JP2007278119A - 内燃機関の着火時期制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の着火時期制御装置において、燃焼状態を良好に保ちつつ適正な着火時期を得ることができる技術を提供する。
【解決手段】圧縮自着火式の内燃機関に供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出手段と、燃料性状検出手段により検出される燃料性状に基づいて目標着火時期を設定する目標着火時期設定手段と、を備える。目標着火時期が燃料性状に基づいて設定されるので、例えばＥＧＲガス量の増減量を少なくすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の着火時期制御装置に関する。

予混合圧縮自着火を行なうディーゼル機関では、期待される着火時期よりも早い時期に着火が起こることがある。これを過早着火と称している。この過早着火は、ＥＧＲガスを供給することにより抑制することができる（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、過早着火を抑制するためにＥＧＲガスの供給量を多くしすぎると、燃焼状態が不安定となり、未燃燃料を排出したり失火が発生したりするおそれがある。
特開２００５−１４６９６０号公報 特開２００４−３４００２６号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の着火時期制御装置において、燃焼状態を良好に保ちつつ適正な着火時期を得ることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明の内燃機関の着火時期制御装置は、以下の手段を採用した。即ち、本発明の内燃機関の着火時期制御装置は、
圧縮自着火式の内燃機関に供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出手段と、
前記燃料性状検出手段により検出される燃料性状に基づいて目標着火時期を設定する目標着火時期設定手段と
を備えることを特徴とする。

燃料性状が異なると燃料の着火時期が異なることがある。また、燃料性状と燃料の着火時期とには相関がある。そのため、燃料性状検出手段により検出される燃料性状と、燃焼状態が良好となる目標着火時期との関係を予め求めておくことにより、良好な燃料状態を得られる目標着火時期を燃料性状に基づいて設定することができる。そして、実際の着火時期が目標着火時期となるように着火制御を行えば、燃焼状態を良好に保つことができる。なお、前記燃料性状検出手段は、燃料の着火のし易さ（着火性）を検出してもよく、着火特性を検出してもよい。

本発明においては、前記燃料性状検出手段は、燃料のセタン価を検出し、
前記目標着火時期設定手段は、燃料のセタン価が高いほど目標着火時期を進角させることができる。

セタン価は燃料の着火性と相関があり、セタン価が高いほど燃料に着火しやすくなる。ここで従来では、セタン価が高くなるほど目標着火時期を遅角させる必要があった。そのため燃焼状態が不安定になることがあった。これに対し、セタン価が高いほど目標着火時期を進角させれば、着火時期を遅角させるためのＥＧＲガスの供給量を減少させることができる。そのため、燃料状態を良好に保つことができる。なお、目標着火時期の進角は、段階的に行なってもよい。

本発明においては、前記燃料性状検出手段が燃料性状を検出するときには、燃料の着火
時期の制御を停止させることができる。

燃料の着火時期の制御とは、燃料の着火時期を変更するために行なわれる、例えば、ＥＧＲガス量、吸入空気温度、または気筒内のガス量等の調節することにより、実際の着火時期を目標着火時期に合わせる制御である。

燃料の着火時期の制御が行われると、気筒内の熱発生率の値が変化する。そして、燃料性状検出手段により燃料性状を検出しているときに、気筒内の熱発生率が変化すると、燃料性状の検出結果を誤るおそれがある。すなわち、燃料性状は、熱発生率と相関のある例えば気筒内の圧力またはクランク角速度等に基づいて検出されるため、これらの値が変化すると燃料性状を正確に検出することが困難となる。その点、燃料性状が検出されるときに燃料の着火時期の制御を停止させることにより、燃料性状をより正確に検出することが可能となる。

本発明においては、実際の着火時期を前記目標着火時期に合わせるときに、所定の範囲の時期で着火しない場合には、目標着火時期を基準値とすることができる。

所定の範囲の時期とは、すでに設定されている目標着火時期と同視できる範囲の着火時期である。この時期に着火しないとは、過早着火や失火が起こっていることが考えられる。このような場合には、燃料性状検出手段により検出された燃料性状が誤っているおそれがある。すなわち、燃料性状が誤って検出されたために、目標着火時期が適正な値となっていないおそれがある。これに対し、目標着火時期を基準値とすることにより、燃料性状によらずに目標着火時期を設定することが可能となる。基準値とは、標準的な燃料性状の燃料を用いたときの着火時期の目標値としてもよい。また、基準値は、燃料性状によらずに、機関回転数又は機関負荷等により決定される値であってもよい。

本発明に係る内燃機関の着火時期制御装置は、燃焼状態を良好に保ちつつ適正な着火時期を得ることができる。

以下、本発明に係る内燃機関の着火時期制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の着火時期制御装置を適用する内燃機関１とその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、予混合圧縮自着火を行なうことができるディーゼル機関である。内燃機関１には、気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射弁３が取り付けられている。

内燃機関１には、気筒２内へ通じる吸気通路４が接続されている。この吸気通路４の途中には、内燃機関１の吸入空気量を測定するエアフローメータ５１が取り付けられている。このエアフローメータ５１よりも下流の吸気通路４の途中には、スロットル５２が設けられている。

