JP4553865B2

JP4553865B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP4553865B2
Application number: JP2006139060A
Authority: JP
Inventors: 輝明川上; 仁志井上; 諒平高橋; 守雄藤原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2026-05-18
Also published as: US20070266772A1; JP2007309212A; US7798123B2

Description

本発明は内燃機関の始動後において、シリンダ内の混合気が燃焼することにより生ずるイオン電流を基に演算された始動からの燃焼状態の変化によって、燃料性状判定を行う内燃機関の制御装置に関するものである。

現在、一般的なガソリンエンジンでは、吸気ポートにインジェクタが配置され、吸気弁に向かって燃料の噴射すなわち吸気ポート噴射が行われている。この吸気ポート噴射では、噴射された燃料のうち、多くは直接燃焼室に吸入されるが、残りの燃料はいったん吸気弁や吸気ポートに付着した後、気化して燃焼室へ吸入される。その結果、同じ燃料噴射量でも、燃料の気化率によって燃焼室に吸入される燃料量が変化するため、燃焼に寄与する燃料量が異なることとなる。

燃料の気化率は、燃料性状の特性と吸気ポート部の温度の影響を大きく受け、市販されているガソリンの燃料性状は、季節によって変動したり、またメーカによっても異なる。ここで、気化率の悪いとされる重質燃料と気化率が標準的な標準燃料の温度に対する気化率について、図２の燃料性状特性図を用いて説明する。図２の横軸は留出温度(燃料温度)、縦軸は気化率（留出量）を表している。これから、留出温度(燃料温度)が所定温度以上であれば気化率に差はないが、低い温度の場合、重質燃料の方が気化率が悪いことは明らかであり、また、両燃料とも燃料温度が低いほど気化率が悪い傾向にある。

例えば吸気ポート近傍の温度が低いといった燃料の気化率が悪い状況において重質燃料を使用した場合、標準燃料使用時と比較すると、インジェクタで噴射した燃料量に対し吸気ポート付近に付着する付着燃料量が多くなり、燃焼室へ吸入される燃料量、つまり、燃焼に寄与する燃料量が少なくなるため、空燃比がリーンとなり燃焼は悪化となる。その結果、アイドル変動が発生したり、最悪エンストに至る場合もありうる。そのため、燃料性状の違いによる影響が大きい内燃機関の冷機始動時においては、気化率の悪い重質燃料を使用した場合でもアイドル変動やエンストが起こらないように、燃料噴射量が多くなるように設定されている。すなわち、燃料噴射量を多くすることで、燃焼に寄与する燃料量を増加し、不具合を解消している。

ところが、重質燃料に合わせた燃料噴射量の設定とした状況で、燃料の気化率が標準的な標準燃料を使用した場合、重質燃料を使用した時よりも燃焼室に吸入される燃料量が多くなるため、燃焼に寄与する燃料量が多くなり過ぎ、未燃HC（炭化水素）排出量が悪化するといった問題が生じる。

そこで、冷間ファーストアイドル時において重質燃料を使用した場合に、空燃比がリーンとなりエンジン回転速度が低下した際に生ずるイオン電流の低下を検出することで、燃料の性状および燃焼状態を検出し、それに応じた燃料噴射量に補正することが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。具体的には、燃焼室での燃焼により発生したイオン電流値が基準値以下となる回数に基づき燃焼状態を判定し、燃焼状態に応じた燃料噴射量に補正することで適正な燃料量としている。

特開平１１−３３６６５０号公報

ところが、始動時における重質燃料使用時と標準燃料使用時の回転速度挙動は、図４に示すように、燃料性状の違いによって回転速度の低下が発生し、イオン電流の低下が発生し始めるのは、始動後約１０点火後である。上記特許文献１のような燃料性状判定方法では、イオン電流低下頻度計測のためには上記約１０点火以降、更に数点火の期間は必要となり、その間においては判定できないため、さらに回転速度の低下やアイドル変動が大きくなっていた。

本発明の内燃機関の制御装置は、上述したような問題を解決するためになされたもので、内燃機関の始動後において、燃焼室の混合気が燃焼することにより生ずるイオン電流を基に演算された始動からの燃焼状態の変化によって、燃料性状を判定することを目的とするものである。

