JP2008303860A - 燃料性状補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セタン価より推定された燃料の粘性に基づいて、体積弾性係数や粘性影響などを適切に補正することが可能な燃料性状補正装置を提供する。
【解決手段】燃料性状補正装置は、内燃機関における燃料性状を補正するために好適に利用される。具体的には、燃料性状補正装置は、筒内圧に基づいてセタン価を測定し、セタン価に基づいて燃料の粘性を推定する。そして、推定された粘性に基づいて燃料の体積弾性係数を補正する。これにより、得られた体積弾性係数に基づいて、燃料の圧力を精度良く予測・算出することができる。よって、燃料性状補正装置によれば、噴射圧の制御性や内燃機関の始動性などを向上させることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関における燃料性状を補正する燃料性状補正装置に関する。

内燃機関の運転に使用される燃料は、そのセタン価によって着火性が異なる。そのため、従来から、セタン価の測定方法や、セタン価に応じた燃料噴射量や燃料噴射時期の制御方法などに関する技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、燃焼室の圧力と燃焼室の容積をｋ乗した値との積の変化に基づいて、燃料のセタン価を測定する技術が記載されている。特許文献２には、圧電素子を有する加振力センサを燃焼室に露出させ、得られた加振力からセタン価を得る技術が記載されている。また、特許文献３には、セタン価の変化に応じて燃料の噴射タイミング、噴射量、コモンレール圧を補正する技術が記載されている。その他にも、本発明に関連のある技術が、特許文献４及び５に記載されている。

特開２００５−３４４５５０号公報 特開２００４−３４００２６号公報 特開２００５−３２０８７２号公報 特開２００５−４８７０３号公報 特開２００５−２３４５４３号公報

ところで、一般的に、燃料タンクなどにおいて検出された燃料の粘性から、噴射時期などを補正することが行われている。この場合、筒内までの距離による誤差や、実際に燃焼する燃料の粘性などの物性が変動する可能性があり、車種によって適合値を変更する必要があった。また、燃料温度（以下、「燃温」とも呼ぶ。）に基づいて、燃料性状の影響を補正するためのマップを参照することが行われているが、実際補正したい箇所と燃温が計測された箇所とが異なる場合には、それぞれで補正感度を計測してマップを有する必要があった。この状態では、仕向地の環境による燃料設定ごとに適合やばらつき検討などを実施しなければならず、仕向地・機種ごとに工数が発生していた。上記した特許文献１乃至５に記載された技術でも、燃料における粘性の影響などを適切に考慮に入れて、補正や制御などを効果的に行うことができない場合があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、セタン価より推定された燃料の粘性に基づいて、体積弾性係数や粘性影響などを適切に補正することが可能な燃料性状補正装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、燃料性状を補正する燃料性状補正装置は、内燃機関における筒内圧に基づいて、燃料のセタン価を測定するセタン価測定手段と、前記セタン価に基づいて、前記燃料の粘性を推定する粘性推定手段と、前記粘性に基づいて、前記燃料の体積弾性係数を補正する体積弾性係数補正手段と、を備えることを特徴とする。

上記の燃料性状補正装置は、内燃機関における燃料性状を補正するために好適に利用される。具体的には、セタン価測定手段は、筒内圧に基づいて燃料のセタン価を測定し、粘性推定手段は、セタン価に基づいて燃料の粘性を推定する。そして、体積弾性係数補正手段は、粘性に基づいて燃料の体積弾性係数を補正する。これにより、燃料の体積弾性係数を精度良く求めることができるので、体積弾性係数に基づいて燃料の圧力を精度良く予測・算出することが可能となる。したがって、噴射圧の制御性や内燃機関の始動性などを向上させることが可能となる。更に、上記の燃料性状補正装置によれば、燃温を引数にした中央特性で体積弾性係数を設定する必要がないため、適合を中央燃料性状設定にて実施することにより、各燃料に応じた適切な補正が可能となる。

