JP2007056776A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 筒内圧センサにより検出される筒内圧から燃料の実着火時期を検出し、検出した実着火時期に応じて燃料噴射時期の補正演算を適切に実行して、演算負荷の増大を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 第1〜第3着火遅れ補正量算出部43〜45は、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQに応じて、それぞれ第1セタン価CET1〜第3セタン価CET3に対応した着火遅れ補正量CADM1〜3を算出する。検出される実着火時期に応じて燃料のセタン価が推定され、推定されたセタン価に応じたセタン価切換信号SWCETにより、着火遅れ補正量CADM1〜3が切り換えられ、主燃料噴射時期マップ値CAIMMの補正に適用される。
【選択図】 図3

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に筒内圧センサにより検出される筒内圧に応じた制御を行うものに関する。
特許文献1には、筒内圧センサにより筒内圧(燃焼室内の圧力)を検出し、検出した筒内圧に応じて、燃料噴射量、燃料噴射時期等を制御する燃料噴射制御装置が示されている。この装置によれば、例えば、筒内圧が最大となるクランク角度Cmaxが検出され、検出されるクランク角度Cmaxが機関運転状態に応じて予め設定されている目標値に一致するように、燃料噴射時期が補正される。
特開2004−100566号公報
内燃機関がディーゼル機関である場合、燃料噴射時期が同一でも使用する燃料のセタン価によって実際の着火時期が変化するため、上記従来の装置による制御は、燃料の燃焼特性が変化した場合にも有効である。
しかしながら、上記特許文献1には燃料噴射時期の補正演算の具体的な手法が示されていない。筒内圧を比較的短い周期で検出し、その検出結果に基づく制御を行う場合、制御装置の演算負荷が増大するため、燃料噴射時期の補正演算は、制御装置の演算負荷を過度に増加させないようにする必要があるが、特許文献1に示された装置ではこの点が検討されていない。
本発明は、この点に着目してなされたものであり、筒内圧センサにより検出される筒内圧から燃料の実着火時期を検出し、検出した実着火時期に応じて燃料噴射時期の補正演算を適切に実行して、演算負荷の増大を抑制することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明は、内燃機関(1)の燃焼室に設けられ、該燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段(6)を備える内燃機関の制御装置において、前記機関運転状態を検出する運転状態検出手段(3,33)と、検出した機関運転状態に応じて燃料噴射時期(CAIM)を決定し、前記燃料噴射手段(6)による燃料噴射を実行する燃料噴射制御手段と、前記機関の運転状態に応じて設定された、前記燃焼室内に噴射された燃料の目標着火時期(CAFMM1〜CAFMM4)を格納した複数の目標着火時期記憶手段と、前記燃焼室内に噴射された燃料の実着火時期(CAFM)を検出する着火時期検出手段と、前記目標着火時期記憶手段を用いて、前記目標着火時期(CAFMM1〜CAFMM4)を算出する目標着火時期算出手段と、該算出された目標着火時期(CAFMM1〜CAFMM4)に対する実着火時期(CAFM)の着火遅れ(DCAM)を算出し、該算出した着火遅れ(DCAM)に応じて、前記燃料のセタン価(CETLRN)を推定するセタン価推定手段と、前記推定されたセタン価(CETLRN)に応じて、前記目標着火時期算出手段で使用する目標着火時期記憶手段を切り換える目標着火時期切換手段とを備えることを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関の運転状態に応じて設定された、前記燃料噴射時期の補正量(CADM1〜CADM3)を格納した複数の燃料噴射時期補正量記憶手段と、該燃料噴射時期補正量記憶手段を用いて燃料噴射時期の補正量(CADM1〜CADM3)を算出する燃料噴射時期補正量算出手段と、前記推定されたセタン価(CETLRN)に応じて、前記燃料噴射時期補正量算出手段で使用する燃料噴射時期補正量記憶手段を切り換える燃料噴射時期補正量切換手段とをさらに備え、前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射時期補正量算出手段により算出される補正量(CADM1〜CADM3)により補正された燃料噴射時期(CAIM)に燃料噴射を実行することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、内燃機関(1)の燃焼室に設けられ、該燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段(6)を備える内燃機関の制御装置において、前記機関運転状態を検出する運転状態検出手段(3,33)と、検出した機関運転状態に応じて燃料噴射時期(CAIM)を決定し、前記燃料噴射手段(6)による燃料噴射を実行する燃料噴射制御手段と、前記機関の運転状態に応じて設定された、前記燃焼室内に噴射された燃料の目標着火時期(CAFMM1〜CAFMM4)を格納した目標着火時期記憶手段と、前記燃焼室内に噴射された燃料の実着火時期(CAFM)を検出する着火時期検出手段と、前記目標着火時期記憶手段を用いて、前記目標着火時期(CAFMM1〜CAFMM4)を算出する目標着火時期算出手段と、該算出された目標着火時期(CAFMM1〜CAFMM4)に対する実着火時期(CAFM)の着火遅れ(DCAM)を算出し、該算出した着火遅れ(DCAM)に応じて、前記燃料のセタン価(CETLRN)を推定するセタン価推定手段と、前記機関の運転状態に応じて設定された、前記燃料噴射時期の補正量(CADM1〜CADM3)を格納した複数の燃料噴射時期補正量記憶手段と、該燃料噴射時期補正量記憶手段を用いて燃料噴射時期の補正量(CADM1〜CADM3)を算出する燃料噴射時期補正量算出手段と、前記推定されたセタン価(CETLRN)に応じて、前記燃料噴射時期補正量算出手段で使用する燃料噴射時期補正量記憶手段を切り換える燃料噴射時期補正量切換手段とをさらに備え、前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射時期補正量算出手段により算出される補正量(CADM1〜CADM3)により補正された燃料噴射時期(CAIM)に燃料噴射を実行することを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置において、前記着火時期検出手段は、前記燃焼室内の混合気の空燃比(AF)に基づいて実着火時期(CAFM)の補正を行うことを特徴とする。
