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JP7632266B2 - Biofuel blend ratio estimation device and biofuel blend ratio estimation method - Google Patents
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JP7632266B2 - Biofuel blend ratio estimation device and biofuel blend ratio estimation method - Google Patents

Biofuel blend ratio estimation device and biofuel blend ratio estimation method Download PDF

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Description

本開示は、バイオ燃料混合比率推定装置およびバイオ燃料混合比率推定方法に関する。 The present disclosure relates to a biofuel blending ratio estimation device and a biofuel blending ratio estimation method.

脱炭素社会に向けて、カーボンニュートラルで環境負荷の少ないバイオ燃料の使用が拡大している。たとえば、菜種油や廃食用油を原料としたバイオディーゼル燃料を軽油に混合した、バイオ燃料混合軽油がディーゼルエンジンの燃料として用いられている。 As we move towards a carbon-neutral society, the use of biofuels, which have a low environmental impact, is expanding. For example, biofuel-blended diesel, which is made by mixing diesel with biodiesel fuel made from rapeseed oil or waste cooking oil, is being used as fuel for diesel engines.

バイオディーゼル燃料は、軽油に比べて発熱量が小さい。このため、軽油に混合されたバイオディーゼル燃料の比率(混合比率)に応じて、燃料噴射量や燃料噴射時期等の制御を行うことが望ましい。 Biodiesel fuel has a smaller calorific value than diesel. For this reason, it is desirable to control the fuel injection amount and fuel injection timing according to the ratio (mixture ratio) of biodiesel fuel mixed with diesel.

排気ガス中の煤等のPM(Particulate Matter)を捕集するDPF(Diesel Particulate Filter)を備える場合には、DPFに堆積するPMの量を燃料噴射量等の運転条件から推定し、DPFの推定PM堆積量が所定量に達する毎に、DPFの再生制御を行う。DPFの再生制御は、燃料のポスト噴射を実行することにより、未燃焼燃料をDPFの上流に設置した酸化触媒等で燃焼することにより行われる。バイオディーゼル燃料の混合比率が大きいほど、燃焼による煤の発生量が少なくなる。このため、軽油の使用を前提に適合を行った場合、バイオディーゼル燃料の混合比率が大きい燃料が使用されると、実際のPM堆積量が所定量に達する前に推定PM堆積量が所定量に達して、余剰な再生制御が実行される。バイオディーゼル燃料は、軽油に比べて揮発し難いため、ポスト噴射に起因したオイル希釈が進行する可能性がある。このため、余剰な再生制御を抑制して、燃費の向上を図るとともにオイル希釈の進行を抑制することが望まれ、バイオディーゼル燃料の混合比率に応じて、PM堆積量を推定する際の制御定数(適合定数)を変更することが好ましい。 When a diesel particulate filter (DPF) that collects particulate matter (PM) such as soot in exhaust gas is installed, the amount of PM accumulated in the DPF is estimated from operating conditions such as the amount of fuel injection, and the regeneration control of the DPF is performed each time the estimated PM accumulation amount in the DPF reaches a predetermined amount. The regeneration control of the DPF is performed by performing a post-injection of fuel to burn unburned fuel with an oxidation catalyst or the like installed upstream of the DPF. The higher the mixture ratio of biodiesel fuel, the less soot is generated by combustion. For this reason, when adaptation is performed on the assumption that diesel is used, if a fuel with a high mixture ratio of biodiesel fuel is used, the estimated PM accumulation amount reaches a predetermined amount before the actual PM accumulation amount reaches a predetermined amount, and excessive regeneration control is performed. Biodiesel fuel is less volatile than diesel, so there is a possibility that oil dilution due to post-injection will progress. For this reason, it is desirable to suppress excessive regeneration control, improve fuel efficiency, and suppress the progression of oil dilution, and it is preferable to change the control constant (adaptation constant) when estimating the amount of PM accumulation according to the mixing ratio of biodiesel fuel.

特開2011-149297号公報(特許文献1)には、燃料圧力センサ(筒内圧センサ)を用いて検出した筒内圧から熱発生量を求め、バイオディーゼル燃料の混合比率を特定することが開示されている。 JP 2011-149297 A (Patent Document 1) discloses that the amount of heat generated is calculated from the in-cylinder pressure detected using a fuel pressure sensor (in-cylinder pressure sensor) and the mixing ratio of biodiesel fuel is determined.

特開2011-149297号公報JP 2011-149297 A

特許文献1では、筒内圧から熱発生量を求め、バイオディーゼル燃料の混合比率を特定しており、筒内圧センサを備えない内燃機関(エンジン)においては、混合比率を特定することができない。しかし、一般的な電子制御式の内燃機関では、内燃機関の回転速度を検出するため、クランク角センサを備えている。 In Patent Document 1, the amount of heat generated is calculated from the cylinder pressure to determine the biodiesel fuel blend ratio, but in an internal combustion engine that does not have an internal combustion engine pressure sensor, the blend ratio cannot be determined. However, a typical electronically controlled internal combustion engine is equipped with a crank angle sensor to detect the engine speed.

本開示は、クランク角センサを用いて、バイオ燃料の混合比率を推定することを目的とする。 The present disclosure aims to estimate the biofuel blend ratio using a crank angle sensor.

本開示のバイオ燃料混合比率推定装置は、内燃機関に供給される燃料に混合されたバイオ燃料の混合比率を推定するものである。バイオ燃料混合比率推定装置は、内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサと、クランク角に基づいてクランク角加速度を算出するクランク角加速度算出部と、クランク角加速度のうち正のクランク角加速度を積分した角加速度積分値を算出する積分値算出部と、基準燃料における角加速度積分値である基準値を記憶する基準値記憶部と、積分値算出部で算出した角加速度積分値と基準値との差である積分値偏差を算出する偏差算出部と、積分値偏差に基づいて発熱量差を算出する発熱量差算出部と、発熱量差に基づいて混合比率を算出する混合比率算出部と、を備える。 The biofuel blending ratio estimation device of the present disclosure estimates the blending ratio of biofuel blended into fuel supplied to an internal combustion engine. The biofuel blending ratio estimation device includes a crank angle sensor that detects the crank angle of the internal combustion engine, a crank angular acceleration calculation unit that calculates the crank angular acceleration based on the crank angle, an integral value calculation unit that calculates an angular acceleration integral value by integrating positive crank angular acceleration of the crank angular acceleration, a reference value storage unit that stores a reference value that is an angular acceleration integral value for a reference fuel, a deviation calculation unit that calculates an integral value deviation that is the difference between the angular acceleration integral value calculated by the integral value calculation unit and the reference value, a heat generation amount difference calculation unit that calculates a heat generation amount difference based on the integral value deviation, and a blending ratio calculation unit that calculates the blending ratio based on the heat generation amount difference.

この構成によれば、クランク角加速度算出部は、クランク角センサで検出したクランク角に基づいて、クランク角加速度を算出する。積分値算出部は、クランク角加速度のうち正のクランク角加速度を積分した角加速度積分値を算出する。基準値記憶部は、基準燃料における角加速度積分値である基準値を記憶している。偏差算出部は、積分値算出部で算出した角加速度積分値と基準値記憶部から読み出した基準値との差である積分値偏差を算出する。発熱量差算出部は、積分値偏差に基づいて発熱量差を算出する。混合比率算出部は、発熱量差に基づいて混合比率を算出する。 According to this configuration, the crank angular acceleration calculation unit calculates the crank angular acceleration based on the crank angle detected by the crank angle sensor. The integral value calculation unit calculates an angular acceleration integral value by integrating positive crank angular acceleration among the crank angular accelerations. The reference value storage unit stores a reference value that is an angular acceleration integral value for a reference fuel. The deviation calculation unit calculates an integral value deviation that is the difference between the angular acceleration integral value calculated by the integral value calculation unit and the reference value read from the reference value storage unit. The heat generation amount difference calculation unit calculates the heat generation amount difference based on the integral value deviation. The mixture ratio calculation unit calculates the mixture ratio based on the heat generation amount difference.

