(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも燃料噴射時期を含む複数のパラメータを引数とする着火時期予測モデルを使用して内燃機関の着火時期を予測着火時期として予測する着火時期予測手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて前記着火時期の目標値である目標着火時期を決定する目標着火時期決定手段と、
前記着火時期予測モデルの引数値として使用される前記燃料噴射時期である噴射時期引数値を複数回設定する噴射時期引数値設定手段と、
前記複数の噴射時期引数値のそれぞれについて、前記噴射時期引数値と同噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期との関係をそれぞれ求め、前記求められた複数の関係から前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する近似関係を求め、前記燃料噴射時期を、前記近似関係に基づいて得られる前記目標着火時期に対応する燃料噴射時期に決定する燃料噴射時期決定手段と、
を備えた内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
前記燃料噴射時期決定手段は、
前記噴射時期引数値設定手段により最初に設定された前記噴射時期引数値である第１噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第１予測着火時期と、前記目標着火時期との差に応じて、前記燃料噴射時期を決定するために前記噴射時期引数値と前記予測着火時期との関係を求める回数を変更するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
前記噴射時期引数値設定手段は、
前記第１予測着火時期と前記目標着火時期との差が第１所定値より小さい場合、２番目の前記噴射時期引数値である第２噴射時期引数値を前記第１噴射時期引数値と異なる値に設定し、
前記燃料噴射時期決定手段は、
前記第２噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第２予測着火時期を取得するとともに、
前記第１噴射時期引数値と前記第１予測着火時期との関係と、前記第２噴射時期引数値と前記第２予測着火時期との関係との２つの関係から前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する１次の近似関係を求め、
前記燃料噴射時期を、前記１次の近似関係に基づいて得られる前記目標着火時期に対応する燃料噴射時期に決定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
前記噴射時期引数値設定手段は、
前記第２予測着火時期が、前記第１予測着火時期に対して、前記目標着火時期に対する前記第１予測着火時期の偏移方向と反対方向に偏移した値になるように、前記第２噴射時期引数値を設定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
前記噴射時期引数値設定手段は、
前記第２噴射時期引数値を、前記第１噴射時期引数値に前記目標着火時期と前記第１予測着火時期との差を加えた値に設定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
前記噴射時期引数値設定手段は、
前記第１予測着火時期と前記目標着火時期との差が前記第１所定値以上の場合、２番目の前記噴射時期引数値である第２噴射時期引数値と、３番目の前記噴射時期引数値である第３噴射時期引数値とを、前記第１、第２、及び第３噴射時期引数値が全て異なる値となるように設定し、
前記燃料噴射時期決定手段は、
前記第２噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第２予測着火時期と、前記第３噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第３予測着火時期とを取得するとともに、
前記第１噴射時期引数値と前記第１予測着火時期との関係と、前記第２噴射時期引数値と前記第２予測着火時期との関係と、前記第３噴射時期引数値と前記第３予測着火時期との関係との３つの関係から前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する２次の近似関係を求め、
前記燃料噴射時期を、前記２次の近似関係に基づいて得られる前記目標着火時期に対応する燃料噴射時期に決定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
前記噴射時期引数値設定手段は、
前記第２予測着火時期が、前記第１予測着火時期に対して、前記目標着火時期に対する前記第１予測着火時期の偏移方向と反対方向に偏移した値になるように、前記第２噴射時期引数値を設定するとともに、
前記第３予測着火時期が、前記第２予測着火時期に対して、前記目標着火時期に対する前記第２予測着火時期の偏移方向と反対方向に偏移した値になるように、前記第３噴射時期引数値を設定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項８】
請求項７に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
前記噴射時期引数値設定手段は、
前記第２噴射時期引数値を、前記第１噴射時期引数値に前記目標着火時期と前記第１予測着火時期との差を加えた値に設定するとともに、
前記第３噴射時期引数値を、前記第２噴射時期引数値に前記目標着火時期と前記第２予測着火時期との差を加えた値に設定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項９】
請求項２乃至請求項８の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置であって、前記内燃機関のピストンの頂面にキャビティが設けられていて、
前記内燃機関の燃焼室内に噴射された燃料により形成される混合気の先頭部が前記ピストンのキャビティに入る場合と同キャビティに入らない場合との境界に対応する前記燃料噴射時期である傾向変化噴射時期を取得する傾向変化噴射時期取得手段を更に備え、
前記噴射時期引数値設定手段は、
前記第１噴射時期引数値を前記傾向変化噴射時期に設定するとともに、
前記第２噴射時期引数値、又は前記第３噴射時期引数値を設定する場合、前記第２噴射時期引数値、又は前記第３噴射時期引数値を、前記傾向変化噴射時期に対して、前記目標着火時期に対応する前記燃料噴射時期を含む側に設定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項１０】
請求項２乃至請求項９の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
前記噴射時期引数値設定手段は、
前記第１噴射時期引数値を、燃料の噴射開始から着火までの期間である着火遅れが最も短くなる前記燃料噴射時期に設定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
前記噴射時期引数値設定手段は、
前記目標着火時期よりも遅い前記着火時期に対応する前記噴射時期引数値である第１噴射時期引数値と、前記目標着火時期よりも早い前記着火時期に対応する前記噴射時期引数値である第２噴射時期引数値と、前記第１噴射時期引数値と前記第２噴射時期引数値との間の前記噴射時期引数値である第３噴射時期引数値とを設定し、
前記燃料噴射時期決定手段は、
前記第１噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第１予測着火時期と、前記第２噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第２予測着火時期と、前記第３噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第３予測着火時期とを取得するとともに、
前記第１噴射時期引数値と前記第１予測着火時期との関係と、前記第２噴射時期引数値と前記第２予測着火時期との関係と、前記第３噴射時期引数値と前記第３予測着火時期との関係との３つの関係から前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する２次の近似関係を求め、
前記燃料噴射時期を、前記２次の近似関係に基づいて得られる前記目標着火時期に対応する燃料噴射時期に決定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
前記噴射時期引数値設定手段は、
燃料の噴射開始から、同燃料により形成される混合気の燃料濃度が着火可能範囲の上限値に達するまでの期間である上限到達期間を取得する上限到達期間取得手段を備え、
前記第１噴射時期引数値を、前記目標着火時期から前記上限到達期間だけ早い時期以降に設定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
前記噴射時期引数値設定手段は、
前記第１噴射時期引数値を、前記目標着火時期以降に設定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項１４】
請求項１１に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
前記噴射時期引数値設定手段は、
燃料の噴射開始から、同燃料により形成される混合気の燃料濃度が着火可能範囲の下限値に達するまでの期間である下限到達期間を取得する下限到達期間取得手段を備え、
前記第２噴射時期引数値を、前記目標着火時期から前記下限到達期間だけ早い時期以前に設定するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【請求項１５】
請求項１乃至請求項１４の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射時期決定装置において、
前記燃料噴射時期決定手段は、
前記内燃機関が定常運転状態にある場合、今回の燃料噴射時期を決定するための計算を中止するとともに、今回の燃料噴射時期として、前回の燃料噴射時期を使用するように構成された内燃機関の燃料噴射時期決定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合気の着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を決定する内燃機関の燃料噴射時期決定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル機関等、圧縮による自己着火により混合気が着火する（燃焼を開始する）内燃機関においては、機関の運転状態に応じて目標着火時期を決定し、実際の着火時期が目標着火時期に一致する（近づく）ように着火時期を適切に制御する必要がある。このためには、着火時期を正確に予測する必要がある。着火時期を予測する手法としては種々のものが知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００２−２２１０７１号公報
【０００３】
ところで、本発明者は、流体力学等に基づく式等を利用して着火時期を予測するモデル（着火時期予測モデル）を使用して着火時期を精度良く予測する試みを行っている（例えば、特願２００４−３２９４８号、特願２００４−３２９５０号等を参照）。この着火時期予測モデルは、少なくとも燃料噴射時期を含む複数のパラメータ（エンジン回転速度等）を引数とするものである。
【０００４】
