JP4158577B2

JP4158577B2 - エンジンの燃焼制御装置

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Publication number: JP4158577B2
Application number: JP2003099232A
Authority: JP
Inventors: 崇新城
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2008-10-01
Anticipated expiration: 2023-04-02
Also published as: JP2004308440A; US7027906B2; CN100376776C; US20040261414A1; CN1534180A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジンの燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの燃料である軽油のセタン価を検出し、その検出したセタン価に応じて燃料噴射時期を制御するものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
実公平３−４５１８１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃焼が悪化すると特にＨＣ排出量が増え、また燃費が悪くなるので、燃焼を改善するため、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンおいて燃料噴射制御、筒内圧縮端温度制御、スワール制御などが行われている。例えば、ディーゼルエンジンにおいて主噴射に先立って少なくとも一回噴射するパイロット噴射を行ったり、筒内圧縮端温度制御手段を用いて筒内圧縮端温度を目標値へと制御したり、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンにおいてスワール制御弁を閉じ筒内のガス流動を強化したりすることにより燃焼状態を改善している。
【０００５】
一方、ディーゼルエンジンの燃料である軽油とガソリンエンジンの燃料であるガソリンについて市場調査を行ったところ、軽油については図２〜図４に、ガソリンについては図１２〜図１５に示す結果が得られた。
【０００６】
まず軽油において、図２に示すようにセタン価は標準燃料比重に反比例して低下し、標準燃料比重が低いほど、蒸発性を表す１０％留出点が高く（留出温度が低い）なっている。この理由は、図３に示すように、標準燃料比重が高いほど、セタン価が低くて（オクタン価は高い）蒸発性が低い、ベンゼン環構造を持つ芳香族炭化水素含有量が多くなることに起因しているためと思われる。粘度は標準燃料比重に比例するため、図４に示すようにセタン価は粘度に反比例して低下する。
【０００７】
一方、ガソリンにおいては軽油と同様に、図１４に示すように標準燃料比重が高いほど芳香族炭化水素含有量が多くなる。セタン価とオクタン価は逆の作用を持つものであるため、図１２に示すようにオクタン価は標準燃料比重に比例して高くなる。また、図１３に示すように標準燃料比重が低いほど、蒸発性を表す１０％留出点が高く（留出温度が低い）なっている。図１５は標準燃料比重と発熱量の関係を示しており、標準燃料比重が高いほどＨ／Ｃ比率の小さな芳香族炭化水素含有量が多くなるため一定重量当たりの発熱量は低下する。なお、この傾向は軽油でも全く同じである。
【０００８】
このような市場調査に鑑みると、ディーゼルエンジンにおける燃料噴射の設定値（燃料噴射量と燃料噴射時期）や筒内圧縮端温度の目標値、ガソリンエンジンにおける燃料噴射の設定値（燃料噴射量と点火時期）、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンにおけるスワール比の設定値を決めるのに用いた基準燃料と異なる燃料比重の燃料が使用されることが考えられ、特に基準燃料より燃料比重が大きな燃料が使用されるときに燃焼状態が悪化し、ＨＣ排出量が増え、燃費が悪くなる。
【０００９】
これをディーゼルエンジンにおいて具体的に説明すると、図５はパイロット噴射量に対するＨＣ排出量の特性が、標準燃料比重を相違させたときどのように変化するのかを示している。今、標準燃料比重の最も小さな燃料を基準燃料とし、この基準燃料に対して、ＨＣ排出量の他、燃料消費率や燃焼騒音などとのバランスによりパイロット噴射量が設定されているとする。この場合が破線で示す特性とすれば、基準燃料より標準燃料比重の大きな燃料が使用されたときには、パイロット噴射量がｑ２以下の領域でパイロット噴射による燃料の着火性が悪化し、実線で示したようにＨＣ排出量が増大する。
【００１０】
図６は、図５に示したパイロット噴射を行った場合の筒内熱発生率の変化を示している。このうち図６最上段は基準燃料使用時にパイロット噴射量を図５中のｑ１としたときの筒内熱発生率の変化を示し、主噴射に伴う大きな山の前に、パイロット噴射に伴う小さな山が現れている。これより主噴射による燃焼が開始する前にパイロット噴射による燃焼が発生していることがわかる。
【００１１】
ところが、このときの燃料噴射設定（パイロット噴射量（図５中のｑ１参照）、パイロット噴射時期、主燃料噴射時期）のまま基準燃料より燃料比重が大きな燃料が使用されたときには、筒内熱発生率が図６中段に示したようになり、２つの山の境が不明瞭になっている。これはパイロット噴射による燃焼が主噴射による燃焼の開始時期と重なっているためで、このときＨＣ排出量が悪化する（図５参照）。
【００１２】
そこで本発明は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンを問わず、実用的かつ簡便で精度良く、使用している燃料の質に応じて燃焼を制御することを目的としている。具体的には、軽油の場合には使用している燃料の質は燃料比重またはセタン価、またガソリンの場合には使用している燃料の質は燃料比重であり、これら基づいて燃焼制御を行う。
