JP2001132503A - 燃料揮発性補償機能を有するエンジン制御 - Google Patents

燃料揮発性補償機能を有するエンジン制御

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スコット・ダブリュー・ジョルジェンセン
Chen-Fang Chang
チェン−ファン・チャン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排出物及び運転性能を改善し、より正確に燃
料を配給するため燃料の揮発性を検出する。 【解決手段】 改善されたエンジン制御では、燃料の揮
発性が燃焼工程及び発動工程におけるシリンダー内の圧
力比率の測定値に基づいて検出され、エンジンのウォー
ムアップ及び燃料供給遷移の周期間で燃料及びスパーク
点火タイミングを調整するため使用される。第１の態様
では、様々に異なる揮発性の燃料で発生する、実験的に
決定された圧力比率値のマトリックスが記憶され、該マ
トリックスは最も近い記憶された圧力比率を同定するた
め測定圧力比率と比較される。燃料の揮発性は、同定さ
れた圧力比率に関連した燃料揮発性に基づいて決定され
る。第２の態様では、実際の燃料蒸気対空気の当量比が
測定された圧力比率に基づいて計算され、燃料の揮発性
が、実際の比率と、所望の燃料蒸気対空気の当量比との
間の偏差に基づいて決定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概してエンジンの
燃料及びスパーク点火の制御に係り、より詳しくは、低
温始動及び燃料供給遷移の間に燃料の揮発性の変動を補
償する制御に関する。
【０００２】
【従来技術】現発達段階におけるエンジン制御は、排気
物を最小化する値でエンジンの空燃比を維持するため、
排気ガスセンサーにほとんど独占的に依存している。し
かしながら、そのようなセンサーは、典型的には、該セ
ンサーが低温始動に続く制御にとって有効となる前に、
かなりの期間、加熱工程を必要とする。この理由のた
め、エンジン点火タイミング及び燃料供給は、クランキ
ング及びウォームアップの間、一般に、開ループ較正に
基づいて実行される。吸引間マニホールドに配給される
所与の量の燃料に対して、シリンダーに配給される空燃
比は、異なる揮発性の燃料に対して相当変動する。シリ
ンダー内燃料は、現在の注入事象から蒸発した燃料から
部分的に、及び、前の注入工程で湿らされたポート壁か
ら蒸発した燃料から、部分的に生じる。これら両方の成
分が蒸発する率は、温度及び圧力のみならず、燃料の揮
発性に依存する。燃料の揮発性は、タンクからタンクに
至る経路で相当量変動し得る。
【０００３】燃料揮発性に関する上述した依存性は、図
１Ａに示されている。この図では、実線及び破線は、低
温始動テストの間にエンジン排気蒸気で測定されたとき
の、時間の関数としての燃料蒸気対空気の当量比（fuel
vapor-to-air equivalenceratio）を表している。実線
は、比較的高い揮発性を持つ燃料に対する当量比φｖを
表すのに対し、破線は、比較的低い揮発性を持つ燃料に
対する当量比φｖを表す。当該グラフに示されたよう
に、当量比φｖは、低い揮発性燃料に関してよりも高い
揮発性燃料に関して、概ね２０％ほど高い。図１Ｂは、
２つの燃料に対する、平均有効圧力（ＩＭＥＰ）の示度
を示し、再び、実線は高い揮発性燃料に対応し、破線は
低い揮発性燃料に対応する。ＩＭＥＰパラメータは、生
成された仕事の測度であり、高い揮発性燃料に対してよ
りも低い揮発性燃料に対して、かなり、より低く且つよ
り大きくなる。このことは、よりリーンな混合物を与え
る低い揮発性燃料の結果であり、該燃料は、与えられた
スパーク点火タイミングに対して、エンジンサイクルの
間、よりリッチな混合物よりも遅く燃焼する。表された
条件に対して、これらのより遅い燃焼サイクルは、ピス
