JP2009156034A

JP2009156034A - 内燃機関の燃料噴射制御システム

Info

Publication number: JP2009156034A
Application number: JP2007331838A
Authority: JP
Inventors: Taku Ibuki; 卓伊吹; Akio Matsunaga; 彰生松永; Shigeki Nakayama; 茂樹中山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-12-25
Filing date: 2007-12-25
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2027-12-25
Also published as: JP5076879B2

Abstract

【課題】本発明は、燃料が複数回に分割されて噴射される圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、過渡運転時の燃焼騒音の大きさを可能な限り許容範囲に収めることを課題とする。
【解決手段】本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御システムは、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃの下で発生し得る燃焼騒音の大きさ（実燃焼騒音予測値）ｃｎｔｅｍｐを予測するとともに目標酸素濃度の下で発生し得る燃焼騒音の大きさ（目標燃焼騒音）ｃｎｔｒｇを予測し、それらの差が許容値を超える場合には、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃ下における燃料噴射パラメータと燃焼騒音の大きさとの相関関係を特定し、その相関関係に基づいて燃料噴射パラメータを補正するようにした。
【選択図】図９

Description

本発明は、圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御システムに関する。

従来、圧縮着火式の内燃機関の燃料噴射方法として、メイン噴射に先駆けてパイロット噴射を行う技術が知られている。このような燃料噴射方法において、筒内の酸素濃度が減少するほど、メイン噴射時期の進角、パイロット噴射量の増量、或いは噴射圧の増大のうち少なくとも１つを行う技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００３−１２９８９０号公報特開２００１−０９０５９５号公報特開２００１−１５９３６０号公報特開２００２−１３８８８９公報特開２００５−２９９５３０号公報

ところで、燃料噴射パラメータは、気筒内の酸素濃度（以下、「筒内酸素濃度」と称する）が目標値（以下、「目標筒内酸素濃度」と称する）に一致していることを前提に定められる。

しかしながら、内燃機関が過渡運転された場合等は、筒内酸素濃度が目標筒内酸素濃度から懸け離れる可能性がある。このような場合は、燃料噴射パラメータが実際の筒内酸素濃度に対して不適切になるため、燃焼騒音の大きさが許容範囲を超える虞がある。

本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料が複数回に分割されて噴射される圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、過渡運転時の燃焼騒音の大きさを可能な限り許容範囲に収めることにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、気筒内へ噴射すべき燃料を複数回に分けて噴射する内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、内燃機関の運転条件に基づいて燃料噴射パラメータを決定する決定手段と、気筒内の実際の酸素濃度である実筒内酸素濃度を取得する第１取得手段と、内燃機関の運転条件に見合う気筒内の酸素濃度である目標筒内酸素濃度を取得する第２取得手段と、前記第１取得手段により取得された実筒内酸素濃度の下で前記決定手段により決定された燃料噴射パラメータに従って燃料噴射が行われた場合に発生する燃焼騒音を予測する予測手段と、前記第２取得手段により取得された目標筒内酸素濃度の下で前記決定手段により決定された燃料噴射パラメータに従って燃料噴射が行われた場合に発生する燃焼騒音を予測するとともに、予測された燃焼騒音を目標燃焼騒音に設定する設定手段と、前記予測手段により予測された燃焼騒音と前記設定手段により設定された目標燃焼騒音との差が許容値を超える場合に、実際の燃焼騒音が前記目標燃焼騒音に近似するように前記決定手段により決定された燃料噴射パラメータを補正する補正手段と、前記補正手段により補正された燃料噴射パラメータに従って燃料噴射弁を動作させる制御手段と、を備えるようにした。

かかる発明において、決定手段は、内燃機関の運転条件に従って燃料噴射パラメータを定める。その際、決定手段は、実筒内酸素濃度が所望の目標酸素濃度に一致していること
を前提に燃料噴射パラメータを定める。以下、決定手段により決定される燃料噴射パラメータを基本燃料噴射パラメータと称する。

ところで、加速運転時やフューエルカット運転からの復帰時等のような過渡運転時は、実筒内酸素濃度が目標酸素濃度から懸け離れる可能性がある。実筒内酸素濃度が目標酸素濃度から懸け離れている時に、基本燃料噴射パラメータに従って燃料噴射制御が行われると、燃焼騒音の大きさやスモークの発生量が許容範囲から逸脱する可能性がある。

これに対し、本発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御システムは、実筒内酸素濃度の下で基本燃料噴射パラメータに従って燃料噴射が行われた場合に発生し得る燃焼騒音（以下、「実燃焼騒音予測値」と称する）と、目標筒内酸素濃度の下で基本燃料噴射パラメータに従って燃料噴射が行われた場合に発生し得る燃焼騒音（目標燃焼騒音）とを比較する。両者の差が許容値を超える場合は、両者の差が許容値に収まるように基本燃料噴射パラメータが補正される。そして、燃料噴射弁は、補正後の燃料噴射パラメータに従って動作する。

