JP4139733B2

JP4139733B2 - Diesel engine control method

Info

Publication number: JP4139733B2
Application number: JP2003137556A
Authority: JP
Inventors: 岳志高橋; 啓一朗湯崎
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: JP2004340026A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮により自着火するディーゼル機関の制御方法に関し、特に、燃料のセタン価の変化に対応できるディーゼル機関の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮自着火方式が採用されるディーゼル機関は、火花点火方式のガソリン機関に比べ、着火遅れ期間にばらつきが生じ易く、特に、着火性に影響を与える燃料のセタン価は、市場でばらつきがあるため、使用する燃料によって着火遅れ期間が異なってくる。たとえば高セタン価の燃料を使用した場合は、着火遅れ期間が短くなり、それにより騒音や筒内圧力増加等の現象が生じる。反対に低セタン価の燃料を使用した場合は、図８の上段の筒内圧変化曲線Ｐ2に示す着火遅れ期間Ｓ2となり、この着火遅れ期間Ｓ2は、図７の上段の標準セタン価の基準燃料を使用した場合の筒内圧変化曲線Ｐnに示す着火遅れ期間Ｓnと比べて長くなっており、これにより、失火による白煙や刺激臭の発生が伴うことが多くなり、ディーゼル機関が本来持っている性能を発揮できないばかりか、環境の面でも好ましくなくなる。
【０００３】
このような燃料のセタン価のばらつきに対し、機関に給油された燃料（軽油）の比重、粘度及び屈折率等を測定することによりセタン価を判別し、判別したセタン価に基づいて、最大燃料噴射量等を制御する方法は知られている（特許文献１等）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−１０５０４２号公報。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
燃料タンク内の燃料の比重、屈折率及び粘度等を直接測定する方法では、それら要因を測定するための複雑な測定装置を燃料タンクに装備しなければならず、燃料タンクの構造が複雑化すると共に、コストアップになる。
【０００６】
【発明の目的】
本発明の目的は、コストの易い各種センサー類、または機関既存の各種センサー類を利用し、それらの検出値から間接的にセタン価を判別することにより、セタン価にばらつきのある燃料に対し、低コストで対応できるディーゼル機関を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１〜５に係る発明では、セタン価と相関関係を有する各種変動値を機関運転中に検知し、変動値とセタン価との関係から、検知した変動値に対応するセタン価を判別し、判別したセタン価に応じて機関制御を行なうことを特徴としている。
【０００８】
すなわち、請求項１に係る発明では、所定の運転条件において、圧電素子を有する加振力検知センサーにより筒内圧による機関加振力を検知し、予め同一運転条件で作成した加振力とセタン価との相関データに基づいて、セタン価を判別する。
【０００９】
請求項２に係る発明では、所定の運転条件において、圧電素子を有する加振力検知センサーにより筒内圧による機関加振力の発生時期を検知し、予め同一運転条件で作成した加振力発生時期とセタン価との相関データに基づいて、上記検知した加振力発生時期に対応するセタン価を判別する。
【００１０】
請求項３に係る発明では、所定の運転条件において、回転数センサーにより機関回転数を検知し、該検知した回転数から角加速度を算出し、角加速度が負から正に変化する時期と予め設定した基準時期との間隔を算出し、予め同一運転条件で作成した上記間隔とセタン価との相関データに基づいて、上記算出された間隔に対応するセタン価を判別する。
【００１１】
請求項４に係る発明では、所定の運転条件において、トルクセンサーにより機関の実トルクを検知し、検知した実トルクにおける燃料噴射量と、予め同一運転条件で作成した燃料噴射量とセタン価との相関データに基づいて、上記検知したトルクでの燃料噴射量に対応するセタン価を判別する。
【００１２】
請求項５に係る発明では、所定の運転条件において、ＣＯセンサーにより排気中のＣＯ濃度を検知し、予め同一運転条件で作成したＣＯ濃度とセタン価との相関データに基づいて、上記検知したＣＯ濃度に対応するセタン価を判別する。
【００１３】
請求項６〜１６に係る発明では、前記請求項１〜５に係る発明にしたがって間接的に判別したセタン価に応じて、機関本来の性能を十分に発揮できる燃焼状態となるように、機関の各運転要因を制御する。
【００１４】
すなわち、請求項６に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、燃料噴射時期を制御する。
【００１５】
請求項７に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、燃料噴射圧を制御する。
【００１６】
請求項８に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、燃料噴射回数を制御する。
【００１７】
請求項９に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、複数回行なわれる燃料噴射の噴射間隔を制御する。
【００１８】
請求項１０に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、吸気温度を制御する。
【００１９】
請求項１１に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、アイドル回転数を制御する。
【００２０】
請求項１２に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、吸気弁あるいは排気弁の開閉時期あるいはリフト量を制御する。
【００２１】
請求項１３に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、ＥＧＲ量を制御する。
【００２２】
請求項１４に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、吸気ブースト圧を制御する。
【００２３】
請求項１５に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価に応じて、排気背圧を制御する。
【００２４】
請求項１６に係る発明では、機関制御として、判別したセタン価が設定したセタン価よりも低い場合に、セタン価に応じて最高回転数を制限する。
【００２５】
また、前記のような機関制御に加え、請求項１７に係る発明では、始動性を向上させるために、機関運転中に判別したセタン価を記憶しておき、機関再始動時、アイドル回転に至るまで、上記記憶したセタン価に応じた制御量を用いる。
【００２６】
さらに請求項１８では、請求項１７に加え、機関再始動時、１回目の始動動作が不発の時、２回目以降の始動動作時に、前記記憶しているセタン価を低セタン価側に補正する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
【ディーゼル機関の構造】
[ディーゼル機関の概略]
図１は、本願の各発明が実施できる圧縮自着火式ディーゼル機関の一例を示しており、シリンダ部分並びに吸排気装置及び制御機器の配置を含む概略図である。この図１において、シリンダ１内にはピストン２が嵌合すると共に該ピストン２の頂壁とシリンダ１により燃焼室３が形成されており、燃焼室３の天井面（爆面）１２ａには吸気孔５と排気孔６が開口すると共に燃料噴射ノズル７が配置され、該燃料噴射ノズル７は電子制御式の燃料噴射ポンプ４に接続している。なお、ポンプ一体式の燃料インジェクターを燃料噴射ノズル７及び燃料噴射ポンプ４の代わりに装着する場合もある。吸気孔５と排気孔６にはそれぞれ吸気弁８と排気弁９が配置され、両弁８、９はそれぞれ吸気用可変型動弁装置１０と排気用可変型動弁装置１１に連動連結しており、各弁８，９の弁開及び弁閉時期並びに弁リフト量を変更調節可能となっており、また、弁開閉回数も変更調節可能となっている。
【００２８】
機関周辺機器として、エンジンコントローラ１５を備えると共に、可変翼型タービン過給機１６、インタークーラ１７及びＥＧＲ（排気ガス再循環）装置１８を備えている。前記吸気孔５は吸気通路２０、インタークーラ１７、吸気管２１、過給機１６のコンプレッサ部１６ａ、吸気管２２を介して外気に連通し、排気孔６は排気通路２５、過給機１６の可変翼型タービン部１６ｂ及び排気管２６等を介して外気に連通している。排気通路２５と吸気通路２０との間をＥＧＲ装置１８のＥＧＲ管２８が連通しており、該ＥＧＲ管２８には開度調節可能なＥＧＲ弁３０が設けられている。排気通路２５には、排気流通断面積を調節することにより排気の背圧を調節する背圧調節機構２７が配置されている。
【００２９】
エンジンコントローラ１５には、ＣＰＵ及び各種記憶装置と共に、噴射装置ＥＣＵ（噴射装置電子制御ユニット）３１と動弁装置ＥＣＵ（動弁装置制御ユニット）３２が含まれている。エンジンコントローラ１５の出力部には、制御対象として、燃料噴射ポンプ４、燃料噴射ノズル７、可変型動弁装置１０，１１、インタークーラ１７、ガバナー１９、ＥＧＲ弁３０が接続している。
【００３０】
燃料噴射ポンプ４、燃料噴射ノズル７及びガバナー１９では、噴射装置ＥＣＵ３１によって燃料噴射量、噴射開始時期、噴射回数及びアイドル回転数等が制御されるようになっている。
【００３１】
動弁装置１０，１１では、上記動弁装置ＥＣＵ３２により、吸、排気弁８，９の各弁開閉時期、弁開閉回数及びリフト量等が制御されるようになっている。排気用可変型動弁装置１１では、排気弁９の再啓開の弁閉時期も制御されるようになっている。
【００３２】
ＥＧＲ弁３０では、エンジンコントローラ１５により開度が調節されることにより、ＥＧＲ量が制御されるようになっている。
【００３３】
過給機１６の可変翼型タービン部１６ｂでは、エンジンコントローラ１５により、吸気ブースト圧が制御されるようになっている。
【００３４】
インタークーラ１７では、エンジンコントローラ１５により、吸気温度が制御されるようになっている。吸気温度制御手段として、上記インタークーラ１７の他に、吸気ヒータ又はグロープラグ等を採用することもできる。
【００３５】
[セタン価判別のためのセンサー類]
図１のようなディーゼル機関の各所には、機関運転時の各種変動値を検知するためのセンサー類が配設されているが、本願の各発明に関連するものとして次のようなセンサー類が配置され、エンジンコントローラ１５の入力部に接続している。勿論、下記センサー類は、説明の便宜上、図１では１つのディーゼル機関に総て装備しているように記載したものであり、必ずしも１つの機関に総てが備えられものではない。
【００３６】
シリンダヘッド１２には、筒内圧力の変動による機関加振力を検知するために、圧電素子（具体的にはピエゾ素子）を内蔵した加振力センサー４１が設置され、クランク軸４２又はクランク軸４２に固定されたギヤ４３には機関回転数を検知するために回転数センサー４５が設置され、クランク軸４２の軸方向端部には機関実トルクを検知するためにトルクセンサー４７が設置されている。排気管２６（又は排気通路２５）には排気中のＣＯ濃度を検知するためにＣＯセンサー４８が配置されている。
【００３７】
【セタン価判別方法】
[セタン価判別方法１]
加振力の変化（大きさ）によりセタン価を判別する方法であり、図２に示すような圧電素子（ピエゾ素子）を内蔵した加振力センサー４１を利用する。図２はシリンダ上端部の拡大縦断面図であり、燃焼室３に面するシリンダヘッド１２の爆面１２ａにセンサー取付孔５０が形成され、該取付孔５０に加振力センサー４１が嵌着されている。加振力センサー４１は燃焼室３に露出した状態となっている。
【００３８】
燃料セタン価の高低により、筒内圧力の上昇する変化率、いわゆる圧力上昇率は変化するが、この圧力上昇率と機関の加振力とは一定の相関関係を有することにより、加振力とセタン価も一定の相関関係を有する。図３はセタン価と加振力との相関関係の一例を示しており、該実施形態のディーゼル機関では、所定の運転条件において、セタン価が低い場合は加振力は小さく、セタン価が高くなるに従い加振力は増加し、標準セタン価（たとえば５０〜５５の間の値）Ｍnより大きくなると、加振力は急激に高くなる関係にある。この図３のようなセタン価と加振力との相関データを、安定した所定の運転条件（たとえばアイドル回転時または定格運転時等）において作成し、予め図２のエンジンコントローラ１５の記憶装置に記憶させておく。
【００３９】
燃料供給後、運転を開始した際、上記所定の運転条件と同一の運転条件において、筒内の爆発によって生じる図２のシリンダヘッド１２の加振力を加振力センサー４１により検知し、エンジンコントローラ１５に入力する。そして、記憶装置に記憶された同一運転条件の加振力とセタン価との相関データに基づいて、検知した加振力に対応するセタン価を判別する。たとえば、図３において、検知した加振力が基準加振力Ｆnより大きいＦ1とすれば、対応するセタン価は、標準セタン価Ｍnより高いＭ1と判別される。また、検知した加振力が基準加振力Ｆnより小さいＦ2であるとすれば、対応するセタン価は、標準セタン価Ｍnより低いＭ2と判別される。
【００４０】
[セタン価判別方法２]
上記判別方法１と同様に、図１及び図２の加振力センサー４１を利用してセタン価を判別する方法であるが、加振力の大きさではなく、加振力発生時期によりセタン価を判別する。
【００４１】
前述のようにセタン価と着火遅れ期間とは相関関係があり、図８の上段に示す着火遅れ期間Ｓ2のように、セタン価が低いと図７の基準燃料における着火遅れ期間Ｓnより長くなる傾向にあるが、着火遅れ時期と加振力発生時期も一定の相関関係を有している。したがって、セタン価と加振力発生時期も一定の相関関係を有することになり、図４はその一例を示している。この図４において、横軸に時間をとっており、Ｆn,Ｆ1,Ｆ2は、それぞれ標準セタン価、高セタン価及び低セタン価の場合の加振力であり、Ｒn,Ｒ1,Ｒ2は、それぞれ上記加振力Ｆn,Ｆ1,Ｆ2の発生（開始）時期となる。最上段に示すパルスは、加振力の発生時期を計測する基準となる基準パルスであり、たとば圧縮行程後期における任意の時期を基準位置（基準時刻）Ｒ0として設定してある。
【００４２】
所定の運転条件において、上記基準位置Ｒ0と標準セタン価時の加振力発生時期Ｒnとの間隔（期間）Ｓnを予め計算あるいは実測により算出し、セタン価との相関データとして図１のエンジンコントローラ１５の記憶装置に記憶させておく。
【００４３】
燃料供給後、運転開始した際、上記所定の運転条件と同一運転条件において、図２の筒内の爆発によって生じるシリンダヘッド１２の加振力を、加振力センサー４１により検知してエンジンコントローラ１５に入力し、記憶装置に記憶された加振力発生時期とセタン価との相関データに基づいて、検知した加振力の発生時期に対応するセタン価を判別する。たとえば、図４の３段目のグラフのように、検知した加振力発生時期がＲ1とすれば、該発生時期Ｒ1と基準位置Ｒ0の間隔（時間）Ｓ1は、前記基準間隔Ｓnよりも短く、したがってセタン価は、標準セタン価より高い値となる。一方、検知した加振力の発生時期が最下段のグラフのようにＲ2とすれば、基準位置Ｒ0との間隔（時間）Ｓ2は、前記基準間隔Ｓnよりも長く、セタン価は標準セタン価より低い値となる。
【００４４】
[セタン価判別方法３]
図１の回転数センサー４５により検知する機関回転数の変化を利用してセタン価を判別する方法であり、機関回転数変化から角加速度の変化を算出し、角加速度が負から正に変化する時点と基準時点（位置）との間隔によりセタン価を判別する。
【００４５】
図５は機関回転数をマクロ的に見た図であり、機関回転数はアイドル回転時あるいは定格回転時等のようにマクロ的に略一定回転数を維持している場合でも、吸入、圧縮、膨張及び排気の行程にしたがって、小さな振幅ではあるが周期的な変動を繰り返している。すなわち、圧縮された高温、高圧の筒内へ噴射された燃料は、ある時間を経て自着火し、燃焼を開始し、この燃焼、いわゆる爆発力により、ミクロ的には、図６の２段目に実線の曲線で示すように、膨張行程において機関回転数は増加する。一方、燃料が噴射され、着火燃焼するまでは、吸入した空気を圧縮するための負の仕事が必要である。この負の仕事を行なう圧縮行程では機関回転数は減少する。したがって、圧縮行程から膨張行程に移る際には機関回転数が減速から加速状態に変化するが、この変化位置Ｑnは、３段目に実線の曲線で示すように、クランク軸の角加速度が負から正に変化する位置となる。
【００４６】
図６の最上段のグラフは基準パルスであり、圧縮行程における任意の時期を基準位置（基準時刻）Ｑ0として設定している。
【００４７】
図６の２段目及び３段目に実線で示すグラフは、標準セタン価の基準燃料を使用した場合の機関回転数及び角加速度の変化を示しており、標準セタン価燃料使用時における前記変化位置Ｑnと前記基準位置Ｑ0との期間を基準期間Ｘnとし、この基準期間Ｘnと、実際に検知した機関回転数から算出した角加速度の変化点との期間を比較して、セタン価を判別する。
【００４８】
該実施形態のディーゼル機関では、セタン価が高くなるに従い着火遅れ期間が短くなり、図６の基準位置Ｑ0と角加速度が負から正に変化する変化点との期間が短くなる。一方、セタン価が低くなるに従い、着火遅れ期間が長くなり、前記基準位置Ｑ0と角加速度が負から正に変化する変化点との期間が長くなるという相関関係がある。セタン価と、上記基準位置Ｑ0と角加速度が負から正に変化する変化点との期間の相関データを作成し、予め図１のエンジンコントローラ１５の記憶装置に記憶させておく。
【００４９】
燃料供給後、運転開始した際、所定の運転条件において、図１の回転数センサー４５により検知した機関回転数をエンジンコントローラ１５に入力し、この機関回転数の増減から角加速度を算出し、角加速度が負から正に変化する変化点と基準位置Ｒ0との期間を演算し、これと基準期間Ｘnとを比較して、セタン価を判別する。
【００５０】
たとえば機関回転数が２段目の破線で示すような変化をしている場合には、位置Ｑ2において３段目の角加速度が負から正になっており、位置Ｑ2と基準位置Ｑ0との期間Ｘ2は基準期間Ｘnよりも長くなっている。これにより標準セタン価よりも低いセタン価が判別される。
【００５１】
[セタン価判別方法４]
図１のトルクセンサー４７で検知される実トルクを利用して、セタン価を判別する方法であり、所定の運転条件において、トルクセンサーにより機関の実トルクを検知し、検知した実トルクにおける燃料噴射量と、予め同一運転条件で作成した燃料噴射量とセタン価との相関データに基づいて、上記検知したトルクでの燃料噴射量に対応するセタン価を判別する。つまり、セタン価の高低により、着火遅れ期間に変化が生じることで燃焼効率が変化し、燃費が増減するが、検知したトルクでの該燃料噴射量とセタン価との相関データに基づいて、セタン価を判別するのである。
【００５２】
