JP2015113790A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ装置を備えた機関の燃料消費率を改善しながら燃焼ノイズを低減することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】機関の気筒内で燃料が燃焼するときの熱発生率重心位置として定められるクランク角度を機関が所定の運転状態領域にあるときに一定の基準位置に一致させるための重心位置制御を行う制御部を備える。制御部は、重心位置制御の実行中、機関の負荷が閾値負荷よりも小さい及び機関の回転速度が閾値回転速度よりも小さいとの二条件の少なくとも一方がＥＧＲ装置による排気再循環の実行中に成立したとき、燃料のメイン噴射の前に行われるパイロット噴射の噴射量を、重心位置制御に基づいて定められるパイロット噴射の噴射量よりも増大させる、着火促進制御を行う。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＥＧＲ装置を有する内燃機関に適用される制御装置に関する。

従来から、内燃機関の種々の特性を高めるために、内燃機関の燃焼サイクルにおける燃料の燃焼状態を制御することが提案されている。

例えば、従来の制御装置の１つ（以下、「従来装置」とも称呼される。）は、ＥＧＲ装置を有する内燃機関の排ガスに含まれる窒素酸化物および粒子状物質の量を低減するために、燃料が燃焼するときの燃焼重心角度（１回の燃焼行程中に発生する総熱量の５０％が発生する時点におけるクランク角度）を、制御指標の一つとして用いている。具体的には、従来装置は、燃焼重心角度を特定の手法によって算出し、算出された燃焼重心角度と実際の燃焼重心角度との差が小さくなるように燃料噴射時期などを制御する、ように構成されている（例えば、特許文献１を参照。）。

以下、説明の便宜上、従来装置の「燃焼重心角度」は「５０％熱発生角度」とも称呼され、内燃機関は単に「機関」とも称呼される。

特開２０１１−２０２６２９号公報

従来装置は、上述したように、排ガスの浄化に関して５０％熱発生角度を利用している。これに対し、本出願に係る発明の発明者らは、機関の他の特性（例えば、機関の燃料消費率）の改善に関しても従来装置の５０％熱発生角度を利用できるか否か、を検討した。本検討の結果は、以下の通りである。

まず、内燃機関においては、１つのサイクルの燃焼に対して燃料を複数回噴射する多段噴射が行われる場合がある。具体的には、例えば、メイン噴射（主噴射）の前に１回または複数回のパイロット噴射が行われる場合がある。

図９は、パイロット噴射およびメイン噴射が行われる場合における、クランク角度と、熱発生率と、の関係の一例を表す参考図である。図９（Ａ）の“熱発生率”は、「単位クランク角度（クランクシャフトの回転位置の単位変化量）だけクランクシャフトが回転する期間中に燃料の燃焼により発生する熱量（すなわち、単位クランク角度あたりの熱発生量）」を表す。また、図９（Ｂ）の“発熱量比率”とは、「発熱量の総量に対する、燃焼開始から所定のクランク角度までの発熱量の積算値の比率」を表す。よって、この“発熱量比率”が５０％であるときのクランク角度が、従来装置の“５０％熱発生角度”に相当することになる。

図９（Ａ）の波形（曲線Ｃ１）に示されるように、熱発生率は、クランク角度θ１において開始されるパイロット噴射により極大値Ｌｐとなり、クランク角度θ２において開始されるメイン噴射により極大値Ｌｍとなる。このとき、図９（Ｂ）に示されるように、５０％熱発生角度は、クランク角度θ３である。

一方、図１０は、図９の例の“パイロット噴射の開始時期だけ”をクランク角度θ１からクランク角度θ０へ“Δθｐだけ進角した”場合における、クランク角度と、熱発生率と、の関係の一例を表す参考図である。

図１０（Ａ）の波形（曲線Ｃ２）に示されるように、この場合、パイロット噴射によって発熱が始まるクランク角度がクランク角度Δθｐだけ進角する。しかし、図１０（Ｂ）に示されるように、パイロット噴射による発熱が始まるクランク角度が進角しても、５０％熱発生角度は、変化することなくクランク角度θ３に維持される。すなわち、５０％熱発生角度と燃料の燃焼状態との間には、一対一の関係がない。この理由は、発熱量の積算の始点がθ１からθ０へ変化したとしても、パイロット噴射における発熱の量そのものは変化せず、発熱量の積算値が総発熱量の５０％に到達する時点（θ３）は変化しないことになるからである。

さらに、図１１は、５０％熱発生角度と、燃料消費率の悪化率と、の関係の一例を表す参考図である。図中の曲線Ｈｂ１〜曲線Ｈｂ３は、それぞれ、低負荷かつ低回転速度、中負荷かつ中回転速度、および、高負荷かつ高回転速度の場合における同関係を表す。なお、これら曲線は、発明者らが行った実験による測定結果に基づく。

図１１に示されるように、機関の負荷および／または機関回転速度が異なると、燃料消費率の悪化率が最小となる５０％熱発生角度（つまり、燃料消費率が最も良くなる５０％熱発生角度）が異なる。換言すると、５０％熱発生角度を一定の基準値（固定値）に一致するように制御したとしても、機関の負荷および／または機関回転速度が異なれば、燃料消費率の悪化率が異なることになる。すなわち、５０％熱発生角度と燃料消費率との間には、一対一の関係がない。

よって、図９〜図１１から理解されるように、従来装置の５０％熱発生角度は、燃料の燃焼状態を十分には表現しておらず、排ガスの浄化について適したパラメータであったとしても、機関の燃料消費率を検討するために適したパラメータではないと考えられる。

ところで、燃料の燃焼状態は、一般に、機関の燃料消費率だけではなく、燃料の燃焼に起因して機関から発せられる音（以下、「燃焼ノイズ」とも称呼される。）にも影響を及ぼす。ここで、５０％熱発生角度が燃料の燃焼状態を十分には表現していないことを考慮すると、この燃焼ノイズと、５０％熱発生角度と、の間には一対一の関係がないと考えられる。よって、従来装置の５０％熱発生角度は、機関の燃焼ノイズを検討するために適したパラメータでもないと考えられる。

このように、従来装置の５０％熱発生角度は、機関の燃料消費率および燃焼ノイズの検討に関しては、適切に利用することができないと考えられる。換言すると、機関を５０％熱発生角度を制御指標として制御しても、機関の燃料消費率および燃焼ノイズを適切に改善することはできないと考えられる。

本発明の目的は、上記課題に鑑み、ＥＧＲ装置を備えた機関の燃料消費率を改善しながら燃焼ノイズを低減することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明による制御装置は、
ＥＧＲ装置を有する内燃機関に適用され、
「前記機関の気筒内で燃料が燃焼するときの“熱発生率重心位置”として定められるクランク角度」を前記機関が所定の運転状態領域にあるときに一定の基準位置に一致させるための“重心位置制御”を行う制御部を備えている。

具体的には、この制御部は、
前記重心位置制御を行っている場合において、「前記機関の負荷が閾値負荷よりも小さい」及び「前記機関の回転速度が閾値回転速度よりも小さい」との二要件の少なくとも一方が、前記ＥＧＲ装置による排気再循環の実行中に成立したとき、
前記燃料のメイン噴射の前に行われるパイロット噴射の噴射量を、前記重心位置制御に基づいて定められる該パイロット噴射の噴射量よりも増大させる“着火促進制御”を行う、ように構成されている。

上記構成と上記課題の解決との関係を説明する前に、
（Ａ）本発明における“熱発生率重心位置”の定義、
（Ｂ）熱発生率重心位置と燃料の消費の度合いとの関係、および、
（Ｃ）燃料の燃焼状態と燃焼ノイズとの関係、
について述べる。

（Ａ）本発明における“熱発生率重心位置”の定義
本発明における熱発生率重心位置は、クランクシャフトの回転位置（すなわち、クランク角度）で表され、下記定義１〜５のように定義される。

・定義１
熱発生率重心位置の第１の定義として、
「クランク角度を横軸（一つの軸）に設定し、かつ、熱発生率を縦軸（一つの軸に直交する他の軸）に設定した座標系（グラフ）」に対して前記熱発生率が描かれた波形と、前記横軸（一つの軸）と、により囲まれる領域の幾何学的重心に対応するクランク角度、
を熱発生率重心位置と定義し得る。

本定義については、例えば図１における斜線の領域も参照されたい。同領域についての詳細は後述される。

なお、上記「熱発生率」は、図９および図１０を参照しながら上述したように、「単位クランク角度だけクランクシャフトが回転する期間中に燃料の燃焼により発生する熱量（すなわち、単位クランク角度あたりの熱発生量）」を表す。下記定義２〜５においても、同様である。

・定義２
熱発生率重心位置の第２の定義として、
各サイクルにおける任意のクランク角度から特定クランク角度を減じて得られる値と、任意のクランク角度における熱発生率と、の積に対応した値を、クランク角度について積分して得られる値がゼロとなる特定クランク角度、
を熱発生率重心位置と定義し得る。

