JP4635974B2 - ディーゼル機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼル機関の制御装置に関する。

吸気弁のバルブタイミングを可変とする可変動弁機構を備えたディーゼル機関が知られている。例えば、特開２００３−９７３２９号公報には、リフト量および作用角の大きい高リフトカムと、リフト量および作用角の小さい低リフトカムとを切り換え可能な可変動弁機構を備えたディーゼル機関が開示されている。このディーゼル機関では、筒内圧が高くなるように可変動弁機構が制御されている場合には、最初のパイロット噴射の実行時期から所定期間内に設定されたパイロット噴射の実行を禁止するようにしている。

特開２００３−９７３２９号公報 特開平７−２７９７１２号公報 特開２００４−３５３６１１号公報 特開平９−７２２３９号公報 特開平５−２９６０８２号公報 特開２００２−２７６４３１号公報

上記従来のディーゼル機関は、吸気弁のバルブタイミングが２段階に可変であるものである。これに対し、現在では、吸気弁のバルブタイミングを連続的に可変とする可変動弁機構を備えたディーゼル機関の開発も行われている。

吸気弁のバルブタイミングを連続的に変化させることができれば、各吸気ポートの流量や流速、内部ＥＧＲ量などを自由に変化させることができる。このため、スワール比やＥＧＲ率を高い自由度で変化させることができる。そして、スワール比やＥＧＲ率を最適化することは、燃焼騒音や、スモーク等のエミッションを低減する上で極めて有効である。そこで、このようなディーゼル機関の開発においては、スワール比やＥＧＲ率が運転状態に応じた最適な値となるように、機関の回転速度や負荷に応じて吸気弁のバルブタイミングを最適化することが行われている。

上記のようなディーゼル機関では、機関の回転速度や負荷が一定な定常運転状態あるいはそれに近い状態にあるときには、予め最適化された吸気弁バルブタイミングとなるように可変動弁機構が制御されることで、最適なスワール比およびＥＧＲ率を実現することができる。

これに対し、機関の回転速度や負荷が移り変わる過渡運転状態の場合には、次のような事態が生ずる。過渡運転状態においては、回転速度や負荷の移り変わりに合わせて、バルブタイミングを変化させていくことが行われる。しかしながら、可変動弁機構のアクチュエータの応答速度には限界がある。このため、急加速時などにおいては、アクチュエータの応答遅れにより、最適なバルブタイミングが実現されない事態が生ずる。このような事態が生ずると、スワール比やＥＧＲ率が最適な値とならない。このため、定常運転状態と比べると、燃焼騒音やスモークが増加してしまう。また、気流の応答遅れの影響も、過渡運転状態においてスワール比やＥＧＲ率が最適値からずれた値となる要因となる

この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、過渡運転状態において、燃焼騒音やエミッションの低減を図ることのできるディーゼル機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、ディーゼル機関の制御装置であって、
ディーゼル機関の筒内に、１サイクル中に、メイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを含む複数回の燃料噴射を行う燃料噴射手段と、
前記ディーゼル機関の吸気弁および排気弁のバルブタイミングのうち、少なくとも吸気弁のバルブタイミングを連続的に可変とする可変動弁機構と、
前記ディーゼル機関の負荷および回転速度に基づいて、前記可変動弁機構の目標バルブタイミングを決定する目標バルブタイミング決定手段と、
前記可変動弁機構の実バルブタイミングを検出する実バルブタイミング検出手段と、
前記目標バルブタイミングと前記実バルブタイミングとの偏差に基づいて、前記ディーゼル機関のスワール比に関するスワール比情報を推定するスワール比推定手段と、
前記目標バルブタイミングと前記実バルブタイミングとの偏差に基づいて、前記ディーゼル機関のＥＧＲ率に関するＥＧＲ率情報を推定するＥＧＲ率推定手段と、
前記スワール比情報および前記ＥＧＲ率情報に基づいて、前記複数回の燃料噴射のうちの少なくとも一つの噴射時期と、パイロット噴射量との一方または両方を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記燃料噴射手段は、大噴孔と、前記大噴孔より開口面積が小さい小噴孔とを有しており、前記補正手段により前記パイロット噴射量が増量される場合には、前記小噴孔から燃料を噴射することを特徴とする。

