CN102220909A - 内燃机控制装置 - Google Patents

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横尾望
中田浩一
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Abstract

本发明提供一种可以利用被供给的汽油燃料的烯烃成分浓度来抑制提前点火的发生的内燃机控制装置。使用燃料性质状态检测装置(22)检测向内燃机(10)供给的汽油燃料中的烯烃成分浓度(Co)(步骤100)。在烯烃成分浓度(Co)比规定值(x)高的情况下，执行避免提前点火控制(步骤102及106)。作为避免提前点火控制，在具备增压器的内燃机中，将增压压力的上限值变更为比通常时低的值。或者，在可变压缩比发动机中进行将高负载时的压缩比设定得低的控制、延迟进气门的关闭正时的控制、延迟内燃机(10)的点火正时的控制、或在混合动力车辆中进行增大电动机的输出分配的控制等。

Description

内燃机控制装置
技术领域
本发明涉及内燃机控制装置。
背景技术
以往以来，作为内燃机异常燃烧的一种形式，已知有提前点火(过早点火)。提前点火是在活塞的压缩冲程中，在火花塞的正常的点火正时之前，从燃烧室内的过热的部位起混合气自燃的现象。若发生了提前点火，则混合气在被压缩的同时进行燃烧，所以有可能燃烧室内的压力及温度变得异常地高。
因此，以往，例如日本特开2004-52624号公报公开了用于不论汽油燃料的辛烷值的大小怎样都抑制提前点火的发生的系统。在该系统中，在对高辛烷值汽油规格的内燃机使用辛烷值低的普通汽油并且判断为是在内燃机负载增加时的情况下，燃料喷射被分割为进气冲程和压缩冲程来执行。由此，可以将火花塞周围的空燃比暂时地设为浓空燃比，所以可以利用气化潜热的增大来抑制火花塞周围的温度上升。
专利文献1：日本特开2004-52624号公报
专利文献2：日本特开平5-223026号公报
专利文献3：日本特开2008-95525号公报
专利文献4：日本特开2005-172466号公报
然而，近年的高辛烷值的汽油燃料包含烯烃成分多。该烯烃成分与甲苯等物质相比容易发生燃烧反应，另外，还具有容易附着于火花塞等的性质。因此，燃料的烯烃成分的浓度越高，则有可能在火花塞周围沉淀堆积越多，其结果是，越容易发生提前点火。也就是，即使是高辛烷值的汽油燃料，在烯烃成分的浓度较高的情况下，相反地也可充分假定容易发生提前点火。因此，如果是在使用了低辛烷值的汽油燃料时进行抑制提前点火的控制的上述以往的系统，不能有效地抑制在使用了高辛烷值的汽油燃料时的提前点火的发生，有待改善。
发明内容
本发明是为了解决如上述那样的课题而完成的，其目的在于，提供一种能够利用汽油燃料中的烯烃成分的浓度抑制提前点火的发生的内燃机控制装置。
本发明之1，为了实现上述目的，是具备火花塞的火花点火式内燃机的控制装置，其特征在于，具备：燃料性质状态检测单元，其检测向上述内燃机供给的汽油燃料中的烯烃成分浓度；和控制单元，其基于上述烯烃成分浓度，将上述内燃机压缩冲程中的燃烧室内的温度控制在不发生提前点火的范围内。
本发明之2，基于本发明之1，其特征在于，还具备可变地设定上述内燃机的压缩比的压缩比可变单元，在上述烯烃成分浓度比规定值高的情况下，上述控制单元，将上述压缩比设定得比通常时低。
本发明之3，基于本发明之2，其特征在于，上述压缩比可变单元包含可变地设定进气门的关闭正时的单元，在上述烯烃成分浓度比规定值高的情况下，上述控制单元使上述进气门的关闭正时比通常时延迟。
