JP4775303B2 - 内燃機関の燃料噴射時期決定装置 - Google Patents

Description

本発明は、混合気の着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を決定する内燃機関の燃料噴射時期決定装置に関する。

ディーゼル機関等、圧縮による自己着火により混合気が着火する（燃焼を開始する）内燃機関においては、機関の運転状態に応じて目標着火時期を決定し、実際の着火時期が目標着火時期に一致する（近づく）ように着火時期を適切に制御する必要がある。このためには、着火時期を正確に予測する必要がある。着火時期を予測する手法としては種々のものが知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。
特開２００２−２２１０７１号公報

ところで、本発明者は、流体力学等に基づく式等を利用して着火時期を予測するモデル（着火時期予測モデル）を使用して着火時期を精度良く予測する試みを行っている（例えば、特願２００４−３２９４８号、特願２００４−３２９５０号等を参照）。この着火時期予測モデルは、少なくとも燃料噴射時期を含む複数のパラメータ（エンジン回転速度等）を引数とするものである。

従って、着火時期予測モデルを利用して予測される着火時期（以下、「予測着火時期」と称呼する。）を目標着火時期に一致させるための燃料噴射時期を決定するためには、理論的には、着火時期予測モデルの逆モデルを解く必要がある。着火時期予測モデルの逆モデルとは、目標着火時期と、燃料噴射時期以外の残りのパラメータを引数とする、予測着火時期を目標着火時期に一致させるための燃料噴射時期を求めるモデルである。

しかしながら、この着火時期予測モデルの逆モデルを解いて燃料噴射時期を求めることは実際には非常に困難である。従って、着火時期予測モデルの逆モデルを用いることなく、予測着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を簡易、且つ精度良く決定することが望まれていたところである。

そこで、本発明者は、燃料噴射時期と予測着火時期との関係が大略的に２次曲線で近似できることに基づいて、燃料噴射時期をＸ軸（横軸）に、着火時期をＹ軸（縦軸）にとった場合において、Ｘ−Ｙ座標上に着火時期予測モデルの引数値としての燃料噴射時期である噴射時期引数値と予測着火時期との３つの関係にそれぞれ対応する３つの点を利用して数学的手法により燃料噴射時期と予測着火時期との関係を近似する近似２次曲線を求め、燃料噴射時期を、近似２次曲線に基づいて得られる目標着火時期に対応する燃料噴射時期に決定することで、着火時期予測モデルの逆モデルを用いることなく、予測着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を容易に決定できる手法を考案した（例えば、特願２００５−２８１４１３号を参照）。以下、その手法について図９を参照しながら説明する。

先ず、内燃機関の運転状態としてのアクセル操作量、エンジン回転数等に基づいて目標着火時期CAigtを決定する。次に、所定の第１噴射時期引数値ａ１を設定し、この第１噴射時期引数値ａ１と燃料噴射時期以外のパラメータの引数値と上記着火時期予測モデル（の順モデル）とに基づいて、第１噴射時期引数値ａ１に対応する第１予測着火時期ｂ１を求める。これにより、近似２次曲線ｚ１を得るための１番目の点ｃ１が決定される。

次いで、第２噴射時期引数値ａ２を、第１噴射時期引数値ａ１に目標着火時期CAigtと第１予測着火時期ｂ１の差δ１を加えることで第１噴射時期引数値ａ１と異なるように設定し、この第２噴射時期引数値ａ２と燃料噴射時期以外のパラメータの引数値と上記着火時期予測モデルとに基づいて、第２噴射時期引数値ａ２に対応する第２予測着火時期ｂ２を求める。これにより、近似２次曲線ｚ１を得るための２番目の点ｃ２が決定される。

続いて、第３噴射時期引数値ａ３を、第２噴射時期引数値ａ２に目標着火時期CAigtと第２予測着火時期ｂ２の差δ２を加えることで第１、第２噴射時期引数値ａ１，ａ２と異なるように設定し、この第３噴射時期引数値ａ３と燃料噴射時期以外のパラメータの引数値と上記着火時期予測モデルとに基づいて、第３噴射時期引数値ａ３に対応する第３予測着火時期ｂ３を求める。これにより、近似２次曲線ｚ１を得るための３番目の点ｃ３が決定される。

このように、第２、第３噴射時期引数値ａ２，ａ３は、第２、第３予測着火時期ｂ２，ｂ３が上記目標着火時期CAigtに近づくように設定される。そして、点ｃ１，ｃ２，ｃ３を通る近似２次曲線ｚ１を数学的に求め、この近似２次曲線ｚ１と、上記決定された目標着火時期CAigtとから、目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinj1を求める。

ここで、一般に、第１、第２、第３予測着火時期ｂ１，ｂ２，ｂ３が、上記目標着火時期CAigtに近いほど、近似２次曲線ｚ１の精度が高い。換言すれば、第１、第２、第３噴射時期引数値ａ１，ａ２，ａ３が、着火予測モデルの引数値とした場合に予測される予測着火時期が目標着火時期CAigtと一致する燃料噴射時期（即ち、着火時期予測モデルの逆モデルを用いたと仮定した場合に求められる、予測着火時期を目標着火時期CAigtに一致させるための燃料噴射時期、以下、「目標燃料噴射時期」と称呼する。）に近いほど、近似２次曲線ｚ１の精度が高い。

従って、上述の手法により燃料噴射時期を決定する場合において、上記第１噴射時期引数値ａ１が、上記目標燃料噴射時期から大きく乖離した値に設定される場合、第２、第３噴射時期引数値ａ２，ａ３は、第１噴射時期引数値ａ１よりも目標燃料噴射時期に近づき得るものの、第１、第２、第３噴射時期引数値ａ１，ａ２，ａ３が全体として目標燃料噴射時期から大きく乖離するため、近似２次曲線ｚ１の精度が低い。

従って、この場合、上記燃料噴射時期CAinj1が上記目標燃料噴射時期から大きく偏移した値に決定される。即ち、上記燃料噴射時期CAinj1に対応する予測着火時期CAig1（具体的には、引数値を燃料噴射時期CAinj1とした場合の着火時期予測モデルに基づいて決定される予測着火時期CAig1）が、上記決定された目標着火時期CAigtから大きくずれる。以上のことから、着火時期予測モデルの逆モデルを利用することなく、着火時期予測モデルの順モデルを利用して求められる噴射時期引数値と予測着火時期との関係を近似する近似関係に基づいて予測着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を求める場合において、この燃料噴射時期を精度良く決定することがなおも望まれていたところである。

従って、本発明の目的は、燃料噴射時期を含む複数のパラメータを引数とする着火時期を予測する着火時期予測モデルを備えるとともに、着火時期予測モデルの逆モデルを用いることなく予測着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を精度良く決定できる内燃機関の燃料噴射時期決定装置を提供することにある。

本発明に係る燃料噴射時期決定装置は、少なくとも燃料噴射時期を含む複数のパラメータを引数とする着火時期予測モデルを使用して内燃機関の着火時期の予測値である予測着火時期を予測する着火時期予測手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記着火時期の目標値である目標着火時期を決定する目標着火時期決定手段とを備える。

本発明に係る燃料噴射時期決定装置の特徴は、前記着火時期予測モデルの引数値として使用される前記燃料噴射時期である噴射時期引数値としての第１仮噴射時期引数値、第２仮噴射時期引数値、及び第３仮噴射時期引数値を前記第１、第２、及び第３仮噴射時期引数値が全て異なる値となるように設定する仮噴射時期引数値設定手段と、前記第１仮噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第１仮予測着火時期と前記第２仮噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第２仮予測着火時期と前記第３仮噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第３仮予測着火時期とを取得するとともに前記第１仮噴射時期引数値と前記第１仮予測着火時期との関係と前記第２仮噴射時期引数値と前記第２仮予測着火時期との関係と前記第３仮噴射時期引数値と前記第３仮予測着火時期との関係との３つの関係から前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する仮の２次の近似関係を求め前記仮の２次の近似関係と前記目標着火時期とに基づいて前記噴射時期引数値としての第１噴射時期引数値を設定する噴射時期引数値設定手段と、前記第１噴射時期引数値と前記第１噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第１予測着火時期との関係と前記目標着火時期とに基づいて前記予測着火時期を前記目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を決定する燃料噴射時期決定手段とを備えたことにある。なお、本明細書では、「燃料噴射時期」、及び「着火時期」はそれぞれ、「燃料噴射開始時期」、及び「着火開始時期」を意味するものとする。

