JP6415390B2 - アルコール・ガソリン混合燃料のエンジン制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料中のアルコール濃度推定を用いて最適なエンジン制御を行うエンジン制御装置に関する。

自動車用筒内噴射式ガソリンエンジンでは、噴射する燃料中に混入するアルコール濃度に依存して、空燃比が変化する。そのため、高効率にエンジンを制御し、燃費の向上を図るためには、燃料中のアルコール濃度を推定し、その値に応じて、エンジンを制御する仕組みが必要となる。

従来から行われている、ラムコン（空燃比（Ａ／Ｆ）センサを使用した空燃比フィードバック制御）においても、燃料中のアルコール濃度を推定し、その値に応じて、各種のエンジン制御パラメータの補正が行われてきた。

燃料中のアルコール濃度の推定方法としては、アルコール濃度センサを用いて、燃料タンク内の燃料のアルコール濃度を検出する手法や、同じく、アルコール濃度センサを用いて、燃料吸気管を通る燃料内のアルコール濃度を検出する手法が公知となっている。

これらの推定方法を用いることによって、燃料中のアルコール濃度を推定し、その値に応じて、各種のエンジン制御パラメータの補正を行うことが可能となる。

しかしながら、アルコール濃度センサは、応答性や検出精度が低く、高効率にエンジンを制御し、燃費の向上を図る目的で用いるには、不向きであると考えられ、用いることができない。

このような課題に対する技術として、特許文献１に記載されたアルコール濃度推定手法がある。この手法では、燃料中のアルコール濃度が、燃料の供給により生ずる排気ガス中の湿度と一対一の関係で定まることを利用しており、吸気側と排気側の各々に湿度センサを用いている。

特開昭６２−１８９３３３号公報

上記特許文献１に記載の技術は、排気ガス中の湿度から、吸入空気中の湿度を差し引くことによって、燃料の供給により生ずる排気ガス中の湿度を計算し、排気ガス中の湿度とアルコール体積割合の関係グラフから、燃料中のアルコール濃度を推定する技術である。

しかしながら、吸気側と排気側の各々に湿度センサを配置することは、湿度センサが２つ必要であり、コスト高となる。また、吸入空気がエンジン筒内にて、燃料ととともに燃焼し、排気ガスとして出力されるまでには、時間差が生じるはずであり、両者の湿度の差分をもって算出された、燃料の供給により生ずる排気ガス中の湿度は、厳密なものではない可能性がある。

そのため、単一の湿度センサにて測定した、正確な湿度情報を用いて、推定されるアルコール濃度の精度を向上させ、各種制御パラメータのより正確な補正を行う技術が必要であった。

本発明の目的は、低コストでありながら、高精度なアルコール濃度を推定可能なアルコール・ガソリン混合燃料のエンジン制御装置を実現することである。

上記の目的を達成するため、本発明は、以下のように構成される。

アルコール・ガソリン混合燃料のエンジン制御装置において、車両のエンジンに吸入される吸入空気の湿度を検知する吸気湿度センサと、上記車両のエンジンに吸入される上記吸入空気の温度及び質量を検知するエアフローセンサと、上記エンジンの排気の空燃比を検出する空燃比センサと、上記車両のエンジンを制御するエンジンコントロールユニットとを備える。

エンジンコントロールユニットは、上記空燃比センサがストイキオメトリーを検知したときにおける、上記吸気湿度センサが検知した上記吸入空気の湿度と上記エアフローセンサが検知した上記吸入空気の温度及び質量とに基づいて上記吸入空気の酸素質量を算出し、上記車両のエンジンの燃料噴射装置に供給される燃料噴射パルスの幅に基づいて上記エンジンに供給されるエタノール又はメタノールとガソリンとの混合燃料の質量を算出し、算出した上記燃料の質量と上記吸入空気の酸素質量とから酸素と燃料とのモル比を算出し、算出した上記モル比から上記燃料のエタノール濃度又はメタノール濃度を推定し、推定したエタノール濃度又はメタノール濃度に従って上記エンジンの制御パラメータを補正し、上記車両のエンジンを制御する。

