JP2016205144A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受圧部とシリンダヘッドの間に堆積するデポジットの除去に際し、スモークの排出量が増大するのを抑制する。
【解決手段】グローホールの内周壁にデポジットが堆積した場合に、ヒータロッドの先端部に内蔵された発熱体に通電を行い、堆積したデポジットを熱分解して除去する制御（堆積時通電制御）を行う。但し、堆積時通電制御を行うと、ディーゼルエンジンの燃焼状態が変わることがある。例えば、低温燃焼モードにおいて堆積時通電制御を行うと、燃焼室内の温度が上昇して燃焼状態が変わり、スモークの排出量が増大してしまう。そこで、グローホールの内周壁にデポジットが堆積した場合であっても、スモークの排出量が増大することが予測され（Ｓ７：ＮＯ）、さらに未燃ＨＣ量の増大が予測される（Ｓ９：ＮＯ）ときには、堆積時通電制御（Ｓ８）を行い、未燃ＨＣ量の増大が予測されないときには、インジェクタのアフター噴射（Ｓ１０）を行う。
【選択図】図６

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

従来、燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサの受圧部を、グロープラグのヒータロッドで構成したグロープラグ一体型の筒内圧センサを備える内燃機関が公知である。このような内燃機関に関し、例えば特開２００９−２２２０３１号公報には、内燃機関が所定の運転状態にある場合に当該受圧部と当該内燃機関のシリンダヘッドの間に堆積するデポジットの量を推定し、推定した堆積量に基づいてヒータロッドの加熱を行う制御装置が開示されている。受圧部とシリンダヘッドの間のデポジットの堆積量が多くなると、受圧部の摺動抵抗が生じて筒内圧センサの検出精度が低下するという問題がある。この点、上記制御装置では、推定したデポジットの堆積量に基づいてヒータロッドの加熱を行うので、受圧部とシリンダヘッドの間にデポジットが堆積したとしても、適切なタイミングでヒータロッドの温度を上昇させてこれを分解除去できる。

特開２００９−２２２０３１号公報 特開２０１４−１６３２５６号公報 特開２００９−２０３９３８号公報 特開２０１０−０７１１２５号公報

しかし、ヒータロッドの加熱を行うと燃焼状態が変わることがある。例えば、低温燃焼を狙いとした燃焼制御を行っている場合において、ヒータロッドの加熱を行うと、燃焼室内の温度が上昇して燃焼状態が変わる。そうすると、スモークの排出量が増大してしまうという問題がある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものである。即ち、受圧部とシリンダヘッドの間に堆積するデポジットの除去に際し、スモークの排出量が増大するのを抑制することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、シリンダヘッドに取り付けられて燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサの受圧部をグロープラグのヒータロッドで構成したグロープラグ一体型の筒内圧センサと、前記燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記受圧部と前記シリンダヘッドの間に堆積したデポジットにより前記筒内圧センサの感度が低下しているか否かを判定する判定手段と、
前記筒内圧センサの感度が低下していると判定した場合に、前記ヒータロッドの加熱または前記インジェクタのアフター噴射を実行するデポジット除去手段と、を備え、
前記デポジット除去手段は、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記ヒータロッドの加熱を行った場合に前記内燃機関から排出されるスモーク量と、前記アフター噴射を行った場合に前記内燃機関において発生する未燃燃料量とを予測する予測手段と、
前記スモーク量が第１所定量以上の場合であって前記未燃燃料量が第２所定量未満のときには前記アフター噴射を選択し、それ以外の場合には前記ヒータロッドの加熱を選択する選択手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ヒータロッドの加熱によってスモークの排出量が増大することが予測される場合にインジェクタのアフター噴射を選択することができる。アフター噴射に伴う燃焼室内の温度上昇は、ヒータロッドの加熱に伴うそれに比べて低く抑えることができる。従って、アフター噴射を行えば、スモークの排出量を抑えつつ、受圧部とシリンダヘッドの間に堆積したデポジットを除去できる。

本発明の実施の形態のシステム構成を模式的に示す図である。 ＣＰＳ２２の先端部とその周辺部分を示す図である。 正常時とデポジット堆積時における熱発生率の推移を示した図である。 実施の形態においてＥＣＵ３０が実行するデポジットの堆積に関する判定ルーチンを説明するためのフローチャートである。 熱発生率と燃料噴射量とエンジン回転速度との関係を示す図である。 実施の形態においてＥＣＵ３０が実行するデポジット除去手段の選択ルーチンを説明するためのフローチャートである。 燃料噴射量とエンジン回転速度と予測スモーク濃度との関係を示す図である。 燃料噴射量とエンジン回転速度と予測未燃ＨＣ濃度との関係を示す図である。

