JP2009138556A - Estimating device and estimating method of fuel concentration of flexible fuel engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼時の単位質量当りの発熱量の異なる2種の燃料の混合燃料を使用するフレキシブル燃料機関についてその使用中の混合燃料に含まれる各燃料の濃度を推定するフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置及び推定方法に関する。 The present invention relates to a flexible fuel engine that uses a mixed fuel of two types of fuels having different calorific values per unit mass at the time of combustion, and estimates the concentration of each fuel contained in the mixed fuel in use. The present invention relates to a concentration estimation apparatus and estimation method.
周知のように近年では、環境負荷の低さから、アルコールとガソリンとの混合燃料を使用して動作可能なフレキシブル燃料機関が注目されている。ところで、アルコールとガソリンとでは、単位質量当りの発熱量が異なっているため、同一のトルクを発生するために必要な燃料供給量は、混合燃料のアルコール濃度によって変化する。ちなみに、空燃比フィードバックの実行中であれば、燃料の燃焼により消費される酸素量の、吸入空気量に対する比率が一定に維持されるように燃料供給量が調整されるため、混合燃料のアルコール濃度の違いによる燃料供給量の過不足は自律的に修正されることになる。しかしながら、機関始動時や、触媒の過昇温抑制のためのOT増量時、WOT(Wide Open Throttle)時のように、燃料供給量がオープン制御される状況では、混合燃料のアルコール濃度が解らなければ、本来必要とされる燃料供給量を適正に求めることができなくなってしまう。そして始動性の悪化を招いたり、触媒の過昇温を十分抑制することができなくなったり、WOT性能を十分確保することができなくなったり、といった不具合が生じてしまうようになる。 As is well known, in recent years, flexible fuel engines that can operate using a mixed fuel of alcohol and gasoline have attracted attention because of their low environmental impact. By the way, since the calorific value per unit mass differs between alcohol and gasoline, the fuel supply amount required to generate the same torque varies depending on the alcohol concentration of the mixed fuel. Incidentally, if the air-fuel ratio feedback is being executed, the fuel supply amount is adjusted so that the ratio of the amount of oxygen consumed by the combustion of the fuel to the amount of intake air is kept constant. The excess or deficiency of the fuel supply due to the difference will be corrected autonomously. However, the alcohol concentration of the mixed fuel must be understood in situations where the fuel supply amount is open controlled, such as when the engine is started, when the OT is increased to suppress excessive temperature rise of the catalyst, or when the WOT (Wide Open Throttle) is used. In this case, the fuel supply amount that is originally required cannot be obtained appropriately. In addition, problems such as deterioration of startability, inability to sufficiently suppress overheating of the catalyst, and inability to ensure sufficient WOT performance may occur.
そのため、従来、こうしたフレキシブル燃料機関では、特許文献1、2等に見られるように、混合燃料のアルコール濃度を確認するための専用のセンサを設置するとともに、そのセンサによって検出されたアルコール濃度に応じて燃料供給量等の補正を行うことがなされている。例えば特許文献2には、混合燃料に照射された光の屈折率の違いから、混合燃料のアルコール濃度を検出するセンサが設けられたものとなっている。
このように専用のセンサを用いて使用中の混合燃料のアルコール濃度を検出すれば、アルコール濃度に応じて燃料供給量を適切に調整することができるようになる。しかしながら、そのためには、アルコール濃度の検出のための専用のセンサを追加して設置する必要があり、その分の製造コストの増加は避けられないものとなっている。 Thus, if the alcohol concentration of the mixed fuel in use is detected using a dedicated sensor, the fuel supply amount can be appropriately adjusted according to the alcohol concentration. However, for that purpose, it is necessary to additionally install a dedicated sensor for detecting the alcohol concentration, and an increase in the manufacturing cost is unavoidable.
なおこうした問題は、燃焼時の単位質量当りの発熱量の異なる2種の燃料の混合燃料を使用するフレキシブル燃料機関に共通するものとなっている。
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、混合燃料の各燃料の濃度を検出可能な専用のセンサが設けられていなくとも、各燃料の濃度を容易且つ的確に推定することのできるフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置及び推定方法を提供することにある。
Such a problem is common to flexible fuel engines using a mixed fuel of two kinds of fuels having different calorific values per unit mass at the time of combustion.
The present invention has been made in view of such a situation, and the problem to be solved is that the concentration of each fuel is determined even if a dedicated sensor capable of detecting the concentration of each fuel of the mixed fuel is not provided. An object of the present invention is to provide a fuel concentration estimation apparatus and estimation method for a flexible fuel engine that can be estimated easily and accurately.
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、燃焼時の単位質量当りの発熱量の異なる2種の燃料の混合燃料を使用するフレキシブル燃料機関についてその使用中の混合燃料に含まれる各燃料の濃度を推定するフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置であって、前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を算出する発熱量算出手段と、その発熱量に基づいて前記各燃料の濃度を推定する濃度推定手段と、を備えることをその要旨としている。
Hereinafter, means for solving the above-described problems and the effects thereof will be described.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 includes a flexible fuel engine that uses a mixed fuel of two types of fuels having different calorific values per unit mass during combustion, and is included in the mixed fuel in use. A fuel concentration estimation device for a flexible fuel engine for estimating a concentration of each fuel, wherein the calorific value calculation means calculates a calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel, and the respective calorific values based on the calorific value The gist of the invention is to provide a concentration estimation means for estimating the concentration of fuel.
