JP2015068194A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの制御装置に関し、燃焼状態の制御を通して騒音性能を適切に向上させる。
【解決手段】エンジン１０の運転状態に応じた燃料噴射時期を与える燃料噴射時期モデルと、エンジン１０で発生する騒音の許容値をエンジン１０の運転状態毎に規定した騒音上限モデルとを記憶部２に記憶させる。
また、燃料噴射時期モデルに基づいて算出される燃料噴射時期に燃料を噴射した場合における騒音の推定値を算出部３で算出する。
さらに、騒音上限モデルに基づいて算出された許容値と算出部３で算出された推定値とに基づき、燃料噴射時期を補正部４で補正し、補正された燃料噴射時期を用いて燃料の噴射タイミングを制御部５で制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの運転状態に応じて燃料噴射のタイミングを制御する制御装置に関する。

従来、エンジンの筒内における燃焼状態を制御することで、排気性能を改善する技術が開発されている。すなわち、燃料噴射のタイミングや筒内の酸素濃度を調節して熱発生率を適正化し、窒素酸化物やスモークの発生量を削減するものである。例えば、燃料噴射量に基づき、燃焼率が50[%]となる燃焼重心時刻の適正値を算出するとともに実際の燃焼重心時刻を検出し、これらの時刻に基づいて燃料噴射時期を進角，遅角方向に補正することが提案されている（特許文献１参照）。このような燃焼重心時刻の適正化により熱発生率が適正化され、排気エミッションが改善されるものと期待されている。なお、投入した燃料のうち発熱した燃料を質量割合で表現したものを「燃焼率」と定義すると、「熱発生率」は時々刻々の燃焼率の変化を意味する。

また、筒内の燃焼状態をより高精度に把握するための手法の一つとして、Wiebe関数モデルを用いて熱発生率を推定する手法が開発されている。Wiebe関数とは、燃焼割合を燃焼反応の経過時間で近似的に表現した関数である。Wiebe関数モデルの具体例としては、熱発生率をエンジンのクランク角（燃焼反応の経過時間に相当）の関数として記述したモデルが知られている（特許文献２参照）。このようなモデルを使用することで、筒内の燃焼状態を精度よく推定することができる。

特開2011-202629号公報 特開2011-106334号公報

上記のようなWiebe関数モデルに基づいて適切な熱発生率を推定し、実際の熱発生率を適正化することができれば、排気エミッションはより改善される可能性がある。しかしながら、燃焼反応に伴う騒音は、エンジンの燃焼起振力や機械的起振力によって発生するものであるため、熱発生率を適正化するだけでは必ずしも改善することができない。

例えば、燃焼率が50[%]となる燃焼重心時刻のみを適正化したとしても、その燃焼重心時刻の前後での熱発生率が過大であれば、エンジンの燃焼起振力が増大して騒音が大きくなる。一方、たとえ燃焼重心時刻が適正化されていなくても、燃焼反応期間の全体で熱発生率が過大でなければ、エンジンの燃焼起振力が減少して騒音が小さくなる。このように、従来の手法では、騒音性能を適切に向上させることが難しいという課題がある。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑み創案されたものであって、燃焼状態の制御を通して騒音性能を適切に向上させることができるようにした、エンジンの制御装置を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示するエンジンの制御装置は、エンジンの運転状態に応じた燃料噴射時期を与える燃料噴射時期モデル（例えば、予混合燃焼マップ）と、前記エンジンで発生する騒音の許容値を前記エンジンの運転状態毎に規定した騒音上限モデル（例えば、騒音上限マップ）とを記憶する記憶部を備える。

また、前記燃料噴射時期モデルに基づいて算出される前記燃料噴射時期に燃料を噴射した場合における前記騒音の推定値を算出する算出部と、前記騒音上限モデルに基づいて算出された前記許容値と前記算出部で算出された前記推定値とに基づき、前記燃料噴射時期を補正する補正部とを備える。さらに、前記補正部で補正された前記燃料噴射時期を用いて燃料の噴射タイミングを制御する制御部を備える。

ここでいう「騒音の推定値」は、前記エンジンの筒内における圧力上昇率が最大となるピーク時期において、前記エンジンの燃焼起振力によって発生する騒音の推定値であるものとみなすことができる。

（２）前記補正部は、前記推定値が前記許容値以下となるように前記燃焼噴射時期を補正することが好ましい。
なお、前記燃料噴射時期の補正量に応じて、実際の前記騒音が変化する。例えば、前記燃料噴射時期が遅角方向に補正されると、実際の前記ピーク時期が遅角方向に移動する。このとき、前記ピーク時期が圧縮上死点よりも遅角側にあれば、実際の前記騒音が減少する。このとき、前記圧縮上死点から前記ピーク時期までの位相差が大きいほど、前記騒音がより小さくなる。

（３）前記記憶部は、前記エンジンの運転状態及び前記エンジンの筒内における圧力上昇率が最大となるピーク時期と前記エンジンで発生する騒音の大きさとの関係をモデル化した騒音レベルモデル（例えば、式９）を記憶することが好ましい。この場合、前記算出部は、前記騒音レベルモデルに基づいて前記推定値を算出することが好ましい。

（４）前記騒音レベルモデルは、前記エンジンの運転状態に相関するパラメーターと前記ピーク時期とを引数とし、指数関数部分に前記エンジンの筒内温度を含むアレニウス型推定式として与えられることが好ましい。
前記アレニウス型推定式に含まれる前記パラメーターの具体例としては、エンジン回転速度N_E，筒内圧力（演算値）P_CYL，噴射圧P_INJ，酸素濃度D_ENS，湿度H_UM，動粘度V_ISK，セタン指数C_ET等が挙げられる。

（５）前記算出部は、前記騒音レベルモデルに基づいて、複数のピーク時期に対応する前記騒音の複数の推定値を算出することが好ましい。この場合、前記補正部は、前記複数の推定値のうち前記許容値以下のものに対応するピーク時期が最も進角側の推定値に基づき、前記燃料噴射時期を補正することが好ましい。

（６）前記記憶部は、前記エンジンのクランク角と前記圧力上昇率との関係をモデル化したWiebe関数モデル（例えば、式１及び式２）を記憶することが好ましい。この場合、前記算出部は、前記燃料噴射時期モデルに基づいて算出される前記燃料噴射時期と前記Wiebe関数モデルとに基づいて前記ピーク時期の予測値を算出することが好ましい。

（７）前記Wiebe関数モデルは、前記エンジンの熱発生率及び経過時間の関係を表すWiebe関数と、前記熱発生率及び前記圧力上昇率の関係を表す変換式とを組み合わせた関数モデルとして与えられることが好ましい。
（８）前記騒音上限モデルは、前記騒音の許容値を前記エンジンの回転速度及びエンジン負荷毎に規定したマップとして与えられることが好ましい。

（９）前記補正部は、前記エンジンの運転状態が低回転状態かつ低負荷状態である場合に、前記燃料噴射時期を補正することが好ましい。
なお、前記エンジンの運転状態が前記低回転状態ではない場合、又は、前記低負荷状態でない場合には、前記燃料噴射時期が補正されないことが好ましい。この場合、前記制御部は前記燃料噴射時期モデルに基づいて算出された前記燃料噴射時期を用いて、前記噴射タイミングを制御することが好ましい。

（１０）前記補正部は、前記エンジンの運転モードが予混合燃焼モードである場合に、前記燃料噴射時期を補正することが好ましい。

開示のエンジンの制御装置によれば、燃料噴射時期を補正することで、圧力上昇率が最大となるピーク時期を変化させることができ、エンジンで発生する騒音を減少させることができる。また、騒音上限モデルを用いて、エンジンの運転状態毎に騒音の許容値を規定することで、エンジンの運転状態に合わせて柔軟に騒音レベルを抑制することができる。さらに、燃料噴射を実施する直前における推定値と許容値とを用いて燃料噴射時期を補正することができる。これにより、例えば圧力上昇値の実測値に基づく燃料噴射時期制御と比較して制御性を向上させることができ、エンジン騒音の低減効果を向上させることができる。

一実施形態に係る制御装置が適用されたエンジンの構成を例示する図である。 本制御装置の記憶部が記憶する燃料噴射時期モデルを例示するマップであり、（Ａ）は拡散燃焼マップ、（Ｂ）は予混合燃焼マップである。 本制御装置の記憶部が記憶するピーク時期モデルとしてのピーク時期マップである。 本制御装置の記憶部が記憶する騒音上限モデルとしての騒音上限マップである。 筒内における圧力上昇率のピーク時期を説明するためのグラフであり、（Ａ）は燃焼率の変化を示し、（Ｂ）は熱発生率の変化を示し、（Ｃ）は圧力上昇率の変化を示す。 本制御装置の記憶部が記憶するWiebe関数モデルとしてのマップ例であり、（Ａ）は関数パラメーターと試験番号との関係が規定されたマップ、（Ｂ）はセンサー情報と試験番号との関係が規定されたマップである。 本制御装置での制御内容を説明するためのフローチャート例である。 本制御装置での制御内容を説明するためのフローチャート例である。 本制御装置の制御による圧力上昇率のピーク時期についての変化を示すグラフであり、（Ａ）は燃料噴射時期を補正しない場合、（Ｂ）は燃料噴射時期を補正した場合である。 （Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ、燃料噴射時期の補正による着火時期，騒音レベル，NOx濃度の変化を示すグラフである。

