JP5735814B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁による燃料の噴射動作を制御するための内燃機関の燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法に関する。

従来、この種の内燃機関の燃料噴射制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この制御装置では、内燃機関の１燃焼サイクルにおいて、燃料噴射弁による燃料噴射が主噴射と後噴射に分割して実行される。また、内燃機関の出力トルクが検出されるとともに、検出された出力トルクに応じて、所望の出力トルクが得られるように、後噴射の噴射開始時期が早くなるようにまたは遅くなるように補正される。

特開２００２−１７４１３６号公報

図３は、内燃機関が所定の運転状態にあるときに得られる、燃料の噴射時期と、噴射された燃料の燃焼に伴って生成される煤などのＰＭ（particulate matter）との一般的な関係を示しており、同図において、ＳＯＩＬＭＴおよびＥＯＩＬＭＴはそれぞれ、噴射開始限界時期および噴射終了限界時期である。図３に示すように、これらの噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴおよび噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴで規定される燃料の噴射期間（以下「ＰＭ低減噴射期間」という）において、燃料の全量を噴射すれば、ＰＭを低減できることが分かる。これに対し、上述した従来の制御装置では、検出された出力トルクに応じて、燃料の噴射開始時期を早くなるようにまたは遅くなるように補正するので、補正された噴射開始時期に基づく燃料の噴射期間が、ＰＭ低減噴射期間よりも早くなったり遅くなったりする場合があり、その場合には、ＰＭが増大してしまう。

このような不具合を防止するために、燃料の噴射期間のうちのＰＭ低減噴射期間よりも早い期間および遅い期間における燃料の噴射を禁止することが考えられる。しかし、その場合には、所望の量の燃料を内燃機関に供給できなくなり、内燃機関の所望の出力を得ることができなくなってしまう。特に、内燃機関の急加速運転時には、要求される燃料の量（以下「要求燃料量」という）が急増するのに対し、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が要求燃料量に見合った値まですぐには上昇せず、それにより、要求燃料量分の燃料を噴射するのに必要な燃料の噴射期間が長くなる。その結果、不足する燃料の量がより多くなる。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ＰＭを低減できるとともに、所望の量の燃料をすべて内燃機関に供給することができる内燃機関の燃料噴射制御装置および燃料噴射制御方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明による内燃機関の燃料噴射制御装置１は、内燃機関３の燃焼室３ｄに燃料を噴射する燃料噴射弁５と、噴射された燃料の燃焼に伴って生成されるＰＭを低減可能な燃料の噴射期間を規定する噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴおよび噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴを算出する噴射限界時期算出手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＣＵ２、ステップ１）と、燃料噴射弁５から噴射すべき燃料の噴射期間である目標噴射期間（目標噴射時間ＴＩＯＢＪ）を算出する目標噴射期間算出手段（ＥＣＵ２、ステップ２）と、算出された噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴおよび目標噴射期間に基づいて、目標噴射期間で規定される量の燃料の噴射を噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴに終了することが可能な燃料の噴射開始時期を、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１として算出する第１暫定噴射開始時期算出手段（ＥＣＵ２、ステップ３）と、内燃機関３の運転状態を検出する運転状態検出手段（クランク角センサ２２、エアフローセンサ２３、ＥＣＵ２）と、検出された内燃機関３の運転状態（エンジン回転数ＮＥ、吸入空気量ＧＡＩＲ）に応じて設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴを設定する噴射開始時期設定手段（ＥＣＵ２、ステップ４）と、算出された第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１および設定された設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴのうちの早い方を、第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２として設定する第２暫定噴射開始時期設定手段（ＥＣＵ２、ステップ５〜７）と、設定された第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２および噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴのうちの遅い方を、燃料噴射弁５によって噴射すべき燃料の噴射開始時期である目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪとして設定する目標噴射開始時期設定手段（ＥＣＵ２、ステップ８〜１０）と、目標噴射期間および目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪに基づいて燃料噴射弁５による燃料の噴射動作を制御する燃料噴射制御手段（ＥＣＵ２、ステップ１１）と、を備え、目標噴射開始時期として噴射開始限界時期が設定された場合において、目標噴射期間および目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪで規定される燃料の噴射終了時期が噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴよりも遅いときには、目標噴射期間および目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪに基づく燃料噴射弁５による燃料の噴射動作が許容されることを特徴とする。