［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態のシステム構成を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両等に搭載される内燃機関としてのディーゼルエンジン１０を備えている。ディーゼルエンジン１０のシリンダ１２には、シリンダ１２内を摺動するピストン１４が設けられている。シリンダ１２の上方には、シリンダヘッド１６が配置されている。シリンダ１２のボア壁面、ピストン１４の頂面およびシリンダヘッド１６の底面により燃焼室１８が画定される。

シリンダヘッド１６には、燃料である軽油を燃焼室１８内に直接噴射するインジェクタ２０が取り付けられている。本実施形態のディーゼルエンジン１０は、インジェクタ２０から噴射された燃料を圧縮状態にある燃焼室１８内において自然着火させる圧縮着火式の多気筒エンジンである。但し、ディーゼルエンジン１０は単気筒のエンジンであっても構わない。シリンダヘッド１６には、グロープラグ一体型の筒内圧センサ（以下「ＣＰＳ」ともいう。）２２も取り付けられている。インジェクタ２０およびＣＰＳ２２は、燃焼室１８毎に取り付けられている。

また、図示は省略するが、本実施形態のシステムは、燃焼室１８から排出されたガスの一部を吸気系に還流させる外部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を行うための外部ＥＧＲ装置を備えている。外部ＥＧＲ装置は、排気系と吸気系を接続するＥＧＲ通路と、その途中に設けられたＥＧＲ弁を含んでいる。なお、外部ＥＧＲ装置として、高圧ＥＧＲを行うための高圧ＥＧＲ通路と、低圧ＥＧＲを行うための低圧ＥＧＲ通路の２系統のＥＧＲ通路を備えていてもよい。

また、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０の入力側には、ＣＰＳ２２の他、ディーゼルエンジン１０の制御に必要な各種センサ（例えば、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ、吸入空気量を検出するエアフロメータ、エンジン水温を検出する温度センサ等）が電気的に接続されている。一方、ＥＣＵ３０の出力側には、インジェクタ２０や上記ＥＧＲ弁等の各種アクチュエータが電気的に接続されている。ＥＣＵ３０は、各種センサからの入力情報に基づいて所定のプログラムを実行し、各種アクチュエータ等を作動させることにより、ディーゼルエンジン１０の運転に関する種々の制御を実行する。

ＥＣＵ３０により実行される制御には、燃焼制御が含まれる。この燃焼制御において、ＥＣＵ３０は、予め設定された複数の燃焼モードからディーゼルエンジン１０の運転状態に応じたものを選択する。複数の燃焼モードには、通常燃焼モードと低温燃焼モードが含まれている。インジェクタ２０の燃料噴射時期が一定の状態で燃焼室１８内の不活性ガスの量、即ち、外部ＥＧＲによって排気系から吸気系に還流される排気の量を多くすると、燃焼室１８内で発生する煤の量が徐々に多くなる。排気還流量が所定値になると煤の発生量が最大となる。そして、排気還流量が所定値よりも多くなると、燃焼室１８内における燃料およびその周辺の温度が低下して燃焼室１８内における煤の発生量が少なくなる。低温燃焼モードでは、上記所定値よりも多い量の排気が還流される。これに対し、通常燃焼モードでは、上記所定値よりも少ない量の排気が還流される。

［ＣＰＳ２２の説明］
図２は、ＣＰＳ２２の先端部とその周辺部分を示す図である。図２に示すように、ＣＰＳ２２は、受圧部となるヒータロッド２４とセンシング部２６とを備え、シリンダヘッド１６に形成されたグローホール（ネジ孔）２８に挿入されている。ヒータロッド２４は、その先端側が燃焼室１８に突出しており、その基端側がシリンダヘッド１６に固定されている。センシング部２６は、中軸（図示しない）を介してヒータロッド２４に電気的に接続され、尚且つ、ＥＣＵ３０に電気的に接続されている。

ヒータロッド２４は、その軸方向（図２の矢印方向）に移動可能に構成されている。ヒータロッド２４が燃焼室１８内の圧力（以下「筒内圧」ともいう。）を受けると、筒内圧に応じてヒータロッド２４の軸方向に移動する。センシング部２６は、ヒータロッド２４および中軸の変位量を検出するように構成されている。センシング部２６には、例えば、当該変位量に応じた電気を発生する圧電素子または当該変位量を歪み量として測定する歪みゲージが使用される。センシング部２６で検出した変位量は筒内圧に相当するものであり、この変位量に基づいて熱発生率（単位時間当たりの熱発生量）が算出される。

