JP2008261226A - 内燃機関の燃料セタン価判別システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、圧縮着火式内燃機関が使用する燃料のセタン価を正確に判別可能な技術の提供を課題とする。
【解決手段】本発明は、燃料の着火遅れ期間の長さに基づいて該燃料のセタン価を判別する内燃機関の燃料セタン価判別システムにおいて、内燃機関の気筒内で燃料が実際に着火した時期である着火時期を取得する取得手段と、取得手段により取得された着火時期が所定範囲内に収まるように燃料噴射時期を調整する調整手段と、取得手段により取得された着火時期が所定範囲内に収まっている時の着火遅れ期間の長さに基づいてセタン価を判別する判別手段と、を備えるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮着火式内燃機関が使用する燃料のセタン価を判別する技術に関する。

従来、圧縮着火式内燃機関が使用する燃料のセタン価を判別する方法として、特定の時期に一定量の燃料を噴射し、その燃料の着火遅れ期間の長さに基づいてセタン価を判別する手法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００５−３４４５５７号公報 特開２００６−１６９９４号公報

ところで、燃料の着火遅れ期間とセタン価との相関は燃料噴射時期の影響を受ける。例えば、燃料の着火時期が上死点近傍となるように燃料噴射時期が定められた場合は、燃料がセタン価の高低にかかわらず略一定の時期に着火する。このため、着火遅れ期間とセタン価との相関が低くなる。

また、燃料の着火時期が圧縮上死点後の比較的遅い時期となるように燃料噴射時期が定められると、燃料がセタン価の高低にかかわらず着火しにくくなる。このため、着火遅れ期間とセタン価との相関が低くなる。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮着火式内燃機関が使用する燃料のセタン価を正確に判別可能な技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、圧縮着火式内燃機関が使用する燃料のセタン価を判別するシステムにおいて、燃料の着火遅れ期間の長さに基づいたセタン価の判別を行う場合に、着火遅れ期間とセタン価との相関が高くなるように燃料噴射パターンを最適化する。

詳細には、本発明は、燃料の着火遅れ期間の長さに基づいて該燃料のセタン価を判別する内燃機関の燃料セタン価判別システムにおいて、内燃機関の気筒内で燃料が実際に着火した時期である着火時期を取得する取得手段と、取得手段により取得された着火時期が所定範囲内に収まるように燃料噴射時期を調整する調整手段と、取得手段により取得された着火時期が所定範囲内に収まっている時の着火遅れ期間の長さに基づいてセタン価を判別する判別手段と、を備えるようにした。

かかる発明によれば、燃料の実際の着火時期が着火遅れ期間とセタン価との相関が高くなる範囲を予め実験的に求めておき、その範囲を所定範囲に定めることができる。その場合、着火遅れ期間とセタン価との相関が高くなる条件下で燃料のセタン価を判別することが可能となる。よって、内燃機関が使用する燃料のセタン価を正確に判別することが可能となる。

本発明に係る内燃機関の燃料セタン価判別システムにおいて、取得手段により取得される着火時期は、同一の燃料噴射時期に対して複数回測定された着火時期の平均値であってもよい。

この場合、調整手段による燃料噴射時期の調整精度を高めることができるとともに、判別手段によるセタン価の判別精度を高めることができる。

但し、同一の燃料噴射時期について着火時期が複数回測定されると、セタン価の判別に要する期間が長くなる。よって、燃料の給油後等は、燃料のセタン価が不明な状態で内燃機関が運転される期間が長くなる。その際、給油により燃料のセタン価が以前のセタン価より低下していると失火の発生が懸念されるため、燃料のセタン価が不明な状態が長くなるとドライバビリティの低下を招くことが考えられる。

そこで、本発明に係る内燃機関の燃料セタン価判別システムは、同一の燃料噴射時期に対して複数回測定された着火時期の相対差が所定値より大きくなる場合に、燃料噴射時期を進角補正する補正手段を備えるようにしてもよい。

かかる構成によれば、燃料のセタン価が不明な状態で内燃機関が運転される時に、失火の発生を回避することが可能となる。

ところで、内燃機関が過渡運転状態にある時に調整手段による燃料噴射時期の調整が行われると、内燃機関の運転状態が不安定になる可能性がある。そこで、調整手段による燃料噴射時期の調整は、内燃機関がアイドル運転状態にある時、或いは減速フューエルカット運転状態にある時に行われることが好ましい。

