JP7307760B2

JP7307760B2 - 推定装置

Info

Publication number: JP7307760B2
Application number: JP2021047516A
Authority: JP
Inventors: 陽介井上
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2023-07-12
Anticipated expiration: 2041-03-22
Also published as: JP2022146518A; BR102022004763A2

Description

本発明は、混合燃料を使用するフレキシブル燃料機関についてその使用中の混合燃料に含まれる各燃料の濃度を推定する推定装置に関する。

下記の特許文献１には、筒内圧センサを用いて発熱量を算出し、その発熱量と混合燃料のアルコール濃度との関係性から、現在使用中の混合燃料のアルコール濃度を推定するフレキシブル燃料機関の電子制御ユニットが開示されている。

特開２００９－１３８５５６号公報

しかしながら、上記特許文献１では、発熱量を算出するために、フレキシブル燃料機関におけるクランク角度毎の燃料圧力が積分されており、演算頻度が高く負荷が大きくなる傾向にある。また、専用の演算装置が必要となり、部品点数が増大する。

そこで、本発明は、演算負荷を軽減しつつ燃料の濃度を推定し得る推定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る推定装置（３６）は、以下の構成を有する。

第１の構成；フレキシブル燃料機関（１０）の燃焼室（２２）に設けられ、混合燃料が燃焼した際に増幅した筒内圧を検知する筒内圧センサ（４４）と、検知された筒内圧に基づき各燃料の濃度を推定する濃度推定部（４８）と、を備える。

第２の構成；前記濃度推定部（４８）は、外界環境の大気圧、水蒸気分圧、気温および湿度に応じて変更となる環境補正係数（ｋ）を用いて、前記各燃料の濃度を推定する。

第３の構成；前記濃度推定部（４８）による濃度推定は、前記フレキシブル燃料機関（１０）が所定の回転数の時に行われる。

第４の構成；前記濃度推定部（４８）による濃度推定は、前記フレキシブル燃料機関（１０）がアイドリングの状態で行われる。

本発明の第１の構成によれば、発熱量を算出することなく筒内圧に基づき燃料の濃度を推定するので、演算頻度を減らすことができる。そのため、演算負荷を小さくしつつ燃料の濃度を推定することができる。また、濃度推定部での演算負荷を小さくすることができるので、専用の演算装置を設ける必要がなくなるため、部品点数を減らすことができる。そのため、コストダウンすることが可能となる。

本発明の第２の構成によれば、外界環境の影響を受けることなく燃料の濃度を推定するので、高精度に燃料の濃度を推定することができる。また、環境補正係数のみで燃料の濃度を推定するので、演算負荷の肥大化を抑えることができる。加えて、濃度推定部での演算負荷を小さくすることができるので、専用の演算装置を設ける必要がなくなるため、部品点数を減らすことができる。そのため、コストダウンすることが可能となる。

本発明の第３の構成によれば、所定の回転数に応じた濃度推定が行われるので、各燃料の濃度の推定精度を向上させることができる。

本発明の第４の構成によれば、燃焼状態が安定している状態であるため、インジェクター（燃料噴射装置）内の燃料が均質化された状態で燃料濃度を推定することができる。そのため、燃料推定の精度を向上させることができる。

混合燃料を使用するフレキシブル燃料機関の構成図である。推定装置の構成図である。筒内圧とクランク角との関係を示すグラフである。燃料の濃度を推定する濃度推定処理の手順を示すフローチャートである。アルコールおよびガソリンの濃度とエンジン回転数と筒内圧との関係を示すグラフである。

本発明について、好適な実施形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

図１は、混合燃料を使用するフレキシブル燃料機関１０の構成図である。フレキシブル燃料機関１０には、第１の燃料と第２の燃料との混合燃料を噴射するインジェクター（燃料噴射装置）１２が設けられる。第１の燃料として、エタノール等のアルコールが挙げられ、第２の燃料としてガソリンが挙げられる。

