JP2005048703A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 使用している燃料の燃料性状に応じて燃焼状態を制御する。
【解決手段】 内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射可能な燃料噴射手段１０と、使用している燃料のセタン価ＣＮ、オクタン価、蒸発性、発熱量、芳香族炭化水素含有量、の中の少なくとも一つの燃料性状を検出する燃料性状検出手段Ｓ２００と、内燃機関の運転状態に応じて噴射目標圧力ＰＣＲ０を求め、燃料性状検出手段Ｓ２００で検出した燃料性状に応じて噴射目標圧力ＰＣＲ０を補正して燃料噴射手段１０に供給する燃料圧力を制御する噴射圧力制御手段Ｓ３１０と、内燃機関の運転状態に応じて演算したメイン噴射量Ｑｍａｉｎおよびパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔに基づいて燃料噴射手段１０を制御する噴射制御手段Ｓ３３０と、を備える。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、内燃機関に使用されている燃料のセタン価やオクタン価等の燃料性状に応じて燃料噴射圧力、量、時期などを適切に制御する内燃機関の燃焼制御装置に関する。

従来から燃料噴射圧力、メインおよびパイロットの燃料噴射量、メインおよびパイロットの燃料噴射時期を内燃機関の運転状態に応じて制御するコモンレール式燃料噴射装置を備えるディーゼルエンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このようなコモンレール式燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンにおいては、パイロット噴射する噴射量，噴射時期，噴射間隔などを木目細かく制御するのに最適であり、燃料の着火遅れ期間中に形成される混合気が爆発的に燃焼する予混合的燃焼の量が多いほど多量に生成するＮＯｘを低減するため、パイロット噴射により燃料の主噴射に先立って少量の燃料を燃焼室内に噴射して燃焼させ、シリンダ内の温度と圧力をあらかじめ高めておくことにより，主噴射の着火遅れ時間を短縮してＮＯｘの低減を図ることに有効である。
特開２００３−７４４０３号公報

ところで、上記の方法でＮＯｘの低減を図る場合に、パイロット噴射する噴射量，噴射時期，噴射間隔などの組み合わせ方によっては燃焼が悪化し、排気中のＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕＩａｔｅＭａｔｔｅｒ；粒子状物質）の増加を招くことがあり、特に、一様でない燃料性状（例えば、セタン価）の燃料を使用するディーゼルエンジン等においては、燃料性状に応じてパイロット噴射する噴射量，噴射時期，噴射間隔などを木目細かく制御して、燃焼悪化を防止することが課題となっている。

そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、使用している燃料の燃料性状に応じて燃焼状態を制御可能な内燃機関の燃焼制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射可能な燃料噴射手段と、使用している燃料のセタン価、オクタン価、蒸発性、発熱量、芳香族炭化水素含有量、の中の少なくとも一つの燃料性状を検出する燃料性状検出手段と、内燃機関の運転状態に応じて噴射目標圧力を求め、燃料性状検出手段で検出した燃料性状に応じて噴射目標圧力を補正して燃料噴射手段に供給する燃料圧力を制御する噴射圧力制御手段と、内燃機関の運転状態に応じて演算したメイン噴射量およびパイロット噴射量に基づいて燃料噴射手段を制御する噴射制御手段と、を備える。

したがって、本発明では、燃料性状検出手段により使用燃料の燃料性状を検出し、これに基づいて運転状態に応じた噴射目標圧力を補正して噴射圧力制御手段により燃料噴射手段に供給する燃料圧力を制御するため、使用している燃料の性状に適した燃焼制御を行うことができる。

以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の燃焼制御装置を備えたエンジンシステムの構成図であり、軽油を燃料とするディーゼルエンジンを例にして構成したものである。

図１において、１はディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記述する）を示し、３はこのエンジン１の排気通路を示す。

エンジン１の排気通路３の上流側部分を構成する排気出口通路３ａは、過給機のタービン３ｂに接続されており、その下流に、排気後処理装置（例えば酸化触媒、ＮＯｘ触媒）を内部に収容したケーシング２０が直列に配置されている。上記ケーシング２０の入口部には、実空燃比検出手段となる空燃比センサ３７が設けられている。この空燃比センサ３７は、例えば、酸素イオン伝導性固体電解質を用いて、排気中の酸素濃度を検出し、酸素濃度から空燃比を求める。

排気還流装置として、吸気通路２の吸気コレクタ２ｃと排気出口通路３ａとの間には、排気の一部を還流するためのＥＧＲ通路４が設けられており、ここに、ステッピングモータにて開度が連続的に制御可能なＥＧＲ弁５が介装されている
吸気通路２は、上流位置にエアクリーナ２ａを備え、その出口側に、吸入空気量検出手段となるエアフロメータ７が設けられている。そして、エアフロメ一夕７の下流に、過給機のコンプレッサ２ｂが配置されているとともに、このコンプレッサ２ｂと吸気コレクタ２ｃとの間に、アクチュエータ（例えばステッピングモータ式）によって開閉駆動される吸気絞り弁６が介装されている。

