KR20170139451A - 내연 기관의 제어 장치 - Google Patents

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KR20170139451A
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신이치로 노가와
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야스유키 이리사와
신타로 홋타
마사노리 하야시
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화될 때, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커질수록 연소 한계 공기 과잉률이 커지는 제1 관계에 기초하여, 연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값인 연소 한계 공기 과잉률을 변경한다. 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화될 때, 기통(14') 내에 있어서의 연소 속도가 큰 연료일수록 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커지는 제2 관계에 기초하여, 연료 분사량 피드백 제어 목표값인 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값을 변경한다.

Description

내연 기관의 제어 장치 {CONTROLLER FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 통 내압 센서를 갖는 내연 기관의 제어 장치에 관한 것이다.
종래부터, 희박 연소 운전을 실행하는 내연 기관이 알려져 있다. 이러한 종류의 내연 기관의 예로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 것이 있다.
특허문헌 1에 기재된 내연 기관에서는, 가솔린을 수증기 개질함으로써 얻어지는 연료가 매우 희박한 상황에서도 연소를 실행할 수 있다. 또한, 특허문헌 1에는, 수증기 개질의 조건에 따라서, 수증기 개질에 의해 얻어지는 수소, 일산화탄소의 조성비가 매우 커지거나, 수증기 개질에 의해 얻어지는 메탄의 조성비가 매우 커지거나 하는 취지가 기재되어 있다. 즉, 특허문헌 1에는, 수증기 개질의 조건에 따라서, 수증기 개질에 의해 얻어지는 연료의 성상이 상이한 취지가 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 1에 기재된 내연 기관에서는, 기통에 공급되는 연료의 조성이, 개질 촉매 온도 등에 기초하여 예측된다. 그로 인해, 특허문헌 1에 기재된 내연 기관에서는, 수증기 개질에 의해 얻어지는 연료의 성상이 변화되어도, 변화 후의 연료의 조성을 예측함으로써, 희박 연소 운전을 실행할 수 있다.
일본 특허 공개 제2007-297951호 공보
그런데, 특허문헌 1에 기재된 내연 기관에서는, 기통에 공급되는 연료의 조성을 예측하기 위해, 기통에 공급되는 연료의 주성분 중 하나의 성분의 가스 농도를 가스 농도 센서에 의해 검출함과 함께, 맵에 기초하여 나머지 성분의 가스 농도를 산출해야 한다.
즉, 특허문헌 1에 기재된 내연 기관에서는, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우, 변화 후의 연료의 성상을 파악하지 않으면, 안정된 연소를 실현할 수 없다.
상기 문제점에 비추어, 본 발명은, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우라도, 연료의 성상(더 상세하게는, 연료의 조성)을 파악할 필요 없이, 안정된 연소를 실현할 수 있는 내연 기관의 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 기통과,
상기 기통 내의 통 내압을 검출하는 통 내압 센서와,
연료 분사 밸브를 구비하고,
희박 연소 운전을 실행하는 내연 기관의 제어 장치에 있어서,
상기 제어 장치는,
상기 통 내압에 기초하여, 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 산출하고,
연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값인 연소 한계 공기 과잉률에 기초하는 연료 분사량 피드 포워드 제어, 및 연료 분사량 피드백 제어 목표값인 연소 한계에 대응하는 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터에 기초하는 연료 분사량 피드백 제어 중 적어도 한쪽을 실행하고, 또한
상기 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화될 때, 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커질수록 상기 연소 한계 공기 과잉률이 커지는 제1 관계에 기초하는 상기 연소 한계 공기 과잉률의 변경, 및 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커질수록 상기 연소 한계에 대응하는 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커지는 제2 관계에 기초하는 상기 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값의 변경 중 적어도 한쪽을 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치가 제공된다.
본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 공기 과잉률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에서, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화되면, 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되는 것이 발견되었다. 상세하게는, 공기 과잉률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에서, 성상이 상이한 연료마다, 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 상이한 값이 얻어졌다.
또한, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 성상이 상이한 연료마다, 연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값으로 해야 할 연소 한계 공기 과잉률의 값이 상이한 것이 발견되었다. 마찬가지로, 성상이 상이한 연료마다, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로 해야 할 연소 한계(상세하게는, 공기 과잉률이 큰 것에 의한 연소 한계)에 대응하는 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 상이한 것이 발견되었다.
상세하게는, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여, 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커질수록 연소 한계 공기 과잉률의 값이 커지는 것이 발견되었다. 마찬가지로, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여, 비연소 한계 시에 있어서의 기통 내의 연료의 연소 속도가 커질수록, 연소 한계 시(상세하게는, 연소 한계까지 공기 과잉률을 크게 하였을 때)에 있어서의 기통 내의 연료의 연소 속도도 커지는 것이 발견되었다.
즉, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여, 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커졌을 때에는, 연소 한계 공기 과잉률을 큰 값으로 설정해도 연소가 악화하지 않고, 오히려 연소 한계 공기 과잉률을 큰 값으로 설정하지 않으면 에미션이 악화하는 것이 발견되었다. 마찬가지로, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여, 비연소 한계 시에 있어서의 기통 내의 연료의 연소 속도가 커졌을 때에는, 연료 분사량 피드백 제어 목표값에 상당하는 연소 한계(상세하게는, 공기 과잉률이 큰 것에 의한 연소 한계)에 대응하는 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 큰 값으로 설정해도 연소가 악화하지 않고, 오히려 연료 분사량 피드백 제어 목표값에 상당하는 연소 한계에 대응하는 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 큰 값으로 설정하지 않으면 에미션이 악화되는 것이 발견되었다.
또한, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여, 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 작아졌을 때에는, 연소 한계 공기 과잉률을 작은 값으로 설정하지 않으면 연소가 악화되어 토크 변동이 발생하는 것이 발견되었다. 마찬가지로, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여, 비연소 한계 시에 있어서의 기통 내의 연료의 연소 속도가 작아졌을 때에는, 연료 분사량 피드백 제어 목표값에 상당하는 연소 한계에 대응하는 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 작은 값으로 설정하지 않으면 연소가 악화되어 토크 변동이 발생하는 것이 발견되었다.
이 점에 비추어, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화될 때, 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커질수록 연소 한계 공기 과잉률이 커지는 제1 관계에 기초하는 연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값인 연소 한계 공기 과잉률의 변경, 및 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커질수록 연소 한계(상세하게는, 공기 과잉률이 큰 것에 의한 연소 한계)에 대응하는 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커지는 제2 관계에 기초하는 연료 분사량 피드백 제어 목표값인 연소 한계에 대응하는 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값의 변경 중 적어도 한쪽이 실행된다.
그로 인해, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커졌을 때에 희박 연소 운전 중의 에미션이 악화하거나, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 작아졌을 때에 희박 연소 운전 중에 토크 변동이 발생하거나 할 우려를 억제할 수 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우라도, 연료의 성상을 파악할 필요 없이, 희박 연소 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우에, 특허문헌 1에 기재된 내연 기관과 같이 연료의 성상을 파악할 필요가 없고, 연료의 성상의 변화에 수반되는 연료의 연소 속도의 변화를 파악함으로써, 변화 후의 연료를 안정적으로 연소시킬 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 이론 공연비보다 린한 공기 과잉률의 값이 상기 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 설정되어 있는 상기 연료 분사량 피드백 제어의 실행 중에, 상기 제어 장치는, 상기 통 내압에 기초하여 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 상기 연소 속도 파라미터를 산출할 수도 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압에 기초하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 산출하기 위한 연료 분사량 피드백 제어가 실행되어 있을 때, 연료 분사량 피드백 제어 목표값이 이론 공연비보다 린한 공기 과잉률의 값으로 설정된다.
그로 인해, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압에 기초하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출될 때에 연료 분사량 피드백 제어 목표값이 이론 공연비로 설정되는 경우보다, 연료의 성상의 차이를 명확하게 반영시킨 연소 속도 파라미터를 산출할 수 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압에 기초하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출될 때에 연료 분사량 피드백 제어 목표값이 이론 공연비로 설정되는 경우보다, 예를 들어 제1 연료에 관한 연소 속도 파라미터의 값과, 제1 연료와는 상이한 성상을 갖는 제2 연료에 관한 연소 속도 파라미터의 값의 차를 크게 할 수 있고, 그것에 의해, 성상이 서로 다른 제1 연료와 제2 연료를 식별하기 위한 분해능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 상기 연소 한계 공기 과잉률보다 리치한 공기 과잉률의 값이, 상기 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 설정될 수도 있다.
그로 인해, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압에 기초하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출될 때에 연료 분사량 피드백 제어 목표값이 연소 한계 공기 과잉률로 설정되는 경우보다, 연소가 불안정하게 되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연소 속도가 작은 연료의 연소 속도 파라미터를 산출하기 위한 연료 분사량 피드백 제어가 실행되어 있을 때에 연소가 불안정하게 되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 급유가 실시될 때마다, 상기 제어 장치가, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출함과 함께, 상기 제1 관계에 기초하여 상기 연소 한계 공기 과잉률을 산출하거나, 또는 상기 제2 관계에 기초하여 상기 연소 한계 연소 속도 파라미터를 산출하거나 할 수도 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높은 급유가 실시될 때마다 연소 속도 파라미터가 산출된다. 또한, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높은 급유가 실시될 때마다, 그 연소 속도 파라미터와 제1 관계에 기초하여 연소 한계 공기 과잉률이 산출되거나, 또는 그 연소 속도 파라미터와 제2 관계에 기초하여 연소 한계 연소 속도 파라미터가 산출된다. 급유의 실시에 의해 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화된 경우에는, 연소 한계 공기 과잉률 또는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경된다.
그로 인해, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 급유의 실시에 의해 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되었음에도 불구하고 연소 한계 공기 과잉률 또는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경되지 않는 경우보다, 희박 연소 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 상기 내연 기관의 전회의 정지 시로부터, 상기 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 있는 미리 설정된 기간이 경과할 때마다, 상기 제어 장치가, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출함과 함께, 상기 제1 관계에 기초하여 상기 연소 한계 공기 과잉률을 산출하거나, 또는 상기 제2 관계에 기초하여 상기 연소 한계 연소 속도 파라미터를 산출하거나 할 수도 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 내연 기관의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과하여, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높아질 때마다 연소 속도 파라미터가 산출된다. 또한, 내연 기관의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과하여, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높아질 때마다, 그 연소 속도 파라미터와 제1 관계에 기초하여 연소 한계 공기 과잉률이 산출되거나, 또는 그 연소 속도 파라미터와 제2 관계에 기초하여 연소 한계 연소 속도 파라미터가 산출된다. 내연 기관의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과함으로써 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화된 경우에는, 연소 한계 공기 과잉률 또는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경된다.
그로 인해, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 내연 기관의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과함으로써 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되었음에도 불구하고 연소 한계 공기 과잉률 또는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경되지 않는 경우보다, 희박 연소 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기통과,
상기 기통에 접속된 흡기 통로와,
상기 기통에 접속된 배기 통로와,
상기 흡기 통로와 상기 배기 통로를 접속하는 EGR 통로와,
상기 EGR 통로에 배치된 EGR 밸브와,
상기 기통 내의 통 내압을 검출하는 통 내압 센서와,
연료 분사 밸브를 구비하고,
EGR 운전을 실행하는 내연 기관의 제어 장치에 있어서,
상기 제어 장치는,
상기 통 내압에 기초하여, 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 산출하고,
EGR률 피드 포워드 제어 목표값이며 제로보다 큰 값인 연소 한계 EGR률에 기초하는 EGR률 피드 포워드 제어, 및 EGR률 피드백 제어 목표값인 연소 한계에 대응하는 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터이며, 제로보다 큰 EGR률에 대응하는 연소 한계 연소 속도 파라미터에 기초하는 EGR률 피드백 제어 중 적어도 한쪽을 실행하고, 또한
상기 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화될 때, 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커질수록 상기 연소 한계 EGR률이 커지는 제3 관계에 기초하는 상기 연소 한계 EGR률의 변경, 및 상기 기통 내에 있어서의 연소 속도가 커질수록 상기 연소 한계에 대응하는 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커지는 제4 관계에 기초하는 상기 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값의 변경 중 적어도 한쪽을 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 제어 장치가 제공된다.
본 발명자들의 예의 연구에 있어서, EGR률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에서, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화되면, 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되는 것이 발견되었다. 상세하게는, EGR률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에서, 성상이 상이한 연료마다 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 상이한 값이 얻어졌다.
또한, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 성상이 상이한 연료마다, EGR률 피드 포워드 제어 목표값으로 해야 할 연소 한계 EGR률의 값이 상이한 것이 발견되었다. 마찬가지로, 성상이 상이한 연료마다 EGR률 피드백 제어 목표값으로 해야 할 연소 한계(상세하게는, EGR률이 큰 것에 의한 연소 한계)에 대응하는 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 상이한 것이 발견되었다.
상세하게는, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여, 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커질수록 연소 한계 EGR률의 값이 커지는 것이 발견되었다. 마찬가지로, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여, 비연소 한계 시에 있어서의 기통 내의 연료의 연소 속도가 커질수록 연소 한계 시(상세하게는, 연소 한계까지 EGR률을 크게 하였을 때)에 있어서의 기통 내의 연료의 연소 속도도 커지는 것이 발견되었다.
즉, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여, 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커졌을 때에는, 연소 한계 EGR률을 큰 값으로 설정해도 연소가 악화되지 않고, 오히려 연소 한계 EGR률을 큰 값으로 설정하지 않으면 에미션이 악화되는 것이 발견되었다. 마찬가지로, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여, 비연소 한계 시에 있어서의 기통 내의 연료의 연소 속도가 커졌을 때에는, EGR률 피드백 제어 목표값에 상당하는 연소 한계(상세하게는, EGR률이 큰 것에 의한 연소 한계)에 대응하는 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 큰 값으로 설정해도 연소가 악화되지 않고, 오히려 EGR률 피드백 제어 목표값에 상당하는 연소 한계에 대응하는 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 큰 값으로 설정하지 않으면 에미션이 악화되는 것이 발견되었다.
또한, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여, 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 작아졌을 때에는, 연소 한계 EGR률을 작은 값으로 설정하지 않으면 연소가 악화되는 것이 발견되었다. 마찬가지로, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여, 비연소 한계 시에 있어서의 기통 내의 연료의 연소 속도가 작아졌을 때에는, EGR률 피드백 제어 목표값에 상당하는 연소 한계에 대응하는 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 작게 하지 않으면 연소가 악화되는 것이 발견되었다.
