(57)【要約】    【課題】  パイロット噴射した燃料の燃焼状態に応じて、使用中の燃料のセタン価を推定し、推定したセタン価に応じて適切な燃料噴射制御を行うことができる内燃機関の制御装置を提供する。    【解決手段】  エンジンのアイドル状態でパイロット噴射及び主噴射による燃料噴射を実行し、パイロット噴射量ＧＩＮＪＰを通常の噴射量から徐々に減量する（Ｓ１２，Ｓ１３）。パイロット噴射量ＧＩＮＪＰを減量していくとパイロット噴射された燃料の失火が発生した時点の総減量値ＤＧＩＮＪに応じて使用中の燃料のセタン価ＣＥＴを推定する（Ｓ１４，Ｓ１５）。総減量値ＤＧＩＮＪが大きくなるほど失火が発生し難いこと、すなわちセタン価が高いことを示す。【選択図】  図３
2007154802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮着火燃焼を行う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る内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射手段を制御する燃料噴射制御手段と、
前記機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段と、
前記燃料噴射手段を介してパイロット噴射及び主噴射によって燃料を供給している状態において、前記燃料噴射制御手段によりパイロット噴射燃料量を変更し、該変更時のパイロット燃料噴射量と、前記燃焼状態検出手段により検出された燃焼状態とに基づいて、前記燃料のセタン価を推定するセタン価推定手段とを備え、
前記燃料噴射制御手段は、推定したセタン価に応じた制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記セタン価推定手段は、前記機関の少なくとも１つの気筒について前記セタン価の推定を行う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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮着火燃焼を行う内燃機関の制御装置に関し、特にパイロット噴射及び主噴射によって燃料供給を行う内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、パイロット噴射される燃料量を確実に適正値とするために、イオンセンサにより燃焼室におけるイオン電流を検出し、イオン電流に応じてパイロット噴射量を調整するようにした制御装置が示されている。この装置によれば、検出イオン電流の絶対値が、パイロット噴射開始タイミングから主噴射開始タイミングまでの期間に亘って積算され、その積算値に応じてパイロット噴射量の調整が行われる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５０３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
圧縮着火燃焼を行う内燃機関で、大量の排気還流を行いながら予混合燃焼を行う場合や、排気系に設けられるＮＯｘ吸蔵触媒の再生（吸蔵されたＮＯｘの還元）を行うために空燃比をリッチ化する場合などにおいては、燃料のセタン価の影響が大きく表れ、低セタン価の燃料を使用した場合に、燃焼状態の悪化を招き易い。したがって、上述した従来の制御装置のように、イオン電流に応じたパイロット噴射量の調整だけでは十分な対応ができず、失火や燃焼騒音の増加を起こすおそれがある。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、パイロット噴射した燃料の燃焼状態に応じて、使用中の燃料のセタン価を推定し、推定したセタン価に応じて適切な燃料噴射制御を行う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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、圧縮着火燃焼を行う内燃機関（１）の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段（６）を備える内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射手段（６）を制御する燃料噴射制御手段と、前記機関の燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段（２，４）と、前記燃料噴射手段（６）を介してパイロット噴射及び主噴射によって燃料を供給している状態において、前記燃料噴射制御手段によりパイロット噴射燃料量（ＧＩＮＪＰ）を変更し、該変更時のパイロット噴射燃料量（ＧＩＮＪＰ）と、前記燃焼状態検出手段により検出された燃焼状態とに基づいて、前記燃料のセタン価（ＣＥＴ）を推定するセタン価推定手段とを備え、前記燃料噴射制御手段は、推定したセタン価（ＣＥＴ）に応じた制御を行うことを特徴とする。
【０００７】
