CN102667114B - 一种用于内燃发动机的燃料特性判定*** - Google Patents

一种用于内燃发动机的燃料特性判定*** Download PDF

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Abstract

将在燃料喷射正时（InjT）被固定为第一喷射正时（InjT1）的条件下、氮氧化物浓度（燃烧温度）指示最大值时的正时下的燃料喷射压力（Pcr）记录为第一氮氧化物峰值喷射压力（Pcr1）。类似地，在燃料喷射正时（InjT）被固定为第二喷射正时（InjT2）的条件下，记录第二氮氧化物峰值喷射压力（Pcr2）。基于这些氮氧化物峰值喷射压力（Pcr1和Pcr2）判定燃料的十六烷值（CN）和蒸馏特性（T90）。

Description

一种用于内燃发动机的燃料特性判定***
技术领域
本发明涉及一种用于内燃发动机的燃料特性判定***。
背景技术
在例如日本专利申请公报No.2004-340026（JP-A-2004-340026）、日本专利申请公报No.2009-68406（JP-A-2009-68406）和日本专利申请公报No.2004-308440（JP-A-2004-308440）中描述了用于判定内燃发动机中使用的燃料的特性的现有技术。例如，JP-A-2004-340026描述了一种用于压缩点火式柴油发动机的控制方法。在上述现有控制方法中，在预定运转状况下，借助于具有压电元件的激振力检测装置检测由缸内压力引起的发动机激振力。随后，基于激振力和十六烷值之间的修正数据判定对应于检测到的激振力的十六烷值。所述修正数据在相同的运转状况下预先产生。
压缩点火式内燃发动机内的燃烧不仅在很大程度上受上文描述的现有控制方法中判定的十六烷值的影响，而且受诸如燃料的蒸馏特性的蒸发指数的影响。因此，期望同时判定十六烷值和蒸发指数两者。然而，上述现有方法不能够同时判定蒸发指数和十六烷值。此外，在火花点火式内燃发动机的情况下，类似地，期望能够同时判定辛烷值和蒸发指数两者。
发明内容
本发明提供了一种能够同时精确地判定燃料的十六烷值或者辛烷值和蒸发指数的用于压缩点火式或者火花点火式内燃发动机的燃料特性判定***。
本发明的一个方面提供了一种用于压缩点火式内燃发动机的燃料特性判定***。所述燃料特性判定***包括：第一参数改变单元，所述第一参数改变单元构造为改变第一操作参数，所述第一操作参数用于改变供给至所述内燃发动机的燃烧室内的燃料和空气的混合程度；第二参数改变单元，所述第二参数改变单元构造为改变第二操作参数，所述第二操作参数用于改变燃料和空气的混合物的燃烧温度；判定单元，所述判定单元构造为判定在所述第二操作参数被固定的条件下、当所述第一操作参数被改变时所述燃烧温度指示最大值时的正时；第一记录单元，所述第一记录单元构造为将在所述第二操作参数被固定为预定的第一设定值的条件下、所述判定单元判定所述燃烧温度指示最大值时的正时下的所述第一操作参数记录为第一记录值；第二记录单元，所述第二记录单元构造为将在所述第二操作参数被固定为预定的第二设定值的条件下、所述判定单元判定所述燃烧温度指示最大值时的正时下的所述第一操作参数记录为第二记录值；和燃料特性判定单元，所述燃料特性判定单元构造为基于所述第一记录值和所述第二记录值判定所述燃料的十六烷值和蒸发指数。
当燃料的十六烷值和蒸发指数改变时，在用于改变空气-燃料混合物的燃烧温度的第二操作参数（例如，燃料喷射正时）被固定的条件下、当用于改变燃料和空气的混合程度的第一操作参数（例如，燃料喷射压力）改变时，燃烧温度指示最大值时的正时改变。因此，燃烧温度指示最大值时的正时下的第一操作参数的值反映当前使用的燃料的十六烷值和蒸发指数。通过上述燃料特性判定***，将在第二操作参数被设定为至少两个水平中的一个（即第一设定值）的条件下、燃烧温度指示最大值时的正时下的第一操作参数记录为第一记录值，而将在第二操作参数被设定为至少两个水平中的另一个（即第二设定值）的条件下、燃烧温度指示最大值时的正时下的第一操作参数记录为第二记录值。因此，基于上述第一记录值和第二记录值判定燃料特性，所以能够同时地精确地判定燃料的十六烷值和蒸发指数。
此外，在上述燃料特性判定***中，第一操作参数可以是燃料喷射压力，第二操作参数可以是燃料喷射正时，所述判定单元可以包括氮氧化物浓度检测单元，所述氮氧化物浓度检测单元构造为检测流过排气通道的排气中的氮氧化物浓度，其中，所述判定单元可构造为判定排气中的氮氧化物浓度指示最大值时的正时是在固定燃料喷射正时的条件下、当改变燃料喷射压力时燃烧温度指示最大值时的正时，所述第一记录单元可以构造为将在燃料喷射正时被固定为第一设定值的条件下、判定单元判定燃烧温度指示最大值时的正时下的燃料喷射压力记录为第一记录值，而所述第二记录单元可以构造为将在燃料喷射正时被固定为第二设定值的条件下、判定单元判定燃烧温度指示最大值时的正时下的燃料喷射压力记录为第二记录值。
当燃料的十六烷值和蒸发指数改变时，在固定燃料喷射正时的条件下，当改变燃料喷射压力时，氮氧化物浓度指示最大值时的正时改变。因此，氮氧化物浓度指示最大值时的正时下的燃料喷射压力的值反映当前使用的燃料的十六烷值和蒸发指数。通过上述燃料特性判定***，将在燃料喷射正时被设定为至少两个水平中的一个（即第一设定值）的条件下、氮氧化物浓度指示最大值时的正时下的燃料喷射压力记录为第一记录值，而将在燃料喷射正时被设定为至少两个水平中的另一个（即第二设定值）的条件下、氮氧化物浓度指示最大值时的正时下的第一燃料喷射压力记录为第二记录值。因此，基于上述第一记录值和第二记录值判定燃料特性，从而能够同时地精确地判定燃料的十六烷值和蒸发指数。
