CN107781052A - 发动机的燃料性状判定装置及燃烧控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的发动机的燃料性状判定装置及燃烧控制装置能够在高精度地进行燃料性状的判定同时增加判定机会。解决方法：延迟燃料喷射时期，并基于当时的发动机的燃烧变动判定燃料性状（例如十六烷值）。在燃料喷射时期的延迟之前预先控制燃料喷射时期以外的与燃烧性能有关的参数而成为燃烧状态降低的状态。燃烧状态的降低例如可通过因EGR量增大而产生的氧浓度的降低、因收拢节流阀而产生的进气管压力的降低等来进行。根据燃料性状设定通常运转时的燃烧控制量（例如十六烷值较低的情况下使燃料喷射时期提前，十六烷值较高的情况下使燃料喷射时期延迟）。

Description

发动机的燃料性状判定装置及燃烧控制装置
技术领域
本发明涉及发动机的燃料性状判定装置及燃烧控制装置。
背景技术
在发动机中，燃料性状对发动机的燃烧性能（例如点火性）有很大的影响，另一方面，燃料性状还可根据地域等而有很大差异。因此，在将发动机的燃烧控制量设定为相同值的情况下，燃料性状发生变化时，燃烧性能会大不相同。专利文献1中公开了延迟燃料喷射时期，并基于当时的燃烧状态（失火或点火）检测作为燃料性状的十六烷值。
现有技术文献：
专利文献：
专利文献1：日本特开2009-36027号公报。
发明内容
发明要解决的问题：
在为了判定燃料性状而延迟燃料喷射时期的情况下，若燃烧状态（燃烧性能）为良好，则只发生微量燃烧变动，因此难以高精度地进行燃料性状的判定。例如，在怠速运转时延迟燃料喷射时期从而判定由当时的燃烧变动决定的燃料性状的情况下，怠速运转时的燃烧状态根据环境等发生变化，因此，即使在只将燃料喷射时期延迟相同程度的情况下，有的时候会发生较大的燃烧变动，而其他时候仅发生较小的燃烧变动，导致难以判定燃料性状（判定精度恶化）。另外，也可以考虑仅在燃烧状态处于某个规定范围的时期进行判定，但该情况下判定机会减少了。
本发明鉴于以上的情况而形成，因此其第一目的在于提供一种能够高精度地进行燃料性状的判定同时能够增加判定机会的发动机的燃料性状判定装置。
本发明的第二目的在于提供一种根据燃料性状的不同适当进行发动机的燃烧控制的发动机的燃烧控制装置。
解决问题的手段：
为了达成上述第一目的，本发明采取以下的解决方法。即，
延迟燃料喷射时期并基于当时的发动机的燃烧变动判定燃料性状的装置，
在延迟燃料喷射时期之前，预先控制燃料喷射时期以外的与燃烧性能有关的参数而成为燃烧状态降低的状态。
根据上述解决方法，在燃烧状态降低的状态下进行燃料喷射时期的延迟，因此能够增大伴随该延迟的燃烧变动，能够高精度地进行燃料性状的判定。又，即使在燃烧状态较佳（良好）时，也可以降低燃烧状态从而增加燃料性状的判定机会。
以上述解决方法为前提的优选形态如权利要求2～权利要求9所述。即，
在延迟燃料喷射时期之前预先增大EGR量而使燃烧状态降低。该情况下，通过EGR量的增大（即汽缸内的氧浓度降低）这样简单的方法，可以降低燃烧状态。
在延迟燃料喷射时期之前，预先将节流阀往关闭方向控制而使进气压力降低。该情况下，通过将节流阀往关闭方向控制而降低进气管压力这样简单的方法，可以降低燃烧状态。
以使进气管压力成为目标压力的形式控制所述节流阀，并以进气管压力处于规定范围内为条件执行燃料喷射时期的延迟。该情况下，通过使进气管压力成为目标压力，以此使燃烧状态成为稳定的降低状态，从而在高精度地进行燃料性状的判定方面是理想的。
