(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼時における最高温度及び最高圧力との関係に基づいて燃料のオクタン価を推定する。【解決手段】２以上のオクタン価の異なる燃料の各々について内燃機関１００においてノッキングが発生しない限界の最高温度及び最高圧力の関係を記憶する記憶装置４０と、記憶装置４０を参照して、内燃機関１００においてノッキングが発生しない限界で運転した際に検出された最高温度と最高圧力とに基づいて内燃機関１００で燃焼させた燃料のオクタン価を推定する制御部１０２を有する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上のオクタン価の異なる燃料の各々について内燃機関においてノッキングが発生しない限界の最高温度及び最高圧力の関係を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段を参照して、前記内燃機関においてノッキングが発生しない限界で運転した際に検出された最高温度と最高圧力とに基づいて前記内燃機関で燃焼させた燃料のオクタン価を推定する推定手段と、
を備えることを特徴とする燃料のオクタン価推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料のオクタン価推定装置であって、
前記内燃機関のノッキングの発生を検出するノッキング検出手段をさらに備え、
前記ノッキング検出手段を用いて前記内燃機関においてノッキングが発生しないように制御するノッキング回避制御とノッキングが発生するように制御するノッキング誘発制御とを行うことによって、ノッキングが発生しない限界で運転した際の前記内燃機関の温度及び圧力を検出することを特徴とする燃料のオクタン価推定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料のオクタン価推定装置であって、
前記記憶手段は、前記内燃機関が所定の回転数であるときに前記内燃機関においてノッキングが発生しない限界の最高温度及び最高圧力の関係を記憶し、
前記推定手段は、前記内燃機関において前記所定の回転数かつノッキングが発生しない限界で運転した際に検出された最高温度と最高圧力とに基づいて前記内燃機関で燃焼させた燃料のオクタン価を推定することを特徴とする燃料のオクタン価推定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料のオクタン価推定装置であって、
前記推定手段は、前記内燃機関においてノッキングが発生した場合に燃料のオクタン価を推定することを特徴とする燃料のオクタン価推定装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料のオクタン価推定装置であって、
前記推定手段は、前記内燃機関に対する燃料が給油された場合に燃料のオクタン価を推定することを特徴とする燃料のオクタン価推定装置。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料のオクタン価推定装置であって、
前記推定手段は、前記内燃機関に対する燃料が所定温度以上の環境下に所定時間以上放置された場合に燃料のオクタン価を推定することを特徴とする燃料のオクタン価推定装置。
【請求項７】
内燃機関においてノッキングが発生しない限界で運転した際に検出された温度及び圧力に基づいて、前記内燃機関において燃焼させた燃料のオクタン価を推定することを特徴とする燃料のオクタン価推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料のオクタン価推定装置及びオクタン価推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関における燃料の燃焼において気筒内での点火の時期は、最も高いトルクを得られるＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ｓｐａｒｋ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）に設定することが理想的である。しかしながら、点火時期をＭＢＴに設定したときに内燃機関においてノッキングを引き起こすおそれがある。
【０００３】
そこで、現在使用している燃料のオクタン価を推定し、オクタン価に応じた点火時期マップを参照して推定されたオクタン価の燃料に応じてノッキングを起こさない適切な点火時期を決定する制御が知られている。すなわち、予めオクタン価に応じた点火時期マップを用意しておき、ノッキングを起こさない点火時期から燃料のオクタン価を推定する。そして、その結果を用いて、内燃機関の温度や吸気温度に応じて点火時期を制御する（特許文献１）。
