JP2005083284A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 機関燃焼室内のガスの特性が過渡的に変動する場合であれ、機関燃焼状態を安定化することのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】 エンジン１の運転状態を統括制御する電子制御ユニット３２は、燃料噴射時期より前の特定時刻ＣＡ１における燃焼室２内のガスの温度Ｔ１を、同時刻ＣＡ１における筒内圧ＰＳ１、体積Ｖ１、重量Ｇ１の関数として算出し、さらにこの特定時刻ＣＡ１における温度Ｔ１に基づいて、エンジン１の燃焼状態を安定させるために最適な燃料噴射時期を決定する。この結果、燃焼室２内に充填されたガスの特性を直接把握し、この特性を、その直後に採用される（例えば同一の燃焼サイクルで採用される）燃料噴射時期に反映させることが可能になる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射時期を制御する装置に関する。

従来、例えばディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）では、燃焼室内の空気を圧縮することによって高温化し、その高温化された空気中に燃料を噴射供給する。噴射供給された燃料は、燃焼室内の高温の空気に晒され速やかに自着火し、燃焼することによって機関出力を発生する。

ここで、エンジンの燃焼状態は、噴射供給された燃料が晒される燃焼室内の環境（例えば圧力、温度等）に大きな関連がある。また、燃焼室内の環境は刻々と変化する。このため、燃料を噴射供給する時期（以下、燃料噴射時期という）を最適化する制御を行うことにより、エンジンの燃焼状態を安定させることが可能である。

例えば特許文献１には、エンジンの冷却水の温度が低いほど燃料噴射時期を進角し、エンジンの燃焼状態を安定化する方法が記載されている。

さらに、特許文献２には、エンジンの冷却水の温度に加え、エンジン回転数及び燃焼室内の酸素濃度を加味し、エンジンの燃焼状態を最適化する燃料噴射時期を設定する方法が記載されている。
実開平１−８６７３号公報 特開２００３−２７９９７号公報 特開平８−２９６４６９号公報 特開２００１−８２２３２号公報 特開２００１−２５４６４５号公報 特開平１１−２１０５２２号公報

ところで、近年、排気の一部を吸気通路に還流することによりいわゆる外部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）量を制御する機能を備えたエンジンや、吸気バルブの動作特性を変更することによりいわゆる内部ＥＧＲ量を制御する機能を備えたエンジンが知られている。外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量の制御は、排気特性の向上に貢献する一方、燃焼室内に導入されるガスの特性を過渡的に変動させる機会を多くつくってしまう。

しかしながら、上記特許文献１又は２において採用されるエンジンの冷却水の温度、エンジン回転数及び燃焼室内の酸素濃度等のパラメータは、外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量の制御に伴って過渡的に変動する燃焼室内のガスの特性（例えば温度）を反映するパラメータとして、十分な追従性を保証するものではない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、機関燃焼室内のガスの特性が過渡的に変動する場合であれ、機関燃焼状態を安定化することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、
（１）内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁の燃料噴射
動作を制御する制御手段と、前記燃料噴射弁が燃料を噴射する時期を当該機関の運転状態に基づいて決定する燃料噴射時期決定手段と、当該機関の圧縮行程の特定時期における前記燃焼室内の温度に関連するガス特性を把握するガス特性把握手段と、前記決定された燃料噴射時期を前記把握されるガス特性に基づいて補正する補正手段と、を備えることを要旨とする。

同構成によれば、機関の燃焼状態に直接影響を及ぼすパラメータである燃焼室内の温度の変動を燃料噴射時期の制御に反映することができる。この結果、例えば燃焼室に導入されるガスの特性が変動し、当該機関の運転状態に基づいて決定された燃料噴射時期が、機関燃焼状態を安定させる上で最適な値からずれた場合であれ、このようなずれを速やかに修正することができる。

なお、燃料噴射時期における燃焼室内の温度は、当該機関の燃焼状態（着火遅れ期間や、概ねこの着火遅れ期間に依存する燃焼状態の安定性を含む）を決定づける主要因の一つであるにも関わらず、その実測が極めて難しい。一方、圧縮行程にある機関の燃焼室は閉鎖された空間を形成することから、圧縮行程における燃焼室内のガスの特性変化は断熱圧縮に近いものとなる。このため、燃焼室内の温度を実測しなくとも、その温度に関連するパラメータ（例えば圧力）を把握し、そのパラメータに基づいて燃料噴射時期を補正すればよい。このような制御を行うことにより、圧縮行程における燃焼室内の温度の推移を、燃料噴射時期の制御に高い精度で反映させることができる。
（２）また、前記特定時期は、前記燃料噴射時期決定手段により決定された燃料噴射時期であるのが好ましい。

