JP5338686B2 - Fuel alcohol concentration determination device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately determine the alcohol concentration of a fuel used for an internal combustion engine without the need of an alcohol concentration sensor in an internal combustion engine comprising a port injection valve for injecting a fuel into an intake port and a direct injection valve for injecting a fuel into a cylinder. <P>SOLUTION: The injection ratio of the fuel injection amount from a port injection valve 38 and the fuel injection amount from a direct injection valve 70 is obtained. In the case the engine load is changed, the engine load change amount is obtained. Temporary fluctuation of the exhaust air-fuel ratio accompanying the engine load change is sensed so that the fluctuation peak amount is obtained. Then, the alcohol concentration of the fuel currently used by the engine is determined by applying the engine load change amount, the fluctuation peak value of the exhaust air-fuel ratio corresponding thereto, and the injection ratio in this case to a determination model for the fuel alcohol concentration. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、内燃機関、詳しくは、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備え、両噴射弁による噴分け比率を変更可能な内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine, and more specifically, an internal combustion engine that includes a port injection valve that injects fuel into an intake port and an in-cylinder injection valve that injects fuel into a cylinder, and is capable of changing the injection ratio of both injection valves. The present invention relates to a fuel alcohol concentration determination apparatus.

自動車用の内燃機関(4ストロークレシプロエンジン)として、複数種類の燃料、例えばガソリン等の炭化水素系燃料とアルコール(エタノールやメタノール等)とをそれぞれ使用可能な、或いは、それらの混合燃料を使用可能な内燃機関が知られている。そのような内燃機関では、使用されている燃料のアルコール濃度に応じた制御が必要とされる。具体的には、アルコールとガソリンとでは単位体積あたりの発熱量が大きく異なるため、燃料のアルコール濃度に応じた空燃比制御が必要となる。   As an internal combustion engine (4-stroke reciprocating engine) for automobiles, it is possible to use multiple types of fuel, for example, hydrocarbon fuels such as gasoline and alcohol (ethanol, methanol, etc.), or a mixture of these. There are known internal combustion engines. In such an internal combustion engine, control according to the alcohol concentration of the fuel used is required. Specifically, since the calorific value per unit volume differs greatly between alcohol and gasoline, air-fuel ratio control according to the alcohol concentration of the fuel is required.

ところが、使用される燃料のアルコール濃度は必ずしも既知ではなく、また、常に一定であるとは限らない。市販されているアルコール混合燃料にはアルコール濃度の異なるものが複数種類あるため、燃料タンク内の燃料とは異なるアルコール濃度の燃料が給油により足される場合もある。このため、アルコール混合燃料の使用が想定される内燃機関では、使用されている燃料のアルコール濃度を知るための手段が必要となる。   However, the alcohol concentration of the fuel used is not always known and is not always constant. Since there are a plurality of types of commercially available alcohol-mixed fuels having different alcohol concentrations, fuel with an alcohol concentration different from the fuel in the fuel tank may be added by refueling. For this reason, in an internal combustion engine in which use of an alcohol-mixed fuel is assumed, a means for knowing the alcohol concentration of the fuel used is required.

上記の手段として従来一般に使用されているのがアルコール濃度センサであるが、内燃機関の制御に使用できるアルコール濃度センサは高価であった。一方、特開2003−120363号公報には、アルコール濃度センサを用いることなく燃料のアルコール濃度を判定する方法が開示されている。前記公報に開示されている方法は、燃料噴射量を一時的に増減し、そのときに生じる排気空燃比の挙動から燃料のアルコール濃度を判定するという方法である。具体的には、前記公報には次の2つの方法が開示されている。   An alcohol concentration sensor that has been conventionally used as the above means is an alcohol concentration sensor, but an alcohol concentration sensor that can be used for controlling an internal combustion engine is expensive. On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-120363 discloses a method for determining the alcohol concentration of fuel without using an alcohol concentration sensor. The method disclosed in the publication is a method in which the fuel injection amount is temporarily increased or decreased, and the alcohol concentration of the fuel is determined from the behavior of the exhaust air-fuel ratio generated at that time. Specifically, the following two methods are disclosed in the publication.

前記公報に開示されている一つ目の方法は、アルコールはガソリンと比較して気化潜熱が大きく、吸気ポートに付着した燃料が気化して燃焼室に吸入されるまでには相当の時間を要することに着目した方法であり、燃料噴射量を変化させてから排気空燃比に変化が現れるまでの応答遅れ期間をアルコール濃度の判定のためのパラメータとして取得するというものである。前記公報に開示されている二つ目の方法は、アルコールとガソリンとでは理論空燃比が異なり、同じ量の増量或いは減量に伴う排気空燃比の変化量はアルコール濃度に応じて相違したものになることに着目した方法である。この二つ目の方法では、燃料噴射量を一時的に増減したことに伴う排気空燃比の変化量がアルコール濃度の判定のためのパラメータとして取得される。   According to the first method disclosed in the publication, the latent heat of vaporization of alcohol is larger than that of gasoline, and it takes a considerable time for the fuel adhering to the intake port to vaporize and be sucked into the combustion chamber. This is a method that pays attention to this, and a response delay period from when the fuel injection amount is changed to when the change in the exhaust air-fuel ratio appears is obtained as a parameter for determining the alcohol concentration. In the second method disclosed in the above publication, the theoretical air-fuel ratio differs between alcohol and gasoline, and the amount of change in the exhaust air-fuel ratio that accompanies the same amount of increase or decrease varies depending on the alcohol concentration. It is a method that pays attention to. In this second method, the amount of change in the exhaust air-fuel ratio that accompanies a temporary increase or decrease in the fuel injection amount is acquired as a parameter for determining the alcohol concentration.

特開2003−120363号公報JP 2003-120363 A 特開2009−191803号公報JP 2009-191803 A 特開2007−327399号公報JP 2007-327399 A 特開2009−191650号公報JP 2009-191650 A 特開2006−214415号公報JP 2006-214415 A

内燃機関における燃料噴射の形態には、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射とがある。今日実用化されている一部の内燃機関は、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを共に備え、ポートと筒内とに燃料を噴き分けることが可能になっている。このタイプの内燃機関でも、燃料としてアルコール混合燃料が使用されることはあり得る。   There are two types of fuel injection in an internal combustion engine: port injection for injecting fuel into the intake port and in-cylinder injection for injecting fuel into the cylinder. Some internal combustion engines put into practical use are provided with both a port injection valve and a cylinder injection valve, and can separately inject fuel into the port and the cylinder. Even in this type of internal combustion engine, an alcohol mixed fuel may be used as a fuel.

しかしながら、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを共に備えるタイプの内燃機関の場合、特開2003−120363号公報に開示されている方法では燃料のアルコール濃度を精度良く判定することはできない。このタイプの内燃機関では運転状態に応じてポート噴射と筒内噴射との噴分け比率が変更されるが、噴分け比率の違いによって燃料噴射量を一時的に増減したときに生じる排気空燃比の挙動は異なったものになるためである。つまり、特開2003−120363号公報に開示された方法では、使用されている燃料のアルコール濃度を誤判定してしまうおそれがある。   However, in the case of an internal combustion engine of a type that includes both a port injection valve and an in-cylinder injection valve, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-120363 cannot accurately determine the alcohol concentration of fuel. In this type of internal combustion engine, the injection ratio of port injection and in-cylinder injection is changed according to the operating state. However, the exhaust air-fuel ratio generated when the fuel injection amount is temporarily increased or decreased due to the difference in injection ratio. This is because the behavior is different. That is, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-120363, there is a risk that the alcohol concentration of the fuel being used is erroneously determined.

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関において、アルコール濃度センサを使用せずとも、内燃機関に使用されている燃料のアルコール濃度を精度良く判定できるようにした燃料アルコール濃度判定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-described problems, and an alcohol concentration sensor in an internal combustion engine including a port injection valve that injects fuel into an intake port and an in-cylinder injection valve that injects fuel into the cylinder. An object of the present invention is to provide a fuel alcohol concentration determination device that can accurately determine the alcohol concentration of a fuel used in an internal combustion engine without using a fuel.