図面を参照して、実施形態としてのエンジンの制御装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。

［１．装置構成］
［１−１．エンジン］
本実施形態の制御装置は、図１に示すエンジン１０に適用される。このエンジン１０は、例えば軽油を燃料とするディーゼルエンジンであり、拡散燃焼を実施する運転モードである「拡散燃焼モード」と、予混合燃焼を実施する運転モードである「予混合燃焼モード」とを備える。また、このエンジン１０は、排気圧を利用した過給システム（ターボシステム）と、排気の一部を吸気側に再循環させるEGRシステム（Exhaust Gas Recirculation；排気再循環システム）とを有する。図１中には、エンジン１０に設けられる複数のシリンダー２０のうちの一つを例示する。

各シリンダー２０の頂面には、吸気ポート２１，排気ポート３１が設けられ、それぞれのポート開口には吸気弁１１，排気弁１２が設けられる。また、シリンダー２０内の上部には、筒内噴射弁１３がその先端を燃焼室側に突出させた状態で設けられる。筒内噴射弁１３は、シリンダー２０内に直接的に燃料を噴射する直噴インジェクターである。筒内噴射弁１３はシリンダー２０毎に設けられ、各シリンダー２０に設けられた筒内噴射弁１３は、高圧の燃料が内部に蓄えられたコモンレール１４（蓄圧室）に接続される。

筒内噴射弁１３から供給される燃料噴射量Q_MAINやその噴射タイミングは、後述するエンジン制御装置１で制御される。例えば、エンジン制御装置１から筒内噴射弁１３に制御パルス信号が伝達されると、筒内噴射弁１３の噴孔がその制御パルス信号の大きさに対応する期間だけ開放される。これにより、燃料噴射量Q_MAINは制御パルス信号の大きさ（駆動パルス幅）に応じた量となり、燃料噴射時期T₀（噴射タイミング）は制御パルス信号が伝達された時刻に対応したものとなる。

エンジン１０の吸気通路２２及び排気通路３２には、ターボチャージャー３０（過給機）が介装される。このターボチャージャー３０は、図１中に示すように、排気通路３２上に設けられたタービン３０Ａの回転軸と吸気通路２２上に設けられたコンプレッサー３０Ｂの回転軸とを連結した構造を持つ。タービン３０Ａは、排気通路３２内の排気圧で回転し、その回転力をコンプレッサー３０Ｂに伝達する。これを受けて、コンプレッサー３０Ｂは、吸気通路２２内の空気をその下流側へと圧縮しながら送給し、シリンダー２０への過給を行う。

タービン３０Ａよりも上流側の排気通路３２とコンプレッサー３０Ｂよりも下流側の吸気通路２２との間には、排気を吸気側に導入するためのEGR通路２４が設けられ、EGR通路２４上には還流する排気（還流ガス）を冷却するためのEGRクーラー２５が介装される。また、EGR通路２４と吸気通路２２との合流部には、還流ガスの流量を調節するためのEGR弁２６が介装される。EGR弁２６の弁開度は可変である。シリンダー２０から排出された高温の排気の一部は、EGRクーラー２５で冷却された後に外気と混合されて、再びシリンダー２０へと導入される。このとき、吸入空気の温度が低温であるほどシリンダー２０内での燃焼温度が低下し、燃焼反応に伴う窒素酸化物（NOx）の発生率が低下する。

エンジン１０の吸気通路２２には、吸気流の下流側（吸気ポート２１側）から上流側に向かう順に、サージタンク２３，EGR弁２６，スロットル弁２７，インタークーラー２８，エアクリーナー２９が設けられる。サージタンク２３は、エンジン１０のインテークマニホールド内に設けられる空洞部である。インテークマニホールドは、サージタンク２３よりも下流側で複数のシリンダー２０に向かって分岐するように形成され、サージタンク２３はその分岐点に位置する。サージタンク２３は、各々のシリンダー２０で発生しうる吸気脈動や吸気干渉を緩和するように機能する。

EGR弁２６及びスロットル弁２７は、シリンダー２０に導入される空気量を調節するためのバルブである。EGR弁２６が排気系から吸気系へと再循環する排気の量（EGR量）を調節するように機能するのに対し、スロットル弁２７は車両外部からの空気量（外気量）を調節するように機能する。これらのバルブの開度は、エンジン１０の運転状態や車両の走行状態等に応じて、エンジン制御装置１によって制御される。

インタークーラー２８は、吸気通路２２上においてコンプレッサー３０Ｂよりも下流側に配置された冷却装置であり、過給によって温度上昇した空気を冷却するものである。また、エアクリーナー２９は、コンプレッサー３０Ｂよりも上流側に配置された濾過装置であり、車両の外部から取り込まれる空気はここで濾過される。

吸気通路２２におけるコンプレッサー３０Ｂの上流側と下流側とを接続する吸気バイパス通路を設けて、外部から取り込まれる空気の一部がターボチャージャー３０を迂回してシリンダー２０側に導入されるような吸気構造を設けてもよい。排気通路３２においても同様に、タービン３０Ａの上流側及び下流側を接続する排気バイパス通路を設け、タービン３０Ａの回転速度を制御するような排気構造を設けてもよい。なお、排気通路３２におけるタービン３０Ａよりも下流側には、排気浄化用の触媒装置３３が介装される。

［１−２．センサー系］
エンジン１０のクランクシャフトの近傍には、エンジン回転速度N_Eを検出するエンジン回転速度センサー４１が設けられる。また、エンジン１０のウォータージャケット又はエンジン冷却水の循環経路上の任意の位置には、エンジン冷却水の温度（冷却水温T_W）を検出する冷却水温センサー４２が設けられる。

吸気ポート２１よりも上流側の吸気通路２２内（例えばサージタンク２３内）には、吸気温度センサー４３，酸素濃度センサー４４，インマニ圧センサー４５が設けられる。吸気温度センサー４３は、吸気温度T_AIRを検出し、酸素濃度センサー４４は吸気中の酸素濃度D_ENSを検出し、インマニ圧センサー４５はインマニ圧P_IM（吸気圧力）を検出するセンサーである。

コモンレール１４には、コモンレール１４内に貯留された燃料の圧力（筒内噴射弁１３から噴射される燃料の噴射圧P_INJ）を検出する燃圧センサー４６が設けられる。また、エンジン１０の吸気系におけるコンプレッサー３０Ｂよりも上流側には、吸気流量Q_AIRを検出するエアフローセンサー４７が設けられる。

車両の任意の位置には、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度APS）を検出するアクセル開度センサー４８が設けられる。アクセル開度APSは、運転者の加速要求や発進意思に対応するパラメーターであって、エンジン１０の負荷に相関するパラメーターである。上記の各種センサー４１〜４８で検出された各種情報は、エンジン制御装置１に伝達される。

［１−３．エンジン制御装置］
上記のエンジン１０を搭載する車両には、エンジン制御装置１（Engine Electronic Control Unit，制御装置）が設けられる。エンジン制御装置１は、エンジン１０に関する点火系，燃料系，吸排気系及び動弁系といった広汎なシステムを総合的に制御する電子制御装置であり、エンジン１０の各シリンダー２０に対して供給される空気量や燃料噴射量Q_MAIN，燃料噴射時期T₀，EGR量等を制御するものである。

このエンジン制御装置１は、例えばCPU（Central Processing Unit），MPU（Micro Processing Unit）等のマイクロプロセッサやROM（Read Only Memory），RAM（Random Access Memory），不揮発メモリ等を集積した電子デバイスである。マイクロプロセッサは、制御ユニット（制御回路）や演算ユニット（演算回路），キャッシュメモリ（レジスタ群）等を内蔵する処理装置（プロセッサ）である。また、ROM，RAM及び不揮発メモリは、プログラムや作業中のデータが格納されるメモリ装置である。

不揮発メモリの具体例としては、フラッシュメモリ，相変化メモリ（Phase Change Memory），抵抗変化メモリ（Resistive RAM），強誘電体メモリ（Ferroelectric RAM），磁気抵抗メモリ（Magneto-resistive RAM）等が挙げられる。エンジン制御装置１での制御内容は、例えばアプリケーションプログラムとしてROMや不揮発メモリ内に記録される。また、プログラムの実行時には、プログラムの内容がRAMや不揮発メモリ内のメモリ空間内に展開され、マイクロプロセッサによって実行される。

