(57)【要約】【課題】燃料噴射時期の適正化を図ることが可能な制御装置を提供する。【解決手段】基準残留ガス量と過去の各サイクル毎の実際の残留ガス量との比である各サイクル毎の残留ガス量割合Ｒｇを算出する。基準残留ガス組成と過去の各サイクル毎の実際の残留ガス組成との比である各サイクル毎の残留ガス組成割合Ｒｃを算出する（ＳＴ３）。残留ガス量割合Ｒｇと、残留ガス組成割合Ｒｃと、各サイクル毎に規定された重み付け係数Ｋとを乗算することによって各サイクル毎の残留ガス指標を算出し、これらサイクル毎の残留ガス指標に基づいて噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）を算出する（ＳＴ５）。噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）に基づいて今回サイクルにおける燃料噴射時期の補正量を算出し（ＳＴ７）、この補正量で基準噴射時期を補正して、補正後の噴射時期でメイン噴射を実行する（ＳＴ９）。【選択図】図４
2017015005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁の燃料噴射制御を行う制御装置において、
機関運転状態に応じて予め規定された、前記気筒内での基準残留ガス量および基準残留ガス組成それぞれを取得する基準量取得部と、
同一気筒において行われた過去の各サイクル毎の実際の残留ガス量および実際の残留ガス組成それぞれの履歴を取得する残留ガス履歴取得部と、
前記基準残留ガス量と前記各サイクル毎の前記実際の残留ガス量との比である前記各サイクル毎の残留ガス量割合を算出する残留ガス量割合算出部と、
前記基準残留ガス組成と前記各サイクル毎の前記実際の残留ガス組成との比である前記各サイクル毎の残留ガス組成割合を算出する残留ガス組成割合算出部と、
前記同一気筒の各サイクルのうち過去に遡るサイクルほど小さくなる前記各サイクル毎の重み付け係数を取得する重み付け係数取得部と、
前記各サイクル毎に、前記残留ガス量割合と、前記残留ガス組成割合と、前記重み付け係数とを乗算することによって各サイクル毎の残留ガス指標を算出し、これらサイクル毎の残留ガス指標に基づいて噴射時期補正指標を算出する噴射時期補正指標算出部と、
前記噴射時期補正指標に基づいて今回サイクルにおける燃料噴射時期の補正量を算出する補正量算出部と、
前記補正量で補正された燃料噴射時期で前記燃料噴射弁からの燃料噴射を実行させる燃料噴射指令部と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に係る。特に、本発明は燃料噴射制御の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等に搭載されるディーゼルエンジンにあっては、インジェクタから気筒内に噴射された燃料の着火時期が適正に得られるように燃料噴射時期が制御される。
【０００３】
特許文献１には、噴射燃料の着火遅れ期間を最適値に保持することを目的として、燃焼室内のガス温度が低い条件下では燃料噴射時期を進角させる補正を行う一方、燃焼室内のガス温度が高い条件下では燃料噴射時期を遅角させる補正を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−８３２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エンジンの排気行程終了時にあっては燃焼室内に排気ガスが残留する。以下、この排気ガスを残留ガスという。この残留ガスは、次のサイクルにおいて混合気（新気、燃料噴霧、外部ＥＧＲガスとで成る混合気）内に存在することになる。また、この残留ガスの量（残留ガスの質量）は、エンジンの運転状態に応じて変化する。例えばエンジンの過渡運転時には、定常運転時に比べて残留ガス量が多くなることがある。この残留ガスは、混合気の燃焼ガスであるため、その量が多いほど気筒内温度は高くなる傾向にある。
【０００６】
特許文献１のものでは、気筒内温度が低いほど燃料噴射時期を進角させている。つまり、残留ガス量が少ないほど燃料噴射時期を進角させることになる。このため、残留ガス量が少ない状況で、気筒内温度が予混合燃焼温度に達する前にメイン噴射が実行されてしまうと、このメイン噴射燃料の大部分が予混合燃焼となり、燃焼速度が高くなってＮＯｘ排出量が増大したり、燃焼音が大きくなったりする。また、特許文献１のものは、気筒内温度が高いほど燃料噴射時期を遅角させているため、残留ガス量が多いほど燃料噴射時期を遅角させることになる。このため、残留ガス量が多い状況では、燃焼が不安定になったり、燃焼効率の悪化に伴って燃料消費率が悪化してしまう可能性がある。
【０００７】
