JP2023038653A - エンジンの制御方法、及び、エンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンに供給される燃料の性状を、精度良く判定することを可能にする。【解決手段】エンジン１００の制御方法は、モータリング中において、吸気弁２１が閉じた後の特定時点にインジェクタ６がシリンダ１１内へ判定用の燃料を噴射し、筒内圧センサＳＷ４が、少なくとも燃料噴射時点から特定のクランク角期間が経過した時点の、シリンダ内の圧力に対応する信号を、コントローラー（ＥＣＵ１０）へ出力し、コントローラーが、計測された圧力値と、予め記憶されている圧力値であって、標準燃料が特定時点にシリンダ内へ噴射された後、特定のクランク角期間が経過した時点のシリンダ内の圧力値と、を比較することによって、インジェクタが噴射した燃料の性状を判定する。【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの制御方法、及び、エンジンシステムに関する。

特許文献１には、シリンダ内へ燃料が噴射された後、その燃料が浮遊している期間に応じて、浮遊期間が長いほど、燃料の反応開始時期を進角側（低温酸化反応の反応開始可能温度を低温側）に設定して低温酸化反応の熱発生率波形を作成する技術が記載されている。この技術によって、燃焼状態が精度良く診断できる。

特開２０１４－２３４７２７号公報

ところで、自動車のエンジンに供給される燃料には様々な添加剤が含まれており、それら添加剤の種類及び配合割合は、メーカーによって異なる。そのため、自動車のエンジンに供給される燃料の性状は、常に同じではない。また、バイオ燃料がエンジンに供給される場合もある。バイオ燃料の性状は、化石燃料の性状とは大きく異なる場合がある。今後、様々な性状の燃料が、エンジンに供給されることも予想される。

その一方で、エンジンのコントローラーは、標準的な燃料の性状に基づいて、最適な燃焼となる燃料噴射時期及び燃料噴射量を予め設定して、エンジンを制御している。自動車に給油された燃料の性状が、標準燃料と比べて変わると、失火を招いたり、急峻な燃焼を招いたりする。そのため、エンジンに供給される燃料の性状を、精度良く判定したいという要求がある。

ここに開示する技術は、エンジンに供給される燃料の性状を、精度良く判定することを可能にする。

ここに開示する技術は、エンジンの制御方法に係る。このエンジンの制御方法は、
エンジンのモータリング中において、前記エンジンのシリンダの吸気弁が閉じた後の特定時点にインジェクタが前記シリンダ内へ判定用の燃料を噴射し、
筒内圧センサが、少なくとも前記燃料噴射時点から特定のクランク角期間が経過した時点の、前記シリンダ内の圧力に対応する信号を、コントローラーへ出力し、
前記コントローラーが、前記筒内圧センサによって計測された圧力値と、予め記憶されている圧力値であって、標準燃料が前記特定時点に前記シリンダ内へ噴射された後、前記特定のクランク角期間が経過した時点の前記シリンダ内の圧力値と、を比較することによって、前記インジェクタが噴射した燃料の性状を判定する。

この構成によると、インジェクタは、エンジンのモータリング中に、シリンダ内へ判定用の燃料を噴射する。ここで、「エンジンのモータリング」は、エンジン外部の駆動源、例えば発電機、電動機、又はスタータモータによって、エンジンのクランクシャフトが回転している状態をいう。このエンジンのモータリングは、エンジンの始動時に相当する。エンジンの始動時は、エンジン車であれば、乗員が自動車のイグニッションスイッチをオンにした時、又は、ハイブリッド車であれば、例えば発電要求のために、又は、要求トルクを満たすためにエンジンを始動させる時に相当する。

エンジンのモータリング中に、シリンダは、外部からの駆動力によって吸気行程、圧縮行程、膨張行程、及び、排気行程を行う。インジェクタは、吸気弁が閉じた後の圧縮行程における特定時点に、シリンダ内へ判定用の燃料を噴射する。「判定用の燃料」は、ピストンが圧縮上死点付近に到達しても高温酸化反応が生じない程度の少量の燃料としてもよい。「判定用の燃料」は、燃料性状を判定するためにシリンダ内へ供給される燃料である。

圧縮行程の進行に伴ってシリンダ内の圧力は次第に高まる。シリンダ内へ噴射された燃料は、時間の経過に従って、分裂、微粒化、蒸発、及び、空気との混合を経て、低温酸化反応へ至る。燃料の性状、例えば燃料の比熱比及び／又はガス定数が異なると、熱発生量が異なる。つまり、低温酸化反応の準備段階（例えば、筒内ガス温が７００Ｋ）における初期の化学反応が異なるため、熱発生量が異なる。初期の化学反応は、水素引き抜き反応によるラジカル（アルキルぺRO2、QOOHO2）生成である。熱発生量の相違は、シリンダ内の圧力の上昇率を変える。

筒内圧センサは、燃料噴射時点から特定のクランク角期間が経過した時点の、シリンダ内の圧力に対応する信号を、コントローラーへ出力する。インジェクタが噴射した燃料が発熱しやすい燃料であれば、圧力値は相対的に高く、燃料が発熱しにくい燃料であれば、圧力値は相対的に低い。

コントローラーは、標準燃料の圧力値を予め記憶している。「標準燃料」とは、例えばJIS規格で規定されているK2202（自動車用ガソリン）やK2204（自動車用軽油）などに該当する燃料である。標準燃料の圧力値は、標準燃料が特定時点にシリンダ内へ噴射された後、特定のクランク角期間が経過した時点のシリンダ内の圧力値である。コントローラーはまた、筒内圧センサによって計測された圧力値と、標準燃料の圧力値とを比較する。

