(57)【要約】【課題】可変圧縮比内燃機関で、圧縮比を変化させた時に燃焼音が増大し、搭乗者に不安感を抱かせる場合があるため、燃焼音の増大を抑制することを課題とする。【解決手段】圧縮比を変化させた際に発生する燃焼音、若しくは圧縮比の変化による着火遅れ期間を測定し、この燃焼音若しくは着火遅れ期間が定められた目標値より大きい場合には、圧縮比を僅かに高めると共に、パイロット噴射量を増やすか、マルチ噴射回数を増やすか、メイン噴射時期を進角するか、何れか一つ以上の制御を行って目標値以下にする。【選択図】図１０
2004011501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室が設けられた筒内の圧縮比を変化させることが可能な可変圧縮比内燃機関であって、筒内の圧縮比を変化させた時に、前記燃焼室で燃料が燃焼する際に発生する燃焼音量を測定し、この実燃焼音量と、内燃機関の燃焼室に噴射される燃料量及び内燃機関の回転数に応じて算出される目標燃焼音量とを比較し、前記実燃焼音量が目標燃焼音量よりも大きい場合には、着火時期に噴射される主燃料噴射が行われる前に噴射される予混合噴射の噴射量を変化させるか、主燃料噴射時期を変化させるか、燃焼室内圧力を変化させるか、若しくは予混合噴射量を変化させると共に予混合噴射回数を変化させるか、のうち少なくとも１以上の制御を行い、実燃焼音量が目標燃焼音量を下回るようにする可変圧縮比内燃機関制御方法。
【請求項２】
前記可変圧縮比内燃機関であって、前記燃焼室で主燃料が噴射されて、この主燃料に着火するまでの着火遅れ期間を測定し、この測定着火遅れ期間と、内燃機関の燃焼室に噴射される燃料量及び内燃機関の回転数に応じて算出される目標着火遅れ期間とを比較し、前記測定着火遅れ期間が目標着火遅れ期間よりも長い場合には、着火時期に噴射される主燃料噴射が行われる前に噴射される予混合噴射の噴射量を変化させるか、主燃料噴射時期を変化させるか、燃焼室内圧力を変化させるか、若しくは予混合噴射量を変化させると共に予混合噴射回数を変化させるか、のうち少なくとも１以上の制御を行い、測定着火遅れ期間が目標着火遅れ期間を下回るようにする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関制御方法。
【請求項３】
燃焼室が設けられた筒内の圧縮比が変更可能な可変圧縮機構を有する内燃機関であって、
前記内燃機関は、筒内の圧力を測定する筒内圧力測定手段、及び出力部であるクランクシャフトの回転角を測定するクランク角測定手段を有して、前記クランク角測定手段で測定されるクランク角の変化率に対して前記筒内圧力測定手段で測定される筒内圧力の変化率に応じて燃焼の際に測定される燃焼音の音量を算出する実燃焼音量算出手段と、
前記筒内に噴射される燃料量、及びクランクシャフトの回転数に応じて、燃焼室温の目標となる燃焼音量を算出する目標燃焼音算出手段と、
前記実燃焼音算出手段で算出された実燃焼音及び前記目標燃焼音算出手段で算出された目標燃焼音を比較する燃焼音比較手段と、
前記燃焼音比較手段で、実燃焼音が目標燃焼音より大きいと判断された場合に、着火時期に噴射される主燃料噴射が行われる前に噴射される予混合噴射の噴射量を変化させる予混合噴射量変更手段か、主燃料噴射時期を変化させる主燃料噴射時期変更手段か、筒内圧力を変化させる筒内圧力変更手段か、若しくは予混合噴射量変更手段で予混合噴射量を変化させると共に、予混合噴射回数を変化させる予混合噴射回数変更手段か、の少なくとも１以上の手段を選択すると共に、選択した何れかの手段に応じた制御を実行して、前記実燃焼音量を目標燃焼音量より小さくする実燃焼音量低下手段と、を含む可変圧縮比内燃機関制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、主燃料噴射が行われた時から、燃料に着火するまでの時間を算出する測定着火遅れ時期算出手段と、
前記筒内に噴射される燃料量、及びクランクシャフトの回転数に応じて、目標となる着火遅れ時間を算出する目標着火遅れ時期算出手段と、
前記測定着火遅れ時期算出手段で算出した測定着火遅れ時期及び、目標着火遅れ時期算出手段で算出する目標着火時期を比較する着火遅れ時期比較手段と、
前記着火遅れ時期比較手段で、測定着火遅れ時期が目標着火時期より長いと判断された場合に、前記予混合噴射量変更手段か、前記主燃料噴射時期変更手段か、前記筒内圧力変更手段か、若しくは前記予混合噴射回数変更手段か、の少なくとも１以上の手段を選択すると共に、選択した何れかの手段に応じた制御を実行して、前記測定着火遅れ期間を目標測定着火遅れ期間より短くする測定着火遅れ短縮手段と、を含む請求項３に記載の可変圧縮比内燃機関制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮比を変更可能な可変圧縮比内燃機関の制御方法及び装置に関し、特に圧縮比を変化させた時の燃焼音を制御するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンにおいて理想的な圧縮比というのは、機関温度、エンジン負荷、回転数などによって異なってくる。始動時や軽負荷時には、着火しづらいため、圧縮比は高い方が望ましい。一方、定速走行時などでは、燃費と排気のバランスから中程度の圧縮比が望ましく、更に登坂時、加速時などの高負荷時では、筒内圧制限から、できるだけ低圧縮比とすることが望ましい。このように運転条件によって圧縮比を変化可能なエンジンであれば、排気特性の向上、高出力、低燃費を両立することが可能となる。