このように、気筒内温度（気筒内温度を変化させる残留ガス量）のみに応じて燃料噴射時期を制御するものでは、排気エミッションや燃料消費率等の面で課題が残ってしまう。本発明の発明者は、燃料噴射時期の最適化を図るためには、残留ガス量ばかりでなく、気筒内のガス組成を考慮する必要があることを新たな知見として見出し本発明に至った。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料噴射時期の適正化を図ることが可能な制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁の燃料噴射制御を行う制御装置を前提とする。この制御装置に対し、基準量取得部、残留ガス履歴取得部、残留ガス量割合算出部、残留ガス組成割合算出部、重み付け係数取得部、噴射時期補正指標算出部、補正量算出部、燃料噴射指令部を備えさせている。基準量取得部は、機関運転状態に応じて予め規定された、前記気筒内での基準残留ガス量および基準残留ガス組成それぞれを取得する。残留ガス履歴取得部は、同一気筒において行われた過去の各サイクル毎の実際の残留ガス量および実際の残留ガス組成それぞれの履歴を取得する。残留ガス量割合算出部は、前記基準残留ガス量と前記各サイクル毎の前記実際の残留ガス量との比である前記各サイクル毎の残留ガス量割合を算出する。残留ガス組成割合算出部は、前記基準残留ガス組成と前記各サイクル毎の前記実際の残留ガス組成との比である前記各サイクル毎の残留ガス組成割合を算出する。重み付け係数取得部は、前記同一気筒の各サイクルのうち過去に遡るサイクルほど小さくなる前記各サイクル毎の重み付け係数を取得する。噴射時期補正指標算出部は、前記各サイクル毎に、前記残留ガス量割合と、前記残留ガス組成割合と、前記重み付け係数とを乗算することによって各サイクル毎の残留ガス指標を算出し、これらサイクル毎の残留ガス指標に基づいて噴射時期補正指標を算出する。補正量算出部は、前記噴射時期補正指標に基づいて今回サイクルにおける燃料噴射時期の補正量を算出する。燃料噴射指令部は、前記補正量で補正された燃料噴射時期で前記燃料噴射弁からの燃料噴射を実行させる。
【００１０】
この特定事項により、基準残留ガス量と実際の残留ガス量との比である各サイクル毎の残留ガス量割合、および、基準残留ガス組成と実際の残留ガス組成との比である各サイクル毎の残留ガス組成割合それぞれを利用して噴射時期補正指標を得る。そして、この噴射時期補正指標に基づいて燃料噴射時期の補正量を算出し、この補正量で燃料噴射時期を補正している。つまり、残留ガス量ばかりでなく、残留ガス組成も考慮した燃料噴射時期で燃料噴射弁からの燃料噴射が実行されることになる。このため、燃料噴射時期の適正化を図ることができ、排気エミッションおよび燃料消費率の改善を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、気筒内の残留ガス量および残留ガス組成の両方を考慮した補正量によって燃料噴射時期が補正されるようにしている。これにより、残留ガス量のみで燃料噴射時期を補正する場合に比べて、燃料噴射時期の適正化を図ることができ、排気エミッションおよび燃料消費率の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。
【図２】ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。
【図３】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】メイン噴射制御の手順を示すフローチャート図である。
【図５】各サイクルにおける残留ガス量割合の変化の一例を示す図である。
【図６】重み付け係数マップの一例を示す図である。
【図７】メイン噴射時期補正量マップの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に、本発明を適用した場合について説明する。
【００１４】
−エンジンの構成−
図１は本実施形態に係るディーゼルエンジン１（以下、単にエンジンという）およびその制御系統の概略構成図である。
【００１５】
この図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、および、排気系７を備えている。
【００１６】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、および、機関燃料通路２４等を備えている。
【００１７】
前記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料を、高圧にした後、機関燃料通路２４を経てコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、高圧燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３はピエゾインジェクタである。
【００１８】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２を参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６１を備え、この吸気マニホールド６１に吸気管６２が接続されている。この吸気管６２には、上流側から順に、エアクリーナ６３、エアフローメータ４３、インタークーラ６５、および、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６４が配設されている。
【００１９】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート１５ｂに接続される排気マニホールド７１を備え、この排気マニホールド７１に排気管７２が接続されている。この排気管７２には、ＮＳＲ（ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒７４およびＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）７５が配設されている。
