CN105264207A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够将使内燃机的燃烧状态发生变化的多个燃烧参数设定为适当的值，并能够不依存于运转状态而改善燃料消耗率的控制装置。发动机ECU(70)以热释放率中心位置不依存于内燃机(10)的负载而成为固定的目标曲轴转角角度的方式设定燃烧参数(主喷射正时、引燃喷射正时、燃料喷射压以及增压等)。而且，ECU(70)根据缸内压力传感器(64)的输出而对热释放率重心位置进行推断，并以所推断出的热释放率重心位置与所述目标曲轴转角角度相等的方式对燃烧参数进行反馈控制。

Description

内燃机的控制装置

技术领域

本发明涉及一种对内燃机的燃烧状态进行控制的控制装置。

背景技术

一般而言，在柴油发动机等的内燃机(以下，也称为“内燃机”)的运转时，通过混合气的燃烧而产生的全部能量不会都被转换成使曲轴旋转的功，必然会产生损失。在该损失中，具有被转换为内燃机主体以及冷却水的温度上升的冷却损失、通过废气而被排放到大气中的排气损失、进气以及排气时所产生的泵损失、以及机械阻力损失等。其中，冷却损失以及排气损失在全部损失中占较大的比例。因此，为了改善内燃机的燃料消耗率，减少冷却损失以及排气损失是有效的方法。

但是，一般而言，冷却损失和排气损失存在此消彼长的关系，很多情况下，难以同时减少冷却损失和排气损失。例如，在内燃机具备增压器的情况下，由于随着增加增压而使废气中所含有的能量被有效利用，因此排气损失降低。可是，由于实质上的压缩率的提高而使得燃烧温度上升，因此冷却损失增加，从而根据情况有时这些损失的总量是增加的。

为了降低损失的总量，对向内燃机供给的燃料的燃烧状态(以下，仅称为“内燃机的燃烧状态”)进行控制的控制装置，除了对于上述增压之外，还需要根据内燃机的运转状态(转速以及输出等)而对燃料喷射量及喷射正时、以及对EGR气体的量等的燃烧状态进行变更的各种参数进行最佳控制。对内燃机的燃烧状态进行变更的参数(即，给内燃机的燃烧状态带来影响的参数)仅被称为“燃烧参数”。但是，多个燃烧参数在各个运转状态中的最佳值很难通过实验等而预先求出，为了决定这些参数，从而需要实施庞大的实验。因此，开发出了***性地决定燃烧参数的方法。

例如，现有的一种内燃机的燃烧控制装置(以下，也称为“现有装置”)为，对“燃烧行程中所产生的总热量中的、产生其一半热量的时间点的曲轴转角角度(以下，也称为“燃烧重心角度”)”进行计算。而且，现有装置在该燃烧重心角度与预定的基准值背离的情况下，通过对燃料喷射正时进行补正、或者通过对EGR率(EGR气体的量)进行调节而对燃烧室内(气缸内)的氧浓度进行调节，从而使燃烧重心角度与基准值一致(例如，参照专利文献1)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-202629号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，例如，在柴油内燃机中，存在针对一个循环的燃烧而实施多次喷射燃料的多级喷射的情况。如果更具体地进行陈述，则在柴油内燃机中，存在先于主喷射(主要喷射)之前实施引燃喷射，并在主喷射之后实施后喷射的情况。该情况下的曲轴转角角度和热释放率(每单位曲轴转角角度通过燃烧而产生的热量)之间的关系，例如通过由图8(A)的曲线C1所表示的波形来表示。该波形在下文中也被称为“燃烧波形”。在图8的(A)所示的波形中，通过将以曲轴转角角度θ1开始的引燃喷射而取得极大值Lp，通过以曲轴转角角度θ2开始的主喷射而取得极大值Lm。

而且，图8(B)表示曲轴转角角度与“通过曲线C1所示的燃烧而产生的热量的累计值的、相对于总产生热量的比率(产热量比率)”之间的关系。如图8(B)所示，前文所述的燃烧重心角度(产热量比率成为50％的曲轴转角角度)为曲轴转角角度θ3。

相对于此，如图9(A)中通过曲线C2所示的那样，在仅使引燃喷射的开始正时从曲轴转角角度θ1向曲轴转角角度θ0、即向提前了Δθ的提前角侧移动了的情况下，通过引燃喷射的燃料的燃烧而开始产生热量的曲轴转角角度(产热开始角度)向提前了Δθ的提前角侧移动。但是，在图8(A)以及图9(A)所示的燃烧中，由于燃烧重心角度在主喷射的燃料的燃烧开始之后(曲轴转角角度θ2以后)，因此根据表示曲线C2所示的燃烧的产热量比率的图9(B)可理解到，燃烧重心角度仍为曲轴转角角度θ3，并未发生变化。即，即使通过引燃喷射正时向提前角侧移动而使燃烧波形发生变化，也存在燃烧重心角度也不发生变化的情况。换言之，可以说燃烧重心角度不一定是准确反映各个循环的燃烧的方式的指标。

实际上，发明人针对各种的内燃机转速，而对燃烧重心角度与“燃料消耗率变得最低的燃烧重心角度(最佳燃油经济点)中的相对于燃料消耗率的任意的燃烧重心角度的燃料消耗率之比、即耗油率恶化率”之间的关系进行了测量。其测量结果表示在图10中。图10的曲线Hb1至曲线Hb3分别为，低转速且低负载、中转速且中负载、以及高转速且高负载的情况下的测量结果。根据图10可理解到，发明人得出了当内燃机转速以及负载不同时耗油率恶化率成为最小的燃烧重心角度也不同的见解。换言之，辨明了如下内容，即，即使以燃烧重心角度与固定的基准值一致的方式对燃烧状态实施了控制，但只要内燃机转速以及负载不同，则耗油率恶化率也不会变得最小。

因此，作为表示燃烧状态的指标值，发明人着眼于“热释放率重心位置”以代替现有的燃烧重心角度。该热释放率重心位置如下文所述那样，通过各种方法而被定义。热释放率重心位置通过曲轴转角角度来表示。

(定义1)如图1(A)所示，热释放率重心位置Gc为，与通过在“将各个循环中的曲轴转角角度设定为横轴(一个轴)、且将热释放率(每单位曲轴转角角度的热的释放量)设定为纵轴(与所述一个轴正交的其他轴)的坐标系”中所描绘出的该热释放率的波形和所述横轴包围而成的区域的几何学的重心G相对应的曲轴转角角度。

例如，在以热释放率重心位置Gc为支点，并将热释放率重心位置Gc与任意的曲轴转角角度之间的差分即曲轴转角角度距离设为距支点的距离，并且将热释放率设为力的情况下，支点的提前角侧与滞后角侧的力矩(＝力×距离＝曲轴转角角度距离×热释放率)的大小互为相等。

(定义2)热释放率重心位置Gc为，从燃烧开始起到燃烧结束为止的期间内的特定曲轴转角角度，且为对“燃烧开始后的任意的第一曲轴转角角度与特定曲轴转角角度之差的大小”与“该任意的第一曲轴转角角度下的热释放率”之积从燃烧开始起到特定曲轴转角角度为止关于曲轴转角角度进行积分(累计)而得到的值、和对“特定曲轴转角角度后的任意的第二曲轴转角角度和特定曲轴转角角度之差的大小”与“该任意的第二曲轴转角角度下的热释放率”之积从该特定曲轴转角角度起到燃烧结束为止关于曲轴转角角度进行积分(累计)而得到的值相等的特定曲轴转角角度。

换言之，热释放率重心位置Gc为，在各循环中，在以CAs表示所述燃料的燃烧开始的曲轴转角角度、以CAe表示所述燃烧结束的曲轴转角、以θ表示任意的曲轴转角角度、且以dQ(θ)表示所述曲轴转角角度θ下的热释放率时，下式(1)成立时的曲轴转角角度。例如，曲轴转角角度θ通过压缩上止点后的角度来表示，在曲轴转角角度位于与压缩上止点相比靠提前角侧时，曲轴转角角度θ成为负值。

[数学式1]

${\∫}_{CAs}^{Gc}(Gc-\mathrm{\θ})dQ\left(\mathrm{\θ}\right)d\mathrm{\θ}{\∫}_{Gc}^{GAe}(\mathrm{\θ}-Gc)dQ\left(\mathrm{\θ}\right)d\mathrm{\θ}\mathrm{...}\left(1\right)$