【００１３】
一方、上記特許文献１においてはディーゼルエンジンにおける燃料粘度とセタン価とには比例関係があり、燃料粘度が高いほどセタン価も高くなるとの記載がある。しかながら、本発明者の実施した市場調査では、図４に示すように、ディーゼルエンジンにおける燃料粘度とセタン価との相関は低く、しかも反比例の関係であり、燃料粘度が高いほどセタン価は低くなる傾向となっている。この理由は、図３で前述したようにディーゼルエンジンにおける標準燃料比重が高いほどセタン価が低くて蒸発性が低いベンゼン環構造を持つ芳香族炭化水素含有量が多くなることに起因している。また、芳香族炭化水素類は多環構造に直鎖や側鎖構造のものがくっついており、カーボン数が多くて重質になっていることが一般的であって、このため芳香族炭化水素含有量が多くなるとディーゼルエンジンにおける燃料粘度が高くなる。したがって、前述したようにディーゼルエンジンにおける燃料粘度は標準燃料比重に比例して高くなるため、図４に示すようにセタン価は燃料粘度に反比例して低下するのである。すなわち、燃料粘度とセタン価の関係が逆であるということは別にしても、ディーゼルエンジンにおける燃料粘度を検出することではセタン価を精度良く検出することができないのであり、セタン価を燃料比重より算出するようにした本願発明と、セタン価を燃料粘度より算出するようにした上記特許文献１とでは技術的思想が異なっている。
【００１４】
また、上記特許文献１では燃料粘度測定手段として燃料タンク内に一定距離を重力により落下する錘の落下時間を計測する機構を備え、その粘度測定結果に対し温度測定手段の測定結果に基づく補正を施してセタン価を判定する構成としている。このような方法では燃料の粘度測定のために複雑な機構が必要であるし、そのために燃料タンクの設計の自由度を奪い、生産性も悪化し、コストアップを避けられない。しかも車両が傾けば燃料タンク内の粘度測定機構自体のフリクションが変化することが想定され、このような理由からも正確な粘度測定、ひいては正確なセタン価の検出は困難である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、使用している燃料の比重を検出または推定し、この検出または推定された燃料比重に基づいてパイロット噴射の燃料噴射時期制御、吸気スワール制御の少なくとも一つの制御を行うように構成する。
【００１６】
本発明はまた、使用している燃料の比重を検出または推定し、この検出または推定された燃料比重から使用している燃料のセタン価を算出し、この算出されたセタン価に基づいて、パイロット噴射の燃料噴射時期制御、吸気スワール制御の少なくとも一つの制御を行うように構成する。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、使用している燃料の質（ディーゼルエンジンでは燃料比重やセタン価、ガソリンエンジンでは燃料比重）を検出または推定し、この検出または推定した燃料の質に基づいてパイロット噴射の燃料噴射時期制御、吸気スワール制御の少なくとも一つの制御を行うので、簡便にかつ使用している燃料の質に適したエンジンの燃焼制御を行うことができる。
【００１８】
本発明では検出または推定された燃料比重から使用している燃料のセタン価を算出するので、燃料粘度からセタン価を測定する場合と比較して、セタン価を精度良く検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は一実施形態の構成を示す概略構成図である。
【００２０】
図１において、エンジン１の排気通路２と吸気通路３のコレクタ部３ａとを結ぶＥＧＲ通路４に、ステッピングモータ５により駆動されるＥＧＲ弁６を備えている。ステッピングモータ５は、コントロールユニット２１からの制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。これは燃焼温度が高くなるとＮＯｘが増えるので、燃焼温度を抑制するため排気の一部を吸気通路に還流させることにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘの発生を少なくしようとするものである。
【００２１】
エンジンには燃料供給装置としてのコモンレール式燃料噴射装置１０を備える。この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク１１、サプライポンプ１２、蓄圧室１３、気筒毎に設けられるノズル（図示しない）からなり、サプライポンプ１２により加圧された燃料は蓄圧室１３にいったん蓄えられたあと、蓄圧室１３の高圧燃料が気筒数分のノズルに分配される。
【００２２】
ノズルは、針弁、ノズル室、ノズル室への燃料供給通路、リテーナ、油圧ピストン、リターンスプリングなどからなり、油圧ピストンへの燃料供給通路に三方弁（電磁弁）１５が介装されている。三方弁１５のＯＦＦ時には針弁が着座状態にあり、三方弁１５がＯＮ状態になると針弁が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。つまり、三方弁１５のＯＦＦからＯＮへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室１３の圧力が同じであれば、ＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【００２３】
また、コモンレール１３圧力を制御するため、サプライポンプ１２からの吐出燃料の一部は、一方向弁１８が設けられたオーバーフロー通路１７を介して燃料供給通路１６に戻されるようにしており、このオーバーフロー通路１７の流路面積を変えるための圧力制御弁１９が設けられている。この圧力制御弁１９はコントロールユニット２１からのデューティ制御信号に応じてオーバーフロー通路１７の流路面積を変えてコモンレール１３への燃料吐出量を調整することによ、りコモンレール１３の圧力を制御する。コモンレール圧力の目標値は運転条件に応じて予め定められており、圧力センサ３４により検出される実コモンレール圧がこの目標値と一致するように圧力制御弁１９への制御量がフィードバック制御される。
