JP2016145564A

JP2016145564A - 燃料噴射制御装置

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Publication number: JP2016145564A
Application number: JP2015023619A
Authority: JP
Inventors: 和史富田; Kazufumi Tomita
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2016-08-12
Anticipated expiration: 2035-02-09
Also published as: DE102016101020A1; JP6332070B2

Abstract

【課題】スモークの悪化および燃焼騒音の悪化の双方を抑制することのできる燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ３６は、エンジン１０の筒内圧が燃焼に伴い上昇する所定期間における筒内圧変化率の目標値である目標筒内圧変化率を、エンジン１０の燃焼騒音が目標騒音レベルを超えないような値に決定する目標筒内圧変化率決定手段７０と、目標筒内圧変化率には、エンジン１０のピストン動作により生じる筒内圧変化の成分である基準変化率成分、および燃焼に起因する筒内圧変化の成分である燃焼変化率成分が含まれており、基準変化率成分に基づき、所定期間における熱発生率の傾きの許容値を決定する許容熱発生率傾き決定手段８０と、内燃機関の熱発生率の傾きが許容値以下の目標熱発生率傾きとなるように噴射状態を制御する駆動回路１１０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関への燃料の噴射状態を制御する燃料噴射制御装置に関する。

ディーゼルエンジンにおける燃焼過程の初期段階では、気筒毎の燃焼室内に噴射された燃料が自己着火によって急激に燃焼し始めるため、筒内圧力変化率が大きくなる傾向にある。筒内圧力変化率と燃焼騒音間には相関関係があるため、筒内圧力変化率が大きくなると燃焼騒音が悪化する。そこで、燃焼騒音の低減を図るためには、急激な筒内圧力変化を抑制することが効果的である。急激な筒内圧力の変化を抑制する技術として特許文献１に記載のものが知られている。これは、必要量の燃料を「パイロット噴射」と「メイン噴射」とに分割し、メイン噴射によるメイン燃焼に先立ち、パイロット噴射によるパイロット燃焼をさせる噴射システムである。この噴射システムにおいて、メイン燃焼における筒内圧力変化率の最大値が目標値となるように、パイロット噴射の噴射条件（噴射量、噴射時期など）を補正する。たとえば、筒内圧力の変化率の最大値が目標値よりも小さい場合には、パイロット噴射量を増加させる。そうすることでメイン噴射時の筒内温度を高めることができるため、メイン燃焼における急激な筒内圧力の変化を抑制でき、燃焼騒音を低減できる。

特開２００５−２８２４４１号公報

ここで、噴射した燃料と空気との混合が不十分であると、噴射した燃料が燃焼しきらない不完全燃焼状態となり、スモーク悪化を招くこととなる。一般に、メイン燃焼の着火遅れ期間に空気と燃料の混合が促進されるため、メイン燃焼の着火遅れ期間を十分確保することでスモーク低減が可能となる。しかし、特許文献１に記載の技術は、パイロット噴射の噴射量を増加させるがゆえ、筒内温度の上昇に伴いメイン燃焼の着火遅れ期間が短くなってしまう。したがって、メイン噴射時に噴射した燃料が空気と十分混合できず、スモーク悪化という問題が発生する。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、スモークの悪化および燃焼騒音の悪化の双方を抑制することのできる燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

本発明のひとつである燃料噴射制御装置は、内燃機関（１０）への燃料の噴射状態を制御するように構成される燃料噴射制御装置であって、内燃機関の筒内圧が燃焼に伴い上昇する所定期間における筒内圧変化率の目標値である目標筒内圧変化率を、内燃機関の燃焼騒音が目標騒音レベルを超えないような値に決定する目標筒内圧変化率決定手段（７０）と、目標筒内圧変化率には、内燃機関のピストン動作により生じる筒内圧変化の成分である基準変化率成分、および燃焼に起因する筒内圧変化の成分である燃焼変化率成分が含まれており、基準変化率成分に基づき、所定期間における熱発生率の傾きの許容値を決定する許容傾き決定手段（８０）と、内燃機関の熱発生率の傾きが許容値以下の目標熱発生率傾きとなるように噴射状態を制御する制御手段（１１０）とを備えることを特徴とする。

本発明の燃料噴射制御装置によれば、目標騒音レベルを超えない各噴射時期における目標筒内圧変化率を算出し、目標筒内圧変化率の一部の成分である基準変化率成分に基づき、各噴射時期における熱発生率の傾きの許容値を決定する。そして、内燃機関の熱発生率の傾きがこの許容値以下の目標熱発生率傾きとなるように噴射状態を制御する。そのため、目標騒音レベルを超えないようにメイン噴射を制御することができる。したがって、燃焼騒音の悪化を抑制することができる。また、制御対象はパイロット噴射ではなくメイン噴射であるため、パイロット噴射の噴射量を増加させる必要がない。そのため、パイロット噴射とメイン噴射の分割噴射をさせる噴射システムにおいても、パイロット噴射量の増加に伴ってメイン燃焼の着火遅れが短くなることを抑制でき、スモーク悪化を抑制できる。したがって、スモークの悪化および燃焼騒音の悪化の双方を抑制することができる。