燃焼時の単位質量当りの発熱量の異なる2種の燃料からなる混合燃料では、各燃料の混合比率によって、燃焼時の単位質量当りの発熱量が自ずと変化することになる。よって、燃焼された混合燃料の単位質量当りの発熱量を求めるとともに、その発熱量に基づいて各燃料の濃度を推定することが可能である。したがって、上記構成によれば、使用中の混合燃料の各燃料の濃度を、容易且つ的確に推定することができるようになる。 In a mixed fuel composed of two types of fuels having different calorific values per unit mass at the time of combustion, the calorific value per unit mass at the time of combustion naturally changes depending on the mixing ratio of each fuel. Therefore, the calorific value per unit mass of the burned mixed fuel can be obtained, and the concentration of each fuel can be estimated based on the calorific value. Therefore, according to the said structure, the density | concentration of each fuel of the mixed fuel in use can be estimated easily and exactly.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置において、前記発熱量算出手段は、前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を、燃焼圧力の検出値より算出することをその要旨としている。 According to a second aspect of the present invention, in the fuel concentration estimating apparatus for a flexible fuel engine according to the first aspect, the calorific value calculation means calculates a calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel as a combustion pressure. The gist is to calculate from the detected value.
燃焼中のある時点における燃焼圧力からは、その時点での瞬時の発熱量を求めることができる。そのため、上記構成のように、混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を、燃焼圧力の検出値より算出することができる。なおこの場合には、燃焼圧力を検出する既存のセンサ、いわゆる筒内圧センサを用いて燃料濃度の推定を行うことができるため、使用中の混合燃料の各燃料の濃度の推定を、製造コストを増加させずに行うことができるようになる。 From the combustion pressure at a certain point in time during combustion, the instantaneous calorific value at that point can be obtained. Therefore, as in the above configuration, the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel can be calculated from the detected value of the combustion pressure. In this case, since the fuel concentration can be estimated using an existing sensor for detecting the combustion pressure, a so-called in-cylinder pressure sensor, the estimation of the concentration of each fuel in the mixed fuel in use can It can be done without increasing it.
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置において、前記発熱量算出手段は、前記混合燃料の燃焼による単位時間当りの熱発生量である熱発生率を前記燃焼圧力の検出値より算出するとともに、1燃焼サイクルにおける前記熱発生率の時間積分値として1燃焼サイクルにおける前記混合燃料の燃焼による前記発熱量の総量を求め、更にその発熱量の総量をそのサイクルにおける前記混合燃料の供給量にて除算することで、前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を算出することをその要旨としている。 According to a third aspect of the present invention, in the fuel concentration estimation apparatus of the flexible fuel engine according to the second aspect, the calorific value calculation means is a heat generation amount that is a heat generation amount per unit time due to combustion of the mixed fuel. And calculating the total amount of heat generated by combustion of the mixed fuel in one combustion cycle as a time integral value of the heat generation rate in one combustion cycle, and further calculating the total amount of heat generated The main point is to calculate the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel by dividing by the supply amount of the mixed fuel in the cycle.
請求項2に記載の推定装置の発熱量算出手段による燃焼圧力の検出値を用いた燃料濃度の推定は、より具体的には、例えば上記態様で行うことができる。
請求項4に記載の発明は、請求項2に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置において、前記発熱量算出手段は、前記混合燃料の燃焼による単位クランク角当りの熱発生量である熱発生率を前記燃焼圧力の検出値より算出するとともに、1燃焼サイクルにおける前記熱発生率のクランク角積分値として1燃焼サイクルにおける前記混合燃料の燃焼による前記発熱量の総量を求め、更にその発熱量の総量をそのサイクルにおける前記混合燃料の供給量にて除算することで、前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を算出することをその要旨としている。
More specifically, the estimation of the fuel concentration using the detected value of the combustion pressure by the calorific value calculation means of the estimation device according to claim 2 can be performed, for example, in the above-described manner.
According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel concentration estimating apparatus of the flexible fuel engine according to the second aspect, the calorific value calculation means is a heat that is a heat generation amount per unit crank angle due to combustion of the mixed fuel. The generation rate is calculated from the detected value of the combustion pressure, and the total amount of heat generation due to combustion of the mixed fuel in one combustion cycle is obtained as the crank angle integral value of the heat generation rate in one combustion cycle, and further the heat generation amount The main point is to calculate the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel by dividing the total amount of fuel by the supply amount of the mixed fuel in the cycle.
請求項2に記載の推定装置の発熱量算出手段による燃焼圧力の検出値を用いた燃料濃度の推定は、より具体的には、例えば上記態様で行うこともできる。
請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置において、前記濃度推定手段は、前記発熱量算出手段によって燃焼サイクル毎に算出された前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量についてその規定数の燃焼サイクルにおける平均値を求めるとともに、その平均値に基づいて前記各燃料の濃度を推定することをその要旨としている。
More specifically, the estimation of the fuel concentration using the detected value of the combustion pressure by the calorific value calculation means of the estimation apparatus according to claim 2 can be performed in the above-described manner, for example.
According to a fifth aspect of the present invention, in the fuel concentration estimating apparatus for a flexible fuel engine according to any one of the first to fourth aspects, the concentration estimating means is calculated for each combustion cycle by the calorific value calculating means. The gist of the present invention is to obtain an average value of the prescribed number of combustion cycles for the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel, and to estimate the concentration of each fuel based on the average value.