この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関のシリンダ内の混合気が燃焼することにより生ずるイオンの量に応じたイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火毎の燃焼状態を示すイオン電流パラメータとして点火毎に前記イオン電流の積算値あるいはピーク値を演算するイオン電流パラメータ演算手段と、始動から所定点火回数以内に前記イオン電流パラメータが所定値を超えたときに標準燃料であり、前記イオン電流パラメータが所定値を超えなかった場合に重質燃料であると判定する燃料性状判定手段を備えたことを特徴とするものである。
また、この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関のシリンダ内の混合気が燃焼することにより生ずるイオンの量に応じたイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火毎の燃焼状態を示すイオン電流パラメータとして点火毎に前記イオン電流の積算値あるいはピーク値を演算するイオン電流パラメータ演算手段と、燃焼状態の変化を表す前記イオン電流パラメータの変化量を演算するイオン電流パラメータ変化量演算手段と、始動から所定点火回数以内に前記イオン電流パラメータ変化量が所定値を超えたときに標準燃料であり、前記イオン電流パラメータ変化量が所定値を超えなかった場合に重質燃料であると判定する燃料性状判定手段を備えたことを特徴とするものである。
更に、この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関のシリンダ内の混合気が燃焼することにより生ずるイオンの量に応じたイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火毎の燃焼状態を示すイオン電流パラメータとして点火毎に前記イオン電流の積算値あるいはピーク値を演算するイオン電流パラメータ演算手段と、燃焼状態の変化を表す前記イオン電流パラメータの変化量を演算するイオン電流パラメータ変化量演算手段と、前記イオン電流パラメータ変化量が所定値を超えた回数を計数するイオン電流パラメータ変化量計数手段と、始動から所定点火回数以内に前記回数が所定回数を超えたとき標準燃料であり、前記回数が所定回数を超えなかった場合に重質燃料であると判定する燃料性状判定手段を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、イオン電流パラメータの変化あるいはその変化量を検出することで、始動から早いタイミングでの燃料性状判定が可能となり、燃料性状に応じた燃料制御、点火時期制御等を実行することでアイドル変動や未燃HCの排出を抑制できる効果を有する。

実施の形態１．
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。図１に本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実施例の全体概略図を示している。図１において、６はエンジン本体、５はエンジン６の吸気ポートに接続された吸気管、９は排気ポートに接続された排気管である。吸気管５はサージタンク４を介して吸気通路に接続されている。エアクリーナ１は吸気通路に吸入される空気に含まれるダストを取り除くフィルタを持っており、エアフローセンサ２は、例えば、熱線式エアフローセンサであり、吸入空気の質量流量に応じた電圧信号を発生する。スロットルバルブ３は図示しないアクセルペダルに連動し、吸入空気量を調整するものである。さらにスロットルバルブ３の近くには、例えばポテンショメータを内蔵し、スロットルバルブ開度を検出するスロットルバルブ開度センサ１３が設けられている。１４はアイドルスイッチであり、スロットルバルブが全閉であることを検出する。

また、クランク角センサ１１は、エンジン６のクランク軸が一定回転するごとにパルス信号を出力するものであり、カム角センサ１２は、エンジン６のカムシャフトが一定回転するごとにパルス信号を出力するようになされている。例えば、クランク角センサ１１はクランク回転角１０°ごとに回転角検出用のパルスを出力する。カム角センサ１２は各気筒ごとに異なる信号を出力するので、クランク角センサ１１の信号と組合せることにより気筒を特定することができる。

燃料噴射弁７は、吸気管５の気筒ごとに設けられ、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）２１の信号に応じて開弁し、各気筒の吸気ポートへ加圧燃料を噴射する。噴射された燃料と吸気管５内を流れる空気とからなる混合気は、燃焼室２４へ導入され、点火プラグ２３で着火される。燃焼した混合気(排気ガス)は排気管９に導かれ、排気管９に配置された三元触媒を内蔵した触媒コンバータ８で、排気ガス中のHC（炭化水素）、NOｘ（窒素酸化物）、CO（一酸化炭素）の３成分を同時に浄化する。また、触媒コンバータ８の上流には空燃比センサ１０が設けられ、排気ガス中に含まれる酸素濃度から空燃比をリニアに検出することができる。

一方、例えば車室内に設けられたＥＣＵ２１は、燃料噴射制御、点火時期制御等を実行するマイクロコンピュータシステムであり、入出力インターフェース１９、中央演算処理装置１６、ＲＯＭ１７、ＲＡＭ１８、駆動回路２０から構成されている。ＥＣＵ２１の入力側には上述した各種センサやスイッチ類が接続されており、各種センサ出力はインターフェースを介しＡ／Ｄ変換してＥＣＵへ取り込まれる。その入力信号に基づいて演算処理を実行する。その演算結果に基づいて各種アクチュエータ用制御信号を出力し、噴射弁７や点火プラグ２３などのアクチュエータを制御することができる。

点火時期制御は、クランク角センサ１１から得られる機関回転速度及びその他のセンサからの信号により、機関の状態を総合的に判定し、最適な点火時期を決定し、駆動回路２０を介して図示しない点火信号で点火プラグ２３を制御駆動する。

次に、燃料噴射制御について図３のブロック図を参照しながら説明する。図１のＥＣＵ２１は、エアフローセンサ２の出力をＡ／Ｄ変換して読み込み、クランク角センサ１１の信号区間における吸気量を積算して一吸気行程あたりの吸入空気量Ａ／Ｎ0を算出する。サージタンク４内における応答遅れを模擬するため、吸入空気量Ａ／Ｎ0に１次フィルタをかけてシリンダへ入る吸入空気量Ａ／Ｎを演算する。こうして得られたＡ／Ｎに対して、理論空燃比となるように基本燃料噴射量ＴＢ（図３）を算出する。

