JP2006316675A - 内燃機関の吸気調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
減圧弁を用いることによる部品増加や搭載性の悪化を招くことなく、かつ、コモンレールの実圧（ＮＰＣ）が運転状態に適した目標圧（Ｐｆｉｎ）より大きい状態の時に発生する高温燃焼による音を緩和できる内燃機関の吸気調整装置を提供する。
【解決手段】
内燃機関１の吸気調整装置１６は、吸入空気量を調整する吸気調整機構１６と、運転状態に応じて吸気調整機構１６を制御する制御装置５とを備え、制御装置５は、内燃機関１において高温燃焼が発生することを予測する高温燃焼予測手段を備え、その制御装置５は、この高温燃焼予測手段によって高温燃焼が予測された際、吸入空気量が、高温燃焼と予測された時点の状態よりも低下するように吸気調整機構１６を制御することを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路の吸気圧もしくは燃焼室への吸入空気量を制御する吸気調整装置に関する。

蓄圧式燃料噴射装置は、内燃機関の運転状態に応じてインジェクタから噴射される噴射量を算出する。具体的な一例を示すと、通常運転時の燃料噴射量は、アクセル開度とエンジン回転数により基本噴射量が決められ、エンジン水温、過給圧、大気圧、燃料温度等の影響を考慮して基本噴射量を補正して目標噴射量（Ｑｆｉｎ）が決められる。
一方、コモンレールの圧力（以下、コモンレール圧）は、目標噴射量（Ｑｆｉｎ）と内燃機関の回転数により基本圧（Ｐ）が決められ、エンジン水温、過給圧、大気圧、燃料温度等の影響を考慮して基本圧（Ｐ）を補正して目標圧（Ｐｆｉｎ）が決められる。

ここで、アクセルオフ等により目標圧（Ｐｆｉｎ）に対してコモンレールの実圧（ＮＰＣ）が高い時（圧力差（ΔＰ）が大）に高温燃焼による音が発生する。これは、短い燃焼期間で大きな熱発生を伴う時に発生する音に相当する。具体的な発生例を示す。コモンレールに高圧燃料を供給するサプライポンプは、高圧燃料の吐出量が制御装置によって調整されてコモンレール圧を目標圧（Ｐｆｉｎ）に維持している。即ち、サプライポンプによってコモンレール圧を目標圧（Ｐｆｉｎ）に上昇させる機能がある。しかし、逆にコモンレールの降圧要求がある場合には、吐出を止めることはできるが、積極的にコモンレール圧を減圧する機能はない。

このため、アクセルから足を離した減速時等のように、比較的高圧で燃料噴射を行っていた状態から急激に低圧での噴射が要求されても、コモンレール圧が、インジェクタによる噴射やインジェクタからのリークで低圧に減圧するまでの期間は、本来要求される目標圧（Ｐｆｉｎ）より実圧（ＮＰＣ）が高い状態（圧力差（ΔＰ）が大）でインジェクタから燃料噴射が行われることになる。このように、目標圧（Ｐｆｉｎ）より実圧（ＮＰＣ）が高い状態では、噴射期間が極端に短くなり、短時間で大きな熱発生を伴う燃焼によって音が発生する。この高温燃焼の発生は車両性能上も好ましくない。例えば、車両が低速で走行している場合は、タイヤからの騒音といったロードノイズは低減するため、上記燃焼する際の音が際立つ。この音は、運転者または同乗者にとって耳障りな音となる。

上記の不具合を回避するために、コモンレールあるいは高圧燃料配管にコモンレール圧を減圧調整するための減圧弁を取り付け、目標圧（Ｐｆｉｎ）の急激な減圧時にはコモンレールに蓄圧された高圧燃料を燃料タンクへ戻すことで実圧（ＮＰＣ）を瞬時に目標圧（Ｐｆｉｎ）に減圧させる技術が知られている。また、減圧弁を設けずにコモンレール圧を低減する手段として、インジェクタの電磁弁を、インジェクタが開弁するに至る時間よりも短い時間幅で開弁駆動して空打ちさせ、コモンレールからインジェクタの制御室に流入する高圧燃料を燃料タンクにリークさせてコモンレール圧を低下させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１７３１８９号公報

上述した減圧弁を用いる技術では、減圧弁をコモンレールあるいは高圧燃料配管に取り付ける必要があり、減圧弁の追加によりコモンレールの車両への搭載性が悪化するとともに、部品点数や組付工数の増加によってコストの上昇を招いてしまう。
また、インジェクタを空打ちさせる技術では、少量ずつコモンレール圧を下げる技術であるため、実圧（ＮＰＣ）を瞬時に目標圧（Ｐｆｉｎ）へ減圧させることはできず、減圧開始初期において高温燃焼による音が発生してしまう。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、減圧弁を用いることによる部品増加や搭載性の悪化を招くことなく、かつ、コモンレールの実圧（ＮＰＣ）が運転状態に適した目標圧（Ｐｆｉｎ）より大きい状態の時に発生する高温燃焼による燃焼音を緩和できる内燃機関の吸気調整装置の提供にある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の内燃機関の吸気調整装置は、内燃機関の燃焼室への吸入空気量を調整する吸気調整機構と、内燃機関の運転状態に応じて吸気調整機構を制御する制御装置とを備え、制御装置は、内燃機関において高温燃焼が発生することを予測する高温燃焼予測手段を備え、その制御装置は、この高温燃焼予測手段によって高温燃焼が予測された際、吸入空気量が、高温燃焼と予測された時点の状態よりも低下するように吸気調整機構を制御することを特徴としている。

