(57)【要約】【課題】パイロット噴射時期に対するＰＭ排出量の特性を用いることにより、燃焼騒音の低下及びＮＯｘの低減を実現するとともに、ＰＭの発生を抑制して、より好適なパイロット噴射を実施することを目的とする。【解決手段】パイロット噴射量毎に設定されたパイロット噴射時期に対するＰＭ排出特性を用いることにより、機関運転状態に基づいて決定されたパイロット噴射時期が、ＰＭ排出量の上限値を越えてしまうような噴射時期（７〜９°ＣＡ）にある場合には、噴射時期がこの範囲に入らないようにパイロット噴射を行わせる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主噴射及び該主噴射に先立って副次的に燃料を噴射するパイロット噴射を行う燃料噴射制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、
パイロット噴射量ごとに設定される、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量の特性を記憶しているＰＭ排出特性記憶手段と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて決定されるパイロット噴射の噴射時期が、前記ＰＭ排出特性記憶手段に記憶されている特性に基づいた粒子状物質の排出量の許容範囲を超えてしまう許容範囲外副噴射時期の範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、
を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記判定手段により前記パイロット噴射の噴射時期が前記許容範囲外副噴射時期の範囲内にあると判定された場合に、該パイロット噴射の噴射時期を、該許容範囲外副噴射時期の範囲外に変更してパイロット噴射を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記判定手段により前記パイロット噴射の噴射時期が前記許容範囲外副噴射時期の範囲内にあると判定された場合に、該パイロット噴射の噴射時期を、該許容範囲外副噴射時期の範囲外に変更してパイロット噴射を行う制御に先立って、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量を低減させるように内燃機関の運転制御を行う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。
【請求項３】
主噴射及び該主噴射に先立って副次的に燃料を噴射するパイロット噴射を行う燃料噴射制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、
パイロット噴射量ごとに設定される、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量の特性を記憶しているＰＭ排出特性記憶手段と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて決定されるパイロット噴射の噴射時期が、前記ＰＭ排出特性記憶手段に記憶されている特性に基づいた粒子状物質の排出量の許容範囲を超えてしまうか否かを判定する判定手段と、
を備え、
前記ＰＭ排出特性記憶手段に記憶されている特性において粒子状物質の排出量が許容範囲上限となるパイロット噴射の噴射時期を第１噴射時期及び第２噴射時期とし、第１噴射時期と第２噴射時期との間で粒子状物質の排出量が許容範囲を超えてしまう場合に、
前記燃料噴射制御手段は、前記判定手段により前記パイロット噴射の噴射時期が前記第１噴射時期と前記第２噴射時期との間にあると判定された場合に、該パイロット噴射の噴射時期を前記第１噴射時期又は前記第２噴射時期に変更することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記判定手段により前記パイロット噴射の噴射時期が前記第１噴射時期と前記第２噴射時期との間にあると判定された場合に、該パイロット噴射の噴射時期を前記第１噴射時期又は前記第２噴射時期に変更する制御に先立って、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量の特性が変わるように内燃機関の運転制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
主噴射及び該主噴射に先立って副次的に燃料を噴射するパイロット噴射を行う燃料噴射制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、
パイロット噴射量ごとに設定される、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量の特性を記憶しているＰＭ排出特性記憶手段と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて決定されるパイロット噴射の噴射時期が、前記ＰＭ排出特性記憶手段に記憶されている特性に基づいた粒子状物質の排出量の許容範囲を超えてしまう許容範囲外副噴射時期の範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、
を備え、
前記判定手段により前記パイロット噴射の噴射時期が前記許容範囲外副噴射時期の範囲内にあると判定された場合に、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量の特性が変わるように内燃機関の運転制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
粒子状物質の排出量を検出するＰＭ排出量検出手段をさらに備え、
前記ＰＭ排出量検出手段の検出結果に基づいて、前記ＰＭ排出特性記憶手段に記憶されている粒子状物質の排出量の特性を修正することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、通常の燃料噴射（主噴射）に先立って少量の燃料噴射（パイロット噴射）を行う技術が知られている。
【０００３】
