(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮着火式の内燃機関の気筒内における燃焼を制御する燃焼制御装置において、
前記気筒内の圧力を検出する圧力センサの検出信号に基づいて前記気筒内の熱発生率を算出し、算出した前記熱発生率に基づいて、前記気筒内における燃焼状態を表す指標であって、燃焼時期を表し指標の異なる複数の燃焼状態指標として、着火時期と燃焼質量割合が５０％になる燃焼質量割合５０時期とを検出する指標検出手段と、
所定の判定基準に基づいて、前記指標検出手段が検出した前記着火時期または前記燃焼質量割合５０時期のいずれを選択するかを判定する判定手段と、
前記着火時期または前記燃焼質量割合５０時期のうち前記判定手段が選択した燃焼状態指標が目標値に一致するように前記燃焼状態を調整するパラメータを制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする燃焼制御装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記所定の判定基準としてアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて前記着火時期または前記燃焼質量割合５０時期のいずれを選択するかを判定することを特徴とする請求項１に記載の燃焼制御装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記所定の判定基準として前記気筒内の熱発生率の最大値に基づいて前記着火時期または前記燃焼質量割合５０時期のいずれを選択するかを判定することを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼制御装置。
【請求項４】
前記判定手段は、前記所定の判定基準として前記指標検出手段が検出する前記着火時期または前記燃焼質量割合５０時期の検出値と目標値との偏差に基づいて前記着火時期または前記燃焼質量割合５０時期のいずれを選択するかを判定することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃焼制御装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記所定の判定基準としてＥＧＲ率に基づいて前記着火時期または前記燃焼質量割合５０時期のいずれを選択するかを判定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃焼制御装置。
【請求項６】
前記判定手段は、前記所定の判定基準として排気中の酸素濃度に基づいて前記着火時期または前記燃焼質量割合５０時期のいずれを選択するかを判定することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃焼制御装置。
【請求項７】
前記判定手段は、前記所定の判定基準として大気圧に基づいて前記着火時期または前記燃焼質量割合５０時期のいずれを選択するかを判定することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の燃焼制御装置。
【請求項８】
前記判定手段は、前記所定の判定基準として吸気温度に基づいて前記着火時期または前記燃焼質量割合５０時期のいずれを選択するかを判定することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の燃焼制御装置。
【請求項９】
前記判定手段は、前記所定の判定基準として前記内燃機関の水温に基づいて前記着火時期または前記燃焼質量割合５０時期のいずれを選択するかを判定することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の燃焼制御装置。
【請求項１０】
