(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた排気浄化触媒を共用する複数の気筒からなる気筒群を少なくとも１組有する内燃機関の制御装置において、
気筒内に直接に燃料を噴射するインジェクタと、
前記気筒内で燃焼中に筒内圧力をリアルタイムに検出する筒内圧力検出手段と、
燃焼中の前記気筒内に前記インジェクタから追加の燃料を噴射する燃焼中追加噴射を行う場合に、その燃焼中追加噴射の間、前記筒内圧力検出手段により検出された筒内圧力に基づいて、前記インジェクタの燃料圧力と前記筒内圧力との差である実効噴射圧力をリアルタイムに算出する実効噴射圧力算出手段と、
前記燃焼中追加噴射が行われているときに、前記実効噴射圧力算出手段により算出された実効噴射圧力に基づいて、前記燃焼中追加噴射を終了するタイミングを制御する追加噴射終了タイミング制御手段と、
前記筒内圧力検出手段により検出された筒内圧力に基づいて１サイクルの燃焼の発熱量を算出する発熱量算出手段と、
前記気筒群に属する１つの気筒において前記燃焼中追加噴射が行われた場合に、前記１つの気筒の全燃料噴射量と前記発熱量算出手段により算出された発熱量とに基づいて、前記１つの気筒から燃焼せずに排出される未燃燃料の量または該量に対応する発熱量を算出する未燃燃料算出手段と、
前記１つの気筒が属する気筒群の中で燃焼順序が前記１つの気筒の次の気筒である次燃焼気筒の燃料噴射量を、前記未燃燃料算出手段により算出された値に基づいて補正する次燃焼気筒補正手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記追加噴射終了タイミング制御手段は、前記実効噴射圧力算出手段により算出された実効噴射圧力により定まる時間当たりの噴射量を積算することにより、現在時点までに噴射された燃料量をリアルタイムに算出し、該算出された現在時点までに噴射された燃料量が目標量に達したときに前記燃焼中追加噴射を終了することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記次燃焼気筒補正手段は、
前記未燃燃料算出手段により算出された値に基づいて前記排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、
前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度が所定温度より高い場合に、前記次燃焼気筒の燃料噴射量を増量補正する増量補正手段と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記次燃焼気筒補正手段は、
前記未燃燃料算出手段により算出された値に基づいて前記排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、
前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度が所定温度より低い場合に、前記次燃焼気筒の燃料噴射量を減量補正する減量補正手段と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
プレイグニションを検出するプレイグニション検出手段を備え、
前記プレイグニションが検出された場合に、該検出されたプレイグニションと同じサイクルの燃焼中に前記燃焼中追加噴射を行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記実効噴射圧力算出手段の演算処理を行う演算装置と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記燃焼中追加噴射を行う場合の前記実効噴射圧力を予測する実効噴射圧力予測手段と、
前記燃焼中追加噴射を行う場合に、前記演算装置の演算負荷が所定の基準値を超える場合には、前記実効噴射圧力算出手段および前記追加噴射終了タイミング制御手段による制御に代えて、前記実効噴射圧力予測手段により予測された実効噴射圧力に基づいて前記燃焼中追加噴射の継続時間を決定する追加噴射時間決定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、正常な着火タイミングよりも前に筒内の混合気が着火するプレイグニションと呼ばれる現象が発生することがある。プレイグニションによって燃焼が開始し、筒内の混合気が正常なタイミングより早期に燃焼してしまうと、異常に高い筒内圧力が発生し、機関がダメージを受けるおそれがある。また、プレイグニションによってノッキングが誘発され、騒音を生ずるという問題もある。
【０００３】
このようなプレイグニションの弊害を回避するための技術として、特許文献１には、物理モデルにより予測された筒内圧力と、筒内圧力センサにより計測された筒内圧力とを比較することによってプレイグニションを検出し、プレイグニションが検出された場合には、その検出されたサイクルにおいて筒内インジェクタから燃料を再噴射することにより、プレイグニションの火炎を消火または減衰させ、筒内圧力の異常上昇を回避することを図った技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−７１２８４号公報
【特許文献２】特開平１１−３６９５６号公報
【特許文献３】特開２００２−３３９７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
