(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１回の燃焼行程中に複数回の燃料噴射を行って気筒内に複数回の燃焼を生じさせる圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御方法であって、
複数回の燃焼によって生じた燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線の谷の部分が、エンジンの構造系が有する複数の共振周波数帯域のそれぞれの範囲内に含まれるように、複数回行う燃料噴射におけるプレ噴射とメイン噴射との間隔を設定するステップと、
同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低くなるほど、メイン噴射の噴射タイミングを遅角させてプレ噴射とメイン噴射との間隔を拡大するステップとを含む、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御方法。
【請求項２】
さらに、メイン噴射の噴射タイミングを、所定のクランク角に対応するタイミングに設定し、上記設定した燃料噴射の間隔に基づきプレ噴射及び／又はアフター噴射の噴射タイミングを設定し、それらの噴射タイミングにおいてプレ噴射、メイン噴射及びアフター噴射を行うように燃料噴射装置を制御するステップを有する、請求項１に記載の圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御方法。
【請求項３】
１回の燃焼行程中に複数回の燃料噴射を行って気筒内に複数回の燃焼を生じさせる圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御装置であって、
複数回の燃焼によって生じた燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線の谷の部分が、エンジンの構造系が有する複数の共振周波数帯域のそれぞれの範囲内に含まれるように、複数回行う燃料噴射におけるプレ噴射とメイン噴射との間隔を設定する制御手段を有し、
上記制御手段は、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低くなるほど、メイン噴射の噴射タイミングを遅角させてプレ噴射とメイン噴射との間隔を拡大する、ことを特徴とする圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項４】
上記制御手段は、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低くなるほど、メイン噴射の噴射タイミングを遅角させると共に、メイン噴射とアフター噴射との間隔を維持するようにアフター噴射の噴射タイミングを遅角させる、請求項３に記載の圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項５】
上記制御手段は、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低くなるほど、プレ噴射の噴射タイミングを進角させてプレ噴射とメイン噴射との間隔を拡大する、請求項３又は４に記載の圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項６】
上記制御手段は、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低くなるほど、プレ噴射の燃料噴射量を増量する、請求項３乃至５の何れか１項に記載の圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項７】
エンジンの運転状態を、相対的にエンジン負荷が高い高負荷領域と、上記高負荷領域よりもエンジン負荷が低い中高負荷領域と、上記中高負荷領域よりもエンジン負荷が低い中負荷領域と、上記中負荷領域よりもエンジン負荷が低い低負荷領域とに区分した場合、上記制御手段は、上記中高負荷領域においては、上記高負荷領域の場合よりもプレ噴射の噴射タイミングを進角させ、上記中負荷領域においては、上記中高負荷領域の場合よりもプレ噴射の噴射タイミングを進角させると共に、上記高負荷領域及び上記中高負荷領域の場合よりも上記プレ噴射の燃料噴射量を増量し、上記低負荷領域においては、上記中負荷領域の場合よりもプレ噴射の燃料噴射量を増量すると共に、上記高負荷領域乃至上記中負荷領域の場合よりも上記メイン噴射の噴射タイミングを遅角させる、請求項３に記載の圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項８】
上記制御手段は、メイン噴射の噴射タイミングを、所定のクランク角に対応するタイミングに設定し、上記設定した燃料噴射の間隔に基づきプレ噴射及び／又はアフター噴射の噴射タイミングを設定し、それらの噴射タイミングにおいてプレ噴射、メイン噴射及びアフター噴射を行うように燃料噴射装置を制御する、請求項３乃至７の何れか１項に記載の圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御方法燃料噴射制御装置に係わり、特に、１回の燃焼行程中に複数回の燃料噴射を行って気筒内に複数回の燃焼を生じさせる圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御方法及び燃料噴射制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンの騒音（特にエンジンのノッキングに起因する騒音であり、以下では単に「ノック音」と呼ぶ。）