(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンの燃焼制御装置を提供すること。【解決手段】ＥＣＵ(42)が、熱発生履歴から最大熱発生量H1及び着火時期熱発生量H0の差である実熱発生量Hを算出し(S1〜S3)、当該実熱発生量Hが燃料噴射量に応じた発熱量に近づくよう比熱比κを修正して燃焼制御を行う(S4〜S7)。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、
前記筒内圧検出手段により検出される筒内圧、筒内容積、及び筒内の比熱比から、筒内の熱発生量を算出する熱発生量算出手段と、
前記熱発生量算出手段により算出される熱発生量が、燃料噴射量に応じた発熱量に対して所定量以上の差がある場合に、前記比熱比を修正する比熱比修正手段と、
前記比熱比修正手段により修正された比熱比を用いて燃焼制御を行う燃焼制御手段と、
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項２】
前記比熱比修正手段は、前記熱発生量算出手段から算出される少なくとも燃料噴射時期から燃焼終了までの熱発生量が、前記燃料噴射量に応じた発熱量と所定量以上の差がある場合に、前記比熱比を修正することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項３】
前記比熱比修正手段は、前記熱発生算出手段から算出される少なくとも燃料噴射時期から燃焼終了までの熱発生量が、前記燃料噴射量に応じた発熱量に近づくように前記比熱比を修正することを特徴とする請求項１または２記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項４】
前記燃焼制御手段は、前記比熱比修正手段により修正された比熱比を用いて算出された前記熱発生量から燃焼割合を算出し、所定の燃焼割合が所定のクランク角度となるように燃料噴射時期を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃焼制御装置に係り、詳しくは比熱比を修正して行う燃焼制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンの燃焼室に筒内圧センサを設けて筒内圧を検出し、その筒内圧から算出される燃焼状態に基づいて、エンジンの運転状態を制御している。
例えば、エンジンの燃焼制御としてポリトロープ指数を比熱比とした断熱変化のポリトロープ式に基づき、筒内圧センサにより検出される筒内圧、筒内容積、比熱比から熱発生率を求め、さらに当該熱発生率の積算から燃焼割合を算出している。
【０００３】
そして、所定の基準クランク角度で基準燃焼割合となるように、基準クランク角度と基準燃焼割合とのうち少なくとも一方を較正するエンジン（内燃機関）の制御装置がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２２０１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エンジンの燃焼室内に吸入される吸気成分は一定ではなく、外部の環境の変化や運転状態に応じて変動し、それに伴い比熱比の値も変動する。特にディーゼルエンジンではＥＧＲ（exhaust gas recirculation：排気循環）ガスを大量に導入することで、比熱比は大きく変動する。
したがって、上記特許文献１に開示された技術のような燃焼制御では、比熱比に変動が生じた場合に正確な燃焼割合が算出されず、適正な燃焼制御を行うことができないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、誤差を修正した適正な比熱比によりエンジンの筒内の熱発生量を正確に演算し燃焼制御を行うことで、燃費の改善や、排ガス性能及びエンジンの安定性御性を向上させることのできるディーゼルエンジンの燃焼制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１のディーゼルエンジンの燃焼制御装置では、ディーゼルエンジンの筒内圧力を検出する筒内圧検出手段と、前記筒内圧検出手段により検出される筒内圧、筒内容積、及び筒内の比熱比から、筒内の熱発生量を算出する熱発生量算出手段と、前記熱発生量算出手段により算出される熱発生量が、燃料噴射量に応じた発熱量に対して所定量以上の差がある場合に、前記比熱比を修正する比熱比修正手段と、前記比熱比修正手段により修正された比熱比を用いて燃焼制御を行う燃焼制御手段とを備えることを特徴としている。
【０００７】
請求項２のディーゼルエンジンの燃焼制御装置では、請求項１において、前記比熱比修正手段は、前記熱発生量算出手段から算出される少なくとも燃料噴射時期から燃焼終了までの熱発生量が、前記燃料噴射量に応じた発熱量と所定量以上の差がある場合に、前記比熱比を修正することを特徴としている。
請求項３のディーゼルエンジンの燃焼制御装置では、請求項１または２において、前記比熱比修正手段は、前記熱発生算出手段から算出される少なくとも燃料噴射時期から燃焼終了までの熱発生量が、前記燃料噴射量に応じた発熱量に近づくように前記比熱比を修正することを特徴としている。