別の言い方をすると、本定義（第２の定義）における熱発生率重心位置は、下記（１）式が成立するように定められるクランク角度（特定クランク角度）Ｇｃである。下記（１）式において、ＣＡｓは燃料の燃焼が始まるクランク角度を表し、ＣＡｅは燃料の燃焼が終わるクランク角度を表し、θは任意のクランク角度を表し、ｄＱ（θ）はクランク角度θにおける熱発生率を表す。

・定義３
熱発生率重心位置の第３の定義として、
「任意のクランク角度よりも進角側の各熱発生率と該熱発生率にそれぞれ対応するクランク角度距離との積の総和が、前記任意のクランク角度よりも遅角側の各熱発生率と該熱発生率にそれぞれ対応するクランク角度距離との積の総和に等しい」ときの任意のクランク角度、
を熱発生率重心位置と定義し得る。

なお、上記「クランク角度距離」は、任意のクランク角度と各クランク角度との間のクランク角度の差、を表す。

別の言い方をすると、本定義（第３の定義）における熱発生率重心位置は、下記（２）式が成立するように定められるクランク角度Ｇｃである。下記（２）式におけるＣＡｓ、ＣＡｅ、θ、および、ｄＱ（θ）は、上記（１）式と同様のパラメータを表す。

そこで、本定義（第３の定義）における熱発生率重心位置Ｇｃは、言い換えれば、「一つの燃焼行程における燃焼開始から燃焼終了までの間の特定クランク角度であって、“燃焼開始から特定クランク角度まで間の任意の第１クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ”と“その任意の第１クランク角度における熱発生率”との積を燃焼開始から特定クランク角度までクランク角度について積分（積算）した値と、“特定クランク角度から燃焼終了までの間の任意の第２クランク角度と特定クランク角度との差の大きさ”と“その任意の第２クランク角度における熱発生率”との積を特定クランク角度から燃焼終了までクランク角度について積分（積算）した値と、が等しくなるような特定クランク角度」を表すとも言える。

・定義４
熱発生率重心位置の第４の定義として、
各サイクルにおいて、燃料の燃焼が始まるクランク角度をＣＡｓにて表し、燃焼が終わるクランク角をＣＡｅにて表し、任意のクランク角度をθにて表し、かつ、クランク角度θにおける熱発生率をｄＱ（θ）にて表すとき、下記（３）式：

に基づく演算により取得されるクランク角度Ｇｃ、
を熱発生率重心位置Ｇｃと定義し得る。

なお、本定義（第４の定義）に用いられる上記（３）式は、上記（１）式および上記（２）式をクランク角度Ｇｃについて解くことにより、導出される関係式である。

・定義５
熱発生率重心位置の第５の定義として、上記第４の定義を言い換え、
クランク角度距離とそれに対応する熱発生率との積の積分値を、クランク角度に対する熱発生率の波形によって画定される領域の面積で割って得られる値に燃焼開始クランク角度を加えた値、
を熱発生率重心位置と定義し得る。

以上が、本発明の「熱発生率重心位置」の定義（定義１〜５）である。

なお、上記定義１〜５は、同一の対象（熱発生率重心位置）をそれぞれ異なる視点から定義付けたものであり、当然ながら、燃料の燃焼波形が同一であれば、いずれの定義によって特定されるクランク角度（熱発生率重心位置）も同一の値となる。よって、例えば、制御装置が適用される機関の状態など（例えば、本発明の制御装置が適用される機関の種類、機関の構造、および、機関に設けられるセンサの種類など）を考慮して上記定義１〜５のいずれかを適宜に選択し、その選択された定義を用いて熱発生率重心位置が特定されればよい。

（Ｂ）熱発生率重心位置と燃料の消費の度合いとの関係
一般に、機関の運転時、燃料の燃焼によって生じるエネルギの一部はクランクシャフトを回転させる仕事に変換されるが、残りは損失となる。この損失には、機関本体から発生する熱として失われる冷却損失、排ガスによって大気中に放出される排気損失、吸気および排気に伴って発生するポンプ損失、ならびに、機械抵抗損失などが含まれる。これら損失のうち、一般に、冷却損失および排気損失が、損失の全体に対して大きな割合を占めている。そこで、冷却損失および排気損失を減少させることにより、燃料の消費の度合い（例えば、燃料消費率）を効果的に改善することができると考えられる。

しかし、冷却損失と排気損失とは一般にトレードオフの関係にある。すなわち、冷却損失を減少させれば排気損失が増加し、排気損失を減少させれば冷却損失が増加することになる。そこで、「冷却損失および排気損失の和（合計）」を小さくするように燃焼制御が行われれば、燃料の消費の度合いが改善されると考えられる。

燃焼制御を行うにあたり、燃料の燃焼状態は、燃料噴射量および燃料噴射時期などの「燃焼状態に影響を及ぼす種々のパラメータ」に応じて変化する（以下、燃焼状態に影響を及ぼすパラメータは、単に「燃焼パラメータ」とも称呼される。）。ところが、様々な運転状態に応じた好適な燃焼パラメータ（場合によっては、複数の燃焼パラメータ）を実験等によって事前に決定することは、一般に容易ではない。さらに、あらかじめ適切な燃焼パラメータを決定し得るとしても、その決定のためには一般に莫大な時間を要する。そのため、所望の燃焼制御を行うための燃焼パラメータを体系的に決定する手法を開発することが望まれている。

そこで、発明者らは、燃料の燃焼状態を表す指標として、従来装置の５０％熱発生角度に代えて、上述した“熱発生率重心位置”に着目した。

図１は、熱発生率重心位置をより具体的に説明するための説明図である。まず、図１（Ａ）に示されるように、「クランク角度θ１にてパイロット噴射が開始され、クランク角度θ２にてメイン噴射が開始される」例において、上記定義に従って特定される熱発生率重心位置Ｇｃは、図中のクランク角度θ４に相当する。なお、図１に表示される各波形は、図９および図１０に表示される従来装置の各波形に対応している。

この例において、図１（Ｂ）に示されるように、パイロット噴射の開始時期がクランク角度θ１からΔθｐだけ進角されてクランク角度θ０に設定された場合、上記各定義から理解されるように（例えば、定義１に従えば、熱発生率重心位置は図中の斜線領域の幾何学的重心Ｇに相当するので）、熱発生率重心位置Ｇｃはクランク角度Δθｇだけ進角してクランク角度θ４’となる。すなわち、燃料の燃焼状態（パイロット噴射の開始時期）が変化すると、その変化に応じて熱発生率重心位置Ｇｃも変化することになる。

よって、本発明の“熱発生率重心位置”は、従来装置の“５０％熱発生角度”に比べ、燃料の燃焼状態をより正確に反映するパラメータであると言える。

次いで、図２は、熱発生率重心位置と、燃料消費率の悪化率と、の関係の一例を表す説明図である。図中の曲線Ｇｃ１〜曲線Ｇｃ３は、それぞれ、低負荷かつ低回転速度、中負荷かつ中回転速度、および、高負荷かつ高回転速度の場合における同関係を表す。なお、これら曲線は、発明者らが行った実験による測定結果に基づく。また、図２に表示される各波形は、図１１に表示される従来装置の各波形に対応している。

図２に示されるように、たとえ機関の負荷および／または機関回転速度が異なっていても、燃料消費率の悪化率が最小となる熱発生率重心位置（逆に言えば、燃料消費率が最良となる熱発生率重心位置）は、特定のクランク角度θａとなる。別の言い方をすると、熱発生率重心位置を一定の基準値（固定値）に一致するように制御すれば、機関の負荷および／または機関回転速度が異なっても、燃料消費率の悪化率は変化しない。すなわち、熱発生率重心位置と燃料消費率との間には、実質的に一対一の関係がある。

このように、熱発生率重心位置は燃焼状態を良好に示すパラメータであり、熱発生率重心位置を機関の負荷および／または機関回転速度に依らず所定の一定値（例えば、上記クランク角度θａ近傍の値）に近付けることにより、燃料消費率を改善できる、との知見が得られた。逆に言えば、熱発生率重心位置と燃料消費率との関係を調べれば、燃料消費率を改善可能な熱発生率重心位置を特定することができる、との知見が得られた。

以上に説明したように、本発明の“熱発生率重心位置”は、従来装置の“５０％熱発生角度”とは異なり、燃料の消費の度合い（例えば、燃料消費率）を一意に特定可能なパラメータである。換言すると、上述した関係（熱発生率重心位置と、燃料の消費の度合いと、の関係）を考慮すれば、「機関の燃料消費率を改善可能な、熱発生率重心位置の基準位置」を特定することができる。そして、この基準位置に熱発生率重心位置を一致させる燃焼制御（すなわち、重心位置制御）を行えば、従来装置の５０％熱発生角度を用いた制御では困難であった機関の燃料消費率の改善を図ることができる。

なお、発明者らは、重心位置制御を実際に機関に適用するにあたり、更に種々の実験等を行った。その結果、燃料消費率と併せて考慮すべき機関の特性（例えば、機関の構造上の強度・耐熱性、冷間状態での始動特性、排ガス浄化特性など）を踏まえた上で、重心位置制御を行うべき運転領域（すなわち、特定の運転状態領域）を定めればよい、との知見が得られた。

