JP5553046B2 - 内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置に関する。

従来、例えば、特開２００９−２７５５７３号公報に開示されているように、アルコールを含む燃料が内燃機関に用いられる場合に、その燃料のアルコール濃度を推定する構成を備えた内燃機関システムが知られている。そのような従来技術におけるアルコール濃度推定手法の１つは、次のようなものである。先ず、筒内圧センサを備える内燃機関において、その筒内圧センサによって検出した圧縮行程から燃焼開始までの筒内圧検出値を用いて、アルコール濃度と発生熱量を算出する。次に、発生熱量と燃料量とによって燃料の低位発熱量を算出する。最終的に、算出したアルコール濃度値が所定範囲内にある場合に、アルコール濃度および低位発熱量を用いて新のアルコール濃度を算出する。

特開２００９−２７５５７３号公報 特開平９−５３４８９号公報 特開２００９−１６１５７７号公報 特開２００９−１２１３９９号公報

上記従来の技術では、筒内圧センサにより検出した筒内圧の値を用いて発生熱量を算出し、この発生熱量の値をアルコール濃度推定に利用している。ここで、内燃機関は、燃料量（燃料噴射量）を変化させたときの影響度が、リッチ側への変化とリーン側への変化との間で異なっていることが普通である。仮に、特定の気筒に対してリッチ側変化とリーン側変化のうち片方のみに基づいてアルコール濃度推定を行うとすると、そのようなリッチ側変化とリーン側変化の影響度の相違をアルコール濃度推定において考慮に入れることができない。この点においてアルコール濃度推定精度の向上の余地が残されており、上記従来の技術は未だ改善の余地を残すものであった。

また、上記従来の技術のように筒内圧センサによって検出した筒内圧をアルコール濃度推定のための情報として用いることができるが、そのような情報を得るときに、精度良くアルコール濃度推定を行う観点から内燃機関の運転中に燃料噴射量を所定の量に強制的に変更するという考え方がある。これは、気筒へ供給する燃料量（燃料噴射量）の変化に対して発生熱量がどの程度変化するかという情報、つまり燃料量と発生熱量との関係に基づいてアルコール濃度推定を行う場合に有効な措置である。しかしながら、そのような強制的な燃料噴射量変更は、内燃機関の空燃比を通常の運転状態における空燃比から乖離させることに繋がり、その結果、内燃機関のエミッション特性や、トルク変動、車両のドライバビリティに影響をもたらしてしまう。そこで、本願発明者は、鋭意研究を行うことにより、アルコール濃度推定に用いる情報を得るために燃料噴射量の変更を行うに際し、内燃機関全体の空燃比の変動を低減することができる新規な技術を見出した。

この発明は、アルコール濃度を精度良く推定することができる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置を提供することを目的とする。

この発明の他の目的は、アルコール濃度推定に用いる情報を得るために燃料噴射量の変更を行うに際し、内燃機関全体の空燃比の変動を低減することができる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置であって、
複数の気筒を有し前記複数の気筒のそれぞれに燃料噴射弁を備えた内燃機関において、前記それぞれの燃料噴射弁の燃料噴射量を別の量に設定する燃料噴射量設定手段と、
前記複数の気筒のうち第１気筒についての燃料噴射量を基準噴射量に対して第１増量噴射量となるように設定し、前記第１増量噴射量での前記第１気筒の燃焼と同じサイクルにおける前記第１気筒以外の第２気筒についての燃料噴射量を前記基準噴射量に対して第１減量噴射量となるように設定する第１設定手段と、
前記第１設定手段で設定した燃料噴射量による燃焼の後のサイクルにおいて、前記第１気筒の燃料噴射量を前記基準噴射量に対して前記第１増量噴射量と異なる量に増量した第２増量噴射量または前記基準噴射量に対して前記第１減量噴射量と異なる量に減量した第２減量噴射量に設定するとともに、前記第２気筒の燃料噴射量を前記第２増量噴射量と前記第２減量噴射量のうち前記第１気筒に設定しないほうに設定する第２設定手段と、
前記第１増量噴射量での燃焼時における発生熱量および前記第２増量噴射量での燃焼時における発生熱量それぞれと前記基準噴射量における熱発生量との間の差分を平均した増量平均値を算出する第１算出手段と、
前記第１減量噴射量での燃焼時における発生熱量および前記第２減量噴射量での燃焼時における発生熱量それぞれと前記基準噴射量における熱発生量との間の差分を平均した減量平均値を算出する第２算出手段と、
前記増量平均値および前記減量平均値に基づいて前記内燃機関の燃料のアルコール濃度を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第１気筒の空燃比と前記第２気筒の空燃比とを合わせた空燃比が一定となるように、前記燃料噴射量の前記設定を行うことを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記第１増量噴射量における増量分が前記第１減量噴射量の減量分により相殺されるように、前記燃料噴射量の設定を行うことを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記第１気筒の燃料噴射量として設定した前記第１増量噴射量における増量分が前記第１気筒の次に点火を迎える気筒である次点火気筒に設定される燃料噴射量の減量分により相殺されるように、前記次点火気筒の燃料噴射量を設定することを特徴とする。

第１の発明によれば、特定気筒について、燃料を増量（リッチ側変化）した場合と燃料を減量（リーン側変化）した場合との双方の場合についての発生熱量変化量を求めることができる。これらの双方についての発生熱量変化量に基づいてアルコール濃度推定を行うことにより、発生熱量に対するリッチ側変化の影響とリーン側変化の影響との双方の影響を考慮することができるので、アルコール濃度を精度良く推定することができる。さらに、増量側と減量側とで別々に計算を行うことで、燃料噴射量変化に応じた発生熱量への影響度が増量側と減量側とで異なる点をアルコール濃度推定に反映させることができる。