インジェクタから時間当たりに噴射される燃料の量（以下、「噴射率」と称する）は、燃料圧力と、燃料が噴射される空間の圧力との差圧によって変化する。筒内インジェクタによる通常の燃料噴射は、吸気行程で行われるため、噴射中の筒内の圧力は一定であり、燃料圧力と筒内圧力との差圧も一定であるので、噴射率も一定である。したがって、燃料噴射量は正味の噴射時間に比例するので、噴射時間を制御することにより噴射量を正確に制御することができる。
【０００６】
これに対し、プレイグニションによる筒内圧力の異常上昇を回避するための燃料噴射を行う場合のように、燃焼中に筒内インジェクタから追加の燃料噴射（以下、「燃焼中追加噴射」と称する）を行う場合には、噴射率は燃料圧力と筒内圧力との差圧によって決まる。燃焼中の筒内圧力は、短時間の燃焼の中で急激に変化する。したがって、燃焼中追加噴射の場合には、短時間の噴射中に噴射率が急激に変化する。このため、燃焼中追加噴射の噴射量は、噴射時間に比例しなくなる。また、燃焼中の筒内圧力の大きさや波形は機関運転状態によって異なるので、予測することが困難である。特に、プレイグニションが生じた場合の燃焼は異常な燃焼であり、偶然に支配され、バラツキがあるので、燃焼中の筒内圧力の大きさや波形を正確に予測することは極めて困難である。このようなことから、燃焼中追加噴射を行う場合には、その噴射量を正確に制御することが困難であり、実際の噴射量を特定することができない。その結果、次のような問題を招く。
【０００７】
燃焼中追加噴射の噴射量が目標量より少なかった場合には、その本来の目的、例えばプレイグニションによる筒内圧力の異常上昇を回避することを十分に達成できない。逆に、燃焼中追加噴射の噴射量が目標量より多かった場合には、その分だけ燃料が無駄になるだけでなく、多量の未燃燃料が排気浄化触媒に流入し、その未燃燃料が排気浄化触媒で燃焼することで排気浄化触媒の温度が異常に上昇し、ダメージを受けるおそれもある。また、何れの場合においても、排気ガスの空燃比が目標値からずれるので、排気浄化性能を悪化させる。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃焼中に筒内インジェクタから追加の燃料噴射を行う場合にその噴射量を正確に制御することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
気筒内に直接に燃料を噴射するインジェクタと、
前記気筒内で燃焼中に筒内圧力をリアルタイムに検出する筒内圧力検出手段と、
燃焼中の前記気筒内に前記インジェクタから追加の燃料を噴射する燃焼中追加噴射を行う場合に、その燃焼中追加噴射の間、前記筒内圧力検出手段により検出された筒内圧力に基づいて、前記インジェクタの燃料圧力と前記筒内圧力との差である実効噴射圧力をリアルタイムに算出する実効噴射圧力算出手段と、
前記燃焼中追加噴射が行われているときに、前記実効噴射圧力算出手段により算出された実効噴射圧力に基づいて、前記燃焼中追加噴射を終了するタイミングを制御する追加噴射終了タイミング制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記追加噴射終了タイミング制御手段は、前記実効噴射圧力算出手段により算出された実効噴射圧力により定まる時間当たりの噴射量を積算することにより、現在時点までに噴射された燃料量をリアルタイムに算出し、該算出された現在時点までに噴射された燃料量が目標量に達したときに前記燃焼中追加噴射を終了することを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関は、排気通路に設けられた排気浄化触媒を共用する複数の気筒からなる気筒群を少なくとも１組有し、
前記筒内圧力検出手段により検出された筒内圧力に基づいて１サイクルの燃焼の発熱量を算出する発熱量算出手段と、
前記気筒群に属する１つの気筒において前記燃焼中追加噴射が行われた場合に、前記１つの気筒の全燃料噴射量と前記発熱量算出手段により算出された発熱量とに基づいて、前記１つの気筒から燃焼せずに排出される未燃燃料の量または該量に対応する発熱量を算出する未燃燃料算出手段と、
前記１つの気筒が属する気筒群の中で燃焼順序が前記１つの気筒の次の気筒である次燃焼気筒の燃料噴射量を、前記未燃燃料算出手段により算出された値に基づいて補正する次燃焼気筒補正手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記次燃焼気筒補正手段は、
前記未燃燃料算出手段により算出された値に基づいて前記排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、
前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度が所定温度より高い場合に、前記次燃焼気筒の燃料噴射量を増量補正する増量補正手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、第５の発明は、第３の発明において、
前記次燃焼気筒補正手段は、
前記未燃燃料算出手段により算出された値に基づいて前記排気浄化触媒の温度を推定する触媒温度推定手段と、
前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度が所定温度より低い場合に、前記次燃焼気筒の燃料噴射量を減量補正する減量補正手段と、
を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
プレイグニションを検出するプレイグニション検出手段を備え、