トンに対する上死点の後、更に、熱を解放し、公称のス
パーク点火進角セッティングに関して有用な仕事をより
少なくさせる結果となる。
【０００４】シリンダーに配給されるφｖ及び適切なス
パーク点火タイミングの不確定さは、設計技術者をし
て、低揮発性燃料で作動することが運転性能の問題を生
じさせないようにすることを確実にするため、低温キャ
リブレーションをリッチにさせる。低揮発性燃料を補償
するためのリッチ化が、φｖを、高揮発性燃料に関して
最適であるよりもリッチにさせ、燃料に対して適切なキ
ャリブレーションが使用された場合より、高い炭化水素
の排出を生じさせる。同様の現象が、燃料供給の遷移の
間に、より少ない度合いではあるが、発生する。かくし
て、燃料揮発性の相違は、従来の制御のストラテジーに
関して排出物放出及び性能の両方に不利な影響を及ぼす
ことは明らかである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、必要とされる
ものは、排出物及び運転性能を改善するため、より正確
に燃料を配給するように燃料の揮発性を検出する方法で
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダー内
の空燃比が燃焼工程（fired）及び発動工程（motored）
におけるシリンダー内の圧力比率の測定値に基づいて検
出される改善されたエンジン制御に関する。検出された
空燃比は、燃料揮発性を推定し、エンジンのウォームア
ップ及び燃料供給遷移の周期間で燃料及びスパーク点火
タイミングを適切に調整するため使用される。第１の態
様では、様々に異なる揮発性の燃料で発生する、実験的
に決定された圧力比率値のマトリックスが記憶され、該
マトリックスは最も近い記憶された圧力比率を同定する
ため圧力センサー信号のサンプルから決定された測定圧
力比率と比較される。燃料の揮発性は、同定された圧力
比率に関連した燃料揮発性に基づいて決定される。第２
の態様では、実際の燃料蒸気対空気の当量比が測定され
た圧力比率に基づいて計算され、燃料の揮発性が、実際
の比率と、所望の燃料蒸気対空気の当量比との間の偏差
に基づいて決定される。
【０００７】
【発明の実施の形態】図２は、車両の内燃エンジン１０
と、マイクロプロセッサベースのエンジン制御モジュー
ル（ＥＣＭ）１２と、を示す。図示という目的のため
に、エンジン１０は、４つのシリンダー１４、スロット
ルバルブ１８を備えた吸引マニホールド１６、及び、三
方触媒コンバータ２２を持つものとして表されている。
排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブ２４は、排気マニホー
ルド２０からの排気ガスの一部分を吸引マニホールド１
６に戻す。各々のシリンダー１４には、スパーク点火プ
ラグ２６と、吸引マニホールド１６に連結された吸引バ
ルブ２８と、排気マニホールド２０に連結された排気バ
ルブ３０と、が設けられている。燃料は、各々の燃料イ
ンジェクタ３２によって夫々の吸引バルブ２８において
吸引マニホールド１６に配給される。図２には示されて
いないが、各シリンダー１４は、クランクシャフトに機
械的に連結されたピストンを収容し、トランスミッショ
ン及び動力伝達経路を介して車両に動力パワーを提供す
る。
【０００８】ＥＣＭ１２は、様々なエンジン及び周囲の
パラメータを表す多数の入力信号を受け取り、これらの
入力信号に全て基づいて、燃料インジェクタ３２に対す
る制御信号Ｆ１〜Ｆ４、スパーク点火プラグ２６に対す
る制御信号Ｓ１〜Ｓ４、及び、ＥＧＲバルブ２４に対す
る制御信号ＥＧＲを生成する。一般には、これらの入力
信号は、可変磁気抵抗センサー３４により提供されるよ
うなクランクシャフト（カムシャフト）位置、酸素セン
サー３６により提供されるような排気ガス空燃比、及
び、圧力センサー３８により提供されるような吸引マニ
ホールド絶対圧力（ＭＡＰ）を含む。他の典型的な入力