なお、特許請求の範囲における括弧内の符号は、記載内容の理解を容易にすべく、後述する実施形態において対応する構成を例示するものに留まり、発明の内容を限定することを意図したものではない。

燃料噴射システムのシステム構成図変圧装置の概略図噴射指令信号と熱発生率の説明図第１実施形態におけるＥＣＵの処理フロー筒内圧変化率の説明図第１実施形態における許容熱発生率傾きおよび目標熱発生率傾きの説明図熱発生率傾きの定義の説明図第２実施形態における許容熱発生率傾きおよび目標熱発生率傾きの説明図他の実施形態における許容熱発生率傾きおよび目標熱発生率傾きの説明図

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図に基づき説明する。本実施形態では、図１に示すように、内燃機関として、多気筒ディーゼルエンジン１０（以下、エンジン１０という）を採用し、エンジン１０にＥＣＵ３６を適用した燃料噴射システム１１を例示する。なお、エンジン１０が特許請求の範囲における「内燃機関」に相当する。

図１に示すように、エンジン１０は、シリンダブロック１２にピストン（図示せず）が往復動自在に収容されて構成されている。シリンダブロック１２の上端面（紙面手前側）には、図示しないシリンダヘッドが設けられている。シリンダヘッドには、燃焼室１６に開口する吸気ポート２０および排気ポート２２が形成されている。これら吸気ポート２０および排気ポート２２には、それぞれ図示しない吸気弁および排気弁が設けられている。排気弁および吸気弁は吸気量および排気量を調整する役割を担う。

吸気ポート２０には、外気を吸入するための吸気管２８が接続されている。吸気弁が吸気ポート２０を開放する吸入行程の際にピストンがシリンダ内を降下して負圧が生じる。これにより、吸気管２８より吸入された外気が吸気ポート２０を介してシリンダ内へ流入する。

排気ポート２２には、燃焼ガスを排出するための排気管３０が接続されている。排気弁が排気ポート２２を開放する排気行程の際に、ピストンの上昇により燃焼室１６から押し出された排気ガスが、排気ポート２２を介して排気管３０へ排出されるようになっている。

ＥＣＵ３６により、エンジン１０に供給される燃料（軽油）の噴射圧、噴射量および噴射時期が制御されるようになっている。

燃料噴射システム１１は、燃料の圧力（噴射圧）を変圧可能な変圧装置３２、変圧装置３２から圧送された燃料をエンジン１０の各気筒の燃焼室１６にそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁３４、および変圧装置３２と燃料噴射弁３４を制御するＥＣＵ３６を備える。

燃料噴射弁３４は、各気筒に対応して設けられており、ＥＣＵ３６によって電子制御される。燃料噴射弁３４の開弁動作によって、燃料を各気筒内に燃料を噴射する。

変圧装置３２は、図２に示すように、各燃料噴射弁３４に対応して設けられた小型レール３８、小型レール３８に燃料を圧送する高圧ポンプ４０、および各小型レール３８と高圧ポンプ４０を接続する高圧パイプ４２を選択的に開閉する開閉弁４４を備える。小型レール３８は高圧ポンプ４０から供給された高圧の燃料を所定のレール圧まで蓄圧するとともに、その蓄圧された燃料を燃料噴射弁３４に供給する。燃料噴射弁３４は、燃料噴射弁３４が解放されると、小型レール３８内の圧力と同等の噴射圧で燃料を燃焼室１６に供給する。開閉弁４４は、ＥＣＵ３６により制御されることで開閉し、高圧ポンプ４０から小型レール３８への燃料の供給量を制御している。燃圧センサ５６は各小型レール３８に取り付けられ、小型レール３８に蓄圧された燃料圧力、つまり噴射圧を計測する。

ＥＣＵ３６はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有するマイコン３６１を備えている。ＥＣＵ３６には、各種センサから出力される検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいてエンジン１０の運転状態を検知する。マイコン３６１は、ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶された制御プログラムを実行することにより、後述する過渡状態判定手段５９、目標騒音レベル決定手段６０、目標筒内圧変化率決定手段７０、許容熱発生率傾き決定手段８０、目標熱発生率傾き決定手段９０、噴射指令信号設定手段１００、および噴射条件補正決定手段１２０として機能する。