内燃機関の筒内で燃焼する燃料の発熱量が小さくなると、出力トルクが低下するので、クランク角加速度のうち正のクランク角加速度を積分した角加速度積分値が小さくなる。積分値算出部で算出した角加速度積分値は、燃料の発熱量を表すパラメータと見做すことができる。積分値算出部で算出した角加速度積分値と基準値記憶部から読み出した基準値との差である積分値偏差は、内燃機関に供給された燃料と基準燃料との発熱量差に相当するパラメータである。発熱量差算出部は、偏差算出部で算出した積分値偏差から発熱量差を算出する。この発熱量差に基づいて、混合比率算出部は、混合比率を算出することができる。したがって、クランク角センサで検出したクランク角から、バイオ燃料の混合比率を推定することができる。 When the heat generation amount of the fuel burning in the cylinder of the internal combustion engine decreases, the output torque decreases, and the angular acceleration integral value obtained by integrating the positive crank angular acceleration among the crank angular acceleration decreases. The angular acceleration integral value calculated by the integral value calculation unit can be regarded as a parameter representing the heat generation amount of the fuel. The integral value deviation, which is the difference between the angular acceleration integral value calculated by the integral value calculation unit and the reference value read from the reference value storage unit, is a parameter equivalent to the heat generation amount difference between the fuel supplied to the internal combustion engine and the reference fuel. The heat generation amount difference calculation unit calculates the heat generation amount difference from the integral value deviation calculated by the deviation calculation unit. The mixture ratio calculation unit can calculate the mixture ratio based on this heat generation amount difference. Therefore, the mixture ratio of the biofuel can be estimated from the crank angle detected by the crank angle sensor.

好ましくは、バイオ燃料混合比率推定装置は、内燃機関の回転速度と燃料噴射量と積分値偏差とをパラメータとした発熱量差マップを備え、発熱量差算出部は、発熱量差マップを用いて発熱量差を算出するようにしてもよい。 Preferably, the biofuel blend ratio estimation device is provided with a heat generation amount difference map having parameters of the internal combustion engine rotation speed, the fuel injection amount, and the integral value deviation, and the heat generation amount difference calculation unit may calculate the heat generation amount difference using the heat generation amount difference map.

また、バイオ燃料混合比率推定装置は、燃料噴射量と発熱量差をパラメータとした混合比率マップを備え、混合比率算出部は、混合比率マップを用いて混合比率を算出するようにしてもよい。 The biofuel blending ratio estimation device may also be provided with a blending ratio map with the fuel injection amount and the heat generation difference as parameters, and the blending ratio calculation unit may calculate the blending ratio using the blending ratio map.

これらの構成によれば、回転速度や燃料噴射量が異なる運転状態においても、精度よく混合比率を算出することが可能になる。 This configuration makes it possible to accurately calculate the mixture ratio even under operating conditions with different rotation speeds and fuel injection amounts.

好ましくは、バイオ燃料混合比率推定装置は、回転速度の変化量が所定範囲内にあるか否かを判定する定常状態判定部を備え、定常状態判定部で変化量が所定範囲内にあると判定されたとき、積分値算出部が角加速度積分値を算出するようにしてもよい。 Preferably, the biofuel blending ratio estimation device includes a steady state determination unit that determines whether the amount of change in the rotation speed is within a predetermined range, and when the steady state determination unit determines that the amount of change is within the predetermined range, the integral value calculation unit calculates the angular acceleration integral value.

この構成によれば、角加速度積分値の変動が少ない運転状態において混合比率を算出するので、混合比率の算出精度を高めることができる。 With this configuration, the mixture ratio is calculated during an operating state in which there is little fluctuation in the angular acceleration integral value, thereby improving the accuracy of the mixture ratio calculation.

好ましくは、バイオ燃料混合比率推定装置は、燃料タンクへの給油が行われた後、最初に内燃機関が運転されたとき、積分値算出部が角加速度積分値を算出するようにしてもよい。 Preferably, the biofuel blend ratio estimation device may be configured so that the integral value calculation unit calculates the angular acceleration integral value when the internal combustion engine is operated for the first time after the fuel tank is filled with fuel.

給油が行われると、次回の給油時まで、内燃機関に供給される燃料の混合比率が変化することはない。この構成によれば、燃料タンクへの給油が行われた後、最初に内燃機関が運転された際の角加速度積分値に基づいて、混合比率を算出するので、混合比率を算出するための負荷を低減することができる。 Once refueling has been performed, the mixture ratio of the fuel supplied to the internal combustion engine will not change until the next refueling. With this configuration, the mixture ratio is calculated based on the angular acceleration integral value when the internal combustion engine is operated for the first time after refueling has been performed in the fuel tank, so the load for calculating the mixture ratio can be reduced.

好ましくは、内燃機関の筒内における空気過剰率が1より大きい所定値以上のとき、積分値算出部が角加速度積分値を算出するようにしてもよい。 Preferably, when the excess air ratio in the cylinder of the internal combustion engine is equal to or greater than a predetermined value greater than 1, the integral calculation unit may calculate the angular acceleration integral value.

筒内における空気過剰率が小さいときには、筒内の燃料が完全燃焼し難くなる。特に、空気過剰率が1より小さいときには、燃料の燃焼に必要な空気が不足する。このため、空気過剰率が小さい場合には、精度よく発熱量差を求めることができない。この構成によれば、空気過剰率が1より大きい所定値以上のとき、角加速度積分値を算出するので、精度よく混合比率を算出することができる。 When the excess air ratio in a cylinder is small, it becomes difficult for the fuel in the cylinder to burn completely. In particular, when the excess air ratio is less than 1, there is a shortage of air required to burn the fuel. For this reason, when the excess air ratio is small, the difference in heat generation amount cannot be calculated with high accuracy. With this configuration, when the excess air ratio is equal to or greater than a predetermined value greater than 1, the angular acceleration integral value is calculated, so the mixture ratio can be calculated with high accuracy.

好ましくは、基準燃料はバイオ燃料が混合されていない燃料であり、基準値記憶部は、バイオ燃料が混合されていない燃料における角加速度積分値である基準値を記憶していてよい。 Preferably, the reference fuel is a fuel that is not mixed with biofuel, and the reference value storage unit may store a reference value that is an angular acceleration integral value for fuel that is not mixed with biofuel.

この構成によれば、通常の(バイオ燃料が混合されていない)燃料を用いて基準値を設定(適合)することができるので、基準値の設定が比較的容易になる。 With this configuration, the standard value can be set (adapted) using normal fuel (not mixed with biofuel), making it relatively easy to set the standard value.

本開示のバイオ燃料混合比率推定方法は、内燃機関に供給される燃料に混合されたバイオ燃料の混合比率を推定する。バイオ燃料混合比率推定方法は、内燃機関のクランク角からクランク角加速度を算出するステップと、正のクランク角加速度を積分し角加速度積分値を算出するステップと、基準燃料における角加速度積分値である基準値を読み出すステップと、算出した角加速度積分値と読み出した基準値との差である積分値偏差を算出するステップと、積分値偏差を用いて発熱量差を算出するステップと、発熱量差から混合比率を算出するステップと、を含む。 The biofuel blending ratio estimation method disclosed herein estimates the blending ratio of biofuel blended into fuel supplied to an internal combustion engine. The biofuel blending ratio estimation method includes the steps of calculating a crank angular acceleration from the crank angle of the internal combustion engine, integrating the positive crank angular acceleration to calculate an angular acceleration integral value, reading a reference value which is an angular acceleration integral value for a reference fuel, calculating an integral value deviation which is the difference between the calculated angular acceleration integral value and the read reference value, calculating a heat generation difference using the integral value deviation, and calculating the blending ratio from the heat generation difference.