エンジン１の燃料供給系は、ディーゼル用燃料である軽油を蓄える燃料タンク６０と、燃料をエンジン１の燃料噴射装置１０へ供給するための燃料供給通路１６と、エンジン１の燃料噴射装置１０からのリターン燃料（スピル燃料）を燃料タンク６０に戻すための燃料戻り通路１９と、を備えている。

このエンジン１の燃料噴射装置１０は、公知のコモンレール式燃料噴射装置であって、サプライポンプ１１と、コモンレール（蓄圧室）１４と、気筒毎に設けられた燃料噴射弁１５と、から大略構成され、サプライポンプ１１により加圧された燃料が燃料供給通路１２を介してコモンレール１４にいったん蓄えられたあと、コモンレール１４内の高圧燃料が各気筒の燃料噴射弁１５に分配される。

上記コモンレール１４には、該コモンレール１４内の燃料の圧力および温度を検出するために、圧力センサ３４および温度センサ３５が設けられている。また、コモンレール１４内の燃料圧力を制御するために、サプライポンプ１１からの吐出燃料の一部が、一方向弁１８を具備したオーバーフロー通路１７を介して燃料供給通路１６に戻されるようになっている。詳しくは、オーバーフロー通路１７の流路面積を変える圧力制御弁１３が設けられており、この圧力制御弁１３がエンジンコントロールユニット３０からのデューティ信号に応じてオーバーフロー通路１７の流路面積を変化させる。これにより、サプライポンプ１１からコモンレール１４への実質的な燃料吐出量が調整され、コモンレール１４内の燃料圧力が制御される。

燃料噴射弁１５は、エンジンコントロールユニット３０からのＯＮ−ＯＦＦ信号によって開閉される電子式の噴射弁であって、ＯＮ信号によって燃料を燃焼室に噴射し、ＯＦＦ信号によって噴射を停止する。そして、燃料噴射弁１５へ印加されるＯＮ信号の期間が長いほど燃料噴射量が多くなり、またコモンレール１４の燃料圧力が高いほど燃料噴射量が多くなる。

また、エンジン１の適宜位置には、内燃機関の温度を代表するものとして、冷却水温度を検出する水温センサ３１が取り付けられている。

エンジンコントロールユニット３０には、吸入空気量を検出するエアフロメータ７の信号（Ｑａ）、水温センサ３１の信号（冷却水温度Ｔｗ）、クランク角度検出用クランク角センサ３２の信号（エンジン回転数Ｎｅの基礎となるクランク角度信号）、気筒判別用クランク角センサ３３の信号（気筒判別信号Ｃｙ１）、コモンレール１４の燃料圧力を検出する圧力センサ３４の信号（コモンレール圧力ＰＣＲ）、燃料温度を検出する温度センサ３５の信号（燃料温度ＴＦ）、負荷に相当するアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３６の信号（アクセル開度（負荷）Ｌ）、空燃比センサ３７の信号（０２）、がそれぞれ入力される。

次に、上記エンジンコントロールユニット３０によって実行される本実施例の制御の内容を、図８〜１２のフローチャートに基づいて説明する。

図８は、ディーゼルエンジン１全体の制御に関する基本制御ルーチンである。

このエンジン基本制御ルーチンにおいて、ステップＳ１００では、冷却水温度Ｔｗ、エンジン回転数Ｎｅ、気筒判別信号Ｃｙｌ、コモンレール圧力ＰＣＲ、エアフロメータ７の信号Ｑａ、燃料温度ＴＦ、アクセル開度Ｌ、空燃比センサの信号Ｏ２、をそれぞれ読み込み、ステップＳ２００に進む。

ステップＳ２００では燃料性状検出制御を行ない、さらにステップＳ３００でエンジン排気制御を行ってリターンとなる。

図９は、上記ステップＳ２００の燃料性状検出の制御サブルーチンの詳細を示すフローチャートであり、この制御によって、使用されている燃料の比重が精度良く検出される。

以下、この燃料性状検出制御ルーチンを説明する。ステップＳ２１０では、燃料噴射量が算出済みか否かが判定され、算出済みでない場合には後述の燃料噴射量を算出すべくステップＳ３００へ進み、前回の処理時に算出済みの場合にはステップＳ２２０に進む。

ステップＳ２２０では、吸入空気量を検出するエアフロメータ７の信号Ｑａに基づいて、該信号Ｑａの値をパラメータとしてコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定の吸入空気量Ｑａｉｒのテーブルデータを検索する。そしてステップＳ２３０に進む。

ステップＳ２３０では、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして設定される主燃料噴射量（主燃料供給量）Ｑｍａｉｎとパイロット噴射量（パイロット燃料供給量）Ｑｐｉｌｏｔとを、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている夫々の所定のマップを検索して求め、燃料噴射量（燃料供給量）Ｑｔｏｔａｌ（Ｑｍａｉｎ＋Ｑｐｉｌｏｔ）を求める。そして、ステップＳ２４０に進む。

