JP4558778B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に使用中の燃料の燃料性状を推定する機能を有するものに関する。

特許文献１には、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関の制御装置が示されている。この装置によれば、予混合燃焼中に燃料の実着火時期を検出し、予め設定された標準燃料着火時期との差である着火時期誤差及び該着火時期誤差のばらつきに応じて、使用中の燃料の性状が判定される。

特開２００５−１７１８１８号公報

噴射した燃料の燃焼状態に基づいて燃料性状の判定を行う場合、判定精度を低下させないために、燃料性状の推定を行う気筒については、燃料噴射量は一定値に保持して行うことが望ましい。しかしながら、機関の要求負荷に応じて機関を運転するためには、燃料性状の推定を行わない他の気筒の燃料噴射量を増加させる必要があり、燃料性状の推定を行う気筒と、それ以外の気筒の発生トルクの差が大きくなり、不快な振動を引き起こすおそれがある。

また例えば機関のアイドル状態で燃料性状の推定を行う場合には、機関回転数が一定となるように燃料噴射量を制御する必要がある。例えば４気筒の機関において、１気筒を燃料性状の推定に使用するときは、他の３気筒における燃料噴射量を制御することにより、機関回転数を一定に保持しなければならない。この場合、機関によって駆動される空調装置が作動しているときや、自動変速機のシフト位置がＤレンジに設定されているときのように、機関に加わる負荷が比較的大きいとき（高負荷アイドル時）は、上述したように燃料性状の推定を行う気筒と、それ以外の気筒の発生トルクの差が大きくなり、不快な振動を引き起こすおそれがある。図１４は、高負荷アイドル時の気筒毎の燃料噴射量ＱＩＮＪを示している。この図に示す例では、気筒＃１が燃料性状の推定に使用され（燃料噴射量が固定され）、他の気筒＃２〜＃４では、機関回転数を一定値に保持するように燃料噴射量が制御される。このように、気筒毎の燃料噴射量ＱＩＮＪの差が大きくなると、燃焼サイクル（２回転）に同期した振動が増加することになる。

本発明は上述した点に着目してなされたものであり、機関の低負荷運転状態において、使用している燃料の燃料性状を推定する処理を実行し、機関の不快な振動を防止しつつ、正確な推定結果を得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）の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段（６）と、排気の一部を吸気系に還流する排気還流手段（２５，２６，２８，２９，３０）とを備える内燃機関の制御装置において、前記機関の一部の気筒（＃１）において噴射された燃料の燃焼状態に基づいて前記燃料の燃料性状（ＣＥＴ）を推定する燃料性状推定手段と、前記一部の気筒（＃１）については、一定量（ＱＦＩＸ）の燃料を噴射するとともに前記一部の気筒以外の他の気筒（＃２〜＃４）については、前記機関の運転状態に応じた量（ＱＩＮＪ）の燃料を噴射するように、前記燃料噴射手段を制御する燃料噴射制御手段とを備え、前記燃料性状推定手段は、噴射された燃料の着火時期（ＣＡＦＭ）を検出し、検出した着火時期（ＣＡＦＭ）を前記排気還流手段により還流される排気の温度（ＴＥＧＲ）に応じて補正し、補正後の着火時期に基づいて前記燃料性状の推定を行い、前記燃料噴射制御手段は、下記の条件１）〜３）の少なくとも１つが成立するとき、前記一部の気筒（＃１）における前記一定量（ＱＦＩＸ）の燃料噴射の後に、追加の燃料噴射を実行することを特徴とする：
１）前記機関の要求トルク（ＴＲＱ）が所定値（ＴＲＱＴＨ）以上である、
２）前記他の気筒の燃料噴射量（ＱＩＮＪ）が所定量（ＱＩＮＪＴＨ）以上である、及び
３）前記一部の気筒の発生トルクと前記他の気筒の発生トルクの差を示すトルク差パラメータ（ＤＱＩＮＪ，ＲＤＱＩＮＪ，ＲＱＩＮＪ，ＷＤＮＥ）が所定閾値（ＤＱＴＨ、ＲＤＱＴＨ、ＲＱＩＮＪＴＨ、ＷＤＮＥＴＨ）以上である。

