JP4596064B2 - 内燃機関制御装置及び内燃機関制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、圧縮着火式内燃機関の燃焼に供する燃料の性状(例えば軽油のセタン価)を判定し、その判定結果に応じて内燃機関の運転状態を制御する内燃機関制御装置及びその装置を用いた制御システムに関する。
圧縮着火式内燃機関においては、例えばセタン価等の燃料性状が異なると気筒内での燃焼状態が変化するため、特定の燃料性状の燃料に適合して内燃機関の運転状態を制御すると、出力トルクの低下、騒音の増加等の問題が発生することがある。例えば、特定のセタン価の燃料に適合して内燃機関の運転状態を制御している場合、それよりもセタン価の高い燃料を使用すると燃焼騒音が増加するという問題がある。一方、特定のセタン価よりもセタン価の低い燃料を使用すると、出力トルクが低下するという問題が生じる。
そこで、特許文献1等記載の制御装置では、高セタン価であるほど噴射に伴い生じる機関回転速度の変動量(出力トルク増加量)が大きくなることに着目しており、前記変動量に基づきセタン価を判定し、判定したセタン価に応じて前記適合値を可変設定して内燃機関の運転状態を制御している。
特開2007−321706号公報
ここで、通常の運転領域では圧縮上死点より進角側のタイミングで燃料を噴射することが一般的であり、このようなタイミングで燃料を微小噴射させても、セタン価に応じた前記変動量の変化は顕著に現れないことが実情である(図2中の符号Tb参照)。そこで本発明者らは、圧縮上死点より遅角側の所定タイミング(以下、遅角タイミングと記載)で燃料を微小噴射して、その微小噴射に伴い生じた内燃機関の出力トルク増加量に基づき燃料性状を判定することを検討した。すなわち、着火性の悪い性状(低セタン価)である場合には、遅角タイミングで微小噴射すると着火遅れが大きくなり、出力トルク増加量は著しく低い値となる。一方、高セタン価である場合には、遅角タイミングで微小噴射しているにも拘わらず、圧縮上死点以前に噴射した場合と同等の着火遅れ時間で着火して、出力トルク増加量は圧縮上死点以前に噴射した場合と同等の値となる。
ところで、このように遅角タイミングで微小噴射させ、その時の出力トルク増加量に基づき燃料性状を判定するにあたり、出力トルク増加量の検出値(トルク増加量検出値)にはばらつきが生じるため、そのばらつきを補償すべく、複数回微小噴射を実施してトルク増加量検出値を複数取得することが、燃料性状判定を高精度にする点で望ましい。しかしながら、微小噴射を頻繁に実施すると、排気エミッションを悪化させた運転状態を長期に亘って実施するといった不具合を招くとともに、燃費悪化を招く。つまり、燃料性状判定の精度悪化抑制と、排気エミッション悪化及び燃費悪化の抑制とはトレードオフの関係にある。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料性状判定又は適合値の精度悪化抑制と、排気エミッション悪化及び燃費悪化の抑制との両立を図った内燃機関制御装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
請求項1記載の発明では、圧縮着火式内燃機関の圧縮上死点より遅角側の所定タイミング(遅角タイミング)で、前記内燃機関の出力トルクを増加させるよう燃料を微小噴射する微小噴射制御手段と、/前記微小噴射に伴い生じた前記出力トルクの増加量又はその増加量と相関のある物理量を、トルク増加量検出値として取得するトルク増加量取得手段と、/前記トルク増加量検出値に基づき燃料性状(例えばセタン価)を判定する燃料性状判定手段と、/前記燃料性状判定手段による燃料性状判定結果に応じて前記内燃機関の制御に用いる適合値を可変設定する適合値設定手段と、/前記適合値設定手段により設定された適合値に基づき前記内燃機関の運転状態を制御している時に前記微小噴射を再度実行する確認噴射制御手段と、/前記確認噴射制御手段の実行時に得られた前記トルク増加量検出値を確認検出値とし、当該確認検出値が所定範囲から外れているか否かに基づき前記燃料性状判定結果又は前記適合値の精度を確認する精度確認手段と、を備えることを特徴とする。
これによれば、遅角タイミングで燃料を微小噴射した時のトルク増加量検出値に基づき燃料性状を判定するので、圧縮上死点より進角側のタイミング(進角タイミング)で微小噴射した場合に比べて燃料性状の判定精度を向上できる。これは、「燃料性状に応じたトルク増加量検出値の違いは、遅角タイミングで噴射すると進角タイミングに比べて顕著に現れる」といった、本発明者らによる先述した知見に基づく。
また、本発明によれば、燃料性状判定を高精度にできる程度にトルク増加量検出値を多数回取得することを待たずして、燃料性状判定結果に応じて適合値を可変設定(仮設定)することができるので、微小噴射を頻繁に実施することによる排気エミッション悪化及び燃費悪化を抑制することができる。しかも、低精度が懸念される仮設定の適合値又は燃料性状判定結果に対し、仮設定の適合値に基づき内燃機関を制御している時に微小噴射を再度実行し、その再実行時に得られたトルク増加量検出値(確認検出値)に基づき燃料性状判定結果又は適合値の精度を確認するので、燃料性状判定又は適合値の精度悪化を抑制することができる。
請求項2記載の発明は、前記確認検出値が前記所定範囲から外れていると前記精度判定手段により判定された場合に、前記確認検出値に基づき前記燃料性状判定結果又は前記適合値を補正する(補正手段)。これに対し、請求項3記載の発明では、前記燃料性状判定手段の判定に用いられた前記トルク増加量検出値を再度取得するよう前記微小噴射を再実行させる(微小噴射再実行要求手段)。