本发明之4，基于本发明之1～3的任意一项，其特征在于，在带增压器的内燃机中，还具备可变地设定增压压力的上限限制值的单元，在上述烯烃成分浓度比规定值高的情况下，上述控制单元将上述限制值设定得比通常时低。
本发明之5，基于本发明之1～4的任意一项，其特征在于，还具备控制上述内燃机的点火正时的点火正时控制单元，在上述烯烃成分浓度比规定值高的情况下，上述控制单元使上述点火正时比通常时延迟。
本发明之6，基于本发明之1～5的任意一项，其特征在于，在具有上述内燃机和电动机并利用上述内燃机和/或上述电动机的驱动力来驱动车辆的混合动力车辆中，还具备可变地设定上述内燃机和电动机的输出分配的单元，在上述烯烃成分浓度比规定值高的情况下，上述控制单元使相对于上述内燃机的上述电动机的输出分配比通常时增大。
本发明之7，基于本发明之1～6的任意一项，其特征在于，还具备对向上述内燃机的燃料箱添加了燃料这一情况进行判定的判定单元，在判定为向上述燃料箱添加了燃料的情况下，上述燃料性质状态检测单元检测向上述内燃机供给的燃料中的烯烃成分浓度。
本发明之8，基于本发明之1～7的任意一项，其特征在于，上述燃料性质状态检测单元被设置于上述内燃机的燃料箱、或连接该燃料箱和上述内燃机的燃料系统的燃料配管。
本申请的发明者发现在汽油燃料中的烯烃成分浓度较高的情况下发生提前点火的温度明显地降低。根据本发明之1，与燃料中的烯烃成分浓度相应，对压缩冲程中的燃烧室内的温度进行控制，以成为不发生提前点火的温度范围。因此，根据本发明，通过利用被供给的汽油燃料中的烯烃成分浓度，可以有效地抑制提前点火的发生。
根据本发明之2，在汽油燃料中的烯烃成分浓度比规定值高的情况下，将压缩比设定得比通常时低。因此，根据本发明，在提前点火的发生温度已降低的情况下，可以抑制燃烧室内的温度上升，所以可以有效地抑制提前点火的发生。
根据本发明之3，在汽油燃料中的烯烃成分浓度比规定值高的情况下，使进气门的关闭正时比通常时延迟。因此，根据本发明，在提前点火的发生温度已降低的情况下，能够降低实际压缩比，所以可以有效地抑制提前点火的发生。
根据本发明之4，在汽油燃料中的烯烃成分浓度比规定值高的情况下，将增压压力的上限值设定得比通常时低的值。因此，根据本发明，在提前点火的发生温度已降低的情况下，可以降低增压压力，所以可以有效地抑制提前点火的发生。
根据本发明之5，在汽油燃料中的烯烃成分浓度比规定值高的情况下，使点火正时比通常时延迟。因此，根据本发明，在提前点火的发生温度已降低的情况下，可以抑制燃烧室内的温度上升，所以可以有效地抑制提前点火的发生。
根据本发明之6，在具备内燃机和电动机的混合动力车辆中，在汽油燃料中的烯烃成分浓度比规定值高的情况下，使相对于内燃机的电动机的输出分配比通常时增大。因此，根据本发明，在提前点火的发生温度已降低的情况下，可以抑制燃烧室内的温度上升，所以可以有效地抑制提前点火的发生。
根据本发明之7，在判定为添加了燃料的情况下，检测该汽油燃料的烯烃成分浓度。因此，根据本发明，在向内燃机供给的汽油燃料的性质状态发生变化的时刻进行浓度检测，所以能够总是准确地把握向内燃机供给的燃料的烯烃成分浓度。
根据本发明之8，燃料检测单元被设置在燃料箱或燃料配管。因此，根据本发明，可以检测供给到内燃机之前的汽油燃料中的烯烃成分浓度。
附图说明
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统构成的图。
