JP2009121321A - 制御装置、及び燃料噴射量制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機関（エンジン）が完爆に至る前であっても、燃料の性状と噴射量の不適合の判定と、燃料性状に応じた燃料噴射量への変更とを行う。
【解決手段】燃料の噴射と前記燃料の爆発とが間欠的に行われる機関への前記燃料の噴射量を決定する制御装置により、前記初回の爆発の際の前記機関の状態の変化速度に基づいて前記噴射量を決定するので、機関が完爆に至る前であっても、燃料の性状と噴射量の不適合の判定と、燃料性状に応じた燃料噴射量への変更とが可能となる。よって、異なる性状の燃料を補給した後の最初の運転サイクルであっても、機関始動時間を短縮できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料の噴射と前記燃料の爆発とが間欠的に行われる機関への前記燃料の噴射量を決定する制御装置、及び燃料噴射量制御方法に関する。

自動車等の車両用機関（エンジン）は、ガソリンなどの燃料の供給とその爆発とが燃焼室内において間欠的に繰返されることにより、車軸に対し回転力を出力する。供給される燃料は、インジェクタによりエンジンの吸気路内に噴射され、気化することにより吸気中に取り込まれる。そして、燃料を取り込んだ吸気が燃焼室に供給され、プラグにより点火された燃料が爆発する。

このとき、燃料の噴射量は、マイクロコンピュータなどの制御装置により決定され、インジェクタに指示される。ここで、所望の出力を得るための爆発に必要な燃料の量は、計算により求められる。しかし、噴射された燃料のすべてが気化して吸気中に取り込まれるわけではないので、燃料の気化速度を考慮し、必要量より多めの噴射量がインジェクタに指示される。

ところで、近年、環境問題を背景として、ガソリン燃料のほかに、サトウキビなどの農産物由来のアルコール燃料とガソリン燃料との混合燃料（以下、混合燃料という）でも走行可能な、いわゆるフレキシブルフューエルビークル（ＦＦＶ）用エンジンの開発が進められている。かかるＦＦＶでは、乗員が任意に燃料を選択して、車両の燃料タンクに補給する。しかし、燃料の気化速度は、燃料の性状によって異なる。

よって、例えばガソリン燃料より気化速度が遅い、いわゆる重質燃料に相当する混合燃料を用いる場合には、ガソリン燃料を用いる場合と同じ噴射量での燃料噴射をインジェクタに指示すると、所定の吸気工程の間に気化する混合燃料の量はガソリン燃料のときより少なくなる。すると、吸気中に取り込まれて燃焼室に供給される燃料が不足するので、エンジンは十分な爆発力が得られない。

特に、エンジン始動時には、スタータにより回転を開始したエンジンが自立して駆動可能な回転数を出力できる、いわゆる完爆の状態にいたるまでに、エンジン回転数を急速に増加させることが必要となる。このとき、爆発力が不十分だと、回転数を上昇させるためにより多くの回数の爆発が必要となり、完爆までの時間が長くなる。あるいは、所期の回転数の増加が得られず、エンストする可能性もある。

かかる問題に対処すべく、従来から種々の方法が提案されている。その一つとして、燃料の噴射量を一定とした場合に、燃料の性状ごとにエンジンが完爆に至るまでの時間が異なることに着目し、燃料の噴射開始から完爆に至るまでの時間を計測し、その結果に基づいて燃料の性状を判定する方法が特許文献１に記載されている。そして、この方法では、制御装置は、判定した燃料性状に応じて、インジェクタに指示する噴射量を変更する。
特開２００２−２０１９９７号公報

上記従来技術では、燃料の噴射開始から完爆までの経過時間により燃料の性状を判定して、燃料性状と不適合な噴射量を変更する。よって、性状が異なる燃料が補給された後の最初の運転サイクルにおいては、エンジンが完爆に至るまでは噴射量を変更することができないので、エンジンの始動時間を短縮できないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、エンジンが完爆に至る前であっても、燃料性状の判定と燃料性状に応じた燃料噴射量の変更とが可能な制御装置、及び燃料噴射量制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、燃料の噴射と前記燃料の爆発とが間欠的に行われる機関への前記燃料の噴射量を決定する制御装置であって、前記機関の状態を取得する状態取得部からの情報を記憶する記憶部と、前記記憶部の情報に基づいて初回の爆発の際の前記機関の状態の変化速度を判断し、当該判断結果に基づいて前記噴射量を決定する制御部とを備えたことを特徴とする。

なお、上記側面の好ましい実施態様では、前記機関の状態の変化速度は、前記初回の爆発後の所定時間における、前記機関の回転数の増加量、前記機関の排気温の変化量、または前記機関の吸気圧の変化量のいずれかに基づいて求められる。