具体的に、計測された圧力値が、標準燃料の圧力値よりも高い場合、インジェクタが噴射した燃料は、発熱しやすい燃料であって、低温酸化反応がしやすい燃料である。そのため、始動完了後のエンジンの運転時、つまり、モータリングとは異なり、シリンダ内へ噴射した燃料を燃焼させることによってエンジンが運転する場合には、当該燃料は、高温酸化反応がしやすくなる。シリンダ内の燃焼は、急峻燃焼になりやすい。また、燃焼騒音が大きくなりやすい。

一方、計測された圧力値が、標準燃料の圧力値よりも低い場合、インジェクタが噴射した燃料は、発熱しにくい燃料であって、低温酸化反応がしにくい燃料である。そのため、始動完了後のエンジンの運転時には、当該燃料は、高温酸化反応がしにくいため、燃焼が緩慢になりやすい。これは、エンジンのトルクの低下、及び、燃費性能の低下を招く。

この技術は、燃料によって発熱量が相違する点に着目した技術である。シリンダ内へ噴射した燃料の発熱量に応じて、シリンダ内の圧力上昇率が変化することに基づいて、コントローラーは、燃料噴射時点から特定のクランク角度期間が経過した時点の圧力値を比較する。コントローラーは、エンジンに供給される燃料の性状を、精度良く判定できる。

特に燃料の性状判定は、エンジンのモータリング中に行われる。燃料の高温酸化反応が生じないため、コントローラーは、熱又は残留ガスの影響を受けずに、燃料の性状を判定できる。コントローラーは、エンジンに供給される燃料の性状を、より一層精度良く判定できる。

前記エンジンは複数のシリンダを有し、
前記インジェクタは、前記エンジンのクランクシャフトが回転を開始した後、最初に吸気弁が閉じたシリンダ内へ判定用の燃料を噴射する、としてもよい。

エンジンのサイクルが進行するに伴いクランクシャフトの回転数が次第に高まるからシリンダ内の温度が次第に上昇する。シリンダ内の温度が上がると、熱が燃料の性状判定に影響を与える恐れがある。

エンジンのクランクシャフトが回転を開始した後、最初に吸気弁が閉じたシリンダ内において、燃料の性状判定が行われることによって、コントローラーは、熱又は残留ガスの影響を受けずに、燃料の性状を判定できる。

前記インジェクタは、前記エンジンのサイクルが進行するに従って、複数のシリンダのそれぞれへ判定用の燃料を噴射し、
前記筒内圧センサは、前記複数のシリンダそれぞれについて圧力値を出力し、
前記コントローラーは、複数の圧力値の平均値と、前記標準燃料の圧力値とを比較する、としてもよい。

コントローラーは、複数の圧力値の平均値を使って燃料の性状を判定することによって、判定精度を高めることができる。

前記特定のクランク角期間は、前記サイクルが進行する毎に短くなる、としてもよい。

前述したように、エンジンのサイクルが進行するに伴いシリンダ内の温度が次第に上昇する。シリンダ内の温度の上昇は、シリンダ内へ噴射された燃料を反応しやすくし、シリンダ内の圧力上昇を促進する。特定のクランク角期間が、サイクルが進行する毎に短くなることによって、複数のサイクルそれぞれにおける温度上昇の影響を除いた圧力値が計測できる。コントローラーは、複数の圧力値に基づいて、燃料の性状を、より正確に判定できる。

前記特定のクランク角期間は、前記インジェクタから前記シリンダ内へ噴射された燃料が、分裂、微粒化、蒸発、及び、空気との混合を経て、低温酸化反応へ至る期間に対応する、としてもよい。

前述したように、この技術は、初期の化学反応における熱発生量が異なることを利用して、燃料の性状を判定する技術である。燃料の噴射時点から圧力を計測するまでの期間に相当する特定のクランク角期間を、燃料が、分裂、微粒化、蒸発、及び、空気との混合を経て、低温酸化反応へ至る期間に対応させることにより、筒内圧センサは、初期の化学反応における熱発生量が反映された圧力値を計測できる。コントローラーは、当該圧力値を使って、燃料の性状を精度良く判定できる。尚、特定のクランク角期間は、シリンダ内のピストンが圧縮上死点に到達する前の期間とすればよい。

前記コントローラーが、前記エンジンの始動完了後に、前記燃料の性状に応じて、燃料噴射量、及び、前記吸気弁の閉弁時期の少なくとも一方を補正する、としてもよい。

インジェクタが噴射する燃料が、低温酸化反応がしやすい燃料の場合、高温酸化反応がしやすくなり、急峻燃焼になりやすい。燃料が、低温酸化反応がしにくい燃料の場合、高温酸化反応がしにくいため、燃焼が緩慢になりやすい。

コントローラーが、燃料の性状に応じて、燃料噴射量、及び、吸気弁の閉弁時期の少なくとも一方を補正することによって、燃料の性状にかかわらず燃焼が標準化される。つまり、燃料の性状にかかわらず、燃焼が、標準燃料の燃焼と同等になる。これは、エンジンの燃費性能の向上、及び、排出ガス性能の向上に有利である。また、燃焼騒音の増大が抑制できる。

前記コントローラーは、前記計測された圧力値が、前記標準燃料の圧力値よりも高い場合は、前記吸気弁の閉弁時期を遅角側に補正し、前記計測された圧力値が、前記標準燃料の圧力値よりも低い場合は、前記吸気弁の閉弁時期を進角側に補正する、としてもよい。

