(57)【要約】本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置（本装置）は、少なくとも機関１０の負荷が第１閾値Pem1から第２閾値Pem2までの範囲内にある場合には熱発生率重心位置Ｇｃが負荷に依らず一定クランク角度θａに等しくなるように、且つ、機関の負荷が第２閾値Pem2よりも大きい範囲にある場合には機関の負荷が大きくなるほど熱発生率重心位置Ｇｃが一定クランク角度θａよりも遅角側の範囲においてより遅角側の値へと変化するように、混合気の燃焼状態を変化させる。燃焼状態は、例えば、燃料の主噴射の時期、燃料噴射圧（コモンレール圧）、パイロット噴射の噴射量・時期・回数、過給圧及びＥＧＲ量等の燃焼パラメータうちの一つ以上により変化させられる。
2014196035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒に供給される燃料の燃焼状態を制御することにより熱発生率重心位置を制御する制御装置であって、
少なくとも前記機関の負荷が第１閾値から同第１閾値よりも大きい第２閾値までの範囲内にある場合には前記熱発生率重心位置が前記負荷に依らず一定クランク角度に等しくなり、且つ、前記機関の負荷が前記第２閾値よりも大きい範囲にある場合には前記負荷が大きくなるほど前記熱発生率重心位置が前記一定クランク角度よりも遅角側の範囲においてより遅角側のクランク角度へと変化するように、前記燃焼状態を制御する燃焼パラメータを設定する制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記第２閾値は、機関回転速度が高いほど小さくなる制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の制御装置において、
前記機関の負荷が前記第２閾値よりも大きい範囲の所定負荷である場合、機関回転速度が高いほど前記熱発生率重心位置がより遅角側のクランク角度となるように前記燃焼パラメータを設定する制御装置。
【請求項４】
請求項４又は請求項５に記載の制御装置において、
前記第２閾値は、前記機関の負荷の増大に応じて燃料噴射量を増大した場合に前記熱発生率重心位置を前記一定クランク角度よりも遅角側のクランク角度へと変化させなければ前記気筒内の圧力の最大値が許容圧力よりも大きくなる運転状態に対応した前記負荷の値である制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の制御装置において、
前記熱発生率重心位置が、前記機関の負荷又は前記燃料噴射量と、機関回転速度と、に応じて定められるクランク角度である制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の制御装置において、
前記一定クランク角度は、前記機関の冷却損失と前記機関の排気損失との和が最小となるクランク角度、又は、同クランク角度から所定範囲内のクランク角度である制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の制御装置において、
前記熱発生率重心位置が、
クランク角度を一つの軸に設定し且つ熱発生率を同一つの軸に直交する他の軸に設定したグラフに対して同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、制御装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の制御装置において、
前記熱発生率重心位置が、
特定クランク角度よりも進角側の任意のクランク角度と同特定クランク角度とのクランク角度差分と、同任意のクランク角度における熱発生率と、の積をクランク角度について積分して得られる値と、
前記特定クランク角度よりも遅角側の任意のクランク角度と同特定クランク角度とのクランク角度差分と、同任意のクランク角度における熱発生率と、の積をクランク角度について積分して得られる値と、
が等しくなるときの前記特定クランク角度である、制御装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の制御装置において、
前記熱発生率重心位置が、
一つの燃焼行程に対し、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での熱発生率と、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０となるような前記特定クランク角度である、制御装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の制御装置において、
前記熱発生率重心位置が、
一つの燃焼行程において、燃焼開始クランク角度をＣＡｓにて表し、燃焼終了クランク角をＣＡｅにて表し、任意のクランク角度をθにて表し、且つ、前記クランク角度θでの熱発生率をｄＱ（θ）にて表すとき、
【数１】
2014196035.tif 000007
なる式に則って演算されるクランク角度である、制御装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項６の何れか一項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と燃焼開始クランク角度との差（Ａ）と、同任意のクランク角度における熱発生率（Ｂ）と、の積（Ａ・Ｂ）のクランク角度についての積分値を、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、前記燃焼開始クランク角度を加えることにより得られるクランク角度である、制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に供給される燃料（混合気）の燃焼状態を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ディーゼル機関等の内燃機関（以下、単に「機関」とも称呼する。）の運転時、混合気の燃焼によって生じるエネルギー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、冷却損失、排気損失、吸気及び排気に伴って発生するポンプ損失、並びに、機械抵抗損失等が含まれる。このうち、冷却損失及び排気損失は、損失全体に対して大きな割合を占める。従って、内燃機関の燃費を改善させるためには冷却損失及び排気損失を減少させることが有効である。【０００３】
しかしながら、一般に、冷却損失と排気損失とはトレードオフの関係にある。即ち、冷却損失を低下させれば排気損失が増加し、排気損失を低下させれば冷却損失が増加する。従って、冷却損失と排気損失との和が最小となる燃焼状態を実現できれば、機関の燃費は大幅に改善される。【０００４】
ところで、燃焼状態は、燃料噴射時期及び過給圧等の「燃焼状態に影響を及ぼす多くのパラメータ」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、複数の燃焼パラメータが各運転状態に対して適切な値（組み合わせ）となるように、各燃焼パラメータを実験及びシミュレーション等によって予め求めることは容易ではなく、且つ、莫大な適合時間を必要とする。そのため、燃焼パラメータを体系的に決定する手法が提案されてきている。【０００５】
例えば、従来の制御装置の一つ（以下、「従来装置」とも称呼する。）は、「１回の燃焼行程中に発生する総熱量のうち、その半分の熱量が発生した時点のクランク角度（以下、「燃焼重心角度」と称呼する。）」を算出する。更に、従来装置は、その燃焼重心角度と所定の基準値とが乖離している場合、燃料噴射時期を補正することによって、或いは、ＥＧＲ率を調整して燃焼室（気筒）内の酸素濃度を調節することによって、燃焼重心角度を基準値と一致させている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２０２６２９号公報
【発明の概要】
【０００７】
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。より具体的に述べると、ディーゼル機関においては、主噴射（メイン噴射）に先立ちパイロット噴射が行なわれ、次いで、主噴射が行なわれる場合がある。更に、主噴射の後にアフター噴射が行われる場合がある。
【０００８】