これによれば、上述した手法により上記近似２次曲線ｚ１と上記目標着火時期CAigtとから上記目標着火時期CAigtに対応する上記燃料噴射時期CAinj1が求められるのと同様、第１噴射時期引数値が、仮の２次の近似関係と目標着火時期とから目標着火時期に対応する燃料噴射時期そのものに設定される。従って、第１噴射時期引数値が、第１仮噴射時期引数値に比して、上記目標燃料噴射時期近傍の時期に推移し得、第１予測着火時期も目標着火時期近傍の時期に推移し得る。

第１噴射時期引数値と第１予測着火時期との関係の他に、着火時期予測モデルを用いて、噴射時期引数値と噴射時期引数値に対応する予測着火時期との関係が１つ以上求められる場合、これらの関係を利用して、現時点での内燃機関の運転状態における燃料噴射時期と着火時期との関係を近似する、仮の２次の近似関係とは別の近似関係を求めることができる。ここで、上記近似関係を構成する噴射時期引数値が、上記目標燃料噴射時期近傍の或る時期に設定されることで、上記近似関係を、燃料噴射時期と着火時期との関係を精度良く近似するものとすることができる。

具体的には、例えば、燃料噴射時期をＸ軸（横軸）に、着火時期をＹ軸（縦軸）にとった場合、先ず、Ｘ−Ｙ座標上に第１、第２、第３仮噴射時期引数値と第１、第２、第３仮予測着火時期との３つの関係にそれぞれ対応する３つの点を利用して数学的手法により燃料噴射時期と着火時期との関係を近似する仮の近似２次曲線を求め、第１噴射時期引数値を、この仮の近似２次曲線と目標着火時期とから仮の近似２次曲線に基づいて得られる目標着火時期に対応する燃料噴射時期そのものに設定する。これにより、第１噴射時期引数値を、上記目標燃料噴射時期近傍の或る時期に設定することができる。

次に、第１噴射時期引数値と第１予測着火時期との関係に対応する点と、第１噴射時期引数値とは異なる上記目標燃料噴射時期近傍の或る時期に設定される噴射時期引数値と、その噴射時期引数値に対応する予測着火時期との１つ以上の関係にそれぞれ対応する１つ以上の点を利用して、数学的手法により燃料噴射時期と着火時期との関係を近似する、仮の近似２次曲線とは別の近似線を求める。これにより、全ての噴射時期引数値が、上記目標燃料噴射時期近傍の時期に設定され得るから、近似線を、燃料噴射時期と着火時期との関係を精度良く近似するものとすることができる。

そして、この仮の２次の近似関係（仮の近似２次曲線）とは別の近似関係（近似線）と、目標着火時期とから、近似関係に基づいて得られる目標着火時期に対応する燃料噴射時期を精度良く求めることができる。

また、第１噴射時期引数値と第１予測着火時期との関係のみが求められる場合であっても、例えば、第１予測着火時期が目標着火時期に非常に近いときには、燃料噴射時期を第１噴射時期引数値そのものに設定することで、予測着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を得ることができる。

即ち、上記構成のように、上記目標燃料噴射時期近傍の或る時期に設定され得る第１噴射時期引数値と第１予測着火時期との関係と、目標着火時期とに基づいて、予測着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を精度良く決定することができる。

上記本発明に係る燃料噴射時期決定装置においては、前記燃料噴射時期決定手段が、前記第１予測着火時期と前記目標着火時期との差が所定値より小さい場合、前記燃料噴射時期を前記第１噴射時期引数値に決定するように構成されることが好適である。

この場合、所定値は、例えば、燃料噴射時期を求める際に要求される計算精度に相当する誤差（許容誤差）に対応する値（例えば、許容誤差が±０．５ＣＡである場合、所定値は１ＣＡ。ＣＡはクランク角度）に設定される。これにより、第１予測着火時期と目標着火時期との差が所定値より小さい場合、第１噴射時期引数値と第１予測着火時期との１つの関係を利用するだけで（即ち、仮の２次の近似関係に係る噴射時期引数値と予測着火時期との関係の他に、第１噴射時期引数値と第１予測着火時期との関係とは別の噴射時期引数値と予測着火時期との関係を求めることなく）、計算負荷（具体的には、上記近似関係（近似線）を求める際の計算負荷）を減らしつつ、計算精度を下げることなく燃料噴射時期を精度良く決定することができる。

加えて、前記噴射時期引数値設定手段は、前記第１予測着火時期と前記目標着火時期との差が前記所定値以上である場合、前記噴射時期引数値としての第２噴射時期引数値を前記第１噴射時期引数値と異なる値に設定し、前記燃料噴射時期決定手段が、前記第２噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第２予測着火時期を取得するとともに、前記目標着火時期が前記第１予測着火時期と前記第２予測着火時期との間にある場合、前記第１噴射時期引数値と前記第１予測着火時期との関係と前記第２噴射時期引数値と前記第２予測着火時期との関係との２つの関係から前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する１次の近似関係を求め、前記燃料噴射時期を前記１次の近似関係に基づいて得られる前記目標着火時期に対応する燃料噴射時期に決定するように構成されることが好適である。

上述したように、一般に、燃料噴射時期をＸ軸（横軸）に、着火時期をＹ軸（縦軸）にとった場合、燃料噴射時期と着火時期との関係は、Ｘ−Ｙ座標上における２次曲線で近似できることが判っている。即ち、着火時期予測モデルにより得られる噴射時期引数値と予測着火時期との関係は２次曲線で近似できる。従って、第１噴射時期引数値と第１予測着火時期との関係と、それぞれ異なるいくつかの或る噴射時期引数値とそれらに対応する予測着荷時期との関係とに基づいて得られる近似関係も、仮の２次曲線とは別の２次曲線で近似できる。この２次曲線は、全ての噴射時期引数値が上記目標燃料噴射時期近傍の時期に設定されることで、燃料噴射時期と着火時期との関係を精度良く近似するものとなる。

ここで、第１予測着火時期と目標着火時期との差が前記所定値以上である場合、燃料噴射時期を上述したように第１噴射時期引数値に設定することは、燃料噴射時期の誤差が上記許容誤差を超えることになるから好ましくない。他方、第１予測着火時期と目標着火時期との差が、前記所定値以上であっても、上記仮の２次曲線とは別の２次曲線上の、第１噴射時期引数値に対応する点と、第１噴射時期引数値とは異なり上記目標燃料噴射時期近傍の或る時期（即ち、上記第２噴射時期引数値）に対応する点とを通る直線が、目標着火時期を内挿する直線となる場合（従って、目標着火時期が第１予測着火時期と第２予測着火時期の間にある場合）、この直線は、上述した燃料噴射時期と着火時期との関係を精度良く近似する２次曲線における、第１噴射時期引数値に対応する点と第２噴射時期引数値に対応する点との間に対応する部分を精度良く近似する近似直線となり得る。従って、この場合、上記近似直線と、目標着火時期とから、近似直線に基づいて得られる目標着火時期に対応する燃料噴射時期を求めることができる。