上記側面によれば、初回の爆発が生じた後の前記噴射量を、前記初回の爆発の際の前記機関の状態の変化速度に基づいて決定するので、機関（エンジン）が完爆に至る前であっても、燃料の性状の判定と、燃料性状に応じた燃料噴射量の変更とが可能となる。よって、性状が異なる燃料を補給した後の最初の運転サイクルであっても、燃料性状と燃料噴射量が不適合のときには燃料性状に応じて噴射量を変更でき、エンジン始動時間を短縮できる。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図１は、本実施形態における機関と、その燃料の噴射量を制御する制御装置との構成を説明する図である。本実施形態における機関は、ガソリン燃料のほかにアルコールとガソリンとの混合燃料も使用可能な車両用エンジン１であり、いわゆるＦＦＶ（フレキシブルフューエルビークル）に適用される。次の説明では、まず、ガソリン燃料を用いる場合を例として説明する。

エンジン１の燃焼室１８は、吸気弁１６を介して吸気路１０と、排気弁２１を介して排気路２２と接続される。吸気路１０には、吸気中の粉塵を除去するエアクリーナ１２、吸入される吸気の量を調整するスロットル弁４８とこれを駆動するスロットルモータ４７、ガソリン燃料を吸気中に噴射するインジェクタ１４、及び、吸気圧を検知する吸気圧センサ１１が設けられる。また、燃焼室１８には、ガソリン燃料を含んだ吸気に点火する点火プラグ２０と、混合気の爆発力により燃焼室１８内を降下するピストン２８とが設けられる。また、点火プラグ２０には、燃焼室内の気圧（以下、筒内圧という）を検知する筒内圧センサ１９が一体化して備えられる。そして、排気路２２には、排気中の酸素量を検出する酸素濃度センサ４３、排気の温度を検知する排気温センサ４４、及び排気を浄化する三元触媒２４が設けられる。

吸気路１４に設けられたインジェクタ１４には、ポンプ６２により燃料タンク６６から吸引されたガソリン燃料が、一定の圧力で配管６４を介して送られる。インジェクタ１４の噴射口は例えばソレイド弁で構成されており、この噴射口が制御装置５０からの指示に応答して開かれることにより、加圧されたガソリン燃料が吸気路１０内へ噴射される。

燃焼室１８内を下降するピストン２８は、コンロッド３０によりクランク軸３２と連結される。これにより、ピストン２８の下降運動が回転運動に変換されて、クランク軸３２が回転する。そして、クランク軸３２の回転が車軸に伝わり、車輪が回転する。また、クランク軸３２が慣性力により回転することで、ピストン２８は燃焼室１８内を上昇する。また、クランク軸３２はスタータ３４と連動しており、エンジン１の始動時にはスタータ３４がクランク軸３２を回転させる。また、クランク角センサ３６は、クランク軸３２の周囲に設けられた突起状の歯の位置を検知する電磁ピックアップを備え、クランク軸３２の角度を検出して制御装置５０に出力する。

制御装置５０は、一例として、各種データやプログラムを記憶するメモリである記憶部５１aのほかに、ＣＰＵで構成される制御部５１ｂ、及び入出力インターフェース回路５１ｃとを備えたマイクロコンピュータで構成される。そして、制御装置５０では、制御部５１ｂが記憶部５１ａに格納された制御プログラムに従って各種演算を行い、入出力インターフェース回路５１ｃを介して制御信号を出力することにより、スタータ３４の駆動、インジェクタ１４によるガソリン燃料の噴射時期と噴射量、及び点火プラグ２０の点火時期などを制御する。

エンジン１の始動に際し、ユーザがイグニションキースイッチ５２を回転させると、まずイグニションのＯＮ接点が導通されて制御装置５０に電源が投入される。次いで、スタータのＯＮ接点が導通されて、スタータのＯＮ信号が制御装置５０に入力される。そして、制御装置５０は、スタータＯＮに応答して、スタータ３２を駆動する。そして、スタータ３２によりクランク軸３２が回転を始めると、これに伴いピストン２８が上下動作を始める。

ピストン２８が下降し、クランク軸３２と図示されないプーリーにより連動された吸気弁１６が開かれると、燃焼室１８内に生じた負圧の作用によって外部の空気が吸気路１０へ吸引される。そして、制御装置５０は、クランク角センサ３６からの信号に基づいてピストン２８の位置を検出し、吸気工程が行われるタイミングに合わせて、インジェクタ１４に燃料噴射を指示する。

すると、吸気路１０内へ噴射されたガソリン燃料は気化して吸気中に取り込まれ、燃焼室１８へ送られる。そして、燃焼室１８に送られた吸気は、ピストン２８が上昇して圧縮される。すると、制御装置５０がピストン２８の位置が上死点付近にあることを検出して、点火プラグ２０に点火を指示する。そして、点火プラグ２０がこれに応答して吸気に点火すると、圧縮された吸気に取り込まれたガソリン燃料が爆発し、その爆発力で燃焼室１８のピストン２８が急速に下降する。そして、このピストンの下降により、クランク軸３２の回転が加速される。

加速されたクランク軸３２の回転に伴い、再びピストン２８が燃焼室１８内を上昇すると、図示されないプーリーによりクランク軸３２と連動して排気弁２１が開かれて、排気が排気路２２を通じて車外へ排出される。そして、クランク軸３２の回転に伴うピストン２８の往復に合わせて、上記の吸気、燃料噴射、圧縮、爆発、排気の工程が反復される。