パイロット噴射と主噴射とが行われる場合のクランク角度と熱発生率との関係は、例えば、図８の（Ａ）の曲線Ｃ１により示された波形により表される。熱発生率とは、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）あたりに混合気の燃焼により発生する熱の量、即ち、単位クランク角度あたりの熱発生量である。この波形は、以下「燃焼波形」とも称呼される。図８の（Ａ）に示された波形は、クランク角度θ１にて開始されるパイロット噴射により極大値Ｌｐをとり、クランク角度θ２にて開始される主噴射により極大値Ｌｍをとっている。
【０００９】
更に、図８の（Ｂ）は、クランク角度と、「曲線Ｃ１により示される燃焼によって発生した熱量の積算値の、総発生熱量に対する比率（発熱量比率）」と、の関係を示している。図８の（Ｂ）に示した例において、前述した燃焼重心角度（発熱量比率が５０％となるクランク角度）はクランク角度θ３である。
【００１０】
これに対し、図９の（Ａ）に実線Ｃ２により示したように、パイロット噴射の開始時期のみがクランク角度θ１からクランク角度θ０へとΔθだけ進角側に移動された場合、パイロット噴射の燃料の燃焼によって発熱が始まるクランク角度（発熱開始角度、燃焼開始クランク角度）はΔθだけ進角側に移動する。しかし、図８の（Ａ）及び図９の（Ａ）に示した燃焼においては、燃焼重心角度は主噴射の燃料の燃焼が開始された後（クランク角度θ２以後）である。従って、曲線Ｃ２により示される燃焼についての発熱量比率を示した図９の（Ｂ）から理解されるように、燃焼重心角度はクランク角度θ３のままであって変化しない。即ち、パイロット噴射時期が進角側に移動することによって燃焼波形が変化しても、燃焼重心角度が変化しない場合がある。換言すると、燃焼重心角度は必ずしも各サイクルの燃焼状態を正確に反映する指標値ではない。
【００１１】
実際に、発明者は、「燃焼重心角度と燃費悪化率との関係」を種々の「機関の負荷及び機関回転速度」に対して測定した。その測定結果を図１０に示す。図１０の曲線Ｈｂ１乃至曲線Ｈｂ３は、それぞれ、低回転速度且つ低負荷、中回転速度且つ中負荷、及び、高回転速度且つ高負荷の場合の測定結果である。図１０から理解されるように、発明者は、機関の負荷及び／又は機関回転速度が相違すると、燃費悪化率が最小となる燃焼重心角度（燃費が最良となる燃焼重心角度）も相違するとの知見を得た。換言すると、燃焼重心角度が一定の基準値に一致するように燃焼状態が制御されたとしても、機関の負荷及び／又は機関回転速度が相違すれば燃費悪化率が最小にならないことが判明した。
【００１２】
そこで、発明者は、燃焼状態を表す指標値として、従来の燃焼重心角度の代わりに「熱発生率重心位置」に着目した。この熱発生率重心位置は、以下に述べるように種々の手法により定義される。熱発生率重心位置は、クランクシャフト回転位置（即ち、クランク角度）で表される。
【００１３】
（定義１）熱発生率重心位置Ｇｃは、図１（Ａ）に示したように、「クランク角度を横軸に設定し、且つ、熱発生率（単位クランク角度あたりの熱の発生量）を縦軸に設定した座標系（グラフ）」に描かれる熱発生率の波形と、前記横軸と、により囲まれる領域の幾何学的重心Ｇに対応するクランク角度である。
【００１４】
（定義２）熱発生率重心位置Ｇｃは、下記の（１）式を満たすクランク角度Ｇｃである。この（１）式において、ＣＡｓは燃料の燃焼が始まるクランク角度（燃焼開始クランク角度）であり、ＣＡｅは前記燃焼が終わるクランク角度（燃焼終了クランク角度）である。更に、θは任意のクランク角度であり、ｄＱ（θ）はクランク角度θにおける熱発生率である。即ち、熱発生率重心位置Ｇｃは、特定クランク角度（Ｇｃ）よりも進角側の任意のクランク角度（θ）と同特定クランク角度（Ｇｃ）とのクランク角度差分（Ｇｃ−θ）と、同任意のクランク角度における熱発生率（ｄＱ（θ））と、の積をクランク角度について積分して得られる値（下記（１）の左辺の値）と、前記特定クランク角度（Ｇｃ）よりも遅角側の任意のクランク角度（θ）と同特定クランク角度（Ｇｃ）とのクランク角度差分（θ−Ｇｃ）と、同任意のクランク角度における熱発生率（ｄＱ（θ））と、の積をクランク角度について積分して得られる値（下記（１）の右辺の値）と、が等しくなるような特定クランク角度である。
【数１】
2014196035.tif 000003
【００１５】
（定義２’）上記（１）式を変形すると下記の（２）式が得られる。従って、定義２について別の言い方をすると、熱発生率重心位置Ｇｃは、一つの燃焼行程についての燃焼開始クランク角度から燃焼終了クランク角度までの特定クランク角度であって、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（θ−Ｇｃ）と、前記任意のクランク角度（θ）における熱発生率と（ｄＱ（θ））、の積（θ−Ｇｃ）ｄＱ（θ）に対応した値を、燃焼開始クランク角度ＣＡｓから燃焼終了クランク角度ＣＡｅまでクランク角度について積分（積算）して得られる値が「０」となるような特定クランク角度である。
【数２】
2014196035.tif 000004
【００１６】
（定義３）定義２及び定義２’に基づけば、熱発生率重心位置Ｇｃは、下記（３）式に則った演算により求められるクランク角度であると定義される。
【数３】
2014196035.tif 000005
【００１７】
（定義３’）
定義３に基づけば、熱発生率重心位置Ｇｃは、
任意のクランク角度と燃焼開始クランク角度との差（Ａ＝θ−ＣＡｓ）と、同任意のクランク角度における熱発生率（Ｂ＝ｄＱ（θ））と、の積（Ａ・Ｂ）のクランク角度についての積分値（上記（３）式の右辺第１項の分子）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（上記（３）式の右辺第１項の分母）で割って得られる値に、前記燃焼開始クランク角度（ＣＡｓ）を加えることにより得られるクランク角度である、と定義される。
【００１８】
この熱発生率重心位置Ｇｃは、例えば、図１の（Ａ）に示した例においてはクランク角度θ３である。加えて、図１（Ｂ）に示したように、パイロット噴射の開始時期がクランク角度θ１からΔθｐだけ進角側へ移動されてクランク角度θ０に設定されると、熱発生率重心位置Ｇｃはクランク角度Δθｇだけ進角側へと移動してクランク角度θ３’となる。これらから理解されるように、熱発生率重心位置は、従来の燃焼状態の指標値である燃焼重心角度に比較して、燃焼状態をより正確に反映する指標値であると言える。
【００１９】
更に、発明者は、種々の機関回転速度と機関の負荷（要求トルク）との組合せについて熱発生率重心位置と燃費悪化率との関係を測定した。その結果を図２に示す。図２の、曲線Ｇｃ１乃至曲線Ｇｃ３は、それぞれ低回転速度且つ低負荷、中回転速度且つ中負荷、及び、高回転速度且つ高負荷の場合の測定結果である。図２から理解されるように、機関回転速度及び機関の負荷が相違した場合であっても、燃費悪化率が最小となる熱発生率重心位置は特定のクランク角度（図２の例においては圧縮上死点後７°）であった。更に、熱発生率重心位置がこの特定のクランク角度（例えば、圧縮上死点後７°）の近傍の値（図２の矢印Ａｒの範囲を参照。）にあれば、機関回転速度及び機関の負荷に拘わらず燃費悪化率は最小値近傍の略一定値となることが理解される。
【００２０】
これらから、発明者は、熱発生率重心位置は燃焼状態を良好に示す指標値であり、従って、熱発生率重心位置を負荷及び／又は機関回転速度に依らず一定に維持することにより機関の燃焼状態を特定の状態に維持できるとの知見を得た。更に、発明者は、熱発生率重心位置を「燃費悪化率が最小となるような（即ち、冷却損失と排気損失との和が最小となって、燃費が最も良くなるような）一定の目標クランク角度」に維持すれば、機関の運転状態（負荷及び／又は機関回転速度）に依らず、機関の燃費を容易に改善することができるとの知見を得た。
【００２１】
しかしながら、熱発生率重心位置を一定のクランク角度に維持した状態において機関の負荷が全負荷に近い領域に到達すると（即ち、燃料噴射量を非常に大きくすると）、燃焼中における筒内圧力の最大値が許容圧力を超える場合があることが判明した。
【００２２】
従って、本発明の目的は、熱発生率重心位置を適切なクランク角度に制御しながら、高負荷運転状態において筒内圧力の最大値が許容圧力を超えないようにすることができる制御装置を提供することにある。
【００２３】
