CN105317579B - 内燃发动机的燃料特性判定装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃发动机的燃料特性判定装置，其应用于装备有火花塞和点火正时控制器的内燃发动机。设置在燃料特性判定装置中的电子控制单元在内燃发动机启动之后的预定时间段内执行基于点火充足率对供给至内燃发动机的燃料的特性作出判定的判定过程。该电子控制单元配置成当通过对点火充足率进行平滑处理而获得的判定指数值大于等于预定阈值时判定燃料的特性是重质的。该电子控制单元配置成将平滑系数设定成与第一时间段、第二时间段和第三时间段中的每一者对应的值。

Description

内燃发动机的燃料特性判定装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃发动机的燃料特性判定装置。更具体地，本发明涉及一种使得即使在低温下仍可以更准确地判断供给至内燃发动机的燃料是否为重质燃料的用于内燃发动机的燃料特性判定装置。
背景技术
在相关技术领域，已知供给至内燃发动机的燃料的特性对内燃发动机中的空燃比等的控制有影响。例如，重质燃料的挥发性小于标准燃料的挥发性。因此，当执行适于标准燃料的控制时，内燃发动机的可操作性和/或废气排放特性会劣化。因而，在相关技术领域中，为了根据燃料特性执行控制，已经进行了对燃料特性作出判定的各种尝试。
例如，在装备有点火正时控制器(其执行点火正时的反馈控制使得内燃发动机的转速在启动之后的怠速时收敛至目标转速)的内燃发动机中，提出计算发动机转速相对于目标转速稳定时的点火正时修正量和在转速稳定之后收敛的点火正时修正量以及基于这些点火正时修正量之间的差值对燃料特性作出判定(例如，见特许No.3863362)。
此外，还已知基于以下比率对燃料特性作出更准确的判定：相对于与目标转速对应的基本点火正时的修正量(在某些情况下将被称为“点火正时修正量”)与根据内燃发动机的目标转速、温度等确定的点火正时的容许范围(在某些情况下将被称为“最大点火修正幅度”)的比率。
如前所述，在相关技术领域中，为了根据燃料特性执行控制，已经进行了对燃料特性作出判定的各种尝试。还已知基于点火正时修正量与最大点火修正幅度的比率对燃料特性作出更准确的判定。因而，能够根据燃料的特性来控制空燃比等，并且能够保持良好的内燃发动机的可操作性和/或废气排放特性。
然而，例如在寒冷地带，在内燃发动机刚刚启动时转速往往大幅波动。在这种情况下，点火正时修正量同样大幅波动。因此，使用根据如上所述的相关技术的对燃料特性作出判定的方法，尽管使用了标准燃料，也可能会错误地判定使用了重质燃料。随着目前汽车的使用在全世界范围变得普遍，这种问题日益显现。
发明内容
已经鉴于前面提到的问题而做出本发明。即，本发明提供了“一种用于内燃发动机的燃料特性判定装置(下文中，在某些情况下将被称为“根据本发明的装置”)”，该燃料特性判定装置使得即使在低温下也可以准确地判断供给至内燃发动机的燃料是否为重质燃料。
用于内燃发动机的燃料特性判定装置包括电子控制单元，该内燃发动机装备有具有火花产生部的火花塞。
该电子控制单元配置成：(i)修正点火正时，点火正时为由火花产生部产生火花的正时；(ii)执行发动机转速的反馈控制，使得发动机转速收敛至目标转速；(iii)计算内燃发动机启动之后的预设时间段内的点火充足率，并且基于该点火充足率执行对供给至内燃发动机的燃料的特性作出判定的判定过程，点火充足率为当在反馈控制中修正点火正时时点火正时的提前修正量与最大点火修正幅度的比率，最大点火修正幅度为点火正时所允许被修正的最大幅度；(iv)当通过对点火充足率进行平滑处理而获得的判定指数值大于等于预定阈值时，判定燃料的特性为重质的，平滑处理为计算这次获得的点火充足率和上次获得的判定指数值的加权平均值的过程；以及(v)将平滑系数设定成与第一时间段、第二时间段和第三时间段中的每一者对应的值，平滑系数为在平滑处理中与这次获得的点火充足率的权重对应的系数的倒数，第一时间段为从内燃发动机启动至发动机转速达到目标转速的时间段，第二时间段为从发动机转速达到目标转速至经过预定时间段的时间段，并且第三时间段为从发动机转速达到目标转速起经过预定时间段之后的时间段。
此外，在根据本发明的装置中，可能的是，第一平滑系数大于第三平滑系数，并且第三平滑系数大于等于第二平滑系数。文中应当注意的是，第一平滑系数为第一时间段中的平滑系数，第二平滑系数为第二时间段中的平滑系数，以及第三平滑系数为第三时间段中的平滑系数。
此外，在根据本发明的装置中，电子控制单元可以配置成：当即使从内燃发动机启动起经过预定时间段t1之后、发动机转速仍未达到目标转速时，判定燃料的特性为重质的。