本実施形態のエンジン制御装置１は、各種センサー４１〜４８で検出された各種情報に基づき、筒内噴射弁１３からの燃料噴射タイミングを制御する。この制御は、例えばアプリケーションプログラムとして補助記憶装置やリムーバブルメディアに記録される。また、プログラムの実行時には、プログラムの内容が主記憶装置内のメモリ空間内に展開され、中央処理装置によって実行される。

処理内容を機能的に分類すると、このプログラムには、記憶部２，算出部３，補正部４，制御部５が設けられる。これらの各要素は電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。

［２．制御構成］
エンジン制御装置１は、エンジン１０に要求される負荷の大きさに応じて目標噴射時期を算出し、実際の燃料噴射が目標噴射時期に実施されるように、筒内噴射弁１３に対して制御パルス信号を出力する。一方、所定条件の成立下では、エンジン１０で発生する騒音を抑制するために、燃料噴射時期T₀を通常よりも遅角方向に補正する制御を実施する。ただし、このような燃料噴射時期T₀の補正制御は、少なくともエンジン１０が予混合燃焼状態であるときに実施されるものとする。

［２−１．記憶部］
記憶部２は、上記のような制御で用いられるマップや数式を記憶するものである。ここには、燃料噴射時期モデル，ピーク時期モデル，Wiebe関数モデル，騒音レベルモデル，騒音上限モデルの五種類のモデルが記録される。以下、これらのモデルの内容を順に説明する。

［Ａ］燃料噴射時期モデル
燃料噴射時期モデルとは、エンジン１０の運転状態に応じた燃料噴射時期T₀を設定するためのモデルである。ここでいう燃料噴射時期T₀とは、メイン噴射の燃料を噴射するクランク角である。燃料噴射時期T₀は、例えばエンジン回転速度N_Eやエンジン１０に要求されるトルクの大きさ，アクセル開度APS，車速，EGR弁２６及びスロットル弁２７の開度等に基づいて設定される。

本実施形態の燃料噴射時期モデルは、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、エンジン回転速度N_E及びエンジン負荷P（例えば、エンジン１０の目標トルクやアクセル開度APS）を引数として燃料噴射時期T₀が設定される三次元マップ（燃料噴射時期マップ）の形状とされる。これらの燃料噴射時期マップのうち、図２（Ａ）は拡散燃焼モード下での燃料噴射時期T₀を与える拡散燃焼マップであり、図２（Ｂ）は予混合燃焼モード下での燃料噴射時期T₀を与える予混合燃焼マップである。

これらの燃料噴射時期T₀は、エンジン回転速度N_Eが速いほど進角側に設定され、また、エンジン負荷Pが大きいほど進角側に設定される。また、エンジン１０の運転状態が同一であるとき、予混合燃焼モードで設定される燃料噴射時期T₀は、拡散燃焼モードで設定される燃料噴射時期T₀よりも進角側に設定される。このような設定により、シリンダー２０内で吸気と燃料噴霧とを着火前に混合するための予混合期間が確保されている。

［Ｂ］ピーク時期モデル
ピーク時期モデルとは、シリンダー２０内での一回の予混合燃焼反応において圧力上昇率dP/dθ[MPa/°CA]が最大となる時刻（以下、この時刻のことをピーク時期T_Pと呼ぶ）の目標値T_{P_TGT}を設定するためのモデルである。ピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}は、少なくとも圧縮上死点を基準として遅角側に設定される。すなわち、圧縮上死点を基準としたクランク角θ[°CA ATDC]で目標値T_{P_TGT}を表現すれば、T_{P_TGT}≧0[°CA ATDC]とされる。目標値T_{P_TGT}は、実際の予混合燃焼反応におけるピーク時期T_Pがこの時刻よりも進角側に入らないようにする（実際のピーク時期T_Pが過剰に早くなることを防止する）ためのパラメーターである。

この目標値T_{P_TGT}も、燃料噴射時期T₀の設定時と同様に、例えばエンジン回転速度N_Eやエンジン１０に要求されるトルクの大きさ，アクセル開度APS，車速，EGR弁２６及びスロットル弁２７の開度等に基づいて設定される。本実施形態のピーク時期モデルは、図３に示すように、エンジン回転速度N_E及びエンジン負荷P（例えば、エンジン１０の目標トルクやアクセル開度APS）を引数として目標値T_{P_TGT}が設定される三次元マップ（ピーク時期マップ）の形式とされる。目標値T_{P_TGT}の値は、圧縮上死点を基準としてゼロ以上の範囲（ゼロ又は正の範囲）で設定される。目標値T_{P_TGT}は、エンジン回転速度N_Eが速いほど大きく設定され、またエンジン負荷Pが大きいほど大きく設定される。

［Ｃ］Wiebe関数モデル
Wiebe関数モデルとは、シリンダー２０内での予混合燃焼反応によって発生した、単位クランク角dθあたりの熱量である熱発生率dQ/dθ[J/°CA]（熱発生速度ともいう）をWiebe関数（一または複数のWiebe関数）で表現し、かつ、これをクランク角θと圧力上昇率dP/dθとの関係としてモデル化したものである。つまり、このWiebe関数モデルでは、クランク角θと圧力上昇率dP/dθとの関係がモデル化される。Wiebe関数とは、熱発生率dQ/dθを燃焼反応の経過時間で近似的に表現した関数である。以下の式１にWiebe関数の例を示す。式１の関数は、クランク角θ（経過時間）の変動に対して、熱発生率dQ/dθが山なりに変化するグラフ形状を与える。

式１中のHは、投入熱量であり、例えば燃料噴射量Q_MAINや燃料密度に比例する値である。また、mは燃焼形状パラメーター、Ceは燃焼効率、STは燃焼開始時期（合成する前の個々のWiebe関数グラフにおける燃焼開始時刻に相当する値）、T_10-90は有効燃焼期間、Frは燃焼割合である。これらの五種類のパラメーターは、式１に示す一つのグラフ形状を特徴付ける変数である。

本実施形態では、式１で与えられるWiebe関数を複数合成したものが、実際の予混合燃焼反応に対応する熱量の発生速度を表すものとする。つまり、実際の燃焼反応は、複数のWiebe関数を線形に結合した形式で表現されるものとする。ただし、実際の燃焼反応のうち主燃焼反応のみに着目する場合には、単一のWiebe関数で熱量の発生速度を表すものとしてもよい。

なお、本実施形態では、複数のWiebe関数を線形に結合した形式で実際の熱量の発生速度が近似されるため、関数パラメーターの数は５の倍数個（すなわち、結合数の５倍）となる。関数パラメーターの総数は、線形に結合されるWiebe関数の数が多いほど増加する。

また、これらの五種類の関数パラメーターの値は、予め実機試験を通して得られた値をもとに重回帰分析もしくは最適化ソフトウェアでモデル化したアレニウス型の式で表すことができる。すなわち、五種類の関数パラメーターは、エンジン１０の運転状態から推定可能である。本実施形態の関数パラメーターは、累乗の乗数もしくはexp（指数関数部分）の指数の分母に運転状態の回転数や吸気酸素濃度, 噴射圧, 推定筒内温度・圧力等を代入して得られる値とする。なお、具体的な関数パラメーターの値の算出方法としては、公知の手法を採用することができる。

例えば、実験計画法で条件を定めた実機試験を繰り返し実施したのち、個々の実機実験の結果に対して関数パラメーターの値を微調整し、実機試験のグラフ形状に関数グラフの形状をほぼ一致させる。その後、微調整された関数パラメーターの値について、更に重回帰分析や最適化ソフトウェアでアレニウス型の推定式としてモデル化する。このモデル化された推定式に時々刻々の運転パラメーターを代入することで、時々刻々の関数パラメーターを得ることができる。

ここで、エンジン１０の予混合燃焼状態について説明する。図５（Ａ）は、圧縮着火式のエンジン１０におけるシリンダー２０内での一回の予混合燃焼反応での燃焼率[%]（燃焼質量割合）の推移を例示するグラフである。T₁₀は、シリンダー２０内に投入された全燃料のうち、質量で10[%]が燃焼した時刻に対応するクランク角θに相当し、T₉₀は全燃料の90[%]が燃焼した時刻に対応するクランク角θに相当する。このグラフに示すように、実際の予混合燃焼反応は、圧縮上死点の手前から開始される。

一方、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す燃焼反応での熱発生率dQ/dθ[J/°CA]の推移を例示するグラフである。このグラフから、予混合燃焼反応には、低温酸化反応（圧縮上死点よりも手前から開始される小さな発熱反応やその後の気化潜熱等の吸熱反応），主燃焼反応（大きな発熱をともなう高温酸化反応），燃焼後期反応（主燃焼反応後も長期間続く後燃え期間等）といった複数の発熱反応が組み合わさっていることが読み取れる。したがって、単一のWiebe関数を用いるよりも、複数のWiebe関数を組み合わせた方が、現実に即した燃焼波形（熱発生率のグラフ）を再現できるようになる。ただし、主燃焼の熱発生率のみに着目する場合は１つのWiebe関数のみを用いても構わない。