이 점에 비추어, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화될 때, 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커질수록 연소 한계 EGR률이 커지는 제3 관계에 기초하는 EGR률 피드 포워드 제어 목표값이며 제로보다 큰 값인 연소 한계 EGR률의 변경, 및 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커질수록 연소 한계(상세하게는, EGR률이 큰 것에 의한 연소 한계)에 대응하는 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커지는 제4 관계에 기초하는 EGR률 피드백 제어 목표값인 연소 한계에 대응하는 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터(상세하게는, 제로보다 큰 EGR률에 대응하는 연소 한계 연소 속도 파라미터)의 값의 변경 중 적어도 한쪽이 실행된다.
그로 인해, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커졌을 때에 EGR 운전 중의 에미션이 악화되거나, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 작아졌을 때에 EGR 운전 중의 연소가 악화되거나 할 우려를 억제할 수 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우라도, 연료의 성상을 파악할 필요 없이, EGR 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우에, 특허문헌 1에 기재된 내연 기관과 같이 연료의 성상을 파악할 필요가 없고, 연료의 성상의 변화에 수반되는 연료의 연소 속도의 변화를 파악함으로써, 변화 후의 연료를 안정적으로 연소시킬 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 제로보다 큰 EGR률의 값이 상기 EGR률 피드백 제어 목표값으로서 설정되어 있는 상기 EGR률 피드백 제어의 실행 중에, 상기 제어 장치는, 상기 통 내압에 기초하여 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 상기 연소 속도 파라미터를 산출할 수도 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압에 기초하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 산출하기 위한 EGR률 피드백 제어가 실행되어 있을 때, EGR률 피드백 제어 목표값이 제로보다 큰 EGR률의 값으로 설정된다.
그로 인해, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압에 기초하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출될 때에 EGR률 피드백 제어 목표값이 EGR률 제로로 설정되는 경우보다, 연료의 성상의 차이를 명확하게 반영시킨 연소 속도 파라미터를 산출할 수 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압에 기초하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출될 때에 EGR률 피드백 제어 목표값이 EGR률 제로로 설정되는 경우보다, 예를 들어 제1 연료에 관한 연소 속도 파라미터의 값과, 제1 연료와는 상이한 성상을 갖는 제2 연료에 관한 연소 속도 파라미터의 값의 차를 크게 할 수 있고, 그것에 의해, 성상이 서로 다른 제1 연료와 제2 연료를 식별하기 위한 분해능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 상기 연소 한계 EGR률보다 작은 EGR률의 값이, 상기 EGR률 피드백 제어 목표값으로서 설정될 수도 있다.
그로 인해, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압에 기초하여 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출될 때에 EGR률 피드백 제어 목표값이 연소 한계 EGR률로 설정되는 경우보다, 연소가 불안정하게 되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연소 속도가 작은 연료의 연소 속도 파라미터를 산출하기 위한 EGR률 피드백 제어가 실행되어 있을 때에 연소가 불안정하게 되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 급유가 실시될 때마다, 상기 제어 장치가, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출함과 함께, 상기 제3 관계에 기초하여 상기 연소 한계 EGR률을 산출하거나, 또는 상기 제4 관계에 기초하여 상기 연소 한계 연소 속도 파라미터를 산출하거나 할 수도 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높은 급유가 실시될 때마다 연소 속도 파라미터가 산출된다. 또한, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높은 급유가 실시될 때마다, 그 연소 속도 파라미터와 제3 관계에 기초하여 연소 한계 EGR률이 산출되거나, 또는 그 연소 속도 파라미터와 제4 관계에 기초하여 연소 한계 연소 속도 파라미터가 산출된다. 급유의 실시에 의해 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화된 경우에는, 연소 한계 EGR률 또는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경된다.
그로 인해, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 급유의 실시에 의해 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되었음에도 불구하고 연소 한계 EGR률 또는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경되지 않는 경우보다, EGR 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 상기 내연 기관의 전회의 정지 시로부터, 상기 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 있는 미리 설정된 기간이 경과할 때마다, 상기 제어 장치가, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출함과 함께, 상기 제3 관계에 기초하여 상기 연소 한계 EGR률을 산출하거나, 또는 상기 제4 관계에 기초하여 상기 연소 한계 연소 속도 파라미터를 산출하거나 할 수도 있다.
즉, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 내연 기관의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과하여, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높아질 때마다 연소 속도 파라미터가 산출된다. 또한, 내연 기관의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과하여, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높아질 때마다, 그 연소 속도 파라미터와 제3 관계에 기초하여 연소 한계 EGR률이 산출되거나, 또는 그 연소 속도 파라미터와 제4 관계에 기초하여 연소 한계 연소 속도 파라미터가 산출된다. 내연 기관의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과함으로써 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화된 경우에는, 연소 한계 EGR률 또는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경된다.
그로 인해, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치에서는, 내연 기관의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과함으로써 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되었음에도 불구하고 연소 한계 EGR률 또는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경되지 않는 경우보다, EGR 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
본 발명에 따르면, 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우라도, 연료의 성상을 파악할 필요 없이, 안정된 연소를 실현할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 엔진 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 도 1 중의 ECU(40)의 기능적인 블록도이다.
도 3은 기통(14') 내에 있어서의 성상이 상이한 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 포함하는 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 희박 연소 운전을 실행하기 위해 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 의해 실행되는 연료 분사량 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 기통(14') 내에 있어서의 성상이 상이한 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 포함하는 관계를 나타낸 도면이다.
도 6은 EGR 운전을 실행하기 위해 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 의해 실행되는 EGR 밸브 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7은 본 발명자들의 예의 연구에 있어서 확인된 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 연료의 연소 속도를 취득할 때에 고정되는 공기 과잉률의 값의 효과에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 희박 연소 운전을 실행하기 위해 제2 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 의해 실행되는 연료 분사량 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 연료의 연소 속도를 취득할 때에 고정되는 EGR률의 값의 효과에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 EGR 운전을 실행하기 위해 제3 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 의해 실행되는 EGR 밸브 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치의 제1 실시 형태에 대해 설명한다. 도 1은 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 엔진 시스템의 개략 구성도이다. 도 2는 도 1 중의 ECU(40)의 기능적인 블록도이다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 엔진 시스템의 도 1에 도시하는 예에서는, 내연 기관(10)이 설치되어 있다. 내연 기관(10)의 기통(14') 내에는, 피스톤(12)이 배치되어 있다. 기통(14') 내에 있어서의 피스톤(12)의 정상부측에는, 연소실(14)이 형성되어 있다. 연소실(14)에는, 흡기 통로(16) 및 배기 통로(18)가 연통되어 있다.
흡기 통로(16)의 일부를 구성하는 흡기 포트에는, 흡기 포트를 개폐하는 흡기 밸브(20)가 설치되어 있다. 즉, 기통(14')과 흡기 통로(16)는, 흡기 밸브(20)를 통해 접속되어 있다. 또한, 배기 통로(18)의 일부를 구성하는 배기 포트에는, 배기 포트를 개폐하는 배기 밸브(22)가 설치되어 있다. 즉, 기통(14')과 배기 통로(18)는, 배기 밸브(22)를 통해 접속되어 있다. 또한, 흡기 통로(16)에는, 스로틀 밸브(24)가 설치되어 있다. 또한, 배기 통로(18)에는, 예를 들어 공기 과잉률 센서(32)와, 예를 들어 3원 촉매(34a)와, 예를 들어 NOx 흡장 환원 촉매(34b)와, 예를 들어 NOx 선택 환원 촉매(34c)가 배치되어 있다. 또한, 흡기 통로(16)와 배기 통로(18)를 접속하는 EGR 통로(36)가 설치되어 있다. EGR 통로(36)에는, EGR 밸브(38)가 배치되어 있다.
도 1에는 하나의 기통(14')만이 도시되어 있지만, 도 1에 도시하는 예에서는, 기통(14') 이외에도, 다른 기통(도시하지 않음)이 설치되어 있다.
도 1에 도시하는 예에서는, 복수의 기통을 갖는 내연 기관(10)에 대해 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용되어 있지만, 다른 예에서는, 하나의 기통만을 갖는 내연 기관에 대해 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치를 적용할 수도 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 1에 도시하는 예에서는, 공기 과잉률 센서(32)에 의해 공기 과잉률이 검출되지만, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 그 대신에, 공기 과잉률 센서(32)를 생략하고, 예를 들어 일본 특허 제3767063호 공보의 단락(0014)에 기재되어 있는 바와 같이, 예를 들어 후술하는 에어플로우 미터(44)에 의해 검출되는 흡입 공기량과, 연료 분사량을 사용하여 공기 과잉률을 산출할 수도 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 엔진 시스템의 도 1에 도시하는 예에서는, 내연 기관(10)의 각 기통에, 연소실(14) 내(기통(14') 내)에 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사 밸브(26)와, 혼합기에 점화하기 위한 점화 플러그(28)가 설치되어 있다. 또한, 각 기통에는, 기통 내의 연소압인 통 내압 P를 검출하기 위한 통 내압 센서(30)가 조립되어 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 1에 도시하는 예에서는, 복수의 기통 전부에 대해 통 내압 센서(30)가 배치되어 있지만, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 그 대신에, 통 내압 센서(30)가 배치되어 있는 기통과, 통 내압 센서(30)가 배치되어 있지 않은 기통을 설치하고, 통 내압 센서(30)가 배치되어 있는 기통에 있어서 통 내압 센서(30)에 의해 검출된 통 내압 P로부터, 통 내압 센서(30)가 배치되어 있지 않은 기통의 통 내압 P를 추정할 수도 있다.
도 1에 도시하는 예에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 기통(14') 내에 연료가 직접 분사되는 내연 기관(10)에 대해 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용되어 있지만, 다른 예에서는, 연료 분사 밸브로부터 흡기 포트 내에 연료가 분사되는 내연 기관에 대해 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치를 적용할 수도 있다.
또한, 도 1에 도시하는 예에서는, 점화 플러그(28)가 설치되어 있는 내연 기관(10)에 대해 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용되어 있지만, 다른 예에서는, 점화 플러그(28)가 설치되어 있지 않은 내연 기관에 대해 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치를 적용할 수도 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 1에 도시하는 예에서는, 엔진 시스템에 터보 과급기(도시하지 않음)가 설치되어 있지 않지만, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 그 대신에, 터보 과급기를 엔진 시스템에 설치할 수도 있다. 터보 과급기가 엔진 시스템에 설치되어 있는 예에서는, 터보 과급기의 컴프레서(도시하지 않음)가 흡기 통로(16) 중 스로틀 밸브(24)보다 상류측의 부분에 배치되고, 터보 과급기의 터빈(도시하지 않음)이 배기 통로(18)에 배치된다.
상세하게는, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용되고, 터보 과급기가 엔진 시스템에 설치되어 있는 하나의 예에서는, 흡기 통로(16) 중 컴프레서보다 상류측의 부분과, 배기 통로(18) 중 터빈보다 하류측의 부분을 EGR 통로(36)에 의해 접속함으로써, 저압 EGR 장치가 구성된다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용되고, 터보 과급기가 엔진 시스템에 설치되어 있는 다른 예에서는, 흡기 통로(16) 중 예를 들어 스로틀 밸브(24)보다 하류측의 부분과, 배기 통로(18) 중 터빈보다 상류측의 부분을 EGR 통로(36)에 의해 접속함으로써, 고압 EGR 장치가 구성된다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치는, 저압 EGR 장치를 갖는 엔진 시스템, 고압 EGR 장치를 갖는 엔진 시스템, 및 저압 EGR 장치 및 고압 EGR 장치를 갖는 엔진 시스템 중 어느 것에 대해서도 적용할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 1에 도시하는 엔진 시스템은, 제어 장치로서 기능하는 ECU(전자 제어 유닛)(40)를 구비하고 있다. ECU(40)의 입력부에는, 상술한 통 내압 센서(30) 외에도, 엔진 회전 속도를 취득하기 위한 크랭크각 센서(42), 및 흡입 공기량을 계측하기 위한 에어플로우 미터(44) 등의 내연 기관(10)의 운전 상태를 취득하기 위한 각종 센서가 접속되어 있다. 또한, ECU(40)의 출력부에는, 상술한 스로틀 밸브(24), 연료 분사 밸브(26), 점화 플러그(28), EGR 밸브(38) 등의 내연 기관(10)의 운전을 제어하기 위한 각종 액추에이터가 접속되어 있다. ECU(40)는, 그들 센서 출력과 미리 설정된 프로그램에 기초하여 상기 각종 액추에이터를 구동함으로써, 연료 분사량 제어, EGR 밸브 제어 등의 엔진 제어를 행한다. 또한, ECU(40)는, 통 내압 센서(30)의 출력 신호를, 크랭크각과 동기시켜 AD 변환하여 취득하는 기능을 갖고 있다. 이에 의해, AD 변환의 분해능이 허용되는 범위에서, 임의의 크랭크각 타이밍에 있어서의 통 내압 P를 검출할 수 있다.
통 내압 센서(30)와 크랭크각 센서(42)를 구비하는 도 1에 도시하는 엔진 시스템에서는, 내연 기관(10)의 각 사이클에 있어서, 크랭크각 베이스에서 통 내압 데이터(통 내압 파형)를 취득할 수 있다. 그리고, 공지의 방법으로 절대압 보정을 행한 후의 통 내압 파형을 사용하여, 연소 질량 비율 MFB를 산출할 수 있다.
구체적으로는, 통 내압 데이터를 사용하여, 임의의 크랭크각 θ에서의 기통(14') 내의 열발생량 Q를 예를 들어 다음 식 1에 따라서 산출할 수 있다. 그리고, 산출된 기통(14') 내의 열발생량 Q의 데이터를 사용하여, 임의의 크랭크각 θ에 있어서의 연소 질량 비율 MFB[％]를 예를 들어 다음 식 2에 따라서 산출할 수 있다. 따라서, 이 식 2를 이용하여, 연소 질량 비율 MFB가 미리 설정된 비율 β[％]로 될 때의 크랭크각(CAβ)을 취득할 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
상기 식 1에 있어서, P는 통 내압, V는 통 내용적, κ는 통 내 가스의 비열비이다. 또한, P0 및 V0은, 계산 개시점 θ0(상정되는 연소 개시점에 대해 여유를 갖고 정해진 압축 행정 중(단, 흡기 밸브(20)의 폐쇄 후)의 미리 설정된 크랭크각 θ)에서의 통 내압 및 통 내용적이다. 또한, 상기 식 2에 있어서, θsta는 연소 개시점(CA0)이고, θfin은 연소 종료점(CA100)이다.