在延迟燃料喷射时期之前预先减轻发动机的外部负荷。该情况下，防止因外部负荷的变动引起的燃烧变动，从而在高精度地进行燃料性状的判定方面是理想的。
实现所述燃烧状态降低的状态的控制在燃烧状态稳定后进行。该情况下，在高精度地进行燃料性状的判定方面是理想的。
燃料性状的判定在发动机的怠速运转时进行。该情况下，在充分确保燃料性状的判定机会方面是理想的。又，通过在发动机转速大致恒定的怠速运转时判定燃料性状，以此在高精度地进行燃料性状的判定方面是理想的。
所述燃烧变动是延迟燃料喷射时期时的发动机的转速变动。该情况下，在简便地检测燃烧变动方面是理想的。
作为燃料性状，对十六烷值进行判定。该情况下，能够判定对点火性有较大影响的十六烷值。
为了达成上述第二目的，在本发明中采取如下的解决方法。即，
在规定的运转条件成立时延迟燃料喷射时期，并基于当时的发动机的燃烧变动确定通常运转状态时的发动机的燃烧控制量的装置，
在延迟燃料喷射时期之前，预先控制燃料喷射时期以外的与燃烧性能有关的参数而成为燃烧状态降低的状态；
根据上述解决方法，能够设定成与燃料性状的差异相对应的适当的燃烧控制量，而且在充分确保设定燃烧控制量的机会方面是理想的。
以上述解决方法为前提的优选形态如下所述。即，
所述规定的运转条件是发动机的怠速运转时。该情况下，在充分确保设定燃烧控制量的机会方面是理想的。又，由于以发动机转速大致恒定的怠速运转时的燃烧变动为基础，因此在更适当地设定燃烧控制量方面是理想的。
发动机的燃烧控制量是燃料喷射时期。该情况下，通常运转状态时，可以在不会发生失火、发动机停止的范围内设定燃料喷射时期。
发明效果：
根据本发明，能够在高精度地进行燃料性状的判定同时增加判定机会，而且能够设定成与燃料性状相对应的适当的燃烧控制量。
附图说明
图1是示出应用了本发明的发动机的一个例子的图；
图2是示出燃料的十六烷值、燃料喷射时期的延迟量以及发动机转速的降低量之间的关系的图；
图3是示出延迟燃料喷射时期的状况和发动机转速的降低之间的关系的时序图；
图4是示出本发明的控制例的流程图；
符号说明：
U：控制器
1：发动机
2：缸（汽缸）
10：燃料喷射阀
20：进气通路
22：第一排气涡轮式增压器
23：第二排气涡轮式增压器
30：排气通路
50：EGR通路
51：EGR冷却器
52：EGR阀。
具体实施方式
图1中，1为发动机（发动机主体），实施形态中为直列四缸的汽车用柴油发动机。如已知的，发动机1具有缸2、缸盖3以及活塞4。进气道6及排气道7相对于活塞4上方形成的燃烧室5开口。进气道6由进气阀8开闭，排气道7由排气阀9开闭。而且，在缸盖3上安装有贯通到燃烧室5的燃料喷射阀10。另外，实施形态中为共轨式（common rail）燃料喷射，从燃料喷射阀10喷射极其高压的燃料。
与进气道6相连的进气通路20中，从其上游侧向下游侧依次配设有空气滤清器21、第一排气涡轮式增压器22的压缩机轮（compressor wheel）22a、第二排气涡轮式增压器23的压缩机轮23a、中冷器（intercooler）24、节流阀25、缓冲罐（surge tank）26。而且，缓冲罐26和各汽缸（的进气道6）各自独立地通过分支进气通路27连接。