また、始動時には燃料の気化率の悪化及び各種オイルの粘度の増加による摩擦トルクの増加のため始動直後増量補正：cstで補正される。cstは一般的に水温センサ１５で検出されたエンジン冷却水温が低いほど大きな設定となっている。さらに、その他各種の燃料補正量cetcを演算する。更に、始動以外では、機関に外乱が発生したために空燃比センサ１０で検出された実空燃比：AF0が理論空燃比：Aftgtから外れた際に補正するための空燃比フィードバック補正量：cfbが追加されている。
このようにして得られた補正量を用いて、基本燃料噴射量ＴＢを補正し有効燃料噴射量Ｔaを算出する。さらに、燃料噴射弁７の開弁遅れ時間を補正する無効燃料噴射量ＴＤを加算し、実燃料噴射量ＴＩを算出した後、駆動回路２０を介して燃料噴射弁７を駆動する。

また、この内燃機関には、燃焼室２４で燃焼後に発生するイオンに基づき燃焼状態を検出するためのイオン電流検出回路２２が設けられている。イオンは混合気が燃焼することで生成され、イオン電流検出回路２２に設けられた図示していないバイアス回路から点火プラグ２３にバイアス電圧を印加することで燃焼室２４に発生したイオンが流れ、イオン電流検出回路２２でイオン電流として検出される。

以上のように構成すれば、内燃機関の始動時において、燃焼室の混合気が燃焼することにより生ずるイオン電流を基に演算された始動からの燃焼状態の変化によって、燃料性状判定を行うことが可能となる。

ここで、始動から点火毎のイオン電流パラメータの挙動を図５で説明する。実線が標準燃料使用時、点線が重質燃料使用時の挙動を示す。図５(a)に示すように燃料噴射量がどちらの燃料性状でも同じ場合でも、図５(b)に示されるように、標準燃料の方が始動からのイオン電流パラメータの変化は大きい。この挙動の差は、燃料性状による気化率の差から生じる結果であり、インジェクタから同じ燃料噴射量で噴射した場合でも、燃焼室に吸入される燃料量、すなわち、燃焼に寄与する燃料量が異なるために発生する。気化率の良い標準燃料を使用した場合には、燃焼に寄与する燃料量が多くなるので、燃焼状態は良くなり、燃焼状態を示すイオン電流は大きな値を示す。

一方、気化率の悪い重質燃料を使用した場合は、燃焼に寄与する燃料量が標準燃料に比べ少なくなるので、燃焼状態は悪く、燃焼状態を示すイオン電流値は小さくなる。さらに、点火毎に燃焼状態の良い標準燃料使用時には、重質燃料に比べ、吸気ポート近傍の温度が上がり易く燃料の気化率の上昇も早いので、点火毎の燃焼状態が良くなる傾向が大きく、それがイオン電流パラメータの始動からの変化として大きく現れる。他方、重質燃料では、燃焼状態が悪く、吸気ポート近傍の温度が上がりにくいので始動からのイオン電流パラメータの変化が小さい。本発明は、燃料性状の気化率によって異なる始動からの燃焼状態の挙動、具体的には、始動からのイオン電流パラメータの変化の違いを用いて燃料性状を判定する。

次に、本発明の第１の実施形態による燃料性状の判定動作について、フローチャートを用いて詳細に説明する。図７のイオン電流パラメータ演算ルーチンによってイオン電流から燃焼状態を表すイオン電流パラメータを演算し、図８の燃料性状判定ルーチンでイオン電流パラメータを基に始動からの燃焼状態の変化を検出し燃料性状の判定を行う。

まず、内燃機関のクランク角度0.5degあるいはそれ相当の所定時間毎に実行されるイオン電流パラメータ演算ルーチンについて、図７のフローチャートを用いて説明する。ステップS101において、アイドル時にセットされるアイドルフラグがセット(xidle=1)されていること、かつ、エンジン冷却水温が所定温度以下(xwt≦所定温度)であること、つまり冷間ファーストアイドルであることを確認する。冷間ファーストアイドル外と判定した時は、エンジンも暖まっており吸気ポート近傍の温度及び燃料温度も高いことから、燃料性状の差が燃焼状態の変化に対し現れ難いので、ステップS109で本実施例に関する全てのパラメータを初期化し、終了する。

冷間ファーストアイドルであれば、ステップS102で、点火時期から所定区間(dCrk)のイオン電流を検出するための判定を実施する。例えば、dCrkを１００とした場合、点火時期からクランク角度１００deg間のイオン電流をステップS103以降で処理することになり、点火時期が変化した場合でも、燃焼状態が反映される所定区間(dCrk)のイオン電流のみの検出が可能となる。所定区間(dCrk)内であれば、ステップS103において、前記イオン電流検出回路によってイオン電流(ion)を検出し、燃焼状態を表すイオン電流パラメータとして、ステップS104でイオン電流値(ion)と本ルーチンの処理周期(sample_deg)で積算する。

なお、イオン電流積算値以外に、公知である燃焼状態を表すイオン電流のピーク値等をイオン電流パラメータとして用いても良い。次にステップS105において、点火時期から所定区間となったか否かを判定し、所定区間となった時点で、ステップS106で記録回数(n)を更新し、ステップS107で点火毎のイオン電流パラメータ(Sion)をイオン電流パラメータメモリー(Ion_Store(n))に記録する。なお、この記録回数(n)は、点火によって発生するイオン電流パラメータの記録回数であるので、点火回数と同様の値となる。次に、ステップS108で、演算されたイオン電流パラメータを初期化し、次回の点火によって発生するイオン電流パラメータ演算に備える。

