JP6447434B2 - 燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに適用される燃料噴射制御装置に関する。

ディーゼルエンジンは、燃料噴射弁から噴射された燃料を燃焼室の圧縮により自着火させるため、ガソリンエンジンに比べて圧縮比が高く、燃料の燃焼により発生する燃焼室内の筒内圧のピークが高くなる。筒内圧のピークがその許容上限値を超えると、エンジンの信頼性が低下する懸念がある。このため、エンジンの強度を向上させることにより許容上限値を高くすることも考えられる。しかしながら、エンジンの強度を向上させると、エンジンの重量及びコストが増加する懸念がある。

そこで、下記特許文献１に見られるように、燃料噴射弁の燃料噴射開始直後から燃料噴射量を緩やかに増加させるような噴射率にて燃料噴射制御を行うことにより、等圧燃焼を実現する燃料噴射装置が知られている。これにより、筒内圧のピークを低下させる。この燃料噴射装置は、燃料を高圧状態で蓄える高圧蓄圧室と、燃料を低圧状態で蓄える低圧蓄圧室とを備えている。燃料噴射装置は、さらに、燃料噴射弁に供給する燃料を高圧蓄圧室からの高圧燃料及び低圧蓄圧室からの低圧燃料のいずれかに切り替える切替弁と、燃料噴射弁の噴射開始タイミング及び噴射終了タイミングを制御する開閉弁とを備えている。切替弁及び開閉弁が通電操作されることにより、燃料噴射開始直後から燃料噴射量を緩やかに増加させるような噴射率にて燃料噴射制御を行っている。

特開２００１−１５９３７９号公報

ここで、上記特許文献１に記載の燃料噴射装置では、等圧燃焼を実現するために、高圧蓄圧室及び開閉弁に加え、低圧蓄圧室及び切替弁といった構成が必要となり、燃料噴射系の構成が複雑となる。その結果、燃料噴射系のコストが増加したり、燃料噴射系の搭載対象への搭載性が悪化したりする懸念がある。

本発明は、簡素な構成で等圧燃焼を実現することができる燃料噴射制御装置を提供することを主たる目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、燃焼室（１０ａ）内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（１８）を備えるディーゼルエンジン（１０）に適用され、燃焼開始後における前記燃焼室内の筒内圧のピークを等圧目標値に応じて略一定に保つ等圧燃焼制御を実施する場合に、前記筒内圧が前記等圧目標値に到達する以前の圧力上昇期間と前記等圧目標値に到達した後の等圧期間とを含む制御期間において、筒内圧の時系列の目標値である目標圧力を前記エンジンの運転状態に基づいて設定する目標設定部と、前記燃焼室内の筒内圧を前記目標圧力に制御すべく、前記エンジンの１燃焼サイクルあたりに要求される燃料噴射量を分割して前記燃料噴射弁から多段噴射させる噴射制御部と、を備えることを特徴とする。

ディーゼルエンジンでは、騒音及びエミッションを低減させるために、１燃焼サイクルにおいて燃料噴射弁から燃焼室内に複数回噴射させる多段噴射が行われている。本願発明者は、多段噴射を用いることにより、燃焼開始後における燃焼室内の筒内圧のピークを等圧目標値に応じて略一定に保つ上で好適であり、等圧燃焼制御を適正に実施できるとの知見を得た。

そこで上記発明では、等圧燃焼制御を実施する場合に、筒内圧が等圧目標値に到達する以前の圧力上昇期間と等圧目標値に到達した後の等圧期間とを含む制御期間において、筒内圧の時系列の目標値である目標圧力をエンジンの運転状態に基づいて設定する。そして、エンジンの１燃焼サイクルあたりに要求される燃料噴射量を分割して燃料噴射弁から多段噴射させることにより、筒内圧を目標圧力に制御する。これにより、多段噴射を用いた簡素な構成で等圧燃焼を実現することができる。

車載エンジンシステムの全体構成図。 理想的な等圧燃焼が実現される場合の筒内圧波形を示す図。 多段噴射を用いた等圧燃焼が実現される場合の筒内圧波形を示す図。 燃料噴射制御処理の手順を示すフローチャート。 目標圧力波形を示す図。 筒内圧が圧力制限値Ｐｌｉｍを超える場合の筒内圧波形を示す図。 減量補正処理の具体例を示す図。 筒内圧の実傾斜Ｐｓｌｐｒｌの算出手法の具体例を示す図。 傾斜補正処理の具体例を示す図。 傾斜補正処理の具体例を示す図。 筒内圧の等圧目標値Ｐｔｐｔｇの算出手法を示す図。 最大値補正処理の具体例を示す図。 その他の実施形態に係る実傾斜Ｐｓｌｐｒｌの算出手法を示す図。

以下、本発明に係る燃料噴射制御装置をコモンレール式燃料噴射装置が備えられる多気筒ディーゼルエンジンに適用した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

本実施形態において、図１に示すエンジン１０は、車載主機として車両に搭載されている。エンジン１０の吸気通路１１には、上流側から順に、吸入される空気量を検出するエアフローメータ１２、後述するターボチャージャ１６によって過給された吸気を冷却するインタークーラ１３、更にはスロットルバルブ装置１４が設けられている。スロットルバルブ装置１４は、ＤＣモータ等のアクチュエータにより、スロットルバルブ１４ａの開度を調節する。

吸気通路１１においてスロットルバルブ装置１４の下流側には、サージタンク１５を介してエンジン１０の各気筒の燃焼室１０ａが接続されている。燃焼室１０ａは、エンジン１０のシリンダブロック１０ｂ及びピストン１７にて区画されている。エンジン１０には、燃焼室１０ａ内に先端部が突出した燃料噴射弁１８が設けられている。燃料噴射弁１８には、蓄圧容器としてのコモンレール１９から高圧の燃料（具体的には軽油）が供給される。コモンレール１９には、燃料ポンプ２０から燃料が圧送される。なお、図１では、１つの気筒のみを示している。

