(57)【要約】      （修正有）【課題】尿素ＳＣＲ触媒を備えた内燃機関のランニングコストを適切に改善する。【解決手段】制御装置は、尿素ＳＣＲ触媒を備えた内燃機関に適用され、内燃機関の燃焼サイクルにおいて燃料が燃焼するときの熱発生率重心位置として定められるクランク角度を燃焼制御に用いる。制御装置は、熱発生率重心位置と、燃料の消費の度合いと、尿素ＳＣＲ触媒における尿素水の消費の度合いと、の間の関係に基づき、内燃機関のランニングコストの改善を図り得る目標位置を定めるとともに、目標位置に熱発生率重心位置が一致するように燃焼制御を行う制御部、を備える。【選択図】図４
2015042855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
尿素ＳＣＲ触媒を備えた内燃機関に適用され、前記内燃機関の燃焼サイクルにおいて燃料が燃焼するときの熱発生率重心位置として定められるクランク角度を燃焼制御に用いる制御装置であって、
前記熱発生率重心位置と、前記燃料の消費の度合いと、前記尿素ＳＣＲ触媒における尿素水の消費の度合いと、の間の関係に基づいて定めた目標位置に前記熱発生率重心位置が一致するように燃焼制御を行う制御部、を備えた内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記制御部が、前記燃料の消費に起因するコストと前記尿素水の消費に起因するコストとの総計に相当する総運転コストを前記燃料の消費の度合い及び前記尿素水の消費の度合いに基づいて算出するとともに、前記総運転コストが最小となるように前記目標位置を定める、内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の制御装置において、
前記熱発生率重心位置が、各サイクルにおけるクランク角度を一つの軸に設定し且つ熱発生率を前記一つの軸に直交する他の軸に設定したグラフに対して前記熱発生率が描かれた波形と、前記一つの軸と、により囲まれる領域の幾何学的重心に対応するクランク角度である、内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記熱発生率重心位置が、各サイクルにおける任意のクランク角度から特定クランク角度を減じて得られる値と、前記任意のクランク角度における熱発生率と、の積に対応した値を、前記クランク角度について積分して得られる値がゼロとなる前記特定クランク角度である、内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の制御装置において、
前記熱発生率重心位置が、任意のクランク角度よりも進角側の各熱発生率と該熱発生率にそれぞれ対応するクランク角度距離との積の総和が前記任意のクランク角度よりも遅角側の各熱発生率と該熱発生率にそれぞれ対応するクランク角度距離との積の総和に等しいときの前記任意のクランク角度であり、
前記クランク角度距離が、前記任意のクランク角度と各クランク角度とのクランク角度差である、内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の制御装置において、
前記熱発生率重心位置が、各サイクルにおいて、前記燃料の燃焼が始まるクランク角度をＣＡｓにて表し、前記燃焼が終わるクランク角をＣＡｅにて表し、任意のクランク角度をθにて表し、かつ、前記クランク角度θにおける熱発生率をｄＱ（θ）にて表すとき、下式：
【数１】
2015042855.tif 000009
に基づく演算により取得される値Ｇｃである、内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の制御装置において、
前記熱発生率重心位置が、クランク角度距離とそれに対応する熱発生率との積の積分値を、クランク角度に対する熱発生率の波形によって画定される領域の面積で割って得られる値に燃焼開始クランク角度を加えた値である、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、尿素ＳＣＲ触媒（以下、便宜上、単に「ＳＣＲ触媒」とも称呼される。）を備えた内燃機関に適用される制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の種々の特性を高めるべく、内燃機関の燃焼サイクルにおける燃料の燃焼状態を制御することが提案されている。
【０００３】
例えば、従来の制御装置の１つ（以下、「従来装置」とも称呼される。）は、ディーゼル機関の排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）および粒子状物質（スモーク）の量を低減するべく、燃料が燃焼するときの燃焼重心角度（１回の燃焼行程中に発生する総熱量の５０％が発生する時点におけるクランク角度）を、制御指標の一つとして用いている。具体的には、従来装置は、燃焼重心角度を特定の手法によって算出し、算出された燃焼重心角度と実際の燃焼重心角度との差が小さくなるように燃料噴射時期などを制御する、ように構成されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００４】
以下、説明の便宜上、従来装置の「燃焼重心角度」は「５０％熱発生角度」とも称呼され、内燃機関は単に「機関」とも称呼される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２０２６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来装置は、上述したように、排ガスの浄化に関して５０％熱発生角度を利用している。これに対し、本出願に係る発明の発明者らは、ＳＣＲ触媒を備えた機関のランニングコストの改善（例えば、燃料および尿素水の消費量の低減）に関しても、従来装置の５０％熱発生角度を利用できるか否か、を検討した。本検討の結果は、以下の通りである。
【０００７】
まず、内燃機関（例えば、ディーゼル機関）においては、１つのサイクルの燃焼に対して燃料を複数回噴射する多段噴射が行われる場合がある。具体的には、例えば、メイン噴射（主噴射）の前にパイロット噴射が行われる場合がある。
【０００８】
図１１は、パイロット噴射およびメイン噴射が行われる場合における、クランク角度と、熱発生率と、の関係の一例を表す参考図である。図１１（Ａ）の“熱発生率”は、「単位クランク角度（クランクシャフトの回転位置の単位変化量）だけクランクシャフトが回転する期間中に燃料の燃焼により発生する熱量（すなわち、単位クランク角度あたりの熱発生量）」を表す。また、図１１（Ｂ）の“発熱量比率”とは、「発熱量の総量に対する、燃焼開始から所定のクランク角度までの発熱量の積算値の比率」を表す。よって、この“発熱量比率”が５０％であるときのクランク角度が、従来装置の“５０％熱発生角度”に相当することになる。
【０００９】
図１１（Ａ）の波形（曲線Ｃ１）に示されるように、熱発生率は、クランク角度θ１において開始されるパイロット噴射により極大値Ｌｐとなり、クランク角度θ２において開始されるメイン噴射により極大値Ｌｍとなる。このとき、図１１（Ｂ）に示されるように、クランク角度θ３における発熱量比率が５０％である。すなわち、本例における５０％熱発生角度は、クランク角度θ３である。
【００１０】
一方、図１２は、図１１の例の“パイロット噴射の開始時期だけ”をクランク角度θ１からクランク角度θ０へ“Δθｐだけ進角した”場合における、クランク角度と、熱発生率と、の関係の一例を表す参考図である。
【００１１】
図１２（Ａ）の波形（曲線Ｃ２）に示されるように、この場合、パイロット噴射によって発熱が始まるクランク角度がクランク角度Δθｐだけ進角する。しかし、図１２（Ｂ）に示されるように、パイロット噴射による発熱が始まるクランク角度が進角しても、５０％熱発生角度は、変化することなくクランク角度θ３に維持される。すなわち、５０％熱発生角度と燃料の燃焼状態との間には、一対一の関係がない。この理由は、発熱量の積算の始点がθ１からθ０へ変化したとしても、パイロット噴射における発熱量そのものは変化せず、発熱量の積算値が総発熱量の５０％に到達する時点（θ３）は変化しないことになるからである。
【００１２】
さらに、図１３は、５０％熱発生角度と、燃料消費率の悪化率と、の関係の一例を表す参考図である。図中の曲線Ｈｂ１〜曲線Ｈｂ３は、それぞれ、低負荷かつ低回転速度、中負荷かつ中回転速度、および、高負荷かつ高回転速度の場合における同関係を表す。なお、これら曲線は、発明者らが行った実験による測定結果に基づく。
【００１３】
図１３に示されるように、機関の負荷および／または機関回転速度が異なると、燃料消費率の悪化率が最小となる５０％熱発生角度（逆に言えば、燃料消費率が最も良くなる５０％熱発生角度）が異なる。別の言い方をすると、５０％熱発生角度を一定の基準値（固定値）に一致するように制御したとしても、機関の負荷および／または機関回転速度が異なれば、燃料消費率の悪化率が異なることになる。すなわち、５０％熱発生角度と燃料消費率との間には、一対一の関係がない。
【００１４】
よって、図１１〜図１３から理解されるように、従来装置の５０％熱発生角度は、燃料の燃焼状態を十分には反映しておらず、機関の燃料消費率を検討するために適したパラメータではないと考えられる。
【００１５】
さらに、周知のように、燃料の燃焼状態は、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の量に影響を及ぼす。そして、この排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の量に応じて、ＳＣＲ触媒にて消費される尿素水の量が定まる。よって、燃料の燃焼状態は、上述した機関の燃料消費率だけではなく、ＳＣＲ触媒にて消費される尿素水の量にも密接に関連する。ところが、上述したように、５０％熱発生角度は燃料の燃焼状態を適切に反映しない。
