内燃機関の制御装置
【課題】ハイブリッド車両に搭載される内燃機関において、内燃機関の停止期間中の燃料の拡散を考慮して、起動時の混合燃料中の単一成分の濃度を推定する。
【解決手段】内燃機関の停止時において、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の単一成分の濃度の推定値を、停止時推定濃度として演算する。また、前回の内燃機関の停止から、今回の内燃機関の起動までの間の停止時間を検出し及び/又はこの間の車両の走行距離を検出する。今回、内燃機関の起動時においては、単一成分の濃度であって、かつ、燃料タンク内又は燃料噴射弁への燃料供給経路に配置された濃度センサの出力に応じて検出される濃度である起動時検出濃度を検出する。検出された起動時検出濃度と、停止時に推定された停止時推定濃度と、走行距離及び/又は停止時間とに応じて、内燃機関の起動時において内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の単一成分の濃度を演算する。
【解決手段】内燃機関の停止時において、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の単一成分の濃度の推定値を、停止時推定濃度として演算する。また、前回の内燃機関の停止から、今回の内燃機関の起動までの間の停止時間を検出し及び/又はこの間の車両の走行距離を検出する。今回、内燃機関の起動時においては、単一成分の濃度であって、かつ、燃料タンク内又は燃料噴射弁への燃料供給経路に配置された濃度センサの出力に応じて検出される濃度である起動時検出濃度を検出する。検出された起動時検出濃度と、停止時に推定された停止時推定濃度と、走行距離及び/又は停止時間とに応じて、内燃機関の起動時において内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の単一成分の濃度を演算する。
【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、機関燃料としてアルコール又はアルコールと炭化水素燃料を混合した混合燃料を利用することができる内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の機関燃料として、アルコールと炭化水素燃料とを混合した燃料又はアルコールからなる燃料（以下、「混合燃料」とする）を用いることができるＦＦＶ（flexible fuel vehicle）が開発されている。このような混合燃料を用いるＦＦＶの場合、アルコールと炭化水素燃料とでは含有する炭素の数が異なることから、アルコールの濃度に応じた燃料供給量の設定が要求される。
【０００３】
しかしながら、混合燃料中のアルコール濃度は常に一定とはならず、例えば給油等によってアルコール濃度が変化する。このため、例えば、アルコール濃度センサを設置し、これにより混合燃料のアルコール濃度を検出している。
【０００４】
ここで、通常、燃料タンクとアルコール濃度センサとの間、アルコール濃度センサと燃料噴射弁との間には、燃料供給経路が介在し、燃料タンクにある混合燃料が実際にアルコール濃度センサや燃料噴射弁に到達するまでには、時間遅れが生じる。この時間遅れにより、アルコール濃度センサによって検出される混合燃料のアルコール濃度と、燃料タンク中の混合燃料のアルコール濃度と、燃料噴射弁付近にあり噴射される直前の燃料（以下「噴射燃料」）のアルコール濃度との間に、ずれが生じる場合がある。
【０００５】
このため、例えば、特許文献１に開示されているように、この間の遅れを考慮して噴射燃料のアルコール濃度を推定する推定方法が知られている。また、特許文献１においては、例えば給油後の再起動時において、アルコール濃度センサのアルコール濃度と、燃料タンクからセンサまでの濃度変化の遅れ挙動とから、燃料タンク内のアルコール濃度を学習し、更に、燃料タンク内のアルコール濃度と、燃料タンクからインジェクタまでの濃度変化の遅れ挙動とから、噴射燃料のアルコール濃度を算出する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３３２７３号公報
【特許文献２】特開２００９−１８０１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、例えば、ハイブリッド車のように、動力源として内燃機関と電気モータとを有する車両が知られている。ハイブリッド車の場合、短距離移動と充電とが繰り返されることで、飛躍的に内燃機関の作動頻度が下がることが考えられる。また、モータのみでの走行中、停車、発進、カーブ、登板、降板等の振動により、燃料タンクや配管中で混合燃料が拡散し、混合燃料の濃度の均一化が促進されることが考えられる。
【０００８】
従って、例えば、燃料系内の濃度が変化している途中、燃料タンク内の濃度が均一になる前に内燃機関が停止し、かつモータによる走行のため内燃機関の不作動期間が長くなった場合には、その不作動期間中に混合燃料の濃度が均一化していることが予測される。従って、このような不作動期間における混合燃料の濃度変化を考慮して、起動直後の混合燃料の濃度を推定する必要がある。
【０００９】
この点、上記特許文献１の技術は、内燃機関の長時間停止や、停止期間中の走行による混合燃料の拡散を考慮するものではない。従って、上記特許文献１のような学習値を用いた濃度算出では、停止時間が長くなる場合やハイブリッド車のように内燃機関の停止中にモータのみで走行する場合等においては、噴射燃料のアルコール濃度を正しく推定することはできないものと考えられる。
【００１０】
従って、この発明は、上記課題を解決することを目的とし、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関において、内燃機関の停止期間中の燃料の拡散を考慮して、起動時の混合燃料中の単一成分の濃度を推定できるように改良した内燃機関の制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ハイブリッド車両に搭載され、かつ、炭化水素燃料とアルコール燃料とを混合した混合燃料を機関燃料として利用可能な内燃機関を制御する制御装置であって、
