JP2009185628A - 内燃機関の燃料噴射制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】主燃料噴射及び副燃料噴射を実行する内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、気筒内における燃焼をより好適に制御する。
【解決手段】主燃料噴射によって噴射される燃料の目標着火時期αを内燃機関に要求される運転状態に基づいて算出する(Ｓ１０６)とともに、該目標着火時期αまでに生じさせることが必要な発熱量Ｚｃを算出する(Ｓ１１２)。そして、算出された発熱量Ｚｃに基づいて副燃料噴射量ｑｐｌを決定する（Ｓ１１３）。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁によって主燃料噴射及び該主燃料噴射よりも前の時期に実行される副燃料噴射を行う内燃機関の燃料噴射制御システムに関する。

内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えた内燃機関の燃料噴射制御システムにおいては、圧縮上死点近傍の時期に実行される主燃料噴射に先駆けて副燃料噴射を実行するものが知られている。このような副燃料噴射が実行される場合、副燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼することで主燃料噴射の実行前に気筒内の温度がより上昇する。そのため、主燃料噴射によって噴射される燃料の着火性を向上させることが出来る。

しかしながら、副燃料噴射によって噴射される燃料の量が過剰に少ない場合、該燃料が燃焼したときに生じる発熱量が不足する。この場合、主燃料噴射の実行時における気筒内の温度が十分に上昇しないために、主燃料噴射によって噴射された燃料が十分に燃焼せずにトルクの低下や失火が生じる虞がある。また、この場合、主燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼するときの着火遅れ期間が長くなることにより、該燃料が燃焼したときの燃焼騒音が過剰に増大する虞もある。

一方、副燃料噴射によって噴射される燃料の量が過剰に多い場合、該燃料が燃焼したときに生じる発熱量が過剰に多くなる。この場合、燃焼騒音は減少するが、主燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼するときの着火遅れ期間が短くなるため予混合気が形成される期間が短くなる。また、主燃料噴射の実行時における気筒内の温度が過剰に高くなる。これらにより、スモークの量が増加する虞がある。

そのため、気筒内における燃焼をより好適に制御するためには、副燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼することによって生じる発熱量を所望の量に制御することが重要である。

特許文献１においては、主燃料噴射及び副燃料噴射を実行するディーゼル機関の燃料噴射制御装置であって、機関燃焼室内の圧力を検出する筒内圧力センサを備えたものが開示されている。この特許文献１には、主燃料噴射により噴射された燃料に着火が生じるときの燃焼室内圧力と燃焼室内実容積との積と、主燃料噴射により噴射された燃料に着火が生じるクランク角において燃焼が生じなかったと仮定した場合の圧力のみによる燃焼室内圧力と燃焼室内実容積との積との差に基づいて副燃料噴射指令値を補正することが記載されている。

また、特許文献２においても、主燃料噴射及び副燃料噴射を実行する内燃機関の燃料噴射制御装置であって、機関燃焼室内の圧力を検出する筒内圧力センサを備えたものが開示されている。この特許文献２では、筒内圧センサで検出した実際の燃焼室内圧力と機関クランク角とを用いて燃焼室内に発生した筒内発熱量に関する発熱パラメータを算出する。そして、副燃料噴射に対応する燃焼の終了後であって主燃料噴射開始前に算出された発熱パラメータの値に基づいて、主燃料噴射に関しての失火が発生することのないように主燃料噴射の噴射時期を制御することが記載されている。
特開２００４−１００５６６号公報 特開２００５−５４７５３号公報

本発明は、主燃料噴射及び副燃料噴射を実行する内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、気筒内における燃焼をより好適に制御することが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明では、主燃料噴射によって噴射される燃料の目標着火時期を内燃機関に要求される運転状態に基づいて算出するとともに、該目標着火時期までに生じさせることが必要な発熱量を算出する。そして、算出された発熱量に基づいて副燃料噴射量を決定する。