従って、着火時期予測モデルを利用して予測される着火時期（以下、「予測着火時期」と称呼する。）を目標着火時期に一致させるための燃料噴射時期を決定するためには、理論的には、着火時期予測モデルの逆モデルを解く必要がある。着火時期予測モデルの逆モデルとは、目標着火時期と、燃料噴射時期以外の残りのパラメータを引数とする、予測着火時期を目標着火時期に一致させるための燃料噴射時期を求めるモデルである。
【０００５】
しかしながら、この着火時期予測モデルの逆モデルを解いて燃料噴射時期を求めることは実際には非常に困難である。従って、着火時期予測モデルの逆モデルを用いることなく、予測着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を簡易、且つ精度良く決定することが望まれていたところである。
【発明の開示】
【０００６】
本発明の目的は、燃料噴射時期を含む複数のパラメータを引数とする着火時期を予測する着火時期予測モデルを備えるとともに、着火時期予測モデルの逆モデルを用いることなく予測着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を決定できる内燃機関の燃料噴射時期決定装置を提供することにある。
【０００７】
本発明に係る燃料噴射時期決定装置は、少なくとも燃料噴射時期を含む複数のパラメータを引数とする着火時期予測モデルを使用して内燃機関の着火時期を予測着火時期として予測する着火時期予測手段と、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記着火時期の目標値である目標着火時期を決定する目標着火時期決定手段とを備える。
【０００８】
本発明に係る燃料噴射時期決定装置の特徴は、前記着火時期予測モデルの引数値として使用される前記燃料噴射時期である噴射時期引数値を少なくとも１回設定する噴射時期引数値設定手段と、前記噴射時期引数値と同噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期との関係の少なくとも１つと、前記目標着火時期とに基づいて、前記予測着火時期を前記目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を決定する燃料噴射時期決定手段とを備える。なお、本明細書では、「燃料噴射時期」、及び「着火時期」はそれぞれ、「燃料噴射開始時期」、及び「着火開始時期」を意味するものとする。
【０００９】
これによれば、着火時期予測モデルを用いて、噴射時期引数値と噴射時期引数値に対応する予測着火時期との関係が２つ以上求められる場合、これらの関係を利用して、現時点での内燃機関の運転状態における燃料噴射時期と着火時期との関係を近似する近似関係を求めることができる。具体的には、例えば、燃料噴射時期をＸ軸（横軸）に、着火時期をＹ軸（縦軸）にとった場合、Ｘ−Ｙ座標上に噴射時期引数値と予測着火時期との２つ以上の関係にそれぞれ対応する２つ以上の点を利用して数学的手法により燃料噴射時期と着火時期との関係を近似する近似線を求めることができる。従って、この近似関係（近似線）と、目標着火時期とから、近似関係に基づいて得られる目標着火時期に対応する燃料噴射時期を求めることができる。
【００１０】
また、着火時期予測モデルを用いて、噴射時期引数値と噴射時期引数値に対応する予測着火時期との関係が１つだけ求められる場合であっても、例えば、予測着火時期が目標着火時期に非常に近いときには、燃料噴射時期を噴射時期引数値そのものに設定することで、予測着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を得ることができる。
【００１１】
即ち、上記構成のように、噴射時期引数値と噴射時期引数値に対応する予測着火時期との関係の少なくとも１つと、目標着火時期とに基づいて、着火時期予測モデルの逆モデルを用いることなく、予測着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を簡易、且つ精度良く決定することができる。
【００１２】
上記本発明に係る燃料噴射時期決定装置においては、前記燃料噴射時期決定手段は、前記噴射時期引数値設定手段により最初に設定された前記噴射時期引数値である第１噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第１予測着火時期と、前記目標着火時期との差に応じて、前記燃料噴射時期を決定するために前記噴射時期引数値と前記予測着火時期との関係を求める回数を変更するように構成することが好適である。
【００１３】
これによれば、第１予測着火時期と目標着火時期との差が小さいほど、噴射時期引数値と予測着火時期との関係を求める回数を少なくすることができる。これにより、後述するように、第１予測着火時期と目標着火時期との差が小さい場合、予測着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を求める際の計算精度を下げることなく、その計算負荷（具体的には、上記近似関係（近似線）を求める際の計算負荷）を減らすことができる。
【００１４】
具体的には、前記第１予測着火時期と前記目標着火時期との差が第１所定値より小さい場合、前記燃料噴射時期決定手段は、前記燃料噴射時期を前記第１噴射時期引数値に決定するように構成されることが好適である。
【００１５】
この場合、第１所定値は、例えば、燃料噴射時期を求める際に要求される計算精度に相当する誤差（許容誤差）に対応する値（例えば、許容誤差が±０．５ＣＡである場合、第１所定値は１ＣＡ。ＣＡはクランク角度）に設定される。これにより、第１予測着火時期と目標着火時期との差が第１所定値より小さい場合、噴射時期引数値と予測着火時期との１つの関係を利用するだけで（即ち、上記関係を１回求めるだけで）、計算精度を下げることなく燃料噴射時期を決定することができる。
【００１６】
加えて、前記第１予測着火時期と前記目標着火時期との差が前記第１所定値以上であって、且つ同第１所定値より大きい第２所定値より小さい場合、前記噴射時期引数値設定手段は、２番目の前記噴射時期引数値である第２噴射時期引数値を前記第１噴射時期引数値と異なる値に設定し、前記燃料噴射時期決定手段は、前記第２噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第２予測着火時期を取得するとともに、前記第１噴射時期引数値と前記第１予測着火時期との関係と、前記第２噴射時期引数値と前記第２予測着火時期との関係との２つの関係から前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する１次の近似関係を求め、前記燃料噴射時期を、前記１次の近似関係に基づいて得られる前記目標着火時期に対応する燃料噴射時期に決定するように構成されることが好適である。
【００１７】
一般に、燃料噴射時期をＸ軸（横軸）に、着火時期をＹ軸（縦軸）にとった場合、燃料噴射時期と着火時期との関係は、Ｘ−Ｙ座標上において２次曲線で近似できることが判っている。即ち、着火時期予測モデルにより得られる噴射時期引数値と予測着火時期との関係も２次曲線で近似できる。
【００１８】
ここで、第１予測着火時期と目標着火時期との差が前記第１所定値以上である場合、燃料噴射時期を上述したように第１噴射時期引数値に設定することは、燃料噴射時期の誤差が上記許容誤差を超えることになるから好ましくない。他方、第１予測着火時期と目標着火時期との差が、前記第１所定値以上であっても、上記２次曲線における第１予測着火時期に対応する点と目標着火時期に対応する点との間に対応する部分がこれらの２点を通る直線で近似できる程度に十分に小さい場合、近似直線（第１予測着火時期に対応する点と目標着火時期近傍の或る時期（即ち、上記第２予測着火時期）に対応する点とを通る近似直線）と、目標着火時期とから、近似直線に基づいて得られる目標着火時期に対応する燃料噴射時期を求めることができる。
【００１９】
上記構成は係る知見に基づくものである。即ち、第２所定値を、上記２次曲線における第１予測着火時期に対応する点と目標着火時期に対応する点との間に対応する部分が２点を通る直線で近似できる程度に十分に小さい値（であって、第１所定値よりも大きい値）に設定することで、第１予測着火時期と目標着火時期との差が第１所定値以上であって、且つ第２所定値より小さい場合、噴射時期引数値と予測着火時期との２つの関係を利用するだけで（即ち、上記関係を２回求めるだけで）、計算精度を下げることなく燃料噴射時期を決定することができる。
【００２０】
この場合、前記噴射時期引数値設定手段は、前記第２予測着火時期が、前記第１予測着火時期に対して、前記目標着火時期に対する前記第１予測着火時期の偏移方向と反対方向に偏移した値になるように、前記第２噴射時期引数値を設定するように構成されることが好適である。
【００２１】
具体的には、例えば、前記噴射時期引数値設定手段は、前記第２噴射時期引数値を、前記第１噴射時期引数値に前記目標着火時期と前記第１予測着火時期との差を加えた値に設定するように構成され得る。
【００２２】
これによれば、第２予測着火時期を目標着火時期に近づけることができ、この結果、近似直線を得るための２点のうち第２予測着火時期に対応する点を目標着火時期に対応する点に近づけることができる。ここで、近似直線が通る２点が目標着火時期に対応する点に近いほど近似直線に基づいて得られる目標着火時期に対応する燃料噴射時期の計算精度が高くなる。以上のことから、上記構成によれば、燃料噴射時期の計算精度を高くすることができる。
【００２３】
更には、前記第１予測着火時期と前記目標着火時期との差が前記第２所定値以上の場合、前記噴射時期引数値設定手段は、２番目の前記噴射時期引数値である第２噴射時期引数値と、３番目の前記噴射時期引数値である第３噴射時期引数値とを、前記第１、第２、及び第３噴射時期引数値が全て異なる値となるように設定し、前記燃料噴射時期決定手段は、前記第２噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第２予測着火時期と、前記第３噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第３予測着火時期とを取得するとともに、前記第１噴射時期引数値と前記第１予測着火時期との関係と、前記第２噴射時期引数値と前記第２予測着火時期との関係と、前記第３噴射時期引数値と前記第３予測着火時期との関係との３つの関係から前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する２次の近似関係を求め、前記燃料噴射時期を、前記２次の近似関係に基づいて得られる前記目標着火時期に対応する燃料噴射時期に決定するように構成されることが好適である。
【００２４】
第１予測着火時期と目標着火時期との差が前記第２所定値以上である場合、燃料噴射時期を上述したように２点を通る近似直線に基づいて決定すると、近似直線が通る２点が目標着火時期に対応する点から遠くなるから燃料噴射時期の計算精度が低下する。他方、上述したように、着火時期予測モデルにより得られる噴射時期引数値と予測着火時期との関係は２次曲線で近似できる。また、３点を通る２次曲線は一意的に決定される。
【００２５】
以上のことから、第１予測着火時期と目標着火時期との差が前記第２所定値以上である場合、上記構成のように、２次の近似関係（第１、第２、第３予測着火時期に対応する３点を通る近似２次曲線）と、目標着火時期とから、近似２次曲線に基づいて得られる目標着火時期に対応する燃料噴射時期を求めることができる。換言すれば、噴射時期引数値と予測着火時期との３つの関係を利用することで（即ち、上記関係を３回求めることで）、計算精度を下げることなく燃料噴射時期を決定することができる。
【００２６】
この場合、前記噴射時期引数値設定手段は、前記第２予測着火時期が、前記第１予測着火時期に対して、前記目標着火時期に対する前記第１予測着火時期の偏移方向と反対方向に偏移した値になるように、前記第２噴射時期引数値を設定するとともに、前記第３予測着火時期が、前記第２予測着火時期に対して、前記目標着火時期に対する前記第２予測着火時期の偏移方向と反対方向に偏移した値になるように、前記第３噴射時期引数値を設定するように構成されることが好適である。
