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

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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。
請求項に係る発明は、請求項に記載の触媒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、焼速度と高い相関性を有する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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