かかる発明によれば、内燃機関の過渡運転時等のように実筒内酸素濃度が目標筒内酸素濃度と相違する場合であっても、実際の燃焼騒音を目標燃焼騒音に近似させることができる。

尚、本願発明者の知見によれば、燃料が複数回に分割されて噴射される内燃機関では、筒内酸素濃度の変化に対する燃焼騒音の変化、及び燃料噴射パラメータの変化に対する燃焼騒音の変化が単調な変化にならない場合がある。

このため、本発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御システムは、筒内酸素濃度と燃焼騒音との相関関係（以下、「第１相関関係」と称する）を記憶或いは演算する手段を備えるようにしてもよい。

この場合、予測手段は、実筒内酸素濃度と第１相関関係に基づいて実燃焼騒音予測値を正確に予測することができる。更に、設定手段は、目標筒内酸素濃度と第１相関関係に基づいて目標燃焼騒音を適切に設定することができる。

また、本発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御システムは、実筒内酸素濃度下での燃料噴射パラメータと燃焼騒音との相関関係（以下、「第２相関関係」と称する）を特定する手段を備えるようにしてもよい。

この場合、補正手段は、第２相関関係に基づいて、目標燃焼騒音を満たす燃料噴射パラメータを正確に求めることができる。

その際、第２相関関係において目標燃焼騒音を満たす燃料噴射パラメータが複数存在する可能性がある。そのような場合に、補正手段は、複数の燃料噴射パラメータのうち、スモークの発生量が最も少なくなる燃料噴射パラメータを選択してもよい。この場合、燃焼騒音の大きさを許容範囲に収めつつスモークの発生量も可及的に少なくすることができる。

尚、補正手段は、複数の燃料噴射パラメータのうち基本燃料噴射パラメータに最も近い燃料噴射パラメータを選択してもよい。この場合、燃料噴射パラメータの補正による影響（例えば、燃料圧力の脈動の変化等）を最小限に抑えることができる。

本発明にかかる燃料噴射パラメータとしては、各回の噴射量、噴射間隔、噴射時期、或
いは噴射圧力のうちの１つを例示することができる。

本発明によれば、燃料が複数回に分割されて噴射される圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、過渡運転時の燃焼騒音の大きさを可能な限り許容範囲に収めることができる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図９に基づいて説明する。図１は、本発明にかかる内燃機関の燃料噴射制御システムの概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。この内燃機関１は、気筒２内へ直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。

気筒２の内部（燃焼室）は、吸気通路４と連通している。吸気通路４の途中には、ターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５０とインタークーラ６が配置されている。

吸気通路４内へ流入した吸気は、コンプレッサハウジング５０により圧縮される。コンプレッサハウジング５０で圧縮された吸気は、インタークーラ６で冷却された後に気筒２内へ導かれる。気筒２内へ導かれた吸気は、燃料噴射弁３から噴射された燃料とともに気筒２内で着火及び燃焼される。

また、各気筒２は、排気通路７と連通している。排気通路７の途中には、タービンハウジング５１と排気浄化装置８が配置されている。各気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）は、排気通路７へ排出される。排気通路７へ排出された排気は、タービンハウジング５１と排気浄化装置８を順次経由して大気中へ放出される。

前記排気浄化装置８は、例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および／またはパティキュレートフィルタを具備し、排気中の有害ガス成分を浄化する。

前記した吸気通路４のインタークーラ６より下流の部位と排気通路７のタービンハウジング５１より上流の部位は、ＥＧＲ通路９により相互に接続されている。ＥＧＲ通路９の途中には、該ＥＧＲ通路９を流れる排気（以下、「ＥＧＲガス」と称する）の流量を調節するＥＧＲ弁１０と、該ＥＧＲ通路９を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１１が配置されている。吸気通路４においてインタークーラ６より下流且つＥＧＲ通路９の接続部より上流の部位には吸気絞り弁１２が配置されている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１３が併設されている。ＥＣＵ１３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ１３は、エアフローメータ１４、クランクポジションセンサ１５、水温センサ１６、空燃比センサ１７、アクセルポジションセンサ１８等の各種センサと電気的に接続されている。

エアフローメータ１４は、コンプレッサハウジング５０より上流の吸気通路４に取り付けられ、該吸気通路４に流入する空気量を測定する。クランクポジションセンサ１５は、内燃機関１に取り付けられ、図示しない機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置を測定する。水温センサ１６は、内燃機関１に取り付けられ、内燃機関１を循環する冷却水の
温度を測定する。空燃比センサ１７は、排気通路７に取り付けられ、排気通路７を流れる排気の空燃比を測定する。アクセルポジションセンサ１８は、図示しないアクセルペダルに取り付けられ、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を測定する。

ＥＣＵ１３は、上記したような各種センサの測定値に基づいて、燃料噴射弁３、ＥＧＲ弁１０、及び吸気絞り弁１２を電気的に制御する。例えば、ＥＣＵ１３は、本発明の要旨となる燃料噴射制御を行う。以下、本実施例における燃料噴射制御について述べる。

