(57)【要約】【課題】自動車等の車両において、信頼性の高い燃料性状の指標値を推定する。【解決手段】燃料性状推定装置（１００）は、ガソリン及びアルコールを含んでなる燃料（４５）を使用可能な内燃機関（１０）及び燃料を貯留する燃料容器（４１）を備える車両に搭載される。燃料性状推定装置は、燃料容器内の気体部分における容器圧力を検出する容器圧力検出手段（２３）と、貯留された燃料の液体部分における燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段（２２）と、貯留された燃料の燃料量を検出する燃料量検出手段（２１）と、検出された容器圧力、検出された燃料圧力、及び検出された燃料量に基づいて、燃料の燃料性状を示す指標値を推定する燃料性状推定手段（３０１）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン及びアルコールを含んでなる燃料を使用可能な内燃機関及び前記燃料を貯留する燃料容器を備える車両に搭載される燃料性状推定装置であって、
前記燃料容器内の気体部分における容器圧力を検出する容器圧力検出手段と、
前記貯留された燃料の液体部分における燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、
前記貯留された燃料の燃料量を検出する燃料量検出手段と、
前記検出された容器圧力、前記検出された燃料圧力、及び前記検出された燃料量に基づいて、前記燃料の燃料性状を示す指標値を推定する燃料性状推定手段と
を備えることを特徴とする燃料性状推定装置。
【請求項２】
前記燃料性状推定手段は、
前記指標値を定める複数のマップを格納する記憶手段を含み、
前記格納された複数のマップの中から、前記検出された容器圧力に応じた一マップを選択し、前記検出された燃料圧力及び前記検出された燃料量に基づいて、前記一マップから前記指標値を推定する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料性状推定装置。
【請求項３】
ガソリン及びアルコールを含んでなる燃料を使用可能な内燃機関及び前記燃料を貯留する燃料容器を備える車両に搭載される燃料性状推定方法であって、
前記燃料容器内の気体部分における容器圧力を検出する容器圧力検出工程と、
前記貯留された燃料の液体部分における燃料圧力を検出する燃料圧力検出工程と、
前記貯留された燃料の燃料量を検出する燃料量検出工程と、
前記検出された容器圧力、前記検出された燃料圧力、及び前記検出された燃料量に基づいて、前記燃料の燃料性状を示す指標値を推定する燃料性状推定工程と
を備えることを特徴とする燃料性状推定方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の燃料性状推定装置と、
前記内燃機関に前記燃料を供給する燃料供給手段と、
前記推定された指標値に応じて前記燃料の供給量を決定する供給量決定手段と、
前記決定された供給量だけ供給するように前記燃料供給手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ガソリン及びアルコールを含んでなる燃料を使用可能な内燃機関を備える車両において、燃料の燃料性状を示す指標値を推定する燃料性状推定装置及び方法、並びに推定された指標値に応じて燃料の供給量を制御する燃料制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の制御装置を備える車両では、燃料の性状を検出して、該検出された性状に応じて燃料噴射量を制御することにより始動性等の改善が図られている。例えば、特許文献１には、始動後所定時間後の燃料タンク内の蒸発燃料圧力に基づいて燃料の性状を検出する技術が記載されている。特許文献２には、液化石油ガスとジメチルエーテルとを混合貯蔵できる燃料タンクに設けられた温度センサ及び圧力センサにより検出された温度及び圧力と、予め記憶してある液化石油ガス単体の体積弾性率に係るデータと、ジメチルエーテル単体の体積弾性率に係るデータとを用いて液化石油ガスとジメチルエーテルとの混合比率を算出し、当該算出値から混合燃料の性状を求める技術が記載されている。特許文献３には、燃料タンク内の圧力及び温度に基づいて燃料の性状を演算する技術が記載されている。特許文献４には、静電容量式のアルコールセンサによってアルコール混合ガソリン中のアルコール濃度を検出する技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−５３４２９号公報
【特許文献２】特開２００５−６１４０１号公報
【特許文献３】特開２００１−１０７８０５号公報
