(57)【要約】【課題】ＦＦＶ用デュアル噴射型内燃機関において、濃度過渡状態においても、空燃比フィードバック制御等の各種制御を適正に行うことが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】筒内インジェクタとポートインジェクタとの間で、噴射される燃料中のアルコール濃度が異なる濃度過渡時は、通常時と異なる処理によってアルコール濃度を推定する。具体的に、変更前後のサイクルにおいて各インジェクタから噴射された燃料中のアルコール濃度と、該サイクルの噴射燃料の燃焼に対応する空燃比フィードバック補正量から推定されるアルコール濃度と、該サイクルにおける燃料の噴射比率との関係を規定した式を用いて、変更後のサイクルにおいて各インジェクタから噴射された燃料中のアルコール濃度を推定する。【選択図】図４
2014101784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料とアルコールとが混合した燃料を蓄えるタンクと、
前記タンク内の燃料を内燃機関の気筒内に直接噴射する筒内インジェクタと、
前記タンク内の燃料を前記内燃機関の吸気ポートに噴射するポートインジェクタと、
前記筒内インジェクタと前記ポートインジェクタとで噴き分ける燃料の噴射比率が変更された場合、該変更前後のサイクルにおいて前記筒内インジェクタおよび前記ポートインジェクタからそれぞれ噴射された燃料中のアルコール濃度と、該変更前後のサイクルにおいて噴射された燃料の燃焼に対応する排気空燃比から推定されるアルコール濃度と、該変更前後のサイクルにおける燃料の噴射比率との関係に基づいて、該変更後のサイクルにおいて前記筒内インジェクタおよび前記ポートインジェクタのそれぞれから噴射された燃料中のアルコール濃度を推定するアルコール濃度推定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記アルコール濃度推定手段は、前記タンクへの燃料補給後に前記噴射比率が変更された場合、前記関係に基づいて、前記変更後のサイクルにおいて前記筒内インジェクタおよび前記ポートインジェクタのそれぞれから噴射された燃料中のアルコール濃度を推定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】
この発明は内燃機関の制御装置に関する。より具体的には、炭化水素系燃料とアルコールとが混合した燃料を使用可能な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用の内燃機関として、エタノール等のアルコールとガソリン等の炭化水素系燃料とが混合した燃料を使用可能なＦＦＶ（Flexible fuel Vehicle）用の内燃機関が公知である。また、吸気ポートに燃料を噴射するポートインジェクタと筒内に燃料を直接噴射する筒内インジェクタとを備え、内燃機関の運転状態に応じて両インジェクタ間で噴き分ける燃料の噴射比率を変更するデュアル噴射型の内燃機関も公知である。また、これらの特徴を兼ね備えたＦＦＶ用デュアル噴射型の内燃機関として、例えば、特許文献１には、筒内インジェクタとポートインジェクタとを備え、この２種類のインジェクタから燃料を噴射する内燃機関に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２１４４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、市販燃料にはアルコール濃度の異なるものが複数種類存在する。そのため、ＦＦＶ用内燃機関を搭載した車両の場合、現在使用されている燃料とはアルコール濃度の異なる異種燃料がその燃料タンクに給油されることが有り得る。その場合、燃料タンク内の燃料中のアルコール濃度は給油量に応じて変化するが、給油前に燃料タンクから吸い上げられた燃料中のアルコール濃度、つまり、燃料タンクとインジェクタとを接続する燃料供給ライン内の残存燃料中のアルコール濃度は、給油前と変わらない。その結果、給油後暫くは給油前と同じアルコール濃度の燃料がインジェクタから噴射されることになる。