前記プレイグニションが検出された場合に、該検出されたプレイグニションと同じサイクルの燃焼中に前記燃焼中追加噴射を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記実効噴射圧力算出手段の演算処理を行う演算装置と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記燃焼中追加噴射を行う場合の前記実効噴射圧力を予測する実効噴射圧力予測手段と、
前記燃焼中追加噴射を行う場合に、前記演算装置の演算負荷が所定の基準値を超える場合には、前記実効噴射圧力算出手段および前記追加噴射終了タイミング制御手段による制御に代えて、前記実効噴射圧力予測手段により予測された実効噴射圧力に基づいて前記燃焼中追加噴射の継続時間を決定する追加噴射時間決定手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、燃焼中の気筒内に追加の燃料を噴射する燃焼中追加噴射を行う場合に、その噴射量を正確に制御することができる。このため、燃焼中追加噴射を行う本来の目的を確実に達成することができるとともに、燃料を必要量以上に無駄に噴射することがなく、燃料を節約することができる。また、燃焼中追加噴射の噴射量を正確に特定することができるので、排気空燃比のズレを確実に抑制することができ、排気浄化触媒の浄化能力の低下を確実に回避することができる。
【００１７】
第２の発明によれば、燃焼中追加噴射の噴射量を目標量に正確に制御することができる。
【００１８】
第３の発明によれば、燃焼中追加噴射が行われた場合に、その気筒から排出される未燃燃料の量または該量に対応する発熱量を正確に算出することができ、次に燃焼する次燃焼気筒の燃料噴射量をその算出値に基づいて補正することができる。これにより、燃焼中追加噴射の実施に伴う弊害を抑制することができる。
【００１９】
第４の発明によれば、燃焼中追加噴射の実施に伴う排気浄化触媒の劣化を確実に抑制することができる。
【００２０】
第５の発明によれば、燃焼中追加噴射の実施に伴う排気空燃比のズレによる排気浄化能力の低下を確実に抑制することができる。
【００２１】
第６の発明によれば、プレイグニションが発生した場合の筒内圧力の異常上昇を確実に抑制することができる。
【００２２】
第７の発明によれば、演算装置の演算負荷が大きい場合には、燃焼中追加噴射の制御負荷を軽減することにより、演算負荷が大きくなり過ぎることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】クランク角とＰＶκの値との関係を示す図である。
【図３】内燃機関の圧縮行程および膨張行程での筒内圧力とクランク角との関係を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態１における燃焼中追加噴射の噴射量制御を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本発明の実施の形態１のシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０の気筒数および気筒配置は特に限定されない。図１には、一つの気筒のみが代表して描かれている。
【００２６】
内燃機関１０の各気筒には、ピストン１２と、吸気弁１４と、排気弁１６と、点火プラグ１８と、筒内（燃焼室内）に直接に燃料を噴射するインジェクタ２０とが設けられている。また、各気筒には、吸気通路２２と排気通路２４とが接続されている。
【００２７】
内燃機関１０は、過給機であるターボチャージャ２６を有している。ターボチャージャ２６は、コンプレッサ２６ａとタービン２６ｂとを有している。コンプレッサ２６ａは、吸気通路２２の途中に配置されており、タービン２６ｂは、排気通路２４の途中に配置されている。
【００２８】
コンプレッサ２６ａより上流側の吸気通路２２には、エアクリーナ２８と、吸入空気量を検出するエアフローメータ３０とが設置されている。コンプレッサ２６ａより下流側の吸気通路２２には、インタークーラ３２と、スロットル弁３４とが設けられている。
【００２９】
タービン２６ｂの近傍には、タービン２６ｂの上流側の排気通路２４と下流側の排気通路２４とを連通するバイパス通路３８と、このバイパス通路３８を開閉することのできるバイパス弁４０（ウェイストゲート弁）とが設置されている。バイパス弁４０が開くと、排気ガスの一部は、タービン２６ｂを通らずにバイパス通路３８を通って流れる。タービン２６ｂより下流側の排気通路２４には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒４２が設置されている。排気浄化触媒４２は、流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比の近傍にあるとき、高い浄化率が得られる。
【００３０】
本実施形態のシステムは、内燃機関１０のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ４４と、筒内圧力を検出する筒内圧力センサ４６と、インジェクタ２０に高圧の燃料を供給する燃料ポンプ４８と、内燃機関１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。
【００３１】
ＥＣＵ５０は、各センサにより検出した情報に基いて各アクチュエータを駆動することにより、内燃機関１０の運転を制御する。例えば、クランク角センサ４４により検出される機関回転速度とエアフローメータ３０により検出される吸入空気量とに基いて燃料噴射量を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期、点火時期等を決定した後に、インジェクタ２０および点火プラグ１８を駆動する。本実施形態の内燃機関１０では、インジェクタ２０からの主たる燃料噴射（通常の燃料噴射）は、吸気行程で行われる。あるいは、吸気行程から圧縮行程前半に渡って行われてもよい。この燃料噴射によって筒内に混合気が形成され、この混合気が点火プラグ１８により点火され、燃焼する。
