(57)【要約】【課題】この発明は、失火の要因に応じて適切な失火抑制制御を選択し、失火を効率よく抑制することを目的とする。【解決手段】ＥＣＵ５０は、圧縮端温度を算出し、失火の抑制に必要な圧縮端温度の変化量である必要圧縮端温度変化量を算出する。また、筒内酸素濃度を算出し、失火の抑制に必要な筒内酸素濃度の変化量である必要酸素濃度変化量を算出する。そして、必要酸素濃度変化量が必要圧縮端温度変化量よりも大きい場合には、筒内の酸素不足を解消するためにＥＧＲフィードバック制御を実行する。一方、必要酸素濃度変化量が必要圧縮端温度変化量よりも小さい場合には、筒内の予熱不足を解消するためにパイロットフィードバック制御を実行する。【選択図】図２
2016000970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ機構と、
前記ＥＧＲ機構によるＥＧＲガスの還流量を制御することにより失火を抑制する第１の失火抑制手段と、
メイン噴射の前に実行されるパイロット噴射の燃料噴射量を制御することにより失火を抑制する第２の失火抑制手段と、
圧縮上死点における圧縮端温度を算出する圧縮端温度算出手段と、
筒内酸素濃度を算出する筒内酸素濃度算出手段と、
失火の抑制に必要な圧縮端温度の変化量を前記圧縮端温度の算出値に基いて算出する温度変化量算出手段と、
失火の抑制に必要な筒内酸素濃度の変化量を前記筒内酸素濃度の算出値に基いて算出する濃度変化量算出手段と、
前記筒内酸素濃度の変化量が前記圧縮端温度の変化量よりも大きい場合に、前記第１の失火抑制手段を作動させ、前記筒内酸素濃度の変化量が前記圧縮端温度の変化量よりも小さい場合に、前記第２の失火抑制手段を作動させる制御切換手段と、
を備えた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、自動車等に適用される内燃機関の制御装置に関し、特に、ＥＧＲ機構を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００７−３０３３０５号公報）に開示されているように、ＥＧＲ機構を備えた内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、筒内の圧縮端温度を検出し、検出した圧縮端温度が所定温度よりも低い場合には、失火等を抑制するために燃料噴射量を増量補正するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０３３０５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１０６７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術では、圧縮端温度を上昇させて失火を抑制するようにしている。しかしながら、この制御では、失火の要因として予熱不足よりも酸素濃度不足の方が大きい場合でも、圧縮端温度を上昇させることしかできず、失火の要因に対応して適切な制御を実行することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、失火の要因に応じて適切な失火抑制制御を選択し、失火を効率よく抑制することが可能な内燃機関の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】
第１の発明は、筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ機構と、
前記ＥＧＲ機構によるＥＧＲガスの還流量を制御することにより失火を抑制する第１の失火抑制手段と、
メイン噴射の前に実行されるパイロット噴射の燃料噴射量を制御することにより失火を抑制する第２の失火抑制手段と、
圧縮上死点における圧縮端温度を算出する圧縮端温度算出手段と、
筒内酸素濃度を算出する筒内酸素濃度算出手段と、
失火の抑制に必要な圧縮端温度の変化量を前記圧縮端温度の算出値に基いて算出する温度変化量算出手段と、
失火の抑制に必要な筒内酸素濃度の変化量を前記筒内酸素濃度の算出値に基いて算出する濃度変化量算出手段と、
