JP4312752B2

JP4312752B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4312752B2
Application number: JP2005348555A
Authority: JP
Inventors: 山口　　聡; 衛長谷川; 英樹坂本; 由人北山
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2009-08-12
Anticipated expiration: 2025-12-02
Also published as: JP2007154699A

Description

本発明は、圧縮着火燃焼を行う内燃機関の制御装置に関し、特に内燃機関で使用される燃料のセタン価を推定する機能を有するものに関する。

特許文献１には、圧縮着火燃焼を行う内燃機関で使用される燃料のセタン価を、比較的安価なセンサにより推定する技術が示されている。より具体的には、１）機関の加振力を検出する加振力センサを用いる方法、２）機関の出力トルクを検出するトルクセンサを用いる方法、３）排気中のＣＯ濃度を検出するＣＯセンサを用いる方法、及び４）機関回転速度の変化から算出される角加速度に基づいて判定する方法が提案されている。

特開２００４−３４００２６号公報

特許文献１に示された上記方法のうち、１）〜３）は通常の機関制御では使用しない特殊なセンサを用いる必要がある。また方法４）は、機関回転数センサの出力に基づいて判定を行うものであるが、回転数の検出を非常に短いサンプリング周期（クランク角度２，３度程度）で行わなければならい。

本発明はこの点を考慮してなされたものであり、特別なセンサを使用することなく、比較的簡便な手法で使用中の燃料のセタン価を推定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、圧縮着火燃焼を行う内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段（６）と、スロットル弁と、排気の一部を吸気系に還流する排気還流機構（９，１０）とを備える内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射手段（６）を制御する燃料噴射制御手段と、前記機関の燃焼状態（ＭＦ）を検出する燃焼状態検出手段と、前記燃焼状態の悪化が検出されていない状態から前記燃焼状態が所定以上悪化するまで、前記燃料噴射制御手段により燃料噴射時期（ＣＡＩＮＪ）を遅角し、前記燃焼状態（ＭＦ）が所定以上悪化するまでの総遅角量（ΔＣＡ，ＮＲＴＤ）に基づいて、前記燃料のセタン価（ＣＥＴ）を推定するセタン価推定手段とを備え、前記セタン価推定手段は、前記機関の回転数（ＮＥ）及び要求トルク（ＴＲＱ）に応じて予め定められた運転領域であって、前記燃料のセタン価（ＣＥＴ）の違いによる着火時期の差が大きくなる予混合燃焼領域において、前記セタン価（ＣＥＴ）の推定を行い、前記セタン価（ＣＥＴ）の推定を行うときは、前記スロットル弁により前記機関の吸入空気量を減少させること及び前記排気還流機構（９，１０）による排気還流量を増加させることの少なくとも一方を、前記燃料のセタン価（ＣＥＴ）の違いによる燃焼変動（ＭＦ）の差を検出し易くするために実行す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、前記セタン価推定手段は、前記機関の少なくとも１つの気筒について前記セタン価の推定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、燃焼状態の悪化が検出されていない状態から燃焼状態が所定以上悪化するまで、燃料噴射時期が遅角され、燃焼状態が所定以上悪化するまでの総遅角量に基づいて、使用中の燃料のセタン価が推定される。燃料噴射時期を遅角すると、機関の燃焼状態が変化し、その変化態様は燃料のセタン価によって異なる。したがって、燃料噴射時期を通常の噴射時期より徐々に遅角していき、燃焼ラフネスが判定閾値を超える噴射時期を判定することにより、燃料のセタン価を推定することができる。機関燃焼状態は、通常の機関回転数センサの出力信号によって検出することができるので、特別なセンサを使用することなく、比較的簡便な手法で使用中の燃料のセタン価を推定することができる。さらにセタン価の推定は、機関の回転数及び要求トルクに応じて予め定められた運転領域であって、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予混合燃焼領域で行われる。予混合燃焼領域では、燃料噴射時期から着火時期までの期間が比較的長いので、セタン価の違いによる着火時期の差が大きくなり、燃焼状態の差も大きくなる。したがって、予混合燃焼領域でセタン価推定を行うことにより、推定精度を高めることができる。またセタン価の推定を行うときは、スロットル弁により機関の吸入空気量を減少させること及び排気還流機構による排気還流量を増加させることの少なくとも一方が実行され、燃料のセタン価の違いによる燃焼変動の差を検出し易くするように制御が行われる。

請求項２に記載の発明によれば、機関の少なくとも１つの気筒についてセタン価の推定のための燃料噴射時期の変更が行われ、他の気筒は通常制御が行われるので、機関の運転性能への影響を少なくすることができる。

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。４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、燃焼室内に燃料を直接噴射し、圧縮着火燃焼を行うディーゼルエンジンであり、各気筒の燃焼室に燃料噴射弁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、すなわち燃料噴射時間及び燃料噴射時期は、ＥＣＵ４により制御される。