この構成によれば、内燃機関のクランク角からクランク角加速度を算出し、正のクランク角加速度を積分した角加速度積分値と基準値の偏差である積分値偏差を算出する。そして、積分値偏差を用いて算出した発熱量差から混合比率を算出する。したがって、内燃機関のクランク角から、バイオ燃料の混合比率を推定することができる。 According to this configuration, the crank angular acceleration is calculated from the crank angle of the internal combustion engine, and an integral value deviation is calculated, which is the deviation between an angular acceleration integral value obtained by integrating the positive crank angular acceleration and a reference value. The mixture ratio is then calculated from the heat generation difference calculated using the integral value deviation. Therefore, the mixture ratio of biofuel can be estimated from the crank angle of the internal combustion engine.

好ましくは、発熱量差を算出するステップは、内燃機関の回転速度と燃料噴射量と積分値偏差とから発熱量差を算出し、混合比率を算出するステップは、燃料噴射量と発熱量差とから混合比率を算出するようにしてもよい。 Preferably, the step of calculating the heat generation difference may calculate the heat generation difference from the rotation speed of the internal combustion engine, the fuel injection amount, and the integral value deviation, and the step of calculating the mixture ratio may calculate the mixture ratio from the fuel injection amount and the heat generation difference.

この構成によれば、回転速度や燃料噴射量が異なる運転状態においても、精度よく混合比率を算出することが可能になる。 This configuration makes it possible to accurately calculate the mixture ratio even under operating conditions with different rotation speeds and fuel injection amounts.

本開示によれば、クランク角センサを用いて、バイオ燃料の混合比率を推定することができる。 According to the present disclosure, the biofuel mixing ratio can be estimated using a crank angle sensor.

本実施の形態に係るエンジン1の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an engine 1 according to an embodiment of the present invention. エンジンECU200に構成されたバイオ燃料混合比率推定部100の機能ブロックを示す図である。2 is a diagram showing functional blocks of a biofuel blending ratio estimation unit 100 configured in an engine ECU 200. FIG. クランク角加速度αの一例を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a crank angular acceleration α. 基準値記憶部107に記憶されている基準値ΣαRのマップの例を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a map of reference values ΣαR stored in a reference value storage unit 107. 発熱量差マップ109の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a heat generation amount difference map 109. 混合比率マップ112の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a mixture ratio map 112. エンジンECU200で実行される、混合比率推定制御の処理を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing a mixture ratio estimation control process executed by an engine ECU 200. エンジンECUで実行される、混合比率推定制御の割り込み要求処理を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an interrupt request process for the mixture ratio estimation control executed by the engine ECU. 変形例2において、エンジンECU200で実行される、混合比率推定制御の処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a mixture ratio estimation control process executed by an engine ECU 200 in a second modification.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 The following describes in detail the embodiments of the present disclosure with reference to the drawings. Note that the same or corresponding parts in the drawings are given the same reference numerals and their description will not be repeated.

図1は、本実施の形態に係るエンジン1の全体構成図である。エンジン1は、圧縮自己着火式内燃機関(ディーゼルエンジン)であり、エンジン本体10のシリンダ(気筒)12に形成された燃焼室に、燃料噴射弁(インジェクター)14から燃料を噴射し、圧縮自己着火を行う内燃機関である。本実施の形態において、エンジン1は4気筒である。エンジン1の吸気通路20には、エアクリーナ22、インタークーラ24、および吸気絞り弁(電子制御スロットル)26が設けられており、エアクリーナ22で異物が除去された新気(空気)は、ターボ過給機30のコンプレッサ32で過給(圧縮)され、インタークーラ24で冷却されて、吸気マニホールド28に供給され、吸気ポートから各燃焼室に供給される。 Figure 1 is an overall configuration diagram of an engine 1 according to this embodiment. The engine 1 is a compression self-ignition type internal combustion engine (diesel engine) that injects fuel from a fuel injector 14 into a combustion chamber formed in a cylinder 12 of an engine body 10, and performs compression self-ignition. In this embodiment, the engine 1 has four cylinders. An air cleaner 22, an intercooler 24, and an intake throttle valve (electronically controlled throttle) 26 are provided in an intake passage 20 of the engine 1. Fresh air from which foreign matter has been removed by the air cleaner 22 is supercharged (compressed) by a compressor 32 of a turbocharger 30, cooled by the intercooler 24, supplied to an intake manifold 28, and supplied to each combustion chamber from an intake port.

燃焼室から排出される排気(排気ガス)は、排気マニホールド50に集められ、排気通路52を介して、外気に放出される。また、排気の一部は、EGR(Exhaust Gas Recirculation)通路60を介して、吸気マニホールド28に還流される。EGR通路60には、EGRクーラ62とEGR弁64が設けられる。 The exhaust gas discharged from the combustion chamber is collected in the exhaust manifold 50 and released to the outside air via the exhaust passage 52. A portion of the exhaust gas is returned to the intake manifold 28 via an EGR (Exhaust Gas Recirculation) passage 60. An EGR cooler 62 and an EGR valve 64 are provided in the EGR passage 60.

排気通路52には、上流側から、ターボ過給機30のタービン34、酸化触媒70、DPF(Diesel Particulate Filter)72が設けられている。DPF72は、排気中の微粒子(PM)を捕集し、捕集した微粒子を適宜燃焼除去することにより浄化する。また、図示しないが、DPF72の下流に、NOx吸蔵還元触媒(NSR(NOx Storage-Reduction)触媒)が設けられる。なお、NOx吸蔵還元触媒に代えて、尿素添加弁および選択還元触媒を設けてもよい。 In the exhaust passage 52, from the upstream side, the turbine 34 of the turbocharger 30, an oxidation catalyst 70, and a DPF (Diesel Particulate Filter) 72 are provided. The DPF 72 collects particulate matter (PM) in the exhaust gas and purifies the exhaust gas by appropriately burning and removing the collected particulate matter. Although not shown, a NOx storage-reduction catalyst (NSR (NOx Storage-Reduction) catalyst) is provided downstream of the DPF 72. Note that a urea addition valve and a selective reduction catalyst may be provided instead of the NOx storage-reduction catalyst.

燃料タンク40には、燃料が貯留されている。燃料タンク40内の燃料は、高圧燃料ポンプ41によって、燃料通路42を介してコモンレール43に圧送される。コモンレール43に蓄えられた高圧の燃料が、インジェクター14から燃焼室(筒内)に噴射される。 Fuel is stored in the fuel tank 40. The fuel in the fuel tank 40 is pumped by a high-pressure fuel pump 41 through a fuel passage 42 to a common rail 43. The high-pressure fuel stored in the common rail 43 is injected from the injector 14 into the combustion chamber (inside the cylinder).

エンジン1は、さらに、エンジンECU200(Electronic Control Unit)を備える。エンジンECU200は、CPU(Central Processing Unit)220、処理プログラム等を記憶するROM(Read Only Memory)およびデータを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)等からなるメモリ240、各種信号を入出力するための入出力ポート(図示せず)等を含み、メモリ240に記憶された情報、各種センサからの情報に基づいて所定の演算処理を実行し、インジェクター14、吸気絞り弁26、高圧燃料ポンプ41等を制御する。 The engine 1 further includes an engine ECU 200 (Electronic Control Unit). The engine ECU 200 includes a CPU (Central Processing Unit) 220, a memory 240 consisting of a ROM (Read Only Memory) for storing processing programs and the like and a RAM (Random Access Memory) for temporarily storing data, and an input/output port (not shown) for inputting and outputting various signals, and executes predetermined calculation processing based on the information stored in the memory 240 and information from various sensors, and controls the injector 14, the intake throttle valve 26, the high-pressure fuel pump 41, etc.

