JPH0720047A - ガソリン性状判別装置およびガソリン性状判別方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ガソリン性状の差をエンジン燃焼に反映させ
て、適正な燃焼をさせること。 【構成】図１は本発明のブロック構成図で、１から４ま
での燃料噴射装置制御の各手段と共に、ガソリンの屈折
率検出手段５、屈折率変化速度演算手段６、噴射量補正
手段７が備わる。燃料噴射電子制御システムは、運転条
件が演算・判定され、最適な空燃比のエンジン運転を行
う。その際にガソリン性状を判定して、燃料噴射制御等
を補正している。本発明のシステムにおいて、ガソリン
性状検出センサーはガソリンの屈折率を測定するもので
構成され、屈折率を連続的に測定して、その測定値から
屈折率変化量を求めてガソリン性状を判定し、制御を行
う。屈折率変化速度はガソリン性状をよく反映している
ため、初期補正がなされるだけで十分適切な制御補正と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンに対するガソリ
ンの噴射を電子制御で行うシステムに関し、特にガソリ
ン性状によって噴射量を補正制御するシステムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】通常のガソリンエンジンは一般的に、軽
質、中質、重質といった特定の性状のガソリンに対して
点火のタイミング等が合うように設定されており、また
その設定をガソリン性状に合わせて自動的に制御するよ
うな構造にはなっていない。それに対し、燃料噴射電子
制御のエンジンでは、ガソリンの噴射量を直接制御でき
るので、酸素センサー等を用いて空燃比を最適に算出・
制御してガソリン噴射の制御を行い、エンジンの点火爆
発状態を最適にし、排ガス対策等に役立てるものであ
る。それで従来より、ガソリン性状による差をエンジン
の点火制御に反映させて運転効率や排ガス対策等に役立
てるために、ガソリン性状の違いを比誘電率の差の静電
容量変化による周波数の変化として検出し、その電圧値
に基づいてガソリンの重質、中質、軽質を判別するもの
が提案されている（特開平4-155252号公報）。その他、
光センサーを用いて屈折率を検出してガソリン等の質を
検出して燃料供給を制御するもの（特開昭57-51920号公
報）、ガソリンの変化を検出する案として比重差やポン
プ吸引圧力差、蒸気圧差、透過率差等によるもの（特開
平3-117650号公報) も提案されている。そのなかでも屈
折率を用いる方法は光を用いた非接触的な検出であり、
検出も迅速にできる利点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、屈折率
の検出ではガソリン性状に対して必ずしも一定の対応が
とれず、図５に示すようにガソリン性状の目安をあたえ
る50％留出温度がガソリンの屈折率に対してかなりのば
らつきを示し、屈折率でガソリン性状を判定するとかな
り誤差を含んで、エンジン燃焼の空燃比等が最適条件か
ら外れてしまうという問題がある。ガソリン性状の検出
は特開平3-117650号公報で示されるように、様々な方法
が考えられているが、全体として装置が複雑になる傾向
があり、また温度補償等も必要とし、適切な制御が簡単
に実現できないことが多い。

【０００４】これらのことを鑑み、本発明では、ガソリ
ン性状の差をより正確にエンジン制御に反映させるため
に、より正確にガソリン性状を判定してガソリン噴射量
を補正制御することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め第一発明の構成は、運転条件に合わせてガソリンエン
ジンの燃料噴射量を制御する制御系に装備されたガソリ
ン性状判別装置において、エンジン始動後、一定期間内
に、電圧信号としてガソリン性状検出センサーにより屈
折率を測定する屈折率検出手段と、前記屈折率を基に、
屈折率変化速度を演算し、演算結果からガソリン性状を
判定する屈折率変化速度演算手段と、前記燃料噴射量を
補正する噴射量補正手段とを有することを特徴とする。
また、この関連発明の構成は、前記一定期間が、エンジ
ン始動後数分からおよそ３０分の間であることを特徴と
する。さらに別の関連発明の構成は、前記一定期間が、
エンジン始動後数分からおよそ５０分の間であり、前記
屈折率と前記屈折率変化速度と計測開始後の時間とか
ら、予め記憶させたマップによりガソリン性状を判定す
る判定手段を有することを特徴とする。

【０００６】また第二発明の構成は、運転条件に合わせ
てガソリンエンジンの燃料噴射量を制御する制御系で行
うガソリン性状判別方法において、エンジン始動後、一
定期間内に、電圧信号としてガソリン性状検出センサー
により屈折率を測定し、前記屈折率を基に屈折率変化速
度を演算し、演算結果からガソリン性状を判定し、前記
燃料噴射量を補正するガソリン性状判別方法であること
を特徴とする。

