JP6011582B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

車両等に搭載されるディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジンともいう）においては、燃焼時における実際の熱発生率（クランクシャフトの単位回転角度当たりの熱発生量：ｄＱ／ｄθ）を求め、その実熱発生率と基準熱発生率とに差がある場合、エンジンの制御パラメータを補正している。例えば、特許文献１に記載の技術では、筒内圧センサによって検出される筒内圧から実熱発生率を推定し、その実熱発生率の立ち上がりの傾斜角度（実熱発生率勾配）と、熱発生率の標準状態の立ち上がりの傾斜角度（基準熱発生率勾配）とに差がある場合、その差をなくす方向に燃料の供給圧を補正している。

特開２００５−３２０８７２号公報 特開２０１１−０８５０６１号公報 特開２０１４−０２５３８０号公報

ディーゼルエンジン等の燃焼において、燃料に対して酸素量が不足して燃焼が悪化した場合、実熱発生率の立ち上がりの勾配が基準熱発生率勾配から乖離するのではなく、熱発生率勾配の途中（実熱発生率が立ち上がった後）において実熱発生率勾配と基準熱発生率勾配とが乖離するようになる。したがって、このような熱発生率勾配の途中で乖離が発生した場合は補正を行う必要があるが、上記した特許文献１に記載されているような技術では対応できない。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、その目的は、燃料に対する酸素量不足に起因する燃焼悪化を抑制する補正が可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

−解決手段−
本発明は、気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁を有する内燃機関の制御装置において、燃焼時における実熱発生率を取得する実熱発生率取得手段を備え、予め設定された基準熱発生率の立ち上がり後の基準熱発生率勾配と、前記実熱発生率取得手段にて取得される実熱発生率の立ち上がり後の実熱発生率勾配との間に所定量以上の乖離が生じている場合、その乖離をなくす方向にレール圧及びメイン噴射量の少なくとも一方を補正することを技術的特徴としている。基準熱発生率勾配とは、後述する理想的な熱発生率の波形（基準熱発生率の波形）の熱発生率上昇期間での斜辺の勾配のことである。

−作用−
熱発生率勾配の途中（実熱発生率が立ち上がった後）で実熱発生率勾配が緩慢化して当該実熱発生率勾配が基準熱発生率勾配から乖離した場合、その乖離は燃料に対する酸素量の不足に起因するものであると言える。こうした知見に基づいて、本発明では、基準熱発生率の立ち上がり後の基準熱発生率勾配と実熱発生率の立ち上がり後の実熱発生率勾配との間に乖離が生じている場合、その乖離をなくす方向にレール圧及びメイン噴射量の少なくとも一方を補正することで、燃料に対する酸素量の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。

本発明において、レール圧を補正する場合、レール圧を高くする補正を行って、噴霧状態を良くして燃料と酸素との混合状態が良好となるようにする。また、メイン噴射量を補正する場合、メイン噴射量を減量補正することにより燃料に対する酸素不足を解消する。また、レール圧補正とメイン噴射量補正とを組み合わせて実行するようにしてもよい。

本発明において、基準熱発生率勾配と実熱発生率勾配との間に乖離が生じる時期（クランク角度）を求め、その乖離時期が、基準熱発生率が最大となる基準ピーク時期から離れているほど、レール圧及びメイン噴射量の少なくとも一方の補正量を大きくするようにしてもよい。また、基準熱発生率勾配と実熱発生率勾配との間に乖離が生じる時期を求め、その乖離時期が、基準熱発生率の立ち上がり時期に近いほど、レール圧及びメイン噴射量の少なくとも一方の補正量を大きくするようにしてもよい。

ここで、燃料に対して酸素量が不足した場合、その酸素量不足が大きいほど、実熱発生率勾配が緩慢化する時期が早期となる（実熱発生率勾配の乖離時期が基準ピーク時期から離れる方向となる）。したがって、基準熱発生率勾配と実熱発生率勾配との間に乖離が生じる乖離時期が基準ピーク時期から離れているほど上記補正量を大きくすることで、燃料に対する酸素量不足を精度良く補正することができ、スモークの発生をより効果的に抑制することができる。また、同様に、実熱発生率勾配の乖離時期が基準熱発生率の立ち上がり時期に近いほど上記補正量を大きくすることで、スモークの発生をより効果的に抑制することができる。

本発明の具体的な構成として、内燃機関が複数の気筒を有するものにおいて、基準熱発生率勾配と実熱発生率勾配との間に乖離が生じている場合、その乖離時期を各気筒毎に求め、当該各気筒の乖離時期が同一時期となるように、各気筒に対して設けられたスワールコントロールバルブの開度及び各気筒のメイン噴射量の少なくとも一方を補正するという構成を挙げることができる。このような構成を採用すると、気筒間の熱発生率勾配乖離時期のばらつきを補正することができる。

この場合、複数の気筒の乖離時期の平均値を求め、各気筒の乖離時期が前記平均値（同一時期）となるように各気筒のスワールコントロールバルブの開度及びメイン噴射量の少なくとも一方を補正する補正と、前記乖離時期の平均値が基準ピーク時期から離れているほどレール圧及びメイン噴射量の少なくとも一方の補正量を大きくする補正または前記乖離時期の平均値が基準熱発生率の立ち上がり時期に近いほどレール圧及びメイン噴射量の少なくとも一方の補正量を大きくする補正のいずれか一方の補正と、を実行するようにしてもよい。