本発明によれば、低コストでありながら、高精度なアルコール濃度を推定可能なアルコール・ガソリン混合燃料のエンジン制御装置を実現することができる。

本発明の実施例１における燃料中のアルコール濃度推定方法のフローチャートである。 本発明の実施例１〜３によるエンジン全体のシステム図である。 本発明の実施例１〜３によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブロック図である。 本発明の実施例１〜２による絶対湿度、相対湿度、空気温度の関係を示すグラフである。 本発明の実施例１〜３による酸素／燃料のモル比と、燃料中のエタノール濃度の関係を示すグラフである。 本発明の実施例１〜３による酸素／燃料のモル比と、燃料中のメタノール濃度の関係を示すグラフである。 本発明の実施例１〜３による燃料噴射パルス幅と燃料噴射量の関係グラフである。 本発明の実施例１〜３によるアルコール濃度推定値を用いた補正係数を使用するフローチャートである。 本発明の実施例２による燃料中のアルコール濃度推定方法のフローチャートである。 本発明の実施例３による燃料中のアルコール濃度推定方法のフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１においては、湿度センサを吸気側のみに配置し、その湿度情報から算出される酸素質量と、燃料噴射パルス幅からわかる、燃料の体積をもとに算出した燃料質量を用いて、燃料中のアルコール濃度を推定する。

本発明の実施例１の原理について説明する。

吸入空気中の酸素と、燃料中のガソリン及びエタノールが、エンジン筒内にて燃焼する際の、化学反応式は、ｒをモルベースのエタノール含有率とすると、次式（１）のように表現できる。

ｘＯ_２＋（１−ｒ）＊Ｃ_ｎＨ_ｍ＋（ｒ）＊Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ→ｙＨ_２Ｏ＋ｚＣＯ_２・・・（１）
上記式（１）において、ｘ、ｙ、ｚ、ｎ、ｍは変数である。

上記酸素とガソリン及びエタノールが、過不足なく反応し、化学反応式（１）が成立する時は、完全燃焼時、すなわち、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ９にてストイキオメトリー（理論空燃比）を検知した時となる。

ストイキオメトリーを検知した時の、理想空燃比は燃料中の組成、すなわち、ガソリンとエタノールの比率に依存しており、ガソリンのみ、エタノールのみの理想空燃比は既知の値として、一般的に存在している。そのため、これらの値から、それぞれの理想的な酸素燃比を算出することが可能であり、上記の化学反応式（１）が成立することを考慮に入れた場合、酸素燃比と燃料中のエタノール濃度の関係は、燃料に含まれるのがガソリンのみの場合の酸素燃比を最大値、燃料に含まれるのがエタノールのみの場合の酸素燃比を最小値とする、直線グラフとして表現することができる。

このことより、酸素と燃料のモル比を求めるために、それぞれの質量を算出することができれば、上述の直線グラフより、燃料中のエタノール濃度を、推定できることになる。

また、吸入空気中の酸素と、燃料中のガソリン及びメタノールが、エンジン筒内にて燃焼する際の、化学反応式は、ｔをモルベースのメタノール含有率とすると、次式（２）のように表現できる。

ｘＯ_２＋（１−ｔ）＊Ｃ_ｎＨ_ｍ＋（ｔ）＊ＣＨ_３ＯＨ→ｙＨ_２Ｏ＋ｚＣＯ_２・・・（２）
この場合も、上記と同様の考え方に基づき、直線グラフにより、燃料中のメタノール濃度を、推定できることになる。

まず、酸素の質量を算出する方法を記載する。

空燃比（Ａ／Ｆ）センサ９にて検知した、ストイキオメトリー状態において、吸気湿度センサ３によって検出される、吸入空気の相対湿度［％］と、吸入空気量及び吸気温度を計測するエアフローセンサ１によって検出される、吸気温度［Ｋ］によって、吸入空気の絶対湿度［ｇ／ｌ］を算出する。

その一方で、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ９にて検知した、ストイキオメトリー状態において、吸入空気量及び吸気温度を計測するエアフローセンサ１によって検出される、吸気温度［Ｋ］と、吸入空気量及び吸気温度を計測するエアフローセンサ１によって検出される空気質量［ｇ／ｓ］によって、吸入空気の体積［ｌ／ｓ］を算出する。

上述の、吸入空気の絶対湿度［ｇ／ｌ］と体積［ｌ／ｓ］から、吸入空気の組成、すなわち、窒素、酸素、水の比率を求めることが可能となり、それ故、吸入空気の酸素質量［ｇ／ｓ］を算出することができる。

