(57)【要約】【課題】排気エミッションを改善できるアフタ噴射の制御量を得ることが可能な制御装置を提供する。【解決手段】メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場における空燃比を局所Ａ／Ｆとして算出する（ＳＴ４）。アフタ噴射の基準噴射時期における気筒内の残存酸素量Ｏｒを算出する（ＳＴ５）。局所Ａ／Ｆおよび残存酸素量Ｏｒに基づいて、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量を要求筒内流動量Ｒとして算出する（ＳＴ６）。この要求筒内流動量Ｒを得るためのアフタ噴射の制御量を算出する（ＳＴ７）。これにより、過渡運転時であっても、メイン噴射燃料の燃焼場での酸素不足を解消し、メイン噴射燃料の燃焼場でのスモークの発生を抑制し、排気エミッションの改善を図ることができる。【選択図】図４
2017020411.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、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メイン噴射および前記アフタ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、
前記燃料の噴射圧力を検知する噴射圧力検知部と、
前記ガス量、前記ガス組成、前記基準噴射制御量、および、前記燃料の噴射圧力に基づいて、前記メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場における前記アフタ噴射の基準噴射時期での空燃比を局所空燃比として算出する局所空燃比算出部と、
前記ガス量、前記ガス組成、前記基準噴射制御量、および、前記燃料の噴射圧力に基づいて、前記アフタ噴射の基準噴射時期における気筒内の残存酸素量を算出する残存酸素量算出部と、
前記局所空燃比、前記ガス組成、前記気筒内の残存酸素量に基づいて、前記メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量を要求筒内流動量として算出する要求筒内流動量算出部と、
前記要求筒内流動量を得るための前記アフタ噴射の制御量を算出するアフタ噴射制御量算出部と、
前記算出されたアフタ噴射の制御量で前記燃料噴射弁からの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、メイン噴射での未燃成分（スモーク）を燃焼させ、これにより排気を浄化する。
【０００３】
特許文献１には、アフタ噴射の実行時における筒内酸素量とアフタ噴射量との比が、予め設定された目標値となるようにアフタ噴射量を調整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】
ところで、過渡運転時等において、ＥＧＲガスの減量補正動作に遅れが生じたり、ターボチャージャの過給遅れが生じたりした場合には、定常運転時に比べて筒内酸素量が低下してしまう可能性がある。このような状況が生じた場合、前記特許文献１のもの（筒内酸素量とアフタ噴射量との比が目標値となるようにアフタ噴射量を調整するもの）にあっては、筒内酸素量の低下に伴いアフタ噴射量を減量補正することになる。これでは、メイン噴射での未燃成分を燃焼させるといったアフタ噴射の本来の機能を十分に発揮させることができなくなり、排気エミッションの悪化を招いてしまう可能性がある。
【０００６】
本発明の発明者は、メイン噴射燃料の燃焼領域（メイン噴射燃料によって酸素が消費される燃焼場）は燃焼室内の一部の領域であり、その他の領域では酸素濃度が高くなっていること、および、アフタ噴射燃料が実行された際には、それに起因して燃焼室内のガスに流動が生じることに着目し、これらを利用して排気エミッションの改善を図ることについて考察した。
【０００７】
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、排気エミッションを改善できるアフタ噴射の制御量を得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】
【０００８】
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、噴射圧力検知部、局所空燃比算出部、残存酸素量算出部、要求筒内流動量算出部、アフタ噴射制御量算出部、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メイン噴射および前記アフタ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。噴射圧力検知部は、前記燃料の噴射圧力を検知する。局所空燃比算出部は、前記ガス量、前記ガス組成、前記基準噴射制御量、および、前記燃料の噴射圧力に基づいて、前記メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場における前記アフタ噴射の基準噴射時期での空燃比を局所空燃比として算出する。残存酸素量算出部は、前記ガス量、前記ガス組成、前記基準噴射制御量、および、前記燃料の噴射圧力に基づいて、前記アフタ噴射の基準噴射時期における気筒内の残存酸素量を算出する。要求筒内流動量算出部は、前記局所空燃比、前記ガス組成、前記気筒内の残存酸素量に基づいて、前記メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量を要求筒内流動量として算出する。アフタ噴射制御量算出部は、前記要求筒内流動量を得るための前記アフタ噴射の制御量を算出する。アフタ噴射指令部は、前記算出されたアフタ噴射の制御量で前記燃料噴射弁からのアフタ噴射を実行させる。
