(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段を備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記燃料噴射手段により前記機関のトルクを発生させるための主燃料噴射を実行する主燃料噴射実行制御手段と、
前記主燃料噴射を実行したときの燃焼室内温度の推定値である推定燃焼温度を算出する推定燃焼温度算出手段とを備え、
前記主燃料噴射実行制御手段は、前記推定燃焼温度が所定温度を超えるときに前記主燃料噴射をｎ分割し（ｎは２以上の整数）、前記推定燃焼温度の最大値と前記所定温度との温度差及び前記燃焼室内に吸入されたガスの質量に基づく燃焼温度上昇抑制燃料量を用いて、前記推定燃焼温度が前記所定温度を超えないように、前記分割燃料噴射における（ｎ−１）番目の分割噴射の燃料噴射量とｎ番目の分割噴射の燃料噴射量とを算出する分割噴射制御手段を有することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記分割噴射制御手段は、前記温度差に基づいて、前記分割燃料噴射の実行時期を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記分割噴射制御手段は、前記分割燃料噴射におけるｎ番目の分割噴射の燃料噴射量を、前記燃焼温度上昇抑制燃料量及びｎ番目の分割噴射の実行時期における燃焼効率に応じて算出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記分割噴射制御手段は、
前記ｎ分割した主燃料噴射を実行したときの発生トルクの推定値である推定発生トルクを算出する推定発生トルク算出手段と、
前記推定発生トルクが目標トルクより小さいときは、前記目標トルクと前記推定発生トルクとの差に基づいて前記ｎ番目の分割燃料噴射の実行時期を進角補正する進角補正手段とを有するとともに、
前記進角補正手段は、前記（ｎ−１）番目の分割噴射とｎ番目の分割噴射の実行間隔が、所定最小噴射間隔に前記ｎ番目の分割燃料噴射の進角補正量を加算した判定閾値より小さいときは、前記ｎ番目の分割燃料噴射の実行時期を進角補正せずに、前記（ｎ−１）番目の分割噴射の実行時期を進角補正することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記分割噴射制御手段は、前記進角補正手段による進角補正を実行後に再度算出される前記推定燃焼温度が前記所定温度を超えるときは、前記主燃料噴射の分割数ｎを増加させることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記分割噴射制御手段は、前記分割噴射を実行したときの熱発生量の推定値である推定熱発生量を算出する推定熱発生量算出手段と、
前記推定熱発生量の積算値が全推定熱発生量の５０％となる重心角度位置を算出する重心角度位置算出手段とを有し、
前記重心角度位置が所定角度位置となるように各分割噴射の実行時期を制御するとともに、再度算出される前記推定燃焼温度が前記所定温度を超えるときは、前記主燃料噴射の分割数ｎを増加させることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に１つの気筒における燃料噴射を複数回に分割して行う分割燃料噴射を実行する燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ディーゼル機関において分割燃料噴射を実行する燃料噴射制御装置が示されている。この装置によれば、機関の完爆から所定時間経過前は燃焼室内温度が低温状態にあると推定されるとともに、所定時間経過後は燃焼室内温度が高温状態にあると推定され、低温状態にあると推定されるときは、分割燃料噴射の形態が変更される。具体的には、分割回数の低減あるいは噴射休止期間の短縮が行われ、または分割燃料噴射ではなく一括燃料噴射への変更が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許４４０３６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された制御手法は、燃焼室内温度が低いときに分割燃料噴射を実行すると、燃焼が不安定となり、機関始動性や排気特性を悪化させる可能性があるという課題を解決することを目的とするものである。そのため、燃焼室内温度が高すぎる場合については、考慮されていない。燃焼室内温度が高すぎるときは、ＮＯｘの排出量あるいは燃焼騒音の増加を招くおそれがあるが、特許文献１に示された制御方法では、この課題を解決することはできない。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、分割燃料噴射をより適切に実行することにより燃焼室内温度を適温に維持し、排気特性や燃焼騒音の悪化を防止することができる内燃機関の燃料噴射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】
