JP4802879B2 - 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、燃料の性状を検出する機能を有する内燃機関の制御装置にする。

内燃機関の性能や排気ガスには、燃料の性状が大きく影響する。燃料性状には、原油の精製方法や生産国、燃料の販売地域などによって、バラツキが存在する。ディーゼルエンジン用の燃料の場合には、燃料性状の一つとして、着火性の良し悪しを表すセタン価がある。低セタン価の燃料、すなわち着火性の悪い燃料が使用されると、失火し易くなる傾向がある。失火が生ずると、スモークやＨＣの排出量が増加するなど、エミッションが悪化したり、あるいは、トルクの低下やトルク変動の増大などを招いたりし易い。

特に、近年の厳しい排出ガス規制の下では、上記のような問題が生じ易くなっている。厳しい排出ガス規制をクリアするために、燃焼の状態を正確に制御する必要があるので、燃料性状の変化に対する余裕が小さくなっているからである。

特開２００４−３０８４３１号公報には、エンジン始動後のエンジン回転数がアイドル回転数に至るまでの推移を観察し、回転数の落ち込みがある場合には、気化しにくい性状の重質燃料であると判別するようにした装置が開示されている。この装置によれば、所期の燃料性状よりも重質な燃料が使用され、始動後にエンジン回転数の落ち込みが生じた場合には、重質な燃料であると判別することができる。

特開２００４−３０８４３１号公報 特開２００１−９８９９３号公報 特開２００３−２６９２０２号公報

しかしながら、上記従来の装置では、始動後のエンジン回転数の落ち込みが生じなかった場合には、燃料性状を検出することができない。例えば、所期の燃料性状よりも軽質な燃料が使用された場合には、始動後にエンジン回転数が落ち込まないので、燃料性状を検出することができない。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料性状を簡単な構成で精度良く検出することの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。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の圧縮上死点近傍の筒内の温度および／または圧力が通常時より低い筒内温度圧力低下状態を作ることが可能な筒内温度圧力低減手段と、
前記筒内温度圧力低下状態における機関回転変動を検出する機関回転変動検出手段と、
前記筒内温度圧力低下状態において検出された機関回転変動に基づいて、前記内燃機関に使用されている燃料の性状を判定する燃料性状判定手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関は、ディーゼルエンジンであり、
前記燃料の性状は、セタン価、またはセタン価と相関する値であることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記筒内温度圧力低減手段は、実圧縮比を通常時に比して低下させる実圧縮比低減手段を含むことを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記内燃機関の吸気弁のバルブタイミングを可変とする可変動弁機構を更に備え、
前記実圧縮比低減手段は、前記可変動弁機構を制御して前記吸気弁の閉じ時期を変化させることにより、実圧縮比を低下させることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流させるＥＧＲ装置を更に備え、
前記筒内温度圧力低減手段は、ＥＧＲガスの温度を通常時に比して低下させるＥＧＲガス温度低減手段を含むことを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記筒内温度圧力低減手段は、前記内燃機関のアイドリング時に前記筒内温度圧力低下状態を作ることを特徴とする。

また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流させるＥＧＲ装置を更に備え、
前記筒内温度圧力低減手段は、
実圧縮比を通常時に比して低下させる実圧縮比低減手段と、
ＥＧＲガスの温度を通常時に比して低下させるＥＧＲガス温度低減手段と、
を含むことを特徴とする。

第１の発明によれば、内燃機関の圧縮上死点近傍の筒内の温度および／または圧力を通常時より低くした筒内温度圧力低下状態の下での機関回転変動を検出することができる。そして、その検出された機関回転変動に基づいて、燃料の性状を判定することができる。第１の発明によれば、意図的に筒内温度圧力低下状態を作り、条件を厳しくすることで、燃料性状が機関回転変動に及ぼす影響を大きくすることができる。このため、機関回転変動に基づいて、燃料性状を正確に判定することができる。よって、燃料性状を高い精度で検出することができる。

第２の発明によれば、ディーゼルエンジンにおいて、セタン価、またはセタン価と相関する値を高い精度で検出することができる。その検出されたセタン価に関する値を用いれば、ディーゼルエンジンの各種の運転パラメータを、現在使用されている燃料のセタン価に応じた適切な値に補正することができる。このため、例えば高地走行時や過渡運転状態などの失火し易い状況においても、失火が生ずることを未然に防止することができる。よって、エミッションの悪化やトルクの低下などの弊害が生ずることを回避することができる。