本发明的另一方面提供了一种用于火花点火式内燃发动机的燃料特性判定***。所述燃料特性判定***包括：第一参数改变单元，所述第一参数改变单元构造为改变第一操作参数，所述第一操作参数用于改变供给至所述内燃发动机的燃烧室内的燃料和空气的混合程度；第二参数改变单元，所述第二参数改变单元构造为改变第二操作参数，所述第二操作参数用于改变燃料和空气的混合物的燃烧温度；判定单元，所述判定单元构造为判定在所述第二操作参数被固定的条件下、当所述第一操作参数被改变时所述燃烧温度指示最大值时的正时；第一记录单元，所述第一记录单元构造为将在所述第二操作参数被固定为预定的第一设定值的条件下、所述判定单元判定所述燃烧温度指示最大值时的正时下的所述第一操作参数记录为第一记录值；第二记录单元，所述第二记录单元构造为将在所述第二操作参数被固定为预定的第二设定值的条件下、所述判定单元判定所述燃烧温度指示最大值时的正时下的所述第一操作参数记录为第二记录值；和燃料特性判定单元，所述燃料特性判定单元构造为基于所述第一记录值和所述第二记录值判定所述燃料的辛烷值和蒸发指数。
当燃料的辛烷值和蒸发指数改变时，在用于改变空气-燃料混合物的燃烧温度的第二操作参数（例如，点火正时）被固定的条件下，当用于改变燃料和空气的混合程度的第一操作参数（例如，燃料喷射压力）改变时，燃烧温度指示最大值时的正时改变。因此，燃烧温度指示最大值时的正时下的第一操作参数的值反映当前使用的燃料的辛烷值和蒸发指数。通过上述燃料特性判定***，将在第二操作参数被设定为至少两个水平中的一个（即第一设定值）的条件下、燃烧温度指示最大值时的正时下的第一操作参数记录为第一记录值，而将在第二操作参数被设定为至少两个水平中的另一个（即第二设定值）的条件下、燃烧温度指示最大值时的正时下的第一操作参数记录为第二记录值。因此，基于上述第一记录值和第二记录值判定燃料特性，从而能够同时地精确地判定燃料的辛烷值和蒸发指数。
此外，在上述燃料特性判定***中，第一操作参数可以是燃料喷射压力，第二操作参数可以是点火正时，所述判定单元可以包括氮氧化物浓度检测单元，所述氮氧化物浓度检测单元构造为检测流过排气通道的排气中的氮氧化物浓度，其中，所述判定单元可构造为判定排气中的氮氧化物浓度指示最大值时的正时是在固定点火正时的条件下、当改变燃料喷射压力时燃烧温度指示最大值时的正时，所述第一记录单元可以构造为将在点火正时被固定为第一设定值的条件下、判定单元判定燃烧温度指示最大值时的正时下的燃料喷射压力记录为第一记录值，而所述第二记录单元可以构造为将在点火正时被固定为第二设定值的条件下、判定单元判定燃烧温度指示最大值时的正时下的燃料喷射压力记录为第二记录值。
当燃料的辛烷值和蒸发指数改变时，在固定点火正时的条件下、当改变燃料喷射压力时，氮氧化物浓度指示最大值时的正时改变。因此，氮氧化物浓度指示最大值时的正时下的燃料喷射压力的值反映当前使用的燃料的辛烷值和蒸发指数。通过上述燃料特性判定***，将在点火正时被设定为至少两个水平中的一个（即第一设定值）的条件下、氮氧化物浓度指示最大值时的正时下的燃料喷射压力记录为第一记录值，而将在点火正时被设定为至少两个水平中的另一个（即第二设定值）的条件下、氮氧化物浓度指示最大值时的正时下的燃料喷射压力记录为第二记录值。因此，基于上述第一记录值和第二记录值判定燃料特性，从而能够同时地精确地判定燃料的辛烷值和蒸发指数。
此处，蒸发指数可以是蒸馏特性或者可以是燃料的运动粘度。
此外，在上述各燃料特性判定***中，第一操作参数可以是燃料喷射压力和发动机冷却剂温度中的任意一个。
通过上述燃料特性判定***，可以适当地设定第一操作参数。
此外，在上述各燃料特性判定***中，第二操作参数可以是燃料喷射正时、点火正时、进气流量和压缩比中的任意一个。
通过上述燃料特性判定***，可以适当地设定第二操作参数。
此外，在上述各燃料特性判定***中，判定单元可以包括氮氧化物浓度检测单元，所述氮氧化物浓度检测单元构造为检测流过排气通道的排气中的氮氧化物浓度，其中，所述判定单元可构造为判定排气中的氮氧化物浓度指示最大值时的正时是在固定第二操作参数的条件下、当改变第一操作参数时燃烧温度指示最大值时的正时。
通过上述燃料特性判定***，能够基于与燃烧温度相关联的氮氧化物浓度判定燃烧温度指示最大值时的正时。
附图说明
下文将参照附图描述本发明的特征、优点和技术及工业意义，其中附图中相同的数字符号指示相同的元件，并且其中：
图1是用于图示根据本发明的第一实施方式的***构造的视图；
图2是示出了燃烧温度和过量空气系数λ之间的关系的曲线图；
图3是示出了针对每个燃料特性的氮氧化物浓度和燃料喷射压力Pcr之间的关系的曲线图；
图4是示出了燃烧温度和燃料喷射正时之间的关系的曲线图；
图5A和图5B是用于比较两个水平的燃料喷射正时下的氮氧化物浓度和燃料喷射压力之间的关系的曲线图；
图6的曲线图示出了第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2之间的关系、并且示出了限定十六烷值CN和蒸馏特性T90的判断标准信息的趋势；
图7是本发明的第一实施方式中执行的程序的流程图；
图8A和图8B的表格示出了图7所示程序中所参照的映射的示例；
图9是用于图示根据本发明的第二实施方式的***构造的视图；
图10A和图10B是用于比较两个水平的点火正时下的氮氧化物浓度和燃料喷射压力之间的关系的曲线图；
图11的曲线图示出了第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2之间的关系、并且示出了限定辛烷值和蒸馏特性T90的判断标准信息的趋势；和
图12是本发明的第二实施方式中执行的程序的流程图。
具体实施方式
将参照图1至图8B描述本发明的第一实施方式。首先，将描述***构造。图1是用于图示根据本发明的第一实施方式的***构造的视图。图1中示出的***包括内燃发动机10。内燃发动机10是四冲程柴油发动机（压缩点火式内燃发动机）。内燃发动机10的每个气缸均设置有燃料喷射阀12。每个燃料喷射阀12均将燃料直接喷射至对应的其中一个气缸内。每个气缸的燃料喷射阀12均被连接至共用的共轨14。燃料箱（未示出）中的燃料由输送泵16加压达到预定燃料压力，并且储存在共轨14中。随后，将储存的燃料从共轨14供给至每个燃料喷射阀12。通过这种包括共轨14的燃料喷射***，可以改变燃料喷射压力和燃料喷射正时。