此外，燃料特性判定装置还可以包括冷却液温度传感器，冷却液温度传感器配置成检测内燃发动机中的冷却液的温度。电子控制单元可以配置成当内燃发动机启动时由冷却液温度传感器检测到的冷却液的温度大于等于预定阈值TL时将第三平滑系数设定成1。
此外，燃料特性判定装置还可以包括燃料加注检测器，燃料加注检测器配置成检测燃料加注操作。电子控制单元可以配置成当燃料加注检测器检测燃料加注操作时，(i)使通过判定过程获得的判定结果无效，以及(ii)在电子控制单元已经判定供给至内燃发动机的燃料的特性为重质的时禁止执行判定过程。
在如上所述的根据本发明的燃料特性判定装置中，基于通过对前述点火充足率进行“平滑处理”而获得的判定指数值对燃料的特性作出判定，在“平滑处理”中，使用了与前述三个时间段中的每个时间段对应的“平滑系数”。结果，通过“平滑处理”适当地修正过的点火充足率(即，判定指数值)没有达到阈值Ch。即，降低了尽管使用了标准燃料却错误地判定燃料的特性为“重质的”的可能性。
如上所述，根据本发明的用于内燃发动机的燃料特性判定装置根据发动机转速的波动模式对内燃发动机启动之后的预定时间段进行划分，并且在通过对点火充足率进行与这些时间段中的每个时间段对应的“平滑处理”而获得的判定指数值大于等于预定阈值Ch时判定燃料的特性为“重质的”。结果，即使在低温下，根据本发明的装置仍使得可以更准确地判定供给至内燃发动机的燃料是否为重质燃料。
通过将参照以下附图进行描述的本发明的相应实施方式的描述，将易于理解本发明的其他目的、其他特征和伴随的优点。
附图说明
下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点、以及技术和工业意义进行描述，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：
图1为示出了在室温下使用标准燃料的内燃发动机启动之后的预定时间段内，发动机转速、点火正时修正量、点火充足率和指示“燃料为重质的”的重质判定标记的变化的示意性时间图；
图2为示出了在低温下使用标准燃料的内燃发动机启动之后的预定时间段内，发动机转速、点火正时修正量、点火充足率和指示“燃料为重质的”的重质判定标记的变化的示意性时间图；
图3为示出了在室温下使用重质燃料的内燃发动机启动之后的预定时间段内，发动机转速、点火正时修正量、点火充足率和指示“燃料为重质的”的重质判定标记的变化的示意性时间图；
图4为示出了在低温下使用重质燃料的内燃发动机启动之后的预定时间段内，发动机转速、点火正时修正量、点火充足率和指示“燃料为重质的”的重质判定标记的变化的示意性时间图；
图5为示出了根据发动机转速的波动模式对内燃发动机启动之后的预定时间段进行划分的方法的示意性时间图；
图6为示出了在内燃发动机启动之后的预定时间段内、点火充足率的“平滑处理”的方法的示意性时间图，其中，该预定时间段已经根据内燃发动机的波动模式进行了划分；
图7为示出了应用有用于根据本发明的第一实施方式的用于内燃发动机的燃料特性判定装置(第一装置)的内燃发动机的示意图。
具体实施方式
下文中，将参照附图描述根据本发明的各个实施方式的用于内燃发动机的燃料特性判定装置(下文中，在某些情况下将被称为“判定装置”)。
首先，将描述本发明的第一实施方式。根据本发明的第一实施方式的判定装置(下文中将被简称为“第一装置”)应用于内燃发动机，该内燃发动机装备有火花塞和点火正时控制器，火花塞具有火花产生部，点火正时控制器修正点火正时，点火正时为由火花产生部产生火花的正时，并且点火正时控制器执行发动机转速的反馈控制，使得发动机转速收敛至目标转速。用于该内燃发动机的燃料特性判定装置计算内燃发动机启动之后的预定时间段内的点火充足率，该点火充足率为当在反馈控制中修正点火正时时点火正时的提前修正量与最大点火修正幅度的比率，其中最大点火修正幅度的比率为点火正时所允许被修正的最大幅度。燃料特性判定装置装备有控制单元，控制单元执行基于该点火充足率对供给至内燃发动机的燃料的特性作出判定的判定过程。当通过对点火充足率进行“平滑处理”而获得的判定指数值大于等于预定阈值Ch时，该控制单元判定燃料的特性是“重质的”。“平滑处理”为计算这次获得的点火充足率和上次获得的判定指数值的加权平均值的过程。控制单元将“平滑系数”设定成与第一时间段、第二时间段和第三时间段中的每一者对应的值。平滑系数为在“平滑处理”中与这次获得的点火充足率的权重对应的系数的倒数。第一时间段为从内燃发动机启动至发动机转速达到目标转速的时间段。第二时间段为从发动机转速达到目标转速至经过预定时间段t2的时间段。而第三时间段为从发动机转速达到目标转速起经过预定时间段t2之后的时间段。