第３の発明によれば、燃料性状の検出時に、実圧縮比を通常時に比して低下させることで、圧縮上死点近傍の筒内の温度および／または圧力を有効に低下させることができる。このため、燃料性状をより高い精度で検出することができる。

第４の発明によれば、可変動弁機構によって吸気弁の閉じ時期を変化させることにより、実圧縮比を低下させることができる。このため、燃料性状の検出時に、実圧縮比を簡単な構造で容易に低下させることができる。

第５の発明によれば、燃料性状の検出時に、ＥＧＲ装置によって還流するＥＧＲガスの温度を通常時に比して低下させることで、圧縮上死点近傍の筒内の温度および／または圧力を有効に低下させることができる。このため、燃料性状をより高い精度で検出することができる。

第６の発明によれば、内燃機関のアイドリング時に筒内温度圧力低下状態を作ることができる。よって、燃料性状を検出する際に圧縮上死点近傍の温度および／または圧力を低下させることが、内燃機関の運転上で問題となることをより確実に防止することができる。

第７の発明によれば、燃料性状の検出時に、実圧縮比を通常時に比して低下させることと、ＥＧＲ装置によって還流するＥＧＲガスの温度を通常時に比して低下させることとの双方によって、圧縮上死点近傍の筒内の温度および／または圧力を有効に低下させることができる。このため、燃料性状をより高い精度で検出することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、４サイクルのディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）１０を備えている。ディーゼルエンジン１０は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。図示のディーゼルエンジン１０は、直列４気筒型であるものとするが、本発明では、エンジンの気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

ディーゼルエンジン１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ１２が設置されている。各気筒のインジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４内には、サプライポンプ１６によって加圧された高圧の燃料が貯留される。そして、コモンレール１４から各インジェクタ１２へと燃料が供給される。インジェクタ１２は、１サイクル中に複数回、燃料を筒内に噴射可能になっている。

ディーゼルエンジン１０の排気通路１８は、排気マニホールド２０により枝分かれして、各気筒の排気ポート２２（図２参照）に接続されている。本実施形態のディーゼルエンジン１０は、ターボ過給機２４を備えている。排気通路１８は、ターボ過給機２４の排気タービンに接続されている。

排気通路１８の、ターボ過給機２４より下流側には、排気ガスを浄化する排気浄化装置２６が設けられている。排気浄化装置２６としては、例えば、酸化触媒、吸蔵還元型または選択還元型のＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）のうちの一つ、またはこれらの組み合わせなどを用いることができる。

ディーゼルエンジン１０の吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボ過給機２４の吸気圧縮機で圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３４により、各気筒の吸気ポート３５（図２参照）に分配される。

吸気通路２８の、インタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間には、吸気絞り弁３６が設置されている。また、吸気通路２８の、エアクリーナ３０の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３８が設置されている。

排気通路１８の、排気マニホールド２０の近傍には、高圧ＥＧＲ通路４０の一端が接続されている。この高圧ＥＧＲ通路４０の他端は、吸気通路２８の、吸気マニホールド３４の近傍に接続されている。高圧ＥＧＲ通路４０の途中には、ＥＧＲクーラ４２が設けられている。ＥＧＲクーラ４２は、その内部を通る排気ガスを、ディーゼルエンジン１０の冷却水によって冷却することができるようになっている。また、高圧ＥＧＲ通路４０の途中であって、ＥＧＲクーラ４２の下流側には、高圧ＥＧＲ通路４０を通る排気ガス量を調整するＥＧＲ弁４４が設けられている。

排気浄化装置２６より下流側の排気通路１８には、低圧ＥＧＲ通路６６の一端が接続されている。この低圧ＥＧＲ通路６６の他端は、ターボ過給機２４より上流側の吸気通路２８に接続されている。低圧ＥＧＲ通路６６の途中には、低圧ＥＧＲ通路６６を通る排気ガス量を調整するＥＧＲ弁６８が設けられている。なお、低圧ＥＧＲ通路６６の一端は、ターボ過給機２４と排気浄化装置２６との間に接続されていてもよい。

図１に示すシステムでは、上記高圧ＥＧＲ通路４０および低圧ＥＧＲ通路６６を通して、排気ガスの一部を吸気通路２８に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。図１に示すシステムでは、上記のように、高圧および低圧の２系統の外部ＥＧＲ経路が設けられているが、本実施の形態１においては、外部ＥＧＲ経路は、通常のような１系統のものであってもよい。

本実施形態のシステムは、更に、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを駆動させることにより、ディーゼルエンジン１０の運転状態を制御する。