上記構成では、燃焼サイクル毎に算出された混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量についてその複数回の燃焼サイクルにおける平均値に基づいて各燃料の濃度が推定されるため、より正確な推定を行うことができるようになる。 In the above configuration, the concentration of each fuel is estimated based on the average value in the multiple combustion cycles for the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel calculated for each combustion cycle. Will be able to do.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置において、当該フレキシブル燃料機関は、アルコールとガソリンとの混合燃料を使用するものであることをその要旨としている。 The invention described in claim 6 is the apparatus for estimating the fuel concentration of a flexible fuel engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the flexible fuel engine uses a mixed fuel of alcohol and gasoline. It is the gist of that.
このように請求項1〜5に記載の燃料濃度の推定装置は、アルコールとガソリンとの混合燃料を使用するフレキシブル燃料機関への適用が可能である。
上記課題を解決するため、請求項7に記載の発明は、燃焼時の単位質量当りの発熱量の異なる2種の燃料の混合燃料を使用するフレキシブル燃料機関についてその使用中の混合燃料に含まれる各燃料の濃度を推定する方法であって、前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を求めるとともに、その発熱量に基づいて前記各燃料の濃度を推定することをその要旨としている。
Thus, the fuel concentration estimation apparatus according to claims 1 to 5 can be applied to a flexible fuel engine that uses a mixed fuel of alcohol and gasoline.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 7 includes a flexible fuel engine that uses a mixed fuel of two kinds of fuels having different calorific values per unit mass at the time of combustion, and is included in the mixed fuel in use. The gist of the method is to estimate the concentration of each fuel, which is to obtain a calorific value per unit mass during combustion of the mixed fuel and to estimate the concentration of each fuel based on the calorific value.
燃焼時の単位質量当りの発熱量の異なる2種の燃料からなる混合燃料では、各燃料の混合比率によって、燃焼時の単位質量当りの発熱量が自ずと変化することになる。よって、混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を求めるとともに、その発熱量に基づいて各燃料の濃度を推定することが可能である。したがって、上記推定方法によれば、使用中の混合燃料の各燃料の濃度を、容易且つ的確に推定することができるようになる。 In a mixed fuel composed of two types of fuels having different calorific values per unit mass at the time of combustion, the calorific value per unit mass at the time of combustion naturally changes depending on the mixing ratio of each fuel. Therefore, it is possible to obtain the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel and to estimate the concentration of each fuel based on the calorific value. Therefore, according to the estimation method, the concentration of each fuel in the mixed fuel in use can be estimated easily and accurately.
請求項8に記載の発明は、請求項7に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定方法において、前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を、燃焼圧力の検出値より算出することをその要旨としている。 The invention according to claim 8 is the method for estimating the fuel concentration of the flexible fuel engine according to claim 7, wherein the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel is calculated from the detected value of the combustion pressure. Is the gist.
燃焼中のある時点における燃焼圧力からは、その時点での瞬時の発熱量を求めることができる。そのため、上記推定方法のように、混合燃料の燃焼による単位質量当りの発熱量を、燃焼圧力の検出値より算出することができる。なおこの場合には、燃焼圧力を検出する既存のセンサ、いわゆる筒内圧センサを用いて燃料濃度の推定を行うことができ、使用中の混合燃料の各燃料の濃度の推定を、製造コストを増加させずに行うことができるようになる。 From the combustion pressure at a certain point in time during combustion, the instantaneous calorific value at that point can be obtained. Therefore, as in the above estimation method, the calorific value per unit mass due to the combustion of the mixed fuel can be calculated from the detected value of the combustion pressure. In this case, the fuel concentration can be estimated using an existing sensor for detecting the combustion pressure, a so-called in-cylinder pressure sensor, and the estimation of the concentration of each fuel in the mixed fuel in use increases the manufacturing cost. Will be able to do without.
請求項9に記載の発明は、請求項8に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定方法において、前記混合燃料の燃焼による単位時間当りの熱発生量である熱発生率を前記燃焼圧力の検出値より算出するとともに、1燃焼サイクルにおける前記熱発生率の時間積分値として1燃焼サイクルにおける前記混合燃料の燃焼による発熱量の総量を求め、更にその発熱量の総量をそのサイクルにおける前記混合燃料の供給量にて除算することで、前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を求めることをその要旨としている。 According to a ninth aspect of the present invention, in the method for estimating the fuel concentration of the flexible fuel engine according to the eighth aspect, the heat generation rate, which is a heat generation amount per unit time due to combustion of the mixed fuel, is detected as the combustion pressure. And calculating a total amount of heat generated by combustion of the mixed fuel in one combustion cycle as a time integral value of the heat generation rate in one combustion cycle, and further calculating the total amount of generated heat of the mixed fuel in the cycle. The gist is to determine the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel by dividing by the supply amount.
請求項8に記載の推定方法による燃焼圧力の検出値を用いた燃料濃度の推定は、より具体的には、例えば上記態様で行うことができる。
請求項10に記載の発明は、請求項8に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定方法において、前記混合燃料の燃焼による単位クランク角当りの熱発生量である熱発生率を前記燃焼圧力の検出値より算出するとともに、1燃焼サイクルにおける前記熱発生率のクランク角積分値として1燃焼サイクルにおける前記混合燃料の燃焼による発熱量の総量を求め、更にその発熱量の総量をそのサイクルにおける前記混合燃料の供給量にて除算することで、前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を求めることをその要旨としている。
More specifically, the estimation of the fuel concentration using the detected value of the combustion pressure by the estimation method according to claim 8 can be performed in the above-described manner, for example.