より詳しくは、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御システムは、
内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁によって、主燃料噴射及び該主燃料噴射よりも前の時期に実行される副燃料噴射を行う内燃機関の燃料噴射制御システムであって、
主燃料噴射によって噴射される燃料の着火時期の目標値である目標主着火時期を内燃機関に要求される運転状態に基づいて算出する目標主着火時期算出手段と、
副燃料噴射時期から目標主着火時期までの間において燃料を燃焼させることによって生じさせることが必要な発熱量である必要発熱量を算出する必要発熱量算出手段と、
副燃料噴射によって噴射される燃料の量である副燃料噴射量を必要発熱量に基づいて決定する副燃料噴射量決定手段と、を備えたことを特徴とする。

副燃料噴射が行われる場合、圧縮行程における気筒内の温度は、ピストンの上昇による圧力の上昇と副燃料噴射によって噴射される燃料の燃焼とによって上昇する。本発明において、必要発熱量算出手段によって算出される必要発熱量は、主燃料噴射によって噴射される燃料を目標主着火時期に着火させるために必要な発熱量のうち副燃料噴射によって噴射される燃料の燃焼によって生じさせる必要がある熱量である。

本発明によれば、必要発熱量に基づいて副燃料噴射量が決定される。そのため、副燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼することによって生じる発熱量を必要発熱量に制御することが出来る。従って、気筒内における燃焼をより好適に制御することが可能となる。

副燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼することで生じる発熱量は、気筒内の圧力の変化に基づいて算出することが出来る。そのため、副燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼したときの気筒内に圧力の変化を検出し、その検出値に基づいてそのときに生じた発熱量を算出するとともに、そのときの発熱量に基づいて次回の副燃料噴射に係る副燃料噴射量を補正することも可能である。しかしながら、この場合、副燃料噴射量はフィードバック制御されることになる。

一方、本発明によれば、副燃料噴射量をフィードフォワード制御することが出来る。つまり、副燃料噴射を実際に実行する前に好適な副燃料噴射量を求めることが出来る。従って、トルクの低下、失火の発生、燃焼騒音の過剰な増大及びスモークの増加をより抑制することが出来る。

尚、目標主着火時期が圧縮行程上死点以前の場合、該目標主着火時期が遅いほど該目標主着火時期における気筒内の圧力は高く、その温度も高い。そのため、必要発熱量算出手段は、目標主着火時期が遅いほど必要発熱量を小さい値として算出してもよい。一方、目標主着火時期が圧縮行程上死点以後の場合、該目標主着火時期が遅いほど該目標主着火時期における気筒内の圧力は低く、その温度も低い。そのため、必要発熱量算出手段は、目標主着火時期が遅いほど必要発熱量を大きい値として算出してもよい。

また、副燃料噴射時期から目標主着火時期までの期間が短いほど、その間における副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼により昇温されたガスの気筒内での拡散は小さい。つまり、副燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼することで生じた熱が拡散し難い。そのため、必要発熱量算出手段は、副燃料噴射時期から目標主着火時期までの期間が短いほど必要発熱量を小さい値として算出してもよい。

本発明においては、副燃料噴射によって噴射される燃料の着火時期の目標値である目標副着火時期を目標主着火時期に基づいて算出する目標副着火時期算出手段と、副燃料噴射時期を目標副着火時期に基づいて決定する副燃料噴射時期決定手段と、をさらに備えてもよい。

これによれば、副燃料噴射をより好適な時期に実行することが出来る。

本発明においては、主燃料噴射によって噴射される燃料が燃焼したときの熱発生率が最大値となる時期の目標値である目標熱発生率ピーク時期を内燃機関に要求される運転状態に基づいて算出する目標熱発生率ピーク時期算出手段と、
主燃料噴射によって噴射される燃料が燃焼したときの熱発生率の最大値の目標値である目標熱発生率ピーク値を内燃機関に要求される運転状態に基づいて算出する目標熱発生率ピーク値算出手段と、をさらに備えてもよい。この場合、目標主着火時期算出手段は、主燃料噴射によって噴射される燃料が燃焼したときの熱発生率が最大値となる時期が目標熱発生率ピーク時期となり、且つ、主燃料噴射によって噴射される燃料が燃焼したときの熱発生率の最大値が目標熱発生率ピーク値となるように目標主着火時期を算出する。