を低減する種々の試みがなされている。例えば、特許文献１には、複数回の燃料噴射のそれぞれによって生じる燃焼圧力波の間の発生時間差の目標値として、燃焼圧力波の干渉によって高周波領域の圧力レベルを低減できる時間差を算出し、この目標値に基づいて、複数回行う燃料噴射の間隔を制御する技術が提案されている。この技術では、燃料噴射の間隔を制御することにより、特定の周波数域（２．８〜３．５ｋＨｚ）を狙って筒内圧の周波数成分を低減することで、ノック音の低減を図っている。なお、「燃焼圧力波」は、エンジン内の燃焼により筒内圧が急激に上昇することで発生する圧力波であり、筒内圧の波形を時間微分したものに相当する（以下同様とする）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−４７９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エンジンから発生するノック音は、エンジンの構造系の伝達特性、特にエンジンの構造系の共振周波数に応じた特性を有するものとなる。具体的には、エンジンの構造系が有する共振周波数が含まれる周波数帯域（エンジンの主要な伝達経路上にある部品の共振が組み合わされることで、ある程度の幅を持つ周波数帯域となる。本明細書では、そのような共振周波数に関する帯域を「共振周波数帯域」と呼ぶ。）において、ノック音が大きくなる傾向にある。一般的に、エンジンの構造系の共振周波数帯域は複数存在するが、上記した特許文献１に記載された技術では、２．８〜３．５ｋＨｚの特定の周波数帯域についてのノック音しか低減することができず、そのようなエンジンの構造系が有する複数の共振周波数帯域に対応するノック音のそれぞれを適切に低減することができなかった。
【０００５】
ところで、ノック音は、上記したエンジンの構造系の共振に加えて、燃焼加振力に相当する筒内圧レベル（一般的に「ＣＰＬ（Cylinder Pressure Level）」と呼ばれるものであり、燃焼加振力指標で筒内圧波形をフーリエ変換した高周波エネルギーを示す。以下では単に「ＣＰＬ」と表記する。）に応じた特性になる。このＣＰＬは、気筒内での燃焼の態様を指し示す熱発生率に応じたものとなるが、本発明者が行った実験によれば、熱発生率の波形が、温度や圧力などの環境条件の影響を受けて変化し、ノック音が、そのような熱発生率の波形の形態の影響を受けることがわかった。そのため、本発明者は、ノック音を適切に低減するためには、温度や圧力などの環境条件の影響を反映した、熱発生率が最大（ピーク）となるタイミングに基づいて、複数回行う燃料噴射の間隔を設定するのが望ましいと考えた。上記した特許文献１に記載された技術では、燃焼圧力波が立ち上がるタイミング（熱発生率が上昇し始めるタイミングに相当する）に基づいて、複数回行う燃料噴射の間隔を制御していたため、ノック音を適切に低減するのに十分でなかった。
【０００６】
また、エンジン負荷が相対的に低い場合や冷間時等、エンジンの燃焼室における燃料の着火性が悪い場合、燃料噴射後の着火遅れが生じ、熱発生率が最大となるタイミングが遅れてしまう。この場合、上記のように熱発生率が最大となるタイミングに基づいて、複数回行う燃料噴射の間隔を設定したとしても、意図したタイミングで熱発生率を最大とすることができず、ノック音を十分に低減することができない可能性があった。
【０００７】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、幅広い着火環境においてエンジンの構造系の共振周波数に対応するノック音を適切に低減することができる圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御方法及び燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、本発明の圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御方法は、１回の燃焼行程中に複数回の燃料噴射を行って気筒内に複数回の燃焼を生じさせる圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御方法であって、複数回の燃焼によって生じた燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線の谷の部分が、エンジンの構造系が有する複数の共振周波数帯域のそれぞれの範囲内に含まれるように、複数回行う燃料噴射におけるプレ噴射とメイン噴射との間隔を設定するステップと、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低くなるほど、メイン噴射の噴射タイミングを遅角させてプレ噴射とメイン噴射との間隔を拡大するステップとを含む、ことを特徴とする。
このように構成された本発明においては、複数回行う燃料噴射におけるプレ噴射とメイン噴射との間隔を制御して、複数回の燃焼によって生じた燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線の谷の部分が、エンジンの構造系が有する複数の共振周波数帯域のそれぞれの範囲内に含まれるようにするので、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。そして、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低く、燃料の着火性が悪いほど、メイン噴射の噴射タイミングを遅角させてプレ噴射とメイン噴射との間隔を拡大するので、燃料の着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止することができ、これにより、幅広い着火環境において、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。この場合、燃焼圧力波の全体のレベルを変えているわけではないので、燃費やエミッションを悪化させることはなく、また、遮音材などを別途追加しないので、装置のコストや重量を増加させることはない。
