JP4290715B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に燃焼室内の混合気を圧縮することにより燃焼させる圧縮着火内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関の制御装置が示されている。この装置によれば、予混合燃焼中に燃料の実着火時期を検出し、予め設定された標準燃料着火時期との差である着火時期誤差及び該着火時期誤差のばらつきに応じて、使用中の燃料の性状が判定される。

特開２００５−１７１８１８号公報

予混合燃焼を行う機関運転領域は、例えば図１０にハッチングを付して示す領域であり、機関運転領域の全体からみると比較的狭い。そのため、燃料性状の判定の実行時期が遅れて、燃料噴射時期が燃料性状に適していない設定となり、失火が発生する可能性があった。

本発明は、この点に着目してなされたものであり、燃料性状、具体的には使用中の燃料のセタン価を迅速且つ正確に判定することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段（６）を備え、前記燃焼室内の混合気を圧縮することにより前記燃料を燃焼させる内燃機関の制御装置において、前記機関の排気温を含む前記機関の運転状態（ＴＥ，ＴＯＩＬ，ＴＷ）を検出する状態検出手段と、前記燃料噴射手段（６）を制御する燃料噴射制御手段と、前記機関のアイドル運転状態において、前記状態検出手段により検出された運転状態が所定条件を満たすときに、前記機関の運転パラメータ（ＮＩＮＪ、ＣＡＩＭ）を変更する運転制御手段と、前記機関運転パラメータの変更後において検出される前記燃料の着火時期（ＣＡＦＭ）に応じて、使用中の燃料のセタン価（ＣＥＴ）を推定するセタン価推定手段とを備え、前記運転制御手段は、前記所定条件が満たされたときは、前記燃料噴射回数（ＣＩＮＪ）を１回とし、かつ燃料噴射時期（ＣＡＩＭ）を進角させ、前記所定条件は前記排気温（ＴＥ）が所定温度（ＴＥ０）以上であるという条件を含むことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記アイドル運転状態における前記燃焼室の壁面温度（ＴＷＡＬＬ）が所定温度範囲内にある（ＴＷＡＬＬ＜ＴＷＬＴＨ）という壁面温度条件を判定する壁面温度条件判定手段をさらに備え、前記所定条件は、前記壁面温度条件を含むことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記壁面温度条件判定手段は、前記アイドル運転状態に移行する直前の機関運転状態に基づいて初期壁面温度（ＴＷＡＬＬ）を推定する初期壁面温度推定手段と、前記機関運転状態が前記アイドル運転状態へ移行した後に、前記初期壁面温度（ＴＷＡＬＬ）を徐々に減少させる漸減手段とを有し、該漸減手段から出力される温度が前記所定温度範囲内にあるとき、前記壁面温度条件が成立したと判定することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記壁面温度条件判定手段は、前記アイドル運転状態に移行する直前の機関運転状態に基づいて初期壁面温度（ＴＷＡＬＬ）を推定する初期壁面温度推定手段と、前記機関運転状態が前記アイドル運転状態へ移行した時点から前記壁面温度条件が成立するまでの待機時間（ＴＷＡＩＴ）を、前記初期壁面温度（ＴＷＡＬＬ）に応じて設定する待機時間設定手段とを有し、前記アイドル運転状態へ移行した時点から前記待機時間（ＴＷＡＩＴ）が経過したとき、前記壁面温度条件が成立したと判定することを特徴とする。

また運転制御手段は、前記所定条件が満たされたときは、前記所定低負荷運転状態における目標機関回転数を低下させること、及び／または吸入空気量を減少させることをさらに行うことが望ましい。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、前記運転制御手段は、前記所定条件が満たされたときは、前記燃料噴射時期（ＣＡＩＭ）を、セタン価の差に起因する実着火時期の差（ΔＣＡＣＥＴ）が所定値（ΔＣＡＴＨ）以上となるように設定することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、前記所定条件が満たされたときは、前記燃料噴射時期（ＣＡＩＭ）を、前記機関の炭化水素排出量（ＴＨＣ）が所定量（ＴＨＣＬＨ）以下となるように設定することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、前記所定条件が満たされたときは、前記燃料噴射時期（ＣＡＩＭ）を、前記燃焼室に対応するピストンが上死点に達するクランク角度より２０度から２５度前のクランク角度範囲に設定することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、機関のアイドル運転状態において、検出された機関運転状態が所定条件を満たすときに、機関運転パラメータが変更され、該機関運転パラメータの変更後において検出される燃料の着火時期に応じて、使用中の燃料のセタン価が推定される。具体的には、燃料噴射回数が１回とされ、かつ燃料噴射時期が進角されるので、着火時期の遅れを正確に検出することができるとともに、セタン価の違いによる着火時期の変化量が大きくなる。その結果、機関のアイドル運転状態においてもセタン価の正確な推定が可能となり、使用中の燃料のセタン価を迅速且つ正確に判定することができる。また燃料噴射回数を１回とすると、複数回の噴射を行う場合に比べて排気中の炭化水素（ＨＣ）量が増加する傾向があり、排気還流制御弁の固着や排気系の触媒コンバータの詰まりなどが起きやすくなるが、排気温が所定温度以上であることを所定条件に含めることにより、そのような不具合を回避することができる。