内燃发动机10的进气通道18的入口附近设置有空气滤清器20。通过空气滤清器20的空气由涡轮增压器22的压缩机压缩，随后由中冷器24冷却。通过中冷器24的进气由进气歧管26分配至各气缸的进气口。
中冷器24和进气歧管26之间设置有进气节气门28。此外，在空气滤清器20的下游附近设置有空气流量计30。空气流量计30检测进气流量。此外，在进气节气门28的下游设置有进气压力传感器32。进气压力传感器32检测进气压力（增压压力）。
内燃发动机10的排气通道34借助于排气歧管36分叉，并且被连接至各气缸的排气口。此外，排气通道34中设置有涡轮增压器22的涡轮。在排气通道34中在涡轮增压器22的下游设置有排气排放控制装置38。排气排放控制装置38用于净化排气。此外，在排气通道34中在排气排放控制装置38的上游部分处设置有氮氧化物浓度传感器40。氮氧化物浓度传感器40检测流过该部分的排气中氮氧化物浓度。
此外，图1中示出的***包括可变进气门机构42，其能够改变每个气缸的进气门（未示出）的气门开度特性。更具体地，此处，可变进气门机构42具有如下功能：通过使用液压压力或马达来改变每个进气凸轮（未示出）的相位能够改变每个进气门的打开和关闭正时。此外，可变进气门机构42包括用于检测进气凸轮轴的旋转位置（提前量）的进气凸轮角度传感器44。
此外，根据本实施方式的***包括电子控制单元（ECU）50。除了上文描述的传感器以外，ECU 50还连接到用于检测内燃发动机10的操作状态的各种传感器。所述各种传感器例如包括用于检测曲轴的旋转角度（曲柄角）及转速（发动机转速）的曲柄角度传感器52和用于检测发动机冷却剂温度的冷却剂温度传感器54。此外，除了上文描述的各种致动器以外，ECU 50还连接到用于控制内燃发动机10的操作状态的各种致动器。基于这些传感器信号和信息，ECU 50根据预定程式驱动致动器，由此控制内燃发动机10的操作状态。
接下来，将描述根据第一实施方式的燃料特性判定方法。在内燃发动机中，燃料特性在很大程度上影响燃烧和催化剂。此外，当合成燃料、生物燃料等的使用增大时，所使用的燃料的十六烷值和蒸馏特性（蒸发指数，其指示燃料的可挥发性）处于很宽的范围内。结果，精确地判定燃料的特性日益重要。随后，在本实施方式中，将描述同时判定燃料的蒸馏特性和十六烷值的方法，该方法利用了如下事实：在压缩点火式内燃发动机内进行预混合燃烧时，燃料的蒸发和燃烧容易受燃料的蒸馏特性和十六烷值的影响。
图2是示出了燃烧温度和过量空气系数λ之间的关系的曲线图。如图2中示出的，燃烧时，燃烧温度随燃料和空气的混合程度（过量空气系数λ）改变。更具体地，当过量空气系数λ接近于1时，燃烧温度最高，而当过量空气系数λ从1增大或减小时，燃烧温度减小。
图3是示出了针对每个燃料特性的氮氧化物浓度和燃料喷射压力Pcr之间的关系的曲线图。从内燃发动机10的气缸排出的排气中的氮氧化物浓度（氮氧化物排放量）在很大程度上受燃烧温度的影响。当燃料喷射压力（下文称为“喷射压力”）Pcr增大时，增进了喷射燃料的雾化，所以便利了燃料和空气的混合。结果，燃烧温度增大，并且氮氧化物浓度增大。在压缩点火式内燃发动机10中，喷射至每个气缸内的燃料在与空气混合的同时烧燃。因此，当局部考虑喷射至每个气缸内的空气和燃料的混合物时，气缸中存在指示各种过量空气系数λ的多个部分，这些部分的范围从具有相当高的过量空气系数λ（相当稀薄的空气-燃料混合物）的部分变动至具有相当低的过量空气系数λ（相当浓的空气-燃料混合物）的部分。
当气缸中的过量空气系数λ接近于1的各部分的百分比最高时，燃烧温度最高。在此情况下，氮氧化物浓度也最高。当喷射压力Pcr从氮氧化物浓度最高处的值进一步增大时，过量空气系数λ高于1（空气-燃料混合物稀薄）的各部分的百分比增大。结果，燃烧温度减小，并且氮氧化物浓度减少。因此，如图3中所示，氮氧化物浓度相对于喷射压力Pcr的变化具有峰值（最大值）。
此外，取决于燃料特性（蒸馏特性和十六烷值），氮氧化物浓度（燃烧温度）和喷射压力Pcr之间的关系改变。更具体地，当燃料的十六烷值CN高时，改进了燃料的可点燃性，所以减少了点火延时。点火延时的减少意味着在喷射燃料的点火开始以前燃料和空气相互混合所持续的时间段减少。因此，为了使每个气缸中的稀薄部分的百分比增大至氮氧化物浓度（燃烧温度）减小的程度，需要进一步提高的喷射压力Pcr。因此，如图3中示出的，具有更高十六烷值CN的燃料在氮氧化物浓度（燃烧温度）指示峰值时具有更高的喷射压力Pcr。此外，当燃料的蒸馏特性高时，改进了燃料的雾化，所以便利了燃料和空气的混合。因此，即使当喷射压力Pcr低时，也能够获得有利的燃烧，并且燃烧温度增大。因此，如图3中示出的，具有更高蒸馏特性（T90（90%蒸馏温度）低）的燃料在氮氧化物浓度（燃烧温度）指示峰值时具有更低的喷射压力Pcr。
如图3中示出的，当喷射燃料的特性改变时，即使喷射压力Pcr是相同值，每个气缸中的局部过量空气系数λ也会改变，所以，基本上，燃烧温度会改变，并且氮氧化物浓度也会改变。顺便提及，相对于十六烷值CN为50和T90为350°C的燃料（对应于图3中的细实线指示的波形）而言，通过由图3a中的粗实线指示的波形（CN=40，T90=350°C）和由虚线指示的波形（CN=50，T90=300°C）之间的比较显而易见，即使当燃料仅具有低十六烷值CN时、或者即使当燃料仅具有低T90（轻质燃料）时，也存在如下情况：因为过量空气系数λ稀薄的各部分的百分比增大，故而氮氧化物浓度指示峰值时的喷射压力Pcr变为相同值。因此，即使获取了一个氮氧化物浓度指示峰值时的喷射压力Pcr，也可能难以同时精确地判定十六烷值和蒸馏特性。
图4是示出了燃烧温度和燃料喷射正时之间的关系的视图。如图4中示出的，当燃料喷射正时（下文称为“喷射正时”）相对于压缩上止点（TDC）稍微提前时，燃烧温度最高，而随着点火正时进一步提前或延迟时，燃烧温度减小。通过此方式，当喷射正时改变时，可以改变燃烧温度。
