JP4694465B2 - 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、特に使用中の燃料の燃料性状を推定する機能を有するものに関する。

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１５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。

そこで本願出願人は予混合燃焼を行う機関運転領域だけでなく、機関のアイドル状態を含む低負荷運転状態で燃料性状の判定を行うべく検討を行った結果、低負荷運転状態へ移行する直前の機関運転状態によって、燃料性状の判定結果、具体的にはセタン価の推定値が変動することが確認された。

本発明は、この点に着目してなされたものであり、使用中の燃料の燃料性状を機関の低負荷運転状態において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）と、排気の一部を吸気系に還流する排気還流手段（２５，２６，２８〜３０）とを備える内燃機関の制御装置において、前記機関の所定運転状態において、前記排気還流手段により還流される排気の温度（ＴＥＧＲ）を検出する還流排気温度検出手段と、前記機関の冷却水温度（ＴＷ）を検出する冷却水温度検出手段と、前記機関の回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段と、前記機関の燃焼室内に噴射された燃料の着火時期（ＣＡＦＭ，ＤＣＡＭ）を検出する着火時期検出手段と、前記機関がアイドル状態にあり、かつ前記還流排気温度（ＴＥＧＲ）が所定排気温度（ＴＥ０）以上であり、かつ前記冷却水温度（ＴＷ）が所定冷却水温度（ＴＷＵＰ）以上である所定運転状態において、前記排気還流を停止し、該排気還流を停止している状態で、検出した着火時期（ＣＡＦＭ，ＤＣＡＭ）に応じて前記燃料の性状を推定する燃料性状推定手段とを備え、前記燃料性状推定手段は、前記還流排気温度（ＴＥＧＲ）、前記機関の回転数（ＮＥ）、及び前記燃料性状推定を開始した時点からの経過時間（ＴＭ）に応じて、前記着火時期（ＣＡＦＭ，ＤＣＡＭ）を補正する補正手段を有し、前記補正手段により補正された着火時期（ＤＣＡＭＣ）に応じて前記燃料性状の推定を行うことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、排気還流手段により還流される排気の温度、冷却水温、及び機関回転数が検出されるとともに、燃焼室内に噴射された燃料の着火時期が検出され、機関がアイドル状態にあり、かつ還流排気温度が所定排気温度以上であり、かつ冷却水温度が所定冷却水温度以上である所定運転状態において、排気還流を停止し、排気還流を停止している状態で、検出した着火時期に応じて燃料性状が推定される。具体的には、検出した着火時期が、還流排気温度、機関回転数、及び燃料性状推定を開始した時点からの経過時間に応じて補正され、補正された着火時期に応じて燃料の性状が推定される。燃料の着火時期は、燃焼室の状態（例えば燃焼室壁面の温度や燃焼室に導入されるガス（新気＋還流排気）の温度など）に依存して変化し、所定運転状態において燃料性状の推定を開始した直後の燃焼室の状態は、排気還流停止直前における還流排気の温度に大きく依存し、その後は燃料性状推定を開始した時点、すなわち排気還流停止時点からの経過時間及び機関回転数に依存して変化する。したがって、これらのパラメータに応じて検出着火時期を補正することにより、所定運転状態において燃料性状推定を開始した直後だけでなく、ある程度時間が経過した時点でも正確な燃料性状の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。
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。

吸気管７は、スロットル弁２２の下流側において吸気管７Ａ，７Ｂに分岐し、さらに各気筒に対応して分岐する。なお、図１には１つの気筒に対応する構成のみが示されている。エンジン１の各気筒には、２つの吸気弁（図示せず）及び２つの排気弁（図示せず）が設けられている。２つの吸気弁により開閉される吸気口（図示せず）はそれぞれ吸気管７Ａ，７Ｂに接続されている。

また、吸気管７Ｂ内には、当該吸気管７Ｂを介して吸入される空気量を制限してエンジン１の燃焼室にスワールを発生させるスワール制御弁（以下「ＳＣＶ」という）１９が設けられている。ＳＣＶ１９は、アクチュエータ（図示せず）によって駆動されるバタフライ弁であり、その弁開度はＥＣＵ４により制御される。

排気管８と吸気管７との間には、排気を吸気管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、還流させる排気を冷却する還流排気クーラ３０と、還流排気クーラ３０をバイパスするバイパス通路２９と、還流排気クーラ３０側とバイパス通路２９側との切り換えを行う切換弁２８と、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）２６とが設けられている。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。排気還流通路２５、還流排気クーラ３０、バイパス通路２９、切換弁２８、及びＥＧＲ弁２６より、排気還流機構が構成される。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。