ＥＣＵ１３は、内燃機関１の運転条件（例えば、機関回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃｐ）に従って燃料噴射パラメータ（基本燃料噴射パラメータ）を決定する。ここでいう燃料噴射パラメータは、パイロット噴射量、メイン噴射量、パイロットインターバル（パイロット噴射の間隔、および／またはパイロット噴射とメイン噴射の間隔）、メイン噴射時期、噴射圧力等を含む。

ところで、基本燃料噴射パラメータは、気筒２内の酸素濃度（筒内酸素濃度）が所望の目標酸素濃度に一致していることを前提に定められる。しかしながら、加速運転時やフューエルカット運転からの復帰時等のような過渡運転時は、実際の筒内酸素濃度（実筒内酸素濃度）が目標酸素濃度から懸け離れる可能性がある。

実筒内酸素濃度が目標酸素濃度から懸け離れている時に、基本燃料噴射パラメータに従って燃料噴射制御が行われると、燃焼騒音の大きさやスモークの発生量が許容範囲から逸脱する虞がある。

これに対し、本実施例の燃料噴射制御では、燃焼騒音の大きさやスモークの発生量が適切となるように基本燃料噴射パラメータを補正する。以下では、スモークの発生量より燃焼騒音の大きさを優先して基本燃料噴射パラメータを補正する例について述べる。これは、内燃機関１から排出されるスモークの発生量が多少増加した場合であっても、それらのスモークが排気浄化装置８において浄化されるからである。

ＥＣＵ１３は、実筒内酸素濃度の下で発生し得る燃焼騒音の大きさ（実燃焼騒音予測値）ｃｎｔｅｍｐを予測するとともに、目標酸素濃度の下で発生し得る燃焼騒音の大きさ（目標燃焼騒音）ｃｎｔｒｇを予測し、それらの差が許容値を超える場合に燃料噴射パラメータを補正するようにした。

先ず、上記した実燃焼騒音予測値及び目標燃焼騒音の予測方法について述べる。

図２は、筒内酸素濃度と燃焼騒音との相関関係（第１相関関係）を示す図である。図２において、筒内酸素濃度以外の条件（例えば、パイロットインターバル、噴射時期、噴射量、噴射圧力等）は一定である。

図２において、燃焼騒音の大きさが極大値ｃｎｍａｘを示す時の筒内酸素濃度（以下、「第１筒内酸素濃度」と称する）ｒｏｘｃ１に対して筒内酸素濃度が低くなる領域（図２中の領域Ａ）では、筒内酸素濃度の上昇につれて燃焼騒音が増大する。筒内酸素濃度が第１筒内酸素濃度ｒｏｘｃ１より高く且つ第２筒内酸素濃度ｒｏｘｃ２より低くなる領域（図２中の領域Ｂ）では、筒内酸素濃度の上昇につれて燃焼騒音が減少する。筒内酸素濃度が第２筒内酸素濃度ｒｏｘｃ２より高くなる領域（図２中の領域Ｃ）では、前述の領域Ｂと同様に筒内酸素濃度の上昇につれて燃焼騒音が減少するが、その際の減少度合い（傾き）は領域Ｂより穏やかになる。尚、図２中のｒｏｘｃｍｉｎは実筒内酸素濃度が取り得る最小値を示し、ｒｏｘｃｍａｘは実筒内酸素濃度が取り得る最大値を示す。

このように、燃焼騒音の大きさは、筒内酸素濃度の増減に対して単調増加・単調減少しない。このような傾向は、パイロット噴射の回数が多くなるほど顕著となる。このため、実燃焼騒音予測値ｃｎｔｅｍｐや目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇを予測する場合には、図２に示すような第１相関関係を特定する必要がある。

第１相関関係は、燃料噴射パラメータによって相違する。このため、第１相関関係は燃料噴射パラメータ毎に予めマップ化されてもよいが、マップのデータ量が膨大になる可能性がある。

そこで、筒内酸素濃度が最小値ｒｏｘｃｍｉｎとなる時の座標点ａ１、筒内酸素濃度が第１筒内酸素濃度ｒｏｘｃ１となる時の座標点ａ２、筒内酸素濃度が第２筒内酸素濃度ｒｏｘｃ２となる時の座標点ａ３、筒内酸素濃度が最大値ｒｏｘｃｍａｘとなる時の座標点ａ４を燃料噴射パラメータ毎にマップ化しておくようにしてもよい。

燃料噴射パラメータは、機関回転数Ｎｅと機関負荷（アクセル開度Ａｃｃｐ）に相関する。このため、座標点ａ１〜ａ４は、機関回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃｐとをパラメータとするマップにより求められるようにしてもよい。

ＥＣＵ１３は、機関回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃｐとに基づいて４つの座標点ａ１，ａ２，ａ３，ａ４を求めると、それら座標点を線形補間することにより図２に示したような第１相関関係を導き出す。

