JP2010014070A - Fuel injection control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料噴射制御装置に関する。特に、燃料として単一成分のアルコールを単独で使用する車両の燃料噴射量を制御する技術に関する。 The present invention relates to a fuel injection control device. In particular, the present invention relates to a technique for controlling the fuel injection amount of a vehicle that uses a single component alcohol alone as fuel.
近年、大気汚染や原油事情の変動等に伴い、ガソリン燃料に加えて代替燃料としてのアルコールを同時に使用可能なシステムが実用化されている。このシステムを搭載した車両(Flexible Fuel Vehicle)では、ガソリン燃料のみならず、ガソリンとアルコールとの混合燃料、またはアルコール100%で走行することができる。 In recent years, a system that can simultaneously use alcohol as an alternative fuel in addition to gasoline fuel has been put into practical use due to air pollution and changes in crude oil conditions. A vehicle (Flexible Fuel Vehicle) equipped with this system can travel not only with gasoline fuel but also with a mixed fuel of gasoline and alcohol, or with 100% alcohol.
このようなFFVの内燃機関は、従来のガソリン内燃機関と同様にポート噴射型が採用されており、吸気通路に配置されたインジェクタによって、吸気ポート内部にアルコール含有燃料が噴射される。このようにして噴射された燃料は、吸気弁の開弁に伴って筒内負圧が吸気ポートに導かれることにより、空気と共に燃焼室に吸入される。吸気ポートに噴射された燃料の一部は、吸気ポートの壁面などに付着し、その付着燃料の一部は蒸発する。定常状態では、その燃料付着量、および蒸発燃料量が一定となり、燃焼室に吸入される燃料の量は、噴射された燃料の量と等しくなる。 Such a FFV internal combustion engine employs a port injection type in the same manner as a conventional gasoline internal combustion engine, and an alcohol-containing fuel is injected into the intake port by an injector disposed in the intake passage. The fuel injected in this way is sucked into the combustion chamber together with air by introducing the in-cylinder negative pressure to the intake port as the intake valve opens. Part of the fuel injected into the intake port adheres to the wall surface of the intake port, and part of the attached fuel evaporates. In the steady state, the fuel adhesion amount and the evaporated fuel amount are constant, and the amount of fuel sucked into the combustion chamber is equal to the amount of injected fuel.
しかし、内燃機関の過渡運転時には、吸入空気量や燃料噴射量が変化することにより、その燃料付着量、蒸発燃料量も増減する。そして、この増減が生ずる間は、燃焼室に吸入される燃料の量と、噴射される燃料の量との間にずれが生じる。よって、過渡運転時に要求される燃料量を燃焼室内に吸入させるためには、吸気ポートの壁面などへの付着燃料量、および蒸発燃料量の変化に基づいて燃料噴射量を補正することが必要となる。 However, during the transient operation of the internal combustion engine, the amount of adhering fuel and the amount of evaporated fuel increase and decrease due to changes in the intake air amount and the fuel injection amount. While this increase / decrease occurs, there is a difference between the amount of fuel sucked into the combustion chamber and the amount of fuel injected. Therefore, in order to suck the fuel amount required during the transient operation into the combustion chamber, it is necessary to correct the fuel injection amount based on the amount of fuel adhering to the wall surface of the intake port and the amount of evaporated fuel. Become.
このような燃料噴射量と筒内に吸入される燃料量とのずれを抑制するために、燃料の蒸気圧に基づいて、FFVエンジンのポート壁面への付着燃料量を補正する技術が特許文献1に開示されている。 In order to suppress such a difference between the fuel injection amount and the fuel amount sucked into the cylinder, a technique for correcting the amount of fuel adhering to the port wall surface of the FFV engine based on the vapor pressure of the fuel is disclosed in Patent Document 1. Is disclosed.
また、燃料挙動モデルを用いて、ガソリンエンジンにおける噴射燃料の吸気ポートへの付着率および付着燃料の残留率を補正する技術が、特許文献2〜4に開示されている。
Also,
ここで、ガソリンとアルコールとを混合した燃料の蒸留挙動は、種々の成分が混在するために連続的な蒸留挙動を示すのに対し、単一成分のアルコールは、その沸点において一気に蒸発する不連続的な蒸留挙動を示す(図2参照)。そのため、特許文献1の技術では、燃料がアルコール100%のときに、アルコール燃料の沸点付近における吸気ポート壁面への付着燃料量を燃料の蒸気圧から推定することが困難である、といった問題がある。また、特許文献2〜4はガソリンエンジンを前提とした燃料噴射量の補正についての技術であり、アルコール燃料(特に100%アルコール)を使用する内燃機関に適用するためには、アルコールの蒸留挙動を反映させた大幅な改良が必要である。このように、従来の技術では、アルコール100%燃料を使用する際の燃料噴射制御に関して、精度よく吸気ポート壁面への付着燃料量、および蒸発燃料量を求めることが困難である、といった課題がある。
Here, the distillation behavior of a fuel that is a mixture of gasoline and alcohol shows a continuous distillation behavior due to the mixing of various components, whereas a single component alcohol is a discontinuous that evaporates all at once at its boiling point. Shows a typical distillation behavior (see FIG. 2). Therefore, the technique of Patent Document 1 has a problem that when the fuel is 100% alcohol, it is difficult to estimate the amount of fuel adhering to the wall surface of the intake port near the boiling point of the alcohol fuel from the vapor pressure of the fuel. .
本発明は、かかる点に鑑みてなされてものであり、吸気ポート内部の温度がアルコール燃料の沸点付近のときに吸気ポートへの燃料噴射量を補正することで、アルコール燃料を使用する車両の筒内に供給される燃料量を最適に制御することができる燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and corrects the fuel injection amount to the intake port when the temperature inside the intake port is near the boiling point of the alcohol fuel, so that the cylinder of the vehicle using the alcohol fuel is corrected. It is an object of the present invention to provide a fuel injection control device capable of optimally controlling the amount of fuel supplied inside.
かかる課題を解決するために、本発明の燃料噴射制御装置は、単一成分のアルコール燃料を吸気ポートに噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射手段によって噴射された燃料のうち前記吸気ポートに付着する付着燃料量を算出する付着燃料量算出手段と、前記吸気ポートに付着した燃料のうち次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料量を算出する蒸発燃料量算出手段と、前記内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、前記冷却水温検出手段の検出結果に基づいて、前記蒸発燃料量算出手段の算出結果を補正する蒸発燃料量補正手段と、前記付着燃料量算出手段の算出結果と、前記蒸発燃料量補正手段の補正結果とに基づいて、前記燃料噴射手段の燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve this problem, a fuel injection control device according to the present invention is a fuel injection control device for an internal combustion engine comprising fuel injection means for injecting a single component alcohol fuel into an intake port, wherein the fuel injection means An attached fuel amount calculating means for calculating the amount of attached fuel adhering to the intake port among the fuel injected by the fuel, and an amount of evaporated fuel evaporating between the fuel adhering to the intake port until the next fuel injection An evaporative fuel amount calculating means, a cooling water temperature detecting means for detecting a cooling water temperature of the internal combustion engine, and an evaporative fuel amount for correcting a calculation result of the evaporative fuel amount calculating means based on a detection result of the cooling water temperature detecting means A fuel injection amount correction that corrects the fuel injection amount of the fuel injection unit based on the correction unit, the calculation result of the attached fuel amount calculation unit, and the correction result of the evaporated fuel amount correction unit. Characterized in that it comprises a means.
このような構成とすることにより、アルコール100%燃料の吸気ポートへの付着燃料量、および蒸発燃料量をアルコールの蒸発特性を利用して精度よく算出し、算出結果に基づいて燃料噴射量を補正することができることから、アルコール100%燃料を使用する際の内燃機関の燃料噴射量を最適に制御することができる。本発明の付着燃料量算出手段、および蒸発燃料量算出手段は、吸気ポート壁面への付着燃料量、および付着した燃料の蒸発燃料量を内燃機関の運転状態より算出する。ここで、吸気ポートのポート壁面温度は、通常、エンジン冷却水温とほぼ同じであることから、エンジン冷却水温を検出することで吸気ポート壁面温度を求めることができる。よって、算出した蒸発燃料量をエンジン冷却水温の検出結果に基づいて補正することによって、吸気ポート温度がアルコールの沸点付近の際に、アルコール燃料の蒸発特性を利用した蒸発燃料量の算出を精度よく実行することができる。更に、求めた蒸発燃料量の補正値に基づいて燃料噴射量を補正することで、100%アルコール燃料を使用する際の内燃機関の燃料噴射量を最適に制御することができる。 With this configuration, the amount of fuel adhering to the intake port of 100% alcohol fuel and the amount of evaporated fuel are accurately calculated using the evaporation characteristics of alcohol, and the fuel injection amount is corrected based on the calculation result. Therefore, the fuel injection amount of the internal combustion engine when using 100% alcohol fuel can be optimally controlled. The adhering fuel amount calculating means and the evaporated fuel amount calculating means according to the present invention calculate the adhering fuel amount to the intake port wall surface and the adhering fuel evaporating fuel amount from the operating state of the internal combustion engine. Here, since the port wall surface temperature of the intake port is usually substantially the same as the engine coolant temperature, the intake port wall surface temperature can be obtained by detecting the engine coolant temperature. Therefore, by correcting the calculated amount of evaporated fuel based on the detection result of the engine coolant temperature, when the intake port temperature is near the boiling point of alcohol, the amount of evaporated fuel can be calculated accurately using the evaporation characteristics of alcohol fuel. Can be executed. Furthermore, the fuel injection amount of the internal combustion engine when using 100% alcohol fuel can be optimally controlled by correcting the fuel injection amount based on the obtained correction value of the evaporated fuel amount.