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、前記燃料噴射制御手段は、前記機関の負荷（ＴＲＱ）に応じて前記他の気筒（＃２〜＃４）の燃料噴射量（ＱＩＮＪ）を制御することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、前記燃料性状推定手段は、前記還流排気温度（ＴＥＧＲ）を検出し、検出した排気還流温度（ＴＥＧＲ）を所定時間（ＴＤＬＹ）遅延させ、遅延させた還流排気温度（ＴＥＧＲＤ）に応じて前記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、機関の一部の気筒において噴射された燃料の燃焼状態に基づいて燃料性状が推定され、燃料性状の推定を行う一部の気筒については、一定量の燃料が噴射される一方、他の気筒については、機関運転状態に応じた量の燃料が噴射される。そして、上述した条件１）〜３）の少なくとも１つが成立するとき、前記一部の気筒における一定量の燃料噴射の後に、追加の燃料噴射が実行される。したがって、一定量噴射された燃料の着火時期に基づく燃料性状の推定を正確に行うとともに、追加の燃料噴射で一部の気筒の発生トルクを増加させ、機関の不快な振動を防止することができる。また、噴射された燃料の着火時期が検出され、検出された着火時期が還流排気温度に応じて補正され、補正後の着火時期に基づいて燃料性状が推定されるので、高負荷運転から低負荷運転またはアイドル運転に移行後に燃料性状の推定を行う場合でも、正確な推定を行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、機関の負荷に応じて他の気筒の燃料噴射量が制御され、発生トルクの差による機関の振動を防止しつつ、機関の負荷に応じたトルクを発生させ、安定した機関回転を維持することができる。例えば、機関のアイドル状態では、機関回転数が一定となるように他の気筒の燃料噴射量が制御され、上記高負荷アイドル運転状態においても機関の不快な振動を防止しつつ、安定したアイドル回転を維持することができる。

請求項３に記載の発明によれば、検出された還流排気温度が所定時間遅延され、遅延された還流排気温度に応じて補正が行われる。還流排気温度の影響で実際に着火時期が変化するまでに時間遅れがあるので、遅延させた還流排気温度を用いることにより、より正確な補正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と、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。内燃機関（以下「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の開弁時期及び開弁時間は、ＥＣＵ４により制御される。

エンジン１は、吸気管７，排気管８、及びターボチャージャ９を備えている。ターボチャージャ９は、排気の運動エネルギにより回転駆動されるタービンと、タービンとシャフトを介して連結されたコンプレッサとを備えている。ターボチャージャ９は、エンジン１に吸入される空気の加圧（圧縮）を行う。

吸気管７のコンプレッサ下流側にはインタークーラ２１が設けられ、さらにインタークーラ２１の下流側には、スロットル弁２２が設けられている。スロットル弁２２は、アクチュエータ２３により開閉駆動可能に構成されており、アクチュエータ２３はＥＣＵ４に接続されている。ＥＣＵ４は、アクチュエータ２３を介して、スロットル弁２２の開度制御を行う。

吸気管７は、スロットル弁２２の下流側において吸気管７Ａ，７Ｂに分岐し、さらに各気筒に対応して分岐する。なお、図１には１つの気筒に対応する構成のみが示されている。エンジン１の各気筒には、２つの吸気弁（図示せず）及び２つの排気弁（図示せず）が設けられている。２つの吸気弁により開閉される吸気口（図示せず）はそれぞれ吸気管７Ａ，７Ｂに接続されている。

また、吸気管７Ｂ内には、当該吸気管７Ｂを介して吸入される空気量を制限してエンジン１の燃焼室にスワールを発生させるスワール制御弁（以下「ＳＣＶ」という）１９が設けられている。ＳＣＶ１９は、アクチュエータ（図示せず）によって駆動されるバタフライ弁であり、その弁開度はＥＣＵ４により制御される。

排気管８と吸気管７との間には、排気を吸気管７に還流する排気還流通路２５が設けられている。排気還流通路２５には、還流させる排気を冷却する還流排気クーラ３０と、還流排気クーラ３０をバイパスするバイパス通路２９と、還流排気クーラ３０側とバイパス通路２９側との切り換えを行う切換弁２８と、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）２６とが設けられている。ＥＧＲ弁２６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２５、還流排気クーラ３０、バイパス通路２９、切換弁２８、及びＥＧＲ弁２６より、排気還流機構が構成される。ＥＧＲ弁２６には、その弁開度（弁リフト量）ＬＡＣＴを検出するリフトセンサ２７が設けられており、その検出信号はＥＣＵ４に供給される。

吸気管７には、吸入空気量ＧＡを検出する吸入空気量センサ３３、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ３４、及び吸気圧ＰＩを検出する吸気圧センサ３５が設けられ、排気還流通路２５には還流排気温度ＴＥＧＲを検出する還流排気温度センサ３６が設けられている。これらのセンサ３３〜３６は、ＥＣＵ４と接続されており、センサ３３〜３６の検出信号は、ＥＣＵ４に供給される。