同構成によれば、燃料噴射時期における燃焼室の温度について、最適値からのずれを直接把握し、修正することになる。この結果、機関の燃焼状態を制御する上で、その再現性、信頼性を一層高めることができる。
（３）前記燃焼室のガス特性は、少なくとも前記燃焼室内のガスの圧力であることが好ましい。

断熱状態におけるガスの圧力、重量及び温度の関係は、その体積が定まれば、気体の状態方程式に従って基本的には一義的に定まる。従って、同構成によれば、燃焼室内のガス温度に基づく燃料噴射時期の補正を高い精度で行うことができる。

また、前記燃焼室内のガスの圧力を検出するセンサを備えるのが好ましい。

同構成によれば、燃焼室内のガスの圧力の実測値を利用し、実質的には燃焼室内のガス温度に基づく燃料噴射時期の補正を高い精度で行うことができる。
（４）前記補正手段は、前記ガス特性把握手段により把握されたガス特性から前記特定時期における燃焼室内のガス温度を推定し、前記特定時期における燃焼室内のガス温度が所定の目標値よりも低い条件下では前記決定された燃料噴射時期を進角させる補正を行い、前記特定時期における前記燃焼室内のガス温度が所定の目標値よりも高い条件下では前記決定された燃料噴射時期を遅角させる補正を行うのが好ましい。

なお、「前記特定時期における燃焼室内のガス温度が所定の目標値よりも低い条件」及び「前記特定時期における燃焼室内のガス温度が所定の目標値よりも低い条件」は、前記燃焼室内のガス温度に関連するパラメータに基づいて把握できる。

同構成によれば、前記燃焼室に流入するガスの特性が過渡的に変化する場合であれ、噴射燃料の着火遅れ期間を最適値に保持することができる。
（５）前記補正手段は、前記ガス特性の把握される燃焼サイクルと同一の燃焼サイクル中における燃料噴射時期を補正するのが好ましい。

同構成によれば、燃焼室に流入するガスの特性の過渡的な変化に対応する制御としての応答性が一層高まる。

本発明によれば、燃焼室に流入するガスの特性の変動に対し、高い応答性で燃料噴射時期を最適化することができる。この結果、機関の運転状態が過渡的に変化するような場合であれ、燃焼状態の安定性を確保することができる。

以下、本発明を車載内燃機関に適用した第１の実施の形態について説明する。
〔エンジンの基本構造及び機能〕
図１に示すように、エンジン１は、吸入行程、圧縮行程、爆発行程（膨張行程）及び排気行程の４サイクルを繰り返して出力を得る内燃機関である。エンジン１は、その内部に燃焼室（シリンダ）２を形成する。燃焼室２で発生する燃料の爆発力は、ピストン３及びコンロッド４を介してクランクシャフト（図示略）の回転力に変換される。また、燃焼室２には、吸気通路５の最下流部をなす吸気ポート５Ａと、排気通路６の最上流部をなす排気ポート６Ａとが設けられている。

吸気ポート５Ａと燃焼室２との境界は吸気弁５Ｂによって開閉される。また、排気ポート６Ａと燃焼室２との境界は排気弁６Ｂによって開閉される。

吸気弁５Ｂは、吸気弁可変機構（可変動弁機構）２２によって開閉駆動される。軸部材の先端に弁体を備え、その軸部材の後端を、クランクシャフトの回転に連動して回転する吸気カム２１に当接させている。吸気弁５Ｂは、基本的にはクランクシャフトの回転に同期して往復運動（開閉弁動作）を繰り返す。吸気弁可変機構２２は、吸気弁５Ｂの開きタイミング及び閉じタイミング（バルブタイミング）を可変制御することができる。また、排気弁６Ｂは、吸気弁５Ｂと同じく軸部材の先端に弁体を備え、その軸部材の後端を、クランクシャフトの回転に連動して回転する排気カム３１に当接させている。排気弁６Ｂは、排気カム３１によって駆動され、クランクシャフトの回転と正確に同期した往復運動（開閉弁動作）を繰り返す。