内燃機関の停止時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の単一成分の濃度の推定値を、停止時推定濃度として演算する推定濃度演算手段と、
前回の内燃機関の停止から、今回の内燃機関の起動までの間の停止時間を検出する停止時間検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における前記単一成分の濃度であって、かつ、燃料タンク内又は燃料噴射弁と燃料タンクとを繋ぐ燃料供給経路に配置された濃度センサの出力に応じて検出される濃度である、起動時検出濃度を検出する濃度検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の前記単一成分の濃度を、前記停止時推定濃度と前記起動時検出濃度と前記停止時間とに応じて演算
する濃度演算手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
第２の発明は、上記目的を達成するため、ハイブリッド車両に搭載され、かつ、炭化水素燃料とアルコール燃料とを混合した混合燃料を機関燃料として利用可能な内燃機関を制御する制御装置であって、
内燃機関の停止時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の単一成分の濃度の推定値を、停止時推定濃度として演算する推定濃度演算手段と、
前回の内燃機関の停止から今回の内燃機関の起動までの間に、内燃機関が搭載された車両が走行した走行距離を検出する走行距離検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における前記単一成分の濃度であって、かつ、燃料タンク内又は燃料噴射弁と燃料タンクとを繋ぐ燃料供給経路に配置された濃度センサの出力に応じて検出される濃度である、起動時検出濃度を検出する濃度検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の前記単一成分の濃度を、前記停止時推定濃度と前記起動時検出濃度と前記走行距離とに応じて演算する濃度演算手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１又は第２の発明によれば、内燃機関の停止時間が長くなる場合やその間モータにより車両が走行する場合であっても、その停止時間又はその停止時間中の走行距離に応じて、噴射燃料の単一成分濃度を演算することができる。従って、ハイブリッド車のように、内燃機関の停止期間が比較的長く、かつ、その機関停止中にも車両は走行できるような場合であっても、停止期間、その間の走行に応じた混合燃料の拡散を考慮して、より正確に燃料中の成分濃度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態の内燃機関の制御装置及びその周辺機器について説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態における内燃機関の走行距離と推定濃度との関係を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態における内燃機関の走行距離と濃度補正係数との関係を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１６】
実施の形態．
図１は、この発明の実施の形態の内燃機関の制御装置及びその周辺機器を含むシステムの全体構成を説明するためのブロック図である。図１のシステムは、内燃機関２を備えている。この実施の形態においては、内燃機関２搭載される車両を、動力源として内燃機関２と電気モータとを備えるハイブリッド車とし、かつ、内燃機関２は、機関燃料としてエタノール又はエタノールとガソリンとの混合燃料を使用可能なＦＦＶとする。
【００１７】
図１に示されるように、内燃機関２には（筒内又は吸気ポートに）燃料を噴射するための燃料噴射弁４が設置されている。燃料噴射弁４は、燃料タンク６に、燃料供給経路８を介して接続され、燃料タンク６からの燃料が燃料噴射弁４に供給される構成となっている。また、燃料供給経路８の途中には、濃度センサ１０が取り付けられている。濃度センサ１０は、その設置位置における混合燃料中のエタノール濃度に応じた出力を発するセンサである。なお、図１では濃度センサ１０を燃料供給経路８に設置した場合について表しているが、濃度センサ１０の設置位置は燃料タンク６内であってもよい。
【００１８】
このシステムは、制御装置１２を備えている。制御装置１２は、濃度センサ１０や、その他の各種センサ１４に電気的に接続され、これらの出力を受けて内燃機関２の運転状態等に関する情報を検出する。また、制御装置１２は例えば、燃料噴射弁４を駆動させるアクチュエータ１６等の各種アクチュエータに電気的に接続され、これらに制御信号を発することで、例えば燃料噴射量等、内燃機関２の運転に関する制御を行なう。
【００１９】
このシステムにおいて制御装置１２は、運転状態検出部２２、停止時間演算部２４、走行距離演算部２６、濃度検出部２８、推定濃度演算部３０、記憶部３２、補正濃度演算部３４、補正濃度演算部３４、燃料噴射量設定部３６を有している。
【００２０】
運転状態検出部２２は、回転数センサ等の各種センサの出力を入力情報として、現在の機関回転数ＮＥ、現時刻、走行距離等を検出したり、また、内燃機関２の停止指令や起動指令等を検出したりする機能を有する。
【００２１】
停止時間演算部２４（停止時間検出手段）は、内燃機関２の前回の停止時刻T_stp及び今回の起動時刻T_startを入力情報とし、前回停止から今回起動開始までの間の内燃機関２の停止時間D_Tを算出する機能を有している。走行距離演算部２６（走行距離検出手段）は、前回の内燃機関停止時の走行距離ODD_stp及び今回の内燃機関２の起動時の走行距離ODD_startを入力情報とし、内燃機関の停止時間中の走行距離D_ODDを算出する機能を有している。
【００２２】
濃度検出部２８（濃度検出手段）は、濃度センサ１０の出力を入力情報とし、入力された濃度センサ１０の出力に基づいて、濃度センサ１０の設置位置における混合燃料の検出濃度De_measを検出する機能を有する。
【００２３】