According to a tenth aspect of the present invention, in the method for estimating the fuel concentration of the flexible fuel engine according to the eighth aspect, a heat generation rate, which is a heat generation amount per unit crank angle due to combustion of the mixed fuel, is calculated as the combustion pressure. Calculated from the detected value, obtains the total amount of heat generated by combustion of the mixed fuel in one combustion cycle as the crank angle integral value of the heat release rate in one combustion cycle, and further calculates the total amount of heat generated in the mixing in the cycle The gist is to obtain the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel by dividing by the fuel supply amount.
請求項8に記載の推定方法による燃焼圧力の検出値を用いた燃料濃度の推定は、より具体的には、例えば上記態様で行うこともできる。
請求項11に記載の発明は、請求項7〜10のいずれか1項に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定方法において、燃焼サイクル毎に算出された前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量についてその規定数の燃焼サイクルにおける平均値を求めるとともに、その平均値に基づいて前記各燃料の濃度を推定することをその要旨としている。
More specifically, the estimation of the fuel concentration using the detected value of the combustion pressure by the estimation method according to claim 8 can be performed in the above-described manner, for example.
The invention according to
上記推定方法では、燃焼サイクル毎に算出された混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量についてその複数回の燃焼サイクルにおける平均値から燃料濃度の推定が行われるようになる。そのため、上記推定方法によれば、燃料の濃度の推定をより正確に行うことができるようになる。 In the above estimation method, the fuel concentration is estimated from the average value in a plurality of combustion cycles of the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel calculated for each combustion cycle. Therefore, according to the estimation method, the fuel concentration can be estimated more accurately.
請求項12に記載の発明は、請求項7〜11のいずれか1項に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定方法において、当該フレキシブル燃料機関は、アルコールとガソリンとの混合燃料を使用するものであることをその要旨としている。 A twelfth aspect of the invention is the method for estimating the fuel concentration of a flexible fuel engine according to any one of the seventh to eleventh aspects, wherein the flexible fuel engine uses a mixed fuel of alcohol and gasoline. It is the gist of that.
このように請求項7〜11に記載の燃料濃度の推定方法は、アルコールとガソリンとの混合燃料を使用するフレキシブル燃料機関への適用が可能である。 Thus, the fuel concentration estimating method according to claims 7 to 11 can be applied to a flexible fuel engine using a mixed fuel of alcohol and gasoline.
以下、本発明のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置及び推定方法を具体化した一実施形態を、図1〜図4を参照して詳細に説明する。
図1に、本実施形態のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置の全体構成を示す。なお本実施形態の適用されるフレキシブル燃料機関は、アルコールとガソリンとの混合燃料を使用するものとなっている。係るフレキシブル燃料機関10には、アルコールとガソリンとの混合燃料が貯留される燃料タンク11と、その燃料タンク11に貯留された混合燃料を各気筒に噴射供給するためのインジェクタ12とが設けられている。また各気筒の燃焼室13には、その内部の圧力、すなわち燃焼圧力を検出するための筒内圧センサ14が設けられている。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment in which a fuel concentration estimation device and estimation method for a flexible fuel engine according to the present invention is embodied will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 1 shows the overall configuration of a fuel concentration estimation apparatus for a flexible fuel engine according to this embodiment. The flexible fuel engine to which this embodiment is applied uses a mixed fuel of alcohol and gasoline. The
こうしたフレキシブル燃料機関10は、電子制御ユニット15により制御されている。電子制御ユニット15は、フレキシブル燃料機関10の各種制御に係る演算処理を実施するCPU、制御用のプログラムやデータの記憶されたROM、CPUの演算結果等を一時記憶するRAM、及び外部との信号の入出力のための入出力ポートを備えて構成されている。こうした電子制御ユニット15には、上記筒内圧センサ14の検出信号に加え、機関回転速度を検出するためのNEセンサ16や吸入空気量を検出するためのエアフローメータ17、アクセル操作量を検出するためのアクセルセンサ18などの各種センサの検出信号が入力されている。そして電子制御ユニット15は、これらセンサの検出信号に基づいて上記インジェクタ12による燃料噴射の時期や量の制御、点火時期の制御等のフレキシブル燃料機関10の制御を実施している。
Such a
さて、こうした本実施形態では、上記電子制御ユニット15によって、現在使用中の混合燃料のアルコール濃度の推定が行われるようになっている。以下、こうした電子制御ユニット15によるアルコール濃度推定の詳細について説明する。
In this embodiment, the
本実施形態では、上記筒内圧センサ14による燃焼圧力の検出値から、各気筒の1燃焼サイクルにおける混合燃料の燃焼による発熱量の総量を求めるようにしている。そしてその1燃焼サイクルにおける発熱量の総量を、その燃焼サイクルにインジェクタ12より噴射供給された混合燃料の量(供給量)にて除算することで、混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を算出するようにしている。
In this embodiment, the total amount of heat generated by the combustion of the mixed fuel in one combustion cycle of each cylinder is obtained from the detected value of the combustion pressure by the in-
このときの各気筒の1燃焼サイクルにおける混合燃料の燃焼による発熱量の総量の算出は、次の態様で行われる。燃焼サイクルのある時点における瞬時の発熱量は、その時点の燃焼圧力に相関を有している。すなわち、燃焼の激しさが増して瞬時の発熱量が多くなれば、その分、燃焼圧力は高くなる。したがって、燃焼サイクルのある時点の燃焼圧力からは、その時点の瞬時の発熱量を把握することができる。ちなみに、こうした燃焼圧力と瞬時の発熱量との関係は、予め実験等で求めておくことができる。 At this time, the calculation of the total amount of heat generated by the combustion of the mixed fuel in one combustion cycle of each cylinder is performed in the following manner. The instantaneous calorific value at a certain point in the combustion cycle has a correlation with the combustion pressure at that point. That is, if the intensity of combustion increases and the instantaneous amount of heat generation increases, the combustion pressure increases accordingly. Therefore, from the combustion pressure at a certain point in the combustion cycle, the instantaneous calorific value at that point can be grasped. Incidentally, the relationship between the combustion pressure and the instantaneous calorific value can be obtained in advance through experiments or the like.
