(57)【要約】【課題】スート排出量の推定精度を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】少なくともエンジン回転速度と燃料噴射量とに応じてスート排出量を推定するスート排出量推定手段と、フューエルカット実行中に筒内の壁面温度及び筒内の壁面に付着した燃料量に基づいてスート排出量を補正する第１の補正手段と、フューエルカット復帰中に筒内の壁面温度及び筒内の壁面に付着した燃料量及び燃料噴射量及び燃料噴射時期に基づいてスート排出量を補正する第２の補正手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともエンジン回転速度と燃料噴射量とに応じてスート排出量を推定するスート排出量推定手段と、
フューエルカット実行中に筒内の壁面温度及び筒内の壁面に付着した燃料量に基づいて前記スート排出量を補正する第１の補正手段と、
フューエルカット復帰中に筒内の壁面温度及び筒内の壁面に付着した燃料量及び燃料噴射量及び燃料噴射時期に基づいて前記スート排出量を補正する第２の補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンにおいて、排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）の排出量や、排気に含まれる煤（スート）の排出量を推定する手法が知られている。例えば、特許文献１には、エンジン回転速度及び燃料噴射量に応じてＰＭ排出量を求めて記憶させたマップを参照して、ＰＭ排出量を推定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０２３９５９号公報
【特許文献２】国際公開２００９／１３９５０７号
【特許文献３】特開平１１−２１８０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ディーゼルエンジンでは、燃料の噴射が停止するフューエルカットが実行される。フューエルカットが実行されると、筒内に残留する燃料の影響や筒内の壁面温度の変化などによって、スートの発生状態が変化する。このため、特許文献１に記載の技術をスート排出量の推定に応用する場合、フューエルカットが実行されると、算出されるスート排出量に誤差が生じて、スート排出量の推定精度が低下するおそれがある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、スート排出量の推定精度を向上させる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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
少なくともエンジン回転速度と燃料噴射量とに応じてスート排出量を推定するスート排出量推定手段と、
フューエルカット実行中に筒内の壁面温度及び筒内の壁面に付着した燃料量に基づいて前記スート排出量を補正する第１の補正手段と、
フューエルカット復帰中に筒内の壁面温度及び筒内の壁面に付着した燃料量及び燃料噴射量及び燃料噴射時期に基づいて前記スート排出量を補正する第２の補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、フューエルカット実行中及びフューエルカット復帰中の状況、例えばストップアンドスタートを含むエンジン始動時及びエンジン停止時などにおいて、精度よくスート排出量を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１においてＥＣＵの構成を示す機能ブロック図である。
【図２】実施の形態１のＥＣＵで実行される壁面温度推定ルーチンを表した図である。
【図３】筒内の壁面に付着した燃料量を推定するモデルについて説明する図である。
【図４】スート補正率と壁面付着燃料量との関係を表した図である。
【図５】スート補正率と壁面温度との関係を表した図である。
【図６】実施の形態１のＥＣＵで実行されるスート排出量補正ルーチンを表した図である。
【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では、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという。）が用いられている。エンジンでは、排気に含まれる煤（スート）を捕集するフィルタの再生時期の判断のため、スート排出量を推定する必要がある。実施の形態１では、エンジンの制御装置であるＥＣＵが各種状態量に基づいてスート排出量を推定する。以下、スート排出量の推定手法について、図１を参照して説明する。
【００１０】
図１は、実施の形態１においてＥＣＵの構成を示す機能ブロック図である。図１には、破線の枠内に示されるＥＣＵ１００が表されている。ＥＣＵ１００には、ベース値算出部１０、現在推定状態量算出部１２、スート単位変換部１４、状態量比算出部１６、過渡補正係数算出部１８、乗算部２０、フューエルカット時スート排出量補正部２２が設けられている。以下、スート排出量の算出の流れについて説明する。
