(57)【要約】【課題】より実際的なセタン価による着火遅れ時間の評価が可能な着火遅れ時間評価装置を提供する。【解決手段】燃料噴射時期と実際の着火時期との差から着火遅れ時間を実測する着火遅れ時間実測部２と、着火遅れ要因となるエンジンパラメータを用いて着火遅れ時間を予測する着火遅れ時間予測部３と、着火遅れ時間の実測値と予測値との差をセタン価変動に起因する着火遅れ時間として評価するセタン価評価部４と、セタン価変動に起因する着火遅れ時間に応じて燃料噴射時期を補正する燃料噴射時期補正部５とを備えた。【選択図】図１
2012087738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射時期と実際の着火時期との差から着火遅れ時間を実測する着火遅れ時間実測部と、
着火遅れ要因となるエンジンパラメータを用いて着火遅れ時間を予測する着火遅れ時間予測部と、
着火遅れ時間の実測値と予測値との差をセタン価変動に起因する着火遅れ時間として評価するセタン価評価部とを備えたことを特徴とする着火遅れ時間評価装置。
【請求項２】
セタン価変動に起因する着火遅れ時間に応じて燃料噴射時期を補正する燃料噴射時期補正部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の着火遅れ時間評価装置。
【請求項３】
燃料噴射時期補正部は、セタン価変動に起因する着火遅れ時間から急変動成分を除去して燃料噴射時期を補正することを特徴とする請求項２記載の着火遅れ時間評価装置。
【請求項４】
着火遅れ時間予測部は、着火遅れ要因となるエンジンパラメータとしてＥＧＲ率を用いることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の着火遅れ時間評価装置。
【請求項５】
着火遅れ時間予測部は、着火遅れ要因となるエンジンパラメータとして吸入空気温度を用いることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の着火遅れ時間評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セタン価による着火遅れ時間を評価する着火遅れ時間評価装置に係り、より実際的なセタン価による着火遅れ時間の評価が可能な着火遅れ時間評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
軽油、重油、ジメチルエーテル（以下、ＤＭＥ）等の燃料を燃焼させるディーゼル機関（以下、エンジン）においては、シリンダ内の高温雰囲気中に燃料を噴射して燃焼させる。この燃焼による圧力でピストンを押し下げ、仕事を行うことができる。
【０００３】
燃料が噴射された瞬間から燃焼が開始されるまでの時間（燃料噴射時期と着火時期との差）を着火遅れ時間という。着火に続く燃焼によってシリンダ内の圧力が高まることでピストンが仕事されるので、着火遅れ時間の長短によりエンジン出力性能が変わる。また、着火遅れ時間の長短によりシリンダ内での燃焼の様子が変わるので、騒音性能、燃費性能、排気ガス性能が変わる。
【０００４】
着火遅れ時間は、燃料のセタン価により大きく左右される。セタン価は、燃料の性状をセタン（Ｃ16Ｈ24）の性状と比較して表したものであり、燃料の着火のしやすさ、あるいは着火遅れ時間の指標として広く用いられている。
【０００５】
図６に、セタン価の違いによる着火遅れ時間及び筒内圧力変化の違いと、それによる不具合について示す。ここでは、燃料噴射時期が図示の時間に固定であるとして考える。
【０００６】
破線（重なり部分は実線）で示すように、図示した燃料噴射時期に対してセタン価が中（適正）のとき、着火遅れ時間が中、すなわち着火時期が適正で、しかも筒内圧力の上昇の様子が適正となる。この状態を、適正燃焼と呼ぶことにする。
【０００７】
一点鎖線（重なり部分は実線）で示すように、セタン価が適正より高になると、着火遅れ時間が短くなり、着火時期が早まるため、筒内圧力の上昇が急激かつ甚大となる結果、騒音が大きくなると共に、ＮＯｘの排出が多くなる。すなわち、セタン価が高いと、騒音悪化、ＮＯｘ増大による排気ガス悪化を招く。