ＣＰＳ２２がグロープラグとして機能するのは、ヒータロッド２４の先端部に内蔵された発熱体（図示しない）に通電（以下「グロー通電」ともいう。）を行った場合である。グロー通電を行うとヒータロッド２４が加熱され、これにより燃焼室１８内の温度が高められる。グロー通電による制御の一つに、始動時通電制御がある。エンジン始動時においては、エンジン水温が低く燃焼室１８内の温度も低いので、燃焼室１８内の混合気を圧縮しても着火温度まで到達しない場合がある。これを回避する目的で行う制御が始動時通電制御である。始動時通電制御を行うことで、燃焼室１８内の温度を高めて燃料の着火性を向上できる。

［実施の形態の特徴的制御］
燃焼室１８内で軽油が燃焼すると、未燃燃料（以下「未燃ＨＣ」ともいう。）や煤が発生する場合がある。発生した未燃ＨＣや煤は、通常、燃焼室１８から排出される。しかし、その内の一部が燃焼室１８に残留し、燃焼室１８の内壁に付着する。また、発生した未燃ＨＣや煤の一部がグローホール２８の内周壁に付着する場合もある。これは、燃焼室１８とグローホール２８が連通している構造に起因している。

燃焼室１８の内壁やグローホール２８の内周壁に付着した未燃ＨＣや煤は、デポジットに変化して堆積する。特に、グローホール２８の内周壁にデポジットが堆積すると、受圧部としてのヒータロッド２４の摺動に抵抗が生じる。図３は、正常時（正常）とデポジット堆積時（デポ堆積）における熱発生率の推移を示した図である。図３に示すように、デポジット堆積時の熱発生率は、燃焼の中盤から後半にかけて正常時の熱発生率から大きく乖離する。これは、デポジットがグローホール２８の内周壁に堆積することで、ヒータロッド２４が軸方向に移動し難くなったためである。そこで、本実施の形態では、グローホール２８の内周壁にデポジットが堆積した場合に、始動時通電制御時と同様のグロー通電を行い、堆積したデポジットを熱分解して除去する制御（以下「堆積時通電制御」ともいう。）を行う。

但し、堆積時通電制御を行うと、ディーゼルエンジン１０の燃焼状態が変わることがある。例えば、上述した低温燃焼モードにおいて堆積時通電制御を行うと、燃焼室１８内の温度が上昇して燃焼状態が変わり、スモークの排出量が増大してしまう。そこで、本実施の形態では、グローホール２８の内周壁にデポジットが堆積した場合であっても、スモークの排出量が増大することが予測されるときには、インジェクタ２０のアフター噴射を行う。アフター噴射に伴う燃焼室１８内の温度上昇は、堆積時通電制御の実行に伴うそれに比べて低く抑えることができる。従って、アフター噴射を行えば、スモークの排出量を抑えつつグローホール２８の内周壁に堆積したデポジットを除去できる。

但し、アフター噴射を行う場合は、ディーゼルエンジン１０の運転状態よっては未燃ＨＣの発生量が増加するという問題がある。そこで、本実施の形態では、スモークの排出量が増大することが予測される場合であっても、未燃ＨＣの発生量が増大することが予測されるときには、堆積時通電制御を行う。このようにスモークの排出量と未燃ＨＣの発生量という２つの条件に基づいて堆積時通電制御とアフター噴射の間で除去手段を切り替えることで、何れかの手段の実行に伴う問題の発生を最小限に留めつつ、より有効な手段によって堆積したデポジットを熱分解して除去できる。

［具体的処理］
本実施の形態の具体的処理について、図４乃至図８を参照しながら説明する。図４は、本実施の形態においてＥＣＵ３０が実行するデポジットの堆積に関する判定ルーチンを説明するためのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、先ず、エンジン回転速度Ｎｅと次サイクルにおける燃焼噴射量Ｑの指示値とが取得され（ステップＳ１）、これらの値を用いたＥＣＵマップの探索により正常時の熱発生率Ｃａｌが算出される（ステップＳ２）。具体的にステップＳ２では、図５に示す熱発生率と燃料噴射量の関係をエンジン回転速度に関連付けて定めたＥＣＵマップに、ステップＳ１で取得したエンジン回転速度Ｎｅと燃焼噴射量Ｑが適用され、正常時の熱発生率が算出される。なお、図５に示した熱発生率と燃料噴射量の関係や、熱発生率とエンジン回転速度の関係については、特開２０１１−２０２６２９号公報に開示されている。

