JP2009281143A - 内燃機関の燃料制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パイロット噴射による燃焼に起因して燃焼音やエミッションが劣化するのを回避する。
【解決手段】燃料噴射を制御するための内燃機関の制御装置は、内燃機関の気筒内に、主噴射と該主噴射に先立つパイロット噴射とに分割して、燃料を噴射する燃料噴射手段と、気筒内における燃焼状態に基づいて、実着火時期を検出する検出手段と、該実着火時期に基づいて、主噴射の燃料噴射時期を決定する手段と、パイロット噴射に基づく熱発生量を算出する手段と、該算出された熱発生量に基づいて、該パイロット噴射による燃料噴射量を補正する補正手段とを備える。
【選択図】図５

Description

この発明は、内燃機関の燃料制御装置に関する。

下記の特許文献１には、筒内圧を検出して、筒内圧最高圧力Ｐｍａｘ、圧力変化率ｄＰ／ｄθ、および着火時期を求め、これらの値より着火時期の安定度を判定し、判定結果に従ってパイロット燃料量を制御することが記載されている。

また、下記の特許文献２には、検出された筒内圧に応じて実トルクが算出され、要求トルクおよび該実トルクに基づいて、逐次型統計アルゴリズムを用いて補正量を算出し、該補正量に応じて燃料噴射量を補正する手法が記載されている。
特開平６−１５９１８２号公報 特開２００５−１４７０２５号公報

たとえばディーゼルエンジンのような内燃機関においては、燃料の噴射を、パイロット噴射とメイン（主）噴射とに分割することで、燃焼を緩慢にして急激な燃焼による燃焼音の悪化を回避することが行われている。

他方、セタン価、湿度、燃料噴射弁の劣化、圧縮比の気筒間のバラツキ等によって、内燃機関の燃焼が大きく変動するおそれがある。そのため、予め設定されて制御装置に記憶されたマップ（テーブル）に基づく噴射時期および噴射量で燃料噴射を行っても、実際の内燃機関で発生する熱発生率にばらつきが生じるおそれがある。

このようなばらつきに対処するため、筒内圧を検出するセンサやノッキングを検出するセンサを使用して燃焼の着火位置を検出し、主噴射に対してフィードバック制御することが行われている。

しかしながら、主噴射に対して上記のようなフィードバック制御を行っても、パイロット噴射による燃焼が低下している場合や過大となっている場合には、燃焼音の悪化やエミッションの悪化を招くおそれがある。

したがって、パイロット噴射による燃焼に起因してこのような悪化を回避することのできる手法が望まれている。

上記の目的を達成するため、請求項１に係わる発明は、燃料噴射を制御するための内燃機関の制御装置は、内燃機関の気筒内に、主噴射と該主噴射に先立つパイロット噴射とに分割して、燃料を噴射する燃料噴射手段と、気筒内における燃焼状態に基づいて、実着火時期を検出する検出手段と、該実着火時期に基づいて、主噴射の燃料噴射時期を制御する制御手段と、パイロット噴射に基づく熱発生量を算出する手段と、該算出された熱発生量に基づいて、前記パイロット噴射による燃料噴射量を補正する補正手段と、を備える。

この発明によれば、パイロット噴射に基づく熱発生量に基づいてパイロット噴射の燃料噴射量を補正するので、パイロット噴射による燃焼が低下している場合や過大となっている場合には、該補正により、適切な量の燃料がパイロット噴射によって供給されることができるようになる。これにより、パイロット噴射による燃焼を正常な状態とすることができる。結果として、着火時期のフィードバック制御により、主噴射の燃料噴射時期が適切に調整され、よって、燃焼音の悪化およびエミッションの悪化を回避することができる。

請求項２に係わる発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、主噴射に基づく熱発生量を算出する手段と、パイロット噴射に基づく熱発生量と前記主噴射期に基づく熱発生量との間の比を算出する手段と、を備え、上記補正手段は、前記算出された比に基づいて、前記パイロット噴射による燃料噴射量を補正する。

この発明によれば、パイロット噴射による燃焼と主噴射による燃焼との間で熱発生量を比較することにより、パイロット噴射による燃焼が正常かどうかを見極めることができる。パイロット噴射による燃焼が低下している場合や過大となっている場合には、該比に基づく補正により、適切な量の燃料がパイロット噴射によって供給されることができるようになる。よって、着火時期のフィードバック制御により、主噴射の燃料噴射時期が適切に調整され、燃焼音の悪化およびエミッションの悪化を回避することができる。

請求項３に係わる発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、パイロット噴射に基づく熱発生量を目標熱発生量に収束させるための補正量を算出する手段を備え、上記補正手段が該補正量で目標噴射量を補正することにより、パイロット噴射の燃料噴射量を算出する。

こうして、パイロット噴射に基づく熱発生量が、目標値に収束するよう制御されるので、パイロット噴射による燃焼を正常な状態にすることができる。

請求項４に係わる発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、上記算出された比を目標値に収束させるための補正量を算出する手段を備え、上記補正手段が該補正量で目標噴射量を補正することにより、パイロット噴射の燃料噴射量を算出する。

このように、主噴射に基づく熱発生量とパイロット噴射に基づく熱発生量との比を用いた場合でも、該比が目標値に収束するよう制御されるので、パイロット噴射による燃焼を正常な状態にすることができる。

次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１および図２は、この発明の一実施形態にしたがう、内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）およびその制御装置の全体的な構成を示す図である。