図２は、図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジン１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、同図を参照して、ディーゼルエンジン１０について更に説明する。図２に示すように、ディーゼルエンジン１０のクランク軸６０の近傍には、クランク軸６０の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ６２が取り付けられている。このクランク角センサ６２は、ＥＣＵ５０に接続されている。クランク角センサ６２の信号によれば、機関回転速度を検出することもできる。

また、ディーゼルエンジン１０には、吸気弁５２の開弁特性を可変とする吸気可変動弁機構５４が設けられている。この吸気可変動弁機構５４は、吸気弁５２の閉じ時期を変化させることができるものである。なお、吸気可変動弁機構５４は、吸気弁５２の閉じ時期に加えて、開き時期や作用角、リフト量などを更に変化させることが可能なものであってもよい。吸気可変動弁機構５４の具体的な機構は、特に限定されるものではなく、例えば、吸気弁５２を駆動するカム軸（図示せず）の位相を連続的に可変とする機構などの機械的な機構のほか、任意のタイミングで開閉可能な電磁駆動弁や油圧駆動弁などを用いることもできる。この吸気可変動弁機構５４は、ＥＣＵ５０に接続されている。

図３は、吸気弁５２のリフト特性を示す図である。図３中の破線は、通常時の吸気弁５２のリフト特性である。吸気可変動弁機構５４によれば、吸気弁５２の閉じ時期を通常時よりも遅くすることができる。図３中の実線は、吸気弁５２を遅閉じしたときのリフト特性である。

ディーゼルエンジン１０における圧縮行程は、実質的には吸気弁５２が閉じた後から始まる。このため、吸気弁５２の閉じ時期を遅らせると、実質的な圧縮行程が短くなるので、実圧縮比（実質的な圧縮比）を小さくすることができる。

また、図２に示すディーゼルエンジン１０には、排気弁５６側にも、排気可変動弁機構５８が備えられている。但し、本実施形態では、排気可変動弁機構５８は、なくてもよい。つまり、通常の動弁機構で排気弁５６を駆動するようになっていてもよい。

［実施の形態１の特徴］
ディーゼルエンジン１０での燃焼には、燃料のセタン価が大きく影響する。セタン価が低い燃料、すなわち着火性の悪い燃料が使用された場合には、失火が起き易くなる。特に、機関負荷や機関回転速度が移り変わる過渡運転時や、大気圧の低い高地を走行している時などにおいては、より失火し易くなる。以下、図４を参照して、高地走行時を例に説明する。

図４は、使用される燃料のセタン価、失火のし易さ、および大気圧の関係を示す図である。同図に示すように、標準的なセタン価の燃料と比べて、セタン価が低い燃料が使用された場合には、失火のし易さが増大する。また、セタン価が同じでも、大気圧が低いほど、失火し易さが増大する。これは、次のような理由によるものである。

燃料の着火のし易さは、ディーゼルエンジン１０側の要因としては、燃料噴射時の筒内の温度および圧力、すなわちピストン６４が圧縮上死点近傍にある時の筒内の温度および圧力に大きく影響される。圧縮上死点近傍の温度が高いほど、また圧力が高いほど、着火し易くなる。つまり、失火しにくくなる。一方、大気圧が低くなると、空気の密度が小さくなり、筒内の空気量が少なくなる。このため、圧縮上死点近傍の温度および圧力が低くなるので、失火し易くなる。

図４に示す例では、平地の大気圧Ｐ_０のときには、標準セタン価の燃料はもちろん、低セタン価の燃料であっても、失火のし易さは許容限度以下になっている。これに対し、高地走行時に大気圧がＰ_１に低くなったときには、標準セタン価の燃料では失火のし易さが依然として許容限度以下になっているが、低セタン価の燃料では失火のし易さが許容限度を超えてしまっている。このようにして、一般に、燃料のセタン価が低くなるほど、失火に対する余裕が少なくなる。なお、セタン価が図４に示す例より更に低い燃料の場合には、平地の大気圧Ｐ_０においても失火のし易さが許容限度を超える場合もあり得る。

失火、あるいは失火に近い状態が生ずると、エミッションの悪化、トルクの低下、トルク変動の増大、などの弊害が生ずる。このため、低セタン価の燃料が使用されている場合には、ディーゼルエンジン１０の運転パラメータ（例えば燃料噴射時期、燃料を複数回に分けて噴射する場合の噴射回数および各回の噴射量、バルブタイミング、ＥＧＲ率など）を、失火が起きにくくなる方向に補正することが望ましい。そのためには、使用されている燃料のセタン価を精度良く検出することが必要である。そこで、本実施形態では、次のようにして、燃料のセタン価を検出することとした。