(定义3)如果对上述式(1)进行整理，则能够得到下式(2)。因此，关于定义2，如果用另一种方式表示，则热释放率重心位置Gc为，关于一个燃烧行程的从燃烧开始到燃烧结束的特定曲轴转角角度，且为使与从任意的曲轴转角角度中减去特定曲轴转角角度而得到的值和所述任意的曲轴转角角度下的热释放率之积所对应的值，从燃烧开始到燃烧结束为止而关于曲轴转角角度进行积分(累计)而得到的值成为“零”的这种特定曲轴转角角度。

[数学式2]

${\∫}_{CAs}^{CAe}(\mathrm{\θ}-Gc)dQ\left(\mathrm{\θ}\right)d\mathrm{\θ}=\mathrm{0...}\left(2\right)$

(定义4)上述的定义2也能够理解为如下内容。即，热释放率重心位置Gc为，使“与特定曲轴转角角度相比靠提前角侧的任意的曲轴转角角度和该特定曲轴转角角度之间的曲轴转角角度差分”和“该任意的曲轴转角角度下的热释放率”之积关于曲轴转角角度进行积分而得到的值、和“所述特定曲轴转角角度和与该特定曲轴转角角度相比靠滞后角侧的任意的曲轴转角角度之间的曲轴转角角度差分”和“该任意的曲轴转角角度下的热释放率”之积关于曲轴转角角度进行积分而得到的值相等时的所述特定曲轴转角角度。

(定义5)热释放率重心位置Gc为，因存在上述的燃烧波形的几何学的重心而能够通过基于下式(3)的运算而取得的曲轴转角角度。

[数学式3]

$Gc=\frac{{\∫}_{CAs}^{CAe}(\mathrm{\θ}-CAs)dQ\left(\mathrm{\θ}\right)d\mathrm{\θ}}{{\∫}_{CAs}^{CAe}dQ\left(\mathrm{\θ}\right)d\mathrm{\θ}}+CAs\mathrm{...}\left(3\right)$

(定义6)上述的定义5也能够理解为如下内容。即，热释放率重心位置Gc为，使“任意的曲轴转角角度与燃烧开始曲轴转角角度之差”和“该任意的曲轴转角角度下的热释放率”之积的关于曲轴转角角度的积分值除以由通过相对于曲轴转角角度的热释放率的波形而划定的区域的面积而得到的值加上燃烧开始曲轴转角角度之后而得到的值。

该热释放率重心位置例如为，在图1的(A)所示的示例中，与被曲线C2和表示曲轴转角角度的横轴包围的区域A1的几何学的重心G相对应的曲轴转角角度θ3。而且，如图1(B)所示，当引燃喷射的开始正时从曲轴转角角度θ1向提前角侧移动Δθp而被设定为曲轴转角角度θ0时，热释放率重心位置Gc随之向提前角侧移动曲轴转角角度Δθg，从而成为曲轴转角角度θ3’。如此，可以说，热释放率重心位置为，与现有的作为燃烧状态的指标值的燃烧重心角度相比，更准确地反映了还包含由引燃喷射产生的热释放的燃烧状态的指标。

而且，关于各种内燃机转速和负载的组合，发明人也对热释放率重心位置和耗油率恶化率之间的关系进行了测量。将其结果表示在图2中。图2的曲线Gc1至曲线Gc3分别为低转速且低负载、中转速且中负载、以及高转速且高负载的情况下的测量结果。根据图2可理解到，即使在转速以及负载不同的情况下，耗油率恶化率成为最小的热释放率重心位置也成为了特定的曲轴转角角度(在图2的示例中为，压缩上止点后7度)。换言之，发明人获得了如下的见解，即，由于热释放率重心位置为良好地表示燃烧状态的指标值，因此通过使热释放率重心位置不依存于负载和/或内燃机转速，从而能够使内燃机的燃烧状态维持在特定的状态。而且，发明人通过将热释放率重心位置维持在“燃料消耗率成为最小的特定的目标曲轴转角角度”或其附近值，从而能够改善内燃机的燃料消耗率。

本发明是基于上述见解而完成的发明。即，本发明的一个目的在于，提供一种实现了将热释放率重心位置作为“表示燃烧状态的指标值”来考虑的内燃机的燃烧状态的控制装置(以下，也称为“本发明装置”)。

如果更具体地进行叙述，则本发明装置在根据上文所述的定义1至6的各个定义而被定义的热释放率重心位置至少在负载处于预定的范围内的情况下，以不依存于负载而成为固定的目标曲轴转角角度的方式(成为包括目标曲轴转角角度的固定的宽度内的值的方式)而对内燃机的燃烧状态进行控制。

由此，能够通过更少的适当的工时来决定可能维持所期望的燃烧状态的“后文所述的多个燃烧参数”。

在该情况下，优选为，所述目标曲轴转角角度被规定为，所述内燃机的冷却损失与所述内燃机的排气损失之和成为最小的曲轴转角角度。

由此，本发明装置能够不依存于所述负载及/或内燃机转速而将所述内燃机的燃料消耗率抑制得较低。

而且，如果所述内燃机具备两个以上的气缸，则本发明装置能够以所述目标曲轴转角角度在全部的所述气缸中相同的方式而使所述燃烧状态发生变化。

由此，本发明装置能够对全部气缸的燃烧状态进行控制。而且，如果所述目标曲轴转角角度被规定为，所述内燃机的冷却损失与所述内燃机的排气损失之和成为最小的曲轴转角角度，则本发明装置能够将所述内燃机的燃料消耗率维持得较低。

用于使热释放率重心位置向提前角侧或滞后角侧移动的方法存在有很多种。例如，本发明装置能够通过对下文所记载的参数(1)至(6)中的至少一个参数进行调节，从而使热释放率重心位置向提前角侧或滞后角侧移动。另外，关于有关主喷射的正时以及热释放率重心位置等的曲轴转角角度的值，“向提前角侧移动”以及“向滞后角侧移动”以下分别称为“提前”以及“滞后”。

(1)主喷射的正时

(2)所述内燃机所具备的燃料喷射阀喷射燃料时的压力、即燃料喷射压力

(3)在与所述主喷射相比靠提前角侧实施的喷射、即引燃喷射的一次喷射量

(4)有关基于根据由所述引燃喷射向所述气缸供给的燃料的燃烧而产生的热而被规定的该引燃喷射的热释放率重心位置(以下，也称为“引燃热释放率重心位置”。)

(5)在与所述主喷射相比靠滞后角侧实施的喷射、即后喷射的喷射量

(6)所述后喷射的正时

换言之，本发明装置能够将上述参数(1)至(6)中的至少一个参数作为使所述燃烧状态变化的燃烧参数而采用。另外，关于参数(4)，例如，本发明装置能够通过对引燃喷射的次数和所述引燃喷射的各自的喷射正时以及喷射量中的至少一个进行变更，从而对引燃热释放率重心位置进行调节。

如果更具体地进行叙述，则本发明装置能够通过执行下文所记载的动作(1a)至(6a)中的至少一个动作而使热释放率重心位置向提前角侧移动。

(1a)使所述主喷射的正时向提前角侧移动的动作

(2a)使所述燃料喷射压增加的动作

(3a)使所述引燃喷射的一次喷射量增加的动作

(4a)使所述引燃热释放率重心位置向提前角侧移动的动作

(5a)使所述后喷射的喷射量减少的动作

(6a)使所述后喷射的正时向提前角侧移动的动作

另一方面，本发明装置能够通过执行下文所记载的动作(1b)至(6b)中的至少一个而使热释放率重心位置向滞后角侧移动。

(1b)使所述主喷射的正时向滞后角侧移动的动作

(2b)使所述燃料喷射压降低的动作

(3b)使所述引燃喷射的一次喷射量降低的动作

(4b)使所述引燃热释放率重心位置向滞后角侧移动的动作

(5b)使所述后喷射的喷射量增加的动作

(6a)使所述后喷射的正时向滞后角侧移动的动作

另外，关于动作(2a)以及(2b)，通过使燃料喷射压增加，从而在燃料的喷射后，在气缸内，使燃料的细微化迅速进行，从而使燃烧速度上升。其结果为，热释放率重心位置向提前角侧移动。另一方面，通过使燃料喷射压降低，从而使热释放率重心位置向滞后角侧移动。

关于动作(4a)以及(4b)，本发明装置能够通过对所述引燃喷射的次数和所述引燃喷射的各自的喷射正时以及喷射量中的至少一个进行变更，从而使引燃热释放率重心位置提前或滞后。例如，本发明装置通过使所述引燃喷射的正时向提前角侧移动，从而使引燃热释放率重心位置向提前角侧移动。另一方面，本发明装置能够通过使所述引燃喷射的正时向滞后角侧移动，从而使引燃热释放率重心位置向滞后角侧移动。