【０００３】
この圧縮比を変化可能としたエンジン（以下可変圧縮比内燃機関とする）は、既にいくつか提案されており、例えばＶＶＴ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｖａｌｖｅ　Ｔｉｍｉｎｇ）を利用してバルブの開閉するタイミングを変え、実圧縮比を変える方法がある。しかし、このＶＶＴによる可変圧縮比内燃機関では、実圧縮比を上げるべく、吸気バルブの閉じるタイミングを遅くして吸入空気量を増やした場合には、吸気抵抗が増加し、燃費悪化を増大させるおそれがある。
【０００４】
一方、ピストンのストローク量や、気筒内の容積等を機械的に変化させることにより、実圧縮比を変化させる可変圧縮比内燃機関が開発され、公知となっている。
【０００５】
前記ＶＶＴを利用した可変圧縮比内燃機関や、気筒内の容積を機械的に変化させた可変圧縮比内燃機関に限らず、可変圧縮比内燃機関は、その圧縮比に応じて燃焼音を発生させる。
【０００６】
元々、可変圧縮比内燃機関は、低負荷時から高負荷時までを同一圧縮比にすることによる高負荷時でのノッキングの発生や、低負荷時の燃料消費悪化等を防止するために開発されたものである。よって、可変圧縮比内燃機関では、ノッキングに起因するノック音等は、全体としては大幅に抑えられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
また、可変圧縮比内燃機関では、負荷状態に応じて圧縮比を切換えることにより、その負荷状態で最も効率の良い燃焼を行うことが可能となる。しかし、可変圧縮比内燃機関では、圧縮比を切換える際に、その圧縮比の変化により燃焼音に変化が生じる。圧縮比を変化させる、特に高圧縮比から低圧縮比に切換えた際には、燃焼室内で着火遅れが増大して異常燃焼が発生し、燃焼音が増大する傾向がある。
【０００８】
燃焼音が変化することで、搭乗者に違和感を生じさせ、特に燃焼音が増大した場合などには、搭乗者に内燃機関等の何らかの異常を想像させる場合もある。
【０００９】
本発明は前記問題に鑑みて、可変圧縮比内燃機関にて圧縮比を変化させた場合に発生する燃焼音の変化を低減させることを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、燃焼室が設けられた筒内の圧縮比を変化可能な可変圧縮比内燃機関であって、筒内の圧縮比を変化させた時に、前記燃焼室で燃料が燃焼する際に発生する燃焼音量を測定し、この実燃焼音量と、内燃機関の燃焼室に噴射される燃料量及び内燃機関の回転数に応じて算出される目標燃焼音量とを比較し、前記実燃焼音量が目標燃焼音量よりも大きい場合には、着火時期に噴射される主燃料噴射が行われる前に噴射される予混合噴射の噴射量を変化させるか、主燃料噴射時期を変化させるか、燃焼室内圧力を変化させるか、若しくは予混合噴射量を変化させると共に予混合噴射回数を変化させるか、のうち少なくとも１以上の制御を行い、実燃焼音量が目標燃焼音量を下回るようにした。
【００１１】
圧縮比を切換えた際、特に高圧縮比から低圧縮比に切換えた際に、圧縮時と同一の点火タイミングで点火した場合、混合気の圧縮程度が異なるため、着火性が劣って点火時から着火時までの時間が長くなる。点火時から着火時までの時間が長くなると、燃料が噴射されている期間で均一に燃焼せずに、燃料噴射期間の後期、若しくは燃料噴射期間の後に、燃焼室に噴射された燃料が急激に燃焼する異常燃焼を起し、燃焼音の増大を引き起す場合がある。よって本発明では、先ず、この燃焼音（実燃焼音量）を測定する。
【００１２】
また、可変圧縮比内燃機関において、この可変圧縮比内燃機関が通常に稼働した場合に発生すると想定される燃焼音（目標燃焼音量）を、機関回転数及び燃料噴射量から読取り算出する。この算出した目標燃料音量より、前記実燃焼音量が大きい場合に、実燃焼音量を小さくする。
【００１３】
実燃焼音を小さくするために、着火時期に噴射される主燃料噴射が行われる前に噴射される予混合噴射の噴射量を変化させるか、主燃料噴射時期を変化させるか、燃焼室内圧力を変化させるか、若しくは予混合噴射量を変化させると共に予混合噴射回数を変化させるか、の少なくとも一以上の制御を行う。
【００１４】
前記制御の一である、着火時期に噴射される主燃料噴射が行われる前に噴射される予混合噴射の噴射量を変化させることにより、点火時期での混合気の引火性を高め、点火時期から着火時期までの期間を短縮することが可能となる。同様に、主燃料噴射時期を変化させることや、予混合噴射量を変化させると共に予混合噴射回数を変化させることによっても、同様に混合気の引火性を高め、点火時期から着火時期までの期間を短縮することが可能となる。また、燃焼室内圧力を変化させることにより、好ましくは燃料室内圧力を高圧にすることにより、燃焼性を改善し、燃焼音の増大を防止する。
【００１５】