燃料噴射弁１８は、ニードルと、燃料を噴射する噴孔が先端部に複数形成され、内部にニードルが収容されるボディとを備えている。ボディの内面とニードルの外面との間には、ボディの軸方向に延びてかつコモンレール１９から供給された燃料が通過する環状の燃料通路が形成されている。ボディ先端部の内面には、ニードルの先端部が着座する着座面が形成されている。ボディのうち着座面よりも先端側には、上記燃料通路において環状に分布する燃料を集合させて噴孔と連通させるサック室が形成されている。この構成において、ニードルを着座面に着座させることにより、上記燃料通路と噴孔との間が遮断され、燃料噴射が停止される。一方、通電操作によってニードルを着座面から離座させることにより、上記燃料通路と噴孔との間が連通される。その結果、燃料通路の燃料は、サック室を介して噴孔から燃焼室１０ａへと直接噴射供給される。

先の図１の説明に戻り、エンジン１０の各気筒の吸気ポート及び排気ポートのそれぞれは、吸気バルブ２１及び排気バルブ２２のそれぞれにより開閉される。ここでは、吸気バルブ２１の開弁によってインタークーラ１３で冷却された吸気や、後述する外部ＥＧＲが燃焼室１０ａに導入される。吸気等が導入された状態で燃料噴射弁１８から燃焼室１０ａに燃料が噴射されると、燃焼室１０ａの圧縮によって燃料が自己着火し、燃焼によってエネルギが発生する。このエネルギは、ピストン１７を介して、ディーゼルエンジン１０のクランク軸２３の回転エネルギとして取り出される。燃焼に供されたガスは、排気バルブ２２の開弁によって、排気通路２４に排気として排出される。なお、クランク軸２３付近には、クランク軸２３の回転角度を検出するクランク角度センサ２５が設けられている。

車両には、ターボチャージャ１６が設けられている。ターボチャージャ１６は、吸気通路１１に設けられた吸気コンプレッサ１６ａと、排気通路２４に設けられた排気タービン１６ｂと、これらを連結する回転軸１６ｃとを備えている。詳しくは、排気通路２４を流れる排気のエネルギによって排気タービン１６ｂが回転し、その回転エネルギが回転軸１６ｃを介して吸気コンプレッサ１６ａに伝達され、吸気コンプレッサ１６ａによって吸気が圧縮される。すなわち、ターボチャージャ１６によって吸気が過給される。なお本実施形態では、ターボチャージャ１６として、通電操作によって吸気の過給圧を調節可能なものを想定している。

なお、排気通路２４のうちターボチャージャ１６の下流側には、排気を浄化する浄化装置２６が設けられている。

排気通路２４に排出された排気の一部は、ＥＧＲ通路２７を介して吸気通路１１に還流される。詳しくは、排気通路２４のうち排気タービン１６ｂの上流側は、ＥＧＲ通路２７を介してサージタンク１５に接続されている。ＥＧＲ通路２７には、ＥＧＲバルブ装置２８が設けられている。ＥＧＲバルブ装置２８は、ＤＣモータ等のアクチュエータにより、ＥＧＲバルブ２８ａの開度を調節する。ＥＧＲバルブ２８ａの開度に応じて、排気通路２４に排出された排気の一部が、ＥＧＲクーラ２９によって冷却された後に外部ＥＧＲとしてサージタンク１５に供給される。

エンジンシステムを制御対象とする電子制御装置であるＥＣＵ３０は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ３０には、吸気圧センサ３１、吸気温センサ３２、排気温センサ３３、圧力検出部としての筒内圧センサ３４、燃圧センサ３５、水温センサ３６、アクセルセンサ３７、エアフローメータ１２、及びクランク角度センサ２５の検出値が入力される。吸気圧センサ３１は、サージタンク１５内の圧力を検出し、吸気温センサ３２は、サージタンク１５内の吸気温度を検出する。排気温センサ３３は、燃焼室１０ａから排出された排気の温度を検出し、筒内圧センサ３４は、燃焼室１０ａ内の圧力（以下「筒内圧」という。）を検出する。燃圧センサ３５は、コモンレール１９内の燃料圧力を検出し、水温センサ３６は、エンジン１０の冷却水温を検出する。アクセルセンサ３７は、ドライバのアクセル操作部材のアクセル操作量を検出し、具体的にはアクセルペダルの踏み込み量を検出する。

ＥＣＵ３０は、上述した各種センサの検出値に基づいて、燃料噴射弁１８の燃料噴射制御、燃料ポンプ２０の駆動制御、ＥＧＲバルブ装置２８の駆動制御、及びターボチャージャ１６による過給圧制御を含むエンジン１０の燃焼制御を行う。

特にＥＣＵ３０は、エンジン１０の高負荷領域において、等圧燃焼を実現するための燃料噴射制御を行う。等圧燃焼は、燃焼開始後における燃焼室１０ａ内の筒内圧のピークを等圧目標値に応じて略一定に保つようにしたものである。図２には、本実施形態において理想的な等圧燃焼となる場合のクランク軸２３の回転角度位置（以下「クランク角度位置」という。）に対する筒内圧の波形を実線にて示している。また、図２には、比較のために、等圧燃焼を行わずＴＤＣ後に単段噴射を行う場合の筒内圧の波形を一点鎖線にて示している。なお、Ｐｍａｘはエンジン１０の信頼性を維持可能な筒内圧の許容上限値であり、Ｐｌｉｍは許容上限値Ｐｍａｘよりも低い値に設定される圧力制限値である。また、Ｐｔｐｔｇは燃焼開始後における筒内圧のピークの目標値である等圧目標値であり、圧力制限値Ｐｌｉｍ以下に設定される値である。

