(57)【要約】【課題】エンジンの使用燃料の燃料性状を精度良く判定できるようにする。【解決手段】筒内圧力センサ３０で検出した筒内圧力に基づいて燃焼開始から燃焼終了までの燃焼区間の総熱発生量を算出する。この総熱発生量に基づいて燃焼期間を算出し、所定期間における燃焼期間の積算値を所定の判定値と比較して使用燃料の燃料性状を判定する。その際、エンジン１１のクランキング開始（例えばスタータスイッチのオン）から燃料性状の判定が完了するまで、点火時期を固定するか又は点火時期の変動を抑制する点火時期固定制御を実行する。これにより、燃料性状の誤判定の原因となる点火時期の変動による燃焼状態の変動をほとんど無くした状態で、燃焼期間に基づいて燃料性状を精度良く判定することができ、燃料性状の判定精度を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内圧力に基づいて燃焼状態の情報となる燃焼パラメータを算出する燃焼パラメータ算出手段と、前記燃焼パラメータ算出手段で算出した燃焼パラメータに基づいて使用燃料の燃料性状を判定する燃料性状判定手段とを備えた内燃機関の燃料性状判定装置において、
前記燃料性状判定手段によって燃料性状を判定するまで内燃機関の点火時期を固定又はその変動を抑制する点火時期固定制御を実行する点火時期固定制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料性状判定装置。
【請求項２】
前記点火時期固定制御手段は、内燃機関のクランキング開始から又はクランキング開始後に所定回数の爆発が終了してから前記点火時期固定制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
【請求項３】
前記点火時期固定制御手段は、内燃機関の温度に応じて前記点火時期固定制御中の点火時期を設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
【請求項４】
前記燃焼パラメータ算出手段は、前記燃焼パラメータとして燃焼期間を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
【請求項５】
前記燃料性状判定手段は、所定期間における前記燃焼パラメータの積算値に基づいて燃料性状を判定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
【請求項６】
前記燃料性状判定手段は、前記燃焼パラメータに基づいて燃料性状を判定する際の判定値を内燃機関の温度に応じて設定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の燃料性状判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼状態の情報となる燃焼パラメータに基づいて使用燃料の燃料性状を判定する内燃機関の燃料性状判定装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の燃料性状判定装置としては、例えば、始動後の所定期間に内燃機関の回転速度が目標回転速度よりも所定値以上低下した場合に重質燃料（燃料性状が重質）であると判定するようにしたものがある。また、始動後の所定サイクル期間における内燃機関の回転速度の積算値が所定値以下の場合に重質燃料であると判定するようにしたものもある。
【０００３】
しかし、上述したように、内燃機関の回転速度に基づいて燃料性状を判定する方法では、燃料性状の違いによる内燃機関の回転速度の変動が内燃機関のフリクション等よってなまされてしまうため、燃料性状を精度良く判定することができない。しかも、燃料の重質度合を精度良く検出するのが困難であるため、中間燃料（軽質燃料と重質燃料の中間的な燃料性状を有する燃料）を判定するのが困難である。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１（特公平７−５００９８号公報）に記載されているように、内燃機関の燃焼圧力から燃焼速度を算出し、この燃焼速度を判定値（基準燃料の燃焼速度）と比較して燃料性状を判定するようにしたものがある。
【特許文献１】特公平７−５００９８号公報（第１頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、内燃機関の点火時期は燃焼状態（燃焼速度や燃焼期間等）に対する寄与度が大きく、点火時期が変動すると、それに伴って燃焼状態が変動して燃焼速度が変動してしまう。このため、上記特許文献１のように、燃焼速度を用いて燃料性状を判定するものでは、点火時期の変動によって生じる燃焼速度の変動によって燃料性状を誤判定する可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、燃料性状判定処理期間中の点火時期の変動による燃焼状態の変動によって生じる燃料性状の誤判定を防止することができ、燃料性状の判定精度を向上させることができる内燃機関の燃料性状判定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の筒内圧力に基づいて燃焼状態の情報となる燃焼パラメータを燃焼パラメータ算出手段により算出し、算出した燃焼パラメータに基づいて使用燃料の燃料性状を燃料性状判定手段により判定する内燃機関の燃料性状判定装置において、前記燃料性状判定手段によって燃料性状を判定するまで内燃機関の点火時期を固定又はその変動を抑制（制限）する点火時期固定制御を点火時期固定制御手段により実行するようにしたものである。