【特許文献４】特開平４−８６３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、燃料が重質であるか、又は軽質であるかしか検出できず、混合燃料の混合比率を検出することはできないという技術的問題点がある。加えて、内燃機関の始動後に検出を行っているので、燃料の性状を検出する前のエミッションやドライバビリティに不具合を起こす可能性があるという技術的問題点がある。
【０００５】
特許文献２及び３に記載の技術では、燃料タンク内の温度が均一とは限らず、温度センサを設置する位置によって得られる結果が変化する可能性があるという技術的問題点がある。特許文献４に記載の技術では、混合燃料が相分離した場合、アルコールセンサを設置する位置によってアルコール濃度を誤判定したり、正しく判定するまでに時間がかかったりする可能性があるという技術的問題点がある。
【０００６】
本発明は、例えば、上記問題点に鑑みてなされたものであり、信頼性の高い燃料性状の指標値を推定することができる燃料性状推定装置及び方法、並びに燃料制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料性状推定装置は、上記課題を解決するために、ガソリン及びアルコールを含んでなる燃料を使用可能な内燃機関及び前記燃料を貯留する燃料容器を備える車両に搭載される燃料性状推定装置であって、前記燃料容器内の気体部分における容器圧力を検出する容器圧力検出手段と、前記貯留された燃料の液体部分における燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と、前記貯留された燃料の燃料量を検出する燃料量検出手段と、前記検出された容器圧力、前記検出された燃料圧力、及び前記検出された燃料量に基づいて、前記燃料の燃料性状を示す指標値を推定する燃料性状推定手段とを備える。
【０００８】
本発明の燃料性状推定装置によれば、例えば自動車等の車両に搭載されているエンジンである内燃機関を始動する際に、ガソリン及びアルコールを含んでなる燃料の燃料性状を示す指標値を推定する。ここに「内燃機関を始動する際」とは、典型的には、操縦者が例えばキーを回す又はパワースイッチを押す等の操作を行った時点を意味するが、内燃機関が完爆した時点より前であればよい。
【０００９】
本発明に係る「ガソリン及びアルコールを含んでなる燃料」とは、ガソリン及びエタノールやメタノール等の各種アルコールを混合した燃料（所謂、アルコール混合燃料）を意味する。尚、燃料におけるアルコールの濃度は、固定値であってもよいし、例えば、燃料の補給条件等に応じて、０％から１００％の範囲で変化する可変な値であってもよい。また、本発明に係る「燃料性状を示す指標値」とは、典型的には、燃料におけるアルコールの濃度であるが、例えば燃料の重軽質等、燃料性状を示す何らかの物理量やパラメータであってもよい。「濃度」は、百分率又は割合であってもよいし、或いは比であってもよい。いわば広義の濃度を意味してよい。
【００１０】
当該車両には、燃料を貯留する、例えば、鋼板又は樹脂により形成された燃料容器が備えられている。燃料容器内に貯留された燃料は、例えば、電動ポンプやデリバリパイプ等の作用により、内燃機関に供給される。
【００１１】
容器圧力検出手段は、燃料容器内の気体状態の燃料の圧力を検出する。燃料圧力検出手段は、燃料容器の底部に設けられ、燃料容器に貯留されている液体状態の燃料の圧力を検出する。燃料量検出手段は、燃料容器に貯留されている、典型的には液体状態の燃料の量を検出する。
【００１２】
尚、容器圧力検出手段、燃料圧力検出手段、及び燃料量検出手段は、内燃機関を始動する際に限らず、定期的に又は不定期的に、或いは連続して、夫々、容器圧力、燃料圧力、及び燃料量を検出していてもよい。加えて、例えば各種センサを用いて直接的に検出してもよいし、所定の関係を有する何らかのパラメータを検出すると共に、該検出されたパラメータから算出してもよい、即ち、間接的に検出してもよい。
【００１３】
ここで本願発明者の研究によれば、密閉された燃料容器内に貯留されたガソリン及びアルコールを含んでなる燃料については、その燃料容器内における気体部分の容器圧力、その燃料容器内における液体部分の圧力、及びその燃料容器内における燃料量という三つのパラメータが決まれば、その燃料性状も一義的に決まることが判明している。言い換えれば、ある燃料性状の燃料が密閉された燃料容器内に貯留されている状況では、これら三つのパラメータが既知であれば、燃料性状を示す指標値が取り得る値に自由度はなく、よって該指標値を一義的に特定することができる筈である。
【００１４】