本実施形態では、図３（ｂ）、及び図３（ｃ）の実線に示すように、多段噴射を用いることにより、等圧燃焼を実現する。多段噴射は、１燃焼サイクルにおいてエンジン１０の出力トルク生成に要求される燃料噴射量を分割して燃料噴射弁１８から複数回噴射させる噴射である。本実施形態では、多段噴射として３段噴射を用いる。なお、図３（ｃ）には、１燃焼サイクルにおいてエンジン１０に要求される燃料噴射量を燃料噴射弁１８から１回の噴射で供給する単段噴射を実施する場合の筒内圧の波形を破線にて示した。

図３（ａ）に示すようにＴＤＣ後に単段噴射が実施される場合、筒内の容積変化に伴いＴＤＣで筒内圧がピーク値に達した後、単段噴射の燃料分の燃焼により筒内圧の上昇及び低下が生じている。これに対し、多段噴射が実施される場合には、各噴射段の燃料分の燃焼の都度、筒内圧が上昇及び低下し、３回の圧力ピークが生じている。

図４に、本実施形態に係る燃料噴射制御処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ３０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、エンジン１０の運転状態を取得する。本実施形態において、運転状態には、エンジン回転速度ＮＥ、アクセルセンサ３７によって検出されたアクセル操作量Ａｃｃ、及び吸気圧センサ３１によって検出された過給圧Ｐｉｎが含まれる。なお、エンジン回転速度ＮＥは、クランク角度センサ２５の検出値に基づいて算出されればよい。

続くステップＳ１１では、ステップＳ１０で取得したエンジン１０の運転状態に基づいて、等圧燃焼モードで燃料噴射制御する状況であるか否かを判定する。具体的には例えば、運転状態から把握されるエンジン１０の要求出力が所定出力以上であるか否か、又はエンジン１０の要求出力がエンジン回転速度ＮＥから定まる最高出力であるか否かを判定する。

続くステップＳ１２では、ステップＳ１０で取得したエンジン１０の運転状態に基づいて、等圧燃焼を実現するための筒内圧の目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅを設定する。目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅは、筒内圧が等圧目標値Ｐｔｐｔｇに到達する以前の圧力上昇期間と、筒内圧が等圧目標値Ｐｔｐｔｇに到達した後の等圧期間とを含む制御期間において、筒内圧の時系列の目標値である目標圧力を規定するものである。目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅは、図５に示すように、少なくとも開始圧力Ｐｓｔ、目標傾斜Ｐｓｌｐｔｇ、及び等圧目標値Ｐｔｐｔｇをエンジン１０の運転状態に基づいて設定することにより規定される。なお、開始圧力Ｐｓｔは、燃焼室１０ａの容積減少が行われる圧縮行程において燃焼開始前の所定クランク角度位置の筒内圧である。また、図５の破線は、燃焼室１０ａ内で燃料の燃焼が行われない場合の筒内圧波形を示す。

ちなみに、目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅとして、後述する多段噴射が実施される場合に噴射段ごとに燃焼が行われることを想定して、各噴射段に対応する複数の圧力ピークを含む圧力波形を設定する構成であってもよい（図６の破線参照）。

目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅの設定手法について詳しく説明すると、本実施形態では、運転状態に基づいて、開始圧力Ｐｓｔと、開始圧力Ｐｓｔとなるクランク角度位置である第１タイミングθ１とを設定する。ここで、開始圧力Ｐｓｔは、例えば、吸気バルブ２１の閉弁タイミングθｉｐにおける過給圧Ｐｉｎに基づいて設定してもよい。

上記目標傾斜Ｐｓｌｐｔｇは、クランク軸２３の単位回転角度あたりにおける筒内圧上昇量の目標値である。開始圧力Ｐｓｔを起点に筒内圧を目標傾斜Ｐｓｌｐｔｇで上昇させることにより、筒内圧が等圧目標値Ｐｔｐｔｇに到達するタイミングを第２タイミングθ２に設定する。また、等圧目標値Ｐｔｐｔｇを継続する期間の終了タイミングである第３タイミングθ３を運転状態に基づいて設定する。本実施形態では、目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅのうち、第１タイミングθ１から第２タイミングθ２までの直線状に筒内圧が上昇する圧力上昇期間における波形を第１圧力波形とし、第２タイミングθ２から第３タイミングθ３までの等圧期間における波形を第２圧力波形とする。なお本実施形態において、ステップＳ１２の処理が目標設定部に相当する。

先の図４の説明に戻り、続くステップＳ１３では、後述するステップＳ２３，Ｓ２６で用いる第１，第２閾値α，βを設定する。ここで、第１，第２閾値α，βは、固定値に設定してもよいし、エンジン１０の運転状態に応じて可変設定してもよい。

続くステップＳ１４では、上限閾値としての圧力制限値Ｐｌｉｍと、温度制限値Ｔｌｉｍとを設定する。

続くステップＳ１５では、エンジン１０の運転状態に基づいて、目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅを実現する燃料噴射弁１８からの多段噴射態様を設定する。多段噴射態様には、多段噴射の各噴射段の開始タイミング、各噴射段の噴射時間、及び時間的に隣り合う噴射段の間のインターバルが含まれる。なお、多段噴射態様は、例えば、エンジン１０の運転状態と関係付けられた多段噴射態様が規定されるマップを用いて設定すればよい。

ちなみに、１燃焼サイクルにおいて要求される上記多段噴射による燃料噴射量の合計値は、図５の実線にて示すように、目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅと、破線にて示す筒内圧波形とで挟まれた領域の面積のうち、第１タイミングθ１から第３タイミングθ３までの面積Ｓｔに応じて設定されている。この面積Ｓｔが大きいほど、上記燃料噴射量の合計値が大きく設定されている。上記燃料噴射量の合計値は、１燃焼サイクルあたりに要求されるエンジン１０の出力トルク生成に寄与する燃料噴射量であり、この燃料噴射量が分割されて各噴射段に割り当てられる。