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、前記セタン価推定手段は、前記機関の少なくとも１つの気筒について前記セタン価の推定を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、パイロット噴射及び主噴射によって燃料を供給している状態において、パイロット噴射燃料量を変更し、該変更時のパイロット噴射燃料量と、検出された燃焼状態とに基づいて、使用中の燃料のセタン価が推定され、推定されたセタン価に応じて燃料噴射制御が行われる。パイロット噴射燃料量を変化させると、燃焼状態が変化するが、変化態様は燃料のセタン価によって異なる。例えばパイロット噴射燃料量を通常の燃料量より徐々に減少させていき、失火が発生する減少量を判定することにより、燃料のセタン価を推定することができる。そしてセタン価に応じて燃料噴射制御を行うことにより、使用中の燃料に適した燃料噴射を行い、燃焼状態や燃焼騒音の悪化を防止することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明によれば、機関の少なくとも１つの気筒についてセタン価の推定のためのパイロット噴射燃料量の変更が行われ、他の気筒は通常制御が行われるので、機関の運転性能への影響を少なくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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及び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。４気筒を有する内燃機関（以下単に「エンジン」という）１は、燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒の燃焼室に燃料噴射弁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の開弁時間及び開弁時期、すなわち燃料噴射時間及び燃料噴射時期は、ＥＣＵ４により制御される。
【００１１】
エンジン１は、吸気管７及び排気管８を備えている。排気管８と吸気管７の間には、排気の一部を吸気管７に還流する排気還流通路９が設けられている。排気還流通路９には、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）２０が設けられている。ＥＧＲ弁２０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９及びＥＧＲ弁２０が排気還流機構を構成する。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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２１、エンジン１の冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ２２、及びエンジン１の吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ２３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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
ＣＰＵ１４は、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて、パイロット噴射量ＧＩＮＪＰ及び主噴射量ＧＩＮＪＭを算出し、算出した噴射量ＧＩＮＪＰ，ＧＩＮＪＭに応じた制御信号を駆動回路５に出力する。
さらにＣＰＵ１４は、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じて目標排気還流量を算出し、目標排気還流量に応じてＥＧＲ弁２０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２０に供給する。
【００２１】
ＣＰＵ１４は、さらに図３に示す処理により、使用中の燃料のセタン価ＣＥＴを推定し、推定したセタン価ＣＥＴに応じた燃料噴射制御を行う。図３の処理は（４サイクル、４気筒エンジンであれば）、クランク角度１８０度毎に実行される。
ステップＳ１１では、エンジン１の運転状態がアイドル状態であるか否かを判別する。アイドル状態でないときは直ちに本処理を終了し、アイドル状態であるときは、パイロット噴射及び主噴射を行う通常の噴射制御を実行する（ステップＳ１２）。
【００２２】
ステップＳ１３では、パイロット噴射量ＧＩＮＪＰを所定量ΔＧＩＮＪ（例えば０．１ｍｇ）だけ減量し、次いでエンジン１でパイロット失火が発生したか否かを判別する（ステップＳ１４）。パイロット失火は、パイロット噴射された燃料が点火しない失火であり、筒内圧センサ２から出力される圧力変化率ｄｐ／ｄθに基づいて判定される。
【００２３】