請求項２に記載の発明によれば、アイドル運転状態における燃焼室の壁面温度が所定温度範囲内にあるという壁面温度条件が判定され、少なくとも壁面温度条件が成立することを条件として、セタン価推定が行われる。アイドル運転状態へ移行する直前に高負荷運転が行われたような場合には、燃焼室壁面温度が高くなり、着火時期が通常より進角方向にずれるため、正確なセタン価の推定ができない。所定条件に壁面温度条件を入れることにより、このような問題を回避して正確なセタン価推定を行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、アイドル運転状態に移行する直前の機関運転状態に基づいて初期壁面温度が推定され、機関運転状態がアイドル運転状態へ移行した後に、初期壁面温度を徐々に減少させることにより、アイドル運転状態における推定壁面温度が得られる。そして、この推定壁面温度が所定温度範囲内にあるとき、壁面温度条件が成立したと判定される。したがって、アイドル運転状態へ移行する直前の機関運転状態に応じて壁面温度条件を正確に判定することができる。

請求項４に記載の発明によれば、アイドル運転状態に移行する直前の機関運転状態に基づいて初期壁面温度が推定され、機関運転状態がアイドル運転状態へ移行した時点から壁面温度条件が成立するまでの待機時間が、初期壁面温度に応じて設定され、アイドル運転状態へ移行した時点から前記待機時間が経過したとき、壁面温度条件が成立したと判定される。アイドル運転状態へ移行後の経過時間が設定された待機時間に達すれば、壁面温度は所定温度範囲内にあると考えられるので、アイドル運転状態へ移行する直前の機関運転状態に応じて壁面温度条件を正確に判定することができる。

請求項５に記載の発明によれば、所定条件が満たされたときは、燃料噴射時期が、セタン価の差に起因する実着火時期の差が所定値以上となるように設定されるので、正確なセタン価推定を行うことができる。

請求項６に記載の発明によれば、所定条件が満たされたときは、燃料噴射時期が、機関の炭化水素排出量が所定量以下となるように設定されるので、セタン価推定を行うことによって排気特性が悪化することを防止することができる。

請求項７に記載の発明によれば、所定条件が満たされたときは、燃料噴射時期が、ピストンが上死点に達するクランク角度より２０度から２５度前のクランク角度範囲に設定されるので、炭化水素排出量を抑制しつつ正確なセタン価推定を行うことができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１及び図２は本発明の一実施形態にかかる内燃機関と、その制御装置の構成を示す図である。以下両図を合わせて参照して説明する。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁６が設けられている。燃料噴射弁６は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）４に電気的に接続されており、燃料噴射弁６の開弁時期及び開弁時間、すなわち燃料噴射時期及び燃料噴射時間は、ＥＣＵ４により制御される。

エンジン１は、吸気管７，排気管８、及びターボチャージャ９を備えている。ターボチャージャ９は、排気の運動エネルギにより回転駆動されるタービンと、タービンとシャフトを介して連結されたコンプレッサとを備えている。ターボチャージャ９は、エンジン１に吸入される空気の加圧（圧縮）を行う。

吸気管７のコンプレッサ下流側にはインタークーラ２１が設けられ、さらにインタークーラ２１の下流側には、スロットル弁２２が設けられている。スロットル弁２２は、アクチュエータ２３により開閉駆動可能に構成されており、アクチュエータ２３はＥＣＵ４に接続されている。ＥＣＵ４は、アクチュエータ２３を介して、スロットル弁２２の開度制御を行う。

排気管８と吸気管７との間には、排気ガスを吸気管７に還流する排気還流通路２５が設けられている。排気還流通路２５には、排気還流量を制御するための排気還流弁（以下［ＥＧＲ弁」という）２６が設けられている。ＥＧＲ弁２６は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はＥＣＵ４により制御される。ＥＧＲ弁２６には、その弁開度（弁リフト量）ＬＡＣＴを検出するリフトセンサ２７が設けられており、その検出信号はＥＣＵ４に供給される。排気還流通路２５及びＥＧＲ弁２６より、排気還流機構が構成される。

