(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に供給される燃料の蒸発特性を検出する燃料蒸発特性検出装置において、
前記機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
該検出した筒内圧から図示平均有効圧を算出する図示平均有効圧算出手段と、
該図平均有効圧算出手段により算出される図示平均有効圧に基づいて前記燃料の蒸発特性を検出する特性検出手段とを備え、
前記特性検出手段は、前記機関の暖機運転中における前記図示平均有効圧の所定数のデータについての標準偏差及び平均値を算出し、前記標準偏差を前記平均値で除算することにより変動率を算出し、該変動率に応じて前記燃料の蒸発特性を検出することを特徴とする燃料蒸発特性検出装置。
【請求項２】
内燃機関に供給する燃料量及び点火時期を制御する制御装置において、
前記機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
該検出した筒内圧から図示平均有効圧を算出する図示平均有効圧算出手段と、
該図平均有効圧算出手段により算出される図示平均有効圧に基づいて前記燃料の蒸発特性を検出する特性検出手段と、
該特性検出手段により検出された前記燃料の蒸発特性に応じて前記燃料量及び点火時期の少なくとも一方を補正する補正手段とを備え、
前記特性検出手段は、前記機関の暖機運転中における前記図示平均有効圧の所定数のデータについての標準偏差及び平均値を算出し、前記標準偏差を前記平均値で除算することにより変動率を算出し、該変動率に応じて前記燃料の蒸発特性を検出することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料の蒸発特性を検出する燃料蒸発特性検出装置及び検出した蒸発特性に応じて内燃機関を制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料の蒸発特性を表すパラメータとして、気体状態の燃料量と、液体状態の燃料量との比が４：１の場合に気温３７．８℃で測定したリード蒸気圧（Reid Vaper Pressure）が知られている。
【０００３】
内燃機関に供給する混合気の空燃比制御は、機関運転状態に応じて燃料供給量を制御することにより行われるが、吸気管内に噴射された燃料量が同じであっても、燃料の蒸発特性により実際の空燃比が変化してしまう。そこで、機関運転中、特に暖機運転中において使用している燃料の蒸発特性を検出することが望まれる。
そのための手法としては、機関排気系に排気ガス中の酸素濃度によって空燃比を検出する広域空燃比センサを設け、機関の暖機運転中における検出空燃比と、基準値との比較結果に応じてリード蒸気圧の高低を判定する手法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の手法では、排出ガスから判定するため判定精度が低く、機関の空燃比制御などに使用することができなかった。
本発明はこの点に着目してなされたものであり、使用中の燃料の蒸発特性を精度良く検出することができる燃料蒸発特性検出装置及び検出した蒸発特性に応じて内燃機関の作動をより適切に制御することができる制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関に供給される燃料の蒸発特性を検出する燃料蒸発特性検出装置において、前記機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、該検出した筒内圧から図示平均有効圧を算出する図示平均有効圧算出手段と、該図平均有効圧算出手段により算出される図示平均有効圧に基づいて前記燃料の蒸発特性を検出する特性検出手段とを備え、前記特性検出手段は、前記機関の暖機運転中における前記図示平均有効圧の所定数のデータについての標準偏差及び平均値を算出し、前記標準偏差を前記平均値で除算することにより変動率を算出し、該変動率に応じて前記燃料の蒸発特性を検出することを特徴とする。
【０００６】