本実施形態では、筒内圧センサ14によって検出される燃焼圧力を所定のクランク角毎にサンプリングするとともに、その都度、そのサンプリングされた燃焼圧力に基づいてその時点における単位クランク角当りの発熱量、すなわち熱発生率[MJ/°CA]を算出するようにしている。図2は、1燃焼サイクルにおける熱発生率の推移の一例を示したものである。同図においてハッチングにて示された部分の面積は、その燃焼サイクルでの発熱量の総量となる。すなわち、1燃焼サイクルにおける熱発生率[MJ/°CA]についてそのクランク角[°CA]に対する積分値を求めれば、その燃焼サイクルの発熱量の総量[MJ]を求めることができる。そしてこうして求められた1燃焼サイクルの発熱量の総量[MJ]を、その燃焼サイクルにおける燃料供給量[L]で除算すれば、混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量[MJ/L]を算出することができる。
In the present embodiment, the combustion pressure detected by the in-
本実施形態では、機関始動の開始後、こうした混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量の算出を、規定回数(例えば200回)の燃焼サイクルにおいて行うようにしている。そしてそうした規定回数の燃焼サイクルのそれぞれにおいて算出された混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量について、それらの平均値を求めるようにしている。 In the present embodiment, after starting the engine, the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel is calculated in a specified number of combustion cycles (for example, 200 times). The average value of the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel calculated in each of the prescribed number of combustion cycles is obtained.
そして本実施形態では、こうして求められた混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量の平均値から現在使用中の混合燃料のアルコール濃度を推定するようにしている。ここでのアルコール濃度の推定は、以下の態様で行われる。すなわち、アルコールとガソリンとでは、燃焼時の単位質量当りの発熱量が異なっている。具体的には、アルコールの単位質量当りの発熱量は「20MJ/L」程度であり、ガソリンの単位質量当りの発熱量「32MJ/L」よりも少なくなっている。よってこれらの混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量は、両燃料の混合比率に、ひいては混合燃料のアルコール濃度に応じて変化する。 In this embodiment, the alcohol concentration of the mixed fuel currently in use is estimated from the average value of the calorific value per unit mass during combustion of the mixed fuel thus obtained. The estimation of the alcohol concentration here is performed in the following manner. That is, the calorific value per unit mass at the time of combustion differs between alcohol and gasoline. Specifically, the calorific value per unit mass of alcohol is about “20 MJ / L”, which is smaller than the calorific value “32 MJ / L” per unit mass of gasoline. Therefore, the calorific value per unit mass at the time of combustion of these mixed fuels changes in accordance with the mixing ratio of both fuels and consequently the alcohol concentration of the mixed fuel.
図3に、こうした混合燃料のアルコール濃度[%]と単位質量当りの発熱量[MJ/L]との関係を示す。同図に示されるように、混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量が判れば、そのアルコール濃度は一義的に求められるようになる。 FIG. 3 shows the relationship between the alcohol concentration [%] of such a mixed fuel and the calorific value [MJ / L] per unit mass. As shown in the figure, if the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel is known, the alcohol concentration can be uniquely determined.
