JP5145455B2 - 触媒の温度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出された排ガスを浄化する触媒の温度を制御する触媒の温度制御装置に関する。

従来のこの種の温度制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この温度制御装置では、触媒が活性状態にないときに、内燃機関への燃料の供給を３回に分割して行い、それにより、排ガスの温度を高めることによって、触媒の温度を上昇させる。このときの燃料の供給タイミングは、１回目と２回目の間の燃料供給の間隔と、２回目と３回目の燃料供給の間隔が、互いに同じ一定の間隔になるように設定される。

特開２０００−３２０３８６号公報

一般に、同一の運転ポイントにおいて排ガスの温度が高くなるような燃焼が行われると、排ガスの温度が高くなるほど、排ガスに含まれる未燃燃料が多くなり、燃料消費量も多くなる。また、触媒が活性状態にないときには、触媒で反応することなく触媒を通過する未燃燃料の量は多くなる。これに対して、従来の温度制御装置では、燃料供給を一定の等間隔で行うにすぎないため、内燃機関の運転状態によっては、複数回の燃焼期間に対応する複数の燃焼期間の間で燃焼の開始タイミングがばらつくことがある。その場合には、複数の燃焼期間の全体において燃焼状態が変動するため、排ガスの温度を精度良く制御することができない。例えば、排ガスの温度が低すぎる場合には、触媒の温度を速やかに上昇させることができないため、触媒を速やかに活性化することができず、排ガス特性が悪化し、排ガスの温度が高すぎる場合には、上述したように排ガス中の未燃燃料が多くなるため、やはり排ガス特性が悪化する。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、排ガス特性を良好に保てるとともに、触媒を速やかに活性化することができる触媒の温度制御装置を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、内燃機関３から排出された排ガスを浄化する触媒１０の温度を制御する触媒１０の温度制御装置１であって、内燃機関３に燃料を複数回に分割して供給する燃料供給手段（インジェクタ４、ＥＣＵ２）と、内燃機関３の気筒３ａ内の圧力を筒内圧ＰＣＹＬとして検出する筒内圧検出手段（筒内圧センサ２１）と、検出された筒内圧ＰＣＹＬに基づいて、熱発生率ｄＱＨＲを算出する熱発生率算出手段（ＥＣＵ２）と、燃料供給手段による複数回の燃料供給に対応する複数の燃焼期間（第１〜第５燃焼期間）においてそれぞれ実際に燃焼が開始したタイミングを、複数の実燃焼時期（第１〜第５実燃焼時期ＩＧ１〜ＩＧ５）として算出する実燃焼時期算出手段（ＥＣＵ２、図９〜図１１のステップ７３，７９，８６，９３，１００）と、複数の燃焼期間のそれぞれにおける最大燃焼速度（第１〜第５最大燃焼速度ＶＭＡＸ１〜ＶＭＡＸ５）を算出する最大燃焼速度算出手段（ＥＣＵ２、図９〜図１１のステップ７５，８１，８８，９５，１０２）と、燃料供給手段により燃料をそれぞれ供給するタイミングを、複数の燃料供給タイミング（第１〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ１〜ＴＩＮＪ５）として設定する燃料供給タイミング設定手段（ＥＣＵ２）と、複数の燃焼期間において最大燃焼速度が発生した後に熱発生率ｄＱＨＲが熱発生率ｄＱＨＲの収束状態を判定するための所定値をそれぞれ下回ったタイミングを、複数の熱発生率収束タイミングとして算出する熱発生率収束タイミング算出手段（ＥＣＵ２）と、を備え、燃料供給タイミング設定手段は、燃料供給手段による複数回の燃料供給のうちの互いに続いて実行される各２回の燃料供給の間において、今回、供給される燃料の実燃焼時期が、前回、供給された燃料の燃焼による熱発生率収束タイミングに一致するように、複数の燃料供給タイミングを設定することを特徴とする。

この触媒の温度制御装置によれば、燃料供給手段により、内燃機関への燃料の供給が複数回に分割して行われることによって、排ガスの温度を高め、触媒の温度を上昇させる。また、検出された筒内圧に基づいて熱発生率が算出される。さらに、複数回の燃料供給に対応する複数の燃焼期間においてそれぞれ実際に燃焼が開始したタイミングを、複数の実燃焼時期として算出するとともに、複数の燃焼期間において最大燃焼速度が発生した後に熱発生率が熱発生率の収束状態を判定するための所定値をそれぞれ下回ったタイミングを、複数の熱発生率収束タイミングとして算出する。そして、複数回の燃料供給のうちの互いに続いて実行される各２回の燃料供給の間において、今回、供給される燃料の実燃焼時期が、前回、供給された燃料の燃焼による熱発生率収束タイミングに一致するように、複数の燃料供給タイミングを設定する。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の触媒１０の温度制御装置１において、排ガスの温度の目標となる目標排ガス温度を設定する目標排ガス温度設定手段をさらに備え、所定値は、目標排ガス温度が高いほど、より小さな値に設定されることを特徴とする。

この構成によれば、熱発生率の収束状態を判定するための所定値は、目標排ガス温度が高いほど、より小さな値に設定される。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の触媒１０の温度制御装置１において、燃料供給手段による複数回の燃料供給によるそれぞれの燃焼期間における最大燃焼速度（第１〜第５最大燃焼速度ＶＭＡＸ１〜ＶＭＡＸ５）が互いに等しくなるように、燃料供給手段による燃料の供給量および複数の燃料供給タイミングの少なくとも一方である燃料供給パラメータ（第１〜第５燃料噴射量ＱＩＮＪ１〜ＱＩＮＪ５、第１〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ１〜ＴＩＮＪ５）を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、複数回の燃料供給によるそれぞれの燃焼期間における最大燃焼速度が互いに等しくなるように制御される。この構成は、それぞれの燃焼期間に対応する最大燃焼速度の分布と、それによって得られる排ガスの温度との間に成立する以下のような関係に基づくものである。すなわち、燃焼期間が早いほど最大燃焼速度が大きい場合には、排ガスの温度が低くなり、触媒を速やかに活性化することができない。逆に、燃焼期間が遅いほど最大燃焼速度が大きい場合には、排ガスの温度が高くなり、未燃燃料が多くなることで、排ガス特性が悪化する。また、それぞれの燃焼期間において最大燃焼速度が互いに等しい場合には、排ガスの温度と触媒の速やかな活性化をバランス良く得られることが確認された。以上のような関係に基づき、本発明によれば、複数回の燃料供給に伴う複数の燃焼期間において最大燃焼速度が互いに等しくなるように燃料供給パラメータを制御するので、排ガスの温度をより適切に制御でき、それにより、排ガス特性をより良好に保ちながら、触媒を速やかに活性化することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の触媒１０の温度制御装置１において、排ガスの温度の目標となる目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤを設定する目標排ガス温度設定手段（ＥＣＵ２、図４のステップ２３，２４）と、目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤに応じて、最大燃焼速度の目標となる目標最大燃焼速度ＴＶＭＡＸを設定する目標最大燃焼速度設定手段（ＥＣＵ２、図８のステップ６２）をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、目標排ガス温度に応じて目標最大燃焼速度を設定するので、複数の燃焼期間における最大燃焼速度を目標最大燃焼速度になるように制御パラメータを制御することによって、排ガスの温度を目標排ガス温度に制御でき、排ガス特性をさらに良好に保ちながら、触媒を速やかに活性化することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の触媒１０の温度制御装置１において、最大燃焼速度は、算出された熱発生率ｄＱＨＲの最大値であることを特徴とする。

この構成によれば、燃焼速度と高い相関性を有する熱発生率の最大値を最大燃焼速度として用い、前述した制御を行うことによって、排ガスの温度を適切に制御でき、排ガス特性を良好に保ちながら、触媒を速やかに活性化することができる。

