(57)【要約】    【課題】  排気中のＨＣ等の未燃成分量を簡単かつ的確に予測する。    【解決手段】  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するアイドル回転数制御を利用し、燃料噴射量に対するフィードバック補正量ＫＦＢに基づいて排気中の未燃成分量を予測する（Ｓ１１、Ｓ１４）。また、シリンダに流入する酸素量、酸素濃度を算出し（Ｓ１２、Ｓ１３）、これらで補正する（Ｓ１５、Ｓ１６）。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標アイドル回転数を設定する手段と、
エンジン回転数を検出する手段と、
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する手段と、
前記フィードバック制御手段による燃料噴射量に対するフィードバック補正量に基づいて排気中の未燃成分量を算出する手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の未燃成分量予測装置。
【請求項２】
前記フィードバック補正量に基づく排気中の未燃成分量を、シリンダに流入する酸素量あるいは酸素濃度のうち、少なくとも一方で補正することを特徴とする内燃機関の未燃成分量予測装置。
【請求項３】
前記シリンダに流入する酸素量は、エンジンの吸気通路に設けた吸入空気量検出用のエアフローメータの検出値に基づいて算出することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の未燃成分量予測装置。
【請求項４】
前記シリンダに流入する酸素濃度は、エンジンの吸気通路に設けた吸入空気量検出用のエアフローメータの検出値と、シリンダに流入する作動ガスの圧力を検出し得る位置に設けた吸気圧センサの検出値とに基づいて算出することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の未燃成分量予測装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関において、排気中の未燃成分量を予測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、特にディーゼルエンジンでのアイドル回転数の制御は、特許文献１に示されているように、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】
内燃機関の排気中には、通常、未燃成分（ＨＣ、ＣＯ、スモーク、ＳＯＦ等）が含まれており、この未燃成分量を知るために、各種センサが提供されているが、センサを搭載することはコストアップにつながるため、新たにセンサを追加することなく、排気中の未燃成分量を予測することが求められている。
本発明は、このような実状に鑑み、排気中の未燃成分量を簡単に予測できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このため、本発明では、アイドル回転数制御、すなわち、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することを前提に、燃料噴射量に対するフィードバック補正量に基づいて排気中の未燃成分量を予測する構成とする。
【発明の効果】
【０００５】
エンジン回転数を目標アイドル回転数に一致させるために、燃料噴射量に対するフィードバック補正量（燃料増量分）が多いということは、燃焼効率が悪化しているということに他ならず、未燃成分量が多いということになるので、フィードバック補正量から未燃成分量を予測できる。
従って、本発明によれば、アイドル回転数制御の制御結果を利用して、排気中の未燃成分量を簡単かつ的確に予測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
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。
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。
【０００７】
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。
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。
【０００８】
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）ＢＳＴ検出用の吸気圧センサ２５、触媒温度Ｔcat 検出用の触媒温度センサ２６などから、信号が入力されている。
