JP5429408B2 - 圧縮着火式内燃機関の制御装置および圧縮着火式内燃機関におけるスモーク生成状態の判断方法 - Google Patents

Description

本発明は圧縮着火式内燃機関の制御装置および圧縮着火式内燃機関におけるスモーク生成状態の判断方法に関する。

ディーゼル機関に代表される圧縮着火式内燃機関では、その出力を増大させるために、排ガスのエネルギによって吸入空気を過給する過給機（ターボチャージャ）を備える構成が広く採用されている。また、圧縮着火式内燃機関では、燃焼時に排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）量を低減するために、排ガスの一部を吸気側に還流させる排ガス還流（ＥＧＲ）装置を備える構成が広く採用されている。

これら圧縮着火式内燃機関は、例えば車両の加速時等、その出力が変化する際にターボチャージャの応答遅れ（ターボラグ）やＥＧＲの排ガス還流遅れが生じることが知られている。このようなターボラグや排ガス還流遅れが生じると、圧縮着火式内燃機関の目標運転状態と実際の運転状態とが大きく乖離するために排気エミッションが悪化してしまい、特に、スモーク排出量が増大してしまう。

このような圧縮着火式内燃機関におけるターボラグの発生を抑制する技術については、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１記載の内燃機関は、複数の気筒から排出される排気を部分的に吸気側に再循環可能なＥＧＲ手段を備えている。そして、内燃機関の負荷がしきい値より高い場合には複数の気筒群の一部について排気を部分的に再循環させると共に、複数の気筒群の他部について排気を再循環させないようにＥＧＲ手段を制御する。それによって、内燃機関の負荷が高くなる場合におけるターボラグの発生を抑制する。

また、その他本発明と関連性があると考えられる技術が特許文献２に開示されている。

特開２００９−１７４３７７号公報 特開平０８−２９６４６９号公報

近年、圧縮着火式内燃機関に可変動弁機構を搭載し、運転状態に応じて吸気弁や排気弁の弁開閉タイミングを変更制御することが試みられている。このような可変動弁機構によるバルブタイミング制御によれば、例えば、吸気弁の閉弁タイミングを遅角させて実圧縮比を低下させることで、圧縮着火式内燃機関の燃焼温度を低下させてスモーク排出量を低減させることができる。このように、吸気弁の閉弁タイミングを変更することで、圧縮着火式内燃機関の目標運転状態と実際の運転状態との乖離によるスモーク排出量の増大を抑制することができる。

しかしながら、圧縮着火式内燃機関におけるスモークの生成要因は極めて複雑であるために、例えば同じ回転数・負荷においてもスモーク生成状態によっては吸気弁の閉弁タイミングを遅角させてもスモーク排出量が低減できない場合がある（図１２参照）。一方、スモーク生成状態によっては吸気弁の閉弁タイミングを進角させて体積効率を向上させる、すなわち圧縮着火式内燃機関の当量比（理論空燃比／実空燃比）を低下させることでスモーク排出量を低減することができる場合がある。そのため、圧縮着火式内燃機関のスモーク排出量を適切に低減させるためには、スモーク生成状態をより的確に把握しつつ、把握したスモーク生成状態に応じた吸気弁の閉弁タイミング変更制御を実行することが要求される。

圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態は、一般的に、局所の燃焼温度と当量比によって論じられるが、局所の燃焼温度を把握することは極めて困難である。そこで、従来、ピストンの圧縮端における筒内温度（圧縮端温度）を用いてスモーク生成状態を推定することが試みられている（例えば特許文献２参照）が、圧縮端温度を用いた推定手法によってはスモーク生成状態を的確に把握することが困難である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、スモーク生成状態をより的確に把握しつつ、スモーク排出量を低減することができる圧縮着火式内燃機関の制御装置および圧縮着火式内燃機関におけるスモーク生成状態の判断方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の圧縮着火式内燃機関の制御装置は、圧縮着火式内燃機関の燃焼室内の１サイクルにおける当量比の平均値を算出する当量比算出手段と、前記当量比算出手段による当量比の平均値の算出と同一サイクルにおける前記燃焼室内の燃焼温度の最高値を算出する最高燃焼温度算出手段と、前記当量比算出手段の算出結果および前記最高燃焼温度算出手段の算出結果に基づいて前記圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態を判断する判断手段と、前記圧縮着火式内燃機関の吸気弁の閉弁タイミングを所望するタイミングに変更する可変動弁手段と、を備え、前記可変動弁手段は、前記判断手段の判断結果に基づいて前記吸気弁の閉弁タイミングを変更することを特徴とする。

上記の構成により、燃焼室内の１サイクルにおける当量比の平均値と燃焼温度の最高値からより的確に圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態を判断することができる。そして、スモーク生成状態の判断結果に基づいて圧縮着火式内燃機関のスモーク排出量を低減するための適切な吸気弁の閉弁タイミング制御を実行することができる。よって、スモーク生成状態をより的確に把握しつつ、スモーク排出量を低減することができる。

特に、本発明の圧縮着火式内燃機関の制御装置は、前記圧縮着火式内燃機関が、排気側と吸気側とを連通して排ガスの一部を吸気側に還流させる排ガス還流通路を有し、前記最高燃焼温度算出手段が、少なくとも前記排ガス還流通路の排ガス還流率をパラメータとして抽出し、前記パラメータに基づいて１サイクルにおける前記燃焼室内の燃焼温度の最高値を算出する構成であってもよい。

上記の構成により、少なくとも排ガス還流通路の排ガス還流率を含むパラメータから燃焼室内の燃焼温度の最高値を適切に算出することができる。そして、算出した燃焼温度の最高値に基づいてスモーク生成状態をより的確に判断することができる。よって、スモーク生成状態をより的確に把握しつつ、スモーク排出量を低減することができる。

また、本発明の圧縮着火式内燃機関の制御装置は、前記最高燃焼温度算出手段が、更に、前記圧縮着火式内燃機関の燃料噴射量および噴射タイミングから求めた噴射重心、前記燃焼室内の圧縮端温度、前記圧縮着火式内燃機関の回転数、前記燃焼室内の酸素濃度、前記燃焼室内の圧縮端圧力の少なくとも１つをパラメータとして抽出し、前記パラメータに基づいて前記燃焼室内の１サイクルにおける燃焼温度の最高値を算出する構成であってもよい。

上記の構成により、燃料の噴射重心、燃焼室内の圧縮端温度、エンジン回転数、燃焼室内の酸素濃度、燃焼室内の圧縮端圧力の少なくとも１つを含むパラメータから燃焼室内の燃焼温度の最高値をより適切に算出することができる。そして、算出した燃焼温度の最高値に基づいてスモーク生成状態をより的確に判断することができる。よって、スモーク生成状態をより的確に把握しつつ、スモーク排出量を低減することができる。

そして、本発明の圧縮着火式内燃機関の制御装置は、前記判断手段が、前記当量比算出手段の算出結果が第１しきい値よりも小さく、かつ、前記最高燃焼温度算出手段の算出結果が第２しきい値よりも小さい場合に、前記圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態が第１領域にあると判断し、前記可変動弁手段が、前記判断手段が前記圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態が第１領域にあると判断した場合に、前記吸気弁の閉弁タイミングを遅角側へ変更する構成であってもよい。

