内燃機関の燃焼制御方法および装置
【課題】ディーゼルエンジンの排ガス性能の改善を図るために、気筒間の燃焼ばらつきを抑えた燃焼制御方法および燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】多気筒の代表気筒（第１気筒）Ｋ１にだけ設置された筒内圧力センサ２５の信号を基に代表気筒の着火時期を算出する第１の気筒着火時期算出手段２７と、各気筒の給気温度センサ２３によって検出された各気筒の給気温度のばらつきと、代表気筒Ｋ１内のガス温度とから求めた各気筒内のガス温度に基づいて、代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出する第２の気筒着火時期算出手段２９と、運転状態に適した標準着火時期と第１の気筒着火時期算出手段２７および第２の気筒着火時期算出手段２９による着火時期との偏差を基に各気筒の着火時期を標準着火時期に揃える着火時期調整手段３１とを備えたことを特徴とする。
【解決手段】多気筒の代表気筒（第１気筒）Ｋ１にだけ設置された筒内圧力センサ２５の信号を基に代表気筒の着火時期を算出する第１の気筒着火時期算出手段２７と、各気筒の給気温度センサ２３によって検出された各気筒の給気温度のばらつきと、代表気筒Ｋ１内のガス温度とから求めた各気筒内のガス温度に基づいて、代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出する第２の気筒着火時期算出手段２９と、運転状態に適した標準着火時期と第１の気筒着火時期算出手段２７および第２の気筒着火時期算出手段２９による着火時期との偏差を基に各気筒の着火時期を標準着火時期に揃える着火時期調整手段３１とを備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼制御方法および制御装置に関し、特に、ディーゼルエンジンの気筒間の燃焼のばらつきを抑えた燃焼制御方法および燃焼制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関、例えばディーゼルエンジンにおいては、各気筒間で給気温度や給気量にばらつきが生じることから、各気筒に対して同一タイミングで燃料を噴射しても着火時期、燃焼状態にばらつきが生じる。この燃焼状態のばらつきは、排ガス濃度、例えばＮＯｘ（窒素酸化物）、ＰＭ（粒子状物質）の濃度のばらつきとなって現れる。
【０００３】
近年の排ガス規制強化の中、気筒間の着火時期のばらつきに起因する排ガス濃度の気筒間のばらつきは、排ガス性能悪化の要因として無視できないレベルにある。
気筒間で着火時期にばらつきがあると、早い時期に着火した気筒においてはＮＯｘ排出量が大きくなるが、着火時期が遅い気筒においては、ＮＯｘ排出量が低くなる。このように気筒間においてＮＯｘ排出量にばらつきが生じた場合、ＮＯｘ排出量が高い気筒の影響を受けてエンシン全体として排ガス性能が悪化する傾向となる。また、ＰＭ排出の気筒間ばらつきについても同様のことがいえる。
【０００４】
一方、内燃機関の着火時期制御に関する先行技術文献として、特許文献１（特開２０１０−３８０１２号公報）が知られている。この特許文献１には、エンジンの運転状態から着火時期を演算し、噴射時期補正部は規範着火時期を目標に主燃料の噴射時期を補正することが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−３８０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１によれば、前述のように噴射時期補正部によって規範着火時期を目標に、主燃料の噴射時期を補正することが示されている。しかし、気筒間における着火時期のばらつきを補正して排ガス性能を向上させることまでは開示されていない。
【０００７】
また、気筒間における着火時期のばらつきを抑えて、全気筒の着火時期を揃える制御とするために、全気筒の燃焼状態を確実に検出しようとすると、筒内圧力センサを全気筒に取り付ける必要があり、装置の大型化と制御の複雑化を伴う問題が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、これら問題に鑑みて、ディーゼルエンジンの排ガス性能の改善を図るために、気筒間の燃焼ばらつきを抑えた燃焼制御方法および燃焼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】
【０００９】
本発明はかかる目的を達成するためになされたものであり、多気筒の各気筒に対して一定のタイミングで燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関の燃焼制御方法において、
筒内圧力センサが設置された代表気筒の筒内圧力に基づいて、該代表気筒における着火時期を算出する第１の気筒着火時期算出ステップと、
代表気筒の筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に代表気筒内ガス温度を算出し、
該代表気筒内ガス温度を基に給気温度センサによって検出された各気筒の給気温度のばらつきに対応して他の気筒における気筒内ガス温度を算出し、
該気筒内ガス温度に基づいて代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出する第２の気筒着火時期算出ステップと、を備え、
前記内燃機関の運転状態に適した標準着火時期と前記第１の気筒着火時期算出ステップおよび第２の気筒着火時期算出ステップによって算出した着火時期との偏差を基に各気筒の着火時期を前記標準着火時期に揃えることを特徴とする。
【００１０】
かかる発明によれば、全気筒に筒内圧力センサを設けることなく、代表気筒にだけ筒内圧力センサを設けて第１の気筒着火時期算出ステップによって、代表気筒の着火時期を算出する。
さらに、各気筒への給気温度の検出値を基に、第２の気筒着火時期算出ステップによって、代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出して、結果的に全気筒に対して正確に着火時期を算出して把握できる。
そして、その着火時期が全気筒で揃うように気筒毎の燃料噴射時期を調整することによって、着火時期の気筒間ばらつきを抑えて、排ガス性能を向上できる。
【００１１】
また、本方法発明において好ましくは、前記第１の気筒着火時期算出ステップは、前記筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に前記代表気筒における熱発生率を算出し、該熱発生率から着火を判定した時点と噴射開始時期とに基づいて着火遅れ期間を算出するとよい。
【００１２】
係る構成によると、第１の気筒着火時期算出ステップは、筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に代表気筒における熱発生率を算出する。この熱発生率（ｄＱ／ｄθ）は、代表気筒（例えば＃１気筒とすると）における時々刻々の筒内圧力Ｐ１、筒内ガス重量Ｇ１、気筒容積（シリンダ容積）Ｖ１より、式（２）（熱力学第一法則）を用いて算出される（図５参照）。
【００１３】
従って、図５より、燃料噴射ノズルの針弁がθ１でリフト開始してから着火遅れ期間を経てから時点Ｘで熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がり、着火遅れ期間Ｄ１として算出できる。このように筒内圧力から熱発生率を算出して着火遅れ及び着火時期を判定するので、精度良く着火遅れおよび着火時期を把握できる。
【００１４】
また、本方法発明において好ましくは、前記第２の気筒着火時期算出ステップは、代表気筒以外の他の気筒における気筒内ガス温度を算出し、該算出された気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出し、該着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点と噴射開始時期とによって着火までの着火遅れ期間を算出するとよい。
【００１５】
代表気筒以外の他の気筒の着火時期の算出についての概要を以下に説明する。代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出するには、まず、代表気筒の筒内圧力を基に代表気筒内ガス温度Ｔ１を式（１）によって算出する（図４参照）。
【００１６】