本実施形態では便宜的に、燃焼率が10％となるクランク角T₁₀で着火したものとみなし、燃料噴射時期T₀からクランク角T₁₀までの位相差T_0-10を「着火遅れ期間」とみなす。同様に、クランク角T₉₀で燃焼が終了したものとみなし、クランク角T₁₀からクランク角T₉₀までの位相差T_10-90を「有効燃焼期間」とみなす。以下、クランク角T₁₀，T₉₀をそれぞれ、着火時期T₁₀，燃焼終了時期T₉₀とも呼ぶ。

図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示す燃焼反応での圧力上昇率dP/dθ[MPa/°CA]の推移を例示するグラフである。圧力上昇率dP/dθは、以下の式２に示すように、熱発生率dQ/dθ及びシリンダー２０の筒内体積Vに基づいて算出される。式２中のκは混合気の組成等から定まる比熱比であり、V_hはシリンダー２０の行程容積である。前述のピーク時期T_Pは、圧力上昇率dP/dθが極大値をとるクランク角θに相当する。圧力上昇率dP/dθは、熱発生率dQ/dθだけでなく、シリンダー２０の体積変化の影響を受けて変動する。したがって、ピーク時期T_Pは必ずしも熱発生率dQ/dθのグラフ上の極大値におけるクランク角θとは一致しない。本実施形態のWiebe関数モデルは、これらの式１及び式２を組み合わせた関数モデルとして与えられ、クランク角θと圧力上昇率dP/dθとの関係を規定する。

また、上記の式１に含まれる五種類の関数パラメーター（燃焼形状パラメーターm，燃焼効率Ce，燃焼開始時期ST，有効燃焼期間T_10-90，燃焼割合Fr）は、各種センサー４１〜４８で検出された各種情報を引数として算出できるように、多次元マップ形式やアレニウス型推定式で記憶部２に記録される。

多次元マップ形式で記録する場合には、例えば図６（Ａ），（Ｂ）に示すようなマップを作成しておけばよい。図６（Ａ）は、実機試験の試験番号とそれぞれの試験で得られた関数パラメーターとの関係をマップ化したもの（関数パラメーターマップ）である。また、図６（Ｂ）は、それぞれの試験で得られた各種センサー４１〜４８の検出情報を試験番号に関連付けたマップ（センサー情報マップ）である。これらのマップを用いて、各種センサー４１〜４８で検出された情報の組み合わせが最も近い試験番号を検索すれば、その試験番号に対応する関数パラメーターを取得することができる。もしくは、それぞれのマップを補間し、それぞれの補間された行に付与するデータ（試験）番号を生成し、番号の一致する行のマップデータを取得してもよい。

一方、アレニウス型推定式で記録する場合、個々の関数パラメーターを、各種センサー４１〜４８の検出情報で表現すればよい。例えば、燃料噴射時期T₀から着火時期T₁₀までの着火遅れ期間T_0-10は、以下の式３に示すように、アレニウス型推定式で予測できることが知られている。

これに倣い、指数関数部分における指数の分母に筒内温度T_CYLを含むアレニウス型推定式を用いて、各々の関数パラメーター（燃焼形状パラメーターm，燃焼効率Ce，燃焼開始時期ST，有効燃焼期間T_10-90，燃焼割合Fr）を表現することが考えられる。本実施形態では、以下の式４〜８に示すようなアレニウス型推定式で各々の関数パラメーターを算出する。

式４〜式８中のX₁，X₂，…，X_Yは、各種センサー４１〜４８の検出情報、又はその検出情報から算出される値であり、例えば、燃料噴射量Q_MAINやエンジン回転速度N_E，筒内圧力（演算値）P_CYL，噴射圧P_INJ，酸素濃度D_ENS等である。以下、式４〜式８に含まれるX₁，X₂，…，X_Yに相当するパラメーターのことを「センサー情報」ともいう。このセンサー情報には、少なくとも酸素濃度D_ENS、燃料噴射量Q_MAIN、筒内温度T_CYLが含まれることが好ましい。また、センサー情報のうち、燃料噴射量Q_MAIN，筒内圧力P_CYL，筒内温度T_CYLは、各種センサー４１〜４８で検出された各種情報に基づいて算出される。

式３〜式８中のA，A1，A2，…，A5，B，B1，B2，…，Z4，Z5は定数であり、例えば実験計画法で条件を定めた実機試験を繰り返し実施したのち、個々の実機試験を通して得られたセンサー情報の値から重回帰分析によって求められる。これらの推定式を用いることで、実測されたセンサー情報に対応する関数パラメーターをリアルタイムに算出することができる。

［Ｄ］騒音レベルモデル
騒音レベルモデルとは、圧力上昇率dP/dθが最大となる時刻（ピーク時期T_P）とエンジン１０で発生する騒音レベルの推定値N[dB]との関係をモデル化したものである。騒音レベルの推定値Nは、エンジン１０の運転状態と相関する複数のパラメーターに基づいて、指数関数部分に筒内温度T_CYLを含むアレニウス型推定式で算出される。

本実施形態では、式９に示すように、後述するピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}とセンサー情報とを引数として、騒音レベルの推定値Nが予測される。式９中のX₁，X₂，…，X_Yはセンサー情報である。また、式９中のA6，C6，D6，…，Z6は定数であり、例えば実験計画法で条件を定めた実機試験を繰り返し実施したのち、個々の実機試験を通して得られたセンサー情報の値から重回帰分析によって求められる。この推定式を用いることで、騒音レベルの推定値Nをリアルタイムに算出することができる。

［Ｅ］騒音上限モデル
騒音上限モデルとは、シリンダー２０内での一回の予混合燃焼反応で発生する騒音レベルの許容値N_TGT[dB]をエンジン１０の運転状態毎に規定するモデルである。騒音レベルの許容値N_TGTは、燃料噴射時期T₀の設定時と同様に、例えばエンジン回転速度N_Eやエンジン１０に要求されるトルクの大きさ，アクセル開度APS，車速，EGR弁２６及びスロットル弁２７の開度等に基づいて設定される。

本実施形態の騒音上限モデルは、図４に示すように、エンジン回転速度N_E及びエンジン負荷P（例えば、エンジン１０の目標トルクやアクセル開度APS）を引数として許容値N_TGTが設定される三次元マップの形式とされる。許容値N_TGTは、例えばエンジン回転速度N_Eが速いほど大きく設定され、また、エンジン負荷Pが大きいほど大きく設定される。また、図４中に示すように、エンジン１０の低回転領域と低負荷領域との双方には、許容値N_TGTが最小（例えば、80〜90[dB]）となる帯状の領域（許容値最小領域）が設定される。

［２−２．算出部］
算出部３は、燃料噴射時期T₀を制御するための様々な演算を行うものである。前述の燃料噴射量Q_MAIN，エンジン負荷Pは、それぞれがエンジン回転速度N_E，アクセル開度APS等に基づいて算出される。また、筒内圧力P_CYLは、エンジン回転速度N_E，吸気流量Q_AIR，インマニ圧P_IM等に基づいて算出され、筒内温度T_CYLは、吸気温度T_AIR等に基づいて算出される。この算出部３には、標準噴射時期算出部３Ａ，ピーク時期予測部３Ｂ，騒音推定部３Ｃが設けられる。

標準噴射時期算出部３Ａは、記憶部２が記憶する燃料噴射時期モデルに基づき、エンジン１０の運転状態に応じた標準的な燃料噴射時期T₀を算出するものである。ここではまず、エンジン１０の運転状態が予混合燃焼に適した状態であるか、それとも拡散燃焼に適した状態であるかが判断される。例えば、エンジン回転速度N_Eが所定速度以下（低回転状態）であり、かつ、エンジン負荷Pが所定負荷以下（低負荷状態）である場合に、予混合燃焼モードが選択される。これ以外の場合には、拡散燃焼モードが選択される。標準噴射時期算出部３Ａは、選択されたモードに応じた燃料噴射時期T₀を算出する。

拡散燃焼モード下では、図２（Ａ）に示すマップに基づき、エンジン回転速度N_E及びエンジン負荷Pを引数として、燃料噴射時期T₀が算出される。また、予混合燃焼モード下では、図２（Ｂ）に示すマップに基づき、エンジン回転速度N_E及びエンジン負荷Pを引数として、燃料噴射時期T₀が算出される。ここで算出された燃料噴射時期T₀の情報は、ピーク時期予測部３Ｂ及び騒音推定部３Ｃに伝達される。

ピーク時期予測部３Ｂは、標準噴射時期算出部３Ａで算出された燃料噴射時期T₀に燃料を噴射した場合におけるピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}とその予測値T_{P_PRE}とを算出するものである。ここでは、ピーク時期モデルに基づいてピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}が算出されるとともに、Wiebe関数モデルに基づいてピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}が算出される。圧力上昇率dP/dθのピーク時期T_Pは、エンジン１０で発生する騒音が最大となる時期に相当する。

ピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}は、例えばエンジン回転速度N_E及びエンジン負荷Pを引数として、図３に示すマップに基づいて算出される。一方、ピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}は、式１及び式２に基づき、圧力上昇率dP/dθが極大値をとるクランク角θが算出されるとともに、そのクランク角θが予測値T_{P_PRE}として算出される。ここで算出されたピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}及び予測値T_{P_PRE}は、補正部４に伝達される。また、ここで算出された予測値T_{P_PRE}は、騒音推定部３Ｃ及び補正部４に伝達される。

騒音推定部３Ｃは、標準噴射時期算出部３Ａで算出された燃料噴射時期T₀に燃料を噴射した場合にエンジン１０で発生する騒音レベルの許容値N_TGTと、騒音レベルの推定値Nとを算出するものである。ここでは、騒音上限モデルに基づいて騒音レベルの許容値N_TGTが算出されるとともに、騒音レベルモデルに基づいて騒音レベルの推定値Nが算出される。

騒音レベルの許容値N_TGTは、例えばエンジン回転速度N_E及びエンジン負荷Pを引数として、図４に示すマップに基づいて算出される。一方、騒音レベルの推定値Nは、式９に基づき、燃料噴射時期T₀に燃料を噴射した場合のピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}とセンサー情報とを用いて算出される。ここで算出された騒音レベルの許容値N_TGT及び推定値Nの情報は、補正部４に伝達される。

また、騒音推定部３Ｃは、燃料の噴射タイミングが燃料噴射時期T₀よりも遅い場合の騒音レベルの仮想推定値N₁〜N_iを算出する機能を持つ。すなわち、騒音推定部３Ｃは、仮に燃料噴射時期T₀が遅角方向に補正された場合における騒音レベルを推定する。ここでは、複数の補正量に対応する複数の騒音レベルの仮想推定値N₁〜N_iが算出される。

例えば、燃料噴射時期T₀を基準として0.5[°CA]刻みで噴射タイミングを遅角させた場合に対応する、数十個の騒音レベルの仮想推定値N₁〜N_iが算出される。添字iは、遅角量の小さい順に付される序数である。つまり、N₁は噴射タイミングがT₀+0.5[°CA]であるときの仮想推定値であり、N₂は噴射タイミングがT₀+1.0[°CA]であるときの仮想推定値である。仮想推定値N₁〜N_iを算出する際に噴射タイミングを遅角させる幅は、5[°CA]程度に設定される。なお、エンジン制御装置１の演算能力に応じて噴射タイミングの刻み幅を0.1〜1.0[°CA]程度の範囲内で任意に設定してもよい。ここで算出された複数の仮想推定値N₁〜N_iの情報は、補正部４に伝達される。

［２−３．補正部，制御部］
補正部４は、所定の補正条件が成立したときに、燃料噴射時期T₀を進角，遅角方向に補正するものである。ここでは、燃料噴射の開始タイミングを補正するだけでなく、燃料噴射期間の全体が移動するように（シフトするように）補正がなされる。
本実施形態では、少なくとも燃料噴射の開始タイミング（プレ噴射の開始タイミング）と、その後のメイン噴射の開始タイミングとが連動して補正される。なお、ポスト噴射の開始タイミングに関しては、必ずしも燃料噴射の開始タイミングの補正に連動させる必要はない。

所定の補正条件の例を以下に列挙する。本実施形態では、条件１が成立し、かつ、条件２，条件３の何れかが成立する場合に、燃料噴射時期T₀が補正される。
条件１．運転モードが予混合燃焼モードである
条件２．ピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}が目標値T_{P_TGT}よりも進角側である
条件３．騒音レベルの推定値Nが許容値N_TGTを超える

なお、補正条件が条件１及び条件３である場合（条件２を参照しない場合）には、ピーク時期モデル（例えば、図３に示すようなマップ）を省略することができる。同様に、補正条件が条件１及び条件２である場合（条件３を参照しない場合）には、騒音上限モデル（例えば、図４に示すようなマップ）を省略することができる。

また、補正部４には、第一補正部４Ａ，第二補正部４Ｂが設けられ、それぞれ異なる手法で補正が実施される。これらの二つの補正手法は、例えば車両の運転者の選択に応じて何れか一方が実施されてもよいし、所定の選択条件に応じて何れか一方が実施されてもよい。第一補正部４Ａは、ピーク時期モデルを用いて補正量DDを算出するものであり、第二補正部４Ｂは、騒音上限モデルを用いて補正量DDを算出するものである。したがって、上記の補正条件の設定に併せて、何れか一方の補正部４Ａ，４Ｂを省略してもよい。

第一補正部４Ａは、圧力上昇率dP/dθのピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}がその目標値T_{P_TGT}に近づくように、燃料噴射時期T₀を補正するものである。ここでは、ピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}から予測値T_{P_PRE}を減じた値が補正量DDとして算出され、燃料噴射時期T₀が補正量DDだけ遅角方向に移動するように補正される。これにより、実際のピーク時期T_Pも遅角方向に移動することになる。なお、燃料噴射時期T₀の遅角補正量とピーク時期T_Pの変化量との微妙な相違を考慮して、ピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}と予測値T_{P_PRE}との差を引数とした制御用マップ，数式等を用いて補正量DDを算出するような制御構成としてもよい。

第二補正部４Ｂは、騒音レベルが許容値N_TGTを超えないように、燃料噴射時期T₀を遅角補正するものである。ここでは、騒音推定部３Ｃで算出された複数の仮想推定値N_iの中から許容値N_TGT以下の仮想推定値N_iが抽出される。また、抽出された仮想推定値N_iのうち、その仮想推定値N_iを得るための燃料噴射時期T₀の遅角量が最も小さい仮想推定値N_iが選択され、その仮想推定値N_iに対応する遅角量が補正量DDとされる。

例えば、仮想推定値N₁〜N_iのうち、仮想推定値N₅，N₆，…，N_iが許容値N_TGT以下であるときには、仮想推定値N₅に対応する遅角量（すなわち、2.5[°CA]）が補正量DDとなる。なお、第一補正部４Ａでの補正量DDの算出手法と同様に、最終的に選択された仮想推定値N_iに対応する遅角量を引数とした制御用マップ，数式等を用いて補正量DDを算出するような制御構成としてもよい。

制御部５は、補正部４で算出された補正量DDに基づいて実際の燃料噴射時期T₀を制御するものである。ここでは、標準噴射時期算出部３Ａで算出された標準的な燃料噴射時期T₀に補正量DDを加算した値が、新たな燃料噴射時期T₀として算出される。また、この補正後の燃料噴射時期T₀に燃料が噴射されるように、制御部５から筒内噴射弁１３へと制御パルス信号が出力される。これにより、燃料噴射時期T₀が補正量DDだけ遅角方向に移動する。つまり、補正量DDに対応する時間分だけ遅れて燃料噴射が開始されることになり、実際の予混合燃焼反応におけるピーク時期T_Pが目標値T_{P_TGT}の近傍となる。

［３．フローチャート］
図７，図８は、エンジン制御装置１で実行される制御の手順を例示するフローチャートである。図７は、補正条件が上記の条件１及び条件２であり、第一補正部４Ａによる補正手法を採用した場合のフローである。一方、図８は、補正条件が上記の条件１及び条件３であり、第二補正部４Ｂによる補正手法を採用した場合のフローである。

なお、これらの二つのフローに含まれる補正条件に係るステップは、置換可能かつ併用可能である。例えば、図７中のステップＡ４０〜Ａ６０は、図８中のステップＢ４０〜Ｂ６０と置換してもよい。また、これらの二種類の補正条件を併用し、少なくとも何れか一方の条件が成立した場合に、燃料噴射時期T₀を補正する制御としてもよいし、両方の条件が成立した場合に限って燃料噴射時期T₀を補正する制御としてもよい。

同様に、これらの二つのフローに含まれる補正手法に係るステップは、置換可能かつ併用可能である。例えば、図７中のステップＡ７０〜Ａ８０は、図８中のステップＢ７０〜Ｂ９０と置換してもよい。また、これらの二種類の補正手法で算出された二つの補正量DDのうち、何れか大きい一方（又は小さい一方）を用いて燃料噴射時期T₀を補正する制御としてもよいし、二つの補正量DDの平均値を用いて燃料噴射時期T₀を補正する制御としてもよい。

［３−１．ピーク時期に基づく制御］
図７のステップＡ１０では、各種センサー４１〜４８で検出されたセンサー情報がエンジン制御装置１に入力される。ここで入力されるセンサー情報は、エンジン回転速度N_E，冷却水温T_W，吸気温度T_AIR，酸素濃度D_ENS，インマニ圧P_IM，燃料の噴射圧P_INJ，吸気流量Q_AIR，アクセル開度APS等である。また、算出部３では、これらのセンサー情報に基づいて燃料噴射量Q_MAIN，エンジン負荷P，筒内圧力P_CYL，筒内温度T_CYL等が算出される。