この構成によれば、高温燃焼予測手段によって高温燃焼が予測された際、燃焼室への吸入空気量を高温燃焼が予測された時点の状態よりも低下させているので、高温燃焼による燃焼音を緩和できる。

つまり、減圧弁を用いることによる部品の増加や搭載性の悪化を招くことなく、かつ、コモンレールの実圧（ＮＰＣ）が運転状態に適した目標圧（Ｐｆｉｎ）より大きい状態の時に発生する高温燃焼による燃焼音を緩和できる
本発明の請求項２に記載の内燃機関の吸気調整装置の高温燃焼予測手段は、高圧燃料を蓄えるコモンレールの実圧から、内燃機関の運転状態に適したコモンレールの目標圧を差し引いた圧力差が、予め設定された判定値より大きく、かつ、コモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴射するインジェクタから燃料噴射を実施する条件が成立すると、内燃機関において高温燃焼が発生することを予測することを特徴としている。

この構成によれば、コモンレールの実圧が運転状態に適した目標圧より大きい状態のときにおいて発生する高温燃焼による燃焼音を的確に緩和できる。

本発明の請求項３に記載の内燃機関の吸気調整装置の高温燃焼予測手段は、高温燃焼が発生すると予測する条件として、圧力差が、判定値より大きく、かつ、インジェクタから燃料噴射を実施する条件の成立の他に、内燃機関の回転数、インジェクタからの燃料噴射量、吸気温度、および冷却水温の内、少なくともいずれか一つに基づいて高温燃焼の発生を予測することを特徴としている。

圧力差および燃料噴射を実施することのみで高温燃焼の発生を予測し、吸気調整機構を制御すると、内燃機関の運転状態または環境条件に場合によっては、内燃機関のドライバビリティが極端に低下したり、白煙が発生したりすることがある。この構成によれば、請求項２に記載の予測条件に加え、内燃機関の回転数、インジェクタからの燃料噴射量、吸気温度、および冷却水温も考慮に入れて高温燃焼を予測しているので、ドライバビリティの低下や、白煙の発生を防止できる。

本発明の請求項４に記載の内燃機関の吸気調整装置の制御装置は、内燃機関の運転状態から算出される吸気通路内の基本吸気圧と、コモンレールの実圧から、内燃機関の運転状態に適したコモンレールの目標圧を差し引いた圧力差に応じた補正量とに基づいて吸気通路内の目標吸気圧を算出し、吸気通路内の実吸気圧が目標吸気圧となるように吸気調整機構を制御することを特徴としている。この構成によれば、実吸気圧を目標吸気圧に制御することで、精度よく燃焼室に吸入される空気量を制御できる。

本発明の請求項５に記載の内燃機関の吸気調整装置の制御装置は、内燃機関の運転状態に対応した補正量を記憶している、もしくは、内燃機関の運転状態を示す信号に基づき補正量を算出することを特徴としている。この構成によれば、制御装置は、内燃機関の運転状態に対応した補正量を記憶している、もしくは、内燃機関の運転状態を示す信号に基づき補正量を算出しているので、最終的に求める目標吸気圧（ＰＩｆｉｎ）を精度良く求めることが可能となる。

本発明の請求項６に記載の内燃機関の吸気調整装置の吸気調整機構は、吸気通路途中に設けられ、吸気通路の通路面積を調整する吸気絞り弁であることを特徴としている。この構成によれば、吸気通路途中に設けられている吸気絞り弁によって、吸気通路の通路面積を調整しているので、吸気圧もしくは吸入空気量を調整できる。

本発明の請求項７に記載の内燃機関の吸気調整装置の吸気調整機構は、開弁時間を調整できる吸気弁であることを特徴としている。この構成によれば、開弁時間が制御可能な吸気弁を備えているので、開弁時間を制御することによって燃焼室への吸入空気量を調整できる。

本発明の請求項８に記載の内燃機関の吸気調整装置の制御装置は、内燃機関の運転状態または環境条件に基づき燃焼に必要な最小限の吸入空気量である最小吸入空気量を算出し、最小吸入空気量以上となるように吸気調整機構を制御することを特徴としている。

一般的に、燃焼状態は、燃焼室内の燃料噴射量と、吸入空気量との割合で左右されることが知られている。例えば、ある燃料噴射量に対して吸入空気量が非常に少ないと、燃焼状態が悪くなり内燃機関が発生するトルクが低下したり、燃焼しなかったりすることもある。所謂、内燃機関は失火の状態となる。