前記制御方法を実施するには、燃焼室が設けられた筒内の圧縮比が変更可能な可変圧縮機構を有する内燃機関であって、前記内燃機関は、筒内の圧力を測定する筒内圧力測定手段、及び出力部であるクランクシャフトの回転角を測定するクランク角測定手段を有して、クランク角測定手段で測定されるクランク角の変化率に対して前記筒内圧力測定手段で測定される筒内圧力の変化率に応じて燃焼の際に測定される燃焼音の音量を算出する実燃焼音量算出手段と、前記筒内に噴射される燃料量、及びクランクシャフトの回転数に応じて、燃焼室温の目標となる燃焼音量を算出する目標燃焼音算出手段と、前記実燃焼音算出手段で算出された実燃焼音及び前記目標燃焼音算出手段で算出された目標燃焼音を比較する燃焼音比較手段と、前記燃焼音比較手段で、実燃焼音が目標燃焼音より大きいとなった場合に、着火時期に噴射される主燃料噴射が行われる前に噴射される予混合噴射の噴射量を変化させる予混合噴射量変更手段か、主燃料噴射時期を変化させる主燃料噴射時期変更手段か、筒内圧力を変化させる筒内圧力変更手段か、若しくは予混合噴射量変更手段で予混合噴射量を変化させると共に、予混合噴射回数を変化させる予混合噴射回数変更手段か、の少なくとも１以上の手段を選択すると共に、選択した何れかの手段に応じた制御を実行して、前記実燃焼音量を目標燃焼音量より小さくする実燃焼音量低下手段と、を含む可変圧縮比内燃機関制御装置を用いることができる。
【００１６】
この可変圧縮比内燃機関制御装置で用いられる筒内圧力測定手段等の圧力を測定する手段としては、直接筒内に設置した圧力計等が例示できる。また、実燃焼音量算出手段としては、前記筒内圧力測定手段により測定した圧力のクランク角による微分値から燃焼音を測定する公知の技術等がある。目標燃焼音算出手段は、クランクシャフトの回転数及び燃料噴射量に応じて算出される公知の技術である。また、予混合噴射量変更手段等の燃料噴射量を変化させる手段は、予め電子制御装置（ＥＣＵ）に記憶されている各手段に応じた燃料噴射方法に沿って燃料噴射を行う手段である。
【００１７】
次に、燃焼音を抑制する方法として、前記可変圧縮比内燃機関であって、前記燃焼室で主燃料が噴射されて、この主燃料に着火するまでの着火遅れ期間を測定し、この測定着火遅れ期間と、内燃機関の燃焼室に噴射される燃料量及び内燃機関の回転数に応じて算出される目標着火遅れ期間とを比較し、前記測定着火遅れ期間が目標着火遅れ期間よりも長い場合には、着火時期に噴射される主燃料噴射が行われる前に噴射される予混合噴射の噴射量を変化させるか、主燃料噴射時期を変化させるか、燃焼室内圧力を変化させるか、若しくは予混合噴射量を変化させると共に予混合噴射回数を変化させるか、の少なくとも１以上の制御を行い、測定着火遅れ期間が目標着火遅れ期間を下回るようにすることができる。
【００１８】
前述のように、圧縮比を低圧縮比に切換えることにより着火遅れが発生し、着火遅れが発生することにより燃焼室の燃料が一度に燃焼する異常燃焼が発生して、燃焼音が増大する。つまりは、着火遅れ期間と燃焼音の増大との間に関連性が存在する。よって当該方法では、直接燃焼音を測定するのではなく、燃焼音の音量の目安となる、着火遅れ期間に基づいて燃焼音を制御する。
【００１９】
着火遅れ期間を算出するにあたり、予め、内燃機関の回転数と、燃料噴射量より算出される目標着火遅れ期間を算出する。この目標着火遅れ期間は、機関回転数及び燃料噴射量機関回転数及び燃料噴射量から読取り算出する。この算出した目標目標着火遅れ期間に対して、実際に測定した測定着火遅れ期間が長い場合に、測定着火遅れ期間を短縮する。
【００２０】
測定着火遅れ時間を短縮するために、着火時期に噴射される主燃料噴射が行われる前に噴射される予混合噴射の噴射量を変化させるか、主燃料噴射時期を変化させるか、燃焼室内圧力を変化させるか、若しくは予混合噴射量を変化させると共に予混合噴射回数を変化させるか、の少なくとも一以上の制御を行う。
【００２１】
前記制御の一である、着火時期に噴射される主燃料噴射が行われる前に噴射される予混合噴射の噴射量を変化させることにより、点火時期での混合気の引火性を高め、点火時期から着火時期までの期間を短縮することが可能となる。同様に、主燃料噴射時期を変化させることや、予混合噴射量を変化させると共に予混合噴射回数を変化させることによっても、同様に混合気の引火性を高め、点火時期から着火時期までの期間を短縮することが可能となる。また、燃焼室内圧力を変化させることにより、好ましくは燃料室内圧力を高圧にすることにより、燃焼性を改善し、点火時期から着火時期までの期間を短縮することが可能となる。
【００２２】
また、前記内燃機関は、主燃料噴射が行われた時から、燃料に着火するまでの時間を算出する測定着火遅れ時期算出手段と、前記筒内に噴射される燃料量、及びクランクシャフトの回転数に応じて、目標となる着火遅れ時間を算出する目標着火遅れ時期算出手段と、前記測定着火遅れ時期算出手段で算出した測定着火遅れ時期及び、目標着火遅れ時期算出手段で算出する目標着火時期を比較する着火遅れ時期比較手段と、前記着火遅れ時期比較手段で、測定着火遅れ時期が目標着火時期より長いと判断された場合に、前記予混合噴射量変更手段か、前記主燃料噴射時期変更手段か、前記筒内圧力変更手段か、若しくは前記予混合噴射回数変更手段か、の少なくとも１以上の手段を選択すると共に、選択した何れかの手段に応じた制御を実行して、前記測定着火遅れ期間を目標測定着火遅れ期間より短くする測定着火遅れ短縮手段と、を含む可変圧縮比内燃機関制御装置とすることができる。