前記判定手段は、前記所定の判定基準として前記気筒内における熱発生率の傾きに基づいて前記着火時期または前記燃焼質量割合５０時期のいずれを選択するかを判定することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の燃焼制御装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記パラメータとして燃料噴射弁から燃料を噴射する噴射時期を制御することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮着火式の内燃機関の気筒内における燃焼を制御する燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジン等の圧縮着火式の内燃機関（以下、「エンジン」とも言う。）では、気筒内に環流するＥＧＲ量を調整することにより、気筒内の燃焼状態を制御することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
さらに、エミッション規制の強化に対応するために、ＥＧＲ量を増加してＮＯｘ排出量を低減する燃焼制御が開発されている。しかしながら、ＥＧＲ量が増加すると、気筒内の燃焼が不安定になるので燃焼時期が目標値に対してばらつきやすい。燃焼状態を表す燃焼時期がばらつくと、例えば、エミッションを所望の排出状態に制御できないという問題が生じる。
【０００４】
また、ＮＯｘ排出量を低減するエンジンとして、低圧縮比のエンジンも検討されている。しかしながら、低圧縮比のエンジンにおいては、通常の圧縮比のエンジンに比べて気筒内温度が低い状態で燃料が燃焼するので、気筒内の燃焼が不安定になり、燃焼時期が目標値に対してばらつきやすい。
【０００５】
このように、燃焼時期がばらつきやすいエンジンでは、燃料性状の変化、または吸気温、大気圧等の環境条件の変化により、燃焼時期がさらにばらつくおそれがある。
そこで、圧力センサで検出した気筒内の圧力（以下、単に「筒内圧」ともいう。）に基づいて、燃焼状態を表す指標として着火時期を検出し、検出した着火時期に基づいて燃料噴射時期を制御することにより着火時期を目標値に一致させることが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１０７８２０号公報
【特許文献２】特開平１１−１２５１４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、噴射量が少ない、あるいは多段噴射を実施するときにパイロット噴射がメイン噴射に近接して噴射される等の、特定のエンジン運転状態または噴射パターンにおいては、筒内圧に基づいて着火時期を検出できないことがある。
【０００７】
着火時期の代わりに燃焼状態を表す指標として、１燃焼サイクルにおいて気筒内の燃焼質量割合が全体の５０％になる燃焼質量割合５０時期（ＭＦＢ５０：Mass Fraction Burned  ５０）を筒内圧に基づいて検出し、燃料噴射時期を制御することによりＭＦＢ５０を目標値に一致させることも考えられる。ＭＦＢ５０は、筒内圧に基づいて１燃焼サイクルの燃焼質量を積算していき、燃焼質量の合計の５０％になる燃焼時期として検出されるので、特定のエンジン運転状態または噴射パターンに関わらず、筒内圧に基づいて検出できる。
【０００８】
しかしながら、ＭＦＢ５０は、燃焼質量の合計から検出されるので、着火時期に比べて圧力センサの検出誤差の影響を受けやすく、検出精度が低いという問題がある。
このように、着火時期またはＭＦＢ５０に限らず、一長一短のある検出特性を有する一つの指標に基づいて燃焼状態を制御する場合、燃焼状態を適切に制御することは困難である。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、燃焼状態を表す複数の燃焼状態指標から適切な検出特性を有する指標を適宜選択し、燃焼状態を適切に制御する燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１から１１に記載の発明によると、気筒内の燃焼状態を表す指標として、指標の異なる複数の燃焼状態指標を指標検出手段が検出し、所定の判定基準に基づいて、指標検出手段が検出する複数の燃焼状態指標のうち、いずれを選択するかを判定手段が判定し、複数の燃焼状態指標のうち判定手段が選択した燃焼状態指標が目標値に一致するように、燃焼状態を調整するパラメータを制御手段が制御する。
【００１１】
これにより、所定の判定基準に基づいて複数の燃料状態指標から適宜選択された一つの適切な燃焼状態指標に基づいて、目標の燃焼状態に制御できる。その結果、例えばＮＯｘの排出量を低減し、エミッションを所望の排出状態に制御できる。