これによれば、内燃機関の運転状態を要求される運転状態に制御することが出来る。

尚、目標熱発生率ピーク時期算出手段は、内燃機関に要求されるトルクに基づいて目標熱発生率ピーク時期を算出してもよい。また、目標熱発生率ピーク値算出手段は、内燃機関に要求される燃焼騒音および目標熱発生率ピーク時期算出手段によって算出される目標熱発生率ピーク時期に基づいて目標熱発生率ピーク値を算出してもよい。

これらによれば、主燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼した際に、要求されたトルク及び燃焼騒音を生じさせることが出来る。

本発明によれば、副燃料噴射を実行する場合において、気筒内における燃焼をより好適に制御することが出来る。その結果、トルクの低下、失火の発生、燃焼騒音の過剰な増大及びスモークの増加を抑制することが出来る。

以下、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御システムの具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

＜内燃機関及びその吸排気系の概略構成＞
図１は、本実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼル機関である。内燃機関１の気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室には吸気ポート４と排気ポート５とが接続されている。吸気ポート４および排気ポート５の燃焼室への開口部は、それぞれ吸気弁６および排気弁７によって開閉される。吸気ポート４および排気ポート５は、それぞれ吸気通路８および排気通路９に接続されている。尚、吸気ポート４は、
気筒２内にスワール流が生じるように構成されている。

また、気筒２には、該気筒２内の燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１０が設けられている。該燃料噴射弁１０には燃料供給通路１６の一端が接続されている。該燃料供給通路１６の他端は燃料タンク（図示せず）に接続されている。また、該燃料供給通路１６の途中にはコモンレール１７が設けられており、該コモンレール１７において所定圧力にまで加圧された燃料が燃料噴射弁１０に供給される。

吸気通路８には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１２および吸入空気量を制御するスロットル弁１３が設けられている。排気通路９には排気浄化装置１１が設けられている。該排気浄化装置１１としては、酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒及び排気中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ等により構成されたものを例示することが出来る。

また、スロットル弁１３より下流側の吸気通路８にはＥＧＲ通路１４の一端が接続されており、排気浄化装置１１より上流側の排気通路９にはＥＧＲ通路１４の他端が接続されている。該ＥＧＲ通路１４を介して排気通路９を流れる排気の一部がＥＧＲガスとして吸気通路８に導入される。ＥＧＲ通路１４にはＥＧＲ弁１５が設置されている。該ＥＧＲ弁１５によってＥＧＲ通路１４を流れる排気の流量が制御される。

内燃機関１には、該内燃機関１のウォータージャケット内を流れる冷却水の温度を検出する水温センサ２３が設けられている。吸気通路８におけるＥＧＲ通路１４との接続部分よりも下流側には、吸気通路８内の圧力を検出する吸気圧センサ２４及び吸気の温度を検出する吸気温センサ２５が設けられている。コモンレール１７には、該コモンレール１７内の圧力を検出するレール圧センサ２６が設けられている。

内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１２、水温センサ２３、吸気圧センサ２４、吸気温センサ２５、レール圧センサ２６、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続されている。クランクポジションセンサ２１は内燃機関１のクランク角を検出する。アクセル開度センサ２２は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。

また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁１０、スロットル弁１３及びＥＧＲ弁１５が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。

＜燃料噴射制御＞
次に、本実施例に係る燃料噴射弁１０からの燃料噴射制御について説明する。本実施例においては、燃料噴射弁１０によって一燃焼サイクル中に主燃料噴射と副燃料噴射とが実行される。主燃料噴射は圧縮行程上死点近傍で行われる燃料噴射である。副燃料噴射は圧縮行程における主燃料噴射よりも前の時期に行われる燃料噴射である。

このようなタイミングで副燃料噴射を実行することにより、副燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼することで主燃料噴射の実行前に気筒２内の温度がより上昇する。そのため、主燃料噴射によって噴射される燃料の着火性を向上させることが出来る。

以下、本実施例に係る主燃料噴射時期、副燃料噴射時期及び副燃料噴射量の決定方法について図２及び３に基づいて説明する。図２は、本実施例に係る主燃料噴射時期、副燃料噴射時期及び副燃料噴射量を決定するためのフローを示すフローチャートである。本フロ
ーは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、所定の間隔で繰り返し実行される。図３は、主燃料噴射及び副燃料噴射を実行したときの熱発生率の推移を示す図である。図３において、上段は熱発生率を表しており、下段は各燃料噴射の実行時期を表している。