【０００８】
反対に、実線で示すように、セタン価が適正より低になると、着火遅れ時間が長くなり、着火時期が遅くなるため、筒内圧力の上昇が緩慢かつ矮小となる結果、燃費が悪化したり、エンジン出力が低下したりすると共に、白煙（炭化水素）の排出が多くなる。すなわち、セタン価が低いと、燃費悪化、エンジン出力悪化、白煙排出による排気ガス悪化を招く。
【０００９】
燃料のセタン価は各国でそれぞれ燃料規格により定められているが、その規格値は国により大きく異なる。また、国内のサービスステーションで実際に販売されている燃料では、地域によりセタン価は異なり、さらに、同じ地域でも季節によりセタン価が異なる。このように、燃料のセタン価はバラツキが大きい。
【００１０】
従来は、各国の燃料規格に合わせてエンジンのチューニングを変更（具体的には燃料噴射時期を調整）することで、着火時期あるいは燃焼時期を適正範囲内に収め、適正燃焼が得られるようにしている。しかし、燃料のセタン価がばらつくと、着火遅れ時間がばらついて、騒音悪化、燃費悪化、エンジン出力悪化、排気ガス悪化を招くことになる。従来は、燃料のセタン価にばらつきがあることを理由にして、騒音性能、燃費性能、エンジン出力性能、排気ガス性能が多少悪くとも、それを許容している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−１８０２１２号公報
【特許文献２】特開２００７−０４６５９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
近年では、排気ガス規制や騒音規制が強化される傾向にあり、燃料のセタン価のばらつきに起因する諸性能の変化を規制の範囲内に収めることが困難になりつつある。
【００１３】
特許文献１，２では、着火遅れ時間を実測値をセタン価によるものと推定し、この着火遅れ時間に応じて燃料噴射時期を補正することが提案されている。このように着火遅れ時間を実測することにより、現在使用している燃料のセタン価が推定でき、それに合わせて燃料噴射時期を補正することができる。
【００１４】
しかしながら、着火遅れ時間に影響を与える要因はセタン価のみではない。実測した着火遅れ時間を全てセタン価によるものと評価したのでは、セタン価を正しく評価したことにはならず、したがって、燃料噴射時期の補正が正しくできないことになる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、より実際的なセタン価による着火遅れ時間の評価が可能な着火遅れ時間評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明は、燃料噴射時期と実際の着火時期との差から着火遅れ時間を実測する着火遅れ時間実測部と、着火遅れ要因となるエンジンパラメータを用いて着火遅れ時間を予測する着火遅れ時間予測部と、着火遅れ時間の実測値と予測値との差をセタン価変動に起因する着火遅れ時間として評価するセタン価評価部とを備えたものである。
【００１７】
セタン価変動に起因する着火遅れ時間に応じて燃料噴射時期を補正する燃料噴射時期補正部とを備えてもよい。
【００１８】
燃料噴射時期補正部は、セタン価変動に起因する着火遅れ時間から急変動成分を除去して燃料噴射時期を補正してもよい。
【００１９】
着火遅れ時間予測部は、着火遅れ要因となるエンジンパラメータとしてＥＧＲ率を用いてもよい。
【００２０】
着火遅れ時間予測部は、着火遅れ要因となるエンジンパラメータとして吸入空気温度を用いてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２２】
（１）より実際的なセタン価による着火遅れ時間の評価が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施形態を示す着火遅れ時間評価装置の構成図である。
【図２】ＥＧＲ率をパラメータとしたクランク角度対筒内圧力特性図である。
【図３】エンジン回転速度とトルクに対応したＥＧＲ率の特性図（マップ）である。
【図４】本発明の一実施形態を示す着火遅れ時間評価装置が実行する手順を示したフローチャートである。