このとき、制御装置５０は、クランク角センサ３６からの検知信号に基づいてエンジン回転数を算出し、表示装置５６により表示出力する。そして、エンジン回転数が例えば毎分４００回転（４００ｒｐｍ）に達したことをユーザが確認すると、イグニションキースイッチ５２をスタータのＯＮ接点に対応する位置から解放する。すると、イグニションスイッチはＯＮのまま、スタータスイッチがＯＦＦされる。すると、スタータのＯＦＦ信号をイグニションキースイッチ５２から入力された制御装置５０は、スタータ３４を停止する。この時点で、エンジン１は自立して駆動可能な状態となり、始動完了にいたる。ここで、かかる基準となるエンジン回転数４００ｒｐｍに達したときのエンジンの状態を完爆という。なお、制御装置５０は、表示装置５６を介して逐次変化するエンジン回転数を表示出力し、ユーザに４００ｒｐｍに達したか否かを判断させてもよいし、４００ｒｐｍに達したか否かに関する情報を表示出力してもよい。

なお、ここでは、クランク角から求められる回転数がエンジン１の「状態」に対応し、クランク角センサ３６と、回転数を算出する制御部５１ｂが「状態取得部」に対応する。

また、制御装置５０には、エンジン１の冷却水の温度を検知する水温センサ４０、ユーザの操作入力によるアクセルの開度を検知するアクセル開度センサ４５、外気圧を検知する外気圧センサ４６、吸気圧センサ１１、筒内圧センサ１９、酸素濃度センサ４３、排気温センサ４４からの検知信号が入力される。そして、制御装置５０は、算出したエンジン回転数や入力信号に基づいて、インジェクタ１４の噴射量や点火プラグ２０の点火時期をフィードバック制御する。また、制御装置５０は、アクセル開度に基づき、スロットルモータ４７を制御してスロットル弁４８を開閉し、吸気量の調整も行う。

ここでは、エンジン１の吸気圧、排気温が、エンジンの「状態」に対応する。そして、吸気圧センサ１１、排気温センサ４４が、「状態取得部」に対応する。

図２は、エンジン１の始動時における、時間に対するエンジン回転数の変化を示す図である。図３は、制御装置５０がインジェクタ１４に指示する燃料噴射量を説明する図である。

制御装置５０は、図２（１）に示すように、スタータＯＦＦ信号がＯＮ信号になると、これに応答してスタータ３４を始動させる。すると、スタータ３４によりクランク軸３２が回転を開始する。このとき、図２（２）に示すように、クランク軸３２の回転数、すなわちエンジン回転数は、毎分２００回転（２００ｒｐｍ）となるようにスタータ３４の回転速度が制御される。そして、点火プラグ２０の点火により最初の爆発（以下、初爆という）が生じるとクランク軸３２の回転が加速され、矢印Ｅ１が示すように、エンジン回転数が上昇する。そして、２回目、３回目、・・・と続く爆発ごとに、エンジン回転数が増加する（矢印Ｅ２、Ｅ３、…）。そして、エンジン回転数が曲線Ｃ１を描いて４００ｒｐｍに到達すると、エンジン１は完爆にいたる。すなわち、スタータ３４を停止させても、クランク軸３２は有る程度の回転数を慣性で維持でき、エンジン１は吸気工程行うことができる。なお、このとき、スタータがＯＮされてからエンジン回転数が４００ｒｐｍにいたるまでの時間ＴＤ１を、エンジン始動に要する始動時間とする。

上記の工程で、インジェクタ１４が噴射するガソリン燃料は、気化することで吸気中に取り込まれて、燃焼室１８内に送られる。このとき、ガソリン燃料の気化速度は、吸気路１０内の温度により変化する。具体的には、温度が高いと気化速度は速く、温度が低いと気化速度は遅くなる。よって、噴射量が同じ場合には、吸気工程の間に気化して吸気中に取り込まれるガソリン燃料の量は、温度が高いほどが多く、温度が低いほど少ない。そして、気化しないガソリン燃料は、吸気路１０内に液体として付着する。一方、初爆から完爆にいたるまでの爆発において、所期のエンジン回転数増加を得るための爆発に必要なガソリン燃料の量は、設計上求められる。こうしたことから、制御装置５０は、エンジン始動の際に必要な量のガソリン燃料が吸気中に取り込まれるように、吸気路１０内の温度に応じてエンジン１の始動時におけるガソリン燃料の噴射量を制御する。

具体的には、制御装置５０は、記憶部５１ａに予め記憶した図３（Ａ）に示すようなマップデータを参照して、エンジン１の始動時におけるガソリン燃料の噴射量を決定する。図３（Ａ）のマップデータは、吸気路１０内の温度を反映するパラメータとして、エンジン１の冷却水温を横軸に示し、冷却水温に対応する噴射量を縦軸に示す。このマップデータでは、冷却水温が低いほど大きい噴射量が、冷却水温が高いほど低い噴射量が対応する。