上記の構成により、圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態がスモーク生成量が最高燃焼温度に比例する領域（第１領域）にある場合に、吸気弁の閉弁タイミングを遅角側へ変更して燃焼温度を低下させることができる。よって、圧縮着火式内燃機関のスモーク排出量を適切に低減することができる。

更に、本発明の圧縮着火式内燃機関の制御装置は、前記判断手段が、前記当量比算出手段の算出結果が第１しきい値以上の場合、または前記最高燃焼温度算出手段の算出結果が第２しきい値以上の場合に、前記圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態が第１領域以外の領域にあると判断し、前記可変動弁手段が、前記判断手段が前記圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態が第１領域以外の領域にあると判断した場合に、前記吸気弁の閉弁タイミングを進角側へ変更する構成であってもよい。

上記の構成により、圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態がスモーク生成量が最高燃焼温度に反比例する領域、または当量比に依存する領域（第１領域以外の領域）にある場合に、吸気弁の閉弁タイミングを進角側へ変更して燃焼温度を上昇させ、かつ当量比を低下させることができる。よって、圧縮着火式内燃機関のスモーク排出量を適切に低減することができる。

また、本発明の圧縮着火式内燃機関の制御装置は、前記可変動弁手段が、前記圧縮着火式内燃機関の回転数が大きいほど前記吸気弁の閉弁タイミングをより遅角側へ変更する構成であってもよい。

上記の構成により、圧縮着火式内燃機関の回転数に応じて適切に実圧縮比を低下させて燃焼温度を低下させることができる。よって、圧縮着火式内燃機関のスモーク排出量を適切に低減することができる。

そして、本発明の圧縮着火式内燃機関の制御装置は、前記可変動弁手段が、前記圧縮着火式内燃機関の回転数が小さいほど前記吸気弁の閉弁タイミングをより進角側へ変更する構成であってもよい。

上記の構成により、圧縮着火式内燃機関の回転数に応じて適切に体積効率を向上させて燃焼温度を上昇させ、かつ当量比を低下させることができる。よって、圧縮着火式内燃機関のスモーク排出量を適切に低減することができる。

更に、本発明は、圧縮着火式内燃機関の燃焼室内の１サイクルにおける当量比の平均値を算出する当量比算出ステップと、前記当量比算出ステップにおける当量比の平均値の算出と同一サイクルにおける前記燃焼室内の燃焼温度の最高値を算出する最高燃焼温度算出ステップと、前記当量比算出ステップにおける算出結果および前記最高燃焼温度算出ステップにおける算出結果に基づいて前記圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態を判断する判断ステップと、を有する圧縮着火式内燃機関におけるスモーク生成状態の判断方法である。

上記の方法により、燃焼室内の１サイクルにおける当量比の平均値と燃焼温度の最高値からより的確に圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態を判断することができる。そして、スモーク生成状態の判断結果に応じて圧縮着火式内燃機関のスモーク排出量を低減するための適切な制御を実行することができる。

本発明によれば、圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態をより的確に把握しつつ、スモーク排出量を低減することができる。

図１は、実施例のエンジンシステムの一構成例を示した図である。 図２は、実施例のエンジンの一気筒の構成例を示した断面図である。 図３は、エンジンの最高燃焼温度および当量比とスモーク生成状態との相関を示している。 図４（ａ）はエンジンの当量比とスモーク生成量との相関を示しており、図４（ｂ）はエンジンの当量比０．８未満における最高燃焼温度とスモーク生成量との相関を示している。 図５（ａ）はエンジンの圧縮端温度および当量比とスモーク生成状態との相関を示しており、図５（ｂ）はエンジンの筒内平均最大温度および当量比とスモーク生成状態との相関を示している。 図６は、エンジンのＥＧＲ率の算出方法の一例を示している。 図７は、噴射重心の観念図を示している。 図８（ａ）は噴射重心の算出方法の一例を示しており、図８（ｂ）は圧縮端温度の算出方法の一例を示しており、図８（ｃ）は酸素濃度の算出方法の一例を示しており、図８（ｄ）は圧縮端圧力の算出方法の一例を示している。 図９（ａ）は吸気弁の閉弁時期のベースタイミングを示しており、図９（ｂ）は吸気弁の閉弁タイミングの遅角制御の一例を示しており、図９（ｃ）は吸気弁の閉弁タイミングの進角制御の一例を示している。 図１０（ａ）は吸気弁の閉弁タイミングと実圧縮比との相関を示しており、図１０（ｂ）は吸気弁の閉弁タイミングと燃焼域ガス温度との相関を示している。 図１１は、エンジンＥＣＵの処理の一例を示すフローチャートである。 図１２は、従来の圧縮着火式内燃機関における吸気弁の閉弁タイミングとスモーク排出量との相関例を示している。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の圧縮着火式内燃機関の制御装置を搭載したエンジンシステム１の一構成例を示した図である。なお、図１にはエンジンの一部の構成のみを示している。

図１に示すエンジンシステム１は、動力源であるエンジン１００を備えており、エンジン１００の運転動作を総括的に制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１０を備えている。エンジン１００は、排気マニホルド１３の下流側にターボチャージャ１４および排気浄化装置３０を備えており、吸気弁２２および排気弁２３のバルブタイミングを変更する電動ＶＶＴ機構２６および油圧ＶＶＴ機構２７を備えている。また、エンジン１００は、排ガスの一部を吸気側に還流させるＥＧＲ通路１６を備えている。そして、エンジン１００は、クランク角センサ４１、エアフロメータ４４、吸気カム角センサ４２、吸気圧センサ４６、吸気温度センサ４７等の各種センサを備えている。

図２は、実施例のエンジン１００の一気筒の構成例を示した断面図である。エンジン１００は、車両に搭載される４気筒のディーゼルエンジンであって、各気筒は燃焼室を構成するピストンを備えている。各燃焼室のピストンは、エンジン１００のシリンダに摺動自在に嵌合されており、それぞれコネクティングロッドを介して出力軸部材であるクランクシャフト２１に連結されている。

エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ４４からの吸入空気量、クランク角センサ４１からのピストンの位置等の情報に基づき、燃料の噴射量および噴射タイミングを決定しインジェクタ１７に信号を送る。インジェクタ１７は、エンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量および噴射タイミングで燃焼室内に燃料を噴射する。インジェクタ１７より噴射された燃料は、燃焼室内で霧化し、吸気弁の開弁に伴って燃焼室内へ流入する吸入空気と混合気を形成する。そして、混合気は、ピストンの上昇運動により燃焼室内で圧縮されて着火することで燃焼し、燃焼室内を膨張させてピストンを下降させる。この下降運動がコネクティングロッドを介してクランクシャフト２１の軸回転に変更されることにより、エンジン１００は動力を得る。この場合、エンジン１００は、４気筒のディーゼルエンジンに限定されずに、多気筒のディーゼルエンジンを適用することができる。
なお、エンジン１００は、本発明の圧縮着火式内燃機関の一構成例である。

クランクシャフト２１の軸の近傍には、クランク角センサ４１が設けられている。クランク角センサ４１は、クランクシャフト２１軸の回転角度を検出するように構成されており、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、運転時のクランクシャフト２１軸の回転数や回転角速度など、クランク角に関する情報を取得する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、取得したクランクシャフト２１軸の回転数や回転角速度に基づきエンジン回転数やエンジントルクを算出してエンジン１００の出力を認識する。