次に、内燃機関の半回転毎に実行される燃料性状判定ルーチンについて、図８のフローチャートを用いて説明する。まず、ステップS201でイオン電流パラメータ演算ルーチン同様、冷間ファーストアイドル判定を行い、判定外であれば、燃料性状判定を実行せずに終了する。冷間ファーストアイドル時には、ステップS202で燃料噴射量を検出すべく、図９に示す制御パラメータ(燃料)検出ルーチンを実行する。図９において、ステップS401で図３に示す無効燃料噴射量を含まない有効燃料噴射量(Ｔa)を検出し、ステップS402で記録回数(k)を更新し、ステップS403で有効燃料噴射量(Ｔa)を燃料噴射量メモリ(Ta_Store(k))に記録し、燃料性状判定ルーチンへリターンする。

半回転毎に実行される本ルーチンによって、全気筒の燃料噴射量を順にTa_Store(k)に記録し、後述するイオン電流パラメータを燃料噴射量に応じて補正する際に用いる。燃料性状判定ルーチン図８へ戻り、ステップS203でイオン電流パラメータが検出されたか否か(n>0)を、前記イオン電流パラメータ演算ルーチン（図７）のステップS106での記録回数(n)によって判定する。燃料は排気行程あるいは吸気行程において噴射され、点火タイミングはその半回転あるいは１回転後の圧縮行程になるため、クランキング開始した時点では燃料は噴射されたが点火されておらず、イオン電流が検出されていないタイミングが存在する。検出されていない場合は本ルーチンを終了する。ステップS203でイオン電流パラメータが検出されたと判定した場合は、ステップS204で前述したイオン電流パラメータ演算ルーチンで記録したイオン電流パラメータを燃料噴射量に応じて補正すべく、図１０に示すイオン電流パラメータ補正(燃料)演算ルーチンを実行する。

この発明の内燃機関の制御装置は、燃料噴射量を検出する燃料噴射量検出手段を備えており、これによって検出された燃料噴射量に基いて前記イオン電流パラメータを補正するようにしている。
ここで、図６を用いて、冷機始動における燃料噴射量と噴射パターンについて説明する。内燃機関の冷機始動時は、機関の各種オイルの粘度が大きいため摩擦トルクが大きくなり、さらに前述したように吸気ポート近傍の温度が低く燃料の気化率が悪いために、一般的に燃料噴射量を図６(b)に示す増加補正を行うことでシリンダ内に吸入される十分な燃料量を確保し燃焼トルクを増加させる。

その後、機関の暖機とともに、つまり各種オイルの温度上昇による摩擦トルクの低下、さらに吸気ポート近傍の温度上昇による燃料の気化率上昇とともに補正量を減少させる制御が行われている。この増加補正量は、水温等の環境条件によって設定されており、環境条件が異なることで燃料噴射量に若干の差が生じる。さらに、図６(c)〜図６(f)に示すように、燃料噴射パターンによっては、点火毎の燃料噴射量が極端に異なる場合が発生する。図６の○付き数字の噴射量は、同じ○付き数字の吸気行程で吸入され、○付き数字１、２は燃料量が少なく、○付き数字３、４は、２噴射分が同時に吸い込まれ極端に多いことがわかる。

本発明では、燃料性状の気化率の差によって燃焼に寄与する燃料量が異なったことによるイオン電流パラメータの変化の差から燃料性状の判定を行っており、極端に燃料噴射量が異なった場合、燃焼に寄与する燃料量も極端に変化しイオン電流パラメータも変化するため、誤判定を起こす可能性がある。そこで、燃料噴射量に基いてイオン電流パラメータを補正することで、図１１に示すように、○部分で囲った燃料噴射量の違いによって極端に大きくなったイオン電流パラメータへの影響を除去できる。もちろん、制御方法によっては、噴射パターンによる気筒間の極端な燃料噴射量の違いや補正方法による試行毎の燃料噴射量の違いが起こらないような制御も有り得るので、そのような制御では、これを省略することが出来る。

次に、図１０のイオン電流パラメータ補正(燃料)演算ルーチンでは、まず、ステップS601で前述したイオン電流パラメータ演算ルーチンで記録したイオン電流パラメータ(Ion_Store(n))を読込み、ステップS602で前述した制御パラメータ(燃料)検出ルーチン（図９参照）で記録した燃料噴射量メモリー(Ta_Store(n))を読込む。次に、ステップS603で燃料噴射量に対するイオン電流パラメータ補正値を図２２より導き出し、ステップS604で読み込んだイオン電流パラメータをイオン電流パラメータ補正値により補正し(CIon(n))、燃料性状判定ルーチン図８へリターンする。補正した結果を図１１に示す。演算したイオン電流パラメータをイオン電流の発生に寄与したとされる燃料噴射量に応じて補正をすることで、燃料噴射量の違いによってばらついたイオン電流パラメータが正規化され、後述する燃料性状判定での誤判定を抑制できる。

