(57)【要約】【課題】燃料噴射を適切に制御することにより、過渡状態においても失火や白煙の発生を抑制するとともに、未燃燃料の排出量を低減可能な燃料噴射制御装置等を提供する。【解決手段】燃料噴射制御装置は、内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射装置によって行われる燃料噴射を制御する。当該装置は、パイロット噴射の噴射燃料位置、及び、メイン噴射の噴射燃料位置を推定する。そして、これらの位置が重ならないと判定した場合に、両者が近づくようにパイロット噴射及びメイン噴射の少なくとも一方の噴射時期を補正する。【選択図】図６
2018096216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射装置によって行われる燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置であって、
１サイクル中に、メイン噴射と、前記メイン噴射に先立ってパイロット噴射とを行うように前記燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御部と、
前記パイロット噴射の噴射燃料位置を推定するパイロット噴射燃料位置推定部と、
前記メイン噴射の噴射燃料位置を推定するメイン噴射燃料位置推定部と、
前記パイロット噴射の噴射燃料位置と前記メイン噴射の噴射燃料位置とが重なるか否かを判定する位置重複判定部と、
前記位置重複判定部で前記パイロット噴射の噴射燃料位置と前記メイン噴射の噴射燃料位置とが重ならないと判定された場合に、前記パイロット噴射の噴射燃料位置と前記メイン噴射の噴射燃料位置とが近づくように、前記噴射燃料制御部によって設定された前記パイロット噴射及び前記メイン噴射の少なくとも一方の噴射時期を補正する補正部と、
を備える、燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記補正部は、前記メイン噴射の噴射時期を変更することなく、前記パイロット噴射の噴射時期を補正する、請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の給気温度を検知するための温度センサと、
前記内燃機関の給気圧力を検知するための圧力センサと、
を更に備え、
前記パイロット噴射の噴射燃料位置、及び、前記メイン噴射の噴射燃料位置は、前記給気温度及び前記給気圧力に基づいて算出される筒内ガス密度を用いて求められる、請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の給気温度を検知するための温度センサと、
前記気筒の筒内圧力を検知する筒内圧力センサと、
を更に備え、
前記パイロット噴射の噴射燃料位置、及び、前記メイン噴射の噴射燃料位置は、前記給気温度及び前記筒内圧力に基づいて算出される筒内ガス密度を用いて求められる、請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判定する過渡状態判定部を更に備え、
前記過渡状態判定部で前記内燃機関が過渡状態にあると判定された場合に、前記補正部による補正を実施する、請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記燃料噴射制御部は、前記内燃機関の運転状態と前記噴射時期との関係を規定するマップに基づいて、前記内燃機関の運転状態に対応する前記噴射時期を求め、
前記補正部は、前記燃料噴射制御部で求められた前記噴射時期に対して補正を行う、請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関に空気を過圧供給するための過給機を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関は圧縮着火式である、請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置を備える内燃機関。
【請求項１０】
内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射装置によって行われる燃料噴射を制御する燃料噴射制御方法であって、
１サイクル中に、メイン噴射と、前記メイン噴射に先立ってパイロット噴射とを行うように前記燃料噴射を制御する燃料噴射制御工程と、
前記パイロット噴射の噴射時期に基づいて前記パイロット噴射の噴射燃料位置を推定するパイロット噴射燃料位置推定工程と、
前記メイン噴射の噴射時期に基づいて、前記メイン噴射の噴射燃料位置を推定するメイン噴射燃料位置推定工程と、
前記パイロット噴射の噴射燃料位置と前記メイン噴射の噴射燃料位置とが重なるか否かを判定する位置重複判定工程と、
前記位置重複判定工程で前記パイロット噴射の噴射燃料位置と前記メイン噴射の噴射燃料位置とが重ならないと判定された場合に、前記パイロット噴射の噴射燃料位置と前記メイン噴射の噴射燃料位置とが近づくように、前記噴射燃料制御部によって設定された前記パイロット噴射及び前記メイン噴射の少なくとも一方の噴射時期を補正する補正工程と、
を備える、燃料噴射制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射装置によって行われる燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置、当該燃料噴射制御装置を備える内燃機関、及び、当該燃料噴射制御装置により実施可能な燃料噴射制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのような内燃機関では、気筒に設けられた燃料噴射装置から筒内に燃料を噴射して燃焼することで動力を得る。このような燃料噴射装置は、ＥＣＵ等の電子制御デバイスによって制御され、各サイクルにおいて所定のタイミングで燃料噴射が行われる。この種の燃料噴射制御は、従来から様々な手法が検討されているが、メイン噴射に先立って少なくとも１回のパイロット噴射を行うことで、例えば始動時や低温環境のように、内燃機関の冷却水温度が低い条件下において、失火発生を抑制するものが知られている。
【０００３】
