(57)【要約】【課題】燃料組成が変わっても適正なエンジン制御が行える内燃機関におけるラムダセンサーの補正方法を提供する。【解決手段】マフセンサー２３とラムダセンサー２４を備え、種々の燃料を用いてエンジン１０を制御するためのラムダセンサーの補正方法において、軽油ニート時の燃料噴射量および空気流量に対するラムダとの関係を軽油の基準特性として記憶し、未知の燃料を用いてエンジンを制御したときに、燃料噴射毎に、ラムダセンサー２４で検出されるラムダ値と軽油の基準特性との乖離量を求め、この乖離量が閾値以上のとき、マフセンサー２３、ラムダセンサー２４および燃料噴射量の情報を基に、燃料組成と理論空燃比の関係から導き出されるラムダとなるようにラムダセンサー２４で検出されるラムダ値を補正するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マフセンサーとラムダセンサーを備え、種々の燃料を用いてエンジンを制御するためのラムダセンサーの補正方法において、軽油ニート時の燃料噴射量および空気流量に対するラムダとの関係を軽油の基準特性として記憶し、未知の燃料を用いてエンジンを制御したときに、燃料噴射毎に、前記ラムダセンサーで検出されるラムダ値と前記軽油の基準特性との乖離量を求め、この乖離量が閾値以上のとき、マフセンサー、ラムダセンサーおよび燃料噴射量の情報を基に、燃料組成と理論空燃比の関係から導き出されるラムダとなるように前記ラムダセンサーで検出されるラムダ値を補正することを特徴とする内燃機関におけるラムダセンサーの補正方法。
【請求項２】
未知の燃料を、軽油にエステルを混合した燃料とみなし、その混合割合を仮定すると共にその混合割合における燃料の空燃比と軽油ニート時の理論空燃比とでラムダ補正係数を求め、軽油のラムダ値に対してラムダ補正係数にて前記ラムダ値を補正する請求項１記載の内燃機関におけるラムダセンサーの補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオ燃料を用いたときの内燃機関におけるラムダセンサーの補正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）が、内燃機関の運転状況に応じてインジェクタ（燃料噴射弁）を制御している。
【０００３】
厳しさを増す排ガス規制に対応するため、エンジンのエアマネジメントや噴射量学習等でワイドバンドラムダセンサー（ＵＥＧＯ（Universal Exhaust Gas Oxgen）センサー；全領域空燃比センサー）が用いられる傾向がある。
【０００４】
このＵＥＧＯセンサーは、ジルコニアセラミックスをベースとするセラミックスチップに空洞があり、排気ガスを空洞に導入するための多孔質微小孔、および空洞内の酸素濃度を検出する素子、これらを一括して加熱するヒータが集積されたものからなる。測定中、リーン領域（λ＞１）では濃度拡散現象により多孔質微小孔を通して空洞内に排気ガス中の残留酸素が流入し、リッチ領域（λ＜１）では残留水素と一酸化炭素が流入する。一方、ポンピング素子に電流を通ずると、リーン領域では空洞内から酸素分子を汲み出し、またリッチ領域では電流の方向を反転して外部から酸素分子を取り込む。センサーチップ空洞内の酸素分子を検出しながら、空洞内の酸素濃度が常に一定になるようにポンピング電流を制御し、リーン領域では排気ガス中の残留酸素濃度に比例する順方向のポンピング電流特性が得られ、またリッチ領域では、残留水素と一酸化窒素の濃度和に比例する逆方向のポンピング電流特性が得られる。空燃比は、このポンピング電流からの残留酸素、および残留水素と一酸化炭素情報から算出される。
【０００５】
このＵＥＧＯセンサーを使用した場合、例えばシリンダ内酸素濃度の計測値を制御量としてＥＧＲ（排気再循環）やＶＧＴ（可変容量型過給機）といった排気ガスデバイスを制御する。また、マフセンサーを備えたシステムでは、空気流量とラムダの関係から噴射の補正に用いることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１０８４０８号公報
【特許文献２】特開２００７−１６２６４９号公報
【特許文献３】特開２０００−１２０４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、再生可能エネルギの普及等から、軽油に代わる代替燃料、特に分子内含酸素燃料（バイオ燃料など）の使用が注目されている。
【０００８】