图5A和图5B是用于比较在两个水平的燃料喷射正时下氮氧化物浓度和燃料喷射压力之间的关系的曲线图。更具体地，图5A是当喷射正时InjT为第一喷射正时InjT1（=10°CA BTDC，即上止点前10度）时的曲线图，而图5B是当点火正时InjT为相对于第一点火正时InjT1提前的第二点火正时InjT2（=20°CA BTDC，即上止点前20度）时的曲线图。此外，此处，在第一喷射正时InjT1下氮氧化物浓度指示峰值时的喷射压力Pcr被限定为氮氧化物峰值喷射压力Pcr1，而在第二喷射正时InjT2下氮氧化物浓度指示峰值时的喷射压力Pcr被限定为氮氧化物峰值喷射压力Pcr2。
如图5A和图5B中示出的，当喷射正时InjT改变时，具有不同特性的各燃料的峰值喷射压力Pcr1a和Pcr2a等改变。此外，当喷射正时InjT改变时，具有不同特性的燃料之间，氮氧化物峰值喷射压力Pcr1、Pcr2等中的相对差值改变（例如，相对于Pcr1b和Pcr1c之间相对差值，Pcr2b和Pcr2c之间的相对差值改变）。因此，通过获取两个水平的喷射正时InjT1和InjT2下的两个氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和Pcr2，能够在分离十六烷值和蒸馏特性对氮氧化物峰值喷射压力Pcr1等的变化的影响的同时，精确地判定十六烷值和蒸馏特性两者。
图6的曲线图示出了第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2之间的关系、并且示出了限定十六烷值CN和蒸馏特性T90的判断标准信息的趋势。当结合图5A和图5B中示出的关系并且用横坐标轴表示第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1而用纵坐标轴表示第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2时，可以获得图6中示出的关系。在图6中示出的判断标准信息中，在固定第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2的状态下，随着第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1增大，十六烷值CN增大，而T90的蒸馏温度减小。此外，在固定第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1的状态下，随着第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2增大，十六烷值CN减小，而T90的蒸馏温度增大。
在本实施方式中，图6中示出的信息，即，限定十六烷值CN和蒸馏特性T90的判断标准信息相对于第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2之间的关系形成映射，并且被预先存储在ECU 50中。随后，在实际的机器中，第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2每个均在两个预定喷射正时下进行计算，随后通过查询上述判断标准信息同时判定（检测）当前使用的燃料的十六烷值和蒸馏特性。
图7是示出了第一实施方式中为了实现上述功能而由ECU 50执行的程序的流程图。在图7中示出的程序中，首先，检测当前的发动机运转状况（例如，发动机转速，燃料喷射率和发动机冷却剂温度）（步骤100）。随后，将喷射正时InjT设定为第一喷射正时InjT1，并且将喷射压力Pcr设定为预定基准压力PcrB（步骤102）。
随后，检测在步骤102中设定的条件下来自气缸的氮氧化物浓度，并将其存储为NOx1（步骤104）。之后，喷射压力（共轨压力）Pcr从当前喷射压力Pcr（第一次的基准压力PcrB）增大预定量α（步骤106）。
随后，判定在步骤106中增大的喷射压力Pcr下的氮氧化物浓度是否低于在步骤104中存储的值NOx1（步骤108）。结果，当该判定为否定时，重复地执行步骤104和106的处理，直至该判定为肯定。
另一方面，当在步骤108中的判定为肯定时，即，当在将喷射正时InjT固定为第一喷射正时InjT1的条件下改变喷射压力Pcr时判定已经出现氮氧化物浓度指示峰值（最大值）的正时时，将当前喷射压力Pcr记录为第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1（步骤110）。
随后，将喷射正时InjT设定为相对于第一喷射正时InjT1提前的第二喷射正时InjT2，并且将喷射压力Pcr设定为预定基准压力PcrB（步骤112）。
随后，检测在步骤112中设定的条件下来自气缸的氮氧化物浓度，并且将其存储为NOx2（步骤114）。之后，喷射压力（共轨压力）Pcr从当前喷射压力Pcr（第一次的基准压力PcrB）增大预定量α（步骤116）。
随后，判定在步骤116中增大的喷射压力Pcr下氮氧化物浓度是否低于在步骤114中存储的值NOx2（步骤118）。结果，当该判定为否时定，重复地执行步骤114和116的处理，直至该判定为肯定。
另一方面，当该判定在步骤118中为肯定时，即，当在喷射正时InjT固定为第二喷射正时InjT2的条件下改变喷射压力Pcr时判定已经出现氮氧化物浓度指示峰值（最大值）的正时时，将当前喷射压力Pcr记录为第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2（步骤120）。