【００１１】
まず、ベース値算出部１０は、エンジンの各種状態量を定常状態で適合されたマップに代入することで、定常運転時のパラメータである、ベーススート排出量、ベース空燃比、そしてベース吸気酸素濃度を算出する。ベース値算出部１０は、算出したベーススート排出量をスート単位変換部１４に出力する。ベース値算出部１０は、算出したベース空燃比とベース吸気酸素濃度とを、状態量比算出部１６に出力する。なお、エンジンの各種状態量とは、エンジン回転速度、燃料噴射量、新気量、ＥＧＲ率、噴射時期などの状態量をいう。
【００１２】
スート単位変換部１４は、入力されたベーススート排出量の単位を１秒あたりの質量（ｍｇ／ｓ）から制御周期あたりの質量（ｍｇ／１６ｍｓ）に変換する。スート単位変換部１４は、単位が変換されたベーススート排出量を乗算部２０に出力する。
【００１３】
現在推定状態量算出部１２は、各種状態量を例えば動的モデルに入力することで、空燃比と吸気酸素濃度の現在推定値を算出する。現在推定状態量算出部１２は、算出した空燃比と吸気酸素濃度の現在推定値を状態量比算出部１６に出力する。
【００１４】
状態量比算出部１６は、ベース値算出部１０から出力されたベース空燃比と現在推定状態量算出部１２から出力された空燃比の現在推定値から、空燃比の比を算出する。状態量比算出部１６は、ベース値算出部１０から出力されたベース吸気酸素濃度と現在推定状態量算出部１２から出力された吸気酸素濃度の現在推定値から、吸気酸素濃度の比を算出する。状態量比算出部１６は、空燃比の比と吸気酸素濃度の比を過渡補正係数算出部１８に出力する。
【００１５】
過渡補正係数算出部１８は、空燃比の比と吸気酸素濃度の比をマップに代入することで、過渡補正係数を算出する。過渡補正係数算出部１８は、算出した過渡補正係数を乗算部２０に出力する。
【００１６】
乗算部２０は、単位が変換されたベーススート排出量と過渡補正係数とを乗算して、スート排出量を算出する。乗算部２０は、算出したスート排出量をフューエルカット時スート排出量補正部２２に出力する。
【００１７】
フューエルカット時スート排出量補正部２２は、後述するフューエルカット実行中またはフューエルカット復帰中の補正率によって、スート排出量を補正する。フューエルカット時スート排出量補正部２２は、補正後のスート排出量を出力する。
【００１８】
ところで、エンジンの減速時にはフューエルカットが実行される。フューエルカット実行中には、筒内に残存する燃料や筒内の壁面に付着した燃料による筒内の壁面温度の変化などの影響によって、スートの発生状況が定常運転時に比べて変化する。
【００１９】
さらに、フューエルカット復帰中には、燃料が掃気された状態で燃料を噴くため、定常運転時よりも筒内の壁面へ付着する燃料が増加する。すなわち、フューエルカット復帰中は、定常運転時と比べて、燃焼する燃料量が減少する。このため、上記のフューエルカット実行中と同様に、フューエルカット復帰中にも、スートの発生状況が定常運転時に比べて変化する。
【００２０】
そこで、実施の形態１では、フューエルカット実行中及びフューエルカット復帰中におけるスートの発生状況の変化をスート排出量に反映させるための補正が行われる。具体的には、フューエルカット実行中及びフューエルカット復帰中における筒内の壁面温度及び筒内の壁面に付着した燃料量の推定値を算出して、これらの推定値に基づいてスート排出量の補正率を算出する。そして、この補正率によってスート排出量を補正する。これにより、フューエルカット実行中及びフューエルカット復帰中において、推定されるスート排出量と実際のスート排出量との間に生じる誤差を減少させることができる。
【００２１】
以下、フューエルカット実行中及びフューエルカット復帰中における筒内の壁面温度を推定するルーチンについて図２を参照して説明する。なお、実施の形態１でいうエンジンの筒内の壁面とは、シリンダの壁面、シリンダヘッド、バルブヘッド、ピストン頂面などの燃焼室を構成している部分をいう。
【００２２】
［壁面温度推定ルーチン］
図２は、実施の形態１のＥＣＵ１００で実行される壁面温度推定ルーチンを表した図である。ＥＣＵ１００は、本ルーチンを記憶するためのメモリーを有している。ＥＣＵ１００は、記憶した本ルーチンを実行するためのプロセッサを有している。なお、本ルーチンは、エンジンのイグニッションがＯＮになった際にスタートする。
【００２３】
まず、ＥＣＵ１００は、各気筒のバルブの初期温度を決定する（Ｓ１０１）。
【００２４】
次に、ＥＣＵ１００は、各種状態量を取得する（Ｓ１０２）。ここでいう各種状態量とは、エンジン回転速度や燃料付着量などの状態量のことである。
【００２５】
次に、ＥＣＵ１００は、各気筒のループ処理を実行する（Ｓ１０３）。ここでいうループ処理とは、後述するＳ１０４からＳ１０８までの処理を各気筒で行うことをいう。