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３３、吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ３４、及び吸気圧ＰＩを検出する吸気圧センサ３５が設けられ、排気還流通路２５には還流排気温度ＴＥＧＲを検出する還流排気温度センサ３６が設けられている。これらのセンサ３３〜３６は、ＥＣＵ４と接続されており、センサ３３〜３６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３１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３２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（圧力変動）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３７、エンジン１の冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ３８、エンジン１の潤滑油の温度ＴＯＩＬを検出する油温センサ３９、及び排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（図示せず）などが接続されており、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。筒内圧ＰＣＹＬは、圧力変化率ｄｐ／ｄθを積算することにより算出される。

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目標排気還流量ＧＥＧＲを算出し、目標排気還流量ＧＥＧＲに応じてＥＧＲ弁２６の開度を制御するデューティ制御信号を、出力回路１８を介してＥＧＲ弁２６に供給する。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、燃料噴射弁６による主噴射時期ＣＡＩＭ及び目標排気還流量ＧＥＧＲを算出するモジュールの構成を示すブロック図である。このモジュールの機能は、ＣＰＵ１４で実行される処理により実現される。

図３に示すモジュールは、主噴射時期ＣＡＩＭを算出する主噴射時期算出部４０と、目標排気還流量ＧＥＧＲを算出する目標排気還流量算出部５０と、使用中の燃料のセタン価ＣＥＴを推定し、推定したセタン価に応じた判定セタン価パラメータＣＥＴＤを出力する判定セタン価パラメータ生成部６０とからなる。本実施形態では、市場で流通している燃料のセタン価を考慮して、使用中の燃料のセタン価を、第１セタン価ＣＥＴ１（例えば４１）、第２セタン価ＣＥＴ２（例えば４７）、または第３セタン価ＣＥＴ３（例えば５７）のいずれかであると判定し、判定したセタン価に応じた燃料噴射時期制御及び排気還流制御が行われる。判定セタン価パラメータＣＥＴＤは、第１〜第３セタン価ＣＥＴ１〜ＣＥＴ３に対応して、「１」〜「３」の値をとる。第２セタン価ＣＥＴ２は、市場で流通している（使用可能な）燃料の平均的なセタン価である。

主噴射時期算出部４０は、第１主噴射時期マップ値算出部４１と、第２主噴射時期マップ値算出部４２と、第３主噴射時期マップ値算出部４３と、スイッチ部４４とからなる。

第１主噴射時期マップ値算出部４１は、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて予め設定されたＣＡＩＭＭ１マップを検索して、第１主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ１を算出する。ＣＡＩＭＭ１マップは、上述した第１セタン価ＣＥＴ１の燃料を基準として設定されている。第２主噴射時期マップ値算出部４２は、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて予め設定されたＣＡＩＭＭ２マップを検索して、第２主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ２を算出する。ＣＡＩＭＭ２マップは、上述した第２セタン価ＣＥＴ２の燃料を基準として設定されている。第３主噴射時期マップ値算出部４３は、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて予め設定されたＣＡＩＭＭ３マップを検索して、第３主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ３を算出する。ＣＡＩＭＭ３マップは、上述した第３セタン価ＣＥＴ３の燃料を基準として設定されている。

スイッチ部４４は、判定セタン価パラメータＣＥＴＤに応じて、第１〜第３主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ１〜ＣＡＩＭＭ３の何れかを選択する。すなわち、ＣＥＴＤ＝１であるときは、第１主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ１が選択され、ＣＥＴＤ＝２であるときは、第２主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ２が選択され、ＣＥＴＤ＝３であるときは、第３主噴射時期マップ値ＣＡＩＭＭ３が選択される。燃料のセタン価が低下するほど、燃料噴射時期は進角されるので、運転状態が同一であるときは、ＣＡＩＭＭ１＞ＣＡＩＭＭ２＞ＣＡＩＭＭ３という関係が成立する。

目標排気還流量算出部５０は、第１目標ＥＧＲ量マップ値算出部５１と、第２目標ＥＧＲ量マップ値算出部５２と、第３目標ＥＧＲ量マップ値算出部５３と、スイッチ部５４とからなる。