吸気管７には、吸入空気量ＧＡを検出する吸入空気量センサ３１、コンプレッサの下流側の吸気圧（過給圧）ＰＢを検出する過給圧センサ３２、及び吸気圧ＰＩを検出する吸気圧センサ３３が設けられ、排気管８には排気温ＴＥを検出する排気温センサ３４が設けられている。これらのセンサ３１〜３４は、ＥＣＵ４と接続されており、センサ３１〜３４の検出信号は、ＥＣＵ４に供給される。

排気管８の、タービンの下流側には、排気ガス中に含まれる炭化水素などの酸化を促進する触媒コンバータ２８と、粒子状物質（主としてすすからなる）を捕集する粒子状物質フィルタ２９とが設けられている。
エンジン１の各気筒には、筒内圧（燃焼圧力）を検出する筒内圧センサ２が設けられている。本実施形態では、筒内圧センサ２は、各気筒に設けられるグロープラグと一体に構成されている。筒内圧センサ２の検出信号は、ＥＣＵ４に供給される。なお、筒内圧センサ２の検出信号は、実際には、筒内圧ＰＣＹＬのクランク角度（時間）に対する微分信号に相当するものであり、筒内圧ＰＣＹＬは、筒内圧センサ出力を積分することにより得られる。

またエンジン１には、クランク軸（図示せず）の回転角度を検出するクランク角度位置センサ３が設けられている。クランク角度位置センサ３は、クランク角１度毎にパルスを発生し、そのパルス信号はＥＣＵ４に供給される。クランク角度位置センサ３は、さらに特定気筒の所定クランク角度位置で気筒識別パルスを生成して、ＥＣＵ４に供給する。

ＥＣＵ４には、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの操作量ＡＰを検出するアクセルセンサ３５、エンジン１の冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ３６、エンジン１の潤滑油の温度ＴＯＩＬを検出する油温センサ３７、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（図示せず）、及びエンジン１の吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ（図示せず）がなど接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ４に供給される。

ＥＣＵ４は、エンジン１の各気筒の燃焼室に設けられた燃料噴射弁６の制御信号を駆動回路５に供給する。駆動回路５は、燃料噴射弁６に接続されており、ＥＣＵ４から供給される制御信号に応じた駆動信号を、燃料噴射弁６に供給する。これにより、ＥＣＵ４から出力される制御信号に応じた燃料噴射時期において、前記制御信号に応じた燃料噴射量だけ燃料が、各気筒の燃焼室内に噴射される。ＥＣＵ４は、通常は１つの気筒についてパイロット噴射及び主噴射（ダブル噴射）を実行する。

ＥＣＵ４は、増幅器１０と、Ａ／Ｄ変換部１１と、パルス生成部１３と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１４と、ＣＰＵ１４で実行されるプログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）１５と、ＣＰＵ１４が演算結果などを格納するＲＡＭ（Random Access Memory）１６と、入力回路１７と、出力回路１８とを備えている。筒内圧センサ２の検出信号は、増幅器１０に入力される。増幅器１０は、入力される信号を増幅する。増幅器１０により増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換部１１に入力される。また、クランク角度位置センサ３から出力されるパルス信号は、パルス生成部１３に入力される。

Ａ／Ｄ変換部１１は、バッファ１２を備えており、増幅器１０から入力される筒内圧センサ出力をディジタル値（以下「圧力変化率」という）ｄｐ／ｄθに変換し、バッファ１２に格納する。より具体的には、Ａ／Ｄ変換部１１には、パルス生成部１３から、クランク角１度周期のパルス信号（以下「１度パルス」という）ＰＬＳ１が供給されており、この１度パルスＰＬＳ１の周期で筒内圧センサ出力をサンプリングし、ディジタル値に変換してバッファ１２に格納する。

一方、ＣＰＵ１４には、パルス生成部１３から、クランク角６度周期のパルス信号ＰＬＳ６が供給されており、ＣＰＵ１４はこの６度パルスＰＬＳ６の周期でバッファ１２に格納されたディジタル値を読み出す処理を行う。すなわち、本実施形態では、Ａ／Ｄ変換部１１からＣＰＵ１４に対して割り込み要求を行うのではなく、ＣＰＵ１４が６度パルスＰＬＳ６の周期で読出処理を行う。

入力回路１７は、各種センサの検出信号をディジタル値に変換し、ＣＰＵ１４に供給する。なお、エンジン回転数ＮＥは、６度パルスＰＬＳの周期から算出される。またエンジン１の要求トルクＴＲＱは、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出される。

ＣＰＵ１４は、エンジン運転状態に応じてスロットル弁２２、ＥＧＲ弁２６などを制御する制御信号を、出力回路１８を介して出力する。さらにＣＰＵ１４は、以下に説明するように使用中の燃料のセタン価を推定する処理を実行し、推定したセタン価に応じた燃料噴射制御を行う。