計測された圧力値が、標準燃料の圧力値よりも高い場合、当該燃料は、相対的に発熱しやすい燃料である。そこで、吸気弁の閉弁時期が遅角側に補正される。吸気弁の閉弁時期が遅くなると、シリンダ内の温度が下がるため、燃料は発熱しにくくなる。発熱しやすい燃料であっても、燃焼は、標準燃料の燃焼と同等になる。逆に、計測された圧力値が、標準燃料の圧力値よりも低い場合、当該燃料は、相対的に発熱しにくい燃料である。そこで、吸気弁の閉弁時期が進角側に補正される。吸気弁の閉弁時期が早くなると、シリンダ内の温度が上がるため、燃料は発熱しやすくなる。発熱しにくい燃料であっても、燃焼は、標準燃料の燃焼と同等になる。尚、吸気弁の閉弁時期は、吸気下死点以降に設定される。

前記コントローラーは、前記計測された圧力値が、前記標準燃料の圧力値に対して高いほど、前記吸気弁の閉弁時期が遅角するように補正すると共に、前記閉弁時期が最遅角に至った場合は、前記計測された圧力値が、前記標準燃料の圧力値に対して高いほど、燃料噴射量が減るように補正する、としてもよい。

計測された圧力値が、標準燃料の圧力値に対して高いほど、吸気弁の閉弁時期が遅角するように補正することより、シリンダ内の温度が、燃料の性状に応じて調整される（つまり、シリンダ内の温度が低下する）。ところが、吸気弁の閉弁時期が最遅角に至ると、吸気弁の閉弁時期をそれ以上に遅角させてもシリンダ内の温度はそれ以上に低下しにくい。コントローラーは、吸気弁の閉弁時期を、最遅角を超えて遅角させない。その代わりにコントローラーは、燃料噴射量を減少させる。これにより発熱量が低下するから、燃焼が、標準燃料の燃焼と同等になる。

ここに開示する技術は、エンジンシステムに係る。このエンジンシステムは、
標準燃料の性状に関する情報を記憶しているコントローラーと、
前記コントローラーの制御信号を受けて、前記エンジンのシリンダ内へ燃料を噴射するインジェクタと、
前記エンジンに取り付けられかつ、前記シリンダ内の圧力に対応する圧力信号を前記コントローラーへ出力する筒内圧センサと、
前記エンジンに取り付けられかつ、前記エンジンのクランク角度に対応するクランク角信号を前記コントローラーへ出力するクランク角センサと、を備え、
前記コントローラーは、前記エンジンのモータリング中において、前記シリンダの吸気弁が閉じた後の特定時点に前記インジェクタに判定用の燃料噴射を実行させ、
前記コントローラーは、前記クランク角センサのクランク角信号と前記筒内圧センサの圧力信号とに基づいて、前記燃料噴射時点から特定のクランク角期間が経過した時点の前記シリンダ内の圧力値を取得し、
前記コントローラーが記憶している情報は、前記標準燃料が前記特定時点に前記シリンダ内へ噴射された後、前記特定のクランク角期間が経過した時点の前記シリンダ内の圧力値であり、
前記コントローラーは、前記標準燃料の圧力値と前記取得した圧力値との比較に基づいて、前記インジェクタが噴射した燃料の性状を判定する。

この構成によると、コントローラーは、エンジンに供給される燃料の性状を、エンジンのモータリング中に精度良く判定できる。

前記のエンジンの制御方法及びエンジンシステムは、エンジンに供給される燃料の性状を、精度良く判定できる。

図１は、エンジンシステムを例示している。 図２は、エンジンシステムを例示している。 図３は、性状の異なる複数の燃料を噴射した場合における、シリンダ内の圧力変化の違いを例示している。 図４は、サイクルの進行と圧力値の第１期間との関係を例示している。 図５は、燃料噴射量及び吸気弁の閉弁時期の補正マップを例示している。 図６は、コントローラーが実行するエンジンシステムの制御フローを例示している。

以下、エンジンの制御方法及びエンジンシステムの実施形態が、図面を参照しながら説明される。ここで説明される制御方法及びエンジンシステムは例示である。

図１は、エンジンシステム１を例示する図である。エンジンシステム１は、四輪の自動車に搭載されている。エンジンシステム１は、エンジン１００と、エンジン１００を制御するコントローラーとを備えている。コントローラーは、後述するＥＣＵ（Engine Control Unit）１０である。図２は、エンジンシステム１の制御に関係する構成を示すブロック図である。

エンジン１００は、シリンダ１１を有している。シリンダ１１の中で、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程が繰り返される。エンジン１００は、４ストロークエンジンである。エンジン１００が運転することによって自動車は走行する。エンジン１００の燃料は、この構成例においてはガソリンである。エンジン１００は、少なくとも一部の運転領域において、混合気が自着火により燃焼するよう構成してもよい。尚、エンジン１００の燃料は、ディーゼル燃料であってもよい。

（エンジンの構成）
エンジン１００は、シリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２に、複数のシリンダ１１が形成されている。エンジン１００は、多気筒エンジンである。図１では、一つのシリンダ１１のみを示す。

各シリンダ１１には、ピストン３が内挿されている。ピストン３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１５に連結されている。ピストン３、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３は、燃焼室１７を形成する。

エンジンシステム１の幾何学的圧縮比は、理論熱効率の向上を目的として高く設定されている。具体的に、エンジンシステム１の幾何学的圧縮比εは、１４．０以上である。幾何学的圧縮比は、例えば１８としてもよい。幾何学的圧縮比は、１４以上２０以下の範囲で、適宜設定すればよい。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、吸気ポート１８が形成されている。吸気ポート１８は、シリンダ１１内に連通している。

