JP2004251135A

JP2004251135A - 内燃機関の燃料性状推定装置

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Publication number: JP2004251135A
Application number: JP2003039382A
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: 2003-02-18
Filing date: 2003-02-18
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】燃料内の単一組成分濃度を精度よく推定する。
【解決手段】排気空燃比に基づいて燃料内の単一組成分濃度を推定する内燃機関の燃料性状推定装置において、排気空燃比に影響を与える複数の外乱因子にそれぞれ対応した複数の単一組成分濃度推定許可手段を有し、外乱因子の発生時には、発生した外乱因子に対応する単一組成分濃度推定許可手段にて許可条件が成立せず、燃料内の単一組成分濃度推定が禁止される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料性状推定装置
【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】
しかしながら、上記従来技術のように、排気空燃比を用いて燃料内のアルコール濃度を推定する場合、さまざまな外乱因子（例えば、ピストンとシリンダとの隙間から漏れだしてエンジンオイルを希釈するオイル希釈燃料が蒸発しブローバイガスとして吸気系に吸入される等）によって排気空燃比が大きく影響を受けるため、燃料内のアルコール濃度を精度良く推定できなくなる虞がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の内燃機関の燃料性状推定装置は、排気空燃比に基づいて燃料内の単一組成分濃度を推定し、排気空燃比に影響を与える複数の外乱因子にそれぞれ対応した複数の単一組成分濃度推定許可手段を有し、外乱因子の発生時には、発生した外乱因子に対応する単一組成分濃度推定許可手段にて許可条件が成立せず、燃料内の単一組成分濃度推定が禁止されることを特徴としている。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、排気空燃比に影響を与える複数の外乱因子にそれぞれ対応した単一組成分濃度推定許可手段を備えることで、全ての外乱因子を除去した後に排気空燃比に基づいた単一組成分濃度推定が実行されることになるので、単一組成分濃度推定値の精度を向上させることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１は、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している。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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
排気通路６には、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ１３と、三元触媒１４が配設されている。
【００１４】
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。
【００１５】
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、エンジン回転数を検出するクランク角センサ１６、外気温を検知する外気温センサ１７及び車両速度を検知する車速センサ１８からの信号が入力されている。
【００１６】
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、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ことが重要である。
【００１７】
そこで、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。尚、本実施形態における内燃機関は、ガソリンとアルコールの混合燃料を使用するものである。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
Ｓ５では、燃料系デバイス、すなわち酸素濃度センサ１３、エアフローメータ８、燃料噴射弁１１、水温センサ１５及びキャニスターパージシステム（図示せず）に、故障無きことを確認し、もし故障があれば、Ｓ６に進み、アルコール濃度の誤推定を防止し、可能な限り再始動及び始動後の回転持続を可能とするため、アルコール濃度推定値ＡＬＣを４０％（暫定アルコール濃度推定値）に固定する。