如前所述，最大点火修正幅度为根据每一时刻内燃发动机的目标转速、温度等确定的点火正时的容许范围。换句话说，最大点火修正幅度为下述点火正时范围，该点火正时范围通过最提前点火正时absef与最延迟点火正时aopmn之间的差值来确定，并且使得可以实现在每一时刻在内燃发动机的目标转速、温度等下的稳定的怠速运转。此外，如上所述，点火充足率为点火正时的提前修正量与最大点火修正幅度的比率。换句话说，点火充足率为点火正时的朝提前侧的修正量与点火正时的可变范围的比率。相应地，当点火正时被朝延迟侧修正时，点火充足率为“0(零)”。
如前所述，常规已知基于“点火正时修正量与最大点火修正幅度的比率”(如先前提到的点火充足率)来对燃料的特性作出判定。然而，在内燃发动机刚刚冷启动之后，转速大幅波动，并且点火正时修正量也大幅波动。因此，在某些情况下，错误地判定标准燃料为重质燃料。
现在将参照附图在下文中详细描述先前提到的错误判定。图1为示意性时间图，示出了在室温下使用标准燃料的内燃发动机启动之后的预定时间段内，发动机转速NE、点火正时修正量(anefb)、点火充足率(anefbrte)和作为指示“燃料为重质的”的标记的重质判定标记的变化。图2为示意性时间图，示出了在低温下使用标准燃料的内燃发动机启动之后的预定时间段内的前述变化。
如图1中所示，在室温下使用标准燃料的内燃发动机中，发动机转速NE在启动之后迅速上升，并且超过目标转速NT(由交替的长短虚线指示)。因而，点火正时通过前面提到的反馈控制而被修正成延迟，并且发动机转速NE开始下落。随着发动机转速NE下落，点火正时的延迟修正量减小，并且发动机转速NE很快收敛至目标转速NT。与此同时，点火正时没有被修正成提前，因此点火充足率保持等于“0(零)”。相应地，点火充足率没有上升至作为判定“燃料为重质的”的阈值的重质判定阈值Ch，或上升成高于重质判定阈值Ch。结果，重质判定标记保持OFF。
另一方面，如图2中所示，即使在使用标准燃料的内燃发动机中，发动机转速NE在低温下重启之后也没有迅速上升。发动机转速NE在反复上升及下落的情况下逐渐上升，但不大可能达到目标转速NT(由交替的长短虚线指示)。之后，当反馈控制开始时，点火正时被修正成提前，并且发动机转速NE最终超过目标转速NT。因而，点火正时被修正成延迟，并且发动机转速NE开始下落。随着发动机转速NE下落，点火正时的延迟修正量减小，并且发动机转速NE很快收敛至目标转速NT。在图2中示出的示例中，如由被以点构成的椭圆围绕的区域所表示的，点火充足率上升至重质判定阈值Ch并高于重质判定预定Ch(如由实线指示的)。结果，重质判定标记变为ON(打开)。即，在这种情况下，尽管使用了标准燃料，却错误地判定使用了重质燃料。
如上所述，在低温下，转速在内燃发动机刚刚启动之后大幅波动，并且点火正时修正量也大幅波动。因此，在某些情况下，尽管使用了标准燃料，却错误地判定使用了重质燃料。为了减小这种错误判定的可能性而努力研究之后，发明者已经发现，即使在低温下，也可以通过以下方式准确地判定供给至内燃发动机的燃料是否为重质燃料：基于通过对点火充足率进行“平滑处理”而获得的判定指数值而对燃料特性作出判定。附带地，根据本发明的装置所装备的控制单元在通过对点火充足率进行“平滑处理”而获得的判定指数值大于等于预定阈值(重质判定阈值Ch)时判定燃料的特性为“重质的”。
在图2中，进行了前述“平滑处理”的点火充足率(即，判定指数值)由虚曲线指示。判定指数值由于“平滑处理”而小于点火充足率，因此没有达到重质判定阈值Ch。相应地，通过利用判定指数值而非利用点火充足率来对燃料特性作出判定，能够减小如上所述的错误判定的可能性。以此方式，通过对点火充足率进行“平滑处理”而使判定指数值足够小。重要的是执行“平滑处理”达以下程度：使得能够对燃料特性作出正确判定。
附带地，图3和图4为使用重质燃料的情况下的与图1和图2类似的示意性时间图。图3示出了在室温下使用重质燃料的内燃发动机启动之后的预定时间段内，发动机转速NE、点火正时修正量(anefb)、点火充足率(anefbrte)和重质判定标记的变化。图4示出了低温下的前述变化。
如图3中所示，在使用重质燃料的内燃发动机中，即使在室温下，发动机转速NE也不会在启动之后迅速上升，并且不大可能达到目标转速NT(由交替的长短虚线指示)。结果，一旦点火充足率上升至重质判定阈值Ch或高于重质判定阈值Ch，则重质判定标记变为ON。另一方面，如图4中所示，在低温下，发动机转速NE上升的速度进一步减小，并且发动机转速NE达到目标转速NT的时刻进一步延迟。结果，点火正时的提前修正量进一步增大，并且点火充足率如由被以点构成的椭圆围绕的区域所示上升至重质判定阈值Ch并高于重质判定阈值Ch(如由实线所示)。相应地，在这种情况下同样地，重质判定标记变为ON。