【００１６】
よって、従来装置の５０％熱発生角度は、ＳＣＲ触媒の尿素水消費率を検討するために適したパラメータでもないと考えられる。
【００１７】
このように、従来装置の５０％熱発生角度は、ＳＣＲ触媒を備えた機関における燃料消費率および尿素水消費率の検討に関しては、適切に利用することができないと考えられる。換言すると、同機関を５０％熱発生角度を制御指標として制御しても、同機関のランニングコストを適切に改善することはできないと考えられる。
【００１８】
本発明の目的は、上記課題に鑑み、尿素ＳＣＲ触媒を備えた内燃機関のランニングコストを適切に改善することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するための本発明による制御装置は、
尿素ＳＣＲ触媒を備えた内燃機関に適用され、前記内燃機関の燃焼サイクルにおいて燃料が燃焼するときの「熱発生率重心位置」として定められるクランク角度を燃焼制御に用いる。
【００２０】
具体的には、本発明の制御装置は、
「前記熱発生率重心位置と、前記燃料の消費の度合いと、前記尿素ＳＣＲ触媒における尿素水の消費の度合いと、の間の関係に基づいて定めた目標位置」に前記熱発生率重心位置が一致するように燃焼制御を行う制御部、を備える。
【００２１】
上記構成と上記課題の解決との関係を説明する前に、本発明における「熱発生率重心位置」の定義、および、「熱発生率重心位置と、燃料の消費の度合いと、尿素ＳＣＲ触媒における尿素水の消費の度合いと、の関係」について述べる。
【００２２】
まず、本発明における「熱発生率重心位置」の定義について述べる。本発明の熱発生率重心位置は、クランクシャフトの回転位置（すなわち、クランク角度）で表され、下記定義１〜５のように定義される。
【００２３】
・定義１
熱発生率重心位置の第１の定義として、
「クランク角度を横軸（一つの軸）に設定し、かつ、熱発生率を縦軸（一つの軸に直交する他の軸）に設定した座標系（グラフ）」に対して前記熱発生率が描かれた波形と、前記横軸（一つの軸）と、により囲まれる領域の幾何学的重心に対応するクランク角度、
を熱発生率重心位置と定義し得る（例えば、図１における斜線の領域を参照。詳細は後述される）。
【００２４】
なお、上記「熱発生率」は、図１１および図１２を参照しながら上述べたように、「単位クランク角度だけクランクシャフトが回転する期間中に燃料の燃焼により発生する熱量（すなわち、単位クランク角度あたりの熱発生量）」を表す。下記定義２〜５においても、同様である。
【００２５】
・定義２
熱発生率重心位置の第２の定義として、
各サイクルにおける任意のクランク角度から特定クランク角度を減じて得られる値と、任意のクランク角度における熱発生率と、の積に対応した値を、クランク角度について積分して得られる値がゼロとなる特定クランク角度、
を熱発生率重心位置と定義し得る。
【００２６】
別の言い方をすると、本定義（第２の定義）における熱発生率重心位置は、下記（１）式が成立するように定められるクランク角度（特定クランク角度）Ｇｃである。下記（１）式において、ＣＡｓは燃料の燃焼が始まるクランク角度を表し、ＣＡｅは燃料の燃焼が終わるクランク角度を表し、θは任意のクランク角度を表し、ｄＱ（θ）はクランク角度θにおける熱発生率を表す。
【数１】
2015042855.tif 000003
【００２７】
・定義３
熱発生率重心位置の第３の定義として、
「任意のクランク角度よりも進角側の各熱発生率と該熱発生率にそれぞれ対応するクランク角度距離との積の総和が、前記任意のクランク角度よりも遅角側の各熱発生率と該熱発生率にそれぞれ対応するクランク角度距離との積の総和に等しい」ときの任意のクランク角度、
を熱発生率重心位置と定義し得る。なお、上記「クランク角度距離」は、任意のクランク角度と各クランク角度との間のクランク角度の差、を表す。
【００２８】
別の言い方をすると、本定義（第３の定義）における熱発生率重心位置は、下記（２）式が成立するように定められるクランク角度Ｇｃである。下記（２）式におけるＣＡｓ、ＣＡｅ、θ、および、ｄＱ（θ）は、上記（１）式と同様のパラメータを表す。
【数２】
2015042855.tif 000004
【００２９】
そこで、本定義（第３の定義）における熱発生率重心位置Ｇｃは、言い換えれば、「一つの燃焼行程における燃焼開始から燃焼終了までの間の特定クランク角度であって、“燃焼開始から特定クランク角度まで間の任意の第１クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ”と“その任意の第１クランク角度における熱発生率”との積を燃焼開始から特定クランク角度までクランク角度について積分（積算）した値と、“特定クランク角度から燃焼終了までの間の任意の第２クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ”と“その任意の第２クランク角度における熱発生率”との積を特定クランク角度から燃焼終了までクランク角度について積分（積算）した値と、が等しくなるような特定クランク角度」を表すとも言える。
【００３０】
・定義４
熱発生率重心位置の第４の定義として、
各サイクルにおいて、燃料の燃焼が始まるクランク角度をＣＡｓにて表し、燃焼が終わるクランク角をＣＡｅにて表し、任意のクランク角度をθにて表し、かつ、クランク角度θにおける熱発生率をｄＱ（θ）にて表すとき、下記（３）式：
【数３】
2015042855.tif 000005
に基づく演算により取得されるクランク角度Ｇｃ、
を熱発生率重心位置Ｇｃと定義し得る。
【００３１】
なお、本定義（第４の定義）に用いられる上記（３）式は、上記（１）式および上記（２）式をクランク角度Ｇｃについて解くことにより、導出される関係式である。
【００３２】
・定義５
熱発生率重心位置の第５の定義として、上記第４の定義を言い換え、
クランク角度距離とそれに対応する熱発生率との積の積分値を、クランク角度に対する熱発生率の波形によって画定される領域の面積で割って得られる値に燃焼開始クランク角度を加えた値、
を熱発生率重心位置と定義し得る。
【００３３】
以上が、本発明の「熱発生率重心位置」の定義（定義１〜５）である。
【００３４】
なお、上記定義１〜５は、同一の対象（熱発生率重心位置）をそれぞれ異なる側面から定義付けたものであり、当然ながら、燃料の燃焼波形が同一であれば、いずれの定義によって特定されるクランク角度（熱発生率重心位置）も同一の値となる。よって、例えば、制御装置が適用される機関の状態など（例えば、本発明の制御装置が適用される機関の種類、機関の構造、および、機関に設けられるセンサの種類など）を考慮して上記定義１〜５のいずれかを適宜に選択し、その選択された定義を用いて熱発生率重心位置が特定されればよい。
【００３５】
次いで、「熱発生率重心位置と、燃料の消費の度合いと、尿素ＳＣＲ触媒における尿素水の消費の度合いと、の関係」について述べる。
【００３６】
一般に、機関の運転時、燃料の燃焼によって生じるエネルギの一部はクランクシャフトを回転させる仕事に変換されるが、残りは損失となる。この損失には、機関本体から発生する熱として失われる冷却損失、排ガスによって大気中に放出される排気損失、吸気および排気に伴って発生するポンプ損失、ならびに、機械抵抗損失などが含まれる。これら損失のうち、一般に、冷却損失および排気損失が、損失の全体に対して大きな割合を占めている。そこで、冷却損失および排気損失を減少させることにより、燃料の消費の度合い（例えば、燃料消費率）を効果的に改善し、ひいては、機関のランニングコストを小さくすることができると考えられる。
【００３７】
しかし、冷却損失と排気損失とは一般にトレードオフの関係にある。すなわち、冷却損失を減少させれば排気損失が増加し、排気損失を減少させれば冷却損失が増加することになる。そこで、「冷却損失および排気損失の和（合計）」を小さくするように燃焼制御が行われれば、燃料の消費の度合いが改善されると考えられる。
【００３８】
そのような燃焼制御を行うにあたり、燃料の燃焼状態は、燃料噴射時期および過給圧などの「燃焼状態に影響を及ぼす種々のパラメータ」に応じて変化する（以下、燃焼状態に影響を及ぼすパラメータは、単に「燃焼パラメータ」とも称呼される。）。ところが、様々な運転状態に応じた好適な燃焼パラメータ（場合によっては、複数の燃焼パラメータ）を実験等によって予め決定することは、一般に容易ではない。さらに、予め燃焼パラメータを決定し得るとしても、その決定のためには一般に莫大な時間を要する。そのため、所望の燃焼制御を行うための燃焼パラメータを体系的に決定する手法を開発することが望まれる。
【００３９】
そこで、発明者らは、燃料の燃焼状態を表す指標として、従来装置の５０％熱発生角度に代えて、上述した「熱発生率重心位置」に着目した。
【００４０】
図１は、熱発生率重心位置をより具体的に説明するための説明図である。まず、図１（Ａ）に示されるように、クランク角度θ１にてパイロット噴射が開始され、クランク角度θ２にてメイン噴射が開始される例において、上記定義に従って特定される熱発生率重心位置Ｇｃは、図中のクランク角度θ４に相当する。なお、図１に表示される各波形は、図１１および図１２に表示される従来装置の各波形に対応している。
【００４１】