上記のように、過渡運転時の燃料噴射量を最適に制御することで、車両の燃費や排気エミッションを改善することができる。更に、内燃機関の始動性を向上させることができる。 As described above, the fuel consumption and the exhaust emission of the vehicle can be improved by optimally controlling the fuel injection amount during the transient operation. Furthermore, the startability of the internal combustion engine can be improved.
特に、本発明の燃料噴射制御装置は、前記燃料噴射手段によって噴射された燃料のうち、吸気弁に付着する付着燃料量を算出する吸気弁付着燃料量算出手段と、前記吸気弁に付着した燃料のうち、次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料量を算出する吸気弁蒸発燃料量算出手段と、前記車両の吸気弁の壁面温度を検出する吸気弁壁面温度検出手段と、前記吸気弁壁面温度検出手段の検出結果に基づいて、前記吸気弁蒸発燃料量算出手段の算出結果を補正する吸気弁蒸発燃料量補正手段とを備え、前記燃料噴射量補正手段が、前記付着燃料量算出手段の算出結果と、前記吸気弁付着燃料量算出手段の算出結果と、前記蒸発燃料量補正手段の補正結果と、前記吸気弁蒸発燃料量補正手段の補正結果とに基づいて、前記燃料噴射手段の燃料噴射量を補正することを特徴とすることができる。 In particular, the fuel injection control device according to the present invention includes an intake valve attached fuel amount calculating means for calculating an amount of attached fuel adhering to the intake valve out of fuel injected by the fuel injection means, and a fuel adhering to the intake valve. Among them, an intake valve evaporated fuel amount calculating means for calculating the amount of evaporated fuel evaporated until the next fuel injection, an intake valve wall surface temperature detecting means for detecting a wall surface temperature of the intake valve of the vehicle, and the intake valve Intake valve evaporated fuel amount correcting means for correcting the calculation result of the intake valve evaporated fuel amount calculating means based on the detection result of the wall surface temperature detecting means, and the fuel injection amount correcting means is the attached fuel amount calculating means. Of the fuel injection means based on the calculation result of the intake valve attached fuel amount calculation means, the correction result of the evaporated fuel amount correction means, and the correction result of the intake valve evaporated fuel amount correction means. Fuel injection It can be characterized in that corrected.
このような構成とすることで、吸気ポート壁面への付着燃料の蒸発挙動のみならず、吸気弁壁面への付着燃料の蒸発挙動も考慮して、より正確に吸気ポート内の付着燃料の蒸発燃料量、および蒸発タイミングを算出することができる。よって、アルコール燃料を使用する際の内燃機関の燃料噴射制御をより高精度に実行することができることから、車両の燃費や排気エミッションをより改善することができ、内燃機関の始動性を向上させることができる。 By adopting such a configuration, not only the evaporation behavior of the fuel adhering to the wall surface of the intake port but also the evaporation behavior of the fuel adhering to the wall surface of the intake valve is considered more accurately. The amount and evaporation timing can be calculated. Therefore, the fuel injection control of the internal combustion engine when using alcohol fuel can be executed with higher accuracy, so that the fuel consumption and exhaust emission of the vehicle can be further improved and the startability of the internal combustion engine is improved. Can do.
また、本発明の燃料噴射制御装置は、前記燃料噴射手段によって噴射された燃料のうち前記吸気ポートに付着する付着燃料率を算出する付着燃料率算出手段と、前記吸気ポートに付着した燃料のうち次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料率を算出する蒸発燃料率算出手段とを備え、前記付着燃料量算出手段が、前記燃料噴射手段が前回噴射した燃料噴射量と、前記付着燃料率算出手段の算出結果と、前記付着燃料量算出手段が前回算出した算出結果と、前記蒸発燃料率算出手段の算出結果から求めた残留燃料率とに基づいて、前記付着燃料量を算出することを特徴とすることができる。 The fuel injection control device according to the present invention includes an attached fuel rate calculating means for calculating an attached fuel rate that adheres to the intake port among fuels injected by the fuel injection means, and a fuel that adheres to the intake port. Evaporative fuel rate calculating means for calculating an evaporative fuel rate that evaporates until the next fuel injection, and the attached fuel amount calculating means includes a fuel injection amount previously injected by the fuel injector and the attached fuel rate. Calculating the adhering fuel amount based on the calculation result of the calculating means, the calculation result previously calculated by the adhering fuel amount calculating means, and the residual fuel rate obtained from the calculation result of the evaporated fuel rate calculating means; Can be a feature.
吸気ポート壁面への付着燃料率、および蒸発燃料率は内燃機関の運転状態と対応する。よって、吸気ポートへ噴射された燃料噴射量に、内燃機関の運転状態より算出した付着燃料率を掛けあわせたものと、前回のサイクルで付着した燃料で蒸発しなかった残留付着燃料量とを求めることで、吸気ポート壁面への付着燃料量を算出することができる。このように、燃料挙動モデルを用いてより高精度に吸気ポートへの燃料噴射量を制御することができる。 The rate of fuel adhering to the intake port wall surface and the rate of evaporated fuel correspond to the operating state of the internal combustion engine. Therefore, the fuel injection amount injected into the intake port is multiplied by the adhered fuel rate calculated from the operating state of the internal combustion engine, and the residual adhered fuel amount that has not evaporated with the fuel adhered in the previous cycle is obtained. Thus, the amount of fuel attached to the intake port wall surface can be calculated. In this way, the fuel injection amount to the intake port can be controlled with higher accuracy using the fuel behavior model.
そして、本発明の燃料噴射制御装置は、前記吸気ポートに付着した燃料のうち次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料率を算出する蒸発燃料率算出手段を備え、前記蒸発燃料量算出手段が、前記付着燃料量算出手段の算出結果と、前記蒸発燃料率算出手段の算出結果とに基づき、前記蒸発燃料量を算出することを特徴とすることができる。 The fuel injection control device of the present invention further comprises an evaporated fuel rate calculating means for calculating an evaporated fuel rate that evaporates between fuels adhering to the intake port until the next fuel injection, and the evaporated fuel amount calculating means However, the evaporated fuel amount may be calculated based on a calculation result of the attached fuel amount calculating unit and a calculation result of the evaporated fuel rate calculating unit.
吸気ポート壁面に付着した燃料の蒸発燃料率は、内燃機関の運転状態と対応する。よって、付着燃料量に、内燃機関の運転状態より算出した蒸発燃料率を乗することで、吸気ポートからの蒸発燃料量を算出することができる。このように、燃料挙動モデルを用いてより高精度に吸気ポートへの燃料噴射量を制御することができる。 The evaporated fuel rate of the fuel adhering to the intake port wall surface corresponds to the operating state of the internal combustion engine. Therefore, the evaporated fuel amount from the intake port can be calculated by multiplying the adhered fuel amount by the evaporated fuel rate calculated from the operating state of the internal combustion engine. In this way, the fuel injection amount to the intake port can be controlled with higher accuracy using the fuel behavior model.
更に、本発明の燃料噴射制御装置は、前記燃料噴射量補正手段が、前記冷却水温検出手段の検出結果が前記燃料の蒸発開始温度から沸点までの間にある場合に、前記燃料噴射手段の燃料噴射量を補正することを特徴とすることができる。 Furthermore, the fuel injection control device according to the present invention is such that the fuel injection amount correction means is configured to provide fuel for the fuel injection means when the detection result of the cooling water temperature detection means is between the evaporation start temperature and the boiling point of the fuel. It is possible to correct the injection amount.