本発明によれば、燃料に対する酸素量不足に起因する燃焼悪化を抑制することが可能であり、スモークの発生を抑制することができる。

本発明を適用するディーゼルエンジン及びその制御系統の概略構成を示す図である。 ディーゼルエンジンの燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 補正制御の一例を示すフローチャートである。 実熱発生率勾配が基準熱発生率勾配に対して乖離した状態を示す図である。 補正制御の他の例を示すフローチャートである。 補正制御の別の例を示すフローチャートである。 補正制御の別の例を示すフローチャートである。 実熱発生率勾配が基準熱発生率勾配に対して乖離した状態を示す図である。 実熱発生率勾配が基準熱発生率勾配から乖離する時期の気筒間ばらつきを示す図である。

以下、本発明の実施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。

−エンジンの構成−
図１は本発明を適用するディーゼルエンジン１（以下、単にエンジンという）及びその制御系統の概略構成図である。

図１に示すように、エンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。

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、機関燃料通路２４などを備えている。

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を介してコモンレール２２に供給する。サプライポンプ２１は、サクションコントロールバルブ２１Ａを備えている。サクションコントロールバルブ２１ＡはＥＣＵ１００によって制御される。このサクションコントロールバルブ２１Ａの制御によりコモンレール２２に圧送する燃料が調量され、コモンレール２２内の圧力（以下、コモンレール２２内の圧力をレール圧という）が制御される。

コモンレール２２は、高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３・・２３に分配する。インジェクタ２３は、内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備えたピエゾインジェクタであり、開弁期間の制御によって、燃焼室３内への燃料噴射量が調整可能となっている。

吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）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。また、この吸気系６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、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６４が配設されている。

また、吸気ポート１５ａは、ノーマルポート及びスワールポートの２系統が各気筒毎に備えられており、その各ノーマルポートにそれぞれスワールコントロールバルブ６６（図２参照）が配置されている。スワールコントロールバルブ６６の開度（ＳＣＶ開度）はＥＣＵ１００によって制御され、このスワールコントロールバルブ６６の開度が大きいほど、燃焼室３内（気筒内）のスワール流の流速（以下、スワール速度という）が低くなり、逆に、スワールコントロールバルブ６６の開度が小さいほど、燃焼室３内のスワール速度が高くなる。

シリンダヘッド１５には、燃焼室３内の燃焼圧を検出する筒内圧センサ４Ａ（図３参照）が設けられている。筒内圧センサ４Ａは各気筒それぞれに設けられている。

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。また、この排気系７には排気浄化ユニット７３が配設されている。この排気浄化ユニット７３には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としてのＮＳＲ（ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒７４及びＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）７５が備えられている。

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が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。

ピストン１３の頂面１３ａの上側には前記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部に取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。

ピストン１３は、コネクティングロッド１８によってエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。

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及び排気ポート１５ｂを開閉する排気バルブ１７が配設されている。

さらに、図１に示すように、エンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。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及びコンプレッサインペラ５３を備えている。この例のターボチャージャ５は可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構５４が設けられており、この可変ノズルベーン機構５４のズルベーン５４ａ・・５４ａの開度を変更することで、過給圧を調整することができる。

吸気管６２には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を冷却するためのインタークーラ６５が設けられている。

また、エンジン１には、排気の一部を吸気系６に適宜還流させる排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。また、このＥＧＲ通路８にはＥＧＲバルブ８１とＥＧＲクーラ８２とが設けられている。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ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、外気温センサ４Ｂ、及び、外気圧センサ４Ｃなどが接続されている。

一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、サプライポンプ２１のサクションコントロールバルブ２１Ａ、インジェクタ２３、可変ノズルベーン機構５４、吸気絞り弁６４、ＥＧＲバルブ８１、及び、スワールコントロールバルブ６６などが接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、前記した各種センサからの出力、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、エンジン運転状態に基づいて燃料噴射量及び燃料噴射パターンを決定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいてエンジン回転速度を算出するとともに、アクセル開度センサ４７の検出値に基づいてアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を求め、これらエンジン回転速度及びアクセル開度に基づいて、総燃料噴射量（パイロット噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和）及び燃料噴射パターンを決定して燃料噴射制御を行う。なお、パイロット噴射及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。

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量）を調整する。さらに、ＥＣＵ１００は、可変ノズルベーン機構５４のアクチュエータを制御し、ノズルベーン５４ａ・・５４ａの開度を調整することによって過給圧を調整する。

ＥＣＵ１００のＲＯＭには、エンジン１の運転状態量及び運転条件をパラメータとして複数の理想的な熱発生率波形（基準熱発生率波形）が予め記憶されている。詳細には、予混合燃焼を対象とした理想的な熱発生率波形と、拡散燃焼を対象とした複数の理想的な熱発生率波形とがＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶されている。

さらに詳しく説明すると、ＥＣＵ１００のＲＯＭ内には、各理想的な熱発生率波形を二等辺三角形に近似させたもの（図５参照）が記憶されており、その二等辺三角形の頂点の位置から基準ピーク位置（クランク角度）を読み込むことができ、二等辺三角形の斜辺（熱発生率上昇期間での斜辺）の勾配から基準熱発生率勾配を読み込むことができる。また、二等辺三角形の立ち上がりの位置から基準熱発生率の立ち上がり時期（基準立ち上がり時期（クランク角度））を読み込むことができる。