ここで、確認検出値が所定範囲から僅かに外れている場合には、微小噴射を再実行させるよりも、請求項2記載のように、既に実行した微小噴射及びその時のトルク増加量検出値を利用して、燃料性状判定結果又は適合値を補正することが望ましい。一方、確認検出値が所定範囲から大きく外れている場合には、燃料性状判定結果又は適合値を十分な精度となるよう補正することが困難であるため、この場合には請求項3記載のように、微小噴射を再実行させてトルク増加量検出値を再度取得(新たに取得)することが望ましい。
請求項4記載の発明では、前記所定範囲は、第1範囲(図5のW1参照)及び前記第1範囲よりも狭く設定された第2範囲(図5のW2参照)の2段階に設定され、/前記確認検出値が前記第1範囲内かつ前記第2範囲から外れていると前記精度判定手段により判定された場合に、前記確認検出値に基づき前記燃料性状判定結果又は前記適合値を補正する補正手段と、/前記確認検出値が前記第1範囲から外れていると前記精度判定手段により判定された場合に、前記燃料性状判定手段の判定に用いられた前記トルク増加量検出値を再度取得するよう前記微小噴射を再度実行させる微小噴射再実行要求手段と、/を備えることを特徴とする。
これによれば、上記請求項2記載の発明による効果及び請求項3記載の発明による効果を、同様に発揮させることができる。
請求項5記載の発明では、前記内燃機関の運転状態を制御するアクチュエータの機差が機差ばらつきの中央値であるとともに前記適合値が最適な値であると仮定した場合に、前記確認噴射制御手段の実行時に得られると想定される前記トルク増加量検出値を想定基準値として予め記憶しておき、/前記補正手段は、前記確認噴射制御手段の実行時に実際に得られた前記トルク増加量検出値と前記基準値との差分に応じて前記燃料性状判定結果又は前記適合値を補正することを特徴とする。
これによれば、燃料性状判定結果又は適合値の精度を向上させるように前記補正手段により補正することを、容易に実現できる。
ここで、図2に例示されるように、燃料性状が同じであっても微小噴射する時の所定タイミングずれてしまえばトルク増加量検出値(図2の例ではNE変動量)も大きく変化し、その結果、燃料性状判定値の判定精度が低下する。また、微小噴射タイミングのずれは無くともトルク増加量検出値の検出誤差が生じれば判定精度は低下する。この問題に対し、請求項6記載の発明では、前記燃料性状判定手段は、前記所定タイミングを異ならせて実行した各々の前記微小噴射に対して取得した前記トルク増加量検出値に基づき、燃料性状を判定することを特徴とする。つまり、図2の例では、T1時点(所定タイミング)で微小噴射した時のトルク増加量検出値と、T1とは異なるT2時点(所定タイミング)で微小噴射した時のトルク増加量検出値とを取得し、これら複数のトルク増加量検出値に基づき燃料性状を判定するので、上述した微小噴射タイミングのずれや検出誤差が判定精度に与える影響を小さくでき、ひいては、燃料性状判定値の判定精度低下を抑制できる。
また、複数のトルク増加量検出値に基づき燃料性状を判定するにあたり、請求項7記載の如く、前記所定タイミングと前記トルク増加量検出値との関係を示すトルク特性線(図2中のL1,L2,L3)の積算値(斜線面積S1参照)又は変化率(T1〜T2期間中の傾きα1,α2,α3参照)に基づき燃料性状を判定することが、具体例として挙げられる。
請求項8記載の発明では、前記微小噴射する時の燃料圧力を調整する圧力調整手段を備え、/前記燃料性状判定手段は、前記圧力調整手段により異なる圧力に調整された複数の前記燃料圧力における前記トルク増加量検出値に基づき、燃料性状を判定することを特徴とする。
ここで、微小噴射する時の燃料圧力が異なればトルク増加量検出値も変化する。そして、その時のトルク増加量検出値の変化の仕方は燃料性状によって異なる。したがって、上記請求項8記載の如く、異なる燃料圧力で各々取得したトルク増加量検出値に基づき燃料性状を判定すれば、燃料性状の判定精度を向上できる。
請求項1記載の「トルク増加量検出値」の具体例としては、気筒内の圧力を検出する筒内圧センサの検出値や、請求項9記載の機関回転速度の変動量が挙げられる。そして、機関回転速度変動量の検出精度は気筒内圧力の検出精度に比べて低いので、筒内圧センサを不要にしてコストダウンを図れる反面、その変動量(トルク増加量検出値)を複数取得できないことによる燃料性状判定又は適合値の精度悪化がより一層懸念される。そのため、このように機関回転速度の変動量をトルク増加量検出値とした場合に上記請求項1記載の発明を適用した請求項9記載の発明によれば、燃料性状判定又は適合値の精度悪化を抑制できるといった上記効果が好適に発揮される。
請求項10記載の発明では、微小噴射制御手段は、減速無噴射時に前記微小噴射を実行することを特徴とする。これによれば、微小噴射に伴い生じた出力トルクの増加量を高精度で取得できるので、燃料性状判定又は適合値の精度悪化抑制を促進できる。また、減速無噴射時には、燃料噴射弁の機差及び経年劣化等を検出するための微小噴射や、吸気量を検出するエアフローメータの検出値を更正する等、各種補正及び更正を実施するよう内燃機関の運転状態を制御することを要する。そのため、請求項1記載の微小噴射を十分な回数だけ実施することが困難となり、燃料性状判定又は適合値の精度悪化が懸念される。したがって、このように減速無噴射時に微小噴射を実行する場合に上記請求項1記載の発明を適用した請求項10記載の発明によれば、燃料性状判定又は適合値の精度悪化を抑制できるといった上記効果が好適に発揮される。
