JP2008184908A

JP2008184908A - エンジン制御装置

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Publication number: JP2008184908A
Application number: JP2007016467A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Akao; 圭一赤尾; Yoshiki Tanabe; 圭樹田邊
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-08-14

Abstract

【課題】エンジンの経年変化や燃料の性状変化などが生じても精度の高い制御を維持することが可能なエンジン制御装置を提供する。
【解決手段】多次元マップ６０に記憶された燃焼パラメータにより規定されるWiebe燃焼関数を用い、燃焼室内の燃焼状態に対応した熱発生率ｄＱ／ｄθを求め、熱発生率ｄＱ／ｄθに応じてエンジン１を制御するエンジン制御装置において、上記燃焼関数を用いて熱発生率ｄＱ／ｄθを演算し、この熱発生率ｄＱ／ｄθから燃焼状態量として燃焼室内の圧力変化率ｄｐ／ｄθ及び筒内温度Ｔｃｙｌを求める。そして、上記燃焼状態量に基づき算出されたＮＯｘ生成量の演算値Ｖｃと、ＮＯｘセンサ３６によって検出されたＮＯｘ排出量の実際値Ｖｓとを比較し、その比較結果に応じて上記燃焼関数に用いられる燃焼パラメータの１つである予混合燃焼期間θｐを補正する。
【選択図】図４

Description

本発明はエンジン制御装置に関し、特に気筒内燃焼モデルに対応した燃焼関数を用い、エンジンを制御するようにしたエンジン制御装置に関する。

従来より、エンジンの排気に含まれるＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）などの有害成分を低く抑えるため、排気浄化装置の性能を向上させるなどの様々な工夫がなされている。
特に近年では、有害成分の排出量に対するより一層の低減が求められており、排気浄化装置の改善による排気の浄化だけではなく、エンジンにおいて生成される有害成分の生成量自体を低く抑えるため、更に精度の高いエンジン制御が必要となる。

また、エンジンの運転性能を向上させ、より安定した運転を実現すると共に燃費を改善する必要もあり、この点でもより精度の高いエンジン制御が求められる。
このように、エンジンの排気特性や運転性能をより向上させるために、精度の高いエンジン制御を実現するには、エンジンの燃焼室内における燃焼状態を正確に把握し、この燃焼状態に応じて各気筒の燃焼が適正に行われるように制御を行う必要がある。

エンジンの燃焼状態を把握してエンジンを精度良く制御するようにしたエンジン制御装置は、例えば特許文献１によって提案されている。
特許文献１のエンジン制御装置では、エンジンの燃焼室における燃焼の際の熱発生率を示すモデル式として知られているWiebe燃焼関数を用いて各気筒の発熱量を求め、この発熱量から算出された筒内温度及び筒内圧力に基づき点火時期を制御することにより適切な点火時期制御を行うようにしている。
特開２００５−２３３１１０号公報

しかしながら、特許文献１のエンジン制御装置では、Wiebe燃焼関数に用いられる、燃焼室形状や燃焼室内のガス流動特性などのエンジンの仕様によって定まる燃焼パラメータとして、実験等によって求められたものをそのまま継続して使用するようになっている。
このため、エンジンの経年変化や燃料の性状変化などにより、必ずしも精度の高いエンジン制御を実現することができないという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの経年変化や燃料の性状変化などが生じても精度の高い制御を維持することが可能なエンジン制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のエンジン制御装置は、予め設定された気筒内燃焼モデルに対応して燃焼パラメータにより規定される燃焼関数を用い、燃焼室内の燃焼状態に対応した熱発生率を求め、上記熱発生率に応じてエンジンを制御するエンジン制御装置において、上記燃焼関数を用いて上記熱発生率を演算する熱発生率演算手段と、上記熱発生率演算手段によって求められた上記熱発生率に基づき、上記燃焼室内の燃焼状態を表す燃焼状態量を求める燃焼状態量演算手段と、上記燃焼状態量演算手段によって求められた上記燃焼状態量に基づき、上記燃焼室内の燃焼状態に応じて変化する上記エンジンの運転状態量の演算値を求める運転状態量演算手段と、上記運転状態量の実際値を検出する運転状態量検出手段と、上記運転状態量演算手段によって求められた上記運転状態量の演算値と、上記運転状態量検出手段によって検出された上記運転状態量の実際値とを比較し、その比較結果に応じて上記燃焼関数に用いられる燃焼パラメータを補正する補正手段とを備えることを特徴とする（請求項１）。