图2是用于说明汽油燃料中的烯烃成分浓度和提前点火发生温度之间的关系的图。
图3是在本发明的实施方式1中所执行的程序的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图，就本发明的实施方式进行说明。另外，对在各图中同样的要素，赋予同样的符号，省略重复的说明。另外，本发明不限定于以下的实施方式。
实施方式1.[实施方式1的构成]
图1是用于说明本发明的实施方式1的系统构成的图。如图1所示那样，本实施方式的系统具备内燃机(发动机)10。内燃机10构成为带增压器的火花点火式内燃机。排气通路16与内燃机10的排气侧连通。在排气通路16上配置了用于净化废气中的有害成分的排气净化催化剂18。作为排气净化催化剂18，例如，可以使用三元催化剂等公知的催化剂。
另外，本实施方式的系统具备用于储备所添加的汽油燃料的燃料箱12。燃料配管14的一端与燃料箱12连接。该燃料配管14的另一端与内燃机10的燃料系统连接。
另外，本实施方式的系统设置了用于检测燃料箱12内所储备的汽油燃料中包含的烯烃成分的浓度的燃料性质状态检测装置22。作为燃料性质状态检测装置22，例如，可以使用利用红外分光法(FT-IR)进行检测的装置和利用气相色谱法等进行检测的装置等。另外，对于燃料性质状态检测装置22的配置及构造，只要能够检测燃料箱12内所储备的汽油燃料的烯烃成分浓度，不特别地限定。
本实施方式的系统，如图1所示那样，具备ECU(Electronic Control Unit)20。除了上述的燃料性质状态检测装置22以外，还有用于检测内燃机10的运转条件及运转状态的各种传感器类与ECU20的输入部连接。另外，用于驱动内燃机10的各种致动器类与ECU20的输出部连接。ECU20可以基于所输入的各种信息控制图1所示的系统的状态。
[实施方式1的动作]
接着，参照图2，就本实施方式的动作进行说明。在内燃机10中，在活塞的压缩冲程中，有时发生提前点火，即：在火花塞的正常的点火正时之前，从燃烧室内的过热的部位起混合气自燃点火。若发生了提前点火，则混合气在被压缩的同时进行燃烧，所以有可能燃烧室内的压力及温度变得异常地高。特别地，近年来，为了以小排气量确保高输出而对增压发动机和高压缩比发动机的需要提高了，但这些高压缩比发动机因为汽缸内的压缩压力较高所以具有更容易发生提前点火的条件。
为了抑制提前点火的发生，只要将压缩冲程中的燃烧室内的温度控制成比该提前点火的发生温度低即可。但是，该提前点火的发生温度根据内燃机10的压缩比和所供给的汽油燃料的燃料性质状态而复杂地进行变化。因此，本申请的发明者，着眼于提前点火的发生和燃料性质状态之间的关系而反复进行了深刻的研究。其结果是，本申请的发明者发现提前点火的发生和汽油燃料中所包含的烯烃成分的浓度之间有图2所示的关系。
图2是用于说明汽油燃料中的烯烃成分浓度和提前点火的发生温度之间的关系的图。如本图所以那样，提前点火的发生温度在汽油燃料中的烯烃成分浓度高的区域中急剧地降低。作为其理由，可以认为是因为，烯烃成分与甲苯等物质相比更容易发生燃烧反应，同时具有容易附着于火花塞的绝缘子等陶瓷的性质。因此，燃料的烯烃成分的浓度越高，在火花塞周围沉淀堆积越多，其结果是，越容易发生提前点火。另外，如图2所示那样，内燃机10的压缩比越高，提前点火的发生温度越降低。特别地，在汽油燃料中的烯烃成分浓度高的区域中，该倾向表现得明显。