本発明を適用した内燃機関の構成を概略的に示す図である。 温度制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態によるマルチ噴射制御処理を示すメインフローである。 目標排ガス温度の算出処理を示すサブルーチンである。 燃料噴射時期の算出処理を示すサブルーチンである。 燃料噴射時期のフィードバック補正値の算出処理を示すサブルーチンである。 燃料噴射量の算出処理を示すサブルーチンである。 燃料噴射量のフィードバック補正値の算出処理を示すサブルーチンである。 実燃焼時期の算出処理の一部を示すサブルーチンである。 図９の残りを示すサブルーチンである。 図９のさらに残りを示すサブルーチンである。 マルチ噴射による第１〜第５燃焼期間における最大燃焼速度と実燃焼時期の一例を示す図である。 本発明の第２実施形態によるマルチ噴射制御処理を示すメインフローである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図２に示すように、本実施形態による温度制御装置１は、後述する触媒１０の温度制御を含む各種の制御を実行するためのＥＣＵ２を備えており、図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３に適用される。エンジン３は、車両（図示せず）に搭載されたディーゼルエンジンであり、例えば４つの気筒３ａ（１つのみ図示）を有している。

エンジン３のシリンダヘッド３ｂには、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）４およびグロープラグ１１が、燃焼室３ｃに臨むように取り付けられている。このインジェクタ４の開弁時間および開弁タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御され、それにより、燃料噴射量および燃料噴射時期が制御される。また、エンジン３では、エンジン３が冷間運転状態にないときには、吸気行程から圧縮行程までの間に燃料を１回のみ噴射するシングル噴射が実行される。また、エンジン３が冷間運転状態にあるときには、圧縮行程から膨張行程までの所定の期間に燃料を噴射するマルチ噴射が実行される。このマルチ噴射による燃料の噴射は、複数回（例えば５回）に分割して行われる。

グロープラグ１１は、気筒３ａ内の着火を補助するためのものである。このグロープラグ１１は、電極を介してバッテリ（いずれも図示せず）に接続されており、バッテリから供給される電力によって発熱し、気筒３ａ内を加熱する。グロープラグ１１の通電タイミングおよび通電時間は、ＥＣＵ２からの制御信号によって制御される。

グロープラグ１１には、筒内圧センサ２１が取り付けられている（図２参照）。この筒内圧センサ２１は、エンジン３の気筒３ａ内の圧力の変化量（以下「筒内圧変化量」という）ＤＰを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、筒内圧変化量ＤＰに基づいて、筒内圧ＰＣＹＬを算出する。

エンジン３には、ターボチャージャ７が設けられている。このターボチャージャ７は、吸気通路５に設けられたコンプレッサブレード７ａと、排気通路６に設けられ、コンプレッサブレード７ａと一体に回転するタービンブレード７ｂと、複数の可変ベーン７ｃ（２つのみ図示）と、可変ベーン７ｃを駆動するベーンアクチュエータ７ｄなどを備えている。

このターボチャージャ７では、排気通路６を流れる排ガスによってタービンブレード７ｂが回転駆動されると、これと一体のコンプレッサブレード７ａも同時に回転することによって、吸気を過給する過給動作が行われる。

可変ベーン７ｃは、タービンブレード７ｂを収容するハウジング（図示せず）の壁部に回動自在に取り付けられており、ベーンアクチュエータ７ｄに機械的に連結されている。可変ベーン７ｃの開度は、ＥＣＵ２により、ベーンアクチュエータ７ｄを介して制御される。これにより、タービンブレード７ｂに吹き付けられる排ガスの量が変化するのに伴い、タービンブレード７ｂおよびコンプレッサブレード７ａの回転速度が変化することによって、過給圧が制御される。

また、吸気通路５には、上流側から順に、エアフローセンサ２２、吸気温センサ２３、スロットル弁機構８および吸気圧センサ２４が設けられている。エアフローセンサ２２および吸気温センサ２３は、コンプレッサブレード７ａよりも上流側に設けられており、エンジン３に吸入される吸入空気量ＱＡおよび吸気通路５内の温度（以下「吸気温」という）ＴＡをそれぞれ検出し、それらを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。吸気圧センサ２４は、吸気通路５内の圧力（以下「吸気圧」という）ＰＢを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

スロットル弁機構８は、スロットル弁８ａおよびこれを駆動するＴＨアクチュエータ８ｂなどを備えている。スロットル弁８ａは、吸気通路５内に回動自在に設けられている。ＴＨアクチュエータ８ｂは、モータと減速ギヤ機構（いずれも図示せず）を組み合わせたものである。スロットル弁８ａの開度は、ＥＣＵ２により、ＴＨアクチュエータ８ｂを介して制御され、それにより、スロットル弁８ａを通過する吸入空気量が制御される。

エンジン３には、ＥＧＲ装置９が設けられている。このＥＧＲ装置９は、排気通路６に排出された排ガスの一部を吸気通路５に還流させるものであり、吸気通路５のコンプレッサブレード７ａよりも下流側と排気通路６のタービンブレード７ｂよりも上流側に接続されたＥＧＲ通路９ａと、このＥＧＲ通路９ａを開閉するＥＧＲ制御弁９ｂなどで構成されている。

ＥＧＲ制御弁９ｂは、そのリフトが最大値と最小値の間で連続的に変化する電磁弁で構成され、ＥＣＵ２に電気的に接続されている。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ制御弁９ｂを介して、ＥＧＲ通路９ａの開度を変化させることにより、ＥＧＲ通路９ａを介して還流する排ガスの還流量（以下「ＥＧＲ量」という）を制御する。

また、ＥＧＲ通路９ａには、ＥＧＲ量センサ２５が設けられている。このＥＧＲ量センサ２５は、ＥＧＲ通路９ａ内を通過するＥＧＲ量ＱＥＧＲを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

また、エンジン３には、クランク角センサ２６が設けられている。このクランク角センサ２６は、マグネットロータ２６ａおよびＭＲＥピックアップ２６ｂで構成されており、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定クランク角（例えば１゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。また、ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストンが吸気行程の開始時の上死点よりも若干、手前の所定のクランク角位置にあることを表す信号であり、本実施形態のようにエンジン３が４気筒の場合には、クランク角１８０゜ごとに出力される。

また、エンジン３には、気筒判別センサ（図示せず）が設けられている。この気筒判別センサは、気筒３ａを判別するためのパルス信号である気筒判別信号を、ＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、これらの気筒判別信号、ＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号に基づいて、クランク角ＣＡを気筒３ａごとに算出する。具体的には、このクランク角ＣＡは、ＴＤＣ信号の発生時に値０にリセットされ、１°ごとに出力されるＣＲＫ信号が発生するごとにインクリメントされる。

エンジン３の本体には、水温センサ２７が設けられている。この水温センサ２７は、エンジン３のシリンダブロック（図示せず）内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

前述した触媒１０は、排気通路６のタービンブレード７ｂよりも下流側に設けられている。この触媒１０は、例えば酸化触媒で構成されており、その温度が所定の活性温度ＴＣＡＴＲＥＦよりも高いときに、活性状態に保たれ、排気通路６を流れる排ガス中のＨＣやＣＯを酸化させることによって、排ガスを浄化する。

また、排気通路６には、触媒前排ガス温度センサ２８および触媒後排ガス温度センサ２９が設けられている。触媒前排ガス温度センサ２８は、触媒１０のすぐ上流側の排ガスの温度（以下「触媒前排ガス温度」という）ＴＣＡＴＢを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。触媒後排ガス温度センサ２９は、触媒１０のすぐ下流側の排ガスの温度（以下「触媒後排ガス温度」という）ＴＣＡＴＡを検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。

さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ３０から、車両のアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、燃圧センサ３１から、インジェクタ４から噴射される燃料の圧力（以下「燃圧」という）ＰＦを表す検出信号が、それぞれ出力される。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよびＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜３１の検出信号などに応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、前述したシングル噴射およびマルチ噴射を含む燃料噴射制御処理を実行する。この燃料噴射制御は、気筒判別信号に基づいて、気筒３ａごとに行われるため、以下では、説明の便宜上、１つの気筒３ａについて説明を行うものとする。

