JP2008286094A - セタン価検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料のセタン価を適切に検出することを可能とする。
【解決手段】セタン価検出装置(20等)は、燃料を貯留する貯留手段(34)を有する内燃機関(1)と、気筒内へ燃料を噴射する噴射手段(30)と、気筒内の圧力変化に基づいて、噴射された燃料の着火時期を測定する測定手段(40)と、測定された着火時期とセタン価との相関関係に基づいて、噴射された燃料のセタン価の検出処理を実行する検出手段(20)と、貯留手段に燃料が供給される供給度合いに基づいて、検出処理の開始時期、終了時期、又は実行頻度を変化させて、検出処理を実行するように検出手段を制御する制御手段(20)と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関において燃料のセタン価を検出するセタン価検出装置の技術分野に関する。
この種の装置に係るセタン価の検出する方法として、特許文献1等では、燃料の着火時期を利用したものが提案されている。詳細には、特許文献1等では、内燃機関がフューエルカット状態にあるときに所定量の燃料を噴射し着火時期を測定する際の、例えばエンジン回転数などの内燃機関の運転状態の範囲を規定する。そして、この規定された範囲の運転状態で測定された着火時期によって、セタン価を検出する手法について提案されている。
特開2005−344557号公報 特開2004−239229号公報 特開2006−226188号公報 特開2006−16994号公報 特開2002−201997号公報 特開2006−188992号公報
しかしながら、前述した特許文献1等で提案されている手法では、規定された範囲の運転状態において、内燃機関の出力に直接的に寄与しないセタン価の検出専用の燃料を必要以上に噴射してしまう可能性があるという技術的な問題点が生じる。よって、内燃機関の燃費を低下させてしまったり、内燃機関で発生するトルクや回転数の出力状態が不安定となり、ドライバビリティが低下してしまったり、内燃機関の排気エミッションが悪化してしまったりするという技術的な問題点が生じてしまう。
そこで本発明は、例えば上記の問題点に鑑みなされたものであり、燃料のセタン価を適切に検出することが可能なセタン価検出装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明に係るセタン価検出装置は、燃料を貯留する貯留手段を有する内燃機関と、前記内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する噴射手段と、前記気筒内の圧力変化に基づいて、前記噴射された燃料の着火時期を測定する測定手段と、前記測定された着火時期とセタン価との相関関係に基づいて、前記噴射された燃料のセタン価の検出処理を実行する検出手段と、前記貯留手段に前記燃料が供給される供給度合いに基づいて、前記検出処理の開始時期又は終了時期に加えて又は代えて前記検出処理の実行頻度を変化させて、前記検出処理を実行するように前記検出手段を制御する制御手段と、を備える。
本発明における「内燃機関」とは、例えば複数の気筒を有し、当該各々の燃焼室において、例えば軽油等の、少なくともセタン価が規定され得る各種燃料を含む混合気が燃焼した際に発生する爆発力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等を適宜介して動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念であり、例えば2サイクル或いは4サイクル型のディーゼルエンジン等を指す。本発明に係る内燃機関には、このような燃料を貯留する、例えば燃料タンク等の貯留手段が備わる。
また、本発明に係る内燃機関を搭載する本発明に係る車両では、例えば減速走行中などの燃料の噴射が停止された運転状態において、内燃機関の気筒内で測定された着火時期とセタン価との相関関係に基づいて、噴射された燃料の燃料性状であるセタン価を検出する検出処理が実行される。詳細には、噴射手段によって、セタン価の検出用の燃料が噴射される。具体的には、通常の運転状態から、例えばアクセル開度が低下した所定のフューエルカットの状態において、通常の噴射量と比較して微小な量であるセタン価を推定するための燃料が所定のタイミングにおいて噴射されてよい。ここに、「運転状態」とは、内燃機関の駆動状態や走行状態を包括する概念である。この運転状態の具体例としては、例えば内燃機関の回転数、内燃機関の温度(例えばエンジン水温)、気筒内の圧力(過給圧)、燃料の温度、燃料を噴射する際の噴射圧力、空燃比(や酸素の量)等を挙げることができる。特に、気筒内の圧力や、内燃機関の温度や、空燃比(や酸素の量)は、燃料の着火時期に与える影響が大きいので運転状態に含めることが好ましい。また、「所定のフューエルカットの状態」とは、車両が走行状態にあって、且つ内燃機関における動力の発生に供すべき燃料の噴射が停止された状態を包括する概念であり、典型的な一例としては車両が減速期間にある状態を指す。従って、気筒内の圧力の変化を通常運転と比較して小さなレベルの変化にさせることができると共に、例えば内燃機関の温度を示すエンジン水温等の運転状態の変化を通常運転と比較して小さなレベルの変化にさせることができる。
このようなフューエルカット状態においてなされるセタン価の検出処理とは、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、少なくとも実践上不具合が生じない程度の精度でセタン価を推定し得るものとして定められてなるプロセス、アルゴリズム又は演算式等に従った、物理的、機械的、電気的若しくは化学的な制御又は論理演算若しくは数値演算を包括する概念であって、特にセタン価の推定に供し得る燃料の噴射、好適には微小量の燃料噴射を伴う処理を包括する概念である。例えば、好適な一形態として、セタン価の検出処理は、フューエルカット状態における微小量の燃料噴射、及び機関回転数の変動又は燃焼圧の変動等に基づいた、当該噴射された燃料においてセタン価の差が顕著に現れ得る着火遅れ期間の測定等の各種プロセスを含むセタン価の検出処理を実行し、例えばこの着火遅れ期間や着火時期に基づいてセタン価を検出する。
