JP3882323B2 - 燃料性状判定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料性状判定装置、特に機関回転数の変化に基づいて燃料性状を判定する燃料性状判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用の燃料、特に自動車用の燃料は年間の寒暖の差が大きい地域では季節に応じて異なる性状のものが市場に供給されている。すなわち、寒い季節には揮発性の良い軽質燃料が、暑い季節には揮発性を抑えた重質燃料が供給される。また、同じ季節であっても給油場所等によって燃料性状が異なることもある。
その結果、次に述べる様な問題が生じる。例えば、夏に入れた重質燃料が冬まで残っていると、冷間始動時に吸入管の壁温の低さにより壁面に付着する燃料の量が増大して空燃比が大きくなり燃焼が悪化して、排気エミッション、ドライバビリティの悪化を誘発する。
【０００３】
図１１は上記の問題点を説明する図であって、重質燃料で冬に冷間始動したときのエンジン回転数とＡ／Ｆの変化を、軽質燃料で冬に冷間始動した場合と比較したものである。太線で示したのが軽質燃料の場合、細線で示したのが重質燃料の場合である。この様に、Ａ／Ｆで２以上の差がある。
この様な問題に対処するために、始動後のエンジンの回転数の変化を検出して、その変化の様子から燃料性状を判定し、燃料性状に応じて制御パラメータを変更する装置が公知である（特開７−２７０１０号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報の装置では、エンジンの回転数の変化を検出して燃料性状の判定をおこなうので時間がかかり、燃料性状と合っていない場合に燃料性状と合わない制御パラメータで運転される時間が長くなる。その結果、前述した問題、すなわち、燃焼の悪化にともなう、排気エミッション、ドライバビリティの悪化が回避されるまでに時間がかかってしまう。
本発明は、上記問題に鑑み、速やかに燃料性状を判定することのできる燃料性状検出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】
請求項１の発明によれば、機関の点火を検出する点火検出手段と、クランク軸が気筒数の整数倍の予め定めた数で均等分された所定角度位置に達した時に信号を発生する信号発生手段と、上記点火検出手段により点火が検出されてから所定クランク角度後に到来する所定クランク角度範囲をクランク軸が回転通過するのに要する所要時間を上記信号発生手段の発生する信号から計測する所要時間計測手段と、該所要時間計測手段によって計測された所要時間のうち時間的に連続する２つの上記所定クランク角度範囲に対応する所要時間の差を演算する所要時間差演算手段と、該所要時間差演算手段が演算した所要時間差を機関の運転状態に応じて定めた基準値と比較する比較演算手段と、該比較演算手段の比較結果に基づき燃料性状を判定する判定手段と、を具備する燃料性状判定装置が提供される。
また、請求項２の発明によれば、機関の点火を検出する点火検出手段と、クランク軸が気筒数の整数倍の予め定めた数で均等分された所定角度位置に達した時に信号を発生する信号発生手段と、上記点火検出手段により点火が検出されてから所定クランク角度後に到来する所定クランク角度範囲をクランク軸が回転通過するのに要する所要時間を上記信号発生手段の発生する信号から計測する所要時間計測手段と、該所要時間計測手段によって計測された所要時間のうち時間的に連続する２つの上記所定クランク角度範囲に対応する所要時間の差を演算する所要時間差演算手段と、該所要時間差演算手段が演算した所要時間差を機関の回転数に応じて定めた基準値と比較する比較演算手段と、該比較演算手段の比較結果に基づき燃料性状を判定する判定手段と、を具備する燃料性状判定装置が提供される。
【０００６】
この様に構成された燃料性状判定装置では、所要時間計測手段によって計測された所要時間のうち時間的に連続する２つの所定クランク角度範囲に対応する所要時間の差が所要時間差演算手段により演算され、比較演算手段がその差と機関の運転状態または機関の回転数に応じて定めた基準値と比較し、比較結果に基づき判定手段が燃料性状を判定する。
【０００７】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明において、上記所要時間計測手段が上記信号発生手段の発生する信号から計測する所要時間が上記点火検出手段により点火が検出されてから最初に到来する上記所定角度位置から始まる所定クランク角度範囲をクランク軸が回転通過するのに要する所要時間である燃料性状判定装置が提供される。
ここで、点火後に最初に到来する所定角度位置から始まる所定クランク角度範囲をクランク軸が回転通過するのに要する所要時間の差には燃焼の差が出やすく、請求項３の発明では、これに基づいて燃料性状の判定がなされるので、判定精度がよい。
【０００８】
請求項４の発明によれば、請求項１または２の発明において、燃料性状の判定を冷間始動後の所定時間以内に実行する燃料性状判定装置が提供される。
この様に構成せれた燃料性状検出装置では、燃焼の差が出やすい冷間始動後の所定時間以内に判定が行われるので判定の精度がよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の各実施の形態を説明する。
図１が本発明の第１の実施の形態の構成を示す図である。エンジン１００は４気筒エンジンであって、クランクシャフト１１０にはクランク角を計測するためのロータ２００とカムシャフト（図示せず）を駆動するためのクランクタイミングプーリ３００が固定されていて、クランクタイミングプーリ３００はタイミングベルト（図示せず）を介して１／２の回転比でカムシャフト（図示せず）を駆動する。なおクランク軸１１０は矢印のように図中時計周り方向に回転する。
【００１０】
ロータ２００には１０度毎に配置されるように形成された歯が設けられているが、欠歯部Ａがあるので歯の総数は３４個である。欠歯部Ａがおわった後の最初の歯を１とし、そこから反時計周りに見て次の歯を２、以下順番に歯に番号を与える。したがって、欠歯部Ａの手前の歯は３４である。
