JP2005048625A - Alcohol concentration estimating device for engine and engine control device - Google Patents

Alcohol concentration estimating device for engine and engine control device

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JP2005048625A
JP2005048625A JP2003204522A JP2003204522A JP2005048625A JP 2005048625 A JP2005048625 A JP 2005048625A JP 2003204522 A JP2003204522 A JP 2003204522A JP 2003204522 A JP2003204522 A JP 2003204522A JP 2005048625 A JP2005048625 A JP 2005048625A
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卓 山田
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To correctly estimate the alcohol concentration of working fuel even in case that an assumed air-fuel ratio exists in a region with no air-fuel ratio feedback control when alcohol containing fuel is used as the working fuel. <P>SOLUTION: The alcohol concentration estimating device for an engine comprises a target air-fuel ratio setting means 11 for setting a target air-fuel ratio to be richer or leaner than the theoretical air-fuel ratio of the alcohol non-containing fuel, an actual air-fuel ratio detecting means 17 for detecting the actual air-fuel ratio of the working fuel, and an alcohol concentration calculating means 11 for calculating the alcohol concentration of the working fuel in accordance with the ratio of the target air-fuel ratio to the detected actual air-fuel ratio. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンのアルコール濃度推定装置およびエンジンの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
理論空燃比を目標空燃比とする空燃比フィードバック制御時に、空燃比センサ出力に基づいて空燃比フィードバック補正係数の平均値Mを演算し、この平均値Mと基準値1.0との差ΔMを求め、その差ΔMに基づいてエンジン用燃料のアルコール濃度を推定するものがある(特許文献1参照)。燃料のアルコール濃度を推定するのは、アルコールの物性はガソリンとは異なる点があり、特にアルコール濃度の高い燃料を用いるエンジンでは、その使用燃料のアルコール濃度に応じてエンジン制御指令値である空燃比や点火時期を変更する必要があるためである。
【0003】
【特許文献1】
特開平5−163992号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アルコール含有燃料を使用燃料とする従来装置において、空燃比フィードバック補正係数の平均値は使用燃料の実空燃比に相当し、基準値1.0はアルコール非含有燃料の理論空燃比に相当する。従って、従来装置はアルコール含有燃料を使用する場合に、使用燃料の実空燃比とアルコール非含有燃料の理論空燃比との空燃比差に基づいて使用燃料のアルコール濃度を推定するものである。
【0005】
しかしながら、従来装置のこのアルコール濃度推定方法では、目標空燃比がアルコール非含有燃料の理論空燃比よりリッチ側やリーン側に変化したとき、使用燃料のアルコール濃度の推定精度が低下する。これについて図7を参照して説明すると、同図において横軸は想定空燃比、縦軸はアルコール含有燃料を使用燃料としたときの使用燃料の実空燃比である。ここで、上記の想定空燃比は、後述するようにアルコール非含有燃料を使用燃料とするときの目標空燃比のことである。例えば、14.6はアルコール非含有燃料であるガソリン100%の燃料の理論空燃比であるが、このアルコール非含有燃料の理論空燃比を目標空燃比とするとき、14.6が想定空燃比となる。
【0006】
「E0ライン」はエタノール濃度が0%のアルコール含有燃料を使用燃料とするときの、「E85ライン」はエタノール濃度が85%のアルコール含有燃料を使用燃料とするときの各特性(直線)である。また、「エタノール中間濃度ライン」は、エタノール濃度85%をさらに大きく5つに分割したときの各濃度のアルコール含有燃料を使用燃料とするときの特性(直線)である。すなわち、「E17ライン」、「E34ライン」、「E51ライン」、「E68ライン」はそれぞれエタノール濃度が17%、34%、51%、68%のアルコール含有燃料を使用燃料とするときの各特性である。
【0007】
さて、従来装置では、アルコール含有燃料の使用時において、想定空燃比が14.6のとき、空燃比センサ出力に基づく空燃比フィードバック制御が行われる。このとき使用燃料の実空燃比が仮に16.6だったとすると、「E0ライン」との空燃比差は16.6−14.6=2.0であり、「E0ライン」から空燃比で2.0離れた位置は「E34ライン」と「E51ライン」のほぼ中間の位置にあるため、このときの使用燃料のエタノール濃度はほぼ42.5%(=(34+51)/2)であると推定することができる。
【0008】
いま、「E0ライン」との空燃比差が2.0となるように同一差分ラインを引いてみると、想定空燃比が、アルコール非含有燃料の理論空燃比である14.6を外れてリッチ側やリーン側になったときには、「E0ライン」との空燃比差2.0と使用燃料のアルコール濃度とが一義的に対応しないことがわかる。例えば、エタノール濃度が上記42.5%のアルコール含有燃料を使用していても、冷間始動直後で空燃比フィードバック制御開始前には想定空燃比が14.6よりも小さな空燃比AF1へと移る。このとき、「E0ライン」から空燃比で2.0離れた位置は「E68ライン」の上にくるので、「E0ライン」との空燃比差2.0に相当するエタノール濃度は68%にもなる。一方、希薄燃焼時には空燃比フィードバック制御が中止され、想定空燃比が14.6よりも大きな空燃比AF2へと移る。このとき、「E0ライン」から空燃比で2.0離れた位置は「E34ライン」の上にくるので、「E0ライン」との空燃比差2.0に相当するエタノール濃度は34%になる。
【0009】
このように、想定空燃比が、空燃比フィードバック制御の行われる14.6のときには「E0ライン」との空燃比差2.0により使用燃料のエタノール濃度が42.5%であると正確に推定できるものの、想定空燃比が14.6よりも小さな空燃比AF1のときにも「E0ライン」との同じ空燃比差2.0から使用燃料を推定すると68%にもなり、この逆に想定空燃比が14.6よりも大きな空燃比AF2のときにも「E0ライン」との同じ空燃比差2.0から使用燃料を推定すると34%となり、いずれも誤推定となってしまう。これは、従来装置においては想定空燃比が14.6を外れた場合つまり空燃比フィードバック制御の行われない領域に移行したときには、もはや空燃比差からアルコール濃度を一義的に定めることができないためである。
【0010】
そこで本発明では、アルコール含有燃料を使用燃料とする場合に、想定空燃比が空燃比フィードバック制御の行われない領域にあるときにも精度よく使用燃料のアルコール濃度を推定することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アルコール含有燃料を使用燃料とするエンジンを対象として、アルコール非含有燃料の理論空燃比よりもリッチ側またはリーン側の目標空燃比を設定し、この目標空燃比の得られる燃料量をエンジンに供給すると共に、使用燃料の実空燃比を検出し、前記目標空燃比とこの検出された実空燃比との比率に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出するように構成する。
【0012】
また本発明は、アルコール含有燃料を使用燃料とするエンジンを対象として、目標空燃比をアルコール非含有燃料の理論空燃比よりもリッチ側またはリーン側に設定し、この目標空燃比の得られる燃料量をエンジンに供給すると共に、この目標空燃比をアルコール非含有燃料の理論空燃比で除した値である空気過剰率を算出し、使用燃料の実空燃比を検出し、前記目標空燃比とこの検出された実空燃比との空燃比差を算出し、この空燃比差と前記空気過剰率との比率に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出するように構成する。
【0013】
また本発明は、アルコール含有燃料を使用燃料とするエンジンを対象とし、アルコール非含有燃料の理論空燃比よりもリッチ側またはリーン側の目標空燃比を設定し、この目標空燃比の得られる燃料量をエンジンに供給すると共に、使用燃料の実空燃比を検出し、前記目標空燃比とこの検出された実空燃比との比率に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出し、この算出されたアルコール濃度に基づいてエンジン制御指令値を補正するように構成する。