クランク角センサ４６は、複数のパルス信号である回転角信号をＥＣＵ３６に対して出力する。ＥＣＵ３６は、回転角信号に基づいてエンジン１０の回転数ＮＥおよびクランク角度を検知する。また、アクセル開度センサ４７は、アクセル開度信号をＥＣＵ３６に対して出力する。筒内圧センサ５５は、エンジン１０の１つの気筒に対して取り付けられ、燃焼室１６内の筒内圧Ｐｉｎに対応した出力信号をＥＣＵ３６へ出力する。

吸気管２８および排気管３０には過給器５０が設けられている。過給器５０は、エンジン１０の排ガスからエネルギを回収して動力に変換し、回収した動力にてエンジン１０の吸気管２８を流れる吸入空気を加圧するものである。過給器５０によってエンジン１０に供給する空気量を増やすことができ、それに伴って燃焼可能な燃料の量が増えることでエンジン１０の出力を増大させることができる。本実施形態では、過給器５０として、排気管３０に設けられて排気ガスのエネルギにより駆動されるタービンホイール５１およびエンジン１０の吸気管２８に設けられてタービンホイール５１の回転トルクにより駆動されるコンプレッサホイール５２を有するターボチャージャを採用している。タービンホイール５１およびコンプレッサホイール５２は、タービンシャフト５３を介して連結されている。

過給圧センサ５４は、吸気管２８の下流側に配置されており、実過給圧Ｐｂを検出し、それに応じた出力信号をＥＣＵ３６へ出力する。

次に、ＥＣＵ３６による燃料噴射弁３４からの燃料の噴射制御について説明する。なお、ＥＣＵ３６が特許請求の範囲における「燃料噴射制御装置」に相当する。

ＥＣＵ３６による噴射制御は、燃料噴射弁３４からの燃料の噴射量および噴射時期を制御することで行われる。ＥＣＵ３６は、エンジン１０の運転状態に基づいて最適な噴射量及び噴射時期を演算し、その演算結果に基づいて燃料噴射弁３４の燃料噴射を制御する。具体的には、この噴射制御は、燃料の噴射量及び噴射時期を規定するパルス信号（噴射パルス）により、燃料噴射弁３４に供給される電力を制御することで行われる。また、ＥＣＵ３６による噴射圧制御について説明する。ＥＣＵ３６は、変圧装置３２の開閉弁４４を開閉して、小型レール３８内の圧力が所定値となるよう制御する。これにより、燃料噴射弁３４から燃焼室１６へ噴射される燃料の噴射圧が制御される。

本実施形態において実施される噴射制御は、図３に示される。図３上段は噴射パルスのタイミングチャート、図３下段は燃焼室１６内の熱発生率を示している。なお、横軸はクランク角度を示している。図３に示すように、ＥＣＵ３６はトルクの生成を目的とするメイン噴射に先立って、メイン噴射よりも少ない噴射量でパイロット噴射を燃料噴射弁３４に実行させる。すなわち、ＥＣＵ３６は、１燃焼サイクルの燃焼行程において、パイロット噴射およびメイン噴射の多段噴射を燃料噴射弁３４に実行させる。なお、図３に示すように、パイロット噴射はメイン噴射よりも噴射する燃料量は少ないため、熱発生率の波高値も小さい。また、本実施形態では、メイン噴射において要求される噴射量（要求されるトルクに基づく噴射量）を複数回に分割し、かつ短いインターバルで噴射させる。たとえば図３に示すものは、メイン噴射において要求される噴射量を３回に分割し、１回目、２回目、および３回目の噴射量割合を２：３：５となるように分割して、３回の噴射のインターバルを極めて短くして噴射する。噴射量の分割割合は所望の噴射条件によって決まる。なお、図３下段におけるメイン燃焼の波形が、特許請求の範囲における「熱発生率波形」に相当し、分割したうちのｎ回目の燃焼の終了時における熱発生率の値がおよそ零となる前に、ｎ＋１回目の燃焼によって熱発生率が増大し、以降これが繰り返されて形成される熱発生率の波形をいう。

ＥＣＵ３６は、燃焼室１６内において発生する燃焼騒音が目標騒音レベルとなるように燃料噴射弁３４に対して噴射制御を実行する。以下、具体的な処理内容を図４に基づいて説明する。