図７の下段は、標準セタン価の基準燃料を使用した場合の噴射ノズルリフトＬnを示しており、図８の下段は低セタン価の燃料を使用した場合の噴射ノズルリフトＬ2を示している。図７及び図８の各下段のノズルリフトＬn，Ｌ2を比較すると、図７の噴射期間(ノズルリフト期間）Ｔ1に対し図８の噴射期間Ｔ2が増加しており、それにより、燃料噴射量が増加していることが分かる。すなわち、セタン価が低下、即ち着火遅れ時期が増加し、燃焼効率が低下している場合には、噴射期間が増加し、燃料噴射量が増加していることが分かり、この燃料噴射量の増大により、セタン価が低下していると判別することができる。
【００５３】
図７の下段に示す基準燃料使用時における噴射期間Ｔ1に対応する燃料噴射量とセタン価との関係を、相関データとして予め図１のエンジンコントローラ１５の記憶装置に記憶させておく。
【００５４】
燃料供給後、運転開始した際、所定の運転条件において、図１のトルクセンサー４７により実トルクを検知して、エンジンコントローラ１５に入力し、検知した実トルクに対応する燃料噴射量を演算し、同一運転条件の燃料噴射量とセタン価の相関データに基づいて、セタン価を判別する。
【００５５】
[セタン価判別方法５]
図１のＣＯセンサー４８で検知する排気中のＣＯ濃度を利用して、セタン価を判別する方法である。
【００５６】
図９はセタン価とＣＯ濃度との相関関係の一例を示しており、該実施形態のディーゼル機関では、所定の運転条件において、セタン価が高い場合はＣＯ濃度が低く、セタン価が低くなるに従いＣＯ濃度は増加する関係となっており、特に低セタン価になるほど、着火遅れ期間が長くなり、セタン価が極めて低い場合にはＣＯ濃度は急激に増加し、失火を招く。図９のようなセタン価とＣＯ濃度との相関データを、所定の運転条件、特に負荷が低い運転条件において作成し、予め図１のエンジンコントローラ１５の記憶装置に記憶させておく。
【００５７】
燃料供給後、運転開始した際、同一の運転条件において、図１のＣＯセンサー４８によりＣＯ濃度を検知して、エンジンコントローラ１５に入力し、相関データに基づいて、検知したＣＯ濃度に対応するセタン価を判別する。たとえば、図９において検知したＣＯ濃度がＤ1とすれば、対応するセタン価は、標準セタン価Ｍnより高いＭ1と判別される。一方、検知したＣＯ濃度がＤ2であるとすれば、対応するセタン価は、標準セタン価Ｍnより低いＭ2と判別される。
【００５８】
【機関制御方法】
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、燃料噴射回数、吸気温度、アイドル回転数、吸排気弁の開閉、ＥＧＲ量、吸気ブースト圧又は最高回転数を制御することにより、機関の正常な燃焼状態を保ち、セタン価の変化に対して機関性能の変化を防止する。たとえば、判別したセタン価が標準セタン価よりも低い場合には、各制御量を一定量だけ一気に変化させた後、数サイクル運転後、徐々に制御量を増減する。この方法によると、低セタン価による着火遅れ期間増加から生じるＨＣ及びＣＯの増加及びこれによる白煙及び臭いの発生を即座に低減することができる。一方、判別したセタン価が標準セタン価より高い場合には、制御量を徐々に増減してゆく。これにより、最大筒内圧力オーバー防止による機関保護、並びに騒音増加防止に対応する効果がある。以下、各具体的な制御例を簡単に説明する。
【００５９】
[機関制御１、噴射時期制御]
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の噴射装置ＥＣＵ３１により燃料噴射時期を制御し、機関の正常な燃焼状態を保つ。たとえば、判別したセタン価が標準セタン価よりも低い場合には、噴射時期を一定量だけ一気に早めた後、数サイクル運転後、徐々に遅らせる。一方、判別したセタン価が標準セタン価より高い場合には、噴射時期を徐々に遅らせてゆく。
【００６０】
[機関制御方法２、噴射圧力の制御]
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の噴射装置ＥＣＵ３１により燃料噴射圧を制御し、機関の正常な燃焼状態を保つ。たとえば判別したセタン価が標準セタン価よりも低い場合には、噴射圧を一気に高めた後、数サイクル運転後、徐々に元の圧に下げる。一方、判別したセタン価が標準セタン価より高い場合には、噴射圧を徐々に下げてゆく。
【００６１】
[機関制御方法３、噴射回数の制御]
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の噴射装置ＥＣＵ３１により噴射回数を制御し、機関の正常な燃焼状態を保つ。たとえば、標準セタン価の基準燃料の場合には、図１０に実線で示すように噴射回数は後期噴射の一回だけに設定しており、判別したセタン価が低い場合には、まず第２初期噴射を加え、さらにセタン価が低い場合には、第１初期噴射も加える。
【００６２】
[機関制御方法４、噴射間隔制御]
複数の燃料噴射を行なっているディーゼル機関において、前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の噴射装置ＥＣＵ３１により噴射間隔を制御し、機関の正常な燃焼状態を保つ。たとえば、標準セタン価の基準燃料使用時に、図１１に示すように基準間隔Ｚnを隔てて２回噴射している場合に、判別したセタン価が低くなるに従い、初期噴射を早めることにより、上記間隔Ｚnを徐々に増やす。
【００６３】
[機関制御方法５、吸気温度制御]
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１のエンジンコントローラ１５によりインタークーラ１７を調整して吸気温度を制御し、機関の正常な燃焼状態を保つ。たとえば、低セタン価の場合は吸気温度を上げ、高セタン価の場合は吸気温度を下げる。
【００６４】
[機関制御方法６、アイドル回転数の制御]
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の噴射装置ＥＣＵ３１によりガバナー１９を調節し、アイドル回転数を制御することにより、機関の正常な燃焼状態を保つ。たとえば、機関冷態時、低セタン価の場合にはアイドル回転数を高くし、これにより、暖機運転を短くする。
【００６５】
[機関制御方法７、吸気弁又は排気弁の制御]
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の可変型動弁装置１０，１１を作動させ、吸気弁８及び排気弁９の開閉時期、すなわちリフト期間を制御する。たとえば、図１２は、標準セタン価の基準燃料を使用した場合における排気リフトと排気リフトの関係を示しており、排気リフト期間と吸気リフト期間との間に、一定のオーバーラップ期間ＯＬを設定している。
【００６６】
判別したセタン価が標準セタン価よりも低い場合には、図１３のようにオーバーラップ期間ＯＬを略０とすることにより、筒内の排気の残量を増やし、残留排気により筒内温度を上昇させる。
【００６７】
[機関制御方法８，ＥＧＲ量の制御］
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１のＥＧＲ弁３０の開度を調整することにより、ＥＧＲ量を制御する方法である。たとえば判別したセタン価が標準セタン価よりも低い場合には、ＥＧＲ量を増加させる。
【００６８】
[機関制御方法９，ブースト圧の制御］
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の過給機１６の可変翼型タービン部１６ｂを調整し、吸気（給気）ブースト圧を制御する方法である。たとえば判別したセタン価が標準セタン価より低い場合には、ブースト圧を増加させる。
【００６９】
[機関制御方法１０，排気背圧の制御］
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価に応じて、図１の排気管２６に設けられた背圧調節機構２７を調整し、背圧を制御する方法である。たとえば、低セタン価の燃料の場合には、排気断面積を小さくすることにより、背圧を上げる。
【００７０】
[機関制御方法１１、最高回転数制御]
前記各セタン価判別方法によって判別したセタン価が設定セタン価よりも低い場合に、ガバナー１９を調節することにより、判別したセタン価に応じて最高回転数を制限する方法である。
【００７１】
すなわち、低セタン価では、着火遅れ期間が長くなるため、特に高速回転域では失火を招き、ＣＯ，ＴＨＣ排出量が増大し、白煙及び刺激臭を伴うことになるが、設定されたセタン価より低い場合において、検知したセタン価に応じて、最高回転数を制限することで、白煙及び刺激臭を防ぐことができる。
【００７２】
[その他の機関制御方法]
前記各機関制御方法に加え、機関運転中に判別したセタン価を記憶しておき、機関再始動時、アイドル回転に至るまで、上記記憶したセタン価に応じた制御量を用いる。すなわち、次の機関始動時に、前記記憶したセタン価に応じた制御値を初期設定する。このように、エンジンクランクキング直後の各制御値をセタン価に応じて予め設定することで、始動性能を向上させることができる。
【００７３】
さらに、機関再始動時、１回目の始動動作が不発の時、２回目以降の始動動作時に、前記記憶しているセタン価を低セタン価側に補正する。すなわち、次の始動時、１回の始動動作が失敗した場合、前回停止時の燃料セタン価よりも低いセタン価の燃料が供給されていると認識し、２回目以降の機関始動動作時に、各制御量を１回目の制御量よりも、低セタン価側に補正する。この補正により、機関始動の再不発を防ぐことができる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、（１）本願請求項１〜５記載の発明によると、ディーゼル機関に供給される燃料のセタン価を判別する方法として、燃料の比重、屈折率又は粘度等を測定するのではなく、圧電素子を有する加振力センサーによる機関加振力の検知、機関加振力の発生時期の検知、機関回転数の検知、実トルクの検知又はＣＯ濃度の検知により、間接的にセタン価を判別するので、従来よりディーゼル機関に装備されている安価な各種センサーを利用して、簡単にセタン価を判別することができる。
【００７５】
（２）請求項１及び２記載の発明にように、筒内圧による加振力を優れた応答性の圧電素子（ピエゾ素子）により測定するようにしていると、セタン価の判別を即座に行なうことができ、エンジン制御へのフィードバックも高応答化が可能となる。
【００７６】
（３）請求項３記載の発明のように、検知した機関回転数からセタン価を判別するようにしていると、電子制御エンジンには必携の既存の回転数センサーを利用でき、部品のコストアップを抑えることができる。
【００７７】
（４）請求項４記載の発明のように、実トルクを検知するようにしていると、実際の運転状態（回転数及びトルク）が精度良く検知できることにより、所定の運転状態を精度良く判別でき、燃料噴射量の比較が高精度で行なえる。すなわち、セタン価の判別が高精度で行なえる。
【００７８】
（５）請求項５記載のように、排気ガス中のＣＯ濃度を検出するようにしていると、セタン価の判別だけでなく、燃焼判断も同時に行なうことができ、これはエンジン排気ガスを直接判断できることを意味する。すなわち、失火から生じる排気ガス刺激臭を間接的に検知（ＣＯ濃度）し、ユーザーが不快にならないよう、排気ガスを検知しながらエンジン制御を行なうことが可能となる。
【００７９】
（６）請求項６〜１６記載の発明のように、請求項１〜５記載の判別方法により判別したセタン価に応じて、燃料噴射時期、燃料噴射圧力、燃料噴射回数、複数噴射における噴射間隔、吸気温度、アイドル回転数、吸、排気弁の開閉時期、ＥＧＲ量、ブースト圧、背圧又は最高回転数の制御を行なうことにより、特に、低セタン価燃料による運転時に発生する白煙及び刺激臭の発生を速やかに抑えることができ、また、ディーゼル機関の基本諸元を変更することなく、低セタン価燃料から高セタン価燃料まで、各セタン価に応じて正常な燃焼状態を保てるように適切に対応することができる。
【００８０】
（７）請求項６記載の発明のように、セタン価による着火遅れ期間に合わせて噴射時期を補正するようにしていると、燃焼効率を良好な状態に維持できる。
【００８１】
（８）請求項７記載の発明のように、判別したセタン価に応じて燃料噴射圧力を制御するようにしていると、燃料噴射圧力を高めることで、混合気形成を活性化させ、着火遅れ時期を制御できる。
【００８２】
（９）請求項８及び９記載の発明のように、噴射回数及び噴射間隔を、判別されたセタン価に適合させるようにしていると、着火遅れ時期と共に予混合燃焼割合の制御も可能となる。
【００８３】
（１０）請求項１０記載の発明のように、吸気温度を制御するようにしていると、特に低温始動時において、高いエンジン制御応答性を得ることができる。
【００８４】
（１１）機関冷態時から暖態までの着火遅れ期間を間接的に検知可能なので、請求項１１記載の発明のように、アイドリング回転を制御することにより、機関暖機運転時間を短縮できると共に、アイドリング回転時の白煙を防止し、無臭化が可能である。
【００８５】
（１２）請求項１２記載の発明のように、セタン価に応じて吸排気弁の開閉時期、特にオーバーラップ期間及びリフト量を制御するようにしていると、残留ガスを制御することができる。つまり、残留ガスが増加すれば圧縮行程におけるシリンダ内の温度が上がり、低セタン価においても着火遅れ期間は維持できる。また、残留ガスが増加すると酸素濃度が減少し、即ち、当量比増加により排気温度が増加するため、低温始動時において暖機時間短縮効果も併せて期待できる。
【００８６】
（１３）請求項１３記載の発明のように、セタン価に応じてＥＧＲ量を制御するようにしていると、吸気温度上昇及び圧縮行程時におけるシリンダ内温度増加により、着火遅れ時期の維持が可能となる。また、ＥＧＲ量が増加すると、酸素濃度が減少し、即ち、当量比増加により排気温度が増加するため、低温始動時において暖機時間短縮効果も併せて期待できる。
【００８７】
（１４）請求項１４及び１５記載の発明のように、吸気ブースト圧又は排気背圧を制御するようにしていると、シリンダ内残留ガス量を制御することができる。つまり、残留ガスが増加すれば圧縮行程におけるシリンダ内の温度が上がり、低セタン価においても着火遅れ期間は維持できる。
【００８８】
（１５）請求項１６記載の発明のように、セタン価に応じて最高回転数を制御するようにしていると、着火遅れ期間増加による失火を防ぐことにより、白煙及び刺激臭を効果的に防止でき、また、失火による燃焼変動からなる回転変動を防止することもできる。
【００８９】
（１６）請求項１７記載の発明のように、機関運転中に判別したセタン価を記憶しておき、機関再始動時、アイドル回転に至るまで、上記記憶したセタン価に応じた制御量を用いると、次の機関始動時の始動性能を向上させることができる。
【００９０】
（１７）請求項１８記載の発明のように、機関再始動時、１回目の始動動作が不発の時、２回目以降の始動動作時に、前記記憶しているセタン価を低セタン価側に補正することにより、機関始動の再不発を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の各発明による方法が実施できる圧縮自着火式ディーゼル機関の概略図である。
【図２】図１のシリンダヘッド部分の拡大縦断面図である。
【図３】セタン価と加振力との関係を示す図である。
【図４】セタン価と加振力発生時期との関係を示す図である。
【図５】機関回転数の時間的変化をマクロ的に示す図である。
【図６】機関回転数及び角加速度等の時間的変化を示す図である。
【図７】標準セタン価の基準燃料を使用した場合の筒内圧、燃料噴射圧及びノズルリフトの変化を示す図である。
【図８】低セタン価燃料を使用した場合の筒内圧、燃料噴射圧及びノズルリフトの変化を示す図である。
【図９】セタン価とＣＯ濃度との関係を示す図である。
【図１０】複数回噴射におけるノズル開閉時期を示す図である。
【図１１】複数回噴射におけるノズル開閉時期であって、噴射間隔を変更する場合を示す図である。
【図１２】標準セタン価燃料使用時の排気弁と吸気弁の開閉時期を示す図である。
【図１３】低セタン価燃料使用時の排気弁と吸気弁の開閉時期を示す図である。
【符号の説明】
１シリンダ
３燃焼室
４燃料噴射ポンプ
７燃料噴射ノズル
１０吸気用可変動弁装置
１１排気用可変型動弁装置
１５エンジンコントローラ（制御装置）
１６過給機
１７インタークーラ
１８ＥＧＲ装置
１９ガバナー
３０ＥＧＲ弁
３１噴射装置ＥＣＵ
３２動弁装置ＥＣＵ
４１加振力センサー
４２クランク軸
４５回転数センサー
４７トルクセンサー
４８ＣＯセンサー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for controlling a diesel engine that self-ignites by compression, and more particularly to a method for controlling a diesel engine that can cope with a change in the cetane number of fuel.
[0002]
[Prior art]
Diesel engines that use the compression ignition method tend to vary in the ignition delay period compared to gasoline engines that use the spark ignition method, and in particular, the cetane number of the fuel that affects ignitability varies in the market. The ignition delay period varies depending on the fuel used. For example, when a high cetane number fuel is used, the ignition delay period is shortened, which causes noise and in-cylinder pressure increase. On the other hand, when a low cetane number fuel is used, the ignition delay period S2 shown in the in-cylinder pressure change curve P2 in the upper part of FIG. 8 is obtained, and this ignition delay period S2 is the reference fuel having the standard cetane number in the upper part of FIG. When it is used, it is longer than the ignition delay period Sn shown in the in-cylinder pressure change curve Pn, and this often leads to the generation of white smoke and irritating odor due to misfire, and the performance inherent in diesel engines In addition to not being able to demonstrate, it is not preferable in terms of the environment.
[0003]