上記目的のために、第1の発明の燃料アルコール濃度判定装置は、
吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置であって、
前記ポート噴射弁からの燃料噴射量と前記筒内噴射弁からの燃料噴射量との噴分け比率を取得する手段と、
前記内燃機関の負荷が変化した場合に、負荷の変化量を取得する手段と、
前記内燃機関の負荷が変化した場合に生じる排気空燃比の一時的な変動を検出し、その変動のピーク値を取得する手段と、
負荷の変化量、それに対応する排気空燃比の変動のピーク値、及び、そのときの噴分け比率を燃料アルコール濃度の判定モデルに当てはめることで、前記内燃機関で現在使用されている燃料のアルコール濃度を判定する手段と、
を備えることを特徴としている。
For the above purpose, the fuel alcohol concentration determination device of the first invention comprises:
A fuel alcohol concentration determination device for an internal combustion engine comprising a port injection valve for injecting fuel into an intake port and an in-cylinder injection valve for injecting fuel into a cylinder,
Means for obtaining an injection ratio between a fuel injection amount from the port injection valve and a fuel injection amount from the in-cylinder injection valve;
Means for acquiring a change amount of the load when the load of the internal combustion engine changes;
Means for detecting a temporary fluctuation of the exhaust air-fuel ratio that occurs when the load of the internal combustion engine changes, and obtaining a peak value of the fluctuation;
By applying the change amount of the load, the corresponding peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio, and the injection ratio at that time to the determination model of the fuel alcohol concentration, the alcohol concentration of the fuel currently used in the internal combustion engine Means for determining
It is characterized by having.

第2の発明の燃料アルコール濃度判定装置は、第1の発明の燃料アルコール濃度判定装置において、
前記判定モデルは、負荷の変化量、排気空燃比の変動のピーク値、及び噴分け比率に燃料アルコール濃度を関連付けるマップとして構成されていることを特徴としている。
A fuel alcohol concentration determination device according to a second invention is the fuel alcohol concentration determination device according to the first invention,
The determination model is configured as a map associating fuel alcohol concentration with load variation, exhaust air-fuel ratio fluctuation peak value, and injection ratio.

また、上記目的のために、第3の発明の燃料アルコール濃度判定装置は、
吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置であって、
前記ポート噴射弁による燃料噴射から前記筒内噴射弁による燃料噴射へ、或いは、前記筒内噴射弁による燃料噴射から前記噴射弁による燃料噴射へと、前記内燃機関の発生トルクを一定に維持しつつ燃料噴射の形態を切り替える手段と、
燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の一時的な変動を検出し、その変動のピーク値を取得する手段と、
排気空燃比の変動のピーク値と、そのときの前記内燃機関の負荷の大きさとを燃料アルコール濃度の判定モデルに当てはめることで、前記内燃機関で現在使用されている燃料のアルコール濃度を判定する手段と、
を備えることを特徴としている。
For the above purpose, the fuel alcohol concentration determination device of the third invention provides:
A fuel alcohol concentration determination device for an internal combustion engine comprising a port injection valve for injecting fuel into an intake port and an in-cylinder injection valve for injecting fuel into a cylinder,
From the fuel injection by the port injection valve to the fuel injection by the in-cylinder injection valve, or from the fuel injection by the in-cylinder injection valve to the fuel injection by the injection valve, while maintaining a constant torque generated by the internal combustion engine Means for switching the form of fuel injection;
Means for detecting a temporary fluctuation of the exhaust air-fuel ratio caused by switching of the fuel injection mode and obtaining a peak value of the fluctuation;
Means for determining the alcohol concentration of the fuel currently used in the internal combustion engine by applying the peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio and the magnitude of the load of the internal combustion engine at that time to the determination model of the fuel alcohol concentration When,
It is characterized by having.

第4の発明の燃料アルコール濃度判定装置は、第3の発明の燃料アルコール濃度判定装置において、
前記判定モデルは、排気空燃比の変動のピーク値と、前記内燃機関の負荷の大きさとに燃料アルコール濃度を関連付けるマップとして構成されていることを特徴としている。
A fuel alcohol concentration determination device according to a fourth aspect of the invention is the fuel alcohol concentration determination device according to the third aspect of the invention,
The determination model is configured as a map associating the fuel alcohol concentration with the peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio and the load of the internal combustion engine.

まず、第1の発明の燃料アルコール濃度判定装置について説明する。ポート噴射弁を備える内燃機関では、負荷の変化に伴って排気空燃比に一時的な変動が生じる。例えば負荷が増大する場合、スロットルの開き側への操作とともにポート噴射弁からの燃料噴射量が増量される。ポート噴射弁から吸気ポートに噴射された燃料は、その一部は吸気ポート内の空気とともにそのまま筒内に吸入される。しかし、その多くは吸気ポートに一旦付着した後、ポート壁面から受ける熱の作用と吸気ポート内に発生する負圧の作用とによって気化を促され、気化した燃料が空気と混合されて筒内に吸入される。このため、筒内に吸入される燃料量は筒内に吸入される空気量に遅れて増大することになり、排気空燃比は一時的にリーン側にずれることになる。逆に負荷が減少する場合は、筒内に吸入される燃料量は筒内に吸入される空気量に遅れて減少することになり、排気空燃比は一時的にリッチ側にずれることになる。   First, the fuel alcohol concentration determination device of the first invention will be described. In an internal combustion engine equipped with a port injection valve, a temporary fluctuation occurs in the exhaust air-fuel ratio with a change in load. For example, when the load increases, the fuel injection amount from the port injection valve is increased along with the operation to open the throttle. Part of the fuel injected from the port injection valve to the intake port is sucked into the cylinder as it is together with the air in the intake port. However, most of them, once attached to the intake port, are vaporized by the action of heat received from the wall of the port and the action of the negative pressure generated in the intake port, and the vaporized fuel is mixed with the air to enter the cylinder Inhaled. For this reason, the amount of fuel sucked into the cylinder increases after the amount of air sucked into the cylinder, and the exhaust air-fuel ratio temporarily shifts to the lean side. Conversely, when the load decreases, the amount of fuel sucked into the cylinder decreases after the amount of air sucked into the cylinder, and the exhaust air-fuel ratio temporarily shifts to the rich side.

内燃機関の負荷の変化に伴って生じる排気空燃比の一時的な変動の大きさは、負荷の変化量が同じであるならば、必要燃料量に対するポート付着燃料量の割合に大きく左右される。付着燃料量の割合が大きいほど、筒内に吸入される燃料量の空気量に対する過剰量や不足量は大きくなって、排気空燃比の一時的なリッチ側へのずれ量やリーン側へのずれ量は拡大する。必要燃料量に対する吸気ポートの付着燃料量の割合は、ポート噴射弁と筒内噴射弁とを共に備える内燃機関の場合、ポート噴射弁によるポート噴射と筒内噴射弁による筒内噴射との噴分け比率によって決まる。ポート噴射の比率が高いほど、吸気ポートの付着燃料量の割合は大きくなり、排気空燃比の一時的な変動量、つまり、変動のピーク値は大きくなる。   The magnitude of the temporary fluctuation of the exhaust air-fuel ratio caused by the change in the load of the internal combustion engine greatly depends on the ratio of the port-attached fuel amount to the required fuel amount if the load change amount is the same. The larger the ratio of the amount of adhered fuel, the larger the excess or deficiency of the amount of fuel sucked into the cylinder with respect to the air amount, and the exhaust air / fuel ratio temporarily shifts to the rich side or shifts to the lean side. The amount expands. In the case of an internal combustion engine having both a port injection valve and an in-cylinder injection valve, the ratio of the fuel amount adhering to the intake port with respect to the required fuel amount is divided into the port injection by the port injection valve and the cylinder injection by the cylinder injection valve. It depends on the ratio. The higher the port injection ratio, the larger the ratio of the amount of fuel adhering to the intake port, and the temporary fluctuation amount of the exhaust air-fuel ratio, that is, the fluctuation peak value becomes larger.