フレキシブル燃料機関１０の気筒１６には吸気管１８が接続される。なお、フレキシブル燃料機関１０は多気筒であってもよい。吸気管１８には、インジェクター（燃料噴射装置）１２と、気筒１６に吸気される空気量を調整するためのスロットルバルブ２０とが設けられる。このスロットルバルブ２０の開度は、車両のアクセルグリップやアクセルペダル等の開度に応じて大きくなる。スロットルバルブ２０を通過した空気に、インジェクター（燃料噴射装置）１２から混合燃料が噴射されることで混合燃料が気化し混合気が生成される。

フレキシブル燃料機関１０の気筒１６には、燃焼室２２内の混合気を爆発させるための点火プラグ２４と、吸気バルブ２６とが設けられる。吸気バルブ２６が開いている間は、吸気管１８の混合気が気筒１６の燃焼室２２に流入する（吸気行程）。この混合気の流入と共に、ピストン２８は下降する。混合気が燃焼室２２に流入され、ピストン２８が上昇することで燃焼室２２内の混合気が圧縮される（圧縮行程）。その後、気筒１６に設けられた点火プラグ２４が点火することで、圧縮された混合気が爆発してピストン２８が加速しながら下降する（燃焼行程）。再びピストン２８が上昇すると、排気バルブ３０が開かれ、燃焼室２２内にある排気ガスが排気管３２から排出される（排気行程）。これら吸気行程、圧縮行程、燃焼行程および排気行程の一連の行程を１サイクルとするピストン２８の上下運動によってフレキシブル燃料機関１０のクランク軸３４が回転する。なお、フレキシブル燃料機関１０が多気筒であった場合は、各気筒の吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、および排気行程は、タイミングが異なるので、点火プラグ２４の点火タイミングも気筒１６毎に異なる。

図２は、推定装置３６の構成図である。推定装置３６は、フレキシブル燃料機関１０で使用中の混合燃料に含まれる各燃料の濃度を推定するものである。推定装置３６には、記憶部３８、スロットル開度センサ４０、エンジン回転数センサ４２、筒内圧センサ４４、外気センサ４６、および、濃度推定部４８が備えられる。

スロットル開度センサ４０は、スロットルバルブ２０の開度（以下、バルブ開度と称する）を検知する。エンジン回転数センサ４２は、フレキシブル燃料機関１０のクランク軸３４の回転数（以下、エンジン回転数と称する）を検知する。筒内圧センサ４４は、燃焼室２２に設けられ、混合燃料が燃焼した際に増幅した筒内圧を検知する。

外気センサ４６は、フレキシブル燃料機関１０の外界における大気中の状態を検知するものである。外気センサ４６として、本実施形態では、気温センサ５０、気圧センサ５２、および、湿度センサ５４が備えられる。

気温センサ５０は、フレキシブル燃料機関１０の外界における大気中の温度を検知する。なお、気温センサ５０は、大気中の温度と共に、フレキシブル燃料機関１０を搭載する車両が排気するガスの温度（排気温度）を検知してもよい。気圧センサ５２は、フレキシブル燃料機関１０の外界における大気中の圧力を検知する。湿度センサ５４は、フレキシブル燃料機関１０の外界における大気中の湿度を検知する。

濃度推定部４８は、ＥＣＵに設けられる。濃度推定部４８は、スロットル開度センサ４０、エンジン回転数センサ４２、筒内圧センサ４４および外気センサ４６の検知信号に基づいて、各燃料の濃度を推定する。

図３は、筒内圧とクランク角との関係を示すグラフである。筒内圧のピークは、フレキシブル燃料機関１０の外部環境に応じて変化する傾向にある。図３では、冬季の筒内圧の波形が実線で示され、秋季の筒内圧の波形が破線で示され、夏季の筒内圧の波形が一点鎖線で示されており、季節に応じて筒内圧のピークにばらつきが生じていることが分かる。筒内圧にばらつきが生じないように、インジェクター（燃料噴射装置）１２から噴射する混合燃料の燃料比が調整されれば、燃焼効率が向上され得る。そこで、濃度推定部４８は、フレキシブル燃料機関１０の外界環境を考慮して混合燃料の各燃料の濃度を推定する。