この構成によれば、検出した筒内圧から図示平均有効圧が算出され、その図示平均有効圧に基づいて燃料の蒸発特性が検出されるので、従来に比べて精度よく燃料の蒸発特性を検出することができる。また暖機運転中における図示平均有効圧の変動率に応じて燃料の蒸発特性が検出されるので、精度の高い蒸発特性を得ることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、内燃機関に供給する燃料量及び点火時期を制御する制御装置において、前記機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、該検出した筒内圧から図示平均有効圧を算出する図示平均有効圧算出手段と、該図平均有効圧算出手段により算出される図示平均有効圧に基づいて前記燃料の蒸発特性を検出する特性検出手段と、該特性検出手段により検出された前記燃料の蒸発特性に応じて前記燃料供給量及び点火時期の少なくとも一方を補正する補正手段とを備え、前記特性検出手段は、前記機関の暖機運転中における前記図示平均有効圧の所定数のデータについての標準偏差及び平均値を算出し、前記標準偏差を前記平均値で除算することにより変動率を算出し、該変動率に応じて前記燃料の蒸発特性を検出することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、検出した筒内圧から図示平均有効圧が算出され、その図示平均有効圧に基づいて燃料の蒸発特性が検出され、該検出された蒸発特性に応じて燃料供給量及び点火時期の少なくとも一方が補正されるので、燃料の蒸発特性に適した燃料供給量及び／または点火時期とすることができ、燃料の無駄、排気ガス特性の悪化及び／または機関出力の低下を防止することができる。また暖機運転中における図示平均有効圧の変動率に応じて燃料の蒸発特性が検出されるので、精度の高い蒸発特性を得てよりきめ細かい補正が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料蒸発特性検出装置を含む、内燃機関（以下「エンジン」という）及びその制御装置の全体構成図であり、例えば４気筒のエンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力してエンジン制御用電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１０】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間かつ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００１１】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ７が設けられており、この絶対圧センサ７により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ)センサ８が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１２】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ９はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
エンジン１のクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ１０が設けられており、クランク軸の回転角度に応じた信号がＥＣＵ５に供給される。クランク角度位置センサ１０は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置で信号パルス（以下「ＣＹＬ信号パルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣ信号パルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣ信号パルスより短い一定クランク角周期（例えば１〜３０度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫ信号パルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬ信号パルス、ＴＤＣ信号パルス及びＣＲＫ信号パルスがＥＣＵ５に供給される。これらの信号パルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御及びエンジン回転数ＮＥの検出に使用される。
【００１３】