ステップＳ２に続いて、実測値に基づく熱発生率ｃｐｓが算出される（ステップＳ３）。具体的にステップＳ３では、センシング部２６で検出した変位量に基づいて熱発生率ｃｐｓが算出される。続いて、熱発生率Ｃａｌと熱発生率ｃｐｓの差が所定値以上となる期間が、所定クランク角Ｎ°連続するか否かが判定される（ステップＳ４）。具体的にステップＳ４では、ステップＳ２で算出した熱発生率Ｃａｌと、ステップＳ３で算出した熱発生率ｃｐｓとの差｜熱発生率Ｃａｌ−熱発生率ｃｐｓ｜が所定値以上となるか否か、および、両熱発生率の差が所定値以上となる場合には、その期間が所定クランク角Ｎ°連続するか否かが判定される。その結果、両熱発生率の差が所定値以上となる期間が所定クランク角Ｎ°連続すると判定された場合は、図３で説明した乖離が生じていると判断できるので、図６のルーチンに移行する（ステップＳ５）。そうでない場合は、デポジットの堆積によるＣＰＳ２２の感度が低下していないと判断されるので、本ルーチンが終了される。

図６は、本実施の形態においてＥＣＵ３０が実行するデポジット除去手段の選択ルーチンを説明するためのフローチャートである。図６に示すルーチンでは、先ず、始動時通電制御の実行中か否かが判定される（ステップＳ６）。始動時通電制御は、グロープラグとしてのＣＰＳ２２の本来の用途である。従って、始動時通電制御が実行されていると判定された場合は、この始動時通電制御を優先すべく、本ルーチンが終了される。

ステップＳ６において、始動時通電制御の実行中でないと判定された場合は、予測スモーク量が所定値（第１所定値）未満であるか否かが判定される（ステップＳ７）。具体的にステップＳ７では、図７に示す燃料噴射量とエンジン回転速度と予測スモーク濃度との関係を定めたＥＣＵマップに、ステップＳ１で取得した燃焼噴射量Ｑの指示値とエンジン回転速度Ｎｅが適用され、次サイクルにおいて堆積時通電制御を行った場合にディーゼルエンジン１０から排出されるスモーク濃度が予測される。そして、予測されたスモーク濃度と所定値とが比較される。その結果、予測スモーク濃度が所定値未満であると判定された場合は、堆積時通電制御が選択される（ステップＳ８）。

ステップＳ７において、予測スモーク濃度が所定値以上であると判定された場合は、予測未燃ＨＣ量が所定値（第２所定値）未満であるか否かが判定される（ステップＳ９）。具体的にステップＳ９では、図８に示す燃料噴射量とエンジン回転速度と予測未燃ＨＣ濃度との関係を定めたＥＣＵマップに、ステップＳ１で取得した燃焼噴射量Ｑの指示値とエンジン回転速度Ｎｅが適用され、次サイクルにおいてアフター噴射を行った場合にディーゼルエンジン１０で発生する未燃ＨＣ濃度が予測される。そして、予測した未燃ＨＣ濃度と所定値とが比較される。その結果、未燃ＨＣ濃度が所定値未満であると判定された場合は、アフター噴射が選択される（ステップＳ１０）。そうでない場合は、デポジットの除去を優先すべく、堆積時通電制御が選択される（ステップＳ８）。

以上、図４および図６に示したルーチンによれば、グローホール２８の内周壁にデポジットが堆積した場合に、スモークの排出量と未燃ＨＣの発生量という２つの条件に基づいて堆積時通電制御とアフター噴射の何れかの手段を選択できる。従って、何れかの手段の実行に伴う問題の発生を最小限に留めつつ、より有効な手段によって堆積したデポジットを熱分解して除去できる。

なお、上記実施の形態においては図６のステップＳ６〜ステップＳ１０の一連の処理を行うことにより本発明の「デポジット除去手段」が実現されている。

１０ ディーゼルエンジン
１２ シリンダ
１４ ピストン
１６ シリンダヘッド
１８ 燃焼室
２０ インジェクタ
２２ 筒内圧センサ（ＣＰＳ）
２４ ヒータロッド
２６ センシング部
２８ グローホール
３０ ＥＣＵ

Claims (1)

1. シリンダヘッドに取り付けられて燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサの受圧部をグロープラグのヒータロッドで構成したグロープラグ一体型の筒内圧センサと、前記燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記受圧部と前記シリンダヘッドの間に堆積したデポジットにより前記筒内圧センサの感度が低下しているか否かを判定する判定手段と、
   前記筒内圧センサの感度が低下していると判定した場合に、前記ヒータロッドの加熱または前記インジェクタのアフター噴射を実行するデポジット除去手段と、を備え、
   前記デポジット除去手段は、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記ヒータロッドの加熱を行った場合に前記内燃機関から排出されるスモーク量と、前記アフター噴射を行った場合に前記内燃機関において発生する未燃燃料量とを予測する予測手段と、
   前記スモーク量が第１所定量以上の場合であって前記未燃燃料量が第２所定量未満のときには前記アフター噴射を選択し、それ以外の場合には前記ヒータロッドの加熱を選択する選択手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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