エンジン１は、吸気管７及び排気管８を備えている。排気管８と吸気管７の間には、排気の一部を吸気管７に還流する排気還流通路９が設けられている。排気還流通路９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）１０が設けられている。ＥＧＲ弁１０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。排気還流通路９及びＥＧＲ弁１０が排気還流機構を構成する。

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１１が設けられている。クランク角度位置センサ１１は、エンジン１の特定の気筒の所定クランク角度位置でパルス（以下「ＣＹＬパルス」という）を出力する気筒判別センサ、各気筒の吸入行程開始時の上死点（ＴＤＣ）に関し所定クランク角度前のクランク角度位置で（４気筒エンジンではクランク角１８０度毎に）ＴＤＣパルスを出力するＴＤＣセンサ及びＴＤＣパルスより短い一定クランク角周期（例えば６度周期）で１パルス（以下「ＣＲＫパルス」という）を発生するＣＲＫセンサから成り、ＣＹＬパルス、ＴＤＣパルス及びＣＲＫパルスがＥＣＵ４に供給される。これらのパルスは、燃料噴射時期、点火時期等の各種タイミング制御、エンジン回転数（エンジン回転速度）ＮＥの検出に使用される。

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１２、エンジン１の吸入空気流量ＧＡを検出する吸入空気流量センサ（図示せず）、エンジン１の冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ（図示せず）、エンジン１の吸気温ＴＡを検出する冷却水温センサ（図示せず）などが接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ４に供給される。

ＥＣＵ４は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁６などに制御信号を供給する出力回路等から構成される。ＥＣＵ４のＣＰＵは、各種センサにより検出されるエンジン１の運転状態に応じて燃料噴射時間、燃料噴射時期、ＥＧＲ弁１０の開度などを演算し、燃料供給制御及び排気還流制御を実行する。さらに、ＥＣＵ４のＣＰＵは、使用中の燃料のセタン価ＣＥＴを推定する処理を実行し、推定したセタン価ＣＥＴに応じた燃料噴射制御及び排気還流制御を実行する。アクセルペダル操作量ＡＰに応じて要求トルクＴＲＱが算出され、基本的には、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、各種制御が実行される。

図２はセタン価推定処理のフローチャートであり、ＥＣＵ４のＣＰＵでＴＤＣパルスの発生に同期して実行される。
ステップＳ１１では、エンジン１の運転状態がアイドル状態であるか否かを判別する。アイドル状態でないときは直ちに本処理を終了し、アイドル状態であるときは、予混合燃焼を実行する。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、予め設定された予混合燃焼領域で実行される。例えば、エンジン１により駆動される車両の走行中においては図４にハッチングを付して示す領域Ａ、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を予混合燃焼領域とし、アイドリング中にセタン価推定を行うときは、領域Ｂ、すなわち要求トルクＴＲＱが所定トルクＴＲＱ１より小さく、かつエンジン回転数ＮＥが第３所定回転数ＮＥ３（例えば８３０ｒｐｍ）から第４所定回転数ＮＥ４（例えば８５０ｒｐｍ）までの範囲にある領域を予混合燃焼領域とする。予混合燃焼においては、パイロット噴射は実行されず、主噴射のみ実行される。

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、燃料噴射時期ＣＡＩＮＪをリタード（遅角）したとき燃焼変動の差も大きくなり、セタン価の推定精度を向上させることができる。

ステップＳ１３では、燃料噴射時期ＣＡＩＮＪを所定クランク角ΔＣＡ（例えば０．１度）だけリタードさせる。ステップＳ１４ではエンジン１で失火が発生したか否かを判別する。この判別は以下のようにして実行される。すなわちＣＲＫセンサから出力されるＣＲＫパルスの発生周期に基づいて公知の手法（例えば特許第３６２６０２０号公報、特開平１１−５０９０２号公報など）により、エンジン１の燃焼状態（燃焼ラフネス）を示す燃焼変動パラメータＭＦを算出し、燃焼変動パラメータＭＦが判定閾値ＭＦＴＨを超えたとき、失火が発生したと判定する。

ステップＳ１４の答が否定（ＮＯ）、すなわち失火が発生していないときは、ステップＳ１３に戻って燃料噴射時期ＣＡＩＮＪを所定クランク角ΔＣＡだけリタードさせる。ステップＳ１３及びＳ１４を繰り返し実行し、失火が発生すると、ステップＳ１５に進んで、総リタード量ＣＡＲＴＤ（＝ΔＣＡ×ＮＲＴＤ，ＮＲＴＤは、ステップＳ１３の実行回数）に応じて、図３に示すＣＥＴテーブルを検索し、推定セタン価ＣＥＴを算出する。失火発生までの総リタード量ＣＡＲＴＤが大きくなるほど、燃焼状態が不安定化し難いことを示すので、ＣＥＴテーブルは、総リタード量ＣＡＲＴＤが増加するほど、セタン価ＣＥＴが増加するように設定されている。図３において、リタード量ＣＡ１及びＣＡ２は、例えばそれぞれ５度及び１０度であり、対応するセタン価ＣＥＴ１及びＣＥＴ２は、例えば４２及び５７である。
ステップＳ１６では、燃料噴射時期ＣＡＩＮＪを元に戻し、本処理を終了する。