この目的を達成するための本発明による内燃機関の制御装置（以下、「本発明装置」とも称呼する。）は、少なくとも前記機関の負荷が「第１閾値と、その第１閾値よりも大きい第２閾値と、の間の範囲（特定範囲）」内にある場合には、熱発生率重心位置が機関の負荷に依らず一定クランク角度に等しくなるように燃焼状態を変化させる。なお、第１閾値は、機関がとり得る負荷のうちの最小値であってもよく、その最小値よりも大きい値であってもよい。更に、燃焼状態を制御することは、燃焼パラメータを設定すること（即ち、燃焼パラメータをフィードフォワード制御及び／又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。
【００２４】
本発明装置によれば、少なくとも機関の負荷が前記特定範囲内にある場合、燃焼状態を機関の負荷に依らず安定した状態に維持することができる。更に、この場合、熱発生率重心位置が前記一定クランク角度となるように燃焼パラメータを適合すればよいので、適合工数を大幅に低減することも可能となる。加えて、前記一定クランク角度を、前記機関の冷却損失と前記機関の排気損失との和が最小となるクランク角度（以下、「燃費最良クランク角度」とも称呼する。）、又は、燃費最良クランク角度から所定範囲（微小範囲）内のクランク角度（図２の矢印Ａｒの範囲を参照。）、に設定すれば、少なくとも機関の負荷が前記特定範囲内にある場合、機関の燃費を従来よりも容易に改善することができる。
【００２５】
その上で、本発明装置は、機関の負荷が「前記第２閾値よりも大きい範囲」にある場合、機関の負荷が大きくなるほど熱発生率重心位置が「前記一定クランク角度よりも遅角側の範囲において、より遅角側の値へと変化する」ように燃焼状態を変化させる（図３の（Ａ）を参照。）。
【００２６】
熱発生率重心位置が遅角側へと変化すれば、燃料噴射量が一定であっても筒内圧力の最大値は低下する。従って、本発明装置によれば、燃焼中の筒内圧力の最大値が許容圧力を超えないようにしながら、熱発生率重心位置を燃焼状態を示す指標値として考慮した燃焼制御を実現することができる。加えて、本発明装置は、前記一定クランク角度が前記燃費最良クランク角度又はその近傍のクランク角度に設定されている場合、機関の負荷が第２閾値以上であるときに筒内圧力の最大値が許容圧力を超えないようにしながら、熱発生率重心位置を前記燃費最良クランク角度にできるだけ近くなるように（即ち、排気損失ができるだけ小さくなるように）燃焼状態を制御することが可能である。即ち、本発明装置は、高負荷時において筒内圧力の最大値を許容圧力範囲内に維持しながら、燃費を改善でき、且つ、要求されるトルクを発生させることができる。換言すれば、本発明装置は、機関発生トルクを目標トルク（要求トルク）から低下させることなく、筒内圧力の最大値を許容圧力以下に低下させることが可能である。
【００２７】
なお、前述したように、本発明装置は、熱発生率重心位置を所定のクランク角度（前記一定のクランク角度又は前記遅角側のクランク角度）に制御する際、そのような熱発生率重心位置を実現するように予め定められた燃焼パラメータを用いるフィードフォワード制御を実行してもよい。更に、本発明装置は、実際の熱発生率重心位置を推定するとともにその推定した実際の熱発生率重心位置が所定のクランク角度（前記一定のクランク角度又は前記遅角側のクランク角度）に等しくなるように燃焼パラメータを変更（補正）するフィードバック制御を、前記フィードフォワード制御に代えて或いはそれに加えて、実行してもよい。
【００２８】
ところで、一般に、機関回転速度が大きいほど、燃料噴射を短期間内に終了させる必要があり、そのため燃料噴射圧（例えば、コモンレール圧力）を大きくする必要がある。その結果、機関回転速度が大きいほど、筒内圧力の最大値も大きくなる。従って、前記第２閾値（筒内圧力の最大値を許容圧力以下とするために熱発生率重心位置を前記一定のクランク角度よりも遅角側のクランク角度に移動させなければならない負荷の最小値）は、機関回転速度が大きいほど小さくなる。従って、前記第２閾値は機関回転速度が大きいほど小さくなることが望ましい。
【００２９】
第２閾値が機関回転速度に対して一定に維持されている場合、総ての機関回転速度に対して筒内圧力の最大値を許容圧力以下とするためには、その第２閾値は機関回転速度が「想定される最高回転速度」近傍である場合の値となるから、機関回転速度が低い場合には熱発生率重心位置は遅角させる必要がないにも拘わらず遅角され、その結果、燃費が悪化する。これに対し、第２閾値が機関回転速度が大きいほど小さくなるように設定されていれば、機関回転速度が低い場合に不必要に熱発生率重心を遅角する必要がないので、機関の燃費を良好にすることができる。
【００３０】
更に、機関の負荷が前記第２閾値（例えば、第２閾値のうちの最小値）よりも大きい範囲の任意の所定負荷である場合、機関回転速度が高いほど熱発生率重心位置がより遅角側のクランク角度となるように前記燃焼パラメータを設定することが好ましい。これによっても、機関回転速度が低い場合に不必要に熱発生率重心を遅角する必要がないので、機関の燃費を良好にすることができる。
【００３１】
なお、前記第２閾値は、要求トルクの増大又は要求出力の増大に伴って前記燃料噴射量を増大した場合に、前記熱発生率重心位置を遅角側へ変化させなければ前記機関の筒内圧力の最大値が許容圧力を超える負荷の値（筒内圧力の最大値が許容圧力を超えるような状態における機関の負荷）であると言うこともできる。
【００３２】
更に、本発明装置において、前記熱発生率重心位置は、前記機関の負荷又は前記燃料噴射量（即ち、アクセルペダル開度（アクセルペダル操作量）に相関を有する値）と機関回転速度とに応じて定まるクランク角度であり得る。これによれば、筒内圧力の最大値が許容圧力を超えないようにしながら、燃費を改善し得る適切な熱発生率重心位置を容易に設定することができる。
【００３３】
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、熱発生率重心位置（熱発生率重心クランク角度）を説明するためのグラフであり、（Ａ）は所定のタイミングにてパイロット噴射及び主噴射が行なわれた場合の燃焼波形を示し、（Ｂ）は（Ａ）に比べてパイロット噴射が進角された場合の燃焼波形を示す。
【図２】図２は、機関回転速度及び機関の負荷の組合せ毎の、熱発生率重心位置と燃費悪化率との関係を表したグラフである。
【図３】図３は、機関の負荷と目標熱発生率重心位置（目標クランク角度）との関係を表したグラフであり、（Ａ）は機関の負荷に応じて目標クランク角度を推移させた例を示し、（Ｂ）は機関の負荷及び機関回転速度に応じて目標クランク角度を推移させた例を示す。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る制御装置、及び、その制御装置が適用される内燃機関の概略構成図である。
【図５】図５は、図４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６】図６は、図４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７】図７は、図４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、燃焼重心角度を説明するためのグラフである。
【図９】図９は、燃焼重心角度を説明するためのグラフである。
【図１０】図１０は、機関回転速度毎の、燃焼重心角度と燃費悪化率との関係を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置（以下、「本制御装置」とも称呼する。）について説明する。
【００３６】
（構成）
本制御装置は、図４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、燃料供給システム３０、吸気システム４０、排気システム５０及びＥＧＲシステム６０を含んでいる。
【００３７】
機関本体部２０は、シリンダブロック、シリンダヘッド及びクランクケース等を含む本体２１を含む。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が配設されている。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。
【００３８】
燃料供給システム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。
【００３９】
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、その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、ＥＣＵ７０の指示に応答し、コモンレール３３内の燃料の圧力（即ち、燃料噴射圧、コモンレール圧）を調整できるようになっている。