【００１３】
さらに、指標検出手段は、気筒内の圧力を検出する圧力センサの検出信号に基づいて複数の燃焼状態指標を検出する。
気筒内の圧力は燃焼状態に応じて変化し、圧力センサは気筒内の圧力を直接検出するので、圧力センサの検出信号に基づき燃焼状態指標を高精度に検出できる。
【００１４】
また、請求項１から１１に記載の発明によると、指標検出手段は、燃焼状態を表す指標として、燃焼時期を表す複数の燃焼状態指標を検出する。
燃焼時期が目標時期からずれるとエミッションが悪化しやすいので、燃焼状態指標として燃焼時期を表す適切な指標を選択することにより、適宜選択された一つの適切な燃焼状態指標に基づいて、所望の燃焼時期に制御できる。
【００１５】
さらに請求項１から１１に記載の発明によると、指標検出手段は、気筒内の圧力を検出する圧力センサの検出信号に基づいて気筒内の熱発生率を算出し、算出した熱発生率に基づいて、燃焼時期を表す複数の燃焼状態指標として着火時期と、燃焼質量割合が５０％になるＭＦＢ５０とを検出し、判定手段は、所定の判定基準に基づいて着火時期またはＭＦＢ５０のいずれを選択するかを判定する。
【００１６】
ＭＦＢ５０は、１燃焼サイクルにおける熱発生率の積算合計の５０％に対応する燃焼時期なので、熱発生率が小さい等の検出条件に関わらずに検出できる。ただし、圧力センサの出力信号が温度特性等によりばらつくと熱発生率の積算値が大きくばらつくので、検出精度は低い。
【００１７】
一方、着火時期は、例えば気筒内で燃料が着火したときに急激に変化するときの熱発生率が所定の閾値を超えたかを検出することにより、圧力センサの出力信号がばらついても、ＭＦＢ５０に比べて高精度に検出できる。ただし、熱発生率が小さい場合には、熱発生率が所定の閾値を超えないので着火時期を検出できない。また、熱発生率の変化する傾きが小さく緩やかに変化する場合には、着火時期の検出精度はＭＦＢ５０よりも低下することがある。
【００１８】
そこで、所定の判定基準に基づいて着火時期またはＭＦＢ５０のいずれを選択するかを判定することにより、着火時期が高精度に検出できる場合には検出精度の高い着火時期を選択し、着火時期が高精度に検出できない場合にはＭＦＢ５０を選択することができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によると、判定手段は、所定の判定基準としてアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて着火時期またはＭＦＢ５０のいずれを選択するかを判定する。
燃料噴射量はアクセル開度とエンジン回転数とによって決定される。そして、燃料噴射量が減少すると熱発生率は低下する。熱発生率が低下しすぎると、着火時期を検出できない。そこで、判定手段は、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて、例えば燃料噴射量が所定値以下の場合には、熱発生率が低く着火時期を検出できないのでＭＦＢ５０を選択する。一方、燃料噴射量が所定量よりも多い場合には、判定手段は、熱発生率が高くなるので着火時期を選択する。
【００２０】
請求項３に記載の発明によると、判定手段は、所定の判定基準として気筒内の熱発生率の最大値に基づいて着火時期またはＭＦＢ５０のいずれを選択するかを判定する。
判定手段は、例えば熱発生率の最大値が所定値より小さい場合には、着火時期を検出できないのでＭＦＢ５０を選択する。一方、熱発生率の最大値が所定値以上の場合には、判定手段は着火時期を選択する。
【００２１】
ところで、気筒内の燃料が燃えにくくなると、熱発生率の変化の傾きが小さくなり熱発生率の変化は緩やかになる。すると、気筒内における着火時期またはＭＦＢ５０は目標値に対して遅角するので、指標検出手段が検出する着火時期またはＭＦＢ５０と目標値との偏差は大きくなる。言い換えれば、指標検出手段が検出する着火時期またはＭＦＢ５０と目標値との偏差が大きい場合、熱発生率の変化の傾きは小さくなる。そして、熱発生率の変化の傾きが小さいと、着火時期の検出精度は低下する。
【００２２】
そこで、請求項４に記載の発明によると、判定手段は、所定の判定基準として指標検出手段が検出する着火時期またはＭＦＢ５０と目標値との偏差に基づいて着火時期またはＭＦＢ５０のいずれを選択するかを判定する。