しかしながら、このようなパイロット噴射を行ったとしても実際に失火発生を確実に回避することは難しいのが現状である。このような課題に対して、特許文献１では複数回にわたって実施されるパイロット噴射のインターバルを従来に比べて長く設定することで、より効果的に失火発生を抑制できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５０２９５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような内燃機関における燃料噴射制御は、例えば目標回転数又は目標トルクに対して、燃料噴射量、燃料噴射圧力、燃料噴射回数、燃料噴射時期等の制御パラメータを制御することで行われる。また使用環境や運転状態のように内燃機関の性能に与える影響を考慮して、上記制御パラメータに対して所定の補正を行うこともある。例えば内燃機関の冷却水温度に応じて、制御パラメータの補正を行うことが考えられる。
【０００６】
このような制御パラメータに対する補正は、従来、定常状態を想定したマップに基づいて、目標回転数や目標トルクに応じた補正値を採用しているため、運転状態が時々刻々と変化する過渡状態には対応することが難しい。特に過給機を備える内燃機関では、内燃機関の負荷が急激に変化した場合に、過給機のレスポンスに少なからず遅れが生じるため対応が難しい。その結果、過渡状態では内燃機関の運転が適切に行われず、失火や白煙が発生したり、未燃燃料の排出量が増加するおそれがある。
【０００７】
本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、燃料噴射を適切に制御することにより、過渡状態においても失火や白煙の発生を抑制するとともに、未燃燃料の排出量を低減可能な燃料噴射制御装置、当該燃料噴射制御装置を備える内燃機関、及び、当該燃料噴射制御装置により実施可能な燃料噴射制御方法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】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃料噴射制御装置は上記課題を解決するために、内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射装置によって行われる燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置であって、１サイクル中に、メイン噴射と、前記メイン噴射に先立ってパイロット噴射とを行うように前記燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御部と、前記パイロット噴射の噴射燃料位置を推定するパイロット噴射燃料位置推定部と、前記メイン噴射の噴射燃料位置を推定するメイン噴射燃料位置推定部と、前記パイロット噴射の噴射燃料位置と前記メイン噴射の噴射燃料位置とが重なるか否かを判定する位置重複判定部と、前記位置重複判定部で前記パイロット噴射の噴射燃料位置と前記メイン噴射の噴射燃料位置とが重ならないと判定された場合に、前記パイロット噴射の噴射燃料位置と前記メイン噴射の噴射燃料位置とが近づくように、前記噴射燃料制御部によって設定された前記パイロット噴射及び前記メイン噴射の少なくとも一方の噴射時期を補正する補正部と、を備える。
【０００９】
上記（１）の構成によれば、１サイクル中にメイン噴射及びパイロット噴射が実施され、それぞれの噴射燃料位置が演算的に推定される。メイン噴射及びパイロット噴射の噴射燃料位置は、位置重複判定部によって互いに重なるか否かが判定される。両者が重なる場合は良好な着火性が得られるため補正部による補正は実施されない。一方、両者が重ならない場合は両者が近づくようにパイロット噴射及びメイン噴射の少なくとも一方の噴射時期が補正される。これにより、着火性が改善され、失火や白煙の発生が抑制されるとともに、未燃燃料の排出量を低減できる。このような補正部による補正は、演算的に推定される噴射燃料位置に基づいて行われるため、定常状態だけでなく過渡状態においても効果的である。
【００１０】
（２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、前記補正部は、前記メイン噴射の噴射時期を変更することなく、前記パイロット噴射の噴射時期を補正する。
【００１１】
上記（２）の構成によれば、補正部はメイン噴射の噴射時期を変更することなく、パイロット噴射の噴射時期のみを補正する。メイン噴射の噴射時期は、一般的に、内燃機関の運転状態に応じて目標トルクや目標回転数を決定する基本的パラメータとして制御される。そのため、仮に補正部によってメイン噴射に対して補正を行うと、内燃機関の基本的制御に影響を及ぼしてしまうおそれがある。そのため、補正部はパイロット噴射のみに対して補正を行うことで、このような内燃機関の基本的制御への影響を抑えつつ、上記効果を得ることができる。
【００１２】
またパイロット噴射はメイン噴射に先立って、筒内圧がより低い状態で行われるため、筒内における燃料到達距離が長くなる。言い換えると、パイロット噴射はメイン噴射に比べて同等の補正量に対する感度が高い。そのため、パイロット噴射のみに対して補正を行うことで、メイン噴射に対して補正を行う場合に比べて、より効果的に上記効果を得ることができる。
【００１３】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記内燃機関の給気温度を検知するための温度センサと、前記内燃機関の給気圧力を検知するための圧力センサと、を更に備え、前記パイロット噴射の噴射燃料位置、及び、前記メイン噴射の噴射燃料位置は、前記給気温度及び前記給気圧力に基づいて算出される筒内ガス密度を用いて求められる。
【００１４】
上記（３）の構成によれば、環境条件（気温、気圧）が変化した際の筒内ガス密度を推定することが可能となるため、パイロット噴射とメイン噴射の噴霧到達距離の推定精度が高まり、より効果的に補正を行うことができる。
【００１５】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記内燃機関の給気温度を検知するための温度センサと、前記気筒の筒内圧力を検知する筒内圧力センサと、を更に備え、前記パイロット噴射の噴射燃料位置、及び、前記メイン噴射の噴射燃料位置は、前記給気温度及び前記筒内圧力に基づいて算出される筒内ガス密度を用いて求められる。
【００１６】
