(57)【要約】【課題】燃料噴射時期を遅角するにあたって未燃成分の増加を抑制する。【解決手段】内燃機関の制御装置（１００）は、燃料噴射時期の一の遅角条件において、気筒容積及び筒内圧から単位サイクルにおける発生熱量を算出する第１算出手段と、前記一の遅角条件において、燃料噴射量及び低位発熱量から燃料発熱量を算出する第２算出手段と、前記算出された燃料発熱量と前記算出された発生熱量とに基づいて、所定期間における損失熱量を算出する第３算出手段と、前記噴射時期が順次遅角される過程において、前記算出される損失熱量の最小値を決定する決定手段と、前記損失熱量が前記最小値から所定の許容値分増加する前記噴射時期を前記噴射時期の遅角限界として設定する設定手段とを具備し、燃料噴射時期は、この設定された遅角限界よりも進角側の範囲で遅角される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の噴射時期を遅角させる遅角制御手段と、
筒内圧を特定する筒内圧特定手段と、
前記噴射時期の一の遅角条件において、気筒容積及び前記特定された筒内圧から単位サイクルにおける発生熱量を算出する第１算出手段と、
前記一の遅角条件において、燃料噴射量及び低位発熱量から燃料発熱量を算出する第２算出手段と、
前記算出された燃料発熱量と前記算出された発生熱量とに基づいて、所定期間における損失熱量を算出する第３算出手段と、
前記噴射時期が順次遅角される過程において、前記算出される損失熱量の最小値を決定する決定手段と、
前記損失熱量が前記最小値から所定の許容値分増加する前記噴射時期を前記噴射時期の遅角限界として設定する設定手段と
を具備し、
前記遅角制御手段は、前記設定された遅角限界よりも進角側の範囲で前記噴射時期を遅角させる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記遅角制御手段は、前記内燃機関の排気経路に設置された排気浄化装置を暖機する場合に前記噴射時期を遅角させる
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
排気温を特定する排気温特定手段を具備し、
前記遅角制御手段は、前記特定された排気温が所定値以上となるように前記噴射時期を遅角させる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の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、例えば触媒暖機に用いられて好適な、内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された装置によれば、燃料噴射時期を遅角することによって排気温度が上昇するため、触媒暖機が促進されるとされている。
【０００３】
尚、ＣＰＳ（Cylinder Pressure Sensor：筒内圧センサ）から算出される熱損失量に基づいて点火時期を制御する装置も提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、特許文献３には、触媒暖機のため失火限界直前まで噴射時期を遅角させる技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１５６１６５号公報
【特許文献２】特開２００８−０２５４０６号公報
【特許文献３】特開２００４−２４５１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
燃料噴射時期を遅角すると燃焼プロセスが遅角側にシフトする或いは延びることから、排気経路に相対的に高温な排気が供給される。従って、内燃機関の始動時に排気経路に設置された排気浄化用の触媒やフィルタを暖機するにあたっては効果的である。
【０００７】
しかしながら、燃料噴射時期の遅角は、ＣＯやＨＣ等の未燃成分の増加に繋がる。従って、エミッションの観点からすると、燃料噴射時期の遅角量には自ずと限界がある。上記引用文献に記載されたものを含む従来の技術では、燃料噴射時期の遅角量の限界について明確に規定されておらず、場合により触媒暖機と引き換えにエミッションの悪化を招きかねないという技術的問題点がある。
【０００８】
この種の技術的問題点は、燃料噴射時期が燃焼反応の進行に大きく影響する、圧縮自着火式内燃機関又は燃料を気筒内部に直接噴射可能な内燃機関等において顕著に発生する。
【０００９】
尚、燃料噴射時期を遅角することにより未燃成分が増加することは、従来周知の事項ではある。従って、従来においても、予め実験的に、経験的に又は理論的なプロセスにより適合された制御用のマップを保持して遅角量の制御を行っている場合が多い。
【００１０】