電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）１４、ＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）１５、およびＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）１６を備えるコンピュータである。ＲＯＭ１５には、車両の様々な制御を実現するためのコンピュータ・プログラムおよび該プログラムの実施に必要なデータが格納されている。ＣＰＵ１４は、車両の各部から送られてくるデータを受け取って、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）１６を作業領域に利用して演算を行い、制御信号を生成し、これを、エンジンの各部を制御するために送る。

エンジン２は、この実施例では４気筒を有しており、気筒内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンである。各気筒には、燃料室に臨むように燃料噴射弁６が設けられており、ＥＣＵ１からの制御信号に従って燃料を噴射する。燃料噴射時期および燃料噴射時間（燃料噴射量）は、ＥＣＵ１によって制御される。

エンジン２には、吸気管２２および排気管２４が連結されている。吸気管２２に設けられた回転自在のコンプレッサ２９と、排気管２４に設けられた回転自在のタービン３０を有する過給機が設けられている。タービン３０は、排ガスの運動エネルギーにより回転駆動され、タービン３０の回転駆動により、コンプレッサ２９が回転駆動され、吸気の圧縮を行う。

タービン３０は、複数の回動自在な可変ベーン（図示せず）を有しており、該可変ベーンの開度を変更することにより、タービン３０の回転数を変更することができる。該可変ベーンの開度は、ＥＣＵ１により制御される。

吸気管２２には、コンプレッサ２９の上流に、吸入空気量を検出するためのエアフローセンサ３１が設けられている。該センサの検出値は、ＥＣＵ１に送られる。また、コンプレッサ２９の下流には、過給機によって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。

さらに、エンジン２には、吸気管２２と、排気管２４のタービン３０よりも上流側との間に、排気還流通路（ＥＧＲ通路）２６が設けられている。ＥＧＲ通路２６を介して、エンジン２の排ガスの一部が吸気管２２にＥＧＲガスとして還流される。

ＥＧＲ通路２６には、ＥＧＲ制御弁２７が設けられている。ＥＧＲ制御弁２７は、たとえばソレノイドを有する電磁弁であり、該ＥＧＲ制御弁２７の開度は、ＥＣＵ１によって制御される。

エンジン２の各気筒には、燃焼室に臨むように筒内圧センサ４（図２）が設けられており、該センサは、筒内圧（燃焼圧力）の変化を検出する。該センサ４の検出値は、ＥＣＵ１に送られる。筒内圧ＰＣＹＬは、該筒内圧センサの検出値を積分することにより検出されることができる。

また、エンジン２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センサ３が設けられている。クランク角センサ３は、この実施例では１度のクランク角度毎にパルスを発生し、該パルス信号はＥＣＵ１に送られる。クランク角センサ３は、さらに、特定気筒の所定のクランク角度位置で気筒識別パルスを生成して、ＥＣＵ１に送る。

ＥＣＵ１には、エンジン２により駆動される車両のアクセルペダルの操作量ＡＰを検出するためのアクセルセンサ３３が接続されており、該センサの検出信号はＥＣＵ１に送られる。

ＥＣＵ１は、エンジン２の各気筒に設けられた燃料噴射弁６のため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、ＥＣＵ１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。こうして、ＥＣＵ１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、該制御信号に応じた燃料噴射量の燃料が、各気筒の燃焼室内に噴射される。

ＥＣＵ１は、前述したＣＰＵ１４、ＲＯＭ１５およびＲＡＭ１６に加え、増幅器１０と、Ａ／Ｄ変換部１１と、パルス生成部１３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４の検出信号は、増幅器１０に入力され、増幅器１０は、該入力された信号を増幅する。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。

パルス生成部１３は、クランク角１度周期のパルス信号（以下、１度パルス（ＰＬＳ１）と呼ぶ）を供給する。Ａ／Ｄ変換部１１は、該１度パルスの周期で、増幅器１０からの筒内圧センサ出力をサンプリングし、デジタル値（ｄｐ／ｄθであり、圧力変化率と呼ぶ）に変換してバッファ１２に格納する。

他方、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（以下、６度パルス（ＰＬＳ６）と呼ぶ）が供給される。ＣＰＵ１４は、該６度パルスの周期でバッファ１２に格納されたデジタル値を読み出すことができる。すなわち、この実施形態では、Ａ／Ｄ変換部１１からＣＰＵ１４に対して割込要求を行うのではなく、ＣＰＵ１４が、６度パルスの周期で読み出しを行う。ＣＰＵ１４は、読み出した圧力変化率を積算することにより、筒内圧ＰＣＹＬを算出される。

入力回路１７は、各種センサ（図２の例では、アクセルセンサ３３のみ示されている）の検出信号をデジタル値に変換し、ＣＰＵ１４に供給する。エンジン回転数Ｎｅは、６度パルスの周期に基づいて算出される。また、エンジン２の要求トルクＴＲＱは、アクセルセンサ３３により検出されたアクセルペダル操作量ＡＰに基づいて算出される。

ＣＰＵ１４は、出力回路１８を介して、車両の各部に制御信号を送る。図２の例では、ＣＰＵ１４が、エンジンの運転状態に応じて目標排気還流量を算出し、該目標排気還流量に応じてＥＧＲ制御弁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制御弁２７に供給することが示されている。

