JP2005325692A - 圧縮着火内燃機関の着火時期推定システム、圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内燃機関の機関始動において気筒内での燃料の着火時期をより正確に把握する。
【解決手段】圧縮着火内燃機関の気筒内での燃料の着火時期を推定する着火時期推定システムにおいて、圧縮着火内燃機関が所定の低温状態で始動する場合の、該圧縮着火内燃機関における燃焼トルクを推定、検出する燃焼トルク検出手段（Ｓ１０３〜Ｓ１０５）と、燃焼トルク検出手段によって推定、検出された燃焼トルクに基づいて、圧縮着火内燃機関における燃料の着火時期を推定する着火時期推定手段（Ｓ１０６、Ｓ１０８〜Ｓ１１０、Ｓ１１２）と、を備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、圧縮着火内燃機関における燃料の着火時期を推定する着火時期推定システム、又は燃料噴射時期を制御することで着火時期を調整する燃料噴射制御システムに関する。

圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」ともいう）での燃焼を良好な状態で行うためには、気筒内での燃料の着火時期が目標時期となるのが好ましい。この目標時期は内燃機関の機関負荷や機関回転速度によって変動するが、例えば、圧縮行程上死点直後の時期等が挙げられる。そこで、気筒内の圧力を気筒内圧力センサで検出し、その検出された圧力の推移である燃焼圧力波形の特徴点から着火時期を検出して、該着火時期が目標時期となるべく燃料噴射時期を制御する技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。

また、圧縮行程上死点前の機関出力軸の回転角の変動と圧縮行程上死点後の機関出力軸の回転角の変動とを比較することで、内燃機関の気筒内での燃料の着火時期を検出する技術が公開されている（例えば、特許文献２を参照。）。
特開平９−６８０８１号公報 特開２００１−８２２２４号公報 特開平９−３０３１８８号公報

内燃機関の機関始動時、特に外気温度が零下であるような極低温状態での機関始動時においては、気筒内壁温も比較的低くなるため燃料の着火性が低下する。そのため、着火時期が理想の着火時期からずれて十分なトルクを発生させられず内燃機関の機関始動が困難となる。従って、内燃機関の着火時期を正確に把握する必要がある。

しかし、気筒内での燃焼における着火現象は短時間での現象であるため、着火時期の正確な把握は困難であり、また従来では、より正確に検出するために気筒内圧力センサ等を設けているが、このようにすると内燃機関を構成するコストが増加する虞がある。

本発明では、上記した問題に鑑み、内燃機関の機関始動において気筒内での燃料の着火時期をより正確に把握することを目的とする。

本発明においては、上記した課題を解決するために、内燃機関の機関始動時において該内燃機関が比較的低温の状態にあるときの、気筒内での燃料の着火時期と気筒内での燃焼によって発生する燃焼トルクとの関係に着目した。これは、内燃機関が比較的低温の状態にあるときは、気筒内への燃料供給量（燃料噴射料）が増加しても、機関始動に関連する燃焼トルクの変動は緩やかであり、一方で、気筒内での燃料の着火時期が変動すると、燃焼トルクが大きく変動するからである。

そこで、本発明は、圧縮着火内燃機関の気筒内の燃料の着火時期を推定する着火時期推定システムにおいて、圧縮着火内燃機関が所定の低温状態で始動する場合の、該圧縮着火内燃機関における燃焼トルクを推定、検出する燃焼トルク検出手段と、前記燃焼トルク検
出手段によって推定、検出された燃焼トルクに基づいて、前記圧縮着火内燃機関における燃料の着火時期を推定する着火時期推定手段と、を備える。