なお、主燃料噴射量（主燃料供給量）Ｑｍａｉｎ、またはパイロット噴射量（パイロット燃料供給量）Ｑｐｉｌｏｔは、前記の方法でなくても、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして設定される燃料噴射装置の主燃料噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄ、またはパイロット燃料噴射期間Ｐｐｅｒｉｏｄとを、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている夫々の所定のマップを検索して求め、この主燃料噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄ、またはパイロット燃料噴射期間Ｐｐｅｒｉｏｄとコモンレール圧力ＰＣＲとをパラメータとして設定される主燃料噴射量（主燃料供給量）Ｑｍａｉｎ、またはパイロット噴射量（パイロット燃料供給量）Ｑｐｉｌｏｔを、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して求めるようにしても良い。

ステップＳ２４０では、空燃比センサ３７の信号Ｏ２に基づいて、該信号Ｏ２の値をパラメータとしてコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている実空燃比ＡＦｒｅａｌのテーブルデータを検索する。そして、ステップＳ２５０に進む。

ステップＳ２５０では、燃料性状を検出するのに適した条件か否かを判定する。例えば、通常、自動車用エンジンにおいては、ＮＯｘ低減のためにＥＧＲ弁５等からなる排気還流装置を備えているのが一般的であるが、運転条件により排気が還流している状態では、排気空燃比がリッチ側にシフトしてしまうため、実空燃比を正確に求めるためには排気還流の補正が必要になる。従って、補正によって実空燃比の検出精度が悪化することの懸念もあるため、実空燃比の検出指令を出すのは、排気還流を停止する領域に限定することが望ましい。ステップＳ２５０で検出条件に適していなければ、燃料性状の検出は実施せずにステップＳ３００に進み、検出条件に適していれば、ステップＳ２６０に進む。

ステップＳ２６０では、ステップＳ２２０で求めた吸入空気流量ＱａｉｒとステップＳ２４０で求めた実空燃比ＡＦｒｅａｌとに基づいて、実燃料供給重量Ｇｔｏｔａｌを求める。具体的には、吸入空気流量Ｑａｉｒを実空燃比ＡＦｒｅａ１で除して実燃料供給重量Ｇｔｏｔａｌとする（Ｇｔｏｔａｌ＝Ｑａｉｒ÷ＡＦｒｅａ１）。そして、求めた実燃料供給重量ＧｔｏｔａｌとステップＳ２３０で求めた燃料噴射量（燃料供給量）Ｑｔｏｔａｌとに基づいて実比重Ｇｆｕｅｌを求める。具体的には、実燃料供給重量Ｇｔｏｔａｌを燃料噴射量（燃料供給量）Ｑｔｏｔａｌで除して実比重Ｇｆｕｅ１とする（Ｇｆｕｅ１＝Ｇｔｏｔａｌ÷Ｑｔｏｔａｌ）。そして、ステップＳ２７０に進む。

ステップＳ２７０では、上記の実比重Ｇｆｕｅｌと燃料温度ＴＦとから標準比重（基準温度、例えば標準温度２０℃での比重）Ｇｓｔｄを求める。具体的には、実比重Ｇｆｕｅｌと燃料温度ＴＦとをパラメータとしてコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている標準比重Ｇｓｔｄのマップを検索して、対応する値を求め、ステップＳ２８０へ進む。

ステップＳ２８０では、上記の標準比重Ｇｓｔｄをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている燃料性状、例えばセタン価Ｃｎｕｍｂｅｒ（以下、セタン価ＣＮという）のテーブルデータを検索する。そして、ステップＳ３００へ進む。

ここで、本発明者らが調査した市場における軽油燃料の標準比重と軽油の燃料性状の関係を図２〜図４に示す特性図に基づいて説明する。軽油においては、図２に示すように、セタン価ＣＮは標準比重（以下単に密度という）に反比例して低下する。この理由は、図３に示すように、密度が高いほど、セタン価ＣＮが低くて（オクタン価は高い）蒸発性が低いベンゼン環構造を持つ芳香族炭化水素成分が多く含まれている、ということに起因している。従って、燃料の標準比重（密度）から、セタン価ＣＮ、オクタン価、蒸発性、発熱量、芳香族炭化水素含有量、といった燃料性状の検出が可能である。なお、粘度は密度に比例するため、図４に示すように、セタン価ＣＮは粘度に反比例して低下する傾向を有している。従って、燃料の粘度からセタン価ＣＮ等の燃料性状の検出も可能である。

次に、図１０は、図８のステップＳ３００で行われるエンジン排気制御に関するサブルーチンである。ここでは、定められたエンジン排気排出性能が得られるように、先ず、ステップＳ３１０でコモンレール圧力制御を行う。このコモンレール圧力制御は、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索することにより主噴射量を検索し、この主噴射量を得るためのコモンレール１４の目標基準圧力ＰＣＲＯを求め、この目標基準圧力ＰＣＲＯが得られるように圧力制御弁１３のフィードバック制御を実行するものであるが、後述する図１１のコモンレール圧力制御ルーチンに基づき詳細に説明する。