第１の発明によれば、目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差に基づいて、スワール比に関するスワール比情報と、ＥＧＲ率に関するＥＧＲ率情報とを推定することができる。そして、そのスワール比情報およびＥＧＲ率情報に基づいて、燃料噴射時期と、パイロット噴射量との一方または両方を補正することができる。このため、第１の発明によれば、ディーゼル機関の過渡運転時に、可変動弁機構のアクチュエータの応答遅れなどに起因してスワール比やＥＧＲ率が最適値からずれた状態となった場合であっても、燃焼騒音やスモークが増加するなどの弊害が生ずることを有効に抑制することができる。

第２の発明によれば、燃料を噴射する噴孔が大噴孔と小噴孔とに切り換え可能になっているディーゼル機関において、過渡運転時の補正としてパイロット噴射量が増量される場合には、小噴孔から燃料が噴射されるようにすることができる。一般に、パイロット噴射量の増量補正は、スモーク増加の原因となる場合がある。これに対し、第２の発明によれば、パイロット噴射量の増量補正と併せて、燃料噴射を小噴孔に切り替えることにより、噴霧を微粒化して、空気との混合を促進することができる。このため、スモークが増加することを有効に抑制することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、４サイクルのディーゼル機関１０を備えている。ディーゼル機関１０は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態のディーゼル機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明におけるディーゼル機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

ディーゼル機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ１２が設置されている。各気筒のインジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４内には、サプライポンプ１６によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、コモンレール１４内から、各インジェクタ１２へ、燃料が供給される。

インジェクタ１２は、１サイクル中に複数回、任意のタイミングで燃料を筒内に噴射可能になっている。本実施形態のディーゼル機関１０では、主たる燃料噴射であるメイン噴射のほかに、メイン噴射より前に行われるパイロット噴射を少なくとも１回実施するものとする。また、これらのほか、メイン噴射の直後に行われるアフター噴射や、より後のタイミングで行われ、出力に寄与しないポスト噴射などを実施するようにしてもよい。

ディーゼル機関１０の排気通路１８は、排気マニホールド２０により枝分かれして、各気筒の排気ポート２２（図２参照）に接続されている。本実施形態のディーゼル機関１０は、ターボ過給機２４を備えている。排気通路１８は、ターボ過給機２４の排気タービンに接続されている。

排気通路１８の、ターボ過給機２４より下流側には、排気ガスを浄化する排気浄化装置２６が設けられている。排気浄化装置２６としては、例えば、酸化触媒、吸蔵還元型または選択還元型のＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）のうちの一つ、またはこれらの組み合わせなどを用いることができる。

ディーゼル機関１０の吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボ過給機２４の吸気圧縮機で圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３４により、各気筒の吸気ポート３５（図２参照）に分配される。

吸気通路２８の、インタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間には、吸気絞り弁３６が設置されている。また、吸気通路２８の、エアクリーナ３０の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３８が設置されている。

吸気通路２８の吸気マニホールド３４の近傍には、外部ＥＧＲ通路４０の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路４０の他端は、排気通路１８の排気マニホールド２０近傍に接続されている。本システムでは、この外部ＥＧＲ通路４０を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２８に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。

外部ＥＧＲ通路４０の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４２が設けられている。外部ＥＧＲ通路４０におけるＥＧＲクーラ４２の下流には、ＥＧＲ弁４４が設けられている。このＥＧＲ弁４４の開度を変えることにより、外部ＥＧＲ通路４０を通る排気ガス量、すなわち外部ＥＧＲ量を調整することができる。