吸気ポート壁面に付着したアルコール燃料は、吸気ポート壁面の温度がアルコール燃料の沸点未満の場合、吸気ポート壁面に付着した燃料は蒸発せずに燃焼室内へ液だれする。また、吸気ポート壁面の温度がアルコール燃料の沸点を超えた場合、吸気ポートへ噴射された燃料はすべて蒸発し、吸気ポート壁面への付着燃料は皆無となる。この場合、吸気ポートで蒸発するアルコール燃料が無いことから、車両の運転に要求される燃料量を吸気ポートへ噴射すればよい。一方、吸気ポート壁面の温度がアルコール燃料の蒸発開始温度(沸点−α℃)の場合、吸気ポート壁面に付着した燃料は徐々に蒸発を開始し、吸気ポート壁面の温度がアルコール燃料の沸点に到達した場合、吸気ポート壁面に付着したすべての燃料は一気に蒸発する。よって、アルコール燃料の蒸発開始温度から、その蒸発が完了する沸点までの間に吸気ポートへの燃料噴射量を補正することで、アルコール燃料を使用する際の内燃機関の燃料噴射制御をより高精度に実行することができることから、車両の燃費や排気エミッションをより改善することができ、内燃機関の始動性を向上させることができる。 When the temperature of the intake port wall surface is lower than the boiling point of the alcohol fuel, the fuel adhering to the intake port wall surface does not evaporate and leaks into the combustion chamber. Further, when the temperature of the intake port wall surface exceeds the boiling point of the alcohol fuel, all the fuel injected into the intake port evaporates, and there is no fuel adhering to the intake port wall surface. In this case, since there is no alcohol fuel that evaporates at the intake port, the amount of fuel required for driving the vehicle may be injected into the intake port. On the other hand, when the temperature of the intake port wall surface is the alcohol fuel evaporation start temperature (boiling point -α ° C), the fuel adhering to the intake port wall surface gradually begins to evaporate, and the intake port wall surface temperature reaches the boiling point of alcohol fuel. In this case, all the fuel adhering to the wall surface of the intake port evaporates all at once. Therefore, by correcting the fuel injection amount to the intake port between the evaporation start temperature of the alcohol fuel and the boiling point at which the evaporation is completed, the fuel injection control of the internal combustion engine when using the alcohol fuel has higher accuracy. Therefore, the fuel consumption and exhaust emission of the vehicle can be further improved, and the startability of the internal combustion engine can be improved.
また、本発明の燃料噴射制御装置は、前記燃料噴射量補正手段が、前記吸気弁壁面温度検出手段の検出結果が前記燃料の蒸発開始温度から沸点までの間にある場合に、前記燃料噴射手段の燃料噴射量を補正することを特徴とすることができる。 In the fuel injection control device of the present invention, when the fuel injection amount correction means has a detection result of the intake valve wall surface temperature detection means between the evaporation start temperature and the boiling point of the fuel, the fuel injection means The fuel injection amount is corrected.
内燃機関が始動すると、暖機により内燃機関の温度が上昇するに伴って、吸気ポート内の温度も上昇する。ここで、通常は吸気ポート壁面よりも吸気弁壁面の方がより早く温度が上昇するため、吸気ポートに付着したアルコール燃料よりも吸気弁に付着した燃料がより早く蒸発する。よって、吸気弁壁面の温度を検出し、その検出結果に基づいて燃料噴射量を補正することで、より正確に吸気ポート内の付着燃料の蒸発燃料量、および蒸発タイミングを算出することができる。 When the internal combustion engine starts, the temperature in the intake port increases as the temperature of the internal combustion engine increases due to warm-up. Here, since the temperature of the intake valve wall usually rises faster than the intake port wall, the fuel adhering to the intake valve evaporates faster than the alcohol fuel adhering to the intake port. Therefore, by detecting the temperature of the wall surface of the intake valve and correcting the fuel injection amount based on the detection result, the evaporated fuel amount of the attached fuel in the intake port and the evaporation timing can be calculated more accurately.
また、本発明の燃料噴射制御装置は、前記冷却水温検出手段が、前記吸気ポート近傍に備えられることを特徴とすることができる。 The fuel injection control device of the present invention may be characterized in that the cooling water temperature detecting means is provided in the vicinity of the intake port.
吸気ポートのポート壁面温度は、エンジン冷却水温を検出することで求めることができるが、エンジン冷却水温の検出場所を吸気ポート近傍にすることによって、より正確に吸気ポート壁面温度を検出することができる。よって、アルコール燃料を使用する際の内燃機関の燃料噴射制御をより高精度に実行することができることから、車両の燃費や排気エミッションをより改善することができ、内燃機関の始動性を向上させることができる。 The port wall surface temperature of the intake port can be obtained by detecting the engine cooling water temperature, but the intake port wall surface temperature can be detected more accurately by making the engine cooling water temperature detection location near the intake port. . Therefore, the fuel injection control of the internal combustion engine when using alcohol fuel can be executed with higher accuracy, so that the fuel consumption and exhaust emission of the vehicle can be further improved and the startability of the internal combustion engine is improved. Can do.
本発明の燃料噴射制御装置によれば、吸気ポートおよび吸気弁の壁面温度がアルコール燃料の沸点付近のときの蒸発燃料量に基づいて、吸気ポートへの燃料噴射量を補正することができることから、単一成分のアルコール燃料を単独で使用する車両の筒内に供給される燃料量を最適に制御することができる。 According to the fuel injection control device of the present invention, the fuel injection amount to the intake port can be corrected based on the evaporated fuel amount when the wall surface temperature of the intake port and the intake valve is near the boiling point of the alcohol fuel. It is possible to optimally control the amount of fuel supplied into the cylinder of a vehicle that uses a single component alcohol fuel alone.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の実施例1について図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の燃料噴射制御装置を組み込んだエンジン1の概略構成を示した説明図である。なお、図1にはエンジンの1気筒の構成のみを示している。 Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an engine 1 incorporating a fuel injection control device of the present invention. FIG. 1 shows only the configuration of one cylinder of the engine.
エンジン1は、車両に搭載される多気筒エンジンであって、各気筒は燃焼室1aを構成するピストン2を備えている。各燃焼室1aのピストン2はそれぞれコネクティングロッド4を介して出力軸であるクランクシャフト3の軸に連結されており、各ピストン2の往復運動がコネクティングロッド4によってクランクシャフト3の回転へと変換される。
The engine 1 is a multi-cylinder engine mounted on a vehicle, and each cylinder includes a
クランクシャフト3の軸の近傍には、クランク角センサ5が配置されている。クランク角センサ5はクランクシャフト3軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をECU100に出力する。それにより、ECU100は、クランク角に関する情報を取得することができる。更にクランクシャフト3の一端には、クランクスプロケット6が接続されている。クランクスプロケット6はクランクシャフト3と同じ周期で回転する。クランクスプロケット6としては、複数の歯が外周に配置された周知のスプロケットを用いることができる。クランクスプロケット6にはエンジン1の始動時に起動するスタータモータ7のピニオンギアが噛み合わされており、スタータモータ7の起動に伴うリングギアの回転によりエンジン1のクランキングが行われる。
A
各気筒の燃焼室1aには、それぞれ燃焼室1aと連通する吸気ポート8と、吸気ポート8に連結し、吸入空気を吸入ポート8から燃焼室1aへと導く吸気通路9とが接続されている。更に、燃焼室1aの各気筒には、それぞれ燃焼室1aと連通する排気ポート10と、燃焼室1aで発生した排気ガスをエンジン外へと導く排気通路11が接続されている。また、各気筒に接続された排気経路11は、下流側で合流して一本の合流排気通路400となる。
