JP4430626B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関し、特に使用中の燃料の燃料性状（セタン価）を推定する機能を有するものに関する。

特許文献１には、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関の制御装置が示されている。この装置によれば、予混合燃焼中に燃料の実着火時期を検出し、予め設定された標準燃料着火時期との差である着火時期誤差及び該着火時期誤差のばらつきに応じて、使用中の燃料の性状が判定される。

特開２００５−１７１８１８号公報

予混合燃焼を行う機関運転領域は、機関運転領域の全体からみると比較的狭い。そのため上記従来の装置では、燃料性状の判定の実行時期が遅れて、燃料噴射時期が燃料性状に適していない設定となり、失火が発生する可能性がある。また、燃料性状の判定は、実着火時期の検出を多数回実行し、その検出結果の平均値（学習値）を用いて行うことが望ましいが、機関運転状態が変化すると、正確な着火時期検出を規定回数連続して実行することは容易ではない。

本発明は、この点に着目してなされたものであり、燃料性状、具体的には使用中の燃料のセタン価の学習を適切に実行し、使用中の燃料に適した制御を早期に開始す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。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、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）を備えた内燃機関の制御装置において、前記燃料噴射手段により噴射された燃料の着火時期（ＣＡＦＭ）を検出する着火時期検出手段と、検出される着火時期（ＣＡＦＭ）に応じて使用中の燃料のセタン価（ＣＥＴ）を推定し、該推定したセタン価（ＣＥＴ）のなまし演算を行うことにより学習値（ＣＥＴＬＲＮ）を算出するセタン価学習手段と、前記セタン価学習手段により算出される学習値（ＣＥＴＬＲＮ）を用いて、少なくとも前記燃料噴射手段による燃料噴射時期の制御を含む前記機関の制御を行う制御手段とを備え、前記セタン価学習手段は、前記セタン価の学習が完了するまでは、算出された学習値を仮学習値（ＣＥＴＬＲＮＴ）として記憶し、検出着火時期（ＤＡＦＭ）に応じた前記セタン価の連続推定回数（ＣＬＲＮ）が第１所定値（ＣＬ１）に達した時点から前記仮学習値（ＣＥＴＬＲＮＴ）の記憶を開始し、前記セタン価の連続推定回数（ＣＬＲＮ）が前記第１所定値（ＣＬ１）より大きい第２所定値（ＣＬ２）に達したとき、前記学習が完了したと判定してその時点の学習値（ＣＥＴＬＲＮ）を完全学習値（ＣＥＴＬＲＮＣ）として記憶し、前記学習が完了するまでは前記仮学習値（ＣＥＴＬＲＮＴ）の更新を継続し、前記制御手段は前記学習が完了するまでの間、前記仮学習値（ＣＥＴＬＲＮＴ）を用いて前記制御を行い、前記学習が完了した時点から前記完全学習値（ＣＥＴＬＲＮＣ）を用いて前記制御を行うことを特徴とする。

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、前記セタン価の学習は、給油直後において前記機関がアイドル運転状態にあるときに前記燃料噴射手段による燃料噴射の態様を変更して実行され、前記学習完了後は、次に給油が行われるまで前記セタン価の学習を行わないことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、検出される着火時期に応じ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のなまし演算を行うことにより学習値が算出され、該算出される学習値を用いて、少なくとも燃料噴射手段による燃料噴射時期の制御を含む機関の制御が行われる。セタン価の学習が完了するまでは、算出された学習値が仮学習値として保持され、学習が完了するまでの間、仮学習値を用いて制御が行われる。したがって、例えば給油直後においては、学習が完了するまで前回の学習値あるいは予め設定された学習値を用いて制御を行うような場合に比べて、学習値と実際のセタン価との極端なずれが発生し難く、比較的安定した制御を行うことができる。また、検出着火時期に応じたセタン価の連続推定回数が第１所定値に達した時点から仮学習値の記憶が開始され、セタン価の連続推定回数が第１所定値より大きい第２所定値に達したときに得られた学習値が完全学習値として記憶され、制御に使用される。すなわち、機関運転状態の安定した状態が比較的長い時間継続してセタン価の連続推定回数が第２所定値に達したときに、学習が完了したと判定されるので、最終的に信頼性の高い完全学習値が得られる一方、それまでの間は完全学習値ほどではないが比較的信頼性の高い仮学習値により、比較的安定した制御を行うことができる。さらに、学習が完了するまでは仮学習値の更新を継続することにより、セタン価学習の実行条件の成立／不成立が繰り返されるような場合でも徐々に仮学習値の精度を高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば、セタン価の学習は、給油直後において機関がアイドル運転状態にあるときに燃料噴射手段による燃料噴射の態様を変更して実行され、学習完了後は、次に給油が行われるまでセタン価の学習が行われない。