また、本システムにおいて、外部ＥＧＲ量は、ＥＧＲ弁４４の開度だけでなく、吸気絞り弁３６の開度によっても調整することができる。吸気絞り弁３６の開度を小さくして吸気を絞ると、吸気圧が小さくなるので、背圧（排気圧）との差圧が大きくなる。つまり、外部ＥＧＲ通路４０の前後の差圧が大きくなる。このため、外部ＥＧＲ量を多くすることができる。

そして、本実施形態のシステムは、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼル機関１０の運転状態を制御する。

図２は、図１に示すシステムにおけるディーゼル機関１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼル機関１０について更に説明する。図２に示すように、ディーゼル機関１０のクランク軸６０の近傍には、クランク軸６０の回転角度を検出するクランク角センサ６２が取り付けられている。このクランク角センサ６２は、ＥＣＵ５０に接続されている。クランク角センサ６２によれば、機関回転速度（例えば機関回転数Ne）を検出することができる。

また、ディーゼル機関１０には、吸気弁５２を駆動する吸気可変動弁機構５４と、排気弁５６を駆動する排気可変動弁機構５８とが備えられている。吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８は、それぞれ、ＥＣＵ５０に接続されている。

吸気可変動弁機構５４は、油圧アクチュエータあるいは電気モータ等のアクチュエータを備えており、そのアクチュエータを駆動することで、吸気弁５２のバルブタイミング（開き時期および閉じ時期の両方または一方）を連続的に変化させることができるように構成されている。また、吸気可変動弁機構５４は、吸気弁５２の実際のバルブタイミング（以下、「実バルブタイミング」と称する）を検出するセンサ（例えばカムポジションセンサ）を更に備えている。吸気可変動弁機構５４の具体的な機構は特に限定されるものではなく、公知の各種の機構を用いることができる。なお、一気筒当たりに吸気弁５２が複数設けられている場合には、吸気可変動弁機構５４は、それらの吸気弁５２のバルブタイミングをまとめて変化させるものでも、個別に変化させるものでもよい。

同様に、排気可変動弁機構５８は、例えば油圧アクチュエータあるいは電気モータ等のアクチュエータ（図示せず）を備えており、そのアクチュエータを駆動することで、排気弁５６のバルブタイミング（開き時期および閉じ時期の両方または一方）を連続的に変化させることができるように構成されている。また、排気可変動弁機構５８は、排気弁５６の実バルブタイミングを検出するセンサ（例えばカムポジションセンサ）を更に備えている。排気可変動弁機構５８の具体的な機構は特に限定されるものではなく、公知の各種の機構を用いることができる。

［実施の形態１の特徴］
（可変噴孔インジェクタ）
図３は、ディーゼル機関１０が備えるインジェクタ１２のノズル先端部を示す断面図である。以下に説明するように、本実施形態では、インジェクタ１２は、開口面積の異なる２種の噴孔を備えた可変噴孔インジェクタで構成されている。図３では、大噴孔７２から燃料を噴射しているときの状態が中心線の右側に、小噴孔７４から燃料を噴射しているときの状態が中心線の左側に、それぞれ表されている。

図３に示すように、インジェクタ１２のノズルボディー７０の先端付近には、複数の大噴孔７２が形成されている。更に、ノズルボディー７０の、大噴孔７２より基端側の部位には、複数の小噴孔７４が形成されている。この小噴孔７４の開口面積は、大噴孔７２の開口面積より小さくなっている。

ノズルボディー７０の先端部内面には、バルブシートが形成されている。そして、ノズルボディー７０の内部には、アウターニードル７６とインナーニードル７８とが配置されている。アウターニードル７６は、中空（筒状）になっている。このアウターニードル７６の内側に、インナーニードル７８が挿通されている。アウターニードル７６がバルブシートに着座すると、小噴孔７４が封鎖される。インナーニードル７８がバルブシートに着座すると、大噴孔７２が封鎖される。