ここで、使用燃料によっては出力されるセンサー値が実値と乖離する場合があるため、ラムダセンサーを上記のエンジン制御に用いた場合、酸素濃度の計算値のずれによるスモークの増大や、噴射量の誤学習によるＥＣＵ認識運転領域のずれといった問題が起こりうる。
【０００９】
上記ラムダセンサーは、原理的に、排気ガス中の酸素量を測定して空燃比を測定しており、エンジンの制御においては燃料組成を知る手段は限られているため、軽油の完全燃焼を想定した理論空燃比を基に、間接的にラムダを算出している。
【００１０】
しかし、燃料組成が違えば、ラムダセンサーの算出値が実値と異なることが起こりえる。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、燃料組成が変わっても適正なエンジン制御が行える内燃機関におけるラムダセンサーの補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、マフセンサーとラムダセンサーを備え、種々の燃料を用いてエンジンを制御するためのラムダセンサーの補正方法において、軽油ニート時の燃料噴射量および空気流量に対するラムダとの関係を軽油の基準特性として記憶し、未知の燃料を用いてエンジンを制御したときに、燃料噴射毎に、前記ラムダセンサーで検出されるラムダ値と前記軽油の基準特性との乖離量を求め、この乖離量が閾値以上のとき、マフセンサー、ラムダセンサーおよび燃料噴射量の情報を基に、燃料組成と理論空燃比の関係から導き出されるラムダとなるように前記ラムダセンサーで検出されるラムダ値を補正することを特徴とする内燃機関におけるラムダセンサーの補正方法である。
【００１３】
未知の燃料を、軽油にエステルを混合した燃料とみなし、その混合割合を仮定すると共にその混合割合における燃料の空燃比と軽油ニート時の理論空燃比とでラムダ補正係数を求め、軽油のラムダ値に対してラムダ補正係数にて前記ラムダ値を補正するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、未知燃料を用いても適正なラムダセンサーの補正が行えるため、適正なエンジン制御が行えるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の内燃機関の概略構成を説明する図である。
【図２】本発明において、空気流量および燃料噴射量に対するラムダ値の変化を説明する図である。
【図３】本発明において目標燃料量に対する実燃料量（実燃料噴射量）のベースと未知燃料を用いたときの補正後の学習効果を示す図である。
【図４】本発明において目標燃料量に対する実燃料量（実燃料噴射量）のベースと未知燃料を用いたときの補正後のスモーク量を示す図である。
【図５】エンジン回転数に対する軽油、バイオ燃料のラムダ値の関係を示す図である。
【図６】（ａ）は炭素分子数に対する直鎖アルカン、ケトン、エーテル、エステルの空燃比を示す図、（ｂ）は炭素分子数に対する直鎖アルカン、ケトン、エーテル、エステルの分子量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１により本発明の内燃機関の概略構成を説明する。
【００１８】
図１において、１０はエンジン、１１はタービン１２とコンプレッサ１３からなるターボチャージャ、１４はインタークーラ、１５はＥＧＲクーラ、１６は、吸気（空気）を、コンプレッサ１３、インタークーラ１４、吸気バルブ１７を通して吸気マニホールド１８に導入する吸気通路、１９は、排気マニホールド２０からの排気ガスをタービン１２を介して排出する排気通路、２１は、排気マニホールド２０からの排気ガスをＥＧＲクーラ１５、ＥＧＲ弁２２を介して吸気マニホールド１８に排気再循環するＥＧＲ通路である。
【００１９】
コンプレッサ１３の上流側の吸気通路１６には、吸入空気の空気流量を検出するマフセンサー２３が設けられ、タービン１２の下流側の排気通路１９には、ラムダセンサー（ＵＥＧＯセンサー）２４が設けられる。
【００２０】
マフセンサー２３とラムダセンサー（ＵＥＧＯセンサー）２４の検出値はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２５に入力される。ＥＣＵ２５はエンジンの運転状態（アクセルペダルの踏み込み量など）からエンジン１０での各気筒での燃料噴射量を決定すると共にその決定量に基づいて燃料噴射弁を制御し、また排気ガス中のＮＯｘ低減のために、吸気バルブ１７、ＥＧＲ弁２２を制御する。
【００２１】
このＥＣＵ２５は出荷時には、学習により、軽油ニート時の燃料噴射量および空気流量に対するラムダ（空燃比）の関係を基準曲線として記憶している。
