JP2018115645A

JP2018115645A - 内燃機関の自着火時期推定装置

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Publication number: JP2018115645A
Application number: JP2017008984A
Authority: JP
Inventors: 里志津田; Satoshi Tsuda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2037-01-20
Also published as: JP6740915B2

Abstract

【課題】点火アシスト自着火燃焼時に自着火時期をより正確に推定する。【解決手段】筒内に予混合気を形成するための主燃料を燃料噴射弁により噴射し、次いで筒内にアシスト燃料を噴射するとともにアシスト燃料を点火栓により点火し、次いで予混合気が圧縮自着火燃焼する点火アシスト自着火燃焼が行われる。筒内圧に基づいてクランク角に対する熱発生率ＲＯＨＲが算出される。熱発生率が最大となるクランク角である最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘよりも遅角側に設定されたクランク角範囲ＲＣＡにおいて熱発生率を直線により近似する近似式ＡＰＬが決定され、近似式において熱発生率がゼロとなるクランク角であるゼロ熱発生率クランク角ＣＡ０が決定される。最大熱発生率クランク角とゼロ熱発生率クランク角との差ｄｉｆが算出される。最大熱発生率クランク角から差だけ進角したクランク角が自着火時期ＣＡｉｇとして推定される。【選択図】図９

Description

本発明は内燃機関の自着火時期推定装置に関する。

筒内に予混合気を形成するための主燃料を噴射し、次いでアシスト燃料を筒内に噴射するとともにアシスト燃料を点火栓により点火し、次いで予混合気が圧縮自着火燃焼する内燃機関が公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、アシスト燃料の燃焼により発生した熱によって予混合気の圧縮自着火が開始される。この場合、特許文献１には明示されていないけれども、アシスト燃料の燃焼中に予混合気の圧縮自着火燃焼が開始されると考えられる。

ところで、燃料消費、排気エミッション、機関振動又は騒音などのために、燃焼を制御する必要がある。燃焼のよりよい制御のために、圧縮自着火燃焼が開始された時期、すなわち自着火時期を正確に知る必要がある。

この点、予混合気圧縮自着火燃焼が行われる内燃機関において、自着火時期を推定する技術が公知である（例えば、特許文献２参照）。特許文献２では、筒内ガスが圧縮開始される時点での筒内ガスの状態量が取得され、圧縮による筒内ガスの状態量の変化量が推定され、予混合気の自着火に先立って発生する冷炎の発熱量が推定され、これら筒内ガスの状態量、筒内ガスの状態量の変化量、及び、冷炎の発熱量に基づいて自着火時期が推定される。また、特許文献２では、筒内ガスの状態量は、例えばセンサにより検出される温度、圧力、内部エネルギ等である。筒内ガスの状態量の変化量は、例えば圧縮行程における筒内ガスの状態が断熱変化するとの仮定のもとで推定される。冷炎の発熱量は、燃料噴射量、燃料の性状、吸気中の酸素濃度、筒内ガスの密度に基づいて推定される。

特開２０１５−０３４４７５号公報特開２００５−２７３５１３号公報

しかしながら、特許文献２では、結局のところ、圧縮自着火燃焼が開始する前の状態量のみに基づいて自着火時期が推定される。すなわち、圧縮自着火燃焼が行われたときの状態量が何ら考慮されていない。したがって、自着火時期を正確に推定できないおそれがある。しかも、特許文献１のようにアシスト燃料の燃焼中に圧縮自着火燃焼が開始する場合には、このとき検出される例えば筒内圧は、アシスト燃料の燃焼と予混合気の圧縮自着火燃焼との両方の影響を受ける。したがって、圧縮自着火燃焼が行われたときの状態量をただ単に検出しても、自着火時期を正確に推定することは困難である。