【０００８】
請求項４のディーゼルエンジンの燃焼制御装置では、請求項１から３のいずれかにおいて、前記燃焼制御手段は、前記比熱比修正手段により修正された比熱比を用いて算出された前記熱発生量から燃焼割合を算出し、所定の燃焼割合が所定のクランク角度となるように燃料噴射時期を制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上記手段を用いる本発明の請求項１のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、筒内圧検出手段により検出される筒内圧、筒内容積、及び筒内の比熱比から熱発生量を算出し、当該熱発生量が燃料噴射量に応じた発熱量と所定量以上差がある場合には、比熱比の修正を行い、修正した比熱比を用いた燃焼制御を行う。
このように、比熱比を用いて算出される熱発生量と燃料噴射量に応じた発熱量とから、比熱比の誤差を判定して修正を行うことで、吸気状態の変化に応じた正確な比熱比を設定することができる。そして、この修正した比熱比を用いることで、適正な燃焼制御を行うことができ、これにより燃費の改善や、排ガス性能及びエンジンの安定性御性を向上させることができる。
【００１０】
請求項２のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、比熱比修正手段は、熱発生量算出手段から算出される少なくとも燃料噴射時期から燃焼終了までの熱発生量が、燃料噴射量に応じた発熱量と所定量以上の差がある場合に、前記比熱比を修正する。
つまり、燃料噴射前における燃焼と関係なく算出される熱発生量を除き、実際に燃焼により生じた熱発生量を正確に算出することができる。このように算出された熱発生量と燃料噴射量に応じた発熱量とを比較することで、より正確に比熱比の誤差を判定することができ、さらに適正な燃焼制御を行うことができる。
【００１１】
請求項３のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、比熱比修正手段は、熱発生算出手段から算出される少なくとも燃料噴射時期から燃焼終了までの熱発生量が、燃料噴射量に応じた発熱量に近づくように比熱比を修正する。
これにより、より正確な比熱比に修正することができ、確実な燃焼制御を行うことができる。
【００１２】
請求項４のディーゼルエンジンの燃焼制御装置によれば、燃焼制御手段は、比熱比修正手段により修正された比熱比を用いて算出された熱発生量から燃焼割合を算出し、所定の燃焼割合が所定のクランク角度となるように燃料噴射時期を制御する。
これにより、ディーゼルエンジンにおいて、適正な燃焼制御を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置の概略構成図が示されている。以下、同図に基づき説明する。
図１に示すエンジン１は、図示しないコモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒２内に直接噴射する４気筒コモンレール式ディーゼルエンジンである。なお、図１には４気筒のうちの１つの気筒の断面が示されている。
【００１４】
エンジン１は、複数の気筒２が形成されたシリンダブロック４の上部に、シリンダヘッド６が載置されて構成されている。
各気筒２には上下摺動可能にピストン８が設けられおり、当該ピストン８の頂面と気筒２の内壁、及びシリンダヘッド６下面に囲まれて燃焼室１０が形成されている。
シリンダヘッド６には、燃焼室１０内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁１２、及び当該燃焼室１０内の圧力、即ち筒内圧を検出する筒内圧センサ１４（筒内圧検出手段）が、それぞれ燃焼室１０内に臨むように設けられている。
【００１５】
また、シリンダヘッド６には、燃焼室１０と連通しエンジン１の幅方向一側に延びた吸気ポート１６及び燃焼室１０と連通しエンジン１の幅方向他側に延びた排気ポート１８が形成されている。さらに、当該シリンダヘッド６には、吸気ポート１６及び排気ポート１８に対応して、当該各ポート１６、１８と燃焼室１０との連通及び遮断を行う吸気バルブ２０及び排気バルブ２２がそれぞれ設けられている。なお、当該吸気ポート１６及び排気ポート１８は１気筒につきそれぞれ２箇所設けられており、それに対応して吸気バルブ２０及び排気バルブ２２はそれぞれ２本設けられている。
【００１６】
そして、エンジン１の幅方向一側には、吸気ポート１６と連通する吸気管２４が接続されている。
当該吸気管２４には、吸気上流側に図示しないエアクリーナが設けられており、その吸気下流側にはエンジン１に吸気量を検出するエアフローセンサ２６が設けられている。また、当該吸気管２４には、エアフローセンサ２６より吸気下流側に、吸気を加圧するターボチャージャ２８のコンプレッサ２８ａ、加圧された吸気を冷却するインタークーラ３０、吸気量を調整するスロットルバルブ３２が順に設けられている。
【００１７】
一方、エンジン１の幅方向他側には排気ポート１８と連通する排気管３４が接続されている。