第２の発明によれば、全体の空燃比が一定に保たれるようにすることで、トルク変動や排気ガス空燃比の変化をより一層抑制することができる。

第３の発明によれば、点火順が連続した特定気筒と他の気筒とで燃料噴射量の変化分を相殺することができ、内燃機関の角速度変動を抑制することができる。

第４の発明によれば、特定気筒と他の気筒とで燃料噴射量の変化分を相殺することができ、内燃機関の角速度変動を抑制することができる。

本発明の実施の形態１にかかる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置の構成を、これが適用される内燃機関の構成とともに示す図である。 本発明の実施の形態１にかかる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置において演算処理装置が実行するルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２にかかる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置に適用される、気筒毎の燃料噴射量の増減のパターン例を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置において演算処理装置が実行するルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置の構成を、これが適用される内燃機関の構成とともに示す図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両の動力源として用いられる内燃機関２を備えている。内燃機関２は、気筒４を有している。図１では１つの気筒のみが描かれているが、一般的な車両用のエンジンは複数の気筒から構成されている。そのうち少なくとも１つの気筒には筒内圧を測定するための筒内圧センサ１６が取り付けられており、本実施形態では好ましい形態として複数の気筒すべてに対してそれぞれ筒内圧センサ１６が取り付けられているものとする。本実施形態では、内燃機関２を直列４気筒式の内燃機関であるものとして説明する。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、直列６気筒型、Ｖ型６気筒型、水平対向気筒型を含め、少なくとも車両用内燃機関において適用される各種の気筒数かつ各種の気筒配列方式の内燃機関に対して本発明を適用することができる。

各気筒４にはピストン６が配置されている。ピストン６は、クランク機構を介してクランクシャフトと接続されている。クランクシャフトの近傍には、クランク角センサ８が設けられている。クランク角センサ８は、クランクシャフトの回転角度に応じた出力を発するセンサである。また、内燃機関２にはノックセンサ１０が設けられている。気筒４それぞれには、気筒４の燃焼室内に燃料を噴射する筒内直噴インジェクタ１２と、燃焼室内の混合気に点火するスパークプラグ１４が設けられている。筒内圧センサ１６は、燃焼室内の圧力（筒内圧）に応じた出力を発するセンサであり、ＣＰＳ（Combustion Pressure Sensor）とも称される。

各気筒４には、吸気ポートと燃焼室との間を開閉する吸気バルブ１８と、排気ポートと燃焼室との間を開閉する排気バルブ２０とが設けられている。各気筒４の吸気ポートには吸気通路２２が連通している。吸気通路２２にはサージタンク２４が設けられている。サージタンク２４には、吸気圧センサ２３が配置されている。サージタンク２４の上流には、スロットルバルブ２６が配置されている。スロットルバルブ２６は、スロットルモータによって開閉駆動される電子制御式スロットルバルブである。吸気通路２２におけるスロットルバルブ２６のさらに上流には、エアクリーナ２１が設けられている。各気筒の排気ポートには排気経路３０が連通している。排気経路３０の合流部の下流には、排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ３２が取り付けられている。空燃比センサ３２の下流の排気経路３０には、排気ガスを浄化するためのＳ/Ｃ触媒３４とＵ/Ｆ触媒３６とが設置されている。

本実施の形態１にかかるシステムは演算処理装置４０を備えている。内燃機関２の制御を司るエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）が、この演算処理装置４０の役割を担ってもよい。演算処理装置４０の入力側には、筒内圧センサ１６の出力Ｐｃ、クランク角センサ８の出力ＣＡ、ノックセンサ１０の出力ＫＮＫ、吸気圧センサ２３の出力ＫＬ、スロットルポジションセンサ、空燃比センサ３２等の他、車両運転に係るアクセルポジションセンサ等の各種センサの出力が入力される。また、演算処理装置４０の出力側には、前述の筒内直噴インジェクタ１２、スパークプラグ１４、スロットルモータ等の他、各種アクチュエータが接続されている。演算処理装置４０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータを作動させる。

［実施の形態１の動作］
実施の形態１にかかる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置は、次に述べる内容の計算処理を実施することにより、アルコール濃度を推定する。

実施の形態１にかかるアルコール濃度推定の基本的な処理の内容は、次のとおりである。まず、内燃機関２の燃料量を、強制的に、複数の点（実施の形態１では、ストイキを基準として、リッチ側の１つおよびリーン側の１つ）へと変更する。この変更した燃料量に相当する発生熱量を、筒内圧センサ１６を含む燃焼圧検出装置によって検出する。この変更による、燃料噴射量の変化量および発生熱量の変化量とから、燃料中のアルコール濃度（実施の形態１では、特に、エタノール濃度）を推定する。
この基本的処理内容を実施の形態１のハードウェア上で実行するにあたっては、より具体的には、次の構成としてもよい。まず、予め、基準とする状態における、燃料量の変化と発生熱量の変化との間の関係を、異なるエタノール濃度の燃料について複数個取得しておく。この取得した複数個の「燃料量の変化と発生熱量の変化との間の関係」を、「基準データ」として演算処理装置４０内のメモリに参照可能に記憶しておく。内燃機関２の運転中その他のアルコール濃度推定実行タイミングが到来したら、アルコール濃度推定処理中において、筒内直噴インジェクタ１２の燃料噴射量を所定量変化させ、この所定量変化に応じた燃焼圧（筒内圧センサ１６の出力から求めた筒内圧）を求める。燃焼圧から、発生熱量を算出する。燃料噴射量の所定量変化分と、発生熱量の変化分との関係を表すデータを求める。この求めたデータを、演算処理装置４０に記憶済みの上記の基準データとの間で比較し、アルコール濃度の同定を行う。