このように構成されたエンジン制御装置によれば、予め設定された気筒内燃焼モデルに対応して燃焼パラメータにより規定される燃焼関数を用い、熱発生率演算手段がエンジンの燃焼室内における熱発生率を演算する。そして、この熱発生率を用いて燃焼状態量演算手段が求めた燃焼室内の燃焼状態を表す燃焼状態量に基づき、運転状態量演算手段が燃焼室内の燃焼状態に応じて変化するエンジンの運転状態量の演算値を求めると共に、運転状態量検出手段が上記運転状態量の実際値を検出する。補正手段は、これら運転状態量の演算値及び実際値を比較し、その比較結果に応じて燃焼関数に用いられる燃焼パラメータを補正する。この結果、補正手段により補正された燃焼パラメータにより規定される燃焼関数を用い、燃焼室における熱発生率が求められ、この熱発生率に応じてエンジンが制御される。

また、上記エンジン制御装置において、上記エンジンは複数の気筒を備え、上記エンジンの各気筒で発生するトルクのばらつきに伴って生じた回転変動を検出する回転変動検出手段を更に備え、上記熱発生率演算手段は、上記燃焼関数を用いて求めた上記熱発生率を、上記回転変動検出手段によって検出された回転変動に基づき補正することにより、上記熱発生率を気筒毎に求めることを特徴とする（請求項２）。

このように構成されたエンジン制御装置によれば、エンジンの複数気筒のそれぞれにおいて発生するトルクのばらつきに伴って生じた回転変動を回転変動検出手段が検出し、熱発生率演算手段は、燃焼関数を用いて求めた熱発生率を回転変動に基づき補正することにより、熱発生率を気筒毎に求める。
また、上記エンジン制御装置において、上記燃焼状態量演算手段は、上記燃焼状態量として上記エンジンの燃焼室内における圧力変化率と筒内温度とを演算し、上記運転状態量演算手段は、上記燃焼状態量演算手段によって求められた上記圧力変化率及び筒内温度に基づき、上記運転状態量として上記エンジンにおいて生成されるＮＯｘの生成量を演算するものであって、上記運転状態量検出手段は、上記エンジンからのＮＯｘ排出量を上記運転状態量の実際値として検出することを特徴とする（請求項３）。

このように構成されたエンジン制御装置によれば、熱発生率演算手段が燃焼関数を用いて求めた熱発生率から、燃焼状態量演算手段が燃焼室内における圧力変化率と筒内温度とを演算し、これら圧力変化率及び筒内温度から運転状態量演算手段がエンジンにおいて生成されるＮＯｘの生成量を運転状態量の演算値として演算する。一方、運転状態量検出手段はエンジンからのＮＯｘ排出量を運転状態量の実際値として検出する。そして、補正手段は、これらＮＯｘの生成量及び検出値を比較し、その比較結果に応じて燃焼関数に用いられる燃焼パラメータを補正する。

本発明のエンジン制御装置によれば、予め設定された気筒内燃焼モデルに対応して燃焼パラメータにより規定される燃焼関数を用い、エンジンの燃焼室内における熱発生率が演算され、この熱発生率を用いて求められた燃焼状態量に基づき、燃焼室内の燃焼状態に応じて変化するエンジンの運転状態量の演算値が求められる。そして、この運転状態量の演算値と運転状態量の実際値との比較結果に応じて燃焼関数に用いられる燃焼パラメータが補正される。このようにして補正された燃焼パラメータによって規定される燃焼関数を用い、燃焼室における圧力変化率が求められ、この圧力変化率に応じてエンジンが制御されるので、エンジンの経年変化や燃料の性状変化などが生じたとしても、燃焼関数によって得られる燃焼状態量と実際の燃焼状態量との間のずれが燃焼パラメータの補正によって修正され、精度の高いエンジン制御を維持することが可能となる。

また、請求項２のエンジン制御装置によれば、エンジンの各気筒において発生するトルクのばらつきに伴って生じた回転変動に基づき、燃焼関数から求めた熱発生率を気筒毎に補正するようにしたので、各気筒の燃焼状態のばらつきを反映させて、気筒毎の運転状態量の演算値を求めることができ、この結果として精度良く燃焼パラメータを補正することが可能となる。