本発明の一態様によれば、筒内に燃料を供給するように構成されている燃料噴射弁と、燃料を点火するように構成されている点火栓と、筒内に予混合気を形成するための主燃料を前記燃料噴射弁により噴射し、次いで筒内にアシスト燃料を噴射するとともに前記アシスト燃料を前記点火栓により点火し、次いで予混合気が圧縮自着火燃焼するように構成されている点火アシスト自着火燃焼制御部と、筒内圧を検出するように構成されている筒内圧センサと、前記筒内圧に基づいてクランク角に対する熱発生率を算出するように構成されている熱発生率算出部と、前記熱発生率に基づいて自着火時期を推定するように構成されている自着火時期推定部と、を備え、前記自着火時期推定部は、前記熱発生率が最大となるクランク角である最大熱発生率クランク角よりも遅角側に設定されたクランク角範囲において前記熱発生率を直線により近似する近似式を決定し、前記近似式において前記熱発生率がゼロとなるクランク角であるゼロ熱発生率クランク角を決定し、前記最大熱発生率クランク角と前記ゼロ熱発生率クランク角との差を算出し、前記最大熱発生率クランク角から前記差だけ進角したクランク角を前記自着火時期として推定する、ように構成されている、内燃機関の自着火時期推定装置が提供される。

本発明の別の態様によれば、筒内に燃料を供給するように構成されている燃料噴射弁と、燃料を点火するように構成されている点火栓と、筒内に予混合気を形成するための主燃料を前記燃料噴射弁により噴射し、次いで筒内にアシスト燃料を噴射するとともに前記アシスト燃料を前記点火栓により点火し、次いで予混合気が圧縮自着火燃焼するように構成されている点火アシスト自着火燃焼制御部と、筒内圧を検出するための筒内圧センサと、前記筒内圧に基づいてクランク角に対する熱発生率を算出するように構成されている熱発生率算出部と、前記熱発生率に基づいて自着火時期を推定するように構成されている自着火時期推定部と、を備え、前記自着火時期推定部は、前記熱発生率が最大となるクランク角である最大熱発生率クランク角を含むように設定されたクランク角範囲において前記熱発生率をＷｉｅｂｅ関数により近似する近似式を決定し、前記近似式において前記熱発生率がゼロとなる、前記最大熱発生率クランク角よりも進角側のクランク角を前記自着火時期として推定する、ように構成されている、内燃機関の自着火時期推定装置が提供される。

点火アシスト自着火燃焼時に自着火時期をより正確に推定することができる。

内燃機関の全体図である。内燃機関の部分断面図である。電子制御ユニットの機能を示すブロック図である。ＳＩ燃焼領域、ＣＩ燃焼領域、及びＳＡＣＩ燃焼領域を示すマップである。ＳＡＣＩ燃焼時の燃料噴射作用及び点火作用の一例を示す線図である。ＳＡＣＩ燃焼制御部の一例を示すブロック図である。実際の筒内圧、予測された筒内圧などを示す線図である。ＳＡＣＩ燃焼時のクランク角ＣＡに対する熱発生率ＲＯＨＲを示す線図である。本発明による実施例を説明するための、クランク角ＣＡに対する熱発生率ＲＯＨＲを示す線図である。本発明による実施例の自着火時期推定ルーチンを実行するためのフローチャートである。本発明による別の実施例を説明するための、クランク角ＣＡに対する熱発生率ＲＯＨＲを示す線図である。本発明による別の実施例の自着火時期推定ルーチンを実行するためのフローチャートである。

図１を参照すると、内燃機関１は、複数、例えば４つの気筒２ａを有する機関本体２を備える。気筒２ａは吸気枝管３を介してサージタンク４に連結され、サージタンク４は吸気ダクト５を介して排気過給器６のコンプレッサ６ｃの出口に連結される。コンプレッサ６ｃの入口は吸気導入管７を介してエアクリーナ８に連結される。吸気導入管７内には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ９が配置される。吸気ダクト５には吸入空気を冷却するための冷却器１０と、スロットル弁１１とが順次配置される。

