KR20160007556A

KR20160007556A - 내연 기관의 제어 장치

Info

Publication number: KR20160007556A
Application number: KR1020157034585A
Authority: KR
Inventors: 히로시 오야기; 가즈야스 이와타; 아키라 야마시타
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2013-06-05
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2016-01-20
Also published as: CN105264206A; WO2014196035A1; JPWO2014196035A1; BR112015030654A2; RU2015152132A; US20160123264A1; EP3006705A1; EP3006705A4

Abstract

본 발명의 실시 형태에 관한 내연 기관의 제어 장치(본 장치)는, 적어도 기관(10)의 부하가 제1 임계값 Pem1로부터 제2 임계값 Pem2까지의 범위 내에 있는 경우에는 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 부하에 관계없이 일정 크랭크 각도 θa와 동등해지도록, 또한 기관의 부하가 제2 임계값 Pem2보다도 큰 범위에 있는 경우에는 기관의 부하가 커질수록 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 일정 크랭크 각도 θa보다도 지각측의 범위에 있어서 보다 지각측의 값으로 변화하도록, 혼합기의 연소 상태를 변화시킨다. 연소 상태는, 예를 들어 연료의 메인 분사의 시기, 연료 분사압(커먼레일압), 파일럿 분사의 분사량·시기·횟수, 과급압 및 EGR량 등의 연소 파라미터 중 하나 이상에 의해 변화하게 된다.

Description

내연 기관의 제어 장치 {CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관에 공급되는 연료(혼합기)의 연소 상태를 제어하는 제어 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 디젤 기관 등의 내연 기관(이하, 간단히「기관」이라고도 호칭함)의 운전 시, 혼합기의 연소에 의해 발생하는 에너지의 일부는 크랭크 샤프트를 회전시키는 일로 변환되지만, 나머지는 손실로 된다. 이 손실에는, 냉각 손실, 배기 손실, 흡기 및 배기에 수반하여 발생하는 펌프 손실, 및 기계 저항 손실 등이 포함된다. 이 중, 냉각 손실 및 배기 손실은, 손실 전체에 대하여 큰 비율을 차지한다. 따라서, 내연 기관의 연비를 개선시키기 위해서는 냉각 손실 및 배기 손실을 감소시키는 것이 유효하다.

그러나 일반적으로, 냉각 손실과 배기 손실은 상반된 관계에 있다. 즉, 냉각 손실을 저하시키면 배기 손실이 증가하고, 배기 손실을 저하시키면 냉각 손실이 증가한다. 따라서, 냉각 손실과 배기 손실의 합이 최소가 되는 연소 상태를 실현할 수 있으면, 기관의 연비는 대폭으로 개선된다.

그런데 연소 상태는 연료 분사 시기 및 과급압 등의「연소 상태에 영향을 미치는 많은 파라미터」에 따라서 변화된다. 이하, 연소 상태에 영향을 미치는 파라미터는, 간단히「연소 파라미터」라고도 호칭된다. 그런데 복수의 연소 파라미터가 각 운전 상태에 대하여 적절한 값(조합)이 되도록, 각 연소 파라미터를 실험 및 시뮬레이션 등에 의해 미리 구하는 것은 용이하지 않고, 또한 막대한 적합 시간을 필요로 한다. 그로 인해, 연소 파라미터를 체계적으로 결정하는 방법이 제안되어 오고 있다.

예를 들어, 종래의 제어 장치 중 하나(이하,「종래 장치」라고도 호칭함)는,「1회의 연소 행정 중에 발생하는 총 열량 중, 그 절반의 열량이 발생한 시점의 크랭크 각도(이하,「연소 무게 중심 각도」라고 호칭함)」를 산출한다. 또한, 종래 장치는 그 연소 무게 중심 각도와 소정의 기준값이 괴리되어 있는 경우, 연료 분사 시기를 보정함으로써, 또는 EGR율을 조정해서 연소실(기통) 내의 산소 농도를 조절함으로써, 연소 무게 중심 각도를 기준값과 일치시키고 있다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조).

일본 특허 공개 제2011-202629호 공보

예를 들어 디젤 기관에 있어서는, 하나의 사이클의 연소에 대하여 연료를 복수회 분사하는 다단 분사가 행하여지는 경우가 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 디젤 기관에 있어서는, 메인 분사에 앞서 파일럿 분사가 행하여지고, 이어서 메인 분사가 행해지는 경우가 있다. 또한, 메인 분사 후에 애프터 분사가 행하여지는 경우가 있다.

파일럿 분사와 메인 분사가 행하여지는 경우의 크랭크 각도와 열 발생률의 관계는, 예를 들어 도 8의 (A)의 곡선 C1에 의해 나타낸 파형에 의해 표현된다. 열 발생률이라 함은, 단위 크랭크 각도(크랭크 샤프트의 회전 위치의 단위 변화량)당 혼합기의 연소에 의해 발생하는 열의 양, 즉 단위 크랭크 각도당의 열 발생량이다. 이 파형은, 이하「연소 파형」이라고도 호칭된다. 도 8의 (A)에 나타낸 파형은, 크랭크 각도 θ1에서 개시되는 파일럿 분사에 의해 극대값 Lp를 취하고, 크랭크 각도 θ2에서 개시되는 메인 분사에 의해 극대값 Lm을 취하고 있다.

또한, 도 8의 (B)는 크랭크 각도와,「곡선 C1에 의해 나타내는 연소에 의해 발생한 열량의 적산값의, 총 발생 열량에 대한 비율(발열량 비율)」의 관계를 나타내고 있다. 도 8의 (B)에 나타낸 예에 있어서, 전술한 연소 무게 중심 각도(발열량 비율이 50%가 되는 크랭크 각도)는 크랭크 각도 θ3이다.

이에 반해, 도 9의 (A)에 실선 C2에 의해 나타낸 바와 같이, 파일럿 분사의 개시 시기만이 크랭크 각도 θ1로부터 크랭크 각도 θ0으로 Δθ만큼 진각측으로 이동된 경우, 파일럿 분사의 연료 연소에 의해 발열이 시작되는 크랭크 각도(발열 개시 각도, 연소 개시 크랭크 각도)는 Δθ만큼 진각측으로 이동한다. 그러나 도 8의 (A) 및 도 9의 (A)에 나타낸 연소에 있어서는, 연소 무게 중심 각도는 메인 분사의 연료 연소가 개시된 후(크랭크 각도 θ2 이후)이다. 따라서, 곡선 C2에 의해 나타내는 연소에 대한 발열량 비율을 나타낸 도 9의 (B)로부터 이해되는 바와 같이, 연소 무게 중심 각도는 크랭크 각도 θ3의 상태 그대로이며 변화하지 않는다. 즉, 파일럿 분사 시기가 진각측으로 이동함으로써 연소 파형이 변화하어도, 연소 무게 중심 각도가 변화하지 않는 경우가 있다. 환언하면, 연소 무게 중심 각도는 반드시 각 사이클의 연소 상태를 정확하게 반영하는 지표값은 아니다.

실제로, 발명자는「연소 무게 중심 각도와 연비 악화율의 관계」를 다양한「기관 부하 및 기관 회전 속도」에 대하여 측정하였다. 그 측정 결과를 도 10에 도시한다. 도 10의 곡선 Hb1 내지 곡선 Hb3은, 각각 저회전 속도 또한 저부하, 중회전 속도 또한 중부하 및 고회전 속도 또한 고부하인 경우의 측정 결과이다. 도 10으로부터 이해되는 바와 같이, 발명자는 기관 부하 및/또는 기관 회전 속도가 상이하면, 연비 악화율이 최소가 되는 연소 무게 중심 각도(연비가 최선이 되는 연소 무게 중심 각도)도 상이하다는 지견을 얻었다. 환언하면, 연소 무게 중심 각도가 일정한 기준값에 일치하도록 연소 상태가 제어되었다고 해도, 기관 부하 및/또는 기관 회전 속도가 상이하면 연비 악화율이 최소가 되지 않는 것이 판명되었다.

따라서, 발명자는 연소 상태를 나타내는 지표값으로서, 종래의 연소 무게 중심 각도 대신에「열 발생률 무게 중심 위치」에 착안하였다. 이 열 발생률 무게 중심 위치는, 이하에 설명하는 바와 같이 다양한 방법에 의해 정의된다. 열 발생률 무게 중심 위치는, 크랭크 샤프트 회전 위치(즉, 크랭크 각도)로 표현된다.

(정의 1) 열 발생률 무게 중심 위치 Gc는, 도 1의 (A)에 도시한 바와 같이,「크랭크 각도를 횡축에 설정하고, 또한 열 발생률(단위 크랭크 각도당의 열의 발생량)을 종축에 설정한 좌표계(그래프)」에 그려지는 열 발생률의 파형과, 상기 횡축에 의해 둘러싸이는 영역의 기하학적 무게 중심(G)에 대응하는 크랭크 각도이다.

(정의 2) 열 발생률 무게 중심 위치 Gc는, 다음의 (1)식을 충족시키는 크랭크 각도 Gc이다. 이 (1)식에 있어서, CAs는 연료의 연소가 시작되는 크랭크 각도(연소 개시 크랭크 각도)이며, CAe는 상기 연소가 끝나는 크랭크 각도(연소 종료 크랭크 각도)이다. 또한, θ는 임의의 크랭크 각도이며, dQ(θ)는 크랭크 각도 θ에 있어서의 열 발생률이다. 즉, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc는, 특정 크랭크 각도(Gc)보다도 진각측의 임의의 크랭크 각도(θ)와 상기 특정 크랭크 각도(Gc)와의 크랭크 각도 차분(Gc-θ)과, 상기 임의의 크랭크 각도에 있어서의 열 발생률[dQ(θ)]과의 곱을 크랭크 각도에 대해서 적분해서 얻어지는 값[하기 (1)의 좌변의 값]과, 상기 특정 크랭크 각도(Gc)보다도 지각측의 임의의 크랭크 각도(θ)와 상기 특정 크랭크 각도(Gc)와의 크랭크 각도 차분(θ-Gc)과, 상기 임의의 크랭크 각도에 있어서의 열 발생률[dQ(θ)]과의 곱을 크랭크 각도에 대해서 적분해서 얻어지는 값[하기 (1)의 우변의 값]이 동등해지는 특정 크랭크 각도이다.

