(57)【要約】【課題】給油の検出が行えない場合においても、アルコール混合濃度の演算が実施され、燃料噴射量演算に補正して燃焼状態やドライバビリティの悪化を防ぐ内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】アルコール混合濃度を演算するアルコール混合濃度演算手段と、移動した距離を演算する走行距離演算手段と、前記走行距離演算手段による走行距離に基づいて燃料置換判定を行う燃料置換判定手段と、を備え、前記燃料置換判定手段の燃料置換判定に基づいて、前記アルコール混合濃度演算手段によりアルコール混合濃度演算を定期的に実行し、燃料噴射量を補正する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料内のアルコール混合濃度に応じて燃料噴射量を補正演算する内燃機関の制御装置において、
前記アルコール混合濃度を演算するアルコール混合濃度演算手段と、
移動した距離を演算する走行距離演算手段と、
前記走行距離演算手段による走行距離に基づいて燃料置換判定を行う燃料置換判定手段と、を備え、
前記燃料置換判定手段の燃料置換判定に基づいて、前記アルコール混合濃度演算手段によりアルコール混合濃度演算を定期的に実行し、燃料噴射量を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記走行距離演算手段は、走行速度を検出し、その走行時間を乗じた距離を積算して移動した距離を演算することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、動力源としてアルコールとガソリンの混合された混合燃料が給油される内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルコールとガソリンの混合された混合燃料が給油される内燃機関においては、そのアルコール混合濃度によって燃焼特性が異なるため、アルコール混合濃度に応じて燃料噴射量を補正する必要がある。
【０００３】
このアルコール混合濃度を演算する手段としては、アルコールセンサーなどのアルコール混合濃度検出手段により燃料内のアルコール濃度を検出した値を直接的に演算に使用する手段のほか、空燃比検出手段により検出した空燃比状態に基づいて設定された空燃比フィードバック補正係数を用いて燃料内のアルコール混合濃度を推定する手段がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、このアルコール混合濃度検出、もしくは濃度推定を実施する機会としては、給油を検出した場合や、その他の定期的に、又は不定期的に実施されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
そして、給油を検出する手段としては、例えば、給油口にスイッチなどのセンサーを設け、その開閉状態により判定する手段や、燃料タンク内に配設された燃料レベルゲージセンサーによる検出結果の変化量に応じて判定する手段が挙げられる。また、定期的に、又は不定期的に実施する機会としては、時間、エンジン始動機会、燃料使用量などの要素で判定する機会が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２９３４９１号公報（要約の欄、図２）
【特許文献２】特開２００７−１３７３２１号公報（段落００５５、００６４、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、給油の検出手段によっては、検出に用いる上述の機器の故障や燃料給油を検出できない程度の継ぎ足し給油をした場合などのように、給油の検出が行えない場合があり、給油によってアルコール混合濃度が変化しているにも関わらず濃度演算を実施しない状態が発生する。また、給油のほか燃料の交換によってもアルコール混合濃度が変化する場合もある。この演算機会の減少は、その時点で設定されている燃料混合濃度値によっては、空燃比のリーン（希薄）状態またはリッチ（過濃）状態を招き、不安定燃焼やドライバビリティの悪化を誘発させる恐れがあり、エンジンストール状態への移行やエンジン始動不可を招く場合も考えられる。
【０００８】
また、給油口のセンサー、もしくは燃料タンク内への燃料レベルゲージセンサーの設置や、設置されたセンサーから制御装置への情報入力のための配線追加はコストアップの要因となる問題がある。
【０００９】
更に、定期的にまたは不定期的に実施する濃度演算機会として、時間、エンジン始動機会はいずれもアルコール混合濃度変化のタイミングと無関係の要素であり、最適な濃度演算機会を得られるとは限らない。また、燃料使用量で判定する場合は、燃料レベルゲージセンサーを利用して使用量を検出する場合など、上述の給油を検出する手段と同様、機器の故障の問題点を持ち、最適な濃度演算機会を得られない場合が考えられ、いずれも適切ではない。