クランクポジションセンサ４００は電磁ピックアップを備え、ロータ２００の各歯の突起部が通過するときに高い電圧を、基部が通過するときには低い電圧を発生する。
【００１１】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）５００は相互に接続された、入力インターフェイス５１０、中央演算処理装置（ＣＰＵ）５２０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５３０、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）５４０、出力インターフェイス５５０から成るデジタルコンピュータであって、本発明に関しては、クランクポジションセンサ４００からの信号を受けて後述するような演算をおこなう。
【００１２】
図１は欠歯部Ａの次から数えて７番目の歯７の突起部がクランクポジションセンサ４００の中心を通り過ぎるところを示しているが、この時、＃１気筒のピストン（図示せず）が丁度、上死点になるようにされている。欠歯部Ａはこのように上死点位置を特定するためのものである。
【００１３】
図２はロータ２００を拡大した図である。図２には３個の歯毎（歯３４から歯１の間は１個のみ）に区切りの線がつけられている。これらの線は通過時間を計算する各歯の基準位置を示している。各歯１〜歯３４は均等に配置されており各歯間角度（各基準位置間の角度）Ｃ１〜Ｃ１２は等しい。
【００１４】
ここで、点火時期がＢＴＤＣ１０°ＣＡとされていると仮定し、図２の歯６の回転方向後ろ側の縁がクランクポジションセンサ４００の中心を通過した時に点火がおこなわれたものとする。すると、点火後に最初に歯間通過時間が計測されるのはＣ１の範囲である。これは、点火のタイミングを基準に考えれば、点火後１０°ＣＡから４０°ＣＡの間の通過所要時間である。
【００１５】
一方、４気筒エンジンであるから、１８０°ＣＡ毎に点火がおこなわれので、上述の点火の前の点火は歯２４の回転方向後ろ側の縁がクランクポジションセンサ４００の中心を通過した時におこなわれている。したがって、その点火後に最初に歯間通過時間が計測されるのはＣ７の範囲である。これは、点火のタイミングを基準に考えれば、やはり、点火後１０°ＣＡから４０°ＣＡの間の通過所要時間である。
したがって、前回の点火直後のＣ７の通過所要時間と今回の点火直後のＣ１の通過所要時間に差があれば燃焼変動があるものと考えられる。
本実施の形態はこのような考え方に従って燃料性状を判定する。
【００１６】
そこで、各演算時点で直前の所定３０°ＣＡの通過時間をＴ３０-0し、その前の所定３０°ＣＡの通過時間をＴ３０-1以下同様に、直前のものを含めて６個手前の所定３０°ＣＡの通過時間まで、Ｔ３０-2、Ｔ３０-3、Ｔ３０-4、Ｔ３０-5、Ｔ３０-6として更新して読み込む。
図３は以上を説明する図であるが、図３の（ａ）において、現在の演算時点は、歯１２がクランクポジションセンサ４００を通過しているところである。
【００１７】
そうすると、図３の（ｂ）に示されているＴ３０-0、Ｔ３０-1、Ｔ３０-2、Ｔ３０-3、Ｔ３０-4、Ｔ３０-5、Ｔ３０-6には以下の所定３０°ＣＡの通過時間が記憶されている。
Ｔ３０-0：Ｃ１（歯７〜歯１０の間）の通過時間
Ｔ３０-1：Ｃ１２（歯４〜歯７の間）の通過時間
Ｔ３０-2：Ｃ１１（歯１〜歯４の間）の通過時間
Ｔ３０-3：Ｃ１０（歯３４〜歯１の間）の通過時間
Ｔ３０-4：Ｃ９（歯３１〜歯３４の間）の通過時間
Ｔ３０-5：Ｃ８（歯２８〜歯３１の間）の通過時間
Ｔ３０-6：Ｃ７（歯２５〜歯２８の間）の通過時間
【００１８】
点火は歯６の回転方向後ろ側の縁が通過する時、および、歯２４の回転方向後ろ側の縁が通過する時（各気筒のＢＴＤＣ１０°ＣＡに相当）におこなわれている。
したがって、Ｔ３０-0とＴ３０-6は点火した後に始めて計測される３０°ＣＡの通過時間であり、燃焼の状態を反映したものである。
そこで、Ｔ３０-0とＴ３０-6を比較してその差ＤＴＤＣを求め、この差ＤＴＤＣが予め定めた基準値を超えた場合は、良好な燃焼がおこなわれなかったものとして、重質燃料が使われていると判定する。
したがって、この前提として、エンジン１００は軽質燃料である標準燃料が使われた場合に良好な燃焼がおこなわれるようにセッティングされている。
【００１９】
なお、図３の（ｂ）において、Ｔ３０-0、Ｔ３０-1、Ｔ３０-2、Ｔ３０-3、Ｔ３０-4、Ｔ３０-5、Ｔ３０-6が周期的に変動しているがこれはエンジン１００が吸入、圧縮、爆発、排気の行程をおこなうことによってクランクシャフト１１０そのものが均一な速度で回転していないことによる。
上記において、判定の基準値αは回転数に応じて図４に示すように変化する値がＥＣＵ５００のＲＯＭ５４０に記憶されている。
【００２０】
図５が上記の判定を実行するルーチンのフローチャートである。
このルーチンは各３０°ＣＡの計測基準点、すなわち、歯１、歯４、歯７〜歯３４等の図３の（ａ）の図において各Ｃ１〜Ｃ１２を区切っている点、がクランクポジションセンサ４００を通過した時に割り込み実行されるルーチンである。その結果、ルーチンスタート後は必ず最新の３０°ＣＡの通過所要時間を計算することができる。一方、それまでのＴ３０-0は１回前の３０°ＣＡの通過所要時間ということになってしまう。
【００２１】
そこで、ステップ５０２では、Ｔ３０-0をＴ３０-1に、Ｔ３０-1をＴ３０-2に、Ｔ３０-2をＴ３０-3に、Ｔ３０-3をＴ３０-4に、Ｔ３０-4をＴ３０-5に、Ｔ３０-5をＴ３０-6に、更新する。そして、ステップ５０３で最新のＴ３０-0を計算する。
ステップ５０２の前に、ステップ５０１で燃料性状フラグＸＦＱが１、すなわち重質燃料である、という判定が既にされているかの判定がおこなわれるが、これは、燃料性状は頻繁に変わるものではなく、一旦、重質燃料であるという判定をしたら、例えば、エンジンを停止するまでは、その判定を用いるようにするためである。
ステップ５０４は、燃料による差が出やすい領域でのみ判定をおこなうためのもので、エンジン１００を始動してからの経過時間ｔｓが予め定めた値ｔａ、例えば、１０秒、を経過している場合は演算をおこなわないようにする。