内燃機関が減速フューエルカット運転状態にある時の燃料噴射時期の調整方法としては、燃料噴射時期を所定の最遅角タイミングから周期的に進角させるようにしてもよい。

内燃機関が減速フューエルカット運転されている時に燃料噴射が行われると、内燃機関の発生トルクが不要に増加することになる。これに対し、燃料噴射時期が最遅角タイミングから徐々に進角されると、燃料噴射時期は燃料が着火し難い燃料噴射時期から燃料が着火しやすい燃料噴射時期へ徐々に変更されることになる。そして、燃料の着火時期が所定範囲に収まった時点でセタン価の判別が行われることになる。

よって、内燃機関が不要なトルクを発生する機会を最小限に抑えることができるとともに、内燃機関の発生トルクが急激に増加することを防止することもできる。

また、内燃機関がアイドル運転状態にある時の燃料噴射時期の調整方法としては、燃料噴射時期を所定の最進角タイミングから周期的に遅角させるようにしてもよい。

内燃機関がアイドル運転されている時に燃料噴射時期が変更されると、内燃機関の発生トルクが不要に低下する可能性がある。これに対し、燃料噴射時期が最進角タイミングから徐々に遅角されると、燃料噴射時期は燃料が着火しやすい燃料噴射時期から燃料が着火し難い燃料噴射時期へ徐々に変更されることになる。そして、燃料の着火時期が所定範囲に収まった時点でセタン価の判別が行われる。その結果、内燃機関の発生トルクが不要に低下する機会を最小限に抑えることができるとともに、内燃機関の発生トルクが急激に低下することを防止することもできる。

尚、内燃機関が減速フューエルカット運転状態若しくはアイドル運転状態にある時の燃料噴射時期の調整及びセタン価の判別は、内燃機関の一部の気筒のみを対象として行われることが望ましい。この場合、燃料噴射時期の調整及びセタン価の判別に起因した不具合を軽減することができる。

本発明によれば、圧縮着火式内燃機関が使用する燃料のセタン価を正確に判別することが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本発明に係る内燃機関の燃料セタン価判別システムの概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、４ストローク・サイクルの圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１は、複数の気筒２を有している。気筒２内には、ピストン３が摺動自在に挿入されている。

ピストン３より上部の燃焼室４には、吸気ポート５と排気ポート６が開口している。吸気ポート５は、吸気通路５０と接続されている。排気ポート６は、排気通路６０と接続されている。燃焼室４における吸気ポート５の開口端と排気ポート６の開口端は、吸気弁７と排気弁８によって各々開閉される。

各気筒２は、燃焼室４へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁９と、気筒２内の圧力（以下、「筒内圧」と称する）を測定する筒内圧センサ１０を備えている。尚、筒内圧センサ１０は、全ての気筒２に設けられる必要はなく、少なくとも一つの気筒２に設けられていればよい。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を循環する冷却水の温度を測定する水温センサ１１や図示しないクランクシャフトの回転角度を測定するクランクポジションセンサ１２等の各種センサが取り付けられている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１３が併設されている。ＥＣＵ１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。

ＥＣＵ１３には、前述した各種センサの測定値が入力されるようになっている。更に、ＥＣＵ１３は、燃料噴射弁９を電気的に制御することが可能となっている。

ＥＣＵ１３は、燃料噴射制御等の既知の制御に加え、本発明の要旨となるセタン価判別制御を実行する。以下、本実施例におけるセタン価判別制御について述べる。

圧縮着火式内燃機関１に使用される燃料のセタン価が変化すると、燃料の着火遅れ期間が増減する。例えば、燃料のセタン価が低くなるほど着火遅れ期間が長くなり、燃料のセタン価が高くなるほど着火遅れ期間が短くなる。よって、着火遅れ期間の長さに基づいて燃料のセタン価を判別することができる。

ところで、上記したようなセタン価と着火遅れ期間との相関は、燃料の着火時期に応じて変化する。例えば、図２に示すように、着火時期が圧縮上死点（ＴＤＣ）直後の第１の所定時期ｉｇｔｆより早くなる領域（図２中の燃焼安定領域）では、セタン価の差に起因した着火時期の差が小さくなる。一方、着火時期が第２の所定時期ｉｇｔｌより遅くなる領域（図２中の燃焼不安定領域）では、燃料の着火安定性が低くなるため、セタン価の差以外の要因によって着火時期が大きくばらつく。

よって、燃料の着火時期が前記第１の所定時期ｉｇｔｆより遅く且つ前記第２の所定時期ｉｇｔｌより早い範囲（所定範囲）に収まっている時の着火遅れ期間の長さに基づいて燃料のセタン価を判別することが好ましい。