この例において、図１（Ｂ）に示されるように、パイロット噴射の開始時期がクランク角度θ１からΔθｐだけ進角されてクランク角度θ０に設定された場合、上記各定義から理解されるように（例えば、定義１に従えば、熱発生率重心位置は図中の斜線領域の幾何学的重心Ｇに相当するので）、熱発生率重心位置Ｇｃはクランク角度Δθｇだけ進角してクランク角度θ４’となる。すなわち、燃料の燃焼状態（パイロット噴射の開始時期）が変化すると、その変化に応じて熱発生率重心位置Ｇｃも変化することになる。
【００４２】
よって、本発明の「熱発生率重心位置」は、従来装置の「５０％熱発生角度」に比べ、燃料の燃焼状態をより正確に反映するパラメータであると言える。
【００４３】
次いで、図２は、熱発生率重心位置と、燃料消費率の悪化率と、の関係の一例を表す説明図である。図中の曲線Ｇｃ１〜曲線Ｇｃ３は、それぞれ、低負荷かつ低回転速度、中負荷かつ中回転速度、および、高負荷かつ高回転速度の場合における同関係を表す。なお、これら曲線は、発明者らが行った実験による測定結果に基づく。また、図２に表示される各波形は、図１３に表示される従来装置の各波形に対応している。
【００４４】
図２に示されるように、たとえ機関の負荷および／または機関回転速度が異なっていても、燃料消費率の悪化率が最小となる熱発生率重心位置（逆に言えば、燃料消費率が最良となる熱発生率重心位置）は、特定のクランク角度θａとなる。別の言い方をすると、熱発生率重心位置を一定の基準値（固定値）に一致するように制御すれば、機関の負荷および／または機関回転速度が異なっても、燃料消費率の悪化率は変化しない。すなわち、熱発生率重心位置と燃料消費率との間には、実質的に一対一の関係がある。
【００４５】
このように、熱発生率重心位置は燃焼状態を良好に示すパラメータであり、熱発生率重心位置を機関の負荷および／または機関回転速度に依らず所定の一定値（例えば、上記クランク角度θａ近傍の値）に近付けることにより、燃料消費率を改善できる、との知見が得られた。逆に言えば、熱発生率重心位置と燃料消費率との関係を調べれば、燃料消費率を改善可能な熱発生率重心位置を特定することができる、との知見が得られた。
【００４６】
一方、ＳＣＲ触媒は、周知のように、内燃機関の排気通路に設けられ、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）と、排ガス中などに供給される尿素水に含まれる尿素を加水分解して得られるアンモニアと、を反応させることにより、排ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する（窒素および水に還元する）触媒である。よって、ＳＣＲ触媒を備えた内燃機関においては、一般に、排ガス中の窒素酸化物の量に応じて尿素水の量が決定され、その量の尿素水が排ガス中などに供給される。
【００４７】
そこで、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を減少させることにより、尿素水の消費の度合い（例えば、尿素水消費率）を効果的に改善し、ひいては、機関のランニングコストを小さくすることができると考えられる。
【００４８】
図３は、熱発生率重心位置と、機関本体からのＮＯｘ排出量の変化率と、尿素水消費率の変化率と、燃料消費率の悪化率と、の関係の一例を表す説明図である。これら“率”は、熱発生率重心位置がθａであるときの量を１．０とした場合における、熱発生率重心位置が或る値であるときの量の割合を表す。なお、図３における各データは、発明者らが行った実験による測定結果に基づく。
【００４９】
図３（Ａ）に示されるように、たとえ機関の負荷および／または機関回転速度が異なっていても、熱発生率重心位置とＮＯｘ排出量の変化率との間の関係は、ほぼ同一となる。別の言い方をすると、熱発生率重心位置とＮＯｘ排出量の変化率との間には、機関の負荷および／または機関回転速度に依らない実質的に一対一の関係がある。よって、熱発生率重心位置が定まれば、ＮＯｘ排出量が一意に定まることになる。
【００５０】
そして、上述したように、尿素水の消費量はＮＯｘ排出量に応じて定まるので、図３（Ｂ）に示されるように、熱発生率重心位置と尿素水消費率の変化率との間にも、機関の負荷および／または機関回転速度に依らない実質的に一対一の関係がある。よって、熱発生率重心位置が定まれば、尿素水消費率が一意に定まることになる。
【００５１】
なお、図３（Ｃ）は、図２と同一の内容を表す図である。上述したように、熱発生率重心位置と燃料消費率との間には実質的に一対一の関係がある。
【００５２】
このように、熱発生率重心位置はＮＯｘ排出量（換言すると、尿素水消費量）を良好に示すパラメータであり、熱発生率重心位置を機関の負荷および／または機関回転速度に依らず出来る限り遅角側（図３の横軸における右方向）の値にすることにより、尿素水消費率を改善できる、との知見が得られた。
【００５３】
以上に説明したように、本発明の「熱発生率重心位置」は、従来装置の「５０％熱発生角度」とは異なり、燃料の消費の度合い（例えば、燃料消費率）を一意に特定可能なパラメータであり、かつ、ＳＣＲ触媒における尿素水の消費の度合い（例えば、尿素水消費率）を一意に特定可能なパラメータである。
【００５４】
換言すると、上述した関係（熱発生率重心位置と、燃料の消費の度合いと、尿素水の消費の度合いと、の関係）を考慮すれば、それら消費の度合いに応じて定まる機関のランニングコストを改善可能な「熱発生率重心位置の目標位置」を特定することができる。そして、この目標位置に熱発生率重心位置が一致するように燃焼制御を行えば、機関のランニングコストの改善を図ることができる。
【００５５】
別の言い方をすると、「熱発生率重心位置」が燃料の消費の度合いおよび尿素水の消費の度合いの双方と一対一の関係にあるとの新たな知見を見出したからこそ、その知見を利用し、燃料および尿素水の消費の度合いと関連する機関のランニングコストを改善できる「熱発生率重心位置の目標位置」を特定することが可能となった。そして、本発明は、そのように定めた目標位置に熱発生率重心位置を一致させるように燃焼制御を行うことにより、従来装置では実現が困難であった機関のランニングコストの改善を、適切に実現することができる。
【００５６】
したがって、本発明の制御装置は、尿素ＳＣＲ触媒を備えた内燃機関のランニングコストを適切に改善するとの目的を達成することができる。
【００５７】
ところで、上記「燃焼の消費の度合い」は、機関にて使用される燃料の多さ（消費率）を表す値であればよく、具体的なパラメータは特に制限されない。例えば、燃料の消費の度合いとして、単位出力・単位時間当たりの燃料消費量（いわゆるＢＳＦＣ。例えば、ｇ／ｋＷ・ｈ）、内燃機関を搭載した車両の単位走行距離当たりの燃料消費量（例えば、Ｌ／１００ｋｍ）、および、単位燃料量当たりの車両の走行距離（例えば、ｋｍ／Ｌ）などが採用され得る。また、機関の駆動以外の目的のために燃料が消費される場合（例えば、ディーゼル・パーティキュレート・フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去させる（すなわち、同フィルタの再生の）ため燃料を排ガス中に噴射する場合）、その目的のために消費される燃料消費量を「燃料の消費の度合い」に含めてもよい。
【００５８】
上記「尿素水の消費の度合い」は、ＳＣＲ触媒にて使用される尿素水の多さ（消費率）を表す値であればよく、具体的なパラメータは特に制限されない。例えば、尿素水の消費の度合いとして、上記「燃料の消費の度合い」と同様、単位出力・単位時間当たりの尿素水消費量（ＢＳＦＣに対応する量）、内燃機関を搭載した車両の単位走行距離当たりの尿素水消費量、および、単位尿素水量当たりの車両の走行距離などが採用され得る。
【００５９】
上記「目標位置」は、機関のランニングコストを改善する観点において適切な熱発生率重心位置であればよく、具体的な値は特に制限されない。例えば、燃料の消費の度合い（または、その度合いに対応する燃料の消費に起因するコスト）および尿素水の消費の度合い（または、その度合いに対応する尿素水の消費に起因するコスト）の合計が最も小さくなるような熱発生率重心位置を目標位置に設定すれば、機関のランニングコストを最小とし得ると考えられる。一方、機関のランニングコストとは異なる観点からの要求（例えば、ＳＣＲ触媒の早期暖機、機関が発する音の静粛化、尿素水の残量が低下した際の処置、および、機関の負荷が過大または過小の際の処置など）を考慮し、それら要求とランニングコストの改善とを両立し得るような熱発生率重心位置を目標位置に設定してもよい。
【００６０】
上記「目標位置に・・・一致するように燃焼制御を行う」との表現は、熱発生率重心位置が目標位置と一致していない場合に熱発生率重心位置を目標位置に近づけるように燃焼制御を行うこと、および、熱発生率重心位置が目標位置と一致している場合に熱発生率重心位置と目標位置とが一致した状態を維持するように燃焼制御を行うこと、を含む。なお、本表現は、熱発生率重心位置を目標位置に制御する、と言い換え得る。
【００６１】
上記「燃焼制御」は、例えば、熱発生率重心位置に影響を及ぼす燃焼パラメータ（例えば、下記１〜１２を参照。）を調整することによって行い得る。なお、燃焼制御を行うことは、燃焼パラメータを定めること（すなわち、燃焼パラメータをフィードフォワード制御および／またはフィードバック制御により機関の運転状態に応じた適値に設定・変更すること）と実質的に同義である。
【００６２】
燃焼制御のための燃焼パラメータとして、例えば、内燃機関の構成に応じて、下記（１）〜（１２）の少なくとも１つが採用され得る。
（１）メイン噴射（主噴射）の時期
（２）燃料噴射弁が燃料を噴射するときの圧力である燃料噴射圧
（３）メイン噴射よりも進角側にて行われる燃料噴射であるパイロット噴射の燃料噴射量
（４）パイロット噴射の回数
（５）パイロット噴射の時期