【００２７】
具体的には、例えば、前記噴射時期引数値設定手段は、前記第２噴射時期引数値を、前記第１噴射時期引数値に前記目標着火時期と前記第１予測着火時期との差を加えた値に設定するとともに、前記第３噴射時期引数値を、前記第２噴射時期引数値に前記目標着火時期と前記第２予測着火時期との差を加えた値に設定するように構成され得る。
【００２８】
これによれば、第２、第３予測着火時期を目標着火時期に近づけることができ、この結果、近似２次曲線を得るための３点のうち第２、第３予測着火時期に対応する点を目標着火時期に対応する点に近づけることができる。ここで、近似２次曲線が通る３点が目標着火時期に対応する点に近いほど近似２次曲線に基づいて得られる目標着火時期に対応する燃料噴射時期の計算精度が高くなる。以上のことから、上記構成によれば、燃料噴射時期の計算精度を高くすることができる。
【００２９】
ところで、燃焼効率の向上等の観点から、内燃機関のピストンの頂面にはキャビティが設けられている場合が多い。この場合、燃料噴射時期が早めだと混合気の先頭部がキャビティに入らない一方で燃料噴射時期が遅めだと混合気の先頭部がキャビティに入る。即ち、混合気の先頭部がキャビティに入る場合とキャビティに入らない場合との境界に対応する燃料噴射時期（即ち、上記傾向変化噴射時期）が存在する。
【００３０】
他方、混合気の先頭部がキャビティに入る場合とキャビティに入らない場合とでは燃料噴射時期に対する着火時期の傾向が異なる。換言すれば、噴射時期引数値と予測着火時期との関係を近似する２次曲線が、噴射時期引数値が傾向変化噴射時期以前の場合と、噴射時期引数値が傾向変化噴射時期以後の場合とで異なる。
【００３１】
従って、傾向変化噴射時期を内挿する３点を通る近似２次曲線で噴射時期引数値と予測着火時期との関係を近似すると、近似２次曲線に基づいて得られる目標着火時期に対応する燃料噴射時期の計算精度が低下する。
【００３２】
以上のことから、内燃機関のピストンの頂面にキャビティが設けられている場合、上記本発明に係る燃料噴射時期決定装置は、前記内燃機関の燃焼室内に噴射された燃料により形成される混合気の先頭部が前記ピストンのキャビティに入る場合と同キャビティに入らない場合との境界に対応する前記燃料噴射時期である傾向変化噴射時期を取得する傾向変化噴射時期取得手段を更に備え、前記噴射時期引数値設定手段は、前記第１噴射時期引数値を前記傾向変化噴射時期に設定するとともに、前記第２噴射時期引数値、又は前記第３噴射時期引数値を設定する場合、前記第２噴射時期引数値、又は前記第３噴射時期引数値を、前記傾向変化噴射時期に対して、前記目標着火時期に対応する前記燃料噴射時期を含む側に設定するように構成されることが好ましい。
【００３３】
これによれば、目標着火時期に対応する燃料噴射時期を求めるために使用される近似２次曲線が傾向変化噴射時期を内挿する３点を通る２次曲線となることが防止されるから、燃料噴射時期の計算精度の低下を防止できる。
【００３４】
或いは、上記本発明に係る燃料噴射時期決定装置においては、前記噴射時期引数値設定手段は、前記第１噴射時期引数値を、燃料の噴射開始から着火までの期間である着火遅れが最も短くなる前記燃料噴射時期（以下、「最短着火遅れに対応する噴射時期」と称呼する。）に設定するように構成されることも好適である。
【００３５】
これによれば、第１噴射時期引数値と、第１噴射時期引数値と着火時期予測モデルとから得られる第１予測着火時期と、から現時点での運転状態における最短着火遅れを直ちに求めることができる。従って、この最短着火遅れが、失火が発生する範囲に対応する大きい値になっているか否かを判定することで、失火が発生するか否かを直ちに判定（失火判定）することができる。即ち、噴射時期引数値と予測着火時期との１つの関係を利用するだけで（即ち、上記関係を１回求めるだけで）、失火判定を直ちに行うことができる。
【００３６】
また、上記本発明に係る噴射時期決定装置においては、前記噴射時期引数値設定手段は、前記目標着火時期よりも遅い前記着火時期に対応する前記噴射時期引数値である第１噴射時期引数値と、前記目標着火時期よりも早い前記着火時期に対応する前記噴射時期引数値である第２噴射時期引数値と、前記第１噴射時期引数値と前記第２噴射時期引数値との間の前記噴射時期引数値である第３噴射時期引数値とを設定し、前記燃料噴射時期決定手段は、前記第１、第２、第３噴射時期引数値を前記着火時期予測モデルの引数値とした場合に予測される前記予測着火時期である第１、第２、第３予測着火時期をそれぞれ取得するとともに、前記第１噴射時期引数値と前記第１予測着火時期との関係と、前記第２噴射時期引数値と前記第２予測着火時期との関係と、前記第３噴射時期引数値と前記第３予測着火時期との関係との３つの関係から前記燃料噴射時期と前記着火時期との関係を近似する２次の近似関係を求め、前記燃料噴射時期を、前記２次の近似関係に基づいて得られる前記目標着火時期に対応する燃料噴射時期に決定するように構成されてもよい。
【００３７】
これによれば、目標着火時期に対応する燃料噴射時期を求めるために使用される近似２次曲線が目標着火時期を必ず内挿する３点を通る２次曲線となるから、燃料噴射時期の計算精度を高くすることができる。
【００３８】
この場合、前記噴射時期引数値設定手段は、燃料の噴射開始から、同燃料により形成される混合気の燃料濃度が着火可能範囲の上限値に達するまでの期間である上限到達期間を取得する上限到達期間取得手段を備え、前記第１噴射時期引数値を、前記目標着火時期から前記上限到達期間だけ早い時期以降に設定するように構成されることが好適である。同様に、前記噴射時期引数値設定手段は、燃料の噴射開始から、同燃料により形成される混合気の燃料濃度が着火可能範囲の下限値に達するまでの期間である下限到達期間を取得する下限到達期間取得手段を備え、前記第２噴射時期引数値を、前記目標着火時期から前記下限到達期間だけ早い時期以前に設定するように構成されることが好適である。
【００３９】
噴射された燃料に基づく混合気の燃料濃度は、噴射後の時間経過に従って次第に小さくなっていく。混合気は、燃料濃度が或る着火可能範囲内にある場合にのみ着火し得る。即ち、噴射後経過時間が上記上限到達期間から上記下限到達期間の間にある場合にのみ混合気は着火し得る。
【００４０】
係る観点に基づき、上記構成のように、第１噴射時期引数値を、目標着火時期から前記上限到達期間だけ早い時期以降に設定すれば、第１予測着火時期を目標着火時期よりも確実に遅い時期に設定することができる。同様に、第２噴射時期引数値を、目標着火時期から下限到達期間だけ早い時期以前に設定すれば、第２予測着火時期を目標着火時期よりも確実に早い時期に設定することができる。
【００４１】
また、前記噴射時期引数値設定手段は、前記第１噴射時期引数値を、前記目標着火時期以降に設定するように構成されてもよい。これによっても、第１予測着火時期を目標着火時期よりも確実に遅い時期に設定することができる。
【００４２】
加えて、上記本発明に係る燃料噴射時期決定装置においては、前記燃料噴射時期決定手段は、前記内燃機関が定常運転状態にある場合、今回の燃料噴射時期を決定するための計算を中止するとともに、今回の燃料噴射時期として、前回の燃料噴射時期を使用するように構成されると好ましい。
【００４３】
内燃機関が定常運転状態にある場合、燃料噴射時期と着火時期との関係を表す２次曲線も目標着火時期も一定（略一定）となる。従って、２次曲線に基づいて得られる目標着火時期に対応する燃料噴射時期も一定となる。従って、今回の（燃焼サイクルにおける）燃料噴射時期も、前回の（燃焼サイクルにおける）燃料噴射時期と等しく（略等しく）なる。
【００４４】
上記構成は係る知見に基づくものである。これによれば、内燃機関が定常運転状態にある場合、燃料噴射時期を決定するにあたり噴射時期引数値と予測着火時期との関係を１回も求める必要がなくなるから、上記近似関係（近似線）を求める際の計算負荷をなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明による内燃機関（ディーゼル機関）の燃料噴射時期決定装置の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００４６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関の燃料噴射時期決定装置を含んだ燃料噴射制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）１０に適用したシステム全体の概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室（筒内）にガスを導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０からの排ガスを放出するための排気系統４０、排気還流を行うためのＥＧＲ装置５０、及び電気制御装置６０を含んでいる。
【００４７】
エンジン本体２０の各気筒の上部には燃料噴射弁（噴射弁、インジェクタ）２１が配設されている。各燃料噴射弁２１は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ２２に燃料配管２３を介して接続されている。燃料噴射用ポンプ２２は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、電気制御装置６０からの駆動信号（後述する指令燃料噴射圧力Pcrに応じた指令信号）により燃料の実際の噴射圧力（噴射圧力Pf）が指令燃料噴射圧力Pcrになるように同燃料を昇圧するようになっている。
【００４８】
これにより、燃料噴射弁２１には、燃料噴射用ポンプ２２から指令燃料噴射圧力Pcrまで昇圧された燃料が供給されるようになっている。また、燃料噴射弁２１は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、電気制御装置６０からの駆動信号（指令燃料噴射量（質量）Qfinに応じた指令信号）により噴射期間TAUだけ開弁し、これにより各気筒の燃焼室内に指令燃料噴射圧力Pcrにまで昇圧された燃料を指令燃料噴射量Qfinだけ直接噴射するようになっている。
【００４９】
吸気系統３０は、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド３１、吸気マニホールド３１の上流側集合部に接続され吸気マニホールド３１とともに吸気通路を構成する吸気管３２、吸気管３２内に回動可能に保持されたスロットル弁３３、電気制御装置６０からの駆動信号に応答してスロットル弁３３を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ３３ａ、スロットル弁３３の上流において吸気管３２に順に介装されたインタクーラー３４と過給機３５のコンプレッサ３５ａ、及び吸気管３２の先端部に配設されたエアクリーナ３６とを含んでいる。
【００５０】
排気系統４０は、エンジン本体２０の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド４１、排気マニホールド４１の下流側集合部に接続された排気管４２、排気管４２に配設された過給機３５のタービン３５ｂ、及び排気管４２に介装されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＮＲ」と称呼する。）４３を含んでいる。排気マニホールド４１及び排気管４２は排気通路を構成している。
【００５１】
ＥＧＲ装置５０は、排気ガスを還流させる通路（ＥＧＲ通路）を構成する排気還流管５１と、排気還流管５１に介装されたＥＧＲ制御弁５２と、ＥＧＲクーラー５３とを備えている。排気還流管５１はタービン３５ｂの上流側排気通路（排気マニホールド４１）とスロットル弁３３の下流側吸気通路（吸気マニホールド３１）を連通している。ＥＧＲ制御弁５２は電気制御装置６０からの駆動信号に応答し、再循環される排気ガス量（排気還流量、ＥＧＲガス流量）を変更し得るようになっている。