（Ｃ）燃料の燃焼状態と燃焼ノイズとの関係
発明者らの更なる検討により、上記燃焼制御（重心位置制御）を行った場合、「機関の負荷が小さい領域」および／または「機関の回転速度が小さい領域」での運転中にＥＧＲ装置による排気再循環が行われているとき、機関の負荷および回転速度から予想される燃焼ノイズの大きさよりも、実際の燃焼ノイズが大きくなる場合があることが確認された。

燃焼ノイズの大きさは、一般に、燃料が燃焼するときの筒内圧の上昇率（例えば、筒内圧が上昇しているときの単位時間あたりの筒内圧の変化量）に比例すると考えられる。すなわち、筒内圧の上昇率が大きいほど（つまり、筒内圧が急激に増大するほど）大きな燃焼ノイズが生じると考えられる。

図３および図４は、燃料が燃焼するときの筒内圧の推移をより具体的に説明するための説明図である。まず、図３に示されるように、パイロット噴射およびメイン噴射が行われる例において、機関の筒内圧は、ピストンの移動と、パイロット噴射による燃料の燃焼と、メイン噴射による燃料の燃焼と、に起因して増減すると考えられる。そこで、図３では、ピストンの移動による筒内圧の推移と、パイロット噴射による筒内圧の変化量と、メイン噴射による筒内圧の変化量と、の合計を、結果的な筒内圧の推移（例えば、筒内圧センサによる検出値に相当する。）として表示している。

具体的に述べると、本例では、圧縮行程においてピストンが上死点ＴＤＣに近づいたとき、パイロット噴射およびメイン噴射が行われる。パイロット噴射による燃料は、パイロット噴射が開始されてから所定の着火遅れ時間τｐ１が経過した後に着火する。そして、パイロット噴射による燃料は、所定の時間をかけて燃焼しながら、筒内圧を変化させる。一方、メイン噴射による燃料は、メイン噴射が開始されてから所定の着火遅れ時間τｍ１が経過した後に着火する。そして、メイン噴射による燃料は、燃焼時間ｍＢＰ１に亘って燃焼しながら、筒内圧を変化させる。このときのメイン噴射による筒内圧の最大値は、ｍＰｍａｘ１である。

なお、本例における着火遅れ時間とは、図３に示されるように、「燃料の噴射が開始された時点から、その燃料の燃焼に起因する熱発生（および熱発生に起因する筒内圧の変化）が始まる時点まで、の時間長さ」を表す。

本例では、パイロット噴射による燃料が燃焼している期間中に（パイロット噴射に起因して筒内圧が変化している期間中に）メイン噴射による燃料が着火する（燃焼が始まる）ことにより、パイロット噴射による燃料の燃焼と、メイン噴射による燃料の燃焼と、が連続的に進行する（双方の燃焼が繋がる）ように、パイロット噴射の開始タイミングおよびメイン噴射の開始タイミングが設定されている。また、本例では、メイン噴射の噴射が継続している途中（メイン噴射中）にメイン噴射の着火が始まり、着火後もメイン噴射が続くように、メイン噴射の噴射時間が設定されている（図示省略）。

上述した各燃焼の結果、本例における筒内圧は、図３に示されるように推移する。このとき、筒内圧の上昇率（すなわち、筒内圧の推移の傾き）の大きさはθ１であり、筒内圧の最大値はＰｍａｘ１である。なお、本例では、理解を容易にするべく、パイロット噴射による燃料が着火する時点（図中の点Ａ）と、筒内圧が最大である時点（点Ｂ）と、の間にて筒内圧を比較することにより、筒内圧の上昇率θ１を近似的に定めている。

ところで、燃料の噴射から着火までの時間差（着火遅れ時間τｐ１，τｍ１）は、燃料の着火プロセスに関連して生じる。具体的には、気筒内に噴射された燃料（燃料噴霧）は、気筒内のガスと混合されつつ同ガスによって加熱されて気化し、燃料噴霧の周辺のガス中に分散しながら局所的に混合気を形成する。その混合気内では低温酸化反応などを含む着火前反応が進行し、同反応に起因して混合気の温度が更に上昇する。一方、その混合気の空燃比は、気化した燃料と気筒内のガスとの混合・分散の度合い（混合・分散するガスの量）及び同ガス中の空気の割合（例えば、ＥＧＲ率の大小）などに基づき、定まる。そして、混合気の空燃比と温度とが着火に必要な条件を満たすと、その混合気が着火する。

上述したようなプロセスを経て燃料が着火することから、着火遅れ時間の長さは、気筒内のガスの温度、ガスの組成（空気の割合）および流動性、ならびに、燃料の組成、燃料液滴の大きさ及び混合・分散の度合い等の要因に応じて変化する。

例えば、ＥＧＲ率が大きいほど、気筒内のガスに占める空気の割合が減少するので（逆に言えば、不活性な排ガスの割合が増大するので）、燃焼可能な空燃比にある混合気が形成されるためには、燃料がより多くの気筒内のガスと混合され、より広い範囲に分散する必要がある。また、燃料が混合・分散されるべきガスの量が増すと、単位体積の混合気に含まれる燃料の量が減少するので（換言すると、単位量の燃料が着火前反応によって昇温させることになる混合気の体積が増大するので）、着火前反応において混合気の温度が上昇し難くなる。これら理由により、ＥＧＲ率が大きいほど、着火遅れが拡大する（着火遅れ時間が長くなる）と考えられる。

また、上記説明から理解されるように、気筒内のガスの温度が低いほど、気筒内に噴射された燃料（燃料噴霧）が気化するために要する時間が長くなる。そのため、気筒内のガスの温度が低いほど、着火遅れが拡大する（着火遅れ時間が長くなる）と考えられる。

着火遅れが拡大した場合の筒内圧の推移を、図４を参照しながら説明する。図４に示される例において、パイロット噴射およびメイン噴射は、図３に示される例と同一のタイミングにて開始および終了される。しかし、パイロット噴射による燃料は、パイロット噴射が開始されてから、着火遅れ時間τｐ１よりも長い着火遅れ時間τｐ２（τｐ２＞τｐ１）が経過した後に着火する。同様に、メイン噴射による燃料は、メイン噴射が開始されてから着火遅れ時間τｍ１よりも長い着火遅れ時間τｍ２（τｍ２＞τｍ１）が経過した後に着火する。

このように着火遅れが拡大した結果、本例では、パイロット噴射による燃料の燃焼と、メイン噴射による燃料の燃焼と、の大部分が重複して生じることになる。さらに、メイン噴射の着火遅れ時間がτｍ１からτｍ２に拡大する分、メイン噴射の着火時点において気筒内に存在する燃料（メイン噴射開始からメイン噴射着火までに噴射されたメイン噴射の燃料）の量が、図３に示される例（正常時）よりも多いことになる。そのため、メイン噴射において、図３に示される例（正常時）よりも短時間に多量の燃料が燃焼することになる。具体的には、図示されるように、メイン噴射による燃料は、燃焼時間ｍＢＰ１よりも短い燃焼時間ｍＢＰ２（ｍＢＰ２＜ｍＢＰ１）で燃焼し、メイン噴射による筒内圧の最大値はｍＰｍａｘ１よりも大きいｍＰｍａｘ２（ｍＰｍａｘ２＞ｍＰｍａｘ１）となる。

メイン噴射による燃料が急激に燃焼する結果、本例における筒内圧は図示されるように推移する。このとき、筒内圧の上昇率の大きさθ２は、図３の例におけるθ１よりも大きい（θ２＞θ１）。また、筒内圧の最大値Ｐｍａｘ２も、Ｐｍａｘ１よりも大きい（Ｐｍａｘ２＞Ｐｍａｘ１）。なお、本例では、図３に示される例と同様に筒内圧の上昇率θ２を近似的に定めている。

図３および図４を参照しながら説明したように、燃料の着火遅れが拡大したとき、筒内圧の変化は急峻となり、筒内圧の上昇率が大きくなる。換言すると、燃料の着火遅れが拡大すると、燃焼ノイズが大きくなる。

本発明の制御装置が適用される機関は、ＥＧＲ装置を有している。この機関が過給機を備えている場合、「機関の負荷が小さい領域」および／または「機関の回転速度が小さい領域」にて機関が運転されると、一般に、それら領域での過給圧の応答速度（過給圧の変更指示に実際の過給圧が応じるまでの時間）は、それら領域以外での過給圧の応答速度よりも小さい。そのため、過給圧の応答遅れ等に起因し、それら領域でのＥＧＲ率が、それら領域以外でのＥＧＲ率よりも大きくなる場合がある。また、機関が過給機を備えていない場合であっても、程度の差はあれど上記同様の現象が生じ得る。なお、排ガス中のＮＯｘ量を低減する観点から、それら領域において不用意にＥＧＲ率を小さくすることは好ましくない。また、過給機の有無にかかわらず、機関の冷間始動時などにおいて、それら領域にて機関が運転されるとき、一般に、気筒内のガスの温度が着火遅れに大きな影響を及ぼす程度に低い場合がある。