前記筒内酸素濃度の変化量が前記圧縮端温度の変化量よりも大きい場合に、前記第１の失火抑制手段を作動させ、前記筒内酸素濃度の変化量が前記圧縮端温度の変化量よりも小さい場合に、前記第２の失火抑制手段を作動させる制御切換手段と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、圧縮端温度と筒内酸素濃度とに基いて、失火の主要な要因が酸素不足と予熱不足の何れであるかを判定することができる。そして、酸素不足が要因である場合には、第１の失火抑制手段によりＥＧＲガスの還流量を制御し、酸素不足を優先的に解消することができる。また、予熱不足が要因である場合には、第２の失火抑制手段によりパイロット噴射の燃料噴射量を制御し、予熱不足を優先的に解消することができる。従って、失火の要因に応じて適切な制御を選択し、失火を効率よく抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１によるエンジンのシステム構成を説明するための構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１において、必要圧縮端温度変化量の算出処理を説明するための特性線図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１において、必要酸素濃度変化量の算出処理を説明するための特性線図である。
【図５】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１によるエンジンのシステム構成を説明するための構成図である。本実施の形態のシステムは、ディーゼルエンジンからなる内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１では４気筒エンジンを例示したが、本発明は、任意の気筒数の内燃機関に適用することができる。エンジン１０の各気筒は、燃焼室内（筒内）に燃料を噴射する燃料噴射弁１２、吸気バルブ１４、排気バルブ１６等を備えている。また、エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１８と、各気筒から排気ガスを排出する排気通路２０とを備えている。吸気通路１８には、吸入空気量を調整するスロットル弁２２が設けられている。排気通路２０には、排気ガスを浄化する触媒２４が設けられている。
【００１０】
エンジン１０は、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流するＥＧＲ機構２６を備えている。ＥＧＲ機構２６は、吸気通路１８と排気通路２０とを接続するＥＧＲ通路２８と、ＥＧＲ通路２８を介して排気系から吸気系に還流されるＥＧＲガスの還流量（ＥＧＲ量）を調整するＥＧＲ弁３０とを備えている。また、エンジン１０には、排気圧を利用して吸入空気を過給する過給機３２が搭載されている。なお、本発明は、過給機３２を搭載していない内燃機関にも適用可能である。
【００１１】
また、本実施の形態のシステムは、エンジン１０の運転状態を検出するセンサ系統４０と、センサ系統４０の出力に基いてエンジン１０を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。センサ系統４０には、クランク軸の回転速度（機関回転速度）及びクランク角を検出するためのクランク角センサと、吸入空気量を検出するエアフローセンサと、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサと、吸気圧を検出する吸気圧センサと、吸気温を検出する吸気温センサとが含まれている。この他にも、センサ系統４０には、エンジン１０及び車両の制御に必要な各種のセンサが含まれている。ＥＣＵ５０は、センサ系統４０の出力に基いて吸入空気量、機関回転速度、機関負荷等を算出し、これらの算出結果に基いて燃料噴射弁１２、スロットル弁２２、ＥＧＲ弁３０等のアクチュエータを駆動する。
【００１２】
ＥＣＵ５０は、以下に述べるパイロット噴射制御及びＥＧＲ制御を実行する。パイロット噴射制御は、トルクの発生に寄与する燃料噴射（メイン噴射）の実行前に、予熱用の燃料噴射（パイロット噴射）を行うものである。パイロット噴射制御では、例えばエンジン１０の暖機状態等により判断される予熱の必要度に基いて、パイロット噴射の燃料噴射量（パイロット量）を設定する。この制御によれば、メイン噴射の前に筒内を予熱して燃焼性を向上し、失火等を抑制することができる。一方、ＥＧＲ制御では、エンジン１０の運転状態に応じてＥＧＲ弁３０の開度を変更し、ＥＧＲ量を制御する。