各種センサとしては、たとえば、クランク角センサ121、アクセルペダルセンサ122、吸入空気量センサ123、燃料レベルゲージ124、等である。クランク角センサ121は、エンジン1のクランク角θを検出する。アクセルペダルセンサ122は、ユーザによるアクセルペダル操作量(以下「アクセル開度」ともいう)APを検出する。吸入空気量センサ123は、吸入空気量Gaを検出する。燃料レベルゲージ124は、燃料タンク40に貯留された燃料量を検出する。 The various sensors include, for example, a crank angle sensor 121, an accelerator pedal sensor 122, an intake air amount sensor 123, a fuel level gauge 124, and the like. The crank angle sensor 121 detects the crank angle θ of the engine 1. The accelerator pedal sensor 122 detects the amount of accelerator pedal operation by the user (hereinafter also referred to as "accelerator opening") AP. The intake air amount sensor 123 detects the intake air amount Ga. The fuel level gauge 124 detects the amount of fuel stored in the fuel tank 40.

上記のように構成されたエンジン1では、たとえば、菜種油や廃食用油を原料としたバイオディーゼル燃料を軽油に混合した、バイオ燃料混合軽油を燃料として用いられることがある。バイオディーゼル燃料は、軽油に比べて発熱量が小さい。また、バイオディーゼル燃料は、燃焼による煤の発生量が少なくなる。このため、軽油に混合されたバイオディーゼル燃料の比率(混合比率)に応じて、燃料噴射量や燃料噴射時期等の制御、DPFのPM堆積量の推定等を行うことが望ましい。本実施の形態では、クランク角センサ121で検出したクランク角θを用いて、バイオディーゼル燃料の混合比率を算出する。 In the engine 1 configured as described above, for example, biodiesel-mixed diesel fuel, which is made by mixing diesel fuel with biodiesel fuel made from rapeseed oil or waste edible oil, may be used as fuel. Biodiesel fuel has a smaller calorific value than diesel fuel. Biodiesel fuel also produces less soot when burned. For this reason, it is desirable to control the fuel injection amount and fuel injection timing, estimate the amount of PM accumulation in the DPF, etc., according to the ratio (mixture ratio) of biodiesel fuel mixed with diesel fuel. In this embodiment, the mixture ratio of biodiesel fuel is calculated using the crank angle θ detected by the crank angle sensor 121.

図2は、エンジンECU200に構成されたバイオ燃料混合比率推定部100の機能ブロックを示す図である。バイオ燃料混合比率推定部100は、本開示のバイオ燃料混合比率推定装置に相当する。 Figure 2 is a diagram showing the functional blocks of the biofuel blending ratio estimation unit 100 configured in the engine ECU 200. The biofuel blending ratio estimation unit 100 corresponds to the biofuel blending ratio estimation device of the present disclosure.

回転速度算出部(NE算出部)101は、クランク角センサ121で検出したクランク角θに基づいて、エンジン1の回転速度(回転数(rpm))NEを算出する。燃料噴射量算出部(Qf算出部)102は、回転速度NEとアクセル開度APに基づいて、燃料噴射量Qf(1噴射当たりの噴射量(mm/st))を算出する。なお、算出された燃料噴射量Qfは、インジェクター駆動部に送信され、燃料噴射量Qfに相当する燃料が、インジェクター14から噴射される。 A rotation speed calculation section (NE calculation section) 101 calculates the rotation speed (revolutions per minute (rpm)) NE of the engine 1 based on the crank angle θ detected by the crank angle sensor 121. A fuel injection amount calculation section (Qf calculation section) 102 calculates a fuel injection amount Qf (amount of fuel injected per injection ( mm3 /st)) based on the rotation speed NE and the accelerator opening AP. The calculated fuel injection amount Qf is sent to an injector drive section, and fuel equivalent to the fuel injection amount Qf is injected from the injector 14.

定常状態判定部103は、回転速度NEの変化量ΔNEが所定範囲内にあるか否かを判定する。たとえば、「|回転速度NEの前回値-回転速度NEの今回値|<閾値T1」であるとき、定常状態であると判定する。 The steady state determination unit 103 determines whether the change amount ΔNE of the rotation speed NE is within a predetermined range. For example, when "|Previous value of rotation speed NE-current value of rotation speed NE|<threshold value T1", it is determined that the steady state is present.

クランク角加速度算出部(α算出部)104は、クランク角センサ121で検出したクランク角θに基づいて、クランク角加速度αを算出する。たとえば、クランク角θからクランク角速度ωを算出し、クランク角速度ωを時間微分することにより、クランク角加速度αを算出する。 The crank angular acceleration calculation unit (α calculation unit) 104 calculates the crank angular acceleration α based on the crank angle θ detected by the crank angle sensor 121. For example, the crank angular acceleration α is calculated by calculating the crank angular velocity ω from the crank angle θ and differentiating the crank angular velocity ω with respect to time.

積分値算出部(Σα算出部)105は、定常状態判定部103が定常状態であると判定しているとき、正のクランク角加速度αを積分し、角加速度積分値Σαを算出する。図3は、クランク角加速度αを示した図である。なお、本実施の形態において、エンジン1は4気筒/4サイクルエンジンであり、180°CA(180度クランク角)毎に、燃焼行程が行われる。図3において、実線は、バイオ燃料混合軽油を使用した場合におけるクランク角加速度αを示しており、積分値算出部105において算出される角加速度積分値Σαは、図3における斜線部の面積に相当する。本実施の形態では、10回の燃焼行程(燃焼+膨張行程)における平均値を、角加速度積分値Σαとして算出しているが、所定時間における燃焼行程の平均値であってもよい。 When the steady state determination unit 103 determines that the engine is in a steady state, the integral value calculation unit (Σα calculation unit) 105 integrates the positive crank angular acceleration α to calculate the angular acceleration integral value Σα. FIG. 3 is a diagram showing the crank angular acceleration α. In this embodiment, the engine 1 is a four-cylinder/four-cycle engine, and a combustion stroke is performed every 180° CA (180 degrees crank angle). In FIG. 3, the solid line shows the crank angular acceleration α when biofuel-mixed diesel is used, and the angular acceleration integral value Σα calculated by the integral value calculation unit 105 corresponds to the area of the shaded area in FIG. 3. In this embodiment, the average value of ten combustion strokes (combustion + expansion strokes) is calculated as the angular acceleration integral value Σα, but it may be the average value of the combustion strokes over a predetermined time.

偏差算出部(DΣα算出部)106は、角加速度積分値Σαと基準値ΣαRとの差である積分値偏差DΣαを算出する。基準値ΣαRは、基準燃料における角加速度積分値であり、基準値記憶部(ΣαR記憶部)107に記憶されている。図4は、基準値記憶部107に記憶されている基準値ΣαRのマップの例を示した図である。なお、基準値記憶部107は、メモリ240内に構成される。本実施の形態において、基準燃料は、(バイオディーゼル燃料が混合されていない)軽油である。基準値ΣαRは、基準燃料を使用してエンジン1を作動した場合における、正のクランク角加速度αを積分した値である。軽油の発熱量はバイオ燃料混合軽油より発熱量が大きいので、基準値ΣαRは、図3に示す破線で囲まれた面積に相当し、予め実験等によって求められる。図4に示すように、本実施の形態では、基準値ΣαRは、燃料噴射量Qfと回転速度NEをパラメータとしたマップとして基準値記憶部107に記憶されているが、燃料噴射量Qfのみをパラメータとしたマップであってもよい。 The deviation calculation unit (DΣα calculation unit) 106 calculates an integral deviation DΣα, which is the difference between the angular acceleration integral value Σα and the reference value ΣαR. The reference value ΣαR is the angular acceleration integral value for the reference fuel and is stored in the reference value storage unit (ΣαR storage unit) 107. FIG. 4 is a diagram showing an example of a map of the reference value ΣαR stored in the reference value storage unit 107. The reference value storage unit 107 is configured in the memory 240. In this embodiment, the reference fuel is diesel (not mixed with biodiesel fuel). The reference value ΣαR is a value obtained by integrating the positive crank angular acceleration α when the engine 1 is operated using the reference fuel. Since the calorific value of diesel is greater than that of diesel mixed with biofuel, the reference value ΣαR corresponds to the area surrounded by the dashed line shown in FIG. 3 and is obtained in advance by experiments, etc. As shown in FIG. 4, in this embodiment, the reference value ΣαR is stored in the reference value storage unit 107 as a map with the fuel injection amount Qf and the rotation speed NE as parameters, but the map may also be one with only the fuel injection amount Qf as a parameter.