ここでいう「理想的な熱発生率波形」とは、指令噴射量に応じた燃料噴射量、指令噴射圧力に応じた燃料噴射圧力（レール圧）、指令噴射期間に応じた燃料噴射期間が確保された状態であって、燃焼効率が十分に高い場合を想定した理論上得られるべき熱発生率波形のことである。この理想的な熱発生率波形は、エンジン１の運転状態量（エンジン回転速度やアクセル開度等）及び運転条件（冷却水温度や吸気温度等）に応じて異なるものであり、したがって、エンジン１の運転状態量及び運転条件に応じた複数の理想的な熱発生率波形がＥＣＵ１００のＲＯＭ内に予め記憶されている。各理想的な熱発生率波形は予め実験またはシミュレーション等によって求められている。なお、本発明において、理想的な熱発生率を基準熱発生率波形とも言い、理想的な熱発生率を基準熱発生率とも言う。

そして、後述するように、ＥＣＵ１００のＲＯＭ内に予め記憶（設定）されている複数の基準熱発生率波形のうち、実際のエンジン１の運転状態量及び運転条件に応じた基準熱発生率波形の基準熱発生率勾配及び基準ピーク位置（または基準立ち上がり時期）が読み出され、その基準熱発生率勾配と、実際の燃焼時における実熱発生率勾配との間の乖離が判定される。

なお、ＥＣＵ１００のＲＯＭ内に、エンジン１の運転状態量及び運転条件に応じた複数の基準熱発生率波形の基準熱発生率勾配及び基準ピーク位置（または基準立ち上がり時期）を予め記憶しておき、実際のエンジン１の運転状態量及び運転条件に応じて、それら基準熱発生率勾配及び基準ピーク位置（または基準立ち上がり時期）をＥＣＵ１００のＲＯＭから読み出すようにしてもよい。

−補正制御−
次に、ＥＣＵ１００が実行する補正制御の一例について説明する。

まず、ディーゼルエンジンにおいて、筒内（燃焼室内）の酸素量が不足すると燃焼が悪化してスモークが発生しやすくなる。このようなスモークの発生を抑制するには、燃料に対する酸素量の不足を適正に補正する必要がある。

ここで、燃料に対して酸素量が不足すると、トータルの熱発生量（熱発生効率）は変わらないが、燃焼が進行しにくくなるため（火炎伝播が緩慢になるため）、熱発生率勾配の途中（実熱発生率が立ち上がった後）で実熱発生率の勾配が緩慢化し、当該実熱発生率勾配と基準熱発生率勾配との間に乖離が生じるようになる（図５参照）。したがって、熱発生率勾配の途中で実熱発生率波形と基準熱発生率勾配とが乖離した場合、燃料に対して酸素量が不足している状態であると言える。こうした知見に基づいて、本実施形態では、熱発生率の立ち上がり後において基準熱発生率勾配と実熱発生率勾配との間に所定量以上の乖離が生じている場合、その乖離をなくす方向にエンジン１の制御パラメータを補正することで、燃料に対する酸素量の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。

そのような補正制御の具体的な例について図４のフローチャートを参照して説明する。この図４に示すフローチャートは、ＥＣＵ１００において、エンジン１が始動した後、いずれかの気筒で燃焼行程が行われる毎に実行される。なお、この例では、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼を対象としている。

図４のフローチャートが開始されると、ステップＳＴ１０１において、エンジン１の運転状態量及び運転条件を取得する。エンジン１の運転状態量としては、クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転速度、アクセル開度センサ４７により検出されるアクセル開度（エンジン負荷）、筒内圧センサ４Ａによって検出される筒内圧力などが挙げられる。エンジン１の運転条件としては、水温センサ４６により検出される冷却水温度、吸気温センサ４９により検出される吸気温度などが挙げられる。

次に、ステップＳＴ１０２において基準熱発生率勾配Ｓｂ及び基準ピーク位置Ｐｂ（図５参照）を読み込む。具体的には、ＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶されている複数の基準熱発生率波形のうち、ステップＳＴ１０１で取得したエンジン１の運転状態量及び運転条件に応じた基準熱発生率波形（予混合燃焼及び拡散燃焼の両方の基準熱発生率波形）を読み出し、その予混合燃焼及び拡散燃焼の各々の基準熱発生率波形の基準熱発生率勾配Ｓｂ及び基準ピーク位置Ｐｂを読み込む。

ステップＳＴ１０３では実熱発生率を算出する。この実熱発生率は、筒内圧センサ４Ａによって検出される筒内圧力の変化に基づいて求められる。具体的には、気筒内での熱発生率と筒内圧力との間には相関がある（熱発生率が高いほど筒内圧力は高くなる）ので、この筒内圧センサ４Ａによって検出される筒内圧力の変化（推移）から実熱発生率を算出する。この実熱発生率は、例えば、燃焼開始時から燃焼終了時までの期間にわたって逐次算出される。このステップ１０３の処理により図５に示すような実熱発生率が得られる。なお、このステップＳＴ１０３の処理を実行するＥＣＵ１００及び筒内圧センサ４Ａ等が本発明で言う「実熱発生率取得手段」に相当する。