（６）各パイロット噴射の燃料噴射量
（７）メイン噴射よりも遅角側にて行われる燃料噴射であるアフター噴射の燃料噴射量
（８）過給機による過給圧（例えば、ディーゼルエンジンを備えたシステムにおける可変ノズルターボ（ＶＮターボ）機構の可変ノズル開度、ガソリンエンジンを備えたシステムにおけるウェイストゲート弁の開度、に対応。）
（９）吸気温度（例えば、インタークーラーの冷却効率（冷却能力）、および、ＥＧＲクーラーの冷却効率（冷却能力）、に対応する。より具体的には、インタークーラーをバイパスする通路を通過するガス量（バイパス弁の開度）、および、ＥＧＲクーラーをバイパスする通路を通過するガス量（バイパス弁の開度）、に対応する。）
（１０）吸入空気に対するＥＧＲガスの比率であるＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）
（１１）機関に備えられ且つ排気通路に配設された過給機のタービンよりも下流側の排ガスを機関の吸気通路へと還流させる低圧ＥＧＲ装置により還流させられる低圧ＥＧＲガス量に対する、機関に備えられ且つ過給機のタービンよりも上流側の排ガスを吸気通路へと還流させる高圧ＥＧＲ装置により還流させられる高圧ＥＧＲガス量の比（高低圧ＥＧＲ率）
（１２）気筒内のスワール流の強度（例えば、スワールコントロールバルブの開度に対応する。）
【００６３】
上記（１）〜（１２）の各燃焼パラメータを用いて熱発生率重心位置を進角（アドバンス）させる場合、例えば、制御装置は下記（１ａ）〜（１２ａ）の動作を行えばよい。
（１ａ）メイン噴射の時期を進角側に移動させる。
（２ａ）燃料噴射圧を増加させる。
（３ａ）パイロット噴射の燃料噴射量を増加させる。
（４ａ）パイロット噴射のみに関して決まるパイロット噴射の熱発生率重心位置が進角側へ移動するようにパイロット噴射の回数を変更する。
（５ａ）パイロット噴射の熱発生率重心位置が進角側へ移動するようにパイロット噴射の時期を変更する。
（６ａ）パイロット噴射の熱発生率重心位置が進角側へ移動するように各パイロット噴射の燃料噴射量を変更する。
（７ａ）アフター噴射の燃料噴射量を減少する、または、アフター噴射を行わない。
（８ａ）過給圧を増加させる。
（９ａ）吸気温度を上昇させる。
（１０ａ）ＥＧＲ率を低下させる（ＥＧＲ量を減少させる。）。
（１１ａ）高低圧ＥＧＲ率を低下させる。
（１２ａ）スワール流の強度を増大させる。
【００６４】
逆に、熱発生率重心位置を遅角（リタード）させる場合、例えば、制御装置は下記（１ｂ）〜（１２ｂ）の動作を行えばよい。
（１ｂ）メイン噴射の時期を遅角側に移動させる。
（２ｂ）燃料噴射圧を減少させる。
（３ｂ）パイロット噴射の燃料噴射量を減少させる。
（４ｂ）パイロット噴射のみに関して決まるパイロット噴射の熱発生率重心位置が遅角側へ移動するようにパイロット噴射の回数を変更する。
（５ｂ）パイロット噴射の熱発生率重心位置が遅角側へ移動するようにパイロット噴射の時期を変更する。
（６ｂ）パイロット噴射の熱発生率重心位置が遅角側へ移動するように各パイロット噴射の燃料噴射量を変更する。
（７ｂ）アフター噴射の燃料噴射量を増大させる。
（８ｂ）過給圧を減少させる。
（９ｂ）機関制御装置は、インタークーラー４５の冷却効率を上昇させる（吸気温度を低下させる）。
（１０ｂ）ＥＧＲ率を上昇させる（ＥＧＲ量を増大させる。）。
（１１ｂ）高低圧ＥＧＲ率を上昇させる。
（１２ｂ）スワール流の強度を低下させる。
【００６５】
以上が、本発明に係る内燃機関の制御装置についての説明である。以下、本発明の制御装置のいくつかの態様について述べる。
【００６６】
上述したように、本発明における熱発生率重心位置の「目標位置」は、機関のランニングコストを改善する観点において適切な熱発生率重心位置であればよい。例えば、上述した他の要求を考慮する必要がない場合（または、他の要求よりも機関のランニングコストの低減を優先する場合）には、機関のランニングコストが最も小さくなるように目標位置を定めることが好適である。
【００６７】
そこで、本発明の制御装置の一の態様として、
前記制御部は、前記燃料の消費に起因するコストと前記尿素水の消費に起因するコストとの総計に相当する総運転コストを前記燃料の消費の度合い及び前記尿素水の消費の度合いに基づいて算出するとともに、前記総運転コストが最小となるように前記目標位置を定める、ように構成され得る。
【００６８】
上記態様について、図４を参照しながら具体的に説明する。図４は、燃料の消費の度合いと尿素水の消費の度合いと熱発生率重心位置との関係（図３を参照。）を、便宜上、ランニングコストと熱発生率重心位置との関係に置き換えた一例である。図４において、一点鎖線ＲＣｆは燃料の消費に起因するコストを表し、破線ＲＣｕは尿素水の消費に起因するコストを表し、実線ＴＲＣはそれらコストの総計（総運転コスト。トータル・ランニングコスト）を表す。なお、図４における各データは、発明者らが行った実験による測定結果に基づく。
【００６９】
本例においては、図４に示されるように、本例における総運転コストＴＲＣは、熱発生率重心位置が上述した「燃料消費率が最小となるクランク角度θａ」である場合には最小とならない（点Ａを参照。）。この理由は、例えば、クランク角度θａはＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  ａｄｖａｎｃｅ  ｆｏｒ  Ｂｅｓｔ  Ｔｏｒｑｕｅ）近傍のクランク角度であることが多く、気筒内での燃料の燃焼温度が高いことに起因してＮＯｘが多量に生成され、その結果として尿素水消費率が大きくなるからであると考えられる。一方、本例においては、熱発生率重心位置をクランク角度θａから遅角させてクランク角度θｂとした場合、燃料消費率は増大するものの尿素水消費率が減少することことから、総運転コストＴＲＣが最小となる（点Ｂ）
【００７０】
このように、機関のランニングコスト（総運転コスト）は、必ずしも燃料消費率が最小となるように（例えば、図４のθａに）熱発生率重心位置を制御したときに最小にならない、との知見が得られた。一方、熱発生率重心位置を適切に（例えば、図４のθｂに）調整することにより、機関のランニングコストを最小にすることができる、との知見も得られた。
【００７１】
換言すると、ランニングコストと熱発生率重心位置との間には密接な関連があり、熱発生率重心位置に着目すれば、ランニングコストが最小となる目標位置（熱発生率重心位置）を特定することができる。そして、その目標位置に熱発生率重心位置を制御すれば、機関のランニングコストを出来る限り小さくすることができる。
【００７２】
したがって、本態様の制御装置は、尿素ＳＣＲ触媒を備えた内燃機関のランニングコストを更に適切に改善することができる。
【００７３】
ところで、上記「総運転コスト」は、燃料の消費に起因するコストとＳＣＲ触媒における尿素水の消費に起因するコストとの純粋な合計値（和）であってもよく、その合計値が増加するときに増加し且つ減少するときに減少する他の値（合計値に相当する値）であってもよい。また、機関の駆動以外の目的のために燃料が消費される場合（例えば、上述したように、ディーゼル・パーティキュレート・フィルタの再生のために燃料が消費される場合）、その目的のために消費される燃料の消費に起因するコストを「総運転コスト」に含めてもよい。
【００７４】
なお、上述したように、本発明における「熱発生率重心位置」を取得（算出）する際には、本発明の制御装置が適用される機関の構成および状態などを考慮し、上述した各定義（定義１〜５）のいずれかが適宜に採用されればよい。
【発明の効果】
【００７５】
以上に説明したように、本発明に係る制御装置は、尿素ＳＣＲ触媒を備えた内燃機関のランニングコストを適切に改善することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】図１は、本発明における熱発生率重心位置の考え方を説明するための説明図である。
【図２】図２は、熱発生率重心位置と、燃料消費率の悪化率と、の関係の一例を表す説明図である。
【図３】図３は、熱発生率重心位置と、機関本体からのＮＯｘ排出量の変化率と、尿素水消費率の変化率と、燃料消費率の悪化率と、の関係の一例を表す説明図である。
【図４】図４は、熱発生率重心位置と、燃料の消費に起因するコストと、尿素水の消費に起因するコストと、総運転コストと、の関係の一例を表す説明図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る制御装置、および、制御装置が適用される内燃機関の概略図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る制御装置が行う制御の概要を示したフローチャートである。
【図７】図７は、図３に示した制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図８】図８は、図３に示した制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図９】図９は、図３に示した制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図１０】図１０は、図４に示した関係について、機関が定常状態にある場合における同関係と、機関が過渡状態にある場合における同関係と、の一例を表す説明図である。
【図１１】図１１は、クランク角度と、熱発生率と、の関係の一例を表す参考図である。
【図１２】図１２は、クランク角度と、熱発生率と、の関係の一例を表す参考図である。
【図１３】図１３は、従来装置に採用されている５０％熱発生角度と、燃料消費率の悪化率と、の関係の一例を表す参考図である。