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と、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。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、シリンダ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の開弁時期及び開弁時間は、ＥＣＵ４により制御される。

エンジン１は、吸気管７，排気管８、及びターボチャージャ９を備えている。ターボチャージャ９は、排気の運動エネルギにより回転駆動されるタービンと、タービンとシャフトを介して連結されたコンプレッサとを備えている。ターボチャージャ９は、エンジン１に吸入される空気の加圧（圧縮）を行う。

吸気管７のコンプレッサ下流側にはインタークーラ２１が設けられ、さらにインタークーラ２１の下流側には、スロットル弁２２が設けられている。スロットル弁２２は、アクチュエータ２３により開閉駆動可能に構成されており、アクチュエータ２３はＥＣＵ４に接続されている。ＥＣＵ４は、アクチュエータ２３を介して、スロットル弁２２の開度制御を行う。

排気管８と吸気管７との間には、排気ガスを吸気管７に還流する排気還流通路２５が設けられている。排気還流通路２５には、排気還流量を制御するための排気還流弁（以下［ＥＧＲ弁」という）２６が設けられている。ＥＧＲ弁２６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。ＥＧＲ弁２６には、その弁開度（弁リフト量）ＬＡＣＴを検出するリフトセンサ２７が設けられており、その検出信号はＥＣＵ４に供給される。排気還流通路２５及びＥＧＲ弁２６より、排気還流機構が構成される。

吸気管７には、吸入空気量ＧＡを検出する吸入空気量センサ３１、コンプレッサの下流側の吸気圧（過給圧）ＰＢを検出する過給圧センサ３２、及び吸気圧ＰＩを検出する吸気圧センサ３３が設けられ、排気管８には排気温ＴＥを検出する排気温センサ３４が設けられている。これらのセンサ３１〜３４は、ＥＣＵ４と接続されており、センサ３１〜３４の検出信号は、ＥＣＵ４に供給される。

排気管８の、タービンの下流側には、排気ガス中に含まれる炭化水素などの酸化を促進する触媒コンバータ２８と、粒子状物質（主としてすすからなる）を捕集する粒子状物質フィルタ２９とが設けられている。
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。

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。

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３５、エンジン１の冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ３６、エンジン１の潤滑油の温度ＴＯＩＬを検出する油温センサ３７、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ（図示せず）、及びエンジン１の吸気温ＴＡを検出する吸気温センサ（図示せず）がなど接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ４に供給される。

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。ＥＣＵ４は、通常は１つの気筒についてパイロット噴射及び主噴射を実行する。

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。

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。

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。

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。

ＣＰＵ１４は、エンジン運転状態に応じてスロットル弁２２、ＥＧＲ弁２６などを制御する制御信号を、出力回路１８を介して出力する。さらにＣＰＵ１４は、以下に説明するように使用中の燃料のセタン価を学習する処理を実行し、学習したセタン価に応じた燃料噴射制御及び排気還流量制御を行う。

図３及び図４は、セタン価推定処理の手順を示すフローチャートである。ステップＳ１１では、給油直後であるか否かを判別する。給油直後であることは、燃料メータの増加、またはフィラーキャップの開閉、及びエンジンスイッチのオフからオンへの変化に基づいて判定される。ステップＳ１１の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、学習フラグＦＬＲＮを「０」に設定する（ステップＳ１２）。学習フラグＦＬＲＮは、セタン価の学習が完了したとき、「１」に設定される（ステップＳ３４参照）。給油直後でないときは、ステップＳ１１から直ちにステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、学習フラグＦＬＲＮが「１」であるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、燃焼室の壁面温度推定値（以下単に「壁面温度」という）ＴＷＡＬＬを算出する（ステップＳ１６）。具体的には、燃料噴射量ＴＯＵＴ及びエンジン回転数ＮＥに応じて基本値を算出し、エンジン冷却水温ＴＷ、エンジンオイル温度ＴＯＩＬ、排気温ＴＥ、及び吸気温ＴＡに応じて基本値を補正することにより、壁面温度ＴＷＡＬＬを算出する。壁面温度ＴＷＡＬＬは、ステップＳ１７で参照される。