そして、次に、気筒毎の給気温度のばらつきＴｓ（第ｎ気筒における給気温度Ｔｓｎ）に応じて、圧縮行程中の第ｎ気筒における気筒内ガス温度Ｔｎを算出する。例えば第２気筒の筒内ガス温度Ｔ２は、式（３）のように算出される。
【００１７】
次に、気筒内ガス温度Ｔの時間的履歴に応じた着火エネルギの蓄積量Ｅを式（４）によって算出する（図７参照）。
そして、着火エネルギの蓄積量Ｅが判定閾値を超えた時に着火と判定する。以上のようにして、代表気筒以外の他の気筒の着火時期について算出する。
【００１８】
また、本方法発明において好ましくは、着火エネルギの蓄積量の前記判定閾値は、前記代表気筒について前記第１の気筒着火時期算出手段によって算出した着火遅れと、前記第２の気筒着火時期算出手段よって算出した着火遅れとが一致するように設定されるとよい。
【００１９】
第２の気筒着火時期算出ステップにおいては、気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出して、その着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点と燃料噴射開始時期とに差によって着火までの着火遅れ期間を算出している。
この判定閾値を、第１の気筒着火時期算出ステップによって算出した着火遅れ、すなわち、筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に、式（２）を用いて算出する代表気筒における熱発生率から算出する着火遅れＤ１と、前記着火エネルギの蓄積量を基に、式（４）を用いて算出した代表気筒における着火遅れＤ２とが等しくなるように、前記判定閾値を設定する。
そして、設定した判定閾値を他の気筒における着火エネルギの蓄積量に基づく判定に用いる。
【００２０】
また、本願発明の方法発明を実施する装置発明は、多気筒の各気筒に対して一定のタイミングで燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関の燃焼制御装置において、
燃焼室内の圧力を検出するとともに前記多気筒の内の１気筒にだけ設置された筒内圧力センサと、該筒内圧力センサが取り付けられた代表気筒の筒内圧力信号を基に該代表気筒の着火時期を算出する第１の気筒着火時期算出手段と、各気筒の給気温度を検出する給気温度センサと、代表気筒の筒内圧力センサの信号から算出された代表気筒内ガス温度を基に給気温度センサによって検出された各気筒の給気温度のばらつきに対応して他の気筒における気筒内ガス温度を算出し、該気筒内ガス温度に基づいて代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出する第２の気筒着火時期算出手段と、前記内燃機関の運転状態に適した標準着火時期と前記第１の気筒着火時期算出手段および第２の気筒着火時期算出手段によって算出された着火時期との偏差を基に各気筒の着火時期を前記標準着火時期に揃える着火時期調整手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
かかる発明によれば、全気筒に筒内圧力センサを設けることなく、代表気筒にだけ筒内圧力センサを設けて第１の気筒着火時期算出手段によって、代表気筒の着火時期を算出する。さらに、各気筒への給気温度の検出値を基に、第２の気筒着火時期算出手段によって、代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出して、結果的に全気筒に対して正確に着火時期を算出して把握できる。
【００２２】
そして、その着火時期が全気筒で揃うように気筒毎の燃料噴射時期を調整することによって、着火時期の気筒間ばらつきを抑えて、排ガス性能を向上できる。さらに、全気筒に筒内圧力センサを設けることなく、代表気筒にだけ筒内圧力センサを設ければよいため、内燃機関の燃焼制御装置を簡単化することができる。
【００２３】
また、本装置発明において好ましくは、前記第１の気筒着火時期算出手段は、前記筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に前記代表気筒における熱発生率を算出し、該熱発生率から着火を判定した時点と噴射開始時期とに基づいて着火までの着火遅れ期間を算出するとよい。
【００２４】
このように、第１の気筒着火時期算出手段は、筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に代表気筒における熱発生率を、式（２）に基づいて算出して、該熱発生率から着火を判定するので、精度良く着火時期を算出して把握できる。
【００２５】
また、本装置発明において好ましくは、前記第２の気筒着火時期算出手段は、前記他の気筒における気筒内ガス温度を算出する気筒内ガス温度算出手段と、該気筒内ガス温度算出手段によって算出された気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出する着火エネルギ算出手段とを有し、該着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点と噴射開始時期とに基づいて着火までの着火遅れ期間を算出するとよい。
【００２６】
このように、第２の気筒着火時期算出手段では、気筒内ガス温度算出手段によって算出された気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出して、この着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点と噴射開始時期とに基づいて着火までの着火遅れ期間を算出できる。
【００２７】
従って、筒内圧力センサを設置していない気筒の場合でも、代表気筒の筒内圧力を基に代表気筒内ガス温度を式（１）によって算出して、給気温度のばらつきを基に式（３）によって、代表気筒以外の他の気筒における気筒内ガス温度を算出して、その気筒内ガス温度の時間的変化を基に、式（４）によって、着火エネルギの蓄積量を算出して、この着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点を着火と判定して、噴射開始時期とこの着火時点との差によって着火遅れを算出する。
これによって、代表気筒のように筒内圧力センサを設置していない場合でも、着火時期を精度よく算出できる。
【００２８】
また、本装置発明において好ましくは、着火エネルギの蓄積量の前記判定閾値は、前記代表気筒について前記第１の気筒着火時期算出手段によって算出した着火遅れと、前記第２の気筒着火時期算出手段よって算出した着火遅れとが一致するように設定するとよい。
【発明の効果】
【００２９】
以上記載のごとく方法発明および装置発明それぞれにおいて、全気筒に筒内圧力センサを設けることなく、代表気筒にだけ筒内圧力センサを設けて第１の気筒着火時期算出ステップ（手段）によって、代表気筒の着火時期を算出でき、さらに、各気筒への給気温度の検出値を基に、第２の気筒着火時期算出ステップ（手段）によって、代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出して、結果的に全気筒に対して正確に着火時期を算出して把握できる。
【００３０】
そして、その着火時期が全気筒で揃うように気筒毎の燃料噴射時期を調整することによって、着火時期の気筒間ばらつきを抑えて、排ガス性能を向上できる。さらに、全気筒に筒内圧力センサを設けることなく、代表気筒にだけ筒内圧力センサを設ければよいため、内燃機関の燃焼制御装置を簡単化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１ａ】（ａ）は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置の全体構成図を示す。
【図１ｂ】（ｂ）はその各気筒における給気温度のばらつき状態を示し、（ｃ）はその各気筒における燃料噴射時期を示し、（ｄ）はその各気筒における着火時期を示し、（ｅ）はその各気筒におけるＮＯｘ排出濃度を示す。実線が本発明を示し、点線は従来技術を示す。
【図２】コントローラにおける制御を示すフローチャートである。
【図３】筒内圧力Ｐ１のクランク角度に対する変化状態を示す説明図である。
【図４】筒内ガス温度Ｔ１のクランク角度に対する変化状態を示す説明図である。
【図５】熱発生率ｄＱ／ｄθのクランク角度に対する変化状態を示す説明図である。
【図６】筒内ガス温度Ｔのクランク角度に対する変化状態を示す説明図である。
