(57)【要約】【課題】機関暖機状態を筒内燃焼状態の制御に正確に反映させる。【解決手段】筒内圧を検出可能な検出手段（２１９）を備えた内燃機関（２００）を制御する装置（１００）は、前記検出された筒内圧及び前記内燃機関の気筒容積から前記内燃機関のクランク角に対応付けられたポリトロープ指数を算出する算出手段と、吸気弁閉弁時期から燃料噴射開始時期までの期間における前記算出されたポリトロープ指数の変化率が基準値未満である場合に、該変化率に基づいて燃料の噴射時期を制御する制御手段とを具備する。【選択図】図４
2013174220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内圧を検出可能な検出手段を備えた内燃機関を制御する装置であって、
前記検出された筒内圧及び前記内燃機関の気筒容積から前記内燃機関のクランク角に対応付けられたポリトロープ指数を算出する算出手段と、
吸気弁閉弁時期から燃料噴射開始時期までの期間における前記算出されたポリトロープ指数の変化率が基準値未満である場合に、該変化率に基づいて燃料の噴射時期を制御する制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記変化率が小さい程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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒内部の燃焼状態を制御する、内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、ポリトロープ指数を利用するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された内燃機関の点火時期制御装置によれば、燃焼挙動に直接影響する冷却損失をポリトロープ指数及び比熱比から正確に算出することが出来るため、高精度な点火時期制御が可能になるとされている。
【０００３】
尚、ポリトロープ指数に基づき放熱率を算出する技術も提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
また、ポリトロープ指数を用いて放熱フラクションを算出する技術も提案されている（特許文献３又は４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３２１９４号公報
【特許文献２】特開２０１０−５１８３８４号公報
【特許文献３】特開２０１１−０１７３４３号公報
【特許文献４】特開２００８−１５７２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、冷却損失は、主として筒内ガス温度と燃焼室壁面温度との差に影響される。従って、冷却損失は、本来、圧縮行程において筒内ガス温度が上昇するのに伴い刻々と変化し、必然的に、ポリトロープ指数もまた時々刻々と変化する。この傾向は、燃焼室壁面温度が低い程強く、とりわけ冷間始動時において顕著である。
【０００７】
ここで、上記特許文献１に開示された装置では、圧縮行程における二つの特定点（クランク角）間の筒内圧及び筒内容積の変化からポリトロープ指数が算出される。
【０００８】
従って、一方で二つの特定点を相互に離れた値とする程、算出されるポリトロープ指数は平均値としての意味合いが強くなり、内燃機関の暖機状態（以下、適宜「機関暖機状態」とする）の判断指標としての有効性が低下する。また他方で二つの特定点を相互に十分に近接した値とする程、算出されるポリトロープ指数は瞬時値としての意味合いが強くなり、機関暖機状態とは無関係な機関状態の微小変化に対するロバスト性が低下する。また、圧縮行程におけるこの二つの特定点の設定位置によっては、機関暖機状態がポリトロープ指数に十分に反映されない。その結果、算出されるポリトロープ指数の、機関暖機状態の判断指標としての有効性が低下する。このような問題に対し、特許文献１には、二つの特定点を如何に設定するかについては十分に記述されていない。
【０００９】
即ち、上記特許文献に記載されるものを含め、ポリトロープ指数そのものを内燃機関の燃焼制御に利用する技術思想では、機関暖機状態を気筒内部の燃焼状態（以下、適宜「筒内燃焼状態」とする）の制御に正確に反映させることが難しい。その結果、冷間始動時等、内燃機関が十分に暖機されていない期間においては特に、燃料消費率（以下、適宜「燃費」と称する）の悪化が生じ易い。
【００１０】