【０００５】
従来のＦＦＶ用内燃機関では、空燃比フィードバック制御の補正量から燃料中のアルコール濃度が学習され、学習したアルコール濃度に基づいてエンジン制御が行われている。そのため、給油に伴い燃料中のアルコール濃度が変化した場合、インジェクタから噴射される燃料中のアルコール濃度が一定値に収束するまでは、不安定なアルコール濃度に基づいてエンジン制御が行われることになる。よって、従来のＦＦＶ用内燃機関においては、このような収束期間において、空燃比フィードバック制御の制御性が悪化し、ひいてはエミッションやドライバビリティの悪化に繋がる可能性がある。
【０００６】
上述の問題は、ＦＦＶ用デュアル噴射型内燃機関において特に顕著なものとなる。デュアル噴射型内燃機関において、上記２種類のインジェクタへの燃料供給は、それぞれの燃料供給ラインを経由して行われる。加えて、上記２種類のインジェクタ間で噴き分ける燃料の噴射比率は、内燃機関の運転状態に応じて変更される。そのため、上記筒内インジェクタとポートインジェクタとでは、噴射される燃料中のアルコール濃度が異なる濃度過渡の状態に陥る可能性がある。濃度過渡の状態が長引けば、上述した収束期間にも影響を及ぼすので、空燃比フィードバック制御の制御性がより一層悪化する可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものである。即ち、ＦＦＶ用デュアル噴射型内燃機関において、濃度過渡状態においても、空燃比フィードバック制御等の各種制御を適正に行うことが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
炭化水素系燃料とアルコールとが混合した燃料を蓄えるタンクと、
前記タンク内の燃料を内燃機関の気筒内に直接噴射する筒内インジェクタと、
前記タンク内の燃料を前記内燃機関の吸気ポートに噴射するポートインジェクタと、
前記筒内インジェクタと前記ポートインジェクタとで噴き分ける燃料の噴射比率が変更された場合、該変更前後のサイクルにおいて前記筒内インジェクタおよび前記ポートインジェクタからそれぞれ噴射された燃料中のアルコール濃度と、該変更前後のサイクルにおいて噴射された燃料の燃焼に対応する排気空燃比から推定されるアルコール濃度と、該変更前後のサイクルにおける燃料の噴射比率との関係に基づいて、該変更後のサイクルにおいて前記筒内インジェクタおよび前記ポートインジェクタのそれぞれから噴射された燃料中のアルコール濃度を推定するアルコール濃度推定手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記アルコール濃度推定手段は、前記タンクへの燃料補給後に前記噴射比率が変更された場合、前記関係に基づいて、前記変更後のサイクルにおいて前記筒内インジェクタおよび前記ポートインジェクタのそれぞれから噴射された燃料中のアルコール濃度を推定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上記関係に基づいて、噴射比率変更後のサイクルにおいて上記筒内インジェクタおよび上記ポートインジェクタのそれぞれから噴射された燃料中のアルコール濃度を推定するので、濃度過渡状態においても、これらのアルコール濃度を推定できる。即ち、濃度過渡状態においても、空燃比フィードバック制御等の各種制御を適正に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態のシステム構成を示す図である。
【図２】式（１）乃至（６）中の各パラメータを説明するためのタイミングチャートである。
【図３】サイクルｊ−１におけるＥＣＵ３０の処理を示したフローチャートである。
【図４】サイクルｊにおけるＥＣＵ３０の処理を示したフローチャートである。
【図５】サイクルｊ＋ａ−１におけるＥＣＵ３０の処理を示したフローチャートである。
【図６】サイクルｊ＋ａにおけるＥＣＵ３０の処理を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施の形態の構成の説明］