推定濃度演算部３０（推定濃度演算手段）は、燃料タンク６と燃料噴射弁４までの間、及び燃料タンク６と濃度センサ１０との間のエタノール濃度の変化の遅れを学習し、この学習値に基づいて、燃料噴射弁４から噴射される直前の噴射燃料のエタノール濃度を推定する機能を有している。エタノール濃度の変化の遅れは、燃料供給システム全体の燃料供給パイプ、燃料フィルタ、濃度センサ１０及び燃料噴射弁４及び燃料供給用のデリバリパイプの形状や容量、燃料流量、濃度センサ１０の取り付け位置などから演算することができる。このような演算方法は種々知られており、ここでの説明は省略する。
【００２４】
記憶部３２は、例えば、内燃機関２の停止時刻T_stp、走行距離ODD_stp、機関回転数NE、推定濃度De_est等、必要な情報を記憶する。
【００２５】
補正濃度演算部３４（濃度演算手段）は、停止時間ODD_stp又は走行距離D_stp、記憶部３２に記憶された推定濃度De_est、濃度検出部において検出された検出濃度De_meas等を入力情報とし、再起動時における噴射燃料の濃度として補正濃度De_rivを演算する機能を有する。
【００２６】
図２は、走行距離と補正濃度との関係を説明するための図である。図２において、横軸は走行距離[km]、縦軸は濃度[%]を示している。また、図２において、破線(a)は前回停止時に記憶された推定濃度De_estを示し、２点鎖線(b)は今回の濃度センサ１０により検出される検出濃度De_measを示し、実線(c)は噴射燃料の補正濃度De_rivを表している。
【００２７】
図２に示されるように、内燃機関２の機関停止中の走行距離が短い場合、内燃機関２の停止中の燃料の拡散量は少なくなる。このため、機関停止中の燃料の均一化は図られず、今回の再起動時における噴射燃料のエタノール濃度として算出される補正濃度は、停止時に推定された推定濃度にごく近いものとなる。
【００２８】
一方、走行距離が長くなると、時間経過に伴う拡散に加え、車両の振動に伴い、混合燃料は次第に拡散し、全体に均一の状態に近づくものと予想される。従って、噴射燃料は、走行距離が長い場合には、今回起動時に計測された濃度センサの出力に応じた検出濃度De_measに一致する状態になる。従って、走行距離が長くなると、補正濃度De_rivも検出濃度De_measと一致する。このように混合燃料の機関停止中の濃度変化は、走行距離と相関を有し、走行距離から予測することができる。同様に、燃料濃度の拡散は、内燃機関の停止時間とも相関を有する．従って、上記の走行距離と同様にして、停止時間に応じて補正濃度を算出することができる。
【００２９】
具体的に、この実施の形態では、停止時間に伴う濃度拡散と走行によって生じる濃度拡散との両者を考慮して、次式（１）に従って、補正濃度De_rivを算出する。
De_riv＝De_est＋K（De_meas−De_est） ・・・・（１）
ここで、上記のように推定濃度De_estは、推定濃度演算部３０において演算された前回停止時の推定濃度であり、記憶部３２に記憶されている。また、検出濃度De_measは、濃度検出部２８において濃度センサ１０の出力に応じて検出された値である。
【００３０】
上記（１）式の第２項K（De_meas−De_est）が、前回停止における推定濃度De_measに対して、燃料拡散を補償する補正値を示す。この補正値における補正係数Kは、次式（２）に従って算出される。
K＝max{1−exp（−D_T／TIME），1−exp（−D_ODD／DIST）} ・・・・（２）
ここでTIMEは、機関停止中のエタノール拡散速度であり、DISTは機関停止中かつ車両走行中のエタノール拡散速度である。ここでは、停止時間に応じた補正係数（1−exp（−D_T／TIME））と、走行距離に応じた補正係数（1−exp（−D_ODD／DIST））とを求めて、補正係数の大きくなる方を選択している。図３に、例として、走行距離に応じた補正係数を示す。
【００３１】
また、燃料噴射量設定部３６は、補正濃度De_riv、あるいは推定濃度演算部３０において演算される推定濃度に応じて、燃料噴射量を設定し、それに従って、燃料噴射弁４のアクチュエータ１６に制御信号を発する。燃料噴射量の演算方法は公知であり、ここでの説明は省略する。
【００３２】
図４及び図５は、この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンであり、図４、図５ルーチンは、定期的に繰り返し実行されるものである。まず図４においては、内燃機関２の機関回転数が取得され、記憶部３２に記憶される（Ｓ１０２）。次に、今回内燃機関が停止するか否かが判別される（Ｓ１０４）。ここでは、現在の機関回転数NEが取得され、前回の機関回転数NEがゼロではなく、かつ、今回の機関回転数NEがゼロであるか否かが判別される。ステップＳ１０４において、今回の機関停止が認められない場合、今回の処理は終了する。
【００３３】
一方、ステップＳ１０４において今回の機関停止が認められると、現在の混合燃料中のエタノールの推定濃度De_estが記憶される（Ｓ１０６）。ここで記憶される推定濃度De_estは、推定濃度演算部３０において演算された最新のエタノール濃度推定値である。
【００３４】
次に、現在の時刻T_stpが取得され、記憶部３２に記憶される（Ｓ１０８）。次に、現在の走行距離ODD_stpが取得され、記憶部３２に記憶される（Ｓ１１０）。その後今回の処理が終了すると共に、内燃機関２が停止することとなる。
【００３５】
図５のルーチンにおいて、まず、内燃機関２の起動指示が検出されたか否かが判別される（Ｓ２０２）。起動指示が認められない場合、このまま今回の処理は終了する。一方、ステップＳ２０２において内燃機関２の起動指示が認められると、次に、現在の機関回転数NEが取得される（Ｓ２０４）。次に、機関回転数NEがゼロであるか否かが判別される（Ｓ２０６）。機関回転数NEがゼロであることが認められない場合、今回の処理は終了する。
【００３６】
一方、ステップＳ２０６において、機関回転数NEがゼロであることが認められると、次に、現在の時刻T_startが取得され、記憶部３２に記憶される（Ｓ２０８）。次に、現在の走行距離ODD_startが取得され、記憶部３２に記憶される（Ｓ２１０）。
【００３７】
次に、内燃機関２の停止時間D_Tが算出される（Ｓ２１２）。内燃機関２の停止時間D_Tは、前回の機関停止から今回の機関起動までの、内燃機関２の運転が停止していた時間である。停止時間D_Tは、今回取得された時刻T_starと停止時に記憶された時刻T_stpとから、次式（３）に従って算出される。
