(57)【要約】【課題】圧縮自着火式ディーゼル機関において、安価なセンサーにより、セタン価を間接的に判別し、セタン価の変化に対して機関性能の変化を防ぐ制御法を提供する。【解決手段】所定の運転条件において、圧電素子を有する加振力検知手段により筒内圧によるエンジン加振力を検知し、予め同一運転条件で作成した加振力とセタン価との相関データに基づいて、上記検知した加振力に対応するセタン価を判別し、判別したセタン価に応じて機関制御を行なう。加振力の代わりに、加振力発生時期、機関回転数、排気中のＣＯ濃度あるいはトルク等からも間接的にセタン価を判別する。これにより、特に、低セタン価の場合に、着火遅れ期間を短く補正し、白煙あるいは刺激臭の発生を防止する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の運転条件において、圧電素子を有する加振力検知センサーにより筒内圧による機関加振力を検知し、予め同一運転条件で作成した加振力とセタン価との相関データに基づいて、上記検知した加振力に対応するセタン価を判別し、判別したセタン価に応じて機関制御を行なうことを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項２】
所定の運転条件において、圧電素子を有する加振力検知センサーにより筒内圧による機関加振力の発生時期を検知し、予め同一運転条件で作成した加振力発生時期とセタン価との相関データに基づいて、上記検知した加振力発生時期に対応するセタン価を判別し、判別したセタン価に応じて機関制御を行なうことを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項３】
所定の運転条件において、回転数センサーにより機関回転数を検知し、検知した回転数から角加速度を算出し、該角加速度が負から正に変化する時期と予め設定した基準時期との間隔を算出し、予め同一運転条件で作成した上記間隔とセタン価との相関データに基づいて、上記算出された間隔に対応するセタン価を判別し、判別したセタン価に応じて機関制御を行なうことを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項４】
所定の運転条件において、トルクセンサーにより機関の実トルクを検知し、検知した実トルクにおける燃料噴射量と、予め同一運転条件で作成した燃料噴射量とセタン価との相関データに基づいて、上記検知したトルクでの燃料噴射量に対応するセタン価を判別し、判別したセタン価に応じて機関制御を行なうことを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項５】
所定の運転条件において、ＣＯセンサーにより排気中のＣＯ濃度を検知し、予め同一運転条件で作成したＣＯ濃度とセタン価との相関データに基づいて、上記検知したＣＯ濃度に対応するセタン価を判別し、判別したセタン価に応じて機関制御を行なうことを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼル機関の制御方法において、
機関制御として、判別したセタン価に応じて、燃料噴射時期を制御することを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼル機関の制御方法において、
機関制御として、判別したセタン価に応じて、燃料噴射圧を制御することを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼル機関の制御方法において、
機関制御として、判別したセタン価に応じて、燃料噴射回数を制御することを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼル機関の制御方法において、
機関制御として、判別したセタン価に応じて、複数回行なわれる燃料噴射の噴射間隔を制御することを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼル機関の制御方法において、
機関制御として、判別したセタン価に応じて、吸気温度を制御することを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼル機関の制御方法において、
機関制御として、判別したセタン価に応じて、アイドル回転数を制御することを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項１２】
請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼル機関の制御方法において、
機関制御として、判別したセタン価に応じて、吸気弁あるいは排気弁の開閉時期あるいはリフト量を制御することを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項１３】
請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼル機関の制御方法において、
機関制御として、判別したセタン価に応じて、ＥＧＲ量を制御することを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項１４】
請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼル機関の制御方法において、