続くステップＳ１６では、筒内圧波形を目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅに制御すべく、ステップＳ１５で設定された多段噴射態様にて、燃料噴射弁１８から多段噴射させる。なお本実施形態において、ステップＳ１５，Ｓ１６の処理が噴射制御部を構成する。

続くステップＳ１７では、多段噴射中において筒内圧センサ３４によって検出された筒内圧（以下「実筒内圧Ｐｒｅａｌ」という。）の波形を取得する。取得された実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形は、ＥＣＵ３０が備える記憶部（具体的にはメモリ）に記憶される。

続くステップＳ１８では、排気温センサ３３によって検出された排気温Ｔｅｘが温度制限値Ｔｌｉｍを超えているか否かを判定する。ステップＳ１８において肯定判定した場合には、ステップＳ１９に進み、次回の燃焼サイクルにおいて設定される多段噴射のうち、最終段の燃料噴射量を減量補正する。具体的には、最終段の噴射時間を短縮する。ステップＳ１９の処理は、排気温が過度に高くなることにより排気系の信頼性が低下するのを回避するための処理である。なお、排気温Ｔｅｘから温度制限値Ｔｌｉｍを減算した値が大きいほど、燃料噴射量の減量度合いを大きく設定すればよい。

ステップＳ１８において否定判定した場合には、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０以降の処理では、圧力超過、傾斜ずれ、及び最大圧力ずれを解消するための処理を行う。圧力超過とは、実筒内圧Ｐｒｅａｌが圧力制限値Ｐｌｉｍを超える現象のことである。傾斜ずれとは、圧力上昇期間において、実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形が第１圧力波形からずれる現象のことである。最大圧力ずれとは、等圧期間において、実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形が第２圧力波形からずれる現象のことである。

本実施形態では、多段噴射を実施している状況下での実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形において、（１）圧力超過が生じているか否かの判定、（２）傾斜ずれが生じているか否かの判定、（３）最大圧力ずれが生じているか否かの判定を、（１）、（２）、（３）の順に優先度が低くなるようにして実施する。つまり、仮に１燃焼サイクルにおいて、圧力超過、傾斜ずれ、及び最大圧力ずれが同時に生じている場合には、まず圧力超過が生じていることが判定され、その判定結果に基づいて、圧力超過を解消するための処理が実施される。そして、圧力超過を解消するための処理が実施された後に、傾斜ずれが生じていると判定されると、その判定結果に基づいて、傾斜ずれを解消するための処理が実施される。さらに、傾斜ずれを解消するための処理が実施された後に、最大圧力ずれが生じていると判定されると、その判定結果に基づいて、最大圧力ずれを解消するための処理が実施される。

詳しくは、ステップＳ２０では、圧力超過が発生しているか否かを判定する。具体的には、今回の燃焼サイクルにおいて取得された実筒内圧Ｐｒｅａｌが圧力制限値Ｐｌｉｍを超えているか否かを判定する。なお本実施形態において、ステップＳ２０の処理が上限判定部に相当する。

ステップＳ２０で肯定判定した場合には、ステップＳ２１に進み、圧力超過を解消すべく、多段噴射のうち実筒内圧Ｐｒｅａｌが圧力制限値Ｐｌｉｍを超えた燃焼に対応する噴射段の燃料噴射量を、次回の燃焼サイクルにおいて減量補正する減量補正処理を行う。具体的には、次回の燃焼サイクルのステップＳ１５で設定される噴射段の燃料噴射量を減量補正する。本実施形態において、ステップＳ２１の処理が減量補正部に相当する。以下、図６及び図７を用いて、減量補正処理について説明する。

まず図６に、今回の燃焼サイクルにおいて、実筒内圧Ｐｒｅａｌが圧力制限値Ｐｌｉｍを超えた場合を示す。図６（ａ）は燃料噴射弁１８の多段噴射の噴射パルス（噴射指令信号）を示し、図６（ｂ）は筒内圧の推移を示す。ここで図６（ｂ）では、多段噴射を用いた場合において理想とする等圧燃焼制御が行われたときの筒内圧波形を破線にて示し、実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形を実線にて示す。図６（ｂ）に破線にて示すように、３段噴射のうち２，３段目の噴射に対応する実筒内圧Ｐｒｅａｌのピーク値が圧力制限値Ｐｌｉｍを超えている。実筒内圧Ｐｒｅａｌが圧力制限値Ｐｌｉｍを超えるのは、燃料に係る要因があるためである。

詳しくは、車両で使用される燃料の性状が、エンジン１０の運転状態と関係付けて目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅを適合した時に想定した燃料性状と異なることがある。具体的には、実際の軽油のセタン価が、適合した時に想定したセタン価よりも低いことがある。セタン価が低いと、燃料の着火性が悪化し、多段噴射のうち１段目で噴射された燃料の燃焼が遅れることがある。この場合、１段目の燃料は、２段目で噴射された燃料とともに燃焼する。その結果、筒内圧が大きく上昇し、実筒内圧Ｐｒｅａｌが圧力制限値Ｐｌｉｍを超えるおそれがある。

図６においては、目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅとして、圧力制限値Ｐｌｉｍ以下の範囲で３段の多段噴射に対応して３回の圧力ピークが生じることが想定されているものの、実際には、１段目の燃料分の燃焼による圧力上昇が生じず、２段目及び３段目の燃料分の燃焼による圧力上昇が過剰となっている。この場合、２段目の燃料分の燃焼時には、１段目の燃料分が合わせて燃焼されることで筒内圧が過剰に上昇し、３段目の燃料分の燃焼時には、筒内圧レベルが高められている状態下で圧力上昇が生じることで筒内圧が過剰に上昇すると考えられる。