実施の形態１にかかる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置は、上記の基本的処理内容における「燃料噴射量の変更」を下記のように行う。すなわち、実施の形態１では、内燃機関の燃焼のサイクル毎に、同一の気筒における燃料噴射量の増量と減量とを入れ替える。このような入れ替えに応じて、燃料噴射量を増量した場合（リッチ側へ空燃比を変化させた場合）と燃料噴射量を減量した場合（リーン側へ空燃比を変化させた場合）との両方について、燃料噴射量変化に応じた発生熱量の変化量についての量的な測定データを取得する。この「取得した両方の測定データ」を上記の基本的処理内容におけるアルコール濃度推定に利用することによって（例えば、それら両方の測定データの平均値を利用することによって）、リッチ影響とリーン影響の両方の特性を考慮してアルコール濃度推定を行う。
内燃機関は、燃料量（燃料噴射量）を変化させたときの影響度が、リッチ側への変化とリーン側への変化との間で異なっていることが普通である。仮に、特定の気筒に対して、リッチ側変化とリーン側変化のうち片方のみに基づいてアルコール濃度推定を行うとすると、そのようなリッチ側変化とリーン側変化の影響度の相違を考慮に入れることができない。この点、実施の形態１によれば、リッチ影響とリーン影響の両方の特性を考慮してアルコール濃度推定を行うことができるので、推定精度を向上させることができる。

さらに、実施の形態１においては、上記の「燃料噴射量の変更の仕方」を、空燃比制御という観点からさらに改良することにした。すなわち、実施の形態１では、内燃機関２の全気筒のうち、「少なくとも１つの気筒（単一の気筒、または一部の複数の気筒）」についての燃料噴射量を、増量と減量のうち所定方向に変化させる。さらに、実施の形態１では、上記の少なくとも１つの気筒以外の「他の気筒」についての燃料噴射量を、上記所定方向とは反対の方向に変化させる。具体的には、上記「少なくとも１つの気筒」の燃料噴射量を「増量」させた場合には、上記「他の気筒」の燃料噴射量を「減量」する。
このとき、実施の形態１では、上記の「少なくとも１つの気筒」と「他の気筒」は、同じ数であるものとする。例えば、１番乃至４番の４つの気筒のうち、上記の「少なくとも１つの気筒」を１番気筒とした場合には、上記の「他の気筒」は、２乃至４番の気筒から選択した１つの気筒である。例えば、１番乃至４番の４つの気筒のうち、上記の「少なくとも１つの気筒」を１番気筒および２番気筒という２つの気筒とした場合には、上記の「他の気筒」は、３番気筒および４番気筒という２つの気筒とする。
なお、燃料噴射量を増量させたり減量させたりする気筒の数が多いほど、多数のデータを取得することができる。より多数のデータに基づき平均化等を行ってアルコール濃度を推定することにより、さらに精度良くアルコール濃度を推定することができる。
個々の内燃機関の具体的構成のばらつき例えば燃焼室容積のばらつきや、エンジン水温のばらつきが燃焼に影響を与えることにより、筒内圧のばらつきが生じる。筒内圧センサの測定結果にこのばらつきが含まれることで、アルコール濃度の推定結果にもその影響が及ぶ。こういった一台ごとの内燃機関のばらつきを考慮に入れないと、推定精度の低下をまねくおそれがある。この点、実施の形態１によれば、各内燃機関において複数の検出データを用いることによって、個々の内燃機関の燃焼に関するより詳しい情報をアルコール濃度推定に算入することができ、そのような各内燃機関の間に存在するばらつきが推定精度にもたらす影響を低減することができる。

さらに、実施の形態１においては、上記のように選択した「少なくとも１つの気筒」および「他の気筒」についての燃料噴射量の増量または減量に際し、「全体の空燃比が一定となるようにバランスを取る」という制御を取り入れることにした。ここでいう全体の空燃比とは、内燃機関２についてみた場合には、１番気筒乃至４番気筒までを全体として見た場合の内燃機関２の空燃比を意味している。実施の形態１においては、この全体の空燃比が一定となるように、燃料噴射量を増量した気筒（２つ以上の場合は、「気筒群」と表現できる）と、燃料噴射量を減量した気筒（２つ以上の場合は、「気筒群」と表現できる）との間で、空燃比のバランスを取る。例えば、全体の空燃比をストイキに保つ場合には、増量気筒の空燃比と減量気筒の空燃比とを含めた全体の空燃比がストイキとなるように、燃料噴射量の増量の程度および減量の程度を定める。エミッション特性の良否は排気通路の触媒の入口における空燃比に影響を受けるので、この触媒入口の空燃比をストイキに保つようにすることが好ましい。この点、実施の形態１によれば、個々の気筒の空燃比を相違させたとしても上述したように「全体の空燃比」をストイキに保つことができるので、内燃機関２の各気筒から排出されて排気経路３０を経て触媒３４の入口に至る排気ガスの組成を、良好なエミッション特性を実現するように、所望にコントロールすることができる。もちろん、必要に応じて、全体の空燃比をストイキ以外の所定空燃比に保つように、燃料噴射量の増量の程度および減量の程度を定めても良い。

実施の形態１では、上記の場合において、さらに、燃料噴射量変更を行う前の制御空燃比（つまり、アルコール濃度推定にかかる制御を開始する前の制御空燃比）に対して、アルコール濃度推定にかかる燃料噴射量制御中の「全体の空燃比」を一致させるものとする。これにより、実施の形態１にかかるアルコール濃度推定を実行する前と実行を開始した後とで空燃比を同じ値に制御することができる。その結果、空燃比の変化に伴うエミッション悪化を抑制することができる。
さらに、実施の形態１では、上記の全体の空燃比の一致を行うことによって、燃料噴射量すなわち燃料消費量についても、ベースの値（あるいは、アルコール濃度推定にかかる制御を開始する前の制御空燃比に応じた燃料噴射量）から変化させないようにする。つまり、燃料噴射量の増量分と減量分とを「相殺」する。このようにすることで、実施の形態１にかかるアルコール濃度推定の上記制御を開始する前後に渡って、消費燃料を同じ量に保つことができる。これにより発生トルクの変化を抑制し、ドライバビリティ悪化を抑制することができる。実施の形態１にかかるアルコール濃度推定装置で実施される上記の燃料噴射量変更は、運転者の意図（或いはアクセルペダル開度等）とは関係なく燃料噴射量を変更するものではあるが、通常状態（実施の形態１の燃料噴射量変更をしない状態）と比べてトータルの燃料消費量を同量にすることができる。従って、運転者の意図とは関係なく行われる強制的な制御ではあるものの、通常状態との相違を小さくすることができ、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。