【図５】セタン価に応じた着火遅れ時間補正を行うことによる効果をイメージ化したグラフである。
【図６】セタン価をパラメータとした筒内圧力変化の時間波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２５】
図１に示されるように、本発明に係る着火遅れ時間評価装置１は、燃料噴射時期と実際の着火時期との差から着火遅れ時間を実測する着火遅れ時間実測部２と、着火遅れ要因となるエンジンパラメータを用いて着火遅れ時間を予測する着火遅れ時間予測部３と、着火遅れ時間の実測値と予測値との差をセタン価変動に起因する着火遅れ時間として評価するセタン価評価部４とを備える。
【００２６】
さらに、着火遅れ時間評価装置１は、セタン価変動に起因する着火遅れ時間に応じて燃料噴射時期を補正する燃料噴射時期補正部５を備える。
【００２７】
着火遅れ時間実測部２、着火遅れ時間予測部３、セタン価評価部４、燃料噴射時期補正部５は、燃料噴射を制御する電子制御装置（Electronical Control Unit；ＥＣＵ）６に組み込まれるのが好ましい。本発明に用いる諸センサは従来よりＥＣＵ６に接続されており、諸エンジンパラメータは従来よりＥＣＵ６で使用されているものである。
【００２８】
着火遅れ時間実測部２で用いる燃料噴射時期は、エンジンパラメータに応じて燃料の噴射時期を決める基本演算により演算される。燃料噴射インジェクタに出力する駆動信号がオンになった瞬間を燃料噴射時期として利用してもよい。
【００２９】
着火遅れ時間実測部２で用いる実際の着火時期は、エンジンに取り付けられた振動センサの出力あるいは燃焼圧センサの出力（筒内圧）に基づき測定する。振動や圧力に基づく着火時期の測定は、従来技術で可能である。
【００３０】
着火遅れ時間予測部３では、着火遅れ要因となるエンジンパラメータとして、ＥＧＲ率（ＥＧＲ量でも可）と吸入空気温度とを用いる。ＥＧＲ率は、他のエンジンパラメータ、例えば、エンジン回転速度とトルクとで参照されるマップに設定しておき、このマップから読み取るようにする。あるいは、吸気流量とＥＧＲ流量の測定値からＥＧＲ率を算出してもよい。吸入空気温度は、例えば、吸気マニホールドに設置された温度センサによって検出される。
【００３１】
ＥＧＲ率による着火遅れ時間の変化について説明する。
【００３２】
図２に示されるように、ＥＧＲ率が３５〜４０％のとき、燃料噴射時期（図示せず）から短時間で筒内圧が高まり、筒内圧のピークも高い。ＥＧＲ率が５０％から６１％へと高くなるにつれて筒内圧が高まる時間が遅くなり、筒内圧のピークが低くなる。このことから、ＥＧＲ率が低いときは着火遅れ時間が短く、ＥＧＲ率が高いときは着火遅れ時間が長いことが分かる。よって、図２の関係をマップに設定しておけば、ＥＧＲ率に依存する着火遅れ時間を予測することができる。
【００３３】
エンジン制御では、エンジン回転速度とトルクに応じてＥＧＲ弁の開度制御を行っているため、図３に示されるように、ＥＧＲ率は、エンジン回転速度とトルクに依存する。よって、図３の特性をマップに設定しておけば、エンジン回転速度とトルクからＥＧＲ率が判明する。
【００３４】
吸入空気温度による着火遅れ時間の変化について説明する。
【００３５】
ディーゼル機関での燃焼は、圧縮自着火燃焼であり、圧縮時の温度により着火遅れ時間が大きく影響される。吸入空気温度が高ければ、圧縮時の温度は高くなり、着火遅れ時間が短くなる。吸入空気温度が低ければ、圧縮時の温度は低くなり、着火遅れ時間が長くなる。この関係をマップに設定しておけば、吸入空気温度に依存する着火遅れ時間を予測することができる。
【００３６】
このようにして求めたＥＧＲ率による着火遅れ時間と、吸入空気温度による着火遅れ時間と、適正なセタン価による着火遅れ時間とを総合することで、セタン価が適正なときの着火遅れ時間の予測値が得られる。
【００３７】
図１の説明に戻る。
【００３８】