この構成によれば、制御装置は、内燃機関の運転状態または環境条件に基づき燃焼に必要な最小限の吸入空気量である最小吸入空気量を算出し、その最小吸入空気量を確保した上で、吸気調整機構を制御している。ここでいう、燃焼に必要な最小限の吸入空気量とは、上記の説明の通りトルクが低下したり、失火したりといった運転状態や性能に悪影響を及ぼさない吸入空気量である。制御装置は、この最小吸入空気量を確保した上で、吸気調整機構を制御しているので、トルク低下や失火を防止しつつ、高温燃焼に伴う燃焼音を最大限抑制できる。

（第１実施形態）
本発明の実施の形態を、図１から図３に基づいて説明する。図１は、本発明の吸気調整装置が取り付けられた蓄圧式燃料噴射システムの構成示した図である。

図１に示す蓄圧式燃料噴射システムは、４気筒ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジン）１に燃料噴射を行うシステムであり、燃料噴射圧力に相当する高圧燃料を蓄圧する高圧容器としてのコモンレール２と、このコモンレール２に蓄圧された蓄圧燃料をエンジン１の各気筒内に噴射供給するインジェクタ３と、吸入した燃料を加圧してコモンレール２に圧送する燃料供給ポンプとしてのサプライポンプ４と、インジェクタ３およびサプライポンプ４を車両の運転状態に応じて電子制御するＥＣＵ５（エンジン・コントロール・ユニットの略）等から構成される。

エンジン１の各気筒の吸気ポートは、吸気弁（インテークバルブ）６により開閉され、排気ポートは、排気弁（エキゾーストバルブ）７により開閉される。また、各気筒のピストン８は、連結棒（コンロッド：図示せず）を介してクランクシャフト（図示せず）に連結され、燃焼室内で発生した燃焼エネルギーをクランクシャフトに回転エネルギーとして伝えるように設けられている。エンジン１を収容するエンジンルーム（図示せず）内の車両走行風を受け易い場所には、エンジン冷却水を放熱するラジエータ９が配置されている。このラジエータ９には、エンジン冷却水を検出する冷却水温センサ５０が設置されている。

ここで、エンジン１の運転中に、シリンダ１１内で燃焼した排ガスは、排気管１２を通り、バリアブル・ジオメトリ・ターボ（以下、ＶＧＴ）１３の駆動源となった後、触媒（図示せず）、マフラー（図示せず）を経て排出される。上記のＶＧＴ１３の制御は、吸気圧センサ４２、ＶＧＴポジションセンサ４５の信号に基づいて行われる。過給（圧縮）され高温になった吸入空気は、インタークーラ１４で冷却された後、エンジン１の吸気ポートを経てシリンダ１１内へ導入される。

吸気管１５の途中には、吸気管１５の吸気通路を開閉して各シリンダ１１に導入される吸入空気量を調整するための吸気絞り弁（スロットルバルブ）１６が配置されており、このスロットルバルブ１６の弁開度は、ＥＣＵ５からの信号により作動するアクチュエータ１７によって調整される。なお、アクチュエータ１７内には、スロットルバルブ１６の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ（図示せず）が装備されている。このスロットルバルブ１６およびアクチュエータ１７が請求項に記載の吸気調整装置に相当する。このスロットルバルブ１６およびアクチュエータ１７の作動については後ほど詳細に述べる。

吸気管１５の吸気ポート近傍には、ＥＣＵ５からの信号により作動する渦流制御弁（スワール・コントロール・バルブ：以下ＳＣＶ）１８が配置されている。このＳＣＶ１８は、吸気温センサ４３を配置した吸気通路１９を迂回するバイパス路２１内に配置され、低負荷時に通電停止（ＯＦＦ）されて閉弁し、高負荷時に通電（ＯＮ）されて開弁する。

吸気管１５には、排気管１２を流れる排ガスの一部を、排気再循環ガス（以下、ＥＧＲガス）として吸気管１５へ導く排ガス還流管（以下、ＥＧＲ管）２２が接続されている。そして、吸気管１５とＥＧＲ管２２の合流部には、吸気管１５内に導かれるＥＧＲガス量を調整する排ガス再循環装置用バルブ（以下、ＥＧＲバルブ）２３が設置されている。従って、シリンダ１１内に吸い込まれる吸入空気には、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成量を少なくする目的でＥＧＲガスが混入される。ＥＣＵ５は、吸入空気に混入されるＥＧＲガス量が適切になるように、エンジン１の運転状態毎にＥＧＲバルブ２３の開度を設定する。なお、ＥＧＲバルブ２３の開度は、吸入空気量センサ４１、吸気温センサ４３、排気Ｏ２センサ４６、ＥＧＲポジションセンサ４４からの信号を基に、所定値を保持するように制御される。

コモンレール２は、連続的に、噴射圧力に相当するコモンレール圧が蓄圧される必要があり、高圧のコモンレール圧が蓄圧されるように高圧燃料配管２４を介して高圧燃料を圧送するサプライポンプ４の吐出口と接続されている。なお、インジェクタ３からのリーク燃料は、リーク配管（図示せず）を経て燃料タンク１０に戻される。コモンレール２から燃料タンク１０へのリリーフ配管（燃料還流路）２５には、プレッシャリミッタ２６が取り付けられている。このプレッシャリミッタ２６は圧力安全弁であり、コモンレール２内の燃料圧が限界設定圧を超えた際に開弁して、コモンレール２の燃料圧を限界設定圧以下に抑える。なお、コモンレール２には、コモンレール２の実圧（ＮＰＣ）を測定するコモンレール圧センサ４９が取り付けられ、実圧（ＮＰＣ）がＥＣＵ５でモニターされる。