【０００６】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射手段（９）を備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射手段により前記機関のトルクを発生させるための主燃料噴射を実行する主燃料噴射実行制御手段と、前記主燃料噴射を実行したときの燃焼室内温度の推定値である推定燃焼温度（ＴＭＥ）を算出する推定燃焼温度算出手段とを備え、前記主燃料噴射実行制御手段は、前記推定燃焼温度（ＴＭＥ）が所定温度（ＴＭＴＧＴ）を超えるときに前記主燃料噴射をｎ分割し（ｎは２以上の整数）、前記推定燃焼温度の最大値（ＴＭＥＭＡＸ）と前記所定温度（ＴＭＴＧＴ）との温度差（ＤＴＭＥ）及び前記燃焼室内に吸入されたガスの質量（Ｍｇａｓ）に基づく燃焼温度上昇抑制燃料量（ＤＱＩＭ）を用いて、前記推定燃焼温度（ＴＭＥ）が前記所定温度（ＴＭＴＧＴ）を超えないように、前記分割燃料噴射における（ｎ−１）番目の分割噴射の燃料噴射量（ＱＩＭ(n-1)）とｎ番目の分割噴射の燃料噴射量（ＱＩＭ(n)）とを算出する分割噴射制御手段を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記分割噴射制御手段は、前記温度差（ＤＴＭＥ）に基づいて、前記分割燃料噴射の実行時期（ＣＡＩＭ(j)）を算出することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記分割噴射制御手段は、前記分割燃料噴射におけるｎ番目の分割噴射の燃料噴射量（ＱＩＭ(n)）を、前記燃焼温度上昇抑制燃料量（ＤＱＩＭ）及びｎ番目の分割噴射の実行時期（ＣＡＩＭ(n)）における燃焼効率（ηＩ(n)）に応じて算出することを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記分割噴射制御手段は、前記ｎ分割した主燃料噴射を実行したときの発生トルクの推定値である推定発生トルク（ＴＲＱＥ）を算出する推定発生トルク算出手段と、前記推定発生トルク（ＴＲＱＥ）が目標トルク（ＴＲＱＤ）より小さいときは、前記目標トルク（ＴＲＱＤ）と前記推定発生トルク（ＴＲＱＥ）との差に基づいて前記ｎ番目の分割燃料噴射の実行時期（ＣＡＩＭ(n)）を進角補正する進角補正手段とを有するとともに、前記進角補正手段は、前記（ｎ−１）番目の分割噴射とｎ番目の分割噴射の実行間隔（ＤＣＡＩＭ）が、所定最小噴射間隔（ＤＣＡＩＭＩＮ）に前記ｎ番目の分割燃料噴射の進角補正量（ＤＣＡＡＤ(n)）を加算した判定閾値より小さいときは、前記ｎ番目の分割燃料噴射の実行時期（ＣＡＩＭ(n)）を進角補正せずに、前記（ｎ−１）番目の分割噴射の実行時期（ＣＡＩＭ(n-1)）を進角補正することを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記分割噴射制御手段は、前記進角補正手段による進角補正を実行後に再度算出される前記推定燃焼温度（ＴＭＥ）が前記所定温度（ＴＭＴＧＴ）を超えるときは、前記主燃料噴射の分割数ｎを増加させることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記分割噴射制御手段は、前記分割噴射を実行したときの熱発生量の推定値である推定熱発生量（ＪＭＥ）を算出する推定熱発生量算出手段と、前記推定熱発生量の積算値が全推定熱発生量（ＪＴＯＴＡＬ）の５０％となる重心角度位置（ＣＡＧＣ）を算出する重心角度位置算出手段とを有し、前記重心角度位置（ＣＡＧＣ）が所定角度位置（ＣＡＧＣＸ）となるように各分割噴射の実行時期（ＣＡＩＭ(j)）を制御するとともに、再度算出される前記推定燃焼温度（ＴＭＥ）が前記所定温度（ＴＭＴＧＴ）を超えるときは、前記主燃料噴射の分割数ｎを増加させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、主燃料噴射を実行したときの推定燃焼温度が算出され、推定燃焼温度が所定温度を超えるときに主燃料噴射をｎ分割し（ｎは２以上の整数）、推定燃焼温度の最大値と所定温度との温度差及び燃焼室内に吸入されたガスの質量に基づく燃焼温度上昇抑制燃料量を用いて、推定燃焼温度が所定温度を超えないように、分割燃料噴射における（ｎ−１）番目の分割噴射の燃料噴射量とｎ番目の分割噴射の燃料噴射量とが算出される。