アウターニードル７６と、インナーニードル７８とは、別々にリフト可能になっている。アウターニードル７６をリフトさせると、小噴孔７４が開通する。これにより、燃料溜まり８０に溜まっていた燃料が小噴孔７４を通って噴射される（図３の中心線の左側参照）。これに対し、インナーニードル７８をリフトさせると、大噴孔７２が開通する。これにより、燃料溜まり８２に溜まっていた燃料が大噴孔７２を通って噴射される（図３の中心線の右側参照）。なお、アウターニードル７６がバルブシートに着座している状態であっても、図３中に現れていない通路を通って、燃料溜まり８２へ燃料が供給されるようになっている。

ディーゼル機関１０では、上述したような可変噴孔式のインジェクタ１２を用いることにより、比較的開口面積の大きい大噴孔７２から燃料を噴射して運転するモードと、比較的開口面積の小さい小噴孔７４から燃料を噴射して運転するモードとを切り替え可能になっている。

大噴孔７２から燃料を噴射する場合には、小噴孔７４から噴射する場合よりも、噴射期間を短くすることができる。噴射期間を短くして、短時間で燃焼させるようにすると、熱効率が高くなる。よって、大噴孔７２から燃料を噴射して運転する場合には、小噴孔７４から燃料を噴射する場合よりも、燃費を低減することができる。

一方、小噴孔７４から燃料を噴射する場合には、大噴孔７２から燃料を噴射する場合よりも、噴霧を更に微粒化して、空気と燃料との混合を促進することができる。このため、燃焼騒音やスモークの低減を容易に行うことができる。

本実施形態のシステムにおいては、大噴孔７２から燃料を噴射する運転領域と、小噴孔７４から燃料を噴射する運転領域とが予め決められており、マップとしてＥＣＵ５０に記憶されている。そして、定常運転状態においては、そのマップに従って、大噴孔７２と小噴孔７４との何れを使用するかが決定されるものとする。この場合、通常は、燃費性能を良好とするため、大噴孔７２の使用領域が可能な限り広くなるようにマップが設定される。

（スワール比の制御）
ディーゼル機関１０では、吸気可変動弁機構５４によって吸気弁５２のバルブタイミングを変化させることにより、スワール比を高い自由度で変化させることができる。その場合の吸気弁５２のバルブタイミングの変化のさせ方は、特に限定されないが、例えば次のような方法でスワール比を変化させることができる。ここでは、一気筒当たりに、スワール比の高いヘリカルポートと、スワール比の低いタンジェンシャルポートとの二つの吸気ポート３５が設けられている場合を例に説明する。この場合、二つの吸気ポート３５にそれぞれ吸気弁５２が設けられている。そして、タンジェンシャルポート側の吸気弁５２をヘリカルポート側の吸気弁５２より早く閉じることで、スワール比を増大させることができる。タンジェンシャルポート側の吸気弁５２が閉じ、ヘリカルポート側の吸気弁５２のみが開いている状態では、ヘリカルポートから流入する空気が作る強いスワールが、打ち消されずにそのまま残る。よって、タンジェンシャルポート側の吸気弁５２の閉じ時期を早くするほどスワール比を大きくすることができる。

（ＥＧＲ率の制御）
ディーゼル機関１０では、吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８によって吸気弁５２および排気弁５６のバルブタイミングを変化させることにより、内部ＥＧＲ量を高い自由度で変化させることができる。すなわち、ディーゼル機関１０では、吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８により、排気行程と吸気行程との境界付近において、排気弁５６と吸気弁５２とが共に開いている期間（バルブオーバーラップ）、あるいは排気弁５６と吸気弁５２とが共に閉じている期間（負のバルブオーバーラップ）を生じさせることができる。そして、そのバルブオーバーラップあるいは負のバルブオーバーラップを大きくするほど、内部ＥＧＲ量を多くすることができる。

ディーゼル機関１０では、上記のようにして定まる内部ＥＧＲ量と、前述した外部ＥＧＲ量とによって、全体のＥＧＲ率が決定される。ディーゼル機関１０では、内部ＥＧＲ量を高い自由度で変化させることができるので、全体のＥＧＲ率（以下、単に「ＥＧＲ率」と称する）を高い自由度で調節することができる。