尚、図２中の低セタン価燃料は、内燃機関１が使用し得る燃料のセタン価のうち最も低いセタン価の燃料（以下、「最低セタン価燃料」と称する）を示している。図２中の高セタン価燃料は、内燃機関１が使用し得る燃料のセタン価のうち最も高いセタン価の燃料（以下、「最高セタン価燃料」と称する）を示している。

そこで、本実施例のセタン価判別制御では、ＥＣＵ１３は、燃料の着火時期が前記所定範囲に収まるように燃料噴射時期を調整した上で、着火遅れ期間の長さに基づくセタン価の判別を行うようにした。

尚、内燃機関１が過渡運転状態にある時に燃料噴射時期が変更されると、内燃機関１の運転状態が不安定になる可能性がある。そこで、内燃機関１がアイドル運転状態にある時や減速フューエルカット運転状態にある時にセタン価判別制御が行われることが好ましい。

但し、内燃機関１が減速フューエルカット運転状態或いはアイドル運転状態にある時に全気筒２を対象にしたセタン価判別制御が行われると、トルク変動等の不具合を生じ易い。

このため、一部の気筒２（例えば、筒内圧センサ１０が全気筒２に取り付けられていない場合は、筒内圧センサ１０を備えた気筒２）、好ましくは単一の気筒２のみを対象にしてセタン価判別制御を行うことが好適である。以下では、セタン価判別制御の対象となる気筒２を「特定気筒２」と称する。

ここでセタン価判別制御の実行手順について図３のフローチャートに沿って説明する。図３は、セタン価判別制御ルーチンを示すフローチャートである。このセタン価判別制御ルーチンは、予めＥＣＵ１３のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１３によって周期的に実行される。

図３のセタン価判別制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１３は、先ずＳ１０１においてセタン価判別制御の実行条件が成立しているか否かを判別する。すなわち、内燃機関１の運転状態がアイドル運転状態或いは減速フューエルカット運転状態にあるか否かを判別する。

Ｓ１０１において否定判定された場合（内燃機関１がアイドル運転状態になく、且つ減速フューエルカット運転状態にない場合）は、ＥＣＵ１３は、本ルーチンの実行を一旦終了する。

一方、Ｓ１０１において、内燃機関１がアイドル運転状態若しくは減速フューエルカット運転状態にあると判定された場合は、ＥＣＵ１３はＳ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１３は、特定気筒２の目標燃料噴射時期Ａを初期値Ａ０に設定する。その際、内燃機関１がアイドル運転状態にあれば、ＥＣＵ１３は、初期値Ａ０を所定の最進角タイミングＩｔａｄに設定する。最進角タイミングＩｔａｄは、最低セタン価燃料の着火時期が第１の所定時期ｉｇｔｆとなる燃料噴射時期（図２を参照）に設定されてもよい。

一方、内燃機関１が減速フューエルカット運転状態にある場合は、ＥＣＵ１３は、初期
値Ａ０を所定の最遅角タイミングＩｔｄｅに設定する。最遅角タイミングＩｔｄｅは、最高セタン価燃料の着火時期が第２の所定時期ｉｇｔｌとなる燃料噴射時期（図２を参照）に設定されてもよい。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０２で設定された目標燃料噴射時期Ａに従って特定気筒２の燃料噴射を実行する。

尚、内燃機関１が減速フューエルカット運転状態にある場合は、減速フューエルカット運転の開始から一定時間経過後に特定気筒２の燃料噴射が行われるようにしてもよい。減速フューエルカット運転開始直後はＥＧＲ機構内に残留している既燃ガスによって特定気筒２の着火時期が変化する可能性がある。これに対し、減速フューエルカット運転の開始から一定時間が経過した後はＥＧＲ機構内の既燃ガスが掃気されているため、特定気筒２の着火時期がセタン価以外の要因によって変化し難くなる。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１３は、特定気筒２に取り付けられた筒内圧センサ１０の測定値に基づいて、該特定気筒２における燃料の着火時期Ｉｇｔを取得する。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０４で取得された着火時期Ｉｇｔが第１の所定時期ｉｇｔｆより遅く且つ第２の所定時期ｉｇｔｌより早い範囲（所定範囲）に収まっているか否かを判別する。