まずＳ１０１においてエンジン１０の運転状態が変化する過渡状態か否かを判定する。具体的には、過渡状態判定手段５９によって、過給圧センサ５４によって検出された実過給圧Ｐｂと目標過給圧Ｐｂｒとの差が所定範囲内にない場合には過渡状態であると判定される（Ｙｅｓと判定）。一方で、実過給圧Ｐｂと目標過給圧Ｐｂｒとの差が所定範囲内にある場合には、過渡状態にないと判定される（Ｎｏと判定）。ここで、たとえば車両の加速時、つまりアクセルペダルが踏み込まれるときにおいては、エンジン１０の要求トルクの増大に伴って燃料噴射弁３４からの燃料噴射量が増量される。しかし、過給器５０によって過給された吸気が燃焼室１６に供給されるまでの遅れ（過給遅れ）を伴うことで、実過給圧Ｐｂと目標過給圧Ｐｂｒとの差が大きくなる。そこで、実過給圧Ｐｂと目標過給圧Ｐｂｒとの差によって過渡状態にあるか否かを判定できる。なお、目標過給圧Ｐｂｒは、回転数ＮＥやアクセル開度などに基づき設定される。また、所定範囲は、車両性能等に基づいて適宜設定される値である。

なお、Ｓ１０１における過渡状態か否かの判定手段としては、実過給圧Ｐｂによる判定のほか、アクセル開度が所定値以上になった場合に過渡状態と判定するなど、様々な手段を採用しうる。

Ｓ１０１において運転状態が過渡状態にあると判定された場合（Ｙｅｓと判定された場合）には、過渡状態判定手段５９は目標騒音レベル決定手段６０に対して信号を送信し、Ｓ１０２に進む。Ｓ１０２においては、現在の運転条件（回転数ＮＥ、アクセル開度など）を取得する。Ｓ１０２において運転条件を取得すると、Ｓ１０３に進む。

Ｓ１０３では、予めＥＣＵ３６に記憶されているマップに基づいて、取得した運転条件に応じた燃焼騒音の目標値である目標騒音レベルを決定する。具体的には、マイコン３６１内の目標騒音レベル決定手段６０において、回転数およびアクセル開度などをパラメータとする目標騒音レベルのマップが予め記憶されている。Ｓ１０３において目標騒音レベルを決定すると、目標騒音レベル決定手段６０は目標筒内圧変化率決定手段７０に対して、決定した目標騒音レベルに関する信号を送信する。目標騒音レベルに関する信号を送信後、Ｓ１０４に進む。

Ｓ１０４では、予めＥＣＵ３６に記憶されているマップに基づいて、Ｓ１０３において決定した目標騒音レベルに基づいて筒内圧の変化率（単位クランク角度あたりの筒内圧変化）の目標値である目標筒内圧変化率Ｐｃを決定する。筒内圧の変化率とは、メイン燃焼における筒内圧力が上昇する期間における変化率として定義され、メイン燃焼における筒内圧力が上昇する期間が、特許請求の範囲における「所定期間」に相当する。マイコン３６１内の目標筒内圧変化率決定手段７０において、騒音レベルをパラメータとする筒内圧変化率のマップがＥＣＵ３６に予め記憶されている。ここで、目標騒音レベルに対応した筒内圧変化率、つまりそれ以上の筒内圧変化率になった場合に目標騒音レベルを超えてしまう上限値である上限筒内圧変化率に対して、目標筒内圧変化率Ｐｃは、上限筒内圧変化率以下の値として設定されるものである。

ここで、気筒内の圧力変化は、少なくとも、内燃機関のピストン動作により生じる圧力変化（以下、モータリング圧力という）と、それに加えて燃料が燃焼したときに生じる圧力変化を含む。したがって、目標筒内圧変化率Ｐｃは、モータリング圧力に関する成分である基準変化率成分Ｐｄに加えて、燃焼により生じる筒内圧変化の成分である燃焼変化率成分を含んだ筒内圧変化率の目標値である。モータリング圧力はいわば１燃焼サイクル中におけるピストン動作のみによって生じる圧力変化であり、本実施形態において、モータリング圧力の圧力変化率は予めＥＣＵ３６内に記憶されている。

図５に示すように、ＴＤＣ（圧縮上死点）より前のクランク角度、つまり圧縮工程の期間における基準変化率成分Ｐｄは、ＴＤＣより後のクランク角度、つまり膨張行程の期間における基準変化率成分Ｐｄより大きい。

なお、本実施形態においては、目標騒音レベルに対して目標筒内圧変化率Ｐｃが一意に決定される。つまり、どの燃焼時期においても目標筒内圧変化率Ｐｃは一定値となる。Ｓ１０４にて目標筒内圧変化率Ｐｃを決定すると、目標筒内圧変化率決定手段７０は許容熱発生率傾き決定手段８０に対して、目標筒内圧変化率Ｐｃに関する信号を送信する。目標筒内圧変化率Ｐｃに関する信号を送信後、Ｓ１０５に進む。なお、目標筒内圧変化率決定手段７０が特許請求の範囲における「目標筒内圧変化率決定手段」に相当する。