制御装置５０は、水温センサ４０が検知した冷却水温に対応する燃料噴射量をこのマップデータから読み出して、その噴射量をインジェクタ１４に指示する。すなわち、吸気路１０の温度が低く、ガソリン燃料の気化速度が遅いときには、噴射量を多くすることで全体として必要な量のガソリン燃料を吸気工程の間に気化させることができる。また、吸気路１０の温度が高く、ガソリン燃料の気化速度が速いときには、噴射量を少なくしても、全体として必要な量の燃料を吸気工程の間に気化させることができる。よって、吸気路１０の温度にかかわりなく、エンジン１の始動に必要な量のガソリン燃料を吸気中に取り込んで、燃焼室１８に供給することができる。なお、エンジン１の冷却水温の代わりに、吸気路１０の温度を反映するパラメータとして、エンジン１のオイルの温度（油温）を用いることも可能である。また、上記のようなマップデータを参照する代わりに、制御装置５０は、エンジン１の水温やエンジン１の油温に対応した燃料噴射量を演算により求める構成としてもよい。

上述においては、ガソリン燃料を例として説明した。しかし、本実施形態では、燃料タンク６６には、ガソリン燃料のほかにも、サトウキビなどの農産物由来のアルコール燃料などとガソリン燃料からなり、同一の温度ではガソリン燃料より気化速度が遅い混合燃料が充填される。ここで、図３（Ｂ）において、かかる混合燃料を用いた場合のエンジン１の冷却水温と噴射量との関係Ｆ１を、ガソリン燃料の場合のエンジン１の冷却水温と噴射量との関係Ｆ２と対比する。すると、混合燃料を用いたときに、制御装置５０がガソリン燃料向けの燃料噴射量で上記の制御を行うと、燃料噴射量に不足が生じる。すると、十分な爆発力が得られない。

かかる場合の、時間に対するエンジン１の回転数の変化を図２（３）に示す。すると、初爆（矢印Ｅ１１）、２回目の爆発（矢印Ｅ１２）、３回目の爆発（矢印Ｅ１３）、…のそれぞれにおいて、十分な回転数の上昇が得られないため、エンジン１の回転数の増加は、図２（１）の場合の曲線Ｃ１より緩やかな傾きの曲線Ｃ２を描いて、完爆を示す４００ｒｐｍに到達する。すると、この場合の始動時間ＴＤ２は、図２（２）の場合のＴＤ１より長くなる。あるいは、爆発力が不足すると、駆動部の摩擦抵抗により回転数が低下してしまう（矢印Ｅ２２、２３、…）場合がある。このような場合、ユーザがスタータをＯＦＦにすると、エンストにつながるおそれもある。

そこで、本実施形態では、図２（４）に示すように、初爆後の所定の経過時間ΔＴにおけるエンジン１の回転数の増加量ΔＲ、つまり、矢印Ｅ１１の傾きに基づいて、燃料性状を判定することを特徴とする。ここでは、所定の経過時間ΔＴにおけるエンジン１の回転数の増加量ΔＲは、エンジン１の状態の変化速度に対応する。すなわち、矢印Ｅ１１の傾きが大きければ十分な爆発力が得られていると判断でき、その場合は、燃料性状に適合した噴射量であると判断できる。一方、傾きが小さければ爆発力は不十分であり、燃料性状に適合しない噴射量であると判断できる。よって、例えば、制御装置５０が、ガソリン燃料用の燃料噴射量を指示していた場合、傾きが大きければ実際にガソリン燃料を用いており、傾きが小さければ混合燃料を用いていると判断できる。

そして、傾きが小さい場合、つまり、混合燃料を用いている場合にガソリン燃料用の噴射量を指示していた場合、回転数の増加は曲線Ｃ２のようになり、完爆までの時間がＴＤ２となる蓋然性が大きいと判断できる。よって、そのときは、図２（５）に示すように、２回目以降の爆発（Ｅ５２、Ｅ５３、…）において十分な爆発力を得られるように、燃料性状に適合した制御量に変更する。そうすることにより、エンジン１の回転数の増加曲線をＣ１１のように修正でき、より早い始動時間ＴＤ３で、毎分４００回転の完爆の状態に到達できる。よって、ユーザによりスタータが停止されてもエンジンの１の自立駆動が可能となる。また、始動時間が長くなることによるユーザの不快感を防ぐことができる。

次に、本実施形態における制御装置の動作手順を説明する。以下の説明では、燃料の種別をガソリン燃料または混合燃料に限定せず、燃料性状を、便宜的に、気化速度、つまり気化し易さに応じて３段階に分類して説明する。よって、以下では、燃料性状「０」は気化速度が速く（気化し易く）、燃料性状「１」は気化速度が中程度、燃料性状「２」は気化速度が遅い（気化し難い）燃料性状に対応する。