また、請求項３のエンジン制御装置によれば、燃焼関数を用いて求めた熱発生率から、燃焼室内における圧力変化率と筒内温度とが演算され、これら圧力変化率及び筒内温度からエンジンにおいて生成されるＮＯｘの生成量の演算値が求められる。そして、このＮＯｘ生成量の演算値と検出されたＮＯｘ排出量の実測値とを比較し、その比較結果に応じて燃焼関数に用いられる燃焼パラメータを補正する。

従って、燃焼関数を用いてエンジンを制御する際にエンジンの経年変化や燃料の性状変化などが生じても、特にＮＯｘの生成量について誤差を生じることがないので、エンジンの排気特性を良好に維持しながら高精度のエンジン制御を行うことが可能となる。
また、燃焼関数を用いて筒内圧力を精度良く求めることができるので、各気筒に筒内圧センサを設ける必要がなくなり、エンジンのコストを低減することが可能となる。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置が適用された４気筒のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）のシステム構成図を示しており、図１に基づき本発明に係るエンジン制御装置の構成を説明する。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料である軽油を、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。また、コモンレール２には、コモンレール内の燃料圧力を検出するレール圧センサ６が設けられている。

吸気管８にはターボチャージャ１０が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気管８からターボチャージャ１０のコンプレッサ１０ａへと流入し、コンプレッサ１０ａで過給された吸気はインタークーラ１２及び吸気制御弁１４を介して吸気マニホールド１６に導入される。
吸気管８のコンプレッサ１０ａより上流側には、大気からエンジン１に吸入される空気量を検出するための吸気量センサ１８が設けられている。また、吸気マニホールド１６には、エンジン１の吸気圧力を検出する吸気圧センサ２０が設けられている。

一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド２２を介して排気管２４に接続されている。なお、排気マニホールド２２と吸気マニホールド１６との間には、ＥＧＲ弁２６を介して排気マニホールド２２と吸気マニホールド１６とを連通するＥＧＲ通路２８が設けられており、ＥＧＲ弁２６の開度を変更することにより排気マニホールド２２から吸気マニホールド１６への排気還流量を調整可能となっている。

排気管２４は、ターボチャージャ１０のタービン１０ｂを経た後、排気後処理装置３０に接続されている。また、タービン１０ｂの回転軸はコンプレッサ１０ａの回転軸と連結されており、タービン１０ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ１０ａを駆動するようになっている。
排気後処理装置３０には、ＮＯｘ吸蔵触媒３２が収容されると共に、このＮＯｘ吸蔵触媒３２の下流側に、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化するパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）３４が収容されている。

このＮＯｘ吸蔵触媒３２は、流入する排気中の酸素濃度が高い酸化雰囲気にあるときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気中の酸素濃度が低くＨＣやＣＯ等の還元成分が排気中に含まれる還元雰囲気にあるときに、吸蔵しているＮＯｘを放出して還元する機能を有している。
フィルタ３４はハニカム型のセラミック体からなり、上流側と下流側とを連通する通路が多数並設されると共に、通路の上流側開口と下流側開口とが交互に閉鎖されており、エンジン１の排気が内部を流通することによって排気中のパティキュレートを捕集する。

ＮＯｘ吸蔵触媒３２へのＮＯｘ吸蔵量が限界量を超えて吸蔵されなくなった排気中のＮＯｘはフィルタ３４に流入し、フィルタ３４に捕捉されて堆積したパティキュレートに対して酸化剤として作用することにより、パティキュレートを酸化してフィルタ３４から除去し、フィルタ３４を連続再生すると共にＮ_２となって大気中に排出される。
排気後処理装置３０の上流側には、エンジン１から排出された排気中のＮＯｘ濃度、即ち単位排気流量あたりのＮＯｘ排出量を検出するＮＯｘセンサ（運転状態量検出手段）３６が設けられている。また、フィルタ３４の上流側には、フィルタ３４に流入する排気の温度を検出する排気温センサ３８、及びフィルタ３４に流入する排気の圧力を検出する上流圧力センサ４０が設けられている。更に、フィルタ３４の下流側には、フィルタ３４から流出する排気の圧力を検出する下流圧力センサ４２が設けられている。

ＥＣＵ４４は、エンジン１の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ＥＣＵ４４の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述したレール圧センサ６、吸気量センサ１８、吸気圧センサ２０、ＮＯｘセンサ３６、排気温センサ３８、上流圧力センサ４０及び下流圧力センサ４２のほか、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ４６、及びアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ４８などの各種センサ類が接続されている。また、ＥＣＵ４４の出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁１４及びＥＧＲ弁２６などの各種デバイス類が接続されている。

エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ４４によって行われる。
即ち、ＥＣＵ４４は、クランク角センサ４４によって検出されたクランク角から得られるエンジン１の回転数と、アクセル開度センサ４６によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶しているマップからエンジン１の運転に必要な基本燃料供給量と基本燃料噴射時期とを読み出す。

次にＥＣＵ４４は、予め設定された気筒内燃焼モデルに対応して燃焼パラメータにより規定される燃焼関数を用い、気筒毎に燃焼室における熱発生率を求め、更にこの熱発生率から、燃焼室内の燃焼状態を表す燃焼状態量として圧力変化率と筒内温度を求める。そして、これら圧力変化率及び筒内温度が、予め設定された適正範囲内となるように基本燃料供給量と基本燃料噴射時期とを補正して、目標燃料噴射量と目標燃料噴射時期とを求め、これら目標燃料噴射量及び目標燃料噴射時期に応じてインジェクタ４を制御する。

ここで、ＥＣＵ４４が行う圧力変化率及び筒内温度の演算について、図面を参照して以下に説明する。
図２は、ＥＣＵ４４が行うエンジン制御のフローチャートであって、エンジン１が始動されてから停止されるまでの間、所定の制御周期で繰り返し実行される。
制御が開始されると、まずステップＳ１でレール圧センサ６によって検出されたレール圧Ｐｒａｉｌ、吸気圧センサ２０によって検出された吸気圧力Ｐｉｎ、クランク角センサ４６によって検出されたクランク角から得られるエンジン１の回転数Ｎｅ、並びに各気筒におけるインジェクタ４からの燃料噴射量ｑ及び燃料噴射時期Ｔｉｎｊを取り込む。

ＥＣＵ４４は、予め設定された気筒内燃焼モデルに対応して熱発生率ｄＱ／ｄθを演算する燃焼関数として、Wiebe燃焼関数に基づき下式（１）を記憶している。

θ ：クランク角
Ｑｐ：予混合燃焼熱量
Ｑｄ：拡散燃焼熱量
θｐ：予混合燃焼期間
θｄ：拡散燃焼期間
ｍｐ：予混合燃焼特性値
ｍｄ：拡散燃焼特性値
Ｔｉｎｊ：指示燃料噴射時期
τ ：着火遅れ（燃料を噴射してから予混合燃焼が始まるまでの遅れ）
ε ：拡散燃焼遅れ（予混合燃焼から拡散燃焼が始まるまでの遅れ）
上記式（１）は、エンジン１の１回の燃焼における熱発生率を、図３に実線で示す形状からなる燃焼モデルに対応して表すものである。

即ち、ディーゼルエンジンの場合、燃焼室における燃焼は、インジェクタ４から噴射された燃料が燃焼室内の高密度の空気と共に混合気を形成し、この混合気が自己着火して燃焼する予混合燃焼と、こうして燃焼を開始した部分が核となって周囲の燃料や空気を巻き込みながら燃焼する拡散燃焼とに分けられる。このため、燃焼室内における熱発生率の変化は、図３に一点鎖線で示された予混合燃焼による熱発生率の変化と、二点鎖線で示された拡散燃焼による熱発生率の変化とを合成したものとなる。

従って、上記式（１）の前半部分が予混合燃焼に対応するWiebe燃焼関数であり、後半部分が拡散燃焼に対応するWiebe燃焼関数となっている。また、上記式（１）は上述のように熱発生率を示すものであることから、図３の予混合燃焼に対応する部分の面積が気筒毎の予混合燃焼熱量に相当し、図３の拡散燃焼に対応する部分の面積が気筒毎の拡散燃焼熱量に相当する。

上記式（１）中で用いられる燃焼パラメータである予混合燃焼熱量Ｑｐ、予混合燃焼期間θｐ、拡散燃焼期間θｄ、予混合燃焼特性値ｍｐ、拡散燃焼特性値ｍｄ、着火遅れτ、及び拡散燃焼遅れεは、予め実験等によりレール圧Ｐｒａｉｌ、吸気圧力Ｐｉｎ、エンジン１の回転数Ｎｅ、燃料噴射量ｑ、及び燃料噴射時期Ｔｉｎｊに対応して求められており、ＥＣＵ４４に多次元マップとして記憶されている。なお、拡散燃焼熱量Ｑｄは、燃料噴射量ｑに対応する全発熱量Ｑから予混合燃焼熱量Ｑｐを減算することにより求められる。