請求項11記載の発明は、上記内燃機関制御装置と、/燃料を加圧し圧送する燃料供給ポンプ、前記燃料供給ポンプが圧送する燃料を蓄圧するコモンレール、及び前記コモンレールが蓄圧している燃料を内燃機関の気筒に噴射する燃料噴射弁の少なくとも1つと、を備えることを特徴とする内燃機関制御システムである。この内燃機関制御システムによれば、上述の各種効果を同様に発揮することができる。
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
(第1実施形態)
図1は、本実施形態にかかる内燃機関制御装置が制御の対象とするエンジン2(圧縮着火式内燃機関)の、燃料噴射システム10を示す。
(燃料噴射システム10)
本実施形態の燃料噴射システム10は、例えば、自動車用の4気筒のディーゼルエンジン2に燃料を供給するためのものであり、コモンレール20に燃料を供給する高圧ポンプ16(燃料供給ポンプ)と、高圧燃料を蓄えるコモンレール20と、コモンレール20より供給される高圧燃料をエンジン2の各気筒の燃焼室に噴射する燃料噴射弁30と、本システムを制御するECU40(電子制御装置)とを備える。燃料噴射システム10には、高圧ポンプ16からコモンレール20に燃料を供給するために、燃料タンク12から燃料を汲み上げるフィードポンプ14が備えられている。
燃料供給ポンプとしての高圧ポンプ16は、カムシャフトのカムの回転に伴いプランジャが往復移動することにより加圧室に吸入した燃料を加圧する公知のポンプである。そして、この高圧ポンプ16には、吸入行程でフィードポンプ14から吸入する燃料量を調量するための調量弁18(圧力調整手段)が設けられている。また、コモンレール20には、内部の燃料圧力(コモンレール圧)を検出する圧力センサ22、及び、内部の燃料を燃料タンク12側へ戻すことで内部の燃料圧力を減圧する減圧弁24が設けられている。燃料噴射弁30は、例えば、噴孔を開閉するノズルニードルのリフトを制御室の圧力で制御する公知の電磁弁である。
エンジン2には、運転状態を検出するセンサとして、エンジン回転速度NEを検出するクランク角センサ32が設置されている。さらに、図示はしていないが、運転状態を検出する他のセンサとして、運転者によるアクセル操作量(アクセル開度)を検出するアクセルセンサ、冷却水の温度(以下、「水温」ともいう。)を検出する水温センサ、吸入空気の温度(以下、「吸気温」ともいう。)を検出する吸気温センサ等が燃料噴射システム10に設けられている。
燃料性状検出装置としてのECU40は、CPU、ROM、RAM、フラッシュメモリ等を中心とするマイクロコンピュータにて構成されている。そして、ECU40は、コモンレール20に設けられた圧力センサ22、ならびにエンジン2に設けられたクランク角センサ32を含む各種センサから検出信号を取り込み、コモンレール圧や燃料噴射弁30からの燃料噴射量および燃料噴射時期を制御する。また、ECU40は、運転状態に応じて、メイン噴射の前後にパイロット噴射、ポスト噴射等の多段噴射を燃料噴射弁30に指令する。
ECU40は、エンジン2の運転状態に基づいてコモンレール20の目標圧力を算出し、圧力センサ22にて検出されたコモンレール圧が目標圧力となるよう調量弁18および減圧弁24を通電制御するコモンレール圧制御を実行するとともに、エンジン2の運転状態に基づき燃料噴射量および燃料噴射時期を算出し、その算出結果に応じて各気筒の燃料噴射弁30を所定タイミングで所定時間開弁することで各気筒に燃料を噴射供給させる燃料噴射制御を実行する。
燃料噴射制御においてECU40は、メイン噴射の前後にパイロット噴射、ポスト噴射等を実施する多段噴射を制御する。具体的には、エンジン負荷に相当するアクセル開度、及びエンジン回転速度NEに基づき最適な噴射形態を適合値として予め試験により取得しておき、その適合値をマップとして記憶しておく。なお、適合値の具体例としては、1燃焼サイクルにおける噴射回数(段数)、各段の燃料噴射量、各段の燃料噴射時期、レール圧等が挙げられる。また、燃料噴射の他にも、排気の一部を吸気に還流させる還流量(EGR量)の適合値をマップに記憶させたり、吸気を加圧する過給機が過給圧調整機能を有する場合において、その過給圧の適合値をマップに記憶させたりすることが挙げられる。そして、都度のエンジン負荷及びエンジン回転速度NE等に基づきマップ中の適合値を抽出し、抽出した適合値となるよう内燃機関の運転状態を制御するアクチュエータ、つまり燃料噴射弁30、調量弁18、図示しないEGR量調整バルブ及び過給機等の作動を制御する。
ここで、圧縮着火式であるディーゼルエンジン2においては、燃料の着火性(燃料性状)が異なれば燃焼状態が大きく変化する。すると、着火性が高い(高セタン価)場合には燃焼騒音増加が懸念され、着火性が低い(低セタン価)場合には出力トルク低下が懸念される。そこでECU40(適合値設定手段)は、着火性の指標となるセタン価を以下に説明する各手段により検出し、検出したセタン価に基づき、先述したマップ中の各種適合値を補正(可変設定)している。
ECU40は、エンジンが減速無噴射運転している期間中に、圧縮上死点より遅角側の所定タイミングで燃料を微小噴射して、その微小噴射に伴い生じた出力トルク増加量(トルク検出値Trq)を検出する。高セタン価であるほどトルク検出値Trqは高くなるため、このようにトルク検出値Trqを検出すれば、セタン価又はセタン価に相当する検出指標Vを算出することができる。そこでECU40は、以下の各手段として機能することで、検出指標V(セタン価)を算出し、検出指標Vに基づき適合値を補正する。なお、微小噴射に伴いエンジン回転速度は僅かに上昇するが、本実施形態ではその上昇量(以下、「NE変動量」と記載)に基づきをトルク検出値Trqを算出している。
