(57)【要約】【課題】燃料内の単一組成分濃度を精度良く推定する。【解決手段】内燃機関の燃料性状推定装置は、現在記憶している単一組成分濃度と空燃比補正量とに基づき燃料内の単一組成分濃度変化量を算出する単一組成分濃度変化量算出手段と、単一組成分濃度変化量と現在記憶している単一組成分濃度とを用いて最新の燃料内の単一組成分濃度を推定する単一組成分濃度算出手段と、を備え、単一組成分濃度変化量算出手段は、単一組成分濃度毎に異なる変換関数を複数有し、現在記憶している単一組成分濃度に対応した変換関数を用いて、空燃比補正量から単一組成分濃度変化量が算出されている。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料内の単一組成分濃度を推定／更新し、更新された単一組成分濃度を記憶する内燃機関の燃料性状推定装置において、
燃料噴射量を補正するための空燃比補正量を空燃比検出手段の検出値に基づいて算出する空燃比補正量算出手段と、
現在記憶している単一組成分濃度と空燃比補正量算出手段から算出された空燃比補正量とに基づき燃料内の単一組成分濃度変化量を算出する単一組成分濃度変化量算出手段と、
単一組成分濃度変化量と現在記憶している単一組成分濃度とを用いて最新の燃料内の単一組成分濃度を推定する単一組成分濃度算出手段と、を備え、
単一組成分濃度変化量算出手段は、単一組成分濃度毎に異なる変換関数を複数有し、現在記憶している単一組成分濃度に対応した変換関数を用いて、空燃比補正量算出手段で算出された空燃比補正量から単一組成分濃度変化量が算出されていることを特徴とする内燃機関の燃料性状推定装置。
【請求項２】
変換関数は、空燃比補正量算出手段で算出された空燃比補正量を独立変数、単一組成分濃度変化量を独立変数の関数である従属変数、とするものであって、
各変換関数は、それぞれ少なくとも２つの独立変数に対する従属変数の値が既知となっており、既知である従属変数から一次補間により残りの従属変数が与えられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料性状推定装置。
【請求項３】
空燃比補正量には、少なくとも空燃比検出手段の検出値に基づいて算出される空燃比フィードバック補正係数が含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料性状推定装置。
【請求項４】
空燃比補正量には、空燃比検出手段の検出値に基づいて算出される空燃比フィードバック補正係数に基づいて算出される空燃比学習補正係数が含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料性状推定装置。
【請求項５】
単一組成分濃度は、燃料内のアルコール濃度であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の燃料性状推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料性状推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンの他にアルコールとガソリンの各種組成の混合燃料でも走行可能な、いわゆるフレキシブルフューエルビークル（ＦＦＶ）と言われる自動車がある。
【０００３】
アルコールは、通常のガソリン（混合燃料）に対してＣ（炭素）原子の含有量が異なるため、フレキシブルフューエルビークルに用いられる内燃機関にアルコールとガソリンの混合燃料を供給するにあたっては、燃料内のアルコール濃度に従って燃料噴射量を調整する必要がある。
【０００４】
このため、このようなフレキシブルフューエルビークルにおいては、燃料内のアルコール濃度を燃料タンク内に配設されたアルコール濃度センサにて検出し、アルコール濃度センサの故障時には、排気空燃比に基づいて算出される空燃比フィードバック補正係数の平均値とアルコール濃度との相関関係により、アルコール濃度推定を行うものが従来から知られている（特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１６３９９２号公報（第１−４頁、第５図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、空燃比フィードバック補正係数そのものとアルコール濃度との相関に基づいて、アルコール濃度推定を行っているため、現在のアルコール濃度によって、「燃料濃度−空燃比フィードバック補正係数」の特性を変更する必要がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明における内燃機関の燃料性状推定装置は、現在記憶している単一組成分濃度と空燃比補正量とに基づき燃料内の単一組成分濃度変化量を算出する単一組成分濃度変化量算出手段と、単一組成分濃度変化量と現在記憶している単一組成分濃度とを用いて最新の燃料内の単一組成分濃度を推定する単一組成分濃度算出手段と、を備え、単一組成分濃度変化量算出手段は、単一組成分濃度毎に異なる変換関数を複数有し、現在記憶している単一組成分濃度に対応した変換関数を用いて、空燃比補正量から単一組成分濃度変化量が算出されていることを特徴としている。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、現在記憶している単一組成分濃度に応じた変換関数を用いて、単一組成分濃度変化量が算出されるため、正確に単一組成分濃度変化量を算出することができ、ひいては高い精度で単一組成分濃度を推定することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料性状推定装置の概略構成を示している。尚、図１に示す内燃機関は、アルコールを含む燃料を用いることも可能な内燃機関である。
【００１０】
エンジン本体１の燃焼室２には、吸気弁３を介して吸気通路４が接続されていると共に、排気弁５を介して排気通路６が接続されている。
【００１１】
吸気通路４には、エアクリーナ７、吸入空気量を検出するエアフローメータ８、吸入空気量を制御するスロットル弁９及び吸気中に燃料を噴射供給する燃料噴射弁１１が配設されている。
【００１２】
燃料噴射弁１１は、エンジンコントロールユニット１２（以下、ＥＣＵと記す）からの噴射指令信号により運転条件に応じて所定の空燃比となるよう吸気中に燃料を噴射供給している。
【００１３】
排気通路６には、排気中の酸素濃度を検出することによって排気中の空燃比を算出可能にする空燃比検出手段としての酸素濃度センサ１３と、三元触媒１４が配設されている。
【００１４】
三元触媒１４は理論空燃比を中心とするいわゆるウィンドウに空燃比がある場合に最大の転化効率をもって排気中のＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを同時に浄化できるため、ＥＣＵ１２では、三元触媒１４の上流側に設けた酸素濃度センサ１３からの出力に基づいて排気空燃比が上記のウィンドウの範囲内で変動するように空燃比のフィードバック制御を行う。
【００１５】
また、ＥＣＵ１２には、エンジン本体１の冷却水温度を検知する水温センサ１５からの信号が入力されている。
【００１６】
アルコールを含む燃料は、通常のガソリン（混合燃料）に対してＣ（炭素）原子の含有量が異なるため、同一の当量比を得るには大きな噴射量が要求されることになり、アルコールとガソリンの混合燃料をエンジンに供給するにあたっては、燃料内のアルコール濃度に従って燃料噴射量を調整する必要がある。
【００１７】
そこで、酸素濃度センサ１３の検出値を利用して、可及的速やかに、かつ精度良く燃料内のアルコール濃度を予測する。
【００１８】
本実施形態では、燃料内単一組成分濃度として、燃料内のアルコール濃度を以下の手順で推定する。図２は、燃料内のアルコール濃度を推定する制御の流れを示している。尚、本実施形態においては、給油される可能性のある燃料のなかで最もアルコール濃度が高い燃料をＥ８５燃料（エタノール濃度８５％）、最もアルコール濃度が低い燃料をＥ０燃料（エタノール濃度０％）としたものである。
【００１９】
まず、ステップ（以下、単にＳと表記する）１では、酸素濃度センサ１３の出力信号を基に算出された空燃比フィードバック補正係数αを計算する。
【００２０】
Ｓ２では、空燃比学習条件が成立しているか否かを判定し、空燃比学習条件が成立している場合には、Ｓ３に進み、各運転領域毎のαｍ算出マップのマップ値の書き換えを行う。空燃比学習条件が成立していない場合には、各αｍ算出マップのマップ値の書き換えを行わずにＳ４に進む。ここで、αｍは上記αに基づいて算出される空燃比学習補正係数である。尚、空燃比フィードバック補正係数α及び空燃比学習補正係数αｍは、上述した空燃比のフィードバック制御に用いられるパラメータであり、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量がα及びαｍに応じて補正される。また、空燃比フィードバック補正係数α及び空燃比学習補正係数αｍの算出方法は、公知のいかなる算出方法でも使用可能であるため、これらの算出方法についての詳細な説明は省略する。