図５は、図２のセタン価判定処理実行時の燃料噴射時期ＣＡＩＮＪ及び燃焼変動パラメータＭＦの推移を示す図である。図５（ａ）は、使用中の燃料が低セタン価（例えば４１）である場合に対応し、同図（ｂ）は、高セタン価（例えば５７）である場合に対応する。図５に示すＣＡＮは、通常の燃料噴射時期であり、例えば上死点前２０度程度である。図５（ａ）に示す低セタン価燃料の場合には、時刻ｔ１において燃焼変動パラメータＭＦが失火判定閾値ＭＦＴＨを超える。このときの燃料噴射時期ＣＡＭＦ１は、上死点前１５度程度となる。すなわち、総リタード量ＣＡＲＴＤは５度程度となる。

一方図５（ｂ）に示す高セタン価燃料の場合には、時刻ｔ２において燃焼変動パラメータＭＦが失火判定閾値ＭＦＴＨを超える。このときの燃料噴射時期ＣＡＭＦ２は、上死点前１０度程度となる。すなわち、総リタード量ＣＡＲＴＤは１０度程度となる。

したがって、総リタード量ＣＡＲＴＤに応じて使用中の燃料のセタン価ＣＥＴを正確に推定することができる。
本実施形態では、通常のクランク角度位置センサのみを使用して燃焼変動パラメータＭＦが算出されるので、特別なセンサを使用することなく、比較的簡便な手法で使用中の燃料のセタン価を推定することができる。

本実施形態では、クランク角度位置センサ１１及びＥＣＵ４が燃焼状態検出手段を構成し、ＥＣＵ４が燃料噴射制御手段及びセタン価推定手段を構成する。より具体的には、図２のステップＳ１２及びＳ１６が燃料噴射制御手段に相当し、ステップＳ１３〜Ｓ１５がセタン価推定手段に相当する。

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、上述した実施形態では、失火発生時の総リタード量ＣＡＲＴＤに応じてセタン価ＣＥＴを推定したが、判定閾値を失火判定閾値ＭＦＴＨより小さな値とし、燃焼変動パラメータＭＦにより検出される燃焼状態が所定以上悪化したときの、燃料噴射時期のリタード量に応じてセタン価ＣＥＴを推定するようにしてもよい。

またセタン価推定処理を実行するときは、スロットル弁（図示せず）により吸入空気量を減少させること、及び／または排気還流量を増加させることにより、セタン価の違いによる燃焼変動の差をより検出し易くするようにしてもよい。
また上述した実施形態では、エンジン１のアイドル状態において予混合燃焼を実行し、セタン価推定処理を行うようにしたが、エンジン運転状態が図４に示す予混合燃焼領域Ａにあるときに、セタン価推定処理を実行するようにしてもよい。

またセタン価推定処理は、エンジン１の少なくとも１つの気筒についてのみ実行し、他の気筒では通常燃焼を継続するようにしてもよい。その場合には、図２に示す処理は、セタン価推定処理の対象となる気筒についてのみ実行される。

また本発明は、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で使用される燃料のセタン価推定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の構成を示す図である。セタン価推定処理のフローチャートである。図２の処理で使用するテーブルを示す図である。予混合燃焼領域を示す図である。図２の処理を実行したときの燃料噴射時期（ＣＡＩＮＪ）及び燃焼変動パラメータ（ＭＦ）の推移を示すタイムチャートである。

符号の説明

１内燃機関
４電子制御ユニット（燃料噴射制御手段、燃焼状態検出手段、セタン価推定手段）
６燃料噴射弁（燃料噴射手段）
１１クランク角度位置センサ（燃焼状態検出手段）

Claims

圧縮着火燃焼を行う内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、スロットル弁と、排気の一部を吸気系に還流する排気還流機構とを備える内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射手段を制御する燃料噴射制御手段と、
前記機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
前記燃焼状態の悪化が検出されていない状態から前記燃焼状態が所定以上悪化するまで、前記燃料噴射制御手段により燃料噴射時期を遅角し、前記燃焼状態が所定以上悪化するまでの総遅角量に基づいて、前記燃料のセタン価を推定するセタン価推定手段とを備え、
前記セタン価推定手段は、前記機関の回転数及び要求トルクに応じて予め定められた運転領域であって、前記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予混合燃焼領域において、前記セタン価の推定を行い、前記セタン価の推定を行うときは、前記スロットル弁により前記機関の吸入空気量を減少させること及び前記排気還流機構による排気還流量を増加させることの少なくとも一方を、前記燃料のセタン価の違いによる燃焼変動の差を検出し易くするために実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記セタン価推定手段は、前記機関の少なくとも１つの気筒について前記セタン価の推定を行う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。