JP2004245098A

JP2004245098A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2004245098A
Application number: JP2003034445A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Abe; 和彦安倍; Hatsuo Nagaishi; 初雄永石
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: JP4010256B2

Abstract

【課題】流通燃料に対する安定的な性能保証を必要とするものや、実濃度に対して推定濃度の偏差の補償を必要とする燃焼パラメータの要求に応じた単一組成分濃度推定値を提供する。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、目標排気空燃比と空燃比検出手段で検出された排気空燃比との偏差に応じて燃料内の単一組成分濃度を推定する第１燃料内単一組成分濃度推定手段と、を有し、第１燃料内単一組成分濃度推定手段は、特定の領域に燃料内単一組成分濃度推定値が略一定となる不感帯を有している。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンの他にアルコールとガソリンの各種組成の混合燃料でも走行可能な、いわゆるフレキシブルフューエルビークル（ＦＦＶ）と言われる自動車がある。
【０００３】
アルコールは、通常のガソリン（混合燃料）に対してＣ（炭素）原子の含有量が異なるため、フレキシブルフューエルビークルに用いられる内燃機関にアルコールとガソリンの混合燃料を供給するにあたっては、燃料内のアルコール濃度に従って燃料噴射量を調整する必要がある。
【０００４】
このため、このようなフレキシブルフューエルビークルにおいては、燃料内のアルコール濃度を燃料タンク内に配設されたアルコール濃度センサにて検出し、アルコール濃度センサの故障時には、排気空燃比に基づいて算出される空燃比フィードバック補正係数の平均値とアルコール濃度との相関関係により、アルコール濃度推定を行うものが従来から知られている（特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１６３９９２号公報（第１−４頁、第５図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば北米市場では、燃料内のエタノール濃度が０％の通常ガソリン燃料（いわゆるＥ０燃料）と、燃料内のエタノール濃度が８５％のいわゆるＥ８５燃料を常用しているユーザーが多い。すなわち、燃料内のエタノール濃度は０％あるいは８５％で略一定しているにも関わらず、上記従来技術では、空燃比フィードバック補正係数の変動により、エタノール濃度０％あるいはエタノール濃度８５％近辺の微妙なエタノール濃度を推定結果として出力してしまう。
【０００７】
そのため、燃料内のエタノール濃度によって内燃機関の各種燃焼パラメータを補正する場合、流通燃料に対する安定的な性能保証を必要とするものや、実濃度に対して推定濃度の偏差の補償を必要とする燃焼パラメータにあっては、補正が最適ではないために最適な制御が行えず、排気性能や運転性能等が必ずしも最適とはならない虞がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明における内燃機関の制御装置は、排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、目標排気空燃比と空燃比検出手段で検出された排気空燃比との偏差に応じて燃料内の単一組成分濃度を推定する第１燃料内単一組成分濃度推定手段と、を有し、第１燃料内単一組成分濃度推定手段は、特定の領域に燃料内単一組成分濃度推定値が略一定となる不感帯を有していることを特徴としている。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、第１燃料内単一組成分濃度推定手段が不感帯を有しているので、燃料に対する安定的な性能保証や、燃料内の単一組成分濃度実濃度の実濃度に対して推定濃度の偏差の保証を必要とする燃焼パラメータの要求に応じたアルコール濃度推定値を提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略構成を示している。尚、図１に示す内燃機関は、アルコールを含む燃料を用いる内燃機関である。
【００１１】
エンジン本体１の燃焼室２には、吸気弁３を介して吸気通路４が接続されていると共に、排気弁５を介して排気通路６が接続されている。
【００１２】
吸気通路４には、エアクリーナ７、吸入空気量を検出するエアフローメータ８、吸入空気量を制御するスロットル弁９及び吸気中に燃料を噴射供給する燃料噴射弁１１が配設されている。
【００１３】
燃料噴射弁１１は、エンジンコントロールユニット１２（以下、ＥＣＵと記す）からの噴射指令信号により運転条件に応じて所定の空燃比となるよう吸気中に燃料を噴射供給している。
【００１４】
排気通路６には、排気中の酸素濃度を検出することによって排気中の空燃比を算出可能にする空燃比検出手段としての酸素濃度センサ１３と、三元触媒１４が配設されている。