附带地，在图4中示出的示例中，作为进行了“平滑处理”的点火充足率的判定指数值(由虚线指示)尽管比点火充足率(由实线指示)慢，但仍上升至重质判定阈值Ch并高于至重质判定阈值Ch。即，通过基于判定指数值的判定，同样正确地判定燃料的特性为“重质的”，并且重质判定标记变为ON。以此方式，即使在点火充足率进行了“平滑处理”时，判定指数值仍不会变得太小，并且重要的是执行“平滑处理”达以下程度：使得能够对燃料特性作出正确判定。
附带地，“平滑处理”指的是通过使现有数据至最新数据的变化变平滑(减小反映程度)来更新现有数据的过程，而非通过直接反映现有数据至最新数据的变化(其中，最新数据的反映程度为100％)来以最新数据完全取代现有数据。在根据本发明的装置中，“平滑处理”为以下处理：计算这次获得的点火充足率和上次获得的判定指数值的加权平均值。例如，“平滑处理”可以通过下面示出的公式(1)来表示。
【公式1】
Mn＝αRn+(1-α)Mn-1＝(1/β)×Rn+(1-1/β)Mn-1＝Mn-1+(Rn-Mn-1)/β (1)
在上式中，Mn表示此次(第n次)判定指数值，Mn-1表示上次(第(n-1)次)判定指数值，Rn表示此次(第n次)点火充足率，α表示Rn的权重，并且β表示α的倒数。从上式中明显的是，当β增大时(当α减小时)，作为最新数据的Rn的反映程度减小，并且计算Mn中的“平滑处理”的程度增大。在本说明书中，该值β被定义为“平滑系数”。
附带提一下，发明人已经发现在内燃发动机启动之后，发动机转速NE随时间改变的波动模式。因此，为了执行“平滑处理”以达到如上所述的合适程度，理想的是在内燃发动机启动之后根据时间的推移确定“平滑处理”的程度(即，“平滑系数”的大小)。因而，根据本发明的装置所装备的控制单元将内燃发动机启动之后的时间段分成下面将列举出的三个时间段，并且根据这些时间段中的每个时间段设定“平滑系数”。
第一时间段为从内燃发动机启动至发动机转速达到目标转速的时间段。第二时间段为从发动机转速达到目标转速至经过预定时间段t2的时间段。而第三时间段为从发动机转速达到目标转速起经过预定时间段t2之后的时间段。
下文中，将参照附图详细描述对前述时间段进行划分的方法。如由图5的上部中所示的曲线所指示的，发动机转速NE在内燃发动机刚刚启动之后并不稳定，而是在反复上升及下落的情况下逐渐接近目标转速NT。刚好在时间ta处，发动机转速NE达到目标转速NT。此时，表示发动机转速NE还没有达到目标转速NT的“NE<NT标记”从其ON状态变为OFF(关闭)。从内燃发动机启动至时间ta的该时间段(刚刚启动之后的范围)被划分为“第一时间段”。在第一时间段中，发动机转速NE如上所述大幅波动。
之后，发动机转速NE上升为超过目标转速NT，并随后通过由前述点火正时控制器进行的反馈控制而很快地在时间tb处收敛至目标转速NT。从发动机转速NE达到目标转速NT时的时间ta到发动机转速NE收敛至目标转速NT时的时间tb的时间段(完全爆发范围)被划分为“第二时间段”。附带地，从时间ta至时间tb的时间段的长度(t2)可以例如基于利用该内燃发动机进行的实验等来根据经验指定。相应地，第二时间段可以被确定为从发动机转速NE达到目标转速NT至经过预定时间段t2的时间段。在该第二时间段中，发动机转速NE如上所述朝目标转速NT收敛并且不大幅波动。
如上所述，随后的第三时间段为从发动机转速NE达到目标转速NT起经过前述预定时间段t2之后的时间段(启动后的范围)。在该第三时间段中，发动机转速NE是稳定的，并且估计不大幅波动。然而，实际上，发动机转速NE和/或目标转速NT会因外部因素而变化，外部因素例如为空调设备打开、车辆驾驶者进行的从N档(空挡)至D档(驱动档)的换档操作等。附带地，在图5中，在第三时间段中描绘了发动机转速NE(由实线指示)因这种外部因素(例如，空调设备打开)而小于目标转速NT(由交替的长短虚线指示)。
如上所述，发动机转速NE在前面提到的相应的三个时间段中呈现的波动模式彼此不同。因而，根据本发明的装置所装备的控制单元根据前述三个时间段中的每个时间段(中发动机转速NE呈现的波动模式)来设定“平滑系数”。因而，根据本发明的装置能够适当地对燃料的特性作出判定。附带地，能够根据例如应用本发明方法的内燃发动机的特性等来适当地确定“平滑系数”的具体值(随后将描述细节)。