上記の燃料性状補正装置の一態様では、前記セタン価に基づいて、前記粘性に基づいた補正を行うための粘性補正係数を決定する粘性補正係数決定手段と、前記粘性補正係数に基づいて、前記燃料における粘性影響を補正する補正手段と、を備える。

この態様では、燃料性状補正装置は、燃料の粘性に基づいて、燃料粘性に関連する補正値を操作する処理を行う。具体的には、燃料性状補正装置は、測定された燃料のセタン価に基づいて、燃料の粘性に基づいた補正を行うための粘性補正係数を決定する。そして、決定された粘性補正係数に基づいて、燃料における粘性影響の補正を行う。これにより、各温度センサと実際制御している箇所との温度差やセンサの製品ばらつきなどの影響を受けることなく、燃料の粘性影響を精度良く補正することができる。加えて、複数の粘性影響を同様のマップや計算式によって補正することができるため、補正係数マップの容量を低減することが可能となる。

上記の燃料性状補正装置において好適には、前記体積弾性係数補正手段は、前記粘性及び前記燃料の温度に基づいて、前記体積弾性係数を補正することができる。

好ましくは、前記体積弾性係数は、前記燃料における昇降圧量の計算、及び燃料漏れの判定に用いられる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
まず、本発明の実施形態に係る内燃機関の構成について説明する。

図１は、本実施形態に係る燃料性状補正装置が適用された内燃機関１の構成を示す概略図である。なお、図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。

内燃機関（エンジン）１は、主に、吸気通路３と、スロットルバルブ４と、燃料噴射弁５と、気筒（シリンダ）６ａと、吸気弁７と、排気弁８と、排気通路９と、点火プラグ１０と、筒内圧センサ１１と、を有する。内燃機関１は、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジンとして構成される。なお、図１においては、説明の便宜上、１つの気筒６ａのみを示しているが、実際には内燃機関１は１つ以上の気筒６ａを有する。

吸気通路３には外部から導入された空気（吸気）が通過し、スロットルバルブ４は吸気通路３を通過する空気の流量を調整する。吸気通路３を通過した空気は、気筒６ａの燃焼室６ｂへ供給される。また、燃焼室６ｂには、燃料噴射弁５によって噴射された燃料が供給される。この場合、燃料噴射弁５は、ＥＣＵ２０から供給される制御信号Ｓ５によって、燃料噴射量や燃料噴射時期などの制御が行われる。

燃焼室６ｂ内では、点火プラグ１０の点火により着火されることによって、供給された空気と燃料との混合気が燃焼される。この場合、燃焼によってピストン６ｃが往復運動し、この往復運動がコンロッド６ｄを介してクランク軸（不図示）に伝達され、クランク軸が回転する。また、内燃機関１には排気通路９が接続されており、燃焼によって生じた排気は排気通路９から排出される。更に、内燃機関１の燃焼室６ｂには、吸気弁７と排気弁８が設けられている。吸気弁７は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。また、排気弁８は、開閉することによって、排気通路９と燃焼室６ｂとの導通／遮断を制御する。

また、内燃機関１における気筒６ａ内には、筒内圧センサ１１が設けられている。筒内圧センサ１１は、気筒６ａにおける筒内圧を検出し、検出した筒内圧に対応する検出信号Ｓ１１をＥＣＵ２０に供給する。

ＥＣＵ（Engine Control Unit）２０は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）などを備える。ＥＣＵ２０は、内燃機関１に設けられた各種センサから検出信号を取得し、これに基づいて内燃機関１に対する制御を行う。本実施形態では、ＥＣＵ２０は、内燃機関１に供給する燃料の燃料性状を補正する処理を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、筒内圧センサ１１から供給される筒内圧（検出信号Ｓ１１に対応する）に基づいて燃料のセタン価を求め、セタン価に基づいて燃料の粘性を推定する。そして、ＥＣＵ２０は、推定された粘性に基づいて、燃料の体積弾性係数や燃料における粘性影響を補正する処理を行う。