【００１５】
三元触媒１４は理論空燃比を中心とするいわゆるウィンドウに空燃比がある場合に最大の転化効率をもって排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを同時に浄化できるため、ＥＣＵ１２では、三元触媒１４の上流側に設けた酸素濃度センサ１３からの出力に基づいて排気空燃比が上記のウィンドウの範囲内で変動するように空燃比のフィードバック制御を行う。
【００１６】
また、ＥＣＵ１２には、エンジン本体１の冷却水温度を検知する水温センサ１５からの信号が入力されている。
【００１７】
アルコールを含む燃料は、通常のガソリン（混合燃料）に対してＣ（炭素）原子の含有量が異なるため、同一の当量比を得るには大きな噴射量が要求されることになり、アルコールとガソリンの混合燃料をエンジンに供給するにあたっては、燃料内のアルコール濃度に従って燃料噴射量を調整する必要がある。
【００１８】
そこで、酸素濃度センサ１３の検出値を利用して、可及的速やかに、かつ精度良く燃料内のアルコール濃度を予測する。
【００１９】
本実施形態では、燃料内単一組成分濃度として、燃料内のアルコール濃度を以下の手順で推定する。図２は、燃料内のアルコール濃度を推定する制御の流れを示している。
【００２０】
まず、ステップ（以下、単にＳと表記する）１では、酸素濃度センサ１３の出力信号を基に算出された空燃比補正量としての空燃比フィードバック補正係数αを読み込む。
【００２１】
Ｓ２では、空燃比学習条件が成立しているか否かを判定し、空燃比学習条件が成立している場合には、Ｓ３に進み、各運転領域毎のαｍ算出マップのマップ値の書き換えを行う。空燃比学習条件が成立していない場合には、各αｍ算出マップのマップ値の書き換えを行わずにＳ４に進む。ここで、αｍは上記αに基づいて算出される空燃比学習補正係数である。尚、空燃比フィードバック補正係数α及び空燃比学習補正係数αｍは、上述した空燃比のフィードバック制御に用いられるパラメータであり、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量がα及びαｍに応じて補正される。また、空燃比フィードバック補正係数α及び空燃比学習補正係数αｍの算出方法は、公知のいかなる算出方法でも使用可能であるため、これらの算出方法についての詳細な説明は省略する。
【００２２】
Ｓ４では、現在の各運転領域毎のαｍマップを参照し、各運転領域毎に空燃比補正量としての空燃比学習補正係数αｍを求める。
【００２３】
Ｓ５では、アルコール濃度推定を行うための許可条件が成立しているか否かを判定する。すなわち、このＳ５においては、水温、エンジン始動後時間、空燃比学習制御の進行状況、給油履歴などの条件が整ったか否かを判定し、条件が整っている場合にはＳ６に進み、条件が整っていない場合にはアルコール濃度推定を行うことなく終了する。
【００２４】
Ｓ６では、次式（１）のように表される空燃比感度補正総量αｔを算出する。
【００２５】
【数１】
αｔ＝α×αｍ′×ＥＴＡＨＯＳ …（１）
ここで、ＥＴＡＨＯＳは前回の第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１（後述）、すなわち現在記憶している第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１から算出される燃料性状分補正量であって、後述する図３を用い、前回の第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１から逆引きで算出されるαｔの前回値である。
【００２６】
また、このＳ８におけるαｍ′は、Ｓ４にて求めた各運転領域別のαｍのうち代表的な回転負荷領域のαｍの平均値、換言すればエンジンとしての使用頻度が高い４領域程度のαｍの平均値である。
【００２７】
Ｓ７では、図３に示すＡＬＣ１算出マップを用い、Ｓ６にて算出された空燃比感度補正総量αｔから第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１を算出する。尚、Ｓ７にて算出された最新の第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１は、次回Ｓ７にて最新の第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１が算出されるまでＥＣＵ１２内に記憶される。
【００２８】
図３においては、空燃比感度補正総量αｔに対して、第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１は、連続的な特性を持っているが、これは、排気空燃比を理論空燃比保持するために、燃料噴射量に対して、空燃比偏差、すなわち酸素濃度センサ１３の検出値を基に算出される排気空燃比の目標空燃比に対する偏差に伴った補正を実現するために預けた特性である。また、図３について詳述すれば、排気空燃比が理論空燃比に対してリーン側にある状態（αｔが１００％以上の領域）においては、空燃比感度補正総量αｔは第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１と略比例関係となっており、排気空燃比が理論空燃比に対してリッチ側にある状態（αｔが１００％以下の領域）においては、燃料内のアルコール濃度を０％と判定する。