The cetane number is determined by measuring the specific gravity, viscosity, refractive index, etc. of the fuel (light oil) supplied to the engine against such variability in the cetane number of the fuel, and the maximum fuel is determined based on the determined cetane number. A method for controlling the injection amount and the like is known (Patent Document 1, etc.).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 3-105042.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the method of directly measuring the specific gravity, refractive index, viscosity, etc. of the fuel in the fuel tank, the fuel tank must be equipped with a complicated measuring device for measuring those factors, and the structure of the fuel tank becomes complicated. At the same time, the cost increases.
[0006]
OBJECT OF THE INVENTION
The purpose of the present invention is to use various sensors that are easy to cost, or various sensors existing in the engine, and indirectly determine the cetane number from the detected value, thereby to the fuel having a variation in cetane number, It is to provide a diesel engine that can be handled at low cost.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the inventions according to claims 1 to 5, various fluctuation values having a correlation with the cetane number are detected during engine operation, and the detected fluctuation values are determined from the relationship between the fluctuation value and the cetane number. The cetane number corresponding to is determined, and engine control is performed according to the determined cetane number.
[0008]
That is, in the invention according to claim 1, the engine excitation force due to the in-cylinder pressure is detected by the excitation force detection sensor having a piezoelectric element under a predetermined operation condition, and the excitation force and cetane number created in advance under the same operation condition are detected. The cetane number is determined based on the correlation data.
[0009]
In the invention according to claim 2, the generation time of the engine excitation force due to the in-cylinder pressure is detected by the excitation force detection sensor having a piezoelectric element under a predetermined operation condition, and the excitation force generation time created in advance under the same operation condition And the cetane number, the cetane number corresponding to the detected excitation force generation time is determined.
[0010]
In the invention according to claim 3, the engine speed is detected by a rotation speed sensor under a predetermined operating condition, the angular acceleration is calculated from the detected rotation speed, and the time when the angular acceleration changes from negative to positive is set in advance. The interval with the calculated reference time is calculated, and the cetane number corresponding to the calculated interval is determined based on the correlation data between the interval and the cetane number created in advance under the same operating conditions.
[0011]
In the invention according to claim 4, the actual torque of the engine is detected by a torque sensor under a predetermined operating condition, the fuel injection amount at the detected actual torque, and the fuel injection amount and the cetane number created in advance under the same operating condition. Based on the correlation data, the cetane number corresponding to the fuel injection amount at the detected torque is determined.
[0012]
In the invention according to claim 5, the CO concentration in the exhaust gas is detected by the CO sensor under a predetermined operating condition, and the detected CO is based on the correlation data between the CO concentration and the cetane number prepared in advance under the same operating condition. Determine the cetane number corresponding to the concentration.
[0013]
In the inventions according to claims 6 to 16, in accordance with the cetane number indirectly determined according to the inventions according to the claims 1 to 5, the engine state is set so as to achieve a combustion state in which the original performance of the engine can be sufficiently exhibited. Control each driving factor.
[0014]
That is, in the invention according to claim 6, as the engine control, the fuel injection timing is controlled according to the determined cetane number.
[0015]
In the invention according to claim 7, as the engine control, the fuel injection pressure is controlled according to the determined cetane number.
[0016]
In the invention according to claim 8, as the engine control, the number of fuel injections is controlled according to the determined cetane number.
[0017]
In the invention according to claim 9, as the engine control, the injection interval of the fuel injection performed a plurality of times is controlled according to the determined cetane number.
[0018]
In the invention according to claim 10, as the engine control, the intake air temperature is controlled according to the determined cetane number.
[0019]
In the invention according to claim 11, as the engine control, the idling speed is controlled according to the determined cetane number.
[0020]
In the invention according to claim 12, as the engine control, the opening / closing timing or the lift amount of the intake valve or the exhaust valve is controlled according to the determined cetane number.
[0021]
In the invention according to claim 13, as the engine control, the EGR amount is controlled according to the determined cetane number.
[0022]
In the invention according to claim 14, as the engine control, the intake boost pressure is controlled according to the determined cetane number.
[0023]
In the invention according to claim 15, as the engine control, the exhaust back pressure is controlled according to the determined cetane number.
[0024]
In the invention according to claim 16, as engine control, when the determined cetane number is lower than the set cetane number, the maximum rotational speed is limited according to the cetane number.
[0025]
In addition to the engine control as described above, in the invention according to claim 17, the cetane number determined during engine operation is stored in order to improve the startability, and when the engine is restarted, idle rotation is reached. Until then, the control amount according to the stored cetane number is used.
[0026]
Further, according to claim 18, in addition to claim 17, the stored cetane number is corrected to the low cetane number side at the time of engine restart, when the first start operation does not occur, and at the second and subsequent start operations. .
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Diesel engine structure]
[Outline of diesel engine]
FIG. 1 shows an example of a compression self-ignition diesel engine that can implement each invention of the present application, and is a schematic view including the arrangement of a cylinder portion, intake / exhaust devices, and control equipment. In FIG. 1, a piston 2 is fitted in a cylinder 1 and a combustion chamber 3 is formed by the top wall of the piston 2 and the cylinder 1, and an intake air is introduced into a ceiling surface (explosion surface) 12 a of the combustion chamber 3. A hole 5 and an exhaust hole 6 are opened, and a fuel injection nozzle 7 is disposed. The fuel injection nozzle 7 is connected to an electronically controlled fuel injection pump 4. A pump-integrated fuel injector may be mounted instead of the fuel injection nozzle 7 and the fuel injection pump 4. An intake valve 8 and an exhaust valve 9 are disposed in the intake hole 5 and the exhaust hole 6, respectively. Both valves 8 and 9 are connected to an intake variable valve operating apparatus 10 and an exhaust variable valve operating apparatus 11, respectively. The valve opening and closing timing and the valve lift amount of each of the valves 8 and 9 can be changed and adjusted, and the number of times of opening and closing the valve can be changed and adjusted.
[0028]
The engine peripheral device includes an engine controller 15 and a variable blade turbine supercharger 16, an intercooler 17, and an EGR (exhaust gas recirculation) device 18. The intake hole 5 communicates with the outside air through the intake passage 20, the intercooler 17, the intake pipe 21, the compressor portion 16 a of the supercharger 16, and the intake pipe 22, and the exhaust hole 6 communicates with the exhaust passage 25 and the supercharger 16. It communicates with the outside air through the variable vane turbine section 16b, the exhaust pipe 26, and the like. An EGR pipe 28 of the EGR device 18 communicates between the exhaust passage 25 and the intake passage 20, and an EGR valve 30 whose opening degree can be adjusted is provided in the EGR pipe 28. The exhaust passage 25 is provided with a back pressure adjusting mechanism 27 that adjusts the exhaust back pressure by adjusting the exhaust flow cross-sectional area.