従って、セタン価の検出処理とは、例えば燃料噴射装置、着火遅れや着火時期の測定に供し得る燃焼圧センサ、機関回転数の特定に供し得る機関回転数センサ又はクランクポジションセンサ、及びそれらを然るべきアルゴリズムや動作プロセスに従って物理的に、機械的に又は電気的に制御可能なECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等を適宜に含み得るシステム全体として規定されてもよいし、セタン価の推定に特化して設けられる訳ではないこれら噴射装置等既存のユニットを然るべき制御プログラムに従って電気的に制御するECUや各種コントローラのみとして規定されてもよい。
一般的に、例えばディーゼル車等の車両に供給される、例えば軽油等の燃料は、燃料タンク等の貯留手段に貯留され、貯留された燃料の残量が少なくなる場合、ドライバによって新しい燃料が供給され補充される。この新しい燃料の供給の際に、貯留手段に貯留された燃料のセタン価は変化する。
特に、本発明によれば、このセタン価を検出する必要性に着目して、制御手段の制御下で、貯留手段に燃料が供給される供給度合いに基づいて、検出手段によって、セタン価を検出する検出処理における開始時期又は終了時期に加えて又は代えて実行頻度が変化されつつ、検出処理が実行される。ここに、本発明に係る「燃料が供給される供給度合い」に係る判定は、少なくとも燃料が供給されたか否かの二値的な状態を判定してよいし、或いは、例えば、所定量の燃料が供給されたかといった、燃料が供給される程度や度合いを判定してよい。また、本発明に係る「実行頻度」とは、例えば、実行回数、実行時期及び実行期間等といった定量的な頻度、並びに、一の期間について他の期間よりも多く実行する等、定性的な頻度を意味してよい。具体的には、燃料が供給される供給度合いが相対的に高いことが判定され、燃料のセタン価が変化したことが推測され、セタン価を高精度に検出する必要性の度合いが相対的に高いレベルの場合、セタン価の検出処理の開始時期又は終了時期を変化させて、セタン価の検出処理の実行頻度を相対的に多頻度にさせてよい。他方、燃料が供給される供給度合いが相対的に低いことが判定され、燃料のセタン価は変化しないことが推測され、セタン価を高精度に検出する必要性の度合いが相対的に低いレベルの場合、或いは、セタン価の検出自体の必要性の度合いが相対的に低いレベルの場合、セタン価の検出処理の開始時期又は終了時期を変化させて、セタン価の検出処理の実行頻度を相対的に少頻度にさせてよい。
この結果、内燃機関の出力に直接的に寄与しないセタン価の検出専用の燃料を必要以上に無駄に噴射することを効果的且つ効率的に抑制し、内燃機関の燃費を効果的に向上させることが可能である。加えて、セタン価の検出専用の燃料を必要以上に無駄に噴射することを効果的且つ効率的に抑制することで、内燃機関で発生するトルクや回転数の出力状態を安定化させ、ドライバビリティを効果的に向上させることが可能である。本発明に係る「ドライバビリティ」とは、ドライバの運転操作に対して、適切且つ迅速に対応してトルクを出力可能な理想的な内燃機関、若しくは、内燃機関のアイドル運転状態において、適切なトルクを出力可能な理想的な内燃機関を意味する。更に、加えて、セタン価の検出専用の燃料を必要以上に無駄に噴射することを効果的且つ効率的に抑制することで、内燃機関の排気エミッションの悪化、即ち、有害ガスの排気を効果的に抑制することが可能である。
以上の結果、燃料の供給度合いに基づいて、セタン価の検出処理の実行頻度が変化されることで、例えば、燃料の噴射量の精度、空燃比の検出精度或いは燃料消費量等に影響される内燃機関の動力性能、経済性能、車両のドライバビリティ及び環境性能等を含む車両の実践的且つ総合的な性能を適切に安定化させることができる。
本発明に係るセタン価検出装置の一の態様では、前記制御手段は、(i)前記供給度合いが相対的に高い場合、前記検出処理を開始させることに加えて又は代えて前記検出処理の実行頻度を多い側に変化させつつ、前記検出処理を実行するように前記検出手段を制御し、(ii)前記供給度合いが相対的に低い場合、前記検出処理を終了させることに加えて又は代えて前記検出処理の実行頻度を少ない側に変化させつつ、前記検出処理を実行するように前記検出手段を制御する。
この態様によれば、燃料の供給度合いの高低に適切に対応して、セタン価の検出処理の実行頻度が変化されることで、例えば、空燃比の検出精度等に影響される内燃機関の動力性能、経済性能、車両のドライバビリティ及び環境性能等を含む車両の実践的且つ総合的な性能を適切に安定化させることができる。
本発明に係るセタン価検出装置の他の態様では、前記貯留された燃料の貯留量が増加する方向を基準にして、前記貯留量を示す指標を検知する第1検知手段と、前記検知された指標の上昇量が、所定閾値より大きい場合、前記供給度合いが相対的に高いと判定し、前記検知された指標の上昇量が、前記所定閾値より小さい場合、前記供給度合いが相対的に低いと判定する第1判定手段と、を更に備える。
この態様によれば、燃料の貯留量を示す指標の上昇量と、所定閾値との比較に基づいて、供給度合いを高精度に判定することが可能である。ここに、本発明に係る、指標の上昇量に対応される所定閾値とは、実際に貯留された燃料における、供給度合いが相対的に高い状態と等価とみなしうる所望の増加量によって一義的に規定される、燃料の貯留量を示す指標の上昇量を意味する。この所定閾値は、理論的、実験的、経験的、又はシミュレーション等の各種の手法を用いて、実際に貯留された燃料における所望の増加量によって一義的に規定されるように、個別具体的に規定されてよい。
本発明に係るセタン価検出装置の他の態様では、前記燃料を供給するための前記貯留手段の蓋が開閉されたか否かを検知する第2検知手段と、前記蓋が開閉されたと検知された場合、前記供給度合いが相対的に高いと判定し、前記蓋が開閉されたと検知されない場合、前記供給度合いが相対的に低いと判定する第2判定手段と、を更に備える。
この態様によれば、蓋が開閉されたか否かに基づいて、供給度合いを高精度に判定することが可能である。