【００２６】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ１００は、吸気ガスがバルブからもらう熱量である吸気ガス受熱量Ｑｇを算出する。
【００２７】
Ｓ１０５では、ＥＣＵ１００は、バルブシートの接触面がバルブからもらう熱量である接触面受熱量Ｑｓを算出する。ＥＣＵ１００は、下記式（１）を用いて接触面受熱量Ｑｓを算出する。ここで、ＨＴは１／バルブシートから水路の熱抵抗を、Ｔｗ＿ｖはバルブ壁面温度を、ＴＨＷは水温を、ＮＥはエンジン回転速度を、ＶＬはバルブ開弁期間（ｄｅｇ）をそれぞれ表している。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
Ｓ１０６では、ＥＣＵ１００は、バルブに付着している燃料の気化潜熱量Ｑｆを算出する。
【００３０】
Ｓ１０７では、ＥＣＵ１００は、バルブが燃焼ガスからもらう熱量である燃焼ガス受熱量Ｑｂを算出する。
【００３１】
最後に、Ｓ１０８では、ＥＣＵ１００は、吸気ガス受熱量Ｑｇ、接触面受熱量Ｑｓ、気化潜熱量Ｑｆ、燃焼ガス受熱量Ｑｂに基づいて、気筒のバルブ温度Ｔｖ＿ｎを算出する。Ｓ１０８の処理が終了すると、別の気筒のバルブ温度を算出するため、Ｓ１０３において気筒番号が次の気筒に切り替えられ、Ｓ１０４からＳ１０８の処理が再び行われる。例えば、４気筒エンジンの場合、第１気筒のバルブ温度Ｔｖ＿１が算出された後、第２気筒のバルブ温度Ｔｖ＿２、第３気筒のバルブ温度Ｔｖ＿３が順に算出される。そして、第４気筒のバルブ温度Ｔｖ＿４が算出されると、下記のＳ１０９の処理が実行される。なお、ここでいう気筒番号は点火順序に対応している。
【００３２】
Ｓ１０９では、ＥＣＵ１００は、サイクル更新をする。サイクル更新が行われると、再び第１気筒のバルブ温度Ｔｖ＿１が算出される。本ルーチンは、イグニッションがＯＮになってからＯＦＦになるまで繰り返される。
【００３３】
実施の形態１では、エンジンの筒内の壁面温度としてバルブの温度をモデルによって推定したが、あくまでこれは一例である。例えば、シリンダヘッドやピストン頂面などの温度を推定するモデルを用いてもよい。
【００３４】
以下、フューエルカット実行中及びフューエルカット復帰中における筒内の壁面に付着した燃料量を推定するモデルについて説明する。
【００３５】
［壁面付着燃料量推定モデル］
図３は、筒内の壁面に付着した燃料量を推定するモデルについて説明する図である。図３には、ポートとシリンダ（筒内）の２領域に付着した燃料を推定するモデルを表した模式図が表されている。このように、実施の形態１では、ポート噴射を想定したモデルによって壁面に付着した燃料量が推定される。
【００３６】
ＥＣＵ１００には、図３に示す筒内の壁面に付着した燃料量を推定するモデルを数式化した下記式（２）、（３）、（４）、（５）、（６）が記憶されている。これらの式に基づいて壁面に付着した燃料量が算出される。ここで、Ｐは残留率を、Ｒは付着率を、ｐはポートを、ｃはシリンダを、ｆｉは噴射量を、ｆｗはポート壁面付着量を、ｆｗｃ筒内壁面付着量を、ｆｃは筒内流入燃料量を、ｆｖは蒸発流入燃料量を、ｆｌは液体流入燃料量を、ｆｃ’は筒内燃焼要求量を、ｋはサイクルカウンタをそれぞれ表している。
【００３７】
【数２】
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【００３８】
【数３】
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【００３９】
【数４】
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【００４０】
【数５】
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【００４１】
【数６】
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【００４２】
フューエルカット実行中には、噴射量（ｆｉ）はゼロになる。このため、筒内壁面付着量（ｆｗｃ）は、フューエルカット実行中、液体流入燃料量（ｆｌ）に起因するもののみになる。また、フューエルカット復帰中は、噴射量（ｆｉ）が存在する。このため、筒内壁面付着量（ｆｗｃ）は、フューエルカット復帰中、液体流入燃料量（ｆｌ）と蒸発流入燃料量（ｆｖ）とに起因するものになる。
【００４３】
実施の形態１では、上記推定される筒内の壁面温度や上記推定される筒内に付着した燃料量などの各種状態量と、スート排出量の補正率との関係を表したマップが用意されている。作成されたこれらのマップに基づいて、フューエルカット実行中及びフューエルカット復帰中のスート排出量の補正率が算出される。以下、エンジンの各種状態量と補正率との関係について、図４及び図５を参照して説明する。
【００４４】
図４は、スート補正率と壁面付着燃料量との関係を表した図である。筒内の壁面に付着した燃料量とスート排出量の補正率とは、図４に示すように、壁面付着量が増加するほど補正率も増加する関係がある。