機関制御として、判別したセタン価に応じて、吸気ブースト圧を制御することを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項１５】
請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼル機関の制御方法において、
機関制御として、判別したセタン価に応じて、排気背圧を制御することを特徴とするディーゼル機関の制御方法
【請求項１６】
請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼル機関の制御方法において、
機関制御として、判別したセタン価が設定したセタン価より低い場合、判別したセタン価に応じて最高回転数を制御することを特徴とするディーゼル機関の制御方法
【請求項１７】
請求項９〜１４のいずれかに記載のディーゼル機関の制御方法において、
機関運転中に判別したセタン価を記憶しておき、機関再始動時、アイドル回転に至るまで、上記記憶したセタン価に応じた制御量を用いることを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【請求項１８】
請求項１７記載のディーゼル機関の制御方法において、
機関再始動時、１回目の始動動作が不発の時、２回目以降の始動動作時に、前記記憶しているセタン価を低セタン価側に補正することを特徴とするディーゼル機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮により自着火するディーゼル機関の制御方法に関し、特に、燃料のセタン価の変化に対応できるディーゼル機関の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮自着火方式が採用されるディーゼル機関は、火花点火方式のガソリン機関に比べ、着火遅れ期間にばらつきが生じ易く、特に、着火性に影響を与える燃料のセタン価は、市場でばらつきがあるため、使用する燃料によって着火遅れ期間が異なってくる。たとえば高セタン価の燃料を使用した場合は、着火遅れ期間が短くなり、それにより騒音や筒内圧力増加等の現象が生じる。反対に低セタン価の燃料を使用した場合は、図８の上段の筒内圧変化曲線Ｐ２に示す着火遅れ期間Ｓ２となり、この着火遅れ期間Ｓ２は、図７の上段の標準セタン価の基準燃料を使用した場合の筒内圧変化曲線Ｐｎに示す着火遅れ期間Ｓｎと比べて長くなっており、これにより、失火による白煙や刺激臭の発生が伴うことが多くなり、ディーゼル機関が本来持っている性能を発揮できないばかりか、環境の面でも好ましくなくなる。
【０００３】
このような燃料のセタン価のばらつきに対し、機関に給油された燃料（軽油）の比重、粘度及び屈折率等を測定することによりセタン価を判別し、判別したセタン価に基づいて、最大燃料噴射量等を制御する方法は知られている（特許文献１等）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−１０５０４２号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
燃料タンク内の燃料の比重、屈折率及び粘度等を直接測定する方法では、それら要因を測定するための複雑な測定装置を燃料タンクに装備しなければならず、燃料タンクの構造が複雑化すると共に、コストアップになる。
【０００６】
【発明の目的】
本発明の目的は、コストの易い各種センサー類、または機関既存の各種センサー類を利用し、それらの検出値から間接的にセタン価を判別することにより、セタン価にばらつきのある燃料に対し、低コストで対応できるディーゼル機関を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１〜５に係る発明では、セタン価と相関関係を有する各種変動値を機関運転中に検知し、変動値とセタン価との関係から、検知した変動値に対応するセタン価を判別し、判別したセタン価に応じて機関制御を行なうことを特徴としている。
【０００８】
すなわち、請求項１に係る発明では、所定の運転条件において、圧電素子を有する加振力検知センサーにより筒内圧による機関加振力を検知し、予め同一運転条件で作成した加振力とセタン価との相関データに基づいて、セタン価を判別する。
【０００９】
請求項２に係る発明では、所定の運転条件において、圧電素子を有する加振力検知センサーにより筒内圧による機関加振力の発生時期を検知し、予め同一運転条件で作成した加振力発生時期とセタン価との相関データに基づいて、上記検知した加振力発生時期に対応するセタン価を判別する。
【００１０】
請求項３に係る発明では、所定の運転条件において、回転数センサーにより機関回転数を検知し、該検知した回転数から角加速度を算出し、角加速度が負から正に変化する時期と予め設定した基準時期との間隔を算出し、予め同一運転条件で作成した上記間隔とセタン価との相関データに基づいて、上記算出された間隔に対応するセタン価を判別する。
【００１１】
請求項４に係る発明では、所定の運転条件において、トルクセンサーにより機関の実トルクを検知し、検知した実トルクにおける燃料噴射量と、予め同一運転条件で作成した燃料噴射量とセタン価との相関データに基づいて、上記検知したトルクでの燃料噴射量に対応するセタン価を判別する。
【００１２】