本発明に係るセタン価検出装置の他の態様では、前記貯留された燃料の温度を検知する第3検知手段と、前記検知された燃料の温度の低下量が、所定閾値より大きい場合、前記供給度合いが相対的に高いと判定し、前記検知された燃料の温度の低下量が、前記所定閾値より小さい場合、前記供給度合いが相対的に低いと判定する第3判定手段と、を更に備える。
この態様によれば、燃料の温度の低下量と、所定閾値との比較に基づいて、供給度合いを高精度に判定することが可能である。ここに、本発明に係る、燃料の温度の低下量に対応される所定閾値とは、実際に貯留された燃料の温度における、供給度合いが相対的に高い状態と等価とみなしうる所望の温度の低下量を意味する。この所定閾値は、理論的、実験的、経験的、又はシミュレーション等によって、実際に貯留された燃料の温度における、所望となる温度の低下量に一義的に等価になるように、個別具体的に規定してよい。
本発明に係るセタン価検出装置の他の態様では、前記内燃機関を有する車両と、前記車両の電気系の起動を検知する第4検知手段と、前記電気系の起動が検知された場合、前記供給度合いが相対的に高いと判定し、前記電気系の起動が検知されない場合、前記供給度合いが相対的に低いと判定する第4判定手段と、を更に備える。
この態様によれば、車両の電気系の起動が検知されたか否かにによって、供給度合いを高精度に判定することが可能である。
本発明に係るセタン価検出装置の他の態様では、前記内燃機関を有する車両と、前記車両が停止している停止時間を算出する第1算出手段と、前記算出された停止時間が、所定閾値より大きい場合、前記供給度合いが相対的に高いと判定し、前記算出された停止時間が、前記所定閾値より小さい場合、前記供給度合いが相対的に低いと判定する第5判定手段と、を更に備える。
この態様によれば、車両が停止している停止時間と、所定閾値との比較に基づいて、供給度合いを高精度に判定することが可能である。ここに、本発明に係る、車両が停止している停止時間に対応される所定閾値とは、車両を運転するドライバーの人的特性である、車両の停止時間と燃料の供給を行う事実の発生率との相関関係に基づいて一義的に規定可能な車両の停止時間を意味する。この所定閾値は、理論的、実験的、経験的、又はシミュレーション等の各種の手法を用いて、車両を運転するドライバーの人的特性である、車両の停止時間と燃料の供給を行う事実の発生率との相関関係によって一義的に規定されるように、個別具体的に規定してよい。
上記課題を解決するために、本発明に係る他のセタン価検出装置は、燃料を貯留する貯留手段を有する内燃機関と、前記内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する噴射手段と、前記気筒内の圧力変化に基づいて、前記気筒内における着火時期を測定する測定手段と、前記測定された着火時期とセタン価との相関関係に基づいて、前記噴射された燃料のセタン価の検出処理を実行する検出手段と、前記検出されたセタン価における、時間経過に伴う変化に基づいて、前記検出処理の開始時期又は終了時期に加えて又は代えて前記検出処理の実行頻度を変化させて、前記検出処理を実行するように前記検出手段を制御する制御手段と、を備える。
本発明に係る他のセタン価検出装置における、セタン価の「時間経過に伴う変化」とは、例えば数秒や、数分や、数時間や、数日等の所定の時間間隔で検出された2つのセタン価の値を比較した際の変化又は変化量を意味してよい。或いは、例えば数回や数十回等の所定の検出回数に相当する間隔で検出された2つのセタン価の値を比較した際の変化又は変化量を意味してよい。具体的には、検出されたセタン価における、時間経過に伴う変化又は変化量は、車両が走行することなく燃料が放置された時間、又は燃料の外界環境の温度の変化に影響して、燃料が酸化したり変質したり一部の成分が蒸発したりするなどの化学的な変化に対応して発生する。
以上の結果、検出されたセタン価の時間経過に伴う変化に基づいて、セタン価の検出処理の実行頻度が変化されることで、例えば、燃料の噴射量の精度、空燃比の検出精度或いは燃料消費量等に影響される内燃機関の動力性能、経済性能、車両のドライバビリティ及び環境性能等を含む車両の実践的且つ総合的な性能を適切に安定化させることができる。
本発明に係る他のセタン価検出装置の一態様では、時間軸上の第1時点に検出された第1セタン価と、前記時間軸上の第2時点に検出された第2セタン価との差を算出する第2算出手段と、前記算出された差が、所定閾値より大きい場合、前記供給度合いが相対的に高いと判定し、前記算出された差が、所定閾値より小さい場合、前記供給度合いが相対的に低いと判定する第6判定手段と、を更に備える。
この態様によれば、第1時点に検出された第1セタン価と、第2時点に検出された第2セタン価との差が所定閾値より大きい場合、時間経過に伴うセタン価の変化量が大きく、現在、燃料タンクに貯留されている燃料の実際のセタン価(又は真のセタン価)を迅速に検出する必要性が顕著に高いので、セタン価の検出を実行する頻度を相対的に多くし、実際のセタン価を迅速に検出することができる。この結果、燃料のセタン価の変化をより迅速に検知して、例えば空燃比等の運転状態に加えて燃料の着火時期を定量的及び定性的に制御し、燃料の噴射量を的確に制御し、内燃機関が発生するトルクや回転数をより的確且つ迅速に制御することが可能である。
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
(1)車両の基本構成
先ず、図1を参照して、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を搭載した車両の基本構成について説明する。ここに、図1は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を搭載した車両の基本構成を図式的に示した模式図である。尚、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を搭載した車両は、#1気筒「1a」から#4気筒までの四つの気筒が一列に並べられた、いわゆる直列四気筒のレシプロ式内燃機関(所謂、「ディーゼルエンジン」:以下、適宜、「エンジン1」と称す)に適用した一形態を示している。エンジン1は例えば自動車の走行用駆動源として使用され、エンジン1で発生した駆動力が、図示しない、クラッチや変速機やディフェレンシャルギヤやドライブシャフトを介して車輪に伝達される。