【０００４】
なお、内燃機関におけるノッキングを抑制する技術としては、ノッキング発生時に可変バルブタイミング機構を利用して吸気弁の閉弁時期を遅角させる方法（特許文献２）や、点火時期の変化とバルブタイミングの変化を併用する方法（特許文献３）等が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−８２７４１号公報
【特許文献２】特開昭５９−９３９３９号公報
【特許文献３】特開平８−３３８２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来のように、点火時期マップを参照する方法では、点火時期を変えることでノッキングを回避する場合にのみ有効である。しかしながら、点火時期を変える方法以外でもノッキングは回避することができる。
【０００７】
例えば、ＥＧＲ率を増加することによってノッキングを回避することができる。しかしながら、ＥＧＲ率を変化させる方法では、点火時期マップを参照することによって燃料のオクタン価を推定することができない。予めＥＧＲ率毎に燃料のオクタン価と点火時期の関係を示すマップを用意しておけば燃料のオクタン価を推定することは可能であるが、ＥＧＲ率毎のマップを用意する必要があり、その作成作業が膨大になるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、２以上のオクタン価の異なる燃料の各々について内燃機関においてノッキングが発生しない限界の最高温度及び最高圧力の関係を記憶する記憶手段と、前記記憶手段を参照して、前記内燃機関においてノッキングが発生しない限界で運転した際に検出された最高温度と最高圧力とに基づいて前記内燃機関で燃焼させた燃料のオクタン価を推定する推定手段と、を備えることを特徴とする燃料のオクタン価推定装置である。
【０００９】
ここで、前記内燃機関のノッキングの発生を検出するノッキング検出手段をさらに備え、前記ノッキング検出手段を用いて前記内燃機関においてノッキングが発生しないように制御するノッキング回避制御とノッキングが発生するように制御するノッキング誘発制御とを行うことによって、ノッキングが発生しない限界で運転した際の前記内燃機関の温度及び圧力を検出することが好適である。
【００１０】
また、前記記憶手段は、前記内燃機関が所定の回転数であるときに前記内燃機関においてノッキングが発生しない限界の最高温度及び最高圧力の関係を記憶し、前記推定手段は、前記内燃機関において前記所定の回転数かつノッキングが発生しない限界で運転した際に検出された最高温度と最高圧力とに基づいて前記内燃機関で燃焼させた燃料のオクタン価を推定することが好適である。
【００１１】
また、前記推定手段は、前記内燃機関においてノッキングが発生した場合に燃料のオクタン価を推定することが好適である。また、前記推定手段は、前記内燃機関に対する燃料が給油された場合に燃料のオクタン価を推定することが好適である。また、前記推定手段は、前記内燃機関に対する燃料が所定温度以上の環境下に所定時間以上放置された場合に燃料のオクタン価を推定することが好適である。
【００１２】
また、本発明の別の態様は、内燃機関においてノッキングが発生しない限界で運転した際に検出された温度及び圧力に基づいて、前記内燃機関において燃焼させた燃料のオクタン価を推定することを特徴とする燃料のオクタン価推定方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内燃機関の燃焼時における最高温度及び最高圧力との関係に基づいて燃料のオクタン価を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態における内燃機関の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるオクタン価推定処理を示すフローチャートである。
【図３】内燃機関においてノッキングが発生しない限界条件での運転時の最高温度及び最高圧力の関係を示す図である。
【図４】内燃機関においてノッキングが発生しない限界条件での運転時の最高温度及び最高圧力の関係を示す別例の図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるオクタン価推定処理の別例を示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態におけるオクタン価推定処理の別例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態における内燃機関１００は、図１に示すように、シリンダ１０、ピストン１２、吸気管１４、スロットルバルブ１６、吸気バルブ１８、排気管２０、排気バルブ２２及び点火プラグ２４を含んで構成される。