したがって、分割燃料噴射を行うことにより、燃焼温度を所定温度以下に抑制し、排気特性や燃焼騒音の悪化を防止することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、推定燃焼温度と所定温度との温度差に基づいて、分割燃料噴射の実行時期が算出される。燃焼温度は燃料噴射時期にも依存するので、分割噴射実行時期を温度差に応じて設定することにより、燃焼温度を確実に抑制することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、分割燃料噴射におけるｎ番目の分割噴射の燃料噴射量が、燃焼温度上昇抑制燃料量及びｎ番目の分割噴射の実行時期における燃焼効率に応じて算出される。燃焼効率は、分割噴射の実行時期に依存して変化するので、分割噴射実行時期に対応した燃焼効率を用いて燃料噴射量を算出することにより、燃焼温度抑制を精度良く行うことができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、ｎ分割した主燃料噴射を実行したときの推定発生トルクが算出され、推定発生トルクが目標トルクより小さいときは、目標トルクと推定発生トルクとの差に基づいてｎ番目の分割燃料噴射の実行時期が進角補正される。さらに（ｎ−１）番目の分割噴射とｎ番目の分割噴射の実行間隔が、所定最小噴射間隔にｎ番目の分割燃料噴射の進角補正量を加算した判定閾値より小さいときは、ｎ番目の分割燃料噴射の実行時期を進角補正せずに、（ｎ−１）番目の分割噴射の実行時期が進角補正される。したがって、主燃料噴射を分割することによる発生トルクの低下を防止することができる。また（ｎ−１）番目の分割噴射とｎ番目の分割噴射の実行間隔が判定閾値より小さいときは、ｎ番目、すなわち最後の分割噴射の実行時期を、トルク確保のために必要な量だけ進角させることはできないので、（ｎ−１）番目の分割噴射の実行時期を進角させることにより発生トルクが確保される。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、分割噴射時期の進角補正を実行後に再度算出される推定燃焼温度が所定温度を超えるときは、主燃料噴射の分割数ｎが増加されるので、燃焼温度が所定温度以下に抑制される。
【００１７】
請求項６に記載の発明によれば、分割噴射を実行したときの推定熱発生量が算出されるとともに、推定熱発生量の重心角度位置が算出され、重心角度位置が所定角度位置となるように各分割噴射の実行時期が制御されるので、燃焼によって筒内圧がほぼ最大となる時期（角度位置）を、主燃料噴射を分割しないときとほぼ同じ位置に維持することができる。また再度算出される推定燃焼温度が所定温度を超えるときは、主燃料噴射の分割数ｎが増加されるので、燃焼温度が所定温度以下に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】主燃料噴射の制御を行う処理のフローチャートである。
【図３】主燃料噴射の制御を行う処理のフローチャートである。
【図４】図２及び図３の処理を説明するためのタイムチャートである。
【図５】燃焼効率（η）を算出するためのマップの設定を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関、及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁９が設けられている。燃料噴射弁９は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されており、燃料噴射弁９の開弁時期及び開弁時間、すなわち燃料噴射時期及び燃料噴射量は、ＥＣＵ２０により制御される。
【００２０】