次に、燃料の質量［ｇ／ｓ］を算出する方法を示す。

燃料噴射量を制御する、燃料噴射パルス幅から、燃料の体積［ｍｍ^３］を算出することが可能である。

これに対して、既知の値である燃料の比重を掛け算することによって、燃料の質量［ｇ／ｓ］を算出することができる。

上記で算出した吸入空気の酸素質量［ｇ／ｓ］と燃料の質量［ｇ／ｓ］から、酸素と燃料の物質量（ｍｏｌ）を、それぞれ算出することが可能であり、それ故、酸素と燃料のモル比を求めることができ、直線グラフより、燃料中のエタノール濃度、もしくは、メタノール濃度を推定できる。

以下に、上記原理に基づいた本発明の実施例１について説明する。

図１は本発明の実施例１による、燃料中のアルコール濃度推定方法のフローチャート、図２は本発明の実施例１によるエンジン全体のシステム図、図３は本発明の実施例１によるエンジンの制御装置の構成を示すシステムブロック図である。

まず、図２、図３を参照して、本発明の実施例１によるエンジン全体のシステムと、エンジンの制御装置の構成とを説明する。

図２において、エンジン１００は、火花点火式燃焼を実行する自動車用のガソリンエンジンである。エンジン１００には、吸入空気質量及び吸気温度を計測するエアフローセンサ１と、吸気管圧力を調整する電子制御スロットル２と、吸気湿度を検出する吸気湿度センサ３と、酸素量を検出する吸気Ｏ_２センサ４と、大気圧を検出する吸気圧センサ７とが吸気管の適宜位置に備えられている。

ここで、吸気湿度センサ３は相対湿度及び絶対湿度が検出可能なセンサである。また、エンジン１００には、各気筒のシリンダ１４の中に燃料を噴射する燃料噴射装置（インジェクタ）１３と、点火エネルギーを供給する点火プラグ１６が備えられている。

また、筒内に流入、または筒内から排出するガスを調整する可変バルブ５が、シリンダヘッドに備えられている。可変バルブ５を調整することにより、全気筒の吸気量を調整する。また、図示していないが燃料噴射装置１３に高圧燃料を供給するための高圧燃料ポンプが燃料配管によって燃料噴射装置１３と接続されており、燃料配管中には、燃料噴射圧力を計測するための燃料圧力センサが備えられている。

さらに、排気を浄化する三元触媒１０と、空燃比検出器の一態様であって、三元触媒１０の上流側にて排気の空燃比を検出する空燃比（Ａ／Ｆ）センサ９が排気管１５の各々の適宜位置に配置されている。

エアフローセンサ１と吸気湿度センサ３と吸気Ｏ２センサ４と吸気圧センサ７と燃料レベルセンサ８と空燃比（Ａ／Ｆ）センサ９とバッテリ電圧センサ１７とから得られる信号は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０に送られる。また、アクセル開度センサ１２から供給される信号がＥＣＵ２０に送られる。アクセル開度センサ１２は、アクセルペダルの踏み込み量、すなわち、アクセル開度を検出する。ＥＣＵ２０は、アクセル開度センサ１２の出力信号に基づいて、要求トルクを演算する。すなわち、アクセル開度センサ１２は、エンジンへの要求トルクを検出する要求トルク検出センサとして用いられる。また、ＥＣＵ２０は、クランク角度センサの出力信号に基づいて、エンジンの回転速度を演算する。

ＥＣＵ２０は、上記各種センサの出力から得られるエンジンの運転状態に基づき、空気流量、燃料噴射量、点火時期、燃料圧力等のエンジンの主要な作動量を最適に演算する。

ＥＣＵ２０で演算された燃料噴射量は開弁パルス信号に変換され、インジェクタ１３に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算された点火時期で点火されるように、点火信号が点火プラグ１６に送られる。また、ＥＣＵ２０で演算されたスロットル開度は、スロットル駆動信号として電子制御スロットル２に送られる。

吸気管から吸気バルブを経てシリンダ１４内に流入した空気に対し、燃料が噴射され、混合気を形成する。混合気は所定の点火時期で点火プラグ１６から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストンを押し下げてエンジンの駆動力となる。更に、爆発後の排気ガスは排気管１５を経て、三元触媒１０に送りこまれ、排気成分は三元触媒１０内で浄化され、外部へと排出される。

図２において、符号６は吸気マニホールド、８は燃料レベルセンサ、１７はバッテリ電圧センサである。燃料レベルセンサ８は、エンジンの燃料を蓄える燃料タンク内の燃料のレベルを検知する。