【発明を実施するための形態】
【００７７】
＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る制御装置（以下、「実施装置」とも称呼する。）について説明する。なお、以下、「尿素ＳＣＲ触媒」は、単に「ＳＣＲ触媒」とも称呼される。
【００７８】
（構成）
実施装置は、図５に示した内燃機関（機関）１０に適用される。機関１０は、多気筒（本例では直列４気筒）・４サイクル・ピストン往復動型・ディーゼル機関である。機関１０は、機関本体部２０、燃料供給系統３０、吸気系統４０、排気系統５０、ＥＧＲシステム６０、電子制御ユニット７０、および、各種センサ８１〜９５を含んでいる。
【００７９】
機関本体部２０は、シリンダブロック、シリンダヘッドおよびクランクケース等を含む本体２１を備える。本体２１には４つの気筒（燃焼室）２２が形成されている。各気筒２２の上部には燃料噴射弁（インジェクタ）２３が設けられている。燃料噴射弁２３は、後述するエンジンＥＣＵ（電子制御ユニット）７０の指示に応答して開弁し、気筒内に燃料を直接噴射するようになっている。
【００８０】
燃料供給系統３０は、燃料加圧ポンプ（サプライポンプ）３１と、燃料送出管３２と、コモンレール（蓄圧室）３３と、を含む。燃料加圧ポンプ３１の吐出口は、燃料送出管３２に接続されている。燃料送出管３２は、コモンレール３３に接続されている。コモンレール３３は、燃料噴射弁２３に接続されている。
【００８１】
燃料加圧ポンプ３１は、図示しない燃料タンクに貯留されている燃料を汲み上げた後に加圧し、加圧された高圧燃料を燃料送出管３２を通してコモンレール３３へ供給するようになっている。燃料加圧ポンプ３１は、機関１０のクランクシャフトに連動する駆動軸により作動する。燃料加圧ポンプ３１は、電子制御ユニット７０の指示に応答し、コモンレール３３内の燃料の圧力（すなわち、燃料噴射圧）を調整できるようになっている。
【００８２】
吸気系統４０は、インテークマニホールド４１、吸気管４２、エアクリーナ４３、過給機４４のコンプレッサ４４ａ、インタークーラー４５、スロットル弁４６、および、スロットル弁アクチュエータ４７を含んでいる。
【００８３】
インテークマニホールド４１は、各気筒に接続された枝部と、枝部が集合した集合部と、を含む。吸気管４２は、インテークマニホールド４１の集合部に接続されている。インテークマニホールド４１および吸気管４２は吸気通路を構成している。吸気管４２には、吸入空気の流れの上流から下流に向け、エアクリーナ４３、コンプレッサ４４ａ、インタークーラー４５およびスロットル弁４６が、順に設けられている。スロットル弁アクチュエータ４７は、電子制御ユニット７０の指示に応じてスロットル弁４６の開度を変更するようになっている。
【００８４】
排気系統５０は、エキゾーストマニホールド５１、排気管５２、過給機４４のタービン４４ｂ、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）５３、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）５４、ＳＣＲ触媒５５、尿素水タンク（尿素水貯留部）５６、尿素水供給管５７、および、尿素水噴射弁（尿素水供給弁）５８を含んでいる。
【００８５】
エキゾーストマニホールド５１は、各気筒に接続された枝部と、枝部が集合した集合部と、を含む。排気管５２は、エキゾーストマニホールド５１の集合部に接続されている。エキゾーストマニホールド５１および排気管５２は排気通路を構成している。排気管５２には、排ガスの流れの上流から下流に向け、タービン４４ｂ、ＤＯＣ５３、ＤＰＦ５４およびＳＣＲ触媒５５が設けられている。
【００８６】
過給機４４は周知の可変容量型過給機であり、タービン４４ｂには図示しない複数のノズルベーン（可変ノズル）が設けられている。さらに、タービン４４ｂは、図示しない「タービン４４ｂのバイパス通路、および、そのバイパス通路に設けられたバイパスバルブ」を備えている。ノズルベーンおよびバイパスバルブは、電子制御ユニット７０の指示に応じて開度が変更され、その結果、過給圧が変更（制御）されるようになっている。よって、ノズルベーンの角度および／またはバイパスバルブの開度を変更することにより、過給機４４の過給圧を変更する（換言すると、過給機４４を制御する）ことができる。
【００８７】
ＤＯＣ５３は、排ガス中の未燃ガス（ＨＣ、ＣＯ）を酸化する。すなわち、ＤＯＣ５３により、ＨＣは水（Ｈ２Ｏ）とＣＯ２に酸化され、ＣＯはＣＯ２に酸化される。さらに、ＤＯＣ５３により、ＮＯｘのうちのＮＯがＮＯ２に酸化される。
【００８８】
ＤＰＦ５４は、炭素からなる煤および有機物を含むパティキュレート・マター（ＰＭ）を捕集する。ＤＰＦ５４に捕集された炭素は、ＤＰＦ５４に流入するＮＯ２と結合し、ＣＯ２とＮＯとに変化する。
【００８９】
ＳＣＲ触媒５５は、尿素水噴射弁５８から供給される尿素水に含まれる尿素を加水分解して得られるアンモニアによって排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元し、排ガスから窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する触媒である。すなわち、ＳＣＲ触媒５５内において、ＮＯｘとＮＨ３がＮ２とＨ２Ｏへと変化する。ＳＣＲ触媒は「ＮＯｘ選択還元触媒」とも称呼される。
【００９０】
尿素水噴射弁５８は、ＳＣＲ触媒５５の上流側であってＤＰＦ５４の下流側（すなわち、ＤＰＦ５４とＳＣＲ触媒５５との間）に設けられている。尿素水噴射弁５８は、尿素水供給管５７を介して尿素水タンク５６（の底部）に接続されている。尿素水タンク５６は尿素水を貯留している。尿素水供給管５７には図示しない加圧装置が設けられている。尿素水は、尿素水タンク５６から尿素水供給管５７を介して尿素水噴射弁５８へと加圧されながら供給され、尿素水噴射弁５８が後述する電子制御ユニット７０の指示に基づいて開弁させられたとき、尿素水噴射弁５８を介してＳＣＲ触媒５５へと供給される（排気管５２内に噴射される。）。
【００９１】
ＳＣＲ触媒５５に供給された尿素水は、高温の排ガス等に接触してアンモニアと二酸化炭素とに加水分解される。そして、アンモニアがＳＣＲ触媒５５内においてＮＯｘを還元する。
【００９２】
ＥＧＲシステム６０は、排気還流管６１、ＥＧＲ制御弁６２およびＥＧＲクーラー６３を含んでいる。排気還流管６１は、排気通路（エキゾーストマニホールド５１）であってタービン４４ｂの上流側と、吸気通路（インテークマニホールド４１）であってスロットル弁４６の下流側と、を連通している。ＥＧＲ制御弁６２は、排気還流管６１に設けられている。ＥＧＲ制御弁６２は、電子制御ユニット７０からの指示に応じて排気還流管６１の流路断面積を変更することにより、排気通路から吸気通路へと再循環される排ガス量（ＥＧＲガス量またはＥＧＲガス率）を変更し得るようになっている。
【００９３】
電子制御ユニット７０は、周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭおよびインターフェース等を含む。電子制御ユニット７０は、各種センサと接続されており、各種センサからの信号を受信（入力）するようになっている。さらに、電子制御ユニット７０は、ＣＰＵからの指示に応じ、各種アクチュエータに指示（駆動）信号を送出するようになっている。
【００９４】
各種センサ８１〜９５は、エアフローメータ８１、スロットル弁開度センサ８２、吸気管圧力センサ８３、燃料圧力センサ８４、筒内圧センサ８５、クランク角度センサ８６、ＥＧＲ制御弁開度センサ８７、水温センサ８８、ＳＣＲ上流側排ガス温度センサ８９、ＳＣＲ下流側排ガス温度センサ９０、ＮＯｘセンサ９１、尿素水残量センサ９２、車速センサ９３、燃料残量センサ９４、および、アクセル開度センサ９５、を含む。
【００９５】
エアフローメータ８１は、吸気通路内を通過する吸入空気（ＥＧＲガスを含まない新気）の質量流量を表す信号、および、吸入空気の温度を表す信号を出力する。スロットル弁開度センサ８２は、スロットル弁開度を表す信号を出力する。吸気管圧力センサ８３は、吸気通路内であってスロットル弁４６よりも下流側の吸気管内のガスの圧力（吸気管圧力。過給圧）を表す信号を出力する。燃料圧力センサ８４は、コモンレール３３内の燃料の圧力（燃料圧力、燃料噴射圧、コモンレール圧）を表す信号を出力する。
【００９６】
筒内圧センサ８５は、各気筒（燃焼室）に対応するように設けられている。筒内圧センサ８５は、対応する気筒内の圧力（すなわち、筒内圧）Ｐｃを表す信号を出力する。
【００９７】
クランク角度センサ８６は、機関１０の図示しないクランクシャフトの回転位置（すなわち、クランク角度）に応じた信号を出力する。電子制御ユニット７０は、このクランク角度センサ８６および図示しないカムポジションセンサからの信号に基づいて、所定の気筒の圧縮上死点を基準とした機関１０のクランク角度（絶対クランク角度）θを取得する。さらに、電子制御ユニット７０は、クランク角度センサ８６からの信号に基づいて、機関回転速度ＮＥを取得する。
【００９８】
ＥＧＲ制御弁開度センサ８７は、ＥＧＲ制御弁６２の開度を表す信号を出力する。水温センサ８８は、機関１０の冷却水の温度（冷却水温）を表す信号を出力する。ＳＣＲ上流側排ガス温度センサ８９は、ＳＣＲ触媒５５の上流側の排気管５２（排気通路）に設けられている。ＳＣＲ上流側排ガス温度センサ８９は、ＳＣＲ触媒５５に流入する排ガスの温度（上流排ガス温）を表す信号を出力する。ＳＣＲ下流側排ガス温度センサ９０は、ＳＣＲ触媒５５の下流側の排気管５２に設けられている。ＳＣＲ下流側排ガス温度センサ９０は、ＳＣＲ触媒５５から流出する排ガスの温度（下流排ガス温）を表す信号を出力する。