【００２４】
アクセル開度センサ３６、エンジン回転速度とクランク角度を検出するクランク角センサ３２、３３、水温センサ３１からの信号が入力されるコントロールユニット２１では、エンジン回転速度とアクセル開度（以下「負荷」という。）に応じて主噴射量を算出し、算出した主噴射量に対応して三方弁１５のＯＮ時間を制御するほか、三方弁１５のＯＮへの切換時期を制御することで、運転条件に応じた所定の噴射開始時期（噴射時期）を得るようにしている。
【００２５】
ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２に可変容量ターボ過給機２５を備える。これは、排気タービン２６のスクロール入口に、アクチュエータ２８により駆動される可変ノズル２７を設けたもので、コントロールユニット２１により、可変ノズル２７は低回転速度域から所定の過給圧が得られるように、低回転速度側では排気タービン２６に導入される排気の流速を高めるノズル開度に、高回転速度側では排気を抵抗なく排気タービン２６に導入させノズル開度に制御する。
【００２６】
上記のアクチュエータ２８は、制御圧力に応動して可変ノズル２７を駆動するダイヤフラムアクチュエータと、このダイヤフラムアクチュエータへの制御圧力を調整する圧力制御弁とからなり、可変ノズル２７の実開度が目標ノズル開度となるようにデューティ制御信号が作られ、このデューティ制御信号が圧力制御弁に出力される。
【００２７】
このようにターボ過給機２５が備えられると、排気エネルギーの一部が排気タービン２６により回収され、エンジン出力が高められる。
【００２８】
排気タービン２６下流の排気通路２には後処理装置（例えば酸化触媒、ＮＯｘトラップ触媒）４１を備える。ＮＯｘトラップ触媒は、空気過剰率が１．０よりも大きくなるリーン燃焼時に排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）をトラップし、空気過剰率が１．０以下の値になるリッチ燃焼時（あるいは理論空燃比での燃焼時）になると、トラップしていたＮＯｘを排気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化する。リーン燃焼時にＮＯｘトラップ触媒によりトラップされたＮＯｘが許容範囲の限界まで達したときにはトラップされたＮＯｘを還元浄化するためエンジンコントローラ２１では、所定の排気温度が確保できる領域になると、リッチ燃焼となるように空気過剰率を制御する。
【００２９】
この場合に、過給機２５だけではリッチ燃焼や理論空燃比での燃焼が得られないことがあるので、吸気コレクタ３ａのすぐ上流の吸気通路３に、圧力制御弁からの制御圧力に応動するダイヤフラム式のアクチュエータ４６により駆動される吸気絞り弁４５を設けている。アクチュエータ４６の構成はＥＧＲ弁６と同様であり、吸気絞り弁用の圧力制御弁もコントロールユニット２１からのデューティ制御信号により駆動される。
【００３０】
一方、主にエンジン低温時のＨＣ排出量の低減のため、主噴射に先立って少量の燃料を噴射するパイロット噴射制御、筒内圧縮端温度制御、スワール制御の少なくとも一つの制御を、コントロールユニット２１では水温センサ３１により検出されるエンジンの冷却水温Ｔｗに応じて行っている。例えば、エンジン低温時にパイロット噴射に続く主噴射の燃料が燃焼を開始する前に、パイロット噴射の燃料が燃焼を開始するようにパイロット噴射を制御したり、筒内圧縮端温度を目標値へと制御することで、燃焼室温度を上昇させ、またスワールにより燃焼室内のガス流動を活発化することで燃焼速度を改善し、これによってエンジン低温時におけるＨＣ排出量の増加を抑制する。
【００３１】
パイロット噴射制御、筒内圧縮端温度制御、スワール制御の３つはエンジン低温時におけるＨＣ排出量の低減に対してほぼ等価な制御であり、少なくとも一つの制御を行えば足りるのであるが、本実施形態では３つ全ての制御を行う場合で説明する。
【００３２】
さて、図２〜図４はディーゼルエンジンの燃料である軽油について市場調査を行った結果である。すなわち、図２に示すようにセタン価は標準燃料比重に反比例して低下し、図示しないが蒸発性を表す１０％留出点は標準燃料比重が低いほど高く（留出温度が低い）なっている。この理由は、図３に示すように、標準燃料比重が高いほど、セタン価が低くて蒸発性が低い、ベンゼン環構造を持つ芳香族炭化水素含有量が多くなることに起因しているためと思われる。粘度は標準燃料比重に比例するため、図４に示すようにセタン価は粘度に反比例して低下する傾向である。
【００３３】
このような市場調査に鑑みると、パイロット噴射の設定値（パイロット噴射量とパイロット噴射時期）、筒内圧縮端温度の目標値、スワール比の設定値を決めるのに用いた燃料（基準燃料）と異なる燃料比重の燃料が使用されることが考えられ、特に基準燃料より燃料比重が大きな燃料が使用されるときには、エンジン低温時のＨＣ排出量の低減のための制御を行っていながら、燃焼状態が悪化し、ＨＣ排出量が増え、燃費が悪くなることが考えられる。
【００３４】
そこでコントロールユニット２１では、使用している燃料の比重を新たに推定（算出）し、この推定した燃料比重と冷却水温とに基づいてパイロット噴射制御、筒内圧縮端温度制御及び吸気スワール制御を行う。
【００３５】
このため、エンジンコントローラ２１には、エアフローメータ７の出力Ｑａ、燃料配管に設置されている温度センサ３５からの燃料温度ＴＦ、後処理装置４１の下流に配置されている空燃比センサ３７からの酸素濃度Ｏ２の各信号が入力している。
【００３６】
コントロールユニット２１で実行されるこれらパイロット噴射制御、筒内圧縮端温度制御及び吸気スワール制御の内容を、以下フローチャートに基づいて説明する。
【００３７】