まず、本発明の技術的観点について説明する。前述した図３に示すように、内燃機関では、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴおよび噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴで規定されるＰＭ低減噴射期間において燃料を噴射した場合、燃料の燃焼に伴って発生するＰＭは比較的少ない。また、同図に示すように、ＰＭ低減噴射期間外では、燃料の噴射時期がＰＭ低減噴射期間から外れるほど、ＰＭが増大し、この場合におけるＰＭの増大の度合は、燃料の噴射時期が噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴよりも早い場合の方が、噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴよりも遅い場合と比較してはるかに大きい。

本発明は、内燃機関の運転状態に応じた設定噴射開始時期を燃料の噴射開始時期として設定することを基本とするとともに、上述した内燃機関の特性に基づいてＰＭを低減するために、上記のＰＭ低減噴射期間において燃料の全量を噴射することを第１の技術的観点としている。その一方で、噴射すべき燃料の噴射期間がＰＭ低減噴射期間よりも長い場合はもちろん、燃料の噴射期間、設定噴射開始時期、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴおよび噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴの関係によっては、設定噴射開始時期を用いると、燃料の噴射開始時期が噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴよりも早くなったり、噴射終了時期が噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴよりも遅くなったりする結果、ＰＭ低減噴射期間において燃料の全量を噴射できない場合がある。上述したように燃料の噴射時期が噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴよりも遅い場合にＰＭの増大度合が小さいことから、ＰＭ低減噴射期間において燃料の全量を噴射できない場合、噴射期間はそのままで、噴射開始時期を、設定噴射開始時期ではなく、ＰＭ低減噴射期間内のタイミングに設定する。そして、この噴射開始時期の設定により燃料の噴射終了時期が噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴよりも遅くなった場合でも、燃料の噴射を許容する。以上により、ＰＭを低減しながら、所望の量の燃料をすべて内燃機関に供給することを第２の技術的観点としている。

上述した構成によれば、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴおよび噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴが、噴射限界時期算出手段によって算出されるとともに、燃料噴射弁によって噴射すべき燃料の噴射期間である目標噴射期間が、目標噴射期間算出手段によって算出される。また、算出された噴射終了限界時期および目標噴射期間に応じて、目標噴射期間で規定される量の燃料の噴射を噴射終了限界時期に終了することが可能な燃料の噴射開始時期が第１暫定噴射開始時期として、第１暫定噴射開始時期算出手段により算出される。さらに、設定噴射開始時期が、検出された内燃機関の運転状態に応じ、噴射開始時期設定手段によって設定されるとともに、算出された第１暫定噴射開始時期および設定された設定噴射開始時期のうちの早い方が第２暫定噴射開始時期として、第２暫定噴射開始時期設定手段により設定される。また、設定された第２暫定噴射開始時期および噴射開始限界時期のうちの遅いほうが、燃料噴射弁によって噴射すべき燃料の噴射開始時期である目標噴射開始時期として、目標噴射開始時期設定手段により設定される。さらに、燃料噴射弁による燃料の噴射動作が、目標噴射期間および目標噴射開始時期に基づき、燃料噴射制御手段によって制御され、それにより、目標噴射期間で規定される量の燃料が燃焼室に噴射されるとともに、燃料の噴射が目標噴射開始時期から開始される。

上述した目標噴射開始時期の設定から明らかなように、目標噴射開始時期は、設定噴射開始時期、第１暫定噴射開始時期および噴射開始限界時期のうちの１つに設定される。図４は、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪが設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴに設定された場合の動作例を示している。まず、図４（ａ）に示すように、目標噴射期間で規定される量の燃料の噴射を噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴに終了することが可能な燃料の噴射開始時期が、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１として算出される。この場合、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴは、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１よりも早いので、第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２として設定される。また、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴに設定された第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２は、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴよりも遅いので、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪとして設定される。そして、燃料の噴射が目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪから開始されるとともに、目標噴射期間で規定される量の燃料が燃焼室に噴射される。

この場合、上記のように内燃機関の運転状態に応じた設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴから燃料の噴射が開始されることと、目標噴射期間で規定される量の燃料がすべて内燃機関に供給されることから、内燃機関の所望の出力トルクを得ることができる。また、目標噴射期間で規定される量の燃料をすべて、ＰＭ低減噴射期間において噴射することができるので、ＰＭを低減することができる。

