(57)【要約】    【課題】  ディーゼルエンジンにおいて、空気過剰率が低下して、等容度が低下する場合などでも、アイドル運転時に応答の良い回転数制御を可能とする。    【解決手段】  空気過剰率、燃料の着火時期、シリンダ内の圧縮端温度のうち、少なくとも１つから、アイドル運転中の等容度ＣＶＯＬを予測する（Ｓ１）。吸気圧、ＥＧＲ率、空気過剰率、水温、補機負荷のうち、少なくとも１つから、アイドル運転中のモータリング負荷ＦＭＯＴを予測する（Ｓ２）。等容度ＣＶＯＬとモータリング負荷ＦＭＯＴとから、アイドル噴射量を演算する（Ｓ３〜Ｓ６）。【選択図】  図７
2006177241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アイドル運転中の等容度を予測する手段と、
アイドル運転中のモータリング負荷を予測する手段と、
前記等容度とモータリング負荷とから、アイドル運転時の燃料噴射量を演算する手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記等容度は、空気過剰率、燃料の着火時期、シリンダ内の圧縮端温度のうち、少なくとも１つから予測することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記圧縮端温度は、吸気圧力、ＥＧＲ率、新気温度、空気過剰率のうち、少なくとも１つから予測することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記モータリング負荷は、吸気抵抗と摩擦抵抗とのうち、少なくとも１つから予測することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記吸気抵抗は、吸気圧力、ＥＧＲ率、空気過剰率のうち、少なくとも１つから予測することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記摩擦抵抗は、エンジン冷却水温と、補機負荷とのうち、少なくとも１つから予測することを特徴とする請求項４又は請求項５記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特にアイドル運転時の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にディーゼルエンジンでは、特許文献１に示されているように、アイドル運転時に、エンジン回転数が目標アイドル回転数に一致するように、燃料噴射量をフィードバック制御している。
【特許文献１】特開２００２−０３０９６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ディーゼルエンジンの通常のリーン領域より、空気過剰率（λ）が低い領域では、燃焼期間が長くなって、等容度が大幅に低下するため、燃料噴射量のフィードバック制御では、回転数制御が困難になる。
【０００４】
燃料の着火時期が遅くなって燃焼期間が長くなった場合や、シリンダ内の圧縮端温度が低下して燃焼期間が長くなった場合も、等容度が大幅に低下するため、燃料噴射量のフィードバック制御では、回転数制御が困難になる。
【０００５】
尚、等容度とは、等容燃焼（圧縮圧力がピークとなる上死点において容積変化をしないで一気に行われる仮想の燃焼）での熱効率を１００％としたときの、実際の図示熱効率の割合をいう。
【０００６】
一方、空気過剰率一定で、ＥＧＲ率を減少させると、コレクタ圧が低下して、吸気抵抗が増大するが、このような吸気抵抗の増大により、あるいは摩擦抵抗の増大により、モータリング負荷が増大した場合も、燃料噴射量のフィードバック制御では、回転数制御が困難となる。
【０００７】
本発明は、このような実状に鑑み、アイドル運転時に応答良く回転数制御を行うことの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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このため、本発明では、アイドル運転中の等容度とモータリング負荷とをそれぞれ予測し、これらから、アイドル運転時の燃料噴射量を演算する構成とした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アイドル運転時に、等容度が低下する場合や、モータリング負荷が増大する場合には、予めフィードフォワード的に、アイドル噴射量を増量せしめることで、アイドル運転時の回転数制御を応答良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（ここではディーゼルエンジン）のシステム図である。