次のステップ５０５では、点火直後かどうかの判定をおこない、否定判定された場合は演算をおこなわないようにしてある。これは前述したように点火直後が最も差が出やすいからである。
【００２２】
次のステップ５０６では、最新の点火直後の３０°ＣＡ通過所要時間であるＴ３０-0と、その前の点火直後の３０°ＣＡ通過所要時間であるＴ３０-6との差ＤＴＤＣを演算する。
そして、ステップ５０７ではＤＴＤＣと基準値αを比較演算する。この基準値αは前述したようにその時の回転数に対応した値をマップから読み込む。
【００２３】
ステップ５０７で肯定判定された場合はステップ５０８に進み燃料性状フラグＸＦＱを１にして燃料が重質燃料であることを発信し、否定判定された場合はステップ５０９に進み燃料性状フラグＸＦＱを０にして燃料が軽質燃料であることを発信する。
このエンジン１００は軽質燃料に合わせて各制御の制御パラメータが決定されているので、燃料性状フラグＸＦＱ＝０とされた場合、すなわち軽質燃料と判定された場合は、とくにそれらの制御パラメータを変更することはおこなわない。しかし、燃料性状フラグＸＦＱ＝１とされた場合、すなわち重質燃料と判定された場合は、それらの制御パラメータの変更をおこなう。しかし、本発明のポイントは燃料性状の判定そのものであるので、判定結果にともなうこれらの制御パラメータの変更については説明しない。
【００２４】
次に図６に示すのは、上述した実施の形態の変形例のルーチンのフローチャートである。
上述の実施の形態では、１回基準値を超えただけで重質燃料であると判定され誤判定の可能性があるので、単位時間内に基準値を超えることが再現された場合に重質燃料であると判定するようにしたものである。
【００２５】
図６において、ステップ６０１から６０６は、図５のステップ５０１から５０６と同じであるので説明は省略する。
ステップ６０７におけるＸＤＴＤＣはステップ６０６の肯定判定がすでになされている場合にＯＮにされるフラグである。ステップ６０６の肯定判定が始めての場合はＸＤＴＤＣはＯＮにされていないからステップ６０７では否定判定され、ステップ６０８に進む。ステップ６０８ではＯＮにされていなかったＸＤＴＤＣをＯＮにすると同時に、ＸＤＴＤＣをＯＮにしてからの経過時間を計測するカウンタＣＤＴＤＣをスタートさせ終了する。次の演算でステップ６０６で肯定判定された場合はすでにＸＤＴＤＣがＯＮになっているからステップ６０７では肯定判定されステップ６０９に進んで燃料性状フラグＸＦＱを１にして燃料が重質燃料であることを発信する。
【００２６】
ここで、別のルーチン、例えば、メインルーチン等で、図７に示すように、カウンタＣＤＴＤＣはのカウント値が予め定めた単位時間ｔｂ、例えば１秒、よりも大きくなった場合にはＸＤＴＤＣをＯＦＦにするようにしておく。このようにすることによって単位時間内に基準値を超えることが再現された場合にのみ重質燃料であると判定される。
【００２７】
以上４気筒エンジンの場合について説明してきたが、通過所要時間を計測するクランク角が３０°で演算を実行できるのは、４気筒エンジンの場合は、点火の間隔が１８０°ＣＡであって通過所要時間を計測するクランク角３０°の整数倍になっているからである。
【００２８】
したがって、６気筒で１２０°ＣＡ毎に点火される場合も、通過所要時間を計測するクランク角を３０°として演算を実行することができる。
そこで、第２の実施の形態として６気筒エンジンの場合を説明する。
図８は、第１の実施の形態と同じロータを使った場合の計測を説明する図３と同様な図である。なお、＃１気筒のＴＤＣの位置および点火時期は第１の実施の形態と同じに仮定してある。
この６気筒エンジン用の第２の実施の形態においては、４気筒の場合と同様に、図８の（ｂ）に示されるＴ３０-0が点火直後である時に、１２０°ＣＡ前の３０°ＣＡの通過時間であるＴ３０-04 と比較をして、その差を基準値と比較する。演算の仕方は第１の実施の形態と同じであるので省略する。
【００２９】
次に第３の実施の形態として５気筒エンジンの場合を説明する。
まず、５気筒エンジンの場合は通過所要時間を計測するクランク角を３０°とした場合は演算が実行できないが、その理由を説明する。
５気筒エンジンの場合は点火の間隔は１４４°ＣＡである。そこで、各気筒ＢＴＤＣ１０°ＣＡで点火されるとして、−１０°ＣＡ、１３４°ＣＡ、２７８°ＣＡ、４２２°ＣＡ、５６６°ＣＡで点火されるとする。
ここで、４気筒の場合と同様に、０°ＣＡから３０°ＣＡ毎の位置で各３０°ＣＡ間の通過所要時間を計測すると、各点火後、最初の計測される３０°ＣＡ間の通過所要時間の計測開始までの開始時間は以下の通りである。
【００３０】
−１０°ＣＡの点火後、最初に３０°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは０°ＣＡから３０°ＣＡであり点火から計測開始までの待ち時間は１０°ＣＡである。
１３４°ＣＡの点火後、最初に３０°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは１５０°ＣＡから１８０°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は１６°ＣＡである。
２７８°ＣＡの点火後、最初に３０°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは３００°ＣＡから３３０°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は２２°ＣＡである。
４２２°ＣＡの点火後、最初に３０°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは４５０°ＣＡから４８０°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は２８°ＣＡである。
５６６°ＣＡの点火後、最初に最初に３０°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは５７０°ＣＡから６００°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は１４°ＣＡである。
したがって、各点火後の計測開始までの待ち時間が異なってしまい、これらの値を比較することは条件の異なるものを比較することになり誤差が出てしまう。