シングル噴射による燃料噴射時期および燃料噴射量は、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、それぞれの所定のマップ（いずれも図示せず）を検索することによって算出される。この要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって算出される。

なお、本実施形態では、ＥＣＵ２が、燃料供給手段、運転状態検出手段、燃料供給タイミング設定手段、燃焼開始タイミング算出手段、目標燃焼開始タイミング設定手段、目標排ガス温度設定手段、熱発生率算出手段、制御手段および目標最大燃焼速度設定手段に相当する。

図３は、本発明の第１実施形態によるマルチ噴射を制御するマルチ噴射制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の発生間隔よりも短い所定の周期で実行される。なお、以下の説明では、マルチ噴射による１回目〜５回目の燃料噴射の時期をそれぞれ第１〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ１〜ＴＩＮＪ５とし、１回目〜５回目の燃料噴射によって噴射される燃料噴射量をそれぞれ第１〜第５燃料噴射量ＱＩＮＪ１〜ＱＩＮＪ５とし、これらの第１〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ１〜ＴＩＮＪ５および第１〜第５燃料噴射量ＱＩＮＪ１〜ＱＩＮＪ５を適宜、燃料噴射時期ＴＩＮＪｎおよび燃料噴射量ＱＩＮＪｎという。両者の添え字ｎは、マルチ噴射による燃料の噴射次数（何回目の噴射であるか（ｎ＝１〜５））を表す。

本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＲＥＦ以下で、かつ吸気温ＴＡが所定温度ＴＡＲＥＦ以下であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、エンジン３が冷間運転状態にあると判定し、マルチ噴射による燃料噴射時期ＴＩＮＪｎおよび燃料噴射量ＱＩＮＪｎの算出中であることを表す算出中フラグＦ＿ＣＡＬが「１」であるか否かを判別する（ステップ２）。この算出中フラグＦ＿ＣＡＬは、ＴＤＣ信号の発生に同期して「１」にセットされるものである。また、このＴＤＣ信号の発生に同期して、前記噴射次数ｎが値１に初期化される。

このステップ２の判別結果がＹＥＳのときには、噴射次数ｎが値５よりも大きいか否かを判別する（ステップ３）。この判別結果がＮＯのときには、算出中フラグＦ＿ＣＡＬが前回と今回の間で「０」から「１」に変化したか否かを判別する（ステップ４）。

この判別結果がＹＥＳのとき、すなわち算出中フラグＦ＿ＣＡＬが「１」にセットされた最初のループのときには、目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤを算出する（ステップ５）。

図４は、この目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤの算出処理を示すサブルーチンである。本処理では、まずステップ２１において、触媒前排ガス温度センサ２８および触媒後排ガス温度センサ２９でそれぞれ検出された触媒前排ガス温度ＴＣＡＴＢおよび触媒後排ガス温度ＴＣＡＴＡに基づいて、触媒１０の温度（以下「触媒温度」という）ＴＣＡＴを推定する。具体的には、触媒温度ＴＣＡＴは、触媒前排ガス温度ＴＣＡＴＢと触媒後排ガス温度ＴＣＡＴＡとの加重平均によって算出される。

次に、算出された触媒温度ＴＣＡＴが前記活性温度ＴＣＡＴＲＥＦ以下であるか否かを判別する（ステップ２２）。この判別結果がＹＥＳで、触媒温度ＴＣＡＴが活性温度ＴＣＡＴＲＥＦ以下のときには、触媒１０が活性状態にないと判定して、触媒温度ＴＣＡＴに第１所定温度ＴＲＥＦ１（例えば２０度）を加算した値を目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤとして設定し（ステップ２３）、本処理を終了する。

一方、ステップ２２の判別結果がＮＯで、触媒温度ＴＣＡＴが活性温度ＴＣＡＴＲＥＦよりも高いときには、触媒１０が活性状態にあると判定して、活性温度ＴＣＡＴＲＥＦから第２所定温度ＴＲＥＦ２（例えば１０度）を減算した値を目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤとして設定し（ステップ２４）、本処理を終了する。

図３に戻り、前記ステップ５に続くステップ６では、算出した目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、目標吸入空気量ＱＡＣＭＤを算出する。検出された吸入空気量ＱＡがこの目標吸入空気量ＱＡＣＭＤになるように、ＴＨアクチュエータ８ｂが制御されることで、吸入空気量ＱＡが目標吸入空気量ＱＡＣＭＤに収束するようにフィードバック制御される。

次いで、噴射次数ｎに対する燃料噴射時期ＴＩＮＪｎを算出する（ステップ７）とともに、燃料噴射量ＱＩＮＪｎを算出する（ステップ８）。これらの算出処理については後述する。なお、燃料噴射時期ＴＩＮＪｎは、燃料が噴射されるときのクランク角ＣＡで表される。前述したように、噴射次数ｎは、算出中フラグＦ＿ＣＡＬと同様、ＴＤＣ信号の発生に同期して値１にリセットされるため、前記ステップ４の判別結果がＹＥＳのときには、噴射次数ｎ＝１になり、それに応じて、ステップ７および８では、燃料噴射時期ＴＩＮＪｎおよび燃料噴射量ＱＩＮＪｎとして、第１燃料噴射時期ＴＩＮＪ１および第１燃料噴射量ＱＩＮＪ１がそれぞれ算出される。

そして、噴射次数ｎをインクリメントし（ステップ９）、本処理を終了する。このステップ９の実行により、次回のループでは、噴射次数ｎ＝２になるとともに、前記ステップ４の判別結果がＮＯになり、その場合には、前記ステップ５および６をスキップし、前記ステップ７に進み、燃料噴射時期ＴＩＮＪｎおよび燃料噴射量ＱＩＮＪｎとして、第２燃料噴射時期ＴＩＮＪ２および第２燃料噴射量ＱＩＮＪ２をそれぞれ算出する。その後、前記ステップ９を実行し、本処理を終了する。

その後、前記ステップ７および８が繰り返し実行されることによって、第３〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ３〜ＴＩＮＪ５および第３〜第５燃料噴射量ＱＩＮＪ３〜ＱＩＮＪ５が順次、算出される。また、第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ５および第５燃料噴射量ＱＩＮＪ５の算出の終了直後には、前記ステップ９の実行により、噴射次数ｎが値５を上回ることで、前記ステップ３の判別結果がＹＥＳになる。その場合には、第１〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ１〜ＴＩＮＪ５および第１〜第５燃料噴射量ＱＩＮＪ１〜ＱＩＮＪ５のすべての算出が終了したとして、算出中フラグＦ＿ＣＡＬを「０」にリセットし（ステップ１０）、本処理を終了する。このステップ１０の実行により、前記ステップ２の判別結果がＮＯになり、その場合には、本処理をそのまま終了する。

一方、前記ステップ１の判別結果がＮＯのとき、すなわちエンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＲＥＦよりも高いとき、または吸気温ＴＡが所定温度ＴＡＲＥＦよりも高いときには、エンジン水温ＴＷや吸気温ＴＡが比較的高く、エンジン３が冷間運転状態にないと判定し、前記ステップ１０を実行し、本処理を終了する。

以上のようにして算出された第１〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ１〜ＴＩＮＪ５および第１〜第５燃料噴射量ＱＩＮＪ１〜ＱＩＮＪ５に基づいて、インジェクタ４の開弁タイミングおよび開弁時間を制御することによって、マルチ噴射による５回の分割噴射が実行される。

図５は、前記ステップ７で実行される燃料噴射時期ＴＩＮＪｎの算出処理を示すサブルーチンである。なお、第１〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ１〜ＴＩＮＪ５の算出方法は、基本的には互いに同じであるため、以下では、噴射次数ｎ＝１、すなわち第１燃料噴射時期ＴＩＮＪ１の場合を中心として説明を行うものとする。