上記（４）の構成によれば、給気圧力、および、圧縮比からメイン噴射時期とパイロット噴射時期の筒内ガス圧力、および、筒内ガス密度を推定するのに対し、筒内ガス圧力を推定する必要がなくなり計算負荷を抑えることができる。これにより、より迅速に燃料噴射補正を実行することができる。
【００１７】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）から（４）のいずれか一構成において、前記内燃機関が過渡状態にあるか否かを判定する過渡状態判定部を更に備え、前記過渡状態判定部で前記内燃機関が過渡状態にあると判定された場合に、前記補正部による補正を実施する。
【００１８】
上記（５）の構成によれば、内燃機関が過渡状態にある場合に限って補正部による補正が実施される。そのため、内燃機関が過渡状態でない場合には補正部による補正が実施されない。これにより、制御装置の演算負担を効率的に軽減しつつ、失火や白煙の抑制を効果的に行うことができる。
【００１９】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）から（５）のいずれか一構成において、前記燃料噴射制御部は、前記内燃機関の運転状態と前記噴射時期との関係を規定するマップに基づいて、前記内燃機関の運転状態に対応する前記噴射時期を求め、前記補正部は、前記燃料噴射制御部で求められた前記噴射時期に対して補正を行う。
【００２０】
上記（６）の構成によれば、燃料噴射制御部にて通常制御で用いられる制御パラメータとして求められる噴射時期に対して、補正部による補正を実施する。これにより、燃料噴射制御部で求められる噴射時期が定常状態を想定したものであっても、補正部による補正によって過渡状態に対しても良好に対応することができる。
【００２１】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）のいずれか一構成において、前記内燃機関に空気を過圧供給するための過給機を備える。
【００２２】
上記（７）の構成によれば、過給機を備える内燃機関では、過渡状態で内燃機関の負荷が急激に変化した場合に、過給機のレスポンスに少なからず遅れが生じることにより、失火や白煙が発生しやすいが、上述構成を採用することにより、これらの課題を効果的に解決することができる。
【００２３】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）から（７）のいずれか一構成において、前記内燃機関は圧縮着火式である。
【００２４】
上記（８）の構成によれば、圧縮着火式の内燃機関は比較的高い筒内圧力を有するため、上記構成を適用することで特に効果的である。
【００２５】
（９）本発明の少なくとも一実施形態に係る内燃機関は上記課題を解決するために、上記（１）から（８）のいずれか一構成の燃料噴射制御装置を備える。
【００２６】
上記（９）の構成によれば、内燃機関が過渡状態にある場合においても、パイロット噴射の噴射燃料位置とメイン噴射の噴射燃料位置とが離れることを抑制することで、良好な着火性が得られる。その結果、過渡状態においても失火や白煙の発生が抑制されて安定な運転が実現できるとともに、未燃燃料の排出量を低減することで良好な燃費性能が得られる。
【００２７】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る燃料噴射制御方法は上記課題を解決するために、内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射装置によって行われる燃料噴射を制御する燃料噴射制御方法であって、１サイクル中に、メイン噴射と、前記メイン噴射に先立ってパイロット噴射とを行うように前記燃料噴射を制御する燃料噴射制御工程と、前記パイロット噴射の噴射時期に基づいて前記パイロット噴射の噴射燃料位置を推定するパイロット噴射燃料位置推定工程と、前記メイン噴射の噴射時期に基づいて、前記メイン噴射の噴射燃料位置を推定するメイン噴射燃料位置推定工程と、前記パイロット噴射の噴射燃料位置と前記メイン噴射の噴射燃料位置とが重なるか否かを判定する位置重複判定工程と、前記位置重複判定工程で前記パイロット噴射の噴射燃料位置と前記メイン噴射の噴射燃料位置とが重ならないと判定された場合に、前記パイロット噴射の噴射燃料位置と前記メイン噴射の噴射燃料位置とが近づくように、前記噴射燃料制御部によって設定された前記パイロット噴射及び前記メイン噴射の少なくとも一方の噴射時期を補正する補正工程と、を備える。
【００２８】
上記（１０）の方法は、上述の燃料制御装置（上記各種態様を含む）によって好適に実施可能である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、燃料噴射を適切に制御することにより、過渡状態においても失火や白煙の発生を抑制するとともに、未燃燃料の排出量を低減可能な燃料噴射制御装置、当該燃料噴射制御装置を備える内燃機関、及び、当該燃料噴射制御装置により実施可能な燃料噴射制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の少なくとも一実施形態に係る燃料噴射制御装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図１のＥＣＵの内部構成を機能的に示すブロック図である。
【図３】過渡状態におけるエンジンの給気圧、空気過剰率、燃料インジェクタの燃料流量、エンジンの出力の時間的変化を示すタイムチャートである。
【図４】パイロット噴射燃料位置とメイン噴射燃料位置とが重なる場合の筒内の様子を示す模式図である。
【図５】パイロット噴射燃料位置とメイン噴射燃料位置とが重ならない場合の筒内の様子を示す模式図である。
【図６】図１のＥＣＵで実施される燃料噴射制御方法を工程毎に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００３２】
図１は本発明の少なくとも一実施形態に係る燃料噴射制御装置１の全体構成を示す模式図である。燃料噴射制御装置１は、筒内に噴射された燃料を燃焼して動力を得る内燃機関であるエンジン１０を制御対象としている。本実施形態では、エンジン１０として、燃料として化石燃料である軽油を用い、圧縮着火燃焼により動力を得るディーゼルエンジンが例示されている。
尚、図１では、エンジン１０として直列４気筒型が示されているが、気筒数や気筒の配置方式はこれに限定されない。
