アルコール混合燃料噴射制御装置
【課題】１個のセンサで検出した燃料のアルコール濃度から実際にエンジンに供給される燃料のアルコール濃度を正確に再現し、燃料噴射量を適正化する。
【解決手段】燃料流量を軸とする所定の時点で、濃度センサの出力Ｏ１をサンプリングし、そのサンプリング値を記憶する。次に、瞬時流量の積算値が設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴに達したとき、濃度センサの出力Ｏ２を再びサンプリングし、同様に、そのサンプリング値を記憶する。このような濃度センサによるアルコール検出濃度のサンプリングを繰り返し、サンプリングしたデータを時系列的に記憶する。そして、サンプリングしたアルコール検出濃度に対して、濃度センサでアルコール濃度を検出した燃料が噴射されるまでの燃料量すなわち遅延量ＫＦＦＳＤＬＹとサンプリング周期を定める設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴとによる補間計算を実行し、再現アルコール濃度を算出する。
【解決手段】燃料流量を軸とする所定の時点で、濃度センサの出力Ｏ１をサンプリングし、そのサンプリング値を記憶する。次に、瞬時流量の積算値が設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴに達したとき、濃度センサの出力Ｏ２を再びサンプリングし、同様に、そのサンプリング値を記憶する。このような濃度センサによるアルコール検出濃度のサンプリングを繰り返し、サンプリングしたデータを時系列的に記憶する。そして、サンプリングしたアルコール検出濃度に対して、濃度センサでアルコール濃度を検出した燃料が噴射されるまでの燃料量すなわち遅延量ＫＦＦＳＤＬＹとサンプリング周期を定める設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴとによる補間計算を実行し、再現アルコール濃度を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料中のアルコール濃度に基づいて燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を補正するアルコール混合燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両においては、省資源や公害低減等の観点から、ガソリン等の従来の燃料にアルコールを加えた混合燃料を使用するシステムが注目されている。このアルコール混合燃料を使用するエンジンでは、空燃比を適正に維持するためには、燃料中のアルコール濃度を正確に把握して燃料噴射量を決定する必要がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アルコールセンサの出力信号に基づく補正定数によって燃料噴射量を補正し、アルコール混合燃料の温度がアルコール濃度に対応した所定温度以上の達した場合には、燃料噴射量を補正する補正定数を所定値に固定することで空燃比を安定化させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、インジェクタ（燃料噴射弁）の上流側燃料通路と下流側燃料通路とにアルコール濃度センサを各々介装し、インジェクタとアルコール濃度センサとの間の管路長さとアルコール濃度センサで検出したアルコール濃度とに基づいて、エンジンに供給する燃料の実アルコール濃度を算出することで、適正な制御を可能とする技術が開示されている。
【０００５】
更に、特許文献３には、燃料性状の変化を検知したとき、燃料噴射制御のリミッタを解除して許容範囲を超えての噴射量補正を可能とすることで、アルコール濃度センサを用いることなく、燃料噴射制御を適正化する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−８６３４２号公報
【特許文献２】特開平４−１１６２４４号公報
【特許文献３】特開２００３−１２０３６３号公報
【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、特許文献１に開示の技術では、燃料配管内に設置したアルコール濃度センサの出力をそのまま利用して燃料噴射量を補正しているため、実際にインジェクタから噴射する燃料のアルコール濃度と異なる虞があり、必ずしも適正な空燃比へ制御される保証はない。
【０００８】
その点、特許文献２に開示の技術では、実際に噴射される燃料のアルコール濃度を燃料噴射量に反映することができるが、アルコール濃度センサが２個必要であり、艤装上の制約を受けるばかりでなく、コスト上昇の要因となる。
【０００９】
また、特許文献３に開示の技術では、燃料中のアルコール濃度の変化を、フューエルフィラーリッドの開閉に基づく給油があったことで検知している。そのため、低温時等の燃料タンクや配管中で燃料中のアルコールが分離する等して配管中のアルコール濃度が変化した場合、アルコール濃度センサを用いていないだけに対処が困難である。