ここで、所定の低温状態とは、上述したように、気筒内への燃料供給量に対して燃焼トルクの変動が比較的小さく、一方で、気筒内での燃料の着火時期の変動に対して燃焼トルクの変動が比較的大きくなる、内燃機関の状態をいう。例えば、一定時間内燃機関が稼動して暖機された後に停止し、その後直ちに機関始動するような場合は、気筒内への燃料供給量に対して燃焼トルクの変動が比較的大きいため、所定の低温状態における機関始動とは言い難い。また、内燃機関が十分に機関停止した後に機関始動する場合や、外気温度が零下での機関始動の場合等には、気筒内への燃料供給量に対して燃焼トルクの変動が比較的小さく、一方で、気筒内での燃料の着火時期の変動に対して燃焼トルクの変動が比較的大きくなるため、所定の低温状態における機関始動と言い得る。尚、以上は例示であって、内燃機関の置かれる環境によって異なる場合もある。

そして、所定の低温状態における機関始動時の燃焼トルクは、気筒内での燃料の着火時期に大きく関連することを踏まえて、燃焼トルク検出手段によって検出された燃焼トルクに基づくことで気筒内での燃料の着火時期を、より正確に把握することが可能となる。

ここで、上記の圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムにおいて、前記着火時期推定手段は、前記圧縮着火内燃機関における燃料噴射時期と、噴射燃料が着火するまでの所定の着火遅れ時間を考慮して、前記燃焼トルク検出手段によって推定、検出された燃焼トルクに基づいて、前記圧縮着火内燃機関における燃料の着火時期を推定するようにしてもよい。

圧縮着火内燃機関においては、燃料が噴射されてから該噴射燃料が着火するまでに一定の前記所定の着火遅れ時間が存在する。従って、着火時期推定手段による着火時期の推定に際しては、燃料噴射時期から所定の着火遅れ時間が経過した後でなければ燃料の着火は生じない点を踏まえて着火時期の推定を行うことで、より正確な着火時期の推定が可能となる。尚、この所定の着火遅れ時間は、内燃機関の運転状態等によって変動するので、この点を踏まえて着火時期の推定を行ってもよい。

ここで、上述までの圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムにおいて、前記圧縮着火内燃機関の機関回転速度を推定、検出する機関回転速度検出手段を、更に備える場合、前記燃焼トルク検出手段は、前記機関回転速度検出手段によって推定、検出された機関回転速度の推移に基づいて前記圧縮着火内燃機関における燃焼トルクを推定、検出するようにしてもよい。

機関始動時において燃焼による燃焼トルクを顕著に反映するものとして、内燃機関の機関回転速度が挙げられる。そして、機関回転速度を検出する機関回転速度検出手段は、通常の内燃機関における燃焼制御等のために必須の構成要素である。従って、機関始動時の着火時期の推定のために新たに構成要素を設ける必要もなく、燃焼トルクを推定、検出することが可能となり、以て着火時期のより正確な推定が可能となる。

ここで、上記の圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムにおいて、前記機関回転速度の推移は、前記圧縮着火内燃機関の一の気筒の圧縮行程上死点における機関回転速度と、該一の気筒の次に燃焼が行われる気筒の圧縮行程上死点における機関回転速度との差であってもよい。

即ち、内燃機関の各気筒毎に順次迎える圧縮行程上死点での機関回転速度の変動を、機関回転速度の推移とするものである。機関始動時において各気筒において燃焼トルクが発
生しているときは、機関回転速度は徐々に上昇していく。従って、気筒間での機関回転速度の上昇における変化量に基づいて燃焼トルクを推定、検出することが可能となり、以て着火時期のより正確な推定が可能となる。

ここで、上記の機関回転速度検出手段を備える圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムにおいて、前記圧縮着火内燃機関の始動時に、該圧縮着火内燃機関に対して外部より駆動力を与えクランキングを行うスタータと、前記スタータの駆動のための電力を該スタータに供給するバッテリと、前記バッテリの蓄電量を検出するバッテリ蓄電量検出手段と、を更に備え、前記機関回転速度検出手段は、前記バッテリ蓄電量検出手段によって検出された前記バッテリの蓄電量に基づいて前記圧縮着火内燃機関の機関回転速度を推定、検出するようにしてもよい。