吸気ポート１８には、吸気弁２１が配設されている。吸気弁２１は、吸気ポート１８を開閉する。吸気弁２１は、ポペットバルブである。動弁機構は、吸気カムシャフトを有しかつ、吸気弁２１に機械的に接続されている。動弁機構は、吸気弁２１を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構である。図２に示すように、動弁機構は、吸気Ｓ－ＶＴ（Sequential-Valve Timing）２３を有している。吸気Ｓ－ＶＴ２３は、吸気カムシャフトの、クランクシャフト１５に対する回転位相を、所定の角度範囲内で連続的に変更する。吸気弁２１の開弁期間は変化しない。吸気Ｓ－ＶＴ２３は、可変位相機構である。吸気Ｓ－ＶＴ２３は、電動式又は油圧式である。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、排気ポート１９が形成されている。排気ポート１９は、シリンダ１１内に連通している。

排気ポート１９には、排気弁２２が配設されている。排気弁２２は、排気ポート１９を開閉する。排気弁２２は、ポペットバルブである。動弁機構は、排気カムシャフトを有しかつ、排気弁２２に機械的に接続されている。動弁機構は、排気弁２２を所定のタイミングで開閉する。動弁機構は、バルブタイミング及び／又はバルブリフトを可変にする可変動弁機構である。図２に示すように、動弁機構は、排気Ｓ－ＶＴ２４を有している。排気Ｓ－ＶＴ２４は、排気カムシャフトの、クランクシャフト１５に対する回転位相を、所定の角度範囲内で連続的に変更する。排気弁２２の開弁期間は変化しない。排気Ｓ－ＶＴ２４は、可変位相機構である。排気Ｓ－ＶＴ２４は、電動式又は油圧式である。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、インジェクタ６が取り付けられている。インジェクタ６は、シリンダ１１の中に燃料を直接噴射する。

インジェクタ６には、燃料供給システム６１が接続されている。燃料供給システム６１は、燃料を貯留するよう構成された燃料タンク６３と、燃料タンク６３とインジェクタ６とを互いに連結する燃料供給路６２とを備えている。燃料供給路６２には、燃料ポンプ６５とコモンレール６４とが介設している。燃料ポンプ６５は、コモンレール６４に燃料を圧送する。コモンレール６４は、燃料ポンプ６５から圧送された燃料を、高い燃料圧力で蓄える。インジェクタ６が開弁すると、コモンレール６４に蓄えられていた燃料が、インジェクタ６の噴口からシリンダ１１の中に噴射される。尚、燃料供給システム６１の構成は、前記の構成に限定されない。

シリンダヘッド１３には、シリンダ１１毎に、点火プラグ２５が取り付けられている。点火プラグ２５は、シリンダ１１の中の混合気に強制的に点火をする。

エンジン１００の一側面には吸気通路４０が接続されている。吸気通路４０は、各シリンダ１１の吸気ポート１８に連通している。シリンダ１１に導入される空気は、吸気通路４０を流れる。吸気通路４０の上流端部には、エアクリーナー４１が配設されている。エアクリーナー４１は、空気を濾過する。吸気通路４０の下流端近傍には、サージタンク４２が配設されている。サージタンク４２よりも下流の吸気通路４０は、シリンダ１１毎に分岐する独立吸気通路を構成している。独立吸気通路の下流端が、各シリンダ１１の吸気ポート１８に接続されている。

吸気通路４０におけるエアクリーナー４１とサージタンク４２との間には、スロットル弁４３が配設されている。スロットル弁４３は、弁の開度を調節することによって、シリンダ１１の中への空気の導入量を調節する。

エンジン１００の他側面には、排気通路５０が接続されている。排気通路５０は、各シリンダ１１の排気ポート１９に連通している。排気通路５０は、シリンダ１１から排出された排気ガスが流れる通路である。排気通路５０の上流部分は、詳細な図示は省略するが、シリンダ１１毎に分岐する独立排気通路を構成している。独立排気通路の上流端が、各シリンダ１１の排気ポート１９に接続されている。

排気通路５０には、複数の触媒コンバーターを有する排気ガス浄化システムが配設されている。上流の触媒コンバーターは、例えば三元触媒５１１と、ＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）５１２とを有している。下流の触媒コンバーターは、三元触媒５１３を有している。尚、排気ガス浄化システムは、図例の構成に限定されるものではない。例えば、ＧＰＦは省略してもよい。また、触媒コンバーターは、三元触媒を有するものに限定されない。さらに、三元触媒及びＧＰＦの並び順は、適宜変更してもよい。

吸気通路４０と排気通路５０との間には、ＥＧＲ通路５２が接続されている。ＥＧＲ通路５２は、排気ガスの一部を吸気通路４０に還流させるための通路である。ＥＧＲ通路５２の上流端は、排気通路５０における上流の触媒コンバーターと下流の触媒コンバーターとの間に接続されている。ＥＧＲ通路５２の下流端は、吸気通路４０におけるスロットル弁４３とサージタンク４２との間に接続されている。

ＥＧＲ通路５２には、水冷式のＥＧＲクーラー５３が配設されている。ＥＧＲクーラー５３は、排気ガスを冷却する。ＥＧＲ通路５２にはまた、ＥＧＲ弁５４が配設されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を流れる排気ガスの流量を調節する。ＥＧＲ弁５４の開度が調節されると、外部ＥＧＲガスの還流量が調節される。

エンジンシステム１は、図２に示すように、エンジン１００を運転するためのＥＣＵ（Engine Control Unit）１０を備えている。ＥＣＵ１０は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーである。ＥＣＵ１０は、プログラムを実行する中央演算処理装置（Central Processing Unit：ＣＰＵ）１０１と、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリ１０２と、電気信号の入出力をするＩ／Ｆ回路１０３と、を備えている。ＥＣＵ１０は、コントローラーの一例である。