本実施形態では、こうした混合燃料のアルコール濃度と単位質量当りの発熱量との関係を、数式、或いは演算マップのかたちで、電子制御ユニット15のROMに記憶させておき、上記算出された単位質量当りの混合燃料の発熱量の平均値からそのアルコール濃度を推定するようにしている。なお、混合燃料のアルコール濃度と単位質量当りの発熱量との関係は、予め実験等で求めておくことができる。
In the present embodiment, the relationship between the alcohol concentration of the mixed fuel and the calorific value per unit mass is stored in the ROM of the
図4は、こうした本実施形態に採用される「アルコール濃度推定ルーチン」のフローチャートを示している。本ルーチンの処理は、機関始動の開始直後より、電子制御ユニット15により実行されるものとなっている。
FIG. 4 shows a flowchart of an “alcohol concentration estimation routine” employed in this embodiment. The processing of this routine is executed by the
さて機関始動に応じて本ルーチンが開始されると、電子制御ユニット15はまず、ステップS10において、これから燃焼が行なわれる気筒の1燃焼サイクル当りの混合燃料の供給量をそのRAMから取得する。続いて電子制御ユニット15は、ステップS20において、上記気筒の燃焼中の筒内圧センサ14の検出値から上記態様でその燃焼サイクルにおける混合燃料の単位質量当りの発熱量を算出する。そして電子制御ユニット15は続くステップS30において、その算出結果を自身のRAMに記憶する。
When this routine is started in response to the engine start, first, in step S10, the
以後、電子制御ユニット15は、以上のステップS10〜S30の処理を、上記規定回数(例えば200回)の燃焼サイクルについて繰り返し実行する。そして電子制御ユニット15は、上記発熱量の算出回数が規定回数に到達すると(S40:YES)、ステップS50において、算出した規定回数の燃焼サイクル分の単位質量当りの発熱量の平均値を算出する。さらに電子制御ユニット15は、続くステップS60において、ROMに記憶された上記混合燃料のアルコール濃度と単位質量当りの発熱量との関係から、その単位質量当りの発熱量の平均値に基づいて現在使用中の混合燃料のアルコール濃度の推定値を算出し、今回のトリップにおける本ルーチンの処理を終了する。
Thereafter, the
その後、電子制御ユニット15は、機関始動時や触媒の過昇温抑制のためのOT増量時、WOT時のような、空燃比フィードバック制御が行われない状況下、すなわち燃料供給量がオープン制御される状況下において、こうして推定されたアルコール濃度に基づいて燃料供給量を適正に補正するようにしている。
After that, the
なお、こうした本実施形態では、上記アルコール濃度推定ルーチンのステップS20における電子制御ユニット15の処理が、上記発熱量算出手段の行う処理に相当する。また同アルコール濃度推定ルーチンのステップS60における電子制御ユニット15の処理が、上記濃度推定手段の行う処理に相当するものとなっている。
In this embodiment, the processing of the
以上説明した本実施形態のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置によれば、次の効果を奏することができる。
(1)本実施形態では、電子制御ユニット15は、燃焼された混合燃料の単位質量当りの発熱量を求めるとともに、その発熱量に基づいて混合燃料のアルコール濃度を推定するようにしている。より具体的には、以下の手順a)〜d)を通じてアルコール濃度の推定を行うようにしている。すなわち、a)混合燃料の燃焼による単位クランク角当りの熱発生量である熱発生率を、燃焼圧力の検出値より算出する。b)算出された熱発生率の1燃焼サイクルにおけるクランク角積分値として1燃焼サイクルにおける混合燃料の燃焼による発熱量の総量を求める。c)求められた発熱量の総量をそのサイクルにおける混合燃料の供給量にて除算することで、混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を算出する。d)その発熱量に基づいて混合燃料のアルコール濃度の推定値を算出する。そのため、使用中の混合燃料のアルコール濃度を、容易且つ的確に推定することができる。
According to the fuel concentration estimating apparatus for a flexible fuel engine of the present embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) In this embodiment, the
(2)本実施形態では、混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を、燃焼圧力の検出値より算出することをその要旨としている。燃焼中のある時点における燃焼圧力からは、その時点での瞬時の発熱量を求めることができる。そのため、混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を、燃焼圧力の検出値より算出することができる。なおこの場合には、燃焼圧力を検出する既存のセンサ、いわゆる筒内圧センサ14を用いて燃料濃度の推定を行うことができるため、使用中の混合燃料のアルコール濃度の推定を、製造コストを増加させずに行うことができるようになる。
(2) The gist of the present embodiment is to calculate the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel from the detected value of the combustion pressure. From the combustion pressure at a certain point in time during combustion, the instantaneous calorific value at that point can be obtained. Therefore, the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel can be calculated from the detected value of the combustion pressure. In this case, since the fuel concentration can be estimated using an existing sensor for detecting the combustion pressure, so-called in-
(3)本実施形態では、燃焼サイクル毎に算出された混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量についてその規定数の燃焼サイクルにおける平均値を求めるとともに、その平均値に基づいてアルコール濃度を推定するようにしている。そのため、より正確な推定を行うことができるようになる。 (3) In this embodiment, the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel calculated for each combustion cycle is determined in the prescribed number of combustion cycles, and the alcohol concentration is determined based on the average value. I try to estimate. Therefore, more accurate estimation can be performed.
なお上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、燃焼サイクル毎に算出された混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量についてその200燃焼サイクルにおける平均値を求めるとともに、その平均値に基づいて現在使用中の混合燃料のアルコール濃度を推定するようにしていた。こうした発熱量の平均を求める燃焼サイクル数は、適宜変更することができる。例えば、より高いアルコール濃度の推定精度が要求される場合は、そうした燃焼サイクル数をより増加させ、より早期の濃度推定が求められる場合には、そうした燃焼サイクル数をより減少させるようにすると良い。また特に濃度推定の精度が求められない場合には、1燃焼サイクル混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量のみに基づいてアルコール濃度の推定を行うことも可能である。
In addition, the said embodiment can also be changed and implemented as follows.
In the above embodiment, the average value in the 200 combustion cycles is obtained for the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel calculated for each combustion cycle, and the mixed fuel currently in use is calculated based on the average value. The alcohol concentration was estimated. The number of combustion cycles for obtaining the average of the calorific values can be changed as appropriate. For example, when a higher alcohol concentration estimation accuracy is required, the number of combustion cycles may be increased, and when an earlier concentration estimation is required, the number of combustion cycles may be decreased. Further, when the accuracy of concentration estimation is not particularly required, it is possible to estimate the alcohol concentration based only on the calorific value per unit mass at the time of combustion of one combustion cycle mixed fuel.