【００２３】
判定手段は、例えば指標検出手段が検出する着火時期またはＭＦＢ５０と目標値との偏差が所定値以上の場合には、熱発生率の傾きが小さく着火時期を高精度に検出できないのでＭＦＢ５０を選択する。一方、指標検出手段が検出する着火時期またはＭＦＢ５０と目標値との偏差が所定値よりも小さい場合には、判定手段は、熱発生率の傾きが大きくなるので着火時期を選択する。
【００２４】
請求項５に記載の発明によると、判定手段は、所定の判定基準としてＥＧＲ率に基づいて着火時期またはＭＦＢ５０のいずれを選択するかを判定する。
ＥＧＲ率は、気筒内に流入する吸気量とＥＧＲ量との合計に対するＥＧＲ量の比率である。したがって、ＥＧＲ率が増加すると気筒内の燃料は燃えにくくなり、熱発生率の傾きは小さくなる。
【００２５】
そこで、判定手段は、例えばＥＧＲ率が所定値以上の場合には、熱発生率の傾きが小さく着火時期を高精度に検出できないのでＭＦＢ５０を選択する。一方、ＥＧＲ率が所定値よりも小さい場合には、判定手段は、熱発生率の傾きが大きくなるので着火時期を選択する。
【００２６】
請求項６に記載の発明によると、判定手段は、所定の判定基準として排気中の酸素濃度に基づいて着火時期またはＭＦＢ５０のいずれを選択するかを判定する。
排気中の酸素濃度が低いということは、すなわち空燃比が低いことを表している。空燃比が低いと、気筒内の燃料は燃えにくくなり、熱発生率の傾きは小さくなる。そこで、判定手段は、例えば排気中の酸素濃度が所定値以下の場合には、熱発生率の傾きが小さく着火時期を高精度に検出できないのでＭＦＢ５０を選択する。一方、酸素濃度が所定値よりも大きい場合には、判定手段は、熱発生率の傾きが大きくなるので着火時期を選択する。
【００２７】
請求項７に記載の発明によると、判定手段は、所定の判定基準として大気圧に基づいて着火時期またはＭＦＢ５０のいずれを選択するかを判定する。
大気圧が低下すると気筒内に吸入される吸気量が減少するので、気筒内の燃料は燃えにくくなり、熱発生率の傾きは小さくなる。そこで、判定手段は、大気圧が所定値以下の場合には、熱発生率の傾きが小さく着火時期を高精度に検出できないのでＭＦＢ５０を選択する。一方、大気圧が所定値よりも大きい場合には、判定手段は、熱発生率の傾きが大きくなるので着火時期を選択する。
【００２８】
請求項８に記載の発明によると、判定手段は、所定の判定基準として吸気温度に基づいて着火時期またはＭＦＢ５０のいずれを選択するかを判定する。
吸気温度が低下すると、気筒内の燃料は燃えにくくなり、熱発生率の傾きは小さくなる。そこで、判定手段は、例えば吸気温度が所定値以下の場合には、熱発生率の傾きが小さく着火時期を高精度に検出できないのでＭＦＢ５０を選択する。一方、吸気温度が所定値よりも高い場合には、判定手段は、熱発生率の傾きが大きくなるので着火時期を選択する。
【００２９】
請求項９に記載の発明によると、判定手段は、所定の判定基準として内燃機関の水温に基づいて着火時期またはＭＦＢ５０のいずれを選択するかを判定する。
水温が低下すると、気筒内の燃料は燃えにくくなり、熱発生率の傾きは小さくなる。そこで、判定手段は、例えば水温が所定値以下の場合には、熱発生率の傾きが小さく着火時期を高精度に検出できないのでＭＦＢ５０を選択する。一方、水温が所定値よりも高い場合には、判定手段は、熱発生率の傾きが大きくなるので着火時期を選択する。
【００３０】
請求項１０に記載の発明によると、判定手段は、所定の判定基準として気筒内における熱発生率の傾きに基づいて着火時期またはＭＦＢ５０のいずれを選択するかを判定する。
判定手段は、例えば熱発生率の傾きが所定値以下の場合には、着火時期を高精度に検出できないのでＭＦＢ５０を選択する。一方、熱発生率が所定値よりも大きい場合には、判定手段は着火時期を選択する。
請求項１１に記載の発明によると、制御手段は、燃焼状態を調整するパラメータとして気筒内に燃料噴射弁から燃料を噴射する噴射時期を制御する。
このように、燃焼状態を大きく変化させる燃料噴射弁の噴射時期を制御することにより、燃焼状態を所望の状態に制御できる。
【００３１】
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による燃料噴射システムを図１に示す。