对于汽油燃料中的烯烃成分浓度，除了一部分地域以外未特别地设置限制。因此，由于非普通型石油的普及和作为辛烷值提高剂的改良油的利用，也可以假定汽油燃料中包含大量的烯烃成分。在添加了这样的烯烃成分浓度较高的汽油燃料的情况下，有可能内燃机的提前点火发生温度明显地降低，而引起未预料的提前点火的发生。
因此，在本实施方式的系统中，基于汽油燃料中的烯烃成分浓度，执行以下的控制，以使得压缩冲程中的燃烧室内的温度成为不发生提前点火的温度范围，具体地说，成为与烯烃成分浓度相对应的不达到提前点火发生温度的温度范围。在该控制中，在汽油燃料中的烯烃成分的浓度较高的情况下，判断为提前点火的发生风险较高，执行避免提前点火控制。更具体地说，首先，使用燃料性质状态检测装置22检测燃料箱12内的汽油燃料的烯烃成分浓度Co。而且，设为，在该烯烃成分浓度Co比规定的规定值x(例如，25％)高的情况下，将增压压力的上限值变更为比通常的设定值低的规定的允许值。由此，可以有效地限制高增压时的增压压力，可以有效地抑制提前点火容易发生的运转区域中的火花塞周围的温度上升。由此，可以有效地抑制提前点火的发生。
另外，优选预先通过实验等确定烯烃成分浓度较高的情况下的增压压力的允许值。更具体地说，在使用烯烃成分浓度比规定值x高的汽油燃料而进行内燃机燃烧的情况下，预先通过实验等求出能够避免提前点火的发生的增压压力的允许值(上限值)并存储于ECU20。由此，即使在使用了烯烃成分浓度较高的燃料的情况下，也能够有效地抑制提前点火的发生。
另外，对于增压压力上限值的允许值，也可以以汽油燃料中的烯烃成分浓度越高则该允许值成为越低的值的方式进行设定。对于这些设定，例如，可以通过生成将烯烃成分浓度和允许值之间的关系进行数据化而得到的映射数据，并将该映射数据预先存储于ECU20中来实现。根据这样的构成，也能够实现与烯烃成分浓度相应的增压压力的上限值的优化。
另外，汽油燃料中的烯烃成分浓度，主要在添加了燃料之后变化。因此，优选检测烯烃成分浓度的时刻是添加了汽油燃料的时刻。由此，在烯烃成分浓度变化了的情况下，可以迅速地检测出该变化后的烯烃成分浓度。
这样，根据本实施方式的系统，在向内燃机10供给的汽油燃料的烯烃成分浓度Co比规定的规定值x高的情况下，将增压压力的上限值变更为比通常时低的值。因此，通过基于这样的变更后的增压压力限制来进行内燃机燃烧，可以有效地抑制高增压时发生提前点火的情况。
[实施方式1中的具体的处理]
接着，参照图3，对在本实施方式中执行的处理的具体的内容进行说明。图3是ECU20执行的程序的流程图。在图3所示的程序中，首先，判定燃料箱12内的燃料性质状态(步骤100)。在此，具体地说，使用燃料性质状态检测装置22，检测燃料箱12内的汽油燃料的烯烃成分浓度Co(％)。
接着，判定烯烃成分浓度Co是否比规定值x大(步骤102)。对于规定值x，作为在内燃机10的压缩冲程中发生提前点火的烯烃成分浓度，读入预先设定的值。其结果是，在未确认为Co＞x成立的情况下，判断为在内燃机10的燃烧中发生提前点火的可能性低，转到下面的步骤，执行通常适当的内燃机10的控制(步骤104)。
另一方面，当在上述步骤102中确认为Co＞x成立的情况下，判断为有可能内燃机10在高增压时发生提前点火，并转到下面的步骤，执行避免提前点火控制(步骤106)。在使用了烯烃成分浓度比规定值x高的汽油燃料的情况下，ECU20预先存储了能够避免发生提前点火的增压压力的上限允许值。在此，具体地，将增压压力的上限值变更为这样的允许值，并进行内燃机燃烧。