次いで、ステップＳ３３０で燃料噴射制御を行う。この燃料噴射制御は、例えば、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌをパラメータとして、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎ、パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ、主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄ、パイロット噴射時期Ｐｐｅｒｉｏｄ、パイロット噴射開始時期Ｐｓｔａｒｔ、主噴射開始時期Ｍｓｔａｒｔ等を、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップデータを検索してそれぞれ求める。そして、パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔ、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎが供給されるように、クランク角度検出用クランク角センサ３２のクランク角度信号および気筒判別用クランク角センサ３３の気筒判別信号Ｃｙｌに基づいて、噴射すべき気筒の燃料噴射弁１５を開弁駆動するものである。なお、燃料噴射制御の詳細は、図１２の燃料噴射制御のサブルーチンに基づき後述する。

ステップＳ３５０では、ＥＧＲ制御を行う。このＥＧＲ制御は、例えば、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして設定されるパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔおよび主燃料噴射量Ｑｍａｉｎを、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して求め、上記パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔと主燃料噴射量Ｑｍａｉｎとの合算噴射量Ｑｔｏｔａｌ（主燃料噴射量Ｑｍａｉｎだけでもかまわない）とエンジン回転数Ｎｅとをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して、吸気絞り弁駆動信号（吸気絞り弁６の開度を意味する）ＴＨｄｕｔｙおよび基準ＥＧＲ制御信号となるＥＧＲ駆動信号（ＥＧＲ弁５の開度信号）ＥＧＲｄｕｔｙを求め、夫々の駆動信号に基づいて、吸気絞り弁６およびＥＧＲ弁５を駆動するようにしている。

ステップＳ３６０では、排気後処理制御を行う。この排気後処理制御は、例えば、流入する排気の空燃比がリーンであるときにＮＯｘを吸収し、流入する排気の酸素濃度を低下させるとＮＯｘを放出する公知のＮＯｘトラップ触媒をケーシング２０の中に介装した構成とし、ＮＯｘトラップ触媒の再生時期に、吸気絞りの強化（吸気絞り弁６の開度小）、排気還流の強化、あるいはポスト噴射（主噴射後に行われる少量の燃料の噴射）、を単独もしくは組み合わせて実行することで、機関が排出する排気の空燃比をリッチにしてＮＯｘ再生を行うようにしている。

図１１は、上記ステップＳ３１０のコモンレール圧力制御のサブルーチンである。

ステップＳ３１１では、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎを、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして予めコントロールユニット３０のＲＯＭに記憶されている所定のマップを検索して求める。そして、ステップＳ３１２に進む。

ステップＳ３１２では、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎを得るためのコモンレール１４の目標基準圧力ＰＣＲ０を、予めコントロールユニット３０のＲＯＭに記憶されている所定のマップを検索して求める。そして、ステップＳ３１３に進む。

ステップＳ３１３では、冷却水温度Ｔｗをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定の温度補正係数ＫＴＷＣＲＰのテーブルデータを検索してステップＳ３１４に進む。この冷却水温度Ｔｗによる温度補正係数ＫＴＷＣＲＰは、図７（Ａ）に示すように、冷却水温度Ｔｗが暖機済の標準温度、例えば、８０℃における補正係数を１（ＫＴＷＣＲＰ＝１）とし、標準温度より冷却水温度Ｔｗが低下するにつれて減少され、標準温度より冷却水温度Ｔｗが高くなるにつれて増加するよう設定される。このように、冷却水温度Ｔｗが標準温度より低い場合には、コモンレール圧力ＰＣＲ０を低下させて燃料噴射弁から燃料を低圧噴射させ、燃料噴射弁からの噴霧の拡散を抑制して燃焼室内に濃混合気塊の形成を助長して、着火性を向上させる。

ステップＳ３１４では、前記ステップＳ３１２の目標圧力ＰＣＲ０にステップＳ３１３で検索した温度補正係数ＫＴＷＣＲＰを乗算して目標圧力の温度補正がなされ、ステップＳ３１５へ進む。

ステップＳ３１５では、セタン価ＣＮが検出済みか否かが判定され、検出済みの場合にはステップＳ３１６へ進み、検出済みでない場合にはステップＳ３１８へ進む。これは、前述のごとく、燃料噴射量（主噴射量およびパイロット噴射量）が算出され、機関運転状態における吸入空気量Ｑａｉｒ、実空燃比、実比重が検出された後に、セタン価ＣＮ検出のステップＳ２２０〜Ｓ２８０が実行されるためである。

ステップＳ３１６では、セタン価ＣＮをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のセタン価補正係数ＫＣＮＣＲＰのテーブルデータを検索してステップＳ３１７に進む。このセタン価ＣＮによるセタン価補正係数ＫＣＮＣＲＰは、図６（Ａ）に示すように、標準的なセタン価ＣＮ以上でセタン価補正係数ＫＣＮＣＲＰ＝１とし、標準セタン価ＣＮよりセタン価ＣＮが低下するにつれてセタン価補正係数ＫＣＮＣＲＰが次第に高くなるよう設定される。このように、セタン価ＣＮが標準的なセタン価ＣＮより低い場合には、燃料噴霧に対する着火性が低下し、かつ主燃焼期間が延長する緩慢な燃焼になるため、排気ガス中の未燃焼ＨＣが増加する傾向となるので、コモンレール圧力ＰＣＲ０をセタン価補正係数ＫＣＮＣＲＰにより増圧補正して、燃料噴射期間を短縮することで延長した主燃焼期間を短縮（回復）し、燃焼状態を改善して、未燃焼のＨＣ排出を抑制するためである。