【００２１】
Ｓ４では、現在の各運転領域毎のαｍマップを参照し、各運転領域毎に空燃比補正量としての空燃比学習補正係数αｍを求める。
【００２２】
Ｓ５では、アルコール濃度推定を行うための許可条件が成立しているか否かを判定する。すなわち、このＳ５においては、水温、エンジン始動後時間、空燃比学習制御の進行状況、給油履歴などの条件が整ったか否かを判定し、条件が整っている場合にはＳ６に進み、条件が整っていない場合にはアルコール濃度推定を行うことなく終了する。
【００２３】
Ｓ６では、前回アルコール濃度推定値ＡＬＣｚ、すなわち現在ＥＣＵ１２内に記憶されている第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２（後述）をＡＬＣとする。つまり、ＡＬＣｚ＝ＡＬＣとおく。
【００２４】
Ｓ７では、図３に示すＤＡＬＣ算出マップを用い、Ｓ６で求めたＡＬＣに対応する変換関数と、Ｓ４にて求めた各運転領域別のαｍのうち代表的な回転負荷領域のαｍの平均値、換言すればエンジンとしての使用頻度が高い４領域程度のαｍの平均値αｍ′とを用いて、単一組成分濃度変化量であるアルコール濃度変化量ＤＡＬＣを算出する。
【００２５】
図３では、αｍ′に対してアルコール濃度変化量ＤＡＬＣは連続的な特性を持つが、この特性は、現在ＥＣＵ１２に記憶している第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２に基づき変化するものである。これは、空燃比制御の基本となる基本燃料噴射量にＡＬＣによる補正が含まれる為であり、ＡＬＣに応じて特性も相対的に変化する。すなわち、図３において、特性線Ｌ１は、ＡＬＣ＝０％（燃料内のアルコール濃度が０％）に対応する変換関数であり、特性線Ｌ２は、ＡＬＣ＝８５％（燃料内のアルコール濃度が８５％）に対応する変換関数、特性線Ｌ３は、ＡＬＣ＝４０％（燃料内のアルコール濃度が４０％）に対応する変換関数である。
【００２６】
ここで、変換関数は、縦軸をアルコール濃度変化量ＤＡＬＣ、横軸をαｍ′、（αｍ′，ＤＡＬＣ）＝（１，０）を原点とする直角座標系において、高いアルコール濃度に対応する変換関数程、その傾き、すなわちその比例成分が大きくなるものであって、特性線Ｌ１〜Ｌ３を例にすれば、θ１＜θ３＜θ２となっている。尚、θ１は特性線Ｌ１の傾き、θ２は特性線Ｌ２の傾き、θ３は特性線Ｌ３の傾きである（図３参照）。また、図３においては、便宜上、３つの特性線（変換関数）のみを示したが、実際には、所定のアルコール濃度毎、例えば５％刻みのアルコール濃度（ＡＬＣ＝０％、５％、１０％、…）に対応した複数の特性線（変換関数）が与えられている。
【００２７】
Ｓ８では、Ｓ７で算出されたアルコール濃度変化量ＤＡＬＣと、前回のアルコール濃度推定値ＡＬＣｚ、すなわち現在ＥＣＵ１２内に記憶されているアルコール濃度推定値ＡＬＣ２（後述）と、の和を第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１として算出する。
【００２８】
そして、Ｓ９では、図４に示すマップを用い、Ｓ８で算出された第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１から最新の第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２を算出する。  このＡＬＣ２算出マップは、第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１に対して、第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２が不感帯を持つ特性となっている。すなわち、第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１の増減に関わらず第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２が略一定となる不感帯を有しており、本実施例においては、第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１が０％〜３０％の領域では、第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２は一律０％、第１アルコール濃度推定値ＡＬＣ１が６５％〜８５％の領域では、第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２は一律８５％となるように設定されている。