（セタン価の検出方法）
失火あるいは失火に近い状態（以下、両者を単に「失火」と称する）が生じ易い状態となると、機関回転変動（機関回転速度の変動）が大きくなる。この理由は、一つには、失火が生じたサイクルでは、そうでないサイクルと比べてトルクが低下するので、失火直後に機関回転速度が落ち込むからである。また、失火が生ずると、未燃燃料を含んだ排気ガスが排出される。その排気ガスがＥＧＲによって還流すると、筒内に噴射された燃料に加えて、ＥＧＲガス中に含まれる未燃燃料の分が筒内で余剰に燃焼することになる。このため、失火が生ずると、何サイクルか後のサイクルにおいて、過大なトルクが発生して、機関回転速度が瞬間的に高くなることがある。このようなことから、失火が生じ易い状態であるほど、機関回転変動が大きくなる。

図５は、標準セタン価の燃料が使用された場合と、低セタン価の燃料が使用された場合との、機関回転変動の例を示す図である。図５に示すように、機関回転速度は、各気筒で発生する圧縮仕事および膨張仕事に起因して、周期的に変動する。そして、セタン価の低い燃料ほど、失火し易くなるので、機関回転変動が大きくなる。機関回転変動の度合いは、１周期毎の機関回転速度の山の高さｈや、隣接する山の高さの差Δｈによって判断することができる。よって、例えば、適当な期間に渡って上記ｈあるいはΔｈの値を計測し、それらを平均した値を、機関回転変動の大きさとすることができる。

ここで、前述したように、着火のし易さは、圧縮上死点近傍の筒内の温度および圧力の双方に依存する。すなわち、圧縮上死点近傍の温度が同じであれば、圧力が高いほど着火し易くなる。また、圧縮上死点近傍の圧力が同じであれば、温度が高いほど着火し易くなる。そこで、本実施形態では、圧縮上死点近傍の温度と圧力とを総合した着火のし易さを、「圧縮上死点近傍の温度・圧力」と表記することにする。

図６は、上記のようにして算出した機関回転変動の大きさを縦軸に、圧縮上死点近傍の温度・圧力を横軸にとったグラフを、セタン価の異なる複数の燃料について表した図である。図６中の４つのグラフは、（１）〜（４）の順にセタン価が高いものとする。このうち、（１）は標準セタン価の燃料、（２）〜（４）は標準より低いセタン価の燃料であるものとする。

図６に示すように、セタン価が低くなるほど、機関回転変動は大きくなる。このため、図６に示すような関係を予め調べておき、ディーゼルエンジン１０の機関回転変動の大きさを計測すれば、その機関回転変動の大きさに基づいて、セタン価を判定することが可能である。一方、セタン価が同じであっても、圧縮上死点近傍の温度・圧力が低くなると、失火し易くなるので、機関回転変動は大きくなる。

本実施形態では、ディーゼルエンジン１０がアイドリングを行っているときにセタン価の検出を行う。図６は、そのアイドリング時のグラフであるものとする。

図６中のＴＰ_０は、通常のアイドリング時における圧縮上死点近傍の温度・圧力である。圧縮上死点近傍の温度・圧力がＴＰ_０であるときであっても、セタン価が低くなるほど機関回転変動が大きくなる関係があることに変わりはないが、図６から分かるように、この場合には、セタン価の違いによる機関回転変動の大きさの違いは小さい。つまり、通常のアイドリング時には、標準セタン価の燃料が使用されている場合と、低セタン価の燃料が使用されている場合とで、機関回転変動の大きさの差が少ない。このため、セタン価を精度良く検出することが困難であるという問題がある。

ここで、ディーゼルエンジン１０では、前述したように、吸気可変動弁機構５４によって吸気弁５２の閉じ時期を遅らせることにより、実圧縮比を通常時よりも低下させることが可能である。実圧縮比を低くすると、圧縮上死点近傍の温度・圧力が低くなる。図６中のＴＰ_１は、吸気弁５２の遅閉じにより実圧縮比を低下させた場合のアイドリング時における圧縮上死点近傍の温度・圧力である。

圧縮上死点近傍の温度・圧力が低下すると、燃料の着火性が悪化するが、その影響はセタン価の低い燃料ほど大きく現れる。このため、圧縮上死点近傍の温度・圧力がＴＰ_０からＴＰ_１に低くなると、標準セタン価の燃料が使用されている場合と、低セタン価の燃料が使用されている場合との、機関回転変動の大きさの差が拡大する（図６参照）。このようなことから、実圧縮比を通常時よりも低下させた場合には、セタン価をより高い精度で判定することができる。