図７はパイロット噴射制御、筒内圧縮端温度制御及び吸気スワール制御を行うためのメインルーチンである。
【００３８】
図７においてステップ１００では水温センサ３１により検出される冷却水温Ｔｗ、クランク角センサ３２により検出されるエンジン回転速度Ｎｅ、クランク角センサ３３により検出される気筒判別値Ｃｙｌ、圧力センサ３４により検出されるコモンレール圧力ＰＣＲ、エアフローメータ７の出力Ｑａ、温度センサ３５により検出される燃料温度ＴＦ、アクセルセンサ３６により検出される負荷Ｌ、空燃比センサ３７により検出される酸素濃度Ｏ２を読み込む。
【００３９】
図７のステップ２００ではコモンレール圧力制御を行う。すなわち、エンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｌからコントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索してコモンレール１３の目標基準圧力ＰＣＲ０を求め、センサ３４により検出される実際のコモンレール圧力ＰＣＲがこの目標基準圧力ＰＣＲ０と一致するように圧力制御弁１９の制御量をフィードバック制御する。
【００４０】
図７のステップ３００では使用している燃料の燃料比重を検出する。この燃料比重の検出については図８のフローにより説明する。図８（図７ステップ３００のサブルーチン）においてステップ３１０ではエアフローメータ７の出力Ｑａから、コントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のテーブルを検索して吸入空気量Ｑａｉｒを求める。
【００４１】
図８のステップ３２０では、エンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｌから、コントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して主噴射量（燃料供給量）Ｑｍａｉｎとパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔを求める。
【００４２】
なお、主噴射量Ｑｍａｉｎおよびパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔの算出方法はこれに限られない。例えばエンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｌから、コントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して主噴射の燃料噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄおよびパイロット噴射の燃料噴射期間Ｐｐｅｒｉｏｄを求め、これら燃料噴射期間Ｍｐｅｒｉｏｄ、Ｐｐｅｒｉｏｄと、圧力センサ３４により検出される実コモンレール圧力ＰＣＲとから、コントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して主噴射量Ｑｍａｉｎとパイロット噴射量Ｑｐｉｌｏｔを求めるようにしても
かまわない。
【００４３】
図８のステップ３３０では、空燃比センサ３７により検出される酸素濃度Ｏ２から、コントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のテーブルを検索することにより排気の実空燃比ＡＦｒｅａｌを求める。
【００４４】
図８のステップ３４０では燃料比重を検出するのに適した条件か否かをみる。通常、エンジンはＮＯｘ低減のためのＥＧＲが行われているのが一般的であって、ＥＧＲが実施される場合には排気の空燃比がリッチ側にシフトしてしまうため、このときにも排気の実空燃比を求めるにはＥＧＲによる補正が必要になる。しかしながら、当該補正によって実空燃比の検出精度が悪化することの懸念もあるため、実空燃比の検出指令はＥＧＲの作動を停止する領域で出すことが望ましい。このため、本実施形態ではＥＧＲの作動を停止する領域であるとき燃料比重の検出条件が成立する。
【００４５】
検出条件を満足しないときには燃料比重の検出（算出）は実施せずにそのまま図７のステップ４００に進む。
【００４６】
検出条件を満足していれば図８のステップ３４０よりステップ３５０に進み、実燃料比重Ｇｆｕｅｌを算出する。すなわち、吸入空気流量Ｑａｉｒと実空燃比ＡＦｒｅａｌとから次式により実燃料量（重量流量）Ｇｍａｉｎを求める。
【００４７】
Ｇｍａｉｎ＝Ｑａｉｒ／ＡＦｒｅａｌ…（１）
この実燃料量（重量流量）Ｇｍａｉｎと燃料噴射量（体積流量）Ｑｍａｉｎとから次式により実燃料比重Ｇｆｕｅｌを算出する。
【００４８】
Ｇｆｕｅｌ＝Ｇｍａｉｎ／Ｑｍａｉｎ…（２）
図８のステップ３６０では、このようにして得た実燃料比重Ｇｆｕｅｌと、センサ３５により検出される燃料温度ＴＦとから、コントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索することにより標準状態（大気圧、２０℃）での燃料比重、つまり標準燃料比重Ｇｓｔｄを算出する。すなわち、燃料温度ＴＦが標準状態での燃料温度（２０℃）より高いときには実燃料比重Ｇｆｕｅｌを大きくなる側に補正した値を、また燃料温度ＴＦが標準状態での燃料温度（２０℃）より低いときには実燃料比重Ｇｆｕｅｌを小さくなる側に補正した値を標準燃料比重Ｇｓｔｄとする。
【００４９】
このようにして使用している燃料の標準燃料比重Ｇｓｔｄの検出を終了したら図７に戻り、ステップ４００で基準燃料の標準燃料比重と異なる燃料が使用される場合においても、予め定められた排気性能が得られるように、燃料噴射制御、筒内圧縮端温度制御、またはスワール制御を行う。これらの各制御については図９のフローにより説明する。
【００５０】