このように、ＥＣＵ２０は、本発明に係る燃料性状補正装置として機能する。具体的には、ＥＣＵ２０は、セタン価測定手段、粘性推定手段、体積弾性係数補正手段、粘性補正係数決定手段、及び補正手段に相当する。

［体積弾性係数補正方法］
ここで、本実施形態に係る体積弾性係数補正方法について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ２０は、筒内圧センサ１１が検出した筒内圧に基づいて燃料のセタン価を測定し、測定されたセタン価に基づいて燃料の粘性を推定する。次に、ＥＣＵ２０は、得られた燃料の粘性に基づいて、燃料の体積弾性係数を補正する。具体的には、ＥＣＵ２０は、燃料の粘性及び燃料の温度に基づいて、燃料の体積弾性係数を求める。そして、ＥＣＵ２０は、このようにして得られた体積弾性係数を、燃料における圧力と流量（燃料量）との変換などに用いる。例えば、ＥＣＵ２０は、燃料噴射圧力制御を実施する場合において、燃料における昇降圧量の計算や燃料吐出量（燃料漏れの量に相当する）の計算などに、この体積弾性係数を用いる。

図２は、本実施形態に係る体積弾性係数補正方法を具体的に説明するための図である。

図２（ａ）は、セタン価に基づいて燃料の粘性を求める方法を説明するための図である。具体的には、図２（ａ）は、燃料の粘性を求めるために用いるセタン価−粘性マップを示している。まず、ＥＣＵ２０は、筒内圧センサ１１から筒内圧（検出信号Ｓ１１に対応する）を取得し、この筒内圧に基づいて燃料のセタン価を測定する。例えば、ＥＣＵ２０は、筒内圧に基づいて気筒６ａにおける熱発生量を得て、この熱発生量の変化から燃料のセタン価を測定する。次に、ＥＣＵ２０は、図２（ａ）に示すようなセタン価−粘性マップを参照して、測定されたセタン価に対応する燃料の粘性を得る。なお、セタン価−粘性マップは、所定温度におけるセタン価と燃料の動粘性との関係を表しており、予め作成されたものがＥＣＵ２０内に記憶されている。

図２（ｂ）は、燃料の粘性などに基づいて体積弾性係数を求める方法を説明するための図である。まず、ＥＣＵ２０は、上記のようにして推定された粘性に基づいて、燃料の体積弾性係数を求める。具体的には、ＥＣＵ２０は、図２（ｂ）の左側に示した粘性−体積弾性係数マップを参照して、推定された粘性に対応する体積弾性係数を得る。次に、ＥＣＵ２０は、得られた体積弾性係数を温度補正する。具体的には、ＥＣＵ２０は、代表温度として燃料の温度（以下、「燃温」と呼ぶ。）を取得し、取得された燃温に基づいて、体積弾性係数を温度補正する。以上の処理を行うことによって、補正された体積弾性係数が得られる。ＥＣＵ２０は、こうして得られた体積弾性係数を、燃料における昇降圧量の計算や燃料漏れの判定などに用いる。

以上説明した体積弾性係数補正方法によれば、燃料の体積弾性係数を精度良く求めることができるので、体積弾性係数に基づいて、燃料の圧力を精度良く予測・算出することが可能となる。したがって、噴射圧の制御性や内燃機関１の始動性などを向上させることが可能となる。更に、本実施形態によれば、燃温を引数にした中央特性で体積弾性係数を設定する必要がないため、適合を中央燃料性状設定にて実施することにより、各燃料に応じた適切な補正が可能となる。

［粘性影響補正方法］
次に、本実施形態に係る粘性影響補正方法について説明する。ＥＣＵ２０は、燃料の粘性に基づいて、燃料粘性に関連する補正値を操作する。具体的には、ＥＣＵ２０は、前述した方法と同様の方法によって燃料のセタン価を測定し、測定された燃料のセタン価に基づいて、燃料の粘性に基づいた補正を行うための係数（以下、「粘性補正係数」と呼ぶ。）を決定する。そして、ＥＣＵ２０は、決定された粘性補正係数に基づいて、燃料における粘性影響の補正を行う。詳しくは、ＥＣＵ２０は、燃料性状の影響を補正するためのマップ（以下、「補正係数マップ」と呼ぶ。）を、粘性補正係数によって修正する処理を実行する。