【００２３】
前記測定着火遅れ時期算出手段としては、予め定められた燃料噴射時期から、この噴射された燃料に着火し、圧力変化が生じるまでの期間をＥＣＵにて測定すること等が例示できる。目標着火遅れ期間算出手段は、前記目標燃焼音算出手段と同様に、クランクシャフトの回転数及び燃料噴射量から算出される値である。
【００２４】
以上の装置及び方法によれば、燃焼音を制御することが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる実施の形態を、図に基づいて説明する。図１に本実施の形態に用いられる内燃機関の概略構成図を示す。本実施の形態に示される内燃機関は、燃焼室内に直接燃料を噴射し、燃焼室内を圧縮した際の圧縮熱により自己着火する直噴式ディーゼル内燃機関である。
【００２６】
図１において、内燃機関（以下、エンジンという）１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気系３０及び排気系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システムである。また、このエンジン１の燃焼室には、燃焼室容積を変化させる圧縮比可変装置５が設置してあり、燃焼室内の容積を変化させることによって、燃焼室に取込まれた吸気の圧縮比を制御可能となっている。以下、本ディーゼルエンジンシステムの構成について説明する。
【００２７】
燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、蓄圧室（コモンレール）１２ａ、コモンレール１２ｂ、燃料噴射弁１３、機関燃料通路Ｐ１を備えて構成される。
【００２８】
サプライポンプ１１は燃料タンク（図外）からくみ上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１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の圧力に保持（蓄圧）する機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３に分配する。
【００２９】
燃料噴射弁１３は、その内部に電磁ソレノイド（図外）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料を供給噴射する。
【００３０】
燃焼室２０は、図２に示すように、シリンダブロック２１内に設けられた筒をその側壁面として構成され、そして、このシリンダブロック２１の上方にシリンダヘッド２２を接合し、燃焼室２０の上壁とする。このシリンダヘッド２２には、燃焼室２０内に空気を流入される吸気ポート２５、吸気バルブ（図外）及び、燃焼室２０内より燃焼ガスを排出する排気ポート２６、排気バルブ（図外）が設置されている。また、シリンダヘッド２２には、燃料噴射弁１３が設けられており、適宜燃焼室内に燃料を供給する。前記シリンダヘッド２２、シリンダブロック２１には、その駆体内部に冷却水路（図外）が設けられており、この冷却水路に冷却水を流して、燃焼熱により高温になった駆体を冷却する。また、前記シリンダブロック２１に設けられた筒内には、ピストン２３が摺動可能に挿入され、燃料室内に供給された燃料が燃焼して体積膨張する際の圧力をエンジン１の動力に転換する。
【００３１】
また、シリンダヘッド２２には、燃焼室２０に臨ませて、燃焼室２０の容積を変化させる圧縮比可変装置５が設けられている。圧縮比可変装置５は、容積可変用ピストン６を、アクチュエータ７によって、段階的に駆動するものから形成されている。この容積可変用ピストン６の位置に応じて燃焼室２０の容積が変化し、容積が変化することにより、ピストン２３による混合気の圧縮率が変化する。
【００３２】
吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給される吸気空気の通路（吸気通路）を形成する。一方、排気系４０は、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成する。
【００３３】
また、このエンジン１には、周知の過給器（ターボチャージャ）５０が備えられている。ターボチャージャ５０は、シャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２とコンプレッサ５３とを備える。一方のコンプレッサ５３は吸気系３０内の吸気に晒され、他方のタービンホイール５２は排気系４０内の排気ガスに晒されている。このような構成を有するターボチャージャ５０は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサ５３を回転させ、吸気圧を高める効果（過給効果）を有する。
【００３４】
吸気系３０において、ターボチャージャ５０の下流に設けられたインタークーラ３１は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ３１よりも更に下流に設けられたスロットル弁３２は、その開度を無段階に調節することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸気通路の流路面積を絞り、同吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有する。