ここで、図３を参照して、この発明の第１の実施例に従う手法の原理を説明する。図３は、第１のケースＡ１、第２のケースＢ１および第３のケースＣ１についての、（ａ）燃料噴射時間、（ｂ）熱発生率、および（ｃ）熱発生量を示す。（ｂ）および（ｃ）において、符号８１ａ、８２ａおよび８３ａは、第１のケースＡ１を示し、符号８１ｂ、８２ｂおよび８３ｂは、第２のケースＢ１を示し、符号８１ｃ、８２ｃおよび８３ｃは、第３のケースＣ１を示す。

第１のケースＡ１は、ＥＣＵ１のメモリに予め記憶された、エンジンの運転状態に従う目標燃料噴射量および目標燃料噴射時期に従ってパイロット噴射および主噴射を行った結果、正常燃焼した場合を示す。（ａ）に示されるように、主噴射に先立ち、パイロット噴射が所定時間行われる。主噴射は、たとえば圧縮行程で実行され、パイロット噴射は、たとえば吸入行程で実行される。燃料噴射をパイロット噴射と主噴射とに分割することにより、急激な燃焼による燃焼音の悪化およびエミッションの悪化を回避することができる。

第１のケースＡ１において、（ｂ）の符号８１ａに示すように、パイロット噴射に応じて熱発生率（Ｊ／ｄｅｇ）が上昇し、その後、符号８２ａに示すように、主噴射に応じて熱発生率が上昇する。（ｃ）の符号８３ａに示すように、熱発生率を積算することにより算出される熱発生量（Ｊ）は、パイロット噴射および主噴射に従って増大する。

この実施例では、パイロット噴射および主噴射による熱発生量の総和Ｑｍａｘの５０％の位置（Ｑｈａｌｆ）が、着火時期として検出される。図には、着火時期として検出される位置が点線１０１で示されており、該点線１０１と、熱発生量８３ａの交点に対応するクランク角度が、実着火時期として検出される。

第２のケースＢ１は、パイロット噴射による燃焼が低下した場合を示している。このような現象は、たとえば、ＥＧＲ量が目標値よりも多く吸気系に環流された時、燃料噴射弁の劣化等によって燃料が不足した場合、セタン価が低い場合等に起因して生じることがある。このような場合、点線８１ｂ’に示すように、パイロット噴射による熱の発生量が低下する。この結果、点線８３ｂ’に示すように、着火時期として検出される時間が遅れる。着火時期をフィードバック制御する制御が実行されている場合、該遅れた着火時期が検出されるので、着火時期を進ませようとして、主噴射の燃料噴射時期が進角される。パイロット噴射と主噴射との間のインターバル（クランク角度期間）は一定であるので、（ａ）に示すように、主噴射の燃料噴射時期が進角されると、パイロット噴射の燃料噴射時期も進角される。進角の結果、符号８１ｂおよび８２ｂに示すように、熱発生率の立ち上がりが符号８１ｂ’および８２ｂ’よりも早められ（この様子が、矢印１０２で表されている）、よって、符号８３ｂに示すように、熱発生量の立ち上がりも符号８３ｂ’よりも早められる。

この場合、符号８１ｂおよび８２ｂに示すように、パイロット噴射による燃焼は低下したまま、主噴射によって急激な燃焼が生じることとなる。したがって、圧力変化率が大きくなり、ノイズ・振動（ＮＶ）およびエミッションが悪化するおそれがある。（ｃ）に示されるように、着火時期のフィードバック制御によって、着火時期は、第１のケースＡ１と同様のタイミングで検出されるおそれがあり、よって、このようなノイズ・振動の悪化を、該着火時期のフィードバック制御で回避することはできない。

そこで、本願発明の一実施形態では、図に示すように、パイロット噴射による熱が発生する期間としてパイロットウィンドウ（後述するように、たとえばエンジンの運転状態に基づいて設定されることができ、クランク角度で５度程度の期間である）を設定し、該パイロットウィンドウにおける熱発生量を算出する。該算出された熱発生量が、所定の目標値に達していなければ、パイロット噴射による燃焼が低下していることを示すので、該パイロット噴射の燃料噴射量を増量する。

なお、この実施例では、実着火時期を検出するため、パイロットウィンドウに加え、主噴射によって熱発生が生じる期間としてメインウィンドウをも設定し、パイロットウィンドウの開始からメインウィンドウの終了までのクランク角度期間を噴射ステージ期間とする。メインウィンドウも、後述するように、たとえばエンジンの運転状態に基づいて設定されることができる。この実施例では、両者のウィンドウは連続して示されているが、必ずしも連続しなくてもよい。前述した熱発生量の総和Ｑｍａｘは、該噴射ステージ期間における熱発生量である。該Ｑｍａｘの５０％の熱発生量Ｑｈａｌｆに対応するクランク角度が、実着火時期として検出される。なお、図には、或るタイミングで設定されたパイロットウィンドウおよびメインウィンドウの一例が示されている。

本願発明のこの実施例に従う結果が、第３のケースＣ１として示されている。パイロット噴射によって噴射される燃料が増量されると、パイロットウィンドウの期間において、符号８１ｃに示すように、第１のケースＡ１の熱発生率８１ａと同様に上昇する。したがって、パイロット噴射による熱発生量も、符号８３ｃに示すように、第１のケースＡ１の熱発生量８３ａと同様に上昇する。着火時期は、第１のケースＡ１と同様のタイミングで検出される。結果として、主噴射の噴射時期は、（ａ）に示すように、第２のケースＢ１に比べて遅角されて、第１のケースＡ１と同様のタイミングに設定される。また、パイロット噴射に対して増量した分だけ、主噴射の燃料噴射量は減量される。したがって、符号８２ｃに示されるように、主噴射の熱発生率の立ち上がりは、第１のケースＡ１の熱発生率８２ａと同様の挙動を呈することとなり、主噴射の急激な燃焼を招くおそれはなく、ＮＶが悪化するのを回避することができる。また、パイロット噴射による燃料噴射量をこのように調整しても、着火時期はフィードバック制御されているので、該パイロット噴射の燃料噴射量の調整によってＮＶおよびエミッション等が悪化するのも回避することができる。