【０００７】

【作用】ガソリンは揮発性が強く、ガソリンタンクに充
填したとしても常温で揮発して成分が変化していき、屈
折率も変化して一定時間後にどの性状のガソリンも定常
値にほぼ安定する。屈折率変化速度は、軽質なガソリン
ほど大きく、重質なほど小さくなって、その変化はガソ
リンが新たに充填された直後から一定時間は定量的であ
るので、温度を考慮した屈折率変化速度からガソリン性
状を区別することができる。そのためガソリン性状検出
センサーで屈折率を電圧として検出し、その値を基に温
度を考慮して屈折率変化速度を算出してガソリン性状を
判定し、ガソリン噴射量の補正を加える。ガソリン性状
は大体、ガソリンタンクに充填されれば、その分量が無
くなって新たに充填されるまではほとんど変化しない。
従って変化速度検出は新しくガソリンが注入された場合
によく生じ、燃料噴射量補正もガソリン充填後にガソリ
ン性状が変化した場合に多く発生する。また安全上、ガ
ソリンを給油する場合は必ずエンジンを停止するため、
タンクに充填後にエンジンを始動させることから、測定
時間が同定される。

【０００８】

【発明の効果】屈折率でガソリン性状を判定していた場
合に比べ、判定誤差が少なくなって、適切な燃料噴射量
で制御されるようになり、理想的な空燃比や排気ガス対
策が実現できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は本発明のブロック構成図で、１から４ま
での燃料噴射装置制御の各手段と共に、燃料であるガソ
リンの屈折率検出手段５、屈折率変化速度演算手段６、
噴射量補正手段７が備わり、具体的な構成は、例えば図
２に示される構成となっている。図２は、一般的に知ら
れた、燃料噴射電子制御される４気筒エンジンのエンジ
ンヘッド部分の一般的な構成で、エンジンヘッド２１Ｂ
の吸気バルブ側に、スロットルバルブ２７が配設された
吸気管２３がその吸気バルブに接続され、ガソリンの電
磁噴射弁２８が吸気バルブの直前に配置されている。吸
気管２３には吸気フィルター２４とエアフロメータ２５
が配設されている。

【００１０】この実施例における燃料噴射電子制御シス
テムは、図２のエアフロメータ２５やスロットルバルブ
センサー２６、その他図示しない温度センサーや酸素セ
ンサー等多くのセンサーが、マイクロコンピュータで構
成されるコントロールユニット（以下ＥＣＵと記す）３
１に接続されて運転条件が演算・判定され（運転条件検
出手段）、電磁噴射弁２８と点火プラグ２２の作動をＥ
ＣＵから制御して最適な空燃比のエンジン運転を行う。
またその際に燃料パイプ３８に配設されたガソリン性状
検出センサー３５および燃料温度センサー３６からの信
号もＥＣＵ３１に接続され、ガソリン性状を判定して、
燃料噴射制御を補正している。ＥＣＵ３１はＣＰＵを中
心としたマイクロコンピュータであり、各センサーから
の情報を基にしたデータ判定のためのメモリ３３等が用
意され、出力として電磁噴射弁２８や点火プラグ２２を
直接制御し、そのための制御プログラムを内蔵してい
る。（これらのプログラムは図示しない。）

【００１１】燃料のガソリンＧは、ガソリンタンク２９
内に設けられた燃料ポンプ３０によって燃料パイプ３８
を通って燃料フィルター３２を通り、ガソリン性状検出
センサー３５を通って電磁噴射弁２８に送られる。余分
なガソリンは、吸気圧を参照した圧力レギュレータ３７
によってリターンパイプ３４を通ってガソリンタンク２
９に戻される。

【００１２】ガソリンはペンタンやヘプタン、ベンゼン
などの炭化水素の混合物燃料で、沸点が３０〜２００℃
のいわゆる揮発油であり、その混合している炭化水素の
種類によってオクタン価、即ちエンジンの点火特性の一
つであるアンチノック性を左右する指標が示されてい
る。ガソリン成分のうち、ペンタンやヘプタンは沸点が
比較的低く、これらの成分が多いと軽質と言われ、逆に
ベンゼン系の成分が多いと重質と呼ばれる。また、これ
らの中間の状態が中質ガソリンと呼ばれる。それでガソ
リンはこの成分、揮発性の違いにより、少しでも空間が
あるとその成分が蒸発していき、その構成比をわずかず
つ変化させる。特に車両のガソリンタンクはガス圧抜き
の小穴があり、やはりわずかずつ蒸発していく。これは
ガソリンの屈折率の変化として現れる。