図２に示すフローでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において、アクセル開度センサ２２によって検出されるアクセル開度Ｄａｃを読み込む。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０２に進み、アクセル開度Ｄａｃに基づき、内燃機関１に要求されるトルクである目標トルクｔａｕｔｒｇ及び内燃機関１に要求される燃焼騒音である目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇを算出する。アクセル開度Ｄａｃと目標トルクｔａｕｔｒｇ及び目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇそれぞれとの関係は実験等によって求めることが出来る。本実施例においては、これらの関係がＥＣＵ２０にマップとして予め記憶されている。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３に進み、現時点の気筒２内の状態において燃料が燃焼した場合の反応速度ｒａｔｅ及び反応加速度ａｃｃｅｌを算出する。反応速度ｒａｔｅ及び反応加速度ａｃｃｅｌ（図３において熱発生率を示すグラフの傾きに相当する）は、気筒２内の燃焼前のガスの酸素濃度、吸気圧センサ２４によって検出される吸気圧、吸気温センサ２５によって検出される吸気の温度、水温センサ２３によって検出される冷却水の温度、レール圧センサ２６によって検出されるレール圧及び気筒２内におけるスワールの流速に基づいて算出することが出来る。

尚、気筒２内の燃焼前のガスの酸素濃度は、吸入空気量及びＥＧＲガス量に基づいて算出することが出来る。また、該酸素濃度を、気筒２内に残留した既燃ガスの量も考慮して算出してもよい。また、該酸素濃度をＯ_２センサによって検出してもよい。また、気筒２内におけるスワールの流速は、内燃機関１の機関回転数に基づいて算出することが出来る（吸気ポート４にスワールコントロールバルブが設けられている場合はその開度及び内燃機関１の機関回転数に基づいて算出することが出来る）。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４に進み、目標トルクｔａｕｔｒｇに基づいて、主燃料噴射によって噴射される燃料が燃焼したときの熱発生率が最大値となる時期の目標値である目標熱発生率ピーク時期ａｃｅｎｔｔｒｇ（図３参照）を算出する。目標トルクｔａｕｔｒｇと目標熱発生率ピーク時期ａｃｅｎｔｔｒｇとの関係は実験等に基づいて求めることが出来る。本実施例においては、これらの関係がＥＣＵ２０にマップとして予め記憶されている。尚、本実施例においては、Ｓ１０４を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る目標熱発生率ピーク時期算出手段に相当する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５に進み、目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇ及び目標熱発生率ピーク時期ａｃｅｎｔｔｒｇに基づいて、主燃料噴射によって噴射される燃料が燃焼したときの熱発生率の最大値の目標値である目標熱発生率ピーク値ｒｈｒｐｅａｋｔｒｇ（図３参照）を算出する。目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇ及び目標熱発生率ピーク時期ａｃｅｎｔｔｒｇと目標熱発生率ピーク値ｒｈｒｐｅａｋｔｒｇとの関係は実験等に基づいて求めることが出来る。本実施例においては、これらの関係がＥＣＵ２０にマップとして予め記憶されている。尚、本実施例においては、Ｓ１０５を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る目標熱発生率ピーク値算出手段に相当する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６に進み、目標熱発生率ピーク時期ａｃｅｎｔｔｒｇ、目標熱発生率ピーク値ｒｈｒｐｅａｋｔｒｇ及び反応加速度ａｃｃｅｌに基づいて、主燃料噴射によって噴射される燃料の着火時期の目標値である目標主着火時期α（図３参照）を算出する。目標熱発生率ピーク時期ａｃｅｎｔｔｒｇ、目標熱発生率ピーク値ｒｈｒｐｅ