【００２２】
尚、本実施形態においては、給油される可能性のある燃料のなかで最もアルコール濃度が高い燃料をＥ８５燃料（エタノール濃度８５％）、最もアルコール濃度が低い燃料をＥ０燃料（エタノール濃度０％）として、これらの略中庸の値（４０％）を暫定アルコール濃度推定値ＡＬＣとしたものある。つまり、暫定アルコール濃度推定値は、アルコール（エタノール）濃度４０％のみに必ずしも限定されるものではない。
【００２３】
上記燃料系デバイスに故障がないと判定された場合には、Ｓ７に進み、アルコール濃度推定実行の許可条件が成立しているか否かを判定する。このＳ７における許可条件の成立判定については後述する。
【００２４】
Ｓ７にて、許可条件が成立したと判定されるとＳ８に進み、許可条件が成立していない（不成立）と判定されるとアルコール濃度推定を行うことなく終了する。
【００２５】
Ｓ８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。
【００２６】
【数１】
αｔ＝α×αｍ′×ＥＴＡＨＯＳ …（１）
ここで、ＥＴＡＨＯＳは前回のアルコール濃度推定値ＡＬＣ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、前回のアルコール濃度推定値ＡＬＣから逆引きで算出されるαｔの前回値である。
【００２７】
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。
【００２８】
Ｓ９では、図３に示すマップを用い、Ｓ８にて算出された空燃比感度補正総量αｔからアルコール濃度推定値ＡＬＣを算出する。
【００２９】
図３においては、空燃比感度補正総量αｔに対して、アルコール濃度推定値ＡＬＣは、連続的な特性を持っているが、これは、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、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はアルコール濃度推定値ＡＬＣと略比例関係となっており、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。より具体的には、空燃比感度補正総量αｔ＝１００％である場合には、燃料内のアルコール濃度が０％と推定し、空燃比感度補正総量αｔ＝１４０％である場合には、燃料内のアルコール濃度が８５％と推定する。
【００３０】
図４〜図６は、上述した図２のＳ７における許可条件の成立・不成立の判定の具体的な制御の流れを示すフローチャートである。
【００３１】
Ｓ１０１では、酸素濃度センサ１３により検出された排気空燃比に基づくいわゆるλ制御がクローズドループ中であるか否かを判定し、クローズドループ中でなければＳ１１０に進み、許可条件不成立と判定して終了する。クローズドループ中であれば、Ｓ１０２に進み、λ制御がクローズドループに切り替わってからの経過時間（クローズドループ以降後タイマー）を算出し、Ｓ１０３に進む。
【００３２】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２にて算出されたクローズドループ以降後タイマーと、判定しきい値としての所定値（１００ｍｓ）の大小を比較し、クローズドループ以降後タイマーが所定値よりも小さい場合にはＳ１１０に進み、大きい場合にはＳ１０４に進む。尚、Ｓ１０１〜Ｓ１０３までで、複数あるアルコール濃度推定許可手段（単一組成分濃度推定許可手段）の内の一つを構成する。
【００３３】
Ｓ１０４では、燃料消費量積算値が所定値以上であるか否かを判定し、所定値以下であればＳ１１０に進み、所定値以上であればＳ１０５に進む。
【００３４】
Ｓ１０５では、燃料消費量積算値が所定値以上になってからの経過時間（燃料移送終了後タイマー）を算出し、Ｓ１０６に進む。
【００３５】
Ｓ１０６では、Ｓ１０５にて算出された燃料移送終了後タイマーと、判定しきい値としての所定値（１０ｓｅｃ）の大小を比較し、燃料移送終了後タイマーが所定値よりも小さい場合にはＳ１１０に進み、大きい場合にはＳ１０７に進む。尚、Ｓ１０４〜Ｓ１０６までで、複数あるアルコール濃度推定許可手段（単一組成分濃度推定許可手段）の内の一つを構成する。
【００３６】
Ｓ１０７では、燃料系部品が正常であるか否かを判定し、異常であればＳ１１０に進み、正常であればＳ１０８に進む。Ｓ１０８では、燃料系部品が異常から正常に復帰してからの経過時間（燃料系部品正常復帰後タイマー）を算出し、Ｓ１０９に進む。
【００３７】
Ｓ１０９では、燃料系部品正常復帰後タイマーと、判定しきい値としての所定値（０ｍｓ）の大小を比較し、燃料系部品正常復帰後タイマーが所定値よりも小さい場合にはＳ１１０に進み、大きい場合には図５のＳ１１１に進む。尚、Ｓ１０７〜Ｓ１０９までで、複数あるアルコール濃度推定許可手段（単一組成分濃度推定許可手段）の内の一つを構成する。