第１目標ＥＧＲ量マップ値算出部５１は、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて予め設定されたＧＥＧＲＭ１マップを検索して、第１目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＭ１を算出する。ＧＥＧＲＭ１マップは、第１セタン価ＣＥＴ１の燃料を基準として設定されている。第２目標ＥＧＲ量マップ値算出部５２は、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて予め設定されたＧＥＧＲＭ２マップを検索して、第２目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＭ２を算出する。ＧＥＧＲＭ２マップは、第２セタン価ＣＥＴ２の燃料を基準として設定されている。第３目標ＥＧＲ量マップ値算出部５３は、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて予め設定されたＧＥＧＲＭ３マップを検索して、第３目標ＥＧＲ量ＧＥＧＲＭ３を算出する。ＧＥＧＲＭ３マップは、第３セタン価ＣＥＴ３の燃料を基準として設定されている。

スイッチ部５４は、判定セタン価パラメータＣＥＴＤに応じて、第１〜第３目標ＥＧＲ量マップ値ＧＥＧＲＭ１〜ＧＥＧＲＭ３の何れかを選択する。すなわち、ＣＥＴＤ＝１であるときは、第１目標ＥＧＲ量マップ値ＧＥＧＲＭ１が選択され、ＣＥＴＤ＝２であるときは、第２目標ＥＧＲ量マップ値ＧＥＧＲＭ２が選択され、ＣＥＴＤ＝３であるときは、第３目標ＥＧＲ量マップ値ＧＥＧＲＭ３が選択される。燃料のセタン価が低下するほど、目標ＥＧＲ量は減少するので、運転状態が同一であるときは、ＧＥＧＲＭ１＜ＧＥＧＲＭ２＜ＧＥＧＲＭ３という関係が成立する。

判定セタン価パラメータ生成部６０は、目標主噴射着火時期算出部６１と、着火時期検出部６２と、減算部６３と、補正量算出部６４と、加算部６７と、スイッチ部６８と、セタン価推定部６９と、判定パラメータ設定部７０とからなる。

目標主噴射着火時期算出部６１は、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて予め設定されたＣＡＦＭＭマップを検索して、目標主噴射着火時期ＣＡＦＭＭを算出する。ＣＡＦＭＭマップは、第２セタン価ＣＥＴ２（例えば４７）の燃料を基準として設定されている。

着火時期検出部６２は、筒内圧センサ２の出力信号をディジタル値に変換した圧力変化率ｄｐ／ｄθに応じて主噴射着火時期ＣＡＦＭを検出する。具体的には、下記式（１）により熱発生率ＨＲＲ［Ｊ／ｄｅｇ］を算出し、燃料噴射時期ＣＡＩＭから、熱発生率ＨＲＲの積算値ＩＨＲＲを算出する。そして、積算値ＩＨＲＲが着火判定閾値ＩＨＲＲＴＨに達した時期を、主噴射着火時期ＣＡＦＭと判定する。
ＨＲＲ＝κ／（κ−１）×ＰＣＹＬ×ｄＶ／ｄθ
＋１／（κ−１）×ＶＣＹＬ×ｄｐ／ｄθ （３）
ここで、κは混合気の比熱比、ＰＣＹＬは検出筒内圧、ｄＶ／ｄθは筒内容積増加率［ｍ³／ｄｅｇ］、ＶＣＹＬは気筒容積、ｄｐ／ｄθは圧力変化率［ｋＰａ／ｄｅｇ］である。

図７は、熱発生率ＨＲＲの推移を示すタイムチャートである。この図において、実線は後述する追加燃料噴射を実行した例に対応し、破線は追加燃料噴射を実行しない例に対応する。図７のＡ部が、セタン価推定のために噴射された燃料（パイロット噴射は実行されず、主噴射のみ実行される）の着火による熱発生率ＨＲＲの増加を示している。したがって、着火判定閾値ＩＨＲＲＴＨを適切に設定することにより、図７に示すように着火時期ＣＡＦＭが判定される。

なお、図７のＢ部は、追加噴射された燃料の燃焼による熱発生率ＨＲＲの増加を示している。追加燃料噴射を実行することにより、セタン価推定に適用される着火時期ＣＡＦＭを変化させることなく、該当気筒の発生トルクを増加させることができる。これにより、セタン価推定を行う気筒の発生トルクと、他の気筒の発生トルクのトルク差を低減し、不快なエンジン振動の発生を防止することができる。