【図７】着火エネルギの蓄積量Ｅのクランク角度に対する変化状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３３】
図１ａ、図１ｂを参照して、本実施形態のディーゼルエンジン（内燃機関）の燃焼制御装置につき説明する。図１ａ（ａ）は、全体構成を示す。図１ｂ（ｂ）はその各気筒における給気温度のばらつき状態を示し、（ｃ）はその各気筒における燃料噴射時期を示し、（ｄ）はその各気筒における着火時期を示し、（ｅ）はその各気筒におけるＮＯｘ排出濃度を示す。実線が本発明を示し、点線は従来技術を示す。
【００３４】
図１ａ（ａ）は、エンジン（ディーゼルエンジン）１の平面図を示す。
本実施形態では、６気筒の多気筒の例を示す。図示しない過給機のコンプレッサの給気出口と接続した給気管３は給気冷却器５に接続されて、過給機で加圧された給気が給気冷却器５で冷却され、該給気冷却器５の出口に接続された給気マニホールド７を介して給気をシリンダヘッド９の各給気入口に導くように構成されている。
【００３５】
また、シリンダヘッド９の排気ポートには、排気マニホールド１１が接続され、排気マニホールド１１の排気集合管部１３に接続された排気管１５を介して、図示しない過給機の排気タービンに排ガスが導かれるようになっている。
【００３６】
また、各気筒Ｋ１〜Ｋ６には、それぞれ燃料噴射装置の燃料噴射ノズル（燃料噴射手段）１７が設置されており、それぞれの気筒に対してコントローラ１９内の燃料噴射制御手段２１によって、各気筒Ｋ１〜Ｋ６のそれぞれに対して燃料噴射量と噴射時期が制御されている。
【００３７】
また各気筒Ｋ１〜Ｋ６への給気温度を検出するための給気温度センサ２３が、給気マニホールド７とシリンダヘッド９との接続部の給気ポートの入口部に設置されている。さらに、第１気筒Ｋ１を代表気筒として筒内圧力センサ２５が設置されている。代表気筒は第１気筒に限るものではなく、筒内圧力センサ２５が設置された気筒をいう。
【００３８】
給気温度センサ２３からの信号、および、筒内圧力センサ２５からの信号は、コントローラ１９に入力されている。
【００３９】
このコントローラ１９には、筒内圧力センサ２５が取り付けられた第１気筒Ｋ１の筒内圧力信号を基に第１気筒Ｋ１の着火時期を算出する第１の気筒着火時期算出手段２７と、第１気筒Ｋ１の筒内圧力センサ２５の信号から算出された第１気筒Ｋ１内のガス温度を基に各気筒の給気温度センサ２３によって検出された各気筒の給気温度のばらつきに対応して気筒Ｋ２〜Ｋ６における気筒内ガス温度を算出し、該気筒内ガス温度に基づいて、気筒Ｋ２〜Ｋ６の着火時期を算出する第２の気筒着火時期算出手段２９とを備えている。
【００４０】
さらに、この第２の気筒着火時期算出手段２９は、第１気筒Ｋ１の筒内圧力センサ２５の信号から算出された第１気筒内ガス温度を基に給気温度センサ２３によって検出された各気筒の給気温度のばらつきに対応して他の気筒における気筒内ガス温度を算出する気筒内ガス温度算出手段２４と、該気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出する着火エネルギ算出手段２６とを備えている。
【００４１】
さらに、コントローラ１９には、エンジン１の運転状態に適した標準着火時期と第１の気筒着火時期算出手段２７によって算出された着火時期との偏差を基に、および第２の気筒着火時期算出手段２９によって算出された着火時期との偏差を基に、各気筒Ｋ１〜Ｋ６の着火時期を標準着火時期に揃える着火時期調整手段３１を備えている。
【００４２】
この着火時期調整手段３１は、前記コントローラ１９内の燃料噴射制御手段２１によって実行される。なお、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づく最適着火時期は、着火時期マップに記憶されており、その着火時期マップを基に運転状態に適した標準着火時期が算出されるようになっている。
【００４３】
以上の構成を有する燃焼制御装置における制御フローを図２のフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１で、代表気筒である第１気筒Ｋ１の筒内圧力を筒内圧力センサ２５によって検出する。その筒内圧力を基にステップＳ２で第１気筒Ｋ１の着火時期、着火遅れを算出する。
【００４４】
この第１気筒Ｋ１の着火時期および着火遅れの算出手法について、図３〜５を参照して説明する。図３は、横軸にクランク角度を示し、縦軸に筒内圧力センサ２５で検出した第１気筒Ｋ１の筒内圧力Ｐ１を示す。そして、燃焼時の筒内圧力Ｐ１は実線で示すように非燃焼時の筒内圧力に対してギャップ分の燃焼による筒内圧力上昇を伴っている。
クランク角度θ１〜θ２の間に燃料噴射制御手段２１によって噴射が第１気筒Ｋ１に対して指示されて燃料噴射ノズル１７の針弁がリフトする。
【００４５】
気体の状態方程式を用いて、第１気筒における時々刻々の筒内圧力Ｐ１、筒内ガス重量Ｇ１、気筒容積（シリンダ容積）Ｖ１より、以下の式（１）の関係が成り立つ。この式（１）によって、第１気筒内ガス温度（代表気筒内ガス温度）Ｔ１を算出し、Ｔ１は図４のような変化状態の関係が示される。なおこの筒内ガス温度は筒内平均ガス温度をいう。
Ｔ１＝Ｐ１・Ｖ１／Ｇ１・Ｒ …（１）
【００４６】
次に、前記第１気筒内ガス温度（代表気筒内ガス温度）Ｔ１の算出と同時に、熱力学第一法則を用いて、第１気筒内での燃焼ガスからの熱発生率（ｄＱ／ｄθ）を算出する。時々刻々の筒内圧力Ｐ１、筒内ガス重量Ｇ１、気筒容積（シリンダ容積）Ｖ１より、以下の式（２）の関係が成り立つ。この式（２）によって、第１気筒Ｋ１内での燃焼ガスからの熱発生率（ｄＱ／ｄθ）を算出し、熱発生率（ｄＱ／ｄθ）は図５のような変化状態の関係が示される。
ｄＱ／ｄθ＝１／（κ−１）（ＶｄＰ／ｄθ＋κＰｄＶ／ｄθ） …（２）
ただし、θはクランク角度、κは比熱比である。
【００４７】
なお、第１気筒内ガス温度Ｔ１の算出、および第１気筒内での燃焼ガスからの熱発生率（ｄＱ／ｄθ）の算出に際して必要なエンジン基本データを、エンジン基本諸元データベース３５から取得して算出する。このエンジン基本諸元データベース３５には、例えば、ボア、ストローク、圧縮比、コンロッド長、給排気バルブタイミング等のデータが記憶されている。
【００４８】
図５で示すように、燃料噴射ノズル１７の針弁がθ１でリフト開始してから着火遅れ期間を経てから時点Ｘで熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がるため、着火遅れ期間Ｄ１として算出できる。このように筒内圧力から熱発生率を算出して着火時期を判定するので、精度良く着火時期を算出して把握できる。
【００４９】
次に、ステップＳ３で、全気筒の給気温度を給気温度センサ２３によって検出し、その検出信号を基に、さらに、エンジン基本諸元データベース３５から取得した基本データを基に、ステップＳ４で、全気筒の着火遅れ期間、および着火時期を算出する。
【００５０】
このステップＳ４での、全気筒の着火遅れ期間、および着火時期の算出について図６、７を参照して説明する。図６は、図４に対応する図であり、横軸にクランク角度を示し、縦軸に下記式（３）で算出した第１気筒以外の他の気筒の気筒内ガス温度を示し、圧縮行程中のｎ気筒における気筒内ガス温度Ｔｎを示す。
【００５１】
すなわち、給気温度センサ２３の検出値を基に、第１気筒Ｋ１〜第６気筒Ｋ６ごとの給気温度のばらつきＴｓ（第ｎ気筒における給気温度Ｔｓｎ）に応じて、圧縮行程中の第ｎ気筒における気筒内ガス温度Ｔｎを算出する。
例えば第２気筒Ｋ２の気筒内ガス温度Ｔ２は、次の式（２）のように算出される。すなわち、代表気筒である第１気筒Ｋ１の気筒内ガス温度Ｔｎを給気温度に応じて配分するように算出する。
Ｔ２＝Ｔ１×Ｔｓ２／Ｔｓ１ …（３）
【００５２】
次に、気筒内ガス温度Ｔの時間的履歴に応じた着火エネルギの蓄積量Ｅを式（４）によって算出する。
τ：着火遅れ式
【００５３】
そして、図７に示すように、着火エネルギの蓄積量Ｅが判定閾値Ｒを超えた時に着火と判定する。なお、着火遅れ式はシミュレーション試験等を基に設定されるか、若しくは既知の式を用いてもよい。
以上のようにして、図７に示すように、燃料噴射ノズル１７の針弁がθ１でリフト開始してから着火遅れ期間を経てから着火エネルギの蓄積量Ｅが判定閾値Ｒを超えた時点Ｙで着火したと判定する。これによって、着火遅れ期間をＤ２として算出できる。
このように筒内圧力センサを用いずに、気筒内ガス温度Ｔの時間的履歴に応じた着火エネルギの蓄積量Ｅから着火時期を判定できるので、装置を簡単化でしかも精度良く着火時期を算出して、着火遅れ、着火時期を把握できる。