ステップＳＴ１０４では着火遅れ（期間）を算出する。この着火遅れについては、筒内圧センサ４Ａ及びクランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて、メイン噴射の燃料噴射開始時から実熱発生率が立ち上がるまで（燃焼開始まで）の期間（クランク角度）を算出すればよい。

ステップＳＴ１０５では、上記ステップＳＴ１０４で算出した着火遅れの算出結果に基づいて、燃焼が予混合燃焼または拡散燃焼のいずれであるのかを判定する。例えば、ステップＳＴ１０４で算出した着火遅れが所定値（予混合燃焼と拡散燃焼とを判別する閾値（予め実験またはシミュレーションで求めた値））以上である場合は予混合燃焼であると判定し、着火遅れが所定値未満である場合は拡散燃焼であると判定する。そして、予混合燃焼と判定した場合、上記ステップＳＴ１０２において予混合燃焼の基準熱発生率波形から読み込んだものを、基準熱発生率勾配Ｓｂ及び基準ピーク位置Ｐｂと確定する。一方、拡散燃焼と判定した場合、上記ステップＳＴ１０２において拡散燃焼の基準熱発生率波形から読み込んだものを、基準熱発生率勾配Ｓｂ及び基準ピーク位置Ｐｂと確定する。

ステップＳＴ１０６では、上記ステップＳＴ１０５で確定した基準熱発生率勾配Ｓｂ（基準熱発生率の立ち上がり後の基準熱発生率勾配）と、ステップＳＴ１０３において算出している実熱発生率の勾配Ｓｒ（実熱発生率の立ち上がり後の実熱発生率勾配）との間に乖離が生じているか否かを判定する。具体的には、ステップＳＴ１０５で確定した基準熱発生率勾配Ｓｂと、ステップＳＴ１０３において算出している実熱発生率の勾配Ｓｒとの差｜Ｓｂ−Ｓｒ｜を算出し、その算出した勾配差｜Ｓｂ−Ｓｒ｜が所定値Ｔｈ以上になったときに、熱発生率勾配に乖離（所定量以上の乖離）が生じていると判定し（ステップＳＴ１０６：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１０７に進む。

一方、ステップＳＴ１０６の処理において、燃焼開始時（熱発生率の立ち上がり時）Ｔｂから基準ピーク位置Ｐｂまでの期間において基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの勾配差が上記所定値Ｔｈ未満である場合は、ステップＳＴ１０６の判定結果が否定判定（Ｎｏ）となり、下記の補正処理（レール圧補正量ΔＰｃｒの算出処理）等は行わずに、今回の処理を終了する。

なお、ステップＳＴ１０６の乖離判定に用いる所定値Ｔｈについては、例えば、基準熱発生率勾配Ｓｂに対する実熱発生率勾配Ｓｒの低下（緩慢化）の許容範囲（燃料に対する酸素量の不足に起因するスモークが発生しない範囲）の限界値を予め実験またはシミュレーションによって取得しておき、その限界値を基に設定した値を設定する。

ステップＳＴ１０７では、基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとが乖離する時期（熱発生率勾配乖離時期α（クランク角度））を算出する。具体的には、上記した勾配差｜Ｓｂ−Ｓｒ｜が所定値Ｔｈ以上になった時点（勾配乖離を判定した時点）のクランク角度をクランクポジションセンサ４０の検出値から算出し、その算出したクランク角度を熱発生率勾配乖離時期αとする（図５参照）。

ステップＳＴ１０８では、ステップＳＴ１０５で確定した基準ピーク位置Ｐｂ（クランク角度）とステップＳＴ１０７で算出した熱発生率勾配乖離時期α（クランク角度）とのクランク角度差｜Ｐｂ−α｜を算出する。

ステップＳＴ１０９では、ステップＳＴ１０８で算出したクランク角度差｜Ｐｂ−α｜に基づいてレール圧補正量マップを参照してレール圧補正量（増圧補正量）ΔＰｃｒを算出する。レール圧補正量マップは、上記クランク角度差｜Ｐｂ−α｜をパラメータとして、基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの間の乖離がなくなるようなレール圧補正量ΔＰｃｒ（燃料に対する酸素量の不足を解消することが可能なレール圧補正量）を予め実験またはシミュレーションによって求めたものをマップ化したものであって、ＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶されている。このレール圧補正量マップにあっては、燃料に対する酸素量不足が大きいほど実熱発生率勾配の緩慢化が速くなって上記熱発生率勾配乖離時期αが早期になる点を考慮し、上記クランク角度差｜Ｐｂ−α｜が大きいほど（基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの乖離時期αが基準ピーク位置Ｐｂから離れているほど）、レール圧補正量ΔＰｃｒが大きくなるように設定されている。なお、レール圧補正量ΔＰｃｒは演算式によって算出するようにしてもよい。