或者，如果引燃喷射的各自的喷射量相等，则本发明装置能够通过增加与当前的引燃热释放率重心位置相比在之前实施的所述引燃喷射的次数，从而使引燃热释放率重心位置向与当前相比靠提前角侧移动。而且，本发明装置能够通过减少与当前的引燃热释放率重心位置相比在之后实施的所述引燃喷射的次数，从而使引燃热释放率重心位置向与当前相比靠提前角侧移动。

另一方面，如果引燃喷射的各自的喷射量相等，则本发明装置能够通过减少与当前的引燃热释放率重心位置相比在之前实施的所述引燃喷射的次数，从而使引燃热释放率重心位置向与当前相比靠滞后角侧移动。而且，本发明装置能够通过增加与当前的引燃热释放率重心位置相比在之后实施的所述引燃喷射的次数，从而使引燃热释放率重心位置向与当前相比靠滞后角侧移动。

因此，在所述内燃机的转速增加时，本发明装置能够以热释放率重心位置不向滞后角侧移动的方式，通过执行下文所记载的动作(1a’)至(6a’)中的至少一个动作而对所述燃烧状态进行控制。

(1a’)所述内燃机的转速越增加，越使所述主喷射的正时向更靠提前角侧移动的动作

(2a’)所述内燃机的转速越增加，越使所述燃料喷射压增加的动作

(3a’)所述内燃机的转速越增加，越使所述引燃喷射的喷射量增加的动作

(4a’)所述内燃机的转速越增加，越使所述引燃热释放率重心位置向更靠提前角侧移动的动作

(5a’)所述内燃机的转速越增加，越使所述后喷射的喷射量减少、或者不实施所述后喷射的动作

(6a’)所述内燃机的转速越增加，越使所述后喷射的正时向提前角侧移动的动作

用于使热释放率重心位置向提前角侧或滞后角侧移动的其他手段与增压器相关。如果更具体地进行叙述，则通过使增压增加，从而使气缸内的每单位体积的氧浓度上升。其结果为，燃烧速度上升，热释放率重心位置向提前角侧移动。另一方面，通过使增压降低，从而使热释放率重心位置向滞后角侧移动。例如，通过使设置于增压器的涡轮上的可变喷嘴的开口面积变化，从而对增压实施调节。或者，通过使被设置于增压器的排气通道上的废气旁通阀的开度发生变化，从而对增压实施调节。

即，如果所述内燃机具备增压器，则能够通过对下文所记载的参数(7)进行调节而使热释放率重心位置向提前角侧或滞后角侧移动。

(7)所述增压器的增压

换言之，本发明装置能够将上述参数(7)作为使所述燃烧状态变化的燃烧参数而采用。

如果更具体地进行叙述，则本发明装置能够通过实施下文所记载的动作(7a)而使热释放率重心位置向提前角侧移动。

(7a)使所述增压增加的动作

另一方面，本发明装置能够通过执行下文所记载的动作(7b)而使热释放率重心位置向滞后角侧移动。

(7b)使所述增压降低的动作

因此，在所述内燃机的转速增加时，本发明装置能够以热释放率重心位置不向滞后角侧移动的方式通过执行下文所记载的动作(7a’)而对所述燃烧状态进行控制。

(7a’)所述内燃机的转速越增加，越使所述增压增加的动作

用于使热释放率重心位置向提前角侧或滞后角侧移动的其他手段与将所述内燃机的废气的一部分作为EGR气体而向所述内燃机的进气通道回流的EGR装置相关。如果更具体地进行叙述，则通过增加被回流的EGR气体的量，从而增加气缸内的惰性气体的量。其结果为，燃烧变缓慢，热释放率重心位置向滞后角侧移动。另一方面，通过减少EGR气体的量，从而使热释放率重心位置向提前角侧移动。EGR气体的量也能够通过作为所述EGR气体的量相对于流入所述气缸内的气体的量之比的EGR率来表示。

而且，在所述内燃机具备“使与被配置于所述内燃机的排气通道上的增压器的涡轮相比靠下游侧的废气向所述内燃机的进气通道回流的低压EGR装置”以及“使与所述涡轮相比靠上游侧的废气向所述进气通道回流的高压EGR装置”的双方的情况下，能够通过对“通过所述高压EGR装置而被回流的高压EGR气体的量”相对于“通过所述低压EGR装置而被回流的低压EGR气体的量”之比(以下，也称为“高低压EGR率”)进行调节，从而使热释放率重心位置向提前角侧或滞后角侧移动。

即，能够通过对下文所记载的参数(8)至(9)中的至少一个参数进行调节，从而使热释放率重心位置向提前角侧或滞后角侧移动。

(8)所述EGR气体的量或所述EGR率

(9)所述高低压EGR率

换言之，本发明装置将上述参数(8)至(9)中的至少一个参数作为使所述燃烧状态变化的燃烧参数而采用。

而且，本发明装置通过执行下文所记载的动作(8a)至(9a)中的至少一个动作而使热释放率重心位置向提前角侧移动。

(8a)使所述EGR气体的量或所述EGR率降低的动作

(9a)使所述高低压EGR率降低的动作

另一方面，本发明装置能够通过执行下文所记载的动作(8b)至(9b)中的至少一个动作而使热释放率重心位置向滞后角侧移动。

(8b)使所述EGR气体的量或所述EGR率增加的动作

(9b)使所述高低压EGR率增加的动作

因此，当所述内燃机的转速增加时，本发明装置能够以热释放率重心位置不向滞后角侧移动的方式通过执行下文所记载的动作(8a’)至(9a’)中的至少一个动作而对所述燃烧状态进行控制。

(8a’)所述内燃机的转速越增加，越使所述EGR气体的量或所述EGR率降低的动作

(9a’)所述内燃机的转速越增加，越使所述高低压EGR率降低的动作

用于使热释放率重心位置向提前角侧或滞后角侧移动的其他手段与在进气行程中被吸入至所述气缸内的空气的温度相关。如果更具体地进行叙述，则通过使进气温度降低，从而使燃烧变缓慢。其结果为，热释放率重心位置向滞后角侧移动。另一方面，通过使进气温度上升，从而使热释放率重心位置向提前角侧移动。

例如，通过“使对由所述增压器压缩的吸入空气进行冷却的内部冷却器的冷却效率增大”和/或“使对所述EGR气体、所述高压EGR气体和所述低压EGR气体中的至少一种气体进行冷却的EGR冷却器的冷却效率增大”，从而能够使所述进气的温度降低。

内部冷却器的冷却效率与被导入至内部冷却器的气体的温度和从内部冷却器被排出的气体的温度之间的差分有关。另一方面，EGR冷却器的冷却效率与被导入至EGR冷却器的气体的温度和从EGR冷却器被排出的气体的温度之间的差分有关。

具体而言，通过对旁通阀的开度和/或冷却水流量进行调节，从而能够对内部冷却器或EGR冷却器的冷却效率进行变更。即，能够通过对下文所记载的参数(10)至(11)中的至少一个参数进行调节，从而使热释放率重心位置向提前角侧或滞后角侧移动。

(10)所述内部冷却器的冷却效率

(11)所述EGR冷却器的冷却效率

换言之，本发明装置能够将上述参数(10)至(11)中的至少一个参数作为使所述燃烧状态变化的燃烧参数而采用。

而且，本发明装置能够通过执行下文所记载的动作(10a)至(11a)中的至少一个动作而使热释放率重心位置向提前角侧移动。

(10a)使所述内部冷却器的冷却效率减少的动作

(11a)使所述EGR冷却器的冷却效率减少的动作

另一方面，本发明装置通过执行下文所记载的动作(10b)至(11b)中的至少一个动作而使热释放率重心位置向滞后角侧移动。

(10b)使所述内部冷却器的冷却效率增大的动作

(11b)使所述EGR冷却器的冷却效率增大的动作

因此，当所述内燃机的转速增加时，本发明装置能够以热释放率重心位置不向滞后角侧移动的方式通过执行下文所记载的动作(10a’)至(11a’)中的至少一个动作而对所述燃烧状态进行控制。