これらの結果、それら領域において機関が運転されるとき、燃料の着火遅れが拡大する場合がある。

さらに、重心位置制御が行われる場合、燃料消費率を改善する観点から、熱発生率重心位置の基準位置が圧縮上死点の近傍のクランク角度に設定される場合が多い。そのため、重心位置制御における基準位置を「燃料消費率を改善可能な位置」に設定すると、燃料が燃焼するときの燃焼室の容積が最小に近いので、燃焼室の容積が大きい場合（例えば、熱発生率重心位置が圧縮上死点から大きく離れた位置である場合）に比べ、一般に、燃料が燃焼する際の筒内圧の変動が激しい。

その結果、着火遅れの拡大が筒内圧に及ぼす影響が大きく、わずかな着火遅れの拡大が筒内圧の上昇率を著しく増大させる場合がある。

上述した理由により、排気再循環の実行中に上述した特定の領域にて機関が運転されているときに重心位置制御を行うと、燃料の着火遅れに起因して燃焼ノイズが大きくなる場合がある。

そこで、本発明の制御装置は、前記重心位置制御を行っている場合において、「機関の負荷が閾値負荷よりも小さい及び機関の回転速度が閾値回転速度よりも小さいとの二要件の少なくとも一方」がＥＧＲ装置による排気再循環の実行中に成立したとき（以下、便宜上、「特定条件が成立したとき」という。）、着火促進制御を行う。

着火促進制御とは、上述したように、「パイロット噴射の噴射量を、重心位置制御に基づいて定められるパイロット噴射の噴射量よりも増大させる」制御である。なお、後述されるように、着火促進制御が行われるとき、パイロット噴射の噴射量が増大する分だけメイン噴射の噴射量を減少させてもよい。

着火促進制御が行われると、パイロット噴射による燃料噴射量（以下、「パイロット噴射量」とも称呼される。）が増えることにより、燃料噴霧の近傍では単位体積の混合気に含まれる燃料の量が増大して混合気が昇温され易くなり、噴射の勢い（噴射時間）が増す分だけその混合気がより多くの気筒内のガスと混合・分散し易くなる。そのため、たとえ上記特定条件が成立しても、着火促進制御を行わない場合に比べて着火遅れが拡大し難いことになる。

別の言い方をすると、「特定条件が成立しているときに重心位置制御が行われると燃焼ノイズが増大する」との新たな知見を見出したからこそ、その知見に基づき、「燃料消費率の改善のための重心位置制御」と「燃焼ノイズの低減のための着火促進制御」とを適切なタイミングにて実行することが可能となった。すなわち、本発明は、重心位置制御および着火促進制御を適切に使い分けることにより、従来装置では実現が困難であった燃料消費率の改善を実現しながら、更に燃焼ノイズの低減をも実現することができる。

このように、本発明の制御装置は、熱発生率重心位置の基準位置を燃料消費率を改善可能な位置に設定しても、燃料の着火遅れに起因して燃焼ノイズが大きくなることを抑制することができる。すなわち、機関の燃料消費率の改善と、燃焼ノイズの低減と、を両立することができる。したがって、本発明の制御装置は、ＥＧＲ装置を備えた機関の燃料消費率を改善しながら燃焼ノイズを低減するとの目的を達成することができる。

ところで、上記「着火促進制御」におけるパイロット噴射量の“増大量”は、上記特定条件が成立するときに生じ得る着火遅れの拡大を抑制することができる量であればよく、特に制限されない。例えば、この増大量は、着火遅れの拡大の度合い（例えば、事前の実験等によって確認された着火遅れ時間（正常値）と、実際の着火遅れ時間（着火遅れ拡大時の値）と、を比較することにより、拡大の度合いを把握できる。）に基づき、設定され得る。

なお、着火促進制御によってパイロット噴射量を増大させると、一般に、機関の出力トルクも増大することになる。そこで、この出力トルクの増大量が機関の運転に及ぼす影響が大きい場合（例えば、出力トルクの増大量が、機関のドライバビリティの観点から無視できない程度に大きい場合）、パイロット噴射量の増大とともに「パイロット噴射量の増大量に相当する量だけメイン噴射量を減少させる」ように着火促進制御が行われてもよい。逆に、機関の出力トルクの増大量が機関の運転に及ぼす影響が小さければ（例えば、出力トルクの増大量が、機関のドライバビリティの観点から無視できる程度に小さければ）、メイン噴射量を必ずしも減少させる必要はない。また、機関のドライバビリティへの影響の大小に関わらず、パイロット噴射量の増大とともに「パイロット噴射量の増大量に相当する量だけメイン噴射量を減少させる」ように着火促進制御が行われてもよい。

本発明の制御装置は、重心位置制御下で上記特定条件が成立すれば、着火促進制御を実行するようになっている。しかし、着火促進制御を更に適切な時期に実行する観点から、本発明の制御装置は、「上記特定条件が成立し、且つ、燃料の着火遅れの度合いが所定の閾値よりも大きいとの追加条件が成立した」ときに限り、着火促進制御を実行するように構成されてもよい。

この追加条件における“燃料の着火遅れ”として、パイロット噴射の着火遅れ時間（図３，４のτｐ１，τｐ２）、メイン噴射の着火遅れ時間（図３，４のτｍ１，τｍ２）、および、噴射される燃料全体の着火遅れ時間（例えば、メイン噴射の開始時点から、燃焼行程中に発生する総熱量の１０％が発生する時点まで、の時間長さ）などが採用され得る。

上記同様、着火促進制御を更に適切な時期に実行する観点から、上記特定条件は、「機関の負荷が閾値負荷よりも小さい及び機関の回転速度が閾値回転速度よりも小さいとの二要件の“双方”」がＥＧＲ装置による排気再循環の実行中に成立すること、に置き換えられてもよい。この理由は、上記説明から理解されるように、上記二要件の一方が成立する場合に比べ、上記二要件の双方が成立する場合には、燃料の着火遅れに起因して燃焼ノイズが大きくなる可能性が高いと考えられるからである。

なお、上述したように、燃料の着火遅れの拡大は、過給機による過給圧にも影響を受ける場合が多い。そこで、本発明の制御装置は、ＥＧＲ装置に加えて“過給機”を備えた内燃機関に適用されることが好ましい。

上記「負荷」は、機関の負荷状態を表す指標であればよく、具体的なパラメータおよび取得方法などは特に制限されない。例えば、負荷として、機関の出力トルクそのもの、機関が出力すべきトルクの要求値（例えば、アクセルペダル開度）、および、その要求値から定まる燃料噴射量、のうちの１つ又は複数が採用され得る。また、負荷として、機関の燃焼室に導入され得るガスの最大量（例えば、機関の総排気量を気筒の数で除算した量）に対する燃焼室に実際に導入されるガスの量（実際量）の割合を表す値（いわゆる、負荷率）が採用され得る。

上記「メイン噴射」および「パイロット噴射」は、周知のように、燃料の多段噴射が行われる場合における個々の燃料噴射を表す。具体的には、メイン噴射は、機関に要求される出力トルクの発生に主として寄与する燃料を噴射する処理（例えば、多段噴射される燃料のうち最大量の燃料を噴射する処理）である。パイロット噴射は、メイン噴射の燃料の着火を促進する観点などから、メイン噴射に先立って（メイン噴射よりも進角側で）微量の燃料を噴射する処理である。なお、パイロット噴射は、１回だけ行われてもよく、複数回行われてもよい。

パイロット噴射が複数回行われる場合、本発明の“着火促進制御”において、全てのパイロット噴射の噴射量が増大されてもよく、一部のパイロット噴射の噴射量が増大されてもよい。特に、メイン噴射の燃料の着火遅れが拡大することをより効果的に防ぐ観点から、少なくとも「メイン噴射の“直前”に行われるパイロット噴射」の噴射量を増大させることが好ましい。なお、メイン噴射の“直前”に行われるパイロット噴射とは、例えば、パイロット噴射を２回行った後にメイン噴射を行う場合における“２回目”のパイロット噴射、を表す。

ところで、重心位置制御における上記「基準位置」は、機関の燃料消費率を改善する観点において適切な熱発生率重心位置であればよく、具体的な値は特に制限されない。例えば、基準位置として、燃料消費率が“最小”となるような熱発生率重心位置が採用され得る。一方、機関の燃料消費率とは異なる観点からの要求（例えば、排ガスに含まれるＮＯｘ量の低減、排気浄化触媒の早期暖機、機関の耐熱性および強度、および、過渡運転時の処置など）を考慮し、それら要求と燃料消費率の改善とを両立し得るような熱発生率重心位置が、基準位置として採用され得る。

上記「所定の運転状態領域」は、上述したように、燃料消費率と併せて考慮すべき機関の特性を踏まえた上で、熱発生率重心位置を基準位置に一致させるべき運転状態領域として定められればよい。