なお、実筒内圧Ｐｒｅａｌが圧力制限値Ｐｌｉｍを超える要因としては、車両周囲の環境に係る要因もある。詳しくは、実際の環境に係る要因が、エンジン１０の運転状態と関係付けて目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅを適合した時に想定した環境に係る要因と異なることがある。具体的には例えば、実際の吸気温が、適合した時に想定した吸気温よりも低いことがある。吸気温が低い場合、吸気温が高い場合よりも着火時における筒内圧が高くなる。その結果、筒内圧レベルが高められている状態で燃焼の燃焼が生じ、実筒内圧Ｐｒｅａｌが圧力制限値Ｐｌｉｍを超えるおそれがある。

続いて、図７に、図６に示した燃焼サイクルの次の燃焼サイクルにおいて、減量補正処理を行った場合を示す。図７（ａ）は多段噴射の噴射パルスを示し、図７（ｂ）は実筒内圧Ｐｒｅａｌの推移を示す。なお、図６及び図７では、目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅが同一であり、図７（ｂ）に破線にて示す補正前の実筒内圧Ｐｒｅａｌが、図６（ｂ）に実線にて示す実筒内圧Ｐｒｅａｌに相当する。

図７（ｂ）に示すように、３段噴射のうち２，３段目の燃料噴射時間を短縮することにより、燃料噴射量を減量補正する。多段噴射の各噴射段に対応して実筒内圧Ｐｒｅａｌにピークが出現し得る。このため、燃料噴射量が減量補正された噴射段に対応する実筒内圧Ｐｒｅａｌのピーク値を低下させることができる。本実施形態では、圧力制限値Ｐｌｉｍを超えた噴射段について、実筒内圧Ｐｒｅａｌのピーク値から圧力制限値Ｐｌｉｍを減算した値が大きいほど、燃料噴射量の減量度合いを大きくする。なお本実施形態では、２，３段目の燃料噴射開始タイミングは補正しない。

なお、図７では、２段目の燃料分の燃焼時における筒内圧の上昇を低減すれば、筒内圧波形全体のレベルが下がるため、少なくとも２段目の燃料噴射量を減量補正すればよい。すなわち、複数の実筒内圧Ｐｒｅａｌのピークで圧力制限値Ｐｌｉｍを超える場合には、最初に圧力制限値Ｐｌｉｍを超える実筒内圧Ｐｒｅａｌのピークに対応する噴射段の燃料噴射量を減量補正するとよい。

減量補正する噴射段は、実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形から特定することができる。詳しくは、取得した１燃焼サイクルにおける実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形のうち圧力制限値Ｐｌｉｍを超えた部分を、実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形を時間軸において後ろから順次特定する。これにより、圧力制限値Ｐｌｉｍを超えた実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形部分に対応する噴射段を減量補正対象として特定する。

先の図４の説明に戻り、ステップＳ２０で圧力超過が発生していないと判定した場合には、ステップＳ２２に進み、実傾斜Ｐｓｌｐｒｌを算出する。実傾斜Ｐｓｌｐｒｌは、圧力上昇期間におけるクランク軸２３の単位回転角度Δθあたりの実筒内圧上昇量である。本実施形態では、図８に示すように、圧力上昇期間において実筒内圧Ｐｒｅａｌの上昇を一次直線で近似して実傾斜Ｐｓｌｐｒｌを算出する。具体的には、第１圧力波形に合わせて設定される一次直線Ｐｂａｓｅを、その一次直線Ｐｂａｓｅと実筒内圧Ｐｒｅａｌとの差の合計（図８の斜線部分の面積）が所定値以下になるようにして求め、一次直線Ｐｂａｓｅの傾き（ΔＰ／Δθ）を実傾斜Ｐｓｌｐｒｌとする。ここで一次直線Ｐｂａｓｅは、例えば開始圧力Ｐｓｔを通るように規定してもよい。なお、図８の斜線部分の面積Ｓｐは下式（ｅｑ１）で算出すればよい。

続くステップＳ２３では、傾斜ずれが発生しているか否かを判定する。具体的には、実傾斜Ｐｓｌｐｒｌと目標傾斜Ｐｓｌｐｔｇとの差の絶対値が第１閾値α未満であるか否かを判定する。なお本実施形態において、ステップＳ２３の処理が第１判定部に相当する。

ステップＳ２３で否定判定した場合には、ステップＳ２４に進み、傾斜ずれを解消すべく、次回の燃焼サイクルのステップＳ１５で設定する燃料噴射態様を、圧力上昇期間における実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形が第１圧力波形に近づくように補正する傾斜補正処理を行う。本実施形態において、ステップＳ２４の処理が第１補正部に相当する。

特に本実施形態では、圧力上昇期間における実傾斜Ｐｓｌｐｒｌが目標傾斜Ｐｓｌｐｔｇに対して第１閾値α以上小さいと判定した場合、次回の燃焼サイクルのステップＳ１５で設定する多段噴射の初段の噴射パルスを進角させる傾斜補正処理を行う。これにより、圧力上昇期間における実傾斜Ｐｓｌｐｒｌを大きくする。本実施形態において、初段の噴射パルスを進角させる処理が第１制御部の処理に相当する。

図９を用いて、噴射パルスを進角させる処理について説明する。図９（ｂ）では、進角させる前の実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形を破線にて示し、進角させた後の実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形を実線にて示す。なお、図７及び図９では、目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅが同一であり、図９（ｂ）に破線にて示す補正前の実筒内圧Ｐｒｅａｌが、図７（ｂ）に実線にて示す実筒内圧Ｐｒｅａｌに相当する。