スワール比やＥＧＲ率は、燃焼騒音の大きさやスモーク排出量に多大な影響を及ぼす。このため、燃焼騒音やスモークをなるべく少なくするためには、機関回転速度および機関負荷に応じて、スワール比やＥＧＲ率を最適化することが重要である。そして、スワール比やＥＧＲ率を目標の値とするためには、上述したように、吸気弁５２や排気弁５６のバルブタイミングがそれに対応したタイミングになっていることが要請される。

そこで、本実施形態のシステムでは、機関回転速度および機関負荷と、その機関回転速度および機関負荷の下での最適なスワール比およびＥＧＲ率を得るための吸気弁５２および排気弁５６のバルブタイミング（以下、「最適バルブタイミング」と称する）との関係が予め調べられており、その関係がマップとしてＥＣＵ５０に記憶されているものとする。そして、そのマップに従い、機関回転速度および機関負荷に応じた最適バルブタイミングが実現されるように、吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８が制御されるものとする。

図４は、横軸に機関回転速度（ここでは機関回転数Ne[rpm]で表す）、縦軸に機関負荷（ここではトルクＴ[Nm]で表す）をとった図である。以下、図４を参照して、機関回転速度や機関負荷が移り変わる過渡運転状態にある場合について説明する。

ここでは、ディーゼル機関１０は、初め、図４中の点Ａで定常運転していたものとする。そして、点Ａよりも機関回転速度および機関負荷の高い点Ｂに移行する必要が生じ、途中の点Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４・・・を通って、最終的に点Ｂへと移行するものとする。なお、図４中では、便宜上、点Ａから点Ｂに直線的に移行しているが、実際上は必ずしも直線的に移行する訳ではない。

最初、点Ａで定常運転しているときには、吸気弁５２および排気弁５６の実バルブタイミングは、点Ａでの最適バルブタイミングに一致するように制御されている。一方、点Ａの最適バルブタイミングと、点Ｂの最適バルブタイミングとは異なる。このため、点Ａから点Ｂへと移行する過渡運転状態においては、実バルブタイミングを変更するべく、吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８のアクチュエータが駆動される。そして、点Ｂへと移行し、定常運転状態になると、実バルブタイミングが点Ｂでの最適バルブタイミングに一致する。

このようにして、図４中の点Ａや点Ｂにあるときのように、機関回転速度および機関負荷が一定な定常運転状態、またはそれに近い状態のときには、吸気弁５２や排気弁５６の実バルブタイミングが最適バルブタイミングに制御される。その結果、最適なスワール比およびＥＧＲ率を実現することができる。このため、燃焼騒音やスモークを極めて有効に低減することができる。

一方、点Ａから点Ｂへ移り変わる途中の点Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４・・・の各点にも、それぞれ、最適バルブタイミングが存在する。しかしながら、ディーゼル機関１０の運転状態が点Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４・・・を通過するときの実バルブタイミングは、それらの最適バルブタイミングに必ずしも一致しないのが普通である。これは、吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８のアクチュエータの応答速度に限界があるためである。

このように、過渡運転状態（特に急加速時など）においては、実バルブタイミングが最適バルブタイミングからずれた状態になり易い。その結果、スワール比やＥＧＲ率が最適な値にならなくなり安い。このため、定常運転状態と比べると、燃焼騒音やスモークが増加し易いという問題がある。

そこで、本実施形態では、過渡運転状態において燃焼騒音やスモークなどが増加するのを抑制するため、次のような制御を行うこととした。まず、目標バルブタイミング（最適バルブタイミング）と実バルブタイミングとの偏差を検出し、次に、その偏差に基づいて、スワール比およびＥＧＲ率を推定する。そして、その推定されたスワール比やＥＧＲ率に応じて、燃焼騒音やスモークの増加が抑制されるように、燃料噴射時期、あるいはパイロット噴射量を補正することとした。

