JP4868297B2 - 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する。

よく知られているように、ディーゼルエンジンの燃料として使用される軽油にはセタン価と呼ばれる指標があり、セタン価の数値によって燃焼性能、特に着火時期が変化する。特にＰＣＣＩ燃焼（Ｐｒｅｍｉｘｅｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ：予混合燃焼）のように酸素濃度が低く不安定な燃焼では、燃料のセタン価が替わると着火時期が大きく変化してしまう。低セタン価の燃料が使用される場合には、着火遅れの増大によって場合によっては失火する可能性がある。通常の走行時に失火が起きると運転者のフィーリング悪化や白煙などの問題を引き起こす場合がある。

一般に市販されている軽油のセタン価にはばらつきがあるため、セタン価にあわせて着火時期を制御することが望まれる。例えば下記特許文献１では、エンジンの運転中に使用している燃料のセタン価を検出する技術が開示されている。同文献では、検出されたセタン価に応じて燃料噴射時期が制御される。同文献では着火遅れ時間（着火遅れ）とセタン価との関係を示すマップを記憶しておき、このマップに基づいて着火遅れ時間からセタン価を算出している。着火遅れ時間とセタン価との関係を示すマップ（以下、適合マップと呼ぶ）の例が図１０に示されている。

図９には噴射タイミングと熱発生率との関係が示されている。同図に示されているように、一般に低セタン価の燃料の場合は高セタン価の場合と比較して、着火遅れが大きい。したがってセタン価と着火遅れとの関係をプロットすると図１０のようになる。

特開２００６−１６９９４号公報

特許文献１の手法では適合マップが使用されたが、適合マップは通常、基準となるある１つのエンジンに対して求められたものであるため、使用する個々のエンジンに対しては正確なセタン価を示さない可能性がある。

例えばエンジンの回転数を検出するために設置されるパルサに起因する誤差の可能性がある。図５にはパルサ信号、噴射時期、熱発生率の関係が示されている。クランクと一体に回転するパルサまでの距離を電磁ピックアップにより検出して補正することにより、パルサの歯の部分と歯以外の部分とに対応する２値からなる矩形波の信号が得られる。これがパルサ信号である。

噴射時期は例えば、パルサ信号におけるある基準の歯からある時間後に噴射を開始して、その後ある時間噴射するといったかたちで設定される。図５では基準の歯からａミリ秒後に噴射を開始している。また着火遅れ時間は、熱発生率の波形が立ち上がった時間が、パルサ信号のどの歯の何ミリ秒後であるかから算出される。図５では噴射時期の基準の歯からＴミリ秒後の歯のさらにｂミリ秒後に燃料の燃焼による熱の発生が開始している。したがって図５の場合は、Ｔ−ａ＋ｂが着火遅れ時間となる。

しかしパルサは機械加工によって製作されるために、加工公差の分だけ各歯の位置がずれる。したがって例えば図５に示されているように、誤差なく加工されている場合のパルサ信号（破線）の場合には、熱発生率の立ち上がりが、ある歯からｂ’ミリ秒後であるのに、実際のパルサを用いた場合である実線のパルサ信号では加工誤差の影響でｂミリ秒後と計測されてしまう。ｂとｂ’との差が加工公差による着火遅れの誤差となる。こうした着火遅れ時間の誤差によってセタン価の推定精度が低減する。

また別の要因による着火時期のずれが図６に示されている。一般に着火時期はエンジンの圧縮比に影響される。したがって例えばエンジンＡとエンジンＢとで圧縮比が異なった場合、図６のようにエンジンＡに対する着火遅れ時間ＴＡとエンジンＢに対する着火遅れ時間ＴＢとが異なる。よって、ある圧縮比のエンジンに対して求められた適合マップを別のエンジンに対して用いたときに、使用するエンジンの圧縮比が異なるために、着火時期がずれてセタン価の推定値が不正確となる可能性がある。

以上のようなパルサの歯型加工公差や、圧縮比のばらつきによる着火時期のずれによって適合マップが正確なセタン価の推定精度が低減する問題は上記特許文献１を含めて従来文献では考慮されていない。