続くステップＳ２２では、カウンタＣＬＲＮの値を「０」に設定する。その後本処理を終了する。カウンタＣＬＲＮは、推定セタン価ＣＥＴの連続算出回数を計数するカウンタであり、後述するステップＳ２９でインクリメントされ、ステップＳ３０及びＳ３１で参照される。

ステップＳ１３でＦＬＲＮ＝０であって、セタン価の学習が完了していないときは、エンジン１の始動時点から所定時間ＴＳＦ（例えば２分）が経過したか否かを判別する。所定時間ＴＳＦは、給油後に燃料供給系の残留燃料が完全に入れ替わるのに要する時間に応じて設定される。ステップＳ１４の答が否定（ＮＯ）であるときは前記ステップＳ１６に進む。

エンジン１の始動後所定時間ＴＳＦが経過しているときは、ステップＳ１５に進み、エンジン１がアイドル状態にあるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、前記ステップＳ１６に進む。
エンジン１の運転状態がアイドル状態であるときは、ステップＳ１５からステップＳ１７に進み、壁面温度ＴＷＡＬＬが所定温度ＴＷＬＴＨ（例えば１００℃）より低いか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ１７で、ＴＷＡＬＬ≧ＴＷＬＴＨであるときは、所定時間ΔＴＷＡＩＴ（例えば３０秒）待機し（ステップＳ１８）、壁面温度ＴＷＡＬＬを設定低下量ΔＴだけ低下させる（ステップＳ１９）。その後ステップＳ１５に戻る。設定低下量ΔＴは、壁面温度ＴＷＡＬＬが高いほど大きな設定される。
ステップＳ１７〜１９を繰り返し実行し、ステップＳ１７の答が肯定（ＹＥＳ）となると、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、グロープラグの通電中であるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、前記ステップＳ２２に進む。グロープラグの通電中でないときは、ステップＳ２１に進み、セタン価推定を安定して実行するための所定実行条件が成立するか否かを判別する。この所定実行条件は、例えば排気温ＴＥが所定温度ＴＥ０（例えば約９０℃）以上であり、かつエンジン１の暖機状態を示す冷却水温ＴＷまたは油温ＴＯＩＬが所定温度ＴＷＵＰ（例えば８０℃）以上であるとき成立する。ステップＳ２１の答が否定（ＮＯ）であるときは、前記ステップＳ２２に進む。

所定実行条件が成立しているときは、ステップＳ２１からステップＳ２３に進み、パイロット噴射を停止し、シングル噴射とする。すなわち、１気筒１サイクル当たりの燃料噴射回数ＮＩＮＪを１回とし、さらに主噴射時期を通常より進角方向に変更する（ステップＳ２４）。このように燃料噴射をシングル噴射として、燃料噴射時期を通常より進角させることにより、セタン価の違いによる着火時期の差を検出し易くすることができる。

ステップＳ２５では、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じてＣＡＦＭＭマップ（図示せず）を検索し、基準着火時期ＣＡＦＭＭを算出する。ＣＡＦＭＭマップは、例えば平均的なセタン価（例えば４７）の燃料を基準として設定されている。ステップＳ２６では、基準着火時期ＣＡＦＭＭから実着火時期ＣＡＦＭを減算することにより、着火遅れ角ＤＣＡを算出する。

図５は、実着火時期ＣＡＦＭを算出（検出）する着火時期算出モジュールの構成を示すブロック図である。着火時期算出モジュールの機能は、ＣＰＵ１４による演算処理により実現される。着火時期算出モジュールは、バンドパスフィルタ部７１と、位相遅れ補正部７２と、着火時期判定部７３とからなる。バンドパスフィルタ部７１には、筒内圧センサ２から出力される圧力変化率ｄｐ／ｄθが入力される。図６に示す波形Ｗ１が入力波形を示し、波形Ｗ２が出力波形を示す。バンドパスフィルタ部７１では、位相遅れが発生するため、位相遅れ補正部７２では、この遅れを補正する。