接着，判定是否向燃料箱12内添加了汽油燃料(步骤108)。另外，对于有无添加燃料，可以通过检测燃料盖的开闭或通过检测燃料余量的变化来进行判定。其结果是，在判定为未添加燃料的情况下，判断为燃料箱12内的燃料性质状态未变化，并反复执行上述步骤106的处理。另一方面，在上述步骤106中，在判定为添加了燃料的情况下，判断为有可能燃料箱12内的燃料性质状态变化了，返回到上述步骤100，再次执行本程序。
如以上说明的那样，根据本实施方式的系统，在所供给的汽油燃料的烯烃成分浓度Co比规定值x高的情况下，在将增压运转的增压压力上限值变更为比通常时低的值的基础上，运转内燃机10。由此，即使在使用烯烃成分浓度较高的汽油燃料的情况下，也可以有效地抑制提前点火的发生。
然而，在上述的实施方式1中，作为避免提前点火控制的一种方式，说明了在带增压器的内燃机10中降低增压压力的上限值的情况，但是能够执行的避免提前点火控制不限定于此。也就是说，在发生提前点火的运转区域中，只要是能够降低内燃机10的压缩冲程中的燃烧室温度，则也可以执行以下所示的其他的控制。
也就是说，作为避免提前点火控制的另外的方式，例如，也可以设为，在能够可变地设定压缩比的内燃机中，在汽油燃料中的烯烃成分浓度比规定值高的情况下，将压缩比设定得比通常时的压缩比低。作为降低压缩比的手段，例如，可以考虑使用可变压缩比发动机作为内燃机的方法，和在能够使进气门正时可变的内燃机中延迟该进气门的关闭正时(延迟关闭)而降低实际压缩比的方法等。对于压缩比的设定，也可以是在汽油燃料中的烯烃成分浓度比规定的阈值高的情况下，设定为规定的低压缩比，另外，也可以是，以烯烃成分浓度越高则越成为低压缩比的方式来进行设定。特别地，优选，在是可变压缩比发动机的情况下，将高负载时的压缩比设定得低，不将高压缩比区域向高负载区域扩展。对于这些设定，例如，能够通过生成将烯烃成分浓度、和压缩比或与该压缩比相对应的进气门的关闭正时的延迟量之间的关系进行数据化而得到的映射数据，并将该映射数据预先存储于ECU20来实现。由此，可以降低内燃机10压缩冲程中的燃烧室温度，所以可以有效地抑制提前点火的发生。
另外，作为避免提前点火控制的另外的方式，例如，也可以是，在汽油燃料中的烯烃成分浓度比规定值高的情况下，延迟内燃机10的点火正时。对于点火正时延迟量的设定，也可以是，在汽油燃料中的烯烃成分浓度比规定的阈值高的情况下，设定为规定的延迟量，另外，还可以是，以烯烃成分浓度越高则延迟量越大的方式来进行设定。对于这些设定，例如，可以通过生成将烯烃成分浓度和点火正时延迟量之间的关系进行数据化而得到的映射数据，并将该映射数据预先存储于ECU20来实现。由此，可以降低内燃机10在压缩冲程中的燃烧室温度，所以可以有效地抑制提前点火的发生。
此外，作为避免提前点火控制的另外的方式，例如，也可以是，在具备内燃机和电动机的混合动力车辆中，在汽油燃料中的烯烃成分浓度比规定值高的情况下，减小内燃机的输出分配，增大电动机的输出分配。对于输出分配的设定，也可以是，在汽油燃料中的烯烃成分浓度比规定的阈值高的情况下，设定为规定的输出分配，另外还可以是，以烯烃成分浓度越高则电动机的输出分配越大的方式来进行设定。对于这些设定，例如，可以通过生成将烯烃成分浓度和输出分配之间的关系进行数据化而得到的映射数据，并将该映射数据预先存储于ECU20来实现。由此，可以降低内燃机10在压缩冲程中的燃烧室温度，所以可以有效地抑制提前点火的发生。