【0014】
また本発明は、アルコール含有燃料を使用燃料とするエンジンを対象とし、アルコール非含有燃料の理論空燃比よりもリッチ側またはリーン側の目標空燃比を設定し、この目標空燃比の得られる燃料量をエンジンに供給すると共に、この目標空燃比をアルコール非含有燃料の理論空燃比で除した値である空気過剰率を算出し、使用燃料の実空燃比を検出し、前記目標空燃比とこの検出された実空燃比との空燃比差を算出し、この空燃比差と前記空気過剰率との比率に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出し、この算出されたアルコール濃度に基づいてエンジン制御指令値を補正するように構成する。
【0015】
【発明の効果】
本発明ではアルコール非含有燃料の理論空燃比よりもリッチ側またはリーン側目標空燃比を設定した場合に、この目標空燃比と使用燃料の実空燃比との比率あるいはこの目標空燃比とこの検出された実空燃比との空燃比差と、この目標空燃比をアルコール非含有燃料の理論空燃比で除した値である空気過剰率との比率に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出するようにしたので、理論空燃比よりもリッチ側やリーン側の目標空燃比を設定している状態においても比率と使用燃料のアルコール濃度とが一義的に定まることから、目標空燃比をアルコール非含有燃料の理論空燃比よりもリッチ側またはリーン側に設定する領域、つまり空燃比フィードバック制御を行うことができない領域においても使用燃料のアルコールの濃度を精度よく推定できる。
【0016】
また本発明によれば、算出されたアルコール濃度に基づいてエンジン制御指令値を補正するので、目標空燃比をアルコール非含有燃料の理論空燃比よりもリッチ側またはリーン側に設定する領域、つまり空燃比フィードバック制御を行うことができない領域においても、エンジンの燃焼状態を狙い通りに制御できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0018】
図1は成層燃焼運転と均質燃焼運転とを切換可能にしたエンジンの制御装置の制御システム図で、当該エンジンは図示しない車両に搭載されている。
【0019】
図1において1はエンジン本体、2は吸気管、3は排気管、4は燃料噴射弁、5は点火プラグ、6はスロットル弁、7はスロットル弁6を開閉駆動するステップモータ(あるいはDCモータなど)である。ここで、スロットル弁6とステップモータ7とから電気制御スロットル装置が構成されている。
【0020】
当該エンジンではシリンダに直接臨んで設けられた燃料噴射弁4より低負荷などにおいて燃料を圧縮行程の後半に噴射しその噴霧から形成される混合気をシリンダ内の吸気流動を利用して塊のまま点火プラグ5へと向かわせ、圧縮上死点付近において点火プラグ5の近傍に到達した混合気塊に対して点火プラグ5による点火を行い、全体としては空燃比が例えば40を超える超希薄燃焼(成層燃焼)の運転を行う。また高負荷側では燃料を吸気行程で噴射して燃料と空気の混合を早め、燃焼室の全域を均質的な混合気で満たし、理論空燃比の混合気による均質燃焼の運転を行う。
【0021】
このため、アクセル開度センサ12からのアクセル開度(アクセルペダルの踏み込み量のこと)の信号、クランク角センサ13からの単位クランク角毎のポジション信号および気筒行程の位相差毎の基準信号、スロットル弁6上流の吸気管2に設けられるエアフローメータ14からの吸入空気流量の信号、水温センサ16からの冷却水温の信号、三元触媒8の上流に設けた空燃比センサ17(実空燃比検出手段)からの信号が、エンジンコントローラ11に入力され、エンジンコントローラ11では運転条件(エンジン回転速度と吸入空気流量とで定まる)により最適な空燃比と最適な燃焼状態とが得られるように燃料噴射弁4からの燃料噴射量と燃料噴射時期とを制御している。例えば運転条件が図3に示す低負荷側や低回転速度側の希薄燃焼域(目標当量比Tfbyaが1.0より小さな領域)にあれば目標空燃比を理論空燃比より希薄側に設定する。一方、図3に示す高負荷側や高回転速度側のストイキ燃焼域(目標当量比Tfbyaが1.0の領域)になると燃料噴射時期をピストンが下降する吸気行程に設定するとともに目標空燃比を理論空燃比を中心とした狭い範囲に収める。また、全負荷時の出力要求に応えるため、全負荷付近の領域(目標当量比Tfbyaが1.2の領域)になると目標空燃比を理論空燃比よりも小さな空燃比(出力空燃比)とする。
【0022】
また、冷間始動直後で空燃比フィードバック制御開始前には目標当量比Tfbyaが1.0を超える値になり、このとき空燃比は14.6よりも小さな値にある。
【0023】
このように、どんな空燃比(目標空燃比)でエンジンを運転するかは目標当量比Tfbyaにより定まるのであり、この目標当量比Tfbyaを用いてエンジンコントローラ11では、次式によりシーケンシャル噴射時の燃料噴射パルス幅Ti[ms]を演算している。
【0024】
Ti=(Tp×Tfbya+Kathos)×HOSETHA
×(α+αm−1)×2+Ts…(1)
ただし、Tp ;基本噴射パルス幅、
Kathos ;過渡補正量、
HOSETHA;エタノール濃度補正係数、
α ;空燃比フィードバック補正係数、
αm ;空燃比学習値、
Ts ;無効パルス幅、
ここで、(1)式のエタノール濃度補正係数HOSETHAは、使用燃料のエタノール濃度の関数である。すなわち、ここでのエンジンはアルコール含有燃料を使用するものである。
【0025】
ただし、(1)式においてエタノール濃度補正係数HOSETHA以外は、エタノール非含有燃料であるガソリン100%の燃料に対してマッチングされている値である。このため、アルコール含有燃料が使用されるときには燃焼状態や空燃比が変化するので、このエタノール濃度補正係数HOSETHAにより燃料供給量を補正することで、使用燃料がガソリン100%の燃料であるときと同等の燃焼状態や空燃比を得るようにしている。
【0026】
また、エンジンコントローラ11ではアクセルセンサ12からのアクセル開度と車速センサ18からの車速とに基づいて車両の目標駆動トルクを演算し、この目標駆動トルクに基づいて目標スロットル弁開度を演算し、この目標スロットル弁開度が得られるように、ステップモータ7を介してスロットル弁開度を制御する。その際スロットルセンサ15からの信号をフィードバック信号として用いている。
【0027】
このように、本実施形態ではアルコール含有燃料を使用燃料とエンジンを前提とし、従来装置と同様に運転条件に応じた目標空燃比を設定すると共に、この目標空燃比と使用燃料の実空燃比との比率に基づいて使用燃料のエタノール濃度を算出(推定)し、この算出したエタノール濃度に基づいて上記のエタノール濃度補正係数HOSETHAを算出する。
【0028】
ここで、上記の目標空燃比はガソリン100%の燃料に対する値で、後述するように目標当量比Tfbyaにより定まる。
【0029】
エンジンコントローラ11で実行されるこの使用燃料のエタノール濃度の算出及びエタノール濃度補正係数HOSETHAの算出を図2のフローチャートにより説明する。図2のフローは一定時間毎(例えば10ms毎)に実行する。
【0030】
ステップ1では目標当量比Tfbya[無名数]と空燃比センサ17出力VAFを読み込み、ステップ2でこの目標当量比Tfbyaと1.0を比較する。
【0031】
ここで、目標当量比Tfbyaはエンジンの暖機完了後は図3に示すマップを検索することにより得られる値(エンジン冷間始動よりエンジンの暖機途中に限ってはマップ値は1.0であっても1.0を超える値となる)で、公知である。なお、目標当量比Tfbyaはガソリン100%の燃料に対してマッチングしている値である。
【0032】
目標当量比Tfbyaが1.0でないときには成層燃焼域や出力空燃比域にある、つまり理論空燃比を目標空燃比とする空燃比フィードバック制御条件にないと判断し、ステップ3に進んで目標空燃比(この目標空燃比を以下「想定空燃比」という。)Aを次式により算出する。
【0033】
A=14.623/Tfbya…(2)
(2)式の14.623はガソリン100%の燃料(アルコール非含有燃料)の理論空燃比である。ガソリン100%の燃料では、例えば出力空燃比域のとき目標当量比Tfbya=1.2であることより、想定空燃比Aは12.186といった値になる。
【0034】
ステップ4では空燃比センサ17出力VAFより、使用燃料の実空燃比Bを次式により算出する。例えば空燃比センサ出力VAFより所定のテーブルを検索することにより実空燃比Bを求める。
【0035】
B=f1(VAF)…(3)
ステップ5では想定空燃比Aからこの使用燃料の実空燃比Bを差し引いた空燃比差と許容値εを比較する。使用燃料のエタノール濃度が高くなるほど理論空燃比は小さくなり(図6参照)、この使用燃料の理論空燃比に近い値を、空燃比センサ17が検出するので、使用燃料のエタノール濃度が高くなるほど使用燃料の実空燃比Bも小さくなる。つまり空燃比差A−Bが大きくなるほど使用燃料のエタノール濃度が大きいことを表す。許容値εは使用燃料のエタノール濃度が10%のときのA−Bに相当する値である。従って、A−B>εであることは使用燃料のエタノール濃度が10%を超えていることを、またA−B≦εであることは使用燃料のエタノール濃度が10%以下であることを表す。
【0036】
A−B≦εであるときには使用燃料のエタノール濃度を推定することなくステップ6に進んで、エタノール濃度補正係数HOSETHA=1.0として今回の処理を終了する。つまり、0〜10%までのエタノール濃度のときには燃料供給量を補正しない。これは、使用燃料のエタノール濃度が10%以下であるときには発熱量の低下がさほどでなく燃料消費率がほとんど悪化しないので、使用燃料のエタノール濃度に応じた補正を行う必要がないためである。
【0037】
これに対してA−B>εであるときにはステップ5よりステップ7に進んで想定空燃比Aと使用燃料の実空燃比Bの比率Cを次式により算出する。
【0038】
C=A/B…(4)
ステップ8ではこの比率Cから使用燃料のエタノール濃度EthaCを次式により算出する。例えば比率Cから図4を内容とするテーブルを検索することによりエタノール濃度EthaCを算出する。
【0039】