着火時期判定部７３は、燃料噴射に対応して、圧力変化率ｄｐ／ｄθがピーク値を示すクランク角度位置を実着火時期ＣＡＦＭとを判定する。具体的には、図７（ｂ）に示すように、位相遅れ補正部７２から出力される圧力変化率ｄｐ／ｄθが検出閾値ＤＰＰを超えたクランク角を、実着火時期ＣＡＦＭと判定する。

図７（ａ）には、クランク角ＣＡＩＭから開始される噴射パルスＩＮＪＭが示されており、同図（ｂ）には実着火時期ＣＡＦＭを検出する角度範囲ＲＤＥＴ（例えば１０度）が示されている。このように、検出角度範囲ＲＤＥＴを比較的狭い範囲に限定することにより、ＣＰＵ１４の演算負荷を増大させることなく、着火時期を正確に判定することができる。

図３に戻り、ステップＳ２７では、着火遅れ角ＤＣＡをエンジン回転数ＮＥを用いて、着火遅れ時間ＴＤＦＭに変換し、着火遅れ時間ＴＤＦＭに応じて図８に示すＣＥＴテーブルを検索し、セタン価ＣＥＴを算出する。続くステップＳ２８では、推定したセタン価ＣＥＴを下記式（１）に適用し、セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮを算出する。
ＣＥＴＬＲＮ＝α×ＣＥＴ＋（１−α）×ＣＥＴＬＲＮ （１）
ここで、αは０から１の間の値に設定されるなまし係数、右辺のＣＥＴＬＲＮは、前回算出値である。

セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮは、４つの気筒の筒内圧センサ出力をすべて用いて算出される。したがって、上記式（１）により、気筒毎に検出されるセタン価ＣＥＴ、及び検出タイミングが異なるセタン価ＣＥＴの平均化が行われる。

ステップＳ２９では、カウンタＣＬＲＮを「１」だけインクリメントし、カウンタＣＬＲＮの値が第１所定値ＣＬ１（例えば１０）より小さいか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、推定されたセタン価ＣＥＴのデータ数が少なすぎるので、直ちに本処理を終了する。

ステップＳ３０でＣＬＲＮ≧ＣＬ１であるときは、さらにカウンタＣＬＲＮの値が第１所定値ＣＬ１以上でかつ第２所定値ＣＬ２（例えば７０）より小さいか否かを判別する（ステップＳ３１）。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、学習値ＣＥＴＬＲＮを仮学習値ＣＥＴＬＲＮＴとして記憶する（ステップＳ３２）。

ステップＳ３１の答が否定（ＮＯ）、すなわちカウンタＣＬＲＮの値が第２所定値ＣＬ２以上であるときは、セタン価学習値ＣＥＴＬＲＮを完全学習値ＣＥＴＬＲＮＣとして記憶し（ステップＳ３３）、学習フラグＦＬＲＮを「１」に設定する（ステップＳ３４）。

図３及び図４の処理によれば、アイドル運転状態において、所定実行条件が成立するときは、燃料噴射がシングル噴射に変更されるとともに、燃料噴射時期が進角方向に変更されるので、アイドル運転状態においてもセタン価の推定が可能となり、使用中の燃料のセタン価を迅速かつ正確に判定することができる。

またエンジン１がアイドル状態以外の運転状態にあるときに、壁面温度ＴＷＡＬＬが算出され、アイドル状態へ移行後は所定時間ΔＴＷＡＩＴ経過する毎に所定低下量ΔＴだけ低減される。そして、壁面温度ＴＷＡＬＬが所定温度ＴＷＬＴＨより低くなり、かつ所定実行条件が成立したとき、セタン価推定が行われる。したがって、高負荷運転状態から直ちにアイドル状態へ移行したような場合には、壁面温度ＴＷＡＬＬが所定温度ＴＷＬＴＨより低くなるまで、セタン価推定は行われないので、使用中の燃料のセタン価を実際より高く推定することを防止し、正確な推定セタン価ＣＥＴを算出することができる。