上記「燃料消費率」は、機関にて使用される燃料の多さ（消費の度合い）を表す値であればよく、具体的なパラメータは特に制限されない。例えば、燃料消費率として、単位出力・単位時間当たりの燃料消費量（いわゆるＢＳＦＣ。例えば、ｇ／ｋＷ・ｈ）、機関を搭載した車両の単位走行距離当たりの燃料消費量（例えば、Ｌ／１００ｋｍ）、および、単位燃料量当たりの車両の走行距離（例えば、ｋｍ／Ｌ）などが採用され得る。また、機関の駆動以外の目的のために燃料が消費される場合（例えば、ディーゼル・パーティキュレート・フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去させる（すなわち、同フィルタの再生の）ため燃料を排ガス中に噴射する場合）、その目的のために消費される燃料消費量を「燃料消費率」に含めてもよい。

上記「熱発生率重心位置・・・を・・・基準位置に一致させるための重心位置制御を行う」との表現は、熱発生率重心位置が基準位置と一致していない場合に熱発生率重心位置を基準位置に近づけるように燃焼制御を行うこと、および、熱発生率重心位置が基準位置と一致している場合に熱発生率重心位置と基準位置とが一致した状態を維持するように燃焼制御を行うこと、を含む。なお、本表現は、「熱発生率重心位置を基準位置に制御する」と言い換え得る。

このような燃焼制御は、例えば、熱発生率重心位置に影響を及ぼす燃焼パラメータ（例えば、下記１〜１２を参照。）を調整することによって行い得る。なお、燃焼制御を行うことは、燃焼パラメータを定めること（すなわち、燃焼パラメータをフィードフォワード制御および／またはフィードバック制御により機関の運転状態に応じた適値に設定・変更すること）と実質的に同義である。

燃焼制御のための燃焼パラメータとして、例えば、内燃機関の構成に応じて、下記（１）〜（１２）の少なくとも１つが採用され得る。
（１）メイン噴射の時期
（２）燃料噴射弁が燃料を噴射するときの圧力である燃料噴射圧
（３）パイロット噴射の燃料噴射量
（４）パイロット噴射の回数
（５）パイロット噴射の時期
（６）各パイロット噴射の燃料噴射量
（７）メイン噴射よりも遅角側にて行われる燃料噴射であるアフター噴射の燃料噴射量
（８）過給機による過給圧（例えば、内燃エンジンを備えたシステムにおける可変ノズルターボ（ＶＮターボ）機構の可変ノズル開度、ガソリンエンジンを備えたシステムにおけるウェイストゲート弁の開度、に対応。）
（９）吸気温度（例えば、インタークーラーの冷却効率（冷却能力）、および、ＥＧＲクーラーの冷却効率（冷却能力）、に対応する。より具体的には、インタークーラーをバイパスする通路を通過するガス量（バイパス弁の開度）、および、ＥＧＲクーラーをバイパスする通路を通過するガス量（バイパス弁の開度）、に対応する。）
（１０）ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量）
（１１）機関に備えられ且つ排気通路に配設された過給機のタービンよりも下流側の排ガスを機関の吸気通路へと還流させる低圧ＥＧＲ装置により還流させられる低圧ＥＧＲガス量に対する、機関に備えられ且つ過給機のタービンよりも上流側の排ガスを吸気通路へと還流させる高圧ＥＧＲ装置により還流させられる高圧ＥＧＲガス量の比（高低圧ＥＧＲ率）
（１２）気筒内のスワール流の強度（例えば、スワールコントロールバルブの開度に対応する。）

上記（１）〜（１２）の各燃焼パラメータを用いて熱発生率重心位置を“進角（アドバンス）させる”場合、例えば、制御装置は下記（１ａ）〜（１２ａ）の動作を行えばよい。
（１ａ）メイン噴射の時期を進角側に移動させる。
（２ａ）燃料噴射圧を増加させる。
（３ａ）パイロット噴射の燃料噴射量を増加させる。
（４ａ）パイロット噴射のみに関して決まるパイロット噴射の熱発生率重心位置が進角側へ移動するようにパイロット噴射の回数を変更する。
（５ａ）パイロット噴射の熱発生率重心位置が進角側へ移動するようにパイロット噴射の時期を変更する。
（６ａ）パイロット噴射の熱発生率重心位置が進角側へ移動するように各パイロット噴射の燃料噴射量を変更する。
（７ａ）アフター噴射の燃料噴射量を減少する、または、アフター噴射を行わない。
（８ａ）過給圧を増加させる。
（９ａ）吸気温度を上昇させる。
（１０ａ）ＥＧＲ率を低下させる（ＥＧＲ量を減少させる。）。
（１１ａ）高低圧ＥＧＲ率を低下させる。
（１２ａ）スワール流の強度を増大させる。

逆に、熱発生率重心位置を“遅角（リタード）させる”場合、例えば、制御装置は下記（１ｂ）〜（１２ｂ）の動作を行えばよい。
（１ｂ）メイン噴射の時期を遅角側に移動させる。
（２ｂ）燃料噴射圧を減少させる。
（３ｂ）パイロット噴射の燃料噴射量を減少させる。
（４ｂ）パイロット噴射のみに関して決まるパイロット噴射の熱発生率重心位置が遅角側へ移動するようにパイロット噴射の回数を変更する。
（５ｂ）パイロット噴射の熱発生率重心位置が遅角側へ移動するようにパイロット噴射の時期を変更する。
（６ｂ）パイロット噴射の熱発生率重心位置が遅角側へ移動するように各パイロット噴射の燃料噴射量を変更する。
（７ｂ）アフター噴射の燃料噴射量を増大させる。
（８ｂ）過給圧を減少させる。
（９ｂ）機関制御装置は、インタークーラー４５の冷却効率を上昇させる（吸気温度を低下させる）。
（１０ｂ）ＥＧＲ率を上昇させる（ＥＧＲ量を増大させる。）。
（１１ｂ）高低圧ＥＧＲ率を上昇させる。
（１２ｂ）スワール流の強度を低下させる。

以上が、本発明に係る内燃機関の制御装置についての説明である。以下、本発明の制御装置の一の態様について述べる。

本発明の制御装置が重心位置制御を行うときの「基準位置」は、上述したように、重心位置制御によって達成すべき目的（主として燃料消費率の改善）を考慮した適値に設定されればよい。

例えば、本発明の制御装置の一の態様として、
前記重心位置制御における前記基準位置は、「前記機関の燃料消費率が最小となる位置」に設定され得る。

機関の燃料消費率が最小となるように基準位置を定める場合、上述したように、機関の出力トルクを出来る限り大きくする観点から、基準位置が圧縮上死点の近傍のクランク角度に設定されることが多い。この場合、一般に、気筒内での燃料の燃焼温度が高いことに起因してＮＯｘが多量に生成されるので、ＮＯｘ量を低減するために排気再循環（ＥＧＲ）が積極的に行われる。

その結果、熱発生率重心位置が圧縮上死点から離れた位置である場合に比べ、ＥＧＲガスの量（換言すると、ＥＧＲ率）が大きいため、上記特定条件が成立するときに燃料の着火遅れが拡大し易い。また、その着火遅れを低減したくても、ＮＯｘ量を低減するとの目的に反することからＥＧＲガスの量を減らすことは困難である。そこで、基準位置が本態様のように設定されているときに本発明の制御装置を適用すれば、ＮＯｘ量を低減しつつ、燃焼ノイズを小さくすることができる。

したがって、本態様の制御装置は、ＮＯｘ量を低減すべき要求からＥＧＲ率を小さくする（ＥＧＲガスを減らす）ことが困難な場合であっても、燃焼ノイズを低減することができる。その結果、本態様の制御装置は、より適切にＥＧＲ装置を備えた機関の燃料消費率を改善しながら燃焼ノイズを低減することができる。

ところで、上記「機関の燃料消費率が最小となるように設定される」基準位置は、例えば、「機関から出力されるトルクが最大となるように設定される位置」と言い換えることができる。また、この基準位置は、「圧縮上死点の近傍の位置」と言い換えることもできる。

以上に説明したように、本発明に係る制御装置は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関の燃料消費率を改善しながら燃焼ノイズを低減することができる。

図１は、本発明における熱発生率重心位置の考え方を説明するための説明図である。 図２は、熱発生率重心位置と、燃料消費率の悪化率と、の関係の一例を表す説明図である。 図３は、燃料の燃焼状態と、機関の筒内圧と、の関係（正常時）の一例を表す説明図である。 図４は、燃料の燃焼状態と、機関の筒内圧と、の関係（着火遅れ拡大時）の他の例を表す説明図である。 図５は、本発明の実施形態に係る制御装置、および、制御装置が適用される内燃機関の概略図である。 図６は、本発明の実施形態に係る制御装置が行う制御の概要を示したフローチャートである。 図７は、図５に示した制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図８は、図５に示した制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図９は、クランク角度と、熱発生率と、の関係の一例を表す参考図である。 図１０は、クランク角度と、熱発生率と、の関係の一例を表す参考図である。 図１１は、従来装置に採用されている５０％熱発生角度と、燃料消費率の悪化率と、の関係の一例を表す参考図である。

＜実施形態＞
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る制御装置（以下、「実施装置」とも称呼する。）について説明する。

