(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の始動直後のアイドル機関回転数を基にして燃料の性状を判定する燃料性状判定装置において、
機関回転数に対する判定閾値を２値有し、機関回転数がいずれの閾値よりも低い場合と、機関回転数が両閾値の間にあり、かつ、機関回転数変動が所定の閾値より大きい場合に重質燃料と判定することを特徴とする燃料性状判定装置。
【請求項２】
判定完了後の機関作動中は燃料性状判定を禁止することを特徴とする請求項１に記載の燃料性状判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関で使用される燃料の性状を判定する燃料性状判定装置に関し、特に、内燃機関の機関回転数を基にして判定を行う燃料性状判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関には必ずしも一定の性状を有する燃料が使用されるわけではなく、通常の燃料よりも揮発しがたい性質を有する燃料が用いられることがある。後者を重質燃料と称し、これに対して前者を軽質燃料と称する。このような重質燃料では低温で希薄燃焼を行うと燃焼が不安定になりやすいため、安定した燃焼を行うための燃焼制御が必要となる。一方、軽質燃料では同じ条件でも安定した燃焼を継続することが可能であり、むしろ重質燃料と同等の燃焼制御を行うとエミッションが悪化するおそれがある。そこで、使用する燃料の性状を判定して判定した燃料性状に応じて燃焼制御を切り換える必要がある。
【０００３】
使用する燃料の性状を判定する手法としては、特開平４−１９４３４８号公報に開示されているように過渡状態における機関回転数の変動に基づいて判定を行う方法や、特開平９−３２４６７６号公報に開示されているように燃料噴射時期変更前後の機関回転数差を基にして判定を行う方法などが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の手法はいずれも機関回転数に基づいて燃料性状の判定を行うものであるが、燃料の性状判定は機関始動後、速やかに行う必要があるものの、始動直後の機関回転数は、エンジンのフリクション状態により大きく変化する。また、機関回転数の変動は気筒間のばらつきによっても生ずる。そのため、従来の手法では、これらの影響を排除して正確な燃料性状判定を行うことが困難であった。
【０００５】
そこで本発明は機関回転数を基に正確な燃料性状判定を行うことが可能な燃料性状判定装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る燃料性状判定装置は、内燃機関の始動直後のアイドル機関回転数を基にして燃料の性状を判定する燃料性状判定装置において、機関回転数に対する判定閾値を２値有し、機関回転数がいずれの閾値よりも低い場合と、機関回転数が両閾値の間にあり、かつ、機関回転数変動が所定の閾値より大きい場合に重質燃料と判定することを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、機関回転数の判定閾値を２値設定し、機関回転数が２つの閾値の間にある場合には、回転数変動が所定の閾値より大きい場合を重質燃料と判定することで、軽質燃料で燃焼は安定しているが、フリクションが大きく回転数が低下している場合を誤判定することがない。また、機関回転数がいずれの判定閾値よりも低い場合には重質燃料と判定するので重質燃料を用いた場合の燃焼不安定による機関停止を未然に防止できる。この結果、エンジンのフリクション状態や気筒間のばらつきによらずに正確な燃料性状判定が可能となる。
【００１０】