請求項５に係る発明では、所定の運転条件において、ＣＯセンサーにより排気中のＣＯ濃度を検知し、予め同一運転条件で作成したＣＯ濃度とセタン価との相関データに基づいて、上記検知したＣＯ濃度に対応するセタン価を判別する。
【００１３】
請求項６〜１６に係る発明では、前記請求項１〜５に係る発明にしたがって間接的に判別したセタン価に応じて、機関本来の性能を十分に発揮できる燃焼状態となるように、機関の各運転要因を制御する。
【００１４】
すなわち、請求項６に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、燃料噴射時期を制御する。
【００１５】
請求項７に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、燃料噴射圧を制御する。
【００１６】
請求項８に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、燃料噴射回数を制御する。
【００１７】
請求項９に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、複数回行なわれる燃料噴射の噴射間隔を制御する。
【００１８】
請求項１０に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、吸気温度を制御する。
【００１９】
請求項１１に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、アイドル回転数を制御する。
【００２０】
請求項１２に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、吸気弁あるいは排気弁の開閉時期あるいはリフト量を制御する。
【００２１】
請求項１３に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、ＥＧＲ量を制御する。
【００２２】
請求項１４に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、吸気ブースト圧を制御する。
【００２３】
請求項１５に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、排気背圧を制御する。
【００２４】
請求項１６に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価が設定したセタン価よりも低い場合に、セタン価に応じて最高回転数を制限する。
【００２５】
また、前記のような機関制御に加え、請求項１７に係る発明では、始動性を向上させるために、機関運転中に判別したセタン価を記憶しておき、機関再始動時、アイドル回転に至るまで、上記記憶したセタン価に応じた制御量を用いる。
【００２６】
さらに請求項１８では、請求項１７に加え、機関再始動時、１回目の始動動作が不発の時、２回目以降の始動動作時に、前記記憶しているセタン価を低セタン価側に補正する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
【ディーゼル機関の構造】
［ディーゼル機関の概略］
図１は、本願の各発明が実施できる圧縮自着火式ディーゼル機関の一例を示しており、シリンダ部分並びに吸排気装置及び制御機器の配置を含む概略図である。この図１において、シリンダ１内にはピストン２が嵌合すると共に該ピストン２の頂壁とシリンダ１により燃焼室３が形成されており、燃焼室３の天井面（爆面）１２ａには吸気孔５と排気孔６が開口すると共に燃料噴射ノズル７が配置され、該燃料噴射ノズル７は電子制御式の燃料噴射ポンプ４に接続している。なお、ポンプ一体式の燃料インジェクターを燃料噴射ノズル７及び燃料噴射ポンプ４の代わりに装着する場合もある。吸気孔５と排気孔６にはそれぞれ吸気弁８と排気弁９が配置され、両弁８、９はそれぞれ吸気用可変型動弁装置１０と排気用可変型動弁装置１１に連動連結しており、各弁８，９の弁開及び弁閉時期並びに弁リフト量を変更調節可能となっており、また、弁開閉回数も変更調節可能となっている。
【００２８】
機関周辺機器として、エンジンコントローラ１５を備えると共に、可変翼型タービン過給機１６、インタークーラ１７及びＥＧＲ（排気ガス再循環）装置１８を備えている。前記吸気孔５は吸気通路２０、インタークーラ１７、吸気管２１、過給機１６のコンプレッサ部１６ａ、吸気管２２を介して外気に連通し、排気孔６は排気通路２５、過給機１６の可変翼型タービン部１６ｂ及び排気管２６等を介して外気に連通している。排気通路２５と吸気通路２０との間をＥＧＲ装置１８のＥＧＲ管２８が連通しており、該ＥＧＲ管２８には開度調節可能なＥＧＲ弁３０が設けられている。排気通路２５には、排気流通断面積を調節することにより排気の背圧を調節する背圧調節機構２７が配置されている。
【００２９】
エンジンコントローラ１５には、ＣＰＵ及び各種記憶装置と共に、噴射装置ＥＣＵ（噴射装置電子制御ユニット）３１と動弁装置ＥＣＵ（動弁装置制御ユニット）３２が含まれている。エンジンコントローラ１５の出力部には、制御対象として、燃料噴射ポンプ４、燃料噴射ノズル７、可変型動弁装置１０，１１、インタークーラ１７、ガバナー１９、ＥＧＲ弁３０が接続している。
【００３０】
燃料噴射ポンプ４、燃料噴射ノズル７及びガバナー１９では、噴射装置ＥＣＵ３１によって燃料噴射量、噴射開始時期、噴射回数及びアイドル回転数等が制御されるようになっている。
【００３１】