现在将参照附图详细描述前述事项。图6为示意性时间图，示出了在内燃发动机启动之后的预定时间段内点火充足率的“平滑处理”的方法，其中，该预定时间段已经根据内燃发动机的波动模式进行了划分。图6中示出的时间图表示了使用标准燃料的内燃发动机的发动机转速NE在刚刚冷启动之后的预定时间段中的波动、由此导致的点火正时修正量和点火充足率的变化等。
首先，将描述用于基于点火充足率对燃料的特性作出判定的常规技术。在从内燃发动机启动至发动机转速NE达到目标转速NT的第一时间段(刚刚启动之后的范围)中，发动机转速NE大幅波动，并且不大可能达到目标转速NT。因此，点火正时反馈控制一启动(点火正时F/B执行标记变为ON)，点火正时就被大幅修正成提前(点火正时修正量增大)，并且点火充足率增大以变得大于等于阈值Ch。即，尽管使用了标准燃料，却错误地判定燃料的特性为“重质的”。
随后，在从发动机转速NE达到目标转速NT至经过预定时间段t2的第二时间段(完全爆发范围)中，发动机转速NE是稳定的并且不大幅波动。因此，点火正时修正量同样稳定地保持处于较小值，并且点火充足率也没有达到阈值Ch。即，在该时间段中，不会错误地判定出燃料的特性为“重质的”。
此后，根据该示例，在从发动机转速NE达到目标转速NT起经过前述预定时间段t2之后的第三时间段(启动之后的范围)中，由于车辆驾驶者进行的从N档(空挡)至D档(驱动档)的换档操作，发动机转速NE和目标转速NT大幅下落。结果，点火正时修正量大幅波动，并且点火充足率达到大于等于阈值Ch的水平。即，在这种情况下也是这样，尽管使用了标准燃料，却错误地判定燃料的特性为“重质的”。因而，如图6中由粗虚曲线(其被描绘成与表示点火充足率的变化的曲线重叠)表示的，根据本发明的本实施方式的用于内燃发动机的燃料特性判定装置减小了错误地判定燃料的特性为“重质的”的可能性。下文中，将具体地描述根据本发明的用于内燃发动机的燃料特性判定装置。
首先，将描述内燃发动机的构型。第一装置应用于下述内燃发动机，该内燃发动机装备有火花塞和点火正时控制器，火花塞具有火花产生部，点火正时控制器修正点火正时，点火正时为由火花产生部产生火花的正时，并且点火正时控制器执行发动机转速的反馈控制使得发动机转速收敛至目标转速。更具体地，第一装置应用于图7中所示的内燃发动机(下文中将被称为“发动机”)10。
发动机10为已知的汽油燃料火花点火式发动机。发动机10装备有气缸盖11、气缸体12、曲柄箱13、包括火花塞的点火装置14、进气门15、排气门16、活塞17、连杆18、曲轴19等。燃烧室20由气缸盖11的下壁表面、形成在气缸体12中的气缸孔的壁表面、以及活塞17的顶表面形成。
点火装置14设置在气缸盖11中，使得火花塞的火花产生部14a暴露于燃烧室20的上表面的中央部。进气门15设置在气缸盖11中，使得能够通过由进气凸轮21驱动而打开/关闭“燃烧室20与形成在气缸盖11中的进气口22之间的连通部”。排气门16设置在气缸盖11中使得能够通过由排气凸轮23驱动而打开/关闭“燃烧室20与形成在气缸盖11中的排出口24之间的连通部”。此外，发动机10装备有燃料喷射阀(缸内喷射阀)30。燃料喷射阀30设置在气缸盖11中的“进气口22与气缸体12之间的区域”中以将燃料喷射到燃烧室20中。
附带地，如上所述，图7中示出的发动机10为所谓的“侧喷式内燃发动机”，在“侧喷式内燃发动机”中，设置在气缸盖的进气口与气缸体之间的区域中的燃料喷射阀30朝向气缸的中心轴线喷射燃料。然而，第一装置不仅能够应用于该“侧喷式内燃发动机”，还能够应用于例如所谓的“中央喷射式内燃发动机”，在该“中央喷射式内燃发动机”中，燃料从设置在气缸盖的中央部分附近的燃料喷射阀朝向活塞的顶表面喷射。此外，第一装置不仅能够应用于该“缸内喷射式内燃发动机”，还能够应用于例如所谓的“进气口喷射式内燃发动机”，在该“进气口喷射式内燃发动机”中，燃料从设置在气缸盖的进气口中的燃料喷射阀喷射。
此外，发动机10装备有点火正时控制器，点火正时控制器修正点火正时，点火正时为由火花产生部产生火花的正时，并且点火正时控制器执行发动机转速NE的反馈控制使得发动机转速NE收敛至目标转速NT。在发动机10中，下面将描述的电子控制单元(ECU)50用作点火正时控制器。
接下来，将描述ECU的配置。ECU50为众所周知的微型计算机，其包括CPU、ROM、RAM、备用RAM等。ECU50电连接至点火装置14、燃料喷射阀30等，并且向它们发送驱动信号。另外，ECU50电连接至曲柄位置传感器51、空气流量计52、加速器踏板下压量传感器53、空燃比传感器54等，并且接收来自它们的信号。
