专利名称:内燃机燃料性能的估计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机燃料性能估计装置及方法。
背景技术：
一种已知为灵活燃料车辆(FFV)的车辆可以用酒精和汽油的混合燃料及汽油运转。酒精燃料需要根据燃料中酒精的浓度对燃料喷射量进行调节，这是因为C(碳)原子的数量与普通汽油燃料的碳原子的数量不同。因此，在日本专利申请公开号H05(1993)-163992的公开文本中所披露的一种发动机系统，其配置有一个设在油箱中的酒精浓度传感器以感应酒精浓度，并在酒精浓度传感器发生故障的情况下，根据空气燃料比反馈修正系数的平均值来估计酒精浓度。
发明内容
本发明的目的是提供燃料特性估计装置和/或方法、和/或用来更精确和快速地估计燃料特性的发动机控制系统/方法。
根据本发明的一个方面，一种用于内燃机的燃料特性估计装置，该燃料特性估计装置包括一个控制器，该控制器确定内燃机的燃料中的酒精的估计成分浓度，将该控制器如此构成，根据内燃机的实际的空气燃料比，计算用于修正内燃机的燃料供应量的空气燃料比修正量；由前面储存的酒精估计成分浓度值和空气燃料比修正量来计算酒精成分浓度变化量；以及根据酒精成分浓度的变化量和前面储存的酒精估计成分浓度值计算酒精估计成分浓度的一个新值；通过使用由前面存储的酒精估计成分浓度值所确定的转换函数，所设置的控制器根据空气燃料比修正量来确定酒精成分浓度的变化量。
根据本发明的另一方面，一种燃料特性估计方法，该方法确定用于内燃机的燃料中的酒精的估计成分浓度，该燃料特性估计方法包括根据酒精成分浓度变化量和前面储存的酒精估计成分浓度值，计算酒精估计成分浓度的新值；以及由前面储存的酒精估计成分浓度值和由内燃机的实际的空气燃料比所计算出的用于修正内燃机的燃料供应量的空气燃料比修正量，来计算酒精成分浓度的变化量；通过使用由前面存储的酒精估计成分浓度值所确定的转换函数，由空气燃料比修正量来确定酒精成分浓度的变化量。
图1为一个示出了一个发动机系统的示意性图，该系统作为根据本发明的一种实施例的燃料特性估计装置或包括作为该装置的部分。
图2为一个流程图，该流程图示出了根据该实施例的燃料特性估计过程。
图3为一个曲线图，示出了由图1的发动机系统所使用的用于计算酒精浓度变化量DALC的图形。
图4为一个曲线图，示出了由图1的发动机系统所使用的用于计算酒精浓度ALC2的图形。
具体实施方式
图1示出了一种发动机系统，该系统作为根据本发明的一种实施例的燃料特性(成分)估计装置或包括用作该装置的部分。在该例子中的发动机是一种能使用含有酒精燃料的类型的发动机。
发动机主体1包括至少一个燃烧室2，一个进气管4通过进气阀3连接在燃烧室2上，以及一个排气管6通过排气阀5连接在燃烧室2上。
在进气管4中，设有一个空气滤清器7、一个用来感应进入气体容量的气流计8、一个用来控制进入气体容量的节流阀9、以及在进入气体中喷射燃料的燃料喷射器11。
根据发动机的运转状态，发动机控制单元(ECU)12产生燃料喷射指令的信号，并控制燃料喷射器11向进入气体中喷射燃料，以实现所需的空气燃料比。
在排气管6中，设有一个用来感应排出的气体混合物中氧气浓度的氧气传感器13、和一个三元催化剂14。氧气传感器13用作能够对排出的空气燃料比进行计算的空气燃料比感应装置。
三元催化剂14能够围绕理想配比的空气燃料比的窗口值以最大的转换效率将碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮的氧化物(NOX)的有害的排出物转换为危害较小的气体。因此，ECU12以反馈控制模式控制着发动机的空气燃料比，该反馈控制模式以安装在三元催化剂14的上游端的氧气传感器13的输出为基础，使得实际的空气燃料比在空气燃料比高效带(window)之内摆动。
水温传感器15感应发动机主体1中的发动机冷却水的温度。将ECU12与该传感器相连接，并将其设置成接收来自该传感器的信息。
由于C(碳)原子的数量与普通的汽油相比，含有酒精的燃料需要较大的燃料喷射量以实现给定的当量比，从而需要进行燃料喷射量的调节。因此，通过利用氧气浓度传感器13的输出信号，所设置的发动机系统能够尽可能快地准确预测燃料的酒精浓度。在该实施例中，酒精是燃料中的一种成分，酒精浓度是由该系统所估计的成分浓度。