前記機関回転速度検出手段が、内燃機関の出力軸の回転角の変化量から機関回転速度を推定、検出する場合、一の回転角と他の回転角との差である変化量に基づくため機関回転速度を正確に把握することが困難であり、特に機関始動時等の機関回転速度が急峻に変動する場合には推定、検出される機関回転速度の精度が低下する。

一方で、スタータによって機関始動時にクランキングを行う場合、クランキングによって消費されるバッテリの蓄電量は比較的に顕著に減少し、その減少量の検出は比較的容易に精度良く行うことが可能である。そして、バッテリの蓄電量は、機関回転速度の上昇とともに減少する関係にあることから、バッテリの蓄電量に基づくことで機関始動時の機関回転速度をより正確に推定、検出することが可能となり、以て着火時期の推定精度が上昇する。

ここで、上述までの圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムによって推定される着火時期が目標着火時期となるべく、該圧縮着火内燃機関における燃料噴射時期を制御する圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システムを構築することも可能である。

目標着火時期とは、内燃機関の機関始動において燃焼トルクを十分に発生させて機関回転速度を円滑に上昇させるために設定される気筒内での燃料の着火時期である。従って、上述までの圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムによってより正確に推定された着火時期が目標着火時期とずれていた場合には、燃料噴射時期を制御することで、最終的に実際の着火時期を目標着火時期に近づけて、より円滑な機関始動を図る。例えば、推定された着火時期が目標着火時期より進角側の場合は、燃料噴射時期を遅角側に移行し、推定された着火時期が目標着火時期より遅角側の場合は、燃料噴射時期を進角側に移行すればよい。

本発明に係る圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムにおいては、圧縮着火内燃機関の機関始動において気筒内での燃料の着火時期をより正確に把握することが可能となる。

ここで、本発明に係る圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムと燃料噴射制御システムの実施の形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明が適用される内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。内燃機関１は、４つの気筒２（各気筒を＃１、＃２、＃３、＃４で表す）を有する圧縮着火式の内燃機関である。また、気筒２内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。燃料噴射弁３は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室４と接続されている。内燃
機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、吸気ポートを介して気筒内に接続される。同様に、内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管は排気ポートを介して気筒内に接続される。ここで、吸気ポートおよび排気ポートには、各々吸気弁および排気弁が設けられている。

また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。更に、吸気管８における吸気枝管７の直上流に位置する部位には、吸気管８内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が、更に吸気絞り弁１０の上流側には、吸気管８を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータ９が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。一方、内燃機関１には、ＥＧＲ装置２１が設けられている。ＥＧＲ装置２１は排気枝管１２を流れる排気の一部を吸気枝管７へ再循環させる。ＥＧＲ装置２１は、排気枝管１２（上流側）から吸気枝管７（下流側）へ延出しているＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲ通路２２上に上流側から順に設けられたＥＧＲガス冷却用のＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲガスの流量調整用のＥＧＲ弁２４と、から構成される。

エアフローメータ９と吸気絞り弁１０との間に位置する吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する過給機１６のコンプレッサ側が設けられ、排気枝管１２には過給機１６のタービン側が設けられている。

過給機１６より下流の吸気管８には、過給機１６によって加圧されて高温となった吸入空気を冷却するためのインタークーラ１５が設けられている。また、過給機１６のタービン側は、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラーに接続されている。そして、排気管１３の途中には、内燃機関１からの排気を浄化する排気浄化触媒１４が設けられている。

ここで、内燃機関１のクランクシャフト２７はスタータモータ２８と接続され、機関始動時においてはスタータモータ２８によって内燃機関１のクランキングが行われる。また、スタータモータ２８は、その駆動のための電力を供給するバッテリ２９と電気的に接続されている。

また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種の制御ルーチン及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。例えば、燃料噴射弁３は、ＥＣＵ２０からの制御信号によって開閉動作を行う。