上記構成は係る知見に基づくものである。即ち、第１予測着火時期と目標着火時期との差が前記所定値以上である場合、第１噴射時期引数値と第１予測着火時期との関係とは別の第２噴射時期引数値と第２予測着火時期との関係が求められ、目標着火時期が第１予測着火時期と第２予測着火時期との間にある場合（即ち、これらの２つの関係に対応する２つの点を通る近似直線が、目標着火時期を内挿する直線となる場合）、２次の近似関係（上記２次曲線）を求めるまでもなく、第１噴射時期引数値と第１予測着火時期との関係と、その関係とは別の噴射時期引数値と予測着火時期との関係との２つの関係を利用するだけで、計算精度を下げることなく燃料噴射時期を精度良く決定することができる。

この場合、例えば、前記噴射時期引数値設定手段は、前記第２噴射時期引数値を、前記第１噴射時期引数値に前記目標着火時期と前記第１予測着火時期との差を加えた値に設定するように構成され得る。

これによれば、前記第２噴射時期引数値を、上記目標燃料噴射時期に近づけることができる。従って、上記近似直線を、燃料噴射時期と着火時期との関係を精度良く近似するものとすることができる。以上のことから、上記構成によれば、燃料噴射時期の計算精度を高くすることができる。

更には、前記噴射時期引数値設定手段は、前記目標着火時期が前記第１予測着火時期と前記第２予測着火時期との間にない場合、前記噴射時期引数値としての第３噴射時期引数値を前記第１、第２、及び第３噴射時期引数値が全て異なる値となるように設定し、前記燃料噴射時期決定手段が、前記第３噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第３予測着火時期を取得するとともに、前記第１噴射時期引数値と前記第１予測着火時期との関係と前記第２噴射時期引数値と前記第２予測着火時期との関係と前記第３噴射時期引数値と前記第３予測着火時期との関係との３つの関係から前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する２次の近似関係を求め、前記燃料噴射時期を前記２次の近似関係に基づいて得られる前記目標着火時期に対応する燃料噴射時期に決定するように構成されることが好適である。

目標着火時期が第１予測着火時期と第２予測着火時期との間にない場合（即ち、目標着火時期が、上記２次曲線上の第１予測着火時期に対応する点と第２予測着火時期に対応する点との２点を通る直線で内挿されない場合）において、燃料噴射時期をこの２点を通る直線に基づいて決定する場合、目標着火時期をこの２点を通る直線で外挿することになる。この直線における上記外挿に係る部分は、上記２次曲線を近似する精度が低い。従って、この場合、燃料噴射時期の計算精度が低下する。他方、上述したように、着火時期予測モデルにより得られる噴射時期引数値と予測着火時期との関係は２次曲線で近似でき、この２次曲線は、全ての噴射時期引数値が上記目標燃料噴射時期近傍の時期に設定されることで、燃料噴射時期と着火時期との関係を精度良く近似するものとなる。また、３点を通る２次曲線は一意的に決定される。

以上のことから、目標着火時期が第１予測着火時期と第２予測着火時期との間にない場合、上記構成のように、２次の近似関係（第１、第２、第３噴射時期引数値と第１、第２、第３予測着火時期の３つの関係に対応する３点を通る近似２次曲線）と、目標着火時期とから、近似２次曲線に基づいて得られる目標着火時期に対応する燃料噴射時期を求めることができる。換言すれば、第１噴射時期引数値と第１予測着火時期との関係と、その関係とは別の２つの噴射時期引数値と予測着火時期との関係との、３つの関係を利用することで、燃料噴射時期を精度良く決定することができる。

なお、上記近似２次曲線においては、第１噴射時期引数値ａ１が、上記目標燃料噴射時期近傍の時期に設定されているため、第２，第３噴射時期引数値ａ２，ａ３が、上記目標燃料噴射時期近傍にそれぞれ設定されることで、近似２次曲線が、燃料噴射時期と着火時期との関係を精度良く近似するものとなる。このようにして得られる近似２次曲線が目標着火時期を内挿するか、又は、外挿するかにかかわらず、同近似２次曲線に基づいて燃料噴射時期を精度良く決定することができる。

この場合、例えば、前記噴射時期引数値設定手段は、前記第３噴射時期引数値を、前記第１噴射時期引数値に前記目標着火時期と前記第１予測着火時期との差に「２」を乗じた値を加えた値に設定するように構成され得る。これによれば、前記第３噴射時期引数値を、簡易に上記目標燃料噴射時期近傍の或る時期に設定することができる。従って、第２噴射時期引数値をも上記目標燃料噴射時期近傍の或る時期に設定することで、上記構成により、近似２次曲線の高い精度を維持しつつ、近似２次曲線を得る上での第３の点を簡易に設定することができる。

また、上記本発明に係る噴射時期決定装置においては、前記仮噴射時期引数値設定手段が、前記第１、第２、及び第３仮噴射時期引数値として、前記仮の２次の近似関係において前記目標着火時期よりも早い前記着火時期に対応する前記燃料噴射時期である第１所定時期、前記仮の２次の近似関係において前記目標着火時期よりも遅い前記着火時期に対応する前記燃料噴射時期である第２所定時期、及び前記第１所定時期と前記第２所定時期との間の前記燃料噴射時期をそれぞれ用いるように構成されてもよい。これによれば、上記第１噴射時期引数値を求めるために使用される仮の近似２次曲線を、目標着火時期を確実に内挿するものとすることができる。

この場合、例えば、前記仮噴射時期引数値設定手段が、前記第１所定時期として、内燃機関の設計諸元等に基づいて予め設定される目標着火時期が決定され得る期間内の最進角側の着火時期であって、内燃機関の運転状態に応じて変動する着火時期のうち最も早い時期に対応する燃料噴射時期を用い、前記第２所定時期として、同期間内の最遅角側の着火時期であって、内燃機関の運転状態に応じて変動する着火時期のうち最も遅い時期を用い、前記第３仮噴射時期引数値として、前記第１所定時期と前記第２所定時期の中央の時期を用いるように構成されてもよい。

以下、本発明による内燃機関（ディーゼル機関）の燃料噴射時期決定装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の燃料噴射時期決定装置を含んだ燃料噴射制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）１０に適用したシステム全体の概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室（筒内）にガスを導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０からの排ガスを放出するための排気系統４０、排気還流を行うためのＥＧＲ装置５０、及び電気制御装置６０を含んでいる。

エンジン本体２０の各気筒の上部には燃料噴射弁（噴射弁、インジェクタ）２１が配設されている。各燃料噴射弁２１は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ２２に燃料配管２３を介して接続されている。燃料噴射用ポンプ２２は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、電気制御装置６０からの駆動信号（後述する指令燃料噴射圧力に応じた指令信号）により燃料の実際の噴射圧力（噴射圧力Pf）が指令燃料噴射圧力になるように同燃料を昇圧するようになっている。

これにより、燃料噴射弁２１には、燃料噴射用ポンプ２２から指令燃料噴射圧力まで昇圧された燃料が供給されるようになっている。また、燃料噴射弁２１は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、電気制御装置６０からの駆動信号（指令燃料噴射量（質量）Qfinに応じた指令信号）により噴射期間だけ開弁し、これにより各気筒の燃焼室内に指令燃料噴射圧力にまで昇圧された燃料を指令燃料噴射量Qfinだけ直接噴射するようになっている。

吸気系統３０は、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド３１、吸気マニホールド３１の上流側集合部に接続され吸気マニホールド３１とともに吸気通路を構成する吸気管３２、吸気管３２内に回動可能に保持されたスロットル弁３３、電気制御装置６０からの駆動信号に応答してスロットル弁３３を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ３３ａ、スロットル弁３３の上流において吸気管３２に順に介装されたインタクーラー３４と過給機３５のコンプレッサ３５ａ、及び吸気管３２の先端部に配設されたエアクリーナ３６とを含んでいる。

排気系統４０は、エンジン本体２０の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド４１、排気マニホールド４１の下流側集合部に接続された排気管４２、排気管４２に配設された過給機３５のタービン３５ｂ、及び排気管４２に介装されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＮＲ」と称呼する。）４３を含んでいる。排気マニホールド４１及び排気管４２は排気通路を構成している。