図３は、セタン価推定処理の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１１では、エンジン１がアイドル状態にあるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、セタン価推定を安定して実行するための所定実行条件が成立するか否かを判別する。この所定実行条件は、例えば排気温ＴＥが所定温度ＴＥ０（例えば約９０℃）以上であり、かつエンジン１の暖機状態を示す冷却水温ＴＷまたは油温ＴＯＩＬが所定温度ＴＷＵＰ（例えば８０℃）以上であるとき成立する。

ステップＳ１１またはＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは、セタン価推定を行うことなく直ちに本処理を終了する。ステップＳ１２で所定実行条件が成立するときは、パイロット噴射を停止し、シングル噴射とする（ステップＳ１３）。すなわち、１気筒１サイクル当たりの燃料噴射回数ＮＩＮＪを１回とし、さらに主噴射時期を通常より進角方向に変更する（ステップＳ１４）。このように燃料噴射をシングル噴射として、燃料噴射時期を通常より進角させることにより、セタン価の違いによる着火時期の差を検出し易くすることができる。

ステップＳ１５では、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じてＣＡＦＭＭマップ（図示せず）を検索し、基準着火時期ＣＡＦＭＭを算出する。ＣＡＦＭＭマップは、例えば高セタン価（例えば５７）の燃料を基準として設定されている。ステップＳ１６では、基準着火時期ＣＡＦＭＭから実着火時期ＣＡＦＭを減算することにより、着火遅れ角ＤＣＡを算出する。

図４は、実着火時期ＣＡＦＭを算出（検出）する着火時期算出モジュールの構成を示すブロック図である。着火時期算出モジュールの機能は、ＣＰＵ１４による演算処理により実現される。着火時期算出モジュールは、バンドパスフィルタ部７１と、位相遅れ補正部７２と、着火時期判定部７３とからなる。バンドパスフィルタ部７１には、筒内圧センサ２から出力される圧力変化率ｄｐ／ｄθが入力される。図５に示す波形Ｗ１が入力波形を示し、波形Ｗ２が出力波形を示す。バンドパスフィルタ部７１では、位相遅れが発生するため、位相遅れ補正部７２では、この遅れを補正する。

着火時期判定部７３は、燃料噴射に対応して、圧力変化率ｄｐ／ｄθがピーク値を示すクランク角度位置を実着火時期ＣＡＦＭとを判定する。具体的には、図６（ｂ）に示すように、位相遅れ補正部７２から出力される圧力変化率ｄｐ／ｄθが検出閾値ＤＰＰを超えたクランク角を、実着火時期ＣＡＦＭと判定する。

図６（ａ）には、クランク角ＣＡＩＭから開始される噴射パルスＩＮＪＭが示されており、同図（ｂ）には実着火時期ＣＡＦＭを検出する角度範囲ＲＤＥＴ（例えば１０度）が示されている。このように、検出角度範囲ＲＤＥＴを比較的狭い範囲に限定することにより、ＣＰＵ１４の演算負荷を増大させることなく、着火時期を正確に判定することができる。

図３に戻り、ステップＳ１７では、着火遅れ角ＤＣＡをエンジン回転数ＮＥを用いて、着火遅れ時間ＴＤＦＭに変換し、着火遅れ時間ＴＤＦＭに応じて図７に示すＣＥＴテーブルを検索し、セタン価ＣＥＴを算出する。

図３の処理によれば、アイドル運転状態において、所定実行条件が成立するときは、燃料噴射がダブル噴射からシングル噴射に変更されるとともに、燃料噴射時期が進角方向に変更されるので、アイドル運転状態においてもセタン価の推定が可能となり、使用中の燃料のセタン価を迅速かつ正確に判定することができる。

図１１は、エンジン１の特定の気筒における熱発生率ＨＲＲの推移を示す図であり、実線が高セタン価（例えば５７）の燃料に対応し、破線が低セタン価（例えば４１）の燃料に対応する。横軸はクランク角度ＣＡである（ピストンが圧縮上死点にあるときを「０」度とする）。同図（ａ）は、パイロット噴射及び主噴射を実行する場合に対応し、この場合には、燃料噴射はクランク角度０度（圧縮上死点）近傍で行われ、上死点後５〜１０度で熱発生率ＨＲＲがピークに達する。セタン価の差による、ピーク位置の差は１度程度である。同図（ｂ）は、燃料噴射時期を進角させて主噴射のみ実行する場合に対応し、この場合には、燃料噴射はクランク角度−２０度（圧縮上死点前２０度）近傍で行われ、上死点前５〜１０度で熱発生率ＨＲＲがピークに達する。セタン価の差による、ピーク位置の差は８度程度となる。すなわち、燃料噴射を主噴射のみ（シングル噴射）とし、かつ噴射時期を進角させることにより、セタン価の違いによる着火時期の差がより顕著となり、セタン価ＣＥＴの算出精度を向上させることができる。