そこで、次のステップＳ２では、ステップＳ１で取り込んだレール圧Ｐｒａｉｌ，吸気圧力Ｐｉｎ、エンジン１の回転数Ｎｅ、燃料噴射量ｑ、及び燃料噴射時期Ｔｉｎｊに対応する予混合燃焼熱量Ｑｐ、予混合燃焼期間θｐ、拡散燃焼期間θｄ、予混合燃焼特性値ｍｐ、拡散燃焼特性値ｍｄ、着火遅れτ、及び拡散燃焼遅れεの値を、記憶している多次元マップからそれぞれ読み出す。

このようにしてWiebe燃焼関数を規定する燃焼パラメータが求められたので、次のステップＳ３では、これらの燃焼パラメータを適用したWiebe燃焼関数から各気筒毎の熱発生率ｄＱ／ｄθを求め、次のステップＳ４に進む。
ステップＳ４では、ステップＳ３で求められた熱発生率ｄＱ／ｄθを用い、クランク角センサ４６によって検出されたクランク角の変化から求められるピストン速度や燃焼室容積、及びインジェクタ４からの燃料噴射量から求まる全発生熱量Ｑなどに基づき、各気筒毎に燃焼室内の圧力変化率ｄｐ／ｄθ及び筒内温度Ｔｃｙｌを燃焼状態量として求める。

次のステップＳ５では、このようにしてステップＳ４で求められた燃焼室内の圧力変化率ｄｐ／ｄθ及び筒内温度Ｔｃｙｌに基づき、これら圧力変化率ｄｐ／ｄθ及び筒内温度Ｔｃｙｌが予め設定された適正範囲内となるように基本燃料供給量と基本燃料噴射時期とを補正して、目標燃料噴射量と目標燃料噴射時期とを求め、これら目標燃料噴射量及び目標燃料噴射時期に応じて各インジェクタ４を制御する。

なお、ステップＳ４における燃焼室内の圧力変化率ｄｐ／ｄθ及び筒内温度Ｔｃｙｌの演算については、熱力学の法則に基づいて演算すれば良く、ここではその詳細な説明を省略する。
このようにしてその制御周期を終了すると、再び次の制御周期でステップＳ１から同様の処理を開始し、ステップＳ１乃至Ｓ５の処理が繰り返される。

以上のようにしてエンジン制御が行われることにより、各気筒における圧力変化率ｄｐ／ｄθ及び筒内温度Ｔｃｙｌが予め設定された適正範囲内に制御され、エンジンの運転性能を良好に維持することが可能となる。
また、この場合に各気筒に筒内圧を検出するためのセンサを設ける必要がないので、エンジンのコストを低く抑えることが可能となる。

ところで、上述したようにWiebe燃焼関数を規定する燃焼パラメータは予め記憶された多次元マップから読み出されて設定されるが、この燃焼パラメータは予め実験等によって求められたものであり、エンジンの経年変化や燃料の性状変化などによって実際の燃焼パラメータと多次元マップに記憶した燃焼パラメータとの間には、ずれが生じるおそれがある。

そこでＥＣＵ４４は、このようなずれを解消するため、多次元マップから読み出された燃焼パラメータを補正するための燃焼パラメータ補正制御を行う。
以下では、ＥＣＵ４４が実行する燃焼パラメータ補正制御の詳細について、図面に基づき説明する。
図４は燃焼パラメータ補正制御に対応したＥＣＵ４４の機能構成図であり、図５は燃焼パラメータ補正制御のフローチャートである。