また、図５は、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪが第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１に設定された場合の動作例を示している。まず、図５（ａ）に示すように、前述したようにして算出された第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１は、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴよりも早いので、第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２として設定される。また、図５（ｂ）に示すように、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１に設定された第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２は、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴよりも遅いので、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪとして設定される。そして、燃料の噴射が目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪから開始されるとともに、目標噴射期間で規定される量の燃料が燃焼室に噴射される。

この場合、図５（ｂ）から明らかなように、目標噴射期間で規定される量の燃料をすべて、ＰＭ低減噴射期間において噴射することができるので、図５（ｃ）に示す目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪを設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴに設定した場合と比較して、同図の矢印Ａに示すように、ＰＭを低減することができる。また、目標噴射期間で規定される量の燃料をすべて内燃機関に供給できることに加え、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪを、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴに設定した場合と比較して、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴに近いタイミングに設定できるので、そのときの内燃機関の運転状態に見合った出力トルクを得ることができる。

さらに、図６は、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪが噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴに設定された場合の動作例を示している。まず、図６（ａ）に示すように、前述したようにして算出された第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１は、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴよりも早いので、第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２として設定される。また、図６（ｂ）に示すように、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴは、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１に設定された第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２よりも遅いので、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪとして設定される。そして、目標噴射期間で規定される量の燃料が燃焼室に噴射されるとともに、燃料の噴射が目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪから開始される。これにより、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪとして噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴが設定された場合において、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪと目標噴射期間で規定される燃料の噴射終了時期が噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴよりも遅いときには、目標噴射期間に基づく燃料噴射弁による燃料の噴射が許容される。

この場合、図６（ｂ）から明らかなように、目標噴射期間で規定される所望の量の燃料をすべて内燃機関に供給することができる。また、燃料の噴射が噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴよりも早く開始されることがないので、前述した図３から明らかなように、ＰＭが大きく増大するのを防止できる。さらに、図６（ｃ）に示す目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪを設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴに設定した場合と比較して、同図の矢印Ｂに示すように、噴射終了時期を早めることができるので、その分、ＰＭを低減することができる。以上のように、本発明によれば、燃料の噴射開始時期を噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴよりも早くならないようにＰＭ低減噴射期間内のタイミングに設定でき、目標噴射期間で規定される量の燃料をすべて内燃機関に供給できるとともに、噴射開始時期を内燃機関の運転状態に応じた適切な設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴに可能な限り近づけることができる。

また、図４〜図６はいずれも、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴがＰＭ低減噴射期間内にある場合の動作例であるが、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴがＰＭ低減噴射期間外にある場合にも、上述した効果を同様に得ることができる。

前記目的を達成するため、請求項２に係る発明は、燃料噴射弁５による燃焼室３ｄへの燃料の噴射動作を制御するための内燃機関の燃料噴射制御方法であって、燃料の燃焼に伴って生成されるＰＭを低減可能な燃料の噴射期間を規定する噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴおよび噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴを算出し（実施形態における（以下、本項において同じ）ステップ１）、燃料噴射弁５から噴射すべき燃料の噴射期間である目標噴射期間（目標噴射時間ＴＩＯＢＪ）を算出し（ステップ２）、算出された噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴおよび目標噴射期間に基づいて、目標噴射期間で規定される量の燃料の噴射を噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴに終了することが可能な燃料の噴射開始時期を、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１として算出し（ステップ３）、内燃機関３の運転状態を検出し、検出された内燃機関３の運転状態（エンジン回転数ＮＥ、吸入空気量ＧＡＩＲ）に応じて設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴを設定し（ステップ４）、算出された第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１および設定された設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴのうちの早い方を、第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２として設定し（ステップ５〜７）、設定された第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２および噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴのうちの遅い方を、燃料噴射弁５によって噴射すべき燃料の噴射開始時期である目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪとして設定し（ステップ８〜１０）、目標噴射期間および目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪに基づいて燃料噴射弁５による燃料の噴射動作を制御し（ステップ１１）、目標噴射開始時期として噴射開始限界時期を設定した場合において、目標噴射期間および目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪで規定される燃料の噴射終了時期が噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴよりも遅いときには、目標噴射期間および目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪに基づく燃料噴射弁５による燃料の噴射動作を許容することを特徴とする。