ａｋｔｒｇ及び反応加速度ａｃｃｅｌと目標主着火時期αとの関係は実験等に基づいて求めることが出来る。本実施例においては、これらの関係がＥＣＵ２０にマップとして予め記憶されている。尚、本実施例においては、Ｓ１０４、Ｓ１０５及びＳ１０６を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る目標主着火時期算出手段に相当する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０７に進み、目標熱発生率ピーク時期ａｃｅｎｔｔｒｇ及び反応速度ｒａｔｅに基づいて、主燃料噴射によって噴射される燃料の着火遅れ期間の目標値である目標主着火遅れ期間ａｉｇｄｅｌａｙｔｒｇ（図３参照）を算出する。目標熱発生率ピーク時期ａｃｅｎｔｔｒｇ及び反応速度ｒａｔｅと目標主着火遅れ期間ａｉｇｄｅｌａｙｔｒｇとの関係は実験等に基づいて求めることが出来る。本実施例においては、これらの関係がＥＣＵ２０にマップとして予め記憶されている。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０８に進み、目標主着火時期α及び目標主着火遅れ期間ａｉｇｄｅｌａｙｔｒｇに基づいて主燃料噴射時期ａｉｎｊｉｍ（図３参照）を決定する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０９に進み、目標トルクｔａｕｔｒｇ、目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇ及び目標主着火時期αに基づいて、副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼終了時期の目標値である目標副燃焼終了時期ａｐｌｅｎｄｔｒｇ（図３参照）を算出する。目標トルクｔａｕｔｒｇ、目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇ及び目標主着火時期αと目標副燃焼終了時期ａｐｌｅｎｄｔｒｇとの関係は実験等に基づいて求めることが出来る。本実施例においては、これらの関係がマップとしてＥＣＵ２０に記憶されている。尚、排気に含まれるスモーク及びＨＣの量の目標量をさらに考慮して目標副燃焼終了時期ａｐｌｅｎｄｔｒｇを算出してもよい。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１１０に進み、目標副燃焼終了時期ａｐｌｅｎｄｔｒｇに基づいて、副燃料噴射によって噴射される燃料の着火時期の目標値である目標副着火時期ａｉｇｐｌｔｒｇ（図３参照）を算出する。目標副燃焼終了時期ａｐｌｅｎｄｔｒｇと目標副着火時期ａｉｇｐｌｔｒｇとの関係は実験等に基づいて求めることが出来る。本実施例においては、これらの関係がマップとしてＥＣＵ２０に記憶されている。尚、本実施例においては、Ｓ１０９及びＳ１１０を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る目標副着火時期算出手段に相当する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１１１に進み、目標副着火時期ａｉｇｐｌｔｒｇに基づいて副燃料噴射時期ａｉｎｊｐｌ（図３参照）を決定する。目標副着火時期ａｉｇｐｌｔｒｇと副燃料噴射時期ａｉｎｊｐｌとの関係は実験等に基づいて求めることが出来る。本実施例においては、これらの関係がマップとしてＥＣＵ２０に記憶されている。尚、本実施例においては、Ｓ１１１を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る副燃料噴射時期決定手段に相当する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１１２に進み、副燃料噴射時期ａｉｎｊｐｌから目標主着火時期αまでの間において燃料を燃焼させることによって生じさせることが必要な発熱量である必要発熱量Ｚｃ（図３において熱発生率を示すグラフにおける斜線部の面積に相当する）を副燃料噴射時期ａｉｎｊｐｌ及び目標主着火時期αに基づいて算出する。

Ｓ１１２において、必要発熱量Ｚｃは下記式（１）に基づいて算出される。
Ｚｃ＝Ｃｐ×ｐｌｇａｓｔｒｇ×（Ｔｇａｓｉｇ−ｅｔｈｃｙｌ（α））・・・式（１）
Ｃｐ：燃焼前の気筒２内のガスの比熱
ｐｌｇａｓｔｒｇ：副燃料噴射によって噴射される燃料の燃焼によって昇温させる必要があるガスの量（以下、副燃焼ガス量と称する）
Ｔｇａｓｉｇ：主燃料噴射によって噴射される燃料の着火に必要な気筒２内のガスの温度（以下、目標筒内ガス温度と称する）
ｅｔｈｃｙｌ（α）：副燃料噴射によって噴射される燃料の燃焼（以下、副燃焼と称する）がないと仮定した場合における目標主着火時期αの時点での気筒２内のガスの温度（以下、α時筒内ガス温度と称する）