その際、パイロット噴射量を増量する場合においては、インジェクタ１２の小噴孔７４から燃料を噴射することとした。一般に、パイロット噴射量を増量すると、スモークが増え易くなる。そこで、パイロット噴射量を増量する場合に小噴孔７４から噴射するようにすることにより、スモークの増加を回避することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。以下では、図４のように点Ａから点Ｂへと運転状態が移り変わっている過渡運転中に本ルーチンが実行されている場合について説明する。

図５に示すルーチンによれば、まず、吸気弁５２および排気弁５６のそれぞれについて、目標バルブタイミングが算出される（ステップ１００）。具体的には、図４に示すように、点Ａと点Ｂとの途中の、現在通過中の点（点Ｂ_１，Ｂ_２，Ｂ_３，Ｂ_４・・・）での最適バルブタイミングが、目標バルブタイミングとして算出される。更に、このステップ１００においては、その算出された目標バルブタイミングに実バルブタイミングを一致させるべく、吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８のアクチュエータを駆動する制御が実施される。

続いて、上記ステップ１００で算出された吸気弁５２および排気弁５６の目標バルブタイミングと実バルブタイミングとの偏差（以下、「実バルブタイミングずれ量」と称する）が算出される（ステップ１０２）。なお、実バルブタイミングは、前述したように、吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８に組み込まれたセンサによって検出される。更に、このステップ１０２においては、実バルブタイミングの変化量、すなわち、今回の実バルブタイミングの検出値と前回の検出値との差が算出される。

次いで、現在のディーゼル機関１０に生じているスワール比およびＥＧＲ率が推定される（ステップ１０４）。具体的には、次のような処理が実行される。ＥＣＵ５０には、吸気弁５２のバルブタイミングとスワール比との関係を表す情報が予め記憶されている。その情報と、上記ステップ１０２で算出された吸気弁５２の実バルブタイミングずれ量および実バルブタイミング変化量に基づいて、スワール比が算出される。

また、ＥＧＲ率の推定は、次のようにして行われる。ＥＣＵ５０には、吸気弁５２および排気弁５６のバルブタイミングと内部ＥＧＲ量との関係を表す情報が予め記憶されている。その情報と、上記ステップ１０２で算出された吸気弁５２および排気弁５６の実バルブタイミングずれ量および実バルブタイミング変化量に基づいて、まず、内部ＥＧＲ量が算出される。外部ＥＧＲ量については、公知の手法に基づき、他のルーチンにおいて推定されているものとする。すなわち、ＥＧＲ弁４４の開度やエアフローメータ３８で検出される吸入空気量などに基づいて、外部ＥＧＲ量が推定されている。このようにして算出された内部ＥＧＲ量および外部ＥＧＲ量に基づき、上記ステップ１０４において、ＥＧＲ率が推定される。なお、このステップ１０４においては、スワール比およびＥＧＲ率以外の、燃焼状態に影響するパラメータを推定するようにしてもよい。

上記ステップ１０４の処理に続いて、次に、燃料噴射時期あるいはパイロット噴射量を補正する処理が行われる（ステップ１０６）。なお、このステップ１０６において燃料噴射時期を補正する場合には、パイロット噴射およびメイン噴射を含め、１サイクル中に行われるすべての噴射の時期を補正してもよく、また、そのうちの一部の噴射の時期のみを補正してもよい。また、パイロット噴射量とは、パイロット噴射が複数回行われる場合には、その総量を言うものとする。

このステップ１０６においては、まず、上記ステップ１０４の処理で推定された現在のスワール比およびＥＧＲ率と、ＥＣＵ５０に記憶されたマップに基づいて定まる最適なスワール比およびＥＧＲ率とが比較される。そして、その比較結果に基づいて、燃焼騒音やスモークの増加を抑制することができるように、燃料噴射時期およびパイロット噴射量の一方または双方が補正される。具体的には、現在のスワール比およびＥＧＲ率が最適値と比べて高いか低いかに応じて、例えば次のような補正が行われる。