(10a’)所述内燃机的转速越增加，越使所述内部冷却器的冷却效率减少的动作

(11a’)所述内燃机的转速越增加，越使所述EGR冷却器的冷却效率减少的动作

用于使热释放率重心位置向提前角侧或滞后角侧移动的其他手段与所述内燃机的气缸内的涡流强度相关。如果更具体地进行叙述，则通过使涡流强度增加，从而使燃烧传播速度上升。其结果为，热释放率重心位置向提前角侧移动。另一方面，通过使涡流的强度减少，从而使热释放率重心位置向滞后角侧移动。即，如果所述内燃机具备涡流控制阀等的对气缸内的涡流强度进行调节的涡流调节装置，则能够通过下文所记载的参数(12)而使热释放率重心位置向提前角侧或滞后角侧移动。

(12)所述涡流的强度

换言之，本发明装置能够将上述参数(12)作为使所述燃烧状态变化的燃烧参数而采用。

而且，本发明装置能够通过下文所记载的动作(12a)而使热释放率重心位置向提前角侧移动。

(12a)使所述涡流的强度增加的动作

另一方面，本发明装置能够通过下文所记载的动作(12b)而使热释放率重心位置向滞后角侧移动。

(12b)使所述涡流的强度降低的动作

因此，当所述内燃机的转速增加时，本发明装置能够以热释放率重心位置不向滞后角侧移动的方式通过下文所记载的动作(12a’)而对所述燃烧状态进行控制。

(12a’)所述内燃机的转速越增加，越使所述涡流的强度增加的动作

根据本发明装置，例如，通过对控制燃烧状态的上述的参数进行变更，从而以热释放率重心位置成为目标曲轴转角角度(例如，压缩上止点后7度)的方式进行控制，由此降低了冷却损失以及排气损失的总值，其结果为，能够将内燃机的燃料消耗率维持于较低。换言之，本发明装置能够将所述内燃机的冷却损失与所述内燃机的排气损失之和成为最小的曲轴转角角度作为所述目标曲轴转角角度而设定。

更具体而言，热释放率重心位置的控制也可以通过参照“燃料喷射正时相对于运转状态的映射图”来实施，“燃料喷射正时相对于运转状态的映射图”以热释放率重心位置与目标曲轴转角角度一致的方式通过实验等而被预先求出。

但是，根据缸内压力传感器的输出而对气缸内的产热量进行计算的内燃机的控制装置，例如被日本特开2005-54753号公报、以及日本特开2007-285194号公报等公开。即，本发明装置能够使用缸内压力传感器而对实际的热释放率进行计算。另外，本发明装置也可以通过其他方法(例如，使用传感器来对气缸内的离子电流进行测量的方法)而对实际的热释放率进行计算。

因此，优选为，本发明装置以使基于从如下的传感器中得到的参数值而取得的热释放率重心位置接近于所述目标曲轴转角角度的方式，对所述燃烧状态进行反馈控制，其中，所述传感器为设置于所述内燃机中，并能够对与热释放率重心位置相关的某个参数进行检测的传感器。

如果更具体地进行叙述，则当对实际的热释放率重心位置进行计算，并且热释放率重心位置位于与目标曲轴转角角度相比靠滞后角侧且该差分与预定的差分阈值相比而较大时，本发明装置通过执行上文所述的动作(1a)至(12a)中的至少一个动作而使热释放率重心位置向提前角侧移动。或者，当实际的热释放率重心位置位于与目标曲轴转角角度相比靠提前角侧且该差分大于差分阈值时，本发明装置通过执行上文所述的动作(1b)至(12b)中的至少一个动作而使热释放率重心位置向提前角侧移动。另外，所述差分阈值也可以为“零”。

根据该方式，本发明装置即使未保持与通过实验等而预先求出的各个运转状态下的各种参数的最佳组合相关的信息、或者即使在产生了内燃机的个体差以及随着时间的经过而产生的变化的情况下，也能够以热释放率重心位置与所述目标曲轴转角角度相等的方式来对所述燃烧状态进行控制。其结果为，本发明装置能够将内燃机的燃料消耗率维持于较低。

但是，在发动机声音的频率成分与时间一起发生变化的情况下，人的听感存在对该声音感到不适的趋势。内燃机的发动机声音的频率成分与缸内压力的每单位时间的变化量(缸内压力变化速度)相关。在主燃烧开始时，由于缸内压力急剧上升，因此缸内压力变化速度最大。

因此，如果主燃烧开始时的缸内压力变化速度在各个循环间固定，则会提高发动机声音的听感。此外，任意的曲轴转角角度的缸内压力变化速度与该曲轴转角角度下的燃烧波形的倾斜度相关。因此，如果各个循环的燃烧波形的形状相互近似，则由于主燃烧开始时的缸内压力变化速度在各个循环间是固定的，因此提高了发动机声音的听感。

例如，图3的曲线GcA为输出较低时的燃烧波形。针对于该燃烧也实施了多级喷射。热释放率在通过由引燃喷射引起的燃烧而暂时上升之后又下降，之后通过由主喷射实施的燃烧(主燃烧)的开始而再次上升。点划线GrA与主燃烧的开始时的燃烧波形GcA相接，其倾斜度为主燃烧开始时的燃烧波形GcA的倾斜度，即，与主燃烧的开始时的热释放率的增加率相等。

另一方面，曲线GcB为输出较高时的燃烧波形。针对于该燃烧也实施了多级喷射。点划线GrB的倾斜度为主燃烧开始时的燃烧波形GcB的倾斜度，即，与主燃烧的开始时的热释放率的增加率相等。

内燃机的输出发生变化，即使燃烧波形从曲线GcA变化为曲线GcB，但只要点划线GrA的倾斜度与点划线GrB的倾斜度相等，则与这些倾斜度不相等的情况相比，也提高了发动机声音的听感。

换言之，优选为，以本发明装置的所述热释放率的增加率在各循环间互为相等的方式对用于使所述燃烧状态变化的燃烧参数进行变更。该控制在下文中也被称为“波形相似控制”。

根据该方式，本发明装置能够改善所述内燃机所发出的发动机声音的听感。

本发明装置能够在所述内燃机的输出固定情况下通过将所述内燃机所具备的燃料喷射阀喷射所述燃料时的所述燃料的压力即燃料喷射压、以及所述内燃机所具备的增压器的增压中的至少一个无关于所述内燃机的转速而维持在预定的固定值，从而执行波形相似控制。

或者，本发明装置能够通过使所述内燃机所具备的燃料喷射阀喷射所述燃料时的所述燃料的压力即燃料喷射压、以及所述内燃机所具备的增压器的增压中的至少一个，与所述内燃机的输出成比例，从而执行波形相似控制。

根据上文，本发明装置能够通过实施上述的波形相似控制，从而将燃料消耗率维持于较低，并且能够改善发动机声音的听感。

附图说明

图1为用于对热释放率重心位置进行说明的曲线图。

图2为表示每个转速以及负载的组合的、热释放率重心位置与耗油率恶化率之间的关系的曲线图。

图3为表示输出不同时的曲轴转角角度与热释放率之间的关系的曲线图。

图4为本发明的实施方式所涉及的内燃机的概要结构图。

图5为表示对热释放率重心位置进行前馈控制的处理的流程图。

图6为表示相对于要求输出而被设定的、燃料喷射压以及增压的曲线图。

图7为表示对热释放率重心位置进行反馈控制的处理的流程图。

图8为用于对燃烧重心角度进行说明的曲线图。

图9为用于对燃烧状态发生变化时的燃烧重心角度进行说明的曲线图。

图10为表示每个转速的、燃烧重心角度与耗油率恶化率之间的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式所涉及的内燃机的控制装置(以下，也称为“本控制装置”)进行说明。本控制装置被应用于图4所示的内燃机10中。内燃机10为多气缸(四气缸)柴油内燃机。

在内燃机10的各气缸的上部上设置有燃料喷射阀(喷射器)20。燃料加压泵(供给泵)21将存储于未图示的燃料罐中的燃料以高压的状态向蓄压室(共轨)22进行供给。燃料喷射阀20通过后文所述的发动机ECU(电子控制模块)70所指示的定时而将蓄压室22的燃料向气缸内进行喷射。

分别与各个气缸连接的进气歧管30、以及与进气歧管30的上游侧集合部连接的进气管31构成了进气通道。

节气门32以能够转动的方式被保持在进气管31内。节气门致动器33响应来自发动机ECU70的驱动信号而对节气门32进行旋转驱动。内部冷却器34以及增压器35的压缩机35a在节气门32的上游处依次安装于进气管31上。空气滤清器36被配置于进气管31的顶端部。

