JP2017015047A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の筒内圧がピーク値に到達した後、下降する期間において当該内燃機関の筒内で発生する騒音を許容範囲内に収めることのできる新規な装置を提供する。【解決手段】図８の最上段に示すように、ｎサイクル目とｎ＋１サイクル目において、パイロット噴射、メイン噴射およびアフター噴射を行う。但し、図８の下から２段目に示すように、ｎサイクル目のクランク角θ１において筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθの微分値ｄ２Ｐ／ｄθ２が下限値ＬＬ（＜０）を下回るので、ｎサイクル目は燃焼音が大きかったと評価し、ｎ＋１サイクル目のクランク角θ１において追加噴射を開始する。【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

例えば特許文献１（特開２０１０−１９６５８１号公報）には、メイン噴射に加えてサブ噴射（パイロット噴射やアフター噴射）が可能な燃料噴射弁を備える内燃機関において、メイン噴射による燃料の燃焼にサブ噴射による燃料の燃焼が重なると判定された場合に、サブ噴射の実行期間を変更する技術が開示されている。この従来技術では、内燃機関の運転状態に基づいてサブ噴射による燃料が燃焼すべき区間が設定されると共に、当該内燃機関の筒内圧に基づいて、当該区間における熱発生率の変化率の最大値と最小値が算出されている。また、算出した最大値および最小値と、これらに対応する閾値（第１閾値および第２閾値）との比較に基づいて、メイン噴射とサブ噴射との間で燃料の燃焼が重なるか否かが判定されている。

また、特許文献２（特開２０１２−１５４２４４号公報）には、メイン噴射に加えてパイロット噴射が可能な燃料噴射弁を備える内燃機関において、当該内燃機関の筒内で発生する騒音（以下「燃焼音」ともいう。）が大きいと評価された場合に、パイロット噴射による燃料量を減量補正する技術が開示されている。この従来技術は、内燃機関の筒内圧が急上昇した場合や、メイン噴射による燃料の燃焼に伴い上昇する筒内圧のピーク値が高くなる場合に、燃焼音が大きくなることに着目したものである。この従来技術では、筒内圧に基づいて算出した熱発生率の変化率の最大値が閾値を超えた場合に、燃焼音が大きいと評価されている。

特開２０１０−１９６５８１号公報 特開２０１２−１５４２４４号公報 特開２０１４−１３６９９１号公報

特許文献２に代表されるように、燃焼音の評価は、内燃機関の筒内圧が上昇し始めてからピーク値に到達するまでの上昇期間での筒内状態に基づいて行うことが主流とされている。しかし、筒内圧がピーク値に到達した後に燃焼音が発生しなくなる訳ではなく、ピーク値に到達した筒内圧が下降する期間においても燃焼音は発生し得る。従って、このような下降期間において筒内で発生する騒音する燃焼音をも許容範囲内に収めるという観点からすれば、更なる改良の余地があると認められる。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものである。即ち、内燃機関の筒内圧がピーク値に到達した後、下降する期間において当該内燃機関の筒内で発生する騒音を許容範囲内に収めることのできる新規な装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、燃料噴射弁と、筒内圧検出手段と、微分値算出手段と、熱発生率算出手段と、燃料噴射弁制御手段とを備える。燃料噴射弁は、内燃機関の筒内への燃料噴射動作として、メイン噴射を含む複数の燃料噴射動作が実行可能である。筒内圧検出手段は、前記内燃機関の筒内圧を検出する。微分値算出手段は、前記筒内圧の上昇率の微分値を算出する。熱発生率算出手段は、前記筒内圧を用いて前記筒内での熱発生率を算出する。燃料噴射弁制御手段は、前記内燃機関の燃焼サイクルの回数であって、前記熱発生率が前記内燃機関の燃焼サイクルでの最大値を示した後、下降してゼロを示すまでのクランク角区間において前記微分値が前記内燃機関の運転状態に応じて定まる下限値を下回るクランク角が検出される回数が所定回数に達した場合、前記所定回数を経た直後の燃焼サイクルの前記クランク角区間に相当するクランク角区間において、前記メイン噴射とは別の追加噴射を実行するように前記燃料噴射弁を制御する。

第２の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１の発明において、前記所定回数が１回で、尚且つ、前記燃料噴射弁制御手段がクランク角検出手段と、開始時期設定手段とを備える場合、当該クランク角検出手段は、前記熱発生率が前記内燃機関の燃焼サイクルでの最大値を示した後、下降してゼロを示すまでのクランク角区間において、前記微分値が前記下限値を下回り始めるクランク角を検出することが好ましい。当該開始時期設定手段は、検出したクランク角を、前記直後の燃焼サイクルにおいて実行する前記追加噴射の開始時期に設定することが好ましい。