なお、上記した「燃焼圧力波の周波数特性」は、エンジンでの燃焼に応じた筒内圧レベル（ＣＰＬ）の周波数特性に相当するものである。
【０００９】
また、本発明において、好ましくは、圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御方法は、さらに、メイン噴射の噴射タイミングを、所定のクランク角に対応するタイミングに設定し、設定した燃料噴射の間隔に基づきプレ噴射及び／又はアフター噴射の噴射タイミングを設定し、それらの噴射タイミングにおいてプレ噴射、メイン噴射及びアフター噴射を行うように燃料噴射装置を制御するステップを有する。
このように構成された本発明においては、メイン噴射の噴射タイミングを基準として、設定した燃料噴射の間隔に基づきプレ噴射及び／又はアフター噴射の噴射タイミングを設定するので、プレ噴射とメイン噴射、及び／又は、メイン噴射とアフター噴射とによって生じた燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線の谷の位置に相当する周波数がエンジンの構造系が有する複数の共振周波数帯域のそれぞれの範囲内に含まれるように熱発生間隔を制御することができ、これにより、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。
【００１０】
また、本発明の圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御装置は、１回の燃焼行程中に複数回の燃料噴射を行って気筒内に複数回の燃焼を生じさせる圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御装置であって、複数回の燃焼によって生じた燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線の谷の部分が、エンジンの構造系が有する複数の共振周波数帯域のそれぞれの範囲内に含まれるように、複数回行う燃料噴射におけるプレ噴射とメイン噴射との間隔を設定する制御手段を有し、制御手段は、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低くなるほど、メイン噴射の噴射タイミングを遅角させてプレ噴射とメイン噴射との間隔を拡大する、ことを特徴とする。
このように構成された本発明においては、プレ噴射とメイン噴射との間隔を制御して、複数回の燃焼によって生じた燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線の谷の部分が、エンジンの構造系が有する複数の共振周波数帯域のそれぞれの範囲内に含まれるようにするので、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。そして、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低く、燃料の着火性が悪いほど、メイン噴射の噴射タイミングを遅角させてプレ噴射とメイン噴射との間隔を拡大するので、燃料の着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止することができ、これにより、幅広い着火環境において、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。
【００１１】
また、本発明において、好ましくは、制御手段は、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低くなるほど、メイン噴射の噴射タイミングを遅角させると共に、メイン噴射とアフター噴射との間隔を維持するようにアフター噴射の噴射タイミングを遅角させる。
このように構成された本発明においては、エンジン負荷の低下に応じてメイン噴射の噴射タイミングを遅角させるとき、アフター噴射の噴射タイミングも遅角させてメイン噴射とアフター噴射との間隔を維持するので、燃料の着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止するためにメイン噴射の噴射タイミングを遅角させた場合でも、メイン噴射とアフター噴射とによって生じた燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線の谷の位置に相当する周波数がエンジンの構造系が有する複数の共振周波数帯域のそれぞれの範囲内に含まれるように熱発生間隔を制御することができ、これにより、幅広い着火環境において、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。
【００１２】
また、本発明において、好ましくは、制御手段は、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低くなるほど、プレ噴射の噴射タイミングを進角させてプレ噴射とメイン噴射との間隔を拡大する。