Ｓ１０５では、許容熱発生率傾き決定手段８０によって、予めＥＣＵ３６において記憶されている基準変化率成分Ｐｄと、目標筒内圧変化率Ｐｃとの差である燃焼変化率成分の許容値Ｐｆをクランク角度ごとに算出される。ＴＤＣより前のクランク角度、つまり圧縮工程の期間における燃焼変化率成分の許容値Ｐｆは、ＴＤＣより後のクランク角度、つまり膨張行程の期間における燃焼変化率成分の許容値Ｐｆより小さい。Ｓ１０５において燃焼変化率成分の許容値Ｐｆを算出すると、Ｓ１０６に進む。

Ｓ１０６では、Ｓ１０５にて算出した燃焼変化率成分の許容値Ｐｆに基づいて、燃焼時期ごと（クランク角度ごと）の熱発生率傾きの許容値である許容熱発生率傾きＨＲＲｌが算出される。具体的には、許容熱発生率傾き決定手段８０によって、燃焼変化率成分の許容値Ｐｆに所定補正係数Ａを乗算したものとして許容熱発生率傾きＨＲＲｌが算出される。図６に示すように、許容熱発生率傾きＨＲＲｌは、ＴＤＣより前のクランク角度、つまり圧縮工程の期間における値のほうが、ＴＤＣより後のクランク角度、つまり膨張行程の期間における値より小さい傾向にある。Ｓ１０６にて許容熱発生率傾きＨＲＲｌを算出すると、許容熱発生率傾き決定手段８０は目標熱発生率傾き決定手段９０に対して許容熱発生率傾きＨＲＲｌに関する信号を送信する。許容熱発生率傾きＨＲＲｌに関する信号を送信後、Ｓ１０７に進む。所定補正係数Ａは、車両性能等に基づき許容できる範囲で適宜決定される値である。なお、許容熱発生率傾きＨＲＲｌが特許請求の範囲における「許容値」に相当し、許容熱発生率傾き決定手段８０が「許容傾き決定手段」に相当する。

Ｓ１０７においては、図６に示すように、噴射の噴射条件を決定するパラメータである熱発生率傾きである目標熱発生率傾きＨＲＲｔとして、所望の燃焼時期における許容熱発生率傾きＨＲＲｌより小さい任意の値を決定する。Ｓ１０７の処理は、目標熱発生率傾き決定手段９０によって実行される。Ｓ１０７にて目標熱発生率傾きＨＲＲｔを決定すると、目標熱発生率傾き決定手段９０は噴射指令信号設定手段１００に対して目標熱発生率傾きＨＲＲｔに関する信号を送信する。目標熱発生率傾きＨＲＲｔに関する信号を送信後、Ｓ１０８に進む。

Ｓ１０８では、メイン噴射に伴うメイン燃焼における熱発生率の傾きが、Ｓ１０７にて決定した目標熱発生率傾きＨＲＲｔとなるように、噴射指令信号設定手段１００によって目標噴射条件が決定される。具体的には、図７に示すように、１回目の噴射に伴う燃焼開始時点の熱発生率ＨＲＲＯの点（以下、ゼロ点という）と、最後の噴射である３回目の噴射に伴う燃焼における最大熱発生率ＨＲＲｍａｘの点とを結んだ線分Ｌ１の傾きが目標熱発生率傾きＨＲＲｔとなるように目標噴射条件を決定する。以下、ｎ回目の噴射に伴う燃焼において熱発生率が最大となる点を「ｎ回目の最大点」ということとする。ここで、目標噴射条件とは、メイン燃焼において分割した各噴射における目標噴射圧、各噴射の噴射量の分割割合である目標分割割合、および各噴射の噴射間隔のいずれでもよい。なお、目標熱発生率傾きＨＲＲｔが特許請求の範囲における「目標熱発生率傾き」に、目標熱発生率傾き決定手段９０が「目標傾き設定手段」に、目標噴射条件が「噴射状態」にそれぞれ相当する。

各種噴射条件の決定は、予めＥＣＵ３６に記憶してあるマップを用いてもよいし、数式により都度算出してもよい。たとえば、メイン噴射の噴射量を変えることなく１回目の噴射の噴射量を所定量増やすように噴射制御した場合、３回目の噴射量はその分少なくなるように制御されるため、３回目の噴射に伴う燃焼における熱発生率の最大値は小さくなる。つまり、メイン燃焼時の熱発生率傾きを小さくすることができる。一方で、３回目の噴射の噴射量を増やすように噴射制御した場合、３回目の噴射に伴う燃焼における熱発生率の最大値は大きくなる。つまり、メイン燃焼時の熱発生率傾きを大きくすることができる。Ｓ１０８にて噴射条件を決定すると、噴射指令信号設定手段１００は決定した噴射条件に基づく噴射指令信号を駆動回路１１０に対して送信し、駆動回路１１０を駆動させる。噴射指令信号を駆動回路１１０に対して送信後、Ｓ１０９に進む。なお、駆動回路１１０が特許請求の範囲における「制御手段」に相当する。