以下、図１乃至図６を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施形態のシステム構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、燃料として炭化水素系燃料（ガソリン）とアルコール（エタノール）とが混合した燃料を使用可能であると共に、筒内インジェクタＤＩとポートインジェクタＰＦＩを気筒ごとに備えるＦＦＶ用デュアル噴射型内燃機関である。なお、図１において、内燃機関１０は直列４気筒型のものとして示しているが、その気筒数および配置はこれに限定されない。
【００１３】
また、本実施形態のシステムは、筒内インジェクタＤＩ用のデリバリパイプ１２と、ポートインジェクタＰＦＩ用のデリバリパイプ１４とを備えている。デリバリパイプ１２，１４は、これらに共通する燃料パイプ１６に接続されている。燃料パイプ１６は、その内部に燃料を蓄える燃料タンク１８に接続されている。燃料タンク１８内の燃料は、燃料ポンプ（図示しない）により燃料パイプ１６へと圧送され、デリバリパイプ１２，１４を流れて筒内インジェクタＤＩおよびポートインジェクタＰＦＩから噴射される。燃料パイプ１６には、アルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ２０が設置されている。なお、燃料パイプ１６は燃料タンク１８に設置してもよい。
【００１４】
また、本実施形態のシステムは、吸気流量検出センサ２２および空燃比センサ２４を備えている。吸気流量検出センサ２２は、吸気通路２６を流れる吸気の流量を検出するセンサである。空燃比センサ２４は、排気通路２８を流れる排気中の酸素濃度を検出するセンサである。
【００１５】
また、本実施形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０の入力側には、アルコール濃度センサ２０、吸気流量検出センサ２２、空燃比センサ２４の他、内燃機関１０の制御に必要な各種センサ（例えば、エンジン回転数を検出するクランク角センサ、スロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサ等）が電気的に接続されている。他方、ＥＣＵ３０の出力側には、上記筒内インジェクタＤＩおよびポートインジェクタＰＦＩ、上記燃料ポンプの他、可変動弁機構といった各種アクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ３０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等を作動させることにより、内燃機関１０の運転に関する種々の制御を実行する。
【００１６】
［本実施形態の特徴］
ＥＣＵ３０が行う内燃機関１０の制御のひとつに、上記筒内インジェクタＤＩおよびポートインジェクタＰＦＩを操作して行う燃料噴射制御がある。この燃料噴射制御の一態様に空燃比フィードバック制御がある。空燃比フィードバック制御は、燃焼室の混合気の空燃比を内燃機関１０の運転状態に応じた目標空燃比に収束させるために、空燃比センサ２４からの信号に基づいて燃料噴射量を制御して空燃比を調整するものである。
【００１７】
また、この燃料噴射制御の別の態様として、噴射比率制御がある。噴射比率制御は、上記筒内インジェクタＤＩと上記ポートインジェクタＰＦＩとの間で噴き分ける燃料の噴射比率を制御するものである。噴射比率制御においては、回転数、負荷、冷却水温などの内燃機関１０の運転状態を示す各種の物理量の値に応じて噴射比率が変更される。当該各種物理量と噴射比率との関係は予めマップにおいて定義されており、ＥＣＵ３０はそのマップを参照して噴射比率を決定する。
【００１８】
ところで、上記燃料噴射制御とは別の処理として、ＥＣＵ３０は、上記筒内インジェクタＤＩおよびポートインジェクタＰＦＩから噴射された燃料中のアルコール濃度をそれぞれ推定している。具体的に、ＥＣＵ３０は、上記空燃比フィードバック制御の過程において計算したフィードバック補正量を用いてアルコール濃度ｄａｆｓを計算し、学習値として記憶する。記憶した学習値は、上記燃料噴射制御を始めとする各種の制御に供される。