インジェクタ３は、エンジン１の各気筒＃１〜＃４に個別に対応して取り付けられる燃料噴射弁であり、各気筒に高圧燃料を噴射する燃料噴射ノズル、この燃料噴射ノズル内のノズルニードルを開弁方向に駆動するアクチュエータ（電磁弁）、およびノズルニードルを閉弁方向に付勢するスプリング等の付勢手段などから構成される。そして、電磁弁が開弁してノズルニードルが上昇している間、コモンレール２に蓄圧された高圧燃料がインジェクタ３から噴射される。なお、電磁弁の通電時間が長いほど開弁時間が長くなり、インジェクタ３から噴射される噴射量は、多くなる。コモンレール２の実圧（ＮＰＣ）が高いほど、インジェクタ３から噴射される噴射量は、多くなる。

サプライポンプ４は、コモンレール２へ高圧燃料を圧送する高圧ポンプであり、燃料タンク１０内の燃料をサプライポンプ４へ吸引するフィードポンプを搭載し、このフィードポンプによって吸い上げられた燃料を高圧に圧縮してコモンレール２へ圧送する。フィードポンプおよびサプライポンプ４は共通のカムシャフト（図示せず）によって駆動される。なお、このカムシャフトは、エンジン１の出力（クランクシャフト等）によって回転駆動されるものである。

また、サプライポンプ４における高圧加圧室に燃料を送る燃料流路には、その燃料流路の開度度合を調整することによってコモンレール２の圧力を調整するための吸入調量弁（電磁開閉弁：図示しない）が組付けられている。即ち、この吸入調量弁は、コモンレール圧センサ４９によって検出される実圧（ＮＰＣ）が、ＥＣＵ５の求めた目標圧（Ｐｆｉｎ）となるようにＥＣＵ５によって開度制御されるものである。

ＥＣＵ５には、各種の演算処理を行うＣＰＵ、各プログラムおよびデータを保存する記憶装置（ＲＯＭ、スタンバイＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ）、入力回路、出力回路、電源回路、インジェクタ駆動回路、ポンプ駆動回路等の機能を含んで構成される。各センサからのアナログ信号（電圧信号等）は、Ａ／Ｄ変換器でＡ／Ｄ変換された後に、ＥＣＵ５に内蔵された記憶装置に入力される。

そして、ＥＣＵ５は、キースイッチ２７によってイグニッションがＯＮされると、記憶装置に記憶されたプログラムと、読み込まれたセンサ類の信号（エンジン１の運転状態等に応じた信号）とに基づいて各種の演算処理をＣＰＵで行い、演算結果に基づいて各アクチュエータ類を電子制御する。

各インジェクタ３を個別に制御するための気筒判別手段は、エンジン１のカムシャフトに対応して回転するシグナルロータ（例えば、クランクシャフトが２回転する間に１回転する回転体）３１と、このシグナルロータ３１の外周に設けられた各気筒に対応した気筒歯（突起）の接近と離間によって気筒判別パルスを発生する気筒判別センサ（電磁ピックアップ）３２とから構成されている。

また、クランク角およびエンジン回転数（ＮＥ）を検出する回転数検出手段は、エンジン１のカムシャフトに対応して回転するシグナルロータ（例えば、クランクシャフトが１回転する間に１回転する回転体）３３と、このシグナルロータ３３の外周に多数設けられたクランク角検出用の歯（突起）の接近と離間によってＮＥ信号パルスを発生するクランク角センサ（電磁ピックアップ）３４とから構成されている。そして、ＥＣＵ５は、基準位置（欠け歯等）からのＮＥ信号パルスのカウント数でクランク角を検出するとともに、ＮＥ信号パルスの発生間隔を時間計測することによってエンジン回転数を検出する。

ＥＣＵ５は、各気筒のインジェクタ３を個別に制御する。これは、エンジン回転数（ＮＥ）とアクセル開度（ＡＣＣＰ）と予め実験等により測定して作成した特性マップ（図示せず）によって最適な噴射開始時期（指令噴射時期）を求める手段と、エンジン回転数（ＮＥ）とアクセル開度（ＡＣＣＰ）と予め実験等により測定して作成した特性マップ（図示せず）によって最適な基本噴射量（Ｑ）を求める手段とから構成される。また、ＥＣＵ５は、上記で求めた基本噴射量（Ｑ）に、燃料温度センサ５１によって検出された燃料温度（ＴＨＦ）、冷却水温センサ５０によって検出されたエンジン冷却水温（ＴＨＷ）等を考慮した噴射補正量を加味して目標噴射量（Ｑｆｉｎ）を算出する手段を備える。