各燃焼室には複数の吸気弁、排気弁が設けられている。図２には吸気弁、排気弁をそれぞれ１つずつ示している。燃焼室の各吸気ポートには、それぞれ吸気弁２２が配置されており、吸気弁２２を開閉駆動させるための吸気カムシャフト２４が配置されている。更に、燃焼室の各排気ポートには、それぞれ排気弁２３が配置されており、排気弁２３を開閉駆動させるための排気カムシャフト２５が配置されている。

吸気弁２２および排気弁２３はクランクシャフト２１の回転が連結機構（例えばタイミングベルト、タイミングチェーンなど）により伝達された吸気カムシャフト２４および排気カムシャフト２５の回転により開閉され、吸気ポートおよび排気ポートと燃焼室とを連通・遮断する。なお、吸気弁２２、および排気弁２３の位相は、クランク角を基準にして表される。

吸気カムシャフト２４は可変動弁機構（以下、ＶＶＴ機構という）である電動ＶＶＴ機構２６を有している。この電動ＶＶＴ機構２６はエンジンＥＣＵ１０の指示により電動モータで吸気カムシャフト２４を回転させる。それにより吸気カムシャフト２４のクランクシャフト２１に対する回転位相が変更されることから、吸気弁２２のバルブタイミングが変更される。この場合、吸気カムシャフト２４の回転位相は、吸気カム角センサ４２にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、吸気カムシャフト２４の位相を取得することができるとともに、吸気弁２２の位相を取得することができる。また、吸気カムシャフト２４の位相は、クランク角を基準にして表される。
なお、電動ＶＶＴ機構２６は、本発明の可変動弁手段の一構成例である。

排気カムシャフト２５は油圧ＶＶＴ機構２７を有している。この油圧ＶＶＴ機構２７はエンジンＥＣＵ１０の指示によりオイルコントロールバルブ（以下、ＯＣＶという）で排気カムシャフト２５を回転させる。それにより排気カムシャフト２５のクランクシャフト２１に対する回転位相が変更されることから、排気弁２３のバルブタイミングが変更される。この場合、排気カムシャフト２５の回転位相は、排気カム角センサ４３にて検出され、エンジンＥＣＵ１０へと出力される。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、排気カムシャフト２５の位相を取得することができるとともに、排気弁２３の位相を取得することができる。また、排気カムシャフト２５の位相は、クランク角を基準にして表される。

図１に戻り、エンジン１００は、インジェクタ１７、コモンレール１８、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ等より構成されるコモンレール式燃料噴射システムを備えている。燃料タンクより低圧燃料ポンプにより吸引された燃料は、高圧燃料ポンプにてコモンレール１８へ高圧で吐出し蓄圧される。

コモンレール１８は、インジェクタ１７に供給する高圧燃料を蓄圧する容器である。高圧燃料ポンプから圧送された燃料は、コモンレール１８内で噴射に必要な圧力まで蓄圧され、高圧配管を通じて各燃焼室のインジェクタ１７に供給される。また、コモンレール１８にはレール圧センサおよび減圧弁が設けられている。エンジンＥＣＵ１０は、レール圧センサから出力されたコモンレール１８内部の燃圧が規定値を超えた場合に、減圧弁を開放するように指示する。そして、減圧弁より燃料を排出することで、コモンレール圧が常に規定値以下になるよう調整する。減圧弁より排出された燃料は、リリーフ配管を通って燃料タンクへと戻される。

各燃焼室には、それぞれインジェクタ１７が装着されている。コモンレール１８より高圧配管を通じて供給された燃料は、エンジンＥＣＵ１０の指示によりインジェクタ１７にてエンジン気筒内の燃焼室に噴射供給される。エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ４４からの吸入空気量、およびクランク角センサ４１からのピストンの位置の情報等に基づき、燃料噴射量と噴射タイミングを決定しインジェクタ１７に信号を送る。インジェクタ１７はエンジンＥＣＵ１０の信号に従って、指示された燃料噴射量・噴射タイミングにて燃焼室内へ燃料を高圧噴射する。インジェクタ１７のリーク燃料は、リリーフ配管を通じて燃料タンクへと戻される。この場合、インジェクタ１７は、エンジン１００の仕様に応じて燃焼室の任意の位置に装着することができる。

エンジン１００の各燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する吸気マニホルド１１が接続されている。吸気マニホルド１１は、吸気通路１２によってエアフロメータ４４、ディーゼルスロットル１９、インタークーラ、ターボチャージャ１４のコンプレッサを介してエアクリーナに連結されており、エンジン１００の外部から取り込まれた吸入空気を各燃焼室内へ導入する。

ディーゼルスロットル１９にはスロットルポジションセンサ４５が設けられている。エアフロメータ４４およびスロットルポジションセンサ４５は、それぞれ吸気通路１２を通過する吸入空気量、およびディーゼルスロットル１９の弁開度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて吸気マニホルド１１へ導入される吸入空気量を認識し、ディーゼルスロットル１９の弁開度を調節することでエンジン１００の運転に必要な吸入空気を燃焼室へ取り込む。
ディーゼルスロットル１９は、ステップモータを用いたスロットルバイワイヤ方式を適用することが好ましいが、ディーゼルスロットル１９の弁開度を任意に変更可能なその他の機構を適用してもよい。

吸気マニホルド１１には吸気圧センサ４６が設けられており、吸気マニホルド１１内の吸入空気の圧力を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、吸気圧センサ４６および吸気カム角センサ４２の検出結果に基づいて燃焼室内の圧縮端圧力を算出する。また、吸気通路１２には吸気温度センサ４７が設けられており、吸気通路１２内の吸入空気の温度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、吸気温度センサ４７や吸気圧センサ４６の検出結果に基づいて吸気マニホルド１１内の温度を算出し、算出した吸気マニホルド１１内の温度を用いて排ガス還流（ＥＧＲ）率や圧縮端温度を算出する（図６および図８（ｂ）参照）。

更に、エンジン１００の各燃焼室には、それぞれの燃焼室と連通する排気マニホルド１３が接続されている。排気マニホルド１３は、排気通路１５によってターボチャージャ１４の排気タービンを介して排気浄化装置３０に連結されており、燃焼後の排ガスをエンジン１００の外部へと排出させる。

ターボチャージャ１４は、排ガスの運動エネルギを利用して排気タービンを回転させ、エアクリーナを通過した吸入空気を圧縮してインタークーラへと送り込む。圧縮された吸入空気は、インタークーラで冷却された後に吸気マニホルド１１へと導入される。ターボチャージャ１４は、可変ノズル式ターボチャージャ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ Ｔｕｒｂｏ，以下、ＶＮＴと略記する）であって、排気タービン側に可変ノズルベーン機構１４１が設けられている。この可変ノズルベーン機構１４１の開度を調整することにより、タービンインペラ翼への排ガスの流入角度を制御して、吸気マニホルド１１へ導入する吸入空気の過給圧を調節する。例えば、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより小さくすると、より多くの排ガスがタービンインペラ翼に流入するために排ガスのエネルギ利用率が高くなって過給効率が向上する。また、可変ノズルベーン機構１４１の開度をより大きくすると、タービンインペラ翼に流入する排ガス量がより少なくなるために排ガスのエネルギ利用率が低くなって過給効率が低下する。この場合、ターボチャージャ１４はＶＮＴに限られず、ウェイストゲートによって過給圧の調節（排ガスのエネルギ利用率の制御）を行う構成であってもよい。
なお、ターボチャージャ１４は、本発明の過給機の一構成例である。