図1に示されるように、エンジン1は、電子スロットル弁2、AFM(Air Flow Meter)2a、シリンダ#1から#4、吸気通路3、排気通路4、吸気濾過用のエアフィルタ5、ターボ過給機6、コンプレッサ6a、タービン6b、吸気量調節用の絞り弁7、吸気系の過給圧を測定する過給圧センサ7a、DPNR(Diesel Particulate-NOx active Reduction system)触媒8、排気浄化ユニット9、燃料添加弁10、EGR通路11、EGR触媒12、EGRクーラ13、EGR弁14、排気絞り弁15、マフラー16、ECU20、イグニションスイッチ21、インジェクタ30、コモンレール31、燃料ポンプ32、内燃機関の回転数を測定するためのクランク角センサ33、燃料タンク34、蓋35、蓋センサー36、燃料タンクのメーター37、燃料温度計38、及び、圧力センサー40を備えて構成されている。尚、ECU20によって、本発明に係る「制御手段」、「検出手段」、「第1判定手段」、「第2判定手段」、「第3判定手段」、「第4判定手段」、「第5判定手段」、「第6判定手段」、「第1算出手段」「第2算出手段」の一具体例が構成されている。特に、ECU20に有される記憶部では、検出されたセタン価等の各種の入力されるデータを格納可能であると共に、ECU20が検出手段、判定手段、又は算出手段として機能する際に使用する、所定のプログラムや所定のマップが格納されている。
また、シリンダ内の圧力を測定する圧力センサー40によって、本発明に係る「測定手段」の一具体例が構成されている。また、燃料タンク34によって、本発明に係る「貯留手段」の一具体例が構成されている。また、燃料タンクの蓋35によって、本発明に係る「蓋」の一具体例が構成されている。また、燃料タンクのメーター37によって、本発明に係る「第1検知手段」の一具体例が構成されている。また、蓋35の開閉を検知する蓋センサー36によって、本発明に係る「第2検知手段」の一具体例が構成されている。また、燃料タンク内の燃料の温度を測定する燃料温度計38によって、本発明に係る「第3検知手段」の一具体例が構成されている。また、ECU20を含む車両の電気系を起動させるイグニションスイッチ21によって、本発明に係る「第4検知手段」の一具体例が構成されている。
図1に示されるように、エンジン1は、車両に走行用動力源として搭載されるもので、エンジン1の還流系、所謂、EGR(Exhaust Gas Recirculation)系は、そのシリンダ#1から#4には、吸気通路3及び排気通路4が接続され、吸気通路3には吸気濾過用のエアフィルタ5、ターボ過給機6のコンプレッサ6a、吸気量を調節するための絞り弁7が、排気通路4にはターボチャージャ6のタービン6bがそれぞれ設けられている。排気通路4のタービン6bよりも下流側には排気浄化手段としての吸蔵還元型NOx触媒の一例であるDPNR触媒8を含んだ排気浄化ユニット9と、そのDPNR触媒8の上流に還元剤としての燃料を添加する燃料添加手段としての燃料添加弁10とが設けられている。排気通路4と吸気通路3とはEGR通路11で接続され、EGR通路11には、還流ガスの流れる方向を基準として、上流側から下流側へ向かって、EGR触媒12、EGRクーラ13、及びEGR弁14が設けられている。
ターボ過給機6は、それぞれ可変ノズル6nを備えた可変ノズル式ターボ過給機であり、それぞれに設けられた可変ノズル6nの開度を変更することによってタービン6bの入口部分の流路断面積を変更することができる。
また、エンジン1の吸気系は、図示しない外気を取り込むためのエアダクトから、AFM(Air Flow Meter)2a、電子スロットル弁2、吸気通路3へ流れ、更に吸気ポートを経由して、シリンダ#1から#4内の燃焼室へ吸気されるように構成されている。吸気ポートには、吸気ポートを開閉する吸気弁が設けられている。他方、エンジン1の排気系は、排気ガスが、気筒#1から#4内の燃焼室から排気ポート、図示しない排気通路4、DPNR触媒8、及びマフラー16を経由して、大気中へ排出されるように構成されている。
燃料添加弁10は、DPNR8の上流に燃料を添加してDPNR8に吸収されたNOxの放出やDPNR8のS再生のために必要な還元雰囲気を生成するために設けられている。燃料添加弁10の燃料添加動作はエンジンコントロールユニット(ECU)20にて制御される。ECU20はシリンダ#1から#4に燃料を噴射するためのインジェクタ30、燃料ポンプ32からインジェクタ30へ供給される燃料圧力を蓄えるコモンレール31の圧力調整弁といった各種の装置を操作してエジン1の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ECU20はエンジン1に吸入される空気とインジェクタ30から添加される燃料との質量比として与えられる空燃比が理論空燃比よりもリーン側に制御されるようにインジェクタ30の燃料噴射動作を制御する。
DPNR触媒8は、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンの時は窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチのときは吸蔵していたNOxを放出して窒素(N2)に還元する性質を有している。DPNR触媒8に吸蔵可能なNOx量には上限があるため、吸蔵されているNOx量がこの上限に達しないように触媒14からNOxを放出させてN2に還元させるNOx還元を所定の間隔で行い、DPNR触媒8の排気浄化性能を高い状態に維持する。また、DPNR触媒8は、排気中に含まれる硫黄酸化物(SOx)により被毒される。そのため、DPNR触媒8をNOx触媒から硫黄(S)が放出される温度域に昇温させるとともに排気空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにして硫黄被毒を回復させてDPNR触媒8の機能を再生させるS再生を所定の間隔で行う。以降、NOx還元及びS再生をまとめて機能再生処理と呼ぶこともある。これら機能再生処理は、燃料添加弁10からDPNR触媒8の上流の排気通路4内に燃料を添加して行う。