このような背景より、本発明では、燃料性状推定手段は、検出された容器圧力、燃料圧力、及び燃料量に基づいて、燃料性状を示す指標値を推定する。具体的には、容器圧力、燃料圧力、及び燃料量と指標値との関係を定めるマップから、指標値を特定する。或いは、容器圧力、燃料圧力、及び燃料量を変数とする、又は係数とする所定の演算式によって指標値を算出する。
【００１５】
更に、本願発明者の研究によれば、一般に、例えば、燃料の温度に基づくアルコール濃度の検出や、アルコールセンサを用いたアルコール濃度の検出では、センサの位置によってアルコール濃度を誤認識する可能性がある。すると、誤ったアルコール濃度に基づいて、燃料の供給量が決定されたり、供給された燃料に点火するタイミングが決定されたりすることによって、エミッションやドライバビリティに不具合が生じる可能性があることが判明している。
【００１６】
しかるに本発明では、センサが設置されている位置に対する依存性の無い、又は極めて小さい、容器圧力、燃料圧力、及び燃料量に基づいて、燃料性状を示す指標値を推定しているので、仮に燃料が相分離していたとしても、指標値を誤認識することがない。従って、本発明の燃料推定装置によれば、信頼性の高い燃料性状の指標値を推定することができる。加えて、内燃機関を始動する際に指標値を推定できるので、始動性を向上させることができる。また、例えば、静電容量式のアルコールセンサ等、特別な検出装置を設置する場合に比べて安価であり、コスト削減を図ることができる。
【００１７】
本発明の燃料性状推定装置の一態様では、前記燃料性状推定手段は、前記指標値を定める複数のマップを格納する記憶手段を含み、前記格納された複数のマップの中から、前記検出された容器圧力に応じた一マップを選択し、前記検出された燃料圧力及び前記検出された燃料量に基づいて、前記一マップから前記指標値を推定する。
【００１８】
この態様によれば、例えば、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、バックアップＲＯＭ、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである記憶手段は、指標値を定める複数のマップを有する。各マップは、所定の容器圧力、又は所定の容器圧力範囲に対応しており、所定の容器圧力、又は所定の容器圧力範囲の代表圧力における燃料圧力、燃料量、及び指標値の関係を定めている。
【００１９】
このようなマップは、実験により、或いはシミュレーションにより、例えば、先ず、任意の容器圧力に固定した状態で、任意の指標値（例えば、アルコール濃度）における燃料量の変化に対する燃料圧力を求める。この操作を所定の指標値の範囲で繰り返し行う。これにより、指標値、燃料圧力及び燃料量の関係を特定して一つのマップを構成すればよい。次に、所定の容器圧力の範囲で、同様の操作を行うことによって複数のマップを構成すればよい。
【００２０】
燃料性状推定手段は、検出された容器圧力に対応したマップを選択し、検出された燃料圧力及び燃料量に基づいて、選択したマップから指標値を求める。尚、マップの数が増加するほど、求められる指標値の精度が向上する。
【００２１】
本発明の燃料性状推定方法は、上記課題を解決するために、ガソリン及びアルコールを含んでなる燃料を使用可能な内燃機関及び前記燃料を貯留する燃料容器を備える車両に搭載される燃料性状推定方法であって、前記燃料容器内の気体部分における容器圧力を検出する容器圧力検出工程と、前記貯留された燃料の液体部分における燃料圧力を検出する燃料圧力検出工程と、前記貯留された燃料の燃料量を検出する燃料量検出工程と、前記検出された容器圧力、前記検出された燃料圧力、及び前記検出された燃料量に基づいて、前記燃料の燃料性状を示す指標値を推定する燃料性状推定工程とを備える。
【００２２】
本発明の燃料性状推定方法によれば、上述した本発明の燃料性状推定装置と同様に、信頼性の高い燃料性状の指標値を推定することができる。
【００２３】
尚、本発明の燃料性状推定方法においても、上述した本発明の燃料性状推定装置における各種態様と同様の各種態様を採ることが可能である。
【００２４】
本発明の燃料制御装置は、上記課題を解決するために、上述した本発明の燃料性状推定装置（但し、その各種態様を含む）と、前記内燃機関に前記燃料を供給する燃料供給手段と、前記推定された指標値に応じて前記燃料の供給量を決定する供給量決定手段と、前記決定された供給量だけ供給するように前記燃料供給手段を制御する制御手段とを備える。
【００２５】