ここで、アクセル開度センサ２６がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ２５がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は内燃機関１のクランクシャフト２７の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度や、該機関回転速度とギア比等から内燃機関１が搭載されている車両の車両速度等を算出する。更に、内燃機関１のイグニッションスイッチ３０が、ＥＣＵ２０と電気的に接続されている。これにより、ＥＣＵ２０は、内燃機関１への機関始動指令Ｉ／Ｇを受け取る。

そして、バッテリ２９もＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０からの指令によってバッテリ２９がスタータモータ２８へ電力を供給するとともに、バッテリ２９における蓄電量がＥＣＵ２０へと伝えられる。尚、本実施の形態においては、バッテリ２９の蓄電量として、その出力端子間の電圧（以下、「端子間電圧」という）が利用されてい
る。

ここで、内燃機関１が置かれる状況においてその外気温度が零下である場合に内燃機関１の機関始動を行うとき（以下、「極低温始動時」という）、スタータモータ２８によってクランキングを開始するとともに、燃料噴射弁３からの燃料噴射が開始される。このとき、内燃機関１の機関温度が比較的低いため、気筒内での燃焼が良好に行われにくい。その結果、燃料噴射弁３から多量の燃料を気筒内に供給しても、その供給量に応じた燃焼トルクは発生しない。

このような場合、気筒内での燃料の着火時期に着目する。図２には、極低温始動時の燃料の着火時期と該燃料の燃焼によって発生する燃焼トルクとの関係が示されている。図２の横軸は着火時期を、縦軸は燃焼トルクを表す。図２に示すように、内燃機関１では、着火時期が圧縮行程上死点（図２中、「ＴＤＣ」で表されている）前の時期からＴＤＣ以降の所定の時期Ｔａｉｎｊまでの間は、着火時期が遅角側に進むに従い発生する燃焼トルクが大きくなり、所定の時期Ｔａｉｎｊで燃焼トルクが最大となる。そして、ＴＤＣ後の所定の時期Ｔａｉｎｊ以降は、着火時期が遅角側に進むに従い燃焼トルクは小さくなる。一方で、極低温時においては、上述したように、燃料噴射量を増量しても、燃焼トルクは大きく変動しない。尚、図２中のＴ１、Ｔ２については後述する。

そこで、極低温時の内燃機関１の機関始動時においては、図３に示す燃料の着火時期を推定するとともに、その推定された着火時期に基づいて燃料噴射時期を制御する機関始動制御を行うことで、内燃機関１のより円滑な機関始動を行う。尚、図３に示す機関始動制御は、内燃機関１の機関始動時において実行されるルーチンである。

Ｓ１０１では、イグニッションスイッチ３０から機関始動指令Ｉ／Ｇが発せられたか否かが判定される。イグニッションスイッチ３０から機関始動指令Ｉ／Ｇが発せられたと判定されるとＳ１０２へ進み、イグニッションスイッチ３０から機関始動指令Ｉ／Ｇが発せられていないと判定されるとＳ１０１の処理が再び行われる。

Ｓ１０２では、スタータモータ２８によってクランキングを開始する。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。

Ｓ１０３では、内燃機関１の各気筒における圧縮行程上死点時の機関回転速度の変化量ΔＮｅが算出される。尚、内燃機関１の機関回転速度は、クランクポジションセンサ２５からの信号に基づいて算出される。変化量ΔＮｅの算出について、図４に基づいて説明する。図４は、内燃機関１の機関回転速度の推移を示す図であり、横軸はクランクアングルを、縦軸は機関回転速度を表す。そして、図４中、＃１ＴＤＣ、＃３ＴＤＣ、＃４ＴＤＣとあるのは、それぞれ気筒２＃１における圧縮行程上死点、気筒２＃３における圧縮行程上死点、気筒２＃４における圧縮行程上死点を意味する。