前記Ｓ１０５において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０６へ進む。Ｓ１０６では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０４で取得された着火時期Ｉｇｔに基づいて燃料のセタン価を判別する。具体的には、前記着火時期Ｉｇｔと前記燃料噴射時期Ａとから着火遅れ期間の長さを求め、求められた着火遅れ期間の長さからセタン価を判別する。その際、着火遅れ期間の長さとセタン価との関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化しておくようにしてもよい。

一方、前記Ｓ１０５において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０７へ進む。Ｓ１０７では、ＥＣＵ１３は、燃料噴射時期調整処理を実行する。

例えば、内燃機関１が減速フューエルカット運転状態にある場合は、ＥＣＵ１３は、目標噴射時期Ａを所定量αだけ進角させる（Ａ＝Ａ−α）。このように目標噴射時期Ａが最遅角タイミングＩｔｄｅから徐々に進角されると、内燃機関１が減速フューエルカット運転中に不要なトルクを発生する機会が最小限に抑えられるとともに、内燃機関１の発生トルクが急激に増加することを防止することもできる。

一方、内燃機関１がアイドル運転状態にある場合は、ＥＣＵ１３は、目標燃料噴射時期Ａを所定量αだけ遅角させる（Ａ＝Ａ＋α）。このように目標噴射時期Ａが最進角タイミングＩｔａｄから徐々に遅角されると、内燃機関１の発生トルクがアイドル運転中に不要に低下する機会を最小限に抑えることができるとともに、内燃機関１の発生トルクが急激に低下することを防止することもできる。

Ｓ１０８では、ＥＣＵ１３は、セタン価判別制御実行条件が引き続き成立している否かを判別する。Ｓ１０８において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３はセタン価判別制御の実行を中止して本ルーチンの実行を終了する。一方、Ｓ１０８において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３はＳ１０３へ戻り、セタン価判別制御の実行を継続する。

このようにＥＣＵ１３が図３のセタン価判別制御ルーチンを実行することにより、本発明に係る取得手段、調整手段、及び判別手段が実現される。よって、本実施例によれば、
着火遅れ期間とセタン価との相関が高くなる条件下でセタン価の判別を行うことができるため、セタン価の判別精度が高くなる。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図４に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例と本実施例との差違は、セタン価判別制御の実行時に利用される着火時期Ｉｇｔの取得方法にある。

すなわち、前述した第１の実施例では１回の測定結果を着火時期Ｉｇｔとして用いるのに対し、本実施例では複数回の測定結果の平均値を着火時期Ｉｇｔとして用いる。

着火時期Ｉｇｔとして複数回の測定結果の平均値が用いられると、セタン価以外の外乱により着火時期が変化した場合であってもセタン価の判別精度の低下が補償される。

但し、同一の目標噴射時期Ａについて着火時期が複数回測定されると、セタン価の判別に要する期間が長くなる。よって、燃料の給油後等にセタン価が不明な状態で内燃機関１が運転される期間が長くなる。

特に、給油により燃料のセタン価が以前のセタン価より低下している場合は失火の発生が懸念されるため、燃料のセタン価が不明な状態が長くなるとドライバビリティの低下を招くことが考えられる。

これに対し、本実施例のセタン価判別制御では、同一の目標燃料噴射時期Ａに対して複数回測定された着火時期の相対差が所定値より大きくなる場合は、燃料のセタン価が以前のセタン価より低下していると仮判定して目標噴射時期Ａを進角補正するとともに、通常時（セタン価判別制御の非実行時）の燃料噴射時期も進角補正するようにした。

かかる実施例によれば、燃料のセタン価が不明な状態で内燃機関１が運転される時に、失火の発生を回避することが可能となる。

以下、本実施例における着火時期Ｉｇｔの取得方法について図４に沿って説明する。図４は、着火時期Ｉｇｔの取得処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、前述したセタン価判別制御ルーチン（図３を参照）のＳ１０４の代わりに実行される。

図４のルーチンにおいて、ＥＣＵ１３は、先ずＳ２０１において着火時期Ｉｇｔｉを測定する。

Ｓ２０２では、ＥＣＵ１３は、カウンタの値ｉを一つインクリメントする（ｉ＝ｉ＋１）。このカウンタは、同一の目標噴射時期Ａに対する着火時期Ｉｇｔｉの測定回数を計数するカウンタである。

Ｓ２０３では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ２０２で更新されたカウンタの値ｉが所定回数ｉｍａｘ以上であるか否かを判別する。Ｓ２０３において否定判定された場合（ｉ＜ｉｍａｘ）は、ＥＣＵ１３はＳ２０１へ戻る。Ｓ２０３において肯定判定された場合（ｉ≧ｉｍａｘ）は、ＥＣＵ１３はＳ２０４へ進む。