燃焼前の気筒２内のガスの比熱Ｃｐは吸入空気量及びＥＧＲガス量に基づいて算出することが出来る。目標筒内ガス温度Ｔｇａｓｉｇは実験等に基づいて予め定めることが出来る。

副燃焼がないと仮定した場合におけるα時筒内ガス温度ｅｔｃｙｌ（α）とは、即ち、ピストン３の上昇による圧力の上昇のみによって昇温された筒内ガスの温度である。従って、副燃焼がない場合におけるα時筒内ガス温度ｅｔｃｙｌ（α）は、目標主着火時期が圧縮行程上死点以前の場合は該目標主着火時期αが遅いほど高い温度となり、目標主着火時期が圧縮行程上死点以後の場合は該目標主着火時期αが遅いほど低い温度となる。本実施例においては、圧縮行程開始時の筒内ガスの温度及び副燃焼がないと仮定した場合の目標主着火時期αの時点での気筒２内の圧力に基づいて、副燃焼がないと仮定した場合におけるα時筒内ガス温度ｅｔｃｙｌ（α）を算出する。尚、圧縮行程開始時の筒内ガスの温度は、吸気温度及び気筒２内に残留した既燃ガスの量の推定値等に基づいて推定してもよい。また、副燃焼がないと仮定した場合における気筒２内の圧力はクランク角に基づいて推定してもよい。

副燃料噴射時期ａｉｎｊｐｌから目標主着火時期αまでの期間の長さに応じて副燃焼ガス量ｐｌｇａｓｔｒｇは変化する。即ち、副燃料噴射時期ａｉｎｊｐｌから目標主着火時期αまでの期間が短いほど、その間における副燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼により昇温されたガスの気筒２内での拡散は小さいため、副燃焼ガス量ｐｌｇａｓｔｒｇは少ない量となる。本実施例においては、副燃料噴射時期ａｉｎｊｐｌから目標主着火時期αまでの期間の長さと副燃焼ガス量ｐｌｇａｓｔｒｇとの関係が実験等に基づいて求められており、これらの関係がＥＣＵ２０にマップとして予め記憶されている。

上記式（１）によれば、目標主着火時期が圧縮行程上死点以前の場合は該目標主着火時期αが遅いほど、目標主着火時期が圧縮行程上死点以後の場合は該目標主着火時期αが早い、また、副燃料噴射時期ａｉｎｊｐｌから目標主着火時期αまでの期間が短いほど、必要発熱量Ｚｃは小さい値となる。そのため、必要発熱量Ｚｃを必要且つ十分な値として算出することが出来る。

ＥＣＵ２０は、Ｓ１１２において必要発熱量Ｚｃを算出した後、Ｓ１１３に進む。Ｓ１１３において、ＥＣＵ２０は、必要発熱量Ｚｃに基づいて副燃料噴射量ｑｐｌを決定する。必要発熱量Ｚｃと副燃料噴射量ｑｐｌとの関係は実験等に基づいて求めることが出来る。本実施例においては、これらの関係がマップとしてＥＣＵ２０に記憶されている。尚、本実施例においては、Ｓ１１２を実行するＥＣＵ２０が、本発明に係る副燃料噴射量決定手段に相当する。Ｓ１１３において副燃料噴射量ｑｐｌした後、ＥＣＵ２０は本フローの実行を一旦終了する。

上記によれば、必要発熱量に基づいて副燃料噴射量が決定される。そのため、副燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼することによって生じる発熱量を必要発熱量に制御することが出来る。その結果、主燃料噴射の実行時における気筒２内の温度を、主燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼のために必要且つ十分な温度とすることが出来る。これにより、気筒内における燃焼をより好適に制御することが出来、以って、トルクの低下や失火の発生及び燃焼騒音の過剰な増大を抑制することが可能となる。

また、本実施例によれば、副燃料噴射量をフィードフォワード制御することが出来る。つまり、副燃料噴射を実際に実行する前に好適な副燃料噴射量を求めることが出来る。従って、トルクの低下や失火の発生及び燃焼騒音の過剰な増大をより抑制することが出来る。また、上記ルーチンのＳ１０９において、目標副燃焼終了時期ａｐｌｅｎｄｔｒｇを算出する際に、排気に含まれるスモーク及びＨＣを考慮した場合、これらの増加をもより抑制することが出来る。