【０００９】
この特定事項により、アフタ噴射に起因する気筒内でのガス流動を利用して、メイン噴射燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入することができる。これにより、メイン噴射燃料の燃焼場での酸素不足を解消し、この燃焼場でのスモークの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、メイン噴射燃料の燃焼場における局所空燃比や気筒内の残存酸素量等に基づいて、メイン噴射燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量を求め、この流動量が得られるようにアフタ噴射の制御量を調整している。このため、過渡運転時であっても、メイン噴射燃料の燃焼場でのスモークの発生を抑制し、排気エミッションの改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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】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５】要求筒内流動量算出マップの一例を示す図である。
【図６】アフタ噴射回数算出マップの一例を示す図である。
【図７】アフタ噴射量算出マップの一例を示す図である。
【図８】アフタ噴射時期算出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】
【００１２】
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。
【００１３】
−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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
−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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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未燃成分であるスモークを燃焼させることによって排気を浄化する。
【００２９】
本実施形態におけるアフタ噴射制御は、メイン噴射燃料の燃焼による酸素の消費がなされなかった領域や、こ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に存在している酸素を、アフタ噴射に起因して発生する燃焼室３内の流動によってメイン噴射燃料の燃焼場に送り込むものである。これにより、この燃焼場での酸素不足を解消してスモークの発生を抑制する。より具体的には、メイン噴射燃料の燃焼が完了する前に、前記残存酸素をメイン噴射燃料の燃焼場に送り込み、この燃焼場での酸素不足を解消してスモークの発生を抑制するようにしている。このアフタ噴射制御の具体的な手順については後述する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【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】
−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、メイン噴射燃料の燃焼による酸素の消費がなされなかった領域や、こ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に存在している酸素を、アフタ噴射に起因して発生する燃焼室３内の流動によってメイン噴射燃料の燃焼場に送り込むものである。これにより、この燃焼場での酸素不足を解消してスモークの発生を抑制するようにしている。
【００３４】
具体的に、メイン噴射の噴射量は、アフタ噴射の噴射量に比べて多いため、このメイン噴射燃料の貫徹力は、アフタ噴射燃料の貫徹力よりも大きい。そして、このメイン噴射燃料の燃焼場は、燃焼室３の外周部分に形成される。従って、メイン噴射燃料が燃焼している状況（未だアフタ噴射が実行されていない状況）にあっては、インジェクタ２３の周辺であって燃焼室３の中央部分には多くの酸素が残存している。一般に、メイン噴射の前段階では前記パイロット噴射が実行される。このパイロット噴射の噴射量は、メイン噴射の噴射量に比べて少ないため、パイロット噴射燃料の貫徹力は小さく、燃焼室３の中央部分でパイロット噴射燃料は燃焼することになるが、前述したようにパイロット噴射の噴射量は少ないため、この燃焼室３の中央部分での酸素消費量は少なく、残存酸素量が多くなっている。
【００３５】
本実施形態では、この燃焼室３の中央部分に残存している酸素を、アフタ噴射の実行に伴って生じる燃焼室３内の流動を利用してメイン噴射燃料の燃焼場に送り込み（メイン噴射燃料の燃焼中に、その燃焼場に向けて酸素を送り込み）、この燃焼場での酸素不足を解消してスモークの発生を抑制するようにしている。また、アフタ噴射燃料が燃焼室３内で燃焼するためには酸素が必要であるので、前記残存酸素を過不足無くメイン噴射燃料の燃焼場に送り込むためのアフタ噴射の制御量（アフタ噴射回数、アフタ噴射量、および、アフタ噴射時期のうちの少なくとも一つ）を求め、この制御量でアフタ噴射を実行するようにしている。