本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、パルサの歯型加工公差や、圧縮比のばらつきによる着火時期のずれの存在下でも、精度よくセタン価が推定できる内燃機関の制御装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関における着火遅れと燃料のセタン価との間の特性を記憶する記憶手段と、前記内燃機関における着火遅れを検出する検出手段と、セタン価が既知の燃料に対して前記検出手段によって検出された着火遅れに応じて前記記憶手段に記憶された前記特性を補正する補正手段と、その補正手段によって補正された前記特性と、セタン価が未知の燃料に対して前記検出手段によって検出された着火遅れとから、前記セタン価が未知の燃料のセタン価を推定する推定手段とを備え、各々のセタン価において、前記補正後の前記特性における着火遅れと前記補正前の前記特性における着火遅れとの差を補正量とし、前記セタン価が既知の燃料のセタン価を既知セタン価として、全てのセタン価における前記補正量は同一であり、前記補正後の前記特性における前記既知セタン価での着火遅れが前記検出手段によって検出された着火遅れと一致することを特徴とする。

これにより本発明の内燃機関の制御装置では、セタン価が既知の燃料に対する着火遅れを検出手段によって検出して、それを用いてセタン価と着火遅れとの間の特性を補正するので、使用する内燃機関に即して特性が補正される。したがって使用する内燃機関の個体差を考慮した補正がおこなえるので、上で述べたようなパルサの歯型加工公差や、圧縮比のばらつきによる着火時期のずれの存在下でも、精度よくセタン価が推定できる特性へと補正できる。したがって使用する内燃機関に応じて特性を補正してセタン価が精度良く推定できる内燃機関の制御装置が実現できる。

また前記推定手段によって推定されたセタン価に応じて前記内燃機関における燃料の噴射時期を調節する調節手段を備えたとしてもよい。

これにより調節手段によってセタン価に応じて燃料の噴射時期を調節するので、上記効果とあわせて、使用する内燃機関の個体差に応じて特性を補正することによって、パルサの歯型加工公差や、圧縮比のばらつきによる着火時期のずれの存在下でも精度よくセタン価を推定して、そのセタン価に応じて適切に噴射時期を調節できる。したがってパルサの歯型加工公差や、圧縮比のばらつきによる着火時期のずれが存在しても、失火などの危険性が低減した内燃機関の制御装置が実現できる。

また各々のセタン価において、前記補正後の前記特性における着火遅れと前記補正前の前記特性における着火遅れとの差を補正量とし、前記セタン価が既知の燃料のセタン価を既知セタン価として、全てのセタン価における前記補正量は同一であり、前記補正後の前記特性における前記既知セタン価での着火遅れが前記検出手段によって検出された着火遅れと一致するとしてもよい。

これにより、セタン価と着火遅れとの間の特性を、補正後の特性では既知セタン価における着火遅れの値が検出手段によって検出された着火遅れの値とし、すべてのセタン価での補正量を同一とする補正をおこなう。このように使用する内燃機関に応じて特性を補正することにより、パルサの歯型加工公差や、圧縮比のばらつきによる着火時期のずれの存在下でも精度良くセタン価が推定できる特性が得られる。

また各々のセタン価において、前記補正後の前記特性における着火遅れと前記補正前の前記特性における着火遅れとの差を補正量とし、前記セタン価が既知の燃料のセタン価を既知セタン価として、セタン価が小さいほど前記補正量の絶対値は大きく、前記補正後の前記特性における前記既知セタン価での着火遅れが前記検出手段によって検出された着火遅れと一致するとしてもよい。

これによりセタン価が小さいほど補正量の絶対値を大きくする補正をおこなうので、特性においてセタン価が低くて着火遅れが大きい領域ほどパルサの歯型加工公差や圧縮比のばらつきの着火遅れに及ぼす感度が大きい性質に対処できる。したがって精度よくセタン価が推定できる特性に補正できる内燃機関の制御装置が実現できる。

以下で本発明の内燃機関の排気浄化装置の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。まず図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置１の装置構成の概略図である。図１における制御装置１は、ディーゼルエンジン２（エンジン）に対して構成されている。図１の内燃機関及び制御装置１は主に、エンジン２、吸気管３、排気管４、電子制御装置５（ＥＣＵ）からなる。

エンジン２へは吸気管３から空気（新気、吸気）が送られ、エンジン２からの排気は排気管４へ排出される。エンジン２にはインジェクタ２１、筒内圧センサ２２が装備されている。インジェクタ２１から気筒内に燃料が噴射される。噴射時期や噴射量はＥＣＵ５により制御される。また筒内圧センサ２２によって気筒内の圧力が計測されて、その計測値はＥＣＵ５に送られる。ＥＣＵ５では、筒内圧センサ２２の計測値から熱発生率を算出する。その計算方法は従来技術であるので説明を省略する。筒内圧センサ２２は、着火性、始動性を良好にするためのグロープラグと一体化されて装備されてもよい。