［実施の形態１の具体的処理］
図２は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置において演算処理装置４０が実行するルーチンのフローチャートである。
図２に示すルーチンでは、先ず、演算処理装置４０が、Ｅ濃度（エタノール濃度）検出条件が成立しているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ１００）。このステップにより、内燃機関２およびこれが搭載された車両の運転状態が安定しており、実施の形態１にかかる空燃比変更（燃料噴射量変更）を行ったときにそのばらつきを十分に少なくできる状態にあるかどうかが判定される。具体的には、演算処理装置４０が、エンジン回転速度、エンジン負荷率、車速、およびそれらの変化率（定常判定等に利用）などを各種センサ値から取得し、これらの値に基づいて予め定めた運転状態の範囲内に該当するかどうかを判定する処理を実行する。このステップの条件が成立しない場合には、今回のルーチンが終了する。

ステップＳ１００の条件が成立した場合には、演算処理装置４０が、基本条件の発熱量を把握するための処理を実行する（ステップＳ１０２）。このステップでは、内燃機関２の筒内圧力を筒内圧センサ１６で検出し、発生熱量を計算する。この検出および計算を気筒毎に（実施の形態１では１番気筒から４番気筒までそれぞれ）行い、基本データを収集する。この基本データは、後ほどステップＳ１１２の処理において利用される。

続いて、演算処理装置４０が、等回転で、気筒Ａの燃料量を所定値ａ１に、気筒Ｂの燃料量を所定値ｂ１に変更する処理を実行する（ステップＳ１０４）。この「気筒Ａ」「気筒Ｂ」は、それぞれ、演算処理装置４０側で気筒を識別するために便宜上導入した気筒識別データである。「気筒Ａ」「気筒Ｂ」に何番の気筒を設定するかに応じて、図２のルーチンにおける燃料噴射量変更制御の対象となる気筒を変更することができる。
実施の形態１では、気筒Ａを１番気筒とし、気筒Ｂを４番気筒とする。このステップにおいて、演算処理装置４０が、気筒Ａ（１番気筒）の燃料噴射量を基本値（基準となる燃料噴射量）から所定の割合（所定値ａ１、所定値ｂ１）だけ変化させる。所定値ａ１は、基準となる燃料噴射量（ステップＳ１０２における燃料噴射量）に、所定増量分を加えた燃料噴射量である。所定値ｂ１は、所定値ａ１における所定増量分を、基準となる燃料噴射量からマイナスにした（減量した）ことにより求めた燃料噴射量である。従って、所定値ａ１と所定値ｂ１は、基準となる燃料噴射量に対して、ちょうど同等量を反対の増減方向に変化させた燃料噴射量に相当している。つまり、ｂ１はマイナスａ１の値に相当する。
実施の形態１では、所定値ａ１は、基本値を１０％増加させた値に設定する。これに応じて、所定値ｂ１は、基本値を１０％減量（つまり基本値からマイナス１０％）した値に設定する。

次に、演算処理装置４０が、気筒Ａの所定値ａ１に応じた燃焼および気筒Ｂの所定値ｂ１に応じた燃焼について、発生熱量を把握する処理を実行する（ステップＳ１０６）。このステップでは、演算処理装置４０が、ステップＳ１０４における２つの燃料噴射量変更に応じて、筒内圧センサ１６の出力に基づいて筒内圧を検出し、その検出値に基づいて発生熱量を計算する。

次に、演算処理装置４０が、等回転で気筒Ａの燃料量を所定値ａ２に、気筒Ｂの燃料量を所定値ｂ２に変更する処理を実行する（ステップＳ１０８）。このステップにおいて、演算処理装置４０が、気筒Ａ（１番気筒）の燃料噴射量を基本値（基準となる燃料噴射量）から所定の割合（所定値ａ２、所定値ｂ２）だけ変化させる。ステップＳ１０４のときと同様に、気筒Ａは１番気筒であり、気筒Ｂは４番気筒である。また、実施の形態１では、所定値ａ２は、基本値を２０％増加させた値に設定する。これに応じて、所定値ｂ１は、基本値を２０％減量（つまり基本値からマイナス２０％）した値に設定する。

次に、演算処理装置４０が、気筒Ａの所定値ａ２に応じた燃焼および気筒Ｂの所定値ｂ２に応じた燃焼について、発生熱量を把握する処理を実行する（ステップＳ１１０）。このステップでは、演算処理装置４０が、ステップＳ１０８における２つの燃料噴射量変更に応じて、筒内圧センサ１６の出力に基づいて筒内圧を検出し、その検出値に基づいて発生熱量を計算する。

次に、演算処理装置４０が、基本条件での発生熱量と所定値ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２に基づく平均の発生熱量との差分を求める処理を実行する（ステップＳ１１２）。
このステップでの計算には、ステップＳ１０６で求めた「所定値ａ１に応じた発生熱量」および「所定値ｂ１に応じた発生熱量」、並びにステップＳ１１０で求めた「所定値ａ２に応じた発生熱量」および「所定値ｂ２に応じた発生熱量」が用いられる。これらの各発生熱量は、「基本条件における発生熱量（ステップＳ１０２で求めた発生熱量）」との間に、それぞれ異なる大きさの差分を有している。このステップでは、演算処理装置４０がこれらの各差分を計算し、４つの差分値（所定値ａ１の発生熱量と基本条件の発生熱量との差分、所定値ａ２の発生熱量と基本条件の発生熱量との差分、所定値ｂ１の発生熱量と基本条件の発生熱量との差分、所定値ｂ２の発生熱量と基本条件の発生熱量との差分）を計算する。
次に、このステップでは、増量側（所定値ａ１、ａ２）についての２つの差分値と減量側（所定値ｂ１、ｂ２）についての２つの差分値とについて差分をそれぞれ平均し、増量側と減量側とで別々に「基本条件と燃料噴射量変更後との間の発生熱量差」を計算する。このようにして、気筒毎に求めた差分を平均して、その平均値と基本条件との差を計算する。このように増量側と減量側とで別々に計算を行う理由は、燃料噴射量変化に応じた発生熱量への影響度が増量側と減量側とで異なるからである。