停止時間D_T＝T_start−T_stp ・・・・（３）
【００３８】
次に、機関停止中の走行距離D_ODDが算出される（Ｓ２１４）。ここで、走行距離D_ODDは、前回停止から今回起動までの間に走行した距離である。走行距離D_ODDは、停止時に記憶された走行距離ODD_stpと、今回取得された走行距離ODD_startとから、次式（４）に従って算出される。
走行距離D_ODD＝ODD_start−ODD_stp ・・・・（４）
【００３９】
次に、検出濃度De_measが検出される（Ｓ２１６）。ここでは、濃度センサ１０の出力が濃度検出部２８に入力され、この出力に応じた検出濃度De_measが検出される。次に、推定濃度の補正係数Kが算出される（Ｓ２１８）。推定濃度の補正係数Kは、上記式（２）に従って算出される。即ち、ステップＳ２１２、Ｓ２１４において検出された停止時間D_Tと走行距離D_ODDとのそれぞれに応じた補正係数が演算され、その大きな方が補正係数Kとされる。
【００４０】
次に、補正濃度De_rivが演算される（Ｓ２２０）。補正濃度De_rivは、上記ステップＳ２１８において求められた補正係数Kと、前回停止時の推定濃度De_estと、ステップＳ２１６において検出された検出濃度De_measとから、上記式（１）に従って演算される。その後、今回の処理が終了する。このようにして求められた燃料のエタノール濃度に従って、起動時の目標空燃比が決定され、燃料噴射量が設定される。
【００４１】
以上説明したように、この実施の形態のシステムによれば、内燃機関２の停止時間、及びその間の走行距離に応じて、その間の燃料拡散を予測してエタノール濃度を補正することができる。従って、ハイブリッド車のように、内燃機関２の停止中もモータにより走行可能であり、そのため、内燃機関２が長期間停止するような場合であっても、その間の混合燃料の濃度拡散を考慮して、ある程度正確に燃料のエタノール濃度を把握することができ、空燃比制御の精度を向上させることができる。
【００４２】
なお、上記の実施の形態においては、補正係数Kの算出において、内燃機関２の停止時間と、機関停止中の走行距離の双方から補正係数を求めて、その大きな方を補正係数Kとして用いる場合について説明した。しかし、この発明はこれに限られるものではなく、いずれか一方のみをパラメータとして、補正係数を設定するものであってもよい。
【００４３】
また、上記実施の形態では、燃料としてエタノールとガソリンとを混合した混合燃料を用い単一成分の濃度としてエタノール濃度を検出する場合について説明した。しかし、この発明はこのような混合燃料に限るものではなく、内燃機関２の機関燃料として利用可能な燃料であれば、他のアルコール燃料や、他の炭化水素燃料を混合したものであってもよい。これらの混合燃料においても、その混合燃料中のアルコール濃度又は炭化水素燃料の濃度を、単一成分の濃度として検出、推定、演算等することができる。
【００４４】
また、この実施の形態においては、濃度センサ１０を設置し、この出力値に応じて噴射燃料の燃料濃度を推定する場合について説明した。しかし、例えば、空燃比センサのずれを学習することで、エタノール濃度を推定し、また、この学習値を用いることでアルコール濃度にあった起動時噴射量が決定されるシステムが知られている。このようなシステムの場合、上記のような起動時の補正を行うことができない。このような場合は、例えば、センサ出力取得値D_measを固定値とすることで、起動時の燃料の成分濃度について補正することができる。例えば、De_meas を０[%]とした場合、内燃機関２の機関停止が長くなれば、検出濃度は0[%]に暫定されることとなる。燃料の濃度が低い場合程、起動時要求噴射量は少なくなることから、このようにD_measを小さく設定しておくことで、過リッチを抑制することができる。また、D_measに替える固定値は、ゼロに限るものではなく、例えば市場に出回る燃料のうち、最もエタノール濃度が低いものとするなど、適宜設定することができる。
【００４５】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００４６】
２ 内燃機関
４ 燃料噴射弁
６ 燃料タンク
８ 燃料供給経路
１０ 濃度センサ
１２ 制御装置
１４ 各種センサ
１６ アクチュエータ
２２ 運転状態検出部
２４ 停止時間演算部
２６ 走行距離演算部
２８ 濃度検出部
３０ 推定濃度演算部
３２ 記憶部
３４ 補正濃度演算部
３６ 燃料噴射量設定部
【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、機関燃料としてアルコール又はアルコールと炭化水素燃料を混合した混合燃料を利用することができる内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の機関燃料として、アルコールと炭化水素燃料とを混合した燃料又はアルコールからなる燃料（以下、「混合燃料」とする）を用いることができるＦＦＶ（flexible fuel vehicle）が開発されている。このような混合燃料を用いるＦＦＶの場合、アルコールと炭化水素燃料とでは含有する炭素の数が異なることから、アルコールの濃度に応じた燃料供給量の設定が要求される。
【０００３】
しかしながら、混合燃料中のアルコール濃度は常に一定とはならず、例えば給油等によってアルコール濃度が変化する。このため、例えば、アルコール濃度センサを設置し、これにより混合燃料のアルコール濃度を検出している。
【０００４】
ここで、通常、燃料タンクとアルコール濃度センサとの間、アルコール濃度センサと燃料噴射弁との間には、燃料供給経路が介在し、燃料タンクにある混合燃料が実際にアルコール濃度センサや燃料噴射弁に到達するまでには、時間遅れが生じる。この時間遅れにより、アルコール濃度センサによって検出される混合燃料のアルコール濃度と、燃料タンク中の混合燃料のアルコール濃度と、燃料噴射弁付近にあり噴射される直前の燃料（以下「噴射燃料」）のアルコール濃度との間に、ずれが生じる場合がある。
【０００５】