根据该实施例，发动机系统估计燃料中的酒精浓度，作为遵循如图2所示的过程的一个单一的成分浓度。
步骤S1读出由氧气浓度传感器13的输出所计算的空气燃料比反馈系数α(作为空气燃料比修正量)。
步骤S2检查是否满足空气燃料比控制(learning)条件。当满足控制条件时，该过程进行到步骤S3，在S3上每个操作区间的αm计算图形中重写一个图形的值，然后该过程进行到步骤S4。当不满足该控制条件时，该过程直接进行到S4，而不执行S3的图形的重写操作。在该例子中，αm是空气燃料比控制修正系统(作为空气燃料比修正量)。空气燃料比反馈修正系数α和空气燃料比控制(learning)修正系数αm是用于反馈空气燃料比控制的参数。根据空气燃料比反馈修正系数α和空气燃料比控制修正系数αm来修正燃料喷射量。该实施例可以使用计算空气燃料比反馈修正系数α和空气燃料比控制修正系数αm的各种已知方法。
步骤S4通过在当前用于每个操作区域的αm图形中查找而确定在每个操作区域中的αm值。
步骤S5检查是否满足估计允许条件。在该例子中，步骤S5检查发动机冷却水的温度、从发动机启动所用的时间、空气燃料比获得控制的进程和补充燃料的历史，以确定是否满足估计允许条件。当满足估计允许条件时，程序从S5进行到S6。如果不满足估计允许条件，程序结束，不执行酒精浓度估计。
步骤S6将前面估计酒精浓度ALCz(前面所估计的成分浓度的值)设置为等于当前储存在ECU12中的第二个估计酒精浓度ALC2。亦即，ALCz＝ALC2通过使用图3中所示的转换函数的一种形式，步骤S7根据典型的速度负载区域中的αm值的平均αm′来计算酒精浓度变化(或变化量)DALC，该转换函数由步骤S6中所计算的估计酒精浓度ALC来确定。在该例子中，平均αm′根据四个速度负载区域的αm值来确定。需要选择被发动机使用相对较多的区域作为典型的四个区域。
在图3的例子中，酒精浓度变化量DALC的特性曲线相对于αm′是连续的。根据当前储存在ECU12中的第二估计酒精浓度ALC2改变该特性曲线。根据ALC改变该特性曲线，这是因为用于空气燃料比控制的基本燃料喷射量包括以ALC为基础的修正值。在图3的例子中，特性线L1是对于ALC＝0％(燃料的酒精浓度为0％)的转换函数的一种形式；特性线L2是对于ALC＝85％(燃料的酒精浓度为85％)的转换函数的一种形式；特性线L3是对于ALC＝40％(酒精浓度为40％)的转换函数的一种形式。
在这种转换函数中，斜率随着酒精浓度的增加而增加。在直角坐标系统中，该坐标系统具有表示酒精浓度变化量DALC的垂直轴、表示αm′的水平轴、和位于(αm′，DALC)＝(1，0)处的原点，斜率随着酒精浓度的增加而增加。在图3的例子中，θ1＜θ3＜θ2，此处θ1为特性线L1的斜率；θ2为特性线L2的斜率；θ3为特性线L3的斜率。虽然图3只是示出了三种特性线(转换函数的三种形式)，但是该例子还使用多种特性线，每条特性线的ALC值间隔5％(ALC＝0％、5％、10％)。
通过将步骤S7所计算出的酒精浓度变化量DALC与当前作为第二估计酒精浓度ALC2储存在ECU12中的前面的估计酒精浓度ALCz相加(ALC1＝ALCz+DALC)，步骤S8计算出第一估计酒精浓度ALC1的一个新值。
通过使用图4所示的ALC2计算图形，步骤S9根据步骤S8中所计算的第一估计酒精浓度ALC1计算出第二估计酒精浓度ALC2的一个新值。将步骤S9中计算出的第二估计酒精浓度ALC2的新值作为ALC2储存到ECU12中的存储器部分，直到步骤S9的ALC2的下一次计算为止。
图4的ALC2计算图形是根据ALC1计算ALC2的特性曲线，相对于ALC1，ALC2的特性曲线具有至少一个死区。换句话说，ALC2计算图具有死区，在该死区中，第二酒精浓度ALC2基本是不变的，而不管ALC1的变化。在第一估计酒精浓度ALC1的预定区域中具有死区。在图4中所示的例子中，在第一估计酒精浓度ALC1从0％到30％的区域中，第二估计酒精浓度ALC2总是等于0％，在第一估计酒精浓度ALC1从65％到85％的区域中，ALC2总是等于85％。