セタン価評価部４では、着火遅れ時間実測部２が測定した着火遅れ時間の実測値と、着火遅れ時間予測部３が予測した着火遅れ時間の予測値との差を演算し、その差をセタン価変動に起因する着火遅れ時間として評価するようになっている。実測値と予測値の差があらかじめ設定した微小な閾値以下であれば、セタン価変動に起因する有意の着火遅れ時間がないということであり、現在のセタン価は中（現在の燃料噴射時期に対して適正）という評価となる。実測値と予測値の差が閾値を超えていれば、セタン価変動に起因すると思われる有意の着火遅れ時間があるということであり、現在のセタン価は高あるいは低（いずれも適正でない）という評価となる。
【００３９】
燃料噴射時期補正部５では、セタン価変動に起因する着火遅れ時間（＝実測値と予測値の差）に応じて燃料噴射時期を補正するが、このときセタン価変動に起因する着火遅れ時間から急変動成分を除去して燃料噴射時期を補正するようになっている。急変動成分の除去の方法としては、セタン価変動に起因する着火遅れ時間の全部（１００％）を補正値とするのではなく、セタン価変動に起因する着火遅れ時間の１／２（５０％）を補正値とする方法、所定時間刻みで繰り返しセタン価変動に起因する着火遅れ時間を得たとき、類似の値（値同士の差が所定値以内）が所定回、例えば、３回連続したら値の全部（１００％）を補正値として補正を実行する方法がある。
【００４０】
本発明の着火遅れ時間評価装置が実行する手順を図４により説明する。
【００４１】
図４の手順は所定時間刻みで繰り返し実行される。
【００４２】
ステップＳ１にて、振動センサの出力あるいは燃焼圧センサの出力に基づき実際の着火時期を測定する。
【００４３】
ステップＳ１と並行し、ステップＳ２にて、燃料噴射制御の基本演算から、または燃料噴射インジェクタの駆動信号から燃料噴射時期を得る。なお、基本演算では、現在のセタン価が適正であるものとしてエンジンに最適の燃料噴射時期を演算している。
【００４４】
ステップＳ３にて、燃料噴射時期と実際の着火時期との差を、着火遅れ時間の実測値とする。
【００４５】
ステップＳ３と並行し、ステップＳ４にて、エンジン回転速度とトルクでマップを参照してＥＧＲ率を得る。
【００４６】
ステップＳ５にて、温度センサから吸入空気温度を得る。
【００４７】
ステップＳ６にて、ＥＧＲ率と吸入空気温度とを用いて着火遅れ時間を予測する。例えば、あらかじめ実験によりＥＧＲ率と着火遅れ時間の関係、吸入空気温度と着火遅れ時間の関係を調べて着火遅れ時間のマップを設定しておき、マップを参照してＥＧＲ率と吸入空気温度に起因する着火遅れ時間を得る。この着火遅れ時間をセタン価が適正なときの着火遅れ時間に加算して着火遅れ時間の予測値とする。
【００４８】
ステップＳ７にて、ステップＳ３で得た実測値とステップＳ６で得た予測値とに有意の差があるかどうか判定する。すなわち、実測値と予測値の差があらかじめ設定した微小な閾値以下であるかどうか判定する。
【００４９】
有意の差がない場合、ステップＳ８へ進む。この場合、セタン価は現在の燃料噴射時期に対して適正という評価となるので、燃料噴射時期を補正する必要がなく、手順を終了する。
【００５０】
有意の差がある場合、ステップＳ９へ進む。この場合、セタン価が現在の燃料噴射時期に対して適正でないという評価となるので、着火遅れ時間の長短に応じて燃料噴射時期を進角または遅角へ補正することになる。すなわち、着火遅れ時間の実測値が予測値より長い場合、セタン価が低いという評価となり、着火時期を適正に戻すために燃料噴射時期を早くする（進角させる）補正が必要となる。逆に、着火遅れ時間の実測値が予測値より短い場合、セタン価が高いという評価となり、着火時期を適正に戻すために燃料噴射時期を遅くする（遅角させる）補正が必要となる。
【００５１】
ステップＳ１０にて、急変動成分を除去するフィルタ処理を行う。セタン価変動に起因する着火遅れ時間（＝実測値と予測値の差）をそのまま燃料噴射時期の補正に用いると、ノイズ等の不定要因による誤差が補正値に含まれてしまうので、急変動成分を除去するのである。具体的には、セタン価変動に起因する着火遅れ時間の全部を補正値とするのではなく、セタン価変動に起因する着火遅れ時間の１／２を補正値とする方法、あるいはセタン価変動に起因する着火遅れ時間に類似した値が所定回、例えば、３回連続したらその値を補正値として補正を実行する方法がある。
【００５２】