この本実施形態では、エンジン回転数（ＮＥ）とアクセル開度（ＡＣＣＰ）によって噴射開始時期と基本噴射量（Ｑ）を求め、燃料温度（ＴＨＦ）とエンジン冷却水温（ＴＨＷ）によって、目標噴射量（Ｑｆｉｎ）を求める例を示したが、他のセンサ類（燃料リーク温度センサ３５、油温センサ３６、アクセル開度センサ３７、アイドル位置センサ３８、大気圧センサ３９、大気温（外気温）センサ４０、吸入空気量センサ４１、吸気圧センサ４２、吸気温センサ４３、ＥＧＲポジションセンサ４４、ＶＧＴポジションセンサ４５、排気Ｏ２センサ４６、排気温センサ４７、排気圧センサ４８、コモンレール圧センサ４９、スロットルポジションセンサ等）からの検出信号（エンジン１の運転状態を検出する信号）を加味して、目標噴射量（Ｑｆｉｎ）と、噴射時期と、目標圧（Ｐｆｉｎ）とを求めるようにしても良い。

また、ＥＣＵ５には、トランスミッションのギヤポジションを示す信号、クラッチペダルの踏み込み信号、スタータの通電信号、車速センサからの車速信号、エアコン類やヘッドライト等による電気負荷信号、エアコン用コンプレッサやパワーステアリングやオイルポンプ等のポンプ負荷信号などの車両情報が入力されるように構成されている。

一方、ＥＣＵ５は、目標噴射量（Ｑｆｉｎ）とエンジン回転数（ＮＥ）と予め実験等により測定して作成した特性マップ（図示せず）によってコモンレール２における最適な基本圧（Ｐ）を求め、その基本圧（Ｐ）に燃料温度（ＴＨＦ）、エンジン冷却水温（ＴＨＷ）等を考慮した噴射圧を加味して目標圧（Ｐｆｉｎ）を算出する手段を備えるとともに、サプライポンプ４の吸入調量弁を駆動制御して、コモンレール圧センサ４９によって検出される実圧（ＮＰＣ）を目標圧（Ｐｆｉｎ）にする手段を備える。

コモンレール２に高圧燃料を供給するサプライポンプ４の吐出量は、ＥＣＵ５によって調整されており、コモンレール２の実圧（ＮＰＣ）は目標圧（Ｐｆｉｎ）に維持されている。すなわち、サプライポンプ４の吐出を止めることはできるが、積極的にコモンレール２の圧力を減圧できない。

このため、図２に示すように、減速時（図２中、Ａ１参照）のように、比較的高圧で燃料噴射を行っていた状態（Ｐｆｉｎ＝ＮＰＣ：大）から急激に比較的低圧（Ｐｆｉｎ：小）での噴射が要求されても、コモンレール２の実圧（ＮＰＣ）は、インジェクタ３による噴射やインジェクタ３からのリークで低圧に減圧するまでの期間（図２中、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の期間）は、本来要求される目標圧（Ｐｆｉｎ）より実圧（ＮＰＣ）が高い状態（ΔＰ：大）でインジェクタ３から燃料噴射が行われることになる。

このように、目標圧（Ｐｆｉｎ）より実圧（ＮＰＣ）が高い状態では、噴射期間が極端に短くなり、短時間で大きな熱発生を伴う燃焼によって音が発生する。また、この高温燃焼は車両性能上も好ましくない。また、この燃焼によって発生する音は、車両が低速で走行している場合に顕著になる。それは、車両が低速で走行している場合は、タイヤからの騒音といったロードノイズが低減するためである。この燃焼によって発生する音は、運転者または同乗者にとって耳障りな音となる。

そこで、この実施形態のＥＣＵ５には、エンジン１の各シリンダ１１において高温燃焼が発生することを予測する高温燃焼予測手段が設けられ、ＥＣＵ５は、この高温燃焼予測手段によって高温燃焼が予測された際に吸気管１５に設けられている吸気調整機構としてのスロットルバルブ１６の開度（ＴＨ）を閉じ側に制御して各シリンダ１１への吸入空気量を高温燃焼と予測された時点の状態よりも低下させている。これにより、各シリンダ１１に供給される吸入空気量が減少するので、燃料が燃焼する際の燃焼温度が低下する。その結果、燃焼する際の燃焼音が低下する。

本実施形態の高温燃焼予測手段は、実圧（ＮＰＣ）から目標圧（Ｐｆｉｎ）を差し引いた圧力差（ΔＰ）が、予め設定された判定スレッショルド（α）（図２の破線α参照）より大きく、かつ、インジェクタ３から燃料噴射を実施する時（Ｑｆｉｎ＞０）に、エンジン１において高温燃焼が発生することを予測する。

また、高温燃焼の発生予測は、上記条件の他に、例えばエンジン回転数（ＮＥ）、インジェクタ３からの燃料噴射量（Ｑｆｉｎ）、吸気温、または冷却水温（ＴＨＷ）を加味して予測するようにしてもよい。圧力差（ΔＰ）および燃料噴射を実施することのみで高温燃焼の発生を予測し、スロットルバルブ１６の開度を閉じ側に制御すると、エンジン１の運転状態（エンジン回転数（ＮＥ）、燃料噴射量（Ｑｆｉｎ）または環境条件（吸気温、冷却水温（ＴＨＷ））に場合によっては、エンジン１のドライバビリティが極端に低下したり、白煙が発生したりすることがある。