このため、例えば、特許文献１に開示されているように、この間の遅れを考慮して噴射燃料のアルコール濃度を推定する推定方法が知られている。また、特許文献１においては、例えば給油後の再起動時において、アルコール濃度センサのアルコール濃度と、燃料タンクからセンサまでの濃度変化の遅れ挙動とから、燃料タンク内のアルコール濃度を学習し、更に、燃料タンク内のアルコール濃度と、燃料タンクからインジェクタまでの濃度変化の遅れ挙動とから、噴射燃料のアルコール濃度を算出する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３３２７３号公報
【特許文献２】特開２００９−１８０１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、例えば、ハイブリッド車のように、動力源として内燃機関と電気モータとを有する車両が知られている。ハイブリッド車の場合、短距離移動と充電とが繰り返されることで、飛躍的に内燃機関の作動頻度が下がることが考えられる。また、モータのみでの走行中、停車、発進、カーブ、登板、降板等の振動により、燃料タンクや配管中で混合燃料が拡散し、混合燃料の濃度の均一化が促進されることが考えられる。
【０００８】
従って、例えば、燃料系内の濃度が変化している途中、燃料タンク内の濃度が均一になる前に内燃機関が停止し、かつモータによる走行のため内燃機関の不作動期間が長くなった場合には、その不作動期間中に混合燃料の濃度が均一化していることが予測される。従って、このような不作動期間における混合燃料の濃度変化を考慮して、起動直後の混合燃料の濃度を推定する必要がある。
【０００９】
この点、上記特許文献１の技術は、内燃機関の長時間停止や、停止期間中の走行による混合燃料の拡散を考慮するものではない。従って、上記特許文献１のような学習値を用いた濃度算出では、停止時間が長くなる場合やハイブリッド車のように内燃機関の停止中にモータのみで走行する場合等においては、噴射燃料のアルコール濃度を正しく推定することはできないものと考えられる。
【００１０】
従って、この発明は、上記課題を解決することを目的とし、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関において、内燃機関の停止期間中の燃料の拡散を考慮して、起動時の混合燃料中の単一成分の濃度を推定できるように改良した内燃機関の制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ハイブリッド車両に搭載され、かつ、炭化水素燃料とアルコール燃料とを混合した混合燃料を機関燃料として利用可能な内燃機関を制御する制御装置であって、
内燃機関の停止時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の単一成分の濃度の推定値を、停止時推定濃度として演算する推定濃度演算手段と、
前回の内燃機関の停止から、今回の内燃機関の起動までの間の停止時間を検出する停止時間検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における前記単一成分の濃度であって、かつ、燃料タンク内又は燃料噴射弁と燃料タンクとを繋ぐ燃料供給経路に配置された濃度センサの出力に応じて検出される濃度である、起動時検出濃度を検出する濃度検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の前記単一成分の濃度を、前記停止時推定濃度と前記起動時検出濃度と前記停止時間とに応じて演算
する濃度演算手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
第２の発明は、上記目的を達成するため、ハイブリッド車両に搭載され、かつ、炭化水素燃料とアルコール燃料とを混合した混合燃料を機関燃料として利用可能な内燃機関を制御する制御装置であって、
内燃機関の停止時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の単一成分の濃度の推定値を、停止時推定濃度として演算する推定濃度演算手段と、
前回の内燃機関の停止から今回の内燃機関の起動までの間に、内燃機関が搭載された車両が走行した走行距離を検出する走行距離検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における前記単一成分の濃度であって、かつ、燃料タンク内又は燃料噴射弁と燃料タンクとを繋ぐ燃料供給経路に配置された濃度センサの出力に応じて検出される濃度である、起動時検出濃度を検出する濃度検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の前記単一成分の濃度を、前記停止時推定濃度と前記起動時検出濃度と前記走行距離とに応じて演算する濃度演算手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１又は第２の発明によれば、内燃機関の停止時間が長くなる場合やその間モータにより車両が走行する場合であっても、その停止時間又はその停止時間中の走行距離に応じて、噴射燃料の単一成分濃度を演算することができる。従って、ハイブリッド車のように、内燃機関の停止期間が比較的長く、かつ、その機関停止中にも車両は走行できるような場合であっても、停止期間、その間の走行に応じた混合燃料の拡散を考慮して、より正確に燃料中の成分濃度を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態の内燃機関の制御装置及びその周辺機器について説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態における内燃機関の走行距離と推定濃度との関係を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態における内燃機関の走行距離と濃度補正係数との関係を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１６】
実施の形態．
図１は、この発明の実施の形態の内燃機関の制御装置及びその周辺機器を含むシステムの全体構成を説明するためのブロック図である。図１のシステムは、内燃機関２を備えている。この実施の形態においては、内燃機関２搭載される車両を、動力源として内燃機関２と電気モータとを備えるハイブリッド車とし、かつ、内燃機関２は、機関燃料としてエタノール又はエタノールとガソリンとの混合燃料を使用可能なＦＦＶとする。