【００３１】
そこで、５気筒エンジンの場合は、通過所要時間の計測をおこなうクランク角を、３６０を５の倍数で割った商、例えば、１５で割った商の２４°ＣＡとして、０°ＣＡから、各２４°ＣＡ毎に通過所要時間の計測をおこなうものとする。すると、各点火後、最初の計測される２４°ＣＡ間の通過所要時間の計測開始までの開始時間は以下の通りである。
【００３２】
−１０°ＣＡの点火後、最初に２４°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは０°ＣＡから２４°ＣＡであり点火から計測開始までの待ち時間は１０°ＣＡである。
１３４°ＣＡの点火後、最初に２４°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは１４４°ＣＡから１６８°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は１０°ＣＡである。
２７８°ＣＡの点火後、最初に２４°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは２８８°ＣＡから３１２°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は１０°ＣＡである。
４２２°ＣＡの点火後、最初に２４°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは４３２°ＣＡから４５６°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は１０°ＣＡである。
５６６°ＣＡの点火後、最初に最初に２４°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは５７６°ＣＡから６００°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は１０°ＣＡである。
したがって、各点火後の計測開始までの待ち時間が同じになり、誤差が出ることが防止される。
【００３３】
そこで、この５気筒エンジン用の第３の実施の形態においては、図９に示されるように、クランクシャフト１１０に取り付けるロータ２００には１２°毎に歯を付け、上死点検出用に１個欠歯させて、歯車１から２９までの合計２９個の歯を設ける。ＴＤＣの位置は、欠歯後７個目の歯の後縁としてあり、点火時期は、各気筒のＢＴＤＣ１０°ＣＡとしてある。
そして、歯１から１個おきに、図１０の（ａ）においてＣ１〜Ｃ１５で示される各２４°ＣＡの通過時間を計測する。そして、４気筒の場合と同様に、図１０の（ｂ）に示されるＴ３０-0が点火直後である時に、１４４°ＣＡ前の２４°ＣＡの通過時間であるＴ３０-6と比較をして、その差を基準値と比較する。演算の仕方は第１の実施の形態と同じであるので省略する。
【００３４】
以上、第１の実施の形態において４気筒の場合、第２の実施の形態において、６気筒の場合、第３の実施の形態において５気筒の場合を説明してきたが、前述したように、点火の間隔が通過所要時間を計測するクランク角の整数倍になっているように通過所要時間を計測するクランク角を設定することが重要である。
【００３５】
なお、各実施の形態は、現在の直前の点火の直後の所定クランク角通過所要時間を、１点火前のものと比較しているが、２点火前、あるいは、それ以上の点火前のものと比較することもできる。
これは、例えば、４気筒の場合には、Ｔ３０-6より前のＴ３０-7からＴ３０-12 まで記憶しておいて、Ｔ３０-12 とＴ３０-0を比較することによって可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
各請求項の発明によれば、燃料性状の判定が速やかにおこなわれ、結果的に、燃料性状に制御パラメータが合わせるまでの時間が短縮され、燃料性状に合わない制御パラメータによる燃焼に基づく、排気エミッション、ドライバビリティの悪化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構造を示す図である。
【図２】第１の実施の形態のロータの拡大図である。
【図３】第１の実施の形態（４気筒エンジンの場合）の判定を説明する図である。
【図４】燃料性状を判定する基準値の回転数に対する変化を示す図である。
【図５】第１の実施の形態における燃料性状判定のルーチンのフローチャートである。
【図６】第１の実施の形態の変形例における燃料性状判定のルーチンのフローチャートである。
【図７】図６のルーチン内のカウンタの制御をおこなうルーチンのフローチャートである。
【図８】第２の実施の形態（６気筒エンジンの場合）の判定を説明する図である。
【図９】第３の実施の形態（５気筒エンジンの場合）のロータ拡大図である。
【図１０】第３の実施の形態の判定を説明する図である。
【図１１】燃料性状の差による燃焼の差を説明する図である。
【符号の説明】
１００…エンジン
１１０…クランクシャフト
２００…ロータ
４００…クランクポジションセンサ
５００…ＥＣＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は燃料性状判定装置、特に機関回転数の変化に基づいて燃料性状を判定する燃料性状判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用の燃料、特に自動車用の燃料は年間の寒暖の差が大きい地域では季節に応じて異なる性状のものが市場に供給されている。すなわち、寒い季節には揮発性の良い軽質燃料が、暑い季節には揮発性を抑えた重質燃料が供給される。また、同じ季節であっても給油場所等によって燃料性状が異なることもある。
その結果、次に述べる様な問題が生じる。例えば、夏に入れた重質燃料が冬まで残っていると、冷間始動時に吸入管の壁温の低さにより壁面に付着する燃料の量が増大して空燃比が大きくなり燃焼が悪化して、排気エミッション、ドライバビリティの悪化を誘発する。
【０００３】
図１１は上記の問題点を説明する図であって、重質燃料で冬に冷間始動したときのエンジン回転数とＡ／Ｆの変化を、軽質燃料で冬に冷間始動した場合と比較したものである。太線で示したのが軽質燃料の場合、細線で示したのが重質燃料の場合である。この様に、Ａ／Ｆで２以上の差がある。