【００９９】
ＮＯｘセンサ９１は、ＳＣＲ触媒５５の下流側の排気管５２に設けられている。ＮＯｘセンサ９１は、ＮＯｘセンサ９１に到達する排ガス（すなわち、ＳＣＲ触媒５５から流出する排ガス）に含まれる窒素酸化物の濃度ＮＯｘｏｕｔを表す信号を出力する。
【０１００】
尿素水残量センサ９２は、尿素水タンク５６に貯留されている尿素水の量（尿素水残量）を表す信号を出力する。車速センサ９３は、機関１０が搭載された車両の走行速度（車速）Ｓｐｄを表す信号を出力する。燃料残量センサ９４は、図示しない燃料タンクに貯留されている燃料の量（燃料残量）を表す信号を出力する。
【０１０１】
アクセル開度センサ９５は、図示しないアクセルペダルの開度Ａｃｃｐを表す信号を出力する。
【０１０２】
以上が、実施装置が適用される機関１０の構成についての説明である。
【０１０３】
（作動の概要）
次いで、実施装置における制御の考え方が、図６を参照しながら説明される。図６は、実施装置における制御の概要を表すフローチャートである。
【０１０４】
実施装置は、まず、ステップ６１０にて、本発明の制御（ランニングコストを低減するための制御）を実行するか否かを判定する。具体的には、例えば、ランニングコストの低減とは異なる観点からの制御（例えば、上述したように、ＳＣＲ触媒の早期暖機など）が実行されているか否か等に基づき、本発明の制御を実行するか否かが判断される。
【０１０５】
本発明の制御を実行可能な場合、実施装置は、ステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ６２０にて、熱発生率重心位置の目標位置を決定する。具体的には、熱発生率重心位置、燃料消費率および尿素水消費率の関係に基づき（詳細は後述される。）、ランニングコストが低減されるような（例えば、ランニングコストが最小となるような）目標位置を決定する。
【０１０６】
そして、実施装置は、ステップ６３０に進み、その目標位置に熱発生率重心位置が一致するように燃焼制御を行う。具体的には、実施装置においては、熱発生率重心位置と燃焼パラメータとの関係が電子制御ユニット７０のＲＯＭに記憶されている。実施装置は、実際の機関の運転状態に応じてＲＯＭから燃焼パラメータを読み出し、その燃焼パラメータを使用する制御（すなわち、フィードフォワード制御）によって熱発生率重心位置を目標位置に一致させる。さらに、実施装置は、実際の熱発生率重心位置を筒内圧センサ８５が検出する筒内圧Ｐｃに基づいて推定し、その推定した熱発生率重心位置が目標位置と一致するように燃焼パラメータをフィードバック制御する。ただし、このフィードバック制御は必ずしも必須ではない。さらに、フィードフォワード制御は実行せず、フィードバック制御のみにより熱発生率重心位置を目標位置と一致させてもよい。
【０１０７】
以上が、実施装置の作動の概要である。
【０１０８】
（尿素水の供給）
次に、電子制御ユニット７０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と表記する。）が実際に行う処理について説明する。ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図７にフローチャートによって示した「尿素水の供給ルーチン」を実行するようになっている。具体的には、適当なタイミングになると、ＣＰＵは図７のステップ７００から処理を開始し、ステップ７１０に進む。
【０１０９】
ＣＰＵは、ステップ７１０にて、ＮＯｘセンサ９１により示されるＮＯｘ濃度ＮＯｘｏｕｔが目標濃度ＮＯｘｏｕｔｔｈ（極めてゼロに近い正の値）よりも大きいか否かを判定する。目標濃度ＮＯｘｏｕｔｔｈは、例えば、機関１０から大気中に放出される排ガス中のＮＯｘ量についての法規制値などを考慮し、適宜に設定され得る。
【０１１０】
ＮＯｘ濃度ＮＯｘｏｕｔが目標濃度ＮＯｘｏｕｔｔｈよりも大きい場合、ＣＰＵはステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、尿素水噴射弁５８からＳＣＲ触媒５５へと供給される尿素水の量を所定量ΔＵｒだけ増大させる。これにより、ＳＣＲ触媒５５内にてより多くのＮＯｘが還元され、ＮＯｘ濃度ＮＯｘｏｕｔが減少する。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１１１】
これに対し、ＮＯｘ濃度ＮＯｘｏｕｔが目標濃度ＮＯｘｏｕｔｔｈ以下である場合、ＣＰＵはステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７３０に進み、尿素水噴射弁５８からＳＣＲ触媒５５へと供給される尿素水量を所定量ΔＵｒだけ減少させる。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１１２】
上述したステップ７１０〜ステップ７３０の処理により、機関１０の本体２１から排気通路に排出されるＮＯｘの量（すなわち、ＳＣＲ触媒５５に流入するＮＯｘ量）が多いほど尿素水がより多く供給（消費）され、大気中に放出されるＮＯｘ量が目標濃度ＮＯｘｏｕｔｔｈ以下に維持されることになる。
【０１１３】
（ランニングコスト最小位置の検索）
次いで、機関１０のランニングコストが最小となる熱発生率重心位置（目標位置）の検索手法について説明する。ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図８にフローチャートにて示した「ランニングコスト最小制御ルーチン」を実行するようになっている。このルーチンにより、ランニングコストが最小となるような熱発生率重心位置の目標位置が検索・設定され、その目標位置に実際の熱発生率重心位置が一致するように燃焼制御が行われる。
【０１１４】
具体的には、ＣＰＵは、適当なタイミングになると、図８のステップ８００から処理を開始してステップ８１０に進み、アクセルペダル開度Ａｃｃｐと機関回転速度ＮＥにより規定される現時点の運転状態が、所定時間だけ前の時点における運転状態と同一であるか否かを判定する。運転状態が変化していない場合、ＣＰＵはステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。すなわち、これまでの目標位置を維持しながら機関１０の運転が継続される。
【０１１５】
一方、運転状態が変化している場合、ＣＰＵはステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８２０に進み、熱発生率重心位置を現在の値から徐々に変更（遅角または進角）するために用いる単位変更量ΔＧｃを設定する。具体的には、本ステップにて、正の値「＋θｄ」が単位変更量ΔＧｃに格納される。なお、正の値「＋θｄ」は、制御装置に要求されるランニングコスト最小位置の精度などを考慮した適値に設定されればよい。
【０１１６】
ところで、本実施形態の制御装置は、熱発生率重心位置が「増大」することが、熱発生率重心位置が「遅角」することを意味するように構成されている（例えば、図３などを参照。）。よって、以下、正の値が格納された単位変更量ΔＧｃは、単位“遅角”量ΔＧｃとも称呼される。
【０１１７】
次いで、ＣＰＵは、ステップ８３０に進む。ＣＰＵは、ステップ８３０にて、現在の熱発生率重心位置の目標位置Ｇｃｔｇｔに単位遅角量ΔＧｃを加算した値を、新たな目標位置Ｇｃｔｇｔに設定する。これにより、目標位置Ｇｃｔｇｔが、現在の値から単位遅角量ΔＧｃだけ“遅角”されることになる。
【０１１８】
次いで、ＣＰＵは、ステップ８４０に進む。ＣＰＵは、ステップ８４０にて、熱発生率重心位置Ｇｃを目標位置Ｇｃｔｇｔに一致させるように燃焼制御（フィードバック制御）を行う。すなわち、ＣＰＵは、ステップ８４０にて、図９にフローチャートによって示した「熱発生率重心位置の制御ルーチン」を実行し、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔと等しくなるように、燃焼パラメータの一つであるメイン噴射の噴射時期ＣＭｉｎｇをフィードバック制御により調整する。なお、本ルーチンは機関１０の気筒毎に実行される。
【０１１９】
具体的には、ＣＰＵは、図９のルーチンに進み、ステップ９００から処理を開始し、ステップ９１０に進む。ＣＰＵは、ステップ９１０にて、目標位置Ｇｃｔｇｔを読み込む。現時点における目標位置Ｇｃｔｇｔは、上述したように設定された（過去の値から単位遅角量ΔＧｃだけ遅角された）目標位置Ｇｃｔｇｔである。なお、目標位置Ｇｃｔｇｔの初期値は、燃料消費率が最小となるクランク角度θａ（図３などを参照。）に設定されるようになっている。
【０１２０】
次いで、ＣＰＵは、ステップ９２０に進む。ＣＰＵは、ステップ９２０にて、筒内圧センサ８５により検出されている筒内圧Ｐｃに基づいて熱発生率を算出し、その熱発生率に基づいて実際の熱発生率重心位置Ｇｃを推定する。
【０１２１】
具体的には、ＣＰＵは、筒内圧Ｐｃに基づいてクランク角度θ［ｄｅｇＡＴＤＣ］に対する単位クランク角度あたりの発熱量である熱発生率ｄＱ（θ）［Ｊ／ｄｅｇＡＴＤＣ］を周知の手法に基づいて算出する（例えば、特開２００５−５４７５３号公報、および、特開２００７−２８５１９４号公報などを参照。）。
【０１２２】
次いで、ＣＰＵは熱発生率ｄＱ（θ）を下記の（３）式に適用することにより、熱発生率重心位置Ｇｃを取得・推定する（上記“定義４”を参照。）。なお、実際には、熱発生率重心位置Ｇｃは、（３）式をデジタル演算式に変換した式に基づいて計算される。（３）式において、ＣＡｓは燃焼が始まるクランク角度であり、ＣＡｅは燃焼が終わるクランク角度である。
【数４】
2015042855.tif 000006