然るに、このような事前の適合は、実際の未燃成分の振る舞いと必ずしも一対一に対応しない。また、セタン価等の燃料性状の変化による未燃成分の発生状態の変化に必ずしも一対一に対応しない。即ち、制御上のプロセスによりリアルタイムに未燃成分の増加を検知する技術は、従来存在しない。
【００１１】
本発明は、係る問題点に鑑みてなされたものであり、例えば触媒暖機等を目的として燃料噴射時期を遅角するにあたって、未燃成分の増加を抑制し得る内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するため、燃料の噴射時期を遅角させる遅角制御手段と、筒内圧を特定する筒内圧特定手段と、前記噴射時期の一の遅角条件において、気筒容積及び前記特定された筒内圧から単位サイクルにおける発生熱量を算出する第１算出手段と、前記一の遅角条件において、燃料噴射量及び低位発熱量から燃料発熱量を算出する第２算出手段と、前記算出された燃料発熱量と前記算出された発生熱量とに基づいて、所定期間における損失熱量を算出する第３算出手段と、前記噴射時期が順次遅角される過程において、前記算出される損失熱量の最小値を決定する決定手段と、前記損失熱量が前記最小値から所定の許容値分増加する前記噴射時期を前記噴射時期の遅角限界として設定する設定手段とを具備し、前記遅角制御手段は、前記設定された遅角限界よりも進角側の範囲で前記噴射時期を遅角させることを特徴とする（請求項１）。
【００１３】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、第１算出手段により算出される、単位サイクルにおける内燃機関の発生熱量（熱発生率と定義してもよい）と、第２算出手段により算出される燃料発熱量とに基づいて、燃料の噴射時期（以下、適宜「噴射時期」と略称する）の一遅角条件における所定期間の損失熱量が算出される。
【００１４】
尚、所定期間とは、遅角制御手段により噴射時期が一の遅角条件に維持されている期間の少なくとも一部であり、内燃機関に備わる全ての気筒が一燃焼サイクルを終了する期間（即ち、４サイクル内燃機関の場合、サイクル数で言えば４サイクルに相当する期間）であってもよいし、予め実験的に、経験的に又は理論的に損失熱量を精度良く算出し得るように定められた期間（又はサイクル数）であってもよい。
【００１５】
燃料噴射量と低位発熱量とに基づいて第２算出手段により算出される燃料発熱量は、消費された燃料から理論的に発生する熱量を意味する。一方、気筒容積と筒内圧とに基づいて第１算出手段により算出される発生熱量は、単位サイクルにおいて実際に発生した熱量を意味する。従って、所定期間についてこれら各熱量を求めると、両者の差分は、当該所定期間における損失熱量に理想的には一致する。
【００１６】
ここで、内燃機関の損失熱量は、主として冷却損失と未燃損失とから構成されるが、冷却損失は噴射時期の遅角により減少し、ある程度の遅角量でその減少傾向は極めて緩慢になる。即ち、冷却損失は、噴射時期を遅角させる過程で増加することはなく、また、ある程度以上の遅角量では一定であるとみなし得る。
【００１７】
一方、未燃損失は、噴射時期の遅角量に対して、ある遅角量までは殆ど変化せず、それ以上の遅角領域において増加する。
【００１８】
これらの点から、内燃機関の損失熱量は、噴射時期の遅角量に対して最小値を有することになる。決定手段は、遅角量に対応付けられて算出される、過去の損失熱量を比較することによって、損失熱量の最小値を決定することが出来る。尚、決定される最小値は、遅角制御手段が噴射時期を順次遅角させるにあたっての遅角量のステップ幅によっては、必ずしも厳密な意味での最小値とはならないが、少なくとも一決定プロセスにおける最小値としては明確に決定することが出来る。但し、遅角量のステップ幅は、厳密な意味での最小値と、一決定プロセスにおいて決定される最小値との差が許容範囲に収まるように十分に小さく設定されている。例えば、遅角量のステップ幅は、クランク角にして概ね０．５ｄｅｇ内外であってもよい。
【００１９】
ところで、未燃損失とは、燃焼プロセスに寄与しなかった未燃成分による損失である。即ち、未燃損失は、未燃成分の発生量と極めて高い関係性を有しており、両者は、殆ど一対一に対応する。
【００２０】
従って、未燃成分により損失熱量が増加に転じる遅角量、即ち、上述の如く決定された損失熱量に最小値を与える遅角量は、未燃成分が増加に転じる遅角量として扱うことが出来る。本発明に係る内燃機関の制御装置では、この損失熱量の最小値に相当する遅角量を、遅角制御手段による遅角制御に利用する構成となっている。
【００２１】
即ち、本発明に係る内燃機関の制御装置は、当該損失熱量が当該最小値から所定の許容値分増加する噴射時期を噴射時期の遅角限界として設定する設定手段を備えており、遅角制御手段は、この設定された遅角限界よりも進角側の範囲で噴射時期を遅角させる構成となっている。
【００２２】