【００５２】
電気制御装置６０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ６３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ６４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース６５等からなるマイクロコンピュータである。
【００５３】
インターフェース６５は、吸気管３２に配置された熱線式エアフローメータ７１、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気温センサ７２、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に配設された吸気管圧力センサ７３、クランクポジションセンサ７４、アクセル開度センサ７５、燃料噴射用ポンプ２２の吐出口の近傍の燃料配管２３に配設された燃料噴射圧力センサ７６、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に配設された吸気酸素濃度センサ７７、水温センサ７８、及びＤＰＮＲ４３の下流の排気管４２に設けられた排気温度センサ７９と接続されていて、これらのセンサからの信号をＣＰＵ６１に供給するようになっている。
【００５４】
また、インターフェース６５は、燃料噴射弁２１、燃料噴射用ポンプ２２、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、及びＥＧＲ制御弁５２と接続されていて、ＣＰＵ６１の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。
【００５５】
熱線式エアフローメータ７１は、吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量（単位時間当りの吸入空気量、単位時間あたりの新気量）を計測し、質量流量Ga（空気流量Ga）を表す信号を発生するようになっている。吸気温センサ７２は、エンジン１０のシリンダ（即ち、燃焼室、筒内）に吸入されるガスの温度（即ち、吸気温度）を検出し、吸気温度Tbを表す信号を発生するようになっている。吸気管圧力センサ７３は、エンジン１０のシリンダに吸入されるガスの圧力（即ち、吸気管圧力）を検出し、吸気管圧力Pbを表す信号を発生するようになっている。
【００５６】
クランクポジションセンサ７４は、各気筒の絶対クランク角度を検出し、実クランク角度CAactを表すとともにエンジン１０の回転速度であるエンジン回転速度NEをも表す信号を発生するようになっている。アクセル開度センサ７５は、アクセルペダルＡＰの操作量を検出し、アクセル開度Accpを表す信号を発生するようになっている。燃料噴射圧力センサ７６は、燃料配管２３内の燃料の圧力を検出し、噴射圧力Pfを表す信号を発生するようになっている。吸気酸素濃度センサ７７は、吸気中の酸素濃度を検出し、吸気酸素濃度RO2inを表す信号を発生するようになっている。水温センサ７８は、冷却水温を検出し、冷却水温THWを表す信号を発生するようになっている。排気温度センサ７９は、排気温度を検出し、排気温度Texを表す信号を発生するようになっている。
【００５７】
（燃焼室内における混合気の進行の概要）
次に、上記のように構成された燃料噴射時期決定装置を含んだ燃料噴射制御装置（以下、「本装置」と云う。）が扱う混合気の燃焼室内における混合気の進行の様子について図２を参照しながら説明する。
【００５８】
図２に示したように、燃焼室は、シリンダヘッドと、円筒状のシリンダ内壁面と、ピストン２４とにより画定されている。ピストン２４の頂面２４ａには、シリンダの軸心と同軸的に、側面２４ｂ、及び底面２４ｃから構成される円柱状の凹部（以下、「キャビティ２４ｄ」と称呼する。）が形成されている。
【００５９】
燃焼室内に吸入されるガスには、吸気管３２の先端部からスロットル弁３３を介して吸入された新気と、排気還流管５１からＥＧＲ制御弁５２を介して吸入されたＥＧＲガスが含まれる。吸入される新気量（新気質量）と吸入されるＥＧＲガス量（ガス質量）の和に対するＥＧＲガス量の割合（ＥＧＲ率）は、運転状態に応じて電気制御装置６０（ＣＰＵ６１）により適宜制御されるスロットル弁３３の開度、及びＥＧＲ制御弁５２の開度に応じて変化する。
【００６０】
かかる新気、及びＥＧＲガスは、吸気行程において開弁している吸気弁Vinを介してピストンの下降に伴って燃焼室内に吸入されて筒内ガスとなる。筒内ガスは、ピストンが圧縮下死点に達する時点近傍で吸気弁Vinが閉弁することにより燃焼室内に密閉され、その後の圧縮行程においてピストンの上昇に伴って圧縮される。
【００６１】
そして、ピストンが圧縮上死点近傍に達すると（具体的には、後述する燃料噴射時期（クランク角度）CAinjが到来すると）、本装置は、指令燃料噴射量Qfinに応じた噴射期間TAUだけ燃料噴射弁２１を開弁することで燃料を燃焼室内に直接噴射する。ここで、燃料噴射弁２１は、その軸心がシリンダの軸心と一致するようにシリンダヘッドに固定配置されていて、その噴孔から噴射された液体の（液滴）燃料は、燃焼室内においてシリンダの軸心を中心軸として円錐状に拡散していくようになっている。
【００６２】
この結果、噴射された燃料は、時間の経過に伴って筒内ガスを取り込みながら混合気となって燃焼室内において円錐状に拡散していく。本装置は、係る混合気の着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を決定するものである。
【００６３】
（燃料噴射時期の決定方法の概要）
次に、本装置による燃料噴射時期（クランク角度）CAinjの決定方法について説明する。本装置は、流体力学等に基づく式等を利用して着火時期を予測するモデル（着火時期予測（順）モデル）を備えている。この種の着火時期予測順モデルについては、例えば、上述した特願２００４−３２９４８号、特願２００４−３２９５０号に詳述されているから、ここではその詳細な説明を省略する。
【００６４】
本例にて使用される着火時期予測順モデルは、燃料噴射時期に加えて、吸気酸素濃度RO2in、エンジン回転速度NE、吸気温度Tb、冷却水温THW、排気温度Tex、吸気管圧力Pb、指令燃料噴射量Qfin、噴射圧力Pfの８つのパラメータ（以下、「残りの８つのパラメータ」と称呼することもある。）を引数として使用する。この着火時期予測順モデルは、これら９つのパラメータの引数値に基づいて燃料噴射時期以降の混合気の温度を微小時間毎に逐次計算していき、混合気温度が所定の着火温度に達する時期を予測着火時期として求める（予測する）モデルである。この着火時期予測順モデルを用いて予測着火時期を求める手段が着火時期予測手段に対応する。
【００６５】
この予測着火時期を目標着火時期CAigtに一致させるための燃料噴射時期CAinjを決定するためには、この着火時期予測順モデルから導かれる逆モデルを解く必要がある。この逆モデルとは、目標着火時期CAigtと、「残りの８つのパラメータ」とを引数とする、予測着火時期を目標着火時期CAigtに一致させるための燃料噴射時期CAinjを求めるモデルである。
【００６６】
しかしながら、上述したように、この着火時期予測順モデルは、混合気温度を逐次計算することで予測着火時期を求めるものであるため、その逆モデルを解いて燃料噴射時期CAinjを求めることは実際には非常に困難である。従って、本装置は、以下のように、逆モデルを用いることなく、予測着火時期を目標着火時期CAigtに近づけるための燃料噴射時期CAinjを決定する。
【００６７】
図３は、内燃機関１０が或る運転状態にある場合（即ち、残りの８つのパラメータについての引数値が或る値である場合）において、燃料噴射時期についての複数の引数値と、着火時期予測順モデルとから、燃料噴射時期についての各引数値に対応する予測着火時期をそれぞれ求めることで得られる、燃料噴射時期と予測着火時期との複数の関係を白丸でプロットした結果の一例を示したグラフである。
【００６８】
このようにして得られた複数のプロット点を利用して燃料噴射時期と予測着火時期との関係を近似する近似線を数学的手法により求め、この近似線と、目標着火時期CAigtとから、現時点での運転状態における目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを求めることができる（図３を参照）。本装置は、原則的に、この原理を使用して燃料噴射時期CAinjを求める。その際、近似線を得るために使用されるプロット点（具体的には、燃料噴射時期についての複数の引数値）を如何に設定するかが問題となる。
【００６９】
ところで、図３に示すように、燃料噴射時期と予測着火時期との関係は、大略的には１つの２次曲線で近似できることが判っている。更に詳細には、燃料噴射時期が或る燃料噴射時期（以下、「傾向変化時期CAchg」と称呼する。）よりも遅い（遅角側にある）領域（以下、「Ａ領域」と称呼する。）と、傾向変化時期CAchgよりも早い（進角側にある）領域（以下、「Ｂ」領域と称呼する。）とでは、燃料噴射時期と予測着火時期との関係を近似する２次曲線が異なることが判っている。以下、この傾向変化時期CAchgについて付言する。
【００７０】
上述したように、本例におけるピストン２４には円柱状のキャビティ２４ｄが設けられている。燃料噴射時期が或る時期よりも早めに設定された場合、図４に示すように、混合気の先頭部がキャビティ２４ｄに入る。一方、燃料噴射時期が前記或る時期よりも遅めに設定された場合、図５に示すように、混合気の先頭部がキャビティ２４ｄに入らない。
【００７１】
図４、及び図５に示すように、混合気の先頭部がキャビティに入る場合とキャビティに入らない場合とでは、燃焼室内で混合気が進行する向き・態様が異なることになるから噴射から着火までの期間（着火遅れ）の傾向も異なることになる。このことは、混合気の先頭部がキャビティに入る場合とキャビティに入らない場合とでは、燃料噴射時期と予測着火時期との関係を近似する２次曲線が異なることを意味する。
【００７２】
以上のことから、混合気の先頭部がキャビティ２４ｄに入る場合とキャビティ２４ｄに入らない場合との境界に対応する燃料噴射時期が傾向変化時期CAchgに対応し、図４、図５に示す場合が、図３のＡ領域、Ｂ領域にそれぞれ対応する。以下、この傾向変化時期CAchgの求め方について図６を参照しながら簡単に説明する。
【００７３】
いま、頂角がθ1の円錐状に上述した混合気が燃焼室内にて拡散していくものとする。この混合気の先頭部がキャビティ２４ｄのエッジＥに衝突する場合に対応する燃料噴射時期が傾向変化時期CAchgとなる。
【００７４】
従って、傾向変化時期CAchgは、混合気先頭部がキャビティ２４ｄのエッジＥに衝突するときのピストン２４の位置（図６に示す位置）に対応する時期（クランク角度）（以下、「エッジ対応時期CAedge」と称呼する。）から、燃料噴射弁２１の噴孔から噴射された燃料（従って、混合気先頭部）が距離Ｌ１を移動するために要する時間ｔ１に相当するクランク角度CA1だけ前（進角側）の時期となるから、下記(1)式で表すことができる（図７を参照）。なお、円柱状のキャビティ２４ｄの半径をrとすると、距離Ｌ１＝r／sin(θ1)と表すことができる。
【００７５】
【数１】
0004635804.tif 000002
【００７６】
上記(1)において、エッジ対応時期CAedgeは機関１０の設計諸元等から予め求めることができる。一方、クランク角度CA1は以下のように求めることができる。先ず、噴射後経過時間ｔにおける混合気先頭部の移動距離Ｘは下記(2)式で表すことができる。
【００７７】
【数２】
0004635804.tif 000003
【００７８】