EthaC=f2(C)…(5)
ステップ9ではこのようにして算出した使用燃料のエタノール濃度EthaCから次式によりエタノール濃度補正係数HOSETHAを算出する。
【0040】
HOSETHA=f3(EthaC)…(6)
例えば、エタノール濃度が大きくなるほどエンジンへの供給燃料量が増すように1.0より大きな値のエタノール濃度補正係数を与える。
【0041】
一方、目標当量比Tfbya=1.0であるときには理論空燃比を目標空燃比とする空燃比フィードバック制御条件にあると判断する。このときには従来装置(特開平5−163992号公報)のエタノール濃度推定方法が使えるので、ステップ2よりステップ10〜13に進んで従来装置と同様に空燃比フィードバック補正係数αに基づいて使用燃料のエタノール濃度を算出する。すなわち、ステップ10では空燃比フィードバック補正係数αの半周期当たりの最大値αmaxと最小値αminを読み込み、これらよりステップ11で空燃比フィードバック補正係数の半周期当たりの平均値αaveを次式により算出する。
【0042】
αave=(αmax+αmin)/2…(7)
ステップ12ではこの平均値αaveと基準値1.0との差ΔMを求め、この差ΔMからステップ13でエタノール濃度EthaCを次式により算出する。例えば、差ΔMから図5を内容とするテーブルを検索することによりエタノール濃度EthaC算出する。
【0043】
EthaC=f4(ΔM)…(8)
ステップ9ではこのエタノール濃度EthaCからエタノール濃度補正係数HOSEthaを前述の(6)式により算出する。
【0044】
ここで、本実施形態の作用を図6を参照しながら説明すると、図6は最左端の欄のうち上段の「E0」は左から2番目の欄のうち上段に示したようにエタノール濃度0%の使用燃料を表す。同様に、「E40」はエタノール濃度40%の使用燃料、「E85」はエタノール濃度85%の使用燃料を表す。左から3番目の欄は、使用燃料の理論空燃比で、エタノール濃度が40%、85%と大きくなるほど使用燃料の理論空燃比が小さくなっていくことを表している。
【0045】
左から4番目以降の欄のうち最上段は
〈a〉エタノール濃度0%の使用燃料(ガソリン100%の燃料)に対して、燃料増量率を10%、20%、30%と変化させたときの想定空燃比A、そのときの空気過剰率λ、「E0」との比率Cを、また左から4番目以降の欄のうち中段と下段は
〈b〉エタノール濃度の異なる2つの使用燃料(「E40」と「E85」)に対して、燃料増量率を10%、20%、30%と変化させたときの実空燃比B、そのときの空気過剰率λ、「E0」との空燃比差D(=A−B)、「E0」との比率Cをまとめたものである。
【0046】
なお、増量率を10%、20%、30%とすることは、目標当量比Tfbyaを1.1、1.2、1.3とすることによって果たされる。
【0047】
この場合に、「E0」との空燃比差Dを採用するのが従来装置(特開平5−163992号公報)に相当し、「E0」との比率Cを採用するのが本実施形態であるので、「E40」と「E85」に対して従来装置、本実施形態をそれぞれ検討する。
【0048】
〈1〉「E40」:
使用燃料のエタノール濃度である40%と「E0」との空燃比差Dとが一義的に定まる必要がある。想定空燃比Aを13.294、12.186、11.248と変化させたとき、実空燃比Bは11.165、10.235、9.448と変化するので、「E0」との空燃比差Dを求めてみると、2.129(=13.294−11.165)、1.951(=12.186−10.235)、1.800(=11.248−9.448)と変化している。すなわち、従来装置においては使用燃料のエタノール濃度は40%で一定でありながら、想定空燃比Aに応じて「E0」との空燃比差Dが変化してしまうので、使用燃料のエタノール濃度である40%と「E0」との空燃比差Dとを一義的に定めることができない。
【0049】
これに対して本実施形態では、「E0」との比率Cは増量率10%のとき1.191(=13.294/11.165)、増量率20%のとき1.191(=12.186/10.235)、増量率30%のとき1.191(=11.248/9.448)となり想定空燃比Aをリッチ側に変化させても変化しない。すなわち、本実施形態によれば想定空燃比Aがリッチ側に変化しても使用燃料のエタノール濃度である40%と「E0」との比率Cである1.191とが一義的に定まっている。
【0050】
〈2〉「E85」:
使用燃料のエタノール濃度である85%と「E0」との空燃比差Dとが一義的に定まる必要がある。想定空燃比Aを13.294、12.186、11.248と変化させたとき、実空燃比Bは8.892、8.151、7.524と変化するので、「E0」との空燃比差Dを求めてみると、4.402(=13.294−8.892)、4.035(=12.186−8.151)、3.694(=11.248−7.524)と変化している。すなわち、従来装置においては使用燃料のエタノール濃度は85%で一定でありながら、想定空燃比Aに応じて「E0」との空燃比差Dが変化してしまい、使用燃料のエタノール濃度である85%と「E0」との空燃比差Dとを一義的に定めることができない。
【0051】
これに対して本実施形態では、「E0」との比率Cは 増量率10%のとき1.495(=13.294/8.892)、増量率20%のとき1.495(=12.186/8.151)、増量率30%のとき1.495(=11.248/7.524)となり想定空燃比Aをリッチ側に変化させても変化しない。すなわち、本実施形態によれば想定空燃比Aがリッチ側に変化しても使用燃料のエタノール濃度である85%と「E0」との比率Cである1.495とが一義的に定まっている。
【0052】
図6には
(イ)想定空燃比Aをリッチ側に変化させた場合、また
(ロ)使用燃料のエタノール濃度が40%、85%の2つの場合
しか示していないが、図6はこれらの場合で代表させたに過ぎず、
(ハ)想定空燃比Aをリーン側に変化させた場合、また
(ニ)使用燃料のエタノール濃度が100%までのうちのこれら40%、85%以外の濃度である場合
においても、上記〈1〉、〈2〉と同様の結果となることを確認している。
【0053】
上記〈1〉、〈2〉により求まった「E0」との比率Cと使用燃料のエタノール濃度との2つの組み合わせ(1.191、40%)、(1.495、85%)は図4に示したエタノール濃度の特性上にのる値である。従って、(ハ)、(ニ)の場合に得られる「E0」との比率Cと使用燃料のエタノール濃度との各組み合わせを書き込めば図4に示した特性が得られることになる。
【0054】
このように本実施形態(請求項1に記載の発明)では、アルコール含有燃料を使用するエンジンを前提として、使用燃料の実空燃比Bを算出し、想定空燃比A(目標空燃比)とこの実空燃比Bとの比率Cに基づいて使用燃料のエタノール濃度EthaCを算出(推定)するようにしたので、想定空燃比Aがガソリン100%の燃料の理論空燃比(14.623)よりリッチ側、リーン側のいずれの側に変化した状態でも、使用燃料のエタノール濃度EthaCを精度よく求めることができる。
【0055】
また、本実施形態(請求項3に記載の発明)によれば、算出されたエタノール濃度EthaC(アルコール濃度)に基づいエンジンへの燃料供給量(エンジン制御指令値)を補正するので、想定空燃比Aをガソリン100%の燃料の理論空燃比よりもリッチ側またはリーン側に設定する領域、つまり空燃比フィードバック制御を行うことができない領域においても、エンジンの燃焼状態を狙い通りに制御できる。
【0056】
実施形態では、使用燃料のエタノール濃度を算出するパラメータが、想定空燃比Aと使用燃料の実空燃比Bとの比率Cである場合で説明したが、これに限られるものでない。例えば「E0」との空燃比差Dを空気過剰率λで除した値(D/λ)をパラメータとしてもかまわない(第2実施形態)。
【0057】
これについて図6を再び参照して説明すると、「E40」、「E85」に対して、「E0」との空燃比差Dを空気過剰率λで除した値(D/λ)を追加して書き入れている。このD/λをみてみると、次のようになる。
【0058】
〈3〉「E40」:
想定空燃比Aを13.294、12.186、11.248と変化させたとき、空気過剰率λは、0.909(=13.294/14.623)、0.833(=12.186/14.623)、0.769(=11.248/14.623)と変化する。また、「E0」との空燃比差Dは前述のように、2.129、1.951、1.800と変化する。ところが、D/λは増量率が10%のとき2.342(=2.129/0.909)、増量率が20%のとき2.342(=1.951/0.833)、増量率が30%のとき2.341(=1.800/0.769)となりほとんど変わらない。
【0059】
〈4〉「E85」:
想定空燃比Aを13.294、12.186、11.248と変化させたとき、空気過剰率λは、0.909、0.833、0.769と変化する。また、空燃比差Dは前述のように、4.402、4.035、3.694と変化する。ところが、D/λは増量率が10%のとき4.843(=4.402/0.909)、増量率が20%のとき4.844(=4.035/0.833)、増量率が30%のとき4.843(=3.694/0.769)となりほとんど変わらない。
【0060】
図6には前述のように想定空燃比Aをリッチ側に変化させた場合、また使用燃料のエタノール濃度が40%、85%の2つの場合しか示していないが、図6はこれらの場合で代表させたに過ぎず、想定空燃比Aをリーン側に変化させた場合、また使用燃料のエタノール濃度が100%までのうちのこれら40%、85%以外の濃度である場合においても、上記〈3〉、〈4〉と同様の結果となることを確認している。
【0061】
このように、「E0」との空燃比差Dと空気過剰率λとの比率によっても、想定空燃比Aがリッチ側やリーン側に変化した状態において使用燃料のエタノール濃度を一義的に定めることができる(請求項2に記載の発明)。
【0062】
実施形態はアルコールがエタノールである場合で説明したが、これに限られるものでない。
【0063】
第1実施形態は分子を想定空燃比A、分母を使用燃料の実空燃比Bとする比率Cの場合で説明したが、分母を想定空燃比A、分子を使用燃料の実空燃比Bとする比率の場合でもかまわない。
【0064】