【００２９】
そして、Ｓ８では、図４に示すＡＬＣ２算出マップを用い、Ｓ７で算出された第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１から第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２を算出する。尚、Ｓ８にて算出された最新の第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２は、次回Ｓ８にて最新の第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２が算出されるまでＥＣＵ１２内に記憶される。
【００３０】
このＡＬＣ２算出マップは、第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１に対して、第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２が不感帯を持つ特性となっている。換言すれば、ＡＬＣ２算出マップは、排気空燃比が理論空燃比に対してリーン側にある空燃比感度補正総量の特定領域に、空燃比感度補正総量の増減、すなわち第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１の増減に関わらず第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２が略一定となる不感帯を有しており、本実施形態においては、第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１が０％〜３０％の領域では、第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２は一律０％、第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１が６５％〜８５％の領域では、第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２は一律８５％となるように設定されている。
【００３１】
これは、ガソリン（すなわち、エタノール濃度が０％のＥ０燃料）を入れられた場合や、いつも規格品のブレンド燃料（ガソリン−アルコール燃料）、例えば燃料内のエタノール濃度が８５％のいわゆるＥ８５燃料を入れられた場合は、安定した制御値（制御定数）を用いるために設定した特性である。ここで、上記制御値とは、点火時期関連、燃料の壁流補正関連、冷機増量関連、いわゆるλコントロールの３元点調整定数、換言すれば、空燃比制御における目標空燃比、等が挙げられ、これらが変動するとエミッションの再現性が悪くなるため不感帯としたものである。
【００３２】
尚、図２に示すフローチャートにおいて、Ｓ１〜Ｓ４までが空燃比補正量算出手段に相当し、Ｓ６が燃料性状分補正量算出手段及び空燃比感度補正総量算出手段に相当し、Ｓ７が第２燃料内単一組成分濃度推定手段に相当し、Ｓ８が第１燃料内単一組成分濃度推定手段に相当している。
【００３３】
このような内燃機関の制御装置においては、ＡＬＣ２算出マップが市場流通燃料である前述のＥ０燃料、Ｅ８５燃料におけるエタノール濃度の近傍に不感帯を持っているので、ある程度の空燃比補正量の幅の範囲、すなわちある程度の空燃比感度補正総量αｔの幅の範囲で、市場流通燃料のアルコール濃度を推定結果（ＡＬＣ２）として得ることができる。
【００３４】
つまり、第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１と第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２という複数のアルコール濃度推定値を算出することにより、燃料内のアルコール濃度による補正を必要とする燃焼パラメータのうち、燃料内のアルコール濃度に応じた性能保証を行う燃焼パラメータにおいては第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１を用い、市場流通燃料に対する安定的な性能保証や、実濃度に対して推定濃度の偏差の保証を必要とする燃焼パラメータ、すなわち、壁流補正量、冷機時増量、目標空燃比及び点火時期等においては、第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２を用いることで、補正を必要とする各燃焼パラメータの要求に応じたアルコール濃度推定値を提供することが可能となり、フレキシブルフュールビークルに適用すれば従来のガソリン車並の性能を確保することができる。
【００３５】
すなわち、連続的な特性を有する第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１と特定の領域に不感帯を持つ第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２とを持つことで、排気空燃比の理論空燃比保持性能を向上させることができると同時に、市場流通燃料に対する燃焼パラメータの最適化を確実に実行することより市場流通燃料使用時の性能を保証をすることが可能となる。
【００３６】