【０１２３】
次に、ＣＰＵはステップ９３０に進み、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上遅角（リタード）しているか否かを判定する。実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上遅角している場合、ＣＰＵは、ステップ９３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９４０に進み、メイン噴射の噴射時期ＣＭｉｎｇを所定の微小角度ΔＣＡだけ進角（アドバンス）する。これにより、熱発生率重心位置Ｇｃが、僅かに進角し、目標位置Ｇｃｔｇｔに近づく。
【０１２４】
その後、ＣＰＵは、再びステップ９２０に戻り、ステップ９３０の処理を再び実行する。そして、未だに実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上遅角（リタード）している場合、ステップ９４０にて、再びメイン噴射の噴射時期ＣＭｉｎｇを微小角度ΔＣＡだけ進角（アドバンス）する。このように、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上遅角（リタード）している場合、ＣＰＵは、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上遅角しなくなるまで、ステップ９２０〜ステップ９４０の処理を繰り返す。
【０１２５】
これに対し、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上遅角（リタード）していない場合、ＣＰＵは、ステップ９３０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ９５０に進む。ＣＰＵは、ステップ９５０にて、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上進角（アドバンス）しているか否かを判定する。熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上進角している場合、ＣＰＵは、ステップ９３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ９６０に進み、メイン噴射の噴射時期ＣＭｉｎｇを所定の微小角度ΔＣＡだけ遅角（リタード）する。これにより、熱発生率重心位置Ｇｃが、僅かに遅角し、目標位置Ｇｃｔｇｔに近づく。
【０１２６】
その後、ＣＰＵは、再びステップ９２０に戻り、ステップ９３０を経由した後、ステップ９５０の処理を再び実行する。そして、未だに実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上進角（アドバンス）している場合、ステップ９６０にて、再びメイン噴射の噴射時期ＣＭｉｎｇを微小角度ΔＣＡだけ遅角（リタード）する。このように、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上進角（アドバンス）している場合、ＣＰＵは、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上進角しなくなるまで、ステップ９２０、ステップ９３０、ステップ９５０およびステップ９６０の処理を繰り返す。
【０１２７】
このようにして、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに一致するように燃焼パラメータがフィードバック制御される。そして、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上遅角（リタード）も進角（アドバンス）もしなくなると（すなわち、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに実質的に一致すると）、ＣＰＵは、ステップ９３０およびステップ９５０の双方にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１２８】
図９のルーチンが終了すると、ＣＰＵは、図８のルーチンに戻り、ステップ８５０に進む。ＣＰＵは、ステップ８５０にて、目標位置Ｇｃｔｇｔを修正したことによって総運転コスト（トータル・ランニングコスト）ＴＲＣが減少したか否かを判定する。本実施形態において、総運転コストＴＲＣは以下の考え方に従って算出される。
【０１２９】
まず、総運転コストＴＲＣは、原理的には、下記（４）式により表される。しかし、本実施形態においては、便宜上、上記（４）式を変形した下記（５）式により、総運転コストＴＲＣ（総運転コスト相当値）を算出する。
【数５】
2015042855.tif 000007
【数６】
2015042855.tif 000008
【０１３０】
なお、上記（４）式および上記（５）式における各パラメータとして、例えば、以下の各値が採用され得る。
【０１３１】
・燃料消費率：
いわゆるＢＳＦＣ（Ｂｒａｋｅ−Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｆｕｅｌ  Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ）。機関１０が単位出力を単位時間にわたって発生させ続けるときに消費される燃料の量（例えば、ｇ／ｋＷ・ｈまたはｇ／ｐｓ・ｈ）。機関１０の運転状態に基づき、算出される（下記参照。）。
【０１３２】
・ＳＩ：
ＤＰＦ５４の再生（ＤＰＦ５４に蓄積される粒子状物質の燃焼除去）に要する燃料の量を、燃料消費率の一部として取り扱うための係数（Ｓｏｏｔ  Ｉｎｄｅｘ。単位なし）。あらかじめ取得された固定値であり、電子制御ユニット７０のＲＯＭに記録されている。
【０１３３】
・尿素水消費率：
機関１０が単位出力を単位時間にわたって発生させ続けるときに排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化に要する尿素水の量（例えば、ｇ／ｋＷ・ｈまたはｇ／ｐｓ・ｈ）。燃料消費率（ＢＳＦＣ）との対応を考慮して、この消費率が採用されている。機関１０の運転状態に基づき、算出される（下記参照。）。
【０１３４】
・尿素水価格／燃料価格：
単位量あたりの燃料の価格（例えば、円／ｇ）に対する単位量あたりの尿素水の価格（例えば、円／ｇ）の比。尿素水価格および燃料価格は、実際には、固定値ではなく時々刻々と変化する値である。しかし、一般に、尿素水価格は、燃料価格と比較して相当に小さい（例えば、燃料価格の数十分の一程度）。そのため、尿素水価格および燃料価格が多少変動しても、それらの比（尿素水価格／燃料価格）の大きさはそれ程大きく変動しないと考えられる。そこで、本実施形態においては、この比の値を固定値であると仮定する（換言すると、尿素水価格および燃料価格を固定値であると仮定する。）。この比の値は、あらかじめ取得され、電子制御ユニット７０のＲＯＭに記録されている。なお、尿素水価格および燃料価格を時々刻々と把握可能である場合、これら値を固定値と仮定する必要はなく、それら把握した値が用いられればよい。この比の値は、以下、「価格比」とも称呼される。
【０１３５】
・ＴＲＣ相当値：
総運転コスト（トータル・ランニングコスト）に相当する値。機関１０が単位出力を単位時間にわたって発生させ続けるときに要するコストに相当する。以下、便宜上、単に「総運転コストＴＲＣ」とも称呼される。
【０１３６】
ＣＰＵは、ステップ８５０にて、現時点における燃料噴射量（パイロット噴射量とメイン噴射量との和）および軸トルク（例えば、機関１０の性能曲線に機関回転速度ＮＥを適用して算出される。）から燃料消費率（ＢＳＦＣ）を算出し、現時点における尿素水の供給量Ｕｒおよび上記軸トルクから尿素水消費率（ＢＳＦＣ相当）を算出する。そして、ＣＰＵは、それら算出された値と、電子制御ユニット７０のＲＯＭから読み出した係数ＳＩおよび価格比（尿素水価格／燃料価格）と、に基づき、現時点における総運転コストＴＲＣを算出する。なお、算出された総運転コストＴＲＣは、電子制御ユニット７０のＲＡＭに一時的に保存される。
【０１３７】
そして、ＣＰＵは、現時点における総運転コストＴＲＣと、電子制御ユニット７０のＲＡＭに格納されている「目標位置Ｇｃｔｇｔを修正する前の時点における総運転コストＴＲＣ」と、を比較することにより、目標位置Ｇｃｔｇｔを修正したことによって総運転コストＴＲＣが減少したか否かを判定する。なお、総運転コストＴＲＣの初期値（目標位置Ｇｃｔｇｔがクランク角度θａである場合の値）は、電子制御ユニット７０に格納されているマップ等に基づいて取得されるようになっている。
【０１３８】
目標位置Ｇｃｔｇｔの遅角によって総運転コストＴＲＣが減少した場合、ＣＰＵは、ステップ８５０にて「Ｙｅｓ」と判定し、再びステップ８３０に戻る。そして、ＣＰＵは、ステップ８３０にて目標位置Ｇｃｔｇｔを更に単位遅角量ΔＧｃだけ遅角させた後、ステップ８４０にて熱発生率重心位置を目標位置Ｇｃｔｇｔに一致させ、ステップ８５０にて総運転コストＴＲＣが低下したか否かを再び判定する。このように、ＣＰＵは、目標位置Ｇｃｔｇｔを遅角させる（修正する）ことによって総運転コストＴＲＣが減少しなくなるまで、ステップ８３０〜ステップ８５０の処理を繰り返す。なお、これら処理は、例えば、図４において、点Ａを始点として、総運転コストＴＲＣが点Ｂに至るまで徐々に熱発生率重心位置を（θａからθｂに向かって）遅角させることに相当する。
【０１３９】