本発明は、係る問題点に鑑みてなされたものであり、機関暖機状態を筒内燃焼状態の制御に正確に反映させることが可能な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】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、筒内圧を検出可能な検出手段を備えた内燃機関を制御する装置であって、前記検出された筒内圧及び前記内燃機関の気筒容積に基づいて前記内燃機関のクランク角に対応付けられたポリトロープ指数を算出する算出手段と、吸気弁閉弁時期から燃料噴射開始時期までの期間における前記算出されたポリトロープ指数の変化率が基準値未満である場合に、該変化率に基づいて燃料の噴射時期を制御する制御手段とを具備することを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
本発明に係る内燃機関は、機関内部で燃料を燃焼させた際に生じる熱エネルギを運動エネルギに変換し動力として取り出すことが可能な機関を包括する概念であり、好適には、燃料の噴射時期が筒内燃焼状態に顕著に影響し得る、例えばディーゼルエンジン等の圧縮自着火式内燃機関を意味する。本発明に係る内燃機関には、筒内圧（気筒内部の圧力を意味する）を検出可能な、例えばＣＰＳ（Cylinder Pressure Sensor：筒内圧センサ）等の検出手段が備わる。
【００１３】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、検出手段により検出される筒内圧（気筒内部の圧力）及び気筒容積（気筒内壁とピストン上面部とにより形成される空間の容積）から、ポリトロープ指数が算出される。気筒容積を規定するピストンの筒内位置は、クランク角に対して一義的（少なくとも一の制御状態においては一義的）であるから、気筒容積はクランク角の関数である。従って、算出手段は、ポリトロープ指数をクランク角に対応付ける形で算出することが出来、また実際にクランク角に対応付けて算出する。或いは、算出したポリトロープ指数を、クランク角に対応付けて然るべき記憶手段に記憶させる。
【００１４】
ところで、上述したように、ポリトロープ指数そのものは、圧縮行程において時々刻々と変化する筒内ガス温度の影響により時々刻々と変化するため、筒内燃焼状態を制御するにあたっての参照要素、言い換えれば機関暖機状態の判断要素としての再現性及び信頼性を欠く。
【００１５】
それに対し、本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸気弁閉弁時期から燃料噴射開始時期までの期間におけるポリトロープ指数の変化率を筒内燃焼状態の制御に利用する構成となっている。この本発明に係る特徴的技術思想は、出願人の研究の成果として得られた知見に基づいたものであって、当該参照要素を設計的事情により単にポリトロープ指数からその変化率に代替させたことに留まらない。
【００１６】
即ち、本発明に係る内燃機関の制御装置は、（１）この吸気弁閉弁時期から燃料噴射開始時期までの期間が準断熱圧縮行程であり、内燃機関が十分に暖機された状態においてはポリトロープ指数が略一定となること及び（２）機関暖機状態が悪い（即ち、冷間状態に近い）程、またクランク角が当該期間の終期に近付く程、ポリトロープ指数が減少することを見出し、ポリトロープ指数の変化率が、機関暖機状態の判断要素として極めて適当である点を見出したものである。
【００１７】
具体的には、本発明に係る内燃機関の制御装置では、当該変化率が基準値未満である場合に、少なくとも潜在的に機関暖機が不十分であるとの判断がなされる。圧縮行程の進行過程でポリトロープ指数が減少する点に鑑みれば、クランク角の増加に対して当該変化率は基本的に負値であり、機関暖機状態が悪化する程小さく（即ち、絶対値としては大きく）なる。従って、予め実験的に、経験的に又は理論的に、内燃機関が既に十分に暖機された状態にあるか否かの判断基準となる基準値を設定することが出来る。尚、この基準値は、十分に暖機された内燃機関における当該変化率に設定されていてもよい。
【００１８】
一方、内燃機関が十分に暖機されていない場合、筒内燃焼状態を最適に維持し得る燃料の最適な噴射時期は、自ずと暖機状態にある場合のそれと異なる。そこで、本発明に係る制御手段は、ポリトロープ指数の変化率が上述した基準値未満である場合において、ポリトロープ指数の変化率に基づいて燃料噴射時期を二値的に、段階的に又は連続的に制御する構成となっている。
【００１９】
即ち、制御手段は、燃料噴射時期の制御を介して熱発生重心位置（発熱量が一燃焼サイクルの総発熱量の５０％に達する位置（端的には、クランク角である））を変化させることにより、冷却損失の相対的に少ない筒内燃焼状態を実現する。その結果、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、機関暖機状態に応じた最適な筒内燃焼状態を実現することが出来、もって燃費を改善することが可能となるのである。