動弁装置１０，１１では、上記動弁装置ＥＣＵ３２により、吸、排気弁８，９の各弁開閉時期、弁開閉回数及びリフト量等が制御されるようになっている。排気用可変型動弁装置１１では、排気弁９の再啓開の弁閉時期も制御されるようになっている。
【００３２】
ＥＧＲ弁３０では、エンジンコントローラ１５により開度が調節されることにより、ＥＧＲ量が制御されるようになっている。
【００３３】
過給機１６の可変翼型タービン部１６ｂでは、エンジンコントローラ１５により、吸気ブースト圧が制御されるようになっている。
【００３４】
インタークーラ１７では、エンジンコントローラ１５により、吸気温度が制御されるようになっている。吸気温度制御手段として、上記インタークーラ１７の他に、吸気ヒータ又はグロープラグ等を採用することもできる。
【００３５】
［セタン価判別のためのセンサー類］
図１のようなディーゼル機関の各所には、機関運転時の各種変動値を検知するためのセンサー類が配設されているが、本願の各発明に関連するものとして次のようなセンサー類が配置され、エンジンコントローラ１５の入力部に接続している。勿論、下記センサー類は、説明の便宜上、図１では１つのディーゼル機関に総て装備しているように記載したものであり、必ずしも１つの機関に総てが備えられものではない。
【００３６】
シリンダヘッド１２には、筒内圧力の変動による機関加振力を検知するために、圧電素子（具体的にはピエゾ素子）を内蔵した加振力センサー４１が設置され、クランク軸４２又はクランク軸４２に固定されたギヤ４３には機関回転数を検知するために回転数センサー４５が設置され、クランク軸４２の軸方向端部には機関実トルクを検知するためにトルクセンサー４７が設置されている。排気管２６（又は排気通路２５）には排気中のＣＯ濃度を検知するためにＣＯセンサー４８が配置されている。
【００３７】
【セタン価判別方法】
［セタン価判別方法１］
加振力の変化（大きさ）によりセタン価を判別する方法であり、図２に示すような圧電素子（ピエゾ素子）を内蔵した加振力センサー４１を利用する。図２はシリンダ上端部の拡大縦断面図であり、燃焼室３に面するシリンダヘッド１２の爆面１２ａにセンサー取付孔５０が形成され、該取付孔５０に加振力センサー４１が嵌着されている。加振力センサー４１は燃焼室３に露出した状態となっている。
【００３８】
燃料セタン価の高低により、筒内圧力の上昇する変化率、いわゆる圧力上昇率は変化するが、この圧力上昇率と機関の加振力とは一定の相関関係を有することにより、加振力とセタン価も一定の相関関係を有する。図３はセタン価と加振力との相関関係の一例を示しており、該実施形態のディーゼル機関では、所定の運転条件において、セタン価が低い場合は加振力は小さく、セタン価が高くなるに従い加振力は増加し、標準セタン価（たとえば５０〜５５の間の値）Ｍｎより大きくなると、加振力は急激に高くなる関係にある。この図３のようなセタン価と加振力との相関データを、安定した所定の運転条件（たとえばアイドル回転時または定格運転時等）において作成し、予め図２のエンジンコントローラ１５の記憶装置に記憶させておく。
【００３９】
燃料供給後、運転を開始した際、上記所定の運転条件と同一の運転条件において、筒内の爆発によって生じる図２のシリンダヘッド１２の加振力を加振力センサー４１により検知し、エンジンコントローラ１５に入力する。そして、記憶装置に記憶された同一運転条件の加振力とセタン価との相関データに基づいて、検知した加振力に対応するセタン価を判別する。たとえば、図３において、検知した加振力が基準加振力Ｆｎより大きいＦ１とすれば、対応するセタン価は、標準セタン価Ｍｎより高いＭ１と判別される。また、検知した加振力が基準加振力Ｆｎより小さいＦ２であるとすれば、対応するセタン価は、標準セタン価Ｍｎより低いＭ２と判別される。
【００４０】
［セタン価判別方法２］
上記判別方法１と同様に、図１及び図２の加振力センサー４１を利用してセタン価を判別する方法であるが、加振力の大きさではなく、加振力発生時期によりセタン価を判別する。
【００４１】
前述のようにセタン価と着火遅れ期間とは相関関係があり、図８の上段に示す着火遅れ期間Ｓ２のように、セタン価が低いと図７の基準燃料における着火遅れ期間Ｓｎより長くなる傾向にあるが、着火遅れ時期と加振力発生時期も一定の相関関係を有している。したがって、セタン価と加振力発生時期も一定の相関関係を有することになり、図４はその一例を示している。この図４において、横軸に時間をとっており、Ｆｎ，Ｆ１，Ｆ２は、それぞれ標準セタン価、高セタン価及び低セタン価の場合の加振力であり、Ｒｎ，Ｒ１，Ｒ２は、それぞれ上記加振力Ｆｎ，Ｆ１，Ｆ２の発生（開始）時期となる。最上段に示すパルスは、加振力の発生時期を計測する基準となる基準パルスであり、たとば圧縮行程後期における任意の時期を基準位置（基準時刻）Ｒ０として設定してある。
【００４２】
所定の運転条件において、上記基準位置Ｒ０と標準セタン価時の加振力発生時期Ｒｎとの間隔（期間）Ｓｎを予め計算あるいは実測により算出し、セタン価との相関データとして図１のエンジンコントローラ１５の記憶装置に記憶させておく。
【００４３】