ＥＣＵ１０には、図１及び図２に示すように、各種のセンサＳＷ１～ＳＷ９が接続されている。センサＳＷ１～ＳＷ９は、信号をＥＣＵ１０へ出力する。センサには、以下のセンサが含まれる。
・エアフローセンサＳＷ１：吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる空気の流量を計測する。
・吸気温度センサＳＷ２：吸気通路４０におけるエアクリーナー４１の下流に配置されかつ、吸気通路４０を流れる空気の温度を計測する。
・吸気圧センサＳＷ３：サージタンク４２に取り付けられかつ、シリンダ１１に導入される空気の圧力を計測する。
・筒内圧センサＳＷ４：各シリンダ１１に対応してシリンダヘッド１３に取り付けられかつ、各シリンダ１１内の圧力を計測する。
・水温センサＳＷ５：エンジン１００に取り付けられかつ、冷却水の温度を計測する。
・クランク角センサＳＷ６：エンジン１００に取り付けられかつ、クランクシャフト１５の回転角を計測する。
・アクセル開度センサＳＷ７：アクセルペダル機構に取り付けられかつ、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を計測する。
・吸気カム角センサＳＷ８：エンジン１００に取り付けられかつ、吸気カムシャフトの回転角を計測する。
・排気カム角センサＳＷ９：エンジン１００に取り付けられかつ、排気カムシャフトの回転角を計測する。

ＥＣＵ１０は、これらのセンサＳＷ１～ＳＷ９の信号に基づいて、エンジン１００の運転状態を判断すると共に、予め定められている制御ロジックに従って、各デバイスの制御量を演算する。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶されている。制御ロジックは、メモリ１０２に記憶しているマップを用いて、目標量及び／又は制御量を演算することを含む。

ＥＣＵ１０は、演算をした制御量に係る電気信号を、インジェクタ６、点火プラグ２５、吸気Ｓ－ＶＴ２３、排気Ｓ－ＶＴ２４、燃料供給システム６１、スロットル弁４３、及び、ＥＧＲ弁５４に出力する。

エンジン１００はまた、スタータ７を備えている。スタータ７は、エンジン１００のクランクシャフト１５につながっている。スタータ７は、電気モータである。乗員がイグニッションスイッチをオンにすると、ＥＣＵ１０はスタータ７に電気信号を出力する。スタータ７がオンになって、クランクシャフト１５が回転する。エンジン１００のモータリングが開始される。モータリングの開始後、ＥＣＵ１０は、インジェクタ６及び点火プラグ２５に電気信号を出力することにより、エンジン１００の始動を完了させる。

（燃料性状の判定）
燃料タンク６３に給油される燃料の性状は、常に同じとは限らない。燃料タンク６３に給油される燃料の性状が、標準的な燃料と比べて、大きく変わる場合もある。

ＥＣＵ１０のメモリ１０２は、標準燃料の性状に基づいて設定されたマップを記憶している。ＥＣＵ１０は、標準燃料に基づくマップを用いて、エンジン１００を制御する。エンジン１００に供給される燃料の性状が、標準燃料の性状から変化すると、失火を招いたり、急峻な燃焼を招いたりする。

そこで、このエンジンシステム１は、エンジン１００に供給される燃料の性状を判定する。このエンジンシステム１はまた、判定した燃料の性状に応じて、エンジン１００の制御量を補正する。

先ず、燃料性状の判定方法が、図面を参照しながら説明される。ＥＣＵ１０は、エンジン１００のモータリング中に、燃料性状の判定を行う。エンジン１００のモータリングは、スタータ７がクランクシャフト１５を回転させている状態であって、シリンダ１１内において高温酸化反応が発生しない状態をいう。エンジン１００のモータリング中は、シリンダ１１内において燃料の反応による発熱が発生せずかつ、残留燃焼ガスも発生しないため、これらの影響を受けることなく、ＥＣＵ１０は燃料の性状を判定できる。判定精度の向上が図られる。

図３は、エンジン１００のモータリング中における、あるシリンダ１１内の圧力の変化を例示している。図３の横軸はクランク角の進行を示し、縦軸はシリンダ１１内の圧力を示している。実線で示すように、吸気弁２１が閉じた（つまり、ＩＶＣ）後、ピストン３が上昇するに従い、シリンダ１１内の圧力は上昇し始める。

ＥＣＵ１０は、インジェクタ６に対して、ＩＶＣ後の特定時点に、シリンダ１１内へ判定用の燃料を噴射させる。燃料が噴射されるシリンダ１１は、クランクシャフト１５が回転を開始した後、最初に吸気弁２１が閉じたシリンダ１１としてもよい。

エンジン１００のサイクルが、１サイクル、２サイクル、・・・と進行するに伴いシリンダ１１内の温度が次第に上昇する。シリンダ１１内の温度が上がると、熱が燃料の性状判定に影響を与える恐れがある。最初に吸気弁２１が閉じたシリンダ１１を使うことによって、ＥＣＵ１０は、熱の影響を受けずに、燃料の性状を判定できる。燃料の性状の判定精度が高まる。

ここで、インジェクタ６は、高温酸化反応が生じない程度の少量の燃料を、判定用の燃料として、シリンダ１１内へ噴射すればよい。

シリンダ１１内へ噴射された燃料は、ピストン３の上昇に伴って次第に圧力が上昇するシリンダ１１内において、時間の経過に従って、分裂、微粒化、蒸発、及び、空気との混合を経て、低温酸化反応へ至る。