当該排気管３４には、上記ターボチャージャ２８のコンプレッサ２８ａと回転軸が連結され排気流により回転するタービン２８ｂが設けられている。
また、当該排気管３４の排気上流側部分と、吸気管２４の吸気下流側部分とは、ＥＧＲ通路３６を介して連通されており、排気を吸気系に還流可能に構成されている。当該ＥＧＲ通路３６には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３８及び吸気系へ還流させるＥＧＲガス量を調整するＥＧＲバルブ４０が設けられている。
【００１８】
また、当該エンジン１を搭載した車両には、エンジン１の運転制御等をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置としてＥＣＵ４２（熱発生量算出手段、比熱比修正手段、燃焼制御手段）が設けられている。当該ＥＣＵ４２は、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ともに、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
【００１９】
例えば、ＥＣＵ４２の入力側には、上記筒内圧センサ１４、エアフローセンサ２６、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ４４等の各種センサ類が接続されている。また、ＥＣＵ４２の出力側には各気筒の燃料噴射弁１２、スロットルバルブ３２、ＥＧＲバルブ４０などの各種デバイス類が接続されている。
そして、ＥＣＵ４２は、上記各種センサ類から取得される情報に基づき各気筒における燃焼制御を行う。
【００２０】
当該実施形態における燃焼制御では、筒内圧センサ１４により検出される筒内圧情報から熱発生率を算出して、さらに当該熱発生率を積算した熱発生量を算出する。さらに、当該熱発生量から燃焼割合（ＭＦＢ:Mass Fraction of Burnt fuel）を算出し、所定の燃焼割合が所定のクランク角となるように燃料噴射時期をフィードバック制御するものである。
【００２１】
詳しくは、エンジン１の燃焼サイクルでは、下記式（１）に示すポリトロープ式から、筒内圧Ｐと、筒内容積Ｖをポリトロープ指数ｎで累乗した値との積が一定となる。さらに、エンジン１の燃焼サイクルを断熱変化とみなすと、ポリトロープ指数ｎは筒内の比熱比κに置き換えられる。
ＰＶｎ＝ＰＶκ＝一定・・・（１）
そして、燃焼室１０内で発生する熱発生量Ｑの単位クランク角当たりの発生熱量である熱発生率ｄＱ／ｄθは、下記式（２）に示すように、筒内圧Ｐ、筒内容積Ｖ、比熱比κ、から算出される。
【００２２】
【数１】
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つまり、当該熱発生率ｄＱ／ｄθを積算（積分）することで、熱発生量が算出される。
そして、燃焼終了時の熱発生量、即ち熱発生量の最大値を１００％として、クランク角に応じた熱発生量の割合が燃焼割合として求められる。
【００２３】
ＥＣＵ４２は、これら熱発生量や燃焼割合等の情報を熱発生履歴として記憶し、次回の燃焼において所定の燃焼割合（例えばＭＦＢ５０％）が所定のクランク角（例えばＡＴＤＣ１０°）となるように、燃料噴射時期を進角または遅角させるフィードバック制御を行う。
ここで、上記式（１）や式（２）で用いる比熱比κは、燃焼に伴う気体の変化により値が変動するものであるが演算の簡略化等のため、燃焼に伴う値の変動については一定値として取り扱うこととしている。
【００２４】
一方、当該比熱比κは、たとえ燃料噴射量が同一であってもＥＧＲガスの還流量の変化や車両周囲の環境の変化等に伴う吸気中のＥＧＲ率、Ｏ２濃度、空気過剰率等の吸気状態の変化によっても変動する。特に燃焼による既燃ガスの増加により燃焼前後でも大きく変動するが、一定値として取り扱っているため、本来着火前で熱発生量が０であるにもかかわらず、熱発生量があるように計算されてしまい正確な燃焼割合が算出されなくなる場合がある。
【００２５】
これに対して、ＥＣＵ４２は当該比熱比κの修正制御を行った上で燃焼割合を算出するものである。
以下、本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置による燃焼制御について説明する。
図２には本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置による燃焼制御ルーチンがフローチャートにより示されており、図３にはクランク角度に応じた熱発生量のタイムチャートが示されている。以下、図３を参照しつつ、図２のフローチャートに沿って説明する。なお、当該燃焼制御は各気筒毎に同様に行うものとし、ここでは１気筒分の燃焼制御について説明する。
【００２６】
ＥＣＵ４２は、図２のステップＳ１に示すように、制御対象の気筒２における前回の燃焼の着火時期を読み出し、当該着火時期における熱発生量Ｈ０を検出する。つまり、ＥＣＵ４２に記憶されている熱発生履歴から、前回の燃焼の着火時期を読み出して、その着火時期における熱発生量Ｈ０を検出する。着火時期は、例えば、燃料噴射時期に着火遅れ期間を加えた時期とする。
【００２７】