このように構成された本発明においては、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低く、燃料の着火性が悪いほど、プレ噴射の噴射タイミングを進角させてプレ噴射とメイン噴射との間隔を拡大するので、着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止することができ、これにより、さらに幅広い着火環境において、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。
【００１３】
また、本発明において、好ましくは、制御手段は、メイン噴射の噴射タイミングを固定し、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低くなるほど、プレ噴射の燃料噴射量を増量する。
このように構成された本発明においては、メイン噴射の噴射タイミングを固定しつつ、エンジン負荷が低く、燃料の着火性が悪いほど、プレ噴射の燃料噴射量を増量して燃料の着火性を向上させるので、エンジンのエミッション性能、燃費、出力トルク等への影響を抑制しながら、着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止することができ、これにより、幅広い着火環境において、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。
【００１４】
また、本発明において、好ましくは、エンジンの運転状態を、相対的にエンジン負荷が高い高負荷領域と、上記高負荷領域よりもエンジン負荷が低い中高負荷領域と、上記中高負荷領域よりもエンジン負荷が低い中負荷領域と、上記中負荷領域よりもエンジン負荷が低い低負荷領域とに区分した場合、上記制御手段は、上記中高負荷領域においては、上記高負荷領域の場合よりもプレ噴射の噴射タイミングを進角させ、上記中負荷領域においては、上記中高負荷領域の場合よりもプレ噴射の噴射タイミングを進角させると共に、上記高負荷領域及び上記中高負荷領域の場合よりも上記プレ噴射の燃料噴射量を増量し、上記低負荷領域においては、上記中負荷領域の場合よりもプレ噴射の燃料噴射量を増量すると共に、上記高負荷領域乃至上記中負荷領域の場合よりも上記メイン噴射の噴射タイミングを遅角させる。
このように構成された本発明においては、高負荷領域に次いで着火性が良好な中高負荷領域では、エンジンのエミッション性能や燃費への影響が小さいプレ噴射の噴射タイミングの制御のみでプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止しつつ、中高負荷領域より着火性の悪い中負荷領域ではプレ噴射の燃料噴射量を増量してプレ噴射の着火性を向上させ、さらに着火性の悪い低負荷領域ではメイン噴射の噴射タイミングを遅角させてプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を確実に防止するので、エンジンのエミッション性能、燃費、出力トルク等への影響を抑制しながら、着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を確実に防止することができ、これにより、一層幅広い着火環境において、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。
【００１５】
また、本発明において、好ましくは、制御手段は、メイン噴射の噴射タイミングを、所定のクランク角に対応するタイミングに設定し、設定した燃料噴射の間隔に基づきプレ噴射及び／又はアフター噴射の噴射タイミングを設定し、それらの噴射タイミングにおいてプレ噴射、メイン噴射及びアフター噴射を行うように燃料噴射装置を制御する。
このように構成された本発明においては、メイン噴射の噴射タイミングを基準として、設定した燃料噴射の間隔に基づきプレ噴射及び／又はアフター噴射の噴射タイミングを設定するので、プレ噴射とメイン噴射、及び／又は、メイン噴射とアフター噴射とによって生じた燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線の谷の位置に相当する周波数がエンジンの構造系が有する複数の共振周波数帯域のそれぞれの範囲内に含まれるように熱発生間隔を制御することができ、これにより、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御方法及び燃料噴射制御装置によれば、幅広い着火環境においてエンジンの構造系の共振周波数に対応するノック音を適切に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態による圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御装置が適用されたディーゼルエンジンシステムの全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態によるエンジンのピストン及びコンロッドを示す図である。
【図３】図２のIII−III矢視図である。
【図４】図２のIV−IV矢視図である。
【図５】本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態において適用する代表的な燃料噴射パターンを示すタイムチャートである。
【図７】ノック音が発生するメカニズムの説明図である。
【図８】ノック音が発生するメカニズムの説明図である。