【００５４】
しかも、前記判定閾値Ｒが、第１気筒Ｋ１についてステップＳ２で算出した着火遅れＤ１と、ステップＳ４の手法で算出した着火遅れＤ２とが一致するように設定されている。そして、その他の気筒Ｋ２〜Ｋ６に対する着火遅れの算出にはこの設定された判定閾値Ｒが用いられて算出される。このように一致させることで、着火時期算出精度が保持される。
【００５５】
次に、ステップＳ５では、ステップＳ２で算出した第１気筒Ｋ１の着火時期と、ステップＳ３で算出した第２〜第６気筒Ｋ２〜Ｋ６の着火時期と、エンジン１の運転状態に適した標準着火時期との偏差を算出する。
【００５６】
そして、ステップＳ６では、ステップＳ５で算出した偏差を基に、各気筒Ｋ１〜Ｋ６の着火時期を標準着火時期に揃えるように、着火時期調整手段３１によって調整される。具体的には、各気筒Ｋ１〜Ｋ６に対する燃料噴射時期を、全ての気筒で着火時期が同一となるように調整される。
【００５７】
この着火時期調整手段３１は、前記コントローラ１９内の燃料噴射制御手段２１によって行われる。なお、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づく最適着火時期は、着火時期マップに記憶されており、その着火時期マップを基に運転状態に適した標準着火時期が算出されるようになっている。
【００５８】
以上の実施形態によれば、給気管３から流入した給気は給気冷却器５で冷却されから、気筒Ｋ１〜Ｋ６のそれぞれの給気入口に向かって流れていく。この各給気入口に向かっての流入の際に、第１気筒Ｋ１および第６気筒Ｋ６は、給気マニホールド７の両側に位置されているため、流路長さが給気マニホールド７の中央側の第３、第４気筒に比べて長く、かつ、両側に位置されているため給気流がよどみやすいため、壁面温度の影響を受けやすく第３、第４気筒に比べて給気温度が高くなる傾向がある。
【００５９】
この給気温度の傾向を、図１ｂ（ｂ）に示す。そして、給気温度は両側の第１気筒Ｋ１および第６気筒Ｋ６ほど高い傾向を有するため、従来技術として燃料噴射時期（図１ｂ（ｃ））を全気筒同一に噴射した場合には、着火時期も給気温度が高い方が早く、進角側に偏る傾向が示される図１ｂ（ｄ）の点線。その結果、ＮＯｘ排出濃度（図１ｂ（ｅ））も、両側の第１気筒Ｋ１および第６気筒Ｋ６ほど高い傾向を示していた。
【００６０】
これに対して、本実施形態においては、第１気筒から第６気筒までの全気筒に対して、着火遅れおよび着火時期を精度よく算出して推定できるため、この推定値を基に、全気筒Ｋ１〜Ｋ６に対して運転状態に応じて設定される標準着火時期になるように、各気筒の燃料噴射時期（図１ｂ（ｃ））を制御して、全ての気筒で着火時期が同一となるように調整されるので、図１ｂ（ｄ）の実線で示されるように各気筒で着火時期が標準着火時期に調整され、その結果、図１ｂ（ｅ）に実線で示されるように各気筒間でのばらつきがなくなり、排ガス性能が向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、簡単な制御装置および方法によって、着火時期の気筒間ばらつきを抑えて、排ガス性能を向上できるので、内燃機関の燃焼制御方法および制御装置に適している。
【符号の説明】
【００６２】
１ エンジン（内燃機関）
７ 給気マニホールド
１１ 排気マニホールド
１７ 燃料噴射ノズル（燃料噴射手段）
１９ コントローラ
２１ 燃料噴射制御手段
２３ 給気温度センサ
２４ 気筒内ガス温度算出手段
２５ 筒内圧力センサ
２６ 着火エネルギ算出手段
２７ 第１の気筒着火時期算出手段
２９ 第２の気筒着火時期算出手段
３１ 着火時期調整手段
Ｋ 着火エネルギの蓄積量
Ｋ１ 第１気筒（代表気筒）
Ｋ２〜Ｋｎ 第２気筒〜第ｎ気筒
Ｒ 判定閾値
Ｔ１ 第１気筒内ガス温度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼制御方法および制御装置に関し、特に、ディーゼルエンジンの気筒間の燃焼のばらつきを抑えた燃焼制御方法および燃焼制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関、例えばディーゼルエンジンにおいては、各気筒間で給気温度や給気量にばらつきが生じることから、各気筒に対して同一タイミングで燃料を噴射しても着火時期、燃焼状態にばらつきが生じる。この燃焼状態のばらつきは、排ガス濃度、例えばＮＯｘ（窒素酸化物）、ＰＭ（粒子状物質）の濃度のばらつきとなって現れる。
【０００３】
近年の排ガス規制強化の中、気筒間の着火時期のばらつきに起因する排ガス濃度の気筒間のばらつきは、排ガス性能悪化の要因として無視できないレベルにある。
気筒間で着火時期にばらつきがあると、早い時期に着火した気筒においてはＮＯｘ排出量が大きくなるが、着火時期が遅い気筒においては、ＮＯｘ排出量が低くなる。このように気筒間においてＮＯｘ排出量にばらつきが生じた場合、ＮＯｘ排出量が高い気筒の影響を受けてエンシン全体として排ガス性能が悪化する傾向となる。また、ＰＭ排出の気筒間ばらつきについても同様のことがいえる。
【０００４】
一方、内燃機関の着火時期制御に関する先行技術文献として、特許文献１（特開２０１０−３８０１２号公報）が知られている。この特許文献１には、エンジンの運転状態から着火時期を演算し、噴射時期補正部は規範着火時期を目標に主燃料の噴射時期を補正することが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−３８０１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１によれば、前述のように噴射時期補正部によって規範着火時期を目標に、主燃料の噴射時期を補正することが示されている。しかし、気筒間における着火時期のばらつきを補正して排ガス性能を向上させることまでは開示されていない。
【０００７】
また、気筒間における着火時期のばらつきを抑えて、全気筒の着火時期を揃える制御とするために、全気筒の燃焼状態を確実に検出しようとすると、筒内圧力センサを全気筒に取り付ける必要があり、装置の大型化と制御の複雑化を伴う問題が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、これら問題に鑑みて、ディーゼルエンジンの排ガス性能の改善を図るために、気筒間の燃焼ばらつきを抑えた燃焼制御方法および燃焼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】
【０００９】
本発明はかかる目的を達成するためになされたものであり、多気筒の各気筒に対して一定のタイミングで燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関の燃焼制御方法において、
筒内圧力センサが設置された代表気筒の筒内圧力に基づいて、該代表気筒における着火時期を算出する第１の気筒着火時期算出ステップと、
代表気筒の筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に代表気筒内ガス温度を算出し、
該代表気筒内ガス温度を基に給気温度センサによって検出された各気筒の給気温度のばらつきに対応して他の気筒における気筒内ガス温度を算出し、
該気筒内ガス温度に基づいて代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出する第２の気筒着火時期算出ステップと、を備え、
前記内燃機関の運転状態に適した標準着火時期と前記第１の気筒着火時期算出ステップおよび第２の気筒着火時期算出ステップによって算出した着火時期との偏差を基に各気筒の着火時期を前記標準着火時期に揃えることを特徴とする。
【００１０】
かかる発明によれば、全気筒に筒内圧力センサを設けることなく、代表気筒にだけ筒内圧力センサを設けて第１の気筒着火時期算出ステップによって、代表気筒の着火時期を算出する。
さらに、各気筒への給気温度の検出値を基に、第２の気筒着火時期算出ステップによって、代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出して、結果的に全気筒に対して正確に着火時期を算出して把握できる。
そして、その着火時期が全気筒で揃うように気筒毎の燃料噴射時期を調整することによって、着火時期の気筒間ばらつきを抑えて、排ガス性能を向上できる。
【００１１】