このため、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、噴射時期を遅角させるにあたって、未燃成分が許容値以上に増加することがない。また、それと引き換えに必要以上に遅角量の制御幅が制限されることもない。即ち、噴射時期の遅角による排気温度上昇効果を極めて効率的に得ることが出来るのである。
【００２３】
この際、損失熱量の最小値は、内燃機関に実稼動プロセスにおける状態量、制御量又は指標値から算出される実現象相当値であるから、燃料性状の変化、或いは予期せぬ内燃機関の状態変化に対しても追従し得る値である。従って、燃料性状が変化しても、また内燃機関に予期せぬ変化（例えば、経時的な各部の劣化や、一時的な異常等）が生じたとしても、遅角限界の精度は全く揺らぐことがない。即ち、設定手段により設定される遅角限界は、これらの変化に対して高いロバスト性を有する。
【００２４】
尚、第１算出手段が発生熱量を算出するにあたって参照する筒内圧は、筒内圧特定手段により特定される。ここで、本発明に係る「特定」とは、検出、算出、推定、取得又は選択等を包括する概念であって、筒内圧が、第１算出手段が発生熱量を算出するにあたって問題ない形態で供給される限りにおいて、特定手段の実践的態様は限定されない。好適な一形態としては、内燃機関がＣＰＳ（筒内圧センサ）等の筒内圧検出手段を有し、特定手段がその検出値（センサ出力値）を電気信号として取得する構成が採られてもよい。
【００２５】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記遅角制御手段は、前記内燃機関の排気経路に設置された排気浄化装置を暖機する場合に前記噴射時期を遅角させる（請求項２）。
【００２６】
噴射時期の遅角は、その排気温上昇効果により、排気浄化装置の暖機促進に効果的である。尚、排気浄化装置とは、三元触媒、リーンＮＯｘ触媒、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reactor）等の各種触媒装置や、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等の各種フィルタ装置を包括する概念である。
【００２７】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、排気温を特定する排気温特定手段を具備し、前記遅角制御手段は、前記特定された排気温が所定値以上となるように前記噴射時期を遅角させる（請求項３）。
【００２８】
この態様によれば、排気温特定手段により特定される排気温が所定値以上となるように噴射時期が遅角される。従って、排気温上昇による所望の効果（例えば、上述した排気浄化装置の暖機効果）を獲得しつつ噴射時期の必要以上の遅角を抑制することが出来る。
【００２９】
尚、排気温特定手段により特定される排気温とは、排気経路に排出された後の排気の温度であってもよいし、排気経路に排出される直前の排気の温度であってもよい。前者は、例えば、排気温センサ等の検出手段を排気経路に付設すれば検出可能であり、後者は、例えば、排気弁開弁時の筒内ガス温等として、筒内圧の時間変化率及び気筒容積の時間変化率から、予め設定された演算アルゴリズムに基づいた数値演算的手法により求めることが出来る。
【００３０】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】図１のエンジンシステムに備わるエンジンにおける、メイン噴射時期の遅角量と各種損失との関係を例示する概念図である。
【図３】図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵにより実行される噴射時期遅角制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００３３】
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照し、本発明の一実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００３４】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。
【００３５】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を備え、エンジンシステム１０の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する噴射時期遅角制御を実行可能に構成されている。
【００３６】
尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「筒内圧特定手段」、「遅角制御手段」、「第１算出手段」、「第２算出手段」、「第３算出手段」及び「設定手段」の夫々一例として機能し得る一体の電子制御ユニットであるが、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、これら各手段は、例えば複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００３７】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たる、圧縮自着火式の多気筒ディーゼルエンジンである。
【００３８】
図１において、エンジン２００は、シリンダブロックＣＢに収容される複数の気筒２０１を備える。尚、図１において、気筒２０１は紙面奥行き方向に配列しており、図１においては一の気筒２０１のみが示されている。
【００３９】
エンジン２００において、気筒２０１は、燃料たる軽油と吸入空気との混合気が燃焼した際に生じる爆発力に応じて図示上下方向に往復運動を生じるピストン２０２を備える。ピストン２０２の往復運動は、コネクティングロッド２０３を介してクランクシャフト２０４の回転運動に変換され、エンジン２００を搭載する車両の動力として利用される構成となっている。尚、本実施形態では、ピストン２０２の上面と気筒２０１の内壁部とにより規定される空間の容積を気筒容積Ｖと定義する。気筒容積Ｖは、ピストン２０２が往復運動する過程で変化する。また、ピストン２０２がＢＤＣ（Bottom Death Center：下死点）に位置する場合の気筒容積Ｖ、即ち、気筒容積の最大値を、別途、最大気筒容積Ｖｃｙｌと定義する。最大気筒容積Ｖｃｙｌは気筒毎に或いはエンジン毎に定まる固有値である。
【００４０】
クランクシャフト２０４の近傍には、クランクシャフト２０４の回転位置を表すクランク角ＣＡを検出可能なクランクポジションセンサ２０５が設置されている。このクランクポジションセンサ２０５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたクランク角ＣＡは、一定又は不定の周期でＥＣＵ１００に参照され、例えば、エンジン回転数ＮＥの算出や、燃料噴射時期の制御等に供される構成となっている。
【００４１】
エンジン２００において、外部から吸入された空気は、図示せぬクリーナにより浄化された後、各気筒について共通の吸気管２０６に導かれる。吸気管２０６には、この吸入空気の量である吸入空気量Ｇａを検出可能なエアフローメータ２０７が配設されている。エアフローメータ２０７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された吸入空気量Ｇａは、ＥＣＵ１００に一定又は不定の周期で算出される構成となっている。
【００４２】
吸気管２０６における、このエアフローメータ２０７の下流側には、吸入空気量を調節可能なスロットルバルブ２０７が配設されている。このスロットルバルブ２０７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続された不図示のスロットルバルブモータによってその駆動状態が制御される、一種の電子制御式スロットルバルブとして構成されている。
【００４３】
ＥＣＵ１００は、基本的には不図示のアクセルポジションセンサにより検出されるアクセル開度Ｔａに応じたスロットル開度が得られるようにスロットルバルブモータを駆動制御する。但し、ＥＣＵ１００は、スロットルバルブモータの動作制御を介してドライバの意思を介在させることなくスロットル開度を調整することも可能である。尚、エンジン２００は、ディーゼルエンジンであり、空燃比制御（即ち、吸入空気量の制御）により出力を制御するガソリンエンジンと異なり、燃料噴射量により出力が制御される。従って、スロットルバルブ２０８は、基本的に全開位置に制御されている。
【００４４】
スロットルバルブ２０８を通過した吸入空気は、気筒２０１の各々に対応する吸気ポート２０９を経由し、断面視略楕円形状を有するカム２１０のカムプロファイルに応じてその開閉時期が定まる吸気弁２１１の開弁時に気筒２０１の内部に吸入される。
【００４５】
気筒２０１の燃焼室には、筒内直噴型のユニットインジェクタ２１２の一部が露出しており、燃料たる軽油を気筒内部に直接噴射可能な構成となっている。このユニットインジェクタ２１２から噴射された燃料は、エンジン２００の吸気行程及び圧縮行程において、気筒内部に吸入された空気と予混合され前述の混合気となる。
【００４６】
尚、燃料は、不図示の燃料タンクに貯留されている。この燃料タンクに貯留される燃料は、不図示のフィードポンプの作用により燃料タンクから汲み出され、不図示の低圧配管を介して公知の各種態様を採り得高圧ポンプ（不図示）に圧送される構成となっている。この高圧ポンプは、不図示のコモンレールに対し燃料を供給可能に構成されている。
【００４７】