【００３３】
エンジン１０の各気筒は、略円筒形状のシリンダと、当該シリンダ内を往復動可能なピストンとによって規定される燃焼室（不図示）と、これら燃焼室に燃料を噴射するための燃料インジェクタ１２をそれぞれ有する。各燃料インジェクタ１２には、コモンレールシステム１４を介して高圧の燃料が供給される。コモンレールシステム１４は、燃料が貯留される燃料タンクからサプライポンプで昇圧された燃料をレールに蓄積し、電子制御によってタイミングよく適切な燃料が各気筒に供給される。このような燃料インジェクタ１２に対する燃料噴射制御は、後述するＥＣＵ１００によって実施される。
【００３４】
エンジン１０は、各気筒での燃焼に用いられる空気Ｆｉを外部から取り込むための吸気通路１６を有する。吸気通路１６は入口近傍に設けられたエアフィルタ２０で空気Ｆｉを浄化した後、吸気マニホルド（不図示）を介して各気筒に分配するように構成されている。また吸気通路１６には給気量を調整するためのスロットルバルブ２２が配置されている。
【００３５】
またエンジン１０は、各気筒での燃焼で生じる排気ガスＦｅを排出するための排気通路２４を有する。排気通路２４には、排気ガスを浄化するための排気浄化装置２６が設置されている。排気浄化装置２６には、例えば、酸化触媒、吸蔵還元型又は選択還元型のＮＯｘ触媒、排気ガス中の粒子量物質（煤等）を捕集するためのＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）が含まれていてもよい。
【００３６】
排気通路２４のうち排気浄化装置２６より上流側には、排気ガスＦｅによって駆動可能な排気タービン２８を有する過給機３０が設けられている。排気タービン２８は連結軸３２を介して、吸気通路１６に配置されたコンプレッサ３４に連結されている。排気通路２４を流れる高温の排気ガスによって排気タービン２８が回転駆動されると、連結軸３２を介してコンプレッサ３４が回転し、吸気通路１６に取り込まれた空気Ｆｉが圧縮される。
尚、吸気通路１６のうちコンプレッサ３４より下流側には、コンプレッサ３４により圧縮加熱された空気Ｆｉを冷却するためのインタークーラ３６が配置されている。
【００３７】
また排気通路２４のうち排気タービン２８より上流側にはＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路３８の一端が接続されている。ＥＧＲ通路３８の他端は吸気通路１６に接続されており、排気ガスの一部Ｆｒが吸気通路１６に還流するように構成されている。ＥＧＲ通路３８には、ＥＧＲ通路３８と流れる還流ガスＦｒの流量を制御するためのＥＧＲバルブ４０が設けられている。ＥＧＲバルブ４０の開度もまた、ＥＣＵ１００によって電子的に制御されており、運転条件に応じて、ＥＧＲ通路３８を介して還流される排気ガスＦｒの流量が調整可能に構成されている。またＥＧＲ通路３８のうちＥＧＲバルブ４０の上流側には、ＥＧＲ通路３８を流れる排気ガスＦｒを冷却するためのＥＧＲクーラ４２が設けられている。
【００３８】
また吸気通路１６のうちスロットルバルブ２２より下流側には、筒内に吸入される空気の温度及び圧力をそれぞれ検知するための温度センサ４４及び圧力センサ４６が設けられている。また筒内には、エンジン１０の筒内には、空気過剰率を検知するための空気過剰率センサ４８が設けられている。またエンジン１０の筒内には、筒内圧力を検知するための筒内圧力センサ４９が設けられている。これらセンサの検知結果は、電気的信号として後述するＥＣＵ１００に送られ、各種演算処理に用いられる。
【００３９】
ＥＣＵ１００は、燃料噴射制御装置１の各構成要素を電子的に制御するためのコントロールユニット（電子制御ユニット）であり、例えば半導体素子を利用した演算装置によって構成される。エンジン１０の基本的制御及び後述する燃料噴射制御に関しては、対応するプログラムが予めインストールされることにより燃料噴射制御装置１が実現されている。
尚、ＥＣＵ１００は、既存のエンジンを制御するためのエンジン制御ＥＣＵ等の周知の制御ユニット内に設けられていてもよく、または新たな制御ユニットとして別個に設けられていてもよい。
【００４０】
図２は図１のＥＣＵ１００の内部構成を機能的に示すブロック図である。ＥＣＵ１００は、燃料インジェクタ１２を制御する燃料噴射制御部１０２と、パイロット噴射によるパイロット噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒを推定するパイロット噴射燃料位置推定部１０４と、メイン噴射によるメイン噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐを推定するメイン噴射燃料位置推定部１０６と、エンジン１０の運転状態が過渡状態であるか否かを判定する過渡状態判定部１０８と、パイロット噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ及びメイン噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐが重なるか否かを判定する位置重複判定部１１０と、燃料噴射制御部１０２で設定されたパイロット噴射及びメイン噴射の少なくとも一方の噴射時期について補正を実施する補正部１１２と、を備える。
【００４１】
燃料噴射制御部１０２は、各気筒の燃料インジェクタ１２を制御することにより、運転条件に応じた燃料噴射制御を行う。燃料噴射制御部１０２は、このような燃料噴射制御を１サイクル毎の燃料噴射回数、燃料噴射量、燃料噴射時期、噴射コーン角度等を制御パラメータとして実施する。これら制御パラメータは、エンジン１０の運転状態に関する実測値又は推定値に基づいて予め用意されたマップに基づいて算出される。このようなマップは、予めメモリ等の記憶装置（不図示）に記憶されており、燃料噴射制御部１０２は当該マップに基づいて、各種センサやアルゴリズムによって得られる実測値や推定値に対応する制御パラメータを求める。
【００４２】
本実施形態では特に、燃料噴射制御部１０２は１サイクル中に、メイン噴射と、メイン噴射に先立って行われる少なくとも１回のパイロット噴射を実施するように、燃料インジェクタ１２を制御する。すなわち、燃料噴射制御部１０２はパイロット噴射に関する燃料噴射時期（パイロット噴射開始時刻ｔｐｉｌｏｔ、及び、パイロット噴射終了時刻ｔｐｉｌｏｔ＿ｅｎｄ）、メイン噴射に関する燃料噴射時期（メイン噴射開始時刻ｔｍａｉｎ、及び、メイン噴射終了時刻ｔｍａｉｎ＿ｅｎｄ）を制御パラメータとして設定することにより、パイロット噴射とメイン噴射を実施するように、燃料インジェクタ１２を制御する。