第３の発明に係る内燃機関の制御装置は、第１の発明において、前記所定回数は２回以上で、尚且つ、前記燃料噴射弁制御手段がクランク角検出手段と、開始時期設定手段とを備える場合、当該クランク角検出手段は、前記熱発生率が前記内燃機関の各燃焼サイクルでの最大値を示した後、下降してゼロを示すまでのクランク角区間において、前記微分値が前記下限値を下回り始めるクランク角をそれぞれ検出することが好ましい。当該開始時期設定手段は、検出したクランク角の平均を、前記直後の燃焼サイクルにおいて実行する前記追加噴射の開始時期に設定することが好ましい。

第４の発明に係る内燃機関の制御装置は、第２または第３の発明において、前記開始時期設定手段は、前記微分値が前記下限値を下回り始めるクランク角が同一燃焼サイクルにおいて複数検出された場合、検出した複数のクランク角のそれぞれを、前記開始時期に設定することが好ましい。

第５の発明に係る内燃機関の制御装置は、第２乃至第４の発明の何れか１つにおいて、前記燃料噴射動作には、前記メイン噴射の実行後の所定実行期間において排気温度を上昇させるために実行されるアフター噴射が含まれる場合であって、前記燃料噴射弁制御手段が開弁時間設定手段と、実行期間特定手段と、スケジュール設定手段と、を備えるときは、当該開弁時間設定手段は、前記微分値が前記下限値を下回り始めてから再び前記下限値を上回るまでのクランク角区間における前記微分値の最小値の、前記下限値からの乖離量に応じて、前記追加噴射での前記燃料噴射弁の開弁時間を設定することが好ましい。当該実行期間特定手段は、前記開始時期および前記開弁時間に基づいて、前記直後の燃焼サイクルにおいて実行する前記追加噴射の実行期間を特定することが好ましい。当該スケジュール設定手段は、前記所定実行期間と前記実行期間が重複する場合、前記アフター噴射を実行し、前記所定実行期間と実行期間が重複する前記追加噴射の実行を中止するように前記直後の燃焼サイクルにおいて実行する前記追加噴射のスケジュールを設定することが好ましい。

第１の発明によれば、内燃機関の燃焼サイクルの回数であって、熱発生率が当該内燃機関の燃焼サイクルでの最大値を示した後、下降してゼロを示すまでのクランク角区間において筒内圧の上昇率の微分値が当該内燃機関の運転状態に応じて定まる下限値を下回るクランク角が検出される回数が所定回数に達した場合、当該所定回数を経た直後の燃焼サイクルの当該クランク角区間に相当するクランク角区間において、メイン噴射とは別の追加噴射を実行することができる。このクランク角区間は、ピーク値に到達した筒内圧が下降する期間に相当し、この下降期間において筒内圧が急激に下降した場合に燃焼音が大きくなる。この下降期間においては、上記微分値が負の値を示す。また、当該下降期間において筒内圧が急激に下降した場合、上記微分値が大きな負の値を示す。従って、上記所定回数を経た直後の燃焼サイクルの上記クランク角区間に相当するクランク角区間において追加噴射を実行することで、この追加噴射による燃料の燃焼により筒内圧を上昇させることができる。よって、上記所定回数を経た直後の燃焼サイクルにおいては燃焼音を小さくすることができる。

第２の発明によれば、上記微分値が上記下限値を下回り始めるクランク角を検出し、検出したクランク角を上記直後の燃焼サイクルにおいて実行する追加噴射の開始時期に設定することができる。従って、上記微分値が上記下限値を下回った燃焼サイクルの次の燃焼サイクルでの燃焼音を高確率で小さくすることができる。

第３の発明によれば、上記微分値が上記下限値を下回り始めるクランク角をそれぞれ検出し、検出したクランク角の平均を、上記直後の燃焼サイクルにおいて実行する追加噴射の開始時期に設定することができる。従って、上記直後の燃焼サイクルでの燃焼音を高確率で小さくすることができる。

第４の発明によれば、上記微分値が上記下限値を下回り始めるクランク角が同一サイクルにおいて複数検出された場合に、検出した複数のクランク角のそれぞれを、上記直後の燃焼サイクルにおいて実行する追加噴射の開始時期に設定することができる。従って、このような場合においても、上記直後の燃焼サイクルでの燃焼音を高確率で小さくすることができる。