図８の燃料性状判定ルーチンに戻り、次のステップS205で、燃料噴射量に基いて補正されたイオン電流パラメータを用いた燃料性状判定演算が図１２に示す燃料性状判定演算ルーチンで実行される。図１２について説明すると、ステップS801で前述したイオン電流パラメータの記録回数(n)が所定回数１以下か、すなわち点火回数が所定点火回数以下かを判定する。所定回数１以上である場合は、既に燃料性状判定が完了しているので本ルーチンを終了させる。所定回数１以下と判定した場合、ステップS802に進み、標準燃料判定を行う。ステップS802で、燃料噴射量に基いて補正されたイオン電流パラメータ(CIon(n))が判定値以上と判定した時に、ステップS803で使用している燃料が標準燃料と判定する。

判定値以下の場合には、ステップS804で重質燃料判定を行う。ステップS804では、点火回数が所定回数１となったか否かを判定し、点火回数が所定回数１に達していない場合は、本ルーチンを終了し、半回転後(次回の点火後)に再度本ルーチンで燃料性状判定を行う。一方、ステップS804で、イオン電流パラメータの記録回数(点火回数)が所定回数１に達したと判定された場合には、重質燃料を使用されているために、始動から所定点火回数の間、イオン電流パラメータ(CIon(n))が小さい状態のままであったと判断し、ステップS805で重質燃料と判定する。

続いて、実施の形態１である図７、図８と図１２のフローチャートを実施した結果を図１３に示すタイミングチャートを用いて説明する。図中、横軸は点火回数であり、（a）はアイドル判定を、（b）は水温を、（c）はエンジン回転速度を、（d）は燃料噴射量を、（e）はイオン電流パラメータ（補正後）をそれぞれ示している。なお、標準燃料を使用した際の挙動を実線で、重質燃料を使用した際の挙動を点線で示してある。エンジン始動と同時に、冷間ファーストアイドル判定を行うために図１３(a)のアイドル判定(xidle=1)と図１３(b)の水温(XWT)が所定値以下であることを確認する。

条件が成立した場合、燃料噴射量で補正された燃焼状態を表すイオン電流パラメータで燃料性状判定を行う。図１３(e)に示すように始動からの点火回数が図中のxに示す所定回数１以内で、イオン電流パラメータがy判定値を超えた時点z1に標準燃料判定が完了し、一方で所定回数１以内で判定値を超えることがなかった場合には、点火回数が所定回数１となった時点z2で重質燃料と判定される。

前述したように内燃機関の冷機始動時において、標準燃料を使用した場合、重質燃料に比べ燃料の気化率が良いので、燃焼室に吸入され燃焼に寄与する燃料量は多く、更に、燃料量が多いために１点火毎の燃焼状態がよく吸気ポート近傍の温度も上がり易い。その結果、更に気化率が上昇し、吸入される燃料量が更に増加するといった相乗効果が得られ、始動からの燃焼状態の変化が大きく、燃焼状態を表すイオン電流パラメータの変化も大きくなる。一方、重質燃料の場合、気化率が悪いために燃焼状態は悪く、吸気ポート近傍の温度も上がりにくいために、燃焼状態の変化が起こりにくく、起こったとしても小さい。

以上のように、実施の形態１では、冷機始動時において、前述のような燃料性状の差による始動からの燃焼状態の変化の差を利用して、具体的には、最も燃料性状の差が現れる所定点火回数１間のイオン電流パラメータを利用して、燃料性状判定を行うので、早いタイミングで燃料性状の判定を行うことができる。

実施の形態２．
実施の形態２でも、図１に示す内燃機関の構成と図７に示すイオン電流パラメータ演算は同様であり、実施の形態１では、図８と図１２でイオン電流パラメータの所定点火回数内で、イオン電流パラメータと判定値の比較により燃料性状判定を行ったが、実施の形態２では始動からの燃焼状態の変化を表すイオン電流パラメータの変化量を検出し燃料性状判定を行う。なお、燃料性状判定の基本的な考えは、前述の図５に関する説明のとおりである。

実施の形態２の燃料性状判定について、図１４を用いて説明する。ステップS301からステップS304までは、実施の形態１の図８と同様であり、ステップS304で半回転ごとに検出されたイオン電流パラメータを燃料噴射量に基いて補正する。次に、ステップS305で、実施の形態１にはなかった始動からの燃焼状態の変化を表すイオン電流パラメータの変化量を演算するために、図１５に示すイオン電流パラメータ変化量演算ルーチンが実行される。図１５のステップS901で、イオン電流パラメータの記録回数(n)が所定回数２以上かを判定する。

ここで、所定回数２は２０点火回数以下で、イオン電流パラメータの変化量を演算し、後述する燃料性状判定に対し、誤判定なく早期に検出できる設定とすることが重要である。所定回数２以下と判定された場合は記録回数が少なく、ステップS903においてイオン電流パラメータの変化量を演算できないので燃料性状判定ルーチンにリターンする。記録回数が所定回数２以上と判定された場合は、ステップS902に進み、イオン電流パラメータの変化量演算回数(m)を更新し、ステップS903でイオン電流パラメータの変化量として、所定回数２前のイオン電流パラメータとの差分をとり、イオン電流パラメータ変化量メモリ(Com_cond(m))に記録し、図１４の燃料性状判定ルーチンにリターンする。
始動からイオン電流パラメータの記録回数が所定回数２以上となった後は、半回転ごとに、つまり点火毎にイオン電流パラメータ変化量がメモリに記録されていく。なお、ここでは、イオン電流パラメータの変化量として、所定検出回数間の差分を用いたが、その他の変化量を表す指標を用いても良い。