上記図３は、パイロット噴射による燃焼が低下した場合を説明したが、図４は、パイロット噴射による燃焼が過大になった場合を説明する。

図３と同様に、第１のケースＡ２、第２のケースＢ２および第３のケースＣ２が示されており、第１のケースＡ２は、図３の第１のケースＡ１と同じであり、正常燃焼している状態を示す。（ｂ）および（ｃ）における符号は、わかりやすくするため図３と同様のものを用いているが、図３とは異なる現象を説明している点に注意されたい。

第２のケースＢ２は、パイロット噴射による燃焼が過大になった場合を示している。このような現象は、たとえば、ＥＧＲ量が目標値よりも少なく吸気系に環流された時、燃料噴射弁の劣化等によって燃料が過剰となった場合、セタン価が高い場合等に起因することにより生じるおそれがある。

このような場合、点線８１ｂ’に示すように、パイロット噴射による熱の発生量が増大するので、点線８３ｂ’に示すように、着火時期として検出される時間が進角される。着火時期をフィードバック制御する制御が実行されている場合、該進んだ着火時期が検出され、これにより、着火時期を遅らせようとして、主噴射の燃料噴射時期が遅角される。パイロット噴射と主噴射との間のインターバル（クランク角度期間）は一定であるので、（ａ）に示すように、主噴射の燃料噴射時期が遅角されると、パイロット噴射の燃料噴射時期も遅角される。遅角の結果、符号８１ｂおよび８２ｂに示すように、熱発生率の立ち上がりが符号８１ｂ’および８２ｂ’よりも遅れる（この様子が、矢印１０３で表されている）。よって、符号８３ｂに示すように、熱発生量の立ち上がりも符号８３ｂ’よりも遅れる。

この場合、符号８１ｂおよび８２ｂに示すように、パイロット噴射による燃焼が過大であるので、主噴射による燃焼も活発になり、よって、第１のケースＡ２で示される熱発生率の挙動とは異なる挙動を呈することとなる。これは、ノイズ・振動（ＮＶ）およびエミッションを悪化させるおそれがある。（ｃ）の符合８３ｂによって示されるように、着火時期のフィードバック制御によって、着火時期は、第１のケースＡ１と同様のタイミングで検出されるおそれがあり、よって、このようなノイズ・振動およびエミッションの悪化を、該着火時期のフィードバック制御で回避することはできない。

そこで、本願発明の一実施形態では、図３を参照して説明したように、パイロット噴射による熱が発生する期間として設定されたパイロットウィンドウにおける熱発生量を算出する。該算出された熱発生量が、所定の目標値を超えたならば、パイロット噴射による燃焼が過大になっていることを示すので、該パイロット噴射の燃料噴射量を減量する。

この結果が、第３のケースＣ２として示されている。パイロット噴射によって噴射される燃料が減量されると、パイロットウィンドウの期間において、符号８１ｃに示すように、第１のケースＡ２の熱発生率８１ａと同様に上昇する。したがって、パイロット噴射による熱発生量も、符号８３ｃに示すように、第１のケースＡ２の熱発生量８３ａと同様に上昇する。着火時期は、第１のケースＡ２と同様のタイミングで検出される。結果として、主噴射の噴射時期は、（ａ）に示すように、第２のケースＢ２に比べて進角されて、第１のケースＡ２と同様のタイミングに設定される。また、パイロット噴射に対して減量した分だけ、主噴射の燃料噴射量は増量される。したがって、符号８２ｃに示されるように、主噴射の熱発生率の立ち上がりは、第１のケースＡ２の熱発生率８２ａと同様の挙動を呈することとなり、ＮＶおよびエミッションが悪化するのを回避することができる。また、パイロット噴射による燃料噴射量を調整しても、着火時期はフィードバック制御されているので、該パイロット噴射の燃料噴射量の調整によってＮＶおよびエミッション等が悪化するのを回避することができる。

図５は、図３および図４を参照して述べた、本願発明の第１の実施例に従う、制御装置のブロック図である。各機能ブロックは、ＥＣＵ１において実現される。また、以下に示される各種のマップは、ＥＣＵ１のＲＯＭ１５に記憶されている。

熱発生率算出部４１は、筒内圧センサ４から検出された圧力変化率および筒内圧に基づいて、熱発生率ＲＯＨＲ（Ｊ／ｄｅｇ）を算出する。該算出のための式の一例を、以下に示す。θは、クランク角度を表している。κは混合気の比熱比を示し、ＶＣＹＬは気筒容積（ｍ^３）を示し、ｄＶ／ｄθは気筒内の容積増加率（ｍ^３／ｄｅｇ）を示し、ＰＣＹＬは筒内圧（ｋＰａ）を示し、ｄＰ／ｄθは圧力変化率（ｋＰａ／ｄｅｇ）を示す。ここで、比熱比κは、燃料の種類により使い分けることが望ましく、たとえばディーゼルエンジンでは軽油の比熱比を用いることができる。