曲柄位置传感器51根据曲轴19的旋转位置产生信号。ECU50基于来自曲柄位置传感器51的信号计算发动机转速NE。此外，ECU50基于来自曲柄位置传感器51和凸轮位置传感器(未示出)的信号获得相对于例如气缸中的一个气缸中的压缩上止点的绝对曲柄角。空气流量计52产生表示发动机10中的进气的流量的信号。加速器踏板下压量传感器53产生表示加速器踏板Ap的下压量的信号。空燃比传感器54产生表示排气的空燃比的信号。
接下来，将描述第一装置的构型和操作。在第一装置中，发动机10所装备的ECU50用作控制单元。该控制单元计算发动机10启动之后的预定时间段内的点火充足率，该点火充足率为当通过点火正时控制器在反馈控制中对点火正时进行修正时点火正时的提前修正量与作为“允许点火正时被修正的最大幅度”的最大点火修正幅度的比率。
此外，控制单元执行以下判定过程：基于点火充足率对供给至发动机10的燃料的特性作出判定。然而，应当注意的是，第一装置所装备的控制单元基于通过对点火充足率进行“平滑处理”而获得的判定指数值来对燃料的特性作出判定。
前述“平滑处理”为计算这次获得的点火充足率与上次获得的判定指数值的加权平均值的过程。第一装置所装备的控制单元在判定指数值大于等于预定阈值Ch时判定燃料的特性为“重质的”。然而，应当注意的是，该“平滑处理”的程度(即“平滑率”)需要采用使得能够对燃料特性作出正确判定的值。更具体地，“平滑率”需要设定成使得在低温下不会错误地判定燃料为“重质的”并且正确地判定出重质燃料为“重质的”。
因而，如上文参照图5所示，第一装置所装备的控制单元将发动机10启动之后的时间段划分成三个时间段。这样，控制单元根据这些时间段中的每个时间段设定“平滑率”。更具体地，如上文参照公式(1)所述，控制单元将“平滑系数”设定成与将在下面列举的三个时间段中的每个时间段对应的值，其中，“平滑系数”为在“平滑处理”中与这次获得的点火充足率的权重对应的系数的倒数。
第一时间段为从发动机(发动机10)启动至发动机转速NE达到目标转速NT的时间段。第二时间段为发动机转速NE达到目标转速NT至经过预定时间段t2的时间段。第三时间段为从发动机转速NE达到目标转速NT起经过前述预定时间段t2之后的时间段。
前述三个时间段中的每个时间段中的“平滑系数”的具体值可以根据例如应用本发明方法的内燃发动机的特性等来适当地确定。更具体地，“平滑系数”的具体值可以基于例如利用了该内燃发动机的实验等来适当地确定。
如上所述，第一装置根据发动机转速的波动模式对内燃发动机启动之后的预定时间段进行划分，并且通过对点火充足率进行使用了与所述时间段中的每个时间段对应的“平滑系数”的“平滑处理”来计算判定指数值。当由此获得的判定指数值大于等于预定阈值Ch时，第一装置判定燃料的特性为“重质的”。结果，减小了尽管使用了标准燃料却错误地判定燃料的特性为“重质的”的可能性。即，即使在低温下，第一装置仍能够准确地判定供给到内燃发动机的燃料是否为重质燃料。
接下来，将描述本发明的第二实施方式。根据本发明的第二实施方式的判定装置(下文中将被简称为“第二装置”)与第一装置的不同之处仅在于：作为第一时间段中的“平滑系数”的第一平滑系数，作为第二时间段中的“平滑系数”的第二平滑系数，以及作为第三时间段中的“平滑系数”的第三平滑系数满足以下关系：第一平滑系数>第三平滑系数≥第二平滑系数。
如先前参照图5所述，在与内燃发动机的刚刚启动之后的范围相对应的第一时间段中，发动机转速NE并不稳定，而是在反复上升及下落的情况下接近目标转速NT。即，在第一时间段中，发动机转速NE大幅波动。在与内燃发动机的完全爆发时期相对应的随后的第二时间段中，发动机转速NE朝向目标转速NT收敛并且不大幅波动。此外，在与从发动机转速NE达到目标转速NT起经过前述预定时间段t2之后的启动后范围对应的第三时间段中，发动机转速NE应当是稳定的。然而，发动机转速NE和/或目标转速NT会因外部因素而变化，外部因素例如为空调设备的打开、车辆驾驶者进行的换档操作等。
鉴于如上所述的第一时间段、第二时间段和第三时间段中的每个时间段中的发动机转速的波动模式，基于由发动机转速NE的波动引起的点火充足率的增大而对燃料特性作出错误判定的风险在第一时间段中最高，而在第二时间段中最低。因而，在第二装置中，作为第一时间段中的“平滑系数”的第一平滑系数，作为第二时间段中的“平滑系数”的第二平滑系数，以及作为第三时间段中的“平滑系数”的第三平滑系数设定成满足以下关系：第一平滑系数>第三平滑系数≥第二平滑系数，如上所述。
由于前述事项，第二装置能够执行与发动机转速NE在前述三个时间段中的每个时间段中呈现的波动模式更相适应的“平滑处理”。结果，更可靠地减小了尽管使用了标准燃料却错误地判定燃料特性为“重质的”的可能性。即，即使在低温下，第二装置也能够更准确地判定供给至内燃发动机的燃料是否为重质燃料。