在进气歧管30的与各个气缸连接的连接部(进气口)上，设置有未图示的气流控制阀。气流控制阀响应来自发动机ECU70的驱动信号而对开度进行变更，其结果为，使气缸内的涡流的强度被调节。即，在本说明书中，“对涡流的强度进行控制”的意思是指，通过对气流调节阀的开度进行调节而对涡流的强度进行变更。

分别与各个气缸连接的排气歧管40、以及与排气歧管40的下游侧集合部连接的排气管41构成了排气通道。增压器35的涡轮35b以及废气净化催化剂42被安装在排气管41上。

增压器35为公知的可变排量型增压器，在其涡轮35b上设置有未图示的多个喷嘴叶片(可变喷嘴)。而且，增压器35的涡轮35b具备未图示的“涡轮35b的旁通通道、以及设置于该旁通通道上的旁通阀”。喷嘴叶片以及旁通阀根据发动机ECU70的指示而对开度进行变更，其结果为，使增压被变更(控制)。即，在本说明书中，“对增压器35进行控制”的意思是指，通过对喷嘴叶片的角度和/或旁通阀的开度进行变更，从而对增压进行变更。

构成使废气的一部分回流的通道(EGR通道)的高压排气回流管50、被安装于高压排气回流管50上的高压EGR控制阀51、以及高压EGR冷却器52构成了高压EGR装置。高压排气回流管50将涡轮35b的上游侧排气通道(排气歧管40)和节气门32的下游侧进气通道(进气歧管30)连通。高压EGR控制阀51响应来自发动机ECU70的驱动信号并经由高压排气回流管50从而能够对被再循环的废气量进行变更。

构成使废气的一部分回流的通道(EGR通道)的低压排气回流管53、被安装于低压排气回流管53上的低压EGR控制阀54、以及低压EGR冷却器55构成了低压EGR装置。低压排气回流管53将涡轮35b的下游侧排气通道(排气管41)和压缩机35a的上游侧进气通道(进气管31)连通。低压EGR控制阀54响应来自发动机ECU70的驱动信号并经由低压排气回流管53从而能够对被再循环的废气量进行变更。

在排气管41上安装有排气节流阀56。排气节流阀56响应来自发动机ECU70的驱动信号，而使进入废气净化催化剂42的废气的温度上升，并且能够经由低压排气回流管53而对被再循环的废气量进行变更。即，通过低压EGR装置而被再循环的废气量，通过低压EGR控制阀54和/或排气节流阀56而被变更。

内燃机10具备：输出表示节气门32的开度的信号的节气门开度传感器60、输出表示从进气通道内通过的吸入空气的质量流量的信号的空气流量计61、输出表示被吸入内燃机10的气缸内(燃烧室内)的气体的压力Pm的信号的进气管压力传感器62、输出表示蓄压室22内的燃料的压力Ep的信号的燃料压力传感器63、输出表示各个气缸的气缸内的压力(缸内压力Pc)的信号的缸内压力传感器64、在输出曲轴转角角度θ的同时输出表示作为内燃机10的转速的内燃机转速NE的信号的曲轴转角传感器65、输出表示高压EGR控制阀51的开度的信号的高压EGR控制阀开度传感器66a、输出表示低压EGR控制阀54的开度的信号的低压EGR控制阀开度传感器66b、以及输出表示冷却水温度THW的信号的水温传感器67。

搭载有内燃机10的车辆具备输出表示未图示的加速踏板的开度Ap的信号的加速器开度传感器68、以及输出表示车辆的行驶速度Vs的信号的速度传感器69。

发动机ECU70包括：CPU71、对CPU71所执行的程序以及映射图等进行保持的ROM72、以及临时存储数据的RAM73。上述的各种传感器的输出信号被朝向发动机ECU70发送。CPU71根据从各个传感器发送来的信号、以及存储于ROM72中的映射图等而实施运算处理，并以使内燃机10成为所期望的运转状态的方式对各类机器进行控制。

接下来，对本控制装置的动作进行说明。首先，参照图5，对CPU71(以下，也仅称为“CPU”)所执行的燃烧状态控制的处理进行说明。在本处理中，CPU以如下方式对各种燃烧参数进行设定，即，使内燃机10产生与内燃机要求输出Pr相等的输出，并且使热释放率重心位置Gc与目标重心位置Gc*相等。另外，在本实施方式中，目标重心位置Gc*为压缩上止点后7度。

在内燃机10运转时，CPU每经过预定的时间而从步骤500起开始处理，并进入步骤505。在步骤505中，CPU根据加速器开度Ap以及行驶速度Vs来决定内燃机要求输出Pr。如果更具体地进行叙述，则CPU以加速器开度Ap越大则内燃机要求输出Pr越变大的方式进行设定，并以行驶速度Vs越大则内燃机要求输出Pr越变大的方式进行设定。

接下来，CPU进入步骤510，并决定为了使内燃机10产生内燃机要求输出Pr而所需的要求喷射量tau。如果更具体地进行叙述，则CPU以内燃机要求输出Pr越大则要求喷射量tau越变大的方式进行设定。

接下来，CPU进入步骤515，并决定燃料喷射压Fp。如果更具体地进行叙述，则如图6(A)所示，CPU将燃料喷射压Fp设定为与要求输出Pr成比例的值。接下来，CPU进入步骤520，并决定增压Tp。如果更具体地进行叙述，则如图6(B)所示，CPU将增压Tp设定为与要求输出Pr成比例的值。

接下来，CPU进入步骤525，并决定要求喷射量tau中的、通过引燃喷射而喷射的燃料的比率(引燃喷射率)α(0≤α＜1)。即，CPU通过引燃喷射而喷射由α×tau计算出的量的燃料，并通过主喷射而喷射由(1-α)×tau计算出的量的燃料。比率α根据冷却水温度THW以及内燃机转速NE等而被决定。

接下来，CPU进入步骤530，并决定燃料喷射正时CAinj。如果更具体地进行叙述，则与“内燃机要求输出Pr、要求喷射量tau、燃料喷射压Fp、增压Tp、以及引燃喷射率α”相对应的燃料喷射正时Cainj，以热释放率重心位置Gc与目标重心位置Gc*一致的方式通过实验等而被预先规定，并以映射图的形式被保存于ROM72中。即，这些值的“内燃机10产生与要求输出Pr相等的输出”且“热释放率重心位置Gc与目标重心位置Gc*相等”的组合以映射图的形式而被保存于ROM72中。另外，该燃料喷射正时CAinj能够通过后文所述的图7所示的热释放率重心位置的反馈控制而被调节。

另外，实际的燃料喷射阀20的燃料喷射在各个气缸的曲轴转角角度θ与燃料喷射正时CAinj相比而以预定量(固定值)成为提前角侧时，实施引燃喷射，在之后曲轴转角角度θ与燃料喷射正时CAinj相等时，实施主喷射。

接下来，CPU进入步骤535，根据燃料压力传感器63的输出信号而以蓄压室22内的压力Ep成为与燃料喷射压Fp相对应的值的方式来对燃料加压泵21进行控制。接下来，CPU进入步骤540，根据进气管压力传感器62的输出信号而以进气歧管30内的压力Pm成为与增压Tp对应的值的方式来对增压器35进行控制。接下来，CPU进入步骤595，暂时结束本程序。

接下来，参照图7，对CPU所执行的热释放率重心位置的反馈控制进行说明。在本程序中，CPU以内燃机10的热释放率重心位置Gc与目标重心位置Gc*相等的方式通过对燃料喷射正时CAinj进行反馈控制而进行补正。在本程序中，由于曲轴转角角度θ通过压缩上止点后的角度而被表示，因此与压缩上止点相比靠提前角侧的曲轴转角角度θ成为负值。而且，本程序针对内燃机10的每个气缸而被执行。

在内燃机10的运转时，CPU每经过预定的时间而从步骤700开始处理，并进入步骤705。在步骤705中，CPU根据缸内压力传感器64的输出信号而对热释放率进行计算，并根据该热释放率而对实际的热释放率重心位置Gc进行计算。具体而言，CPU根据缸内压力Pc而对每单位曲轴转角角度的相对于曲轴转角角度θ[CA°]的产热量即热释放率dQ(θ)[J/CA°]进行计算。接下来，CPU根据热释放率dQ(θ)而对热释放率重心位置Gc进行计算。

如果更具体地进行叙述，则热释放率重心位置Gc能够通过基于以下的式(4)的运算而被取得。

[数学式4]