（燃料噴射システム２０）
本実施形態の蓄圧式の燃料噴射システム２０は、高圧ポンプ３２、コモンレール３４、燃料噴射弁４０、筒内圧センサ（ＣＰＳ：Combustion Pressure Sensor）４２、電子制御装置（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）５０等から構成されている。
【００３３】
燃料噴射システム２０が燃料を供給するディーゼルエンジン（以下、「エンジン」とも言う。）１０は４気筒の多気筒内燃機関である。コンプレッサ２で圧縮された吸気は、インタークーラ４を通り、吸気絞り弁６で流量を調整され、エンジン１０の各気筒に吸入される。吸気絞り弁６は、軽負荷領域では、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)ガスをより多く入れるために絞られるが、高負荷域では、吸気量増大やポンピングロスの低減等のために、ほぼ全開状態に保持される。エンジン１０に吸入される吸気の圧力は、吸気圧センサ８で検出される。
【００３４】
ＥＧＲ弁１２は、ＥＧＲクーラ１４で冷却されたエンジン１０の排気を吸気側に環流する流量を調整する。
高圧ポンプ３２は、カムシャフトのカムの回転にともないプランジャが往復移動することにより、燃料タンク３０から加圧室に吸入した燃料を加圧する公知のポンプである。ＥＣＵ５０が高圧ポンプ３２の図示しない調量弁に供給する電流値を制御することにより、高圧ポンプ３２が吸入行程で吸入する燃料吸入量が調量される。そして、燃料吸入量が調量されることにより、高圧ポンプ３２の燃料吐出量が調量される。
【００３５】
コモンレール３４は、高圧ポンプ３２が圧送する燃料を蓄圧しエンジン運転状態に応じた所定の高圧に燃料圧力を保持する。コモンレール３４の圧力（以下、「コモンレール圧」とも言う。）は、高圧ポンプ３２の吐出量により制御される。
【００３６】
燃料噴射弁４０は、エンジン１０の各気筒に設置され、コモンレール３４が蓄圧している燃料を気筒内に噴射する。燃料噴射弁４０は、エンジン１０の１燃焼サイクルにおいてパイロット噴射、メイン噴射およびポスト噴射等を含む多段噴射を行う。燃料噴射弁４０は、ノズルニードルに閉弁方向に燃料圧力を加える制御室の圧力を制御することにより燃料噴射量を制御する公知の電磁駆動式の弁である。
【００３７】
ＣＰＳ４２は、エンジン１０の気筒内の圧力を検出する圧力センサである。ＣＰＳ４２は、図１の実線および点線のＣＰＳ４２に示されるように４気筒のすべてに設置されてもよいし、実線のＣＰＳ４２が示すように１気筒だけに設置されてもよい。ＮＥセンサ４４は、エンジン１０の回転数を検出する。
【００３８】
上記センサ以外にも、アクセル開度を検出するアクセルセンサ、排気中の酸素濃度を検出するＯ2センサ、エンジン１０の水温を検出する水温センサ等の各種センサが設置されている。
【００３９】
燃焼制御装置としてのＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等で構成されたマイクロコンピュータである。ＥＣＵ５０は、エンジン１０を最適な運転状態に制御するために、吸気圧センサ８、ＣＰＳ４２、ＮＥセンサ４４等の各種センサから取得したエンジン運転状態に基づいて高圧ポンプ３２の調量弁および燃料噴射弁４０への通電を制御する。
【００４０】
ＥＣＵ５０は、各種センサから得たエンジン運転状態に基づいて燃料噴射弁４０の噴射時期および噴射量を制御する。ＥＣＵ５０は、燃料噴射弁４０の噴射時期および噴射量を制御する噴射指令信号として噴射パルス信号を出力する。噴射パルス信号のパルス幅が長くなると、燃料噴射弁４０の制御室が低圧側に開放される時間が長くなるので、噴射量が増加する。ＥＣＵ５０は、噴射パルス信号のパルス幅と噴射量との関係を表す噴射量特性を、噴射圧であるコモンレール圧毎にマップとしてＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶している。
【００４１】
ＥＣＵ５０は、多段噴射を実施する場合、燃料噴射弁４０に対してパイロット噴射およびメイン噴射等の噴射時期および噴射量をそれぞれ指令する噴射パルス信号を出力する。ＥＣＵ５０は、メイン噴射による実際の実着火時期と目標着火時期との差、あるいは実際のＭＦＢ５０と目標ＭＦＢ５０との差に基づき、噴射時期をフィードバック制御する。噴射時期をフィードバック制御する場合、ＥＣＵ５０は、パイロット噴射およびメイン噴射を含む多段噴射の噴射時期を進角側または遅角側に平行移動する。