燃料供給後、運転開始した際、上記所定の運転条件と同一運転条件において、図２の筒内の爆発によって生じるシリンダヘッド１２の加振力を、加振力センサー４１により検知してエンジンコントローラ１５に入力し、記憶装置に記憶された加振力発生時期とセタン価との相関データに基づいて、検知した加振力の発生時期に対応するセタン価を判別する。たとえば、図４の３段目のグラフのように、検知した加振力発生時期がＲ１とすれば、該発生時期Ｒ１と基準位置Ｒ０の間隔（時間）Ｓ１は、前記基準間隔Ｓｎよりも短く、したがってセタン価は、標準セタン価より高い値となる。一方、検知した加振力の発生時期が最下段のグラフのようにＲ２とすれば、基準位置Ｒ０との間隔（時間）Ｓ２は、前記基準間隔Ｓｎよりも長く、セタン価は標準セタン価より低い値となる。
【００４４】
［セタン価判別方法３］
図１の回転数センサー４５により検知する機関回転数の変化を利用してセタン価を判別する方法であり、機関回転数変化から角加速度の変化を算出し、角加速度が負から正に変化する時点と基準時点（位置）との間隔によりセタン価を判別する。
【００４５】
図５は機関回転数をマクロ的に見た図であり、機関回転数はアイドル回転時あるいは定格回転時等のようにマクロ的に略一定回転数を維持している場合でも、吸入、圧縮、膨張及び排気の行程にしたがって、小さな振幅ではあるが周期的な変動を繰り返している。すなわち、圧縮された高温、高圧の筒内へ噴射された燃料は、ある時間を経て自着火し、燃焼を開始し、この燃焼、いわゆる爆発力により、ミクロ的には、図６の２段目に実線の曲線で示すように、膨張行程において機関回転数は増加する。一方、燃料が噴射され、着火燃焼するまでは、吸入した空気を圧縮するための負の仕事が必要である。この負の仕事を行なう圧縮行程では機関回転数は減少する。したがって、圧縮行程から膨張行程に移る際には機関回転数が減速から加速状態に変化するが、この変化位置Ｑｎは、３段目に実線の曲線で示すように、クランク軸の角加速度が負から正に変化する位置となる。
【００４６】
図６の最上段のグラフは基準パルスであり、圧縮行程における任意の時期を基準位置（基準時刻）Ｑ０として設定している。
【００４７】
図６の２段目及び３段目に実線で示すグラフは、標準セタン価の基準燃料を使用した場合の機関回転数及び角加速度の変化を示しており、標準セタン価燃料使用時における前記変化位置Ｑｎと前記基準位置Ｑ０との期間を基準期間Ｘｎとし、この基準期間Ｘｎと、実際に検知した機関回転数から算出した角加速度の変化点との期間を比較して、セタン価を判別する。
【００４８】
該実施形態のディーゼル機関では、セタン価が高くなるに従い着火遅れ期間が短くなり、図６の基準位置Ｑ０と角加速度が負から正に変化する変化点との期間が短くなる。一方、セタン価が低くなるに従い、着火遅れ期間が長くなり、前記基準位置Ｑ０と角加速度が負から正に変化する変化点との期間が長くなるという相関関係がある。セタン価と、上記基準位置Ｑ０と角加速度が負から正に変化する変化点との期間の相関データを作成し、予め図１のエンジンコントローラ１５の記憶装置に記憶させておく。
【００４９】
燃料供給後、運転開始した際、所定の運転条件において、図１の回転数センサー４５により検知した機関回転数をエンジンコントローラ１５に入力し、この機関回転数の増減から角加速度を算出し、角加速度が負から正に変化する変化点と基準位置Ｒ０との期間を演算し、これと基準期間Ｘｎとを比較して、セタン価を判別する。
【００５０】
たとえば機関回転数が２段目の破線で示すような変化をしている場合には、位置Ｑ２において３段目の角加速度が負から正になっており、位置Ｑ２と基準位置Ｑ０との期間Ｘ２は基準期間Ｘｎよりも長くなっている。これにより標準セタン価よりも低いセタン価が判別される。
【００５１】
［セタン価判別方法４］
図１のトルクセンサー４７で検知される実トルクを利用して、セタン価を判別する方法であり、所定の運転条件において、トルクセンサーにより機関の実トルクを検知し、検知した実トルクにおける燃料噴射量と、予め同一運転条件で作成した燃料噴射量とセタン価との相関データに基づいて、上記検知したトルクでの燃料噴射量に対応するセタン価を判別する。つまり、セタン価の高低により、着火遅れ期間に変化が生じることで燃焼効率が変化し、燃費が増減するが、検知したトルクでの該燃料噴射量とセタン価との相関データに基づいて、セタン価を判別するのである。
【００５２】
図７の下段は、標準セタン価の基準燃料を使用した場合の噴射ノズルリフトＬｎを示しており、図８の下段は低セタン価の燃料を使用した場合の噴射ノズルリフトＬ２を示している。図７及び図８の各下段のノズルリフトＬｎ，Ｌ２を比較すると、図７の噴射期間（ノズルリフト期間）Ｔ１に対し図８の噴射期間Ｔ２が増加しており、それにより、燃料噴射量が増加していることが分かる。すなわち、セタン価が低下、即ち着火遅れ時期が増加し、燃焼効率が低下している場合には、噴射期間が増加し、燃料噴射量が増加していることが分かり、この燃料噴射量の増大により、セタン価が低下していると判別することができる。
【００５３】
図７の下段に示す基準燃料使用時における噴射期間Ｔ１に対応する燃料噴射量とセタン価との関係を、相関データとして予め図１のエンジンコントローラ１５の記憶装置に記憶させておく。
【００５４】
燃料供給後、運転開始した際、所定の運転条件において、図１のトルクセンサー４７により実トルクを検知して、エンジンコントローラ１５に入力し、検知した実トルクに対応する燃料噴射量を演算し、同一運転条件の燃料噴射量とセタン価の相関データに基づいて、セタン価を判別する。
【００５５】
［セタン価判別方法５］
図１のＣＯセンサー４８で検知する排気中のＣＯ濃度を利用して、セタン価を判別する方法である。
【００５６】