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、１個のセンサで検出した燃料のアルコール濃度から実際にエンジンに供給される燃料のアルコール濃度を正確に再現し、燃料噴射量を適正化することのできるアルコール混合燃料噴射制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明によるアルコール混合燃料噴射制御装置は、アルコール混合燃料を貯える燃料タンクと、該燃料タンク内の燃料を吐出する燃料ポンプと、該燃料ポンプから燃料噴射弁に至る燃料配管とを含む燃料供給系統内の所望位置に、燃料中のアルコール濃度を検出する濃度センサを設け、燃料中のアルコール濃度に基づいて上記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を補正するアルコール混合燃料噴射制御装置において、上記アルコール混合燃料の流量を算出する燃料流量算出部と、上記燃料流量算出部で算出した燃料流量に基づいて設定したサンプリング周期で上記濃度センサによるアルコール検出濃度をサンプリングする検出濃度サンプリング部と、上記検出濃度サンプリング部でサンプリングしたアルコール検出濃度と、上記濃度センサと上記燃料噴射弁との間の燃料輸送の遅延量とに基づいて、上記燃料噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度を再現した再現アルコール濃度を算出する再現アルコール濃度算出部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、１個のセンサで検出した燃料のアルコール濃度から実際にエンジンに供給される燃料のアルコール濃度を正確に再現することができ、コスト上昇を抑制しつつ燃料噴射量を適正化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料供給系の構成図
【図２】アルコール濃度の濃度挙動変化を示す説明図
【図３】アルコール濃度の推定・再現機能を示すブロック図
【図４】アルコール濃度変化の再現ロジックを示す説明図
【図５】再現アルコール濃度算出処理のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、アルコール混合燃料を用いて運転されるエンジンの燃料供給系を示している。この燃料供給系は、燃料タンク１、燃料ポンプ２、プレッシャレギュレータ３、燃料配管４、濃度センサ５、インジェクタ６（燃料噴射弁）を有して構成されている。尚、図１は４気筒エンジンの例を示し、各気筒に対応する４個のインジェクタ６を図示している。
【００１５】
燃料タンク１には、例えばガソリンとエタノール等のアルコールとを所定割合で混合したアルコール混合燃料が貯留されている。この燃料タンク１内のアルコール混合燃料は、燃料ポンプ２によって所定の圧力に昇圧され、プレッシャレギュレータ３によって規定の噴射圧力に調圧される。規定の燃料圧力に調圧された燃料（アルコール混合燃料）は、燃料配管４を介してインジェクタ６に供給される。インジェクタ６は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１０によって演算された開弁時間（噴射パルス幅）で駆動され、目標空燃比に対応する燃料量を噴射する。
【００１６】
ＥＣＵ１０は、マイクロコンピュータを中心として構成され、燃料噴射制御や点火時期制御等のエンジン制御を実行する。ＥＣＵ１０には、濃度センサ５、クランク角センサ７、吸入空気量センサ８等の運転状態を検出する各種センサ類からの信号が入力され、これらの信号に基づいて燃料噴射量（噴射パルス幅）や点火時期等のエンジン制御量を演算し、インジェクタ６を初めとする各種アクチュエータ類の駆動信号を出力する。
【００１７】
尚、燃料中のアルコール濃度を検出する濃度センサ５としては、アルコール混合燃料の導電率の変化を利用した抵抗式センサ、誘電率の変化を利用した静電容量式センサ、屈折率の変化を利用した光学式センサ等の周知のセンサを用いることができる。
【００１８】
インジェクタ６から噴射される燃料噴射量は、ＥＣＵ１０の噴射量演算部としての機能により演算される。すなわち、ＥＣＵ１０は、クランク角センサ７からの信号によるエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量センサ８からに信号による吸入空気量Ｑとに基づく行程当たりの基本燃料噴射量（基本噴射パルス幅）Ｔｐ（Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎｅ；Ｋは定数）を、各種補正分で補正して燃料噴射量を演算する。
【００１９】
例えば、以下の（１）式に示すように、基本噴射パルス幅Ｔｐを、空燃比フィードバック制御の補正係数α、各種増量補正に係る補正係数ＣＯＥＦ、燃料のアルコール濃度に応じた燃料性状に係る補正係数Ｋａｌ、インジェクタ６の駆動電圧に係る補正分Ｔｓ等で補正し、インジェクタ６に対する駆動信号の噴射パルス幅Ｔｉを演算する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×Ｋａｌ×ＣＯＥＦ×α＋Ｔｓ …（１）
【００２０】
その際、ＥＣＵ１０は、燃料のアルコール濃度による補正係数Ｋａｌとして、濃度センサ５によって検出されたアルコール濃度をそのまま用いて補正係数Ｋａｌを設定するのではなく、濃度センサ５によるアルコール検出濃度から実際の噴射燃料のアルコール濃度を推定・再現し、この再現したアルコール濃度を用いて補正係数Ｋａｌを設定し、噴射パルス幅Ｔｉを演算する。
【００２１】
すなわち、濃度センサ５は、燃料供給系の所望位置（図１においては、プレッシャレギュレータ３とインジェクタ６との間の燃料配管４の所定位置）に介装されている。このため、濃度センサ５で検出されるアルコール濃度は、センサの取付位置での燃料のアルコール濃度であり、例えば、低温時の燃料タンク１内でのアルコールの分離、アルコールのみ（或いはガソリンのみ）の補給等により、燃料中のアルコール濃度が変化したとき、濃度センサ５のアルコール検出濃度と、実際にインジェクタ６から噴射される燃料のアルコール濃度とは必ずしも一致しない。これは、濃度センサ５からインジェクタ６までの配管内の燃料を全て消費するまで、インジェクタ６で噴射する実際の燃料のアルコール濃度が変化しないためである。