ターボチャージャ１４にはＶＮセンサ４８が設けられており、可変ノズルベーン機構１４１の開度を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、ＶＮセンサ４８の検出結果に基づいて燃焼室内のガス量を算出し、算出した燃焼室内のガス量を用いてＥＧＲ率を算出する（図６参照）。

排気浄化装置３０は、エンジン１００の排ガスを浄化するものであって、排ガス中のＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯを浄化する浄化触媒３１と、煤などの粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦ３２とを有している。

浄化触媒３１は、ＤＰＦ３２の上流側に設けられており、エンジン１００の排ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができる三元触媒である。浄化触媒３１は、複合酸化物に貴金属を担持したものを多孔質のハニカム構造の触媒担体にコートしたものであって、その内部を排ガスが通過可能な周知の構成である。本実施例の浄化触媒３１は、空燃比がリーンの時に排ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、空燃比がストイキまたはリッチの時に排ガス中に含まれる還元成分（ＨＣ，ＣＯ）によってＮＯｘを還元するＮＯｘ吸蔵還元型であるが、これに限られない。浄化触媒３１は、エンジン１００の排気量、使用地域等の違いによって複数個組み合わせて用いてもよい。

ＤＰＦ３２は、浄化触媒３１の下流側に設けられており、多孔質のコーディライトセラミックスからなる周知のウォールフロー型フィルタである。ＤＰＦ３２としてはコーディライトに限られず、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の他のセラミックスを適用してもよい。この場合、排気浄化装置３０は、上流側にＤＰＦ３２を設けて下流側に浄化触媒３１を設ける構成であってもよい。また、パティキュレートフィルタにＮＯｘ吸蔵還元触媒を組み合わせたＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｌａｔｅ ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）を排気浄化装置３０として適用してもよい。

排気浄化装置３０には、図示しない温度センサおよび圧力センサが設けられており、排気浄化装置３０の床温度および入口圧力を検出し、検出結果をエンジンＥＣＵ１０に送信する。エンジンＥＣＵ１０は、送信された検出結果に基づいて浄化触媒３１およびＤＰＦ３２の実温度やＤＰＦ３２の目詰まり度合いを認識し、認識結果に基づいて浄化触媒３１およびＤＰＦ３２の再生処理を実行する。これによって排気浄化装置３０の排ガス浄化能力を常に一定以上に維持する。

Ａ／Ｆセンサ４９は、排気浄化装置３０の上流側に設けられており、排ガス中の酸素濃度と未燃ガス濃度からエンジン１００内の空燃比を検出し、その結果をエンジンＥＣＵ１０へと送信する。それにより、エンジンＥＣＵ１０は、様々な負荷状態におけるエンジン１００の空燃比情報を取得することができる。Ａ／Ｆセンサ４９としては、ジルコニア表面に白金をコートし、外側電極の外周に拡散律速層を設けたものを適用するが、これに限られない。Ａ／Ｆセンサ４９は、素子に電圧を印加するとリーン側（Ａ／Ｆ＞１４．６）で排ガス中の酸素濃度に、リッチ側（Ａ／Ｆ＜１４．６）で未燃ガス濃度に応じた酸素イオン電流が発生する。この場合、Ａ／Ｆセンサ４９の出力電流は空燃比に対して正の相関があることから、これにより広範囲での空燃比の検出が可能になる。

排気マニホルド１３は、ＥＧＲ通路１６によって吸気マニホルド１１と連通されている。ＥＧＲ通路１６へと流入した排ガスは、ＥＧＲクーラ１６１にて冷却された後にＥＧＲバルブ１６２で流量を調節されつつ吸気マニホルド１１へ進み、吸入空気とともに燃焼室内へ導入される。ＥＧＲバルブ１６２は、エンジンＥＣＵ１０の指令に従ってバルブ開度を調節することで、吸気マニホルド１１への排ガスの還流量を適切な量へと調節する。このように、運転状態に応じた適切な量のＥＧＲガスを吸気マニホルド１１に還流供給することにより、エンジン１００の燃焼温度を低下させてＮＯｘ排出量の低減を図ることができる。
なお、ＥＧＲ通路１６は本発明の排ガス還流通路の一構成例である。

エンジンＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、データ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＮＶＲＡＭ（Ｎｏｎ Ｖｏｌａｔｉｌｅ ＲＡＭ）と、を備えるコンピュータである。エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の各部に備えられた複数のセンサの検出結果を読み込み、それら検出結果に基づいてエンジン１００の運転動作を統合的に制御する。

また、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の燃焼室内の１サイクルにおける燃焼温度の最高値および当量比の平均値を算出し、算出結果に基づいてエンジン１００のスモーク生成状態を判断する制御を実行する。以下に、エンジンＥＣＵ１０が実行するスモーク生成状態の判断制御について説明する。

本願発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、圧縮着火式内燃機関における燃焼域のガス温度の最高値（以下、最高燃焼温度という）と当量比から、圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態をより的確に判断できることを実験により見出した。その実験結果を図３に示す。
図３は、エンジン１００の最高燃焼温度および当量比とスモーク生成状態との相関を示している。図３の横軸はエンジン１００の最高燃焼温度（Ｋ）を示している。エンジン１００の最高燃焼温度は２領域モデルによって求めている。ここで２領域モデルとは、内燃機関の熱発生率（指圧）から燃焼域のガス量を算出し、その他を未燃域として、各領域でのガス量、着火前圧力、燃焼室容積、空気過剰率（λ）から燃焼室内のガス温度を算出する手法を言う。この場合、エンジン１００の最高燃焼温度を求める手法は２領域モデルに限られずに、他の手法によって求めてもよい。また、図３の縦軸は当量比（φ）を示している。当量比とはエンジン１００の理論空燃比の値を実空燃比の値で除した値を言う。

図３において、エンジン１００のスモーク生成量（Ｆｉｌｔｅｒ Ｓｍｏｋｅ Ｎｕｍｂｅｒ：ＦＳＮと略記する）はそれぞれ等高線によって表示されている。エンジン１００のスモーク生成量は、φの値が所定の第１しきい値（図３においては０．８）未満の領域では、スモーク生成量のピークが最高燃焼温度２４５０Ｋ（第２しきい値）付近にある（図４（ａ）（ｂ）参照）。そして、最高燃焼温度が第２しきい値未満の領域では、最高燃焼温度が低下するほどスモーク生成量が低下する。この領域（φ＜０．８，最高燃焼温度＜２４５０Ｋ）を第１領域と定義する。このように、エンジン１００のスモーク生成状態が第１領域にあるときは、最高燃焼温度を低下させることでスモーク生成量を低下させることができる、すなわちスモーク排出量を低下させることができる。