Connected to the
各気筒の燃焼室1aの吸気通路、排気通路に対応して複数の吸気弁、排気弁が設けられている。図1には吸気通路、排気通路と吸気弁、排気弁をそれぞれ1つずつ示している。燃焼室1aの各吸気ポート8には、それぞれ吸気弁12が配置されており、吸気弁12を開閉駆動させるための吸気カムシャフト13が配置されている。更に、燃焼室1aの各排気ポート10には、それぞれ排気弁14が配置されており、排気弁14を開閉駆動させるための排気カムシャフト15が配置されている。
A plurality of intake valves and exhaust valves are provided corresponding to the intake passage and exhaust passage of the
吸気弁12および排気弁14はクランクシャフト3の回転が連結機構(例えばタイミングベルト、タイミングチェーンなど)により伝達された吸気カムシャフト13および排気カムシャフト15の回転により開閉され、吸気ポート8および排気ポート10と燃焼室1aとを連通・遮断する。なお、吸気弁12、および排気弁14の位相は、クランク角を基準にして表される。
The
吸気カムシャフト13は可変動弁機構(以下、VVT機構という)である電動VVT機構16を有している。この電動VVT機構16はECU100の指示により電動モータ17で吸気カムシャフト13を回転させる。それにより吸気カムシャフト13のクランクシャフト3に対する回転位相が変更されることから、吸気弁12のバルブタイミングが変更される。この場合、吸気カムシャフト13の回転位相は、吸気カム角センサ18にて検出され、ECU100へと出力される。それにより、ECU100は、吸気カムシャフトの位相を取得することができるとともに、吸気弁12の位相を取得することができる。また、吸気カムシャフト13の位相は、クランク角を基準にして表される。
The
また、排気カムシャフト15は油圧VVT機構19を有している。この油圧VVT機構19はECU100の指示によりオイルコントロールバルブ(以下、OCVという)20で排気カムシャフト15を回転させる。それにより排気カムシャフト15のクランクシャフト3に対する回転位相が変更されることから、排気弁14のバルブタイミングが変更される。この場合、排気カムシャフト15の回転位相は、排気カム角センサ21にて検出され、ECU100へと出力される。それにより、ECU100は、排気カムシャフトの位相を取得することができるとともに、排気弁14の位相を取得することができる。また、排気カムシャフト15の位相は、クランク角を基準にして表される。
Further, the
エンジン1の吸気通路9には、吸入通路9を通過する吸入空気量を検出するエアフロメータ22が設置されている。また、吸気通路9には、スロットルバルブ23およびスロットルポジションセンサ24が設置されている。このエアフロメータ22およびスロットルポジションセンサ24はそれぞれの検出結果をECU100に出力する。それにより、ECU100は、吸気ポート8および燃焼室1aへ吸入される吸入空気量を認識することができる。
An
エンジン1の各吸気ポートには、それぞれインジェクタ300が設けられている。インジェクタ300には、燃料ポンプ(図示しない)より燃料配管を通じて高圧の燃料が供給されており、ECU100の指示により吸気ポート8へ燃料を噴射供給する。ECU100は、エアフロメータ22およびスロットルポジションセンサ24からの吸入空気量、および吸気カム角センサ18からのカム軸回転位相の情報に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ300に信号を送る。インジェクタ300はECU100の信号に従って、吸気ポート8へ指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて燃料を高圧噴射する。高圧噴射された燃料は霧化し吸入空気と混合され、エンジン1の燃焼に適した混合ガスとなり、吸気弁12が開いた際に燃焼室1aへと供給される。そして、インジェクタ300のリーク燃料は、リリーフ配管を通って燃料タンク(図示しない)へと戻される。
Each intake port of the engine 1 is provided with an
アルコール燃料としては、メタノール(CH3OH,沸点64.7℃,密度0.79g・cm−3)、またはエタノール(C2H5OH,沸点78.3℃,密度0.79g・cm−3)を適用することができる。本実施例のエンジン1は、単一成分のエタノールを燃料として使用する。ガソリン100%(エタノール0%)のときの理論空燃比は14.7であるのに対し、燃料がエタノール100%のときの理論空燃比は9.0である。ここで、エタノールとガソリンの蒸留挙動を図2に示す。複数成分が混合しているガソリンは温度に対して連続的な蒸留特性を示すのに対し、単一成分のエタノールは、その沸点(78.3℃)において一気に蒸発するので、不連続的な蒸留特性を示す。よって、エタノール100%燃料を使用する場合、吸気ポート8壁面の温度がエタノールの沸点未満の時に付着した燃料は、吸気ポート8壁面の温度がエタノールの沸点付近から徐々に蒸発を開始し、エタノールの沸点に到達すると一気に蒸発する。そして、吸気ポート8壁面の温度がエタノールの沸点を超えると、吸気ポート8へ噴射された燃料はすべて蒸発するため、吸気ポート8壁面への付着燃料は皆無となる。この特性を利用することにより、吸気ポート8壁面の温度がエタノールの沸点付近(78.3−α℃)から沸点までの間の吸気ポート8壁面への付着燃料量、および蒸発燃料量を精度よく認識することで、要求される燃料噴射量から蒸発燃料量を引いた分を次回の燃料噴射量として設定することができる。
As alcohol fuel, methanol (CH 3 OH, boiling point 64.7 ° C., density 0.79 g · cm −3 ) or ethanol (C 2 H 5 OH, boiling point 78.3 ° C., density 0.79 g · cm −3). ) Can be applied. The engine 1 of this embodiment uses single component ethanol as fuel. The stoichiometric air-fuel ratio when the gasoline is 100% (
各気筒の燃焼室1aはそれぞれ点火プラグ26を備えており、点火プラグ26の点火タイミングはイグナイタ27によって調整される。吸気ポート8から流入された混合ガスはピストン2の上昇運動により燃焼室1a内で圧縮される。ECU100は、クランク角センサ5からのピストン2の位置、および吸気カム角センサ18からのカム軸回転位相の情報に基づき、点火タイミングを決定しイグナイタ27に信号を送る。イグナイタ27はECU100の信号に従って、指示された点火タイミングでバッテリ200からの電力を点火プラグ26に通電する。点火プラグ26はバッテリ200からの電力により点火し、圧縮混合ガスを着火させて、燃焼室1a内を膨張させピストン2を下降させる。これがコネクティングロッド4を介してクランクシャフト3の軸回転に変更されることにより、エンジン1は動力を得る。燃焼後の排気ガスは、排気バルブ14が開いた際に排気ポート10、排気通路9を通って合流排気通路400で合流し、浄化触媒401を通過してエンジン1の外部へと排出される。
The
各気筒の排気通路9は下流で合流して合流排気通路400を形成し、合流排気通路400の先には浄化触媒401が設けられている。浄化触媒401は、エンジン1の排ガスを浄化するために用いられるもので、例えば三元触媒やNOx吸蔵還元型触媒などが適用され、エンジン1の排気量、使用地域等の違いによってこれら浄化触媒401を複数個組み合わせて設置される場合もある。浄化触媒401には触媒温度センサ402が設けられている。ECU100は、触媒温度センサ402からの信号を受信することにより、浄化触媒401の温度を認知し、浄化触媒401が活性温度域にあるか否かを判断することができる。
The
燃焼室1aの周辺にはウォータジャケットが設けられており、ウォータジャケット内部は燃焼室1aを冷却するためのエンジン冷却水が循環している(図示しない)。更に、ウォータジャケットにはエンジン冷却水温(Tw)を測定するための水温センサ28が設けられている。ここで、吸気ポート8のポート壁面温度は、通常、エンジン冷却水温Twとほぼ同じであることから、ECU100は、水温センサ28から受信したTwを吸気ポート8の壁面温度として適用することができる。なお、水温センサ28は、エンジン1の冷却水温を検出するエンジン冷却水温検出手段に相当する。
A water jacket is provided around the
バッテリ200は、正極に二酸化鉛(PbO2)、負極に海綿状鉛(Pb)、電解液として希硫酸(H2SO4)を用いた二次電池であり、それらの化学反応によって充放電サイクルを実施する。バッテリ200は、オルタネータ(図示しない)の発電量が各電装品の電力使用量を超える場合に、超えた分の電力を充電してバッテリ内部に蓄電する。そして、バッテリ200は、エンジン1の始動の際にスタータモータ7を稼動させるために、または車両の走行中にECU100等の電装品を適切に稼動させるために、バッテリ200の内部に蓄電した電力を放電する。バッテリ200としては、例えば12[V]システムを適用することができるが、42[V]システム等の高電圧仕様を適用することもできる。
The
ECU100は、演算処理を行うCPU(Central Processing Unit)と、プログラム等を記憶するROM(Read Only Memory)と、データ等を記憶するRAM(Random Access Memory)と、を備えるコンピュータである。ECU100は、クランク角センサ5、カム角センサ18,21、エアフロメータ22、スロットルポジションセンサ23、水温センサ28の検出結果を読み込み、VVT機構16,19の動作、インジェクタ300の動作、点火プラグ26の点火時期など、エンジン1の運転動作を統合的に制御する。また、ECU100は、インジェクタ300から噴射された燃料のうち、吸気ポート8の壁面へ付着する付着燃料量を算出する。そして、ECU100は、吸気ポート8の壁面に付着した燃料のうち、次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料量を算出する。更に、ECU100は、算出した蒸発燃料量を水温センサ28の信号に基づいて補正する。そして、ECU100は、求めた蒸発燃料量の補正値に基づいて、インジェクタ300の燃料噴射量を補正する。なお、ECU100は、付着燃料量算出手段、蒸発燃料量算出手段、蒸発燃料量補正手段、および燃料噴射量補正手段に相当する。
The
[燃料噴射量補正の必要性]
図3は、エンジン1の燃料噴射時の概略構成を示した説明図である。なお、図3にはエンジンの1気筒の構成のみを示している。エンジン1が始動されると、吸気通路9に配置されたインジェクタ300によって、吸気ポート8内部にエタノール燃料が噴射される。このようにして噴射されたエタノール燃料は、吸気弁12の開弁に伴って筒内負圧が吸気ポート8に導かれることにより、空気と共に燃焼室1aに吸入されるが、吸気ポート8に噴射された燃料の一部は、吸気ポート8の壁面などに付着する。また、吸気ポート8の壁面は、暖気が進むに伴ってその壁面温度が上昇する。
[Necessity of fuel injection amount correction]
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a schematic configuration during fuel injection of the engine 1. FIG. 3 shows only the configuration of one cylinder of the engine. When the engine 1 is started, ethanol fuel is injected into the intake port 8 by the
この場合において、吸気ポート8の壁面に付着したエタノール燃料の挙動は、(1)吸気ポート8壁面の温度がエタノールの蒸発開始温度未満の場合、吸気ポート8の壁面に付着した燃料は蒸発せずに燃焼室1aに液だれする。(2)吸気ポート8壁面の温度がエタノールの沸点付近(蒸発開始温度)の場合、吸気ポート8壁面に付着した燃料は徐々に蒸発を開始する。(3)吸気ポート8壁面の温度がエタノールの沸点に到達した場合、吸気ポート8壁面に付着したすべての燃料は一気に蒸発する。そして、(4)吸気ポート8壁面の温度がエタノールの沸点を超えた場合、吸気ポート8へ噴射された燃料はすべて蒸発し、吸気ポート8壁面への付着燃料は皆無となる。そのため、上記(1)および(4)の場合は、吸気ポート8で蒸発するエタノール燃料が無いことから、ECU100は、車両の運転に要求される燃料量を吸気ポート8へ噴射する指示をインジェクタ300に行えばよい。一方、上記(2)および(3)の場合、ECU100は、車両の運転に要求される燃料量を吸気ポート8へ噴射する指示を行うと、インジェクタ300からの噴射燃料に加えて吸気ポート8の蒸発燃料が加算されることから、燃焼室1aに吸入される燃料量は過剰となる。