（構成）
実施装置は、図５に示した内燃機関１０に適用される。機関１０は、多気筒（本例では直列４気筒）・４サイクル・ピストン往復動型・ディーゼル機関である。機関１０は、機関本体部２０、燃料供給系統３０、吸気系統４０、排気系統５０、ＥＧＲ装置６０、電子制御ユニット７０、および、各種センサ８１〜９５を含んでいる。

機関本体部２０は、シリンダブロック、シリンダヘッドおよびクランクケース等を含む本体２１を備える。本体２１には４つの気筒（燃焼室）２２が形成されている。各気筒２２の上部には燃料噴射弁（インジェクタ）２３が設けられている。燃料噴射弁２３は、後述するエンジンＥＣＵ（電子制御ユニット）７０の指示に応じたタイミングにて同指示に応じた時間長さだけ燃料を気筒内に噴射することにより、燃料噴射タイミングおよび燃料噴射量を調整するようになっている。

燃料供給系統３０は、燃料加圧ポンプ（サプライポンプ）３１と、燃料送出管３２と、コモンレール（蓄圧室）３３と、を含む。燃料加圧ポンプ３１は、燃料送出管３２を介してコモンレール３３に接続されている。コモンレール３３は、燃料噴射弁２３に接続されている。

燃料加圧ポンプ３１は、燃料タンク（図示省略）内の燃料を汲み上げた後に加圧し、加圧された燃料を燃料送出管３２を通じてコモンレール３３へ供給するようになっている。燃料加圧ポンプ３１は、電子制御ユニット７０の指示に応じ、コモンレール３３内の燃料の圧力（燃料噴射圧）を調整できるようになっている。

吸気系統４０は、インテークマニホールド４１、吸気管４２、エアクリーナ４３、過給機４４のコンプレッサ４４ａ、インタークーラー４５、スロットル弁４６、および、スロットル弁アクチュエータ４７を含んでいる。

排気系統５０は、エキゾーストマニホールド５１、排気管５２、過給機４４のタービン４４ｂ、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）５３、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）５４、尿素ＳＣＲ触媒５５、尿素水タンク５６、尿素水供給管５７、および、尿素水噴射弁５８を含んでいる。

ＥＧＲ装置６０は、排気還流管６１、ＥＧＲ制御弁６２およびＥＧＲクーラー６３を含んでいる。排気還流管６１は、タービン４４ｂの上流側の排気通路（エキゾーストマニホールド５１）と、スロットル弁４６の下流側の吸気通路（インテークマニホールド４１）と、を連通している。ＥＧＲ制御弁６２は、排気還流管６１に設けられている。ＥＧＲ制御弁６２は、電子制御ユニット７０からの指示に応じて排気還流管６１の流路断面積を変更することにより、排気通路から吸気通路へと再循環される排ガス量を変更し得るようになっている。その結果、ＥＧＲガス量（または、ＥＧＲ率）が制御される。

電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭおよびインターフェース等を含む。電子制御ユニット７０は、各種センサ８１〜９５と接続されており、それらセンサからの信号を受信（入力）するとともに、ＣＰＵからの指示に応じて各アクチュエータに指示（駆動）信号を送出するようになっている。

各種センサ８１〜９５は、エアフローメータ８１、スロットル弁開度センサ８２、吸気管圧力センサ８３、燃料圧力センサ８４、筒内圧センサ８５、クランク角度センサ８６、ＥＧＲ制御弁開度センサ８７、水温センサ８８、ＳＣＲ上流側排ガス温度センサ８９、ＳＣＲ下流側排ガス温度センサ９０、ＮＯｘセンサ９１、尿素水残量センサ９２、車速センサ９３、燃料残量センサ９４、および、アクセル開度センサ９５、を含む。

筒内圧センサ８５は、各気筒（燃焼室）に対応するように設けられている。筒内圧センサ８５は、対応する気筒内の圧力（すなわち、筒内圧）Ｐｃを表す信号を出力する。

クランク角度センサ８６は、機関１０の図示しないクランクシャフトの回転位置（すなわち、クランク角度）に応じた信号を出力する。電子制御ユニット７０は、このクランク角度センサ８６およびカムポジションセンサ（図示省略）からの信号に基づき、所定の気筒の圧縮上死点ＴＤＣを基準とした機関１０のクランク角度（絶対クランク角度）θを取得する。さらに、電子制御ユニット７０は、クランク角度センサ８６からの信号に基づいて、機関回転速度ＮＥを取得する。

なお、後述されるように（図８のステップ８３０を参照。）、筒内圧センサ８５によって検出される筒内圧Ｐｃおよびクランク角度センサ８６によって検出されるクランク角度θに基づき、熱発生率重心位置Ｇｃが算出されるようになっている。

ＥＧＲ制御弁開度センサ８７は、ＥＧＲ制御弁６２の開度を表す信号を出力する。なお、後述されるように（図７のステップ７５０を参照。）、本信号を参照することにより、「ＥＧＲ装置６０による排気再循環が行われているか否か」を判定することができる。

水温センサ８８は、機関１０の冷却水の温度（冷却水温）ＴＨＷを表す信号を出力する。車速センサ９３は、機関１０が搭載された車両の走行速度（車速）Ｓｐｄを表す信号を出力する。燃料残量センサ９４は、図示しない燃料タンクに貯えられている燃料の量を表す信号を出力する。アクセル開度センサ９５は、アクセルペダル（図示省略）の開度Ａｃｃｐを表す信号を出力する。

以上が、実施装置が適用される機関１０の構成についての説明である。

（作動の概要）
次いで、実施装置における制御の考え方が、図６を参照しながら説明される。図６は、実施装置における「制御の概要」を表すフローチャートである。

実施装置は、ステップ６１０にて、重心位置制御（実際の熱発生率重心位置を所定の基準位置に一致させるように、燃焼パラメータを調整する制御）の考え方に基づき、各種の燃焼パラメータを定める。なお、本ステップにて定められた燃焼パラメータに従って機関１０が運転されることにより（ステップ６５０）、重心位置制御が実行されることになる。

具体的には、実施装置においては、熱発生率重心位置と燃焼パラメータとの関係（マップなど）が電子制御ユニット７０のＲＯＭに記憶されている。実施装置は、機関の実際の運転状態に応じてＲＯＭから燃焼パラメータを読み出し、その燃焼パラメータを使用する制御（すなわち、フィードフォワード制御）によって熱発生率重心位置を基準位置に一致させる。さらに、実施装置は、実際の熱発生率重心位置を筒内圧センサ８５が検出する筒内圧Ｐｃに基づいて推定し、その推定した熱発生率重心位置が基準位置と一致するように燃焼パラメータをフィードバック制御する。ただし、このフィードバック制御は必ずしも必須ではない。逆に、フィードフォワード制御は実行せず、フィードバック制御のみにより熱発生率重心位置を基準位置と一致させてもよい。

そして、実施装置は、重心位置制御を行っているとき、ステップ６２０およびステップ６３０にて「着火促進制御を行うべき特定条件」が成立するか否かを判定する。

具体的には、実施装置は、ステップ６２０にて、現時点にてＥＧＲ装置６０による排気再循環が実行中であるか否かを判定する。さらに、実施装置は、ステップ６３０にて、「機関１０の負荷が所定の閾値よりも小さい」および「機関１０の回転速度が所定の閾値よりも小さい」との各条件の少なくとも一方が成立するか否かを判定する。

実施装置は、ステップ６２０およびステップ６３０の双方にて「Ｙｅｓ」と判定すると、ステップ６４０に進み、着火促進制御（パイロット噴射量を、重心位置制御に基づいて定められるパイロット噴射量よりも増大させる制御）を行う。その後、実施装置は、ステップ６５０に進み、増量されたパイロット噴射量を含む燃焼パラメータに従って機関１０を運転する。これにより、着火促進制御が行われることになる。

一方、実施装置は、ステップ６２０およびステップ６３０のいずれか一方にて「Ｎｏ」と判定すると、ステップ６４０の処理は行わずにステップ６５０に進み、重心位置制御のために定められた燃焼パラメータにて機関１０を運転する。すなわち、重心位置制御が行われる。

なお、着火促進制御が一旦開始されると、実施装置は、ステップ６２０またはステップ６３０のいずれか一方にて「Ｎｏ」と判定されるまで（特定条件が成立しなくなるまで）、その着火促進制御を継続する。そして、着火促進制御中にステップ６２０またはステップ６３０のいずれか一方にて「Ｎｏ」と判定されると、実施装置は、重心位置制御を開始（または再開）する。

以上が、実施装置の作動の概要である。

（燃料の噴射）
次に、実際に電子制御ユニット７０のＣＰＵ（以下、単に「ＣＰＵ」とも称呼される。）が行う処理について説明する。ＣＰＵは、所定時間が経過する毎に図７にフローチャートによって示した「燃料噴射制御ルーチン」を実行するようになっている。具体的には、適当なタイミングにて、ＣＰＵは図７のステップ７００から処理を開始し、ステップ７１０に進む。

ＣＰＵは、ステップ７１０にて、現時点にて燃料噴射を行うべきか否かを判定する。例えば、現時点がフューエルカット運転を行うべき時点である場合、ＣＰＵは、ステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。一方、現時点にて燃料噴射を行うべきではない特段の事情がない場合、ＣＰＵは、ステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７２０に進む。