また、本方法発明において好ましくは、前記第１の気筒着火時期算出ステップは、前記筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に前記代表気筒における熱発生率を算出し、該熱発生率から着火を判定した時点と噴射開始時期とに基づいて着火遅れ期間を算出するとよい。
【００１２】
係る構成によると、第１の気筒着火時期算出ステップは、筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に代表気筒における熱発生率を算出する。この熱発生率（ｄＱ／ｄθ）は、代表気筒（例えば＃１気筒とすると）における時々刻々の筒内圧力Ｐ１、筒内ガス重量Ｇ１、気筒容積（シリンダ容積）Ｖ１より、式（２）（熱力学第一法則）を用いて算出される（図５参照）。
【００１３】
従って、図５より、燃料噴射ノズルの針弁がθ１でリフト開始してから着火遅れ期間を経てから時点Ｘで熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がり、着火遅れ期間Ｄ１として算出できる。このように筒内圧力から熱発生率を算出して着火遅れ及び着火時期を判定するので、精度良く着火遅れおよび着火時期を把握できる。
【００１４】
また、本方法発明において好ましくは、前記第２の気筒着火時期算出ステップは、代表気筒以外の他の気筒における気筒内ガス温度を算出し、該算出された気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出し、該着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点と噴射開始時期とによって着火までの着火遅れ期間を算出するとよい。
【００１５】
代表気筒以外の他の気筒の着火時期の算出についての概要を以下に説明する。代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出するには、まず、代表気筒の筒内圧力を基に代表気筒内ガス温度Ｔ１を式（１）によって算出する（図４参照）。
【００１６】
そして、次に、気筒毎の給気温度のばらつきＴｓ（第ｎ気筒における給気温度Ｔｓｎ）に応じて、圧縮行程中の第ｎ気筒における気筒内ガス温度Ｔｎを算出する。例えば第２気筒の筒内ガス温度Ｔ２は、式（３）のように算出される。
【００１７】
次に、気筒内ガス温度Ｔの時間的履歴に応じた着火エネルギの蓄積量Ｅを式（４）によって算出する（図７参照）。
そして、着火エネルギの蓄積量Ｅが判定閾値を超えた時に着火と判定する。以上のようにして、代表気筒以外の他の気筒の着火時期について算出する。
【００１８】
また、本方法発明において好ましくは、着火エネルギの蓄積量の前記判定閾値は、前記代表気筒について前記第１の気筒着火時期算出手段によって算出した着火遅れと、前記第２の気筒着火時期算出手段よって算出した着火遅れとが一致するように設定されるとよい。
【００１９】
第２の気筒着火時期算出ステップにおいては、気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出して、その着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点と燃料噴射開始時期とに差によって着火までの着火遅れ期間を算出している。
この判定閾値を、第１の気筒着火時期算出ステップによって算出した着火遅れ、すなわち、筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に、式（２）を用いて算出する代表気筒における熱発生率から算出する着火遅れＤ１と、前記着火エネルギの蓄積量を基に、式（４）を用いて算出した代表気筒における着火遅れＤ２とが等しくなるように、前記判定閾値を設定する。
そして、設定した判定閾値を他の気筒における着火エネルギの蓄積量に基づく判定に用いる。
【００２０】
また、本願発明の方法発明を実施する装置発明は、多気筒の各気筒に対して一定のタイミングで燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関の燃焼制御装置において、
燃焼室内の圧力を検出するとともに前記多気筒の内の１気筒にだけ設置された筒内圧力センサと、該筒内圧力センサが取り付けられた代表気筒の筒内圧力信号を基に該代表気筒の着火時期を算出する第１の気筒着火時期算出手段と、各気筒の給気温度を検出する給気温度センサと、代表気筒の筒内圧力センサの信号から算出された代表気筒内ガス温度を基に給気温度センサによって検出された各気筒の給気温度のばらつきに対応して他の気筒における気筒内ガス温度を算出し、該気筒内ガス温度に基づいて代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出する第２の気筒着火時期算出手段と、前記内燃機関の運転状態に適した標準着火時期と前記第１の気筒着火時期算出手段および第２の気筒着火時期算出手段によって算出された着火時期との偏差を基に各気筒の着火時期を前記標準着火時期に揃える着火時期調整手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
かかる発明によれば、全気筒に筒内圧力センサを設けることなく、代表気筒にだけ筒内圧力センサを設けて第１の気筒着火時期算出手段によって、代表気筒の着火時期を算出する。さらに、各気筒への給気温度の検出値を基に、第２の気筒着火時期算出手段によって、代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出して、結果的に全気筒に対して正確に着火時期を算出して把握できる。
【００２２】
そして、その着火時期が全気筒で揃うように気筒毎の燃料噴射時期を調整することによって、着火時期の気筒間ばらつきを抑えて、排ガス性能を向上できる。さらに、全気筒に筒内圧力センサを設けることなく、代表気筒にだけ筒内圧力センサを設ければよいため、内燃機関の燃焼制御装置を簡単化することができる。
【００２３】
また、本装置発明において好ましくは、前記第１の気筒着火時期算出手段は、前記筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に前記代表気筒における熱発生率を算出し、該熱発生率から着火を判定した時点と噴射開始時期とに基づいて着火までの着火遅れ期間を算出するとよい。
【００２４】
このように、第１の気筒着火時期算出手段は、筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に代表気筒における熱発生率を、式（２）に基づいて算出して、該熱発生率から着火を判定するので、精度良く着火時期を算出して把握できる。
【００２５】
また、本装置発明において好ましくは、前記第２の気筒着火時期算出手段は、前記他の気筒における気筒内ガス温度を算出する気筒内ガス温度算出手段と、該気筒内ガス温度算出手段によって算出された気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出する着火エネルギ算出手段とを有し、該着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点と噴射開始時期とに基づいて着火までの着火遅れ期間を算出するとよい。
【００２６】
このように、第２の気筒着火時期算出手段では、気筒内ガス温度算出手段によって算出された気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出して、この着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点と噴射開始時期とに基づいて着火までの着火遅れ期間を算出できる。
【００２７】
従って、筒内圧力センサを設置していない気筒の場合でも、代表気筒の筒内圧力を基に代表気筒内ガス温度を式（１）によって算出して、給気温度のばらつきを基に式（３）によって、代表気筒以外の他の気筒における気筒内ガス温度を算出して、その気筒内ガス温度の時間的変化を基に、式（４）によって、着火エネルギの蓄積量を算出して、この着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点を着火と判定して、噴射開始時期とこの着火時点との差によって着火遅れを算出する。
これによって、代表気筒のように筒内圧力センサを設置していない場合でも、着火時期を精度よく算出できる。
【００２８】