【００２９】
これは、ガソリン（すなわち、エタノール濃度が０％のＥ０燃料）を入れられた場合や、いつも規格品のブレンド燃料（ガソリン−アルコール燃料）、例えば燃料内のエタノール濃度が８５％のいわゆるＥ８５燃料を入れられた場合は、安定した制御値（制御定数）を用いるために設定した特性である。ここで、上記制御値とは、点火時期関連、燃料の壁流補正関連、冷機増量関連、いわゆるλコントロールの３元点調整定数、換言すれば、空燃比制御における目標空燃比、等が挙げられ、これらが変動するとエミッションの再現性が悪くなるため不感帯としたものである。
【００３０】
ここで、Ｓ９にて算出された最新の第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２は、次回Ｓ９にて最新のアルコール濃度推定値ＡＬＣ２が算出されるまでＥＣＵ１２内に前回アルコール濃度推定値ＡＬＣｚとして記憶される。尚、このＡＬＣｚの初期値はＡＬＣｚ＝０（％）とする。
【００３１】
尚、図２におけるＳ１〜Ｓ４が空燃比補正量算出手段に相当し、Ｓ７が単一組成分濃度変化量算出手段に相当し、Ｓ８及びＳ９が単一組成分濃度算出手段に相当する。また、図３及び図４に示すマップは、予めＥＣＵ１２内のＲＯＭに記憶させてあるものである。
【００３２】
このような内燃機関の燃料性状推定装置においては、前回アルコール濃度推定値ＡＬＣｚと、空燃比学習補正係数αｍのうち代表的な回転負荷領域のαｍの平均値αｍ′と、を用いてアルコール濃度変化量ＤＡＬＣが算出されるのて、実際のアルコール濃度と推定値との偏差を速やかに埋めることが可能となり速やかに高い精度の第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２で燃焼制御の補正ができ、排気、運転性の悪化を最低限に抑えることができる。特に、前回のアルコール濃度推定値ＡＬＣｚに応じて、アルコール濃度変化量ＤＡＬＣを算出する変換関数が選択されるため、正確にアルコール濃度変化量ＤＡＬＣを算出することができ、精度の高い第２アルコール濃度推定値ＡＬＣ２が算出される。
【００３３】
また、アルコール濃度推定の時間が短くで済むので、精度要求により、停止を必要とするシステムの停止時間を短くでき、これらに関連する性能の悪化を最低限に抑えることができる。
【００３４】
そして、アルコール濃度変化量ＤＡＬＣを算出する際に、空燃比学習補正係数αｍを用いることにより、長期に渡ってアルコール濃度が同一の燃料を使用した場合等に起こる学習値のエラーを抑制することができる。
【００３５】
尚、本実施形態においては、図３に示すように、変換関数を特性線としてマップに割り付けているが、変換関数を特性線としてマップに割り付けておくのではなく、上述した直角座標系（縦軸をアルコール濃度変化量ＤＡＬＣ、横軸をαｍ′とし、｛αｍ′，ＤＡＬＣ｝＝｛１，０｝を原点）における特性線の両端の座標データのみを既知量として与えておき、これら２つに既知量を基に、当該特性線の両端の間に関しては一次補間により算出するようにしてもよい。換言すれば、変換関数は、αｍ′を独立変数、アルコール濃度変化量ＤＡＬＣを従属変数とするものであって、特性線の両端の独立変数に対する従属変数の値のみ既知量として与え、従属変数の中間値は一次補間により算出するようにしてもよい。一次補間に関して特性線Ｌ１を例に詳述すれば、ＥＣＵ１２は、特性線Ｌ１の両端、すなわち、（αｍ′，ＤＡＬＣ）＝（１．４，８５），（１．０，０）のデータのみを持ち、１．０＜αｍ′＜１．４の範囲におけるアルコール濃度変化量ＤＡＬＣは、一次補間によってその都度算出するようにしてもよい。
【００３６】