また、前回推定された第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１に基づく燃料性状分補正量ＥＴＡＨＯＳと、空燃比フィードバック補正係数α及び空燃比学習補正係数αｍの平均値αｍ′を用いて最新のアルコール濃度を推定しているので、実際のアルコール濃度と推定値の偏差を速やかに埋めることが可能となり、速やかに高い精度のアルコール濃度推定値で燃焼制御の補正ができ、排気、運転性の悪化を最低限に抑えることができる。また、アルコール濃度推定の推定時間が短くて済むので、精度要求により停止を必要とするシステムの停止時間を短くできるため、これらに関連する性能悪化を最低限に抑えることができる。
【００３７】
また、空燃比補正量には、空燃比フィードバック補正係数αが含まれているので、給油後の燃料撹拌及び燃料配管内の燃料輸送遅れによる濃度変化等の濃度の過渡状態を捉えることが可能になる。
【００３８】
さらに、空燃比補正量には、空燃比学習補正係数αｍが含まれているので、長期に渡ってアルコール濃度が同一の燃料を使用した場合等に起こる学習値のエラーを抑制することができる。
【００３９】
尚、上述した実施形態におけるＡＬＣ２算出マップは、２つの領域に不感帯を有したものであるが、図５に示すよう、３つの領域に不感帯を有するＡＬＣ２算出マップを用いることも可能である。
【００４０】
この図６に示すＡＬＣ２算出マップは、第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１が０％〜３０％の領域では、第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２は一律０％、第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１が３５％〜４５％の領域では、第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２は一律４０％、第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１が６５％〜８５％の領域では、第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２は一律８５％となるように設定されている。
【００４１】
また、上述した実施形態においては、Ｓ６にて空燃比感度補正総量αｔを算出する際に、空燃比フィードバック補正係数α及び空燃比学習補正係数αｍの平均値αｍ′の双方を用いているが、次式（２）及び（３）に示すように、α及びαｍ′のうちのいずれか一方のみを用いるようにしてもよい。
【００４２】
【数２】
αｔ＝α×ＥＴＡＨＯＳ …（２）
【００４３】
【数３】
αｔ＝αｍ′×ＥＴＡＨＯＳ …（３）
空燃比フィードバック補正係数αのみを用いる式（２）は、上述した式（１）内のαｍ′を１と置くことでが得られるものであり、αｍ′のみを用いる式（３）は、上述した式（１）内のαを１と置くことで得られるものである。
【００４４】
上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００４５】
（１）内燃機関の制御装置は、排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、目標排気空燃比と空燃比検出手段で検出された排気空燃比との偏差に応じて燃料内の単一組成分濃度を推定する第１燃料内単一組成分濃度推定手段と、を有し、第１燃料内単一組成分濃度推定手段は、特定の領域に燃料内単一組成分濃度推定値が略一定となる不感帯を有している。これによって、燃料に対する安定的な性能保証や、燃料内の単一組成分濃度実濃度の実濃度に対して推定濃度の偏差の保証を必要とする燃焼パラメータの要求に応じたアルコール濃度推定値を提供することができる。
【００４６】
（２）前記（１）に記載の内燃機関の制御装置において、より具体的には、内燃機関の制御装置は、燃料内の単一組成分濃度を推定／更新し、更新された単一組成分濃度を記憶する内燃機関の制御装置であって、燃料噴射量を補正するための空燃比補正量を空燃比検出手段の検出値に基づいて算出する空燃比補正量算出手段と、現在記憶している単一組成分濃度に基づき燃料性状分補正量を算出する燃料性状分補正量算出手段と、空燃比補正量と燃料性状分補正量とから空燃比感度補正総量を算出する空燃比感度補正総量算出手段と、を有し、第１燃料内単一組成分濃度推定手段は、空燃比感度補正総量に基づき最新の燃料内の単一組成分濃度を推定するものであり、空燃比検出手段の検出値に基づいて算出された空燃比が理論空燃比に対してリーン側にある空燃比感度補正総量の特定領域に、空燃比感度補正総量の増減に関わらず算出される燃料内単一組成分濃度推定値が略一定となる不感帯を有している。
【００４７】
（３）前記（１）または（２）に記載の内燃機関の制御装置において、第１燃料内単一組成分濃度推定手段は、具体的には、市場流通燃料における単一組成分濃度近傍に不感帯を有している
（４）前記（２）または（３）に記載の内燃機関の制御装置において、空燃比検出手段で検出された排気空燃比が理論空燃比に対してリーン側にある状態において、空燃比感度補正総量と単一組成分濃度推定値とが略比例関係となる第２燃料内単一組成分濃度推定手段を有する。これによって、内燃機関の制御装置は、複数の単一組成分濃度推定値を持つため、補正を必要とする燃焼パラメータの要求に合致した単一組成分濃度推定値を提供可能となり、従来のガソリン車並の性能を確保することができる。