【００２２】
図２は、燃料中のアルコール濃度が変化したときの濃度挙動変化を、燃料流量（インジェクタ６から噴射されて消費される燃料の積算値）との関係で示している。図２中に実線の細線で示す濃度センサ５によるアルコール検出濃度に対し、インジェクタ６から噴射された燃料のアルコール濃度を空燃比変化から逆算した濃度が実線の太線で示されている。図２からは、燃料配管４中の燃料のアルコール濃度変化が濃度センサ５で検出されてから、実際にインジェクタ６から噴射される燃料のアルコール濃度が変化するまでには、遅れがあることがわかる。
【００２３】
このとき、濃度センサ５によるアルコール検出濃度を、濃度センサ５からインジェクタ６までの燃料配管４の管路容積に相当する流量分だけシフトさせると、図２中に破線で示すようになり、空燃比変化から逆算した濃度の変化形態に近くなる。すなわち、燃料流量を基準に取れば、濃度センサ５による濃度を燃料流量方向で遅延させたディレイ濃度は、実際の濃度の変化形態とほぼ相似形になることがわかる。
【００２４】
従って、濃度センサ５で計測したアルコール濃度を、消費した燃料流量に従って遅延を持たせて濃度変化を再現させることで、エンジンの実挙動に合致した正確な濃度変化を把握することができる。このため、図３に示すように、ＥＣＵ１０は、実際にインジェクタ６から噴射される燃料のアルコール濃度を推定・再現する機能として、燃料流量算出部１１、検出濃度サンプリング部１２、再現アルコール濃度算出部１３を備えている。
【００２５】
燃料流量算出部１１は、濃度センサ５のアルコール検出濃度を燃料流量を基準としてサンプリングするため、燃料配管４中を流れるアルコール混合燃料の流量を算出する。この燃料配管４中の燃料流量は、インジェクタ６の燃料噴射量から算出することができ、噴射サイクル毎の噴射パルス幅Ｔｉから燃料配管４内を流れる単位時間当たりの燃料流量（瞬時流量）ｑｆを算出する。
【００２６】
検出濃度サンプリング部１２は、濃度センサ５によるアルコール検出濃度のデータを、燃料流量算出部１１で算出した燃料流量に基づくサンプリング周期でサンプリングし、時系列的に記憶・保存する。具体的には、アルコール濃度の推定・再現処理サイクル毎に瞬時流量ｑｆを積算してゆき、流量積算値が予め設定した設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴに達したとき、アルコール検出濃度をサンプリングし、サンプリングしたアルコール検出濃度を時系列的に記憶する。
【００２７】
例えば、図４に示すように、燃料流量を軸とする所定の時点で、濃度センサ５の出力Ｏ１をサンプリングし、そのサンプリング値を記憶する。次に、瞬時流量ｑｆを積算してゆき、その流量積算値が設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴに達したとき、濃度センサ５の出力Ｏ２を再びサンプリングし、同様に、そのサンプリング値を記憶する。このような濃度センサ５によるアルコール検出濃度のサンプリングを繰り返し、サンプリングしたデータを時系列的に記憶する。
【００２８】
再現アルコール濃度算出部１３は、検出濃度サンプリング部１２でサンプリングしたアルコール検出濃度に対して、濃度センサ５とインジェクタ６との間の燃料輸送の遅延量に基づく再現処理を行う。この再現処理で得られるアルコール濃度（再現アルコール濃度）ｄｅｔｎがインジェクタ６から噴射される燃料のアルコール濃度を示し、再現アルコール濃度ｄｅｔｎから燃料噴射量を演算する際の補正係数Ｋａｌが設定される。
【００２９】
詳細には、先ず、濃度センサ５からインジェクタ６に至る燃料配管４の管路容積分の燃料量を、濃度センサ５のアルコール検出濃度に対する燃料基準の遅延量ＫＦＦＳＤＬＹとして設定しておく。この遅延量ＫＦＦＳＤＬＹは、各エンジンの燃料供給系の構成から一意的に定める制御定数として予めＥＣＵ１０のメモリに記憶されている。
【００３０】
再現アルコール濃度ｄｅｔｎは、検出濃度サンプリング部１２に記憶されたアルコール検出濃度を、設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴによるサンプリング周期に応じて再現させれば良いが、単純に再現させると、得られる濃度がステップ的に変化してしまう。従って、再現アルコール濃度算出部１３では、濃度センサ５でアルコール濃度を検出した燃料が噴射されるまでの燃料量すなわち遅延量ＫＦＦＳＤＬＹと、サンプリング周期を定める設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴとによる補間計算を、アルコール濃度の推定・再現処理サイクル毎に実行し、再現アルコール濃度ｄｅｔｎを算出する。
【００３１】
すなわち、図４に示すように、設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴ毎にサンプリングした濃度センサ５の出力値Ｏ１，Ｏ２を、燃料軸方向で遅延量ＫＦＦＳＤＬＹだけシフトさせた濃度データをＳ１，Ｓ２とすると、濃度データＳ１と濃度データＳ２との差分に対して、消費燃料量に比例した補間計算で再現アルコール濃度ｄｅｔｎを算出する。具体的には、補間計算の演算サイクルをΔｔとするとき、以下の（２）式に従った補間計算で再現アルコール濃度ｄｅｔｎを算出する。