【００４０】
吸気システム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及びスロットル弁アクチュエータ４７を含んでいる。
【００４１】
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及び吸気管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及びスロットル弁４６が順に配設されている。スロットル弁アクチュエータ４７は、ＥＣＵ７０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。
【００４２】
インタークーラ４５は、吸気温度を低下するようになっている。インタークーラ４５は、図示しないバイパス通路及びそのバイパス通路に介装されたバイパスバルブを備える。更に、インタークーラ４５は図示しない冷却機との間で通流する冷却水（冷媒）量を調整できるようになっている。従って、インタークーラ４５は、ＥＣＵ７０の指示に応答してバイパスバルブの開度及び／又は冷却水量を調整することにより、インタークーラ４５の冷却効率（インタークーラ４５の流入ガスの温度とインタークーラ４５の流出ガスの温度との比により表される効率）を変更できるようになっている。
【００４３】
排気システム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及び排ガス浄化装置（例えば、ディーゼル酸化触媒及びパティキュレートフィルタ等）５３を含んでいる。
【００４４】
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及び排気管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及び排ガス浄化装置５３が配設されている。
【００４５】
過給機４４は周知の可変容量型過給機であり、そのタービン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。このノズルベーンは、ＥＣＵ７０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。なお、過給機４４のタービン４４ｂは、図示しない「タービン４４ｂのバイパス通路、及び、そのバイパス通路に設けられたバイパスバルブ」を備えていてもよく、このバイパスバルブ開度がＥＣＵ７０の指示に応じて変更されることにより過給圧が変更されてもよい。即ち、本明細書において「過給機４４を制御する」とは、ノズルベーンの角度及び／又はバイパスバルブの開度を変更することによって過給圧を変更することを意味する。
【００４６】
ＥＧＲシステム６０は、排気還流管６１、ＥＧＲ制御弁６２及び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よりも上流位置と、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の下流位置と、を連通している。排気還流管６１はＥＧＲガス通路を構成している。
ＥＧＲ制御弁６２は排気還流管６１に配設されている。ＥＧＲ制御弁６２は、ＥＣＵ７０からの指示に応答してＥＧＲガス通路の通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）を変更し得るようになっている。
【００４７】
ＥＧＲクーラ６３は排気還流管６１に介装され、排気還流管６１を通過するＥＧＲガスの温度を低下するようになっている。ＥＧＲクーラ６３は、図示しないバイパス通路及びそのバイパス通路に介装されたバイパスバルブを備える。更に、ＥＧＲクーラ６３は図示しない冷却機との間で通流する冷却水（冷媒）量を調整できるようになっている。従って、ＥＧＲクーラ６３は、ＥＣＵ７０の指示に応答してバイパスバルブ開度及び／又は冷却水量を調整することにより、ＥＧＲクーラー６３の冷却効率（ＥＧＲクーラー６３の流入ガスの温度とＥＧＲクーラ６３の流出ガスの温度との比により表される効率）を変更できるようになっている。
【００４８】
ＥＣＵ７０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及びインターフェース等を含む。ＥＣＵ７０は、以下に述べるセンサ類と接続されていて、これらのセンサからの信号を受信（入力）するようになっている。更に、ＥＣＵ７０は、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。
【００４９】
ＥＣＵ７０は、エアフローメータ７１、スロットル弁開度センサ７２、吸気管圧力センサ７３、燃料圧力センサ７４、筒内圧センサ７５、クランク角度センサ７６、ＥＧＲ制御弁開度センサ７７、及び、水温センサ７８と接続されている。
【００５０】
エアフローメータ７１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（吸入空気量）を測定し、その吸入空気量Ｇａを表す信号を出力する。更に、エアフローメータ７１は吸入空気の温度（吸気温）を検出し、その吸気温ＴＨＡを表す信号を出力する。
スロットル弁開度センサ７２はスロットル弁開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力する。
吸気管圧力センサ７３は、吸気通路内であってスロットル弁４６よりも下流の吸気管内のガスの圧力（吸気管圧力）Ｐｉｍを表す信号を出力する。吸気管圧力Ｐｉｍは過給圧であると言うこともできる。
【００５１】
燃料圧力センサ７４は、コモンレール（蓄圧室）３３内の燃料の圧力（燃料圧力、燃料噴射圧、コモンレール圧）を検出し、燃料噴射圧Ｆｐを表す信号を出力する。
筒内圧センサ７５は、各気筒（燃焼室）に対応するように配設されている。筒内圧センサ７５は、対応する気筒内の圧力（即ち、筒内圧）を検出し、筒内圧Ｐｃを表す信号を出力する。
クランク角度センサ７６は、機関１０の図示しないクランクシャフトの回転位置（即ち、クランク角度）に応じた信号を出力する。ＥＣＵ７０は、このクランク角度センサ７６及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。更に、ＥＣＵ７０は、クランク角度センサ７６からの信号に基づいて、機関回転速度Ｎｅを取得する。
【００５２】
ＥＧＲ制御弁開度センサ７７は、ＥＧＲ制御弁６２の開度を検出し、その開度を表す信号Ｖegrを出力する。
水温センサ７８は、機関１０の冷却水の温度（冷却水温度）を検出し、冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力する。
【００５３】
加えて、ＥＣＵ７０は、アクセル開度センサ８１及び車速センサ８２と接続されている。
アクセル開度センサ８１は、図示しないアクセルペダルの開度（アクセルペダル操作量）を検出し、アクセルペダル開度Ａｃｃｐを表す信号を出力する。
車速センサ８２は、機関１０が搭載された車両の走行速度を検出し、その走行速度（車速）Ｓｐｄを表す信号を出力する。
【００５４】
（燃焼制御の概要）
次に、本制御装置の作動について説明する。本制御装置は、前述した定義によって規定される熱発生率重心位置が所定の目標熱発生率重心位置となるように燃焼制御を行なう（即ち、燃焼パラメータを設定する。）。目標熱発生率重心位置は、目標重心位置、目標熱発生率重心角度又は目標クランク角度とも称呼される。
【００５５】
本制御装置においては、熱発生率重心位置が目標重心位置と一致するように燃焼パラメータが機関の運転状態（機関の負荷及び機関回転速度等、並びに、目標重心位置）に対して予め定められ且つＲＯＭに記憶されている。本制御装置は、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（即ち、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重心位置に一致させる。更に、本制御装置は、実際の熱発生率重心位置を筒内圧センサ７５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重心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。但し、係るフィードバック制御は必ずしも必須ではない。更に、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重心位置と一致させてもよい。