またシングル噴射を行う場合、複数回の噴射を行う場合に比べて排気中の炭化水素（ＨＣ）量が増加する傾向があり、ＥＧＲ弁２６の固着や触媒コンバータ２８の詰まりなどが起きやすくなるが、図３の処理において、排気温ＴＥが所定温度ＴＥ０以上であることを所定実行条件に含めることにより、そのような不具合を回避することができる。

本実施形態では、燃料噴射弁６が燃料噴射手段に相当し、排気温センサ３４、冷却水温センサ３６、及び油温センサ３７が状態検出手段に相当し、ＥＣＵ４が、燃料噴射制御手段、運転制御手段、及びセタン価推定手段を構成する。具体的には、ＥＣＵ４による燃料噴射制御（図示せず）が燃料噴射制御手段に相当し、図３のステップＳ１３及びＳ１４が運転制御手段に相当し、ステップＳ１４〜Ｓ１７がセタン価推定手段に相当する。また筒内圧センサ２及びＥＣＵ４が実着火時期検出手段に相当する。

（変形例１）
図８は、上述した図３の処理の変形例を示すフローチャートである。この処理では、ステップＳ１４とＳ１５の間にステップＳ２１が追加されており、ステップＳ２１では、他の運転パラメータの変更を行う。具体的には、下記１）〜３）の処理のいずれか１つ、いずれか２つまたは３つ全部を実行する：
１）アイドル運転状態における目標エンジン回転数を例えば１００ｒｐｍ程度低下させる、
２）スロットル弁２２を閉弁方向に制御し、吸入空気量を減少させる、
３）ＥＧＲ弁２６を閉弁する。

これらの運転パラメータに変更により、セタン価の違いによる実着火時期ＣＡＦＭの差が大きくなり、セタン価の推定精度を向上させることができる。
上記２）の処理を実行するときは、検出される吸入空気量ＧＡが所望の値となるようにスロットル弁２２を閉弁するか、あるいはスロットル弁開度ＴＨを検出し、検出したスロットル弁開度ＴＨが所定開度となるようにスロットル弁２２を閉弁する。

図９（ａ）は、吸入空気量ＧＡと、実着火時期ＣＡＦＭとの関係を示す図であり、矩形の点がセタン価４１の燃料に対応し、円形の点がセタン価５７の燃料に対応する。吸入空気量ＧＡが第１の値ＧＡ１であるときは、着火時期の差は６度程度であるが、吸入空気量ＧＡを第２の値ＧＡ２まで減少させることにより、着火時期の差を１０度程度に増加させることができる。

またＥＧＲ弁２６を閉弁し、排気還流を停止することにより、空燃比の誤差によるセタン価推定精度の低下が回避され、推定精度を向上させることができる。
本変形例において追加したステップＳ２１は、運転制御手段の一部に相当する。

（変形例２）
ステップＳ１２における所定実行条件に、給油直後であることを追加するようにしてもよい。すなわち、給油直後でなければ、セタン価推定を実行せず、給油直後においてのみセタン価推定を実行するようにしてもよい。給油直後であることは、燃料メータの増加、またはフィラーキャップの開閉、及びエンジンスイッチのオフからオンへの変化に基づいて判定される。

この変形例では、給油直後であることを判定するためのセンサ（図示せず）が状態検出手段に含まれる。
なお、排気温ＴＥ，冷却水温ＴＷまたは油温ＴＯＩＬの条件を上記所定実行条件から除き、給油直後であることのみを所定実行条件としてもよい。

（変形例３）
スロットル弁２２を備えていないエンジンの場合には、変形例１におけるスロットル弁２２による吸入空気量の減量を行うことができないので、ステップＳ２１では、下記１）、２）のいずれか一方または両方を実行する：
１）アイドル運転状態における目標エンジン回転数を例えば１００ｒｐｍ程度低下させる、
２）ＥＧＲ弁２６を開弁方向に制御し、吸入空気量ＧＡを減少させる。

図９（ｂ）は、吸入空気量ＧＡと、実着火時期ＣＡＦＭとの関係を示す図であり、矩形の点がセタン価４１の燃料に対応し、円形の点がセタン価５７の燃料に対応する。吸入空気量ＧＡが第１の値ＧＡ１であるときは、着火時期の差は６度程度であるが、ＥＧＲ弁２６を開弁させて吸入空気量ＧＡを第２の値ＧＡ２まで減少させることにより、着火時期の差を８度程度に増加させることができる。