また、気筒２ａは排気マニホルド１２を介して排気過給器６のタービン６ｔの入口に連結される。タービン６ｔの出口は排気管１３を介して触媒１４に連結される。タービン６ｔの上流及び下流はウエストゲート弁１５によって互いに連結される。排気管１３内には空燃比を検出するための空燃比センサ１６が配置される。サージタンク４と排気マニホルド１２とは、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲという。）通路１７によって互いに連結される。ＥＧＲ通路１７内には、ＥＧＲガス量を制御するためのＥＧＲ制御弁１８と、ＥＧＲガスを冷却するための冷却器１９とが配置される。

図２は、本発明による実施例の機関本体２を詳細に示している。図２を参照すると、３０はシリンダブロック、３１はシリンダヘッド、３２はピストン、３３は燃焼室、３４は吸気ポート、３５は吸気弁、３６は吸気弁３５の動弁機構、３７は排気ポート、３８は排気弁、３９は排気弁３８の可変動弁機構、４０は燃焼室３３のほぼ中央に配置された燃料噴射弁、４１は燃料噴射弁４０に隣接配置された点火栓、４２は燃焼室３３内に配置された筒内圧センサをそれぞれ示す。本発明による実施例では、燃料としてガソリンが用いられる。なお、筒内圧センサ４２は少なくとも１つの気筒２ａに設けられる。

再び図１を参照すると、電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５及び出力ポート５６を具備する。エアフローメータ９、空燃比センサ１６、及び、筒内圧センサ４２の出力電圧はそれぞれ対応するＡ／Ｄ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に、アクセルペダル５９にはアクセルペダル５９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ６０が接続され、負荷センサ６０の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に、クランクシャフトが例えば３０度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ６１が入力ポート５５に接続される。ＣＰＵ５４ではクランク角センサ６１からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート５６はそれぞれ対応する駆動回路５８を介して、気筒２ａの可変動弁機構３９、燃料噴射弁４０及び点火栓４１、スロットル弁１１のアクチュエータ、ウエストゲート弁１５、及び、ＥＧＲ制御弁１８にそれぞれ接続される。

図３は本発明による実施例における電子制御ユニット５０の機能を示すブロック図を示している。図３を参照すると、本発明による実施例の電子制御ユニット５０は、燃焼選択部５０ａ、火花点火（ＳＩ）燃焼制御部５０ｂ、圧縮自着火（ＣＩ）燃焼制御部５０ｃ、及び、点火アシスト自着火（ＳＡＣＩ）燃焼制御部５０ｄを備える。

燃焼選択部５０ａは、複数の燃焼のなかから実行すべき燃焼を選択するように構成されている。本発明による実施例では、図４に示されるように、例えば機関トルクＴＱ及び機関回転数ＮＥにより定まる機関運転領域に、火花点火（ＳＩ）燃焼領域ＲＳＩ、圧縮自着火（ＣＩ）燃焼領域ＲＣＩ、及び、点火アシスト自着火（ＳＡＣＩ）燃焼領域ＲＳＡＣＩがそれぞれ画定されている。図４に示される例では、ＣＩ燃焼領域ＲＣＩは機関トルクＴＱが比較的低くかつ機関回転数Ｎｅが比較的低い領域に画定される。ＳＡＣＩ燃料領域ＲＳＡＣＩはＣＩ燃焼領域ＲＣＩに隣接しつつＣＩ燃焼領域ＲＣＩよりも高トルク側に画定される。ＳＩ燃焼領域ＲＳＩはそれ以外の領域に画定される。なお、図４においてＷＯＴは全負荷を表している。