【００２０】
図２に示すように、シリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎にシリンダボア１２が形成されている。各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が収容されている。ピストン１３の頂面１３ａの中央部には、キャビティ１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂが燃焼室３を構成している。この燃焼室３の中央部からインジェクタ２３によって噴射された燃料は、自着火により燃焼し、その燃焼圧をピストン１３に作用させる。ピストン１３は、コネクティングロッド１８によってクランクシャフト（図示省略）に連結されており、このクランクシャフトからエンジン動力が取り出される。
【００２１】
前記シリンダヘッド１５には、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６、および、排気ポート１５ｂを開閉する排気バルブ１７が配設されている。
【００２２】
さらに、図１に示す如く、このエンジン１には、ターボチャージャ（過給機）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２およびコンプレッサホイール５３を備えている。
【００２３】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路８が設けられている。このＥＧＲ通路８には、ＥＧＲバルブ８１およびＥＧＲクーラ８２が設けられている。
【００２４】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１００は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図３に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、クランクポジションセンサ４０、レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、排気温センサ４５ａ，４５ｂ、水温センサ４６、アクセル開度センサ４７、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９、筒内圧センサ４Ａ、および、空燃比センサ４Ｂなどが接続されている。これらセンサの機能は周知であるのでここでの説明は省略する。
【００２５】
一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、サプライポンプ２１、インジェクタ２３、吸気絞り弁６４、および、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。
【００２６】
そして、ＥＣＵ１００は、前記各センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、前記ＲＯＭに記憶された各種マップに基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、パイロット噴射およびメイン噴射等の燃料噴射制御を実行する。
【００２７】
パイロット噴射は、メイン噴射に先立ち、少量の燃料を噴射する動作である。このパイロット噴射は、気筒内温度を高める予熱機能を有している。つまり、メイン噴射が開始されるまでの間に気筒内温度を十分に高め、これによってメイン噴射燃料の着火遅れを抑制し、このメイン噴射燃料の着火性を良好に確保するようにしている。
【００２８】
メイン噴射は、エンジン１のトルク発生のための燃料噴射動作である。このメイン噴射での燃料噴射量および燃料噴射時期は、基本的には、エンジン回転速度、アクセル操作量（エンジン負荷）、冷却水温度、吸気温度等の運転状態量に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、燃料噴射量は、エンジン回転速度が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度）が大きいほど多く設定される。
【００２９】
また、燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧力は、コモンレール２２の内圧（コモンレール内圧）により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値である目標レール圧は、基本的には、エンジン回転速度が高くなるほど、および、エンジン負荷が高くなるほど高いものとされる。この目標レール圧は例えば前記ＲＯＭに記憶された燃圧設定マップに従って設定される。
【００３０】
本実施形態におけるメイン噴射制御にあっては、エンジン回転速度やエンジン負荷等に応じて決定された燃料噴射時期（エンジン回転速度およびエンジン負荷に対応する運転格子点に割り当てられた基準噴射時期）を気筒内の残留ガスの状態量に応じて補正することによって最終的な燃料噴射時期を決定し、この決定された燃料噴射時期でメイン噴射を実行するようにしている。この燃料噴射時期の補正については後述する。