本変形例では、上記１）、２）のいずれか一方または両方を実行する処理が、運転制御手段の一部に相当する。

［第２の実施形態］
上述したセタン価推定処理を、エンジンの高負荷運転の直後に行うと、燃焼室の壁面温度が高くなっているため、セタン価ＣＥＴの推定精度が低下する。そこで、本実施形態では、燃焼室の壁面温度を考慮してセタン価推定処理を行う。

図１２は、燃料のセタン価が給油前セタン価ＣＥＴＢＦから、給油により給油後セタン価ＣＥＴＡＦに変化した場合に、時刻ｔ０から上述したセタン価推定処理を実行したときの、推定セタン価ＣＥＴの推移を示す。実線は高負荷運転の直後でなく、壁面温度が低い場合に対応し、破線は高負荷運転の直後であって、壁面温度が高い場合に対応する。この図に示すように高負荷運転の直後でなければ、推定セタン価ＣＥＴは、給油前セタン価ＣＥＴＢＦから徐々に増加して給油後セタン価ＣＥＴＡＦとほぼ一致する。これに対し、高負荷運転の直後においては、燃料が着火し易くなるため、推定セタン価ＣＥＴは、最初は実際の給油後セタン価ＣＥＴＡＦより高くなり、徐々に給油後セタン価ＣＥＴＡＦに収束していく。

そこで本実施形態では、壁面温度が低下したことを実行条件の１つとして、セタン価推定処理を行うようにしている。

図１３は、本実施形態におけるセタン価推定処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、図３の処理にステップＳ３１〜Ｓ３４を追加したものである。
エンジン１の運転状態がアイドル状態でないときは、ステップＳ３１で、燃焼室の壁面温度推定値（以下単に「壁面温度」という）ＴＷＡＬＬを算出する。具体的には、燃料噴射量ＴＯＵＴ及びエンジン回転数ＮＥに応じて基本値を算出し、エンジン冷却水温ＴＷ、エンジンオイル温度ＴＯＩＬ、排気温ＴＥ、及び吸気温ＴＡに応じて基本値を補正することにより、壁面温度ＴＷＡＬＬを算出する。

エンジン１の運転状態がアイドル状態に移行すると、ステップＳ１１からステップＳ３２に進み、壁面温度ＴＷＡＬＬが所定温度ＴＷＬＴＨ（例えば１００℃）より低いか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ３２で、ＴＷＡＬＬ≧ＴＷＬＴＨであるときは、所定時間ΔＴＷＡＩＴ（例えば３０秒）待機し（ステップＳ３３）、壁面温度ＴＷＡＬＬを設定低下量ΔＴ）だけ低下させる（ステップＳ３４）。その後ステップＳ１１に戻る。設定低下量ΔＴは、壁面温度ＴＷＡＬＬが高いほどより大きな値に設定される。

ステップＳ３２〜３４を繰り返し実行し、ステップＳ３２の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２で所定実行条件が成立していれば、ステップＳ１３〜Ｓ１７を実行し、推定セタン価ＣＥＴの算出を行う。

図１３の処理によれば、エンジン１がアイドル状態以外の運転状態にあるときに、壁面温度ＴＷＡＬＬが算出され、アイドル状態へ移行後は所定時間ΔＴＷＡＩＴ経過する毎に所定低下量ΔＴだけ低減される。そして、壁面温度ＴＷＡＬＬが所定温度ＴＷＬＴＨより低くなり、かつ所定実行条件が成立したとき、セタン価推定が行われる。したがって、高負荷運転状態から直ちにアイドル状態へ移行したような場合には、壁面温度ＴＷＡＬＬが所定温度ＴＷＬＴＨより低くなるまで、セタン価推定は行われないので、使用中の燃料のセタン価を実際より高く推定することを防止し、正確な推定セタン価ＣＥＴを算出することができる。

本実施形態では、図１３のステップＳ３１が初期壁面温度推定手段に相当し、ステップＳ３４が漸減手段に相当し、ステップＳ３１〜Ｓ３４が壁面温度条件判定手段に相当する。

（変形例）
図１４は、図１３に示す処理の変形例を示すフローチャートである。この処理は、図１３のステップＳ３２〜Ｓ３４を削除し、ステップＳ３５及びＳ３６を追加したものである。

ステップＳ３５では、壁面温度ＴＷＡＬＬに応じてＴＷＡＩＴテーブル（図示せず）を検索し、待機時間ＴＷＡＩＴを算出する。ＴＷＡＩＴテーブルは、壁面温度ＴＷＡＬＬが高くなるほど、待機時間ＴＷＡＩＴが長くなるように設定されている。