制御装置１にはパルサ６０と電磁ピックアップ６１とが装備されている。パルサ６０は図示しないクランクと一体に回転する。電磁ピックアップ６１は、磁界の計測によって回転するパルサ６０までの距離を検出する。パルサ６０には歯が形成されており、歯の部分と、歯以外の部分とでは電磁ピックアップ６１までの距離が異なる。電磁ピックアップ６１によってこの距離の違いが検出された計測値がＥＣＵ５に送られる。ＥＣＵ５において、所定の閾値より大きい部分と小さい部分とで２値化する波形成形が行われて、図５に示されたような矩形波のパルサ信号が形成される。したがってパルサ信号の各矩形部分は、個々の歯の部分に対応している。

ＥＣＵ５はＣＰＵやメモリ５１などからなる通常のコンピュータの構造を有するとする。さらにＥＣＵ５は入力部５２を有しており、この入力部５２によってＥＣＵ５に数値を入力することができるとする。

本実施形態では、以上の装置構成によってエンジン２に使用される燃料のセタン価の推定、及び燃料の噴射時期の調節が行われる。燃料のセタン価の推定のために、予め適合マップ（前述）を記憶しておき、工場からの出荷時にセタン価が既知の燃料を用いて適合マップを補正する。そして実走行時に補正された適合マップによりセタン価を推定し、その推定値により燃料の噴射時期を調節する。

その処理手順が図２、図３に示されている。まず図２には工場出荷時の処理手順が示されている。そして図３には実走行時の処理手順が示されている。図２、３の処理手順は、明示されない限りＥＣＵ５によって自動的に順次実行されるとすればよい。

図２の処理手順ではまず、セタン価が既知の燃料を用意する。さらに基準のエンジンにおけるセタン価と着火遅れとの関係を示す適合マップをメモリ５１に記憶させておく。そして手順Ｓ１０で燃料のセタン価（すなわち既知のセタン価の値）をＥＣＵ５に入力する。この手順では、入力部５２を用いてセタン価の数値を入力すればよい。

次にＳ２０でエンジン２の運転条件を設定する。ここではエンジン回転数や噴射量などを規定の数値に設定するとすればよい。次にＳ３０では、セタン価が既知の燃料をエンジン２に供給して、Ｓ２０で設定した運転条件のもとで実際にエンジン２を運転する。そして着火遅れを検出する。着火遅れの検出では、図５等に示したように、電磁ピックアップ６１を用いてパルサ信号を検出し、さらに筒内圧センサ２２の計測値から熱発生率を算出して、パルサ信号を基準にして、燃料噴射の開始から熱発生率の波形の立ち上がりまでの時間を算出すればよい。

以上によりセタン価と着火遅れとが得られたので、これらを用いてＳ４０で適合マップを補正する。補正方法は図４に示されている。図４では実線１００が補正前の適合マップを、破線１０１が補正後の適合マップを示している。図中のＣＮ０が上で述べた既知のセタン価（既知セタン価）である。そしてＴ１がＳ３０で検出された着火遅れである。

図４のとおり、補正前の適合マップ１００でのセタン価がＣＮ０のときの着火遅れをＴ０とする。一方Ｓ３０で検出された着火遅れはＴ１である。一般にはＴ０とＴ１との間には図４に示されたようにずれがある。そこで、セタン価がＣＮ０で着火遅れがＴ１の点をＰ１とし、セタン価がＣＮ０で着火遅れがＴ０の点を点Ｐ０として、Ｓ４０の手順では点Ｐ０が点Ｐ１と重なるように実線の適合マップ１００を破線１０１へと平行移動する補正を行う。この補正によって、図４の場合では適合マップにおいて各着火遅れに対しΔＣＮだけセタン価が増加したこととなる。

Ｔ１とＴ０との差をΔＴとする。このΔＴが、上で述べたパルサの加工公差やエンジンの圧縮比のばらつきによる着火遅れのずれを示している。したがってＳ４０での補正は、平行移動によってこうした個々の装置構成ごとのばらつきを補正することを意図している。したがって補正後の破線の適合マップを用いれば上記ばらつきが存在する条件下でも、精度のよいセタン価の推定値が得られる。

次に図３を説明する。上述のように図３は実走行時における処理手順を示している。図３の処理を、例えば給油作業が行われたごとに、あるいは定期的に、ＥＣＵ５によって自動的に実行すればよい。

まずＳ５０で着火遅れを検出する。この手順では上述のＳ３０と同様の処理を実走行時に行って、着火時期さらには着火遅れを算出すればよい。次にＳ６０でその時点で使用しているセタン価を推定する。この手順では、上述のＳ４０で得られた補正後の適合マップ１０１において、Ｓ５０で得られた着火遅れの点でのセタン価を求めればよい。