【図９】本発明の実施形態においてＣＰＬの周波数特性を制御することでノック音を低減する手法の基本概念についての説明図である。
【図１０】燃料噴射の回数（エンジン内で熱発生させる回数）がＣＰＬの周波数特性に与える影響についての説明図である。
【図１１】２回以上の燃料噴射を行うときの燃料噴射を行うタイミング（熱発生させるタイミング）がＣＰＬの周波数特性に与える影響についての説明図である。
【図１２】ＣＰＬの周波数特性を示す曲線の山及び谷が発生するメカニズムについての説明図である。
【図１３】本発明の実施形態による熱発生間隔の制御方法の基本概念についての説明図である。
【図１４】本発明の実施形態によるディーゼルエンジンのＰＣＭが実行する燃料噴射制御処理のフローチャートである。
【図１５】本発明の実施形態による圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御装置が燃料噴射の形態を決定する燃料噴射形態決定処理のフローチャートである。
【図１６】本発明の実施形態による燃料噴射制御装置が運転状態に基づき着火環境を判定する際に参照するマップである。
【図１７】着火環境に応じて補正される燃料噴射パターンと、各燃料噴射パターンにより実現される熱発生率波形とを示す説明図である。
【図１８】燃料噴射形態の各パラメータと着火環境との関係を示す線図である。
【図１９】ノック音の振動レベルの周波数特性を示す線図である。
【図２０】熱発生間隔とＣＰＬの周波数特性の曲線おける谷の周波数との関係を示す線図である。
【図２１】干渉し合う２つの振動の周波数のずれと、それらの振動の共振による音圧レベル増幅量との関係を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御措置について説明する。
【００１９】
＜装置構成＞
まず、図１を参照して、本実施形態による圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御措置が適用されたディーゼルエンジンシステムについて説明する。図１は、本実施形態による圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御措置が適用されたディーゼルエンジンシステムの全体構成を示す概略図である。
【００２０】
図１に示すディーゼルエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのディーゼルエンジンである。具体的には、このディーゼルエンジンは、複数の気筒２を有し、軽油を主成分とする燃料の供給を受けて駆動されるエンジン本体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３０と、エンジン本体１で生成された排気ガスを排出するための排気通路４０と、排気通路４０を通過する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ装置５０と、排気通路４０を通過する排気ガスにより駆動されるターボ過給機６０と、を有する。
【００２１】
吸気通路３０には、上流側から順に、エアクリーナ３１と、ターボ過給機６０のコンプレッサ６１ａ、６２ａと、スロットルバルブ３６と、インタークーラ３５と、サージタンク３７とが設けられている。サージタンク３７よりも下流側には、各気筒２とそれぞれ個別に連通する独立通路が設けられており、サージタンク３７内のガスはこれら独立通路を通ってそれぞれ気筒２に分配される。
【００２２】
排気通路４０には、上流側から順に、ターボ過給機６０のタービン６２ｂ、６１ｂと、排気浄化装置４１とが設けられている。
【００２３】
ターボ過給機６０は、排気エネルギーが低い低回転域から高回転域まで全域で効率よく高過給を得られる２段過給システムとして構成されている。即ち、ターボ過給機６０は、高回転域において多量の空気を過給するための大型ターボチャージャー６１と、低い排気エネルギーでも効率よく過給を行える小型ターボチャージャー６２とを備えており、エンジンの運転状態（エンジン回転数及び負荷）に応じて大型ターボチャージャー６１と小型ターボチャージャー６２による過給を切り替える。このターボ過給機６０のタービン６１ｂ、６２ｂが、排気通路４０を流れる排気ガスのエネルギーを受けて回転し、これに連動してコンプレッサ６１ａ、６２ａが回転することにより、吸気通路３０を流通する空気を圧縮（過給）する。
【００２４】
インタークーラ３５は、コンプレッサ６１ａ、６２ａにより圧縮された空気を冷却するためのものである。
【００２５】
スロットルバルブ３６は、吸気通路３０を開閉するものである。ただし、本実施形態では、エンジンの運転中は基本的には全開若しくはこれに近い高開度に維持されており、エンジンの停止時等の必要時にのみ閉弁されて吸気通路３０を遮断する。
【００２６】
排気浄化装置４１は、排気ガス中の有害成分を浄化するためのものである。本実施形態では、この排気浄化装置４１には、排気ガス中のＣＯ及びＨＣを酸化する酸化触媒４１ａと、排気ガス中のスート（煤）を捕集するＤＰＦ４１ｂとが含まれる。
【００２７】
ＥＧＲ装置５０は、排気ガスを吸気側に還流するためのものである。ＥＧＲ装置５０は、排気通路４０におけるタービン６２よりも上流側の部分と、吸気通路３０のうちインタークーラ３５よりも下流側の部分とを接続するＥＧＲ通路５０ａと、このＥＧＲ通路５０ａを開閉するＥＧＲバルブ５０ｂとを備えており、排気通路４０に排出された比較的高圧の排気ガス（高圧ＥＧＲガス）を吸気側に還流させる。
【００２８】