【００１７】
図１に示されるように、内燃機関２には（筒内又は吸気ポートに）燃料を噴射するための燃料噴射弁４が設置されている。燃料噴射弁４は、燃料タンク６に、燃料供給経路８を介して接続され、燃料タンク６からの燃料が燃料噴射弁４に供給される構成となっている。また、燃料供給経路８の途中には、濃度センサ１０が取り付けられている。濃度センサ１０は、その設置位置における混合燃料中のエタノール濃度に応じた出力を発するセンサである。なお、図１では濃度センサ１０を燃料供給経路８に設置した場合について表しているが、濃度センサ１０の設置位置は燃料タンク６内であってもよい。
【００１８】
このシステムは、制御装置１２を備えている。制御装置１２は、濃度センサ１０や、その他の各種センサ１４に電気的に接続され、これらの出力を受けて内燃機関２の運転状態等に関する情報を検出する。また、制御装置１２は例えば、燃料噴射弁４を駆動させるアクチュエータ１６等の各種アクチュエータに電気的に接続され、これらに制御信号を発することで、例えば燃料噴射量等、内燃機関２の運転に関する制御を行なう。
【００１９】
このシステムにおいて制御装置１２は、運転状態検出部２２、停止時間演算部２４、走行距離演算部２６、濃度検出部２８、推定濃度演算部３０、記憶部３２、補正濃度演算部３４、補正濃度演算部３４、燃料噴射量設定部３６を有している。
【００２０】
運転状態検出部２２は、回転数センサ等の各種センサの出力を入力情報として、現在の機関回転数ＮＥ、現時刻、走行距離等を検出したり、また、内燃機関２の停止指令や起動指令等を検出したりする機能を有する。
【００２１】
停止時間演算部２４（停止時間検出手段）は、内燃機関２の前回の停止時刻T_stp及び今回の起動時刻T_startを入力情報とし、前回停止から今回起動開始までの間の内燃機関２の停止時間D_Tを算出する機能を有している。走行距離演算部２６（走行距離検出手段）は、前回の内燃機関停止時の走行距離ODD_stp及び今回の内燃機関２の起動時の走行距離ODD_startを入力情報とし、内燃機関の停止時間中の走行距離D_ODDを算出する機能を有している。
【００２２】
濃度検出部２８（濃度検出手段）は、濃度センサ１０の出力を入力情報とし、入力された濃度センサ１０の出力に基づいて、濃度センサ１０の設置位置における混合燃料の検出濃度De_measを検出する機能を有する。
【００２３】
推定濃度演算部３０（推定濃度演算手段）は、燃料タンク６と燃料噴射弁４までの間、及び燃料タンク６と濃度センサ１０との間のエタノール濃度の変化の遅れを学習し、この学習値に基づいて、燃料噴射弁４から噴射される直前の噴射燃料のエタノール濃度を推定する機能を有している。エタノール濃度の変化の遅れは、燃料供給システム全体の燃料供給パイプ、燃料フィルタ、濃度センサ１０及び燃料噴射弁４及び燃料供給用のデリバリパイプの形状や容量、燃料流量、濃度センサ１０の取り付け位置などから演算することができる。このような演算方法は種々知られており、ここでの説明は省略する。
【００２４】
記憶部３２は、例えば、内燃機関２の停止時刻T_stp、走行距離ODD_stp、機関回転数NE、推定濃度De_est等、必要な情報を記憶する。
【００２５】
補正濃度演算部３４（濃度演算手段）は、停止時間ODD_stp又は走行距離D_stp、記憶部３２に記憶された推定濃度De_est、濃度検出部において検出された検出濃度De_meas等を入力情報とし、再起動時における噴射燃料の濃度として補正濃度De_rivを演算する機能を有する。
【００２６】
図２は、走行距離と補正濃度との関係を説明するための図である。図２において、横軸は走行距離[km]、縦軸は濃度[%]を示している。また、図２において、破線(a)は前回停止時に記憶された推定濃度De_estを示し、２点鎖線(b)は今回の濃度センサ１０により検出される検出濃度De_measを示し、実線(c)は噴射燃料の補正濃度De_rivを表している。
【００２７】
図２に示されるように、内燃機関２の機関停止中の走行距離が短い場合、内燃機関２の停止中の燃料の拡散量は少なくなる。このため、機関停止中の燃料の均一化は図られず、今回の再起動時における噴射燃料のエタノール濃度として算出される補正濃度は、停止時に推定された推定濃度にごく近いものとなる。
【００２８】
一方、走行距離が長くなると、時間経過に伴う拡散に加え、車両の振動に伴い、混合燃料は次第に拡散し、全体に均一の状態に近づくものと予想される。従って、噴射燃料は、走行距離が長い場合には、今回起動時に計測された濃度センサの出力に応じた検出濃度De_measに一致する状態になる。従って、走行距離が長くなると、補正濃度De_rivも検出濃度De_measと一致する。このように混合燃料の機関停止中の濃度変化は、走行距離と相関を有し、走行距離から予測することができる。同様に、燃料濃度の拡散は、内燃機関の停止時間とも相関を有する．従って、上記の走行距離と同様にして、停止時間に応じて補正濃度を算出することができる。
【００２９】
具体的に、この実施の形態では、停止時間に伴う濃度拡散と走行によって生じる濃度拡散との両者を考慮して、次式（１）に従って、補正濃度De_rivを算出する。
De_riv＝De_est＋K（De_meas−De_est） ・・・・（１）
ここで、上記のように推定濃度De_estは、推定濃度演算部３０において演算された前回停止時の推定濃度であり、記憶部３２に記憶されている。また、検出濃度De_measは、濃度検出部２８において濃度センサ１０の出力に応じて検出された値である。
【００３０】
上記（１）式の第２項K（De_meas−De_est）が、前回停止における推定濃度De_measに対して、燃料拡散を補償する補正値を示す。この補正値における補正係数Kは、次式（２）に従って算出される。
K＝max{1−exp（−D_T／TIME），1−exp（−D_ODD／DIST）} ・・・・（２）
ここでTIMEは、機関停止中のエタノール拡散速度であり、DISTは機関停止中かつ車両走行中のエタノール拡散速度である。ここでは、停止時間に応じた補正係数（1−exp（−D_T／TIME））と、走行距離に応じた補正係数（1−exp（−D_ODD／DIST））とを求めて、補正係数の大きくなる方を選択している。図３に、例として、走行距離に応じた補正係数を示す。