ｄｅｔｎ＝ｄｅｔｎ(-1)−{(Ｓ１−Ｓ２)／ＫＦＣＯＮＳＴ×ｑｆ×Δｔ} …（２）
但し、ｄｅｔｎ(-1)：１演算サイクル前の再現アルコール濃度
【００３２】
この再現アルコール濃度ｄｅｔｎからは、噴射パルス幅Ｔｉを演算する際の燃料性状の補正係数Ｋａｌが設定される。補正係数Ｋａｌは、例えば、再現アルコール濃度ｄｅｔｎを軸とするマップを用いて設定され、再現アルコール濃度ｄｅｔｎが高い程、ガソリンとアルコールとの発熱量の差を補正して空燃比を適正化するため、補正係数Ｋａｌの値が大きくされる。
【００３３】
そして、前述の（１）式で説明したように、補正係数Ｋａｌを含む各種補正分で基本噴射パルス幅Ｔｐが補正され、インジェクタ６に対する駆動信号の噴射パルス幅Ｔｉが演算される。これにより、燃料配管４中のアルコール濃度が変化しても、実際にインジェクタ６から噴射される燃料のアルコール濃度を正確に把握することができ、燃料噴射量に適正に反映することができる。
【００３４】
次に、ＥＣＵ１０における再現アルコール濃度算出のプログラム処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。
【００３５】
図５のプログラム処理は、所定の時間周期Δｔ（例えば、Δｔ＝１６ｍｓｅｃ）毎に実行される処理であり、先ず、最初のステップＰ１で現在のインジェクタ６の噴射パルス幅から単位時間当たりの燃料流量（瞬時流量）ｑｆを算出する。次いで、ステップＰ２へ進み、瞬時流量ｑｆを積算して流量積算値を算出する。
【００３６】
続くステップＰ３では、流量積算値を予め設定した設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴと比較する。そして、流量積算値＜ＫＦＣＯＮＳＴの場合にはステップＰ７へ進み、流量積算値≧ＫＦＣＯＮＳＴの場合、ステップＰ４以下で、設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴ毎に濃度センサ５のアルコール検出濃度を時系列的に記憶している過去記憶濃度の配列Ｍに格納・記憶する処理を行う。
【００３７】
すなわち、ステップＰ４で過去に検出したアルコール濃度を格納・記憶している配列要素Ｍ[j]のデータを順次後方へシフトさせ（Ｍ[j]→Ｍ[j+1]）、ステップＰ５で最新のアルコール濃度を読み込み、先頭の配列要素Ｍ[0]に格納・記憶する。そして、ステップＰ６で流量積算値を０にリセットし、ステップＰ７へ進む。
【００３８】
ステップＰ７では、遅延量ＫＦＦＳＤＬＹに対応するアルコール濃度記憶値の時系列番号として、過去記憶濃度配列の要素番号ｉを決定する。この要素番号ｉは、遅延量ＫＦＦＳＤＬＹと設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴとを用いて以下の（３）式により算出される。
ｉ＝ＫＦＦＳＤＬＹ／ＫＦＣＯＮＳＴ …（３）
【００３９】
次に、ステップＰ８へ進み、要素番号ｉの配列要素Ｍ[i]に格納されている過去記憶濃度をＳ１、要素番号（ｉ−１）の配列要素Ｍ[i-1]に格納されている過去記憶濃度をＳ２とする。そして、ステップＰ９で、過去記憶濃度Ｓ１，Ｓ２から今回の再現アルコール濃度ｄｅｔｎを前述の（２）式を用いて算出し、本処理を抜ける。
【００４０】
このように本実施の形態においては、燃料中のアルコール濃度を検出する濃度センサ５から燃料を噴射するインジェクタ６までの燃料配管中の燃料の輸送遅れを考慮することで、濃度センサ５で検出したアルコール濃度を用いて実際に噴射される燃料のアルコール濃度を正確に再現している。
【００４１】
これにより、配管中の燃料のアルコール濃度が変化しても、燃料噴射量に適正に反映することができ、最適な空燃比を維持することができる。しかも、濃度センサ５は、複数個使用することなく、燃料供給系の所望位置に設置可能であり、艤装上の制約を回避し、また、コスト上昇を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ 燃料タンク
２ 燃料ポンプ
４ 燃料配管
５ 濃度センサ
６ インジェクタ
１０ エンジン制御ユニット
１１ 燃料流量算出部
１２ 検出濃度サンプリング部
１３ 再現アルコール濃度算出部
ＫＦＦＳＤＬＹ 遅延量
Ｋａｌ 補正係数
ｄｅｔｎ 再現アルコール濃度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料中のアルコール濃度に基づいて燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を補正するアルコール混合燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両においては、省資源や公害低減等の観点から、ガソリン等の従来の燃料にアルコールを加えた混合燃料を使用するシステムが注目されている。このアルコール混合燃料を使用するエンジンでは、空燃比を適正に維持するためには、燃料中のアルコール濃度を正確に把握して燃料噴射量を決定する必要がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、アルコールセンサの出力信号に基づく補正定数によって燃料噴射量を補正し、アルコール混合燃料の温度がアルコール濃度に対応した所定温度以上の達した場合には、燃料噴射量を補正する補正定数を所定値に固定することで空燃比を安定化させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、インジェクタ（燃料噴射弁）の上流側燃料通路と下流側燃料通路とにアルコール濃度センサを各々介装し、インジェクタとアルコール濃度センサとの間の管路長さとアルコール濃度センサで検出したアルコール濃度とに基づいて、エンジンに供給する燃料の実アルコール濃度を算出することで、適正な制御を可能とする技術が開示されている。