第2実施形態は分子を「E0」との空燃比差D、分母を空気過剰率λとする比率の場合で説明したが、分母を「E0」との空燃比差D、分子を空気過剰率λとする比率の場合でもかまわない。
【0065】
実施形態では、使用燃料のエタノール濃度に基づいてエンジンへの燃料供給量(Tp)を補正する場合で説明したが、点火時期を補正してもかまわない。なお、使用燃料のアルコール濃度に基づいて点火時期を補正する方法は、特開平2−125967号公報により公知であるので、これを用いればよい。
【0066】
最後に、請求項1に記載の目標空燃比設定手段の機能はエンジンコントローラ11により、アルコール濃度算出手段の機能は図2のステップ7、8により果たされている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の制御システム図。
【図2】使用燃料のエタノール濃度の算出とエタノール濃度補正係数の算出を説明するためのフローチャート。
【図3】目標当量比の特性図。
【図4】比率Cに対する使用燃料のエタノール濃度の特性図。
【図5】差ΔMに対する使用燃料のエタノール濃度の特性図。
【図6】「E0」、「E40」、「E80」での特性をまとめた表図。
【図7】想定空燃比と使用燃料の実空燃比との関係を説明するための特性図。
【符号の説明】
4 燃料噴射弁
5 点火プラグ
11 エンジンコントローラ
17 空燃比センサ(実空燃比検出手段)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an engine alcohol concentration estimation apparatus and an engine control apparatus.
[0002]
[Prior art]
At the time of air-fuel ratio feedback control in which the theoretical air-fuel ratio is the target air-fuel ratio, the average value M of the air-fuel ratio feedback correction coefficient is calculated based on the output of the air-fuel ratio sensor, and the difference ΔM between this average value M and the reference value 1.0 is calculated. There is one that obtains and estimates the alcohol concentration of the engine fuel based on the difference ΔM (see Patent Document 1). The alcohol concentration of the fuel is estimated because the physical properties of the alcohol are different from those of gasoline. Particularly in an engine using a fuel having a high alcohol concentration, an air-fuel ratio that is an engine control command value according to the alcohol concentration of the fuel used. This is because the ignition timing needs to be changed.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-163992
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional apparatus using alcohol-containing fuel as the fuel used, the average value of the air-fuel ratio feedback correction coefficient corresponds to the actual air-fuel ratio of the fuel used, and the reference value 1.0 corresponds to the theoretical air-fuel ratio of the alcohol-free fuel. . Therefore, when using an alcohol-containing fuel, the conventional apparatus estimates the alcohol concentration of the used fuel based on the air-fuel ratio difference between the actual air-fuel ratio of the used fuel and the theoretical air-fuel ratio of the non-alcohol-containing fuel.
[0005]
However, in the alcohol concentration estimation method of the conventional apparatus, when the target air-fuel ratio changes to the rich side or the lean side from the theoretical air-fuel ratio of the alcohol-free fuel, the estimation accuracy of the alcohol concentration of the fuel used decreases. This will be described with reference to FIG. 7. In FIG. 7, the horizontal axis represents the assumed air-fuel ratio, and the vertical axis represents the actual air-fuel ratio of the fuel used when alcohol-containing fuel is used. Here, the assumed air-fuel ratio is a target air-fuel ratio when an alcohol-free fuel is used as a fuel as described later. For example, 14.6 is the theoretical air-fuel ratio of 100% gasoline fuel that is an alcohol-free fuel. When the theoretical air-fuel ratio of this alcohol-free fuel is the target air-fuel ratio, 14.6 is the assumed air-fuel ratio. Become.
[0006]
“E0 line” is each characteristic (straight line) when an alcohol-containing fuel having an ethanol concentration of 0% is used as fuel, and “E85 line” is an alcohol-containing fuel having an ethanol concentration of 85%. . The “ethanol intermediate concentration line” is a characteristic (straight line) when the alcohol-containing fuel of each concentration when the ethanol concentration of 85% is further divided into five is used as fuel. In other words, the “E17 line”, “E34 line”, “E51 line”, and “E68 line” are characteristics when an alcohol-containing fuel having an ethanol concentration of 17%, 34%, 51%, and 68% is used as a fuel. It is.
[0007]
In the conventional device, when the alcohol-containing fuel is used, when the assumed air-fuel ratio is 14.6, air-fuel ratio feedback control based on the air-fuel ratio sensor output is performed. If the actual air-fuel ratio of the fuel used is 16.6, the air-fuel ratio difference from the “E0 line” is 16.6-14.6 = 2.0, and the air-fuel ratio is 2 from the “E0 line”. Since the position separated by 0.0 is approximately halfway between the “E34 line” and the “E51 line”, the ethanol concentration of the fuel used at this time is estimated to be approximately 42.5% (= (34 + 51) / 2) can do.