【００５６】
ところで、図２に示したように、熱発生率重心位置が一定クランク角度θａ（図２においては、ＡＴＤＣ７°）に一致していれば、機関の負荷及び機関回転速度に依らず、機関１０の燃費を良好にすることができる。そこで、本発明装置は、図３の（Ａ）又は図３の（Ｂ）に示したように、少なくとも機関の負荷が「第１閾値Pem1から第２閾値Pem2までの範囲」内にあるとき、熱発生率重心位置が一定クランク角度θａに一致するように、燃焼状態を制御する。なお、少なくとも機関の負荷が「第１閾値Pem1から第２閾値Pem2までの範囲」内にあるときに一致させるべき熱発生率重心位置は、エミッションとの関係により定まる機関１０のランニングコストが最小となる一定のクランク角度θａ’（θａから所定範囲内のクランク角度）であって、機関の負荷及び機関回転速度に依らず燃費悪化率が最小値近傍の一定となるクランク角度であってもよい。
【００５７】
ところが、熱発生率重心位置を一定クランク角度θａに一致させた状態において、機関の負荷が全負荷（ＷＯＴ）に近づくにつれて燃料噴射量を増大して行くと、筒内圧力の最大値が機関１０の許容圧力を超えることが判明した。一方、熱発生率重心位置が一定クランク角度θａである場合に冷却損失と排気損失との和が最小となる（即ち、燃費が最も良好である）から、燃費の観点からは熱発生率重心位置を出来る限り一定クランク角度θａに一致させておくことが望ましい。
【００５８】
そこで、本制御装置は、先ず、熱発生率重心位置を一定クランク角度θａに一致させたまま筒内圧力の最大値が機関１０の許容圧力を超えないように、燃焼パラメータを調整する。例えば、本制御装置は、燃料噴射量を増大すると筒内圧力の最大値が許容圧力を超える場合、過給圧を低下させたり（ノズルベーンを開く）及び／又は燃料噴射圧を低下させたりすることにより燃焼を緩慢にして筒内圧力の最大値を許容圧力以下に保ち、且つ、それにより熱発生率重心位置が遅角側に移行する場合には主噴射時期（及び／又はパイロット噴射時期）を若干だけ進角側に移行させて熱発生率重心位置を一定クランク角度θａに維持する。
【００５９】
しかしながら、機関の負荷が更に増大した場合（燃料噴射量が更に増大した場合）、熱発生率重心位置を一定クランク角度θａに維持していると、もはや過給圧及び燃料噴射圧等を低下させたとしても、筒内圧力の最大値を許容圧力以下に維持できなくなる。そのため、本制御装置は、熱発生率重心位置を一定クランク角度θａよりも遅角側に移行させる。このときの負荷が第２閾値Pem2である。この結果、燃費は多少悪化するものの燃料噴射量を増大することができるので、機関１０の発生トルク（従って、出力）を増大することができる。
【００６０】
更に、負荷が第２閾値Pem2よりも大きい領域において増大するにつれ（燃料噴射量が増大するにつれ）、本制御装置は、熱発生率重心位置を「一定クランク角度θａよりも遅角側の範囲」において次第に遅角させる（より遅角側の値に設定する。）。これにより、筒内圧力の最大値を許容圧力以下に維持しながら、機関１０の発生するトルクを増大することができる。
【００６１】
なお、熱発生率重心位置が遅角側に移行するほど排気損失が増大するので、排気温度が上昇する。そして、機関１０が許容できる排気温度（許容排気温度）に到達した時点で、本制御装置は燃料噴射量の増大を停止する。
【００６２】
ところで、一般に、機関回転速度が高いほど燃料噴射圧は増大させられる。この一つの理由は、機関回転速度が高い場合には燃料噴射を行うことができる時間が短くなるからである。従って、筒内圧力の最大値を許容圧力以下に維持するように燃料噴射圧を減少するとしても、その減少の程度には限界がある（機関回転速度が高いほど減少できる燃料噴射圧は高くなる）。その一方、燃料噴射圧が高いほど筒内圧力の最大値は大きくなる。
【００６３】
従って、機関回転速度Ｎｅが高いほど燃料噴射圧が高くなるように燃料噴射圧が設定されている場合、図３の（Ｂ）に示したように、機関回転速度Ｎｅが高いほど上述した第２閾値Pem2は小さくなり、機関回転速度Ｎｅが低いほど第２閾値Pem2は大きくなる。本制御装置は、機関回転速度Ｎｅが高いほど燃料噴射圧が大きくなるように燃料加圧ポンプ３１を制御するから、熱発生率重心位置は、実際には図３の（Ｂ）に示したように制御される。つまり、目標重心位置は、機関の負荷が「第１閾値Pem1よりも大きい所定値（想定される機関回転速度Ｎｅの最大値に対応する第２閾値Pem2）」よりも大きい場合には、「機関の負荷（要求噴射量Ｑfin及びアクセルペダル開度Ａｃｃｐ等のようにアクセルペダル開度Ａｃｃｐに相関を有する値）」と「機関回転速度Ｎｅ」とに基づいて定められる位置となる。更に、目標重心位置は、機関の負荷が「想定される機関回転速度Ｎｅの最大値に対応する第２閾値Pem2」を超える領域において、アクセルペダル開度Ａｃｃｐに相関を有する値が大きいほど「より遅角側の値に設定され（クランク角度θａのまま一定である場合を含むので、単調増加すると言うこともできる。）、且つ、機関回転速度Ｎｅが大きいほど「より遅角側の値」に設定される。
【００６４】
換言すると、機関の負荷が第２閾値Pem2を超える領域においては、機関の負荷が任意の所定値であるとき（同一負荷であるとき）、機関回転速度Ｎｅが大きいほど目標重心位置はより遅角側の値となる。
【００６５】
なお、本発明装置は、機関の負荷が第１閾値Pem1以下であるときも、熱発生率重心位置が一定クランク角度θａに一致するように燃焼状態を制御する。但し、本発明装置は、機関の負荷が第１閾値Pem1以下であるとき、他の要求に基づいて、熱発生率重心位置を一定クランク角度θａ以外のクランク角度に一致させる場合もある。更に、前述したように、本発明装置は、機関の負荷が「第１閾値Ｐem1から第２閾値Pem2までの範囲」内にあるとき、熱発生率重心位置（即ち、目標重心位置）を「一定クランク角度θａから所定範囲内のクランク角度（例えば、図２の矢印Ａｒで示した範囲内のクランク角度（一定値）θａ’」に設定してもよい。
【００６６】
（実際の作動）
次に、ＥＣＵ７０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」と表記する。）が実行する燃焼状態を制御するための処理について図５及び図６を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、記号MapＸ（P1,P2…）は、引数（パラメータ）をP1,P2…として値Ｘを得るルックアップテーブル（又は関数）を表す。加えて、説明を簡単にするため、以下においてＣＰＵは、主噴射時期、過給圧及び燃料噴射圧を上述した燃焼パラメータとして採用し、且つ、パイロット噴射及びアフター噴射は行なわない。
【００６７】
＜フィードフォワード制御＞
ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図５にフローチャートにより示した「燃焼状態制御ルーチン」を実行するようになっている。従って、適当なタイミングになると、ＣＰＵは図５のステップ５００から処理を開始し、以下に述べるステップ５０５乃至ステップ５１５の処理を順に行い、ステップ５２０に進む。
【００６８】
ステップ５０５：ＣＰＵは、アクセルペダル開度Ａｃｃｐ及び機関回転速度Ｎｅを取得する。
ステップ５１０：ＣＰＵは、アクセルペダル開度Ａｃｃｐ及び機関回転速度Ｎｅに基づいて、要求噴射量（指令噴射量）Ｑfinを決定する（Ｑfin＝MapＱfin(Ａｃｃｐ，Ｎｅ）。要求噴射量Ｑfinは要求トルクと言うこともできる。
ステップ５１５：ＣＰＵは、図６に示したルーチンにより別途算出されている最大噴射量Ｑmaxを取得する。図６に示したルーチンについては後に詳述する。最大噴射量Ｑmaxは、「排ガスに含まれるスモーク等の有害物質が所定の閾値を超えない範囲において噴射可能な最大の噴射量」と「機関１０のトルクが機関１０が搭載された車両の駆動トルク伝達機構の許容限界トルクを超えないために噴射可能な最大の噴射量」とのうちの小さいほうの噴射量である。
【００６９】