本発明の燃料制御装置によれば、上述した本発明の燃料性状推定装置を備えるので、信頼性の高い燃料性状の指標値を推定することができる。供給量決定手段は、推定された指標値に応じて、内燃機関へ供給する燃料の供給量を決定する。具体的には例えば、指標値と供給量との関係を定めるマップから、供給量を特定する。或いは、指標値を変数とする、又は係数とする所定の演算式によって供給量を算出する。尚、供給量決定手段は、供給量に限らず、空燃比を決定してもよい。
【００２６】
制御手段は、決定された供給量だけ内燃機関に供給するように、例えば、デリバリパイプや燃料供給弁等を含んで構成されている燃料供給手段を制御する。これにより、燃料性状に応じた供給量だけ燃料を供給することができるので、例えば、燃費、エミッション、或いはドライバビリティ等を向上させることが可能となる。
【００２７】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の燃料制御装置に係る実施形態を、図1乃至図４を参照して説明する。
【００２９】
先ず、図１を参照して本実施形態に係る燃料制御装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る燃料制御装置のブロック図である。
【００３０】
図１において、燃料制御装置１００は、例えば、自動車等である、ガソリン及びアルコールを含んでなる燃料４５を使用可能な内燃機関１０、及び燃料４５を貯留する、本発明に係る「燃料容器」の一例としての燃料タンク４１を備える車両に搭載されている。該車両は、更に、車両における各種電子制御を行うように構成されているＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３０を備えている。
【００３１】
内燃機関１０の気筒１１には、本発明に係る「燃料供給手段」の一例としての燃料噴射弁４２が設けられている吸気通路１２、及び排気通路１３が接続されている。気筒１１には、供給された燃料に点火する点火プラグ１４等が設けられている。気筒１１の周囲には、内燃機関１０を冷却する冷却水１５が循環する循環流路が設けられている。
【００３２】
ＥＣＵ３０は、推定部３０１、制御部３０２、供給量決定部３０３、メモリ３０４、及び入出力回路３０５を有している。ここに、本実施形態に係る「推定部３０１」、「制御部３０２」、「供給量決定部３０３」、及び「メモリ３０４」は、夫々、本発明に係る「燃料性状推定手段」、「制御手段」、「供給量決定手段」、及び「記憶手段」の一例である。本実施形態では、各種電子制御用のＥＣＵ３０の一部を、燃料制御装置の一部として用いている。
【００３３】
燃料制御装置１００は、燃料４５の燃料性状を示す、本発明に係る「指標値」の一例であるアルコール濃度を推定する燃料性状推定装置と、内燃機関１０に燃料４５を供給する燃料噴射弁４２と、推定されたアルコール濃度に応じて、燃料４５の供給量を決定する供給量決定部３０３と、決定された供給量だけ供給するように燃料噴射弁４２を制御する制御部３０２とを備える。
【００３４】
燃料性状推定装置は、燃料タンク４１のタンク内圧を検出するタンク内圧センサ２３と、燃料４５の燃圧を検出する燃圧センサ２２と、燃料４５の燃料量を検出する燃料計２１と、検出されたタンク内圧、燃圧、及び燃料量に基づいて、燃料４５のアルコール濃度を推定する推定部３０１とを備える。燃料性状推定装置は、更に、アルコール濃度を定める複数のマップを有するメモリ３０４を備える。尚、本は実施形態に係る「タンク内圧」、「タンク内圧センサ２３」、「燃圧」、「燃圧センサ２２」、及び「燃料計２１」は、夫々、本発明に係る「容器圧力」、「容器圧力検出手段」、「燃料圧力」、「燃料圧力検出手段」、及び「燃料量検出手段」の一例である。
【００３５】
内燃機関１０を始動させる際、具体的には例えば、操縦者が例えばキーを回す又はパワースイッチを押す等の操作を行い、ＥＣＵ３０から始動指令信号が発信された際に、燃料計２１、燃圧センサ２２、及びタンク内圧センサ２３は、夫々、燃料量、燃圧、及びタンク内圧を検出する。推定部３０１は、メモリ３０４に格納されている複数のアルコール濃度を定めるマップから、検出されたタンク内圧に応じたマップを選択する。推定部３０１は、検出された燃料量及び燃圧に基づいて、選択したマップからアルコール濃度を推定する。
【００３６】
ここで、図２及び図３を参照して、アルコール濃度を定めるマップについて説明を加える。図２は、タンク内圧とマップとの関係を示す概念図であり、図３は、燃料量、燃圧及びアルコール濃度の関係を定めるマップの一例である。
【００３７】
図２に示すように、メモリ３０４には、タンク内圧に対応する複数のマップＭＡＰ１、ＭＡＰ２…ＭＡＰｎが予め格納されている。マップは、典型的には、タンク内圧の所定範囲毎に定められているが、規則的に、又はランダムに選択されたタンク内圧毎に定められていてもよい。後者の場合、検出されたタンク内圧が中間の値（即ち、マップの存在しない値）であった場合には、例えば四捨五入等の操作により近傍の値に含めればよい。