エンジン１は、吸気通路２、排気通路４、及びターボチャージャ８を備えている。ターボチャージャ８は、排気の運動エネルギにより回転駆動されるタービンホイール１０を有するタービン１１と、タービンホイール１０とシャフト１４を介して連結されたコンプレッサホイール１５を有するコンプレッサ１６とを備えている。コンプレッサホイール１５は、エンジン１に吸入される空気の加圧（圧縮）を行う。
【００２１】
タービン１１は、タービンホイール１０に吹き付けられる排気の流量を変化させるべく開閉駆動される複数の可変ベーン１２（２個のみ図示）及び該可変ベーンを開閉駆動するアクチュエータ（図示せず）を有しており、可変ベーン１２の開度を変化させることにより、タービンホイール１０に吹き付けられる排気の流量を変化させ、タービンホイール１０の回転速度を変更できるように構成されている。可変ベーン１２を駆動するアクチュエータは、ＥＣＵ２０に接続されており、可変ベーン１２の開度は、ＥＣＵ２０により制御される。より具体的には、ＥＣＵ２０は、デューティ比可変の制御信号をアクチュエータに供給し、これによってベーン開度を制御する。なお、可変ベーンを有するターボチャージャの構成は広く知られており、例えば特開平１−２０８５０１号公報に示されている。
【００２２】
吸気通路２のコンプレッサ１６の下流側にはインタークーラ１８が設けられ、さらにインタークーラ１８の下流側には、スロットル弁３が設けられている。スロットル弁３は、アクチュエータ１９により開閉駆動可能に構成されており、アクチュエータ１９はＥＣＵ２０に接続されている。ＥＣＵ２０は、アクチュエータ１９を介して、スロットル弁３の開度制御を行う。
【００２３】
排気通路４と吸気通路２との間には、排気を吸気通路２に還流する排気還流通路５が設けられている。排気還流通路５には、排気還流量（ＥＧＲ量）を制御するための排気還流制御弁（以下［ＥＧＲ弁」という）６及び還流する排気の温度を下げるためのＥＧＲクーラ７が設けられている。ＥＧＲ弁６は、ソレノイドを有する電磁弁であり、その弁開度はＥＣＵ２０により制御される。
【００２４】
吸気通路２には、吸入空気流量ＧＡを検出する吸入空気流量センサ２１、コンプレッサ１６の下流側の吸気圧（過給圧）ＰＢを検出する過給圧センサ２２、吸気温ＴＩを検出する吸気温センサ２３、及び吸気圧ＰＩを検出する吸気圧センサ２４が設けられている。これらのセンサ２１〜２４は、ＥＣＵ２０と接続されており、センサ２１〜２４の検出信号は、ＥＣＵ２０に供給される。
【００２５】
排気通路４のエンジン１の直ぐ下流側には排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ２６が設けられ、その検出信号はＥＣＵ２０に供給される。排気通路４のタービン１１の下流側には、酸化触媒３１と、触媒が付加された煤フィルタ３２とが設けられている。酸化触媒３０は、排気中に含まれる炭化水素（未燃燃料成分）、ＣＯ、ＮＯの酸化を促進する。
【００２６】
エンジン１により駆動される車両のアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２７、エンジン回転数（回転速度）ＮＥを検出するエンジン回転数センサ２８、及び大気圧ＰＡを検出する大気圧センサ２９がＥＣＵ２０に接続されており、これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ２０に供給される。エンジン回転数センサ２８は、所定クランク角度（例えば１度）毎に発生するクランク角度パルス及びエンジン１の各気筒のピストンが上死点に位置するタイミングに同期して発生するＴＤＣパルスをＥＣＵ２０に供給する。
【００２７】
ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、タービン１１の可変ベーン１２を駆動するアクチュエータ、燃料噴射弁９、ＥＧＲ弁６、スロットル弁３を駆動するアクチュエータ１９などに駆動信号を供給する出力回路から構成される。
【００２８】
ＥＣＵ２０は、エンジン運転状態（主としてエンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱＤ）に応じて燃料噴射弁９による燃料噴射制御、ＥＧＲ弁６による排気還流制御、可変ベーン１２による過給圧制御などを行う。要求トルクＴＲＱＤは、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出され、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど増加するように設定される。