Ｓ２０４では、ＥＣＵ１３は、所定回数測定された着火時期Ｉｇｔｉの相対差△Ｉｇｔ
ｉが所定値ａ以下であるか否かを判別する。Ｓ２０４において肯定判定された場合はＥＣＵ１３はＳ２０５へ進む。Ｓ２０４において否定判定された場合（△Ｉｇｔｉ＞ａ）は、ＥＣＵ１３はＳ２０７へ進む。

Ｓ２０５では、ＥＣＵ１３は、所定回数ｉｍａｘ計測された着火時期Ｉｇｔｉの平均値（＝（ΣＩｇｔｉ）／ｉ）を演算し、その演算結果を着火時期Ｉｇｔに設定する。

Ｓ２０６では、ＥＣＵ１３は、カウンタの値ｉを“０”にリセットして本ルーチンの実行を終了する。

一方、Ｓ２０７では、ＥＣＵ１３は、燃料のセタン価ＣＮが所定値ＣＮＬであると仮判定する。所定値ＣＮＬは、現時点で判別されているセタン価より低い値である。この所定値ＣＮＬは前述した最低セタン価燃料のセタン価に固定されてもよく、或いは前記した相対差△Ｉｇｔｉが大きくなるほど低くされる可変値であってもよい。

Ｓ２０８では、ＥＣＵ１３は、目標噴射時期Ａを所定量β進角させる。

Ｓ２０９では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ２０６で仮判定されたセタン価ＣＮＬに基づいて通常時の燃料噴射パターン（例えば、燃料噴射時期）を修正する。

Ｓ２１０では、ＥＣＵ１３は、前記した所定回数ｉｍａｘを所定回数ｂ増加させて着火時期Ｉｇｔの検出精度を高める。

ＥＣＵ１３は、Ｓ２１０の処理を実行し終えると、Ｓ２０６においてカウンタの値ｉを“０”にリセットして本ルーチンの実行を終了する。

このようにＥＣＵ１３が図４のルーチンを実行することにより、本発明に係る補正手段が実現される。その結果、セタン価の判別精度を高めること可能になるとともに、セタン価の判別に要する時間の増加による不具合を補償することもできる。

内燃機関の燃料セタン価判別システムの概略構成を示す図である。 燃料の着火時期と燃料噴射時期との関係を示す図である。 実施例１におけるセタン価判別制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例２における着火時期取得処理ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・ピストン
４・・・・・燃焼室
５・・・・・吸気ポート
６・・・・・排気ポート
７・・・・・吸気弁
８・・・・・排気弁
９・・・・・燃料噴射弁
１０・・・・筒内圧センサ
１１・・・・水温センサ
１２・・・・クランクポジションセンサ
１３・・・・ＥＣＵ

Claims (5)

1. 燃料の着火遅れ期間の長さに基づいて該燃料のセタン価を判別する内燃機関の燃料セタン価判別システムにおいて、
   内燃機関の気筒内で燃料が実際に着火した時期である着火時期を取得する取得手段と、
   前記取得手段により取得された着火時期が所定範囲内に収まるように燃料噴射時期を調整する調整手段と、
   前記取得手段により取得された着火時期が前記所定範囲内に収まっている時の着火遅れ期間の長さに基づいてセタン価を判別する判別手段と、
   を備える内燃機関の燃料セタン価判別システム。
2. 請求項１において、前記取得手段により取得される着火時期は、同一の燃料噴射時期に対して複数回測定された着火時期の平均値であることを特徴とする内燃機関の燃料セタン価判別システム。
3. 請求項２において、複数回測定された着火時期の相対差が所定値より大きい場合に、燃料噴射時期を進角補正する補正手段を更に備えることを特徴とする内燃機関の燃料セタン価判別システム。
4. 請求項１〜３の何れか一において、前記調整手段は、前記取得手段により取得された着火時期が所定範囲内に収まるように燃料噴射時期を調整する場合に、燃料噴射時期を所定の最遅角タイミングから周期的に進角させることを特徴とする内燃機関の燃料セタン価判別システム。
5. 請求項１〜３の何れか一において、前記調整手段は、前記取得手段により取得された着火時期が所定範囲内に収まるように燃料噴射時期を調整する場合に、燃料噴射時期を所定の最進角タイミングから周期的に遅角させることを特徴とする内燃機関の燃料セタン価判別システム。
   

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