このコモンレールは、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、上流側（即ち、高圧ポンプ側）から供給される高圧燃料をＥＣＵ１００により設定される目標レール圧まで蓄積することが可能に構成された高圧貯留手段である。コモンレールには、レール圧を検出することが可能なレール圧センサ及びレール圧が上限値を超えないように蓄積される燃料量を制限するプレッシャリミッタ等が配設される。ユニットインジェクタ２１２は、気筒２０１毎に搭載されており、夫々が高圧燃料デリバリを介してコモンレールに接続されている。
【００４８】
尚、ユニットインジェクタ２１２は、ＥＣＵ１００から供給される指令に基づいて作動する電磁弁と、この電磁弁への通電時に燃料を噴射するノズル（いずれも不図示）とを備える。当該電磁弁は、上述したコモンレールの高圧燃料が印加される圧力室と、当該圧力室に接続された低圧側の低圧通路との間の連通状態を制御可能に構成されており、通電時に当該加圧室と低圧通路とを連通させると共に、通電停止時に当該加圧室と低圧通路とを相互に遮断する。一方、ノズルは、噴孔を開閉するニードルを内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁方向（噴孔を閉じる方向）に付勢している。従って、電磁弁への通電により加圧室と低圧通路とが連通し、圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル内を上昇して開弁する（噴孔を開く）ことにより、コモンレールより供給された高圧燃料を噴孔より噴射することが可能である。また、電磁弁への通電停止により加圧室と低圧通路とが相互に遮断されて圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する。
【００４９】
ユニットインジェクタ２１２により噴射される燃料は、ＥＣＵ１００の制御により、燃焼室内の急激な温度上昇を防止するための、或いは燃料と吸気とを十分に予混合するためのパイロット噴射と、目標噴射量とパイロット噴射量との差分に相当する燃料を噴射するためのメイン噴射とに分割して噴射される構成となっている。
【００５０】
燃焼室において燃焼反応を生じた混合気は、燃焼行程に引き続く排気行程において、クランクシャフト２０４と間接的に連結された排気カム２１３のカムプロファイルに応じて定まる開閉時期に従って開閉駆動される排気弁２１４の開弁時に、排気ポート２１５に排出される。
【００５１】
各気筒の排気ポート２１５は、図示せぬ排気マニホールドを介して排気管２１６に連通している。排気管２１６は、本発明に係る「排気経路」の一例である。
【００５２】
排気管２１６には、本発明に係る「排気浄化装置」の一例たるＤＰＦ２１７が設置される。
【００５３】
ＤＰＦ２１７は、排気中のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕捉可能に構成されたフィルタである。ＤＰＦ２１７は、金属製の筐体にコージェライトやＳｉＣ等のセラミック担体によって構成されたフィルタが収容された構造を有する。このフィルタは、排気の流れる方向に伸長し且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の排気通路を形成している。この排気通路は、排気の入口側と出口側とのうち一方が、相互に隣接しないように互い違いに目封じされており、所謂セラミックウォールフロー型のフィルタ構造となっている。
【００５４】
尚、このような排気浄化装置の構成は一例であり、エンジン２００には、ＤＰＦ２１７に加えて、ＣＣＯ（酸化触媒）、ＳＣＲ或いはＮＳＲ（Nox Storage Reduction）触媒（リーンＮＯｘ触媒とも称される）等の各種触媒が設けられていてもよい。或いは、エンジン構成（例えば、直噴ガソリンエンジン等）によっては、ＤＰＦ２１７に替えて、これら各種触媒装置が設けられていてもよい。
【００５５】
尚、ＣＣＯは、例えば、アルミナ等の多孔質塩基性担体に白金等の貴金属を担持してなり、排気中のＣＯ、ＨＣ（主としてＳＯＦ）及びＮＯ等を酸化することが可能に構成された触媒である。また、ＮＳＲ触媒は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属等のＮＯｘ吸蔵材と貴金属をアルミナ等の多孔質担体に担持してなるＮＯｘ吸蔵還元型触媒である。ＮＳＲ触媒は、リーン雰囲気中で排気中のＮＯを貴金属上でＮＯｘに酸化し、塩基性物質であるＮＯｘ吸蔵材がＮＯｘと中和反応して硝酸塩や亜硝酸塩を形成することによりＮＯｘを吸蔵可能に構成される。また、燃料リッチ雰囲気中で、吸蔵されていた硝酸塩や亜硝酸塩が分解しＮＯｘが放出された際に、貴金属の触媒作用によりこのＮＯｘをＨＣやＣＯ等の還元剤と反応させ、Ｎ２として浄化可能に構成される。
【００５６】