ステップＳＴ１１０では、エンジン１の運転状態量（エンジン回転速度やアクセル開度等）に基づいてマップ等を参照して目標レール圧を算出し、その目標レール圧に上記ステップＳＴ１０９で算出したレール圧補正量ΔＰｃｒを加算して最終レール圧を算出する。そして、このようにして算出した最終レール圧（最終レール圧＞目標レール圧）に実レール圧（レール圧センサ４１にて検出されるレール圧）が一致するように、サプライポンプ２１のサクションコントロールバルブ２１Ａを制御する（ステップＳＴ１１１）。このようにレール圧を高くする補正制御を行うことにより、噴霧状態が良くなって燃料と酸素との混合状態が良好になるので、燃料に対する酸素量の不足を解消することができる。この補正制御は、対象とした気筒の次回の燃焼行程に際しての燃料噴射時に行うようにしてもよいし、前記対象とした気筒の燃焼行程の次に燃焼行程を迎える他の気筒における燃料噴射時に行うようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、熱発生率立ち上がり後の基準熱発生率勾配Ｓｂと、熱発生率立ち上がり後の実熱発生率勾配Ｓｒとの間に乖離が生じている場合、その基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの間の乖離をなくす方向にレール圧を補正しているので、燃料に対する酸素量の不足を解消することができ、スモークの発生を抑制することができる。

しかも、本実施形態では、基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの乖離時期αが基準ピーク位置Ｐｂから離れているほど、つまり、燃料に対する酸素量不足が大きいほどレール圧の補正量を大きくしているので、燃料に対する酸素量の不足を精度良く補正することができ、スモークの発生をより効果的に抑制することができる。

−補正制御の他の例−
次に、ＥＣＵ１００が実行する補正制御の他の例について図６のフローチャートを参照して説明する。この図６に示すフローチャートは、ＥＣＵ１００において、エンジン１が始動した後、いずれかの気筒で燃焼行程が行われる毎に実行される。なお、この例においても、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼を対象としている。

まず、ステップＳＴ２０１において、上記した図４のステップＳＴ１０１と同様に、エンジン１の運転状態量及び運転条件を取得する。ステップＳＴ２０２において、上記ステップＳＴ１０２と同様な処理により、基準熱発生率勾配Ｓｂ及び基準立ち上がり時期Ｔｂ（図５参照）を読み込む。ステップＳＴ２０３において、上記ステップＳＴ１０３と同様な処理により実熱発生率を算出する。ステップＳＴ２０４において、上記ステップＳＴ１０４と同様な処理により着火遅れ（期間）を算出する
ステップＳＴ２０５では、上記ステップＳＴ２０４で算出した着火遅れの算出結果に基づいて、上記ステップＳＴ１０５と同様な処理により、燃焼が予混合燃焼または拡散燃焼のいずれであるのかを判定する。予混合燃焼と判定した場合、上記ステップＳＴ２０２において予混合燃焼の基準熱発生率波形から読み込んだものを、基準熱発生率勾配Ｓｂ及び基準立ち上がり時期Ｔｂと確定する。一方、拡散燃焼と判定した場合、上記ステップＳＴ２０２において拡散燃焼の基準熱発生率波形から読み込んだものを、基準熱発生率勾配Ｓｂ及び基準立ち上がり時期Ｔｂと確定する。

ステップＳＴ２０６では、上記ステップＳＴ１０６と同様な処理により、基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率の勾配Ｓｒとの間に乖離が生じているか否かを判定し、その判定結果が肯定判定（Ｙｅｓ）である場合（勾配乖離が生じている場合）はステップＳＴ２０７に進む。一方、ステップＳＴ２０６の処理において、燃焼開始時Ｔｂから基準ピーク位置Ｐｂまでの期間において基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの勾配差が上記所定値Ｔｈ未満である場合は、ステップＳＴ２０６の判定結果が否定判定（Ｎｏ）となり、下記の補正処理（レール圧補正量ΔＰｃｒの算出処理）等は行わずに、今回の処理を終了する。

ステップＳＴ２０７では、上記ステップＳＴ１０７と同様な処理により、熱発生率勾配乖離時期α（クランク角度）を算出する。

ステップＳＴ２０８では、ステップＳＴ２０５で確定した基準立ち上がり時期Ｔｂ（クランク角度）とステップＳＴ２０７で算出した熱発生率勾配乖離時期α（クランク角度）とのクランク角度差｜Ｔｂ−α｜を算出する。

ステップＳＴ２０９では、ステップＳＴ２０８で算出したクランク角度差｜Ｔｂ−α｜に基づいてレール圧補正量マップを参照してレール圧補正量（増圧補正量）ΔＰｃｒを算出する。レール圧補正量マップは、上記クランク角度差｜Ｔｂ−α｜をパラメータとして、基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの乖離がなくなるようなレール圧補正量ΔＰｃｒ（燃料に対する酸素量の不足を解消することが可能なレール圧補正量）を予め実験またはシミュレーションによって求めたものをマップ化したものであって、ＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶されている。この例のレール圧補正量マップにあっては、燃料に対する酸素量不足が大きいほど実熱発生率勾配の緩慢化が速くなって上記熱発生率勾配乖離時期αが早期になる点を考慮し、上記クランク角度差｜Ｔｂ−α｜が小さいほど（基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの乖離時期αが基準立ち上がり時期Ｔｂに近いほど）、レール圧補正量ΔＰｃｒが大きくなるように設定されている。なお、レール圧補正量ΔＰｃｒは演算式によって算出するようにしてもよい。