Ｓ１０９では、駆動回路１１０によって、噴射指令信号設定手段１００から受信した噴射指令信号に基づいて、噴射制御が実行される。具体的には、駆動回路から各燃料噴射弁３４、もしくは変圧装置３２に対して制御信号が送信され、それによって、燃料噴射弁３４から燃料が噴射され、メイン燃焼の燃焼行程が開始される。Ｓ１０９にて制御信号を送信すると、Ｓ１１０に進む。

Ｓ１１０では、噴射条件補正決定手段１２０によって、Ｓ１０９の噴射指令信号によって実行された噴射に伴うメイン燃焼の熱発生率の傾きである実熱発生率傾きＨＲＲｒが算出される。具体的には、まず筒内圧センサ５５から入力された信号に基づいてメイン燃焼時の筒内圧Ｐｉｎを算出する。次に、筒内圧Ｐｉｎに基づいて、下記数１により熱発生率ｄＱを求める。
（数１）
ｄＱ＝（Ｖｄｐ＋ＫｐｄＶ）／（Ｋ−１）
ここで、Ｋは比熱比、Ｖは燃焼室１６の容積である。次に、求めた熱発生率ｄＱを１回微分することで実熱発生率傾きＨＲＲｒを得ることができる。Ｓ１１０にて実熱発生率傾きＨＲＲｒを得ると、Ｓ１１１に進む。

Ｓ１１１では、噴射条件補正決定手段１２０によって、目標熱発生率傾きＨＲＲｔと実熱発生率傾きＨＲＲｒとの差の絶対値が所定値α以下であるか否かが判定される。差の絶対値が所定値α以下であると判定された場合（Ｙｅｓと判定された場合）は、図４の処理フローを終了する。一方、差の絶対値が所定値α以下でないと判定された場合（Ｎｏと判定された場合）には、Ｓ１１２へ進み、噴射条件と目標熱発生率傾きＨＲＲｔのマップを更新する。Ｓ１１０ないしＳ１１２の処理は噴射条件補正決定手段１２０によって行われる。なお、目標熱発生率傾きＨＲＲｔと実熱発生率傾きＨＲＲｒとの差が、特許請求の範囲における「傾き差異量」に相当し、−α以上α以下の範囲が「所定の範囲」に相当する。

次に、本実施形態における効果について説明する。

（１）目標騒音レベルを超えない各噴射時期における目標筒内圧変化率Ｐｃを算出し、基準変化率成分Ｐｄと目標筒内圧変化率Ｐｃとの差である燃焼変化率成分の許容値Ｐｆに基づいて、各噴射時期における目標熱発生率傾きＨＲＲｔを決定する。そして、メイン噴射に伴うメイン燃焼の熱発生率の傾きが目標熱発生率傾きＨＲＲｔとなるようにメイン噴射を制御する。つまり、目標騒音レベルを超えないようにメイン噴射を制御することとなる。そのため、燃焼騒音の悪化を抑制することができる。また、噴射制御の対象はパイロット噴射ではなくメイン噴射であるため、パイロット噴射の噴射量を増加させる必要がない。そのため、パイロット噴射とメイン噴射の多段噴射をさせる噴射システムにおいても、パイロット噴射量の増加に伴ってメイン燃焼の着火遅れが短くなることを抑制でき、噴射した燃料と空気との混合を十分促進させる結果、スモーク悪化を抑制できる。したがって、スモークの悪化および燃焼騒音の悪化の双方を抑制することができる。

（２）目標熱発生率傾きＨＲＲｔとなるように噴射制御したメイン噴射に伴うメイン燃焼後、実熱発生率傾きＨＲＲｒと目標熱発生率傾きＨＲＲｔとの差の絶対値が所定値α以下でない場合には再度メイン噴射の噴射条件を再決定する。そのため、一度決定した目標熱発生率傾きＨＲＲｔに基づく噴射条件を補正することができる。したがって、補正をしない場合と比較して、確実に目標熱発生率傾きＨＲＲｔを実現するための噴射制御を実行することができる。