また、本装置発明において好ましくは、着火エネルギの蓄積量の前記判定閾値は、前記代表気筒について前記第１の気筒着火時期算出手段によって算出した着火遅れと、前記第２の気筒着火時期算出手段よって算出した着火遅れとが一致するように設定するとよい。
【発明の効果】
【００２９】
以上記載のごとく方法発明および装置発明それぞれにおいて、全気筒に筒内圧力センサを設けることなく、代表気筒にだけ筒内圧力センサを設けて第１の気筒着火時期算出ステップ（手段）によって、代表気筒の着火時期を算出でき、さらに、各気筒への給気温度の検出値を基に、第２の気筒着火時期算出ステップ（手段）によって、代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出して、結果的に全気筒に対して正確に着火時期を算出して把握できる。
【００３０】
そして、その着火時期が全気筒で揃うように気筒毎の燃料噴射時期を調整することによって、着火時期の気筒間ばらつきを抑えて、排ガス性能を向上できる。さらに、全気筒に筒内圧力センサを設けることなく、代表気筒にだけ筒内圧力センサを設ければよいため、内燃機関の燃焼制御装置を簡単化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１ａ】（ａ）は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置の全体構成図を示す。
【図１ｂ】（ｂ）はその各気筒における給気温度のばらつき状態を示し、（ｃ）はその各気筒における燃料噴射時期を示し、（ｄ）はその各気筒における着火時期を示し、（ｅ）はその各気筒におけるＮＯｘ排出濃度を示す。実線が本発明を示し、点線は従来技術を示す。
【図２】コントローラにおける制御を示すフローチャートである。
【図３】筒内圧力Ｐ１のクランク角度に対する変化状態を示す説明図である。
【図４】筒内ガス温度Ｔ１のクランク角度に対する変化状態を示す説明図である。
【図５】熱発生率ｄＱ／ｄθのクランク角度に対する変化状態を示す説明図である。
【図６】筒内ガス温度Ｔのクランク角度に対する変化状態を示す説明図である。
【図７】着火エネルギの蓄積量Ｅのクランク角度に対する変化状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３３】
図１ａ、図１ｂを参照して、本実施形態のディーゼルエンジン（内燃機関）の燃焼制御装置につき説明する。図１ａ（ａ）は、全体構成を示す。図１ｂ（ｂ）はその各気筒における給気温度のばらつき状態を示し、（ｃ）はその各気筒における燃料噴射時期を示し、（ｄ）はその各気筒における着火時期を示し、（ｅ）はその各気筒におけるＮＯｘ排出濃度を示す。実線が本発明を示し、点線は従来技術を示す。
【００３４】
図１ａ（ａ）は、エンジン（ディーゼルエンジン）１の平面図を示す。
本実施形態では、６気筒の多気筒の例を示す。図示しない過給機のコンプレッサの給気出口と接続した給気管３は給気冷却器５に接続されて、過給機で加圧された給気が給気冷却器５で冷却され、該給気冷却器５の出口に接続された給気マニホールド７を介して給気をシリンダヘッド９の各給気入口に導くように構成されている。
【００３５】
また、シリンダヘッド９の排気ポートには、排気マニホールド１１が接続され、排気マニホールド１１の排気集合管部１３に接続された排気管１５を介して、図示しない過給機の排気タービンに排ガスが導かれるようになっている。
【００３６】
また、各気筒Ｋ１〜Ｋ６には、それぞれ燃料噴射装置の燃料噴射ノズル（燃料噴射手段）１７が設置されており、それぞれの気筒に対してコントローラ１９内の燃料噴射制御手段２１によって、各気筒Ｋ１〜Ｋ６のそれぞれに対して燃料噴射量と噴射時期が制御されている。
【００３７】
また各気筒Ｋ１〜Ｋ６への給気温度を検出するための給気温度センサ２３が、給気マニホールド７とシリンダヘッド９との接続部の給気ポートの入口部に設置されている。さらに、第１気筒Ｋ１を代表気筒として筒内圧力センサ２５が設置されている。代表気筒は第１気筒に限るものではなく、筒内圧力センサ２５が設置された気筒をいう。
【００３８】
給気温度センサ２３からの信号、および、筒内圧力センサ２５からの信号は、コントローラ１９に入力されている。
【００３９】
このコントローラ１９には、筒内圧力センサ２５が取り付けられた第１気筒Ｋ１の筒内圧力信号を基に第１気筒Ｋ１の着火時期を算出する第１の気筒着火時期算出手段２７と、第１気筒Ｋ１の筒内圧力センサ２５の信号から算出された第１気筒Ｋ１内のガス温度を基に各気筒の給気温度センサ２３によって検出された各気筒の給気温度のばらつきに対応して気筒Ｋ２〜Ｋ６における気筒内ガス温度を算出し、該気筒内ガス温度に基づいて、気筒Ｋ２〜Ｋ６の着火時期を算出する第２の気筒着火時期算出手段２９とを備えている。
【００４０】
さらに、この第２の気筒着火時期算出手段２９は、第１気筒Ｋ１の筒内圧力センサ２５の信号から算出された第１気筒内ガス温度を基に給気温度センサ２３によって検出された各気筒の給気温度のばらつきに対応して他の気筒における気筒内ガス温度を算出する気筒内ガス温度算出手段２４と、該気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出する着火エネルギ算出手段２６とを備えている。
【００４１】
さらに、コントローラ１９には、エンジン１の運転状態に適した標準着火時期と第１の気筒着火時期算出手段２７によって算出された着火時期との偏差を基に、および第２の気筒着火時期算出手段２９によって算出された着火時期との偏差を基に、各気筒Ｋ１〜Ｋ６の着火時期を標準着火時期に揃える着火時期調整手段３１を備えている。
【００４２】
この着火時期調整手段３１は、前記コントローラ１９内の燃料噴射制御手段２１によって実行される。なお、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づく最適着火時期は、着火時期マップに記憶されており、その着火時期マップを基に運転状態に適した標準着火時期が算出されるようになっている。
【００４３】
以上の構成を有する燃焼制御装置における制御フローを図２のフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１で、代表気筒である第１気筒Ｋ１の筒内圧力を筒内圧力センサ２５によって検出する。その筒内圧力を基にステップＳ２で第１気筒Ｋ１の着火時期、着火遅れを算出する。
【００４４】
この第１気筒Ｋ１の着火時期および着火遅れの算出手法について、図３〜５を参照して説明する。図３は、横軸にクランク角度を示し、縦軸に筒内圧力センサ２５で検出した第１気筒Ｋ１の筒内圧力Ｐ１を示す。そして、燃焼時の筒内圧力Ｐ１は実線で示すように非燃焼時の筒内圧力に対してギャップ分の燃焼による筒内圧力上昇を伴っている。
クランク角度θ１〜θ２の間に燃料噴射制御手段２１によって噴射が第１気筒Ｋ１に対して指示されて燃料噴射ノズル１７の針弁がリフトする。
【００４５】
気体の状態方程式を用いて、第１気筒における時々刻々の筒内圧力Ｐ１、筒内ガス重量Ｇ１、気筒容積（シリンダ容積）Ｖ１より、以下の式（１）の関係が成り立つ。この式（１）によって、第１気筒内ガス温度（代表気筒内ガス温度）Ｔ１を算出し、Ｔ１は図４のような変化状態の関係が示される。なおこの筒内ガス温度は筒内平均ガス温度をいう。
Ｔ１＝Ｐ１・Ｖ１／Ｇ１・Ｒ …（１）
【００４６】
次に、前記第１気筒内ガス温度（代表気筒内ガス温度）Ｔ１の算出と同時に、熱力学第一法則を用いて、第１気筒内での燃焼ガスからの熱発生率（ｄＱ／ｄθ）を算出する。時々刻々の筒内圧力Ｐ１、筒内ガス重量Ｇ１、気筒容積（シリンダ容積）Ｖ１より、以下の式（２）の関係が成り立つ。この式（２）によって、第１気筒Ｋ１内での燃焼ガスからの熱発生率（ｄＱ／ｄθ）を算出し、熱発生率（ｄＱ／ｄθ）は図５のような変化状態の関係が示される。
ｄＱ／ｄθ＝１／（κ−１）（ＶｄＰ／ｄθ＋κＰｄＶ／ｄθ） …（２）
ただし、θはクランク角度、κは比熱比である。
【００４７】
なお、第１気筒内ガス温度Ｔ１の算出、および第１気筒内での燃焼ガスからの熱発生率（ｄＱ／ｄθ）の算出に際して必要なエンジン基本データを、エンジン基本諸元データベース３５から取得して算出する。このエンジン基本諸元データベース３５には、例えば、ボア、ストローク、圧縮比、コンロッド長、給排気バルブタイミング等のデータが記憶されている。
【００４８】
図５で示すように、燃料噴射ノズル１７の針弁がθ１でリフト開始してから着火遅れ期間を経てから時点Ｘで熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がるため、着火遅れ期間Ｄ１として算出できる。このように筒内圧力から熱発生率を算出して着火時期を判定するので、精度良く着火時期を算出して把握できる。