この場合に、各制御はエンジン仕様に合わせて設定しているフラグにより指示するようになっている。すなわち、当該エンジンに対して燃料噴射制御を行わせるときには燃料噴射制御実行フラグ＝１に、行わせないときには燃料噴射制御実行フラグ＝０になっている。同様にして筒内圧縮端温度制御を行わせるときには筒内圧縮端温度制御実行フラグ＝１に、行わせないときには筒内圧縮端温度制御実行フラグ＝０に、またスワール制御をを行わせるときにはスワール制御実行フラグ＝１に、行わせないときにはスワール制御実行フラグ＝０になっている。
【００５１】
本実施形態ではいずれの制御実行フラグも１になっている場合で説明する。
【００５２】
図９（図７ステップ４００のサブルーチン）においてステップ４４０では燃料噴射制御実行フラグをみる。燃料噴射制御実行フラグ＝１であるのでステップ４１０に進んで燃料噴射制御を行う。この燃料噴射制御については図１０のフローにより説明する。図１０（図９ステップ４１０のサブルーチン）においてステップ４１１ではエンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｌから、コントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索することにより、パイロット噴射量、パイロット噴射時期、主噴射の初期燃料噴射率および燃料噴射圧力（＝目標基準圧力ＰＣＲ０）の少なくとも一つを求める。ここでは４つとも求める場合で説明する。
【００５３】
この場合に、パイロット噴射量、パイロット噴射時期、主噴射の初期燃料噴射率および燃料噴射圧力の各検索値は基準燃料に対してマッチングしている。ここで、基準燃料には市販燃料のうちの標準燃料比重が最小のものを選択しており、この基準燃料の使用時に特にＨＣ排出量が抑制されるように各検索値を設定している。
【００５４】
ただし、基準燃料の選択はこれに限られるものでなく、市販燃料のうちの標準燃料比重が中間のものを選択してもかまわない。要は基準燃料より標準燃料比重が大きな燃料が使用されたときに、そのときの標準燃料比重に応じて基準燃料に対する燃料噴射の設定値が燃焼状態がよくなる側に補正される。また、基準燃料として市販燃料のうちの標準燃料比重が中間のものを選択したときには、基準燃料より標準燃料比重が小さな燃料が使用されたときに、燃焼状態が基準燃料の使用時よりよくなるので、そのときの標準燃料比重に応じて基準燃料に対する燃料噴射の設定値を燃焼状態が悪くなる側に補正することで燃費をよくすることが考えられる。
【００５５】
図１０のステップ４１２では燃料比重が検出済みであるか否かをみる。燃料比重が検出済みでないときには図１０のステップ４１３に進み、冷却水温Ｔｗから、コントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のテーブルを検索して基準燃料に対する燃料噴射補正係数（または補正値）ＫＴＷＩＮＪ１を求め、図１０のステップ４１５でこの燃料噴射補正係数ＫＴＷＩＮＪ１によってパイロット噴射量、パイロット噴射時期、初期燃料噴射率、燃料噴射圧力の検索値を補正する。この冷却水温Ｔｗによる燃料噴射補正係数ＫＴＷＩＮＪ１は、基準燃料の使用時に冷却水温Ｔｗが低くてもＨＣ排出量が増えることがないようにしている。すなわち、冷却水温Ｔｗが低いほど、パイロット噴射量の検索値を増量し、パイロット噴射時期の検索値を遅角し、主噴射の初期燃料噴射率の検索値を増大し、燃料噴射圧力の検索値を増加するように設定されている。
【００５６】
一方、図１０のステップ４１２で燃料比重が検出済であるときには図１０のステップ４１２よりステップ４１４に進み、冷却水温Ｔｗと標準燃料比重Ｇｓｔｄから、コントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して燃料噴射補正係数（または補正値）ＫＤＩＮＪ１を求め、図１０のステップ４１５でこの燃料噴射補正係数ＫＤＩＮＪ１によってパイロット噴射量、パイロット噴射時期、初期燃料噴射率、燃料噴射圧力の検索値を補正する。
【００５７】
この冷却水温Ｔｗと標準燃料比重Ｇｓｔｄによる燃料噴射補正係数ＫＤＩＮＪ１は、冷却水温Ｔｗに関してはステップ４１３の補正係数と同様の特性であり、基準燃料の使用時に冷却水温Ｔｗが低くてもＨＣ排出量が増えることがないようにしている。すなわち、冷却水温Ｔｗが低いほど、パイロット噴射量の検索値を増量し、パイロット噴射時期の検索値を遅角し、初期噴射率の検索値を増大し、燃料噴射圧力の検索値を増加するように冷却水温Ｔｗと標準燃料比重Ｇｓｔｄによる燃料噴射補正係数が設定されている。
【００５８】
さらに冷却水温は同じでありながら、基準燃料よりも標準燃料比重Ｇｓｔｄが大きい燃料が使用されてもＨＣ排出量が増えることがないように冷却水温と標準燃料比重による燃料噴射補正係数を設定している。すなわち、標準燃料比重Ｇｓｔｄが基準燃料に対するよりも大きいほど、パイロット噴射量を増量し、パイロット噴射時期を遅角し、主噴射の初期燃料噴射率を増大し、燃料噴射圧力を増加するように冷却水温と標準燃料比重による燃料噴射補正係数が設定されている。
【００５９】
コントロールユニット２１では、図１０のステップ４１３または４１４で検索された燃料噴射補正係数により補正されたパイロット噴射量、パイロット噴射時期が得られるように三方弁１５を介してパイロット噴射を制御する。また、図１０のステップ４１３または４１４で検索された燃料噴射補正係数により補正された燃料噴射圧力となるように圧力制御弁１９を介してコモンレール圧力を制御する。これによって基準燃料よりも標準燃料比重Ｇｓｔｄが大きい燃料が使用されたときにおいてもエンジンの始動性はもちろん暖機途中の燃費や排気（特にＨＣ）が向上する。
【００６０】
このようにして燃料噴射制御を終了したら図９に戻りステップ４５０で筒内圧縮端温度制御実行フラグをみる。筒内圧縮端温度制御実行フラグ＝１であるのでステップ４２０に進み筒内圧縮端温度制御を行う。この筒内圧縮端制御については図１１のフローにより説明する。図１１（図９ステップ４２０のサブルーチン）においてステップ４２１ではエンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｌから、コントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索することにより、筒内圧縮端目標温度を求める。この筒内圧縮端目標温度の検索値も基準燃料に対してマッチングしており、基準燃料の使用時にＨＣ排出量が抑制されるようにその検索値を設定している。