【０００５】
更に、特許文献３には、燃料性状の変化を検知したとき、燃料噴射制御のリミッタを解除して許容範囲を超えての噴射量補正を可能とすることで、アルコール濃度センサを用いることなく、燃料噴射制御を適正化する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−８６３４２号公報
【特許文献２】特開平４−１１６２４４号公報
【特許文献３】特開２００３−１２０３６３号公報
【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、特許文献１に開示の技術では、燃料配管内に設置したアルコール濃度センサの出力をそのまま利用して燃料噴射量を補正しているため、実際にインジェクタから噴射する燃料のアルコール濃度と異なる虞があり、必ずしも適正な空燃比へ制御される保証はない。
【０００８】
その点、特許文献２に開示の技術では、実際に噴射される燃料のアルコール濃度を燃料噴射量に反映することができるが、アルコール濃度センサが２個必要であり、艤装上の制約を受けるばかりでなく、コスト上昇の要因となる。
【０００９】
また、特許文献３に開示の技術では、燃料中のアルコール濃度の変化を、フューエルフィラーリッドの開閉に基づく給油があったことで検知している。そのため、低温時等の燃料タンクや配管中で燃料中のアルコールが分離する等して配管中のアルコール濃度が変化した場合、アルコール濃度センサを用いていないだけに対処が困難である。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、１個のセンサで検出した燃料のアルコール濃度から実際にエンジンに供給される燃料のアルコール濃度を正確に再現し、燃料噴射量を適正化することのできるアルコール混合燃料噴射制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明によるアルコール混合燃料噴射制御装置は、アルコール混合燃料を貯える燃料タンクと、該燃料タンク内の燃料を吐出する燃料ポンプと、該燃料ポンプから燃料噴射弁に至る燃料配管とを含む燃料供給系統内の所望位置に、燃料中のアルコール濃度を検出する濃度センサを設け、燃料中のアルコール濃度に基づいて上記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を補正するアルコール混合燃料噴射制御装置において、上記アルコール混合燃料の流量を算出する燃料流量算出部と、上記燃料流量算出部で算出した燃料流量に基づいて設定したサンプリング周期で上記濃度センサによるアルコール検出濃度をサンプリングする検出濃度サンプリング部と、上記検出濃度サンプリング部でサンプリングしたアルコール検出濃度と、上記濃度センサと上記燃料噴射弁との間の燃料輸送の遅延量とに基づいて、上記燃料噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度を再現した再現アルコール濃度を算出する再現アルコール濃度算出部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、１個のセンサで検出した燃料のアルコール濃度から実際にエンジンに供給される燃料のアルコール濃度を正確に再現することができ、コスト上昇を抑制しつつ燃料噴射量を適正化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】燃料供給系の構成図
【図２】アルコール濃度の濃度挙動変化を示す説明図
【図３】アルコール濃度の推定・再現機能を示すブロック図
【図４】アルコール濃度変化の再現ロジックを示す説明図
【図５】再現アルコール濃度算出処理のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、アルコール混合燃料を用いて運転されるエンジンの燃料供給系を示している。この燃料供給系は、燃料タンク１、燃料ポンプ２、プレッシャレギュレータ３、燃料配管４、濃度センサ５、インジェクタ６（燃料噴射弁）を有して構成されている。尚、図１は４気筒エンジンの例を示し、各気筒に対応する４個のインジェクタ６を図示している。
【００１５】
燃料タンク１には、例えばガソリンとエタノール等のアルコールとを所定割合で混合したアルコール混合燃料が貯留されている。この燃料タンク１内のアルコール混合燃料は、燃料ポンプ２によって所定の圧力に昇圧され、プレッシャレギュレータ３によって規定の噴射圧力に調圧される。規定の燃料圧力に調圧された燃料（アルコール混合燃料）は、燃料配管４を介してインジェクタ６に供給される。インジェクタ６は、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１０によって演算された開弁時間（噴射パルス幅）で駆動され、目標空燃比に対応する燃料量を噴射する。
【００１６】
ＥＣＵ１０は、マイクロコンピュータを中心として構成され、燃料噴射制御や点火時期制御等のエンジン制御を実行する。ＥＣＵ１０には、濃度センサ５、クランク角センサ７、吸入空気量センサ８等の運転状態を検出する各種センサ類からの信号が入力され、これらの信号に基づいて燃料噴射量（噴射パルス幅）や点火時期等のエンジン制御量を演算し、インジェクタ６を初めとする各種アクチュエータ類の駆動信号を出力する。
【００１７】