次に、図３において、エアフローセンサ１、吸気湿度センサ３、吸気Ｏ２センサ４、吸気圧センサ７、燃料レベルセンサ８、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ９、アクセル開度センサ１２、バッテリ電圧センサ１７の出力信号は、ＥＣＵ２０の入力回路２０ａに入力される。但し、入力信号はこれらだけに限られない。入力された各センサの入力信号は入出力ポート２０ｂ内の入力ポートに送られる。入力ポート２０ｂに送られた値は、ＲＡＭ２０ｃに保管され、ＣＰＵ２０ｅで演算処理される。演算処理内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ２０ｄに予め書き込まれている。また、ＲＯＭ２０ｄには、絶対湿度と相対湿度と空気温度との関係（図４）、酸素／燃料のモル比と燃料中のエタノール濃度との関係（図５）、酸素／燃料のモル比と燃料中のメタノール濃度との関係（図６）、燃料噴射量と燃料噴射パルス幅との関係（図７）が記憶されている。

制御プログラムに従って演算された各アクチュエータの作動量を示す値は、ＲＡＭ２０ｃに保管された後、入出力ポート２０ｂ内の出力ポートに送られ、各駆動回路を経て各アクチュエータに送られる。本発明の実施例１の場合は、駆動回路として、電子制御スロットル駆動回路２０ｆ、インジェクタ駆動回路２０ｇ、点火装置駆動回路２０ｈがある。各回路は、それぞれ、電子制御スロットル２、燃料噴射装置（インジェクタ）１３、点火プラグ１６を制御する。本発明の実施例１においては、ＥＣＵ２０内に上記駆動回路を備えた装置であるが、これに限るものではなく、上記駆動回路のいずれかをＥＣＵ２０内に備えるものであってもよい。

次に、本発明の実施例１による燃料中のアルコール濃度推定方法について説明する。燃料中のアルコール濃度推定方法は、ＥＣＵ２０内のＣＰＵ２０ｅが、入力回路２０ａに入力された入力と、ＲＯＭ２０ｄに格納された処理プログラム、燃料中のエタノール濃度と酸素／燃料のモル比との関係、燃料中のメタノール濃度と酸素／燃料のモル比との関係、燃料噴射パルス幅と燃料噴射量との関係に基づいて実行する。

図１のステップＳ１０１において、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ９にて、ストイキオメトリーを検知後、ステップＳ１０２において、後述する燃料噴射パルス幅と燃料噴射量との関係グラフ（図７）を用いて、燃料噴射装置１３に指令した燃料噴射パルス幅から、燃料の体積［ｍｍ^３］を算出し、これをステップＳ１０３にて、燃料の比重と掛け算することによって、燃料の質量［ｇ／ｓ］を算出する。

また、それと同時に、ステップＳ１０４において、吸気湿度センサ３によって、検知された相対湿度「％」と、ステップＳ１０５において、吸入空気量及び吸気温度を計測するエアフローセンサ１によって、検知された空気温度［Ｋ］と、ステップＳ１０６において、吸入空気量及び吸気温度を計測するエアフローセンサ１によって、検知された空気質量［ｇ／ｓ］を用いて、ステップＳ１０９の吸入空気中の酸素質量［ｇ／ｓ］を算出する。

次に、ステップＳ１０９の吸入空気中の酸素質量［ｇ／ｓ］を算出するまでのフローについて、説明する。

ステップＳ１０７において、吸入空気の絶対湿度［ｇ／ｌ］を算出するために、ステップＳ１０４において、吸気湿度センサ３によって、検知された相対湿度「％」と、ステップＳ１０５において、吸入空気量及び吸気温度を計測するエアフローセンサ１によって、検知された空気温度［Ｋ］とを用いる。算出には、後述する、絶対湿度、相対湿度、空気温度の関係グラフ図４（湿り空気線図）を使用する。図４では、大気圧１０１．３２５ｋＰａ（海水面）を条件としているが、より正確な値を算出するため、吸気圧センサ７にて検知された大気圧の値を考慮に入れる必要がある。

相対湿度「％」は、その空気が最大含むことのできる水分量に対する割合を示す指標であるが、ステップＳ１０９において、吸入空気の組成を推定するためには、具体的な水分量の数値が必要であり、それ故、吸入空気の絶対湿度［ｇ／ｌ］を算出する、このステップが必要となる。

また、ステップＳ１０８において、吸入空気の体積［ｌ／ｓ］を算出するために、ステップＳ１０５にて、吸入空気量及び吸気温度を計測するエアフローセンサ１によって、検知された空気温度［Ｋ］と、ステップＳ１０６にて、吸入空気量及び吸気温度を計測するエアフローセンサ１によって、検知された空気質量［ｇ／ｓ］とを用いる。算出には、以下の気体の状態方程式（３）を使用する。ここで、圧力Ｐは、吸気圧センサ７にて検知された大気圧の値を用いる。