【００１０】
この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、給油の検出が行えない場合においても、アルコール混合濃度の演算が実施され、燃料噴射量演算に補正して燃焼状態やドライバビリティの悪化を防ぐ内燃機関の制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料内のアルコール混合濃度に応じて燃料噴射量を補正演算する内燃機関の制御装置において、前記アルコール混合濃度を演算するアルコール混合濃度演算手段と、移動した距離を演算する走行距離演算手段と、前記走行距離演算手段による走行距離に基づいて燃料置換判定を行う燃料置換判定手段と、を備え、前記燃料置換判定手段の燃料置換判定に基づいて、前記アルコール混合濃度演算手段によりアルコール混合濃度演算を定期的に実行し、燃料噴射量を補正するものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る内燃機関の制御装置によれば、アルコール混合濃度を演算した後、燃料置換機会があったにも関わらず燃料置換判定が行えなかった場合においても、アルコール混合濃度演算が実施され、アルコール混合濃度を燃料噴射量演算に補正することにより、燃焼状態やドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置を説明する図である。
【図２】この発明の実施形態１に係る内燃機関の制御装置における車速演算方法を説明する概念図である。
【図３】この発明の実施形態１に係る内燃機関の制御装置における走行距離演算方法を説明する概念図である。
【図４】この発明の実施形態１に係る内燃機関の制御装置におけるアルコール混合濃度演算の処理手順を示すフローチャートである。
【図５】図４の処理によるタイミングを表すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照して、この発明に係る内燃機関の制御装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関の制御装置を説明する図で、内燃機関とその制御装置の概略構成を示している。本実施の形態における内燃機関の制御装置は、ガソリンの他にアルコールとガソリンが混合された混合燃料が給油された場合でも走行可能な、いわゆるフレキシブルフューエルビークル（ＦＦＶ）と言われる車両に搭載されるものである。
【００１６】
図１において、エンジン１には、吸気管２および排気管３が接続されている。また、エンジン１には、回転数センサー４が設けられており、エンジン1の回転数を検出するとともに、エンジン1の運転状態を把握することが可能となっている。
【００１７】
吸気管２には、エンジン１に吸入される空気量を調節するスロットル５と、その吸入空気量を測定するエアフローセンサー６と、吸入空気内に燃料を噴射するインジェクター７が設けられている。インジェクター７には、燃料タンク８からの燃料がデリバリパイプ９を介して供給される。なお、燃料タンク８には燃料レベルゲージセンサー１０が設けられている。
【００１８】
排気管３には、排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比検出手段（以下、Ｏ２センサーと言う。）１１と、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）を浄化する三元触媒１２が設けられている。
【００１９】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）１３には、各種演算処理を実行する中央処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１４と、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１５と、各種データを格納するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１６と、ＥＣＵ１３への電源供給が行われない場合にもデータを保持するバックアップＲＡＭ１７が設けられている。
【００２０】
ＥＣＵ１３は、エアフローセンサー６、Ｏ２センサー１１などの信号に基づいて適切な燃料噴射量を演算し、インジェクター７に燃料噴射量の指令信号を出力する。
【００２１】
また、ＥＣＵ１３は、走行距離入力手段１８（例えば、オドメータ）からの走行距離信号を得て、ある地点から現在地までの走行距離を演算する。
【００２２】