エンジン１は、燃料噴射弁１０を備える。燃料噴射弁１０は、先端部（燃料の噴射口）を燃焼室２に晒す。燃料噴射弁１０は、高圧ポンプ（図示略）等によって加圧された燃料を、燃焼室２に適宜の量、適宜のタイミングで噴射供給する電磁駆動式開閉弁である。

また、エンジン１には、吸気通路５と排気通路６とを連通する排気還流（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）通路５が形成されている。このＥＧＲ通路４０は、排気の一部を適宜吸気通路５に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路４０には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路４０を流れる排気（ＥＧＲガス）の流量を自在に調整することができるＥＧＲ弁４１が設けられている。

エンジン１は、運転者によるアクセルペダル（図示略）の踏込量ＡＣＣに応じた信号を出力するアクセルポジションセンサ（図示略）、クランクシャフト（図示略）の回転速度
（エンジン回転数）ＮＥを出力する回転速度センサ、吸気通路５を通じて燃焼室２に導入される空気の流量（吸入空気量）ＧＡに応じた信号を出力するエアフロメータ５１、吸気通路５内のガス圧（吸気圧）ＰＭに応じた信号を出力する吸気圧センサ５２、燃焼室２内のガス圧（筒内圧）ＰＳに応じた信号を出力する筒内圧センサ５３等の各種センサを備える。各種センサの信号は、電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）３２に入力される。

ＥＣＵ３２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等からなる論理演算回路を備え、各種センサの信号に基づいてエンジン１の各種構成要素を統括制御する。例えば、ＥＣＵ３２は、エンジン１の運転状態に基づく燃料噴射弁１０の操作（燃料噴射制御）を行い、適宜の量の燃料を適宜のタイミングで燃焼室２に供給する。

なお、ＥＣＵ３２は、燃料噴射弁１０等と併せて本実施の形態におけるエンジン１の制御装置を構成する。
〔外部ＥＧＲ制御〕
ＥＣＵ３２は、各種センサの検出信号から把握されるエンジン１の運転状態に基づき外部ＥＧＲ制御を実施する。本実施の形態において外部ＥＧＲ制御とは、ＥＧＲ通路４０に設けられたＥＧＲ弁４１を操作して、ＥＧＲ通路４０を通過するガスの流量、言い換えれば排気通路６から吸気通路５に還流される排気流量（外部ＥＧＲ量（率））の調整を行う処理をいう。

目標となるＥＧＲ弁６１の開弁量（以下、目標開弁量）は、基本的にはエンジン１の負荷や回転数等の運転状態に基づき、予め設定されたマップ（図示略）を参照して決定される。ＥＣＵ８０は、この目標開弁量をエンジン１の運転中所定時間毎に更新し、逐次、ＥＧＲ弁６１の実際の開弁量が更新された目標開弁量に合致するよう同ＥＧＲ弁６１の駆動回路に指令信号を出力する。
外部ＥＧＲ量が高まると、燃焼室２に導入されるガス中の不活性ガス量が増大する。この結果、燃焼ガスの温度が下がり排気中のＮＯｘ量が減少する。
〔内部ＥＧＲ制御〕
ＥＣＵ３２は、各種センサの検出信号から把握されるエンジン１の運転状態に基づき内部ＥＧＲ制御を実施する。本実施の形態において内部ＥＧＲ制御とは、吸気弁可変機構２２を用いて吸気弁５Ｂのバルブタイミングを可変制御することにより、燃焼行程後、燃焼室２に残留したガスの一部を吸気ポート５Ａに戻す処理をいう。

例えばエンジン１が特定の運転状態にあるとき、吸気弁可変機構２２を用いて吸気弁５Ｂの開きタイミングを早め吸気弁５Ｂ及び排気弁６Ｂの何れもが開弁状態になる期間（いわゆるバルブオーバラップ期間）を長くすると、燃焼行程後、燃焼室２に残留したガスの一部が吸気ポート５Ａに吹き返される。この残留ガスの吹き返し量（内部ＥＧＲ量（率））を増大させることにより、外部ＥＧＲ量を増大させる場合と同様の効果を得ることができる。
〔燃料噴射時期の補正制御〕
ＥＣＵ３２は、エンジン１の運転状態、例えばアクセルペダルの踏込量ＡＣＣ及びエンジン回転数ＮＥ等に基づいて、一燃焼サイクル中において燃焼室２に供給される燃料量（燃料噴射量）Ｑを決定する。

