S427中确定的参数已收敛（步骤S428产生“是”），就在图19的第10行中，在时间t4之前不久，把酒精检测标记设定为“是”。最后，在时间t4，检测开始标记可以被设定为OFF（图19的第9行），并且在时间t4之后，发动机控制单元20基于所确定的酒精浓度比率，适当地控制所有致动器。
作为如上所述的本发明的实施例的变形例，当然可以把图6的处理与图14的处理相结合，并且可以把图7的处理与图13的处理相结合。另外，可以结合图7和13的处理，从而既基于(PV)max与喷射期之商，又基于在上死点位置（或者在上死点位置之后的位置）时的压力，确定酒精浓度。
上述实施例的结构的特征、组件和具体细节可以交换或组合，以形成针对相应应用优化的其它实施例。只要这些变形例对本领域的技术人员来说是明显的，这些变形例就应该已被上面的说明隐含地公开，而不必明确地具体说明每种可能的组合，以便使本说明简明。

Claims (14)

1.一种估计提供给内燃发动机的酒精燃料混合物中的酒精浓度的方法，所述方法包括：
按化学计量条件，控制被供以酒精燃料混合物的内燃发动机的工作；
基于来自感测按化学计量条件控制的内燃发动机的燃烧室内的压力的压力传感器的信号，确定第一参数；以及
基于所确定的第一参数、以及预先存储的所述第一参数与酒精燃料混合物的酒精浓度之间的关系，确定酒精燃料混合物的酒精浓度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于
所述第一参数表示燃烧室内的压力与燃烧室容积的乘积的最大值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于
所述第一参数表示燃烧室内的压力和燃烧室容积的乘积的最大值与每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间之商。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于
所述第一参数表示在燃烧室中往复运动的活塞的第一活塞位置的燃烧室内的压力。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于
所述第一活塞位置是活塞的上死点位置；或者
所述第一活塞位置是当活塞从所述上死点位置朝着活塞的下死点位置退回时，在晚于活塞的上死点位置的曲柄角度的活塞位置。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于
按化学计量条件控制被供以酒精燃料混合物的内燃发动机的工作的步骤包括：
基于来自感测从燃烧室排出的燃烧气体中的氧浓度的氧传感器的信号，确定是否在按所述化学计量条件控制内燃发动机；以及
当确定内燃发动机在按贫燃条件或富燃条件工作时，改变每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间，直到基于来自所述氧传感器的信号而确定在按所述化学计量条件控制内燃发动机为止。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于
改变每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间的步骤包括：当确定内燃发动机在按贫燃条件工作时，增大每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间；和/或
改变每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间的步骤包括：当确定内燃发动机在按富燃条件工作时，减少每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于
当确定内燃发动机在按贫燃条件或富燃条件工作时，迭代地重复改变每燃烧循环的燃料喷射期的持续时间，直到确定在按所述化学计量条件控制内燃发动机为止。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于
持续预定的Nref次迭代来迭代地进行使每燃烧循环的燃料喷射期改变第一数量的操作，直到确定在按所述化学计量条件控制内燃发动机为止；并且
当在第Nref次迭代之后，仍未按所述化学计量条件控制内燃发动机时，对于第(Nref+1)次迭代和后续迭代，迭代地进行使每燃烧循环的燃料喷射期改变第二数量的操作，直到确定在按所述化学计量条件控制内燃发动机为止，其中所述第二数量的绝对值大于所述第一数量的绝对值。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于
当在Nref次或者更少次数的迭代之后，已经按所述化学计量条件控制内燃发动机时，确定提供给内燃发动机的燃料实质上只包含汽油，并且当在Nref次或者更少次数的迭代之后，已经按所述化学计量条件控制内燃发动机时，所述方法避免确定酒精燃料混合物的酒精浓度。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于
当内燃发动机处于空转状态时，按所述化学计量条件控制内燃发动机的工作；或者
当内燃发动机处于恒定负荷条件时，按所述化学计量条件控制内燃发动机的工作。
12.一种根据如权利要求1所述的方法，估计提供给内燃发动机的酒精燃料混合物中的酒精浓度的装置，所述装置包括：
控制单元，用于按化学计量条件控制被供以酒精燃料混合物的内燃发动机的工作；
传感器输入单元，用于接收来自感测内燃发动机的燃烧室内的压力的压力传感器的信号、和/或来自感测从燃烧室排出的燃烧气体中的氧浓度的氧传感器的信号；以及
处理单元，用于基于来自感测按所述化学计量条件控制的内燃发动机的燃烧室内的压力的压力传感器的信号来确定第一参数，并且基于所确定的第一参数、以及预先存储的所述第一参数与酒精燃料混合物的酒精浓度之间的关系，确定酒精燃料混合物的酒精浓度。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于包括：
存储所述第一参数与酒精燃料混合物的酒精浓度之间的关系的存储单元。
14.一种计算机程序产品，其包括使车辆控制装置执行如权利要求1所述的方法的各步骤的计算机程序单元。
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