偏差算出部106は、燃料噴射量Qfと回転速度NEに基づいて、図4のマップから基準値ΣαRを読み出す。そして、偏差算出部106は、角加速度積分値Σαと基準値ΣαRの差である積分値偏差DΣαを算出する。本実施の形態では、基準値ΣαRから角加速度積分値Σαを減算することにより、積分値偏差DΣα(=ΣαR-Σα)を算出する。 The deviation calculation unit 106 reads out the reference value ΣαR from the map in FIG. 4 based on the fuel injection amount Qf and the rotation speed NE. Then, the deviation calculation unit 106 calculates the integral deviation DΣα, which is the difference between the angular acceleration integral value Σα and the reference value ΣαR. In this embodiment, the integral deviation DΣα (=ΣαR-Σα) is calculated by subtracting the angular acceleration integral value Σα from the reference value ΣαR.

発熱量差算出部(Cd算出部)108は、発熱量差マップ(Cdマップ)109を用いて発熱量差Cdを算出する。図5は、発熱量差マップ109の一例を示す図である。発熱量差マップ109は、所謂、三次元マップであり、回転速度NE、燃料噴射量Qf、および、積分値偏差DΣαをパラメータとしたマップである。本実施の形態では、図5に示すように、燃料噴射量Qfと積分値偏差DΣαをパラメータとした二次元マップが、回転速度NE毎に、メモリ240へ記憶されている。発熱量差算出部108は、回転速度NE、燃料噴射量Qf、および、積分値偏差DΣαから、発熱量差マップ109を用いて発熱量差Cdを算出する。なお、発熱量差マップ109に無い点(数値)に関しては、線形補間によって発熱量差Cdを算出するようにしてよい。発熱量差マップ109は、シミュレーションや実験等によって予め設定される。 The heat generation amount difference calculation unit (Cd calculation unit) 108 calculates the heat generation amount difference Cd using the heat generation amount difference map (Cd map) 109. FIG. 5 is a diagram showing an example of the heat generation amount difference map 109. The heat generation amount difference map 109 is a so-called three-dimensional map, and is a map with the rotation speed NE, the fuel injection amount Qf, and the integral value deviation DΣα as parameters. In this embodiment, as shown in FIG. 5, a two-dimensional map with the fuel injection amount Qf and the integral value deviation DΣα as parameters is stored in the memory 240 for each rotation speed NE. The heat generation amount difference calculation unit 108 calculates the heat generation amount difference Cd using the heat generation amount difference map 109 from the rotation speed NE, the fuel injection amount Qf, and the integral value deviation DΣα. Note that for points (values) not included in the heat generation amount difference map 109, the heat generation amount difference Cd may be calculated by linear interpolation. The heat generation amount difference map 109 is set in advance by simulation, experiment, or the like.

混合比率算出部(Mr算出部)111は、混合比率マップ(Mrマップ)112を用いて混合比率Mrを算出する。図6は、混合比率マップ112の一例を示す図である。混合比率マップ112は、燃料噴射量Qfと発熱量差Cdをパラメータとしたマップである。混合比率算出部111は、燃料噴射量Qfおよび発熱量差Cdから、混合比率マップ112を用いて混合比率Mrを算出する。なお、混合比率は、軽油に混合したバイオディーゼル燃料の割合であり、たとえば、「%」で表すことができる。混合比率マップ112は、シミュレーションや実験等によって予め設定される。 The mixing ratio calculation unit (Mr calculation unit) 111 calculates the mixing ratio Mr using a mixing ratio map (Mr map) 112. FIG. 6 is a diagram showing an example of the mixing ratio map 112. The mixing ratio map 112 is a map with the fuel injection amount Qf and the heat generation amount difference Cd as parameters. The mixing ratio calculation unit 111 calculates the mixing ratio Mr from the fuel injection amount Qf and the heat generation amount difference Cd using the mixing ratio map 112. The mixing ratio is the proportion of biodiesel fuel mixed into diesel, and can be expressed, for example, in "%". The mixing ratio map 112 is set in advance by simulation, experiment, etc.

定数変更部113は、混合比率算出部111で算出した混合比率Mrを用いて、燃料噴射量Qf、燃料噴射時期、PM堆積量推定制御の制御定数(適合定数)を変更する。 The constant change unit 113 uses the mixture ratio Mr calculated by the mixture ratio calculation unit 111 to change the control constants (adaptation constants) of the fuel injection amount Qf, the fuel injection timing, and the PM accumulation amount estimation control.

図7は、エンジンECU200で実行される、混合比率推定制御の処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン1の作動中に、所定期間毎に割り込み処理される。ステップ(以下、ステップを「S」と略す)10では、定常状態判定部103で、エンジン1の運転状態が定常状態であるか否かを判定する。「|回転速度NEの前回値-回転速度NEの今回値|<閾値T1」であれば、定常状態であり肯定判定され、S11へ進む。「|回転速度NEの前回値-回転速度NEの今回値|≧閾値T1」であれば、否定判定され、今回のルーチンを終了する。 Figure 7 is a flowchart showing the mixture ratio estimation control process executed by the engine ECU 200. This flowchart is interrupted at predetermined intervals while the engine 1 is in operation. In step (hereinafter, step is abbreviated as "S") 10, the steady state determination unit 103 determines whether the operating state of the engine 1 is in a steady state. If "|Previous value of rotation speed NE - current value of rotation speed NE| < threshold T1", it is determined that the engine 1 is in a steady state, and the process proceeds to S11. If "|Previous value of rotation speed NE - current value of rotation speed NE| ≥ threshold T1", it is determined that the engine 1 is in a steady state, and the process proceeds to S11.

S11において、積分値算出部105は、正のクランク角加速度αを積分し、角加速度積分値Σαを算出したあと、S12へ進む。なお、クランク角加速度αは、図示しないルーチン(たとえば、回転速度NE算出ルーチン)において、クランク角加速度算出部104で、クランク角センサ121で検出したクランク角θからクランク角速度ωを算出し、クランク角速度ωを時間微分することにより算出される。 In S11, the integral value calculation unit 105 integrates the positive crank angular acceleration α to calculate the angular acceleration integral value Σα, and then the process proceeds to S12. Note that the crank angular acceleration α is calculated by the crank angular acceleration calculation unit 104 calculating the crank angular velocity ω from the crank angle θ detected by the crank angle sensor 121 in a routine not shown (for example, the rotation speed NE calculation routine) and differentiating the crank angular velocity ω with respect to time.

積分値算出部(Σα算出部)105は、定常状態判定部103が定常状態であると判定しているとき、正のクランク角加速度αを積分し、角加速度積分値Σαを算出する。 When the steady state determination unit 103 determines that the steady state is present, the integral value calculation unit (Σα calculation unit) 105 integrates the positive crank angular acceleration α to calculate the angular acceleration integral value Σα.

S12において、偏差算出部106は、基準値記憶部107(メモリ240)に記憶されている基準値ΣαRを読み出し、角加速度積分値Σαと基準値ΣαRとの差である積分値偏差DΣαを算出する。 In S12, the deviation calculation unit 106 reads out the reference value ΣαR stored in the reference value storage unit 107 (memory 240) and calculates the integral deviation DΣα, which is the difference between the angular acceleration integral value Σα and the reference value ΣαR.

続くS13で、発熱量差算出部108は、発熱量差マップ109を用いて、回転速度NEと燃料噴射量Qfと積分値偏差DΣαとから発熱量差Cdを算出し、S14へ進む。 Next, in S13, the heat generation amount difference calculation unit 108 uses the heat generation amount difference map 109 to calculate the heat generation amount difference Cd from the rotation speed NE, the fuel injection amount Qf, and the integral value deviation DΣα, and proceeds to S14.