ステップＡ２０では、燃料噴射時期モデルに基づき、標準的な燃料噴射時期T₀が標準噴射時期算出部３Ａで算出される。ここではまず、エンジン回転速度N_E及びエンジン負荷Pに基づいて、拡散燃焼モード，予混合燃焼モードの何れか一方が選択される。また、選択された運転モードに応じて図２（Ａ），（Ｂ）に示す何れかのマップが選択され、エンジン回転速度N_E及びエンジン負荷Pに基づいて燃料噴射時期T₀が算出される。

ステップＡ３０では、前ステップで選択された運転モードが予混合燃焼モードである（上記の条件１）か否かが判定される。この条件の成立時にはステップＡ４０に進み、不成立時にはステップＡ９０に進む。なお、ステップＡ９０では、ステップＡ２０で算出された燃料噴射時期T₀に燃料が噴射されるように、制御部５から筒内噴射弁１３へと制御パルス信号が出力される。したがって、拡散燃焼モード下では燃料噴射時期T₀が補正されない。

ステップＡ４０〜Ａ６０は、上記の条件２を判断するためのステップである。まず、ステップＡ４０では、ピーク時期予測部３Ｂにおいて、ピーク時期モデルに基づいてピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}が算出される。ピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}は、例えば図３に示すようなマップに基づき、センサー情報に含まれるエンジン回転速度N_E及びエンジン負荷Pを引数として算出される。

ステップＡ５０では、ピーク時期予測部３Ｂにおいて、Wiebe関数モデルに基づいてピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}が算出される。ここでは、センサー情報に対応する関数パラメーター（燃焼形状パラメーターm，燃焼効率Ce，燃焼開始時期ST，有効燃焼期間T_10-90，燃焼割合Fr）が算出され、式１の形式で定義された複数のWiebe関数から熱発生率dQ/dθが把握される。また、式２に示す変換式に基づき、熱発生率dQ/dθが圧力上昇率dP/dθに変換され、圧力上昇率dP/dθが極大値をとるクランク角θが予測値T_{P_PRE}として算出される。

ステップＡ６０では、ピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}が目標値T_{P_TGT}よりも小さいか否かが判定される。ここで、T_{P_PRE}＜T_{P_TGT}が成立する場合には、実際のピーク時期T_Pが目標値T_{P_TGT}よりも進角側となるため、燃料噴射時期T₀を補正すべくステップＡ７０に進む。一方、T_{P_PRE}≧T_{P_TGT}である場合には、実際のピーク時期T_Pが目標値T_{P_TGT}の近傍、又は、目標値T_{P_TGT}よりも遅角側となるため、燃料噴射時期T₀を補正することなくステップＡ９０に進む。

ステップＡ７０では、第一補正部４Ａにおいて、ピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}から予測値T_{P_PRE}を減じた値が補正量DDとして算出される。また、ステップＡ８０では、制御部５において燃料噴射時期T₀に補正量DDが加算補正され、続くステップＡ９０において筒内噴射弁１３へと制御パルス信号が出力される。これにより、着火遅れ期間の開始時刻及び終了時刻が補正量DDに対応する時間分だけ遅くなり、実際の予混合燃焼反応におけるピーク時期T_Pが目標値T_{P_TGT}の近傍となる。

［３−２．騒音レベルに基づく制御］
図８のステップＢ１０〜Ｂ３０は、図７のステップＡ１０〜Ｂ３０と同一内容の制御が実施されるステップであり、各種のセンサー情報が取得されるとともに、エンジン１０の運転モードが予混合燃焼モードであるか否かが判定される。ステップＢ４０以下の燃料噴射時期T₀の補正は、予混合燃焼モード下でのみ実施される。運転モードが拡散燃焼モードであるときにはステップＢ１００に進み、ステップＢ２０で算出された燃料噴射時期T₀に燃料が噴射されるように、制御部５から筒内噴射弁１３へと制御パルス信号が出力される。したがって、拡散燃焼モード下では燃料噴射時期T₀が補正されない。

ステップＢ４０〜Ｂ６０は、上記の条件３を判断するためのステップである。まず、ステップＢ４０では、騒音推定部３Ｃにおいて、騒音上限モデルに基づいて騒音レベルの許容値N_TGTが算出される。この許容値N_TGTは、例えば図４に示すようなマップに基づき、センサー情報に含まれるエンジン回転速度N_E及びエンジン負荷Pを引数として算出される。

ステップＢ４５では、ステップＡ５０と同様に、Wiebe関数モデルに基づいてピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}が算出される。ここでは、センサー情報に対応する関数パラメーター（燃焼形状パラメーターm，燃焼効率Ce，燃焼開始時期ST，有効燃焼期間T_10-90，燃焼割合Fr）が算出され、式１で定義された複数のWiebe関数から熱発生率dQ/dθが把握される。また、式２に示す変換式に基づき、熱発生率dQ/dθが圧力上昇率dP/dθに変換され、圧力上昇率dP/dθが極大値をとるクランク角θが予測値T_{P_PRE}として算出される。

ステップＢ５０では、騒音推定部３Ｃにおいて、騒音レベルモデルに基づいて騒音レベルの推定値Nが算出される。騒音レベルの推定値Nは、例えば式９に基づき、燃料噴射時期T₀に燃料を噴射した場合のピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}とセンサー情報とを用いて算出される。

ステップＢ６０では、騒音レベルの推定値Nが許容値N_TGTを超えているか否かが判定される。ここで、N＞N_TGTが成立する場合には、実際の騒音レベルを抑制すべく、燃料噴射時期T₀を補正すべくステップＢ７０に進む。一方、N≦N_TGTである場合には、燃料噴射時期T₀を補正することなくステップＢ１００に進む。

ステップＢ７０では、騒音推定部３Ｃにおいて、仮に噴射タイミングを燃料噴射時期T₀よりも遅角させた場合に対応する騒音レベルの仮想推定値N₁〜N_iが算出される。例えば、噴射タイミングがT₀+0.5[°CA]であるときの仮想推定値N₁，噴射タイミングがT₀+1.0[°CA]であるときの仮想推定値N₂等が算出される。また、続くステップＢ８０では、第二補正部４Ｂにおいて、許容値N_TGT以下の値を持つ仮想推定値N₁〜N_iのうち、遅角量が最も小さい仮想推定値N_iが選択されるとともに、その遅角量が補正量DDとされる。これにより、燃料噴射時期T₀が過度に遅角補正されることが防止される。

ステップＢ９０では、制御部５において燃料噴射時期T₀に補正量DDが加算補正され、続くステップＢ１００において筒内噴射弁１３へと制御パルス信号が出力される。これにより、着火遅れ期間の開始時刻及び終了時刻が補正量DDに対応する時間分だけ遅くなり、実際の予混合燃焼反応におけるピーク時期T_Pが目標値T_{P_TGT}の近傍となる。

［４．作用］
図９（Ａ）は上記のような燃料噴射時期T₀の補正を実施しなかった場合の圧力上昇率dP/dθの推移を示すグラフであり、図９（Ｂ）は燃料噴射時期T₀を補正した場合のグラフである。それぞれの図中に記載された四本のグラフは、運転条件（例えば、燃料噴射量Q_MAINや燃料噴射時期T₀）が同一であってシリンダー２０に導入される吸気の酸素濃度D_ENSのみを相違させたときに得られた四回分の実機試験結果に対応している。

図９（Ａ）に示すように、同一のタイミングで燃料を筒内に供給した場合、酸素濃度D_ENSが高いほど混合気の着火性が向上し、圧力上昇率dP/dθのピーク時期T_Pが進角方向に移動する。つまり、酸素濃度D_ENSが高まるほど着火遅れ期間が短縮され、圧縮上死点により近い時刻に筒内圧力P_CYLが最大となる。

これに対して、上記のような燃料噴射時期T₀の補正を実施した場合、ピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}と目標値T_{P_TGT}とに基づいて補正量DDが算出され、燃料噴射時期T₀が遅角補正される。これにより、吸気の酸素濃度D_ENSが高いほど補正量DDが増加し、より遅いタイミングで燃料が筒内に供給される。したがって、酸素濃度D_ENSの大小に関わらず着火時期T₁₀がほぼ一致し、図９（Ｂ）に示すように、圧力上昇率dP/dθのピーク時期T_Pもほぼ一致する。また、圧縮上死点からピーク時期T_Pまでの時間がほぼ均一化されることから、圧力上昇率dP/dθの上昇も抑制され、エンジン１０で発生する騒音が小さくなる。

これらの８パターン〔図９（Ａ）に示す４パターンと図９（Ｂ）に示す４パターン〕の実機試験結果に関して、着火時期T₁₀，騒音レベル，NOx濃度のそれぞれの変化をまとめたグラフが、図１０（Ａ）〜（Ｃ）である。図１０（Ａ）は、上記のような燃料噴射時期T₀の補正によって、着火時期T₁₀がほぼ一致するように精度よく制御されていることを示している。また、図１０（Ｂ），（Ｃ）は、圧力上昇率dP/dθのピーク時期T_Pを揃えることで、エンジン１０から発せられる騒音レベルが抑制されるだけでなく、筒内での燃焼ロバスト性が向上し、排気エミッションが改善されることを示している。