機関トルクＴＱ及び機関回転数Ｎｅにより定まる機関運転状態がＳＩ燃焼領域ＲＳＩ内に属するときには、燃焼選択部５０ａは火花点火（ＳＩ）燃焼を選択する。ＳＩ燃焼制御部５０ｂは、ＳＩ燃焼が選択されたときに、燃料噴射弁４０及び点火栓４１等を制御してＳＩ燃焼を実行し制御するように構成されている。具体的には、吸気行程に燃料噴射が行われ、それにより燃焼室３３内にほぼ均質な予混合気が形成される。この予混合気は次いで点火栓４１によって点火され、火炎伝播燃焼される。なお、本発明による実施例では、ＳＩ燃焼時の空燃比はほぼ理論空燃比に設定される。

機関運転状態がＣＩ燃焼領域ＲＣＩ内に属するときには、燃焼選択部５０ａは圧縮自着火（ＣＩ）燃焼を選択する。ＣＩ燃焼が選択されたときには、ＣＩ燃焼制御部５０ｃは、ＣＩ燃焼が選択されたときに、燃料噴射弁４０等を制御してＣＩ燃焼を実行し制御するように構成されている。具体的には、吸気行程又は圧縮行程に燃料噴射が行われ、それにより燃焼室３３内にほぼ均質な予混合気が形成される。この予混合気は次いで、ピストン３２の上昇に伴い圧縮され、それにより自着火し、燃焼する。この場合、燃焼室３３内の多数の位置における予混合気の温度がほぼ同時に自己着火温度に到達し、当該多数の位置において燃焼がほぼ一斉に開始されると考えられている。このように、ＣＩ燃焼では、点火栓４１による点火作用が行われない。なお、本発明による実施例では、ＣＩ燃焼時の空燃比は理論空燃比よりもリーンに設定される。

機関運転状態がＳＡＣＩ燃焼領域ＲＳＡＣＩ内に属するときには、燃焼選択部５０ａは点火アシスト自着火（ＳＡＣＩ）燃焼を選択する。ＳＡＣＩ燃焼制御部５０ｄは、ＳＡＣＩ燃焼が選択されたときに、燃料噴射弁４０及び点火栓４１等を制御してＳＡＣＩ燃焼を実行し制御するように構成されている。具体的には、吸気行程又は圧縮行程に主燃料が噴射され、それにより燃焼室３３内にほぼ均質な予混合気が形成される。次いで、例えば圧縮行程末期に比較的少量のアシスト燃料が噴射される。次いで、アシスト燃料が点火栓４１により点火され、火炎伝播燃焼する。次いで、予混合気が圧縮自着火燃焼する。この場合、アシスト燃料の燃焼により生ずる熱によって、予混合気の圧縮自着火燃焼が確実にかつ容易に引き起こされる。図５にはＳＡＣＩ燃焼時の燃料噴射作用及び点火作用の一例が示される。図５に示される例では、ＦＭで示されるように圧縮行程中期に主燃料が噴射され、ＦＡで示されるように圧縮行程末期にアシスト燃料が噴射される。次いで、ＳＰで示されるように点火栓４１によりアシスト燃料が点火される。なお、本発明による実施例では、ＳＡＣＩ燃焼時の空燃比は理論空燃比よりもリーンに設定される。

ＳＡＣＩ燃焼では、アシスト燃料の火炎伝播燃焼を制御することにより圧縮自着火燃焼の制御が可能となる。すなわち、例えば、アシスト燃料の量及び噴射時期、及び、点火時期などの少なくとも１つを制御することにより、圧縮自着火燃焼の自着火時期を容易に制御することができる。また、例えば火炎伝播燃焼による発熱量と圧縮自着火燃焼による発熱量との割合を制御することにより、圧縮自着火燃焼による騒音を低下又は制御することができる。

なお、別の実施例（図示しない）では、吸気ポート３４内に燃料を噴射するように構成された別の燃料噴射弁が設けられ、各燃焼において吸気行程に燃料を噴射すべきときにはこの別の燃料噴射弁が用いられる。