【００６１】
図１１のステップ４２２では燃料比重が検出済であるか否かをみる。燃料比重が検出済でないときには図１１のステップ４２３に進み、冷却水温Ｔｗからコントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のテーブルを検索することにより、筒内圧縮端温度補正係数（または補正値）ＫＴＷＩＮＪ２を求め、図１１のステップ４２５でこの筒内圧縮端温度補正係数によって筒内圧縮端目標温度の検索値を補正する。冷却水温Ｔｗによる筒内圧縮端温度補正係数ＫＴＷＩＮＪ２は、基準燃料の使用時に冷却水温が低くてもＨＣ排出量が増えることがないようにしている。すなわち、冷却水温が低いほど筒内圧縮端温度を上昇させるように設定されている。
【００６２】
一方、図１１のステップ４２２で燃料比重が検出済であるときには図１１のステップ４２２よりステップ４２４に進み、冷却水温Ｔｗと標準燃料比重Ｇｓｔｄから、コントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索することにより、筒内圧縮端温度補正係数（または補正値）ＫＤＩＮＪ２を求め、図１１のステップ４２５でこの筒内圧縮端温度補正係数によって筒内圧縮端温度の検索値を補正する。
【００６３】
冷却水温Ｔｗと標準燃料比重Ｇｓｔｄによる筒内圧縮端温度補正係数ＫＤＩＮＪ２は、冷却水温Ｔｗに関してはステップ４２３の補正係数と同様の特性であり、基準燃料の使用時に冷却水温Ｔｗが低くてもＨＣ排出量が増えることがないようにしている。すなわち、冷却水温Ｔｗが低いほど筒内圧縮端温度を上昇させるように筒内圧縮端温度補正係数ＫＤＩＮＪ２が設定されている。
【００６４】
さらに冷却水温は同じありながら、基準燃料よりも標準燃料比重Ｇｓｔｄが大きい燃料が使用されてもＨＣ排出量が増えることがないように当該筒内圧縮端温度補正係数ＫＤＩＮＪ２を設定している。すなわち、標準燃料比重Ｇｓｔｄが基準燃料に対するよりも大きいほど、筒内圧縮端温度を上昇させるように筒内圧縮端温度補正係数ＫＤＩＮＪ２が設定されている。
【００６５】
コントロールユニット２１では、図１１のステップ４２３または４２４で検索された筒内圧縮端温度補正係数により補正された筒内圧縮端目標温度が得られるように、筒内圧縮端温度制御手段を制御する。これによって基準燃料よりも標準燃料比重Ｇｓｔｄが大きい燃料が使用されたときにおいてもエンジンの始動性はもちろん暖機途中の燃費や排気（特にＨＣ）が向上する。
【００６６】
筒内圧縮端温度制御手段としては、吸入空気量を増加し得る手段（例えばターボ過給機２５）のほか、本実施形態では図示していないが、圧縮比を可変にする機構を備えるエンジンではその圧縮比を増加し得る手段、吸気系冷却手段（インタークーラー、ＥＧＲクーラーなど）の冷媒流量の減少し得る手段、吸入空気の加熱手段、アフターグローなどの手段を用いればよい。
【００６７】
このようにして筒内圧縮端温度制御を終了したら図９に戻りステップ４６０でスワール制御実行フラグをみる。スワール制御実行フラグ＝１であるのでステップ４３０に進みスワール制御を行う。ここでは、図９のステップ４１０、ステップ４２０と同様に、エンジン回転速度Ｎｅと負荷Ｌから、コントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索することにより目標スワール比を求める。この目標スワール比の検索値も基準燃料に対してマッチングしており、基準燃料の使用時にＨＣ排出量が抑制されるようにその検索値を設定しておく。なお、目標スワール比の検索値は簡単には一定値でもかまわない。
【００６８】
そして、燃料比重が検出済でないときには冷却水温Ｔｗからコントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のテーブルを検索することにより、冷却水温Ｔｗによるスワール比補正係数（または補正値）を求め、このスワール比補正係数によって、目標スワール比の検索値を補正する。冷却水温Ｔｗによるスワール比補正係数は、基準燃料の使用時に冷却水温が低くてもＨＣ排出量が増えることがないようにしている。すなわち、冷却水温Ｔｗが低いほど冷却水温Ｔｗによるスワール比が大きくなるように設定しておく。
【００６９】
一方、燃料比重が検出済であるときには冷却水温Ｔｗと標準燃料比重Ｇｓｔｄから、コントロールユニット２１のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索することにより、冷却水温Ｔｗと標準燃料比重Ｇｓｔｄによるスワール比補正係数（または補正値）を求め、このスワール比補正係数によって目標スワール比の検索値を補正する。
【００７０】
冷却水温Ｔｗと標準燃料比重Ｇｓｔｄによるスワール比補正係数は、冷却水温に関しては上記の冷却水温Ｔｗによるスワール比補正係数と同様の特性であり、基準燃料の使用時に冷却水温が低くてもＨＣ排出量が増えることがないようにしている。すなわち、冷却水温が低いほどスワール比を大きくするように冷却水温と標準燃料比重によるスワール比補正係数が設定されている。
【００７１】
さらに冷却水温は同じありながら、基準燃料よりも標準燃料比重Ｇｓｔｄが大きい燃料が使用されてもＨＣ排出量が増えることがないように冷却水温と標準燃料比重によるスワール補正係数を設定している。すなわち、標準燃料比重Ｇｓｔｄが基準燃料に対するよりも大きいほど、スワール比を大きくするように冷却水温と標準燃料比重によるスワール比補正係数が設定されている。
【００７２】