走行距離入力手段１８からの走行距離信号は、オドメータのような走行距離を表す直接的な信号の代わりに、トランスミッションの出力軸回転速度信号、もしくは車輪に設けられた車輪速センサーの信号でも良い。この場合、ＥＣＵ１３は走行距離入力手段１８からの信号に基づいて車両の走行速度（以下、車速という。）を演算によって得ている。この信号および車速演算は、一般に内燃機関の制御装置に具備されており、車両の走行状態を計るパラメータの一つとしてさまざまな制御（例えば、アイドルスピードコントロール）に活用されている。
【００２３】
実施の形態１に係る内燃機関の制御装置は上記のように構成されており、次に、上述した車速演算と走行距離演算について一般的な演算方法を図２と図３の概念図を用いて説明する。
【００２４】
図２は、車輪軸２０の先端に車輪２１が取り付けられた状態を示す図であり、図３は、Ａを走行距離演算起点、Ｂを現在地点として、ＡからＢまで移動する間に一定時間ごとに移動位置ａ→ｂ→ｃ→ｄを経て移動したことを示す図である。
【００２５】
ＥＣＵ１３は、図２に示した車輪軸２０の回転速度ωに車輪２１の周長２πｒを乗じる演算によって、車速演算ができる。
【００２６】
ＥＣＵ１３は、上述した車速演算で得られる車速を基に走行時間を乗じて得られる瞬時走行距離、もしくは、単位時間当たり走行距離を演算によって得ることができるので、これを積算して総走行距離を演算することができる。例えば、図３に示す走行距離演算起点Ａから現在地点Ｂまでの走行距離は、先ず、Ａ〜ａまでの車速の平均値に走行時間を乗じて単位時間当たり走行距離を演算し、同様にａ〜ｂ、ｂ〜ｃ、ｃ〜ｄ、ｄ〜Ｂの単位時間当たり走行距離を演算して、この全てを積算して演算することができる。
【００２７】
また、走行距離入力手段１８はオドメータのような走行距離を表す直接的な信号の代わりに、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などを使った測位情報を入力しても良い。ＥＣＵ１３は、この測位情報を基に瞬時位置偏差、もしくは単位時間当たり位置偏差を演算して、この演算結果を積算して位置偏差積算値を演算することができる。ここで、測位情報を得る周期を十分短く取れば、位置偏差と走行距離は等しいと言えるので、位置偏差積算値は総走行距離として差し支えない。例えば、図３に示す走行距離演算起点Ａから現在地点Ｂまでの走行距離は、先ず、Ａとａの測位情報の偏差によって得られた単位時間あたり位置偏差を演算し、同様に、ａ〜ｂ、ｂ〜ｃ、ｃ〜ｄ、ｄ〜Ｂの単位時間当たり位置偏差を演算して、この全ての位置偏差を積算して走行距離を演算することができる。
【００２８】
次に、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置で使用されているＥＣＵ１３内のＣＰＵ１４におけるアルコール混合濃度演算処理手順について図４のフローチャートを用いて説明する。なお、この制御ルーチンは所定時間毎（たとえば１０ｍｓ毎）にＣＰＵ１４にて繰返し実行される。
【００２９】
図４において、ステップＳ１〜ステップＳ５で燃料置換判定を実施し、ステップＳ６〜ステップＳ９でアルコール混合濃度演算条件判定と演算実行を実施している。
【００３０】
先ず、ステップＳ１では、燃料置換判定に使用する走行距離Ｌを求める。走行距離Ｌは前述の通り、車輪速センサーを用い車速と制御ルーチン毎の走行時間から走行距離を演算する。ここでの走行距離演算は、前述のオドメータやＧＰＳを用いた演算でも構わない。
【００３１】
燃料置換判定は、燃料置換判定フラグＦを用いて、ステップＳ２で実際の燃料タンク８内の燃料変化量ΔＦＵＥＬが所定値以上となった場合のほか、ステップＳ３でアルコール混合濃度演算を実施した地点を起点として走行距離Ｌが所定の距離に到達している場合に、ステップＳ４で燃料置換判定フラグをＦ＝１（真）とする。
【００３２】
ステップＳ２とステップＳ３の条件が全て不成立の場合に、ステップＳ５で燃料置換判定フラグをＦ＝０（偽）とする。走行距離Ｌ、燃料置換判定フラグＦ、および前記燃料変化量ΔＦＵＥＬを求めるための燃料レベルゲージセンサー１０により検出された燃料タンク８内の燃料量ＦＵＥＬは、バックアップＲＡＭ１７に格納され、ＥＣＵ１３への電源供給が行われない場合にも値を保持し続ける。
【００３３】
ここで、燃料変化量ΔＦＵＥＬの算出方法は、たとえば前回運転終了後の前記燃料タンク８内の燃料量をＦＵＥＬ（ＯＬＤ）として記憶しておき、今回運転前の燃料タンク８内の燃料量ＦＵＥＬとの偏差（ΔＦＵＥＬ＝ＦＵＥＬ−ＦＵＥＬ（ＯＬＤ））を求めるものとする。また、ステップＳ３での判定に使用する所定の距離は、たとえば燃料タンク満量を全て使いきる走行距離（航続可能距離）近傍の値を使用する。
【００３４】