ＥＧＲ装置５０は、排気ガスを還流させる通路（ＥＧＲ通路）を構成する排気還流管５１と、排気還流管５１に介装されたＥＧＲ制御弁５２と、ＥＧＲクーラー５３とを備えている。排気還流管５１はタービン３５ｂの上流側排気通路（排気マニホールド４１）とスロットル弁３３の下流側吸気通路（吸気マニホールド３１）を連通している。ＥＧＲ制御弁５２は電気制御装置６０からの駆動信号に応答し、再循環される排気ガス量（排気還流量、ＥＧＲガス流量）を変更し得るようになっている。

電気制御装置６０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ６３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ６４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース６５等からなるマイクロコンピュータである。

インターフェース６５は、吸気管３２に配置された熱線式エアフローメータ７１、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気温センサ７２、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に配設された吸気管圧力センサ７３、クランクポジションセンサ７４、アクセル開度センサ７５、燃料噴射用ポンプ２２の吐出口の近傍の燃料配管２３に配設された燃料噴射圧力センサ７６、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に配設された吸気酸素濃度センサ７７、水温センサ７８、及びＤＰＮＲ４３の下流の排気管４２に設けられた排気温度センサ７９と接続されていて、これらのセンサからの信号をＣＰＵ６１に供給するようになっている。

また、インターフェース６５は、燃料噴射弁２１、燃料噴射用ポンプ２２、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、及びＥＧＲ制御弁５２と接続されていて、ＣＰＵ６１の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。

熱線式エアフローメータ７１は、吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量（単位時間当りの吸入空気量、単位時間あたりの新気量）を計測し、質量流量（空気流量）を表す信号を発生するようになっている。吸気温センサ７２は、内燃機関１０のシリンダ（即ち、燃焼室、筒内）に吸入されるガスの温度（即ち、吸気温度）を検出し、吸気温度Tbを表す信号を発生するようになっている。吸気管圧力センサ７３は、内燃機関１０のシリンダに吸入されるガスの圧力（即ち、吸気管圧力）を検出し、吸気管圧力Pbを表す信号を発生するようになっている。

クランクポジションセンサ７４は、各気筒の絶対クランク角度を検出し、内燃機関１０の回転速度であるエンジン回転速度NEをも表す信号を発生するようになっている。アクセル開度センサ７５は、アクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセル開度Accpを表す信号を発生するようになっている。燃料噴射圧力センサ７６は、燃料配管２３内の燃料の圧力を検出し、噴射圧力Pfを表す信号を発生するようになっている。吸気酸素濃度センサ７７は、吸気中の酸素濃度を検出し、吸気酸素濃度RO2inを表す信号を発生するようになっている。水温センサ７８は、冷却水温を検出し、冷却水温THWを表す信号を発生するようになっている。排気温度センサ７９は、排気温度を検出し、排気温度Texを表す信号を発生するようになっている。

（燃焼室内における混合気の進行の概要）
次に、上記のように構成された燃料噴射時期決定装置を含んだ燃料噴射制御装置（以下、「本装置」と云う。）が扱う混合気の燃焼室内における混合気の進行の様子について図２を参照しながら説明する。

図２に示したように、燃焼室は、シリンダヘッドと、円筒状のシリンダ内壁面と、ピストン２４とにより画定されている。燃焼室内に吸入されるガスには、吸気管３２の先端部からスロットル弁３３を介して吸入された新気と、排気還流管５１からＥＧＲ制御弁５２を介して吸入されたＥＧＲガスが含まれる。吸入される新気量（新気質量）と吸入されるＥＧＲガス量（ガス質量）の和に対するＥＧＲガス量の割合（ＥＧＲ率）は、運転状態に応じて電気制御装置６０（ＣＰＵ６１）により適宜制御されるスロットル弁３３の開度、及びＥＧＲ制御弁５２の開度に応じて変化する。

かかる新気、及びＥＧＲガスは、吸気行程において開弁している吸気弁Vinを介してピストン２４の下降に伴って燃焼室内に吸入されて筒内ガスとなる。筒内ガスは、ピストンが圧縮下死点に達する時点近傍で吸気弁Vinが閉弁することにより燃焼室内に密閉され、その後の圧縮行程においてピストンの上昇に伴って圧縮される。

そして、ピストンが圧縮上死点近傍に達すると（具体的には、後述する燃料噴射時期（クランク角度）CAinjが到来すると）、本装置は、指令燃料噴射量Qfinに応じた噴射期間だけ燃料噴射弁２１を開弁することで燃料を燃焼室内に直接噴射する。ここで、燃料噴射弁２１は、その軸心がシリンダの軸心と一致するようにシリンダヘッドに固定配置されていて、その噴孔から噴射された液体の（液滴）燃料は、燃焼室内においてシリンダの軸心を中心軸として円錐状に拡散していくようになっている。

この結果、噴射された燃料は、時間の経過に伴って筒内ガスを取り込みながら混合気となって燃焼室内において円錐状に拡散していく。本装置は、係る混合気の着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を決定するものである。

（燃料噴射時期の決定方法の概要）
次に、本装置による燃料噴射時期（クランク角度）CAinjの決定方法について説明する。本装置は、流体力学等に基づく式等を利用して着火時期を予測するモデル（着火時期予測（順）モデル）を備えている。この種の着火時期予測順モデルについては、例えば、上述した特願２００４−３２９４８号、特願２００４−３２９５０号に詳述されているから、ここではその詳細な説明を省略する。

本例にて使用される着火時期予測順モデルは、燃料噴射時期に加えて、吸気酸素濃度RO2in、エンジン回転速度NE、吸気温度Tb、冷却水温THW、排気温度Tex、吸気管圧力Pb、指令燃料噴射量Qfin、噴射圧力Pfの８つのパラメータ（以下、「残りの８つのパラメータ」と称呼することもある。）を引数として使用する。この着火時期予測順モデルは、これら９つのパラメータの引数値に基づいて燃料噴射時期以降の混合気の温度を微小時間毎に逐次計算していき、混合気温度が所定の着火温度に達する時期を予測着火時期として求める（予測する）モデルである。この着火時期予測順モデルを用いて予測着火時期を求める手段が着火時期予測手段に対応する。

この予測着火時期を目標着火時期CAigtに一致させるための燃料噴射時期CAinjである目標燃料噴射時期を決定するためには、この着火時期予測順モデルから導かれる逆モデルを解く必要がある。この逆モデルとは、目標着火時期CAigtと、「残りの８つのパラメータ」とを引数とする、予測着火時期を目標着火時期CAigtに一致させるための燃料噴射時期CAinjを求めるモデルである。

しかしながら、上述したように、この着火時期予測順モデルは、混合気温度を逐次計算することで予測着火時期を求めるものであるため、その逆モデルを解いて目標燃料噴射時期を求めることは実際には非常に困難である。

従って、本装置は、逆モデルを用いることなく、燃料噴射時期についての複数の引数値と、着火時期予測順モデルとから、燃料噴射時期についての各引数値に対応する予測着火時期をそれぞれ求めることで得られる、燃料噴射時期と予測着火時期との複数の関係に対応する複数のプロット点を求める。そして、この複数のプロット点を利用して燃料噴射時期と予測着火時期との関係を近似する近似線を数学的手法により求め、この近似線と、目標着火時期CAigtとから、現時点での運転状態における目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを求める。

本装置は、原則的に、この原理を使用して燃料噴射時期CAinjを求める。その際、燃料噴射時期と予測着火時期との関係を精度良く近似する近似線を得るために使用されるプロット点（具体的には、燃料噴射時期についての複数の引数値）を如何に設定するかが問題となる。以下、図３を参照しながら、本装置によるプロット点の設定の方法、及び燃料噴射時期CAinjの求め方について説明する。