排気管８の、タービンの下流側には、排気ガス中に含まれる炭化水素などの酸化を促進する触媒コンバータ３１と、粒子状物質（主としてすすからなる）を捕集する粒子状物質フィルタ３２とが設けられている。

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（圧力変動）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３７、エンジン１の冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ３８、エンジン１の潤滑油の温度ＴＯＩＬを検出する油温センサ３９、及び排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（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、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、通常は１つの気筒についてパイロット噴射及び主噴射を実行する。

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）ｄｐ／ｄθ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。筒内圧ＰＣＹＬは、圧力変化率ｄｐ／ｄθを積算することにより算出される。

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排気還流量ＧＥＧＲを算出し、目標排気還流量ＧＥＧＲに応じてＥＧＲ弁２６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２６に供給する。さらにＣＰＵ１４は、以下に説明するように使用中の燃料のセタン価を推定する処理を実行し、推定したセタン価に応じた燃料噴射制御を行う。

図３は、燃料噴射弁６による主噴射時期ＣＡＩＭ及び目標排気還流量ＧＥＧＲ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。

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４０と、目標排気還流量ＧＥＧＲを算出する目標排気還流量算出部５０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判定セタン価パラメータＣＥＴＤを出力する判定セタン価パラメータ生成部６０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４７）、または第３セタン価ＣＥＴ３（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。判定セタン価パラメータＣＥＴＤは、第１〜第３セタン価ＣＥＴ１〜ＣＥＴ３に対応して、「１」〜「３」の値をとる。第２セタン価ＣＥＴ２は、市場で流通している（使用可能な）燃料の平均的なセタン価である。

主噴射時期算出部４０は、第１主噴射時期マップ値算出部４１と、第２主噴射時期マップ値算出部４２と、第３主噴射時期マップ値算出部４３と、スイッチ部４４とからなる。

第１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ＣＡＩＭＭ１マップを検索して、第１主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ１を算出する。ＣＡＩＭＭ１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主噴射時期マップ値算出部４２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ＣＡＩＭＭ２マップを検索して、第２主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ２を算出する。ＣＡＩＭＭ２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主噴射時期マップ値算出部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ＣＡＩＭＭ３マップを検索して、第３主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ３を算出する。ＣＡＩＭＭ３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４４は、判定セタン価パラメータＣＥＴＤに応じて、第１〜第３主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ１〜ＣＡＩＭＭ３の何れかを選択する。すなわち、ＣＥＴＤ＝１であるときは、第１主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ１が選択され、ＣＥＴＤ＝２であるときは、第２主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ２が選択され、ＣＥＴＤ＝３であるときは、第３主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ３が選択される。燃料のセタン価が低下するほど、燃料噴射時期は進角されるので、運転状態が同一であるときは、ＣＡＩＭＭ１＞ＣＡＩＭＭ２＞ＣＡＩＭＭ３という関係が成立する。

目標排気還流量算出部５０は、第１目標ＥＧＲ量マップ値算出部５１と、第２目標ＥＧＲ量マップ値算出部５２と、第３目標ＥＧＲ量マップ値算出部５３と、スイッチ部５４とからなる。

第１目標ＥＧＲ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ＧＥＧＲＭ１マップを検索して、第１目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＭ１を算出する。ＧＥＧＲＭ１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ＥＧＲ量マップ値算出部５２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ＧＥＧＲＭ２マップを検索して、第２目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＭ２を算出する。ＧＥＧＲＭ２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ＥＧＲ量マップ値算出部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ＧＥＧＲＭ３マップを検索して、第３目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＭ３を算出する。ＧＥＧＲＭ３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５４は、判定セタン価パラメータＣＥＴＤに応じて、第１〜第３目標ＥＧＲ量マップ値ＧＥＧＲＭ１〜ＧＥＧＲＭ３の何れかを選択する。すなわち、ＣＥＴＤ＝１であるときは、第１目標ＥＧＲ量マップ値ＧＥＧＲＭ１が選択され、ＣＥＴＤ＝２であるときは、第２目標ＥＧＲ量マップ値ＧＥＧＲＭ２が選択され、ＣＥＴＤ＝３であるときは、第３目標ＥＧＲ量マップ値ＧＥＧＲＭ３が選択される。燃料のセタン価が低下するほど、目標ＥＧＲ量は減少するので、運転状態が同一であるときは、ＧＥＧＲＭ１＜ＧＥＧＲＭ２＜ＧＥＧＲＭ３という関係が成立する。