【００４２】
着火時期およびＭＦＢ５０は、特許請求の範囲に記載した燃焼状態として燃焼時期を表す燃焼状態指標であり、噴射時期は燃焼状態を調整するパラメータである。
ＥＣＵ５０は、ＲＯＭまたはフラッシュメモリに記憶されている制御プログラムにより、以下の各手段として機能する。
【００４３】
（指標検出手段）
メイン噴射とメイン噴射に先行してパイロット噴射を実施するときの熱発生率２００を図２に示す。ＥＣＵ５０は、ＣＰＳ４２が検出する筒内圧に基づいて、熱発生率２００を次式（１）により算出する。ＥＣＵ５０は、式（１）から算出した熱発生率２００に基づいて、ＭＦＢ５０とメイン噴射による着火時期とを検出する。
【００４４】
熱発生率＝（Ｖ・ｄＰ＋κ・Ｐ・ｄＶ）／（κ−１）      ・・・（１）
式（１）において、Ｖは気筒内容積を、ＰはＣＰＳ４２が検出した筒内圧を、κは比熱比をそれぞれ示している。
【００４５】
ＥＣＵ５０は、メイン噴射による燃料の着火により熱発生率２００が上昇し予め設定している所定の閾値２０２を超えるときのクランク角度２０４をメイン噴射の着火時期として検出する。尚、メイン噴射だけでなく、パイロット噴射による燃料の着火により熱発生率２００が上昇し閾値２０２を超える場合、ＥＣＵ５０は、１燃焼サイクルにおいて２度目に熱発生率２００が上昇し閾値２０２を超えるときをメイン噴射による着火時期として検出する。
【００４６】
また、ＥＣＵ５０は、１燃焼サイクルにおいて、燃料噴射が実行され燃焼が終了する所定のクランク角度までの熱発生率を積算して合計する。図２の符号２１０は、熱発生率の積算の推移を示している。ＥＣＵ５０は、積算合計の５０％に相当するクランク角度２１２をＭＦＢ５０として検出する。
【００４７】
（判定手段）
前述したように、ＭＦＢ５０は、１燃焼サイクルにおける熱発生率の積算合計の５０％に対応する燃焼時期なので、熱発生率が小さい等の検出条件に関わらずに検出できる。ただし、ＣＰＳ４２の出力信号が温度特性等によりばらつくと熱発生率の積算値が大きくばらつくので、検出精度が低下する。
【００４８】
一方、着火時期は、気筒内で燃料が着火したときに急激に変化する熱発生率が所定の閾値２０２を超えたかにより検出されるので、ＣＰＳ４２の出力信号がばらついても、ＭＦＢ５０に比べて高精度に検出できる。
【００４９】
ただし、図３に示すように、熱発生率２００が小さく熱発生率２００の最大値が所定の閾値２０２よりも小さい場合には、熱発生率が所定の閾値２０２を超えないので着火時期を検出できない。
【００５０】
したがって、熱発生率２００の最大値が所定の閾値２０２よりも小さい場合には、ＥＣＵ５０は、着火時期ではなくＭＦＢ５０を選択する。
一方、熱発生率２００の最大値が所定の閾値２０２よりも大きい場合には、ＥＣＵ５０は、ＭＦＢ５０ではなく着火時期を選択する。
【００５１】
また、図４の（Ａ）に示すように、熱発生率２００の変化する傾きが小さく熱発生率２００が緩やかに変化する場合には、着火時期の検出精度が低下する。熱発生率２００の変化する傾きが小さい場合に着火時期の検出精度が低下する理由を以下に説明する。
【００５２】
図４の（Ｂ）、（Ｃ）において、符号２２０は熱発生率の傾きが所定値よりも大きいときの特性を示し、符号２２２は熱発生率の傾きが所定値以下のときの特性を示している。図４の（Ｃ）は、図４の（Ｂ）において符号２２４が示す部分の拡大図である。
【００５３】
ここで、式（１）により算出した符号２２０、２２２が示す熱発生率に同程度の検出誤差２３０があると仮定すると、検出誤差２３０の範囲で、所定の閾値２０２に対して検出する着火時期としてのクランク角度の検出誤差２４０、２４２を比較すると、符号２２２が示す熱発生率の傾きが所定値以下のときの検出誤差２４２が、符号２２０が示す熱発生率の傾きが所定値よりも大きいときの検出誤差２４０よりも大きくなっている。そのため、符号２２２が示すように熱発生率の傾きが所定値以下の場合に熱発生率から着火時期を検出しても、ＭＦＢ５０よりも却って検出精度が低下することがある。
【００５４】