ここで、クランク角度θに応じた気筒の燃焼室の容積ＶＣＹＬは、たとえば以下の式に従って計算されることができる。

ｍは、気筒内のピストンの上死点からの変位を示す。図６に示すように、ｒはクランク軸３５の半径を示し、l（エル）は、コンロッド長を示すとすると、λ=l/r である。Ｖｄｅａｄは、ピストン３６が上死点にあるときの燃焼室の容積を示し、Ａｐｓｔｎは、ピストン３６の断面積を示す。

この実施例では、図３を参照して説明したように、１燃焼サイクルにおける噴射ステージ期間における熱発生量の総和Ｑｍａｘを演算し、該総和Ｑｍａｘの５０パーセントである熱発生量Ｑｈａｌｆに到達するクランク角（熱発生重心位置）を、実着火時期として検出する。したがって、熱発生率算出部４１は、該噴射ステージ期間中の熱発生率を計算すればよい。この実施例では、噴射ステージ期間は、パイロットウィンドウの開始に対応するクランク角度から、メインウィンドウの終了に対応するクランク角度までの期間であり、それぞれ、パイロットウィンドウ開始角度算出部７１およびメインウィンドウ終了角度算出部７４が、現在のエンジン回転数Ｎｅおよび要求トルクＴｒｑに基づいて所定のマップを参照することにより求めることができる。

積算部４２は、熱発生率算出部４１により計算された熱発生率ＲＯＨＲ（θ）を積算して熱発生量Ｑを算出する。該積算が噴射ステージ期間にわたって行われた結果、熱発生量の総和Ｑｍａｘが算出される。こうして、図３に示されるように、たとえばクランク角度ＣＲＫ１からＣＲＫ３にわたって熱発生率が積算されることにより、熱発生量の総和Ｑｍａｘが算出される。

実着火時期算出部４３は、熱発生量Ｑが、熱発生量の総和Ｑｍａｘの５０％（Ｑｈａｌｆ＝Ｑｍａｘ×１／２）に達した時のクランク角度（熱発生重心位置）を、実着火時期ＣＡＦＭとして検出する。

着火時期偏差算出部４４は、実着火時期ＣＡＦＭから、目標着火時期算出部６１が現在のエンジン回転数Ｎｅおよび要求トルクＴｒｑに基づいて所定のマップを参照することにより求められる目標着火時期ＣＡＦＭ＿ＣＭＤを減算して、偏差ＤＣＡＭを算出する。フィードバック制御部４５は、該偏差ＤＣＡＭをゼロに収束させるための、主噴射の燃料噴射時期についての補正量ＣＡＤＭを算出する。任意のフィードバック制御手法を用いることができ、たとえば、ＰＩ制御を用いることができる。

主噴射時期補正部４６は、該補正量ＣＡＤＭを、目標噴射時期算出部６２が現在のエンジン回転数Ｎｅおよび要求トルクＴｒｑに基づいて所定のマップを参照することにより求められる目標噴射時期ＣＡＩＭ＿ＣＭＤに加算することにより、該目標噴射時期を補正し、主噴射の燃料噴射時期ＣＡＩＭを算出する。

この実施例では、主噴射時期とパイロット噴射時期の間のインターバルは一定であるので、パイロット噴射時期算出部４７は、主噴射時期ＣＡＩＭから、該所定のインターバルを進めることにより、パイロット噴射時期ＣＡＩＰを求めることができる。こうして、パイロット噴射および主噴射の両方について、燃料噴射時期が決定される。

他方、パイロットウィンドウ熱発生量算出部５１は、パイロットウィンドウにおける熱発生量を求める。パイロットウィンドウの開始に対応するクランク角度および終了に対応するクランク角度は、それぞれ、パイロットウィンドウ開始角度算出部７１およびパイロットウィンドウ終了角度算出部７２が、現在のエンジン回転数Ｎｅおよび要求トルクＴｒｑに基づいて所定のマップを参照することにより求めることができる。前述したように、積算部４２は、パイロットウィンドウの開始からメインウィンドウの終了までの期間について熱発生率を積算するので、パイロットウィンドウ熱発生量算出部５１は、該パイロットウィンドウの期間のみについて積算された熱発生量Ｑｐを、該積算部４２から受け取ることができる。

熱発生量偏差算出部５２は、実熱発生量Ｑｐから、目標パイロット熱発生量算出部６３が現在のエンジン回転数Ｎｅおよび要求トルクＴｒｑに基づいて所定のマップを参照することにより求められる目標熱発生量Ｑｐ＿ＣＭＤを減算して、偏差ＤＱｐを算出する。フィードバック制御部５３は、該偏差ＤＱｐをゼロに収束させるための、パイロット噴射の燃料噴射量についての補正量ＱＩＮＪＤＰを算出する。任意のフィードバック制御手法を用いることができ、たとえば、ＰＩ制御を用いることができる。

パイロット噴射量補正部５４は、該補正量ＱＩＮＪＤＰを、目標パイロット噴射量算出部６４が現在のエンジン回転数Ｎｅおよび要求トルクＴｒｑに基づいて所定のマップを参照することにより求められる目標パイロット燃料噴射量ＱＩＮＪＰ＿ＣＭＤに加算することにより、該目標パイロット燃料噴射量を補正し、パイロット噴射の燃料噴射量ＱＩＮＪＰを算出する。