図９はセタン価とＣＯ濃度との相関関係の一例を示しており、該実施形態のディーゼル機関では、所定の運転条件において、セタン価が高い場合はＣＯ濃度が低く、セタン価が低くなるに従いＣＯ濃度は増加する関係となっており、特に低セタン価になるほど、着火遅れ期間が長くなり、セタン価が極めて低い場合にはＣＯ濃度は急激に増加し、失火を招く。図９のようなセタン価とＣＯ濃度との相関データを、所定の運転条件、特に負荷が低い運転条件において作成し、予め図１のエンジンコントローラ１５の記憶装置に記憶させておく。
【００５７】
燃料供給後、運転開始した際、同一の運転条件において、図１のＣＯセンサー４８によりＣＯ濃度を検知して、エンジンコントローラ１５に入力し、相関データに基づいて、検知したＣＯ濃度に対応するセタン価を判別する。たとえば、図９において検知したＣＯ濃度がＤ１とすれば、対応するセタン価は、標準セタン価Ｍｎより高いＭ１と判別される。一方、検知したＣＯ濃度がＤ２であるとすれば、対応するセタン価は、標準セタン価Ｍｎより低いＭ２と判別される。
【００５８】
【機関制御方法】
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、燃料噴射回数、吸気温度、アイドル回転数、吸排気弁の開閉、ＥＧＲ量、吸気ブースト圧又は最高回転数を制御することにより、機関の正常な燃焼状態を保ち、セタン価の変化に対して機関性能の変化を防止する。たとえば、判別したセタン価が標準セタン価よりも低い場合には、各制御量を一定量だけ一気に変化させた後、数サイクル運転後、徐々に制御量を増減する。この方法によると、低セタン価による着火遅れ期間増加から生じるＨＣ及びＣＯの増加及びこれによる白煙及び臭いの発生を即座に低減することができる。一方、判別したセタン価が標準セタン価より高い場合には、制御量を徐々に増減してゆく。これにより、最大筒内圧力オーバー防止による機関保護、並びに騒音増加防止に対応する効果がある。以下、各具体的な制御例を簡単に説明する。
【００５９】
［機関制御１、噴射時期制御］
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の噴射装置ＥＣＵ３１により燃料噴射時期を制御し、機関の正常な燃焼状態を保つ。たとえば、判別したセタン価が標準セタン価よりも低い場合には、噴射時期を一定量だけ一気に早めた後、数サイクル運転後、徐々に遅らせる。一方、判別したセタン価が標準セタン価より高い場合には、噴射時期を徐々に遅らせてゆく。
【００６０】
［機関制御方法２、噴射圧力の制御］
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の噴射装置ＥＣＵ３１により燃料噴射圧を制御し、機関の正常な燃焼状態を保つ。たとえば判別したセタン価が標準セタン価よりも低い場合には、噴射圧を一気に高めた後、数サイクル運転後、徐々に元の圧に下げる。一方、判別したセタン価が標準セタン価より高い場合には、噴射圧を徐々に下げてゆく。
【００６１】
［機関制御方法３、噴射回数の制御］
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の噴射装置ＥＣＵ３１により噴射回数を制御し、機関の正常な燃焼状態を保つ。たとえば、標準セタン価の基準燃料の場合には、図１０に実線で示すように噴射回数は後期噴射の一回だけに設定しており、判別したセタン価が低い場合には、まず第２初期噴射を加え、さらにセタン価が低い場合には、第１初期噴射も加える。
【００６２】
［機関制御方法４、噴射間隔制御］
複数の燃料噴射を行なっているディーゼル機関において、前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の噴射装置ＥＣＵ３１により噴射間隔を制御し、機関の正常な燃焼状態を保つ。たとえば、標準セタン価の基準燃料使用時に、図１１に示すように基準間隔Ｚｎを隔てて２回噴射している場合に、判別したセタン価が低くなるに従い、初期噴射を早めることにより、上記間隔Ｚｎを徐々に増やす。
【００６３】
［機関制御方法５、吸気温度制御］
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１のエンジンコントローラ１５によりインタークーラ１７を調整して吸気温度を制御し、機関の正常な燃焼状態を保つ。たとえば、低セタン価の場合は吸気温度を上げ、高セタン価の場合は吸気温度を下げる。
【００６４】
［機関制御方法６、アイドル回転数の制御］
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の噴射装置ＥＣＵ３１によりガバナー１９を調節し、アイドル回転数を制御することにより、機関の正常な燃焼状態を保つ。たとえば、機関冷態時、低セタン価の場合にはアイドル回転数を高くし、これにより、暖機運転を短くする。
【００６５】
［機関制御方法７、吸気弁又は排気弁の制御］
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の可変型動弁装置１０，１１を作動させ、吸気弁８及び排気弁９の開閉時期、すなわちリフト期間を制御する。たとえば、図１２は、標準セタン価の基準燃料を使用した場合における排気リフトと排気リフトの関係を示しており、排気リフト期間と吸気リフト期間との間に、一定のオーバーラップ期間ＯＬを設定している。
【００６６】