$Gc=\frac{{\∫}_{CAs}^{CAe}(\mathrm{\θ}-CAs)dQ\left(\mathrm{\θ}\right)d\mathrm{\θ}}{{\∫}_{CAs}^{CAe}dQ\left(\mathrm{\θ}\right)d\mathrm{\θ}}+CAs\mathrm{...}\left(4\right)$

在此，CAs为燃烧开始的曲轴转角角度(燃烧开始曲轴转角角度)，CAe为燃烧结束曲轴转角角度(燃烧结束曲轴转角角度)。另外，实际上，热释放率重心位置Gc根据将式(4)转换为数字运算式的式子而被计算出。

另外，燃烧开始曲轴转角角度CAs为伴随于引燃喷射而实施的燃烧被开始实施的曲轴转角角度。在各循环中的燃烧开始曲轴转角角度CAs以及燃烧结束曲轴转角角度CAe的预测较为困难的情况下，燃烧开始曲轴转角角度CAs也可以被设定为燃烧实际开始的与曲轴转角角度相比靠提前角侧的角度(例如，压缩上止点前20度)，燃烧结束曲轴转角角度CAe也可以被设定为燃烧实际结束的与曲轴转角角度相比靠滞后角侧的角度(例如，压缩上止点后90度)。

在本实施方式中，“为了废气的升温以及废气净化催化剂42的活性化而在与后喷射相比靠滞后角侧(例如，压缩上止点后90度)实施的后喷射”所形成的热释放在取得热释放率重心位置Gc时并未被考虑。如果更具体地进行叙述，则CPU未将燃烧结束曲轴转角角度CAe的值设定为与压缩上止点后90度相比靠滞后角侧的值。

另外，热释放率重心位置Gc中的热释放率dQ(θ)是通过基于以下的式(5)的运算而被取得的。

[数学式5]

$dQgc=\frac{{\∫}_{CAs}^{CAe}{\mathrm{dQ}}^2\left(\mathrm{\θ}\right)d\mathrm{\θ}}{{\∫}_{CAs}^{CAe}dQ\left(\mathrm{\θ}\right)d\mathrm{\θ}}\mathrm{...}\left(5\right)$

接下来，CPU进入步骤710，并对热释放率重心位置Gc是否小于目标重心位置Gc*进行判断。在热释放率重心位置Gc小于目标重心位置Gc*的情况下，CPU在步骤710中判断为“是”，并进入步骤715。在该情况下，由于热释放率重心位置Gc与目标重心位置Gc*相比向提前角侧背离，因此在步骤715中，CPU以曲轴转角角度差分ΔCA而将燃料喷射正时CAinj向滞后角侧调节。即，CPU将燃料喷射正时CAinj的值增大ΔCA(CAinj+ΔCA)。在本实施方式中，曲轴转角角度差分ΔCA为0.5度。接下来，CPU进入步骤795，并暂时结束本程序。

另一方面，在热释放率重心位置Gc在目标重心位置Gc*以上的情况下，CPU在步骤710中判断为“否”，并进入步骤720。CPU在步骤720中，对热释放率重心位置Gc是否大于目标重心位置Gc*进行判断。

在热释放率重心位置Gc大于目标重心位置Gc*的情况下，CPU在步骤720中判断为“是”，并进入步骤725。在该情况下，由于热释放率重心位置Gc与目标重心位置Gc*相比向滞后角侧背离，因此在步骤725中，CPU以曲轴转角角度差分ΔCA而将燃料喷射正时CAinj向提前角侧调节。即，CPU将燃料喷射正时CAinj的值增大ΔCA(CAinj－ΔCA)。接下来，CPU进入步骤795，并暂时结束本程序。

另一方面，在热释放率重心位置Gc与目标重心位置Gc*相等的情况下，CPU在步骤720中判断为“否”，并进入步骤795。在该情况下，由于热释放率重心位置Gc与目标重心位置Gc*相等，因此CPU无需对燃料喷射正时CAinj进行补正。在步骤795中，CPU暂时结束本程序。

如以上所说明的那样，对本实施方式所涉及的内燃机(内燃机10)的燃烧状态进行控制的控制装置(发动机ECU70)，以所述热释放率重心位置不依存于所述负载而与固定的目标曲轴转角角度(目标重心位置Gc*)相等的方式使所述燃烧状态发生变化。

而且，控制装置(发动机ECU70)对与所述热释放率的实际值相应的量进行测量，并且根据所述被测量的量而对实际的所述热释放率重心位置进行推断(图7的步骤705)，且以使所述被推断出的实际的热释放率重心位置接近于所述目标曲轴转角角度的方式，而对所述燃烧参数进行反馈控制(图7的步骤710至步骤725)。

而且，控制装置(发动机ECU70)使所述内燃机(内燃机10)所具备的燃料喷射阀(燃料喷射阀20)喷射所述燃料时的所述燃料的压力即燃料喷射压(燃料喷射压Fp)、以及所述内燃机所具备的增压器的增压(增压Tp)中的至少一个与所述内燃机的输出成比例(图5的步骤515及步骤520以及图6)。

换言之，控制装置(发动机ECU70)在所述内燃机的输出固定的情况下，使所述内燃机(内燃机10)所具备的燃料喷射阀喷射所述燃料时的所述燃料的压力即燃料喷射压(燃料喷射压Fp)、以及所述内燃机所具备的增压器的增压(增压Tp)中的至少一个无关于所述内燃机的转速而维持在预定的固定值。

通过该燃料喷射压Fp和/或增压Tp的控制，控制装置(发动机ECU70)在各循环中的从主燃烧的开始时起的预定期间内，以所述热释放率相对于所述曲轴转角角度的增加率成为固定的方式对用于使所述燃烧状态变化的燃烧参数进行变更。

因此，本控制装置(发动机ECU70)能够不依存于内燃机10的运转状态而将该燃料消耗率维持在较低的状态下。而且，即使内燃机10的要求输出发生变动，本控制装置也能够抑制发动机声音的频率成分的变化。其结果为，提高了内燃机10的发动机声音的听感。

虽然以上对本发明所涉及的内燃机的控制装置的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，只要不脱离本发明的目的，则能够进行各种变更。例如，在本实施方式中，CPU通过基于上述的式(4)的运算而取得热释放率重心位置Gc。但是，CPU也可以根据上述的热释放率重心位置的定义1至6中的任意一个定义而取得热释放率重心位置Gc。

而且，在本实施方式中，目标重心位置Gc*为压缩上止点后7度。但是，本控制装置也可以根据本控制装置所应用的内燃机，而将燃料消耗率成为最小的热释放率重心位置设定为目标重心位置Gc*。或者，本控制装置也可以以使目标重心位置Gc*成为包括燃料消耗率变为最小的热释放率重心位置在内的固定的幅度内的值的方式进行设定。

而且，在本实施方式中，CPU在内燃机10产生与内燃机要求输出Pr相等的输出的同时，将热释放率重心位置Gc与目标重心位置Gc*相等的燃料喷射正时CAinj保持于ROM72上。即，CPU将上述的参数(1)作为使内燃机10的燃烧状态变化的参数而采用。但是，CPU也可以将上述的参数(1)至(12)中的任意一个以上参数作为使燃烧状态变化的参数而采用。

而且，在本实施方式中，CPU在热释放率重心位置Gc与目标重心位置Gc*不同时，将热释放率重心位置Gc控制于提前角侧或滞后角侧。但是，CPU也可以在“热释放率重心位置Gc和目标重心位置Gc*的差分(＝Gc*-GC)”小于预定的值的情况下，省略热释放率重心位置Gc的控制。

而且，在本实施方式中，曲轴转角角度差分ΔCA为固定值。但是，CPU也可以对曲轴转角角度差分ΔCA的值进行变更。例如，CPU也可以将曲轴转角角度差分ΔCA设定为与“热释放率重心位置Gc和目标重心位置Gc*的差分(＝Gc*-GC)”相关的值。

而且，在本实施方式中，CPU先于主喷射而实施了引燃喷射。但是，CPU也可以不实施引燃喷射而仅实施主喷射。

而且，在本实施方式中，CPU在每次对内燃机要求输出Pr进行变更时决定燃料喷射正时CAinj，而且，为了对热释放率重心位置Gc进行调节而实施了对燃料喷射正时CAinj的反馈控制。但是，CPU也可以对燃料喷射正时CAinj的反馈控制的结果进行学习，并将该结果保存于RAM73中。即，CPU针对每个内燃机要求输出Pr而对热释放率重心位置Gc成为与目标重心位置Gc*相等的燃料喷射正时CAinj进行学习，而后，可以在内燃机要求输出Pr被变更时，根据学习结果来决定燃料喷射正时CAinj。