另外，在上述的实施方式1中，分别地，通过ECU20执行上述步骤100的处理，来实现上述本发明之1中的“燃料性质状态检测单元”，通过ECU20执行上述步骤102及106的处理，来实现上述本发明之1～6中的“控制单元”。
另外，在上述的实施方式1中，通过ECU20执行上述步骤108的处理，来实现上述本发明之7中的“判定单元”。
符号的说明：
10内燃机(带增压器的发动机)、12燃料箱、14燃料配管、16排气通路、18排气净化催化剂、20ECU(Electronic Control Unit)、22燃料性质状态检测装置。

Claims (11)

1.一种内燃机控制装置，是具备火花塞的火花点火式内燃机的控制装置，其特征在于，具备：
燃料性质状态检测单元，其检测向上述内燃机供给的汽油燃料中的烯烃成分浓度；和
控制单元，其基于上述烯烃成分浓度，将上述内燃机压缩冲程中的燃烧室内的温度控制在不发生提前点火的范围内。
2.根据权利要求1所述的内燃机控制装置，其特征在于，
上述烯烃成分浓度越高，则上述控制单元越使上述内燃机压缩冲程中的燃烧室内的温度比通常时低。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机控制装置，其特征在于，
还具备可变地设定上述内燃机的压缩比的压缩比可变单元，在上述烯烃成分浓度比规定值高的情况下，上述控制单元将上述压缩比设定得比通常时低。
4.根据权利要求3所述的内燃机控制装置，其特征在于，
上述压缩比可变单元包含可变地设定进气门的关闭正时的单元，在上述烯烃成分浓度比规定值高的情况下，上述控制单元使上述进气门的关闭正时比通常时延迟。
5.根据权利要求1～4的任意一项所述的内燃机控制装置，其特征在于，
在带增压器的内燃机中，还具备可变地设定增压压力的上限限制值的单元，在上述烯烃成分浓度比规定值高的情况下，上述控制单元将上述限制值设定得比通常时低。
6.根据权利要求1～5的任意一项所述的内燃机控制装置，其特征在于，
还具备控制上述内燃机的点火正时的点火正时控制单元，在上述烯烃成分浓度比规定值高的情况下，上述控制单元使上述点火正时比通常时延迟。
7.根据权利要求1～6的任意一项所述的内燃机控制装置，其特征在于，
在具有上述内燃机和电动机并利用上述内燃机和/或上述电动机的驱动力来驱动车辆的混合动力车辆中，还具备可变地设定上述内燃机和电动机的输出分配的单元，在上述烯烃成分浓度比规定值高的情况下，上述控制单元使相对于上述内燃机的上述电动机的输出分配比通常时增大。
8.根据权利要求1～7的任意一项所述的内燃机控制装置，其特征在于，
还具备对向上述内燃机的燃料箱添加了燃料这一情况进行判定的判定单元，在判定为向上述燃料箱添加了燃料的情况下，上述燃料性质状态检测单元检测向上述内燃机供给的燃料中的烯烃成分浓度。
9.根据权利要求1～8的任意一项所述的内燃机控制装置，其特征在于，
上述燃料性质状态检测单元被设置于上述内燃机的燃料箱、或连接该燃料箱和上述内燃机的燃料系统的燃料配管。
10.一种内燃机控制方法，是具备火花塞的火花点火式内燃机的控制方法，其特征在于，具备：
检测向上述内燃机供给的汽油燃料中的烯烃成分浓度的步骤；和基于上述烯烃成分浓度，将上述内燃机压缩冲程中的燃烧室内的温度控制在不发生提前点火的范围内的步骤。
11.根据权利要求10所述的内燃机控制方法，其特征在于，
在上述控制步骤中，上述烯烃成分浓度越高，则越使上述内燃机压缩冲程中的燃料室内的温度比通常时低。
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