（３）一般に運転状態が過渡状態にある場合は、過給遅れにより気筒内に所望の空気量が供給されない状況が生じうる。そこで、従来の燃料噴射制御装置では、噴射時期を遅角させる制御を行い、メイン噴射の着火遅れ期間を十分確保することによって、噴射した燃料と空気を十分混合させて未燃燃料およびスモークを抑制する。しかし、噴射時期を遅角させることで着火遅れ期間が長くなり、予混合量が増えることによって圧力変化率が増大し、熱発生率の傾きが大きくなるため、騒音が悪化する可能性がある。つまり、運転状態が過渡状態にある場合においては特に燃焼騒音の悪化が問題となりうる。本実施形態では、運転条件が過渡状態にない場合は図４に示す処理を実行しないこととしている。そのため、特に燃焼騒音の低減を図ることが要求される過渡状態にあることを条件として図４の一連の処理をＥＣＵ３６が実行するため、運転状態が過渡状態にある場合に、燃焼騒音を確実に抑制することができる。

（４）メイン噴射で要求される噴射量をすべて一度に噴射する場合において所望の熱発生率傾きを得るための制御対象は、パイロット噴射の噴射量、およびパイロット噴射とメイン噴射間の噴射間隔等が考えうるが、メイン燃焼の着火遅れ期間が短くなることに起因してスモークの悪化が懸念される。一方で、本実施形態のように、メイン噴射において要求される噴射量を複数回に分割して噴射させる場合において所望の熱発生率傾きを得るための制御対象は、分割した各噴射の噴射量、噴射圧および噴射間隔が考えうる。これらの制御によればメイン燃焼の着火遅れ期間を短くすることがなく、スモークの悪化が抑制されるうえに、要求される噴射量をすべて一度に噴射する場合と比較して制御対象を増やすことができ、制御自由度が高まる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について図面に基づいて説明する。なお、第１実施形態と重複する部分については説明を簡略化または省略する。

第１実施形態では目標熱発生率傾きＨＲＲｔとして許容熱発生率傾きＨＲＲｌより小さい任意の値を決定したが、本実施形態では、Ｓ１０７において、目標熱発生率傾きＨＲＲｔとして、許容熱発生率傾きＨＲＲｌの値を決定する。つまり、図８のように、所定のクランク角度における許容熱発生率傾きＨＲＲｌが目標熱発生率傾きＨＲＲｔとなるように決定する。

次に、本実施形態によって得られる効果について説明する。

所定の目標騒音レベルに対して許容熱発生率傾きＨＲＲｌが算出されるため、どの噴射時刻においても許容熱発生率傾きＨＲＲｌの値となるように噴射をさせれば、噴射時期を変更したとしてもメイン燃焼によって生じる燃焼騒音の大きさを等しくすることができる。したがって、本実施形態の構成とすることによって、燃焼騒音の大小変化に伴う違和感を車両の乗員に対して与えることを抑制できる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り、以下のように変形させてもよい。

・上記実施形態においては、目標騒音レベルをパラメータとする目標筒内圧変化率ＰｃのマップがＥＣＵ３６に予め記憶されていることに伴って、どの燃焼時期（クランク角度）においても目標筒内圧変化率Ｐｃは一定値となるようにした。しかし、ＥＣＵ３６に予め記憶されているマップが、目標騒音レベルおよびクランク角度の双方をパラメータとして目標筒内圧変化率Ｐｃを決定するものであってもよい。この場合、目標筒内圧変化率Ｐｃは燃焼時期に依存する変数となる。

・上記第２実施形態においては、目標熱発生率傾きＨＲＲｔとして、許容熱発生率傾きＨＲＲｌの値を決定するようにした。しかし、図９のように、目標熱発生率傾きＨＲＲｔを、燃焼開始時刻がＴＤＣより前の時刻（以下、ＴＤＣ前という）においては許容熱発生率傾きＨＲＲｌ以下とし、ＴＤＣより以後の時刻（以下、ＴＤＣ後という）においては許容熱発生率傾きＨＲＲｌ以下かつＴＤＣより前の時刻の値より大きくするようにしてもよい。一般に、ＴＤＣ前よりもＴＤＣ後のほうが基準変化率成分Ｐｄが小さいことに起因して、ＴＤＣ前よりもＴＤＣ後のほうが許容熱発生率傾きＨＲＲｌが大きい。そのため、上記の構成とすることによって、ＴＤＣ前よりもＴＤＣ後の目標熱発生率傾きＨＲＲｔのほうが小さい場合と比較して、燃焼騒音の変化に伴う違和感を乗員に与えることを抑制できる。

・所定時刻における目標熱発生率傾きＨＲＲｔは、その時刻における基準変化率成分Ｐｄが大きいほど小さくするようにしてもよい。言い換えれば、基準変化率成分Ｐｄが小さいほど目標熱発生率傾きＨＲＲｔを大きくするようにしてもよい。

・上記実施形態においては、熱発生率傾きＨＲＲを、メイン噴射のゼロ点と３回目の最大点とを結んだ線分Ｌ１の傾きとして定義した。しかし、定義はこれに限られるものではなく、たとえばゼロ点と各回の最大点に基づいて最小二乗法により求めた１次近似直線の傾きとして定義してもよい。