즉, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 1에 도시하는 예에서는, ECU(40)에 있어서, 통 내압 센서(30)에 의해 검출되는 통 내압 P와, 통 내용적 V와, 예를 들어 식 1에 기초하여 열발생량 Q가 산출된다. 또한, ECU(40)는, 열발생량 Q와, 예를 들어 식 2에 기초하여 연소 질량 비율 MFB를 산출할 수 있다. 또한, ECU(40)는, 예를 들어 다음 식 3에 기초하여, 단위 크랭크각당 열발생량 Q인 열발생률(dQ/dθ)을 산출할 수 있다.
Figure pat00003
다음으로, 대표적인 크랭크각에 대해 설명한다. 기통(14') 내의 연소는, 점화 시기에서 혼합기에 점화를 행한 후에 발화 지연을 수반하여 개시한다. 이 연소 개시점, 즉, 연소 질량 비율 MFB가 상승을 나타내는 점이 크랭크각 CA0에 상당한다. 크랭크각 CA0으로부터 연소 질량 비율 MFB가 10％로 될 때의 크랭크각 CA10까지의 크랭크각 기간(CA0-CA10)이 초기 연소 기간에 상당하고, 크랭크각 CA10으로부터 연소 질량 비율 MFB가 90％로 될 때의 크랭크각 CA90까지의 크랭크각 기간(CA10-CA90)이 주 연소 기간에 상당한다. 또한, 연소 질량 비율 MFB가 50％로 될 때의 크랭크각 CA50이 연소 무게 중심 위치에 상당한다.
내연 기관의 저연비 기술로서는, 목표 공기 과잉률이 이론 공연비(공기 과잉률의 값이 1)보다 린한 공기 과잉률(공기 과잉률의 값이 1보다 큼)로 설정되는 희박 연소 운전(린번 운전)이 유효하다. 공연비가 린으로 될수록(즉, 공기 과잉률이 커질수록) 연비가 좋아져, NOx 배출량이 감소한다. 단, 공연비를 지나치게 린으로 하면(즉, 공기 과잉률을 지나치게 크게 하면), 연소가 악화됨으로써 연비가 악화된다. 한편, 토크 변동은, 공연비가 린으로 됨에 따라(즉, 공기 과잉률이 커짐에 따라) 서서히 커지고, 공연비가 어느 값을 초과하여 린으로 되면(즉, 공기 과잉률이 그 값에 상당하는 값을 초과하면) 급격하게 커진다.
저 연비 및 저 NOx 배출을 실현하기 위해서는, 내연 기관(10)의 상태를 감시하고, 드라이버빌리티가 악화되지 않는 범위 내에서, 가능한 한 린으로 되도록 공연비를 제어하는(즉, 가능한 한 큰 값으로 되도록 공기 과잉률을 제어하는) 것이 바람직하다고 할 수 있다.
상술한 점에 비추어, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 1에 도시하는 예에서는, 희박 연소 운전이 실행된다.
상세하게는, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 1에 도시하는 예에서는, 희박 연소 운전을 실행하기 위해, 통 내압 센서(30)에 의해 통 내압 P가 검출되고, ECU(40)에 의해 통 내압 P와, 예를 들어 식 1에 기초하여 열발생량 Q가 산출된다. 또한, ECU(40)에 의해, 열발생량 Q와, 예를 들어 식 2에 기초하여 연소 질량 비율 MFB가 산출된다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 1 및 도 2에 도시하는 예에서는, 희박 연소 운전을 실행하기 위해, 점화 시기에 상당하는 크랭크각 SA로부터, 연소 질량 비율 MFB가 예를 들어 10％로 될 때의 크랭크각 CA10으로 될 때까지의 기간인 크랭크각 기간(SA-CA10)이, ECU(40)의 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된다.
즉, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 1 및 도 2에 도시하는 예에서는, 희박 연소 운전을 실행하기 위해, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터로서 크랭크각 기간(SA-CA10)이 사용된다. 또한, 크랭크각 기간(SA-CA10)이 통 내압 P에 기초하여, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된다.
상세하게는, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 1 및 도 2에 도시하는 예에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 연소 속도가 클 때, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출되는 연소 속도 파라미터로서의 크랭크각 기간(SA-CA10)의 값은 작아진다. 즉, 연소의 소요 시간이 짧아진다. 한편, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 연소 속도가 작을 때, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출되는 연소 속도 파라미터로서의 크랭크각 기간(SA-CA10)의 값은 커진다. 즉, 연소의 소요 시간이 길어진다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 1 및 도 2에 도시하는 예에서는, 희박 연소 운전을 실행하기 위해, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터로서, 크랭크각 기간(SA-CA10)이, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 통 내압 P에 기초하여 산출되어 사용되지만, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 그 대신에, 희박 연소 운전을 실행하기 위해, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터로서 크랭크각 기간(SA-CAα)(α는 10을 제외한, 0부터 100까지의 임의의 값)을 사용할 수도 있다.
혹은, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 또 다른 예에서는, 그 대신에, 희박 연소 운전을 실행하기 위해, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터로서, 상술한 열발생률(dQ/dθ)의 예를 들어 최댓값을, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 통 내압 P에 기초하여 산출하여 사용할 수도 있다. 이 예에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 연소 속도가 클 때, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출되는 연소 속도 파라미터로서의 열발생률(dQ/dθ)의 최댓값은 커진다. 한편, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 연소 속도가 작을 때, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출되는 연소 속도 파라미터로서의 열발생률(dQ/dθ)의 최댓값은 작아진다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 도시하는 예에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 분사량을 제어하는 연료 분사량 제어부(40d)가 ECU(40)에 설치되어 있다.
상세하게는, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 도시하는 예에서는, 예를 들어 내연 기관(10)의 과도 운전 시에, 연료 분사량 제어부(40d)에 의해, 연료 분사량 피드 포워드 제어가 실행된다. 예를 들어 내연 기관(10)의 과도 운전 시에는, 연소 한계 공기 과잉률 산출부(40b)에 의해 산출되는 연소 한계 공기 과잉률이, 연료 분사량 피드 포워드 제어의 목표값으로서 사용된다. 연소 한계 공기 과잉률은, 연소 한계에 대응하는 공기 과잉률(즉, 연소가 악화되지 않는 범위 내에서, 가능한 한 큰 값으로 설정된 공기 과잉률)을 나타낸다. 즉, 예를 들어 내연 기관(10)의 과도 운전 시에는, 연료 분사량 제어부(40d)에 의해, 연소 한계 공기 과잉률에 기초하는 연료 분사량 피드 포워드 제어가 실행된다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 도시하는 예에서는, 예를 들어 내연 기관(10)의 정상 운전 시에, 연료 분사량 제어부(40d)에 의해, 연료 분사량 피드백 제어가 실행된다. 예를 들어 내연 기관(10)의 정상 운전 시에는, 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40c)에 의해 산출되는 연소 한계 연소 속도 파라미터가, 연료 분사량 피드백 제어의 목표값으로서 사용된다. 연소 한계 연소 속도 파라미터는, 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도(즉, 연소가 악화되지 않는 범위 내에서, 공기 과잉률이 가능한 한 큰 값으로 설정된 상태에 있어서의 연료의 연소 속도)를 나타낸다. 즉, 예를 들어 내연 기관(10)의 정상 운전 시에는, 연료 분사량 제어부(40d)에 의해, 연소 한계 연소 속도 파라미터에 기초하는 연료 분사량 피드백 제어가 실행된다.
본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 공기 과잉률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에서, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상(더 상세하게는, 연료의 조성)이 변화되면, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되는 것이 발견되었다. 상세하게는, 공기 과잉률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에서, 성상이 상이한 연료마다, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 상이한 값이 얻어졌다.
도 3은, 기통(14') 내에 있어서의 성상이 상이한 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 포함하는 관계를 나타낸 도면이다. 상세하게는, 도 3의 (A)는, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 적용되는 연소 속도 파라미터와 연소 한계 공기 과잉률의 관계를 나타내고 있고, 도 3의 (B)는 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 적용되는 연소 속도 파라미터와 연소 한계 연소 속도 파라미터의 관계를 나타내고 있다.
도 3에 도시하는 예에서는, 공기 과잉률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에서, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1의 연소 속도가 가장 크고(즉, 린 연소 내성이 가장 높고), 연료 F2의 연소 속도가 2번째로 크고, 연료 F3의 연소 속도가 3번째로 크고, 연료 F4의 연소 속도가 4번째로 크고, 연료 F5의 연소 속도가 5번째로 크고, 연료 F6의 연소 속도가 6번째로 크고, 연료 F7의 연소 속도가 7번째로 크고, 연료 F8의 연소 속도가 8번째로 크고, 연료 F9의 연소 속도가 가장 작아진다.
즉, 도 3에 나타내는 예에서는, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출되는 연료 F1의 연소 속도 파라미터로서의 크랭크각 기간(SA-CA10)의 값이 가장 작다. 즉, 공기 과잉률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에 있어서의 연료 F1의 연소 소요 시간이 가장 짧다. 또한, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출되는 연료 F9의 연소 속도 파라미터로서의 크랭크각 기간(SA-CA10)의 값이 가장 크다. 즉, 공기 과잉률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에 있어서의 연료 F9의 연소 소요 시간이 가장 길다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 3에 나타내는 예에서는, 공기 과잉률의 값이 1.57로 고정된 운전 조건하에 있어서 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 취득되어 있지만(즉, 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도 파라미터로서의 크랭크각 기간(SA-CA10)이 산출되어 있음), 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 공기 과잉률의 값이 1.57 이외의 임의의 값으로 고정된 운전 조건하에 있어서 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 취득할(즉, 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도 파라미터로서의 크랭크각 기간(SA-CA10)을 산출함) 수도 있다.
또한, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 도 3의 (A)에 나타낸 바와 같이, 성상이 상이한 연료 F1, F2, …, F8, F9마다, 연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값으로 해야 할 연소 한계 공기 과잉률의 값이 상이한 것이 발견되었다.
상세하게는, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 도 3의 (A)에 직선 L1로 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료 F1, F2, …, F8, F9의 성상의 변화에 수반하여, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록, 연소 한계 공기 과잉률의 값이 커지는(즉, 도 3의 (A)의 좌측에 위치하는 연료 F1, F2의 연소 한계 공기 과잉률의 값이, 도 3의 (A)의 우측에 위치하는 연료 F8, F9의 연소 한계 공기 과잉률의 값보다 커짐) 것이 발견되었다.
즉, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 기통(14') 내에 있어서의 연소 속도가 큰 연료 F1, F2가 연료 분사 밸브(26)로부터 분사될 때에는, 연소 한계 공기 과잉률을 큰 값으로 설정해도 연소가 악화되지 않고, 오히려 연소 한계 공기 과잉률을 큰 값으로 설정하지 않으면 에미션이 악화되는(즉, NOx 배출량이 증가함) 것이 발견되었다.
또한, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 기통(14') 내에 있어서의 연소 속도가 작은 연료 F8, F9가 연료 분사 밸브(26)로부터 분사될 때에는, 연소 한계 공기 과잉률을 작은 값으로 설정하지 않으면 연소가 악화되어 토크 변동이 발생하는 것이 발견되었다.
이 점에 비추어, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 도 3의 (A)에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS1로부터 값 CS2로 변화될 때, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록 연소 한계 공기 과잉률이 커지는 도 3의 (A)에 직선 L1로 나타내는 제1 관계에 기초하여, 예를 들어 연소 한계 공기 과잉률 산출부(40b)에 의해, 연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값인 연소 한계 공기 과잉률이 값 λ1로부터 값 λ2로 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS1로부터 값 CS2로 변화될 때에 연소 한계 공기 과잉률이 값 λ1로 유지되는 것에 수반하여, 희박 연소 운전 중에 토크 변동이 발생해 버릴 우려를 억제할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들어 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료가, 파라핀계의 성분이 적은 연료로부터 파라핀계의 성분이 많은 연료로 변화되면, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 감소하여, 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS1로부터 값 CS2로 변화된다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 도 3의 (A)에 나타낸 바와 같이, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS2로부터 값 CS1로 변화될 때, 도 3의 (A)에 직선 L1로 나타내는 제1 관계에 기초하여, 예를 들어 연소 한계 공기 과잉률 산출부(40b)에 의해, 연소 한계 공기 과잉률이 값 λ2로부터 값 λ1로 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS2로부터 값 CS1로 변화될 때에 연소 한계 공기 과잉률이 값 λ2로 유지되는 것에 수반하여, 희박 연소 운전 중의 에미션이 악화되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들어 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료가, 알코올을 포함하지 않는 연료로부터 알코올을 포함하는 연료로 변화되면, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 증가하여, 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS2로부터 값 CS1로 변화된다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 도시하는 예에서는, 직선 L1로 나타내는 제1 관계가, 예를 들어 실험 등에 의해 미리 구해져, 예를 들어 연소 한계 공기 과잉률 산출부(40b)의 기억부(40b1)에 저장되어 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 3의 (A)에 나타내는 예에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록 연소 한계 공기 과잉률이 커지는 제1 관계를 나타내는 것으로서, 예를 들어 근사된 직선 L1이 사용되어 있지만, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록 연소 한계 공기 과잉률이 커지는 제1 관계를 나타내는 것으로서, 예를 들어 맵 등과 같은 직선 이외의 임의의 것을 사용할 수도 있다.
상세하게는, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS1일 때, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되고 있는 연료가, 연료 F3인지, 혹은 연료 F4인지를 파악할 필요가 없다.
마찬가지로, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS2일 때, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되고 있는 연료가, 연료 F5인지, 연료 F6인지, 혹은 연료 F7인지를 파악할 필요가 없다.
즉, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우라도, 연료의 성상을 파악할 필요 없이, 희박 연소 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
즉, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우에, 특허문헌 1에 기재된 내연 기관과 같이 연료의 성상을 파악할 필요가 없어, 연료의 성상의 변화에 수반되는 연료의 연소 속도의 변화(상세하게는, 연소 속도 파라미터(도 3의 (A)의 횡축 참조)의 예를 들어 값 CS1로부터 예를 들어 값 CS2로의 변화)를 파악함으로써, 변화 후의 연료를 연료 분사량 피드 포워드 제어에 있어서 안정적으로 연소시킬 수 있다.
또한, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 도 3의 (B)에 나타내는 바와 같이, 성상이 상이한 연료 F1, F2, …, F8, F9마다, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로 해야 할 연소 한계(상세하게는, 공기 과잉률이 큰 것에 의한 연소 한계)에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 상이한 것이 발견되었다.