主噴射に先だってパイロット噴射が行われると、噴射燃料がシリンダ壁面に到達して付着するボアフラッシング等を防止しつつ、気筒内に可燃雰囲気を生成することが可能となる。主噴射が行われる前の気筒内に可燃雰囲気が生成されると、主噴射が開始された後の早い時期に予混合燃焼が行われるようになるため、着火遅れ期間が短縮され、予混合燃焼に供される燃料量を減少させることが可能となる。
【０００４】
この結果、燃焼騒音を低下させることが可能になるとともに、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量を抑制することが可能になる。
【０００５】
このように、パイロット噴射は、燃焼騒音の低下及びＮＯｘ低減に有効だが、その一方でスモークに代表される粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ、以下ＰＭと記す場合もある）の発生原因となってしまう場合がある。
【０００６】
ＰＭが発生する原因としては、主噴射の燃料噴霧が、燃焼室内に残存しているパイロット噴射の火炎もしくは燃焼ガスと重なることが一因と考えられている。このため、主噴射の燃料噴霧と、パイロット噴射の火炎もしくは燃焼ガスとが重ならないように、パイロット噴射の火炎もしくは燃焼ガスが２つの主噴霧の燃料噴霧の略中間に形成されるように燃料噴射を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ＰＭ量の急増減を考慮して各運転域におけるパイロット噴射量を制御することが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−８２１３９号公報
【特許文献２】
特許第２８５６０２８号公報
【特許文献３】
特開平５−１１３１２３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで本発明者は、さらなる鋭意研究によって、ＰＭ排出量が増加してしまう内燃機関の運転状態に着目し、パイロット噴射量を一定とした状態であっても、パイロット噴射時期が変化することによってＰＭ排出量も変化することを見出した。
【０００９】
本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、パイロット噴射時期に対するＰＭ排出量の特性を用いることにより、燃焼騒音の低下及びＮＯｘの低減を実現するとともに、ＰＭの発生を抑制して、より好適なパイロット噴射を実施することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者は、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量（以下、ＰＭ排出量と記す場合もある）の特性（主噴射とパイロット噴射との間隔を極近接から広げていくと、ＰＭは増加したのち減少するという関係）が、パイロット噴射量ごとに設定されることを見出したものであり、本発明において以下の手段を採用した。
【００１１】
すなわち、ＰＭ排出量が上限値を超えてしまうようなパイロット噴射時期をパイロット噴射量ごとに予め求めておくことにより、運転状態に基づいて決定されたパイロット噴射時期が、この範囲内（ＰＭ排出量が上限値を超えてしまうようなパイロット噴射時期）にある場合には、この範囲を避けてパイロット噴射を行うものである。
【００１２】
本発明は、具体的には、
（１）  主噴射及び該主噴射に先立って副次的に燃料を噴射するパイロット噴射を行う燃料噴射制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、
パイロット噴射量ごとに設定される、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量の特性を記憶しているＰＭ排出特性記憶手段と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて決定されるパイロット噴射の噴射時期が、前記ＰＭ排出特性記憶手段に記憶されている特性に基づいた粒子状物質の排出量の許容範囲を超えてしまう許容範囲外副噴射時期の範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、
を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記判定手段により前記パイロット噴射の噴射時期が前記許容範囲外副噴射時期の範囲内にあると判定された場合に、該パイロット噴射の噴射時期を、該許容範囲外副噴射時期の範囲外に変更してパイロット噴射を行うことを特徴とする。
【００１３】
このように構成することにより、パイロット噴射が行われる場合に、パイロット噴射が行われることに起因して発生するＰＭの排出量がその許容範囲を越えてしまうことがなくなるので、燃焼騒音の低下及びＮＯｘの低減を実現するとともに、ＰＭ排出量を抑制することが可能となる。また、内燃機関の運転状態に基づいて決定されたパイロット噴射量を変える必要がないので、機関の運転騒音の低減及び排気ガス中のＮＯｘの低減という効果を維持しつつ、ＰＭ排出量を抑制することが可能となる。
【００１４】
ここで、ＰＭ排出特性記憶手段は、パイロット噴射量ごとに、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量の関係を、実際の機関を用いた実験等により測定して、予め記憶しておくとよい。
【００１５】
（２）  上記（１）の構成において、前記判定手段により前記パイロット噴射の噴射時期が前記許容範囲外副噴射時期の範囲内にあると判定された場合に、該パイロット噴射の噴射時期を、該許容範囲外副噴射時期の範囲外に変更してパイロット噴射を行う制御に先立って、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量を低減させるように内燃機関の運転制御を行うことも好ましい。
【００１６】
運転制御としては、パイロット噴射量を変化させること、燃料噴射圧力を変化させること、気筒内に酸素または空気を高圧噴射させることを例示することができる。なお、これらの運転制御は、いずれかが単独で行われてもよいし、可能な限り組み合わせて行われてもよい。
【００１７】