当使用汽油(具有0％的乙醇浓度的EO燃料)或当使用标准的混合燃料(汽油-酒精混合燃料)例如具有85％的乙醇浓度的E85时，将图4的特性曲线设置为具有稳定的控制值(控制常数)。上述控制值(控制常数)包括至少一个关于点火时间(ignition timing)的控制常数、关于燃料壁流(wall flow)的修正的常数、关于冷却浓缩的常数、和关于λ(lambda)控制的三元点条件或空气燃料比控制中的目标空气燃料比的常数。当这些数改变时，排放控制的可重复性变得更差。通过这些死区的设置，可以解决这个问题。
该例子的ALC2计算图形包括一个在EO燃料的乙醇浓度上或其附近处的死区，和一个在E85燃料的乙醇浓度上或其附近处的死区，这两种燃料均可在市场上得到。因此，估计的结果(ALC2)稳定地与可在商业上得到的燃料的酒精浓度一致。
将步骤S9中所计算的估计酒精浓度ALC2的新值储存(用作前面的酒精浓度ALCz)代替在ECU12的存储器部分中的最近的值，直到步骤S9的ALC2的下一次计算值为止。将ALCz最初的值设置为0(ALCz＝0％)。
图2中的步骤S1-S4相应于空气燃料比修正量计算方法；S7相应于成分浓度变化计算方法；S8和S9相应于成分浓度计算方法。图3和4中示出的图储存在ECU12的ROM中。
通过根据前面的估计酒精浓度ALCz和平均空气燃料比控制系数αm′而计算的酒精浓度变化量DALC，按照该实施例的燃料特性估计装置能够快速地减小实际酒精浓度和估计酒精浓度之间的偏差，因此用精确估计的第二酒精浓度ALC2来修正燃烧控制，使排放性能和驱动性能的降低最小。特别是，通过选择用来确定与前面的估计酒精浓度ALCz相关的变化量DALC的转换函数的最佳形式，酒精浓度估计装置可以精确地确定具有转换函数的最优形式的第二估计酒精浓度ALC2。
酒精浓度的估计所需的时间很短。因此，根据该实施例的估计装置可以减少系统在精确度要求下的被停止的停工时间，因此可以减小相关损失。
通过使用用于酒精浓度变化量DALC的确定的空气燃料比控制系数αm，该实施例的估计系统可以减小当长时间不变地使用某一酒精浓度的燃料时所产生的误差。
在图示的例子中，转换函数以图3所示的特性曲线的图形的形式储存。在另一种情况下，有可能通过插值法确定酒精浓度变化量DALC。在直角坐标系统中，其垂直轴表示酒精浓度变化量DALC，水平轴表示αm′，原点位于{αm′，DALC}＝{1，0}处，当与自变量的至少两个离散值相应的因变量的值为已知时，估计系统可以通过线性插值法来确定因变量(亦即DALC)的中间值，该值是自变量(αm′)的函数。在特性线L1的情况下，例如，ECU12仅仅保留特性线L1的两端值上的数据，{αm′，DALC}＝{1.4，85}和{αm′，DALC}＝{1.0，0}；并通过线性插值法确定在1.0＜αm′＜1.4的范围下的DALC的值。
此外，通过插值法由特性线L1和L2，有可能确定0％＜ALC＜85％范围中的转换函数的一种形式，例如特性线L3。
这样，估计系统可以通过插值法减少储存在ECU12中的信息量，并减少ECU12中所需的ROM的容量。
在图示的例子中，根据平均空气燃料比控制系数αm′来确定酒精浓度变化量DALC。如果不用αm′，可以使用空气燃料比反馈修正系数α。在这种情况下，估计系统甚至可以在不稳定状态下准确地收集浓度，该不稳定状态是当燃料供应到油箱后，以及燃料供应管中的燃料的输送延迟，由于燃料的运动所产生的。
根据本发明的实施例而如此构造的燃料特性估计装置至少包括用于计算成分浓度变化(量)的装置，这是通过使用由前面的(最近的)成分浓度值所确定的转换函数，根据空气燃料比修正量来计算的；用于计算估计成分浓度的新值的装置，这是根据成分浓度的变化量和前面储存的(最近的)估计成分浓度值来计算的。因此，通过使用精确确定的变化(量)，估计装置可以精确地估计成分浓度。如果通过使用空气燃料比反馈修正系数的平均值和成分浓度之间的关系来估计成分浓度例如酒精浓度，如在前述的日本专利申请公开号H05(1993)-163992的公开文本中的那样，介于燃料成分浓度和空气燃料比反馈修正系数之间的特性曲线就一定会改变。
在一个例子中的步骤S7包括由前面(最近)的成分浓度的值来确定转换函数形式的第一过程(第一子步骤)；和通过使用在第一过程(子步骤)中所确定的转换函数的形式，根据空气燃料比修正量来计算成分浓度变化(量)的第二过程(第二子步骤)，该第一过程(子步骤)中所确定的转换函数的形式是通过前面(最近)的成分浓度的值来确定的。第一过程与用来确定转换函数的形式的方法一致，该转换函数是用于根据前面的成分浓度的值，由空气燃料比修正量来计算成分浓度变化量。