【００１６】
シリンダ１０は、円筒形状であり、その内部にその軸線方向に往復運動するピストン１２が収容される。ピストン１２は、円柱形状であり、その頭頂部であるピストンヘッドとシリンダ１０とによって内燃機関１００の燃焼室が形成される。
【００１７】
シリンダ１０には、燃料と空気とを混合させた混合気を燃焼室内に供給するための吸気管１４が接続される。吸気管１４には、アクセルペダルの踏込量に応じて開閉するスロットルバルブ１６が設けられる。また、吸気管１４には、シリンダ１０への吸気を制御するための吸気バルブ１８が設けられる。一方、シリンダ１０には、燃焼室内での燃焼によって生じた排気ガスを排気するための排気管２０が接続される。吸気管１４には、シリンダ１０からの排気を制御するための排気バルブ２２が設けられる。
【００１８】
シリンダ１０のヘッド部には、点火プラグ２４が設けられる。点火プラグ２４は、燃焼室に供給された混合気に点火して燃焼させるために用いられる。
【００１９】
また、本実施の形態における内燃機関１００では、吸気管１４と排気管２０との間にＥＧＲ装置２６が設けられる。ＥＧＲ装置２６は、始端が排気管２０に連通し、終端が吸気管１４に連通しており、外部からの制御によって外部ＥＧＲを実現する。
【００２０】
内燃機関１００には、さらに、圧力センサ３０が設けられる。圧力センサ３０は、内燃機関１００の燃焼室に取り付けられ、内燃機関１００の運転時における燃焼室内の圧力を検出して制御部１０２へ出力する。また、内燃機関１００の燃焼室内の温度を求めることもできる。圧力センサ３０によって検出された燃焼室内の圧力と燃焼室内に導入された空気量、燃料量及びＥＧＲ率等の条件を状態方程式に導入することによって燃焼室内の温度を検出することができる。状態方程式に基づいて、圧力から温度を算出する方法は周知である。
【００２１】
また、内燃機関１００には、ノッキングを検出するためのノッキングセンサ３２が設けられる。ノッキングセンサ３２は、内燃機関１００の燃焼室内又は燃焼室外に設けられ、内燃機関１００のノッキングを検出して制御部１０２へ出力する。ノッキングセンサ３２は、例えば、内燃機関１００の機械的な振動の特徴からノッキングを検出する振動センサとすることができる。なお、圧力センサ３０をノッキングセンサ３２として兼用してもよい。
【００２２】
制御部１０２は、内燃機関１００の運転条件の設定及び制御を行う。制御部１０２は、内蔵された記憶装置４０に予め格納されているプログラムを実行して、内燃機関１００へ供給されたる燃料量や空気量、吸気バルブ１８及び排気バルブ２２の開閉時期、混合気の点火時期及びＥＧＲ率（ＥＧＲガスの還流量）等を制御する。これらの制御は、従来の内燃機関１００の制御と同様であるので詳しい説明は省略する。
【００２３】
なお、制御部１０２は、下記の燃料のオクタン価推定方法を実行することによってオクタン価推定装置として機能する。
【００２４】
また、本実施の形態における制御部１０２は、燃料のオクタン価を推定する処理を行う。以下、図２のフローチャートを参照して、制御部１０２による燃料のオクタン価の推定処理について説明する。なお、図２のフローチャートの処理は、内燃機関１００が運転される期間に亘って繰り返し行われることが好適である。
【００２５】
制御部１０２の記憶装置４０には、図３に示すように、燃料のオクタン価をパラメータとして内燃機関１００における燃焼時にノッキングが発生しない限界の最高温度及び最高圧力の関係が記憶される。図３の実線は、燃料のオクタン価が９０の場合のノッキングが発生しない限界の最高温度及び最高圧力の関係を示す。図３の破線は、燃料のオクタン価が１００の場合のノッキングが発生しない限界の最高温度及び最高圧力の関係を示す。これらの関係は、オクタン価が判明している燃料を内燃機関１００にて燃焼させたときにノッキングが発生しない限界の最高温度と最高圧力との関係を予め調べることにより得ることができる。図２に示すように、ノッキングが発生しない限界の条件は、燃料のオクタン価がより高い燃料においてより高温及び高圧側にシフトする。
【００２６】
ステップＳ１０では、内燃機関１００の運転条件が設定される。制御部１０２は、アクセルの開度や内燃機関１００の回転数等の条件から内燃機関１００の運転条件を設定する。運転条件は、内燃機関１００への燃料供給量、空気供給量、吸気バルブ１８及び排気バルブ２２の開閉時期、燃料の点火時期及びＥＧＲ装置２６によるＥＧＲ率等が挙げられる。