また、内燃機関１には、気筒２内へ通じる排気通路６が接続されている。排気通路６の途中には排気中の有害物質を浄化する排気浄化触媒１５が備えられている。

そして、内燃機関１は、排気通路６内を流通する排気の一部（以下、ＥＧＲガスという。）を吸気通路４へ再循環させるＥＧＲ装置８を備えている。このＥＧＲ装置８は、ＥＧ
Ｒ通路８１およびＥＧＲ弁８２を備えて構成されている。ＥＧＲ通路８１は、排気通路６と、吸気通路４と、を接続している。このＥＧＲ通路８１を通って、ＥＧＲガスが再循環される。また、ＥＧＲ弁８２は、ＥＧＲ通路８１の通路断面積を調整することにより、該ＥＧＲ通路８１を流れるＥＧＲガスの量を調整する。そして、ＥＧＲガスの量を変更することにより気筒２内の酸素濃度を変更することができる。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ９が併設されている。このＥＣＵ９は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ９には、エアフローメータ５１のほか、運転者がアクセルペダル１０を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ１１、および内燃機関１の回転数に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ１２が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号が入力されるようになっている。このクランクポジションセンサ１２により、クランク角速度を検出することもできる。

一方、ＥＣＵ９には、燃料噴射弁３およびＥＧＲ弁８２が電気配線を介して接続され、これらはＥＣＵ９により制御される。

そして、本実施例においては、着火時期の目標値を燃料のセタン価により変更する。さらに、実際の着火時期が目標値となるように着火時期制御を行う。

ここで、図２は、クランクアングルに対する熱発生率の推移をセタン価毎に示した図である。図２中の一点鎖線は、着火したとされる熱発生率である。標準セタン価燃料とは標準的なセタン価の燃料であり、高セタン価燃料とは標準セタン価燃料よりもセタン価の高い燃料であり、低セタン価燃料とは標準セタン価燃料よりもセタン価の低い燃料である。ここで、図２中のＡ，Ｂ，Ｃで示される点は夫々の燃料において着火した点である。このＡ，Ｂ，Ｃで示される点は、各セタン価の燃料を用いたときに排気中に含まれるＮＯx濃
度が１０ｐｐｍとなるように設定されている。

ここで、高セタン価燃料を用いた場合には、標準セタン価燃料を用いた場合と比較して、着火時期が早くなっている。また、低セタン価燃料を用いた場合には、標準セタン価燃料を用いた場合と比較して、着火時期が遅くなっている。それにもかかわらず、ＮＯx濃
度はどれも同じである。

従来では、実際の着火時期が基準値すなわち標準セタン価燃料を用いたときの着火時期（図２のＢ点）となるように、着火時期制御が行われていた。そのため、高セタン価燃料を用いた場合には、ＥＧＲガスの増量により着火時期を遅らせていた。しかし、ＥＧＲガスの増量により燃焼状態が不安定となりＨＣを排出させるおそれがあった。また、低セタン価燃料を用いた場合には、着火時期が進められていた。しかし、ＥＧＲガスの減量により着火時期を進めると、ＮＯxの排出量が増加するおそれがあった。

すなわち、着火時期を基準値に合わせようとすると、ＨＣまたはＮＯxの排出量が増加
するおそれがあるので、本実施例ではセタン価に応じて着火時期の目標値（以下、目標着火時期という）を設定する。このときに、図２に示した夫々の燃料の着火時期から目標着火時期が大きく変わらないように設定される。

図３は、燃料のセタン価と目標着火時期との関係を示した図である。この関係は予め実験等により求めておく。セタン価が高くなるほど目標着火時期は進められ、セタン価が低くなるほど目標着火時期は遅らされる。なお、図３中の破線は、従来の目標着火時期であ
り、セタン価によらず一定である。そして、本実施例では目標着火時期を設定するＥＣＵ９が、本発明における目標着火時期設定手段に相当する。

図３の関係は、良好な予混合圧縮自着火を実現できる着火時期を得るため、すなわち、ＮＯxまたはＨＣの排出量を低減させるために実験等により求める。ＮＯxまたはＨＣの何れかを重視するのかにより図３の関係を変えることもできる。

このようにして、目標着火時期が設定された後は、実際の着火時期が目標着火時期となるように着火時期の制御が行なわれる。

実際の着火時期は、気筒内圧力またはクランク角速度に基づいて得ることができる。例えばこれらの値が急激に大きくなったときに着火したと判定することができる。

また、着火時期制御は、例えばＥＧＲガス量または吸入空気温度等を変更することにより実施される。吸入空気温度は、例えばインタークーラと該ＥＧＲクーラを迂回する迂回路とを備え、この何れかに吸気を流すかにより変更することができる。また、ＥＧＲクーラとＥＧＲクーラを迂回する迂回路とを備え、この何れかにＥＧＲガスを流すかにより変更することができる。

また、気筒内のガス量を制御することにより着火時期を制御することもできる。例えば、スロットル５２またはＥＧＲ弁８２の開度を調節することにより着火時期を制御することができる。