判別したセタン価が標準セタン価よりも低い場合には、図１３のようにオーバーラップ期間ＯＬを略０とすることにより、筒内の排気の残量を増やし、残留排気により筒内温度を上昇させる。
【００６７】
［機関制御方法８，ＥＧＲ量の制御］
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１のＥＧＲ弁３０の開度を調整することにより、ＥＧＲ量を制御する方法である。たとえば判別したセタン価が標準セタン価よりも低い場合には、ＥＧＲ量を増加させる。
【００６８】
［機関制御方法９，ブースト圧の制御］
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の過給機１６の可変翼型タービン部１６ｂを調整し、吸気（給気）ブースト圧を制御する方法である。たとえば判別したセタン価が標準セタン価より低い場合には、ブースト圧を増加させる。
【００６９】
［機関制御方法１０，排気背圧の制御］
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の排気管２６に設けられた背圧調節機構２７を調整し、背圧を制御する方法である。たとえば、低セタン価の燃料の場合には、排気断面積を小さくすることにより、背圧を上げる。
【００７０】
［機関制御方法１１、最高回転数制御］
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価が設定セタン価よりも低い場合に、ガバナー１９を調節することにより、判別したセタン価に応じて最高回転数を制限する方法である。
【００７１】
すなわち、低セタン価では、着火遅れ期間が長くなるため、特に高速回転域では失火を招き、ＣＯ，ＴＨＣ排出量が増大し、白煙及び刺激臭を伴うことになるが、設定されたセタン価より低い場合において、検知したセタン価に応じて、最高回転数を制限することで、白煙及び刺激臭を防ぐことができる。
【００７２】
［その他の機関制御方法］
前記各機関制御方法に加え、機関運転中に判別したセタン価を記憶しておき、機関再始動時、アイドル回転に至るまで、上記記憶したセタン価に応じた制御量を用いる。すなわち、次の機関始動時に、前記記憶したセタン価に応じた制御値を初期設定する。このように、エンジンクランクキング直後の各制御値をセタン価に応じて予め設定することで、始動性能を向上させることができる。
【００７３】
さらに、機関再始動時、１回目の始動動作が不発の時、２回目以降の始動動作時に、前記記憶しているセタン価を低セタン価側に補正する。すなわち、次の始動時、１回の始動動作が失敗した場合、前回停止時の燃料セタン価よりも低いセタン価の燃料が供給されていると認識し、２回目以降の機関始動動作時に、各制御量を１回目の制御量よりも、低セタン価側に補正する。この補正により、機関始動の再不発を防ぐことができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、（１）本願請求項１〜５記載の発明によると、ディーゼル機関に供給される燃料のセタン価を判別する方法として、燃料の比重、屈折率又は粘度等を測定するのではなく、圧電素子を有する加振力センサーによる機関加振力の検知、機関加振力の発生時期の検知、機関回転数の検知、実トルクの検知又はＣＯ濃度の検知により、間接的にセタン価を判別するので、従来よりディーゼル機関に装備されている安価な各種センサーを利用して、簡単にセタン価を判別することができる。
【００７５】
（２）請求項１及び２記載の発明にように、筒内圧による加振力を優れた応答性の圧電素子（ピエゾ素子）により測定するようにしていると、セタン価の判別を即座に行なうことができ、エンジン制御へのフィードバックも高応答化が可能となる。
【００７６】
（３）請求項３記載の発明のように、検知した機関回転数からセタン価を判別するようにしていると、電子制御エンジンには必携の既存の回転数センサーを利用でき、部品のコストアップを抑えることができる。
【００７７】
（４）請求項４記載の発明のように、実トルクを検知するようにしていると、実際の運転状態（回転数及びトルク）が精度良く検知できることにより、所定の運転状態を精度良く判別でき、燃料噴射量の比較が高精度で行なえる。すなわち、セタン価の判別が高精度で行なえる。
【００７８】
（５）請求項５記載のように、排気ガス中のＣＯ濃度を検出するようにしていると、セタン価の判別だけでなく、燃焼判断も同時に行なうことができ、これはエンジン排気ガスを直接判断できることを意味する。すなわち、失火から生じる排気ガス刺激臭を間接的に検知（ＣＯ濃度）し、ユーザーが不快にならないよう、排気ガスを検知しながらエンジン制御を行なうことが可能となる。
【００７９】
（６）請求項６〜１６記載の発明のように、請求項１〜５記載の判別方法により判別したセタン価に応じて、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、燃料噴射回数、複数噴射における噴射間隔、吸気温度、アイドル回転数、吸、排気弁の開閉時期、ＥＧＲ量、ブースト圧、背圧又は最高回転数の制御を行なうことにより、特に、低セタン価燃料による運転時に発生する白煙及び刺激臭の発生を速やかに抑えることができ、また、ディーゼル機関の基本諸元を変更することなく、低セタン価燃料から高セタン価燃料まで、各セタン価に応じて正常な燃焼状態を保てるように適切に対応することができる。
【００８０】