【０００８】
この構成では、燃焼パラメータに基づいた燃料性状の判定が完了するまで、点火時期を固定又はその変動を抑制して変動幅を小さくする点火時期固定制御を実行するため、燃料性状の誤判定の原因となる点火時期の変動による燃焼状態の変動をほとんど無くした状態で、その燃焼パラメータに基づいて燃料性状を精度良く判定することができる。これにより、燃料性状判定処理期間中の点火時期の変動による燃焼状態の変動によって生じる燃料性状の誤判定を点火時期固定制御により防止することができ、燃料性状の判定精度を向上させることができる。
【０００９】
この場合、請求項２のように、内燃機関のクランキング開始から又はクランキング開始後に所定回数の爆発が終了してから点火時期固定制御を実行するようにすると良い。内燃機関のクランキング開始から点火時期固定制御を実行すれば、確実に点火時期固定制御を実行した状態（点火時期の変動による燃焼状態の変動をほとんど無くした状態）で燃料性状を精度良く判定することができる。尚、一般に、内燃機関のクランキング開始後に所定回数（例えば２〜３回）の爆発が終了するまでは、点火時期が変動しても燃焼状態の変動が少ないため、所定回数の爆発が終了してから点火時期固定制御を実行するようにしても良い。
【００１０】
更に、請求項３のように、内燃機関の温度に応じて点火時期固定制御中の点火時期を設定するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関の温度に応じて適正な点火時期が変化するのに対応して点火時期固定制御中の点火時期を変化させて適正値に設定することができる。
【００１１】
また、請求項４のように、燃焼パラメータとして燃焼期間を算出するようにしても良い。燃料性状に応じて燃焼期間が変化するため、燃焼期間は、燃料性状を精度良く反映したパラメータとなる。
【００１２】
更に、請求項５のように、所定期間における燃焼パラメータの積算値に基づいて燃料性状を判定するようにしても良い。所定期間における燃焼パラメータの積算値は、所定期間の燃焼状態を総合評価するパラメータとなるため、燃料性状の判定精度を更に向上させることができる。
【００１３】
また、内燃機関の温度に応じて燃料の蒸発性が変化するのに伴って燃焼状態が変化して燃焼期間や燃焼速度等の燃焼パラメータが変化するという特性を考慮して、請求項６のように、燃焼パラメータに基づいて燃料性状を判定する際の判定値を内燃機関の温度に応じて設定するようにしても良い。このようにすれば、燃料性状を判定する際の判定値を内燃機関の温度に応じた適正値に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。
【００１５】
更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００１６】
一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。
【００１７】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、エンジン１１のクランク軸２７が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２８が取り付けられている。このクランク角センサ２８の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００１８】
更に、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎（又は特定の気筒のみ）に筒内圧力を検出する筒内圧力センサ３０が設けられている。この筒内圧力センサ３０は、点火プラグ２２と一体化したタイプのものを用いても良いし、点火プラグ２２とは別体のセンサ部を燃焼室内に臨ませるように取り付けるタイプのものを用いても良い。
【００１９】
これら各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２９に入力される。このＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。
【００２０】