ＰＶ＝ｎＲＴ＝（ｗ／Ｍ）ＲＴ→Ｖ＝（（ｗ／Ｍ）ＲＴ）／Ｐ・・・（３）
ただし、上記式（３）において、Ｐは圧力、Ｖは体積、Ｒは気体定数、Ｔは温度、ｗは気体の質量、Ｍは気体のモル質量（分子量）、ｎは気体の物質量（モル数）である。

ステップＳ１０９において、吸入空気中の組成を推定し、酸素質量［ｇ／ｓ］を算出するために、ステップＳ１０７において算出された、吸入空気の絶対湿度［ｇ／ｌ］と、ステップＳ１０８において算出された、吸入空気の体積［ｌ／ｓ］を用いる。これらの情報により、空気中の水分量を算出することが可能であり、また、一般に空気中の窒素と酸素の比率は、既知であるため、吸入空気の組成、すなわち、窒素、酸素、水の比率を求めることが可能であり、それ故、吸入空気の酸素質量［ｇ／ｓ］を算出することができる。

ステップＳ１１０において、酸素／燃料のモル比を算出するために、ステップＳ１０３において算出された、燃料の質量［ｇ／ｓ］と、ステップＳ１０９において算出された、酸素質量［ｇ／ｓ］を用いる。上記で算出した各質量から、酸素と燃料の物質量（モル数）を算出することが可能であり、それ故、酸素／燃料のモル比を求めることができる。

ステップＳ１１１において、燃料中のアルコール濃度を推定するために、ステップＳ１１０において算出された、酸素／燃料のモル比を用いる。推定には、後述する図５に示される、酸素／燃料のモル比と燃料中のエタノール濃度の関係グラフ図、または、後述する図６に示される、酸素／燃料のモル比と燃料中のメタノール濃度の関係グラフ図を使用する。

ステップＳ１１２において、各種制御パラメータのより正確な補正を行うために、ステップＳ１１１で推定された、燃料中のアルコール濃度を用いる。

図４は、絶対湿度、相対湿度、空気温度の関係グラフ図（湿り空気線図）であり、図１のステップＳ１０７において、ステップＳ１０４で吸気湿度センサ３により検知された相対湿度「％」と、ステップＳ１０５で吸入空気量及び吸気温度を計測するエアフローセンサ１により検知された空気温度［Ｋ］とを用いて、吸入空気の絶対湿度［ｇ／ｌ］を算出するために使用されるものである。

図５は、酸素／燃料のモル比と燃料中のエタノール濃度との関係を示すグラフであり、図１のステップＳ１１１において、ステップＳ１１０で算出された、酸素／燃料のモル比を用いて、燃料中のアルコール濃度を推定するために用いられる。

ストイキオメトリーを検知した時の理想空燃比は、燃料中の組成、すなわち、ガソリンとエタノールとの比率に依存しており、ガソリンのみ、エタノールのみの理想空燃比は既知の値として、一般的に存在している。

そのため、これらの値から、それぞれの理想酸素燃比を算出することが可能であり、酸素燃比と燃料中のエタノール濃度の関係は、ガソリンのみの酸素燃比を最大値、エタノールのみの酸素燃比を最小値とする、直線グラフとして表現することができる。

図６は、酸素／燃料のモル比と燃料中のメタノール濃度との関係を示すグラフであり、図１のステップＳ１１１において、ステップＳ１１０で算出された、酸素／燃料のモル比を用いて、燃料中のアルコール濃度を推定するために用いられる。

ストイキオメトリーを検知した時の理想空燃比は、燃料中の組成、すなわち、ガソリンとメタノールの比率に依存しており、ガソリンのみ、メタノールのみの理想空燃比は既知の値として、一般的に存在している。

そのため、これらの値から、それぞれの理想的な酸素燃比を算出することが可能であり、酸素燃比と燃料中のメタノール濃度の関係は、ガソリンのみの酸素燃比を最大値、メタノールのみの酸素燃比を最小値とする、直線グラフとして表現することができる。

図７は、燃料噴射パルス幅と燃料噴射量の関係を示すグラフであり、図１のステップＳ１０２において、燃料噴射パルス幅から、燃料の体積［ｍｍ^３］を算出する際に、用いられるものである。流量は、燃料噴射装置（インジェクタ）１３の開弁パルス幅で決定され、図７では燃料噴射パルス幅と燃料噴射量の直線性を示している。パルス幅が小さい領域ではインジェクタ１３のバルブ（ニードル）が開ききらないため、噴射量は安定せず、直線性も大きくずれている。