【００３６】
以下、このアフタ噴射制御の概略について説明する。
【００３７】
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メイン噴射およびアフタ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）燃料の噴射圧力（レール圧）を検知する動作、（ｄ）ガス量、ガス組成、基準噴射制御量、および、燃料の噴射圧力に基づいて、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場におけるアフタ噴射の基準噴射時期での空燃比を局所空燃比として算出する動作、（ｅ）ガス量、ガス組成、基準噴射制御量、および、燃料の噴射圧力に基づいて、アフタ噴射の基準噴射時期における気筒内の残存酸素量を算出する動作、（ｆ）局所空燃比、ガス組成、気筒内の残存酸素量に基づいて、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量を要求筒内流動量として算出する動作、（ｇ）要求筒内流動量を得るためのアフタ噴射の制御量を算出する動作、（ｈ）算出されたアフタ噴射の制御量でインジェクタ２３からのアフタ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。
【００３８】
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。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。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噴射圧力検知部として構成されている。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局所空燃比算出部として構成されている。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要求筒内流動量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アフタ噴射制御量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アフタ噴射指令部として構成されている。
【００３９】
これら実ガス状態量算出部、基準噴射制御量取得部、噴射圧力検知部、局所空燃比算出部、残存酸素量算出部、要求筒内流動量算出部、アフタ噴射制御量算出部、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。
【００４０】
以下、このアフタ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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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メイン噴射およびアフタ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。
【００４６】
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メイン噴射およびアフタ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。
【００４７】
ステップＳＴ３では、レール圧（燃料噴射圧）ｐｃｒが検知される。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。
【００４８】
このステップＳＴ３の動作が、本発明でいう「噴射圧力検知部による動作であって、燃料の噴射圧力を検知する動作」に相当する。
【００４９】
ステップＳＴ４では、局所Ａ／Ｆ（局所空燃比）を算出する。この局所Ａ／Ｆは、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場におけるアフタ噴射の基準噴射時期ｉｎｊ２での空燃比である。つまり、メイン噴射燃料が着火し、その燃焼場で酸素を消費しながら燃焼を継続している状態において、アフタ噴射が開始されるタイミング（アフタ噴射の基準噴射時期ｉｎｊ２）でのメイン噴射燃料の燃焼場の空燃比が、このステップＳＴ４で算出される。
【００５０】
この局所Ａ／Ｆは、実ガス量ｇｃｙｌ、実ガス組成Ｃ、メイン噴射の基準噴射量ｑ１、メイン噴射の基準噴射時期ｉｎｊ１、アフタ噴射の基準噴射時期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から求められる。そして、実ガス量ｇｃｙｌが少ないほど、実ガス組成Ｃ（ガス中の酸素濃度）が低いほど、メイン噴射の基準噴射量ｑ１が多いほど、メイン噴射の基準噴射時期ｉｎｊ１が進角側であるほど（メイン噴射が実行される際の筒内圧が高いほど）、また、アフタ噴射の基準噴射時期ｉｎｊ２が進角側であるほど（アフタ噴射が実行される際におけるメイン噴射燃料の噴霧の拡がりが小さいほど）、局所Ａ／Ｆは低い値（リッチ側の値）として算出される。
【００５１】
このステップＳＴ４の動作が、本発明でいう「局所空燃比算出部による動作であって、ガス量、ガス組成、基準噴射制御量、および、燃料の噴射圧力に基づいて、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場におけるアフタ噴射の基準噴射時期での空燃比を局所空燃比として算出する動作」に相当する。