また、ＥＣＵ２９は、後述する図４の燃料性状判定ルーチンを実行することで、筒内圧力センサ３０で検出した筒内圧力に基づいて燃焼状態の情報となる燃焼パラメータとして燃焼期間を算出し、所定期間における燃焼期間の積算値を所定の判定値と比較して使用燃料の燃料性状を判定する。
【００２１】
ここで、燃焼期間の算出方法を図２及び図３に基づいて説明する。
図２は、筒内圧力と熱発生量との関係を示すタイムチャートである。
図３は、総熱発生量と燃焼期間との関係を示すタイムチャートである。
【００２２】
一般に、クランク角θにおける熱発生量は、次式で算出される。
熱発生量＝｛ｄＰ（θ）・Ｖ（θ）＋κ・Ｐ（θ）・ｄＶ（θ）｝／（κ−１）
κ：比熱比
Ｐ（θ）：クランク角θにおける筒内圧力
ｄＰ（θ）：クランク角θにおける筒内圧力変化量
Ｖ（θ）：クランク角θにおける燃焼室容積
ｄＶ（θ）：クランク角θにおける燃焼室容積変化量
【００２３】
また、燃焼開始から燃焼終了までの燃焼区間の総熱発生量は、次式で算出される。
総熱発生量＝∫（熱発生量）ｄθ
【００２４】
図３に示すように、本実施例では、総熱発生量の１０％位置（つまり燃焼開始からの合計熱発生量が燃焼開始から燃焼終了までの総熱発生量の１０％に到達するクランク角）から総熱発生量の９０％位置（つまり燃焼開始からの合計熱発生量が燃焼開始から燃焼終了までの総熱発生量の９０％に到達するクランク角）までの期間を燃焼期間として定義している。尚、燃焼期間は、総熱発生量の１０％位置から９０％位置までの期間に限定されず、適宜変更しても良く、例えば、総熱発生量の５％位置から９５％位置までの期間や総熱発生量の０％位置から１００％位置までの期間を燃焼期間としたり、或は、総熱発生量の１５％位置から８５％位置までを燃焼期間としても良い。
【００２５】
ところで、一般に、エンジン１１の点火時期は燃焼状態（燃焼速度や燃焼期間等）に対する寄与度が大きく、点火時期が変動すると、それに伴って燃焼状態も変動する。このような事情を考慮して、本実施例では、クランキング開始（例えばスタータスイッチのオン）から燃料性状の判定が完了するまで、点火時期を固定する点火時期固定制御を実行する。これにより、点火時期の変動による燃焼期間の変動をほとんど無くした状態で、燃焼期間に基づいた燃料性状の判定を行うようにしている。
【００２６】
以下、ＥＣＵ２９が実行する図４の燃料性状判定ルーチンの処理内容を説明する。
図４に示す燃料性状判定ルーチンは、ＥＣＵ２９の電源オン中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう燃料性状判定手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、燃料性状判定実行フラグがオンであるか否かを判定する。この燃料性状判定実行フラグは、例えば、所定の燃料性状判定実行条件が成立したときにオンにセットされ、燃料性状判定が完了したときにオフにリセットされる。
【００２７】
このステップ１０１で、燃料性状判定実行フラグがオンであると判定された場合には、ステップ１０２に進み、クランキング開始（例えばスタータスイッチのオン）から点火時期を固定する点火時期固定制御を実行して、点火時期の変動による燃焼期間の変動をほとんど無くした状態にする。このステップ１０２の処理が特許請求の範囲でいう点火時期固定制御手段としての役割を果たす。
【００２８】
尚、固定点火時期（点火時期固定制御中の点火時期）を予め設定した固定値として演算を簡略化するようにしても良いが、冷却水温や油温（エンジン温度の代用情報）に応じて固定点火時期をマップ又は数式等により算出するようにしても良い。この場合、固定点火時期のマップ又は数式等は、例えば、冷却水温や油温が低くなるほど固定点火時期が進角されるように設定すれば良い。このようにすれば、エンジン温度に応じて適正な点火時期が変化するのに対応して固定点火時期を変化させて適正な点火時期に設定することができる。
【００２９】
この後、ステップ１０３に進み、前述した方法で、燃焼開始から燃焼終了までの燃焼区間の総熱発生量を算出し、この総熱発生量の例えば１０％位置から９０％位置までの期間を燃焼期間として算出する。このステップ１０３の処理が特許請求の範囲でいう燃焼パラメータ算出手段としての役割を果たす。
【００３０】
この後、ステップ１０４に進み、前回までの燃焼期間の積算値に今回の燃焼期間を加算して今回の燃焼期間の積算値を求める。
今回の燃焼期間の積算値＝前回の燃焼期間の積算値＋今回の燃焼期間
【００３１】
この後、ステップ１０５に進み、燃焼期間を積算する期間を設定するための積算カウンタのカウント値をカウントアップした後、ステップ１０６に進み、積算カウンタのカウント値が所定値を越えたか否かを判定する。
【００３２】
このステップ１０６で、積算カウンタのカウント値が所定値を越えていないと判定された場合には、積算カウンタのカウント値が所定値を越えるまで、点火時期固定制御を実行した状態（点火時期の変動による燃焼期間の変動をほとんど無くした状態）で燃焼期間を算出して積算する処理を繰り返す。
【００３３】