ところで、燃料噴射時期と予測着火時期との関係は、大略的には２次曲線で近似できることが判っている。従って、本装置は、図３に示すように、先ず、仮の近似２次曲線ｚ１を得るための３点（具体的には、燃料噴射時期についての互いに異なる３つの仮の引数値）を後述するように設定する。以下、燃料噴射時期についての１番目、２番目、３番目の仮の引数値をそれぞれ、第１、第２、第３仮噴射時期ａ１，ａ２，ａ３と呼ぶものとする。

先ず、第１仮噴射時期ａ１は、内燃機関１０の設計諸元等に基づいて予め設定されている目標着火時期CAigtが決定され得る期間内の最進角側の着火時期であって、内燃機関１０の運転状態に応じて変動する着火時期のうち最も早い時期に対応する燃料噴射時期CA1（例えば、ＡＴＤＣ−９０°ＣＡ。前記第１所定時期）に設定される。この第１仮噴射時期ａ１（＝CA1）と、残りの８つのパラメータの引数値と、着火時期予測順モデルとから、第１仮噴射時期ａ１に対応する予測着火時期（以下、「第１仮予測着火時期ｂ１」と呼ぶ。）を求めることができる。即ち、仮の近似２次曲線ｚ１を得るための３点のうちの１番目の点ｃ１が決定される。

第２仮噴射時期ａ２は、内燃機関１０の設計諸元等に基づいて予め設定されている目標着火時期CAigtが決定され得る期間内の最遅角側の着火時期であって、内燃機関１０の運転状態に応じて変動する着火時期のうち最も遅い時期に対応する燃料噴射時期CA2（例えば、ＡＴＤＣ０°ＣＡ。前記第２所定時期）に設定される。この第２仮噴射時期ａ２（＝CA2）と、残りの８つのパラメータの引数値と、着火時期予測順モデルとから、第２仮噴射時期ａ２に対応する予測着火時期（以下、「第２仮予測着火時期ｂ２」と呼ぶ。）を求めることができる。即ち、仮の近似２次曲線ｚ１を得るための２番目の点ｃ２が決定される。

第３仮噴射時期ａ３は、第１仮噴射時期ａ１と第２仮噴射時期ａ２の間の時期（本例では、ａ１とａ２の中央の時期）に設定される。この第３仮噴射時期ａ３（＝（ａ１＋ａ２）／２）と、残りの８つのパラメータの引数値と、着火時期予測順モデルとから、第３仮噴射時期ａ３に対応する予測着火時期（以下、「第３仮予測着火時期ｂ３」と呼ぶ。）を求めることができる。即ち、仮の近似２次曲線ｚ１を得るための３番目の点ｃ３が決定される。

このように決定された３点ｃ１，ｃ２，ｃ３を通る２次曲線を数学的に求めることで、図３の実線で示すように、燃料噴射時期と予測着火時期との関係を近似するとともに、目標着火時期CAigtを必ず内挿する仮の近似２次曲線ｚ１を得ることができる。このように、第１、第２、第３仮噴射時期ａ１，ａ２，ａ３を求める手段が仮噴射時期引数値設定手段に対応する。

そして、本装置は、上述のように得られる仮の近似２次曲線ｚ１と、目標着火時期CAigtとから、現時点での運転状態における目標着火時期CAigtに対応する仮の燃料噴射時期CAinj1を求める。ここで、第１仮噴射時期ａ１又は第２仮噴射時期ａ２は、上記目標燃料噴射時期から大きく乖離した値となる場合が多い。従って、この場合、仮の近似２次曲線ｚ１は、真の燃料噴射時期と着火時期との関係を表す線（図３の破線を参照）からずれる。この結果、上記求められた仮の燃料噴射時期CAinj1は、上記目標燃料噴射時期からずれる。

一方、仮の燃料噴射時期CAinj1は、上記目標燃料噴射時期からずれてはいるものの、上記目標燃料噴射時期近傍に推移し得る。そこで、本装置は、この上記目標燃料噴射時期近傍に推移し得る仮の燃料噴射時期CAinj1を利用することで、上記仮の近似２次曲線ｚ１とは別の、燃料噴射時期と着火時期との関係を精度良く近似する近似２次曲線ｚ２を求め、原則的に、近似２次曲線ｚ２と目標着火時期CAigtとから、現時点での運転状態における目標着火時期CAigtに対応する仮の燃料噴射時期CAinj1を求める。

即ち、本装置は、図３に示すように、近似２次曲線ｚ２を得るための３点（具体的には、燃料噴射時期についての互いに異なる３つの引数値）を後述するように設定する。以下、燃料噴射時期についての１番目、２番目、３番目の引数値をそれぞれ、第１、第２、第３噴射時期ｄ１，ｄ２，ｄ３と呼ぶものとする。

先ず、第１噴射時期ｄ１は、上記求められた仮の燃料噴射時期CAinj1そのものに設定する。これにより、第１噴射時期ｄ１は、上記目標燃料噴射時期近傍の時期に設定される。この第１噴射時期ｄ１（＝CAinj1）と、残りの８つのパラメータの引数値と、着火時期予測順モデルとから、第１噴射時期ｄ１に対応する予測着火時期（以下、「第１予測着火時期ｅ１」と呼ぶ。）を求めることができる。即ち、近似２次曲線ｚ２を得るための１番目の点ｆ１が決定される。

第２噴射時期ｄ２は、第１噴射時期ｄ１に、目標着火時期CAigtと第１予測着火時期ｅ１との差δを加えた値に設定される（ｄ２＝ｄ１＋δ）。これにより、第２噴射時期ｄ２は、第１噴射時期ｄ１から上記目標燃料噴射時期へ近づく方向に設定される。なお、この差δは、仮の燃料噴射時期CAinj1（＝第１噴射時期ｄ１）の上記目標燃料噴射時期からの偏移の程度に対応する。この第２噴射時期ｄ２と、残りの８つのパラメータの引数値と、着火時期予測順モデルとから、第２噴射時期ｄ２に対応する予測着火時期（以下、「第２予測着火時期ｅ２」と呼ぶ。）を求めることができる。即ち、近似２次曲線ｚ２を得るための２番目の点ｆ２が決定される。

第３噴射時期ｄ３は、第１噴射時期ｄ１に、目標着火時期CAigtと第１予測着火時期ｅ１との差δに「２」を乗じた値を加えた値に設定される。（ｄ３＝ｄ１＋（２・δ））。この第３噴射時期ｄ３と、残りの８つのパラメータの引数値と、着火時期予測順モデルとから、第３噴射時期ｄ３に対応する予測着火時期（以下、「第３予測着火時期ｅ３」と呼ぶ。）を求めることができる。即ち、近似２次曲線ｚ２を得るための３番目の点ｆ３が決定される。

以上のように、第１、第２、第３噴射時期ｄ１，ｄ２，ｄ３が、上記目標燃料噴射時期近傍に設定され得（従って、第１、第２、第３予測着火時期ｅ１，ｅ２，ｅ３が、上記目標着火時期CAigtに設定され得）、これらに対応する３点ｆ１，ｆ２，ｆ３を通る２次曲線を数学的に求めることで、図３の破線で示される上記真の燃料噴射時期と着火時期との関係を精度良く近似する近似２次曲線ｚ２を得ることができる。このように、第１、第２、第３噴射時期ｄ１，ｄ２，ｄ３を求める手段が噴射時期引数値設定手段に対応する。

本装置は、通常、このようにして得られる近似２次曲線ｚ２と、目標着火時期CAigtとから、現時点での運転状態における目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを求める（図３を参照）。なお、上述のように、近似２次曲線ｚ２は燃料噴射時期と着火時期との関係を精度良く近似するものとなり得るため、このようにして得られる近似２次曲線ｚ２が目標着火時期CAigtを内挿するか、又は、外挿するかにかかわらず、同近似２次曲線ｚ２に基づいて燃料噴射時期CAinjを精度良く決定することができる。このようにして燃料噴射時期CAinjを決定する手段が燃料噴射時期決定手段に対応する。この結果、近似２次曲線ｚ２を得るために使用する３点を決定するために、（仮の近似２次曲線ｚ１を得るために使用する３点を決定するのを除いて）着火時期予測順モデルが３回使用される。