請求項1に記載の発明によれば、機関の運転状態に応じて設定された、燃焼室内に噴射された燃料の目標着火時期を格納した目標着火時期記憶手段を用いて目標着火時期が算出されるとともに、実着火時期が検出され、目標着火時期に対する実着火時期の着火遅れが算出される。さらに、該算出された着火遅れに応じて、燃料のセタン価が推定され、推定されたセタン価に応じて目標着火時期記憶手段が切り換えられる。複数の目標着火時期記憶手段を、推定されたセタン価に応じて切り換えることにより、常に使用中の燃料に最も適した目標着火時期を用いて、セタン価推定を行うことができる。その結果、比較的少ない演算負荷でセタン価推定を迅速に行うことができる。
請求項2に記載の発明によれば、機関の運転状態に応じて設定された、燃料噴射時期の補正量を格納した燃料噴射時期補正量記憶手段を用いて燃料噴射時期の補正量が算出され、推定されたセタン価に応じて、燃料噴射時期補正量の算出に使用する燃料噴射時期補正量記憶手段が切り換えられる。そして、燃料噴射時期補正量算出手段により算出される補正量により補正された燃料噴射時期に燃料噴射が実行される。複数の燃料噴射時期補正量記憶手段を、推定されたセタン価に応じて切り換えることにより、常に使用中の燃料に最も適した燃料噴射時期補正量を用いて、燃料噴射時期の補正を行うことができる。したがって、比較的少ない演算負荷で、推定したセタン価に応じた適切な燃料噴射時期制御を行うことができる。
請求項3に記載の発明によれば、機関の運転状態に応じて設定された、燃焼室内に噴射された燃料の目標着火時期を格納した目標着火時期記憶手段を用いて目標着火時期が算出されるとともに、実着火時期が検出され、目標着火時期に対する実着火時期の着火遅れが算出される。さらに、該算出された着火遅れに応じて、燃料のセタン価が推定され、推定されたセタン価に応じて目標着火時期記憶手段が切り換えられる。複数の目標着火時期記憶手段を、推定されたセタン価に応じて切り換えることにより、常に使用中の燃料に最も適した目標着火時期を用いて、セタン価推定を行うことができる。その結果、比較的少ない演算負荷でセタン価推定を迅速に行うことができる。さらに、機関の運転状態に応じて設定された、燃料噴射時期の補正量を格納した燃料噴射時期補正量記憶手段を用いて燃料噴射時期の補正量が算出され、推定されたセタン価に応じて、燃料噴射時期補正量の算出に使用する燃料噴射時期補正量記憶手段が切り換えられる。そして、燃料噴射時期補正量算出手段により算出される補正量により補正された燃料噴射時期に燃料噴射が実行される。複数の燃料噴射時期補正量記憶手段を、推定されたセタン価に応じて切り換えることにより、常に使用中の燃料に最も適した燃料噴射時期補正量を用いて、燃料噴射時期の補正を行うことができる。したがって、比較的少ない演算負荷で、推定したセタン価に応じた適切な燃料噴射時期制御を行うことができる。また市場で販売されているすべて燃料のセタン価に対応できるように燃料噴射時期補正量記憶手段を設けることにより、どのような燃料が給油されても、燃焼騒音の増加、または燃焼変動の増加あるいは失火を迅速に抑制することができる。
請求項4に記載の発明によれば、燃焼室内の混合気の空燃比に基づいて実着火時期の補正が行われる。検出される実着火時期は空燃比の影響による誤差を含むので、空燃比に応じた補正を行うことにより、より正確な実着火時期の検出を行うことができる。
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図1及び図2は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。以下両図を合わせて参照して説明する。4気筒を有する内燃機関(以下単に「エンジン」という)1は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁6が設けられている。燃料噴射弁6は、電子制御ユニット(以下「ECU」という)4に電気的に接続されており、燃料噴射弁6の開弁時間及び開弁時期は、ECU4により制御される。
エンジン1は、吸気管22、排気管24、及び過給機28を備えている。過給機28は、排気の運動エネルギにより駆動されるタービン30と、タービン30により回転駆動され、吸気の圧縮を行うコンプレッサ29とを備えている。
タービン30は、複数の可変ベーン(図示せず)を備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数(回転速度)を変更できるように構成されている。タービン30のベーン開度は、ECU4により電磁的に制御される。
吸気管22内の、コンプレッサ29の下流には加圧された空気を冷却するためのインタークーラ25が設けられている。
排気管24のタービン30の上流側と、吸気管22との間には、排気を吸気管22に還流する排気還流通路26が設けられている。排気還流通路26には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁(以下「EGR弁」という)27が設けられている。EGR弁27は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はECU4により制御される。