本実施形態では、セタン価推定を給油後速やかに行うため、エンジン１のアイドル状態においてセタン価推定処理が実行される。その場合、アイドル状態に移行する直前のエンジン運転状態に依存して、着火時期ＣＡＦＭが変化する。そこで、本実施形態では、セタン価推定処理を開始する直前の還流排気温度ＴＥＧＲ、推定排気温度ＴＥＸ、冷却水温ＴＷ、吸気温ＴＡ、及びエンジン回転数ＮＥに応じて、着火遅れ角ＤＣＡＭを補正することにより、アイドル状態へ移行する直前のエンジン運転状態に拘わらず正確なセタン価推定を行うようにしている。本実施形態では、セタン価推定処理を実行するときは、排気還流を停止するが、直前のエンジン運転状態（車両走行状態）に依存して、吸気管や吸気弁の温度が高くなっていることがある。そのような場合における推定セタン価の精度を高めるため、還流排気温度ＴＥＧＲに応じた補正が行われる。さらにセタン価推定処理を開始した時点からの経過時間ＴＭが長くなるほど、セタン価推定処理開始直前の還流排気温度ＴＥＧＲの影響度合が低下する点を考慮した補正が行われる。

図３に戻り、補正量算出部６４は、冷却水温ＴＷ、吸気温ＴＡ、還流排気温度ＴＥＧＲ、１噴射当たりの燃料噴射量ＱＩＮＪ、エンジン回転数ＮＥ、並びに後述するセタン価学習値ＣＥＴＬＲＮ及び切換制御信号ＳＣＴＬに応じて補正量ＤＣを算出する。加算部６７は、着火遅れ角ＤＣＡＭに補正量ＤＣを加算し、補正着火遅れ角ＤＣＡＭＣを算出する。

スイッチ部６８は、後述する図１３の処理で設定される切換制御信号ＳＣＴＬにより切換制御され、切換制御信号ＳＣＴＬが「０」のときオフ状態であり、「１」のときオン状態となる。切換制御信号ＳＣＴＬは、セタン価推定の実行条件が成立したとき、「１」に設定される。

セタン価推定部６９は、補正着火遅れ角ＤＣＡＭＣ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８に示すＣＥＴテーブルを検索し、セタン価ＣＥＴを算出する。セタン価推定部６９は、さらにセタン価ＣＥＴを下記式（２）に適用し、セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮを算出する。
ＣＥＴＬＲＮ＝α×ＣＥＴ＋（１−α）×ＣＥＴＬＲＮ （２）
ここで、αは０から１の間の値に設定されるなまし係数、右辺のＣＥＴＬＲＮは、前回算出値である。
なお、セタン価推定処理が実行されないときは、記憶されている最新のセタン価学習値ＣＥＴＬＲＮが、セタン価推定部６９から出力される。

判定パラメータ設定部７０は、セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮに応じて、判定セタン価パラメータＣＥＴＤの設定を行う。具体的には、図９に示すように、ヒステリシス特性を付加して、第１閾値ＣＥＴＨ１及び第２閾値ＣＥＴＨ２と、セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮの比較を行う。すなわち、ヒステリシス特性を付加するためのパラメータ（以下「ヒステリシスパラメータ」という）をΔｈとすると、判定セタン価パラメータＣＥＴＤが「２」であるときは、セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮが第２閾値ＣＥＴＨ２にヒステリシスパラメータΔｈを加算した値を越えると、判定セタン価パラメータＣＥＴＤが「３」に変更される。逆に判定セタン価パラメータＣＥＴＤが「３」であるときは、セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮが第２閾値ＣＥＴＨ２からヒステリシスパラメータΔｈを減算した値を下回ると、判定セタン価パラメータＣＥＴＤが「２」に変更される。第１閾値ＣＥＴＨ１についても同様の判定により、判定セタン価パラメータＣＥＴＤが設定される。

補正量算出部６４は、図４に示すように、経過時間補正量算出部８０と、冷却水温補正量算出部８１、吸気温補正量算出部８２、移動平均算出部８３、還流排気温補正量算出部８４、修正係数算出部８５、移動平均算出部８７、排気温推定部８８、排気温補正量算出部８９、加算部９０，９１，９２、及び乗算部９３を備えている。