エンジン１がアイドル状態に移行すると、ステップＳ３６に進み、アイドル状態移行時点からの経過時間を計測するアップカウントタイマＴＩＤＬの値が、待機時間ＴＷＡＩＴ以上か否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）のときはステップＳ１１に戻り、タイマＴＩＤＬの値が待機時間ＴＷＡＩＴに達すると、ステップＳ１２に進む。

図１４の処理によれば、アイドル運転状態へ移行後の経過時間が、壁面温度ＴＷＡＬＬに応じて設定された待機時間ＴＷＡＩＴに達した時点で、壁面温度ＴＷＡＬＬは所定温度ＴＷＬＴＨより低くなっていると推定し、ステップＳ１２の所定実行条件が成立していれば、推定セタン価ＣＥＴの算出が実行される。したがって、壁面温度ＴＷＡＬＬが所定温度ＴＷＬＴＨより低くなるまで、セタン価推定は行われないので、使用中の燃料のセタン価を実際より高く推定することを防止し、正確な推定セタン価ＣＥＴを算出することができる。

本変形例では、図１４のステップＳ３１が初期壁面温度推定手段に相当し、ステップＳ３５が待機時間設定手段に相当し、ステップＳ３１，Ｓ３５，Ｓ３６が壁面温度条件判定手段に相当する。

［セタン価推定に適した燃料噴射時期］
次に、セタン価推定に適した燃料噴射時期について説明する。図１５は、シングル噴射における燃料噴射時期（主噴射時期）ＣＡＩＭと、ＨＣ（炭化水素）排出量ＴＨＣとの関係を示す図である。同図（ａ）から明らかなように、燃料噴射時期ＣＡＩＭを進角していくと、ＨＣ排出量ＴＨＣが増加するので、燃料噴射時期ＣＡＩＭは、−２５度より大きい（より遅角側の）値に設定することが望ましい。

また同図（ｂ）から明らかなように、燃料噴射時期ＣＡＩＭを上死点（０度）よりさらに遅角していくとＨＣ排出量ＴＨＣが増加するので、燃料噴射時期ＣＡＩＭは、２度より小さい（より進角側の）値に設定することが望ましい。

図１６は、燃料噴射時期ＣＡＩＭと、実着火時期ＣＡＦＭ’との関係を示す図である。実着火時期ＣＡＦＭ’は、ピストンが上死点に位置する角度を０度とし、進角方向がプラスとなるようにクランク角度を定義した場合の実着火時期である。また図中の円形の点がセタン価５４．５の燃料に対応し、矩形の点がセタン価４０．５の燃料に対応する。

同図（ａ）に示されている−２０度より進角側では、セタン価の違いによる実着火時期ＣＡＦＭ’の差が大きくなり、セタン価の正確な推定が可能である。しかし、同図（ｂ）も合わせて参照すると、−２０度から２度の範囲では、セタン価の違いによる実着火時期ＣＡＦＭ’の差が小さくなり、正確なセタン価の推定が困難である。

以上のことから、セタン価推定を行うときの燃料噴射時期ＣＡＩＭは、図１７に示すように、ＨＣ排出量ＴＨＣが所定量ＴＨＣＬＨ（例えば５ｍｇ／ｓｅｃ）以下となり、かつセタン価の違いによる実着火時期ＣＡＦＭ’の差ΔＣＡＣＥＴ所定値ΔＣＡＴＨ（例えば０．１４度／セタン価）以上となる範囲Ｒ０（−２５〜−２０度）に設定することが望ましい。図１７に示す範囲Ｒ１及びＲ２が、ＨＣ排出量ＴＨＣが大きくなる範囲に相当し、範囲Ｒ３がセタン価の違いによる実着火時期ＣＡＦＭ’の差が小さくなる範囲に相当する。

燃料噴射時期ＣＡＩＭを範囲Ｒ０内に設定して、セタン価推定を行うことにより、ＨＣ排出量ＴＨＣを所定量ＴＨＣＬＨ以下に抑制しつつ、正確な推定を行うことができる。このような燃料噴射時期ＣＡＩＭの設定は、上記第１及び第２の実施形態のいずれにおいても有効である。

なお上述した実施形態では、実着火時期ＣＡＦＭは、筒内圧センサ２により検出される圧力変化率ｄｐ／ｄθが検出閾値ＤＰＰを超えた時点として検出するようにしたが、これに限るものではなく、熱発生率が最大値の５０％となるクランク角度位置を着火時期として判定するようにしてもよい。

またセタン価推定処理は、エンジン１の少なくとも１つの気筒についてのみ実行し、他の気筒では通常燃焼を継続するようにしてもよい。その場合には、図３，図８，図１３，または図１４に示す処理は、セタン価推定処理の対象となる気筒についてのみ実行される。