本処理では、まずステップ３１において、燃料噴射時期の基本値ＴＩＮＪＢＡＳＥｎを算出する。具体的には、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤ、目標吸入空気量ＱＡＣＭＤ、および前記ステップ２３または２４で算出された目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤに応じ、所定の第１燃料噴射時期マップ（図示せず）を検索することによって、燃料噴射時期の第１基本値ＴＩＮＪＢＡＳＥ１を算出する。この第１燃料噴射時期マップでは、第１基本値ＴＩＮＪＢＡＳＥ１は、燃料の良好な着火性を確保するために、膨張行程の開始時付近に設定されており、より詳しくは、目標吸入空気量ＱＡＣＭＤが少ないほど、より進角側に設定されている。また、第１基本値ＴＩＮＪＢＡＳＥ１は、エンジン回転数ＮＥが低いほど、また要求トルクＰＭＣＭＤが低いほど、より低い温度状態にある排ガスの温度を上昇させるために、より遅角側に設定されている。

次に、第１環境補正値ＣＥＮＶ１を算出する（ステップ３２）。この第１環境補正値ＣＥＮＶｎの算出は、吸気温ＴＡ、吸気圧ＰＢ、ＥＧＲ量ＱＥＧＲ、燃圧ＰＦ、燃料の性状、エンジン３の暖機状態やグロープラグ１１の通電状態などに応じ、それぞれの所定のマップ（図示せず）を検索することによって、補正値をそれぞれ算出するとともに、これらの補正値を互いに加算することによって行われる。なお、上記の燃料の性状は、例えばシングル噴射による燃料の実際の燃焼開始タイミングと目標燃焼開始タイミングに応じて算出され、エンジン３の暖機状態は、始動時からの燃料噴射量の積算値などにより推定された気筒３ａの壁面温度などに応じて判定される。

次いで、第１フィードバック補正値ＣＦＢＩ１を後述するようにして算出する（ステップ３３）。そして、算出した第１基本値ＴＩＮＪＢＡＳＥ１に、第１環境補正値ＣＥＮＶ１および第１フィードバック補正値ＣＦＢＩ１を加算することによって、第１燃料噴射時期ＴＩＮＪ１を算出し（ステップ３４）、本処理を終了する。

また、噴射次数ｎ＝２の場合には、第１燃料噴射時期ＴＩＮＪ１の場合と同様にして、前記ステップ３１〜３４において、第２燃料噴射時期ＴＩＮＪ２を算出する。具体的には、ステップ３１において、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤ、目標吸入空気量ＱＡＣＭＤおよび目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤに応じ、所定の第２燃料噴射時期マップ（図示せず）を検索することによって、燃料噴射時期の第２基本値ＴＩＮＪＢＡＳＥ２を算出する。次に、吸気温ＴＡ、吸気圧ＰＢ、ＥＧＲ量ＱＥＧＲ、燃圧ＰＦや燃料の性状などに応じて、第２環境補正値ＣＥＮＶ２を算出するとともに、第２フィードバック補正値ＣＦＢＩ２を算出する（ステップ３２および３３）。そして、第２基本値ＴＩＮＪＢＡＳＥ２に、第２環境補正値ＣＥＮＶ２および第２フィードバック補正値ＣＥＮＶ２を加算することによって、第２燃料噴射時期ＴＩＮＪ２を算出する（ステップ３４）。

同様に、噴射次数ｎ＝３〜５の場合には、エンジン回転数ＮＥなどに応じて、所定の第３〜第５燃料噴射時期マップ（いずれも図示せず）を検索することによって、燃料噴射時期の第３〜第５基本値ＴＩＮＪＢＡＳＥ３〜ＴＩＮＪＢＡＳＥ５をそれぞれ算出する（ステップ３１）。

次に、算出した第３〜第５基本値ＴＩＮＪＢＡＳＥ３〜ＴＩＮＪＢＡＳＥ５に、ステップ３２で算出した第３〜第５環境補正値ＣＥＮＶ３〜ＣＥＮＶ５、およびステップ３３で算出した第３〜第５フィードバック補正値ＣＥＮＶ３〜ＣＥＮＶ５をそれぞれ加算することによって、第３〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ３〜ＴＩＮＪ５を算出する（ステップ３４）。

図６は、前記ステップ３３で実行されるフィードバック補正値ＣＦＢＩｎの算出処理を示すサブルーチンである。なお、第１〜第５フィードバック補正値ＣＦＢＩ１〜ＣＦＢＩ５の算出方法は、基本的には互いに同じであるため、以下では、噴射次数ｎ＝１、すなわち第１フィードバック補正値ＣＦＢＩ１の場合を中心として説明を行うものとする。

本処理では、まずステップ４１において、１回目の燃料噴射による燃料が実際に燃焼を開始した時期を第１実燃焼時期ＩＧ１として算出する。この算出処理については後述する。

次に、目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、第１実燃焼時期ＩＧ１の目標となる第１目標燃焼時期ＴＩＧ１を算出する（ステップ４２）。

次いで、算出した第１実燃焼時期ＩＧ１および第１目標燃焼時期ＴＩＧ１に応じて、燃料噴射時期の第１フィードバック補正値ＣＦＢＩ１を算出し（ステップ４３）、本処理を終了する。この第１フィードバック補正値ＣＦＢＩ１の算出は、第１実燃焼時期ＩＧ１が第１目標燃焼時期ＴＩＧ１に収束するよう、例えばＰＩＤフィードバック制御によって行われる。

以下、噴射次数ｎ＝２〜５の場合にも、第１フィードバック補正値ＣＦＢＩ１の場合と同様、第２〜第５実燃焼時期ＩＧ２〜ＩＧ５を算出する（ステップ４１）とともに、目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤなどに応じ、それぞれの所定のマップを検索することによって、第２〜第５目標燃焼時期ＴＩＧ２〜ＴＩＧ５を算出する（ステップ４２）。そして、これらの第２〜第５実燃焼時期ＩＧ２〜ＩＧ５および第２〜第５目標燃焼時期ＴＩＧ２〜ＴＩＧ５に応じて、第２〜第５フィードバック補正値ＣＦＢＩ２〜ＣＦＢＩ５をそれぞれ算出する（ステップ４３）。

なお、これらのマップでは、第１〜第５目標燃焼時期ＴＩＧ１〜ＴＩＧ５は、後述する第１燃焼期間の開始時から第５燃焼期間の終了時までの間で（図１２参照）、燃焼が継続して行われるように設定されている。また、第１〜第５目標燃焼時期ＴＩＧ１〜ＴＩＧ５は、目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤが高いほど、第１〜第５燃焼期間のそれぞれの長さが長くなるように設定されている。これは、第１〜第５燃焼期間が長いほど、１燃焼サイクルにおける全体の燃焼期間が長くなることで、排ガスの温度をより上昇させることができるからである。

図７は、前記ステップ８で実行される燃料噴射量ＱＩＮＪｎの算出処理のサブルーチンを示している。なお、第１〜第５燃料噴射量ＱＩＮＪ１〜ＱＩＮＪ５の算出方法は、基本的に互いに同じであるため、以下では、噴射次数ｎ＝１、すなわち第１燃料噴射量ＱＩＮＪ１の場合を中心として説明を行うものとする。

本処理では、まずステップ５１において、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤ、目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤおよび第１燃料噴射時期ＴＩＮＪ１に応じ、所定の第１燃料噴射量マップ（図示せず）を検索することによって、燃料噴射量の第１基本値ＱＩＮＪＢＡＳＥ１を算出する。

次に、第１フィードバック補正値ＣＦＢＱ１を後述するようにして算出する（ステップ５２）。そして、算出した第１基本値ＱＩＮＪＢＡＳＥ１に第１フィードバック補正値ＣＦＢＱ１を加算することによって、第１燃料噴射量ＱＩＮＪ１を算出し（ステップ５３）、本処理を終了する。