図示されるように、１段目の噴射パルスが進角させられる前には、圧力上昇期間において、多段噴射のうち１段目の燃料が噴射の都度燃焼していない。このため、目標傾斜Ｐｓｌｐｔｇに対して実傾斜Ｐｓｌｐｒｌが小さく、目標傾斜Ｐｓｌｐｔｇと実傾斜Ｐｓｌｐｒｌとのずれが大きくなっている。このため、実傾斜Ｐｓｌｐｒｌを大きくすべく、１段目の噴射パルスを進角させる。本実施形態では、１段目の噴射開始タイミング及び噴射終了タイミングのそれぞれを進角させつつ、１段目の燃料噴射時間が長くされて燃料噴射量の増量補正が行われる。これにより、１段目の燃料の燃焼が遅れるのを回避し、圧力上昇期間における実傾斜Ｐｓｌｐｒｌを大きくする。

ここで、実傾斜Ｐｓｌｐｒｌを大きくすべく初段の噴射パルスを進角させると、噴射パルスの進角に起因して等圧期間の筒内圧のピークが低下する。このため本実施形態では、噴射パルスを進角させた燃焼サイクルの次の燃焼サイクルにおいて、噴射パルスの進角に起因する等圧期間の実筒内圧Ｐｒｅａｌの低下分を是正すべく、２段目以降の噴射段の実施態様を補正する傾斜補正処理を行う。詳しくは、実筒内圧Ｐｒｅａｌの低下分を是正すべく、多段噴射のうち１段目及び２段目のインターバル時間と、２段目の燃料噴射時間とのうち少なくとも一方を補正する。本実施形態において、１段目及び２段目のインターバル時間と、２段目の燃料噴射時間とのうち少なくとも一方を補正する処理が第２制御部の処理に相当する。以下、図１０を用いて、１段目及び２段目のインターバル時間と、２段目の燃料噴射時間とを補正する傾斜補正処理について説明する。なお、図１０及び図９では、目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅが同一であり、図１０（ｂ）に破線にて示す補正前の実筒内圧Ｐｒｅａｌが、図９（ｂ）に実線にて示す実筒内圧Ｐｒｅａｌに相当する。

図示されるように、本実施形態では、２段目の噴射終了タイミングが補正されることなく、２段目の噴射開始タイミングが進角される。このため、１段目及び２段目のインターバルが短縮され、また、２段目の燃料噴射量が増量補正される。これにより、初段の噴射パルスの進角に起因する等圧期間の実筒内圧Ｐｒｅａｌの低下分が是正される。

先の図４の説明に戻り、ステップＳ２３において肯定判定した場合には、ステップＳ２５に進み、実最大圧力Ｐｔｐｒｌを算出する。実最大圧力Ｐｔｐｒｌは、等圧期間における実筒内圧Ｐｒｅａｌの平均値と第２圧力波形とのずれを定量化したパラメータである。本実施形態では、図１１に示すように、２，３段目の噴射に対応する実筒内圧Ｐｒｅａｌのピーク値、及びこれらピーク値に挟まれた実筒内圧Ｐｒｅａｌの極小値の平均値を実最大圧力Ｐｔｐｒｌとして算出する。

なお、上述した算出手法に限らず、例えば、実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形のうち、２段目の噴射に対応する実筒内圧Ｐｒｅａｌのピーク値から３段目の噴射に対応する実筒内圧Ｐｒｅａｌのピーク値までの平均値を実最大圧力Ｐｔｐｒｌとして算出してもよい。

続くステップＳ２６では、最大圧力ずれが発生しているか否かを判定する。具体的には、実最大圧力Ｐｔｐｒｌと等圧目標値Ｐｔｐｔｇとの差の絶対値が第２閾値β未満であるか否かを判定する。なお本実施形態において、ステップＳ２６の処理が第２判定部に相当する。

ステップＳ２６で肯定判定した場合には、ステップＳ２７に進み、最大圧力ずれを解消すべく、最大値補正処理を行う。この処理は、等圧期間における実筒内圧Ｐｒｅａｌの変動幅を小さくする処理、及び等圧期間における実筒内圧Ｐｒｅａｌの平均値を等圧目標値Ｐｔｐｔｇに近づける処理のいずれかとして実施される。具体的には、最大値補正処理は、多段噴射のうち２段目及び３段目のインターバル時間と、３段目の燃料噴射時間とのうち少なくとも一方を補正する。本実施形態において、ステップＳ２７の処理が第２補正部に相当する。以下、図１２を用いて、最大値補正処理について説明する。

図１２（ｂ）では、最大値補正処理を行う前の実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形を破線にて示し、最大値補正処理を行った後の実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形を実線にて示す。なお、図１２及び図１０では、目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅが同一であり、図１２（ｂ）に破線にて示す補正前の実筒内圧Ｐｒｅａｌが、図１０（ｂ）に実線にて示す実筒内圧Ｐｒｅａｌに相当する。

図１２には、最大値補正処理として、２段目及び３段目のインターバルを短縮する処理、及び３段目の燃料噴射時間を長くする処理を示す。詳しくは、３段目の噴射終了タイミングが補正されず、３段目の噴射開始タイミングを進角させる処理を示す。これにより、次回の燃焼サイクルにおいて、２段目及び３段目のインターバルが短縮されるとともに、３段目の燃料噴射量が増量補正される。

なお、圧力超過、傾斜ずれ、及び最大圧力ずれが同時に生じている状態で、圧力超過を解消するための減量補正処理が実施された時点において、傾斜ずれ及び最大圧力ずれが解消されていれば、傾斜補正処理と最大値補正処理とは実施されない。また、傾斜ずれ及び最大圧力ずれが生じている状態で、傾斜ずれを解消するための傾斜補正処理が実施された時点において、最大圧力ずれが解消されていれば、最大値補正処理は実施されない。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