さらにセタン価推定の連続実行回数が第２所定値ＣＬ２より小さく、学習値の算出が完了していないときは、仮学習値ＣＥＴＬＲＮＴの更新が行われ、セタン価推定の連続実行回数が第２所定値ＣＬ２に達すると、その時点の学習値ＣＥＴＬＲＮが完全学習値ＣＥＴＬＲＮＣとして記憶され、セタン価の学習が完了する。後述するように、学習が完了するまでは、仮学習値ＣＥＴＬＲＮＴが燃料噴射時期などの制御に適用され、学習完了後に完全学習値ＣＥＴＬＲＮＣが適用される。

図３及び図４の処理によれば、学習が完了するまでは仮学習値ＣＥＴＬＲＮＴの更新が行われるので、セタン価学習の実行条件の成立／不成立が繰り返されるような場合でも徐々に仮学習値ＣＥＴＬＲＮＴの精度を高めることができる。

図９は、セタン価学習値に応じた制御の切替を説明するためのフローチャートである。
ステップＳ４１では、学習フラグＦＬＲＮが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であって学習が完了していないときは、制御用セタン価ＣＥＴＣＴＬを、仮学習値ＣＥＴＬＲＮＴに設定し（ステップＳ４３）、ステップＳ４４に進む。ＦＬＲＮ＝１であって学習が完了しているときは、制御用セタン価ＣＥＴＣＴＬを、完全学習値ＣＥＴＬＲＮＣに設定し（ステップＳ４２）、ステップＳ４４に進む。

ステップＳ４４では、制御用セタン価ＣＥＴＣＴＬが第１閾値ＣＥＴＨ１（例えば４４）より大きいか否かを判別する。その答が否定（ＮＯ）であるときは、低セタン価用の燃焼制御を実行する（ステップＳ４５）。より具体的には、低セタン価用に設定された燃料噴射時期マップ及び目標排気還流量マップを用いて、燃料噴射時期制御及び排気還流量制御を実行する。

ステップＳ４４で、ＣＥＴＣＴＬ＞ＣＥＴＨ１であるときは、さらに制御用セタン価ＣＥＴＣＴＬが第２閾値ＣＥＴＨ２（例えば５２）より大きいか否かを判別する（ステップＳ４６）。その答が否定（ＮＯ）であるとき、すなわち制御用セタン価ＣＥＴＣＴＬが第１閾値ＣＥＴＨ１より大きく第２閾値ＣＥＴＨ２以下であるときは、中セタン価（平均的なセタン価）用の燃焼制御を実行する（ステップＳ４７）。より具体的には、中セタン価用に設定された燃料噴射時期マップ及び目標排気還流量マップを用いて、燃料噴射時期制御及び排気還流量制御を実行する。

ステップＳ４６の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、高セタン価用の燃焼制御を実行する（ステップＳ４８）。より具体的には、高セタン価用に設定された燃料噴射時期マップ及び目標排気還流量マップを用いて、燃料噴射時期制御及び排気還流量制御を実行する。

図９の処理によれば、セタン価の学習が完了する前は仮学習値ＣＥＴＬＲＮＴを用いて燃焼制御が実行され、セタン価の学習完了後は完全学習値ＣＥＴＬＲＮＣを用いて燃焼制御が実行される。これにより、例えば給油直後においては、学習が完了するまで前回の完全学習値あるいは予め設定された学習値を用いて制御を行うような場合に比べて、学習値と実際のセタン価との極端なずれが発生し難く、完全学習値ＣＥＴＬＲＮＣが得られるまでの間においても比較的安定した制御を行うことができる。

図１０は、燃焼が不安定化していること（Ｐｍｉ変動率の悪化、失火の発生）を検出し、図９の処理で選択される燃焼制御を強制的に切り替える処理のフローチャートである。
ステップＳ５１では、エンジン１の運転状態が燃焼安定性の判定領域にあるか否かを判別する。燃焼安定性判定領域は、例えばエンジン１によって駆動される車両が８０〜１００ｋｍ／ｈ程度の速度で定速走行しているような状態に対応する運転領域である。ステップＳ５１の答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに処理を終了する。

エンジン運転状態が燃焼安定性判定領域にあるときは、燃焼安定性を示す燃焼安定性パラメータを算出する（ステップＳ５２）。燃焼安定性パラメータとしては、一般にＰｍｉ変動率（図示平均有効圧力Ｐｍｉの標準偏差）が知られているが、本実施形態では、Ｐｍｉ変動率ではなく以下に説明する面積比ＲＳを用いる。