[0029]
The engine controller 15 includes an injection device ECU (injection device electronic control unit) 31 and a valve operating device ECU (valve operation device control unit) 32 as well as a CPU and various storage devices. The fuel injection pump 4, the fuel injection nozzle 7, the variable valve gears 10 and 11, the intercooler 17, the governor 19, and the EGR valve 30 are connected to the output portion of the engine controller 15 as control targets.
[0030]
In the fuel injection pump 4, the fuel injection nozzle 7, and the governor 19, the fuel injection amount, the injection start timing, the number of injections, the idle speed, and the like are controlled by the injection device ECU 31.
[0031]
In the valve gears 10 and 11, the valve gear ECU 32 controls the valve opening / closing timing, the number of valve opening / closing, the lift amount, and the like of the intake and exhaust valves 8 and 9. In the exhaust variable valve gear 11, the valve closing timing for reopening the exhaust valve 9 is also controlled.
[0032]
In the EGR valve 30, the opening degree is adjusted by the engine controller 15 so that the EGR amount is controlled.
[0033]
In the variable blade turbine section 16b of the supercharger 16, the intake boost pressure is controlled by the engine controller 15.
[0034]
In the intercooler 17, the intake air temperature is controlled by the engine controller 15. As the intake air temperature control means, in addition to the intercooler 17, an intake heater, a glow plug, or the like may be employed.
[0035]
[Sensors for cetane number determination]
Sensors for detecting various fluctuation values during engine operation are arranged at various locations of the diesel engine as shown in FIG. 1, but the following sensors are related to each invention of the present application. Arranged and connected to the input of the engine controller 15. Of course, for convenience of explanation, the following sensors are described as being equipped in one diesel engine in FIG. 1, and not all are provided in one engine.
[0036]
The cylinder head 12 is provided with an excitation force sensor 41 including a piezoelectric element (specifically, a piezo element) in order to detect an engine excitation force due to fluctuations in in-cylinder pressure. The gear 43 fixed to 42 is provided with a rotational speed sensor 45 for detecting the engine rotational speed, and a torque sensor 47 is provided for detecting the actual engine torque at the axial end of the crankshaft 42. Yes. A CO sensor 48 is disposed in the exhaust pipe 26 (or the exhaust passage 25) in order to detect the CO concentration in the exhaust gas.
[0037]
[Cetane number determination method]
[Method for determining cetane number 1]
This is a method for determining the cetane number based on the change (magnitude) of the excitation force, and uses an excitation force sensor 41 incorporating a piezoelectric element (piezo element) as shown in FIG. FIG. 2 is an enlarged vertical sectional view of the upper end of the cylinder. A sensor mounting hole 50 is formed in the explosion surface 12a of the cylinder head 12 facing the combustion chamber 3, and the excitation force sensor 41 is fitted in the mounting hole 50. ing. The excitation force sensor 41 is exposed to the combustion chamber 3.
[0038]
The rate of change of the in-cylinder pressure, the so-called pressure increase rate, changes depending on the fuel cetane number, but the pressure increase rate and the engine excitation force have a certain correlation, so that the excitation force The cetane number also has a certain correlation. FIG. 3 shows an example of the correlation between the cetane number and the excitation force. In the diesel engine according to this embodiment, the excitation force is small when the cetane number is low and the cetane number is high under a predetermined operating condition. As the vibration force increases, the vibration force increases rapidly when the standard cetane number (for example, a value between 50 and 55) Mn is increased. The correlation data between the cetane number and the excitation force as shown in FIG. 3 is created under stable predetermined operating conditions (for example, during idling or rated operation), and stored in advance in the storage device of the engine controller 15 in FIG. Remember.
[0039]
When the operation is started after supplying the fuel, the excitation force sensor 41 detects the excitation force of the cylinder head 12 of FIG. 2 caused by the explosion in the cylinder under the same operation condition as the predetermined operation condition. 15 Then, the cetane number corresponding to the detected excitation force is determined based on the correlation data between the excitation force and the cetane number of the same operating condition stored in the storage device. For example, in FIG. 3, if the detected excitation force is F1 larger than the reference excitation force Fn, the corresponding cetane number is determined as M1 higher than the standard cetane number Mn. If the detected excitation force is F2 smaller than the reference excitation force Fn, the corresponding cetane number is determined to be M2 lower than the standard cetane number Mn.
[0040]
[Cetane number discrimination method 2]
Similar to the determination method 1, the cetane number is determined using the excitation force sensor 41 of FIGS. 1 and 2, but the cetane number is determined not by the magnitude of the excitation force but by the generation time of the excitation force. Is determined.
[0041]
As described above, there is a correlation between the cetane number and the ignition delay period, and as the ignition delay period S2 shown in the upper part of FIG. 8, if the cetane number is low, it tends to be longer than the ignition delay period Sn in the reference fuel of FIG. However, the ignition delay time and the excitation force generation time also have a certain correlation. Therefore, the cetane number and the excitation force generation time also have a certain correlation, and FIG. 4 shows an example thereof. In FIG. 4, time is taken on the horizontal axis, and Fn, F1, and F2 are excitation forces in the case of standard cetane number, high cetane number, and low cetane number, respectively, and Rn, R1, and R2 are respectively The generation (start) time of the excitation forces Fn, F1, and F2 is reached. The pulse shown at the top is a reference pulse that serves as a reference for measuring the generation time of the excitation force. For example, an arbitrary time in the latter half of the compression stroke is set as the reference position (reference time) R0.
[0042]
Under predetermined operating conditions, the interval (period) Sn between the reference position R0 and the excitation force generation timing Rn at the time of the standard cetane number is calculated in advance or by actual measurement, and the engine controller of FIG. It is stored in 15 storage devices.
[0043]
When the operation is started after the fuel is supplied, the excitation force of the cylinder head 12 caused by the explosion in the cylinder of FIG. 2 is detected by the excitation force sensor 41 under the same operation condition as the predetermined operation condition, and the engine controller 15 The cetane number corresponding to the detected generation time of the excitation force is determined based on the correlation data between the generation time of the excitation force and the cetane number stored in the storage device. For example, as shown in the third graph of FIG. 4, if the detected excitation force generation timing is R1, the interval (time) S1 between the generation timing R1 and the reference position R0 is shorter than the reference interval Sn. Therefore, the cetane number is higher than the standard cetane number. On the other hand, if the detected generation time of the excitation force is R2 as shown in the lowermost graph, the interval (time) S2 from the reference position R0 is longer than the reference interval Sn, and the cetane number is larger than the standard cetane number. Low value.
[0044]