また、本実施例においては、内燃機関１に吸入空気と共にＥＧＲガスが導入される。内燃機関１に導入されるＥＧＲガスの量は内燃機関１の運転状態に応じて制御する必要がある。しかしながら、気筒２内のＥＧＲガスの量の実際の変化には燃料噴射量の変化に比べて時間がかかる。つまり、内燃機関１の運転状態が過渡運転状態にあるときは、気筒２内のＥＧＲガスの量の変化に応答遅れが生じる可能性がある。

このように気筒２内のＥＧＲガスの量の変化に応答遅れが生じると、気筒２内の燃焼前のガスの酸素濃度についても応答遅れが生じることになる。そのため、内燃機関１の運転状態が過渡運転状態にあるときは、気筒２内の燃焼前のガスの酸素濃度に対して、副燃料噴射によって噴射される量が過剰に少ない量又は多い量となり易い。

これに対し、本実施例においては、副燃料噴射量が気筒２内の燃焼前のガスの酸素濃度も考慮してフィードフォワード制御される。そのため、内燃機関１の運転状態が過渡運転状態にあるときであっても、副燃料噴射によって噴射される量が過剰に少ない量又は多い量となることを抑制することが出来る。

また、上記によれば、主燃料噴射によって噴射される燃料が燃焼したときの熱発生率が最大値となる時期を、目標トルクに基づいて算出された目標熱発生率ピーク時期に制御することが出来る。さらに、主燃料噴射によって噴射される燃料が燃焼したときの熱発生率の最大値を、目標燃焼騒音に基づいて算出された目標熱発生率ピーク値に制御することが出来る。従って、主燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼した際に目標トルク及び目標燃焼騒音を生じさせることが出来る。

＜変形例＞
ここで、本実施例において、必要発熱量に基づいて副燃料噴射量を決定する場合の変形例について説明する。本変形例においては、副燃料噴射によって噴射される燃料量のうち熱量に変換される割合（以下、燃料利用率と称する）を考慮して必要発熱量に基づいて副燃料噴射量を決定する。

副燃料噴射によって噴射された燃料は気筒２内のガスの酸素濃度が高いほど燃焼に供され易い。つまり、気筒２内のガスの酸素濃度が高いほど燃料利用率は高くなる。

また、副燃料噴射によって噴射された燃料は気筒２内において広く拡散するほど燃焼に供され難くなる。つまり、副燃料噴射によって噴射される燃料の拡散度合いが高いほど燃料利用率は低くなる。副燃料噴射によって噴射される燃料の拡散度合いは、副燃料噴射時期から副着火時期までの期間の長さ、コモンレール１７内のレール圧、吸気圧及び気筒２内のスワール流の流速に応じて変化する。

そこで、本変形例においては、気筒２内のガスの酸素濃度、副燃料噴射時期から副着火時期までの期間の長さ、コモンレール１７内のレール圧、吸気圧及び気筒２内のスワール流の流速に基づいて燃料利用率を算出する。気筒２内のガスの酸素濃度、副燃料噴射時期から副着火時期までの期間の長さ、コモンレール１７内のレール圧、吸気圧及び気筒２内
のスワール流の流速と燃料利用率との関係は実験等に基づいて求めることが出来る。本変形例においては、これらの関係がＥＣＵ２０に予め記憶されている。

そして、下記式（２）に基づいて副燃料噴射量を算出する。
ｑｐｌ＝Ｚｃ／（ＬＨＶ×ＦＣＦ）・・・式（２）
ｑｐｌ：副燃料噴射量
Ｚｃ：必要発熱量
ＬＦＶ：燃料の低位発熱量
ＦＣＦ：燃料利用率

このように、燃料利用率を考慮して必要発熱量に基づいて副燃料噴射量を決定することで、副燃料噴射によって噴射された燃料が燃焼したときに生じる発熱量をより精度よく必要発熱量に制御することが出来る。