(정의 2') 상기 (1)식을 변형하면 다음의 (2)식이 얻어진다. 따라서, 정의2에 대해서 다른 표현을 하면, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc는, 하나의 연소 행정에 대한 연소 개시 크랭크 각도로부터 연소 종료 크랭크 각도까지의 특정 크랭크 각도이며, 임의의 크랭크 각도로부터 특정 크랭크 각도를 감하여 얻어지는 값(θ-Gc)과, 상기 임의의 크랭크 각도(θ)에 있어서의 열 발생률[dQ(θ)]과의 곱(θ-Gc) dQ(θ)에 대응한 값을, 연소 개시 크랭크 각도 CAs로부터 연소 종료 크랭크 각도 CAe까지 크랭크 각도에 대해서 적분(적산)해서 얻어지는 값이「0」이 되는 특정 크랭크 각도이다.

(정의 3) 정의2 및 정의2'에 기초하면, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc는, 하기 (3)식에 준거한 연산에 의해 구해지는 크랭크 각도로 정의된다.

(정의 3')

정의 3에 기초하면, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc는,

임의의 크랭크 각도와 연소 개시 크랭크 각도의 차(A=θ-CAs)와, 상기 임의의 크랭크 각도에 있어서의 열 발생률[B=dQ(θ)]과의 곱(A·B)의 크랭크 각도에 대한 적분값[상기 (3)식의 우변 제1항의 분자]을 크랭크 각도에 대한 열 발생률의 파형에 의해 획정되는 영역의 면적[상기 (3)식의 우변 제1항의 분모]으로 나누어서 얻어지는 값에, 상기 연소 개시 크랭크 각도(CAs)를 더함으로써 얻어지는 크랭크 각도로 정의된다.

이 열 발생률 무게 중심 위치 Gc는, 예를 들어 도 1의 (A)에 나타낸 예에 있어서는 크랭크 각도 θ3이다. 또한, 도 1의 (B)에 도시한 바와 같이, 파일럿 분사의 개시 시기가 크랭크 각도 θ1로부터 Δθp만큼 진각측으로 이동되어서 크랭크 각도 θ0으로 설정되면, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc는 크랭크 각도 Δθg만큼 진각측으로 이동해서 크랭크 각도 θ3'가 된다. 이들로부터 이해되는 바와 같이, 열 발생률 무게 중심 위치는, 종래의 연소 상태의 지표값인 연소 무게 중심 각도에 비교하여 연소 상태를 보다 정확하게 반영하는 지표값이라 할 수 있다.

또한, 발명자는 다양한 기관 회전 속도와 기관의 부하(요구 토크)의 조합에 대해서 열 발생률 무게 중심 위치와 연비 악화율의 관계를 측정하였다. 그 결과를 도 2에 도시한다. 도 2의 곡선 Gc1 내지 곡선 Gc3은, 각각 저회전 속도 또한 저부하, 중회전 속도 또한 중부하 및 고회전 속도 또한 고부하의 경우의 측정 결과이다. 도 2로부터 이해되는 바와 같이, 기관 회전 속도 및 기관의 부하가 상이한 경우에도, 연비 악화율이 최소가 되는 열 발생률 무게 중심 위치는 특정한 크랭크 각도(도 2의 예에 있어서는 압축 상사점후 7°)였다. 또한, 열 발생률 무게 중심 위치가 이 특정한 크랭크 각도(예를 들어, 압축 상사점후 7°) 근방의 값(도 2의 화살표 Ar의 범위를 참조)에 있으면, 기관 회전 속도 및 기관의 부하에 상관없이 연비 악화율은 최솟값 근방의 대략 일정값이 되는 것이 이해된다.

이들로부터, 발명자는 열 발생률 무게 중심 위치는 연소 상태를 양호하게 나타내는 지표값이며, 따라서 열 발생률 무게 중심 위치를 부하 및/또는 기관 회전 속도에 관계없이 일정하게 유지함으로써 기관의 연소 상태를 특정한 상태로 유지할 수 있다는 지견을 얻었다. 또한, 발명자는 열 발생률 무게 중심 위치를「연비 악화율이 최소가 되는(즉, 냉각 손실과 배기 손실의 합이 최소가 되어, 연비가 가장 좋아지는) 일정한 목표 크랭크 각도」로 유지하면, 기관의 운전 상태(부하 및/또는 기관 회전 속도)에 따르지 않고, 기관의 연비를 용이하게 개선할 수 있다는 지견을 얻었다.

그러나 열 발생률 무게 중심 위치를 일정한 크랭크 각도로 유지한 상태에 있어서 기관의 부하가 전체 부하에 가까운 영역에 도달하면(즉, 연료 분사량을 매우 크게 하면), 연소 중에 있어서의 통내 압력의 최댓값이 허용 압력을 초과하는 경우가 있는 것이 판명되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 열 발생률 무게 중심 위치를 적절한 크랭크 각도로 제어하면서, 고부하 운전 상태에 있어서 통내 압력의 최댓값이 허용 압력을 초과하지 않도록 할 수 있는 제어 장치를 제공하는 데 있다.

이 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 내연 기관의 제어 장치(이하,「본 발명 장치」라고도 호칭함)는, 적어도 상기 기관의 부하가「제1 임계값과, 그 제1 임계값보다도 큰 제2 임계값 사이의 범위(특정 범위)」 내에 있는 경우에는, 열 발생률 무게 중심 위치가 기관의 부하에 관계없이 일정 크랭크 각도에 동등해지도록 연소 상태를 변화시킨다. 또한, 제1 임계값은 기관이 취할 수 있는 부하 중 최솟값이라도 되고, 그 최솟값보다도 큰 값이라도 된다. 또한, 연소 상태를 제어하는 것은, 연소 파라미터를 설정하는 것(즉, 연소 파라미터를 피드 포워드 제어 및/또는 피드백 제어에 의해, 기관의 운전 상태에 따른 적절한 값으로 설정·변경하는 것)과 실질적으로 같은 뜻이다.

본 발명 장치에 의하면, 적어도 기관의 부하가 상기 특정 범위 내에 있는 경우, 연소 상태를 기관의 부하에 관계없이 안정된 상태로 유지할 수 있다. 또한, 이 경우, 열 발생률 무게 중심 위치가 상기 일정 크랭크 각도가 되도록 연소 파라미터가 적합하면 되므로, 적합 공정수를 대폭으로 저감하는 것도 가능하게 된다. 덧붙여서, 상기 일정 크랭크 각도를, 상기 기관의 냉각 손실과 상기 기관의 배기 손실의 합이 최소가 되는 크랭크 각도(이하,「연비 최량 크랭크 각도」라고도 호칭함) 또는 연비 최량 크랭크 각도로부터 소정 범위(미소 범위) 내의 크랭크 각도(도 2의 화살표 Ar의 범위를 참조)로 설정하면, 적어도 기관의 부하가 상기 특정 범위 내에 있는 경우, 기관의 연비를 종래보다도 용이하게 개선할 수 있다.

또한, 본 발명 장치는 기관의 부하가「상기 제2 임계값보다도 큰 범위」에 있는 경우, 기관의 부하가 커질수록 열 발생률 무게 중심 위치가「상기 일정 크랭크 각도보다도 지각측의 범위에 있어서, 보다 지각측의 값으로 변화」되도록 연소 상태를 변화시킨다[도 3의 (A)를 참조].

열 발생률 무게 중심 위치가 지각측으로 변화하면, 연료 분사량이 일정해도 통내 압력의 최댓값은 저하된다. 따라서, 본 발명 장치에 의하면, 연소 중의 통내 압력의 최댓값이 허용 압력을 초과하지 않도록 하면서, 열 발생률 무게 중심 위치를 연소 상태를 나타내는 지표값으로서 고려한 연소 제어를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명 장치는 상기 일정 크랭크 각도가 상기 연비 최량 크랭크 각도 또는 그 근방의 크랭크 각도로 설정되어 있는 경우, 기관의 부하가 제2 임계값 이상일 때에 통내 압력의 최댓값이 허용 압력을 초과하지 않도록 하면서, 열 발생률 무게 중심 위치를 상기 연비 최량 크랭크 각도에 가능한 한 근접해지도록(즉, 배기 손실이 가능한 한 작아지도록) 연소 상태를 제어하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명 장치는 고부하 시에 있어서 통내 압력의 최댓값을 허용 압력 범위 내로 유지하면서, 연비를 개선할 수 있고, 또한 요구되는 토크를 발생시킬 수 있다. 바꾸어 말하면, 본 발명 장치는 기관 발생 토크를 목표 토크(요구 토크)로부터 저하시키지 않고, 통내 압력의 최댓값을 허용 압력 이하로 저하시킬 수 있다.

또한, 전술한 바와 같이, 본 발명 장치는 열 발생률 무게 중심 위치를 소정의 크랭크 각도(상기 일정한 크랭크 각도 또는 상기 지각측의 크랭크 각도)로 제어할 때, 그러한 열 발생률 무게 중심 위치를 실현하도록 미리 정해진 연소 파라미터를 사용하는 피드 포워드 제어를 실행해도 된다. 또한, 본 발명 장치는, 실제 열 발생률 무게 중심 위치를 추정함과 함께 그 추정한 실제 열 발생률 무게 중심 위치가 소정의 크랭크 각도(상기 일정한 크랭크 각도 또는 상기 지각측의 크랭크 각도)에 동등해지도록 연소 파라미터를 변경(보정)하는 피드백 제어를, 상기 피드 포워드 제어 대신에 또는 그에 추가하여, 실행해도 된다.