【００３２】
インジェクタ２０の燃料圧力、すなわちインジェクタ２０から噴射される燃料の圧力（以下、単に「燃料圧力」と称する）は、燃料ポンプ４８またはインジェクタ２０への燃料経路に設けられた調圧弁により所定圧力に調圧される。また、燃料ポンプ４８に燃料圧力切り換え機構を設け、ＥＣＵ５０から燃料ポンプ４８への指令により燃料圧力の設定を変更可能になっていてもよい。あるいは、燃料圧力を検出する燃圧センサを設けるようにしてもよい。これら場合において、ＥＣＵ５０は、予め記憶された所定の燃料圧力の情報、または燃料ポンプ４８への指令、あるいは燃圧センサの検出結果に基づいて、燃料圧力の値を取得することができる。
【００３３】
プレイグニションとは、正常な着火タイミングよりも前に筒内の混合気が着火することを言い、本実施形態の内燃機関１０の場合には点火プラグ１８による点火よりも前に筒内の混合気が着火することを言う。プレイグニションが発生する原理の全容は必ずしも明らかではないが、一例としては、燃焼室の壁に堆積したデポジット（カーボン）が剥離し、その剥離片が火種となってプレイグニションが発生するような場合があると考えられる。プレイグニションは、特定の運転領域（例えば、低回転高負荷域）で発生し易い傾向を持つ場合もある。
【００３４】
プレイグニションによって燃焼が開始し、本来よりも早期に混合気が燃焼してしまうと、筒内圧力が異常に上昇するので、内燃機関１０がダメージを受けるおそれがある。また、プレイグニションによってノッキングが誘発され、騒音を生ずるという問題もある。
【００３５】
本実施形態のＥＣＵ５０は、筒内圧力センサ４６で検出される筒内圧力に基づいて、プレイグニションの発生をリアルタイムに検出可能な操作（以下、「プレイグニション検出操作」と称する）を実行することができる。以下、本実施形態でのプレイグニション検出操作について説明する。ＥＣＵ５０は、筒内圧力センサ４６で検出される筒内圧力をＰ、筒内容積をＶ、筒内ガスの比熱比をκとしたとき、発熱量指標値としてのＰＶκを演算することができる。なお、筒内容積Ｖの値は、クランク角θの関数であり、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。比熱比κの値もＥＣＵ５０に予め記憶されている。ＰＶκの値は、筒内で発生した熱量と相関する。
【００３６】
プレイグニション検出操作において、ＥＣＵ５０は、圧縮行程の途中から、ＰＶκの値を単位クランク角毎または単位時間毎に繰り返し演算する。図２は、クランク角とＰＶκの値との関係を示す図であり、正常燃焼の場合を実線で示し、プレイグニションが発生した場合を一点鎖線で示している。なお、図２以降の各図において、プレイグニションを「プレイグ」と略記する。
【００３７】
正常燃焼の場合は、点火タイミングにおいて筒内の混合気に点火され、その火炎が伝播することによって燃焼が開始し、燃焼熱が発生する。このため、図２に示すように、点火タイミングより後でＰＶκの値が立ち上がる。これに対し、プレイグニションが発生した場合には、正常燃焼の場合より早いタイミングで燃焼が開始するので、正常燃焼の場合より早くＰＶκの値が立ち上がる。このことに鑑み、ＥＣＵ５０は、ＰＶκの値が所定の閾値を超えるタイミングが正常燃焼の場合より早いことが検出された場合、プレイグニションが発生したと判定する。
【００３８】
上述したＰＶκのような発熱量指標値は、プレイグニションが発生する前はほぼ一定に維持され、プレイグニションが発生した瞬間から急上昇する。それゆえ、このような発熱量指標値に基づいてプレイグニション検出操作を行うことにより、プレイグニションの発生を早い段階（燃え始めの時点）で精度良く検出することができる。
【００３９】
なお、本発明では、プレイグニション検出操作での発熱量指標値として用いる値はＰＶκに限定されるものではない。例えば、ＰＶκをクランク角θで微分した値であるd(ＰＶκ)/dθを発熱量指標値として用いてもよい。この場合、ＥＣＵ５０は、ＰＶκの変化量をクランク角θの変化量で除することにより、d(ＰＶκ)/dθを算出することができる。そして、ＥＣＵ５０は、d(ＰＶκ)/dθの値を単位クランク角毎または単位時間毎に繰り返し演算する。その算出されたd(ＰＶκ)/dθの値が所定の閾値を超えるタイミングが正常燃焼の場合より早いことが検出された場合には、プレイグニションが発生したと判定する。
【００４０】
図３は、内燃機関１０の圧縮行程および膨張行程での筒内圧力とクランク角との関係を示すグラフである。図３中の実線で示す筒内圧力は、プレイグニションが発生して燃焼が開始し、正常燃焼の場合よりも早期に燃焼（異常燃焼）した場合の筒内圧力である。プレイグニションの原因には、前述したデポジットの剥離のような偶発的な事象が含まれる。このため、プレイグニションが発生するタイミングにはバラツキがあり、燃え広がり方にもバラツキがある。したがって、図３中の実線で示すプレイグニションによる異常燃焼の場合の筒内圧力の大きさや波形は、一例であり、実際にはバラツキを含むものである。
【００４１】
一方、図３中の破線で示す筒内圧力は、正常燃焼の場合、すなわち点火プラグ１８での点火によって燃焼が始まった場合の筒内圧力である。図３に示す正常燃焼の筒内圧力は、点火時期が圧縮上死点より後であるときのものである。この場合、圧縮行程での圧縮により筒内圧力が上昇し、圧縮上死点を過ぎて筒内圧力が低下に転じた後、燃焼が開始して、筒内圧力が再上昇する。
【００４２】