エンジン１の各気筒の筒内圧ＰＣＹＬを検出する筒内圧検出手段としての筒内圧センサ１１が設けられており、その検出信号は、増幅及び積分機能を有するチャージアンプ１２を介してＥＣＵ５に供給される。筒内圧センサ１１の出力は、筒内圧の変化率（微分値）に比例するので、これを積分することにより、筒内圧ＰＣＹＬが得られる。
【００１４】
エンジン１の各気筒に設けられた点火プラグ２０は、ＥＣＵ５に接続されており、その作動がＥＣＵ５により制御される。
排気管１３には排気ガスを浄化するための三元触媒１６が設けられており、三元触媒１６の上流側には、比例型空燃比センサ１４（以下「ＬＡＦセンサ１４」という）が装着されている。このＬＡＦセンサ１４は排気ガス中の酸素濃度（空燃比）にほぼ比例した電気信号を出力し、ＥＣＵ５に供給する。
【００１５】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム、該演算プログラムで使用されるテーブルやマップ、演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁６、点火プラグ２０等に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成される。
【００１６】
ＣＰＵ５ｂは、上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、種々のエンジン運転状態を判別するとともに、該判別されたエンジン運転状態に応じて、次式（１）に基づき、前記ＴＤＣ信号パルスに同期して開弁作動する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。
ＴＯＵＴ＝ＴＩ×ＫＲＶＰ×ＫＣＭＤ×ＫＬＡＦ×Ｋ１＋Ｋ２    （１）
ここに、ＴＩは燃料噴射弁６の基本燃料噴射時間であり、エンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたＴＩマップを検索して決定される。ＴＩマップは、マップ上のエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに対応する運転状態において、エンジンに供給する混合気の空燃比がほぼ理論空燃比になるように設定されている。
【００１７】
ＫＲＶＰは、エンジン１の暖機運転中においてリード蒸気圧ＲＶＰの高低を判定し、その判定結果の応じて設定される燃料特性補正係数である。
ＫＣＭＤは目標空燃比係数であり、エンジン回転数ＮＥ、吸気管内絶対圧ＰＢＡ、エンジン水温ＴＷ等のエンジン運転パラメータに応じて設定される。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、目標当量比ともいう。
【００１８】
ＫＬＡＦは、ＬＡＦセンサ１４の検出値から算出される検出当量比ＫＡＣＴが目標当量比ＫＣＭＤに一致するようにＰＩＤ制御により算出される空燃比補正係数である。
Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数および補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図れるような所定値に決定される。
【００１９】
ＣＰＵ５ｂはさらに、エンジン運転状態に応じて下記式（２）により点火時期ＩＧを算出する。点火時期ＩＧは、上死点に対する進角量として演算される。
ＩＧ＝ＩＧＭＡＰ＋ＩＧＲＶＰ      （２）
ここで、ＩＧＭＡＰはエンジン回転数ＮＥ及び吸気管内絶対圧ＰＢＡに応じて設定されたＩＧマップを検索して決定される基本点火時期であり、ＩＧＲＶＰは、リード蒸気圧ＲＶＰの高低に応じて設定される補正項である。
【００２０】
ＣＰＵ５ｂは上述のようにして求めた燃料噴射時間ＴＯＵＴに基づいて燃料噴射弁６を開弁させる駆動信号を燃料噴射弁６に供給するとともに、点火時期ＩＧに基づいて点火プラグ２０を駆動する点火信号を点火プラグ２０に供給する。
【００２１】
図２は、リード蒸気圧ＲＶＰの検出及び検出したリード蒸気圧ＲＶＰに応じて燃料噴射時間ＴＯＵＴの補正係数ＫＲＶＰ及び点火時期ＩＧの補正項ＩＧＲＶＰを算出する処理のフローチャートであり、この処理はＣＰＵ５ｂにおいて一定時間毎あるいはＴＤＣ信号パルスの発生に同期して実行される。
【００２２】
ステップＳ１１ではエンジン１の暖機運転中か否かを判別し、暖機運転中でないときは、補正係数ＫＲＶＰを１．０に設定するとともに、補正項ＩＧＲＶＰを０に設定して（ステップＳ２０）、本処理を終了する。