그런데 일반적으로, 기관 회전 속도가 클수록, 연료 분사를 단기간 내에 종료시킬 필요가 있고, 그로 인해 연료 분사압(예를 들어, 커먼레일 압력)을 크게 할 필요가 있다. 그 결과, 기관 회전 속도가 클수록, 통내 압력의 최댓값도 커진다. 따라서, 상기 제2 임계값(통내 압력의 최댓값을 허용 압력 이하로 하기 위해서 열 발생률 무게 중심 위치를 상기 일정한 크랭크 각도보다도 지각측의 크랭크 각도로 이동시켜야만 하는 부하의 최솟값)은 기관 회전 속도가 클수록 작아진다. 따라서, 상기 제2 임계값은 기관 회전 속도가 클수록 작아지는 것이 바람직하다.

제2 임계값이 기관 회전 속도에 대하여 일정하게 유지되고 있는 경우, 모든 기관 회전 속도에 대하여 통내 압력의 최댓값을 허용 압력 이하로 하기 위해서는, 그 제2 임계값은 기관 회전 속도가「상정되는 최고 회전 속도」근방인 경우의 값이 되므로, 기관 회전 속도가 낮은 경우에는 열 발생률 무게 중심 위치는 지각시킬 필요가 없음에도 지각되어, 그 결과 연비가 악화된다. 이에 반해, 제2 임계값이 기관 회전 속도가 클수록 작아지도록 설정되어 있으면, 기관 회전 속도가 낮은 경우에 불필요하게 열 발생률 무게 중심을 지각할 필요가 없으므로, 기관의 연비를 양호하게 할 수 있다.

또한, 기관의 부하가 상기 제2 임계값(예를 들어, 제2 임계값 중 최솟값)보다도 큰 범위의 임의의 소정 부하일 경우, 기관 회전 속도가 높을수록 열 발생률 무게 중심 위치가 보다 지각측인 크랭크 각도가 되도록 상기 연소 파라미터를 설정하는 것이 바람직하다. 이에 의해서도, 기관 회전 속도가 낮은 경우에 불필요하게 열 발생률 무게 중심을 지각할 필요가 없으므로, 기관의 연비를 양호하게 할 수 있다.

또한, 상기 제2 임계값은 요구 토크의 증대 또는 요구 출력의 증대에 수반해서 상기 연료 분사량을 증대한 경우에, 상기 열 발생률 무게 중심 위치를 지각측으로 변화시키지 않으면 상기 기관의 통내 압력의 최댓값이 허용 압력을 초과하는 부하의 값(통내 압력의 최댓값이 허용 압력을 초과하는 상태에 있어서의 기관의 부하)이라고 할 수도 있다.

또한, 본 발명 장치에 있어서, 상기 열 발생률 무게 중심 위치는 상기 기관의 부하 또는 상기 연료 분사량[즉, 액셀러레이터 페달 개방도(액셀러레이터 페달 조작량)에 상관을 갖는 값]과 기관 회전 속도에 따라서 정해지는 크랭크 각도일 수 있다. 이에 의하면, 통내 압력의 최댓값이 허용 압력을 초과하지 않도록 하면서, 연비를 개선할 수 있는 적절한 열 발생률 무게 중심 위치를 용이하게 설정할 수 있다.

본 발명의 다른 목적, 다른 특징 및 부수되는 이점은, 이하의 도면을 참조하면서 기술되는 본 발명의 각 실시 형태에 대한 설명으로부터 용이하게 이해될 것이다.

도 1은, 열 발생률 무게 중심 위치(열 발생률 무게 중심 크랭크 각도)를 설명하기 위한 그래프이며, (A)는 소정의 타이밍에서 파일럿 분사 및 메인 분사가 행하여진 경우의 연소 파형을 나타내고, (B)는 (A)에 비하여 파일럿 분사가 진각된 경우의 연소 파형을 나타낸다.
도 2는, 기관 회전 속도 및 기관의 부하 조합마다의, 열 발생률 무게 중심 위치와 연비 악화율의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 3은, 기관의 부하와 목표 열 발생률 무게 중심 위치(목표 크랭크 각도)의 관계를 나타낸 그래프이며, (A)는 기관의 부하에 따라서 목표 크랭크 각도를 추이시킨 예를 나타내고, (B)는 기관의 부하 및 기관 회전 속도에 따라서 목표 크랭크 각도를 추이시킨 예를 나타낸다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에 관한 제어 장치 및 그 제어 장치가 적용되는 내연 기관의 개략 구성도이다.
도 5는, 도 4에 도시한 제어 장치의 CPU가 실행되는 루틴을 나타낸 흐름도이다.
도 6은, 도 4에 도시한 제어 장치의 CPU가 실행되는 루틴을 나타낸 흐름도이다.
도 7은, 도 4에 도시한 제어 장치의 CPU가 실행되는 루틴을 나타낸 흐름도이다.
도 8은, 연소 무게 중심 각도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9는, 연소 무게 중심 각도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 10은, 기관 회전 속도마다 연소 무게 중심 각도와 연비 악화율의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 관한 내연 기관의 제어 장치(이하,「본 제어 장치」라고도 호칭함)에 대해서 설명한다.

(구성)

본 제어 장치는, 도 4에 도시한 내연 기관(기관)(10)에 적용된다. 기관(10)은, 다기통(본 예에서는 직렬 4 기통)·4 사이클· 피스톤 왕복 이동형·디젤 기관이다. 기관(10)은 기관 본체부(20), 연료 공급 시스템(30), 흡기 시스템(40), 배기 시스템(50) 및 EGR 시스템(60)을 포함하고 있다.

기관 본체부(20)는 실린더 블럭, 실린더 헤드 및 크랭크 케이스 등을 포함하는 본체(21)를 포함한다. 본체(21)에는, 4개의 기통(연소실)(22)이 형성되어 있다. 각 기통(22)의 상부에는 연료 분사 밸브(인젝터)(23)가 배치되어 있다. 연료 분사 밸브(23)는, 후술하는 엔진 ECU(전자 제어 유닛)(70)의 지시에 응답해서 개방하고, 기통 내에 연료를 직접 분사하도록 되어 있다.

연료 공급 시스템(30)은, 연료 가압 펌프(서플라이 펌프)(31)와, 연료 송출관(32)과, 커먼레일(축압실)(33)을 포함한다. 연료 가압 펌프(31)의 토출구는 연료 송출관(32)에 접속되어 있다. 연료 송출관(32)은 커먼레일(33)에 접속되어 있다. 커먼레일(33)은 연료 분사 밸브(23)에 접속되어 있다.

연료 가압 펌프(31)는, 도시하지 않은 연료 탱크에 저류되어 있는 연료를 퍼 올린 후에 가압하고, 그 가압된 고압 연료를 연료 송출관(32)을 통해서 커먼레일(33)로 공급하도록 되어 있다. 연료 가압 펌프(31)는 기관(10)의 크랭크 샤프트에 연동하는 구동축에 의해 작동한다. 연료 가압 펌프(31)는 ECU(70)의 지시에 응답하여, 커먼레일(33) 내의 연료의 압력(즉, 연료 분사압, 커먼레일압)을 조정할 수 있도록 되어 있다.

흡기 시스템(40)은 인테이크 매니폴드(41), 흡기관(42), 에어 클리너(43), 과급기(44)의 압축기(44a), 인터쿨러(45), 스로틀 밸브(46) 및 스로틀 밸브 액추에이터(47)를 포함하고 있다.

인테이크 매니폴드(41)는 각 기통에 접속된 지(枝)부와, 지부가 집합한 집합부를 포함한다. 흡기관(42)은 인테이크 매니폴드(41)의 집합부에 접속되어 있다. 인테이크 매니폴드(41) 및 흡기관(42)은 흡기 통로를 구성하고 있다. 흡기관(42)에는, 흡입 공기 흐름의 상류로부터 하류를 향해, 에어 클리너(43), 압축기(44a), 인터쿨러(45) 및 스로틀 밸브(46)가 순서대로 배치되어 있다. 스로틀 밸브 액추에이터(47)는, ECU(70)의 지시에 따라서 스로틀 밸브(46)의 개방도를 변경하도록 되어 있다.

인터쿨러(45)는 흡기 온도를 저하하도록 되어 있다. 인터쿨러(45)는 도시하지 않은 바이패스 통로 및 그 바이패스 통로에 개재 장착된 바이패스 밸브를 구비한다. 또한, 인터쿨러(45)는 도시하지 않은 냉각기와의 사이에서 통류하는 냉각수(냉매)량을 조정할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 인터쿨러(45)는 ECU(70)의 지시에 응답해서 바이패스 밸브의 개방도 및/또는 냉각수량을 조정함으로써, 인터쿨러(45)의 냉각 효율[인터쿨러(45)의 유입 가스의 온도와 인터쿨러(45)의 유출 가스의 온도와의 비에 의해 나타내는 효율]을 변경할 수 있도록 되어 있다.

배기 시스템(50)은, 배기 매니폴드(51), 배기관(52), 과급기(44)의 터빈(44b) 및 배기 가스 정화 장치(예를 들어, 디젤 산화 촉매 및 파티큘레이트 필터 등)(53)를 포함하고 있다.

배기 매니폴드(51)는 각 기통에 접속된 지부와, 지부가 집합한 집합부를 포함한다. 배기관(52)은 배기 매니폴드(51)의 집합부에 접속되어 있다. 배기 매니폴드(51) 및 배기관(52)은 배기 통로를 구성하고 있다. 배기관(52)에는, 배기 가스 흐름의 상류로부터 하류를 향해, 터빈(44b) 및 배기 가스 정화 장치(53)가 배치되어 있다.