以下、噴射次数ｎ＝２〜５の場合にも、第１燃料噴射量ＱＩＮＪ１の場合と同様、第２〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ２〜ＴＩＮＪ５などに応じ、所定の第２〜第５燃料噴射量マップ（いずれも図示せず）を検索することによって、燃料噴射量の第２〜第５基本値ＱＩＮＪＢＡＳＥ２〜ＱＩＮＪＢＡＳＥ５をそれぞれ算出し（ステップ５１）、これらの第２〜第５基本値ＱＩＮＪＢＡＳＥ２〜ＱＩＮＪＢＡＳＥ５に、ステップ５２で算出した第２〜第５フィードバック補正値ＣＦＢＱ２〜ＣＦＢＱ５を加算することによって、第２〜第５燃料噴射量ＱＩＮＪ２〜ＱＩＮＪ５を算出する（ステップ５３）。なお、上記の第１〜第５燃料噴射量マップでは、第１〜第５基本値ＱＩＮＪＢＡＳＥ１〜ＱＩＮＪＢＡＳＥ５はそれぞれ、目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤが高いほど、より大きな値に設定されている。

図８は、前記ステップ５２で実行されるフィードバック補正値ＣＦＢＱｎの算出処理を示すサブルーチンである。本処理では、まずステップ６１において、噴射次数ｎが値１であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、目標最大燃焼速度ＴＶＭＡＸを算出する（ステップ６２）。

次に、第１燃焼期間における第１最大燃焼速度ＶＭＡＸ１を読み込む（ステップ６３）。この第１最大燃焼速度ＶＭＡＸ１は、後述する実燃焼時期ＩＧｎの算出サブルーチンにおいて、実燃焼時期ＩＧｎと併せて算出される。そして、算出した目標最大燃焼速度ＴＶＭＡＸおよび第１最大燃焼速度ＶＭＡＸ１に応じて、燃料噴射量の第１フィードバック補正値ＣＦＢＱ１を算出し（ステップ６４）、本処理を終了する。このフィードバック補正値ＣＦＢＱｎの算出は、第１最大燃焼速度ＶＭＡＸ１が目標最大燃焼速度ＴＶＭＡＸに収束するよう、例えばＰＩＤフィードバック制御によって行われる。

一方、前記ステップ６１の判別結果がＮＯのとき、すなわち噴射次数ｎ＝２〜５のときには、前記ステップ６２をスキップし、前記ステップ６３以降を実行することによって、第２〜第５フィードバック補正値ＣＦＢＱ２〜ＣＦＢＱ５をそれぞれ算出する。

具体的には、第１フィードバック補正値ＣＦＢＱ１の場合と同様、第２〜第５燃焼期間における第２〜第５最大燃焼速度ＶＭＡＸ２〜ＶＭＡＸ５を読み込み（ステップ６３）、これらの第２〜第５最大燃焼速度ＶＭＡＸ２〜ＶＭＡＸ５、および前記ステップ６２で算出した目標最大燃焼速度ＴＶＭＡＸに応じて、第２〜第５フィードバック補正値ＣＦＢＱ２〜ＣＦＢＱ５を算出する（ステップ６４）。

図９〜図１１は、前記ステップ４１で実行される実燃焼時期ＩＧｎの算出処理を示すサブルーチンである。本処理は、第１〜第５燃焼期間において実燃焼時期ＩＧｎを、最大燃焼速度ＶＭＡＸｎと併せて算出するものである。また、これらの第１〜第５燃焼期間はそれぞれ、図１２に示すように、第１および第２燃料噴射時期ＴＩＮＪ１，ＴＩＮＪ２の間の期間、第２および第３燃料噴射時期ＴＩＮＪ２，ＴＩＮＪ３の間の期間、第３および第４燃料噴射時期ＴＩＮＪ３，ＴＩＮＪ４の間の期間、第４および第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ４，ＴＩＮＪ５の間の期間、ならびに第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ５と所定クランク角ＣＡＲＥＦとの間の期間として定義される。

本処理では、まずステップ７１において、第１燃焼期間フラグＦ＿ＬＩＮＪ１が「１」であるか否かを判別する。この第１燃焼期間フラグＦ＿ＬＩＮＪ１は、第１燃焼期間内にあるときに「１」にセットされるものである。このステップ７１の判別結果がＹＥＳで、第１燃焼期間内のときには、第１燃焼期間フラグＦ＿ＬＩＮＪ１が前回と今回の間で「０」から「１」に変化したか否かを判別する（ステップ７２）。この判別結果がＹＥＳで、１回目の燃料噴射の開始直後には、後述する熱発生率ｄＱＨＲが上昇し始めたタイミングを検出し、このタイミングを第１実燃焼時期ＩＧ１として算出した（ステップ７３）後、ステップ７４に進む。

一方、ステップ７２の判別結果がＮＯのときには、前記ステップ７３をスキップし、ステップ７４に進む。

このステップ７４では、熱発生率ｄＱＨＲがその前回値ｄＱＨＲＺ以上であるか否かを判別する。この熱発生率ｄＱＨＲは、単位クランク角当たりの熱発生量であり、筒内圧センサ２１で検出された筒内圧ＰＣＹＬを用い、次式（１）に従って算出される。
dQHR=(κ×PCYL×1000×dVθ+dPCYL×1000×Vθ)/(κ-1) ・・・（１）
ｄＱＨＲ：熱発生率
κ：混合気の比熱比
ＰＣＹＬ：筒内圧
ｄＶθ：筒内容積変化率
ｄＰＣＹＬ：筒内圧変化率
Ｖθ：筒内容積
ここで、比熱比κは所定値（例えば１．３４）に設定されている。また、筒内容積変化率ｄＶθおよび筒内容積Ｖθは、いずれもクランク角ＣＡに基づいて算出される。

ステップ７４の判別結果がＹＥＳで、ｄＱＨＲ≧ｄＱＨＲＺのときには、そのときの熱発生量ｄＱＨＲを第１最大燃焼速度ＶＭＡＸ１として設定し（ステップ７５）、本処理を終了する。

一方、ステップ７４の判別結果がＮＯで、ｄＱＨＲ＜ｄＱＨＲＺのときには、本処理をそのまま終了する。以上のように、熱発生率ｄＱＨＲがその前回値ｄＱＨＲＺ以上である限り、第１最大燃焼速度ＶＭＡＸ１が更新されるため、第１最大燃焼速度ＶＭＡＸ１は、第１燃焼期間における熱発生率ｄＱＨＲの最大値に相当する（図１２参照）。

一方、前記ステップ７１の判別結果がＮＯで、第１燃焼期間でないときには、第２燃焼期間フラグＦ＿ＬＩＮＪ２が「１」であるか否かを判別する（ステップ７６）。この第２燃焼期間フラグＦ＿ＬＩＮＪ２は、第２燃焼期間内にあるときに「１」にセットされるものである。このステップ７６の判別結果がＹＥＳで、第２燃焼期間内のときには、第２燃焼開始フラグＦ＿ＩＮＪ２が「１」であるか否かを判別する（ステップ７７）。この第２燃焼開始フラグＦ＿ＩＮＪ２、および後述する第３〜第５燃焼開始フラグＦ＿ＩＮＪ３〜Ｆ＿ＩＮＪ５は、第２〜第５燃焼期間のそれぞれにおいて燃焼が開始したことを表し、ＴＤＣ信号の発生に同期して「０」にリセットされるものである。

このステップ７７の判別結果がＮＯのときには、熱発生率ｄＱＨＲがその前回値ｄＱＨＲＺ以下であるか否かを判別する（ステップ７８）。この判別結果がＹＥＳで、熱発生率ｄＱＨＲが低下しているときには、そのときのクランク角ＣＡを第２実燃焼時期ＩＧ２として設定した（ステップ７９）後、ステップ８０に進む。

一方、ステップ７８の判別結果がＮＯで、熱発生率ｄＱＨＲがその前回値ｄＱＨＲＺよりも大きくなり、上昇し始めたときには、２回目の燃料噴射による燃料の燃焼が開始されたと判定し、第２燃焼開始フラグＦ＿ＩＮＪ２を「１」にセットし（ステップ８２）、ステップ８０に進む。