判定完了後の機関作動中は燃料性状判定を禁止することが好ましい。ＭＴ車のクラッチミート時発進時には、機関回転数が一時的に急減するが、一旦判定が完了した後の判定を禁止することで、この状態を重質燃料と誤判定することがなく、正確な燃料性状判定が行える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１は本発明に係る燃料性状判定装置の第１の実施形態を含む内燃機関制御系の概略構成図である。この実施形態では、燃料性状の判定を行う燃料性状判定部１０は、エンジン２の制御を行うエンジンＥＣＵ１の一部であり、エンジン２に接続され、その回転数を検出する回転数センサ３とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ４と図示していないクランク軸の回転位置に応じて信号を出力するクランク角センサ５の出力が入力されている。ここで、燃料性状判定部１０は、エンジンＥＣＵ１のハードウェアの一部であってもよいし、マイコン等で構成されたエンジンＥＣＵ１で実行されるプログラムのうちの一部であってもよい。
【００１３】
本実施形態の動作を説明する前に本実施形態における燃料性状判定の判定原理を簡単に説明する。図２は燃料性状とエンジン２の状態による始動時および直後のエンジン回転数の変動を示す図である。
【００１４】
燃料が重質燃料であれば、軽質燃料の場合に比べて燃焼が不安定になるため、エンジン２におけるその他の条件が同一であれば、エンジン回転数ＮＥは小さく、その回転数変動ΔＮＥは大きくなる。しかし、エンジン２の回転摩擦（フリクション）が大きい場合、例えば、新車等の慣らし運転が不十分な状態や、高粘性オイル使用時、オイル交換から長期間経過した場合等には、同じ燃料使用時でも回転数ＮＥが低下しうる。また、燃料供給系や給排気系に異常がある場合には回転数変動ΔＮＥが大きくなり得る。
【００１５】
例えば、低フリクションで軽質燃料使用時には、そのエンジン回転数の変動は図４で線Ａで示されるようになり、回転数のピーク時からの落ち込みは小さく、そのままＮＥ１より高い回転数でほぼ一定に維持される。これと正反対となる高フリクションで重質燃料使用時には、そのエンジン回転数は、線Ｂで示されるようにピーク時の回転数は低フリクションで軽質燃料使用時の場合より低くなり、ピーク後の回転数はこのピーク回転数から急速に落ち込み、ＮＥ２（＜ＮＥ１）より低くなり、かつ、回転数変動も大きくなる。さらに燃焼が不安定になると線Ｂ’で示されるように運転を継続することができず、エンジンが停止してしまう場合もある。
【００１６】
また、軽質燃料使用時でも、高フリクションの場合には線Ｃで示されるようにピーク時の回転数も低フリクションの場合に比べて小さくなり、かつ、落ち込んだ後の回転数はＮＥ１より低くなる。さらに、燃料供給系の異常による供給ムラや給排気系の異常による脈動等が起こった場合には線Ｃ’で示されるように回転変動が大きくなる。重質燃料使用時で低フリクションの場合には、線Ｄで示されるように、ピーク時の回転数は高フリクションの場合より高く、その後に回転数は急速に落ち込むものの、ＮＥ２より高いまま維持されるが、回転数変動は大きい。
【００１７】
図２に示される各種の回転数変動から、本発明者らは、アイドル回転数判定の閾値として異なる２値（ＮＥ１、ＮＥ２）を用い、さらにアイドル回転数が２値の間に存在する場合には、ピーク時後の回転数の落ち込みや回転数変動を参照して判定を行えば、エンジンのフリクション状態や燃料供給系、給排気系の異常の有無に関わらず正確な燃料正常判定が行えることを見出し、本発明に至った。
【００１８】
続いて、本実施形態の動作を図１〜図５を参照して具体的に説明する。図３は燃料性状判定動作を説明するフローチャートであり、図４は回転数変動算出処理のフローチャートであり、図５は、本動作に基づくエンジン回転数変動の例を示すタイミングチャートである。この制御はエンジンＥＣＵ１内部の燃料性状判定部１０において、エンジン始動から判定成功までの間繰り返し実行されるものである。
【００１９】