상세하게는, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 도 3의 (B)에 직선 L2로 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료 F1, F2, …, F8, F9의 성상의 변화에 수반하여, 비연소 한계 시에 있어서의 기통(14') 내의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도(도 3의 (B)의 횡축 참조)가 커질수록, 연소 한계 시(상세하게는, 연소 한계까지 공기 과잉률을 크게 하였을 때)에 있어서의 기통(14') 내의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도(도 3의 (B)의 종축 참조)도 커지는(즉, 도 3의 (B)의 좌측에 위치하는 연료 F1, F2의 연소 한계 시의 연료의 연소 속도가, 도 3의 (B)의 우측에 위치하는 연료 F8, F9의 연소 한계 시의 연료의 연소 속도보다 커짐) 것이 발견되었다.
즉, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료 F1, F2, …, F8, F9의 성상의 변화에 수반하여, 비연소 한계 시에 있어서의 기통(14') 내의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도(도 3의 (B)의 횡축 참조)가 커졌을 때에는, 연료 분사량 피드백 제어 목표값에 상당하는 연소 한계(상세하게는, 공기 과잉률이 큰 것에 의한 연소 한계)에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도(도 3의 (B)의 종축 참조)를 큰 값으로 설정해도 연소가 악화되지 않고, 오히려 연료 분사량 피드백 제어 목표값에 상당하는 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 큰 값으로 설정하지 않으면 에미션이 악화되는 것이 발견되었다.
또한, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료 F1, F2, …, F8, F9의 성상의 변화에 수반하여, 비연소 한계 시에 있어서의 기통(14') 내의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 작아졌을 때에는, 연료 분사량 피드백 제어 목표값에 상당하는 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 작은 값으로 설정하지 않으면 연소가 악화되어 토크 변동이 발생하는 것이 발견되었다.
이 점에 비추어, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 도 3의 (B)에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS1로부터 값 CS2로 변화될 때, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록 연소 한계(상세하게는, 공기 과잉률이 큰 것에 의한 연소 한계)에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커지는 도 3의 (B)에 직선 L2로 나타내는 제2 관계에 기초하여, 예를 들어 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40c)에 의해, 연료 분사량 피드백 제어 목표값인 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터가 값 CS1'로부터 값 CS2'로 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS1로부터 값 CS2로 변화될 때에 연소 한계 연소 속도 파라미터가 값 CS1'로 유지되는 것에 수반하여, 희박 연소 운전 중에 토크 변동이 발생해 버릴 우려를 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 도 3의 (B)에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS2로부터 값 CS1로 변화될 때, 도 3의 (B)에 직선 L2로 나타내는 제2 관계에 기초하여, 예를 들어 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40c)에 의해, 연소 한계 연소 속도 파라미터가 값 CS2'로부터 값 CS1'로 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS2로부터 값 CS1로 변화될 때에 연소 한계 연소 속도 파라미터가 값 CS2'로 유지되는 것에 수반하여, 희박 연소 운전 중의 에미션이 악화되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 나타내는 예에서는, 직선 L2로 나타내는 제2 관계가, 예를 들어 실험 등에 의해 미리 구해져, 예를 들어 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40c)의 기억부(40c1)에 저장되어 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 3의 (B)에 나타내는 예에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커지는 제2 관계를 나타내는 것으로서, 예를 들어 근사된 직선 L2가 사용되어 있지만, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커지는 제2 관계를 나타내는 것으로서, 예를 들어 맵 등과 같은 직선 이외의 임의의 것을 사용할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS1일 때, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되고 있는 연료가, 연료 F3인지, 혹은 연료 F4인지를 파악할 필요가 없다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS2일 때, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되고 있는 연료가, 연료 F5인지, 연료 F6인지, 혹은 연료 F7인지를 파악할 필요가 없다.
즉, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우라도, 연료의 성상을 파악할 필요 없이, 희박 연소 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
즉, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우에, 특허문헌 1에 기재된 내연 기관과 같이 연료의 성상을 파악할 필요가 없고, 연료의 성상의 변화에 수반되는 연료의 연소 속도의 변화(상세하게는, 연소 속도 파라미터의 예를 들어 값 CS1로부터 예를 들어 값 CS2로의 변화)를 파악함으로써, 변화 후의 연료를 연료 분사량 피드백 제어에 있어서 안정적으로 연소시킬 수 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 도시하는 예에서는, 연료 분사량 피드백 제어의 실행 중, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출되는 연소 속도 파라미터에 대응하는 실제의 연소 속도가, 연소 한계 연소 속도 파라미터에 대응하는 목표 연소 속도보다 작을 때, 실제의 연소 속도를 목표 연소 속도까지 증가시키기 위해, 예를 들어 연료 분사량 제어부(40d)에 의해 연료 분사량이 증가된다. 한편, 연료 분사량 피드백 제어의 실행 중, 실제의 연소 속도가 목표 연소 속도보다 클 때, 실제의 연소 속도를 목표 연소 속도까지 감소시키기 위해, 예를 들어 연료 분사량 제어부(40d)에 의해 연료 분사량이 감소된다.
도 4는 희박 연소 운전을 실행하기 위해 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 의해 실행되는 연료 분사량 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 희박 연소 운전을 실행할 때, 도 4에 나타내는 처리가 개시된다. 먼저, 스텝 S100에서는, 연료 성상 학습을 실시할 필요가 있는지 여부가, 예를 들어 ECU(40)에 의해 판정된다.
예를 들어 급유가 실시되었을 때에는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높다. 이 점에 비추어, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4에 나타내는 예에서는, 급유가 실시되었을 때, 스텝 S100에 있어서 "예"라고 판정된다.
또한, 내연 기관(10)의 정지 기간이 길어지면, 연료가 중질화되어, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높아진다. 이 점에 비추어, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4에 나타내는 예에서는, 예를 들어 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높아지는 미리 설정된 기간이 경과하였을 때, 스텝 S100에 있어서 "예"라고 판정된다.
스텝 S100에 있어서 "예"라고 판정되었을 때에는 스텝 S101로 진행하고, 스텝 S100에 있어서 "아니오"라고 판정되었을 때에는 스텝 S105로 진행한다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4에 나타내는 예에서는, 내연 기관(10)의 전회 정지 시 이후의 경과 기간에 기초하여, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화되었는지 여부가 추정되지만, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 그 대신에, 전회의 급유 실시 시 이후의 경과 기간에 기초하여, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화되었는지 여부를 추정할 수도 있다.
스텝 S101에서는, 예를 들어 ECU(40)에 의해, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 학습이 실시된다.
상세하게는, 스텝 S101에 있어서의 연료 성상 학습의 실시 시에는, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 공기 과잉률이 미리 설정된 값으로 고정된 상태에서, 연료 분사량 제어부(40d)에 의해, 연료 분사량 피드백 제어가 실행된다. 또한, 그 연료 분사량 피드백 제어가 실행되어 있는 상태에서, 예를 들어 점화 시기에 상당하는 크랭크각(SA)으로부터, 연소 질량 비율 MFB가 예를 들어 10％로 될 때의 크랭크각(CA10)으로 될 때까지의 기간인 크랭크각 기간(SA-CA10), 열발생률(dQ/dθ)의 예를 들어 최댓값 등과 같은, 연소 속도 파라미터가 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된다.
도 3의 (A) 및 도 3의 (B)에 나타내는 예에서는, 스텝 S101의 연료 성상 학습의 실시 시에, 예를 들어 연소 속도 파라미터의 값 CS1이, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된다.
이어서, 스텝 S102에서는, 스텝 S101에 있어서 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된 연소 속도 파라미터와, 도 3의 (A)에 직선 L1로 나타내는 제1 관계에 기초하여, 연소 한계 공기 과잉률 산출부(40b)에 의해, 연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값인 연소 한계 공기 과잉률이 산출된다.
도 3의 (A) 및 도 3의 (B)에 나타내는 예에서는, 스텝 S102에 있어서, 예를 들어 스텝 S101에 있어서 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된 연소 속도 파라미터의 값 CS1과, 도 3의 (A)에 직선 L1로 나타내는 제1 관계에 기초하여, 연소 한계 공기 과잉률 산출부(40b)에 의해, 연소 한계 공기 과잉률의 값 λ1이 산출된다.
이어서, 스텝 S103에서는, 스텝 S101에 있어서 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된 연소 속도 파라미터와, 도 3의 (B)에 직선 L2로 나타내는 제2 관계에 기초하여, 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40c)에 의해, 연료 분사량 피드백 제어 목표값인 연소 한계 연소 속도 파라미터가 산출된다.
도 3의 (A) 및 도 3의 (B)에 나타내는 예에서는, 스텝 S103에 있어서, 예를 들어 스텝 S101에 있어서 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된 연소 속도 파라미터의 값 CS1과, 도 3의 (B)에 직선 L2로 나타내는 제2 관계에 기초하여, 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40c)에 의해, 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값 CS1'이 산출된다.
이어서, 스텝 S104에서는, 스텝 S102에 있어서 연소 한계 공기 과잉률 산출부(40b)에 의해 산출된 연소 한계 공기 과잉률과, 스텝 S103에 있어서 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40c)에 의해 산출된 연소 한계 연소 속도 파라미터가, 예를 들어 ECU(40)의 백업 메모리(도시하지 않음)에 저장된다.
도 3의 (A) 및 도 3의 (B)에 나타내는 예에서는, 스텝 S104에 있어서, 예를 들어 스텝 S102에 있어서 연소 한계 공기 과잉률 산출부(40b)에 의해 산출된 연소 한계 공기 과잉률의 값 λ1과, 스텝 S103에 있어서 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40c)에 의해 산출된 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값 CS1'이 ECU(40)의 백업 메모리에 저장된다.
이어서, 스텝 S105에서는, 예를 들어 내연 기관(10)의 과도 운전 시에, 예를 들어 ECU(40)의 백업 메모리에 저장된 연소 한계 공기 과잉률을 목표값으로 하여, 연료 분사량 제어부(40d)에 의해 연료 분사량 피드 포워드 제어가 실행된다. 또한, 스텝 S105에서는, 예를 들어 내연 기관(10)의 정상 운전 시에, 예를 들어 ECU(40)의 백업 메모리에 저장된 연소 한계 연소 속도 파라미터를 목표값으로 하여, 연료 분사량 제어부(40d)에 의해 연료 분사량 피드백 제어가 실행된다.
도 3의 (A) 및 도 3의 (B)에 나타내는 예에서는, 스텝 S105에 있어서, 예를 들어 내연 기관(10)의 과도 운전 시에, 예를 들어 연소 한계 공기 과잉률의 값 λ1을 목표값으로 하여, 연료 분사량 제어부(40d)에 의해, 연료 분사량 피드 포워드 제어가 실행된다. 또한, 스텝 S105에 있어서, 예를 들어 내연 기관(10)의 정상 운전 시에, 예를 들어 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값 CS1'을 목표값으로 하여, 연료 분사량 제어부(40d)에 의해, 연료 분사량 피드백 제어가 실행된다.
상세하게는, 도 3의 (A) 및 도 3의 (B)에 나타내는 예에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화되지 않는 경우에는, 스텝 S100에 있어서 "아니오"라고 계속 판정되고, 스텝 S105에 있어서, 연소 한계 공기 과잉률의 값 λ1을 목표값으로 하는 연료 분사량 피드 포워드 제어, 또는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값 CS1'을 목표값으로 하는 연료 분사량 피드백 제어가 계속된다.
도 3의 (A) 및 도 3의 (B)에 나타내는 예에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화되었을 때, 스텝 S100에 있어서 "예"라고 판정되고, 스텝 S101에 있어서 예를 들어 변화 후의 연소 속도 파라미터의 값 CS2가 산출된다. 또한, 스텝 S102에 있어서 예를 들어 변화 후의 연소 한계 공기 과잉률의 값 λ2가 산출되고, 연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값이, 연소 한계 공기 과잉률의 값 λ2로 변경된다. 또한, 스텝 S103에 있어서 예를 들어 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값 CS2'이 산출되고, 연료 분사량 피드백 제어 목표값이, 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값 CS2'로 변경된다.
즉, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4에 나타내는 예에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높은 급유가 실시될 때마다 스텝 S100에 있어서 "예"라고 판정되고, 스텝 S101에 있어서, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출된다. 또한, 스텝 S102에 있어서, 그 연소 속도 파라미터와 도 3의 (A)에 직선 L1로 나타내는 제1 관계에 기초하여 연소 한계 공기 과잉률이 산출된다. 급유의 실시에 의해 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화된 경우에는, 연소 한계 공기 과잉률이 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4에 나타내는 예에서는, 급유의 실시에 의해 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되었음에도 불구하고 연소 한계 공기 과잉률이 변경되지 않는 경우보다, 희박 연소 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4에 나타내는 예에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높은 급유가 실시될 때마다 스텝 S100에 있어서 "예"라고 판정되고, 스텝 S101에 있어서, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출된다. 또한, 스텝 S103에 있어서, 그 연소 속도 파라미터와 도 3의 (B)에 직선 L2로 나타내는 제2 관계에 기초하여 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터가 산출된다. 급유의 실시에 의해 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화된 경우에는, 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4에 나타내는 예에서는, 급유의 실시에 의해 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되었음에도 불구하고 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경되지 않는 경우보다, 희박 연소 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4에 나타내는 예에서는, 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과하여, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높아질 때마다 스텝 S100에 있어서 "예"라고 판정되고, 스텝 S101에 있어서, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출된다. 또한, 스텝 S102에 있어서, 그 연소 속도 파라미터와 도 3의 (A)에 직선 L1로 나타내는 제1 관계에 기초하여 연소 한계 공기 과잉률이 산출된다. 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과함으로써 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화된 경우에는, 연소 한계 공기 과잉률이 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4에 나타내는 예에서는, 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과함으로써 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되었음에도 불구하고 연소 한계 공기 과잉률이 변경되지 않는 경우보다, 희박 연소 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4에 나타내는 예에서는, 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과하여, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높아질 때마다 스텝 S100에 있어서 "예"라고 판정되고, 스텝 S101에 있어서, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출된다. 또한, 스텝 S103에 있어서, 그 연소 속도 파라미터와 도 3의 (B)에 직선 L2로 나타내는 제2 관계에 기초하여 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터가 산출된다. 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과함으로써 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화된 경우에는, 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4에 나타내는 예에서는, 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과함으로써 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되었음에도 불구하고 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경되지 않는 경우보다, 희박 연소 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4에 나타내는 예에서는, 연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값으로서, 스텝 S102에 있어서 도 3의 (A)에 직선 L1로 나타내는 제1 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 공기 과잉률이 사용되고, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서, 스텝 S103에 있어서 도 3의 (B)에 직선 L2로 나타내는 제2 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 연소 속도 파라미터가 사용되지만, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 그 대신에, 연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값으로서, 스텝 S102에 있어서 도 3의 (A)에 직선 L1로 나타내는 제1 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 공기 과잉률을 사용하고, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서, 도 4에 나타내는 예와는 상이한 값을 사용할 수도 있다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 또 다른 예에서는, 그 대신에, 연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값으로서, 도 4에 나타내는 예와는 상이한 값을 사용하고, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서, 스텝 S103에 있어서 도 3의 (B)에 직선 L2로 나타내는 제2 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 연소 속도 파라미터를 사용할 수도 있다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 1에 도시하는 예에서는, 에미션을 향상시키기 위해 EGR 운전이 실행된다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 도시하는 예에서는, EGR 밸브(38)의 개방도를 제어하는 EGR 밸브 제어부(40g)가 ECU(40)에 설치되어 있다.