【００３１】
また、燃料噴射量設定部３６は、補正濃度De_riv、あるいは推定濃度演算部３０において演算される推定濃度に応じて、燃料噴射量を設定し、それに従って、燃料噴射弁４のアクチュエータ１６に制御信号を発する。燃料噴射量の演算方法は公知であり、ここでの説明は省略する。
【００３２】
図４及び図５は、この発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンであり、図４、図５ルーチンは、定期的に繰り返し実行されるものである。まず図４においては、内燃機関２の機関回転数が取得され、記憶部３２に記憶される（Ｓ１０２）。次に、今回内燃機関が停止するか否かが判別される（Ｓ１０４）。ここでは、現在の機関回転数NEが取得され、前回の機関回転数NEがゼロではなく、かつ、今回の機関回転数NEがゼロであるか否かが判別される。ステップＳ１０４において、今回の機関停止が認められない場合、今回の処理は終了する。
【００３３】
一方、ステップＳ１０４において今回の機関停止が認められると、現在の混合燃料中のエタノールの推定濃度De_estが記憶される（Ｓ１０６）。ここで記憶される推定濃度De_estは、推定濃度演算部３０において演算された最新のエタノール濃度推定値である。
【００３４】
次に、現在の時刻T_stpが取得され、記憶部３２に記憶される（Ｓ１０８）。次に、現在の走行距離ODD_stpが取得され、記憶部３２に記憶される（Ｓ１１０）。その後今回の処理が終了すると共に、内燃機関２が停止することとなる。
【００３５】
図５のルーチンにおいて、まず、内燃機関２の起動指示が検出されたか否かが判別される（Ｓ２０２）。起動指示が認められない場合、このまま今回の処理は終了する。一方、ステップＳ２０２において内燃機関２の起動指示が認められると、次に、現在の機関回転数NEが取得される（Ｓ２０４）。次に、機関回転数NEがゼロであるか否かが判別される（Ｓ２０６）。機関回転数NEがゼロであることが認められない場合、今回の処理は終了する。
【００３６】
一方、ステップＳ２０６において、機関回転数NEがゼロであることが認められると、次に、現在の時刻T_startが取得され、記憶部３２に記憶される（Ｓ２０８）。次に、現在の走行距離ODD_startが取得され、記憶部３２に記憶される（Ｓ２１０）。
【００３７】
次に、内燃機関２の停止時間D_Tが算出される（Ｓ２１２）。内燃機関２の停止時間D_Tは、前回の機関停止から今回の機関起動までの、内燃機関２の運転が停止していた時間である。停止時間D_Tは、今回取得された時刻T_starと停止時に記憶された時刻T_stpとから、次式（３）に従って算出される。
停止時間D_T＝T_start−T_stp ・・・・（３）
【００３８】
次に、機関停止中の走行距離D_ODDが算出される（Ｓ２１４）。ここで、走行距離D_ODDは、前回停止から今回起動までの間に走行した距離である。走行距離D_ODDは、停止時に記憶された走行距離ODD_stpと、今回取得された走行距離ODD_startとから、次式（４）に従って算出される。
走行距離D_ODD＝ODD_start−ODD_stp ・・・・（４）
【００３９】
次に、検出濃度De_measが検出される（Ｓ２１６）。ここでは、濃度センサ１０の出力が濃度検出部２８に入力され、この出力に応じた検出濃度De_measが検出される。次に、推定濃度の補正係数Kが算出される（Ｓ２１８）。推定濃度の補正係数Kは、上記式（２）に従って算出される。即ち、ステップＳ２１２、Ｓ２１４において検出された停止時間D_Tと走行距離D_ODDとのそれぞれに応じた補正係数が演算され、その大きな方が補正係数Kとされる。
【００４０】
次に、補正濃度De_rivが演算される（Ｓ２２０）。補正濃度De_rivは、上記ステップＳ２１８において求められた補正係数Kと、前回停止時の推定濃度De_estと、ステップＳ２１６において検出された検出濃度De_measとから、上記式（１）に従って演算される。その後、今回の処理が終了する。このようにして求められた燃料のエタノール濃度に従って、起動時の目標空燃比が決定され、燃料噴射量が設定される。
【００４１】
以上説明したように、この実施の形態のシステムによれば、内燃機関２の停止時間、及びその間の走行距離に応じて、その間の燃料拡散を予測してエタノール濃度を補正することができる。従って、ハイブリッド車のように、内燃機関２の停止中もモータにより走行可能であり、そのため、内燃機関２が長期間停止するような場合であっても、その間の混合燃料の濃度拡散を考慮して、ある程度正確に燃料のエタノール濃度を把握することができ、空燃比制御の精度を向上させることができる。
【００４２】
なお、上記の実施の形態においては、補正係数Kの算出において、内燃機関２の停止時間と、機関停止中の走行距離の双方から補正係数を求めて、その大きな方を補正係数Kとして用いる場合について説明した。しかし、この発明はこれに限られるものではなく、いずれか一方のみをパラメータとして、補正係数を設定するものであってもよい。
【００４３】
また、上記実施の形態では、燃料としてエタノールとガソリンとを混合した混合燃料を用い単一成分の濃度としてエタノール濃度を検出する場合について説明した。しかし、この発明はこのような混合燃料に限るものではなく、内燃機関２の機関燃料として利用可能な燃料であれば、他のアルコール燃料や、他の炭化水素燃料を混合したものであってもよい。これらの混合燃料においても、その混合燃料中のアルコール濃度又は炭化水素燃料の濃度を、単一成分の濃度として検出、推定、演算等することができる。
【００４４】
また、この実施の形態においては、濃度センサ１０を設置し、この出力値に応じて噴射燃料の燃料濃度を推定する場合について説明した。しかし、例えば、空燃比センサのずれを学習することで、エタノール濃度を推定し、また、この学習値を用いることでアルコール濃度にあった起動時噴射量が決定されるシステムが知られている。このようなシステムの場合、上記のような起動時の補正を行うことができない。このような場合は、例えば、センサ出力取得値D_measを固定値とすることで、起動時の燃料の成分濃度について補正することができる。例えば、De_meas を０[%]とした場合、内燃機関２の機関停止が長くなれば、検出濃度は0[%]に暫定されることとなる。燃料の濃度が低い場合程、起動時要求噴射量は少なくなることから、このようにD_measを小さく設定しておくことで、過リッチを抑制することができる。また、D_measに替える固定値は、ゼロに限るものではなく、例えば市場に出回る燃料のうち、最もエタノール濃度が低いものとするなど、適宜設定することができる。