[0008]
Now, when the same difference line is drawn so that the air-fuel ratio difference with the “E0 line” becomes 2.0, the assumed air-fuel ratio deviates from 14.6, which is the theoretical air-fuel ratio of the alcohol-free fuel, and is rich. It can be seen that the air-fuel ratio difference 2.0 with respect to the “E0 line” does not uniquely correspond to the alcohol concentration of the fuel used when the fuel cell is on the lean side or lean side. For example, even if an alcohol-containing fuel having an ethanol concentration of 42.5% is used, the air-fuel ratio AF1 is shifted to an air-fuel ratio AF1 smaller than 14.6 immediately after the cold start and before the air-fuel ratio feedback control is started. . At this time, since the position away from the “E0 line” by 2.0 with the air / fuel ratio is above the “E68 line”, the ethanol concentration corresponding to the air / fuel ratio difference of 2.0 from the “E0 line” is as high as 68%. Become. On the other hand, at the time of lean combustion, the air-fuel ratio feedback control is stopped, and the assumed air-fuel ratio shifts to an air-fuel ratio AF2 that is larger than 14.6. At this time, since the position away from the “E0 line” by 2.0 with the air / fuel ratio comes on the “E34 line”, the ethanol concentration corresponding to the air / fuel ratio difference of 2.0 from the “E0 line” becomes 34%. .
[0009]
Thus, when the assumed air-fuel ratio is 14.6 where air-fuel ratio feedback control is performed, it is accurately estimated that the ethanol concentration of the fuel used is 42.5% due to the air-fuel ratio difference 2.0 with respect to the “E0 line”. Although it is possible, when the assumed air-fuel ratio is smaller than 14.6 and the air-fuel ratio AF1 is estimated, the fuel used is estimated to be 68% from the same air-fuel ratio difference 2.0 with the “E0 line”. Even when the air-fuel ratio AF2 is greater than 14.6, if the fuel used is estimated from the same 2.0 air-fuel ratio difference with the “E0 line”, it becomes 34%, and both are erroneously estimated. This is because in the conventional apparatus, when the assumed air-fuel ratio deviates from 14.6, that is, when the air-fuel ratio feedback control is not performed, the alcohol concentration can no longer be uniquely determined from the air-fuel ratio difference. is there.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to accurately estimate the alcohol concentration of the used fuel even when the assumed air-fuel ratio is in a region where the air-fuel ratio feedback control is not performed when the alcohol-containing fuel is used.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is intended for an engine using alcohol-containing fuel as a fuel, and sets a target air-fuel ratio that is richer or leaner than the theoretical air-fuel ratio of alcohol-free fuel, and sets the amount of fuel that can be obtained from the target air-fuel ratio. While supplying to the engine, the actual air-fuel ratio of the used fuel is detected, and the alcohol concentration of the used fuel is calculated based on the ratio between the target air-fuel ratio and the detected actual air-fuel ratio.
[0012]
Further, the present invention is directed to an engine using an alcohol-containing fuel as a fuel, and the target air-fuel ratio is set to be richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio of the alcohol-free fuel, and the amount of fuel obtained from the target air-fuel ratio is obtained. The excess air ratio, which is a value obtained by dividing the target air-fuel ratio by the stoichiometric air-fuel ratio of the alcohol-free fuel, is calculated, the actual air-fuel ratio of the fuel used is detected, and the target air-fuel ratio and this detection are detected. An air-fuel ratio difference from the actual air-fuel ratio is calculated, and the alcohol concentration of the fuel used is calculated based on the ratio between the air-fuel ratio difference and the excess air ratio.
[0013]
Further, the present invention is directed to an engine using an alcohol-containing fuel as a fuel, and a target air-fuel ratio richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio of the alcohol-free fuel is set, and the amount of fuel from which the target air-fuel ratio can be obtained And the actual air-fuel ratio of the fuel used is detected, the alcohol concentration of the fuel used is calculated based on the ratio between the target air-fuel ratio and the detected actual air-fuel ratio, and the calculated alcohol concentration The engine control command value is corrected based on the above.
[0014]
Further, the present invention is directed to an engine using an alcohol-containing fuel as a fuel, and a target air-fuel ratio richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio of the alcohol-free fuel is set, and the amount of fuel from which the target air-fuel ratio can be obtained The excess air ratio, which is a value obtained by dividing the target air-fuel ratio by the stoichiometric air-fuel ratio of the alcohol-free fuel, is calculated, the actual air-fuel ratio of the fuel used is detected, and the target air-fuel ratio and this detection are detected. An air-fuel ratio difference from the calculated actual air-fuel ratio is calculated, an alcohol concentration of the fuel used is calculated based on a ratio between the air-fuel ratio difference and the excess air ratio, and an engine control command is calculated based on the calculated alcohol concentration. Configure to correct the value.
[0015]
【The invention's effect】
In the present invention, when the target air-fuel ratio richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio of the alcohol-free fuel is set, the ratio of the target air-fuel ratio to the actual air-fuel ratio of the fuel used or the target air-fuel ratio is detected. The alcohol concentration of the fuel used is calculated based on the ratio between the air / fuel ratio difference from the actual air / fuel ratio and the excess air ratio, which is the target air / fuel ratio divided by the theoretical air / fuel ratio of the alcohol-free fuel. Therefore, even if the target air-fuel ratio richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio is set, the ratio and the alcohol concentration of the fuel used are uniquely determined. Even in the region that is set to the rich side or lean side of the air-fuel ratio, that is, the region where air-fuel ratio feedback control cannot be performed, the alcohol concentration of the fuel used is accurately estimated. It can be.
[0016]
According to the present invention, since the engine control command value is corrected based on the calculated alcohol concentration, the target air-fuel ratio is set to a richer side or leaner side than the stoichiometric air-fuel ratio of the alcohol-free fuel, that is, the empty Even in a region where the fuel ratio feedback control cannot be performed, the combustion state of the engine can be controlled as intended.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a control system diagram of an engine control device that can switch between stratified combustion operation and homogeneous combustion operation. The engine is mounted on a vehicle (not shown).
[0019]
In FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is an intake pipe, 3 is an exhaust pipe, 4 is a fuel injection valve, 5 is a spark plug, 6 is a throttle valve, and 7 is a step motor (or a DC motor) that drives the throttle valve 6 to open and close. ). Here, the throttle valve 6 and the step motor 7 constitute an electrically controlled throttle device.
[0020]
In the engine, fuel is injected in the latter half of the compression stroke at a load lower than that of the fuel injection valve 4 provided directly facing the cylinder, and the air-fuel mixture formed from the spray remains in a lump using the intake air flow in the cylinder. The air-fuel mixture that reaches the spark plug 5 and reaches the vicinity of the spark plug 5 near the compression top dead center is ignited by the spark plug 5, and as a whole, the ultra lean combustion (air-fuel ratio exceeds 40, for example) Perform stratified combustion). On the high load side, fuel is injected in the intake stroke to accelerate mixing of the fuel and air, and the entire combustion chamber is filled with a homogeneous air-fuel mixture, and a homogeneous combustion operation with a stoichiometric air-fuel mixture is performed.
[0021]
For this reason, the signal of the accelerator opening (the amount of depression of the accelerator pedal) from the accelerator opening sensor 12, the position signal for each unit crank angle from the crank angle sensor 13, and the reference signal for each phase difference of the cylinder stroke, the throttle An intake air flow rate signal from an air flow meter 14 provided in the intake pipe 2 upstream of the valve 6, a cooling water temperature signal from the water temperature sensor 16, an air-fuel ratio sensor 17 (actual air-fuel ratio detection means provided upstream of the three-way catalyst 8 ) Is input to the engine controller 11, and the fuel injection valve so that an optimal air-fuel ratio and an optimal combustion state are obtained in the engine controller 11 depending on the operating conditions (determined by the engine speed and the intake air flow rate). The fuel injection amount from 4 and the fuel injection timing are controlled. For example, if the operating condition is in the lean combustion region (region where the target equivalence ratio Tfbya is smaller than 1.0) on the low load side or the low rotational speed side shown in FIG. 3, the target air-fuel ratio is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. On the other hand, when the stoichiometric combustion region (region where the target equivalence ratio Tfbya is 1.0) on the high load side or high rotational speed side shown in FIG. 3 is reached, the fuel injection timing is set to the intake stroke in which the piston descends, and the target air-fuel ratio is set. It falls within a narrow range centered on the theoretical air-fuel ratio. Further, in order to meet the output demand at the time of full load, the target air-fuel ratio is set to an air-fuel ratio (output air-fuel ratio) smaller than the stoichiometric air-fuel ratio in a region near the full load (region where the target equivalent ratio Tfbya is 1.2). .