高温燃焼の発生予測の要素に、上記条件の他に、例えばエンジン回転数（ＮＥ）、インジェクタ３からの燃料噴射量（Ｑｆｉｎ）、吸気温、または冷却水温（ＴＨＷ）を加味することにより、ドライバビリティの低下や、白煙の発生を防止できる。

次に、図２、図３を参照して吸気調整機構としてのスロットルバルブ１６の制御のフローチャートを説明する。

この制御フローに侵入すると（スタート）、ステップＳ１０では、ＥＣＵ５は、車両が減速状態にあるか否かを判定する。減速状態の判定は、アクセル開度（ＡＣＣＰ）やエンジン回転数（ＮＥ）等によって判定される（図２（ａ）参照）。ＥＣＵ５は、判定結果がＹＥＳであれば、処理をステップＳ２０に進め、判定結果がＮＯであれば、ステップＳ１０の処理を繰り返す。

ステップＳ２０では、ＥＣＵ５は、コモンレール２の実圧（ＮＰＣ）を減圧しようとしているか否かを判定する。この減圧判定は、目標圧（Ｐｆｉｎ）が実圧（ＮＰＣ）よりも低い値か否かで判定する（図２（ｂ）参照）。ＥＣＵ５は、目標圧（Ｐｆｉｎ）が実圧（ＮＰＣ）よりも低ければ、判定結果はＹＥＳとなり、処理をステップＳ３０に進め、判定結果がＮＯであれば、処理をステップＳ１０に戻す。

ステップＳ３０では、ＥＣＵ５は、目標圧（Ｐｆｉｎ）から実圧（ＮＰＣ）を差し引いて圧力差（ΔＰ）を算出し、処理をステップＳ４０に進める（図２（ｃ）参照）。

ステップＳ４０では、ＥＣＵ５は、スロットルバルブ１６を閉じ側に制御するか否かを判定する。このステップＳ４０での判定が、請求項に記載の高温燃焼予測手段に相当する。ＥＣＵ５は、圧力差（ΔＰ）が判定スレッショルド（α）より大きく、かつ、インジェクタ３から燃料噴射を実施する時（Ｑｆｉｎ＞０）か否かを判定する（図２（ｃ）参照）。

また、この判定は、上記条件の他に、例えばエンジン回転数（ＮＥ）、インジェクタ３からの燃料噴射量（Ｑｆｉｎ）、吸気温、または冷却水温（ＴＨＷ）を加味して予測するようにしてもよい。

ＥＣＵ５は、この判定において判定結果がＹＥＳであれば、処理をステップＳ５０に進め、判定結果がＮＯであれば、処理をステップＳ１０に戻す。

ステップＳ５０では、ＥＣＵ５は、エンジン１の運転状態（エンジン回転数（ＮＥ）、燃料噴射量（Ｑｆｉｎ）、または環境条件（吸気温、冷却水温（ＴＨＷ））に基づいてエンジン１の燃焼に必要な最小限の吸入空気量である最小吸入空気量（ＡＭＭＩＮＩ）を算出する（図２（ｆ）破線参照）。一般的に、燃焼状態は、燃焼室内の燃料噴射量と、吸入空気量との割合で左右されることが知られている。例えば、ある燃料噴射量に対して吸入空気量が非常に少ないと、燃焼状態が悪くなり内燃機関が発生するトルクが低下したり、燃焼しなかったりすることもある。所謂、内燃機関は失火の状態となる。ここでいう、燃焼に必要な最小限の吸入空気量とは、上記の説明の通りトルクが低下したり、失火したりといった運転状態や性能に悪影響を及ぼさない吸入空気量である。

そして、ステップＳ６０では、ＥＣＵ５は、スロットルバルブ１６を吸気圧に基づいて制御できるか否かを判定する。ＥＣＵ５は、吸入空気量センサ４１にて検出される実吸入空気量（ＮＡＭ）がステップＳ５にて算出された最小吸入空気量（ＡＭＭＩＮＩ）よりも上回っている否かで判定する（図２（ｅ）（ｆ）参照）。ＥＣＵ５は、この判定において判定結果がＹＥＳであれば、スロットルバルブ１６を吸気圧に基づいて制御できるとして処理をステップＳ７０に進め、判定結果がＮＯであれば、これ以上スロットルバルブ１６を吸気圧に基づいて制御すると上記の不具合（トルク低下や失火等）が起こる恐れがあるとして、スロットルバルブ１６の開度はそのままに、処理をステップＳ１０に戻す。なお、ステップＳ５０およびＳ６０での処理が、請求項７に記載の処理に相当する。

本実施形態では、ＥＣＵ５は、エンジン１の運転状態または環境条件に基づき算出される最小吸入空気量（ＡＭＭＩＮＩ）を算出し、最小吸入空気量（ＡＭＭＩＮＩ）を確保した上で、スロットルバルブ１６を制御しているので、エンジン１のトルク低下や失火を防止しつつ、高温燃焼に伴う燃焼音を最大限抑制できる。

ＥＣＵ５は、ステップＳ７０、Ｓ８０の処理を実行することにより、燃焼音が、ステップＳ４０での判定結果がＹＥＳとなった時点での燃焼音よりも低くなるような目標吸気圧（ＰＩｆｉｎ）を算出する（図２（ｄ）参照）。