図１１（ａ）は、正常燃焼時の筒内圧ＰＣＹＬの推移を示し、同図（ｂ）はＰｍｉ変動率が増加し、失火が発生する直前の燃焼状態に対応する筒内圧ＰＣＹＬの推移を示す。ここで、図１１に右下がりのハッチングを付した圧縮行程に対応する面積を示す圧縮行程面積パラメータＳＣＭＰと、右上がりのハッチングを付した膨張行程に対応する面積を示す膨張行程面積パラメータＳＸＰＬとの比を面積比ＲＳ（＝ＳＣＭＰ／ＳＸＰＬ）と定義する。この面積比ＲＳは、燃焼状態が不安定化する（Ｐｍｉ変動率が増加する）ほど、増加する傾向を示す。そこで、図１０のステップＳ５２では、面積比ＲＳを算出する。

ステップＳ５３では、面積比ＲＳが判定面積比ＲＳＴＨを超えているか否かを判別し、この答が否定（ＮＯ）、すなわち燃焼状態が安定しているときは、直ちに本処理を終了する。
一方、面積比ＲＳが判定面積比ＲＳＴＨを越えたときは、燃焼状態が不安定（失火を含む）と判定し、現在の燃焼制御が低セタン価用の燃焼制御であるか否かを判別する（ステップＳ５４）。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジンに何らかの異常があると判定し、警告灯を点灯する（ステップＳ５５）。

ステップＳ５４の答が否定（ＮＯ）であるときは、さらに現在の燃焼制御が中セタン価用の燃焼制御であるか否かを判別する（ステップＳ５６）。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、燃焼制御を低セタン価用の燃焼制御に強制的に切り替える（ステップＳ５８）。

またステップＳ５６の答が否定（ＮＯ）、すなわち高セタン価用の燃焼制御を実行しているときは、中セタン価用の燃焼制御に強制的に切り替える（ステップＳ５７）。

図１０の処理によれば、燃焼の不安定化が検出されたときは、制御用セタン価ＣＥＴＣＴＬが低下したときと同様に燃焼制御が、より低セタン価の燃料に適した制御に強制的に切り替えられる。そして、低セタン価用の燃焼制御を実行しても燃焼の不安定化が解消しないときは、警告灯が点灯される。これにより、制御用セタン価ＣＥＴＣＴＬが実際の燃料のセタン価に適していないことによる燃焼状態の不安定化を迅速に解消することができる。

また、面積比ＲＳを用いてＰｍｉ変動率の増加を判定する手法によれば、筒内圧センサ２の検出精度の影響を受けない判定を行うことができる。

図１２は、エンジン１の冷間始動直後のエンジン冷却水温ＴＷの推移を示すタイムチャートである。時刻ｔ１に冷却水温ＴＷが所定開弁水温ＴＷＴＨＯＰＮに達すると、冷却水通路に設けらたサーモスタットが開弁し、冷却水がエンジン１とラジエータ（図示せず）の間を循環し始める。その後時刻ｔ２までの数分間はエンジン冷却水温ＴＷがほぼ一定となるので、その間セタン価の学習が実行され、仮学習値ＣＥＴＬＲＮＴが算出される。ただし、学習可能な時間が短いため完全学習値ＣＥＴＬＲＮＣは得られない。

その後エンジン冷却水温ＴＷが上昇して、時刻ｔ３には、目標水温ＴＷＯＢＪに達する。以後はエンジン冷却水温ＴＷが目標水温ＴＷＯＢＪに維持されるように、ラジエータ近傍に設けられたラジエータファン（図示せず）が駆動制御される。時刻ｔ３以後の学習により、完全学習値ＣＥＴＬＲＮＣが算出される。したがって、本実施形態によれば、時刻ｔ２からｔ３までの間も仮学習値ＣＥＴＬＲＮＴによる燃焼制御が行われ、給油直後において燃焼の不安定化あるいは粒子状物質の発生量の増加を抑制することができる。