吸気管22には吸入空気流量GAを検出する吸入空気流量センサ31が設けられ、排気管24には酸素濃度センサ32が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ECU4に供給される。
エンジン1の各気筒には、筒内圧(燃焼圧力)を検出する筒内圧センサ2が設けられている。本実施形態では、筒内圧センサ2は、各気筒に設けられるグロープラグと一体に構成されている。筒内圧センサ2の検出信号は、ECU4に供給される。なお、筒内圧センサ2の検出信号は、実際には、筒内圧PCYLのクランク角度(時間)に対する微分信号に相当するものであり、筒内圧PCYLは、筒内圧センサ出力を積分することにより得られる。
またエンジン1には、クランク軸(図示せず)の回転角度を検出するクランク角度位置センサ3が設けられている。クランク角度位置センサ3は、クランク角1度毎にパルスを発生し、そのパルス信号はECU4に供給される。クランク角度位置センサ3は、さらに特定気筒の所定クランク角度位置で気筒識別パルスを生成して、ECU4に供給する。
ECU4には、エンジン1により駆動される車両のアクセルペダルの操作量APを検出するアクセルセンサ33、エンジン1の冷却水温TWを検出する冷却水温センサ34、エンジン1の吸気温TAを検出する吸気温センサ35、過給機28より下流側における吸気管内圧力(過給圧)PBを検出する過給圧センサ(図示せず)、及び当該車両の車速VPを検出する車速センサ(図示せず)が接続されており、これらのセンサの検出信号がECU4に供給される。
ECU4は、エンジン1の各気筒の燃焼室に設けられた燃料噴射弁6の制御信号を駆動回路5に供給する。駆動回路5は、燃料噴射弁6に接続されており、ECU4から供給される制御信号に応じた駆動信号を、燃料噴射弁6に供給する。これにより、ECU4から出力される制御信号に応じた燃料噴射時期において、前記制御信号に応じた燃料噴射量だけ燃料が、各気筒の燃焼室内に噴射される。
ECU4は、増幅器10と、A/D変換部11と、パルス生成部13と、CPU(Central Processing Unit)14と、CPU14で実行されるプログラムを格納するROM(Read Only Memory)15と、CPU14が演算結果などを格納するRAM(Random Access Memory)16と、入力回路17と、出力回路18とを備えている。筒内圧センサ2の検出信号は、増幅器10に入力される。増幅器10は、入力される信号を増幅する。増幅器10により増幅された信号は、A/D変換部11に入力される。また、クランク角度位置センサ3から出力されるパルス信号は、パルス生成部13に入力される。
A/D変換部11は、バッファ12を備えており、増幅器10から入力される筒内圧センサ出力をディジタル値(以下「圧力変化率」という)dpdθに変換し、バッファ12に格納する。より具体的には、A/D変換部11には、パルス生成部13から、クランク角1度周期のパルス信号(以下「1度パルス」という)PLS1が供給されており、この1度パルスPLS1の周期で筒内圧センサ出力をサンプリングし、ディジタル値に変換してバッファ12に格納する。
一方、CPU14には、パルス生成部13から、クランク角6度周期のパルス信号PLS6が供給されており、CPU14はこの6度パルスPLS6の周期でバッファ12に格納されたディジタル値を読み出す処理を行う。すなわち、本実施形態では、A/D変換部11からCPU14に対して割り込み要求を行うのではなく、CPU14が6度パルスPLS6の周期で読出処理を行う。
入力回路17は、各種センサの検出信号をディジタル値に変換し、CPU14に供給する。なお、エンジン回転数NEは、6度パルスPLSの周期から算出される。またエンジン1の要求トルクTRQは、アクセルペダル操作量APに応じて算出される。
CPU14は、エンジン運転状態に応じて目標吸入空気流量GACMDを算出し、検出される吸入空気流量GAが目標吸入空気流量GACMDと一致するようにEGR弁27の開度を制御するデューティ制御信号を、出力回路18を介してEGR弁27に供給する。
図3は、燃料噴射弁6による主噴射時期CAIM及び目標吸入空気流量GACMDを算出するモジュールの構成を示すブロック図である。このモジュールの機能は、CPU14で実行される処理により実現される。
EGR弁27の開度は、吸入空気流量センサ31により検出される吸入空気流量GAが目標吸入空気流量GACMDとなるように制御され、排気還流量が目標排気還流量に制御される。
図3に示すモジュールは、主噴射時期CAIMを算出する主噴射時期算出部36と、目標吸入空気流量GACMDを算出する目標吸入空気流量算出部37と、使用中の燃料のセタン価CETを推定し、推定したセタン価に応じたセタン価切換信号SWCETを出力するセタン価切換信号生成部38とからなる。本実施形態では、市場で流通している燃料のセタン価を考慮して、使用中の燃料のセタン価を、第1セタン価CET1(例えば41)、第2セタン価CET2(例えば46)、第3セタン価CET3(例えば51)、または第4セタン価CET4(例えば57)のいずれかであると判定し、判定したセタン価に応じた燃料噴射時期制御及び排気還流制御が行われる。セタン価切換信号SWCETは、第1〜第4セタン化CET1〜CET4に対応して、「1」〜「4」の値をとる。
主噴射時期算出部36は、主噴射時期マップ値算出部41と、加算部42と、第1〜第3着火遅れ補正量算出部43,44,45と、スイッチ部46とからなる。