ステップＳ２において、燃料変化量ΔＦＵＥＬが所定値より大きい場合は、今回の燃料タンク８内の燃料が多いということであり、即ち、給油された状態であるということになる。つまりステップＳ２で、給油判定された場合は確実に燃料タンク８に給油されていると判定し、燃料置換を実施可能と判断するが、燃料レベルゲージセンサー１０などの故障や、前記燃料変化量ΔＦＵＥＬが所定値未満で仮に給油判定できなかった場合でも、ステップＳ３で走行距離Ｌが一定の距離に到達していれば、実際には給油された状態とみなして燃料置換判定を実施可能と判断していることになる。
【００３５】
次に、アルコール混合濃度演算条件判定は、ステップＳ６で、エアフローセンサー６、Ｏ２センサー１１による燃料噴射量演算が空燃比フィードバック制御に基づく演算中か、そうでないかを判定する。空燃比フィードバック制御中であれば、ステップＳ７に進み、そうでなければ処理を終了する。ここで、一般的な空燃比フィードバック制御はエンジン１が暖機運転状態となってＯ２センサー１１が活性化している時に行う。Ｏ２センサー１１の出力に応じて空燃比状態がリッチな場合は燃料量を減少させ、空燃比状態がリーンな場合は燃料量を増加させるフィードバック補正係数αを求め、そのフィードバック補正係数αを燃料噴射量に対し補正する。
【００３６】
ステップＳ７では、ステップＳ１〜Ｓ５で実施された燃料置換判定の結果である燃料置換判定フラグＦが１（真）である場合はステップＳ８に進み、ステップＳ８でアルコール混合濃度演算処理を実行する。一方、ステップＳ７で燃料置換判定フラグＦが０（偽）である場合は処理を終了する。
【００３７】
ステップＳ８のアルコール混合濃度演算処理は、アルコールセンサーなどのアルコール混合濃度検出手段での燃料内のアルコール濃度検出値を直接的に使用する演算処理、もしくは、Ｏ２センサー１１などの空燃比検出手段での検出値に基づいてアルコール混合濃度演算値を変更する演算処理、のいずれかを実施する。
【００３８】
以下に本実施の形態におけるステップＳ８でのＯ２センサー１１の検出値に基づいたアルコール混合濃度演算方法について説明する。
【００３９】
アルコール燃料の理論空燃比（例えば、エタノール１００％の場合は８．９）は、ガソリンの理論空燃比（例えば、１４．７）よりも小さいため、アルコール燃料を使用した場合にガソリンと同じ条件で燃料噴射制御を実施すると燃料噴射量が不足するため、フィードバック制御にてフィードバック補正係数αを変化させることにより、燃料噴射量の調節を行う。この、アルコール混合濃度の変化がフィードバック制御のフィードバック補正係数αの変化に反映されることにより、以下に示す手段にてフィードバック補正係数αよりアルコール混合濃度を算出することができる。
【００４０】
アルコール混合濃度値の算出は、先ず、フィードバック制御中のフィードバック補正係数αの最大値αｍａｘ、および最小値αｍｉｎを読み込み、αｍａｘ、αｍｉｎの平均値、即ち、フィードバック補正係数αの平均値αａｖｅを算出する。
αａｖｅ＝（αｍａｘ＋αｍｉｎ）／２
そして、前記平均値αａｖｅと、フィードバック補正係数αによる補正が実質的に行われないことになる基準値１．０との偏差ΔＭを算出する。
ΔＭ＝αａｖｅ−１．０
あらかじめ設定してある前記偏差ΔＭを軸とするマップよりアルコール濃度値（ＡＬＣＨ）を算出する。ここで、偏差ΔＭが大きいほど、より大きなアルコール混合濃度を算出する。
【００４１】
なお、本実施の形態では、前記のフィードバック補正係数αを用いてアルコール混合濃度を算出したが、アルコール混合濃度が算出できれば特にその方法についてはこだわらない。
【００４２】
次に、アルコール混合濃度演算処理を実行したのでステップＳ９では、走行距離での燃料置換判定を再度実施可能とするために、ステップＳ１での走行距離演算と、ステップＳ２の燃料置換判定に使用する走行距離Ｌを、０ｋｍにリセットし処理を終了する。
【００４３】
上述した方法によって演算されたアルコール混合濃度演算値を利用して燃料噴射量演算の一例について説明する。一般に燃料噴射量の演算には、回転数センサー４で検出された回転数とエアフローセンサー６で検出された吸入空気量に基づいて基本燃料噴射量（Ｆｕｅｌ_ｂａｓｅ）を演算し、その基本燃料噴射量（Ｆｕｅｌ_ｂａｓｅ）を空燃比学習値（ＡＦＬＲＮ）と、アルコール濃度値（ＡＬＣＨ）から予め設定されたアルコール混合濃度に対する補正係数（Ｋ_ＡＬＣＨ）と、内燃機関の温度（冷却水温）等に基づく環境補正（Ｋ_ＥＮＶ）と、空燃比フィードバック制御中の空燃比フィードバック補正係数αに基づいて補正することにより燃料噴射量（Ｆｕｅｌ）を決定しており、例えば、次式で与えられる。
Ｆｕｅｌ＝Ｆｕｅｌ_ｂａｓｅ×ＡＦＬＲＮ×Ｋ_ＡＬＣＨ×Ｋ_ＥＮＶ×α
・・・・・・（１）
【００４４】