信号は、マニホールド絶対温度（ＭＡＴ）、周囲圧力
（気圧）（ＢＡＲＯ）、燃料輸送圧力（ＦＲＰ）、及
び、空気流量（ＭＡＦ）を含む。ほとんどの構成部品に
対して、燃料及びスパーク点火制御の信号を生成するた
めの制御アルゴリズムは、従来周知されている。例え
ば、燃料は、ＭＡＦに基づいて、即ち、速度−密度アル
ゴリズムによって酸素センサー３６のフィードバッグに
基づく閉ループ修正作用の下で供給されてもよい。ま
た、スパーク点火タイミングは、エンジン速度及びスロ
ットル位置に基づいてクランクシャフトに対して制御さ
れてもよい。定常状態及び緩慢な遷移条件の下では、閉
ループフィードバッグは、ＥＣＭ１２が、パフォーマン
ス及び運転性能を維持する一方で、排出物（emission）
を最小にするようにエンジン１０を高信頼度で制御する
ことを可能にする。しかしながら、エンジンのウォーム
アップ及び有意な燃料供給遷移の間、センサー３６は、
適切なフィードバッグ情報を提供することができず、燃
料蒸気対空気の当量比φｖは、図１Ａを参照して上述し
たような燃料揮発性の変動に起因して、望ましい値（典
型的には、化学量論通りの値）からずれる。そのような
変動性は、上述したように、排出物制御及び運転性能の
両方を低下させ得る。
【０００９】本発明によれば、ＥＣＭ１２は、エンジン
ウォームアップ及び又は燃料供給の遷移状態の間、燃料
揮発性の変化を検出し、検出された変化を補償するため
ノミナルの制御パラメータを適切に調整する。
【００１０】一般には、本発明は、燃料揮発性を、燃焼
工程対発動工程のシリンダー圧力比、即ち燃焼があると
きと無いときとで発生する圧力の比率の関数として便利
に検出することができることを認識している。発動工程
の圧力は、燃焼が発生しなかった場合のサイクルを通し
て存在するであろう圧力である。その値は、ポリトロー
プ関係を使用して、圧縮工程の間の数個の圧力サンプル
から推定することができる。ＥＣＭ１２は、１つ又はそ
れ以上のシリンダー圧力センサー４０を用いて、燃焼か
らの熱が圧力に有意に影響を与えることができる前後
に、与えられた燃焼サイクルで検出された圧力の比率を
形成することによって、圧力比率を測定する。燃焼工程
対発動工程の圧力の比率は、炎により熱が解放される前
には１．０であり、熱が解放されるにつれて増加し、熱
解放プロセスが終了した後には、膨張工程を通して一定
値のままである。図３は、図１で表されたように高い揮
発性燃料及び低い揮発性燃料により生成されたときの、
異なる空燃比を持つサイクルに対する２つの圧力比率曲
線を示している。サイクル中の任意のポイントにおける
圧力比率と１．０との間の相違は、当該ポイントにおい
て燃焼された燃料の割合に直接関係する。膨張工程の間
のあるポイント（この例では、ピストン上死点の後の５
５カム（cam）度）におけるこの値（ＲＲパラメータ）
は、当該サイクル（ＩＭＥＰ曲線に対する図１Ｂを見
よ）に対するＩＭＥＰと直接相関することが分かった。
与えられたスパーク点火タイミングに対して、より低い
燃料揮発性により引き起こされたよりリーンのサイクル
は、比較的ゆっくりと燃焼する。燃焼が十分早期に発生
しなかったが故に失われる仕事は、ＰＲパラメータによ
り合理的に推定され、それは燃焼の遅れの測度として作
用する。燃焼の遅れ、シリンダー空燃比及び燃料揮発性
の間の関係は、本発明に係る揮発性検出のための基礎を
提供する。単一の圧力センサー４０は、図２に表された
ように使用されてもよく、或いは、その代わりに、２つ
又はそれ以上のシリンダー１４内の圧力に応答してセン
サーから得られる圧力比率を平均化してもよい。
【００１１】図４乃至図７は、本発明の制御を実行する
ときにＥＣＭ１２によって実行されるコンピュータプロ
グラムの命令を表す流れ図を示す。図４は、メインの流
れ図である。それは、主要には、上述したような従来の
燃料及びスパーク点火の両方のアルゴリズム、並びに、