そこで、本実施形態では、次のような方法で、燃料のセタン価を検出することとした。まず、ディーゼルエンジン１０のアイドリング時に、吸気弁５２の閉じ時期を遅らせることで実圧縮比を低下させた状態を作る。次いで、この状態の下で、機関回転変動を検出する。そして、予め記憶された図６に示すような関係に基づいて、検出された機関回転変動の大きさに対応するセタン価を算出する。このような処理によれば、セタン価を高い精度で検出することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図７は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に周期的に実行されるものとする。図７に示すルーチンによれば、まず、セタン価の検出が可能な条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１００）。本実施形態では、ディーゼルエンジン１０が安定したアイドリングを行っているときにセタン価の検出を行うこととしている。アイドリング時であれば、機関回転変動が多少大きくなっても、さほど問題となることはないからである。そこで、このステップ１００においては、安定したアイドリング状態にあるか否かが、クランク角センサ６２、アクセル開度センサ４８等の信号に基づいて判別される。

また、セタン価の検出が可能な条件として、補機類の負荷が安定している状態にあることを付け加えてもよい。その場合には、上記ステップ１００において、例えば、エアーコンディショナーがオフされていること、電力を多量に消費する機器の作動がないこと、などの条件が更に判別される。補機類の負荷が安定している状態でセタン価を検出することとした場合には、補機類の負荷変動による機関回転変動が生ずることを確実に防止することができる。このため、誤検出を確実に防止することができ、セタン価をより高い精度で検出することができる。

上記ステップ１００において、セタン価の検出が可能な条件が成立していなかった場合には、今回の処理サイクルがそのまま終了される。一方、セタン価の検出が可能な条件の成立が認められた場合には、次に、吸気弁５２の閉じ時期を通常時より遅くする制御が行われる（ステップ１０２）。具体的には、図３中の破線に示す吸気弁５２のリフト特性が実現されるように、吸気可変動弁機構５４が制御される。このステップ１０２の処理により、圧縮上死点近傍の温度・圧力が図６中のＴＰ_０からＴＰ_１へと低下する。

続いて、機関回転変動の大きさが、所定の手法に従って、算出される（ステップ１０４）。具体的には、図５に基づいて既述した通り、例えば、１周期毎の機関回転速度の山の高さｈ、あるいは隣接する山の高さの差Δｈの値が、クランク角センサ６２の信号に基づいて、適当な期間に渡って計測され、それらの平均値が機関回転変動の大きさとして算出される。

次いで、上記ステップ１０４で算出された機関回転変動の大きさに基づいて、セタン価が算出される（ステップ１０６）。具体的には、次のような処理が行われる。まず、上記ステップ１０４で算出された機関回転変動の大きさから、通常のアイドリング時における機関回転変動の大きさを差し引いた値、すなわち、図６中のＲ_１〜Ｒ_４と同様の値が算出される。この値Ｒを回転変動拡大幅と呼ぶことにする。なお、通常のアイドリング時における機関回転変動の大きさは、予め検出されてＥＣＵ５０に記憶されているものとする。そして、ＥＣＵ５０には、燃料のセタン価と、回転変動拡大幅Ｒとの関係が予め記憶されているものとする。そのような関係は、図６に示すような実験データから得ることができる。そして、上記ステップ１０６では、ＥＣＵ５０に記憶された上記の関係に基づいて、ディーゼルエンジン１０に現在使用されている燃料のセタン価を算出することができる。算出されたセタン価の値は、ＥＣＵ５０に記憶される。

なお、上記ステップ１０６において、回転変動拡大幅Ｒが図６中のＲ_１より小さかった場合には、標準よりもセタン価の高い燃料であると判定することができる。

以上説明した図７に示すルーチンの処理によれば、ディーゼルエンジン１０に現在使用されている燃料のセタン価を高精度に検出することができる。検出されたセタン価の値は、例えば次のように利用することができる。すなわち、高地走行時や過渡運転状態において各種の運転パラメータに補正を施す場合の補正値を、検出されたセタン価に応じた最適な値とすることができる。

