JP4611273B2

JP4611273B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4611273B2
Application number: JP2006296156A
Authority: JP
Inventors: 山口　　聡; 衛長谷川; 由人北山; 英樹坂本
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: US20080103671A1; US7617038B2; JP2008111410A

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制御装置に関する。

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、予混合燃焼を行う機関運転領域は、例えば図７に示すように、機関の要求トルクＴＲＱが比較的低い低負荷運転領域であるため、空調装置や補機から機関に加わる負荷の影響で燃焼状態が変化し、判定精度が低下する可能性がある。

また、図７に示す運転領域は、機関運転領域の全体からみると比較的狭い。そのため、本願出願人は機関のアイドル状態で燃料性状の判定を行うべく検討を行っている。その結果、以下のような課題があることが判明している。すなわち、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、燃料噴射量を制御する必要があるが、燃料性状の推定を行う気筒については、燃料噴射量を一定値に保持しておかないと、燃料性状の推定精度が低下する。その場合、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。このとき、機関によって駆動される空調装置などが作動していると、機関回転数を一定に保持するために、燃料性状推定の対象となる気筒の発生トルクと、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ことがあった。

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、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）の燃焼室内に燃料を噴射し、噴射し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を備える内燃機関の制御装置において、前記機関のアイドル状態または予混合燃焼領域で前記燃料性状推定手段による燃料性状の推定を実行するときは、前記機関により駆動される補機（４３）及び空調装置のうち少なくとも１つにより前記機関に加わる負荷を低減させる負荷低減手段を備え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、前記燃料性状推定手段は、前記噴射した燃料の着火時期（ＣＡＦＭ）を検出する着火時期検出手段を含み、検出された着火時期（ＣＡＦＭ）に基づいて前記燃料性状の推定を行うことを特徴とする。

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、前記補機から前記機関に加わる負荷が所定負荷より大きいときは、前記燃料性状推定手段の作動を禁止する禁止手段をさらに備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、前記機関のアイドル状態または予混合燃焼領域で前記燃料性状推定手段による燃料性状の推定を実行するときは、前記機関により駆動される補機及び空調装置のうち少なくとも１つにより前記機関に加わる負荷が低減されるので、補機及び／または空調装置から加わる負荷の影響を軽減し、燃料性状の推定精度を高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば、噴射した燃料の着火時期が検出され、検出された着火時期に基づいて燃料性状の推定が行われる。燃料性状が異なると、燃料噴射が行われてから着火するまでの時間が変化するので、検出される着火時期に基づいて燃料性状を推定することができる。

請求項３に記載の発明によれば、補機から機関に加わる負荷が所定負荷より大きいときは、燃料性状推定が禁止される。補機から機関に加わる負荷が大きいときは、燃料性状推定の精度が大きく低下するため、燃料性状推定を実行しないようにすることにより、誤った推定を防止することができる。

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。エンジン１においては、噴射された燃料は、混合気を圧縮することにより着火される。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。

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、コンプレッサの下流側の吸気圧（過給圧）ＰＢを検出する過給圧センサ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。

ＥＣＵ４は、空調装置（図示せず）の制御を行う空調装置制御ユニット４１、パワーステアリング装置の制御を行うパワーステアリング制御ユニット４２、及び交流発電機（以下「ＡＣＧ」という）４３に接続されている。空調装置のコンプレッサは、クラッチを介してエンジン１により駆動される。また、パワーステアリング装置は、ステアリング操作の補助を行うモータを備え、そのモータはＡＣＧ４３を介してエンジン１の負荷となる。パワーステアリング制御ユニット４２は、パワーステアリングが作動しているとき、作動中であることを示す信号をＥＣＵ４に供給する。ＡＣＧ４３は、エンジン１により回転駆動され、発電を行う。ＡＣＧ４３から出力される電力は、バッテリの充電に適用されるほか、当該車両に搭載された各種電気装置に供給される。ＡＣＧ４３は、フィールド電流を切り換えることにより、高電圧モードと低電圧モードで作動するように構成されている。

エンジン１の各気筒には、筒内圧（燃焼室内圧力）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、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（図示せず）、及びエンジン１の吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ（図示せず）がなど接続されており、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、セタン価推定処理の手順を示すフローチャートである。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、パワーステアリング装置が作動中か否かを判別する（ステップＳ１２）。パワーステアリング装置が作動中であるときは、エンジン１に加わる負荷が所定負荷以上であると判定し、セタン価推定を実行することなく本処理を終了する。またエンジン１がアイドル状態でないときも、直ちに本処理を終了する。

パワーステアリングが作動していないときは、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（ステップＳ１３）。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Ｓ１３の答が否定（ＮＯ）であるときは、セタン価推定を行うことなく直ちに本処理を終了する。ステップＳ１３で所定実行条件が成立するときは、空調装置（エアコン）のクラッチを非係合状態とする指令信号を、空調装置制御ユニット４１に供給する（ステップＳ１４）。これにより、空調装置からエンジン１に加わる負荷が除かれる。ステップＳ１５ではさらに、ＡＣＧ４３を低電圧モードに切り換える。これにより、ＡＣＧ４３からエンジン１に加わる負荷が低減される。