In this case, the behavior of the ethanol fuel attached to the wall surface of the intake port 8 is as follows: (1) When the temperature of the wall surface of the intake port 8 is lower than the ethanol evaporation start temperature, the fuel attached to the wall surface of the intake port 8 does not evaporate. The liquid drip into the combustion chamber 1a. (2) When the temperature of the wall surface of the intake port 8 is near the boiling point of ethanol (evaporation start temperature), the fuel adhering to the wall surface of the intake port 8 gradually starts to evaporate. (3) When the temperature of the wall surface of the intake port 8 reaches the boiling point of ethanol, all the fuel adhering to the wall surface of the intake port 8 evaporates all at once. (4) When the temperature of the wall surface of the intake port 8 exceeds the boiling point of ethanol, all the fuel injected into the intake port 8 evaporates, and there is no fuel adhering to the wall surface of the intake port 8. Therefore, in the above cases (1) and (4), since there is no ethanol fuel that evaporates at the intake port 8, the
よって、過渡運転時に要求される燃料量を燃焼室1a内に吸入させるためには、吸気ポート8の壁面などに付着した燃料の蒸発燃料量を求め、要求される燃料噴射量から蒸発燃料量を引いた燃料噴射量を吸気ポート8へ噴射すること、すなわち燃料噴射量を補正することが必要となる。
Therefore, in order to suck the amount of fuel required during transient operation into the
ここで、吸気ポート8の壁面などに付着する付着燃料量、および付着燃料が蒸発する蒸発燃料量は、燃料挙動モデルより算出することができる。吸気ポート8の壁面への燃料の付着率をR、付着した燃料のうち次回の燃料噴射までの間に蒸発する燃料の蒸発率をP、吸気ポート8への燃料の噴射量をfiとすると、第kサイクルにおける燃料噴射量がfikである場合、第k+1サイクルにおける付着燃料量fwk+1および第k+2サイクルにおける蒸発燃料量fvk+2は以下の(1)(2)式のように表すことができる。
[第k+1サイクルにおける付着燃料量]
fwk+1=(1−P)・fwk+R・fik ・・・(1)
[第k+2サイクルにおける蒸発燃料量]
fvk+2=P・fwk+1 ・・・(2)
上記(1)(2)式の関係を用いることより、第kサイクルの燃料噴射量fikから第k+1サイクルの付着燃料量fwk+1を算出することができ、更に、第k+1サイクルの付着燃料量fwk+1から第k+2サイクルの蒸発燃料量fvk+2を算出することができる。すなわち、エンジン1の吸気ポート8に噴射されたエタノール燃料の付着率Rおよび蒸発率Pを求めることができれば、蒸発燃料量を算出することができることから、算出された蒸発燃料量に基づいて次回の燃料噴射量を補正することができる。
Here, the amount of attached fuel adhering to the wall surface of the intake port 8 and the amount of evaporated fuel from which the attached fuel evaporates can be calculated from the fuel behavior model. If the adhesion rate of the fuel to the wall surface of the intake port 8 is R, the evaporation rate of the fuel that evaporates between the adhering fuels until the next fuel injection is P, and the injection amount of the fuel to the intake port 8 is fi. When the fuel injection amount in the k-th cycle is fi k , the attached fuel amount fw k + 1 in the k + 1 cycle and the evaporated fuel amount fv k + 2 in the k + 2 cycle can be expressed as the following equations (1) and (2). .
[Attached fuel amount in the (k + 1) th cycle]
fw k + 1 = (1-P) · fw k + R · fi k (1)
[Evaporated fuel amount in the k + 2 cycle]
fv k + 2 = P · fw k + 1 (2)
By using the relationship of the above formulas (1) and (2), it is possible to calculate the adhered fuel amount fw k + 1 of the (k + 1) th cycle from the fuel injection amount fi k of the kth cycle, and further, the adhered fuel amount of the (k + 1) th cycle. The fuel vapor amount fv k + 2 in the (k + 2) th cycle can be calculated from fw k + 1 . That is, if the adhesion rate R and the evaporation rate P of the ethanol fuel injected into the intake port 8 of the engine 1 can be obtained, the evaporated fuel amount can be calculated, so that the next time based on the calculated evaporated fuel amount. The fuel injection amount can be corrected.
ここで、燃料の付着率Rおよび蒸発率Pは、エンジン1の運転状態に応じて変化する。すなわち、インジェクタ300が噴射したエタノール燃料が吸気ポート8の壁面に付着する付着燃料量や、壁面に付着したエタノール燃料が蒸発する蒸発燃料量は、エンジン1の負荷、回転数、吸気弁12の開閉タイミング、吸気ポート8の壁面温度などに応じて適宜変化する。そこで、付着率Rおよび蒸発率Pのそれぞれを、機関負荷Kl,機関回転数Ne,バルブタイミングVT,およびエンジン冷却水温(吸気ポート8の壁面温度)Twとの関係で特定するための規則を予め作成しておき、ECU100に、その規則に従って付着率Rおよび蒸発率Pを設定させることで、エンジン1の運転状態に応じてより正確な付着率Rおよび蒸発率Pを設定することができる。
Here, the fuel adhesion rate R and the evaporation rate P vary according to the operating state of the engine 1. That is, the amount of fuel adhering to the wall surface of the intake port 8 by the ethanol fuel injected by the
この場合、吸気ポート8に噴射された燃料は、その温度が高いほど気化しやすい状態となるため、付着率Rは小さい値となる。また、吸気ポート8に噴射された燃料は、エンジン1の吸気管圧力が高いほど燃焼室1a内に吸入されやすい状態となるため、付着率Rは小さい値となる。このように、燃料の付着率Rは、燃料温度、吸気管圧力に応じて有意に変化することから、付着率Rを算出した後に、燃料温度、吸気管圧力に基づいて補正することで、より正確な付着率Rを算出することができる。
In this case, the fuel injected into the intake port 8 is more easily vaporized as its temperature is higher, so the adhesion rate R becomes a smaller value. Further, the fuel injected into the intake port 8 is more easily taken into the
つづいて、ECU100の制御の流れに沿って、エンジン1の動作を説明する。図4はECU100の処理の一例を示すフローチャートである。本実施例のエンジン1は、燃料噴射手段、付着燃料量算出手段、蒸発燃料量算出手段、蒸発燃料量補正手段、燃料噴射量補正手段を備えることにより、吸気ポートへ噴射されたアルコール燃料の付着燃料量から蒸発燃料量を算出することができる。そして、算出した蒸発燃料量をエンジン冷却水温に基づいて補正することで、吸気ポート温度がアルコールの沸点付近の際に、アルコール燃料の蒸発特性を利用した蒸発燃料量の算出を精度よく実行することができる。更に、求めた蒸発燃料量の補正値に基づいて燃料噴射量を補正することで、100%アルコール燃料を使用する際の内燃機関の燃料噴射量を最適に制御することができる。
Subsequently, the operation of the engine 1 will be described along the control flow of the
ECU100の制御は、エンジンの始動要求がされると、すなわちイグニッションスイッチがONにされると開始する。まず、ECU100はステップS1で、エンジン1のエンジン回転数Neと、負荷率Klと、バルブタイミングVTと、エンジン冷却水温Twとを検出し、これらの検出結果に基づいて、ECU100内に予め記録されたマップを参照して吸気ポート8への燃料の付着率R、および蒸発率Pを算出する。この場合、算出した付着率Rを燃料温度、吸気管圧力に基づいて補正してもよい。ECU100はステップS1の処理を終えると、次のステップS2へ進む。
The control of the
ECU100は、ステップS2で、車両のエンジン回転数Ne、負荷率Klにより定めたマップから、車両の運転に必要となる要求燃料噴射量Q0を算出する。ECU100はステップS2の処理を終えると、つづいてステップS3へ進む。
In step S2, the
ECU100は、ステップS3で、検出したエンジン冷却水温Twが、Tw0−αからTw0の範囲内にあるか否かを判断する。ここで、Tw0は、エタノール燃料の沸点(78.32℃)に設定し、Tw0−αは、エタノール燃料が蒸発を開始する温度(78.32−α℃)に設定することができる。エンジン冷却水温Twが、Tw0−αからTw0の範囲内にある場合(ステップS3/YES)、ECU100は吸気ポート8壁面の付着燃料が蒸発していると判断し、ステップS5へ進む。エンジン冷却水温Twが、Tw0−αからTw0の範囲内にない場合(ステップS3/NO)は、ECU100は吸気ポート8壁面の付着燃料が蒸発していないと判断し、次のステップS4へ進む。
In step S3, the
ステップS3の判断結果がNOの場合、ECU100はステップS4へ進む。ステップS4で、ECU100は次回の吸気ポート8への燃料噴射量の補正量QADJをゼロに、すなわち、燃料噴射量を補正しないことを決定する。ECU100はステップS4の処理を終えると、つづいてステップS6へ進む。
If the determination result in step S3 is NO, the
ステップS3の判断がYESの場合、ECU100はステップS5へ進む。ステップS5で、ECU100は上記した燃料挙動モデルの(1)(2)式に基づき、前回インジェクタ300が噴射した燃料噴射量(fik)に、ステップS1で算出した付着率Rを掛けあわせたものと、前回の吸気ポートへの付着燃料量(fwk)にステップS1で算出した蒸発率Pから求めた残留付着燃料率(1−P)を掛けあわせたものとを加えることで、吸気ポート8への付着燃料量(fwk+1)を算出する。更に、ECU100は、算出した吸気ポート8への付着燃料量(fwk+1)に、ステップS1で算出した蒸発率Pを掛けあわせることで、蒸発燃料量(fvk+2)を算出する。そして、ECU100は、算出した蒸発燃料量(fvk+2)を次回の吸気ポート8への燃料噴射量の補正量QADJとして適用する。ECU100はステップS5の処理を終えると、次のステップS6へ進む。
If the determination in step S3 is yes, the