上記(2)式において、ｔは噴射後経過時間である。ｃは収縮係数（定数）、ｄは燃料噴射弁２１の噴孔径（定数）である。ρgは筒内ガス密度であり、本例では、圧縮上死点（ＴＤＣ）での筒内ガス密度ρgtdcが使用される。ΔPは有効噴射圧力であり、θは噴霧角である。筒内ガス密度ρgtdc、有効噴射圧力ΔP、及び噴霧角θの求め方については後述する。上記(2)式は、機械学会論文集  25-156(1959年)，820頁  「ディーゼル機関の噴霧到達距離に関する研究」  和栗雄太郎，藤井勝，網谷竜夫，恒屋礼次郎（以下、「非特許文献１」と称呼する。）にて紹介されている。
【００７９】
上記(2)式において、Ｘを距離Ｌ１に、ｔを時間ｔ１にそれぞれ置き換えた式を時間ｔ１について解くことで、下記(3)式に従って時間ｔ１を求めることができる。また、この時間ｔ１に相当するクランク角度であるクランク角度CA1は、エンジン回転速度NEを使用して時間をクランク角度に変換することで求めることができる。以上のように、エッジ対応時期CAedgeとクランク角度CA1とを求めることができるから、上記(1)式から傾向変化時期CAchgを求めることができる。このようにして傾向変化時期CAchgを求める手段が傾向変化噴射時期取得手段に対応する。
【００８０】
【数３】
0004635804.tif 000004
【００８１】
再び、図３を参照する。２次曲線はその２次曲線が通る３点が決定されれば一意的に決定される。加えて、上述したように、Ａ領域とＢ領域とでは燃料噴射時期と予測着火時期との関係を近似する２次曲線が異なる。従って、傾向変化時期CAchgを内挿する３点を通る２次曲線で燃料噴射時期と予測着火時期との関係を近似すると、その２次曲線の近似精度が低下し、この結果、その２次曲線に基づいて得られる目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjの計算精度が低下する。
【００８２】
係る燃料噴射時期CAinjの計算精度の低下を防止するためには、Ａ領域、及びＢ領域の何れか一方であって目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを含む側の領域に属する３点を通る２次曲線（近似２次曲線ｚ）で燃料噴射時期と予測着火時期との関係を近似することが好ましい。
【００８３】
以上のことから、本装置は、図８に示すように、近似２次曲線ｚを得るための３点（具体的には、燃料噴射時期についての互いに異なる３つの引数値）を設定する。以下、燃料噴射時期についての１番目、２番目、３番目の引数値をそれぞれ、第１、第２、第３噴射時期ａ１，ａ２，ａ３と呼ぶものとする。
【００８４】
先ず、第１噴射時期ａ１は、上記傾向変化時期CAchgそのものに設定される。これは、目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjがＡ領域とＢ領域の何れに属するかがこの段階では不明だからである。この第１噴射時期ａ１（＝CAchg）と、残りの８つのパラメータの引数値と、着火時期予測順モデルとから、第１噴射時期ａ１に対応する予測着火時期（以下、「第１予測着火時期ｂ１」と呼ぶ。）を求めることができる。即ち、近似２次曲線ｚを得るための３点のうちの１番目の点ｃ１が決定される。
【００８５】
第２噴射時期ａ２は、第１噴射時期ａ１に、目標着火時期CAigtと第１予測着火時期ｂ１との差δ１を加えた値に設定される（ａ２＝ａ１＋δ１）。これにより、第２噴射時期ａ２は、Ａ領域、及びＢ領域のうち目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを含む側の領域に必ず属することになる。この第２噴射時期ａ２と、残りの８つのパラメータの引数値と、着火時期予測順モデルとから、第２噴射時期ａ２に対応する予測着火時期（以下、「第２予測着火時期ｂ２」と呼ぶ。）を求めることができる。即ち、近似２次曲線ｚを得るための２番目の点ｃ２が決定される。
【００８６】
第３噴射時期ａ３は、第２噴射時期ａ２に、目標着火時期CAigtと第２予測着火時期ｂ２との差δ２を加えた値に設定される（ａ３＝ａ２＋δ２）。ただし、この第３噴射時期ａ３が、Ａ領域、及びＢ領域のうち目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを含まない側の領域に属することになる場合、第３噴射時期ａ３は、第１噴射時期ａ１と第２噴射時期ａ２の間の時期（本例では、ａ１とａ２の平均値）に設定される。この第３噴射時期ａ３と、残りの８つのパラメータの引数値と、着火時期予測順モデルとから、第３噴射時期ａ３に対応する予測着火時期（以下、「第３予測着火時期ｂ３」と呼ぶ。）を求めることができる。即ち、近似２次曲線ｚを得るための３番目の点ｃ３が決定される。
【００８７】
これにより、３点ｃ１，ｃ２，ｃ３を、Ａ領域、及びＢ領域の何れか一方であって目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを含む側の領域（図８の場合、Ａ領域）に属するように設定することができる。この結果、図８の場合、３点ｃ１，ｃ２，ｃ３を通る２次曲線を数学的に求めることで、Ａ領域内において燃料噴射時期と予測着火時期との関係を精度良く近似する近似２次曲線ｚを得ることができる。このように、第１、第２、第３噴射時期ａ１，ａ２，ａ３を求める手段が噴射時期引数値設定手段に対応する。
【００８８】
本装置は、通常、このようにして得られる近似２次曲線ｚと、目標着火時期CAigtとから、現時点での運転状態における目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを求める（図８を参照）。このようにして燃料噴射時期CAinjを決定する手段が燃料噴射時期決定手段に対応する。この結果、近似２次曲線ｚを得るために使用する３点を決定するために、着火時期予測順モデルが３回使用される。
【００８９】
ところで、図９に示すように、目標着火時期CAigtと第１予測着火時期ｂ１との差δ１が、上記近似２次曲線ｚにおける点ｃ１と目標着火時期CAigtに対応する点との間に対応する部分が点ｃ１と点ｃ２を通る近似直線ｙで近似できる程度に十分に小さい場合（δ１＜値β（一定値。例えば、３°））について考える。
【００９０】
この場合（実際には、値α（後述）≦δ１＜値βの場合）、本装置は、近似２次曲線ｚの代わりの近似直線ｙと、目標着火時期CAigtとから、現時点での運転状態における目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを求める。これにより、点ｃ３を求める必要がなくなるから、着火時期予測順モデルが使用される回数を３回から２回に減らすことができる。換言すれば、燃料噴射時期CAinjの計算精度を下げることなく、ＣＰＵ６１の計算負荷を減らすことができる。
【００９１】
更には、図１０に示すように、差δ１が、上記値βよりも更に小さい、燃料噴射時期CAinjを求める際に要求される計算精度に相当する誤差に対応する値α（一定値。例えば、１°）より小さい場合、本装置は、燃料噴射時期CAinjを第１噴射時期ａ１そのものに設定する。これにより、点ｃ３のみならず点ｃ２をも求める必要がなくなるから、着火時期予測順モデルが使用される回数を３回から１回に減らすことができる。
【００９２】
このようにして、本装置は、目標着火時期CAigtと第１予測着火時期ｂ１との差δ１に応じて、燃料噴射時期CAinjを決定するために着火時期予測順モデルを使用する回数（従って、噴射時期引数値と予測着火時期との関係を求める回数）を変更する。これにより、差δ１が小さいほど、燃料噴射時期CAinjの計算精度を下げることなく、ＣＰＵ６１の計算負荷を減らすことができる。
【００９３】
以上のように、本装置は、噴射時期引数値と予測着火時期との関係の少なくとも１つと、目標着火時期CAigtとに基づいて、着火時期予測順モデルにより得られる予測着火時期（即ち、実際の着火時期）を目標着火時期CAigtに近づけるための燃料噴射時期CAinjを決定する。加えて、本装置は、今回の燃料噴射時期CAinjについての上述した計算を、今回の筒内ガスの量が確定する今回の吸気弁Vinの閉弁時（即ち、筒内ガスが密閉された時点。以下、「ＩＶＣ」と呼ぶ。）の直後に開始し、今回の燃料噴射時期CAinjとして決定され得る範囲内の最早時期が到来する前に今回の燃料噴射時期CAinjを決定する。以上が、本装置による燃料噴射時期の決定方法の概要である。
【００９４】
（実際の作動）
次に、上記のように構成された第１実施形態に係る内燃機関の燃料噴射時期決定装置を含んだ燃料噴射制御装置の実際の作動について説明する。
【００９５】
<燃料噴射時期の決定>
ＣＰＵ６１は、図１１〜図１３に一連のフローチャートにより示した燃料噴射時期を決定するためのルーチンを所定時間の経過毎に、気筒毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ１１００から処理を開始し、ステップ１１０５に進んで吸気弁Vinが開状態から閉状態へと変化したか否か（即ち、ＩＶＣが到来したか否か）を判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１１９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００９６】
いま、或る気筒においてＩＶＣが到来したものとすると、ＣＰＵ６１はステップ１１０５に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定し、各種物理量を決定するためにステップ１１１０以降に進む。先ず、ＣＰＵ６１はステップ１１１０に進むと、ＩＶＣ時クランク角度CAivcをクランクポジションセンサ７４から取得される現時点での実クランク角度CAactの値に設定し、ＩＶＣ時筒内ガス圧力Pgivcを吸気管圧力センサ７３から得られる現時点での吸気管圧力Pbの値に設定し、ＩＶＣ時筒内ガス温度Tgivcを吸気温センサ７２から得られる現時点での吸気温度Tbの値に設定する。
【００９７】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ１１１５に進んで、上記ＩＶＣ時筒内ガス圧力Pgivcと、上記ＩＶＣ時筒内ガス温度Tgivcと、ＩＶＣにおける気体の状態方程式に基づく下記(4)式とに基づいて筒内ガスの全質量Mgを求める。
【００９８】
【数４】
0004635804.tif 000005
【００９９】
上記(4)式において、Vg(CAivc)は上記ＩＶＣ時クランク角度CAivcに対応する筒内容積である。筒内容積Vgは機関１０の設計諸元に基づいてクランク角度CAの関数Vg(CA)として予め取得することができるから、Vg(CAivc)も取得することができる。Rは筒内ガスのガス定数（本例では、一定）である。上記(4)式は、ＩＶＣは圧縮下死点近傍であるからＩＶＣにおける筒内ガス圧力及び筒内ガス温度はそれぞれＩＶＣ時における吸気管圧力Pb及び吸気温度Tbに略等しいという事実が考慮されて得られる。
【０１００】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ１１２０に進み、アクセル開度センサ７５により得られる現時点でのアクセル開度Accp、クランクポジションセンサ７４から取得される現時点でのエンジン回転速度NE、及び図１６に示したテーブル（マップ）MapQfinから指令燃料噴射量Qfin（実際には、燃料噴射期間TAU）を求める。テーブルMapQfinは、アクセル開度Accp及びエンジン回転速度NEと指令燃料噴射量Qfinとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１０１】
次に、ＣＰＵ６１はステップ１１２５に進んで、指令燃料噴射量Qfin、エンジン回転速度NE、及び図１７に示したテーブルMapPcrから燃料噴射圧力Pcrを決定する。テーブルMapPcrは、指令燃料噴射量Qfin及びエンジン回転速度NEと燃料噴射圧力Pcrとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。