エンジン本体１は、上下方向に延びるシリンダ（気筒）２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダに往復運動（上下動）可能に収容されたピストン４と、ピストン４の冠面と対向する側からシリンダの端面（上面）を覆うように設けられたシリンダヘッド５と、潤滑油を貯留するためにシリンダブロック３の下側に配設されたオイルパン６と、を有している。
【００２９】
ピストン４は、エンジン本体１の出力軸であるクランクシャフト７とコンロッド（コネクティングロッド）８を介して連結されている。また、ピストン４の上方には燃焼室９が形成されており、この燃焼室９では、インジェクタ２０から噴射された燃料が空気と混合されつつ拡散燃焼する。そして、当該燃焼に伴う膨張エネルギーにより、ピストン４が往復運動して、クランクシャフト７が中心軸回りに回転するようになっている。また、ピストン４には、コンロッド８の伸縮共振を抑制する動吸振器が設けられている。この動吸振器については後述する。
【００３０】
ここで、エンジン本体１の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン４が下死点にあるときの燃焼室容積とピストン４が上死点にあるときの燃焼室容積との比は、１２以上１５以下（例えば１４）に設定されている。この１２以上１５以下という幾何学的圧縮比は、ディーゼルエンジンとしてはかなり低い値である。これは、燃焼温度の抑制によるエミッション性能や熱効率の向上を狙ってのことである。
【００３１】
シリンダヘッド５には、吸気通路３０から供給される空気を燃焼室９に導入するための吸気ポート１６と、燃焼室９で生成された排気ガスを排気通路４０に導入するための排気ポート１７と、吸気ポート１６の燃焼室９側の開口を開閉する吸気弁１８と、排気ポート１７の燃焼室９側の開口を開閉する排気弁１９とが設けられている。
【００３２】
また、シリンダヘッド５には、燃焼室９に燃料を噴射するインジェクタ２０が取り付けられている。このインジェクタ２０は、そのピストン４側の先端部が、ピストン４の冠面に設けられた凹部としてのキャビティ（不図示）の中心部を臨むような姿勢で取り付けられている。インジェクタ２０は、燃料流路を介してコモンレール側の蓄圧室（不図示）と接続されている。蓄圧室内には、燃料ポンプ（不図示）により加圧された高圧の燃料が貯蔵されており、インジェクタ２０は、この蓄圧室から燃料の供給を受けて、燃焼室９内に燃焼を噴射する。燃料ポンプと蓄圧室との間には、蓄圧室内の圧力すなわちインジェクタ２０から噴射される燃料の圧力である噴射圧を調整するための燃圧レギュレータ（不図示）が設けられている。
【００３３】
次に、図２乃至図４を参照して、動吸振器を詳細に説明する。図２は本発明の実施形態によるエンジンのピストン４及びコンロッド８を示す図であり、図３は、図２のIII−III矢視図であり、図４は、図２のIV−IV矢視図である。
【００３４】
図３及び図４に示すように、ピストンピン８０は断面中空であり、ピストンピン８０の中心部に、ピストンピン８０の中心軸方向に延びる貫通孔８０ａが形成されている。この貫通孔８０ａの内周面におけるピストンピン８０中心軸方向の中央部には、動吸振器９０の固定部９０ａが圧入される圧入部８０ｂが設けられている。圧入部８０ｂにおける貫通孔８０ａの内径は、他の部分における貫通孔８０ａの内径よりも小さい。
【００３５】
ピストンピン８０の内部（貫通孔８０ａ内）には、燃焼行程においてピストン４、ピストンピン８０及びコンロッド８の小端部８ａが一体でコンロッド８の大端部８ｂに対して共振するのを抑制する２つの動吸振器９０が配設されている。これら２つの動吸振器９０は、ピストンピン８０の中心軸方向の中央を通る面（つまり、該中央を通りかつピストンピン８０の中心軸に対して垂直な面）を挟んで両側にそれぞれ位置している。
【００３６】
燃焼行程では、ピストンピン８０とコンロッド８のピン挿通孔との間の潤滑油膜（ピストンピン８０とコンロッド８の小端部８ａとを連結するバネ）、及び、ピストンピン８０とピストン４のボス部４ｃのピン支持孔４ｄとの間の潤滑油膜（ピストンピン８０とピストン４とを連結するバネ）は共に無くなり、この結果、ピストン４、ピストンピン８０及びコンロッド８の小端部８ａが一体となって大端部８ｂ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８０に設けられた動吸振器９０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。
【００３７】
一方、吸気行程、圧縮行程及び排気行程では、ピストンピン８０とコンロッド８のピン挿通孔８ｄとの間、及び、ピストンピン８０とピストン４のボス部４ｃのピン支持孔４ｄとの間に、それぞれ潤滑油膜が存在する。この結果、燃焼行程で生じるような共振は生じない。すなわち、動吸振器９０は、ピストンピン８０に設けられているので、吸気行程、圧縮行程及び排気行程では、ピストンピン８０とコンロッド８のピン挿通孔との間の潤滑油膜（ピストンピン８０とコンロッド８の小端部８ａとを連結するバネ）により、動吸振器９０からコンロッド８への振動伝達を抑制することができ、騒音の増大を防止することができる。さらに、ピストンピン８０の内部に動吸振器９０を設けているので、スペースを有効に利用することができ、ピストン４の大型化を回避できる。
【００３８】