ＥＣＵ１３は、第１相関関係と実筒内酸素濃度ｒｏｘｃとに基づいて実燃焼騒音の予測値（実燃焼騒音予測値）ｃｎｔｅｍｐを求めるとともに、第１相関関係と目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇとに基づいて目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇを求める（図３を参照）。

実筒内酸素濃度ｒｏｘｃは、吸入空気量、過給圧、吸気温度、ＥＧＲガスの輸送遅れ等から推定されてもよく、或いはインテークマニフォルド又は吸気ポートに取り付けられた酸素濃度センサにより直接測定されてもよい。また、目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇは、目標ＥＧＲ率、目標吸入空気量、目標燃料噴射量等から特定されてもよい。

上記したような方法により実燃焼騒音予測値ｃｎｔｅｍｐ及び目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇが予測されると、ＥＣＵ１３は両者の差が許容値を超えているか否かを判別する。

実燃焼騒音予測値ｃｎｔｅｍｐと目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇとの差が許容値以下である場合は、ＥＣＵ１３は、基本燃料噴射パラメータに従って燃料噴射弁３を動作させる。一方、実燃焼騒音予測値ｃｎｔｅｍｐと目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇとの差が許容値を超えている場合は、ＥＣＵ１３は、両者の差が許容値以下となるように基本燃料噴射パラメータを補正し、補正後の燃料噴射パラメータに従って燃料噴射弁３を動作させる。

ここで、燃料噴射パラメータの補正方法について説明する。ここでは、燃料噴射パラメータとしてパイロットインターバルを利用する例について述べる。尚、以下では基本燃料噴射パラメータに対応するパイロットインターバルを基本パイロットインターバルと称する。

図４は、燃焼騒音とパイロットインターバルとの相関関係（第２相関関係）を示す図である。図４に示す第２相関関係は、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃが目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇに一致し、且つパイロットインターバル以外の燃料噴射パラメータが一定である場合の相関関係である。

図４において、燃焼騒音の大きさが極小値ｃｎｍｉｎを示す時のパイロットインターバル（以下、「第１パイロットインターバル」と称する）ａｉｎｔ１に対して実際のパイロットインターバルが短くなる領域（図４中の領域Ｄ）では、パイロットインターバルの増加につれて燃焼騒音が減少する。一方、実際のパイロットインターバルが第１パイロットインターバルａｉｎｔ１より長くなる領域（図４中の領域Ｅ）では、パイロットインターバルの増加につれて燃焼騒音が増大する。尚、図４中のａｉｎｔｍｉｎはパイロットインターバルが取り得る最小値を示し、ａｉｎｔｍａｘはパイロットインターバルが取り得る最大値を示す。

このように、燃焼騒音の大きさは、パイロットインターバルの変化に対して単調増加・単調減少しない。このような傾向は、パイロット噴射の回数が多くなるほど顕著となる。このため、目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇを満たすパイロットインターバルを特定する場合は、図４に示すような第２相関関係を特定する必要がある。

第２相関関係は、パイロットインターバル以外の条件によって相違する。このため、第２相関関係はパイロットインターバル以外の条件毎に予めマップ化されてもよいが、マップの情報量が膨大になる可能性がある。

そこで、パイロットインターバルが最小値ａｉｎｔｍｉｎとなる時の座標点ｂ１、パイロットインターバルが第１パイロットインターバルａｉｎｔ１となる時の座標点ｂ２、パイロットインターバルが最大値ａｉｎｔｍａｘとなる時の座標点ｂ３をパイロットインターバル以外の条件毎にマップ化しておくようにしてもよい。

ＥＣＵ１３は、上記したマップに基づいて３つの座標点ｂ１，ｂ２，ｂ３を求めると、それら座標点を線形補間することにより図４に示したような第２相関関係を導き出す。

ところで、図４に示した第２相関関係は、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃが目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇに一致している場合の相関関係（以下、「基本第２相関関係」と称する）である。このため、過渡運転時のように実筒内酸素濃度ｒｏｘｃが目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇと相違している場合は、基本第２相関関係をそのまま利用することはできない。

これに対し、ＥＣＵ１３は、前述した図２の第１相関関係に基づいて、基本第２相関関係を補正することにより、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃに適合した第２相関関係（以下、「適合第２相関関係」と称する）を求める。

詳細には、ＥＣＵ１３は、先ず、実燃焼騒音予測値ｃｎｔｅｍｐが目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇより大きいか否かを判別する。実燃焼騒音予測値ｃｎｔｅｍｐが目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇより大きい場合は、ＥＣＵ１３は、基本第２相関関係を燃焼騒音の増加方向へシフトさせる。その際のシフト量は、図５に示すように、パイロットインターバルが基本パイロットインターバルａｉｎｔｂａｓｅと等しくなる時の燃焼騒音の大きさが前述した実燃焼騒音予測値ｃｎｔｅｍｐに一致するように定められる。尚、図５中の実線は基本第２相関関係を示し、図５中の一点破線は適合第２相関関係を示す。