本発明による実施例では、ＳＡＣＩ燃焼制御部５０ｄは、例えば実際の自着火時期が目標自着火時期になるように機関制御パラメータを制御するように構成されている。図６は、ＳＡＣＩ燃焼制御部５０ｄの一例を示すブロック図である。図６に示される例ではＳＡＣＩ燃焼制御部５０ｄは、目標自着火時期算出部６０ａ、パラメータ算出部６０ｂ、熱発生率算出部６０ｃ、自着火時期推定部６０ｄ、筒内状態推定部６０ｅ、自着火時期予測部６０ｆ、及び、補正量算出部６０ｇを備える。

目標自着火時期算出部６０ａは、例えば機関運転状態、目標トルク、及び目標効率に基づいて目標自着火時期ｔｉｇｔを算出するように構成されている。一例では、目標自着火時期ｔｉｇｔは機関運転状態、目標トルク、及び目標効率の関数としてマップの形であらかじめＲＯＭ５２内に記憶されている。

パラメータ算出部６０ｂは、自着火時期を目標自着火時期ｔｉｇｔにするのに必要な機関制御パラメータを算出するように構成されている。機関制御パラメータには、アシスト燃料の噴射時期及び噴射量、並びに、点火時期が含まれる。

熱発生率算出部６０ｃは、筒内圧センサ４２により検出された筒内圧に基づいてクランク角ＣＡに対する熱発生率ＲＯＨＲを算出するように構成されている。この場合の熱発生率ＲＯＨＲは、例えば、熱発生量をＱ、クランク角をＣＡ、総熱発生量をＱＴでそれぞれ表したときに、（ｄＱ／ｄＣＡ）／ＱＴ（例えば、１／ｄｅｇ．ＣＡ）で表される。

自着火時期推定部６０ｄは熱発生率ＲＯＨＲに基づいて実際の自着火時期を推定するように構成されている。すなわち、自着火時期推定部６０ｄでは実自着火時期ｔｉｇａが算出される。

筒内状態推定部６０ｅは、例えば機関運転状態、目標トルク、及び目標効率と、第２の偏差ｄｔ２とに基づいて筒内状態を推定するように構成されている。筒内状態は、例えば、吸気弁３５の閉弁時期から自着火時期までの筒内圧、筒内温度、ＥＧＲ率（＝ＥＧＲガス量／筒内ガス量）などの少なくとも１つにより表される。一例では、筒内状態はモデルを用いて算出される。

自着火時期予測部６０ｆは、推定された筒内状態と第２の偏差ｄｔ２とに基づいて自着火時期を予測するように構成されている。すなわち、自着火時期予測部６０ｆでは、予測自着火時期ｔｉｇｐが算出される。一例では、予測自着火時期ｔｉｇｐはモデルを用いて算出される。この場合、例えば、推定された筒内状態のもとでＳＡＣＩ燃焼が行われたと仮定したときの筒内圧が予測され、この筒内圧から自着火時期が予測される。

補正量算出部６０ｇは、第１の偏差ｄｔ１と第２の偏差ｄｔ２とに基づいて機関制御パラメータの補正量を算出するように構成されている。補正量は、例えば、第１の偏差ｄｔ１及び第２の偏差ｄｔ２をゼロにするのに必要な値である。

第１の偏差ｄｔ１は、目標自着火時期ｔｉｇｔと予測自着火時期ｔｉｇｐとの差（＝ｔｉｇｔ−ｔｉｇｐ）である。第２の偏差ｄｔ２は、目標自着火時期ｔｉｇｔと実自着火時期ｔｉｇａとの差（＝ｔｉｇｔ−ｔｉｇａ）である。機関本体２では、パラメータ算出部６０ｂにより算出された機関制御パラメータを、補正量算出部６０ｇにより算出された補正量により補正した結果を用いて、燃焼制御が行われる。