暖機運転中であるときは、筒内圧センサ１１により検出される筒内圧ＰＣＹＬを読み込み（ステップＳ１２）、筒内圧ＰＣＹＬから図示平均有効圧ＰＭＩを算出する（ステップＳ１３）。具体的には、筒内圧ＰＣＹＬを所定クランク角度（例えば１度）毎にサンプリングしたデータを当該気筒の圧縮行程及び爆発行程の期間において積算し、そのようにしてられる積算値に応じて、図示平均有効圧ＰＭＩを算出する。
【００２３】
次いで算出した図示平均有効圧ＰＭＩが所定圧ＰＭＩＢより高いか否かを判別し（ステップＳ１４）、ＰＭＩ＞ＰＭＩＢであるときは、リード蒸気圧ＲＶＰが高い燃料であると判定して（ステップＳ１５）、補正係数ＫＲＶＰを１より小さい所定係数値ＫＲＶＰ１に設定するとともに、補正項ＩＧＲＶＰを負の所定値ＩＧＲＶＰ１に設定する（ステップＳ１６）。これにより燃料供給量が減量補正され、点火時期ＩＧが遅角方向に補正される。
【００２４】
一方ステップＳ１４でＰＭＩ≦ＰＭＩＢであるときは、リード蒸気圧ＲＶＰが低い燃料であると判定して（ステップＳ１７）、補正係数ＫＲＶＰを１より大きい所定係数値ＫＲＶＰ２に設定するとともに、補正項ＩＧＲＶＰを正の所定値ＩＧＲＶＰ２に設定する（ステップＳ１８）。これにより燃料供給量が増量補正され、点火時期ＩＧが進角方向に補正される。
【００２５】
なお所定圧ＰＭＩＢは、平均的なリード蒸気圧の燃料に対応する図示平均有効圧ＰＭＩに設定する。
続くステップＳ１９では、補正係数ＫＲＶＰの学習値ＫＲＶＰＡＶＥと、補正項ＩＧＲＶＰの学習値ＩＧＲＶＰを下記式（３）、（４）により算出する。
ＫＲＶＰＡＶＥ＝Ａ×ＫＲＶＰ＋（１−Ａ）×ＫＲＶＰＡＶＥ    （３）
ＩＧＲＶＰＡＶＥ＝Ａ×ＩＧＲＶＰ＋（１−Ａ）×ＩＧＲＶＰＡＶＥ  （４）
【００２６】
ここで、右辺のＫＲＶＰＡＶＥ及びＩＧＲＶＰＡＶＥは、学習値の前回値であり、Ａは０から１の間の値に設定されるなまし係数である。学習値ＫＲＶＰＡＶＥ及びＩＧＲＶＰＡＶＥは、イグニッションスイッチがオフされても記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭに格納され、次回の暖機運転開始時の初期値として使用される。
【００２７】
以上のように本実施形態では、検出した筒内圧ＰＣＹＬから図示平均有効圧ＰＭＩを算出し、図示平均有効圧ＰＭＩに基づいて使用中の燃料のリード蒸気圧ＲＶＰを判定するようにしたので、従来に比べて正確な判定をすることができる。また、このようにして得られた判定結果に応じて燃料噴射量及び点火時期を補正することにより、使用中の燃料の蒸発特性に適した燃料噴射量及び点火時期に制御することができる。その結果、暖機運転中の燃料の無駄及び排気ガス特性の悪化を防止できるとともに、良好なエンジン出力を得ることができる。
【００２８】
本実施形態では、図２のステップＳ１３が図示平均有効圧算出手段に相当し、同図のステップＳ１４、Ｓ１５及びＳ１７が特性検出手段に相当し、ステップＳ１６及びＳ１８が補正手段に相当する。
【００２９】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、図示平均有効圧ＰＭＩから直接的にリード蒸気圧ＲＶＰを判定したが、本実施形態では、図３の処理により、図示平均有効圧ＰＭＩの変動率ＲＤＰＭＩを算出し、ＰＭＩ変動率ＲＤＰＭＩに応じてリード蒸気圧ＲＶＰを算出し、該算出したリード蒸気圧ＲＶＰに応じて燃料噴射量及び点火時期の補正を行うようにしたものである。図３に示すＲＶＰ検出補正処理以外は、第１の実施形態と同一である。
【００３０】
図３のステップＳ２１〜Ｓ２３及びステップＳ３１は、それぞれ図２のステップＳ１１〜Ｓ１３及びステップＳ２０と同一の処理である。
ステップＳ２４では、イグニッションスイッチがオンされたとき「０」に設定されているアップカウンタｎが１００以上となったか否かを判別する。最初は、ｎ＜１００であるので、ステップＳ２５に進んでカウンタｎを１だけインクリメントし、次いで補正係数ＫＶＲＰを１．０に設定し、補正項ＩＧＲＶＰを０に設定して（ステップＳ２６）、本処理を終了する。このようにしてｎ＝１００となるまで図示平均有効圧ＰＭＩの検出値を記憶手段に格納する。
【００３１】
ステップＳ２４でｎ≧１００となると、記憶手段に格納されている図示平均有効圧ＰＭＩの検出値１００個（ｎが１００より大きいときは、新しい１００個の検出値）を用いて下記式によりＰＭＩ変動率ＲＤＰＭＩを算出する（ステップＳ２７）。