主噴射時期マップ値算出部41は、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQに応じて予め設定されたCAIMMマップを検索して、主噴射時期マップ値CAIMMを算出する。CAIMMマップは、上述した第4セタン価CET4の燃料を基準として設定されている。第1着火遅れ補正量算出部43は、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQに応じて予め設定されたCADM1マップを検索して、第1着火遅れ補正量CADM1を算出する。CADM1マップは、上述した第1セタン価CET1の燃料を基準として設定されている。第2着火遅れ補正量算出部44は、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQに応じて予め設定されたCADM2マップを検索して、第2着火遅れ補正量CADM2を算出する。CADM2マップは、上述した第2セタン価CET2の燃料を基準として設定されている。第3着火遅れ補正量算出部45は、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQに応じて予め設定されたCADM3マップを検索して、第3着火遅れ補正量CADM3を算出する。CADM3マップは、上述した第3セタン価CET3の燃料を基準として設定されている。
スイッチ部46は、セタン価切換信号SWCETに応じて、補正量CADM1〜CADM3、または「0」の何れかを選択する。すなわち、SWCET=1であるときは、第1着火遅れ補正量CADM1を選択し、SWCET=2であるときは、第2着火遅れ補正量CADM2を選択し、SWCET=3であるときは、第3着火遅れ補正量CADM3を選択し、SWCET=4であるときは、「0」を選択する。使用中の燃料のセタン価が第4セタン価CET4であるときは、主噴射時期マップ値CAIMMを補正する必要がないため、「0」が選択される。燃料のセタン価が低下するほど、着火遅れ補正量は増加するので、運転状態が同一であるときは、CADM1>CADM2>CADM3という関係が成立する。
目標吸入空気流量算出部37は、目標新気量マップ値算出部51と、加算部52と、第1〜第3新気補正量算出部53,54,55と、スイッチ部56とからなる。
目標新気量マップ値算出部51は、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQに応じて予め設定されたGAMマップを検索して、目標新気流量マップ値GAMを算出する。GAMマップは、第4セタン価CET4の燃料を基準として設定されている。第1新気補正量算出部53は、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQに応じて予め設定されたGACM1マップを検索して、第1新気補正量GACM1を算出する。GACM1マップは、第1セタン価CET1の燃料を基準として設定されている。第2新気補正量算出部54は、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQに応じて予め設定されたGACM2マップを検索して、第2新気補正量GACM2を算出する。GACM2マップは、第2セタン価CET2の燃料を基準として設定されている。第3新気補正量算出部55は、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQに応じて予め設定されたGACM3マップを検索して、第3新気補正量GACM3を算出する。GACM3マップは、第3セタン価CET3の燃料を基準として設定されている。
スイッチ部56は、セタン価切換信号SWCETに応じて、補正量GACM1〜GACM3、または「0」の何れかを選択する。すなわち、SWCET=1であるときは、第1着火遅れ補正量CADM1を選択し、SWCET=2であるときは、第2着火遅れ補正量CADM2を選択し、SWCET=3であるときは、第3着火遅れ補正量CADM3を選択し、SWCET=4であるときは、「0」を選択する。使用中の燃料のセタン価が第4セタン価CET4であるときは、目標新気量マップ値GAMを補正する必要がないため、「0」が選択される。燃料のセタン価が低下するほど、新気補正量は増加するので、運転状態が同一であるときは、GACM1>GACM2>GACM3という関係が成立する。
セタン価切換信号生成部38は、着火遅れ算出部61と、フィルタ処理部62と、スイッチ部63,66と、セタン価推定部64と、判定パラメータ設定部65とからなる。
着火遅れ算出部61は、図4に示すように、第1目標主噴射着火時期算出部71と、第2目標主噴射着火時期算出部72と、第3目標主噴射着火時期算出部73と、第4目標主噴射着火時期算出部74と、スイッチ部75と、着火時期検出部76と、除算部77と、減算部78と、着火時期補正量算出部79と、加算部80と、減算部81とからなる。
第1目標主噴射着火時期算出部71は、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQに応じて予め設定されたCAFMM1マップを検索して、第1目標主噴射着火時期CAFMM1を算出する。CAFMM1マップは、第1セタン価CET1の燃料を基準として設定されている。第2目標主噴射着火時期算出部72は、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQに応じて予め設定されたCAFMM2マップを検索して、第2目標主噴射着火時期CAFMM2を算出する。CAFMM2マップは、第2セタン価CET2の燃料を基準として設定されている。第3目標主噴射着火時期算出部73は、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQに応じて予め設定されたCAFMM3マップを検索して、第3目標主噴射着火時期CAFMM3を算出する。CAFMM3マップは、第3セタン価CET3の燃料を基準として設定されている。第4目標主噴射着火時期算出部74は、エンジン回転数NE及び要求トルクTRQに応じて予め設定されたCAFMM4マップを検索して、第4目標主噴射着火時期CAFMM4を算出する。CAFMM4マップは、第4セタン価CET4の燃料を基準として設定されている。
スイッチ部75は、セタン価切換信号SWCETに応じて、目標主噴射着火時期CAFMM1〜CAFMM4の何れかを選択する。すなわち、SWCET=1であるときは、第1目標主噴射着火時期CAFMM1を選択し、SWCET=2であるときは、第2目標主噴射着火時期CAFMM2を選択し、SWCET=3であるときは、第3目標主噴射着火時期CAFMM3を選択し、SWCET=4であるときは、第4目標主噴射着火時期CAFMM4を選択する。ここで、燃料のセタン価が低下するほど、目標主噴射着火時期は遅角するので、運転状態が同一であるときは、CAFMM1<CAFMM2<CAFMM3<CAFMM4という関係が成立する。