【００３１】
なお、前述したパイロット噴射およびメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。これらの噴射の機能は周知であるため、ここでの説明は省略する。
【００３２】
また、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲバルブ８１の開度を制御し、吸気マニホールド６１に向けての排気還流量（ＥＧＲガス量）を調整する。このＥＧＲガス量は、予め実験やシミュレーション等によって作成されて前記ＲＯＭに記憶されたＥＧＲマップに従って設定される。このＥＧＲマップは、エンジン回転速度およびエンジン負荷をパラメータとしてＥＧＲ率を決定するためのマップである。ＥＣＵ１００は、このＥＧＲマップに従って決定されたＥＧＲ率が成立するように、吸入空気量に応じたＥＧＲガス量を得るべくＥＧＲバルブ８１の開度を制御する。
【００３３】
−メイン噴射制御−
次に、本実施形態の特徴であるメイン噴射制御について説明する。このメイン噴射制御では、エンジン１の運転状態に応じて変化する気筒内の残留ガスの状態量としての残留ガス量および残留ガス組成を考慮し、これら残留ガス量および残留ガス組成に応じてメイン噴射の燃料噴射時期を補正するものとなっている。
【００３４】
具体的に、エンジン回転速度およびエンジン負荷に対応する各運転格子点には、メイン噴射の基準噴射圧力、基準噴射量、および、基準噴射時期の各基準噴射制御量が割り当てられ、これら運転格子点毎の基準噴射制御量が前記ＲＯＭに記憶されている。これら基準噴射制御量は、エンジン１が定常運転状態にあることを前提として割り当てられたものである。つまり、その運転格子点での定常運転状態において基準となる残留ガスの状態量（以下、基準残留ガス状態量という）に応じた適合等によって基準噴射制御量は決定されたものとなっている。即ち、前記運転格子点それぞれでの定常運転状態で燃料消費率等が最適となるように、基準残留ガス状態量に応じた基準噴射制御量が割り当てられている。
【００３５】
ところが、エンジン１の過渡運転時にあっては、残留ガス状態量（残留ガス量、残留ガス組成）が前記基準残留ガス状態量からずれている可能性がある。このため、前記運転格子点に割り当てられている基準噴射制御量（特に、基準噴射時期）でメイン噴射を制御したのでは、排気エミッションの悪化や燃料消費率の悪化が懸念される状況となる。
【００３６】
本実施形態では、前記基準残留ガス状態量である基準残留ガス量および基準残留ガス組成それぞれと、気筒内の実際の残留ガス状態量である実際の残留ガス量および実際の残留ガス組成との比（基準残留ガス量と実際の残留ガス量との比、および、基準残留ガス組成と実際の残留ガス組成との比）に基づいて、メイン噴射の燃料噴射時期を補正するための指標（後述する噴射時期補正指標）を算出し、この指標に基づいてメイン噴射の燃料噴射時期を補正するようにしている。つまり、基準残留ガス状態量として基準残留ガス量だけでなく基準残留ガス組成も前記ＲＯＭに記憶させておき、この基準残留ガス量と実際の残留ガス量との比、および、基準残留ガス組成と実際の残留ガス組成との比に基づいて前記噴射時期補正指標を算出するようにしている点に特徴がある。
【００３７】
以下、このメイン噴射制御の概略について説明する。
【００３８】
このメイン噴射制御では、（ａ）エンジン１の運転状態（機関運転状態）に応じて予め規定された、気筒内での基準残留ガス量および基準残留ガス組成それぞれを取得する動作、（ｂ）同一気筒において行われた過去の各サイクル毎の実際の残留ガス量および実際の残留ガス組成それぞれの履歴を取得する動作、（ｃ）基準残留ガス量と各サイクル毎の実際の残留ガス量との比である各サイクル毎の残留ガス量割合を算出する動作、（ｄ）基準残留ガス組成と各サイクル毎の実際の残留ガス組成との比である各サイクル毎の残留ガス組成割合を算出する動作、（ｅ）同一気筒の各サイクルのうち過去に遡るサイクルほど小さくなる各サイクル毎の重み付け係数を取得する動作、（ｆ）各サイクル毎に、前記残留ガス量割合と、前記残留ガス組成割合と、前記重み付け係数とを乗算することによって各サイクル毎の残留ガス指標を算出し、これらサイクル毎の残留ガス指標に基づいて噴射時期補正指標を算出する動作、（ｇ）前記噴射時期補正指標に基づいて今回サイクルにおける燃料噴射時期の補正量を算出する動作、（ｈ）前記補正量で補正された燃料噴射時期でインジェクタ２３からの燃料噴射を実行させる動作が順に行われる。これら（ａ）〜（ｈ）の動作の詳細については後述する。
【００３９】