図４は、燃料の濃度を推定する濃度推定処理の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１において、濃度推定部４８は、スロットル開度センサ４０およびエンジン回転数センサ４２から検知信号の読み込みを開始する。スロットル開度センサ４０およびエンジン回転数センサ４２からの検知信号の読み込みが開始されると、濃度推定処理はステップＳ２に移行する。

ステップＳ２において、濃度推定部４８は、筒内圧センサ４４から検知信号の読み込みを開始する。筒内圧センサ４４からの検知信号の読み込みが開始されると、濃度推定処理はステップＳ３に移行する。

ステップＳ３において、濃度推定部４８は、スロットル開度センサ４０、エンジン回転数センサ４２および筒内圧センサ４４からの検知信号に基づいて、規定サイクル数の筒内圧の平均を算出する。規定サイクル数の筒内圧の平均が算出されると、濃度推定処理はステップＳ４に移行する。

ステップＳ３で平均が算出される筒内圧は、主に、大気中の水蒸気分圧および温度に応じて変化する。このため、濃度推定部４８には、筒内圧に対する補正係数として、大気中の水蒸気分圧および温度に応じて変動する環境補正係数ｋが設定され、設定された環境補正係数ｋが記憶部３８に記憶される。

ステップＳ４において、濃度推定部４８は、大気中の水蒸気分圧および気温に基づいて、記憶部３８に記憶される環境補正係数ｋを変更する。大気中の水蒸気分圧は、濃度推定部４８で算出されてもよく、大気中の温度との関係を示す関係表として記憶部３８に記憶されてもよい。

大気中の水蒸気分圧が濃度推定部４８で算出される場合、濃度推定部４８は、気温センサ５０、湿度センサ５４、および、気圧センサ５２からの検出信号に基づいて、既知の算出手法を用いて大気中の水蒸気分圧を算出し得る。

大気中の水蒸気分圧が大気中の温度との関係を示す関係表として記憶部３８に記憶される場合、濃度推定部４８は、外気センサ４６の気温センサ５０からの検出信号に対応する水蒸気分圧を関係表から取得する。この場合、濃度推定部４８での水蒸気分圧の演算を省くことができ、また、外気センサ４６のセンサ数を低減することができる。

なお、大気中の水蒸気分圧が大気中の温度との関係を示す関係表は、地域毎に記憶部３８に記憶されてもよい。地域毎に関係表が記憶される場合、濃度推定部４８は、ユーザ操作に応じて選択された地域の関係表を用いることで、実際の使用地域に適した水蒸気分圧を取得することができる。

濃度推定部４８は、記憶部３８に記憶される環境補正係数ｋを変更すると、変更した環境補正係数ｋを、ステップＳ３で算出された筒内圧の平均に乗算することで、ステップＳ３で算出された筒内圧の平均を補正する。ステップＳ３で算出された筒内圧の平均が補正されると、濃度推定処理はステップＳ５に移行する。

ここで、図５に示すように、インジェクター（燃料噴射装置）１２が噴出する単位時間あたりの噴出量を一定とした場合、筒内圧と、エンジン回転数との関係は、混合燃料の比が変わっても概ね比例関係にある。記憶部３８には、筒内圧と、エンジン回転数と、混合燃料の比との３つの要素の関係を示す要素関係式または要素グラフが記憶される。

ステップＳ５において、濃度推定部４８は、記憶部３８に記憶された要素関係式または要素グラフを用いて、ステップＳ４で補正された筒内圧の平均に対応する各燃料の濃度を推定する。

濃度推定部４８による濃度推定は、フレキシブル燃料機関１０が所定の回転数（エンジン回転数）の時に行われる。すなわち、濃度推定部４８は、エンジン回転数センサ４２からの検出信号に基づいて、フレキシブル燃料機関１０が所定の回転数の時を認識し、この時、要素関係式または要素グラフを用いて混合燃料の各燃料の濃度を推定する。なお、濃度推定部４８による濃度推定は、フレキシブル燃料機関１０がアイドリングの状態で行われてもよい。

濃度推定部４８で混合燃料の各燃料の濃度が推定された場合、ＥＣＵの燃料調整部（図示せず）は、推定された濃度に基づいて、インジェクター１２に送り出す第１の燃料および第２の燃料の単位時間あたりの送り量を調整する。したがって、フレキシブル燃料機関１０の外界環境の季節等に左右されることなく筒内圧が概ね一定に維持されることになり、この結果、燃焼効率が向上される。