尚、燃料中のアルコール濃度を検出する濃度センサ５としては、アルコール混合燃料の導電率の変化を利用した抵抗式センサ、誘電率の変化を利用した静電容量式センサ、屈折率の変化を利用した光学式センサ等の周知のセンサを用いることができる。
【００１８】
インジェクタ６から噴射される燃料噴射量は、ＥＣＵ１０の噴射量演算部としての機能により演算される。すなわち、ＥＣＵ１０は、クランク角センサ７からの信号によるエンジン回転数Ｎｅと吸入空気量センサ８からに信号による吸入空気量Ｑとに基づく行程当たりの基本燃料噴射量（基本噴射パルス幅）Ｔｐ（Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎｅ；Ｋは定数）を、各種補正分で補正して燃料噴射量を演算する。
【００１９】
例えば、以下の（１）式に示すように、基本噴射パルス幅Ｔｐを、空燃比フィードバック制御の補正係数α、各種増量補正に係る補正係数ＣＯＥＦ、燃料のアルコール濃度に応じた燃料性状に係る補正係数Ｋａｌ、インジェクタ６の駆動電圧に係る補正分Ｔｓ等で補正し、インジェクタ６に対する駆動信号の噴射パルス幅Ｔｉを演算する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×Ｋａｌ×ＣＯＥＦ×α＋Ｔｓ …（１）
【００２０】
その際、ＥＣＵ１０は、燃料のアルコール濃度による補正係数Ｋａｌとして、濃度センサ５によって検出されたアルコール濃度をそのまま用いて補正係数Ｋａｌを設定するのではなく、濃度センサ５によるアルコール検出濃度から実際の噴射燃料のアルコール濃度を推定・再現し、この再現したアルコール濃度を用いて補正係数Ｋａｌを設定し、噴射パルス幅Ｔｉを演算する。
【００２１】
すなわち、濃度センサ５は、燃料供給系の所望位置（図１においては、プレッシャレギュレータ３とインジェクタ６との間の燃料配管４の所定位置）に介装されている。このため、濃度センサ５で検出されるアルコール濃度は、センサの取付位置での燃料のアルコール濃度であり、例えば、低温時の燃料タンク１内でのアルコールの分離、アルコールのみ（或いはガソリンのみ）の補給等により、燃料中のアルコール濃度が変化したとき、濃度センサ５のアルコール検出濃度と、実際にインジェクタ６から噴射される燃料のアルコール濃度とは必ずしも一致しない。これは、濃度センサ５からインジェクタ６までの配管内の燃料を全て消費するまで、インジェクタ６で噴射する実際の燃料のアルコール濃度が変化しないためである。
【００２２】
図２は、燃料中のアルコール濃度が変化したときの濃度挙動変化を、燃料流量（インジェクタ６から噴射されて消費される燃料の積算値）との関係で示している。図２中に実線の細線で示す濃度センサ５によるアルコール検出濃度に対し、インジェクタ６から噴射された燃料のアルコール濃度を空燃比変化から逆算した濃度が実線の太線で示されている。図２からは、燃料配管４中の燃料のアルコール濃度変化が濃度センサ５で検出されてから、実際にインジェクタ６から噴射される燃料のアルコール濃度が変化するまでには、遅れがあることがわかる。
【００２３】
このとき、濃度センサ５によるアルコール検出濃度を、濃度センサ５からインジェクタ６までの燃料配管４の管路容積に相当する流量分だけシフトさせると、図２中に破線で示すようになり、空燃比変化から逆算した濃度の変化形態に近くなる。すなわち、燃料流量を基準に取れば、濃度センサ５による濃度を燃料流量方向で遅延させたディレイ濃度は、実際の濃度の変化形態とほぼ相似形になることがわかる。
【００２４】
従って、濃度センサ５で計測したアルコール濃度を、消費した燃料流量に従って遅延を持たせて濃度変化を再現させることで、エンジンの実挙動に合致した正確な濃度変化を把握することができる。このため、図３に示すように、ＥＣＵ１０は、実際にインジェクタ６から噴射される燃料のアルコール濃度を推定・再現する機能として、燃料流量算出部１１、検出濃度サンプリング部１２、再現アルコール濃度算出部１３を備えている。
【００２５】
燃料流量算出部１１は、濃度センサ５のアルコール検出濃度を燃料流量を基準としてサンプリングするため、燃料配管４中を流れるアルコール混合燃料の流量を算出する。この燃料配管４中の燃料流量は、インジェクタ６の燃料噴射量から算出することができ、噴射サイクル毎の噴射パルス幅Ｔｉから燃料配管４内を流れる単位時間当たりの燃料流量（瞬時流量）ｑｆを算出する。
【００２６】
検出濃度サンプリング部１２は、濃度センサ５によるアルコール検出濃度のデータを、燃料流量算出部１１で算出した燃料流量に基づくサンプリング周期でサンプリングし、時系列的に記憶・保存する。具体的には、アルコール濃度の推定・再現処理サイクル毎に瞬時流量ｑｆを積算してゆき、流量積算値が予め設定した設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴに達したとき、アルコール検出濃度をサンプリングし、サンプリングしたアルコール検出濃度を時系列的に記憶する。
【００２７】
例えば、図４に示すように、燃料流量を軸とする所定の時点で、濃度センサ５の出力Ｏ１をサンプリングし、そのサンプリング値を記憶する。次に、瞬時流量ｑｆを積算してゆき、その流量積算値が設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴに達したとき、濃度センサ５の出力Ｏ２を再びサンプリングし、同様に、そのサンプリング値を記憶する。このような濃度センサ５によるアルコール検出濃度のサンプリングを繰り返し、サンプリングしたデータを時系列的に記憶する。
【００２８】