ステップＳ３１７では、前記ステップＳ３１４で求めた目標圧力ＰＣＲ０にステップＳ３１６で検索したセタン価補正係数ＫＣＮＣＲＰを乗算して目標圧力のセタン価補正がなされ、ステップＳ３１８へ進む。

ステップＳ３１８では、ステップＳ３１７（セタン価ＣＮ検出済みでない場合には、ステップＳ３１４）で補正されたコモンレールの目標圧力ＰＣＲ０をパラメータとして予めコントロールユニット３０のＲＯＭに記憶されている所定のマップを検索して圧力制御弁１３の基準制御信号Ｄｕｔｙ０（制御デューティ比）を求める。

ステップＳ３１９では、目標圧力ＰＣＲ０と現在のコモンレール圧力ＰＣＲとの差圧（絶対値）が予め設定した設定圧力差ΔＰＣＲ０未満であるか否かが判定され、差圧が設定圧力差ΔＰＣＲ０以上である場合にはステップＳ３２０へ進み、差圧が設定圧力差ΔＰＣＲ０未満である場合にはステップＳ３２２へ進む。

ステップＳ３２０では、前記差圧をパラメータとして予め設定されている補正係数ｋＤｕｔｙを検索し、ステップＳ３２１で補正制御信号Ｄｕｔｙを基準制御信号Ｄｕｔｙ０と補正係数ｋＤｕｔｙとを乗算して求め、ステップＳ３２３へ進む。

ステップＳ３２２では、基準制御信号Ｄｕｔｙ０を制御信号Ｄｕｔｙとして、ステップＳ３２３へ進む。

ステップＳ３２３では、ステップＳ３２１若しくはステップＳ３２２で設定された制御信号Ｄｕｔｙにより圧力制御弁１３をデューティ駆動してコモンレール１４の圧力を制御し、ステップＳ３３０へ進む。

図１２は、上記ステップＳ３３０の噴射制御のサブルーチンである。

ステップＳ３３２では、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎを、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして予めコントロールユニット３０のＲＯＭに記憶されている所定のマップを検索して求める。そして、ステップＳ３３３に進む。

ステップＳ３３３では、パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔを、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして予めコントロールユニット３０のＲＯＭに記憶されている所定のマップを検索して求める。そして、ステップＳ３３４に進む。

ステップＳ３３４では、パイロット噴射間隔ＤＩＴを、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして予めコントロールユニット３０のＲＯＭに記憶されている所定のマップを検索して求める。そして、ステップＳ３３５に進む。

ステップＳ３３５では、冷却水温度Ｔｗをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されているパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔの温度補正係数ＫＴＷＰＬＴＱのテーブルデータを検索してステップＳ３３６に進む。この冷却水温度Ｔｗによる温度補正係数ＫＴＷＰＬＴＱは、図７（Ｂ）に示すように、冷却水温度Ｔｗが暖機済の標準温度、例えば、８０℃における補正係数を１（ＫＴＷＰＬＴＱ＝１）とし、標準温度より冷却水温度Ｔｗが低下するにつれて増加され、標準温度より冷却水温度Ｔｗが高くなるにつれて減少するよう設定される。このように、冷却水温度Ｔｗが標準温度より低い場合には、パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔを増加させて、パイロット噴射燃料の着火性並びに主噴射燃料の着火性を向上させ、主噴射の着火遅れ期間を短縮化して燃焼状態を改善し、未燃焼のＨＣ排出を抑制する。

ステップＳ３３６では、冷却水温度Ｔｗをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されているパイロット噴射間隔ＤＩＴの温度補正係数ＫＴＷＤＩＴのテーブルデータを検索してステップＳ３３７に進む。この冷却水温度Ｔｗによる温度補正係数ＫＴＷＤＩＴは、図７（Ｃ）に示すように、冷却水温度Ｔｗが暖機済の標準温度、例えば、８０℃における補正係数を１（ＫＴＷＤＩＴ＝１）とし、標準温度より冷却水温度Ｔｗが低下するにつれて低下され、標準温度より冷却水温度Ｔｗが高くなるにつれて増加するよう設定される。このように、冷却水温度Ｔｗが標準温度より低い場合には、パイロット噴射間隔ＤＩＴを減少させて、主噴射燃料の着火遅れ期間を短縮して燃焼状態を改善し、未燃焼のＨＣ排出を抑制する。

ステップＳ３３７では、ステップＳ３３５およびステップＳ３３６で求めた各補正係数をパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔおよびパイロット噴射間隔ＤＩＴに夫々乗算して、各々の温度補正がなされる。

ステップＳ３３８では、セタン価ＣＮが検出済みか否かが判定され、検出済みの場合にはステップＳ３３９へ進み、検出済みでない場合にはステップＳ３４２へ進む。これは、前述のごとく、燃料噴射量（主噴射量およびパイロット噴射量）が算出され、機関運転状態における吸入空気量Ｑａｉｒ、実空燃比、実比重が検出された後に、セタン価ＣＮ検出のステップＳ２２０〜Ｓ２８０が実行されるためである。