・上記実施形態においては、１燃焼サイクルにおいてパイロット噴射およびメイン噴射の多段噴射を燃料噴射弁３４に実行させることとしたが、１燃焼サイクル中でメイン噴射のみの単発噴射であってもよい。また、メイン噴射後にアフター噴射が行われるようにしてもよい。

・上記実施形態においては、メイン噴射において要求される噴射量を複数回に分割して噴射させることとしたが、一度にすべて噴射してもよい。この場合、目標熱発生率傾きＨＲＲｔを実現するための噴射条件としては、１サイクル中に噴射圧を制御することが考えられる。

・上記実施形態における燃料噴射システム１１は、変圧装置３２を備えるものとしたが、変圧装置３２を備えておらず、一般的なディーゼルエンジンシステムに用いられるコモンレールを備えるものであってもよい。

・上記実施形態においては、Ｓ１１１において、目標熱発生率傾きＨＲＲｔと実熱発生率傾きＨＲＲｒとの差の絶対値が所定値α以下でないと判定された場合（Ｎｏと判定された場合）には、噴射条件と目標熱発生率傾きＨＲＲｔのマップを更新するとした（Ｓ１１２）。しかし、Ｓ１０８においてマップに基づいて噴射条件を決定しない場合、たとえば数式により都度算出する場合には、Ｓ１１１においてＮｏと判定されるとＳ１０１から処理を繰り返すようにしてもよい。その場合、Ｓ１０８にて再度メイン噴射条件を数式により算出する。

１０エンジン、１１燃料噴射システム、１６燃焼室、３２変圧装置、３４燃料噴射弁、３６ＥＣＵ、５０過給器、５２筒内圧センサ、５４過給圧センサ、６０目標騒音レベル決定手段、７０目標筒内圧変化率決定手段、８０許容熱発生率傾き決定手段、９０目標熱発生率傾き決定手段、１００噴射指令信号設定手段、１１０駆動回路、１２０噴射条件補正決定手段

Claims

内燃機関（１０）への燃料の噴射状態を制御するように構成される燃料噴射制御装置であって、
前記内燃機関の筒内圧が燃焼に伴い上昇する所定期間における筒内圧変化率の目標値である目標筒内圧変化率を、前記内燃機関の燃焼騒音が目標騒音レベルを超えないような値に決定する目標筒内圧変化率決定手段（７０）と、
前記目標筒内圧変化率には、前記内燃機関のピストン動作により生じる筒内圧変化の成分である基準変化率成分、および燃焼に起因する筒内圧変化の成分である燃焼変化率成分が含まれており、前記基準変化率成分に基づき、前記所定期間における熱発生率の傾きの許容値を決定する許容傾き決定手段（８０）と、
前記内燃機関の熱発生率の傾きが前記許容値以下の目標熱発生率傾きとなるように前記噴射状態を制御する制御手段（１１０）とを備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
１燃焼サイクル中において前記内燃機関のピストンが上死点に達する前に燃焼開始する場合における前記目標熱発生率傾きよりも、前記内燃機関のピストンが上死点に達した後の時刻における前記目標熱発生率傾きのほうが大きくなるように前記目標熱発生率傾きを設定する目標傾き設定手段（９０）を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
前記制御手段は、一度の噴射における要求噴射量を複数回に分割して噴射させ、複数回の噴射によって１つの熱発生率波形を形成するように噴射状態を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
前記制御手段は、前記内燃機関における熱発生率の傾きが前記目標熱発生率傾きとなるように、複数回に分割した各噴射の噴射圧、噴射量の分割割合、各噴射の噴射間隔のうち少なくとも一つを制御することを特徴とする請求項３に記載の燃料噴射制御装置。
前記制御手段は、実際の熱発生率の傾きと前記目標熱発生率傾きとの差である傾き差異量が、前記目標騒音レベルに対して許容できる所定の範囲内にない場合に、前記傾き差異量が前記所定の範囲内となるような複数回に分割した各噴射の目標噴射圧、噴射量の目標分割割合、各噴射の目標噴射間隔のうち少なくとも一つに基づいて噴射状態を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の燃料噴射制御装置。
前記制御手段は、前記内燃機関における熱発生率の傾きが前記目標熱発生率傾きとなるように、噴射の噴射圧を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
前記制御手段は、実際の熱発生率の傾きと前記目標熱発生率傾きとの差である傾き差異量が、前記目標騒音レベルに対して許容できる所定の範囲内にない場合に、前記傾き差異量が前記所定の範囲内となるような目標噴射圧に基づいて噴射状態を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。