これら動作は前記ＥＣＵ１００によって実行される。このため、ＥＣＵ１００において、前記（ａ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう基準量取得部として構成されている。また、ＥＣＵ１００において、前記（ｂ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう残留ガス履歴取得部として構成されている。また、ＥＣＵ１００において、前記（ｃ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう残留ガス量割合算出部として構成されている。また、ＥＣＵ１００において、前記（ｄ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう残留ガス組成割合算出部として構成されている。また、ＥＣＵ１００において、前記（ｅ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう重み付け係数取得部として構成されている。また、ＥＣＵ１００において、前記（ｆ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう噴射時期補正指標算出部として構成されている。また、ＥＣＵ１００において、前記（ｇ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう補正量算出部として構成されている。また、ＥＣＵ１００において、前記（ｈ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう燃料噴射指令部として構成されている。
【００４０】
これら基準量取得部、残留ガス履歴取得部、残留ガス量割合算出部、残留ガス組成割合算出部、重み付け係数取得部、噴射時期補正指標算出部、補正量算出部、および、燃料噴射指令部によって本発明に係る制御装置が構成されている。
【００４１】
以下、このメイン噴射制御の具体的な手順について図４のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートは、エンジン１の始動後、クランクシャフトが所定角度だけ回転する毎（より具体的には、何れかの気筒でメイン噴射が開始される前のタイミングとなる毎；例えばピストン１３が圧縮上死点に達する前の所定クランク角度位置となるタイミング毎：本実施形態に係るエンジン１は４気筒であるので１８０°ＣＡ毎）に前記ＥＣＵ１００において開始される。なお、以下では、本メイン噴射制御においてメイン噴射時期が規定される気筒（メイン噴射が開始される前のタイミングを迎えている気筒）を制御対象気筒と呼ぶ。
【００４２】
先ず、ステップＳＴ１において、現在のエンジン回転速度およびエンジン負荷に対応する運転格子点（現在の機関運転状態）に割り当てられた（前記ＲＯＭに記憶された）基準残留ガス量Ｇｒｂおよび基準残留ガス組成Ｃｒｂそれぞれを取得する。
【００４３】
これら基準残留ガス量Ｇｒｂおよび基準残留ガス組成Ｃｒｂは、前記運転格子点でのエンジン運転状態（定常運転状態）において実験またはシミュレーションによって取得され、各運転格子点に割り当てられて前記ＲＯＭに記憶されている。このステップＳＴ１では、現在のエンジン回転速度およびエンジン負荷に対応する運転格子点に割り当てられている基準残留ガス量Ｇｒｂおよび基準残留ガス組成Ｃｒｂが読み出されることになる。
【００４４】
このステップＳＴ１の動作が、本発明でいう「基準量取得部による動作であって、機関運転状態に応じて予め規定された、気筒内での基準残留ガス量および基準残留ガス組成それぞれを取得する動作」に相当する。
【００４５】
ステップＳＴ２では、制御対象気筒における過去の所定回数（ｎ−１回分）の各サイクル毎の実際の残留ガス量Ｇｒ（１），Ｇｒ（２），…Ｇｒ（ｎ−１）、および、実際の残留ガス組成Ｃｒ（１），Ｃｒ（２），…Ｃｒ（ｎ−１）それぞれの履歴を取得する。ここでは、残留ガス量Ｇｒおよび残留ガス組成Ｃｒを取得するサイクル回数を「ｎ−１」として規定している。この場合、過去に遡って、同一気筒（制御対象気筒）における「ｎ−１」回のサイクルそれぞれについての実際の残留ガス量Ｇｒおよび実際の残留ガス組成Ｃｒを取得することになる。つまり、過去のサイクルにおける実際の残留ガス量Ｇｒおよび実際の残留ガス組成ＣｒをＲＡＭに記憶させておき、そのうち過去に遡って「ｎ−１」回分の情報（実際の残留ガス量Ｇｒおよび実際の残留ガス組成Ｃｒ）をＲＡＭから読み出すことになる。例えば前記「ｎ」が「１０」である場合には、過去９回分の各サイクル毎（現時点から９回分だけ遡った各サイクル毎）の実際の残留ガス量Ｇｒおよび実際の残留ガス組成Ｃｒの情報が読み出されることになる。ここでは、「ｎ−１」回分だけ遡った各サイクルのうち直前のサイクルにおける残留ガス量Ｇｒおよび残留ガス組成Ｃｒにそれぞれ「ｎ−１」を付し、９回分遡ったサイクルにおける残留ガス量Ｇｒおよび残留ガス組成Ｃｒにそれぞれ「１」を付している。つまり、残留ガス量Ｇｒ（１），Ｇｒ（２），…Ｇｒ（ｎ−１）の順で、現時点に近いサイクルでの残留ガス量Ｇｒを表していることになる。同様に、残留ガス組成Ｃｒ（１），Ｃｒ（２），…Ｃｒ（ｎ−１）の順で、現時点に近いサイクルでの残留ガス組成Ｃｒを表していることになる。以下では、「１」が付されたサイクルを第１番目サイクルと言い、「２」が付されたサイクルを第２番目サイクルと言い、「ｎ−１」が付されたサイクルを第ｎ−１番目サイクルと言う。この順で現時点に近いサイクル（第ｎ−１番目サイクルが直前のサイクルとなっている）を表している。
【００４６】
前記各サイクルにおける残留ガス量Ｇｒは、制御対象気筒の各サイクルでの排気行程終了時点においてその制御対象気筒内に残留している燃焼ガスの質量であって、エアフローメータ４３からの出力信号およびインジェクタ２３に対する噴射量指令値等に基づいて求められる。つまり、所定期間中（例えば制御対象気筒の吸気バルブ１６の開弁時から閉弁時までの期間中）における吸入空気量（エアフローメータ４３からの出力信号に基づいて算出される吸入空気量の積算値）、および、インジェクタ２３に対する噴射量指令値から得られる燃料噴射量をパラメータとする所定の演算式またはマップから残留ガス量を求め、これを前記ＲＡＭに記憶していく。そして、吸入空気量が多いほど、また、燃料噴射量が多いほど、残留ガス量Ｇｒは大きい値として算出される。また、エアフローメータ４３からの出力信号および筒内圧センサ４Ａからの出力信号等に基づいて残留ガス量Ｇｒを求めるようにしてもよい。この場合、筒内圧が高いほど、残留ガス量Ｇｒは大きい値として算出される。
【００４７】
各サイクルにおける残留ガス組成Ｃｒは、制御対象気筒内における残留ガス中の酸素濃度であって、制御対象気筒の各サイクルでのＥＧＲ率および空燃比（Ａ／Ｆ）等から求められる。ＥＧＲ率は、前述した如くＥＧＲマップから読み出される。空燃比は空燃比センサ４Ｂからの出力信号によって検知される。この残留ガス組成Ｃｒは、ＥＧＲ率および空燃比（Ａ／Ｆ）をパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。そして、ＥＧＲ率が低いほど、また、空燃比（Ａ／Ｆ）が大きいほど、この残留ガス組成Ｃｒ（残留ガス中の酸素濃度）は高い値として算出される。
【００４８】
このステップＳＴ２では、このようにして算出された過去「ｎ−１」回分のサイクルの残留ガス量Ｇｒおよび残留ガス組成Ｃｒの情報が読み出されることになる。
【００４９】
このステップＳＴ２の動作が、本発明でいう「残留ガス履歴取得部による動作であって、同一気筒において行われた過去の各サイクル毎の実際の残留ガス量および実際の残留ガス組成それぞれの履歴を取得する動作」に相当する。
【００５０】
ステップＳＴ３では、各サイクルそれぞれにおける残留ガス量割合Ｒｇ（１），Ｒｇ（２）…Ｒｇ（ｎ−１）および残留ガス組成割合Ｒｃ（１），Ｒｃ（２）…Ｒｃ（ｎ−１）が算出される。
【００５１】
残留ガス量割合Ｒｇ（１），Ｒｇ（２）…Ｒｇ（ｎ−１）は、各サイクル（第１番目サイクルから第ｎ−１番目サイクル）それぞれにおける前記実際の残留ガス量Ｇｒを、基準残留ガス量Ｇｒｂによって除算することにより求められる。このため、実際の残留ガス量Ｇｒが多いほど、残留ガス量割合Ｒｇは大きな値として算出される。
【００５２】
残留ガス組成割合Ｒｃ（１），Ｒｃ（２）…Ｒｃ（ｎ−１）は、基準残留ガス組成Ｃｒｂを、各サイクル（第１番目サイクルから第ｎ−１番目サイクル）それぞれにおける前記実際の残留ガス組成Ｃｒによって除算することにより求められる。このため、実際の残留ガス組成Ｃｒが高いほど（残留ガス中の酸素濃度が高いほど）、残留ガス組成割合は小さい値として算出される。
【００５３】
図５は、各サイクル（１，２，…ｎ−１）における残留ガス量割合Ｒｇの変化の一例を示している。前述したようにエンジン１の過渡運転時には残留ガス量が基準残留ガス量からずれることになり、残留ガス量割合Ｒｇは「１」とはならない。この図５において残留ガス量割合Ｒｇが「１」を下回っているエンジン運転状態では過渡運転によって残留ガス量が基準残留ガス量よりも少なくなっている状況であり（図５における第１番目サイクルを参照）、残留ガス量割合Ｒｇが「１」を上回っているエンジン運転状態では過渡運転によって残留ガス量が基準残留ガス量よりも多くなっている状況である（図５における第２番目サイクルおよび第ｎ−１番目サイクルを参照）。
【００５４】
このステップＳＴ３の動作が、本発明でいう「残留ガス量割合算出部による動作であって、基準残留ガス量と各サイクル毎の実際の残留ガス量との比である各サイクル毎の残留ガス量割合を算出する動作」、および、「残留ガス組成割合算出部による動作であって、基準残留ガス組成と各サイクル毎の実際の残留ガス組成との比である各サイクル毎の残留ガス組成割合を算出する動作」に相当する。
【００５５】
ステップＳＴ４では、各サイクルそれぞれに対する重み付け係数Ｋ（１），Ｋ（２）…Ｋ（ｎ−１）が取得される。この重み付け係数Ｋは、前記ＲＯＭに記憶された重み付け係数マップから読み出される。図６は、この重み付け係数マップの一例を示す図である。
【００５６】
この重み付け係数マップは、現時点に近いサイクルほど大きな重み付け係数が取得されるものとしてＲＯＭに記憶されている。つまり、第１番目サイクルに割り当てられている重み付け係数Ｋ（１）は最も小さく、第ｎ−１番目サイクルに割り当てられている重み付け係数Ｋ（ｎ−１）は最も大きくなっている。
【００５７】
このステップＳＴ４の動作が、本発明でいう「重み付け係数取得部による動作であって、同一気筒の各サイクルのうち過去に遡るサイクルほど小さくなる各サイクル毎の重み付け係数を取得する動作」に相当する。
【００５８】
ステップＳＴ５では、噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）を算出する。この噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）の算出手法として具体的には、各サイクルそれぞれの残留ガス量割合Ｒｇ、残留ガス組成割合Ｒｃ、重み付け係数Ｋを乗算することで、各サイクルそれぞれの残留ガス指標を個別に算出しておき、これら残留ガス指標の総和を噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）として算出する。つまり、以下の式（１）によって噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）を算出する。
【００５９】
Ｃｋ（ｎ−１）＝Ｋ（１）×Ｒｇ（１）×Ｒｃ（１）＋Ｋ（２）×Ｒｇ（２）×Ｒｃ（２）＋…＋Ｋ（ｎ−１）×Ｒｇ（ｎ−１）×Ｒｃ（ｎ−１）      …（１）
この式（１）における第１項は第１番目サイクルにおける残留ガス指標であり、第２項は第２番目サイクルにおける残留ガス指標であり、第ｎ−１項（最終項）は第ｎ−１番目サイクルにおける残留ガス指標である。
【００６０】
このステップＳＴ５の動作が、本発明でいう「噴射時期補正指標算出部による動作であって、各サイクル毎に、残留ガス量割合と、残留ガス組成割合と、重み付け係数とを乗算することによって各サイクル毎の残留ガス指標を算出し、これらサイクル毎の残留ガス指標に基づいて噴射時期補正指標を算出する動作」に相当する。
【００６１】
ステップＳＴ６では、現在の制御対象気筒内におけるガス量（実ガス量）Ｇｉ（ｎ）、ガス組成（実ガス組成）Ｃｉ（ｎ）が算出される。
【００６２】
実ガス量Ｇｉ（ｎ）は、制御対象気筒内に導入されている実際の吸気の質量であって、エアフローメータ４３および吸気温センサ４９からの出力信号等に基づいて求められる。例えば所定期間中（例えば制御対象気筒の吸気バルブ１６の開弁時から閉弁時までの期間中）における吸入空気量（エアフローメータ４３からの出力信号に基づいて算出される吸入空気量の積算値）、および、吸気温度（吸気温センサ４９からの出力信号によって検知される吸気温度）をパラメータとする所定の演算式またはマップから実ガス量Ｇｉ（ｎ）を求める。そして、吸入空気量が多いほど、また、吸気温度が低いほど、この実ガス量Ｇｉ（ｎ）が大きい値として算出される。また、前記エアフローメータ４３からの出力信号に基づいて求められたガス量にＥＧＲガス量（前記ＥＧＲマップから読み出されるＥＧＲ率を達成するためのＥＧＲガス量）を加算して実ガス量Ｇｉ（ｎ）を算出するようにしてもよい。
【００６３】
実ガス組成Ｃｉ（ｎ）は、制御対象気筒内に導入されているガス中の実際の酸素濃度であって、ＥＧＲ率および空燃比（Ａ／Ｆ）等から求められる。ＥＧＲ率は、前述した如くＥＧＲマップから読み出される。空燃比は空燃比センサ４Ｂからの出力信号によって検知される。この実ガス組成Ｃｉ（ｎ）は、ＥＧＲ率および空燃比（Ａ／Ｆ）をパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。そして、ＥＧＲ率が低いほど、また、空燃比（Ａ／Ｆ）が大きいほど、この実ガス組成Ｃｉ（ｎ）（ガス中の酸素濃度）は高い値として算出される。
【００６４】
ステップＳＴ７では、メイン噴射の燃料噴射時期の補正量を算出する。つまり、前記基準噴射時期に対する補正量（噴射時期補正量）を算出する。
【００６５】
前記噴射時期補正量は、実ガス量Ｇｉ（ｎ）、実ガス組成Ｃｉ（ｎ）および噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）を変数とする予め規定された演算式によって算出される。または、実ガス量Ｇｉ（ｎ）、実ガス組成Ｃｉ（ｎ）および噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）それぞれをパラメータとして前記噴射時期補正量を求めるマップが実験などによって作成されてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶され、このマップを参照することで前記噴射時期補正量を求めるようにしてもよい。
【００６６】
図７は、ある実ガス組成Ｃｉにおけるメイン噴射時期補正量マップの一例を示している。このメイン噴射時期補正量マップは、横軸が噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）であり、縦軸が噴射時期補正量である。
【００６７】
このメイン噴射時期補正量マップは、噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）が大きいほど、噴射時期補正量としては進角側への補正量が大きくなるものとなっている。これは、制御対象気筒内の残留ガス量が多い場合（前記残留ガス量割合Ｒｇが大きい場合）や残留ガス組成（ガス中の酸素濃度）が低い場合（残留ガス組成割合Ｒｃが大きい場合）には、噴射時期補正量を進角側へ移行させてもＮＯｘの発生量は抑えられるため（内部ＥＧＲガスが多いことでＮＯｘの発生量は抑えられるため）、このＮＯｘの発生量を抑えながらも、メイン噴射時期を進角側へ移行させることで燃焼効率の向上に伴う燃料消費率の改善が図れることに鑑みられたものである。
【００６８】
また、実ガス量Ｇｉ（ｎ）が少ないほど、噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）の変化量に対する噴射時期補正量の変化量が大きくなるようになっている。これは、実ガス量Ｇｉ（ｎ）が少ないほど、相対的に残留ガス量の割合が大きくなり、この残留ガスによる気筒内の燃焼形態に与える影響が大きい（ＮＯｘの発生量が抑えられる）ことに鑑みられたものである。
【００６９】