과급기(44)는 주지의 가변 용량형 과급기이며, 그 터빈(44b)에는 도시하지 않은 복수의 노즐 베인(가변 노즐)이 설치되어 있다. 이 노즐 베인은, ECU(70)의 지시에 따라서 개방도가 변경되고, 그 결과, 과급압이 변경(제어)되도록 되어 있다. 또한, 과급기(44)의 터빈(44b)은, 도시하지 않은「터빈(44b)의 바이패스 통로 및 그 바이패스 통로에 설치된 바이패스 밸브」를 구비하고 있어도 되고, 이 바이패스 밸브 개방도가 ECU(70)의 지시에 따라서 변경됨으로써 과급압이 변경되어도 된다. 즉, 본 명세서에 있어서「과급기(44)를 제어하는」이란, 노즐 베인의 각도 및/또는 바이패스 밸브의 개방도를 변경함으로써 과급압을 변경하는 것을 의미한다.

EGR 시스템(60)은, 배기 환류관(61), EGR 제어 밸브(62) 및 EGR 쿨러(63)를 포함하고 있다.

배기 환류관(61)은, 배기 통로[배기 매니폴드(51)]이며 터빈(44b)보다도 상류 위치와, 흡기 통로[인테이크 매니폴드(41)]이며 스로틀 밸브(46)의 하류 위치를 연통하고 있다. 배기 환류관(61)은 EGR 가스 통로를 구성하고 있다.

EGR 제어 밸브(62)는 배기 환류관(61)에 배치되어 있다. EGR 제어 밸브(62)는, ECU(70)로부터의 지시에 응답해서 EGR 가스 통로의 통로 단면적을 변경함으로써, 배기 통로로부터 흡기 통로로 재순환되는 배기 가스량(EGR 가스량)을 변경할 수 있도록 되어 있다.

EGR 쿨러(63)는 배기 환류관(61)에 개재 장착되어, 배기 환류관(61)을 통과하는 EGR 가스의 온도를 저하하도록 되어 있다. EGR 쿨러(63)는, 도시하지 않은 바이패스 통로 및 그 바이패스 통로에 개재 장착된 바이패스 밸브를 구비한다. 또한, EGR 쿨러(63)는 도시하지 않은 냉각기와의 사이에서 통류하는 냉각수(냉매)량을 조정할 수 있도록 되어 있다. 따라서, EGR 쿨러(63)는 ECU(70)의 지시에 응답해서 바이패스 밸브 개방도 및/또는 냉각수량을 조정함으로써, EGR 쿨러(63)의 냉각 효율[EGR 쿨러(63)의 유입 가스의 온도와 EGR 쿨러(63)의 유출 가스의 온도와의 비에 의해 표현되는 효율]을 변경할 수 있도록 되어 있다.

ECU(70)는, 주지의 마이크로 컴퓨터를 포함하는 전자 회로이며, CPU, ROM, RAM, 백업 RAM 및 인터페이스 등을 포함한다. ECU(70)는, 이하에 설명하는 센서류와 접속되어 있고, 이들 센서로부터의 신호를 수신(입력)하도록 되어 있다. 또한, ECU(70)는 각종 액추에이터에 지시(구동) 신호를 송출하도록 되어 있다.

ECU(70)는, 에어플로우미터(71), 스로틀 밸브 개방도 센서(72), 흡기관 압력 센서(73), 연료 압력 센서(74), 통 내압 센서(75), 크랭크 각도 센서(76), EGR 제어 밸브 개방도 센서(77) 및 수온 센서(78)와 접속되어 있다.

에어플로우 미터(71)는 흡기 통로 내를 통과하는 흡입 공기(EGR 가스를 포함하지 않는 신선한 공기의 질량 유량(흡입 공기량)을 측정하고, 그 흡입 공기량 Ga를 나타내는 신호를 출력한다. 또한, 에어플로우 미터(71)는 흡입 공기의 온도(흡기온)를 검출하고, 그 흡기온 THA를 나타내는 신호를 출력한다.

스로틀 밸브 개방도 센서(72)는 스로틀 밸브 개방도를 검출하고, 스로틀 밸브 개방도 TA를 나타내는 신호를 출력한다.

흡기관 압력 센서(73)는, 흡기 통로 내이며 스로틀 밸브(46)보다도 하류의 흡기관 내의 가스의 압력(흡기관 압력) Pim을 나타내는 신호를 출력한다. 흡기관 압력 Pim은 과급압이라고 할 수도 있다.

연료 압력 센서(74)는, 커먼레일(축압실)(33) 내의 연료 압력(연료 압력, 연료 분사압, 커먼레일압)을 검출하고, 연료 분사압 Fp를 나타내는 신호를 출력한다.

통 내압 센서(75)는, 각 기통(연소실)에 대응하도록 배치되어 있다. 통 내압 센서(75)는, 대응하는 기통 내의 압력(즉, 통 내압)을 검출하고, 통 내압 Pc를 나타내는 신호를 출력한다.

크랭크 각도 센서(76)는, 기관(10)의 도시하지 않은 크랭크 샤프트의 회전 위치(즉, 크랭크 각도)에 따른 신호를 출력한다. ECU(70)는, 이 크랭크 각도 센서(76) 및 도시하지 않은 캠 포지션 센서로부터의 신호에 기초하여, 소정 기통의 압축 상사점을 기준으로 한 기관(10)의 크랭크 각도(절대 크랭크 각도) θ를 취득한다. 또한, ECU(70)는 크랭크 각도 센서(76)로부터의 신호에 기초하여, 기관 회전 속도 Ne를 취득한다.

EGR 제어 밸브 개방도 센서(77)는, EGR 제어 밸브(62)의 개방도를 검출하고, 그 개방도를 나타내는 신호 Vegr을 출력한다.

수온 센서(78)는, 기관(10)의 냉각수의 온도(냉각수 온도)를 검출하고, 냉각 수온 THW를 나타내는 신호를 출력한다.

또한, ECU(70)는 액셀러레이터 개방도 센서(81) 및 차속 센서(82)와 접속되어 있다.

액셀러레이터 개방도 센서(81)는, 도시하지 않은 액셀러레이터 페달의 개방도(액셀러레이터 페달 조작량)를 검출하고, 액셀러레이터 페달 개방도 Accp를 나타내는 신호를 출력한다.

차속 센서(82)는, 기관(10)이 탑재된 차량의 주행 속도를 검출하고, 그 주행 속도(차속) Spd를 나타내는 신호를 출력한다.

(연소 제어의 개요)

이어서, 본 제어 장치의 작동에 대해서 설명한다. 본 제어 장치는, 전술한 정의에 의해 규정되는 열 발생률 무게 중심 위치가 소정의 목표 열 발생률 무게 중심 위치가 되도록 연소 제어를 행한다(즉, 연소 파라미터를 설정함). 목표 열 발생률 무게 중심 위치는, 목표 무게 중심 위치, 목표 열 발생률 무게 중심 각도 또는 목표 크랭크 각도라고도 호칭된다.

본 제어 장치에 있어서는, 열 발생률 무게 중심 위치가 목표 무게 중심 위치와 일치하도록 연소 파라미터가 기관의 운전 상태(기관의 부하 및 기관 회전 속도 등, 및 목표 무게 중심 위치)에 대하여 미리 정해지고 또한 ROM에 기억되어 있다. 본 제어 장치는, 실제 기관 운전 상태에 따라서 ROM으로부터 연소 파라미터를 판독하고, 그 연소 파라미터를 사용하는 제어(즉, 피드 포워드 제어)에 의해 열 발생률 무게 중심 위치를 목표 무게 중심 위치에 일치시킨다. 또한, 본 제어 장치는, 실제 열 발생률 무게 중심 위치를 통 내압 센서(75)가 검출하는 통 내압 Pc에 기초하여 추정하고, 그 추정한 열 발생률 무게 중심 위치가 목표 무게 중심 위치와 일치하도록 연소 파라미터를 피드백 제어한다. 단, 이러한 피드백 제어는 반드시 필수적이지는 않다. 또한, 피드 포워드 제어는 실행하지 않고, 피드백 제어에만 의해 열 발생률 무게 중심 위치를 목표 무게 중심 위치와 일치시켜도 된다.

그런데 도 2에 도시한 바와 같이, 열 발생률 무게 중심 위치가 일정 크랭크 각도 θa(도 2에 있어서는, ATDC7°)에 일치하고 있으면, 기관의 부하 및 기관 회전 속도에 관계없이, 기관(10)의 연비를 양호하게 할 수 있다. 따라서, 본 발명 장치는, 도 3의 (A) 또는 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 적어도 기관의 부하가「제1 임계값 Pem1로부터 제2 임계값 Pem2까지의 범위」내에 있을 때, 열 발생률 무게 중심 위치가 일정 크랭크 각도 θa에 일치하도록, 연소 상태를 제어한다. 또한, 적어도 기관의 부하가「제1 임계값 Pem1로부터 제2 임계값 Pem2까지의 범위」내에 있을 때에 일치시켜야 할 열 발생률 무게 중심 위치는, 에미션과의 관계에 의해 정해지는 기관(10)의 러닝 코스트가 최소가 되는 일정한 크랭크 각도 θa'(θa로부터 소정 범위 내의 크랭크 각도)이며, 기관의 부하 및 기관 회전 속도에 관계없이 연비 악화율이 최솟값 근방의 일정해지는 크랭크 각도라도 된다.

