(57)【要約】【課題】アフタ噴射の噴射制御量の最適化を図ることが可能な制御装置を提供する。【解決手段】パイロット噴射燃料およびメイン噴射燃料それぞれの燃焼場に基づいてメイン噴射終了時における気筒内の残存酸素量分布Ｏ2ｒを算出する（ＳＴ５）。この残存酸素量分布Ｏ2ｒから、残存酸素量が最大となる残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍを算出する（ＳＴ６）。この残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍとインジェクタの噴孔の中心線の仮想延長線との交点を残存酸素量推定位置Ｒｏとして算出する（ＳＴ７）。この残存酸素量推定位置Ｒｏにおける残存酸素量が最大となるタイミングを算出する（ＳＴ８）。このタイミングで残存酸素量推定位置Ｒｏにアフタ噴射燃料が到達するようにアフタ噴射の噴射時期および噴射量を設定する（ＳＴ９）。これにより、アフタ噴射によるスモークの発生を防止する。【選択図】図６
2017020391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料の自着火による燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁からの燃料噴射として、パイロット噴射、メイン噴射およびアフタ噴射それぞれを実行させる制御装置において、
前記気筒内における実際のガス量および実際のガス組成を算出する実ガス状態量算出部と、
機関運転状態に応じて予め規定されている前記パイロット噴射および前記メイン噴射それぞれの基準噴射量および基準噴射時期の各基準噴射制御量のうち、現在の機関運転状態に応じた基準噴射制御量を取得する基準噴射制御量取得部と、
燃料噴射圧力を取得する燃料噴射圧力取得部と、
前記実際のガス量と、前記燃料噴射圧力と、前記パイロット噴射および前記メイン噴射それぞれの前記基準噴射量および前記基準噴射時期とに基づいて、前記パイロット噴射および前記メイン噴射それぞれで噴射された燃料の燃焼領域を算出する燃焼領域算出部と、
前記各燃焼領域と、前記実際のガス量と、前記実際のガス組成と、前記各基準噴射量とに基づいて、前記メイン噴射終了時における前記気筒内の径方向の残存酸素量分布を算出する残存酸素量分布算出部と、
前記残存酸素量分布において残存酸素量が最大となる前記気筒内の径方向の位置を算出する位置算出部と、
前記残存酸素量が最大となる前記気筒内の径方向の位置と、前記燃料噴射弁の噴孔の中心線の仮想延長線との交点を算出する交点算出部と、
前記交点における残存酸素量が最大となるタイミングを算出する残存酸素量最大タイミング算出部と、
前記交点における残存酸素量が最大となるタイミングで、この交点にアフタ噴射燃料が到達するようにアフタ噴射の噴射時期および噴射量を設定するアフタ噴射制御量設定部と、
前記設定されたアフタ噴射の噴射時期および噴射量で前記アフタ噴射を実行させるアフタ噴射指令部と、
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、本発明はアフタ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では、トルク発生に寄与するメイン噴射の後にアフタ噴射が実行される。このアフタ噴射で噴射された燃料により、メイン噴射での不完全燃焼成分（スモーク）を酸化させ、これにより排気を浄化する。
【０００３】
特許文献１には、アフタ噴射燃料の着火時期における筒内酸素量とアフタ噴射量との比である燃焼パラメータの目標値と、実際の燃焼パラメータの値との差を「０」にするようにアフタ噴射量を設定する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２０１２−１４５０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、実際のメイン噴射燃料の燃焼後の気筒内にあっては、残存酸素量は均一ではなく、酸素濃度分布を生じている。これは、パイロット噴射燃料やメイン噴射燃料は、気筒内の一部の領域で燃焼を行い、且つそれぞれの燃焼が行われる領域が異なっていることに起因する。
【０００６】
これまで、この気筒内の酸素濃度分布を考慮してアフタ噴射の噴射制御量を調整するものについては提案されていない。このため、酸素濃度が低い領域にアフタ噴射燃料が供給されてしまう可能性があり、スモークの発生を抑制する上で改良の余地があった。
【０００７】
本発明の発明者は、メイン噴射燃料の燃焼後の気筒内に酸素濃度分布が生じており、且つその酸素濃度分布は膨張行程が進むに従って変化していくことに着目し、気筒内の酸素濃度分布に適したアフタ噴射の噴射制御量を得ることについて考察した。
【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、アフタ噴射の噴射制御量の最適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、燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料の自着火による燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁からの燃料噴射として、パイロット噴射、メイン噴射およびアフタ噴射それぞれを実行させる制御装置を前提とする。この制御装置に対し、実ガス状態量算出部、基準噴射制御量取得部、燃料噴射圧力取得部、燃焼領域算出部、残存酸素量分布算出部、位置算出部、交点算出部、残存酸素量最大タイミング算出部、アフタ噴射制御量設定部、アフタ噴射指令部を備えさせている。実ガス状態量算出部は、前記気筒内における実際のガス量および実際のガス組成を算出する。基準噴射制御量取得部は、機関運転状態に応じて予め規定されている前記パイロット噴射および前記メイン噴射それぞれの基準噴射量および基準噴射時期の各基準噴射制御量のうち、現在の機関運転状態に応じた基準噴射制御量を取得する。燃料噴射圧力取得部は、燃料噴射圧力を取得する。燃焼領域算出部は、前記実際のガス量と、前記燃料噴射圧力と、前記パイロット噴射および前記メイン噴射それぞれの前記基準噴射量および前記基準噴射時期とに基づいて、前記パイロット噴射および前記メイン噴射それぞれで噴射された燃料の燃焼領域を算出する。残存酸素量分布算出部は、前記各燃焼領域と、前記実際のガス量と、前記実際のガス組成と、前記各基準噴射量とに基づいて、前記メイン噴射終了時における前記気筒内の径方向の残存酸素量分布を算出する。位置算出部は、前記残存酸素量分布において残存酸素量が最大となる前記気筒内の径方向の位置を算出する。交点算出部は、前記残存酸素量が最大となる前記気筒内の径方向の位置と、前記燃料噴射弁の噴孔の中心線の仮想延長線との交点を算出する。残存酸素量最大タイミング算出部は、前記交点における残存酸素量が最大となるタイミングを算出する。アフタ噴射制御量設定部は、前記交点における残存酸素量が最大となるタイミングで、この交点にアフタ噴射燃料が到達するようにアフタ噴射の噴射時期および噴射量を設定する。アフタ噴射指令部は、前記設定されたアフタ噴射の噴射時期および噴射量で前記アフタ噴射を実行させる。
【００１０】
この特定事項により、メイン噴射終了時における気筒内の残存酸素量が最大となる位置に対し、その位置での残存酸素量が最大となるタイミングでアフタ噴射燃料が到達するように、アフタ噴射の制御量を設定することができる。これにより、気筒内の残存酸素量を有効に利用できるアフタ噴射の制御量の最適化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、メイン噴射終了時における残存酸素量が最大となる位置に対し、その位置での残存酸素量が最大となるタイミングでアフタ噴射燃料が到達するように、アフタ噴射の噴射時期および噴射量を設定している。このため、アフタ噴射の制御量の最適化を図ることが可能となり、アフタ噴射に伴うスモークの発生を抑制することができる。
【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】パイロット噴射燃料およびメイン噴射燃料それぞれの燃焼場を説明するためのピストンの平面図である。
【図５】メイン噴射燃料の燃焼終了時における燃焼室内の残存酸素量分布の一例を表すグラフである。
【図６】アフタ噴射制御の手順を示すフローチャート図である。
【図７】気筒内における残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍおよび残存酸素量推定位置Ｒｏを説明するためのインジェクタおよびピストンを示す図である。
【図８】残存酸素量推定位置Ｒｏにおける酸素量の推移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、メイン噴射およびアフタ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、エンジン回転速度、アクセル操作量（エンジン負荷）等に応じ、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】
アフタ噴射は、メイン噴射の後に少量の燃料を噴射する動作である。このアフタ噴射により、メイン噴射で気筒内に発生した不完全燃焼成分であるスモークを酸化させることによって排気を浄化する。
【００３０】
本実施形態におけるアフタ噴射制御は、パイロット噴射燃料およびメイン噴射燃料それぞれの燃焼による酸素の消費がなされなかった領域や、これらの燃焼による酸素消費量が少ない領域であって、残存酸素量が多い領域を有効利用するべく、この残存酸素量が多い領域に向けてアフタ噴射燃料を供給するものである。このアフタ噴射制御については後述する。
【００３１】
なお、前述したパイロット噴射、メイン噴射およびアフタ噴射の他に、ポスト噴射が必要に応じて行われる。このポスト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】
前述した各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、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。
【００３３】
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。
【００３４】
−アフタ噴射制御−
次に、本実施形態の特徴であるアフタ噴射制御について説明する。このアフタ噴射制御は、前述したように、パイロット噴射燃料およびメイン噴射燃料それぞれの燃焼による酸素の消費がなされなかった領域や、これらの燃焼による酸素消費量が少ない領域であって、残存酸素量が多い領域を有効利用するべく、この残存酸素量が多い領域に向けてアフタ噴射燃料を供給するものである。
【００３５】
図４は、パイロット噴射燃料およびメイン噴射燃料それぞれの燃焼領域（以下、燃焼場という）を説明するためのピストン１３の平面図である。この図４において符号Ｐで表す斜線を付した領域がパイロット噴射燃料の燃焼場である。また、この図４において符号Ｍで表す斜線を付した領域がメイン噴射燃料の燃焼場である。少量の燃料を噴射することで貫徹力が低くなっているパイロット噴射燃料の燃焼場Ｐは、インジェクタ２３の周辺であって、燃焼室３の中央部分に形成される。これに対し、パイロット噴射に比べて噴射量が多くなっていることで貫徹力がパイロット噴射燃料の貫徹力よりも大きくなっているメイン噴射燃料の燃焼場Ｍは、そのメイン噴射燃料がパイロット噴射燃料の燃焼場Ｐを通過することにより燃焼室３の外周部分に形成される。
【００３６】
インジェクタ２３には周方向に亘って複数の噴孔が形成されている。このため、各噴孔から噴射された燃料の噴霧は、周方向に所定間隔を存した領域に向けてそれぞれ噴射されることになるが、気筒内にはスワール流が生じており、且つ噴孔の数が多く設定されている（例えば周方向に亘って１０個の噴孔を有している）ので、ここでは、各燃焼場（パイロット噴射燃料の燃焼場Ｐおよびメイン噴射燃料の燃焼場Ｍ）は、それぞれ周方向全体に亘って均一な燃焼場であると見なすこととする。
【００３７】
この図４に示すものにあっては、パイロット噴射燃料の燃焼場Ｐとメイン噴射燃料の燃焼場Ｍとの間に、何れの燃料の燃焼にも寄与していない領域（図４における燃焼室３内に斜線を付していない領域）が存在している。つまり、この領域は、他の領域（各燃焼場Ｐ，Ｍ）に比べて残存酸素量が多くなっている。また、仮に、パイロット噴射燃料の燃焼場Ｐとメイン噴射燃料の燃焼場Ｍとが接している場合であっても、他の領域に比べて残存酸素量が多くなっている領域が存在する。
【００３８】
図５は、メイン噴射燃料の燃焼終了時における燃焼室３内の残存酸素量分布の一例を表すグラフである。この図５の横軸はインジェクタ２３からの距離であり（この図５ではインジェクタ２３の位置をｉｎｊで示している）、縦軸は残存酸素量である。この図５における範囲Ｐは前記パイロット噴射燃料の燃焼場であり、範囲Ｍは前記メイン噴射燃料の燃焼場である。この図５からも判るように、パイロット噴射燃料の燃焼場Ｐとメイン噴射燃料の燃焼場Ｍとの間の領域における中央部において残存酸素量は最大となっている。以下、この残存酸素量が最大となっている位置を残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍと呼ぶ。この残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍは、燃焼室３内において周方向に亘っている。つまり、図４においてパイロット噴射燃料の燃焼場Ｐとメイン噴射燃料の燃焼場Ｍとの間の領域であって、この領域における燃焼室３の径方向の中央位置が残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍとなっている（図４において破線で示した位置を参照）。
【００３９】
本実施形態におけるアフタ噴射制御は、この残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍに燃料（アフタ噴射燃料）を供給するものである。これにより、気筒内の酸素を有効に利用し、スモークの発生を抑制するようにしている。
【００４０】
また、本実施形態におけるアフタ噴射制御は、この残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍ上においてアフタ噴射燃料が到達する位置（後述する残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍとインジェクタ２３の噴孔の中心線の仮想延長線との交点）での残存酸素量が、膨張行程が進むに従って（ピストン１３の位置が変化していくに従って）変化していくことを考慮し、この位置での酸素量が最大となるタイミング（クランクシャフトの回転角度位置）でアフタ噴射燃料が、この位置（前記交点）に到達するようにしている。
【００４１】
以下、このアフタ噴射制御の概略について説明する。
【００４２】
このアフタ噴射制御では、（ａ）気筒内における実際のガス量および実際のガス組成を算出する動作、（ｂ）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ているパイロット噴射およびメイン噴射それぞれの基準噴射量および基準噴射時期の各基準噴射制御量のうち、現在の機関運転状態に応じた基準噴射制御量を取得する動作、（ｃ）燃料噴射圧力を取得する動作、（ｄ）実際のガス量と、燃料噴射圧力と、パイロット噴射およびメイン噴射それぞれの基準噴射量および基準噴射時期とに基づいて、パイロット噴射およびメイン噴射それぞれで噴射された燃料の燃焼領域を算出する動作、（ｅ）各燃焼領域と、実際のガス量と、実際のガス組成と、各基準噴射量とに基づいて、メイン噴射終了時における気筒内の径方向の残存酸素量分布を算出する動作、（ｆ）残存酸素量分布において残存酸素量が最大となる気筒内の径方向の位置を算出する動作、（ｇ）残存酸素量が最大となる気筒内の径方向の位置と、インジェクタ２３の噴孔の中心線の仮想延長線との交点を算出する動作、（ｈ）前記交点における残存酸素量が最大となるタイミングを算出する動作、（ｉ）前記交点における残存酸素量が最大となるタイミングで、この交点にアフタ噴射燃料が到達するようにアフタ噴射の噴射時期および噴射量を設定する動作、（ｊ）この設定されたアフタ噴射の噴射時期および噴射量でアフタ噴射を実行させる動作が順に行われる。これら（ａ）〜（ｊ）の動作の詳細については後述する。
【００４３】
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実ガス状態量算出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基準噴射制御量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燃料噴射圧力取得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燃焼領域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残存酸素量分布算出部として構成されている。前記（ｆ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう位置算出部として構成されている。前記（ｇ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう交点算出部として構成されている。前記（ｈ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう残存酸素量最大タイミング算出部として構成されている。前記（ｉ）の動作を実行する機能部分が本発明でいうアフタ噴射制御量設定部として構成されている。前記（ｊ）の動作を実行する機能部分が本発明でいうアフタ噴射指令部として構成されている。
【００４４】
これら実ガス状態量算出部、基準噴射制御量取得部、燃料噴射圧力取得部、燃焼領域算出部、残存酸素量分布算出部、位置算出部、交点算出部、残存酸素量最大タイミング算出部、アフタ噴射制御量設定部、および、アフタ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。
【００４５】
以下、このアフタ噴射制御の具体的な手順について図６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、何れかの気筒でアフタ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、本アフタ噴射制御においてアフタ噴射制御量が規定される気筒（アフタ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。
【００４６】
先ず、ステップＳＴ１において、現在のエンジン運転状態におけるガス量（実ガス量）ｇｃｙｌ、ガス組成（実ガス組成）Ｃが算出される。
【００４７】
実ガス量ｇｃｙｌ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ｇｃｙｌ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ｇｃｙｌ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からの出力信号等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ｇｃｙｌを算出するようにしてもよい。
【００４８】
実ガス組成Ｃ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Ｃ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Ｃ（ガス中の酸素濃度）は高い値として算出される。
【００４９】
これらの動作が、本発明でいう「実ガス状態量算出部による動作であって、気筒内における実際のガス量および実際のガス組成を算出する動作」に相当する。
【００５０】
ステップＳＴ２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（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）基準噴射制御量が取得される。具体的には、現在のエンジン運転状態における運転格子点に割り当てられたパイロット噴射およびメイン噴射それぞれの基準噴射量ｑ１，ｑ２および基準噴射時期ｉｎｊ１，ｉｎｊ２が取得される。
【００５１】
このステップＳＴ２の動作が、本発明でいう「基準噴射制御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ているパイロット噴射およびメイン噴射それぞれの基準噴射量および基準噴射時期の各基準噴射制御量のうち、現在の機関運転状態に応じた基準噴射制御量を取得する動作」に相当する。
【００５２】
ステップＳＴ３では、レール圧（燃料噴射圧）ｐｃｒが検出される。このレール圧ｐｃｒは、レール圧センサ４１からの出力信号によって検知される。
【００５３】
このステップＳＴ３の動作が、本発明でいう「燃料噴射圧力取得部による動作であって、燃料噴射圧力を取得する動作」に相当する。
【００５４】
ステップＳＴ４では、パイロット噴射燃料およびメイン噴射燃料それぞれの燃焼場Ａ１，Ａ２を算出する。ここでいう燃焼場Ａ１，Ａ２の値としては、パイロット噴射燃料およびメイン噴射燃料それぞれの噴霧の位置に相当する。より具体的には、パイロット噴射燃料の燃焼場Ｐの外縁位置およびメイン噴射燃料の燃焼場Ｍの内縁位置に相当する。つまり、前述した残存酸素量が多くなっている領域（パイロット噴射燃料の燃焼場Ｐとメイン噴射燃料の燃焼場Ｍとの間の領域）を求めるものとなっている。
【００５５】
この燃焼場Ａ１，Ａ２の算出は、前記実ガス量ｇｃｙｌ、基準噴射量ｑ１，ｑ２、基準噴射時期ｉｎｊ１，ｉｎｊ２、レール圧ｐｃｒをパラメータとする所定の演算式またはマップ（実験等に基づいて作成されたマップ）から求められる。そして、実ガス量ｇｃｙｌが少ないほど、基準噴射量ｑ１，ｑ２が多いほど、また、レール圧ｐｃｒが高いほど、パイロット噴射燃料およびメイン噴射燃料それぞれの燃焼場Ａ１，Ａ２としては、インジェクタ２３から遠い位置として算出される。また、ピストン１３の圧縮上死点よりも進角側で噴射が開始されるパイロット噴射燃料の燃焼場Ａ１としては、その基準噴射時期ｉｎｊ１が進角側であるほどインジェクタ２３から遠い位置として算出される。また、ピストン１３の圧縮上死点よりも遅角側で噴射が開始されるメイン噴射燃料の燃焼場Ａ２としては、その基準噴射時期ｉｎｊ２が遅角側であるほどインジェクタ２３から遠い位置として算出される。
【００５６】
このステップＳＴ４の動作が、本発明でいう「燃焼領域算出部による動作であって、実際のガス量と、燃料噴射圧力と、パイロット噴射およびメイン噴射それぞれの基準噴射量および基準噴射時期とに基づいて、パイロット噴射およびメイン噴射それぞれで噴射された燃料の燃焼領域を算出する動作」に相当する。
【００５７】
ステップＳＴ５では、メイン噴射燃料の燃焼終了時の残存酸素量分布Ｏ2ｒを算出する。この残存酸素量分布Ｏ2ｒは、前記残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍ（パイロット噴射燃料の燃焼場Ｐとメイン噴射燃料の燃焼場Ｍとの間の領域における残存酸素量が最大となっている位置）を求めるために利用されるものである。この残存酸素量分布Ｏ2ｒの算出動作では、前記実ガス量ｇｃｙｌ、実ガス組成Ｃ、パイロット噴射およびメイン噴射それぞれの基準噴射量ｑ１，ｑ２および燃焼場Ａ１，Ａ２をパラメータとする所定の演算式またはマップ（実験等に基づいて作成されたマップ）から求められる。前述した図５の残存酸素量分布Ｏ2ｒを示すグラフは、このようにしてインジェクタ２３からの距離と、その位置における残存酸素量との関係を求めたものである。
【００５８】
このステップＳＴ５の動作が、本発明でいう「残存酸素量分布算出部による動作であって、各燃焼領域と、実際のガス量と、実際のガス組成と、各基準噴射量とに基づいて、メイン噴射終了時における気筒内の径方向の残存酸素量分布を算出する動作」に相当する。
【００５９】
ステップＳＴ６では、前記残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍを算出する。このステップＳＴ６の動作は、前記ステップＳＴ５で算出された残存酸素量分布Ｏ2ｒにおいて残存酸素量が最大となっている位置を残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍとして規定するものである。つまり、インジェクタ２３からの距離としてこの残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍが算出される。
【００６０】
このステップＳＴ６の動作が、本発明でいう「位置算出部による動作であって、残存酸素量分布において残存酸素量が最大となる気筒内の径方向の位置を算出する動作」に相当する。
【００６１】
ステップＳＴ７では、残存酸素量推定位置Ｒｏを算出する。このステップＳＴ６の動作は、前記残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍとインジェクタ２３の噴孔の中心線の仮想延長線との交点を算出するものである。図７は、気筒内における残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍおよび残存酸素量推定位置Ｒｏを説明するためのインジェクタ２３およびピストン１３を示す図である。この図７に示すように、インジェクタ２３から所定距離（残存酸素量が最大となっている距離）にある残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍ上において、実際に燃料噴霧が到達する位置は、前記噴孔の中心線の仮想延長線Ｌ（図７に破線で示す直線を参照）との交点であって、図中のＲｏとなっている。このステップＳＴ７では、この残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍとインジェクタ２３の噴孔の中心線の仮想延長線Ｌとの交点を残存酸素量推定位置Ｒｏとして算出する。
【００６２】
この残存酸素量推定位置Ｒｏは、前記残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍ、インジェクタ２３の諸元（噴孔間のコーン角度、および、シリンダヘッド１５の下面から噴孔位置までの突き出し寸法等であって、前記ＲＯＭに記憶されている値）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。
【００６３】
このステップＳＴ７の動作が、本発明でいう「交点算出部による動作であって、残存酸素量が最大となる気筒内の径方向の位置と、燃料噴射弁の噴孔の中心線の仮想延長線との交点を算出する動作」に相当する。
【００６４】
ステップＳＴ８では、前記残存酸素量推定位置Ｒｏでの酸素量の時間的変化（膨張行程でのピストン１３の移動に伴う残存酸素量推定位置Ｒｏでの酸素量の変化）を算出する。この残存酸素量推定位置Ｒｏの酸素量の時間的変化は、実験またはシミュレーションによって求められる。図８は、膨張行程における残存酸素量推定位置Ｒｏでの酸素量の推移の一例を示す図である。この図８に示すように、膨張行程にあっては、ピストン１３が圧縮上死点近傍にある場合には残存酸素量推定位置Ｒｏの酸素量は少なく、ピストン１３が圧縮上死点から下降していくに従って、残存酸素量推定位置Ｒｏの酸素量は多くなっていく。これは、前記パイロット噴射燃料の燃焼場Ｐおよびメイン噴射燃料の燃焼場Ｍ以外の領域に存在していた酸素が、残存酸素量推定位置Ｒｏに流れ込むためであると想定される。そして、ピストン１３が更に下降していくと、残存酸素量推定位置Ｒｏの酸素量は次第に少なくなっていく。これは、残存酸素量推定位置Ｒｏに流れ込んでいた酸素がメイン噴射燃料の燃焼に寄与されたり、この酸素が、ピストン１３の頂面１３ａとシリンダヘッド１５の下面との間の空間（ピストン１３の下降に伴って拡大していく空間）に流れ出すためであると想定される。
【００６５】
このステップＳＴ８では、このように残存酸素量推定位置Ｒｏの酸素量が変化していく状況において、その酸素量が最大となるタイミング（図８におけるクランク角度位置ＣＡｍａｘ）が取得される。
【００６６】
このステップＳＴ８の動作が、本発明でいう「残存酸素量最大タイミング算出部による動作であって、前記交点における残存酸素量が最大となるタイミングを算出する動作」に相当する。
【００６７】
ステップＳＴ９では、アフタ噴射の噴射制御量（アフタ噴射量およびアフタ噴射時期）を決定する。つまり、膨張行程において残存酸素量推定位置Ｒｏでの酸素量が最大となるタイミング（図８におけるクランク角度位置ＣＡｍａｘ）において、アフタ噴射燃料が残存酸素量推定位置Ｒｏに到達するようにアフタ噴射量およびアフタ噴射時期が算出されることになる。このアフタ噴射の噴射制御量は、残存酸素量ＭＡＸ位置Ｒｍ、残存酸素量推定位置Ｒｏでの酸素量の時間的変化、レール圧ｐｃｒ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。
【００６８】
例えば、アフタ噴射時期を変更しない場合（現在のエンジン運転状態における運転格子点に割り当てられたアフタ噴射時期から変更しない場合）には、残存酸素量推定位置Ｒｏの位置がインジェクタ２３から遠いほどアフタ噴射量は多く設定される。また、アフタ噴射量を変更しない場合（現在のエンジン運転状態における運転格子点に割り当てられたアフタ噴射量から変更しない場合）には、残存酸素量推定位置Ｒｏの位置がインジェクタ２３から遠いほどアフタ噴射時期は遅角側に設定される。
【００６９】
また、アフタ噴射量およびアフタ噴射時期を共に変更する場合には、これら噴射制御量とアフタ噴射燃料の到達距離との関係を実験などによって検証し、その検証結果によって噴射制御量マップを作成して、この噴射制御量マップに従ってアフタ噴射量およびアフタ噴射時期を決定することになる。
【００７０】
このステップＳＴ９の動作が、本発明でいう「アフタ噴射制御量設定部による動作であって、前記交点における残存酸素量が最大となるタイミングで、この交点にアフタ噴射燃料が到達するようにアフタ噴射の噴射時期および噴射量を設定する動作」に相当する。
【００７１】
ステップＳＴ１０では、アフタ噴射の実行タイミングになったか（クランク角度位置がアフタ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。
【００７２】
未だ、アフタ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ＳＴ１０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】
アフタ噴射の実行タイミングに達し、ステップＳＴ１０でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１１に移り、アフタ噴射を実行する。
【００７４】
このステップＳＴ１１の動作が、本発明でいう「アフタ噴射指令部による動作であって、設定されたアフタ噴射の噴射時期および噴射量でアフタ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（何れかの気筒でアフタ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】
このようなアフタ噴射制御が行われるため、前記ＥＣＵ１００によって（より具体的には、前述したＥＣＵ１００における各機能部分によって）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、レール圧センサ４１、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、空燃比センサ４Ｂ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にアフタ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、メイン噴射終了後における残存酸素量が最大となる残存酸素量推定位置Ｒｏに対し、この残存酸素量推定位置Ｒｏでの残存酸素量が最大となるタイミングでアフタ噴射燃料が到達するように、アフタ噴射の制御量を設定している。このため、アフタ噴射の制御量の最適化を図ることが可能となり、アフタ噴射に伴うスモークの発生を抑制することができる。また、アフタ噴射量の適正化によって燃料消費率の改善を図ることもできる。
【００７８】
また、本実施形態では、残存酸素量推定位置Ｒｏでの残存酸素量が最大となるタイミングに応じたフィードフォワード制御によってアフタ噴射の制御量を決定するものとなっている。このため、アフタ噴射によるスモークの発生を未然に防止することができる。
【００７９】
−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。
【００８０】
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】
【００８１】
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アフタ噴射制御に適用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
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】
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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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