図７には、筒内圧センサ４２により検出された実際の筒内圧の一例が実線ＰＣａでもって示されており、自着火時期予測部６０ｆにより予測された筒内圧の一例が破線ＰＣｐでもって示されている。図７に示されるように、目標自着火時期ｔｉｇｔと予測自着火時期ｔｉｇｐとの差である第１の偏差ｄｔ１が比較的大きいけれども、目標自着火時期ｔｉｇｔと実自着火時期ｔｉｇａとの差である第２の偏差ｄｔ２は比較的小さい。すなわち、補正量算出部６０ｇにより算出された補正量によって、実自着火時期ｔｉｇａが目標自着火時期ｔｉｇｔに近づけられていることがわかる。なお、図７において、ＩＶＣは吸気弁３５の閉弁時期を、ＢＤＣは圧縮下死点を、ＴＤＣは圧縮上死点を、それぞれ示している。

このように本発明による実施例では、目標自着火時期ｔｉｇｔと予測自着火時期ｔｉｇｐとの差である第１の偏差ｄｔ１を用いて機関制御パラメータの補正量が算出されるので、フィードフォワード制御を行っていると考えることができる。同時に、目標自着火時期ｔｉｇｔと実自着火時期ｔｉｇａとの差である第２の偏差ｄｔ２を用いて機関制御パラメータの補正量が算出されるので、フィードバック制御を行っていると考えることができる。更に、第２の偏差ｄｔ２を用いて筒内状態及び予測自着火時期ｔｉｇｐがそれぞれ算出されるので、筒内状態及び予測自着火時期ｔｉｇｐをそれぞれ算出するモデルの誤差が学習により低減される。したがって、機関制御をより精度高く行うことができる。

さて、上述の自着火時期制御をより精度高く行うためには、実自着火時期ｔｉｇａをより正確に算出又は推定することが必要である。この点、筒内圧に基づいてクランク角に対する熱発生率を算出し、この熱発生率に基づいて自着火時期を推定する技術が知られている。しかしながら、ＳＡＣＩ燃焼の場合には、この技術により自着火時期を正確に推定するのは困難である。これは次の理由による。

図８には、ＳＡＣＩ燃焼時における、筒内圧センサ４２により検出された筒内圧に基づいて算出された熱発生率ＲＯＨＲの一例が実線Ｒａでもって示されており、火炎伝播燃焼による熱発生率成分の一例が破線Ｒｆｐでもって示されており、圧縮自着火燃焼による熱発生率成分の一例が一点鎖線Ｒｃｉでもって示されている。このように、ＳＡＣＩ燃焼では、大まかに言うと、まず火炎伝播燃焼が開始され、火炎伝播燃焼の途中で圧縮自着火燃焼が開始される。したがって、筒内圧センサ４２の検出結果に基づく熱発生率Ｒａは、火炎伝播燃焼による熱発生率成分Ｒｆｐと圧縮自着火燃焼による熱発生率成分Ｒｃｉを足し合わせたものに相当する。言い換えると、筒内圧センサ４２は、火炎伝播燃焼による熱発生率成分Ｒｆｐと圧縮自着火燃焼による熱発生率成分Ｒｃｉを足し合わせたものしか検出できない。したがって、圧縮自着火燃焼の開始時期、すなわち自着火時期ＣＡｉｇを正確に特定するのが困難である。

そこで本発明による実施例の自着火時期推定部６０ｄでは、次のようにしてＳＡＣＩ燃焼時における自着火時期が推定される。

すなわち、本発明による実施例では、図９に示されるように、熱発生率ＲＯＨＲが最大となるクランク角ＣＡである最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘが算出される。なお、この場合のクランク角ＣＡに対する熱発生率ＲＯＨＲは上述したように、熱発生率算出部６０ｃにより算出されたものである。次いで、最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘよりも遅角側においてクランク角範囲ＲＣＡが設定される。このクランク角範囲ＲＣＡは例えば、機関運転状態の関数としてあらかじめ求められており、マップの形でＲＯＭ５２内にあらかじめ記憶されている。