进气通路20中设置有旁通通路28。该旁通通路28的上游侧端在压缩机轮22a和23a之间的进气通路20开口。又，旁通通路28的下游侧端在压缩机轮23a和中冷器24之间的进气通路20开口。而且，旁通通路28中配设有控制阀29。
与排气道7相连的排气通路30中，从其上游侧向下游侧依次连接有第二排气涡轮式增压器23的涡轮机叶轮23b、第一排气涡轮式增压器22的涡轮机叶轮22b、氧化催化器兼NOx催化器31、DPF（Diesel Particulate Filter；柴油颗粒过滤器）32、尿素催化器37、氨处理器38。
排气通路30具有旁通通路33及废气旁通（Wastegate）通路34。旁通通路33的上游侧端在涡轮机叶轮23b的上游侧在排气通路30开口。该旁通通路33的下游侧端在涡轮机叶轮22b和23b之间的排气通路30开口。而且，旁通通路33中配设有用于控制排气流通量的控制阀35。
废气旁通通路34的上游侧端在涡轮机叶轮22b和23b之间的排气通路30开口。该废气旁通通路34的下游侧端在涡轮机叶轮22b和催化器31之间的排气通路30开口。而且，废气旁通通路34中，配设有用于控制排气流通量的废气旁通阀36。
进气通路20和排气通路30介由EGR通路50连接。该EGR通路50的上游侧端在涡轮机叶轮23b上游侧的排气通路30开口。又，EGR通路50的下游侧端在节流阀25和缓冲罐26之间的进气通路20开口。
EGR通路50中，连接有EGR冷却器51，并且在EGR冷却器51的下游侧配设有EGR阀52。EGR通路50中，设置有绕过EGR冷却器51的旁通通路53。该旁通通路53中，其上游侧端在EGR冷却器51上游侧在EGR通路50开口，其下游侧端在EGR阀52的下游侧在EGR通路50开口。而且，旁通通路53中配设有控制阀54。
第一排气涡轮式增压器22为大型，第二排气涡轮式增压器23为小型。低旋转、低负荷域的情况下，主要进行由小型的第二排气涡轮式增压器23执行的增压，此时，关闭控制阀29、35。又，高负荷域的情况下，主要进行由大型的排气涡轮式增压器22执行的增压，此时，打开控制阀29、35。增压压力超过规定的上限压力时，打开废气旁通阀36。
接着，参照图2说明作为燃料性状的十六烷值、燃料喷射时期的延迟量以及当时的发动机转速的降低量之间的关系。另外，图2以发动机1的怠速运转时为前提。
首先，为了判定燃料性状而执行的燃料喷射时期的延迟量优选设定为延迟时不发生发动机1的失火的范围（例如发动机转速的降低量在12rpm以下的范围）、且延迟时能够明确识别发动机转速的降低量的范围（例如发动机转速的降低量在6rpm以上的范围）。
现设想并说明：例如将44CN作为阈值，并通过是否大于该阈值这两个阶段对作为燃料性状的十六烷值进行判定的情况。当前使用的燃料的十六烷值在44CN左右时，若将燃料喷射时期的延迟量设定为例如5deg，则发动机转速的降低量成为上述优选的范围（上述示例中所述的延迟时发动机转速的降低量成为6rpm～12rpm的范围），可以判定十六烷值为44CN以下这一情况。
另一方面，当前使用的燃料的十六烷值为41CN左右时，若使燃料喷射时期延迟5deg，则发动机转速的降低量变成几十rpm，导致失火、发动机停止等，因此难以降低5deg。十六烷值为41CN左右时，燃料喷射时期的延迟量需设为2.5deg前后这样非常小的值。
另外，上述说明说明了将十六烷值44CN作为阈值并判定是否大于该阈值的情况，但例如将48CN作为阈值并判定是否大于该阈值的情况也是同样的。又，亦可基于与燃料喷射时期的延迟量相对应的发动机转速的降低量，判定十六烷值。无论哪种情况，当十六烷值较小时，与十六烷值较大的情况相比，都需要减小为了判定十六烷值而执行的燃料喷射时期的延迟量。