第５の発明によれば、追加噴射の実行期間とアフター噴射の実行期間が重複すると判定された場合に、アフター噴射の実行を優先できる。従って、アフター噴射の実行による排気温度の上昇効果を確実に得ることができる。

実施の形態の制御装置のシステム構成を説明するための模式図である。 パイロット噴射による効果を説明するための図である。 アフター噴射の開始時期を説明するための図である。 アフター噴射の実行領域を説明するための図である。 筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθと音圧レベルの関係を示した図である。 筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθの微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の最小値と、燃焼音との関係を示した図である。 筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθの推移と、筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθの微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の推移とを示した図である。 実施の形態における追加噴射制御の概要を説明するための図である。 筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθの微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の下限値ＬＬの設定例を説明するための図である。 筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθの微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の最小値の下限値ＬＬからの乖離量と、追加噴射による燃料量との関係を示した図である。 実施の形態において、ＥＣＵ２０が実行する追加噴射の実行スケジュールの設定ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態の変形例を表形式で示す図である。

以下、図１乃至図１２を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［システム構成の構成］
図１は、本発明の実施の形態の制御装置のシステム構成を説明するための模式図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、車両に搭載される内燃機関（以下単に「エンジン」ともいう。）１０を備えている。エンジン１０は圧縮着火式の４ストローク１サイクルエンジンであり、複数の気筒を有している。エンジン１０の各気筒は、ピストン１２と、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁１４とを備えている。

また、図１に示すシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)２０を備えている。ＥＣＵ２０は、入出力インターフェースとメモリと演算処理装置（ＣＰＵ）とを備えている。入出力インターフェースは、エンジン１０または車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、エンジン１０を制御するための各種アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられている。メモリには、エンジン１０を制御するための各種の制御プログラムおよびマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて各種アクチュエータの操作信号を生成する。

ＥＣＵ２０が信号を取り込むセンサには、クランク角およびエンジン回転速度を検出するためのクランク角センサ１６、筒内圧Ｐを検出するための筒内圧センサ１８の他、アクセル操作量を検出するアクセル開度センサ、冷却水温を検出する冷却水温センサ、吸気温を検出する吸気温センサといった各種センサが含まれる。ＥＣＵ２０が操作信号を出すアクチュエータには、上述した燃料噴射弁１４が含まれる。

本実施の形態において、ＥＣＵ２０により行われるエンジン１０の制御には、燃料噴射弁１４の燃料噴射制御が含まれる。燃料噴射制御では、メイン噴射に加えてサブ噴射としてパイロット噴射とアフター噴射とが行われる。

メイン噴射は、エンジン１０のトルクを発生させるための噴射動作である。メイン噴射での燃料量は、基本的にはエンジン回転速度、アクセル操作量、冷却水温、吸気温等のエンジン１０の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。一般に、エンジン回転速度が高いほど、また、アクセル操作量が大きいほど要求トルクが高くなる。そのため、エンジン回転速度が高いほど、また、アクセル操作量が大きいほど、決定されるメイン噴射での燃料量が多くなる。

パイロット噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼を導くための噴射動作であり、メイン噴射に先駆けて行われる。パイロット噴射での燃料量は、メイン噴射での燃料量の一部を分割することにより設定される。パイロット噴射によれば、ＰＭ（スモーク）の発生量や、燃焼音を低減できる。図２は、パイロット噴射による効果を説明するための図である。この図２では、噴射動作を行う場合の筒内圧Ｐの推移を実線で示し、噴射動作を行わない場合の筒内圧Ｐの推移を破線で表している。図２の中央および右側に示すように、メイン噴射に加えてパイロット噴射を行うと、筒内圧Ｐの急激な上昇を抑えるだけでなく、この筒内圧Ｐのピーク値を低くすることもできる。従って、図２の左側に示すメイン噴射のみを行う場合に比べて燃焼音を低減できる。

アフター噴射は、排気温度を上昇させるための噴射動作であり、メイン噴射の後に行われる。パイロット噴射での燃料量とは異なり、アフター噴射での燃料量はメイン噴射での燃料量とは別に設定される。例えば、アフター噴射での燃料量は、燃料噴射弁１４が噴射できる最小の燃料量（一定量）に設定される。アフター噴射によれば、ＰＭ（スモーク）やＮＯｘの発生量を低減できる。図３は、アフター噴射の開始時期を説明するための図である。図２同様、この図３では、噴射動作を行う場合の筒内圧Ｐの推移を実線で示し、噴射動作を行わない場合の筒内圧Ｐの推移を破線で表している。図３に示すように、アフター噴射はメイン噴射に対して遅角した時期に開始される。この理由は、アフター噴射による燃料の燃焼エネルギがエンジン１０のトルクに変換されることなく、その大部分を排気の熱エネルギとして得るためである。