コントロールユニット２１では、冷却水温のみによるスワール補正係数または冷却水温と標準燃料比重によるスワール比補正係数により補正された目標スワール比が得られるように、スワール制御手段を制御する。これによって基準燃料よりも標準燃料比重Ｇｓｔｄが大きい燃料が使用されたときにおいてもエンジンの始動性はもちろん暖機途中の燃費や排気（特にＨＣ）が向上する。
【００７３】
スワール制御手段としては、図示していないが例えば１気筒当たり２つの吸気ポートを有するエンジンにおいてその一方の吸気ポートの吸気を絞る制御弁を用いればよい。
【００７４】
ここで、本実施形態の作用を説明する。
【００７５】
本実施形態によれば、使用している燃料の燃料比重（Ｇｓｔｄ）を算出（推定）し、この算出した燃料比重に基づいて燃料噴射制御、筒内圧縮端温度制御、吸気スワール制御の少なくとも一つの制御を行うようにしたので、簡便にかつ使用している燃料比重に適したエンジンの燃焼制御を行うことができる。
【００７６】
本実施形態によれば、使用している燃料の燃料比重が基準燃料よりも大きいときにも、パイロット噴射の燃料が、パイロット噴射に続く主噴射の燃料が燃焼を開始する前に燃焼を開始させるようにしているので、使用している燃料の燃料比重が基準燃料よりも大きいときにおいてもＨＣ排出量を低減できる。
【００７７】
本実施形態によれば、燃料噴射制御を行う手段が、エンジンの回転速度と負荷とに基づいて基準燃料に対するパイロット噴射量（燃料噴射量）、パイロット噴射時期（燃料噴射時期）、主噴射の初期燃料噴射率（燃料噴射率）および燃料噴射圧力の少なくとも一つを検索（算出）する手段と、冷却水温Ｔｗ（エンジン温度）と、標準燃料比重Ｇｓｔｄとに基づいて、パイロット噴射量を検索するときにはこのパイロット噴射量の検索値（算出値）を、パイロット噴射時期を検索するときにはこのパイロット噴射時期の検索値を、主噴射の初期燃料噴射率を検索するときにはこの主噴射の初期燃料噴射率の検索値を、燃料噴射圧力を検索ときにはこの燃料噴射圧力の検索値を補正する補正手段ととからなり、また、本実施形態によれば、筒内圧縮端温度制御を行う手段が、エンジンの回転速度と負荷とに基づいて基準燃料に対する筒内圧縮端目標温度を検索（算出）する手段と、冷却水温Ｔｗ（エンジン温度）と、標準燃料比重Ｇｓｔｄ（燃料比重）と基づいて、筒内圧縮端目標温度の検索値を補正する補正手段とからなるので、ディーゼルエンジンに備えられた機能をほとんど流用することができ、コストを増加させることがない。
【００７８】
使用している燃料の燃料比重が基準燃料よりも大きいとき、本実施形態によれば、パイロット噴射量の検索値を増量側に補正するようにしたので、着火性の悪い（セタン価が低い）燃料でもパイロット噴射の燃料を確実に着火させることができる。
【００７９】
これを図５、図６を再び参照して説明する。図５に示したように、基準燃料より標準燃料比重の大きな燃料が使用されたときにも、基準燃料の使用時と同じにパイロット噴射量をｑ１で与えたときには、ＨＣ排出量が両燃料の燃料比重差の分だけ悪化するのであるが、このとき本実施形態では、両燃料の燃料比重差の分を燃料噴射補正係数ＫＤＩＮＪ１によってパイロット噴射量をｑ１よりｑ２へと増量する。このときの筒内熱発生率は図６最下段に示すように、図６最上段とほぼ同等の波形となる。このことは、パイロット噴射量の増量によって燃焼状態が改善されたことを意味し、これによりＨＣ排出量を基準燃料の使用時と同じに抑制するのである。すなわち、基準燃料より標準燃料比重が大きい燃料が使用されるときにおいてもパイロット噴射による燃料が着火し、ＨＣ排出量の低減、燃料消費率の改善を達成することが可能となる。
【００８０】
同様にして、本実施形態によれば、パイロット噴射時期の検索値を遅角側に補正し（主噴射時期に近づけ上死点近傍で着火するようにコントロール）（請求項１に記載の発明）、主噴射の初期燃料噴射率の検索値を増大側に補正し、燃料噴射圧力を増大側に補正し、筒内圧縮端目標温度の検索値を高温側に補正するようにしたので、着火性の悪い（セタン価が低い）燃料でもパイロット噴射の燃料を確実に着火させることができる。
【００８１】
本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、使用している燃料の燃料比重が基準燃料よりも大きいとき吸気スワール目標値の検索値を増大側に補正するようにしたので、噴射された燃料の分布を燃焼室中央付近に配置することが可能となり、ＨＣ排出量を低減させることができる。
【００８２】
実施形態では、使用している燃料の比重を推定（算出）する場合で説明したが、センサにより燃料の比重を直接に検出するようにしてもかまわない（請求項１に記載の発明）。
【００８３】
実施形態では使用している燃料の燃料比重に基づいて燃料噴射制御、筒内圧縮端温度制御、吸気スワール制御の少なくとも一つの制御を行う場合で説明したが、使用している燃料の燃料比重を算出し、その燃料比重からさらにセタン価を算出し、この算出したセタン価に基づいて燃料噴射制御、筒内圧縮端温度制御、吸気スワール制御の少なくとも一つの制御を行うようにしてもかまわない（請求項２、４に記載の発明）。例えば、図２に示す標準燃料比重とセタン価の反比例の特性を予めテーブルにしてコントロールユニットのＲＯＭに記憶させておき、燃料比重からこのテーブルを検索することによりセタン価を求めるようにする。このようにすることで、燃料粘度からセタン価を測定するようにしている特許文献１と比較して、セタン価を精度良く検出することができる。
【００８４】
実施形態では、エンジンの温度がエンジンの冷却水温である場合で説明したが、これに限らず、エンジンの潤滑油温度、燃焼室温度（シリンダヘッドの温度を含む）でもかまわない。
【００８５】
実施形態では、ディーゼルエンジンついて説明したが、図１２〜図１５で説明したように、使用している燃料の燃料比重が燃焼状態に対して与える影響はガソリンエンジンにおいても変わりないので、本発明をガソリンエンジンに対しても適用可能である（請求項１に記載の発明）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示す概略構成図。