以上の構成から明らかなように、本発明は、請求項１に係る発明と同様の作用によって、請求項１の発明による効果、すなわち、ＰＭを低減できるとともに、所望の量の燃料をすべて内燃機関に供給することができるという効果を、同様に得ることができる。
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置または請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御方法において、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴは、内燃機関３の回転数（エンジン回転数ＮＥ）が高いほど、より進角側の小さな値に算出されることを特徴とする。
この構成によれば、噴射開始限界時期は、内燃機関の回転数が高いほど、より進角側の小さな値に算出される。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置または燃料噴射制御方法において、噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴは、内燃機関３の回転数が高いほど、より進角側の小さな値に算出されることを特徴とする。
この構成によれば、噴射終了限界時期は、内燃機関の回転数が高いほど、より進角側の小さな値に算出される。
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置または燃料噴射制御方法において、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴは、内燃機関３の負荷が高いほど、より遅角側の大きな値に算出されることを特徴とする。
この構成によれば、噴射開始限界時期は、内燃機関の負荷が高いほど、より遅角側の大きな値に算出される。
請求項６に係る発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置または燃料噴射制御方法において、噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴは、内燃機関３の負荷が高いほど、より進角側の小さな値に算出されることを特徴とする。
この構成によれば、噴射終了限界時期は、内燃機関の負荷が高いほど、より進角側の小さな値に算出される。

本実施形態による燃料噴射制御装置を、これを適用した内燃機関とともに概略的に示す図である。 図１に示す燃料噴射制御装置によって実行される燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。 内燃機関が所定の運転状態にあるときに得られる、燃料の噴射時期と、噴射された燃料の燃焼に伴って生成されるＰＭとの一般的な関係を示す図である。 本発明による燃料噴射制御装置によって行われる動作を説明するための図である。 本発明による燃料噴射制御装置によって行われる、図４とは別の動作を説明するための図である。 本発明による燃料噴射制御装置によって行われる、図４および図５とは別の動作を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す内燃機関（以下「エンジン」という）３は、車両（図示せず）に動力源として搭載された、４つの気筒（同図には１つのみ図示）３ａを有する４サイクルタイプのディーゼルエンジンである。

エンジン３のピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃの間には、気筒３ａごとに、燃焼室３ｄが形成されている。また、シリンダヘッド３ｃには、気筒３ａごとに、燃焼室３ｄに吸気を導入するための吸気管４が接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）５が、燃焼室３ｄに臨むように取り付けられている。

インジェクタ５は、燃焼室３ｄの天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して、高圧ポンプおよび燃料タンク（いずれも図示せず）に順に接続されている。高圧ポンプは、燃料タンクの燃料を、高圧に昇圧した後、コモンレールを介してインジェクタ５に送り、インジェクタ５はこの燃料を燃焼室３ｄに噴射する。コモンレール内の燃料の圧力（以下「燃圧」という）ＰＦ、すなわち燃料の噴射圧力は、燃料噴射制御装置１の後述するＥＣＵ２で高圧ポンプを制御することによって、制御されるとともに、コモンレールに設けられた燃圧センサ２１によって検出され、その検出信号はＥＣＵ２に出力される。また、インジェクタ５の開弁時間（燃料の噴射期間）および開弁タイミングは、ＥＣＵ２によって制御され、それにより、燃料噴射量および噴射開始時期がそれぞれ制御される。

また、エンジン３のクランクシャフト３ｅには、クランク角センサ２２が設けられている。クランク角センサ２２は、磁気抵抗素子を有するタイプのものであり、クランクシャフト３ｅの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒３ａのピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）（以下「吸気ＴＤＣ」という）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒４サイクルタイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。また、ＥＣＵ２は、ＴＤＣ信号およびＣＲＫ信号に応じて、ＴＤＣ信号を基準としたクランク角度位置を算出する。

さらに、前記吸気管４には、エアフローセンサ２３と、燃焼室３ｄに吸入される吸入空気量を変更するためのスロットル弁（図示せず）が設けられている。このエアフローセンサ２３は、例えば熱線式のものであり、吸入空気量ＧＡＩＲを検出するとともに、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。このスロットル弁の開度は、ＥＣＵ２によって変更され、それにより吸入空気量ＧＡＩＲが制御される。

ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ２４から、車両のアクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。ＥＣＵ２は、算出されたエンジン回転数ＮＥおよび検出されたアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、エンジン３に要求される要求トルクを算出する。ＥＣＵ２による前述した高圧ポンプを介した燃圧ＰＦの制御およびスロットル弁を介した吸入空気量ＧＡＩＲの制御は、これらのエンジン回転数ＮＥおよび要求トルクに応じて行われる。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。また、ＥＣＵ２は、前述した各種のセンサ２１〜２４からの検出信号に応じて、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って、エンジン３の燃料噴射制御処理を実行する。

図２は、この燃料噴射制御処理を示している。本処理は、前述したＴＤＣ信号の発生に同期して繰り返し実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、エンジン回転数ＮＥ、検出された吸入空気量ＧＡＩＲおよび燃圧ＰＦに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴと、それよりも遅い噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴとを算出する。

これらの噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴおよび噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴは、前述した図３に示すＰＭ低減噴射期間を規定するものであり、ＴＤＣ信号を基準としたクランク角度位置（ｄｅｇ）に算出される。これにより、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴおよび噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴは、そのタイミングが遅いほど、より遅角側の大きな値に算出される。

また、上記のマップでは、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より進角側の小さな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、ピストン３ｂの移動速度が高く、それにより、ピストン３ｂの上面に付着する燃料の付着量が少なくなるためである。また、噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴも、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より進角側の小さな値に設定されている。これは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、燃料の噴射が終了してから着火が行われるまでの時間が短くなり、それにより、燃料が十分に霧化されないためである。

さらに、上記のマップでは、吸入空気量ＧＡＩＲが大きいことによりエンジン３の負荷が高いほど、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴはより遅角側の大きな値に、噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴはより進角側の小さな値に、それぞれ設定されている。これにより、両者ＳＯＩＬＭＴ，ＥＯＩＬＭＴで規定されるＰＭ低減噴射期間は、吸入空気量ＧＡＩＲが大きいほど、より短くなるように設定される。噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴが上記のように設定されているのは、吸入空気量ＧＡＩＲが大きいほど、インジェクタ５から噴射される燃料の噴射量が多くなり、それにより、ピストン３ｂの上面への燃料の付着量が多くなるためである。また、噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴが上記のように設定されているのは、吸入空気量ＧＡＩＲが大きいほど、燃料の噴射量が多くなり、それにより、燃料の霧化に必要な時間が長くなるためである。

次いで、インジェクタ５の開弁時間（ｍｓｅｃ）の目標値である目標噴射時間ＴＩＯＢＪを次のようにして算出する（ステップ２）。まず、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＧＡＩＲに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、基本噴射時間を算出する。このマップでは、基本噴射時間は、エンジン回転数ＮＥが高いほど、また、吸入空気量ＧＡＩＲが大きいほど、エンジン３のより大きな出力を得るために、より大きな値に設定されている。次いで、算出された基本噴射時間を燃圧ＰＦに応じて補正することにより、目標噴射時間ＴＩＯＢＪを算出する。

次に、上記ステップ１および２でそれぞれ算出された噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴおよび目標噴射時間ＴＩＯＢＪに基づいて、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１を算出する（ステップ３）。この算出は次のようにして行われる。すなわち、まず、目標噴射時間ＴＩＯＢＪを、エンジン回転数ＮＥに基づいてクランク角度（ｄｅｇ）に換算する。次いで、噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴが、前述したようにＴＤＣ信号を基準として遅いほどより大きなクランク角度位置に算出されることから、この噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴから、クランク角度に換算した目標噴射時間ＴＩＯＢＪを減算することによって、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１を算出する。これにより、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１は、目標噴射時間ＴＩＯＢＪで規定される量の燃料の噴射を噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴに終了することが可能な燃料の噴射開始時期として、ＴＤＣ信号を基準としたクランク角度位置に算出されるとともに、そのタイミングが遅いほど、より大きな値に算出される。