尚、本発明において吸蔵還元型NOx触媒は、NOxを触媒にて保持できるものであればよく、吸収又は吸着いずれの態様でNOxが保持されるかは吸蔵の用語によって制限されない。また、SOxの被毒についてもその態様を問わないものである。更に、NOxやSOxの放出についてもその態様を問わない。
各種のアクチュエータの動作は、エンジンコントロールユニット(ECU)20によって制御される。ECU20は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なRAM、ROM等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、各種センサから入力される信号に基づいて可変ノズル6nなどの各種の装置を操作してエンジン1の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ECU20には例えばエンジン1のクランク軸の角度に対応した信号を出力するクランク角センサ33、排気浄化ユニット9を通過した排気の温度に対応した信号を出力する排気温センサ、AFM2a、及び圧力センサー40などが接続され、ECU20はこれらの出力信号を参照してエンジン1の運転状態を制御する。また、ECU20は、図2及び図6に示したルーチンを実行することにより本発明の制御手段として機能する。尚、これらのルーチンの詳細は後述する。ECU20による制御対象はその他にも種々存在するが、ここでは図示を省略する。
(2)セタン価の検出頻度の制御処理
次に、図2から図4を参照して、本実施形態に係る、セタン価の検出頻度の制御処理について説明する。ここに、図2は、本実施形態に係る、セタン価の検出頻度の制御処理の流れを示したフローチャートである。尚、このセタン価の検出頻度の制御処理は、ECU20によって、例えば、数十ミリ秒、又は数ミリ秒等の所定の周期で繰り返し実行される。図3は、本実施形態に係る、燃料の供給が有ると推定される場合に対応される各種のパラメータの状態と、燃料の供給が無いと推定される場合に対応される各種のパラメータの状態とを示した表である。図4は、本実施形態に係る、セタン価の検出の実行頻度と、セタン価を検出する時間間隔(所謂、検出インターバル)との相関関係を示すグラフである。図5は、本実施形態に係る、セタン価と着火時期との相関関係を示すグラフである。
図2に示されるように、先ず、ECU20の制御下で、燃料の供給(又は補充)が行なわれたか否か、言い換えると、燃料の供給の有無が判定される(ステップS101)。ここで、燃料の供給が行なわれたと判定される場合(ステップS101:Yes)、フラグ変数Fに「On」が入力される(ステップS102)。
具体的には、図3の表に示されるように、例えば燃料メータのセンターゲージ等の、燃料タンクに貯留された燃料の貯留量を示す指標の上昇量が、所定閾値より大きい場合(又は所定閾値と等しい場合)、燃料の供給が行われたと判定してよい。ここに、本実施形態に係る、指標の上昇量に対応される所定閾値とは、実際に貯留された燃料における、燃料の供給が行われた状態と等価とみなしうる所望の増加量によって一義的に規定される、燃料の貯留量を示す指標の上昇量を意味する。この所定閾値は、理論的、実験的、経験的、又はシミュレーション等の各種の手法を用いて、実際に貯留された燃料における所望の増加量によって一義的に規定されるように、個別具体的に規定されてよい。言い換えると、燃料の貯留量を示す指標の上昇量が、所定閾値より大きい場合、燃料の貯留量は十分に増加していると判定できるので、燃料の供給が行われたと判定することが可能である。他方、燃料タンクに貯留された燃料の貯留量を示す指標の上昇量が、所定閾値より小さい場合、燃料の貯留量を示す指標の上昇は、例えば車両の走行状態等の他の原因に起因すると判定して、燃料の供給が行われたと判定しなくてよい。
より具体的には、燃料の貯留量の増加量を示すセンターゲージは、車両が加速している走行状態や、カーブした道路を走行する走行状態において、貯留手段に貯留された燃料の流体としての物理的な挙動の変化に相対的に大きく影響される。一方で、燃料の貯留量の増加量を示すセンターゲージは、外界温度の変化に対応した、貯留手段に貯留された燃料の化学的な性質の変化に相対的に小さく影響されるので、車両の温度の変化が相対的に大きい場合や、外界環境の温度の変化が相対的に大きい場合、燃料が供給された否かを高精度に判定する観点において好ましい。
或いは、図3の表に示されるように、燃料タンクの蓋が開閉された場合、言い換えると、燃料タンクの蓋の開閉が有る場合、燃料の供給が行われたと判定してよい。特に、蓋の開閉によって貯留手段の内部の圧力が変化する。従って、蓋の開閉に対応したセタン価の検出を行うことで、貯留手段の内部において気体状態にある燃料のセタン価に対する影響を定量的又は定性的に把握することができるので好ましい。他方、燃料タンクの蓋が開閉されない場合、言い換えると、燃料タンクの蓋の開閉が無い場合、燃料の供給が行われたと判定しなくてよい。
或いは、図3の表に示されるように、例えば車両が走行している状態において、燃料タンクに貯留された燃料の温度の低下量が、所定閾値より大きい場合(又は所定閾値と等しい場合)、燃料の供給が行われたと判定してよい。ここに、本実施形態に係る、燃料の温度の低下量に対応される所定閾値とは、実際に貯留された燃料の温度における、燃料の供給が行われた状態と等価とみなしうる所望の温度の低下量を意味する。この所定閾値は、理論的、実験的、経験的、又はシミュレーション等によって、実際に貯留された燃料の温度における、所望となる温度の低下量に一義的に等価になるように、個別具体的に規定されてよい。
一般的に、車両に貯留されている燃料は、内燃機関の排気管などから受熱されるため、車両に貯留されている燃料の温度は、外界から供給される燃料の温度と比較して相対的に高くなっている。従って、外界から供給される、相対的に温度の低い燃料が、貯留手段に供給されると、貯留された燃料の温度は低下するので、その燃料の温度の低下量の度合いに基づいて、燃料が供給された否かを高精度に判定することが可能である。