【００４３】
パイロット噴射燃料位置推定部１０４は、燃料噴射制御部１０２で設定される制御パラメータに基づいて、パイロット噴射による噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒを推定する。ここでパイロット噴射燃料位置推定部１０４におけるパイロット噴射による噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒの推定方法について具体的に説明する。
【００４４】
上述したように、燃料噴射制御部１０２ではパイロット噴射に関する制御パラメータとして、パイロット噴射開始時刻ｔｐｉｌｏｔ、及び、パイロット噴射終了時刻ｔｐｉｌｏｔ＿ｅｎｄが設定される。パイロット噴射による噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒは、パイロット噴射開始時刻前（すなわちｔ＜ｔｐｉｌｏｔ）では、パイロット噴射の実施前であるため、次式
Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ＝０      （１）
となる。一方、パイロット噴射終了後（すなわちｐｉｌｏｔ＿ｅｎｄ＜ｔ）では、噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ１は、Ｍｕｓｃｕｌｕｓらのモデルに基づいて次式
2018096216.tif 000003
となる。またパイロット噴射開始時刻以降からパイロット噴射終了以前まで（すなわちｔｐｉｌｏｔ≦ｔ≦ｔｐｉｌｏｔ＿ｅｎｄ）では、パイロット噴射による噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ２は次式
2018096216.tif 000004
となる。
【００４５】
尚、（２）及び（３）式におけるＭ０＿ｐｉｌｏｔは、パイロット噴射による噴射燃料が有する運動エネルギであり、具体的には次式
2018096216.tif 000005
で得られる。（４）式におけるＲｎｏｚはインジェクタの噴孔径である。ρｐｉｌｏｔはパイロット噴射開始時の筒内ガス密度であり、クランク角に応じて規定される気筒内容積Ｖ、温度センサ４４、圧力センサ４６、空気過剰率センサ４８、筒内圧力センサ４９に基づいて数値的に算出される。Ｖｉｎｊは燃料噴射速度であり、例えばコモンレール圧力の指令値に基づいて得られる。
またθは燃料インジェクタ１２のパイロット噴射時における噴射コーン角度（噴霧広がり角度）である。
【００４６】
ここで筒内ガス密度ρｐｉｌｏｔは、温度センサ４４で検知される給気温度、及び、圧力センサ４６で検知される給気圧力に基づいて算出されてもよい。この場合、環境条件（気温、気圧）が変化した際の筒内ガス密度を推定することが可能となるため、パイロット噴射とメイン噴射の噴霧到達距離の推定精度が高まり、より効果的に補正を行うことができる。
【００４７】
また筒内ガス密度ρｐｉｌｏｔは、温度センサ４４で検知される給気温度、及び、筒内圧力センサ４９で検知される筒内圧力に基づいて算出されてもよい。この場合、給気圧力、および、圧縮比からメイン噴射時期とパイロット噴射時期の筒内ガス圧力、および、筒内ガス密度を推定するのに対し、筒内ガス圧力を推定する必要がなくなり計算負荷を抑えることができる。これにより、より迅速に燃料噴射補正を実行することができる。
【００４８】
ところで筒内の圧力は時々刻々と変化しており、パイロット噴射の実施時には時間が経過するに従って、筒内圧力は次第に上昇する。そのため、パイロット噴射のうち早いタイミングで噴射された燃料は低い筒内圧力中に放出されるため、遅いタイミングで噴射された燃料に比べて早い噴射速度を有し、筒内における到達距離も長くなる傾向がある。そのため、パイロット噴射中（ｔｐｉｌｏｔ≦ｔ≦ｔｐｉｌｏｔ＿ｅｎｄ）の（３）式で算出される噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ２が、パイロット噴射終了後（すなわちｐｉｌｏｔ＿ｅｎｄ＜ｔ）の（２）式で算出される噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ１を追い越す場合がある。そこで、パイロット噴射燃料位置推定部１０４は、（３）式で算出される噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ２が（２）式で算出される噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ１を追い越すまでは、噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒを次式
Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ＝Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ１      （５）
と推定する。一方、（３）式で算出される噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ２が（２）式で算出される噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ１を追い越した後は、噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒを次式
Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ＝Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ３      （６）
と推定する。ここで、
2018096216.tif 000006
2018096216.tif 000007
である。このようにパイロット噴射燃料位置推定部１０４は、筒内圧の変化を考慮してパイロット噴射の噴射燃料位置を精度よく推定することができる。
【００４９】