次いで、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＧＡＩＲに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴを算出する（ステップ４）。このマップでは、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴは、今回の吸入空気量ＧＡＩＲで表されるエンジン３の負荷に応じた所望の出力トルクが得られるような燃料の噴射開始時期に設定されている。また、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴは、ＴＤＣ信号を基準としたクランク角度位置で表され、そのタイミングが遅いほど、より大きくなる。

次に、上記ステップ３で算出された第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１が、ステップ４で算出された設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴよりも小さいか否かを判別する（ステップ５）。この答がＹＥＳで、ＳＯＩＴ１＜ＳＯＩＳＥＴのとき、すなわち、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１が設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴよりも早いときには、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１を第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２として設定する（ステップ６）。

一方、上記ステップ５の答がＮＯで、ＳＯＩＴ１≧ＳＯＩＳＥＴのとき、すなわち、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴおよび第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１が互いに同じタイミングであるとき、または、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴが第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１よりも早いときには、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴを第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２として設定する（ステップ７）。

上記ステップ６または７に続くステップ８では、設定された第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２が前記ステップ１で算出された噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴよりも大きいか否かを判別する。この答がＹＥＳで、ＳＯＩＴ２＞ＳＯＩＬＭＴのとき、すなわち、第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２が噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴよりも遅いときには、第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２を目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪとして設定する（ステップ９）。

一方、上記ステップ８の答がＮＯで、ＳＯＩＴ２≦ＳＯＩＬＭＴのとき、すなわち、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴおよび第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２が互いに同じタイミングであるとき、または、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴが第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２よりも遅いときには、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴを目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪとして設定する（ステップ１０）。

上記ステップ９または１０に続くステップ１１では、設定された目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪおよび目標噴射時間ＴＩＯＢＪに基づき、インジェクタ５の燃料の噴射動作を制御し、本処理を終了する。このステップ１１の実行により、インジェクタ５による燃料の噴射が目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪから開始されるとともに、目標噴射時間ＴＩＯＢＪで規定される量の燃料がインジェクタ５から燃焼室３ｄに噴射される。

また、本実施形態における各種の要素と、本発明における各種の要素との対応関係は次のとおりである。すなわち、本実施形態におけるクランク角センサ２２およびエアフローセンサ２３が、本発明における運転状態検出手段に相当するとともに、本実施形態におけるＥＣＵ２が、本発明における噴射限界時期算出手段、目標噴射期間算出手段、第１暫定噴射開始時期算出手段、運転状態検出手段、噴射開始時期設定手段、第２暫定噴射開始時期設定手段、目標噴射開始時期設定手段、および燃料噴射制御手段に相当する。また、本実施形態におけるエンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＧＡＩＲが、本発明における内燃機関の運転状態に相当するとともに、本実施形態における目標噴射時間ＴＩＯＢＪが、本発明における目標噴射期間に相当する。

以上のように、本実施形態によれば、ＰＭ低減噴射期間を規定する噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴおよび噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴと、インジェクタ５から噴射すべき燃料の噴射期間である目標噴射時間ＴＩＯＢＪが算出されるとともに、目標噴射時間ＴＩＯＢＪで規定される量の燃料の噴射を噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴに終了することが可能な燃料の噴射開始時期が、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１として算出される。また、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＧＡＩＲで表されるエンジン３の運転状態に応じて、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴが算出されるとともに、算出された第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１および設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴのうちの早い方が、第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２として設定される。また、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１および設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴが互いに同じタイミングであるときには、後者ＳＯＩＳＥＴが第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２として設定される。

さらに、設定された第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２および噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴのうちの遅い方が、インジェクタ５によって噴射すべき燃料の噴射開始時期である目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪとして設定される。また、第２暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ２および噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴが互いに同じタイミングであるときには、後者ＳＯＩＬＭＴが目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪとして設定される。そして、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪおよび目標噴射時間ＴＩＯＢＪに基づいてインジェクタ５の燃料の噴射動作が制御され、それによりインジェクタ５の燃料噴射が目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪから開始されるとともに、目標噴射時間ＴＩＯＢＪで規定される量の燃料が噴射される。

以上により、燃料噴射制御装置１では、前述した図４〜図６を用いて説明した動作が同様にして行われる。したがって、図４に示すように、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴが、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１よりも早く且つ噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴよりも遅いことによって、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪとして用いられたときには、エンジン３の運転状態に応じた設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴから燃料の噴射が開始されることと、目標噴射時間ＴＩＯＢＪで規定される量の燃料がすべてエンジン３に供給されることから、エンジン３の所望の出力トルクを得ることができる。また、目標噴射時間ＴＩＯＢＪで規定される量の燃料をすべて、ＰＭ低減噴射期間において噴射することができるので、ＰＭを低減することができる。