本発明の揮発性補償機能を具体化している。図５は、燃
料の揮発性を検出し、エンジン制御パラメータを補償す
るための割り込みサービスルーチンであり、図６乃至図
７は、燃料揮発性測定工程の代替手段を詳細に示してい
る。
【００１２】図４を参照すると、様々なパラメータ及び
ステータスフラグを所定の初期状態に初期化するためエ
ンジン作動の各周期の初期時において初期化ブロック５
０が実行される。本発明の制御において、例えば、これ
は、エンジン作動の前の周期で決定された推定燃料揮発
性パラメータを読み出す工程を含んでいてもよい。初期
化に続いて、ブロック５２では、図２に関して上述され
た様々な入力信号の読み込みが実行される。ブロック５
４でエンジン１０がクランク又はウォームアップモード
にあると決定された場合、ブロック５６及び５８では、
決定された燃料揮発性に基づいて、参照テーブルにより
様々な開ループの燃料及びスパーク点火制御の較正値を
決定し、決定された較正値に基づいて燃料及びスパーク
点火制御信号Ｆ１〜Ｆ４、Ｓ１〜Ｓ４を計画することが
実行される。上記したように、仮定される燃料揮発性
は、最初、所定値に設定され、引き続くエンジン作動の
周期では、エンジン作動の前の周期で決定された揮発性
に基づいて初期化される。燃料揮発性は、燃料が燃料タ
ンクに追加される各時間毎に変化するが、読み出された
揮発性パラメータは、ほとんどの場合には、現在の揮発
性にかなり近い概算値を提供する。
【００１３】再びブロック５４で一旦エンジン１０がも
はやクランク又はウォームアップモードではなくなった
と決定された場合、ブロック６０では、上述したように
従来の閉ループ制御のストラテジーを使用した燃料及び
スパーク点火制御を計画することが実行される。ブロッ
ク６２で遷移燃料条件が有効となったと決定された場
合、ブロック６４では、排出物及び運転性能の関係を満
足させるため計画された燃料及びスパーク点火制御を調
整することが追加的に実行される。燃料遷移の調整は、
本質的に、仮定された燃料揮発性に基づく閉ループ値へ
の開ループ修正である。クランク及びウォームアップ制
御に関して、仮定された燃料揮発性は、最初、所定値に
設定され、エンジン作動の引き続く周期において、エン
ジン作動の前の周期で推定された揮発性に基づいて初期
化される。
【００１４】上述した作動は、純粋に従来の制御におい
て（ブロック６６により示されたような）他の制御機能
と共に繰り返し実行される。その間に、典型的にはクラ
ンクシャフト位置に基づく割り込み信号に応答して、Ｅ
ＣＭは、ＰＲパラメータを決定し燃料及びスパーク点火
制御較正値を適切に調整するため、圧力センサー４０の
出力をサンプリングする。その代わりに、勿論、燃焼工
程対発動工程の圧力比率を決定するようにしてもよい。
図５は、そのような割り込みサービスルーチンを表して
おり、このルーチンでは、ブロック７０及び７２で、シ
リンダー圧力が読み込まれ、ＰＲパラメータが計算され
る。次に、ブロック７４及び７６では、圧力比率ＰＲの
関数として燃料揮発性を推定し、図４のブロック５８及
び６４で燃料及びスパーク点火制御を計画するため使用
される、クランク／ウォームアップ及び遷移燃料較正を
適切に調整することが実行される。クランク／ウォーム
アップの間、燃料及びスパーク点火の遅れ制御は、より
積極的なスパーク点火遅れ及び排出物減少のためのより
高い揮発性燃料を用いたよりリーンな燃料供給と、触媒
コンバータ２２のより迅速な加熱と、改善されたウォー
ムアップ及び運転性能を提供するため、決定された燃料
揮発性に基づいて調整される。遷移燃料供給の間、燃料
及びスパーク点火遅れ制御は、リッチ／リーンの空燃比
の振幅を減少させるため、決定された燃料揮発性に基づ
いて調整され、これによって、排出物を減少し、運転性
能を改善する。
【００１５】図６及び図７は、図５のブロック７４の代
替の機械化工程を表している。図６の機械化工程では、
ＥＣＭ１２は、様々に異なる揮発性を持つ燃料に関連し