また、アフター噴射を行うか否かは、エンジン１０の運転状態によって決定される。図４は、アフター噴射の実行領域を説明するための図である。図４に示すように、アフター噴射は、エンジン回転速度が中程度の中回転領域や、燃料噴射量が中程度の中負荷領域において行われ、他の領域においては行われない。なお、図４の縦軸に示す燃料噴射量は、メイン噴射での燃料量（パイロット噴射を行う場合は、メイン噴射での燃料量とパイロット噴射での燃料量との総和）を表している。また、アフター噴射の開始時期およびアフター噴射での燃料量（燃料噴射弁１４の開弁時間）は、予め設定されているものとする。つまり、アフター噴射の実行期間は、予め設定されているものとする。

［実施の形態の特徴的制御１］
上述したように、メイン噴射に加えてパイロット噴射を行うことで、メイン噴射のみを行う場合に比べて筒内圧Ｐのピーク値を低くすることができる。従って、燃料の燃焼に伴い変化する筒内圧Ｐを緩やかに推移させることができる。しかし、パイロット噴射を行って筒内圧Ｐのピーク値を低くした場合であっても、メイン噴射による燃料の燃焼速度が高く、ピストンが勢い良く押し下げられるようなときには、筒内圧Ｐが急激に下降する。そして、筒内圧Ｐが急激に下降した場合には、メイン噴射による燃料の着火前と同様に、燃焼音が大きくなってしまう。

ピーク値到達後の筒内圧Ｐと燃焼音の関係について、図５乃至図７を参照して説明する。図５は、筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθ（以下「圧力上昇率ｄＰ／ｄθ」ともいう。）と音圧レベルの関係を示した図である。図６は、筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθの微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２（以下「上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２」ともいう。）の最小値と、燃焼音との関係を示した図である。図７は、筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθの推移と、筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθの微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の推移とを示した図である。

なお、図７の(i)〜(iii)は、図５および図６の(i)〜(iii)に、それぞれ対応している。また、図７の上段に示す圧力上昇率ｄＰ／ｄθがクランク角α°ＣＡ付近で正の値から負の値に切り替わっているのは、α°ＣＡ付近で筒内圧Ｐがピーク値に到達したからである。また、上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２は圧力上昇率ｄＰ／ｄθをクランク角で微分した値であることから、図７の下段に示す上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２は、同図の上段に示す圧力上昇率ｄＰ／ｄθが下降する間（β°ＣＡ付近〜γ°ＣＡ付近）、負の値を取る。

図５の(i)〜(iii)を比較すると分かるように、圧力上昇率ｄＰ／ｄθが小さくなるほど、特定の周波数帯（一例として１ｋＨｚ〜４ｋＨｚ）での音圧レベルが高くなる。音圧レベルが高いということは、燃焼音が大きいことを意味するので、圧力上昇率ｄＰ／ｄθと燃焼音との間には相関が認められる。そこで、燃焼音の大きさを上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の最小値に対してプロットすると、上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の最小値が小さくなるほど、燃焼音が大きくなる関係が示された。この関係を示した図が図６である。

図６の関係に基づき、本実施の形態では、上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２を用いて燃焼音の大きさを評価する。そして、燃焼音が大きくなると評価した場合には、上述したメイン噴射やサブ噴射とは別に、追加噴射を行う。図８は、本実施の形態における追加噴射制御の概要を説明するための図である。但し、図８の説明においては、今回サイクル（ｎサイクル）と次回サイクル（ｎ＋１サイクル）とでエンジン１０の運転状態が変化していないことを前提とする（但しｎは自然数）。図８の最上段に示すように、本実施の形態では、ｎサイクル目とｎ＋１サイクル目において、パイロット噴射、メイン噴射およびアフター噴射を行う。但し、図８の下から２段目に示すように、ｎサイクル目のクランク角θ_１において上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬ（＜０）を下回る。そこで、ｎサイクル目は燃焼音が大きかったと評価し、ｎ＋１サイクル目のクランク角θ_１において追加噴射を開始する。