その一例として、過渡運転時における燃料噴射時期の進角補正について、以下に簡単に説明する。アクセルペダルが踏み込まれて要求トルクが急増した場合の過渡運転時には、その要求トルクを満足するべく、燃料噴射量を急増させる要求が生ずる。しかしながら、アクセルペダルが踏み込まれた後、吸気絞り弁３６の開度を大きくしても、筒内の空気が増えるまでには時間遅れが生ずる。よって、筒内の空気が十分に増加するまでの間は、増量された燃料噴射量に対し、筒内の空気量が目標よりも少ない状態となる。このため、圧縮上死点近傍の温度・圧力が本来よりも低くなり、失火し易い状況となる。このような状況の下では、燃料噴射時期を進角することによって燃焼し易い状態とし、失火を防止しようとする制御が行われる場合がある。

その一方で、燃料噴射時期を進角すると、燃焼騒音が大きくなる。このため、ディーゼルエンジン１０の運転状態や車両の走行条件などによっては、燃焼騒音が大きくなり過ぎないように、燃料噴射時期が進角されすぎるのを抑制する制御が同時に行われる場合もある。

上述したような場合において、燃料噴射時期の進角度合いや、その抑制度合いを、セタン価に応じた最適な値に補正することができる。例えば、低セタン価の燃料が使用されていることが検出された場合には、燃料噴射時期の進角度合いを通常より大きくしたり、あるいは、噴射進角の抑制度合いを通常より小さくしたりすることで、最終的な燃料噴射時期が通常時より進角側に移行するように制御することができる。図７に示すルーチンの処理によって検出されたセタン価を利用して、例えば上記のような制御を行うことにより、低セタン価が使用されている場合であっても、失火が生ずることを有効に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、アイドリング時に、圧縮上死点近傍の温度・圧力を低くするという厳しい運転状態を意図的に作り出すことにより、低セタン価の燃料が機関回転変動に及ぼす影響を敢えて大きくすることができる。このため、セタン価を高い精度で検出することができる。

また、本実施形態によれば、セタン価が低いことによる影響が出易い状況、すなわち高地走行や過渡運転状態などの状況になる前に、セタン価を事前に検出しておくことができる。よって、上記の例示のような、高地走行時や過渡運転時の補正を確実に行うことができる。

また、本実施形態では、機関回転変動に基づいてセタン価を判定するようにしている。このようにしたことにより、例えば出力トルクの低下や、機関に生ずる振動などに基づいてセタン価を判定する場合と比べて、セタン価をより高い精度で検出することができる。出力トルクや機関振動は、失火のし易さ以外の条件に大きく影響されるのに対して、機関回転変動には、失火のし易さの影響が強く現れるからである。

また、本実施形態では、セタン価の検出時、圧縮上死点近傍の温度・圧力を低下させることで、失火が発生し易いような状況を敢えて作ることにより、検出精度を向上させるようにしている。これに対し、失火が発生し易いような状況を作る方法として、燃料噴射時期を遅角することも考えられる。しかしながら、燃料噴射時期を遅角する方法は、実際に失火が多発する状況になるまでの余裕が小さい。このため、燃料噴射時期を遅角することとした場合には、最悪の場合、失火が多発して機関停止に至る可能性がある。

一方、圧縮上死点近傍の温度・圧力を低下させる方法は、燃料噴射時期を遅角する方法と比べ、実際に失火が多発する状況になるまでの余裕が大きい。このため、本実施形態によれば、セタン価を検出するための制御を行っている最中に機関停止などの事態が生ずることを確実に防止することができる。

ところで、上述した実施の形態１では、セタン価の検出時、吸気弁５２の閉じ時期を遅らせることで実圧縮比を低下させることとしているが、実圧縮比を低下させる方法は、このような方法に限定されるものではない。例えば、吸気弁５２の閉じ時期を下死点より前に早めることで実圧縮比を低下させるようにしてもよい。更に、実圧縮比を低下させる方法は、吸気可変動弁機構５４を用いる方法にかぎらず、ピストン６４の高さやシリンダブロックの高さを変えることによって圧縮比を変化させる可変圧縮比機構を用いる方法であってもよい。

また、上述した実施の形態１では、燃料性状としてセタン価を検出する場合を例に説明したが、本発明は、セタン価以外の燃料性状を検出する場合にも適用することが可能である。