続いてメイン噴射燃料位置推定部１０６は、噴射制御部１０２で求められるメイン噴射に関する制御パラメータに基づいて、メイン噴射による噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐを推定する。ここでメイン噴射燃料位置推定部１０６におけるメイン噴射による噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐの推定方法について具体的に説明する。
【００５０】
上述したように、燃料噴射制御部１０２ではメイン噴射に関する制御パラメータとして、メイン噴射開始時刻ｔｍａｉｎ、及び、メイン噴射終了時刻ｔｍａｉｎ＿ｅｎｄが設定される。メイン噴射による噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐは、メイン噴射開始時刻前（すなわちｔ＜ｔｍａｉｎ）では、メイン噴射の実施前であるため、次式
Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐ＝０      （９）
となる。一方、メイン噴射終了後（すなわちｔｍａｉｎ＿ｅｎｄ＜ｔ）では、噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐは、上記（３）に倣って次式
2018096216.tif 000008
と推定される。
【００５１】
なお、（１０）式で用いられるメイン噴射時における筒内ガス密度ρｍａｉｎもまた、上記筒内ガス密度ρｐｉｌｏｔと同様に、温度センサ４４で検知される給気温度、及び、圧力センサ４６で検知される給気圧力に基づいて算出されてもよいし、温度センサ４４で検知される給気温度、及び、筒内圧力センサ４９で検知される筒内圧力に基づいて算出されてもよい。
【００５２】
続いて過渡状態判定部１０８では、エンジン１０運転状態が過渡状態であるか否かが判定される。ここで図３は過渡状態におけるエンジン１０の給気圧（圧力センサ４６の検知値）、空気過剰率（空気過剰率センサ４８の検知値）、燃料インジェクタ１２の燃料流量Ｑｉｎｊ、エンジン１０の出力の時間的変化を示すタイムチャートである。この例では、図３（ｄ）に示されるように、時刻ｔ０からｔ１にかけて出力がＰ０からＰ１になるようにエンジン１０の運転状態が過渡的に変化する。このように出力が上昇する過渡状態では、エンジン１０の給気圧は図３（ａ）に示されるように上昇し、筒内の空気過剰率は図３（ｂ）に示されるように減少し、燃料インジェクタ１２の燃料流量は図３（ｃ）に示されるように増加するように、それぞれ変化する。これら変化は、時刻t０から時刻t１まで少なからず時間を要する。
【００５３】
過渡状態判定部１０８は、このようなエンジン１０の過渡状態を判定するために、少なからず１つの状態パラメータをモニタリングする。本実施形態では、上述した圧力センサ４６で検知される給気圧、空気過剰率センサ４８で検知される筒内の空気過剰率、ＥＣＵ１００燃料インジェクタ１２に送信される燃料流量の指示値、及び、ＥＣＵ１００に対して入力される出力要求の指示値の少なくとも１つをモニタリングする。そして、モニタリングした状態パラメータについて、時刻ｔ０からｔ１における変化率を算出し、当該変化率が所定値を超えた場合に、過渡状態にあると判定する。
【００５４】
位置重複判定部１１０は、パイロット噴射燃料位置推定部１０４で推定されたパイロット噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒと、メイン噴射燃料位置推定部１０６で推定されたメイン噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐとが重なるか否かを判定する。ここで図４はパイロット噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒとメイン噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐとが重なる場合の筒内の様子を示す模式図であり、図５はパイロット噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒとメイン噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐとが重ならない場合の筒内の様子を示す模式図である。
【００５５】
図４及び図５では筒内の中心Ｏに対して、パイロット燃料による噴射燃料（一点鎖線）５０と、メイン噴射による噴射燃料（実線）５２とが模式的に示されている。またパイロット噴射燃料位置推定部１０４で推定されたパイロット噴射の噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒと、メイン噴射燃料位置推定部１０６で推定されたメイン噴射の噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐとが合わせて表されている。噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒ及びＳｍａｉｎ＿ｔｉｐは、筒内の中心Ｏを基準点とする径方向距離を示している。
【００５６】
図４では、基準点Ｏに対して、パイロット噴射の噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒがメイン噴射の噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐより近くなっている。このような場合、位置重複判定部１１０は、パイロット噴射の噴射燃料とメイン噴射の噴射燃料とが重なっていると判定する。尚、図４のような状態では、パイロット噴射によってメイン噴射の噴射燃料の着火性が向上する。その結果、着火遅れや希薄燃焼によって失火や白煙が発生しやすくなったり、未燃燃料の排出量が増加することを効果的に防止できる。
【００５７】
一方、図５では、基準点Ｏに対して、パイロット噴射の噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒがメイン噴射の噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐより遠くなっている。このような場合、位置重複判定部１１０は、パイロット噴射の噴射燃料とメイン噴射の噴射燃料とが重なっていないと判定する。尚、図５のような状態では、筒内の着火性が低下する。その結果、着火遅れや希薄燃焼によって失火や白煙が発生しやすくなったり、未燃燃料の排出量が増加してしまう。