エンジン２００において、シリンダブロックＣＢを取り囲むように設置されたウォータジャケットには、エンジン２００を冷却するために循環供給される冷却水（ＬＬＣ）の温度である冷却水温Ｔｗを検出可能な冷却水温センサ２１８が配設されている。冷却水温センサ２１８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された冷却水温Ｔｗは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００５７】
また、エンジン２００における燃焼室には、気筒２０１の筒内圧Ｐを検出可能な筒内圧センサ２１９のセンサ端子が露出している。筒内圧センサ２１９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された筒内圧Ｐは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。尚、筒内圧Ｐは、ピストン２０２が往復運動する過程で変化するが、本実施形態では、ピストン２０２がＢＤＣにある場合の筒内圧Ｐを、別途筒内圧Ｐｃｙｌと定義する。
【００５８】
＜実施形態の動作＞
次に、本実施形態の動作について説明する。
【００５９】
＜噴射時期遅角制御の概要＞
ＤＰＦ２１７に捕捉されたＰＭを燃焼させるためには、排気温度を上昇させ、ＤＰＦ２１７の温度を上昇させる必要がある。また、排気温度を上昇させる必要性については、本実施形態のＤＰＦ２１７に限らず、所定の触媒活性温度を有する各種触媒装置についても同様である。この種の排気温度上昇の必要性から、燃料の噴射時期の遅角制御が好適に実行される。燃料噴射時期を遅角側にシフトすると、燃焼プロセスが総体的に遅角側にシフトすることから、排気経路に相対的に高温の排気を供給することが可能となり、排気温度の上昇に顕著に効果的である。
【００６０】
尚、この場合の噴射時期とは、好適にはパイロット噴射の噴射時期ではなく、メイン噴射の噴射時期（以下、適宜「メイン噴射時期」と表現する）である。
【００６１】
一方、噴射時期を遅角側にシフトすると、燃料噴射時の筒内ガス温度の低下等から燃料の燃焼性が低下し、未燃成分（主としてＣＯ及びＨＣ）の増加が生じる懸念がある。しかしながら、噴射時期と未燃成分の発生量との現実的関係性は、これまで明確でなく、遅角量の最適化或いは遅角制御幅の拡大は、従来困難であった。
【００６２】
本実施形態では、ＥＣＵ１００により実行される噴射時期遅角制御により、このような問題が解決される。
【００６３】
ここで、噴射時期遅角制御の実践的プロセスを説明する前に、噴射時期遅角制御の概念について、図２を参照して説明する。ここに、図２は、ユニットインジェクタ２１２のメイン噴射時期の遅角量とエンジン２００の各種損失との関係を例示する概念図である。
【００６４】
図２において、縦軸には、各種損失が一ストローク当たりの仕事量（Ｊ／ｓｔ）として表されている。また横軸には、ユニットインジェクタ２１２のメイン噴射時期（本発明に係る「燃料の噴射時期」の一例である）が、ＴＤＣ後クランク角（ｄｅｇ）として表されている。即ち、横軸を右側に向かう程、メイン噴射時期は、吸気ＴＤＣ（Top Death Center：上死点）よりも遅角側にシフトする。即ち、メイン噴射時期が遅角される。
【００６５】
ここで、本実施形態では、エンジン２００の全損失ＴＴＬ（図示実線参照）を、便宜的に、冷却損失ＣＬＬ（図示破線参照）と未燃損失ＵＢＬ（図示鎖線参照）との和である（即ち、ＴＴＬ＝ＣＣＬ＋ＵＢＬ）として扱うものとすると、各損失の関係は図示のようになる。尚、全損失に対する冷却損失及び未燃損失の占める割合は大きく、その他の損失を考慮しても図示の関係性は概ね不変である。
【００６６】
図示するように、冷却損失ＣＬＬは、メイン噴射時期の遅角量に対し減少する。これは、メイン噴射時期の遅角により燃焼熱が相対的に奪われ難くなるためである。冷却損失ＣＬＬの減少率は、メイン噴射時期の遅角量が増えるに連れて低下し、最終的には、メイン噴射時期の遅角量に対して殆ど変化しなくなる。
【００６７】
一方、未燃損失ＵＢＬは、メイン噴射時期の遅角量がある程度の範囲に維持されている状態では、殆ど不変であるが、遅角量が過度に大きくなると二次関数的に増加する。これは、主として、メイン噴射時期の遅角によりメイン噴射時のガス温度が大きく低下するためである。尚、冷却損失ＣＬＬが遅角量に対してサチュレートする領域は、未燃損失ＵＢＬがこのように増加し始める領域よりも進角側にある。
【００６８】
このため、全損失ＴＴＬの特性は、未燃損失ＵＢＬが安定している領域において、冷却損失ＣＬＬの特性により遅角量に対して減少傾向を辿り、未燃損失ＵＢＬが増加し始めると、遅角量に対して増加傾向を辿る。即ち、メイン噴射時期Ｔｉｎｊｍには、全損失ＴＴＬが低下傾向から増加傾向に転じる境界値（言い換えれば、全損失ＴＴＬが最小となる値）としての最適メイン噴射時期Ｔｉｎｊｍｂが存在する。
【００６９】