[Cetane number discrimination method 3]
1 is a method for determining a cetane number using a change in the engine speed detected by the engine speed sensor 45 in FIG. 1. The change in angular acceleration is calculated from the change in engine speed, and the angular acceleration changes from negative to positive. The cetane number is determined by the interval between the time point and the reference time point (position).
[0045]
FIG. 5 is a macro view of the engine speed. Even when the engine speed is maintained at a substantially macro speed, such as during idling or rated speed, suction, compression, According to the expansion and exhaust strokes, periodic fluctuations are repeated with a small amplitude. That is, the compressed fuel injected into the high-temperature and high-pressure cylinder self-ignites after a certain period of time and starts combustion, and this combustion, the so-called explosive force, causes the second stage of FIG. As shown by the solid curve, the engine speed increases in the expansion stroke. On the other hand, until the fuel is injected and ignited and combusted, a negative work for compressing the sucked air is required. The engine speed decreases in the compression stroke for performing the negative work. Therefore, when the engine travels from the compression stroke to the expansion stroke, the engine speed changes from deceleration to acceleration. This change position Qn has a negative crankshaft acceleration as indicated by the solid curve in the third stage. The position changes from positive to negative.
[0046]
The uppermost graph in FIG. 6 is a reference pulse, and an arbitrary time in the compression stroke is set as a reference position (reference time) Q0.
[0047]
The graphs indicated by the solid lines in the second and third stages of FIG. 6 indicate changes in engine speed and angular acceleration when using a standard cetane number reference fuel, and the changes when the standard cetane number fuel is used. A period between the position Qn and the reference position Q0 is defined as a reference period Xn, and the cetane number is determined by comparing the reference period Xn with a period between the change point of the angular acceleration calculated from the actually detected engine speed. .
[0048]
In the diesel engine of this embodiment, the ignition delay period becomes shorter as the cetane number increases, and the period between the reference position Q0 and the change point at which the angular acceleration changes from negative to positive in FIG. 6 becomes shorter. On the other hand, as the cetane number decreases, the ignition delay period becomes longer, and there is a correlation that the period between the reference position Q0 and the change point at which the angular acceleration changes from negative to positive becomes longer. Correlation data of the period between the cetane number and the reference position Q0 and the change point at which the angular acceleration changes from negative to positive is created and stored in advance in the storage device of the engine controller 15 of FIG.
[0049]
When the operation is started after the fuel is supplied, the engine speed detected by the speed sensor 45 in FIG. 1 is input to the engine controller 15 under predetermined operating conditions, and the angular acceleration is calculated from the increase / decrease in the engine speed. The period between the change point at which the acceleration changes from negative to positive and the reference position R0 is calculated, and this is compared with the reference period Xn to determine the cetane number.
[0050]
For example, when the engine speed changes as indicated by the broken line at the second stage, the angular acceleration at the third stage changes from negative to positive at the position Q2, and the period between the position Q2 and the reference position Q0 X2 is longer than the reference period Xn. Thereby, a cetane number lower than the standard cetane number is discriminated.
[0051]
[Cetane number discrimination method 4]
1 is a method for determining the cetane number by using the actual torque detected by the torque sensor 47 in FIG. 1. Under a predetermined operating condition, the actual torque of the engine is detected by the torque sensor, and fuel injection at the detected actual torque is performed. The cetane number corresponding to the fuel injection amount at the detected torque is determined based on the correlation data between the fuel injection amount and the cetane number previously created under the same operating conditions. In other words, the combustion efficiency changes due to a change in the ignition delay period due to the high or low cetane number, and the fuel consumption increases or decreases. However, based on the correlation data between the fuel injection amount at the detected torque and the cetane number, The price is determined.
[0052]
The lower part of FIG. 7 shows the injection nozzle lift Ln when the standard cetane number reference fuel is used, and the lower part of FIG. 8 shows the injection nozzle lift L2 when the low cetane number fuel is used. When comparing the lower nozzle lifts Ln and L2 of FIGS. 7 and 8, the injection period T2 of FIG. 8 is increased with respect to the injection period (nozzle lift period) T1 of FIG. It can be seen that it has increased. That is, when the cetane number decreases, that is, when the ignition delay time increases and the combustion efficiency decreases, it can be seen that the injection period increases and the fuel injection amount increases. Thus, it can be determined that the cetane number has decreased.
[0053]
The relationship between the fuel injection amount and the cetane number corresponding to the injection period T1 when using the reference fuel shown in the lower part of FIG. 7 is stored in advance in the storage device of the engine controller 15 of FIG. 1 as correlation data.
[0054]
When the operation is started after the fuel is supplied, the actual torque is detected by the torque sensor 47 of FIG. 1 and input to the engine controller 15 under a predetermined operation condition, and the fuel injection amount corresponding to the detected actual torque is calculated. The cetane number is determined based on the correlation data between the fuel injection amount and the cetane number under the same operating conditions.
[0055]
[Cetane number discrimination method 5]
This is a method for determining the cetane number using the CO concentration in the exhaust gas detected by the CO sensor 48 of FIG.
[0056]
FIG. 9 shows an example of the correlation between the cetane number and the CO concentration. In the diesel engine of the embodiment, when the cetane number is high under a predetermined operating condition, the CO concentration is low, and the cetane number is low. The CO concentration is increasing, and the lower the cetane number, the longer the ignition delay period. When the cetane number is extremely low, the CO concentration increases rapidly and causes misfire. Correlation data between the cetane number and the CO concentration as shown in FIG. 9 is created under predetermined operating conditions, particularly under low operating conditions, and stored in advance in the storage device of the engine controller 15 of FIG.
[0057]
When the operation is started after the fuel is supplied, the CO concentration is detected by the CO sensor 48 of FIG. 1 under the same operating conditions, and is input to the engine controller 15, and the cetane corresponding to the detected CO concentration is based on the correlation data. Determine the value. For example, if the detected CO concentration in FIG. 9 is D1, the corresponding cetane number is determined to be M1 higher than the standard cetane number Mn. On the other hand, if the detected CO concentration is D2, the corresponding cetane number is determined to be M2 lower than the standard cetane number Mn.
[0058]
[Engine control method]