之后，基于由此记录的第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2来计算当前使用的燃料的蒸馏特性（T90）和十六烷值CN（步骤122）。ECU 50将以氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和Pcr2之间的关系来限定T90和十六烷值CN的映射存储为用于判定燃料特性的判断标准信息。图8A和图8B是这种映射的示例，这些映射反映了图6中示出的关系。即，如图8A中示出的，在固定第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1的状态下，T90随第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2增大而增大，而在固定第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2的状态下，T90随第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1的增大而减小。此外，如图8B中示出的，在固定第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1的状态下，十六烷值CN随第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2的增大而减少，而在固定第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2的状态下，十六烷值CN随第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1的增大而增大。注意，代替图8A和图8B中示出的映射，同样适用的是，将图6中示出的关系限定为预定关系表达式，随后通过查询该关系表达式来计算蒸馏特性（T90）和十六烷值CN。
随后，使在步骤122中计算出的燃料的蒸馏特性（T90）和十六烷值CN反映在发动机控制上（步骤124）。
随着燃料十六烷值和蒸发指数的改变，当在固定燃料喷射正时InjT的条件下改变燃料喷射压力Pcr时，氮氧化物浓度指示最大值时的正时改变。因此，氮氧化物峰值喷射压力Pcr1等反映当前使用的燃料的十六烷值和蒸发指数。通过图7中示出的所述程序，分别在预定的两个水平的喷射正时InjT1和InjT2下计算第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2各者，随后通过查询判断标准信息来判定（检测）当前使用的燃料的十六烷值和蒸馏特性。如上文描述的，即使当燃料仅具有低的十六烷值时、或者即使当燃料（轻质燃料）仅具有低的T90时，也会存在如下情况：因为过量空气系数λ稀薄的各部分的百分比增大，氮氧化物峰值喷射压力Pcr1等变为相同值。因此，当仅获取了一个氮氧化物峰值喷射压力Pcr1等时，可能难以同时判定十六烷值和蒸馏特性。相反，通过根据本实施方式的方法，通过仅执行所述程序的一系列处理一次，就能够同时高度精确地判定十六烷值和蒸馏特性。
当燃料的特性（十六烷值或者蒸馏特性）改变时，燃烧温度指示最大值时的喷射压力Pcr改变。通过上述程序，利用已经设置于内燃发动机10中的氮氧化物浓度传感器40的输出，使得有可能基于与燃烧温度相关联的氮氧化物浓度来判定燃烧温度指示最大值时的正时。
此外，通过上述程序，为了能够同时判定十六烷值和蒸馏特性，将在判定时在两个水平之间改变的操作参数设定为燃料喷射正时，所以能够即时改变燃烧温度。借此，可以减少特性判定所需的时间段，所以特性判定可以以如下方式进行：在内燃发动机10的操作状态不发生大的改变的同时，在两个水平之间改变操作参数。同样根据这一点，能够进行精确的判定。
顺便提及，在上文描述的第一实施方式中，燃料喷射压力Pcr被用作第一操作参数，其改变供给至压缩点火式内燃发动机10的每个燃烧室的燃料和空气的混合程度。然而，根据本发明该方面的第一操作参数不局限于燃料喷射压力；其例如可以是发动机冷却剂温度。
此外，在上文描述的第一实施方式中，燃料喷射正时InjT被用作第二操作参数，其改变空气-燃料混合物的燃烧温度。然而，根据本发明该方面的第二操作参数不局限于燃料喷射正时；其例如可以是进气流量或者压缩比。当进气流量或者压缩比改变时，压缩终点温度改变，并且燃烧温度（和点火延时）改变。注意，例如，可以通过使用可变进气门机构42来改变进气门的关闭正时来改变进气流量。此外，可以通过能够改变压缩比的可变压缩比机构（未示出）来改变压缩比。
此外，在上文描述的第一实施方式中，蒸馏特性（T90）被用作蒸发指数。然而，根据本发明该方面的蒸发指数不局限于蒸馏特性；例如，蒸发指数可以是燃料的运动粘度。当燃料的运动粘度减小时，燃料容易雾化，所以改进了燃料的蒸发。因此，运动粘度可以用作蒸发指数。
此外，在上文描述的第一实施方式中，获取两个水平的喷射正时InjT1和InjT2下的两个氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和Pcr2，随后同时判定十六烷值和蒸馏特性。然而，本发明该方面的理念不局限于上述内容；同样适用的是，获取三个或更多个水平的第一操作参数下的三个或更多个记录值（例如，氮氧化物峰值喷射压力），随后同时判定十六烷值和蒸馏特性。通过增大所使用的水平的数量，能够进一步改进判定精度。
注意，在上文描述的第一实施方式中，ECU 50执行步骤106或者116的处理以实现改变第一操作参数的“第一参数改变单元”的示例。ECU 50执行步骤102或者112的处理以实现改变第二操作参数的“第二参数改变单元”的示例。ECU 50执行步骤108或者118的处理以实现判定燃烧温度指示最大值时的正时的“判定单元”的示例。ECU 50执行步骤110的处理以实现将第一操作参数记录为第一记录值的“第一记录单元”示例。ECU 50执行步骤120的处理以实现将燃烧温度被判定为指示最大值时的正时下的第一操作参数记录为第二记录值的“第二记录单元”的示例。ECU 50执行步骤122的处理以实现判定燃料的十六烷值和蒸发指数的“燃料特性判定单元”的示例。此外，ECU 50执行步骤104或者114的处理以实现检测氮氧化物浓度的“氮氧化物浓度检测单元”的示例。
接下来，将参照图9至图12描述本发明的第二实施方式。图9是用于图示根据本发明的第二实施方式的***构造的视图。注意，在图9中，相同的附图标记指代与图1中示出的部件相类似的部件，故省略或简化其描述。
图9中示出的***包括内燃发动机60。内燃发动机60是四冲程汽油发动机（火花点火式内燃发动机）。内燃发动机60的每个气缸均设置有活塞62。内燃发动机60的每个气缸均在活塞62的顶部部分侧形成有燃烧室64。进气通道66和排气通道68与燃烧室64流体连通。