次に、図５を参照して、本実施形態によるディーゼルエンジンの制御系統について説明する。図５は、本実施形態によるディーゼルエンジンの制御系統を示すブロック図である。図５に示すように、本実施形態によるディーゼルエンジンは、ＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール）７０によって総括的に制御される。ＰＣＭ７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ，ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。
【００３９】
ＰＣＭ７０は、エンジンの運転状態を検出するための各種センサと電気的に接続されている。
【００４０】
例えば、シリンダブロック３には、クランクシャフト７の回転角度（クランク角）及び回転速度を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。このクランク角センサＳＮ１は、クランクシャフト７と一体に回転するクランクプレート（不図示）の回転に応じてパルス信号を出力するものであり、このパルス信号に基づいて、クランクシャフト７の回転角度及び回転速度（つまりエンジン回転数）が特定されるようになっている。
【００４１】
吸気通路３０のうちエアクリーナ３１付近（エアクリーナ３１とコンプレッサ６１ａとの間の部分）には、エアクリーナ３１を通過して各気筒２に吸入される空気量（新気量）を検出するエアフロセンサＳＮ２が設けられている。
【００４２】
サージタンク３７には、当該サージタンク３７内のガス、つまり各気筒２に吸入されるガスの温度を検出するインマニ温度センサＳＮ３が設けられている。
【００４３】
吸気通路３０のうちインタークーラ３５よりも下流側の部分には、この部分を通過する空気ひいては気筒２に吸入される吸気の圧力を検出するインマニ圧力センサＳＮ４が設けられている。
【００４４】
エンジン本体１には、当該エンジン本体１を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサＳＮ５が設けられている。
【００４５】
ＰＣＭ７０は、上記した各種センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。例えば、ＰＣＭ７０は、インジェクタ２０や、スロットルバルブ３６や、ＥＧＲバルブ５０ｂや、燃圧レギュレータなどを制御する。本実施形態では、図５に示すように、ＰＣＭ７０は、主に、インジェクタ２０を制御して、気筒２に供給する燃料に関する制御（燃料噴射制御）を行う。なお、ＰＣＭ７０は、本発明における「圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御措置」に相当し、本発明における「制御手段」及び「着火環境判定手段」として機能する。
【００４６】
ここで、図６を参照して、本実施形態においてＰＣＭ７０が行う燃料噴射制御の基本概念について説明する。図６は、本実施形態において適用する代表的な燃料噴射パターンを示すタイムチャートである。本実施形態では、図６に示すように、ＰＣＭ７０は、圧縮上死点付近においてエンジントルクを生成するための燃料を燃焼室９内に噴射するメイン噴射（主噴射）と共に、空気利用率を高めたり、メイン噴射の着火性を高めたりするために、メイン噴射の前のタイミングで燃焼室９内にメイン噴射の噴射量よりも少ない量の燃料を噴射するプレ噴射を実施する。加えて、ＰＣＭ７０は、燃焼室９内に生じた煤を燃焼させるように、メイン噴射の後のタイミングで燃焼室９内にメイン噴射の噴射量よりも少ない量の燃料を噴射するアフター噴射を実施する。例えば、ＰＣＭ７０は、事前に規定されたエンジンの所定の運転領域において、このようなプレ噴射及びアフター噴射のそれぞれを実施する。
【００４７】
ＰＣＭ７０は、メイン噴射について、ドライバのアクセル開度に応じた要求出力やエンジンの運転状態などに基づいて、メイン噴射の基本的な噴射タイミング（以下では「基準メイン噴射タイミング」と呼ぶ。）を設定する。また、ＰＣＭ７０は、メイン噴射された燃料が燃焼する直前にプレ噴射によって熱発生量の小さい燃焼を生じさせて、メイン噴射された燃料が燃焼しやすい状態を形成するべく、プレ噴射された燃料噴霧がピストン４の冠面に設けられたキャビティ内に収まり、且つ、キャビティ内に比較的濃い混合気が形成されるようなタイミングとしてプレ噴射の噴射タイミングを設定する。さらに、ＰＣＭ７０は、アフター噴射の前の燃料噴射により燃焼室９内に生じた煤がアフター噴射によって適切に燃焼されるようなタイミングとしてアフター噴射の噴射タイミングを設定する。
【００４８】
＜本実施形態による制御内容＞
次に、本実施形態において、ディーゼルエンジンのノック音を抑制するために、ＰＣＭ７０が実施する燃料噴射制御について具体的に説明する。
【００４９】
まず、図７及び図８を参照して、ノック音が発生するメカニズムについて説明する。図７に示すように、ノック音は、エンジンでの燃焼により発生した燃焼加振力が、エンジンのピストン、コンロッド、クランクシャフト、エンジンブロックなどのメインルート（所定の構造伝達特性を有し、この構造伝達特性は、エンジンの構造系の共振周波数に応じたものとなる）を伝わって放射されたものである。
【００５０】
図８において、グラフＧ１１は、クランク角と筒内圧（燃焼圧）との関係を示し、グラフＧ１２は、グラフＧ１１の筒内圧をＦＦＴ処理（高速フーリエ変換処理）することで得られた、燃焼加振力に相当するＣＰＬ（燃焼加振力指標で筒内圧波形をＦＦＴ処理した１〜４ｋＨｚ程度の高周波エネルギー）の周波数特性を示す。また、グラフＧ１３は、上記したエンジンの構造伝達特性（具体的にはエンジンの構造減衰の周波数特性）を示し、グラフＧ１４は、エンジンの近接音の時間変化波形を示している。グラフＧ１２に示すＣＰＬの周波数特性に対して、グラフＧ１３に示すエンジンの構造伝達特性を適用することで得られる特性は、グラフＧ１４に示す近接音の時間変化波形をＦＦＴ処理することで得られる特性にほぼ一致するものとなり、これがノック音の特性を示すものとなる（グラフＧ１５参照）。