【００１３】
［実施の形態１の特徴］
一般に、失火の要因としては、筒内の予熱不足、ＥＧＲ量の過多等が知られている。このため、従来のエンジン制御では、失火の有無、頻度等が反映される失火指標を算出し、当該失火指標に基いてＥＧＲ制御を行うことがある。但し、エンジンの状態によっては、ＥＧＲ制御だけで失火を十分に抑制できない場合もあるので、パイロット噴射制御を併用するのが好ましい。しかしながら、失火の要因を特定していないと、ＥＧＲ制御とパイロット噴射制御の何れが有効であるかを判断するのが困難である。
【００１４】
このため、本実施の形態では、圧縮端温度の変化量と筒内酸素濃度の変化量とに基いて失火の要因を判定し、当該判定結果に基いて失火抑制制御の種類を切換える。以下、図２を参照しつつ、この切換制御について説明する。図２は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。
【００１５】
（圧縮端温度の算出）
まず、図２中のステップ１００では、下記数１から数３の式に示す計算モデルの一例に基いて、圧縮上死点における筒内の温度である圧縮端温度を算出する。詳しく述べると、数１の式では、エンジン冷却水の水温、吸気温、吸気圧及び比熱比に基いて、ポリトロープ指数ｎを算出する。この式は、ポリトロープ指数ｎの算出方法の一例を示すものである。また、この式中の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｈ，ｉは、実験等により予め設定される一定値である。
【００１６】
【数１】
2016000970.tif 000003
【００１７】
次に、上記ポリトロープ指数ｎを用いて下記数２の式により圧縮端圧力を算出し、圧縮端圧力の算出値を用いて下記数３の式により圧縮端温度を算出する。なお、数２は、ポリトロープ変化についての式であり、数３は、気体の状態方程式に基いた式である。これらの式において、ＴＤＣ（上死点）シリンダ体積及びＢＤＣ（下死点）シリンダ体積は既知の値であり、ガス定数は公知の定数である。また、シリンダ内ガス量は、例えば吸入空気量、ＥＧＲ率等に基いて算出される。
【００１８】
【数２】
2016000970.tif 000004
【数３】
2016000970.tif 000005
【００１９】
（筒内酸素濃度の算出）
次に、ステップ１０２では、下記数４の式により筒内酸素濃度を近似的に算出する。この式において、空気過剰率は、例えば吸入空気量、燃料噴射量等に基いて算出される。
【００２０】
【数４】
2016000970.tif 000006
【００２１】
（燃焼反応速度の算出）
次に、ステップ１０４では、上述した筒内酸素濃度及び圧縮端温度に基いて、筒内での燃焼反応速度を算出する。燃焼反応速度は、アレニウスの式に基いた下記数５の式により算出される。
【００２２】
【数５】
2016000970.tif 000007
【００２３】
（失火抑制反応温度の取得）
次に、ステップ１０６では、失火の抑制に必要な燃焼反応速度（失火抑制反応速度）を算出する。失火抑制反応速度は、実験等により予め設定しておくのが好ましい。即ち、ステップ１０６は、ＥＣＵ５０に予め記憶された失火抑制反応速度を読出す処理である。
【００２４】
（必要圧縮端温度変化量の算出）
次に、ステップ１０８では、失火抑制反応速度を実現するために必要な圧縮端温度の変化量（必要圧縮端温度変化量）を算出する。ここで、筒内酸素濃度を一定値とすれば、前記数５の式は圧縮端温度の関数となる。そこで、数５の式の左辺に失火抑制反応速度を代入し、この式を圧縮端温度について解けば、失火の抑制に必要な圧縮端温度（目標圧縮端温度）を算出することができる。目標圧縮端温度は、混合気の着火に必要な圧縮端温度に相当している。ステップ１０８では、このように算出した目標圧縮端温度と、前記ステップ１００で算出した現在の圧縮端温度との差分を求めることにより、必要圧縮端温度変化量を算出する。
【００２５】
図３は、本発明の実施の形態１において、必要圧縮端温度変化量の算出処理を説明するための特性線図である。この図に示すように、燃焼反応速度は、圧縮端温度が高くなるにつれて大きくなる傾向がある。そして、現在の圧縮端温度が目標圧縮端温度以上に上昇すれば、燃焼反応速度が失火抑制反応速度以上に増加するので、失火を抑制することができる。このため、必要圧縮端温度変化量ΔＴは、目標圧縮端温度から現在の圧縮端温度を減算することにより算出される。