【図２】軽油の標準燃料比重とセタン価の関係を示す特性図。
【図３】軽油の標準燃料比重と芳香族炭化水素成分含有量の関係を示す特性図。
【図４】軽油の粘度とセタン価の関係を示す特性図。
【図５】燃料比重を相違させたときのパイロット噴射量に対するＨＣ排出量の特性図。
【図６】本実施形態の作用を説明するための筒内熱発生率の波形図。
【図７】メインルーチンを説明するためのフローチャート。
【図８】燃料比重の検出を説明するためのフローチャート。
【図９】燃焼制御を説明するためのフローチャート。
【図１０】燃料噴射制御を説明するためのフローチャート。
【図１１】筒内圧縮端温度制御を説明するためのフローチャート。
【図１２】ガソリンの標準燃料比重とオクタン価の関係を示す特性図。
【図１３】ガソリンの標準燃料比重と蒸発性（１０％留出点）の関係を示す特性図。
【図１４】ガソリンの標準燃料比重と芳香族炭化水素成分含有量の関係を示す特性図。
【図１５】ガソリンの粘度と発熱量の関係を示す特性図。
【符号の説明】
７エアフローメータ（吸入空気量検出手段）
１５三方弁（電磁弁）
２１エンジンコントローラ
２５ターボ過給機（筒内圧縮端温度制御手段）
３５温度センサ（燃料温度検出手段）
３７空燃比センサ（実空燃比検出手段）

Claims

使用している燃料の比重を検出または推定する燃料比重検出手段と、
エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段と、
エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
前記回転速度検出手段と負荷検出手段とによって検出されたエンジンの回転速度と負荷とに基づいて基準燃料に対するパイロット噴射の燃料噴射時期を算出する算出手段と、
前記エンジン温度検出手段によって検出されたエンジン温度と、前記燃料比重検出手段によって検出された燃料比重とに基づいて、前記パイロット噴射の燃料噴射時期の算出値を補正する補正手段と
を備え、
前記検出された燃料比重が基準燃料よりも大きいとき、前記パイロット噴射の燃料噴射時期の算出値を遅角側に補正することを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
使用している燃料の比重を検出または推定する燃料比重検出手段と、
この検出された燃料比重から使用している燃料のセタン価を算出するセタン価算出手段と、
エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段と、
エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
前記回転速度検出手段と負荷検出手段とによって検出されたエンジンの回転速度と負荷とに基づいて基準燃料に対するパイロット噴射の燃料噴射時期を算出する算出手段と、
前記エンジン温度検出手段によって検出されたエンジン温度と、前記セタン価算出手段によって算出されたセタン価とに基づいて、前記パイロット噴射の燃料噴射時期を補正する補正手段と
を備え、
前記算出されたセタン価が基準燃料よりも低いとき、前記パイロット噴射の燃料噴射時期の算出値を遅角側に補正することを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
使用している燃料の比重を検出または推定する燃料比重検出手段と、
エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段と、
エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
前記回転速度検出手段と負荷検出手段とによって検出されたエンジンの回転速度と負荷とに基づいて基準燃料に対するスワール比目標値を算出する算出手段と、
前記エンジン温度検出手段によって検出されたエンジン温度と、前記燃料比重検出手段によって検出された燃料比重と基づいて、前記スワール比目標値の算出値を補正する補正手段と
を備え、
前記検出された燃料比重が基準燃料よりも大きいとき、前記スワール比目標値の算出値を増大側に補正することを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
使用している燃料の比重を検出または推定する燃料比重検出手段と、
この検出された燃料比重から使用している燃料のセタン価を算出するセタン価算出手段と、
エンジンの温度を検出するエンジン温度検出手段と、
エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
エンジンの負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
前記回転速度検出手段と負荷検出手段とによって検出されたエンジンの回転速度と負荷とに基づいて基準燃料に対するスワール比目標値を算出する算出手段と、
前記エンジン温度検出手段によって検出されたエンジン温度と、前記セタン価算出手段によって算出されたセタン価と基づいて、前記スワール比目標値の算出値を補正する補正手段と
を備え、
前記算出されたセタン価が基準燃料よりも低いとき、前記スワール比目標値の算出値を増大側に補正することを特徴とするエンジンの燃焼制御装置。
前記検出された燃料比重が基準燃料よりも大きいとき、パイロット噴射の燃料が、パイロット噴射に続く主噴射の燃料が燃焼を開始する前に燃焼を開始するようにパイロット噴射を制御することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
前記算出されたセタン価が基準燃料よりも低いとき、パイロット噴射の燃料が、パイロット噴射に続く主噴射の燃料が燃焼を開始する前に燃焼を開始するようにパイロット噴射を制御することを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。