(57)【要約】【課題】パイロット噴射とメイン噴射を行う場合において、筒内圧に基づいて算出される熱発生率が低いときでもメイン噴射に伴う燃料の着火時期を高精度に検出する。【解決手段】本実施の形態では、先ず、ＣＰＳの検出値から熱発生率ｄＱ／ｄθを算出すると共に、算出した熱発生率ｄＱ／ｄθが最大となる点Ａ（ａ，ＲＯＨＲ（ａ））を特定する。続いて、パイロット噴射による熱発生率最大値ＲＯＨＲ（ｃ）が検出されるクランク角ｃ以降において、熱発生率ｄＱ／ｄθをクランク角について２回微分したｄ３Ｑ／ｄθ３が初めて正から負に切り替わる点Ｂ（ｂ，ＲＯＨＲ（ｂ））を特定する。続いて、点Ａと点Ｂの両方を通る直線を引き、熱発生率ｄＱ／ｄθ＝０の直線との交点Ｄ（ｄ，０）を特定する。この交点Ｄのｘ座標ｄに相当するクランク角を、図１の点Ｙに相当する着火時期とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内圧を検出する筒内圧センサを備え、メイン噴射とパイロット噴射を含む多段噴射が行われる内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記筒内圧を用いて、前記内燃機関の燃焼室において単位クランク角当たりに発生する熱発生量を熱発生率として算出する熱発生率算出手段と、
前記内燃機関の燃焼サイクル毎に、前記熱発生率が最大値を示す第１クランク角と、前記第１クランク角よりも進角側のクランク角であって前記熱発生率が上昇して前記パイロット噴射による熱発生率最大値に到達した第２クランク角と、を特定するクランク角特定手段と、
前記第２クランク角と遅角側かつ前記第１クランク角よりも進角側のクランク角であって前記熱発生率をクランク角について２回微分した２回微分値が正から負に切り替わる第３クランク角が特定された場合は、前記第１クランク角とそのときの熱発生率をｘ，ｙ座標とする座標点Ａと、前記第３クランク角とそのときの熱発生率をｘ，ｙ座標とする座標点Ｂとを通る直線のｘ軸交点におけるｘ座標を前記メイン噴射に伴う燃料の着火時期として特定し、前記第３クランク角が特定されない場合は、前記第２クランク角とそのときの熱発生率をｘ，ｙ座標とする座標点Ｃを前記座標点Ｂの代わりに用い、前記座標点Ａと前記座標点Ｃとを通る直線のｘ軸交点におけるｘ座標を前記メイン噴射に伴う燃料の着火時期として特定する着火時期特定手段と、
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】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００８−０３１９０７号公報には、メイン噴射を含む多段噴射が行われる内燃機関において、メイン噴射に伴う燃料の着火時期を検出すると共に、検出した着火時期に基づいてメイン噴射等の噴射時期を補正する制御装置が開示されている。この制御装置は、具体的に、筒内圧センサで検出した筒内圧に基づいて燃焼室内における熱発生率を算出し、算出した熱発生率の上昇過程において当該熱発生率が閾値を上回るタイミングを上記着火時期として検出している。また、この制御装置では、当該タイミングが複数ある場合には、その内の最先のタイミングを上記着火時期として検出している。熱発生率の上昇過程においては、本来であれば上昇し続けるはずの熱発生率が一時的に下降することがある。この点、上記制御装置によれば、熱発生率が一時的に下降して上記閾値を下回ったとしても、上記着火時期を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０３１９０７号公報
【特許文献２】特開２００９−２４３４７１号公報
【特許文献３】特開２０１３−２１７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、多段噴射としてパイロット噴射とメイン噴射を行う場合は、パイロット噴射に由来する燃料と、メイン噴射に由来する燃料とが燃焼室内で同時に燃焼し得る。そのため、算出される熱発生率が閾値を上回るタイミングをメイン噴射に伴う燃料の着火時期として検出する上記手法は依然として検出精度が低いと言わざるを得ない。また、算出される熱発生率が低い場合、上記手法では閾値自体を低く設定しなければならず、そのような場合には筒内圧センサのセンサ出力に重畳するノイズの影響が大きくなる。そのため、メイン噴射に伴う燃料の着火時期の検出自体が困難となるという問題もある。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものである。即ち、パイロット噴射とメイン噴射を行う場合において、筒内圧に基づいて算出される熱発生率が低いときでもメイン噴射に伴う燃料の着火時期を高精度に検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明は、筒内圧を検出する筒内圧センサを備え、メイン噴射とパイロット噴射を含む多段噴射が行われる内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記筒内圧を用いて、前記内燃機関の燃焼室において単位クランク角当たりに発生する熱発生量を熱発生率として算出する熱発生率算出手段と、