また、負荷の変化量が同じであるならば、負荷の変化に伴って生じる排気空燃比の一時的な変動の大きさは、燃料のアルコール濃度にも大きく左右される。使用されている燃料のアルコール濃度が高いほど吸気ポートの付着燃料は気化し難く、ポート噴射弁の燃料噴射量を変化させてから筒内に流入する燃料量に変化が現れるまでの応答遅れは大きくなる。このため、燃料のアルコール濃度が高いほど、筒内空気量に対する筒内燃料量の一時的な過剰や不足が多くなって、排気空燃比の一時的なリッチ側へのずれ量やリーン側へのずれ量は大きくなる。例えば、内燃機関の負荷の増大に伴い生じる排気空燃比の一時的なリーン側へのずれ量は、燃料のアルコール濃度が高いほど大きくなる。   If the load change amount is the same, the magnitude of the temporary fluctuation of the exhaust air-fuel ratio caused by the load change greatly depends on the alcohol concentration of the fuel. The higher the alcohol concentration of the fuel used, the more difficult it is for the fuel adhering to the intake port to vaporize, and the greater the delay in response from the change in the fuel injection amount of the port injection valve to the change in the amount of fuel flowing into the cylinder. Become. For this reason, the higher the alcohol concentration of the fuel, the greater the temporary excess or deficiency of the in-cylinder fuel amount with respect to the in-cylinder air amount, resulting in a temporary deviation of the exhaust air-fuel ratio to the rich side or to the lean side. The amount of deviation increases. For example, the amount of the exhaust air-fuel ratio that temporarily shifts to the lean side as the load of the internal combustion engine increases increases as the alcohol concentration of the fuel increases.

以上のことから理解されるように、内燃機関の負荷の変化に伴い生じる排気空燃比の一時的な変動量(変動のピーク値)は、負荷の変化量、噴分け比率、及び、燃料のアルコール濃度によって決まる。この関係に着目すれば、負荷の変化量、それに対応する排気空燃比の変動のピーク値、及び、そのときの噴分け比率を特定することによって、使用されている燃料のアルコール濃度を特定することができる。   As can be understood from the above, the temporary fluctuation amount (the fluctuation peak value) of the exhaust air-fuel ratio caused by the change in the load of the internal combustion engine is the load change quantity, the injection ratio, and the alcohol of the fuel. It depends on the concentration. Focusing on this relationship, the alcohol concentration of the fuel being used is specified by specifying the amount of load change, the corresponding peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio, and the injection ratio at that time. Can do.

第1の発明の燃料アルコール濃度判定装置では、上記の関係(排気空燃比の変動のピーク値、負荷の変化量、及び噴分け比率と燃料のアルコール濃度との関係)が燃料アルコール濃度の判定モデルとして予め用意され、この判定モデルに実際に取得された負荷の変化量、それに対応する排気空燃比の変動のピーク値、及び、そのときの噴分け比率が当てはめられる。これによれば、アルコール濃度センサを使用せずとも、内燃機関で現在使用されている燃料のアルコール濃度を精度良く判定することができる。   In the fuel alcohol concentration determination apparatus according to the first aspect of the present invention, the above relationship (the peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio, the amount of change in the load, and the relationship between the injection ratio and the alcohol concentration of the fuel) is the determination model for the fuel alcohol concentration. The change amount of the load prepared in advance and actually acquired in this determination model, the corresponding peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio, and the injection ratio at that time are applied. According to this, it is possible to accurately determine the alcohol concentration of the fuel currently used in the internal combustion engine without using the alcohol concentration sensor.

第2の発明の燃料アルコール濃度判定装置によれば、第1の発明の燃料アルコール濃度判定装置による効果に加え、負荷の変化量、排気空燃比の変動のピーク値、及び噴分け比率に燃料アルコール濃度を関連付けるマップを判定モデルとして持つことで、燃料アルコール濃度の判定にかかる演算負荷を抑えることができるという効果もある。   According to the fuel alcohol concentration determination device of the second invention, in addition to the effects of the fuel alcohol concentration determination device of the first invention, the fuel alcohol is included in the load change amount, the peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio, and the injection ratio. Having a map associating the concentration as a determination model also has an effect of reducing the calculation load for determining the fuel alcohol concentration.

次に、第3の発明の燃料アルコール濃度判定装置について説明する。ポート噴射弁と筒内噴射弁とを共に備える内燃機関の場合、ポート噴射弁による燃料噴射から筒内噴射弁による燃料噴射へ、或いは、筒内噴射弁による燃料噴射からポート噴射弁による燃料噴射へと、内燃機関の発生トルクを変化させることなく燃料噴射の形態のみを切り替えることができる。前者の切り替えの場合、切り替え前に吸気ポートに付着していた燃料が切り替え後も暫くの間は筒内に流入するため、排気空燃比は一時的にリッチ側にずれることになる。一方、後者の場合は、ポート噴射の開始によって十分な量の燃料が吸気ポートに付着するまでの間、筒内に吸入される燃料量が不足する状況が発生し、排気空燃比は一時的にリーン側にずれることになる。   Next, a fuel alcohol concentration determination device according to a third aspect of the invention will be described. In the case of an internal combustion engine that includes both a port injection valve and an in-cylinder injection valve, the fuel injection by the port injection valve is changed to the fuel injection by the in-cylinder injection valve, or the fuel injection by the in-cylinder injection valve is changed to the fuel injection by the port injection valve. Thus, only the fuel injection mode can be switched without changing the torque generated by the internal combustion engine. In the former switching, the fuel adhering to the intake port before switching flows into the cylinder for a while after switching, so the exhaust air-fuel ratio temporarily shifts to the rich side. On the other hand, in the latter case, there is a situation where the amount of fuel sucked into the cylinder is insufficient until a sufficient amount of fuel adheres to the intake port due to the start of port injection, and the exhaust air-fuel ratio temporarily changes. It will shift to the lean side.

燃料噴射の形態の切り替えに伴って生じる排気空燃比の一時的な変動の大きさは、内燃機関の負荷に左右される。負荷によって燃料噴射量が変わり、また、吸気ポートに発生する負圧の大きさも変わるためである。負荷が大きいときには吸気ポートに発生する負圧は小さいため、吸気ポートに付着した燃料の気化は抑えられる。逆に、負荷が小さいときの吸気ポートの負圧は大きいため、吸気ポートに付着した燃料の気化は促進される。   The magnitude of the temporary fluctuation of the exhaust air-fuel ratio that occurs as the fuel injection mode is switched depends on the load of the internal combustion engine. This is because the fuel injection amount changes depending on the load, and the magnitude of the negative pressure generated at the intake port also changes. Since the negative pressure generated in the intake port is small when the load is large, vaporization of the fuel adhering to the intake port can be suppressed. On the contrary, since the negative pressure of the intake port when the load is small is large, the vaporization of the fuel adhering to the intake port is promoted.

また、燃料噴射の形態の切り替えに伴って生じる排気空燃比の一時的な変動の大きさは、燃料のアルコール濃度にも大きく左右される。使用されている燃料のアルコール濃度が高いほど吸気ポートの付着燃料は気化し難く、ポート噴射弁の燃料噴射量を変化させてから筒内に流入する燃料量に変化が現れるまでの応答遅れは大きくなる。このため、燃料のアルコール濃度が高いほど筒内空気量に対する筒内燃料量の一時的な不足や過剰が顕著になって、排気空燃比の一時的なリッチ側へのずれ量やリーン側へのずれ量は大きくなる。例えば、筒内噴射からポート噴射への燃料噴射形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の一時的なリーン側へのずれ量は、燃料のアルコール濃度が高いほど大きくなる。   In addition, the magnitude of the temporary fluctuation of the exhaust air-fuel ratio that occurs as the fuel injection mode is switched greatly depends on the alcohol concentration of the fuel. The higher the alcohol concentration of the fuel used, the more difficult it is for the fuel adhering to the intake port to vaporize, and the greater the delay in response from the change in the fuel injection amount of the port injection valve to the change in the amount of fuel flowing into the cylinder. Become. For this reason, as the alcohol concentration of the fuel increases, the temporary shortage or excess of the in-cylinder fuel amount with respect to the in-cylinder air amount becomes more prominent, and the exhaust air-fuel ratio temporarily shifts to the rich side or decreases to the lean side. The amount of deviation increases. For example, the amount of temporary deviation of the exhaust air-fuel ratio caused by switching the fuel injection mode from in-cylinder injection to port injection becomes larger as the alcohol concentration of the fuel becomes higher.

以上のことから理解されるように、燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の一時的な変動量(変動のピーク値)は、負荷の大きさと燃料のアルコール濃度とによって決まる。この関係に着目すれば、燃料噴射の形態を切り替えたときの負荷の大きさと排気空燃比の変動のピーク値とを特定することによって、使用されている燃料のアルコール濃度を特定することができる。   As can be understood from the above, the temporary fluctuation amount (peak fluctuation value) of the exhaust air-fuel ratio caused by the switching of the fuel injection mode is determined by the magnitude of the load and the alcohol concentration of the fuel. Focusing on this relationship, the alcohol concentration of the fuel being used can be specified by specifying the magnitude of the load when the fuel injection mode is switched and the peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio.