また、上述した実施の形態１では、本発明をディーゼルエンジンの制御に適用した場合について説明したが、本発明は、ディーゼルエンジンに限らず、火花点火機関などの他の内燃機関の制御にも適用することが可能である。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「筒内温度圧力低減手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「機関回転変動検出手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料性状判定手段」が、それぞれ実現されている。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第３および第４の発明における「実圧縮比低減手段」がそれぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、図１および図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、前述した図７に示すルーチンに代えて、後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態２の特徴］
前述したように、図１に示すシステムは、高圧ＥＧＲ通路４０と低圧ＥＧＲ通路６６との二つの経路によって外部ＥＧＲを行うことができるようになっている。以下、高圧ＥＧＲ通路４０を通して行われるＥＧＲを「高圧ＥＧＲ」と称し、低圧ＥＧＲ通路６６を通して行われるＥＧＲを「低圧ＥＧＲ」と称する。本実施形態のシステムでは、通常運転時は、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを、運転状態に応じた所定の比率で行っているものとする。

高圧ＥＧＲの場合には、ＥＧＲクーラ４２での冷却により、ＥＧＲガスの温度を低下させることができる。一方、低圧ＥＧＲでは、ターボ過給機２４での膨張と、排気浄化装置２６での放熱とを経た排気ガスを還流させる。このため、低圧ＥＧＲの場合も、ＥＧＲガスの温度は低下する。

通常運転時には、一般に、ターボ過給機２４および排気浄化装置２６を通過することによる温度低下よりも、ＥＧＲクーラ４２を通過することによる温度低下の方が大きくなる。よって、高圧ＥＧＲのＥＧＲガスの方が低圧ＥＧＲのＥＧＲガスより低温になる。このため、ＥＧＲ率が同じであっても、高圧ＥＧＲの割合が大きいほど、吸気温度が低くなる。

これに対し、アイドリング時には、ターボ過給機２４および排気浄化装置２６を通過することによる温度低下の方が、ＥＧＲクーラ４２を通過することによる温度低下よりも大きくなる。よって、低圧ＥＧＲのＥＧＲガスの方が高圧ＥＧＲのＥＧＲガスより低温になる。このため、ＥＧＲ率が同じであっても、低圧ＥＧＲの割合が大きいほど、吸気温度が低くなる。

吸気温度が低くなると、圧縮上死点近傍の温度・圧力が低下する。図６から分かるとおり、圧縮上死点近傍の温度・圧力を低下させるほど、セタン価の違いによる機関回転変動の大きさの違いが顕著になる。このため、機関回転変動によってセタン価を検出する上では、圧縮上死点近傍の温度・圧力を低下させるほど、検出精度をより高くすることができる。そこで、本実施形態では、アイドリング時にセタン価の検出を行う場合、実圧縮比を通常時より低下させる制御に加えて、低圧ＥＧＲの割合を通常時より大きくすることで、吸気温度を低下させる制御を行うこととした。

［実施の形態２における具体的処理］
図８は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図８において、図７に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図８に示すルーチンでは、図７中のステップ１０２が、ステップ１０８に置換されている。すなわち、図８に示すルーチンによれば、セタン価の検出を行う際、実施の形態１と同様の吸気弁５２の遅閉じ制御に加えて、低圧ＥＧＲの割合を増大させる制御が行われる（ステップ１０８）。低圧ＥＧＲの割合を増大させる制御としては、具体的には、ＥＧＲ弁６８の開度を通常時より大きく、かつ、ＥＧＲ弁４４の開度を通常時より小さくことにより、同じＥＧＲ率のまま、低圧ＥＧＲの割合を大きくすることが行われる。これにより、低圧ＥＧＲによる低温なＥＧＲガスの割合が増大するので、全体としてのＥＧＲガスの温度を低下させることができる。その結果、吸気温度が低下するので、セタン価検出時における圧縮上死点近傍の温度・圧力ＴＰ_１を実施の形態１と比べて更に低下させることができる。

吸気弁５２のバルブタイミングを変化させる方法で実圧縮比を低下させる場合には、機構上の制約による限界が存在する。このため、ディーゼルエンジン１０の機種によっては、実圧縮比を低下させることだけでは、セタン価の検出を行う際の圧縮上死点近傍の温度・圧力ＴＰ_１を十分に低下させることができない場合もあり得る。本実施形態によれば、そのような場合においても、低圧ＥＧＲの割合を大きく方法を併用することで、圧縮上死点近傍の温度・圧力ＴＰ_１を十分に低下させることができる。このため、セタン価をより高い精度で検出することができる。

図８に示すルーチンは、上述した点以外は、図７に示すルーチンと同様である。このため、図８に示すルーチンについてのこれ以上の説明は省略する。

なお、上述した実施の形態２では、低圧ＥＧＲの割合を増大させることによってＥＧＲガスの温度を低下させるようにする場合について説明したが、ＥＧＲガスの温度を通常時より低下させることができる方法であれば、他の方法を採用した場合であっても、上記と同様の効果を得ることができる。例えば、セタン価の検出時に、低圧ＥＧＲの割合を増大させる制御に代えて、ＥＧＲクーラ４２への冷却水循環量を通常時より増大させる制御を行うことによってＥＧＲガスの温度を低下させることもできる。