【００５２】
ステップＳＴ５では、アフタ噴射の基準噴射時期ｉｎｊ２における気筒内の残存酸素量Ｏｒを算出する。前述したように、メイン噴射燃料の燃焼時には、インジェクタ２３の周辺であって燃焼室３の中央部分には多くの酸素が残存している。気筒内全体を考えた場合、メイン噴射の実行前の酸素量から、メイン噴射燃料の燃焼によって消費された酸素量を減じた量だけ気筒内には酸素が残存することになる。このため、メイン噴射燃料の燃焼量に応じて残存酸素量Ｏｒは変化することになる。このステップＳＴ５では、この残存酸素量Ｏｒを算出している。この残存酸素量Ｏｒが多いほど、メイン噴射燃料の燃焼場に送り込むことが可能な酸素量が多く得られる状況となっている。
【００５３】
この残存酸素量Ｏｒは、実ガス量ｇｃｙｌ、実ガス組成Ｃ、メイン噴射の基準噴射量ｑ１、メイン噴射の基準噴射時期ｉｎｊ１、アフタ噴射の基準噴射時期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から求められる。そして、実ガス量ｇｃｙｌが多いほど、実ガス組成Ｃ（ガス中の酸素濃度）が高いほど、メイン噴射の基準噴射量ｑ１が少ないほど、メイン噴射の基準噴射時期ｉｎｊ１が遅角側であるほど（メイン噴射が実行される際の筒内圧が低く、メイン噴射燃料の燃焼場が外周側に位置するほど）、また、アフタ噴射の基準噴射時期ｉｎｊ２が進角側であるほど（アフタ噴射が実行される際におけるメイン噴射燃料の噴霧の拡がりが小さいほど）、残存酸素量Ｏｒは多い値として算出される。
【００５４】
このステップＳＴ５の動作が、本発明でいう「残存酸素量算出部による動作であって、ガス量、ガス組成、基準噴射制御量、および、燃料の噴射圧力に基づいて、アフタ噴射の基準噴射時期における気筒内の残存酸素量を算出する動作」に相当する。
【００５５】
ステップＳＴ６では、要求筒内流動量Ｒを算出する。この要求筒内流動量Ｒは、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域（具体的には、燃焼室３の中央部分）に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量（気筒内でのガスの移動量）である。具体的には、メイン噴射燃料の燃焼場で発生するスモーク量が規制の範囲内となるための酸素量を過不足無くこのメイン噴射燃料の燃焼場に送り込むために必要な気筒内の流動量が算出される。
【００５６】
この要求筒内流動量Ｒは、局所Ａ／Ｆ、実ガス組成Ｃ、残存酸素量Ｏｒそれぞれ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、局所Ａ／Ｆ、実ガス組成Ｃ、残存酸素量Ｏｒそれぞれをパラメータとして要求筒内流動量Ｒ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（要求筒内流動量算出マップ）を参照することで要求筒内流動量Ｒを求めるようにしてもよい。
【００５７】
図５は、ある酸素濃度（実ガス組成Ｃ）における要求筒内流動量算出マップの一例を示す図である。この要求筒内流動量算出マップは、横軸が局所Ａ／Ｆであり、縦軸が要求筒内流動量Ｒである。
【００５８】
この要求筒内流動量算出マップは、局所Ａ／Ｆが小さいほど、要求筒内流動量Ｒとしては大きな値が求められるものとなっている。これは、局所Ａ／Ｆ（メイン噴射燃料の燃焼場の空燃比）が小さいほど、スモークの発生量を抑えるためには多くの酸素量をメイン噴射燃料の燃焼場に送り込む必要があり、そのためには、筒内流動量を大きく得ることが必要であることを考慮したものである。
【００５９】
また、この要求筒内流動量算出マップは、残存酸素量Ｏｒが少ないほど、要求筒内流動量Ｒとしては大きな値が求められるものとなっている。これは、残存酸素量Ｏｒが少ない場合、同一筒内流動量では、メイン噴射燃料の燃焼場に送り込むことができる酸素量が少なくなってしまい、スモークの発生量が多くなる可能性があるため、この酸素量を多く確保するべく、筒内流動量を大きく得ることが必要であることを考慮したものである。
【００６０】
このような所定の酸素濃度（実ガス組成Ｃ）を対象とした要求筒内流動量算出マップが、各酸素濃度毎にＲＯＭに記憶されている。各要求筒内流動量算出マップでは、酸素濃度が低いほど、要求筒内流動量Ｒとしては大きな値が求められるようになっている。これは、酸素濃度が低い場合、同一筒内流動量では、メイン噴射燃料の燃焼場に送り込むことができる酸素量が少なくなってしまい、スモークの発生量が多くなる可能性があるため、この酸素量を多く確保するべく、筒内流動量を大きく得ることが必要であることを考慮したものである。
【００６１】
このステップＳＴ６の動作が、本発明でいう「要求筒内流動量算出部による動作であって、局所空燃比、ガス組成、気筒内の残存酸素量に基づいて、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量を要求筒内流動量として算出する動作」に相当する。
【００６２】
ステップＳＴ７では、アフタ噴射の制御量（アフタ噴射回数、アフタ噴射量およびアフタ噴射時期）を決定する。つまり、ステップＳＴ６で算出された要求筒内流動量Ｒを得るためのアフタ噴射の制御量が算出されることになる。このアフタ噴射の制御量は、要求筒内流動量Ｒおよび実ガス量ｇｃｙｌ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】
なお、ここでは、アフタ噴射回数、アフタ噴射量およびアフタ噴射時期のうちの一つを補正する場合を例に挙げて説明する。
【００６４】
図６は、アフタ噴射回数のみを補正する場合に使用されるアフタ噴射回数算出マップの一例を示す図である。このアフタ噴射回数算出マップは、横軸が要求筒内流動量Ｒであり、縦軸がアフタ噴射回数である。そして、要求筒内流動量Ｒが多いほど、アフタ噴射回数が多い値として求められるようになっている。これは、アフタ噴射回数が多いほど、アフタ噴射燃料による気筒内のガス流動の発生回数が多くなって、ガスの移動量を大きく得ることができるからである。また、実ガス量ｇｃｙｌが多いほど、アフタ噴射回数が多い値として求められるようになっている。これは、実ガス量ｇｃｙｌが多いほど、アフタ噴射燃料の貫徹力が小さくなり、気筒内のガス流動も小さくなる傾向にあるため、十分なガス流動を得るべく、アフタ噴射回数を多くするものである。
【００６５】
図７は、アフタ噴射量のみを補正する場合に使用されるアフタ噴射量算出マップの一例を示す図である。このアフタ噴射量算出マップは、横軸が要求筒内流動量Ｒであり、縦軸がアフタ噴射量である。そして、要求筒内流動量Ｒが多いほど、アフタ噴射量が多い値として求められるようになっている。これは、アフタ噴射量が多いほど、アフタ噴射燃料の貫徹力が大きくなって、ガスの移動量を大きく得ることができるからである。また、実ガス量ｇｃｙｌが多いほど、アフタ噴射量が多い値として求められるようになっている。これは、実ガス量ｇｃｙｌが多いほど、アフタ噴射燃料の貫徹力が小さくなり、気筒内のガス流動も小さくなる傾向にあるため、十分なガス流動を得るべく、アフタ噴射量を多くするものである。
【００６６】
図８は、アフタ噴射時期のみを補正する場合に使用されるアフタ噴射時期算出マップの一例を示す図である。このアフタ噴射時期算出マップは、横軸が要求筒内流動量Ｒであり、縦軸がアフタ噴射時期である。そして、要求筒内流動量Ｒが多いほど、アフタ噴射時期が遅角側の値として求められるようになっている。これは、アフタ噴射時期を遅角側（筒内圧力が低くなる側）にするほど、アフタ噴射燃料の貫徹力が大きくなって、ガスの移動量を大きく得ることができるからである。また、実ガス量ｇｃｙｌが多いほど、アフタ噴射時期が遅角側の値として求められるようになっている。これは、実ガス量ｇｃｙｌが多いほど、アフタ噴射燃料の貫徹力が小さくなり、気筒内のガス流動も小さくなる傾向にあるため、十分なガス流動を得るべく、アフタ噴射時期を遅角側にするものである。
【００６７】
また、アフタ噴射回数、アフタ噴射量およびアフタ噴射時期のうち複数の噴射制御量を補正する場合には、その複数の噴射制御量と筒内流動量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算出マップを作成して、この算出マップに従って各噴射制御量を補正することになる。
【００６８】
このステップＳＴ７の動作が、本発明でいう「アフタ噴射制御量算出部による動作であって、要求筒内流動量を得るためのアフタ噴射の制御量を算出する動作」に相当する。
【００６９】
ステップＳＴ８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。
【００７０】
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。
【００７１】
アフタ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、アフタ噴射を実行する。
【００７２】
このステップＳＴ９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、算出されたアフタ噴射の制御量で燃料噴射弁からのアフタ噴射を実行させる動作」に相当する。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
以上説明したように本実施形態では、メイン噴射燃料の燃焼場における局所Ａ／Ｆや気筒内の残存酸素量Ｏｒに基づいて、メイン噴射燃料の燃焼場に、この燃焼場以外の領域に残存している酸素を導入するために必要な気筒内の流動量（要求筒内流動量Ｏｒ）を求め、この要求筒内流動量Ｏｒが得られるようにアフタ噴射の制御量を調整している。このため、過渡運転時であっても、メイン噴射燃料の燃焼場での酸素不足を解消し、メイン噴射燃料の燃焼場でのスモークの発生を抑制し、排気エミッションの改善を図ることができる。また、本実施形態では、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、スモークの発生を未然に防止することができる。
【００７６】
また、メイン噴射燃料の燃焼場に過不足無く酸素を導入することができるので、アフタ噴射燃料の燃焼場で酸素不足を招くことが抑制でき、アフタ噴射の機能を十分に発揮させることもできる。
【００７７】
−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。
【００７８】
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】
【００７９】
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】
【００８０】
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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