(検出条件判定手段)
ECU40は、例えば、車両の走行中にアクセルをオフにしたときに燃料噴射がカットされ、エンジン回転速度が一定の割合で低下する減速無噴射時であるかを判定し、減速無噴射時であれば、燃料性状を検出するために、燃料噴射弁30からの性状検出噴射を許可する。減速無噴射時には、先述したNE変動量が他の運転状態に比べて小さいので、NE変動量を高精度に検出できる。なお、減速無噴射時以外にも、エンジン回転速度の変動が小さいアイドル運転時を燃料性状の検出条件としてもよい。さらに、吸気温および水温が低すぎず、かつ高すぎない所定温度範囲であることを燃料性状の検出条件としてもよい。
(微小噴射制御手段)
ECU40は、燃料性状を検出する条件が成立するときに、燃料性状を検出するための性状検出噴射(微小噴射)を燃料噴射弁30に指令する。性状検出噴射における噴射段数、噴射量、噴射時期は通常の燃料噴射制御とは異なっている。すなわち、微小量(例えばアイドル運転時よりも少ない量)の燃料を単段で噴射させる。本実施形態での微小噴射では、数mm3/回(例えば2mm3/回)の量を噴射するよう燃料噴射弁30に指令する。
ここで、図2の実線L1,L2,L3は、微小噴射にかかる噴射タイミングと、その微小噴射時に検出されるNE変動量との関係(トルク特性)を示すグラフであり、噴射タイミングによって検出されるNE変動量が異なることを示している。また、実線L1,L2,L3はそれぞれセタン価が45,50,47の場合を示しており、燃料性状の違いによっても検出されるNE変動量は異なることを示している。
このような燃料性状の違いにより生じるNE変動量の差は、圧縮上死点(TDC)の進角側よりも遅角側の方が大きい。TDCの進角側は筒内温度が高く燃焼安定状態であるから、セタン価が異なっても着火時期が殆ど変わらない。その結果、微小噴射によって発生するトルクの大きさ(NE変動量)はセタン価が異なっても殆ど変わらない。これに対し、TDCの遅角側は筒内温度が下がった燃焼不安定状態であるから、セタン価が異なると着火時期が大きく変化する。その結果、微小噴射によって発生するNE変動量の差はセタン価が異なると大きくなる。したがって、ECU40は、TDCよりも遅角側の所定タイミング(図2の例ではT1,T2のタイミング)で微小噴射するよう制御することが望ましい。このように、微小噴射によって発生するNE変動量の差がセタン価の違いによって大きくなる噴射時期範囲で性状検出噴射を実施することにより、燃料性状を高精度に検出できる。
(トルク検出値取得手段)
ECU40は、回転センサが検出するエンジン回転速度NEから、微小噴射を実施したときのNE変動量ΔNEを検出する。但し、燃料性状が同じであっても微小噴射する時のタイミングが所定タイミングT1,T2からずれてしまえば検出されるNE変動量も大きく変化する。また、微小噴射タイミングのずれは無くとも回転センサの検出誤差が生じればNE変動量の検出精度は低下する。そこで本実施形態では、先述した噴射時期範囲内の複数のタイミングT1,T2で単段による微小噴射をそれぞれ実施し、T1で微小噴射した時のNE変動量ΔNE(T1)と、T2で微小噴射した時のNE変動量ΔNE(T2)とに基づき、先述したトルク検出値Trq及び検出指標Vの少なくとも一方(以下、単に「トルク検出値Trq」又は「検出指標V」と記載)を算出している。
ここで、噴射時期範囲内の所定タイミングT1,T2で微小噴射した場合には、その微小噴射時のエンジン回転速度NEが異なれば、吸気量が異なってくることに起因してNE変動量ΔNEも異なる値となる。これに対し、噴射時期範囲よりも進角側で微小噴射した場合には、その微小噴射時のエンジン回転速度NEに拘わらずNE変動量ΔNEはほぼ一定の値となる。この点に着目した本実施形態では、噴射時期範囲よりも進角側のタイミングTb(図2の例ではTDCより進角側のタイミング)で微小噴射を単段で実施し、その時のNE変動量ΔNE(Tb)に対するNE変動量ΔNE(T1)及びΔNE(T2)の割合に基づき、検出指標Vを算出する(次式(1)参照)。
V=ΔNE(T1)/ΔNE(Tb)+ΔNE(T2)/ΔNE(Tb) ・・・(1)
なお、エンジン回転速度NEと微小噴射を実施したときのNE変動量ΔNEとに基づきトルク検出値Trqを次式(2)により推定することができる(式(2)中のkは比例定数)。この場合、推定したトルク検出値Trqを検出指標Vとしてもよい。
Trq=k×NE×ΔNE ・・・(2)
(燃料性状判定手段)
燃料性状が着火しやすい性状つまり高セタン価であるほど、検出指標Vは大きい値となる。そこでECU40は、上述の如く算出した検出指標Vに基づきセタン価を判定する。そして、その判定結果に応じて先述したマップ中の各種適合値を補正(可変設定)している。
ところで、このような燃料性状判定では、先述したように微小噴射タイミングのずれや回転センサの検出誤差等に起因して判定精度が低くなることが懸念される。そこで、所定タイミングT1,T2で微小噴射してNE変動量ΔNE(T1),ΔNE(T2)を検出するにあたり、同じ所定タイミングT1,T2で複数回微小噴射して複数のNE変動量ΔNE(T1),ΔNE(T2)を学習させることが望ましい。そして、学習により精度向上したNE変動量ΔNE(T1),ΔNE(T2)に基づきトルク検出値Trq(検出指標V)を算出することで判定精度を向上させることが望ましい。