상세하게는, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 도시하는 예에서는, 예를 들어 내연 기관(10)의 과도 운전 시에, EGR 밸브 제어부(40g)에 의해 EGR률 피드 포워드 제어가 실행된다. 예를 들어 내연 기관(10)의 과도 운전 시에는, 연소 한계 EGR률 산출부(40e)에 의해 산출되는 연소 한계 EGR률이, EGR률 피드 포워드 제어의 목표값으로서 사용된다. 연소 한계 EGR률은, 연소 한계에 대응하는 EGR률(즉, 연소가 악화되지 않는 범위 내에서, 가능한 한 큰 값으로 설정된 EGR률)을 나타내고, 제로보다 큰 값이다. 즉, 예를 들어 내연 기관(10)의 과도 운전 시에는, EGR 밸브 제어부(40g)에 의해, 연소 한계 EGR률에 기초하는 EGR률 피드 포워드 제어가 실행된다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 도시하는 예에서는, 예를 들어 내연 기관(10)의 정상 운전 시에, EGR 밸브 제어부(40g)에 의해 EGR률 피드백 제어가 실행된다. 예를 들어 내연 기관(10)의 정상 운전 시에는, 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40f)에 의해 산출되는 연소 한계 연소 속도 파라미터가, EGR률 피드백 제어의 목표값으로서 사용된다. 연소 한계 연소 속도 파라미터는, 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도(즉, 연소가 악화되지 않는 범위 내에서, EGR률이 가능한 한 큰 값으로 설정된 상태(즉, EGR 밸브 개방도가 제로보다 큰 값으로 설정된 상태)에 있어서의 연료의 연소 속도)를 나타낸다. 즉, 예를 들어 내연 기관(10)의 정상 운전 시에는, EGR 밸브 제어부(40g)에 의해, 연소 한계 연소 속도 파라미터에 기초하는 EGR률 피드백 제어가 실행된다.
본 발명자들의 예의 연구에 있어서, EGR률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에서, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화되면, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화하는 것이 발견되었다. 상세하게는, EGR률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에서, 성상이 상이한 연료마다 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 상이한 값이 얻어졌다.
도 5는 기통(14') 내에 있어서의 성상이 상이한 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 포함하는 관계를 나타내는 도면이다. 상세하게는, 도 5의 (A)는, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 적용되는 연소 속도 파라미터와 연소 한계 EGR률의 관계를 나타내고 있고, 도 5의 (B)는 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 적용되는 연소 속도 파라미터와 연소 한계 연소 속도 파라미터의 관계를 나타내고 있다.
도 5에 나타내는 예에서는, EGR률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에 있어서, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1의 연소 속도가 가장 크고, 연료 F2의 연소 속도가 2번째로 크고, 연료 F3의 연소 속도가 3번째로 크고, 연료 F4의 연소 속도가 4번째로 크고, 연료 F5의 연소 속도가 5번째로 크고, 연료 F6의 연소 속도가 6번째로 크고, 연료 F7의 연소 속도가 7번째로 크고, 연료 F8의 연소 속도가 8번째로 크고, 연료 F9의 연소 속도가 가장 작아진다.
즉, 도 5에 나타내는 예에서는, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출되는 연료 F1의 연소 속도 파라미터로서의 크랭크각 기간(SA-CA10)의 값이 가장 작다. 즉, EGR률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에 있어서의 연료 F1의 연소 소요 시간이 가장 짧다. 또한, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출되는 연료 F9의 연소 속도 파라미터로서의 크랭크각 기간(SA-CA10)의 값이 가장 크다. 즉, EGR률이 미리 설정된 값으로 고정된 운전 조건하에 있어서의 연료 F9의 연소 소요 시간이 가장 길다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 5에 나타내는 예에서는, EGR률의 값이 20％로 고정되고, 공기 과잉률의 목표값이 1로 설정된 운전 조건하에 있어서 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 취득되어 있지만(즉, 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도 파라미터로서의 크랭크각 기간(SA-CA10)이 산출되어 있음), 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, EGR률의 값이 20％ 이외의 임의의 값으로 고정된 운전 조건하에 있어서 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 취득할(즉, 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도 파라미터로서의 크랭크각 기간(SA-CA10)을 산출함) 수도 있다.
또한, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 도 5의 (A)에 나타내는 바와 같이, 성상이 상이한 연료 F1, F2, …, F8, F9마다 EGR률 피드 포워드 제어 목표값으로 해야 할 연소 한계 EGR률의 값이 상이한 것이 발견되었다.
상세하게는, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 도 5의 (A)에 직선 L3으로 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료 F1, F2, …, F8, F9의 성상의 변화에 수반하여, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록 연소 한계 EGR률의 값이 커지는(즉, 도 5의 (A)의 좌측에 위치하는 연료 F1, F2의 연소 한계 EGR률의 값이, 도 5의 (A)의 우측에 위치하는 연료 F8, F9의 연소 한계 EGR률의 값보다 커짐) 것이 발견되었다.
즉, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 기통(14') 내에 있어서의 연소 속도가 큰 연료 F1, F2가 연료 분사 밸브(26)로부터 분사될 때에는, 연소 한계 EGR률을 큰 값으로 설정해도 연소가 악화되지 않고, 오히려 연소 한계 EGR률을 큰 값으로 설정하지 않으면 에미션이 악화되는(즉, NOx 배출량이 증가함) 것이 발견되었다.
또한, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 기통(14') 내에 있어서의 연소 속도가 작은 연료 F8, F9가 연료 분사 밸브(26)로부터 분사될 때에는, 연소 한계 EGR률을 작은 값으로 설정하지 않으면 연소가 악화되는 것이 발견되었다.
이 점에 비추어, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 도 5의 (A)에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS3으로부터 값 CS4로 변화될 때, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록 연소 한계 EGR률이 커지는 도 5의 (A)에 직선 L3으로 나타내는 제3 관계에 기초하여, 예를 들어 연소 한계 EGR률 산출부(40e)에 의해, EGR률 피드 포워드 제어 목표값이며 제로보다 큰 값인 연소 한계 EGR률이 값 EGR3으로부터 값 EGR4로 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS3으로부터 값 CS4로 변화될 때에 연소 한계 EGR률이 값 EGR3으로 유지되는 것에 수반하여, EGR 운전 중에 연소가 악화되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 도 5의 (A)에 나타낸 바와 같이, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS4로부터 값 CS3으로 변화될 때, 도 5의 (A)에 직선 L3으로 나타내는 제3 관계에 기초하여, 예를 들어 연소 한계 EGR률 산출부(40e)에 의해, 연소 한계 EGR률이 값 EGR4로부터 값 EGR3으로 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS4로부터 값 CS3으로 변화될 때에 연소 한계 EGR률이 값 EGR4로 유지되는 것에 수반하여, EGR 운전 중의 에미션이 악화되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 도시하는 예에서는, 직선 L3으로 나타내는 제3 관계가, 예를 들어 실험 등에 의해 미리 구해져, 예를 들어 연소 한계 EGR률 산출부(40e)의 기억부(40e1)에 저장되어 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 5의 (A)에 나타내는 예에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록 연소 한계 EGR률이 커지는 제3 관계를 나타내는 것으로서, 예를 들어 근사된 직선 L3이 사용되어 있지만, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록 연소 한계 EGR률이 커지는 제3 관계를 나타내는 것으로서, 예를 들어 맵 등과 같은 직선 이외의 임의의 것을 사용할 수도 있다.
상세하게는, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS3일 때, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되고 있는 연료가, 연료 F4인지, 혹은 연료 F5인지를 파악할 필요가 없다.
마찬가지로, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS4일 때, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되고 있는 연료가, 연료 F8인지, 혹은 연료 F9인지를 파악할 필요가 없다.
즉, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우라도, 연료의 성상을 파악할 필요 없이, EGR 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
즉, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우에, 특허문헌 1에 기재된 내연 기관과 같이 연료의 성상을 파악할 필요가 없고, 연료의 성상의 변화에 수반되는 연료의 연소 속도의 변화(상세하게는, 연소 속도 파라미터(도 5의 (A)의 횡축 참조)의 예를 들어 값 CS3으로부터 예를 들어 값 CS4로의 변화)를 파악함으로써, 변화 후의 연료를 EGR률 피드 포워드 제어에 있어서 안정적으로 연소시킬 수 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 도시하는 예에서는, EGR률 피드 포워드 제어의 실행 중, 실제의 EGR률이, EGR률 피드 포워드 제어 목표값인 연소 한계 EGR률보다 작을 때, 실제의 EGR률이 목표값까지 증가하도록, 예를 들어 EGR 밸브 제어부(40g)에 의해 EGR 밸브(38)의 개방도가 증가된다. 한편, EGR률 피드 포워드 제어의 실행 중, 실제의 EGR률이 목표값보다 클 때, 실제의 EGR률이 목표값까지 감소하도록, 예를 들어 EGR 밸브 제어부(40g)에 의해 EGR 밸브(38)의 개방도가 감소된다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 도시하는 예에서는, 예를 들어 일본 특허 공개 제2001-164999호 공보의 단락 0165로부터 단락 0167에 기재된 방법에 의해, 실제의 EGR률을 산출할 수 있다. 상세하게는, 이 예에서는, EGR률이, 예를 들어 내연 기관(10)에 흡입되는 흡기의 총량(내연 기관(10)에 흡입되는 신기의 양과 EGR 가스의 양의 총합)과, 에어플로우 미터(44)에 의해 검출되는 신기의 양에 기초하여 산출된다. 구체적으로는, 내연 기관(10)에 흡입되는 흡기의 총량이, 예를 들어 흡기 통로(16)에 배치된 압력 센서(도시하지 않음)에 의해 검출되는 흡기압과, 내연 기관(10)의 고유의 흡기관 베이스 충전 효율을 적산함으로써 산출된다. 흡기관 베이스 충전 효율은, 엔진 회전 속도의 함수로서 나타나거나, 혹은 예를 들어 실험 등에 의해 미리 구해진다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 그 대신에, 예를 들어 일본 특허 제5601232호 공보의 단락 0029에 기재된 방법에 의해, 통 내압 센서(30)에 의해 검출된 통 내압 P를 이용하여, 실제의 EGR률을 산출할 수도 있다.
또한, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 도 5의 (B)에 나타내는 바와 같이, 성상이 상이한 연료 F1, F2, …, F8, F9마다, EGR률 피드백 제어 목표값으로 해야 할 연소 한계(상세하게는, EGR률이 큰 것에 의한 연소 한계)에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 상이한 것이 발견되었다.
상세하게는, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 도 5의 (B)에 직선 L4로 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료 F1, F2, …, F8, F9의 성상의 변화에 수반하여, 비연소 한계 시에 있어서의 기통(14') 내의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도(도 5의 (B)의 횡축 참조)가 커질수록, 연소 한계 시(상세하게는, 연소 한계까지 EGR률을 크게 하였을 때)에 있어서의 기통(14') 내의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도(도 5의 (B)의 종축 참조)도 커지는(즉, 도 5의 (B)의 좌측에 위치하는 연료 F1, F2의 연소 한계 시의 연료의 연소 속도가, 도 5의 (B)의 우측에 위치하는 연료 F8, F9의 연소 한계 시의 연료의 연소 속도보다 커짐) 것이 발견되었다.
즉, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료 F1, F2, …, F8, F9의 성상의 변화에 수반하여, 비연소 한계 시에 있어서의 기통(14') 내의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커졌을 때에는, EGR률 피드백 제어 목표값에 상당하는 연소 한계(상세하게는, EGR률이 큰 것에 의한 연소 한계)에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 큰 값으로 설정해도 연소가 악화되지 않고, 오히려 EGR률 피드백 제어 목표값에 상당하는 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 큰 값으로 설정하지 않으면 에미션이 악화되는 것이 발견되었다.
또한, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료 F1, F2, …, F8, F9의 성상의 변화에 수반하여, 비연소 한계 시에 있어서의 기통(14') 내의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 작아졌을 때에는, EGR률 피드백 제어 목표값에 상당하는 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 작은 값으로 설정하지 않으면 연소가 악화되는 것이 발견되었다.
이 점에 비추어, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 도 5의 (B)에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS3으로부터 값 CS4로 변화될 때, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록 연소 한계(상세하게는, EGR률이 큰 것에 의한 연소 한계)에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커지는 도 5의 (B)에 직선 L4로 나타내어지는 제4 관계에 기초하여, 예를 들어 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40f)에 의해, EGR률 피드백 제어 목표값인 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터가 값 CS3'로부터 값 CS4'로 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS3으로부터 값 CS4로 변화될 때에 연소 한계 연소 속도 파라미터가 값 CS3'로 유지되는 것에 수반하여, EGR 운전 중에 연소가 악화되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 도 5의 (B)에 나타내는 바와 같이, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS4로부터 값 CS3으로 변화될 때, 도 5의 (B)에 직선 L4로 나타내는 제4 관계에 기초하여, 예를 들어 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40f)에 의해, 연소 한계 연소 속도 파라미터가 값 CS4'로부터 값 CS3'로 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS4로부터 값 CS3으로 변화될 때에 연소 한계 연소 속도 파라미터가 값 CS4'로 유지되는 것에 수반하여, EGR 운전 중의 에미션이 악화되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 도시하는 예에서는, 직선 L4로 나타내는 제4 관계가, 예를 들어 실험 등에 의해 미리 구해져, 예를 들어 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40f)의 기억부(40f1)에 저장되어 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 5의 (B)에 나타내는 예에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커지는 제4 관계를 나타내는 것으로서, 예를 들어 근사된 직선 L4가 사용되어 있지만, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커질수록 연소 한계에 대응하는 기통(14') 내에 있어서의 연료 F1, F2, …, F8, F9의 연소 속도가 커지는 제4 관계를 나타내는 것으로서, 예를 들어 맵 등과 같은 직선 이외의 임의의 것을 사용할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS3일 때, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되고 있는 연료가, 연료 F4인지, 혹은 연료 F5인지를 파악할 필요가 없다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 예를 들어 값 CS4일 때, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되고 있는 연료가, 연료 F8인지, 혹은 연료 F9인지를 파악할 필요가 없다.