判定セタン価パラメータ生成部６０は、目標主噴射着火時期算出部６１と、着火時期検出部６２と、減算部６３と、補正量算出部６４と、加算部６７と、スイッチ部６８と、セタン価推定部６９と、判定パラメータ設定部７０とからなる。

目標主噴射着火時期算出部６１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ＣＡＦＭＭマップを検索して、目標主噴射着火時期ＣＡＦＭＭを算出する。ＣＡＦＭＭマップは、第２セタン価ＣＥＴ２（例えば４７）の燃料を基準として設定されている。

着火時期検出部６２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ｄｐ／ｄθに応じて主噴射着火時期ＣＡＦＭを検出する。具体的には、下記式（１）により熱発生率ＨＲＲ［Ｊ／ｄｅｇ］を算出し、燃料噴射時期ＣＡＩＭから、熱発生率ＨＲＲの積算値ＩＨＲＲを算出する。そして、積算値ＩＨＲＲが着火判定閾値ＩＨＲＲＴＨに達した時期を、主噴射着火時期ＣＡＦＭと判定する。
ＨＲＲ＝κ／（κ−１）×ＰＣＹＬ×ｄＶ／ｄθ
＋１／（κ−１）×ＶＣＹＬ×ｄｐ／ｄθ （３）
ここで、κは混合気の比熱比、ＰＣＹＬは検出筒内圧、ｄＶ／ｄθは筒内容積増加率［ｍ³／ｄｅｇ］、ＶＣＹＬは気筒容積、ｄｐ／ｄθは圧力変化率［ｋＰａ／ｄｅｇ］である。
減算部６３は、目標主噴射着火時期ＣＡＦＭＭから検出した主噴射着火時期ＣＡＦＭを減算することにより、着火遅れ角ＤＣＡＭを算出する。

図７（ａ）は、熱発生率ＨＲＲの推移を示すタイムチャートである。この図において、実線は後述する追加燃料噴射を実行した例に対応し、破線は追加燃料噴射を実行しない例に対応する。図７（ａ）のＡ部が、セタン価推定のために噴射された燃料（パイロット噴射は実行されず、主噴射のみ実行される）の着火による熱発生率ＨＲＲの増加を示している。したがって、着火判定閾値ＩＨＲＲＴＨを適切に設定することにより、図７（ａ）に示すように着火時期ＣＡＦＭが判定される。

なお、図７（ａ）のＢ部は、追加噴射された燃料の燃焼による熱発生率ＨＲＲの増加を示している。追加燃料噴射を実行することにより、セタン価推定に適用される着火時期ＣＡＦＭを変化させることなく、該当気筒の発生トルクを増加させることができる。図７（ｂ）の破線は、追加燃料噴射を実行しない場合のエンジン回転数ＮＥの変動を示しており、このようにエンジン回転数ＮＥの変動が大きいときに、追加燃料噴射を実行すると、図７（ｂ）に実線で示すように、エンジン回転数ＮＥの変動、すなわち不快なエンジン振動を抑制することができる。

本実施形態では、セタン価推定を給油後速やかに行うため、エンジン１のアイドル状態においてセタン価推定処理が実行される。その場合、アイドル状態に移行する直前のエンジン運転状態に依存して、着火時期ＣＡＦＭが変化する。そこで、本実施形態では、セタン価推定処理を開始する直前の還流排気温度ＴＥＧＲ、推定排気温度ＴＥＸ、冷却水温ＴＷ、及び吸気温ＴＡに応じて、着火遅れ角ＤＣＡＭを補正することにより、アイドル状態へ移行する直前のエンジン運転状態に拘わらず正確なセタン価推定を行うようにしている。本実施形態では、セタン価推定処理を実行するときは、排気還流を停止するが、直前のエンジン運転状態（車両走行状態）に依存して、吸気管や吸気弁の温度が高くなっていることがある。そのような場合における推定セタン価の精度を高めるため、還流排気温度ＴＥＧＲに応じた補正が行われる。

補正量算出部６４は、冷却水温ＴＷ、吸気温ＴＡ、還流排気温度ＴＥＧＲ、１噴射当たりの燃料噴射量ＱＩＮＪ、及び後述するセタン価学習値ＣＥＴＬＲＮに応じて補正量ＤＣを算出する。加算部６７は、着火遅れ角ＤＣＡＭに補正量ＤＣを加算し、補正着火遅れ角ＤＣＡＭＣを算出する。