【００２６】
（必要酸素濃度変化量の算出）
次に、図２中のステップ１１０では、ステップ１０８と同様の考え方により、失火抑制反応速度を実現するために必要な筒内酸素濃度の変化量（必要酸素濃度変化量）を算出する。即ち、圧縮端温度を一定値とすれば、前記数５の式は筒内酸素濃度の関数となる。そこで、数５の式の左辺に失火抑制反応速度を代入し、この式を筒内酸素濃度について解けば、失火の抑制に必要な筒内酸素濃度（目標酸素濃度）を算出することができる。そして、前記ステップ１０２で算出した現在の筒内酸素濃度と、目標酸素濃度との差分を求めることにより、必要酸素濃度変化量を算出する。
【００２７】
図４は、本発明の実施の形態１において、必要酸素濃度変化量の算出処理を説明するための特性線図である。この図に示すように、燃焼反応速度は、筒内酸素濃度が高くなるにつれて大きくなる傾向がある。そして、現在の筒内酸素濃度が目標酸素濃度以上に上昇すれば、燃焼反応速度が失火抑制反応速度以上に増加するので、失火を抑制することができる。このため、必要酸素濃度変化量ΔＯ２は、目標酸素濃度から現在の筒内酸素濃度を減算することにより算出される。
【００２８】
（算出値の正規化）
次に、図２中のステップ１１２では、必要圧縮端温度変化量と必要酸素濃度変化量をそれぞれの変化量に対応する基準値で除算し、両者を正規化する。これにより、必要圧縮端温度変化量と必要酸素濃度変化量とを同次元で比較することが可能となる。具体例を挙げると、必要圧縮端温度変化量に対応する基準値としては、例えば前述の目標圧縮端温度を採用する。即ち、必要圧縮端温度変化量を目標圧縮端温度で除算することにより、規格化された必要圧縮端温度変化量を算出する。
【００２９】
これと同様に、例えば必要酸素濃度変化量を目標酸素濃度で除算することにより、規格化された必要酸素濃度変化量を算出する。なお、本発明で用いる基準値は、目標圧縮端温度及び目標酸素濃度に限定されるものではない。具体的に述べると、本発明では、例えば特定の運転状態においての圧縮端温度及び筒内酸素濃度を、それぞれ基準値として採用してもよい。
【００３０】
次に、ステップ１１４では、それぞれ規格化した必要圧縮端温度変化量と必要酸素濃度変化量とを比較する。これにより、現在の運転状態において、予熱不足と酸素濃度不足のどちらが失火の要因となり易いかを判定することができる。即ち、例えば必要酸素濃度変化量が必要圧縮端温度変化量よりも大きい場合には、目標酸素濃度に対する酸素不足の程度が目標圧縮端温度に対する予熱不足の程度よりも相対的に大きいと考えられる。
【００３１】
従って、この場合には、ステップ１１６に移行し、失火抑制制御としてＥＧＲフィードバック制御を実行する。ＥＧＲフィードバック制御では、後述の失火指標に基いて、当該失火指標が目標値に追従するようにＥＧＲ量をフィードバック制御する。この制御の具体例を挙げると、失火指標に基いて失火の頻度が許容範囲よりも高いと判定された場合に、ＥＧＲ量を減量して筒内酸素濃度を高め、失火を抑制する。
【００３２】
一方、必要圧縮端温度変化量が必要酸素濃度変化量よりも大きい場合には、予熱不足の程度が酸素不足の程度よりも相対的に大きいと考えられる。従って、この場合には、ステップ１１８に移行し、失火抑制制御としてパイロットフィードバック制御を実行する。パイロットフィードバック制御では、失火指標が目標値に追従するように、パイロット量をフィードバック制御する。この制御の具体例を挙げると、失火の頻度が許容範囲よりも高いと判定された場合に、パイロット量を増量して筒内の予熱を促進し、失火を抑制する。
【００３３】
なお、失火が発生し易い場合には、図２に示すルーチンが繰返し実行される。これにより、個々の時点において、ＥＧＲフィードバック制御とパイロットフィードバック制御のうち失火を効果的に抑制可能と判定された方の制御が実行される。また、失火指標は、失火の有無、頻度等が反映される指標である。失火指標の一例としては、クランク角速度の変動量等が知られている。クランク角速度の変動量は、例えばクランク角速度にデジタルフィルタ処理を施すことによって得ることができる。具体的には、例えば特開２００１−１３２５３２号公報に記載された方法に基いて、失火の有無及び失火が発生した気筒を判定するようにしてもよい。