接下来，将描述本发明的第三实施方式。根据本发明的第三实施方式的判定装置(下文中将被简称为“第三装置”)与第一装置和第二装置的不同之处仅在于：当发动机转速即使在从内燃发动机启动起经过预定时间段t1之后仍未达到目标转速时，控制单元判定燃料的特性为“重质的”。
如前所述，在根据本发明的用于内燃发动机的燃料特性判定装置(根据本发明的装置)中，从内燃发动机(发动机10)启动至发动机转速NE达到目标转速NT的时间段被定义为第一时间段。然而，在某些情况下，例如，在非常寒冷的地区使用重质燃料等情况下，发动机转速NE会在使用标准燃料的情况下不可能出现的较长时期保持低于目标转速NT。
在上述情况中，即使在“发动机转速NE没有达到目标转速NT”的前述时间段中点火正时的提前修正量较小并且点火充足率没有达到大于等于阈值Ch的值的情况下，判定燃料的特性为“非重质的”也是错误的。相反，“发动机转速NE没有达到目标转速NT”的状态的长时间持续意味着燃料的特性为“重质的”。
因而，在第三装置中，当发动机转速即使在从内燃发动机启动起经过预定时间段t1之后仍没有达到目标转速时，控制单元判定燃料的特性为“重质的”。因而，即使在发动机转速NE长时期保持低于目标转速NT的情况下，也可以适当地判断供给至内燃发动机的燃料是否为重质燃料。
接下来，将描述本发明的第四实施方式。根据本发明的第四实施方式的判定装置(下文中将简称为“第四装置”)与第一装置至第三装置的不同之处仅在于：内燃发动机还装备有检测内燃发动机中的冷却液的温度的冷却液温度传感器；以及控制单元在内燃发动机启动时由冷却液温度传感器检测到的冷却液的温度大于等于预定阈值TL时将第三平滑系数设定成1。
如开始时所述，通过前述“平滑处理”，根据本发明的装置减小了由于刚刚冷启动之后内燃发动机中转速的大幅波动和点火正时修正量的大幅波动而造成的错误地判定燃料为重质燃料的可能性，并且根据本发明的该装置对燃料的特性作出准确判定。相应地，当不存在这种错误判定的可能性时，则不需要执行“平滑处理”。作为不存在这种错误判定的可能性的情况，可以提到例如内燃发动机在启动时的温度足够高的情况。特别地，当在以足够高的温度启动的内燃发动机中经由前述第一时间段(刚刚启动之后的范围)和前述第二时间段(完全爆发范围)达到第三时间段(启动之后的范围)时，错误判定标准燃料为重质燃料的可能性极低。相反，当在这种情况下在第三时间段中执行“平滑处理”时，有可能错误地判定重质燃料为标准燃料。即，在这种情况下，不需要执行“平滑处理”。
因而，第四装置应用于下述内燃发动机，该内燃发动机进一步装备有冷却液温度传感器，该冷却液温度传感器检测冷却液的温度，并且控制单元在内燃发动机启动时由冷却液温度传感器检测到的冷却液温度(冷却液的温度)大于等于预定阈值TL时将第三平滑系数设定成1。如前所述，根据本发明的装置中的“平滑处理”为计算这次获得的点火充足率和上次获得的判定指数值的加权平均值的过程。此外，当“平滑系数”减小时，最新计算出的判定指数值对这次获得的点火充足率的反映程度增大。在“平滑系数”为1的情况下，如同样从前式(1)中明显看到的，最新计算出的判定指数值等于这次获得的点火充足率。即，在这种情况下，“平滑处理”未被执行。
因而，第四装置能够适当地判断供给至内燃发动机的燃料是否为重质燃料，同时减小由于没必要地执行“平滑处理”而引起错误地判定重质燃料为标准燃料的可能性。
接下来，将描述本发明的第五实施方式。根据本发明的第五实施方式的判定装置(下文中将简称为“第五装置”)与第一装置至第四装置的不同之处仅在于：内燃发动机还装备有检测燃料加注操作的燃料加注检测装置；以及控制单元在燃料加注检测装置检测到燃料加注操作时使通过判定过程获得的判定结果无效，并且在已经判定供给至内燃发动机的燃料的特性为“重质的”时禁止执行判定过程。
如上所述，根据本发明的装置基于内燃发动机启动之后的预定时间段中的点火正时的修正量(更具体地，为通过对点火充足率进行“平滑处理”而获得的判定指数值)来适当地判断供给至内燃发动机的燃料是否为重质燃料。通常，供给至内燃发动机的燃料储存在例如燃料箱等的容器中并且被从该容器供给至内燃发动机。相应地，除非燃料箱中的燃料的成分由于例如重新加注燃料等而改变，否则供给至内燃发动机的燃料的特性不会发生很大变化。
因而，如上所述，第五装置在已经判定供给至内燃发动机的燃料的特性为“重质的”时禁止重新执行判定过程。更具体地，例如，当判定燃料的特性为“重质的”时，第五装置保持表示当前所使用的燃料为“重质的”的数据(例如，如前所述，将“重质”判定标记设定成ON)。因而，在第五装置判定燃料的特性为“重质的”之后，能够执行与重质燃料相匹配的控制(例如，由点火正时控制器执行的与重质燃料对应的空燃比控制等)，而不需要在每次内燃发动机启动时重新执行判定过程。