こうして、実熱発生量Ｑｐが目標熱発生量Ｑｐ＿ＣＭＤよりも低ければ、実熱発生量が該目標熱発生量に追従するよう、パイロット噴射の燃料噴射量は増量される。他方、実熱発生量Ｑｐが目標熱発生量Ｑｐ＿ＣＭＤよりも多ければ、実熱発生量が該目標熱発生量に追従するよう、パイロット噴射の燃料噴射量は減量される。

主噴射量補正部５５は、目標主噴射量算出部６５が現在のエンジン回転数Ｎｅおよび要求トルクＴｒｑに基づいて所定のマップを参照することにより求められる目標主噴射量ＱＩＮＪＭ＿ＣＭＤを、上記補正量ＱＩＮＪＤＰで補正し、主噴射の燃料噴射量ＱＩＮＪＭを算出する。具体的には、パイロット噴射について、該補正量だけ増量するよう補正された場合には、主噴射について、該補正量だけ減量するよう燃料噴射量を補正する。また、パイロット噴射について、該補正量だけ減量するよう補正された場合には、主噴射について、該補正量だけ増量するよう燃料噴射量を補正する。こうして、パイロット噴射について燃料噴射量が補正された場合でも、所望の量の燃料がエンジンに供給されるようにする。

図７は、本願発明の第２の実施例に従う手法の原理を説明するための図であり、第１のケースＡ３および第２のケースＢ３についての、（ａ）燃料噴射時間および（ｂ）熱発生率を示す。熱発生量については、省略されている。（ｂ）において、符号９１ａおよび９２ａは第１のケースＡ３を示し、符号９１ｂおよび９２ｂは第２のケースＢ３を示す。

第１のケースＡ３は、ＥＣＵ１のメモリに記憶された、エンジンの運転状態に従う目標燃料噴射量および目標燃料噴射時期に従ってそれぞれパイロット噴射および主噴射したことによって正常燃焼した場合を示し、図３および図４に示される第１のケースと同様である。

第２のケースＢ３は、パイロット噴射による燃焼が過大になった場合を示しており、前述したように、たとえば、ＥＧＲ量が目標値よりも多く吸気系に環流された時、燃料噴射弁の劣化等によって燃料が不足した場合、セタン価が低い場合等の外乱によって、このような異常燃焼が生じることがある。

前述した第１の実施例では、パイロットウィンドウにおける熱発生量を算出することにより、パイロット燃焼が正常に燃焼しているかどうかを判断した。この第２の実施例では、パイロット噴射による燃焼と、主噴射による燃焼とを比較し、その比較結果に基づいて、パイロット噴射による燃焼状態が正常かどうかを判断する。

図に示されるように、パイロット噴射による燃焼が行われる期間として設定されたパイロットウィンドウにおける熱発生量Ｑｐに対する、主噴射による燃焼が行われる期間として設定されたメインウィンドウにおける熱発生量Ｑｍの比Ｒ（＝Ｑｍ／Ｑｐ）を算出する。パイロット噴射による燃焼が過大である時の比Ｒは、第１のケースＡ３のような正常燃焼の時の比Ｒよりも小さくなる。たとえば、第１のケースＡ３では、該比Ｒは８であるのに対し、第２のケースＢ３では、該比Ｒは４となる。図には示されていないが、パイロット噴射による燃焼が低下している時の比Ｒは、第１のケースＡ４のような正常燃焼の時の比Ｒよりも大きくなる。したがって、該比の値が、正常燃焼を表す目標値よりも小さい場合には、パイロット噴射による燃料噴射量を減量し、該目標値よりも大きい場合には、パイロット噴射による燃料噴射量を増量する。こうして、パイロット噴射に起因してＮＶおよびエミッションが悪化するのを回避することができる。

この第２の実施例においても、第１の実施例と同様に、着火時期はフィードバック制御されるので、パイロット噴射による燃料噴射量を調整しても、着火時期は適切な値に維持されることができる。

図８は、図７を参照して述べた、本願発明の第２の実施例に従う、制御装置のブロック図である。第１の実施例を示す図５と異なる点について、主に説明する。

熱発生率算出部４１は、第１の実施例の所で述べたように、噴射ステージの期間にわたり、前述した式（１）に従って、熱発生率ＲＯＨＲ（Ｊ／ｄｅｇ）を算出する。積算部４２は、該噴射ステージの期間にわたって熱発生率を積算し、熱発生量の総和Ｑｍａｘを算出する。

パイロットウィンドウ熱発生量算出部５１は、第１の実施例と同様に、パイロットウィンドウの期間についてのみ積算された熱発生量Ｑｐを、積算部４２から受け取る。また、メインウィンドウの開始に対応するクランク角度および終了に対応するクランク角度は、それぞれ、メインウィンドウ開始角度算出部７３およびメインウィンドウ終了角度算出部７４が、現在のエンジン回転数Ｎｅおよび要求トルクＴｒｑに基づいて所定のマップを参照することにより求めることができる。前述したように、積算部４２は、パイロットウィンドウの開始からメインウィンドウの終了までの期間について熱発生率を積算するので、メインウィンドウ熱発生量算出部５６は、該メインウィンドウの期間のみについて積算された熱発生量Ｑｍを、該積算部４２から受け取ることができる。