経過時間補正量算出部８０は、セタン価推定処理開始時点からの経過時間ＴＭを下記式（３）に適用し、経過時間補正量ＤＴＭを算出する。
ＤＴＭ＝Ａ×（Ｂ^-TM−１） （３）
ここで、Ａは、還流排気温度ＴＥＧＲに応じて図５（ａ）に示すＡテーブルを検索することにより算出される係数である。Ａテーブルは、還流排気温度ＴＥＧＲが高くなるほど、係数Ａが増加するように設定されている。Ｂは、経過時間ＴＭに応じて経過時間補正量ＤＴＭが減少する速度を決定する速度パラメータであり、エンジン回転数ＮＥに応じて図５（ｂ）に示すＢテーブルを検索することにより算出される。Ｂテーブルは、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど速度パラメータＢが増加するように設定されている。速度パラメータＢは、最小値が例えば１．００５程度に設定されるため、経過時間補正量ＤＴＭは常に負の値をとる。

冷却水温補正量算出部８１は、冷却水温ＴＷに応じて図５（ｃ）に示すＤＴＷテーブルを検索し、冷却水温補正量ＤＴＷを算出する。ＤＴＷテーブルは、冷却水温ＴＷが高くなるほど、補正量ＤＴＷが増加するように設定されている。吸気温補正量算出部８２は、図５（ｄ）に示すＤＴＡテーブルを検索し、吸気温補正量ＤＴＡを算出する。ＤＴＡテーブルは、吸気温ＴＡが高くなるほど、補正量ＤＴＡが増加するように設定されている。

移動平均算出部８３は、検出還流排気温度ＴＥＧＲの移動平均値ＴＥＧＲＡを算出して出力する。移動平均値ＴＥＧＲＡは、例えばセタン価推定処理開始直前の１００燃焼サイクル（２００回転）の期間中に検出された還流排気温度ＴＥＧＲの値（最新の値及び直前の９９燃焼サイクル分のデータ）を平均化することにより算出される。

還流排気温補正量算出部８４は、還流排気温度の移動平均値ＴＥＧＲＡに応じて図５（ｅ）に示すＤＴＥＧＲテーブルを検索し、還流排気温補正量ＤＴＥＧＲを算出する。ＤＴＥＧＲテーブルは、移動平均値ＴＥＧＲＡが高くなるほど、補正量ＤＴＥＧＲが増加するように設定されている。修正係数算出部８５は、セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮに応じて、図６（ａ）に示すＫＣＥＴテーブルを検索し、修正係数ＫＣＥＴを算出する。ＫＣＥＴテーブルは、セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮが増加するほど、修正係数ＫＣＥＴが減少するように設定されている（例えばセタン価学習値ＣＥＴＬＲＮが「５５」のときは、「４６」のときより、補正量ＤＣが約５０％程度減少するように設定される）。燃料のセタン価が高いほど、還流排気温度ＴＥＧＲ、冷却水温ＴＷ、吸気温ＴＡなどの影響による着火時期の変化が小さいからである。

移動平均算出部８７は、燃料噴射量ＱＩＮＪの移動平均値ＱＩＮＪＡを算出して出力する。移動平均値ＱＩＮＪＡは、例えば直近の１００燃焼サイクル（２００回転）の期間中における燃料噴射量ＱＩＮＪの値（最新の値及び直前の９９燃焼サイクル分のデータ）を平均化することにより算出される。排気温推定部８８は、燃料噴射量の移動平均値ＱＩＮＪＡに応じて図６（ｂ）に示すＴＥＸテーブルを検索し、推定排気温度ＴＥＸを算出する。排気温補正量算出部８９は、推定排気温度ＴＥＸに応じて図６（ｃ）に示すＤＴＥＸテーブルを検索し、排気温補正量ＤＴＥＸを算出する。ＤＴＥＸテーブルは、推定排気温ＴＥＸが高くなるほど、排気温補正量ＤＴＥＸが増加するように設定されている。

ＴＥＸテーブルは、予め実験的に求められたものである。排気温度は、実際には燃料噴射量及びエンジン回転数ＮＥに依存して変化するが、本実施形態ではアイドル状態においてセタン価推定が実行され、エンジン回転数ＮＥは例えば１０００ｒｐｍ程度に保持されるので、図６（ｂ）に示すＴＥＸテーブルを適用することができる。

加算部９０〜９２により、下記式（４）の演算が行われる。すなわち、経過時間補正量ＤＴＭ、冷却水温補正量ＤＴＷ、吸気温補正量ＤＴＡ、還流排気温補正量ＤＴＥＧＲ、及び排気温補正量ＤＴＥＸが加算され、基本補正量ＤＣＢが算出される。
ＤＣＢ＝ＤＴＭ＋ＤＴＷ＋ＤＴＡ＋ＤＴＥＧＲＣ＋ＤＴＥＸ （４）