まず、ステップＳ２では、エンジン始動後からの経過時刻tstartと閾値tth1とを比較する。tstartがtth1以下である場合には、エンジン始動直後であり、エンジン２の回転数がピークに達した後の安定状態にないとして判定処理を行わず、処理を終了する。tstartがtth1を越えている場合には、ステップＳ４へと移行し、フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御中であるか否かを判定する。回転数センサ３の出力に基づくＦ／Ｂ制御中である場合には、以下に説明する燃料性状判定を行うことができないため、処理を終了する。Ｆ／Ｂ制御中でない場合には、ステップＳ６へと移行する。
【００２０】
ステップＳ６では、重質燃料の判定フラグflagXの値を判定する。この実施形態では、flagXの値が１の時に重質燃料と判定済みであることを示し、flagXの値が０の時には重質燃料と判定されていない場合を示す。既に重質燃料と判定され、flagXに１が設定されている場合にはその後の処理をスキップして処理を終了する。一方、flagXに０が設定されている場合にはステップＳ８へと移行する。
【００２１】
ステップＳ８ではアイドル運転状態か否かを判定する。具体的にはスロットル開度センサ４の出力を基にしてスロットル開度が全閉状態にある場合をアイドル運転状態と判定する。アイドル運転中でない、すなわち、アクセルペダル操作が行われていたり、補機の動作によりスロットルが開かれている場合には正常な判定が行えないのでその後の処理をスキップして終了する。
【００２２】
ステップＳ８でアイドル運転中と判定された場合には、ステップＳ１０へと移行してエンジン回転数センサ３の出力値ＮＥを取り込む。そして、ステップＳ１２でこのＮＥと閾値ＮＥ２とを比較する。図２、図５の線Ｂで示されるようにＮＥがＮＥ２を下回った場合には、重質燃料が使用されていると判定し、ステップＳ２０へと移行してflagXに１をセットして判定処理を終了する。flagXが１の場合には、エンジンＥＣＵ１はエンジン２の燃焼制御を重質燃料に合わせた燃焼安定制御へと切り換える。これにより燃焼が安定する結果、エンジン回転数は図５で線Ｂ2で示されるようにＮＥ１以上に維持され、エンジン停止等が発生せず、エミッションの劣化も抑制される。
【００２３】
ステップＳ１２でＮＥがＮＥ２以上であった場合には、ステップＳ１４へと移行して、今度はＮＥと閾値ＮＥ１とを比較する。ＮＥが図２、図５の線Ａで示されるようにＮＥ１以上であった場合にはステップＳ２２へと移行して、flagXに０をセットして処理を終了する。このようにflagXが０の場合には、エンジンＥＣＵ１はエンジン２の燃焼制御を軽質燃料に合わせた制御として継続する。
【００２４】
ステップＳ１４でＮＥがＮＥ１に満たなかった場合、つまりＮＥ２≦ＮＥ＜ＮＥ１の関係が成立する場合には、ステップＳ１６へと移行して回転数変動ΔＮＥの算出が成功しているか否かを判定する。ΔＮＥ算出処理は、本制御処理と平行して処理されるものであり、図４に示されるような処理が行われる。
【００２５】
まずステップＳ３０でエンジン始動後からの経過時刻tstartと閾値tth2（tth1＜tth2）とを比較する。tstartがtth2以下である場合には、エンジン始動から間がなく、回転数変動を算出する状態にないとして算出処理を行わず、ステップＳ４０へと移行してΔＮＥの値をクリアして処理を終了する。tstartがtth1を越えている場合には、ステップＳ３２へと移行し、アイドル運転中であるか否かを判定する。アイドル運転中でない場合には、回転数変動を算出する状態にないとして算出処理を行わず、ステップＳ４０へと移行してΔＮＥの値をクリアして処理を終了する。アイドル運転中の場合にはステップＳ３４へと移行してクランク角センサ５の出力からクランク軸の一定回転ごとの時間間隔、例えば、半回転に要した時間Ｔ１８０を取り込む。続く、ステップＳ３６では、このＴ１８０の値を所定のｎ個取り込んだか否かを判定する。取り込みがｎ個未満の場合には、回転数変動を参集するのに十分なデータが得られていないと判定して、算出処理を行わずに処理を終了する。一方、取り込みがｎ個に達した場合には、ステップＳ３８へと移行して最新のｎ個のデータを基にして回転数の変動値ΔＮＥを算出して終了する。