一般に、筒内の未燃成分の量を定量的に推定することは難しいが、上記の関係性を利用すれば、全損失ＴＴＬの値から、未燃成分が増加傾向に転じたことを実現象として的確に把握することが出来る。
【００７０】
本実施形態に係る噴射時期遅角制御では、メイン噴射時期の遅角量の限界値（本発明に係る「遅角限界」の一例である）が、全損失ＴＴＬが未燃損失の増加によりその最小値ＴＴＬｍｉｎから許容値Ａだけ増加する遅角量として定められる。その結果、メイン噴射時期の遅角量に明確な指針が与えられ、未燃成分の増加によるエミッションの悪化を生じさせることなく、遅角量の制御幅を可及的に拡大することが可能となっている。
【００７１】
＜噴射時期遅角制御の詳細＞
ここで、図３を参照し、噴射時期遅角制御の詳細について説明する。ここに、図３は、噴射時期遅角制御のフローチャートである。尚、噴射時期遅角制御は、ＥＣＵ１００が別途実行する燃料噴射制御の一サブルーチンとして、所定の実行条件が満たされた場合に実行される。所定の実行条件とは、例えば、排気温度の上昇が必要とされる場合等に相当し、例えば、ＤＰＦ２１７或いはその他各種触媒の昇温要求に相当する。
【００７２】
図３において、ＥＣＵ１００は、排気弁２１４の開弁時期における気筒２０１内部のガス温度を表す排気弁開弁時筒内ガス温Ｔｃｙｌｅｖｏを、下記（１）式に従って算出する（ステップＳ１０１）。尚、排気弁開弁時筒内ガス温Ｔｃｙｌｅｖｏは、本発明に係る「排気温」の一例である。
【００７３】
Ｔｃｙｌｅｖｏ＝Ｐｃｙｌ*Ｖｃｙｌ／（Ｇａｌｌ*Ｒ）・・・（１）
ここで、Ｐｃｙｌは、先述したようにピストン２０２がＢＤＣにある場合の筒内圧である。また、Ｖｃｙｌは、先述したように気筒２０１の最大容積である。また、Ｇａｌｌは、気筒内のガス重量であり、Ｒは気体定数である。尚、排気弁開弁時筒内ガス温Ｔｃｙｌｅｖｏの算出には、公知の各種手法を適用可能である。
【００７４】
排気弁開弁時筒内ガス温Ｔｃｙｌｅｖｏを算出すると、ＥＣＵ１００は、算出された排気弁開弁時筒内ガス温Ｔｃｙｌｅｖｏが目標温度Ｔｃｙｌｅｖｏｔｇ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。目標温度Ｔｃｙｌｅｖｏｔｇは、本発明に係る「所定値」の一例である。排気弁開弁時筒内ガス温Ｔｃｙｌｅｖｏが目標温度Ｔｃｙｌｅｖｏｔｇ以上であれば（ステップＳ１０２：ＮＯ）、排気温を昇温させる目的が達せられているとして、噴射時期遅角制御は終了する。即ち、処理は図示せぬメインルーチンに戻り、その時点の遅角量に応じて遅角されたメイン噴射時期に従ってメイン噴射が実行される。
【００７５】
排気弁開弁時筒内ガス温Ｔｃｙｌｅｖｏが目標温度Ｔｃｙｌｅｖｏｔｇ未満である場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、即ち、排気温が目標とする温度に届かない場合、ＥＣＵ１００は、メイン噴射時期Ｔｉｎｊｍを、標準時期（標準時期は、上記燃料噴射制御において定められる）に対して、予め設定された遅角ステップ幅ＲＡだけ遅角させる（ステップＳ１０１）。尚、本実施形態では、この遅角ステップ幅ＲＡは０．５ｄｅｇに設定される。この遅角ステップ幅は、予め実験的に、経験的に又は理論的に、上述した全損失ＴＴＬの最小値ＴＴＬｍｉｎを概ね正確に検出しつつ、当該最小値探索に要する時間を不要に長大化させないように定められている。
【００７６】
メイン噴射時期Ｔｉｎｊｍを遅角させると（即ち、本発明に係る「一の遅角条件」に相当する）、ＥＣＵ１００は、下記（２）式に従って熱発生率ｄＱ／ｄθを算出する（ステップＳ１０４）。熱発生率ｄＱ／ｄθは、１サイクル（本発明に係る「単位サイクル」の一例である）当たりの熱発生量である。
【００７７】
ｄＱ／ｄθ＝（１（Ｋ−１））*（Ｖ*（ｄＰ／ｄθ）＋Ｋ*Ｐ*（ｄＶ／ｄθ））・・・（２）
ここで、Ｐは先述したように筒内圧センサ２１９により検出される筒内圧であり、Ｖは先述したように気筒容積である。気筒容積は、クランク角ＣＡの関数であり、クランク角ＣＡに基づいて求めることが出来る。また、Ｋは予め設定された定数である。
【００７８】
熱発生率ｄＱ／ｄθが求まると、次に、ＥＣＵ１００は、燃料発熱量Ｑｆを下記（３）式に従って算出する（ステップＳ１０５）。燃料発熱量Ｑｆは、所定期間に消費された燃料から理論的に発生する熱量である。尚、燃料発熱量Ｑｆを算出するにあたっての所定期間は、サイクル数の形式で予め定められている。
【００７９】
Ｑｆ＝ｑ*Ｄｆ*Ｈｆ／１０００・・・（３）
ここで、ｑは燃料噴射量（ｍｍ３）、Ｄｆは燃料密度（ｇ／ｃｍ３）、Ｈｆは燃料の低位発熱量（Ｊ／ｇ）である。尚、燃料噴射量ｑを１ストローク当たりの燃料噴射量として定義する場合には、得られる燃料発熱量も１ストローク当たりの燃料発熱量となるので、この１ストローク当たりの燃料発熱量を上記所定期間について積算すればよい。
【００８０】