着火時期検出部76は、筒内圧センサ2の出力信号をディジタル値に変換した圧力変化率dpdθに応じて主噴射着火時期CAFMを検出する。この検出手法は、図8〜10を参照して後述する。除算部77は、吸入空気量流量GAを、単位時間当たりの燃料噴射量QINJで除算することにより、推定空燃比AFEを算出する。減算部78は、酸素濃度センサ32により検出される酸素濃度から算出される検出空燃比AFと、推定空燃比AFEとの空燃比偏差DAF(=AF−AFE)を算出する。
着火時期補正量算出部79は、空燃比偏差DAFに応じてCAFCテーブル(図示せず)を検索し、着火時期補正量CAFCを算出する。CAFCテーブルは、空燃比が定常的な状態にあるとき得られたデータに基づいて設定されており、空燃比偏差DAFが増加するほど、着火時期補正量CAFCが増加するように設定されている。加算部80は、検出された主噴射時期CAFMに着火時期補正量CAFCを加算することにより、主噴射時期CAFMを補正し、補正主噴射時期CAFMCを算出する。減算部81は、スイッチ部75から終了される目標主噴射時期から、補正主噴射時期CAFMCを減算することにより、着火遅れ角DCAMを算出する。
図3に戻り、フィルタ処理部62は、比較的長い時間(10〜60秒)かけて得た着火遅れ角DCAMのデータを、最小2乗法演算または移動平均化演算によりフィルタ処理を施す。フィルタ処理後の着火遅れ角DCAMFとする。スイッチ部63は、後述する図5の処理で設定される第1切換制御信号SCTL1により切換制御され、第1切換制御信号SCTL1が「0」のときオフ状態であり、「1」のときオン状態となる。第1切換制御信号SCTL1は、セタン価推定の実行条件が成立したとき、「1」に設定される。
セタン価推定部64は、着火遅れ角DCAMFをエンジン回転数NEを用いて、着火遅れ時間TDFMに変換し、着火遅れ時間TDFMに応じて図11に示すCETテーブルを検索し、セタン価CETを算出する。セタン価推定部64は、さらにセタン価CETを下記式(1)に適用し、セタン価学習値CETLRNを算出する。
CETLRN=α×CET+(1−α)×CETLRN (1)
ここで、αは0から1の間の値に設定されるなまし係数、右辺のCETLRNは、前回算出値である。
なお、給油が行われたときは、セタン価学習値CETLRNは、市場で取引さている燃料のセタン価の中の最小値に相当する第1セタン価CET1に初期化され、その後の学習により、使用中の燃料のセタン価を示す値に収束する。第1セタン価CET1に初期化することにより、以下に説明する燃料噴射時期の制御に使用した場合に、エンジンの冷間始動時において、最も着火し難い燃料でも確実に着火させることができる。
上述したセタン価学習値CETLRNは、4つの気筒の筒内圧センサ出力をすべて用いて算出される。したがって、上記式(1)により、気筒毎に検出されるセタン価CET、及び検出タイミングが異なるセタン価CETの平均化が行われる。なお、セタン価推定処理が実行されないときは、記憶されている最新のセタン価学習値CETLRNが、セタン価推定部64から出力される。
判定パラメータ設定部65は、セタン価学習値CETLRNに応じて、使用中の燃料のセタン価が第1セタン価CET1〜第4セタン価CET4のいずれであるかを判定し、判定したセタン価が第1セタン価CET1であるときは、判定セタン価パラメータCETDを「1」に設定し、判定したセタン価が第2セタン価CET2であるときは、判定セタン価パラメータCETDを「2」に設定し、判定したセタン価が第3セタン価CET3であるときは、判定セタン価パラメータCETDを「3」に設定し、判定したセタン価が第4セタン価CET4であるときは、判定セタン価パラメータCETDを「4」に設定する。
具体的には、図7に示すように、ヒステリシス特性を付加して、第1〜第3閾値CETH1,CETH2,CETH3と、セタン価学習値CETLRNの比較を行う。すなわち、ヒステリシス特性を付加するためのパラメータ(以下「ヒステリシスパラメータ」という)をΔhとすると、判定セタン価パラメータCETDが「2」であるときは、セタン価学習値CETLRNが第2閾値CETH2にヒステリシスパラメータΔhを加算した値を越えると、判定セタン価パラメータCETDが「3」に変更される。逆に判定セタン価パラメータCETDが「3」であるときは、セタン価学習値CETLRNが第2閾値CETH2からヒステリシスパラメータΔhを減算した値を下回ると、判定セタン価パラメータCETDが「2」に変更される。第1閾値CETH1及び第3閾値CETH3についても同様の判定により、判定セタン価パラメータCETDが設定される。
スイッチ部66は、後述する図5の処理で設定される第2切換制御信号SCTL2により切換制御され、第2切換制御信号SCTL2が「0」のときは「1」を選択し、第2切換制御信号SCTL2が「1」のときは判定セタン価パラメータCETDを選択し、セタン価切換信号SWCETとして出力する。
次に図5を参照して、第1切換制御信号SCTL1及び第2切換制御信号SCTL2の設定について説明する。図5に示す切換制御信号設定処理は、CPU14において所定時間毎に実行される。
ステップS11では、セタン価推定処理に必要なセンサ(クランク角度位置センサ3、アクセルセンサ21、筒内圧センサ2、吸入空気流量センサ31、酸素濃度センサ32)の故障が検知されているか否かを判別する。この答が肯定(YES)のときは、第1切換制御信号SCTL1を「0」に設定する(ステップS17)。センサの故障が検知されていないときは、エンジン1により駆動される車両が定常走行中であるか否かを判別する(ステップS12)。定常走行中であるときは、エンジン1の運転状態が予混合燃焼領域にあるか否かを判別する(ステップS13)。予混合燃焼は、燃料を噴射した時点から遅れ時間経過後にその燃料が燃焼するような燃焼を意味し、例えば図6にハッチングを付して示す領域、すなわち要求トルクTRQが所定トルクTRQ1(例えば60Nm)以下で、かつエンジン回転数NEが第1所定回転数NE1(例えば1200rpm)から第2所定回転数NE2(例えば2300rpm)までの範囲にある領域が、予混合燃焼領域となる。予混合燃焼領域においては、燃料のセタン価の違いによる着火時期の差が大きくなるので、着火遅れに基づくセタン価の推定を正確に行うことができる。