図３は、本実施形態に係る粘性影響補正方法を具体的に説明するための図である。図３の左側には、補正係数マップの一例として、噴射圧と、噴射圧を補正するために用いる補正係数との関係を表したマップを示している。この補正係数マップは、予め作成されて、ＥＣＵ２０内に記憶されている。

まず、ＥＣＵ２０は、前述した方法によって燃料のセタン価を測定し、測定されたセタン価を用いて、計算式やマップにより粘性補正係数を決定する。例えば、ＥＣＵ２０は、セタン価と粘性補正係数との関係を規定したマップ（以下、「セタン価−粘性補正係数マップ」と呼ぶ。）を参照して、測定されたセタン価に対応する粘性補正係数を決定する。そして、ＥＣＵ２０は、図３の左側に示すような補正係数マップを取得し、決定された粘性補正係数によって、当該補正係数マップを補正する。これにより、燃料の粘性を加味した補正値が得られる。

本実施形態に係る粘性影響補正方法によれば、各温度センサ（例えば、サプライポンプ搭載燃温センサなど）と実際制御している箇所との温度差やセンサの製品ばらつきなどの影響を受けることなく、燃料における粘性影響を精度良く補正することができる。具体的には、燃温を代表パラメータとして燃料性状の補正を行う場合と比較すると、本実施形態によれば、温度による摺動抵抗の変化影響を抑制することができると共に、粘性の影響を考慮に入れて適切に補正を行うことができる。したがって、上記のようにして補正された値を用いることにより、制御値を目標値に設定するための制御において、目標値への追従精度を向上させることが可能となる。

また、本実施形態によれば、複数の粘性影響を同様のマップ又は計算式によって補正することができるため、つまり共通する粘性補正係数によって補正することができるため、補正係数マップの容量を低減することが可能となる。つまり、燃温ごとに規定された複数の補正係数マップなどを記憶しておく必要がない。

［本実施形態に係る処理］
次に、図４に示すフローチャートを参照して、本実施形態に係る処理について説明する。この処理では、主に、前述した体積弾性係数補正及び粘性影響補正が実行される。なお、当該処理は、ＥＣＵ２０によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２０は、筒内圧センサ１１から筒内圧（検出信号Ｓ１１に対応する）を取得し、この筒内圧に基づいて燃料のセタン価を測定する。例えば、ＥＣＵ２０は、筒内圧に基づいて気筒６ａにおける熱発生量を得て、この熱発生量の変化から燃料のセタン価を測定する。そして、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０１で測定されたセタン価に基づいて燃料の粘性を推定する。具体的には、ＥＣＵ２０は、予め作成されて記憶されたセタン価−粘性マップを読み込んで、セタン価に対応する燃料の粘性を得る。そして、処理はステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２０は、代表温度としての燃温と、燃料の圧力とを取得する。例えば、ＥＣＵ２０は、燃料タンクや燃料を供給するポンプなどに設けられたセンサから燃温を取得する。そして、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２０は、代表温度と体積弾性係数との関係を定めたマップ（以下、「温度−体積弾性係数マップ」と呼ぶ。）を参照して、体積弾性係数Ｋを求める。温度−体積弾性係数マップは、代表温度と体積弾性係数との関係が、燃料の粘性ごとに定められたマップである。具体的には、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０２で推定された粘性に対応する温度−体積弾性係数マップを特定し、特定されたマップに基づいて、ステップＳ１０３で取得された代表温度（燃温）に対応する体積弾性係数Ｋを得る。このようなステップＳ１０４の処理は、前述したような、代表温度（燃温）に基づいて体積弾性係数を温度補正する処理に対応する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０４で求められた体積弾性係数Ｋに基づいて、燃料における圧力と流量（燃料量）との変換を行う。具体的には、ＥＣＵ２０は、体積弾性係数Ｋを以下の式（１）に代入することによって、圧力から燃料量への換算、或いは燃料量から圧力への換算を行う。