また、図５に示すように、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１が、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴよりも早く且つ噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴよりも遅いことによって、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪとして用いられたときには、目標噴射時間ＴＩＯＢＪで規定される量の燃料をすべて、ＰＭ低減噴射期間において噴射することができるので、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪを設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴに設定した場合と比較して、ＰＭを低減することができる。また、目標噴射時間ＴＩＯＢＪで規定される量の燃料をすべてエンジン３に供給できることに加え、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪを、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴに設定した場合と比較して、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴに近いタイミングに設定できるので、そのときのエンジン３の運転状態に見合った出力トルクを得ることができる。

さらに、図６に示すように、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１が設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴおよび噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴのいずれよりも早いことによって、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴが目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪとして用いられたときには、目標噴射時間ＴＩＯＢＪで規定される所望の量の燃料をすべてエンジン３に供給することができる。また、燃料の噴射が噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴよりも早く開始されることがないので、前述した図３から明らかなように、ＰＭが大きく増大するのを防止できる。さらに、目標噴射開始時期ＳＯＩＯＢＪを設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴに設定した場合と比較して、噴射終了時期を早めることができるので、その分、ＰＭを低減することができる。

また、図４〜図６はいずれも、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴがＰＭ低減噴射期間内にある場合の動作例であるが、燃料噴射制御装置１によれば、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴがＰＭ低減噴射期間外にある場合にも、上述した効果を同様に得ることができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴ、噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴ、第１暫定噴射開始時期ＳＯＩＴ１および設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴを、ＴＤＣ信号を基準としたクランク角度位置で規定しているが、これ以外を基準としてもよい。あるいは、これらのパラメータＳＯＩＬＭＴ、ＥＯＩＬＭＴ、ＳＯＩＴ１およびＳＯＩＳＥＴを、クランク角度位置ではなく、例えばＴＤＣ信号の発生時からの経過時間で規定してもよい。

また、実施形態では、エンジン３の運転状態として、エンジン回転数ＮＥおよび吸入空気量ＧＡＩＲを用いているが、エンジン３の運転状態を表すとともに、設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴの設定に適したパラメータであれば、これらに代えて、またはこれらとともに、例えばエンジン３に要求される要求トルクを用いてもよい。さらに、実施形態では、目標噴射時間ＴＩＯＢＪを、時間（ｍｓｅｃ）で規定しているが、クランク角度（ｄｅｇ）で規定してもよい。また、実施形態では、図２のフローチャートから明らかなように、噴射開始限界時期ＳＯＩＬＭＴ、噴射終了限界時期ＥＯＩＬＭＴ、目標噴射時間ＴＩＯＢＪ、および設定噴射開始時期ＳＯＩＳＥＴを、この順に算出しているが、これらのパラメータは互いに独立して算出することができるので、それらの算出の順序は、これに限らず、任意である。

さらに、実施形態は、本発明による燃料噴射制御装置を、車両用のディーゼルエンジンであるエンジン３に適用した例であるが、燃料噴射制御装置は、これに限らず、ガソリンエンジンや、ＬＰＧエンジン、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンなど、産業用の各種の内燃機関に適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

１ 燃料噴射制御装置
２ ＥＣＵ（噴射限界時期算出手段、目標噴射期間算出手段、第１暫定噴射開 始時期算出手段、運転状態検出手段、噴射開始時期設定手段、第２暫定噴 射開始時期設定手段、目標噴射開始時期設定手段、燃料噴射制御手段）
３ エンジン
３ｄ 燃焼室
５ インジェクタ
２２ クランク角センサ（運転状態検出手段）
２３ エアフローセンサ（運転状態検出手段）
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の運転状態）
ＧＡＩＲ 吸入空気量（内燃機関の運転状態）
ＳＯＩＬＭＴ 噴射開始限界時期
ＥＯＩＬＭＴ 噴射終了限界時期
ＴＩＯＢＪ 目標噴射時間（目標噴射期間）
ＳＯＩＴ１ 第１暫定噴射開始時期
ＳＯＩＳＥＴ 設定噴射開始時期
ＳＯＩＴ２ 第２暫定噴射開始時期
ＳＯＩＯＢＪ 目標噴射開始時期