ＣＰＵは、ステップ７２０にて、アクセルペダル開度Ａｃｃｐおよび車速Ｓｐｄに基づき、機関１０への要求出力Ｐｒを算出する。その後、ＣＰＵは、ステップ７３０に進む。

ＣＰＵは、ステップ７３０にて、要求出力Ｐｒに基づき、燃料噴射量の目標量（目標噴射量）ＴＡＵを決定する。この目標噴射量ＴＡＵは、後述されるように、パイロット噴射量およびメイン噴射量の合計量（１回の燃焼サイクルにて噴射される燃料の総量）に相当する。その後、ＣＰＵは、ステップ７４０に進む。

ＣＰＵは、ステップ７４０にて、“重心位置制御”のための各燃焼パラメータを設定する。具体的には、ＣＰＵは、ステップ７４０にて、図８にフローチャートによって示した「熱発生率重心位置の制御ルーチン」を実行し、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが基準位置Ｇｃｔｇｔと等しくなるように、各種の燃焼パラメータ（本例においては、燃焼パラメータの一つである“メイン噴射の噴射時期Ｉｎｊｍ”）をフィードバック制御によって設定する。なお、本ルーチンは機関１０の気筒毎に実行される。

なお、本例において、機関１０は、重心位置制御を実行するべき所定の運転状態領域において運転されていると仮定する。この運転状態領域は、例えば、機関１０の構造上の強度・耐熱性、始動特性及び排ガス浄化特性等を考慮して定められる。この運転状態領域の一例として、“機関１０の負荷が特定の範囲内にあるとき”が採用され得る。

以下、図８の「熱発生率重心位置の制御ルーチン」における処理が説明される。

（熱発生率重心位置の制御）
ＣＰＵは、ステップ７４０から図８のルーチンに進むと、ステップ８００から処理を開始し、ステップ８０５に進む。ＣＰＵは、ステップ８０５にて、熱発生率重心位置の基準位置Ｇｃｔｇｔを読み込む。本例における基準位置Ｇｃｔｇｔは、機関１０の燃料消費率が最小となるように定められたクランク角度θａ（図２を参照。圧縮上死点の近傍のクランク角度であり、あらかじめ行われた実験などによって特定されている。例えば、圧縮上死点後７度ＣＡ）であり、電子制御ユニット７０のＲＯＭに格納されている。

次いで、ＣＰＵは、ステップ８１０に進む。ＣＰＵは、ステップ８１０にて、「前回の燃焼サイクルの際に、重心位置制御を目的として如何なる燃焼パラメータの調整が行われたか」（本例においては、後述されるように、メイン噴射時期Ｉｎｊｍの進角または遅角の度合い）を、電子制御ユニット７０のＲＡＭから読み出す（後述されるステップ８４５を参照。）。ＣＰＵは、この前回の燃焼パラメータ調整を考慮しながら、以下に続くステップ８１５〜ステップ８２５にて、今回の燃焼サイクルにおける各燃焼パラメータ（本例においては、パイロット噴射量Ｑｐ、メイン噴射量Ｑｍ、パイロット噴射時期Ｉｎｊｐおよびメイン噴射時期Ｉｎｊｍ）を決定する。

具体的には、ＣＰＵは、ステップ８１５にて、冷却水温ＴＨＷおよび機関回転速度ＮＥに基づき、パイロット噴射率αを決定する。パイロット噴射率αは、燃料噴射量の総量（目標噴射量ＴＡＵ）に占めるパイロット噴射量の割合を表し、ゼロ以上であって１より小さい値（０≦α＜１）である。なお、本例のパイロット噴射率αはパイロット噴射が１回行われることを前提に定められるが、必ずしもパイロット噴射は１回である必要はなく、パイロット噴射が複数回行われることを前提にパイロット噴射率αが定められてもよい。

次いで、ＣＰＵは、ステップ８２０にて、目標噴射量ＴＡＵにパイロット噴射率αを乗算することによってパイロット噴射量Ｑｐを決定し、目標噴射量ＴＡＵに「１からパイロット噴射率αを減算した値（１−α）」を乗算することによってメイン噴射量Ｑｍを決定する。

次いで、ＣＰＵは、ステップ８２５にて、各種の燃焼パラメータ（パイロット噴射量Ｑｐ、メイン噴射量Ｑｍ、燃料噴射圧、および、過給圧など）と、前回の燃焼サイクルの際に行われた燃焼パラメータの調整（メイン噴射時期Ｉｎｊｍの進角または遅角の度合い）と、を考慮しながら、熱発生率重心位置Ｇｃが基準位置Ｇｃｔｇｔに一致するように、パイロット噴射時期Ｉｎｊｐおよびメイン噴射時期Ｉｎｊｍを決定する。さらに、本例においては、パイロット噴射時期Ｉｎｊｐおよびメイン噴射時期Ｉｎｊｍは、パイロット噴射による燃料が燃焼している期間中にメイン噴射による燃料の着火が始まることにより、パイロット噴射による燃料の燃焼とメイン噴射による燃料の燃焼とが連続的に進行する（双方の燃焼が繋がる）ように、決定される。

次いで、ＣＰＵは、ステップ８３０に進む。ＣＰＵは、ステップ８３０にて、前回の燃焼サイクルの際に筒内圧センサ８５により検出した筒内圧Ｐｃに基づいて熱発生率を算出し、その熱発生率に基づき、前回の燃焼サイクルにおける熱発生率重心位置Ｇｃを推定する。具体的には、ＣＰＵは、筒内圧Ｐｃに基づき、クランク角度θ［ｄｅｇＡＴＤＣ］に対する単位クランク角度あたりの発熱量である熱発生率ｄＱ（θ）［Ｊ／ｄｅｇＡＴＤＣ］を、特定の手法に基づいて算出する（例えば、特開２００５−５４７５３号公報、および、特開２００７−２８５１９４号公報などを参照。）。

次いで、ＣＰＵは、熱発生率ｄＱ（θ）を下記（３）式に適用することにより、熱発生率重心位置Ｇｃを取得・推定する（上記“定義４”を参照。）。なお、実際には、熱発生率重心位置Ｇｃは、（３）式をデジタル演算式に変換した式に基づいて計算される。（３）式において、ＣＡｓは燃焼が始まるクランク角度であり、ＣＡｅは燃焼が終わるクランク角度である。

次に、ＣＰＵはステップ８３５に進み、上述したように算出された（実際の）熱発生率重心位置Ｇｃが基準位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上に遅角（リタード）しているか否かを判定する。実際の熱発生率重心位置Ｇｃが基準位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上に遅角している場合、ＣＰＵは、ステップ８３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８４０に進む。

ＣＰＵは、ステップ８４０にて、実際の熱発生率重心位置Ｇｃを進角側へ移動させるべく、燃焼パラメータを調整する。本例においては、燃焼パラメータの調整として、ＣＰＵは、メイン噴射時期Ｉｎｊｍを所定の微小角度ΔＣＡだけ進角（アドバンス）する。これにより、熱発生率重心位置Ｇｃが、僅かに進角して基準位置Ｇｃｔｇｔに近づく。

次いで、ＣＰＵは、ステップ８４５に進む。ＣＰＵは、ステップ８４５にて、今回行った燃焼パラメータの調整の内容（本例においては、メイン噴射時期Ｉｎｊｍを微小角度ΔＣＡだけ進角したこと）を電子制御ユニット７０のＲＡＭに記録する。

その後、ＣＰＵは、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが基準位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上に遅角（リタード）していない場合、ＣＰＵは、ステップ８３５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ８５０に進む。

ＣＰＵは、ステップ８５０にて、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが基準位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上に進角（アドバンス）しているか否かを判定する。熱発生率重心位置Ｇｃが基準位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上に進角している場合、ＣＰＵは、ステップ８５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８５５に進む。

ＣＰＵは、ステップ８５５にて、実際の熱発生率重心位置Ｇｃを遅角側へ移動させるべく、燃焼パラメータを調整する。本例においては、燃焼パラメータの調整として、ＣＰＵは、メイン噴射の噴射時期Ｉｎｊｍを所定の微小角度ΔＣＡだけ遅角（リタード）する。これにより、熱発生率重心位置Ｇｃが、僅かに遅角して基準位置Ｇｃｔｇｔに近づく。

次いで、ＣＰＵは、ステップ８４５に進んで今回の燃焼パラメータの調整の内容を記録した後、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

このようにして、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが基準位置Ｇｃｔｇｔに一致するように燃焼パラメータがフィードバック制御される。そして、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが基準位置Ｇｃｔｇｔに対して正の微小角度Δθｓ以上に遅角（リタード）も進角（アドバンス）もしなくなると（すなわち、実際の熱発生率重心位置Ｇｃが基準位置Ｇｃｔｇｔに実質的に一致すると）、ＣＰＵは、ステップ８３５およびステップ８５０の双方にて「Ｎｏ」と判定し、燃焼パラメータの調整は行わず、本ルーチンを一旦終了する。