しかしながら、微小噴射を頻繁に実施すると、排気エミッションを悪化させた運転状態を長期に亘って実施するといった不具合を招くとともに、燃費悪化を招く。また、減速無噴射運転の実行期間中には、以下に説明する噴射弁更正用微小噴射制御等、各種補正及び更正を実施するようエンジン2の運転状態を制御することを要する。そのため、トルク検出値Trqを算出するための微小噴射(性状検出噴射)を十分な回数だけ実施することが困難となり、上記判定精度の向上を図れないことが懸念される。
噴射弁更正用微小噴射制御とは、微小噴射に伴い生じた回転変動を検出し、検出した回転変動に基づき指令噴射量及び指令噴射時期についての燃料噴射弁30の機差ばらつきや経年劣化を更正するものである。ちなみに、性状検出噴射では、燃焼性の悪い所定タイミングT1,T2で微小噴射するのに対し、噴射弁更正用微小噴射では、燃焼性の良好なタイミング(例えばTDCより進角側)で微小噴射することを要する。よって、噴射弁更正用微小噴射と性状検出噴射とを兼用した微小噴射を実施することはできない。ただし、性状検出噴射にかかるタイミングTbでのベース微小噴射と噴射弁更正用微小噴射とは兼用できる場合がある。
判定精度向上に対する上記懸念に対し、本実施形態では、各タイミングT1,T2,Tbで1回でも微小噴射がなされれば、その微小噴射時に取得したNE変動量ΔNE(T1),ΔNE(T2),ΔNE(Tb)に基づきトルク検出値Trq(検出指標V)を仮検出値として算出する。そして、仮検出値に基づき各種適合値を補正し、その補正した適合値に基づき燃料噴射弁30等の各種アクチュエータの作動を制御することで、エンジン2の運転状態を制御する。噴射弁更正用微小噴射を所定回数実施することを完了して噴射弁更正に要する十分な学習点数を取得完了した後において、減速無噴射期間中の所定タイミングT1,T2で、補正後の適合値に基づき微小噴射(確認用微小噴射)を再度実施する。
そして、確認用微小噴射時に取得したNE変動量に基づきトルク検出値を確認検出値として算出し、算出した確認検出値が所定範囲から外れているか否かに基づき、補正した適合値が妥当な値であったか否か、つまり仮検出値が妥当な値であったか否かを判定する。妥当であると判定されれば仮検出値をそのまま本検出値として更新し、妥当でないと判定されれば、仮検出値を補正する又は仮検出値を破棄して、新たに微小噴射を実施してNE変動量を検出し、トルク検出値Trqを算出する。
以下、上述の如く仮検出値の妥当性を確認する確認制御をECU40が実行するにあたり、その確認制御の手順について、図3及び図4のフローチャートを用いて説明する。
先ず、図3に示すステップS10において、確認制御を実行する条件が成立しているか否かを判定する。すなわち、噴射弁更正用微小噴射等、性状判定用微小噴射以外の各種学習が終了しており、かつ、減速無噴射期間中である場合に、確認制御実行条件を満たしていると判定する。この実行条件を満たしていると判定した場合(S10:YES)には、続くステップS20(確認噴射制御手段)において確認制御用微小噴射を実施する。具体的には、仮検出値に基づき補正された後の適合値に基づき、仮検出値の算出に用いたNE変動量ΔNE(T1),ΔNE(T2)を検出した時の制御(以下、トルク検出制御と記載)と同じ条件、つまり、所定タイミングT1,T2で2mm3/回だけ噴射するよう燃料噴射弁30に指令する。但し、この指令は補正後の適合値に基づき設定されたものである。
続くステップS30では、ステップS20で確認制御用微小噴射を実施した時のエンジン運転条件(例えば、エンジン回転速度NE、水温、吸気温等)を記憶する。続くステップS40(トルク増加量取得手段)では、先述の如くNE変動量ΔNE(T1),ΔNE(T2)に基づきトルク検出値Trq(確認検出値)を算出する。続くステップS50では、ステップS30で記憶された運転条件に基づきトルク検出値の機差中央値TrqMを算出する。
ここで、機差中央値TrqMについて以下に説明する。燃料噴射弁30には機差ばらつきが存在する。本実施形態では、仮検出値に基づき各種適合値を補正するにあたり、燃料噴射弁30の機差が機差ばらつきの中央であると仮定して補正している。そして、仮検出値に基づき各種適合値が最適な値に補正されていれば、その補正後の適合値に基づき燃料を微小噴射(確認制御用微小噴射)した時に検出されるトルク検出値は、予め実施した試験等に基づき想定することができる。つまり、確認制御用微小噴射にかかるトルク検出値Trq(確認検出値)が、予め想定した値(想定基準値)に対して所定範囲内であれば、補正後の適合値又はその補正に用いたトルク検出値Trqは妥当であったと判定することができる。
図5の実線L4は想定基準値を示しており、この想定基準値と燃料噴射タイミングとの関係はマップに記憶されているが、燃料噴射タイミングが同じであってもエンジン運転条件によって想定基準値は異なる値となり得るため、その運転条件毎にマップは作成されている。なお、図5の一点鎖線L5は、過剰に高セタン価であると判定したことにより各種適合値が妥当に補正されなかった場合の確認検出値を示す。また、図5の一点鎖線L6は、過剰に低セタン価であると判定したことにより各種適合値が妥当に補正されなかった場合の確認検出値を示す。