[0022]
Further, immediately after the cold start and before the start of air-fuel ratio feedback control, the target equivalent ratio Tfbya exceeds 1.0, and at this time, the air-fuel ratio is smaller than 14.6.
[0023]
In this way, the air-fuel ratio (target air-fuel ratio) at which the engine is operated is determined by the target equivalent ratio Tfbya. The engine controller 11 uses this target equivalent ratio Tfbya to perform fuel injection during sequential injection according to the following equation. The pulse width Ti [ms] is calculated.
[0024]
Ti = (Tp × Tfbya + Kathos) × HOSETHA
× (α + αm−1) × 2 + Ts (1)
Where Tp: basic injection pulse width,
Kathos; transient correction amount,
HOSETHA: Ethanol concentration correction coefficient,
α: Air-fuel ratio feedback correction coefficient,
αm: learning value of air-fuel ratio,
Ts: Invalid pulse width,
Here, the ethanol concentration correction coefficient HOSETHA in the equation (1) is a function of the ethanol concentration of the fuel used. That is, the engine here uses an alcohol-containing fuel.
[0025]
However, in the equation (1), values other than the ethanol concentration correction coefficient HOSETHA are values matched to 100% gasoline fuel which is an ethanol-free fuel. For this reason, since the combustion state and the air-fuel ratio change when alcohol-containing fuel is used, correcting the fuel supply amount with this ethanol concentration correction coefficient HOSETHA is equivalent to the case where the fuel used is 100% gasoline fuel. The combustion state and the air-fuel ratio are obtained.
[0026]
The engine controller 11 calculates the target drive torque of the vehicle based on the accelerator opening from the accelerator sensor 12 and the vehicle speed from the vehicle speed sensor 18, and calculates the target throttle valve opening based on the target drive torque. The throttle valve opening is controlled via the step motor 7 so as to obtain this target throttle valve opening. At that time, a signal from the throttle sensor 15 is used as a feedback signal.
[0027]
Thus, in the present embodiment, the alcohol-containing fuel is assumed to be the fuel used and the engine, and the target air-fuel ratio corresponding to the operating conditions is set as in the conventional device, and the target air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio of the fuel used are set. The ethanol concentration of the fuel used is calculated (estimated) based on this ratio, and the ethanol concentration correction coefficient HOSETHA is calculated based on the calculated ethanol concentration.
[0028]
Here, the target air-fuel ratio is a value for 100% gasoline fuel, and is determined by the target equivalent ratio Tfbya as described later.
[0029]
The calculation of the ethanol concentration of the fuel used and the calculation of the ethanol concentration correction coefficient HOSETHA executed by the engine controller 11 will be described with reference to the flowchart of FIG. The flow in FIG. 2 is executed at regular time intervals (for example, every 10 ms).
[0030]
In step 1, the target equivalent ratio Tfbya [anonymous number] and the air-fuel ratio sensor 17 output VAF are read. In step 2, the target equivalent ratio Tfbya is compared with 1.0.
[0031]
Here, the target equivalence ratio Tfbya is a value obtained by searching the map shown in FIG. 3 after the engine warm-up is completed (the map value is 1.0 only during the engine warm-up from the engine cold start). Even if it is, it will be a value exceeding 1.0). Note that the target equivalent ratio Tfbya is a value that matches the fuel of 100% gasoline.
[0032]
When the target equivalent ratio Tfbya is not 1.0, it is determined that the target air-fuel ratio is not in the stratified combustion region or the output air-fuel ratio region, that is, the air-fuel ratio feedback control condition in which the stoichiometric air-fuel ratio is the target air-fuel ratio. (This target air-fuel ratio is hereinafter referred to as “assumed air-fuel ratio”.) A is calculated by the following equation.
[0033]
A = 14.623 / Tfbya (2)
14.623 in the formula (2) is the stoichiometric air-fuel ratio of 100% gasoline fuel (alcohol-free fuel). In the case of 100% gasoline fuel, for example, in the output air-fuel ratio range, the target equivalent ratio Tfbya = 1.2, and thus the assumed air-fuel ratio A is a value of 12.186.
[0034]
In step 4, the actual air-fuel ratio B of the fuel used is calculated from the air-fuel ratio sensor 17 output VAF by the following equation. For example, the actual air-fuel ratio B is obtained by searching a predetermined table from the air-fuel ratio sensor output VAF.
[0035]
B = f1 (VAF) (3)
In step 5, the air-fuel ratio difference obtained by subtracting the actual air-fuel ratio B of the used fuel from the assumed air-fuel ratio A is compared with the allowable value ε. The theoretical air-fuel ratio decreases as the ethanol concentration of the fuel used increases (see FIG. 6), and the air-fuel ratio sensor 17 detects a value close to the theoretical air-fuel ratio of the fuel used. The actual air-fuel ratio B of the fuel is also reduced. That is, the greater the air-fuel ratio difference AB, the greater the ethanol concentration of the fuel used. The allowable value ε is a value corresponding to AB when the ethanol concentration of the fuel used is 10%. Therefore, A−B> ε indicates that the ethanol concentration of the fuel used exceeds 10%, and A−B ≦ ε indicates that the ethanol concentration of the fuel used is 10% or less. .
[0036]
When A−B ≦ ε, the process proceeds to step 6 without estimating the ethanol concentration of the fuel used, and the current process is terminated with the ethanol concentration correction coefficient HOSETHA = 1.0. That is, the fuel supply amount is not corrected when the ethanol concentration is 0 to 10%. This is because when the ethanol concentration of the fuel used is 10% or less, the calorific value does not decrease so much and the fuel consumption rate hardly deteriorates, so that it is not necessary to perform correction according to the ethanol concentration of the fuel used.
[0037]
On the other hand, when A−B> ε, the routine proceeds from step 5 to step 7 where the ratio C between the assumed air-fuel ratio A and the actual air-fuel ratio B of the fuel used is calculated by the following equation.
[0038]
C = A / B (4)
In step 8, the ethanol concentration EthaC of the fuel used is calculated from the ratio C by the following equation. For example, the ethanol concentration EthaC is calculated by searching a table having the contents shown in FIG.
[0039]
EthaC = f2 (C) (5)
In step 9, the ethanol concentration correction coefficient HOSETHA is calculated from the ethanol concentration EthaC of the fuel used thus calculated by the following equation.
[0040]
HOSETHA = f3 (EthaC) (6)
For example, an ethanol concentration correction coefficient having a value larger than 1.0 is given so that the amount of fuel supplied to the engine increases as the ethanol concentration increases.
[0041]
On the other hand, when the target equivalent ratio Tfbya = 1.0, it is determined that the air-fuel ratio feedback control condition is set such that the theoretical air-fuel ratio is the target air-fuel ratio. At this time, since the ethanol concentration estimation method of the conventional apparatus (Japanese Patent Laid-Open No. 5-163992) can be used, the process proceeds from Step 2 to Steps 10 to 13 and the ethanol of the fuel used based on the air-fuel ratio feedback correction coefficient α as in the conventional apparatus. Calculate the concentration. That is, in step 10, the maximum value αmax and minimum value αmin per half cycle of the air-fuel ratio feedback correction coefficient α are read, and in step 11 the average value αave per half cycle of the air-fuel ratio feedback correction coefficient is calculated from the following equation. .
[0042]
αave = (αmax + αmin) / 2 (7)
In step 12, the difference ΔM between the average value αave and the reference value 1.0 is obtained, and in step 13, the ethanol concentration EthaC is calculated from the difference ΔM by the following equation. For example, the ethanol concentration EthaC is calculated by searching a table having the contents shown in FIG. 5 from the difference ΔM.
[0043]
EthaC = f4 (ΔM) (8)
In step 9, the ethanol concentration correction coefficient HOSEtha is calculated from the ethanol concentration EthaC by the above-described equation (6).