このような運転制御を行うことにより、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量を低減させた後、パイロット噴射時期を許容範囲外副噴射時期の範囲外に変更することにより、より確実にＰＭ排出量を抑制することが可能となる。
【００１８】
（３）  また、本発明は、主噴射及び該主噴射に先立って副次的に燃料を噴射するパイロット噴射を行う燃料噴射制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、
パイロット噴射量ごとに設定される、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量の特性を記憶しているＰＭ排出特性記憶手段と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて決定されるパイロット噴射の噴射時期が、前記ＰＭ排出特性記憶手段に記憶されている特性に基づいた粒子状物質の排出量の許容範囲を超えてしまうか否かを判定する判定手段と、
を備え、
前記ＰＭ排出特性記憶手段に記憶されている特性において粒子状物質の排出量が許容範囲上限となるパイロット噴射の噴射時期を第１噴射時期及び第２噴射時期とし、第１噴射時期と第２噴射時期との間で粒子状物質の排出量が許容範囲を超えてしまう場合に、
前記燃料噴射制御手段は、前記判定手段により前記パイロット噴射の噴射時期が前記第１噴射時期と前記第２噴射時期との間にあると判定された場合に、該パイロット噴射の噴射時期を前記第１噴射時期又は前記第２噴射時期に変更することを特徴とする。
【００１９】
内燃機関の運転状態は、徐々に負荷が変化していくものであり、この変化に応じてパイロット噴射の噴射時期も徐々に変化させている。したがって、内燃機関の運転状態に従い、パイロット噴射時期が第１噴射時期の近傍から、第１及び第２噴射時期の間に変化した場合には、パイロット噴射時期を第１噴射時期とすることが好ましく、また、パイロット噴射時期が第２噴射時期の近傍から、第１及び第２噴射時期の間に変化した場合には、パイロット噴射時期を第２噴射時期とすることが好ましい。これにより、パイロット噴射時期が急に変わってしまうこともなく、燃焼騒音の低下やＮＯｘの低減という効果に影響を与えることもなく、ＰＭ排出量を抑制することが可能となる。
【００２０】
（４）  上記（３）の構成において、前記判定手段により前記パイロット噴射の噴射時期が前記第１噴射時期と前記第２噴射時期との間にあると判定された場合に、該パイロット噴射の噴射時期を前記第１噴射時期又は前記第２噴射時期に変更する制御に先立って、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量の特性が変わるように内燃機関の運転制御を行うことも好ましい。
【００２１】
運転制御としては、上記（２）で例示した制御に加えて、気筒内のガス流（気流、空気の流れ）を変化させることを挙げることができる。そして、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量の特性が変わるとは、ＰＭ排出量を低減させること、及び、ＰＭ排出量が許容範囲を越えてしまう噴射期間を変更させる、または移動させる（ずらす）ことを含むものである。特に、気筒内のガス流（気流、空気の流れ）を変化させることにより、より効果的にこの噴射期間を変更することができる。
【００２２】
このような運転制御を行うことにより、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量の特性を変えた後、パイロット噴射時期を第１噴射時期又は第２噴射時期に変更することにより、パイロット噴射時期が急に変わってしまうこともなく、燃焼騒音の低下やＮＯｘの低減という効果に影響を与えることもなく、より確実にＰＭ排出量を抑制することが可能となる。
【００２３】
なお、気筒内のガス流（気流、空気の流れ）を変化させた場合などにおいて、運転制御を行った後も、ＰＭ排出量が許容範囲を越えてしまう噴射期間が存在するような場合には、ＰＭ排出量が許容範囲を越えてしまう噴射期間（噴射禁止期間）を変更させた後、変更させた噴射時期（噴射禁止期間）に対して所望の間隔を設けた噴射時期（ＰＭ排出量が許容範囲を越えない噴射時期）にパイロット噴射を行うように制御してもよい。
【００２４】
（５）  上記の構成においては、運転状態に基づいて決定されたパイロット噴射時期が、ＰＭ排出量が上限値を超えてしまうようなパイロット噴射時期にある場合に、この範囲を避けてパイロット噴射を行うものであった。ここでは、パイロット噴射時期を変更することなく、パイロット噴射の噴射時期に対するＰＭ排出量の特性が変わるように、上記（４）で説明したような運転制御を行う。
【００２５】
具体的には、主噴射及び該主噴射に先立って副次的に燃料を噴射するパイロット噴射を行う燃料噴射制御手段を備えた内燃機関の制御装置において、
パイロット噴射量ごとに設定される、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量の特性を記憶しているＰＭ排出特性記憶手段と、
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づいて決定されるパイロット噴射の噴射時期が、前記ＰＭ排出特性記憶手段に記憶されている特性に基づいた粒子状物質の排出量の許容範囲を超えてしまう許容範囲外副噴射時期の範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、
を備え、
前記判定手段により前記パイロット噴射の噴射時期が前記許容範囲外副噴射時期の範囲内にあると判定された場合に、パイロット噴射の噴射時期に対する粒子状物質の排出量の特性が変わるように内燃機関の運転制御を行うことを特徴とする。
【００２６】
これにより、運転状態に基づいて決定されたパイロット噴射時期やパイロット噴射量を変えることなく、ＰＭ排出量を抑制することができる。パイロット噴射時期やパイロット噴射量を変える必要がないので、機関の運転騒音の低減及び排気ガス中のＮＯｘの低減という効果を維持することができる。
【００２７】
（６）  また、上記の構成において、粒子状物質の排出量を検出するＰＭ排出量検出手段をさらに備え、前記ＰＭ排出量検出手段の検出結果に基づいて、前記ＰＭ排出特性記憶手段に記憶されている粒子状物質の排出量の特性を修正することも好ましい。