燃料噴射パルス幅が１．５ｍｓｅｃから９．０ｍｓｅｃまでは安定した流量特性となっている。燃料噴射パルス幅が９．０ｍｓｅｃ以上ではインジェクタ１３のバルブが完全に閉じず、燃料噴射量が増大する。通常、パルス幅が１．５ｍｓｅｃ以下の小噴射域と、９．５ｍｓｅｃ以上の大噴射域の直線性が確保できない領域は使用しない。

図８は、本発明の実施例１におけるアルコール濃度推定値を用いた補正係数を使用するフローチャートであり、アルコール濃度推定値を用いた補正係数を使用する条件を示したものである。図８に示した動作は、ＥＣＵ２０のＣＰＵ２０ｅにより実行される。

図８のステップＳ８０１において、イグニッションＯＮを検知後、ステップＳ８０２にて、イグニッションＯＦＦ期間に燃料供給が行われたか否かを判断する。前回のイグニッションＯＦＦの直前に、燃料レベルセンサ８にて、検知された燃料レベルをＥＣＵ２０内のＲＯＭ（メモリ）２０ｄに保持（格納）しておき、これと、今回のイグニッションＯＮ時に検知された燃料レベルを比較し、その値が増加していた場合には、燃料供給が行われたと判断できる。また、前回の燃料レベルが保持されていない場合、例えば、今回がその車両にとって初回のイグニッションＯＮである場合にも、燃料レベルの比較結果に依らず、燃料供給が行われたと判断する。

ステップＳ８０２の結果、燃料供給が行われたと判断した場合には、ステップＳ８０３にて、アルコール濃度推定値を用いた補正係数を更新し、燃料供給が行われたと判断しなかった場合には、ステップＳ８０４にて、学習制御補正係数を更新する。その後、選択されたいずれかの補正係数を用いて、ステップＳ８０５にて、燃料噴射量の調整、点火タイミングの調整、吸入空気量の調整を行う。このことにより、２つの関連性のない補正係数の干渉を避け、より正確な調整を行うことが可能となる。

以上のように、本発明の実施例１は、吸気湿度センサ３が検知した相対湿度と、エアフローセンサ１が検知した空気温度とを用いて吸入空気の絶対湿度を算出し、エアフローセンサ１が検知した空気温度及び空気質量から吸入空気の体積を算出し、上記算出した吸入空気の絶対湿度と体積とから吸入空気中の酸素質量を算出する。一方、燃料噴射パルス幅から燃料の体積を算出し、算出した燃料の体積から燃料の質量を算出する。

そして、算出した吸入空気中の酸素質量と燃料の質量とから酸素／燃料のモル比を算出し、酸素／燃料のモル比と燃料中のアルコール濃度との関係から、燃料中のアルコール濃度を推定し、推定したアルコール濃度に従って各種のエンジン制御パラメータを補正するように構成されている。

したがって、本発明の実施例１によれば、単一の湿度センサにて測定した、正確な湿度情報を用いて、推定されるアルコール濃度の精度を向上させ、各種制御パラメータのより正確な補正を行うことができ、低コストでありながら、高精度なアルコール濃度を推定可能なアルコール・ガソリン混合燃料のエンジン制御装置を実現することができる。

（実施例２）
次に本発明の実施例２について説明する。なお、エンジン全体のシステム、エンジンの制御装置の構成、酸素／燃料のモル比と燃料中のエタノール濃度の関係、酸素／燃料のモル比と燃料中のメタノール濃度の関係、燃料噴射パルス幅と燃料噴射量の関係、アルコール濃度推定値を用いた補正係数の使用するフローについては、実施例１と同様であるので、図示及び詳細な説明は省略する。

図９は、本発明の実施例２による燃料中のアルコール濃度推定方法のフローチャートである。

本発明の実施例１と実施例２との相違点は、図１のステップＳ１０４に示す吸気湿度センサ３にて検知された相対湿度［％］を用いる代わりに、図９のステップＳ９１３に示す吸気湿度センサ３にて検知された絶対湿度［ｇ／ｌ］を用いることである。