According to the cetane number determined by each cetane number determination method, fuel injection timing, fuel injection pressure, number of fuel injections, intake air temperature, idle rotation speed, intake / exhaust valve opening / closing, EGR amount, intake boost pressure or maximum rotation speed By controlling the engine, the normal combustion state of the engine is maintained, and changes in engine performance are prevented against changes in cetane number. For example, when the determined cetane number is lower than the standard cetane number, each control amount is changed by a certain amount at once, and then the control amount is gradually increased or decreased after several cycles of operation. According to this method, the increase in HC and CO resulting from the increase in the ignition delay period due to the low cetane number and the generation of white smoke and odor due to this can be immediately reduced. On the other hand, when the determined cetane number is higher than the standard cetane number, the control amount is gradually increased or decreased. As a result, there is an effect corresponding to engine protection by preventing the maximum in-cylinder pressure over and noise prevention. Hereinafter, each specific control example will be briefly described.
[0059]
[Engine control 1, injection timing control]
In accordance with the cetane number determined by each of the cetane number determination methods, the fuel injection timing is controlled by the injection device ECU 31 of FIG. 1 to maintain the normal combustion state of the engine. For example, if the determined cetane number is lower than the standard cetane number, the injection timing is advanced by a certain amount at once, and then gradually delayed after several cycles of operation. On the other hand, when the determined cetane number is higher than the standard cetane number, the injection timing is gradually delayed.
[0060]
[Engine control method 2, injection pressure control]
The fuel injection pressure is controlled by the injection device ECU 31 of FIG. 1 according to the cetane number determined by each of the cetane number determination methods, and the normal combustion state of the engine is maintained. For example, when the determined cetane number is lower than the standard cetane number, the injection pressure is increased at a stroke, and after several cycles of operation, the pressure is gradually reduced to the original pressure. On the other hand, when the determined cetane number is higher than the standard cetane number, the injection pressure is gradually decreased.
[0061]
[Engine control method 3, control of number of injections]
The number of injections is controlled by the injection device ECU 31 of FIG. 1 according to the cetane number determined by each of the cetane number determination methods, and the normal combustion state of the engine is maintained. For example, in the case of a reference fuel having a standard cetane number, as shown by the solid line in FIG. 10, the number of injections is set to only one late injection, and when the determined cetane number is low, first the second initial When the injection is added and the cetane number is low, the first initial injection is also added.
[0062]
[Engine control method 4, injection interval control]
In a diesel engine performing a plurality of fuel injections, the injection interval is controlled by the injection device ECU 31 of FIG. 1 according to the cetane number determined by each cetane number determination method, and the normal combustion state of the engine is maintained. For example, when the standard cetane number reference fuel is used, when the fuel is injected twice with a reference interval Zn as shown in FIG. 11, the above-mentioned interval is increased by increasing the initial injection as the determined cetane number decreases. Increase Zn gradually.
[0063]
[Engine control method 5, intake air temperature control]
In accordance with the cetane number determined by each of the cetane number determination methods, the intake air temperature is controlled by adjusting the intercooler 17 by the engine controller 15 of FIG. 1, and the normal combustion state of the engine is maintained. For example, when the cetane number is low, the intake air temperature is increased, and when the cetane number is high, the intake air temperature is decreased.
[0064]
[Engine control method 6, idle speed control]
According to the cetane number discriminated by each of the cetane number discriminating methods, the governor 19 is adjusted by the injection device ECU 31 in FIG. 1 to control the idle speed, thereby maintaining the normal combustion state of the engine. For example, when the engine is cold, the idling speed is increased when the cetane number is low, thereby shortening the warm-up operation.
[0065]
[Engine control method 7, control of intake valve or exhaust valve]
In accordance with the cetane number determined by each of the cetane number determination methods, the variable valve gears 10 and 11 of FIG. 1 are operated to control the opening / closing timing of the intake valve 8 and the exhaust valve 9, that is, the lift period. For example, FIG. 12 shows the relationship between the exhaust lift and the exhaust lift when the standard cetane number reference fuel is used, and a certain overlap period OL is set between the exhaust lift period and the intake lift period. ing.
[0066]
When the determined cetane number is lower than the standard cetane number, the overlap period OL is set to substantially zero as shown in FIG. 13, thereby increasing the remaining amount of exhaust in the cylinder and increasing the in-cylinder temperature by residual exhaust. Let
[0067]
[Engine control method 8, EGR amount control]
This is a method of controlling the EGR amount by adjusting the opening degree of the EGR valve 30 in FIG. 1 according to the cetane number determined by each of the cetane number determination methods. For example, when the determined cetane number is lower than the standard cetane number, the EGR amount is increased.
[0068]
[Engine control method 9, boost pressure control]
According to the cetane number determined by each of the cetane number determination methods, the variable vane turbine section 16b of the supercharger 16 in FIG. 1 is adjusted to control the intake (supply) boost pressure. For example, when the determined cetane number is lower than the standard cetane number, the boost pressure is increased.
[0069]
[Engine control method 10, control of exhaust back pressure]
In this method, the back pressure is controlled by adjusting the back pressure adjusting mechanism 27 provided in the exhaust pipe 26 of FIG. 1 in accordance with the cetane number determined by each of the cetane number determining methods. For example, in the case of a low cetane number fuel, the back pressure is increased by reducing the exhaust cross-sectional area.
[0070]
[Engine control method 11, maximum speed control]
When the cetane number determined by each of the cetane number determination methods is lower than the set cetane number, the governor 19 is adjusted to limit the maximum rotation speed according to the determined cetane number.
[0071]
In other words, at low cetane numbers, the ignition delay period becomes long, leading to misfire, particularly in the high-speed rotation range, increasing CO and THC emissions, accompanied by white smoke and irritating odors. In a lower case, white smoke and an irritating odor can be prevented by limiting the maximum rotation speed according to the detected cetane number.
[0072]
[Other engine control methods]
In addition to the engine control methods, the cetane number determined during engine operation is stored, and the control amount corresponding to the stored cetane number is used until the engine is idled when the engine is restarted. That is, at the next engine start, a control value corresponding to the stored cetane number is initialized. Thus, the starting performance can be improved by setting each control value immediately after engine cranking in accordance with the cetane number.
[0073]
Further, when the engine is restarted, the first start operation is not performed, and the second and subsequent start operations are performed to correct the stored cetane number to the low cetane number side. That is, at the time of the next start, when one start operation fails, it is recognized that fuel having a cetane number lower than the fuel cetane number at the previous stop is supplied, and at the second and subsequent engine start operations, The control amount is corrected to the lower cetane number side than the first control amount. This correction can prevent the engine from starting again.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, (1) according to the inventions of claims 1 to 5 of the present application, as a method for determining the cetane number of the fuel supplied to the diesel engine, the specific gravity, refractive index or viscosity of the fuel is measured. Rather, it is indirectly detected by detecting the engine excitation force by the excitation force sensor having a piezoelectric element, detecting the generation time of the engine excitation force, detecting the engine speed, detecting the actual torque, or detecting the CO concentration. Since the price is discriminated, it is possible to easily discriminate the cetane number by using various inexpensive sensors conventionally provided in diesel engines.