然而，当由于例如内燃发动机所装备的燃料箱中的剩余燃料量较小等而向内燃发动机重新加注燃料时，后来供给至内燃发动机的燃料的特性可能会改变。在这种情况下，当保持如上所述先前的燃料特性的判定结果并且执行基于该判定结果的控制(例如，空燃比控制等)时，燃料的实际特性与该控制不匹配。因此，内燃发动机的可操作性和/或废气排放特性可能恶化。
因而，当向内燃发动机重新加入燃料时，第五装置使先前的燃料特性的判定结果无效。更具体地，第五装置应用于下述内燃发动机，该内燃发动机还装备有燃料加注检测装置，该燃料加注检测装置检测燃料加注操作，并且控制单元在燃料加注检测装置检测到燃料加注操作时使通过判定过程获得的(先前的)判定结果无效。因而，可以适当地判断供给至内燃发动机的燃料是否为重质燃料，同时降低对燃料特性作出判定的频率。
附带地，如上所述，当向内燃发动机重新加入燃料时，第五装置使先前的燃料特性的判定结果无效。然而，当例如由于燃料箱中的燃料的轻质组分的挥发、而使得在没有重新加注燃料的情况下燃料的特性呈现变化时，可以增加使先前的燃料特性的判定结果无效的机会数量。更具体地，每当内燃发动机的运转时间(在内燃发动机安装在车辆中的情况下，其可以由车辆的行驶时间或行驶距离替代)达到预定阈值时，可以使先前的燃料特性的判定结果无效。
为了对本发明进行说明，已经在必要时参照附图在上文描述了本发明的具有具体构型的某些实施方式。然而，本发明的范围不应当被解释为限于本发明的这些示例性实施方式。理所当然地，能够在权利要求书和说明书中所陈述的范围内对本发明进行适当地修改。

Claims (5)

1.一种用于内燃发动机的燃料特性判定装置，所述内燃发动机包括具有火花产生部(14a)的火花塞(14)，所述燃料特性判定装置的特征在于包括：
电子控制单元(50)，所述电子控制单元配置成：
(i)修正点火正时，所述点火正时为由所述火花产生部(14a)产生火花的正时，
(ii)执行发动机转速的反馈控制，使得发动机转速收敛至目标转速，
(iii)计算所述内燃发动机(10)启动之后的预设时间段内的点火充足率，并且执行基于所述点火充足率对供给至所述内燃发动机(10)的燃料的特性作出判定的判定过程，所述点火充足率为当在所述反馈控制中修正所述点火正时时所述点火正时的提前修正量与最大点火修正幅度的比率，所述最大点火修正幅度为所述点火正时所允许被修正的最大幅度，
(iv)当通过对所述点火充足率进行平滑处理而获得的判定指数值大于等于预定阈值时，判定所述燃料的特性为重质的，所述平滑处理为计算这次获得的点火充足率和上次获得的判定指数值的加权平均值的处理，以及
(v)将平滑系数设定成与第一时间段、第二时间段和第三时间段中的每一者对应的值，所述平滑系数为在所述平滑处理中与这次获得的所述点火充足率的权重对应的系数的倒数，所述第一时间段为从所述内燃发动机(10)启动至所述发动机转速达到所述目标转速的时间段，所述第二时间段为从所述发动机转速达到所述目标转速至经过预定时间段的时间段，并且第三时间段为从所述发动机转速达到所述目标转速起经过所述预定时间段之后的时间段。
2.根据权利要求1所述的燃料特性判定装置，其特征在于，
第一平滑系数大于第三平滑系数，并且
所述第三平滑系数大于等于第二平滑系数，
所述第一平滑系数为所述第一时间段中的平滑系数，
所述第二平滑系数为所述第二时间段中的平滑系数，以及
所述第三平滑系数为所述第三时间段中的平滑系数。
3.根据权利要求1或2所述的燃料特性判定装置，其特征在于，
所述电子控制单元(50)配置成：当即使从所述内燃发动机(10)启动起经过预定时间段之后所述发动机转速仍未达到所述目标转速时，判定所述燃料的特性为重质的。
4.根据权利要求2所述的燃料特性判定装置，其特征在于还包括：
冷却液温度传感器，所述冷却液温度传感器配置成检测所述内燃发动机(10)中的冷却液的温度，
其中，所述电子控制单元(50)配置成：当所述内燃发动机(10)启动时由所述冷却液温度传感器检测到的所述冷却液的温度大于等于预定阈值时，将所述第三平滑系数设定成1。
5.根据权利要求1或2所述的燃料特性判定装置，其特征在于还包括：
燃料加注检测器，所述燃料加注检测器配置成检测燃料加注操作，
其中，所述电子控制单元(50)配置成：当所述燃料加注检测器检测到燃料加注操作时，(i)使通过所述判定过程获得的判定结果无效，以及(ii)在所述电子控制单元已经判定供给至所述内燃发动机(10)的燃料的特性为重质的时，禁止执行所述判定过程。
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