そしてＳ７０で、Ｓ６０で得られたセタン価の値に応じてエンジン２における燃料の噴射時期を調節する。この手順のために、予めメモリ５１にセタン価ごとの適切な噴射時期を記憶しておけばよい。ここでの適切な噴射時期とは、失火が発生しない噴射時期とすればよい。以上の処理によって、工場出荷時に補正された適合マップを用いて実走行時にセタン価を推定して、それに従って噴射時期を調節するので、給油のたびごとにセタン価が変わっても、失火などの不具合の発生を抑制することができる。

以上述べた実施形態では、図４あるいはＳ４０の適合マップの補正において補正前の適合マップを平行移動する補正を行った。平行移動による補正は、適合マップの横方向の移動量を補正量とすると（例えば図４では着火遅れがＴ０のときの補正量がΔＴ）、各着火遅れごとの補正量が全ての着火遅れで同じ（ΔＴ）である補正である。ここで着火遅れとは補正前の着火遅れを指すとすればよい。しかし本発明における補正方法は平行移動のみではない。以下でこれに関係した変形例１を説明する。

まず着火遅れがＴ０である点（Ｐ０）における補正量を基準補正量とする。図４における平行移動の補正では、基準補正量がΔＴつまりＴ１−Ｔ０であり、全ての着火遅れにおける補正量が基準補正量と同じである。これに対し変形例１では、各着火遅れごとの補正量が必ずしも基準補正量と同じではない補正を行う。各着火遅れにおいて、各着火遅れごとに設定された補正係数を基準補正量に乗算した結果を各着火遅れにおける補正量とする。

図４の補正例では、全ての着火遅れで補正係数が１である。変形例１における補正係数の４つの例が図７に示されている。図７の横軸は補正前の着火遅れを指すとすればよい。図７のとおり当然セタン価がＣＮ０のときの補正係数は１とする。補正係数２００では、着火遅れが大きいほど補正係数を単調に大きくしている。さらに補正係数２００は直線としている。補正係数２０１では、着火遅れが大きいほど補正係数を直線的に単調に大きくしつつ、かつある着火遅れの点から傾きを変化させている。これらの補正係数ではセタン価が小さいほど補正量を大きくしていることとなる。

補正係数２００、２０１のように着火遅れが大きいほど補正係数を単調に大きくすることが、補正係数の設定の基本的な考え方である。その理由は、図１０などで示される適合マップでは、着火遅れが大きい（あるいはセタン価が低い）ほど、上述のパルサの加工公差やエンジンの圧縮率の機差などのばらつきの着火遅れに対する感度が大きいからである。

ここで感度とは、加工公差や圧縮率の変化量の着火遅れの変化量に対する影響を指す。補正係数２００、２０１のように補正係数を設定することにより、着火遅れが大きいほど上記ばらつきの着火遅れに与える影響が大きい性質を反映して、適切に適合マップを補正できる。

補正係数の他の例として補正係数２０２のように設定してもよい。補正係数２０２では、ある着火遅れまでは補正係数を１とし、ある着火遅れ以上では直線的な単調増加関数としている。補正係数２０２は、ある着火遅れ以上でのみ上記感度が大きく、それ以下の着火遅れでは感度が比較的小さいとみなせる場合に有効である。これら補正係数２００、２０１、２０２を設定する場合には、予めそれを見込んで適合マップを作成するとしてもよい。

補正係数２０３では、ある着火遅れまでは直線的な単調減少関数とし、ある着火遅れ以上では直線的な単調増加関数としている。このようにある着火遅れまでは減少する関数とすることは、予め補正を見込んで適合マップを作成した場合で、かつ補正前の適合マップにおいて着火遅れが小さい（セタン価が大きい）領域での着火遅れを相対的に大きくしておいた場合に、それを補正する効果がある。

次に変形例２を説明する。変形例２では基準補正量を上記ΔＴとは異なる値にする補正をおこなう。その根拠が図８に示されている。図８には、上側に工場設定条件（すなわち上記Ｓ２０で設定された条件）下での噴射タイミング、適合マップを作成したエンジンの熱発生率波形、当該エンジンの熱発生率波形が示されている。図８の下側には、通常走行条件下での噴射タイミング、適合マップを作成したエンジンの熱発生率波形、当該エンジンの熱発生率波形が示されている。

図４で述べたように、工場設定条件下では、適合マップのエンジンでは着火遅れがＴ０だが、当該エンジンでは着火遅れがＴ１であり、適合マップの補正量はΔＴつまりＴ１−Ｔ０となる。しかし一般に通常走行条件下では、工場設定条件よりも着火時期が遅角側に設定されている場合が多い。そのような場合には公差などのばらつきの着火遅れに対する感度が大きい。