言い換えると、貯留された燃料の温度の低下量が、所定閾値より大きい場合、相対的に温度の低い外部から供給された燃料に起因して、燃料の貯留量は十分に増加していると判定できるので、燃料の供給が行われたと判定することが可能である。他方、燃料タンクに貯留された燃料の温度の低下量が、所定閾値より小さい場合、燃料の温度の低下は、例えば外界環境に起因すると判定して、燃料の供給が行われたと判定しなくてよい。
或いは、図3の表に示されるように、車両の電気系が起動された場合、言い換えると、例えばイグニションスイッチ等の車両の電気系を起動する起動スイッチが、オンされた場合、燃料の供給が行われたと判定してよい。何故ならば、車両を運転するドライバーの人的特性として、燃料を供給する際には、車両の電気系を停止する可能性が顕著に高いので、車両の電気系の起動が検知された場合、燃料タンクに燃料が供給された可能性が顕著に高いと判定できるからである。
或いは、図3の表に示されるように、車両が停止している停止時間が、所定閾値より大きい場合(又は所定閾値と等しい場合)、燃料の供給が行われたと判定してよい。ここに、本実施形態に係る、車両が停止している停止時間に対応される所定閾値とは、車両を運転するドライバーの人的特性である、車両の停止時間と燃料の供給を行う事実の発生率との相関関係に基づいて一義的に規定可能な車両の停止時間を意味する。この所定閾値は、理論的、実験的、経験的、又はシミュレーション等の各種の手法を用いて、車両を運転するドライバーの人的特性である、車両の停止時間と燃料の供給を行う事実の発生率との相関関係によって一義的に規定されるように、個別具体的に規定されてよい。このように、車両を運転するドライバーの人的特性として、燃料を供給する際には、車両を停止する可能性が顕著に高いので、検知された車両の停止時間が所定閾値より大きい場合、燃料タンクに燃料が供給された可能性が顕著に高いと判定できる。特に、ドライバーが燃料を供給する際に、車両の電気系を停止しないというドライバーの人的特性に対応することができるので、ドライバーの多種多様な人的特性に適切に対応できる観点において好ましい。
再び、図2に戻り、ステップS101の判定の結果、燃料の供給が行なわれないと判定される場合(ステップS101:No)、フラグ変数Fに「OFF」が入力される(ステップS103)。
続いて、ECU20の制御下で、セタン価を検出するための時間間隔、所謂、検出インターバルが、所定値に設定される(ステップS104)。具体的には、図4に示されるセタン価検出の実行頻度と、セタン価を検出する時間間隔との相関関係に基づいて、この所定値を規定してよい。より具体的には、セタン価を検出する時間間隔である所定値を小さくすることで、セタン価検出の実行頻度を多くすることが可能である。他方、セタン価を検出する時間間隔である所定値を大きくすることで、セタン価検出の実行頻度を少なくすることが可能である。
次に、ECU20の制御下で、フラグ変数Fが「On」であるか否かが判定される(ステップS105)。ここで、フラグ変数Fが「On」であると判定される場合(ステップS105:Yes)、ECU20の制御下で、セタン価の検出を許可する条件が成立したか否かが判定される(ステップS106)。ここに、本実施形態に係るセタン価の検出を許可する条件とは、車両の速度や加速度や気筒内の圧力や空燃比や温度等の車両の運転状態を示す各種のパラメータが所定範囲にあるという運転状態の条件でよい。ここに、本実施形態に係る「運転状態」とは、内燃機関の駆動状態や走行状態を包括する概念である。この運転状態の具体例としては、例えば内燃機関の回転数、内燃機関の温度(例えばエンジン水温)、気筒内の圧力(過給圧)、燃料の温度、燃料を噴射する際の噴射圧力、空燃比(や酸素の量)、及び、等を挙げることができる。特に、気筒内の圧力や、内燃機関の温度や、空燃比(や酸素の量)は、燃料の着火時期に与える影響が大きいので運転状態に含めることが好ましい。
ステップS106の判定の結果、セタン価の検出を許可する条件が成立したと判定される場合(ステップS106:Yes)、続いて、ECU20の制御下で、インジェクタ30によって、セタン価の推定用の燃料が噴射される(ステップS107)。
次に、ECU20の制御下で、圧力センサー40によって、燃料の着火時期が実際に測定され、この測定値が変数IGTに代入される(ステップS108)。
次に、ECU20の制御下で、セタン価は、セタン価と着火時期との相関関係を規定するマップmap_a(IGT)に基づいて、一義的に推定され、真のセタン価として検出される(ステップS109)。具体的には、図5に示されるように、測定された着火時期がTDC(Top Dead Center)のタイミングから遠ざかる側、即ち、遅れ側に推移した場合、セタン価の値が相対的に小さいと推定可能である。他方、測定された着火時期がTDCのタイミングに近い側、即ち、進み側に推移した場合、セタン価の値が相対的に大きいと推定可能である。
次に、ECU20の制御下で、フラグ変数Fに「OFF」が入力される(ステップS110)。続いて、ECU20の制御下で、セタン価を検出するための時間間隔、所謂、検出インターバルが、例えば上述した所定値に設定される(ステップS111)。
他方、上述したステップS105の判定の結果、フラグ変数Fが「On」でないと判定される場合(ステップS105:No)、ECU20の制御下で、セタン価を検出するための時間間隔だけ時間が経過したか否かが判定される(ステップS112)。ここで、セタン価を検出するための時間間隔だけ時間が経過したと判定される場合(ステップS112:Yes)、上述したように、ECU20の制御下で、セタン価の検出を許可する条件が成立したか否かが判定される(ステップS106)。
他方、ステップS112の判定の結果、セタン価を検出するための時間間隔だけ時間が経過したと判定されない場合(ステップS112:No)、ECU20の制御下で、通常の燃料の噴射制御が行われる(ステップS113)。