ステップＳ３３９では、セタン価ＣＮをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されているパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔのセタン価補正係数ＫＣＮＰＬＴＱのテーブルデータを検索してステップＳ３４０に進む。このセタン価ＣＮによるセタン価補正係数ＫＣＮＰＬＴＱは、図６（Ｂ）に示すように、セタン価ＣＮが標準的なセタン価ＣＮに対してセタン価補正係数を１（ＫＣＮＰＬＴＱ＝１）とし、標準セタン価ＣＮよりセタン価ＣＮが低下するにつれて増加され、標準セタン価ＣＮよりセタン価ＣＮが高くなるにつれて減少するよう設定される。このように、セタン価ＣＮが標準セタン価ＣＮより低い場合には、パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔを増加させて、パイロット噴射燃料の着火性を改善し、主噴射の着火遅れ期間を短縮化して燃焼状態を改善し、未燃焼のＨＣ排出を抑制する。また、セタン価ＣＮが標準セタン価ＣＮより高い場合には、パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔを減少させて、着火遅れ期間が短すぎることによるＰＭ、特に不揮発成分（ＤｒｙＳｏｏｔ）の排出を抑制する。

ステップＳ３４０では、セタン価ＣＮをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されているパイロット噴射間隔ＤＩＴのセタン価補正係数ＫＣＮＤＩＴのテーブルデータを検索してステップＳ３４１に進む。このセタン価ＣＮによるパイロット噴射間隔補正係数ＫＣＮＤＩＴは、図６（Ｃ）に示すように、セタン価ＣＮが標準的なセタン価ＣＮに対してセタン価補正係数を１（ＫＣＮＤＩＴ＝１）とし、標準セタン価ＣＮよりセタン価ＣＮが低下するにつれて低下され、標準セタン価ＣＮよりセタン価ＣＮが高くなるにつれて増加するよう設定される。このように、セタン価ＣＮが標準セタン価ＣＮより低い場合には、パイロット噴射間隔ＤＩＴを減少させて、主噴射燃料の着火遅れ期間を短縮して燃焼状態を改善し、未燃焼のＨＣ排出を抑制することができる。また、セタン価ＣＮが標準セタン価ＣＮより高い場合には、パイロット噴射間隔ＤＩＴを増加させて、主噴射燃料の着火遅れ期間が短すぎることによるＰＭ、特に不揮発成分（ＤｒｙＳｏｏｔ）の排出を抑制することができる。

ステップＳ３４１では、ステップＳ３３９およびステップＳ３４０で求めた各補正係数をパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔおよびパイロット噴射間隔ＤＩＴに夫々乗算して、各々のセタン価補正がなされる。

ステップＳ３４２では、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎおよびパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔとコモンレール圧力ＰＣＲとに基づき、これらをパラメータとしてコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して、主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄおよびパイロット噴射期間Ｐｐｅｒｉｏｄを求める。そして、ステップＳ３４３に進む。

ここで、主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄおよびパイロット噴射期間Ｐｐｅｒｉｏｄは、ｍｓｅｃ（ミリ秒）を単位として設定されるものであり、図５に示すように、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎまたはパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔが同じならば、コモンレール圧力ＰＣＲが高いほど主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄまたはパイロット噴射期間Ｐｐｅｒｉｏｄが短くなり、またコモンレール圧力ＰＣＲが同じならば、主燃料噴射量Ｑｍａｉｎまたはパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔが多いほど主噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄまたはパイロット噴射期間Ｐｐｅｒｉｏｄが長くなる。

ステップＳ３４３では、エンジン回転数Ｎｅと主燃料噴射量Ｑｍａｉｎをパラメータとしてコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索し、パイロット噴射開始時期Ｐｓｔａｒｔを求める。そして、ステップＳ３４４へ進む。

ステップＳ３４４では、基準燃料噴射時期となる主噴射開始時期Ｍｓｔａｒｔを、パイロット噴射開始時期Ｐｓｔａｒｔにパイロット噴射間隔ＤＩＴを加算して求める。そして、ステップＳ３４５に進む。

そして、ステップＳ３４５で、パイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔおよび主燃料噴射量Ｑｍａｉｎが供給されるように、クランク角度検出用クランク角センサ３２のクランク角度信号および気筒判別用クランク角センサ３３の気筒判別信号Ｃｙ１に基づいて、パイロット噴射開始時期ＰｓｔａｒｔよりＰｐｅｒｉｏｄの期間、主噴射開始時期ＭｓｔａｒｔよりＭｐｅｒｉｏｄの期間、パイロット噴射および主噴射すべき気筒の燃料噴射弁１５を開弁駆動する。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射可能な燃料噴射手段１０と、使用している燃料のセタン価ＣＮ、オクタン価、蒸発性、発熱量、芳香族炭化水素含有量、の中の少なくとも一つの燃料性状を検出する燃料性状検出手段（Ｓ２００）と、内燃機関の運転状態に応じて噴射目標圧力を求め、燃料性状検出手段で検出した燃料性状に応じて噴射目標圧力を補正して燃料噴射手段に供給する燃料圧力を制御する噴射圧力制御手段（Ｓ３１０）と、内燃機関の運転状態に応じて演算したメイン噴射量およびパイロット噴射量に基づいて燃料噴射手段を制御する噴射制御手段（Ｓ３３０）と、を備えるため、使用している燃料の性状に適した燃焼制御を行うことができる。