【００２９】
本実施形態では、エンジン１においてトルクを発生させるための主たる燃料噴射である主噴射を実行する際に、推定燃焼温度ＴＭＥを算出し、推定燃焼温度ＴＭＥが所定温度ＴＭＴＧＴを超えないように、主噴射を分割して実行する制御が行われる。
【００３０】
図２及び図３は、この主噴射制御を行う処理のフローチャートであり、この処理はＥＣＵ２０のＣＰＵでＴＤＣパルスの発生に同期して実行される。
ステップＳ１１では、吸気温ＴＩ，吸気圧ＰＩ，吸入空気流量ＧＡ，排気還流率などの吸入ガスパラメータを読み込み、ステップＳ１２では、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱＤに応じて噴射制御パラメータ、すなわち主噴射における燃料噴射量（以下「主噴射量」という）ＱＩＭ及び主噴射の実行時期（以下「主噴射時期」という）ＣＡＩＭを算出する。
【００３１】
ステップＳ１３では、圧縮行程及び膨張行程における燃焼室内温度の推定値である推定燃焼温度ＴＭＥ(i)を、下記式（１）により所定クランク角度ＤＣＡ（例えば１度）毎に算出する。式（１）のＴＩは吸気温、εは圧縮率、κは比熱比、「ｉ」は、所定クランク角度ＤＣＡ毎のクランク角度位置を示すインデクスパラメータ、ＤＴｆｕｅｌ(i)は、噴射された燃料が燃焼することによる温度上昇量であり、下記式（２）により算出される。式（２）のｑは、所定クランク角度ＤＣＡ当たりの燃料噴射量、ηは燃焼効率、ＪＬは燃料の低位発熱量、Ｒはガス定数、Ｍｇａｓは燃焼室内に吸入されたガスの質量（モル数換算値）であり、Ｍｆｕｅｌは、噴射された燃料量（Σｑ）のモル数換算値である。また「Σ」は、燃料噴射開始時点からインデクスパラメータｉに対応するクランク角度位置までの積算値を意味する。
【数１】
0005525353.tif 000002
【００３２】
なお燃料噴射量ｑは以下のようにして算出される。主噴射量ＱＩＭを燃料噴射弁９の噴射特性及び燃料圧に応じて主燃料噴射時間ＴＩＭに変換し、さらに主燃料噴射時間ＴＩＭをエンジン回転数ＮＥに応じて主噴射角度期間ＤＡＩＭに変換する。そして、主噴射量ＱＩＭに（ＤＣＡ／ＤＡＩＭ）を乗算することにより、所定クランク角度当たりの燃料噴射量ｑが得られる。燃料噴射量ｑの積算値がＱＩＭに達した時点より後は、ｑ＝０となる。
【００３３】
ステップＳ１４では、ステップＳ１３で算出した推定燃焼温度ＴＭＥ(i)の最大値（以下「最大燃焼温度」という）ＴＭＥＭＡＸが所定温度ＴＭＴＧＴより高いか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに処理を終了する。したがって、ステップＳ１２で算出された噴射制御パラメータを用いて１回の主噴射が実行される。
【００３４】
ステップＳ１４の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、最大燃焼温度ＴＭＥＭＡＸから所定温度ＴＭＴＧＴを減算すること（下記式（３））により、温度差ＤＴＭＥを算出する（ステ１５）。
ＤＴＭＥ＝ＴＭＥＭＡＸ−ＴＭＴＧＴ                      （３）
【００３５】
ステップＳ１６では、下記式（４）により、燃料減算量ＤＱＩＭを算出する。
ＤＱＩＭ＝ＤＴＭＥ×Ｒ×Ｍｇａｓ／ＪＬ                  （４）
【００３６】
ステップＳ１５では、以下に説明するように主噴射を分割する処理を行う。最初にこのステップを実行するときは、分割数ｎは「２」である。１回目の主噴射における燃料噴射量ＱＩＭ(1)及び２回目の主噴射における燃料噴射量ＱＩＭ(2)は、それぞれ下記式（５）及び（６）で与えられる。式（６）のηＩ(2)は、２回目の主噴射を実行する時期（以下「第２主噴射時期」という）ＣＡＩＭ(2)における燃焼効率である。
ＱＩＭ(1)＝ＱＩＭ−ＤＱＩＭ                              （５）
ＱＩＭ(2)＝ＤＱＩＭ／ηＩ(2)                            （６）
【００３７】
第２主噴射時期ＣＡＩＭ(2)は、最大燃焼温度ＴＭＥＭＡＸが所定温度ＴＭＴＧＴを超えないように設定される。
【００３８】
次に２回目の燃料噴射を実行することによる温度上昇量ＤＴＭ(2)を下記式（７）により算出する。式（７）のＭｆｕｅｌ２は、噴射された燃料量（ＱＩＭ(1)＋ＱＩＭ(2)）のモル数換算値である。