ＥＣＵ４４は、図２のフローチャートに従って行われるエンジン制御の制御周期の例えば１０倍程度に長く設定された制御周期毎に、図５のフローチャートに従って燃焼パラメータ補正制御を繰り返し実行する。
図４に示すように、ＥＣＵ４４は、エンジン１の回転変動を検出して気筒毎のトルクのばらつき度合いを求める回転変動演算部（回転変動検出手段）５０と、Wiebe燃焼関数を用いてエンジン１の燃焼室内における熱発生率を演算し、この熱発生率を回転変動演算部５０によって求められた気筒毎のトルクのばらつき度合いに基づき補正することにより、気筒毎の熱発生率を求める熱発生率演算部（熱発生率演算手段）５２と、熱発生率演算部５２によって求められた気筒毎の熱発生率に基づき、燃焼状態量として燃焼室内の圧力変化率ｄｐ／ｄθと筒内温度Ｔｃｙｌとを気筒毎に求める燃焼状態量演算部（燃焼状態量演算手段）５４と、燃焼状態量演算部５４によって求められた圧力変化率ｄｐ／ｄθと筒内温度Ｔｃｙｌとに基づき、燃焼室内の燃焼状態に応じて変化するエンジン１の運転状態量として燃焼室内における単位排気流量あたりのＮＯｘ生成量の演算値Ｖｃを気筒毎に求めるＮＯｘ生成量演算部（運転状態量演算手段）５６と、ＮＯｘ生成量演算部５６によって求められた気筒毎のＮＯｘ生成量の演算値の総和とＮＯｘセンサ３６によって検出された単位排気流量あたりのＮＯｘ排出量の実際値との比較結果に基づき多次元マップ６０の燃焼パラメータを補正するパラメータ補正部（補正手段）５８とを備えている。

エンジン１が始動されると、ＥＣＵ４４は図５のフローチャートに従って燃焼パラメータ補正制御を開始し、ステップＳ１１でクランク角センサ４６が検出したクランク角の変化に基づき、回転変動演算部５０がエンジン１の回転変動を演算する。
ここでは、エンジン１の回転速度が所定時間にわたって安定した状態にあるときに、クランク角センサ４６にて各気筒の燃焼行程におけるクランクパルスを検出し、検出したクランクパルスの間隔から瞬時の回転速度を算出する。そして、全気筒の瞬時の回転速度の平均値に対する、各気筒における瞬時の回転速度の変動量をエンジン１の回転変動として演算する。

ステップＳ１２では、レール圧センサ６によって検出されたレール圧、吸気圧センサ２０によって検出された吸気圧力、クランク角センサ４４によって検出されたクランク角から得られるエンジン１の回転数、並びに各気筒における燃料噴射量及び燃料噴射時期を取り込み、前述したエンジン制御のフローチャートにおけるステップＳ１乃至Ｓ３の処理と同様にして、熱発生率演算部５２が熱発生率ｄＱ／ｄθを演算し、次のステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、ステップＳ１１で求められた各気筒における回転速度の変動量に比例して、熱発生率演算部５２がステップＳ１２で求められた熱発生率ｄＱ／ｄθを補正することにより、気筒毎の熱発生率ｄＱ／ｄθを求める。即ち、回転速度の変動量が回転速度の平均値に対してプラスとなるような、トルクを比較的大きめに発生している気筒については、発生熱量が増大する方向に熱発生率ｄＱ／ｄθを補正する一方、回転速度の変動量が回転速度の平均値に対してマイナスとなるような、トルクを比較的小さめに発生している気筒については、発生熱量が減少する方向に熱発生率ｄＱ／ｄθを補正する。

次にステップＳ１４に進むと、燃焼状態量演算部５４が、ステップＳ１３で気筒毎に求められた熱発生率ｄＱ／ｄθを用い、前述したエンジン制御のフローチャートにおけるステップＳ４の処理と同様にして、クランク角センサ４６によって検出されたクランク角の変化から求められるピストン速度や燃焼室容積、及びインジェクタ４からの燃料噴射量から求まる全発生熱量Ｑなどに基づき、気筒毎に燃焼室内の圧力変化率ｄｐ／ｄθ及び筒内温度Ｔｃｙｌを燃焼状態量として求める。

更に次のステップＳ１５では、ステップＳ１４で求められた気筒毎の圧力変化率ｄｐ／ｄθ及び筒内温度Ｔｃｙｌに基づき、ＮＯｘ生成量演算部５６が各気筒の燃焼室における単位排気流量あたりのＮＯｘの生成量を、既に公知である拡大Zeldovich機構を用いて算出する。更に、こうして算出された各気筒のＮＯｘ生成量を合計した演算値Ｖｃを求め、次のステップＳ１６に進む。

ステップＳ１６では、パラメータ補正部５８が、ＮＯｘセンサ３６によって検出された排気中のＮＯｘ濃度、即ち単位排気流量あたりのＮＯｘ排出量の実際値Ｖｓを取り込む。
次にステップＳ１７に進むと、パラメータ補正部５８がステップＳ１５で求められたＮＯｘ生成量の演算値Ｖｃと、ステップＳ１６で求められたＮＯｘ排出量の実際値Ｖｓとを比較し、演算値Ｖｃの方が実際値Ｖｓよりも大きい場合にはステップＳ１８に進んで、多次元マップ６０に記憶されている燃焼パラメータのうち、予混合燃焼期間θｐを増大方向に補正する。