比率算出部５７は、パイロットウィンドウの熱発生量Ｑｐに対するメインウィンドウの熱発生量Ｑｍの比Ｒ（＝Ｑｍ／Ｑｐ）を算出する。熱発生量比偏差算出部５８は、目標熱発生量比算出部６６が現在のエンジン回転数Ｎｅおよび要求トルクＴｒｑに基づいて所定のマップを参照することにより求められた熱発生量比の目標値Ｒ＿ＣＭＤを、実熱発生量比Ｒから減算して、偏差Ｒｄを算出する。フィードバック制御部５３は、該偏差Ｒｄをゼロに収束させるための、パイロット噴射による燃料噴射量のための補正量を算出する。該補正量を、目標パイロット噴射量に加算することにより、パイロット噴射の燃料噴射量が算出される。こうして、該比Ｒが目標値より小さければ、パイロット噴射の燃料噴射量は減量するよう補正され、該比Ｒが目標値より大きければ、パイロット噴射の燃料噴射量は増量するよう補正される。

主噴射量補正部５５の動作は、第１の実施例と同じであるので、説明を省略する。また、実着火時期算出部４３からパイロット噴射時期算出部４７までの動作も第１の実施例と同じであるので、説明を省略する。

代替的に、比Ｒに代えて、メインウィンドウの熱発生量Ｑｍに対するパイロットウィンドウの熱発生量Ｑｐの比Ｒ’（＝Ｑｐ／Ｑｍ）を用いてもよい。この場合、該比Ｒ’が目標値より小さければ、パイロット噴射の燃料噴射量は増量するよう補正され、該比Ｒ’が目標値より大きければ、パイロット噴射の燃料噴射量は減量するよう補正される。

なお、上記の実施例では、実着火時期を検出するのに、熱発生量の総和Ｑｍａｘを用いたが、実着火時期は、燃焼状態を判断することによって検出されることができるので、該燃焼状態を判断するための他の適切な手法を用いてもよい。たとえば、筒内圧ＰＣＹＬの圧力変化率ｄＰ／ｄθが所定のしきい値に達した時点を、実着火時期と検出するようにしてもよい。この場合には、図５の第１の実施例において、熱発生率の積算は、パイロットウィンドウについてのみ行えばよく、メインウィンドウについての積算は必要とされない。

図９は、図５に示す第１の実施例に従う、燃料制御プロセスのフローである。このプロセスは、ＣＰＵ１４により、燃焼サイクルごとに、噴射ステージが経過した後（たとえば、排気行程中）に実行される。該噴射ステージ中に、圧力変化率ｄＰ／ｄθおよび筒内圧ＰＣＹＬは、所定のクランク角度ごと（たとえば、１度）に算出されて所定のバッファ（またはメモリ）に記憶されているとする。以下の処理は、該記憶された圧力変化率ｄＰ／ｄθおよび筒内圧ＰＣＹＬを用いて演算を行う。

ステップＳ１１において、ステップＳ１２〜ステップＳ１５を繰り返すためのループ処理を開始する。すなわち、噴射ステージ期間中の所定のクランク角度毎の圧力変化率ｄＰ／ｄθおよび筒内圧ＰＣＹＬを所定の順次読み込んで前述した式（１）に従って熱発生率ＲＯＨＲを計算し（Ｓ１２）、該計算した熱発生率を、熱発生量の前回値に加算することにより、熱発生量の今回値Ｑを算出する（Ｓ１３）、という処理を繰り返す。前述したように、噴射ステージの開始および終了に対応するクランク角度は、パイロットウィンドウの開始およびメインウィンドウの終了に対応するクランク角度であり、検出されたエンジン回転数Ｎｅおよび要求トルクＴｒｑに基づいて所定のマップを参照することにより求めることができる。

ステップＳ１３の積算処理の後、該積算処理に用いたクランク角度が、パイロットウィンドウの終了角度に対応するならば、ステップＳ１３で算出された熱発生量Ｑがパイロットウィンドウの熱発生量Ｑｐを示すので、これをメモリに記憶する（Ｓ１５）。ここで、前述したように、パイロットウィンドウの終了角度も、検出されたエンジン回転数Ｎｅおよび要求トルクＴｒｑに基づいて所定のマップを参照することにより求めることができる。

ステップＳ１６においてループが終了したならば、ステップＳ２１〜Ｓ２５において、主噴射およびパイロット噴射の燃料噴射時期を算出すると共に、ステップＳ３１〜Ｓ３５において、主噴射およびパイロット噴射の燃料噴射量を算出する。図に示すように、Ｓ２１〜Ｓ２５とＳ３１〜Ｓ３４は、並列に実行されることができるが、直列に実行するようにしてもよい。

ステップＳ２１において、ループ終了時に算出されている熱発生量の総和Ｑｍａｘの半分であるＱｈａｌｆに対応するクランク角度を、実着火時期として求める。ステップＳ２２において、実着火時期と目標着火時期の偏差を算出する。ステップＳ２３において、該偏差をゼロに収束するための補正量を算出する。ステップＳ２４において、該補正量で目標噴射時期を補正することにより、主噴射の燃料噴射時期を算出する。ステップＳ２５において、該主噴射時期から、所定のインターバルだけ進角側に進んだクランク角度を、パイロット噴射の燃料噴射時期として求める。

ステップＳ３１では、ステップＳ１５においてメモリに記憶されたパイロットウィンドウの熱発生量Ｑｐと、その目標値Ｑｐ＿ＣＭＤとの偏差を算出する。ステップＳ３２において、該偏差をゼロに収束するための補正量を算出する。ステップＳ３３において、該補正量で目標噴射量を補正することにより、パイロット噴射の燃料噴射量を算出する。ステップＳ３４において、該補正量で目標主噴射量を補正することにより、主噴射の燃料噴射量を算出する。該補正量が、パイロット噴射量を増量するものならば、該補正量の分だけ目標主噴射量が減算されて、主噴射量が算出される。該補正量が、パイロット噴射量を減量するものならば、該補正量の分だけ目標主噴射量が加算されて、主噴射量が算出される。