【００３４】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、圧縮端温度と筒内酸素濃度とに基いて、失火の主要な要因が酸素不足と予熱不足の何れであるかを判定することができる。そして、酸素不足が要因である場合には、ＥＧＲフィードバック制御により酸素不足を優先的に解消することができる。また、予熱不足が要因である場合には、パイロットフィードバック制御により予熱不足を優先的に解消することができる。従って、失火の要因に応じて適切な失火抑制制御を選択し、失火を効率よく抑制することができる。
【００３５】
また、失火の要因を特定せずに失火抑制制御を実行した場合には、制御の不適合により問題が生じ得る。即ち、例えば筒内酸素濃度が十分であるにも拘らず、ＥＧＲフィードバック制御を実行した場合には、ＮＯｘ排出量が不要に増加し、排気エミッションが低下する虞れがある。また、筒内の予熱が十分であるにも拘らず、パイロットフィードバック制御を実行した場合には、パイロット量が過多となってスモーク性能が低下する虞れがある。これに対し、本実施の形態では、２種類の失火抑制制御を適切に使い分けることにより、上記各問題を回避しつつ、失火を抑制することができる。
【００３６】
なお、前記実施の形態１では、図２中のステップ１００が圧縮端温度算出手段の具体例を示し、ステップ１０２が筒内酸素濃度算出手段の具体例を示している。また、ステップ１０４，１０６，１０８，１１２は、温度変化量算出手段の具体例を示し、ステップ１０４，１０６，１１０，１１２は、濃度変化量算出手段の具体例を示し、ステップ１１４は、制御切換手段の具体例を示している。ステップ１１６は、第１の失火抑制手段の具体例を示し、ステップ１１８は、第２の失火抑制手段の具体例を示している。
【００３７】
実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、圧縮端温度のみに基いて失火抑制制御を切換えることを特徴としている。図５は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、例えば失火が検出された場合に実行されるものである。図５に示すルーチンでは、まず、ステップ２００において、前述の方法により圧縮端温度を算出する。
【００３８】
次に、ステップ２０２では、圧縮端温度が着火必要温度よりも大きいか否かを判定する。一般に、着火必要温度は、１０００［Ｋ］程度である。但し、着火必要温度は、セタン価等の燃料性状に応じて変化する。このため、燃料性状が検出可能であれば、当該検出結果に基いて着火必要温度を補正する構成としてもよい。また、着火必要温度としては、前述の目標圧縮端温度を用いてもよい。
【００３９】
ステップ２０２の判定が成立した場合には、筒内の予熱が十分であると判断し、ステップ２０４により前述のＥＧＲフィードバック制御を実行する。一方、ステップ２０２の判定が不成立の場合には、筒内が予熱不足であると判断し、ステップ２０６により前述のパイロットフィードバック制御を実行する。
【００４０】
このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態によれば、実施の形態１と比較してＥＣＵ５０の演算量が少なくてよいので、制御の実装が容易となる上に、ＥＣＵ５０の発熱による影響を抑制することができる。
【００４１】
なお、前記実施の形態１，２では、数１乃至数３の式に示す計算モデルにより圧縮端温度を算出する場合を例示した。しかし、本発明では、筒内圧を検出する筒内圧センサを備え、当該筒内圧センサの出力に基いて圧縮端温度を算出する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  燃料噴射弁
１８  吸気通路
２０  排気通路
２６  ＥＧＲ機構
２８  ＥＧＲ通路
３０  ＥＧＲ弁
４０  センサ系統
５０  ＥＣＵ
【図１】
2016000970.tif 000008
【図２】
2016000970.tif 000009
【図３】
2016000970.tif 000010
【図４】
2016000970.tif 000011
【図５】
2016000970.tif 000012