前記内燃機関の燃焼サイクル毎に、前記熱発生率が最大値を示す第１クランク角と、前記第１クランク角よりも進角側のクランク角であって前記熱発生率が上昇して前記パイロット噴射による熱発生率最大値に到達した第２クランク角と、を特定するクランク角特定手段と、
前記第２クランク角と遅角側かつ前記第１クランク角よりも進角側のクランク角であって前記熱発生率をクランク角について２回微分した２回微分値が正から負に切り替わる第３クランク角が特定された場合は、前記第１クランク角とそのときの熱発生率をｘ，ｙ座標とする座標点Ａと、前記第３クランク角とそのときの熱発生率をｘ，ｙ座標とする座標点Ｂとを通る直線のｘ軸交点におけるｘ座標を前記メイン噴射に伴う燃料の着火時期として特定し、前記第３クランク角が特定されない場合は、前記第２クランク角とそのときの熱発生率をｘ，ｙ座標とする座標点Ｃを前記座標点Ｂの代わりに用い、前記座標点Ａと前記座標点Ｃとを通る直線のｘ軸交点におけるｘ座標を前記メイン噴射に伴う燃料の着火時期として特定する着火時期特定手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
メイン噴射が行われる場合、熱発生率が上昇して最大値を示す。第１クランク角はこの最大値を示すクランク角である。また、パイロット噴射が行われる場合、熱発生率が上昇してこのパイロット噴射による熱発生率最大値に到達する。第２クランク角は、第１クランク角よりも進角側、かつ、この熱発生率最大値に到達したクランク角である。第３クランク角は、第２クランク角よりも遅角側かつ第１クランク角よりも進角側のクランク角であって、熱発生率をクランク角について２回微分した２回微分値が正から負に切り替わるクランク角である。
【０００８】
熱発生率の２回微分値が正から負に切り替わる第３クランク角では、パイロット噴射による熱発生が完了しており、メイン噴射による熱発生のみが起こっていると推測することができる。本発明によれば、この第３クランク角が特定できた場合には、第３クランク角とそのときの熱発生率をｘ，ｙ座標とする座標点Ｂを用いることができるので、パイロット噴射による熱発生のメイン噴射による熱発生への影響を良好に排除することができる。但し、第３クランク角を特定できない場合は、第２クランク角とそのときの熱発生率をｘ，ｙ座標とする座標点Ｃが、座標点Ｂの代わりに用いられる。
【０００９】
また、本発明によれば、メイン噴射による熱発生率の最大値を示す第１クランク角を特定した上で、この第１クランク角とそのときの熱発生率をｘ，ｙ座標とする座標点Ａを用いることができる。従って、熱発生率そのものが低い場合であっても、ノイズの影響を最小限に留めることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】熱発生率ｄＱ／ｄθの三角形モデルを示す図である。
【図２】パイロット噴射とメイン噴射を行う場合の問題点を説明する図である。
【図３】実施の形態における着火時期の特定手法を説明するための図である。
【図４】実施の形態において制御装置が実行する着火時期特定ルーチンを説明するためのフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る制御装置は、車両に搭載されるディーゼルエンジンに適用される。このディーゼルエンジンは、少なくともシリンダヘッドの底面とピストンの頂面とによって区画される燃焼室内に燃料を噴射するインジェクタと、当該燃焼室内の圧力を所定クランク角間隔で検出する筒内圧センサ（以下「ＣＰＳ」ともいう。）と、を少なくとも備えている（何れも図示しない）。ＣＰＳは、グロープラグ一体型のセンサとして構成されており、この様なセンサは特開２００９−２０３９３９号公報に開示されているように公知である。
【００１２】