以上により、ステップS50では、確認制御用微小噴射を実施した時の燃料噴射タイミング(図5の例ではT3)、及びステップS30で記憶したエンジン運転条件に基づき前記マップを参照して、想定基準値L4の中から機差中央値TrqMを算出する。なお、確認制御用微小噴射のタイミングT3は、微小噴射によって発生するNE変動量の差がセタン価の違いによって大きくなる噴射時期範囲内であることが望ましく、例えば、仮検出値の取得に用いられたトルク検出制御の微小噴射タイミングT1,T2と同じタイミング、或いは、これらのタイミングT1,T2の中間を、確認制御用微小噴射のタイミングT3とすることが望ましい。
続くステップS60では、ステップS40で算出したトルク検出値Trq(仮検出値)とステップS50で算出した機差中央値TrqMとの差分ΔTrqを算出する。続くステップS70(精度確認手段)では、トルク検出値Trq(仮検出値)又は仮検出値に基づき補正された適合値が妥当な値であるか否かの妥当性(精度)を、ステップS60で算出した差分ΔTrqに基づき判定する。
図4は、ステップS70のサブルーチン処理を示しており、以下、仮検出値又は適合値の妥当性を判定する処理手順を説明する。
先ず、ステップS71において、ステップS60で算出した差分ΔTrqが所定範囲内であるか否かを判定する。換言すれば、ステップS40で算出した確認検出値が、ステップS40で算出した機差中央値TrqMを中心に設定された第1範囲W1(図5参照)内に存在しているか否かを判定する。
前記差分ΔTrqが所定範囲内、つまり確認検出値が第1範囲W1内であると判定(S71:YES)された場合には、ステップS72において、前記差分ΔTrqが、前記所定範囲よりも狭い範囲で設定された中央設定範囲内であるか否かを判定する。換言すれば、機差中央値TrqMを中心に設定された第2範囲W2(図5参照)内に確認検出値が存在しているか否かを判定する。第2範囲W2は第1範囲W1よりも狭い範囲に設定されている。また、第1範囲W1は、想定基準値L4の最大値と最小値の範囲内に設定されている。
確認検出値が第2範囲W2内であると判定(S72:YES)された場合、つまり確認制御値が実線L4上にある場合には、仮検出値、又は仮検出値に基づき補正された適合値が妥当であったとみなして、仮検出値を補正することなくそのまま本検出値として更新する。一方、確認検出値が第1範囲W1内ではあるが第2範囲W2外であると判定(S72:NO)された場合、つまり確認制御値が例えば一点鎖線L5上にある場合には、ステップS74において、ステップS60で算出した差分ΔTrqに基づき、仮検出値又は仮検出値に基づき補正された適合値に対する補正量を算出する。具体的には、この補正量と差分ΔTrqとの関係を予め試験により取得してマップに記憶させておき、差分ΔTrqに基づきマップを参照して補正量を算出する。そして、続くステップS75(補正手段)では、ステップS74で算出した補正量に基づき仮検出値を補正する。
また、先述したステップS71において、確認検出値が第1範囲W1外であると判定(S71:NO)された場合、つまり確認制御値が例えば一点鎖線L6上にある場合には、続くステップS76にて再検出要求フラグをオン設定し、続くステップS77にて補正量をゼロにリセットする。なお、ステップS73又はS75により仮検出値が本検出値として更新された場合には、ステップS78において再検出要求フラグをオフに設定する。そして、このように本検出値として更新されると、仮検出値に基づく補正により仮設定していた適合値は、本検出値に基づく補正により再設定されることとなる。
図3の説明に戻り、ステップS70にて補正量算出の処理が為された後、再検出要求フラグがオフに設定されていれば(S80:YES)、図3の一連の処理を終了し、再検出要求フラグがオンに設定されていれば(S80:NO)、続くステップS90(微小噴射再実行要求手段)において、仮検出値を再度取得するようトルク検出制御を再実行させる。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)各タイミングT1,T2,Tbで1回でも微小噴射がなされれば、その微小噴射時に取得したNE変動量ΔNE(T1),ΔNE(T2),ΔNE(Tb)に基づきトルク検出値Trq(検出指標V)を仮検出値として算出し、その仮検出値に基づき各種適合値を補正する。そのため、多数回トルク検出値Trqを取得することを待たずして、トルク検出値Trq(仮検出値)に基づき各種適合値を補正して設定(仮設定)することができるので、微小噴射を頻繁に実施することによる排気エミッション悪化及び燃費悪化を抑制することができる。しかも、低精度が懸念される仮検出値又は仮設定の適合値に対し、仮設定の適合値に基づきエンジンを制御している時に微小噴射を再度実行し、その再実行時に得られた確認検出値に基づき仮検出値又は仮設定適合値の精度(妥当性)を確認するので、仮検出値又は仮設定適合値の精度悪化を抑制することができる。
(2)TDCより遅角側の遅角タイミングで微小噴射した時のトルク検出値Trqに基づき燃料性状を判定するので、TDCより進角側の進角タイミングで微小噴射した場合に比べて燃料性状の判定精度を向上できる。
(3)確認検出値が機差中央値TrqMから僅かに外れている場合(図5の一点鎖線L5の場合)には、トルク検出制御を再実行させることなく、差分ΔTrqに基づき仮検出値を補正するので、既に実行したトルク検出制御により取得したトルク検出値Trqを利用して各種適合値の精度向上を図ることができる。よって、微小噴射の実施回数増大を抑制できる。
(4)確認検出値が機差中央値TrqMから大きく外れている場合(図5の一点鎖線L6の場合)には、トルク検出制御を再実行させてトルク検出値Trqを再度取得するので、仮検出値又は仮設定適合値の精度を十分に確保することができる。