第3の発明の燃料アルコール濃度判定装置では、上記の関係(排気空燃比の変動のピーク値、及び負荷の大きさと燃料のアルコール濃度との関係)が燃料アルコール濃度の判定モデルとして予め用意され、この判定モデルに実際に取得された排気空燃比の変動のピーク値と、そのときの負荷の大きさと当てはめられる。これによれば、アルコール濃度センサを使用せずとも、内燃機関で現在使用されている燃料のアルコール濃度を精度良く判定することができる。   In the fuel alcohol concentration determination apparatus according to the third aspect of the present invention, the above relationship (the peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio and the relationship between the load magnitude and the fuel alcohol concentration) is prepared in advance as a determination model for the fuel alcohol concentration. The peak value of the fluctuation of the exhaust air / fuel ratio actually obtained in this determination model is applied to the magnitude of the load at that time. According to this, it is possible to accurately determine the alcohol concentration of the fuel currently used in the internal combustion engine without using the alcohol concentration sensor.

第4の発明の燃料アルコール濃度判定装置によれば、第3の発明の燃料アルコール濃度判定装置による効果に加え、燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の変動のピーク値、及び負荷の大きさに燃料アルコール濃度を関連付けるマップを判定モデルとして持つことで、燃料アルコール濃度の判定にかかる演算負荷を抑えることができるという効果もある。   According to the fuel alcohol concentration determination device of the fourth aspect of the invention, in addition to the effects of the fuel alcohol concentration determination device of the third aspect of the invention, the peak value of the fluctuation of the exhaust air / fuel ratio caused by the switching of the fuel injection mode, and the load By having a map associating the fuel alcohol concentration with the size as a determination model, there is also an effect that it is possible to suppress a calculation load related to determination of the fuel alcohol concentration.

本発明の実施の形態1としての燃料アルコール濃度判定装置が適用される内燃機関を示す図である。It is a figure which shows the internal combustion engine to which the fuel alcohol concentration determination apparatus as Embodiment 1 of this invention is applied. スロットル開度の変化に伴い生じる排気空燃比の挙動を示す図である。It is a figure which shows the behavior of the exhaust air fuel ratio which arises with the change of throttle opening. 排気空燃比の変動のピーク値と噴分け比率とから燃料アルコール濃度を判定するためのマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map for determining a fuel alcohol density | concentration from the peak value of the fluctuation | variation of an exhaust air fuel ratio, and an injection ratio. 本発明の実施の形態1にて行なわれる燃料噴射量の補正手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the correction | amendment procedure of the fuel injection quantity performed in Embodiment 1 of this invention. 燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の挙動を示す図である。It is a figure which shows the behavior of the exhaust air fuel ratio which arises with switching of the form of fuel injection. 燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の変動のピーク値から燃料アルコール濃度を判定するためのマップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the map for determining a fuel alcohol density | concentration from the peak value of the fluctuation | variation of the exhaust air fuel ratio which arises with switching of the form of fuel injection. 本発明の実施の形態2にて行なわれる燃料噴射量の補正手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the correction | amendment procedure of the fuel injection quantity performed in Embodiment 2 of this invention.

実施の形態1.
以下、図1乃至図4の各図を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.

図1は本発明の実施の形態1としてのアルコール濃度判定装置が適用される内燃機関(以下、単にエンジンという)の概略構成を示す図である。図1に示すエンジンは、火花点火式の4ストロークレシプロエンジンである。このエンジンは内部にピストン8が配置されたシリンダブロック6と、シリンダブロック6に組み付けられたシリンダヘッド4を備えている。ピストン8の上面からシリンダヘッド4までの空間は燃焼室10を形成し、この燃焼室10に連通するように吸気ポート18と排気ポート20がシリンダヘッド4に形成されている。吸気ポート18と燃焼室10との接続部には、吸気ポート18と燃焼室10との連通状態を制御する吸気バルブ12が設けられ、排気ポート20と燃焼室10との接続部には、排気ポート20と燃焼室10との連通状態を制御する排気バルブ14が設けられている。また、シリンダヘッド4には、燃焼室10の頂部から燃焼室10内に突出するように点火プラグ16が取り付けられている。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine (hereinafter simply referred to as an engine) to which an alcohol concentration determination apparatus according to Embodiment 1 of the present invention is applied. The engine shown in FIG. 1 is a spark ignition type 4-stroke reciprocating engine. The engine includes a cylinder block 6 in which a piston 8 is disposed, and a cylinder head 4 assembled to the cylinder block 6. A space from the upper surface of the piston 8 to the cylinder head 4 forms a combustion chamber 10, and an intake port 18 and an exhaust port 20 are formed in the cylinder head 4 so as to communicate with the combustion chamber 10. An intake valve 12 for controlling the communication state between the intake port 18 and the combustion chamber 10 is provided at a connection portion between the intake port 18 and the combustion chamber 10, and an exhaust gas is provided at a connection portion between the exhaust port 20 and the combustion chamber 10. An exhaust valve 14 for controlling the communication state between the port 20 and the combustion chamber 10 is provided. A spark plug 16 is attached to the cylinder head 4 so as to protrude from the top of the combustion chamber 10 into the combustion chamber 10.

シリンダヘッド4の吸気ポート18には、空気を燃焼室10内に導入するための吸気通路30が接続されている。吸気通路30の上流端にはエアクリーナ32が設けられ、空気はエアクリーナ32を介して吸気通路30内に取り込まれる。エアクリーナ32の下流には、空気の吸入量に応じた信号を出力するエアフローメータ56が配置されている。吸気通路30の下流部は気筒毎(吸気ポート18毎)に分岐し、その分岐点にはサージタンク34が設けられている。吸気通路30のサージタンク34の上流にはスロットル36が配置されている。スロットル36には、その開度に応じた信号を出力するスロットルセンサ54が付設されている。   An intake passage 30 for introducing air into the combustion chamber 10 is connected to the intake port 18 of the cylinder head 4. An air cleaner 32 is provided at the upstream end of the intake passage 30, and air is taken into the intake passage 30 via the air cleaner 32. An air flow meter 56 that outputs a signal corresponding to the intake amount of air is disposed downstream of the air cleaner 32. The downstream portion of the intake passage 30 branches for each cylinder (for each intake port 18), and a surge tank 34 is provided at the branch point. A throttle 36 is disposed upstream of the surge tank 34 in the intake passage 30. The throttle 36 is provided with a throttle sensor 54 that outputs a signal corresponding to its opening.

また、シリンダヘッド4の排気ポート20には、燃焼室10内での燃焼により生成された燃焼ガスを排気ガスとして排出するための排気通路40が接続されている。排気通路40には、排気ガスを浄化するための触媒42が設けられている。排気通路40における触媒42の上流には、排気ガスの空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサ58が配置されている。   Further, an exhaust passage 20 for discharging combustion gas generated by combustion in the combustion chamber 10 as exhaust gas is connected to the exhaust port 20 of the cylinder head 4. A catalyst 42 for purifying exhaust gas is provided in the exhaust passage 40. An air-fuel ratio sensor 58 that outputs a signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas is disposed upstream of the catalyst 42 in the exhaust passage 40.