さらに、ＥＣＵ３２は、燃料噴射弁１０を通じて燃焼室２内に燃料を噴射する時期の基
本値（基本噴射時期）ＣＡＩＮＪＢを決定する。基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢは、燃費の軽減、騒音の減少、排気特性の向上等といった観点から、燃料噴射量Ｑ等に基づき予め設定されたマップを用いて決定される。より具体的には、マップ上において、基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢは、圧縮上死点近傍の所定クランク角を基準としてエンジン回転数ＮＥが高いほど、また燃料噴射量Ｑが多いほど進角するように設定される。また、外部ＥＧＲ量又は内部ＥＧＲ量が増大するほど任意のクランク角に対応する燃焼室２内のガスの温度は低くなる。基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢにおける燃焼室２内のガスの温度は、エンジン１の燃焼状態の安定性を決定づける重要なパラメータである。このため、同じくマップ上において、基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢは、外部ＥＧＲ量が多いほど、また内部ＥＧＲ量が多いほど遅角するように設定される。

このような特性を有するマップを参照して基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢを設定することにより、着火遅れ期間が最適化され、エンジン１の燃焼状態の安定性が確保される。

ところで、外部ＥＧＲはエンジン１の運転状態及びＥＧＲ弁４１の開度に依存するパラメータであり、内部ＥＧＲはエンジン１の運転状態及び可変動弁機構２２の機能（バルブタイミング）に依存するパラメータである。しかし、ＥＧＲ弁４１が動作した後、その動作の影響が燃焼室２内に吸入されるガスの特性に及ぶまでに所定の応答遅れが存在する。また、可変動弁機構２２の機能に基づいてバルブタイミングが変更された後、その影響が燃焼室２内に吸入されるガスの特性に及ぶまでにも所定の応答遅れが存在する。つまり、例えば内部ＥＧＲ量をエンジン１の運転状態及びＥＧＲ弁４１の開度から一義的に求め、単にその算出値に基づいて基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢを決定した場合や、外部ＥＧＲ量をエンジン１の運転状態及びバルブタイミングから一義的に求め、単にその算出値に基づいて基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢを決定した場合、エンジン１の燃焼状態を安定させるために最適な燃料点火時期を設定（制御）する上で、十分な制御精度を得ることは困難である。とくに、燃焼室２に流入するガスの量や特性が過渡的に変動する条件下において、その制御精度は低下する傾向にある。

そこで、本実施の形態にかかるエンジン１のＥＣＵ３２は、圧縮行程において密閉された燃焼室２内のガスの特性をより直接的に把握し、その特性に基づいて基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢを補正する。

図２は、運転中のエンジン１において、クランク角に対応する燃焼室内の圧力（筒内圧ＰＳ）であって、とくに圧縮行程から爆発工程に亘る筒内圧の変化を示すタイムチャートである。圧縮行程では、燃焼室２内の圧力上昇に伴い、燃焼室２内の温度が上昇する。燃焼室２内の温度がある程度まで上昇した時点（ＣＡＩＮＪＢ）で燃料が噴射供給されると、この噴射された燃料が所定の着火遅れ期間をおいて自着火することにより、燃焼行程が始まる。

ところで、理想気体では、圧力Ｐ、体積Ｖ、重量Ｇ及び温度Ｔの関係について、以下の状態式（Ａ）が成り立つことが周知である。
ＰＶ＝ＧＲＴ …（Ａ）
但し、Ｒ：ガス定数（Ｎｍ／ｋｇＫ）
つまり、任意の時刻ＣＡ１における燃焼室２内の温度Ｔ１は、その時刻ＣＡ１におけるその空間（燃焼室２）内のガスの圧力（筒内圧）ＰＳ１、体積Ｖ１及び重量Ｇ１の関数として、これらのパラメータＰＳ１，Ｖ１，Ｇ１から一義的に算出することができる。

そこで、本実施の形態にかかるエンジン１のＥＣＵ３２は、（１）先ず、時刻ＣＡ１における筒内圧ＰＳ１は、筒内圧センサ５３を用いて直接検出する。（２）また、時刻ＣＡ
１における燃焼室２内のガスの体積Ｖ１（燃焼室２の容積）は、クランク角ＣＡに対応する値として予め知ることができる。