図３から分かるように、プレイグニションによって燃焼が開始し、本来よりも早期に混合気が燃焼してしまうと、正常燃焼の場合と比べ、筒内圧力が異常に高く上昇するので、筒内圧力が内燃機関１０の設計保証筒内圧力を超えて上昇する場合がある。この場合、内燃機関１０がダメージを受けるおそれがある。内燃機関１０のダメージを確実に防止するためには、筒内圧力が設計保証筒内圧力を超えることは、１サイクルたりとも、できる限り回避することが望まれる。したがって、プレイグニションの発生をリアルタイムに検出した場合、その検出したサイクルと同じサイクルにおいて、筒内圧力の異常上昇を回避できるようにすることが理想である。この理想を実現するためには、プレイグニションを検出した場合、燃焼が広がって筒内圧力が急上昇する前に、燃焼を抑制すればよい。すなわち、プレイグニションによって生じた火炎の燃え広がりを抑制することができれば、筒内圧力の異常上昇を回避することができる。プレイグニションの火炎の燃え広がりを抑制するには、インジェクタ２０から燃料を追加的に噴射すること（以下、「燃焼中追加噴射」と称する。）が有効である。燃焼中追加噴射を行い、火炎の周囲を、燃料が濃過ぎて燃焼できない状態とすることにより、火炎の燃え広がりを抑制することができる。図３中の一点鎖線で示す筒内圧力は、プレイグニションが発生した場合に燃焼中追加噴射を行った場合の筒内圧力である。このように、燃焼中追加噴射を行わなかった場合（実線）と比べて、筒内圧力の異常上昇を抑制することができる。このため、内燃機関１０へのダメージを回避することができる。
【００４３】
インジェクタ２０から時間当たりに噴射される燃料の量（以下、「噴射率」と称する）は、燃料圧力と筒内圧力との差圧によって変化する。燃料圧力は、ＥＣＵ５０および燃料ポンプ４８により制御され、所定の圧力に一定に保たれる。図３に示すように、通常の燃料噴射は、吸気行程で行われるため、噴射中の筒内圧力は一定であり、燃料圧力と筒内圧力との差圧も一定であるので、噴射率も一定である。したがって、燃料噴射量は正味の噴射時間に比例するので、噴射時間を制御することにより噴射量を正確に制御することができる。
【００４４】
これに対し、燃焼中の筒内圧力は、短時間の燃焼の中で急激に変化する。したがって、燃焼中追加噴射の場合には、燃料圧力と筒内圧力との差圧（以下、「実効噴射圧力」と称する）によって決まる噴射率も、短時間の噴射中に急激に変化する。このため、燃焼中追加噴射の噴射量は、噴射時間に比例しなくなる。また、燃焼中の筒内圧力の大きさや波形は機関運転状態によって異なるので、予測することが困難である。特に、プレイグニションが生じた場合の筒内圧力の大きさや波形には前述したようにバラツキがあるので、燃焼中の筒内圧力の大きさや波形を正確に予測することは極めて困難である。
【００４５】
上述した事項に鑑み、本実施形態では、燃焼中追加噴射を行う場合、その噴射量を正確に制御するために、次のような制御を行うこととした。図４は、本実施形態において燃焼中追加噴射の噴射量を制御する方法を説明するための図である。図４中の３つのグラフのうち、上段のグラフは、図３のグラフから、燃焼中追加噴射が行われた場合の筒内圧力および燃料圧力を抜き出して示すグラフである。中段のグラフは、上段のグラフの燃料圧力から筒内圧力を差し引いた圧力を示すグラフである。すなわち、この中段のグラフは、実効噴射圧力に相当している。下段のグラフは、噴射率のグラフである。噴射率は、実行噴射圧力によって決まり、実行噴射圧力が高いほど噴射率も高くなる。このため、噴射率のグラフの波形は、実効噴射圧力のグラフの波形とほぼ相似となる。この噴射率のグラフを噴射開始から噴射終了まで積分すれば、正確な噴射量を求めることができる。すなわち、図中の斜線部分の面積を算出することにより、正確な噴射量を求めることができる。
【００４６】
本実施形態では、以上の原理に基づいて、燃焼中追加噴射の噴射量を制御する。すなわち、燃焼中追加噴射を行う場合、ＥＣＵ５０は、筒内圧力センサ４６により筒内圧力をリアルタイムに検出し、燃料圧力から筒内圧力を差し引くことにより実効噴射圧力をリアルタイムに算出する。ＥＣＵ５０には、実効噴射圧力と噴射率との関係を定めたマップが予め記憶されており、実行噴射圧力から噴射率をリアルタイムに算出することができる。ＥＣＵ５０は、燃焼中追加噴射の開始時から、上記噴射率を積算することにより、現在時点までに噴射された燃料量をリアルタイムに算出する。そして、現在時点までに噴射された燃料量が目標量に達したときに、燃焼中追加噴射を終了する。以上の処理によれば、燃焼中追加噴射の噴射量を目標量に正確に制御することができる。
【００４７】
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、所定クランク角毎または所定時間毎に繰り返し実行される。ただし、本ルーチンは、１サイクル中でプレイグニションが発生する可能性のある期間に実行されればよく、１サイクル中で本ルーチンが実行されない期間があってもよい。また、プレイグニションが発生する可能性のある運転領域においてのみ本ルーチンを実行し、それ以外の運転領域では実行しなくてもよい。
【００４８】
図５に示すルーチンによれば、まず、前述したプレイグニション検出操作においてプレイグニションの発生が検出されたか否かが判断される（ステップ１００）。プレイグニションが検出されていない場合には、通常の制御が継続される（ステップ１０２）。通常の制御においては、燃焼中追加噴射を行う必要はないので、燃焼中追加噴射は行われない。
【００４９】