ステップＳ１６では、セタン価推定を行う所定気筒（例えば＃１気筒）の燃料噴射態様を変更する。具体的には、パイロット噴射を停止して、主噴射のみを実行するシングル噴射とするとともに、主噴射時期を通常より進角方向に変更する。このように燃料噴射をシングル噴射として、燃料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検出し易くすることができる。

ステップＳ１７では、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じてＣＡＦＭＭマップ（図示せず）を検索し、基準着火時期ＣＡＦＭＭを算出する。ＣＡＦＭＭマップは、例えば平均的なセタン価（例えば４７）の燃料を基準として設定されている。ステップＳ１８では、基準着火時期ＣＡＦＭＭから実着火時期ＣＡＦＭを減算することにより、着火遅れ角ＤＣＡを算出する。

図４は、実着火時期ＣＡＦＭを算出（検出）する着火時期算出モジュールの構成を示すブロック図である。着火時期算出モジュールの機能は、ＣＰＵ１４による演算処理により実現される。着火時期算出モジュールは、バンドパスフィルタ部７１と、位相遅れ補正部７２と、着火時期判定部７３とからなる。バンドパスフィルタ部７１には、筒内圧センサ２から出力される圧力変化率ｄｐ／ｄθが入力される。バンドパスフィルタ部７１では、ノイズ成分が除去され、その出力信号が位相遅れ補正部７２に供給される。バンドパスフィルタ部７１では、位相遅れが発生するため、位相遅れ補正部７２では、この遅れを補正する。

着火時期判定部７３は、燃料噴射に対応して、圧力変化率ｄｐ／ｄθがピーク値を示すクランク角度位置を実着火時期ＣＡＦＭと判定する。具体的には、図５（ｂ）に示すように、位相遅れ補正部７２から出力される圧力変化率ｄｐ／ｄθが検出閾値ＤＰＰを超えたクランク角を、実着火時期ＣＡＦＭと判定する。

図５（ａ）には、クランク角ＣＡＩＭから開始される主噴射パルスＩＮＪＭが示されており、同図（ｂ）には実着火時期ＣＡＦＭを検出する角度範囲ＲＤＥＴ（例えば１０度）が示されている。このように、検出角度範囲ＲＤＥＴを比較的狭い範囲に限定することにより、ＣＰＵ１４の演算負荷を増大させることなく、着火時期を正確に判定することができる。

図３に戻り、ステップＳ１９では、着火遅れ角ＤＣＡ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６に示すＣＥＴテーブルを検索し、セタン価ＣＥＴを算出する。

図３の処理によれば、エンジンがアイドル運転状態にあり、パワーステアリング装置が作動しておらず、かつ所定実行条件が成立するときは、噴射した燃料の実着火時期ＣＡＦＭに基づくセタン価の推定が行われる。パワーステアリングが作動しているときは、セタン価推定の精度が低下するため、推定処理を実行しないようにすることにより、セタン価を誤って推定することを防止することができる。

また所定実行条件が成立するときは、空調装置のクラッチをオフするとともに、ＡＣＧ４３を低電圧モードで作動するように切り換えるようにしたので、空調装置から加わる負荷が除かれるとともに、ＡＣＧ４３による負荷が軽減され、セタン価の推定精度を高めることができる。

本実施形態では、ＥＣＵ４が、燃料性状推定手段の一部、負荷低減手段、着火時期検出手段の一部、及び禁止手段を構成し、筒内圧センサ２及びクランク角度位置センサ３が、燃料性状推定手段の一部、及び着火時期検出手段の一部を構成する。

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、エンジン１の全ての気筒に筒内圧センサ２を設け、１つの所定気筒において、セタン価推定のための処理（燃料噴射態様の変更及び実着火時期の検出）を行っているが、いずれか１つの特定気筒のみに筒内圧センサを設け、その特定気筒においてセタン価推定のための処理を行うようにしてもよい。また、セタン価推定処理を実行する気筒は、１つに限るものではなく、例えば２つの気筒においてセタン価推定処理を実行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のアイドル状態でセタン価推定処理を実行するようにしたが、図７に示す予混合燃焼領域において行うようにしてもよい。

また例えばエンジン１の負荷となる電動ターボチャージャや電気ヒータを備えていて、それらが作動している場合には、セタン価推定処理を行うときに、それらの負荷を低減するようにしてもよい。

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装置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。使用中の燃料のセタン価を推定する処理の手順を示すフローチャートである。着火時期算出モジュールの構成を示すブロック図である。着火時期の検出手法を説明するための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。予混合燃焼領域を示す図である。

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、着火時期検出手段）
４電子制御ユニット（燃料性状推定手段、負荷低減手段、着火時期検出手段、禁止手段）
６燃料噴射弁

Claims

内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射し、噴射し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を備える内燃機関の制御装置において、
前記機関のアイドル状態または予混合燃焼領域で前記燃料性状推定手段による燃料性状の推定を実行するときは、前記機関により駆動される補機及び空調装置のうち少なくとも１つにより前記機関に加わる負荷を低減させる負荷低減手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記燃料性状推定手段は、前記噴射した燃料の着火時期を検出する着火時期検出手段を含み、検出された着火時期に基づいて前記燃料性状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。
前記機関に加わる負荷が所定負荷より大きいときは、前記燃料性状推定手段の作動を禁止する禁止手段をさらに備える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。