【００３８】
Ｓ１１１では、キャニスタパージ中であるか否かを判定し、キャニスタパージ中であればＳ１２０に進み、許可条件不成立と判定して終了する。キャニスタパージ中でなければＳ１１２に進み、キャニスタパージが終了してからの経過時間（キャニスタパージ終了後タイマー）を算出し、Ｓ１１３に進む。
【００３９】
Ｓ１１３では、Ｓ１１２にて算出されたキャニスタパージ終了後タイマーと、判定しきい値としての所定値（５ｓｅｃ）の大小を比較し、キャニスタパージ終了後タイマーが所定値よりも小さい場合にはＳ１２０に進み、大きい場合にはＳ１１４に進む。尚、Ｓ１１１〜Ｓ１１３までで、複数あるアルコール濃度推定許可手段（単一組成分濃度推定許可手段）の内の一つを構成する。
【００４０】
Ｓ１１４では、ブローバイガス中の燃料混入量（ブローバイガス中燃料混入量）が所定値よりも小さいか否かを判定し、所定値以下であればＳ１１５に進み、所定値以上であればＳ１２０に進む。
【００４１】
Ｓ１１５では、ブローバイガス中燃料混入量が所定値以下になってからの経過時間（ブローバイガス中燃料消費後タイマー）を算出し、Ｓ１１６に進む。
【００４２】
Ｓ１１６では、Ｓ１１５にて算出されたブローバイガス中燃料消費後タイマーと、判定しきい値としての所定値（５ｍｉｎ）の大小を比較し、ブローバイガス中燃料消費後タイマーが所定値よりも小さい場合にはＳ１２０に進み、大きい場合にはＳ１１７に進む。尚、Ｓ１１４〜Ｓ１１６までで、複数あるアルコール濃度推定許可手段（単一組成分濃度推定許可手段）の内の一つを構成する。
【００４３】
Ｓ１１７では、エンジン冷却水温が所定範囲内にあるか否かを判定し、所定範囲内にあればＳ１１８に進み、所定範囲外にあるならＳ１２０に進む。
【００４４】
Ｓ１１８では、エンジン冷却水温が所定範囲内になってからの経過時間（エンジン冷却水温所定範囲移行後タイマー）を算出し、Ｓ１１９に進む。
【００４５】
Ｓ１１９では、Ｓ１１８で算出されたエンジン冷却水温所定範囲移行後タイマーと、判定しきい値としての所定値（５ｍｉｎ）の大小を比較し、エンジン冷却水温所定範囲移行後タイマーが所定値よりも小さい場合にはＳ１２０に進み、大きい場合には図６のＳ１２１に進む。尚、Ｓ１１７〜Ｓ１１９までで、複数あるアルコール濃度推定許可手段（単一組成分濃度推定許可手段）の内の一つを構成する。
【００４６】
ここで、Ｓ１１７〜Ｓ１１９において、エンジン冷却水温をアルコール濃度推定の許可条件に用いているのは、エンジン冷却水温とエンジンオイルの油温とは密接な相関関係があり、エンジン冷却水温変化にエンジンオイルの油温変化が追従するからである。つまり、本実施形態のようにエンジンオイルの油温を検知する油温センサを具備しないような場合、ブローバイガス発生量に影響を与えるエンジンオイルの油温を、エンジン冷却水温を用いて間接的にモニタリングし、排気空燃比に影響を及ぼすブローバイガス発生量をアルコール濃度推定の許可条件としているのである。
【００４７】
そして、ブローバイガス中混入燃料の減少及びＳ１１６及びＳ１１９における各所定値は、その他のステップにおける所定値（判定しきい値）よりも相対的に長めに設定されているが、これはブローバイガス中混入燃料及びブローバイガス発生量が、減少するのに比較的長い時間を要するからである。
【００４８】
Ｓ１２１では、エンジンが通常運転中（アイドルではない運転状態）であるか否かを判定し、通常運転中でなければＳ１３０に進み、許可条件不成立と判定して終了する。通常運転中であればＳ１２２に進み、通常運転に切り替わってからの経過時間（オフアイドル移行後タイマー）を算出し、Ｓ１１３に進む。
【００４９】
Ｓ１２３では、Ｓ１２２で算出されたオフアイドル移行後タイマーと、判定しきい値としての所定値（０ｍｓ）の大小を比較し、オフアイドル移行後タイマーが所定値よりも小さい場合にはＳ１３０に進み、大きい場合にはＳ１２４に進む。尚、Ｓ１２１〜Ｓ１２３までで、複数あるアルコール濃度推定許可手段（単一組成分濃度推定許可手段）の内の一つを構成する。
【００５０】
Ｓ１２４では、エンジンが燃料カット中であるか否かを判定し、燃料カット中であればＳ１３０に進み、燃料カット中でなければＳ１２５に進む。
【００５１】
Ｓ１２５では、燃料カットが終了してからの経過時間（燃料カット終了後タイマー）を算出し、Ｓ１２６に進む。
【００５２】
Ｓ１２６では、Ｓ１２５で算出された燃料カット終了後タイマーと、判定しきい値としての所定値（０ｍｓ）の大小を比較し、燃料カット終了後タイマーが所定値よりも小さい場合にはＳ１３０に進み、大きい場合にはＳ１２７に進む。尚、Ｓ１２４〜Ｓ１２６までで、複数あるアルコール濃度推定許可手段（単一組成分濃度推定許可手段）の内の一つを構成する。
【００５３】