그런데 열 발생률 무게 중심 위치를 일정 크랭크 각도 θa에 일치시킨 상태에 있어서, 기관의 부하가 전체 부하(WOT)에 가까워짐에 따라서 연료 분사량을 증대해 가면, 통내 압력의 최댓값이 기관(10)의 허용 압력을 초과하는 것이 판명되었다. 한편, 열 발생률 무게 중심 위치가 일정 크랭크 각도 θa인 경우에 냉각 손실과 배기 손실의 합이 최소가 되므로(즉, 연비가 가장 양호함), 연비의 관점에서는 열 발생률 무게 중심 위치를 가능한 한 일정 크랭크 각도 θa에 일치시켜 두는 것이 바람직하다.

따라서, 본 제어 장치는, 우선 열 발생률 무게 중심 위치를 일정 크랭크 각도 θa에 일치시킨 채 통내 압력의 최댓값이 기관(10)의 허용 압력을 초과하지 않도록, 연소 파라미터를 조정한다. 예를 들어, 본 제어 장치는 연료 분사량을 증대하면 통내 압력의 최댓값이 허용 압력을 초과할 경우, 과급압을 저하시키거나(노즐 베인을 개방) 및/또는 연료 분사압을 저하시키거나 함으로써 연소를 완만하게 해서 통내 압력의 최댓값을 허용 압력 이하로 유지하고, 또한 그에 의해 열 발생률 무게 중심 위치가 지각측으로 이행할 경우에는 메인 분사 시기(및/또는 파일럿 분사 시기)를 약간만 진각측으로 이행시켜서 열 발생률 무게 중심 위치를 일정 크랭크 각도 θa로 유지한다.

그러나 기관의 부하가 더 증대한 경우(연료 분사량이 더 증대한 경우), 열 발생률 무게 중심 위치를 일정 크랭크 각도 θa로 유지하고 있으면, 더이상 과급압 및 연료 분사압 등을 저하시켰다 하더라도, 통내 압력의 최댓값을 허용 압력 이하로 유지할 수 없게 된다. 그로 인해, 본 제어 장치는 열 발생률 무게 중심 위치를 일정 크랭크 각도 θa보다도 지각측으로 이행시킨다. 이때의 부하가 제2 임계값 Pem2이다. 이 결과, 연비는 다소 악화되지만 연료 분사량을 증대할 수 있으므로, 기관(10)의 발생 토크(따라서, 출력)를 증대할 수 있다.

또한, 부하가 제2 임계값 Pem2보다도 큰 영역에 있어서 증대함에 따라(연료 분사량이 증대함에 따라), 본 제어 장치는 열 발생률 무게 중심 위치를「일정 크랭크 각도 θa보다도 지각측의 범위」에 있어서 점차 지각시킨다(보다 지각측의 값으로 설정함). 이에 의해, 통내 압력의 최댓값을 허용 압력 이하로 유지하면서, 기관(10)이 발생하는 토크를 증대할 수 있다.

또한, 열 발생률 무게 중심 위치가 지각측으로 이행할수록 배기 손실이 증대하므로, 배기 온도가 상승한다. 그리고 기관(10)이 허용할 수 있는 배기 온도(허용 배기 온도)에 도달한 시점에서, 본 제어 장치는 연료 분사량의 증대를 정지한다.

그런데 일반적으로, 기관 회전 속도가 높을수록 연료 분사압은 증대하게 된다. 이 이유 중 하나는, 기관 회전 속도가 높은 경우에는 연료 분사를 행할 수 있는 시간이 짧아지기 때문이다. 따라서, 통내 압력의 최댓값을 허용 압력 이하로 유지하도록 연료 분사압을 감소한다고 해도, 그 감소의 정도에는 한계가 있다(기관 회전 속도가 높을수록 감소할 수 있는 연료 분사압은 높아짐). 한편, 연료 분사압이 높을수록 통내 압력의 최댓값은 커진다.

따라서, 기관 회전 속도 Ne가 높을수록 연료 분사압이 높아지도록 연료 분사압이 설정되어 있는 경우, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 기관 회전 속도 Ne가 높을수록 상술한 제2 임계값 Pem2는 작아지고, 기관 회전 속도 Ne가 낮을수록 제2 임계값 Pem2는 커진다. 본 제어 장치는, 기관 회전 속도 Ne가 높을수록 연료 분사압이 커지도록 연료 가압 펌프(31)를 제어하므로, 열 발생률 무게 중심 위치는, 실제로는 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이 제어된다. 즉, 목표 무게 중심 위치는 기관의 부하가「제1 임계값 Pem1보다도 큰 소정값(상정되는 기관 회전 속도 Ne의 최댓값에 대응하는 제2 임계값 Pem2)」보다도 큰 경우에는,「기관의 부하(요구 분사량 Qfin 및 액셀러레이터 페달 개방도 Accp 등과 같이 액셀러레이터 페달 개방도 Accp에 상관을 갖는 값)」과「기관 회전 속도 Ne」에 기초해서 정해지는 위치가 된다. 또한, 목표 무게 중심 위치는 기관의 부하가「상정되는 기관 회전 속도 Ne의 최댓값에 대응하는 제2 임계값 Pem2」를 초과하는 영역에 있어서, 액셀러레이터 페달 개방도 Accp에 상관을 갖는 값이 클수록「보다 지각측의 값으로 설정되고(크랭크 각도 θa 의 상태인 채로 일정한 경우를 포함하므로, 단조 증가한다고 할 수도 있음), 또한 기관 회전 속도 Ne가 클수록「보다 지각측의 값」으로 설정된다.

환언하면, 기관의 부하가 제2 임계값 Pem2를 초과하는 영역에 있어서는, 기관의 부하가 임의의 소정 값일 때(동일 부하일 때), 기관 회전 속도 Ne가 클수록 목표 무게 중심 위치는 보다 지각측의 값이 된다.

또한, 본 발명 장치는 기관의 부하가 제1 임계값 Pem1 이하일 때도, 열 발생률 무게 중심 위치가 일정 크랭크 각도 θa에 일치하도록 연소 상태를 제어한다. 단, 본 발명 장치는 기관의 부하가 제1 임계값 Pem1 이하일 때, 다른 요구에 기초하여, 열 발생률 무게 중심 위치를 일정 크랭크 각도 θa 이외의 크랭크 각도에 일치시키는 경우도 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 본 발명 장치는 기관의 부하가「제1 임계값 Pem1로부터 제2 임계값 Pem2까지의 범위」내에 있을 때, 열 발생률 무게 중심 위치(즉, 목표 무게 중심 위치)를「일정 크랭크 각도 θa로부터 소정 범위 내의 크랭크 각도(예를 들어, 도 2의 화살표 Ar로 나타낸 범위 내의 크랭크 각도(일정값)θa'」로 설정해도 된다.

(실제 작동)

이어서, ECU(70)의 CPU(이하, 간단히「CPU」라고 표기함)가 실행하는 연소 상태를 제어하기 위한 처리에 대해서 도 5 및 도 6을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 기호 MapX(P1, P2…)는 인수(파라미터)를 P1, P2…로 하여서 값 X를 얻는 룩업 테이블(또는 함수)을 나타낸다. 또한, 설명을 간단하게 하기 위해서, 이하에 있어서 CPU는, 메인 분사 시기, 과급압 및 연료 분사압을 상술한 연소 파라미터로서 채용하고, 또한 파일럿 분사 및 애프터 분사는 행하지 않는다.

<피드 포워드 제어>

CPU는, 소정 시간이 경과할 때마다 도 5에 흐름도에 의해 나타낸「연소 상태 제어 루틴」을 실행하도록 되어 있다. 따라서, 적당한 타이밍이 되면, CPU는 도 5의 스텝 500에서 처리를 개시하고, 이하에 설명하는 스텝 505 내지 스텝 515의 처리를 순서대로 행하고, 스텝 520으로 진행한다.

스텝 505 : CPU는, 액셀러레이터 페달 개방도 Accp 및 기관 회전 속도 Ne를 취득한다.

스텝 510 : CPU는, 액셀러레이터 페달 개방도 Accp 및 기관 회전 속도 Ne에 기초하여, 요구 분사량(지령 분사량) Qfin을 결정한다[Qfin=MapQfin(Accp, Ne)]. 요구 분사량 Qfin은 요구 토크라고 할 수도 있다.

스텝 515 : CPU는, 도 6에 나타낸 루틴에 의해 별도로 산출되고 있는 최대 분사량 Qmax를 취득한다. 도 6에 나타낸 루틴에 대해서는 이후에 상세하게 설명한다. 최대 분사량 Qmax는,「배기 가스에 포함되는 스모크 등의 유해 물질이 소정의 임계값을 초과하지 않는 범위에 있어서 분사 가능한 최대의 분사량」과「기관(10)의 토크가 기관(10)이 탑재된 차량의 구동 토크 전달 기구의 허용 한계 토크를 초과하지 않기 위해서 분사 가능한 최대의 분사량」중 작은 쪽의 분사량이다.

이어서, CPU는 스텝 520으로 진행하고, 요구 분사량 Qfin이 최대 분사량 Qmax 이하인지 여부를 판정한다. 요구 분사량 Qfin이 최대 분사량 Qmax 이하이면, CPU는 스텝 520)에서「예」라고 판정해서 스텝 525로 진행하고, 최종 연료 분사량 Qact를 요구 분사량 Qfin과 동등한 값으로 설정한다. 한편, 요구 분사량 Qfin이 최대 분사량 Qmax보다도 크면, CPU는 스텝 520에서「아니오」라고 판정해서 스텝 530으로 진행하고, 최종 연료 분사량 Qact를 최대 분사량 Qmax와 동등한 값으로 설정한다. 또한, 에미션 및/또는 허용 한계 토크의 제약이 없는 경우, 스텝 515 내지 스텝 530은 생략되어도 된다. 이 경우, 최종 연료 분사량 Qact는 항상 요구 분사량 Qfin과 동등해진다.