また、上述した実施の形態２では、燃料性状（セタン価）の検出時、実圧縮比を低下させる制御と、ＥＧＲガスの温度を低下させる制御とを併用して、圧縮上死点近傍の温度・圧力を低下させるようにしているが、本発明では、燃料性状の検出時、ＥＧＲガスの温度を低下させる制御のみよって、圧縮上死点近傍の温度・圧力を低下させるようにしてもよい。更に、本発明では、燃料性状の検出時に圧縮上死点近傍の温度・圧力を低下させる方法は、実圧縮比低減やＥＧＲガス温度低減に限定されるものではなく、圧縮上死点近傍の温度および圧力の少なくとも一方を低下させることができる方法であれば、いかなる方法であってもよい。

なお、上述した実施の形態２においては、高圧ＥＧＲ通路４０、ＥＧＲクーラ４２、ＥＧＲ弁４４、低圧ＥＧＲ通路６６およびＥＧＲ弁６８が前記第５の発明における「ＥＧＲ装置」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第５の発明における「ＥＧＲガス温度低減手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジンの一つの気筒の断面を示す図である。 本発明の実施の形態１における吸気弁のリフト特性を示す図である。 燃料のセタン価、失火のし易さ、および大気圧の関係を示す図である。 標準セタン価の燃料が使用された場合と、低セタン価の燃料が使用された場合との、機関回転変動の例を示す図である。 機関回転変動の大きさを縦軸に、圧縮上死点近傍の温度・圧力を横軸にとったグラフを、セタン価の異なる複数の燃料について表した図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ ディーゼルエンジン
１２ インジェクタ
１４ コモンレール
１８ 排気通路
２０ 排気マニホールド
２２ 排気ポート
２４ ターボ過給機
２６ 排気浄化装置
２８ 吸気通路
３４ 吸気マニホールド
３６ 吸気絞り弁
３８ エアフローメータ
４０ 高圧ＥＧＲ通路
４４ ＥＧＲ弁
４６ 吸気圧センサ
４７ 排気温センサ
４８ アクセル開度センサ
５０ ＥＣＵ
５２ 吸気弁
５４ 吸気可変動弁機構
５６ 排気弁
５８ 排気可変動弁機構
６２ クランク角センサ
６４ ピストン
６６ 低圧ＥＧＲ通路
６８ ＥＧＲ弁

Claims (5)

1. 圧縮着火内燃機関の燃料噴射時の筒内の温度および／または圧力が燃料性状の判定を行う前より低い筒内温度圧力低下状態を作ることが可能な筒内温度圧力低減手段と、
   前記筒内温度圧力低下状態における機関回転変動を検出する機関回転変動検出手段と、
   前記筒内温度圧力低下状態において検出された機関回転変動に基づいて、前記内燃機関に使用されている燃料の性状を判定する燃料性状判定手段と、
   を備え、
   前記筒内温度圧力低減手段は、実圧縮比を燃料性状の判定を行う前に比して低下させることにより前記筒内温度圧力低下状態を作る実圧縮比低減手段を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関の吸気弁のバルブタイミングを可変とする可変動弁機構を更に備え、
   前記実圧縮比低減手段は、前記可変動弁機構を制御して前記吸気弁の閉じ時期を変化させることにより、実圧縮比を低下させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 圧縮着火内燃機関の燃料噴射時の筒内の温度および／または圧力が燃料性状の判定を行う前より低い筒内温度圧力低下状態を作ることが可能な筒内温度圧力低減手段と、
   前記筒内温度圧力低下状態における機関回転変動を検出する機関回転変動検出手段と、
   前記筒内温度圧力低下状態において検出された機関回転変動に基づいて、前記内燃機関に使用されている燃料の性状を判定する燃料性状判定手段と、
   前記内燃機関の排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、
   を備え、
   前記筒内温度圧力低減手段は、ＥＧＲガスの温度を燃料性状の判定を行う前に比して低下させることにより前記筒内温度圧力低下状態を作るＥＧＲガス温度低減手段を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 前記燃料の性状は、セタン価、またはセタン価と相関する値であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記筒内温度圧力低減手段は、前記内燃機関のアイドリング時に前記筒内温度圧力低下状態を作ることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

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