【００４８】
（５）前記（４）に記載の内燃機関の制御装置において、第１燃料内単一組成分濃度推定手段によって算出された単一組成分濃度推定値を用いて、燃料内単一組成分濃度に応じた性能保証を行う内燃機関の燃焼パラメータの補正を行う。これによって、内燃機関の理論空燃比保持性能を向上させることができると同時に、燃料に対する燃焼パラメータの最適化を確実に実行することより内燃機関の性能を保証をすることが可能となる。
【００４９】
（６）具体的には、前記（５）に記載の内燃機関の制御装置において、第１燃料内単一組成分濃度推定手段によって算出された単一組成分濃度推定値を用いて、内燃機関の燃焼パラメータである壁流補正量、冷機時増量、目標空燃比及び点火時期を補正する。
【００５０】
（７）さらに具体的には、前記（４）〜（６）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、第２燃料内単一組成分濃度推定手段によって算出された単一組成分濃度推定値を用いて、運転条件に応じて算出される基本燃料噴射量を補正する。
【００５１】
（８）そして、前記（１）〜（７）のいずれかに記載の内燃機関の制御装置において、単一組成分濃度は、燃料内のアルコール濃度である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料性状推定装置の概略構成を示す説明図。
【図２】燃料内のアルコール濃度推定値を算出する制御の流れを示すフローチャート。
【図３】ＡＬＣ１算出マップの特性例を示す説明図。
【図４】ＡＬＣ２算出マップの特性例を示す説明図。
【図５】ＡＬＣ２算出マップの他の特性例を示す説明図。
【符号の説明】
１…エンジン本体
２…燃焼室
３…吸気弁
４…吸気通路
５…排気弁
６…排気通路
７…エアクリーナ
８…エアフローメータ
９…スロットル弁
１１…燃料噴射弁
１２…エンジンコントロールユニット
１３…酸素濃度センサ
１４…三元触媒
１５…水温センサ
１６…クランク角センサ
１７…外気温センサ
１８…車速センサ

Claims

排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
目標排気空燃比と空燃比検出手段で検出された排気空燃比との偏差に応じて燃料内の単一組成分濃度を推定する第１燃料内単一組成分濃度推定手段と、を有し、
第１燃料内単一組成分濃度推定手段は、特定の領域に燃料内単一組成分濃度推定値が略一定となる不感帯を有していることを特徴とする内燃機関の制御装置。
燃料内の単一組成分濃度を推定／更新し、更新された単一組成分濃度を記憶する内燃機関の制御装置であって、
燃料噴射量を補正するための空燃比補正量を空燃比検出手段の検出値に基づいて算出する空燃比補正量算出手段と、
現在記憶している単一組成分濃度に基づき燃料性状分補正量を算出する燃料性状分補正量算出手段と、
空燃比補正量と燃料性状分補正量とから空燃比感度補正総量を算出する空燃比感度補正総量算出手段と、を有し、
第１燃料内単一組成分濃度推定手段は、空燃比感度補正総量に基づき最新の燃料内の単一組成分濃度を推定するものであり、空燃比検出手段の検出値に基づいて算出された空燃比が理論空燃比に対してリーン側にある空燃比感度補正総量の特定領域に、空燃比感度補正総量の増減に関わらず算出される燃料内単一組成分濃度推定値が略一定となる不感帯を有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
第１燃料内単一組成分濃度推定手段は、市場流通燃料における単一組成分濃度近傍に不感帯を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
空燃比検出手段で検出された排気空燃比が理論空燃比に対してリーン側にある状態において、空燃比感度補正総量と単一組成分濃度推定値とが略比例関係となる第２燃料内単一組成分濃度推定手段を有することを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置。
第１燃料内単一組成分濃度推定手段によって算出された単一組成分濃度推定値を用いて、燃料内単一組成分濃度に応じた性能保証を行う内燃機関の燃焼パラメータの補正を行うことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
第１燃料内単一組成分濃度推定手段によって算出された単一組成分濃度推定値を用いて、内燃機関の燃焼パラメータである壁流補正量、冷機時増量、目標空燃比及び点火時期を補正することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
第２燃料内単一組成分濃度推定手段によって算出された単一組成分濃度推定値を用いて、運転条件に応じて算出される基本燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
単一組成分濃度は、燃料内のアルコール濃度であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。