ステップＳＴ２１０では、エンジン１の運転状態量（エンジン回転速度やアクセル開度等）に基づいてマップ等を参照して目標レール圧を算出し、その目標レール圧に上記ステップＳＴ２０９で算出したレール圧補正量ΔＰｃｒを加算して最終レール圧を算出する。そして、このようにして算出した最終レール圧（最終レール圧＞目標レール圧）に実レール圧（レール圧センサ４１にて検出されるレール圧）が一致するように、サプライポンプ２１のサクションコントロールバルブ２１Ａを制御する（ステップＳＴ２１１）。このようにレール圧を高くする補正制御を行うことにより、噴霧状態が良くなって燃料と酸素との混合状態が良好になるので、燃料に対する酸素量の不足を解消することができる。この補正制御は、対象とした気筒の次回の燃焼行程に際しての燃料噴射時に行うようにしてもよいし、前記対象とした気筒の燃焼行程の次に燃焼行程を迎える他の気筒における燃料噴射時に行うようにしてもよい。

この実施形態においても、熱発生率立ち上がり後の基準熱発生率勾配Ｓｂと、熱発生率立ち上がり後の実熱発生率勾配Ｓｒとの間に所定量以上の乖離が生じている場合、その基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの間の乖離をなくす方向にレール圧を補正しているので、燃料に対する酸素量の不足を解消することができ、スモークの発生を抑制することができる。

また、この実施形態においても、基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの乖離時期αが基準立ち上がり時期Ｔｂに近いほど、つまり、燃料に対する酸素量の不足が大きいほどレール圧の補正量を大きくしているので、燃料に対する酸素量の不足を精度良く補正することができ、スモークの発生をより効果的に抑制することができる。

以上の各実施形態では、熱発生率立ち上がり後の基準熱発生率勾配Ｓｂと、熱発生率立ち上がり後の実熱発生率勾配Ｓｒとの間に所定量以上の乖離が生じている場合、その両者間の乖離をなくす方向にレール圧を補正しているが、本発明はこれに限られることなく、基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの間の乖離をなくす方向にメイン噴射量を補正するようにしてもよい。

この場合、例えば、上記クランク角度差（｜Ｐｂ−α｜または｜Ｔｂ−α｜）をパラメータとして、基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの間の乖離（勾配差）がなくなるようなメイン噴射量の補正量（燃料に対する酸素量の不足を解消することが可能なメイン噴射量の減量補正量）が設定されたマップ（予め実験またはシミュレーションによって設定されたマップ）または演算式等を用いてメイン噴射量を減量補正するようにする。そして、このようにしてメイン噴射量を少なくすることにより、燃料に対する酸素量の不足が解消されて、スモークの発生を抑制することができる。なお、総燃料噴射量を確保するために、メイン噴射量を減量した分の燃料噴射量はパイロット噴射やアフタ噴射に振り分けるようにする。

また、このようなメイン噴射量の補正と上記したレール圧の補正とを組み合わせて実行するようにしてもよい。

−従来技術との比較−
ここで、実熱発生率と基準熱発生率とを用いてエンジンの制御パラメータを補正する技術として、特許文献２（特開2011-085061号公報）に記載の技術がある。この特許文献２に記載の技術では、筒内圧センサによって燃焼室内の圧力の推移を検出し、その圧力の推移に基づいて実ピーク位置（燃焼室内における実熱発生率のピークに対応するクランク角度）を求め、この実ピーク位置のずれ量（定常運転状態における基準熱発生率のピーク位置に対するずれ量）を算出する。そして、その実ピーク位置のずれ量に対応する酸素濃度ずれ量に基づいて燃料噴射量を補正している。

しかしながら、このような従来技術では、燃料に対する酸素量の不足が生じて燃焼が緩慢となり、例えば、実熱発生率の勾配がフラットになった場合（勾配がほぼ０になった場合）、実熱発生率のピーク位置を精度よく検出することができなくなる。また、実際の熱発生率のピーク位置とは大きく異なる位置を実ピーク位置と誤検出する場合があって、補正を適正に行えない場合がある。

これに対し、本発明（本実施形態）では、燃料に対する酸素量の不足が生じた場合に必ず現れる現象、つまり、燃料に対して酸素量が不足すると、熱発生率勾配の途中（実熱発生率が立ち上がった後）において実熱発生率勾配が基準熱発生率勾配から乖離するという現象をとらえて、その乖離をなくす方向にエンジンの制御パラメータ（レール圧及びメイン噴射量の少なくとも一方）を補正しているので、燃料に対する酸素量不足を精度良く補正することができ、スモークの発生を効果的に抑制することができる。

−補正制御の別の例−
次に、ＥＣＵ１００が実行する補正制御の別の例について図７及び図８のフローチャートを参照して説明する。この図７及び図８に示すフローチャートは、ＥＣＵ１００において例えば１燃焼サイクル毎に実行される。なお、この例においても、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼を対象としている。

図７に示すステップＳＴ３０１〜ステップＳＴ３０５の各処理は、上記した図４のフローチャートのステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１０５の各処理と同等であるので、その詳細な説明は省略する。ただし、ステップＳＴ３０３において実熱発生率を算出する処理は各気筒毎に実行する。