【００２８】
内燃機関の初期バラツキや経年変化などによって、ＰＭ排出特性記憶手段に記憶されているパイロット噴射の噴射時期に対するＰＭ排出量の特性と、実際のＰＭ排出量との間にずれが生じている場合がある。
【００２９】
そこで、ＰＭ排出量検出手段をさらに備えることにより、ＰＭ排出量の特性から予測される値と、ＰＭ排出量検出手段により検出された（実際に排出された）ＰＭの排出量とを比較することができるので、これらの差、すなわち、ＰＭ排出量の特性の誤差を推定することができる。そして、この誤差が小さくなるようにＰＭ排出量の特性を修正することにより、ＰＭ排出量の特性の精度を良好に維持することができる。
【００３０】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、内燃機関としてディーゼルエンジンの排気浄化装置として具体化した一実施の形態について説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の概略構成を示す図である。
【００３３】
図１において、内燃機関１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気通路３０及び排気通路４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンである。
【００３４】
先ず、燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、コモンレール１２、燃料噴射弁１３、機関燃料通路１４等を備えて構成される。サプライポンプ１１は、燃料タンク（図示略）から汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路１４を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は、サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３に分配する。
【００３５】
燃料噴射弁１３は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料を噴射供給する。そして、燃料噴射弁１３は、ピストン（図示略）が上死点近傍に位置したときに主たる燃料噴射（主噴射）を行うとともに、機関運転状態に応じて、この主噴射に先立って主噴射よりも少量の燃料を噴射する副噴射（パイロット噴射）を行う。
【００３６】
排気通路４０には、排気浄化装置４１が設けられ、さらに排気浄化装置４１の下流にてマフラー（図示略）と接続されている。
【００３７】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５０が併設されている。このＥＣＵ５０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等からなる論理演算回路を備え、各種センサの信号に基づいて内燃機関１の各種構成要素を統括制御する。ここで、ＥＣＵ５０は、内燃機関の制御装置（燃料噴射制御手段、ＰＭ排出特性記憶手段、運転状態検出手段、判定手段）を構成するものである。
【００３８】
ＥＣＵ５０には、内燃機関１の各部位に取り付けられた各種センサが電気配線を介して接続され、該各種センサにより出力される、当該部位の環境条件や、内燃機関１の運転状態に関する信号、例えば、アクセル開度センサ５１からの入力信号やクランクポジションセンサ５２からの入力信号がＥＣＵ５０に入力されるようになっている。アクセル開度センサ５１はアクセル開度に比例した出力電圧をＥＣＵ５０に出力し、ＥＣＵ５０はアクセル開度センサ５１の出力信号に基づいて機関負荷を演算する。クランクポジションセンサ５２はクランクシャフトが一定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ５０に出力し、ＥＣＵ５０はこの出力パルスに基づいて機関回転数を演算する。これら機関負荷と機関回転数とによって内燃機関の運転状態が検出される。
【００３９】
そして、ＥＣＵ５０には、燃料噴射弁１３等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ５０が内燃機関の運転状態に応じて燃料噴射弁１３等を制御することが可能になっている。
【００４０】
また、ＥＣＵ５０は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関負荷の演算、機関回転数の演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ５０が入力した各種信号やＥＣＵ５０が演算して得られた各種制御値は、ＥＣＵ５０のＲＡＭに一時的に記憶される。
【００４１】
更に、ＥＣＵ５０は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、或いはクランクポジションセンサ５２からのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理において、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って定期的に以下に述べるような燃料噴射制御などを実行する。
【００４２】
以下に、燃料噴射制御について説明する。
【００４３】
ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態に基づいて、メイン噴射（主噴射）のみを行なう通常噴射モードと、所定間隔でパイロット噴射及びメイン噴射を行なうパイロット噴射モードとを選択的に行っている。
【００４４】
パイロット噴射とは、機関の運転騒音の低減及び排気ガス中のＮＯｘの低減を目的として行われるものである。そして、パイロット噴射モードとしては、燃料噴射サイクル毎に、最初短時間内に少量のパイロット噴射を行い、休止時間を置いた後、相対的に長い時間にわたり多量のメイン噴射を行う噴射パターンを採用することが行われている。
【００４５】
このように、パイロット噴射はメイン噴射に先立って少量の燃料を噴射する副噴射であり、例えば圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）７０〜０°クランク角（°ＣＡ）程度で行われる。メイン噴射に対する時期的間隔が大きいときには予混合気を形成し、小さいときにはメイン噴射によって噴射された燃料を着火燃焼させるための着火源を形成する。