燃料発熱量Ｑｆを算出すると、ＥＣＵ１００は、全損失ＴＴＬを下記（４）式に従って算出する（ステップＳ１０６）。
【００８１】
ＴＴＬ＝Ｑｆ−ΣｄＱ／ｄθ・・・（４）
尚、式（４）から明らかなように、本実施形態では、所定期間において消費燃料から理論的に生じ得る総熱量が、実際に発生した熱量と全損失ＴＴＬとの総和として扱われる。
【００８２】
全損失ＴＴＬを求めると、ＥＣＵ１００は、最小値出現フラグｆｌｇ＿ＴＴＬｍｉｎが「１」であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。最小値出現フラグｆｌｇ＿ＴＴＬｍｉｎは、全損失ＴＴｌの最小値ＴＴＬｍｉｎが検出された時点でＥＣＵ１００自身が「１」に設定するフラグである。最小値ＴＴＬｍｉｎが検出されていない場合、最小値出現フラグｆｌｇ＿ＴＴＬｍｉｎは「０」である。また、噴射時期遅角制御の開始時点では、このフラグはリセット状態（即ち、「０」に設定されることを意味する）である
最小値ＴＴＬｍｉｎが検出されていない場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０６で求めた全損失ＴＴＬが、現時点で記憶されている最小値ＴＴＬｍｉｎの暫定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。
【００８３】
全損失ＴＴＬが暫定値ＴＴＬｍｉｎ未満である場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、即ち、メイン噴射時期Ｔｉｎｊｍの遅角により全損ＴＴＬが低下する場合には、処理はステップＳ１０１に戻される。
【００８４】
一方、全損失ＴＴＬが暫定値ＴＴＬｍｉｎ以上である場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、即ち、メイン噴射時期Ｔｉｎｊｍの遅角により全損ＴＴＬが低下しない、或いは上昇した場合には、ＥＣＵ１００は、直近のステップＳ１０６又は一つ前の処理ループにおけるステップＳ１０６で求められた全損失ＴＴＬが全損失の最小値ＴＴＬｍｉｎであるとして、最小値出現フラグｆｌｇ＿ＴＴＬｍｉｎを「１」に設定する（ステップＳ１０９）。尚、確定した最小値ＴＴＬｍｉｎは、ＲＡＭに記憶される。
【００８５】
最小値出現フラグが書き換えられると、処理はステップＳ１１１に移行され、ステップＳ１０６で求められた全損失ＴＴＬと、最小値ＴＴＬｍｉｎとの差分である全損失増加量ΔＴＴＬが算出される。
【００８６】
続いて、ＥＣＵ１００は、この求めた全損失増加量ΔＴＴＬが、図２において説明した許容値Ａ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１２）。全損失増加量ΔＴＴＬが許容値Ａ未満であれば（ステップＳ１１２：ＮＯ）、メイン噴射時期Ｔｉｎｊｍを更に遅角しても未燃成分の増加量は許容範囲を超えないため、更なる排気昇温のため、処理はステップＳ１０１に戻される。
【００８７】
一方、全損失増加量ΔＴＴＬが許容値Ａ以上であれば（ステップＳ１１２：ＹＥＳ）、メイン噴射時期Ｔｉｎｊｍの更なる遅角は、許容範囲を超えた未燃燃成分の増加を招くため、それ以上のメイン噴射時期の遅角は禁止され、噴射時期遅角制御は終了する。噴射時期遅角制御は、以上のように実行される。
【００８８】
このように、噴射時期遅角制御によれば、全損失ＴＴＬの変化を監視することによってその最小値ＴＴＬｍｉｎを求め、この最小値ＴＴＬｍｉｎが、未燃損失ＵＢＬが増加側に分岐する分岐点であることを利用して、未燃成分の増加量が許容範囲に収まり得るメイン噴射時期Ｔｉｎｊｍの遅角限界を定めることが出来る。
【００８９】
従って、未燃成分の増加によるエミッションを招来しない範囲で、メイン噴射時期Ｔｉｎｊｍを最大限に遅角することが可能となり、排気温度を可及的に上昇させることが出来る。もって、排気昇温による効果（例えば、ＤＰＦ２１７や触媒の暖機効果）を最大限に獲得することが出来るのである。
【００９０】
また、このような効果は、燃料性状（例えば、セタン価等）の変化やエンジン２００の経時変化等に対して影響されない点において、極めて実践上有益である。
【００９１】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、燃料噴射量の遅角制御が行われる内燃機関の制御に適用可能である。
【符号の説明】
【００９３】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０１…シリンダ、２１２…ユニットインジェクタ、２１４…排気弁、２１７…ＤＰＦ、２１９…筒内圧センサ。
【図１】
2013170550.tif 000003
【図２】
2013170550.tif 000004
【図３】
2013170550.tif 000005