S14において、混合比率算出部111は、燃料噴射量Qfおよび発熱量差Cdから、混合比率マップ112を用いて混合比率Mrを算出し、今回のルーチンを終了する。 In S14, the mixture ratio calculation unit 111 calculates the mixture ratio Mr from the fuel injection amount Qf and the heat generation amount difference Cd using the mixture ratio map 112, and then ends this routine.

エンジン1の燃焼室(筒内)で燃焼する燃料の発熱量が小さくなると、出力トルクが低下するので、クランク角加速度αのうち正のクランク角加速度αを積分した角加速度積分値Σα(図3における斜線部の面積)が小さくなる。積分値算出部105で算出した角加速度積分値Σαは、燃料の発熱量を表すパラメータと見做すことができる。積分値算出部105で算出した角加速度積分値Σαと基準値記憶部107から読み出した基準値ΣαRとの差である積分値偏差DΣαは、エンジン1に供給された燃料と基準燃料との発熱量差に相当するパラメータである。発熱量差算出部108は、発熱量差マップ109を用いて、偏差算出部106で算出した積分値偏差DΣαから発熱量差Cdを算出する。この発熱量差Cdに基づいて、混合比率算出部111は、混合比率マップ112を用いて、混合比率Mrを算出することができる。 When the heat value of the fuel burning in the combustion chamber (cylinder) of the engine 1 decreases, the output torque decreases, and the angular acceleration integral value Σα (area of the shaded area in FIG. 3) obtained by integrating the positive crank angular acceleration α of the crank angular acceleration α decreases. The angular acceleration integral value Σα calculated by the integral value calculation unit 105 can be regarded as a parameter representing the heat value of the fuel. The integral value deviation DΣα, which is the difference between the angular acceleration integral value Σα calculated by the integral value calculation unit 105 and the reference value ΣαR read from the reference value storage unit 107, is a parameter corresponding to the heat value difference between the fuel supplied to the engine 1 and the reference fuel. The heat value difference calculation unit 108 calculates the heat value difference Cd from the integral value deviation DΣα calculated by the deviation calculation unit 106 using the heat value difference map 109. Based on this heat value difference Cd, the mixture ratio calculation unit 111 can calculate the mixture ratio Mr using the mixture ratio map 112.

上記の実施形態によれば、クランク角センサ121で検出したクランクθから、バイオ燃料混合軽油の混合比率Mrを推定することができる。上記の実施形態において、クランク角センサ121は、回転速度NEを検出(算出)するために、エンジン1に設けられたものであり、新たに燃焼圧センサ(筒内圧センサ)等を設けることなく、バイオ燃料混合軽油の混合比率Mrを推定することができる。 According to the above embodiment, the mixture ratio Mr of the biofuel-mixed diesel can be estimated from the crank θ detected by the crank angle sensor 121. In the above embodiment, the crank angle sensor 121 is provided in the engine 1 to detect (calculate) the rotation speed NE, and the mixture ratio Mr of the biofuel-mixed diesel can be estimated without providing a new combustion pressure sensor (cylinder pressure sensor) or the like.

(変形例1)
燃料タンク40への給油が行われると、次回の給油時まで、エンジン1に供給される燃料(バイオ燃料混合軽油)の混合比率が変化することはない。したがって、燃料タンク40に給油が行われたあと、最初にエンジン1の運転が行われた際に、図7の混合比率推定制御の処理を実行することによって、エンジンECU200の処理負荷(演算負荷)を低減することができる。
(Variation 1)
Once the fuel tank 40 has been refueled, the mixture ratio of the fuel (biofuel-mixed diesel) supplied to the engine 1 will not change until the next refueling. Therefore, when the engine 1 is operated for the first time after the fuel tank 40 has been refueled, the mixture ratio estimation control process of Fig. 7 is executed, thereby reducing the processing load (computation load) of the engine ECU 200.

上記実施の形態では、図7の混合比率推定制御の処理(フローチャート)は、エンジン1の作動中に所定期間毎に割り込み処理していた。変形例1では、混合比率推定制御は割り込み要求によって処理される。図8は、エンジンECU200で実行される、混合比率推定制御の割り込み要求処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン1が始動されたときに実行される。たとえば、イグニッションスイッチ(始動スイッチ)がONされ、エンジン1が始動されると、S20において、燃料タンク40への給油が行われたか否かを判定する。本実施の形態では、燃料レベルゲージ124で検出した、燃料タンク40の燃料量を用いて、給油が行われたか否かを判定する。たとえば、前回、エンジン1が停止したとき(イグニッションスイッチがOFFされたとき)の燃料量よりも、今回のエンジン1始動時の燃料量の方が多いとき、給油が行われたと判定する。なお、エンジン1の停止から今回のエンジン1の始動までの間に、燃料リッド(フェールリッド)が開かれた履歴がある場合、給油が行われたと判定してよい。S20において、燃料タンク40への給油が行われたと判定されるとS21へ進む。燃料タンク40への給油が行われていないと判定されると、今回のルーチンを終了する。 In the above embodiment, the processing (flowchart) of the mixture ratio estimation control in FIG. 7 was interrupted at a predetermined interval during the operation of the engine 1. In the first modification, the mixture ratio estimation control is processed by an interrupt request. FIG. 8 is a flow chart showing the interrupt request processing of the mixture ratio estimation control executed by the engine ECU 200. This flow chart is executed when the engine 1 is started. For example, when the ignition switch (start switch) is turned ON and the engine 1 is started, in S20, it is determined whether or not refueling has been performed to the fuel tank 40. In this embodiment, it is determined whether or not refueling has been performed using the amount of fuel in the fuel tank 40 detected by the fuel level gauge 124. For example, when the amount of fuel at the time of starting the engine 1 this time is greater than the amount of fuel at the time the engine 1 was stopped last time (when the ignition switch was turned OFF), it is determined that refueling has been performed. Note that if there is a history of the fuel lid (fail lid) being opened between the stop of the engine 1 and the start of the engine 1 this time, it may be determined that refueling has been performed. If it is determined in S20 that fuel has been refilled into the fuel tank 40, the process proceeds to S21. If it is determined that fuel has not been refilled into the fuel tank 40, the current routine is terminated.

S21では、エンジン1の始動後、所定期間が経過したか否かを判定する。所定期間は、給給油前に燃料タンク40に貯留されていた燃料と給油されたバイオ燃料混合軽油が、混ざり合うのに十分な時間とされる。エンジン1が車両に搭載されている場合、走行時の振動によって、燃料タンク40内の燃料の攪拌が期待できるので、所定期間は、エンジン1の始動後の数分間であってよい。エンジン1の始動後、所定期間が経過するまで、S21が繰り返し処理され、エンジン1の始動後、所定期間が経過すると、S21で肯定判定されS22へ進む。 In S21, it is determined whether a predetermined period of time has elapsed since the start of engine 1. The predetermined period of time is a period of time sufficient for the fuel stored in fuel tank 40 before refueling and the biofuel-mixed diesel fuel refueled to mix together. If engine 1 is mounted on a vehicle, the fuel in fuel tank 40 is expected to be stirred by vibrations during driving, so the predetermined period of time may be several minutes after engine 1 is started. After engine 1 is started, S21 is repeatedly processed until the predetermined period of time has elapsed, and when the predetermined period of time has elapsed since engine 1 was started, a positive determination is made in S21 and the process proceeds to S22.

S22では、混合比率推定制御の割り込み要求を行い、今回のルーチンを終了する。この変形例1では、S22の割り込み要求が行われると、図7の混合比率推定制御の処理が実行される。 In S22, an interrupt request for the mixture ratio estimation control is made, and the current routine is terminated. In this modification example 1, when an interrupt request is made in S22, the mixture ratio estimation control process in FIG. 7 is executed.