【００２０】
このように、本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、ポリトロープ指数そのものではなく、ポリトロープ指数の変化率が、機関暖機状態（一義的に冷却損失）の判断要素として、また燃料噴射時期により筒内燃焼状態を制御するにあたっての参照要素として利用される。言い換えれば、瞬時値又は平均値といった再現性又は信頼性に乏しい指標の代わりに、これらに時間概念を加えた変化率（即ち、時間推移）が採用される。このため、機関暖機状態を正確に筒内燃焼状態の制御に反映させることができ、とりわけ冷間始動時の燃費の改善に効果的である。
【００２１】
尚、ポリトロープ指数は、上述のように内燃機関が冷間状態に近付く程、また上記期間の終期に近付く程減少する傾向を示す。これは、圧縮行程における筒内ガス温度の上昇が、燃焼室壁面の温度に顕著に影響されるからであるが、実現象としてのポリトロープ指数の変化率は、必ずしも一定であるとは限らない。
【００２２】
しかしながら、このような微視的変動を伴いつつも上述の傾向自体に変化はなく、あるクランク角の範囲において、ポリトロープ指数の変化率を一の値に定めることは困難でない。又実際に、ポリトロープ指数の変化率は大略一定である。従って、ポリトロープ指数の変化率を機関暖機状態の判断要素として用いることに、少なくとも実践上不足はない。
【００２３】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記制御手段は、前記変化率が小さい程前記噴射時期を遅角させる（請求項２）。
【００２４】
この態様によれば、制御手段が噴射時期の遅角により熱発生重心位置を遅角させる。また、この噴射時期の遅角の度合いは、変化率が小さい程（絶対値としては大きい程）大きくされる。その結果、とりわけ冷却損失の大きい冷間始動時において、良好な燃費改善効果を得ることが出来る。
【００２５】
冷却損失を低減するためには、冷却損失と排気損失とのバランスから、熱発生重心位置を遅角側にシフトさせるのが有効である。より具体的には、熱発生重心位置を遅角させると、冷却損失の減少と引き換えに排気損失は増加するが、それらの損失勘定が減少する限りにおいて、熱発生重心位置の遅角により内燃機関全体の損失を減少させることが出来、燃費を改善することが出来るのである。
【００２６】
尚、制御手段による燃料噴射時期の制御は、好適には、このような熱発生重心位置の遅角側へのシフトによる冷却損失の減少分と排気損失の増加分とのバランスを勘案してなされる。即ち、制御手段は、好適には、熱発生重心位置を遅角側へシフトさせることによる冷却損失の減少分が排気損失の増加分を上回る範囲で、ポリトロープ指数の変化率に応じて二値的に、段階的に又は連続的に燃料噴射時期を遅角させる。
【００２７】
尚、制御手段の実践的制御態様は、予め定められた、ポリトロープ指数の変化率と、当該損失バランスと、燃料噴射時期との相互関係に基づいてなされる限りにおいて如何様にも限定されない趣旨である。例えば、制御手段は、これら相互関係を規定する制御マップを参照し、当該制御マップから、その時点のポリトロープ指数の変化率に応じた一の燃料噴射時期（この場合、損失バランスは燃料噴射時期に反映されている）を選択して、燃料噴射装置の制御に利用してもよい。
【００２８】
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】
【００２９】
【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】十分に暖機されたエンジンにおけるｐ−Ｖ線図の概念図である。
【図３】圧縮行程におけるエンジンの機関暖機状態に応じたポリトロープ指数の推移を概念的に説明する図である。
【図４】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補正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】
【００３０】
＜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。
【００３１】
＜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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、後述する噴射時期補正制御を実行可能に構成されている。
【００３４】
尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「算出手段」及び「制御手段」の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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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Ｖｃｙｌと定義する。気筒容積Ｖｃｙｌは、ピストン２０２が往復運動する過程で変化する。
【００３９】
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θ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θ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。また、ピストン２０２の往復運動は、クランクシャフト２０４の回転運動と一義的な関係にあり、ピストン２０２の位置は、クランク角θに対して一義的に定まる。従って、ＥＣＵ１００は、上述した気筒容積Ｖｃｙｌを、このクランク角θに基づいて絶えず把握することが出来る。
【００４０】
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。
【００４１】
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２０８が配設されている。このスロットルバルブ２０８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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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には、ＤＰＦ２１７が設置される。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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Ｐｃｙｌ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Ｐｃｙｌは、ピストン２０２が往復運動する過程で変化する。
【００５６】
＜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。
【００５７】
＜噴射時期補正制御の概要＞
エンジン２００の暖機が不十分な期間においては、燃焼室壁面で生じる冷却損失の影響等により燃費が悪化する。係る燃費の悪化を抑制するため、本実施形態では、ＥＣＵ１００によりポリトロープ指数ｎ（θ）を利用した噴射時期補正制御が実行される。尚、（θ）とは、ポリトロープ指数が筒内圧と気筒容積との関係性を規定する指数であることから、クランク角θの関数となることを意味するものである。
【００５８】
ポリトロープ指数ｎ（θ）は、下記（１）により規定される。
【００５９】
ｎ（θ）＝ΔｌｏｇＰｃｙｌ／ΔｌｏｇＶｃｙｌ・・・（１）
ここで、ΔｌｏｇＰｃｙｌ及びΔｌｏｇＶｃｙｌは、夫々筒内圧差分値及び気筒容積差分値を表し、夫々下記（２）式及び（３）式により規定される。
【００６０】
ΔｌｏｇＰｃｙｌ＝ｌｏｇ（Ｐ（θ−Δθ）／Ｐ（θ））・・・（２）
ΔｌｏｇＶｃｙｌ＝ｌｏｇ（Ｖ（θ−Δθ）／Ｖ（θ））・・・（３）
尚、上記（２）及び（３）式におけるΔθは、筒内圧センサ２１９の筒内圧検出サイクルに同期したクランク角幅である。
【００６１】
ＥＣＵ１００は、筒内圧Ｐｃｙｌの検出タイミング毎に、クランク角θ、クランク角幅Δθ及び気筒容積Ｖｃｙｌを取得し、上記（１）式に従ってポリトロープ指数ｎを算出する。算出されたポリトロープ指数ｎは、ＲＡＭ等の揮発性記憶手段に所定サンプル数保持される。尚、本実施形態では、一燃焼サイクルにおける圧縮行程中の全サンプル値が保持される。
【００６２】
ここで、ポリトロープ指数について、図２を参照して説明する。ここに、図２は、十分に暖機されたエンジン２００における概念的なｐ−Ｖ線図である。
【００６３】
図２において、縦軸及び横軸には、夫々筒内圧Ｐｃｙｌの対数値（ｌｏｇＰｃｙｌ）及び気筒容積Ｖｃｙｌの対数値（ｌｏｇＶｃｙｌ）が表される。エンジン２００の一燃焼サイクル（吸気行程→圧縮行程→膨張行程→排気行程）における、筒内圧Ｐｃｙｌと気筒容積Ｖｃｙｌとの関係（ｐ−Ｖ線）は、概念的に図示実線のようになる。
【００６４】