次いで、クランク角範囲ＲＣＡにおいて熱発生率ＲＯＨＲを直線により近似する近似式ＡＰＬが決定される。次いで、近似式ＡＰＬにおいて熱発生率ＲＯＨＲがゼロとなるクランク角ＣＡであるゼロ熱発生率クランク角ＣＡ０が決定される。言い換えると、近似式ＡＰＬと、ＲＯＨＲ＝０の直線との交点がゼロ熱発生率クランク角ＣＡ０とされる。

次いで、最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘとゼロ熱発生率クランク角ＣＡ０との差ｄｉｆ（＝ＣＡ０−ＣＡｍａｘ）が算出される。次いで、最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘから差ｄｉｆだけ進角したクランク角（＝ＣＡｍａｘ−ｄｉｆ）が自着火時期ＣＡｉｇとして推定される。

圧縮自着火燃焼が単独で行われたときの熱発生率ＲＯＨＲを表す曲線は、ＣＡ＝ＣＡｍａｘの直線に関し比較的高い左右対称性を有する。したがって、上述のように推定されるクランク角ＣＡｉｇは自着火時期を正確に表している。

しかも、図８からわかるように、最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘよりも遅角側においては、最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘよりも進角側におけるよりも、筒内圧センサ４２の出力に基づく熱発生率ＲＯＨＲに対する火炎伝播燃焼の影響が小さい。言い換えると、最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘよりも遅角側においては、最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘよりも進角側におけるよりも、筒内圧センサ４２の出力に基づく熱発生率ＲＯＨＲは圧縮自着火燃焼をよりよく表している。本発明による実施例では、上述したように最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘよりも遅角側にクランク角範囲ＲＣＡが設定されるので、自着火時期ＣＡｉｇをより精度高く推定することができる。

図１０は本発明による実施例の自着火時期推定ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。図１０を参照すると、ステップ１００では、最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘが算出される。続くステップ１０１では、クランク角範囲ＲＣＡが設定される。続くステップ１０２では、近似式ＡＰＬが決定される。続くステップ１０３では、ゼロ熱発生率クランク角ＣＡ０が算出される。続くステップ１０４では、差ｄｉｆが算出される。続くステップ１０５では、自着火時期ＣＡｉｇが算出される。

次に、本発明による別の実施例を説明する。本発明による別の実施例では、次のようにしてＳＡＣＩ燃焼時における自着火時期が推定される。

すなわち、本発明による別の実施例では、図１１に示されるように、熱発生率ＲＯＨＲが最大となるクランク角ＣＡである最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘが算出される。次いで、最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘを含むようにクランク角範囲ＲＣＡが設定される。このクランク角範囲ＲＣＡは例えば、機関運転状態の関数としてあらかじめ求められており、マップの形でＲＯＭ５２内にあらかじめ記憶されている。別の設定例（図示しない）では、クランク角範囲ＲＣＡは、最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘ±一定値の範囲とされる。更に別の設定例（図示しない）では、クランク角範囲ＲＣＡは、熱発生率ＲＯＨＲがしきい値よりも大きくなるクランク角範囲に設定される。この場合、しきい値は例えば、熱発生率ＲＯＨＲの最大値Ｒｍａｘに係数ｒ（＜１．０）を乗算することにより設定される（Ｒｍａｘ・ｒ）。係数ｒの一例は０．８である。なお、火炎伝播燃焼が支配的でないクランク角範囲を設定するのがより好ましい。

次いで、クランク角範囲ＲＣＡにおいて熱発生率ＲＯＨＲをＷｉｅｂｅ関数により近似する近似式ＡＰＷが決定される。Ｗｉｅｂｅ関数は例えば次式（１）で表される。なお、式（１）において、ａは定数（例えば６．９）、ＣＡｐは燃焼期間、ｍは形状パラメータ、をそれぞれ表している。
ＲＯＨＲ
＝（ｄＱ／ｄＣＡ）／ＱＴ
＝ａ／ＣＡｐ・（ｍ＋１）・｛（ＣＡ−ＣＡｉｇ）／ＣＡｐ｝＾ｍ
・ｅｘｐ［−ａ・｛（ＣＡ−ＣＡｉｇ）／ＣＡｐ｝＾（ｍ＋１）］ …（１）