ステップS13の答が肯定(YES)であるときは、過給圧PBが所定範囲内(例えば目標圧力値の±5%の範囲内)にあるか否かを判別する。この答が肯定(YES)であるときは、他のエンジン運転パラメータがパラメータ毎に決めれた所定範囲内にあるか否かを判別する。例えば、検出される新気流量GAが目標値の±5%以内か否か、酸素濃度センサにより検出される空燃比AFが目標値の±5%以内か否か、スワール弁(図示せず)の開度が目標値の±5%以内か否か、燃料圧PFが目標値の±5%以内か否かを判別する。そして、すべての運転パラメータが所定範囲内にあるときは、セタン価推定の実行条件成立と判定し、第1切換制御信号SCTL1を「1」に設定する(ステップS16)。第1切換制御信号SCTL1が「1」に設定されると、スイッチ部63がオンし、着火遅れ角DCAMに応じたセタン価の推定が行われる。
ステップS12〜S15の何れかの答が否定(NO)であるときは、ステップS17に進み、第1切換制御信号SCTL1を「0」に設定する。
ステップS18では、失火が検出されたか否かを判別する。失火検出は、本実施形態では以下のようにして行われる。筒内圧センサ出力から得られる圧力変化率dpdθの最大値(以下「最大圧力変化率」という)DPMAXの前回値に所定比率RTH(例えば0.6)を乗算した値を、変化率閾値DPMAXTHとし、最大圧力変化率DPMAXが変化率閾値DPMAXTHを下回る比率(以下「エラー率」という)RERRを算出し、エラー率RERRが判定閾値RERRTH(例えば0.1)を超えたとき、失火と判定する。エラー率RERRは図示平均有効圧力Pmiの変動率と相関があるので、エラー率RERRを用いることにより、図示平均有効圧力Pmiを演算することなく、失火を正確に判定することができる。
失火が検出されたときは、ステップS18からステップS21に進み、第2切換制御信号SCTL2を「0」に設定する。失火が検出されていないときは、エンジン始動後、第1切換制御信号SCTL1が「1」になったか否かを判別する。この答が否定(NO)であるときは前記ステップS21に進み、肯定(YES)であるときは、第2切換制御信号SCTL2を「1」に設定する。
第2切換制御信号SCTL2が「0」で間は、セタン価切換信号SWCETは「1」に維持されるので、第1着火遅れ補正量CADM1、第1新気補正量GACM1、及び第1目標主噴射時期CAFMM1が適用される。すなわち、失火が発生したとき、あるいはエンジン始動後セタン価の推定処理が1度も実行されていないときは、最もセタン価が低い燃料に対応する制御が実行される。これにより、燃料噴射時期の大きな遅れ、及び失火の発生を確実に防止することができる。
図8は、図4に示した着火時期検出部76の構成を示すブロック図である。着火時期検出部76は、バンドパスフィルタ部91と、位相遅れ補正部92と、着火時期判定部93とからなる。バンドパスフィルタ部91には、筒内圧センサ2から出力される圧力変化率dpdθが入力される。図9に示す波形W1が入力波形を示し、波形W2が出力波形を示す。バンドパスフィルタ部91では、位相遅れが発生するため、位相遅れ補正部92では、この遅れを補正する。
着火時期判定部93は、パイロット噴射に対応して、圧力変化率dpdθがピーク値を示すクランク角度位置(以下「パイロット噴射着火時期」という)CAFPと、主噴射に対応して、圧力変化率dpdθがピーク値を示すクランク角度位置(以下「主噴射着火時期」という)CAFMとを判定する。具体的には、図10(c)に示すように、位相遅れ補正部92から出力される圧力変化率dpdθがパイロット検出閾値DPPを超えたクランク角を、パイロット噴射着火時期CAFPと判定し、圧力変化率dpdθがメイン検出閾値DPMを超えたクランク角を、主噴射着火時期CAFMと判定する。本実施形態では、主噴射着火時期CAFMのみが、セタン価CETの推定に使用される。
図10(a)及び(b)には、クランク角CAIPから開始されるパイロット噴射パルスINJP、及びクランク角CAIMから開始される主噴射パルスINJMが示されており、同図(c)には着火時期CAFP,CAFMを検出する角度範囲RDET(例えば10度)が示されている。このように、検出角度範囲RDETを比較的狭い範囲に限定することにより、CPU14の演算負荷を増大させることなく、着火時期を正確に判定することができる。
図12は、燃料のセタン価CETと、着火遅れ角DCAMとの関係を示す図である。この図において、矢印で示す範囲は、吸入空気量センサ31の検出誤差、あるいは燃料噴射量の誤差により、実際の空燃比が目標値からずれるために発生する着火遅れ角DCAMの誤差範囲を示している。本実施形態では、酸素濃度センサ32により検出される空燃比AFに応じて、着火時期補正量CAFCを算出し、着火時期検出部76で検出された着火時期CAFMを補正するようにしたので、着火遅れ角DCAMの算出精度を向上させ、ひいてはセタン価の推定精度を向上させることができる。
図13は、給油された燃料のセタン価と、推定されたセタン価との関係により、エンジンの作動特性がどのように変化するかを示している。燃料のセタン価が第4セタン価CET4であり、推定セタン価も第4セタン価CET4であるとき(以下「この状態を「基準状態」という)は、本来のエンジン性能を発揮させることができる。