【０００９】
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。
ここにおいて、コントロールユニット２０では、アイドル運転条件にて、エンジン回転数Ｎｅを目標アイドル回転数に制御するアイドル回転数制御を実行するようにしており、かかるアイドル回転数制御について説明する。
【００１０】
図２はアイドル回転数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所定時間毎に実行される。
Ｓ１では、水温センサ２４により検出される冷却水温Ｔｗなどに応じ、目標アイドル回転数Ｎｓを設定する。
Ｓ２では、回転数センサ２１の信号から、エンジン回転数Ｎｅを検出する。
【００１１】
Ｓ３では、エンジン回転数Ｎｅと目標アイドル回転数Ｎｓとを比較する。
比較の結果、エンジン回転数Ｎｅが目標アイドル回転数Ｎｓより低い場合（Ｎｅ＜Ｎｓの場合）は、Ｓ４へ進み、燃料噴射量Ｑｆに対するフィードバック補正量（係数）ＫＦＢを増大させる。
逆に、エンジン回転数Ｎｅが目標アイドル回転数Ｎｓより高い場合（Ｎｅ＞Ｎｓの場合）は、Ｓ５へ進み、燃料噴射量Ｑｆに対するフィードバック補正量（係数）ＫＦＢを減少させる。
【００１２】
ここでの増減に際しては、目標アイドル回転数Ｎｓとエンジン回転数Ｎｅとの偏差ΔＮ＝Ｎｓ−Ｎｅに応じて、増減量を設定してもよいし（比例制御）、大小に応じて一定時間毎に一定量ずつ増減してもよいし（積分制御）、これらを組み合わせてもよい。
Ｓ６では、アクセル開度ＡＰＯとエンジン回転数Ｎｅとに応じて設定される目標エンジントルク相当の基本燃料噴射量Ｑｆbaseに、フィードバック補正量（係数）ＫＦＢを乗じることにより、最終的な燃料噴射量Ｑｆ＝Ｑｆbase×ＫＦＢを設定し、制御する。
【００１３】
ところで、ディーゼルエンジンでは、燃料噴射量Ｑｆが一定であっても、空気過剰率λを低下させると、エンジントルクが低下する。これは、空気過剰率λの低下により、燃焼効率が悪化して、投入した燃料の量が同じでも、仕事に変換される燃料の量が割合が減少していることを意味する。
このような状況で、アイドル回転数制御を行うと、目標アイドル回転数を維持するために、燃焼効率が悪化している分、フィードバック補正量ＫＦＢを増大させて、燃料噴射量Ｑｆを増量することになり、燃焼効率が悪化している分、排気中の未燃成分が増加することになる。従って、アイドル回転数制御のフィードバック補正量ＫＦＢと、排気中の未燃成分量との間には、相関がある。
【００１４】
そこで、本発明では、アイドル回転数制御のフィードバック補正量ＫＦＢに基づいて、排気中の未燃成分量を予測する。すなわち、フィードバック補正量ＫＦＢが大きいほど、排気中の未燃成分量が多いと予測する。
但し、未燃成分量は、シリンダに流入する酸素量や酸素濃度にも依存するので、望ましくは、これらによって補正する。
【００１５】
図３は未燃成分量予測のフローチャートである。尚、本フローは、アイドル回転数制御中（図２のフローの実行中）に、所定時間毎に実行される。
Ｓ１１では、アイドル回転数制御のフィードバック補正量ＫＦＢを読込む。
Ｓ１２では、シリンダに流入する酸素量を算出する。これは図４のサブルーチンに従って行う。
【００１６】
ここで、図４のサブルーチンについて説明する。
Ｓ２１では、エアフローメータ２３の出力より求められる吸入空気量Ｑａ（mg／sec ）を基に、エンジン回転数Ｎｅ、気筒数を用いて、単位変換することにより、１サイクル毎のシリンダ空気量Ｑａｃ（mg／st.cyl）を演算する。
Ｓ２２では、シリンダ空気量Ｑａｃに、空気中の酸素の質量比である０．２３を乗じて、シリンダに流入する酸素量＝Ｑａｃ×０．２３を算出し、図３のメインルーチンへリターンする。
【００１７】
Ｓ１３では、シリンダに流入する酸素濃度を算出する。これは図５のサブルーチンに従って行う。
ここで、図５のサブルーチンについて説明する。
Ｓ３１、Ｓ３２では、図４のＳ２１、Ｓ２２と同様に、シリンダに流入する酸素量を算出する。尚、本実施形態のように、図４のサブルーチンと図５のサブルーチンとを連続的に実行する場合は、Ｓ３１、Ｓ３２を省略可能である。
【００１８】
Ｓ３３では、吸気圧センサ２５により検出される吸気圧ＢＳＴを基に、シリンダの総作動ガス容量ＴＱＧvol （Ｌ／st.cyl）を次式により演算する。
ＴＱＧvol ＝ＢＳＴ／ＰＡＴＭ×ＶＯＬ
ここで、ＰＡＴＭは大気圧（一定）、ＶＯＬはシリンダ容積（リットルＬ；一定）である。
【００１９】