図１３は、時刻ｔ１０において、エンジン１がアイドル以外の運転状態（以下「オフアイドル運転状態」という）からアイドル運転状態に移行した場合の推定セタン価ＣＥＴの推移を示すタイムチャートである。この図の実線は高負荷運転状態からアイドル状態に移行した例に対応し、破線は低負荷運転状態からアイドル状態に移行した例に対応する。この図から明らかなように、低負荷運転状態からアイドル状態に移行した場合の方が、推定セタン価ＣＥＴがより早く安定化するので、例えば給油直後にアイドル運転状態がほとんど維持されないままオフアイドル運転状態に移行したような場合に、完全学習値ＣＥＴＬＲＮＣを早期に得ることができる。図３のステップＳ１６で算出される壁面温度ＴＷＡＬＬは、エンジン負荷が高いほど高くなるため、ステップＳ１７〜Ｓ１９によって、オフアイドル状態での運転状態に応じた適切な時期（推定セタン価ＣＥＴが安定する時期）に学習を開始することができる。

本実施形態では、燃料噴射弁６が燃料噴射手段に相当し、筒内圧センサ２及びＥＣＵ４が着火時期検出手段を構成する。またＥＣＵ４がセタン価学習手段及び制御手段を構成する。具体的には、図５に示すバンドパスフィルタ部７１、位相遅れ補正部７２及び着火時期判定部７３が着火時期検出手段の一部に相当し、図３の処理がセタン価学習手段に相当し、図９及び図１０の処理が制御手段に相当する。

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、燃焼状態の安定性を示すパラメータとして面積比ＲＳを用いたが、Ｐｍｉ変動率を用いてもよい。
また上述した実施形態では、実着火時期ＣＡＦＭは、筒内圧センサ２により検出される圧力変化率ｄｐ／ｄθが検出閾値ＤＰＰを超えた時点として検出するようにしたが、これに限るものではなく、熱発生率の５０％位置を着火時期として判定するようにしてもよい。

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。

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１に示す制御装置の一部の構成をより具体的に示す図である。 セタン価の学習を行う処理のフローチャートである。 セタン価の学習を行う処理のフローチャートである。 実着火時期ＣＡＦＭを算出（検出）する着火時期算出モジュールの構成を示すブロック図である。 筒内圧センサ出力のバンドパスフィルタ処理を説明するためのタイムチャートである。 着火時期の検出手法を説明するためのタイムチャートである。 着火遅れ時間（ＴＤＦＭ）からセタン価（ＣＥＴ）を算出するためのテーブルを示す図である。 セタン価学習値に応じた燃焼制御のフローチャートである。 エンジンの燃焼状態が不安定化したことを検出して燃焼制御を切り替える処理のフローチャートである。 燃焼状態を示すパラメータである面積比（ＲＳ）を説明するための図である。 冷間始動直後におけるエンジン冷却水温（ＴＷ）の推移を示すタイムチャートである。 アイドル以外の運転状態からアイドル運転状態へ移行するときの推定セタン価（ＣＥＴ）の推移を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 筒内圧センサ（着火時期検出手段）
４ 電子制御ユニット（着火時期検出手段、セタン価学習手段、制御手段）
６ 燃料噴射弁（燃料噴射手段）

Claims (2)

1. 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た内燃機関の制御装置において、
   前記燃料噴射手段により噴射された燃料の着火時期を検出する着火時期検出手段と、
   検出される着火時期に応じて使用中の燃料のセタン価を推定し、該推定したセタン価のなまし演算を行うことにより学習値を算出するセタン価学習手段と、
   前記セタン価学習手段により算出される学習値を用いて、少なくとも前記燃料噴射手段による燃料噴射時期の制御を含む前記機関の制御を行う制御手段とを備え、
   前記セタン価学習手段は、前記セタン価の学習が完了するまでは、算出された学習値を仮学習値として記憶し、検出着火時期に応じた前記セタン価の連続推定回数が第１所定値に達した時点から前記仮学習値の記憶を開始し、前記セタン価の連続推定回数が前記第１所定値より大きい第２所定値に達したとき、前記学習が完了したと判定してその時点の学習値を完全学習値として記憶し、前記学習が完了するまでは前記仮学習値の更新を継続し、
   前記制御手段は前記学習が完了するまでの間、前記仮学習値を用いて前記制御を行い、前記学習が完了した時点から前記完全学習値を用いて前記制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記セタン価の学習は、給油直後において前記機関がアイドル運転状態にあるときに前記燃料噴射手段による燃料噴射の態様を変更して実行され、前記学習完了後は、次に給油が行われるまで前記セタン価の学習を行わない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。

Images