通过使用以前面的估计成分浓度ALC的值为基础的成分浓度变化量和空气燃料比修正量，如此构造的燃料特性估计系统确定一种成分例如燃料中的酒精的估计成分浓度的一个新值。因此，估计系统可以迅速地减少估计成分浓度与实际浓度的误差，对于精确燃烧控制可以实现成分浓度的精确的估计，以使排放性能和操纵性能的降低最小。根据本实施例的成分浓度的快速估计有可能产生快速的响应控制作用例如停止过程的作用，以使发动机性能的降低最小。
空气燃料比修正量可包括空气燃料比反馈修正系数α。因此，估计系统可以检测浓度变化和由于加燃料后的燃料搅拌所产生的不稳定的状态，以及在燃料管中的燃料传输延迟。
此外，空气燃料比修正量可包括空气燃料比控制修正系数αm.因此，当使用了很长时间的相同酒精浓度的燃料时，估计系统可以减小误差。
本申请是以2003年4月7日提出的在先日本专利申请2003-102419为基础。因此该日本专利申请的全部内容在此引入作为参考。
虽然通过参考本发明的特定实施例，在前面对本发明进行了描述，但是本发明不限于前述的实施例。按照前面的讲解，本领域的普通技术人员将会对前述实施例的作出修改和变化。本发明的范围参考随后的权利要求
来限定。
权利要求
1.一种用于内燃机的燃料特性估计装置，该燃料特性估计装置包括一个控制器，该控制器确定内燃机的燃料中的酒精的估计成分浓度，将该控制器如此构成，根据内燃机的实际的空气燃料比，计算用于修正内燃机的燃料供应量的空气燃料比修正量；由前面储存的酒精估计成分浓度值和空气燃料比修正量来计算酒精成分浓度变化量；以及根据酒精成分浓度的变化量和前面储存的酒精估计成分浓度值计算酒精估计成分浓度的一个新值；通过使用由前面存储的酒精估计成分浓度值所确定的转换函数，所设置的控制器根据空气燃料比修正量来确定酒精成分浓度的变化量。
2.如权利要求
1所述的燃料特性估计装置，其特征在于，转换函数是在作为自变量的空气燃料比修正量和作为因变量的酒精成分浓度变化量之间的关系，根据前面存储的酒精估计成分浓度值，所设置的控制器确定转换函数的一种形式，并通过使用由前面存储的酒精估计成分浓度值所确定的转换函数的形式，由空气燃料比修正量来确定酒精成分浓度的变化量。
3.如权利要求
2所述的燃料特性估计装置，其特征在于，所设置的控制器通过插值法由两组已知自变量和因变量的值来确定因变量的值。
4.如权利要求
1所述的燃料特性估计装置，其特征在于，空气燃料比修正量包括空气燃料比反馈修正系数，该空气燃料比反馈修正系数是根据由空气燃料比传感器所感知的实际空气燃料比来计算的。
5.如权利要求
1所述的燃料特性估计装置，其特征在于，空气燃料比修正量包括空气燃料比控制修正系数，该空气燃料比控制修正系数是由空气燃料比反馈修正系数来计算的，而该空气燃料比反馈修正系数是由通过空气燃料比传感器所感知的实际空气燃料比来确定的。
6.如权利要求
1所述的燃料特性估计装置，其特征在于，所设置的控制器随着空气燃料比修正量的增加而增加酒精成分浓度的变化量，当前面存储的酒精估计成分浓度值增加时，增加相对于空气燃料比修正量的酒精成分浓度变化的增加速度。
7.一种燃料特性估计方法，该方法确定用于内燃机的燃料中的酒精的估计成分浓度，该燃料特性估计方法包括根据酒精成分浓度变化量和前面储存的酒精估计成分浓度值，计算酒精估计成分浓度的新值；以及由前面储存的酒精估计成分浓度值和由内燃机的实际的空气燃料比所计算出的用于修正内燃机的燃料供应量的空气燃料比修正量，来计算酒精成分浓度的变化量；通过使用由前面存储的酒精估计成分浓度值所确定的转换函数，由空气燃料比修正量来确定酒精成分浓度的变化量。
专利摘要
本发明公开了一种内燃机的燃料特性估计装置，其包括一个控制器，以确定一种成分例如燃料中的酒精的估计成分浓度。该控制器根据成分浓度的变化量和前面储存的估计成分浓度值来计算估计成分浓度的新值。通过使用由前面的成分浓度值所确定的转换函数，该控制器通过修正燃料喷射量的空气燃料比修正量来计算成分浓度的变化量，该空气燃料比修正量是由实际空气燃料比所计算的。
文档编号F02D41/02GKCN1330869SQ200410032509
公开日2007年8月8日 申请日期2004年4月7日
发明者安倍和彦 申请人:日产自动车株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan