JP6575571B2 - 圧縮着火式エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮着火式エンジンの燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁の噴射タイミング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等の圧縮着火式エンジンでは、圧縮上死点付近において燃料噴射弁から燃焼室内へ燃料を直接噴射させる。圧縮行程で高温となった燃焼室内の空気と噴射された燃料との混合気が、筒内の熱で自然発火し、燃焼する。特許文献１には、ディーゼルエンジンにおいて、加速開始時に定常時よりも燃料噴射開始時期を遅角する共に、燃料噴射圧を上昇させることによって、ディーゼルノック音を抑制する技術が開示されている。

特開平１０−７７８８１号公報

上記の圧縮着火式エンジンにおいて、筒内温度が低下した状態となると、混合気への着火遅れが発生する。筒内温度の低下は、エンジンの減速時に燃料噴射弁から燃料の噴射量を停止する減速燃料カットが実行された場合に生じる。前記着火遅れが生じると、その遅れの分だけ多く燃料が燃焼室に存在する状態で燃焼が開始されることになるため、つまり多量の燃料が一気に燃焼するため、燃焼室内の燃焼圧が高くなる。この場合、エンジンのピストンやコンロッドなどの機構部への荷重が大きくなり、前記機構部にダメージを与える要因となる。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであって、圧縮着火式エンジンにおいてエンジン機構部へ過度の荷重が加わることを抑止できる圧縮着火式エンジンの燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係る圧縮着火式エンジンの燃料噴射制御装置は、気筒及びピストンを備えるエンジン本体と、該エンジン本体の燃焼室内に軽油を含む燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた圧縮着火式エンジンにおいて、前記燃料噴射弁による燃料噴射のタイミングを制御する燃料噴射制御装置であって、前記燃料噴射制御装置は、前記ピストンの圧縮上死点付近のタイミングであって燃料が着火する前から着火した後の期間にかけて前記燃料噴射弁から燃料の主噴射を行わせる主噴射制御と、エンジンの減速時に前記燃料噴射弁から燃料の噴射量を制限する減速燃料カット制御とを実行するものであり、前記減速燃料カット制御が実行された期間が所定値を超えた場合に、前記気筒の筒内温度が低下した運転状態であると判定し、当該運転状態からエンジンの加速を行う運転状態へ移行する際に、前記主噴射のタイミングを遅角する制御を実行することを特徴とする。

この燃料噴射制御装置によれば、主噴射のタイミングの遅角によって、燃料噴射開始から着火までに燃焼室内へ供給される燃料量を抑制することができる。このため、減速燃料カット制御によって前記気筒の筒内温度が低下し、混合気への着火遅れが発生し得る状態となっても、多量の燃料が一気に燃焼することを防止することができる。これにより、燃焼室内の燃焼圧のピーク値が高騰することを抑止でき、エンジン機構部へ過度の荷重が加わらないようにすることができる。

ここで、気筒の筒内温度を直接計測することは難しい。一方、減速燃料カット制御が実行されると、その実行期間中は燃焼室には空気だけが供給されるので、実行期間が長くなるほど筒内温度が低下する傾向となる。上記の燃料噴射制御装置によれば、前記減速燃料カット制御が実行された期間に基づき、容易に筒内温度を推定することができるので、計測系や制御系を複雑化せずに済む利点がある。

上記の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射制御装置は、エンジン回転数が高回転領域である状態において前記減速燃料カット制御が実行された期間が前記所定値を超えた場合に、前記筒内温度が低下した運転状態であると判定することが望ましい。

エンジン回転数が高回転領域である状態において前記減速燃料カット制御が実行されると、より燃焼室の空冷度が進行する。従って、上記の状態で前記減速燃料カット制御が実行された期間を参照することで、前記筒内温度が低下した運転状態であるか否かを的確に判定することができる。

上記の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射制御装置は、前記エンジンの加速が、エンジン回転数が高回転であって高負荷を伴う加速である場合に、前記主噴射のタイミングを遅角する制御を実行することが望ましい。

エンジンの加速が、高回転・高負荷を伴う加速である場合、燃料噴射量は自ずと多くなる。従って、前記減速燃料カット制御が実行されている運転状態から高回転・高負荷を伴う加速を行う運転状況に移行する際は、最も燃焼圧が上昇し易い状況であると言える。このような状況において前記遅角の制御を実行することで、燃焼圧の上昇を効果的に抑制することができる。

上記の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射制御装置は、前記筒内温度が低下した運転状態から前記加速を行う運転状態への移行後、予め定められた所定期間だけ、前記主噴射のタイミングを遅角する制御を実行することが望ましい。

前記減速燃料カット制御が実行されている運転状態から加速を行う運転状態へ移行し、一定期間が経過すると筒内温度も上昇する。これに伴い、前記着火遅れも生じなくなるので、予め定められた所定期間だけ前記遅角の制御を行った後、前記主噴射のタイミングを元に戻すことが望ましい。

上記の燃料噴射制御装置において、前記燃料噴射制御装置は、前記主噴射に加え、前記主噴射よりも早いタイミングでパイロット噴射を行わせるものであり、前記主噴射のタイミングを遅角する制御を実行する場合に、前記パイロット噴射のタイミングを同様に遅角する制御を実行することが望ましい。これにより、前記遅角する制御を行う場合と行わない場合とで、同様の混合気分布を燃焼室内に形成することが可能となる。

上記の燃料噴射制御装置において、前記圧縮着火式エンジンは、前記ピストンに連結される小端部及びクランク軸に連結される大端部を含むコンロッドと、前記小端部と前記ピストンとを連結する中空のピストンピンと、前記ピストンピンの中空部内に配置された動吸振器とを備えたものであることが望ましい。

この燃料噴射制御装置によれば、上述の通り前記減速燃料カット制御によって前記気筒の筒内温度が低下した運転状態からエンジンの加速を行う運転状態へ移行する際に燃焼圧の上昇が抑制されるので、コンロッド、ピストンピン並びに動吸振器へ過度の荷重が加わらないようにすることができる。従って、これらエンジン機構部の破損を未然に防止することができる。

本発明によれば、圧縮着火式エンジンにおいてエンジン機構部へ過度の荷重が加わることを抑止できる圧縮着火式エンジンの燃料噴射制御装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る圧縮着火式エンジン装置を示す概略構成図である。 図２は、図１に示されたエンジン本体に適用されているピストン及びコンロッドの正面図である。 図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、前記圧縮着火式エンジン装置の制御構成を示すブロック図である。 図５は、前記圧縮着火式エンジン装置の運転状態の変化を説明するためのグラフである。 図６は、燃料噴射期間と燃焼圧との関係を示すタイムチャートである。 図７（Ａ）〜（Ｃ）は、燃料噴射開始タイミング、燃料噴射期間及び噴射率とクランク角との関係を示すタイムチャートである。 図８は、クランク角と燃焼圧との関係を示すグラフであって、（Ａ）は燃料噴射が通常モードで、（Ｂ）はリタードモードで実行される場合を各々示す。 図９は、燃料噴射タイミングのリタード量を可変とする変形実施形態を説明するためのグラフである。 図１０は、ＰＣＭ（燃料噴射制御装置）による燃料噴射制御の一例を示すフローチャートである。

［エンジン装置の全体構成］
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態に係る圧縮着火式エンジンの燃料噴射制御装置を詳細に説明する。先ずは、図１を参照して、前記燃料噴射制御装置が適用される圧縮着火式エンジン装置について説明する。

本実施形態に係るエンジン装置は、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気通路２１と、エンジン本体１で生成された排ガスを排出するための排気通路２２と、排ガスの一部を吸気に還流するＥＧＲ装置３０と、当該エンジン装置を統括的に制御するＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール；燃料噴射制御装置／図４参照）４０とを備える。エンジン本体１は、例えば、４つの気筒２を有する４気筒ディーゼルエンジンであり、軽油を含む燃料によって駆動される。この圧縮着火式エンジン装置は自動車等の車両に搭載され、エンジン本体１は車両の駆動源として利用される。

吸気通路２１には、吸気方向の上流側から順に、エアクリーナ２３、スロットルバルブ２４及びサージタンク２５が設けられており、これらを通過した後の空気がエンジン本体１に導入される。エアクリーナ２３は、吸気を清浄化する。スロットルバルブ２４は、吸気通路２１を開閉する。ただし、本実施形態では、エンジンの運転中、スロットルバルブ２４は基本的に全開もしくはこれに近い開度に維持されており、エンジンの停止時等の限られた運転条件のときにのみ閉弁されて吸気通路２１を遮断する。排気通路２２には、酸化触媒、ＤＰＦ（ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ）、ＳＣＲ触媒（選択還元触媒）等を含み排ガスを浄化するための触媒装置２６が設けられている。

ＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３１と、このＥＧＲ通路３１を開閉するＥＧＲバルブ３２と、ＥＧＲクーラ３３とを有する。ＥＧＲ通路３１は、排気通路２２のうち触媒装置２６の上流側の部分と、吸気通路２１のうちスロットルバルブ２４の下流側の部分（図１の例では、サージタンク２５）とを接続している。排気通路２２を流通する排ガスの一部は、ＥＧＲ通路３１を通って吸気通路２１に還流する。吸気通路２１に還流する排ガス、すなわちＥＧＲガスの量は、ＥＧＲバルブ３２の開弁量によって調整される。ＥＧＲクーラ３３は、ＥＧＲガスを冷却する。前記ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ３３にて冷却された後、吸気通路２１に還流される。

エンジン本体１の構成について説明を加える。エンジン本体１は、シリンダブロック３、シリンダヘッド４及びピストン５を備える。シリンダブロック３は、図１の紙面に垂直な方向に並ぶ複数の気筒２（図中ではそのうちの１つのみを示す）を有している。シリンダヘッド４は、シリンダブロック３の上面に取り付けられ、気筒２の上部開口を塞いでいる。ピストン５は、各気筒２に往復摺動可能に収容されており、コンロッド８を介してクランク軸７と連結されている。ピストン５の往復運動に応じて、クランク軸７はその中心軸回りに回転する。ピストン５の構造については、後記で詳述する。

ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。シリンダヘッド４には、燃焼室６と連通する吸気ポート１１及び排気ポート１２が形成されている。吸気ポート１１は、吸気通路２１から供給される空気を気筒２内に導入するための開口、排気ポート１２は、気筒２内で生成された燃焼ガスを排気通路２２に導出するための開口である。シリンダヘッド４の底面は燃焼室天井面であり、この燃焼室天井面は、上向きに僅かに凸のペントルーフ型の形状を有している。燃焼室天井面Ｕには、吸気ポート１１の下流端である吸気側開口部と、排気ポート１２の上流端である排気側開口部とが形成されている。シリンダヘッド４には、前記吸気側開口部を開閉する吸気バルブ１３と、前記排気側開口部を開閉する排気バルブ１４とが組み付けられている。吸気バルブ１３及び排気バルブ１４は、いわゆるポペットバルブである。

シリンダヘッド４には、吸気バルブ１３、排気バルブ１４を各々駆動する吸気側動弁機構１５、排気側動弁機構１６が配設されている。これら動弁機構１５、１６によりクランク軸７の回転に連動して、各吸気バルブ１３及び排気バルブ１４が駆動される。これら吸気バルブ１３及び排気バルブ１４の駆動により、吸気バルブ１３の弁体が吸気ポート１１１を開閉し、排気バルブ１４の弁体が排気ポート１２を開閉する。

シリンダヘッド４には、燃焼室６内に燃料を噴射するインジェクタ１７（燃料噴射弁）が、各気筒２につき１つずつ取り付けられている。インジェクタ１７は、図略の燃料供給管を通して供給された燃料を燃焼室６に噴射するもので、燃焼室６に突出するように配置されたノズルヘッド１８を備える。ノズルヘッド１８には、燃料を高圧で噴射する複数の噴射孔が備えられている。インジェクタ１７は、その本体部及びノズルヘッド１８の中心軸が、前記燃焼室天井面の頂部を通り気筒２の中心軸と平行に延びるように配置されている。インジェクタ１７による燃料噴射のタイミングは、ＰＣＭ４０（図４）によって制御される。この点は後述する。

［ピストン及び動吸振器について］
図２は、図１に示されたエンジン本体１に適用されているピストン５及びコンロッド８の正面図、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。本実施形態では、ピストン５とコンロッド８との連結部に、ディーゼルノック音の原因となる３．５ｋＨｚの振動を低減させる動吸振器９が組み込まれている例を示す。

ピストン５は、ピストンヘッド５１と、ピストンヘッド５１の下方に連設されたスカート部５２とを含む。ピストンヘッド５１は円柱体からなり、燃焼室６の壁面の一部（底面）を形成する冠面５０を上面に備えると共に、気筒２の内壁面と摺接する側周面とを備える。前記側周面には、複数のピストンリング５１Ａが嵌め込まれている。スカート部５２は、ピストンヘッド５１のクランク軸７と直交する方向の両側部に配置され、ピストン５の往復運動の際の首振り揺動を抑制する。ピストンヘッド５１の下方には、クランク軸７の延伸方向に延びるピン支持孔５４を区画する一対のピストンボス部５３が設けられている。ピン支持孔５４には、ピストンピン８４が挿通される。

コンロッド８は、クランク軸７のクランクピンと連結される下端側の大端部８１と、ピストン５と連結される上端側の小端部８２と、大端部８１と小端部８２とを繋ぐロッド部８３とを含む。大端部８１には、前記クランクピンが挿通されるクランクピン挿通孔８１Ａが設けられている。小端部８２には、ピストンピン８４が挿通されるピン挿通孔８２Ａが設けられている。ピストン５の往復動は、コンロッド８を介してクランク軸７に伝達され、当該クランク軸７が回転する。

ピストンピン８４は、コンロッド８の小端部８２と、ピストン５とを連結するピン部材である。ピストンピン８４の軸方向の両端部は、一対のピストンボス部５３のピン支持孔５４で各々支持されている。コンロッド８の小端部８２は、一対のピストンボス部５３の間、つまりピストンピン８４の軸方向の中央部に挿通されている。小端部８２のピン挿通孔８２Ａは、ピストンピン８４の外周面に対して相対的に摺動回転が可能である。各ピン支持孔５４の外側開口部付近には、ピストンピン８４の抜け止めのためのスナップリング５５が嵌め込まれている。

ピストンピン８４は、その軸方向に貫通する筒状の中空部８４１を備えた中空のピン部材である。図３に示されているように、中空部８４１は、その軸方向両端部においてテーパ状に内径が拡径されている一方、軸方向中央部には内径が最も小さい圧入部８４２が備えられている。この圧入部８４２は、動吸振器９の固定用として設けられている。

ピストンピン８４の内部（中空部８４１内）には、動吸振器９が配置されている。動吸振器９は、燃焼行程においてピストン５、ピストンピン８４及びコンロッド８の小端部８２が一体となって、コンロッド８の大端部８１に対して共振することを抑制する機能を有する。前記共振が発生すると、コンロッド８が伸縮変形する振動モード（３．５ｋＨｚの振動現象）が発生し、これがディーゼルノック音の原因となる。動吸振器９は、前記振動モードをキャンセルする作用を果たす。

動吸振器９は、大略的に中空部８４１と同じ軸長を備えた軸状部材からなり、その軸方向中央に配置される一つの固定部９１と、固定部９１の一方側と他方側とに配置された一対の可動部９２と、固定部９１と一対の可動部９２とを各々連結する一対の支持部９３とを含む。固定部９１、可動部９２及び支持部９３は、金属部材の一体成型品からなる。

固定部９１は、ピストンピン８４の圧入部８４２の内径よりも僅かに大きい外径を有し、当該圧入部８４２に圧入されており、これにより動吸振器９はピストンピン８４に固定されている。可動部９２は、中空部８４１の内径よりも小さい外径を有する円柱体であり、ピストンピン８４の軸方向に延びるように中空部８４１内に配置されている。支持部９３は、可動部９２が中空部８４１内において揺動可能に、固定部９１と可動部９２とを連結している。なお、可動部９２の外径は、当該可動部９２が支持部９３を支点として振動しても、中空部８４１の内周面に接触しないような外径に設定されている。

燃焼行程では、ピストンピン８４とコンロッド小端部８２のピン挿通孔８２Ａとの間の潤滑油膜、及び、ピストンピン８４とピストンボス部５３のピン支持孔５４との間の潤滑油膜は共に無くなり、この結果、ピストン５、ピストンピン８４及びコンロッド８の小端部８２が一体となって大端部８１に対して共振しようとする。しかし、本実施形態では、ピストンピン８４に設けられた動吸振器９により、その共振が抑制され、共振による騒音を低減することができる。

すなわち、コンロッド８に縮み方向（下方向）の力が作用するときには、錘として作用する可動部９２が上方向の力を与え、伸び方向（上方向）の力が作用するときには、可動部９２が上方向の力を与える。これにより、コンロッド８の伸縮振幅がキャンセルされ、振動（ディーゼルノック音）が抑制される。なお、上記の共振が生じない吸気行程、圧縮行程及び排気行程においても、動吸振器９は振動する。しかし、動吸振器９はピストンピン８４内に配設されているので共振が生じない各行程では、前記潤滑油膜の緩衝作用によって動吸振器９の振動がコンロッド８に伝わることはない。

［制御構成］
図４は、本実施形態に係る圧縮着火式エンジン装置の制御構成を示すブロック図である。本実施形態のエンジン装置は、ＰＣＭ４０（燃料噴射制御装置）によって統括的に制御される。ＰＣＭ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。

車両には各種センサが設けられており、ＰＣＭ４０はこれらセンサと電気的に接続されている。図４では、前記センサとして、クランク角センサＳＮ１、エアーフローセンサＳＮ２及びアクセル開度センサＳＮ３を示している。クランク角センサＳＮ１は、シリンダブロック３に配置され、エンジン回転数を検出する。エアーフローセンサＳＮ２は、吸気通路２１を通って各気筒２に吸入される空気量を検出する。アクセル開度センサＳＮ３は、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出する。

ＰＣＭ４０は、これらセンサＳＮ１〜ＳＮ３等からの入力信号に基づいて種々の演算を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＰＣＭ４０は、インジェクタ１７、スロットルバルブ２４及びＥＧＲバルブ３２等と電気的に接続されており、演算結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。このうち、燃料噴射制御に関する機能的要素として、ＰＣＭ４０は、燃料噴射制御部４１及びカウンター４２を含む。

燃料噴射制御部４１は、基本制御として、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転数と、アクセル開度センサＳＮ３の検出値（アクセル開度）から特定されるエンジン負荷（要求トルク）と、エアーフローセンサＳＮ２により検出される吸気流量とに基づいて、インジェクタ１７からの燃料の噴射量および燃料噴射のタイミングを決定し、その決定に従ってインジェクタ１７の動作を制御する。

本実施形態において燃料噴射制御部４１は、少なくともピストン５の圧縮上死点（ＴＤＣ）付近のタイミングでインジェクタ１７から燃料の主噴射を行わせる主噴射制御を実行する。もちろん、前記主噴射以外の燃料噴射を行わせても良く、例えばＴＤＣよりも早いクランク角であって前記主噴射よりも早いタイミングにおいてパイロット噴射等を実行させても良い。また、燃料噴射制御部４１は、エンジンの減速時にインジェクタ１７から燃料の噴射量を制限（停止）する減速燃料カット制御（いわゆるフューエルカット制御）を実行する。例えば燃料噴射制御部４１は、アクセル開度センサＳＮ３がアクセル開度＝０（アクセルＯＦＦ）を検出し、クランク角センサＳＮ１がエンジン回転数＝所定の回転数を検出している場合に、前記減速燃料カット制御を実行する。カウンター４２は、前記減速燃料カット制御の実行時間をカウントするカウンターである。

［主噴射の遅角制御］
さらに、燃料噴射制御部４１は、前記減速燃料カット制御によって気筒２の筒内温度が低下した運転状態からエンジンの加速を行う運転状態へ移行する際、前記主噴射のタイミングを遅角する制御を実行する。以下、この主噴射の遅角制御について詳述する。

図５は、圧縮着火式エンジン装置の運転状態の変化を説明するためのグラフである。いま、前記減速燃料カット制御が実行されている状態が現状の運転シーンＡＳであるとする。前記減速燃料カット制御が実行されると、燃焼室６には燃料が供給されない（トルク＝０）、つまり燃焼室６内で燃焼が発生しないと共に、エンジン回転数が高速であることに伴い多量の吸気が供給される状態となる。従って、現状の運転シーンＡＳでは、吸気によって気筒２は空冷されることとなり、筒内温度が低下する。

このような運転シーンＡＳから、エンジンの加速を行う運転シーンへ移行する場合が多々ある。例えば、下り坂を通過した後に上り坂を走行するようなケースである。図５には、エンジンの全負荷ラインが示されている。上掲のケースでは、減速燃料カット制御が実行されている運転シーンＡＳから、全負荷ラインの運転シーンに短時間で移行することになる。このような運転シーンの移行が起きると、気筒２の筒内温度が低下していることから、圧縮着火式エンジンにおいては、燃焼室６内の混合気への着火遅れが発生する。

前記着火遅れが生じると、その遅れの分だけ多く燃料が燃焼室に存在する状態で燃焼が開始されることになる。この場合、通常より多い量の燃料が一気に燃焼するので、燃焼室６内の燃焼圧が高くなる。燃焼圧が高くなると、エンジンのピストン５やコンロッド８などの機構部への荷重が大きくなり、前記機構部にダメージを与える要因となる。とりわけ、本実施形態では、ピストン５内（ピストンピン８４内）に上述の振動動作を行う動吸振器９が組み込まれていることから、この動吸振器９へのダメージも問題となる。

図６は、インジェクタ１７からの燃料噴射期間と燃焼室６内の燃焼圧との関係を示すタイムチャートである。時刻ｔ１は、インジェクタ１７から燃料噴射が開始される時刻、時刻ｔ２は、燃焼室６内の燃料に着火する時刻である。時刻ｔ１は、ＴＤＣよりもピストン５が所定角度だけ進角となるタイミングに設定される。時刻ｔ２は、ＴＤＣよりも所定角度だけ遅角となる時刻であり、前記筒内温度に依存して変動し得る時刻である。燃焼圧は、着火が起きた時刻ｔ２以降、急激に上昇し、その後のクランク角の進行によって急激に下降する。

燃焼圧は、燃料噴射開始から着火までの間にインジェクタ１７から噴射された燃料量、つまり時刻ｔ１〜時刻ｔ２間の期間ｔＡに燃焼室６内に供給された燃料量に影響を受ける。一般に、前記燃料量が多いほど燃焼圧の立ち上がりは鋭くなり、ピーク値が高くなる。燃焼圧のピーク値が高くなると、動吸振器９に与えられる３．５ｋＨｚの加振力も大きくなる。上述の筒内温度の低下が発生すると、燃料への着火タイミングである時刻ｔ２が遅角する（着火遅れが発生する）ので、前記燃料量が自ずと増え、燃焼圧のピーク値が高くなる。

筒内温度が低下した状態から加速を行う運転状態に移行する場合、一層燃料量は増えるので、燃焼圧のピーク値は顕著に高くなる。このため、３．５ｋＨｚの加振力の増大がもたらされ、動吸振器９の破壊を惹起する懸念がある。例えば、大きな加振力によって支持部９３が可動部９２の振動運動を支えきれなくなり、支持部９３が損傷することが想定される。もちろん、ピストン５やコンロッド８、さらにはピストンピン８４やクランク軸７への損傷も想定される。

そこで、本実施形態では、上記の損傷の回避のため上述の遅角制御を実行し、期間ｔＡに燃焼室６内に供給される燃料量が過剰とならないようにすることによって、燃焼圧のピーク値を抑制する。この点を図７に基づいて説明する。図７（Ａ）〜（Ｃ）は、燃料噴射開始タイミング、燃料噴射期間及び噴射率とクランク角との関係を示すタイムチャートである。

図７（Ａ）は、インジェクタ１７からの燃料噴射が通常モードで実行される場合のタイムチャートである。通常モードは、筒内温度の低下が発生しない状態、つまり減速燃料カット制御が実行されていない運転状態において実行されるモードである。ここでは、主噴射ＰＭに加え、パイロット噴射ＰＡが実行される例を示している。通常モードにおいて主噴射ＰＭは、予め設定された所定のクランク角ＣＡ１で開始され、所定のクランク角ＣＡ３で終了する。燃料噴射率（噴射圧）も、予め設定された所定の噴射率Ｌ１とされる。この噴射率Ｌ１と、クランク角ＣＡ１〜ＣＡ３の期間で定まる主噴射ＰＭによって噴射される燃料量も、予め設定された量となる。

図７（Ｂ）は、上述の遅角制御が行われるリタードモードで燃料噴射が実行される場合のタイムチャートである。リタードモードは、既述の通り、減速燃料カット制御によって気筒２の筒内温度が低下した状態から加速を行う運転状態に移行する際に、所定期間（筒内温度が復帰するまでの期間）だけ実行されるモードである。このリタードモードでは、主噴射ＰＭの開始タイミングが、通常モードにおけるクランク角ＣＡ１よりもリタード期間Ｒ１だけ遅角されたクランク角ＣＡ２に設定される。また、主噴射ＰＭの終了タイミングが、通常モードにおけるクランク角ＣＡ３よりもリタード期間Ｒ２だけ遅角されたクランク角ＣＡ４に設定される。リタード期間Ｒ１、Ｒ２は、固定値として設定しても、後述（図９）するように変動値としても良い。固定値とする場合、例えばクランク角ＣＡで１°〜１０°程度の範囲から適宜選択してリタード期間Ｒ１、Ｒ２を設定することができる。なお、燃料噴射率は、通常モードと同じ噴射率Ｌ１に設定されている。

主噴射ＰＭの開始タイミングをリタード期間Ｒ１だけ遅角させることよって、燃料噴射開始から着火までに燃焼室６内へ供給される燃料量を抑制することができる。このため、減速燃料カット制御によって気筒２の筒内温度が低下し、混合気への着火遅れが発生し得る状態となっても、多量の燃料が一気に燃焼することを防止することができる。これにより、燃焼室６内の燃焼圧のピーク値が高騰することを抑止でき、エンジン機構部へ過度の荷重が加わらないようにすると共に、動吸振器９に対する加振力も抑制することができる。また、主噴射ＰＭの終了タイミングもリタード期間Ｒ２だけ遅角される。例えば、Ｒ１＝Ｒ２とすれば、１サイクル当たりに燃焼室６内へ供給される燃料量を通常モードと同量とすることができ、所要のトルクを発生させることができる。

なお、上述の主噴射ＰＭのリタードに応じて、パイロット噴射ＰＡの開始タイミングもリタードされる。すなわち、図７（Ａ）の通常モードにおいてパイロット噴射ＰＡの開始タイミングがクランク角ＣＡ０である場合、図７（Ｂ）のリタードモードでは主噴射ＰＭと同様に、パイロット噴射ＰＡの開始タイミングも、クランク角ＣＡ０よりもリタード期間Ｒ１だけ遅角されたクランク角ＣＡ０１に設定される。これにより、パイロット噴射ＰＡ及び主噴射ＰＭによって、通常モードと同様の混合気分布を燃焼室６内に形成することができる。

図７（Ｃ）は、比較例の燃料噴射制御を示すタイムチャートである。燃料噴射開始から着火までに燃焼室６内へ供給される燃料量を抑制する他の手段として、燃料噴射率（噴射圧）を通常モードに比べて低下させる手法（噴射圧抑制制御）がある。図７（Ｃ）は、その手法を例示している。この比較例では、主噴射ＰＭの開始タイミングが通常モードと同じクランク角ＣＡ１である一方で、燃料噴射率が、通常モードよりも低い噴射率Ｌ２に設定されている。また、主噴射ＰＭの終了タイミングは、通常モードにおけるクランク角ＣＡ３よりもリタード期間Ｒ３だけ遅角されたクランク角ＣＡ５に設定されている。

比較例の噴射圧抑制制御によれば、燃料噴射率をＬ１からＬ２に低下させた分だけ、供給燃料量は減るので、上記着火遅れが発生しても、着火時に燃える燃料量が通常モードに比べて増大することはない。従って、図７（Ｂ）の実施形態と同様に、燃焼圧のピーク値を抑制することはできる。また、必要な燃料量は、終了タイミングの遅角によって確保される。しかしながら、このような噴射圧抑制制御では、噴射圧を低下させることで燃料の微粒化が促進されず、エミッションが悪化する。また、単位時間当たりの燃焼室６への燃料供給量が減るので、トルク低下の問題も生じる。これに対し、図７（Ｂ）の遅角制御によれば、エミッションの悪化やトルク低下の弊害を防止することができる。

図８は、クランク角と燃焼圧（ｄＱ／ｄθ）との関係の実測例を示すグラフであって、筒内温度の低下時（エンジン回転数＝５２００ｒｐｍ）において、図８（Ａ）は燃料噴射が通常モードで、図８（Ｂ）はリタードモードで各々実行された場合を示している。主噴射の開始タイミングは、前記通常モードではクランク角ＣＡ＝１３．３°、前記リタードモードではクランク角ＣＡ＝１０°（リタード期間＝３．３°）である。なお、両者の燃料噴射圧は同じである。

図８（Ａ）の通常モードでは、燃焼圧＝１８０Ｊ／ｄｅｇであり、燃焼圧の立ち上がりも急峻となっている。このような大きな燃焼圧が発生すると、エンジン機構部や動吸振器９には大きな荷重が加わることになる。これに対し、図８（Ｂ）のリタードモードでは、燃焼圧＝１３０Ｊ／ｄｅｇであり、燃焼圧の立ち上がりも比較的緩やかである。これにより、エンジン機構部や動吸振器９に加わる荷重を軽減することができる。

本実施形態の遅角制御を実行する場合において、図７（Ｂ）に示すリタード期間Ｒ１、Ｒ２を、予め定めた一定期間（例えば、図８（Ｂ）に例示したリタード期間＝３．３°）に設定しても良いが、例えばエンジン回転数に応じて変動させてもよい。これは、減速燃料カット制御の実行時にエンジン回転数が速い程、筒内温度がより低下する傾向があり、つまり着火遅れがより顕著になる傾向があり、リタード期間をより長くする方が好ましいからである。

図９は、燃料噴射タイミングのリタード期間を可変とする変形実施形態を説明するためのグラフである。図９には、燃料噴射の開始タイミングのベースマップラインＦ１（通常モード）と、リタードラインＦ２（リタードモード）とが示されている。上述の通常モードを実行するためのベースマップラインＦ１は、エンジン回転数＝３６００ｒｐｍではＴＤＣ前３°のクランク角が燃料噴射の開始タイミングとされ、回転数の増加と共に進角側に開始タイミングがシフトし、エンジン回転数＝５２００ｒｐｍではＴＤＣ前１３°のクランク角が燃料噴射の開始タイミングに設定されている。

これに対し、上述のリタードモードを実行するためのリタードラインＦ２は、エンジン回転数＝４４００ｒｐｍを越える領域（矢印ｂの区間）において、矢印ａで示すようにベースマップラインＦ１に対してリタード期間が設定されている。リタード期間は、エンジン回転数＝５２００ｒｐｍでは３．３°である。エンジン回転数＝４４００ｒｐｍ以下の領域では、エンジン機構部や動吸振器９が、通常モードの燃料噴射開始タイミングを適用しても荷重に十分に耐えることから、リタード期間は設定されていない。もちろん、エンジン機構部や動吸振器９の強度に応じて、よりエンジン回転数が低い領域においても、リタード期間を設定するようにしても良い。

［燃料噴射制御の具体例］
続いて、ＰＣＭ４０（図４）による燃料噴射制御の一例を、図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。ＰＣＭ４０は、所定のサンプリングタイミング毎に、クランク角センサＳＮ１、エアーフローセンサＳＮ２及びアクセル開度センサＳＮ３を含む各種センサの計測データを読み込む（ステップＳ１）。ＰＣＭ４０は、これらの計測データから、エンジン回転数、エンジン負荷（要求トルク）及び吸気流量などを演算によって求める。ＰＣＭ４０の燃料噴射制御部４１は、基本制御として、これら演算値からインジェクタ１７による燃料の噴射量及び燃料噴射のタイミング等を決定する処理を行う。

次に燃料噴射制御部４１は、減速燃料カット制御を行う条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２）。ここでは、エンジン回転数≠０の条件で、アクセル開度センサＳＮ３がアクセル開度＝０（アクセルＯＦＦ）を検出しているか否かが判定される。減速燃料カットの条件が成立している場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、燃料噴射制御部４１は、減速燃料カット制御を開始し、インジェクタ１７からの燃料の噴射を停止させる（ステップＳ３）。

この場合、燃料噴射制御部４１は、エンジン回転数が予め定めた高回転数であるか否かを判定する（ステップＳ４）。ここでの「高回転数」は、上記減速燃料カット制御の実行によって、気筒２の筒内温度の低下が顕著になる回転数であり、例えばクランク角センサＳＮ１がエンジン回転数＝３０００ｒｐｍ以上、或いは図９の例の場合は４４００ｒｐｍ以上を検出している場合である。

エンジン回転数が高回転数である場合（ステップＳ４でＹＥＳ）、カウンター４２が減速燃料カット制御の実行時間をカウントする（ステップＳ５）。一方、エンジン回転数が高回転数ではない場合（ステップＳ４でＮＯ）、カウンター４２は、減速燃料カット制御の実行時間のカウントをリセットする（ステップＳ６）。

このように、カウンター４２に減速燃料カット時間をカウントさせるのは、減速燃料カット制御が実行された期間に基づき、筒内温度が低下した運転状態であるか否かを判定することを前提としているからである。すなわち、減速燃料カット制御の実行期間中は、燃焼室６には空気だけが供給されるので、実行期間が長くなるほど筒内温度が低下する傾向となる。気筒２の筒内温度を直接計測することは難しいので、減速燃料カット制御の実行時間のカウントにより、筒内温度を推定することができる。とりわけ、エンジン回転数が高回転領域である状態において前記減速燃料カット制御が実行された期間が、燃焼室の空冷度に影響を及ぼし、当然ながら実行期間が長い程、筒内温度は低下する。従って、エンジン回転数が高回転数の状態（ステップＳ４でＹＥＳ）で、前記減速燃料カット制御が実行された期間（ステップＳ５、Ｓ６）を参照することで、気筒２の筒内温度が低下した運転状態であるか否かを的確に判定することができる。

一方、ステップＳ２において、減速燃料カットの条件が成立していない場合（ステップＳ２でＮＯ）、燃料噴射制御部４１は、主噴射について上述のリタードモードを実行する条件が成立しているか否かを判定する。まず燃料噴射制御部４１は、現状の運転状態が、所定の加速を行う運転状態か否かを判定する（ステップＳ７）。具体的には、アクセル開度センサＳＮ３が、予め定めた基準を超える大きい変化量でアクセルの開度が変化したことを検知した場合、燃料噴射制御部４１は所定の加速運転状態であると判定する（ステップＳ７でＹＥＳ）。一方、前記基準に満たない加速や、現状速度維持のアクセル開度である等の場合は、燃料噴射制御部４１は加速運転状態ではないと判定する（ステップＳ７でＮＯ）。

所定の加速運転状態であると判定した場合（ステップＳ７でＹＥＳ）、次に燃料噴射制御部４１は、ステップＳ７の加速が、エンジン回転数が高回転であって高負荷を伴う加速であるであるか否かを判定する（ステップＳ８）。具体的には、クランク角センサＳＮ１により検知されたエンジン回転数、アクセル開度センサＳＮ３により検知されたアクセル開度が、所定の値を超過しているか否かが判定される。エンジンの加速が、高回転・高負荷を伴う加速である場合、インジェクタ１７からの燃料噴射量は自ずと多くなる。従って、前記減速燃料カット制御が実行されている運転状態から高回転・高負荷を伴う加速を行う運転状況に移行する際は、最も燃焼圧が上昇し易い状況であると言える。この理由より、ステップＳ７、Ｓ８の判定が行われる。

さらに燃料噴射制御部４１は、当該加速運転に移行する直前に実行された減速燃料カット制御の実行時間のカウント値（ステップＳ５）を確認し、そのカウント値が所定値αを超過しているか否かを判定する（ステップＳ９）。所定値αは、気筒２の筒内温度の有意な低下を招来する減速燃料カット制御の実行時間を想定して定められる値である。つまり所定値αは、減速燃料カット制御によって、燃焼室６において着火遅れをもたらす程度に筒内温度を低下させる期間に相当する。

以上のステップＳ７〜Ｓ９の３つの条件が満足される場合、すなわち、所定の加速運転状態であり（ステップＳ７でＹＥＳ）、当該加速が高回転・高負荷を伴う加速であって（ステップＳ８でＹＥＳ）、直前に所定値αを超過する減速燃料カット制御が実行された場合（ステップＳ９でＹＥＳ）に、燃料噴射制御部４１は、図７（Ｂ）に例示したような、リタードモードでインジェクタ１７の主噴射を実行させる。つまり、主噴射ＰＭの開始タイミングを、通常モードにおけるクランク角ＣＡ１よりもリタード期間Ｒ１だけ遅角されたクランク角ＣＡ２に設定する（ステップＳ１０）。

これに対し、ステップＳ７〜Ｓ９の３つの条件のうち、いずれか一つでも満足されない場合、燃料噴射制御部４１は、図７（Ａ）に例示したような通常モードでインジェクタ１７の主噴射を実行させる。すなわち、所定の加速運転状態ではない（ステップＳ７でＮＯ）、当該加速が高回転・高負荷を伴う加速ではない（ステップＳ８でＮＯ）、或いは直前に所定値αを超過する減速燃料カット制御が実行されていない場合（ステップＳ９でＮＯ）には、通常モードで主噴射が実行される（ステップＳ１２）。