一方、ステップ１００でプレイグニションが検出されたと判断された場合には、燃焼中追加噴射を実行すべきであると判定される（ステップ１０４）。この場合には、直ちにインジェクタ２０に対して噴射指令が出され（ステップ１０６）、燃焼中追加噴射が開始される。燃焼中追加噴射の実行中は、所定の短い時間毎または所定の小さいクランク角毎に、筒内圧力センサ４６により筒内圧力が検出されるとともに、燃料圧力からその筒内圧力を差し引くことにより実効噴射圧力が算出され、更にその実効噴射圧力により定まる噴射率を積算することにより、噴射開始から現在時点までに噴射された燃料量（以下、「積算噴射量」と称する）がリアルタイムに算出される。そして、その積算噴射量が目標噴射量に達したかどうかが判断される（ステップ１０８）。この目標噴射量は、プレイグニションにより生じた火炎が燃え広がることを抑制して筒内圧力の異常上昇を回避するために必要且つ十分な量として、予め設定された量である。
【００５０】
上記ステップ１０８の判断において、積算噴射量がまだ目標噴射量に達していないと判断された場合には、上記ステップ１０６に戻り、燃焼中追加噴射を継続する。一方、積算噴射量が目標噴射量に達したと判断された場合には、燃焼中追加噴射を終了する（ステップ１１０）。
【００５１】
以上説明した制御によれば、燃焼中追加噴射の噴射量が目標噴射量となるように、正確に制御することができる。これにより、燃焼中追加噴射の噴射量が目標噴射量に対して不足するようなことがないので、プレイグニションにより生じた火炎が燃え広がることを確実に抑制し、筒内圧力の異常上昇を抑制して内燃機関１０を確実に保護することができる。また、燃焼中追加噴射の噴射量が目標噴射量に対して過剰になるようなことがないので、燃料の無駄を防止することができる。また、燃焼中追加噴射の噴射量を正確に特定することができるので、排気浄化触媒４２に流入する空燃比（排気空燃比）を制御する上で、制御を正確に行うことができる。このため、排気空燃比のズレによる排気浄化性能の悪化を回避することができる。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態１について説明したが、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明におけるプレイグニション検出操作は、発熱量指標値に基づいてプレイグニションを検出するものに限定されず、筒内圧力センサ４６で検出される筒内圧力自体の値に基づいてプレイグニションを検出するものや、点火プラグの電極間に流れるイオン電流を検出することによってプレイグニションを検出するものなどであってもよい。
【００５３】
また、本実施形態では、火花点火内燃機関に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、火花点火内燃機関以外の内燃機関、例えば予混合圧縮着火内燃機関や、予混合圧縮着火と火花点火とを併用する内燃機関などにも適用可能である。
【００５４】
また、本発明は、プレイグニションによる筒内圧力の異常上昇を抑制することを目的として燃焼中追加噴射を行う場合に限らず、他の目的で燃焼中追加噴射を行う場合にも同様に適用可能である。
【００５５】
上述した実施の形態１においては、筒内圧力センサ４６が前記第１の発明における「筒内圧力検出手段」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０８，１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「実行噴射圧力算出手段」および「追加噴射終了タイミング制御手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第６の発明における「プレイグニション検出手段」が、それぞれ実現されている。
【００５６】
実施の形態２．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、前述した図５に示すルーチンに代えて図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５７】
実施の形態１で説明した燃焼中追加噴射の噴射量の制御では、筒内圧力センサ４６により筒内圧力を検出し、実効噴射圧力を算出し、その実効噴射圧力により定まる噴射率を積算した積算噴射量を算出する、という処理をＥＣＵ５０において短時間のうちに繰り返し実行する必要がある。このため、例えば機関回転速度が高いときなど、場合によっては、ＥＣＵ５０にかかる演算負荷が高くなり過ぎることも考えられる。そこで、本実施形態では、ＥＣＵ５０の演算負荷が高くなり過ぎる場合には、実施の形態１で説明したような燃焼中追加噴射の噴射量の制御に代えて、燃焼中追加噴射の噴射量をフィードフォワード的に制御することとした。
【００５８】
図６は、本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図６において、図５に示すルーチンのステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００５９】
図６に示すルーチンによれば、ステップ１００でプレイグニションが検出され、ステップ１０４で燃焼中追加噴射を実行すべきであると判定された場合には、次に、ＥＣＵ５０の演算負荷が所定の基準値以下であるかどうかが判断される（ステップ１０５）。このステップ１０５では、例えば、ＥＣＵ５０の前回の演算処理での演算負荷が上記基準値と比較され、ＥＣＵ５０の演算負荷が基準値以下であれば、実施の形態１で説明した燃焼中追加噴射の噴射量の制御が実行可能であると判断される。したがって、ステップ１０５でＥＣＵ５０の演算負荷が基準値以下であった場合には、ステップ１０６以下の処理が実行され、実施の形態１と同様に燃焼中追加噴射の噴射量が制御される。
【００６０】
一方、ステップ１０５でＥＣＵ５０の演算負荷が基準値を超えている場合には、ＥＣＵ５０の演算負荷を軽減すべきであると判断される。そこで、この場合には、燃焼中追加噴射の噴射量をフィードフォワード的に制御するべく、以下の処理が実行される。ＥＣＵ５０には、燃焼中追加噴射を実施した場合の実行噴射圧力を内燃機関１０の運転状態（機関回転数、機関負荷、空燃比、ＥＧＲ率など）に基づいて予測するためのマップが予め記憶されている。このマップは、燃焼中追加噴射を実施した場合の実行噴射圧力と、内燃機関１０の運転状態との関係を実験により調べた結果に基づいて作成されたものである。ステップ１１２では、このマップに基づいて、実行噴射圧力が予測され、その予測された実行噴射圧力に基づいて、目標噴射量を噴射するために必要な噴射時間が算出される。そして、燃焼中追加噴射が実行される（ステップ１１４）。このステップ１１４では、ステップ１１２で算出された噴射時間だけ燃焼中追加噴射を継続した後、燃焼中追加噴射を終了する。
【００６１】
以上説明した実施の形態２の制御によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、機関回転数が高い場合などにＥＣＵ５０の演算負荷が高くなり過ぎることを確実に回避することができる。
【００６２】
なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が前記第７の発明における「演算装置」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０５，１１２，１１４の処理を実行することにより前記第７の発明における「実効噴射圧力予測手段」および「追加噴射時間決定手段」が実現されている。
【００６３】
実施の形態３．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、前述した図５に示すルーチンに代えて図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００６４】
ただし、本実施形態においては、内燃機関１０は、同じ排気浄化触媒４２を共用する複数の気筒からなる気筒群を少なくとも１組有しているものとする。例えば、直列型機関では、通常、排気系は一つであり、全気筒が同じ排気浄化触媒４２を共用する。この場合、内燃機関１０は、排気浄化触媒４２を共用する気筒群を１組有する。これに対し、Ｖ型機関の場合には、一方のバンクの気筒群と、もう一方のバンクの気筒群とが、それぞれ別個に排気浄化触媒４２を有する。この場合、内燃機関１０は、排気浄化触媒４２を共用する気筒群を２組有する。
【００６５】
燃焼中追加噴射を実施した場合には、燃料が筒内で余剰となって酸素が不足し、燃料の一部が未燃のまま排気通路２４に排出される場合がある。この未燃燃料が排気浄化触媒４２に流入して燃焼すると、排気浄化触媒４２の温度が異常に高くなり、排気浄化触媒４２を劣化させる場合がある。また、未燃燃料の流入によって排気浄化触媒４２内の空燃比がリッチとなり、排気浄化能力を低下させる場合もある。本実施形態では、実施の形態１と同様の制御に加えて、これらの影響を抑制するための制御を行う。
【００６６】
図７は、本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図７において、図５に示すルーチンのステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００６７】
図７に示すルーチンによれば、ステップ１００でプレイグニションが検出され、ステップ１０４で燃焼中追加噴射を実行すべきであると判定された場合には、実施の形態１と同様にステップ１０６〜１１０の処理が実行され、燃焼中追加噴射が実施される。
【００６８】
燃焼中追加噴射が実施された場合には、次に、その燃焼中追加噴射が実施された気筒の今回のサイクルにおける燃焼の総発熱量Ｑtotalが算出される（ステップ１１６）。熱力学によれば、発熱量をＱ、筒内圧力をＰ、筒内容積をＶ、クランク角をθ、筒内ガスの比熱比をκとすると、熱発生率dＱ／dθは、次式により算出することができる。
【００６９】
【数１】
0005614320.tif 000002
【００７０】
ＥＣＵ５０は、筒内圧力センサ４６で検出される筒内圧力Ｐに基づいて上記（１）式で表される熱発生率dＱ／dθを所定クランク角毎に算出するとともに、その算出された熱発生率dＱ／dθを燃焼終了まで積算した積算値を算出している。その積算値が、上記ステップ１１６で算出される発熱量Ｑtotalに相当する。
【００７１】
続いて、燃焼中追加噴射が実施された気筒から今回のサイクルにおいて排気通路２４へ排出される未燃燃料の量Ｆm[g]と、その未燃燃料が持つ発熱量Ｑmとが次のようにして算出される（ステップ１１８）。未燃燃料が持つ発熱量Ｑmは、上記ステップ１１６で算出されたＱtotalに基づき、次式により算出される。
Ｑm＝Ｆ×ｑF−Ｑtotal    …（２）
【００７２】
上記（２）式中、Ｆ[g]は、燃焼中追加噴射が実施された気筒の今回のサイクルの全燃料噴射量である。この全燃料噴射量Ｆの値は、通常噴射の噴射量と燃焼中追加噴射の噴射量とを加算することにより求めることができる。ｑF[J/g]は、燃料の物性値である低位発熱量である。低位発熱量ｑFの値は予めＥＣＵ５０に記憶されている。Ｆ×ｑFの値は、全燃料噴射量Ｆがすべて燃焼した場合の発熱量に相当する。したがって、Ｆ×ｑFの値と、今回のサイクルの実際の発熱量Ｑtotalとの差は、燃焼していない燃料の発熱量に相当しているとみなせる。このため、上記（２）式により、未燃燃料が持つ発熱量Ｑmを求めることができる。