一般に、湿度センサには、相対湿度のみ検出可能なものと、相対湿度と絶対湿度を検出可能なものがある。これは、用途に応じて、どのタイプの湿度センサを用いるかが決定される。例えば、燃料噴射について、流入空気量の制御に使用する場合は、相対湿度と絶対湿度とを検出可能な湿度センサが使用される。

上述した実施例１は、相対湿度のみ検出する湿度センサが使用される場合に、より適した例である。

これに対して、実施例２は、絶対湿度を検出可能な湿度センサを使用する場合の例である。

このため、実施例２においては、図１のステップＳ１０７にて、ステップＳ１０４で吸気湿度センサ３によって検知された相対湿度「％」と、ステップＳ１０５で吸入空気量及び吸気温度を計測するエアフローセンサ１によって検知された空気温度［Ｋ］を基に絶対湿度［ｇ／ｌ］を算出する演算のステップが省略される。

本発明の実施例２は、より少ないステップ数で応答性良く、アルコール濃度推定値を用いた補正係数を算出することができるようになる。

図１に示したステップＳ１０１〜Ｓ１０３、Ｓ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１０８〜Ｓ１１２は、図９に示したステップＳ９０１〜Ｓ９０３、Ｓ９０５、Ｓ９０６、Ｓ９０８〜Ｓ９１２と同様な内容であり、図１のステップＳ１０４、Ｓ１０７に代えて、吸気湿度センサ３により絶対湿度を検知するステップＳ９１３が図９に示されている。

本発明の実施例２においては、実施例１と同様に、図９のステップＳ９０９において、吸入空気中の組成を推定し、酸素質量［ｇ／ｓ］を算出するために、ステップＳ９１３で算出された、吸入空気の絶対湿度［ｇ／ｌ］と、ステップＳ９０８で算出された、吸入空気の体積［ｌ／ｓ］を用いる。これらの情報により、空気中の水分量を算出することが可能であり、また、一般に空気中の窒素と酸素の比率は、既知であるため、吸入空気の組成、すなわち、窒素、酸素、水の比率を求めることが可能であり、それ故、吸入空気の酸素質量［ｇ／ｓ］を算出することができる。

その後、ステップＳ９１１において、燃料中のアルコール濃度を推定するために、ステップＳ９１０で算出された、酸素／燃料のモル比を用いる。推定には、図５に示される、酸素／燃料のモル比と燃料中のエタノール濃度の関係を示すグラフ、または、図６に示される、酸素／燃料のモル比と燃料中のメタノール濃度の関係を示すグラフが使用される。

本発明の実施例２においても、実施例１と同様な効果を得ることができ、より少ないステップ数で応答性良く、アルコール濃度推定値を用いた補正係数を算出することができるようになる。

（実施例３）
次に、本発明の実施例３について説明する。なお、エンジン全体のシステム、エンジンの制御装置の構成、酸素／燃料のモル比と燃料中のエタノール濃度の関係、酸素／燃料のモル比と燃料中のメタノール濃度の関係、燃料噴射パルス幅と燃料噴射量の関係、アルコール濃度推定値を用いた補正係数の使用するフローについては、実施例１と同様であるので、図示及び詳細な説明は省略する。

図１０は、本発明の実施例３による燃料中のアルコール濃度推定方法のフローチャートである。

本発明の実施例１と実施例３の相違点は、図１のステップＳ１０４に示す吸気湿度センサ３にて検知された相対湿度［％］を用いる代わりに、図１０のステップＳ１０１４に示す吸気Ｏ_２センサ４により算出された酸素質量［ｇ／ｓ］を用いることである。エンジン制御用に高精度の吸気Ｏ_２センサ４が使用されている場合は、吸気Ｏ_２センサ４により、酸素質量の算出が可能である。

吸気Ｏ_２センサ４により、酸素質量を算出することにより、図１のステップＳ１０４、ステップＳ１０５、ステップＳ１０６、ステップＳ１０７、ステップＳ１０８、ステップＳ１０９の各ステップが省略され、より少ないステップ数で応答性良く、アルコール濃度推定値を用いた補正係数を算出することができるようになる。

図１に示したステップＳ１０１〜Ｓ１０３、Ｓ１１０〜Ｓ１１２は、図１０に示したステップＳ１００１〜Ｓ１００３、Ｓ１０１０〜Ｓ１０１２と同様な内容であり、図１のステップＳ１０４〜Ｓ１０９に代えて、吸気Ｏ_２センサ４により酸素質量を算出するステップＳ１０１４が図１０に示されている。