また、特性線Ｌ３（ＡＬＣ＝４０％に対応）のように、０％＜ＡＬＣ＜８５％に対応する変換関数は、特性線Ｌ１と特性線Ｌ２とを用いて補間することで与えられるようにしてもよい。
【００３７】
このように、各特性線を補間により与えるようにすれば、各特性線の全体をＥＣＵ１２に記憶させる場合に比べて、ＥＣＵ１２に記憶させておく記憶量が少なくすることができ、ＥＣＵ１２内のＲＯＭの容量を小さくすることができる。
【００３８】
更に、上述した実施形態においては、空燃比学習補正係数αｍのうち代表的な回転負荷領域のαｍの平均値αｍ′を用いてアルコール濃度変化量ＤＡＬＣを算出していたが、αｍ′の代わりに空燃比フィードバック補正係数αを用いることも可能である。この場合、給油後の燃料撹拌及び燃料配管内の燃料輸送遅れによる濃度変化等の濃度の過渡状態を捉えることが可能になる。
【００３９】
上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００４０】
（１）  内燃機関の燃料性状推定装置は、燃料内の単一組成分濃度を推定／更新し、更新された単一組成分濃度を記憶するものであって、燃料噴射量を補正するための空燃比補正量を空燃比検出手段の検出値に基づいて算出する空燃比補正量算出手段と、現在記憶している単一組成分濃度と空燃比補正量算出手段から算出された空燃比補正量とに基づき燃料内の単一組成分濃度変化量を算出する単一組成分濃度変化量算出手段と、単一組成分濃度変化量と現在記憶している単一組成分濃度とを用いて最新の燃料内の単一組成分濃度を推定する単一組成分濃度算出手段と、を備え、単一組成分濃度変化量算出手段は、単一組成分濃度毎に異なる変換関数を複数有し、現在記憶している単一組成分濃度に対応した変換関数を用いて、空燃比補正量算出手段で算出された空燃比補正量から単一組成分濃度変化量が算出されている。つまり、現在記憶している単一組成分濃度に応じた変換関数が用いて、単一組成分濃度変化量が算出されるため、正確に単一組成分濃度変化量を算出することができ、ひいては高い精度で単一組成分濃度を推定することができる。
【００４１】
（２）  より具体的には、上記（１）に記載の内燃機関の燃料性状推定装置において、変換関数は、空燃比補正量算出手段で算出された空燃比補正量を独立変数、単一組成分濃度変化量を独立変数の関数である従属変数、とするものであって、各変換関数は、それぞれ少なくとも２つの独立変数に対する従属変数の値が既知となっており、既知である従属変数から一次補間により残りの従属変数が与えられている。
【００４２】
（３）  上記（１）または（２）に記載に内燃機関の燃料性状推定装置において、空燃比補正量には、少なくとも空燃比検出手段の検出値に基づいて算出される空燃比フィードバック補正係数が含まれる。これによって、給油後の燃料撹拌及び燃料配管内の燃料輸送遅れによる濃度変化等の濃度の過渡状態を捉えることが可能になる。
【００４３】
（４）  上記（１）または（２）に記載の内燃機関の燃料性状推定装置において、空燃比補正量には、空燃比検出手段の検出値に基づいて算出される空燃比フィードバック補正係数に基づいて算出される空燃比学習補正係数が含まれる。これによって、これによって、長期に渡って単一組成分濃度が同一の燃料をした場合等に起こる学習値のエラーを抑制することができる。
【００４４】
（５）  より具体的には、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の内燃機関の燃料性状推定装置において、単一組成分濃度は、燃料内のアルコール濃度である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の燃料性状推定装置の概略構成を示す説明図。
【図２】燃料内のアルコール濃度推定値を算出する制御の流れを示すフローチャート。
【図３】アルコール濃度変化量ＤＡＬＣの算出マップ。
【図４】ＡＬＣ２算出マップ。
【符号の説明】
１…エンジン本体
２…燃焼室
３…吸気弁
４…吸気通路
５…排気弁
６…排気通路
７…エアクリーナ
８…エアフローメータ
９…スロットル弁
１１…燃料噴射弁
１２…エンジンコントロールユニット
１３…酸素濃度センサ
１４…三元触媒
１５…水温センサ
【図１】
2004308540.tif 000002
【図２】
2004308540.tif 000003
【図３】
2004308540.tif 000004
【図４】
2004308540.tif 000005