この変形例1によれば、燃料タンク40への給油が行われた後、最初にエンジン1が運転された際の角加速度積分値Σαに基づいて、混合比率Mrを算出するので、混合比率Mrを算出するための演算負荷を低減することができる。 According to this variant example 1, the mixture ratio Mr is calculated based on the angular acceleration integral value Σα when the engine 1 is first operated after the fuel tank 40 is refueled, so the computational load for calculating the mixture ratio Mr can be reduced.

(変形例2)
エンジン1の燃焼室(筒内)における空気過剰率が小さいときには、燃焼室の燃料が完全燃焼し難くなる。特に、空気過剰率が1より小さいときには、燃料の燃焼に必要な空気が不足する。このため、空気過剰率が小さい場合には、バイオ燃料混合軽油と基準燃料の発熱量差Cdを精度よく求めることができない。
(Variation 2)
When the excess air ratio in the combustion chamber (cylinder) of the engine 1 is small, it becomes difficult to completely combust the fuel in the combustion chamber. In particular, when the excess air ratio is less than 1, there is a shortage of air required for fuel combustion. For this reason, when the excess air ratio is small, the calorific value difference Cd between the biofuel-mixed diesel and the reference fuel cannot be obtained with high accuracy.

たとえば、NSR触媒に吸蔵されたNOxを還元浄化するとき、吸気絞り弁26を閉じるとともに燃料噴射量Qfを増量することにより、吸気過剰率を1より小さくして、還元雰囲気を生成する。この場合、燃焼室に供給された燃料の一部は、NOx還元用の未燃燃料として排出されるため、角加速度積分値Σαを元いて発熱量差Cdを精度よく求めることができない。また、空気過剰率が1より大きい場合であっても、空気過剰率が小さい場合には、完全燃焼し難く、角加速度積分値Σαを元いて発熱量差Cdを精度よく求めることができない。 For example, when reducing and purifying NOx stored in the NSR catalyst, the intake throttle valve 26 is closed and the fuel injection amount Qf is increased to make the intake excess ratio less than 1 and generate a reducing atmosphere. In this case, part of the fuel supplied to the combustion chamber is discharged as unburned fuel for NOx reduction, so the heat generation amount difference Cd cannot be accurately calculated based on the angular acceleration integral value Σα. Also, even if the air excess ratio is greater than 1, complete combustion is difficult if the air excess ratio is small, and the heat generation amount difference Cd cannot be accurately calculated based on the angular acceleration integral value Σα.

変形例2では、燃料が良好に完全燃焼する空気過剰率以上のとき、角加速度積分値Σαを用いて混合比率Mrを算出することにより、精度よく混合比率Mrを算出する。図9は、変形例2において、エンジンECU200で実行される、混合比率推定制御の処理を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン1の作動中に、所定期間毎に割り込み処理される。このフローチャートは、上記の実施形態における図7のフローチャートに対して、S40を追加したものであり、S10~S14は図7のフローチャートと同様であるので、その説明を省略する。 In the second modification, when the excess air ratio is equal to or greater than the air excess ratio at which the fuel is completely combusted, the angular acceleration integral value Σα is used to calculate the mixture ratio Mr with high accuracy. FIG. 9 is a flowchart showing the mixture ratio estimation control process executed by the engine ECU 200 in the second modification. This flowchart is interrupted at predetermined intervals while the engine 1 is in operation. This flowchart adds S40 to the flowchart in FIG. 7 in the above embodiment, and S10 to S14 are the same as those in the flowchart in FIG. 7, so their description will be omitted.

定常状態(|回転速度NEの前回値-回転速度NEの今回値|<閾値T1)であり、S10で肯定判定されると、S40では、空気過剰率λが所定値Aより大きいか否かを判定する。空気過剰率λは、たとえば、吸入空気量センサ123で検出した吸入空気量Gaと燃料噴射量Qfから求める。また、排気通路52にλセンサ(全域空燃比センサ)を設けて、空気過剰率λを検出するようにしてもよい。空気過剰率λが所定値A(たとえば、1.2)より小さいときには、否定判定され今回のルーチンを終了する。空気過剰率λが所定値Aより大きいときには、肯定判定されS11へ進む。 When the engine is in a steady state (|previous value of rotation speed NE-current value of rotation speed NE|<threshold T1) and a positive determination is made in S10, a determination is made in S40 as to whether or not the excess air ratio λ is greater than a predetermined value A. The excess air ratio λ is determined, for example, from the intake air amount Ga detected by the intake air amount sensor 123 and the fuel injection amount Qf. Alternatively, a λ sensor (full-range air-fuel ratio sensor) may be provided in the exhaust passage 52 to detect the excess air ratio λ. When the excess air ratio λ is less than the predetermined value A (for example, 1.2), a negative determination is made and the current routine is terminated. When the excess air ratio λ is greater than the predetermined value A, a positive determination is made and the routine proceeds to S11.

この変形例2によれば、空気過剰率が1より大きい所定値以上のとき、角加速度積分値Σαを算出し混合比率Mrを算出するので、精度よく混合比率Mrを推定することができる。 According to this variant 2, when the excess air ratio is equal to or greater than a predetermined value greater than 1, the angular acceleration integral value Σα is calculated to calculate the mixture ratio Mr, so that the mixture ratio Mr can be estimated with high accuracy.

上記の実施の形態では、基準燃料として軽油を用いていた。しかし、基準燃料として、所定の混合比率を有するバイオディーゼル燃料混合軽油を、基準燃料としてもよい。たとえば、5%のバイオディーゼル燃料を混合した、所謂、B5と表記されたバイオディーゼル燃料混合軽油を基準燃料とし、基準値ΣαR(図4)、発熱量差マップ(図5)、混合比率マップ(図6)を設定し、混合比率を推定するようにしてもよい。 In the above embodiment, diesel fuel is used as the reference fuel. However, diesel fuel mixed with biodiesel fuel having a predetermined blend ratio may be used as the reference fuel. For example, diesel fuel mixed with biodiesel fuel, designated B5, which is a blend of 5% biodiesel fuel, may be used as the reference fuel, and the blend ratio may be estimated by setting the reference value ΣαR (Figure 4), the calorific value difference map (Figure 5), and the blend ratio map (Figure 6).

上記の実施の形態では、エンジン1としてディーゼルエンジンを説明したが、エンジン1はガソリンエンジン(火花点火式エンジン)であってもよい。ガソリンエンジンでは、ガソリンに、バイオエタノール、あるいは、バイオETBE(ethyl tertiary-butyl ether)を混合した、バイオ燃料混合ガソリンが用いられる。バイオエタノール、バイオETBEの発熱量は、ガソリンに比較して小さく、上記の実施の形態と同様に、バイオ燃料混合ガソリンにおいても、バイオ燃料(バイオエタノール、バイオETBE)の混合比率を推定することができる。 In the above embodiment, a diesel engine has been described as engine 1, but engine 1 may also be a gasoline engine (spark ignition engine). In a gasoline engine, a biofuel blended gasoline is used, which is a mixture of gasoline and bioethanol or bio-ETBE (ethyl tertiary-butyl ether). The calorific value of bioethanol and bio-ETBE is smaller than that of gasoline, and the blend ratio of biofuel (bioethanol, bio-ETBE) can be estimated in the biofuel blended gasoline, as in the above embodiment.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than by the description of the embodiments above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1 エンジン、10 エンジン本体、12 シリンダ(気筒)、14 インジェクター、20 吸気通路、22 エアクリーナ、24 インタークーラ、26 吸気絞り弁、28 給気マニホールド、30 ターボ過給機、32 コンプレッサ、34 タービン、40 燃料タンク、41 高圧燃料ポンプ、42 燃料通路、43 コモンレール、50 排気マニホールド、52 排気通路、60 ERG通路、62 EGRクーラ、64 EGR弁、70 酸化触媒、72 DPF、100 バイオ燃料混合比率推定部、101 回転速度算出部、102 燃料噴射量算出部、103 定常状態判定部、 104 クランク角加速度算出部、105 積分値算出部、106 偏差算出部、107 基準値記憶部、108 発熱量差算出部、109 発熱量差マップ、111 混合比率算出部、112 混合比率マップ、121 クランク角センサ、122 アクセルベダルセンサ、123 吸入空気量センサ、124 燃料レベルゲージ、200 エンジンECU、210 CPU、220 メモリ。 1 engine, 10 engine body, 12 cylinder, 14 injector, 20 intake passage, 22 air cleaner, 24 intercooler, 26 intake throttle valve, 28 intake manifold, 30 turbocharger, 32 compressor, 34 turbine, 40 fuel tank, 41 high-pressure fuel pump, 42 fuel passage, 43 common rail, 50 exhaust manifold, 52 exhaust passage, 60 EGR passage, 62 EGR cooler, 64 EGR valve, 70 oxidation catalyst, 72 DPF, 100 biofuel mixture ratio estimation unit, 101 rotation speed calculation unit, 102 fuel injection amount calculation unit, 103 steady state determination unit, 104 crank angular acceleration calculation unit, 105 integral value calculation unit, 106 deviation calculation unit, 107 reference value storage unit, 108 Heat generation amount difference calculation unit, 109 Heat generation amount difference map, 111 Mixture ratio calculation unit, 112 Mixture ratio map, 121 Crank angle sensor, 122 Accelerator pedal sensor, 123 Intake air amount sensor, 124 Fuel level gauge, 200 Engine ECU, 210 CPU, 220 Memory.