【００１９】
上述のアルコール濃度推定処理は、燃料タンク１８内の燃料中のアルコール濃度が一定であることを前提として行われる。しかしながら、燃料タンク１８にアルコール濃度の異なる異種燃料が給油されると、該燃料中のアルコール濃度が変化するので、デリバリパイプ１２，１４や燃料パイプ１６内の燃料中のアルコール濃度は暫くの間不安定となる。この理由は、既述のとおり、デリバリパイプ１２，１４や燃料パイプ１６内には給油前の燃料が残留しているためである。また、上記噴射比率の変更はエンジン性能を最大限引き出すことを目的とするものであり、上述した異種燃料の給油と関係なく行われる。そのため、異種燃料が給油された場合、上記筒内インジェクタとポートインジェクタとでは、噴射される燃料中のアルコール濃度が異なる濃度過渡の状態に陥る可能性がある。
【００２０】
このような濃度過渡への対処として、異種燃料の給油を検出した場合に、例えば上記噴射比率を強制的に変更する制御を一時的に行うこともできる。上記噴射比率を強制的に変更すれば、デリバリパイプ１２，１４の経路長さの違いや、噴射圧の違いに基づいた濃度過渡要因を緩和できるので、濃度過渡状態を早期に解消できる。しかしながら、濃度過渡状態の解消と上記噴射比率の変更とはトレードオフの関係にある。例えば、始動時に上記筒内インジェクタＤＩの噴射比率ｋＤＩを必要以上に高くすれば始動性やエミッションの悪化につながる。また、燃費を優先したい運転モード域において上記ポートインジェクタＰＦＩの噴射比率ｋＰＦＩを必要以上に高くすれば燃費が悪化してしまう。
【００２１】
そこで、本実施形態においては、濃度過渡時、通常時と異なる処理によってアルコール濃度を推定することとしている。具体的に、ＥＣＵ３０は、次式（１），（２）を用いた処理により、噴射比率の変更後のサイクルｊにおいて、筒内インジェクタから噴射された燃料中のアルコール濃度ｄＤＩ（ｊ）およびポートインジェクタから噴射された燃料中のアルコール濃度ｄＰＦＩ（ｊ）をそれぞれ推定する。
ｄＤＩ（ｊ）＝｛−ｄａｆｓ（ｊ＋ａ）×ｋＰＦＩ（ｊ−１）＋ｄａｆｓ（ｊ＋ａ−１）×ｋＰＦＩ（ｊ）｝／｛ｋＰＦＩ（ｊ）−ｋＰＦＩ（ｊ−１）｝・・・（１）
ｄＰＦＩ（ｊ）＝［ｄａｆｓ（ｊ＋ａ）×｛１−ｋＰＦＩ（ｊ−１）｝−ｄａｆｓ（ｊ＋ａ−１）×（１−ｋＰＦＩ（ｊ））／｛ｋＰＦＩ（ｊ）−ｋＰＦＩ（ｊ−１）｝・・・（２）
（但し、上記式（１），（２）において、ｋＰＦＩ（ｊ−１），ｋＰＦＩ（ｊ）は変更前後のサイクルにおけるポートインジェクタの分担割合であり、ｄａｆｓ（ｊ＋ａ−１），ｄａｆｓ（ｊ＋ａ）は変更前後のサイクルの噴射燃料の燃焼に対応する空燃比フィードバック補正量からそれぞれ推定されるアルコール濃度であり、ａは燃料噴射から空燃比センサ２４までの輸送遅れに相当する変数である。）
【００２２】
ＥＣＵ３０は、その内部に上記式（１），（２）を記憶しているものとする。上記式（１），（２）は、上記噴射比率の変更前後において各インジェクタから噴射された燃料中のアルコール濃度について成立する下記式（３），（４）と、上記噴射比率の変更前後において、各インジェクタから噴射された燃料中のアルコール濃度に変化はないとの仮定に基づく下記式（５），（６）とから得られる。
ｄＤＩ（ｊ）×｛１−ｋＰＦＩ（ｊ）｝＋ｄＰＦＩ（ｊ）×ｋＰＦＩ（ｊ）＝ｄａｆｓ（ｊ＋ａ）・・・（３）
ｄＤＩ（ｊ−１）×｛１−ｋＰＦＩ（ｊ−１）｝＋ｄＰＦＩ（ｊ−１）×ｋＰＦＩ（ｊ−１）＝ｄａｆｓ（ｊ＋ａ−１）・・・（４）
ｄＤＩ（ｊ）＝ｄＤＩ（ｊ−１）・・・（５）
ｄＰＦＩ（ｊ）＝ｄＰＦＩ（ｊ−１）・・・（６）
【００２３】
図２は、上記式（１）乃至（６）中の各パラメータを説明するためのタイミングチャートである。ＥＣＵ３０は、図２に示すサイクルｊ−１，ｊ，ｊ＋ａ−１，ｊ＋ａでの各パラメータを参照し、上記式（１），（２）に適用してアルコール濃度ｄＤＩ（ｊ），ｄＰＦＩ（ｊ）を推定する。推定したアルコール濃度ｄＤＩ，ｄＰＦＩは、学習値として記憶される。なお、輸送遅れａについては、吸気流量検出センサ２２の信号に基づいて別途算出するものとする。