【００３８】
図２に示した複数のマップＭＡＰ１、ＭＡＰ２…ＭＡＰｎ夫々は、図３に示すような、燃料量、燃圧、及びアルコール濃度の関係を定めている。図３において、実線ａ、ｂ及びｃは、夫々、アルコール濃度が高濃度（例えば、１００％）、中濃度（例えば、５０％）、及び低濃度（例えば、０％）の場合における燃料量と燃圧との関係を示している。尚、図３には、説明の便宜上、３本の燃料量と燃圧との関係を示す実線のみ示しているが、マップは、複数のアルコール濃度に対応した複数の実線を有している。また、タンク内圧が異なると、実線の傾きが変化する。
【００３９】
このように、センサを設置する位置に対する依存性のない、又は極めて小さい、タンク内圧、燃圧、燃料量に基づいて、アルコール燃料を推定しているので、燃料の温度を検出したり、アルコールセンサによって検出したりする場合に比べて、信頼性の高いアルコール濃度を推定することができる。
【００４０】
再び、図１に戻り、供給量決定部３０３は、推定されたアルコール濃度に応じて、燃料４５の供給量を決定する。制御部３０２は、デリバリパイプ４３を介して燃料４５を圧送するようにフューエルポンプ４４を制御し、決定された供給量だけ供給するように燃料噴射弁４２を制御すると共に、所定のタイミングで、供給された燃料に点火するように点火プラグ１４を制御する。
【００４１】
これにより、アルコール濃度に応じた供給量だけ燃料を供給することができるので、例えば、燃費、エミッション、或いはドライバビリティ等を向上させることが可能となる。
【００４２】
次に、以上のように構成された燃料制御装置１００が搭載された車両において、ＥＣＵ３０が実行する燃料制御処理を図４のフローチャートを用いて説明する。この燃料制御処理は、車両を始動する際に限らず、車両の走行中に、例えば定期的に又は不定期的にコンマ数秒〜数秒毎に周期的に実行されてもよい。
【００４３】
図４において、先ず、操縦者が例えばキーを回す又はパワースイッチを押す等の操作を行い、ＥＣＵ３０から始動指令信号が発信されると（ステップＳ１０１）、燃料計２１、燃圧センサ２２、及びタンク内圧センサ２３は、夫々、燃料量、燃圧、及びタンク内圧を検出する（ステップＳ１０２）。
【００４４】
次に、推定部３０１は、メモリ３０４に格納されている複数のアルコール濃度を定めるマップから、検出されたタンク内圧に応じたマップを選択する（ステップＳ１０３）。続いて、推定部３０１は、検出された燃料量及び燃圧に基づいて、選択したマップからアルコール濃度を推定する（ステップＳ１０４）。
【００４５】
次に、供給量決定部３０３は、推定されたアルコール濃度に応じて、燃料４５の供給量を決定し、制御部３０２は、デリバリパイプ４３を介して燃料４５を圧送するようにフューエルポンプ４４を制御し、決定された供給量だけ供給するように燃料噴射弁４２を制御すると共に、所定のタイミングで、供給された燃料に点火するように点火プラグ１４を制御し（ステップＳ１０５）、処理を終了する。
【００４６】
尚、本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う燃料性状推定装置及び方法、並びに燃料制御装置もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料制御装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るタンク内圧とマップとの関係を示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料量、燃圧及びアルコール濃度の関係を定めるマップの一例である。
【図４】本発明の実施形態に係るＥＣＵにおける処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１０…内燃機関、１１…気筒、１２…吸気通路、１３…排気通路、１４…点火プラグ、１５…冷却水、２１…燃料計、２２…燃圧センサ、２３…タンク内圧センサ、３０…ＥＣＵ、４１…燃料タンク、４２…燃料噴射弁、４３…デリバリパイプ、４４…フューエルポンプ、１００…燃料制御装置、３０１…推定部、３０２…制御部、３０３…供給量決定部、３０４…メモリ
【図１】
2008223591.tif 000003
【図２】
2008223591.tif 000004
【図３】
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【図４】
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