Ｓ３４では、シリンダの総作動ガス容量ＴＱＧvol （Ｌ／st.cyl）を、シリンダ空気量Ｑａｃと単位を合わせるため、単位変換して、シリンダに流入する総作動ガス量ＴＱＧ（mg／st.cyl）を演算する。
Ｓ３５では、Ｓ３２（Ｓ２２）で求めたシリンダに流入する酸素量（mg／st.cyl）を、Ｓ３４で求めたシリンダに流入する総作動ガス量ＴＱＧ（mg／st.cyl）で除算して、シリンダに流入する酸素濃度＝酸素量／ＴＱＧを算出し、図３のメインルーチンへリターンする。
【００２０】
Ｓ１４では、図６のテーブルを参照し、フィードバック補正量ＫＦＢから、未燃成分量基本値を算出する。ここで、未燃成分量基本値は、フィードバック補正量ＫＦＢが大きくなるほど、二次関数的に増大するように、算出する。
Ｓ１５では、図７のマップを参照し、酸素濃度と、酸素量とから、未燃成分量補正値（係数）を算出する。ここで、酸素濃度が低いほど、また、酸素量が少ないほど、未燃成分量が多くなるので、未燃成分量補正値（係数）は、酸素濃度が低いほど、また、酸素量が少ないほど、増大するように、算出する。
【００２１】
Ｓ１６では、Ｓ１４で算出した未燃成分量基本値に、Ｓ１５で算出した未燃成分量補正値（係数）を乗じることにより、未燃成分量＝基本値×補正値（係数）を算出する。
本実施形態によれば、目標アイドル回転数Ｎｓを設定する手段（Ｓ１）と、エンジン回転数Ｎｅを検出する手段（Ｓ２）と、エンジン回転数Ｎｅが目標アイドル回転数Ｎｓに一致するように燃料噴射量Ｑｆをフィードバック制御する手段（Ｓ３〜Ｓ６）と、前記フィードバック制御手段による燃料噴射量Ｑｆに対するフィードバック補正量ＫＦＢに基づいて排気中の未燃成分量を算出する手段（Ｓ１１〜Ｓ１６）と、を備えることにより、アイドル回転数制御の制御結果を利用して、排気中の未燃成分量を簡単かつ的確に予測することができる。
【００２２】
排気中の未燃成分量を予測できるようになることで、触媒温度センサにより検出される触媒温度Ｔcat などと合わせ、排気浄化触媒での酸化反応熱量を算出することなどが容易となり、触媒の劣化診断などに好適に用いることができる。
また、本実施形態によれば、前記フィードバック補正量ＫＦＢに基づく排気中の未燃成分量（基本値）を、シリンダに流入する酸素量あるいは酸素濃度のうち、少なくとも一方で補正することにより（Ｓ１２〜Ｓ１６）、排気中の未燃成分量をより正確に予測することができる。尚、本実施形態では、酸素量と酸素濃度の両方で補正しているが、簡易には、一方のみで補正するようにしてもよいことは言うまでもない。
【００２３】
また、本実施形態によれば、前記シリンダに流入する酸素量は、エンジンの吸気通路２に設けた吸入空気量（新気量）検出用のエアフローメータ２３の検出値に基づいて算出することにより（Ｓ１２；Ｓ２１〜Ｓ２２）、特別なセンサの追加なしに実施可能である。
また、本実施形態によれば、前記シリンダに流入する酸素濃度は、エンジンの吸気通路２に設けた吸入空気量（新気量）検出用のエアフローメータ２３の検出値と、シリンダに流入する作動ガスの圧力を検出し得る位置（ＥＧＲガスの導入部若しくはこれより下流側）に設けた吸気圧センサ２５の検出値とに基づいて算出することにより（Ｓ１３；Ｓ３１〜Ｓ３５）、特別なセンサの追加なしに、またＥＧＲ量やＥＧＲ率を特に検出することなく、実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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】アイドル回転数制御（フィードバック補正量演算）のフローチャート
【図３】未燃成分量予測のフローチャート
【図４】酸素量算出のフローチャート
【図５】酸素濃度算出のフローチャート
【図６】フィードバック補正量と未燃成分量基本値との関係を示す図
【図７】酸素量及び酸素濃度と未燃成分量補正値との関係を示す図
【符号の説明】
【００２５】
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
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
【図１】
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【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】
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【図７】
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