また、図３において、最高燃焼温度が第２しきい値以上の領域では、最高燃焼温度が上昇するほどスモーク量が低下する。この領域（φ＜０．８，最高燃焼温度≧２４５０Ｋ）を第２領域と定義する。このように、エンジン１００のスモーク生成状態が第２領域にあるときは、最高燃焼温度を上昇させることでスモーク生成量を低下させることができる、すなわちスモーク排出量を低下させることができる。

更に、図３において、第１領域および第２領域以外の領域、すなわち、φが０．８以上の領域では、当量比が低下するほどスモーク量が低下する。この領域（φ≧０．８）を第３領域と定義する。このように、エンジン１００のスモーク生成状態が第３領域にあるときは、当量比を低下させることでスモーク生成量を低下させることができる、すなわちスモーク排出量を低下させることができる。

以上のように、エンジン１００のスモーク生成状態は最高燃焼温度と当量比と明確な相関関係を示す。そのため、エンジン１００の最高燃焼温度と当量比を認識することで、スモーク生成状態が、スモーク生成量が最高燃焼温度に依存する領域（第１領域または第２領域）にあるか、または当量比に依存する領域（第３領域）にあるかを判断することができる。

一方、エンジン１００の燃焼室における他の温度を適用した場合の実験例を図５に示す。図５（ａ）はエンジン１００の圧縮端温度および当量比とスモーク生成状態との相関を示しており、図５（ｂ）はエンジン１００の筒内平均最大温度および当量比とスモーク生成状態との相関を示している。図５（ａ）が示すように、エンジン１００のスモーク生成状態は、圧縮端温度（ピストン上死点における筒内温度）および当量比によって明確に領域分けすることができない。すなわち、図５（ａ）からはエンジン１００のスモーク生成状態が、スモーク生成量が圧縮端温度に依存する領域にあるか、または当量比に依存する領域にあるかを判断することができない。同様に、図５（ｂ）が示すように、エンジン１００のスモーク生成状態は、筒内平均最大温度および当量比によって明確に領域分けすることができない。すなわち、図５（ｂ）からはエンジン１００のスモーク生成状態が、スモーク生成量が筒内平均最大温度に依存する領域にあるか、または当量比に依存する領域にあるかを判断することができない。このように、最高燃焼温度以外の温度に基づいてもエンジン１００のスモーク生成状態を的確に判断することができない。

以上のように、圧縮着火式内燃機関における燃焼域のガス温度の最高値（最高燃焼温度）と当量比を求めることで、圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態をより的確に判断することができる。なお、図３における当量比および最高燃焼温度のしきい値（第１しきい値および第２しきい値）は、圧縮着火式内燃機関の仕様（気筒数、ボア、ストローク、圧縮比等）によってその値が異なるものである。そのため、第１しきい値および第２しきい値は上記の値に限定されるものではなく、エンジン仕様に応じて適切なしきい値を用いることができる。

上記の知見を用いて、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のスモーク生成状態を判断する制御を実行する。まず、エンジンＥＣＵ１０は、エアフロメータ４４の検出結果およびインジェクタ１７への燃料噴射量の指令値に基づいて、エンジン１００の１サイクルにおける当量比の平均値を算出する。この場合、算出するエンジン１００の当量比は１サイクルにおける平均値に限られずに、特定の１気筒における１サイクル中の当量比であってもよい。

また、エンジンＥＣＵ１０は、当量比の平均値の算出と同一サイクルにおける燃焼室内の燃焼温度の最高値（最高燃焼温度）を算出する。エンジン１００の最高燃焼温度は、例えば以下の（１）式より算出する。
Ｔｍａｘ＝Ａ１（ＥＧＲ率）＋Ａ２（噴射重心）＋Ａ３（圧縮端温度）＋Ａ４（エンジン回転数）＋Ａ５（酸素濃度）＋Ａ６（圧縮端圧力）＋Ｃ ・・・ （１）
（Ｔｍａｘ：最高燃焼温度，Ａ１〜Ａ６：エンジン仕様に基づく係数，Ｃ：定数）

（１）式において、ＥＧＲ率とは、燃焼室内のガス量のうちＥＧＲ通路１６を通じて吸気側に還流された排ガス量の比率であって、例えば燃料噴射量の指令値、エアフロメータ４４、吸気圧センサ４６、吸気温度センサ４７、ＶＮセンサ４８の検出結果から以下の（２）式より算出する（図６参照）。
ＥＧＲ率＝（Ｇｃｙｌ−Ｇａ）／Ｇａ ・・・ （２）
（Ｇｃｙｌ：燃焼室内のガス量，Ｇａ：吸入空気量）
ＥＧＲ率はエンジン１００の最高燃焼温度（Ｔｍａｘ）に大きな影響を与えるもので、ＥＧＲ率が低下するほどＴｍａｘが増大する（すなわち係数Ａ１の符号は負である）。

また、（１）式において、噴射重心とは、インジェクタ１７が実行する複数回の燃料噴射タイミングの重心値を言う。図７は、噴射重心の観念図を示している。例えば、インジェクタ１７が１サイクルでパイロット噴射を２回、メイン噴射１回、アフター噴射１回（計４回の燃料噴射）を実行した場合、燃料噴射開始（ｎ＝１）から終了（ｎ＝４）までの４回の燃料噴射量の和（総噴射量）を求める。そして、求めた総噴射量の半分の燃料を噴射した時の噴射タイミング（噴射角）を噴射重心として定義する。このように、噴射重心はインジェクタ１７への燃料噴射量および燃料噴射タイミングの指令値から以下の（３）式より算出する（図８（ａ）参照）。
噴射重心＝Σ（噴射量（ｎ）×噴射時期（ｎ））／Σ噴射量（ｎ） ・・・ （３）
（ｎ：１サイクルにおける噴射回数）
噴射重心はエンジン１００の最高燃焼温度（Ｔｍａｘ）に影響を与えるもので、噴射重心が低下する（進角側にシフトする）ほどＴｍａｘが増大する（すなわち係数Ａ２の符号は負である）。

そして、（１）式において、圧縮端温度とは、ピストンの圧縮上死点における燃焼室内のガス温度を言い、例えば吸気マニホルド１１内の温度の算出値（図６参照）および吸気カム角センサ４２の検出結果から以下の（４）式より算出する（図８（ｂ）参照）。
圧縮端温度＝吸気マニホルド１１内の温度×ε^κ−１ ・・・ （４）
（ε：実圧縮比，κ：比熱比）
圧縮端温度はエンジン１００の最高燃焼温度（Ｔｍａｘ）に影響を与えるもので、圧縮端温度が上昇するほどＴｍａｘが増大する（すなわち係数Ａ３の符号は正である）。

更に、（１）式において、エンジン回転数とは、エンジン１００の１分間あたりのクランクシャフト回転数（ｒｐｍ）であり、クランク角センサ４１の検出結果を適用する。エンジン回転数はエンジン１００の最高燃焼温度（Ｔｍａｘ）に影響を与えるもので、エンジン回転数が低下するほどＴｍａｘが増大する（すなわち係数Ａ４の符号は負である）。