【００７３】
未燃燃料の量Ｆmは、未燃燃料が持つ発熱量Ｑmを低位発熱量ｑFで除することにより求めることができる。すなわち、次式により算出される。
Ｆm＝Ｑm／ｑF    …（３）
【００７４】
本実施形態では、燃焼中追加噴射を実施した場合、以上のようにして、燃焼中追加噴射が実施された気筒から排出される未燃燃料の量Ｆmおよびその発熱量Ｑmを算出することができる。続いて、排気浄化触媒４２の推定温度を算出し、その推定温度と所定温度とを比較する処理が次のようにして行われる（ステップ１２０）。ＥＣＵ５０には、排気浄化触媒４２の温度（床温）を内燃機関１０の運転状態（機関回転速度、機関負荷等）に基づいて算出するための触媒温度マップが予め記憶されており、この触媒温度マップに基づいて排気浄化触媒４２の温度を算出することができる。この触媒温度マップに基づいて算出される排気浄化触媒４２の温度は、燃焼中追加噴射が実施されていない場合の温度である。燃焼中追加噴射が実施された場合には、未燃燃料が排気浄化触媒４２で燃焼することにより、排気浄化触媒４２の温度を上昇させる。したがって、未燃燃料の量Ｆmが多いほど排気浄化触媒４２の温度が高くなる。ＥＣＵ５０には、未燃燃料の量Ｆmまたはその発熱量Ｑmと、未燃燃料の燃焼による排気浄化触媒４２の温度上昇幅との関係を予め調べて作成された温度上昇幅マップが記憶されている。この温度上昇幅マップと、上記ステップ１１８で算出された未燃燃料の量Ｆmまたはその発熱量Ｑmの値とに基づいて、未燃燃料の燃焼による排気浄化触媒４２の温度上昇幅ΔＴが算出される。そして、上記触媒温度マップに基づいて算出された温度にこの温度上昇幅ΔＴを加算することにより、排気浄化触媒４２の推定温度が算出され、その推定触媒温度と所定温度とが比較される。この所定温度とは、排気浄化触媒４２が劣化するか否かを判断するために予め設定された温度である。
【００７５】
上記ステップ１２０で、推定触媒温度が所定温度以下であった場合には、排気浄化触媒４２の温度は、排気浄化触媒４２を劣化させる温度には達していないとみなすことができる。この場合には、燃焼中追加噴射が実施された気筒が属する気筒群の中で当該気筒の次に燃焼する気筒（以下、「次燃焼気筒」と称する）の燃料噴射量を減量補正する処理が実行される（ステップ１２２）。通常、燃料噴射量は、空燃比（Ａ／Ｆ）が理論空燃比となるように制御されている。このため、ステップ１２２で燃料噴射量が減量補正されることにより、次燃焼気筒の空燃比は理論空燃比よりリーンとなる。一方、燃焼中追加噴射が実施された気筒は、未燃燃料を含んだリッチ空燃比の排気ガスを排出する。ステップ１２２の処理によれば、燃焼中追加噴射が実施された気筒から排出されるリッチ空燃比の排気ガスと、次燃焼気筒から排出されるリーン空燃比の排気ガスとが混合することにより、排気浄化触媒４２に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比の近傍に調整することができる。このため、排気浄化触媒４２の浄化能力の低下を回避することができ、エミッションを低減することができる。
【００７６】
一方、上記ステップ１２０で、推定触媒温度が所定温度を超えていた場合には、排気浄化触媒４２の劣化を抑制するために、排気浄化触媒４２の温度上昇を抑制すべきであるとみなすことができる。この場合には、次燃焼気筒の燃料噴射量を増量補正する処理が実行される（ステップ１２４）。これにより、次燃焼気筒の空燃比は理論空燃比よりリッチとなる。ステップ１２４の処理によれば、次燃焼気筒の燃料噴射量が増量補正されることにより、噴射された燃料が気化するときに奪う潜熱が大きくなるので、次燃焼気筒から出る排気ガスの温度が低下する。このため、排気浄化触媒４２の温度上昇を抑制することができ、排気浄化触媒４２が劣化したり損傷したりすることを確実に防止することができる。
【００７７】
上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１６の処理を実行することにより前記第３の発明における「発熱量算出手段」が、上記ステップ１１８の処理を実行することにより前記第３の発明における「未燃燃料算出手段」が、上記ステップ１２０，１２２，１２４の処理を実行することにより前記第３の発明における「次燃焼気筒補正手段」が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより前記第４および第５の発明における「触媒温度推定手段」が、上記ステップ１２４の処理を実行することにより前記第４の発明における「増量補正手段」が、上記ステップ１２２の処理を実行することにより前記第５の発明における「減量補正手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００７８】
１０    内燃機関
１２    ピストン
１４    吸気弁
１６    排気弁
１８    点火プラグ
２０    インジェクタ
２２    吸気通路
２４    排気通路
２６    ターボチャージャ
３４    スロットル弁
４２    排気浄化触媒
４６    筒内圧力センサ
５０    ＥＣＵ
【図１】
0005614320.tif 000003
【図２】
0005614320.tif 000004
【図３】
0005614320.tif 000005
【図４】
0005614320.tif 000006
【図５】
0005614320.tif 000007
【図６】
0005614320.tif 000008
【図７】
0005614320.tif 000009