而且，在本实施方式中，CPU为了对热释放率重心位置Gc进行反馈控制而对燃料喷射正时CAinj进行了调节。即，CPU通过执行上述的动作(1a)或(1b)而使热释放率重心位置Gc移动至提前角侧或滞后角侧。但是，CPU也可以通过上述的动作(1a)至(12a)或(1b)至(12b)中的任意一个以上动作而使热释放率重心位置Gc移动至提前角侧或滞后角侧。

而且，在本实施方式中，内燃机10具备了高压EGR(高压排气回流管50等)以及低压EGR(低压排气回流管53等)。但是，内燃机10也可以仅具备高压EGR或低压EGR中的任意一方。

而且，在本实施方式中，CPU根据缸内压力传感器64的输出而对热释放率重心位置进行了推断。但是，CPU也可以通过对气缸内的离子电流进行测量等的方法而对热释放率重心位置进行推断。

而且，在本实施方式中，CPU根据燃料喷射正时CAinj的反馈控制而对热释放率重心位置Gc进行了调节(图7)。但是，CPU也可以省略该反馈控制，而仅通过图5所示的处理来对热释放率重心位置Gc进行调节。

而且，在本实施方式中，CPU通过燃料喷射正时CAinj的反馈控制而对热释放率重心位置Gc进行了调节(图7)。但是，在由图5的步骤510所决定的内燃机要求输出Pr和预定时间前的内燃机要求输出之间的差分在预定的阈值以下的情况、即每单位时间的内燃机要求输出Pr的变化量在预定的阈值以下的情况下，CPU也可以省略该反馈控制。该预定的阈值也可以为“零”。

而且，在本实施方式中，CPU以热释放率重心位置Gc不依存于由负载以及内燃机转速等规定的内燃机运转状态而成为固定的目标重心位置Gc*的方式执行了燃烧控制。但是，CPU只要在负载处于预定的范围内的情况下，也可以以此方式实施使热释放率重心位置Gc与固定的目标重心位置Gc*一致的燃烧控制，在负载处于所述预定的范围外的情况下，以将目标重心位置Gc*向所述固定的目标重心位置Gc*以外的位置变更的方式实施燃烧控制。

而且，在本实施方式中，为了抑制发动机声音的频率成分的变化，CPU将燃料喷射压Fp和增压Tp分别设定为与要求输出Pr成比例的值。但是，在无需考虑发动机声音的情况下，只要热释放率重心位置Gc与目标重心位置Gc*一致，则CPU也可以省略该处理。

而且，在本实施方式中，为了抑制发动机声音的频率成分的变化，CPU将燃料喷射压Fp和增压Tp分别设定为与要求输出Pr成比例的值。但是，也可以仅将燃料喷射压Fp和增压Tp中的任意一方设定为与要求输出Pr成比例的值。

Claims (33)

1.一种控制装置，其对被供给至内燃机的气缸中的燃料的燃烧状态进行控制，其中，

在相对于将各循环中的曲轴转角角度设定为一个轴且将热释放率设定为与所述一个轴正交的其他轴的曲线图，而将与由该热释放率所描绘的波形和所述一个轴包围而成的区域的几何学的重心相对应的曲轴转角角度定义为热释放率重心位置时，

至少在所述内燃机的负载处于预定的范围内的情况下，设定以所述热释放率重心位置不依存于所述负载而与固定的目标曲轴转角角度相等的方式对所述燃烧状态进行控制的燃烧参数。

2.一种控制装置，其对被供给至内燃机的气缸中的燃料的燃烧状态进行控制，其中，

在将使与从各个循环的任意的曲轴转角角度中减去特定曲轴转角角度而得到的值和所述任意的曲轴转角角度下的热释放率之积相对应的值关于所述曲轴转角角度进行积分而得到的值成为零的所述特定曲轴转角角度，定义为热释放率重心位置时，

至少在所述内燃机的负载处于预定的范围内的情况下，设定以所述热释放率重心位置不依存于所述负载而与固定的目标曲轴转角角度相等的方式对所述燃烧状态进行控制的燃烧参数。

3.一种控制装置，其对被供给至内燃机的气缸中的燃料的燃烧状态进行控制，其中，

在将使与特定曲轴转角角度相比靠提前角侧的任意的曲轴转角角度与该特定曲轴转角角度的曲轴转角角度差分和该任意的曲轴转角角度下的热释放率之积关于曲轴转角角度进行积分而得到的值、和使与所述特定曲轴转角角度相比靠滞后角侧的任意的曲轴转角角度与该特定曲轴转角角度的曲轴转角角度差分和该任意的曲轴转角角度下的热释放率之积关于曲轴转角角度进行积分而得到的值相等时的所述特定曲轴转角角度，定义为热释放率重心位置时，

至少在所述内燃机的负载处于预定的范围内的情况下，设定以所述热释放率重心位置不依存于所述负载而与固定的目标曲轴转角角度相等的方式对所述燃烧状态进行控制的燃烧参数。

4.一种控制装置，其对被供给至内燃机的气缸中的燃料的燃烧状态进行控制，其中，

在各个循环中，在以CAs来表示所述燃料的燃烧开始的曲轴转角角度、以CAe来表示所述燃烧结束的曲轴转角、以θ来表示任意的曲轴转角角度、且以dQ(θ)来表示所述曲轴转角角度θ下的热释放率时，至少在所述内燃机的负载处于预定的范围内的情况下，设定以通过基于数学式1的运算而取得的热释放率重心位置Gc不依存于该负载而与固定的目标曲轴转角角度相等的方式对所述燃烧状态进行控制的燃烧参数，

其中，数学式1为，

$Gc=\frac{{\∫}_{CAs}^{CAe}\left(\mathrm{\θ}-CAs\right)dQ\left(\mathrm{\θ}\right)d\mathrm{\θ}}{{\∫}_{CAs}^{CAe}dQ\left(\mathrm{\θ}\right)d\mathrm{\θ}}+CAs...\left(1\right).$

5.一种控制装置，其对被供给至内燃机的气缸中的燃料的燃烧状态进行控制，其中，

在将使任意的曲轴转角角度与燃烧开始曲轴转角角度之差和该任意的曲轴转角角度下的热释放率之积的关于曲轴转角角度的积分值除以由通过相对于曲轴转角角度的热释放率的波形而划定的区域的面积而得到的值加上该燃烧开始曲轴转角角度之后得到的值，定义为热释放率重心位置时，

至少在所述内燃机的负载处于预定的范围内的情况下，设定以所述热释放率重心位置不依存于所述负载而与固定的目标曲轴转角角度相等的方式对所述燃烧状态进行控制的燃烧参数。

6.如权利要求1至权利要求5中的任意一项所述的控制装置，其中，

所述目标曲轴转角角度被规定为，所述内燃机的冷却损失与所述内燃机的排气损失之和成为最小的曲轴转角角度。

7.如权利要求1至权利要求6中的任意一项所述的控制装置，其中，

所述内燃机具备两个以上的所述气缸，

所述控制装置的所述目标曲轴转角角度在全部的所述气缸中相同。

8.如权利要求1至权利要求7中的任意一项所述的控制装置，其中，

所述燃料的主喷射的正时、以及作为所述内燃机所具备的燃料喷射阀喷射所述燃料时的所述燃料的压力的燃料喷射压中的至少一个参数为，使所述燃烧状态变化的所述燃烧参数。

9.如权利要求1至权利要求8中的任意一项所述的控制装置，其中，

在与所述燃料的主喷射相比靠提前角侧的正时处被执行的所述燃料的引燃喷射的一次喷射量、所述引燃喷射的次数、以及所述引燃喷射的各自的喷射正时中的至少一个参数为，使所述燃烧状态变化的所述燃烧参数。

10.如权利要求1至权利要求9中的任意一项所述的控制装置，其中，

在与所述主喷射相比靠滞后角侧的正时处被执行的所述燃料的后喷射的喷射量、以及所述后喷射的喷射正时中的至少一个参数为，使所述燃烧状态变化的所述燃烧参数。

11.如权利要求1至权利要求10中的任意一项所述的控制装置，其中，

由所述内燃机所具备的增压器实现的增压为，使所述燃烧状态变化的所述燃烧参数。

12.如权利要求11所述的控制装置，其中，

通过被设置在所述增压器所具备的涡轮上的可变喷嘴的开度、以及所述增压器所具备的废气旁通阀的开度中的至少一个，而使所述增压变化。

13.如权利要求1至权利要求12中的任意一项所述的控制装置，其中，

通过所述内燃机所具备的废气再循环装置而向所述内燃机的进气通道回流的废气再循环气体的量、或作为所述废气再循环气体的量相对于流入到所述气缸内的气体的量的比的废气再循环率为，使所述燃烧状态变化的所述燃烧参数。