【００１２】
ディーゼルエンジン１の吸気通路２には過給機（ターボチャージャ）３の吸気コンプレッサが備えられ、吸入空気は吸気コンプレッサによって過給され、インタークーラ４で冷却され、吸気絞り弁５を通過した後、コレクタ６を経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。燃料は、コモンレール式燃料噴射装置により、すなわち、高圧燃料ポンプ７により高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒の燃料噴射弁９から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路１０へ流出する。
【００１３】
排気通路１０へ流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ装置により、すなわち、ＥＧＲ通路１１によりＥＧＲ弁１２を介して、吸気側（コレクタ６内）へ還流される。排気の残りは、過給機３の排気タービンを通り、これを駆動する。
【００１４】
また、排気通路１０の排気タービン下流には、排気浄化のため、三元触媒にＮＯｘトラップ材を添加してなり、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比がストイキないしリッチのときに脱離浄化することのできるＮＯｘトラップ触媒１３を配置してある。
【００１５】
更に、このＮＯｘトラップ触媒１３の下流には、排気中の粒子状物質であるＰＭを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）１４を配置してある。
【００１６】
コントロールユニット２０には、エンジン１の制御のため、エンジン回転数Ｎｅ検出用の回転数センサ２１、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２２、吸入空気量Ｑａ検出用のエアフローメータ２３、エンジン冷却水温Ｔｗ検出用の水温センサ２４、吸気圧（コレクタ６内の吸気圧）Ｐｃ検出用の吸気圧センサ２５、吸気温（新気温度）Ｔａ検出用の吸気温センサ２６、補機負荷スイッチ２７から、信号が入力されている。
【００１７】
コントロールユニット２０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁９による燃料噴射の燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁９への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁５への開度指令信号、ＥＧＲ弁１２への開度指令信号等を出力する。
【００１８】
ところで、ディーゼルエンジンでは、従来一般的には、アイドル運転時に、エンジン回転数が目標アイドル回転数に一致するように、燃料噴射量をフィードバック制御している。
【００１９】
しかしながら、ディーゼルエンジンの通常のリーン領域より、空気過剰率（λ）が低い領域では、図２に示すように、λの低下に伴い、燃焼期間が長くなって、等容度が大幅に低下し、言い換えれば、燃焼期間が長くなることで、トルクが低下する。このため、燃料噴射量のフィードバック制御では、回転数制御が困難になる。
【００２０】
すなわち、空気過剰率が低いと、噴射量一定の場合、空気量が減少することで、圧縮圧力が上昇せず、筒内温度も低下することから、着火しにくく、燃えにくくなり、燃焼期間が長くなる結果、トルクが低下してしまい、フィードバック制御では、トルクの低下を生じてから、燃料噴射量を増量するため、トルク低下を抑制できないか、ハンチングを生じる。尚、λを低下させると、筒内圧波形は図３（点線→実線）に示すようになる。
【００２１】
燃料の着火時期が遅くなって燃焼期間が長くなった場合や、シリンダ内の圧縮端温度が低下して燃焼期間が長くなった場合も、等容度が大幅に低下するため、燃料噴射量のフィードバック制御では、回転数制御が困難となる。尚、着火時期を遅らせると、筒内圧波形は図４に示すようになり、圧縮端温度を低下させると、筒内圧波形は図５に示すようになる。
【００２２】