乗算部９３は、基本補正量ＤＣＢに修正係数ＫＣＥＴを乗算することにより、補正量ＤＣを算出する。

補正量ＤＣを着火遅れ角ＤＣＡＭに加算することにより、アイドル状態に移行する直前の運転状態に拘わらず、正確なセタン価の推定を行うことができる。

図１０（ａ）は、セタン価推定処理の開始する時刻ｔ０の前後の着火時期ＣＡＦＭ及びエンジン回転数ＮＥの推移を示す図である。時刻ｔ０以前はアイドル運転でない通常運転が行われ、排気還流が実行されるが、時刻ｔ０以後は排気還流は停止され、実際にはアイドル運転状態に移行して運転状態が安定するまでの数秒間の待機した後に、セタン価推定処理が開始される。本実施形態では、特定の１気筒の燃料噴射態様が、主噴射のみに変更されるとともに、主噴射時期ＣＡＩＭを進角させて、着火時期ＣＡＦＭが検出される。ただし、着火時期検出処理を実行する気筒の発生トルクの低下を防止するため、後述するように追加噴射が必要に応じて実行される。

図１０（ｂ）は、時刻ｔ０の前後における還流排気温度ＴＥＧＲの推移（Ｌ１２）、及び時刻ｔ０以後に検出された着火時期ＣＡＦＭの推移（Ｌ１１）を示す。この図の時刻ｔ１は、時刻ｔ０から７秒程度経過した時刻であり、時刻ｔ２は時刻ｔ０から６０秒経過した時刻である。

図１１（ａ）及び（ｂ）は、検出した着火時期ＣＡＦＭと還流排気温度ＴＥＧＲとの相関関係を示す図であり、同図（ａ）は図１０（ｂ）の時刻ｔ１における検出データに対応し、同図（ｂ）は時刻ｔ２における検出データに対応する。図１１（ａ）のデータから得られる相関係数は０．９４２であるのに対し、図１１（ｂ）のデータから得られる相関係数は０．７２６となり、排気還流を停止した時刻ｔ０から時間が経過するほど、還流排気温度ＴＥＧＲと、着火時期ＣＡＦＭとの相関性が低下することが判る。したがって、排気還流を停止し、セタン価推定処理を開始した時点からの経過時間ＴＭに応じた経過時間補正量ＤＴＭを用いることにより、着火時期ＣＡＦＭの検出タイミングに拘わらず、正確なセタン価の推定を行うことができる。

図１２は、時刻ｔ０からの経過時間ＴＭと、着火時期ＣＡＦＭとの関係を示す図であり、細い破線Ｌ１は、アイドル状態へ移行する直前の車速（以下「直前車速」という）ＶＰＢが４０ｋｍ／ｈである例に対応し、太い破線Ｌ２は、直前車速ＶＰＢが６０ｋｍ／ｈである例に対応し、細い実線Ｌ３は、直前車速ＶＰＢが８０ｋｍ／ｈである例に対応し、太い実線Ｌ４は、直前車速ＶＰＢが１００ｋｍ／ｈである例に対応する。直前車速ＶＰＢの影響は、時刻ｔ０の直前の還流排気温度ＴＥＧＲに反映されるので、還流排気温度ＴＥＧＲに応じて式（３）の係数Ａを算出することにより、セタン価推定を開始する直前の運転状態の影響を排除して正確な補正を行うことができる。

図１３は、セタン価推定処理の実行条件の判定及び切換制御信号ＳＣＴＬの設定を行う処理の手順を示すフローチャートである。図１３に示す処理は、ＣＰＵ１４において所定時間毎に実行される。

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、例えば還流排気温度ＴＥＧＲ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。所定実行条件が成立した時点が、「所定運転状態に移行した時点」に相当する。

ステップＳ１１またはＳ１２の答が否定（ＮＯ）であるときは、切換制御信号ＳＣＴＬを「０」に設定する（ステップＳ１５）。
ステップＳ１２で所定実行条件が成立するときは、ＥＧＲ弁２６を閉弁し、排気還流を停止する（ステップＳ１３）。これにより、還流される排気の影響で着火時期が変化することが防止され、セタン価の推定精度を高めることができる。ステップＳ１４では、切換制御信号ＳＣＴＬを「１」に設定し、本処理を終了する。