在进气通道66中在空气流量计30的下游设置有节气门70。节气门70是以电子方式控制的节气门，即使当节气门开度并不必然地线性地对应于加速器操作量时，其也能够控制节气门开度。节气门70附近设置有节气门传感器72。节气门传感器72检测节气门开度。
每个燃烧室64中（每个气缸中）均在内燃发动机60的气缸盖上设置有燃料喷射阀74。每个燃料喷射阀74均用于将燃料直接喷射至对应的其中一个燃烧室64内。高压燃料由燃料泵（未示出）泵送至燃料喷射阀74。此外，火花塞76被组装至内燃发动机60的气缸盖中，并且从对应的其中一个燃烧室64的顶部部分突出至燃烧室64内。
图9中示出的***还包括用于打开和关闭进气门78的可变进气门机构42。此外，在排气通道68中在催化剂80的上游部分处设置有氮氧化物浓度传感器40。
图9中示出的***包括电子控制单元（ECU）90。ECU 90的输入端口连接有用于检测内燃发动机60的操作状态的各种传感器，例如上文描述的传感器。此外，ECU 90的输出端口连接有上文描述的各种致动器。ECU 90基于这些传感器的输出来控制内燃发动机60的操作状态。
接下来，将描述根据第二实施方式的燃料特性判定方法。图10A和图10B是用于比较两个水平的点火正时下的氮氧化物浓度和燃料喷射压力之间的关系的曲线图。更具体地，图10A是当点火正时IgT为第一点火正时IgT1（=20°CA BTDC，即上止点前20度）时的曲线图，而图10B是当点火正时IgT为相对于第一点火正时IgT1延迟的第二点火正时IgT2（=10°CA BTDC，即上止点前10度）时的曲线图。此外，在本实施方式中，将在第一点火正时IgT1下氮氧化物浓度指示峰值时的喷射压力Pcr限定为氮氧化物峰值喷射压力Pcr1，而将在第二点火正时IgT2下氮氧化物浓度指示峰值时的喷射压力Pcr限定为氮氧化物峰值喷射压力Pcr2。
在将辛烷值和蒸馏特性看做是火花点火式内燃发动机60中的燃料特性的情况下，氮氧化物浓度和喷射压力Pcr之间的关系也会根据燃料特性（蒸馏特性和辛烷值）而改变，如图10A和图10B中示出的。更具体地，因为具有更高辛烷值的燃料难以烧燃，所以氮氧化物浓度（燃烧温度）指示峰值时的喷射压力Pcr减小。此外，与燃料被喷射至每个进气口内的类型相比，在燃料直接喷射至每个气缸内的类型的情况下，气缸中燃料和空气的混合倾向于不均匀，并且具有高蒸馏特性（易蒸发的）的燃料允许燃料和空气在气缸中均匀混合。因此，当进行稀薄烧燃操作时，具有更高蒸馏特性（T90（90%蒸馏温度）低）的燃料允许氮氧化物浓度（燃烧温度）指示峰值时的喷射压力Pcr更低。
此外，如图10A和图10B中示出的，当改变点火正时IgT时，在具有不同特性的每一种燃料中，峰值喷射压力Pcr1a和Pcr2a等均改变。此外，当改变点火正时IgT时，具有不同特性的燃料之间的氮氧化物峰值喷射压力Pcr1、Pcr2等的相对差值改变（例如，Pcr2b和Pcr2c之间的相对差值相对于Pcr1b和Pcr1c之间的相对差值改变）。因此，通过获取两个水平的点火正时IgT1和IgT2下的两个氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和Pcr2，能够在分离辛烷值和蒸馏特性对氮氧化物峰值喷射压力Pcr1等的改变的影响的同时，同时精确地判定辛烷值和蒸馏特性两者。
图11的曲线图示出了第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2之间的关系，并且示出了限定辛烷值和蒸馏特性T90的判断标准信息的趋势；并且当结合图10A和图10B中示出的关系并且用横坐标轴表示第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1而用纵坐标轴表示第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2时，可以得到图11中示出的关系。在图11中示出的判断标准信息中，在固定第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2的状态下，当第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1增大时，辛烷值减小，并且T90的蒸馏温度减小。此外，在固定第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1的状态下，当第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2改变时，辛烷值增大，并且T90的蒸馏温度增大。
根据本实施方式的燃料特性判定方法计算图10A和图10B中示出的两个水平的点火正时IgT1和IgT2下的第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2中的每一个，随后通过查询图11中示出的判断标准信息，同时判定（检测）当前使用的燃料的辛烷值和蒸馏特性。
图12是示出了第二实施方式中为了实现上述功能而由ECU 90执行的程序的流程图。注意，在图12中，相同的步骤号指代与图7中示出的第一实施方式中类似的步骤，并且省略或者简化其描述。
在图12中示出的程序中，在检测当前发动机运转状况（步骤100）以后，将点火正时IgT设定为第一点火正时IgT1，并且将喷射压力Pcr设定为预定基准压力PcrB（步骤200）。随后，检测在步骤200中设定的条件下来自气缸的氮氧化物浓度，并且将其存储为NOx1（步骤104），随后喷射压力Pcr从当前喷射压力Pcr（第一次的基准压力PcrB）增大预定量α（步骤202）。
在该程序中，在步骤中110记录了第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1以后，将点火正时IgT设定为相对于第一点火正时IgT1延迟的第二点火正时IgT2，并且将喷射压力Pcr设定为预定基准压力PcrB（步骤204）。之后，检测在步骤204中设定的条件下来自气缸的氮氧化物浓度，并且将其存储为NOx2（步骤114），随后喷射压力Pcr从当前喷射压力Pcr（第一次的基准压力PcrB）增大预定量α（步骤206）。