【００２７】
ステップＳ１２では、内燃機関１００の運転が制御される。制御部１０２は、ステップＳ１０において設定された運転条件に応じて内燃機関１００の運転を制御する。当該制御は、従来の内燃機関の制御と同様である。
【００２８】
ステップＳ１４では、内燃機関１００においてノッキングが発生しているか否かが判定される。ノッキングの発生は、ノッキングセンサ３２によって検出される。ノッキングセンサ３２によって内燃機関１００のノッキングが検出された場合には処理をステップＳ１６に移行させ、ノッキングが検出されなかった場合には処理を終了させる。
【００２９】
ステップＳ１６では、内燃機関１００に対してノッキングを回避する制御が行われる。制御部１０２は、内燃機関１００にノッキングが発生していることを検出すると、ステップＳ１０で設定された運転条件を変更して内燃機関１００のノッキングを回避するための制御を行う。ノッキングを回避する制御としては、例えば、点火プラグ２４による混合気への点火時期を遅らせる処理（点火遅角処理）、ＥＧＲ装置２６によるＥＧＲ率を増加させる処理、吸気バルブ１８を閉状態とするタイミングを遅らせる処理（吸気停止遅角処理）が挙げられる。ただし、ノッキングを回避する制御は、これらに限定されるものではなく、内燃機関１００において発生するノッキングを抑制するような処理を行うものであればよい。
【００３０】
ステップＳ１８では、内燃機関１００においてノッキングが発生しない限界条件で運転される。制御部１０２は、ステップＳ１６における制御によって、ノッキングが発生しない限界条件で内燃機関１００を運転させる。内燃機関１００においてノッキングが発生しない限界条件とは、ノッキングが発生する状態とノッキングが発生しない状態の境界の運転条件を意味する。なお、ステップＳ１６における制御によってノッキングが発生しない運転条件に行き過ぎた場合には、ノッキングを誘発する運転条件に戻す制御を行ってもよい。
【００３１】
ステップＳ２０では、内燃機関１００がノッキングしない限界条件で運転されている状態における燃焼室内の圧力（最高圧力）及び温度（最高温度）が検出される。検出された最高圧力及び最高温度は制御部１０２へ入力される。
【００３２】
ステップＳ２２では、内燃機関１００で燃焼させられている燃料のオクタン価が推定される。制御部１０２は、ステップＳ２０で検出された最高温度及び最高圧力を受けて、記憶装置４０に記憶されている最高温度及び最高圧力の関係から、検出された最高温度及び最高圧力の関係を満たす燃料のオクタン価を求める。例えば、検出された最高温度及び最高圧力が図３中の三角印の関係を満たす場合、燃料のオクタン価は９０に相当する。また、例えば、検出された最高温度及び最高圧力が図３中の丸印の関係を満たす場合、燃料のオクタン価は１００に相当する。
【００３３】
以上のように、本実施の形態では、内燃機関１００がノッキングしない限界条件で運転されている状態における最高圧力と最高温度とに基づいて燃料のオクタン価を推定することができる。すなわち、内燃機関１００のノッキングは、燃料が同一であれば燃焼後の燃焼室の最高温度及び最高圧力と相関がある。すなわち、最高温度が高いほど、又は最高圧力が高いほど、発生する圧力振動が大きく、ノッキングを発生し易いことを見出した。したがって、本実施の形態のように、燃料のオクタン価毎にノッキングが発生しない限界条件における最高温度と最高圧力との関係を予め調べておき、実際に検出された最高温度と最高圧力との関係から燃料のオクタン価を求めることができる。
【００３４】
なお、予め調べて保持しておく最高温度と最高圧力との関係は、ＥＧＲ率と負荷毎に点火時期をあらゆる条件で運転して求める必要はなく、最高温度と最高圧力とが見出せる条件のみで運転すればよく、関係を求める際の負担を減らすことができる。
【００３５】
なお、図４に示すように、パラメータとなる燃料のオクタン価とノッキングが発生しない限界の最高温度と最高圧力の関係は３つ以上であってもよい。また、２つ以上の燃料のオクタン価毎の最高温度と最高圧力の関係を用いて、その間の燃料のオクタン価に対する最高温度と最高圧力の関係を内挿して決定してもよい。例えば、ノッキングが発生しない限界条件で運転した時の関係が図４における三角印の場合、予め求めておいた最高温度と最高圧力の関係の線とは一致しない。そこで、オクタン価１００の場合とオクタン価９０の場合の関係から最高温度と最高圧力の関係を内挿して、例えば、燃料のオクタン価を９５と推定することができる。
【００３６】