図１１からわかるように、近似式ＡＰＷには、熱発生率ＲＯＨＲがゼロとなるクランク角ＣＡが２つある。本発明による別の実施例では、近似式ＡＰＷにおいて熱発生率がゼロとなる２つのクランク角ＣＡのうち、最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘよりも進角側のクランク角ＣＡｉｇが自着火時期として推定される。

Ｗｉｅｂｅ関数は熱発生率をより高い精度で近似することができる。したがって、上述のように推定されるクランク角ＣＡｉｇは自着火時期を正確に表している。

図１２は本発明による別の実施例の自着火時期推定ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。図１２を参照すると、ステップ２００では、最大熱発生率クランク角ＣＡｍａｘが算出される。続くステップ２０１では、クランク角範囲ＲＣＡが設定される。続くステップ２０２では、近似式ＡＰＷが決定される。続くステップ２０３では、自着火時期ＣＡｉｇが算出される。

１内燃機関
４０燃料噴射弁
４１点火栓
４２筒内圧センサ
５０電子制御ユニット
５０ｄ点火アシスト自着火燃焼制御部
６０ｃ熱発生率算出部
６０ｄ自着火時期推定部

Claims

筒内に燃料を供給するように構成されている燃料噴射弁と、
燃料を点火するように構成されている点火栓と、
筒内に予混合気を形成するための主燃料を前記燃料噴射弁により噴射し、次いで筒内にアシスト燃料を噴射するとともに前記アシスト燃料を前記点火栓により点火し、次いで予混合気が圧縮自着火燃焼するように構成されている点火アシスト自着火燃焼制御部と、
筒内圧を検出するように構成されている筒内圧センサと、
前記筒内圧に基づいてクランク角に対する熱発生率を算出するように構成されている熱発生率算出部と、
前記熱発生率に基づいて自着火時期を推定するように構成されている自着火時期推定部と、
を備え、
前記自着火時期推定部は、
前記熱発生率が最大となるクランク角である最大熱発生率クランク角よりも遅角側に設定されたクランク角範囲において前記熱発生率を直線により近似する近似式を決定し、
前記近似式において前記熱発生率がゼロとなるクランク角であるゼロ熱発生率クランク角を決定し、
前記最大熱発生率クランク角と前記ゼロ熱発生率クランク角との差を算出し、
前記最大熱発生率クランク角から前記差だけ進角したクランク角を前記自着火時期として推定する、
ように構成されている、内燃機関の自着火時期推定装置。
筒内に燃料を供給するように構成されている燃料噴射弁と、
燃料を点火するように構成されている点火栓と、
筒内に予混合気を形成するための主燃料を前記燃料噴射弁により噴射し、次いで筒内にアシスト燃料を噴射するとともに前記アシスト燃料を前記点火栓により点火し、次いで予混合気が圧縮自着火燃焼するように構成されている点火アシスト自着火燃焼制御部と、
筒内圧を検出するための筒内圧センサと、
前記筒内圧に基づいてクランク角に対する熱発生率を算出するように構成されている熱発生率算出部と、
前記熱発生率に基づいて自着火時期を推定するように構成されている自着火時期推定部と、
を備え、
前記自着火時期推定部は、
前記熱発生率が最大となるクランク角である最大熱発生率クランク角を含むように設定されたクランク角範囲において前記熱発生率をＷｉｅｂｅ関数により近似する近似式を決定し、
前記近似式において前記熱発生率がゼロとなる、前記最大熱発生率クランク角よりも進角側のクランク角を前記自着火時期として推定する、
ように構成されている、内燃機関の自着火時期推定装置。