リタードモードの実行中、燃料噴射制御部４１は、予め定められた所定期間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１１）。減速燃料カット制御が実行されている運転状態から加速を行う運転状態へ移行し、一定期間が経過すると筒内温度も上昇する。これに伴い、前記着火遅れも生じなくなるので、予め定められた所定期間だけリタードモードを行うと、前記主噴射のタイミングを元に戻すことが望ましい。燃料噴射制御部４１は、予め定められた所定期間が経過していない場合（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ７に戻って処理を繰り返す（リタードモードを継続する）。一方、予め定められた所定期間が経過した場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、燃料噴射制御部４１はリタードモードを終了させ、ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。

［作用効果］
以上説明した本実施形態に係る圧縮着火式エンジンの燃料噴射制御装置によれば、燃料噴射制御部４１は、減速燃料カット制御によって気筒２の筒内温度が低下した運転状態からエンジンの加速を行う運転状態へ移行する際、インジェクタ１７の主噴射の開始タイミングを遅角する遅角制御（リタードモード）を実行する。この遅角制御によって、燃料噴射開始から着火までに燃焼室６内へ供給される燃料量を抑制することができる。このため、減速燃料カット制御によって気筒２の筒内温度が低下し、混合気への着火遅れが発生し得る状態となっても、多量の燃料が一気に燃焼することを防止することができる。これにより、燃焼室６内の燃焼圧のピーク値の上昇を抑止でき、ピストン５、コンロッド８、ピストンピン８４及びクランク軸７などのエンジン機構部、並びに動吸振器９へ過度の荷重が加わらないようにすることができる。従って、これらエンジン機構部の破損、エンジン音の低減に寄与する動吸振器９の破損を未然に防止することができる。

［変形実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、次のような変形実施形態を取り得る。

（１）主噴射ＰＭの開始タイミングと終了タイミングとを同じクランク角だけリタードさせるのではなく、つまり図７（Ｂ）に例示したリタード期間Ｒ１、Ｒ２を同じ期間とするのではなく、Ｒ１、Ｒ２を異なる期間としても良い。例えば、エミッションが悪化しない範囲で、通常モードに比べてリタードモードにおけるインジェクタ１７の噴射圧を若干低下させ、その分だけリタード期間Ｒ２を若干延長させても良い。

（２）上記実施形態では、カウンター４２が減速燃料カット制御の実行時間をカウントし、そのカウント値が所定値αを超過していることをリタードモードの実行要件とした。このカウントを省き、加速運転の直前に減速燃料カット制御がエンジン回転数＝所定の高回転数で実行された実績があれば、一定期間はリタードモードを実行するようにしても良い。

（３）上記実施形態では、ピストンピン８４に動吸振器９が組み込まれているエンジン本体１に対して、本実施形態に係る燃料噴射制御が適用される例を示した。本実施形態は、動吸振器９を具備しない圧縮着火式エンジンにも適用することができる。

１ エンジン本体（圧縮着火式エンジン）
２ 気筒
５ ピストン
６ 燃焼室
７ クランク軸
８ コンロッド
８１ 大端部
８２ 小端部
８４ ピストンピン
９ 動吸振器
１７ インジェクタ（燃料噴射弁）
４０ ＰＣＭ（燃料噴射制御装置）
４１ 燃料噴射制御部
４２ カウンター

Claims (6)

1. 気筒及びピストンを備えるエンジン本体と、該エンジン本体の燃焼室内に軽油を含む燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた圧縮着火式エンジンにおいて、前記燃料噴射弁による燃料噴射のタイミングを制御する燃料噴射制御装置であって、
   前記燃料噴射制御装置は、
   前記ピストンの圧縮上死点付近のタイミングであって燃料が着火する前から着火した後の期間にかけて前記燃料噴射弁から燃料の主噴射を行わせる主噴射制御と、エンジンの減速時に前記燃料噴射弁から燃料の噴射量を制限する減速燃料カット制御とを実行するものであり、
   前記減速燃料カット制御が実行された期間が所定値を超えた場合に、前記気筒の筒内温度が低下した運転状態であると判定し、当該運転状態からエンジンの加速を行う運転状態へ移行する際に、前記主噴射のタイミングを遅角する制御を実行することを特徴とする圧縮着火式エンジンの燃料噴射制御装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記燃料噴射制御装置は、エンジン回転数が高回転領域である状態において前記減速燃料カット制御が実行された期間が前記所定値を超えた場合に、前記筒内温度が低下した運転状態であると判定する、圧縮着火式エンジンの燃料噴射制御装置。
3. 請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記燃料噴射制御装置は、前記エンジンの加速が、エンジン回転数が高回転であって高負荷を伴う加速である場合に、前記主噴射のタイミングを遅角する制御を実行する、圧縮着火式エンジンの燃料噴射制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記燃料噴射制御装置は、前記筒内温度が低下した運転状態から前記加速を行う運転状態への移行後、予め定められた所定期間だけ、前記主噴射のタイミングを遅角する制御を実行する、圧縮着火式エンジンの燃料噴射制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記燃料噴射制御装置は、
   前記主噴射に加え、前記主噴射よりも早いタイミングでパイロット噴射を行わせるものであり、
   前記主噴射のタイミングを遅角する制御を実行する場合に、前記パイロット噴射のタイミングを同様に遅角する制御を実行する、圧縮着火式エンジンの燃料噴射制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料噴射制御装置において、
   前記圧縮着火式エンジンは、前記ピストンに連結される小端部及びクランク軸に連結される大端部を含むコンロッドと、前記小端部と前記ピストンとを連結する中空のピストンピンと、前記ピストンピンの中空部内に配置された動吸振器とを備えたものである、圧縮着火式エンジンの燃料噴射制御装置。
   

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