ここで、本実施の形態においては、圧縮行程上死点を迎える順序が隣り合う気筒２＃１と気筒２＃３の各圧縮行程上死点時の機関回転速度の変化量をΔＮｅとする。機関始動時においては、気筒内で発生した燃焼トルクによって内燃機関１の機関回転速度が上昇していくことより、このΔＮｅは、気筒内で発生した燃焼トルクとほぼ比例する。そこで、本実施の形態においては、気筒内で発生した燃焼トルクに代替するパラメータとして、機関回転速度の変化量ΔＮｅを用いる。従って、図２に示した燃焼トルクと着火時期との関係と同様に、機関回転速度の変化量ΔＮｅと着火時期との関係においても、極低温時の機関始動において、圧縮行程上死点以降の以降の所定の時期Ｔａｉｎｊに燃料の着火時期を迎えると、機関回転速度の変化量ΔＮｅが最大となる。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。

Ｓ１０４では、Ｓ１０３で算出された機関回転速度の変化量ΔＮｅが零より小さいか否かが判定される。機関回転速度の変化量ΔＮｅが零より小さいと判定されると、それは気筒２内での燃焼状態が失火状態となっていることを意味する。そこで、その場合は、Ｓ１１４へ進み、失火と判定するとともに、燃料噴射弁３からの燃料噴射時期ａｉｎｊを進角側に移行する。これにより、気筒２内での燃焼状態を失火状態から回避させる。また、Ｓ１０４で機関回転速度の変化量ΔＮｅが零以上であると判定されると、Ｓ１０５へ進む。

ここで、機関回転速度の変化量ΔＮｅと着火時期との関係は、図２に示した燃焼トルクと着火時期との関係に準ずるのは上述の通りである。そこで、機関回転速度の変化量ΔＮｅと着火時期との関係は、図２に示す機関回転速度の変化量ΔＮｅと着火時期との関係に基づいて、図５（ａ）〜（ｃ）のように表すことが可能となる。図５の各図の横軸は機関回転速度の変化量ΔＮｅを表し、縦軸はクランクアングル（着火時期）を表す。即ち、機関回転速度の変化量ΔＮｅが０〜ΔＮｅ１の間の値である場合、換言すると図２において燃焼トルクがＴ１で表される範囲にある場合は、機関回転速度の変化量ΔＮｅと着火時期は一義的な関係となる。一方で、機関回転速度の変化量ΔＮｅがΔＮｅ１〜ΔＮｅ２の間の値である場合、換言すると図２において燃焼トルクがＴ２で表される範囲にある場合は、一の機関回転速度の変化量ΔＮｅから二の着火時期が導かれる関係となる。

そこで、Ｓ１０５では、機関回転速度の変化量ΔＮｅが０以上であって且つΔＮｅ１未満であるか否かが判定される。そして、機関回転速度の変化量ΔＮｅが０以上であって且つΔＮｅ１未満であると判定されると、それは気筒２内で発生した燃焼トルクが図２で示す範囲Ｔ１内の燃焼トルクであることを意味し、Ｓ１０６へ進む。

Ｓ１０６では、着火時期ａｃｍｂが、図５（ａ）に示す機関回転速度の変化量ΔＮｅとクランクアングル（着火時期）との関係から算出される。この場合、機関回転速度の変化量ΔＮｅと着火時期は一義的な関係となるため、図５（ａ）に示すように、Ｓ１０３で算出された機関回転速度の変化量ΔＮｅに基づいて、一の着火時期ａｃｍｂが算出される。Ｓ１０６の処理が終了すると、Ｓ１０７へ進む。

Ｓ１０７では、機関回転速度の変化量ΔＮｅが最大となる着火時期、換言すると燃焼トルクが最大となる着火時期であるＴａｉｎｊに、実際の着火時期ａｃｍｂが近づくべく、燃料噴射弁３からの燃料噴射時期が遅角側に移行される。Ｓ１０７の処理が終了すると、Ｓ１１５へ進む。