ここで、燃料の性状、例えば燃料の比熱比及び／又はガス定数が異なると、熱発生量が異なる。つまり、低温酸化反応の準備段階（例えば、筒内ガス温が７００Ｋ）における初期の化学反応異なるため、熱発生量が異なる。初期の化学反応は、水素引き抜き反応によるラジカル（アルキルぺRO2、QOOHO2）生成である。熱発生量の相違は、シリンダ１１内の圧力の上昇率を変える。図３における破線は、標準燃料がシリンダ１１内へ噴射された場合の圧力上昇を例示している。標準燃料であれば、燃料噴射時点から第１期間ｔ１が経過した時点のシリンダ１１内の圧力は、基準圧力Ｐｘに至る。第１期間ｔ１は、「特定のクランク角期間」に対応する。

第１期間ｔ１は、インジェクタ６からシリンダ１１内へ噴射された燃料が、分裂、微粒化、蒸発、及び、空気との混合を経て、低温酸化反応へ至る期間に対応する。第１期間ｔ１が経過した時点のシリンダ１１内の圧力は、燃料の初期の化学反応における熱発生量が反映された圧力となる。尚、第１期間ｔ１は、シリンダ１１内のピストン３が圧縮上死点（ＴＤＣ）に到達する前の期間とすればよい。

標準燃料に対して、性状の異なる異種燃料がシリンダ１１内へ噴射された場合、熱発生量が相違することに起因して、シリンダ１１内の圧力上昇率が変わる。図３の点線は、標準燃料よりも発熱しやすい異種燃料がシリンダ１１内へ噴射された場合の、圧力上昇を例示している。当該異種燃料は低温酸化反応がしやすい燃料であるため、シリンダ１１内の圧力上昇が促進される。第１期間ｔ１が経過した時点のシリンダ１１内の圧力は、標準燃料の圧力よりも高い（計測圧力Ｐ１）。また、図３の一点鎖線は、標準燃料よりも発熱しにくい異種燃料がシリンダ１１内へ噴射された場合の、圧力上昇を例示している。当該異種燃料は低温酸化反応がしにくい燃料であるため、シリンダ１１内の圧力上昇が抑制される。第１期間ｔ１が経過した時点のシリンダ１１内の圧力は、標準燃料の圧力よりも低い（計測圧力Ｐ２）。

メモリ１０２は、標準燃料の性状に関する情報を記憶している。より具体的に、当該情報は、標準燃料が特定時点にシリンダ１１内へ噴射された後、特定のクランク角期間（つまり、第１期間ｔ１）が経過した時点のシリンダ１１内の圧力値（つまり、基準圧力Ｐｘ）である。

ＥＣＵ１０は、インジェクタ６が判定用の燃料を噴射した後、第１期間ｔ１が経過した時点のシリンダ１１内の圧力値を、筒内圧センサＳＷ４の計測信号から取得し、その計測圧力Ｐと、メモリ１０２に記憶されている基準圧力Ｐｘとを比較する。計測圧力Ｐと基準圧力Ｐｘとが一致すれば、ＥＣＵ１０は、インジェクタ６が噴射した燃料の性状は、標準燃料の性状に一致すると判定できる。計測圧力Ｐが基準圧力Ｐｘよりも高いと、ＥＣＵ１０は、インジェクタ６が噴射した燃料は、標準燃料よりも発熱しやすい燃料と判定できる。計測圧力Ｐが基準圧力Ｐｘよりも低いと、ＥＣＵ１０は、インジェクタ６が噴射した燃料は、標準燃料よりも発熱しにくい燃料と判定できる。

ここで、ＥＣＵ１０は、クランクシャフト１５が回転を開始した後、最初に吸気弁２１が閉じたシリンダ１１において計測された圧力値Ｐのみに基づいて、燃料の性状を判定してもよい。また、ＥＣＵ１０は、最初に吸気弁２１が閉じたシリンダ１１だけでなく、その後に圧縮行程に至る複数のシリンダ１１それぞれにおいて、圧力値Ｐを計測し、複数の圧力値Ｐの平均値に基づいて、燃料の性状を判定してもよい。ＥＣＵ１０は、例えば４～５サイクル分の圧力値Ｐを計測してもよい。

複数のシリンダ１１のそれぞれにおいて圧力値Ｐが計測される場合、モータリング中のエンジン１００のサイクルが進むに従いピストンスピードが上昇するため、シリンダ１１内の温度も高くなる。シリンダ１１内の温度が高くなると、シリンダ１１内へ噴射された燃料の反応速度が変わるため、第１期間ｔ１を経過した時点の圧力が、シリンダ１１内の温度変化の影響を受けてしまう。

そこで、ＥＣＵ１０は、第１期間ｔ１の長さを、エンジン１００のサイクルの進行に応じて変えてもよい。図４は、エンジン１００のサイクルの進行と、第１期間ｔ１の長さとの関係を例示している。エンジン１００のサイクルが、１サイクル目、２サイクル目、３サイクル目、及び、４サイクル目と進むに従い、第１期間ｔ１の長さは、段階的に短くなる。こうすることで、シリンダ１１内の温度が次第に高くなる影響を排除して、ＥＣＵ１０は、燃料の性状にのみ起因する、シリンダ１１内の圧力上昇の相違を判断できる。

（燃料性状に応じたエンジンの制御）
ＥＣＵ１０は、エンジン１００の始動完了後は、判定した燃料の性状に応じて、燃料の噴射量及び／又は吸気弁２１の閉弁時期（ＩＶＣ）を補正しながら、エンジン１００を運転させる。これにより、燃焼の性状が異なっても燃焼を、標準燃料の燃焼と同等にでき、エンジン１００の燃費性能の向上、及び、排出ガス性能の向上に有利になる。また、燃焼騒音の増大が抑制できる。