そして、目標位置Ｇｃｔｇｔを遅角させても総運転コストＴＲＣが減少しなくなると（例えば、図４の点Ｂを通過して総運転コストＴＲＣが増大すると）、ＣＰＵは、ステップ８５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ８６０に進む。ＣＰＵは、ステップ８６０にて、総運転コストＴＲＣが最小となる目標位置Ｇｃｔｇｔ（ＴＲＣ最小位置。総運転コスト最小位置）を特定済みであるか否かを判定する。ここで、総運転コスト最小位置は、総運転コストＴＲＣが減少しなくなる直前の位置（例えば、図４の点Ｂ）として特定済みであるので、ＣＰＵは、ステップ８６０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１４０】
これに対し、ステップ８３０にて“初めて（初回に）”目標位置Ｇｃｔｇｔを単位遅角量ΔＧｃだけ修正（遅角）した場合において、総運転コストＴＲＣが減少しなかった場合（すなわち、目標位置Ｇｃｔｇｔよりも遅角側に総運転コスト最小位置が存在しない場合）、ＣＰＵは、ステップ８５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ８６０に進む。この場合、総運転コスト最小位置は未だ特定されていないので、ＣＰＵは、ステップ８６０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ８７０に進む。
【０１４１】
ＣＰＵは、ステップ８７０にて、熱発生率重心位置を現在の値から徐々に変更するために用いる単位変更量ΔＧｃを設定する。具体的には、負の値「−θｄ」が単位変更量ΔＧｃに格納される。なお、負の値「−θｄ」は、制御装置に要求されるランニングコスト最小位置の精度などを考慮した適値に設定されればよい。
【０１４２】
ところで、本実施形態の制御装置は、熱発生率重心位置が「減少」することが、熱発生率重心位置が「進角」することを意味するように構成されている（例えば、図３などを参照。）。よって、以下、負の値が格納された単位変更量ΔＧｃは、単位“進角”量ΔＧｃとも称呼される。
【０１４３】
次いで、ＣＰＵは、ステップ８３０に進み、現在の熱発生率重心位置の目標位置Ｇｃｔｇｔに単位進角量ΔＧｃを加算した値（単位進角量ΔＧｃは負の値であるので、実際にはΔＧｃだけ減算された値）を、新たな目標位置Ｇｃｔｇｔに設定する。これにより、目標位置Ｇｃｔｇｔが、現在の値から単位進角量ΔＧｃだけ“進角”されることになる。
【０１４４】
次いで、ＣＰＵ８１は、ステップ８４０に進み、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが目標位置Ｇｃｔｇｔに一致するように燃焼パラメータをフィードバック制御する。そして、ＣＰＵ８１は、ステップ８５０に進み、目標位置Ｇｃｔｇｔを修正（進角）したことによって総運転コストＴＲＣが減少したか否かを判定する。さらに、ＣＰＵは、上記同様、目標位置Ｇｃｔｇｔを進角させる（修正する）ことによって総運転コストＴＲＣが減少しなくなるまで、ステップ８３０〜ステップ８５０の処理を繰り返す。
【０１４５】
そして、目標位置Ｇｃｔｇｔを進角させても総運転コストＴＲＣが減少しなくなると、ＣＰＵは、ステップ８５０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ８６０に進む。ここで、総運転コスト最小位置は、総運転コストＴＲＣが減少しなくなる直前の位置として特定済みであるので、ＣＰＵは、ステップ８６０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１４６】
このように、ステップ８２０〜８７０の処理により、目標位置Ｇｃｔｇｔを単位変更量ΔＧｃずつ遅角または進角させることにより、総運転コストＴＲＣが最小となる目標位置Ｇｃｔｇｔが検索される。さらに、この検索と併せ、その目標位置Ｇｃｔｇｔに実際の熱発生率重心位置Ｇｃが一致するように燃焼制御が行われる。
【０１４７】
これにより、機関１０のランニングコストが低減される。以上が、本発明の実施形態についての説明である。
【０１４８】
ところで、上述した実施装置は、機関１０の状態が定常状態である場合だけではなく、過渡状態（例えば、ＳＣＲ触媒５５の暖機が完了していない状態、および、機関１０に急加速または急減速などが要求された状態など）である場合にも、機関１０のランニングコストを適切に低減することができる。この点について、図１０を参照しながら説明する。
【０１４９】
例えば、過渡状態の一例として機関１０が冷間始動された直後において、ＳＣＲ触媒５５の温度がその活性温度に達していないとき（すなわち、ＳＣＲ触媒５５の暖機が完了していない場合）、排ガス中のＮＯｘが十分に浄化されず、ＳＣＲ触媒５５の下流側に比較的多量のＮＯｘが流出する場合がある。その場合、ＮＯｘセンサ９１にて検出されるＮＯｘ濃度ＮＯｘｏｕｔが増大することに起因し、尿素水の供給量Ｕｒが増大する（図７のルーチンを参照。）。すなわち、ＳＣＲ触媒５５の暖機が完了していない場合、ＳＣＲ触媒５５の暖機が完了している場合に比べ、ＳＣＲ触媒５５に流入するＮＯｘの量が同じであっても尿素水の供給量Ｕｒが増大する。その結果、総運転コストＴＲＣも増大する。
【０１５０】
図１０は、「定常状態」における総運転コストＴＲＣ１の推移と、「過渡状態」における総運転コストＴＲＣ２の推移と、の一例を示す参考図である。
【０１５１】
機関１０が「定常状態」にある場合の総運転コストＴＲＣ１は、燃料の消費に起因するコストＲＣｆと、尿素水の消費に起因するコストＲＣｕ１と、の合計である（図４と同様）。一方、機関１０が上記「過渡状態」にある場合、上述したように、尿素水の供給量Ｕｒが増大するので、尿素水の消費に起因するコストが、コストＲＣｕ１からコストＲＣｕ２に増大する。一方、機関１０が上記「過渡状態」にあっても（ＳＣＲ触媒５５が未暖機であっても）、燃料の消費そのものには影響が及ばないので、燃料の消費に起因するコストＲＣｆは変化しない。その結果、総運転コストは、尿素水の消費に起因するコストの増大分だけ増大し、コストＴＲＣ１からコストＴＲＣ２に変化する。
【０１５２】
このとき、図１０に示されるように、過渡状態における総運転コストＴＲＣ２は、定常状態にて総運転コストＴＲＣ１が最小となる熱発生率重心位置（θｂ）においては最小とならず（点Ｂ’）、熱発生率重心位置をクランク角度θｂよりも遅角させたクランク角度θｃとした場合に最小となる（点Ｃ）。このように、機関１０が定常状態にある場合と過渡状態にある場合とでは、総運転コストＴＲＣを最小とするための熱発生率重心位置の目標位置Ｇｃｔｇｔが異なる場合がある。
【０１５３】
実施装置は、上記説明から理解されるように、たとえ機関１０が過渡状態にある場合であっても、総運転コストＴＲＣ２に対して図７〜図９のルーチンの処理を実行することにより、総運転コストＴＲＣ２を最小とする熱発生率重心位置の目標位置Ｇｃｔｇｔ（θｃ）を検索して特定することができる。すなわち、実施装置は、機関１０が定常状態にあっても過渡状態にあっても、機関１０の総運転コストを低減する制御を行うことができる。
【０１５４】
＜実施形態の総括＞
以上、図５〜図１０を参照しながら説明したように、上記実施形態に係る制御装置は、尿素ＳＣＲ触媒５５を備えた内燃機関１０に適用され、燃料が燃焼するときの熱発生率重心位置Ｇｃとして定められるクランク角度を燃焼制御に用いる制御装置であって、
前記熱発生率重心位置Ｇｃと、前記燃料の消費の度合いと、前記尿素ＳＣＲ触媒５５における尿素水の消費の度合いと、の間の関係（図３、図１０のグラフ、図７〜図９のルーチンを参照。）に基づいて定めた目標位置Ｇｃｔｇｔに前記熱発生率重心位置Ｇｃが一致するように燃焼制御を行う制御部（例えば、電子制御ユニット７０）を備えている。
【０１５５】
より具体的には、前記制御部７０は、前記燃料の消費に起因するコストＲＣｆと前記尿素水の消費に起因するコストＲＣｕとの総計に相当する総運転コストＴＲＣを前記燃料の消費の度合い及び前記尿素水の消費の度合いに基づいて算出するとともに（図８のステップ８５０。上記（５）式を参照。）、前記総運転コストＴＲＣが最小となるように前記目標位置Ｇｃｔｇｔを定める、ように構成されている（図８のルーチンを参照。）。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
以上に説明したように、本発明は、尿素ＳＣＲ触媒を備えた内燃機関のランニングコストを適切に改善することができる内燃機関の制御装置として、利用することができる。
【符号の説明】
【０１５７】
１０    機関
２１    機関本体
２２    気筒
２３    燃料噴射弁
３３    コモンレール
４４    過給機
４５    インタークーラー
５５    尿素ＳＣＲ触媒
５６    尿素水タンク
５７    尿素水供給管
５８    尿素水噴射弁
７０    電子制御ユニット
８５    筒内圧センサ
８６    クランク角度センサ
９１    ＮＯｘセンサ
【図１】
2015042855.tif 000010
【図２】
2015042855.tif 000011
【図３】
2015042855.tif 000012
【図４】
2015042855.tif 000013
【図５】
2015042855.tif 000014
【図６】
2015042855.tif 000015
【図７】
2015042855.tif 000016
【図８】
2015042855.tif 000017
【図９】
2015042855.tif 000018
【図１０】
2015042855.tif 000019
【図１１】
2015042855.tif 000020
【図１２】
2015042855.tif 000021
【図１３】
2015042855.tif 000022