再現アルコール濃度算出部１３は、検出濃度サンプリング部１２でサンプリングしたアルコール検出濃度に対して、濃度センサ５とインジェクタ６との間の燃料輸送の遅延量に基づく再現処理を行う。この再現処理で得られるアルコール濃度（再現アルコール濃度）ｄｅｔｎがインジェクタ６から噴射される燃料のアルコール濃度を示し、再現アルコール濃度ｄｅｔｎから燃料噴射量を演算する際の補正係数Ｋａｌが設定される。
【００２９】
詳細には、先ず、濃度センサ５からインジェクタ６に至る燃料配管４の管路容積分の燃料量を、濃度センサ５のアルコール検出濃度に対する燃料基準の遅延量ＫＦＦＳＤＬＹとして設定しておく。この遅延量ＫＦＦＳＤＬＹは、各エンジンの燃料供給系の構成から一意的に定める制御定数として予めＥＣＵ１０のメモリに記憶されている。
【００３０】
再現アルコール濃度ｄｅｔｎは、検出濃度サンプリング部１２に記憶されたアルコール検出濃度を、設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴによるサンプリング周期に応じて再現させれば良いが、単純に再現させると、得られる濃度がステップ的に変化してしまう。従って、再現アルコール濃度算出部１３では、濃度センサ５でアルコール濃度を検出した燃料が噴射されるまでの燃料量すなわち遅延量ＫＦＦＳＤＬＹと、サンプリング周期を定める設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴとによる補間計算を、アルコール濃度の推定・再現処理サイクル毎に実行し、再現アルコール濃度ｄｅｔｎを算出する。
【００３１】
すなわち、図４に示すように、設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴ毎にサンプリングした濃度センサ５の出力値Ｏ１，Ｏ２を、燃料軸方向で遅延量ＫＦＦＳＤＬＹだけシフトさせた濃度データをＳ１，Ｓ２とすると、濃度データＳ１と濃度データＳ２との差分に対して、消費燃料量に比例した補間計算で再現アルコール濃度ｄｅｔｎを算出する。具体的には、補間計算の演算サイクルをΔｔとするとき、以下の（２）式に従った補間計算で再現アルコール濃度ｄｅｔｎを算出する。
ｄｅｔｎ＝ｄｅｔｎ(-1)−{(Ｓ１−Ｓ２)／ＫＦＣＯＮＳＴ×ｑｆ×Δｔ} …（２）
但し、ｄｅｔｎ(-1)：１演算サイクル前の再現アルコール濃度
【００３２】
この再現アルコール濃度ｄｅｔｎからは、噴射パルス幅Ｔｉを演算する際の燃料性状の補正係数Ｋａｌが設定される。補正係数Ｋａｌは、例えば、再現アルコール濃度ｄｅｔｎを軸とするマップを用いて設定され、再現アルコール濃度ｄｅｔｎが高い程、ガソリンとアルコールとの発熱量の差を補正して空燃比を適正化するため、補正係数Ｋａｌの値が大きくされる。
【００３３】
そして、前述の（１）式で説明したように、補正係数Ｋａｌを含む各種補正分で基本噴射パルス幅Ｔｐが補正され、インジェクタ６に対する駆動信号の噴射パルス幅Ｔｉが演算される。これにより、燃料配管４中のアルコール濃度が変化しても、実際にインジェクタ６から噴射される燃料のアルコール濃度を正確に把握することができ、燃料噴射量に適正に反映することができる。
【００３４】
次に、ＥＣＵ１０における再現アルコール濃度算出のプログラム処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。
【００３５】
図５のプログラム処理は、所定の時間周期Δｔ（例えば、Δｔ＝１６ｍｓｅｃ）毎に実行される処理であり、先ず、最初のステップＰ１で現在のインジェクタ６の噴射パルス幅から単位時間当たりの燃料流量（瞬時流量）ｑｆを算出する。次いで、ステップＰ２へ進み、瞬時流量ｑｆを積算して流量積算値を算出する。
【００３６】
続くステップＰ３では、流量積算値を予め設定した設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴと比較する。そして、流量積算値＜ＫＦＣＯＮＳＴの場合にはステップＰ７へ進み、流量積算値≧ＫＦＣＯＮＳＴの場合、ステップＰ４以下で、設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴ毎に濃度センサ５のアルコール検出濃度を時系列的に記憶している過去記憶濃度の配列Ｍに格納・記憶する処理を行う。
【００３７】
すなわち、ステップＰ４で過去に検出したアルコール濃度を格納・記憶している配列要素Ｍ[j]のデータを順次後方へシフトさせ（Ｍ[j]→Ｍ[j+1]）、ステップＰ５で最新のアルコール濃度を読み込み、先頭の配列要素Ｍ[0]に格納・記憶する。そして、ステップＰ６で流量積算値を０にリセットし、ステップＰ７へ進む。
【００３８】
ステップＰ７では、遅延量ＫＦＦＳＤＬＹに対応するアルコール濃度記憶値の時系列番号として、過去記憶濃度配列の要素番号ｉを決定する。この要素番号ｉは、遅延量ＫＦＦＳＤＬＹと設定燃料量ＫＦＣＯＮＳＴとを用いて以下の（３）式により算出される。
ｉ＝ＫＦＦＳＤＬＹ／ＫＦＣＯＮＳＴ …（３）
【００３９】
次に、ステップＰ８へ進み、要素番号ｉの配列要素Ｍ[i]に格納されている過去記憶濃度をＳ１、要素番号（ｉ−１）の配列要素Ｍ[i-1]に格納されている過去記憶濃度をＳ２とする。そして、ステップＰ９で、過去記憶濃度Ｓ１，Ｓ２から今回の再現アルコール濃度ｄｅｔｎを前述の（２）式を用いて算出し、本処理を抜ける。
【００４０】
このように本実施の形態においては、燃料中のアルコール濃度を検出する濃度センサ５から燃料を噴射するインジェクタ６までの燃料配管中の燃料の輸送遅れを考慮することで、濃度センサ５で検出したアルコール濃度を用いて実際に噴射される燃料のアルコール濃度を正確に再現している。