一方、図６に示すように、空気過剰率一定で、ＥＧＲ率を減少させると、コレクタ圧（吸気圧）が低下して、吸気抵抗が増加するが、このような吸気抵抗の増大により、モータリング負荷が増大した場合も、燃料噴射量のフィードバック制御では、回転数制御が困難となる。摩擦抵抗の増大により、モータリング負荷が増大した場合も同様である。
【００２３】
そこで本発明は、アイドル運転中の等容度とモータリング負荷とをそれぞれ予測し、これらから、フィードフォワード的に、アイドル運転時の燃料噴射量を算出して制御する。
【００２４】
図７はコントロールユニット２０にて実行されるアイドル運転時の燃料噴射量（アイドル噴射量）制御のフローチャートである。尚、本フローは、アイドル運転条件にて時間同期又は回転同期で実行される。
【００２５】
Ｓ１では、空気過剰率（λ）、燃料の着火時期、又は、シリンダ内の圧縮端温度から、更には、これらの組み合わせから、等容度ＣＶＯＬを予測演算する。
【００２６】
空気過剰率としては、目標空気過剰率を用い、図８（Ａ）の空気過剰率−等容度テーブルから、空気過剰率に対応した等容度ＣＶＯＬを算出する。ここで、空気過剰率の増大に伴って等容度ＣＶＯＬが大となり、空気過剰率の低下に伴って等容度ＣＶＯＬが低下するように設定されている。
【００２７】
燃料の着火時期としては、燃料噴射時期を用いることができ、図８（Ｂ）の着火時期−等容度テーブルから、着火時期に対応した等容度ＣＶＯＬを算出する。ここで、着火時期がある適正位置にあるときに等容度ＣＶＯＬが最も大きくなり、それより進角又は遅角するに伴って等容度ＣＶＯＬが低下するように設定されている。
【００２８】
圧縮端温度については、吸気圧（コレクタ圧）、ＥＧＲ率、新気温度、空気過剰率に依存するので、これらのうち、少なくとも１つから予測する。
【００２９】
図９（Ａ）は吸気圧−圧縮端温度テーブルを示し、吸気圧が高くなるほど、圧縮端温度が高くなる。
【００３０】
図９（Ｂ）はＥＧＲ率−圧縮端温度テーブルを示し、ＥＧＲ率がある値のときに圧縮端温度が最も低くなり、それより増大又は減少するに伴って圧縮端温度が高くなる。
【００３１】
図９（Ｃ）は新気温度−圧縮端温度テーブルを示し、新気温度が高くなるほど、圧縮端温度が高くなる。
【００３２】
図９（Ｄ）は空気過剰率−圧縮端温度テーブルを示し、空気過剰率が高くなるほど、圧縮端温度が高くなる。
【００３３】
尚、吸気圧（コレクタ圧）、ＥＧＲ率、新気温度、空気過剰率のうち、少なくとも１つから予測可能であるが、より多く用いることで、予測精度を向上させることができる。
【００３４】
圧縮端温度が予測されると、図８（Ｃ）の圧縮端温度−等容度テーブルから、圧縮端温度に対応した等容度ＣＶＯＬを算出する。ここで、圧縮端温度の上昇に伴って等容度ＣＶＯＬが大となり、圧縮端温度の低下に伴って等容度ＣＶＯＬが低下するように設定されている。
【００３５】
Ｓ２では、吸気圧、ＥＧＲ率、空気過剰率、エンジン回転数、水温、補機負荷のうち、少なくとも１つから、モータリング負荷（吸気抵抗及び摩擦抵抗）ＦＭＯＴを予測演算する。
【００３６】
図１０（Ａ）は吸気圧、ＥＧＲ率、空気過剰率と、モータリング負荷ＦＭＯＴとの関係を示すテーブルで、吸気圧が高くなるに伴って、吸気抵抗が減少することから、モータリング負荷ＦＭＯＴが減少する。また、ＥＧＲ率が高くなった場合も、吸気抵抗が減少することから、モータリング負荷ＦＭＯＴが減少する。また、空気過剰率が高くなった場合も、吸気抵抗が減少することから、モータリング負荷ＦＭＯＴが減少する。
【００３７】
図１０（Ｂ）はエンジン回転数−モータリング負荷テーブルを示し、エンジン回転数が高くなるに伴って、摩擦抵抗が増大することから、モータリング負荷ＦＭＯＴが増大する。
【００３８】
図１０（Ｃ）は水温−モータリング負荷テーブルを示し、水温が高くなるに伴って、摩擦抵抗が減少することから、モータリング負荷ＦＭＯＴが減少する。
【００３９】
補機負荷については、投入されている補機負荷の合計値が高くなるに伴って、モータリング負荷ＦＭＯＴが増大することは言うまでもない。尚、ここでも、より多くのパラメータを用いることで、予測精度を向上させることができる。
【００４０】
Ｓ３では、Ｓ１で求めた等容度ＣＶＯＬから、図１１のＣＶＯＬ−ＨＱcvolテーブルを参照し、アイドル噴射量に対する補正係数ＨＱcvolを算出する。ここで、等容度ＣＶＯＬが増大するほど、アイドル噴射量を減量補正するように補正係数ＨＱcvolを小さくし、等容度ＣＶＯＬが低下するほど、アイドル噴射量を増量補正するように補正係数ＨＱcvolを大きくする。
【００４１】