ECU100は、ステップS6で、ステップS2で算出した要求燃料噴射量Q0と、ステップS5で算出した燃料噴射量の補正量QADJとの差分Q0−QADJを求めることによって、次回の吸気ポート8への燃料噴射量Qを算出する。図5は、ECU100が実行する燃料噴射制御の一例を示した説明図である。始動を開始したエンジン1が暖機されるに伴って、吸気ポート8の温度も徐々に上昇する。この場合、吸気ポート8の壁面に付着したエタノール燃料は、吸気ポート8壁面の温度がエタノール燃料の蒸発開始温度未満(78.32−α℃未満)の場合、または吸気ポート8壁面の温度がエタノール燃料の沸点(78.32℃)を超えた場合は、吸気ポート8内で蒸発するエタノール燃料は存在しない。よって、吸気ポート8へ噴射する燃料量は、車両の運転に要求される要求燃料噴射量Q0となる(図5(a))。一方、吸気ポート8壁面の温度がエタノール燃料の沸点付近(78.32−α℃)の場合、吸気ポート8壁面に付着したエタノール燃料は徐々に蒸発を開始し、吸気ポート8壁面の温度がエタノール燃料の沸点に到達した際に、吸気ポート8壁面に付着したすべての燃料は一気に蒸発する。よって、エタノール燃料の蒸発開始温度からその蒸発が完了する沸点までの間は、インジェクタ300からの噴射燃料に加えて、吸気ポート8壁面から蒸発する燃料も燃焼室1aに吸入される(図5(b))。そのため、吸気ポート8壁面からの蒸発燃料量を燃料噴射量の補正量QADJとして、要求燃料噴射量Q0から補正量QADJを引いた値を次回の吸気ポート8への燃料噴射量Qとして設定することで、燃焼室1aに吸入されるエタノール燃料量を車両の運転に要求される燃料量に制御することができる(図5(c))。ECU100はステップS6の処理を終えると、次のステップS7へ進む。
In step S6, the
ECU100は、ステップS7でイグニッションOFFの要求があるか否かについて判断する。イグニッションOFFの要求がない場合(ステップS7/NO)は、ECU100はステップS1に戻り、上記の処理を繰り返す。イグニッションOFFの要求がある場合(ステップS7/YES)、ECU100は制御の処理を終了する。
The
以上のように、本実施例1のエンジン1は、吸気ポート8内に付着したエタノール燃料の蒸発燃料量を内燃機関の運転状態に基づいて算出し、算出した蒸発燃料量をエンジン冷却水温に基づいて補正することで、吸気ポート8壁面温度がエタノールの沸点付近の際に、エタノール燃料の蒸発特性を利用した蒸発燃料量の算出を精度よく実行することができる。更に、算出した蒸発燃料量に基づいて次回の燃料噴射量を補正することで、アルコール100%燃料を使用する際の内燃機関の燃料噴射量を最適に制御することができる。このように、過渡運転時の燃料噴射量を最適に制御することで、車両の燃費や排気エミッションを改善することができ、内燃機関の始動性を向上させることができる。 As described above, the engine 1 according to the first embodiment calculates the amount of evaporated fuel of ethanol fuel adhering to the intake port 8 based on the operating state of the internal combustion engine, and the calculated amount of evaporated fuel is based on the engine coolant temperature. Thus, when the wall surface temperature of the intake port 8 is near the boiling point of ethanol, the calculation of the evaporated fuel amount using the evaporation characteristic of the ethanol fuel can be accurately executed. Further, by correcting the next fuel injection amount based on the calculated evaporated fuel amount, the fuel injection amount of the internal combustion engine when using 100% alcohol fuel can be optimally controlled. Thus, by optimally controlling the fuel injection amount during the transient operation, the fuel consumption and exhaust emission of the vehicle can be improved, and the startability of the internal combustion engine can be improved.
また、本実施例1のエンジン1は、内燃機関の運転状態より算出した付着率Rを、燃料温度、吸気管圧力に基づいて補正することもできる。燃料の付着率Rは、燃料温度、吸気管圧力に応じて有意に変化することから、付着率Rを算出した後に、燃料温度、吸気管圧力に基づいて補正することで、より正確な付着率Rを算出することができる。 Further, the engine 1 of the first embodiment can also correct the adhesion rate R calculated from the operating state of the internal combustion engine based on the fuel temperature and the intake pipe pressure. Since the fuel adhesion rate R changes significantly according to the fuel temperature and the intake pipe pressure, after calculating the adhesion rate R, the fuel adhesion rate R is corrected based on the fuel temperature and the intake pipe pressure. R can be calculated.
そして、本実施例1のエンジン1は、吸気ポート8に付着した付着燃料量(fwk+1)を、燃料挙動モデルの(1)式に基づき、前回インジェクタ300が噴射した燃料噴射量(fik)に、内燃機関の運転状態より算出した付着率Rを掛けあわせたものと、前回の吸気ポートへの付着燃料量(fwk)に内燃機関の運転状態より算出した蒸発率Pから求めた残留付着燃料率(1−P)を掛けあわせたものとを加えることで算出することができる。
In the engine 1 of the first embodiment, the amount of fuel adhering to the intake port 8 (fw k + 1 ) is determined based on the equation (1) of the fuel behavior model, and the fuel injection amount (fi k ) injected by the
更に、本実施例1のエンジン1は、吸気ポート8に付着したエタノール燃料のうち、次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料量(fvk+2)を、燃料挙動モデルの(2)式に基づき、算出した吸気ポート8への付着燃料量(fwk+1)に、内燃機関の運転状態より算出した蒸発率Pを掛けあわせることで算出することができる。 Further, in the engine 1 of the first embodiment, of the ethanol fuel adhering to the intake port 8, the amount of evaporated fuel (fv k + 2 ) evaporated until the next fuel injection is expressed by the equation (2) of the fuel behavior model. Based on the calculated fuel amount adhering to the intake port 8 (fw k + 1 ), the evaporation rate P calculated from the operating state of the internal combustion engine can be multiplied.
また、本実施例1のエンジン1は、エンジン冷却水温Twの検出結果がエタノール燃料の蒸発開始温度78.32−α℃から沸点78.32℃までの間にある場合に、燃料噴射量をエンジン冷却水温Twによって補正することができる。吸気ポート8内に付着したエタノール燃料が蒸発するのは、吸気ポート8壁面温度がエタノール燃料の蒸発開始温度(78.32−α℃)から沸点(78.32℃)の間である。よって、この間の蒸発燃料量を次回の燃料噴射量の補正量とすることで、エタノール燃料を使用する際の内燃機関の燃料噴射制御をより高精度に実行することができることから、車両の燃費や排気エミッションをより改善することができ、内燃機関の始動性を向上させることができる。 Further, the engine 1 of the first embodiment determines the fuel injection amount when the detection result of the engine cooling water temperature Tw is between the ethanol fuel evaporation start temperature 78.32-α ° C. and the boiling point 78.32 ° C. It can correct | amend with the cooling water temperature Tw. The ethanol fuel adhering in the intake port 8 evaporates when the wall surface temperature of the intake port 8 is between the evaporation start temperature (78.32-α ° C) and the boiling point (78.32 ° C) of the ethanol fuel. Therefore, the fuel injection control of the internal combustion engine when using ethanol fuel can be executed with higher accuracy by setting the amount of evaporated fuel during this period as the correction amount for the next fuel injection amount. Exhaust emission can be further improved, and startability of the internal combustion engine can be improved.
そして、本実施例1のエンジン1は、吸気ポート8近傍のエンジン冷却水温Twを検出することができる。本実施例では、エンジン冷却水温Twを検出することで吸気ポート8の壁面温度を検出しているが、Twの検出場所を吸気ポート8近傍にすることによって、より正確に吸気ポート8の壁面温度を検出することができる。よって、エタノール燃料を使用する際の内燃機関の燃料噴射制御をより高精度に実行することができることから、車両の燃費や排気エミッションをより改善することができる上に、内燃機関の始動性を向上させることができる。 The engine 1 according to the first embodiment can detect the engine coolant temperature Tw near the intake port 8. In this embodiment, the wall surface temperature of the intake port 8 is detected by detecting the engine coolant temperature Tw. However, the wall surface temperature of the intake port 8 can be detected more accurately by making the Tw detection location near the intake port 8. Can be detected. Therefore, the fuel injection control of the internal combustion engine when using ethanol fuel can be executed with higher accuracy, so that the fuel efficiency and exhaust emission of the vehicle can be further improved and the startability of the internal combustion engine is improved. Can be made.