(5)トルク検出制御によりトルク検出値Trqを算出するにあたり、複数のタイミングT1,T2で微小噴射を実施して、各々の微小噴射で得られたNE変動量ΔNE(T1),ΔNE(T2)に基づきトルク検出値Trqを算出するので、例えば同一タイミングで2回微小噴射して各々の微小噴射で得られたNE変動量に基づきトルク検出値Trqを算出する場合に比べて、高精度なトルク検出値Trqを取得できる。
(第2実施形態)
上記第1実施形態では式(1)に基づき検出指標Vを算出しているが、本実施形態では以下に列挙する手法により検出指標Vを算出する。
(1)所定噴射時期におけるトルク
トルク検出制御の微小噴射にて検出したNE変動量(以下、単に「トルク」と記載)と、一つの所定トルクとを比較して、高セタン価レベル及び低セタン価レベルのいずれであるかを検出指標として算出する。なお、微小噴射により発生したトルクと複数の所定トルクとを比較し、燃料性状を複数レベルで算出してもよい。
(2)所定トルクにおける噴射時期
噴射時期の異なる微小噴射にてトルクを取得し、取得したトルクが所定トルクを跨いで超えるときの噴射時期を、検出指標として算出する。
(3)トルクの傾き
図2に示すように、燃料性状が異なれば、噴射タイミングとトルクとの関係を示すトルク特性線は異なってくるが、微小噴射によって発生するトルクがセタン価の違いによって大きくなる範囲が、TDCよりも遅角側に存在する。そして、この範囲におけるトルク特性線の傾きα1,α2,α3(図2参照)は、セタン価が大きいほど緩やかになる。そこで、噴射タイミングT1におけるトルクとT2におけるトルクとの2点を結ぶ直線の傾きに基づいて、検出指標を算出する。これによれば、1点で検出したトルクに基づいて検出指標を算出する場合に比べ、トルクの検出誤差が検出指標の算出結果に与える影響が低減するので、検出指標の算出精度が向上する。
尚、トルクの傾きは、2点を一組として複数組の傾きを検出してもよい。この場合、トルクの検出箇所が増加するので、検出指標の算出精度がさらに向上すると考えられる。
(4)異なる噴射量におけるトルクの傾き
上述した特性線の傾きα1,α2,α3は噴射量に応じて変化する。そこで、同じ噴射タイミングにおいて、異なる噴射量で微小噴射を実施して、各噴射量において傾きを検出し、検出した複数の傾きに基づいて検出指標を算出する。これにより、検出指標を高精度に算出できる。
(5)トルクの積算値
微小噴射によって発生するトルクがセタン価の違いによって大きくなる範囲においては、トルク特性線L1の積算値(図2中の斜線に示す面積)とトルク特性線L2,L3の積算値とは異なる値となる。つまり、セタン価に応じて前記積算値は異なる。そこで、この積算値に基づいて検出指標を算出する。これによれば、1点で検出したトルクに基づいて検出指標を算出する場合に比べ、トルクの検出誤差が検出指標の算出結果に与える影響が低減するので、検出指標の算出精度が向上する。
(他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。また、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記第1実施形態では、各タイミングT1,T2,Tbで1回でも微小噴射がなされれば、その微小噴射時に取得したNE変動量ΔNE(T1),ΔNE(T2),ΔNE(Tb)に基づきトルク検出値Trq(仮検出値)を算出設定している。これに対し、所定の複数回数だけ微小噴射が実施されるのを待って、それぞれの微小噴射時取得したNE変動量に基づき仮検出値を設定してもよい。
・上記第1実施形態では、仮検出値、又は仮検出値に基づき補正された適合値に対して、ステップS74にて算出した補正量に基づく補正を実行しているが、仮検出値に基づき算出された燃料性状に対して補正を実行し、当該補正された燃料性状に基づき適合値を設定するようにしてもよい。
・上記第1実施形態では、確認検出値又は仮検出値の算出に用いるトルク検出制御の微小噴射を、減速無噴射時に実行しているが、エンジン回転速度及びエンジン負荷が安定した定常運転時(例えばアイドル運転時)に前記微小噴射を実行するようにしてもよい。
・上記第1実施形態では、仮検出値又は補正後の適合値の妥当性を確認するにあたり、補正後の適合値を用いてエンジン制御した時の出力トルク(NE変動量)に基づき確認しているが、補正後の適合値を用いてエンジン制御した時の排気エミッション状態に基づき確認するようにしてもよい。つまり、補正した適合値が妥当な値であれば、排気エミッション関連物性値(例えば排気中のNOX量、HC量、PM量等)は所望範囲の量となるはずである。そこで、これらの物性値が所望範囲内であるか否かに基づき仮検出値又は補正後の適合値の妥当性を確認するようにしてもよい。
・仮検出値又は補正後の適合値の妥当性を確認するにあたり、先述した出力トルクに基づく確認と排気エミッション関連物性値に基づく確認との両方を実行するようにしてもよい。
・上記第1実施形態では、仮検出値又は補正後の適合値の妥当性を出力トルクに基づき確認するにあたり、NE変動量を出力トルク相当量(トルク検出値Trq)として算出しているが、例えば、エンジン気筒内の圧力を検出する筒内圧センサを設置して、筒内圧センサの検出値に基づき出力トルク相当量を算出するようにしてもよい。
本発明の第1実施形態にかかるエンジンの燃料噴射システムを示す図。 微小噴射にかかる噴射タイミングと、その微小噴射時に検出されるNE変動量との関係(トルク特性)を示す図。 仮検出値の妥当性を確認する確認制御の実行手順を示すフローチャート。 図3のサブルーチン処理を示すフローチャート。 図3の処理で用いられる機差中央値TrqMについて説明する図。