[0044]
Here, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIG. 6. FIG. 6 shows that the upper “E0” in the leftmost column is the ethanol concentration 0 as shown in the upper column in the second column from the left. % Of fuel used. Similarly, “E40” represents a fuel used with an ethanol concentration of 40%, and “E85” represents a fuel used with an ethanol concentration of 85%. The third column from the left represents the theoretical air-fuel ratio of the fuel used, and the theoretical air-fuel ratio of the fuel used decreases as the ethanol concentration increases to 40% and 85%.
[0045]
The top row of the fourth and subsequent columns from the left is
<a> Estimated air-fuel ratio A when the fuel increase rate is changed to 10%, 20%, and 30% with respect to the fuel used with 0% ethanol concentration (100% gasoline fuel), and the excess air ratio at that time λ, the ratio C of “E0”, and the middle and lower columns in the fourth and subsequent columns from the left
<B> For two fuels with different ethanol concentrations ("E40" and "E85"), the actual air-fuel ratio B when the fuel increase rate is changed to 10%, 20%, 30%, The excess air ratio λ, the air-fuel ratio difference D (= A−B) with “E0”, and the ratio C with “E0” are summarized.
[0046]
Note that the increase rate is set to 10%, 20%, and 30% by setting the target equivalent ratio Tfbya to 1.1, 1.2, and 1.3.
[0047]
In this case, adopting the air-fuel ratio difference D with “E0” corresponds to the conventional device (Japanese Patent Laid-Open No. 5-163992), and this embodiment adopts the ratio C with “E0”. Therefore, the conventional apparatus and this embodiment will be examined for “E40” and “E85”, respectively.
[0048]
<1> “E40”:
It is necessary to uniquely determine the ethanol concentration of the fuel used, 40%, and the air-fuel ratio difference D between “E0”. When the assumed air-fuel ratio A is changed to 13.294, 12.186, 11.248, the actual air-fuel ratio B changes to 11.165, 10.235, 9.448. Therefore, the air-fuel ratio with “E0” When the difference D is obtained, it is 2.129 (= 13.294-11.165), 1.951 (= 12.886-10235), 1.800 (= 111.248-9.448). It has changed. That is, in the conventional apparatus, while the ethanol concentration of the fuel used is constant at 40%, the air-fuel ratio difference D from “E0” changes according to the assumed air-fuel ratio A. The air-fuel ratio difference D between 40% and “E0” cannot be uniquely determined.
[0049]
On the other hand, in this embodiment, the ratio C to “E0” is 1.191 (= 13.294 / 11.165) when the increase rate is 10%, and 1.191 (= 12.12 when the increase rate is 20%. 186 / 10.235), and when the increase rate is 30%, it is 1.191 (= 11248 / 9.448) and does not change even if the assumed air-fuel ratio A is changed to the rich side. That is, according to the present embodiment, even if the assumed air-fuel ratio A changes to the rich side, 40% which is the ethanol concentration of the fuel used and 1.191 which is the ratio C of “E0” is uniquely determined. .
[0050]
<2> “E85”:
The air fuel ratio difference D between 85%, which is the ethanol concentration of the fuel used, and “E0” needs to be uniquely determined. When the assumed air-fuel ratio A is changed to 13.294, 12.186, 11.248, the actual air-fuel ratio B changes to 8.892, 8.151, 7.524. When the difference D is calculated, it is 4.402 (= 13.294-8.892), 4.035 (= 12.186-8.151), 3.694 (= 111.248-7.524). It has changed. That is, in the conventional apparatus, while the ethanol concentration of the fuel used is constant at 85%, the air-fuel ratio difference D from “E0” changes according to the assumed air-fuel ratio A, and the ethanol concentration of the fuel used is 85. % And the air-fuel ratio difference D between “E0” cannot be uniquely determined.
[0051]
On the other hand, in the present embodiment, the ratio C with “E0” is 1.495 (= 13.294 / 8.892) when the increase rate is 10%, and 1.495 (= 12.0 when the increase rate is 20%. 186 / 8.151), when the increase rate is 30%, it becomes 1.495 (= 111.248 / 7.524), and even if the assumed air-fuel ratio A is changed to the rich side, it does not change. That is, according to the present embodiment, even if the assumed air-fuel ratio A changes to the rich side, 85%, which is the ethanol concentration of the fuel used, and 1.495, which is the ratio C of “E0”, are uniquely determined. .
[0052]
In FIG.
(A) When the assumed air-fuel ratio A is changed to the rich side,
(B) Two cases where the ethanol concentration of the fuel used is 40% or 85%
Although only shown, FIG. 6 is merely representative in these cases,
(C) When the assumed air-fuel ratio A is changed to the lean side,
(D) When the ethanol concentration of the fuel used is a concentration other than 40% or 85% of the maximum 100%
It is confirmed that the same results as <1> and <2> are obtained.
[0053]
The two combinations (1.191, 40%) and (1.495, 85%) of the ratio C of “E0” obtained by the above <1> and <2> and the ethanol concentration of the fuel used are shown in FIG. This is a value on the characteristics of the ethanol concentration shown. Therefore, the characteristics shown in FIG. 4 can be obtained by writing each combination of the ratio C of “E0” obtained in the cases (c) and (d) and the ethanol concentration of the fuel used.
[0054]
As described above, in the present embodiment (the invention described in claim 1), the actual air-fuel ratio B of the fuel used is calculated on the premise of the engine using the alcohol-containing fuel, and the assumed air-fuel ratio A (target air-fuel ratio) and this Since the ethanol concentration EthaC of the fuel used is calculated (estimated) based on the ratio C to the actual air-fuel ratio B, the assumed air-fuel ratio A is richer than the theoretical air-fuel ratio (14.623) of fuel with 100% gasoline. The ethanol concentration EthaC of the fuel used can be obtained with high accuracy even in a state where the fuel concentration changes to either side of the lean side.
[0055]
Further, according to the present embodiment (the invention described in claim 3), the fuel supply amount (engine control command value) to the engine is corrected based on the calculated ethanol concentration EthaC (alcohol concentration). Even in a region where A is set to be richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio of 100% gasoline, that is, in a region where air-fuel ratio feedback control cannot be performed, the combustion state of the engine can be controlled as intended.
[0056]
In the embodiment, the case where the parameter for calculating the ethanol concentration of the used fuel is the ratio C between the assumed air-fuel ratio A and the actual air-fuel ratio B of the used fuel is described, but the present invention is not limited to this. For example, a value (D / λ) obtained by dividing the air-fuel ratio difference D from “E0” by the excess air ratio λ may be used as a parameter (second embodiment).
[0057]
This will be described with reference to FIG. 6 again. A value (D / λ) obtained by dividing the air-fuel ratio difference D from “E0” by the excess air ratio λ is added to “E40” and “E85”. I am writing in. The D / λ is as follows.
[0058]
<3> “E40”:
When the assumed air-fuel ratio A is changed to 13.294, 12.186, and 11.248, the excess air ratio λ is 0.909 (= 13.294 / 14.623), 0.833 (= 12.1186). /14.623) and 0.769 (= 111.248 / 14.623). Further, the air-fuel ratio difference D from “E0” changes to 2.129, 1.951, and 1.800 as described above. However, D / λ is 2.342 (= 2.129 / 0.909) when the increase rate is 10%, and 2.342 (= 1.951 / 0.833) when the increase rate is 20%. When it is 30%, it becomes 2.341 (= 1.800 / 0.769), which is almost unchanged.
[0059]
<4> “E85”:
When the assumed air-fuel ratio A is changed to 13.294, 12.186, and 11.248, the excess air ratio λ changes to 0.909, 0.833, and 0.769. Further, the air-fuel ratio difference D changes to 4.402, 4.035, 3.694 as described above. However, D / λ is 4.843 (= 4.402 / 0.909) when the rate of increase is 10%, and 4.844 (= 4.035 / 0.833) when the rate of increase is 20%. When it is 30%, it is 4.843 (= 3.694 / 0.769), which is almost unchanged.
[0060]
FIG. 6 shows only two cases where the assumed air-fuel ratio A is changed to the rich side as described above and the ethanol concentration of the fuel used is 40% and 85%, but FIG. 6 shows these cases. Even when the assumed air-fuel ratio A is changed to the lean side, and when the ethanol concentration of the fuel used is a concentration other than 40% and 85% of up to 100%, the above <3> and <4> have been confirmed to be the same result.