このステップ８２の実行により、前記ステップ７７の判別結果がＹＥＳになり、その場合には、ステップ８０にそのまま進む。

このステップ８０では、熱発生率ｄＱＨＲがその前回値ｄＱＨＲＺ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、そのときの熱発生率ｄＱＨＲを第２最大燃焼速度ＶＭＡＸ２として設定した（ステップ８１）後、本処理を終了する。一方、ステップ８０の判別結果がＮＯのときには、本処理をそのまま終了する。

以上のように、第２燃焼期間内にあるときには、第２燃焼開始フラグＦ＿ＩＮＪ２＝１が成立するまでの間、すなわち２回目の燃料噴射が実行されてから燃料が燃焼し始めるまでの間、ｄＱＨＲ≦ｄＱＨＲＺが成立する限り、第２実燃焼時期ＩＧ２が更新される。これにより、図１２に示すように、第２実燃焼時期ＩＧ２は、第２燃焼期間において燃料が燃焼し始めるまでの間に熱発生率ｄＱＨＲが最小値を示すときのクランク角ＣＡに相当する。また、ｄＱＨＲ≧ｄＱＨＲＺが成立する限り、第２最大燃焼速度ＶＭＡＸ２が更新されるため、第２最大燃焼速度ＶＭＡＸ２は、第２燃焼期間における熱発生率ｄＱＨＲの最大値に相当する。

一方、前記ステップ７６の判別結果がＮＯで、第２燃焼期間でないときには、第３燃焼期間フラグＦ＿ＬＩＮＪ３が「１」であるか否かを判別する（ステップ８３）。この第３燃焼期間フラグＦ＿ＬＩＮＪ３は、第３燃焼期間内にあるときに「１」にセットされるものである。このステップ８３の判別結果がＹＥＳで、第３燃焼期間内のときには、第３燃焼期間に対し、前記ステップ７７〜８２と同様の処理をステップ８４〜８９において行うことによって、第３実燃焼時期ＩＧ３および第３最大燃焼速度ＶＭＡＸ３を算出する。

具体的には、まずステップ８４において、第３燃焼開始フラグＦ＿ＩＮＪ３が「１」であるか否かを判別する。この判別結果がＮＯのときには、３回目の燃料噴射による燃料の燃焼が開始されていないと判定し、熱発生率ｄＱＨＲがその前回値ｄＱＨＲＺ以下であるか否かを判別する（ステップ８５）。この判別結果がＹＥＳのときには、そのときのクランク角ＣＡを第３実燃焼時期ＩＧ３として設定した（ステップ８６）後、ステップ８７に進む一方、ステップ８５の判別結果がＮＯのときには、３回目の燃料噴射による燃料の燃焼が開始されたと判定し、第３燃焼開始フラグＦ＿ＩＮＪ３を「１」にセットした（ステップ８９）後、ステップ８７に進む。

このステップ８９の実行により、前記ステップ８４の判別結果がＹＥＳになり、その場合には、ステップ８７にそのまま進む。

このステップ８７では、熱発生率ｄＱＨＲがその前回値ｄＱＨＲＺ以上であるか否かを判別する。この判別結果がＹＥＳのときには、そのときの熱発生率ｄＱＨＲを第３最大燃焼速度ＶＭＡＸ３として設定した（ステップ８８）後、本処理を終了する一方、ステップ８７の判別結果がＮＯのときには、本処理をそのまま終了する。

以上のように、第３燃焼期間においても、第２燃焼期間の場合と同様、３回目の燃料噴射が実行されてから燃料が燃焼し始めるまでの間、ｄＱＨＲ≦ｄＱＨＲＺが成立する限り、第３実燃焼時期ＩＧ３が更新されるため、図１２に示すように、第３実燃焼時期ＩＧ３は、第３燃焼期間において燃料が燃焼し始めるまでの間に熱発生率ｄＱＨＲが最小値を示すときのクランク角ＣＡに相当する。また、ｄＱＨＲ≧ｄＱＨＲＺが成立する限り、第３最大燃焼速度ＶＭＡＸ３が更新されるため、第３最大燃焼速度ＶＭＡＸ３は、第３燃焼期間における熱発生率ｄＱＨＲの最大値に相当する。

一方、前記ステップ８３の判別結果がＮＯで、第３燃焼期間でないときには、第４燃焼期間フラグＦ＿ＬＩＮＪ４が「１」であるか否かを判別する（ステップ９０）。この第４燃焼期間フラグＦ＿ＬＩＮＪ４は、第４燃焼期間内にあるときに「１」にセットされるものである。このステップ９０の判別結果がＹＥＳで、第４燃焼期間内のときには、第４燃焼期間に対し、前記ステップ７７〜８２および前記ステップ８４〜８９と同様の処理を、ステップ９１〜９６において行うことによって、第４実燃焼時期ＩＧ４および第４最大燃焼速度ＶＭＡＸ４を算出した後、本処理を終了する。

以上のように、第４燃焼期間においても、第２および第３燃焼期間の場合と同様、第４実燃焼時期ＩＧ４および第４最大燃焼速度ＶＭＡＸ４が更新されることにより、図１２に示すように、第４実燃焼時期ＩＧ４は、第４燃焼期間において燃料が燃焼し始めるまでの間に熱発生率ｄＱＨＲが最小値を示すときのクランク角ＣＡに相当し、第４最大燃焼速度ＶＭＡＸ４は、第４燃焼期間における熱発生率ｄＱＨＲの最大値に相当する。

一方、前記ステップ９０の判別結果がＮＯで、第４燃焼期間でないときには、第５燃焼期間フラグＦ＿ＬＩＮＪ５が「１」であるか否かを判別する（ステップ９７）。この第５燃焼期間フラグＦ＿ＬＩＮＪ５は、第５燃焼期間内にあるときに「１」にセットされるものである。このステップ９７の判別結果がＹＥＳで、第５燃焼期間内のときには、第５燃焼期間に対し、前記ステップ７７〜８２などと同様の処理を、ステップ９８〜１０３において行うことによって、第５実燃焼時期ＩＧ５および第５最大燃焼速度ＶＭＡＸ５を算出した後、本処理を終了する。

以上のように、第５燃焼期間においても、第２燃焼期間などの場合と同様、図１２に示すように、第５実燃焼時期ＩＧ５は、第５燃焼期間において燃料が燃焼し始めるまでの間に熱発生率ｄＱＨＲが最小値を示すときのクランク角ＣＡに相当し、第５最大燃焼速度ＶＭＡＸ５は、第５燃焼期間における熱発生率ｄＱＨＲの最大値に相当する。

一方、前記ステップ９７の判別結果がＮＯで、第１〜第５燃焼期間のいずれでもないときには、本処理をそのまま終了する。

以上のようにして第１〜第５燃焼期間において算出された実燃焼時期ＩＧｎと最大燃焼速度ＶＭＡＸｎ、および目標燃焼時期ＴＩＧｎと目標最大燃焼速度ＴＶＭＡＸｎを用い、図６のステップ４３および図８のステップ６４において、第１〜第５フィードバック補正値ＣＦＢＩ１〜ＣＦＢＩ５，ＣＦＢＱ１〜ＣＦＢＱ５を算出することによって、各燃焼期間において実燃焼時期ＩＧｎおよび最大燃焼速度ＶＭＡＸｎが目標燃焼時期ＴＩＧｎおよび目標最大燃焼速度ＴＶＭＡＸに収束するように制御される。