そして、図８のルーチンが終了すると、ＣＰＵは、図７のルーチンのステップ７４０に戻る。次いで、ＣＰＵは、ステップ７５０およびステップ７６０にて「着火促進制御を開始すべき特定条件」が成立するか否かを判定する。

まず、ＣＰＵは、ステップ７５０にて、現時点にてＥＧＲ装置６０が排気再循環を行っているか否かを判定する。具体的には、ＣＰＵは、ＥＧＲ制御弁６２の開度を表す信号（ＥＧＲ制御弁開度センサ８７からの出力信号）に基づき、現時点に排気再循環が行われているか否かを判定する。現時点にてＥＧＲ装置６０が排気再循環を行っている場合、ＣＰＵは、ステップ７５０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７６０に進む。なお、ＥＧＲ装置６０による排気再循環は、例えば、排ガス中のＮＯｘ濃度が所定の閾値よりも小さい状態が維持されるように作動または停止されればよい。

ＣＰＵは、ステップ７６０にて、「機関１０のアクセル開度Ａｃｃｐが閾値Ａｃｃｐｔｈよりも小さい」及び「機関回転速度ＮＥが閾値ＮＥｔｈよりも小さい」との２つの条件の少なくとも一方が成立するか否か、を判定する。

なお、ステップ７６０において、アクセル開度Ａｃｃｐに代えて、機関１０が発生するトルク（出力トルク）の大きさが採用されてもよい。また、アクセル開度Ａｃｃｐに代えて、燃料噴射量ＴＡＵが用いられてもよい。

ＣＰＵは、「機関１０のアクセル開度が閾値Ａｃｃｐｔｈよりも小さい」及び「機関回転速度ＮＥが閾値ＮＥｔｈよりも小さい」と各条件のいずれも（双方とも）が成立しない場合、ステップ７６０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ７７０に進む。

ＣＰＵは、ステップ７７０にて、重心位置制御（ステップ７４０）の考え方に従って設定されたパイロット噴射量Ｑｐの燃料を、同様に設定されたパイロット噴射時期Ｉｎｊｐにて、気筒内に噴射する。さらに、ＣＰＵは、ステップ７８０にて、同様に設定されたメイン噴射量Ｑｍの燃料を、同様に設定されたメイン噴射時期Ｉｎｊｍにて、気筒内に噴射する。これにより、“重心位置制御”が実行されることになる。

その後、ＣＰＵは、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、ステップ７６０における各条件の少なくとも一方が成立すれば（すなわち、着火促進制御を行うべき特定条件が成立すれば）、ＣＰＵは、ステップ７６０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７９０に進む。

ＣＰＵは、ステップ７９０にて、“着火促進制御”のための燃焼パラメータの補正を行う。具体的には、ＣＰＵは、重心位置制御（ステップ７４０）の考え方に従って設定されたパイロット噴射量Ｑｐに所定の補正量ΔＱを加算した値を、新たなパイロット噴射量Ｑｐとして設定（更新）する。すなわち、ＣＰＵは、パイロット噴射量Ｑｐを補正量ΔＱだけ増大させる。

さらに、ＣＰＵは、同ステップ７９０にて、同様に設定されたメイン噴射量Ｑｍから上記補正量ΔＱを減算した値を、新たなメイン噴射量Ｑｍとして設定（更新）する。すなわち、ＣＰＵは、メイン噴射量Ｑｍを補正量ΔＱだけ減少させる。

次いで、ＣＰＵは、ステップ７７０およびステップ７８０の処理を実行し、「補正量ΔＱだけ増大されたパイロット噴射量Ｑｐ」の燃料をパイロット噴射時期Ｉｎｊｐにて気筒内に噴射し、「補正量ΔＱだけ減少されたメイン噴射量Ｑｍ」の燃料をメイン噴射時期Ｉｎｊｍにて気筒内に噴射する。これにより、“着火促進制御”が実行されることになる。

その後、ＣＰＵは、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

このように、“着火促進制御”によってパイロット噴射量Ｑｐが増大されれば、単位体積の混合気に含まれる燃料の量が増大して混合気が昇温され易くなり、燃料噴射時間が増す分だけ混合気がより多くの気筒内のガスと混合・分散し易くなる。そのため、上記特定条件下にて機関１０が運転されても、燃料の着火遅れが拡大し難い。よって、実施装置は、燃料消費率を改善可能な位置（圧縮上死点の近傍）に基準位置Ｇｃｔｇｔを設定する制御と、燃料の着火遅れに起因して燃焼ノイズが大きくなることを抑制する制御と、を適切に使い分けることができる。したがって、実施装置は、ＥＧＲ装置６０および過給機４４を備えた機関１０の燃料消費率を改善しながら、燃焼ノイズを低減することができる。

以上、図５〜図８を参照しながら説明したように、上記実施形態に係る制御装置は、ＥＧＲ装置６０を有する内燃機関１０に適用され、機関１０の気筒内で燃料が燃焼するときの熱発生率重心位置Ｇｃとして定められるクランク角度を基準位置Ｇｃｔｇｔに一致させるための“重心位置制御”を行う制御部（例えば、電子制御ユニット７０）を備えている（図７のステップ７４０、ステップ７７０およびステップ７８０、ならびに、図８のルーチンを参照。）。

この制御部７０は、重心位置制御の実行中に、「アクセルペダル開度Ａｃｃｐが閾値Ａｃｃｐｔｈよりも小さい」及び「機関１０の回転速度ＮＥが閾値回転速度ＮＥｔｈよりも小さい」との二要件の少なくとも一方がＥＧＲ装置６０による排気再循環の実行中に成立した場合（ステップ７５０およびステップ７６０にて「Ｙｅｓ」と判定された場合）、燃料のメイン噴射の前に行われるパイロット噴射の噴射量Ｑｐを、重心位置制御に基づいて定められるパイロット噴射の噴射量よりも増大させる“着火促進制御”を行う（ステップ７９０を参照。補正量ΔＱ）ように構成されている。

より具体的には、実施装置では、重心位置制御における基準位置Ｇｃｔｇｔは、機関１０の燃料消費率が最小となるように（圧縮上死点の近傍の値に）設定されている。

＜他の実施形態＞
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施装置は、「着火促進制御を開始すべき特定条件」について、「アクセルペダル開度Ａｃｃｐが閾値Ａｃｃｐｔｈよりも小さい」及び「機関回転速度ＮＥが閾値ＮＥｔｈよりも小さい」との２つの条件の“少なくとも一方”が成立するか否か、を判定している（図７のステップ７６０）。しかし、本発明の制御装置は、それら２つの条件の“双方”がＥＧＲ装置６０による排気再循環の実行中に成立すること、を上記特定条件とするように構成されてもよい。

上記構成の制御装置により、上記２条件の“一方”が成立する場合に着火促進制御を行う場合に比べ、着火促進制御を更に適切な時期に実行することができる。

さらに、例えば、上記実施装置は、重心位置制御を行っている場合に上記特定条件が成立すれば（ステップ７５０およびステップ７６０の双方にて「Ｙｅｓ」と判定されれば）、着火促進制御を実行するようになっている。しかし、本発明の制御装置は、「重心位置制御を行っている場合において、上記特定条件が成立し、且つ、燃料の着火遅れの度合いが所定の閾値よりも大きいとの追加条件が成立した」ときに限って、着火促進制御を実行するように構成されてもよい。具体的には、例えば、図７のステップ７６０とステップ７９０との間に、着火遅れの度合いの大小を判定する追加処理（追加ステップ）を挿入することにより、本構成が実現される。なお、着火遅れの度合いの大小は、例えば、着火遅れの目標値（負荷および機関回転速度から予測される着火遅れ時間）と、筒内圧の推移に基づいて特定される実際の着火遅れと、を比較することによって判定され得る。

上記構成の制御装置により、上記特定条件が成立して実際に着火遅れが拡大した場合に着火促進制御を行うこととなるので、着火促進制御を更に適切な時期に実行することができる。

１０…内燃機関、２２…気筒、２３…燃料噴射弁、６０…ＥＧＲ装置、８５…筒内圧センサ、８６…クランク角度センサ、９５…アクセル開度センサ

Claims (2)

1. ＥＧＲ装置を有する内燃機関に適用される制御装置であって、
   前記機関の気筒内で燃料が燃焼するときの熱発生率重心位置として定められるクランク角度を前記機関が所定の運転状態領域にあるときに一定の基準位置に一致させるための重心位置制御を行う制御部を備え、
   前記制御部が、
   前記重心位置制御を行っている場合において、前記機関の負荷が閾値負荷よりも小さい及び前記機関の回転速度が閾値回転速度よりも小さいとの二要件の少なくとも一方が前記ＥＧＲ装置による排気再循環の実行中に成立したとき、
   前記燃料のメイン噴射の前に行われるパイロット噴射の噴射量を、前記重心位置制御に基づいて定められる該パイロット噴射の噴射量よりも増大させる、着火促進制御を行う、
   内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   前記重心位置制御における前記基準位置が、前記機関の燃料消費率が最小となる位置に設定される、内燃機関の制御装置。
   
   

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