（３）さらに、燃焼室２内のガスの重量Ｇ１は、燃焼室２に吸入されるガスの圧力、そのガスの温度Ｔ１及びそのガスに含まれる成分組成とに基づいて算出する。なお、燃焼室２に吸入されるガスの圧力は吸気圧センサ５２の出力信号に基づいて求めることができる。また、燃焼室２に吸入されるガスの温度は、温度センサ（図示略）等を用いて検出することができる。また、燃焼室２に吸入されるガスの成分組成は、燃焼室２に流入する新気の量（エアフロメータ５２の出力信号に対応する値）と、外部ＥＧＲ量と、内部ＥＧＲ量とに基づいて推定することができる。

ここで、内燃機関における圧縮行程を断熱圧縮行程であるとすると、圧力Ｐと、体積Ｖの間には次の関係式が成立することが周知である。
ＰＶ^κ＝一定 …（Ｂ）
但し、ここでκは比熱比である。

そして、この（Ｂ）式及び前述の（Ａ）式を用い、さらに上記で求めた時刻ＣＡ１におけるガスの圧力ＰＳ１、体積Ｖ１及び重量Ｇ１の値と、基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢについて一義的に知ることができる体積Ｖ２の値とを用いて、基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢにおける燃焼室２内の温度（応答遅れを考慮した推定温度）Ｔ２を求める。また、エンジン１の運転状態（ＮＥ，Ｑ）、外部ＥＧＲ量（ＥＧＲ弁４１の開度）及び内部ＥＧＲ量（バルブタイミング）に基づいて推定される値（応答遅れを考慮しない推定温度）Ｔ２′を求める。

そして、これら２つの推定温度Ｔ２，Ｔ２′間の相違を反映する補正値（例えば両値の偏差又は比率）を用いて、基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢを補正する。

このようにして基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢを補正することにより、例えば外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量が過渡的に変動する条件下であれ、安定した機関燃焼状態を保証することができる。
〔具体的な制御手順〕
図３は、本実施の形態にかかる燃料添加時期補正制御の具体的な手順（ルーチン）を示すフローチャートである。ＥＣＵ３２は、エンジン１の運転中、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程及び排気行程からなる燃焼サイクル毎に本ルーチンを実行する。ＥＣＵ３２は、本ルーチンを周期的に実行することにより、燃焼室２に吸入されるガスの特性を把握しそのガスの特性に見合う燃料噴射時期を決定する処理を燃焼サイクル毎に完結する。

本ルーチンにおいて、ＥＣＵ３２は先ずステップＳ１０１で、今回の燃焼サイクルに適用される燃料噴射量Ｑの決定に必要な情報を取得する。また、今回の燃焼サイクルに適用される燃料噴射時期の候補値ＴＣＡＤの決定に必要な情報（燃料噴射量を除く）を取得する。

ステップＳ１０２においてＥＣＵ３２は、今回の燃焼サイクルに適用される燃料噴射量Ｑを決定する。また、今回の燃焼サイクルに適用される燃料噴射時期の候補値ＴＣＡＤを決定する。

ステップＳ１０３においてＥＣＵ３２は、所定時刻（クランク角）Ｃ１における燃焼室２内の温度Ｔ１の推定に必要な情報として、時刻ＣＡ１における筒内圧ＰＳ１、燃焼室２内のガスの体積Ｖ１及び燃焼室２内のガスの重量Ｇ１を把握する。

ステップＳ１０４においてＥＣＵ３２は、温度Ｔ１を推定する。なお、なお、温度Ｔ１に基づく温度Ｔ２の推定には、予め設定されたマップ又は関数式を利用すればよい。

ステップＳ１０５においてＥＣＵ３２は、燃料噴射時期の基本値ＣＡＩＮＪに対応する燃焼室２内のガスの温度を、ステップＳ１０４で推定した温度Ｔ１に基づく推定値Ｔ２として算出する。また、同じく燃料噴射時期の基本値ＣＡＩＮＪに対応する燃焼室２内のガスの温度を、予め設定されたマップ（図示略）上の推定値Ｔ２′として把握する。