【００４９】
次に、ステップＳ３で、全気筒の給気温度を給気温度センサ２３によって検出し、その検出信号を基に、さらに、エンジン基本諸元データベース３５から取得した基本データを基に、ステップＳ４で、全気筒の着火遅れ期間、および着火時期を算出する。
【００５０】
このステップＳ４での、全気筒の着火遅れ期間、および着火時期の算出について図６、７を参照して説明する。図６は、図４に対応する図であり、横軸にクランク角度を示し、縦軸に下記式（３）で算出した第１気筒以外の他の気筒の気筒内ガス温度を示し、圧縮行程中のｎ気筒における気筒内ガス温度Ｔｎを示す。
【００５１】
すなわち、給気温度センサ２３の検出値を基に、第１気筒Ｋ１〜第６気筒Ｋ６ごとの給気温度のばらつきＴｓ（第ｎ気筒における給気温度Ｔｓｎ）に応じて、圧縮行程中の第ｎ気筒における気筒内ガス温度Ｔｎを算出する。
例えば第２気筒Ｋ２の気筒内ガス温度Ｔ２は、次の式（２）のように算出される。すなわち、代表気筒である第１気筒Ｋ１の気筒内ガス温度Ｔｎを給気温度に応じて配分するように算出する。
Ｔ２＝Ｔ１×Ｔｓ２／Ｔｓ１ …（３）
【００５２】
次に、気筒内ガス温度Ｔの時間的履歴に応じた着火エネルギの蓄積量Ｅを式（４）によって算出する。
τ：着火遅れ式
【００５３】
そして、図７に示すように、着火エネルギの蓄積量Ｅが判定閾値Ｒを超えた時に着火と判定する。なお、着火遅れ式はシミュレーション試験等を基に設定されるか、若しくは既知の式を用いてもよい。
以上のようにして、図７に示すように、燃料噴射ノズル１７の針弁がθ１でリフト開始してから着火遅れ期間を経てから着火エネルギの蓄積量Ｅが判定閾値Ｒを超えた時点Ｙで着火したと判定する。これによって、着火遅れ期間をＤ２として算出できる。
このように筒内圧力センサを用いずに、気筒内ガス温度Ｔの時間的履歴に応じた着火エネルギの蓄積量Ｅから着火時期を判定できるので、装置を簡単化でしかも精度良く着火時期を算出して、着火遅れ、着火時期を把握できる。
【００５４】
しかも、前記判定閾値Ｒが、第１気筒Ｋ１についてステップＳ２で算出した着火遅れＤ１と、ステップＳ４の手法で算出した着火遅れＤ２とが一致するように設定されている。そして、その他の気筒Ｋ２〜Ｋ６に対する着火遅れの算出にはこの設定された判定閾値Ｒが用いられて算出される。このように一致させることで、着火時期算出精度が保持される。
【００５５】
次に、ステップＳ５では、ステップＳ２で算出した第１気筒Ｋ１の着火時期と、ステップＳ３で算出した第２〜第６気筒Ｋ２〜Ｋ６の着火時期と、エンジン１の運転状態に適した標準着火時期との偏差を算出する。
【００５６】
そして、ステップＳ６では、ステップＳ５で算出した偏差を基に、各気筒Ｋ１〜Ｋ６の着火時期を標準着火時期に揃えるように、着火時期調整手段３１によって調整される。具体的には、各気筒Ｋ１〜Ｋ６に対する燃料噴射時期を、全ての気筒で着火時期が同一となるように調整される。
【００５７】
この着火時期調整手段３１は、前記コントローラ１９内の燃料噴射制御手段２１によって行われる。なお、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づく最適着火時期は、着火時期マップに記憶されており、その着火時期マップを基に運転状態に適した標準着火時期が算出されるようになっている。
【００５８】
以上の実施形態によれば、給気管３から流入した給気は給気冷却器５で冷却されから、気筒Ｋ１〜Ｋ６のそれぞれの給気入口に向かって流れていく。この各給気入口に向かっての流入の際に、第１気筒Ｋ１および第６気筒Ｋ６は、給気マニホールド７の両側に位置されているため、流路長さが給気マニホールド７の中央側の第３、第４気筒に比べて長く、かつ、両側に位置されているため給気流がよどみやすいため、壁面温度の影響を受けやすく第３、第４気筒に比べて給気温度が高くなる傾向がある。
【００５９】
この給気温度の傾向を、図１ｂ（ｂ）に示す。そして、給気温度は両側の第１気筒Ｋ１および第６気筒Ｋ６ほど高い傾向を有するため、従来技術として燃料噴射時期（図１ｂ（ｃ））を全気筒同一に噴射した場合には、着火時期も給気温度が高い方が早く、進角側に偏る傾向が示される図１ｂ（ｄ）の点線。その結果、ＮＯｘ排出濃度（図１ｂ（ｅ））も、両側の第１気筒Ｋ１および第６気筒Ｋ６ほど高い傾向を示していた。
【００６０】
これに対して、本実施形態においては、第１気筒から第６気筒までの全気筒に対して、着火遅れおよび着火時期を精度よく算出して推定できるため、この推定値を基に、全気筒Ｋ１〜Ｋ６に対して運転状態に応じて設定される標準着火時期になるように、各気筒の燃料噴射時期（図１ｂ（ｃ））を制御して、全ての気筒で着火時期が同一となるように調整されるので、図１ｂ（ｄ）の実線で示されるように各気筒で着火時期が標準着火時期に調整され、その結果、図１ｂ（ｅ）に実線で示されるように各気筒間でのばらつきがなくなり、排ガス性能が向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、簡単な制御装置および方法によって、着火時期の気筒間ばらつきを抑えて、排ガス性能を向上できるので、内燃機関の燃焼制御方法および制御装置に適している。
【符号の説明】
【００６２】
１ エンジン（内燃機関）
７ 給気マニホールド
１１ 排気マニホールド
１７ 燃料噴射ノズル（燃料噴射手段）
１９ コントローラ
２１ 燃料噴射制御手段
２３ 給気温度センサ
２４ 気筒内ガス温度算出手段
２５ 筒内圧力センサ
２６ 着火エネルギ算出手段
２７ 第１の気筒着火時期算出手段
２９ 第２の気筒着火時期算出手段
３１ 着火時期調整手段
Ｋ 着火エネルギの蓄積量
Ｋ１ 第１気筒（代表気筒）
Ｋ２〜Ｋｎ 第２気筒〜第ｎ気筒
Ｒ 判定閾値
Ｔ１ 第１気筒内ガス温度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒の各気筒に対して一定のタイミングで燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関の燃焼制御方法において、
筒内圧力センサが設置された代表気筒の筒内圧力に基づいて、該代表気筒における着火時期を算出する第１の気筒着火時期算出ステップと、
代表気筒の筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に代表気筒内ガス温度を算出し、
該代表気筒内ガス温度を基に給気温度センサによって検出された各気筒の給気温度のばらつきに対応して他の気筒における気筒内ガス温度を算出し、
該気筒内ガス温度に基づいて代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出する第２の気筒着火時期算出ステップと、を備え、
前記内燃機関の運転状態に適した標準着火時期と前記第１の気筒着火時期算出ステップおよび第２の気筒着火時期算出ステップによって算出した着火時期との偏差を基に各気筒の着火時期を前記標準着火時期に揃えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御方法。
【請求項２】
前記第１の気筒着火時期算出ステップは、前記筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に前記代表気筒における熱発生率を算出し、該熱発生率から着火を判定した時点と噴射開始時期とに基づいて着火遅れ期間を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃焼制御方法。
【請求項３】
前記第２の気筒着火時期算出ステップは、代表気筒以外の他の気筒における気筒内ガス温度を算出し、該算出された気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出し、該着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点と噴射開始時期とによって着火までの着火遅れ期間を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃焼制御方法。
【請求項４】
着火エネルギの蓄積量の前記判定閾値は、前記代表気筒について前記第１の気筒着火時期算出手段によって算出した着火遅れと、前記第２の気筒着火時期算出手段よって算出した着火遅れとが一致するように設定されることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃焼制御方法。