次に、演算処理装置４０は、ステップＳ１１２で求めた燃料量変化分と発生熱量変化分との関係により、エタノール濃度を推定する処理を実行する（ステップＳ１１４）。このステップでは、ステップＳ１１２で求めた「基本条件と燃料噴射量変更後との間の発生熱量の差」が指し示す「基本条件からの燃料量変化に応じた、発生熱量の変化の特性」を、演算処理装置４０に記憶させておいた「基準データ」を用いて比較対照することによりエタノール濃度を推定（同定）する処理を、演算処理装置４０が実行する。比較対照に用いるこの「基準データ」は、所定エンジン条件（等回転速度など）について予め作成し、演算処理装置４０に記憶しておいたデータである。その後、今回のルーチンが終了する。

以上説明した処理によれば、リッチ影響とリーン影響の両方の特性を考慮してアルコール濃度推定を行うことができるので、推定精度を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態１の具体的処理では、気筒Ａについて燃料噴射量を増量し、気筒Ｂについて燃料噴射量を減量した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。「リッチ影響とリーン影響の両方の特性を考慮する」という点に鑑みれば、１つの気筒（例えば１番気筒）または気筒群（１番気筒＋他の１以上の気筒）について、ある燃焼サイクルではリッチ影響を検出し、その後の燃焼サイクルでリーン影響を検出する、という構成としてもよい。つまり、「サイクル毎に同一気筒の燃料の増減を交互に入れ替える」という構成としても良い。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置は、実施の形態１にかかる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置と同様のハードウェア構成（システム構成）を有している。すなわち、本発明の実施の形態２にかかる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置は、実施の形態１と同様に、直列４気筒型の内燃機関２に対して、吸気系の構成、排気系の構成、各種センサおよび演算処理装置４０が備えられたシステム構成に対して適用される。以下、重複を避けるために、実施の形態１で述べた構成と同一あるいは相当する構成には同じ符号を付し、適宜に説明を省略ないしは簡略化する。

［実施の形態２にかかる燃料噴射量変更パターンのバリエーション］
実施の形態２によれば、実施の形態１にかかるアルコール濃度推定装置において、複数の気筒のそれぞれについて燃料噴射量の変更（増減）をどのように行うかについての具体的形態が提供される。図３は、本発明の実施の形態２にかかる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置に適用される、気筒毎の燃料噴射量の増減のパターン例を示す図である。なお、実施の形態２にかかる内燃機関２の点火順は、「１番気筒→３番気筒→４番気筒→２番気筒→１番気筒・・」の順番とする。
図３（ａ）には、１番気筒（＃１）から４番気筒（＃４）までの全気筒の燃料噴射量を、基準となる燃料噴射量に一致させた状態を示している。図３（ｂ）から（ｈ）までのそれぞれは、各気筒において燃料噴射量を増量または減量した状態の様々なパターンを示している。

図３（ｂ）には、１番気筒について燃料噴射量を減量し（あるいは空燃比をリーン側変化させ）、他の気筒（２番乃至４番気筒）については、燃料噴射量を増量（あるいは空燃比をリッチ側変化）させた状態を示している。図３において、２番乃至４番気筒における燃料噴射量の増量の度合は、１番気筒における燃料噴射量の減量の度合に比して、少なく設定されている。つまり、基準燃料噴射量に対する偏差が、１番気筒のほうが相対的に大きく、２番乃至４番気筒のほうが相対的に小さく設定されている。とくに、図３（ｂ）においては、１番気筒におけるリーン側への空燃比変化を残りの３つの気筒におけるリッチ側への空燃比変化によって平均的に相殺し、「全体の空燃比」を図３（ａ）の場合と同等にするように、各気筒の増量分と減量分の関係が設定されている。
図３（ｃ）は、図３（ｂ）とは増量と減量の関係を逆にしたパターンを示している。

図３（ｄ）は、４つの気筒のうち２つの気筒の燃料噴射量を変化させ、残りの２つの気筒は基準の燃料噴射量のままに設定したパターンを示している。図３（ｄ）では、１番気筒の燃料噴射量が減量され、４番気筒の燃料噴射量が増量されており、その減量と増量は同程度の大きさに設定されている。実施の形態２においては、このようなパターンにおいて順番に噴射量変化気筒を変えていく。具体的には、実施の形態２にかかる図３（ｄ）のパターンにおいては、１番気筒リーン側変化および４番気筒リッチ側変化のペア、３番気筒リーン側変化および２番気筒リッチ側変化のペア、４番気筒リーン側変化および１番気筒リッチ側変化のペア、２番気筒リーン側変化および３番気筒リッチ側変化のペア、の順に、「燃料噴射量変更の対象とする気筒」と「噴射量増減の方向」とを切り換えてゆく。
図３（ｅ）は、図３（ｄ）とは増量と減量の関係を逆にしたパターンを示している。

図３（ｆ）は、複数の気筒からなる気筒群を複数個設定し、この複数の気筒群について、一方の気筒群の燃料噴射量と他方の気筒群の燃料噴射量とを反対の増減方向に変化させたパターンを示している。図３（ｆ）では、一方の気筒群（１番気筒および４番気筒）において燃料噴射量の減量が、他方の気筒群（２番気筒および３番気筒）において燃料噴射量の増量が、それぞれ行われている。実施の形態２においては、このようなパターンにおいて順番に噴射量変化気筒を変えていく。具体的には、実施の形態２かかる図３（ｆ）のパターンにおいては、点火順（１番気筒→３番気筒→４番気筒→２番気筒）のなかの２つおきのリーン・リッチ組合せとなり、リッチ気筒やリーン気筒が連続しないようにする。つまり、図３（ｆ）のパターンは、１番気筒リーン側変化→３番気筒リッチ側変化→４番気筒リーン側変化→２番気筒リッチ側変化というように、リーン側変化（噴射量減量）とリッチ側変化（噴射量増量）とが交互に実施されるパターンである。
図３（ｇ）は、図３（ｆ）とは増量と減量の関係を逆にしたパターンを示している。