ステップＳＴ３０６では、上記ステップＳＴ１０６と同様な処理により、基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率の勾配Ｓｒとの間に乖離が生じているか否かを判定する。ここでは、全ての気筒（４つの気筒）において上記熱発生率勾配乖離が生じている場合に、熱発生率勾配に乖離が生じていると判定し（ステップＳＴ３０６：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ３０７に進む。一方、ステップＳＴ３０６の判定結果が否定判定（Ｎｏ）である場合、下記の補正処理（乖離時期の気筒間ばらつき補正処理及び上記レール圧補正量ΔＰｃｒの算出処理）等は行わずに、今回の処理を終了する。なお、ステップＳＴ３０６において、例えば３つ以上の気筒において上記実熱発生率勾配が乖離している場合に、上記熱発生率勾配乖離が生じていると判定してもよい。

ステップＳＴ３０７では、上記ステップＳＴ１０７と同様な処理により熱発生率勾配乖離時期α（クランク角度）を各気筒毎に算出する。このステップＳＴ３０７での処理により、例えば、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すような熱発生率勾配乖離時期α１，α２，α３，α４が算出される。

ステップＳＴ３０８では、ステップＳＴ３０７で算出した各気筒の熱発生率勾配乖離時期α１，α２，α３，α４（クランク角度）の平均値（加算平均値）α_AVEを算出する。さらに、各気筒の熱発生率勾配乖離時期α１，α２，α３，α４の平均値α_AVEに対するばらつき量Δα１，Δα２，Δα３，Δα４（図１０参照）を算出する。なお、例えば３つの気筒において熱発生率勾配乖離が発生している場合、それら３つの気筒筒の熱発生率勾配乖離時期の平均値を算出するようにしてもよい。

ステップＳＴ３０９では、各気筒のスワールコントロールバルブ６６の各開度の補正量（ＳＣＶ開度補正量）を算出する。具体的には、ステップＳＴ３０８で算出した各気筒のばらつき量（平均値α_AVEに対するずれ量）Δα１，Δα２，Δα３，Δα４に基づいて、全ての気筒の熱発生率勾配乖離時期が平均値α_AVE（同一時期）となるようなＳＣＶ開度補正量（気筒間補正量）を各気筒毎に算出する。

例えば、図１０に示すように、熱発生率勾配乖離時期α２のように、乖離時期が平均値α_AVEに対して負側（基準ピークの反対側）にずれている場合、そのずれ量Δα２が小さくなるように燃焼室３内のスワール速度を高くするＳＣＶ開度補正量（ＳＣＶ開度を小さくする補正量）を算出する。スワール速度を高くすると、燃料と酸素との混合が促進されて発生率勾配乖離時期α２が平均値α_AVEに一致するようになる。一方、例えば、熱発生率勾配乖離時期α１のように、乖離時期が平均値α_AVEに対して正側（基準ピーク側）にずれている場合、そのずれ量Δα１が小さくなるように燃焼室３内のスワール速度を低くするＳＣＶ開度補正量（ＳＣＶ開度を大きくする補正量）を算出する。スワール速度を低くすると、燃料と酸素との混合が抑制されて発生率勾配乖離時期α１が平均値α_AVEに一致するようになる。また、熱発生率勾配乖離時期α３，α４についても同様にしてＳＣＶ開度補正量を算出する。

なお、上記熱発生率勾配乖離時期のずれ量を解消するためのＳＣＶ開度補正量は、予め実験またはシミュレーションによって求められており、そのずれ量とＳＣＶ開度補正量との関係が規定されたマップ（または演算式）に基づいて、上記したＳＣＶ開度補正量を算出することができる。

ステップＳＴ３１０では、エンジン１の運転状態量（エンジン回転速度やアクセル開度等）に基づいてマップ等を参照して目標ＳＣＶ開度を算出し、その目標ＳＣＶ開度に上記ステップＳＴ３０９で算出した各気筒毎のＳＣＶ開度補正量を加算して各気筒毎の最終ＳＣＶ開度を算出する。そして、このようにして算出した各最終ＳＣＶ開度に基づいて各気筒のスワールコントロールバルブ６６を制御する（ステップＳＴ３１４）。このような補正制御により、気筒間の熱発生率勾配乖離時期のばらつきを補正することができる。この補正制御は、例えば次回の燃焼サイクル（各気筒の吸気行程）において実行する。

次に、図８のステップＳＴ３１１では、ステップＳＴ３０５で確定した基準ピーク位置Ｐｂ（クランク角度）とステップＳＴ３０８で算出した熱発生率勾配乖離時期の平均値α_AVE（クランク角度）とのクランク角度差｜Ｐｂ−α_AVE｜を算出する。

ステップＳＴ３１２では、ステップＳＴ３１１で算出したクランク角度差｜Ｐｂ−α_AVE｜に基づいてレール圧補正量マップを参照してレール圧補正量（増圧補正量）ΔＰｃｒを算出する。このレール圧補正量マップとしては、例えば、上記した図４のステップＳＴ１０８で用いたレール圧補正量マップと同等のマップを用いる。なお、レール圧補正量ΔＰｃｒは演算式によって算出するようにしてもよい。