図４は、本実施形態における制御装置の動作手順を説明するフローチャート図である。まず、制御装置５０は、スタータのＯＮ信号が入力されると（Ｓ２）、スタータ３４を始動する（Ｓ４）。そして、制御装置５０は、燃料噴射と点火を指示し、初爆の有無を判定する（Ｓ６）。そして、制御装置５０は、後に詳述する手順に従い燃料性状の判定と、判定結果に不適合なマップデータの切替を実行する（Ｓ８）。

図５は、初爆の判定手順と、燃料性状の判定及びマップデータの切替手順とを詳述する図である。図５（Ａ）のフローチャート図が示す手順は、初爆の判定手順（図４の手順Ｓ６）に、図５（Ｂ）のフローチャート図が示す手順は、燃料性状の判定及びマップデータの切替手順（図４の手順Ｓ８）に、それぞれ対応する。また、図５（Ｃ）は、燃料性状の判定方法を説明する図である。そして、図６は、燃料性状ごとに、エンジン１の冷却水温と噴射量とを対応付けたマップデータの例を示す。

まず、図５（Ａ）の手順において、制御装置５０は、１回目の点火の指示（Ｓ５１）から所定時間（例えば数ミリ秒）経過したとき（Ｓ５２のＹＥＳ）、当該経過時間におけるエンジン１の回転数の変化量を算出する（Ｓ５３）。そして、エンジン１の回転数の変化量が所定の基準値を上回るときは（Ｓ５４のＹＥＳ）、制御装置５０は初爆が完了したと判定する（Ｓ５５）。

このとき、制御装置５０の記憶部５１ａには、図６に示すような、燃料性状「０」、「１」、または「２」に対応したマップデータＭ０、Ｍ１、Ｍ２が予め格納されており、制御装置５０は、初期設定として、燃料性状「０」用のマップデータＭ０を用いて、１回目の点火のときの噴射量を決定する。

そして、図５（Ｂ）の手順において、制御装置５０は、初爆が検出された場合（Ｓ５６のＹＥＳ）に、上記の所定経過時間におけるエンジン１の回転数の変化量から燃料性状を判定する（Ｓ５７）。ここで、燃料の噴射量がその燃料性状に適していることを前提とすると、燃料の気化速度が速ければ、つまり気化し易い燃料であれば、吸気中に取り込まれる燃料の量は多くなるので、爆発力が大きくなる。したがって、エンジン１の回転数の増加量が大きくなる。反対に、燃料の気化速度が遅ければ、つまり気化し難い燃料であれば、吸気中に取り込まれる燃料は少なくなるので、爆発力が小さくなる。したがって、エンジン１の回転数の増加量は小さくなる。

よって、制御装置５０は、図５（Ｃ）に示すような対応関係に基づき、エンジン１の回転数の変化量がΔＲ１以上のときは、実際に用いられた燃料は、燃料性状「０」、変化量がΔＲ２以上ΔＲ１未満のときは、燃料性状「１」、変化量がΔＲ２より小さいときは燃料性状「２」と判定する。そして、１回目の点火に用いたマップデータと、判定した燃料性状に対応するマップデータとが異なる場合、つまり燃料性状と噴射量が不適合の場合は、制御装置５０は、判定した燃料性状に対応するマップデータに切替える（Ｓ５８）。そうすることにより、燃料性状と噴射量の不適合を解消できる。

具体的には、実際の燃料性状が「２」のときにマップデータＭ０で噴射量を決定すると、燃料の供給量が不足し、図５（Ｃ）に示したエンジン１の回転数の増加量はΔＲ２未満となる。よって、その場合は、燃料性状「２」用のマップデータＭ２に切替える。また、実際の燃料性状が「１」のときに、マップデータＭ０で噴射量を決定していた場合は、燃料の供給量が不足し、図５（Ｃ）に示したエンジン１の回転数の増加量はΔＲ２以上ΔＲ１未満となる。よって、その場合は、燃料性状「１」用のマップデータＭ１に切替える。

なお、上記の所定経過時間は、１回目の点火が指示された時点を基準に起算されるが、起算時点はこれに限られない。例えば、１回目の点火の指示後、数ミリ秒経過後から起算してもよい。また、制御装置５０は、上述の変形例として、エンジン１の回転数の変化量の代わりに、エンジン１の回転数をトルクに換算し、トルクの変化量を用いることができる。その場合、エンジン１の回転数が増加するとトルクも増加し、エンジン１の回転数が減少するとトルクも減少する関係にある。よって、図５（Ｃ）において、横軸をトルクの変化量として、上記同様の判断が可能である。

また、エンジン１の回転数に代わるパラメータとして、筒内圧センサ１９が検知する筒内圧の変化量を用いてもよい。燃焼室１８内の爆発力が大きければ、筒内圧の増加量は大きくなり、気化し易い性状の燃料が使用されたと判定できる。反対に、爆発力が小さければ、筒内圧の増加量は小さくなり、気化し難い性状の燃料が使用されたと判定できる。よって、図５（Ｃ）において、横軸を筒内圧の変化量として、上記同様の判断が可能である。