【００５８】
補正部１１２は、燃料噴射制御部１０２で設定されたパイロット噴射及びメイン噴射の少なくとも一方の噴射時期について補正を実施する。このような補正は、パイロット噴射の噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒと、メイン噴射の噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐとが近づくように行われる。尚、補正部１１２は、メイン噴射の噴射時期を固定しながらパイロット噴射の噴射時期を変化させるように補正を行ってもよいし、パイロット噴射の噴射時期を固定しながらメイン噴射の噴射時期を変化させるように補正を行ってもよいし、あるいは、パイロット噴射及びメイン噴射の両方を変化させるように補正を行ってもよい。
【００５９】
ところで図３のような過渡状態では、時々刻々とエンジン１０の運転状態が変化する。エンジン１０の運転制御では、運転状態を最適化するために、例えばエンジン１０の性能に影響を与える使用環境や運転状態を反映するパラメータ（例えば冷却水温度）に基づく補正が行われる。従来の補正では、運転状態と関連付けられた補正値を規定するマップを予め用意し、運転状態に応じた補正値を用いていた。しかしながら、このような補正値は、エンジン１０が定常状態にあることを想定したマップに基づいて求められるため、運転状態が時事刻々と変化する過渡状態に対応することが難しかった。特に図１のように過給機３０を備えるエンジン１０では、過渡状態が生じた場合に過給機３０の応答に少なからず遅れが生じるため、上記問題が顕著になる。
【００６０】
また過渡状態では図３に示されるように、時刻t０では給気圧が低く、時間が経過するにしたがって上昇する。そのため、パイロット噴射による噴射燃料は、時間的に後に実施されるメイン噴射による噴射燃料に比べて低い筒内圧で噴射されるため、噴射速度が速く、より遠い到達距離を有する。その結果、図５に示されるように、パイロット噴射の噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒと、メイン噴射の燃料噴射位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐとが離れてしまい、着火性が低下してしまい、着火遅れや希薄燃焼によって失火や白煙が発生しやすくなったり、未燃燃料の排出量が増加するおそれがある。
【００６１】
このように従来技術では、過渡状態において良好な着火性が得ることが難しいが、このような課題は以下に説明するように、上記構成を有するＥＣＵ１００で実施される燃料噴射制御方法によって解消可能である。図６は図１のＥＣＵ１００で実施される燃料噴射制御方法を工程毎に示すフローチャートである。
【００６２】
まずＥＣＵ１００のうち燃料噴射制御部１０２は、エンジン１０の運転状態に基づいて、パイロット噴射及びメイン噴射に関する制御パラメータを設定する（ステップＳ１）。以下の説明では、燃料噴射制御部１０２によって設定される制御パラメータのうち、パイロット噴射及びメイン噴射に関する噴射時期に限定して述べるが、他の制御パラメータについても同様の技術的思想に基づく制御を行ってもよい。具体的には、燃料噴射制御部１０２はパイロット噴射の開始時期ｔｐｉｌｏｔと終了時期ｔｐｉｌｏｔ＿ｅｎｄ、及び、メイン噴射の開始時期ｔｍａｉｎと終了時期ｔｍａｉｎ＿ｅｎｄを設定する。
【００６３】
続いて過渡状態判定部１０８は、エンジン１０の運転状態に基づいて、エンジン１０が過渡状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には図４に示されるように、過渡状態判定部１０８は、圧力センサ４６の検知値（給気圧）、空気過剰率センサ４８の検知値（空気過剰率）、燃料噴射制御部１０２から燃料インジェクタ１２に送信される燃料流量の指示値、及び、エンジン１０への出力要求の指示値の少なくとも１つについて、変化率を算出し、当該変化率が所定値を超えた場合に、過渡状態にあると判定する。
【００６４】
過渡状態判定部１０８でエンジン１０が過渡状態にないと判定された場合（ステップＳ２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は通常制御を実施する（ステップＳ８）。この通常制御では、ステップＳ１で設定された制御パラメータに基づいて燃料噴射制御が実施されるが、定常状態である場合にはパイロット噴射によってメイン噴射の着火性が良好に得られる。またエンジン１０が過渡状態でない場合には補正部１１２による補正が実施されないことで、ＥＣＵ１００の演算負担を効率的に軽減しつつ、失火や白煙の抑制を効果的に行うことができる。
【００６５】
一方、過渡状態判定部１０８でエンジン１０が過渡状態にあると判定された場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、パイロット噴射燃料位置推定部１０４によって、パイロット噴射による噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒが推定されるとともに（ステップＳ３）、メイン噴射燃料位置推定部１０６によってメイン噴射による噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐが推定される（ステップＳ４）。
尚、パイロット噴射燃料位置推定部１０４及びメイン噴射燃料位置推定部１０６による推定方法は、それぞれ前述の通りである。
【００６６】
続いて、位置重複判定部１１０は、ステップＳ４で推定されたパイロット噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒと、ステップＳ５で推定されたメイン噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐとが重なるか否かを判定する（ステップＳ５）。その結果、図４に示されるように、パイロット噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒとメイン噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐとが重なる場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、過渡状態においても良好な着火性が得られるため、通常制御を実施する（ステップＳ８）。すなわち、この場合、補正部１１２による補正は行われない。