【００３５】
また、エンジン１には、燃焼室２０の上流（吸気系３０）及び下流（排気系４０）をバイパスする排気環流通路（ＥＧＲ通路）６０が形成されている。具体的には、ＥＧＲ通路６０は排気系４０におけるターボチャージャ５０上流の排気集合管４０ａと吸気系３０におけるスロットル弁３２の下流側を連通している。このＥＧＲ通路６０は、排気ガスの一部を適宜吸気系３０に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路６０には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調節することが可能なＥＧＲ弁６１と、ＥＧＲ通路６０を通過（環流）する排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ６２が設けられている。
【００３６】
また、排気系４０において、燃焼室より接続する排気集合管４０ａ、タービンホイール５２が設けられた部位より下流側には、排気ガスの流路に沿って排気通路４０ｂ、その下流にＮＯｘ触媒ケーシング４２、更に下流に排気通路４０ｃが順次連結されている。ＮＯｘ触媒ケーシング４２には、後述するように排気ガス中に含まれる微粒子を除去するパティキュレートフィルタ４１、及びこのパティキュレートフィルタ４１上に担持されてＮＯｘ等の有害成分を浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒４２ｂが収容されている。
【００３７】
また、エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、当該部位の環境条件やエンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００３８】
すなわち、レール圧センサ７０は、コモンレール１２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。エアフローメータ７２は、吸気系３０内のスロットル弁３２上流において吸入空気の流量（吸気量）に応じた検出信号を出力する。酸素濃度（Ａ／Ｆ）センサ７３は、排気系４０の触媒ケーシング４２上流において排気ガス中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。筒内圧センサ７５は、シリンダヘッド２２とシリンダブロック２１の間に挟持されたガスケット内に担持されて燃焼室２０に臨み、燃焼室２０の圧力に応じた信号を検出する。
【００３９】
また、アクセル開度センサ７６はアクセルペダル（図外）に取り付けられ、同ペダルの踏込量に応じてエンジン１において要求する仕事量の基となる検出信号を出力する。クランク角センサ７７は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。これら各センサ７０〜７９は、電子制御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続されている。
【００４０】
図３に示すように、ＥＣＵ８０は中央演算処理装置（ＣＰＵ）８１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３及び運転停止後も記憶した情報が消去されないバックアップＲＡＭ８４、タイマカウンタ８５等と、Ａ／Ｄ変換器を含む入力ポート８６と、出力ポート８７とが、双方向性バス８８により接続されて構成される論理演算回路を備える。
【００４１】
ＥＣＵ８０は、前記各種センサの検出信号を入力ポート８６を介して入力し、これら信号に基づいてＥＣＵ８０に有するＣＰＵ８１において、ＲＯＭ８２に記憶されているプログラムから、エンジン１の燃料噴射等についての基本制御を行う他、エンジン１の運転状態に関係する各種制御を行う。
【００４２】
当該実施の形態で用いられているエンジン１は、エンジン１に係る負荷、及び稼働状態に応じて圧縮比を変化することが可能な可変圧縮比内燃機関である。以下、この可変圧縮比内燃機関において、圧縮比を変化させる制御について説明する。
【００４３】
エンジン１の圧縮比を切換える、特に高圧縮比から低圧縮比に切換えるメリットしては、出力性能向上、排気性能向上、燃費向上等が例示される。出力性能向上については、ベースとなる圧縮比が低下することにより、エンジン１を高回転、高負荷状態にした場合でも、エンジン１にて通常運転時に安全性が保証される圧縮比内に納めることが可能となる。排気性能向上については、低圧縮比にすることにより、圧縮に係る温度上昇値が低下するため、燃焼温度も低下し、これによりＮＯｘの生成を押えることが可能となる。燃費向上については、ＮＯｘの生成量が抑えられるため、ＥＧＲ量を抑えることが可能となり、この結果燃費が向上する。
【００４４】
逆にデメリットとしては、低温時の始動性悪化、白煙の増加等が例示できる。低圧縮比であるため、必然的に圧縮による温度上昇が低下し、始動時、エンジン１が冷却されている場合では、着火することが困難になる。また、同じくエンジン１が冷却されているため、始動時直後では、噴射された燃料が不完全燃焼を起し、排気中に多量のＨＣを含むことになり、結果として排気中の白煙が増加する。また、逆に低圧縮比から、高圧縮比に切換えた場合には、前記メリットと、デメリットとに示した事例が、入れ替ることになる。