て経験的に決定された圧力比率値のマトリックスを記憶
しておく。この場合、ブロック８０では、圧力比率マト
リックスを読み出し、ブロック８２では、ブロック７２
で決定された圧力比率に最も近く対応するマトリックス
の圧力比率値を同定し、ブロック８４では、マトリック
スの同定された圧力比率に関連する値を、推定された燃
料揮発性ＶＯＬとして設定する。図７の機械化工程で
は、ＥＣＭ１２は、ブロック９０で示されたように、燃
料蒸気対空気の当量比φｖ（Ａ／Ｆact）を計算し、次
に計算された比率（Ａ／Ｆact）と所望の燃料蒸気対空
気の当量比φｖ（Ａ／Ｆdes）との間の偏差の関数とし
て燃料揮発性ＶＯＬを決定する。
【００１６】要約すると、本発明の制御は、測定された
圧力比率ＰＲに基づいて燃料揮発性を推定し、次に燃料
及びスパーク点火制御パラメータを適切に調整すること
によって、特にエンジンウォームアップ及び燃料供給遷
移の間に、改善された排出物制御及び運転性能を提供す
る。本発明は、図示された実施形態を参照して説明され
たが、本発明は、遥かに広い適用範囲を持ち、上記例に
限定されるものではないことが認められよう。例えば、
本制御は、直接注入エンジン、異なる数のシリンダーを
有するエンジン、シリンダー毎に設けられた多数の吸引
及び又は排気バルブ、シリンダー毎に設けられた多数の
スパーク点火プラグなどと関連して使用することができ
る。従って、これら及び他の変更例を組み込んだ制御
は、請求の範囲によって画定される本発明の範囲内に包
含される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａは、低温始動の間における、低い揮発性
燃料及び高い揮発性燃料に対する、時間の関数としての
燃料蒸気対空気当量比φｖを表すグラフである。図１Ｂ
は、低温始動の間における、低い揮発性燃料及び高い揮
発性燃料に対する、時間の関数としての平均有効圧力の
示度（ＩＭＥＰ）を表すグラフである。
【図２】図２は、本発明に従ってプログラムされたマイ
クロプロセッサベースのコントローラを含む、燃料揮発
性補償されたエンジン制御の図である。
【図３】図１Ａ及び１Ｂで示されたような高い揮発性燃
料及び低い揮発性燃料に対する圧力比パラメータを示
す。
【図４】本発明の制御を実行する際の図２のコントロー
ラにより実行されるコンピュータプログラムの命令を表
す流れ図であって、図４は、その中のメインの流れ図で
ある。
【図５】本発明の制御を実行する際の図２のコントロー
ラにより実行されるコンピュータプログラムの命令を表
す流れ図であって、図５は、燃料の揮発性を検出し、エ
ンジン制御パラメータを補償するための割り込みサービ
スルーチンである。
【図６】本発明の制御を実行する際の図２のコントロー
ラにより実行されるコンピュータプログラムの命令を表
す流れ図であって、図６は、図４の流れ図における燃料
揮発性検出工程の代替手段を詳細に表したサブルーチン
である。
【図７】本発明の制御を実行する際の図２のコントロー
ラにより実行されるコンピュータプログラムの命令を表
す流れ図であって、図７は、図４の流れ図における燃料
揮発性検出工程の代替手段を詳細に表したサブルーチン
である。
【符号の説明】
１０ 車両の内燃エンジン １２ エンジン制御モジュール １４ シリンダー １６ 吸引マニホールド １８ スロットルバルブ ２０ 排気マニホールド ２２ 三方触媒コンバータ ２６ スパーク点火プラグ ２８ 吸引バルブ ３０ 排気バルブ ３２ 燃料インジェクタ ３４ 可変磁気抵抗センサー ３６ 酸素センサー ３８ 圧力センサー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フレデリック・エイ・マテクナス アメリカ合衆国ミシガン州48098，トロイ, クリーク・ベンド 2858 (72)発明者 スコット・ダブリュー・ジョルジェンセン アメリカ合衆国ミシガン州48301，ブルー ムフィールド・タウンシップ，メドウ・ウ ェイ 4145 (72)発明者 チェン−ファン・チャン アメリカ合衆国ミシガン州48098，トロイ, クリーク・ベンド 2906