【００４６】
そして、パイロット噴射の燃料噴射量と噴射時期の設定は、ＥＣＵ５０によって例えば次のように実行される。
【００４７】
ＥＣＵ５０は、先ず、機関運転状態を示す機関回転数やアクセル開度などをパラメータとして燃料噴射量を演算する。その際、機関回転数やアクセル開度などのパラメータと燃料噴射量との関係は予めマップ化されてＲＯＭに記憶されている。
【００４８】
このようにして燃料噴射量が決定されると、ＥＣＵ５０は、燃料噴射量をパイロット噴射量とメイン噴射量とに分割する。
【００４９】
パイロット噴射のパイロット噴射量及びパイロット噴射時期は、機関の運転騒音の低減及び排気ガス中のＮＯｘの低減するために設定される所望のパイロット噴射量及びパイロット噴射時期であり、機関運転状態を示す機関回転数やアクセル開度などのパラメータとの関係が予めマップ化されてＲＯＭに記憶されている。そして、機関運転状態に応じてＲＯＭから読み出されることにより、パイロット噴射量及びパイロット噴射時期が設定される。
【００５０】
そして、そのパイロット噴射量を前記燃料噴射量から減算してメイン噴射量を決定する。
【００５１】
このように機関の運転騒音の低減及び排気ガス中のＮＯｘの低減のために所望のパイロット噴射量及びパイロット噴射時期が設定されるが、このパイロット噴射を行うことによって、ＰＭの排出量が増大してしまい、ＰＭの上限値（規制値）を越えてしまう場合がある。
【００５２】
そこで、本実施の形態においては、パイロット噴射量毎に設定される、パイロット噴射時期に対するＰＭ排出量の特性に基づいて、ＰＭ排出量が所定量を越えてしまうような場合には、パイロット噴射量を変えることなくパイロット噴射時期を変えることによってＰＭ排出量を抑制している。
【００５３】
図２は、パイロット噴射時期に対するＰＭ排出量の特性（ＰＭ排出特性）を示す図であり、横軸はパイロット噴射の噴射時期（パイロットインターバル、単位はクランク度（°ＣＡ）としている）を表し、縦軸はＰＭ排出量を表している。このような、パイロット噴射時期に対するＰＭ排出量の特性は、パイロット噴射量毎に予めマップ化されて、ＰＭ排出特性記憶手段としてのＲＯＭに記憶されている。
【００５４】
図２では、パイロット噴射時期が７〜９°ＣＡ（本実施の形態では、７°ＣＡと９°ＣＡとは含まないこととする）の範囲にある場合に、ＰＭ排出量が上限値を越えていることを表している。ここで、７〜９°ＣＡの範囲（７°ＣＡと９°ＣＡとは含まない）を、パイロット噴射時期の禁止期間ということとする。
【００５５】
そして、本実施の形態では、機関運転状態に基づいて決定されたパイロット噴射時期が、図２に示すようなＰＭ排出特性に基づき、ＰＭ排出量の上限値を越えてしまうような噴射時期にある場合、すなわち、パイロット噴射時期の禁止期間にある場合には、この範囲に入らないようにパイロット噴射を行わせるものである。
【００５６】
次に、パイロット噴射を行う場合の燃料噴射制御について説明する。図３は、パイロット噴射を行う場合の燃料噴射制御を示すフローチャートである。
【００５７】
まず、ステップＳ１０１において、内燃機関運転状態を検出する。機関運転状態は、上述したように、機関負荷と機関回転数とによって内燃機関の運転状態を検出するとよい。
【００５８】
続くステップＳ１０２では、内燃機関の運転状態に応じて、ＲＯＭから図２に示すようなＰＭ排出特性を読み込んで、ＰＭ排出量が上限値を超えてしまうパイロット噴射時期（パイロット噴射禁止期間）を演算する（図２においては、７〜９°ＣＡの範囲がパイロット噴射禁止期間となる）。
【００５９】
続くステップＳ１０３では、内燃機関の運転状態に応じて設定される、所望のパイロット噴射時期をＲＯＭから読み込む。
【００６０】
そして、続くステップＳ１０４において、パイロット噴射時期が禁止期間にあるかどうかを判定する。ステップＳ１０４で、パイロット噴射時期が禁止期間にあると判定された場合は、ステップＳ１０５に進む。一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０１に戻り、最初から本ルーチンを実行する。
【００６１】
そして、ステップＳ１０５においては、パイロット噴射が行われる噴射時期の範囲内において、パイロット噴射禁止期間を除いた範囲（禁止期間外）に制限して、パイロット噴射を行うようにする。
【００６２】
ここで、パイロット噴射が行われる噴射時期においては、パイロット噴射時期の禁止期間である７〜９°ＣＡの範囲に入らなければ、ＰＭ排出量が上限値を超えてしまうようなことはないが、７°ＣＡの噴射時期（第１噴射時期）、または、９°ＣＡの噴射時期（第２噴射時期）にパイロット噴射が行われると好ましい。
【００６３】
内燃機関の運転状態は、徐々に負荷が変化していくものであり、この変化に応じてパイロット噴射の噴射時期も徐々に変化させている。したがって、７°ＣＡ以下だった噴射時期が禁止期間に入った場合には、噴射時期を７°ＣＡとすることが好ましく、また、９°ＣＡ以上だった噴射時期が禁止期間に入った場合には、噴射時期を９°ＣＡとすることが好ましい。このようにして、パイロット噴射の噴射時期が決定されて、パイロット噴射が行われることにより、パイロット噴射時期が急に変わってしまうこともなく、燃焼騒音の低下やＮＯｘの低減という効果に影響を与えることもなく、ＰＭ排出量を抑制することが可能となる。
【００６４】
以上のように、機関運転状態に基づいて決定されたパイロット噴射時期が、ＰＭ排出特性に基づき、ＰＭ排出量の上限値を越えてしまうような噴射時期にある場合には、この範囲に入らないようにパイロット噴射を行わせることにより、パイロット噴射が行われることに起因して発生するＰＭの排出量がその許容範囲を越えてしまうことがなくなる。したがって、燃焼騒音の低下及びＮＯｘの低減を実現するとともに、ＰＭ排出量を抑制することが可能となる。また、機関運転状態に基づいて決定されたパイロット噴射量を変える必要がないので、機関の運転騒音の低減及び排気ガス中のＮＯｘの低減という効果を維持しつつ、ＰＭ排出量を抑制することが可能となる。
【００６５】