ＲＤＰＭＩ＝σＰＭＩ／ＰＭＩＡＶＥ
【００３２】
ここで、σＰＭＩは１００個のＰＭＩ値の標準偏差であり、ＰＭＩＡＶＥは、１００個のＰＭＩ値の平均値である。
続くステップＳ２８では、ＰＭＩ変動率ＲＤＰＭＩに応じて図４（ａ）に示すＲＶＰテーブルを検索し、使用中の燃料のリード蒸気圧ＲＶＰを算出する。ＲＶＰテーブルは、変動率ＲＤＰＭＩが増加するほどＲＶＰ値が減少するように設定されている。これは、リード蒸気圧ＲＶＰが低いほど実空燃比がリーン方向にずれるため、変動率ＲＤＰＭＩが増加する傾向を示すからである。
【００３３】
ステップＳ２９では、リード蒸気圧ＲＶＰに応じて図４（ｂ）に示すＫＲＶＰテーブル及び同図（ｃ）に示すＩＧＲＶＰテーブルを検索し、補正係数ＫＲＶＰ及び補正項ＩＧＲＶＰを算出する。ＫＲＶＰテーブルは、リード蒸気圧ＲＶＰが増加するほど補正係数ＫＲＶＰが減少するように設定されており、ＩＧＲＶＰテーブルは、リード蒸気圧ＲＶＰが増加するほど補正項ＩＧＲＶＰが減少するように設定されている。またいずれのテーブルも、リード蒸気圧ＲＶＰが平均的な値ＲＶＰ０（＝１１ｐｓｉ（ポンド／平方インチ））であるときは、無補正値（ＫＲＶＰ＝１．０，ＩＧＲＶＰ＝０）となるように設定されている。なお、アメリカにおける自動車用ガソリンの規格には、リード蒸気圧ＲＶＰのグレードとして、９ｐｓｉより低いグレード、１１ｐｓｉより低いグレード及び１３ｐｓｉより低いグレードの３つのグレードが規定されており、図４の最大リード蒸気圧ＲＶＰＨは、１３ｐｓｉとする。
【００３４】
続くステップＳ３０では、前記式（３）（４）により補正係数ＫＲＶＰ及び補正項ＩＧＲＶＰの学習値ＫＲＶＰＡＶＥ及びＩＧＲＶＰＡＶＥを算出して、本処理を終了する。
以上にように本実施形態では、ＰＭＩ変動率ＲＤＰＭＩに応じてリード蒸気圧ＲＶＰを検出するようにしたので、第１の実施形態に比べてより精度の高いリード蒸気圧ＲＶＰを得ることができる。また、この値を用いて燃料噴射量及び点火時期を補正することにより、よりきめ細かい補正が可能となる。
【００３５】
本実施形態では、図３のステップＳ２３が図示平均有効圧算出手段に相当し、同図のステップＳ２７及びＳ２８が特性検出手段に相当し、ステップＳ２９が補正手段に相当する。
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では検出したリード蒸気圧ＲＶＰに応じて燃料噴射量及び点火時期をともに補正したが、いずれか一方のみを補正するようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１に記載の発明によれば、検出した筒内圧から図示平均有効圧が算出され、その図示平均有効圧に基づいて燃料の蒸発特性が検出されるので、従来に比べて精度よく燃料の蒸発特性を検出することができる。また暖機運転中における図示平均有効圧の変動率に応じて燃料の蒸発特性が検出されるので、精度の高い蒸発特性を得ることができる。
【００３７】
また請求項２に記載の発明によれば、検出した筒内圧から図示平均有効圧が算出され、その図示平均有効圧に基づいて燃料の蒸発特性が検出され、該検出された蒸発特性に応じて燃料供給量及び点火時期の少なくとも一方が補正されるので、燃料の蒸発特性に適した燃料供給量及び／または点火時期とすることができ、燃料の無駄、排気ガス特性の悪化及び／または機関出力の低下を防止することができる。また暖機運転中における図示平均有効圧の変動率に応じて燃料の蒸発特性が検出されるので、精度の高い蒸発特性を得てよりきめ細かい補正が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】リード蒸気圧の検出及びその検出結果に応じた制御を行う処理のフローチャート（第１の実施形態）である。
【図３】リード蒸気圧の検出及びその検出結果に応じた制御を行う処理のフローチャート（第２の実施形態）である。
【図４】図３の処理で使用するテーブルを示す図である。
【符号の説明】
１  内燃機関
５  電子コントロールユニット（図示平均有効圧算出手段、特性検出手段、補正手段）
６  燃料噴射弁
１１  筒内圧センサ（筒内圧検出手段）
２９  点火プラグ
【図１】
0004243383.tif 000002
【図２】
0004243383.tif 000003
【図３】
0004243383.tif 000004
【図４】
0004243383.tif 000005