ステップＳ１１にて、燃料噴射時期の補正を実行する。すなわち、これまでの燃料噴射時期に補正値を加算する。このようにして燃料噴射時期が補正されると、現在のセタン価は補正された燃料噴射時期に対して適正となる。
【００５３】
本発明に係る着火遅れ時間評価装置１の効果を説明する。
【００５４】
図５の横軸は、セタン価と着火遅れ時間を示す。右ほどセタン価が高く、着火遅れ時間が短くなり、左ほどセタン価が低く、着火遅れ時間が長くなる。縦軸は、諸性能を示しており、下ほど性能が良好であり、上ほど性能が悪化する。
【００５５】
曲線Ａは、騒音性能と排気ガス性能（ＮＯｘ）を表している。曲線Ａは、右上がりになっており、高セタン価において騒音が大きく、ＮＯｘが多いことを示している。曲線Ｂは、燃費性能とエンジン出力性能と排気ガス性能（白煙）を表している。曲線Ｂは、左上がりになっており、低セタン価においてエンジン出力が低下し、燃費が悪化し、白煙が出ることを示している。曲線Ａと曲線Ｂがどちらも性能が良好となるよう燃料噴射時期を調整する必要がある。
【００５６】
従来（燃料噴射時期の補正をしない）は、あるセタン価に合わせて燃料噴射時期をチューニングするので、そのセタン価が固定の適正なセタン価ということになる。このとき、適正よりも高セタン価の燃料を使用すると、着火遅れ時間が短いため、着火時期が早くなって騒音性能と排気ガス性能がレベルＣまで悪化する。適正よりも低セタン価の燃料を使用すると、着火遅れ時間が長いため、着火時期が遅くなって燃費性能とエンジン出力性能と排気ガス性能がレベルＤまで悪化する。
【００５７】
これに対し、本発明では、当初の適正なセタン価に対して、セタン価が高セタン価または低セタン価の燃料が使用されたとき、そのセタン価変動に起因する着火遅れ時間に応じて燃料噴射時期が補正されるため、補正された燃料噴射時期に対して当該燃料のセタン価が適正となる。このようにしてセタン価が適正である状態が保たれることにより、高セタン価の燃料を使用しても騒音性能と排気ガス性能の悪化がレベルＥまでに抑えられ、低セタン価の燃料を使用しても燃費性能とエンジン出力性能と排気ガス性能の悪化がレベルＦまでに抑えられる。
【００５８】
このように、従来は燃料のセタン価の違いによる着火遅れ時間の変動幅が大きかったのに対し、本発明は燃料のセタン価の違いによる着火遅れ時間の変動幅を小さくすることができる。言い換えると、本発明は、セタン価のバラツキがもたらす諸性能の悪化を従来のレベルＣからレベルＥに、従来のレベルＤからレベルＦに抑えて、性能を向上させることができる。
【００５９】
本発明の着火遅れ時間評価装置１によれば、ＥＧＲ率、吸入空気温度などセタン価以外の着火遅れ要因となるエンジンパラメータを用いてセタン価が適正なときの着火遅れ時間の予測値を求めている。このため、着火遅れ時間の実測値と予測値の差を求めると、実測値に含まれているセタン価以外の着火遅れ要因による成分が相殺され、セタン価変動のみに起因する着火遅れ時間が得られる。これにより、セタン価以外の着火遅れ要因を排除して、より実際的なセタン価による着火遅れ時間の評価が可能となる。
【００６０】
本実施形態では、着火遅れ時間の予測値演算に、ＥＧＲ率と吸入空気温度を用いたが、この他にも着火遅れ要因となるエンジンパラメータはある。例えば、標高が高い場所では、空気が薄いため、圧縮しても温度が上がりにくく、着火遅れ時間が長くなるので、標高（又は外気圧）を予測値演算に取り込んでもよい。寒冷地や冬期は外気温が低いため、圧縮しても温度が上がりにくく、着火遅れ時間が長くなるので、地理情報やカレンダ情報を予測値演算に取り込んでもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１  着火遅れ時間評価装置
２  着火遅れ時間実測部
３  着火遅れ時間予測部
４  セタン価評価部
５  燃料噴射時期補正部
６  ＥＣＵ
【図１】
2012087738.tif 000003
【図２】
2012087738.tif 000004
【図３】
2012087738.tif 000005
【図４】
2012087738.tif 000006
【図５】
2012087738.tif 000007
【図６】
2012087738.tif 000008