Ｓ１２７では、エンジンが高負荷運転中であるか否かを判定し、高負荷運転中であればＳ１３０に進み、高負荷運転中でなければＳ１２８に進む。
【００５４】
Ｓ１２８では、高負荷運転が終了してからの経過時間（高負荷運転終了後タイマー）を算出し、Ｓ１２９に進む。
【００５５】
Ｓ１２９では、Ｓ１２８で算出された高負荷運転終了後タイマーと、判定しきい値としての所定値（５ｓｅｃ）の大小を比較し、高負荷運転終了後タイマーが所定値よりも小さい場合にはＳ１３０に進み、大きい場合にはＳ１３１に進む。
【００５６】
そして、Ｓ１３１では、排気空燃比に影響を及ぼす外乱因子が発生していないと判断し、上述した図２のＳ７における許可条件が成立したと判定する。尚、Ｓ１２７〜Ｓ１２９までで、複数あるアルコール濃度推定許可手段（単一組成分濃度推定許可手段）の内の一つを構成する。
【００５７】
ここで、Ｓ１０１，Ｓ１０４，Ｓ１０７，Ｓ１１１，Ｓ１１４，Ｓ１１７，Ｓ１２１，Ｓ１２４，Ｓ１２７のそれぞれが、対応する外乱因子に応じた判定条件である。
【００５８】
このような内燃機関の燃料性状推定装置においては、排気空燃比に影響を与える複数の外乱因子にそれぞれ対応したアルコール濃度推定許可手段を備えることで、全ての外乱因子を除去した後に排気空燃比に基づいたアルコール濃度推定が実行されることになるので、アルコール濃度推定値の精度を向上させることができる。
【００５９】
また、各外乱因子は、発生してから上述した空燃比偏差に影響を及ぼしている時間が異なるため、各外乱因子に応じて、最適な判定しきい値（Ｓ１０３，Ｓ１０６，Ｓ１０９，Ｓ１１３，Ｓ１１６，Ｓ１１９，Ｓ１２３，Ｓ１２６，Ｓ１２９における各所定値）を設定することでアルコール濃度推定の実行を必要以上に禁止してしまうことを防止でき、アルコール濃度推定の実行を許可する時間を最大限に確保した最適なアルコール濃度推定の禁止時間を設定することができる。
【００６０】
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。
【００６１】
（１）排気空燃比に基づいて燃料内の単一組成分濃度を推定する内燃機関の燃料性状推定装置において、排気空燃比に影響を与える複数の外乱因子にそれぞれ対応した複数の単一組成分濃度推定許可手段を有し、外乱因子の発生時には、発生した外乱因子に対応する単一組成分濃度推定許可手段にて許可条件が成立せず、燃料内の単一組成分濃度推定が禁止される。
【００６２】
これによって、排気空燃比に影響を与える複数の外乱因子にそれぞれ対応した単一組成分濃度推定許可手段を備えることで、全ての外乱因子を除去した後に排気空燃比に基づいた単一組成分濃度推定が実行されることになるので、単一組成分濃度推定値の精度を向上させることができる。
【００６３】
（２）上記（１）に記載の内燃機関の燃料性状推定装置において、各単一組成分濃度推定許可手段は、対応する外乱因子に応じた判定条件を有し、この判定条件が成立してからの経過時間が、所定の判定しきい値以上になったときに許可条件が成立するものであって、上記判定しきい値は、各単一組成分濃度推定許可手段毎に設定されている。各外乱因子は、発生してから排気空燃比に影響を及ぼしている時間が異なるため、各外乱因子に応じて、最適な判定しきい値を設定することで単一組成分濃度推定の実行を必要以上に禁止してしまうことを防止でき、単一組成分濃度推定の実行を許可する時間を最大限に確保した最適な単一組成分濃度推定の禁止時間を設定することができる。
【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を推定する制御の流れを示すフローチャート。
【図３】アルコール濃度算出マップの特性例を示す説明図。
【図４】アルコール濃度推定の許可判定の制御の流れを示すフローチャート。
【図５】アルコール濃度推定の許可判定の制御の流れを示すフローチャート。
【図６】アルコール濃度推定の許可判定の制御の流れを示すフローチャート。
【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

排気空燃比に基づいて燃料内の単一組成分濃度を推定する内燃機関の燃料性状推定装置において、
排気空燃比に影響を与える複数の外乱因子にそれぞれ対応した複数の単一組成分濃度推定許可手段を有し、外乱因子の発生時には、発生した外乱因子に対応する単一組成分濃度推定許可手段にて許可条件が成立せず、燃料内の単一組成分濃度推定が禁止されることを特徴とする内燃機関の燃料性状推定装置。
各単一組成分濃度推定許可手段は、対応する外乱因子に応じた判定条件を有し、この判定条件が成立してからの経過時間が、所定の判定しきい値以上になったときに許可条件が成立するものであって、上記判定しきい値は、各単一組成分濃度推定許可手段毎に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料性状推定装置。