【００２４】
このように、本実施形態によれば、濃度過渡時、上記噴射比率の強制的な変更を行うことなく、アルコール濃度ｄＤＩ（ｊ），ｄＰＦＩ（ｊ）を推定できる。換言すれば、濃度過渡時においても、通常時と同様の噴射比率制御を行いながら、アルコール濃度ｄＤＩ（ｊ），ｄＰＦＩ（ｊ）を推定できる。従って、エンジン性能を高レベルに維持しつつ、記憶した学習値に基づいて各種制御を適切に実行することが可能となる。
【００２５】
［本実施形態における具体的処理］
次に、図３乃至図６を参照しながら、上述した推定処理について具体的に説明する。なお、図３乃至図６は、特定サイクルでの処理を例示したものであるが、これらの処理は、内燃機関１０のサイクル毎に繰り返し行われているものとする。
【００２６】
図３は、サイクルｊ−１におけるＥＣＵ３０の処理を示したフローチャートである。図３に示すように、ＥＣＵ３０は、ポートインジェクタの分担割合ｋＰＦＩ（ｊ−１）を算出し、記憶する（Ｓ１００）。
【００２７】
図４は、サイクルｊにおけるＥＣＵ３０の処理を示したフローチャートである。図４に示すように、ＥＣＵ３０は、先ず、ポートインジェクタの分担割合ｋＰＦＩ（ｊ）を算出し、記憶する（Ｓ２００）。続いて、ＥＣＵ３０は、上記噴射比率の変更の有無を判定する（Ｓ２１０）。具体的に、ＥＣＵ３０は、記憶しておいた分担割合ｋＰＦＩ（ｊ−１）と分担割合ｋＰＦＩ（ｊ）とを比較する。両者が異なれば上記噴射比率が変更されたと判断できるので、ＥＣＵ３０は、吸気流量を検出する（Ｓ２２０）。他方、両者が等しければ上記噴射比率に変更は無かったと判断できるので、ＥＣＵ３０は、今回の処理を終了する。Ｓ２２０に続いて、ＥＣＵ３０は、輸送遅れａを算出する（Ｓ２３０）。ＥＣＵ３０は、吸気流量と輸送遅れａとの関係を規定したマップを予め記憶しており、このマップにＳ２２０で検出した吸気流量を適用して輸送遅れａを算出し、サイクルｊ＋ａ−１まで待機する。
【００２８】
図５は、サイクルｊ＋ａ−１におけるＥＣＵ３０の処理を示したフローチャートである。図５に示すように、ＥＣＵ３０は、空燃比フィードバック補正量からアルコール濃度ｄａｆｓ（ｊ＋ａ−１）を検出し、記憶する（Ｓ３００）。
【００２９】
図６は、サイクルｊ＋ａにおけるＥＣＵ３０の処理を示したフローチャートである。図６に示すように、ＥＣＵ３０は、先ず、空燃比フィードバック補正量からアルコール濃度ｄａｆｓ（ｊ＋ａ）を検出し、記憶する（Ｓ４００）。続いて、ＥＣＵ３０は、アルコール濃度ｄＰＦＩ（ｊ），ｄＤＩ（ｊ）を算出する（Ｓ４１０，Ｓ４２０）。具体的に、ＥＣＵ３０は、図３のＳ１００で記憶した分担割合ｋＰＦＩ（ｊ−１）、図４のＳ２００で記憶した分担割合ｋＰＦＩ（ｊ）、図５のＳ３００で記憶したアルコール濃度ｄａｆｓ（ｊ＋ａ−１）およびＳ４００で記憶したアルコール濃度ｄａｆｓ（ｊ＋ａ）を、上記式（１），（２）にそれぞれ適用して、アルコール濃度ｄＰＦＩ（ｊ），ｄＤＩ（ｊ）を算出し、記憶する。
【００３０】
以上、図３乃至図６に示した処理によれば、サイクルｊ−１からサイクルｊにかけて噴射比率の変更があった場合に、サイクルｊ＋ａにおいてアルコール濃度ｄＤＩ（ｊ），ｄＰＦＩ（ｊ）を算出、記憶できる。従って、記憶した学習値に基づいて上記燃料噴射制御等の各種制御を適切に実行することが可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
１０  内燃機関
１２，１４  デリバリパイプ
１６  燃料パイプ
１８  燃料タンク
２０  アルコール濃度センサ
２２  吸気流量検出センサ
２４  空燃比センサ
２６  吸気通路
２８  排気通路
３０  ＥＣＵ
【図１】
2014101784.tif 000003
【図２】
2014101784.tif 000004
【図３】
2014101784.tif 000005
【図４】
2014101784.tif 000006
【図５】
2014101784.tif 000007
【図６】
2014101784.tif 000008