図１４は、燃料噴射制御処理の手順を示すフローチャートである。この処理は、ＣＰＵ１４で、各気筒の燃料噴射に対応してクランク角１８０度毎に実行される。なお、本実施形態では４つの気筒＃１〜＃４のうち、気筒＃１において検出される着火時期ＣＡＦＭに基づいて、セタン価の推定が行われる。したがって、セタン価推定を行うときは、気筒＃１の燃料噴射量が一定値に固定され、他の気筒＃２〜＃４の燃料噴射量が、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＩＤＬに一致するように制御される。

ステップＳ２１では、切換制御信号ＳＣＴＬが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、通常制御を実行する（ステップＳ２２）。すなわち、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、主噴射量、パイロット噴射量、主噴射時期、及びパイロット噴射時期を算出する。

ステップＳ２１でＳＣＴＬ＝１であって、セタン価推定処理を実行するときは、今回の制御対象気筒が気筒＃１であるか否かを判別する（ステップＳ２３）。対象気筒が気筒＃１でないときは、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＩＤＬと一致するように主噴射量ＱＩＮＪＭ＃ｎ（ｎ＝２〜４）及びパイロット噴射量ＱＩＮＪＰ＃ｎ（ｎ＝２〜４）を算出する（ステップＳ２４）。なお、アイドル状態においては、主噴射時期ＣＡＩＭ及びパイロット噴射時期ＣＡＩＰは、それぞれ例えば上死点前約７度及び上死点前約３度に設定される。

ステップＳ２５では、主噴射量ＱＩＮＪＭ＃ｎとパイロット噴射量ＱＩＮＪＰ＃ｎを加算して、燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。ステップＳ２６では、燃料噴射量ＱＩＮＪが所定噴射量ＱＩＮＪＴＨ（例えば１０ｍｇ）以上であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、追加噴射フラグＦＡＤＤを「０」に設定し（ステップＳ３１）、本処理を終了する。ＱＩＮＪ≧ＱＩＮＪＴＨであって、気筒＃ｎの燃料噴射量と気筒＃１の燃料噴射量との差が大きいときは、追加噴射フラグＦＡＤＤを「１」に設定する（ステップＳ２７）。

ステップＳ２３で対象気筒が気筒＃１であるときは、ステップＳ２８に進み、主噴射量ＱＩＮＪＭ＃１を固定噴射量ＱＦＩＸ（例えば６ｍｇ）に設定するとともに、パイロット噴射量ＱＩＮＪＰ＃１を「０」として、主噴射のみとする。さらに主噴射時期ＣＡＩＭを所定角度ＤＥＳＴだけ進角させる（例えば上死点前２０度とする）。このように主噴射のみ実行し、かつ主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大きくし、着火時期に基づくセタン価推定の精度を向上させることができる。

ステップＳ２９では、追加噴射フラグＦＡＤＤが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに本処理を終了する。ＦＡＤＤ＝１であるときは、気筒＃１の発生トルクと他の気筒の発生トルクの差が大きいので、追加の燃料噴射を、主噴射の後、例えば上死点後１０度のタイミングで実行する（ステップＳ３０）。このときの追加燃料噴射量ＱＩＡＤＤは、例えば固定噴射量ＱＦＩＸと、他の気筒の燃料噴射量ＱＩＮＪとの差分（ＱＩＮＪ−ＱＦＩＸ）に設定される。

追加燃料噴射を実行することにより、図７に実線で示すように熱発生率ＨＲＲが推移し、エンジン回転数ＮＥの変動を抑制することができる。

なお、アイドル状態では通常、ＳＣＶ１９は全閉とされるが、追加燃料噴射を実行するときは、ＳＣＶ１９を開弁することが望ましい。その場合、追加燃料噴射量ＱＩＡＤＤが増加するほど、ＳＣＶ１９の開度が大きくなるように制御する。

以上詳述したように、本実施形態では、エンジン１のアイドル状態において、噴射した燃料の着火遅れ角ＤＣＡＭが算出され、着火遅れ角ＤＣＡＭが、還流排気温度ＴＥＧＲ、エンジン回転数ＮＥ、及びセタン価推定処理の開始時点からの経過時間ＴＭを式（３）に適用して、経過時間補正量ＤＴＭが算出される。そして、経過時間補正量ＤＴＭにより補正された着火遅れ角ＤＣＡＭＣに応じて燃料のセタン価が推定される。これにより、セタン価推定処理を開始した直後だけでなく、ある程度時間が経過した時点でも正確な推定を行うことができる。