【００１３】本発明のシステムにおいて、ガソリン性状
検出センサー３５はガソリンの屈折率を測定するもので
構成され、従来の屈折率によるガソリン性状検出と装置
構成は同様であるが、従来の屈折率による方法ではガソ
リン性状判定に大きな誤差を生じるため、屈折率を連続
的に測定して、その測定値から屈折率変化量を求めて、
その変化量でガソリン性状を判定し、制御を行うわけで
ある。

【００１４】発明者らが実験で確認したところ、ある一
定温度（常温）においてガソリンをタンクに充填してか
らのガソリンの性状による屈折率の時間的変化は図３
(a) に示すように、タンクに充填した数分後から、低沸
点成分が多い軽質ガソリンが最も早く変化し、重質ガソ
リンは最も変化しにくい、という一定の変化の特性を示
すことが判明した。この変化は、長時間放置後ではどの
性状のガソリンも定常的な屈折率に飽和してしまうが、
早く変化する軽質ガソリンでも、充填後約１分から約５
０分間は変化が持続するため、ガソリンを新たにタンク
に充填した後、その屈折率変化速度の違いが一定値の間
の一定期間（ガソリン充填後数分からおよそ３０分）検
出できる。従って通常ガソリンの給油後、エンジンを始
動することが通常の使用形態であるので、ガソリン充填
後数分からおよそ３０分の間にこの屈折率変化の違いか
ら簡単にガソリンの性状が判定できる。この屈折率の変
化はガソリン性状によってはっきりと区別できるので、
それぞれの性状を明確に判定できる。ただし、測定値と
して変化速度を求める必要があるので、１点データを測
定するだけでは求められず、少なくとも２点の測定、ノ
イズを考慮すれば多点の測定を必要とし、温度による補
正を必要とする。しかし測定は電子回路で自動的に行わ
れるので、屈折率変化速度の検出は十分実施することが
できる。具体的にはエンジン始動後、タイムカウントに
より所定期間、屈折率変化の測定を実施する。サンプリ
ングの間隔も目的に応じて設定できる。なお屈折率の変
化に対するセンサー電圧は図３(b) に示すように線型関
係にある。

【００１５】さらに、タンクにガソリンを充填後およそ
５０分程まで、軽質ガソリンの屈折率の特性がフラット
になりつつある領域、即ち変化速度が区別できなくなる
領域でも、軽質ガソリンは屈折率が大きい値になってお
り、同じ時刻では重質ガソリンはまだ比較的小さい屈折
率で直線状に変化しつつある領域なので、エンジン始動
後の測定時間と屈折率および屈折率変化速度とからガソ
リンの性状の違いを判別することができる。そこで予め
マップに実験データを記憶しておき、そのデータと演算
結果とを比較することでガソリン性状を判別できる。こ
の場合の時間範囲は、望ましくはガソリン充填後４５分
程までである。なお、屈折率はガソリンをタンクに充填
した後にある値小さくなり、この差を検出できるように
見えるが、図５からわかるように異なった性状のガソリ
ンが加わった場合必ずしも屈折率が小さくなるとは限ら
ないので、エンジンが停止される直前の屈折率を記憶し
ておいたとしても、この方法では検出しにくい。

【００１６】ガソリン性状検出センサー３５としては、
従来より知られた光センサーとガラス棒を用いた、反射
の臨界角を検知して求める方式のものなど、どのような
原理のものでも良く、直接、屈折率変化が検出でき、電
気信号として取り出せる構造のものであればよい。また
同時に温度を検出できるように温度センサーを組み込む
こともできる。ＥＣＵ３１はこのガソリン性状検出セン
サー３５の出力値を参照して、屈折率の変化を演算し、
その結果からガソリンの性状を判別し、ガソリン噴射量
制御に反映させる。

【００１７】屈折率変化速度検出の演算を図４のフロー
チャートで説明する。ガソリン性状判定のサブルーチン
は、エンジン制御のように頻繁に実行される必要はな
く、エンジン始動後数分後から数秒から数分に一度の割
合で実行されても目的は達成できる。ただいずれにして
もＥＣＵ３１はエンジン始動後からの経過時間はタイム
カウンター等でとらえて置く必要がある。