ここで、図３に示すフローチャートに基づいた、パイロット噴射を行う場合の燃料噴射制御においては、パイロット噴射時期がパイロット噴射時期の禁止期間に入らないように制御するものであるが、さらにこれに先立って、ＰＭ排出特性が変わるように運転制御を行うことも好ましい。
【００６６】
運転制御としては、気筒内のガス流（気流、空気の流れ）を変化させたり、パイロット噴射量を変化させたり、燃料噴射圧力を変化させたり、気筒内に酸素または空気を高圧噴射させたりすることを例示することができる。これらの運転制御は、いずれかが単独で行われてもよいし、可能な限り組み合わせて行われてもよい。これらの運転制御について、以下に説明する。
【００６７】
まず、気筒内のガス流（気流、空気の流れ）を変化させる場合について説明する。
【００６８】
気筒内のガス流を変化させる手段としては、例えば気筒内に入る吸気の流れをスワール等の渦流にする渦流発生手段を例示することができる。これには、例えば、気筒に設けられかつそれぞれが個別の吸気バルブに導かれる２つのポート、すなわち吸気制御のためのスワールコントロールバルブ（Ｓｗｉｒｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｖａｌｖｅ：ＳＣＶ）を含むストレートポートと、ストレートポートと一部合流し、スワール発生用の小突起を内部に有するヘリカルポートとを備え、スワールコントロールバルブを閉弁することで燃焼室内にスワールを発生させるスワール発生手段を挙げることができる。
【００６９】
また、吸排気バルブの開閉タイミングを可変として、吸排気バルブのオーバラップ量を積極的に変更するバルブタイミング可変機構により、気筒内のガス流を変化させてもよい。
【００７０】
上述したような手段によって、気筒内のガス流を変化させることにより、ＰＭ排出特性を変更することができる。図４は、気筒内のガス流を変化させることにより変更したＰＭ排出特性を示す図である。図４においては、変更したＰＭ排出特性を点線Ｂで示しており、また、パイロット噴射禁止期間を、７〜９°ＣＡの範囲Ｃから、９〜１１°ＣＡの範囲Ｄに変更した場合について示すものである。このように、気筒内のガス流を変化させることによって、ＰＭ排出特性をＡからＢに変更して、パイロット噴射禁止期間を変更する（ＰＭ発生ピークを移動をさせる）ことができる。
【００７１】
ここで、気筒内のガス流を変化させた場合、パイロット噴射禁止期間を変更することはできるが、必ずしもＰＭ排出量を低減させるものではないので、パイロット噴射は、７°ＣＡ、または、９°ＣＡの噴射時期に行われると好ましい。また、パイロット噴射時期を小さい値から大きくしているが、大きな値から小さくする場合には、図に示す矢印とは逆方向にパイロット噴射禁止期間（ＰＭ発生ピーク）が移動するように、例えばスワール流を制御して気筒内のガス流を変化させるとよい。
【００７２】
このように、機関運転状態に基づいて決定されたパイロット噴射時期がＰＭ排出量の上限値を越えてしまうようなパイロット噴射時期となるような場合（図４に示すパイロット噴射時期の禁止期間Ｃにある場合）には、気筒内のガス流を変化させることにより、パイロット噴射時期の禁止期間を変更（図４に示す禁止期間Ｄに変更（移動））してから、７°ＣＡ、または、９°ＣＡの噴射時期にパイロット噴射を行うとよい。
【００７３】
気筒内のガス流を変化させる場合の制御は、以下のように実行される。図５は、気筒内のガス流を変化させる場合のフローチャートである。これは、図３に示すフローチャートのステップＳ１０４とステップＳ１０５との間に、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２が加わったものであり、以下の説明では特徴部分のみ説明することとする。
【００７４】
図５において、ステップＳ１０４で肯定判定がなされてステップＳ２０１に進み、ステップＳ２０１においては、スワール流を変化させてＰＭ排出特性を図４に示す点線Ｂのように変化させる。
【００７５】
そして、続くステップＳ２０２において、さらなるスワール流変化が可能かどうかを判定する。スワール流の制御により気筒内のガス流を大きく変化させると、燃焼が不安定となるので、ステップＳ２０２では、不都合が起こらない程度にスワール流の変化には制限を設けるもので、予めマップ化されてＲＯＭに記憶されている制限値を越えたかどうかを判定している。ステップＳ２０２において肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０１に戻り、最初から本ルーチンを実行し、否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５に進む。
【００７６】
次に、パイロット噴射量を変化させる場合について説明する。
【００７７】
パイロット噴射量は、ＥＣＵ５０によって燃料噴射弁１３が制御されることにより変化する。そして、燃料噴射弁１３から噴射されるパイロット噴射量を減量することにより、ＰＭ排出特性を変えることができる。
【００７８】
図６は、パイロット噴射量を減量させることにより変更したＰＭ排出特性を示す図である。図６においては、変更したＰＭ排出特性を点線Ｅで示している。図６からわかるように、点線Ｅで示される変更したＰＭ排出特性においては、ＰＭ排出量が全体的に低減され、ＰＭ排出量が上限値以下となっている（ＰＭ発生ピークが抑制（消滅）している）。
【００７９】
このように、機関運転状態に基づいて決定されたパイロット噴射時期がＰＭ排出量の上限値を越えてしまうようなパイロット噴射時期となるような場合（パイロット噴射時期の禁止期間にある場合）には、パイロット噴射量を減量させることによって、ＰＭ排出量を上限値以下にしてから、パイロット噴射禁止期間外に制限して、パイロット噴射を行うようにするとよい。
【００８０】
パイロット噴射量を減量させる場合の制御は、以下のように実行される。図７は、パイロット噴射量を減量させる場合のフローチャートである。これは、図２に示すフローチャートのステップＳ１０４とステップＳ１０５との間に、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２が加わったものであり、以下の説明では特徴部分のみ説明することとする。
【００８１】