本実施形態に係る制御装置は、ディーゼルエンジンの燃焼要求（トルク、燃費、ＣＮ、排気等）を満たすために、ＣＰＳの検出値を用いて燃焼室において単位クランク角当たりに発生する熱発生量Ｑ（以下「熱発生率ｄＱ／ｄθ」ともいう。）を算出し、算出した熱発生率ｄＱ／ｄθの波形を三角形に近似することで特定される４つの熱発生指標（具体的には、熱発生量、着火時期、燃焼重心、熱発生速度）を操作することにより、ディーゼルエンジンの燃焼状態を目標状態に制御するように構成されている。図１は、熱発生率ｄＱ／ｄθの三角形モデルを示す図である。図１に示すように、三角形モデルは、ＣＰＳの検出値から算出した熱発生率ｄＱ／ｄθが最大となる点Ｘを頂点とする二等辺三角形として表される。この二等辺三角形の面積が熱発生量に、当該二等辺三角形の重心が燃焼重心に、それぞれ相当する。また、当該二等辺三角形の等辺と底辺が共有する点Ｙに相当するクランク角が着火時期に、当該等辺と底辺がなす角が熱発生速度に、それぞれ相当する。
【００１３】
また、本実施形態に係る制御装置は、ディーゼルエンジンの燃焼要求を満たすために燃料噴射制御を行う。具体的に、本実施形態に係る制御装置は、アクセルペダルの操作量とクランク軸の回転速度とに基づき要求トルクを生成するための噴射量である要求噴射量を算出する。そして、算出した要求噴射量を適宜分割することで、１燃焼サイクルにおいて複数回の噴射（多段噴射）を行う。多段噴射には、パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフター噴射が含まれる。燃料噴射制御では、これらの噴射の内から幾つかが選択され、選択された噴射の噴射量に、算出した要求噴射量が割り振られる。ここで、パイロット噴射は、メイン噴射に先駆けて行われ、極微小量の燃料を噴射して着火直前の燃料と空気の混合を促進するものである。また、プレ噴射は、パイロット噴射とメイン噴射の間に行われ、メイン噴射後の着火時期の遅れを短縮して窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制し、燃焼騒音や振動を低減するものである。メイン噴射は、最大量の燃料を噴射してディーゼルエンジンの出力トルクの生成に寄与するものである。アフター噴射は、微粒子物質（ＰＭ）を再燃焼させるものである。
【００１４】
上述したように、パイロット噴射とメイン噴射を行う場合は、パイロット噴射に由来する燃料と、メイン噴射に由来する燃料とが燃焼室内で同時に燃焼し得る。また、熱発生率が低い場合、ＣＰＳのセンサ出力に重畳するノイズの影響が大きくなる。これらの問題は、本実施形態の燃料噴射制御においても同様である。図２は、パイロット噴射とメイン噴射を行う場合の問題点を説明する図である。図２に示すように、パイロット噴射とメイン噴射を行う場合は、パイロット噴射による熱発生がメイン噴射による熱発生に干渉するので、メイン噴射に伴う燃料の着火時期、即ち、図１で説明した点Ｙに相当する着火時期の特定が困難となる。また、図２においては判別できるものの、１燃焼サイクルでの熱発生率そのものが低くなると、ＣＰＳのセンサ出力へのノイズの影響が大きくなるので、図１の点Ｙに相当する着火時期の特定が困難となる。
【００１５】
そこで、本実施の形態では、以下の手法によって図１の点Ｙに相当する着火時期を特定する。この特定手法について、図３を参照しながら説明する。本実施の形態では、先ず、ＣＰＳの検出値から熱発生率ｄＱ／ｄθを算出すると共に、算出した熱発生率ｄＱ／ｄθが最大となる点Ａ（ａ，ＲＯＨＲ（ａ））を特定する。なお、この点Ａは図１の点Ｘに相当する。続いて、パイロット噴射による熱発生率最大値ＲＯＨＲ（ｃ）（設定値）が検出されるクランク角ｃ以降において、熱発生率ｄＱ／ｄθをクランク角について２回微分したｄ３Ｑ／ｄθ３が初めて正から負に切り替わる点Ｂ（ｂ，ＲＯＨＲ（ｂ））を特定する。なお、点Ｂ（ｂ，ＲＯＨＲ（ｂ））は、クランク角ｃ以降において、熱発生率ｄＱ／ｄθの上昇率ｄ２Ｑ／ｄθ２が初めて最大となるクランク角および熱発生率と定義することもできる。
【００１６】
続いて、点Ａと点Ｂの両方を通る直線を引き、熱発生率ｄＱ／ｄθ＝０の直線との交点Ｄ（ｄ，０）を特定する。本実施の形態では、この交点Ｄのｘ座標ｄに相当するクランク角を、図１の点Ｙに相当する着火時期とする。交点Ｄのｘ座標ｄは、次式（１）で表すことができる。
ｄ＝（ｂ・ＲＯＨＲ（ａ）−ａ・ＲＯＨＲ（ｂ））／（ＲＯＨＲ（ａ）−ＲＯＨＲ（ｂ））      ・・・（１）
【００１７】
熱発生率ｄＱ／ｄθがＲＯＨＲ（ｃ）に等しくなるクランク角ｅにおいては、パイロット噴射による燃料の燃焼が起こっていると推測できる。しかし、クランク角ｅとクランク角ｃの間においては、パイロット噴射による熱発生が未完了で、メイン噴射による熱発生に干渉する可能性が否定できない。この点、クランク角ｃよりも後、尚且つ、上昇率ｄ２Ｑ／ｄθ２が初めて正から負に切り替わるクランク角ｂであれば、パイロット噴射による熱発生は完了しており、メイン噴射による熱発生のみが起こっていると推測できる。このように、クランク角ｂとクランク角ａを用いる本実施の形態の手法によれば、パイロット噴射による熱発生の影響を良好に排除することができる。