具体的には、目標吸気圧（ＰＩｆｉｎ）は、図４に示すグラフに基づき求められる基本吸気圧（ＰＩ）を、図５に示すグラフに基づき求められる補正量（Ｋ）で補正することにより算出する。なお、これらのグラフは、ＥＣＵ５の記憶装置に記憶されている。本実施形態では、エンジン１の運転状態としてのエンジン回転数（ＮＥ）がＮＥ１、エンジン負荷が中負荷のときの目標吸気圧（ＰＩｆｉｎ）の算出について説明する。

図４は、上記圧力差（ΔＰ）が所定範囲内の値である場合、すなわちエンジン１が高温燃焼を起こしていない通常の運転状態の場合のエンジン１の運転状態（エンジン回転数（ＮＥ）、エンジン負荷）と、基本吸気圧（ＰＩ）との関係を示すグラフである。図４のグラフは、例えば、実験的に求められるもので、エンジン回転数（ＮＥ）とエンジン負荷をそれぞれ変化させたときの吸気圧センサ４２が検出する吸気圧をグラフにしたものである。

図５は、エンジン１の運転状態（エンジン回転数（ＮＥ）、エンジン負荷）と、上記圧力差（ΔＰ）の単位圧力当りの補正係数（Ｋｂａｓｅ）との関係を示すグラフである。図５のグラフに示すように、補正係数（Ｋｂａｓｅ）は、各エンジン負荷毎（高負荷、中負荷、低負荷）に設けられている。これにより、最終的に求める目標吸気圧（ＰＩｆｉｎ）を精度良く求めることが可能となる。

ＥＣＵ５は、図４のグラフに基づき、エンジン１の運転状態より、通常の運転状態の場合の基本吸気圧（ＰＩ）を算出する。本実施形態では、エンジン１の運転状態としてのエンジン回転数（ＮＥ）とエンジン負荷のそれぞれが、ＮＥ１であり、中負荷なので、基本吸気圧（ＰＩ）としてＰＩ１が算出される（図中破線を参照）。

次に、ＥＣＵ５は、図５のグラフに基づき、エンジン１の運転状態より、上記圧力差（ΔＰ）の単位圧力当りの補正係数（Ｋｂａｓｅ）を算出する。本実施形態では、エンジン回転数（ＮＥ）とエンジン負荷のそれぞれが、ＮＥ１であり、中負荷なので、補正係数（Ｋｂａｓｅ）としてＫｂａｓｅ１が算出される（図中破線を参照）。

続いて、ステップＳ７０では、ＥＣＵ５は、上記補正係数（Ｋｂａｓｅ１）と上記圧力差（ΔＰ）に基づき補正量（Ｋ）を算出する。具体的には、補正係数（Ｋｂａｓｅ１）×圧力差（ΔＰ）を実行することにより補正量（Ｋ１）を算出する。

そして、ステップＳ８０では、ＥＣＵ５は、この基本吸気圧（ＰＩ１）、ステップＳ７０で算出した補正量（Ｋ１）より、目標吸気圧（ＰＩｆｉｎ）を算出する。具体的には、ＥＣＵ５は、基本吸気圧（ＰＩ１）−補正量（Ｋ１）を実行することにより、目標吸気圧（ＰＩｆｉｎ）を算出する（図２（ｄ）参照）。

ステップＳ９０では、ＥＣＵ５は、実吸気圧（ＮＰＩ）が上記目標吸気圧（ＰＩｆｉｎ）となるように、かつ、ステップＳ５０で算出した最小吸入空気量（ＡＭＭＩＮＩ）以上となるようにスロットルバルブ１６の開度（ＴＨ）をフィードバック制御する。そして、再び、スタートに戻りこの制御フローを実行する。

本実施形態では、ＥＣＵ５は、目標吸気圧（ＰＩｆｉｎ）に基づいてスロットルバルブ１６の開度（ＴＨ）を制御し、シリンダ１１に導入される吸入空気量を調整する。そして、再び、スタートに戻りこの制御フローを実行する。このようにして、制御フローを繰り返し実行し、吸入空気量を調整して、高温燃焼時に伴う燃焼音を低減している。

また、本実施形態では、スロットルバルブ１６の開度（ＴＨ）を制御するパラメータとして、吸気圧を利用している。勿論、吸入空気量を測定し、スロットルバルブ１６の開度（ＴＨ）を制御するようにしてもよい。しかし、吸気圧を利用してスロットルバルブ１６を制御した方がよい。以下、この点について詳しく説明する。

吸入空気量センサ４１は、吸気圧センサ４２よりも上流側に設けられている。吸入空気は、吸入空気量センサ４１を通ってからシリンダ１１に導入されるまでに、ある程度の時間を要する。また、吸入空気がシリンダ１１に導入されるまでに、吸入空気に温度変化等が生じる。