［５．効果］
（１）上記のエンジン制御装置１では、記憶部２に燃料噴射時期モデルとピーク時期モデルとが記憶され、算出部３でピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}と予測値T_{P_PRE}とが算出される。また、第一補正部４Ａでは、これらの目標値T_{P_TGT}と予測値T_{P_PRE}とに基づいて燃料噴射時期T₀が補正される。その後、補正された燃料噴射時期T₀を用いて、燃料の噴射タイミングが制御部５で制御される。

このように燃料噴射時期T₀を補正することで、圧力上昇率dP/dθが最大となるピーク時期T_Pを進角，遅角方向に移動させることができ、エンジン１０で発生する騒音を減少させることができる。また、ピーク時期モデルを用いることで、燃料噴射を実施する直前におけるピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}とその予測値T_{P_PRE}とを容易に算出することができ、これらの値を用いて燃料噴射時期T₀を精度よく補正することができる。したがって、例えば筒内圧力P_CYLの実測値に基づく既存の燃料噴射時期制御と比較して制御性を向上させることができ、エンジン騒音の低減効果を向上させることができる。

（２）上記のエンジン制御装置１では、第一補正部４Ａにおいて、圧力上昇率dP/dθのピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}がその目標値T_{P_TGT}に近づくように、燃料噴射時期T₀が補正される。例えば、図９（Ｂ）に示すように、たとえ吸気の酸素濃度D_ENSが変動したとしても、圧力上昇率dP/dθのピーク時期T_Pがほぼ均一化される。このことは、エンジン１０の燃焼状態がEGR制御に由来する外乱の影響を受けにくくなることを意味する。したがって、エンジン１０の燃焼ロバスト性を向上させることができ、目標とする燃焼状態を容易に実現することができる。

また、実際の圧力上昇率dP/dθのピーク時期T_Pが精度よく制御されるため、図９（Ｂ）に示すように、圧縮上死点からピーク時期T_Pまでの時間も精度よく制御することができる。これにより、圧力上昇率dP/dθの過度な上昇を抑制することができ、エンジン騒音を低減させることができる。

（３）上記のエンジン制御装置１では、記憶部２に燃料噴射時期モデルと騒音上限モデルとが記憶され、算出部３で騒音の許容値N_TGTと推定値Nとが算出される。また、第二補正部４Ｂでは、これらの許容値N_TGTと推定値Nとに基づいて燃料噴射時期T₀が補正される。その後、補正された燃料噴射時期T₀を用いて、燃料の噴射タイミングが制御部５で制御される。

このように燃料噴射時期T₀を補正することでも、圧力上昇率dP/dθが最大となるピーク時期T_Pを変化させることができ、エンジン１０で発生する騒音を減少させることができる。また、騒音上限モデルを用いて、エンジン１０の運転状態毎に騒音の許容値N_TGTを規定することで、エンジン１０の運転状態に合わせて柔軟に騒音レベルを抑制することができる。

さらに、燃料噴射を実施する直前における推定値Nと許容値N_TGTとを用いて燃料噴射時期T₀を補正することができる。これにより、例えば圧力上昇値dP/dθの実測値に基づく燃料噴射時期制御と比較して、制御性を向上させることができ、エンジン１０の騒音低減効果を向上させることができる。

（４）上記のエンジン制御装置１では、第二補正部４Ｂにおいて、複数の仮想推定値N_iの中から許容値N_TGT以下の仮想推定値N_iが抽出され、その仮想推定値N_iに基づいて燃料噴射時期T₀が補正される。つまりここでは、騒音の推定値Nが許容値N_TGT以下となるように、燃料噴射時期T₀が補正される。例えば、図１０（Ｂ）に示すように、たとえ吸気の酸素濃度D_ENSが変動したとしても、実際の騒音レベルが全体的に抑制される。したがって、エンジン１０の静粛性，静音性を高めることができる。

（５）上記のエンジン制御装置１の第二補正部４Ｂでは、許容値N_TGT以下の複数の仮想推定値N_iのうち、その仮想推定値N_iを得るための燃料噴射時期T₀の遅角量が最も小さい仮想推定値N_iが選択され、その仮想推定値N_iに対応する遅角量が補正量DDとされる。このように、最も進角側のピーク時期T_Pを与える仮想推定値N_iに基づいて燃料噴射時期T₀を補正することで、エンジン１０の出力を過度に低下させることなく、騒音を抑制することができる。

（６）上記のエンジン制御装置１は、エンジン１０のクランク角θと圧力上昇率dP/dθとの関係をモデル化したWiebe関数モデルを記憶しており、このWiebe関数モデルに基づいてピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}を算出している。このような演算構成により、圧力上昇率dP/dθのピーク時期T_Pを精度よく予測することができる。また、Wiebe関数モデルを記憶部２に記憶させることで、例えば車両に搭載されたエンジン１０の運転状態に基づいて、リアルタイムにピーク時期T_Pを予測することができる。これにより、シリンダー２０内の燃焼状態を変化させうる因子（例えば、吸気の酸素濃度D_ENSや燃料噴射量Q_MAIN，噴射圧P_INJ，エンジン回転速度N_E，冷却水温T_W，吸気温度T_AIR，吸気流量Q_AIR等）のばらつきに起因する着火遅れの変動に対して即応することができ、燃焼ロバスト性を向上させることができる。

（７）上記のWiebe関数モデルは、式１に示すように、エンジン１０の熱発生率dQ/dθと経過時間との関係を表すWiebe関数と、式２に示すように、熱発生率dQ/dθ及び圧力上昇率dP/dθの関係を表す変換式とを組み合わせた関数モデルとして与えられる。このような関数モデルを用いることで、エンジン１０のピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}を容易かつ正確に算出することができ、制御性を向上させることができる。

（８）上記のエンジン制御装置１では、エンジン１０の運転状態が低回転状態かつ低負荷状態であるときに選択される予混合燃焼モードが、燃料噴射時期T₀の補正条件の一つとされている。これにより、例えば拡散燃焼モード下での不用意な燃料噴射時期T₀の補正を防止することができ、エンジン１０の燃焼安定性を向上させることができる。一方、予混合燃焼モードでは、燃料噴射時期T₀を補正することでエンジン騒音を低減させることができる。

（９）上記のエンジン制御装置１は、エンジン１０の運転状態に応じた値を持つセンサー情報及び圧力上昇率dP/dθが最大となるピーク時期T_Pと騒音レベルとの関係をモデル化した騒音レベルモデルを記憶しており、この騒音レベルモデルに基づいて騒音レベルの推定値Nを算出している。このような演算構成により、エンジン１０から発生する騒音の大きさを精度よく推定することができる。

（１０）上記のエンジン制御装置１では、騒音レベルの推定値Nが許容値N_TGTを超えることが、燃料噴射時期T₀の補正条件の一つとされている。これにより、騒音レベルが比較的小さい状態での燃料噴射時期T₀の補正を防止することができる。したがって、エンジン出力を過度に低下させることがなく、エンジン１０の制御性を向上させることができる。

（１１）上記の騒音レベルモデルでは、式９に示すように、エンジン１０の運転状態に相関するパラメーターとピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}とを引数としたアレニウス型推定式で騒音レベルの推定値Nが予測される。このような騒音レベルモデルを用いることで、例えば従来の音響振動解析のような演算負荷の高い手法を用いることなく、簡便な演算構成で比較的高精度に騒音レベルを予測することができ、エンジン１０の静音性能を向上させることができる。

（１２）上記のエンジン制御装置１は、エンジン１０で発生する騒音レベルの許容値N_TGTをエンジン１０の運転状態毎に規定する騒音上限モデルを記憶しており、この騒音上限モデルに基づいて騒音レベルの許容値N_TGTを算出している。このような演算構成により、エンジン１０の運転状態に合わせて騒音の大きさを柔軟に抑制することができる。また、所定の基準値のみで騒音レベルを評価する手法と比較して、燃料噴射時期T₀をきめ細かく制御することができ、エンジン１０の静音性能と出力性能とをバランスよく両立させることができる。

（１３）上記の騒音上限モデルでは、例えば図４に示すように、エンジン回転速度N_E及びエンジン負荷Pと騒音レベルの許容値N_TGTとの関係が騒音上限マップで規定される。これにより、簡素な構成で容易に許容値N_TGTを求めることができ、エンジン１０の静音性能を向上させることができる。
また、エンジン１０の運転状態に対応するように許容値N_TGTを設定することで、一律に騒音の上限レベルを設定するような手法と比較して、制御の柔軟性を高めることができる。例えば、図４に示すように、エンジン１０の低回転領域と低負荷領域との双方に帯状の許容値最小領域を設定することができ、エンジン１０のアイドル運転状態や、定速走行状態での静音性を向上させることができる。一方、これ以外の運転状態では、静音性よりもエンジン出力やその応答性等を考慮した許容値N_TGTを定めることができる。