スイッチ部６８は、後述する図１０の処理で設定される切換制御信号ＳＣＴＬにより切換制御され、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。切換制御信号ＳＣＴＬ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６９は、補正着火遅れ角ＤＣＡＭＣ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８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６９は、さらにセタン価ＣＥＴを下記式（２）に適用し、セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮを算出する。
ＣＥＴＬＲＮ＝α×ＣＥＴ＋（１−α）×ＣＥＴＬＲＮ （２）
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、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６９から出力される。

判定パラメータ設定部７０は、セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮに応じて、判定セタン価パラメータＣＥＴＤの設定を行う。具体的には、図９に示すように、ヒステリシス特性を付加して、第１閾値ＣＥＴＨ１及び第２閾値ＣＥＴＨ２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。

補正量算出部６４は、図４に示すように、冷却水温補正量算出部８１、吸気温補正量算出部８２、遅延部８３、還流排気温補正量算出部８４、修正係数算出部８５、乗算部８６、遅延部８７、排気温推定部８８、排気温補正量算出部８９、及び加算部９０，９１，９２を備えている。

冷却水温補正量算出部８１は、冷却水温ＴＷに応じて図５（ａ）に示すＤＴＷテーブルを検索し、冷却水温補正量ＤＴＷを算出する。ＤＴＷテーブルは、冷却水温ＴＷが高くなるほど、補正量ＤＴＷが増加するように設定されている。吸気温補正量算出部８２は、図５（ｂ）に示すＤＴＡテーブルを検索し、吸気温補正量ＤＴＡを算出する。ＤＴＡテーブルは、吸気温ＴＡが高くなるほど、補正量ＤＴＡが増加するように設定されている。

遅延部８３は、検出還流排気温度ＴＥＧＲを所定時間ＴＤＬＹだけ遅延させ、遅延還流排気温度ＴＥＧＲＤを出力する。所定時間ＴＤＬＹは、例えば１００燃焼サイクル（２００回転）に相当する時間に設定される。また遅延部８７は、燃料噴射量ＱＩＮＪを所定時間ＴＤＬＹだけ遅延させ、遅延燃料噴射量ＱＩＮＪＤを出力する。

還流排気温補正量算出部８４は、遅延還流排気温度ＴＥＧＲＤに応じて図５（ｃ）に示すＤＴＥＧＲテーブルを検索し、還流排気温補正量ＤＴＥＧＲを算出する。ＤＴＥＧＲテーブルは、遅延還流排気温度ＴＥＧＲＤが高くなるほど、補正量ＤＴＥＧＲが増加するように設定されている。修正係数算出部８５は、セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮに応じて、図５（ｄ）に示すＫＣＥＴテーブルを検索し、修正係数ＫＣＥＴを算出する。ＫＣＥＴテーブルは、セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮが増加するほど、修正係数ＫＣＥＴが減少するように設定されている（例えばセタン価学習値ＣＥＴＬＲＮが「５５」のときは、「４６」のときより、還流排気温補正量が約５０％程度減少するように設定される）。燃料のセタン価が高いほど、還流排気温度ＴＥＧＲの影響による着火時期の変化が小さいからである。乗算部８６は、還流排気温補正量ＤＴＥＧＲに修正係数ＫＣＥＴを乗算して修正還流排気温補正量ＤＴＥＧＲＣを算出する。

遅延部８７は、燃料噴射量ＱＩＮＪを所定時間ＴＤＬＹだけ遅延させ、遅延燃料噴射量ＱＩＮＪＤを出力する。排気温推定部８８は、遅延燃料噴射量ＱＩＮＪＤに応じて図６に示すＴＥＸテーブルを検索し、推定排気温ＴＥＸを算出する。排気温補正量算出部８９は、推定排気温ＴＥＸに応じて図５（ｅ）に示すＤＴＥＸテーブルを検索し、排気温補正量ＤＴＥＸを算出する。ＤＴＥＸテーブルは、推定排気温ＴＥＸが高くなるほど、排気温補正量ＤＴＥＸが増加するように設定されている。

ＴＥＸテーブルは、予め実験的に求められたものである。排気温度は、実際には燃料噴射量及びエンジン回転数ＮＥに依存して変化するが、本実施形態ではアイドル状態においてセタン価推定が実行され、エンジン回転数ＮＥは例えば１０００ｒｐｍ程度に保持されるので、図６に示すＴＥＸテーブルを適用することができる。

加算部９０〜９２により、下記式（３）の演算が行われる。すなわち、冷却水温補正量ＤＴＷ、吸気温補正量ＤＴＡ、修正還流排気温補正量ＤＴＥＧＲＣ、及び排気温補正量ＤＴＥＸが加算され、補正量ＤＣが算出される。
ＤＣ＝ＤＴＷ＋ＤＴＡ＋ＤＴＥＧＲＣ＋ＤＴＥＸ （３）