ところで、図４に示すように、目標着火時期CAigtが、第１予測着火時期ｅ１と第２予測着火時期ｅ２の間にある場合について考える。この場合、２点ｆ１，ｆ２を通る直線ｙは、上記近似２次曲線ｚ２における点ｆ１と点ｆ２の間に対応する部分を近似する近似直線となり得る。

従って、この場合、本装置は、近似２次曲線ｚ２の代わりの近似直線ｙと、目標着火時期CAigtとから、現時点での運転状態における目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを求める。これにより、点ｆ３を求める必要がなくなるから、（仮の近似２次曲線ｚ１を得るために使用する３点を決定するのを除いて）着火時期予測順モデルが使用される回数を３回から２回に減らすことができる。換言すれば、燃料噴射時期CAinjの計算精度を下げることなく、ＣＰＵ６１の計算負荷を減らすことができる。

更には、図５に示すように、差δが、燃料噴射時期CAinjを求める際に要求される計算精度に相当する誤差に対応する値α（一定値。例えば、１°）より小さい場合、本装置は、燃料噴射時期CAinjを第１噴射時期ｄ１（即ち、仮の燃料噴射時期CAinj1）そのものに設定する。これにより、点ｆ３のみならず点ｆ２をも求める必要がなくなるから、（仮の近似２次曲線ｚ１を得るために使用する３点を決定するのを除いて）着火時期予測順モデルが使用される回数を３回から１回に減らすことができる。換言すれば、燃料噴射時期CAinjの計算精度を下げることなく、ＣＰＵ６１の計算負荷を更に減らすことができる。

このように、噴射時期引数値と予測着火時期との関係に対応する点を用いて得られる近似関係（近似線）の次数は、最大で２次となる。即ち、２次より大きい次数での近似曲線を作成することなく燃料噴射時期と着火時期との関係を精度良く近似することができるから、上述の手法を用いることで、近似曲線を得るためのＣＰＵ６１の計算負荷を低減しつつ、燃料噴射時期CAinjを精度良く決定することができる。

以上のように、本装置は、先ず、３つの異なる仮噴射時期引数値と仮予測着火時期との関係に対応する３点ｃ１，ｃ２，ｃ３を通る仮の近似２次曲線ｚ１を求める。この３点ｃ１，ｃ２，ｃ３は、仮の近似２次曲線ｚ１が目標着火時期CAigtを必ず内挿するように設定される。仮の近似２次曲線ｚ１と、目標着火時期CAigtとに基づいて仮の燃料噴射時期CAinj1を求め、この仮の燃料噴射時期CAinj1が上記目標燃料噴射時期近傍に推移することを利用して、第１噴射時期ｄ１を仮の燃料噴射時期CAinj1そのものに設定する。そして、少なくとも第１噴射時期ｄ１と第１予測着火時期ｅ１との関係と、目標着火時期CAigtとに基づいて、着火時期予測順モデルにより得られる予測着火時期（即ち、実際の着火時期）を目標着火時期CAigtに近づけるための燃料噴射時期CAinjを決定する。

加えて、本装置は、今回の燃料噴射時期CAinjについての上述した計算を、今回の筒内ガスの量が確定する今回の吸気弁Vinの閉弁時（即ち、筒内ガスが密閉された時点。）の直後に開始し、今回の燃料噴射時期CAinjとして決定され得る範囲内の最早時期が到来する前に今回の燃料噴射時期CAinjを決定する。以上が、本装置による燃料噴射時期の決定方法の概要である。

（実際の作動）
次に、上記のように構成された実施形態に係る内燃機関の燃料噴射時期決定装置を含んだ燃料噴射制御装置の実際の作動について説明する。

ＣＰＵ６１は、図６〜図８に一連のフローチャートにより示した燃料噴射時期を決定するためのルーチンを所定時間の経過毎に、気筒毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ６００から処理を開始し、ステップ６０５に進んで吸気弁Vinが開状態から閉状態へと変化したか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ６９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。

いま、或る気筒において吸気弁Vinが開状態から閉状態へと変化したものとすると、ＣＰＵ６１はステップ６０５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定してステップ６１０に進み、アクセル開度Accpと、エンジン回転速度NEと、Accp及びNEとを引数とする目標着火時期CAigtを求める関数funcCAigtと、に基づいて目標着火時期CAigtを求める。このステップ６１０は、目標着火時期決定手段の一部に対応する。

次に、ＣＰＵ６１はステップ６１５に進んで、内燃機関１０が定常運転状態にあるか否かを判定する。本例では、定常運転状態として、上記残りの８つのパラメータの値及び目標着火時期CAigtの値における今回値と前回値の差の各々が対応する所定の閾値以下となる状態が採用される。

いま、内燃機関１０が定常運転状態にあるものとすると、ＣＰＵ６１はステップ６１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２０に進み、（今回の）燃料噴射時期CAinjを前回の燃料噴射時期CAinjbと等しい時期に設定した後、ステップ６９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。

この処理は、内燃機関１０が定常運転状態にある場合、予測着火時期（従って、実際の着火時期）を目標着火時期CAigtに近づけるための燃料噴射時期は今回と前回とで等しくなるという事実に基づく。これにより、燃料噴射時期CAinjを決定するために着火時期予測順モデルを使用する回数（従って、噴射時期引数値と予測着火時期との関係を求める回数）を「０」とすることができる。この結果、燃料噴射時期CAinjの計算精度を下げることなく、ＣＰＵ６１の計算負荷を減らすことができる。

次に、内燃機関１０が定常運転状態にない場合について説明する。この場合、ＣＰＵ６１はステップ６１５に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ６２５，６３０，６３５に順に進み、第１、第２、第３仮噴射時期ａ１，ａ２，ａ３を、上記時期CA1，CA2，ａ１とａ２の中央の値である値「（ａ１＋ａ２）／２」にそれぞれ設定する。これらのステップ６２５，６３０，６３５は、仮噴射時期引数値設定手段の一部に対応する。

次いで、ＣＰＵ６１はステップ６４０に進んで、第１、第２、第３仮噴射時期ａ１，ａ２，ａ３と、現時点での残りの８つのパラメータ値と、着火時期予測順モデルとから、第１、第２、第３仮予測着火時期ｂ１，ｂ２，ｂ３を算出し、続くステップ６４５にて、点(ａ１，ｂ１)と、点(ａ２，ｂ２)、点(ａ３，ｂ３)との３点を通る仮の近似２次曲線を決定する。

続いて、ＣＰＵ６１はステップ６５０に進んで、この仮の近似２次曲線に基づいて目標着火時期CAigtに対応する（今回の）仮の燃料噴射時期CAinj1を求め、続くステップ６５５にて、第１噴射時期ｄ１を上記仮の燃料噴射時期CAinj1と等しい時期に設定する。

次に、ＣＰＵ６１は図７のステップ７０５に進んで、この第１噴射時期ｄ１と、現時点での残りの８つのパラメータ値と、着火時期予測順モデルとから、第１予測着火時期ｅ１を算出する。次いで、ＣＰＵ６１はステップ７１０に進んで、差δを、目標着火時期CAigtから第１予測着火時期ｅ１を減じた値に設定し、続くステップ７１５にて、差δの絶対値が値α未満か否かを判定する。

いま、差δの絶対値が値α未満であるものとすると（図５を参照）、ＣＰＵ６１はステップ７１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、（今回の）燃料噴射時期CAinjを上記設定された第１噴射時期ｄ１（＝（今回の）仮の燃料噴射時期CAinj1）と等しい時期に設定し、続くステップ７２５にて、今回の燃料噴射時期CAinjの値を前回の燃料噴射時期CAinjbとして格納した後、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、（仮の近似２次曲線ｚ１を得るために使用する３点を決定するのを除いて）燃料噴射時期CAinjを決定するために着火時期予測順モデルが１回使用されることになる。