次に、図１４の燃料性状判定ルーチンに戻り、次のステップS306で、イオン電流パラメータ変化量を用いた燃料性状判定演算が図１６に示す燃料性状判定演算ルーチンで実行される。図1６に示すように燃料性状の判定方法は、実施の形態１とほぼ同様であるが、燃料性状判定の判定指標のみが異なっており、実施の形態２では、図１６のステップS1002でイオン電流パラメータの変化量(Com_cond(m))が判定値以上であれば、ステップS1003で標準燃料と判定し、判定値以下のまま点火回数が所定回数１となった場合(ステップS1004)に、ステップS1005で重質燃料と判定する。なお、ステップS1004で所定回数１に達していない場合は、本ルーチンを終了し、半回転後(次回の点火後)に再度本ルーチンで燃料性状判定を行う。

続いて、実施の形態２である図７、図１４と図１６のフローチャートを実施した結果を図１７に示すタイミングチャートを用いて説明する。図１７中、(a)〜(e)は図１３の(a)〜(e)と同一であり、(f)はイオン電流パラメータ変化量を示している。なお、標準燃料を使用した際の挙動を実線で、重質燃料を使用した際の挙動を点線で示してある。エンジン始動と同時に、冷間ファーストアイドル判定を行うために図１７(a)のアイドル判定(xidle=1)と図１７(b)の水温(XWT)が所定値以下であることを確認する。

条件が成立した場合、燃料噴射量で補正された燃焼状態を表すイオン電流パラメータを演算し（図１７(e)）、さらに燃焼状態の変化量として、図１７(f)に示すイオン電流パラメータ変化量を点火回数が所定回数２間のイオン電流パラメータの差分で演算し、燃料性状判定を行う。図１７(f)に示すように始動からの点火回数が図中のxに示す所定回数１以内で、イオン電流パラメータ変化量がy判定値を超えた時点z3に標準燃料判定が完了し、所定回数１以内で判定値を超えることがなかった場合には、点火回数が所定回数１となった時点z4で重質燃料と判定される。

以上のように、実施の形態２では、冷機始動時において、前述のような燃料性状の差による始動からの燃焼状態の差を検出する指標として燃焼状態の変化量を用いて燃料性状判定を行う。具体的には、最も燃料性状の差が現れる始動から所定点火回数１間において、所定点火回数２間のイオン電流パラメータの変化量を利用して、燃料性状判定を行うので、早いタイミングで燃料性状の判定を行うことができる。

実施の形態３．
実施の形態３でも、図１に示す内燃機関の構成と図７に示すイオン電流パラメータ演算は同様であり、実施の形態２では、図１４と図１６で始動からの燃焼状態の変化を表すイオン電流パラメータの変化量を検出し燃料性状判定を行ったが、実施の形態３では実施の形態２で演算されたイオン電流パラメータの変化量が判定値を超えた回数で燃料性状判定を行う。なお、燃料性状判定の基本的な考えは前述の図５に関する説明のとおりである。

次に実施の形態３の燃料性状判定ルーチンを示す図１４を用いて説明する。ステップS301からステップS305までは、実施の形態２と同様であり、ステップS306で、イオン電流パラメータの変化量が大きいと判定した回数により燃料性状判定を行う図１８に示す燃料性状判定演算ルーチンを実行する。まず、ステップS1101で、前述したイオン電流パラメータの記録回数(n)が所定回数１以下か、すなわち点火回数が所定点火回数以下かを判定する。所定回数１以上である場合は、既に燃料性状判定が完了しているので本ルーチンを終了させる。所定回数１以下と判定した場合、ステップS1102に進み、イオン電流パラメータの変化量が判定値より大きいか否かの標準燃料仮判定を行い、所定値より大きい場合は、燃焼変化量が大きく標準燃料である可能性があるので、ステップS1103で、標準燃料仮判定回数(good)を+1積算し、ステップS1104へ、判定値以下の場合は、ステップS1103を迂回し、ステップS1104へ進む。

次に、ステップS1104で標準燃料判定を行い、標準燃料仮判定計数(good)が判定回数以上であれば、ステップS1105で標準燃料と判定する。判定回数以下であれば、ステップS1106でイオン電流パラメータの記録回数(n)が所定回数１に達したかを判定し、達したと判定した場合、所定回数１内に標準燃料と判定できるイオン電流パラメータの変化量となる回数が少なかったと判断され、ステップS1107で重質判定とする。なお、所定回数１に達していない場合は、本ルーチンを終了し、半回転後(次回の点火後)に再度本ルーチンで燃料性状判定を行う。