次に、ＣＰＵはステップ５２０に進み、要求噴射量Ｑfinが最大噴射量Ｑmax以下であるか否かを判定する。要求噴射量Ｑfinが最大噴射量Ｑmax以下であれば、ＣＰＵはステップ５２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ５２５に進み、最終燃料噴射量Ｑactを要求噴射量Ｑfinと等しい値に設定する。一方、要求噴射量Ｑfinが最大噴射量Ｑmaxよりも大きければ、ＣＰＵはステップ５２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ５３０に進み、最終燃料噴射量Ｑactを最大噴射量Ｑmaxと等しい値に設定する。なお、エミッション及び／又は許容限界トルクの制約がない場合、ステップ５１５乃至ステップ５３０は省略されても良い。この場合、最終燃料噴射量Ｑactは常に要求噴射量Ｑfinと等しくなる。
【００７０】
ＣＰＵは、ステップ５２５又はステップ５３０の処理を行った後、以下に述べるステップ５３５乃至ステップ５４５の処理を順に行い、ステップ５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００７１】
ステップ５３５：ＣＰＵは、最終燃料噴射量Ｑact及び機関回転速度Ｎｅと、ルックアップテーブルMapＦｐ（Ｑact,Ｎｅ）と、に基づいて燃料噴射圧Ｆｐを決定する。このとき、燃料噴射圧Ｆｐは、ブロックＢ１に示したように、要求出力Ｐｒに実質的に比例した値に設定される。但し、前述したように、機関の負荷（この場合、要求噴射量Ｑfin）が所定値以上となって、筒内圧力の最大値が許容圧力を超えるような領域において、燃料噴射圧Ｆｐは最終燃料噴射量Ｑactが大きくなるほど小さくなる値に設定される。更に、機関の負荷が「機関回転速度Ｎｅが大きくなるほど小さくなる前述の第２閾値Pem2」を超える領域にある場合、燃料噴射圧Ｆｐは略一定値に維持される。ＣＰＵは、図示しない駆動ルーチンにより、実際の燃料噴射圧がこのステップ５３５にて決定された燃料噴射圧Ｆｐと等しくなるように、燃料加圧ポンプ３１等を制御する。
【００７２】
ステップ５４０：ＣＰＵは、最終燃料噴射量Ｑact及び機関回転速度Ｎｅと、ルックアップテーブルMapＴｐ（Ｑact,Ｎｅ）と、に基づいて過給圧Ｔｐを決定する。このとき、過給圧Ｔｐは、ブロックＢ２に示したように、要求出力Ｐｒに実質的に比例した値に設定される。但し、前述したように、機関の負荷（この場合、要求噴射量Ｑfin）が所定値以上となって、筒内圧力の最大値が許容圧力を超えるような領域において、過給圧Ｔｐは最終燃料噴射量Ｑactが大きくなるほど小さくなる値に設定される。更に、過給圧Ｔｐは、機関の負荷が前述した「機関回転速度Ｎｅが大きくなるほど小さくなる第２閾値Pem2」を超える領域にある場合、略一定値に維持される。ＣＰＵは、図示しない駆動ルーチンにより、実際の過給圧がこのステップ５４０にて決定された過給圧Ｔｐと等しくなるように、過給機４４を制御する。
【００７３】
ステップ５４５：ＣＰＵは、最終燃料噴射量Ｑact及び機関回転速度Ｎｅと、ルックアップテーブルMapＣＭinj（Ｑact, Ｎｅ）と、に基づいて、主噴射の燃料噴射時期ＣＭinjを決定する。このルックアップテーブルMapＣＭinj（Ｑact, Ｎｅ）は、熱発生率重心位置が図３の（Ｂ）に示した目標重心位置Ｇctgtに一致するように、予め実験により定められＲＯＭに記憶されている。その後、ＣＰＵはステップ５９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００７４】
なお、ＣＰＵは、任意の気筒のクランク角度がこのステップ５４５にて決定された燃料噴射時期ＣＭinjに一致するときその気筒の燃料噴射弁２３から燃料噴射量Ｑactの燃料を噴射させる。
【００７５】
以上の処理の結果、熱発生率重心位置は図３の（Ｂ）に示した目標重心位置Ｇｃtgtに略一致させられる。なお、主燃料の燃料噴射時期ＣＭｉｎｊは、機関１０の個体差及び経年変化等によって熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃtgtから大きく乖離することがないように、図７に示されたフィードバック制御によって調整される。
【００７６】
＜最大噴射量の決定＞
ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図６にフローチャートにより示した「最大噴射量Ｑmaxを決定するためのルーチン」を実行するようになっている。従って、適当なタイミングになると、ＣＰＵは図６のステップ６００から処理を開始し、以下に述べるステップ６１０乃至ステップ６４０の処理を順に行い、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００７７】
ステップ６１０：ＣＰＵは、エアフローメータ７１により計測された吸入空気量Ｇａと機関回転速度Ｎｅとに基づき、ＡＦＭ最大噴射量Ｑafmを算出する。エアフローメータ７１により計測された吸入空気量Ｇａと機関回転速度Ｎｅとに基づけば、一吸気行程において筒内に実際に吸入されている空気量（新気量）をＥＧＲガス量に関らず精度良く推定することができる。一方、スモークは、一吸気行程において筒内に実際に吸入されている空気量に対して燃料噴射量が過大になると許容値を超える。従って、ＣＰＵは、エアフローメータ７１により計測された吸入空気量Ｇａと機関回転速度Ｎｅとに基づき、スモークが許容限界を超えない燃料噴射量の最大値をＡＦＭ最大噴射量Ｑafmとして算出することができる。なお、吸入空気量Ｇａ及び機関回転速度Ｎｅと、ＡＦＭ最大噴射量Ｑafmと、の関係ｆ１（＝MapＱafm（Ｇａ，Ｎｅ））は予め実験により定められ、ＲＯＭに記憶されている。
【００７８】
ステップ６２０：ＣＰＵは、吸気管圧力センサ７３により検出された吸気管圧力（過給圧）Ｐｉｍと機関回転速度Ｎｅとに基づき、過給圧最大噴射量Ｑfulbcを算出する。吸気管圧力Ｐｉｍと機関回転速度Ｎｅとに基づけば、エアフローメータ７１の実測値Ｇａと機関回転速度Ｎｅとに基づく場合に比較して、一吸気行程において筒内に実際に吸入されている空気量をより迅速に推定することができる。従って、ＣＰＵは、吸気管圧力センサ７３により検出された吸気管圧力Ｐｉｍと機関回転速度Ｎｅとに基づき、スモークが許容限界を超えない燃料噴射量の最大値を過給圧最大噴射量Ｑfulbcとして算出することができる。なお、吸気管圧力Ｐｉｍ及び機関回転速度Ｎｅと、過給圧最大噴射量Ｑfulbcと、の関係ｆ２（＝MapＱfulbc（Ｇａ，Ｎｅ））は予め実験により定められ、ＲＯＭに記憶されている。特に、高負荷・高速回転速度領域においては、過給が実質的になされるとともにＥＧＲガスの還流が停止されるので、過給圧最大噴射量Ｑfulbcは精度の良い値となる。
【００７９】
ステップ６３０：ＣＰＵは、機関回転速度Ｎｅに基づきトルク制限最大噴射量Ｑfultqを算出する。機関１０が搭載された車両の駆動トルク伝達機構によっては、機関１０が所定の許容限界トルク以上のトルクを発生しないことが求められる場合がある。トルク制限最大噴射量Ｑfultqは、このようなトルク制限を行なうための最大燃料噴射量である。機関回転速度Ｎｅとトルク制限最大噴射量Ｑfultqとの関係ｆ３（＝MapＱfultq（Ｎｅ））は予め定められＲＯＭに記憶されている（図６のブロックＢ３内の実線を参照。）。
【００８０】
ステップ６４０：ＣＰＵは、ＡＦＭ最大噴射量Ｑafm、過給圧最大噴射量Ｑfulbc及びトルク制限最大噴射量Ｑfultqのうちの最小値を最大噴射量Ｑmaxとして採用する。
【００８１】
なお、ＣＰＵは、ＡＦＭ最大噴射量Ｑafm、過給圧最大噴射量Ｑfulbc及びトルク制限最大噴射量Ｑfultqの各値を決定する際、吸気温ＴＨＡによる補正を加えても良い。
【００８２】
＜フィードバック制御＞
ＣＰＵは、任意の気筒のクランク角度が７２０°経過する毎に図７にフローチャートにより示した「熱発生率重心位置のフィードバック制御ルーチン」をその任意の気筒に対して実行するようになっている。即ち、ＣＰＵは、図７にフローチャートにより示した「熱発生率重心位置のフィードバック制御ルーチン」を各気筒毎に実行する。
【００８３】
このルーチンにより、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが図３の（Ｂ）に示した目標重心位置Ｇｃtgtと等しくなるように、主噴射の噴射時期ＣＭinjがフィードバック制御により調整される。なお、クランク角度θは、着目している気筒の圧縮上死点後のクランク角度（ＡＴＤＣ  ｄｅｇ）によって表される。従って、圧縮上死点よりも進角側のクランク角度θは負の値となる。
【００８４】