CPU는, 스텝 525 또는 스텝 530의 처리를 행한 후, 이하에 설명하는 스텝 535 내지 스텝 545의 처리를 순서대로 행하고, 스텝 595로 진행해서 본 루틴을 일단 종료한다.

스텝 535 : CPU는, 최종 연료 분사량 Qact 및 기관 회전 속도 Ne와, 룩업 테이블 MapFp(Qact, Ne)에 기초해서 연료 분사압 Fp를 결정한다. 이때, 연료 분사압 Fp는 블록 B1으로 나타낸 바와 같이, 요구 출력 Pr에 실질적으로 비례한 값으로 설정된다. 단, 전술한 바와 같이, 기관의 부하(이 경우, 요구 분사량 Qfin)가 소정값 이상이 되어, 통내 압력의 최댓값이 허용 압력을 초과하는 영역에 있어서, 연료 분사압 Fp는 최종 연료 분사량 Qact가 커질수록 작아지는 값으로 설정된다. 또한, 기관의 부하가「기관 회전 속도 Ne가 커질수록 작아지는 전술한 제2 임계값 Pem2」를 초과하는 영역에 있는 경우, 연료 분사압 Fp는 대략 일정값으로 유지된다. CPU는, 도시하지 않은 구동 루틴에 의해, 실제 연료 분사압이 이 스텝 535에서 결정된 연료 분사압 Fp와 동등해지도록, 연료 가압 펌프(31) 등을 제어한다.

스텝 540 : CPU는, 최종 연료 분사량 Qact 및 기관 회전 속도 Ne와, 룩업 테이블 MapTp(Qact, Ne)에 기초해서 과급압 Tp를 결정한다. 이때, 과급압 Tp는, 블록 B2에 나타낸 바와 같이, 요구 출력 Pr에 실질적으로 비례한 값으로 설정된다. 단, 전술한 바와 같이, 기관의 부하(이 경우, 요구 분사량 Qfin)가 소정값 이상이 되어, 통내 압력의 최댓값이 허용 압력을 초과하는 영역에서, 과급압 Tp는 최종 연료 분사량 Qact가 커질수록 작아지는 값으로 설정된다. 또한, 과급압 Tp는 기관의 부하가 전술한「기관 회전 속도 Ne가 커질수록 작아지는 제2 임계값 Pem2」를 초과하는 영역에 있는 경우, 대략 일정값으로 유지된다. CPU는, 도시하지 않은 구동 루틴에 의해, 실제 과급압이 이 스텝 540에서 결정된 과급압 Tp와 동등해지도록, 과급기(44)를 제어한다.

스텝 545 : CPU는, 최종 연료 분사량 Qact 및 기관 회전 속도 Ne와, 룩업 테이블 MapCMinj(Qact, Ne)에 기초하여, 메인 분사의 연료 분사 시기 CMinj를 결정한다. 이 룩업 테이블 MapCMinj(Qact, Ne)는 열 발생률 무게 중심 위치가 도 3의 (B)에 나타낸 목표 무게 중심 위치 Gctgt에 일치하도록, 미리 실험에 의해 정해져 ROM에 기억되어 있다. 그 후, CPU는 스텝 595로 진행하고, 본 루틴을 일단 종료한다.

또한, CPU는 임의의 기통의 크랭크 각도가 이 스텝 545에서 결정된 연료 분사 시기 CMinj에 일치할 때 그 기통의 연료 분사 밸브(23)로부터 연료 분사량 Qact의 연료를 분사시킨다.

이상의 처리 결과, 열 발생률 무게 중심 위치는 도 3의 (B)에 나타낸 목표 무게 중심 위치 Gctgt에 대략 일치하게 된다. 또한, 메인 연료의 연료 분사 시기 CMinj는, 기관(10)의 개체차 및 시간이 흐름에 따른 변화 등에 의해 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 목표 무게 중심 위치 Gctgt로부터 크게 괴리되는 일이 없도록, 도 7에 나타낸 피드백 제어에 의해 조정된다.

<최대 분사량의 결정>

CPU는, 소정 시간이 경과할 때마다 도 6에 흐름도에 의해 나타낸「최대 분사량 Qmax를 결정하기 위한 루틴」을 실행하도록 되어 있다. 따라서, 적당한 타이밍이 되면, CPU는 도 6의 스텝 600에서 처리를 개시하고, 이하에 설명하는 스텝 610 내지 스텝 640의 처리를 순서대로 행하고, 스텝 695로 진행해서 본 루틴을 일단 종료한다.

스텝 610 : CPU는, 에어플로우 미터(71)에 의해 계측된 흡입 공기량 Ga와 기관 회전 속도 Ne에 기초하여, AFM 최대 분사량 Qafm을 산출한다. 에어플로우 미터(71)에 의해 계측된 흡입 공기량 Ga와 기관 회전 속도 Ne에 기초하면, 1 흡기 행정에 있어서 통내에 실제로 흡입되고 있는 공기량(신선한 공기량)을 EGR 가스량에 상관없이 고정밀도로 추정할 수 있다. 한편, 스모크는 1 흡기 행정에 있어서 통내에 실제로 흡입되고 있는 공기량에 대하여 연료 분사량이 과대해지면 허용값을 초과한다. 따라서, CPU는 에어플로우 미터(71)에 의해 계측된 흡입 공기량 Ga와 기관 회전 속도 Ne에 기초하여, 스모크가 허용 한계를 초과하지 않는 연료 분사량의 최댓값을 AFM 최대 분사량 Qafm으로서 산출할 수 있다. 또한, 흡입 공기량 Ga 및 기관 회전 속도 Ne와, AFM 최대 분사량 Qafm의 관계 f1[=MapQafm(Ga, Ne)]은 미리 실험에 의해 정해져, ROM에 기억되어 있다.

스텝 620 : CPU는, 흡기관 압력 센서(73)에 의해 검출된 흡기관 압력(과급압) Pim과 기관 회전 속도 Ne에 기초하여, 과급압 최대 분사량 Qfulbc를 산출한다. 흡기관 압력 Pim과 기관 회전 속도 Ne에 기초하면, 에어플로우 미터(71)의 실측값 Ga와 기관 회전 속도 Ne에 기초하는 경우에 비교하여, 1 흡기 행정에 있어서 통내에 실제로 흡입되고 있는 공기량을 보다 신속하게 추정할 수 있다. 따라서, CPU는 흡기관 압력 센서(73)에 의해 검출된 흡기관 압력 Pim과 기관 회전 속도 Ne에 기초하여, 스모크가 허용 한계를 초과하지 않는 연료 분사량의 최댓값을 과급압 최대 분사량 Qfulbc로서 산출할 수 있다. 또한, 흡기관 압력 Pim 및 기관 회전 속도 Ne와, 과급압 최대 분사량 Qfulbc의 관계 f2[=MapQfulbc(Ga, Ne)]는 미리 실험에 의해 정해지고, ROM에 기억되어 있다. 특히, 고부하·고속 회전 속도 영역에서는, 과급이 실질적으로 이루어짐과 함께 EGR 가스의 환류가 정지되므로, 과급압 최대 분사량 Qfulbc는 정밀도가 좋은 값이 된다.

스텝 630 : CPU는, 기관 회전 속도 Ne에 기초하여 토크 제한 최대 분사량 Qfultq를 산출한다. 기관(10)이 탑재된 차량의 구동 토크 전달 기구에 따라서는, 기관(10)이 소정의 허용 한계 토크 이상의 토크를 발생하지 않는 것이 요구되는 경우가 있다. 토크 제한 최대 분사량 Qfultq는, 이러한 토크 제한을 행하기 위한 최대 연료 분사량이다. 기관 회전 속도 Ne와 토크 제한 최대 분사량 Qfultq의 관계 f3[=MapQfultq(Ne)]는 미리 정해져 ROM에 기억되어 있다(도 6의 블록 B3 내의 실선을 참조).

스텝 640 : CPU는, AFM 최대 분사량 Qafm, 과급압 최대 분사량 Qfulbc 및 토크 제한 최대 분사량 Qfultq 중 최솟값을 최대 분사량 Qmax로서 채용한다.

또한, CPU는 AFM 최대 분사량 Qafm, 과급압 최대 분사량 Qfulbc 및 토크 제한 최대 분사량 Qfultq의 각 값을 결정할 때, 흡기온 THA에 의한 보정을 추가해도 된다.

<피드백 제어>

CPU는, 임의의 기통의 크랭크 각도가 720°경과할 때마다 도 7에 흐름도에 의해 나타낸「열 발생률 무게 중심 위치의 피드백 제어 루틴」을 그 임의의 기통에 대하여 실행하도록 되어 있다. 즉, CPU는 도 7에 흐름도에 의해 나타낸「열 발생률 무게 중심 위치의 피드백 제어 루틴」을 각 기통마다 실행한다.

이 루틴에 의해, 실제의 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 도 3의 (B)에 나타낸 목표 무게 중심 위치 Gctgt와 동등해지도록, 메인 분사의 분사 시기 CMinj가 피드백 제어에 의해 조정된다. 또한, 크랭크 각도 θ는 착안하고 있는 기통의 압축 상사점 후의 크랭크 각도(ATDC deg)에 의해 표현된다. 따라서, 압축 상사점보다도 진각측의 크랭크 각도 θ는 음의 값으로 된다.

구체적으로는, 어떤 기통의 크랭크 각도가 그 기통의 흡기 상사점에 일치하면, CPU는 도 7의 스텝 700에서 처리를 개시해서 스텝 710으로 진행하고, 그 기통(착안 기통) 근방의 1 사이클에 있어서의 통 내압 Pc에 기초하여 크랭크 각도 θ[degATDC]에 대한 단위 크랭크 각도당의 발열량인 열 발생률 dQ(θ)[J/degATDC]를 주지의 방법에 기초하여 산출한다(예를 들어, 일본 특허 공개 제2005-54753호 공보 및 일본 특허 공개 제2007-285194호 공보 등을 참조). 또한, CPU는 단위 크랭크 각도가 경과할 때마다 각 기통의 통 내압 Pc를 취득하고, 그 통 내압 Pc를 그 통 내압 Pc가 취득된 기통 및 그 기통의 크랭크 각도에 대응지어서 RAM 내에 기억하도록 되어 있다.