また、予め求めておく燃料のオクタン価と最高温度及び最高圧力の関係は、内燃機関１００において特定の回転数のみに対するものであってもよい。その場合、特定の回転数に一致する条件で運転した場合にのみ、上記燃料のオクタン価の推定処理を実施すればよい。例えば、ノッキングが発生し易く、使用頻度が高い１２００〜２０００ｒｐｍの間のいずれかの回転数を選択することが好適である。
【００３７】
また、燃料のオクタン価が上昇した場合にもオクタン価の推定を行うことができる。図５は、本例における燃料のオクタン価を推定する処理を示すフローチャートである。ここでの制御は、上記実施の形態における制御に対してステップＳ２４の処理を加えた点で異なる。すなわち、ステップＳ１４にてノッキングが発生していると判断された場合、上記実施例と同様にステップＳ１６を経て、燃料のオクタン価を推定する。一方、ステップＳ１４にてノッキングが発生していないと判断された場合、新たに加えたステップＳ２４のノッキング誘発制御を実行する。ここで、ノッキングが発生しない場合、燃料のオクタン価がより大きい燃料に変更された可能性がある。例えば、図６の丸印で示す条件にて内燃機関１００を運転しても、この条件がノッキングが発生しない限界条件であるか否かは判定できない。このよう場合、ノッキングを誘発する制御、例えば、点火プラグ２４による混合気への点火時期を進める処理（点火進角処理）、ＥＧＲ装置２６によるＥＧＲ率を減少させる処理、吸気バルブ１８を閉状態とするタイミングを進める処理（吸気停止進角処理）が挙げられる。ただし、ノッキングを誘発する制御は、これらに限定されるものではなく、内燃機関１００において発生するノッキングを誘発するような処理を行うものであればよい。そして、ステップＳ１８にて内燃機関１００においてノッキングが発生しない限界条件で運転し、ステップＳ２０にてその時の最高温度と最高圧力を検出する。ステップＳ２２では、上記実施の形態と同様に、最高温度及び最高圧力の関係から内燃機関１００で燃焼させられている燃料のオクタン価が推定される。例えば、最高温度及び最高圧力の関係が図６の三角印である場合、燃料のオクタン価は１１０になる。このことから、現在の燃料のオクタン価を１１０と推定することができる。
【００３８】
なお、オクタン価の推定処理は、燃料のオクタン価が変化した可能性がある場合にのみ実施してもよい。例えば、燃料が給油された場合、燃料が所定時間以上の長時間使用されなかった場合、燃料が所定温度以上の高温にさらされた場合等が挙げられる。燃料が給油されたか否かは、内燃機関１００への燃料タンク（図示しない）内の燃料が増加したことから判断できる。燃料が長時間使用されなかったことは、例えば、１か月以上に亘って内燃機関１００が運転されなかった場合が該当する。また、燃料が高温にさらされたことは、例えば、外気温が４０℃以上になった場合等が該当する。
【００３９】
なお、本実施の形態では、内燃機関１００として一般的なエンジンの構成を例に説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ：Homogeneous-Charge Compression Ignition）エンジンにも適用することができる。ＨＣＣＩエンジンでは、点火時期の変更による制御ではなく、他の運転条件の変更によりノッキングが発生しない限界条件で運転した際の最高温度と最高圧力との関係を求めればよい。
【００４０】
また、本実施の形態では、内燃機関１００における燃焼時にノッキングが発生しない限界の最高温度及び最高圧力の関係を燃料のオクタン価をパラメータとするデータベースとして参照する方法について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、燃焼時にノッキングが発生しない限界の最高温度及び最高圧力を引数として燃料のオクタン価を算出する関数を予め設定しておき、当該関数に最高温度及び最高圧力を引数として代入することによりオクタン価を算出する方法としてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  シリンダ、１２  ピストン、１４  吸気管、１６  スロットルバルブ、１８  吸気バルブ、２０  排気管、２２  排気バルブ、２４  点火プラグ、２６  ＥＧＲ装置、３０  圧力センサ、３２  ノッキングセンサ、４０  記憶装置、１００  内燃機関、１０２  制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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