【００２６】
このΔＮＥの算出が成功していない場合には、図３に示されるフローにおいてステップＳ１６の後、その後の処理をスキップして終了する。算出が成功していた場合にはステップＳ１６からステップＳ１８へと移行する。ステップＳ１８ではこうして求めたΔＮＥと閾値ΔＮＥ１とを比較する。ΔＮＥ検出時点での回転数変動が大きく、ΔＮＥ≧ΔＮＥ１となる場合、すなわち、図２、図５で線Ｄで示されるような回転数変動を示す場合には、ステップＳ２０へと移行して、flagXに１をセットして判定処理を終了する。前述したように、flagXが１の場合には、エンジンＥＣＵ１はエンジン２の燃焼制御を重質燃料に合わせた燃焼安定制御へと切り換える。これにより燃焼が安定する結果、エンジン回転数は図５で線Ｄ2で示されるようにＮＥ１以上に維持され、エミッションの劣化も抑制される。
【００２７】
これに対して、ΔＮＥ検出時点での回転数変動が小さく、ΔＮＥ＜ΔＮＥ１となる場合、すなわち、図２、図５で線ＣあるいはＣ’で示されるような回転数変動を示す場合には、ステップＳ２２へと移行して、flagXに０をセットして処理を終了する。このようにflagXが０の場合には、エンジンＥＣＵ１はエンジン２の燃焼制御を軽質燃料に合わせた制御として継続する。
【００２８】
このように制御することで、エンジン２のフリクション状態、給排気系や燃料供給系の状態によらずにエンジン始動時の初期の段階で高精度に燃料性状を判定することができるので、重質燃料を軽質燃料と誤判定することによる不安定な燃焼の発生や、逆に軽質燃料を重質燃料と誤判定することによるエミッションの劣化を抑制することができ、常に最適な燃焼制御を行うことができる。
【００２９】
続いて本実施形態の制御処理の他の形態について説明する。図６は、この制御処理を示すフローチャートであり、図７は、本制御処理に基づくエンジン回転数変動の例を示すタイミングチャートである。
【００３０】
最初のステップＳ２〜Ｓ１０までの動作は基本的に図３に示される制御フローと同一である。ただし、本制御においては、ステップＳ６ａで参照されるflagXは軽質燃料と判定された場合に−１、重質燃料と判定された場合に１、判定未了の場合に０をそれぞれとる。したがって、ステップＳ６ａでflagXが０でない場合とは、既に軽質燃料または重質燃料と判定されている場合を指し、この場合にはその後の処理をスキップして処理を終了する。これにより、例えば、図２、図７に線Ａ’で示されるようなＭＴ車のクラッチミート発進時のエンジン回転数の落ち込みを重質燃料による燃焼不安定のための回転数落ち込みと判定することがなく、誤判定を確実に防止できる。
【００３１】
ステップＳ１０でＮＥを取り込んだ後は、ステップＳ１１へと移行し、ΔＮＥが算出済みか否かを判定する。このΔＮＥ算出には図４に示される処理により可能である。ΔＮＥが算出されていない場合にはその後の処理をスキップして終了する。ΔＮＥが算出されている場合には、ステップＳ１３へと移行し、こうして求めたΔＮＥを閾値ΔＮＥ２（前述した閾値ΔＮＥ１より小さい値を採る）とを比較する。ΔＮＥがΔＮＥ２より小さい場合（図７で線Ａ’あるいは線Ｃに該当する場合）は燃焼が安定していることを示しているから、ステップＳ２２ａへと移行してflagXに軽質燃料であることを示す−１をセットして処理を終了する。ΔＮＥがΔＮＥ２以上の場合にはステップＳ１２へと移行して回転数ＮＥと閾値ＮＥ２とを比較する。ＮＥがＮＥ２を下回った場合には、重質燃料が使用されていると判定し、ステップＳ２０へと移行してflagXに１をセットして判定処理を終了する。
【００３２】
ＮＥがＮＥ２以上の場合にはステップＳ１４へと移行して今度はＮＥと閾値ＮＥ１とを比較する。ＮＥがＮＥ１以上であった場合にはステップＳ１８へと移行してΔＮＥと閾値ΔＮＥ１とを比較する。ΔＮＥがΔＮＥ１以上で回転数変動が大きい場合（図７で線Ｄに該当する場合）には重質燃料と判定してステップＳ２０へと移行して、flagXに１をセットして判定処理を終了する。ΔＮＥがΔＮＥ１より小さく回転数変動が小さい場合には軽質燃料と判定してステップＳ２２ａへと移行し、flagXに−１をセットして処理を終了する。