このように、本実施形態では、ＥＣＵの濃度推定部４８が、筒内圧センサ４４で検知された筒内圧に基づき、フレキシブル燃料機関１０の使用中の混合燃料に含まれる各燃料の濃度を推定する。これにより、特許文献１のように発熱量を算出することなく燃料の濃度を推定することができるため、濃度推定部４８での演算頻度を減らすことができる。この結果、演算負荷を小さくしつつ燃料の濃度を推定することができる。また、濃度推定部４８での演算負荷を小さくすることができるので、専用の演算装置を設ける必要がなくなるため、部品点数を減らすことができる。そのため、コストダウンすることが可能となる。

また、濃度推定部４８は、外界環境の大気圧、水蒸気分圧、気温および湿度に応じて変更となる環境補正係数ｋを用いて、混合燃料に含まれる各燃料の濃度を推定する。これにより、外界環境の影響を受けることなく濃度を推定することができ、この結果、高精度に燃料の濃度を推定することができる。また、環境補正係数ｋのみで燃料の濃度を推定するので、濃度推定部４８での演算負荷の肥大化を抑えることができる。加えて、濃度推定部４８での演算負荷を小さくすることができるので、専用の演算装置を設ける必要がなくなるため、部品点数を減らすことができる。そのため、コストダウンすることが可能となる。

また、濃度推定部４８による濃度推定は、フレキシブル燃料機関１０が所定の回転数の時に行われる。所定の回転数に応じた濃度推定が行われるので、各燃料の濃度の推定精度を向上させることができる。

なお、濃度推定部４８による濃度推定は、フレキシブル燃料機関１０がアイドリングの状態で行われる場合、燃焼状態が安定している状態であるため、インジェクター（燃料噴射装置）１２内の燃料が均質化された状態で燃料濃度を推定することができる。そのため、燃料推定の精度を向上させることができる。

以上、本発明について好適な実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態の記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。また、特許請求の範囲に記載された括弧書きの符号は、本発明の理解の容易化のために添付図面中の符号に倣って付したものであり、本発明がその符号をつけた要素に限定されて解釈されるものではない。

１０…フレキシブル燃料機関１２…インジェクター
１６…気筒１８…吸気管
２０…スロットルバルブ２２…燃焼室
２４…点火プラグ２６…吸気バルブ
２８…ピストン３０…排気バルブ
３２…排気管３４…クランク軸
３６…推定装置３８…記憶部
４０…スロットル開度センサ４２…エンジン回転数センサ
４４…筒内圧センサ４６…外気センサ
４８…濃度推定部５０…気温センサ
５２…気圧センサ５４…湿度センサ

Claims

混合燃料を使用するフレキシブル燃料機関（１０）についてその使用中の混合燃料に含まれる各燃料の濃度を推定する推定装置（３６）であって、
前記フレキシブル燃料機関（１０）の燃焼室（２２）に設けられ、前記混合燃料が燃焼した際に増幅した筒内圧を検知する筒内圧センサ（４４）と、
検知された筒内圧に基づき前記各燃料の濃度を推定する濃度推定部（４８）と、
を備え、
前記濃度推定部（４８）は、外界環境に応じて変更される環境補正係数（ｋ）を用いて、前記各燃料の濃度を推定する、推定装置（３６）。
請求項１に記載の推定装置（３６）であって、
前記濃度推定部（４８）は、外界環境の大気圧、水蒸気分圧、気温および湿度に応じて変更となる環境補正係数（ｋ）を用いて、前記各燃料の濃度を推定する、推定装置（３６）。
請求項１または２に記載の推定装置（３６）であって、
前記濃度推定部（４８）による濃度推定は、前記フレキシブル燃料機関（１０）が所定の回転数の時に行われる、推定装置（３６）。
請求項３に記載の推定装置（３６）であって、
前記濃度推定部（４８）による濃度推定は、前記フレキシブル燃料機関（１０）がアイドリングの状態で行われる、推定装置（３６）。