本発明の実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の該略構成を示す図。 本発明の実施例に係る主燃料噴射時期、副燃料噴射時期及び副燃料噴射量を決定するためのフローを示すフローチャート。 主燃料噴射及び副燃料噴射を実行したときの熱発生率の推移を示す図。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・ピストン
４・・・吸気ポート
５・・・排気ポート
８・・・吸気通路
９・・・排気通路
１０・・燃料噴射弁
１２・・エアフローメータ
１３・・スロットル弁
１４・・ＥＧＲ通路
１５・・ＥＧＲ弁
１６・・燃料供給通路
１７・・コモンレール
２０・・ＥＣＵ
２１・・クランクポジションセンサ
２２・・アクセル開度センサ
２３・・水温センサ
２４・・吸気圧センサ
２５・・吸気温センサ
２６・・レール圧センサ
Ｄａｃ・・アクセル開度
ｔａｕｔｒｇ・・目標トルク
ａｎｔｒｇ・・目標燃焼騒音
ｒａｔｅ・・反応速度
ａｃｃｅｌ・・反応加速度
ａｃｅｎｔｔｒｇ・・目標熱発生率ピーク時期
ｒｈｒｐｅａｋｔｒｇ・・目標熱発生率ピーク値
α・・・目標主着火時期
ａｉｇｄｅｌａｙｔｒｇ・・目標主着火遅れ期間
ａｉｎｊｉｍ・・主燃料噴射時期
ａｐｌｅｎｄｔｒｇ・・目標副燃焼終了時期
ａｉｇｐｌｔｒｇ・・目標副着火時期
ａｉｎｊｐｌ・・副燃料噴射時期
Ｚｃ・・必要発熱量
ｑｐｌ・・副燃料噴射量

Claims (6)

1. 内燃機関の気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁によって、主燃料噴射及び該主燃料噴射よりも前の時期に実行される副燃料噴射を行う内燃機関の燃料噴射制御システムであって、
   主燃料噴射によって噴射される燃料の着火時期の目標値である目標主着火時期を内燃機関に要求される運転状態に基づいて算出する目標主着火時期算出手段と、
   副燃料噴射時期から目標主着火時期までの間において燃料を燃焼させることによって生じさせることが必要な発熱量である必要発熱量を算出する必要発熱量算出手段と、
   副燃料噴射によって噴射される燃料の量である副燃料噴射量を必要発熱量に基づいて決定する副燃料噴射量決定手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御システム。
2. 前記必要発熱量算出手段が、目標主着火時期が遅いほど必要発熱量を小さい値として算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御システム。
3. 前記必要発熱量算出手段が、副燃料噴射時期から目標主着火時期までの期間が短いほど必要発熱量を小さい値として算出することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射制御システム。
4. 副燃料噴射によって噴射される燃料の着火時期の目標値である目標副着火時期を目標主着火時期に基づいて算出する目標副着火時期算出手段と、
   副燃料噴射時期を目標副着火時期に基づいて決定する副燃料噴射時期決定手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御システム。
5. 主燃料噴射によって噴射される燃料が燃焼したときの熱発生率が最大値となる時期の目標値である目標熱発生率ピーク時期を内燃機関に要求される運転状態に基づいて算出する目標熱発生率ピーク時期算出手段と、
   主燃料噴射によって噴射される燃料が燃焼したときの熱発生率の最大値の目標値である目標熱発生率ピーク値を内燃機関に要求される運転状態に基づいて算出する目標熱発生率ピーク値算出手段と、をさらに備え、
   前記目標主着火時期算出手段は、主燃料噴射によって噴射される燃料が燃焼したときの熱発生率が最大値となる時期が目標熱発生率ピーク時期となり、且つ、主燃料噴射によって噴射される燃料が燃焼したときの熱発生率の最大値が目標熱発生率ピーク値となるように目標主着火時期を算出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の燃料噴射制御システム。
6. 前記目標熱発生率ピーク時期算出手段が、内燃機関に要求されるトルクに基づいて目標熱発生率ピーク時期を算出し、
   前記目標熱発生率ピーク値算出手段が、内燃機関に要求される燃焼騒音および前記目標熱発生率ピーク時期算出手段によって算出される目標熱発生率ピーク時期に基づいて目標熱発生率ピーク値を算出することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御システム。
   

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