また、エンジン１の回転数に代わる別のパラメータとして、吸気圧センサ１１が検知する吸気圧の変化量を用いてもよい。燃焼室１８内の爆発力が大きければ、ピストン１８の下降する速度は大きくなるため燃焼室内での負圧の増加量が大きくなり、これに伴い、吸気圧の減少量は大きくなる。よって、その場合、気化し易い性状の燃料が使用されたと判定できる。一方、燃焼室１８内の爆発力が小さければ、ピストン１８の下降する速度は小さいので燃焼室内での負圧の増加量は小さくなり、これに伴い、吸気圧の減少量は小さくなる。よって、その場合、気化し難い性状の燃料が使用されたと判定できる。よって、図５（Ｃ）において、横軸を吸気圧の変化量（減少量）として、上記同様の判断が可能である。

また、エンジン１の回転数に代わる別のパラメータとして、排気温センサ４４が検知する排気温の変化量を用いてもよい。燃焼室１８内の爆発力が大きければ、排気温の増加量は大きくなり、気化し易い性状の燃料が使用されたと判定できる。一方、燃焼室１８内の爆発力が小さければ、排気温の増加量は小さくなり、気化し難い性状の燃料が使用されたと判定できる。よって、図５（Ｃ）において、横軸を吸気圧の変化量として、上記同様の判断が可能である。

さらに、エンジン１の回転数に代わる別のパラメータとして、酸素濃度センサ４３が検知する排気中の酸素濃度を用いてもよい。ここで、排気中の酸素濃度が高いときは、吸気中の酸素の消費量が小さく、燃焼室１８内の爆発力が小さいことを意味する。よって、そのときは、気化し難い性状の燃料が用いられたと判断できる。反対に、排気中の酸素濃度が低いときは、吸気中の酸素の消費量が大きく、燃焼室１８内の爆発力が大きいことを意味する。よって、そのときは、気化し易い性状の燃料が用いられたと判断できる。

かかる対応関係を図示すると、図７のようになる。制御装置５０は、図７の対応関係を用いて、酸素濃度がＳ１未満のときは気化し易い燃料性状「０」、酸素濃度がＳ１以上Ｓ２未満のときは、燃料性状「１」、酸素濃度がＳ２以上のときは気化し難い燃料性状「２」と判定する。なお、かかる対応関係は、予め実験・計算により求められ、記憶部５１ａに格納される。

このように、制御装置５０は、エンジン１の回転数以外のパラメータを用いて、燃料性状の判定と、判定した燃料性状と噴射量の不適合の判定、及び、不適合の場合にマップデータの切替を行うことができる。そして、これらのパラメータは車両の各種動作の制御のために検知されるものであり、これらを検知するセンサ類は、標準装備されるものである。よって、本実施形態によれば、標準的な車両用エンジンにおいて、構成を追加することなく、通常検知されるパラメータを用いて燃料性状の判定が可能となる。

ここで、排気中の酸素濃度により燃料性状を判断する場合において、酸素濃度が種々の外乱の影響を受ける場合を考慮し、燃料性状の判定結果を補正する実施例を次に示す。

図８は、酸素濃度と外乱とに基づいて燃料性状を判定する場合の、制御装置の動作手順を説明するフローチャート図である。図８のフローチャート図は、図４の手順Ｓ８の変形例に対応する。また、図９は、種々の外乱の影響を考慮して酸素濃度から燃料性状を判定する方法を説明する図である。

まず、制御装置５０は、初爆が検出されたときは（Ｓ９５のＹＥＳ）、エンジン１の冷却水温、アクセル開度、外気圧、ソーク時間などの外乱となるパラメータを検出する（Ｓ９６）。そして、酸素濃度と外乱に応じて、燃料性状を判定する（Ｓ９８）。

ここで、燃料の気化速度は、外乱により、外乱のない通常の場合より速くなったり、遅くなったりする。燃料の気化速度が速くなると、気化し難い燃料を用いた場合であっても、吸気中に取り込まれる燃料は通常より多くなる。すると、消費される酸素量が増えるので、排気中の酸素濃度は低くなる。すると、燃料の性状は、通常時に判定される性状より、気化し易い性状と判定されることになる。よって、かかる場合には、判定結果を、より気化し難い側に補正する。反対に、燃料の気化速度が遅くなると、気化し易い燃料を用いた場合であっても、吸気中に取り込まれる燃料は通常より少なくなる。すると、消費される酸素量が減るので、排気中の酸素濃度は高くなる。すると、燃料の性状は、通常時に判定される性状より、気化し難い性状と判定されることになる。よって、かかる場合には、判定結果を、より気化し易い側に補正する。

例えば、エンジン１の冷却水温を外乱とする場合には、冷却水温が通常より低いとき、つまり寒冷時は、燃料の気化速度が通常より遅くなり、反対に、冷却水温が通常より高いとき、つまり暖機がある程度進んだときは、燃料の気化速度が通常より速くなる。よって、本実施例では、図７で示した対応関係を冷却水温に応じて横軸方向にシフトさせて用いる。