ここで、エンジン２００の圧縮行程における、吸気弁２１１の閉弁時期ＩＶＣ（Intake Valve Close）に対応する動作点ｍ１（θ）から、ユニットインジェクタ２１２を介したパイロット噴射の開始時期ＣＡｐｉに対応する動作点ｍ２（θ）に至る準断熱圧縮行程においては、十分に暖機されたエンジン２００のポリトロープ指数ｎ（図２におけるｐ−Ｖ線の傾きに相当する）は大略一定である（破線参照）。
【００６５】
然るに、この準断熱圧縮行程においては、燃焼室壁面と筒内ガスとの温度差に応じた冷却損失が生じることから、ポリトロープ指数ｎは、厳密には圧縮行程の進行と共に刻々と減少する。このため、ある特定のクランク角において算出した瞬時値としてのポリトロープ指数ｎは、気筒の微小な状態変化やセンサノイズ等の影響を受け易くなり、再現性が低くなって必ずしも正確に機関暖機状態を表さない。また、ポリトロープ指数ｎの算出に供されるクランク角幅を大きくすると、算出されるポリトロープ指数ｎは平均値となり、それ自体の信頼性が低下する。
【００６６】
一方、このポリトロープ指数ｎの減少の度合いは、燃焼室壁面温度が低い冷間状態程大きくなる。本実施形態に係る燃料噴射時期補正制御では、係る点に鑑み、ポリトロープ指数ｎの変化率が参照要素として利用される。
【００６７】
次に、図３を参照し、機関暖機状態とポリトロープ指数ｎとの関係について説明する。ここに、図３は、圧縮行程におけるエンジン２００の機関暖機状態に応じたポリトロープ指数の推移を概念的に説明する図である。
【００６８】
図３において、縦軸及び横軸には、夫々ポリトロープ指数ｎ及びクランク角θが表される。
【００６９】
ここで、吸気弁閉弁時期ＩＶＣから暫時の間は、ポリトロープ指数ｎは吸気弁閉弁前後の吹き返し或いは慣性吸入効果により乱高下するが、この過渡期間が経過した後のクランク角θ１付近において大略安定し、パイロット噴射開始時期θｐｉまでその大略安定状態が継続する。
【００７０】
一方、この期間においても上述したように冷却損失の影響からポリトロープ指数ｎは減少し、その変化率（負値）は概ね一定となる。
【００７１】
ここで特に、図３においては、機関暖機状態とこの変化率とを比較するために、機関暖機状態に応じた三本の時間推移が例示されている。図示実線は、十分な暖機状態にあるエンジン２００におけるポリトロープ指数の時間推移であり、図示破線は、暖機中のエンジン２００における当該時間推移であり、図示鎖線は、冷間状態にあるエンジン２００における当該時間推移である。
【００７２】
即ち、ポリトロープ指数ｎの変化率（図中時間推移の傾きに相当する）は、エンジン２００が十分に暖機されている状態において最も大きく（負値なので、絶対値は小さく）、冷間状態に向かう程小さく（負値なので、絶対値は大きく）なる。この変化率の傾向は、ポリトロープ指数そのものが微視的に変動しても変わることがない。従って、この変化率を使用することにより、機関暖機状態を正確に判定することができ、機関暖機状態を筒内燃焼状態の制御に効果的に活用することが出来る。
【００７３】
＜噴射時期補正制御の詳細＞
次に、図４を参照し、噴射時期補正制御の詳細について説明する。ここに、図４は、噴射時期補正制御のフローチャートである。尚、噴射時期補正制御は、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実行される。
【００７４】
図４において、ＥＣＵ１００は、ＲＡＭに格納された圧縮行程中のポリトロープ指数ｎの中から、予め設定されたクランク角θ１及びθ２（θ１＜θ２）におけるポリトロープ指数を取得し、下記（４）式に従って、ポリトロープ指数変化率Δｎを算出する（ステップＳ１０１）。例えば、このステップは、一の気筒について、一の圧縮行程が終了した後の膨張行程等において実行される。
【００７５】
Δｎ＝（ｎ（θ２）−ｎ（θ１））／（θ２−θ１）・・・（４）
尚、このクランク角θ１及びθ２は、吸気弁閉弁時期ＩＶＣとパイロット噴射開始時期θｐｉとに挟まれた、上述した準断熱圧縮膨張期間に属するクランク角である。また、望ましくは、クランク角θ１は、ポリトロープ指数が機関暖機状態に大きな影響を受けない値に、クランク角θ２は、ポリトロープ指数が機関暖機状態に顕著に影響を受ける値に夫々設定される。このようにすれば、ポリトロープ指数ｎが若干のばらつきを生じても、機関暖機状態に対する大略的傾向に影響が及ぶことを防止することが出来る。このようなクランク角θ１及びθ２の位置関係は、図３に例示されている。
【００７６】
ポリトロープ指数変化率Δｎを算出すると、ＥＣＵ１００は、算出されたポリトロープ指数変化率Δｎが暖機判定値Δｎ＿ｈｏｔ未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。暖機判定値Δｎ＿ｈｏｔは、エンジン２００が概ね暖機されていると判断されるポリトロープ指数変化率Δｎの値であり、本発明に係る「基準値」の一例である。この暖機判定値Δｎ＿ｈｏｔは、図３を参照すれば、クランク角θ１とクランク角θ２とに挟まれた期間における実線の傾き（これは、エンジン２００の完全暖機状態に対応する）よりも若干零間側（即ち、傾きの絶対値が大きい側）の値である。