此外，在该程序中，在步骤120中记录了第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2以后，基于由此记录的第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2计算当前使用的燃料的蒸馏特性（T90）和辛烷值（步骤208）。ECU 90将以氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和Pcr2之间的关系限定的T90和辛烷值的映射存储为用于判定燃料特性的判断标准信息。此处，省略了这些映射的图示；然而，该映射的趋势就是图11中示出的关系的趋势。
通过图12中示出的如此描述的程序，分别在预定的两个水平的点火正时下计算出第一氮氧化物峰值喷射压力Pcr1和第二氮氧化物峰值喷射压力Pcr2中每一个，随后通过查询判断标准信息来判定（检测）当前使用的燃料的辛烷值和蒸馏特性。借此，在把根据本发明该方面的燃料特性判定方法应用于火花点火式内燃发动机60时，通过仅执行所述程序的一系列处理一次，就能够同时高度精确地判定辛烷值和蒸馏特性。
顺便提及，在上文描述的第二实施方式中，燃料喷射压力Pcr被用作第一操作参数，其改变供给至火花点火式内燃发动机60的每个燃烧室64中的燃料和空气的混合程度。然而，应用于火花点火式内燃发动机的根据本发明该方面的第一操作参数也不局限于燃料喷射压力；其例如可以是发动机冷却剂温度。
此外，在上文描述的第二实施方式中，点火正时IgT被用作第二操作参数，其改变空气-燃料混合物的燃烧温度。然而，应用于火花点火式内燃发动机的根据本发明该方面的第二操作参数也不局限于点火正时；其例如可以是进气流量或者压缩比。注意，例如，进气流量可以通过使用可变进气门机构42改变进气门的关闭正时而改变，此外，进气流量可以通过改变节气门70的开度而改变。此外，压缩比可以通过能够改变压缩比的可变压缩比机构而改变。
此外，在上文描述的第二实施方式中，蒸馏特性（T90）被用作蒸发指数。然而，应用于火花点火式内燃发动机的根据本发明该方面的蒸发指数也不局限于蒸馏特性；例如，蒸馏指数可以是燃料的运动粘度。此外，在应用于火花点火式内燃发动机的本发明的该方面中，同样适用的是，获取三个或更多个水平的第一操作参数下的三个或更多个记录值（例如，氮氧化物峰值喷射压力），随后同时判定辛烷值和蒸馏特性。
注意，在上文描述的第二实施方式中，ECU 90执行步骤202或者206的处理以实现改变第一操作参数的“第一参数改变单元”的示例。ECU 90执行步骤200或者204的处理，以实现改变第二操作参数的“第二参数改变单元”的示例。ECU 90执行步骤108或者118的处理以实现判定燃烧温度指示最大值时的正时的“判定单元”的示例。ECU 90执行步骤110的处理以实现将第一操作参数记录为第一记录值的“第一记录单元”的示例。ECU 90执行步骤120的处理以实现将在燃烧温度被判定为指示最大值时的正时下的第一操作参数记录为第二记录值“第二记录单元”的示例。ECU 90执行步骤208的处理以实现判定燃料的辛烷值和蒸发指数的“燃料特性判定单元”的示例。此外，ECU 90执行步骤104或者114的处理以实现检测氮氧化物浓度的“氮氧化物浓度检测单元”的示例。

Claims (16)

1.一种用于压缩点火式内燃发动机的燃料特性判定***，包括：
第一参数改变单元，所述第一参数改变单元构造为改变第一操作参数(Pcr)，所述第一操作参数(Pcr)用于改变供给至所述内燃发动机(10)的燃烧室内的燃料和空气的混合程度；
第二参数改变单元，所述第二参数改变单元构造为改变第二操作参数(InjT)，所述第二操作参数(InjT)用于改变燃料和空气的混合物的燃烧温度；
判定单元，所述判定单元构造为判定在所述第二操作参数(InjT)被固定的条件下、当所述第一操作参数(Pcr)被改变时所述燃烧温度指示最大值时的正时；
第一记录单元，所述第一记录单元构造为将在所述第二操作参数(InjT)被固定为预定的第一设定值(InjT1)的条件下、所述判定单元判定所述燃烧温度指示最大值时的正时下的所述第一操作参数(Pcr)记录为第一记录值(Pcr1)(步骤110)；
第二记录单元，所述第二记录单元构造为将在所述第二操作参数(InjT)被固定为预定的第二设定值(InjT2)的条件下、所述判定单元判定所述燃烧温度指示最大值时的正时下的所述第一操作参数(Pcr)记录为第二记录值(Pcr2)(步骤120)；和
燃料特性判定单元，所述燃料特性判定单元构造为基于所述第一记录值(Pcr1)和所述第二记录值(Pcr2)判定所述燃料的十六烷值(CN)和蒸发指数(步骤122)。
2.如权利要求1所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述第一操作参数是燃料喷射压力(Pcr)和发动机冷却剂温度中的任一个。
3.如权利要求1或2所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述第二操作参数是燃料喷射正时(InjT)、进气流量和压缩比中的任一个。
4.如权利要求1或2所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述判定单元包括氮氧化物浓度检测单元，所述氮氧化物浓度检测单元构造为检测流过排气通道(34)的排气中的氮氧化物浓度，
其中，所述判定单元构造为判定排气中的所述氮氧化物浓度指示最大值时的正时是在所述第二操作参数(InjT)被固定的条件下、当所述第一操作参数(Pcr)被改变时所述燃烧温度指示最大值时的正时。
5.如权利要求1所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述第一操作参数是燃料喷射压力(Pcr)，所述第二操作参数是燃料喷射正时(InjT)，