・上記実施形態では、混合気の燃焼による単位クランク角当りの熱発生量である発熱率[MJ/°CA]を燃焼圧力の検出値より算出するとともに、そうした発熱率の1燃焼サイクルについてのクランク角積分値として1燃焼サイクルにおける混合燃料の燃焼による発熱量の総量[MJ]を求めるようにしていた。その代りとして、混合気の燃焼による単位時間当りの熱発生量である発熱率[MJ/sec等]を燃焼圧力の検出値より算出するとともに、そうした発熱率の1燃焼サイクルについての時間積分値として1燃焼サイクルにおける混合燃料の燃焼による発熱量の総量[MJ]を求めることもできる。例えば燃焼圧力のサンプリングを所定時間毎に行う場合には、時間のクランク角換算が不要な分、上記のように時間積分値を用いた方が1燃焼サイクルにおける発熱量の総量の算出に要する演算量を少なくすることができる。 In the above embodiment, the heat generation rate [MJ / ° CA], which is the amount of heat generated per unit crank angle due to the combustion of the air-fuel mixture, is calculated from the detected value of the combustion pressure, and the crank for one combustion cycle of such heat generation rate is calculated. The total amount [MJ] of the calorific value due to the combustion of the mixed fuel in one combustion cycle is obtained as the angular integral value. Instead, the heat generation rate [MJ / sec, etc.], which is the amount of heat generated per unit time by the combustion of the air-fuel mixture, is calculated from the detected value of the combustion pressure, and the time integral value for one combustion cycle of such heat generation rate is calculated. It is also possible to obtain the total amount of heat generated [MJ] due to the combustion of the mixed fuel in one combustion cycle. For example, when sampling of combustion pressure is performed at predetermined time intervals, the time integral value is used as described above, so that the calculation of the total calorific value in one combustion cycle is required because the time crank angle conversion is unnecessary. The amount can be reduced.
・上記実施形態では、1燃焼サイクルにおける混合燃料の燃焼による発熱量の総量を求めるとともに、更にその発熱量の総量をそのサイクルにおける混合燃料の供給量にて除算することで、混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を算出するようにしていた。こうした発熱量の算出ロジックは、これに限らず適宜変更することができる。例えば、より簡単に上記発熱量を概算することは、1燃焼サイクルにおける混合燃料の燃焼による発熱量の総量の指標値として1燃焼サイクルにおける燃焼圧力の最大値を用いて、混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を算出することで行うことも可能である。 In the above embodiment, the total amount of heat generated by the combustion of the mixed fuel in one combustion cycle is obtained, and further, the total amount of heat generated is divided by the supply amount of the mixed fuel in that cycle, so that The calorific value per unit mass of was calculated. The calorific value calculation logic is not limited to this and can be changed as appropriate. For example, the above calorific value can be estimated more simply by using the maximum value of the combustion pressure in one combustion cycle as an index value of the total calorific value due to the combustion of the mixed fuel in one combustion cycle. It is also possible to calculate the calorific value per unit mass.
・上記実施形態では、筒内圧センサ14により検出される燃焼圧力から、混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を求めていたが、燃焼圧力と同様に、混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量と相関を有するセンサ値が存在するのであれば、そのセンサ値を用いて上記発熱量を算出することも可能である。
In the above embodiment, the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel is obtained from the combustion pressure detected by the in-
・上記実施形態では、アルコールとガソリンとの混合燃料を使用するフレキシブル燃料機関に本発明を適用した場合を説明したが、それ以外の燃料の組合せからなる混合燃料を使用するフレキシブル燃料機関にも本発明は同様に適用可能である。要は燃焼時の単位質量当りの発熱量の異なる2種の燃料の混合燃料を使用するフレキシブル燃料機関であれば、本発明の推定装置や推定方法を適用して、現在使用中の混合燃料に含まれる各燃料の濃度を推定することができる。 In the above embodiment, the case where the present invention is applied to a flexible fuel engine that uses a mixed fuel of alcohol and gasoline has been described, but the present invention is also applied to a flexible fuel engine that uses a mixed fuel composed of other fuel combinations. The invention is equally applicable. In short, if it is a flexible fuel engine that uses a mixed fuel of two types of fuels with different calorific values per unit mass during combustion, the estimation device and estimation method of the present invention can be applied to the currently used mixed fuel. The concentration of each fuel contained can be estimated.
10…フレキシブル燃料機関、11…燃料タンク、12…インジェクタ、13…燃焼室、14…筒内圧センサ、15…電子制御ユニット(発熱量算出手段、濃度推定手段)、16…NEセンサ、17…エアフローメータ、18…アクセルセンサ。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を算出する発熱量算出手段と、
その発熱量に基づいて前記各燃料の濃度を推定する濃度推定手段と、
を備えることを特徴とするフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置。 Fuel concentration estimation device for a flexible fuel engine that estimates the concentration of each fuel contained in the mixed fuel in use for a flexible fuel engine that uses a mixed fuel of two types of fuels that differ in calorific value per unit mass during combustion Because
A calorific value calculating means for calculating a calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel;
Concentration estimating means for estimating the concentration of each fuel based on the calorific value;
An apparatus for estimating fuel concentration of a flexible fuel engine, comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置。 The apparatus for estimating fuel concentration of a flexible fuel engine according to claim 1, wherein the calorific value calculation means calculates a calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel from a detected value of combustion pressure. .