【００３３】
このような判定処理を行う場合にもエンジン２のフリクション状態、給排気系や燃料供給系の状態によらずにエンジン始動時の初期の段階で高精度に燃料性状を判定することができるので、重質燃料を軽質燃料と誤判定することによる不安定な燃焼の発生や、逆に軽質燃料を重質燃料と誤判定することによるエミッションの劣化を抑制することができ、常に最適な燃焼制御を行うことができる。さらに、判定後に別の要因、例えばＭＴ車におけるクラッチミート発進によりエンジン回転数の低下が起こった場合にも特別な計測装置や判定プログラムを必要とすることなく誤判定を抑制でき、確実な判定が行える。
【００３４】
この第１の実施形態では、ファーストアイドル回転数Ｆ／Ｂ制御中には燃料性状判定を行うことができない。以下に説明する第２の実施形態は、ファーストアイドル回転数Ｆ／Ｂ制御中における燃料性状判定を行うものである。
【００３５】
図８はこの第２の実施形態を含む内燃機関制御系の概略構成図である。この実施形態と図１に示される第１の実施形態との違いは、図９に示されるＩＳＣ（アイドルスピードコントロール）バルブ６０の開度を検出するＩＳＣバルブ開度センサ６の出力値が入力されている点である。このＩＳＣバルブ６０は、吸気管７を一時的に分岐した分岐管７１に設けられ、この分岐管７１と並行する本管７０にはスロットル弁４０が配置される。アイドル状態では、スロットル弁４０は全閉状態に設定される。このときに、ＩＳＣバルブ６０の開度を調整することにより分岐管７１を通過する空気量をＦ／Ｂ制御により調整することでアイドル運転時のエンジン回転数を所定の回転数に維持するものである。
【００３６】
続いて、本実施形態の動作を図８〜図１１を参照して具体的に説明する。図１０は燃料性状判定動作を説明するフローチャートであり、図１１は、本動作に基づくエンジン回転数変動の例を示すタイミングチャートである。この制御はエンジンＥＣＵ１内部の燃料性状判定部１０において、エンジン始動から判定成功までの間繰り返し実行されるものであり、基本的な動作は図３に示される判定動作と同一である。そこで、異なる部分を中心に説明し、同一の部分については省略する。
【００３７】
図１０に示される動作と図３に示される動作との違いは、まず、ステップＳ４のＦ／Ｂ制御中の判定動作を省略している点と、ステップＳ１４、Ｓ１８に代えてそれぞれステップＳ１５、Ｓ１９を設けている点である。
【００３８】
ステップＳ１２でエンジン回転数ＮＥがＮＥ２以上であった場合には、本制御動作においてはステップＳ１５へと移行する。ここでは、ＩＳＣバルブ開度センサ６で検出されたＩＳＣバルブ６０の開度θISCと閾値θthとが比較される。θISCが閾値θth以下であった場合には、アイドル回転数の補正量が少ない、つまり、補正を行わなくとも燃焼状態が安定している軽質燃料であると判定し、ステップＳ２２へと移行し、flagXに０をセットして処理を終了する。このようにflagXが０の場合には、エンジンＥＣＵ１はエンジン２の燃焼制御を軽質燃料に合わせた制御として継続する。
【００３９】
一方、θISCが閾値θthを上回っていた場合には、ステップＳ１６へと移行し、回転数変動ΔＮＥの算出が成功しているか否かを判定する。ΔＮＥ算出処理については前述したため、その説明は省略する。
【００４０】
ΔＮＥの算出が成功していない場合には、その後の処理をスキップして終了する。算出が成功していた場合にはステップＳ１９へと移行する。ステップＳ１９では求めたΔＮＥと閾値ΔＮＥ１’とを比較する。ΔＮＥ検出時点での回転数変動が大きく、ΔＮＥ≧ΔＮＥ１’となる場合には、補正を行っても回転数変動が大きい場合であり、燃焼が不安定である、つまり、重質燃料であると判定して、ステップＳ２０へと移行して、flagXに１をセットして判定処理を終了する。この場合には、エンジンＥＣＵ１はエンジン２の燃焼制御を重質燃料に合わせた燃焼安定制御へと切り換える。