즉, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우라도, 연료의 성상을 파악할 필요 없이, EGR 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
즉, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화된 경우에, 특허문헌 1에 기재된 내연 기관과 같이 연료의 성상을 파악할 필요가 없고, 연료의 성상의 변화에 수반되는 연료의 연소 속도의 변화(상세하게는, 연소 속도 파라미터의 예를 들어 값 CS3으로부터 예를 들어 값 CS4로의 변화)를 파악함으로써, 변화 후의 연료를 EGR률 피드백 제어에 있어서 안정적으로 연소시킬 수 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 2에 도시하는 예에서는, EGR률 피드백 제어의 실행 중, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출되는 연소 속도 파라미터에 대응하는 실제의 연소 속도가, EGR률 피드백 제어 목표값인 연소 한계 연소 속도 파라미터에 대응하는 목표 연소 속도보다 작을 때, 실제의 연소 속도를 목표 연소 속도까지 증가시키기 위해, 예를 들어 EGR 밸브 제어부(40g)에 의해, EGR 밸브(38)의 개방도가 감소된다. 한편, EGR률 피드백 제어의 실행 중, 실제의 연소 속도가 목표 연소 속도보다 클 때, 실제의 연소 속도를 목표 연소 속도까지 감소시키기 위해, 예를 들어 EGR 밸브 제어부(40g)에 의해, EGR 밸브(38)의 개방도가 증가된다.
도 6은 EGR 운전을 실행하기 위해 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 의해 실행되는 EGR 밸브 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, EGR 운전을 실행할 때, 도 6에 나타내는 처리가 개시된다. 먼저, 스텝 S200에서는, 연료 성상 학습을 실시할 필요가 있는지 여부가, 예를 들어 ECU(40)에 의해 판정된다.
예를 들어 급유가 실시되었을 때에는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높다. 이 점에 비추어, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 6에 나타내는 예에서는, 급유가 실시되었을 때, 스텝 S200에 있어서 "예"라고 판정된다.
또한, 내연 기관(10)의 정지 기간이 길어지면, 연료가 중질화되어, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높아진다. 이 점에 비추어, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 6에 나타내는 예에서는, 예를 들어 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높아지는 미리 설정된 기간이 경과하였을 때, 스텝 S200에 있어서 "예"라고 판정된다.
스텝 S200에 있어서 "예"라고 판정되었을 때에는 스텝 S201로 진행하고, 스텝 S200에 있어서 "아니오"라고 판정되었을 때에는 스텝 S205로 진행한다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 6에 나타내는 예에서는, 내연 기관(10)의 전회 정지 시 이후의 경과 기간에 기초하여, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화되었는지 여부가 추정되지만, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 그 대신에, 전회의 급유 실시 시 이후의 경과 기간에 기초하여, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화되었는지 여부를 추정할 수도 있다.
스텝 S201에서는, 예를 들어 ECU(40)에 의해 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상의 학습이 실시된다.
상세하게는, 스텝 S201에 있어서의 연료 성상 학습의 실시 시에는, EGR률 피드백 제어 목표값으로서 EGR률이 미리 설정된 값으로 고정된 상태에서, EGR 밸브 제어부(40g)에 의해, EGR률 피드백 제어가 실행된다. 또한, 그 EGR률 피드백 제어가 실행되어 있는 상태에서, 예를 들어 점화 시기에 상당하는 크랭크각(SA)으로부터, 연소 질량 비율 MFB가 예를 들어 10％로 될 때의 크랭크각(CA10)으로 될 때까지의 기간인 크랭크각 기간(SA-CA10), 열발생률(dQ/dθ)의 예를 들어 최댓값 등과 같은, 연소 속도 파라미터가 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된다.
도 5의 (A) 및 도 5의 (B)에 나타내는 예에서는, 스텝 S201의 연료 성상 학습의 실시 시에, 예를 들어 연소 속도 파라미터의 값 CS3이, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된다.
이어서, 스텝 S202에서는, 스텝 S201에 있어서 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된 연소 속도 파라미터와, 도 5의 (A)에 직선 L3으로 나타내는 제3 관계에 기초하여, 연소 한계 EGR률 산출부(40e)에 의해, EGR률 피드 포워드 제어 목표값이며 제로보다 큰 값인 연소 한계 EGR률이 산출된다.
도 5의 (A) 및 도 5의 (B)에 나타내는 예에서는, 스텝 S202에 있어서, 예를 들어 스텝 S201에 있어서 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된 연소 속도 파라미터의 값 CS3과, 도 5의 (A)에 직선 L3으로 나타내는 제3 관계에 기초하여, 연소 한계 EGR률 산출부(40e)에 의해, 연소 한계 EGR률의 값 EGR3이 산출된다.
계속해서, 스텝 S203에서는, 스텝 S201에 있어서 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된 연소 속도 파라미터와, 도 5의 (B)에 직선 L4로 나타내는 제4 관계에 기초하여, 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40f)에 의해, EGR률 피드백 제어 목표값인 연소 한계 연소 속도 파라미터가 산출된다.
도 5의 (A) 및 도 5의 (B)에 나타내는 예에서는, 스텝 S203에 있어서, 예를 들어 스텝 S201에 있어서 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해 산출된 연소 속도 파라미터의 값 CS3과, 도 5의 (B)에 직선 L4로 나타내는 제4 관계에 기초하여, 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40f)에 의해 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값 CS3'이 산출된다.
이어서, 스텝 S204에서는, 스텝 S202에 있어서 연소 한계 EGR률 산출부(40e)에 의해 산출된 연소 한계 EGR률과, 스텝 S203에 있어서 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40f)에 의해 산출된 연소 한계 연소 속도 파라미터가, 예를 들어 ECU(40)의 백업 메모리에 저장된다.
도 5의 (A) 및 도 5의 (B)에 나타내는 예에서는, 스텝 S204에 있어서, 예를 들어 스텝 S202에 있어서 연소 한계 EGR률 산출부(40e)에 의해 산출된 연소 한계 EGR률의 값 EGR3과, 스텝 S203에 있어서 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부(40f)에 의해 산출된 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값 CS3'이 ECU(40)의 백업 메모리에 저장된다.
이어서, 스텝 S205에서는, 예를 들어 내연 기관(10)의 과도 운전 시에, 예를 들어 ECU(40)의 백업 메모리에 저장된 연소 한계 EGR률을 목표값으로 하여, EGR 밸브 제어부(40g)에 의해 EGR률 피드 포워드 제어가 실행된다. 또한, 스텝 S205에서는, 예를 들어 내연 기관(10)의 정상 운전 시에, 예를 들어 ECU(40)의 백업 메모리에 저장된 연소 한계 연소 속도 파라미터를 목표값으로 하여, EGR 밸브 제어부(40g)에 의해 EGR률 피드백 제어가 실행된다.
도 5의 (A) 및 도 5의 (B)에 나타내는 예에서는, 스텝 S205에 있어서, 예를 들어 내연 기관(10)의 과도 운전 시에, 예를 들어 연소 한계 EGR률의 값 EGR3을 목표값으로 하여, EGR 밸브 제어부(40g)에 의해, EGR률 피드 포워드 제어가 실행된다. 또한, 스텝 S205에 있어서, 예를 들어 내연 기관(10)의 정상 운전 시에, 예를 들어 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값 CS3'을 목표값으로 하여, EGR 밸브 제어부(40g)에 의해 EGR률 피드백 제어가 실행된다.
상세하게는, 도 5의 (A) 및 도 5의 (B)에 나타내는 예에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화되지 않는 경우에는, 스텝 S200에 있어서 "아니오"라고 계속 판정되고, 스텝 S205에 있어서, 연소 한계 EGR률의 값 EGR3을 목표값으로 하는 EGR률 피드 포워드 제어, 또는 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값 CS3'을 목표값으로 하는 EGR률 피드백 제어가 계속된다.
도 5의 (A) 및 도 5의 (B)에 나타내는 예에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화되었을 때, 스텝 S200에 있어서 "예"라고 판정되고, 스텝 S201에 있어서 예를 들어 변화 후의 연소 속도 파라미터의 값 CS4가 산출된다. 또한, 스텝 S202에 있어서 예를 들어 변화 후의 연소 한계 EGR률의 값 EGR4가 산출되고, EGR률 피드 포워드 제어 목표값이, 연소 한계 EGR률의 값 EGR4로 변경된다. 또한, 스텝 S203에 있어서 예를 들어 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값 CS4'이 산출되고, EGR률 피드백 제어 목표값이, 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값 CS4'로 변경된다.
즉, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 6에 나타내는 예에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높은 급유가 실시될 때마다, 스텝 S200에 있어서 "예"라고 판정되고, 스텝 S201에 있어서, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출된다. 또한, 스텝 S202에 있어서, 그 연소 속도 파라미터와 도 5의 (A)에 직선 L3으로 나타내는 제3 관계에 기초하여 연소 한계 EGR률이 산출된다. 급유의 실시에 의해 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화된 경우에는, 연소 한계 EGR률이 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 6에 나타내는 예에서는, 급유의 실시에 의해 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되었음에도 불구하고 연소 한계 EGR률이 변경되지 않는 경우보다, EGR 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 6에 나타내는 예에서는, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높은 급유가 실시될 때마다, 스텝 S200에 있어서 "예"라고 판정되고, 스텝 S201에 있어서, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출된다. 또한, 스텝 S203에 있어서, 그 연소 속도 파라미터와 도 5의 (B)에 직선 L4로 나타내는 제4 관계에 기초하여 연소 한계 연소 속도 파라미터가 산출된다. 급유의 실시에 의해 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화된 경우에는, 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 6에 나타내는 예에서는, 급유의 실시에 의해 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되었음에도 불구하고 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경되지 않는 경우보다, EGR 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 6에 나타내는 예에서는, 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과하여, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높아질 때마다 스텝 S200에 있어서 "예"라고 판정되고, 스텝 S201에 있어서, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출된다. 또한, 스텝 S202에 있어서, 그 연소 속도 파라미터와 도 5의 (A)에 직선 L3으로 나타내는 제3 관계에 기초하여 연소 한계 EGR률이 산출된다. 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과함으로써 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화된 경우에는, 연소 한계 EGR률이 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 6에 나타내는 예에서는, 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과함으로써 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되었음에도 불구하고 연소 한계 EGR률이 변경되지 않는 경우보다, EGR 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 6에 나타내는 예에서는, 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과하여, 연료 분사 밸브(26)로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 높아질 때마다 스텝 S200에 있어서 "예"라고 판정되고, 스텝 S201에 있어서, 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출된다. 또한, 스텝 S203에 있어서, 그 연소 속도 파라미터와 도 5의 (B)에 직선 L4로 나타내는 제4 관계에 기초하여 연소 한계 연소 속도 파라미터가 산출된다. 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과함으로써 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화된 경우에는, 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경된다.
그로 인해, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 6에 나타내는 예에서는, 내연 기관(10)의 전회의 정지 시로부터 미리 설정된 기간이 경과함으로써 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화되었음에도 불구하고 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값이 변경되지 않는 경우보다, EGR 운전 시에 안정된 연소를 실현할 수 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 6에 나타내는 예에서는, EGR률 피드 포워드 제어 목표값으로서, 스텝 S202에 있어서 도 5의 (A)에 직선 L3으로 나타내는 제3 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 EGR률이 사용되고, EGR률 피드백 제어 목표값으로서, 스텝 S203에 있어서 도 5의 (B)에 직선 L4로 나타내는 제4 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 연소 속도 파라미터가 사용되지만, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 그 대신에, EGR률 피드 포워드 제어 목표값으로서, 스텝 S202에 있어서 도 5의 (A)에 직선 L3으로 나타내는 제3 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 EGR률을 사용하고, EGR률 피드백 제어 목표값으로서, 도 6에 나타내는 예와는 상이한 값을 사용할 수도 있다.
또한, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 또 다른 예에서는, 그 대신에, EGR률 피드 포워드 제어 목표값으로서, 도 6에 나타내는 예와는 상이한 값을 사용하고, EGR률 피드백 제어 목표값으로서, 스텝 S203에 있어서 도 5의 (B)에 직선 L4로 나타내는 제4 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 연소 속도 파라미터를 사용할 수도 있다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 1 및 도 6에 나타내는 예에서는, EGR 통로(36) 및 EGR 밸브(38)가 설치되고, 스텝 S205에 있어서 EGR 밸브 제어가 실행되지만, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 그 대신에, EGR 통로(36) 및 EGR 밸브(38)를 생략할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4 및 도 6에 나타내는 예에서는, 연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값으로서, 스텝 S102에 있어서 도 3의 (A)에 직선 L1로 나타내는 제1 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 공기 과잉률이 사용되고, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서, 스텝 S103에 있어서 도 3의 (B)에 직선 L2로 나타내는 제2 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 연소 속도 파라미터가 사용되고, EGR률 피드 포워드 제어 목표값으로서, 스텝 S202에 있어서 도 5의 (A)에 직선 L3으로 나타내는 제3 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 EGR률이 사용되고, EGR률 피드백 제어 목표값으로서, 스텝 S203에 있어서 도 5의 (B)에 직선 L4로 나타내는 제4 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 연소 속도 파라미터가 사용된다.
제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 다른 예에서는, 그 대신에, 연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값으로서, 도 4에 나타내는 예와는 상이한 값을 사용하고, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서, 도 4에 나타내는 예와는 상이한 값을 사용하고, EGR률 피드 포워드 제어 목표값으로서, 스텝 S202에 있어서 도 5의 (A)에 직선 L3으로 나타내는 제3 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 EGR률을 사용하고, EGR률 피드백 제어 목표값으로서, 스텝 S203에 있어서 도 5의 (B)에 직선 L4로 나타내는 제4 관계에 기초하여 산출된 연소 한계 연소 속도 파라미터를 사용할 수도 있다.