Claims (9)

内燃機関に供給される燃料に混合されたバイオ燃料の混合比率を推定する、バイオ燃料混合比率推定装置であって、
前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角センサと、
前記クランク角に基づいてクランク角加速度を算出するクランク角加速度算出部と、
前記クランク角加速度のうち正の前記クランク角加速度を積分した、角加速度積分値を算出する積分値算出部と、
基準燃料における前記角加速度積分値である基準値を記憶する基準値記憶部と、
前記積分値算出部で算出した前記角加速度積分値と前記基準値との差である積分値偏差を算出する偏差算出部と、
前記積分値偏差に基づいて、発熱量差を算出する発熱量差算出部と、
前記発熱量差に基づいて、前記混合比率を算出する混合比率算出部と、を備えるバイオ燃料混合比率推定装置。
A biofuel blending ratio estimation device that estimates a blending ratio of a biofuel blended into a fuel supplied to an internal combustion engine, comprising:
a crank angle sensor for detecting a crank angle of the internal combustion engine;
a crank angular acceleration calculation unit that calculates a crank angular acceleration based on the crank angle;
an integral value calculation unit that calculates an angular acceleration integral value by integrating the positive crank angular acceleration of the crank angular acceleration;
a reference value storage unit that stores a reference value that is the integral value of angular acceleration for a reference fuel;
a deviation calculation unit that calculates an integral deviation, which is a difference between the angular acceleration integral value calculated by the integral calculation unit and the reference value;
a heat generation amount difference calculation unit that calculates a heat generation amount difference based on the integral value deviation;
and a mixing ratio calculation unit that calculates the mixing ratio based on the calorific value difference.
前記内燃機関の回転速度と燃料噴射量と前記積分値偏差とをパラメータとした発熱量差マップを備え、
前記発熱量差算出部は、前記発熱量差マップを用いて前記発熱量差を算出する、請求項1に記載のバイオ燃料混合比率推定装置。
a heat generation amount difference map having parameters of the rotation speed of the internal combustion engine, the fuel injection amount, and the integral value deviation,
The biofuel blending ratio estimating device according to claim 1 , wherein the heat generation amount difference calculating unit calculates the heat generation amount difference by using the heat generation amount difference map.
前記内燃機関の燃料噴射量と前記発熱量差をパラメータとした混合比率マップを備え、
前記混合比率算出部は、前記混合比率マップを用いて前記混合比率を算出する、請求項1または請求項2に記載のバイオ燃料混合比率推定装置。
a mixture ratio map having a fuel injection amount of the internal combustion engine and the heat generation amount difference as parameters,
The biofuel blending ratio estimation device according to claim 1 , wherein the blending ratio calculation unit calculates the blending ratio by using the blending ratio map.
前記内燃機関の回転速度の変化量が所定範囲内にあるか否かを判定する定常状態判定部を備え、
前記定常状態判定部で前記変化量が前記所定範囲内にあると判定されたとき、前記積分値算出部が前記角加速度積分値を算出する、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のバイオ燃料混合比率推定装置。
a steady state determination unit that determines whether an amount of change in the rotation speed of the internal combustion engine is within a predetermined range;
The biofuel mixing ratio estimation device according to claim 1 , wherein when the steady state determination unit determines that the amount of change is within the predetermined range, the integral calculation unit calculates the angular acceleration integral value.
燃料タンクへの給油が行われた後、最初に前記内燃機関が運転されたとき、前記積分値算出部が前記角加速度積分値を算出する、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のバイオ燃料混合比率推定装置。 The biofuel blend ratio estimation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the integral calculation unit calculates the angular acceleration integral when the internal combustion engine is operated for the first time after refueling of the fuel tank. 前記内燃機関の筒内における空気過剰率が1より大きい所定値以上のとき、前記積分値算出部が前記角加速度積分値を算出する、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のバイオ燃料混合比率推定装置。 The biofuel blend ratio estimation device according to any one of claims 1 to 5, wherein the integral calculation unit calculates the angular acceleration integral when the excess air ratio in the cylinder of the internal combustion engine is equal to or greater than a predetermined value greater than 1. 前記基準燃料は、バイオ燃料が混合されていない燃料であり、
前記基準値記憶部は、バイオ燃料が混合されていない燃料における前記角加速度積分値である基準値を記憶している、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のバイオ燃料混合比率推定装置。
The reference fuel is a fuel that is not blended with biofuel,
7. The biofuel blending ratio estimation device according to claim 1, wherein the reference value storage unit stores a reference value that is the angular acceleration integral value of a fuel that does not contain biofuel.
内燃機関に供給される燃料に混合されたバイオ燃料の混合比率を推定する、バイオ燃料混合比率推定方法であって、
前記内燃機関のクランク角からクランク角加速度を算出するステップと、
正のクランク角加速度を積分し、角加速度積分値を算出するステップと、
基準燃料における前記角加速度積分値である基準値を読み出すステップと、
算出した前記角加速度積分値と読み出した前記基準値との差である積分値偏差を算出するステップと、
前記積分値偏差を用いて発熱量差を算出するステップと、
前記発熱量差から前記混合比率を算出するステップと、を含むバイオ燃料混合比率推定方法。
A biofuel blending ratio estimation method for estimating a blending ratio of a biofuel blended into a fuel supplied to an internal combustion engine, comprising:
calculating a crank angular acceleration from a crank angle of the internal combustion engine;
A step of integrating the positive crank angular acceleration to calculate an angular acceleration integral value;
reading out a reference value which is the integral of angular acceleration for a reference fuel;
calculating an integral deviation which is a difference between the calculated angular acceleration integral value and the read reference value;
Calculating a heat generation difference using the integral value deviation;
and calculating the mixing ratio from the calorific value difference.
前記発熱量差を算出するステップは、前記内燃機関の回転速度と燃料噴射量と前記積分値偏差とから、前記発熱量差を算出し、
前記混合比率を算出するステップは、前記燃料噴射量と前記発熱量差とから、前記混合比率を算出する、請求項8に記載のバイオ燃料混合比率推定方法。
the step of calculating the heat generation amount difference includes calculating the heat generation amount difference from a rotation speed of the internal combustion engine, a fuel injection amount, and the integral value deviation;
The biofuel blending ratio estimation method according to claim 8 , wherein the step of calculating the blending ratio calculates the blending ratio from the fuel injection amount and the heat generation amount difference.
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