（イ）特に、燃料性状検出手段（Ｓ２００）で検出されたセタン価ＣＮが予め設定した基準セタン価ＣＮ未満である場合には噴射目標圧力を増圧補正するため、燃料噴射期間を短縮することで延長した主燃焼期間を短縮（回復）し、燃焼状態が改善されて、未燃焼のＨＣ排出を抑制することができる。

（ウ）また、内燃機関の運転状態に応じてメイン噴射量Ｑｍａｉｎおよびパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔを求め、燃料性状検出手段（Ｓ２００）で検出した燃料性状（セタン価ＣＮ）が予め設定した基準セタン価ＣＮ未満である場合にはパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔを増量補正し、前記燃料噴射手段１０を制御する噴射制御手段（Ｓ３３０）とすることにより、パイロット噴射燃料の着火性を改善し、主噴射の着火遅れ期間を短縮化して燃焼状態を改善し、未燃焼のＨＣ排出を抑制することができる。

（エ）内燃機関の運転状態に応じてメイン噴射量Ｑｍａｉｎおよびパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔを求め、燃料性状検出手段（Ｓ２００）で検出した燃料性状（セタン価ＣＮ）が予め設定した基準セタン価ＣＮ以上である場合にはパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔを減量補正し、前記燃料噴射手段１０を制御する噴射制御手段（Ｓ３３０）とすることにより、主噴射燃料の着火遅れ期間が短すぎることによるＰＭ、特に不揮発成分（ＤｒｙＳｏｏｔ）の排出を抑制することができる。

（オ）また、内燃機関の運転状態に応じてパイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔ΔＩＴを求め、燃料性状検出手段（Ｓ２００）で検出した燃料性状（セタン価ＣＮ）が予め設定した基準セタン価ＣＮ未満である場合には、パイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔ΔＩＴを短縮補正し、前記燃料噴射手段１０を制御する噴射制御手段（Ｓ３３０）とする場合には、主噴射燃料の着火遅れ期間を短縮して燃焼状態を改善し、未燃焼のＨＣ排出を抑制することができる。

（カ）内燃機関の運転状態に応じてパイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔ΔＩＴを求め、燃料性状検出手段（Ｓ２００）で検出した燃料性状（セタン価ＣＮ）が予め設定した基準セタン価ＣＮ以上である場合には、パイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔ΔＩＴを拡大補正し、前記燃料噴射手段１０を制御する噴射制御手段（Ｓ３３０）とする場合には、主噴射燃料の着火遅れ期間が短すぎることによるＰＭ、特に不揮発成分（ＤｒｙＳｏｏｔ）の排出を抑制することができる。

（キ）また、機関１の吸入空気量Ｑａｉｒを検出する吸入空気量検出手段（Ｓ２２０）と、機関１への燃料供給量Ｑｔｏｔａｌを検出する燃料供給量検出手段（Ｓ２３０）と、実空燃比ＡＦｒｅａｌを検出する実空燃比検出手段（Ｓ２４０）と、を備え、比重検出手段（Ｓ２６０）として、検出された吸入空気量Ｑａｉｒと燃料供給量Ｑｔｏｔａｌと実空燃比ＡＦｒｅａｌとにより燃料の比重を検出する場合には、燃料性状を正確に実用的な方法で判定でき、また、燃料供給量検出手段（Ｓ２３０）として、検出されたエンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとからマップデータとして燃料噴射量Ｑｔｏｔａｌを求めることにより、本来エンジンに備えられた機能を流用することができ、コストを増加させることもない。さらに、吸入空気流量Ｑａｉｒを実空燃比ＡＦｒｅａｌで除して実燃料供給重量を求め、この実燃料供給重量を主燃料噴射量（燃料供給量）で除して実比重Ｇｆｕｅｌを求めることにより、実空燃比ＡＦｒｅａｌを精度良く、かつコストの増加なしで検出でき、しかも、燃料温度を考慮して標準比重とした上で燃料性状を求めるので、より精度良く燃料性状を検出できる。

なお、上記実施例では、吸入空気流量Ｑａｉｒを実空燃比ＡＦｒｅａｌで除して実燃料供給重量Ｇｔｏｔａｌを求め、この実燃料供給重量Ｇｔｏｔａｌを燃料噴射量（燃料供給量）Ｑｔｏｔａｌで除して実比重Ｇｆｕｅ１を求め、これを燃料温度ＴＦで修正して標準比重Ｇｓｔｄを求めるようにしているが、このような方法に代えて、エンジン１の燃料噴射装置１０における主燃料噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄとパイロット燃料噴射期間Ｐｐｅｒｉｏｄとコモンレール圧力ＰＣＲとから主燃料噴射量Ｑｍａｉｎとパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔを求め、そして燃料噴射量（燃料供給量）Ｑｔｏｔａｌ（Ｑｍａｉｎ＋Ｑｐｉｌｏｔ）を求め、この燃料噴射量Ｑｔｏｔａｌと予め設定された基準燃料比重γｓｔｄと燃料温度ＴＦとから基準燃料噴射重量Ｇｓｔｄを求め、上記基準燃料噴射重量Ｇｓｔｄとエアフロメータ７により検出された空気重量Ｇａｉｒとから基準空燃比ＡＦｓｔｄを求め、上記基準空燃比ＡＦｓｔｄと空燃比センサ３７により検出された実空燃比ＡＦｒｅａｌとを対比させ、実燃料比重γｒｅａ１を求めるようにすることができる。