【００４５】
図５は、スート補正率と壁面温度との関係を表した図である。筒内の壁面温度とスート排出量の補正率とは、図５に示すように、壁面温度が増加するほど補正率は減少する関係がある。
【００４６】
ここで、実際にスート排出量の補正率の算出に用いられるマップは、図４及び図５に示すような各種状態量と補正率との関係を複合的に組み合わせた多次元マップが用いられる。例えば、フューエルカット実行中に用いられるマップは、エンジン回転速度、筒内に付着した燃料量、筒内の壁面温度、新気量、ＥＧＲ率などの状態量に基づいて作成された多次元マップである。
【００４７】
また、フューエルカット復帰中に用いられるマップは、上記のフューエルカット実行中に用いられる多次元マップに、燃料噴射量、燃料噴射時期の状態量を加えて作成された多次元マップである。
【００４８】
以下、実施の形態１で行われるスート排出量補正ルーチンについて、図６を参照して説明する。
【００４９】
［スート排出量補正ルーチン］
図６は、実施の形態１のＥＣＵ１００で実行されるスート排出量補正ルーチンを表した図である。
【００５０】
まず、ＥＣＵ１００は、筒内の壁面温度を推定する（Ｓ２０１）。ＥＣＵ１００は、図２で説明した壁面温度推定ルーチンによって筒内の壁面温度を推定する。なお、筒内の壁面温度を直接計測してもよい。
【００５１】
次に、ＥＣＵ１００は、筒内の壁面に付着した燃料量を推定する（Ｓ２０２）。ＥＣＵ１００は、図３で説明した推定モデルに基づいて筒内の壁面に付着した燃料量を推定する。
【００５２】
次に、ＥＣＵ１００は、フューエルカット実行中か否かを判定する（Ｓ２０３）。フューエルカット実行中と判定された場合、フューエルカット実行中のスート排出量の補正が実行される（Ｓ２０４）。Ｓ２０４が終了した後、本ルーチンは終了する。
【００５３】
一方、ＥＣＵ１００は、Ｓ２０３において、フューエルカット実行中ではないと判定した場合、フューエルカット復帰中か否かを判定する（Ｓ２０５）。ここで、フューエルカット復帰中とは、フューエルカット後に燃料噴射を再開して所定サイクルが経過するまでの期間をいう。フューエルカット復帰中と判定された場合、フューエルカット復帰中のスート排出量の補正が実行される（Ｓ２０６）。Ｓ２０６が終了した後、本ルーチンは終了する。
【００５４】
一方、ＥＣＵ１００は、Ｓ２０５において、フューエルカット復帰中ではないと判定された場合、本ルーチンは終了する。
【００５５】
上記スート排出量補正ルーチンを実行すれば、フューエルカット実行中及びフューエルカット復帰中の状況、例えばストップアンドスタートを含むエンジン始動時及びエンジン停止時などにおいて、精度よくスート排出量を算出することができる。
【００５６】
実施の形態１では、スート排出量の補正率を予め実験で求められたマップによって算出したがこれに限るものではない。例えば、スート排出量の補正率は、各種状態量に基づいた統計式について求めてもよい。以下、この統計式の例について説明する。
【００５７】
補正率を算出するための統計式として、以下の多項式を用いることができる。ここで、Ｆはスート排出量の補正率である。ａ１、ａ２、ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｅ１、ｅ２は係数である。
【００５８】
Ｆ＝ａ１＊回転速度＋ａ２＊回転速度＾２＋・・・＋ｂ１＊燃料付着量＋ｂ２＊燃料付着量＾２＋・・・＋ｃ１＊壁面温度＋ｃ２＊壁面温度＾２＋・・・＋ｅ１＊ＥＧＲ率＋ｅ２＊ＥＧＲ率＾２＋・・・＋ａ１ｂ１＊回転速度＊燃料付着量＋ａ１ｃ１＊回転速度＊壁面温度＋・・・＋定数
【００５９】
また、補正率を算出するため、放射基底関数を含んだ統計式を用いることができる。放射基底関数の一例として、ガウス関数がある。下記式（７）は、ガウス関数を利用した統計式の一例である。ここで、Φ（ｒｉ）はガウス関数を、βは重み付け係数をそれぞれ表している。
【００６０】
【数７】
2016098669.tif 000009
【００６１】
なお、実施の形態１においては、ＥＣＵ１００がＳ２０４を実行することで、前記第１の発明における「第１の補正手段」が、ＥＣＵ１００がＳ２０６を実行することで、前記第１の発明における「第２の補正手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００６２】
１００  ＥＣＵ
【図１】
2016098669.tif 000010
【図２】
2016098669.tif 000011
【図３】
2016098669.tif 000012
【図４】
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【図５】
2016098669.tif 000014
【図６】
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