上述したように、燃料が供給される供給度合いが相対的に高いことが判定され、燃料のセタン価が変化したことが推測され、セタン価を高精度に検出する必要性の度合いが相対的に高いレベルの場合、セタン価の検出処理の開始時期又は終了時期を変化させて、セタン価の検出処理の実行頻度を相対的に多頻度にさせてよい。他方、燃料が供給される供給度合いが相対的に低いことが判定され、燃料のセタン価は変化しないことが推測され、セタン価を高精度に検出する必要性の度合いが相対的に低いレベルの場合、或いは、セタン価の検出自体の必要性の度合いが相対的に低いレベルの場合、セタン価の検出処理の開始時期又は終了時期を変化させて、セタン価の検出処理の実行頻度を相対的に少頻度にさせてよい。
この結果、内燃機関の出力に直接的に寄与しないセタン価の検出専用の燃料を必要以上に無駄に噴射することを効果的且つ効率的に抑制し、内燃機関の燃費を効果的に向上させることが可能である。加えて、セタン価の検出専用の燃料を必要以上に無駄に噴射することを効果的且つ効率的に抑制することで、内燃機関で発生するトルクや回転数の出力状態を安定化させ、ドライバビリティを効果的に向上させることが可能である。更に、加えて、セタン価の検出専用の燃料を必要以上に無駄に噴射することを効果的且つ効率的に抑制することで、内燃機関の排気エミッションの悪化、即ち、有害ガスの排気を効果的に抑制することが可能である。
以上の結果、燃料の供給度合いに基づいて、セタン価の検出処理の実行頻度が変化されることで、例えば、燃料の噴射量の精度、空燃比の検出精度或いは燃料消費量等に影響される内燃機関の動力性能、経済性能、車両のドライバビリティ及び環境性能等を含む車両の実践的且つ総合的な性能を適切に安定化させることができる。
(4)他の実施形態
次に、他の実施形態に係る、セタン価の検出頻度の制御処理について説明する。尚、他の実施形態に係る構成要素において、上述した実施形態と概ね同一の構成要素については、同一の符号番号を付しそれらの説明については、適宜省略する。
(4−1)燃料のセタン価の推定処理
先ず、図6を参照して、他の本実施形態に係る、セタン価の検出頻度の制御処理について説明する。ここに、図6は、他の実施形態に係る、セタン価の検出頻度の制御処理の流れを示したフローチャートである。尚、このセタン価の検出頻度の制御処理は、ECU20によって、例えば、数十ミリ秒、又は数ミリ秒等の所定の周期で繰り返し実行される。尚、他の実施形態に係る推定処理において、上述した実施形態と概ね同一の動作や処理については、同一の符号番号を付しそれらの説明については、適宜省略する。
図6に示されるように、上述したステップS106からS108を経て、ECU20の制御下で、セタン価は、セタン価と着火時期との相関関係を規定するマップmap_a(IGT)に基づいて、一義的に推定され、真のセタン価として検出される(ステップS109)。
次に、ECU20の制御下で、今回、検出されたセタン価の値が、例えばメモリ等の記憶手段に記憶される(ステップS201)。
次に、ECU20の制御下で、時間軸上、新しく今回、記憶されたセタン価の値CNk+1と、時間軸上、過去に記憶されたセタン価の値CNkとの差が所定閾値より大きいか否かが判定される(ステップS202)。ここに、他の実施形態に係る、セタン価の値CNk+1とセタン価の値CNkとにおける所定閾値とは、時間経過に伴うセタン価の変化量とセタン価の検出を実行すべき実行頻度との相関関係に基づいて一義的に規定可能な第1セタン価と第2セタン価との差を意味する。この所定閾値は、理論的、実験的、経験的、又はシミュレーション等の各種の手法を用いて、時間経過に伴うセタン価の変化量とセタン価の検出を実行すべき実行頻度との相関関係によって一義的に規定されるように、個別具体的に規定されてよい。
上述したステップS202の判定の結果、時間軸上、新しく今回、記憶されたセタン価の値CNk+1と、時間軸上、過去に記憶されたセタン価の値CNkとの差が所定閾値より大きい場合(又は所定閾値と等しい場合)(ステップS202:Yes)、ECU20の制御下で、セタン価を検出するための時間間隔、所謂、検出インターバルが、相対的に小さい第1所定値に設定される(ステップS203)。具体的には、上述した図4に示されるセタン価検出の実行頻度と、セタン価を検出する時間間隔との相関関係に基づいて、この第1所定値を規定してよい。より具体的には、セタン価を検出する時間間隔が相対的に小さい第1所定値によって、セタン価検出の実行頻度を多くすることが可能である。他方、後述される、セタン価を検出する時間間隔が相対的に大きい第2所定値によって、セタン価検出の実行頻度を少なくすることが可能である。
他方、上述したステップS202の判定の結果、時間軸上、新しく今回、記憶されたセタン価の値CNk+1と、時間軸上、過去に記憶されたセタン価の値CNkとの差が所定閾値より大きくない場合(ステップS202:No)、ECU20の制御下で、セタン価を検出するための時間間隔、所謂、検出インターバルが、相対的に大きい第2所定値に設定される(ステップS204)。
このように、現在、検出された第1セタン価と、時間軸上の過去に検出された第2セタン価との差が所定閾値より大きい場合、時間経過に伴うセタン価の変化量が大きく、現在、燃料タンクに貯留されている燃料の実際のセタン価(又は真のセタン価)を迅速に検出する必要性が顕著に高いので、セタン価の検出を実行する頻度を相対的に多くし、真のセタン価を迅速に検出する。この結果、燃料のセタン価の変化をより迅速に検知して、例えば空燃比等の運転状態に加えて燃料の着火時期を定量的及び定性的に制御し、燃料の噴射量を的確に制御し、内燃機関が発生するトルクや回転数をより的確且つ迅速に制御することが可能である。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うセタン価検出装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を搭載した車両の基本構成を図式的に示した模式図である。 本実施形態に係る、セタン価の検出頻度の制御処理の流れを示したフローチャートである。 図3は、本実施形態に係る、燃料の供給が有ると推定される場合に対応される各種のパラメータの状態と、燃料の供給が無いと推定される場合に対応される各種のパラメータの状態とを示した表である。 本実施形態に係る、セタン価の検出の実行頻度と、セタン価を検出する時間間隔(所謂、検出インターバル)との相関関係を示すグラフである。 本実施形態に係る、セタン価と着火時期との相関関係を示すグラフである。 他の実施形態に係る、セタン価の検出頻度の制御処理の流れを示したフローチャートである。