また、（１）式において、酸素濃度とは、エンジン１００の燃焼室内のガス中における酸素濃度を言い、例えばＥＧＲ率の算出値（図６参照）、燃料噴射指令値およびエアフロメータの検出結果から以下の（５）式より算出する（図８（ｃ）参照）。
酸素濃度＝大気中の酸素比率×（１−ＥＧＲ率／λ） ・・・ （５）
（λ：酸素過剰率）
酸素濃度はエンジン１００の最高燃焼温度（Ｔｍａｘ）に影響を与えるもので、酸素濃度が上昇するほどＴｍａｘが増大する（すなわち係数Ａ５の符号は正である）。

更に、（１）式において、圧縮端圧力とは、ピストンの圧縮上死点における筒内圧力を言い、例えば吸気カム角センサ４２および吸気圧センサ４６の検出結果から以下の（６）式より算出する（図８（ｄ）参照）。
圧縮端圧力＝吸気マニホルド１１内の圧力×ε^κ ・・・ （６）
（ε：実圧縮比，κ：比熱比）
圧縮端圧力はエンジン１００の最高燃焼温度（Ｔｍａｘ）に影響を与えるもので、圧縮端圧力が上昇するほどＴｍａｘが増大する（すなわち係数Ａ６の符号は正である）。

Ｔｍａｘを算出するにあたっては、上記（１）式における複数のパラメータをすべて含むことが望ましいが、最高燃焼温度に対する寄与度の大きいパラメータを選出してＴｍａｘを算出することもできる。例えば、上記（１）式における複数のパラメータの中で、ＥＧＲ率がエンジン１００の燃焼室内の最高燃焼温度に対する寄与度がもっとも大きい。そのため、エンジンＥＣＵ１０は、少なくともＥＧＲ率を含んだパラメータに基づいて燃焼室内の最高燃焼温度を算出することもできる。また、エンジン１００の燃焼室内の最高燃焼温度に対する寄与度は、ＥＧＲ率につづいて噴射重心、圧縮端温度、エンジン回転数、酸素濃度、圧縮端圧力の順で大きい。そのため、燃焼室内の最高燃焼温度に対してより寄与度の大きいパラメータをいくつか選出し、選出したパラメータを用いて燃焼室内の最高燃焼温度を算出してもよい。

つづいて、エンジンＥＣＵ１０は、算出したエンジン１００の１サイクルにおける当量比（φ）の平均値が所定の第１しきい値（本実施例では０．８）未満であるか否かを判断する。ここで、第１しきい値については前述したために、その詳細な説明を省略する。当量比（φ）の平均値が第１しきい値未満でない場合、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のスモーク生成状態が第３領域にある（すなわち第１領域以外の領域にある）と判断する。第１領域とは、前述したように、燃焼室内の最高燃焼温度を低下させることでスモーク生成量を低減することができる領域をいう。また、第３領域とは、前述したように、当量比を低下させることでスモーク生成量を低減することができる領域をいう。

一方、当量比（φ）の平均値が第１しきい値未満である場合は、エンジンＥＣＵ１０は、算出した燃焼室内の最高燃焼温度が第２しきい値未満であるか否かを判断する。燃焼室内の最高燃焼温度が第２しきい値未満でない場合、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のスモーク生成状態が第２領域にある（すなわち第１領域以外の領域にある）と判断する。第２領域とは、前述したように、燃焼室内の最高燃焼温度を上昇させることでスモーク生成量を低減することができる領域をいう。燃焼室内の最高燃焼温度が第２しきい値未満である場合は、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のスモーク生成状態が第１領域にあると判断する。

上記の制御によって、エンジン１００の最高燃焼温度と当量比から、スモーク生成状態がスモーク生成量が最高燃焼温度に比例する領域（第１領域）にあるか否か、最高燃焼温度に反比例する領域（第２領域）にあるか否か、または当量比に依存する領域（第３領域）にあるか否かをより的確に判断することができる。すなわち、圧縮着火式内燃機関の燃焼室内の１サイクルにおける当量比の平均値と燃焼温度の最高値からより的確にスモーク生成状態を判断することができる。

上記の制御に加えて、エンジンＥＣＵ１０は、スモーク生成状態の判断結果に基づいて吸気弁の閉弁タイミングを変更し、それによってエンジン１００のスモーク生成量を低減する制御を実行する。以下に、エンジンＥＣＵ１０が実行する吸気弁の閉弁タイミング変更制御について説明する。

エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のスモーク生成状態がスモーク生成量が最高燃焼温度に比例する領域（第１領域）にあると判断した場合、吸気弁２２の閉弁タイミングをベースタイミングに対して遅角させるよう電動ＶＶＴ機構２６に指令する（Ｌａｔｅ Ｉｎｖａｌｖｅ Ｃｌｏｓｅ，以下ＬＩＶＣと略記する）。図９は、吸気弁２２の閉弁タイミング制御の一例を示している。図９（ａ）は吸気弁２２の閉弁時期のベースタイミングを示しており、図９（ｂ）は吸気弁２２の閉弁タイミングの遅角制御の一例を示している。エンジン１００の始動中、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の回転数および燃料噴射量から吸気弁２２の適切な閉弁タイミングを決定し電動ＶＶＴ機構２６に指令する（図９（ａ）参照）。そして、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のスモーク生成状態が第１領域にあると判断すると、吸気弁２２の閉弁タイミングのベースタイミングに対する遅角量をエンジン１００の回転数に応じて算出する。エンジンＥＣＵ１０は、算出した遅角量に基づき吸気弁２２の閉弁タイミングをベースタイミングから遅角させるよう電動ＶＶＴ機構２６にＬＩＶＣを指令する（図９（ｂ）参照）。

図１０（ａ）は、吸気弁２２の閉弁タイミングの遅角量と実圧縮比との相関を示している。吸気弁２２の閉弁タイミングの遅角量が大きいほど、圧縮時に燃焼室内から吸気弁２２の開弁部分を通じて吸気マニホルド１１に吹き返すガス量が多くなるために、エンジン１００の実圧縮比が低下する。図１０（ｂ）は、吸気弁２２の閉弁タイミングと燃焼域ガス温度との相関を示している。図１０（ｂ）の中で、Ａは吸気弁２２の閉弁をベースタイミングで実行した場合、Ｂは吸気弁２２の閉弁タイミングをベースタイミングから遅角させた場合、Ｃは吸気弁２２の閉弁タイミングをベースタイミングから遅角させつつ噴射タイミングを遅角させた場合を示している。吸気弁２２の閉弁タイミングをより遅角させると、すなわちエンジン１００の実圧縮比がより低下すると、エンジン１００の燃焼域のガス温度がより低下する。
よって、エンジン１００のスモーク生成状態がスモーク生成量が最高燃焼温度に比例する領域（第１領域）にある場合、吸気弁２２の閉弁タイミングを遅角させることでスモーク生成量を低減させることができる。

この場合、吸気弁２２の開弁時間はエンジン１００がより高回転であるほど短くなり、吸気弁２２の開弁時間が短くなるほど実圧縮比の低下効果が低減する。そのため、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００がより高回転であるほど吸気弁２２の閉弁タイミングの遅角量を大きして吸気弁２２の開弁時間を長くすることで、エンジン１００の実圧縮比を適切に低下させる。これによって、エンジン１００のスモーク生成量を適切に低減させる（図９（ｂ）参照）。