例えば、図９（Ａ）において、冷却水温が０℃未満のとき（寒冷時）は一点鎖線で示す対応関係、冷却水温が０℃以上４０℃未満のとき（通常時）は点線で示す対応関係、冷却水温が８０℃以上のとき（暖機後）は、実線で示す対応関係が用いられる。これにより、検出された酸素濃度が同じであっても、燃料の性状は、冷却水温が低いときにはより気化し易い性状と判定され、冷却水温が高いときにはより気化し難い性状と判定される。

また、アクセル開度を外乱とする場合は、例えば、図９（Ｂ）において、アクセル開度が０度以上２０度未満のときは一点鎖線で示す対応関係、アクセル開度が２０度以上４０度未満のときは点線で示す対応関係、アクセル開度が４０度以上のときは、実線で示す対応関係が用いられる。

また、外気圧を外乱とする場合は、外気圧が高いときは燃料の気化速度が遅くなり、反対に、外気圧が低いときは燃料の気化速度が速くなる。このことを考慮して、例えば、図９（Ｃ）において、外気圧が９９ｋＰａ以上１０１．３ｋＰＡ（大気圧）以下のときは一点鎖線で示す対応関係、９７以上９９ｋＰａ未満のときは点線で示す対応関係、９７ｋＰａ未満のときは、実線で示す対応関係が用いられる。これにより、検出された酸素濃度が同じであっても、燃料の性状は、外気圧が高いときにはより気化し易い性状と判定され、外気圧が低いときにはより気化し難い性状と判定される。なお、外気圧を直接検知するセンサを用いる代わりに、吸気圧センサ１１により検知される吸気圧を用いてもよい。

また、ソーク時間を外乱とする場合は、ソーク時間が短いとき、つまりエンジン１の停止時から次の始動時までの時間が短いときは、酸素濃度センサ４３の素子の温度が高いままなので、酸素濃度が低めに検出される場合がある。よって、気化し難い燃料を用いたときに、酸素消費量が少ないので検出される酸素濃度は高いはずであるにもかかわらず、実際より低い酸素濃度が検出される。その反対に、ソーク時間が長いとき、つまりエンジン１の停止から次の始動までの時間が長いときは、酸素濃度センサ４３の素子の温度が低下するので、酸素濃度が高めに検出される場合がある。よって、気化し易い燃料を用いたときに、酸素消費量が多いので検出される酸素濃度が低くなるはずであるにもかかわらず、実際より高い酸素濃度が検出される。

よって、例えば、図９（Ｄ）において、ソーク時間が５時間以上のときは一点鎖線で示す対応関係、ソーク時間が１時間以上５時間未満のときは点線で示す対応関係、ソーク時間が１時間未満のときは、実線で示す対応関係が用いられる。これにより、検出された酸素濃度が同じであっても、燃料の性状は、ソーク時間が長いときにはより気化し易い性状と判定され、ソーク時間が短いときにはより気化し難い性状と判定される。なお、ソーク時間は、イグニションＯＦＦされた時刻を制御装置５０内のバックアップ用ＲＡＭなどに記憶しておき、イグニションＯＮされた時刻との時間差から計算される。

このようにして、外乱による影響を補正して、燃料性状を精度よく判定することができる。そして、制御装置５０は、上述の手順により判定した燃料性状に応じ、図６に示したようなマップデータＭ０、Ｍ１、Ｍ２を用いて、以後の噴射量を決定する（Ｓ１００）。

また、上述の手順において、燃料が気化し難い燃料のときに、初爆が迅速に生じない場合がある。そのような場合に、本実施形態では、次のような手順により、燃料噴射量を切り替え、初爆を早い時期に生じさせることができる。

図１０は、経過時間に応じて噴射量を切替える、制御装置５０の動作手順を説明するフローチャート図である。図１０（Ａ）に示す手順は、図４の手順Ｓ８のさらに異なる変形例に対応する。そして、図５（Ｂ）の手順Ｓ５６または図８の手順Ｓ９５において、初爆が検出されなかった場合、図４の手順Ｓ６と以下の手順とが、例えば、１０数ミリ秒ごとに実行される。

まず、制御装置５０は、燃料性状に対応するステータス変数の値を「０」、つまり、最も気化し易い燃料性状の値に設定する（Ｓ７２）。そして、初爆が検出されなかったので（Ｓ７４のＮＯ）、スタータのＯＮを基準時点として計時を開始したタイマによる経過時間が基準値ＴＩＭ１以上となったときは（Ｓ７６のＹＥＳ）、制御装置５０は、ステータス変数を「１」インクリメントさせる（Ｓ７８）。これにより、ステータス変数は「１」となる。そして、さらに経過時間が基準値ＴＩＭ２以上となったときは（Ｓ８２のＹＥＳ）、制御装置５０は、ステータス変数をさらに「１」インクリメントさせる（Ｓ８４）。これにより、ステータス変数は「２」となる。