【０１０２】
次に、ＣＰＵ６１はステップ１１３０に進み、先のステップ１１１５にて求めた筒内ガスの全質量Mgを圧縮上死点（ＴＤＣ）に対応するクランク角度CAtdcにおける筒内容積Vg(CAtdc)で除することで、圧縮上死点での筒内ガス密度ρgtdcを求める。
【０１０３】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ１１３５に進み、先のステップ１１１０にて求めたＩＶＣ時筒内ガス圧力Pgivcと、上記ＩＶＣ時筒内容積Vg(CAivc)と、下記(5)式に基づいて燃料噴射時筒内ガス圧力Pg0を求める。
【０１０４】
【数５】
0004635804.tif 000006
【０１０５】
上記(5)式において、Vg(CAinjb)は（後述するルーチンで取得・格納されている）前回の燃料噴射時期（クランク角度）CAinjbに対応する筒内容積である。κは筒内ガスの比熱比（本例では、一定）である。上記(5)式は、圧縮行程（及び膨張行程）における筒内ガスの状態がＩＶＣ以降において断熱変化するとの仮定のもとで得られる。
【０１０６】
次に、ＣＰＵ６１はステップ１１４０に進んで、先のステップ１１２５にて求めた燃料噴射圧力Pcrから上記燃料噴射時筒内ガス圧力Pg0を減じることで有効噴射圧力ΔPを求め、続くステップ１１４５にて、燃料密度ρf（定数）と、上記圧縮上死点での筒内ガス密度ρgtdcと、燃料密度ρfを筒内ガス密度ρgで除した値を引数とする噴霧角θを求める関数funcθと、に基づいて噴霧角θを求める。そして、ＣＰＵ６１はステップ１１５０に進み、噴射圧力Pfがステップ１１２５にて求めた燃料噴射圧力Pcrとなるように燃料噴射用ポンプ２２に制御指示を行う。
【０１０７】
次に、ＣＰＵ６１は図１２のステップ１２０５に進み、アクセル開度Accpと、エンジン回転速度NEと、Accp及びNEとを引数とする目標着火時期CAigtを求める関数funcCAigtと、に基づいて目標着火時期CAigtを求める。このステップ１２０５は、目標着火時期決定手段に対応する。
【０１０８】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ１２１０に進んで、機関１０が定常運転状態にあるか否かを判定する。本例では、定常運転状態として、上記残りの８つのパラメータの値及び目標着火時期CAigtの値における今回値と前回値の差の各々が対応する所定のしきい値以下となる状態が採用される。
【０１０９】
いま、機関１０が定常運転状態にあるものとすると、ＣＰＵ６１はステップ１２１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２１５に進み、（今回の）燃料噴射時期CAinjを前回の燃料噴射時期CAinjbと等しい時期に設定した後、ステップ１１９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１１０】
この処理は、機関１０が定常運転状態にある場合、予測着火時期（従って、実際の着火時期）を目標着火時期CAigtに近づけるための燃料噴射時期は今回と前回とで等しくなるという事実に基づく。これにより、燃料噴射時期CAinjを決定するために着火時期予測順モデルを使用する回数（従って、噴射時期引数値と予測着火時期との関係を求める回数）を「０」とすることができる。この結果、燃料噴射時期CAinjの計算精度を下げることなく、ＣＰＵ６１の計算負荷を減らすことができる。
【０１１１】
次に、機関１０が定常運転状態にない場合について説明する。この場合、ＣＰＵ６１はステップ１２１０に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ１２２０を経由して図１４にフローチャートにより示した傾向変化時期CAchgを算出するためのルーチンの処理をステップ１４００から開始する。
【０１１２】
即ち、ＣＰＵ６１はステップ１４００からステップ１４０５に進むと、先のステップ１１３０にて求めた圧縮上死点での筒内ガス密度ρgtdcと、ステップ１１４０にて求めた有効噴射圧力ΔPと、ステップ１１４５にて求めた噴霧角θと、上記(3)式とに基づいてキャビティ角部（上記エッジＥ）への混合気到達時間ｔ１を算出する。
【０１１３】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ１４１０に進み、エンジン回転速度NEと、上記時間ｔ１とから、時間ｔ１に相当するクランク角度（時間ｔ１の間におけるクランク角度の変化量）であるクランク角度CA1を求める。そして、ＣＰＵ６１はステップ１４１５にて、このクランク角度CA1と、上記(1)式とに基づいて傾向変化時期CAchgを求めた後、ステップ１４９５を経由して図１２のステップ１２２５に進む。
【０１１４】
ＣＰＵ６１はステップ１２２５に進むと、第１噴射時期ａ１を上記傾向変化時期CAchgと等しい時期に設定し、続くステップ１２３０にて、この第１噴射時期ａ１と、現時点での残りの８つのパラメータ値と、着火時期予測順モデルとから、第１予測着火時期ｂ１を算出する。
【０１１５】
次いで、ＣＰＵ６１はステップ１２３５に進んで、差δ１を、目標着火時期CAigtから第１予測着火時期ｂ１を減じた値に設定し、続くステップ１２４０にて、差δ１の絶対値が値α未満か否かを判定する。
【０１１６】
いま、差δ１の絶対値が値α未満であるものとすると（図１０を参照）、ＣＰＵ６１はステップ１２４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１２４５に進み、（今回の）燃料噴射時期CAinjを第１噴射時期ａ１と等しい時期に設定し、続くステップ１２５０にて、今回の燃料噴射時期CAinjの値を前回の燃料噴射時期CAinjbとして格納した後、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、燃料噴射時期CAinjを決定するために着火時期予測順モデルが１回使用されることになる。
【０１１７】
次に、差δ１の絶対値が値α以上である場合について説明する。この場合、ＣＰＵ６１はステップ１２４０に進んだとき「Ｎｏ」と判定して図１３のステップ１３０５に進み、第２噴射時期ａ２を第１噴射時期ａ１に差δ１を加えた値に設定する。
【０１１８】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ１３１０に進み、この第２噴射時期ａ２と、現時点での残りの８つのパラメータ値と、着火時期予測順モデルとから、第２予測着火時期ｂ２を算出し、続くステップ１３１５に進んで、上記差δ１の絶対値が値β（＞値α）未満か否かを判定する。
【０１１９】
いま、差δ１の絶対値が値β未満であるものとすると（図９を参照）、ＣＰＵ６１はステップ１３１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３２０に進み、点(ａ１，ｂ１)と、点(ａ２，ｂ２)との２点を通る近似直線を決定する。
【０１２０】
そして、ＣＰＵ６１はステップ１３２５に進み、この近似直線に基づいて目標着火時期CAigtに対応する（今回の）燃料噴射時期CAinjを求め、続くステップ１３３０にて、今回の燃料噴射時期CAinjの値を前回の燃料噴射時期CAinjbとして格納した後、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、燃料噴射時期CAinjを決定するために着火時期予測順モデルが２回使用されることになる。
【０１２１】
次に、差δ１の絶対値が値β以上である場合（図８を参照）について説明する。この場合、ＣＰＵ６１はステップ１３１５に進んだとき「Ｎｏ」と判定してステップ１３３５に進み、差δ２を、目標着火時期CAigtから第２予測着火時期ｂ２を減じた値に設定し、続くステップ１３４０にて第３噴射時期ａ３を第２噴射時期ａ２に差δ２を加えた値に設定する。
【０１２２】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ１３４５に進み、第１噴射時期ａ１が第２噴射時期ａ２と第３噴射時期ａ３の間にあるか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１３５５に直ちに進む。一方、「Ｙｅｓ」と判定する場合（この場合は、第３噴射時期ａ３が、Ａ領域、及びＢ領域のうち目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを含まない側の領域に属することになる場合に対応する。）、ＣＰＵ６１はステップ１３５０に進んで、第３噴射時期ａ３を、第１噴射時期ａ１と第２噴射時期ａ２の（算術）平均値に設定し直した後ステップ１３５５に進む。
【０１２３】
ＣＰＵ６１はステップ１３５５に進むと、この第３噴射時期ａ３と、現時点での残りの８つのパラメータ値と、着火時期予測順モデルとから、第３予測着火時期ｂ３を算出し、続くステップ１３６０にて、点(ａ１，ｂ１)と、点(ａ２，ｂ２)、点(ａ３，ｂ３)との３点を通る近似２次曲線を決定する。
【０１２４】
そして、ＣＰＵ６１はステップ１３６５に進み、この近似２次曲線に基づいて目標着火時期CAigtに対応する（今回の）燃料噴射時期CAinjを求め、続くステップ１３３０にて前述の処理を行った後、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。この場合、燃料噴射時期CAinjを決定するために着火時期予測順モデルが３回使用されることになる。
【０１２５】
（燃料噴射制御）
また、ＣＰＵ６１は、図１５にフローチャートにより示した燃料噴射制御を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に、気筒毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ１５００から処理を開始し、ステップ１５０５に進んで実クランク角度CAactが先のステップ１２１５、１２４５、１３２５、１３６５の何れかにて決定されている今回の燃料噴射時期CAinjに一致したか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１５９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１２６】
いま、実クランク角度CAactが前記燃料噴射時期CAinjに一致したものとすると、ＣＰＵ６１はステップ１５１０に進んで、対応する燃料噴射弁２１に対してステップ１１２０にて決定されている指令燃料噴射量Qfinの燃料の噴射指示（具体的には、燃料噴射期間TAUに亘る開弁指示）を行い、ステップ１５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、指令燃料噴射量Qfinの燃料が上記燃料噴射圧力Pcrをもって噴射される。
【０１２７】
以上、説明したように、本発明による燃料噴射時期決定装置の第１実施形態は、燃料噴射時期、及び残りの８つのパラメータを引数とする着火時期予測順モデルを備えている。この第１実施形態は、第１噴射時期ａ１を傾向変化時期CAchgに設定するとともに、第２、第３噴射時期ａ２，ａ３をＡ領域、及びＢ領域のうち目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを含む側の領域に属するように設定し、着火時期予測モデルに基づいて第１、第２、第３噴射時期ａ１，ａ２，ａ３にそれぞれ対応する第１、第２、第３予測着火時期ｂ１，ｂ２，ｂ３を計算する。
【０１２８】