ステップＳ１０５においてＥＣＵ３２は、両推定値Ｔ２，Ｔ２′の差分に基づいて、燃料噴射時期の基本値ＣＡＩＮＪを補正する。このときＥＣＵ３２は、推定値Ｔ２が推定値Ｔ２′より低い場合には実際の燃料噴射時期を基本値ＣＡＩＮＪよりも遅角する。一方、推定値Ｔ２が推定値Ｔ２′よりも高い場合には実際の燃料噴射時期を基本値ＣＡＩＮＪよりも進角する。

ステップＳ１０５における処理を経た後、ＥＣＵ３２は本ルーチンを一旦抜ける。

なお、ＥＣＵ３２は、今回のルーチンで決定される燃料噴射時期（補正後の値）を採用し、別途ルーチンを通じて燃料噴射弁１０を駆動することにより、燃焼室２内への燃料噴射を実行する。

このような制御構造を採用して燃料噴射時期を補正する本実施の形態の制御装置によれば、燃焼室２内におけるガスの特性（とくに温度特性）に対応する最適な燃料噴射時期を設定する。

ここで、従来の装置では、例えば予め設定されたマップを参照し、エンジン回転数ＮＥ、燃料噴射量Ｑ、ＥＧＲ弁の開度及びバルブタイミング等に基づいて燃料噴射時期を決定していた。しかしながら、駆動装置（ＥＧＲ弁や可変動弁機構）の動作した後、この動作に基づいて外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量が変化し燃焼室２内のガスの特性に影響を及ぼすまでには所定の応答遅れがある。

このため、上記従来の装置では、外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量が圧縮行程から燃焼行程に亘る燃焼室２内のガスの温度を決定づける主要な因子の一つであるにも関わらず、これら因子の変動を正確に反映した燃料噴射時期の制御が行っていなかった。

この結果、エンジン回転数ＮＥやエンジン負荷（燃料噴射量Ｑ）等に代表されるエンジン１の運転状態が過渡的に変動する場合、又は外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量が過渡的に変動する場合のように、圧縮行程から燃焼行程に亘る燃焼室２内の温度推移（プロフィール）が変動した場合、エンジン１の燃焼状態が不安定となり、騒音、排気特性の悪化、失火等が起きる懸念があった。

なお、特定のクランク角に対応する燃焼室２内の温度を直接検出する温度センサを採用すること、又はエンジン１の運転状態に基づいて推定することは、技術的に困難である。

この点、本実施の形態の制御装置によれば、燃料噴射時期より前の特定時刻ＣＡ１における燃焼室２内のガスの温度Ｔ１を、同時刻ＣＡ１における筒内圧ＰＳ１、体積Ｖ１、重量Ｇ１の関数として算出し、さらにこの特定時刻ＣＡ１における温度Ｔ１に基づいて、エンジン１の燃焼状態を安定させるために最適な燃料噴射時期を決定する。このため、燃焼室２内に充填されたガスの特性を直接把握し、この特性を、その直後に採用される（例えば同一の燃焼サイクルで採用される）燃料噴射時期に反映させることが可能になる。従って、エンジン１の運転状態の変動や、外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量の変動による影響を回避し、エンジン１の燃焼状態を最適化することができる。

さらに、外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量の変動ばかりでなく、例えば圧縮比の変動等、燃焼室２に流入するガスの特性の変動に対し、燃料噴射時期を最適化する制御の応答性を高めることができる。

また、本実施の形態によれば、任意の燃焼サイクルの特定時刻ＣＡ１における燃焼室２内のガスの温度Ｔ１に基づいて燃料噴射時期を補正した場合、その補正された燃料噴射時期は、同一の燃焼サイクルにおいて適用することが可能となる。この結果、外部ＥＧＲ量燃焼室２に流入するガスの特性の過渡的な変化に対応する制御として、その応答性が高まる。

なお、特定時刻Ｃ１は、圧縮行程におけるどのような時刻（クランク角）を設定してもよい（例えば、特定時刻Ｃ１を基本燃料噴射時期ＣＡＩＮＪより遅い時刻に設定することも可能である）。ただし、特定時刻Ｃ１を早期に設定するほど、温度Ｔ１の推定後、温度Ｔ２，Ｔ２′を推定するまでの許容時間が長くなる。この結果、任意の燃焼サイクルで得た基本噴射時期ＣＡＩＪの補正量を同一の燃焼サイクルにおける燃料噴射時期に反映しやすくなる。