図４は、燃料噴射弁６に供給されるパイロット噴射パルスＩＮＪＰ及び主噴射パルスと、圧力変化率ｄｐ／ｄθのとの関係を示すタイムチャートであり、パイロット噴射及び主噴射された燃料が正常に燃焼した例が示されている。なお、図４に示された圧力変化率ｄｐ／ｄθの波形は、筒内圧センサ出力にバンドパスフィルタ処理を施したものである。本実施形態では、パイロット噴射された燃料の燃焼に対応する圧力変化率ｄｐ／ｄθが、判定閾値ＤＰＰを超えなかったとき、パイロット失火が発生したと判定される。図４（ａ）に示すパイロット噴射パルスＩＮＪＰのうち、ハッチングを付した部分が減量される噴射量を示している。すなわち、燃料噴射開始時期ＣＡＩＰを変化させることなく、燃料噴射終了時期を進角させて、パイロット噴射量ＧＩＮＪＰの減量が行われる。
【００２４】
ステップＳ１４の答が否定（ＮＯ）、すなわち失火が発生していないときは、ステップＳ１３に戻ってパイロット噴射量ＧＩＮＪＰを所定量ΔＧＩＮＪだけ減量する。ステップＳ１３及びＳ１４を繰り返し実行し、パイロット失火が発生すると、ステップＳ１５に進んで、減量したパイロット噴射量の総量（以下「総減量値」という）ＤＧＩＮＪ（＝ΔＧＩＮＪ×ＮＲＥＤ，ＮＲＥＤは、ステップＳ１３の実行回数）に応じて、図５に示すＣＥＴテーブルを検索し、推定セタン価ＣＥＴを算出する。失火発生までの総減量値ＤＧＩＮＪが大きくなるほど、燃焼状態が不安定化し難いことを示すので、ＣＥＴテーブルは、総減量値ＤＧＩＮＪが増加するほど、セタン価ＣＥＴが増加するように設定されている。図５において、減量値ＤＧ１及びＤＧ２は、例えばそれぞれ５ｍｇ及び１０ｍｇであり、対応するセタン価ＣＥＴ１及びＣＥＴ２は、例えば４２及び５７である。
ステップＳ１６では、パイロット噴射量ＧＩＮＪＰを元に戻し、本処理を終了する。
【００２５】
図６は、図３のセタン価判定処理実行時の総減量値ＤＧＩＮＪの推移と、パイロット失火判定時期との関係を示す図である。図６（ａ）は、使用中の燃料が低セタン価（例えば４１）である場合に対応し、同図（ｂ）は、高セタン価（例えば５７）である場合に対応する。図６（ａ）に示す低セタン価燃料の場合には、時刻ｔ１においてパイロット失火が発生し、そのときの総減量値ＤＧＩＮＪ１は５ｍｇ程度となる。
【００２６】
一方図６（ｂ）に示す高セタン価燃料の場合には、時刻ｔ２においてパイロット失火が発生し、そのときの総減量値ＤＧＩＮＪ２は１０ｍｇ程度となる。
したがって、総減量値ＤＧＩＮＪに応じて使用中の燃料のセタン価ＣＥＴを正確に推定することができる。
【００２７】
ＣＰＵ１４は、推定したセタン価ＣＥＴが低下するほど、パイロット噴射時期ＣＡＩＰ及び主噴射時期ＣＡＩＭを進角させるとともに、パイロット噴射量ＧＩＮＪＰを増加させるように、燃料噴射制御を行う。
【００２８】
以上のように本実施形態では、パイロット噴射及び主噴射によって燃料を供給しているアイドル状態において、パイロット噴射量ＧＩＮＪＰを通常の噴射量から徐々に減量し、パイロット失火が発生したときの総減量値ＤＧＩＮＪに基づいて、使用中の燃料のセタン価ＣＥＴが推定され、推定されたセタン価ＣＥＴに応じて燃料噴射制御が行われる。したがって、使用中の燃料に適した燃料噴射を行い、燃焼状態や燃焼騒音の悪化を防止することができる。
【００２９】
本実施形態では、筒内圧センサ２及びＥＣＵ４が燃焼状態検出手段を構成し、ＥＣＵ４が燃料噴射制御手段及びセタン価推定手段を構成する。より具体的には、図２のステップＳ１２及びＳ１６が燃料噴射制御手段に相当し、ステップＳ１３〜Ｓ１５がセタン価推定手段に相当する。
【００３０】
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、筒内圧センサにより検出される圧力変化率ｄｐ／ｄθに基づいてパイロット失火を判定したが、上述した特許文献１に示されるようにイオンセンサにより検出されるイオン電流に基づいて、パイロット失火を判定するようにしてもよい。あるいは、ノッキングを検出するためのノックセンサにより、パイロット失火を判定するようにしてもよい。
【００３１】
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、筒内圧センサ２は、セタン価推定処理の対象となる気筒にのみ装着され、図３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。
【００３２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】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２】図１に示す構成の一部をより詳細に示すブロック図である。
【図３】セタン価推定処理のフローチャートである。
【図４】パイロット失火の検出手法を説明するためのタイムチャートである。
【図５】図２の処理で使用するテーブルを示す図である。
【図６】図３の処理を実行したときのパイロット噴射量の総減量値（ＤＧＩＮＪ）の推移及びパイロット失火の検出時期を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１  内燃機関
２  筒内圧センサ（燃焼状態検出手段）
４  電子制御ユニット（燃料噴射制御手段、燃焼状態検出手段、セタン価推定手段）
６  燃料噴射弁（燃料噴射手段）
【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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