【００２２】
ＥＣＵ２５は、実使用時では、運転状態が、定常状態もしくは遅れ時間が無視できる準定常状態と判定された場合に再度学習を行い、燃料噴射量および空気流量に対して、図２に示すようなラムダの基準特性との乖離量Ｄを求める。
【００２３】
このとき、乖離量Ｄがある閾値以上であっても、乖離量の平均値からのばらつきが認められる場合は、ラムダセンサー値を真として燃料噴射量補正等の通常制御を行い、ラムダセンサーの補正は行わない。
【００２４】
一方、乖離量Ｄがある閾値以上であり、同ばらつきが平均値に対して所定の範囲ｄ内で、ばらつきが認められない場合、次の方法により、ラムダセンサーの補正を行う。
【００２５】
すなわち、乖離量Ｄがある閾値以上である場合には、学習した軽油に基づくラムダではなく、軽油にバイオ燃料（分子内含酸素燃料）が混合されているとしてマフセンサー２３とラムダセンサー（ＵＥＧＯセンサー）２４を基にＥＣＵ２５がラムダの補正を行う。
【００２６】
この際、燃料をノルマル（直鎖）アルカンとエステルの２成分系混合物と仮定し、両者の割合を変えることで、ラムダセンサー出力値から求めた計算ラムダと、マフセンサーおよび燃料噴射量に燃料密度補正を加えて求めた計算ラムダとを算出し、両者がつりあう組成を決定することで、ラムダの補正係数αおよび仮定燃料としての発熱量が決定される。
【００２７】
図３は、軽油ニート時の目標燃料量に対する実燃料量（実噴射量）をベース（実線）としたとき、誤学習時（破線）からラムダ補正により補正後（点線）はベースに近い実燃料量とすることができる。
【００２８】
図４は、軽油ニート時の目標燃料量に対するスモーク量をベース（実線）としたとき、誤学習時（破線）からラムダ補正により補正後（点線）はベースに近いスモーク量とすることができる。
【００２９】
この本発明のラムダ補正をさらに説明する。
【００３０】
図５は、燃料種に対するエンジン同一回転、同一ペダル要求量（燃料噴射量）のＵＥＧＯセンサー出力値の関係を示し、ＦｕｅｌＢ０は、軽油１００（軽油ニート時）のエンジン回転に対するＵＥＧＯセンサーで検出されるラムダを示し、ＦｕｅｌＢ１００はバイオ燃料１００％のエンジン回転に対するラムダ、ＦｕｅｌＢ６０は軽油にバイオ燃料６０％を混合したときのエンジン回転に対するラムダを示している。
【００３１】
図５において、燃料種に対して同一回転、同一ペダル要求時のラムダセンサー出力値は相違し、バイオ燃料（分子内含酸素燃料）が多くなるとラムダの差が軽油ニートに対して大きく乖離している。これは、理論空燃比の差および分子量差による実噴射量の差からくるものと考えられる。
【００３２】
図６（ａ）は、軽油としての直鎖アルカン、ケトン、エーテル、エステルの炭素分子数に対する化学量論での空燃比の関係を示し、図６（ｂ）は、図６（ａ）の理論空燃比における炭素分子数に対する分子量（ｇ／ｍｏｌ）の関係を示している。
【００３３】
この図６において、内燃機関に使用される軽油の炭素数は１５〜１８であり、その領域Ｒにおいて直鎖アルカン、ケトン、エーテル、エステルは理論空燃比と分子量が相違する。
【００３４】
ここで、図５に示すようにＵＥＧＯセンサーで検出される軽油ニート時の空燃比は、エンジン回転数１５００ｒｐｍで、１．５０、３０００ｒｐｍで、ラムダが１．２であるが、バイオ燃料の混合割合が増えるとラムダは大きくなり、ＦｕｅｌＢ１００では、エンジン回転数１５００ｒｐｍで、ラムダが１．８、３０００ｒｐｍでラムダが１．３と大きく検出される。
【００３５】
これに対して、図６に示すように化学量論的空燃比は、軽油ニート（直鎖アルカン）の炭素数１６で空燃比が１５、エステルの炭素数１６で空燃比１２と、エステルの方が軽油より理論空燃比が低い値となる。
【００３６】
これは、バイオ燃料中に酸素を含み、ＵＥＧＯセンサーで検出される空燃比は、排ガス中の酸素濃度を検出しているため、バイオ燃料中に含まれていた未反応酸素も同時に検出するためラムダに乖離が生じるためである。
【００３７】
そこで、本発明では、ＵＥＧＯセンサーで検出される空燃比を、実際に用いられる燃料に含まれる酸素量を考慮して計測値を補正するものである。
【００３８】
ここでＵＥＧＯセンサーでのセンサー計測電流に対応する酸素量Δｍo2は、軽油の空燃比ＡＦＲst≒１４．８に基づいて、数１で算出される。
【００３９】
【数１】
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【００４０】