以上のように、第１実施形態によれば、第１〜第５実燃焼時期ＩＧ１〜ＩＧ５が、第１〜第５目標燃焼時期ＴＩＧ１〜ＴＩＧ５に収束するように、フィードバック制御により、第１〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ１〜ＴＩＮＪ５を設定する。また、第１〜第５目標燃焼時期ＴＩＧ１〜ＴＩＧ５は、目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤおよび要求トルクＰＭＣＭＤをパラメータとし、これらのパラメータに応じて設定される。したがって、第１〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ１〜ＴＩＮＪ５を、上記のパラメータに応じた適切なタイミングに制御できる。その結果、触媒１０が活性状態にないときには、大気中に排出される未燃燃料の量を低減でき、排ガス特性を良好に保ちながら、触媒を速やかに活性化することができる。一方、触媒１０が活性状態にあるときには、触媒１０の温度および浄化能力を適切に維持しながら、排ガスの温度をできる限り低い温度に維持することができるため、大気中への未燃燃料の排出量を最大限、低減でき、それにより、排ガス特性を良好に保つことができる。また、排ガスの温度の不必要な上昇を回避できる分、消費燃料量を低減することができる。

また、第１〜第５目標燃焼開始時期ＴＩＧ１〜ＴＩＧ５は、第１〜第５燃焼期間の間で燃焼が継続して行われるように設定される。したがって、これらの第１〜第５燃焼期間の全体にわたって燃焼を途切れることなく行わせることができ、より安定した燃焼状態を確保することができる結果、排ガス特性を良好に保てるとともに、触媒１０を速やかに活性化することができる。

さらに、算出された触媒温度ＴＣＡＴに応じて目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤを設定するので、そのときの触媒１０の温度に適した目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤを設定することができる。また、この目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤが高いほど、各燃焼期間の長さがより長くなるように第１〜第５目標燃焼時期を設定するので、排ガスの温度を触媒１０の温度に応じて適切に制御でき、排ガス特性をより良好に保てるとともに、触媒を速やかに活性化することができる。

また、アフター噴射による５回の分割噴射を、膨張行程の開始時付近から終了時までの所定の期間において実行するとともに、目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤが高いほど、第１〜第５目標燃焼時期ＴＩＧ１〜ＴＩＧ５をより遅角側に設定するので、排ガス特性をより良好に保てるとともに、触媒１０を速やかに活性化することができる。

さらに、検出された筒内圧ＰＣＹＬに基づいて算出された熱発生率ｄＱＨＲに基づいて、第１〜第５燃焼時期ＩＧ１〜ＩＧ５を適切に算出することができる。したがって、これらの第１〜第５燃焼時期ＩＧ１〜ＩＧ５を用い、第１〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ１〜ＴＩＮＪ５を設定するので、排ガスの温度を適切に制御でき、排ガス特性を良好に保てるとともに、触媒１０を速やかに活性化することができる。

また、目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤに応じて目標最大燃焼速度ＴＶＭＡＸを設定する（ステップ６２）とともに、第１〜第５最大燃焼速度ＶＭＡＸ１〜ＶＭＡＸ５が同一の目標最大燃焼速度ＴＶＭＡＸに収束するようにフィードバック制御が行われる（ステップ６４）。したがって、第１〜第５燃焼期間において第１〜第５最大燃焼速度ＶＭＡＸ１〜ＶＭＡＸ５が互いに等しくなるように燃料噴射量ＱＩＮＪｎが制御される（ステップ５１〜５３）。このため、排ガスの温度をより適切に制御でき、それにより、排ガス特性をより良好に保ちながら、触媒１０を速やかに活性化することができる。

さらに、検出された筒内圧ＰＣＹＬに基づいて算出された熱発生率ｄＱＨＲの最大値を最大燃焼速度ＶＭＡＸｎとして用い、これに応じて燃料噴射量ＱＩＮＪｎを制御するので、排ガスの温度を適切に制御でき、排ガス特性を良好に保ちながら、触媒１０を速やかに活性化することができる。

図１３は、本発明の第２実施形態によるマルチ噴射制御処理のフローチャートを示している。この第２実施形態では、第１実施形態と比較し、図１３のステップ２００の燃料噴射時期ＴＩＮＪｎとステップ２０１の燃料噴射量ＱＩＮＪｎの算出方法のみが異なる。すなわち、前述した第１実施形態では、実燃焼時期ＩＧｎが目標燃焼時期ＴＩＧｎになるように、フィードバック的に燃料噴射時期ＴＩＮＪｎを算出するのに対し、第２実施形態では、燃料噴射時期ＴＩＮＪｎをフィードフォワード的に算出する。また、第１実施形態では、最大燃焼速度ＶＭＡＸｎが目標最大燃焼速度ＴＶＭＡＸになるように、フィードバック的に燃料噴射量ＱＩＮＪｎを算出するのに対し、第２実施形態では、燃料噴射量ＱＩＮＪｎをフィードフォワード的に算出する。

具体的には、ステップ２００において、第１着火遅れ期間ＩＧＬ１を算出する。この第１着火遅れ期間ＩＧＬ１は、１回目の燃料噴射に伴う着火遅れ期間であり、エンジン回転数ＮＥ、吸入空気量ＱＡ、吸気温ＴＡ、吸気圧ＰＢ、ＥＧＲ量ＱＥＧＲ、燃圧ＰＦ、燃料の性状、エンジン３の暖機状態やグロープラグ１１の通電状態などに応じて算出される。次に、第１目標燃焼時期ＴＩＧ１から第１着火遅れ期間ＩＧＬ１を減算する（＝ＴＩＧ１−ＩＧＬ１）ことによって、第１燃料噴射時期ＴＩＮＪ１を算出する。また、噴射次数ｎ＝２の場合には、第２目標燃焼時期ＴＩＧ２から、第１着火遅れ期間ＩＧＬ１の算出に用いられたものと同様のパラメータに応じて算出された第２着火遅れ期間ＩＧＬ２を減算することによって、第２燃料噴射時期ＴＩＮＪ２を算出する。さらに、噴射次数ｎ＝３〜５の場合には、第３〜第５目標燃焼時期ＴＩＧ３〜ＴＩＧ５から、上述したのと同様の手法で算出された第３〜第５着火遅れ期間ＩＧＬ３〜ＩＧＬ５を減算することによって、第３〜第５燃焼噴射時期ＴＩＮＪ３〜ＴＩＮＪ５を算出する。

また、ステップ２０１において、エンジン回転数ＮＥ、要求トルクＰＭＣＭＤ、目標排ガス温度ＴＥＭＣＭＤおよび第１燃料噴射時期ＴＩＮＪ１に応じ、所定の第１燃料噴射量マップ（図示せず）を検索することによって、第１燃料噴射量ＱＩＮＪ１を算出する。噴射次数ｎ＝２〜５の場合には、エンジン回転数ＮＥや第２〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ２〜ＴＩＮＪ５に応じ、所定の第２〜第５燃料噴射量マップ（いずれも図示せず）を検索することによって、第２〜第５燃料噴射量ＱＩＮＪ２〜ＱＩＮＪ５を算出する。以上のように、第２実施形態では、エンジン回転数ＮＥなどのエンジン３の運転状態に応じ、フィードフォワード制御によって、マルチ噴射による５回の燃料噴射時期ＴＩＮＪｎおよび燃料噴射量ＱＩＮＪｎが設定される。