具体的には、ある気筒のクランク角度がその気筒の吸気上死点に一致すると、ＣＰＵは図７のステップ７００から処理を開始してステップ７１０に進み、その気筒（着目気筒）の直近の１サイクルにおける筒内圧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、及び、特開２００７−２８５１９４号公報等を参照。）。なお、ＣＰＵは、単位クランク角度が経過する毎に各気筒の筒内圧Ｐｃを取得し、その筒内圧Ｐｃをその筒内圧Ｐｃが取得された気筒及びその気筒のクランク角度に対応付けてＲＡＭ内に記憶するようになっている。
【００８５】
次いで、ＣＰＵは熱発生率ｄＱ（θ）を下記の（４）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。実際には、熱発生率重心位置Ｇｃは、（４）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。（４）式において、ＣＡｓは燃焼が開始するクランク角度（燃焼開始クランク角度）であり、ＣＡｅは燃焼が終了するクランク角度（燃焼終了クランク角度）である。なお、（４）式のＣＡｓに代えて燃焼開始クランク角度よりも十分に早いクランク角度が（４）式による計算に採用され、且つ、ＣＡｅに代えて燃焼終了クランク角度よりも十分に遅いクランク角度が（４）式による計算に採用される。
【数４】
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【００８６】
次に、ＣＰＵはステップ７１５に進み、最終燃料噴射量Ｑact（機関の負荷に相当する値）及び機関回転速度Ｎｅと、図３の（Ｂ）に示したルックアップテーブルと同等のルックアップテーブルMapＧｃtgt（Ｑact, Ｎｅ）と、に基づいて目標重心位置Ｇｃtgtを決定する。なお、ＣＰＵは、アクセルペダル開度Ａｃｃｐと機関回転速度ＮｅとルックアップテーブルMapＧｃtgt（Ａｃｃｐ, Ｎｅ）とに基づいて目標重心位置Ｇｃtgtを決定してもよく、要求噴射量（指令噴射量）Ｑfinと機関回転速度ＮｅとルックアップテーブルMapＧｃtgt（Ｑfin, Ｎｅ）とに基づいて目標重心位置Ｇｃtgtを決定してもよい。即ち、ＣＰＵは、目標重心位置Ｇｃtgtを、「アクセルペダル開度に相関を有する値（機関の負荷）」と「機関回転速度Ｎｅ」とに基づいて決定する。
【００８７】
次に、ＣＰＵはステップ７２０に進み、熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃtgtに対して正の微小角度Δθｓ以上遅角側であるか否かを判定する。熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃtgtに対して正の微小角度Δθｓ以上遅角側である場合、ＣＰＵはそのステップ７２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２５に進み、ステップ７１０にて熱発生率重心位置Ｇｃを算出した気筒（着目気筒）の主噴射の噴射時期ＣＭinjを所定の微小角度ΔＣＡだけ進角する。これにより、着目気筒の熱発生率重心位置Ｇｃが僅かに進角側に移動するので、目標重心位置Ｇｃtgtに近づく。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。
【００８８】
これに対し、ＣＰＵがステップ７２０の処理を実行する時点において、熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃtgtに対して正の微小角度Δθｓ以上遅角側でない場合、ＣＰＵはそのステップ７２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７３０に進み、熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃtgtに対して正の微小角度Δθｓ以上進角側であるか否かを判定する。熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃtgtに対して正の微小角度Δθｓ以上進角側である場合、ＣＰＵはステップ７３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７３５に進み、ステップ７１０にて熱発生率重心位置Ｇｃを算出した気筒（着目気筒）の主噴射の噴射時期ＣＭinjを所定の微小角度ΔＣＡだけ遅角する。これにより、着目気筒の熱発生率重心位置Ｇｃが僅かに遅角側に移動するので、目標重心位置Ｇｃtgtに近づく。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。
【００８９】
更に、ＣＰＵがステップ７３０の処理を実行する時点において、熱発生率重心位置Ｇｃが目標重心位置Ｇｃtgtに対して正の微小角度Δθｓ以上進角側でなければ、熱発生率重心位置Ｇｃと目標重心位置Ｇｃtgtとの差の大きさは微小角度Δθｓ未満である。この場合、ＣＰＵはステップ７３０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。即ち、ステップ７１０にて熱発生率重心位置Ｇｃを算出した気筒の主噴射の噴射時期ＣＭinjは修正されない。
【００９０】
なお、ＣＰＵは、ステップ７００とステップ７１０との間に、「アクセルペダル開度Ａｃｃｐと機関回転速度Ｎｅとにより規定される現時点の運転状態が、所定時間前における運転状態と同一であるか否かを判定する」ステップを実行してもよい。そして、ＣＰＵは、現時点の運転状態が所定時間前における運転状態と同一であると判定される場合にステップ７１０以降に進み、現時点の運転状態が所定時間前における運転状態と同一でないと判定される場合にはステップ７９５に直接進んでもよい。
【００９１】
これによれば、運転状態が変化していない場合にのみ熱発生率重心位置Ｇｃのフィードバック制御を行い、運転状態が変化した場合には一度フィードフォワード制御にて燃焼パラメータを設定し直した後にフィードバック制御を行うことができる。
【００９２】
以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置は、少なくとも機関１０の負荷が第１閾値Pem1から第２閾値Pem2までの範囲（特定負荷範囲）内にある場合には熱発生率重心位置Ｇｃが機関の負荷（及び／又は機関回転速度Ｎｅ）に依らず一定クランク角度（θａ又はθａ’）に等しくなり、且つ、機関の負荷が第２閾値Pem2よりも大きい範囲にある場合には機関の負荷が大きくなるほど熱発生率重心位置Ｇｃが一定クランク角度（θａ又はθａ’）よりも遅角側の範囲において「より遅角側の値」へと変化するように、混合気の燃焼状態を変化させる（図３の（Ａ）又は（Ｂ）を参照。）。
【００９３】
更に、前記一定クランク角度θａは、前記機関の冷却損失と前記機関の排気損失との和が最小となるクランク角度に対応している（図２を参照。）。加えて、第２閾値Pem2は、機関回転速度Ｎｅが大きいほど小さくなる（図３の（Ｂ）を参照。）。更に、熱発生率重心位置Ｇｃは、アクセルペダル開度に相関を有する値（機関の負荷及び／又は燃料噴射量）と機関回転速度とに応じて定まるクランク角度である（図３の（Ｂ）及び図７のステップ７１５を参照。）。
【００９４】
従って、本制御装置は、熱発生率重心位置を適切なクランク角度（一定クランク角度θａ又はクランク角度θａにできるだけ近いクランク角度θａ’）に制御しながら、高負荷運転状態において筒内圧力の最大値が許容圧力を超えないようにすることができる。この結果、機関の燃費を改善するとともに、高負荷時において機関が発生するトルクが要求トルクよりも低下することを回避することができる。換言すると、本制御装置は、機関が発生し得る最大トルクを低下させないようにすることができる。
【００９５】
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態は、燃焼パラメータとして以下に述べる値の一つ以上を採用することもできる。
【００９６】
（１）主噴射（メイン噴射）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）主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）主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噴射量
（８）過給機４４による過給圧
（９）インタークーラー４５の冷却効率（冷却能力）
（１０）吸入空気に対するＥＧＲガスの比率であるＥＧＲ率（又は、ＥＧＲガスの量）