一方、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のスモーク生成状態がスモーク生成量が最高燃焼温度に反比例する領域（第２領域）、または当量比に依存する領域（第３領域）にあると判断した場合、吸気弁２２の閉弁タイミングをベースタイミングに対して進角させるよう電動ＶＶＴ機構２６に指令する（Ｅａｒｌｙ Ｉｎｖａｌｖｅ Ｃｌｏｓｅ，以下ＥＩＶＣと略記する）。図９（ａ）は吸気弁２２の閉弁時期のベースタイミングを示しており、図９（ｃ）は吸気弁２２の閉弁タイミングの進角制御の一例を示している。エンジン１００の始動中、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の回転数および燃料噴射量から吸気弁２２の適切な閉弁タイミングを決定し電動ＶＶＴ機構２６に指令する（図９（ａ）参照）。そして、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のスモーク生成状態が第２領域または第３領域にあると判断すると、吸気弁２２の閉弁タイミングのベースタイミングに対する進角量をエンジン１００の回転数に応じて算出する。エンジンＥＣＵ１０は、算出した進角量に基づき吸気弁２２の閉弁タイミングをベースタイミングから進角させるよう電動ＶＶＴ機構２６にＥＩＶＣを指令する（図９（ｃ）参照）。

吸気弁２２の閉弁タイミングをベースタイミングより進角させると、燃焼室内のガスの掃気率が向上する、すなわちエンジン１００の体積効率が向上するために、燃焼室内に導入される吸入空気量が増大する。そのため、エンジン１００の燃焼域ガス温度が上昇する。また、エンジン１００の体積効率が向上すると、理論空燃比に対する実空燃比の比率が大きくなるために、エンジン１００の当量比（φ）が低下する。このように、吸気弁２２の閉弁タイミングをより進角させると、エンジン１００の最高燃焼温度がより上昇し、当量比がより低下する。
よって、エンジン１００のスモーク生成状態がスモーク生成量が最高燃焼温度に反比例する領域（第２領域）、または当量比に依存する領域（第３領域）にある場合、吸気弁２２の閉弁タイミングを進角させることでスモーク生成量を低減させることができる。

この場合、吸気弁２２の開弁時間はエンジン１００がより低回転であるほど長くなり、吸気弁２２の開弁時間が長くなるほど圧縮時に燃焼室内から吸気弁２２の開弁部分を通じて吸気マニホルド１１に吹き返すガス量が多くなる。そのため、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００がより低回転であるほど吸気弁２２の閉弁タイミングの進角量を大きくすることで、吸気弁２２の開弁時間を短くして吸気マニホルド１１へのガスの吹き返し量を低減する。これによって、エンジン１００の燃焼温度を適切に上昇させつつ、エンジン１００の当量比を適切に低下させる（図９（ｃ）参照）。
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００の運転が終了するまで上記の処理を繰り返す。

以上のように、エンジン１００のスモーク生成状態がスモーク生成量が最高燃焼温度に比例する領域（第１領域）にある場合に、吸気弁２２の閉弁タイミングをベースタイミングに対して遅角させるＬＩＶＣ制御を実行することでスモーク生成量を適切に低減させることができる。また、エンジン１００のスモーク生成状態がスモーク生成量が最高燃焼温度に反比例する領域（第２領域）、または当量比に依存する領域（第３領域）にある場合に、吸気弁２２の閉弁タイミングをベースタイミングに対して進角させるＥＩＶＣ制御を実行することでスモーク生成量を適切に低減させることができる。
なお、エンジンＥＣＵ１０は、本発明の当量比算出手段、最高燃焼温度算出手段、判断手段、および可変動弁手段の一構成例である。

つづいて、エンジンＥＣＵ１０の制御の流れに沿って、エンジンシステム１の動作を説明する。図１１は、エンジンＥＣＵ１０の処理の一例を示すフローチャートである。本実施例のエンジンシステム１は、燃焼室内の１サイクルにおける当量比の平均値および最高燃焼温度を算出し、算出結果に基づきエンジン１００のスモーク生成状態を判断する。更に、スモーク生成状態の判断結果に基づいて吸気弁２２の閉弁タイミングを変更することでエンジン１００のスモーク生成量を低減させる制御をエンジンＥＣＵ１０が実行する。

エンジンＥＣＵ１０の制御は、イグニッションスイッチがＯＮされてエンジン１００が始動されると開始し、エンジン１００の運転中に以下の制御の処理を繰り返す。また、エンジンＥＣＵ１０は、その制御の処理中、クランク角センサ４１、エアフロメータ４４、吸気カム角センサ４２、吸気圧センサ４６、吸気温度センサ４７およびＶＮセンサ４８の検出結果を常に受信する。

まず、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ１で、受信したエアフロメータ４４の検出結果およびインジェクタ１７への燃料噴射量の指令値に基づいて、エンジン１００の１サイクルにおける当量比（φ）の平均値を算出する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１の処理を終えると、次のステップＳ２へ進む。

ステップＳ２で、エンジンＥＣＵ１０は、上記（１）〜（６）式に基づいて、ステップＳ１で算出したφの平均値の算出と同一サイクルにおける燃焼室内の燃焼温度の最高値（最高燃焼温度）を算出する。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ２の処理を終えると、次のステップＳ３へ進む。

ステップＳ３で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１で算出したφの平均値が所定の第１しきい値未満であるか否かを判断する。ここで、第１しきい値については前述したために、その詳細な説明は省略する。φの平均値が第１しきい値未満でない場合（ステップＳ３／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のスモーク生成状態が第３領域にある（すなわち第１領域以外の領域にある）と判断し、ステップＳ６へ進む。一方、φの平均値が第１しきい値未満である場合（ステップＳ３／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のスモーク生成状態が第１領域または第２領域のいずれか一方にあると判断し、次のステップＳ４へ進む。ここで、第１領域、第２領域および第３領域については前述したために、その詳細な説明は省略する。

ステップＳ４で、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ２で算出した燃焼室内の最高燃焼温度の値が所定の第２しきい値未満であるか否かを判断する。ここで、第２しきい値については前述したために、その詳細な説明は省略する。燃焼室内の最高燃焼温度が第２しきい値未満でない場合（ステップＳ４／ＮＯ）、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のスモーク生成状態が第２領域にある（すなわち第１領域以外の領域にある）と判断し、ステップＳ６へ進む。一方、燃焼室内の最高燃焼温度が第２しきい値未満である場合（ステップＳ４／ＹＥＳ）は、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１００のスモーク生成状態が第１領域にあると判断し、次のステップＳ５へ進む。

ステップＳ５で、エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサ４１の検出結果に基づき吸気弁２２の閉弁タイミングの遅角量を算出する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、吸気弁２２の閉弁タイミングをベースタイミングに対して遅角させるように電動ＶＶＴ機構２６に指令し（ＬＩＶＣ制御）、エンジン１００の実圧縮比を低下させる。これによってエンジン１００の燃焼温度を低下させて、スモーク生成量を低減させる。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ５の処理を終えると、制御の処理を終了する。

ステップＳ３およびステップＳ４の判断結果がＮＯの場合、エンジンＥＣＵ１０はステップＳ６へ進む。ステップＳ６で、エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサ４１の検出結果に基づき吸気弁２２の閉弁タイミングの進角量を算出する。そして、エンジンＥＣＵ１０は、吸気弁２２の閉弁タイミングをベースタイミングに対して進角させるように電動ＶＶＴ機構２６に指令し（ＥＩＶＣ制御）、エンジン１００の体積効率を向上させる。これによってエンジン１００の燃焼温度を上昇させつつ、当量比を低下させて、スモーク生成量を低減させる。エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ６の処理を終えると、制御の処理を終了する。