次に、差δの絶対値が値α以上である場合について説明する。この場合、ＣＰＵ６１はステップ７１５に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ７３０に進み、第２噴射時期ｄ２を第１噴射時期ｄ１に差δを加えた値に設定する。

次いで、ＣＰＵ６１はステップ７３５に進んで、この第２噴射時期ｄ２と、現時点での残りの８つのパラメータ値と、着火時期予測順モデルとから、第２予測着火時期ｅ２を算出し、続くステップ７４０に進んで、目標着火時期CAigtが第１予測着火時期ｅ１と第２予測着火時期ｅ２の間にあるか否かを判定する。

いま、目標着火時期CAigtが第１予測着火時期ｅ１と第２予測着火時期ｅ２の間にあるものとすると（図４を参照）、ＣＰＵ６１はステップ７４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７４５に進み、点(ｄ１，ｅ１)と、点(ｄ２，ｅ２)との２点を通る近似直線を決定する。

そして、ＣＰＵ６１はステップ７５０に進み、この近似直線に基づいて目標着火時期CAigtに対応する（今回の）燃料噴射時期CAinjを求め、続くステップ７２５にて、今回の燃料噴射時期CAinjの値を前回の燃料噴射時期CAinjbとして格納した後、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、（仮の近似２次曲線ｚ１を得るために使用する３点を決定するのを除いて）燃料噴射時期CAinjを決定するために着火時期予測順モデルが２回使用されることになる。

次に、目標着火時期CAigtが第１予測着火時期ｅ１と第２予測着火時期ｅ２の間にない場合（図３を参照）について説明する。この場合、ＣＰＵ６１はステップ７４０に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ７５５に進み、第３噴射時期ｄ３を、第１噴射時期ｄ１に差δに「２」を乗じた値を加えた値に設定する。これらのステップ６４０〜６５５，７１５，７３０，７４０，７５５が噴射時期引数値設定手段の一部に対応する。

続いて、ＣＰＵ６１は図８のステップ８０５に進んで、この第３噴射時期ｄ３と、現時点での残りの８つのパラメータ値と、着火時期予測順モデルとから、第３予測着火時期ｅ３を算出し、続くステップ８１０にて、点(ｄ１，ｅ１)と、点(ｄ２，ｅ２)と、点(ｄ３，ｅ３)との３点を通る近似２次曲線を決定する。

そして、ＣＰＵ６１はステップ８１５に進み、この近似２次曲線に基づいて目標着火時期CAigtに対応する（今回の）燃料噴射時期CAinjを求め、続くステップ８２０にて前述の処理を行った後、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、（仮の近似２次曲線ｚ１を得るために使用する３点を決定するのを除いて）燃料噴射時期CAinjを決定するために着火時期予測順モデルが３回使用されることになる。これらのステップ７０５，７１５，７２０，７３５，７４０，７４５，７５０，８０５〜８１５が燃料噴射時期決定手段の一部に対応する。

以上、説明したように、本発明による燃料噴射時期決定装置の実施形態は、燃料噴射時期、及び残りの８つのパラメータを引数とする着火時期予測順モデルを備えている。この実施形態は、燃料噴射時期をＸ軸（横軸）に、予測着火時期（即ち、実際の着火時期）をＹ軸（縦軸）にとった場合、Ｘ−Ｙ座標上に燃料噴射時期と予測着火時期との関係が２次の近似関係で近似できることに基づいて、先ず、第１、第２、第３仮噴射時期ａ１，ａ２，ａ３を、それぞれ異なる所定の時期に設定するとともに、着火時期予測モデルに基づいて第１、第２、第３仮噴射時期ａ１，ａ２，ａ３にそれぞれ対応する第１、第２、第３仮予測着火時期ｂ１，ｂ２，ｂ３を計算する。これにより、燃料噴射時期と予測着火時期との関係を近似する３点(ａ１，ｂ１),(ａ２，ｂ２),(ａ３，ｂ３)を通る仮の近似２次曲線を得ることができる。このようにして得られる仮の近似２次曲線に基づいて現時点での運転状態における目標着火時期CAigtに対応する仮の燃料噴射時期CAinj1を求める。

次に、この実施形態は、上述のように求められた仮の燃料噴射時期CAinj1が上記目標燃料噴射時期近傍に推移することを利用して、第１噴射時期ｄ１を仮の燃料噴射時期CAinj1そのものに設定し、第２、第３噴射時期ｄ２，ｄ３も上記目標燃料噴射時期近傍に設定するとともに、着火時期予測モデルに基づいて第１、第２、第３噴射時期ｄ１，ｄ２，ｄ３にそれぞれ対応する第１、第２、第３予測着火時期ｅ１，ｅ２，ｅ３を計算する。これにより、燃料噴射時期と予測着火時期との関係を精度良く近似する３点(ｄ１，ｅ１),(ｄ２，ｅ２),(ｄ３，ｅ３)を通る近似２次曲線を得ることができる。そして、このようにして得られる近似２次曲線に基づいて現時点での運転状態における目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを求める（図３を参照）。この結果、着火時期予測順モデルの逆モデルを用いることなく予測着火時期を目標着火時期CAigtに近づけるための燃料噴射時期CAinjを精度良く決定することができる。

加えて、この実施形態では、第１予測着火時期ｅ１と目標着火時期CAigtとの差δがδ≧値α（本例では、１°）であり、且つ、目標着火時期CAigtが第１予測着火時期ｅ１と第２予測着火時期ｅ２の間にある場合、上記近似２次曲線に代えて２点(ｄ１，ｅ１),(ｄ２，ｅ２)を通る近似直線に基づいて燃料噴射時期CAinjが求められる（図４を参照）。更には、δ＜値αの場合、燃料噴射時期CAinjが第１噴射時期ｄ１と等しい時期（即ち、上記仮の燃料噴射時期CAinj1）に設定される（図５を参照）。これにより、燃料噴射時期CAinjの計算精度を下げることなく、ＣＰＵ６１の計算負荷を減らすことができる。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、第３噴射時期ｄ３を、第１噴射時期ｄ１に上記差δに「２」を乗じた値を加えた値に設定しているが、これに代えて、第３噴射時期ｄ３を、第２噴射時期ｄ２に目標着火時期CAigtと第２予測着火時期ｅ２の差を加えた値に設定してもよい。

また、上記実施形態においては、上記差δが値αより小さいか否か、或いは、目標着火時期CAigtが第１予測着火時期ｅ１と第２予測着火時期ｅ２の間にあるか否かの判定に応じて、第１噴射時期ｄ１に基づいて得られる近似線の次数を変更しているが、これに代えて、上記判定にかかわらず近似線の次数を一定としてもよい。この場合、燃料噴射時期CAinjを精度良く求めるため、近似線の次数は２次以上であることが好ましい。

また、上記実施形態においては、着火時期予測順モデルとして、燃料噴射時期に加えて、吸気酸素濃度RO2in、エンジン回転速度NE、吸気温度Tb、冷却水温THW、排気温度Tex、吸気管圧力Pb、指令燃料噴射量Qfin、噴射圧力Pfの８つのパラメータ（残りの８つのパラメータ）を引数とするものが採用されているが、燃料噴射時期に加えて、上記８つのパラメータ以外のパラメータを引数とする着火時期予測順モデルが採用されてもよい。

また、上記実施形態においては、第１、第２仮噴射時期ａ１，ａ２を、目標着火時期CAigtが決定され得る期間内の最も早い着火時期に対応する燃料噴射時期CA1、及び同期間内における最も遅い着火時期に対応する燃料噴射時期CA2に設定しているが、これに代えて、燃料の噴射開始から同燃料により形成される混合気の燃料濃度が着火可能範囲の下限、及び上限に達するまでの期間である下限到達期間、及び上限到達期間をそれぞれ取得し、第１仮噴射時期ａ１を、目標着火時期CAigtから上記下限到達期間だけ早い時期以前に設定し、第２仮噴射時期ａ２を、目標着火時期CAigtから上記上限到達期間だけ早い時期以降に設定するように構成されてもよい。