本実施形態のエンジンは、各気筒に2つの噴射弁38,70を備えるデュアルインジェクションシステムとして構成されている。一方の噴射弁38は吸気通路30の吸気ポート18の近傍に設けられたポート噴射弁であり、吸気ポート18内に燃料を噴射するようになっている。他方の噴射弁70はシリンダヘッド4に燃焼室10内を臨むように設けられた筒内噴射弁であり、燃焼室10内に燃料を直接噴射するようになっている。このようなデュアルインジェクションシステムでは、ポート噴射弁38からの燃料噴射量と筒内噴射弁70からの燃料噴射量との噴分け比率を任意に設定することができる。なお、本実施の形態のエンジンはアルコール混合燃料を使用可能なエンジンであるので、各噴射弁38,70から噴射される燃料はガソリンに限らず、アルコール混合ガソリンや100%のアルコールが噴射されることがある。ただし、燃料タンク(図示せず)は噴射弁38,70間で共通であるので、二つの噴射弁38,70から噴射される燃料は同種であり、アルコール濃度の異なる燃料が噴き分けられることはない。   The engine of the present embodiment is configured as a dual injection system having two injection valves 38 and 70 for each cylinder. One injection valve 38 is a port injection valve provided in the vicinity of the intake port 18 in the intake passage 30, and injects fuel into the intake port 18. The other injection valve 70 is an in-cylinder injection valve provided so as to face the inside of the combustion chamber 10 to the cylinder head 4, and directly injects fuel into the combustion chamber 10. In such a dual injection system, the injection ratio between the fuel injection amount from the port injection valve 38 and the fuel injection amount from the in-cylinder injection valve 70 can be arbitrarily set. In addition, since the engine of this Embodiment can use alcohol mixed fuel, the fuel injected from each injection valve 38 and 70 is not restricted to gasoline, Alcohol mixed gasoline and 100% alcohol are injected. Sometimes. However, since the fuel tank (not shown) is common between the injection valves 38 and 70, the fuel injected from the two injection valves 38 and 70 is of the same type, and fuels having different alcohol concentrations are injected separately. Absent.

本実施形態のエンジンは、その制御装置としてECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50の出力側には前述のポート噴射弁38、筒内噴射弁70、スロットル36、点火プラグ16等の種々のアクチュエータが接続されている。ECU50の入力側には、前述のエアフローメータ56、スロットルセンサ54、空燃比センサ58の他、クランク軸24の回転角度に応じた信号を出力するクランク角センサ52等の種々のセンサ類が接続されている。ただし、本実施形態のエンジンはアルコール混合燃料を使用可能なエンジンではあるが、燃料のアルコール濃度を直接測定することのできるアルコール濃度センサは備えていない。ECU50は、エンジンが備える各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがってエンジンが備える各アクチュエータを動作させるようになっている。   The engine of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50 as its control device. Various actuators such as the port injection valve 38, the in-cylinder injection valve 70, the throttle 36, and the spark plug 16 are connected to the output side of the ECU 50. Various sensors such as a crank angle sensor 52 that outputs a signal corresponding to the rotation angle of the crankshaft 24 are connected to the input side of the ECU 50 in addition to the air flow meter 56, the throttle sensor 54, and the air-fuel ratio sensor 58 described above. ing. However, although the engine of the present embodiment is an engine that can use an alcohol-mixed fuel, it does not include an alcohol concentration sensor that can directly measure the alcohol concentration of the fuel. The ECU 50 operates each actuator provided in the engine according to a predetermined control program based on the output of each sensor provided in the engine.

本実施の形態では、ECU50が燃料アルコール濃度判定装置として機能する。本実施の形態で実施される燃料アルコール濃度の判定は、エンジン負荷に変動があった場合に、そのときの排気空燃比の一時的な変動を空燃比センサ58によって検出し、その変動のピーク値を判定のための情報として用いることに一つの特徴がある。また、燃料アルコール濃度を判定するための情報として、エンジン負荷の変動に伴って排気空燃比に変動が生じたときの噴分け比率を用いることにも特徴がある。以下、ECU50が実施する燃料アルコール濃度の判定の方法について詳しく説明する。   In the present embodiment, the ECU 50 functions as a fuel alcohol concentration determination device. The determination of the fuel alcohol concentration performed in the present embodiment is performed by detecting a temporary fluctuation of the exhaust air-fuel ratio at that time by the air-fuel ratio sensor 58 when there is a fluctuation in the engine load, and a peak value of the fluctuation. One of the features is to use as information for determination. In addition, as information for determining the fuel alcohol concentration, there is a feature in using the injection ratio when the exhaust air-fuel ratio fluctuates as the engine load fluctuates. Hereinafter, the determination method of the fuel alcohol concentration performed by the ECU 50 will be described in detail.

図2は、ポート噴射と筒内噴射との噴分け比率を一定としたときの、スロットル36の開度の変化に伴い生じる排気空燃比の挙動を示す図である。この図からは、スロットル36が開き側に操作されると排気空燃比は一時的にリーン側にずれ、逆にスロットル36が閉じ側に操作されると排気空燃比は一時的にリッチ側にずれることが分かる。このような排気空燃比の一時的な変動は、ポート噴射弁38から噴射された燃料が一旦吸気ポート18に付着し、その付着燃料が気化して燃焼室10内に吸入されるまでには相当の時間を要することによる。   FIG. 2 is a diagram showing the behavior of the exhaust air-fuel ratio that occurs with a change in the opening of the throttle 36 when the injection ratio of port injection and in-cylinder injection is constant. From this figure, when the throttle 36 is operated to the open side, the exhaust air-fuel ratio temporarily shifts to the lean side, and conversely, when the throttle 36 is operated to the close side, the exhaust air-fuel ratio temporarily shifts to the rich side. I understand that. Such a temporary fluctuation of the exhaust air-fuel ratio is considerable until the fuel injected from the port injection valve 38 once adheres to the intake port 18 and the attached fuel is vaporized and sucked into the combustion chamber 10. It takes time.

例えば、スロットル36が開かれた場合は、エンジン負荷の増大に合わせて各噴射弁38,70からの燃料噴射量が増量される。このとき、ポート噴射弁38から吸気ポート18に噴射された燃料は、その一部は吸気ポート18内の空気とともにそのまま燃焼室10内に吸入されるものの、その多くは吸気ポート18に一旦付着する。このため、吸気ポート18から燃焼室10内に吸入される燃料量は空気量に遅れて増大することになり、燃焼室10内の混合気の空燃比、要するに排気空燃比は一時的にリーン側にずれることになる。一方、スロットル36が閉じられた場合は、エンジン負荷の減少に合わせて各噴射弁38,70からの燃料噴射量が減量されるものの、燃焼室10内に吸入される燃料量は空気量に遅れて減少するため、排気空燃比は一時的にリッチ側にずれることになる。   For example, when the throttle 36 is opened, the fuel injection amount from each injection valve 38, 70 is increased in accordance with the increase in engine load. At this time, a part of the fuel injected from the port injection valve 38 to the intake port 18 is sucked into the combustion chamber 10 together with the air in the intake port 18, but most of it is temporarily attached to the intake port 18. . For this reason, the amount of fuel sucked into the combustion chamber 10 from the intake port 18 increases with a delay in the amount of air, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 10, that is, the exhaust air-fuel ratio temporarily changes to the lean side. It will shift to. On the other hand, when the throttle 36 is closed, the fuel injection amount from each of the injection valves 38 and 70 is reduced in accordance with the decrease in the engine load, but the fuel amount sucked into the combustion chamber 10 is delayed with respect to the air amount. As a result, the exhaust air-fuel ratio temporarily shifts to the rich side.

ここで、スロットル36の操作に伴って生じる排気空燃比の一時的な変動の大きさに着目する。排気空燃比の変動の大きさ、すなわち、変動のピーク値(図中に矢印で示す)を決定する要因には、次の3つを挙げることができる。まず一つ目の要因は、エンジン負荷の変化量である。燃料噴射量はエンジン負荷の変化に応じて増減されるため、エンジン負荷の変化が大きければ燃料噴射量の増減量も大きくなり、結果、変動のピーク値も大きくなる。   Here, attention is focused on the magnitude of temporary fluctuations in the exhaust air-fuel ratio that occur as the throttle 36 is operated. There are the following three factors that determine the magnitude of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio, that is, the peak value of the fluctuation (indicated by an arrow in the figure). The first factor is the amount of change in engine load. Since the fuel injection amount is increased / decreased in accordance with a change in the engine load, the increase / decrease amount of the fuel injection amount increases with a large change in the engine load, resulting in a large fluctuation peak value.