【００４５】
以上のメリット、デメリットに基づいて、エンジン１の状態に応じて圧縮比を切換える。圧縮比は、圧縮比可変装置５に設けられた容積可変用ピストン６をアクチュエータ７により制御して、燃焼室の容積を変化させることにより、ピストン２３により圧縮される吸気の圧縮率を変化させることにより切換えられる。
【００４６】
圧縮比を切換えるにあたり、図４に前記圧縮比切換えに係るフローチャートを示す。先ず、Ｓ４０１でエンジン１が始動状態であるかどうかを判断する。エンジン１が始動状態であるならば、Ｓ４０３へ進んで、圧縮比を最高圧縮比、すなわち燃焼室２０に臨む容積可変用ピストン６を、最も燃焼室２０に近づいた状態に保持する。エンジン１が始動状態でないならば、Ｓ４０２へ進み、次にエンジン１の機関温度である、エンジン水温：ｇｔｈｗを測定する。このエンジン水温が、エンジン諸元によって決定される圧縮比切換え水温：Ｃより低いので有ればＳ４０４へ進んで、図５に示す低水温用マップで、エンジン回転数：ｎｅ及び実噴射量：Ｑに従って、低圧縮比、若しくは高圧縮比になるように容積可変用ピストン６を制御する。また、エンジン水温が圧縮比切換え水温以上であるならば、Ｓ４０５へ進んで、図６に示す高水温用マップで、エンジン回転数：ｎｅ及び実噴射量：Ｑに従って、低圧縮比、若しくは高圧縮比になるように容積可変用ピストン６を制御する。Ｓ４０４、Ｓ４０５何れかを選択した後に、Ｓ４０６で目標圧縮比：εｔを算出した後に当該チャートを終了する。
【００４７】
次に、図４に示したチャートにおいて設定された目標圧縮比に、圧縮比を切換える際に用いられる容積可変用ピストン６を制御する制御方法を図７に基づいて説明する。図７に容積可変用ピストン６制御のフローチャートを示す。先ずＳ７０１で予め図５、図６のマップより抽出した目標圧縮比：εｔを読込む。次にＳ７０２で燃焼室２０雰囲気が、この目標圧縮比となるように、アクチュエータ７を制御、例えば通電時間の長さにより制御する。そしてＳ７０３でアクチュエータ７に所定の通電時間：τｂ通電する。
【００４８】
前記アクチュエータ７を制御すると共に、Ｓ７０４で筒内圧センサより、燃焼室２０の実圧縮比：εａを算出する。次にＳ７０５で目標圧縮比と実圧縮比の誤差について判断する。目標圧縮比と実圧縮比の誤差範囲が１％以内ならばＳ７０７へ進んで、当該アクチュエータ７の制御を終了する。また、前記誤差範囲が１％より大きいので有れば、Ｓ７０６へ進む。Ｓ７０６では、目標圧縮比と実圧縮比を比較する。実圧縮比が目標圧縮比より大きいので有れば、Ｓ７０８へ進む。Ｓ７０８で噴射時期を遅らせると共に、Ｓ７０９で通電時間を５％短くする。
【００４９】
このＳ７０８及びＳ７０９では、実圧縮比が目標圧縮比より高い場合にエンジン１の部品を破損する可能性があるため、速やかに圧縮比を落すために通電時間を５％削減して速やかに圧縮比を落す。これに加えて、噴射時期を遅らせることにより、圧縮比が高まって着火するまでの時間を短くし、一度に燃焼が進まないようにする。Ｓ７０９の後に、Ｓ７０４へ戻り、以下当該フローチャートで制御終了になるまで繰返す。
【００５０】
また、Ｓ７０６で実圧縮比が目標圧縮比より低い場合には、Ｓ７１０へ進み、アクチュエータ７の通電時間を１％増量した後に、Ｓ７０４へ戻り、以下当該フローチャートで制御終了になるまで繰返した後に、当該フローチャートを終了する。
【００５１】
以上より、燃焼室の圧縮比を、エンジン１の諸条件に応じた圧縮比に切換えることが可能となる。前記制御により圧縮比を切換えると、その圧縮比を切換えた時に圧力の変化に起因して着火遅れ時期が変化し、この着火遅れ時期の変化に応じて燃焼音が変化する問題がある。特に高圧縮比から低圧縮比に切換える際に着火遅れが増大することにより、燃焼音が大きくなる場合がある。燃焼室を低圧縮比にすることにより、混合気の引火性が劣る結果となり、燃料が噴射されている間で均一に燃焼せずに、燃料噴射の後期、若しくは燃料噴射後に、燃焼室に噴射された燃料が急激に燃焼する異常燃焼を起し、燃焼音の増大を引き起す。
【００５２】
燃焼音が変化することで、搭乗者に違和感を生じさせ、特に燃焼音が増大した場合などには、搭乗者に内燃機関等の何らかの以異常を想像させる場合もあるので、燃焼音の変化は極力抑えるほうが好ましい。よってこの燃焼音の変化を抑制する。
【００５３】
（第１制御）
以下、圧縮比変化に起因する燃焼音の変化を抑制する第１制御について説明する。当該第１制御では、図８に示すように、クランク角センサ７７より算出されるクランク角：θで、燃焼室２０に取付けられた筒内圧センサ７５より算出される筒内圧：Ｐを微分した値：ｄＰ／ｄθに応じて実燃焼音が算出される。この実燃焼音が、アクセル開度センサ７６より算出される噴射燃料量：Ｑと、クランク角センサ７７より算出されるエンジン回転数：Ｎｅに応じて、図９に示す目標燃焼音マップより抽出される目標燃焼音より小さい値になるように制御する。この制御を表すフローチャートを図１０に示す。このフローチャートに基づいて、前記制御を説明する。
【００５４】