上記の図３（ｄ）乃至（ｇ）にかかるパターンによれば、アルコール濃度推定に用いる情報を得るために燃料噴射量の変更を行うに際し、内燃機関２全体の空燃比の変動を低減し、トルク変動や排気ガス空燃比の変化を抑制することができる。これにより、内燃機関２の角速度変動を抑制できるという利点が得られる。

図３（ｈ）は、４つの気筒全てについて、燃料噴射量を同一の方向に変化させたパターンを示している。図３（ｈ）では、１番乃至４番気筒の全てにおいて、燃料噴射量の増量が、それぞれ行われている。このパターンは、発生熱量変化を調査することのみを目的とした場合の燃料噴射量パターンである。図３（ｈ）のパターンでは、上記の図３（ｂ）乃至（ｇ）と比べて、トルク変化、空燃比変化が大きく発生する。なお、図示しないが、図３（ｈ）の対称パターンとして、１番乃至４番気筒の全てにおいて、燃料噴射量の減量を行うパターンもある。図３（ｈ）のパターンと、図３（ｈ）の対称パターン（逆のパターン）とをサイクル単位で切り換えて実施の形態１にかかるアルコール濃度推定を行っても良く、必要に応じてその２つのパターンを交互に繰り返してもよい。

［実施の形態２の動作］
以下、実施の形態２にかかる内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置において行われる燃料噴射量変更動作の好ましい形態を、上記の図３で示した燃料噴射量変更のバリエーションの用い方とともに説明する。

（２−１）実施の形態２にかかる一つの形態は、図３（ｂ）、（ｃ）で示した「１つの気筒の噴射量増減」と「当該１つの気筒の噴射量増減分を平均的に相殺するような、他の複数の気筒の噴射量増減」とを行うパターンを利用するものである。増量や減量を行う気筒（図３（ｂ）（ｃ）では１番気筒）を点火順に切り換えていくことにより、全気筒に対して、図３（ｂ）（ｃ）の１番気筒のごとく燃料噴射量の増量と減量を行う。そのような燃料噴射量の増量と減量を行っていく過程で、増量に応じた筒内圧データおよび減量に応じた筒内圧データをそれぞれ取得していくことにより、実施の形態１で説明したアルコール濃度推定手法において用いるための「燃料量変化に応じた発生熱量の変化量」を取得する。

なお、同一の気筒に対する燃料噴射量の増減のタイミングは、「交互」でも、「全気筒実施後」でもよい。「交互」とは、「１つの気筒について燃料噴射量の増量を行った後、その１つの気筒について続けて燃料噴射量の減量を行うというように、各気筒について増量と減量を交互に適用していくことにより、複数の気筒に対して１つの気筒ずつ筒内圧データ収集を済ませていく進め方」のことを差しており、具体的には次の（イ）〜（へ）の形態である。
（イ）図３（ｂ）のように、１番気筒について減量を行い、２番〜４番気筒は増量を行う。
（ロ）次に、図３（ｃ）のように、１番気筒について増量を行い、２番〜４番気筒は減量を行う。つまり、上記の（イ）の場合と反対（基準の燃料噴射量に対して対称）のパターンで、燃料噴射量の変更を行う。これにより、「１番気筒についての燃料噴射量の増減」が完了する。
（ハ）「１番気筒についての燃料噴射量の増減」が完了したため、次に、点火順が次の順番の気筒（３番気筒）に対して、図３（ｂ）の１番気筒と同様の減量を行う。このとき、１番、２番および４番気筒に対しては、図３（ｂ）の２番乃至４番気筒に対して行ったのと同様の増量を行う。
（ニ）さらに、３番気筒に対して、図３（ｃ）の１番気筒と同様の減量を行う。このとき、１番、２番および４番気筒に対しては、図３（ｂ）の２番乃至４番気筒に対して行ったのと同様の増量を行う。これにより、「３番気筒についての燃料噴射量の増減」が完了する。
（ホ）次に、「３番気筒の次に点火順の気筒」である４番気筒に対して、上記の（イ）（ロ）で１番気筒に対して適用し上記の（ロ）（ハ）で３番気筒に対して適用したのと同様に、燃料噴射量の増量と減量を行う。これに応じて、４番気筒以外の他の気筒は、４番気筒の燃料噴射量の増量や減量を平均的に相殺するための燃料噴射量変更を行う。
（へ）次に、「４番気筒の次に点火順の気筒」である２番気筒に対して、上記の（イ）乃至（ホ）で１番、３番、４番気筒に対して順次適用してきたのと同様に、燃料噴射量の増量と減量を行う。これに応じて、２番気筒以外の他の気筒は、２番気筒の燃料噴射量の増量や減量を平均的に相殺するための燃料噴射量変更を行う。

一方、「全気筒実施後」とは、上記の「交互」とは異なり、「増量に応じた筒内圧データ取得が全気筒について実施された後、減量に応じた筒内圧データ取得が全気筒について実施される」という形態である。

上記の燃料噴射量変更方法によれば、気筒間における燃料量の変化の差分を小さくすることができ、変化の周期を長くできるため、角速度変動（回転変動）が少なくなり、ドライバビリティ悪化を少なくすることができる。また、排気ガスの変化の偏りを少なくでき変動が安定し、空燃比が安定し、エミッション悪化を抑制することができる。なお、上記の「交互」と「全気筒実施」のうち、「交互」のほうがより好ましい形態である。

（２−２）実施の形態２にかかる他の形態は、図３（ｄ）（ｅ）に示した「１つの気筒の噴射量増減」と「他の１つの気筒の噴射量増減」とを行うパターンを、増量や減量を行う気筒を点火順に切り換えていき、全気筒に対して燃料噴射量の増量と減量を行うものである。
これにより、燃料噴射量の増減による空燃比変化を１気筒おきに生じさせることができ、角速度変動を小さくすることができる。
また、１つのサイクルにおいて１つの気筒の増量と他の１つの気筒の減量とを行うことができる。その結果、各気筒についてリッチ側変化とリーン側変化の双方についての筒内圧測定データを取得する場合に、１つのサイクルについて２つずつ筒内圧測定データを取得していくことができるため、アルコール濃度推定に用いるための発生熱量データの検出にかかる時間を短くすることができる。速やかにデータ収集を完了することで、強制的な燃料噴射量変更を実施する期間を短くできその影響を受ける期間を減らすことができる。