계속해서, CPU는 열 발생률 dQ(θ)를 다음의 (4)식에 적용함으로써, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc를 취득· 추정한다. 실제로는, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc는, (4)식을 디지털 연산식으로 변환한 식에 기초하여 계산된다. (4)식에 있어서, CAs는 연소가 개시하는 크랭크 각도(연소 개시 크랭크 각도)이며, CAe는 연소가 종료하는 크랭크 각도(연소 종료 크랭크 각도)이다. 또한, (4)식의 CAs 대신에 연소 개시 크랭크 각도보다도 충분히 빠른 크랭크 각도가 (4)식에 의한 계산에 채용되고, 또한 CAe 대신에 연소 종료 크랭크 각도보다도 충분히 느린 크랭크 각도가 (4)식에 의한 계산에 채용된다.

이어서, CPU는 스텝 715로 진행하고, 최종 연료 분사량 Qact(기관의 부하에 상당하는 값) 및 기관 회전 속도 Ne와, 도 3의 (B)에 나타낸 룩업 테이블과 동등한 룩업 테이블 MapGctgt(Qact, Ne)에 기초해서 목표 무게 중심 위치 Gctgt를 결정한다. 또한, CPU는 액셀러레이터 페달 개방도 Accp와 기관 회전 속도 Ne와 룩업 테이블 MapGctgt(Accp, Ne)에 기초하여 목표 무게 중심 위치 Gctgt를 결정해도 되고, 요구 분사량(지령 분사량) Qfin과 기관 회전 속도 Ne와 룩업 테이블 MapGctgt(QfiN, Ne)에 기초하여 목표 무게 중심 위치 Gctgt를 결정해도 된다. 즉, CPU는 목표 무게 중심 위치 Gctgt를,「액셀러레이터 페달 개방도에 상관을 갖는 값(기관의 부하)」과「기관 회전 속도 Ne」에 기초하여 결정한다.

이어서, CPU는 스텝 720으로 진행하고, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 목표 무게 중심 위치 Gctgt에 대하여 정의 미소 각도 Δθs 이상 지각측인지 여부를 판정한다. 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 목표 무게 중심 위치 Gctgt에 대하여 정의 미소 각도 Δθs 이상 지각측일 경우, CPU는 그 스텝 720)에서「예」라고 판정해서 스텝 725로 진행하고, 스텝 710에서 열 발생률 무게 중심 위치 Gc를 산출한 기통(착안 기통)의 메인 분사의 분사 시기 CMinj를 소정의 미소 각도 ΔCA만큼 진각한다. 이에 의해, 착안 기통의 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 약간 진각측으로 이동하므로, 목표 무게 중심 위치 Gctgt에 가까워진다. 그 후, CPU는 스텝 795로 진행하고, 본 루틴을 일단 종료한다.

이에 반해, CPU가 스텝 720의 처리를 실행하는 시점에 있어서, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 목표 무게 중심 위치 Gctgt에 대하여 정의 미소 각도 Δθs 이상 지각측이 아닐 경우, CPU는 그 스텝 720에서「아니오」라고 판정해서 스텝 730으로 진행하고, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 목표 무게 중심 위치 Gctgt에 대하여 정의 미소 각도 Δθs 이상 진각측인지 여부를 판정한다. 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 목표 무게 중심 위치 Gctgt에 대하여 정의 미소 각도 Δθs 이상 진각측일 경우, CPU는 스텝 730에서「예」라고 판정해서 스텝 735로 진행하고, 스텝 710에서 열 발생률 무게 중심 위치 Gc를 산출한 기통(착안 기통)의 메인 분사의 분사 시기 CMinj를 소정의 미소 각도 ΔCA만큼 지각한다. 이에 의해, 착안 기통의 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 약간 지각측으로 이동하므로, 목표 무게 중심 위치 Gctgt에 가까워진다. 그 후, CPU는 스텝 795로 진행하고, 본 루틴을 일단 종료한다.

또한, CPU가 스텝 730의 처리를 실행하는 시점에 있어서, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 목표 무게 중심 위치 Gctgt에 대하여 정의 미소 각도 Δθs 이상 진각측이 아니면, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc와 목표 무게 중심 위치 Gctgt의 차의 크기는 미소 각도 Δθs 미만이다. 이 경우, CPU는 스텝 730에서「아니오」라고 판정하고, 스텝 795로 직접 진행하여 본 루틴을 일단 종료한다. 즉, 스텝 710에서 열 발생률 무게 중심 위치 Gc를 산출한 기통의 메인 분사의 분사 시기 CMinj는 수정되지 않는다.

또한, CPU는 스텝 700과 스텝 710 사이에,「액셀러레이터 페달 개방도 Accp와 기관 회전 속도 Ne에 의해 규정되는 현시점의 운전 상태가, 소정 시간 전에 있어서의 운전 상태와 동일한지 여부를 판정하는」스텝을 실행해도 된다. 그리고 CPU는 현시점의 운전 상태가 소정 시간 전에 있어서의 운전 상태와 동일하다고 판정되는 경우에 스텝 710 이후로 진행하고, 현시점의 운전 상태가 소정 시간 전에 있어서의 운전 상태와 동일하지 않다고 판정되는 경우에는 스텝 795로 직접 진행해도 된다.

이에 의하면, 운전 상태가 변화하고 있지 않은 경우에만 열 발생률 무게 중심 위치 Gc의 피드백 제어를 행하고, 운전 상태가 변화된 경우에는 한번 피드 포워드 제어에서 연소 파라미터를 재설정한 후에 피드백 제어를 행할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 내연 기관의 제어 장치는, 적어도 기관(10)의 부하가 제1 임계값 Pem1로부터 제2 임계값 Pem2까지의 범위(특정 부하 범위) 내에 있는 경우에는 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 기관의 부하(및/또는 기관 회전 속도 Ne)에 관계없이 일정 크랭크 각도(θa 또는 θa')와 같아지고, 또한 기관의 부하가 제2 임계값 Pem2보다도 큰 범위에 있는 경우에는 기관의 부하가 커질수록 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 일정 크랭크 각도(θa 또는 θa')보다도 지각측의 범위에 있어서「보다 지각측의 값」으로 변화하도록, 혼합기의 연소 상태를 변화시킨다[도 3의 (A) 또는 (B)를 참조].

또한, 상기 일정 크랭크 각도 θa는 상기 기관의 냉각 손실과 상기 기관의 배기 손실의 합이 최소가 되는 크랭크 각도에 대응하고 있다(도 2를 참조). 또한, 제2 임계값 Pem2는 기관 회전 속도 Ne가 클수록 작아진다[도 3의 (B)를 참조]. 또한, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc는 액셀러레이터 페달 개방도에 상관을 갖는 값(기관의 부하 및/또는 연료 분사량)과 기관 회전 속도에 따라서 정해지는 크랭크 각도이다[도 3의 (B) 및 도 7의 스텝 715를 참조].

따라서, 본 제어 장치는 열 발생률 무게 중심 위치를 적절한 크랭크 각도(일정 크랭크 각도 θa 또는 크랭크 각도 θa에 가능한 한 가까운 크랭크 각도 θa')로 제어하면서, 고부하 운전 상태에 있어서 통내 압력의 최댓값이 허용 압력을 초과하지 않도록 할 수 있다. 이 결과, 기관의 연비를 개선함과 함께, 고부하 시에 있어서 기관이 발생하는 토크가 요구 토크보다도 저하되는 것을 피할 수 있다. 환언하면, 본 제어 장치는 기관이 발생할 수 있는 최대 토크를 저하시키지 않도록 할 수 있다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 범위 내에 있어서 여러가지 변형 예를 채용할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시 형태는 연소 파라미터로서 이하에 설명하는 값 중 하나 이상을 채용할 수도 있다.

(1) 메인 분사의 시기

(2) 연료 분사 밸브가 연료를 분사할 때의 압력인 연료 분사압

(3) 메인 분사보다도 진각측에서 행하여지는 연료 분사인 파일럿 분사의 연료 분사량

(4) 파일럿 분사의 횟수

(5) 파일럿 분사의 시기

(6) 각 파일럿 분사의 연료 분사량

(7) 메인 분사보다도 지각측에서 행하여지는 연료 분사인 애프터 분사의 분사량

(8) 과급기(44)에 의한 과급압

(9) 인터쿨러(45)의 냉각 효율(냉각 능력)

(10) 흡입 공기에 대한 EGR 가스의 비율인 EGR율(또는, EGR 가스의 양)

(11) EGR 쿨러(63)의 냉각 효율(냉각 능력)

(12) 기통 내의 스윌류의 강도(예를 들어, 스윌 컨트롤 밸브의 개방도)

또한, 열 발생률 무게 중심 위치 Gc를 진각시킬 경우에는, 제어 장치는 이하의 동작을 행하면 된다.

(1a) 제어 장치는, 메인 분사의 시기를 진각측으로 이동시킨다.

(2a) 제어 장치는, 연료 분사압을 증가시킨다.

(3a) 제어 장치는, 파일럿 분사의 연료 분사량을 증가시킨다.

(4a) 제어 장치는, 파일럿 분사에만 관해서 결정되는「파일럿 분사의 열 발생률 무게 중심 각도」가 진각측으로 이동하도록 파일럿 분사의 횟수를 변경한다.