符号の説明
2…エンジン(圧縮着火式内燃機関)、16…高圧ポンプ(燃料供給ポンプ)、18…調量弁(圧力調整手段)、20…コモンレール、30…燃料噴射弁、40…ECU(微小噴射制御手段、適合値設定手段、燃料性状判定手段)、S20…確認噴射制御手段、S40…トルク増加量取得手段、S70…精度確認手段、S75…補正手段、S90…微小噴射再実行要求手段。

Claims (11)

  1. 圧縮着火式内燃機関の圧縮上死点より遅角側の所定タイミングで、前記内燃機関の出力トルクを増加させるよう燃料を微小噴射する微小噴射制御手段と、
    前記微小噴射に伴い生じた前記出力トルクの増加量又はその増加量と相関のある物理量を、トルク増加量検出値として取得するトルク増加量取得手段と、
    前記トルク増加量検出値に基づき燃料性状を判定する燃料性状判定手段と、
    前記燃料性状判定手段による燃料性状判定結果に応じて前記内燃機関の制御に用いる適合値を可変設定する適合値設定手段と、
    前記適合値設定手段により設定された適合値に基づき前記内燃機関の運転状態を制御している時に前記微小噴射を再度実行する確認噴射制御手段と、
    前記確認噴射制御手段の実行時に得られた前記トルク増加量検出値を確認検出値とし、当該確認検出値が所定範囲から外れているか否かに基づき前記燃料性状判定結果又は前記適合値の精度を確認する精度確認手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関制御装置。
  2. 前記確認検出値が前記所定範囲から外れていると前記精度判定手段により判定された場合に、前記確認検出値に基づき前記燃料性状判定結果又は前記適合値を補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関制御装置。
  3. 前記確認検出値が前記所定範囲から外れていると前記精度判定手段により判定された場合に、前記燃料性状判定手段の判定に用いられた前記トルク増加量検出値を再度取得するよう前記微小噴射を再実行させる微小噴射再実行要求手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関制御装置。
  4. 前記所定範囲は、第1範囲及び前記第1範囲よりも狭く設定された第2範囲の2段階に設定され、
    前記確認検出値が前記第1範囲内かつ前記第2範囲から外れていると前記精度判定手段により判定された場合に、前記確認検出値に基づき前記燃料性状判定結果又は前記適合値を補正する補正手段と、
    前記確認検出値が前記第1範囲から外れていると前記精度判定手段により判定された場合に、前記燃料性状判定手段の判定に用いられた前記トルク増加量検出値を再度取得するよう前記微小噴射を再度実行させる微小噴射再実行要求手段と、
    を備えることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関制御装置。
  5. 前記内燃機関の運転状態を制御するアクチュエータの機差が機差ばらつきの中央値であるとともに前記適合値が最適な値であると仮定した場合に、前記確認噴射制御手段の実行時に得られると想定される前記トルク増加量検出値を想定基準値として予め記憶しておき、
    前記補正手段は、前記確認噴射制御手段の実行時に実際に得られた前記トルク増加量検出値と前記基準値との差分に応じて前記燃料性状判定結果又は前記適合値を補正することを特徴とする請求項2又は4に記載の内燃機関制御装置。
  6. 前記燃料性状判定手段は、前記所定タイミングを異ならせて実行した各々の前記微小噴射に対して取得した前記トルク増加量検出値に基づき、燃料性状を判定することを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の内燃機関制御装置。
  7. 前記燃料性状判定手段は、前記所定タイミングと前記トルク増加量検出値との関係を示すトルク特性の積算値又は変化率に基づき、燃料性状を判定することを特徴とする請求項6に記載の内燃機関制御装置。
  8. 前記微小噴射する時の燃料圧力を調整する圧力調整手段を備え、
    前記燃料性状判定手段は、前記圧力調整手段により異なる圧力に調整された複数の前記燃料圧力における前記トルク増加量検出値に基づき、燃料性状を判定することを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の内燃機関制御装置。
  9. 前記トルク増加量取得手段は、前記微小噴射に伴い生じた機関回転速度の変動量を前記トルク増加量検出値として取得することを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載の内燃機関制御装置。
  10. 前記微小噴射制御手段は、減速無噴射時に前記微小噴射を実行することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の内燃機関制御装置。
  11. 請求項1〜10のいずれか1つに記載の内燃機関制御装置と、
    燃料を加圧し圧送する燃料供給ポンプ、前記燃料供給ポンプが圧送する燃料を蓄圧するコモンレール、及び前記コモンレールが蓄圧している燃料を内燃機関の気筒に噴射する燃料噴射弁の少なくとも1つと、
    を備えることを特徴とする内燃機関制御システム。
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