追加噴射を行えば、追加噴射による燃料の燃焼により筒内圧Ｐを上昇させることができる。従って、図８の上から２段目に示すように、ｎ＋１サイクル目のクランク角θ_１付近においては、ｎサイクル目において観察された筒内圧Ｐの急激な下降を抑えることができる。また、図８の最下段に示すように、ｎ＋１サイクル目においては上述した特定の周波数帯での音圧レベルを下げることができる。つまり、ｎ＋１サイクル目においては燃焼音を小さくすることができる。

ここで、図８の上から３段目に示すように、上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の評価は、熱発生率ｄＱ／ｄθ（ＲＯＨＲ）がｎサイクル目での最大値を示すクランク角θ_２（ＣＡ ＲＯＨＲｍａｘ）から、熱発生率ｄＱ／ｄθがゼロを示すクランク角θ_３（ＣＡ ＲＯＨＲｚｅｒｏ）までのクランク角区間において行う。この理由は、クランク角θ_２よりも進角側のクランク角領域においてはパイロット噴射を行うことで既に燃焼音の低減が図られており、クランク角θ_３よりも遅角側のクランク角領域においては燃焼音がそもそも発生しないためである。なお、熱発生率ｄＱ／ｄθは、例えば下記式（１）に従って算出される。
ｄＱ／ｄθ＝１／（κ−１）×（Ｖ×ｄＰ／ｄθ＋Ｐ×κ×ｄＶ／ｄθ）・・・（１）
但し、上記式（１）のκは比熱比であり、Ｖは筒内容積であり、Ｐは筒内圧である。

また、図８の下から２段目に示した下限値ＬＬは、燃焼音の許容範囲の下限値に対応する閾値であり、エンジン１０の運転状態に応じて変更される。何故なら、燃焼音の許容範囲は、エンジン１０の全ての運転領域において一定とならないためである。図９は、筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθの微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の下限値ＬＬの設定例を説明するための図である。図９に示すように、下限値ＬＬは、エンジン回転速度の低い低回転領域から、エンジン回転速度の高い高回転領域に向かうほど大きな値に設定される（下限値ＬＬ_５＜下限値ＬＬ_４＜下限値ＬＬ_３＜下限値ＬＬ_２＜下限値ＬＬ_１＜０）。

また、追加噴射による燃料量は、上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回り始めてから、再び下限値ＬＬを上回るまでのクランク角区間（具体的には、図８の下から２段目のクランク角θ_１〜クランク角θ_４のクランク角区間）における上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の最小値の、下限値ＬＬからの乖離量に応じて変更される。図１０は、筒内圧Ｐの上昇率ｄＰ／ｄθの微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回るクランク角区間における最小値の、下限値ＬＬからの乖離量と、追加噴射による燃料量との関係を示した図である。図１０に示すように、追加噴射による燃料量は乖離量に比例するように設定される。また、この燃料量には、制約が設定されている。

ここでいう制約は、噴射インターバル制約と噴射燃料量制約が該当する。噴射インターバル制約を設けるのは、燃料噴射弁１４の構造上の理由によるものである。即ち、本実施の形態では、上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回り始めるクランク角が同一燃焼サイクル内で複数検出された場合、検出されたクランク角のそれぞれにおいて、追加噴射を開始する。そのため、ある追加噴射の終了時期から次の追加噴射の開始時期までの間に一定のインターバルがなければ、当該次の追加噴射が行われない可能性があるためである。また、噴射燃料量制約を設けるのは、追加噴射による燃料の燃焼エネルギがエンジン１０のトルクに変換された結果、大きなトルク変動が生じてしまうのを予防するためである。

［実施の形態の特徴的制御２］
ところで、図８では、アフター噴射に先駆けて追加噴射を行う場合が示されている。しかし、追加噴射の実行期間とアフター噴射の実行期間が重複することもあり得る。そこで、本実施の形態では、追加噴射とアフター噴射とで実行期間が重複するか否かを判定する。この判定は、先ず、上記乖離量に応じて追加噴射による燃料量を算出し、算出した燃料量を追加噴射での燃料噴射弁１４の開弁時間に変換する。続いて、上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回り始めるクランク角を追加噴射の開始時期として、この開始時期と、変換後の開弁時間とに基づいて、追加噴射の実行期間を算出する。そして、算出した追加噴射の実行期間が一部でもアフター噴射の実行期間と重複するか否かを判定する。これにより、追加噴射とアフター噴射の実行期間の重複が判定される。なお、アフター噴射の実行期間が予め設定されていることは、既に説明した通りである。