(5a) 제어 장치는, 파일럿 분사의 열 발생률 무게 중심 각도가 진각측으로 이동하도록 파일럿 분사의 시기를 변경한다.

(6a) 제어 장치는, 파일럿 분사의 열 발생률 무게 중심 각도가 진각측으로 이동하도록 각 파일럿 분사의 연료 분사량을 변경한다.

(7a) 제어 장치는, 애프터 분사의 분사량을 감소하거나, 또는 애프터 분사를 행하지 않는다.

(8a) 제어 장치는, 과급압을 증가시킨다.

(9a) 제어 장치는, 인터쿨러(45)의 바이패스 밸브 개방도를 증대하거나, 또는 냉각수량을 감소시킴으로써, 인터쿨러(45)의 냉각 효율을 저하시킨다.

(10a) 제어 장치는, EGR 제어 밸브(62)의 개방도를 감소시킴으로써(EGR 가스 통로의 통로 단면적을 감소시킴), EGR율을 저하시킨다(EGR량을 감소시킴).

(11a) 제어 장치는, EGR 쿨러(63)의 바이패스 밸브 개방도를 증대하거나, 또는 냉각수량을 감소시킴으로써, EGR 쿨러(63)의 냉각 효율을 저하시킨다.

(12a) 제어 장치는, 스윌류의 강도를 증대시킨다.

열 발생률 무게 중심 위치 Gc를 지각시킬 경우에는, 제어 장치는 이하의 동작을 행하면 된다.

(1b) 제어 장치는, 메인 분사의 시기를 지각측으로 이동시킨다.

(2b) 제어 장치는, 연료 분사압을 감소시킨다.

(3b) 제어 장치는, 파일럿 분사의 연료 분사량을 감소시킨다.

(4b) 제어 장치는, 파일럿 분사에만 관해서 결정되는「파일럿 분사의 열 발생률 무게 중심 각도」가 지각측으로 이동하도록 파일럿 분사의 횟수를 변경한다.

(5b) 제어 장치는, 파일럿 분사의 열 발생률 무게 중심 각도가 지각측으로 이동하도록 파일럿 분사의 시기를 변경한다.

(6b) 제어 장치는, 파일럿 분사의 열 발생률 무게 중심 각도가 지각측으로 이동하도록 각 파일럿 분사의 연료 분사량을 변경한다.

(7b) 제어 장치는, 애프터 분사의 분사량을 증대한다.

(8b) 제어 장치는, 과급압을 감소시킨다.

(9b) 제어 장치는, 인터쿨러(45)의 바이패스 밸브 개방도를 감소하거나, 또는 냉각수량을 증대시킴으로써, 인터쿨러(45)의 냉각 효율을 상승시킨다.

(10b) 제어 장치는, EGR 제어 밸브(62)의 개방도를 증대시킴으로써(EGR 가스 통로의 통로 단면적을 증대시킴), EGR율을 상승시킨다(EGR량을 증대시킴).

(11b) 제어 장치는, EGR 쿨러(63)의 바이패스 밸브 개방도를 감소하거나, 또는 냉각수량을 증대시킴으로써, EGR 쿨러의 냉각 효율을 상승시킨다.

(12b) 제어 장치는, 스윌류의 강도를 저하시킨다.

또한, CPU는, 예를 들어 최종 연료 분사량 Qact(실질적으로는, 요구 분사량 Qfin)와 기관 회전 속도 Ne와, 냉각 수온 THW와, 각 룩업 테이블에 기초하여,

·메인 분사의 연료 분사량 QMinj[=MapQMinj(Qact, Ne, THW)],

·메인 분사의 연료 분사 시기 CMinj[=MapCMinj(Qact, Ne, THW)],

·파일럿 분사의 연료 분사량 QPinj[=MapQPinj(Qact, Ne, THW)] 및

·파일럿 분사의 연료 분사 시기 CPinj[=MapCPinj(Qact, Ne, THW)]를 결정해도 된다.

이 경우에 있어서도, 각 룩업 테이블은, 그들의 룩업 테이블에 의해 정해지는 연소 파라미터에 의해 연소를 행하게 했을 때, 열 발생률 무게 중심 위치가 도 3의 (A) 또는 (B)에 나타낸 목표 무게 중심 위치에 일치하도록 미리 실험 등에 의해 정해져 있다. 또한, 냉각 수온 THW가 소정 수온 임계값 이상일 경우 등에 있어서, 파일럿 분사의 연료 분사량 QPinj는「0」으로 설정되는 경우도 있다.

또한, CPU는 열 발생률 무게 중심 위치 Gc가 도 3의 (A)에 도시한 바와 같이, 기관의 부하에만 의존해서 변화하도록, 연소 상태를 제어해도 된다. 또한, 상기 실시 형태에 있어서, 기관(10)의 부하가 제1 임계값 Pem1로부터 제2 임계값 Pem2까지의 범위 내에 있는 경우에 있어서의 제어 목표로서의 열 발생률 무게 중심 위치(즉, 상기 일정 크랭크 각도 θa)는 ATDC7°였지만, 이 값은 기관마다 상이하다. 또한, 상기 실시 형태에 있어서, 이 일정 크랭크 각도 θa는 모든 기통에 대하여 공통이었지만, 기관의 형식에 따라서는 기통 간에서 상이한 값이라도 된다.

Claims

내연 기관의 기통에 공급되는 연료의 연소 상태를 제어함으로써 열 발생률 무게 중심 위치를 제어하는 제어 장치이며,
적어도 상기 기관의 부하가 제1 임계값으로부터 상기 제1 임계값보다도 큰 제2 임계값까지의 범위 내에 있는 경우에는 상기 열 발생률 무게 중심 위치가 상기 부하에 관계없이 일정 크랭크 각도와 동등해지고, 또한 상기 기관의 부하가 상기 제2 임계값보다도 큰 범위에 있을 경우에는 상기 부하가 커질수록 상기 열 발생률 무게 중심 위치가 상기 일정 크랭크 각도보다도 지각측의 범위에 있어서 보다 지각측의 크랭크 각도로 변화하도록, 상기 연소 상태를 제어하는 연소 파라미터를 설정하는, 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 임계값은 기관 회전 속도가 높을수록 작아지는, 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 기관의 부하가 상기 제2 임계값보다도 큰 범위의 소정 부하일 경우, 기관 회전 속도가 높을수록 상기 열 발생률 무게 중심 위치가 보다 지각측의 크랭크 각도가 되도록 상기 연소 파라미터를 설정하는, 제어 장치.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제2 임계값은, 상기 기관의 부하 증대에 따라서 연료 분사량을 증대한 경우에 상기 열 발생률 무게 중심 위치를 상기 일정 크랭크 각도보다도 지각측의 크랭크 각도로 변화시키지 않으면 상기 기통 내의 압력의 최댓값이 허용 압력보다도 커지는 운전 상태에 대응한 상기 부하의 값인, 제어 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 발생률 무게 중심 위치가, 상기 기관의 부하 또는 상기 연료 분사량과, 기관 회전 속도에 따라서 정해지는 크랭크 각도인, 제어 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 일정 크랭크 각도는, 상기 기관의 냉각 손실과 상기 기관의 배기 손실의 합이 최소가 되는 크랭크 각도, 또는 상기 크랭크 각도로부터 소정 범위 내의 크랭크 각도인, 제어 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 발생률 무게 중심 위치가,
크랭크 각도를 하나의 축으로 설정하고 또한 열 발생률을 상기 하나의 축에 직교하는 다른 축으로 설정한 그래프에 대하여 상기 열 발생률이 그려진 파형과, 상기 하나의 축에 의해 둘러싸이는 영역의 기하학적 무게 중심에 대응하는 크랭크 각도인, 제어 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 발생률 무게 중심 위치가,
특정 크랭크 각도보다도 진각측의 임의의 크랭크 각도와 상기 특정 크랭크 각도와의 크랭크 각도 차분과, 상기 임의의 크랭크 각도에 있어서의 열 발생률과의 곱을 크랭크 각도에 대해서 적분해서 얻어지는 값과,
상기 특정 크랭크 각도보다도 지각측의 임의의 크랭크 각도와 상기 특정 크랭크 각도와의 크랭크 각도 차분과, 상기 임의의 크랭크 각도에 있어서의 열 발생률과의 곱을 크랭크 각도에 대해서 적분해서 얻어지는 값이 동등해질 때의 상기 특정 크랭크 각도인, 제어 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 발생률 무게 중심 위치가,
하나의 연소 행정에 대하여, 임의의 크랭크 각도로부터 특정 크랭크 각도를 감하여 얻어지는 값과, 상기 임의의 크랭크 각도에서의 열 발생률과의 곱에 대응한 값을, 상기 크랭크 각도에 대해서 적분해서 얻어지는 값이 0으로 되는 상기 특정 크랭크 각도인, 제어 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 발생률 무게 중심 위치가,
하나의 연소 행정에 있어서, 연소 개시 크랭크 각도를 CAs로 나타내고, 연소 종료 크랭크각을 CAe로 나타내고, 임의의 크랭크 각도를 θ로 나타내고, 또한 상기 크랭크 각도 θ에서의 열 발생률을 dQ(θ)로 나타낼 때,
[수학식 1]

식에 준거해서 연산되는 크랭크 각도인, 제어 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열 발생률 무게 중심 위치가,
임의의 크랭크 각도와 연소 개시 크랭크 각도와의 차 (A)와, 상기 임의의 크랭크 각도에 있어서의 열 발생률 (B)와의 곱 (A·B)의 크랭크 각도에 대한 적분값을, 크랭크 각도에 대한 열 발생률의 파형에 의해 획정되는 영역의 면적으로 나누어서 얻어지는 값에, 상기 연소 개시 크랭크 각도를 더함으로써 얻어지는 크랭크 각도인, 제어 장치.