このようにして適合第２相関関係が特定されると、ＥＣＵ１３は、図６に示すように、該適合第２相関関係において目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇを満たすパイロットインターバル（以下、「適合パイロットインターバル」と称する）ａｉｎｔｃｏｍを求める。

尚、図６に示す例では、適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍが２つ（図６中のａｉｎｔｃｏｍ１、ａｉｎｔｃｏｍ２）存在する。このような場合は、ＥＣＵ１３は、２
つの適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍ１，ａｉｎｔｃｏｍ２のうち基本パイロットインターバルａｉｎｔｂａｓｅに近い適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍ２を選択する。

これは、適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍが基本パイロットインターバルａｉｎｔｂａｓｅから大きく懸け離れると、図示しないコモンレールにおいて燃料圧力の脈動が変化して噴射圧力や噴射量に影響を与える可能性があるからである。

一方、実燃焼騒音予測値ｃｎｔｅｍｐが目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇより小さい場合は、ＥＣＵ１３は、基本第２相関関係を燃焼騒音の減少方向へシフトさせる。その際のシフト量は、図７に示すように、パイロットインターバルが基本パイロットインターバルａｉｎｔｂａｓｅと等しくなる時の燃焼騒音の大きさが前述した実燃焼騒音予測値ｃｎｔｅｍｐに一致するように定められる。尚、図７中の実線は基本第２相関関係を示し、図７中の一点破線は適合第２相関関係を示す。

このようにして適合第２相関関係が特定されると、ＥＣＵ１３は、図８に示すように、該適合第２相関関係において目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇを満たす適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍを求める。

尚、図８に示す例においても、適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍが２つ（図８中のａｉｎｔｃｏｍ３，ａｉｎｔｃｏｍ４）存在する。この場合も前述した図６の例と同様に、基本パイロットインターバルａｉｎｔｂａｓｅに近い適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍ３が選択される。

ＥＣＵ１３は、図７、図８の説明で述べたような方法により適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍを選択すると、選択された基本パイロットインターバルａｉｎｔｂａｓｅを適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍに置き換える補正を行う。そして、ＥＣＵ１３は、補正後の基本パイロットインターバルａｉｎｔｂａｓｅ（＝適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍ）に従って燃料噴射弁３を動作させる。

以上述べた方法により燃料噴射弁３が動作させられると、燃料噴射弁３が複数回に分けて燃料を噴射する場合において、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃと目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇとが相違しても燃焼騒音が許容範囲から逸脱することを防止することができる。

以下、本実施例における燃料噴射制御の実行手順について図９に沿って説明する。図９は、本実施例におけるパイロットインターバル決定ルーチンを示すフローチャートである。このパイロットインターバル決定ルーチンは、ＥＣＵ１３のＲＯＭに予め記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１３によって周期的に実行される。

パイロットインターバル決定ルーチンでは、ＥＣＵ１３は、先ずＳ１０１において、内燃機関１の運転条件（機関回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃｐ）を取得する。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０１で取得された運転条件に基づいて基本パイロットインターバルａｉｎｔｂａｓｅを演算する。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１３は、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃを取得する。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０１で取得された運転条件に応じた第１相関関係（図２を参照）を特定し、該第１相関関係と前記実筒内酸素濃度ｒｏｘｃとに基づいて実燃焼騒音予測値ｃｎｔｅｍｐを予測する。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ１３は、目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇを取得する。

Ｓ１０６では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０４で特定された第１相関関係と前記Ｓ１０５で取得された目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇとに基づいて目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇを予測する。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０４で予測された実燃焼騒音予測値ｃｎｔｅｍｐと前記Ｓ１０６で予測された目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇとの差（＝｜ｃｎｔｒｇ−ｃｎｔｅｍｐ｜）が許容値ａより大きい否かを判別する。

Ｓ１０７において否定判定された場合（｜ｃｎｔｒｇ−ｃｎｔｅｍｐ｜≦ａ）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１１１へ進む。Ｓ１１１では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０２で求められた基本パイロットインターバルａｉｎｔｂａｓｅに従って燃料噴射弁３を作動させる。

一方、Ｓ１０７において肯定判定された場合（｜ｃｎｔｒｇ−ｃｎｔｅｍｐ｜＞ａ）は、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０８へ進む。Ｓ１０８では、ＥＣＵ１３は、先ず前記Ｓ１０１で取得された運転条件と前記Ｓ１０５で取得された目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇとに基づいて基本第２相関関係（図４を参照）を特定する。続いて、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０４で特定された第１相関関係に基づいて前記基本第２相関関係を補正することにより、適合第２相関関係を特定する（図５、図７を参照）。

Ｓ１０９では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０８で特定された適合第２相関関係と前記Ｓ１０６で予測された目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇとに基づいて適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍを決定する（図６、図８を参照）。

Ｓ１１０では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０９で決定された適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍに従って燃料噴射弁３を作動させる。

以上述べたようにＥＣＵ１３が図９のパイロットインターバル決定ルーチンを実行することにより、本発明にかかる決定手段、第１取得手段、第２取得手段、予測手段、設定手段、補正手段、特定手段、及び制御手段が実現される。