[0075]
(2) When the excitation force due to the in-cylinder pressure is measured by an excellent responsive piezoelectric element (piezo element) as in the first and second aspects of the invention, the cetane number is immediately determined. Therefore, the feedback to the engine control can be made highly responsive.
[0076]
(3) If the cetane number is discriminated from the detected engine speed as in the third aspect of the invention, the existing engine speed sensor that is indispensable for the electronically controlled engine can be used, which increases the cost of parts. Can be suppressed.
[0077]
(4) If the actual torque is detected as in the invention described in claim 4, the actual operation state (the number of revolutions and the torque) can be detected with high accuracy, so that the predetermined operation state can be determined with high accuracy. The fuel injection amount can be compared with high accuracy. That is, the cetane number can be determined with high accuracy.
[0078]
(5) If the CO concentration in the exhaust gas is detected as described in claim 5, not only the determination of the cetane number but also the combustion determination can be performed at the same time. It means that it can be judged. That is, it is possible to indirectly detect the exhaust gas stimulating odor resulting from misfire (CO concentration) and perform engine control while detecting the exhaust gas so as not to make the user uncomfortable.
[0079]
(6) As in the inventions described in claims 6 to 16, according to the cetane number determined by the determination method described in claims 1 to 5, the fuel injection timing, the fuel injection pressure, the number of fuel injections, and the injection interval in multiple injections By controlling the intake air temperature, idle speed, intake, exhaust valve opening / closing timing, EGR amount, boost pressure, back pressure or maximum speed, especially white smoke and irritation generated during operation with low cetane fuel Odor generation can be quickly suppressed, and normal combustion state can be maintained according to each cetane number from low cetane number fuel to high cetane number fuel without changing the basic specifications of the diesel engine. Can respond appropriately.
[0080]
(7) If the injection timing is corrected in accordance with the ignition delay period due to the cetane number as in the invention described in claim 6, the combustion efficiency can be maintained in a good state.
[0081]
(8) When the fuel injection pressure is controlled in accordance with the determined cetane number as in the invention described in claim 7, by increasing the fuel injection pressure, the mixture formation is activated and the ignition delay is caused. You can control the timing.
[0082]
(9) If the number of injections and the injection interval are adapted to the determined cetane number as in the inventions of claims 8 and 9, the premixed combustion ratio can be controlled together with the ignition delay time. .
[0083]
(10) When the intake air temperature is controlled as in the tenth aspect of the invention, high engine control responsiveness can be obtained particularly at a low temperature start.
[0084]
(11) Since the ignition delay period from the engine cold state to the warm state can be indirectly detected, the engine warm-up operation time can be shortened by controlling the idling rotation as in the invention of the eleventh aspect. Prevents white smoke during idling rotation and is non-bromide.
[0085]
(12) The residual gas can be controlled by controlling the opening / closing timing of the intake / exhaust valve, particularly the overlap period and the lift amount, according to the cetane number as in the invention of the twelfth aspect. That is, if the residual gas increases, the temperature in the cylinder during the compression stroke increases, and the ignition delay period can be maintained even at a low cetane number. Further, when the residual gas increases, the oxygen concentration decreases, that is, the exhaust gas temperature increases due to the increase of the equivalence ratio. Therefore, the effect of shortening the warm-up time can be expected at the time of low temperature start.
[0086]
(13) If the EGR amount is controlled in accordance with the cetane number as in the invention of the thirteenth aspect, it is possible to maintain the ignition delay time due to an increase in the intake air temperature and an increase in the cylinder temperature during the compression stroke. It becomes. Further, when the EGR amount increases, the oxygen concentration decreases, that is, the exhaust gas temperature increases due to the increase of the equivalence ratio. Therefore, the effect of shortening the warm-up time can also be expected at the time of low temperature start.
[0087]
(14) If the intake boost pressure or the exhaust back pressure is controlled as in the inventions of claims 14 and 15, the residual gas amount in the cylinder can be controlled. That is, if the residual gas increases, the temperature in the cylinder during the compression stroke increases, and the ignition delay period can be maintained even at a low cetane number.
[0088]
(15) When the maximum number of revolutions is controlled according to the cetane number as in the invention described in claim 16, white smoke and irritating odor are effectively prevented by preventing misfire due to an increase in the ignition delay period. Further, it is possible to prevent rotation fluctuations including combustion fluctuations due to misfire.
[0089]
(16) As in the invention of the seventeenth aspect, the cetane number determined during the engine operation is stored, and the control amount corresponding to the stored cetane number is used until the engine is restarted when the engine is restarted. And the starting performance at the time of the next engine starting can be improved.
[0090]
(17) The stored cetane number is corrected to the low cetane number side at the time of engine restart, when the first start operation does not occur, and at the second and subsequent start operations as in the invention described in claim 18. By doing so, it is possible to prevent reoccurrence of the engine start.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a compression self-ignition diesel engine capable of carrying out the method according to each invention of the present application.
FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of a cylinder head portion of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between cetane number and excitation force.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between cetane number and excitation force generation timing.
FIG. 5 is a diagram showing a macroscopic change in engine speed over time.
FIG. 6 is a diagram showing temporal changes such as engine speed and angular acceleration.
FIG. 7 is a diagram showing changes in in-cylinder pressure, fuel injection pressure, and nozzle lift when a reference fuel having a standard cetane number is used.
FIG. 8 is a graph showing changes in in-cylinder pressure, fuel injection pressure, and nozzle lift when low cetane number fuel is used.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between cetane number and CO concentration.
FIG. 10 is a diagram illustrating nozzle opening / closing timings in multiple injections.
FIG. 11 is a diagram illustrating a case where the nozzle opening / closing timing in multiple injections is changed and the injection interval is changed.
FIG. 12 is a diagram showing opening and closing timings of the exhaust valve and the intake valve when using standard cetane number fuel.
FIG. 13 is a diagram showing opening and closing timings of the exhaust valve and the intake valve when using a low cetane number fuel.
[Explanation of symbols]
1 cylinder
3 Combustion chamber
4 Fuel injection pump
7 Fuel injection nozzle
10 Variable valve gear for intake
11 Exhaust variable valve gear
15 Engine controller (control device)
16 Turbocharger
17 Intercooler
18 EGR equipment
19 Governor
30 EGR valve
31 Injection device ECU
32 Valve train ECU
41 Excitation force sensor
42 Crankshaft
45 RPM sensor
47 Torque sensor
48 CO sensor