また、本実施の形態では、追加噴射とアフター噴射の実行期間が重複すると判定された場合、アフター噴射を実行し、追加噴射の実行を中止する。つまり、アフター噴射の実行を優先する。従って、アフター噴射の実行による排気温度の上昇効果を確実に得ることができる。また、追加噴射を中止するものの、アフター噴射による燃料の燃焼により筒内圧Ｐを上昇させることもできる。従って、アフター噴射を実行することで、筒内圧Ｐの急激な下降をある程度緩和することもできる。

［具体的処理］
図１１は、本実施の形態において、ＥＣＵ２０が実行する追加噴射の実行スケジュール（追加噴射スケジュール）の設定ルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、エンジン１０の燃焼サイクル毎に繰り返し実行されるものとする。また、本ルーチンに従って設定された追加噴射スケジュールに従って、次回サイクルの追加噴射が実行されるものとする。

図１１に示すルーチンにおいて、ＥＣＵ２０は、先ず、エンジン１０の運転状態が定常であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。具体的にＥＣＵ２０は、エンジン回転速度と燃料噴射量とで表されるエンジン１０の運転領域を細分化した領域マップを用い、今回サイクルから遡った数サイクルに亘り、エンジン１０の運転状態が同一運転領域に留まっているか否かを判定する。エンジン１０の運転状態が過去数サイクルに亘って同一運転領域に留まっていないと判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０において、エンジン１０の運転状態が同一運転領域に留まっていると判定された場合、今回サイクルと次回サイクルでエンジン１０の筒内状態が変わらないことが予測される。つまり、今回サイクルで上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回るクランク角区間が検出されれば、次回サイクルでもこのクランク角区間が同様に検出される可能性が高いと予測される。そのため、ＥＣＵ２０は上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の下限値ＬＬを設定する（ステップＳ１２）。具体的にＥＣＵ２０は、図９に例示したような下限値ＬＬマップを用い、上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の下限値ＬＬを設定する。

ステップＳ１２に続き、ＥＣＵ２０は筒内圧Ｐを取得し（ステップＳ１４）、取得した筒内圧Ｐを用いて上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２を算出する（ステップＳ１６）。また、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１４で取得した筒内圧Ｐを上記式（１）に適用して熱発生率ｄＱ／ｄθを算出する（ステップＳ１８）。

ステップＳ１８に続き、ＥＣＵ２０は、熱発生率ｄＱ／ｄθが最大値を示すクランク角θ_２と、熱発生率ｄＱ／ｄθがゼロを示すクランク角θ_３とを特定する（ステップＳ２０）。ＥＣＵ２０は具体的に、ステップＳ１６で算出した熱発生率ｄＱ／ｄθを用いて、クランク角θ_２とクランク角θ_３を特定し、上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の評価を行うクランク角区間を特定する。なお、クランク角θ_２とクランク角θ_３については図８で説明した通りである。

ステップＳ２０に続き、ＥＣＵ２０は、上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回るクランク角区間の検出の有無を判定する（ステップＳ２２）。ＥＣＵ２０は具体的に、ステップＳ２０で特定したクランク角θ_２とクランク角θ_３の間において、ステップＳ１６で算出した上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２がステップＳ１２で設定した下限値ＬＬを下回り始めるクランク角θ_１が検出されるか否かを判定する。クランク角θ_１が検出されない場合は、燃焼音が許容範囲内であると判断できる。そのため、ＥＣＵ２０は本ルーチンを抜ける。なお、クランク角θ_１については図８で説明した通りである。

一方、ステップＳ２２において、クランク角θ_１が検出された場合は、追加噴射の実行スケジュールを設定する（ステップＳ２４）。具体的にＥＣＵ２０は、先ず、ステップＳ２２で検出したクランク角θ_１の後であって、ステップＳ１６で算出した上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２がステップＳ１２で設定した下限値ＬＬを再び上回るクランク角θ_４を検出する。続いて、ＥＣＵ２０は、クランク角θ_１とクランク角θ_４の間における上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の最小値の下限値ＬＬからの乖離量を算出する。続いて、ＥＣＵ２０は、算出した乖離量を図１０に示した関係に適用して追加噴射による燃料量を算出し、算出した燃料量を燃料噴射弁１４の開弁時間に変換する。続いて、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２２で検出したクランク角θ_１を開始時期とし、変換した開弁時間に亘って追加噴射を行うように実行スケジュールを設定する。なお、クランク角θ_４については図８で説明した通りである。