Ｓ４では、Ｓ２で求めたモータリング負荷ＦＭＯＴから、図１２のＦＭＯＴ−ＨＱfmotテーブルを参照し、アイドル噴射量に対する補正係数ＨＱfmotを算出する。ここで、モータリング負荷ＦＭＯＴが増大するほど、アイドル噴射量を増量補正するように補正係数ＨＱfmotを大きくする。
【００４２】
Ｓ５では、Ｓ３で求めた補正係数ＨＱcvolと、Ｓ４で求めた補正係数ＨＱfmotとから、これらを乗算することで、アイドル噴射量に対する最終的な補正係数ＨＱidle＝ＨＱcvol×ＨＱfmotを算出する。
【００４３】
Ｓ６では、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転数Ｎｅとから設定されるアイドル噴射量の基本値ＢＱidleに、Ｓ５で求めた補正係数ＨＱidleを乗じて、アイドル噴射量Ｑidle＝ＢＱidle×ＨＱidleを算出し、制御する。
【００４４】
本実施形態によれば、アイドル運転中の等容度ＣＶＯＬを予測する手段（Ｓ１）と、アイドル運転中のモータリング負荷ＦＭＯＴを予測する手段（Ｓ２）と、等容度ＣＶＯＬとモータリング負荷ＦＭＯＴとから、アイドル運転時の燃料噴射量を演算する手段（Ｓ３〜Ｓ６）と、を備えることにより、等容度ＣＶＯＬが低下する場合や、モータリング負荷ＦＭＯＴが増大する場合には、予めフィードフォワード的に、アイドル噴射量Ｑidleを増量せしめることで、アイドル運転時の回転数制御を応答良く行うことができる。
【００４５】
また、本実施形態によれば、前記等容度ＣＶＯＬは、空気過剰率、燃料の着火時期、シリンダ内の圧縮端温度のうち、少なくとも１つから予測することにより、簡単且つ的確に予測できる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、前記圧縮端温度は、吸気圧力、ＥＧＲ率、新気温度、空気過剰率のうち、少なくとも１つから予測することにより、簡単且つ的確に予測できる。
【００４７】
また、本実施形態によれば、前記モータリング負荷ＦＭＯＴは、吸気抵抗と摩擦抵抗とのうち、少なくとも１つから予測することにより、簡単且つ的確に予測できる。
【００４８】
また、本実施形態によれば、前記吸気抵抗は、吸気圧力、ＥＧＲ率、空気過剰率のうち、少なくとも１つから予測することにより、簡単且つ的確に予測できる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、前記摩擦抵抗は、エンジン冷却水温と、補機負荷とのうち、少なくとも１つから予測することにより、簡単且つ的確に予測できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】空気過剰率が低下した場合の問題点を示す図
【図３】空気過剰率の変化による筒内圧波形の変化を示す図
【図４】着火時期の変化による筒内圧波形の変化を示す図
【図５】圧縮端温度の変化による筒内圧波形の変化を示す図
【図６】ＥＧＲ率が低下した場合の問題点を示す図
【図７】アイドル噴射量制御のフローチャート
【図８】空気過剰率、着火時期、圧縮端温度と、等容度との関係を示す図
【図９】吸気圧、ＥＧＲ率、新気温度、空気過剰率と、圧縮端温度との関係を示す図
【図１０】吸気圧、ＥＧＲ率、空気過剰率、回転数、水温と、モータリング負荷との関係を示す図
【図１１】等容度と補正係数との関係を示す図
【図１２】モータリング負荷と補正係数との関係を示す図
【符号の説明】
【００５１】
１  ディーゼルエンジン
２  吸気通路
３  過給機
５  吸気絞り弁
９  燃料噴射弁
１０  排気通路
１１  ＥＧＲ通路
１２  ＥＧＲ弁
１３  ＮＯｘトラップ触媒
１４  ＤＰＦ
２０  コントロールユニット
２１  回転数センサ
２２  アクセル開度センサ
２３  エアフローメータ
２４  水温センサ
２５  吸気圧センサ
２６  吸気温センサ
２７  補機負荷スイッチ
【図１】
2006177241.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006177241.tif 000008
【図７】
2006177241.tif 000009
【図８】
2006177241.tif 000010
【図９】
2006177241.tif 000011
【図１０】
2006177241.tif 000012
【図１１】
2006177241.tif 000013
【図１２】
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