ステップＳＴ３１３では、エンジン１の運転状態量（エンジン回転速度やアクセル開度等）に基づいてマップ等を参照して目標レール圧を算出し、その目標レール圧に上記ステップＳＴ３１２で算出したレール圧補正量ΔＰｃｒを加算して最終レール圧を算出する。そして、このようにして算出した最終レール圧（最終レール圧＞目標レール圧）に実レール圧（レール圧センサ４１にて検出されるレール圧）が一致するように、サプライポンプ２１のサクションコントロールバルブ２１Ａを制御する（ステップＳＴ３１４）。このようにレール圧を高くする補正制御を行うことにより、噴霧状態が良くなって燃料と酸素との混合状態が良好になるので燃料に対する酸素量の不足を解消することができる。この補正制御は、例えば次回の燃焼サイクル（各気筒の燃料噴射時）において実行する。

この実施形態では、基準ピーク位置Ｐｂ熱発生率勾配乖離時期の平均値α_AVEとのクランク角度差｜Ｐｂ−α_AVE｜を算出してレール圧補正量ΔＰｃを算出しているが、上記したように、基準立ち上がり時期Ｔｂと熱発生率勾配乖離時期αとのクランク角度差｜Ｔｂ−α｜を算出してレール圧補正量ΔＰｃを算出するようにしてもよい。

この実施形態では、各気筒における熱発生率勾配乖離時期のばらつきを、スワールコントロールバルブ６６のＳＣＶ開度（スワール速度）を補正するようにしているが、これに限定されず、各気筒のメイン噴射量を補正するようにしてもよいし、また、これらＳＣＶ開度補正とメイン噴射量補正とを組み合わせて実行するようにしてもよい。メイン噴射量を補正する場合、上記した平均値α_AVEに対するずれ量が負側にある場合、そのずれ量に応じてメイン噴射量を減量補正し、当該ずれ量が正側にある場合、そのずれ量に応じてメイン噴射量を増量補正すればよい。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、以上の実施形態では、基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとが乖離した時期と基準ピーク位置（または基準立ち上がり時期）とに基づいて補正を行っているが、本発明はこれに限定されない。例えば、基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとが乖離したことを判定した時点から所定の一定期間が経過した時点（基準ピーク位置に到達するまでの時点）での基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの差（乖離量）を算出し、その乖離量が大きいほどレール圧及びメイン噴射量の少なくとも一方の補正量を大きくするという補正を行うようにしてもよい。

以上の実施形態では、基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの勾配差｜Ｓｂ−Ｓｒｔ｜に基づいて基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの間の乖離を判定しているが、本発明はこれに限られることなく、例えば、基準熱発生率勾配Ｓｂと実熱発生率勾配Ｓｒとの比（Ｓｂ／ＳｒまたはＳｒ／Ｓｂ）に基づいて上記勾配の乖離を判定するようにしてもよい。

以上の実施形態では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ２３を適用したエンジン１について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンへの適用も可能である。

以上の実施形態では、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。また、本発明は軽油を燃料とするディーゼルエンジンに限らず、他の燃料を使用するエンジンに対しても適用が可能である。

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関において、燃料に対する酸素量不足に起因する燃焼の悪化を抑制する制御に有効に利用することができる。

１ エンジン（内燃機関）
２１ サプライポンプ
２１Ａ サクションコントロールバルブ
２３ インジェクタ（燃料噴射弁）
４Ａ 筒内圧センサ
６６ スワールコントロールバルブ
１００ ＥＣＵ
Ｓｂ 基準熱発生率勾配
Ｓｒ 実熱発生率勾配
Ｐｂ 基準ピーク位置
Ｔｂ 基準立ち上がり時期

Claims (5)

1. 気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁を有する内燃機関の制御装置であって、
   燃焼時における実熱発生率を取得する実熱発生率取得手段を備え、
   予め設定された基準熱発生率の立ち上がり後の基準熱発生率勾配と、前記実熱発生率取得手段にて取得される実熱発生率の立ち上がり後の実熱発生率勾配との間に所定量以上の乖離が生じている場合、その乖離をなくす方向にレール圧及びメイン噴射量の少なくとも一方を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
   前記基準熱発生率勾配と実熱発生率勾配との間に乖離が生じる時期を求め、その乖離時期が、前記基準熱発生率が最大となる基準ピーク時期から離れているほど、前記レール圧及びメイン噴射量の少なくとも一方の補正量を大きくすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
   前記基準熱発生率勾配と実熱発生率勾配との間に乖離が生じる時期を求め、その乖離時期が、前記基準熱発生率の立ち上がり時期に近いほど、前記レール圧及びメイン噴射量の少なくとも一方の補正量を大きくすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
   当該内燃機関は複数の気筒を有するものであって、前記基準熱発生率と実熱発生率勾配との間に乖離が生じている場合、その乖離時期を各気筒毎に求め、当該各気筒の乖離時期が同一時期となるように、各気筒に対して設けられたスワールコントロールバルブの開度及び各気筒のメイン噴射量の少なくとも一方を補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項４記載の内燃機関の制御装置において、
   前記複数の気筒の乖離時期の平均値を求め、各気筒の乖離時期が前記平均値となるように前記各気筒のスワールコントロールバルブの開度及びメイン噴射量の少なくとも一方を補正する補正と、
   前記乖離時期の平均値が基準ピーク時期から離れているほど前記レール圧及びメイン噴射量の少なくとも一方の補正量を大きくする補正、または、前記平均値が前記基準熱発生率の立ち上がり時期に近いほど前記レール圧及びメイン噴射量の少なくとも一方の補正量を大きくする補正のいずれか一方の補正と、
   を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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