ＤＴＭ(2)＝
ＤＱＩＭ×ＪＬ／（Ｒ×（Ｍｇａｓ＋Ｍｆｕｅｌ２））  （７）
【００３９】
この温度上昇量ＤＴＭ(2)を下記式（８）に適用して、２回目の燃料噴射を実行することによる温度上昇があっても燃焼温度ＴＭＥが所定温度ＴＭＴＧＴを超えない圧縮率（以下「限界圧縮率」という）εＬＭを算出し、圧縮率εが限界圧縮率εＬＭと等しくなるクランク角度を第２主噴射時期ＣＡＩＭ(2)とする。
【数２】
0005525353.tif 000003
【００４０】
ステップＳ１７は、以下に説明するように分割数ｎが増加して（３以上となって）、実行される場合があるが、その場合には（ｎ−１）回目の噴射を上述した手法で２つに分割することにより、（ｎ−１）回目の主噴射における燃料噴射量ＱＩＭ(n-1)の減量が行われ、ｎ回目の主噴射における燃料噴射量ＱＩＭ(n)及び第ｎ主噴射時期ＣＡＩＭ(n)が算出される。
【００４１】
ステップＳ１８では、分割した主噴射を実行したときの推定燃焼温度ＴＭＥ(i)を算出する。ステップＳ１９では、推定燃焼温度ＴＭＥ(i)を下記式（９）に適用して、圧縮行程及び膨張行程における推定筒内圧ＰＣＥ(i)を算出し、推定筒内圧ＰＣＥ(i)を下記式（１０）に適用して、推定トルクＴＲＱＥを算出する。下記式のＶ(i)は燃焼室容積である。また式（１０）のｉＭＡＸは、インデクスパラメータｉの最大値であり、例えば所定クランク角度ＤＣＡが１度であるときは「３５９」に設定される。
【数３】
0005525353.tif 000004
【００４２】
ステップＳ２０では、推定トルクＴＲＱＥが要求トルクＴＲＱＤより小さいか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは、熱発生重心位置ＣＡＧＣを算出する（ステップＳ２１）。具体的には、推定燃焼温度ＴＭＥ(i)を用いて推定熱発生量ＪＭＥ(i)を算出し、さらに推定熱発生量ＪＭＥ(i)を積算することにより、１回の燃焼による全推定熱発生量ＪＴＯＴＡＬを算出し、推定熱発生量ＪＭＥ(i)の積算値がＪＴＯＴＡＬ／２となるクランク角度位置を熱発生重心位置ＣＡＧＣとする。
【００４３】
ステップＳ２２では、熱発生重心位置ＣＡＧＣが所定位置ＣＡＧＣＸと等しいか否かを判別する。具体的には、熱発生重心位置ＣＡＧＣが所定位置ＣＡＧＣＸを中心とする所定角度範囲内にあるか否かが判別される。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、処理を終了する。
【００４４】
ステップＳ２２の答が否定（ＮＯ）であるときは、熱発生重心位置ＣＡＧＣと所定位置ＣＡＧＣＸとの角度差に応じて、全噴射進角量ＤＣＡＡＤＡを算出し（ステップＳ２３）、分割した各主噴射時期ＣＡＩＭ(j)（ｊ＝１〜ｎ）を全噴射進角量ＣＡＡＤＡだけ進角させる（ステップＳ２４）。
【００４５】
ステップＳ２５では、進角された主噴射時期ＣＡＩＭ(j)を用いて、推定燃焼温度ＴＭＥ(i)を再度算出する。ステップＳ２６では、ステップＳ２５の演算により得られる最大燃焼温度ＴＭＥＭＡＸが所定温度ＴＭＴＧＴより高いか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは処理を終了する。
ステップＳ２６の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、分割数ｎを「１」だけ増加させて（ステップＳ２７）、ステップＳ１５に戻る。
【００４６】
ステップＳ２０の答が肯定（ＹＥＳ）、すなわち推定トルクＴＲＱＥが要求トルクＴＲＱＤより小さいときは、図３のステップＳ３１に進み、第（ｎ−１）噴射時期ＣＡＩＭ(n-1)及び第ｎ噴射時期ＣＡＩＭ(n)の差である最終噴射間隔ＤＣＡＩＭを下記式（１１）により算出するとともに、トルク偏差ＤＴＲＱを下記式（１２）により算出する。
ＤＣＡＩＭ＝ＣＡＩＭ(n-1)−ＣＡＩＭ(n)                  （１１）
ＤＴＲＱ＝ＴＲＱＤ−ＴＲＱＥ                            （１２）
【００４７】
ステップＳ３２では、トルク偏差ＤＴＲＱに応じて第ｎ噴射時期ＣＡＩＭ(n-1)の進角量ＤＣＡＡＤ(n)を算出する。進角量ＤＣＡＡＤ(n)は、トルク偏差ＤＴＲＱが増加するほど増加するように設定される。
【００４８】