（２−３）実施の形態２にかかる更に他の形態は、図３（ｆ）（ｇ）に示した「複数の気筒からなる気筒群を複数個設定し、この複数の気筒群について、一方の気筒群の燃料噴射量と他方の気筒群の燃料噴射量とを反対の増減方向に変化させたパターン」を利用するものである。この形態は、上記の（２−２）にかかる燃料噴射量変更方法を、複数個の気筒について同時に行っていく形態に相当している。これにより、全気筒の筒内圧データを取得する時間を短くすることができ、効率的なデータ収集が可能である。
この（２−３）にかかる形態は、４気筒の場合に限られるものではない。例えば６気筒Ｖ型内燃機関ではバンク毎に１気筒ずつ、例えば８気筒Ｖ型内燃機関ではバンク毎に２気筒ずつ、それぞれ、上記の（２−２）にかかる燃料噴射量変更方法を用いることができる。

なお、上記の（２−１）、（２−２）および（２−３）にかかる手法に共通する効果としては、全気筒の筒内圧データを取得して、そのデータに基づく発生熱量をアルコール濃度推定に用いることができるため、各気筒の偏り（ばらつき）の影響を抑制して、精度良くアルコール濃度を推定することができる。

［実施の形態２の具体的処理］
図４は、実施の形態１において演算処理装置４０が実行するルーチンのフローチャートである。
図４に示すルーチンでは、先ず、演算処理装置４０が、Ｅ濃度（エタノール濃度）検出条件が成立しているか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２００）。このステップでは、図２におけるステップＳ１００と同様のルーチンが実行されるものとする。このステップの条件が成立しない場合には、今回のルーチンが終了し、処理がリターンする。

ステップＳ２００の条件が成立した場合には、演算処理装置４０が、基本条件の発熱量を把握するための処理を実行する（ステップＳ２０２）。このステップでは、図２のルーチンのステップＳ１０２と同様に、この検出および計算を気筒毎に（実施の形態１では１番気筒から４番気筒までそれぞれ）行い、基本データを収集する。基本データの収集にあたっては、図３（ａ）に示すように、全気筒の燃料噴射量を同一の値に保った状態で、各気筒について筒内圧センサ１６の出力値取得、発生熱量計算を行うことができる。この基本データは、後ほどステップＳ２１２の処理において利用される。

次に、演算処理装置４０が、「Cylinder No. = E」の条件が成立しているか否かの判定処理を実行する（ステップＳ２０４）。このステップでは、現時点において、本ルーチンのために予め用意した識別データである「Cylinder No.」の値として、Eが設定されているか否かが判定される。図４のルーチンにおいては、Cylinder No.には、「１、２、３、４およびＥ」のいずれかの値が設定されている。このステップの条件が成立している場合には、実施の形態２にかかる燃料噴射量変更制御は実施されず、今回のルーチンが終了し、処理がリターンする。

ステップＳ２０４の条件が成立していない場合には、演算処理装置４０は、Cylinder No.に応じた番号の気筒を燃料噴射量変更制御の対象気筒として設定する処理を実行する（ステップＳ２０６）。前のステップで述べたように、Cylinder No.には、「１、２、３、４およびＥ」のいずれかの値が設定されている。本実施形態では、このCylinder No.の内容を、燃料噴射量変更制御の対象気筒を特定するための情報として利用するものとする。以下、便宜上、現時点で、Cylinder No.=1であるものとして説明を進める。
本ステップにおいて、Cylinder No.=1に応じて、気筒Ａとして１番気筒が設定される。また、本実施形態では、好ましい実施形態として、気筒Ｂを「１番気筒の対向気筒（本実施形態では、４番気筒がこれに当たる）」に設定する。なお、この「気筒Ａ」および「気筒Ｂ」は、実施の形態１にかかる具体的処理において説明したように、それぞれ、演算処理装置４０側で気筒を識別するために便宜上導入した気筒識別データである。図４のルーチンにおいても、図２のルーチンと同様、「気筒Ａ」「気筒Ｂ」に何番の気筒を設定するかに応じて燃料噴射量変更制御の対象となる気筒を変更することができるものとする。
上記のように、本実施形態では、好ましい実施形態として、気筒Ｂを「１番気筒の点火順についての対向気筒である４番気筒」に設定する。ここでいう「点火順についての対向気筒（以下、単に「対向気筒」とも称す）」とは、１サイクルの中で物理的に点火順が対向する位置にある気筒を意味しており、４サイクルエンジン（４ストロークエンジン）の場合はクランク角２回転（＝７２０°ＣＡ）の中で物理的に点火順が対向する位置にある気筒を指している。具体的には、例えば４気筒内燃機関において点火順が「１番気筒→３番気筒→４番気筒→２番気筒」である場合には、７２０°ＣＡの１サイクル中で、１番気筒の点火時期と４番気筒の点火時期とが互いに対向している。さらに、７２０°ＣＡの１サイクル中で、３番気筒の点火時期と２番気筒の点火時期も互いに対向している。従って、この場合には、「１番気筒と４番気筒」が対向気筒の関係にあり、「２番気筒と３番気筒」が対向気筒の関係にある。また、例えば６気筒内燃機関において点火順が「１番気筒→２番気筒→３番気筒→４番気筒→５番気筒→６番気筒」である場合には、「１番気筒と４番気筒」が対向気筒の関係にあり、「２番気筒と５番気筒」が対向気筒の関係にあり、「３番気筒と６番気筒」が対向気筒の関係にある。

その後、実施の形態１における図２のルーチンのステップＳ１０４乃至Ｓ１１０の処理が実行される。

ステップＳ１１０の処理が終了した後、次に、演算処理装置４０は、１番気筒についてのデータ検出（発生熱量計算のための筒内圧データ取得）が済んでいるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２１６）。このステップでは、１番気筒が本ルーチンにおける燃料噴射量変更制御の対象気筒として設定済みであるか否かが判定される。このステップの条件の成立が認められない場合には、Cylinder No.に１がセットされて（ステップＳ２１８）、今回のルーチンが終了し、処理がリターンする。