【００４１】
これにより、配管中の燃料のアルコール濃度が変化しても、燃料噴射量に適正に反映することができ、最適な空燃比を維持することができる。しかも、濃度センサ５は、複数個使用することなく、燃料供給系の所望位置に設置可能であり、艤装上の制約を回避し、また、コスト上昇を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ 燃料タンク
２ 燃料ポンプ
４ 燃料配管
５ 濃度センサ
６ インジェクタ
１０ エンジン制御ユニット
１１ 燃料流量算出部
１２ 検出濃度サンプリング部
１３ 再現アルコール濃度算出部
ＫＦＦＳＤＬＹ 遅延量
Ｋａｌ 補正係数
ｄｅｔｎ 再現アルコール濃度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコール混合燃料を貯える燃料タンクと、該燃料タンク内の燃料を吐出する燃料ポンプと、該燃料ポンプから燃料噴射弁に至る燃料配管とを含む燃料供給系統内の所望位置に、燃料中のアルコール濃度を検出する濃度センサを設け、燃料中のアルコール濃度に基づいて上記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を補正するアルコール混合燃料噴射制御装置において、
上記アルコール混合燃料の流量を算出する燃料流量算出部と、
上記燃料流量算出部で算出した燃料流量に基づいて設定したサンプリング周期で上記濃度センサによるアルコール検出濃度をサンプリングする検出濃度サンプリング部と、
上記検出濃度サンプリング部でサンプリングしたアルコール検出濃度と、上記濃度センサと上記燃料噴射弁との間の燃料輸送の遅延量とに基づいて、上記燃料噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度を再現した再現アルコール濃度を算出する再現アルコール濃度算出部と
を備えることを特徴とするアルコール混合燃料噴射制御装置。
【請求項２】
上記燃料流量算出部は、上記燃料噴射量に基づいて燃料流量を算出することを特徴とする請求項１記載のアルコール混合燃料噴射制御装置。
【請求項３】
上記検出濃度サンプリング部は、上記サンプリング周期毎のアルコール検出濃度を時系列的に記憶し、
上記再現アルコール濃度算出部は、上記遅延量に対応する時系列番号のアルコール検出濃度の記憶値に基づいて上記再現アルコール濃度を算出することを特徴とする請求項１又は２記載のアルコール混合燃料噴射制御装置。
【請求項４】
上記再現アルコール濃度算出部は、上記濃度センサから上記燃料噴射弁までの上記燃料配管の管路容積分の燃料量を上記遅延量として、上記管路容積分の燃料量と上記サンプリング周期毎の上記燃料流量の積算値とに基づいて上記時系列番号を決定することを特徴とする請求項３記載のアルコール混合燃料噴射制御装置。
【請求項１】
アルコール混合燃料を貯える燃料タンクと、該燃料タンク内の燃料を吐出する燃料ポンプと、該燃料ポンプから燃料噴射弁に至る燃料配管とを含む燃料供給系統内の所望位置に、燃料中のアルコール濃度を検出する濃度センサを設け、燃料中のアルコール濃度に基づいて上記燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を補正するアルコール混合燃料噴射制御装置において、
上記アルコール混合燃料の流量を算出する燃料流量算出部と、
上記燃料流量算出部で算出した燃料流量に基づいて設定したサンプリング周期で上記濃度センサによるアルコール検出濃度をサンプリングする検出濃度サンプリング部と、
上記検出濃度サンプリング部でサンプリングしたアルコール検出濃度と、上記濃度センサと上記燃料噴射弁との間の燃料輸送の遅延量とに基づいて、上記燃料噴射弁から噴射される燃料のアルコール濃度を再現した再現アルコール濃度を算出する再現アルコール濃度算出部と
を備えることを特徴とするアルコール混合燃料噴射制御装置。
【請求項２】
上記燃料流量算出部は、上記燃料噴射量に基づいて燃料流量を算出することを特徴とする請求項１記載のアルコール混合燃料噴射制御装置。
【請求項３】
上記検出濃度サンプリング部は、上記サンプリング周期毎のアルコール検出濃度を時系列的に記憶し、
上記再現アルコール濃度算出部は、上記遅延量に対応する時系列番号のアルコール検出濃度の記憶値に基づいて上記再現アルコール濃度を算出することを特徴とする請求項１又は２記載のアルコール混合燃料噴射制御装置。
【請求項４】
上記再現アルコール濃度算出部は、上記濃度センサから上記燃料噴射弁までの上記燃料配管の管路容積分の燃料量を上記遅延量として、上記管路容積分の燃料量と上記サンプリング周期毎の上記燃料流量の積算値とに基づいて上記時系列番号を決定することを特徴とする請求項３記載のアルコール混合燃料噴射制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２４２６７６（Ｐ２０１０−２４２６７６Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９４２４３（Ｐ２００９−９４２４３）
【出願日】平成２１年４月８日（２００９．４．８）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月８日（２００９．４．８）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
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