一方、吸気圧センサ４２は、吸入空気量センサ４１よりも下流側に設けられているので、上述した問題（時間、温度変化等）は、比較的小さいものとなる。したがって、本実施形態では、スロットルバルブ１６の開度（ＴＨ）をフィードバック制御するパラメータとして、吸気圧を利用するようにした。これにより、吸入空気量センサ４１が検出する吸入空気量を利用してスロットルバルブ１６の開度（ＴＨ）を制御するよりも制御精度や、制御応答性の点で優れている。

また、本実施形態では、図４、図５に示すようにエンジン１の運転状態と基本吸気圧（ＰＩ）と、エンジン１の運転状態と補正係数（Ｋｂａｓｅ）との関係をグラフによって予めＥＣＵ５に記憶させるようにしているが、これらのグラフに相当する数式をＥＣＵ５に記憶させておき、基本吸気圧（ＰＩ）や補正係数（Ｋｂａｓｅ）を算出するようにしても良い。

また、本実施形態では、図５に示すようにエンジン負荷毎の圧力差（ΔＰ）の単位圧力当りの補正係数（Ｋｂａｓｅ）を求め、その補正係数（Ｋｂａｓｅ）に基づいて補正量（Ｋ）を求めているが、エンジン負荷毎の補正量（Ｋ）の関係を示すグラフより補正量（Ｋ）を求めても良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。請求項に記載の吸気調整装置の吸気調整機構として、その開弁時間を制御し、シリンダ１１への吸入空気量を調整できる吸気弁６を使用してもよい。開弁時間を制御する機構としては、例えば、周知の可変バルブタイミング装置や、吸気弁６に電磁アクチュエータを設ける電磁駆動形式の吸気弁６が考えられる。

これにより、減圧弁を用いることによる部品増加や搭載性の悪化を招くことなく、かつ、コモンレールの実圧（ＮＰＣ）が運転状態に適した目標圧（Ｐｆｉｎ）より大きい状態の時に発生する高温燃焼による燃焼音を緩和できる

本発明の吸気調整装置が取り付けられた蓄圧式燃料噴射システムの概略構成図である。 作動説明のためのタイムチャートである。 吸気調整装置の制御フローチャートである。 エンジンが通常の運転状態にある場合のエンジンの運転状態と基本吸気圧（ＰＩ）との関係を示すグラフである。 エンジンの運転状態とコモンレールの実圧と目標圧との圧力差（ΔＰ）の単位圧力当りの補正係数（Ｋｂａｓｅ）との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 内燃機関（エンジン）
２ コモンレール
３ インジェクタ
４ サプライポンプ
５ ＥＣＵ（制御装置）
６ 吸気弁
１６ 吸気絞り弁（スロットルバルブ：吸気調整機構）
４１ 吸入空気量センサ
４２ 吸気圧センサ

Claims (8)

1. 内燃機関の吸気通路を介して燃焼室へ導入される吸入空気量を調整する吸気調整機構と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸気調整機構を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記内燃機関において高温燃焼が発生することを予測する高温燃焼予測手段を備え、
   前記制御装置は、この高温燃焼予測手段によって高温燃焼が予測された際、前記吸入空気量が、高温燃焼と予測された時点の状態よりも低下するように吸気調整機構を制御することを特徴とする内燃機関の吸気調整装置。
2. 前記内燃機関は、高圧燃料を蓄えるコモンレールと、
   このコモンレールに蓄えられた高圧燃料を噴射するインジェクタと、を備え、
   前記高温燃焼予測手段は、前記コモンレールの実圧から、前記内燃機関の運転状態に適した前記コモンレールの目標圧を差し引いた圧力差が、予め設定された判定値より大きく、かつ、前記インジェクタから燃料噴射を実施する条件が成立すると、前記内燃機関において高温燃焼が発生すると予測することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気調整装置。
3. 前記高温燃焼予測手段は、高温燃焼が発生すると予測する条件として、前記圧力差が、前記判定値より大きく、かつ、前記インジェクタから燃料噴射を実施する条件の成立の他に、前記内燃機関の回転数、前記インジェクタからの燃料噴射量、吸気温度、および冷却水温の内、少なくともいずれか一つに基づいて高温燃焼の発生を予測することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気調整装置。
4. 前記制御装置は、前記内燃機関の運転状態から算出される前記吸気通路内の基本吸気圧と、前記コモンレールの実圧から、前記内燃機関の運転状態に適した前記コモンレールの目標圧を差し引いた圧力差に応じた補正量とに基づいて前記吸気通路内の目標吸気圧を算出し、前記吸気通路内の実吸気圧が前記目標吸気圧となるように前記吸気調整機構を制御することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の吸気調整装置。
5. 前記制御装置は、前記内燃機関の運転状態に対応した前記補正量を記憶している、もしくは、前記内燃機関の運転状態を示す信号に基づき前記補正量を算出することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の吸気調整装置。
6. 前記吸気調整機構は、前記吸気通路途中に設けられ、前記吸気通路の通路面積を調整する吸気絞り弁であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気調整装置。
7. 前記吸気調整機構は、開弁時間を調整できる吸気弁であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気調整装置。
8. 前記制御装置は、前記内燃機関の運転状態または環境条件に基づき燃焼に必要な最小限の吸入空気量である最小吸入空気量を算出し、前記最小吸入空気量以上となるように前記吸気調整機構を制御することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気調整装置。

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