即ち、演算値Ｖｃの方が実際値Ｖｓよりも大きい場合、多次元マップ６０から読み出した予混合燃焼期間θｐを使用した燃焼関数ではＮＯｘ生成量が多めに見積もられていることから、多次元マップ６０の予混合燃焼期間θｐを増大方向に補正することにより、図３に示された燃焼モデルにおける予混合燃焼の熱発生率の立ち上がりを鈍化させ、ＮＯｘ生成量が低く見積もられるようにする。

一方、ステップＳ１７で演算値Ｖｃの方が実際値Ｖｓよりも小さいと判定した場合にはステップＳ１９に進んで、多次元マップ６０に記憶されている燃焼パラメータのうち、予混合燃焼期間θｐを減少方向に補正する。
即ち、演算値Ｖｃの方が実際値Ｖｓよりも小さい場合、多次元マップ６０から読み出した予混合燃焼期間θｐを使用した燃焼関数ではＮＯｘ生成量が少なめに見積もられていることから、多次元マップ６０の予混合燃焼期間θｐを減少方向に補正することにより、図３に示された燃焼モデルにおける予混合燃焼の熱発生率の立ち上がりをより急峻化させることにより、ＮＯｘ生成量が高く見積もられるようにする。

また、ステップＳ１７で演算値Ｖｃと実際値Ｖｓとが実質的に等しいと判定した場合には、上述したような予混合燃焼期間θｐの補正を行わず、その制御周期を終了する。
即ち、この場合には多次元マップ６０から読み出した予混合燃焼期間θｐを使用した燃焼関数によりＮＯｘ生成量は良好に見積もられており、多次元マップ６０の予混合燃焼期間θｐは適正な値であるとして、補正を行わずにその制御周期を終了する。

次の制御周期では再びステップＳ１１から処理が開始され、上述したようにしてステップＳ１１乃至Ｓ１９の処理が行われる。
以上のようにして燃焼パラメータ補正制御が行われることにより、エンジン１の経年変化や燃料の性状変化などが発生しても、ＮＯｘ生成量の演算値ＶｃとＮＯｘ排出量の実際値Ｖｓとの比較結果に応じて補正された予混合燃焼期間θｐが適用される燃焼関数に基づきエンジン１を制御することにより、少なくともＮＯｘ排出性能に関して多次元マップ設定時に意図した特性から実質的なずれが生じることなく、エンジン１を制御することが可能となる。この結果、エンジン１の排気性能を良好に維持しながら、精度の高いエンジン制御を実現することができる。

また、燃焼関数を用いることにより燃焼室における圧力変化率を精度良く求めることができるので、各気筒に筒内圧センサを設ける必要がなくなり、エンジン１のコストを低減することが可能となる。
更に、燃焼関数を用いて得られた熱発生率ｄＱ／ｄθを、エンジン１の回転変動に基づき気筒毎に補正して求めるようにしたので、各気筒の燃焼状態のばらつきを反映させて気筒毎のＮＯｘ生成量を精度良く求めることが可能となる。この結果、燃焼パラメータを適正に補正することが可能となり、精度の高いエンジン制御を実現することができる。

なお、本実施形態では予混合燃焼期間θｐのみを補正するようにしたが、同様に他の燃焼パラメータを補正するようにしても良い。この場合、それぞれ補正する燃焼パラメータによって定まるエンジン１の運転性能を、エンジン１の経年変化や燃料の性状変化などに関わらず良好に維持しながらエンジン１の制御を良好に行うことができる。
以上で本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、燃焼パラメータ補正制御の制御周期を図２のフローチャートによるエンジン制御の制御周期よりも長くなるようにしたが、図２のフローチャートによるエンジン制御が予め定められた回数（例えば１０回）実行される毎に実行されるようにしても良いし、エンジン１が搭載された車両が所定走行距離だけ走行する毎に実行するようにしても良い。