この補正量ＤＣを着火遅れ角ＤＣＡＭに加算することにより、アイドル状態に移行する直前の運転状態に拘わらず、正確なセタン価の推定を行うことができる。また、既に推定されたセタン価、すなわちセタン価学習値ＣＥＴＬＲＮが高いほど、還流排気温補正量ＤＴＥＧＲを減少させて、修正還流排気温補正量ＤＴＥＧＲＣを算出することにより、より適切な補正を行うことができる。また、還流排気温度ＴＥＧＲの影響で実際に着火時期が変化するまでに時間遅れがあるので、遅延部８３を設けることにより、より正確な補正を行うことができる。

図１０は、セタン価推定処理の実行条件の判定及び切換制御信号ＳＣＴＬの設定を行う処理の手順を示すフローチャートである。図１０に示す処理は、ＣＰＵ１４において所定時間毎に実行される。

ステップＳ１１では、エンジン１がアイドル状態にあるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、セタン価推定を安定して実行するための所定実行条件が成立するか否かを判別する。この所定実行条件は、例えば還流排気温度ＴＥＧＲが所定温度ＴＥ０（例えば約９０℃）以上であり、かつエンジン１の暖機状態を示す冷却水温ＴＷまたは油温ＴＯＩＬが所定温度ＴＷＵＰ（例えば８０℃）以上であるとき成立する。

ステップＳ１１またはＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは、切換制御信号ＳＣＴＬを「０」に設定する（ステップＳ１５）。
ステップＳ１２で所定実行条件が成立するときは、ＥＧＲ弁２６を閉弁し、排気還流を停止する（ステップＳ１３）。これにより、還流される排気の影響で着火時期が変化することが防止され、セタン価の推定精度を高めることができる。ステップＳ１４では、切換制御信号ＳＣＴＬを「１」に設定し、本処理を終了する。

図１１は、燃料噴射制御処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、ＣＰＵ１４で、各気筒の燃料噴射に対応してクランク角１８０度毎に実行される。なお、本実施形態では４つの気筒＃１〜＃４のうち、気筒＃１において検出される着火時期ＣＡＦＭに基づいて、セタン価の推定が行われる。したがって、セタン価推定を行うときは、気筒＃１の燃料噴射量が一定値に固定され、他の気筒＃２〜＃４の燃料噴射量が、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＩＤＬに一致するように制御される。

ステップＳ２１では、切換制御信号ＳＣＴＬが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、通常制御を実行する（ステップＳ２２）。すなわち、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、主噴射量、パイロット噴射量、主噴射時期、及びパイロット噴射時期を算出する。

ステップＳ２１でＳＣＴＬ＝１であって、セタン価推定処理を実行するときは、今回の制御対象気筒が気筒＃１であるか否かを判別する（ステップＳ２３）。対象気筒が気筒＃１でないときは、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＩＤＬと一致するように主噴射量ＱＩＮＪＭ＃ｎ（ｎ＝２〜４）及びパイロット噴射量ＱＩＮＪＰ＃ｎ（ｎ＝２〜４）を算出する（ステップＳ２４）。なお、アイドル状態においては、主噴射時期ＣＡＩＭ及びパイロット噴射時期ＣＡＩＰは、それぞれ例えば上死点前約７度及び上死点前約３度に設定される。

ステップＳ２４では、主噴射量ＱＩＮＪＭ＃ｎとパイロット噴射量ＱＩＮＪＰ＃ｎを加算して、燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。ステップＳ２５では、燃料噴射量ＱＩＮＪが所定噴射量ＱＩＮＪＴＨ（例えば１０ｍｇ）以上であるか否かを判別し（ステップＳ２６）、その答が否定（ＮＯ）であるときは、追加噴射フラグＦＡＤＤを「０」に設定し（ステップＳ３１）、本処理を終了する。ＱＩＮＪ≧ＱＩＮＪＴＨであって、気筒＃ｎの燃料噴射量と気筒＃１の燃料噴射量との差が大きいときは、追加噴射フラグＦＡＤＤを「１」に設定する（ステップＳ２７）。

ステップＳ２３で対象気筒が気筒＃１であるときは、ステップＳ２８に進み、主噴射量ＱＩＮＪＭ＃１を固定噴射量ＱＦＩＸ（例えば６ｍｇ）に設定するとともに、パイロット噴射量ＱＩＮＪＰ＃１を「０」として、主噴射のみとする。さらに主噴射時期ＣＡＩＭを所定角度ＤＥＳＴだけ進角させる（例えば上死点前２０度とする）。このように主噴射のみ実行し、かつ主噴射時期を通常より進角させることにより、セタン価の違いによる着火時期の差を大きくし、着火時期に基づくセタン価推定の精度を向上させることができる。