（１４）上記のピーク時期モデルでは、例えば図３に示すように、エンジン回転速度N_E及びエンジン負荷Pとピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}との関係がピーク時期マップで規定される。これにより、複雑な演算構成を要することなく、迅速にピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}を算出することができ、エンジン１０の静音性能を向上させることができる。
また、このピーク時期モデルにおけるピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}は、少なくとも圧縮上死点を基準として遅角側に設定されるため、実際のピーク時期T_Pが過剰に早くなることを防止することができ、騒音抑制効果をさらに高めることができる。

（１５）予混合燃焼モードでは、図５（Ａ）中に示す着火遅れ期間が外乱によって増減しやすく、エンジン１０の騒音が増大する場合がある。一方、上記のエンジン制御装置１では、エンジン１０の運転モードが予混合燃焼モードであるときに燃料噴射時期T₀が補正される。したがって、予混合燃焼を適切に実施しながら、外乱による騒音の増大を防止することができ、エンジン１０の静音性能を向上させることができる。

［６．変形例］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。

例えば、上記の燃料噴射時期モデルでは、燃料噴射時期T₀を設定するための引数としてエンジン回転速度N_Eとエンジン負荷Pとを用いているが、引数となるパラメーターはこれに限定されない。すなわち、エンジン回転速度N_E及びエンジン負荷Pだけでなく、アクセル開度APSやその変化率ΔAPSを参照して燃料噴射時期T₀を設定してもよい。あるいは、エンジン負荷Pの代わりに吸気流量Q_AIRやシリンダー２０内への吸入空気量等を参照してもよい。ピーク時期モデルにおけるピーク時期T_Pの目標値T_{P_TGT}を設定するための引数や、騒音上限モデルにおける騒音レベルの許容値N_TGTを設定するための引数についても同様である。

また、上述の実施形態のWiebe関数モデルでは、例えば式１に示されるWiebe関数を複数合成したものが、実際の予混合燃焼反応に対応する熱量の発生速度を表すものとしているが、単一のWiebe関数のみで実際の熱量の発生速度を表してもよい。この場合、関数パラメーターの数は５個となるため、これらの関数パラメーターを算出するためのアレニウス型推定式も５つ用意しておけばよい。

また、上述の実施形態では、式４〜式９中のX₁，X₂，…，X_Yが各種センサー４１〜４８の検出情報、又はその検出情報から算出される値である旨を説明した。一方、式４〜式９中のX₁，X₂，…，X_Yには、エンジン１０に付設される図示しないセンサー類での検出情報や、その検出情報から算出される値が含まれうる。例えば、シリンダー２０内に導入される吸気の湿度H_UMや、燃料性状（動粘度V_ISK，セタン指数C_ET等），当量比φ，空気過剰率λ，EGR量等をセンサー情報に加えてもよい。

湿度H_UMの情報は、例えば湿度センサーを用いて取得することが容易である。また、燃料性状は、エンジン１０の失火判定に基づいて推定することが可能であり、あるいは燃料タンク内の燃料成分を直接的に計測するセンサーを設けることでも検出可能である。これらのセンサー情報を用いて、騒音レベルの推定値Nを算出するための推定式の一例を以下の式１０に示す。湿度H_UMや動粘度V_ISK，セタン指数C_ETの情報を用いることで、エンジン１０の燃焼状態を正確に表現することが可能となり、騒音レベルの推定精度をさらに向上させることができる。

また、上述の実施形態における第一補正部４Ａでは、ピーク時期T_Pの予測値T_{P_PRE}がその目標値T_{P_TGT}に近づくように、燃料噴射時期T₀を補正するものを例示したが、具体的な補正手法はこれに限定されない。例えば、実際のピーク時期T_Pとその予測値T_{P_PRE}との誤差を考慮して、目標値T_{P_TGT}とは異なる所定値に近づくように燃料噴射時期T₀を補正してもよい。あるいは、ピーク時期T_Pを目標値T_{P_TGT}に近づけることによってエンジン１０の出力が大きく減少するような場合には、目標値T_{P_TGT}よりも小さい第二目標値に近づくように燃料噴射時期T₀を補正してもよい。

また、上述の実施形態では、図２〜図４に示すように、燃料噴射時期モデル，ピーク時期モデル，騒音上限モデルのそれぞれがマップで与えられたものを例示したが、これらのようなマップに代えて、マップ上に示された各パラメーターの関係を数式や関数の形式で記述したものを使用してもよい。

また、上述の実施形態では、エンジン１０の運転モードが予混合燃焼モードであることを燃料噴射時期T₀の補正条件としているが、拡散燃焼モード下でも燃料噴射時期T₀の補正を実施することは可能である。少なくともピーク時期T_Pが圧縮上死点よりも遅角側であれば、圧縮上死点からピーク時期T_Pまでの時間が長いほど騒音レベルを抑制することができる。なお、このことから、上述の実施形態における燃料噴射時期T₀の補正制御をガソリンエンジンに適用できることがわかる。この場合、上述の実施形態における着火時期をガソリンエンジンの点火時期として取り扱うことで、上述の実施形態と同様の効果を奏するものとなる。

１ エンジン制御装置（制御装置）
２ 記憶部
３ 算出部
３Ａ 標準噴射時期算出部
３Ｂ ピーク時期予測部
３Ｃ 騒音推定部
４ 補正部
４Ａ 第一補正部
４Ｂ 第二補正部
５ 制御部
１０ エンジン
１３ 筒内噴射弁
T_P ピーク時期
T_{P_PRE} ピーク時期の予測値
T_{P_TGT} ピーク時期の目標値
dQ/dθ 熱発生率
dP/dθ 圧力上昇率
T_CYL 筒内温度
N 騒音レベルの推定値
N_TGT 騒音レベルの許容値

Claims (10)

1. エンジンの運転状態に応じた燃料噴射時期を与える燃料噴射時期モデルと、前記エンジンで発生する騒音の許容値を前記エンジンの運転状態毎に規定した騒音上限モデルとを記憶する記憶部と、
   前記燃料噴射時期モデルに基づいて算出される前記燃料噴射時期に燃料を噴射した場合における前記騒音の推定値を算出する算出部と、
   前記騒音上限モデルに基づいて算出された前記許容値と前記算出部で算出された前記推定値とに基づき、前記燃料噴射時期を補正する補正部と、
   前記補正部で補正された前記燃料噴射時期を用いて燃料の噴射タイミングを制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする、エンジンの制御装置。
2. 前記補正部は、前記推定値が前記許容値以下となるように前記燃焼噴射時期を補正する
   ことを特徴とする、請求項１記載のエンジンの制御装置。
3. 前記記憶部は、前記エンジンの運転状態及び前記エンジンの筒内における圧力上昇率が最大となるピーク時期と前記エンジンで発生する騒音の大きさとの関係をモデル化した騒音レベルモデルを記憶し、
   前記算出部は、前記騒音レベルモデルに基づいて前記推定値を算出する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載のエンジンの制御装置。
4. 前記騒音レベルモデルは、前記エンジンの運転状態に相関するパラメーターと前記ピーク時期とを引数とし、指数関数部分に前記エンジンの筒内温度を含むアレニウス型推定式として与えられる
   ことを特徴とする、請求項３記載のエンジンの制御装置。
5. 前記算出部は、前記騒音レベルモデルに基づいて、複数のピーク時期に対応する前記騒音の複数の推定値を算出し、
   前記補正部は、前記複数の推定値のうち前記許容値以下のものに対応するピーク時期が最も進角側の推定値に基づき、前記燃料噴射時期を補正する
   ことを特徴とする、請求項３又は４記載のエンジンの制御装置。
6. 前記記憶部は、前記エンジンのクランク角と前記圧力上昇率との関係をモデル化したＷｉｅｂｅ関数モデルを記憶し、
   前記算出部は、前記燃料噴射時期モデルに基づいて算出される前記燃料噴射時期と前記Ｗｉｅｂｅ関数モデルとに基づいて前記ピーク時期の予測値を算出する
   ことを特徴とする、請求項３〜５の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
7. 前記Ｗｉｅｂｅ関数モデルは、前記エンジンの熱発生率及び経過時間の関係を表すＷｉｅｂｅ関数と、前記熱発生率及び前記圧力上昇率の関係を表す変換式とを組み合わせた関数モデルとして与えられる
   ことを特徴とする、請求項６記載のエンジン制御装置。
8. 前記騒音上限モデルは、前記騒音の許容値を前記エンジンの回転速度及びエンジン負荷毎に規定したマップとして与えられる
   ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
9. 前記補正部は、前記エンジンの運転状態が低回転状態かつ低負荷状態である場合に、前記燃料噴射時期を補正する
   ことを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。
10. 前記補正部は、前記エンジンの運転モードが予混合燃焼モードである場合に、前記燃料噴射時期を補正する
    ことを特徴とする、請求項１〜９の何れか１項に記載のエンジンの制御装置。

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