次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例のエンジン50は、実施例1のエンジン1とほぼ同様の構成となっているが、エンジン50は、噴射された燃料のうち吸気弁に付着する燃料量を算出する吸気弁付着燃料量算出手段と、吸気弁に付着した燃料のうち次回の燃料噴射までに蒸発する蒸発燃料量を算出する吸気弁蒸発燃料量算出手段と、吸気弁の壁面温度を検出する吸気弁壁面温度検出手段と、吸気弁壁面温度検出手段の検出結果に基づいて吸気弁からの蒸発燃料量を補正する吸気弁蒸発燃料量補正手段とを備える点でエンジン1と相違している。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The
図6は、本発明の燃料噴射制御装置を組み込んだエンジン50の概略構成を示した説明図である。なお、図6にはエンジンの1気筒の構成のみを示している。本実施例のエンジン50は、実施例1と同様に車両内部にECU100を備えている。このECU100が、吸気弁付着燃料量算出手段と、吸気弁蒸発燃料量算出手段と、吸気弁蒸発燃料量補正手段とに相当する。また、エンジン50は吸気弁12の近傍に吸気弁壁温センサ500を備えている。吸気弁壁温センサ500としては、赤外線等を用いて吸気弁12の壁面温度Tvを検出する非接触型のセンサを用いることができる。この吸気弁壁温センサ500が、吸気弁の壁面温度を検出する吸気弁壁面温度検出手段に相当する。エンジン1が始動すると、暖機によりエンジン温度が上昇するに伴って、吸気ポート8内の温度も上昇する。ここで、通常は吸気ポート8壁面よりも吸気弁12の方がより早く温度が上昇するため、吸気ポート8に付着したエタノール燃料よりも吸気弁12に付着した燃料がより早く蒸発する。よって、吸気弁壁温センサ500によって吸気弁12の温度を検出し、その検出結果に基づいて燃料噴射量を補正することで、より正確に吸気ポート8内の付着燃料の蒸発燃料量、および蒸発タイミングを算出することができる。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an
つづいて、ECU100の制御の流れに沿って、エンジン50の動作を説明する。図7は、ECU100の処理の一例を示すフローチャートである。なお、実施例1と同様の処理については、図面中、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。実施例1と同様に、ECU100の制御は、エンジンの始動要求がされると、すなわちイグニッションスイッチがONにされると開始する。
Subsequently, the operation of the
まず、ECU100はステップS8で、エンジン50のエンジン回転数Neと、負荷率Klと、バルブタイミングVTと、エンジン冷却水温Twと、吸気弁壁温Tvとを検出し、これらの検出結果に基づいて、ECU100内に予め記録されたマップを参照して吸気ポート8への燃料の付着率R、蒸発率P、および吸気弁12への付着率Rv、蒸発率Pvを算出する。この場合、算出した付着率RおよびRvを燃料温度、吸気管圧力に基づいて補正してもよい。ECU100はステップS8の処理を終えると、次のステップS9へ進む。
First, in step S8, the
ECU100は、ステップS9で、車両のエンジン回転数Ne、負荷率Klにより定めたマップから、車両の運転に必要となる要求燃料噴射量Q0を算出する。ECU100はステップS9の処理を終えると、つづいてステップS10へ進む。
In step S9, the
ECU100は、ステップS10で、検出したエンジン冷却水温Twが、Tw0−αからTw0の範囲内にあるか否かを判断する。ここで、Tw0は、エタノール燃料の沸点(78.32℃)に設定し、Tw0−αは、エタノール燃料が蒸発を開始する温度(78.32−α℃)に設定することができる。エンジン冷却水温Twが、Tw0−αからTw0の範囲内にある場合(ステップS10/YES)、ECU100は吸気ポート8壁面の付着燃料が蒸発していると判断し、ステップS12へ進む。エンジン冷却水温Twが、Tw0−αからTw0の範囲内にない場合(ステップS10/NO)は、ECU100は吸気ポート8壁面の付着燃料が蒸発していないと判断し、次のステップS11へ進む。
In step S10, the
ステップS10の判断結果がNOの場合、ECU100はステップS11へ進む。ステップS11で、ECU100は次回の吸気ポート8への燃料噴射量の補正量のうち、吸気ポート8壁面からの蒸発燃料量に基づく補正量QADJwをゼロに決定する。ECU100はステップS11の処理を終えると、つづいてステップS13へ進む。
If the determination result in step S10 is NO, the
ステップS10の判断がYESの場合、ECU100はステップS12へ進む。ステップS12で、ECU100は上記した燃料挙動モデルの(1)(2)式に基づき、前回インジェクタ300が噴射した燃料噴射量(fik)に、ステップS1で算出した付着率Rを掛けあわせたものと、前回の吸気ポートへの付着燃料量(fwk)にステップS1で算出した蒸発率Pから求めた残留付着燃料率(1−P)を掛けあわせたものとを加えることで、吸気ポート8への付着燃料量(fwk+1)を算出する。更に、ECU100は、算出した吸気ポート8への付着燃料量(fwk+1)に、ステップS1で算出した蒸発率Pを掛けあわせることで、蒸発燃料量(fvk+2)を算出する。そして、ECU100は、算出した蒸発燃料量(fvk+2)を次回の吸気ポート8への燃料噴射量の補正量QADJwとして適用する。ECU100はステップS12の処理を終えると、次のステップS13へ進む。
If the determination in step S10 is yes, the
ECU100は、ステップS13で、検出した吸気弁壁温Tvが、Tv0−αからTv0の範囲内にあるか否かを判断する。ここで、Tv0は、エタノール燃料の沸点(78.32℃)に設定し、Tv0−αは、エタノール燃料が蒸発を開始する温度(78.32−α℃)に設定することができる。吸気弁壁温Tvが、Tv0−αからTv0の範囲内にある場合(ステップS13/YES)、ECU100は吸気弁12壁面の付着燃料が蒸発していると判断し、ステップS15へ進む。吸気弁壁温Tvが、Tv0−αからTv0の範囲内にない場合(ステップS13/NO)は、ECU100は吸気弁12壁面の付着燃料が蒸発していないと判断し、次のステップS14へ進む。
In step S13, the
ステップS13の判断結果がNOの場合、ECU100はステップS14へ進む。ステップS11で、ECU100は次回の吸気ポート8への燃料噴射量の補正量のうち、吸気弁12壁面からの蒸発燃料量に基づく補正量QADJvをゼロに決定する。ECU100はステップS11の処理を終えると、つづいてステップS16へ進む。
If the determination result in step S13 is NO, the
ステップS13の判断がYESの場合、ECU100はステップS15へ進む。ステップS15で、ECU100は上記した燃料挙動モデルの(1)(2)式に基づき、前回インジェクタ300が噴射した燃料噴射量(fik)に、ステップS1で算出した付着率Rvを掛けあわせたものと、前回の吸気弁への付着燃料量(fwvk)にステップS8で算出した蒸発率Pvから求めた残留付着燃料率(1−Pv)を掛けあわせたものとを加えることで、吸気弁12への付着燃料量(fwvk+1)を算出する。更に、ECU100は、算出した吸気弁12への付着燃料量(fwvk+1)に、ステップS8で算出した蒸発率Pvを掛けあわせることで、蒸発燃料量(fvvk+2)を算出する。そして、ECU100は、算出した蒸発燃料量(fvvk+2)を次回の吸気ポート8への燃料噴射量の補正量QADJvとして適用する。ECU100はステップS15の処理を終えると、次のステップS16へ進む。
If the determination in step S13 is yes, the
ECU100は、ステップS16で、ステップS9で算出した要求燃料噴射量Q0と、ステップS12およびステップS15で算出した燃料噴射量の補正量QADJwとQADJvとの差分Q0−QADJw−QADJvを求めることによって、次回の吸気ポート8への燃料噴射量Qを算出する。図8は、ECU100が実行する燃料噴射制御の一例を示した説明図である。始動を開始したエンジン50が暖機されるに伴って、吸気ポート8および吸気弁12の温度も徐々に上昇する。この場合、吸気ポート8および吸気弁12の壁面に付着したエタノール燃料は、吸気ポート8壁面および吸気弁12壁面の温度がエタノール燃料の蒸発開始温度未満(78.32−α℃未満)の場合、または吸気ポート8壁面および吸気弁12壁面の温度がエタノール燃料の沸点(78.32℃)を超えた場合は、吸気ポート8内で蒸発するエタノール燃料は存在しない。よって、吸気ポート8へ噴射する燃料量は、車両の運転に要求される要求燃料噴射量Q0となる(図8(a))。一方、吸気ポート8壁面の温度がエタノール燃料の沸点付近(78.32−α℃)の場合、吸気ポート8壁面に付着したエタノール燃料は徐々に蒸発を開始し、吸気ポート8壁面の温度がエタノール燃料の沸点に到達した際に、吸気ポート8壁面に付着したすべての燃料は一気に蒸発する。よって、エタノール燃料の蒸発開始温度からその蒸発が完了する沸点までの間は、インジェクタ300からの噴射燃料に加えて、吸気ポート8壁面から蒸発する燃料も燃焼室1aに吸入される(図8(b))。同様に、吸気弁12壁面の温度がエタノール燃料の蒸発開始温度からその蒸発が完了する沸点までの間は、インジェクタ300からの噴射燃料に加えて、吸気弁12壁面から蒸発する燃料も燃焼室1aに吸入される。この場合、通常は吸気ポート8壁面よりも吸気弁12の方がより早く温度が上昇するため、吸気ポート8に付着したエタノール燃料よりも吸気弁12に付着した燃料がより早いタイミングで蒸発する(図8(c))。そのため、吸気ポート8壁面からの蒸発燃料量と、吸気弁12壁面からの蒸発燃料量とをそれぞれ算出し、燃料噴射量の補正量QADJw、およびQADJvとして、要求燃料噴射量Q0から引いた値を次回の吸気ポート8への燃料噴射量Qとして設定することで、燃焼室1aに吸入されるエタノール燃料量を、車両の運転に要求される燃料量に制御することができる(図8(d))。ECU100はステップS16の処理を終えると、次のステップS17へ進む。
In step S16, the
ECU100は、ステップS17でイグニッションOFFの要求があるか否かについて判断する。イグニッションOFFの要求がない場合(ステップS17/NO)は、ECU100はステップS8に戻り、上記の処理を繰り返す。イグニッションOFFの要求がある場合(ステップS17/YES)、ECU100は制御の処理を終了する。
The
以上のように、本実施例2のエンジン50は、吸気ポート8壁面と吸気弁12壁面とに付着したエタノール燃料の蒸発燃料量を、内燃機関の運転状態に基づいてそれぞれ算出し、算出した蒸発燃料量をエンジン冷却水温、および吸気弁壁面温度に基づいて補正することで、吸気ポート8壁面温度および吸気弁12壁面温度がエタノールの沸点付近の際に、エタノール燃料の蒸発特性を利用した蒸発燃料量の算出を精度よく実行することができる。更に、算出した蒸発燃料量に基づいて次回の燃料噴射量を補正することで、アルコール100%燃料を使用する際の内燃機関の燃料噴射量を最適に制御することができる。このように、過渡運転時の燃料噴射量を最適に制御することで、車両の燃費や排気エミッションを改善することができ、内燃機関の始動性を向上させることができる。
As described above, the
なお、実施例2のエンジン50は、吸気弁壁温センサ500を使用せずに、吸気弁12の壁面温度を内燃機関の運転状態から推定することもできる。吸気弁12壁温Tvの温度変化量ΔTvは、燃焼ガス受熱量Qb、接触面受熱量Qs、燃料気化熱量Qf、吸気弁12の開弁に伴って生ずる吸入ガス受熱量Qgin、および吹き返し受熱量Qgbackにて表すことができる。このため、内燃機関の運転状態に基づいてこれらのパラメータを別個独立に推定し、それら推定値を統合することにより吸気弁12が受ける総受熱量を精度よく算出することができる。このようにして算出された総受熱量に基づいて、吸気弁12壁温Tvを精度よく推定することもできる。
Note that the
上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The above embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to these, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims.
1 エンジン