本発明の燃焼制御装置を備えたディーゼルエンジンのシステム構成図。 軽油の密度とセタン価の関係を示す特性図。 軽油の密度と芳香族炭化水素成分含有量の関係を示す特性図。 軽油の粘度とセタン価の関係を示す特性図。 コモンレール圧力と燃料噴射期間による燃料噴射量の特性図。 セタン価毎の目標圧力補正係数（Ａ）、パイロット噴射量補正係数（Ｂ）、およびパイロット噴射間隔補正係数（Ｃ）を示す図。 冷却水温毎の目標圧力補正係数（Ａ）、パイロット噴射量補正係数（Ｂ）、およびパイロット噴射間隔補正係数（Ｃ）を示す図。 ディーゼルエンジンの基本制御ルーチンを示すフローチャート。 燃料比重検出のための制御ルーチンを示すフローチャート。 エンジン排気制御ルーチンを示すフローチャート。 コモンレール圧力制御ルーチンを示すフローチャート。 燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
５ ＥＧＲ弁
６ 吸気絞り弁
１０ 燃料噴射装置
３０ エンジンコントロールユニット
３１ 水温センサ

Claims (10)

1. 内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射可能な燃料噴射手段と、
   使用している燃料のセタン価、オクタン価、蒸発性、発熱量、芳香族炭化水素含有量、の中の少なくとも一つの燃料性状を検出する燃料性状検出手段と、
   内燃機関の運転状態に応じて噴射目標圧力を求め、燃料性状検出手段で検出した燃料性状に応じて噴射目標圧力を補正して燃料噴射手段に供給する燃料圧力を制御する噴射圧力制御手段と、
   内燃機関の運転状態に応じて演算した燃料噴射量に基づいて燃料噴射手段を制御する噴射制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
2. 前記噴射圧力制御手段は、燃料性状検出手段で検出されたセタン価が予め設定した基準セタン価未満である場合には噴射目標圧力を増圧補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
3. 内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射可能な燃料噴射手段と、
   使用している燃料のセタン価、オクタン価、蒸発性、発熱量、芳香族炭化水素含有量、の中の少なくとも一つの燃料性状を検出する燃料性状検出手段と、
   内燃機関の運転状態に応じて設定した噴射目標圧力に基づいて燃料噴射手段に供給する燃料圧力を制御する噴射圧力制御手段と、
   内燃機関の運転状態に応じてメイン噴射量およびパイロット噴射量を求め、燃料性状検出手段で検出した燃料性状に応じてパイロット噴射量を補正し、前記燃料噴射手段を制御する噴射制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
4. 前記噴射制御手段は、燃料性状検出手段で検出されたセタン価が予め設定した基準セタン価未満である場合にはパイロット噴射量を増量補正することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
5. 前記噴射制御手段は、燃料性状検出手段で検出されたセタン価が予め設定した基準セタン価以上である場合にはパイロット噴射量を減量補正することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
6. 内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射可能な燃料噴射手段と、
   使用している燃料のセタン価、オクタン価、蒸発性、発熱量、芳香族炭化水素含有量、の中の少なくとも一つの燃料性状を検出する燃料性状検出手段と、
   内燃機関の運転状態に応じて設定した噴射目標圧力に基づいて燃料噴射手段に供給する燃料圧力を制御する噴射圧力制御手段と、
   内燃機関の運転状態に応じてメイン噴射量、パイロット噴射量およびパイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔を求め、燃料性状検出手段で検出した燃料性状に応じてパイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔を補正し、前記燃料噴射手段を制御する噴射制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
7. 前記噴射制御手段は、燃料性状検出手段で検出されたセタン価が予め設定した基準セタン価未満である場合にはメイン噴射開始時期を進めることでパイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔を短縮することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
8. 前記噴射制御手段は、燃料性状検出手段で検出されたセタン価が予め設定した基準セタン価以上である場合にはメイン噴射開始時期を遅らすことでパイロット噴射とメイン噴射との噴射間隔を拡大することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
9. 前記燃料性状検出手段は、使用している燃料の比重を検出する比重検出手段を備え、
   前記比重検出手段で検出された比重に基づいて、セタン価、オクタン価、蒸発性、発熱量、芳香族炭化水素含有量、の中の少なくとも一つの燃料性状を検出することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
10. 前記内燃機関の燃焼制御装置は、
    機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
    機関への燃料供給量を検出する燃料供給量検出手段と、
    実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、を備え、
    前記比重検出手段は、検出された吸入空気量と燃料供給量と実空燃比とにより燃料の比重を検出することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の燃焼制御装置。

Images