図７において、ステップＳ１０４で肯定判定がなされてステップＳ３０１に進み、ステップＳ３０１においては、パイロット噴射量を減量させてＰＭ排出特性を図６に示す点線Ｅのように変化させＰＭ排出量を抑制する。
【００８２】
そして、続くステップＳ３０２において、パイロット噴射量をさらに減量させることが可能かどうかを判定する。パイロット噴射量の減量により、ＰＭ排出量を抑制することができるが、その一方で、燃焼騒音、ＮＯｘ、ＴＨＣ（全炭化水素）などに関して悪化を招く場合がある。これは、パイロット燃焼（パイロット噴射による燃焼）によるメイン燃焼（メイン噴射による燃焼）に対する熱供給が低減するため、メイン燃焼着火遅れが大きくなり、予混合燃焼する燃料が増加してしまうためである。その結果、燃焼騒音、ＮＯｘの増加につながる。また、パイロット噴射による噴霧が少なすぎると、すべて燃焼しきれず、未燃ＨＣとして排出されてしまうこととなる。したがって、これらが悪化した場合を想定して許容範囲を定めておき、その許容範囲を越えることがないようなパイロット噴射量の下限値を予めマップ化してＲＯＭに記憶させておく。ステップＳ３０２では、この下限値を越えていないかどうかを判定する。ステップＳ３０２において肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０１に戻り、最初から本ルーチンを実行し、否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５に進む。
【００８３】
次に、燃料噴射圧力を変化させる場合について説明する。
【００８４】
燃料噴射圧力を変化させる手段としては、燃料を高圧にしてコモンレール１２に供給するサプライポンプ１１をＥＣＵ５０により制御して、コモンレール圧を変化させる手段を例示することができる。
【００８５】
コモンレール圧を上昇させることにより、気筒内で燃料の噴霧がより遠くまで飛ぶようになり、空気利用効率が上昇することとなる。その結果、ＰＭ排出量が減少する方向にＰＭ排出特性を変えることができる。
【００８６】
このように、機関運転状態に基づいて決定されたパイロット噴射時期がＰＭ排出量の上限値を越えてしまうようなパイロット噴射時期となるような場合（パイロット噴射時期の禁止期間にある場合）には、燃料噴射圧力を変化させることによって、ＰＭ排出量を上限値以下に抑制してから、パイロット噴射禁止期間外に制限して、パイロット噴射を行うようにするとよい。
【００８７】
燃料噴射圧力を変化させる場合の制御は、以下のように実行される。図８は、燃料噴射圧力を変化させる場合のフローチャートである。これは、図２に示すフローチャートのステップＳ１０４とステップＳ１０５との間に、ステップＳ４０１及びステップＳ４０２が加わったものであり、以下の説明では特徴部分のみ説明することとする。
【００８８】
図８において、ステップＳ１０４で肯定判定がなされてステップＳ４０１に進み、ステップＳ４０１においては、燃料噴射圧力を上昇させてＰＭ排出特性を変化させＰＭ排出量を抑制する。
【００８９】
そして、続くステップＳ４０２において、燃料噴射圧力をさらに上昇させることが可能かどうかを判定する。燃料噴射圧力を上昇させることにより、ＰＭ排出量を抑制することができるが、その一方で、燃焼騒音、ＮＯｘ、燃費などに関して悪化を招く場合がある。これは、燃料噴射圧力が上昇することにより、燃焼が盛んになるために、燃焼騒音、ＮＯｘに関して悪化するものであり、また、燃料噴射圧（コモンレール圧）上昇のためポンプを駆動させるために、燃費が悪化するものである。したがって、これらが悪化した場合を想定して許容範囲を定めておき、その許容範囲を越えることがないような燃料噴射圧（コモンレール圧）の上限値を予めマップ化してＲＯＭに記憶させておく。ステップＳ４０２では、この上限値を越えていないかどうかを判定する。ステップＳ４０２において肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０１に戻り、最初から本ルーチンを実行し、否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５に進む。
【００９０】
次に、気筒内に酸素または空気を高圧噴射させる場合について説明する。
【００９１】
気筒内に酸素または空気を高圧噴射させる手段としては、気筒内に酸素または空気を高圧噴射する噴射手段を例示することができる。
【００９２】
気筒内燃焼の後期に酸素または空気を噴射することで、ＰＭの燃焼を促進させることができ、ＰＭ排出量を低減させることができる。これは、燃焼室内に酸素または空気を噴射することにより、残留しているＰＭに酸素または空気が衝突し、その酸化を促すことでＰＭが低減するものである。
【００９３】
このように、機関運転状態に基づいて決定されたパイロット噴射時期がＰＭ排出量の上限値を越えてしまうようなパイロット噴射時期となるような場合（パイロット噴射時期の禁止期間にある場合）には、気筒内に酸素または空気を高圧噴射させることによって、ＰＭ排出量を上限値以下に抑制してから、パイロット噴射禁止期間外に制限して、パイロット噴射を行うようにするとよい。
【００９４】
気筒内に酸素または空気を噴射する場合の制御は、以下のように実行される。図９は、気筒内に酸素または空気を噴射する場合のフローチャートである。これは、図２に示すフローチャートのステップＳ１０４とステップＳ１０５との間に、ステップＳ５０１及びステップＳ５０２が加わったものであり、以下の説明では特徴部分のみ説明することとする。
【００９５】
図９において、ステップＳ１０４で肯定判定がなされてステップＳ５０１に進み、ステップＳ５０１においては、気筒内に酸素または空気を噴射してＰＭ排出特性を変化させＰＭ排出量を抑制する。
【００９６】
そして、続くステップＳ５０２において、気筒内に噴射する酸素または空気を増量することが可能かどうかを判定する。気筒内に酸素または空気を高圧噴射することにより、ＰＭ排出量を抑制することができるが、その一方で、ＮＯｘ、燃費などに関して悪化を招く場合がある。これは、気筒内に噴射する酸素または空気の量（噴射空気量）や圧（噴射圧）を増加すると、燃焼が盛んになることで、ＮＯｘが増加傾向になるためである。また、ポンプを駆動する必要があるため、燃費が悪化する傾向にある。したがって、これらが悪化した場合を想定して許容範囲を定めておき、その許容範囲を越えることがないような噴射空気量または噴射空気圧力の上限値を予めマップ化してＲＯＭに記憶させておく。ステップＳ５０２では、この上限値を越えていないかどうかを判定する。ステップＳ５０２において肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０１に戻り、最初から本ルーチンを実行し、否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０５に進む。