したがって図８下側のように、通常走行時での着火遅れΔＴ’が工場設定条件下での着火遅れΔＴよりも大きくなる傾向がある。したがって通常走行時に正確なセタン価を推定するためには、基準補正量をΔＴよりも大きくする必要がある。工場設定条件での着火遅れ（ΔＴ）に応じて、適合マップの基準補正量をどのように設定するかのルール（関数関係）は、予め定めておけばよい。上記ルール、関数関係は、例えば工場設定条件ごとに、あるいは走行条件ごとに定めておけばよい。これにより実際の走行条件下で精度のよいセタン価の推定が可能となるための適合マップの補正が行える。

なお図４では右方向へ曲線を移動させる補正を示したが、Ｓ４０では左方向の補正もあり得る。その際に図７は左方向への移動でも右方向と同様に用いればよい。左方向への移動の場合、（基準）補正量は負の値となる。そして左方向への移動の場合、図７において補正係数が大きいほど補正量の絶対値が大きくなる。

また変形例１と変形例２とを組み合わせて行ってもよい。これによりそれぞれの効果が複合して達成できる。またＳ７０ではセタン価の推定値に応じて燃料の噴射時期を調節したが、それ以外に、排気管４から吸気管３へ排気を還流させるＥＧＲ管を装備して、セタン価の推定値に応じてＥＧＲ管のバルブの調節によって排気還流量を失火を防ぐように調節するとしてもよい。

上記実施例においてメモリ５１が記憶手段を構成する。Ｓ３０，Ｓ５０の手順が検出手段を構成する。Ｓ４０が補正手段を構成する。Ｓ６０が推定手段を構成する。Ｓ７０が調節手段を構成する。

本発明の実施例としての内燃機関及びその制御装置の概要構成図。 工場出荷時の処理のフローチャート。 実走行時の処理のフローチャート。 適合マップの補正を示す図。 パルサ歯型加工公差による着火遅れの誤差を示す図。 エンジンの圧縮率の機差による着火遅れの誤差を示す図。 補正係数の例を示す図。 基準補正量の補正を示す図。 セタン価と着火遅れとの関係を示す図。 適合マップの例を示す図。

符号の説明

１ 制御装置
２ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 吸気管
４ 排気管
５ ＥＣＵ
２１ インジェクタ
２２ 筒内圧センサ
５１ メモリ
５２ 入力部
６０ パルサ
６１ 電磁ピックアップ

Claims (3)

1. 内燃機関における着火遅れと燃料のセタン価との間の特性を記憶する記憶手段と、
   前記内燃機関における着火遅れを検出する検出手段と、
   セタン価が既知の燃料に対して前記検出手段によって検出された着火遅れに応じて前記記憶手段に記憶された前記特性を補正する補正手段と、
   その補正手段によって補正された前記特性と、セタン価が未知の燃料に対して前記検出手段によって検出された着火遅れとから、前記セタン価が未知の燃料のセタン価を推定する推定手段とを備え、
   各々のセタン価において、前記補正後の前記特性における着火遅れと前記補正前の前記特性における着火遅れとの差を補正量とし、
   前記セタン価が既知の燃料のセタン価を既知セタン価として、
   全てのセタン価における前記補正量は同一であり、
   前記補正後の前記特性における前記既知セタン価での着火遅れが前記検出手段によって検出された着火遅れと一致することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関における着火遅れと燃料のセタン価との間の特性を記憶する記憶手段と、
   前記内燃機関における着火遅れを検出する検出手段と、
   セタン価が既知の燃料に対して前記検出手段によって検出された着火遅れに応じて前記記憶手段に記憶された前記特性を補正する補正手段と、
   その補正手段によって補正された前記特性と、セタン価が未知の燃料に対して前記検出手段によって検出された着火遅れとから、前記セタン価が未知の燃料のセタン価を推定する推定手段とを備え、
   各々のセタン価において、前記補正後の前記特性における着火遅れと前記補正前の前記特性における着火遅れとの差を補正量とし、
   前記セタン価が既知の燃料のセタン価を既知セタン価として、
   セタン価が小さいほど前記補正量の絶対値は大きく、
   前記補正後の前記特性における前記既知セタン価での着火遅れが前記検出手段によって検出された着火遅れと一致することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 前記推定手段によって推定されたセタン価に応じて前記内燃機関における燃料の噴射時期を調節する調節手段を備えた請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。

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