図５は、燃料噴射量の補正マップ（上図）及び閉弁時期の補正マップ（下図）を例示している。これらの補正マップは、ＥＣＵ１０のメモリ１０２に記憶されている。各補正マップにおいて、横軸は、計測圧力－基準圧力の値であり、図の左側（つまり、マイナス）は、計測圧力Ｐの方が基準圧力Ｐｘよりも低いことを、図の右側（つまり、プラス）は、計測圧力Ｐの方が基準圧力Ｐｘよりも高いことを示している。

計測圧力Ｐが、基準圧力Ｐｘよりも高い場合、当該燃料は、相対的に発熱しやすい燃料である。そこで、ＥＣＵ１０は、図５の下図に示すように、吸気Ｓ－ＶＴ２３を通じて、吸気弁２１の閉弁時期を遅角側に補正する。吸気弁２１の閉弁時期が遅くなると、シリンダ１１内の温度が下がるため、燃料は発熱しにくくなる。発熱しやすい燃料であっても、燃焼は、標準燃料の燃焼と同等になる。尚、吸気弁２１の閉弁時期は、吸気下死点以降に設定される。

逆に、計測圧力Ｐが、基準圧力Ｐｘよりも低い場合、当該燃料は、相対的に発熱しにくい燃料である。そこで、ＥＣＵ１０は、図５の下図に示すように、吸気Ｓ－ＶＴ２３を通じて、吸気弁２１の閉弁時期を進角側に補正する。吸気弁２１の閉弁時期が早くなると、シリンダ１１内の温度が上がるため、燃料は発熱しやすくなる。発熱しにくい燃料であっても、燃焼は、標準燃料の燃焼と同等になる。

より詳細に、図５の下図の制御マップは、計測圧力Ｐが、基準圧力Ｐｘに対して高いほど、吸気弁２１の閉弁時期が遅角するように補正すると共に、計測圧力Ｐが、基準圧力Ｐｘに対して低いほど、吸気弁２１の閉弁時期が進角するように補正する。これにより、シリンダ１１内の温度が、燃料の性状に応じた温度に調整される。

ここで、吸気弁２１の閉弁時期の遅角量には限界があり、最遅角量を超えて吸気弁２１の閉弁時期を遅角させても、シリンダ１１内の温度がそれ以上に低下しにくい。そこで、図５の下図に示す制御マップにおいて閉弁時期が最遅角に至った場合、ＥＣＵ１０は、図５の上図に示すように、計測圧力Ｐが、基準圧力Ｐｘに対して高いほど、燃料噴射量が減るように補正する。燃料噴射量の減少によって発熱量が低下するから、燃焼が、標準燃料の燃焼と同等になる。

（制御フロー）
次に、図６のフローを参照しながら、ＥＣＵ１０の実行する制御手順が説明される。先ず、スタート後のステップＳ１において、ＥＣＵ１０は、エンジン１００の始動時であるか否かを判断する。始動時でない場合、プロセスはステップＳ１を繰り返し、始動時である場合、プロセスはステップＳ２へ移行する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ１０は、クランクシャフト１５が回転を開始してから１サイクル目であるか否かを判断する。１サイクル目である場合、プロセスはステップＳ３へ移行し、２サイクル目以降である場合、プロセスはステップＳ１１に移行する。

ステップＳ３において、ＥＣＵ１０は、判定用の燃料を噴射する対象のシリンダ１１において、吸気弁２１が閉じたか否かを判断する。尚、１サイクル目である場合は、クランクシャフト１５が回転を開始してから最初に閉じる吸気弁２１である。ステップＳ３の判断がＮＯの場合、プロセスはステップＳ３を繰り返し、ステップＳ３の判断がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ４へ移行する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ１０は、吸気弁２１が閉じた後の特定時点に、インジェクタ６に判定用の燃料を噴射させ、続くステップＳ５において、ＥＣＵ１０は、筒内圧センサＳＷ４及びクランク角センサＳＷ６それぞれの計測信号に基づいて、燃料噴射時点から第１期間ｔ１が経過した時点のシリンダ１１内の圧力を取得する。

ステップＳ６においてＥＣＵ１０は、エンジン１０のモータリングが開始してから所定サイクルが経過したか否かを判断する。この所定サイクルは、圧力計測を行うサイクル数であり、例えば４～５サイクルとしてもよい。ステップＳ６の判断がＮＯの場合、プロセスはステップＳ２へ戻る。

ステップＳ２において、２サイクル目以降の場合、プロセスはステップＳ１１へ進む。ＥＣＵ１０は、図４のマップに従って第１期間ｔ１を変更した後、ＥＣＵ１０は、ステップＳ３～Ｓ５を実行する。こうして、シリンダ１１内への燃料噴射と圧力の計測とが、複数回繰り返される。

ステップＳ６の判断がＹＥＳになれば、プロセスはステップＳ７へ移行する。ＥＣＵ１０は、計測された複数の圧力値の平均値を演算し、続くステップＳ８において、計測された圧力と標準燃料に係る基準圧力との差を演算する。そして、ステップＳ９においてＥＣＵ１０は、計測された圧力と基準圧力との間にズレがあるか否かを判断し、ズレがある場合、プロセスはステップＳ１０へ移行する。ステップＳ１０においてＥＣＵ１０は、図５の制御マップに従い、エンジン１００の始動完了後の燃料噴射量及び／又は吸気弁２１の閉弁時期を、燃料の性状に応じて補正する。一方、ズレがない場合、ＥＣＵ１０は、燃料噴射量及び吸気弁２１の閉弁時期の補正を行わない。