この様な問題に対処するために、始動後のエンジンの回転数の変化を検出して、その変化の様子から燃料性状を判定し、燃料性状に応じて制御パラメータを変更する装置が公知である（特開７−２７０１０号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報の装置では、エンジンの回転数の変化を検出して燃料性状の判定をおこなうので時間がかかり、燃料性状と合っていない場合に燃料性状と合わない制御パラメータで運転される時間が長くなる。その結果、前述した問題、すなわち、燃焼の悪化にともなう、排気エミッション、ドライバビリティの悪化が回避されるまでに時間がかかってしまう。
本発明は、上記問題に鑑み、速やかに燃料性状を判定することのできる燃料性状検出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】
請求項１の発明によれば、機関の点火を検出する点火検出手段と、クランク軸が気筒数の整数倍の予め定めた数で均等分された所定角度位置に達した時に信号を発生する信号発生手段と、上記点火検出手段により点火が検出されてから所定クランク角度後に到来する所定クランク角度範囲をクランク軸が回転通過するのに要する所要時間を上記信号発生手段の発生する信号から計測する所要時間計測手段と、該所要時間計測手段によって計測された所要時間のうち時間的に連続する２つの上記所定クランク角度範囲に対応する所要時間の差を演算する所要時間差演算手段と、該所要時間差演算手段が演算した所要時間差を機関の運転状態に応じて定めた基準値と比較する比較演算手段と、該比較演算手段の比較結果に基づき燃料性状を判定する判定手段と、を具備する燃料性状判定装置が提供される。
また、請求項２の発明によれば、機関の点火を検出する点火検出手段と、クランク軸が気筒数の整数倍の予め定めた数で均等分された所定角度位置に達した時に信号を発生する信号発生手段と、上記点火検出手段により点火が検出されてから所定クランク角度後に到来する所定クランク角度範囲をクランク軸が回転通過するのに要する所要時間を上記信号発生手段の発生する信号から計測する所要時間計測手段と、該所要時間計測手段によって計測された所要時間のうち時間的に連続する２つの上記所定クランク角度範囲に対応する所要時間の差を演算する所要時間差演算手段と、該所要時間差演算手段が演算した所要時間差を機関の回転数に応じて定めた基準値と比較する比較演算手段と、該比較演算手段の比較結果に基づき燃料性状を判定する判定手段と、を具備する燃料性状判定装置が提供される。
【０００６】
この様に構成された燃料性状判定装置では、所要時間計測手段によって計測された所要時間のうち時間的に連続する２つの所定クランク角度範囲に対応する所要時間の差が所要時間差演算手段により演算され、比較演算手段がその差と機関の運転状態または機関の回転数に応じて定めた基準値と比較し、比較結果に基づき判定手段が燃料性状を判定する。
【０００７】
請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明において、上記所要時間計測手段が上記信号発生手段の発生する信号から計測する所要時間が上記点火検出手段により点火が検出されてから最初に到来する上記所定角度位置から始まる所定クランク角度範囲をクランク軸が回転通過するのに要する所要時間である燃料性状判定装置が提供される。
ここで、点火後に最初に到来する所定角度位置から始まる所定クランク角度範囲をクランク軸が回転通過するのに要する所要時間の差には燃焼の差が出やすく、請求項３の発明では、これに基づいて燃料性状の判定がなされるので、判定精度がよい。
【０００８】
請求項４の発明によれば、請求項１または２の発明において、燃料性状の判定を冷間始動後の所定時間以内に実行する燃料性状判定装置が提供される。
この様に構成せれた燃料性状検出装置では、燃焼の差が出やすい冷間始動後の所定時間以内に判定が行われるので判定の精度がよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の各実施の形態を説明する。
図１が本発明の第１の実施の形態の構成を示す図である。エンジン１００は４気筒エンジンであって、クランクシャフト１１０にはクランク角を計測するためのロータ２００とカムシャフト（図示せず）を駆動するためのクランクタイミングプーリ３００が固定されていて、クランクタイミングプーリ３００はタイミングベルト（図示せず）を介して１／２の回転比でカムシャフト（図示せず）を駆動する。なおクランク軸１１０は矢印のように図中時計周り方向に回転する。
【００１０】
ロータ２００には１０度毎に配置されるように形成された歯が設けられているが、欠歯部Ａがあるので歯の総数は３４個である。欠歯部Ａがおわった後の最初の歯を１とし、そこから反時計周りに見て次の歯を２、以下順番に歯に番号を与える。したがって、欠歯部Ａの手前の歯は３４である。
クランクポジションセンサ４００は電磁ピックアップを備え、ロータ２００の各歯の突起部が通過するときに高い電圧を、基部が通過するときには低い電圧を発生する。
【００１１】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）５００は相互に接続された、入力インターフェイス５１０、中央演算処理装置（ＣＰＵ）５２０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５３０、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）５４０、出力インターフェイス５５０から成るデジタルコンピュータであって、本発明に関しては、クランクポジションセンサ４００からの信号を受けて後述するような演算をおこなう。
【００１２】
図１は欠歯部Ａの次から数えて７番目の歯７の突起部がクランクポジションセンサ４００の中心を通り過ぎるところを示しているが、この時、＃１気筒のピストン（図示せず）が丁度、上死点になるようにされている。欠歯部Ａはこのように上死点位置を特定するためのものである。
【００１３】