そして、制御装置５０は、その時点でのステータス変数に対応する燃料性状のマップデータを用いて、噴射量を決定する（Ｓ８６）。このときの、経過時間と燃料性状の対応関係が図１０（Ｂ）に示される。すなわち、経過時間がＴＩＭ１未満のときは燃料性状「０」、経過時間がＴＩＭ１以上ＴＩＭ２未満のときは燃料性状「１」、経過時間がＴＩＭ２以上のときは燃料性状「２」が対応する。そして、それぞれの燃料性状に応じて、マップデータＭ０、Ｍ１、Ｍ２のいずれかが用いられる。そして、燃料性状に応じたマップデータに切替えた後、制御装置５０は、図４の手順Ｓ６を再度実行して、１回目の点火を指示し、その有無を判定する。

このようにして、初爆が迅速に生じない場合においても、燃料性状と噴射量の不適合を判定でき、その結果に応じてマップデータを切替える。よって、初爆を早い時期に生じさせるとともに、初爆後のエンジン１の回転数などから、燃料性状と燃料噴射量との適合性を最適化することができる。

なお、上述の手順では、初爆後のエンジン１の状態に応じて燃料性状を判定している。しかし、初爆を含む数回の爆発後のエンジン１の状態に応じて、燃料性状を判定する機会を複数回設けてもよい。すなわち、図４に示した手順Ｓ８を、エンジン１の回転数が毎分４００回転を上回るまで、つまり、完爆にいたるまで反復してもよい。

また、上述の説明では、３種類の燃料性状を例として説明したが、燃料性状の分類の数は、これに限られない。例えば、性状の異なる燃料を補給する際、前回の燃料が燃料タンク６６内に残存している場合、前回の燃料と新たに補給される燃料が混合される場合がある。かかる場合にも、上記の手順によれば、燃料性状と噴射量の不適合を解消でき、エンジンの始動時間を短縮することができる。また、アルコール燃料とガソリン燃料との混合燃料以外の燃料を用いる場合にも上記実施形態が適用でき、燃料性状と噴射量の不適合を解消できる。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、エンジンが完爆に至る前であっても、燃料の性状の判定と、燃料性状に応じた燃料噴射量の変更とが可能となる。よって、異なる性状の燃料を補給した後の最初の運転サイクルであっても、エンジン始動時間を短縮できる。

本実施形態における機関と、その燃料の噴射量を制御する制御装置との構成を説明する図である。 エンジン１の始動時における、時間に対するエンジン１の回転数の変化を示す。図３は、制御装置５０がインジェクタ１４に指示する燃料噴射量を説明する図である。 制御装置５０がインジェクタ１４に指示する燃料噴射量を説明する図である。 本実施形態における制御装置の動作手順を説明するフローチャート図である。 初爆の判定手順と、燃料性状の判定及びマップデータの切替手順とを詳述する図である。 燃料性状に対応したマップデータの例を説明する図である。 排気中の酸素濃度に基づき燃料性状判定をする方法を説明する図である。 酸素濃度と外乱とに基づいて燃料性状を判定する場合の、制御装置の動作手順を説明するフローチャート図である。 種々の外乱の影響を考慮して酸素濃度から燃料性状を判定する方法を説明する図である。 本実施形態の別の実施例における、制御装置５０の動作手順を説明するフローチャート図である。

符号の説明

１：エンジン、１４：インジェクタ、５０：制御装置、５１ａ：記憶部、５１ｂ：制御部

Claims (6)

1. 燃料の噴射と前記燃料の爆発とが間欠的に行われる機関への前記燃料の噴射量を決定する制御装置であって、
   前記機関の状態を取得する状態取得部からの情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶部の情報に基づいて初回の爆発の際の前記機関の状態における変化速度を判断し、当該判断結果に基づいて前記噴射量を決定する制御部とを備えたことを特徴とする制御装置。
2. 請求項１において、
   前記機関の状態の変化速度は、前記初回の爆発後の所定時間における前記機関の回転数の変化量、前記機関の排気温の変化量、または前記機関の吸気圧の変化量のいずれかに基づいて求められることを特徴とする制御装置。
3. 請求項１において、
   前記制御部は、前記機関の状態の変化速度の代わりに前記初回の爆発の際の前記機関の排気中の酸素濃度を用いるときは、前記噴射量を、前記機関の冷却水温もしくは油温、前記機関の停止時間、前記機関が搭載される車両のアクセル開度、または外気圧のいずれかに基づいて決定することを特徴とする制御装置。
4. 請求項１において、
   前記制御部は、前記初回の爆発が生じる前の前記噴射量を、基準時点からの経過時間に基づいて決定することを特徴とする制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、
   前記制御部は、前記機関の回転数が基準回転数に達したか否かを判断し、前記回転数が前記基準回転数に達する前に前記噴射量を決定することを特徴とする制御装置。
6. 燃料の噴射と前記燃料の爆発とが間欠的に行われる機関への前記燃料の噴射量を決定する燃料噴射量制御方法であって、
   前記機関の状態を取得する工程と、
   前記状態に基づいて初回の爆発の際の前記機関の状態における変化速度を判断する工程と、
   当該判断に基づいて前記噴射量を決定する工程とを有することを特徴とする燃料噴射量制御方法。

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