以上のように、第２実施形態によれば、エンジン３の運転状態に応じ、フィードフォワード制御によって、燃料噴射時期ＴＩＮＪｎを設定するので、第１〜第５実燃焼時期ＩＧ１〜ＩＧ５をエンジン３の運転状態に応じて適切にタイミングに制御できる。その結果、触媒１０が活性状態にないときには、大気中に排出される未燃燃料の量を低減でき、排ガス特性を良好に保ちながら、触媒を速やかに活性化することができる。一方、触媒１０が活性状態にあるときには、触媒１０の温度および浄化能力を適切に維持しながら、排ガスの温度をできる限り低い温度に維持することができるため、大気中への未燃燃料の排出量を最大限、低減でき、それにより、排ガス特性を良好に保つことができる。また、排ガスの温度の不必要な上昇を回避できる分、消費燃料量を低減することができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、第１実施形態では、燃料噴射時期ＴＩＮＪｎの設定を、実燃焼時期ＩＧｎが目標燃焼時期ＴＩＧｎに収束するように行っているが、他の手法によって行ってもよく、例えば熱発生率ｄＱＨＲの収束状態に応じて行ってもよい。この場合には、例えば、第１燃焼期間における第１最大燃焼速度ＶＭＡＸ１の算出後に、熱発生率ｄＱＨＲが所定値を下回ったタイミングを算出し、このタイミングに第２実燃焼時期ＩＧ２が一致するように第２燃料噴射時期ＴＩＮＪ２が設定される。このことは、第３〜第５燃料噴射時期ＴＩＮＪ３〜ＴＩＮＪ５を設定する場合についても同様である。このように、熱発生率ｄＱＨＲを用いて燃料噴射時期ＴＩＮＪｎを設定するので、燃料噴射時期ＴＩＮＪｎが燃焼状態に応じた適切なタイミングに設定され、第１〜第５燃焼期間の全体にわたって燃焼を継続して行うことができる。また、このような設定手法において、熱発生率ｄＱＨＲの収束状態の判定に用いる上記の所定値を、目標排ガス温度が高いほど、より小さな値に設定してもよい。これにより、目標排ガス温度が高い場合には、第１〜第５燃焼期間がそれぞれ長くなることで、未燃燃料の排出量を抑制しながら、第１〜第５燃焼期間の全体にわたって確実に継続して燃焼を行うことができ、排ガスの温度を適切に高めることができる。

また、実施形態では、触媒１０を活性化するためのマルチ噴射による噴射回数は、５であるが、２以上の任意の回数でもよい。

さらに、燃料噴射時期ＴＩＮＪｎを、第１実施形態ではフィードバック制御によって算出し、第２実施形態ではフィードフォワード制御によって算出しているが、これに限らず、フィードバック制御とフィードフォワード制御とを組み合わせて算出してもよい。

また、実施形態では、目標排ガス温度ＴＭＣＭＤの設定を、触媒前排ガス温度ＴＣＡＴＢおよび触媒後排ガス温度ＴＣＡＴＡから推定した触媒温度ＴＣＡＴに応じて行っているが、触媒温度ＴＣＡＴを算出することなく、両排ガス温度ＴＣＡＴＢ，ＴＣＡＴＡの双方または一方に応じて行ってもよく、あるいは、触媒１０に設けられたセンサで直接、検出した触媒温度に応じて行ってもよい。

さらに、実施形態では、実燃焼時期ＩＧｎを、熱発生率ｄＱＨＲに基づいて算出しているが、これに限らず、燃焼状態と相関性を有する他の適当なパラメータを用いて算出してもよい。また、実施形態では、最大燃焼速度ＶＭＡＸｎとして、熱発生率ｄＱＨＲの最大値を用いているが、これに限らず、燃焼速度と相関性を有する他の適当なパラメータを用いてもよい。

また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたディーゼルエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ディーゼルエンジン以外のガソリンエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

以上のように、本発明に係る触媒の温度制御装置は、排ガス特性を良好に保てるとともに、触媒を速やかに活性化することができるものとして、各種の内燃機関に用いることができる。

１ 温度制御装置
２ ＥＣＵ（燃料供給手段、運転状態検出手段、燃料供給タイミング設
定手段、燃焼開始タイミング算出手段、目標燃焼開始タイ
ミング設定手段、目標排ガス温度設定手段、熱発生率算出
手段、制御手段および目標最大燃焼速度設定手段）
３ エンジン
３ａ 気筒
４ インジェクタ（燃料供給手段）
１０ 触媒
２１ 筒内圧センサ（筒内圧検出手段）
２２ エアフローセンサ（運転状態検出手段）
２３ 吸気温センサ（運転状態検出手段）
２４ 吸気圧センサ（運転状態検出手段）
２５ ＥＧＲ量センサ（運転状態検出手段）
２６ クランク角センサ（運転状態検出手段）
３０ アクセル開度センサ（運転状態検出手段）
ＰＣＹＬ 筒内圧
ＴＣＡＴ 触媒温度（内燃機関の運転状態）
ＰＭＣＭＤ 要求トルク（内燃機関の運転状態）
ＴＥＭＣＭＤ 目標排ガス温度（内燃機関の運転状態）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＱＡ 吸入空気量（内燃機関の運転状態）
ＴＡ 吸気温（内燃機関の運転状態）
ＰＢ 吸気圧（内燃機関の運転状態）
ＱＥＧＲ ＥＧＲ量（内燃機関の運転状態）
ＰＦ 燃圧（内燃機関の運転状態）
ＴＩＧ１〜ＴＩＧ５ 第１〜第５目標燃焼時期（複数の目標燃焼開始タ
イミング）
ＩＧ１〜ＩＧ５ 第１〜第５実燃焼時期（複数の燃焼開始タイミン
グ）
ＴＩＮＪ１〜ＴＩＮＪ５ 第１〜第５燃料噴射時期（複数の燃料供給タイミ
ング、燃料供給パラメータ）
ＱＩＮＪ１〜ＱＩＮＪ５ 第１〜第５燃料噴射量（燃料供給パラメータ）
ＶＭＡＸ１〜ＶＭＡＸ５ 第１〜第５最大燃焼速度（最大燃焼速度）
ＴＶＭＡＸ 目標最大燃焼速度
ｄＱＨＲ 熱発生率

Claims (5)

1. 内燃機関から排出された排ガスを浄化する触媒の温度を制御する触媒の温度制御装置であって、
   前記内燃機関に燃料を複数回に分割して供給する燃料供給手段と、
   前記内燃機関の気筒内の圧力を筒内圧として検出する筒内圧検出手段と、
   当該検出された筒内圧に基づいて、熱発生率を算出する熱発生率算出手段と、
   前記燃料供給手段による前記複数回の燃料供給に対応する複数の燃焼期間においてそれぞれ実際に燃焼が開始したタイミングを、複数の実燃焼時期として算出する実燃焼時期算出手段と、
   前記複数の燃焼期間のそれぞれにおける最大燃焼速度を算出する最大燃焼速度算出手段と、
   前記燃料供給手段によりそれぞれ燃料を供給するタイミングを、複数の燃料供給タイミングとして設定する燃料供給タイミング設定手段と、
   前記複数の燃焼期間において前記最大燃焼速度が発生した後に前記熱発生率が当該熱発生率の収束状態を判定するための所定値をそれぞれ下回ったタイミングを、複数の熱発生率収束タイミングとして算出する熱発生率収束タイミング算出手段と、を備え、
   前記燃料供給タイミング設定手段は、前記燃料供給手段による前記複数回の燃料供給のうちの互いに続いて実行される各２回の燃料供給の間において、今回、供給される燃料の前記実燃焼時期が、前回、供給された燃料の燃焼による前記熱発生率収束タイミングに一致するように、前記複数の燃料供給タイミングを設定することを特徴とする触媒の温度制御装置。
2. 排ガスの温度の目標となる目標排ガス温度を設定する目標排ガス温度設定手段をさらに備え、
   前記所定値は、前記目標排ガス温度が高いほど、より小さな値に設定されることを特徴とする、請求項１に記載の触媒の温度制御装置。
3. 前記燃料供給手段による前記複数回の燃料供給によるそれぞれの燃焼期間における前記最大燃焼速度が互いに等しくなるように、前記燃料供給手段による燃料の供給量および前記複数の燃料供給タイミングの少なくとも一方である燃料供給パラメータを制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の触媒の温度制御装置。
4. 排ガスの温度の目標となる目標排ガス温度を設定する目標排ガス温度設定手段と、
   当該目標排ガス温度に応じて、前記最大燃焼速度の目標となる目標最大燃焼速度を設定する目標最大燃焼速度設定手段と、をさらに備えることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の触媒の温度制御装置。
5. 前記最大燃焼速度は、前記算出された熱発生率の最大値であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の触媒の温度制御装置。

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