【００４１】
これに対して、ΔＮＥ検出時点での回転数変動が小さく、ΔＮＥ＜ΔＮＥ１となる場合には、補正により燃焼が安定した場合、つまり軽質燃料の場合であると判定して、ステップＳ２２へと移行して、flagXに０をセットして処理を終了する。このようにflagXが０の場合には、エンジンＥＣＵ１はエンジン２の燃焼制御を軽質燃料に合わせた制御として継続する。
【００４２】
本実施形態の判定制御によれば、ファーストアイドル回転数Ｆ／Ｂ制御によってもエンジン回転数ＮＥがＮＥがＮＥ２より低下する図１１において線Ｂ２で示される場合やＦ／Ｂ制御の結果、エンジン回転数ＮＥの低下は抑制されるものの、その制御量が大きく、回転数変動も大きな図１１において線Ｄ３で示される場合でも燃料性状を正確に判定することができる。
【００４３】
そして、判定動作中もＦ／Ｂ制御によりアイドル時のエンジン回転数を安定させる制御を行うことができるので、燃焼をより安定させることが可能であり、エミッションの劣化を抑制し、ドライバビリティーを向上させることができる。
【００４４】
ここでは、ＩＳＣの補正方法としてＩＳＣバルブの開度を変更する例を説明したが、点火時期を制御する方法、電子スロットル弁によるスロットル弁４０の開度そのものを変更する方法、燃料増量を行う方法やこれらを組み合わせた方法のいずれの場合でも補正量が大きいにも関わらず、回転数変動が大きい、つまり補正によっても燃焼が不安定である場合に重質燃料と判定すればよい。
【００４５】
以上説明した各制御処理は、例示にすぎずこれと同種の目的を達成するため種種の変形が可能である。例えば、軽質燃料と重質燃料との場合で別々のフラグを用いても良く、回転数変動の算出フローを制御処理フロー内に組み込んでもよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、アイドル時の機関回転数に対する判定閾値を２値設け、アイドル時の機関回転数がいずれの閾値よりも低い場合、および機関回転数が両方の閾値の間に存在し、機関回転数変動が所定の閾値より大きい場合に重質燃料と判定することにより、エンジンのフリクション状態や、燃料供給系、給排気系の状態によらずに正確な燃料性状の判定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料性状判定装置の第１の実施形態を含む内燃機関制御系の概略構成図である。
【図２】本発明の燃料性状判定の判定原理を説明する図である。
【図３】図１の燃料性状判定装置の判定動作を説明するフローチャートである。
【図４】図１の燃料性状判定装置の回転数変動算出処理のフローチャートである。
【図５】図３の処理に基づくエンジン回転数変動の例を示すタイミングチャートである。
【図６】図１の燃料性状判定装置の別の判定動作を説明するフローチャートである。
【図７】図６の処理に基づくエンジン回転数変動の例を示すタイミングチャートである。
【図８】本発明に係る燃料性状判定装置の第２の実施形態を含む内燃機関制御系の概略構成図である。
【図９】ＩＳＣバルブの配置状態を説明する図である。
【図１０】図８の燃料性状判定装置の判定動作を説明するフローチャートである。
【図１１】図１０の処理に基づくエンジン回転数変動の例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１…エンジンＥＣＵ、２…エンジン、３…回転数センサ、４…スロットル開度センサ、５…クランク角センサ、６…ＩＳＣバルブ開度センサ、７…吸気管、１０…燃料性状判定部、６０…ＩＳＣバルブ、７０…本管、７１…分岐管。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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