1a 燃焼室
2 ピストン
3 クランクシャフト
5 クランク角センサ
8 吸気ポート
10 排気ポート
12 吸気弁
13 吸気カムシャフト
14 排気弁
15 排気カムシャフト
16 電動可変動弁機構(電動VVT機構)
17 電動モータ
18 吸気カム角センサ
19 油圧可変動弁機構(油圧VVT機構)
20 オイルコントロールバルブ(OCV)
21 排気カム角センサ
28 水温センサ(エンジン冷却水温検出手段)
100 ECU(付着燃料量算出手段、蒸発燃料量算出手段、蒸発燃料量補正手段、燃料噴射量補正手段)
300 インジェクタ(燃料噴射手段)
500 吸気弁壁温センサ
1
17
20 Oil control valve (OCV)
21 Exhaust
100 ECU (attached fuel amount calculating means, evaporated fuel amount calculating means, evaporated fuel amount correcting means, fuel injection amount correcting means)
300 Injector (fuel injection means)
500 Intake valve wall temperature sensor
Claims (7)
前記燃料噴射手段によって噴射された燃料のうち前記吸気ポートに付着する付着燃料量を算出する付着燃料量算出手段と、
前記吸気ポートに付着した燃料のうち次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料量を算出する蒸発燃料量算出手段と、
前記内燃機関の冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
前記冷却水温検出手段の検出結果に基づいて、前記蒸発燃料量算出手段の算出結果を補正する蒸発燃料量補正手段と、
前記付着燃料量算出手段の算出結果と、前記蒸発燃料量補正手段の補正結果とに基づいて、前記燃料噴射手段の燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。 A fuel injection control device for an internal combustion engine comprising fuel injection means for injecting a single component alcohol fuel into an intake port,
An adhering fuel amount calculating means for calculating an adhering fuel amount adhering to the intake port among the fuel injected by the fuel injection means;
An evaporative fuel amount calculating means for calculating an evaporative fuel amount that evaporates before the next fuel injection among the fuel adhering to the intake port;
Cooling water temperature detecting means for detecting the cooling water temperature of the internal combustion engine;
An evaporated fuel amount correcting means for correcting the calculation result of the evaporated fuel amount calculating means, based on the detection result of the cooling water temperature detecting means;
A fuel injection amount correction unit that corrects a fuel injection amount of the fuel injection unit based on a calculation result of the attached fuel amount calculation unit and a correction result of the evaporated fuel amount correction unit;
A fuel injection control device comprising:
前記吸気弁に付着した燃料のうち、次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料量を算出する吸気弁蒸発燃料量算出手段と、
前記車両の吸気弁の壁面温度を検出する吸気弁壁面温度検出手段と、
前記吸気弁壁面温度検出手段の検出結果に基づいて、前記吸気弁蒸発燃料量算出手段の算出結果を補正する吸気弁蒸発燃料量補正手段とを備え、
前記燃料噴射量補正手段は、前記付着燃料量算出手段の算出結果と、前記吸気弁付着燃料量算出手段の算出結果と、前記蒸発燃料量補正手段の補正結果と、前記吸気弁蒸発燃料量補正手段の補正結果とに基づいて、前記燃料噴射手段の燃料噴射量を補正することを特徴とする請求項1記載の燃料噴射制御装置。 Of the fuel injected by the fuel injection means, an intake valve attached fuel amount calculating means for calculating an attached fuel amount attached to the intake valve;
Among the fuel adhering to the intake valve, an intake valve evaporated fuel amount calculating means for calculating an evaporated fuel amount that evaporates until the next fuel injection;
Intake valve wall surface temperature detecting means for detecting the wall surface temperature of the intake valve of the vehicle;
An intake valve evaporated fuel amount correcting means for correcting the calculation result of the intake valve evaporated fuel amount calculating means based on the detection result of the intake valve wall surface temperature detecting means;
The fuel injection amount correcting means includes a calculation result of the attached fuel amount calculating means, a calculation result of the intake valve attached fuel amount calculating means, a correction result of the evaporated fuel amount correcting means, and an intake valve evaporated fuel amount correction. 2. The fuel injection control apparatus according to claim 1, wherein the fuel injection amount of the fuel injection means is corrected based on a correction result of the means.
前記吸気ポートに付着した燃料のうち次回の燃料噴射までの間に蒸発する蒸発燃料率を算出する蒸発燃料率算出手段とを備え、
前記付着燃料量算出手段は、前記燃料噴射手段が前回噴射した燃料噴射量と、前記付着燃料率算出手段の算出結果と、前記付着燃料量算出手段が前回算出した算出結果と、前記蒸発燃料率算出手段の算出結果から求めた残留燃料率とに基づいて、前記付着燃料量を算出することを特徴とする請求項1または2記載の燃料噴射制御装置。 An adhering fuel rate calculating means for calculating an adhering fuel rate adhering to the intake port among the fuel injected by the fuel injection means;
Evaporative fuel rate calculating means for calculating an evaporative fuel rate that evaporates between the fuel adhering to the intake port until the next fuel injection,
The attached fuel amount calculating means includes a fuel injection amount previously injected by the fuel injection means, a calculation result of the attached fuel rate calculating means, a calculation result previously calculated by the attached fuel amount calculating means, and the evaporated fuel rate. 3. The fuel injection control apparatus according to claim 1, wherein the amount of attached fuel is calculated based on a residual fuel rate obtained from a calculation result of a calculation means.
前記蒸発燃料量算出手段は、前記付着燃料量算出手段の算出結果と、前記蒸発燃料率算出手段の算出結果とに基づき、前記蒸発燃料量を算出することを特徴とする請求項1または2記載の燃料噴射制御装置。 An evaporative fuel rate calculating means for calculating an evaporative fuel rate that evaporates between fuel adhering to the intake port until the next fuel injection;
3. The evaporated fuel amount calculating unit calculates the evaporated fuel amount based on a calculation result of the attached fuel amount calculating unit and a calculation result of the evaporated fuel rate calculating unit. Fuel injection control device.
The fuel injection control device according to any one of claims 1 to 6, wherein the cooling water temperature detection means is provided in the vicinity of the intake port.
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JP2008176215A JP2010014070A (en) | 2008-07-04 | 2008-07-04 | Fuel injection control device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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