Claims

Under predetermined operating conditions, an engine excitation force due to in-cylinder pressure is detected by an excitation force detection sensor having a piezoelectric element, and the above detection is performed based on correlation data between the excitation force and the cetane number created in advance under the same operation conditions. A method for controlling a diesel engine, comprising: determining a cetane number corresponding to the excited excitation force and performing engine control according to the determined cetane number.

Under predetermined operating conditions, the generation time of the engine excitation force due to the in-cylinder pressure is detected by the excitation force detection sensor having a piezoelectric element, and the correlation data between the excitation force generation timing and the cetane number created in advance under the same operation conditions A control method for a diesel engine, wherein a cetane number corresponding to the detected excitation force generation time is determined based on the determined cetane number, and engine control is performed according to the determined cetane number.

Under predetermined operating conditions, the engine speed is detected by the speed sensor, the angular acceleration is calculated from the detected speed, and the interval between the time when the angular acceleration changes from negative to positive and the preset reference time is calculated. And determining the cetane number corresponding to the calculated interval based on the correlation data between the interval and the cetane number created in advance under the same operating conditions, and performing engine control according to the determined cetane number. Diesel engine control method.

Under the predetermined operating conditions, the actual torque of the engine is detected by a torque sensor, and the above-mentioned detection is performed based on the correlation data between the fuel injection amount at the detected actual torque and the fuel injection amount and cetane number created in advance under the same operating conditions. A method for controlling a diesel engine, comprising: determining a cetane number corresponding to a fuel injection amount at a torque and performing engine control according to the determined cetane number.

Under predetermined operating conditions, the CO concentration in the exhaust gas is detected by the CO sensor, and the cetane number corresponding to the detected CO concentration is determined based on the correlation data between the CO concentration and the cetane number created in advance under the same operating conditions. And controlling the engine according to the determined cetane number.

In the control method of the diesel engine in any one of Claims 1-5,
A control method for a diesel engine, characterized in that fuel injection timing is controlled according to the determined cetane number as engine control.

In the control method of the diesel engine in any one of Claims 1-5,
A control method for a diesel engine, wherein the fuel injection pressure is controlled according to the determined cetane number as engine control.

In the control method of the diesel engine in any one of Claims 1-5,
A control method for a diesel engine, wherein the number of times of fuel injection is controlled according to the determined cetane number as engine control.

In the control method of the diesel engine in any one of Claims 1-5,
A control method for a diesel engine, characterized in that, as engine control, an injection interval of a plurality of fuel injections is controlled according to the determined cetane number.

In the control method of the diesel engine in any one of Claims 1-5,
A control method for a diesel engine, wherein the intake air temperature is controlled according to the determined cetane number as engine control.

In the control method of the diesel engine in any one of Claims 1-5,
A control method for a diesel engine, wherein the engine speed is controlled in accordance with the determined cetane number according to the determined cetane number.

In the control method of the diesel engine in any one of Claims 1-5,
A control method for a diesel engine, characterized in that, as engine control, the opening / closing timing or lift amount of an intake valve or exhaust valve is controlled according to the determined cetane number.

In the control method of the diesel engine in any one of Claims 1-5,
A control method for a diesel engine, wherein the EGR amount is controlled according to the determined cetane number as engine control.

In the control method of the diesel engine in any one of Claims 1-5,
A control method for a diesel engine, wherein the intake boost pressure is controlled according to the determined cetane number as engine control.

In the control method of the diesel engine in any one of Claims 1-5,
Diesel engine control method characterized in that exhaust back pressure is controlled according to the determined cetane number as engine control

In the control method of the diesel engine in any one of Claims 1-5,
A control method for a diesel engine characterized in that, as engine control, when the determined cetane number is lower than a set cetane number, the maximum engine speed is controlled according to the determined cetane number.

In the control method of the diesel engine in any one of Claims 9-14,
A diesel engine control method characterized in that the cetane number determined during engine operation is stored, and a control amount corresponding to the stored cetane number is used until the engine is restarted when the engine is restarted.

The method for controlling a diesel engine according to claim 17,
A control method for a diesel engine, wherein the stored cetane number is corrected to the low cetane number side at the time of engine restart, when the first start operation is not performed, and at the second and subsequent start operations.