二つ目の要因は、ポート噴射と筒内噴射との噴分け比率である。総燃料噴射量が同じであれば、ポート噴射と筒内噴射との噴分け比率によって吸気ポート18の付着燃料量が決まる。そして、必要燃料量(目標空燃比と筒内吸入空気量とから決まる燃料量)に対するポート付着燃料量の割合が大きいほど、燃焼室10内に吸入される燃料量の空気量に対する遅れは顕著になる。したがって、エンジン負荷が増加して総燃料噴射量が増大されたときには、必要燃料量に対するポート付着燃料量の割合が大きいほど、すなわち、噴分け比率においてポート噴射の比率が高いほど、燃料量の不足が顕著になって排気空燃比のリーン側へのずれのピーク値は大きくなる。逆に、エンジン負荷が減少して総燃料噴射量が減量されたときには、必要燃料量に対するポート付着燃料量の割合が大きいほど、すなわち、噴分け比率においてポート噴射の比率が高いほど、燃料量の過剰が顕著になって排気空燃比のリッチ側へのずれのピーク値は大きくなる。   The second factor is the injection ratio of port injection and in-cylinder injection. If the total fuel injection amount is the same, the amount of fuel adhering to the intake port 18 is determined by the injection ratio of port injection and in-cylinder injection. As the ratio of the fuel amount adhering to the port to the required fuel amount (the fuel amount determined from the target air-fuel ratio and the in-cylinder intake air amount) increases, the delay of the fuel amount sucked into the combustion chamber 10 with respect to the air amount becomes more significant. Become. Therefore, when the engine load is increased and the total fuel injection amount is increased, the larger the ratio of the port-attached fuel amount to the required fuel amount, that is, the higher the port injection ratio in the injection ratio, the shorter the fuel amount. Becomes prominent, and the peak value of the deviation of the exhaust air-fuel ratio toward the lean side increases. Conversely, when the engine load is reduced and the total fuel injection amount is reduced, the larger the ratio of the port-attached fuel amount to the required fuel amount, that is, the higher the port injection ratio in the injection ratio, the more the fuel amount. Excessiveness becomes remarkable, and the peak value of the deviation of the exhaust air-fuel ratio to the rich side becomes large.

三つ目の要因は、使用されている燃料のアルコール濃度である。燃料のアルコール濃度が高いほど吸気ポート18の付着燃料は気化し難く、ポート噴射弁38の燃料噴射量を変化させてから燃焼室10に流入する燃料量に変化が現れるまでの応答遅れは大きくなる。このため、エンジン負荷の増大したときに、燃料アルコール濃度が高いほど筒内空気量に対する筒内燃料量の一時的な不足が顕著になって、排気空燃比のリーン側へのずれのピーク値は大きくなる。また、エンジン負荷が減少したときには、燃料アルコール濃度が高いほど吸入空気量に対する燃料量の一時的な過剰が顕著になって、排気空燃比のリッチ側へのずれのピーク値は大きくなる。   The third factor is the alcohol concentration of the fuel being used. The higher the alcohol concentration of the fuel, the harder the fuel adhering to the intake port 18 is vaporized, and the longer the response delay from when the fuel injection amount of the port injection valve 38 is changed until the change in the fuel amount flowing into the combustion chamber 10 appears. . Therefore, when the engine load increases, the higher the fuel alcohol concentration, the more the temporary shortage of the in-cylinder fuel amount relative to the in-cylinder air amount becomes more prominent, and the peak value of the deviation of the exhaust air-fuel ratio to the lean side becomes growing. Further, when the engine load decreases, the higher the fuel alcohol concentration, the more the temporary excess of the fuel amount with respect to the intake air amount becomes more prominent, and the peak value of the deviation of the exhaust air / fuel ratio to the rich side becomes larger.

以上の三つの要因によって排気空燃比の変動のピーク値が決まる。このことは、排気空燃比の変動のピーク値、エンジン負荷の変化量、噴分け比率、及び、燃料アルコール濃度の間に一定の関係が有ることを意味している。この一定の関係を関数やマップ等によってモデル化すれば、エンジン負荷の変化量、それに対応する排気空燃比の変動のピーク値、及び、そのときの噴分け比率をそれぞれ特定することによって、現在使用されている燃料のアルコール濃度を判定することが可能となる。   The peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio is determined by the above three factors. This means that there is a certain relationship among the peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio, the engine load change amount, the injection ratio, and the fuel alcohol concentration. If this fixed relationship is modeled by a function, map, etc., the amount of change in the engine load, the peak value of the corresponding fluctuation in the exhaust air / fuel ratio, and the injection ratio at that time can be specified, respectively. It is possible to determine the alcohol concentration of the fuel being used.

燃料アルコール濃度判定装置としてのECU50は、燃料アルコール濃度の判定モデルとして、エンジン負荷の変化量、排気空燃比の変動のピーク値、及び噴分け比率に燃料アルコール濃度を関連付けるマップを備えている。図3にその一例を示す。図3では、排気空燃比の変動のピーク値(A/F変動ピーク値)とアルコール濃度との相関関係を示す曲線が、噴分け比率毎に用意されている。図3中には、噴分け比率としてポート噴射100%、ポート噴射50%(筒内噴射50%)、筒内噴射100%の三つが例示されている。ECU50には、このようなマップがエンジン負荷の変化量毎に用意されている。   The ECU 50 as the fuel alcohol concentration determination device includes a map that associates the fuel alcohol concentration with the engine load change amount, the peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio, and the injection ratio as a determination model of the fuel alcohol concentration. An example is shown in FIG. In FIG. 3, a curve indicating the correlation between the peak value (A / F fluctuation peak value) of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio and the alcohol concentration is prepared for each injection ratio. FIG. 3 illustrates three injection ratios: port injection 100%, port injection 50% (in-cylinder injection 50%), and in-cylinder injection 100%. In the ECU 50, such a map is prepared for each change amount of the engine load.

ECU50は、エンジン負荷の変化量、それに対応する排気空燃比の変動のピーク値、及び、そのときの噴分け比率をそれぞれ取得し、取得したそれら情報を前記の判定モデルに当てはめる。これにより、アルコール濃度センサを使用せずとも、エンジンで現在使用されている燃料のアルコール濃度を精度良く判定することが可能となる。   The ECU 50 acquires the change amount of the engine load, the corresponding peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio, and the injection ratio at that time, and applies the acquired information to the determination model. This makes it possible to accurately determine the alcohol concentration of the fuel currently used in the engine without using an alcohol concentration sensor.

アルコール濃度の判定結果は、ECU50による空燃比制御に利用される。ECU50は、目標空燃比と筒内吸入空気量とから燃料噴射量を決定する際に、基本燃料噴射量に加えるべき補正値にアルコール濃度の判定結果を反映させる。アルコールはガソリンに比較して単位体積あたりの熱量が小さいので、アルコール濃度が高いほど補正値は大きい値に設定されることになる。   The determination result of the alcohol concentration is used for air-fuel ratio control by the ECU 50. When determining the fuel injection amount from the target air-fuel ratio and the cylinder intake air amount, the ECU 50 reflects the alcohol concentration determination result in the correction value to be added to the basic fuel injection amount. Since alcohol has a smaller amount of heat per unit volume than gasoline, the higher the alcohol concentration, the larger the correction value is set.

最後に、本実施の形態の燃料アルコール濃度の判定方法を適用した燃料噴射量の補正の手順について、図4のフローチャートを用いて説明する。   Finally, the fuel injection amount correction procedure to which the fuel alcohol concentration determination method of this embodiment is applied will be described with reference to the flowchart of FIG.

最初のステップS2では、現在設定されているポート噴射と筒内噴射との噴分け比率が取得される。   In the first step S2, the currently set injection ratio of port injection and in-cylinder injection is acquired.

次のステップS4では、エンジン負荷の変化が検出されると、ECU50はその変化量が取得される。ECU50は、エンジン負荷をスロットル36の開度、エンジン回転数、エアフローメータ56の出力値などから計算する。取得されるエンジン負荷の変化量は、単位時間当たりのエンジン負荷の変化量(Δエンジン負荷/sec)とされる。   In the next step S4, when a change in the engine load is detected, the ECU 50 acquires the change amount. The ECU 50 calculates the engine load from the opening degree of the throttle 36, the engine speed, the output value of the air flow meter 56, and the like. The amount of change in engine load acquired is the amount of change in engine load per unit time (Δengine load / sec).

そして、次のステップS6では、エンジン負荷の変化に伴って生じた排気空燃比の変動のピーク値(A/F変動ピーク値)が取得される。   Then, in the next step S6, the peak value (A / F fluctuation peak value) of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio that occurs with the change of the engine load is acquired.