【００９７】
次に、内燃機関１に実際に排出されているＰＭの排出量を検出することができるＰＭ排出量検出手段としてＰＭセンサを設けた場合について説明する。
【００９８】
ＰＭセンサを設けることにより、ＰＭセンサにより検出された（実際に排出された）ＰＭの排出量と、ＲＯＭに記憶されているＰＭ排出特性からの予測値とを比較して、ＰＭ排出特性の予測値の誤差が小さくなるようにＰＭ排出特性を修正することができる。これにより、ＰＭの予測精度を良好に維持することができる。
【００９９】
図１０は、ＰＭセンサを設けた場合の制御を示すフローチャートである。これは、図２に示すフローチャートのステップＳ１０３とステップＳ１０４との間に、ステップＳ６０１及びステップＳ６０２が加わったものであり、以下の説明では特徴部分のみ説明することとする。
【０１００】
図１０において、ステップＳ１０３で内燃機関運転状態に応じて設定される、所望のパイロット噴射時期をＲＯＭから読み込んだ後、ステップＳ６０１に進む。ステップＳ６０１においては、ＰＭセンサにより検出された実際のＰＭ排出量を読み込む。
【０１０１】
そして、続くステップＳ６０２において、ＰＭ排出特性からの予測値と、ＰＭセンサによる検出値（測定値）とを比較して、その差（ＰＭ排出特性からの予測値の誤差）が許容範囲以内かどうかを判定する。ステップＳ６０２において肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０４に進み、否定判定がなされた場合には、ステップＳ６０３に進む。
【０１０２】
ステップＳ６０３においては、ステップＳ６０２で比較した差（ＰＭ排出特性からの予測値の誤差）に基づいて、ＰＭ排出特性を修正してステップＳ１０１に戻り、最初から本ルーチンを実行する。
【０１０３】
このようなＰＭセンサを設けた場合の制御は、上述したようなＰＭ排出特性が変わるように運転制御を行う場合においても、好適に適用することができる。この場合にも、それぞれに示したフローチャートにおいて、上述したように、ステップＳ１０３とステップＳ１０４との間に、ステップＳ６０１及びステップＳ６０２が加わったものとなる。
【０１０４】
これまで説明してきた制御においては、ＰＭ排出特性が変わるように運転制御を行った後、パイロット噴射時期がパイロット噴射時期の禁止期間に入らないように制御するものであったが、ＰＭ排出特性が変わるように運転制御を行うだけでも、ＰＭ排出量を抑制することは可能である。
【０１０５】
すなわち、機関運転状態に基づいて決定されたパイロット噴射時期がＰＭ排出量の上限値を越えてしまうようなパイロット噴射時期となるような場合（パイロット噴射時期の禁止期間にある場合）には、上述したように、ＰＭ排出特性が変わるように運転制御を行うことにより、パイロット噴射時期の禁止期間を変更（移動）したり、ＰＭ排出量を抑制してから、機関運転状態に基づいて決定された前記パイロット噴射時期にパイロット噴射を行ってもよい。
【０１０６】
これは、上記に示したフローチャートにおいては、ステップＳ１０５を除くことにより、それぞれの運転制御を行った後、それぞれのルーチンを抜けるようにすることを意味するものである。
【０１０７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、パイロット噴射時期に対するＰＭ排出量の特性を用いることにより、燃焼騒音の低下及びＮＯｘの低減を実現するとともに、ＰＭの発生を抑制して、より好適なパイロット噴射を実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態において内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】本発明の実施の形態においてパイロット噴射時期に対するＰＭ排出量の特性（ＰＭ排出特性）を示す図。
【図３】本発明の実施の形態においてパイロット噴射を行う場合の燃料噴射制御を示すフローチャート図。
【図４】本発明の実施の形態において気筒内のガス流を変化させることにより変更したＰＭ排出特性を示す図。
【図５】本発明の実施の形態において気筒内のガス流を変化させてからパイロット噴射を行う場合の燃料噴射制御を示すフローチャート図。
【図６】本発明の実施の形態においてパイロット噴射量を減量させることにより変更したＰＭ排出特性を示す図。
【図７】本発明の実施の形態においてパイロット噴射量を減量させてからパイロット噴射を行う場合の燃料噴射制御を示すフローチャート図。
【図８】本発明の実施の形態において燃料噴射圧力を変化させてからパイロット噴射を行う場合の燃料噴射制御を示すフローチャート図。
【図９】本発明の実施の形態において気筒内に酸素または空気を噴射してからパイロット噴射を行う場合の燃料噴射制御を示すフローチャート図。
【図１０】本発明の実施の形態においてＰＭセンサを設けた場合の制御を示すフローチャート図。
【符号の説明】
１  内燃機関
１０  燃料供給系
１１  サプライポンプ
１２  コモンレール
１３  燃料噴射弁
１４  機関燃料通路
２０  燃焼室
３０  吸気通路
４０  排気通路
４１  排気浄化装置
５０  ＥＣＵ
５１  アクセル開度センサ
５２  クランクポジションセンサ
【図１】
2004360572.tif 000003
【図２】
2004360572.tif 000004
【図３】
2004360572.tif 000005
【図４】
2004360572.tif 000006
【図５】
2004360572.tif 000007
【図６】
2004360572.tif 000008
【図７】
2004360572.tif 000009
【図８】
2004360572.tif 000010
【図９】
2004360572.tif 000011
【図１０】
2004360572.tif 000012