また、本実施の形態では、基本噴射時期ＣＡＩＮＪより前の特定時刻ＣＡ１における燃焼室２内のガスの温度Ｔ１を、同時刻ＣＡ１における燃焼室２内の圧力ＰＳ１、体積Ｖ１、重量Ｇ１の関数として算出する制御構造を採用した。これに対し、基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢより前の特定時刻ＣＡ１における燃焼室２内のガスの温度Ｔ１を、同時刻ＣＡ１における筒内圧ＰＳ１及び体積Ｖ１の関数として、又は重量Ｇ１及び体積Ｖ１の関数として算出する制御構造を適用しても、本実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。

また、本実施の形態によるように、燃焼室２内の圧力（筒内圧）ＰＳを筒内圧センサ５３の出力信号に基づいて把握することで、燃焼室２内の温度の推定に高い精度を確保することができる。ただし、エンジン１の運転状態に基づいてその圧力ＰＳを推定するようにしても、本実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。とくにこの場合、基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢより前の特定時刻ＣＡ１における燃焼室２内の温度Ｔ１を推定しなくても、基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢにおける燃焼室２内の温度Ｔ２を、上述した温度Ｔ１の推定方法と同様の方法で、直接推定することができる。言い換えれば、「特定時刻ＣＡ１＝基本噴射時期ＣＡＩＮＪ」とすることになる。任意の燃焼サイクルで得た基本噴射時期ＣＡＩＮＪの補正量を同一燃焼サイクルでの基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢの補正に反映することは難しくなる（制御の応答性はやや低下する）。しかし、基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢにおける燃焼室２内の温度について、最適値からのずれを直接把握し、修正することになるため、（基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢの）補正量の精度はむしろ高まる。

また、本実施の形態では、（Ａ１）燃料噴射時期より前の特定時刻ＣＡ１における燃焼室２内のガスの温度Ｔ１を、同時刻ＣＡ１におけ筒内圧ＰＳ１、体積Ｖ１、重量Ｇ１の関数として算出し、（Ａ２）この特定時刻ＣＡ１における温度Ｔ１に基づいて基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢにおける燃焼室２内の温度Ｔ２を推定し、（Ａ３）さらに、この温度（推定値）Ｔ２と、予め設定されたマップ（図示略）上の推定値Ｔ２′とを比較し、その比較結果に基づいて基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢを補正する制御構造を採用した。

このような制御構造に限らず、（Ｂ１）燃焼室２内のガスの温度Ｔ１を、同時刻ＣＡ１における筒内圧ＰＳ１、体積Ｖ１、重量Ｇ１の関数として算出し、（Ｂ２）この温度（推定値）Ｔ１と、予め設定されたマップ（図示略）上の推定値Ｔ１′とを比較し、その比較結果に基づいて基本噴射時期ＣＡＩＮＪＢを補正する制御構造を採用しても、本実施の形態に準ずる効果を奏することができる。

また、本実施の形態では、特定時刻ＣＡ１における温度Ｔ１の推定に際し、基本的には、理想気体の状態方程式に基づく圧力ＰＳ１、体積Ｖ１、重量Ｇ１及び温度Ｔ１の関係を利用する説明をした。しかしこれに限らず、燃焼室２に流入するガスの他の特性（例えば比熱）を反映した一層精密なモデル（状態方程式）を用いて、温度Ｔ１を導き出すことも可能である。この場合、例えばエアフロメータ５１及び吸気圧センサ５２の出力信号から把握される外部ＥＧＲ率及び内部ＥＧＲ率等の情報を基に、燃焼室２に流入するガスの比熱を推定することができる。
〔低温燃焼の実行を含む制御構造への対応〕
ＥＧＲ制御を実行することによって排気の一部が吸気通路５に還流されると、その還流量（ＥＧＲガスの流量）に応じ機関燃焼に供される混合気中の不活性ガス成分が増量することになる。排気還流量（混合気中の不活性ガス成分量）を増大させていくと、ある限界値を越えたところから排気中に発生する煤の量が急増しはじめ、排気還流量がある値に達したところで煤の発生量は最大となる。この煤の発生量の最大値に対応する値を上回る領域で排気還流量をさらに増大させると、煤の発生量は逆に抑制されるようになる。このように、この煤の発生量の最大値に対応する値を上回る領域で排気還流を行う燃焼モードを低温燃焼モードという。なお、この煤の発生量の最大値に対応する値を上回る領域とは、エンジン１の運転状態にもよるが、例えばＥＧＲ率（排気還流量／（排気還流量＋吸入空気の流量））が概ね５５％を上回る領域に相当する。低温燃焼モードにおいては、排気中に煤がほとんど発生しなくなる他、エンジン１の燃焼温度が低下し、排気中のＮＯｘ量も低減されるようになる。