また第１の実施形態の変形例１〜３に壁面温度条件の判定（図１３，ステップＳ３１〜Ｓ３４、図１４，ステップＳ３１，Ｓ３５，Ｓ３６）を追加するようにしてもよい。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。 図１に示す制御装置の一部の構成をより具体的に示す図である。 使用中の燃料のセタン価を推定する処理の手順を示すフローチャートである。 着火時期算出モジュールの構成を示すブロック図である。 筒内圧センサ出力のバンドパスフィルタ処理を説明するためのタイムチャートである。 着火時期の検出手法を説明するためのタイムチャートである。 着火遅れ時間（ＴＤＦＭ）からセタン価（ＣＥＴ）を算出するためのテーブルを示す図である。 図３に示す処理の変形例を示すフローチャートである。 吸入空気量（ＧＡ）と、着火時期（ＣＡＦＭ）との関係を示す図である。 予混合燃焼領域を示す図である。 特定の気筒における熱発生率（ＨＲＲ）の推移を示す図である。 アイドル状態移行前に高負荷運転が行われた場合の問題点を説明するためのタイムチャートである。 本発明の第２の実施形態にかかるセタン価推定処理の手順を示すフローチャートである。 図１３に示す処理の変形例を示すフローチャートである。 燃料噴射時期（ＣＡＩＭ）と、ＨＣ排出量（ＴＨＣ）との関係を示す図である。 燃料噴射時期（ＣＡＩＭ）と、実着火時期（ＣＡＦＭ’）との関係を示す図である。 セタン価推定に適した燃料噴射時期の設定範囲（Ｒ０）を説明するための図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 筒内圧センサ（実着火時期検出手段）
４ 電子制御ユニット（燃料噴射制御手段、運転制御手段、実着火時期検出手段、セタン価推定手段、壁面温度条件判定手段、初期壁面温度推定手段、漸減手段、待機時間設定手段）
６ 燃料噴射弁（燃料噴射手段）
３４ 排気温センサ（状態検出手段）
３６ 冷却水温センサ（状態検出手段）
３７ 油温センサ（状態検出手段）

Claims (7)

1. 内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備え、前記燃焼室内の混合気を圧縮することにより前記燃料を燃焼させる内燃機関の制御装置において、
   前記機関の排気温を含む前記機関の運転状態を検出する状態検出手段と、
   前記燃料噴射手段を制御する燃料噴射制御手段と、
   前記機関のアイドル運転状態において、前記状態検出手段により検出された運転状態が所定条件を満たすときに、前記機関の運転パラメータを変更する運転制御手段と、
   前記機関運転パラメータの変更後において検出される前記燃料の着火時期に応じて、使用中の燃料のセタン価を推定するセタン価推定手段とを備え、
   前記運転制御手段は、前記所定条件が満たされたときは、前記燃料噴射回数を１回とし、かつ燃料噴射時期を進角させ、
   前記所定条件は前記排気温が所定温度以上であるという条件を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記アイドル運転状態における前記燃焼室の壁面温度が所定温度範囲内にあるという壁面温度条件を判定する壁面温度条件判定手段をさらに備え、
   前記所定条件は、前記壁面温度条件を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記壁面温度条件判定手段は、前記アイドル運転状態に移行する直前の機関運転状態に基づいて初期壁面温度を推定する初期壁面温度推定手段と、前記機関運転状態が前記アイドル運転状態へ移行した後に、前記初期壁面温度を徐々に減少させる漸減手段とを有し、該漸減手段から出力される温度が前記所定温度範囲内にあるとき、前記壁面温度条件が成立したと判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記壁面温度条件判定手段は、前記アイドル運転状態に移行する直前の機関運転状態に基づいて初期壁面温度を推定する初期壁面温度推定手段と、前記機関運転状態が前記アイドル運転状態へ移行した時点から前記壁面温度条件が成立するまでの待機時間を、前記初期壁面温度に応じて設定する待機時間設定手段とを有し、前記アイドル運転状態へ移行した時点から前記待機時間が経過したとき、前記壁面温度条件が成立したと判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記運転制御手段は、前記所定条件が満たされたときは、前記燃料噴射時期を、セタン価の差に起因する実着火時期の差が所定値以上となるように設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記運転制御手段は、前記所定条件が満たされたときは、前記燃料噴射時期を、前記機関の炭化水素排出量が所定量以下となるように設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記燃料噴射制御手段は、前記所定条件が満たされたときは、前記燃料噴射時期を、前記燃焼室に対応するピストンが上死点に達するクランク角度より２０度から２５度前のクランク角度範囲に設定することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。

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