図１０は、図８の第２の実施例に従う、燃料制御プロセスのフローである。図９と異なる点のみ説明する。

ステップＳ１６において、ステップＳ１３の積算処理で用いたクランク角度が、メインウィンドウの開始角度に対応するならば、ステップＳ１３で算出された熱発生量Ｑを、メモリに記憶する（Ｓ１７）。ここで、前述したように、メインウィンドウの開始角度も、検出されたエンジン回転数Ｎｅおよび要求トルクＴｒｑに基づいて所定のマップを参照することにより求めることができる。

ステップＳ１８においてループを終了したならば、ステップＳ２１〜Ｓ２５の処理と、ステップＳ１９〜Ｓ２０，Ｓ３２〜Ｓ３４の処理とが並列に実行されることができる。代替的に、直列に実行してもよい。

ステップＳ１９において、メインウィンドウの熱発生量Ｑｍを算出する。たとえば、ループを終了した時点で、噴射ステージの熱発生量の総和Ｑｍａｘは算出されているので、該熱発生量の総和Ｑｍａｘから、ステップＳ１７で算出されたメインウィンドウ開始時の熱発生量を減算することにより、メインウィンドウの熱発生量Ｑｍを算出することができる。

図には示していないが、代替的に、パイロットウィンドウとメインウィンドウとが連続している場合には、該パイロットウィンドウの熱発生量Ｑｐを総和Ｑｍａｘから減算することにより、メインウィンドウの熱発生量Ｑｍを算出してもよい。

ステップＳ２０において、パイロットウィンドウの熱発生量Ｑｐに対するメインウィンドウの熱発生量Ｑｍの比Ｒを算出する。ステップＳ２１において、該算出された比Ｒと、該比の目標値Ｒ＿ＣＭＤの偏差を算出する。ステップＳ３２〜Ｓ３４は図９と同様であり、該偏差をゼロにするための補正量を算出し、該補正量に従ってパイロット噴射量を算出すると共に、主噴射量を算出する。

前述したように、実着火時期を、燃焼状態を示す他のパラメータに基づいて検出する場合には、パイロットウィンドウについてのみ熱発生量を算出すればよい。さらに、上記の実施例では、噴射ステージを終えた後に、該噴射ステージ中に計測された圧力変化率ｄＰ／ｄθおよび筒内圧ＰＣＹＬを用いて演算を行っているが、代替的に、噴射ステージ中に、該計測された圧力変化率ｄＰ／ｄθおよび筒内圧ＰＣＹＬに応じて、逐次的に、熱発生率の計算および積算処理を実行するようにしてもよい。

上記実施形態は、ディーゼルエンジンを例に説明したが、本願発明は、ガソリンエンジンなどにも適用可能である。また、本願発明は、汎用の（例えば、船外機等の）内燃機関に適用可能である。

この発明の一実施例に従う、エンジンを概略的に示す図。 この発明の一実施例に従う、エンジンの制御装置を概略的に示す図。 この発明の第１の実施例に従う手法の原理を説明するための図。 この発明の第１の実施例に従う手法の原理を説明するための図。 この発明の第１の実施例に従う、制御装置のブロック図。 この発明の一実施例に従う、燃焼容積を計算するための概念図。 この発明の第２の実施例に従う手法の原理を説明するための図。 この発明の第２の実施例に従う、制御装置のブロック図。 この発明の第１の実施例に従う、燃料制御プロセスのフロー。 この発明の第２の実施例に従う、燃料制御プロセスのフロー。

符号の説明

１ ＥＣＵ
２ エンジン
４ 筒内圧センサ
６ 燃料噴射弁

Claims (4)

1. 燃料噴射を制御するための内燃機関の制御装置であって、
   内燃機関の気筒内に、主噴射と該主噴射に先立つパイロット噴射とに分割して、燃料を噴射する燃料噴射手段と、
   前記気筒内における燃焼状態に基づいて、実着火時期を検出する検出手段と、
   前記実着火時期に基づいて、前記主噴射の燃料噴射時期を制御する制御手段と、
   前記パイロット噴射に基づく熱発生量を算出する手段と、
   前記算出された熱発生量に基づいて、前記パイロット噴射による燃料噴射量を補正する補正手段と、
   を備える、制御装置。
2. さらに、
   前記主噴射に基づく熱発生量を算出する手段と、
   前記パイロット噴射に基づく熱発生量と前記主噴射に基づく熱発生量との間の比を算出する手段と、を備え、
   前記補正手段は、前記算出された比に基づいて、前記パイロット噴射による燃料噴射量を補正する、
   請求項１に記載の制御装置。
3. さらに、
   前記パイロット噴射に基づく熱発生量を目標熱発生量に収束させるための補正量を算出する手段を備え、
   前記補正手段が前記補正量で目標噴射量を補正することにより、前記パイロット噴射の燃料噴射量を算出する、
   請求項１に記載の制御装置。
4. さらに、
   前記算出された比を目標値に収束させるための補正量を算出する手段を備え、
   前記補正手段が前記補正量で目標噴射量を補正することにより、前記パイロット噴射の燃料噴射量を算出する、
   請求項２に記載の制御装置。

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