これに対し、燃料のセタン価が第3セタン価CET3であり、推定セタン価も第3セタン価CET3であるときは、基準状態と比較してNOx排出量が10%減少し、PM(粒子状物質)排出量が70%減少する。また燃料のセタン価が第2セタン価CET2であり、推定セタン価も第2セタン価CET2であるときも、基準状態と比較してNOx排出量が10%減少し、PM(粒子状物質)排出量が70%減少する。また燃料のセタン価が第1セタン価CET1であり、推定セタン価も第1セタン価CET1であるときは、基準状態と比較してNOx排出量が6%増加し、PM(粒子状物質)排出量が80%減少する。以上が図13の対角線上に位置する状態の特性である。
燃料のセタン価と推定セタン価の組み合わせが、この対角線より上方向にずれるほど、圧力変化率dpdθが増加し、燃焼騒音が増加する。例えば、燃料のセタン価が第3セタン価CET3である場合において、推定セタン価が第2セタン価CET2であるときは、圧力変化率dpdθが若干増加し、推定セタン価が第1セタン価CET2であるときは、圧力変化率dpdθがさらに増加し、燃焼騒音が増大する。
一方、燃料のセタン価と推定セタン価の組み合わせが、この対角線より下方向にずれるほど、燃焼変動(Pmi変動率)が増加する。例えば、燃料のセタン価が第2セタン価CET2である場合において、推定セタン価が第3セタン価CET3であるときは、Pmi変動率が若干増加し、推定セタン価が第4セタン価CET4であるときは、Pmi変動率がさらに増加し、失火が発生する。
したがって、使用中の燃料のセタン価を正確に推定することにより、セタン価の影響を最小限に抑制して、本来のエンジン性能を発揮させることができる。
以上詳述したように本実施形態では、要求トルクTRQ及びエンジン回転数NEに応じて設定された、目標着火時期を格納した複数の目標着火時期マップ、すなわちCAFMM1マップ〜CAFMM4マップの何れか1つを用いて目標着火時期が算出されるとともに、実着火時期CAFMが検出され、目標着火時期に対する実着火時期CAFMの着火遅れ角DCAMが算出される。さらに、着火遅れ角DCAMに応じてセタン価学習値CETLRNが算出され、セタン価学習値CETLRNに応じて、判定セタン価パラメータCETDが算出される。そして、判定セタン価パラメータCETDに応じて目標着火時期マップが切り換えられる。本実施形態では、判定セタン価パラメータCETDに応じて、新気補正量GACM1〜GACM3または「0」が切り換えられるので、それに伴って着火遅れ時間が変化する。したがって、複数の目標着火時期マップを、判定セタン価パラメータCETDに応じて切り換えることにより、常に使用中の燃料に最も適した目標着火時期を用いて、セタン価推定を行うことができる。その結果、比較的少ない演算負荷でセタン価推定を迅速に行うことができる。
また、要求トルクTRQ及びエンジン回転数NEに応じて設定された、燃料噴射時期補正量を格納した複数の着火遅れ補正量マップ、すなわちCADM1マップ〜CADM3マップの何れか1つを用いて着火遅れ補正量が算出され、判定セタン価パラメータCETDに応じて、複数の着火遅れ補正量マップの切換が行われる。そして、着火遅れ補正量により補正された燃料噴射時期に燃料噴射が実行される。複数の着火遅れ補正量マップを、判定セタン価パラメータCETDに応じて切り換えることにより、常に使用中の燃料に最も適した着火遅れ補正量を用いて、セタン価推定を行うことができる。したがって、比較的少ない演算負荷で、推定したセタン価に応じた適切な燃料噴射時期制御を行うことができる。
また、酸素濃度センサ32の出力により検出される、燃焼室内の混合気の空燃比AFに基づいて検出着火時期CAFMの補正が行われる。検出される実着火時期CAFMは空燃比AFの影響による誤差を含むので、空燃比AFに応じた補正を行うことにより、より正確な実着火時期の検出を行うことができる。
本実施形態では、燃料噴射弁6が燃料噴射手段を構成し、クランク角度位置センサ3及びアクセルセンサ33が運転状態検出手段を構成し、ECU4が、燃料噴射制御手段、目標着火時期記憶手段、目標着火時期算出手段、セタン価推定手段、目標着火時期切換手段、燃料噴射時期補正量記憶手段、燃料噴射時期補正量算出手段、及び燃料噴射時期補正量切換手段を構成する。
より具体的には、CAFMM1〜CAFMM4マップが目標着火時期記憶手段に相当し、CADM1〜CADM3マップが燃料噴射時期補正量記憶手段に相当する。また第1〜第4目標主噴射着火時期算出部71〜74が、目標着火時期算出手段に相当する。また筒内圧センサ2及び着火時期検出部76、除算部77、減算部78、着火時期補正量算出部79及び加算部80が、着火時期検出手段に相当し、減算部81、フィルタ処理部62、スイッチ部63、セタン価推定部64、判定パラメータ設定部65、及びスイッチ部66がセタン価推定手段に相当し、スイッチ部75が目標着火時期切換手段に相当する。また第1〜第3着火遅れ補正量算出部43〜45が燃料噴射時期補正量算出手段に相当し、スイッチ部46が燃料噴射時期補正量切換手段に相当し、主噴射時期マップ値算出部41及び加算部42が燃料噴射制御手段に相当する。
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、主噴射に対応する主噴射着火時期CAFMに基づいて、セタン価推定を行っているが、パイロット噴射に対応するパイロット噴射着火時期CAFPに基づいて、セタン価推定を行うようにしてもよい。また、パイロット噴射時期を、推定したセタン価に応じて補正するようにしてもよい。
また上述した実施形態では、すべての気筒の筒内圧を検出して、セタン価学習値CETLRNを算出するようにしたが、筒内圧センサを特定の1つの気筒にのみ設け、その筒内圧センサにより検出される筒内圧に基づいてセタン価学習値CETLRNを算出するようにしてもよい。
また上述した実施形態では、4気筒のディーゼル内燃機関の例を示したが、これに限るものではなく、気筒数の異なるディーゼル内燃機関、あるいは、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。