次に、Ｓ１０５で、機関回転速度の変化量ΔＮｅが０以上であって且つΔＮｅ１未満ではない、即ちΔＮｅ１以上であって且つΔＮｅ２以下であると判定されると、それは気筒２内で発生した燃焼トルクが図２で示す範囲Ｔ２内の燃焼トルクであることを意味し、Ｓ１０８へ進む。

Ｓ１０８では、着火時期ａｃｍｂが、図５（ｂ）、（ｃ）に示す機関回転速度の変化量ΔＮｅとクランクアングル（着火時期）との関係から算出される。この場合、機関回転速度の変化量ΔＮｅと着火時期との関係は、一の機関回転速度の変化量ΔＮｅから二の着火時期が導かれる関係となるため、図５（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｓ１０３で算出された機関回転速度の変化量ΔＮｅに基づいて、二の着火時期ａｃｍｂ１とａｃｍｂ２が算出される。ここで、ａｃｍｂ１はａｃｍｂ２より進角側の着火時期とする。Ｓ１０８の処理が終了すると、Ｓ１０９へ進む。

Ｓ１０９では、Ｓ１０８で算出された進角側の着火時期ａｃｍｂ１が、燃料噴射弁３からの燃料噴射時期ａｉｎｊから所定の着火遅れ時間α経過した時期（図３中で、ａｉｎｊ
＋αで表される時期）より前か否かが判定される。燃料噴射弁３から噴射された燃料は、その燃料噴射時期から所定の着火遅れ時間を経過した後に着火する。即ち、噴射燃料はａｉｎｊ＋αで表される時期よりも前の時期に着火することはない。ここで、所定の着火遅れ時間αは、内燃機関１の運転状態等に応じて変化させてもよい。

そこで、Ｓ１０９では、進角側の着火時期ａｃｍｂ１がａｉｎｊ＋αで表される時期よりも前の時期であるか否かによって、進角側の着火時期ａｃｍｂ１が適正な着火時期であるか否かを判定する。そして、進角側の着火時期ａｃｍｂ１がａｉｎｊ＋αで表される時期よりも前の時期ではないと判定されるときはＳ１１０へ進み、進角側の着火時期ａｃｍｂ１がａｉｎｊ＋αで表される時期よりも前の時期であると判定されるときはＳ１１２へ進む。

Ｓ１１０では、Ｓ１０８で算出された着火時期ａｃｍｂ１、ａｃｍｂ２のうち、進角側の着火時期ａｃｍｂ１を、内燃機関１における実際の着火時期と設定する。この場合、着火時期ａｃｍｂ１、ａｃｍｂ２、燃料噴射時期ａｉｎｊ等の関係は、図５（ｂ）に示すようになる。即ち、進角側の着火時期ａｃｍｂ１は、ａｉｎｊ＋αで表される時期よりも遅角側の時期となり、更に着火時期ａｃｍｂ２は更に遅角側の着火時期となる。そこで、ａｉｎｊ＋αで表される時期に最も近い進角側の着火時期ａｃｍｂ１を実際の着火時として設定することで、より正確な着火時期が算出される。Ｓ１１０の処理が終了すると、Ｓ１１１へ進む。

Ｓ１１１では、機関回転速度の変化量ΔＮｅが最大となる着火時期、換言すると燃焼トルクが最大となる着火時期であるＴａｉｎｊに、実際の着火時期ａｃｍｂ１が近づくべく、燃料噴射弁３からの燃料噴射時期が遅角側に移行される。Ｓ１１１の処理が終了すると、Ｓ１１５へ進む。