先ずＳ１００１で実圧縮比が目標圧縮比に到達したとする。次にＳ１００２でクランク角センサ７７及び筒内圧センサ７５より算出される値から、クランク角あたりの圧力変化量：ｄＰ／ｄθを算出する。次にＳ１００３でクランク角あたりの圧力変化量から実燃焼音量：ＣＮを算出する。この実燃焼音を基に、Ｓ１００４で実燃焼音が、図９に示されたマップより抽出される目標燃焼音以下であるのなら、Ｓ１００５に進んで当該制御を終了する。実燃焼音が目標燃焼音より大きければＳ１００６へ進む。
【００５５】
Ｓ１００６では、通電時間：τｂを１％長くして、圧縮比を僅かに高くし、着火遅れ期間を短くする。そしてＳ１００７へ進んでパイロット燃料噴射量：ｑについて判定する。ここでパイロット燃料噴射量は、ピストン２３が上死点に近づいて点火される前、燃焼工程の吸気行程から圧縮行程にかけて１回〜数回噴射される予混合燃料噴射における燃料量である。このパイロット燃料噴射を行うことにより、より燃焼に適した混合気が形成され、着火時間を短縮することが可能となる。Ｓ１００７では、このパイロット噴射量が行われているかどうかを判断する。パイロット噴射量＝０、すなわちパイロット噴射が行われていないならば、Ｓ１００８へ進んで予混合噴射であるパイロット噴射に対して主燃料噴射となるメイン噴射時期：ａを１゜進角した後にＳ１００２へ戻り、該チャートを繰返す。Ｓ１００７でパイロット噴射が行われていると判断されれば、Ｓ１００９へ進む。
【００５６】
Ｓ１００９ではパイロット噴射量について判定する。パイロット噴射を行うことにより、燃焼に関して好適な混合気を形成することが可能となる。しかし、パイロット噴射を行う時期は、吸気行程から圧縮行程にかけて行われるため、メイン噴射を行う時期に比べて、その噴射時の燃焼室温度が低くなる傾向にある。よって、パイロット噴射量を多量にすると、噴射された燃料の一部が気化する前に燃焼室内面に付着する場合がある。この場合に付着した燃料は、混合気を形成するのには用いられず、燃焼時に不完全燃焼を起したり、叉は、付着した際に、燃焼室内面に潤滑油として塗布されているオイルと混合してオイルの潤滑油としての性能を低下させるなどの問題を起す。よってパイロット噴射量が、予め定められた上限値、例えば３より少ないかどうかを判断する。パイロット噴射量が３より少ないのであれば、Ｓ１０１０へ進んでパイロット噴射量を３以下の値で増量した後にＳ１００２へ戻り、該チャートを繰返す。Ｓ１００９で、パイロット噴射量が３以上と判断されたならＳ１０１１へ進む。
【００５７】
Ｓ１０１１以降では、パイロット噴射に加えて、パイロット噴射を複数回に分けて行うマルチ噴射を行う。このマルチ噴射は、大量の燃料を一回のパイロット噴射で、燃焼室内に噴射した場合、燃焼室壁面に燃料が付着するのを防止するため、一回あたりの噴射燃料量を少量として、複数回パイロット噴射を行うものである。先ずＳ１０１１では、マルチ噴射に係る１回あたりの噴射量を２と定める。次にＳ１０１２でマルチ噴射回数：ｉを１回多くする。そしてＳ１０１３でマルチ噴射回数について判定する。元々パイロット噴射は、吸気行程から圧縮行程の期間で行われるものであり、時間的制約がある。マルチ噴射は、パイロット噴射を前記期間内で複数回に分けて行うものであるため、限られた時間内でパイロット噴射を分割して噴射する回数には、限度値となる所定値が生じる。よって、Ｓ１０１３では、マルチ噴射回数がこの限度以上であるかどうかを判断する。
【００５８】
Ｓ１０１３でマルチ噴射回数が所定値、例えば３回以内であるのならば、Ｓ１００２へ戻り、該チャートを繰返す。また、Ｓ１０１３でマルチ噴射回数が３回より多いので有れば、Ｓ１０１４に進んでマルチ噴射回数を３回と定め、その後にＳ１００８へ進んでメイン噴射時期を進角した後に、Ｓ１００２へ戻り該チャートを繰返して、実燃焼音が目標燃焼音以下になった時点で当該フローチャートを終了する。
【００５９】
（第２制御）
前記第１制御では、着火遅れに起因して発生する実燃焼音を算出し、この実燃焼音が燃料噴射量とエンジン回転数より算出される目標燃焼音より小さくなるように制御を行った。この第１制御に対して第２制御では、燃焼音の増大の原因となる着火遅れに基づいて制御を行う。この制御は、圧縮比を変えた時の実着火遅れ期間が、その圧縮比を変えた時のエンジン１の諸状態より算出される目標着火遅れ期間より短くなるようにする制御である。
【００６０】
当該第２制御に係るフローチャートを図１１に示す。先ずＳ１１０１で実圧縮比が目標圧縮比に到達したとする。次にＳ１１０２でクランク角センサ７７及び筒内圧センサ７５より算出される値から、クランク角あたりの圧力変化量：ｄＰ／ｄθを算出する。ここで圧力変化量を求めるのは、図１２に示すように、混合気に着火した際の急激な圧力上昇を検出するためである。そして、Ｓ１１０２で求めたクランク角あたりの圧力変化量から、実着火遅れ期間：τａを算出する。
【００６１】
Ｓ１１０４では、算出した実着火遅れ期間が、目標着火遅れ期間より短いかどうかを判断する。ここで目標着火遅れ期間は、図１３に示すマップから燃料噴射量：Ｑとエンジン回転数：Ｎｅに応じて抽出される値である。実着火遅れ期間が、目標着火遅れ期間以内であるならば、Ｓ１１０５へ進んで当該チャートを終了する。また、実着火遅れ期間が、目標着火遅れ期間より長いので有れば、Ｓ１１０６へ進む。