本実施形態では、燃料噴射弁６が燃料噴射手段に相当し、排気還流通路２５、ＥＧＲ弁２６、切換弁２８、バイパス通路２９、還流排気クーラ３０が排気還流手段を構成し、還流排気温度センサ３６、冷却水温センサ３８、及びクランク角度位置センサ３が、それぞれ還流排気温度検出手段、冷却水温度検出手段、及び回転数検出手段に相当し、筒内圧センサ２及びクランク角度位置センサ３が着火時期検出手段の一部を構成し、ＥＣＵ４が着火時期検出手段の一部、補正手段、及び燃料性状推定手段を構成する。具体的には、図３に示す着火時期検出部６２が着火時期検出手段に相当し、目標主噴射着火時期算出部６１、減算部６３、補正量算出部６４、及び加算部６７が補正手段に相当し、セタン化推定部６９が燃料性状推定手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、補正量ＤＣにより着火遅れ角ＤＣＡＭを補正したが、検出着火時期ＣＡＦＭを補正するようにしてもよい。その場合には、検出着火時期ＣＡＦＭから補正量ＤＣを減算することによって、補正を行う。

また上述した実施形態では、エンジン１のアイドル状態でセタン価推定処理を実行するようにしたが、図１５に例示する予混合燃焼領域において行うようにしてもよい。その場合には、図１４のステップＳ２４では、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、主噴射量ＱＩＮＪＭ＃ｎ、パイロット噴射量ＱＩＮＪＰ＃ｎ、主噴射時期ＣＡＩＭ、及びパイロット噴射時期ＣＡＩＰを算出する。なお、この場合には、要求トルクＴＲＱが所定トルクＴＲＱＴＨ以上であるときに、気筒＃１において追加燃料噴射を実行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。 主噴射時期（ＣＡＩＭ）及び目標排気還流量（ＧＥＧＲ）を算出するモジュールの構成を示すブロック図である。 図３に示す補正量算出部の構成を示すブロック図である。 図４に示す各ブロックにおける演算に使用されるテーブルを示す図である。 図４に示す各ブロックにおける演算に使用されるテーブルを示す図である。 熱発生率（ＨＲＲ）の推移を示す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。 セタン価学習値（ＣＥＴＬＲＮ）に応じて判定セタン価パラメータ（ＣＥＴＤ）を設定する手法を説明するための図である。 セタン価推定処理の開始時点から検出される着火時期の推移を説明するためのタイムチャートである。 還流排気温度（ＴＥＧＲ）と着火時期（ＣＡＦＭ）との相関性を示す図である。 検出着火時期（ＣＡＦＭ）の推移を示すタイムチャートである。 図３に示した切換制御信号（ＳＣＴＬ）の設定を行う処理のフローチャートである。 燃料噴射制御処理の手順を示すフローチャートである。 予混合燃焼領域を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 筒内圧センサ（着火時期検出手段）
３ クランク角度位置センサ（着火時期検出手段、回転数手段）
４ 電子制御ユニット（着火時期検出手段、補正手段、燃料性状推定手段）
６ 燃料噴射弁（燃料噴射手段）
３６ 還流排気温度センサ（還流排気温度検出手段）
３８ 冷却水温センサ（冷却水温検出手段）
６１ 目標主噴射着火時期算出部（補正手段）
６２ 着火時期検出部（着火時期検出手段）
６３ 減算部（補正手段）
６４ 補正量算出部（補正手段）
６７ 加算部（補正手段）
６９ セタン価推定部（燃料性状推定手段）

Claims (1)

1. 内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、排気の一部を吸気系に還流する排気還流手段とを備える内燃機関の制御装置において、
   前記排気還流手段により還流される排気の温度を検出する還流排気温度検出手段と、
   前記機関の冷却水温度を検出する冷却水温度検出手段と、
   前記機関の回転数を検出する回転数検出手段と、
   前記機関の燃焼室内に噴射された燃料の着火時期を検出する着火時期検出手段と、
   前記機関がアイドル状態にあり、かつ前記還流排気温度が所定排気温度以上であり、かつ前記冷却水温度が所定冷却水温度以上である所定運転状態において、前記排気還流を停止し、該排気還流を停止している状態で、検出した着火時期に応じて前記燃料の性状を推定する燃料性状推定手段とを備え、
   前記燃料性状推定手段は、
   前記還流排気温度、前記機関の回転数、及び前記燃料性状推定を開始した時点からの経過時間に応じて、前記着火時期を補正する補正手段を有し、
   前記補正手段により補正された着火時期に応じて前記燃料性状の推定を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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