低温燃焼を実行するにあたっては、排気中の煤の発生を抑制するための（煤を発生させる運転領域を回避するための）条件に適合する燃料噴射時期の範囲が狭いため、その制御に高い緻密性が要求される。従って、外部ＥＧＲ量や内部ＥＧＲ量が過渡的に変動する条件下と同様、エンジン１の燃焼状態の安定性を保証する上で、本実施の形態にかかる燃料噴射時期の補正制御がきわめて有効に機能する。
〔パイロット噴射の実行を含む制御構造への応用〕
ディーゼルエンジンでは一般に、圧縮行程終期において、燃焼室内が燃料の自己着火を誘発する温度に達する。とくにエンジンの運転状態が中高負荷領域にある場合、燃焼に供される燃料が燃焼室内に一括して噴射供給されると、この燃料は騒音を伴い爆発的に燃焼する。パイロット噴射を実行することにより、主噴射に先立って供給された燃料が熱源（或いは火種）となり、その熱源が燃焼室内で徐々に拡大して燃焼に至るようになるため、燃焼室内における燃料の燃焼状態が比較的緩慢となり、しかも着火遅れ時間が短縮されるようになる。このため、機関運転に伴う騒音が軽減され、さらには排気中のＮＯｘ量も低減される。

上記実施の形態では、燃料噴射時期より前の特定時刻Ｃ１における燃焼室２内のガスの温度Ｔ１を推定し、この推定値に基づいて燃料噴射時期を補正（進角又は遅角）するようにした。しかし、上記のようなパイロット噴射の実行を含む制御構造においては、（燃焼室２内のガスの温度に基づいて）燃料噴射時期を遅角する代わりに、パイロット噴射を中止するといった制御を行うことにしてもよい。パイロット噴射を中止することによっても、着火遅れ期間を長くすることができるためである。

本発明の第１の実施の形態にかかるディーゼルエンジンの概略構成図。 ディーゼルエンジンの圧縮行程から燃焼行程に亘る燃焼室内の圧力（筒内圧）の推移を示すタイムチャート。 本発明の実施の形態において適用される燃料噴射時期の補正制御手順を示すフローチャート。

符号の説明

１・・・エンジン
２・・・燃焼室
３・・・ピストン
５・・・吸気通路
５Ａ・・吸気ポート
５Ｂ・・吸気弁
６・・・排気通路
６Ａ・・排気ポート
６Ｂ・・排気弁
１０・・燃料噴射弁
２１・・吸気カム
２２・・吸気弁可変機構
３１・・排気カム
３２・・電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４０・・ＥＧＲ通路
５１・・エアフロメータ
５２・・吸気圧センサ
５３・・筒内圧センサ

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁の燃料噴射動作を制御する制御手段と、
   前記燃料噴射弁が燃料を噴射する時期を当該機関の運転状態に基づいて決定する燃料噴射時期決定手段と、
   当該機関の圧縮行程の特定時期における前記燃焼室内の温度に関連するガス特性を把握するガス特性把握手段と、
   前記決定された燃料噴射時期を前記把握されるガス特性に基づいて補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記特定時期は、前記燃料噴射時期決定手段により決定された燃料噴射時期である
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記燃焼室のガス特性は、少なくとも前記燃焼室内のガスの圧力であることを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記補正手段は、前記ガス特性把握手段により把握されたガス特性から前記特定時期における燃焼室内のガス温度を推定し、前記特定時期における燃焼室内のガス温度が所定の目標値よりも低い条件下では前記決定された燃料噴射時期を進角させる補正を行い、前記特定時期における前記燃焼室内のガス温度が所定の目標値よりも高い条件下では前記決定された燃料噴射時期を遅角させる補正を行う
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記補正手段は、前記ガス特性の把握される燃焼サイクルと同一の燃焼サイクル中における燃料噴射時期を補正する
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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