図２はロータ２００を拡大した図である。図２には３個の歯毎（歯３４から歯１の間は１個のみ）に区切りの線がつけられている。これらの線は通過時間を計算する各歯の基準位置を示している。各歯１〜歯３４は均等に配置されており各歯間角度（各基準位置間の角度）Ｃ１〜Ｃ１２は等しい。
【００１４】
ここで、点火時期がＢＴＤＣ１０°ＣＡとされていると仮定し、図２の歯６の回転方向後ろ側の縁がクランクポジションセンサ４００の中心を通過した時に点火がおこなわれたものとする。すると、点火後に最初に歯間通過時間が計測されるのはＣ１の範囲である。これは、点火のタイミングを基準に考えれば、点火後１０°ＣＡから４０°ＣＡの間の通過所要時間である。
【００１５】
一方、４気筒エンジンであるから、１８０°ＣＡ毎に点火がおこなわれので、上述の点火の前の点火は歯２４の回転方向後ろ側の縁がクランクポジションセンサ４００の中心を通過した時におこなわれている。したがって、その点火後に最初に歯間通過時間が計測されるのはＣ７の範囲である。これは、点火のタイミングを基準に考えれば、やはり、点火後１０°ＣＡから４０°ＣＡの間の通過所要時間である。
したがって、前回の点火直後のＣ７の通過所要時間と今回の点火直後のＣ１の通過所要時間に差があれば燃焼変動があるものと考えられる。
本実施の形態はこのような考え方に従って燃料性状を判定する。
【００１６】
そこで、各演算時点で直前の所定３０°ＣＡの通過時間をＴ３０-0し、その前の所定３０°ＣＡの通過時間をＴ３０-1以下同様に、直前のものを含めて６個手前の所定３０°ＣＡの通過時間まで、Ｔ３０-2、Ｔ３０-3、Ｔ３０-4、Ｔ３０-5、Ｔ３０-6として更新して読み込む。
図３は以上を説明する図であるが、図３の（ａ）において、現在の演算時点は、歯１２がクランクポジションセンサ４００を通過しているところである。
【００１７】
そうすると、図３の（ｂ）に示されているＴ３０-0、Ｔ３０-1、Ｔ３０-2、Ｔ３０-3、Ｔ３０-4、Ｔ３０-5、Ｔ３０-6には以下の所定３０°ＣＡの通過時間が記憶されている。
Ｔ３０-0：Ｃ１（歯７〜歯１０の間）の通過時間
Ｔ３０-1：Ｃ１２（歯４〜歯７の間）の通過時間
Ｔ３０-2：Ｃ１１（歯１〜歯４の間）の通過時間
Ｔ３０-3：Ｃ１０（歯３４〜歯１の間）の通過時間
Ｔ３０-4：Ｃ９（歯３１〜歯３４の間）の通過時間
Ｔ３０-5：Ｃ８（歯２８〜歯３１の間）の通過時間
Ｔ３０-6：Ｃ７（歯２５〜歯２８の間）の通過時間
【００１８】
点火は歯６の回転方向後ろ側の縁が通過する時、および、歯２４の回転方向後ろ側の縁が通過する時（各気筒のＢＴＤＣ１０°ＣＡに相当）におこなわれている。
したがって、Ｔ３０-0とＴ３０-6は点火した後に始めて計測される３０°ＣＡの通過時間であり、燃焼の状態を反映したものである。
そこで、Ｔ３０-0とＴ３０-6を比較してその差ＤＴＤＣを求め、この差ＤＴＤＣが予め定めた基準値を超えた場合は、良好な燃焼がおこなわれなかったものとして、重質燃料が使われていると判定する。
したがって、この前提として、エンジン１００は軽質燃料である標準燃料が使われた場合に良好な燃焼がおこなわれるようにセッティングされている。
【００１９】
なお、図３の（ｂ）において、Ｔ３０-0、Ｔ３０-1、Ｔ３０-2、Ｔ３０-3、Ｔ３０-4、Ｔ３０-5、Ｔ３０-6が周期的に変動しているがこれはエンジン１００が吸入、圧縮、爆発、排気の行程をおこなうことによってクランクシャフト１１０そのものが均一な速度で回転していないことによる。
上記において、判定の基準値αは回転数に応じて図４に示すように変化する値がＥＣＵ５００のＲＯＭ５４０に記憶されている。
【００２０】
図５が上記の判定を実行するルーチンのフローチャートである。
このルーチンは各３０°ＣＡの計測基準点、すなわち、歯１、歯４、歯７〜歯３４等の図３の（ａ）の図において各Ｃ１〜Ｃ１２を区切っている点、がクランクポジションセンサ４００を通過した時に割り込み実行されるルーチンである。その結果、ルーチンスタート後は必ず最新の３０°ＣＡの通過所要時間を計算することができる。一方、それまでのＴ３０-0は１回前の３０°ＣＡの通過所要時間ということになってしまう。
【００２１】
そこで、ステップ５０２では、Ｔ３０-0をＴ３０-1に、Ｔ３０-1をＴ３０-2に、Ｔ３０-2をＴ３０-3に、Ｔ３０-3をＴ３０-4に、Ｔ３０-4をＴ３０-5に、Ｔ３０-5をＴ３０-6に、更新する。そして、ステップ５０３で最新のＴ３０-0を計算する。
ステップ５０２の前に、ステップ５０１で燃料性状フラグＸＦＱが１、すなわち重質燃料である、という判定が既にされているかの判定がおこなわれるが、これは、燃料性状は頻繁に変わるものではなく、一旦、重質燃料であるという判定をしたら、例えば、エンジンを停止するまでは、その判定を用いるようにするためである。
ステップ５０４は、燃料による差が出やすい領域でのみ判定をおこなうためのもので、エンジン１００を始動してからの経過時間ｔｓが予め定めた値ｔａ、例えば、１０秒、を経過している場合は演算をおこなわないようにする。
次のステップ５０５では、点火直後かどうかの判定をおこない、否定判定された場合は演算をおこなわないようにしてある。これは前述したように点火直後が最も差が出やすいからである。
【００２２】
次のステップ５０６では、最新の点火直後の３０°ＣＡ通過所要時間であるＴ３０-0と、その前の点火直後の３０°ＣＡ通過所要時間であるＴ３０-6との差ＤＴＤＣを演算する。
そして、ステップ５０７ではＤＴＤＣと基準値αを比較演算する。この基準値αは前述したようにその時の回転数に対応した値をマップから読み込む。
【００２３】
ステップ５０７で肯定判定された場合はステップ５０８に進み燃料性状フラグＸＦＱを１にして燃料が重質燃料であることを発信し、否定判定された場合はステップ５０９に進み燃料性状フラグＸＦＱを０にして燃料が軽質燃料であることを発信する。
このエンジン１００は軽質燃料に合わせて各制御の制御パラメータが決定されているので、燃料性状フラグＸＦＱ＝０とされた場合、すなわち軽質燃料と判定された場合は、とくにそれらの制御パラメータを変更することはおこなわない。しかし、燃料性状フラグＸＦＱ＝１とされた場合、すなわち重質燃料と判定された場合は、それらの制御パラメータの変更をおこなう。しかし、本発明のポイントは燃料性状の判定そのものであるので、判定結果にともなうこれらの制御パラメータの変更については説明しない。