【００６７】
一方、図５に示されるように、パイロット噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒとメイン噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐとが重ならない場合（ステップＳ５：ＮＯ）、補正部１１２による補正が実施される（ステップＳ６）。この補正部１１２による補正は、パイロット噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒとメイン噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐとが近づくように、メイン噴射及びパイロット噴射の少なくとも一方に対して行われる。これにより、筒内の着火性が改善する。
【００６８】
このような補正部１１２による補正量は、図４に示されるように、パイロット噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒとメイン噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐとが少なからず重なるように設定されるとよい。これにより、筒内の着火性がより改善する。着火性を改善する観点からは、パイロット噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒとメイン噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐとの重なり程度は大きいことが好ましいが（最良は１００％）、噴射時期を補正することによる運転状態への影響を考慮した上で、総合的に判断して設定するとよい。
【００６９】
本実施形態では特に、補正部１１２はメイン噴射の噴射時期を変更することなく、パイロット噴射の噴射時期を補正する。メイン噴射の噴射時期は、エンジン１０の運転状態に応じて目標トルクや目標回転数を決定する基本的パラメータとして制御される。そのため、仮に補正部１１２によってメイン噴射に対して補正を行うと、エンジン１０の基本的制御に影響を及ぼしてしまうおそれがある。そのため、補正部１１２はパイロット噴射のみに対して補正を行うことで、このようなエンジン１０の基本的制御への影響を抑えつつ、上記効果を得ることができる。
【００７０】
また上述したように、パイロット噴射はメイン噴射に先立って、筒内圧がより低い状態で行われるため、筒内における燃料到達距離が長くなる。言い換えると、パイロット噴射はメイン噴射に比べて同等の補正量に対する感度が高い。そのため、パイロット噴射のみに対して補正を行うことで、メイン噴射に対して補正を行う場合に比べて、より効果的に上記効果を得ることができる。これは、燃料噴射制御の全体に対する補正量を抑えられることを意味するので、エンジン１０の基本的制御への影響を抑える観点からも好ましい。
【００７１】
そして燃料噴射制御部１０２は、ステップＳ７で補正された制御パラメータに基づいて燃料噴射制御を行う（ステップＳ７）。これにより、メイン噴射燃料位置Ｓｐｉｌｏｔ＿ｃｅｎｔｅｒとメイン噴射燃料位置Ｓｍａｉｎ＿ｔｉｐとが近づくように、メイン噴射及びパイロット噴射が実施され、筒内で良好な着火性が得られる。その結果、エンジン１０が過渡状態にある場合であっても、着火遅れや希薄燃焼によって失火や白煙が発生しやすくなったり、未燃燃料の排出量が増加することを効果的に防止できる。
【００７２】
以上説明したように本実施形態によれば、燃料噴射を適切に制御することにより、過渡状態においても失火や白煙の発生を抑制するとともに、未燃燃料の排出量を低減可能な燃料噴射制御装置、当該燃料噴射制御装置を備える内燃機関、及び、当該燃料噴射制御装置により実施可能な燃料噴射制御方法を提供できる。
【００７３】
特に過給機３０を備えるエンジン１０では、過渡状態でエンジン１０の負荷が急激に変化した場合に、過給機３０のレスポンスに少なからず遅れが生じることにより、失火や白煙が発生しやすいが、上述構成を採用することにより、これらの課題を効果的に解決することができる。またエンジン１０がディーゼルエンジンのような圧縮着火式である場合には比較的高い筒内圧力を有するため、上記構成を適用することで特に効果的である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の少なくとも一実施形態は、内燃機関の各気筒に設けられた燃料噴射装置によって行われる燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置、当該燃料噴射制御装置を備える内燃機関、及び、当該燃料噴射制御装置により実施可能な燃料噴射制御方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００７５】
１  燃料噴射制御装置
１０  エンジン
１２  燃料インジェクタ
１４  コモンレールシステム
１６  吸気通路
２０  エアフィルタ
２２  スロットルバルブ
２４  排気通路
２６  排気浄化装置
２８  排気タービン
３０  過給機
３２  連結軸
３４  コンプレッサ
３６  インタークーラ
３８  ＥＧＲ通路
４０  ＥＧＲバルブ
４２  ＥＧＲクーラ
４４  温度センサ
４６  圧力センサ
４８  空気過剰率センサ
４９  筒内圧力センサ
１００  ＥＣＵ
１０２  燃料噴射制御部
１０４  パイロット噴射燃料位置推定部
１０６  メイン噴射燃料位置推定部
１０８  過渡状態判定部
１１０  位置重複判定部
１１２  補正部
【図１】
2018096216.tif 000009
【図２】
2018096216.tif 000010
【図３】
2018096216.tif 000011
【図４】
2018096216.tif 000012
【図５】
2018096216.tif 000013
【図６】
2018096216.tif 000014