【００７７】
ポリトロープ指数変化率Δｎが暖機判定値Δｎ＿ｈｏｔ以上であれば（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、エンジン２００が燃料噴射時期の補正を必要としない程度に暖機された状態にあるとして、処理をステップＳ１０５に移行させる。ステップＳ１０５においては、暖機完了フラグＦｇ＿ｈｏｔが、暖機が完了したことを示す「１」にセットされ、噴射時期補正制御が終了する。
【００７８】
一方、ポリトロープ指数変化率Δｎが暖機判定値Δｎ＿ｈｏｔ未満である場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、燃料噴射時期補正量Ｃｉｎｊを決定し（ステップＳ１０３）、決定された燃料噴射時期補正量Ｃｉｎｊに従ってパイロット噴射の開始時期を補正する（ステップＳ１０４）。パイロット噴射開始時期が補正されると、処理はステップＳ１０１に戻される。
【００７９】
ステップＳ１０１からステップＳ１０４に至る処理は、エンジン２００の暖機が進行して、ポリトロープ指数変化率Δｎが十分に大きく（絶対値は小さく）なるまで繰り返される。
【００８０】
ここで、燃料噴射時期補正量Ｃｉｎｊは、ＲＯＭに格納された補正量マップに記述されている。この補正量マップには、予めポリトロープ指数変化率Δｎと燃料噴射時期補正量Ｃｉｎｊとが対応付けられて記述されており、ＥＣＵ１００は、その時点のポリトロープ指数変化率Δｎに該当する燃料噴射時期補正量Ｃｉｎｊを選択することによって燃料噴射時期補正量Ｃｉｎｊを決定する構成となっている。
【００８１】
燃料噴射時期補正量Ｃｉｎｊは、パイロット噴射開始時期の遅角量であり、予め実験的に、経験的に又は理論的に、エンジン２００の冷却損失と排気損失との和（損失勘定）が最小となるように定められている。
【００８２】
より具体的には、パイロット噴射開始時期を遅角させると、パイロット噴霧による予備着火が遅れることから、気筒内部におけるメイン着火時期が遅角側にシフトする。その結果、熱発生重心位置もまた、遅角側にシフトする。
【００８３】
熱発生重心位置が遅角側にシフトすると、排気経路に排出される熱量が相対的に増え排気損失は増加するが、一方で、燃焼室壁面で筒内ガスが冷却されることにより生じる冷却損失は減少する。これらの損失収支の和が小さくなる限りにおいて、パイロット噴射開始時期の遅角制御は有効となる。補正量マップは、ポリトロープ指数変化率Δｎと燃料噴射時期補正量Ｃｉｎｊとを、この冷却損失と排気損失との相互バランスを考慮して対応付けてなるマップである。
【００８４】
このように、本実施形態に係る噴射時期補正制御によれば、パイロット噴射開始時期の補正により熱発生重心位置を遅角側にシフトさせることによって、何らの対策も講じられぬ場合と較べて損失を低減し、エンジン２００の燃費を向上させることが出来る。
【００８５】
尚、本実施形態では、噴射時期補正制御による燃料噴射時期補正量Ｃｉｎｊがエンジン２００に備わる気筒毎に決定されるが、機関暖機状態が気筒間で大きく変化しない場合には、一の気筒について決定された燃料噴射時期補正量Ｃｉｎｊを全気筒に適用してもよい。
【００８６】
尚、本実施形態においては、予め設定されたクランク角θ１及びθ２に対応する各ポリトロープ指数からポリトロープ指数変化率Δｎが算出される構成としたが、機関暖機状態をより正確に筒内燃焼状態の制御に反映させる観点からは、より多くのクランク角におけるポリトロープ指数からポリトロープ指数変化率Δｎを算出してもよい。
【００８７】
例えば、ポリトロープ指数変化率Δｎは、ある特定のクランク角範囲において相前後する（隣接する）クランク角について連綿と算出される複数のポリトロープ指数変化率Δｎの平均値であってもよい。このようにすれば、例えば、偶発的にクランク角θ１又はθ２におけるポリトロープ指数が異常値を記録した場合であっても、その影響を排除することが出来る。
【００８８】
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】
【００８９】
本発明は、内燃機関の噴射時期の制御に適用可能である。
【符号の説明】
【００９０】
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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