【００２４】
次に図６に示すのは、上述した実施の形態の変形例のルーチンのフローチャートである。
上述の実施の形態では、１回基準値を超えただけで重質燃料であると判定され誤判定の可能性があるので、単位時間内に基準値を超えることが再現された場合に重質燃料であると判定するようにしたものである。
【００２５】
図６において、ステップ６０１から６０６は、図５のステップ５０１から５０６と同じであるので説明は省略する。
ステップ６０７におけるＸＤＴＤＣはステップ６０６の肯定判定がすでになされている場合にＯＮにされるフラグである。ステップ６０６の肯定判定が始めての場合はＸＤＴＤＣはＯＮにされていないからステップ６０７では否定判定され、ステップ６０８に進む。ステップ６０８ではＯＮにされていなかったＸＤＴＤＣをＯＮにすると同時に、ＸＤＴＤＣをＯＮにしてからの経過時間を計測するカウンタＣＤＴＤＣをスタートさせ終了する。次の演算でステップ６０６で肯定判定された場合はすでにＸＤＴＤＣがＯＮになっているからステップ６０７では肯定判定されステップ６０９に進んで燃料性状フラグＸＦＱを１にして燃料が重質燃料であることを発信する。
【００２６】
ここで、別のルーチン、例えば、メインルーチン等で、図７に示すように、カウンタＣＤＴＤＣはのカウント値が予め定めた単位時間ｔｂ、例えば１秒、よりも大きくなった場合にはＸＤＴＤＣをＯＦＦにするようにしておく。このようにすることによって単位時間内に基準値を超えることが再現された場合にのみ重質燃料であると判定される。
【００２７】
以上４気筒エンジンの場合について説明してきたが、通過所要時間を計測するクランク角が３０°で演算を実行できるのは、４気筒エンジンの場合は、点火の間隔が１８０°ＣＡであって通過所要時間を計測するクランク角３０°の整数倍になっているからである。
【００２８】
したがって、６気筒で１２０°ＣＡ毎に点火される場合も、通過所要時間を計測するクランク角を３０°として演算を実行することができる。
そこで、第２の実施の形態として６気筒エンジンの場合を説明する。
図８は、第１の実施の形態と同じロータを使った場合の計測を説明する図３と同様な図である。なお、＃１気筒のＴＤＣの位置および点火時期は第１の実施の形態と同じに仮定してある。
この６気筒エンジン用の第２の実施の形態においては、４気筒の場合と同様に、図８の（ｂ）に示されるＴ３０-0が点火直後である時に、１２０°ＣＡ前の３０°ＣＡの通過時間であるＴ３０-04 と比較をして、その差を基準値と比較する。演算の仕方は第１の実施の形態と同じであるので省略する。
【００２９】
次に第３の実施の形態として５気筒エンジンの場合を説明する。
まず、５気筒エンジンの場合は通過所要時間を計測するクランク角を３０°とした場合は演算が実行できないが、その理由を説明する。
５気筒エンジンの場合は点火の間隔は１４４°ＣＡである。そこで、各気筒ＢＴＤＣ１０°ＣＡで点火されるとして、−１０°ＣＡ、１３４°ＣＡ、２７８°ＣＡ、４２２°ＣＡ、５６６°ＣＡで点火されるとする。
ここで、４気筒の場合と同様に、０°ＣＡから３０°ＣＡ毎の位置で各３０°ＣＡ間の通過所要時間を計測すると、各点火後、最初の計測される３０°ＣＡ間の通過所要時間の計測開始までの開始時間は以下の通りである。
【００３０】
−１０°ＣＡの点火後、最初に３０°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは０°ＣＡから３０°ＣＡであり点火から計測開始までの待ち時間は１０°ＣＡである。
１３４°ＣＡの点火後、最初に３０°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは１５０°ＣＡから１８０°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は１６°ＣＡである。
２７８°ＣＡの点火後、最初に３０°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは３００°ＣＡから３３０°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は２２°ＣＡである。
４２２°ＣＡの点火後、最初に３０°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは４５０°ＣＡから４８０°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は２８°ＣＡである。
５６６°ＣＡの点火後、最初に最初に３０°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは５７０°ＣＡから６００°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は１４°ＣＡである。
したがって、各点火後の計測開始までの待ち時間が異なってしまい、これらの値を比較することは条件の異なるものを比較することになり誤差が出てしまう。
【００３１】
そこで、５気筒エンジンの場合は、通過所要時間の計測をおこなうクランク角を、３６０を５の倍数で割った商、例えば、１５で割った商の２４°ＣＡとして、０°ＣＡから、各２４°ＣＡ毎に通過所要時間の計測をおこなうものとする。すると、各点火後、最初の計測される２４°ＣＡ間の通過所要時間の計測開始までの開始時間は以下の通りである。
【００３２】
−１０°ＣＡの点火後、最初に２４°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは０°ＣＡから２４°ＣＡであり点火から計測開始までの待ち時間は１０°ＣＡである。
１３４°ＣＡの点火後、最初に２４°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは１４４°ＣＡから１６８°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は１０°ＣＡである。