接着，参照图3的时序图说明本发明的控制内容。首先，燃料性状的判定在怠速时且燃烧非常稳定的状态下进行（图3的t1时刻之前为判定的准备期间）。
从图3的t1时刻到t2时刻，是燃料性状判定的初期时的控制。在初期时，设想当前使用的燃料的十六烷值非常小的情况而将燃料喷射时期的延迟量设定为较小。初期时的延迟量是第一设定量，是图3的△○所示的时间范围内的值（例如2.5deg）。而且，在初期时执行的较小的延迟量中，判定发动机转速的降低量是否在第一规定值（例如6rpm以上）以上。发动机转速的降低量在第一规定值以上时，判定为十六烷值小于规定值（上述阈值），不执行之后的燃料喷射时期的延迟。由于判定为十六烷值小于规定值，以使通常运转时的燃料喷射时期提前的形式进行设定。
从t1时刻起，对燃料喷射时期连续的特定的两个汽缸（例如1号汽缸和3号汽缸）执行判定初期时的燃料喷射时期的延迟量较小的延迟，然后以规定的休止期间（例如按燃料喷射次数24次）中止延迟，在休止期间结束后的t2时刻，对上述特定的汽缸以外的两个汽缸（例如4号汽缸和2号汽缸）执行延迟。休止上述延迟是为了可靠地避免因连续延迟导致失火等问题。又，将汽缸分开延迟是为了兼顾每个汽缸的燃烧性能的差异。
因初期时的燃料喷射时期的延迟而使发动机转速的降低量较小的情况下（例如小于6rpm），为了开始后期判定，在t3时刻，使燃料喷射时期以更大的延迟量进行延迟。该判定后期中执行的燃料喷射时期的延迟量是第二设定量，是图3的△□所示的时间范围内的值。与后期判定时的发动机转速的降低量进行比较的阈值（第二规定值）可以设定为与判定初期时的第一规定值相同，也可以设定为大于第一规定值（例如8rpm）。
对燃料喷射时期连续的特定的两个汽缸（例如1号汽缸和3号汽缸）执行判定后期时的燃料喷射时期的延迟量较大的延迟，这之后以规定期间（例如按燃料喷射次数24次）中止延迟，然后对上述特定的汽缸以外的两个汽缸（例如4号汽缸和2号汽缸）执行延迟。休止上述延迟是为了可靠地避免因连续延迟导致失火等问题。又，将汽缸分开延迟是为了兼顾每个汽缸的燃烧性能的差异。
后期判定时的燃料喷射时期的延迟次数设为多于判定初期时（实施形态中，判定初期时的两倍的延迟次数）。又，从燃料喷射时期的延迟开始到结束的判定期间设为比判定初期时的判定期间长。如此，借助于延迟次数的增加或者判定期间的长期化，可以更加高精度地判定燃料性状。
根据后期判定，发动机转速的降低量在第二规定值以上时，判定为十六烷值小于规定阈值。随着该十六烷值较小的判定，使通常运转时的燃料喷射时期提前。又，发动机转速的降低量小于第二规定值时，判定为十六烷值大于规定阈值。又，随着十六烷值较大的判定，与判定为十六烷值较小的情况相比使通常运转时的燃料喷射时期延迟。
接着，参照图4的流程图说明本发明的控制例。另外，以下的说明中Q表示步骤。又，图4所示的控制内容是图1所示用于控制发动机的控制器（控制单元）U中的控制内容。另外，在说明流程图时说明各种传感器、设备类相对于该控制器U的输入输出关系。
首先，在Q1中，对判定基本条件是否成立进行判别。该判别是排除不利于燃烧的环境条件的判别，例如判别从各种传感器输入控制器U的冷却水温度、进气温度、大气压、大气温度是否处于规定范围内。该Q1的判别中为否时，视为不适合判定燃料性状的环境，并返回Q1。