符号の説明
1 エンジン
2 電子スロットル弁
2a AFM(Air Flow Meter)
#1から#4 シリンダ
3 吸気通路
4 排気通路
5 吸気濾過用のエアフィルタ
6 ターボ過給機
6a コンプレッサ
6b タービン
7 吸気量調節用の絞り弁
7a 過給圧センサ
8 DPNR触媒
9 排気浄化ユニット
10 燃料添加弁
11 EGR通路
12 EGR触媒
13 EGRクーラ
14 EGR弁
15 排気絞り弁
16 マフラー
20 ECU
21 イグニションスイッチ
30 インジェクタ
31 コモンレール
32 燃料ポンプ
33 クランク角センサ
34 燃料タンク
35 蓋
36 蓋センサー
37 燃料タンクのメーター
38 燃料温度計
40 圧力センサー

Claims (9)

  1. 燃料を貯留する貯留手段を有する内燃機関と、
    前記内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する噴射手段と、
    前記気筒内の圧力変化に基づいて、前記噴射された燃料の着火時期を測定する測定手段と、
    前記測定された着火時期とセタン価との相関関係に基づいて、前記噴射された燃料のセタン価の検出処理を実行する検出手段と、
    前記貯留手段に前記燃料が供給される供給度合いに基づいて、前記検出処理の開始時期又は終了時期に加えて又は代えて前記検出処理の実行頻度を変化させて、前記検出処理を実行するように前記検出手段を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とするセタン価検出装置。
  2. 前記制御手段は、(i)前記供給度合いが相対的に高い場合、前記検出処理を開始させることに加えて又は代えて前記検出処理の実行頻度を多い側に変化させつつ、前記検出処理を実行するように前記検出手段を制御し、(ii)前記供給度合いが相対的に低い場合、前記検出処理を終了させることに加えて又は代えて前記検出処理の実行頻度を少ない側に変化させつつ、前記検出処理を実行するように前記検出手段を制御することを特徴とする請求項1に記載のセタン価検出装置。
  3. 前記貯留された燃料の貯留量が増加する方向を基準にして、前記貯留量を示す指標を検知する第1検知手段と、
    前記検知された指標の上昇量が、所定閾値より大きい場合、前記供給度合いが相対的に高いと判定し、前記検知された指標の上昇量が、前記所定閾値より小さい場合、前記供給度合いが相対的に低いと判定する第1判定手段と、を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のセタン価検出装置。
  4. 前記燃料を供給するための前記貯留手段の蓋が開閉されたか否かを検知する第2検知手段と、
    前記蓋が開閉されたと検知された場合、前記供給度合いが相対的に高いと判定し、前記蓋が開閉されたと検知されない場合、前記供給度合いが相対的に低いと判定する第2判定手段と、を更に備えることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか一項に記載のセタン価検出装置。
  5. 前記貯留された燃料の温度を検知する第3検知手段と、
    前記検知された燃料の温度の低下量が、所定閾値より大きい場合、前記供給度合いが相対的に高いと判定し、前記検知された燃料の温度の低下量が、前記所定閾値より小さい場合、前記供給度合いが相対的に低いと判定する第3判定手段と、を更に備えることを特徴とする請求項1から4のうちいずれか一項に記載のセタン価検出装置。
  6. 前記内燃機関を有する車両と、
    前記車両の電気系の起動を検知する第4検知手段と、
    前記電気系の起動が検知された場合、前記供給度合いが相対的に高いと判定し、前記電気系の起動が検知されない場合、前記供給度合いが相対的に低いと判定する第4判定手段と、を更に備えることを特徴とする請求項1から5のうちいずれか一項に記載のセタン価検出装置。
  7. 前記内燃機関を有する車両と、
    前記車両が停止している停止時間を算出する第1算出手段と、
    前記算出された停止時間が、所定閾値より大きい場合、前記供給度合いが相対的に高いと判定し、前記算出された停止時間が、前記所定閾値より小さい場合、前記供給度合いが相対的に低いと判定する第5判定手段と、を更に備えることを特徴とする請求項1から6のうちいずれか一項に記載のセタン価検出装置。
  8. 燃料を貯留する貯留手段を有する内燃機関と、
    前記内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する噴射手段と、
    前記気筒内の圧力変化に基づいて、前記気筒内における着火時期を測定する測定手段と、
    前記測定された着火時期とセタン価との相関関係に基づいて、前記噴射された燃料のセタン価の検出処理を実行する検出手段と、
    前記検出されたセタン価における、時間経過に伴う変化に基づいて、前記検出処理の開始時期又は終了時期に加えて又は代えて前記検出処理の実行頻度を変化させて、前記検出処理を実行するように前記検出手段を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とするセタン価検出装置。
  9. 時間軸上の第1時点に検出された第1セタン価と、前記時間軸上の第2時点に検出された第2セタン価との差を算出する第2算出手段と、
    前記算出された差が、所定閾値より大きい場合、前記供給度合いが相対的に高いと判定し、前記算出された差が、所定閾値より小さい場合、前記供給度合いが相対的に低いと判定する第6判定手段と、を更に備えることを特徴とする請求項8に記載のセタン価検出装置。
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