上記の制御を実行することにより、エンジン１００における燃焼域のガス温度の最高値（最高燃焼温度）と当量比からスモーク生成状態をより的確に判断することができる。そして、スモーク生成状態の判断結果に基づいてエンジン１００のスモーク生成量を低減させるための制御を適切に実行することができる。よって、圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態をより的確に把握しつつ、スモーク排出量を低減することができる。
なお、エンジンＥＣＵ１０は、ステップＳ１とステップＳ２の処理について、いずれを先に実行してもよし、同時に実行してもよい。

以上のように、本実施例のエンジンシステムは、エンジンの燃焼室内の１サイクルにおける当量比の平均値を算出する当量比算出手段と、当量比算出手段による当量比の平均値の算出と同一サイクルにおける燃焼室内の燃焼温度の最高値を算出する最高燃焼温度算出手段と、当量比算出手段の算出結果および最高燃焼温度算出手段の算出結果に基づいてエンジンのスモーク生成状態を判断する判断手段と、を備えたエンジンＥＣＵを有する。これによって、エンジンにおける燃焼域のガス温度の最高値（最高燃焼温度）と当量比からスモーク生成状態をより的確に判断することができる。

また、本実施例のエンジンシステムは、エンジンの吸気弁の閉弁タイミングを所望するタイミングに変更する電動ＶＶＴ機構を備え、算出した当量比の平均値が所定の第１しきい値未満で、かつ燃焼室内の燃焼温度の最高値が所定の第２しきい値未満である場合にスモーク生成状態が第１領域にあると判断し、吸気弁の閉弁タイミングを遅角させるよう電動ＶＶＴ機構に指令する。スモーク生成状態が第１領域以外の領域にあると判断した場合は、吸気弁の閉弁タイミングを進角させるよう電動ＶＶＴ機構に指令する。これによって、エンジン１００のスモーク生成状態に応じてエンジン１００の最高燃焼温度、当量比を適切に変更することができる。よって、圧縮着火式内燃機関のスモーク生成量を適切に低減させることができる。

更に、本実施例のエンジンシステムは、スモーク生成量の低減制御における吸気弁の閉弁タイミングの遅角量および進角量を、エンジン回転数に応じた適切な量に調整することができる。よって、圧縮着火式内燃機関のスモーク生成量をより適切に低減させることができる。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ エンジンシステム
１０ エンジンＥＣＵ（当量比算出手段，最高燃焼温度算出手段，判断手段，可変動弁手段）
１１ 吸気マニホルド
１４ ターボチャージャ（過給機）
１５ 排気通路
１６ ＥＧＲ通路（排ガス還流通路）
１７ インジェクタ
２２ 吸気弁
２６ 電動ＶＶＴ機構（可変動弁手段）
４１ クランク角センサ
４２ 吸気カム角センサ
４４ エアフロメータ
４６ 吸気圧センサ
４７ 吸気温度センサ
４８ ＶＮセンサ
１００ エンジン

Claims (7)

1. 圧縮着火式内燃機関の燃焼室内の１サイクルにおける当量比の平均値を算出する当量比算出手段と、
   前記当量比算出手段による当量比の平均値の算出と同一サイクルにおける前記燃焼室内の燃焼温度の最高値を算出する最高燃焼温度算出手段と、
   前記当量比算出手段の算出結果および前記最高燃焼温度算出手段の算出結果に基づいて前記圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態を判断する判断手段と、
   前記圧縮着火式内燃機関の吸気弁の閉弁タイミングを所望するタイミングに変更する可変動弁手段と、を備え、
   前記可変動弁手段は、前記判断手段の判断結果に基づいて前記吸気弁の閉弁タイミングを変更し、
   前記最高燃焼温度算出手段は、前記圧縮着火式内燃機関の燃料噴射量および噴射タイミングから求めた噴射重心、前記燃焼室内の圧縮端温度、前記圧縮着火式内燃機関の回転数、前記燃焼室内の酸素濃度、前記燃焼室内の圧縮端圧力の少なくとも１つをパラメータとして抽出し、前記パラメータに基づいて前記燃焼室内の１サイクルにおける燃焼温度の最高値を算出することを特徴とする圧縮着火式内燃機関の制御装置。
2. 前記圧縮着火式内燃機関は、排気側と吸気側とを連通して排ガスの一部を吸気側に還流させる排ガス還流通路を有し、
   前記最高燃焼温度算出手段は、少なくとも前記排ガス還流通路の排ガス還流率をパラメータとして抽出し、前記パラメータに基づいて１サイクルにおける前記燃焼室内の燃焼温度の最高値を算出することを特徴とする請求項１記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
3. 前記判断手段は、前記当量比算出手段の算出結果が第１しきい値よりも小さく、かつ、前記最高燃焼温度算出手段の算出結果が第２しきい値よりも小さい場合に、前記圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態が第１領域にあると判断し、
   前記可変動弁手段は、前記判断手段が前記圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態が第１領域にあると判断した場合に、前記吸気弁の閉弁タイミングを遅角側へ変更することを特徴とする請求項１または２記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
4. 前記判断手段は、前記当量比算出手段の算出結果が第１しきい値以上の場合、または前記最高燃焼温度算出手段の算出結果が第２しきい値以上の場合に、前記圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態が第１領域以外の領域にあると判断し、
   前記可変動弁手段は、前記判断手段が前記圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態が第１領域以外の領域にあると判断した場合に、前記吸気弁の閉弁タイミングを進角側へ変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
5. 前記可変動弁手段は、前記圧縮着火式内燃機関の回転数が大きいほど前記吸気弁の閉弁タイミングをより遅角側へ変更することを特徴とする請求項３記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
6. 前記可変動弁手段は、前記圧縮着火式内燃機関の回転数が小さいほど前記吸気弁の閉弁タイミングをより進角側へ変更することを特徴とする請求項４記載の圧縮着火式内燃機関の制御装置。
7. 圧縮着火式内燃機関の燃焼室内の１サイクルにおける当量比の平均値を算出する当量比算出ステップと、
   前記当量比算出ステップにおける当量比の平均値の算出と同一サイクルにおける前記燃焼室内の燃焼温度の最高値を算出する最高燃焼温度算出ステップと、
   前記当量比算出ステップにおける算出結果および前記最高燃焼温度算出ステップにおける算出結果に基づいて前記圧縮着火式内燃機関のスモーク生成状態を判断する判断ステップと、
   を有し、
   前記最高燃焼温度算出ステップは、前記圧縮着火式内燃機関の燃料噴射量および噴射タイミングから求めた噴射重心、前記燃焼室内の圧縮端温度、前記圧縮着火式内燃機関の回転数、前記燃焼室内の酸素濃度、前記燃焼室内の圧縮端圧力の少なくとも１つをパラメータとして抽出し、前記パラメータに基づいて前記燃焼室内の１サイクルにおける燃焼温度の最高値を算出する圧縮着火式内燃機関におけるスモーク生成状態の判断方法。

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