上述Q1的判别中为是时，在Q2中，判别是否处于怠速时（例如基于输入至控制器U的发动机转速和车速判别是否处于怠速时）。该Q2的判别中为否时，返回Q1。Q2的判别中为是时，在Q3中，判别是否处于燃烧稳定的状态。在实施形态中，该Q3的判别是怠速时的发动机转速的变动量是否在规定范围内（例如4rpm以下）的判别。
前述Q3的判别中为是时，在Q4中，以使汽缸内的氧浓度成为比平时低的目标值（例如15％）的形式，对EGR阀52的开度进行反馈控制。为了进行该Q4中的判别，控制器U中输入有来自于进气通路20中设置的进气量传感器41的信号。另外，上述目标值设为根据环境改变。
Q4之后，在Q5中，停止空调的工作。即，防止随着空调的工作状况的变动而发生发动机的负荷变动。
Q5之后，在Q6中，以使进气管压力成为比平时低的目标值的形式，对节流阀25的开度进行反馈控制。另外，控制器U中输入有来自于省略图示的进气压力传感器的信号。上述目标值根据环境改变。然后，在Q7中，判别进气管压力是否处于规定范围内。该Q7的判別中为否时，返回Q6。另外，Q4及Q6的处理是用于降低燃烧状态（降低燃烧性能），从而使发动机转速容易因燃料喷射时期的延迟而降低的处理。
上述Q7的判别中为是时，进行根据燃料喷射时期的延迟的燃料性状的判定、以及伴随判定结果的通常运转时的燃料喷射时期（燃烧控制量）的设定。即，首先，在Q8中，与判定初期时相对应地，将燃料喷射时期的延迟量设定为较小值的第一设定量。另外，第一设定量基于变速器的档位（变速器的阻力）及燃料喷射量设定（修正）。
Q8之后，在Q9中，判别发动机转速的降低量是否在第一规定值以上。该Q9的判别中为是时，在Q12中，判定为燃料性状不佳（十六烷值小于规定值），并以使通常运转时的燃料喷射时期提前的形式进行设定。
所述Q9的判别中为否时，执行Q10以下的后期判定。即，在Q10中，将燃料喷射时期的延迟量设定为较大的第二设定量。另外，第二设定量基于变速器的档位（变速器的阻力）及燃料喷射量设定（修正）。然后，在Q11中，判别发动机转速的降低量是否在第二规定值以上。该Q11的判别中为是时，向Q12转移。
上述Q11的判别中为否时，在Q13中，判定为燃料性状较佳（十六烷值在规定的阈值以上），并以使通常运转时的燃料喷射时期延迟的形式进行设定。
在这里，Q4及Q6的处理是用于降低燃烧状态（燃烧性能），从而使发动机转速容易因燃料喷射时期的延迟而降低的处理。即，在汽缸内氧浓度较高或进气管压力较大的燃烧状态较高时（燃烧性能良好时），与燃料喷射时期的延迟量相对应的发动机转速的降低量会变小，导致燃料性状的判定精度会恶化。通过在燃料喷射时期的延迟之前预先降低燃烧状态，可以增大与燃料喷射时期的延迟量相对应的发动机转速的降低量（使与延迟量的增大相对应的发动机转速的降低量的增大比例变大），能够提高燃料性状的判定精度。另外，图3所示的特性是已降低燃烧状态的状态下的特性（氧浓度是15.5％，进气管压力是85kpa）；
如此，判定燃料性状的时候，预先降低燃烧状态，从而能够增加判定的机会（燃烧状态降低的状态下显然能够进行判定，即使是燃烧状态较佳时，通过降低燃烧状态也能够进行判定）。又，伴随燃料喷射时期的延迟产生较大的燃烧变动，可以提高判定精度。另外，从燃烧状态降低的状态提高燃烧状态较难，另一方面，若提高燃烧状态则燃料喷射时期的延迟所伴随的燃烧变动变小，在提高判定精度方面是不理想的。