[0061]
As described above, the ethanol concentration of the fuel used is uniquely determined in a state where the assumed air-fuel ratio A changes to the rich side or the lean side also by the ratio of the air-fuel ratio difference D to “E0” and the excess air ratio λ. (The invention according to claim 2).
[0062]
Although the embodiment has been described in the case where the alcohol is ethanol, it is not limited thereto.
[0063]
The first embodiment has been described in the case of the ratio C in which the numerator is the assumed air-fuel ratio A and the denominator is the actual air-fuel ratio B of the used fuel. It does not matter if it is a ratio.
[0064]
In the second embodiment, the ratio of the air-fuel ratio D to the numerator “E0” and the ratio of the excess air ratio λ to the denominator has been described. However, the air-fuel ratio difference D to the denominator “E0” and the numerator to the excess air ratio. A ratio of λ may be used.
[0065]
In the embodiment, the case where the fuel supply amount (Tp) to the engine is corrected based on the ethanol concentration of the fuel used has been described, but the ignition timing may be corrected. Note that a method of correcting the ignition timing based on the alcohol concentration of the fuel used is known from Japanese Patent Laid-Open No. 2-125967, so that it may be used.
[0066]
Finally, the function of the target air-fuel ratio setting means described in claim 1 is performed by the engine controller 11, and the function of the alcohol concentration calculation means is performed by steps 7 and 8 in FIG.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a control system diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the calculation of the ethanol concentration of the fuel used and the calculation of the ethanol concentration correction coefficient.
FIG. 3 is a characteristic diagram of a target equivalent ratio.
FIG. 4 is a characteristic diagram of ethanol concentration of fuel used with respect to ratio C.
FIG. 5 is a characteristic diagram of ethanol concentration of fuel used with respect to the difference ΔM.
FIG. 6 is a table summarizing characteristics at “E0”, “E40”, and “E80”.
FIG. 7 is a characteristic diagram for explaining the relationship between the assumed air-fuel ratio and the actual air-fuel ratio of the fuel used.
[Explanation of symbols]
4 Fuel injection valve
5 Spark plug
11 Engine controller
17 Air-fuel ratio sensor (actual air-fuel ratio detection means)

Claims (5)

アルコール含有燃料を使用燃料とするエンジンのアルコール濃度推定装置であって、
アルコール非含有燃料の理論空燃比よりもリッチ側またはリーン側の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
この目標空燃比の得られる燃料量をエンジンに供給する燃料供給手段と、
使用燃料の実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、
前記目標空燃比とこの検出された実空燃比との比率に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出するアルコール濃度算出手段と
を備えることを特徴とするエンジンのアルコール濃度推定装置。
An alcohol concentration estimation device for an engine using an alcohol-containing fuel as a fuel,
Target air-fuel ratio setting means for setting a target air-fuel ratio richer or leaner than the theoretical air-fuel ratio of the alcohol-free fuel;
Fuel supply means for supplying the engine with an amount of fuel that can achieve the target air-fuel ratio;
An actual air-fuel ratio detecting means for detecting the actual air-fuel ratio of the fuel used;
An alcohol concentration estimating apparatus for an engine, comprising: an alcohol concentration calculating means for calculating an alcohol concentration of a fuel used based on a ratio between the target air fuel ratio and the detected actual air fuel ratio.
アルコール含有燃料を使用燃料とするエンジンのアルコール濃度推定装置であって、
目標空燃比をアルコール非含有燃料の理論空燃比よりもリッチ側またはリーン側に設定する目標空燃比設定手段と、
この目標空燃比の得られる燃料量をエンジンに供給する燃料供給手段と、
この目標空燃比をアルコール非含有燃料の理論空燃比で除した値である空気過剰率を算出する空気過剰率算出手段と、
使用燃料の実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、
前記目標空燃比とこの検出された実空燃比との空燃比差を算出する空燃比差算出手段と、
この空燃比差と前記空気過剰率との比率に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出するアルコール濃度算出手段と
を備えることを特徴とするエンジンのアルコール濃度推定装置。
An alcohol concentration estimation device for an engine using an alcohol-containing fuel as a fuel,
Target air-fuel ratio setting means for setting the target air-fuel ratio to be richer or leaner than the stoichiometric air-fuel ratio of the alcohol-free fuel;
Fuel supply means for supplying the engine with an amount of fuel that can achieve the target air-fuel ratio;
An excess air ratio calculating means for calculating an excess air ratio that is a value obtained by dividing the target air fuel ratio by the theoretical air fuel ratio of the alcohol-free fuel;
An actual air-fuel ratio detecting means for detecting the actual air-fuel ratio of the fuel used;
An air-fuel ratio difference calculating means for calculating an air-fuel ratio difference between the target air-fuel ratio and the detected actual air-fuel ratio;
An alcohol concentration estimating apparatus for an engine, comprising: an alcohol concentration calculating means for calculating an alcohol concentration of a fuel used based on a ratio between the air-fuel ratio difference and the excess air ratio.
アルコール含有燃料を使用燃料とするエンジンの制御装置であって、
アルコール非含有燃料の理論空燃比よりもリッチ側またはリーン側の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
この目標空燃比の得られる燃料量をエンジンに供給する燃料供給手段と、
使用燃料の実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、
前記目標空燃比とこの検出された実空燃比との比率に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出するアルコール濃度算出手段と、
この算出されたアルコール濃度に基づいてエンジン制御指令値を補正するエンジン指令値補正手段と
を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
An engine control device using alcohol-containing fuel as a fuel,
Target air-fuel ratio setting means for setting a target air-fuel ratio richer or leaner than the theoretical air-fuel ratio of the alcohol-free fuel;
Fuel supply means for supplying the engine with an amount of fuel that can achieve the target air-fuel ratio;
An actual air-fuel ratio detecting means for detecting the actual air-fuel ratio of the fuel used;
Alcohol concentration calculating means for calculating the alcohol concentration of the fuel used based on the ratio between the target air-fuel ratio and the detected actual air-fuel ratio;
An engine control device comprising engine command value correction means for correcting an engine control command value based on the calculated alcohol concentration.
アルコール含有燃料を使用燃料とするエンジンの制御装置であって、
アルコール非含有燃料の理論空燃比よりもリッチ側またはリーン側の目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
この目標空燃比の得られる燃料量をエンジンに供給する燃料供給手段と、
この目標空燃比をアルコール非含有燃料の理論空燃比で除した値である空気過剰率を算出する空気過剰率算出手段と、
使用燃料の実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、
前記目標空燃比とこの検出された実空燃比との空燃比差を算出する空燃比差算出手段と、
この空燃比差と前記空気過剰率との比率に基づいて使用燃料のアルコール濃度を算出するアルコール濃度算出手段と、
この算出されたアルコール濃度に基づいてエンジン制御指令値を補正するエンジン指令値補正手段と
を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
An engine control device using alcohol-containing fuel as a fuel,
Target air-fuel ratio setting means for setting a target air-fuel ratio richer or leaner than the theoretical air-fuel ratio of the alcohol-free fuel;
Fuel supply means for supplying the engine with an amount of fuel that can achieve the target air-fuel ratio;
An excess air ratio calculating means for calculating an excess air ratio that is a value obtained by dividing the target air fuel ratio by the theoretical air fuel ratio of the alcohol-free fuel;
An actual air-fuel ratio detecting means for detecting the actual air-fuel ratio of the fuel used;
An air-fuel ratio difference calculating means for calculating an air-fuel ratio difference between the target air-fuel ratio and the detected actual air-fuel ratio;
Alcohol concentration calculation means for calculating the alcohol concentration of the fuel used based on the ratio between the air-fuel ratio difference and the excess air ratio;
An engine control device comprising engine command value correction means for correcting an engine control command value based on the calculated alcohol concentration.
前記エンジン制御指令値はエンジンへの燃料供給量または点火時期であることを特徴とする請求項3または4に記載のエンジンの制御装置。5. The engine control apparatus according to claim 3, wherein the engine control command value is a fuel supply amount or an ignition timing to the engine.
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