ステップＳ２では、熱発生履歴から最大熱発生量Ｈ１を検出する。当該最大熱発生量Ｈ１は燃焼終了時期に相当する。
ステップＳ３では、実熱発生量Ｈを算出する。当該実発生量Ｈは上記ステップＳ２で検出した最大熱発生量Ｈ１から上記ステップＳ１で検出した着火時期の熱発生量Ｈ０との差である。つまり、図３に示すように、着火時期から燃焼終了時までの熱発生量を実熱発生量とする。
【００２８】
ステップＳ４では、上記ステップＳ３で算出した実熱発生量Ｈと、噴射した燃料量及び燃料（軽油）の発熱量の積、即ち燃料噴射量に応じた発熱量との差の絶対値が、所定値未満であるか否かを判別する。当該判別結果が偽（Ｎｏ）、即ち実熱発生量Ｈと燃料噴射量に応じた発熱量と所定値以上の差がある場合は、ステップＳ５に進む。
ステップＳ５では、比熱比κの修正を行い、熱発生履歴を再演算する。当該比熱比κの修正は、例えば実熱発生量Ｈが燃料噴射量に応じた発熱量に近づくよう、比熱比κを一定量増減することで行う。そして、修正した比熱比κに基づき、再度熱発生履歴を演算し、ステップＳ２に戻り、ステップＳ４の判別結果が真（Ｙｅｓ）となるまでステップＳ２〜Ｓ５を繰り返す。
【００２９】
一方、ステップＳ４の判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち実熱発生量Ｈと燃料噴射量に応じた発熱量との間に所定値以上の差がない場合は、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、このときの熱発生履歴から、所定の燃焼割合となる所定のクランク角度（ＭＦＢ角度）を出力する。つまり、上記ステップＳ４で偽（Ｎｏ）と判定された場合には、ここでの熱発生履歴は修正された比熱比κに基づいて算出されたものなる。
【００３０】
さらにステップＳ７では、次回の燃焼において、所定の燃焼割合が所定のクランク角となるように燃料噴射時期を調整し、当該ルーチンを抜ける。
以上のように、ＥＣＵ４２は熱発生履歴から、着火前の熱発生量の影響を除いた実熱発生量Ｈを算出し、当該実熱発生量Ｈが燃料噴射量に応じた発熱量に等しくなるよう比熱比κを修正した上で、燃料噴射制御を行う。
【００３１】
このように、実熱発生量Ｈとして着火時期から燃焼終了時までの熱発生量を算出することで、燃焼と関係なく算出されるオフセット分の熱発生量を除き、実際に燃焼により生じた熱発生量を正確に算出することができる。
また、比熱比κを用いて算出される実熱発生量Ｈと燃料噴射量に応じた発熱量とから、比熱比κの誤差を判定して、当該比熱比κを燃料噴射量に応じた発熱量に近づくように修正することで、吸気状態の変化に応じた正確な比熱比κを設定することができる。
【００３２】
そして、この修正した比熱比κを用いた燃焼制御を行うことで、適正な燃焼制御を行うことができる。
これらのことから本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置では、燃費の改善、排ガス性能及びエンジンの安定性御性を向上させることができる。
以上で本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
【００３３】
例えば、上記実施形態では、エンジン１は４気筒コモンレール式ディーゼルエンジンだが、当該構成のエンジンに限るものではなく、他の構成のディーゼルエンジンであっても構わない。
また、上記実施形態では、燃焼制御のステップＳ１において、着火時期は、燃料噴射時期に着火遅れ期間を加えた時期としているが、着火時期の検出はこれに限られるものではなく、例えば着火時期が短い場合には燃料噴射時期をそのまま着火時期としてもよいし、または他の手法で検出しても構わない。
【００３４】
また、上記実施形態では、燃焼制御のステップＳ４において、ステップＳ３で算出した実熱発生量Ｈと、燃料噴射量及び燃料の発熱量の積との差が所定値未満か否かを判別しているが、これは実熱発生量Ｈが、燃料噴射量と当該燃料の発熱量との積と一致しているか否かという判別にしても構わない。
さらに、上記実施形態では、燃焼制御のステップＳ６において、所定の燃焼割合が所定のクランク角となるように燃料噴射時期を調整しているが、当該燃焼制御の手法は燃料噴射時期の調整に限られるものではなく、例えば、ＥＧＲバルブ制御によるＥＧＲガス還流量の調整やスロットルバルブ制御による吸気量の調整によって行っても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置による燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】クランク角度に応じた熱発生量を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１  エンジン
２  気筒
１２  燃料噴射弁
１４  筒内圧センサ（筒内圧検出手段）
３６  ＥＧＲ通路
４２  ＥＣＵ（熱発生量算出手段、比熱比修正手段、燃焼制御手段）
４４  クランク角センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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