数１において、ｍo2は、実際の酸素質量流量、ｍo2,theoryは、理論の酸素質量流量、ｍfuelは、燃料流量（燃料噴射量）、ＡＦＲは、ある運転状態での空燃比、ＡＦＲistは、その運転状態での理想空燃比、ｘ02は、酸素質量濃度である。
【００４１】
数１において、ある運転状態での空燃比λを、ＡＦＲ／ＡＦＲistとすると、（λ−１）・ｘ02・ｍfuel・ＡＦＲistが得られ、軽油の空燃比ＡＦＲst≒１４．８と酸素質量濃度ｘ02と燃料流量ｍfuelに基づいて酸素量Δｍo2が算出される。
【００４２】
しかし、燃料比重が同等であっても分子量に差がある場合は、図６で説明したように真のＡＦＲに乖離が生じる。
【００４３】
燃料の厳密な組成を知ることは難しいため、軽油の代表的な組成としてノルマルアルカン（直鎖アルカン）を、代替燃料としてエステルを仮定し、未知燃料を、両者の２成分系混合物として近似することで、簡易的な補正を考える。
【００４４】
すなわち、混合割合ｘを仮定し、その組成における平均分子量で補正した計算ラムダ（＝ＡＦＲcalc）をマフセンサーおよび燃料噴射量から得、その組成における理論空燃比で補正したラムダセンサー値を比較し、両者が一致した場合のラムダおよび組成を真として決定する（数２、数３）。
【００４５】
【数２】
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【００４６】
【数３】
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【００４７】
この数２、３で、
λxは、混合割合ｘでのラムダ値
ＡＦＲstn-alkoneは、ノルマルアルカン（軽油ニート時）の理想空燃比
ＡＦＲstxは、混合割合ｘでの理想空燃比
αは、ラムダ補正係数
λn-alkaneは、ノルマルアルカンのラムダ値
ｍairは、実際の空気質量流量
ｍn-alkanは、ノルマルアルカンの質量流量
Ｍn-alkanは、ノルマルアルカンの平均分子量
Ｍxは、混合割合ｘでの平均分子量
βは空燃比補正係数
である。
【００４８】
数２は、混合割合ｘでのラムダ値λxを求めるもので、混合割合ｘでの理想空燃比に対する燃料の空燃比ＡＦＲstxと軽油ニート時の理論空燃比ＡＦＲstn-alkoneとでラムダ補正係数αを求め、軽油のラムダ値λに対してラムダ補正係数αにて記ラムダ値を補正するものである。
【００４９】
数３は、空気流量センサーからの空気質量流量（ｍair）と燃料噴射量（ｍn-alkan）から未知の燃料の空燃比（＝ＡＦＲcalc）を求めると共に、これを軽油の分子量（Ｍn-alkan）に対する未知の燃料の分子量（Ｍx）の比で空燃比補正係数βを求めるものである。
【００５０】
このように計算ラムダとラムダセンサー値の信頼性を考慮することで、バイオディーゼルなどの種々の燃料を使用した場合においても、噴射量補正やエアマネジメント等の排気ラムダを用いたエンジン制御が可能となる。
【００５１】
また、仮想燃料としての発熱量の概算が可能となるため、燃料発熱量を用いた制御においては、誤差を低く留めることができる。
【００５２】
実使用時では、ＥＣＵ２５が、定常もしくは準定常状態で再度学習を行い、燃料噴射量および空気流量に対し、ラムダの基準特性との乖離量を求める。このとき、乖離量がある閾値以上であっても、乖離量の平均値からのばらつきが認められる場合は、ラムダセンサー値を真として燃料噴射量補正等の通常制御を行い、ラムダセンサーの補正は行わない。
【００５３】
一方、乖離量Ｄがある閾値以上であり、同ばらつきが認められない場合、図６で説明した炭素数に対する各種燃料の空燃比および分子量の特性により、ラムダセンサーの補正を行う。
【００５４】
すなわち、燃料をノルマルアルカンとエステルの２成分系混合物と仮定し、数２、数３を基に、両者の割合を変えることで計算ラムダとラムダセンサー値を補正し、両者がつりあうラムダを真とすることで、補正係数α、βを決定する。また、その際の組成から、仮定燃料としての発熱量が決定する。
【符号の説明】
【００５５】
１０  エンジン
１１  ターボチャージャ
２３  マフセンサー
２４  ラムダセンサー（ＵＥＧＯセンサー）
２５  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2016017411.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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