請求項2に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置。 The calorific value calculation means calculates a heat generation rate, which is a heat generation amount per unit time due to combustion of the mixed fuel, from a detected value of the combustion pressure, and as a time integral value of the heat generation rate in one combustion cycle. By calculating the total amount of heat generated by combustion of the mixed fuel in one combustion cycle, and further dividing the total amount of heat generated by the supply amount of the mixed fuel in that cycle, The apparatus for estimating the fuel concentration of the flexible fuel engine according to claim 2, wherein the calorific value of the fuel is calculated.
請求項2に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置。 The calorific value calculation means calculates a heat generation rate, which is a heat generation amount per unit crank angle due to combustion of the mixed fuel, from a detected value of the combustion pressure, and a crank angle integral of the heat generation rate in one combustion cycle. As a value, a total amount of the calorific value due to the combustion of the mixed fuel in one combustion cycle is obtained, and further, the total amount of the calorific value is divided by the supply amount of the mixed fuel in the cycle, so that The apparatus for estimating the fuel concentration of a flexible fuel engine according to claim 2, wherein the calorific value per unit mass is calculated.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置。 The concentration estimating means obtains an average value in a prescribed number of combustion cycles for the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel calculated for each combustion cycle by the calorific value calculating means, and sets the average value to the average value. The fuel concentration estimation device for a flexible fuel engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the concentration of each fuel is estimated based on the fuel concentration.
請求項1〜5のいずれか1項に記載のフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定装置。 The said flexible fuel engine uses the mixed fuel of alcohol and gasoline, The fuel concentration estimation apparatus of the flexible fuel engine of any one of Claims 1-5.
前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を求めるとともに、その発熱量に基づいて前記各燃料の濃度を推定する
ことを特徴とするフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定方法。 A method for estimating the concentration of each fuel contained in a mixed fuel in use for a flexible fuel engine using a mixed fuel of two kinds of fuels having different calorific values per unit mass at the time of combustion,
A method for estimating the fuel concentration of a flexible fuel engine, wherein the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel is obtained, and the concentration of each fuel is estimated based on the calorific value.
前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を、燃焼圧力の検出値より算出する
ことを特徴とするフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定方法。 The method for estimating the fuel concentration of a flexible fuel engine according to claim 7,
A method for estimating a fuel concentration of a flexible fuel engine, wherein a calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel is calculated from a detected value of combustion pressure.
前記混合燃料の燃焼による単位時間当りの熱発生量である熱発生率を前記燃焼圧力の検出値より算出するとともに、1燃焼サイクルにおける前記熱発生率の時間積分値として1燃焼サイクルにおける前記混合燃料の燃焼による発熱量の総量を求め、更にその発熱量の総量をそのサイクルにおける前記混合燃料の供給量にて除算することで、前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を求める
ことを特徴とするフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定方法。 The method for estimating the fuel concentration of a flexible fuel engine according to claim 8,
A heat generation rate, which is a heat generation amount per unit time due to combustion of the mixed fuel, is calculated from the detected value of the combustion pressure, and the mixed fuel in one combustion cycle is obtained as a time integral value of the heat generation rate in one combustion cycle. To calculate the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel by dividing the total calorific value by the supply amount of the mixed fuel in the cycle. A method for estimating the fuel concentration of a flexible fuel engine.
前記混合燃料の燃焼による単位クランク角当りの熱発生量である熱発生率を前記燃焼圧力の検出値より算出するとともに、1燃焼サイクルにおける前記熱発生率のクランク角積分値として1燃焼サイクルにおける前記混合燃料の燃焼による発熱量の総量を求め、更にその発熱量の総量をそのサイクルにおける前記混合燃料の供給量にて除算することで、前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量を求める
ことを特徴とするフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定方法。 The method for estimating the fuel concentration of a flexible fuel engine according to claim 8,
A heat generation rate that is a heat generation amount per unit crank angle due to combustion of the mixed fuel is calculated from a detected value of the combustion pressure, and the crank angle integral value of the heat generation rate in one combustion cycle is calculated as the crank angle integral value in one combustion cycle. The total amount of heat generated by the combustion of the mixed fuel is calculated, and the total amount of generated heat is divided by the supply amount of the mixed fuel in the cycle to determine the amount of heat generated per unit mass when the mixed fuel is burned. A method for estimating the fuel concentration of a flexible fuel engine.
燃焼サイクル毎に算出された前記混合燃料の燃焼時の単位質量当りの発熱量についてその規定数の燃焼サイクルにおける平均値を求めるとともに、その平均値に基づいて前記各燃料の濃度を推定する
ことを特徴とするフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定方法。 In the fuel concentration estimation method of the flexible fuel engine according to any one of claims 7 to 10,
Obtaining an average value of the prescribed number of combustion cycles for the calorific value per unit mass at the time of combustion of the mixed fuel calculated for each combustion cycle, and estimating the concentration of each fuel based on the average value A method for estimating the fuel concentration of a flexible fuel engine.
当該フレキシブル燃料機関は、アルコールとガソリンとの混合燃料を使用するものである
ことを特徴とするフレキシブル燃料機関の燃料濃度の推定方法。 In the fuel concentration estimation method of the flexible fuel engine according to any one of claims 7 to 11,
The said flexible fuel engine uses the mixed fuel of alcohol and gasoline, The estimation method of the fuel concentration of the flexible fuel engine characterized by the above-mentioned.
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