Ｓ１１２では、Ｓ１０８で算出された着火時期ａｃｍｂ１、ａｃｍｂ２のうち、遅角側の着火時期ａｃｍｂ２を、内燃機関１における実際の着火時期と設定する。この場合、着火時期ａｃｍｂ１、ａｃｍｂ２、燃料噴射時期ａｉｎｊ等の関係は、図５（ｃ）に示すようになる。即ち、進角側の着火時期ａｃｍｂ１は、ａｉｎｊ＋αで表される時期よりも進角側の時期となるため、実際の着火時期としては不適切な時期となる。そこで、ａｉｎｊ＋αで表される時期より遅角側の着火時期ａｃｍｂ２を実際の着火時として設定することで、より正確な着火時期が算出される。Ｓ１１２の処理が終了すると、Ｓ１１３へ進む。

Ｓ１１３では、機関回転速度の変化量ΔＮｅが最大となる着火時期、換言すると燃焼トルクが最大となる着火時期であるＴａｉｎｊに、実際の着火時期ａｃｍｂ２が近づくべく、燃料噴射弁３からの燃料噴射時期が進角側に移行される。Ｓ１１３の処理が終了すると、Ｓ１１５へ進む。

Ｓ１１５では、内燃機関１の機関回転速度Ｎｅが、所定の機関回転速度Ｎｅ０を超えているか否かが判定される。ここで、所定の機関回転速度Ｎｅ０は、内燃機関１の機関始動が完了したか否かを判定するための機関回転速度Ｎｅの閾値である。機関回転速度Ｎｅが、所定の機関回転速度Ｎｅ０を超えたと判断されると本制御を終了し、機関回転速度Ｎｅが、所定の機関回転速度Ｎｅ０を超えていないと判断されると、Ｓ１０３以降の処理が行われる。

本制御によると、気筒２内で生じる燃焼トルクと着火時期との関係および燃焼トルクと機関回転速度の変化量ΔＮｅとの関係から、より正確に気筒２内での燃料の着火時期を推定することが可能となる。そして、その推定された着火時期を目標とする着火時期Ｔａｉｎｊに近づけるべく燃料噴射時期を制御することで、燃焼トルクをより効率的に発生させ
てより円滑な機関始動が可能となる。

また、上記の機関始動制御においては、気筒２内で発生する燃焼トルクと関連性を有する機関回転速度の検出は、クランクポジションセンサ２５からの信号に基づいて行われる。ここで、クランクポジションセンサ２５は、内燃機関１のクランクシャフト２７の回転角の変化量から機関回転速度を検出する。即ち、クランクポジションセンサ２５からの信号に基づく機関回転速度の検出は、一の回転角と他の回転角との差である変化量に基づくことになり、図６に示すようにその検出された機関回転速度は平均化された値となる。

図６は、図４と同様に、内燃機関１の機関回転速度の推移を示す図であり、横軸はクランクアングルを、縦軸は機関回転速度を表す。そして、図４中、＃１ＴＤＣ、＃３ＴＤＣ、＃４ＴＤＣとあるのは、それぞれ気筒２＃１における圧縮行程上死点、気筒２＃３における圧縮行程上死点、気筒２＃４における圧縮行程上死点を意味する。ここで、図６中の線Ｌ１は、実際の内燃機関１の機関回転速度の推移を表し、線Ｌ２はクランクポジションセンサ２５からの信号に基づいてＥＣＵ２０が把握する内燃機関１の機関回転速度の推移を表す。上述のように、線Ｌ２で表される機関回転速度の推移は、線Ｌ１で表される機関回転速度の推移を平均化したものとなる。

従って、実際の機関回転速度の変化量がΔＮｅ’であるのに対して、ＥＣＵ２０が把握する機関回転速度の変化量はΔＮｅとなり、ΔＮｅ’−ΔＮｅの誤差が生じる。その結果、機関回転速度の変化量に関連する燃焼トルクの算出の精度が低下し、それに伴い気筒２内での燃料の着火時期の推定精度も低下する。