エンジン１０の運転状態に基づいて、等圧燃焼制御を実施するための目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅを設定した。そして、１燃焼サイクルあたりに要求される燃料噴射量を分割して燃料噴射弁１８から多段噴射させることにより、実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形を目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅに制御した。これにより、燃料噴射系の大幅な変更を伴うことなく、多段噴射を用いた簡素な構成で等圧燃焼を実現することができる。したがって、燃料噴射系のコストが増加したり、燃料噴射系の車両への搭載性が悪化したりすることを回避できる。

圧力上昇期間において初段の燃料噴射が実施される態様で多段噴射を実施した。このため、圧力上昇期間における実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形を所望に制御でき、ひいては実筒内圧Ｐｒｅａｌを第１圧力波形に近づけることができる。

実筒内圧Ｐｒｅａｌが圧力制限値Ｐｌｉｍを超える圧力超過が生じていると判定した場合、多段噴射のうち実筒内圧Ｐｒｅａｌが圧力制限値Ｐｌｉｍを超えた燃焼に対応する噴射段の燃料噴射量を、次回の燃焼サイクルにおいて減量補正する減量補正処理を行った。このため、次回の燃焼サイクルにおいて、燃料噴射量が減量補正された噴射段に対応する実筒内圧Ｐｒｅａｌのピーク値を低下させることができる。これにより、実筒内圧Ｐｒｅａｌを圧力制限値Ｐｌｉｍ以下にすることができる。

実傾斜Ｐｓｌｐｒｌと目標傾斜Ｐｓｌｐｔｇとの差の絶対値が第１閾値α以上であると判定した場合、次回の燃焼サイクルにおいて、圧力上昇期間における実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形が第１圧力波形に近づくように多段噴射態様を補正する傾斜補正処理を行った。特に、目標傾斜Ｐｓｌｐｔｇから実傾斜Ｐｓｌｐｒｌを減算した値が第１閾値α以上であると判定した場合、次回の燃焼サイクルにおいて、多段噴射の初段の噴射パルスを進角させた。そして、噴射パルスの進角に起因する等圧期間における実筒内圧の低下分を是正すべく、噴射パルスを進角させた燃焼サイクルの次の燃焼サイクルにおいて、２段目以降の噴射段の実施態様を補正した。これにより、圧力上昇期間における実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形を第１圧力波形に近づけることができる。

実最大圧力Ｐｔｐｒｌと等圧目標値Ｐｔｐｔｇとの差の絶対値が第２閾値β以上であると判定した場合、次回の燃焼サイクルにおいて、３段目の噴射態様を補正する最大値補正処理を行った。このため、等圧期間における実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形を第２圧力波形に近づけることができる。

（１）圧力超過が生じているか否かの判定、（２）傾斜ずれが生じているか否かの判定、（３）最大圧力ずれが生じているか否かの判定を、（１）、（２）、（３）の順に優先度が低くなるようにして実施した。これにより、各種補正処理を、減量補正処理、傾斜補正処理、最大値補正処理の順に優先度が低くなるようにして実施した。したがって、実筒内圧Ｐｒｅａｌを圧力制限値Ｐｌｉｍ以下にした上で、実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形を目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅに近づける燃料噴射態様の補正を行うことができる。したがって、エンジン１０の信頼性の低下を的確に回避しつつ、等圧燃焼を実現することができる。

傾斜ずれが生じているか否かの判定、及び最大圧力ずれが生じているか否かの判定のうち、傾斜ずれが生じているか否かの判定を優先して実施した。これにより、傾斜補正処理及び最大値補正処理のうち傾斜補正処理を優先して実施した。傾斜補正処理によれば、１段目に対応する筒内圧のピークを生じさせることができるものの、２，３段目に対応する筒内圧のピーク値が低下する。このため、傾斜補正処理を行った後の燃焼サイクルにおいて最大値補正処理を行うことにより、実筒内圧Ｐｒｅａｌの波形を効率よく目標圧力波形Ｔｃｕｒｖｅに制御することができる。

・エンジン１０の出力トルクの生成に寄与する燃料量を分割して噴射させる多段噴射を行った。このため、出力トルクの生成に寄与する燃料量を１回で噴射させる場合と比較して、燃料噴射期間中におけるサック室の燃圧の低下度合いを小さくできる。これにより、燃料噴射期間中における燃料噴射弁１８の平均噴射圧を高めることができ、燃料の燃焼に伴うスモークの生成を抑制することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・実傾斜Ｐｓｌｐｒｌの算出手法としては、上記実施形態に例示したものに限らない。例えば、図１３に示すように、圧力上昇期間における実筒内圧Ｐｒｅａｌの極大値及び極小値に基づいて、実傾斜Ｐｓｌｐｒｌを算出してもよい。具体的には、これら極大値及び極小値に基づく最小二乗法により、実傾斜Ｐｓｌｐｒｌを算出してもよい。

・上記実施形態では、圧力超過が生じていると判定した場合、次回の燃焼サイクルにおいて減量補正処理を行ったがこれに限らず、次々回以降の燃焼サイクルにおいて減量補正処理を行ってもよい。なお、傾斜補正処理及び最大値補正処理についても、減量補正処理と同様に、次々回以降の燃焼サイクルにおいて行ってもよい。

・先の図４に示した処理のうち、ステップＳ２５〜Ｓ２７の処理を省略してもよい。これにより、ステップＳ２０における圧力超過の判定、及びステップＳ２３における傾斜ずれの判定のうち、圧力超過の判定が優先して実施される。

また、先の図４に示した処理のうち、ステップＳ２２〜Ｓ２４の処理を省略してもよい。この場合、ステップＳ２０で否定判定されたとき、ステップＳ２５に進むようにすればよい。これにより、ステップＳ２０における圧力超過の判定、及びステップＳ２６における最大圧力ずれの判定のうち、圧力超過の判定が優先して実施される。

・多段噴射の噴射段数は３つ以外であってもよい。ただし、圧力上昇期間において初段の燃料噴射が実施される態様で多段噴射が実施されるとよい。また、等圧期間における等圧燃焼の精度を高めるには、３段以上の多段噴射が実施されることが望ましい。