ステップＳ２４に続き、ＥＣＵ２０は、追加噴射とアフター噴射の実行期間が重複するか否かを判定する（ステップＳ２６）。具体的にＥＣＵ２０は、ステップＳ２４で設定した実行スケジュールから、追加噴射の実行期間を特定する。続いて、ＥＣＵ２０は、特定した追加噴射の実行期間が、アフター噴射の実行期間と重複するか否かを判定する。なお、アフター噴射の実行期間が予め設定されていることは、既に説明した通りである。

ステップＳ２６において、追加噴射とアフター噴射の実行期間が重複すると判定した場合、ＥＣＵ２０は、アフター噴射と実行期間が重複する追加噴射の実行を中止するように実行スケジュールを変更する（ステップＳ２８）。

以上、図１１に示したルーチンによれば、上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２に基づいてクランク角θ_１を検出すると共に、クランク角θ_４を検出して追加噴射の実行スケジュールを設定することができる。従って、実行スケジュールを設定した次のサイクルにおいて、燃焼音を良好に低減することができる。また、図１１に示したルーチンによれば、追加噴射とアフター噴射の実行期間が重複する場合に、アフター噴射を優先することができる。従って、アフター噴射の実行による排気温度の上昇効果を確実に得ることができる。

なお、上記実施の形態においては、筒内圧センサ１８が上記第１の発明の「筒内圧検出手段」に相当している。
また、ＥＣＵ２０が図１１のステップＳ１６の処理を実行することにより上記第１の発明の「微分値算出手段」が、ステップＳ１８の処理を実行することにより同発明の「熱発生率算出手段」が、ステップＳ２０〜ステップＳ２８の一連の処理を実行することにより同発明の「燃料噴射弁制御手段」が、それぞれ実現されている。

また、ＥＣＵ２０が図１１のステップＳ２２において、クランク角θ_１を検出することにより上記第２の発明の「クランク角検出手段」が、ステップＳ２４においてクランク角θ_１を追加噴射の開始時期として設定することにより同発明の「開始時期設定手段」が、それぞれ実現されている。

また、ＥＣＵ２０が図１１のステップＳ２４において上記乖離量に基づいて算出した追加噴射による燃料量を、燃料噴射弁１４の開弁時間に変換することにより上記第５の発明の「開弁時間設定手段」が、ステップＳ２６において追加噴射の実行期間を特定することにより同発明の「実行期間特定手段」が、ステップＳ２８の処理を実行することにより同発明の「スケジュール設定手段」が、それぞれ実現されている。

ところで、上記実施の形態では、ｎサイクル目のクランク角θ_１において上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回った場合に、ｎ＋１サイクル目のクランク角θ_１において追加噴射を開始した。しかし、ｎサイクル目からｎ＋ｋサイクル目まで連続的にクランク角θ_１において上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回る場合に（但しｋはｋ≧１を満たす整数）、ｎ＋ｋ＋１サイクル目のクランク角θ_１において追加噴射を開始してもよい（但し、ｎサイクル目からｎ＋ｋサイクル目までの間、エンジン１０の運転状態が変化していないことを前提とする）。図１１の説明で述べたように、上記実施の形態では、今回サイクル（ｎサイクル）から遡った数サイクルに亘り、エンジン１０の運転状態が同一運転領域に留まっているか否かを判定し、この判定結果が肯定的である場合は、次回サイクル（ｎ＋１サイクル）のクランク角θ_１においても上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回ると予測した。しかし、今回サイクルのクランク角θ_１において上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回るからといって、次回サイクルのクランク角θ_１において上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回るとは限らない。この点、ｎサイクル目を含む合計ｋ＋１回の燃焼サイクルに亘って上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の判定を行うことで、ｎ＋ｋ＋１サイクル目のクランク角θ_１において上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回ることについての予測の精度を高めることができるという利点がある。なお、ｎサイクル目からｎ＋ｋサイクル目まで上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２の判定を行う場合には、クランク角θ_１が多少前後することがあるので、ｎ＋ｋ＋１サイクル目のクランク角θ_１については、合計ｋ＋１回の燃焼サイクルで平均することが望ましい。