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンシリンダーへの燃料配給が仮定
    された燃料揮発性に基づいて決定されるスパーク点火内
    燃エンジンのための制御方法であって、 燃焼サイクルの間に、燃焼工程及び発動工程における前
    記シリンダー内の圧力を測定し、該測定圧力に基づいて
    圧力比率を決定し、 配給される燃料の実際の揮発性を、決定された前記圧力
    比率の関数として決定し、 決定された前記実際の揮発性に基づいて前記エンジンシ
    リンダーへの燃料の配給を調整する、各工程を含む、前
    記制御方法。
  2. 【請求項２】 エンジン作動の第１の周期で決定された
    実際の燃料揮発性を記憶し、 エンジン作動の引き続く周期において、記憶された実際
    の揮発性を読み出し、読み出した揮発性に基づいてエン
    ジンシリンダーに燃料を配給する、各工程を含む、請求
    項１に記載の制御方法。
  3. 【請求項３】 前記配給される燃料の実際の揮発性を決
    定する工程は、 様々な燃料揮発性に関連して経験的に決定された圧力比
    率のマトリックスを記憶し、 決定された圧力比率に最も近く対応する、記憶された圧
    力比率を同定し、 同定された前記圧力比率の記憶値に関連する燃料揮発性
    に基づいて実際の揮発性を決定する、各工程を含む、請
    求項１に記載の制御方法。
  4. 【請求項４】 前記燃料の配給は、所望の燃料蒸気対空
    気の当量比を達成するため較正され、該配給される燃料
    の実際の揮発性を決定する工程は、 決定された前記圧力比率に基づいて、実際の燃料蒸気対
    空気の当量比を決定し、 所望の燃料蒸気対空気の当量比からの前記実際の燃料蒸
    気対空気の当量比の偏差に基づいて、配給される燃料の
    実際の揮発性を決定する、各工程を含む、請求項１に記
    載の制御方法。
  5. 【請求項５】 エンジンウォームアップ周期の間のエン
    ジンシリンダーへのスパーク点火タイミング及び燃料配
    給が仮定された燃料揮発性に基づいて決定されるスパー
    ク点火内燃エンジンのための制御方法であって、 前記ウォームアップ周期の燃焼サイクルの間に、燃焼工
    程及び発動工程における前記シリンダー内の圧力を測定
    し、該測定圧力に基づいて圧力比率を決定し、 配給される燃料の実際の揮発性を、決定された前記圧力
    比率の関数として決定し、 決定された前記実際の揮発性に基づいて、前記ウォーム
    アップ周期の間の前記エンジンシリンダーへの前記スパ
    ーク点火タイミング及び燃料の配給を調整する、各工程
    を含む、前記制御方法。
  6. 【請求項６】 エンジンシリンダーへのスパーク点火タ
    イミング及び燃料配給が、エンジンの排気流れにおける
    燃料蒸気対空気の当量比の測定値に基づいて決定される
    スパーク点火内燃エンジンのための制御方法であって、 燃料配給遷移の周期を同定し、 同定された前記周期の燃焼サイクルの間に、燃焼工程及
    び発動工程における前記シリンダー内の圧力を測定し、
    該測定圧力に基づいて圧力比率を決定し、 配給される燃料の実際の揮発性を、決定された前記圧力
    比率の関数として決定し、 決定された前記実際の揮発性に基づいて、同定された前
    記周期の間の前記エンジンシリンダーへの前記スパーク
    点火タイミング及び燃料の配給を調整する、各工程を含
    む、前記制御方法。
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