ここに開示するエンジン１００の制御方法及びエンジンシステム１によれば、エンジン１００のモータリング中に、判定用の燃料が、圧縮行程中のシリンダ１１内へ噴射されることによって、ＥＵＣ１０は、燃料の性状を精度良く判定できる。

また、判定された燃料の性状に応じて、エンジン１００の制御量を補正することにより、エンジン１００の運転中の燃焼が標準燃料の燃焼と同等になるから、燃費性能の向上、及び、排出ガス性能の向上が図られる。また、燃焼騒音の増大が抑制できる。

尚、ここに開示する技術は、前述した構成のエンジンシステム１に適用することに限定されない。ここに開示する技術は、様々な構成のエンジンシステム１に適用可能である。例えば、ここに開示する技術は、ディーゼルエンジンに適用することも可能である。

また、ここに開示する技術は、いわゆるハイブリッド車に適用することも可能である。この場合、エンジンのモータリングは、発電機によって実行される場合がある。また、ハイブリッド車においてエンジンは、発電要求又はトルク要求に応じて、始動される場合がある。ＥＣＵ１０は、発電要求又はトルク要求に応じて、エンジンが始動される際に、燃料の性状を判定すればよい。

１ エンジンシステム
１０ ＥＣＵ（コントローラー）
１００ エンジン
１１ シリンダ
１５ クランクシャフト
２１ 吸気弁
６ インジェクタ
ＳＷ４ 筒内圧センサ
ＳＷ６ クランク角センサ

Claims (9)

1. エンジンのモータリング中において、前記エンジンのシリンダの吸気弁が閉じた後の特定時点にインジェクタが前記シリンダ内へ判定用の燃料を噴射し、
   筒内圧センサが、少なくとも前記燃料噴射時点から特定のクランク角期間が経過した時点の、前記シリンダ内の圧力に対応する信号を、コントローラーへ出力し、
   前記コントローラーが、前記筒内圧センサによって計測された圧力値と、予め記憶されている圧力値であって、標準燃料が前記特定時点に前記シリンダ内へ噴射された後、前記特定のクランク角期間が経過した時点の前記シリンダ内の圧力値と、を比較することによって、前記インジェクタが噴射した燃料の性状を判定する、
   エンジンの制御方法。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御方法において、
   前記エンジンは複数のシリンダを有し、
   前記インジェクタは、前記エンジンのクランクシャフトが回転を開始した後、最初に吸気弁が閉じたシリンダ内へ判定用の燃料を噴射する、エンジンの制御方法。
3. 請求項２に記載のエンジンの制御方法において、
   前記インジェクタは、前記エンジンのサイクルが進行するに従って、複数のシリンダのそれぞれへ判定用の燃料を噴射し、
   前記筒内圧センサは、前記複数のシリンダそれぞれについて圧力値を出力し、
   前記コントローラーは、複数の圧力値の平均値と、前記標準燃料の圧力値とを比較する、エンジンの制御方法。
4. 請求項３に記載のエンジンの制御方法において、
   前記特定のクランク角期間は、前記サイクルが進行する毎に短くなる、エンジンの制御方法。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のエンジンの制御方法において、
   前記特定のクランク角期間は、前記インジェクタから前記シリンダ内へ噴射された燃料が、分裂、微粒化、蒸発、及び、空気との混合を経て、低温酸化反応へ至る期間に対応する、エンジンの制御方法。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載のエンジンの制御方法において、
   前記コントローラーが、前記エンジンの始動完了後に、前記燃料の性状に応じて、燃料噴射量、及び、前記吸気弁の閉弁時期の少なくとも一方を補正する、エンジンの制御方法。
7. 請求項６に記載のエンジンの制御方法において、
   前記コントローラーは、前記計測された圧力値が、前記標準燃料の圧力値よりも高い場合は、前記吸気弁の閉弁時期を遅角側に補正し、前記計測された圧力値が、前記標準燃料の圧力値よりも低い場合は、前記吸気弁の閉弁時期を進角側に補正する、エンジンの制御方法。
8. 請求項７に記載のエンジンの制御方法において、
   前記コントローラーは、前記計測された圧力値が、前記標準燃料の圧力値に対して高いほど、前記吸気弁の閉弁時期が遅角するように補正すると共に、前記閉弁時期が最遅角に至った場合は、前記計測された圧力値が、前記標準燃料の圧力値に対して高いほど、燃料噴射量が減るように補正する、エンジンの制御方法。
9. 標準燃料の性状に関する情報を記憶しているコントローラーと、
   前記コントローラーの制御信号を受けて、前記エンジンのシリンダ内へ燃料を噴射するインジェクタと、
   前記エンジンに取り付けられかつ、前記シリンダ内の圧力に対応する圧力信号を前記コントローラーへ出力する筒内圧センサと、
   前記エンジンに取り付けられかつ、前記エンジンのクランク角度に対応するクランク角信号を前記コントローラーへ出力するクランク角センサと、を備え、
   前記コントローラーは、前記エンジンのモータリング中において、前記シリンダの吸気弁が閉じた後の特定時点に前記インジェクタに判定用の燃料噴射を実行させ、
   前記コントローラーは、前記クランク角センサのクランク角信号と前記筒内圧センサの圧力信号とに基づいて、前記燃料噴射時点から特定のクランク角期間が経過した時点の前記シリンダ内の圧力値を取得し、
   前記コントローラーが記憶している情報は、前記標準燃料が前記特定時点に前記シリンダ内へ噴射された後、前記特定のクランク角期間が経過した時点の前記シリンダ内の圧力値であり、
   前記コントローラーは、前記標準燃料の圧力値と前記取得した圧力値との比較に基づいて、前記インジェクタが噴射した燃料の性状を判定する、エンジンシステム。
   

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