도 7은 본 발명자들의 예의 연구에 있어서 확인된 현상을 설명하기 위한 도면이다. 상세하게는, 도 7의 (A)는 공기 과잉률과 도시 평균 유효압(IMEP(Indicated Mean Effective Pressure))의 변동률(COV(coefficient of variance))의 관계를 나타내고 있다. 도 7의 (B)는 공기 과잉률과 연소 속도 파라미터의 관계를 나타내고 있다.
도 7의 (A)에 있어서, 점 PA는, 연료 FA의 연소 한계 공기 과잉률(상세하게는, 공기 과잉률이 큰 것에 의한 연소 한계에 있어서의 공기 과잉률)의 값 λa를 정하기 위한 점을 나타내고 있다. 즉, 도 7의 (A)에 나타내는 예에서는, 공기 과잉률의 값을 크게 해 가면, 연료 FA의 도시 평균 유효압의 변동률이 증가하기 시작하는 점 PA에 있어서의 공기 과잉률의 값 λa를, 연료 FA의 연소 한계 공기 과잉률로 정하고 있다. 또한, 도 7의 (B)는, 공기 과잉률이 값 λa로 고정된 운전 조건하에 있어서, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해, 연료 FA의 연소 속도 파라미터의 값 CSa가 산출되는 것을 나타내고 있다.
마찬가지로, 도 7의 (A)에 있어서, 점 PB는, 연료 FA와는 성상이 상이한 연료 FB의 연소 한계 공기 과잉률의 값 λb를 정하기 위한 점을 나타내고 있다. 또한, 도 7의 (B)에 나타내는 바와 같이, 공기 과잉률이 값 λb로 고정된 운전 조건하에 있어서, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해, 연료 FB의 연소 속도 파라미터의 값 CSb가 산출된다.
또한, 도 7의 (A)에 있어서, 점 PC는, 연료 FA, FB와는 성상이 상이한 연료 FC의 연소 한계 공기 과잉률의 값 λc를 정하기 위한 점을 나타내고 있다. 또한, 도 7의 (B)에 나타내는 바와 같이, 공기 과잉률이 값 λc로 고정된 운전 조건하에 있어서, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해, 연료 FC의 연소 속도 파라미터의 값 CSc가 산출된다.
상술한 방법과 마찬가지의 방법을 사용함으로써, 연소 속도 파라미터와 연소 한계 공기 과잉률의 관계를 나타내는 도 3의 (A) 중의 연료 F1, F2, …, F8, F9를 나타내는 각 점이 플롯되어 있다.
도 7의 (B)에 나타내는 예에서는, 예를 들어 공기 과잉률이 값 λa로 고정된 운전 조건하에 있어서, 연료 FA의 연소 속도가 가장 작고, 연료 FB의 연소 속도가 2번째로 작고, 연료 FC의 연소 속도가 가장 크다.
도 7의 (A) 및 도 7의 (B)에 나타내는 바와 같이, 연소 속도가 가장 큰 연료 FC의 연소 한계 공기 과잉률의 값 λc가 가장 커지고, 연소 속도가 2번째로 큰 연료 FB의 연소 한계 공기 과잉률의 값 λb가 2번째로 커지고, 연소 속도가 가장 작은 연료 FA의 연소 한계 공기 과잉률의 값 λa가 가장 작아진다.
또한, 도 7의 (A) 및 도 7의 (B)에 나타내는 바와 같이, 연소 속도가 가장 큰 연료 FC의 연소 한계 시(상세하게는, 연소 한계까지 공기 과잉률을 크게 하였을 때)에 있어서의 연소 속도(연소 속도 파라미터의 값 CSc)가 가장 커지고, 연소 속도가 2번째로 큰 연료 FB의 연소 한계 시에 있어서의 연소 속도(연소 속도 파라미터의 값 CSb)가 2번째로 커지고, 연소 속도가 가장 작은 연료 FA의 연소 한계 시에 있어서의 연소 속도(연소 속도 파라미터의 값 CSa)가 가장 작아진다.
즉, 연료 FA, FB, FC의 성상이 상이하면, 연소 한계 시(상세하게는, 연소 한계까지 공기 과잉률을 크게 하였을 때)에 있어서의 연료 FA, FB, FC의 연소 속도도 상이한 것이, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서 발견되었다. 그로 인해, 연료의 성상에 따른, 도 4에 나타내는 연료 분사량 제어가 필요해진다.
또한, 본 발명자들의 예의 연구에 있어서, 연료의 성상이 상이하면, 연소 한계까지 EGR률을 크게 하였을 때에 있어서의 연료의 연소 속도도 상이한 것이 발견되었다. 그로 인해, 연료의 성상에 따른, 도 6에 나타내는 EGR 밸브 제어가 필요해진다.
이하, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치의 제2 실시 형태에 대해 설명한다.
제2 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치는, 후술하는 점을 제외하고, 상술한 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치와 거의 마찬가지로 구성되어 있다. 따라서, 제2 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 의하면, 후술하는 점을 제외하고, 상술한 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치와 거의 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
도 8은 연료의 연소 속도를 취득할 때에 고정되는 공기 과잉률의 값의 효과에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 8에 있어서, 횡축은 연료 성상 학습의 실시 시에 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 고정되는 공기 과잉률을 나타내고 있고, 종축은 연소 속도 파라미터를 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 4에 나타내는 예에서는, 스텝 S101에 있어서 연료 성상 학습이 실시된다. 상세하게는, 스텝 S101에 있어서, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 공기 과잉률이 미리 설정된 값으로 고정된 상태에서, 연료 분사량 피드백 제어가 실행되고, 또한 그 상태에서, 예를 들어 크랭크각 기간(SA-CA10) 등과 같은, 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출된다.
연료 성상 학습이 실시될 때, 도 8에 나타내는 바와 같이, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 공기 과잉률의 값이 1.0로 고정되는 경우에는, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 공기 과잉률이 1.0보다 큰 값 λt로 고정되는 경우보다, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 속도가 커진다. 즉, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 공기 과잉률의 값이 1.0로 고정되는 경우에는, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 공기 과잉률이 1.0보다 큰 값 λt로 고정되는 경우보다, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소의 소요 시간이 짧아진다. 그로 인해, 연료 Fa의 연소의 소요 시간과, 연료 Fb의 연소의 소요 시간과, 연료 Fc의 연소의 소요 시간과, 연료 Fd의 연소의 소요 시간과, 연료 Fe의 연소의 소요 시간의 차가 작아진다.
그 결과, 연료 성상 학습이 실시될 때, 도 8에 나타낸 바와 같이, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 공기 과잉률의 값이 1.0으로 고정되는 경우에는, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 공기 과잉률이 1.0보다 큰 값 λt로 고정되는 경우보다, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 속도의 차이를 식별하기 위한 분해능이 작아진다.
한편, 연료 성상 학습이 실시될 때, 도 8에 나타내는 바와 같이, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 공기 과잉률이 1.0보다 큰 값 λt로 고정되는 경우에는, 공기 과잉률의 값이 1.0으로 고정되는 경우보다, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 속도가 작아진다. 즉, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소의 소요 시간이 길어진다. 그로 인해, 연료 Fa의 연소의 소요 시간과, 연료 Fb의 연소의 소요 시간과, 연료 Fc의 연소의 소요 시간과, 연료 Fd의 연소의 소요 시간과, 연료 Fe의 연소의 소요 시간의 차가 커진다.
그 결과, 연료 성상 학습이 실시될 때, 도 8에 나타내는 바와 같이, 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 공기 과잉률이 1.0보다 큰 값 λt로 고정되는 경우에는, 공기 과잉률의 값이 1.0으로 고정되는 경우보다, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 속도의 차이를 식별하기 위한 분해능이 커진다.
상술한 점에 비추어, 제2 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 성상 학습의 실시 시, 즉, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터(도 3의 (A) 및 도 3의 (B)의 횡축 참조)를 산출하기 위한 연료 분사량 피드백 제어가 실행되어 있을 때, 연료 분사량 피드백 제어 목표값이 이론 공연비(공기 과잉률의 값이 1)보다 린한 공기 과잉률의 값 λt(＞1.0)로 설정된다.
그로 인해, 제2 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출될 때에 연료 분사량 피드백 제어 목표값이 이론 공연비(공기 과잉률의 값이 1)로 설정되는 경우보다, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 성상의 차이를 명확하게 반영시킨 연소 속도 파라미터를 산출할 수 있다.
즉, 제2 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출될 때에 연료 분사량 피드백 제어 목표값이 이론 공연비(공기 과잉률의 값이 1)로 설정되는 경우보다, 예를 들어 연료 Fa에 관한 연소 속도 파라미터의 값과, 연료 Fa와는 상이한 성상을 갖는 연료 Fb에 관한 연소 속도 파라미터의 값의 차를 크게 할 수 있고, 그것에 의해, 성상이 서로 다른 연료 Fa와 연료 Fb를 식별하기 위한 분해능을 향상시킬 수 있다.
한편, 연료 성상 학습의 실시 시에 고정되는 공기 과잉률이, 예를 들어 연소 속도가 큰 연료 Fe의 연소 한계 공기 과잉률로 설정되어 있는 경우에는, 연소 속도가 작은 연료 Fa가 연료 성상 학습의 대상으로 되었을 때, 연료 Fa의 연소가 불안정하게 되어 버려, 연료 Fa의 연료 성상 학습을 적절하게 실시할 수 없을 우려가 있다.
이 점에 비추어, 제2 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 산출하기 위한 연료 분사량 피드백 제어가 실행되어 있을 때, 연료 분사량 피드백 제어 목표값이, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 한계 공기 과잉률보다 리치한 공기 과잉률의 값(즉, 가장 리치한 연료 Fa의 연소 한계 공기 과잉률보다 더욱 리치한 공기 과잉률의 값)으로 설정된다.
그로 인해, 제2 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출될 때에 연료 분사량 피드백 제어 목표값이 연소 한계 공기 과잉률로 설정되는 경우보다, 연소가 불안정하게 되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
즉, 제2 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연소 속도가 작은 연료 Fa의 연소 속도 파라미터를 산출하기 위한 연료 분사량 피드백 제어가 실행되어 있을 때에 연소가 불안정하게 되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
도 9는 희박 연소 운전을 실행하기 위해 제2 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 의해 실행되는 연료 분사량 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
제2 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 희박 연소 운전을 실행할 때, 도 9에 나타내는 처리가 개시된다. 먼저, 스텝 S10에서는, 예를 들어 ECU(40)의 백업 메모리가 클리어되어, 백업 메모리에 저장되어 있던 연소 한계 공기 과잉률과, 연소 한계 연소 속도 파라미터가 소거된 후, 연료 성상 학습이 미실시인지 여부가, 예를 들어 ECU(40)에 의해 판정된다. "예"일 때에는 스텝 S12로 진행하고, "아니오"일 때에는 스텝 S11로 진행한다.
스텝 S11에서는, 급유가 실시된 후, 연료 성상 학습이 미실시인지 여부가, 예를 들어 ECU(40)에 의해 판정된다. "예"일 때에는 스텝 S12로 진행하고, "아니오"일 때에는 도 4의 스텝 S105로 진행한다.
즉, 제2 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 스텝 S10 및 스텝 S11에 있어서, 연료 성상 학습을 실시할 필요가 있는지 여부가 판정되고, 연료 성상 학습을 실시할 필요가 있을 때에는 스텝 S12로 진행하고, 연료 성상 학습을 실시할 필요가 없을 때에는 도 4의 스텝 S105로 진행한다.
상세하게는, 연료 성상 학습이 실시되는 일 없이 도 4의 스텝 S105로 진행할 때에는, 도 4의 스텝 S105에 있어서, 희박 연소 운전은 실행되지 않는다.
스텝 S12에서는, 연료 성상 학습용 상태의 설정이 가능한지 여부가, 예를 들어 ECU(40)에 의해 판정된다.
즉, 스텝 S12에서는, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 산출하여 연료 성상 학습을 실시하는 연료 분사량 피드백 제어를 실행하기 위해, 이론 공연비보다 린이며 연소 한계 공기 과잉률보다 리치한 공기 과잉률의 값 λt를 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 설정할 수 있는지 여부가 판정된다.
"예"일 때에는 스텝 S13으로 진행하고, "아니오"일 때에는 도 4의 스텝 S105로 진행한다. 예를 들어, 내연 기관(10)의 난기 완료 전에는, 스텝 S12에 있어서 "아니오"라고 판정되고, 연료 성상 학습이 실시되지 않는다.
스텝 S13에서는, 예를 들어 ECU(40)에 의해, 연료 성상 학습용 상태의 설정이 실행된다.
즉, 스텝 S13에서는, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 산출하여 연료 성상 학습을 실시하는 연료 분사량 피드백 제어를 실행하기 위해, 이론 공연비보다 린이며 연소 한계 공기 과잉률보다 리치한 공기 과잉률의 값 λt가 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 설정된다.
이어서, 도 4의 스텝 S101에서는, 이론 공연비보다 린이며 연소 한계 공기 과잉률보다 리치한 공기 과잉률의 값 λt가 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 설정되어 있는 연료 분사량 피드백 제어의 실행 중에, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터(도 3의 (A) 및 도 3의 (B)의 횡축 참조)가 산출되고, 연료 성상 학습이 실시된다.
상세하게는, 연료 성상 학습을 실시하기 위한 연료 분사량 피드백 제어 중에 있어서의 연료의 연소 속도는, 연료 성상 학습 실시 후의 연료 분사량 피드백 제어 중에 있어서의 연료의 연소 속도보다 커진다.
이하, 본 발명의 내연 기관의 제어 장치의 제3 실시 형태에 대해 설명한다.
제3 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치는, 후술하는 점을 제외하고, 상술한 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치와 거의 마찬가지로 구성되어 있다. 따라서, 제3 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 의하면, 후술하는 점을 제외하고, 상술한 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치와 거의 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
도 10은 연료의 연소 속도를 취득할 때에 고정되는 EGR률의 값의 효과에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 10에 있어서, 횡축은 연료 성상 학습의 실시 시에 EGR률 피드백 제어 목표값으로서 고정되는 EGR률을 나타내고 있고, 종축은 연소 속도 파라미터를 나타내고 있다.
상술한 바와 같이, 제1 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치가 적용된 도 6에 나타내는 예에서는, 스텝 S201에 있어서 연료 성상 학습이 실시된다. 상세하게는, 스텝 S201에 있어서, EGR률 피드백 제어 목표값으로서 EGR률이 미리 설정된 값으로 고정된 상태에서, EGR률 피드백 제어가 실행되고, 또한 그 상태에서, 예를 들어 크랭크각 기간(SA-CA10) 등과 같은, 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출된다.