そこで、機関始動時にクランキングを行うスタータモータ２８と、それに電力を供給するバッテリ２９に着目する。スタータモータ２８のクランキングによって消費されるバッテリ２９の蓄電量を、その端子間電圧ＶｂとしてＥＣＵ２０は精度良く把握することが可能である。そして、バッテリ２９の端子間電圧Ｖｂは、機関回転速度の上昇とともに減少する関係にあることから、以下の式（１）に従いバッテリ２９の端子間電圧Ｖｂに基づいて、機関始動時の機関回転速度をより正確に算出することが可能となる。その結果、機関始動制御における着火時期の推定精度が上昇する。

機関回転速度Ｎｅ＝ａ１ × Ｖｂ＾２ ・・・式（１）
ａ１は、スタータモータ２８の出力特性や内燃機関１のクランクシャフト２７等の回転体の慣性モーメント等によって決定される定数である。

本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムが適用される圧縮着火内燃機関およびその制御系統の概略構成を表す図である。 本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムが適用される圧縮着火内燃機関において、その機関始動時の着火時期と燃焼トルクとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムおよび燃料噴射制御システムが適用される圧縮着火内燃機関において、機関始動時に実行される機関始動制御に関するフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムおよび燃料噴射制御システムが適用される圧縮着火内燃機関において、機関始動時の機関回転速度の推移を示す第一の図である。 本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムおよび燃料噴射制御システムが適用される圧縮着火内燃機関において、機関回転速度の変化量と着火時期との関係を表す図である。 本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムおよび燃料噴射制御システムが適用される圧縮着火内燃機関において、機関始動時の機関回転速度の推移を示す第二の図である。

符号の説明

１・・・・圧縮着火内燃機関（内燃機関）
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
２０・・・・ＥＣＵ
２５・・・・クランクポジションセンサ
２８・・・・スタータモータ
２９・・・・バッテリ
３０・・・・イグニッションスイッチ

Claims (6)

1. 圧縮着火内燃機関が所定の低温状態で始動する場合の、該圧縮着火内燃機関における燃焼トルクを推定、検出する燃焼トルク検出手段と、
   前記燃焼トルク検出手段によって推定、検出された燃焼トルクに基づいて、前記圧縮着火内燃機関における燃料の着火時期を推定する着火時期推定手段と、を備える圧縮着火内燃機関の着火時期推定システム。
2. 前記着火時期推定手段は、前記圧縮着火内燃機関における燃料噴射時期と、噴射燃料が着火するまでの所定の着火遅れ時間を考慮して、前記燃焼トルク検出手段によって推定、検出された燃焼トルクに基づいて、前記圧縮着火内燃機関における燃料の着火時期を推定することを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火内燃機関の着火時期推定システム。
3. 前記圧縮着火内燃機関の機関回転速度を推定、検出する機関回転速度検出手段を、更に備え、
   前記燃焼トルク検出手段は、前記機関回転速度検出手段によって推定、検出された機関回転速度の推移に基づいて前記圧縮着火内燃機関における燃焼トルクを推定、検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の着火時期推定システム。
4. 前記機関回転速度の推移は、前記圧縮着火内燃機関の一の気筒の圧縮行程上死点における機関回転速度と、該一の気筒の次に燃焼が行われる気筒の圧縮行程上死点における機関回転速度との差であることを特徴とする請求項３に記載の圧縮着火内燃機関の着火時期推定システム。
5. 前記圧縮着火内燃機関の始動時に、該圧縮着火内燃機関に対して外部より駆動力を与えクランキングを行うスタータと、
   前記スタータの駆動のための電力を該スタータに供給するバッテリと、
   前記バッテリの蓄電量を検出するバッテリ蓄電量検出手段と、を更に備え、
   前記機関回転速度検出手段は、前記バッテリ蓄電量検出手段によって検出された前記バッテリの蓄電量に基づいて前記圧縮着火内燃機関の機関回転速度を推定、検出することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の圧縮着火内燃機関の着火時期推定システム。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の圧縮着火内燃機関の着火時期推定システムによって推定される前記圧縮着火内燃機関における着火時期が目標着火時期となるべく、該圧縮着火内燃機関における燃料噴射時期を制御する圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御システム。

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