ステップＳ３３では、最終噴射間隔ＤＣＡＩＭが最小噴射間隔ＤＣＡＩＭＩＮに進角量ＤＣＡＡＤ(n)を加算した判定閾値以下であるか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、第ｎ噴射時期ＣＡＩＭ(n)を進角量ＤＣＡＡＤ(n)だけ進角することはできないので、第（ｎ−１）噴射時期ＣＡＩＭ(n-1)の進角量ＤＣＡＡＤ(n-1)を、トルク偏差ＤＴＲＱに応じて算出する（ステップＳ３４）。進角量ＤＣＡＡＤ(n-1)は、トルク偏差ＤＴＲＱが増加するほど増加するように設定される。ステップＳ３５では、下記式（１３）により第（ｎ−１）噴射時期ＣＡＩＭ(n-1)を進角量ＤＣＡＡＤ(n-1)だけ進角させる。
ＣＡＩＭ(n-1)＝ＣＡＩＭ(n-1)＋ＤＣＡＡＤ(n-1)              （１３）
【００４９】
ステップＳ３３の答が否定（ＮＯ）であるときは、下記式（１４）により第ｎ噴射時期ＣＡＩＭ(n)を進角量ＤＣＡＡＤ(n)だけ進角させる（ステップＳ３６）。
ＣＡＩＭ(n)＝ＣＡＩＭ(n)＋ＤＣＡＡＤ(n)                    （１４）
【００５０】
ステップＳ３７では、進角された噴射時期を用いて推定燃焼温度ＴＭＥ(i)を再度算出する。ステップＳ３８では、ステップＳ３７の演算により得られる最大燃焼温度ＴＭＥＭＡＸが所定温度ＴＭＴＧＴより高いか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは図２のステップＳ２１に戻る。
【００５１】
ステップＳ３８の答が肯定（ＹＥＳ）であって、推定燃焼温度ＴＭＥ(i)が所定温度ＴＭＴＧＴを超えるときは、分割数ｎを「１」だけ増加させ（ステップＳ３９）、図２のステップＳ１５に戻る。
【００５２】
図２（及び図３）の処理により、単一または複数の主噴射に対応する燃料噴射量ＱＩＭ(j)及び燃料噴射時期ＣＡＩＭ(j)（ｊ＝１〜ｎ）が算出され、算出された燃料噴射量ＱＩＭ(j)及び燃料噴射時期ＣＡＩＭ(j)に応じて主噴射が実行される。
【００５３】
図４は、分割数ｎが「２」である例を説明するためのタイムチャートである。この図に示す一点鎖線Ｌ１が最初に算出される推定燃焼温度ＴＭＥの推移を示し、実線Ｌ２が分割後の推定燃焼温度ＴＭＥの推移を示す。分割することにより、燃焼温度を所定温度ＴＭＴＧＴ以下に抑制することができる。本実施形態では、分割された２回の主噴射を実行した場合の推定トルクＴＲＱＥが要求トルクＴＲＱＤより小さいときは、主噴射時期が進角補正されるので、図４に示す、右下がりのハッチングを付した領域Ｒ１の面積と、右上がりのハッチングを付した領域Ｒ２の面積とがほぼ等しくなり、分割された２回の主噴射を行ったときの発生トルクと、１回の主噴射を行ったときの発生トルクとをほぼ等しくすることができる。
【００５４】
以上のように本実施形態では、主噴射を実行したときの燃焼室内温度の推定値である推定燃焼温度ＴＭＥが算出され、推定燃焼温度ＴＭＥが所定温度ＴＭＴＧＴを超えるときに主噴射が２以上の燃料噴射に分割され、最大燃焼温度ＴＭＥＭＡＸと所定温度ＴＭＴＧＴとの温度差ＤＴＭＥに基づいて、推定燃焼温度ＴＭＥが所定温度ＴＭＴＧＴを超えないように、分割燃料噴射における燃料噴射量ＱＩＭ(j)が算出される。したがって、分割燃料噴射を行うことにより、実際の燃焼温度を所定温度ＴＭＴＧＴ以下に抑制し、排気特性や燃焼騒音の悪化を防止することができる。
【００５５】
また推定燃焼温度ＴＭＥと所定温度ＴＭＴＧＴとの温度差ＤＴＭＥに基づいて、分割燃料噴射の実行時期ＣＡＩＭ(j)（ｊ≧２）が算出される。燃焼温度は燃料噴射時期にも依存するので、分割噴射実行時期ＣＡＩＭを温度差ＤＴＭＥに応じて設定することにより、燃焼温度を確実に抑制することができる。
【００５６】
また分割燃料噴射における燃料噴射量ＱＩＭ(j)（ｊ≧２）が、各分割噴射の実行時期における燃焼効率η(j)（ｊ≧２）に応じて算出される。燃焼効率η(j)は、推定燃焼温度ＴＭＥ(j)及び酸素濃度ＣＯＮＳＯ２に応じて設定されたηマップを検索することにより算出される。酸素濃度ＣＯＮＳＯ２は、酸素濃度センサ２６の出力に基づいて算出される。ηマップは、図５（ａ）に示すように推定燃焼温度ＴＭＥが高くなるほど燃焼効率ηが増加するように設定されている。また図５（ｂ）に示すように、酸素濃度ＣＯＮＳＯ２が所定濃度ＣＯＮＳＯ２Ｘより低い範囲では酸素濃度ＣＯＮＳＯ２が増加するほど燃焼効率ηが増加し、所定濃度ＣＯＮＳＯ２Ｘより高い範囲では酸素濃度ＣＯＮＳＯ２が増加するほど燃焼効率ηが減少するように設定されている。燃焼効率ηは、分割噴射の実行時期に依存して変化するので、図５に示すように設定されたマップを検索して算出される各分割噴射実行時期に対応した燃焼効率η(j)を用いて燃料噴射量ＱＩＭ(j)を算出することにより、燃焼温度抑制を精度良く行うことができる。
