JP4243383B2 - 燃料蒸発特性検出装置及び内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【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
Claims (2)
- 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。 - 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。
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