ステップＳ２９では、追加噴射フラグＦＡＤＤが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに本処理を終了する。ＦＡＤＤ＝１であるときは、気筒＃１の発生トルクと他の気筒の発生トルクの差が大きいので、追加の燃料噴射を、主噴射の後、例えば上死点後１０度のタイミングで実行する（ステップＳ３０）。このときの追加燃料噴射量ＱＩＡＤＤは、例えば固定噴射量ＱＦＩＸと、他の気筒の燃料噴射量ＱＩＮＪとの差分（ＱＩＮＪ−ＱＦＩＸ）に設定される。

追加燃料噴射を実行することにより、図７（ａ）に実線で示すように熱発生率ＨＲＲが推移し、同図（ｂ）に実線で示すようにエンジン回転数ＮＥの変動を抑制することができる。

なお、アイドル状態では通常、ＳＣＶ１９は全閉とされるが、追加燃料噴射を実行するときは、ＳＣＶ１９を開弁することが望ましい。その場合、追加燃料噴射量ＱＩＡＤＤが増加するほど、ＳＣＶ１９の開度が大きくなるように制御する。

図１２は、セタン価推定を行う気筒＃１における熱発生率ＨＲＲの推移を示すタイムチャートであり、同図（ｂ）は同図（ａ）の一部（クランク角度−２０〜０度の範囲）を角度方向に拡大したものである。図１２において、細い破線Ｌ１が、追加燃料噴射を実行しない場合に対応し、太い破線Ｌ２が追加噴射を実行し、ＳＣＶ１９を全閉とした場合に対応し、実線Ｌ３がＳＣＶ１９を開弁した場合に対応する。この図から、明らかなように、ＳＣＶ１９を開弁することにより、追加燃料噴射を実行したときに、主噴射に対応する燃焼の熱発生率ＨＲＲの変化特性を、追加燃料噴射を実行しないときの変化特性と一致させ、セタン価の推定精度を維持することができる。

本実施形態では、燃料噴射弁６が燃料噴射手段に相当し、排気還流通路２５、ＥＧＲ弁２６、切換弁２８、バイパス通路２９、還流排気クーラ３０が排気還流手段を構成し、筒内圧センサ２が燃料性状推定手段の一部を構成し、ＥＣＵ４が燃料性状推定手段の一部及び燃料噴射制御手段を構成する。具体的には、図１１の処理が燃料噴射制御手段に相当する。また図３に示す目標主噴射着火時期算出部６１、着火時期検出部６２、減算部６３、補正量算出部６４、加算部６７、及びセタン価推定部６９が、燃料性状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、セタン価推定に使用しない気筒＃２〜＃４の燃料噴射量ＱＩＮＪが所定噴射量ＱＩＮＪＴＨ以上となったときに、気筒＃１において追加燃料噴射を実行するようしたが、気筒＃２〜＃４の燃料噴射量ＱＩＮＪと、気筒＃１の主噴射量ＱＩＮＪＭ＃１との差ＤＱＩＮＪ（＝ＱＩＮＪ−ＱＩＮＪＭ＃１）が所定量ＤＱＴＨ以上であるとき、あるいは差ＤＱＩＮＪの比率ＲＤＱＩＮＪ（＝ＤＱＩＮＪ／ＱＩＮＪ）が所定比率ＲＤＱＴＨ以上であるとき、あるいは、気筒＃２〜＃４の燃料噴射量ＱＩＮＪと、気筒＃１の主噴射量ＱＩＮＪＭ＃１の比率ＲＱＩＮＪ（＝ＱＩＮＪ／ＱＩＮＪＭ＃１）が所定比率ＲＱＩＮＪＴＨ以上であるとき、気筒＃１において追加燃料噴射を実行するようにしてもよい。あるいは、図７（ｂ）に示すエンジン回転数ＮＥの変動の振幅ＷＤＮＥが所定振幅ＷＤＮＥＴＨ以上であるときに、気筒＃１において追加燃料噴射を実行するようにしてもよい。これらのパラメータＤＱＩＮＪ，ＲＤＱＩＮＪ，ＲＱＩＮＪ，ＷＤＮＥは、気筒＃１の発生トルクと他の気筒の発生トルクとの差を示すトルク差パラメータに相当する。