次のステップS8では、燃料アルコール濃度の判定モデルを構成するマップ群の中から、ステップS4で取得したエンジン負荷の変化量に対応するマップ(図3に示すようなマップ)が選択される。そして、選択したマップにステップS2で取得した噴分け比率と、ステップS6で取得したA/F変動ピーク値とが当てはめられる。これにより、エンジンで現在使用されている燃料のアルコール濃度が精度良く判定される。   In the next step S8, a map (a map as shown in FIG. 3) corresponding to the amount of change in the engine load acquired in step S4 is selected from the map group constituting the determination model for the fuel alcohol concentration. Then, the injection ratio acquired in step S2 and the A / F fluctuation peak value acquired in step S6 are applied to the selected map. Thereby, the alcohol concentration of the fuel currently used in the engine is accurately determined.

そして、ステップS10では、ステップS8で判定された燃料アルコール濃度が燃料噴射量の補正値に反映される。これにより、アルコール濃度と目標空燃比とに応じた適正な量の燃料を噴射することが可能となって空燃比制御の精度が高められる。   In step S10, the fuel alcohol concentration determined in step S8 is reflected in the fuel injection amount correction value. As a result, it is possible to inject an appropriate amount of fuel according to the alcohol concentration and the target air-fuel ratio, and the accuracy of air-fuel ratio control is improved.

実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について図5乃至図7の各図を参照して説明する。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

本実施の形態の燃料アルコール濃度判定装置は、実施の形態1と同様に図1に示す構成のエンジンに適用される。したがって、以下の説明では、実施の形態1と同じく図1に示すエンジンを前提にして説明を行う。   The fuel alcohol concentration determination apparatus of the present embodiment is applied to the engine having the configuration shown in FIG. 1 as in the first embodiment. Therefore, in the following description, the description will be made on the assumption of the engine shown in FIG. 1 as in the first embodiment.

本実施の形態で実施される燃料アルコール濃度の判定は、エンジンの発生トルクを一定に維持しつつ、ポート噴射弁38による燃料噴射から筒内噴射弁70による燃料噴射へ、或いは、筒内噴射弁70による燃料噴射からポート噴射弁38による燃料噴射へ、燃料噴射の形態を能動的に切り替えることに一つの特徴がある。ECU50は、燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の一時的な変動を検出し、その変動のピーク値を判定のための情報として用いる。以下、ECU50が実施する燃料アルコール濃度の判定の方法について詳しく説明する。   The determination of the fuel alcohol concentration performed in the present embodiment is performed from the fuel injection by the port injection valve 38 to the fuel injection by the in-cylinder injection valve 70 or the in-cylinder injection valve while maintaining the generated torque of the engine constant. One feature is that the mode of fuel injection is actively switched from fuel injection by the fuel injector 70 to fuel injection by the port injection valve 38. The ECU 50 detects a temporary fluctuation of the exhaust air-fuel ratio caused by switching of the fuel injection mode, and uses the peak value of the fluctuation as information for determination. Hereinafter, the determination method of the fuel alcohol concentration performed by the ECU 50 will be described in detail.

図5は、定常走行時においてエンジンの発生トルクを一定としたときの、燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の挙動を示す図である。この図からは、筒内噴射からポート噴射に切り替えられると排気空燃比は一時的にリーン側にずれることが分かる。この場合、切り替え前に吸気ポート18に付着していた燃料が切り替え後も暫くの間は燃焼室10内に流入するため、燃焼室10内の混合気の空燃比、要するに排気空燃比は一時的にリーン側にずれることになる。   FIG. 5 is a diagram showing the behavior of the exhaust air-fuel ratio that occurs when the fuel injection mode is switched when the generated torque of the engine is constant during steady running. From this figure, it can be seen that the exhaust air-fuel ratio temporarily shifts to the lean side when the in-cylinder injection is switched to the port injection. In this case, since the fuel adhering to the intake port 18 before switching flows into the combustion chamber 10 for a while after switching, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber 10, that is, the exhaust air-fuel ratio is temporarily Will shift to the lean side.

また、図5からは、ポート噴射から筒内噴射に切り替えられると排気空燃比は一時的にリッチ側にずれることが分かる。この場合、ポート噴射弁38による燃料噴射の開始によって十分な量の燃料が吸気ポート18に付着するまでの間、燃焼室10内に吸入される燃料量が不足する状況が発生し、燃焼室10内の混合気の空燃比、要するに排気空燃比は一時的にリーン側にずれることになる。   FIG. 5 also shows that the exhaust air-fuel ratio temporarily shifts to the rich side when the port injection is switched to the in-cylinder injection. In this case, a situation occurs in which the amount of fuel sucked into the combustion chamber 10 is insufficient until a sufficient amount of fuel adheres to the intake port 18 due to the start of fuel injection by the port injection valve 38. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture, that is, the exhaust air-fuel ratio temporarily shifts to the lean side.

ここで、燃料噴射の形態の切り替えに伴って生じる排気空燃比の一時的な変動の大きさに着目する。この場合の排気空燃比の変動の大きさ、すなわち、変動のピーク値(図中に矢印で示す)を決定する要因には、次の二つを挙げることができる。まず一つ目の要因は、エンジン負荷の大きさである。エンジン負荷によって燃料噴射量が変わり、また、吸気ポート18に発生する負圧の大きさも変わる。エンジン負荷が大きいときには吸気ポート18に発生する負圧は小さく、吸気ポート18に付着した燃料の気化は抑えられる。逆に、エンジン負荷が小さいときの吸気ポート18の負圧は大きく、吸気ポート18に付着した燃料の気化は促進される。   Here, attention is focused on the magnitude of temporary fluctuations in the exhaust air-fuel ratio that occur as the fuel injection mode is switched. In this case, there are the following two factors that determine the magnitude of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio, that is, the peak value of the fluctuation (indicated by an arrow in the figure). The first factor is the engine load. The fuel injection amount changes depending on the engine load, and the magnitude of the negative pressure generated at the intake port 18 also changes. When the engine load is large, the negative pressure generated at the intake port 18 is small, and the vaporization of the fuel adhering to the intake port 18 is suppressed. Conversely, the negative pressure of the intake port 18 when the engine load is small is large, and the vaporization of the fuel adhering to the intake port 18 is promoted.

二つ目の要因は、使用されている燃料のアルコール濃度である。燃料のアルコール濃度が高いほど吸気ポート18の付着燃料は気化し難く、ポート噴射弁38の燃料噴射量を変化させてから燃焼室10に流入する燃料量に変化が現れるまでの応答遅れは大きくなる。このため、燃料アルコール濃度が高いほど筒内空気量に対する筒内燃料量の一時的な不足や過剰が顕著になって、排気空燃比のリッチ側へのずれ量やリーン側へのずれ量は大きくなる。   The second factor is the alcohol concentration of the fuel being used. The higher the alcohol concentration of the fuel, the harder the fuel adhering to the intake port 18 is vaporized, and the longer the response delay from when the fuel injection amount of the port injection valve 38 is changed until the change in the fuel amount flowing into the combustion chamber 10 appears. . For this reason, as the fuel alcohol concentration increases, the temporary shortage or excess of the in-cylinder fuel amount with respect to the in-cylinder air amount becomes more prominent, and the deviation amount of the exhaust air-fuel ratio to the rich side or the deviation amount to the lean side becomes larger. Become.

以上の二つの要因によって燃料噴射の形態の切り替えに伴う排気空燃比の変動のピーク値が決まる。このことは、排気空燃比の変動のピーク値、エンジン負荷の大きさ、及び、燃料アルコール濃度の間に一定の関係が有ることを意味している。この一定の関係を関数やマップ等によってモデル化すれば、燃料噴射の形態の切り替えに伴う排気空燃比の変動のピーク値と、エンジン負荷の大きさとをそれぞれ特定することによって、現在使用されている燃料のアルコール濃度を判定することが可能となる。   The above two factors determine the peak value of the fluctuation of the exhaust air / fuel ratio associated with the switching of the fuel injection mode. This means that there is a certain relationship among the peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio, the magnitude of the engine load, and the fuel alcohol concentration. If this fixed relationship is modeled by a function, a map, etc., it is currently used by specifying the peak value of the fluctuation of the exhaust air / fuel ratio accompanying the switching of the fuel injection mode and the magnitude of the engine load. It becomes possible to determine the alcohol concentration of the fuel.