ステップＳ２１６の条件が成立している場合には、演算処理装置４０は、１番および３番気筒についてのデータ検出が済んでいるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２２０）。このステップでは、１番気筒につづけて、３番気筒が本ルーチンにおける燃料噴射量変更制御の対象気筒として設定済みであるか否かが判定される。このステップの条件の成立が認められない場合には、Cylinder No.に3がセットされて、今回のルーチンが終了し、処理がリターンする。

ステップＳ２１６の条件が成立している場合には、演算処理装置４０は、１番および３番気筒についてのデータ検出が済んでいるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２２０）。このステップでは、１番気筒につづけて、３番気筒が本ルーチンにおける燃料噴射量変更制御の対象気筒として設定済みであるか否かが判定される。このステップの条件の成立が認められない場合には、Cylinder No.に3がセットされて（ステップＳ２２２）、今回のルーチンが終了し、処理がリターンする。

ステップＳ２２０の条件が成立している場合には、演算処理装置４０は、１番、３番および４番気筒についてのデータ検出が済んでいるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２３０）。このステップでは、１番気筒、３番気筒につづけて、４番気筒が本ルーチンにおける燃料噴射量変更制御の対象気筒として設定済みであるか否かが判定される。このステップの条件の成立が認められない場合には、Cylinder No.に4がセットされて（ステップＳ２３２）、今回のルーチンが終了する。

ステップＳ２３０の条件が成立している場合には、演算処理装置４０は、１番、３番、４番および２番気筒についてのデータ検出が済んでいるか否かを判定する処理を実行する（ステップＳ２２０）。このステップでは、１番、３番および４番気筒につづけて、２番気筒が本ルーチンにおける燃料噴射量変更制御の対象気筒として設定済みであるか否かが判定される。このステップの条件の成立が認められない場合には、Cylinder No.に2がセットされて（ステップＳ２４２）、今回のルーチンが終了する。

ステップＳ２４０の条件が成立している場合には、Cylinder No.にＥがセットされる（ステップＳ２４２）。この時点で、内燃機関２の全気筒（４つの気筒）に対して、燃料噴射量変更に応じた筒内圧測定データ取得が完了したことになる。

その後、実施の形態１における図２のルーチンのステップＳ１１２およびＳ１１４の処理が実行され、各気筒についての発生熱量等を利用したエタノール濃度推定が行われる。

以上の処理によれば、実施の形態１にかかるエタノール濃度推定処理を、複数の気筒について、点火順に、順次適用していくことができる。これにより、全気筒についての発生熱量等の情報に基づいて、精度良くアルコール濃度を推定することができる。
また、実施の形態２によれば、前述した図３の燃料噴射パターンを利用して、アルコール濃度推定に用いる情報を得るために燃料噴射量の変更を行うに際し、内燃機関２全体の空燃比の変動を低減し、トルク変動や排気ガス空燃比の変化を抑制することができる。

２ 内燃機関
４ 気筒
６ ピストン
８ クランク角センサ
１０ ノックセンサ
１２ 筒内直噴インジェクタ
１４ スパークプラグ
１６ 筒内圧センサ
１８ 吸気バルブ
２０ 排気バルブ
２１ エアクリーナ
２２ 吸気通路
２３ 吸気圧センサ
２４ サージタンク
２６ スロットルバルブ
３０ 排気経路
３２ 空燃比センサ
３４ 触媒（Ｓ／Ｃ）
３６ 触媒（Ｕ／Ｆ）
４０ 演算処理装置

Claims (4)

1. 複数の気筒を有し前記複数の気筒のそれぞれに燃料噴射弁を備えた内燃機関において、前記それぞれの燃料噴射弁の燃料噴射量を別の量に設定する燃料噴射量設定手段と、
   前記複数の気筒のうち第１気筒についての燃料噴射量を基準噴射量に対して第１増量噴射量となるように設定し、前記第１増量噴射量での前記第１気筒の燃焼と同じサイクルにおける前記第１気筒以外の第２気筒についての燃料噴射量を前記基準噴射量に対して第１減量噴射量となるように設定する第１設定手段と、
   前記第１設定手段で設定した燃料噴射量による燃焼の後のサイクルにおいて、前記第１気筒の燃料噴射量を前記基準噴射量に対して前記第１増量噴射量と異なる量に増量した第２増量噴射量または前記基準噴射量に対して前記第１減量噴射量と異なる量に減量した第２減量噴射量に設定するとともに、前記第２気筒の燃料噴射量を前記第２増量噴射量と前記第２減量噴射量のうち前記第１気筒に設定しないほうに設定する第２設定手段と、
   前記第１増量噴射量での燃焼時における発生熱量および前記第２増量噴射量での燃焼時における発生熱量それぞれと前記基準噴射量における熱発生量との間の差分を平均した増量平均値を算出する第１算出手段と、
   前記第１減量噴射量での燃焼時における発生熱量および前記第２減量噴射量での燃焼時における発生熱量それぞれと前記基準噴射量における熱発生量との間の差分を平均した減量平均値を算出する第２算出手段と、
   前記増量平均値および前記減量平均値に基づいて前記内燃機関の燃料のアルコール濃度を推定する推定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置。
2. 前記第１気筒の空燃比と前記第２気筒の空燃比とを合わせた空燃比が一定となるように、前記燃料噴射量の前記設定を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置。
3. 前記第１増量噴射量における増量分が前記第１減量噴射量の減量分により相殺されるように、前記燃料噴射量の設定を行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置。
4. 前記第１気筒の燃料噴射量として設定した前記第１増量噴射量における増量分が前記第１気筒の次に点火を迎える気筒である次点火気筒に設定される燃料噴射量の減量分により相殺されるように、前記次点火気筒の燃料噴射量を設定することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関燃料のアルコール濃度推定装置。

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