【００４５】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００４６】
２ 内燃機関
４ 燃料噴射弁
６ 燃料タンク
８ 燃料供給経路
１０ 濃度センサ
１２ 制御装置
１４ 各種センサ
１６ アクチュエータ
２２ 運転状態検出部
２４ 停止時間演算部
２６ 走行距離演算部
２８ 濃度検出部
３０ 推定濃度演算部
３２ 記憶部
３４ 補正濃度演算部
３６ 燃料噴射量設定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素燃料とアルコール燃料とを混合した混合燃料を機関燃料として利用可能な内燃機関を制御する制御装置であって、
内燃機関の停止時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の単一成分の濃度の推定値を、停止時推定濃度として演算する推定濃度演算手段と、
前回の内燃機関の停止から、今回の内燃機関の起動までの間の停止時間を検出する停止時間検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における前記単一成分の濃度であって、かつ、燃料タンク内又は燃料噴射弁と該燃料タンクとを繋ぐ燃料供給経路に配置された濃度センサの出力に応じて検出される濃度である、起動時検出濃度を検出する濃度検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の前記単一成分の濃度を、前記停止時推定濃度と前記起動時検出濃度と前記停止時間とに応じて演算
する濃度演算手段と、
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】
ハイブリッド車両に搭載され、かつ、炭化水素燃料とアルコール燃料とを混合した混合燃料を機関燃料として利用可能な内燃機関を制御する制御装置であって、
内燃機関の停止時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の単一成分の濃度の推定値を、停止時推定濃度として演算する推定濃度演算手段と、
前回の内燃機関の停止から今回の内燃機関の起動までの間に、内燃機関が搭載された車両が走行した走行距離を検出する走行距離検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における前記単一成分の濃度であって、かつ、燃料タンク内又は燃料噴射弁と燃料タンクとを繋ぐ燃料供給経路に配置された濃度センサの出力に応じて検出される濃度である、起動時検出濃度を検出する濃度検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の前記単一成分の濃度を、前記停止時推定濃度と前記起動時検出濃度と前記走行距離とに応じて演算する濃度演算手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１】
炭化水素燃料とアルコール燃料とを混合した混合燃料を機関燃料として利用可能な内燃機関を制御する制御装置であって、
内燃機関の停止時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の単一成分の濃度の推定値を、停止時推定濃度として演算する推定濃度演算手段と、
前回の内燃機関の停止から、今回の内燃機関の起動までの間の停止時間を検出する停止時間検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における前記単一成分の濃度であって、かつ、燃料タンク内又は燃料噴射弁と該燃料タンクとを繋ぐ燃料供給経路に配置された濃度センサの出力に応じて検出される濃度である、起動時検出濃度を検出する濃度検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の前記単一成分の濃度を、前記停止時推定濃度と前記起動時検出濃度と前記停止時間とに応じて演算
する濃度演算手段と、
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】
ハイブリッド車両に搭載され、かつ、炭化水素燃料とアルコール燃料とを混合した混合燃料を機関燃料として利用可能な内燃機関を制御する制御装置であって、
内燃機関の停止時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の単一成分の濃度の推定値を、停止時推定濃度として演算する推定濃度演算手段と、
前回の内燃機関の停止から今回の内燃機関の起動までの間に、内燃機関が搭載された車両が走行した走行距離を検出する走行距離検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における前記単一成分の濃度であって、かつ、燃料タンク内又は燃料噴射弁と燃料タンクとを繋ぐ燃料供給経路に配置された濃度センサの出力に応じて検出される濃度である、起動時検出濃度を検出する濃度検出手段と、
今回の内燃機関の起動時における、内燃機関に噴射される直前の混合燃料中の前記単一成分の濃度を、前記停止時推定濃度と前記起動時検出濃度と前記走行距離とに応じて演算する濃度演算手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２２０１４９（Ｐ２０１１−２２０１４９Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８７９３９（Ｐ２０１０−８７９３９）
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月６日（２０１０．４．６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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