したがって、熱発生率２００の変化する傾きが所定値以下の場合には、ＥＣＵ５０は、着火時期ではなくＭＦＢ５０を選択する。
一方、熱発生率２００の変化する傾きが所定値よりも大きい場合には、ＥＣＵ５０は、ＭＦＢ５０ではなく着火時期を選択する。
【００５５】
このように、所定の判定基準として、（１）熱発生率２００の最大値が閾値２０２よりも小さいか否か、（２）熱発生率２００の傾きが所定値以下か否かを判定することにより、ＥＣＵ５０は、噴射時期をフィードバック制御するときに目標とする燃焼時期の指標として、着火時期またはＭＦＢ５０のいずれかを適宜選択する。
【００５６】
次に、噴射時期をフィードバック制御するときに目標とする燃焼時期の指標として、着火時期ではなくＭＦＢ５０を選択するときの判定基準について詳細に説明する。以下の（１）、（２）に示す各条件の少なくとも一つが成立すると、ＥＣＵ５０は、着火時期ではなくＭＦＢ５０を選択する。以下の（１）、（２）に示す条件がすべて成立しない場合、ＥＣＵ５０は、ＭＦＢ５０ではなく着火時期を選択する。
（１）熱発生率２００の最大値が閾値２０２よりも小さい場合
（ａ）式（１）により算出した熱発生率２００の最大値が、実際に閾値２０２よりも小さい。
【００５７】
（ｂ）エンジン運転条件が所定の範囲内である。具体的には、エンジン回転数とアクセル開度とに基づいて算出される燃料噴射弁４０の目標噴射量が所定値以下の場合、ＥＣＵ５０は、熱発生率２００の最大値が閾値２０２よりも小さくなり、着火時期を検出できないと判断する。
（２）熱発生率２００の傾きが所定値以下の場合
以下に示す（ａ）〜（ｆ）のいずれかの条件が成立すると、気筒内の燃料が燃焼しにくくなるので熱発生率２００の傾きが小さくなる。
【００５８】
（ａ）図５に示すように、熱発生率２００から検出した着火時期２５０と着火時期の目標値２５２との偏差２５４が所定値以上、あるいは熱発生率２００から検出した符号２６０が示すＭＦＢ５０とＭＦＢ５０の目標値２６２との偏差２６４が所定値以上になる場合。
【００５９】
これは、熱発生率２００の傾きが小さくなると、熱発生率２００から検出した着火時期およびＭＦＢ５０が目標値に対して遅角し、偏差２５４、２６４が大きくなるからである。言い換えれば、偏差２５４、２６４が大きい場合、熱発生率２００の傾きは小さい。
【００６０】
例えば図５において、偏差２５４または偏差２６４の少なくとも一方が所定値以上の場合には、ＥＣＵ５０は、ＭＦＢ５０を選択してフィードバック制御を実施し、偏差２５４および偏差２６４が所定値よりも小さい場合には、ＥＣＵ５０は、着火時期を選択してフィードバック制御を実施する。
【００６１】
（ｂ）ＥＧＲ率が所定値以上。
（ｃ）排気中の酸素濃度が所定値以下。この場合、空燃比が低いので、燃料が燃焼しにくい。
【００６２】
（ｄ）大気圧が所定値以下。この場合、気筒内に吸入される吸気量が減少するので、燃料が燃焼しにくい。
（ｅ）吸気温度が所定値以下。
【００６３】
（ｆ）エンジン１０の水温が所定値以下。
（制御手段）
ＥＣＵ５０は、エンジン運転状態に基づいて、目標着火時期および目標ＭＦＢ５０を算出する。そして、ＥＣＵ５０は、判定手段が着火時期を選択すると、熱発生率２００から検出した着火時期と目標着火時期との偏差に基づいて、着火時期が目標着火時期に一致するように噴射時期をフィードバック制御する。
【００６４】
また、ＥＣＵ５０は、判定手段がＭＦＢ５０を選択すると、熱発生率２００から検出したＭＦＢ５０と目標ＭＦＢ５０との差に基づいて、ＭＦＢ５０が目標ＭＦＢ５０に一致するように噴射時期をフィードバック制御する。
【００６５】
このように、着火時期またはＭＦＢ５０が目標値に一致するように噴射時期をフィードバック制御することにより、例えばＮＯｘの排出量を低減し、エミッションを所望の排出状態に制御できる。
【００６６】
（噴射時期制御）
次に、燃焼時期の指標として着火時期またはＭＦＢ５０のいずれかを選択し、燃料噴射弁４０の噴射時期を調整することにより、熱発生率２００から検出した着火時期またはＭＦＢ５０のいずれかを目標値に一致させる燃料噴射弁４０に対する噴射時期のフィードバック制御について説明する。図６に噴射時期の制御ルーチンを示す。図６の制御ルーチンは、１燃焼サイクルに１回実行される。図６において「Ｓ」はステップを表している。
【００６７】