【請求項５】
多気筒の各気筒に対して一定のタイミングで燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関の燃焼制御装置において、
燃焼室内の圧力を検出するとともに前記多気筒の内の１気筒にだけ設置された筒内圧力センサと、
該筒内圧力センサが取り付けられた代表気筒の筒内圧力信号を基に該代表気筒の着火時期を算出する第１の気筒着火時期算出手段と、
各気筒の給気温度を検出する給気温度センサと、
代表気筒の筒内圧力センサの信号から算出された代表気筒内ガス温度を基に給気温度センサによって検出された各気筒の給気温度のばらつきに対応して他の気筒における気筒内ガス温度を算出し、該気筒内ガス温度に基づいて代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出する第２の気筒着火時期算出手段と、
前記内燃機関の運転状態に適した標準着火時期と前記第１の気筒着火時期算出手段および第２の気筒着火時期算出手段によって算出された着火時期との偏差を基に各気筒の着火時期を前記標準着火時期に揃える着火時期調整手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記第１の気筒着火時期算出手段は、前記筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に前記代表気筒における熱発生率を算出し、該熱発生率から着火を判定した時点と噴射開始時期とに基づいて着火までの着火遅れ期間を算出することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
前記第２の気筒着火時期算出手段は、前記他の気筒における気筒内ガス温度を算出する気筒内ガス温度算出手段と、該気筒内ガス温度算出手段によって算出された気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出する着火エネルギ算出手段とを有し、該着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点と噴射開始時期とに基づいて着火までの着火遅れ期間を算出することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
着火エネルギの堆積量の前記判定閾値は、前記代表気筒について前記第１の気筒着火時期算出手段によって算出した着火遅れと、前記第２の気筒着火時期算出手段よって算出した着火遅れとが一致するように設定されることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項１】
多気筒の各気筒に対して一定のタイミングで燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関の燃焼制御方法において、
筒内圧力センサが設置された代表気筒の筒内圧力に基づいて、該代表気筒における着火時期を算出する第１の気筒着火時期算出ステップと、
代表気筒の筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に代表気筒内ガス温度を算出し、
該代表気筒内ガス温度を基に給気温度センサによって検出された各気筒の給気温度のばらつきに対応して他の気筒における気筒内ガス温度を算出し、
該気筒内ガス温度に基づいて代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出する第２の気筒着火時期算出ステップと、を備え、
前記内燃機関の運転状態に適した標準着火時期と前記第１の気筒着火時期算出ステップおよび第２の気筒着火時期算出ステップによって算出した着火時期との偏差を基に各気筒の着火時期を前記標準着火時期に揃えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御方法。
【請求項２】
前記第１の気筒着火時期算出ステップは、前記筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に前記代表気筒における熱発生率を算出し、該熱発生率から着火を判定した時点と噴射開始時期とに基づいて着火遅れ期間を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃焼制御方法。
【請求項３】
前記第２の気筒着火時期算出ステップは、代表気筒以外の他の気筒における気筒内ガス温度を算出し、該算出された気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出し、該着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点と噴射開始時期とによって着火までの着火遅れ期間を算出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃焼制御方法。
【請求項４】
着火エネルギの蓄積量の前記判定閾値は、前記代表気筒について前記第１の気筒着火時期算出手段によって算出した着火遅れと、前記第２の気筒着火時期算出手段よって算出した着火遅れとが一致するように設定されることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃焼制御方法。
【請求項５】
多気筒の各気筒に対して一定のタイミングで燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた内燃機関の燃焼制御装置において、
燃焼室内の圧力を検出するとともに前記多気筒の内の１気筒にだけ設置された筒内圧力センサと、
該筒内圧力センサが取り付けられた代表気筒の筒内圧力信号を基に該代表気筒の着火時期を算出する第１の気筒着火時期算出手段と、
各気筒の給気温度を検出する給気温度センサと、
代表気筒の筒内圧力センサの信号から算出された代表気筒内ガス温度を基に給気温度センサによって検出された各気筒の給気温度のばらつきに対応して他の気筒における気筒内ガス温度を算出し、該気筒内ガス温度に基づいて代表気筒以外の他の気筒の着火時期を算出する第２の気筒着火時期算出手段と、
前記内燃機関の運転状態に適した標準着火時期と前記第１の気筒着火時期算出手段および第２の気筒着火時期算出手段によって算出された着火時期との偏差を基に各気筒の着火時期を前記標準着火時期に揃える着火時期調整手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記第１の気筒着火時期算出手段は、前記筒内圧力センサからの筒内圧力信号を基に前記代表気筒における熱発生率を算出し、該熱発生率から着火を判定した時点と噴射開始時期とに基づいて着火までの着火遅れ期間を算出することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項７】
前記第２の気筒着火時期算出手段は、前記他の気筒における気筒内ガス温度を算出する気筒内ガス温度算出手段と、該気筒内ガス温度算出手段によって算出された気筒内ガス温度の時間的変化を基に着火エネルギの蓄積量を算出する着火エネルギ算出手段とを有し、該着火エネルギの蓄積量が判定閾値を超えた時点と噴射開始時期とに基づいて着火までの着火遅れ期間を算出することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【請求項８】
着火エネルギの堆積量の前記判定閾値は、前記代表気筒について前記第１の気筒着火時期算出手段によって算出した着火遅れと、前記第２の気筒着火時期算出手段よって算出した着火遅れとが一致するように設定されることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の燃焼制御装置。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１４５０５９（Ｐ２０１２−１４５０５９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５１６７（Ｐ２０１１−５１６７）
【出願日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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