燃料のセタン価は、例えば、燃焼室内の圧力の上昇速度により推定することができる。すなわち、燃料のセタン価が高くなると、燃焼が速やかに行われるため圧力上昇速度が速くなる。この関係を予め実験等により求めてマップ化しておけば、圧力上昇速度によりセタン価を推定することが可能となる。また、セタン価が高くなると、最高圧力となる時期が早くなるので、この時期によりセタン価を推定しても良い。燃焼室内の圧力の上昇は、圧力センサにより検出してもよく、クランク角速度の上昇に基づいて検出してもよい。なお、本実施例においては、燃料のセタン価を求めるＥＣＵ９が、本発明における燃料性状検出手段に相当する。

このように、燃料の着火性が異なる場合であっても、その着火性に応じて着火時期の制御が行われるので、良好な予混合圧縮自着火を実現することができる。すなわち、異なる性状の燃料が給油により混ざり合ったとしても、適正な着火時期を設定することができる。これにより、ＮＯxおよびＨＣの排出量を低減することができる。

本実施例では、燃料の着火性の検出時、すなわちセタン価の検出時において、着火時期制御を停止させる。

ここで、実際の着火時期を目標着火時期に合わせようとしているときには、実際の着火時期が変化する。このときの着火時期等に基づいて着火性の検出を行うと、誤検出するおそれがある。

図４は、着火時期とセタン価との関係を示す図である。この関係は予め実験等により求めてマップ化しておく。このように、着火時期に基づいてセタン価を求めることができるが、このときにセタン価以外の条件により着火時期が変化すると誤検出するおそれがある。そのため、本実施例では着火時期の検出時おいては、着火時期制御を行わない。

着火時期制御は、前記実施例で説明したように、例えばＥＧＲガス量、吸入空気温度、または気筒内のガス量を変更して行われる。したがって、着火時期の検出時においてはこれらの制御を行わないようにする。

図５は、本実施例に係るセタン価の検出フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、セタン価を検出するときに実行される。

ステップＳ１０１では、着火時期制御が停止される。すなわち、着火時期制御のためのＥＧＲガス量、吸入空気温度、または気筒内のガス量の調節が停止される。

ステップＳ１０２では、セタン価の検出が行われる。着火時期を検出し、この着火時期を図４に代入してセタン価を得る。

ステップＳ１０３では、着火時期の制御が再開される。その後、検出されたセタン価に基づいて前記実施例で説明した着火時期の制御が行われる。

このようにして着火時期を検出することにより、同一条件での着火時期の検出が可能となるため、検出精度を向上させることができる。

本実施例では、気筒内で失火または過早着火が起こった場合には、セタン価を誤検出しているとして、着火時期制御時の目標着火時期を基準値とする。基準値は、前記実施例で説明したように、標準セタン価燃料を用いたときに設定される目標着火時期である。

図６は、本実施例に係る失火および過早着火時の制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ２０１では、前記実施例で説明した着火時期制御が実行される。

ステップＳ２０２では、失火または過早着火が発生しているか否か判定される。着火時期は前記実施例で説明したようにして得る。このようにして得られた着火時期が、目標着火時期よりも早い場合に過早着火が発生していると判定される。また、着火時期が検出されなかったときには失火していると判定される。

ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ２０３では、目標着火時期が標準セタン価燃料を用いたときの値とされる。その後、実際の着火時期が基準値となるように着火時期制御が行なわれる。

このようにして、失火によるドライバビリティの悪化を抑制することができる。また、ＨＣの排出を抑制することができる。さらに過早着火によるＮＯxの排出を抑制すること
ができる。また騒音を低減することができる。

実施例に係る内燃機関の着火時期制御装置を適用する内燃機関とその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。 クランクアングルに対する熱発生率の推移をセタン価毎に示した図である。 燃料のセタン価と目標着火時期との関係を示した図である。 着火時期とセタン価との関係を示す図である。 実施例２に係るセタン価の検出フローを示したフローチャートである。 実施例３に係る失火および過早着火時の制御フローを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ 吸気通路
６ 排気通路
８ ＥＧＲ装置
９ ＥＣＵ
１０ アクセルペダル
１１ アクセル開度センサ
１２ クランクポジションセンサ
１５ 排気浄化触媒
５１ エアフローメータ
５２ スロットル
８１ ＥＧＲ通路
８２ ＥＧＲ弁

Claims (4)

1. 圧縮自着火式の内燃機関に供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出手段と、
   前記燃料性状検出手段により検出される燃料性状に基づいて目標着火時期を設定する目標着火時期設定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の着火時期制御装置。
2. 前記燃料性状検出手段は、燃料のセタン価を検出し、
   前記目標着火時期設定手段は、燃料のセタン価が高いほど目標着火時期を進角させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の着火時期制御装置。
3. 前記燃料性状検出手段が燃料性状を検出するときには、燃料の着火時期の制御を停止させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の着火時期制御装置。
4. 実際の着火時期を前記目標着火時期に合わせるときに、所定の範囲の時期で着火しない場合には、目標着火時期を基準値とすることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の着火時期制御装置。

Images