연료 성상 학습이 실시될 때, 도 10에 나타내는 바와 같이, EGR률 피드백 제어 목표값으로서 EGR률의 값이 제로로 고정되는 경우에는, EGR률 피드백 제어 목표값으로서 EGR률이 제로보다 큰 값 EGRt로 고정되는 경우보다, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 속도가 커진다. 즉, EGR률 피드백 제어 목표값으로서 EGR률의 값이 제로로 고정되는 경우에는, EGR률 피드백 제어 목표값으로서 EGR률이 제로보다 큰 값 EGRt로 고정되는 경우보다, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소의 소요 시간이 짧아진다. 그로 인해, 연료 Fa의 연소의 소요 시간과, 연료 Fb의 연소의 소요 시간과, 연료 Fc의 연소의 소요 시간과, 연료 Fd의 연소의 소요 시간과, 연료 Fe의 연소의 소요 시간의 차가 작아진다.
그 결과, 연료 성상 학습이 실시될 때, 도 10에 나타내는 바와 같이, EGR률 피드백 제어 목표값으로서 EGR률의 값이 제로로 고정되는 경우에는, EGR률 피드백 제어 목표값으로서 EGR률이 제로보다 큰 값 EGRt로 고정되는 경우보다, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 속도의 차이를 식별하기 위한 분해능이 작아진다.
한편, 연료 성상 학습이 실시될 때, 도 10에 나타내는 바와 같이, EGR률 피드백 제어 목표값으로서 EGR률이 제로보다 큰 값 EGRt로 고정되는 경우에는, EGR률의 값이 제로로 고정되는 경우보다, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 속도가 작아진다. 즉, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소의 소요 시간이 길어진다. 그로 인해, 연료 Fa의 연소의 소요 시간과, 연료 Fb의 연소의 소요 시간과, 연료 Fc의 연소의 소요 시간과, 연료 Fd의 연소의 소요 시간과, 연료 Fe의 연소의 소요 시간의 차가 커진다.
그 결과, 연료 성상 학습이 실시될 때, 도 10에 나타내는 바와 같이, EGR률 피드백 제어 목표값으로서 EGR률이 제로보다 큰 값 EGRt로 고정되는 경우에는, EGR률의 값이 제로로 고정되는 경우보다, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 속도의 차이를 식별하기 위한 분해능이 커진다.
상술한 점에 비추어, 제3 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연료 성상 학습의 실시 시, 즉, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터(도 5의 (A) 및 도 5의 (B)의 횡축 참조)를 산출하기 위한 EGR률 피드백 제어가 실행되어 있을 때, EGR률 피드백 제어 목표값이 제로보다 큰 EGR률의 값 EGRt로 설정된다.
그로 인해, 제3 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출될 때에 EGR률 피드백 제어 목표값이 EGR률 제로로 설정되는 경우보다, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 성상의 차이를 명확하게 반영시킨 연소 속도 파라미터를 산출할 수 있다.
즉, 제3 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출될 때에 EGR률 피드백 제어 목표값이 EGR률 제로로 설정되는 경우보다, 예를 들어 연료 Fa에 관한 연소 속도 파라미터의 값과, 연료 Fa와는 상이한 성상을 갖는 연료 Fb에 관한 연소 속도 파라미터의 값의 차를 크게 할 수 있고, 그것에 의해, 성상이 서로 다른 연료 Fa와 연료 Fb를 식별하기 위한 분해능을 향상시킬 수 있다.
한편, 연료 성상 학습의 실시 시에 고정되는 EGR률이, 예를 들어 연소 속도가 큰 연료 Fe의 연소 한계 EGR률로 설정되어 있는 경우에는, 연소 속도가 작은 연료 Fa가 연료 성상 학습의 대상으로 되었을 때, 연료 Fa의 연소가 불안정하게 되어 버려, 연료 Fa의 연료 성상 학습을 적절하게 실시할 수 없을 우려가 있다.
이 점에 비추어, 제3 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 산출하기 위한 EGR률 피드백 제어가 실행되어 있을 때, EGR률 피드백 제어 목표값이, 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 한계 EGR률보다 작은 EGR률의 값(즉, 가장 작은 연료 Fa의 연소 한계 EGR률보다 더 작은 EGR률의 값)으로 설정된다.
그로 인해, 제3 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터가 산출될 때에 EGR률 피드백 제어 목표값이 연소 한계 EGR률로 설정되는 경우보다, 연소가 불안정하게 되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
즉, 제3 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 연소 속도가 작은 연료 Fa의 연소 속도 파라미터를 산출하기 위한 EGR률 피드백 제어가 실행되어 있을 때에 연소가 불안정하게 되어 버릴 우려를 억제할 수 있다.
도 11은 EGR 운전을 실행하기 위해 제3 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에 의해 실행되는 EGR 밸브 제어를 설명하기 위한 흐름도이다.
제3 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, EGR 운전을 실행할 때, 도 11에 나타내는 처리가 개시된다. 먼저, 스텝 S20에서는, 예를 들어 ECU(40)의 백업 메모리가 클리어되고, 백업 메모리에 저장되어 있던 연소 한계 EGR률과, 연소 한계 연소 속도 파라미터가 소거된 후, 연료 성상 학습이 미실시인지 여부가, 예를 들어 ECU(40)에 의해 판정된다. "예"일 때에는 스텝 S22로 진행하고, "아니오"일 때에는 스텝 S21로 진행한다.
스텝 S21에서는, 급유가 실시된 후, 연료 성상 학습이 미실시인지 여부가, 예를 들어 ECU(40)에 의해 판정된다. "예"일 때에는 스텝 S22로 진행하고, "아니오"일 때에는 도 6의 스텝 S205로 진행한다.
즉, 제3 실시 형태의 내연 기관의 제어 장치에서는, 스텝 S20 및 스텝 S21에 있어서, 연료 성상 학습을 실시할 필요가 있는지 여부가 판정되고, 연료 성상 학습을 실시할 필요가 있을 때에는 스텝 S22로 진행하고, 연료 성상 학습을 실시할 필요가 없을 때에는 도 6의 스텝 S205로 진행한다.
상세하게는, 연료 성상 학습이 실시되는 일 없이 도 6의 스텝 S205로 진행할 때에는, 도 6의 스텝 S205에 있어서, EGR률을 크게 하는 EGR 운전은 실행되지 않는다.
스텝 S22에서는, 연료 성상 학습용의 상태의 설정이 가능한지 여부가, 예를 들어 ECU(40)에 의해 판정된다.
즉, 스텝 S22에서는, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 산출하여 연료 성상 학습을 실시하는 EGR률 피드백 제어를 실행하기 위해, 제로보다 크고 또한 연소 한계 EGR률보다 작은 EGR률의 값 EGRt를 EGR률 피드백 제어 목표값으로서 설정할 수 있는지 여부가 판정된다.
"예"일 때에는 스텝 S23으로 진행하고, "아니오"일 때에는 도 6의 스텝 S205로 진행한다. 예를 들어, 내연 기관(10)의 난기 완료 전에는, 스텝 S22에 있어서 "아니오"라고 판정되어, 연료 성상 학습이 실시되지 않는다.
스텝 S23에서는, 예를 들어 ECU(40)에 의해, 연료 성상 학습용 상태의 설정이 실행된다.
즉, 스텝 S23에서는, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 산출하여 연료 성상 학습을 실시하는 EGR률 피드백 제어를 실행하기 위해, 제로보다 크고 또한 연소 한계 EGR률보다 작은 EGR률의 값 EGRt가 EGR률 피드백 제어 목표값으로서 설정된다.
이어서, 도 6의 스텝 S201에서는, 제로보다 크고 또한 연소 한계 EGR률보다 작은 EGR률의 값 EGRt가 EGR률 피드백 제어 목표값으로서 설정되어 있는 EGR률 피드백 제어의 실행 중에, 연소 속도 파라미터 산출부(40a)에 의해, 통 내압 P에 기초하여 기통(14') 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터(도 5의 (A) 및 도 5의 (B)의 횡축 참조)가 산출되어, 연료 성상 학습이 실시된다.
상세하게는, 연료 성상 학습을 실시하기 위한 EGR률 피드백 제어 중에 있어서의 연료의 연소 속도는, 연료 성상 학습 실시 후의 EGR률 피드백 제어 중에 있어서의 연료의 연소 속도보다 커진다.
제4 실시 형태에서는, 상술한 제1 내지 제3 실시 형태 및 각 예를 적절하게 조합할 수도 있다.
10 : 내연 기관
12 : 피스톤
14 : 연소실
14' : 기통
16 : 흡기 통로
18 : 배기 통로
20 : 흡기 밸브
22 : 배기 밸브
24 : 스로틀 밸브
26 : 연료 분사 밸브
28 : 점화 플러그
30 : 통 내압 센서
32 : 공기 과잉률 센서
34a : 3원 촉매
34b : NOx 흡장 환원 촉매
34c : NOx 선택 환원 촉매
36 : EGR 통로
38 : EGR 밸브
40 : ECU
40a : 연소 속도 파라미터 산출부
40b : 연소 한계 공기 과잉률 산출부
40b1 : 기억부
40c : 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부
40c1 : 기억부
40d : 연료 분사량 제어부
40e : 연소 한계 EGR률 산출부
40e1 : 기억부
40f : 연소 한계 연소 속도 파라미터 산출부
40f1 : 기억부
40g : EGR 밸브 제어부
42 : 크랭크각 센서
44 : 에어플로우 미터

Claims (14)

  1. 기통과,
    상기 기통 내의 통 내압을 검출하는 통 내압 센서와,
    연료 분사 밸브를 구비하고,
    희박 연소 운전을 실행하는 내연 기관의 제어 장치에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 통 내압에 기초하여, 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 산출하고,
    연료 분사량 피드 포워드 제어 목표값인 연소 한계 공기 과잉률에 기초하는 연료 분사량 피드 포워드 제어, 및 연료 분사량 피드백 제어 목표값인 연소 한계에 대응하는 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터에 기초하는 연료 분사량 피드백 제어 중 적어도 한쪽을 실행하고, 또한
    상기 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화될 때, 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커질수록 상기 연소 한계 공기 과잉률이 커지는 제1 관계에 기초하는 상기 연소 한계 공기 과잉률의 변경, 및 상기 기통 내에 있어서의 연소 속도가 커질수록 상기 연소 한계에 대응하는 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커지는 제2 관계에 기초하는 상기 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값의 변경 중 적어도 한쪽을 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    이론 공연비보다 린한 공기 과잉률의 값이 상기 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 설정되어 있는 상기 연료 분사량 피드백 제어의 실행 중에, 상기 제어 장치는, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연소 한계 공기 과잉률보다 리치한 공기 과잉률의 값이, 상기 연료 분사량 피드백 제어 목표값으로서 설정되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    급유가 실시될 때마다, 상기 제어 장치가, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출함과 함께, 상기 제1 관계에 기초하여 상기 연소 한계 공기 과잉률을 산출하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연 기관의 전회의 정지 시로부터, 상기 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 있는 미리 설정된 기간이 경과할 때마다, 상기 제어 장치가, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출함과 함께, 상기 제1 관계에 기초하여 상기 연소 한계 공기 과잉률을 산출하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    급유가 실시될 때마다, 상기 제어 장치가, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출함과 함께, 상기 제2 관계에 기초하여 상기 연소 한계 연소 속도 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연 기관의 전회의 정지 시로부터, 상기 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 있는 미리 설정된 기간이 경과할 때마다, 상기 제어 장치가, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출함과 함께, 상기 제2 관계에 기초하여 상기 연소 한계 연소 속도 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
  8. 기통과,
    상기 기통에 접속된 흡기 통로와,
    상기 기통에 접속된 배기 통로와,
    상기 흡기 통로와 상기 배기 통로를 접속하는 EGR 통로와,
    상기 EGR 통로에 배치된 EGR 밸브와,
    상기 기통 내의 통 내압을 검출하는 통 내압 센서와,
    연료 분사 밸브를 구비하고,
    EGR 운전을 실행하는 내연 기관의 제어 장치에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 통 내압에 기초하여, 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 속도 파라미터를 산출하고,
    EGR률 피드 포워드 제어 목표값이며 제로보다 큰 값인 연소 한계 EGR률에 기초하는 EGR률 피드 포워드 제어, 및 EGR률 피드백 제어 목표값인 연소 한계에 대응하는 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도를 나타내는 연소 한계 연소 속도 파라미터이며, 제로보다 큰 EGR률에 대응하는 연소 한계 연소 속도 파라미터에 기초하는 EGR률 피드백 제어 중 적어도 한쪽을 실행하고, 또한
    상기 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상의 변화에 수반하여 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 변화될 때, 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커질수록 상기 연소 한계 EGR률이 커지는 제3 관계에 기초하는 상기 연소 한계 EGR률의 변경, 및 상기 기통 내에 있어서의 연소 속도가 커질수록 상기 연소 한계에 대응하는 상기 기통 내에 있어서의 연료의 연소 속도가 커지는 제4 관계에 기초하는 상기 연소 한계 연소 속도 파라미터의 값의 변경 중 적어도 한쪽을 실행하도록 구성되어 있는
    것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    제로보다 큰 EGR률의 값이 상기 EGR률 피드백 제어 목표값으로서 설정되어 있는 상기 EGR률 피드백 제어의 실행 중에, 상기 제어 장치는, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연소 한계 EGR률보다 작은 EGR률의 값이, 상기 EGR률 피드백 제어 목표값으로서 설정되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    급유가 실시될 때마다, 상기 제어 장치가, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출함과 함께, 상기 제3 관계에 기초하여 상기 연소 한계 EGR률을 산출하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연 기관의 전회의 정지 시로부터, 상기 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 있는 미리 설정된 기간이 경과할 때마다, 상기 제어 장치가, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출함과 함께, 상기 제3 관계에 기초하여 상기 연소 한계 EGR률을 산출하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    급유가 실시될 때마다, 상기 제어 장치가, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출함과 함께, 상기 제4 관계에 기초하여 상기 연소 한계 연소 속도 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연 기관의 전회의 정지 시로부터, 상기 연료 분사 밸브로부터 분사되는 연료의 성상이 변화될 가능성이 있는 미리 설정된 기간이 경과할 때마다, 상기 제어 장치가, 상기 통 내압에 기초하여 상기 연소 속도 파라미터를 산출함과 함께, 상기 제4 관계에 기초하여 상기 연소 한계 연소 속도 파라미터를 산출하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 제어 장치.
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