噴射された燃料に基づく混合気の燃料濃度は、噴射後の時間経過に従って次第に小さくなっていく。混合気は、燃料濃度が或る着火可能範囲内にある場合にのみ着火し得る。即ち、噴射後経過時間が上記上限到達期間から上記下限到達期間の間にある場合にのみ混合気は着火し得る。係る観点に基づき、上記構成のように、第１仮噴射時期ａ１を、目標着火時期CAigtから上記下限到達期間だけ早い時期以前に設定すれば、第１仮予測着火時期ｂ１を、目標着火時期CAigtよりも確実に早い時期に設定することができる。同様に、第２仮噴射時期ａ２を、目標着火時期CAigtから上記上限到達期間だけ早い時期以降に設定すれば、第２仮予測着火時期ｂ２を、目標着火時期CAigtよりも確実に遅い時期に設定することができる。従って、これによっても、仮の近似２次曲線で目標着火時期CAigtを確実に内挿することができる。なお、上記下限到達期間、及び上限到達期間の求め方については、例えば、特願２００５−２８１４１３号に詳述されているので、ここではその詳細な説明を省略する。

また、第２仮噴射時期ａ２を、目標着火時期CAigtと等しい時期に設定してもよい。これによっても、当然に、第２仮予測着火時期ｂ２を目標着火時期CAigtよりも確実に遅い時期に設定することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の燃料噴射時期決定装置を含んだ燃料噴射制御を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）に適用したシステム全体の概略構成図である。 或る一つの気筒のシリンダ内(筒内)において混合気が進行する様子を模式的に示した図である。 目標着火時期に対応する燃料噴射時期を求めるために使用される近似線として、仮の２次曲線と、仮の２次曲線に基づいて求められる仮の燃料噴射時期に対応する点とその他の２点との計３点を通る近似２次曲線が使用される場合における、燃料噴射時期の求め方を説明するための図である。 目標着火時期に対応する燃料噴射時期を求めるために使用される近似線として、仮の２次曲線と、仮の２次曲線に基づいて求められる仮の燃料噴射時期に対応する点とその他の１点との計２点を通る近似直線が使用される場合における、燃料噴射時期の求め方を説明するための図である。 目標着火時期に対応する燃料噴射時期を求めるために使用される近似線として仮の２次曲線のみが用いられ、仮の２次曲線に基づいて求められる仮の燃料噴射時期とその予測着火時期との１つ関係（１点）のみが使用される場合における、燃料噴射時期の求め方を説明するための図である。 図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射時期を決定するためのルーチンの第１番目の部分を示したフローチャートである。 図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射時期を決定するためのルーチンの第２番目の部分を示したフローチャートである。 図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射時期を決定するためのルーチンの第３番目の部分を示したフローチャートである。 着火予測順モデルを利用して求められる噴射時期引数値と予測着火時期との３つの関係に対応する３点を通る近似２次曲線に基づいて、目標着火時期に対応する燃料噴射時期の求め方を説明するための図である。

符号の説明

２１…燃料噴射弁、６０…電気制御装置、６１…ＣＰＵ、７２…吸気温センサ、７３…吸気管圧力センサ、７４…クランクポジションセンサ、７６…燃料噴射圧力センサ、７７…吸気酸素濃度センサ、７８…水温センサ、７９…排気温度センサ

Claims (7)

1. 少なくとも燃料噴射時期を含む複数のパラメータを引数とする着火時期予測モデルを使用して内燃機関の着火時期の予測値である予測着火時期を予測する着火時期予測手段と、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて前記着火時期の目標値である目標着火時期を決定する目標着火時期決定手段と、
   前記着火時期予測モデルの引数値として使用される前記燃料噴射時期である噴射時期引数値としての、第１仮噴射時期引数値、第２仮噴射時期引数値、及び第３仮噴射時期引数値を、前記第１、第２、及び第３仮噴射時期引数値が全て異なる値となるように設定する仮噴射時期引数値設定手段と、
   前記第１仮噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第１仮予測着火時期と、前記第２仮噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第２仮予測着火時期と、前記第３仮噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第３仮予測着火時期とを取得するとともに、前記第１仮噴射時期引数値と前記第１仮予測着火時期との関係と、前記第２仮噴射時期引数値と前記第２仮予測着火時期との関係と、前記第３仮噴射時期引数値と前記第３仮予測着火時期との関係との３つの関係から前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する仮の２次の近似関係を求め、前記仮の２次の近似関係と、前記目標着火時期とに基づいて、前記噴射時期引数値としての第１噴射時期引数値を設定する第１噴射時期引数値設定手段と、
   前記着火時期予測モデルの引数値として使用される前記燃料噴射時期である、前記第１噴射時期引数値とは異なる１つ又は複数の噴射時期引数値を設定する第２噴射時期引数値設定手段と、
   前記第１噴射時期引数値と前記第１噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第１予測着火時期との関係と、前記１つ又は複数の噴射時期引数値のそれぞれについて得られる前記噴射時期引数値と前記噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期とのそれぞれの関係と、に基づいて前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する近似関係を求め、前記燃料噴射時期を、前記近似関係に基づいて得られる前記目標着火時期に対応する燃料噴射時期に決定する燃料噴射時期決定手段と、
   を備えた内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
   前記第２噴射時期引数値設定手段は、
   前記噴射時期引数値としての第２噴射時期引数値を、前記第１噴射時期引数値と異なる値に設定し、
   前記燃料噴射時期決定手段は、
   前記第２噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第２予測着火時期を取得するとともに、前記目標着火時期が前記第１予測着火時期と前記第２予測着火時期との間にある場合、前記第１噴射時期引数値と前記第１予測着火時期との関係と、前記第２噴射時期引数値と前記第２予測着火時期との関係との２つの関係から前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する前記近似関係としての１次の近似関係を求め、前記燃料噴射時期を、前記１次の近似関係に基づいて得られる前記目標着火時期に対応する燃料噴射時期に決定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
   前記第２噴射時期引数値設定手段は、
   前記第２噴射時期引数値を、前記第１噴射時期引数値に前記目標着火時期と前記第１予測着火時期との差を加えた値に設定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置であって、
   前記第２噴射時期引数値設定手段は、
   前記目標着火時期が前記第１予測着火時期と前記第２予測着火時期との間にない場合、前記噴射時期引数値としての第３噴射時期引数値を、前記第１、第２、及び第３噴射時期引数値が全て異なる値となるように設定し、
   前記燃料噴射時期決定手段は、
   前記第３噴射時期引数値を、前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第３予測着火時期を取得するとともに、前記第１噴射時期引数値と前記第１予測着火時期との関係と、前記第２噴射時期引数値と前記第２予測着火時期との関係と、前記第３噴射時期引数値と前記第３予測着火時期との関係との３つの関係から前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する前記近似関係としての２次の近似関係を求め、前記燃料噴射時期を、前記２次の近似関係に基づいて得られる前記目標着火時期に対応する燃料噴射時期に決定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
   前記第２噴射時期引数値設定手段は、
   前記第３噴射時期引数値を、前記第１噴射時期引数値に前記目標着火時期と前記第１予測着火時期との差に「２」を乗じた値を加えた値に設定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
   前記仮噴射時期引数値設定手段は、前記第１、第２、及び第３仮噴射時期引数値として、
   前記仮の２次の近似関係において前記目標着火時期よりも早い前記着火時期に対応する前記燃料噴射時期である第１所定時期、前記仮の２次の近似関係において前記目標着火時期よりも遅い前記着火時期に対応する前記燃料噴射時期である第２所定時期、及び前記第１所定時期と前記第２所定時期との間の前記燃料噴射時期をそれぞれ用いるように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
7. 請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
   前記仮噴射時期引数値設定手段は、前記第３仮噴射時期引数値として、
   前記第１所定時期と前記第２所定時期の中央の時期を用いるように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。

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