従って、本実施例の内燃機関の燃料噴射制御システムによれば、燃料が複数回に分割されて噴射される圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、過渡運転時の燃焼騒音の大きさを許容範囲に収めることができる。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図１０〜図１４に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例では、目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇを満たす適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍが複数存在する場合に、複数の適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍのうち、基本パイロットインターバルａｉｎｔｂａｓｅに最も近い適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍが選択される例について述べた。

これに対し、本実施例では、目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇを満たす適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍが複数存在する場合に、複数の適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍのうち、スモークの発生量が最も少なくなる適合パイロットインターバルａｉｎｔ
ｃｏｍが選択される例について述べる。

この場合、パイロットインターバルとスモークの発生量との相関関係を特定する必要がある。そこで、本実施例の内燃機関の燃料噴射制御システムでは、パイロットインターバルと燃焼騒音との相関関係を特定する方法と同様の方法を用いて、パイロットインターバルとスモークの発生量との相関関係を特定するようにした。

図１０は、筒内酸素濃度とスモークの発生量との相関関係（第３相関関係）を示す図である。図１０において、筒内酸素濃度以外の条件（例えば、パイロットインターバル、噴射時期、噴射量、噴射圧力等）は一定である。

図１０において、スモークの発生量が極大値ｓｍｋｍａｘ０を示す時の筒内酸素濃度（以下、「第３筒内酸素濃度」と称する）ｒｏｘｃ３に対して筒内酸素濃度が低くなる領域（図１０中の領域Ｆ）では、筒内酸素濃度の上昇につれてスモークの発生量が増加する。筒内酸素濃度が第３筒内酸素濃度ｒｏｘｃ３より高くなる領域（図１０中の領域Ｇ）では、筒内酸素濃度の上昇につれてスモークの発生量が減少する。

図１０に示したように、スモークの発生量は、筒内酸素濃度の増減に対して単調増加・単調減少しない。このような傾向は、パイロット噴射の回数が多くなるほど顕著となる。

図１０に示したような第３相関関係は、燃料噴射パラメータ毎にマップ化されているものとする。その際、筒内酸素濃度が最小値ｒｏｘｃｍｉｎとなる時の座標点ｃ１、筒内酸素濃度が第３筒内酸素濃度ｒｏｘｃ３となる時の座標点ｃ２、及び筒内酸素濃度が最大値ｒｏｘｃｍａｘとなる時の座標点ｃ３のみが燃料噴射パラメータ毎にマップ化されるようにしてもよい。

図１１は、パイロットインターバルとスモークの発生量との相関関係（第４相関関係）を示す図である。図１１に示す第４相関関係は、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃが目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇに一致し、且つパイロットインターバル以外の燃料噴射パラメータが一定である場合の相関関係である。

図１１において、スモークの発生量が極大値ｓｍｋｍａｘ１を示す時のパイロットインターバル（以下、「第２パイロットインターバル」と称する）ａｉｎｔ２に対して実際のパイロットインターバルが短くなる領域（図１１中の領域Ｈ）では、パイロットインターバルの増加につれてスモークの発生量が増加する。一方、実際のパイロットインターバルが第２パイロットインターバルａｉｎｔ２より長くなる領域（図１１中の領域Ｉ）では、パイロットインターバルの増加につれてスモークの発生量が減少する。

このように、スモークの発生量は、パイロットインターバルの変化に対して単調増加・単調減少しない。このような傾向は、パイロット噴射の回数が多くなるほど顕著となる。

図１１に示したような第４相関関係はパイロットインターバル以外の条件毎に予めマップ化されているものとする。その際、パイロットインターバルが最小値ａｉｎｔｍｉｎとなる時の座標点ｄ１、パイロットインターバルが第２パイロットインターバルａｉｎｔ２となる時の座標点ｄ２、及びパイロットインターバルが最大値ａｉｎｔｍａｘとなる時の座標点ｄ３のみがパイロットインターバル以外の条件毎にマップ化されるようにしてもよい。

ＥＣＵ１３は、上記したマップに基づいて３つの座標点ｄ１，ｄ２，ｄ３を求めると、それら座標点を線形補間することにより図１１に示したような第４相関関係を導き出す。

ところで、図１１に示した第４相関関係は、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃが目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇに一致している場合の相関関係（以下、「基本第４相関関係」と称する）である。このため、過渡運転時のように実筒内酸素濃度ｒｏｘｃが目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇと相違している場合は、基本第４相関関係をそのまま利用することはできない。

これに対し、ＥＣＵ１３は、前述した図１０の第３相関関係に基づいて、基本第４相関関係を補正することにより、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃに適合した第４相関関係（以下、「適合第４相関関係」と称する）を求める。

詳細には、ＥＣＵ１３は、先ず、図１０の第３相関関係において筒内酸素濃度が実筒内酸素濃度ｒｏｘｃと等しくなる時のスモーク発生量（以下、「実スモーク発生量予測値」と称する）ｓｍｋｔｅｍｐと、筒内酸素濃度が目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇと等しくなる時のスモーク発生量（以下、「目標スモーク発生量」と称する）ｓｍｋｔｒｇとを求める。