说明了以上实施形态，但本发明本非限定于实施形态，可以在权利要求书所记载的范围内进行适当变更，例如还包括下述情况。发动机1的汽缸数量例如可以是六个汽缸等，汽缸数量不作特别限定。连续执行燃料喷射时期的延迟的汽缸数量可以只是一个汽缸，或者也可以是三个汽缸以上。燃料喷射时期的前一次延迟到下次延迟之间的休止期间可以适当设定，亦可取消休止期间。作为根据燃料性状变更的燃烧控制量，并非限定于燃料喷射时期，可以适当选择EGR量等与燃烧性能有关的合适的参数。作为延迟燃料喷射时期时的燃烧变动，并非限定于发动机转速的降低量，可以适当选择例如发动机转速的角速度变动、燃烧圧力、燃烧温度、排气温度、排气圧力等合适的参数。不限于柴油发动机，在汽油发动机中也同样可以应用，该情况下，燃料性状例如可以设为辛烷值，燃烧控制量例如可以设为点火时期。图4的Q11的判别中为是时，可以不向Q12转移，而通过另外设置的步骤（处理），将燃料性状判定为中等并将燃烧控制量确定为与该判定结果相对应的控制量（燃料性状的判定结果成为Q12的判定结果和Q13的判定结果之间的中间物）。流程图所示的各步骤或者步骤组表示控制器U所具有的功能，可以对表示该功能的名称附加“部”字，作为控制器U所具有的构成要件来掌握。
工业应用性：
本发明例如适合用于汽车用柴油发动机。

Claims (12)

1.一种发动机的燃料性状判定装置，是延迟燃料喷射时期并基于当时的发动机的燃烧变动判定燃料性状的装置，
在延迟燃料喷射时期之前，预先控制燃料喷射时期以外的与燃烧性能有关的参数而成为燃烧状态降低的状态。
2.根据权利要求1所述的发动机的燃料性状判定装置，其特征在于，
在延迟燃料喷射时期之前预先增大EGR量而使燃烧状态降低。
3.根据权利要求1所述的发动机的燃料性状判定装置，其特征在于，
在延迟燃料喷射时期之前预先将节流阀往关闭方向控制而使进气压力降低。
4.根据权利要求3所述的发动机的燃料性状判定装置，其特征在于，
以使进气管压力成为目标压力的形式控制所述节流阀，并以进气管压力处于规定范围内为条件执行燃料喷射时期的延迟。
5.根据权利要求1所述的发动机的燃料性状判定装置，其特征在于，
在延迟燃料喷射时期之前预先减轻发动机的外部负荷。
6.根据权利要求1所述的发动机的燃料性状判定装置，其特征在于，
实现所述燃烧状态降低的状态的控制在燃烧状态稳定后进行。
7.根据权利要求1所述的发动机的燃料性状判定装置，其特征在于，
燃料性状的判定在发动机的怠速运转时进行。
8.根据权利要求1所述的发动机的燃料性状判定装置，其特征在于，
所述燃烧变动是延迟燃料喷射时期时的发动机的转速变动。
9.根据权利要求1所述的发动机的燃料性状判定装置，其特征在于，
作为燃料性状，对十六烷值进行判定。
10.一种发动机的燃烧控制装置，是在规定的运转条件成立时延迟燃料喷射时期，并基于当时的发动机的燃烧变动确定通常运转状态时的发动机的燃烧控制量的装置，
在延迟燃料喷射时期之前，预先控制燃料喷射时期以外的与燃烧性能有关的参数而成为燃烧状态降低的状态。
11.根据权利要求10所述的发动机的燃烧控制装置，其特征在于，
所述规定的运转条件是发动机的怠速运转时。
12.根据权利要求10所述的发动机的燃烧控制装置，其特征在于，
发动机的燃烧控制量是燃料喷射时期。
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