本発明の実施例３においては、本発明の実施例１と同様に、図１０の、ステップＳ１０１１において、燃料中のアルコール濃度を推定するために、ステップＳ１０１０で算出された、酸素／燃料のモル比を用いる。推定には、図５に示される、酸素／燃料のモル比と燃料中のエタノール濃度の関係を示すグラフ、または、図６に示される、酸素／燃料のモル比と燃料中のメタノール濃度の関係を示すグラフを使用する。

本発明の実施例３においても、実施例１と同様な効果を得ることができ、より少ないステップ数で応答性良く、アルコール濃度推定値を用いた補正係数を算出することができるようになる。

なお、本発明は上記した実施例１〜３に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例１〜３は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。

また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。

また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

１・・・吸入空気量及び吸気温度を計測するエアフローセンサ、２・・・電子制御スロットル、３・・・吸気湿度センサ、４・・・吸気Ｏ_２センサ、５・・・可変バルブ、６・・・吸気マニホールド、７・・・吸気圧センサ、８・・・燃料レベルセンサ、９・・・空燃比（Ａ／Ｆ）センサ、１０・・・三元触媒、１２・・・アクセル開度センサ、１３・・・燃料噴射装置（インジェクタ）、１４・・・シリンダ、１５・・・排気管、１６・・・点火プラグ、１７・・・バッテリ電圧センサ、２０・・・ＥＣＵ、２０ａ・・・入力回路、２０ｂ・・・入出力ポート、２０ｃ・・・ＲＡＭ、２０ｄ・・・ＲＯＭ、２０ｅ・・・ＣＰＵ、２０ｆ・・・電子制御スロットル駆動回路、２０ｇ・・・インジェクタ駆動回路、２０ｈ・・・点火装置駆動回路、１００・・・エンジン

Claims (4)

1. 車両のエンジンに吸入される吸入空気の湿度を検知する吸気湿度センサと、
   上記車両のエンジンに吸入される上記吸入空気の温度及び質量を検知するエアフローセンサと、
   上記エンジンの排気の空燃比を検出する空燃比センサと、
   上記空燃比センサがストイキオメトリーを検知したときにおける、上記吸気湿度センサが検知した上記吸入空気の湿度と上記エアフローセンサが検知した上記吸入空気の温度及び質量とに基づいて上記吸入空気の酸素質量を算出し、上記車両のエンジンの燃料噴射装置に供給される燃料噴射パルスの幅に基づいて上記エンジンに供給されるエタノール又はメタノールとガソリンとの混合燃料の質量を算出し、算出した上記燃料の質量と上記吸入空気の酸素質量とから酸素と燃料とのモル比を算出し、算出した上記モル比から上記燃料のエタノール濃度又はメタノール濃度を推定し、推定したエタノール濃度又はメタノール濃度に従って上記エンジンの制御パラメータを補正し、上記車両のエンジンを制御するエンジンコントロールユニットと、
   を備えることを特徴とするアルコール・ガソリン混合燃料のエンジン制御装置。
2. 請求項１に記載のアルコール・ガソリン混合燃料のエンジン制御装置において、
   上記吸気湿度センサは、相対湿度センサ又は絶対湿度センサであり、上記エンジンコントロールユニットは、上記空燃比センサがストイキオメトリーを検知したときにおける、上記吸気湿度センサが検知した吸入空気の湿度と、上記エアフローセンサが検知した上記吸入空気の温度及び質量とに基づいて上記吸入空気の酸素質量を算出することを特徴とするアルコール・ガソリン混合燃料のエンジン制御装置。
3. 請求項２に記載のアルコール・ガソリン混合燃料のエンジン制御装置において、
   上記エンジンコントロールユニットは、推定した燃料中のエタノール濃度又はメタノール濃度に従って、上記燃料噴射装置の燃料噴射量の調整と、上記エンジンの点火タイミングの調整と、上記エンジンへの吸入空気量の調整とを行うことを特徴とするアルコール・ガソリン混合燃料のエンジン制御装置。
4. 請求項３に記載のアルコール・ガソリン混合燃料のエンジン制御装置において、
   上記エンジンの燃料を蓄える燃料タンク内の燃料のレベルを検知する燃料レベルセンサと、上記エンジンの制御パラメータを補正する補正係数を格納するメモリを備え、上記エンジンコントロールユニットは、上記燃料レベルセンサにより検知された燃料のレベルに従って、上記燃料タンクに燃料が供給されたと判断した場合には、上記メモリに記憶された格納された上記補正係数を更新することを特徴とするアルコール・ガソリン混合燃料のエンジン制御装置。

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