（ＥＧＲ率が最適値より低い場合）
この場合には、ＥＧＲ量が最適な量より少なくなっていると判断される。ＥＧＲ量が少ないと、燃焼を緩慢にするＥＧＲの効果が薄れるので、燃焼速度が速くなり、その結果、燃焼騒音が増加し易い。そこで、この場合には、燃焼騒音の増加を抑制することのできる方策として、燃料噴射時期を遅くする（遅角する）補正が行われる。また、筒内温度が低いなどの理由によって燃料噴射時期の遅角補正ができない場合には、これに代えて、パイロット噴射量を増量する補正が行われる。パイロット噴射量を増加させることで、筒内圧の急上昇を抑制することができるので、燃焼騒音が増加するのを抑制することができる。また、燃料噴射時期の遅角と、パイロット噴射量の増量との双方を行ってもよい。

（ＥＧＲ率が最適値より高い場合）
この場合には、ＥＧＲ量が最適な量より多くなっていると判断される。ＥＧＲ量が多いと、その分だけ筒内の空気量が少なくなるので、スモークを排出し易くなる。そこで、この場合には、スモークの増加を抑制することのできる方策として、燃料噴射時期を早くする（進角する）補正が行われる。燃料噴射時期を進角することにより、噴射された燃料がより燃え易くなるので、スモークの増加を抑制することができる。また、燃料噴射時期の進角に代えて、パイロット噴射量を減量する補正をしてもよい。パイロット噴射量が多いとスモークを排出し易いので、パイロット噴射量を減少することで、スモークの増加を抑制することができる。また、燃料噴射時期の進角と、パイロット噴射量の減量との双方を行ってもよい。

（スワール比が最適値より高い場合）
この場合には、スワールの強さが最適な値より強くなっており、噴射された燃料の拡散が、最適な状態よりも更に促進されていることになる。このため、燃料噴射時期を遅角補正しても、燃料を十分に拡散させることが可能であると判断できる。そこで、燃焼騒音の増加を抑制するべく、燃料噴射時期の遅角補正が行われる。また、燃料噴射時期の遅角とともに、あるいは、燃料噴射時期の遅角に代えて、パイロット噴射量を増量する補正をしても良い。

以上、３つの場合を例に説明したように、このステップ１０６においては、燃料噴射時期の遅角補正または進角補正と、パイロット噴射量の増量補正または減量補正との一方または両方が状況に応じて行われる。これにより、過渡運転時に、スワール比やＥＧＲ率が最適値からずれていることに起因して燃焼騒音やスモークが増加することを有効に抑制することができる。なお、上述した３つの場合の補正態様は一例であり、機関回転数、機関負荷、エミッションなどとの兼ね合いにより、上記と異なった態様で補正が行われる場合もある。

上記ステップ１０６によって燃料噴射時期およびパイロット噴射量の少なくとも一方が補正されたら、次に、その補正において、パイロット噴射量の増量補正がなされた否かが判別される（ステップ１０８）。パイロット噴射量の増量補正が行われていないと判別された場合には、そのまま本ルーチンの処理が終了される。一方、パイロット噴射量の増量補正が行われたと判別された場合には、次に、現在の運転領域が、インジェクタ１２の大噴孔７２から燃料を噴射して運転される領域であるか否かが判別される（ステップ１１０）。そして、大噴孔７２から燃料を噴射して運転される領域であると判別された場合には、大噴孔７２からの燃料噴射を停止し、小噴孔７４から燃料が噴射される状態となるように、インジェクタ１２が制御される（ステップ１１２）。

上記ステップ１０８〜１１２の処理によれば、パイロット噴射量を増量補正する場合には、小噴孔７４から燃料を噴射する運転モードに切り替えることができる。このため、燃料が更に微粒化して噴射されることとなるので、スモークの増加を抑制することができる。一般に、パイロット噴射量の増量補正は、スモークが増加する原因となり易いが、本実施形態では、小噴孔７４から燃料を噴射する運転モードに切り替えることにより、スモークの増加を有効に抑制することができる。