【００１８】このサブルーチンが実行されると、ステッ
プ１００でガソリン性状検出センサー３５から屈折率を
示す電圧Ｖを少なくとも所定時間間隔で２点取込み、ス
テップ１０２でΔＶの計算を行う。ΔＶは２点間の屈折
率の差、即ち屈折率変化速度を表す。そしてステップ１
０４はこのΔＶが所定値以下（図４のｋ）、即ち屈折率
の変化が重質なガソリンよりも低い変化速度かどうかを
判定し、所定値以下であればガソリン性状は変化が無
い、もしくはタンク充填後３０分以上経過したものと判
定されるので噴射量補正処理は不要となり、直ちにリタ
ーンへ戻り、他の制御を続行する。ΔＶが所定値以下で
なければ、ステップ１０６で、予め測定され記憶されて
いる電圧差−ガソリン性状とのマップ３３を参照してス
テップ１０８でガソリン性状を判定する。マップを必要
とするのは、温度により特性が変化したりする条件が存
在するためである。これらのデータは予め実験で求めて
おくことができ、ＥＣＵ内のＲＯＭ等のメモリーに記憶
させておく。図３(a) からわかるように屈折率変化速度
ΔＶは軽質なガソリン程大きい。

【００１９】以上のような判定により、ＥＣＵ３１は、
例えばガソリンＧの性状によって点火プラグの点火時期
や、燃料噴射量演算を行う際に重質ガソリンの場合と、
中・軽質ガソリンの場合とにわけて処理する。一般に重
質の場合は燃料噴射量を少なくし、軽質の場合は多くす
るよう補正するよう演算結果を噴射量制御に反映させ
る。従ってガソリン性状によって点火進角、遅角を補正
し、燃料噴射量を補正して燃焼がオーバーリーンまたは
オーバーリッチ状態になるのを防ぎ、適切な燃焼状態に
することができる。このため、点火時期が不適切で不完
全燃焼を起こすことがなく、排気ガス中の有害成分を効
果的に減少することができる。

【００２０】このガソリン性状判別装置および判別方法
は、ガソリン性状を屈折率変化速度より判定して燃料噴
射制御を援用するが、屈折率変化速度という検出特性か
ら、ガソリンが新たに充填された際にのみ働き、通常、
ガソリンスタンドで新たにガソリンを給油されるまでは
ガソリン性状は変化しないので、定常運転中にはガソリ
ン性状検出・噴射量補正がなされることはほとんどな
い。しかし、屈折率変化速度はガソリン性状をよく反映
しているため、給油後の初期補正がなされるだけで十分
適切な制御補正となる。

【００２１】本発明はエアフロメータを用いた燃料噴射
制御システム（ＬＪ）で示したが、圧力センサーを用い
た燃料噴射制御システム（ＤＪ）であっても、またどの
ようなシステムでも燃料噴射制御ができるシステムであ
れば、なんら問題はなく同様な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガソリン性状判別装置のブロック構成
図。

【図２】本発明の模式的構造図。

【図３】各ガソリン性状のタンク放置特性図。

【図４】本発明のガソリン性状判定装置の動作フローチ
ャート図。

【図５】各ガソリン性状の50％留出温度の屈折率に対す
る特性図。

【符号の説明】

２１ エンジン ２１Ｂ エンジンヘッド ２２ 点火プラグ ２３ 吸気管 ２４ エアフィルター ２６ スロットルバルブセンサー ２８ 電磁噴射弁 ２９ ガソリンタンク ３０ 燃料ポンプ ３１ ＥＣＵ（コントロールユニット） ３２ 燃料フィルター ３５ ガソリン性状検出センサー ３６ 燃料温度センサー ３７ 圧力レギュレータ Ｇ ガソリン

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運転条件に合わせてガソリンエンジンの燃
   料噴射量を制御する制御系に装備されたガソリン性状判
   別装置において、 エンジン始動後、一定期間内に、電圧信号としてガソリ
   ン性状検出センサーにより屈折率を測定する屈折率検出
   手段と、 前記屈折率を基に、屈折率変化速度を演算し、演算結果
   からガソリン性状を判定する屈折率変化速度演算手段
   と、 前記燃料噴射量を補正する噴射量補正手段とを有するこ
   とを特徴とするガソリン性状判別装置。
2. 【請求項２】前記一定期間は、エンジン始動後数分から
   およそ３０分の間であることを特徴とする請求項１に記
   載のガソリン性状判別装置。
3. 【請求項３】前記一定期間は、エンジン始動後数分から
   およそ５０分の間であり、 前記屈折率と前記屈折率変化速度と計測開始後の時間と
   から、予め記憶させたマップによりガソリン性状を判定
   する判定手段を有することを特徴とする請求項１に記載
   のガソリン性状判別装置。
4. 【請求項４】運転条件に合わせてガソリンエンジンの燃
   料噴射量を制御する制御系で行うガソリン性状判別方法
   において、 エンジン始動後、一定期間内に、電圧信号としてガソリ
   ン性状検出センサーにより屈折率を測定し、 前記屈折率を基に屈折率変化速度を演算し、 演算結果からガソリン性状を判定し、 前記燃料噴射量を補正することを特徴とするガソリン性
   状判別方法。