【００５７】
また分割した主燃料噴射を実行したときの発生トルクの推定値である推定トルクＴＲＱＥが算出され、推定トルクＴＲＱＥが要求トルクＴＲＱＤより小さいときは、分割燃料噴射の実行時期ＣＡＩＭ(j)（ｊ≧２）が進角補正される。したがって、主燃料噴射を分割することによる発生トルクの低下を防止することができる。
【００５８】
また（ｎ−１）番目の分割噴射とｎ番目の分割噴射の実行間隔、すなわち最終噴射間隔ＤＣＡＩＭが判定閾値（ＤＣＡＩＭＩＮ＋ＤＣＡＡＤ(n)）より小さいときは、第（ｎ−１）噴射時期ＣＡＩＭ(n-1)が進角補正される。（ｎ−１）番目の分割噴射とｎ番目の分割噴射の実行間隔が判定閾値より小さいときは、トルク確保のために必要な進角量だけ第ｎ噴射時期ＣＡＩＭ(n)を進角させることはできないので、（ｎ−１）番目の分割噴射の実行時期を進角させることにより発生トルクが確保される。
【００５９】
また分割噴射を実行したときの推定熱発生量ＪＭＥが算出されるとともに、推定熱発生量ＪＭＥの積算値が全推定熱発生量ＪＴＯＴＡＬの５０％となる熱発生重心位置ＣＡＧＣが算出され、熱発生重心位置ＣＡＧＣが所定位置ＣＡＧＣＸとなるように各分割噴射の実行時期ＣＡＩＭ(j)が制御されるので、燃焼によって筒内圧がほぼ最大となる時期（角度位置）を、主燃料噴射を分割しないときとほぼ同じ位置に維持することができる。
【００６０】
本実施形態では、燃料噴射弁９が燃料噴射手段に相当し、ＥＣＵ２０が、主燃料噴射実行制御手段、推定燃焼温度算出手段、分割噴射制御手段、推定発生トルク算出手段、進角補正手段、推定熱発生量算出手段、及び重心角度位置算出手段を構成する。具体的には、図２及び３に示す処理が、主燃料噴射実行制御手段に相当し、図２のステップＳ１３，Ｓ１８，Ｓ２５、及び図３のステップＳ３７が推定燃焼温度算出手段に相当し、ステップＳ１４〜Ｓ２７及び図３のステップＳ３１〜Ｓ３９が分割噴射制御手段に相当し、ステップＳ１９が推定発生トルク算出手段に相当する。また、図２のステップＳ２１が推定熱発生量算出手段及び重心角度位置算出手段に相当し、図３のステップＳ３１〜Ｓ３６が進角補正手段に相当する。
【００６１】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、１回の主噴射を先ず２分割し、推定トルクＴＲＱＥが要求トルクＴＲＱＤより小さいときは、または熱発生重心位置ＣＡＧＣが所定位置ＣＡＧＣＸと一致しないときは主噴射時期を進角し、推定燃焼温度ＴＭＥが所定温度ＴＭＴＧＴを超えるときは、分割数ｎを増加させるようにしているが、２分割した段階で処理を終了し、２分割した主噴射を実行するようにしてもよい。その場合には、所定クランク角度ＤＣＡ毎に推定燃焼温度ＴＭＥを算出する必要はなく、燃料噴射量ＱＩＭ及び燃料噴射時期ＣＡＩＭに応じて最大燃焼温度ＴＭＥＭＡＸを推定し、推定した最大燃焼温度ＴＭＥＭＡＸと所定温度ＴＭＴＧＴとの温度差に基づいて２分割した燃料噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期を算出することができる。
【００６２】
本発明は、噴射時期の他に点火時期のパラメータを追加することで、多段噴射可能な火花点火直噴機関の燃料噴射制御にも適用が可能である。
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの燃料噴射制御にも適用が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  内燃機関
９  燃料噴射弁（燃料噴射手段）
２０  電子制御ユニット（主燃料噴射実行制御手段、推定燃焼温度算出手段、分割噴射制御手段、推定発生トルク算出手段、進角補正手段、推定熱発生量算出手段、重心角度位置算出手段）
２１  吸入空気流量センサ
２３  吸気温センサ
２４  吸気圧センサ
【図１】
0005525353.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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