本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置を示す図である。 図1に示す制御装置の一部の構成をより具体的に示す図である。 主噴射時期(CAIM)及び目標吸入空気流量(GACMD)を算出するモジュールの構成を示すブロック図である。 図3に示す着火遅れ算出部の構成を示すブロック図である。 図3に示す切換制御信号(SCTL1,SCTL2)の設定を行う処理のフローチャートである。 予混合燃焼領域を示す図である。 セタン価学習値(CETLRN)に応じて判定セタン価パラメータ(CETD)を設定する手法を説明するための図である。 図4に示す着火時期検出部の構成を示すブロック図である。 筒内圧センサ出力のバンドパスフィルタ処理を説明するためのタイムチャートである。 着火時期の検出手法を説明するためのタイムチャートである。 着火遅れ時間(TDFM)からセタン価(CET)を算出するためのテーブルを示す図である。 燃料のセタン価(CET)と着火遅れ角(DCAM)との関係を示す図である。 給油された燃料のセタン価と推定されたセタン価の組み合わせに対応したエンジン性能を説明するための図である。
符号の説明
1 内燃機関
2 筒内圧センサ(着火時期検出手段)
3 クランク角度位置センサ(運転状態検出手段)
4 電子制御ユニット
6 燃料噴射弁(燃料噴射手段)
33 アクセルセンサ(運転状態検出手段)
41 主噴射時期マップ値算出部(燃料噴射制御手段)
42 加算部(燃料噴射制御手段)
43,44,45 第1〜第3着火遅れ補正量算出部(燃料噴射時期補正量算出手段)
62 フィルタ処理部(セタン価推定手段)
63 スイッチ部(セタン価推定手段)
64 セタン価推定部(セタン価推定手段)
65 判定パラメータ設定部(セタン価推定手段)
66 スイッチ部(セタン価推定手段)
71,72,73,74 第1〜第4目標主噴射着火時期算出部(目標着火時期算出手段、目標着火時期記憶手段)
76 着火時期検出部(着火時期検出手段)
77 除算部(着火時期検出手段)
78 減算部(着火時期検出手段)
79 着火時期補正量算出部(着火時期検出手段)
80 加算部(着火時期検出手段)

Claims (4)

  1. 内燃機関の燃焼室に設けられ、該燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段を備える内燃機関の制御装置において、
    前記機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、
    検出した機関運転状態に応じて燃料噴射時期を決定し、前記燃料噴射手段による燃料噴射を実行する燃料噴射制御手段と、
    前記機関の運転状態に応じて設定された、前記燃焼室内に噴射された燃料の目標着火時期を格納した複数の目標着火時期記憶手段と、
    前記燃焼室内に噴射された燃料の実着火時期を検出する着火時期検出手段と、
    前記目標着火時期記憶手段を用いて、前記目標着火時期を算出する目標着火時期算出手段と、
    該算出された目標着火時期に対する実着火時期の着火遅れを算出し、該算出した着火遅れに応じて、前記燃料のセタン価を推定するセタン価推定手段と、
    前記推定されたセタン価に応じて、前記目標着火時期算出手段で使用する目標着火時期記憶手段を切り換える目標着火時期切換手段とを備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記機関の運転状態に応じて設定された、前記燃料噴射時期の補正量を格納した複数の燃料噴射時期補正量記憶手段と、
    該燃料噴射時期補正量記憶手段を用いて燃料噴射時期の補正量を算出する燃料噴射時期補正量算出手段と、
    前記推定されたセタン価に応じて、前記燃料噴射時期補正量算出手段で使用する燃料噴射時期補正量記憶手段を切り換える燃料噴射時期補正量切換手段とをさらに備え、
    前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射時期補正量算出手段により算出される補正量により補正された燃料噴射時期に燃料噴射を実行することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。
  3. 内燃機関の燃焼室に設けられ、該燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段を備える内燃機関の制御装置において、
    前記機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、
    検出した機関運転状態に応じて燃料噴射時期を決定し、前記燃料噴射手段による燃料噴射を実行する燃料噴射制御手段と、
    前記機関の運転状態に応じて設定された、前記燃焼室内に噴射された燃料の目標着火時期を格納した目標着火時期記憶手段と、
    前記燃焼室内に噴射された燃料の実着火時期を検出する着火時期検出手段と、
    前記目標着火時期記憶手段を用いて、前記目標着火時期を算出する目標着火時期算出手段と、
    該算出された目標着火時期に対する実着火時期の着火遅れを算出し、該算出した着火遅れに応じて、前記燃料のセタン価を推定するセタン価推定手段と、
    前記機関の運転状態に応じて設定された、前記燃料噴射時期の補正量を格納した複数の燃料噴射時期補正量記憶手段と、
    該燃料噴射時期補正量記憶手段を用いて燃料噴射時期の補正量を算出する燃料噴射時期補正量算出手段と、
    前記推定されたセタン価に応じて、前記燃料噴射時期補正量算出手段で使用する燃料噴射時期補正量記憶手段を切り換える燃料噴射時期補正量切換手段とをさらに備え、
    前記燃料噴射制御手段は、前記燃料噴射時期補正量算出手段により算出される補正量により補正された燃料噴射時期に燃料噴射を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  4. 前記着火時期検出手段は、前記燃焼室内の混合気の空燃比に基づいて実着火時期の補正を行うことを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
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