ＥＣＵ５０は、Ｓ３００においてＣＰＳ４２から筒内圧を検出し、Ｓ３０２において式（１）により熱発生率を算出する。
ＥＣＵ５０は、Ｓ３０４において熱発生率に基づいて着火時期とＭＦＢ５０とを検出し、Ｓ３０６においてエンジン運転状態に基づいて目標着火時期と目標ＭＦＢ５０とを算出する。
【００６８】
Ｓ３０８においてＥＣＵ５０は、前述したように、（１）熱発生率２００の最大値が閾値２０２よりも小さいか否か、（２）熱発生率２００の傾きが所定値以下か否かを判定することにより、噴射時期をフィードバック制御するときに目標とする燃焼状態指標として、着火時期またはＭＦＢ５０のいずれかを適宜選択する。
【００６９】
Ｓ３１０においてＥＣＵ５０は、Ｓ３０４において熱発生率から検出され、Ｓ３０８において燃焼状態指標として選択された着火時期またはＭＦＢ５０と、Ｓ３０６において算出された目標値との偏差に基づき、ＰＩ制御によるフィードバック制御を実施するための噴射時期の補正量を算出する。そして、Ｓ３１２においてＥＣＵ５０は、算出した補正量により噴射時期を補正する。前述したように、噴射時期の補正は、多段噴射の各噴射時期を平行移動することにより実施される。
【００７０】
以上説明したように、上記実施形態では、燃焼状態を表す燃焼時期の指標として着火時期またはＭＦＢ５０のいずれかを所定の判定基準に基づいて適宜選択した。これにより、着火時期を高精度に検出できるときには着火時期を選択することにより、ＭＦＢ５０よりも検出精度の高い着火時期を指標として噴射時期をフィードバック制御できる。
【００７１】
また、着火時期を高精度に検出できないときにはＭＦＢ５０を選択することにより、ＭＦＢ５０を指標として噴射時期をフィードバック制御できる。これにより、着火時期を検出できずに噴射時期をフィードバック制御できないか、ＭＦＢ５０よりも検出精度が低いおそれのある着火時期を指標として噴射時期をフィードバック制御することを避けることができる。
【００７２】
このように、所定の判定基準に基づいて着火時期またはＭＦＢ５０のいずれかを適宜選択するので、噴射時期を高精度にフィードバック制御できる。
［他の実施形態］
上記実施形態では、気筒内の燃焼状態を表す燃焼時期の指標として、着火時期およびＭＦＢ５０を採用した。これに対し、例えば、着火時期に代えて、熱発生率の最大値または熱発生率から検出する燃焼終了時期を燃焼時期の指標として採用してもよい。また、ＭＦＢ５０に代えて他の指標を採用してもよい。
【００７３】
この場合にも、所定の判定基準に基づいて複数の燃料状態指標から適宜選択された一つの適切な燃焼状態指標に基づいて、目標の燃焼状態に適切に制御できる。
また、上記実施形態では、気筒内の燃焼状態を表す指標として、着火時期およびＭＦＢ５０の２個の指標を採用した。これに対し、所定の判定基準に基づいて選択できるのであれば、燃焼状態を表す指標は３個以上であってもよい。
【００７４】
上記実施形態では、指標検出手段、判定手段および制御手段の機能を制御プログラムにより機能が特定されるＥＣＵ５０により実現している。これに対し、上記手段の機能の少なくとも一部を、回路構成自体で機能が特定されるハードウェアで実現してもよい。
【００７５】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本実施形態による燃料噴射システムを示すブロック図。
【図２】熱発生率およびＭＦＢ５０の特性を示すタイムチャート。
【図３】熱発生率が低い場合の特性を示すタイムチャート。
【図４】熱発生率の傾きが小さい場合の特性を示すタイムチャート。
【図５】着火時期およびＭＦＢの検出値と目標値とを示すタイムチャート。
【図６】噴射時期のフィードバック制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７７】
１０：ディーゼルエンジン（内燃機関）、２０：燃料噴射システム、３２：高圧ポンプ（燃料供給ポンプ）、３４：コモンレール、４０：燃料噴射弁、４２：ＣＰＳ（圧力センサ）、５０：ＥＣＵ（燃焼制御装置、指標検出手段、判定手段、制御手段）
【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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