このような所定の実ガス組成Ｃｉを対象としたメイン噴射時期補正量マップが、各実ガス組成Ｃｉ毎にＲＯＭに記憶されている。各メイン噴射時期補正量マップでは、実ガス組成Ｃｉが高いものほど、噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）の変化量に対する噴射時期補正量の変化量が大きくなるようになっている。これは、実ガス組成Ｃｉが低いほど、噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）の変化量に対する気筒内の燃焼形態に与える影響が大きいことに鑑みられたものである。
【００７０】
このステップＳＴ７の動作が、本発明でいう「補正量算出部による動作であって、噴射時期補正指標に基づいて今回サイクルにおける燃料噴射時期の補正量を算出する動作」に相当する。
【００７１】
ステップＳＴ８では、メイン噴射の実行タイミングになったか（クランク角度位置がメイン噴射の実行クランク角度位置になったか）否かを判定する。つまり、前記ステップＳＴ７において算出された燃料噴射時期の補正量で補正された燃料噴射時期（基準噴射時期を前記補正量で補正することによって得られた最終噴射時期としてのメイン噴射実行タイミング）になったか否かを判定する。また、燃料噴射時期が補正されていない（前記補正量が「０」であった）場合には、現在のエンジン回転速度およびエンジン負荷（運転格子点）に割り当てられた基準噴射時期になったか否かを判定する。
【００７２】
未だ、メイン噴射の実行タイミングに達していない場合には、ステップＳＴ８でＮＯ判定されて、この実行タイミングに達するのを待つ。
【００７３】
メイン噴射の実行タイミングに達し、ステップＳＴ８でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ９に移り、メイン噴射を実行する。
【００７４】
このステップＳＴ９の動作が、本発明でいう「燃料噴射指令部による動作であって、前記補正量で補正された燃料噴射時期で燃料噴射弁からの燃料噴射を実行させる動作」に相当する。
【００７５】
以上の動作が、クランクシャフトが所定角度だけ回転する毎（何れかの気筒でメイン噴射が開始される前のタイミングとなる毎）に繰り返されることになる。
【００７６】
このようなメイン噴射制御が行われるため、前記ＥＣＵ１００によって本発明に係る内燃機関の制御装置が構成される。この制御装置は、前記クランクポジションセンサ４０、エアフローメータ４３、アクセル開度センサ４７、吸気温センサ４９等からの各信号を入力信号として受信する構成となっている。また、この制御装置は、各インジェクタ２３にメイン噴射の指令信号を出力信号として出力する構成となっている。
【００７７】
以上説明したように本実施形態では、基準残留ガス量Ｇｒｂと実際の残留ガス量Ｇｒとの比である各サイクル毎の残留ガス量割合Ｒｇ、および、基準残留ガス組成Ｃｒｂと実際の残留ガス組成Ｒｃとの比である各サイクル毎の残留ガス組成割合Ｒｃそれぞれを利用して噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）を算出するようにしている。そして、この噴射時期補正指標Ｃｋ（ｎ−１）に基づいて、メイン噴射の燃料噴射時期の補正量を算出し、この補正量で燃料噴射時期を補正している。つまり、残留ガス量ばかりでなく、残留ガス組成も考慮した燃料噴射時期でメイン噴射が実行されることになる。このため、メイン噴射の噴射時期の適正化を図ることができ、排気エミッションおよび燃料消費率の改善を図ることができる。
【００７８】
また、本実施形態では、過去のサイクルにおける残留ガス状態量を考慮して今回のメイン噴射の噴射時期を補正するようにしている。つまり、残留ガス状態量に応じたフィードフォワード制御によってメイン噴射の噴射時期を補正するものとなっている。このため、排気エミッションの悪化や燃料消費率の悪化を未然に防止することができる。その結果、エンジン１の運転状態が変動する過渡時であっても、排気エミッションおよび燃料消費率の改善を図ることが可能である
−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車に搭載された直列４気筒ディーゼルエンジン１に本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。
【００７９】
また、前記実施形態ではコンベンショナル車両（駆動力源としてエンジンのみを搭載した車両）のエンジン１に本発明を適用した場合について説明したが、ハイブリッド車両（駆動力源としてエンジンおよび電動モータを搭載した車両）のエンジンに対しても本発明は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジンにおけるメイン噴射制御に適用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１      エンジン（内燃機関）
３      燃焼室
２３    インジェクタ（燃料噴射弁）
１００  ＥＣＵ
【図１】
2017015005.tif 000003
【図２】
2017015005.tif 000004
【図３】
2017015005.tif 000005
【図４】
2017015005.tif 000006
【図５】
2017015005.tif 000007
【図６】
2017015005.tif 000008
【図７】
2017015005.tif 000009