続いて、実施の形態３である図７、図１４と図１８のフローチャートを実施した結果を図１９に示すタイミングチャートを用いて説明する。図１９中、(a)〜（f）は図１７と同一であり、図１９(g)は標準燃料仮判定回数を示している。なお、標準燃料を使用した際の挙動を実線で、重質燃料を使用した際の挙動を点線で示してある。エンジン始動と同時に、冷間ファーストアイドル判定を行うために図１９(a)のアイドル判定(xidle=1)と図１９(b)の水温(XWT)が所定値以下であることを確認する。条件が成立した場合、実施の形態２と同様に、燃料噴射量で補正された燃焼状態を表すイオン電流パラメータ(図１９(e))を演算し、さらに燃焼状態の変化量として、図１９(f)に示すイオン電流パラメータ変化量を点火回数が所定回数２間のイオン電流パラメータの差分を演算する。

次に、図１９(g)に示すイオン電流パラメータ変化量が標準燃料仮判定値を超えた回数を点火毎に計数し、その標準燃料仮判定回数によって燃料性状判定を行う。図１９(g)に示すように始動からの点火回数が図中のxに示す所定回数１以内で、標準燃料仮判定回数が判定回数yを超えた時点z5に標準燃料判定が完了し、所定回数１以内で判定回数を超えることがなかった場合には、点火回数が所定回数１となった時点z6で重質燃料と判定される。

このように、実施の形態３では、イオン電流パラメータの変化量が標準燃料仮判定値以上となった回数で燃料性状判定を行うので、早いタイミングで燃料性状の判定ができ、且つ突発的にイオン電流値に対し外乱が発生した場合でも誤判定無く燃料性状判定を行うことができる。

実施の形態４．
一般的に知られているように、点火時期によって燃焼トルクは変化する。このことは、点火時期によって燃焼状態が変化すること、すなわち、燃焼状態を示すイオン電流パラメータが変化することを示唆しており、燃料性状判定に対し誤判定を起こす可能性がある。したがって、燃料噴射量と同様に、試行毎に異なった点火時期によるイオン電流パラメータへの影響を点火時期に応じて補正する必要がある。

実施の形態４でも、図１に示す内燃機関の構成は同様であり、実施の形態１の図８、実施の形態２または実施の形態３の図１４のフローチャートを基に燃料性状判定を行う。但し、実施の形態１から３では、図９の制御パラメータ(燃料)検出ルーチンで検出した燃料噴射量によって、イオン電流パラメータを図１０のイオン電流パラメータ補正(燃料)演算ルーチンで補正したが、実施の形態４では、図２０に示す制御パラメータ(点火)検出ルーチンで検出した点火時期によってイオン電流パラメータを図２１に示すイオン電流パラメータ補正(点火)演算ルーチンで補正する。
本実施の形態４では、実施の形態１から実施の形態３のいずれに対しても異なる部分は一部のみとなっているので、異なる部分以外は説明を省略する。

実施の形態４の制御パラメータ(点火)検出ルーチンについて、図２０を用いて説明する。まず、ステップS501で点火時期(SA)を検出し、ステップS502で記録回数(k)を更新し、ステップS503で点火時期を点火時期メモリ(SA_Store(k))に記録し、燃料性状判定ルーチンへリターンする。半回転毎に実行される本ルーチンによって、全気筒の点火時期を順にSA_Store(k)に記録し、後述するイオン電流パラメータを点火時期で補正する際に用いる。

次に、点火時期によるイオン電流パラメータの補正について、図２１に示すイオン電流パラメータ補正(点火)演算ルーチンを用いて説明する。まず、ステップS701で前述したイオン電流パラメータ演算ルーチンで記録したイオン電流パラメータ(Ion_Store(n))を読込み、ステップS702で前述した制御パラメータ(点火)検出ルーチンで記録した点火時期メモリ(SA_Store(n))を読込む。次に、ステップS703で点火時期に対するイオン電流パラメータ補正値(Correct(n))を図２３より導き出し、ステップS704で読み込んだイオン電流パラメータをイオン電流パラメータ補正値により補正し(CIon(n))、燃料性状判定ルーチンへリターンする。

前述したように点火時期は、クランク角センサから得られる機関回転速度及びその他のセンサからの信号により、機関の状態を総合的に判定し、最適な点火時期に決定されているため、始動時の燃料噴射量と同様に、点火時期も点火毎に変化する。点火時期により燃焼トルクが変化することは一般的に知られており、燃焼トルクが変化することで燃焼状態を示すイオン電流パラメータにも影響がある。

ここで、実施の形態４を実行することによって点火時期によるイオン電流パラメータのばらつきを点火時期に基いて補正した結果を図２４に示す。なお、○は点火時期がずれた部分を示している。補正前の挙動は、点火時期が進角側や遅角側にずれた際に、イオン電流パラメータが大小ずれているが、点火時期に基いてイオン電流パラメータを補正することで解消される。したがって、試行毎の点火時期の違いによるイオン電流パラメータへの影響を除去できる。演算したイオン電流パラメータをイオン電流の発生に寄与したとされる点火時期によって補正することで、点火時期の違いによってばらついたイオン電流パラメータが正規化され、燃料性状判定での誤判定を抑制できる。