その後、上記ステップ１０６で、積算カウンタのカウント値が所定値を越えたと判定された時点で、ステップ１０７に進み、燃焼期間の積算値が所定の判定値Ｋ１よりも小さいか否かを判定し、燃焼期間の積算値が判定値Ｋ１よりも小さいと判定された場合には、ステップ１０９に進み、軽質燃料（燃料性状が軽質）であると判定して、軽質燃料フラグをオンした後、本ルーチンを終了する。
【００３４】
一方、上記ステップ１０７で、燃焼期間の積算値が判定値Ｋ１以上であると判定された場合には、ステップ１０８に進み、燃焼期間の積算値が所定の判定値Ｋ２（但し、Ｋ１＜Ｋ２）よりも小さいか否かを判定し、燃焼期間の積算値が判定値Ｋ１以上で且つ判定値Ｋ２よりも小さいと判定された場合には、ステップ１１０に進み、中間燃料（燃料性状が軽質と重質の中間）であると判定して、中間燃料フラグをオンした後、本ルーチンを終了する。
【００３５】
また、上記ステップ１０８で、燃焼期間の積算値が判定値Ｋ２以上であると判定された場合には、ステップ１１１に進み、重質燃料（燃料性状が重質）であると判定して、重質燃料フラグをオンした後、本ルーチンを終了する。
【００３６】
尚、燃料性状を判定する際の判定値Ｋ１，Ｋ２を予め設定した固定値として演算を簡略化するようにしても良いが、エンジン温度に応じて燃料の蒸発性が変化して燃焼期間が変化するため、冷却水温や油温（エンジン温度の代用情報）に応じて判定値Ｋ１，Ｋ２をマップ又は数式等により算出するようにしても良い。このようにすれば、燃料性状を判定する際の判定値Ｋ１，Ｋ２をエンジン温度に応じた適正値に設定することができる。
【００３７】
このようにして、燃料性状の判定が完了した後、上記ステップ１０１で、燃料性状判定実行フラグがオフであると判定された時点で、ステップ１１２に進み、点火時期固定制御を終了し、点火時期の通常制御を実行して、エンジン運転状態等に応じて点火時期を制御する。
【００３８】
以上説明した本実施例では、クランキング開始から燃料性状の判定が完了するまで、点火時期を固定する点火時期固定制御を実行するようにしたので、燃料性状の誤判定の原因となる点火時期の変動による燃焼期間の変動をほとんど無くした状態で、燃焼期間に基づいて燃料性状を精度良く判定することができる。これにより、燃料性状判定処理期間中の点火時期の変動によって生じる燃焼状態の変動による燃料性状の誤判定を点火時期固定制御により防止することができ、燃料性状の判定精度を向上させることができる。
【００３９】
しかも、本実施例では、クランキング開始から点火時期固定制御を実行するようにしたので、確実に点火時期固定制御を実行した状態（点火時期の変動による燃焼状態の変動をほとんど無くした状態）で燃料性状を精度良く判定することができる。
【００４０】
尚、上記実施例では、クランキング開始から点火時期固定制御を実行するようにしたが、一般に、クランキング開始後に所定回数（例えば２〜３回）の爆発が終了するまでは、点火時期が変動しても燃焼状態の変動が少ないため、所定回数の爆発が終了してから点火時期固定制御を実行するようにしても良い。
【００４１】
また、上記実施例では、点火時期固定制御の際に点火時期を固定するようにしたが、点火時期の変動を燃焼状態への影響が問題にならない範囲内に抑制（制限）して点火時期の変動幅を小さくするようにしても良く、要は、点火時期の変動による燃焼状態の変動を燃料性状の誤判定を防止できる範囲内に抑制（制限）するようにすれば良い。
【００４２】
また、上記実施例では、燃料性状を３段階（軽質と中間と重質）で判定するようにしたが、燃料性状を２段階又は４段階以上で判定するようにしても良い。また、燃焼期間の積算値をパラメータとする燃料の重質度合をマップを参照して、燃焼期間の積算値に応じて燃料の重質度合を無段階で判定するようにしても良い。
【００４３】
また、上記実施例では、燃焼状態の情報となる燃焼パラメータとして燃焼期間を用いるようにしたが、燃焼速度等の他の燃焼パラメータを用いて燃料性状を判定するようにしても良い。
【００４４】
その他、本発明の適用範囲は、ガソリンの燃料性状を判定するシステムに限定されず、メタノールやエタノール等のアルコール、アルコールとガソリンを混合した混合燃料、軽油等のガソリン以外の燃料の燃料性状を判定するシステムに本発明を適用しても良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】筒内圧力と熱発生量との関係を示すタイムチャートである。
【図３】総熱発生量と燃焼期間との関係を示すタイムチャートである。
【図４】燃料性状判定ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２９…ＥＣＵ（燃焼パラメータ算出手段，燃料性状判定手段，点火時期固定制御手段）、３０…筒内圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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