所述判定单元包括氮氧化物浓度检测单元，所述氮氧化物浓度检测单元构造为检测流过排气通道(34)的排气中的氮氧化物浓度(步骤104)，
所述判定单元构造为判定排气中的所述氮氧化物浓度指示最大值时的正时是在所述燃料喷射正时被固定的条件下、当所述燃料喷射压力被改变时所述燃烧温度指示最大值时的正时，
所述第一记录单元构造为将在所述燃料喷射正时被固定为所述第一设定值(InjT1)的条件下、所述判定单元判定所述燃烧温度指示最大值时的正时下的所述燃料喷射压力记录为所述第一记录值(Pcr1)(步骤110)，并且
所述第二记录单元构造为将在所述燃料喷射正时被固定为所述第二设定值(InjT2)的条件下、所述判定单元判定所述燃烧温度指示最大值时的正时下的所述燃料喷射压力记录为所述第二记录值(Pcr2)(步骤120)。
6.如权利要求1所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述蒸发指数是蒸馏特性(T90)。
7.如权利要求1所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述蒸发指数是所述燃料的运动粘度。
8.如权利要求3所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述判定单元包括氮氧化物浓度检测单元，所述氮氧化物浓度检测单元构造为检测流过排气通道(34)的排气中的氮氧化物浓度，
其中，所述判定单元构造为判定排气中的所述氮氧化物浓度指示最大值时的正时是在所述第二操作参数(InjT)被固定的条件下、当所述第一操作参数(Pcr)被改变时所述燃烧温度指示最大值时的正时。
9.一种用于火花点火式内燃发动机的燃料特性判定***，包括：
第一参数改变单元，所述第一参数改变单元构造为改变第一操作参数(Pcr)，所述第一操作参数(Pcr)用于改变供给至所述内燃发动机(60)的燃烧室(64)内的燃料和空气的混合程度；
第二参数改变单元，所述第二参数改变单元构造为改变第二操作参数(IgT)，所述第二操作参数(IgT)用于改变燃料和空气的混合物的燃烧温度；
判定单元，所述判定单元构造为判定在所述第二操作参数(IgT)被固定的条件下、当所述第一操作参数(Pcr)被改变时所述燃烧温度指示最大值时的正时；
第一记录单元，所述第一记录单元构造为将在所述第二操作参数(IgT)被固定为预定的第一设定值(IgT1)的条件下、所述判定单元判定所述燃烧温度指示最大值时的正时下的所述第一操作参数(Pcr)记录为第一记录值(Pcr1)(步骤110)；
第二记录单元，所述第二记录单元构造为将在所述第二操作参数(IgT)被固定为预定的第二设定值(IgT2)的条件下、所述判定单元判定所述燃烧温度指示最大值时的正时下的所述第一操作参数(Pcr)记录为第二记录值(Pcr2)(步骤120)；和
燃料特性判定单元，所述燃料特性判定单元构造为基于所述第一记录值(Pcr1)和所述第二记录值(Pcr2)判定所述燃料的辛烷值和蒸发指数(步骤208)。
10.如权利要求9所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述第一操作参数(Pcr)是燃料喷射压力和发动机冷却剂温度中的任一个。
11.如权利要求9或10所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述第二操作参数是点火正时(IgT)、进气流量和压缩比中的任一个。
12.如权利要求9或10所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述判定单元包括氮氧化物浓度检测单元，所述氮氧化物浓度检测单元构造为检测流过排气通道(68)的排气中的氮氧化物浓度，
其中，所述判定单元构造为判定排气中的所述氮氧化物浓度指示最大值时的正时是在所述第二操作参数(IgT)被固定的条件下、当所述第一操作参数(Pcr)被改变时所述燃烧温度指示最大值时的正时。
13.如权利要求9所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述第一操作参数(Pcr)是燃料喷射压力，所述第二操作参数(IgT)是点火正时，
所述判定单元包括氮氧化物浓度检测单元，所述氮氧化物浓度检测单元构造为检测流过排气通道(68)的排气中的氮氧化物浓度(步骤104)，
所述判定单元构造为判定排气中的所述氮氧化物浓度指示最大值时的正时是在所述点火正时被固定的条件下、当所述燃料喷射压力被改变时所述燃烧温度指示最大值时的正时，
所述第一记录单元构造为将在所述点火正时被固定为所述第一设定值(IgT1)的条件下、所述判定单元判定所述燃烧温度指示最大值时的正时下的所述燃料喷射压力记录为所述第一记录值(Pcr1)(步骤110)，并且
所述第二记录单元构造为将在所述点火正时被固定为所述第二设定值(IgT2)的条件下、所述判定单元判定所述燃烧温度指示最大值时的正时下的所述燃料喷射压力记录为所述第二记录值(Pcr2)(步骤120)。
14.如权利要求9所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述蒸发指数是蒸馏特性(T90)。
15.如权利要求9所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述蒸发指数是所述燃料的运动粘度。
16.如权利要求11所述的燃料特性判定***，其特征在于
所述判定单元包括氮氧化物浓度检测单元，所述氮氧化物浓度检测单元构造为检测流过排气通道(68)的排气中的氮氧化物浓度，
其中，所述判定单元构造为判定排气中的所述氮氧化物浓度指示最大值时的正时是在所述第二操作参数(IgT)被固定的条件下、当所述第一操作参数(Pcr)被改变时所述燃烧温度指示最大值时的正时。
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