これにより、Ａ領域、及びＢ領域のうち目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを含む側の領域内において燃料噴射時期と予測着火時期との関係を精度良く近似する３点(ａ１，ｂ１),(ａ２，ｂ２),(ａ３，ｂ３)を通る近似２次曲線を得ることができる。第１実施形態は、このようにして得られる近似２次曲線に基づいて現時点での運転状態における目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを求める（図８を参照）。この結果、着火時期予測順モデルの逆モデルを用いることなく予測着火時期を目標着火時期に近づけるための燃料噴射時期を精度良く決定することができる。
【０１２９】
加えて、第１実施形態では、第１予測着火時期ｂ１と目標着火時期CAigtとの差δ１が値α（本例では、１°）≦δ１＜値β（本例では、３°）となる場合、上記近似２次曲線に代えて２点(ａ１，ｂ１),(ａ２，ｂ２)を通る近似直線に基づいて燃料噴射時期CAinjが求められる（図９を参照）。更には、δ１＜値αの場合、燃料噴射時期CAinjが第１噴射時期ａ１と等しい時期に設定される。このように、差δ１が小さいほど、燃料噴射時期CAinjを決定するために着火時期予測順モデルを使用する回数（従って、噴射時期引数値と予測着火時期との関係を求める回数）が少なくされる。これにより、燃料噴射時期CAinjの計算精度を下げることなく、ＣＰＵ６１の計算負荷を減らすことができる。
【０１３０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る燃料噴射時期決定装置について説明する。この燃料噴射制御装置は、ピストンの頂面にキャビティが設けられていない内燃機関に適用される点、並びに、第１噴射時期ａ１が最短着火遅れに対応する噴射時期に設定される点において主として上記第１実施形態と異なっている。従って、以下、係る相違点を中心に説明する。
【０１３１】
ピストンにキャビティが設けられていない場合、上述した傾向変化時期CAchgに相当する時期が存在せず、燃料噴射時期と着火時期との関係（従って、噴射時期引数値と予測着火時期との関係）が１つの２次曲線で精度良く近似できることが判っている。この場合、第１噴射時期ａ１をどのように設定するかが問題となる。
【０１３２】
ところで、図１８に示すように、燃料の噴射開始から着火までの期間である着火遅れは燃料噴射時期に応じて変化し、着火遅れが最も短くなる燃料噴射時期（以下、「最短着火遅れに対応する噴射時期CAms」と称呼する。）は、機関の運転状態にかかわらず略一定（例えば、ＡＴＤＣ−５°ＣＡ）となる。
【０１３３】
第１噴射時期ａ１をこの最短着火遅れに対応する噴射時期CAms（一定）に設定した場合、着火時期予測順モデルに基づいて得られる第１噴射時期ａ１に対応する予測着火時期ｂ１から第１噴射時期ａ１を減じることで、「現時点での運転状態における最短着火遅れ」を直ちに求めることができる。
【０１３４】
他方、着火遅れが或る値（図１８の失火ラインを参照）よりも大きくなると、失火が発生することが判っている。従って、「現時点での運転状態における最短着火遅れ」が失火ラインを超えている場合、燃料噴射時期CAinjをどの時期に設定しても失火が発生することになる。
【０１３５】
換言すれば、第１噴射時期ａ１を最短着火遅れに対応する噴射時期CAmsに設定すれば、燃料噴射前に直ちに失火が発生するか否かの判定（失火判定）を行うことができ、この結果、燃料噴射時期CAinjを計算する前に燃料噴射を中止する等の処置を採ることができる。以上のことから、この第２実施形態に係る装置は、第１噴射時期ａ１を、上記傾向変化時期CAchgに代えて最短着火遅れに対応する噴射時期CAms（一定）に設定する。
【０１３６】
（第２実施形態の実際の作動）
以下、第２実施形態に係る燃料噴射時期決定装置の実際の作動について説明する。この装置のＣＰＵ６１は、第１実施形態のＣＰＵ６１が実行する図１１〜図１５に示したルーチンのうち、図１１、及び図１５に示したルーチンをそのまま実行する。一方、この装置のＣＰＵ６１は、第１実施形態のＣＰＵ６１が実行する図１２〜図１４に示したルーチンに代えて図１９、及び図２０にフローチャートにより示したルーチンをそれぞれ実行する。以下、第２実施形態に特有の図１９、及び図２０に示したルーチンについて説明する。
【０１３７】
先ず、図１９に示したルーチンについて説明する。図１９に示したルーチンにおいて、図１２のステップと同一のステップについては図１２のステップ番号と同一の番号を付している。図１９に示したルーチンおいて、ステップ１９０５、１９１０はそれぞれ図１２に示したルーチンにおけるステップ１２２０、１２２５に対応し、ステップ１９１５は図１９に特有のステップである。
【０１３８】
このように、第２実施形態では、ステップ１９１０にて第１噴射時期ａ１が最短着火遅れに対応する噴射時期CAms（一定）に設定される。そして、ステップ１９１５にて上記失火判定がなされ、失火が発生すると判定された場合、燃料噴射時期CAinjの計算が行われない。
【０１３９】
次に、図２０に示したルーチンについて説明する。図２０に示したルーチンにおいて、図１３のステップと同一のステップについては図１３のステップ番号と同一の番号を付している。図２０に示したルーチンは、ステップ１３４５、１３５０に対応するステップが削除されている点のみが図１３に示したルーチンと異なる。これは、この第２実施形態がピストンの頂面にキャビティが設けられていない内燃機関に適用されることで傾向変化時期CAchgに相当する時期が存在しないことに基づく。
【０１４０】
以上、説明したように、本発明による燃料噴射時期決定装置の第２実施形態は、ピストンの頂面にキャビティが設けられていない内燃機関に適用され、第１噴射時期ａ１が最短着火遅れに対応する噴射時期CAmsに設定される。これにより、「現時点での運転状態における最短着火遅れ」が直ちに求められ、この結果、この最短着火遅れが、失火ラインを超えているか否かを判定することで、失火判定を直ちに行うことができる。加えて、失火が発生すると判定された場合、燃料噴射時期CAinjの計算が行われない。従って、この場合、ＣＰＵ６１の計算負荷を少なくすることができる。
【０１４１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る燃料噴射時期決定装置について説明する。この燃料噴射制御装置は、燃料噴射時期と予測着火時期との関係を近似する近似２次曲線が目標着火時期CAigtを必ず内挿する３点を通る２次曲線となるように第１、第２、第３噴射時期ａ１，ａ２，ａ３が設定される点において主として上記第２実施形態と異なっている。従って、以下、係る相違点を中心に説明する。
【０１４２】
燃料噴射時期と予測着火時期との関係を近似する近似２次曲線を利用して目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを求める場合、近似２次曲線として目標着火時期CAigtを必ず内挿する３点を通る２次曲線を使用する方が、目標着火時期CAigtを外挿する３点を通る２次曲線を使用するよりも燃料噴射時期CAinjの計算精度を高くすることができる。
【０１４３】
従って、この第３実施形態に係る装置は、第１噴射時期ａ１を目標着火時期CAigtよりも必ず遅い着火時期に対応する噴射時期CAlateに、第２噴射時期ａ２を目標着火時期CAigtよりも必ず早い着火時期に対応する噴射時期CAearlyに、第３噴射時期ａ３を第１噴射時期ａ１と第２噴射時期ａ２の平均値に設定する。これにより、上記近似２次曲線として目標着火時期CAigtを必ず内挿する３点を通る２次曲線が使用されることになる。
【０１４４】
以下、噴射時期CAlate、及び噴射時期CAearlyの求め方について図２１、及び図２２を参照しながら説明する。噴射された燃料に基づく混合気の燃料濃度は、噴射後の時間経過に従って次第に小さくなっていく。これに対応して、図２１に示すように、混合気の空気過剰率λは、噴射後の時間経過に従って次第に大きくなっていく。
【０１４５】
他方、混合気は、混合気の燃料濃度が或る着火可能範囲内にある場合にのみ着火し得る。換言すれば、混合気は、混合気の空気過剰率λが或る着火可能範囲内にある場合にのみ着火し得る。図２１において、値λthickは、混合気の燃料濃度についての着火可能範囲の上限値に対応する混合気の空気過剰率λについての着火可能範囲の下限値である。値λweakは、混合気の燃料濃度についての着火可能範囲の下限値に対応する混合気の空気過剰率λについての着火可能範囲の上限値である。
【０１４６】
即ち、図２１に示す場合、噴射された燃料に基づく混合気は、噴射後経過時間ｔが、下限値λthickに対応する時間（以下、「時間ｔ２」と称呼する。前記上限到達期間）から上限値λweakに対応する時間（以下、「時間ｔ３」と称呼する。前記下限到達期間）の間にある場合にのみ着火し得る。
【０１４７】
以上のことから、燃料噴射時期を目標着火時期CAigtから時間ｔ２に相当するクランク角度CA2だけ早い時期に設定すれば、着火時期を目標着火時期よりも確実に遅い時期に設定することができる。即ち、噴射時期CAlateは、下記(6)式に従って求めることができる（図２２を参照）。
【０１４８】
【数６】
0004635804.tif 000007
【０１４９】
同様に、燃料噴射時期を目標着火時期CAigtから時間ｔ３に相当するクランク角度CA3だけ早い時期に設定すれば、着火時期を目標着火時期よりも確実に早い時期に設定することができる。即ち、噴射時期CAearlyは、下記(7)式に従って求めることができる（図２２を参照）。
【０１５０】
【数７】
0004635804.tif 000008
【０１５１】
また、クランク角度CA2，CA3は以下のように求めることができる。先ず、混合気の空気過剰率λは、下記(8)式に示すように、混合気先頭部の移動距離Ｘの関数で表すことができる。ここで、Ｌは論理希釈ガス量（定数）、ｃは上記収縮係数（定数）、ｄは燃料噴射弁２１の上記噴孔径（定数）、ρfは燃料密度（定数）である。ρgは筒内ガス密度であり、本例では、上記圧縮上死点での筒内ガス密度ρgtdcが使用される。θは上記噴霧角である。上記(8)式は、上記「非特許文献１」にて紹介されている。
【０１５２】
【数８】
0004635804.tif 000009
【０１５３】
上記(8)式において、λを下限値λthickに、Ｘを時間ｔ２に対応する移動距離Ｘ２にそれぞれ置き換えた式をＸ２について解くと下記(9)式が得られる。
【０１５４】
【数９】
0004635804.tif 000010
【０１５５】
また、上記(2)式において、ＸをＸ２に、ｔを時間ｔ２にそれぞれ置き換えた式を時間ｔ２について解くことで、下記(10)式に従って時間ｔ２をＸ２の関数で表すことができる。従って、上記(9)式を下記(10)式に代入することで時間ｔ２を求めることができる。よって、この時間ｔ２に相当するクランク角度であるクランク角度CA2は、エンジン回転速度NEを使用して時間をクランク角度に変換することで求めることができる。
【０１５６】
【数１０】
0004635804.tif 000011
【０１５７】
同様に、時間ｔ３は、上記(9)式においてＸ２を時間ｔ３に対応する移動距離Ｘ３にλthickをλweakにそれぞれ置き換えた式を、上記(10)式において時間ｔ２を時間ｔ３にＸ２をＸ３にそれぞれ置き換えた式に代入することで時間ｔ３を求めることができる。よって、この時間ｔ３に相当するクランク角度であるクランク角度CA3は、エンジン回転速度NEを使用して時間をクランク角度に変換することで求めることができる。以上のように、クランク角度CA2，CA3を求めることができるから、上記(6)式、(7)式から噴射時期CAlate、及び噴射時期CAearlyを求めることができる。このようにしてクランク角度CA2，CA3を求める手段が、上限到達期間取得手段、及び下限到達期間取得手段にそれぞれ対応する。
【０１５８】
（第３実施形態の実際の作動）