このように、実施の形態４では、燃料噴射量と同じようにイオン電流に影響のある点火時期でイオン電流パラメータを補正することで、燃料噴射量による補正と同じような効果があり、その結果、実施の形態１から３と同様に燃料性状判定が誤判定無く行われる。

この発明における内燃機関の制御装置を示す概略構成図である。燃料性状による気化率の特性を説明するための図である。燃料噴射制御のブロック図である。異なる性状の燃料を使用した際のエンジン回転速度挙動図である。始動から点火毎のイオン電流パラメータの挙動を示す図である。冷機始動における燃料噴射量と噴射パターンを説明するための図である。全ての実施の形態に用いるイオン電流パラメータ演算ルーチンを示すフローチャートである。実施の形態１に用いる燃料性状判定ルーチンを示すフローチャートである。実施の形態１から実施の形態３に用いる制御パラメータ(燃料)検出ルーチンを示すフローチャートである。実施の形態１から実施の形態３に用いるイオン電流パラメータ補正(燃料)演算ルーチンを示すフローチャートである。イオン電流パラメータを燃料噴射量により補正した際の効果についての説明図である。実施の形態１に用いる燃料性状判定演算ルーチンを示すフローチャートである。実施の形態１の動作を説明するためのタイミングチャートである。実施の形態２と実施の形態３に用いる燃料性状判定ルーチンを示すフローチャートである。実施の形態２と実施の形態３に用いるイオン電流パラメータ変化量演算ルーチンを示すフローチャートである。実施の形態２に用いる燃料性状判定演算ルーチンを示すフローチャートである。実施の形態２の動作を説明するためのタイミングチャートである。実施の形態３に用いる燃料性状判定演算ルーチンを示すフローチャートである。実施の形態３の動作を説明するためのタイミングチャートである。実施の形態４に用いる制御パラメータ(点火)検出ルーチンを示すフローチャートである。実施の形態４に用いるイオン電流パラメータ補正(点火)演算ルーチンを示すフローチャートである。燃料噴射量からイオン電流補正値を導き出すための図である。点火時期からイオン電流補正値を導き出すための図である。イオン電流パラメータを点火時期により補正した際の効果についての説明図である。

符号の説明

１エアクリーナ、２エアフローセンサ、３スロットルバルブ、
４サージタンク、５吸気管、６エンジン本体、
７燃料噴射弁、８触媒コンバータ、９排気管、
１０空燃比センサ、１１クランク角センサ、１２カム角センサ、
１３スロットルバルブ開度センサ、１４アイドルスイッチ、
１５水温センサ、１６中央演算処理装置、１７ＲＯＭ、
１８ＲＡＭ、１９入出力インターフェース、２０駆動回路、
２１エンジンコントロールユニット、２２イオン電流検出回路、
２３点火プラグ、２４燃焼室。

Claims

内燃機関のシリンダ内の混合気が燃焼することにより生ずるイオンの量に応じたイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火毎の燃焼状態を示すイオン電流パラメータとして点火毎に前記イオン電流の積算値あるいはピーク値を演算するイオン電流パラメータ演算手段と、始動から所定点火回数以内に前記イオン電流パラメータが所定値を超えたときに標準燃料であり、前記イオン電流パラメータが所定値を超えなかった場合に重質燃料であると判定する燃料性状判定手段を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
内燃機関のシリンダ内の混合気が燃焼することにより生ずるイオンの量に応じたイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火毎の燃焼状態を示すイオン電流パラメータとして点火毎に前記イオン電流の積算値あるいはピーク値を演算するイオン電流パラメータ演算手段と、燃焼状態の変化を表す前記イオン電流パラメータの変化量を演算するイオン電流パラメータ変化量演算手段と、始動から所定点火回数以内に前記イオン電流パラメータ変化量が所定値を超えたときに標準燃料であり、前記イオン電流パラメータ変化量が所定値を超えなかった場合に重質燃料であると判定する燃料性状判定手段を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
内燃機関のシリンダ内の混合気が燃焼することにより生ずるイオンの量に応じたイオン電流を検出するイオン電流検出手段と、点火毎の燃焼状態を示すイオン電流パラメータとして点火毎に前記イオン電流の積算値あるいはピーク値を演算するイオン電流パラメータ演算手段と、燃焼状態の変化を表す前記イオン電流パラメータの変化量を演算するイオン電流パラメータ変化量演算手段と、前記イオン電流パラメータ変化量が所定値を超えた回数を計数するイオン電流パラメータ変化量計数手段と、始動から所定点火回数以内に前記回数が所定回数を超えたとき標準燃料であり、前記回数が所定回数を超えなかった場合に重質燃料であると判定する燃料性状判定手段を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記イオン電流パラメータ変化量演算手段は、２０点火以下の点火回数により前記イオン電流パラメータの変化量を演算することを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関
の制御装置。
内燃機関の燃料噴射量を検出する燃料噴射量検出手段を備え、燃焼状態を示す前記イオン電流パラメータを燃料噴射量に基いて補正することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
内燃機関の点火時期を検出する点火時期検出手段を備え、燃焼状態を示す前記イオン電流パラメータを点火時期に基いて補正することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
前記燃料性状判定手段による判定処理が冷間ファーストアイドル時に実行され、燃料の性状が判定される請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。