（１１）ＥＧＲクーラー６３の冷却効率（冷却能力）
（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）
【００９７】
なお、熱発生率重心位置Ｇｃを進角させる場合には、制御装置は以下の動作を行えばよい。
（１ａ）制御装置は、主噴射の時期を進角側に移動させる。
（２ａ）制御装置は、燃料噴射圧を増加させる。
（３ａ）制御装置は、パイロット噴射の燃料噴射量を増加させる。
（４ａ）制御装置は、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角度」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）制御装置は、パイロット噴射の熱発生率重心角度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）制御装置は、パイロット噴射の熱発生率重心角度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）制御装置は、アフター噴射の噴射量を減少する、若しくは、アフター噴射を行わない。
（８ａ）制御装置は、過給圧を増加させる。
（９ａ）制御装置は、インタークーラー４５のバイパスバルブ開度を増大するか、或いは、冷却水量を減少させることにより、インタークーラー４５の冷却効率を低下させる。
（１０ａ）制御装置は、ＥＧＲ制御弁６２の開度を減少させる（ＥＧＲガス通路の通路断面積を減少させる）ことにより、ＥＧＲ率を低下させる（ＥＧＲ量を減少させる。）。
（１１ａ）制御装置は、ＥＧＲクーラー６３のバイパスバルブ開度を増大するか、或いは、冷却水量を減少させることにより、ＥＧＲクーラー６３の冷却効率を低下させる。
（１２ａ）制御装置は、スワール流の強度を増大させる。
【００９８】
熱発生率重心位置Ｇｃを遅角させる場合には、制御装置は以下の動作を行えばよい。
（１ｂ）制御装置は、主噴射の時期を遅角側に移動させる。
（２ｂ）制御装置は、燃料噴射圧を減少させる。
（３ｂ）制御装置は、パイロット噴射の燃料噴射量を減少させる。
（４ｂ）制御装置は、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角度」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）制御装置は、パイロット噴射の熱発生率重心角度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）制御装置は、パイロット噴射の熱発生率重心角度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）制御装置は、アフター噴射の噴射量を増大する。
（８ｂ）制御装置は、過給圧を減少させる。
（９ｂ）制御装置は、インタークーラー４５のバイパスバルブ開度を減少するか、或いは、冷却水量を増大させることにより、インタークーラー４５の冷却効率を上昇させる。
（１０ｂ）制御装置は、ＥＧＲ制御弁６２の開度を増大させる（ＥＧＲガス通路の通路断面積を増大させる）ことにより、ＥＧＲ率を上昇させる（ＥＧＲ量を増大させる。）。
（１１ｂ）制御装置は、ＥＧＲクーラー６３のバイパスバルブ開度を減少するか、或いは、冷却水量を増大させることにより、ＥＧＲクーラーの冷却効率を上昇させる。
（１２ｂ）制御装置は、スワール流の強度を低下させる。
【００９９】
更に、ＣＰＵは、例えば、最終燃料噴射量Ｑact（実質的には、要求噴射量Ｑfin）と機関回転速度Ｎｅと、冷却水温ＴＨＷと、各ルックアップテーブルと、に基づいて、
・主噴射の燃料噴射量ＱＭinj（＝MapＱＭinj（Ｑact, Ｎｅ，ＴＨＷ））、
・主噴射の燃料噴射時期ＣＭinj（＝MapＣＭinj（Ｑact, Ｎｅ，ＴＨＷ））、
・パイロット噴射の燃料噴射量ＱＰinj（＝MapＱＰinj（Ｑact, Ｎｅ，ＴＨＷ））、及び、
・パイロット噴射の燃料噴射時期ＣＰinj（＝MapＣＰinj（Ｑact, Ｎｅ，ＴＨＷ））を決定してもよい。
この場合においても、各ルックアップテーブルは、それらのルックアップテーブルにより定まる燃焼パラメータにより燃焼を行なわせたとき、熱発生率重心位置が図３の（Ａ）又は（Ｂ）に示した目標重心位置に一致するように予め実験等により定められている。なお、冷却水温ＴＨＷが所定水温閾値以上である場合等において、パイロット噴射の燃料噴射量ＱＰinjは「０」に設定されることもある。
【０１００】
更に、ＣＰＵは、熱発生率重心位置Ｇｃが図３の（Ａ）に示したように、機関の負荷のみに依存して変化するように、燃焼状態を制御してもよい。加えて、上記実施形態において、機関１０の負荷が第１閾値Ｐem1から第２閾値Ｐem2までの範囲内にある場合における制御目標としての熱発生率重心位置（即ち、上記一定クランク角度θａ）はＡＴＤＣ７°であったが、この値は機関毎に異なる。更に、上記実施形態において、この一定クランク角度θａは総ての気筒に対して共通であったが、機関の形式によっては気筒間で相違する値であってもよい。
【図１】
2014196035.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年4月27日(2016.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒に供給される燃料の燃焼状態を制御することにより、クランク角度を一つの軸に設定し且つ熱発生率を同一つの軸に直交する他の軸に設定したグラフに対して同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熱発生率重心位置を制御する制御装置であって、
少なくとも前記機関の負荷が第１閾値から同第１閾値よりも大きい第２閾値までの範囲内にある場合には前記熱発生率重心位置が前記負荷に依らず一定クランク角度に等しくなり、且つ、前記機関の負荷が前記第２閾値よりも大きい範囲にある場合には前記負荷が大きくなるほど前記熱発生率重心位置が前記一定クランク角度よりも遅角側の範囲においてより遅角側のクランク角度へと変化するように、前記燃焼状態を制御する複数の燃焼パラメータの組み合わせを設定する制御装置であり、
前記複数の燃焼パラメータは、
前記内燃機関に対する燃料の主噴射の時期、
前記内燃機関の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、
前記主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、
前記パイロット噴射の回数、
前記パイロット噴射の時期、
前記主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、
前記内燃機関に備えられる過給機による過給圧、
前記内燃機関に備えられるインタークーラーの冷却効率、
前記内燃機関の吸入空気に対するＥＧＲガスの比率であるＥＧＲ率、及び、
前記内燃機関に備えられるＥＧＲクーラーの冷却効率、
のうちの二以上のパラメータを含む制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記第２閾値は、機関回転速度が高いほど小さくなる制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の制御装置において、
前記機関の負荷が前記第２閾値よりも大きい範囲の所定負荷である場合、機関回転速度が高いほど前記熱発生率重心位置がより遅角側のクランク角度となるように前記燃焼パラメータを設定する制御装置。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の制御装置において、
前記第２閾値は、前記機関の負荷の増大に応じて燃料噴射量を増大した場合に前記熱発生率重心位置を前記一定クランク角度よりも遅角側のクランク角度へと変化させなければ前記気筒内の圧力の最大値が前記機関の許容圧力よりも大きくなる運転状態に対応した前記負荷の値である制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の制御装置において、
前記一定クランク角度は、前記機関の冷却損失と前記機関の排気損失との和が最小となるクランク角度、又は、同クランク角度から所定範囲内のクランク角度である制御装置。
【国際調査報告】
2014196035.tif 000018
2014196035.tif 000019