・圧力上昇期間における実筒内圧Ｐｒｅａｌの第１圧力波形に対するずれが生じているか否かを判定する処理として、圧力上昇期間において実筒内圧Ｐｒｅａｌと第１圧力波形との差の積分値を算出し、その積分値の大きさに基づいて、ずれの有無を判定してもよい。

１０…エンジン、１０ａ…燃焼室、１８…燃料噴射弁、３０…ＥＣＵ。

Claims (7)

1. 燃焼室（１０ａ）内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（１８）を備えるディーゼルエンジン（１０）に適用され、
   燃焼開始後における前記燃焼室内の筒内圧のピークを等圧目標値に応じて略一定に保つ等圧燃焼制御を実施する場合に、前記筒内圧が前記等圧目標値に到達する以前の圧力上昇期間と前記等圧目標値に到達した後の等圧期間とを含む制御期間における筒内圧の時系列の目標値である目標圧力波形を、前記エンジンの運転状態に基づいて設定する目標設定部と、
   前記制御期間における前記燃焼室内の筒内圧の波形を前記目標圧力波形に制御すべく、前記エンジンの１燃焼サイクルあたりに要求される燃料噴射量を分割して前記燃料噴射弁から多段噴射させる噴射制御部と、を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
2. 前記噴射制御部は、前記圧力上昇期間において初段の燃料噴射が実施される態様で前記多段噴射を実施する請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
3. 前記燃焼室内の実際の筒内圧である実筒内圧を取得する取得部と、
   前記多段噴射の実施時において、前記実筒内圧が前記等圧目標値よりも高圧側の上限閾値を超えたか否かを判定する上限判定部と、を備え、
   前記噴射制御部は、前記実筒内圧が前記上限閾値を超えたと判定された場合に、前記多段噴射のうち前記実筒内圧が前記上限閾値を超えた燃焼に対応する噴射段の燃料噴射量を、前記エンジンの次回以降の燃焼サイクルにおいて減量補正する減量補正部を有する請求項１又は２に記載の燃料噴射制御装置。
4. 前記燃焼室内の実際の筒内圧である実筒内圧を取得する取得部と、
   前記多段噴射の実施時において、前記圧力上昇期間及び前記等圧期間の少なくともいずれかの前記実筒内圧の波形について前記目標圧力波形に対するずれが生じているか否かを判定するずれ判定部と、を備え、
   前記噴射制御部は、前記実筒内圧の波形のずれが生じていると判定された場合に、前記多段噴射の実施態様を、前記エンジンの次回以降の燃焼サイクルにおいて前記実筒内圧の波形が前記目標圧力波形に近づくように補正するずれ補正部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置。
5. 前記ずれ判定部は、前記ずれの判定として、前記圧力上昇期間における前記実筒内圧の上昇変化の傾きが前記目標圧力波形の傾きに対して所定以上小さいか否かを判定するものであり、
   前記噴射制御部は、
   前記圧力上昇期間における前記実筒内圧の上昇変化の傾きが前記目標圧力波形の傾きに対して所定以上小さいと判定された場合に、前記多段噴射の初段の噴射指令信号を進角させる第１制御部と、
   前記多段噴射の初段の噴射指令信号を進角させることに起因する前記等圧期間における前記実筒内圧の低下分を是正すべく、２段目以降の噴射段の実施態様を補正する第２制御部と、を有する請求項４に記載の燃料噴射制御装置。
6. 前記燃焼室内の実際の筒内圧である実筒内圧を取得する取得部と、
   前記多段噴射の実施時において、前記実筒内圧が前記等圧目標値よりも高圧側の上限閾値を超えたか否かを判定する上限判定部と、
   前記多段噴射の実施時において、前記圧力上昇期間及び前記等圧期間の少なくともいずれかの前記実筒内圧の波形について前記目標圧力波形に対するずれが生じているか否かを判定するずれ判定部と、を備え、
   前記噴射制御部は、
   前記実筒内圧が前記上限閾値を超えたと判定された場合に、前記多段噴射のうち前記実筒内圧が前記上限閾値を超えた燃焼に対応する噴射段の燃料噴射量を、前記エンジンの次回以降の燃焼サイクルにおいて減量補正する減量補正部と、
   前記実筒内圧の波形のずれが生じていると判定された場合に、前記多段噴射の実施態様を、前記エンジンの次回以降の燃焼サイクルにおいて前記実筒内圧の波形が前記目標圧力波形に近づくように補正するずれ補正部と、を有しており、
   前記上限判定部の判定結果に基づく前記減量補正部による補正と、前記ずれ判定部の判定結果に基づく前記ずれ補正部による補正とのうち、前記減量補正部による補正を優先して実施する請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
7. 前記ずれ判定部は、
   前記多段噴射の実施時において、前記圧力上昇期間の前記実筒内圧の波形について前記目標圧力波形に対するずれが生じているか否かを判定する第１判定部と、
   前記多段噴射の実施時において、前記等圧期間の前記実筒内圧の波形について前記目標圧力波形に対するずれが生じているか否かを判定する第２判定部と、を有しており、
   前記ずれ補正部は、
   前記圧力上昇期間において前記実筒内圧の波形のずれが生じていると前記第１判定部により判定された場合に、前記圧力上昇期間に対応する噴射段について補正を行う第１補正部と、
   前記等圧期間において前記実筒内圧の波形のずれが生じていると前記第２判定部により判定された場合に、前記等圧期間に対応する噴射段について補正を行う第２補正部と、を有しており、
   前記第１判定部の判定結果に基づく前記第１補正部による補正と、前記第２判定部の判定結果に基づく前記第２補正部による補正とのうち、前記第１補正部による補正を優先して実施する請求項６に記載の燃料噴射制御装置。

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