【００６２】
Ｓ１００６では、通電時間：τｂを１％長くして、圧縮比を僅かに高くし、着火遅れ期間を短くする。その後Ｓ１１０７へ進んでパイロット噴射が行われているかどうかを判断する。パイロット噴射量＝０、すなわちパイロット噴射が行われていないならば、Ｓ１１０８へ進んで予混合噴射であるパイロット噴射に対して主燃料噴射となるメイン噴射時期：ａを１゜進角した後にＳ１１０２へ戻り、該チャートを繰返す。Ｓ１１０７でパイロット噴射が行われていると判断されれば、Ｓ１１０９へ進む。
【００６３】
Ｓ１１０９ではパイロット噴射量について、予め定められた上限値、例えば３より少ないかどうかを判断する。パイロット噴射量が３より少ないのであれば、Ｓ１０１０へ進んでパイロット噴射量を３以下の値で増量した後にＳ１１０２へ戻り、該チャートを繰返す。Ｓ１１０９で、パイロット噴射量が３以上と判断されたならＳ１１１１へ進む。
【００６４】
Ｓ１１１１以降では、パイロット噴射に加えて、パイロット噴射を複数回に分けて行うマルチ噴射を行う。先ずＳ１１１１では、マルチ噴射に係る１回あたりの噴射量を２と定める。次にＳ１１１２でマルチ噴射回数：ｉを１回多くする。そしてＳ１１１３でマルチ噴射回数について判定する。マルチ噴射回数には限度となる所定回数が存在するため、Ｓ１１１３では、マルチ噴射回数がこの限度以上であるかどうかを判断する。
【００６５】
Ｓ１１１３でマルチ噴射回数が所定値、例えば３回以内であるのならば、Ｓ１１０２へ戻り、該チャートを繰返す。また、Ｓ１１１３でマルチ噴射回数が３回より多いので有れば、Ｓ１１１４に進んでマルチ噴射回数を３回と定め、その後にＳ１１０８へ進んでメイン噴射時期を進角した後に、Ｓ１１０２へ戻り該チャートを繰返して、実燃焼音が目標燃焼音以下になった時点で当該フローチャートを終了する。
【００６６】
当該第２制御では、制御の対象である音ではなく、この音量の大小を示す指標となる着火遅れ期間について説明した。特にこの第２制御では、計測した着火遅れ期間により制御を行ったため、第１制御の計測したクランク角あたりの圧力変化量から燃焼音を算出する制御に比べて、より単純な工程で燃焼音を制御することが可能となる。
【００６７】
本実施の形態では、圧縮比可変装置５を装着したディーゼルエンジンについて、説明したものであるが、実行上は、これに限るものではなく、燃焼時の圧縮比を変化させる装置、若しくは方法を有した内燃機関であるならば、当該実施の形態と同様に圧縮比を変化させる時の燃焼音を制御することが可能である。
【００６８】
【発明の効果】
本発明を実行することにより、可変圧縮比内燃機関にて圧縮比を変化させた場合に発生する燃焼音の変化を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態に係る内燃機関の概略構成図。
【図２】同実施の形態に係る内燃機関の概略断面構成図。
【図３】同実施の形態に係る、ＥＣＵ周りの概念図。
【図４】同実施の形態に係る、圧縮比切換えに係るフローチャート。
【図５】同実施の形態に係る、圧縮比切換えの低水温用マップ。
【図６】同実施の形態に係る、圧縮比切換えの高水温用マップ。
【図７】同実施の形態に係る、容積可変用ピストン制御のフローチャート。
【図８】同実施の形態に係る制御１において、クランク角と圧力の関係を示
すグラフ。
【図９】同実施の形態に係る制御１において、目標燃焼音を抽出するマップ
。
【図１０】同実施の形態に係る制御１において、燃焼音制御のフローチャー
ト。
【図１１】同実施の形態に係る制御２において、着火遅れ期間制御のフロー
チャート。
【図１２】同実施の形態に係る制御２において、クランク角と圧力の関係を
示すグラフ。
【図１３】同実施の形態に係る制御１において、目標着火遅れ期間を抽出す
るマップ。
【符号の説明】
１エンジン
５圧縮比可変装置
６容積可変用ピストン
７アクチュエータ
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
２０燃焼室
２１シリンダブロック
２２シリンダヘッド
２３ピストン
２５吸気ポート
２６排気ポート
３０吸気系
３１インタークーラ
３２スロットル弁
４０排気系
４０ａ排気集合管
４０ｂ排気通路
４０ｃ排気通路
４１パティキュレートフィルタ
４２触媒ケーシング
４２ｂ吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
５０ターボチャージャ
５１シャフト
５２タービンホイール
５３コンプレッサ
６０ＥＧＲ通路
６１ＥＧＲ弁
６２ＥＧＲクーラ
７０レール圧センサ
７２エアフローメータ
７３酸素濃度センサ
７５筒内圧センサ
７６アクセル開度センサ
７７クランク角センサ
８０ＥＣＵ
８１ＣＰＵ
８２ＲＯＭ
８３ＲＡＭ
８４バックアップＲＡＭ
８５タイマカウンタ
８６入力ポート
８７出力ポート
８８双方向性バス
Ｐ１機関燃料通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004011501.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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