【００１８】
また、ＲＯＨＲ（ａ）は、１燃焼サイクルでの熱発生率の最大値であるため、点Ａ（ａ，ＲＯＨＲ（ａ））を基準とする本実施の形態の手法によれば、熱発生率そのものが低い場合であっても、ノイズの影響を最小限に留めることができる。このように、本実施の形態の手法によれば、図１で説明した点Ｙに相当する着火時期を精度高く特定できる。よって、上記三角形モデルを用いたロバストな燃焼状態制御を行うことが可能となる。
【００１９】
図４は、本実施の形態において制御装置が実行する着火時期特定ルーチンを説明するためのフローチャートを示す図である。なお、本ルーチンは、燃焼サイクル毎に繰り返して実行されるものとする。
【００２０】
図４に示すルーチンでは、先ず、ＣＰＳで各クランク角での燃焼圧が計測され（ステップＳ１）、計測された燃焼圧から熱発生率ｄＱ／ｄθが算出される（ステップＳ２）。ステップＳ２において、熱発生率ｄＱ／ｄθは、次式（２）によって算出される。なお、式（２）においてκは混合気の比熱比であり、Ｖは筒内容積であり、Ｐは筒内圧である。
ｄＱ／ｄθ＝（１／κ−１）・Ｖ・ｄＰ／ｄθ＋（κ／κ−１）・Ｐ・ｄＶ／ｄθ      ・・・（２）
【００２１】
続いて、ステップＳ２で算出された熱発生率ｄＱ／ｄθが閾値ＲＯＨＲ（ｃ）以上であるか否かが判定される（ステップＳ３）。閾値ＲＯＨＲ（ｃ）は、図３で説明したパイロット噴射による熱発生率最大値であり、ディーゼルエンジンの運転条件（例えば燃料噴射量とクランク軸の回転速度）に関連付けて予め設定された上で、制御装置が備えるメモリ等に記憶されているものとする。熱発生率ｄＱ／ｄθが閾値ＲＯＨＲ（ｃ）未満であると判定された場合、本ステップの処理が再度行われる。一方、熱発生率ｄＱ／ｄθが閾値ＲＯＨＲ（ｃ）以上であると判定された場合、熱発生率ｄＱ／ｄθが最大となるクランク角（図３で説明したクランク角ａ）が特定される（ステップＳ４）。本ステップの処理により、図３の点Ａ（ａ，ＲＯＨＲ（ａ））が特定される。
【００２２】
続いて、熱発生率ｄＱ／ｄθが上昇して閾値ＲＯＨＲ（ｃ）に到達したクランク角（図３で説明したクランク角ｃ）が特定される（ステップＳ５）。本ステップでは、具体的に、熱発生率ｄＱ／ｄθが上昇して閾値ＲＯＨＲ（ｃ）に到達したクランク角のうち、ステップＳ３で特定したクランク角ａの直前のクランク角が特定される。これにより、図３の点Ｃ（ｃ，ＲＯＨＲ（ｃ））が特定される。
【００２３】
続いて、クランク角ｃとクランク角ａの間で熱発生率ｄＱ／ｄθの２回微分値ｄ３Ｑ／ｄθ３が初めて正から負に切り替わるときのクランク角の有無が判定される（ステップＳ６）。２回微分値ｄ３Ｑ／ｄθ３が正から負に切り替わるクランク角が特定された場合はそのクランク角が、そうでない場合はステップＳ４で特定したクランク角が、図３で説明したクランク角ｂとして特定される（ステップＳ７，Ｓ８）。これにより、図３の点Ｂ（ｂ，ＲＯＨＲ（ｂ））が特定される。
【００２４】
ステップＳ７，Ｓ８に続いて、ステップＳ４で特定した点Ａと、ステップＳ７またはステップＳ８で特定した点Ｂとを通る直線と、熱発生率ｄＱ／ｄθ＝０の直線との交点（図３で説明した点Ｄ（ｄ，０））のｘ座標が算出され（ステップＳ９）、このｘ座標が上記三角形モデルの点Ｙとして特定される（ステップＳ１０）。
【００２５】
以上、図４に示したルーチンによれば、図３で説明したクランク角ａとクランク角ｃを特定した後に、クランク角ｂを特定してクランク角ｄを算出することができる。従って、図１で説明した点Ｙに相当する着火時期を精度高く特定できる。
【００２６】
なお、上記実施の形態においては、図３で説明したクランク角ａが本発明の「第１クランク角」に、クランク角ｃが本発明の「第２クランク角」に、クランク角ｂが本発明の「第３クランク角」に、それぞれ相当している。
また、図４のステップＳ２の処理が実行されることにより本発明の「熱発生率算出手段」が、同図のステップＳ３，Ｓ４の処理が実行されることにより本発明の「クランク角特定手段」が、同図のステップＳ６〜Ｓ９の処理が実行されることにより本発明の「着火時期特定手段」が、それぞれ実現されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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