ＥＣＵ１３は、実スモーク発生量予測値ｓｍｋｔｅｍｐと目標スモーク発生量ｓｍｋｔｒｇとを比較する。実スモーク発生量予測値ｓｍｋｔｅｍｐが目標スモーク発生量ｓｍｋｔｒｇより多い場合は、ＥＣＵ１３は、基本第４相関関係をスモーク発生量の増加方向へシフトさせる。その際のシフト量は、図１２に示すように、パイロットインターバルが基本パイロットインターバルａｉｎｔｂａｓｅと等しくなる時のスモーク発生量が前述した実スモーク発生量予測値ｓｍｋｔｅｍｐに一致するように定められる。尚、図１２中の実線は基本第４相関関係を示し、図１２中の一点破線は適合第４相関関係を示す。

このようにして適合第４相関関係が特定されると、ＥＣＵ１３は、目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇを満たす複数の適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍのうち、スモークの発生量が最も少なくなる適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍを選択する。

例えば、図１３に示すように、目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇを満たす適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍが２つ（図１３中のａｉｎｔｃｏｍ１、ａｉｎｔｃｏｍ２）存在する場合は、ＥＣＵ１３は、適合第４相関関係を利用して適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍ１におけるスモーク発生量ｓｍｋ１と適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍ２におけるスモーク発生量ｓｍｋ２とを求める。図１３に示す例では、適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍ１におけるスモーク発生量ｓｍｋ１が適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍ２におけるスモーク発生量ｓｍｋ２より少ないため、ＥＣＵ１３は、適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍ１を選択する。

尚、スモーク発生量ｓｍｋ１とスモーク発生量ｓｍｋ２の双方が前述した目標スモーク発生量ｓｍｋｔｒｇより少ない場合は、ＥＣＵ１３は、２つの適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍ１，ａｉｎｔｃｏｍ２のうち、基本パイロットインターバルａｉｎｔｂａｓｅに近い方の適合パイロットインターバル（図１３の例では、ａｉｎｔｃｏｍ２）を選択してもよい。この場合、燃焼騒音及びスモーク発生量を許容範囲に収めることができるとともに、パイロットインターバルの変更に起因した影響（コモンレールにおける燃料圧力の脈動の変化等）を最小限に抑えることができる。

以上述べた方法により適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍが選択されると、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃと目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇとが相違する場合に、実際の燃焼騒音の大きさを目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇと同等にすることができるとともに、スモークの発生量を可及的に少なくすることができる。

以下、本実施例における燃料噴射制御の実行手順について図１４に沿って説明する。図１４は、本実施例におけるパイロットインターバル決定ルーチンを示すフローチャートである。図１４において、前述した第１の実施例のパイロットインターバル決定ルーチン（図９を参照）と同等の処理には同一の符号が付されている。

パイロットインターバル決定ルーチンにおいて、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０９において目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇを満たす適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍを特定した後にＳ２０１へ進む。

Ｓ２０１では、ＥＣＵ１３は、Ｓ１０９で特定された適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍが複数存在するか否かを判別する。

Ｓ２０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ２０２へ進む。Ｓ２０２では、ＥＣＵ１３は、先ず前記Ｓ１０１で取得された運転条件に応じた第３相関関係（図１０を参照）を特定する。続いて、ＥＣＵ１３は前記Ｓ１０１で取得された運転条件と前記Ｓ１０５で取得された目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇとに基づいて基本第４相関関係（図１１を参照）を特定する。更に、ＥＣＵ１３は、前記第３相関関係に基づいて前記基本第４相関関係を補正することにより、適合第４相関関係を特定する（図１２を参照）。

Ｓ２０３では、ＥＣＵ１３は、前記Ｓ１０９で特定された複数の適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍと前記適合第４相関関係とに基づいて、最もスモーク発生量が少ない適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍを選択する。ＥＣＵ１３は、Ｓ２０３で選択された適合パイロットインターバルａｉｎｔｃｏｍに従ってＳ１１０の処理を実行する。

また、前記Ｓ２０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１３は、Ｓ２０２及びＳ２０３の処理をスキップしてＳ１１０へ進む。

以上述べたようにＥＣＵ１３が図１４のパイロットインターバル決定ルーチンを実行することにより、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃが目標筒内酸素濃度ｒｏｘｃｔｒｇと相違する場合に、実際の燃焼騒音の大きさを目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇと同等にすることができるとともに、スモークの発生量を可及的に少なくすることができる。