以下、第３実施形態に係る燃料噴射時期決定装置の実際の作動について説明する。この装置のＣＰＵ６１は、第１実施形態のＣＰＵ６１が実行する図１１〜図１５に示したルーチンのうち、図１１、及び図１５に示したルーチンをそのまま実行する。一方、この装置のＣＰＵ６１は、第１実施形態のＣＰＵ６１が実行する図１２〜図１４に示したルーチンに代えて図２３〜図２５にフローチャートにより示したルーチンをそれぞれ実行する。以下、第３実施形態に特有の図２３〜図２５に示したルーチンについて説明する。なお、図２３に示したルーチンにおいて、図１２のステップと同一のステップについては図１２のステップ番号と同一の番号を付している。
【０１５９】
この装置のＣＰＵ６１は、図１１のステップ１１５０の処理を行った後、図２３のルーチンの処理を実行する。即ち、機関が定常運転状態にない場合、ＣＰＵ６１はステップ１２１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ２３０５を経由して図２４にフローチャートにより示した噴射時期CAlateを算出するためのルーチンの処理を実行する。
【０１６０】
即ち、ＣＰＵ６１はステップ２４００からステップ２４０５に進むと、先のステップ１１３０にて求めた圧縮上死点での筒内ガス密度ρgtdcと、ステップ１１４０にて求めた有効噴射圧力ΔPと、ステップ１１４５にて求めた噴霧角θと、λthick(定数)と、上記(9)式及び(10)式とに基づいてλ＝λthickとなる噴射後経過時間である時間ｔ２を算出する。
【０１６１】
続いて、ＣＰＵ６１はステッ２４１０に進み、エンジン回転速度NEと、上記時間ｔ２とから、時間ｔ２に相当するクランク角度（時間ｔ２の間におけるクランク角度の変化量）であるクランク角度CA2を求める。そして、ＣＰＵ６１はステップ２４１５にて、このクランク角度CA2と、図２３のステップ１２０５にて求めた目標着火時期CAigtと、上記(6)式とに基づいて噴射時期CAlateを求めた後、ステップ２４９５を経由して図２３のステップ２３１０に進む。
【０１６２】
ＣＰＵ６１はステップ２３１０に進むと、第１噴射時期ａ１を上記求めた噴射時期CAlateと等しい時期に設定し、続くステップ２３１５にて、この第１噴射時期ａ１と、現時点での残りの８つのパラメータ値と、着火時期予測順モデルとから、第１予測着火時期ｂ１を算出する。
【０１６３】
次いで、ＣＰＵ６１は、ステップ２３２０を経由して図２５にフローチャートにより示した噴射時期CAearlyを算出するためのルーチンの処理を実行する。図２５のルーチンは図２４のルーチンと類似しているから図２５のルーチンについての詳細な説明は省略する。
即ち、ＣＰＵ６１はステップ２５１５にて、ステップ２５１０にて求めたクランク角度CA3と、図２３のステップ１２０５にて求めた目標着火時期CAigtと、上記(7)式とに基づいて噴射時期CAearlyを求めた後、ステップ２５９５を経由して図２３のステップ２３２５に進む。
【０１６４】
ＣＰＵ６１はステップ２３２５に進むと、第２噴射時期ａ２を上記求めた噴射時期CAearlyと等しい時期に設定し、続くステップ２３３０にて、この第２噴射時期ａ２と、現時点での残りの８つのパラメータ値と、着火時期予測順モデルとから、第２予測着火時期ｂ２を算出する。
【０１６５】
次に、ＣＰＵ６１はステップ２３３５に進み、第３噴射時期ａ３を第１噴射時期ａ１と第２噴射時期ａ２の（算術）平均値に設定し、続くステップ２３４０にて、この第３噴射時期ａ３と、現時点での残りの８つのパラメータ値と、着火時期予測順モデルとから、第３予測着火時期ｂ３を算出する。
【０１６６】
続いて、ＣＰＵ６１はステップ２３４５に進んで、点(ａ１，ｂ１)と、点(ａ２，ｂ２)、点(ａ３，ｂ３)との３点を通る近似２次曲線を決定する。そして、ＣＰＵ６１はステップ２３５０に進み、この近似２次曲線に基づいて目標着火時期CAigtに対応する（今回の）燃料噴射時期CAinjを求め、続くステップ２３５５にて今回の燃料噴射時期CAinjの値を前回の燃料噴射時期CAinjbとして格納した後、ステップ１１９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。このように、燃料噴射時期CAinjを決定するために着火時期予測順モデルが必ず３回使用されることになる。
【０１６７】
以上、説明したように、本発明による燃料噴射時期決定装置の第３実施形態も、上記第２実施形態と同様、ピストンの頂面にキャビティが設けられていない内燃機関に適用される。第３実施形態では、燃料噴射時期と予測着火時期との関係を近似する近似２次曲線が目標着火時期CAigtを必ず内挿する３点を通る２次曲線となるように、第１、第２噴射時期ａ１，ａ２がそれぞれ、上記噴射時期CAlate、上記噴射時期CAearlyに設定され、第３噴射時期ａ３が第１、第２噴射時期ａ１，ａ２の平均値に設定される。
【０１６８】
これにより、目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを求めるために使用される近似２次曲線が目標着火時期CAigtを必ず内挿する３点を通る２次曲線となるから、燃料噴射時期CAinjの計算精度を高くすることができる。
【０１６９】
本発明は上記各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、上記各実施形態では、目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを求めるために使用される近似線の次数が最大２次となっているが、２次以上の次数を有する近似線を用いて目標着火時期CAigtに対応する燃料噴射時期CAinjを求めてもよい。
【０１７０】
また、上記第１、第２実施形態においては、上記差δ１の値に応じて近似線の次数を変更しているが、差δ１の値にかかわらず近似線の次数を一定としてもよい。この場合、燃料噴射時期CAinjを精度良く求めるため、近似線の次数は２次以上であることが好ましい。
【０１７１】
また、上記第３実施形態においては、第１噴射時期ａ１として設定される、目標着火時期CAigtよりも必ず遅い着火時期に対応する噴射時期CAlateを上記(6)式に従って計算しているが、噴射時期CAlateを目標着火時期CAigtと等しい時期に設定してもよい。これによっても、当然に、第１噴射時期ａ１を目標着火時期CAigtよりも必ず遅い着火時期に対応する噴射時期とすることができる。
【０１７２】
加えて、上記各実施形態においては、着火時期予測順モデルとして、燃料噴射時期に加えて、吸気酸素濃度RO2in、エンジン回転速度NE、吸気温度Tb、冷却水温THW、排気温度Tex、吸気管圧力Pb、指令燃料噴射量Qfin、噴射圧力Pfの８つのパラメータ（残りの８つのパラメータ）を引数とするものが採用されているが、燃料噴射時期に加えて、上記８つのパラメータ以外のパラメータを引数とする着火時期予測順モデルが採用されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１７３】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の燃料噴射時期決定装置を含んだ燃料噴射制御を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）に適用したシステム全体の概略構成図である。
【図２】或る一つの気筒のシリンダ内(筒内)において混合気が進行する様子を模式的に示した図である。
【図３】内燃機関が或る運転状態にある場合において、着火時期予測順モデルから得られる燃料噴射時期と予測着火時期との複数の関係を白丸でプロットした結果の一例を示したグラフである。
【図４】混合気の先頭部がピストンのキャビティに入る場合の混合気の様子を模式的に示した図である。
【図５】混合気の先頭部がピストンのキャビティに入らない場合の混合気の様子を模式的に示した図である。
【図６】傾向変化時期の求め方を説明するための図である。
【図７】傾向変化時期と、エッジ対応時期との関係を説明するための図である。
【図８】目標着火時期に対応する燃料噴射時期を求めるために使用される近似線として３点を通る近似２次曲線が使用される場合における、燃料噴射時期の求め方を説明するための図である。
【図９】目標着火時期に対応する燃料噴射時期を求めるために使用される近似線として２点を通る近似直線が使用される場合における、燃料噴射時期の求め方を説明するための図である。
【図１０】目標着火時期に対応する燃料噴射時期を求めるために近似線が使用されず燃料噴射時期と予測着火時期との１つの関係（１点）のみが使用される場合における、燃料噴射時期の求め方を説明するための図である。
【図１１】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射時期を決定するためのルーチンの第１番目の部分を示したフローチャートである。
【図１２】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射時期を決定するためのルーチンの第２番目の部分を示したフローチャートである。
【図１３】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射時期を決定するためのルーチンの第３番目の部分を示したフローチャートである。
【図１４】図１に示したＣＰＵが実行する傾向変化時期の算出を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１５】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射制御を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【図１６】図１に示したＣＰＵが図１１に示したルーチンを実行する際に参照する指令燃料噴射量を決定するためのテーブルである。
【図１７】図１に示したＣＰＵが図１１に示したルーチンを実行する際に参照する燃料噴射圧力を決定するためのテーブルである。
【図１８】内燃機関が或る運転状態にある場合において、着火時期予測順モデルから得られる燃料噴射時期と着火遅れとの複数の関係を白丸でプロットした結果の一例を示したグラフである。
【図１９】本発明の第２実施形態に係る燃料噴射時期決定装置のＣＰＵが実行する燃料噴射時期を決定するためのルーチンの第２番目の部分を示したフローチャートである。
【図２０】本発明の第２実施形態に係る燃料噴射時期決定装置のＣＰＵが実行する燃料噴射時期を決定するためのルーチンの第３番目の部分を示したフローチャートである。
【図２１】噴射後経過時間と混合気の空気過剰率との関係を示したグラフである。
【図２２】目標着火時期と、着火可能範囲に対応する燃料噴射時期との関係を説明するための図である。
【図２３】本発明の第３実施形態に係る燃料噴射時期決定装置のＣＰＵが実行する燃料噴射時期を決定するためのルーチンの第２番目の部分を示したフローチャートである。
【図２４】本発明の第３実施形態に係る燃料噴射時期決定装置のＣＰＵが実行する噴射時期CAlateの算出を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【図２５】本発明の第３実施形態に係る燃料噴射時期決定装置のＣＰＵが実行する噴射時期CAearlyの算出を行うためのルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１７４】
２１…燃料噴射弁、６０…電気制御装置、６１…ＣＰＵ、７２…吸気温センサ、７３…吸気管圧力センサ、７４…クランクポジションセンサ、７６…燃料噴射圧力センサ、７７…吸気酸素濃度センサ、７８…水温センサ、７９…排気温度センサ
【図１】
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【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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