２７８°ＣＡの点火後、最初に２４°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは２８８°ＣＡから３１２°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は１０°ＣＡである。
４２２°ＣＡの点火後、最初に２４°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは４３２°ＣＡから４５６°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は１０°ＣＡである。
５６６°ＣＡの点火後、最初に最初に２４°ＣＡの通過所要時間が計測されるのは５７６°ＣＡから６００°ＣＡの間であり、点火から計測開始までの待ち時間は１０°ＣＡである。
したがって、各点火後の計測開始までの待ち時間が同じになり、誤差が出ることが防止される。
【００３３】
そこで、この５気筒エンジン用の第３の実施の形態においては、図９に示されるように、クランクシャフト１１０に取り付けるロータ２００には１２°毎に歯を付け、上死点検出用に１個欠歯させて、歯車１から２９までの合計２９個の歯を設ける。ＴＤＣの位置は、欠歯後７個目の歯の後縁としてあり、点火時期は、各気筒のＢＴＤＣ１０°ＣＡとしてある。
そして、歯１から１個おきに、図１０の（ａ）においてＣ１〜Ｃ１５で示される各２４°ＣＡの通過時間を計測する。そして、４気筒の場合と同様に、図１０の（ｂ）に示されるＴ３０-0が点火直後である時に、１４４°ＣＡ前の２４°ＣＡの通過時間であるＴ３０-6と比較をして、その差を基準値と比較する。演算の仕方は第１の実施の形態と同じであるので省略する。
【００３４】
以上、第１の実施の形態において４気筒の場合、第２の実施の形態において、６気筒の場合、第３の実施の形態において５気筒の場合を説明してきたが、前述したように、点火の間隔が通過所要時間を計測するクランク角の整数倍になっているように通過所要時間を計測するクランク角を設定することが重要である。
【００３５】
なお、各実施の形態は、現在の直前の点火の直後の所定クランク角通過所要時間を、１点火前のものと比較しているが、２点火前、あるいは、それ以上の点火前のものと比較することもできる。
これは、例えば、４気筒の場合には、Ｔ３０-6より前のＴ３０-7からＴ３０-12 まで記憶しておいて、Ｔ３０-12 とＴ３０-0を比較することによって可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
各請求項の発明によれば、燃料性状の判定が速やかにおこなわれ、結果的に、燃料性状に制御パラメータが合わせるまでの時間が短縮され、燃料性状に合わない制御パラメータによる燃焼に基づく、排気エミッション、ドライバビリティの悪化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構造を示す図である。
【図２】第１の実施の形態のロータの拡大図である。
【図３】第１の実施の形態（４気筒エンジンの場合）の判定を説明する図である。
【図４】燃料性状を判定する基準値の回転数に対する変化を示す図である。
【図５】第１の実施の形態における燃料性状判定のルーチンのフローチャートである。
【図６】第１の実施の形態の変形例における燃料性状判定のルーチンのフローチャートである。
【図７】図６のルーチン内のカウンタの制御をおこなうルーチンのフローチャートである。
【図８】第２の実施の形態（６気筒エンジンの場合）の判定を説明する図である。
【図９】第３の実施の形態（５気筒エンジンの場合）のロータ拡大図である。
【図１０】第３の実施の形態の判定を説明する図である。
【図１１】燃料性状の差による燃焼の差を説明する図である。
【符号の説明】
１００…エンジン
１１０…クランクシャフト
２００…ロータ
４００…クランクポジションセンサ
５００…ＥＣＵ
Claims (4)
- 機関の点火を検出する点火検出手段と、
クランク軸が気筒数の整数倍の予め定めた数で均等分された所定角度位置に達した時に信号を発生する信号発生手段と、
上記点火検出手段により点火が検出されてから所定クランク角度後に到来する所定クランク角度範囲をクランク軸が回転通過するのに要する所要時間を上記信号発生手段の発生する信号から計測する所要時間計測手段と、
該所要時間計測手段によって計測された所要時間のうち時間的に連続する２つの上記所定クランク角度範囲に対応する所要時間の差を演算する所要時間差演算手段と、
該所要時間差演算手段が演算した所要時間差を機関の運転状態に応じて定めた基準値と比較する比較演算手段と、
該比較演算手段の比較結果に基づき燃料性状を判定する判定手段と、
を具備することを特徴とする燃料性状判定装置。 - 機関の点火を検出する点火検出手段と、
クランク軸が気筒数の整数倍の予め定めた数で均等分された所定角度位置に達した時に信号を発生する信号発生手段と、
上記点火検出手段により点火が検出されてから所定クランク角度後に到来する所定クランク角度範囲をクランク軸が回転通過するのに要する所要時間を上記信号発生手段の発生する信号から計測する所要時間計測手段と、
該所要時間計測手段によって計測された所要時間のうち時間的に連続する２つの上記所定クランク角度範囲に対応する所要時間の差を演算する所要時間差演算手段と、
該所要時間差演算手段が演算した所要時間差を機関の回転数に応じて定めた基準値と比較する比較演算手段と、
該比較演算手段の比較結果に基づき燃料性状を判定する判定手段と、
を具備することを特徴とする燃料性状判定装置。 - 上記所要時間計測手段が上記信号発生手段の発生する信号から計測する所要時間が上記点火検出手段により点火が検出されてから最初に到来する上記所定角度位置から始まる所定クランク角度範囲をクランク軸が回転通過するのに要する所要時間であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料性状判定装置。
- 燃料性状の判定を冷間始動後の所定時間以内に実行することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料性状判定装置。
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