また本発明は、セタン価推定のための着火時期検出を行う気筒を１気筒ではなく２気筒とした場合にも適用が可能である。
また上述した実施形態では、補正量ＤＣにより着火遅れ角ＤＣＡＭを補正したが、検出着火時期ＣＡＦＭを補正するようにしてもよい。その場合には、検出着火時期ＣＡＦＭから補正量ＤＣを減算することによって、補正を行う。

また上述した実施形態では、エンジン１のアイドル状態でセタン価推定処理を実行するようにしたが、図１３に例示する予混合燃焼領域において行うようにしてもよい。その場合には、図１１のステップＳ２４では、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、主噴射量ＱＩＮＪＭ＃ｎ、パイロット噴射量ＱＩＮＪＰ＃ｎ、主噴射時期ＣＡＩＭ、及びパイロット噴射時期ＣＡＩＰを算出する。なお、この場合には、要求トルクＴＲＱが所定トルクＴＲＱＴＨ以上であるときに、気筒＃１において追加燃料噴射を実行するようにしてもよい。

上述した変形例を考慮して、下記の条件１）〜３）の少なくとも１つが成立するとき、気筒＃１において追加燃料噴射を実行することが望ましい：
１）要求トルクＴＲＱが所定トルクＴＲＱＴＨ以上である、
２）気筒＃２〜＃４の燃料噴射量ＱＩＮＪが所定噴射量ＱＩＮＪＴＨ以上である、及び
３）気筒＃１の発生トルクと他の気筒＃２〜＃４の発生トルクの差を示すトルク差パラメータが所定閾値（ＤＱＴＨ、ＲＤＱＴＨ、ＲＱＩＮＪＴＨ、ＷＤＮＥＴＨ）以上である。

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の構成を示す図である。 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）及び目標排気還流量（ＧＥＧＲ）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に示す補正量算出部の構成を示すブロック図である。 図４に示す各ブロックにおける演算に使用されるテーブルを示す図である。 燃料噴射量（ＱＩＮＪＤ）に応じて推定排気温（ＴＥＸ）を算出するためのテーブルを示す図である。 熱発生率（ＨＲＲ）の推移及び機関回転数の変動を示す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。 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３に示した切換制御信号（ＳＣＴＬ）の設定を行う処理のフローチャートである。 燃料噴射制御処理の手順を示すフローチャートである。 熱発生率（ＨＲＲ）の推移を示すタイムチャートである。 予混合燃焼領域を示す図である。 気筒毎の燃料噴射量（ＱＩＮＪ）を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 筒内圧センサ（燃料性状推定手段）
４ 電子制御ユニット（燃料性状推定手段、燃料噴射制御手段）
６ 燃料噴射弁（燃料噴射手段）
３６ 還流排気温度センサ（燃料性状推定手段）
６１ 目標主噴射着火時期算出部（燃料性状推定手段）
６２ 着火時期検出部（燃料性状推定手段）
６３ 減算部（燃料性状推定手段）
６４ 補正量算出部（燃料性状推定手段）
６７ 加算部（燃料性状推定手段）
６９ セタン価推定部（燃料性状推定手段）

Claims (3)

1. 内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、排気の一部を吸気系に還流する排気還流手段とを備える内燃機関の制御装置において、
   前記機関の一部の気筒において噴射された燃料の燃焼状態に基づいて前記燃料の燃料性状を推定する燃料性状推定手段と、
   前記一部の気筒については、一定量の燃料を噴射するとともに前記一部の気筒以外の他の気筒については、前記機関の運転状態に応じた量の燃料を噴射するように、前記燃料噴射手段を制御する燃料噴射制御手段とを備え、
   前記燃料性状推定手段は、噴射された燃料の着火時期を検出し、検出した着火時期を前記排気還流手段により還流される排気の温度に応じて補正し、補正後の着火時期に基づいて前記燃料性状の推定を行い、
   前記燃料噴射制御手段は、下記の条件１）〜３）の少なくとも１つが成立するとき、前記一部の気筒における前記一定量の燃料噴射の後に、追加の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：
   １）前記機関の要求トルクが所定値以上である、
   ２）前記他の気筒の燃料噴射量が所定量以上である、及び
   ３）前記一部の気筒の発生トルクと前記他の気筒の発生トルクの差を示すトルク差パラメータが所定閾値以上である。
2. 前記燃料噴射制御手段は、前記機関の負荷に応じて前記他の気筒の燃料噴射量を制御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. 前記燃料性状推定手段は、前記還流排気温度を検出し、検出した排気還流温度を所定時間遅延させ、遅延させた還流排気温度に応じて前記補正を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。

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