更に言えば、ｎサイクル目からｎ＋ｋサイクル目までの間、上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回るクランク角θ_１が不連続に検出された場合であっても、ｎ＋ｋ＋１サイクル目のクランク角θ_１において追加噴射を開始してもよい（但し、ｎサイクル目からｎ＋ｋサイクル目までの間、エンジン１０の運転状態が変化していないことを前提とする）。例えば、ｎサイクル目とｎ＋ｋサイクル目の両方においてクランク角θ_１が検出された場合であって、ｎサイクル目からｎ＋ｋサイクル目までの合計ｋ＋１回の燃焼サイクルにおいて、クランク角θ_１が検出された燃焼サイクルの合計回数がｍ回に達したときに（但し、ｋはｋ≧２を満たす整数であり、ｍは２≦ｍ＜ｋ＋１を満たす整数）、ｎ＋ｋ＋１サイクル目のクランク角θ_１において追加噴射を開始してもよい。このように、ｎ＋ｋ＋１サイクル目のクランク角θ_１において上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回るか否かに関する予測手法は、予測精度の要求レベルに応じて適宜変更することができる。なお、クランク角θ_１が検出された燃焼サイクルの合計回数に基づいて追加噴射を行う場合には、ｎ＋ｋ＋１サイクル目のクランク角θ_１については、合計ｍ回の燃焼サイクルで平均することが望ましい。

図１２は、上記実施の形態の変形例を表形式で示す図である。図１２に示すように、ｎサイクル目からｎ＋ｋサイクル目までの間、上昇率微分値ｄ^２Ｐ／ｄθ^２が下限値ＬＬを下回るクランク角θ_１が連続的に検出された場合（変形例１）、または、当該クランク角θ_１が不連続に検出された場合であっても当該クランク角θ_１が検出された燃焼サイクルの合計回数がｍ回に達したときに（変形例２，３，４）、ｎ＋ｋ＋１サイクル目のクランク角θ_１において追加噴射を開始すれば、当該ｎ＋ｋ＋１サイクル目においては燃焼音を小さくすることができる。

１０ エンジン
１２ ピストン
１４ 燃料噴射弁
１６ クランク角センサ
１８ 筒内圧センサ
２０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 内燃機関の筒内への燃料噴射動作として、メイン噴射を含む複数の燃料噴射動作が実行可能な燃料噴射弁と、
   前記内燃機関の筒内圧を検出する筒内圧検出手段と、
   前記筒内圧の上昇率の微分値を算出する微分値算出手段と、
   前記筒内圧を用いて前記筒内での熱発生率を算出する熱発生率算出手段と、
   前記内燃機関の燃焼サイクルの回数であって、前記熱発生率が前記内燃機関の燃焼サイクルでの最大値を示した後、下降してゼロを示すまでのクランク角区間において前記微分値が前記内燃機関の運転状態に応じて定まる下限値を下回るクランク角が検出される回数が所定回数に達した場合、前記所定回数を経た直後の燃焼サイクルの前記クランク角区間に相当するクランク角区間において、前記メイン噴射とは別の追加噴射を実行するように前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記所定回数は１回であり、
   前記燃料噴射弁制御手段は、
   前記熱発生率が前記内燃機関の燃焼サイクルでの最大値を示した後、下降してゼロを示すまでのクランク角区間において、前記微分値が前記下限値を下回り始めるクランク角を検出するクランク角検出手段と、
   検出したクランク角を、前記直後の燃焼サイクルにおいて実行する前記追加噴射の開始時期に設定する開始時期設定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記所定回数は２回以上であり、
   前記燃料噴射弁制御手段は、
   前記熱発生率が前記内燃機関の各燃焼サイクルでの最大値を示した後、下降してゼロを示すまでのクランク角区間において、前記微分値が前記下限値を下回り始めるクランク角をそれぞれ検出するクランク角検出手段と、
   検出したクランク角の平均を、前記直後の燃焼サイクルにおいて実行する前記追加噴射の開始時期に設定する開始時期設定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記開始時期設定手段は、前記微分値が前記下限値を下回り始めるクランク角が同一燃焼サイクルにおいて複数検出された場合、検出した複数のクランク角のそれぞれを、前記開始時期に設定することを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃料噴射動作には、前記メイン噴射の実行後の所定実行期間において排気温度を上昇させるために実行されるアフター噴射が含まれ、
   前記燃料噴射弁制御手段は、
   前記微分値が前記下限値を下回り始めてから再び前記下限値を上回るまでのクランク角区間における前記微分値の最小値の、前記下限値からの乖離量に応じて、前記追加噴射での前記燃料噴射弁の開弁時間を設定する開弁時間設定手段と、
   前記開始時期および前記開弁時間に基づいて、前記直後の燃焼サイクルにおいて実行する前記追加噴射の実行期間を特定する実行期間特定手段と、
   前記所定実行期間と前記実行期間が重複する場合、前記アフター噴射を実行し、前記所定実行期間と実行期間が重複する前記追加噴射の実行を中止するように前記直後の燃焼サイクルにおいて実行する前記追加噴射のスケジュールを設定するスケジュール設定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項２乃至４何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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