（７）請求項６記載の発明のように、セタン価による着火遅れ期間に合わせて噴射時期を補正するようにしていると、燃焼効率を良好な状態に維持できる。
【００８１】
（８）請求項７記載の発明のように、判別したセタン価に応じて燃料噴射圧力を制御するようにしていると、燃料噴射圧力を高めることで、混合気形成を活性化させ、着火遅れ時期を制御できる。
【００８２】
（９）請求項８及び９記載の発明のように、噴射回数及び噴射間隔を、判別されたセタン価に適合させるようにしていると、着火遅れ時期と共に予混合燃焼割合の制御も可能となる。
【００８３】
（１０）請求項１０記載の発明のように、吸気温度を制御するようにしていると、特に低温始動時において、高いエンジン制御応答性を得ることができる。
【００８４】
（１１）機関冷態時から暖態までの着火遅れ期間を間接的に検知可能なので、請求項１１記載の発明のように、アイドリング回転を制御することにより、機関暖機運転時間を短縮できると共に、アイドリング回転時の白煙を防止し、無臭化が可能である。
【００８５】
（１２）請求項１２記載の発明のように、セタン価に応じて吸排気弁の開閉時期、特にオーバーラップ期間及びリフト量を制御するようにしていると、残留ガスを制御することができる。つまり、残留ガスが増加すれば圧縮行程におけるシリンダ内の温度が上がり、低セタン価においても着火遅れ期間は維持できる。また、残留ガスが増加すると酸素濃度が減少し、即ち、当量比増加により排気温度が増加するため、低温始動時において暖機時間短縮効果も併せて期待できる。
【００８６】
（１３）請求項１３記載の発明のように、セタン価に応じてＥＧＲ量を制御するようにしていると、吸気温度上昇及び圧縮行程時におけるシリンダ内温度増加により、着火遅れ時期の維持が可能となる。また、ＥＧＲ量が増加すると、酸素濃度が減少し、即ち、当量比増加により排気温度が増加するため、低温始動時において暖機時間短縮効果も併せて期待できる。
【００８７】
（１４）請求項１４及び１５記載の発明のように、吸気ブースト圧又は排気背圧を制御するようにしていると、シリンダ内残留ガス量を制御することができる。つまり、残留ガスが増加すれば圧縮行程におけるシリンダ内の温度が上がり、低セタン価においても着火遅れ期間は維持できる。
【００８８】
（１５）請求項１６記載の発明のように、セタン価に応じて最高回転数を制御するようにしていると、着火遅れ期間増加による失火を防ぐことにより、白煙及び刺激臭を効果的に防止でき、また、失火による燃焼変動からなる回転変動を防止することもできる。
【００８９】
（１６）請求項１７記載の発明のように、機関運転中に判別したセタン価を記憶しておき、機関再始動時、アイドル回転に至るまで、上記記憶したセタン価に応じた制御量を用いると、次の機関始動時の始動性能を向上させることができる。
【００９０】
（１７）請求項１８記載の発明のように、機関再始動時、１回目の始動動作が不発の時、２回目以降の始動動作時に、前記記憶しているセタン価を低セタン価側に補正することにより、機関始動の再不発を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の各発明による方法が実施できる圧縮自着火式ディーゼル機関の概略図である。
【図２】図１のシリンダヘッド部分の拡大縦断面図である。
【図３】セタン価と加振力との関係を示す図である。
【図４】セタン価と加振力発生時期との関係を示す図である。
【図５】機関回転数の時間的変化をマクロ的に示す図である。
【図６】機関回転数及び角加速度等の時間的変化を示す図である。
【図７】標準セタン価の基準燃料を使用した場合の筒内圧、燃料噴射圧及びノズルリフトの変化を示す図である。
【図８】低セタン価燃料を使用した場合の筒内圧、燃料噴射圧及びノズルリフトの変化を示す図である。
【図９】セタン価とＣＯ濃度との関係を示す図である。
【図１０】複数回噴射におけるノズル開閉時期を示す図である。
【図１１】複数回噴射におけるノズル開閉時期であって、噴射間隔を変更する場合を示す図である。
【図１２】標準セタン価燃料使用時の排気弁と吸気弁の開閉時期を示す図である。
【図１３】低セタン価燃料使用時の排気弁と吸気弁の開閉時期を示す図である。
【符号の説明】
１  シリンダ
３  燃焼室
４  燃料噴射ポンプ
７  燃料噴射ノズル
１０  吸気用可変動弁装置
１１  排気用可変型動弁装置
１５  エンジンコントローラ（制御装置）
１６  過給機
１７  インタークーラ
１８  ＥＧＲ装置
１９  ガバナー
３０  ＥＧＲ弁
３１  噴射装置ＥＣＵ
３２  動弁装置ＥＣＵ
４１  加振力センサー
４２  クランク軸
４５  回転数センサー
４７  トルクセンサー
４８  ＣＯセンサー
【図１】
2004340026.tif 000003
【図２】
2004340026.tif 000004
【図３】
2004340026.tif 000005
【図４】
2004340026.tif 000006
【図５】
2004340026.tif 000007
【図６】
2004340026.tif 000008
【図７】
2004340026.tif 000009
【図８】
2004340026.tif 000010
【図９】
2004340026.tif 000011
【図１０】
2004340026.tif 000012
【図１１】
2004340026.tif 000013
【図１２】
2004340026.tif 000014
【図１３】
2004340026.tif 000015