ΔＰ＝Ｋ×ΔＶ／Ｖ 式（１）
なお、式（１）において、「ΔＰ」は昇降圧量（昇圧量又は降圧量）を示し、「Ｖ」は容積を示している。以上のステップＳ１０５の処理が終了すると、処理はステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ２０は、上記した式（１）に基づいて、燃料における昇降圧量ΔＰの計算や、燃料漏れ（ΔＶに対応する）の判定を行う。この場合、ＥＣＵ２０は、昇降圧量ΔＰの計算では、式（１）に基づいて燃料量から圧力への換算を行い、燃料漏れの判定では、式（１）に基づいて圧力から燃料量への換算を行う。

一方、ステップＳ１０７では、ＥＣＵ２０は、燃料性状関連の補正の対象となっているエンジンパラメータを取得する。例えば、ＥＣＵ２０は、エンジンパラメータとして噴射圧などを取得する。そして、処理はステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０７で取得されたエンジンパラメータに対応する補正係数マップを取得する。例えば、ＥＣＵ２０は、噴射圧と噴射圧を補正するために用いる補正係数との関係を定めた補正係数マップなどを取得する。そして、処理はステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ２０は、粘性補正係数を決定して、決定された粘性補正係数によって補正係数マップを補正する。具体的には、ＥＣＵ２０は、まず、セタン価−粘性補正係数マップを参照して、前述したステップＳ１０１で測定されたセタン価に対応する粘性補正係数を決定する。この場合、ＥＣＵ２０は、セタン価指数に基づいて粘性補正係数（国内認定基準の値を用いるものとする）を決定する。そして、ＥＣＵ２０は、決定された粘性補正係数によって、ステップＳ１０８で取得された補正係数マップを補正する。これにより、燃料の粘性を加味した補正値が得られる。なお、上記したステップＳ１０７〜ステップＳ１０９の処理は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理と並行して行われるものとする。

以上説明した本実施形態に係る処理によれば、適合を中央燃料性状設定にて実施することができ、各燃料に応じた適切な補正が可能となる。また、燃料の体積弾性係数を精度良く求めることができるので、体積弾性係数に基づいて燃料の圧力予測・算出を精度良く行うことが可能となる。更に、本実施形態によれば、各温度センサと実際制御している箇所との温度差やセンサの製品ばらつきなどの影響を受けることなく、燃料の粘性影響を精度良く補正することができる。加えて、複数の粘性影響を同様のマップによって補正することができるため、補正係数マップの容量を低減することが可能となる。

本実施形態に係る燃料性状補正装置が適用された内燃機関の概略構成図を示す。 体積弾性係数補正方法を具体的に説明するための図である。 粘性影響補正方法を具体的に説明するための図である。 本実施形態に係る処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関（エンジン）
３ 吸気通路
４ スロットルバルブ
５ 燃料噴射弁
６ａ 気筒
９ 排気通路
１１ 筒内圧センサ
２０ ＥＣＵ

Claims (4)

1. 燃料性状を補正する燃料性状補正装置であって、
   内燃機関における筒内圧に基づいて、燃料のセタン価を測定するセタン価測定手段と、
   前記セタン価に基づいて、前記燃料の粘性を推定する粘性推定手段と、
   前記粘性に基づいて、前記燃料の体積弾性係数を補正する体積弾性係数補正手段と、を備えることを特徴とする燃料性状補正装置。
2. 前記セタン価に基づいて、前記粘性に基づいた補正を行うための粘性補正係数を決定する粘性補正係数決定手段と、
   前記粘性補正係数に基づいて、前記燃料における粘性影響を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料性状補正装置。
3. 前記体積弾性係数補正手段は、前記粘性及び前記燃料の温度に基づいて、前記体積弾性係数を補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料性状補正装置。
4. 前記体積弾性係数は、前記燃料における昇降圧量の計算、及び燃料漏れの判定に用いられることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の燃料性状補正装置。

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