14.如权利要求1至权利要求13中的任意一项所述的控制装置，其中，

通过高压废气再循环装置而被回流的高压废气再循环气体的量相对于通过低压废气再循环装置而被回流的低压废气再循环气体的量的比为，所述燃烧状态变化的所述燃烧参数，其中，所述低压废气再循环装置为，设置于所述内燃机中且使与被配置于所述内燃机的排气通道上的增压器的涡轮相比靠下游侧的废气向所述进气通道回流的装置，所述高压废气再循环装置为，设置于所述内燃机中且使与所述涡轮相比靠上游侧的废气向所述进气通道回流的装置。

15.如权利要求1至权利要求14中的任意一项所述的控制装置，其中，

在进气行程中被吸入到所述气缸内的空气的温度为，使所述燃烧状态变化的所述燃烧参数。

16.如权利要求15所述的控制装置，其中，

通过所述内燃机的进气通道上所具备的内部冷却器的冷却效率、以及对通过所述内燃机所具备的废气再循环装置而向所述内燃机的进气通道回流的废气再循环气体进行冷却的废气再循环冷却器的冷却效率中的至少一个，而使所述空气的温度变化。

17.如权利要求1至权利要求16中的任意一项所述的控制装置，其中，

通过所述内燃机所具备的涡流调节装置而被调节的所述气缸内的涡流的强度为，使所述燃烧状态变化的所述燃烧参数。

18.如权利要求1至权利要求7中的任意一项所述的控制装置，其中，

以使基于从如下的传感器中得到的参数值而取得的热释放率重心位置接近于所述目标曲轴转角角度的方式，对所述燃烧状态进行反馈控制，其中，所述传感器为设置于所述内燃机中，并能够对与热释放率重心位置相关的某个参数进行检测的传感器。

19.如权利要求18所述的控制装置，其中，

所述传感器为，对所述气缸内的压力进行检测的传感器以及/或者对所述气缸内的离子电流进行测量的传感器，

所述相关的某个参数为，作为所述气缸内的压力的缸内压力、或通过所述气缸内的燃烧而产生的离子电流。

20.如权利要求18或者权利要求19所述的控制装置，其中，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠滞后角侧时，

通过执行使所述燃料的主喷射的正时提前的动作、以及使作为所述内燃机所具备的燃料喷射阀喷射所述燃料时的所述燃料的压力的燃料喷射压增加的动作中的至少一个动作，从而使所述热释放率重心位置向提前角侧移动，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠提前角侧时，

通过执行使所述主喷射的正时滞后的动作、以及使所述燃料喷射压减少的动作中的至少一个动作，从而使所述热释放率重心位置向滞后角侧移动。

21.如权利要求18或者权利要求20所述的控制装置，其中，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠滞后角侧时，

通过使在与所述主喷射相比靠提前角侧的正时处所执行的所述燃料的引燃喷射的一次喷射量增加，从而使所述热释放率重心位置向提前角侧移动，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠提前角侧时，

通过使所述引燃喷射的一次喷射量减少，从而使所述热释放率重心位置向滞后角侧移动。

22.如权利要求18至权利要求21中的任意一项所述的控制装置，其中，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠滞后角侧时，

通过对所述引燃喷射的次数和所述引燃喷射的各自的喷射正时中的至少一个进行变更，从而使基于由通过所述引燃喷射而被供给至所述气缸的燃料的燃烧而产生的热而被规定的、与该引燃喷射有关的热释放率重心位置提前，由此使所述热释放率重心位置向提前角侧移动，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠提前角侧时，

通过对所述引燃喷射的次数和所述引燃喷射的各自的喷射正时中的至少一个进行变更，从而使与所述引燃喷射有关的热释放率重心位置滞后，由此使所述热释放率重心位置向滞后角侧移动。

23.如权利要求18至权利要求22中的任意一项所述的控制装置，其中，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠滞后角侧时，

通过执行使所述燃料的后喷射的喷射量减少的动作、以及使所述后喷射的喷射正时向提前角侧移动的动作中的至少一个动作，从而使所述热释放率重心位置向提前角侧移动，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠提前角侧时，

通过执行使所述后喷射的喷射量增加的动作、以及使所述后喷射的喷射正时向滞后角侧移动的动作中的至少一个动作，从而使所述热释放率重心位置向滞后角侧移动。

24.如权利要求18至权利要求23中的任意一项所述的控制装置，其中，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠滞后角侧时，

通过使所述内燃机所具备的增压器的增压增加，从而使所述热释放率重心位置向提前角侧移动，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠提前角侧时，

通过使所述增压减少，从而使所述热释放率重心位置向滞后角侧移动。

25.如权利要求24所述的控制装置，其中，

通过被设置在所述增压器所具备的涡轮上的可变喷嘴的开度、以及所述增压器所具备的废气旁通阀的开度中的至少一个，从而使所述增压变化。

26.如权利要求18至权利要求25中的任意一项所述的控制装置，其中，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠滞后角侧时，

通过使利用所述内燃机所具备的废气再循环装置而向所述内燃机的进气通道回流的废气再循环气体的量或作为所述废气再循环气体的量相对于流入到所述气缸内的气体的量的比的废气再循环率减少，从而使所述热释放率重心位置向提前角侧移动，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠提前角侧时，

通过使所述废气再循环气体的量或所述废气再循环率增大，从而使所述热释放率重心位置向滞后角侧移动。

27.如权利要求18至权利要求26中的任意一项所述的控制装置，其中，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠滞后角侧时，

通过使利用高压废气再循环装置而被回流的高压废气再循环气体的量相对于利用低压废气再循环装置而被回流的低压废气再循环气体的量的比减少，从而使所述热释放率重心位置向提前角侧移动，其中，所述低压废气再循环装置为，设置于所述内燃机中且使与被配置于所述内燃机的排气通道上的增压器的涡轮相比靠下游侧的废气向所述进气通道回流的装置，所述高压废气再循环装置为，设置于所述内燃机中且使与所述涡轮相比靠上游侧的废气向所述进气通道回流的装置，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠提前角侧时，

通过使所述高压废气再循环气体的量相对于所述低压废气再循环气体的量的比增加，从而使所述热释放率重心位置向滞后角侧移动。

28.如权利要求18至权利要求27中的任意一项所述的控制装置，其中，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠滞后角侧时，

通过使进气行程中被吸入所述气缸内的空气的温度上升，从而使所述热释放率重心位置向提前角侧移动，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠提前角侧时，

通过使所述空气的温度降低，从而使所述热释放率重心位置向滞后角侧移动。

29.如权利要求28所述的控制装置，其中，

通过所述内燃机的进气通道所具备的内部冷却器的冷却效率、以及对通过所述内燃机所具备的废气再循环装置而向所述内燃机的进气通道回流的废气再循环气体进行冷却的废气再循环冷却器的冷却效率中的至少一个，而使所述空气的温度变化。

30.如权利要求18至权利要求29中的任意一项所述的控制装置，其中，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠滞后角侧时，

通过使由所述内燃机所具备的涡流调节装置所调节的所述气缸内的涡流的强度增大，从而使所述热释放率重心位置向提前角侧移动，

在所取得的所述热释放率重心位置在与所述目标曲轴转角角度相比靠提前角侧时，

通过使所述涡流的强度减小，从而使所述热释放率重心位置向滞后角侧移动。

31.如权利要求1至权利要求7中的任意一项所述的控制装置，其中，

以使从主燃烧的开始时起的预定期间内的所述热释放率的增加率在各个循环间互为相等的方式，对用于使所述燃烧状态变化的燃烧参数进行变更。

32.如权利要求1至权利要求7中的任意一项所述的控制装置，其中，

在所述内燃机的输出固定的情况下，使作为所述内燃机所具备的燃料喷射阀喷射所述燃料时的所述燃料的压力的燃料喷射压、以及所述内燃机所具备的增压器的增压中的至少一个无关于所述内燃机的转速而维持在预定的固定值。

33.如权利要求1至权利要求7中的任意一项所述的控制装置，其中，

使作为所述内燃机所具备的燃料喷射阀喷射所述燃料时的所述燃料的压力的燃料喷射压、以及由所述内燃机所具备的增压器实现的增压中的至少一个，与所述内燃机的输出成比例。