空燃比フィードバック制御中でない場合は、空燃比フィードバック補正係数αは強制的に１．０に設定されたり、エンジンの運転条件により他の固定値として扱われたりする場合もあるが、空燃比フィードバック制御中でない場合の空燃比フィードバック補正係数αの処置についてはこの発明の主旨とは直接的な関係が薄いので説明は割愛する。
【００４５】
つまり、上記（１）式により空燃比とアルコール混合濃度の比例関係に応じた補正量を燃料噴射量に反映してＥＣＵ１３の指令によりインジェクター７から最適な燃料量を噴射することにより、空燃比の極端なリッチ状態、リーン状態を回避し安定燃焼を得ることができ、燃焼状態やドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
【００４６】
なお、上記燃料演算処理は本実施の形態では、ＥＣＵ１３内で図４の燃料置換判定とは別の処理、たとえば回転センサー４の入力信号と同期させるなどして処理されるものとする。
【００４７】
図５は、上述した実施の形態におけるアルコール混合濃度演算処理のタイミングチャートの一例を示している。図５において、燃料置換機会Ｐ１〜Ｐ３で燃料タンク８内の燃料量が変化しており、給油または燃料の交換が行われている。
【００４８】
燃料置換機会Ｐ１では、燃料変化量ΔＦＵＥＬが所定値以上となっており、図４のステップＳ２の判定条件を満たすのでステップＳ４で燃料置換（Ｆ＝１）と判断される。しかし、燃料置換機会Ｐ２〜Ｐ３では燃料変化量ΔＦＵＥＬが図４のステップＳ２の判定条件を満たさないため、燃料置換判定フラグＦが偽（Ｆ＝０）となり、アルコール混合濃度演算処理は実行されない。
【００４９】
その後、走行距離が所定値に達して図４のステップＳ３の判定条件を満たしたときＪ１で燃料置換（Ｆ＝１）と判定され、アルコール混合濃度演算処理は実行される。
【００５０】
このようにすれば、燃料変化量で燃料置換判定が行えないＰ２〜Ｐ３のような燃料変化があっても、最低限必要な頻度でアルコール混合濃度演算が実行できる。最低限必要な頻度で定期的にアルコール混合濃度演算を実行できるので、燃料量変化判定によるアルコール混合濃度演算機会を判定する方法と補完的に濃度演算機会が確保でき、アルコール混合濃度演算値とタンク内燃料のアルコール混合濃度の乖離を減らすことができる。
【００５１】
また、図４のステップＳ３で判定に使用する所定の距離を燃料置換判定に使用する燃料量変化（一般に燃料タンク満量より少ない量）相当分を全て使いきる走行距離（航続可能距離よりも小さい値）を使用しても良い。このようにすれば、図５の燃料置換機会Ｐ２〜Ｐ３のような燃料置換判定に使用する燃料量変化判定値以下の燃料置換を繰り返し行った際に発生する燃料置換判定が行えなかった場合でも、たとえば燃料置換機会Ｐ２とＰ３の間で燃料置換判定が可能になる。
【００５２】
前記の場合、実際には燃料置換が行われていないアルコール混合濃度演算実施機会Ｔ１と燃料置換機会Ｐ１の間で、燃料置換判定してしまう可能性があるが、燃料置換機会でアルコール混合濃度に変化がない場合と同様に、アルコール混合濃度演算が適切であれば、アルコール混合濃度演算値と燃料タンク８内における燃料のアルコール混合濃度の乖離が悪化することは起こらないので問題はない。
【００５３】
以上詳述したように、実施の形態１に係る内燃機関の制御装置によれば、アルコール混合濃度を演算した後、燃料置換機会があったにも関わらず燃料置換判定が行えなかった場合においても、定期的に燃料置換があったものと判定でき、アルコール混合濃度演算が実施される。そして、アルコール混合濃度を燃料噴射量演算に補正することで、空燃比のリーン状態またはリッチ状態を回避でき、燃焼状態やドライバビリティの悪化を防ぐことができる。
【００５４】
また、定期的にアルコール混合濃度の演算機会が発生するので、従来技術で具備していた給油検出手段に係るセンサー、および、センサーから制御装置への情報入力のための配線を省略することができ、コストの削減を可能にする。
【００５５】
更に、一般に内燃機関の制御装置には車速信号もしくは車速演算手段が具備されているので、走行距離演算手段として新たに走行距離測定手段や制御装置への入力手段を設けなくて良い利点がある。
【符号の説明】
【００５６】
１  エンジン
２  吸気管
３  排気管
４  回転数センサー
５  スロットル
６  エアフローセンサー
７  インジェクター
８  燃料タンク
９  デリバリパイプ
１０  燃料レベルゲージセンサー
１１  Ｏ２センサー
１２  三元触媒
１３  ＥＣＵ
１４  ＣＰＵ
１５  ＲＯＭ
１６  ＲＡＭ
１７  バックアップＲＡＭ
１８  走行距離入力手段
２０  車輪軸
２１  車輪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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