Claims (6)

1. 内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記噴射された燃料の燃焼に伴って生成されるＰＭを低減可能な燃料の噴射期間を規定する噴射開始限界時期および噴射終了限界時期を算出する噴射限界時期算出手段と、
   前記燃料噴射弁から噴射すべき燃料の噴射期間である目標噴射期間を算出する目標噴射期間算出手段と、
   前記算出された噴射終了限界時期および目標噴射期間に基づいて、前記目標噴射期間で規定される量の燃料の噴射を前記噴射終了限界時期に終了することが可能な燃料の噴射開始時期を、第１暫定噴射開始時期として算出する第１暫定噴射開始時期算出手段と、
   前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   当該検出された内燃機関の運転状態に応じて設定噴射開始時期を設定する噴射開始時期設定手段と、
   前記算出された第１暫定噴射開始時期および前記設定された設定噴射開始時期のうちの早い方を、第２暫定噴射開始時期として設定する第２暫定噴射開始時期設定手段と、
   当該設定された第２暫定噴射開始時期および前記噴射開始限界時期のうちの遅い方を、前記燃料噴射弁によって噴射すべき燃料の噴射開始時期である目標噴射開始時期として設定する目標噴射開始時期設定手段と、
   前記目標噴射期間および前記目標噴射開始時期に基づいて前記燃料噴射弁による燃料の噴射動作を制御する燃料噴射制御手段と、を備え、
   前記目標噴射開始時期として前記噴射開始限界時期が設定された場合において、前記目標噴射期間および前記目標噴射開始時期で規定される燃料の噴射終了時期が前記噴射終了限界時期よりも遅いときには、前記目標噴射期間および前記目標噴射開始時期に基づく前記燃料噴射弁による燃料の噴射動作が許容されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 燃料噴射弁による燃焼室への燃料の噴射動作を制御するための内燃機関の燃料噴射制御方法であって、
   燃料の燃焼に伴って生成されるＰＭを低減可能な燃料の噴射期間を規定する噴射開始限界時期および噴射終了限界時期を算出し、
   前記燃料噴射弁から噴射すべき燃料の噴射期間である目標噴射期間を算出し、
   前記算出された噴射終了限界時期および目標噴射期間に基づいて、前記目標噴射期間で規定される量の燃料の噴射を前記噴射終了限界時期に終了することが可能な燃料の噴射開始時期を、第１暫定噴射開始時期として算出し、
   前記内燃機関の運転状態を検出し、
   当該検出された内燃機関の運転状態に応じて設定噴射開始時期を設定し、
   前記算出された第１暫定噴射開始時期および前記設定された設定噴射開始時期のうちの早い方を、第２暫定噴射開始時期として設定し、
   当該設定された第２暫定噴射開始時期および前記噴射開始限界時期のうちの遅い方を、前記燃料噴射弁によって噴射すべき燃料の噴射開始時期である目標噴射開始時期として設定し、
   前記目標噴射期間および前記目標噴射開始時期に基づいて前記燃料噴射弁による燃料の噴射動作を制御し、
   前記目標噴射開始時期として前記噴射開始限界時期を設定した場合において、前記目標噴射期間および前記目標噴射開始時期で規定される燃料の噴射終了時期が前記噴射終了限界時期よりも遅いときには、前記目標噴射期間および前記目標噴射開始時期に基づく前記燃料噴射弁による燃料の噴射動作を許容することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
3. 前記噴射開始限界時期は、前記内燃機関の回転数が高いほど、より進角側の小さな値に算出されることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置または請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御方法。
4. 前記噴射終了限界時期は、前記内燃機関の回転数が高いほど、より進角側の小さな値に算出されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置または燃料噴射制御方法。
5. 前記噴射開始限界時期は、前記内燃機関の負荷が高いほど、より遅角側の大きな値に算出されることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置または燃料噴射制御方法。
6. 前記噴射終了限界時期は、前記内燃機関の負荷が高いほど、より進角側の小さな値に算出されることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置または燃料噴射制御方法。

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