尚、前述した第１及び第２の実施例では、燃料噴射パラメータとしてパイロットインターバルを例に挙げたが、メイン噴射時期、パイロット噴射量、或いは噴射圧力であってもよいことは勿論である。その場合は、ＥＣＵ１３は、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃにおけるメイン噴射時期と燃焼騒音との相関関係（図１５を参照）、実筒内酸素濃度ｒｏｘｃにおけるパイロット噴射量と燃焼騒音との相関関係（図１６を参照）、或いは実筒内酸素濃度ｒｏｘｃにおける噴射圧力と燃焼騒音との相関関係（図１７を参照）を特定し、特定された相関関係において目標燃焼騒音ｃｎｔｒｇを満たす燃料噴射パラメータを求めればよい。上記した各パラメータと燃焼騒音との相関関係は、パイロットインターバルの場合と同様に、筒内酸素濃度と各パラメータとの相関関係に基づいて特定されればよい。

内燃機関の燃料噴射制御システムの概略構成を示す図である。筒内酸素濃度と燃焼騒音の大きさとの相関関係を示す図である。実燃焼騒音予測値と目標燃焼騒音を予測する方法を示す図である。筒内酸素濃度が目標筒内酸素濃度に一致している時のパイロットインターバルと燃焼騒音の大きさとの相関関係を示す図である。筒内酸素濃度が実筒内酸素濃度に一致している時のパイロットインターバルと燃焼騒音の大きさとの相関関係を求める第１の方法を示す図である。第１の実施例において適合パイロットインターバルを求める方法を示す図である。筒内酸素濃度が実筒内酸素濃度に一致している時のパイロットインターバルと燃焼騒音の大きさとの相関関係を求める第２の方法を示す図である。第１の実施例において適合パイロットインターバルを求める他の方法を示す図である。第１の実施例におけるパイロットインターバル決定ルーチンを示すフローチャートである。筒内酸素濃度とスモークの発生量との相関関係を示す図である。筒内酸素濃度が目標筒内酸素濃度に一致している時のパイロットインターバルとスモークの発生量との相関関係を示す図である。筒内酸素濃度が目標筒内酸素濃度に一致している時のパイロットインターバルとスモークの発生量との相関関係を示す図である。第２の実施例において適合パイロットインターバルを求める方法を示す図である。第２の実施例におけるパイロットインターバル決定ルーチンを示すフローチャートである。メイン噴射時期と燃焼騒音の大きさとの相関関係を示す図である。パイロット噴射量と燃焼騒音の大きさとの相関関係を示す図である。噴射圧力と燃焼騒音の大きさとの相関関係を示す図である。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
２・・・・・気筒
３・・・・・燃料噴射弁
４・・・・・吸気通路
５・・・・・ターボチャージャ
６・・・・・インタークーラ
７・・・・・排気通路
８・・・・・排気浄化装置
９・・・・・ＥＧＲ通路
１０・・・・ＥＧＲ弁
１１・・・・ＥＧＲクーラ
１２・・・・吸気絞り弁
１３・・・・ＥＣＵ
１４・・・・エアフローメータ
１５・・・・クランクポジションセンサ
１６・・・・水温センサ
１７・・・・空燃比センサ
１８・・・・アクセルポジションセンサ
５０・・・・コンプレッサハウジング
５１・・・・タービンハウジング

Claims

気筒内へ噴射すべき燃料を複数回に分けて噴射する内燃機関の燃料噴射制御システムにおいて、
内燃機関の運転条件に基づいて燃料噴射パラメータを決定する決定手段と、
気筒内の実際の酸素濃度である実筒内酸素濃度を取得する第１取得手段と、
内燃機関の運転条件に見合う気筒内の酸素濃度である目標筒内酸素濃度を取得する第２取得手段と、
前記第１取得手段により取得された実筒内酸素濃度の下で前記決定手段により決定された燃料噴射パラメータに従って燃料噴射が行われた場合に発生する燃焼騒音を予測する予測手段と、
前記第２取得手段により取得された目標筒内酸素濃度の下で前記決定手段により決定された燃料噴射パラメータに従って燃料噴射が行われた場合に発生する燃焼騒音を予測するとともに、予測された燃焼騒音を目標燃焼騒音に設定する設定手段と、
前記予測手段により予測された燃焼騒音と前記設定手段により設定された目標燃焼騒音との差が許容値を超える場合に、実際の燃焼騒音が前記目標燃焼騒音に近似するように前記決定手段により決定された燃料噴射パラメータを補正する補正手段と、
前記補正手段により補正された燃料噴射パラメータに従って燃料噴射弁を動作させる制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御システム。
請求項１において、前記第１取得手段により取得された実筒内酸素濃度下での燃料噴射パラメータと燃焼騒音との相関関係を特定する特定手段を更に備え、
前記補正手段は、前記特定手段により特定された相関関係において前記設定手段により設定された目標燃焼騒音を満たす燃料噴射パラメータを求めることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御システム。
請求項２において、前記補正手段は、前記特定手段により特定された相関関係において前記設定手段により設定された目標燃焼騒音を満たす燃料噴射パラメータが複数存在する場合に、スモークの発生量が最も少なくなる燃料噴射パラメータを選択することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御システム。
請求項１〜３の何れか一項において、前記燃料噴射パラメータは、各回の噴射量、噴射間隔、噴射時期、或いは噴射圧力のうちの１つであることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御システム。