燃料アルコール濃度判定装置としてのECU50は、燃料アルコール濃度の判定モデルとして、燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の変動のピーク値と、エンジン負荷の大きさとに燃料アルコール濃度を関連付けるマップを備えている。図6にその一例を示す。図6では、排気空燃比の変動のピーク値(A/F変動ピーク値)とアルコール濃度との相関関係を示す曲線が用意されている。ECU50には、ポート噴射から筒内噴射に切り替えた場合と、筒内噴射からポート噴射に切り替えた場合のそれぞれについて、このようなマップがエンジン負荷の大きさ毎に用意されている。   The ECU 50 serving as a fuel alcohol concentration determination device uses, as a determination model of the fuel alcohol concentration, a map that associates the fuel alcohol concentration with the peak value of the fluctuation of the exhaust air / fuel ratio caused by the switching of the fuel injection mode and the magnitude of the engine load. I have. An example is shown in FIG. In FIG. 6, a curve indicating the correlation between the peak value (A / F fluctuation peak value) of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio and the alcohol concentration is prepared. In the ECU 50, such a map is prepared for each magnitude of the engine load when switching from port injection to in-cylinder injection and when switching from in-cylinder injection to port injection.

ECU50は、燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じた排気空燃比の変動のピーク値と、そのときのエンジン負荷の大きさとを取得し、取得したそれら情報を前記の判定モデルに当てはめる。これにより、アルコール濃度センサを使用せずとも、エンジンで現在使用されている燃料のアルコール濃度を精度良く判定することが可能となる。ECU50は、目標空燃比と筒内吸入空気量とから燃料噴射量を決定する際に、基本燃料噴射量に加えるべき補正値にアルコール濃度の判定結果を反映させる。   The ECU 50 acquires the peak value of the fluctuation of the exhaust air / fuel ratio caused by the switching of the fuel injection mode and the magnitude of the engine load at that time, and applies the acquired information to the determination model. This makes it possible to accurately determine the alcohol concentration of the fuel currently used in the engine without using an alcohol concentration sensor. When determining the fuel injection amount from the target air-fuel ratio and the cylinder intake air amount, the ECU 50 reflects the alcohol concentration determination result in the correction value to be added to the basic fuel injection amount.

最後に、本実施の形態の燃料アルコール濃度の判定方法を適用した燃料噴射量の補正の手順について、図7のフローチャートを用いて説明する。   Finally, the fuel injection amount correction procedure to which the fuel alcohol concentration determination method of the present embodiment is applied will be described with reference to the flowchart of FIG.

最初のステップS12では、燃料噴射の形態の切り替えが行われる。ポート噴射が行われているときには筒内噴射への切り替えが行われ、筒内噴射が行われているときにはポート噴射への切り替えが行われる。   In the first step S12, the fuel injection mode is switched. Switching to in-cylinder injection is performed when port injection is being performed, and switching to port injection is performed when in-cylinder injection is being performed.

次のステップS14では、燃料噴射の形態の切り替えに伴って生じた排気空燃比の変動のピーク値(A/F変動ピーク値)が取得される。   In the next step S14, the peak value (A / F fluctuation peak value) of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio that has occurred as the fuel injection mode is switched is acquired.

次のステップS16では、燃料アルコール濃度の判定モデルを構成するマップ群の中から、ステップS12で行われた燃料噴射の形態の切り替えの方向と、現在のエンジン負荷の大きさとに対応するマップ(図6に示すようなマップ)が選択される。そして、選択したマップにステップS14で取得したA/F変動ピーク値が当てはめられる。これにより、エンジンで現在使用されている燃料のアルコール濃度が精度良く判定される。   In the next step S16, a map corresponding to the direction of switching of the fuel injection mode performed in step S12 and the current engine load from the map group constituting the determination model of the fuel alcohol concentration (FIG. 6) is selected. Then, the A / F fluctuation peak value acquired in step S14 is applied to the selected map. Thereby, the alcohol concentration of the fuel currently used in the engine is accurately determined.

そして、ステップS18では、ステップS8で判定された燃料アルコール濃度が燃料噴射量の補正値に反映される。これにより、アルコール濃度と目標空燃比とに応じた適正な量の燃料を噴射することが可能となって空燃比制御の精度が高められる。   In step S18, the fuel alcohol concentration determined in step S8 is reflected in the fuel injection amount correction value. As a result, it is possible to inject an appropriate amount of fuel according to the alcohol concentration and the target air-fuel ratio, and the accuracy of air-fuel ratio control is improved.

その他.
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
Others.
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

10 燃焼室
36 スロットル
18 吸気ポート
38 ポート噴射弁
50 ECU
58 空燃比センサ
70 筒内噴射弁
10 Combustion chamber 36 Throttle 18 Intake port 38 Port injection valve 50 ECU
58 Air-fuel ratio sensor 70 In-cylinder injection valve

Claims (4)

吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置であって、
前記ポート噴射弁からの燃料噴射量と前記筒内噴射弁からの燃料噴射量との噴分け比率を取得する手段と、
前記内燃機関の負荷が変化した場合に、負荷の変化量を取得する手段と、
前記内燃機関の負荷が変化した場合に生じる排気空燃比の一時的な変動を検出し、その変動のピーク値を取得する手段と、
負荷の変化量、それに対応する排気空燃比の変動のピーク値、及び、そのときの噴分け比率を燃料アルコール濃度の判定モデルに当てはめることで、前記内燃機関で現在使用されている燃料のアルコール濃度を判定する手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置。
A fuel alcohol concentration determination device for an internal combustion engine comprising a port injection valve for injecting fuel into an intake port and an in-cylinder injection valve for injecting fuel into a cylinder,
Means for obtaining an injection ratio between a fuel injection amount from the port injection valve and a fuel injection amount from the in-cylinder injection valve;
Means for acquiring a change amount of the load when the load of the internal combustion engine changes;
Means for detecting a temporary fluctuation of the exhaust air-fuel ratio that occurs when the load of the internal combustion engine changes, and obtaining a peak value of the fluctuation;
By applying the change amount of the load, the corresponding peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio, and the injection ratio at that time to the determination model of the fuel alcohol concentration, the alcohol concentration of the fuel currently used in the internal combustion engine Means for determining
A fuel alcohol concentration determination apparatus for an internal combustion engine, comprising:
前記判定モデルは、負荷の変化量、排気空燃比の変動のピーク値、及び噴分け比率に燃料アルコール濃度を関連付けるマップとして構成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置。   2. The fuel for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the determination model is configured as a map for associating a fuel alcohol concentration with a load change amount, a peak value of fluctuation of an exhaust air-fuel ratio, and an injection ratio. Alcohol concentration determination device. 吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁と、筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁とを備える内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置であって、
前記ポート噴射弁による燃料噴射から前記筒内噴射弁による燃料噴射へ、或いは、前記筒内噴射弁による燃料噴射から前記噴射弁による燃料噴射へと、前記内燃機関の発生トルクを一定に維持しつつ燃料噴射の形態を切り替える手段と、
燃料噴射の形態の切り替えに伴い生じる排気空燃比の一時的な変動を検出し、その変動のピーク値を取得する手段と、
排気空燃比の変動のピーク値と、そのときの前記内燃機関の負荷の大きさとを燃料アルコール濃度の判定モデルに当てはめることで、前記内燃機関で現在使用されている燃料のアルコール濃度を判定する手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置。
A fuel alcohol concentration determination device for an internal combustion engine comprising a port injection valve for injecting fuel into an intake port and an in-cylinder injection valve for injecting fuel into a cylinder,
From the fuel injection by the port injection valve to the fuel injection by the in-cylinder injection valve, or from the fuel injection by the in-cylinder injection valve to the fuel injection by the injection valve, while maintaining a constant torque generated by the internal combustion engine Means for switching the form of fuel injection;
Means for detecting a temporary fluctuation of the exhaust air-fuel ratio caused by switching of the fuel injection mode and obtaining a peak value of the fluctuation;
Means for determining the alcohol concentration of the fuel currently used in the internal combustion engine by applying the peak value of the fluctuation of the exhaust air-fuel ratio and the magnitude of the load of the internal combustion engine at that time to the determination model of the fuel alcohol concentration When,
A fuel alcohol concentration determination apparatus for an internal combustion engine, comprising:
前記判定モデルは、排気空燃比の変動のピーク値と、前記内燃機関の負荷の大きさとに燃料アルコール濃度を関連付けるマップとして構成されていることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の燃料アルコール濃度判定装置。   4. The fuel for an internal combustion engine according to claim 3, wherein the determination model is configured as a map for associating a fuel alcohol concentration with a peak value of fluctuation of the exhaust air-fuel ratio and a load size of the internal combustion engine. Alcohol concentration determination device.
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