なお、以上説明した図５に示すルーチンの処理では、実バルブタイミングずれ量および実バルブタイミング変化量との双方を用いてスワール比およびＥＧＲ率を推定しているが、実バルブタイミング変化量は使用しなくてもよい。

また、上述した実施の形態１では、ディーゼル機関１０は、吸気可変動弁機構５４と排気可変動弁機構５８との双方を備えているものとして説明したが、本発明で制御対象とするディーゼル機関は、排気可変動弁機構５８を備えないものであってもよい。

また、可変噴孔インジェクタの構造は、図３に示す構造に限定されるものではなく、公知の各種の構造を利用することができる。また、上述した実施の形態１では、一つのインジェクタで大噴孔と小噴孔との切り換えが可能な可変噴孔インジェクタを備える場合について説明したが、本発明では、１気筒当たりに二つのインジェクタを配置し、そのうちの一方を大噴孔とし、他方を小噴孔とするようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８が前記第１の発明における「可変動弁機構」に、スワール比が前記第１の発明における「スワール比情報」に、ＥＧＲ率が前記第１の発明における「ＥＧＲ率情報」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、インジェクタ１２を制御してパイロット噴射、メイン噴射等を行わせることにより前記第１の発明における「燃料噴射手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「目標バルブタイミング決定手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「実バルブタイミング検出手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「スワール比推定手段」および「ＥＧＲ率推定手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「補正手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 図１に示すシステムにおけるディーゼル機関の一つの気筒の断面を示す図である。 図１に示すシステムにおけるディーゼル機関が備えるインジェクタのノズル先端部を示す断面図である。 機関回転速度や機関負荷が移り変わる過渡運転状態を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ ディーゼル機関
１２ インジェクタ
１４ コモンレール
１８ 排気通路
２０ 排気マニホールド
２２ 排気ポート
２４ ターボ過給機
２６ 排気浄化装置
２８ 吸気通路
３４ 吸気マニホールド
３５ 吸気ポート
３６ 吸気絞り弁
３８ エアフローメータ
４０ 外部ＥＧＲ通路
４４ ＥＧＲ弁
４８ アクセル開度センサ
５０ ＥＣＵ
５２ 吸気弁
５４ 吸気可変動弁機構
５６ 排気弁
５８ 排気可変動弁機構
６２ クランク角センサ
６４ ピストン
７０ ノズルボディー
７２ 大噴孔
７４ 小噴孔
７６ アウターニードル
７８ インナーニードル
８０，８２ 燃料溜まり

Claims (2)

1. ディーゼル機関の筒内に、１サイクル中に、メイン噴射と該メイン噴射に先立つパイロット噴射とを含む複数回の燃料噴射を行う燃料噴射手段と、
   前記ディーゼル機関の吸気弁および排気弁のバルブタイミングのうち、少なくとも吸気弁のバルブタイミングを連続的に可変とする可変動弁機構と、
   前記ディーゼル機関の負荷および回転速度に基づいて、前記可変動弁機構の目標バルブタイミングを決定する目標バルブタイミング決定手段と、
   前記可変動弁機構の実バルブタイミングを検出する実バルブタイミング検出手段と、
   前記目標バルブタイミングと前記実バルブタイミングとの偏差に基づいて、前記ディーゼル機関のスワール比に関するスワール比情報を推定するスワール比推定手段と、
   前記目標バルブタイミングと前記実バルブタイミングとの偏差に基づいて、前記ディーゼル機関のＥＧＲ率に関するＥＧＲ率情報を推定するＥＧＲ率推定手段と、
   前記スワール比情報および前記ＥＧＲ率情報に基づいて、前記複数回の燃料噴射のうちの少なくとも一つの噴射時期と、パイロット噴射量との一方または両方を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
2. 前記燃料噴射手段は、大噴孔と、前記大噴孔より開口面積が小さい小噴孔とを有しており、前記補正手段により前記パイロット噴射量が増量される場合には、前記小噴孔から燃料を噴射することを特徴とする請求項１記載のディーゼル機関の制御装置。

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