また、エンジン１が搭載された車両の定期点検の際に燃焼パラメータ補正制御を実行して多次元マップ６０に記憶されている燃焼パラメータを補正するようにしても良い。この場合には、運転状態量検出手段であるＮＯｘセンサ３６を車両のエンジン１側に常設する必要がなくなり、エンジン１のコストを低減することが可能となる。
更に、上記実施形態では、運転状態量としてＮＯｘ生成量を採用し、熱発生率ｄＱ／ｄθから圧力変化率ｄｐ／ｄθ及び筒内温度Ｔｃｙｌを算出すると共に、これら圧力変化率ｄｐ／ｄθ及び筒内温度Ｔｃｙｌから求めたＮＯｘ生成量の演算値Ｖｃと、ＮＯｘセンサ３６によって検出されたＮＯｘ排出量の実測値との比較結果に応じて燃焼パラメータを補正するようにした。しかしながら、運転状態量はＮＯｘ生成量に限られるものではない。

例えば、ＮＯｘセンサ３６の代わりに、エンジン１の気筒の少なくとも１つに筒内圧を検出する筒内圧センサを設け、熱発生率ｄＱ／ｄθに基づく圧力変化率ｄｐ／ｄθから得られた筒内圧の演算値と、筒内圧センサによって検出された筒内圧の実測値との比較結果に応じて燃焼パラメータを補正するようにしても良い。
更に、上記実施形態では、エンジン１の回転変動量を、クランクパルスの間隔から瞬時の回転速度を求めることにより算出したが、回転変動量の算出方法はこれに限定されるものではない。即ち、例えば単にクランクパルスの間隔の平均値に対する当該間隔の偏差又は比を変動量として用いても良い。

また、上記実施形態で用いた式（１）は燃焼関数の１例を示すものであり、燃焼関数はこれに限定されるものではなく、エンジン１の仕様や形式などに応じて適宜変更が可能である。
更に、上記実施形態では、エンジン１を４気筒のディーゼルエンジンとしたが、エンジンの形式についてはこれに限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係るエンジン制御装置の全体構成図である。図１のエンジン制御装置で行われるエンジン制御のフローチャートである。燃焼室における熱発生率を示すグラフである。図１のエンジン制御装置で行われる燃焼パラメータ補正制御に対応したＥＣＵの機能構成図である。図１のエンジン制御装置で行われる燃焼パラメータ補正制御のフローチャートである。

符号の説明

１エンジン
３６ＮＯｘセンサ（運転状態量検出手段）
５０回転変動演算部（回転変動演算手段）
５２熱発生率演算部（熱発生率演算手段）
５４燃焼状態量演算部（燃焼状態量演算手段）
５６ＮＯｘ生成量演算部（運転状態量演算手段）
５８パラメータ補正部（補正手段）

Claims

予め設定された気筒内燃焼モデルに対応して燃焼パラメータにより規定される燃焼関数を用い、燃焼室内の燃焼状態に対応した熱発生率を求め、上記熱発生率に応じてエンジンを制御するエンジン制御装置において、
上記燃焼関数を用いて上記熱発生率を演算する熱発生率演算手段と、
上記熱発生率演算手段によって求められた上記熱発生率に基づき、上記燃焼室内の燃焼状態を表す燃焼状態量を求める燃焼状態量演算手段と、
上記燃焼状態量演算手段によって求められた上記燃焼状態量に基づき、上記燃焼室内の燃焼状態に応じて変化する上記エンジンの運転状態量の演算値を求める運転状態量演算手段と、
上記運転状態量の実際値を検出する運転状態量検出手段と、
上記運転状態量演算手段によって求められた上記運転状態量の演算値と、上記運転状態量検出手段によって検出された上記運転状態量の実際値とを比較し、その比較結果に応じて上記燃焼関数に用いられる燃焼パラメータを補正する補正手段と
を備えることを特徴とするエンジン制御装置。
上記エンジンは複数の気筒を備え、
上記エンジンの各気筒で発生するトルクのばらつきに伴って生じた回転変動を検出する回転変動検出手段を更に備え、
上記熱発生率演算手段は、上記燃焼関数を用いて求めた上記熱発生率を、上記回転変動検出手段によって検出された回転変動に基づき補正することにより、上記熱発生率を気筒毎に求めることを特徴とする請求項１に記載のエンジン制御装置。
上記燃焼状態量演算手段は、上記燃焼状態量として上記エンジンの燃焼室内における圧力変化率と筒内温度とを演算し、
上記運転状態量演算手段は、上記燃焼状態量演算手段によって求められた上記圧力変化率及び筒内温度に基づき、上記運転状態量として上記エンジンにおいて生成されるＮＯｘの生成量を演算するものであって、
上記運転状態量検出手段は、上記エンジンからのＮＯｘ排出量を上記運転状態量の実際値として検出することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン制御装置。