なお、グラフＧ１４において、破線領域Ｒ１１で示すような、時間的に大きく変動する部分が、ノック音として聞こえるものである。また、グラフＧ１５において、破線領域Ｒ１２に示す、１〜４ｋＨｚのエネルギー和をノック音の代表値として用いる。
【００５１】
上記したように、ノック音がＣＰＬの周波数特性の影響を受けることから、本実施形態では、ＣＰＬの周波数特性を制御することでノック音の低減を図るようにした。ここで、図９を参照して、本実施形態においてＣＰＬの周波数特性を制御することでノック音を低減する手法の基本的な考え方について説明する。なお、「ＣＰＬの周波数特性」は、エンジンでの燃料の燃焼により生じる燃焼圧力波の周波数特性に相当する。
【００５２】
図９において、グラフＧ２１は、基準となるＣＰＬの周波数特性（例えば、ドライバのアクセル開度に応じた要求出力やエンジンの運転状態（エンジン回転数やエンジン負荷）などに基づいて設定した基本的な噴射タイミングを適用した場合のＣＰＬの周波数特性）を示し、グラフＧ２３、Ｇ２４、Ｇ２５は、エンジンの種々の構成要素の構造共振の周波数特性を示している。例えば、グラフＧ２３は、エンジンのコンロッドの構造共振に関する周波数特性を示し、グラフＧ２４は、エンジンのクランクシャフトに関する周波数特性を示し、グラフＧ２５は、エンジンブロックの構造共振に関する周波数特性を示している。ここでは、グラフＧ２３に示す構造共振が、グラフＧ２４、Ｇ２５に示す構造共振よりもノック音に与える影響が大きいものとする。この場合、グラフＧ２１に示すＣＰＬの周波数特性と、グラフＧ２３〜Ｇ２５に示すエンジンの構成要素の構造共振とから、グラフＧ２６に示すような周波数特性を有するノック音が発生する。グラフＧ２６より、周波数帯域ＦＢ１においてノック音が大きくなっていることがわかる、具体的には周波数帯域ＦＢ１においてノック音を示す曲線に大きな山が生じていることがわかる。これは、周波数帯域ＦＢ１において、グラフＧ２１のＣＰＬを示す曲線に山が生じており、且つ、グラフＧ２３のエンジンの構成要素（ノック音に与える影響が大きいもの）の構造共振を示す曲線に山が生じているからであると考えられる。
【００５３】
本実施形態では、グラフＧ２３のエンジンの構成要素（ノック音に与える影響が大きいもの）の構造共振を示す曲線に山が生じる周波数帯域ＦＢ１に、ＣＰＬを示す曲線の谷の部分が位置するように、言い換えると、ＣＰＬを示す曲線の谷の部分が周波数帯域ＦＢ１に含まれるように、ＣＰＬの周波数特性を制御するようにする。具体的には、グラフＧ２２に示すような、ＣＰＬの曲線の谷の部分が周波数帯域ＦＢ１に含まれるＣＰＬの周波数特性を実現するようにする。このようなグラフＧ２２に示すＣＰＬの周波数特性を適用すると、グラフＧ２７に示すように、周波数帯域ＦＢ１においてノック音が大幅に低減することとなる。この場合、ＣＰＬの全体のレベルを変えているわけではないので、要求のエンジン出力を確保しつつ、燃費やエミッションを悪化させることなく、ノック音を適切に低減することができるのである。
【００５４】
次に、図１０乃至図１３を参照して、本実施形態において、ＣＰＬの周波数特性を所望の特性（例えばグラフＧ２２に示したような周波数特性）へと制御する手法について説明する。
【００５５】
図１０は、燃料噴射の回数（エンジン内で熱発生させる回数）がＣＰＬの周波数特性に与える影響を説明するための図である。図１０において、グラフＧ３１は、１回のみの燃料噴射を行った場合（例えばメイン噴射のみを行った場合）のクランク角に対する熱発生率の波形を示し、グラフＧ３２は、２回の燃料噴射を行った場合（例えばプレ噴射及びメイン噴射を行った場合）のクランク角に対する熱発生率の波形を示し、グラフＧ３３は、３回の燃料噴射を行った場合（例えばプレ噴射、メイン噴射及びアフター噴射を行った場合）のクランク角に対する熱発生率の波形を示している。
【００５６】
１回のみの燃料噴射を行った場合には、グラフＧ３４に示すように、周波数が大きくなるほどＣＰＬが徐々に小さくなるような周波数特性となる。この場合、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線には山及び谷が生じていないことがわかる。他方で、２回及び３回の燃料噴射を行った場合には、それぞれ、グラフＧ３５、Ｇ３６に示すように、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線に山及び谷が生じていることがわかる。このことから、２回以上の燃料噴射を行うと、つまりエンジンにおいて２回以上の燃焼（熱発生）を生じさせると、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線に山及び谷が生じるものと考えられる。また、グラフＧ３５、Ｇ３６より、３回の燃料噴射を行った場合には、２回の燃料噴射を行った場合よりも、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線の山及び谷の数が多いことがわかる。
【００５７】
図１１は、２回以上の燃焼を行うときの燃料噴射を行うタイミング（熱発生させるタイミング）がＣＰＬの周波数特性に与える影響を説明するための図である。ここでは、２回の燃料噴射（プレ噴射及びメイン噴射）を行うときに、前段のプレ噴射を行うタイミングを固定し、後段のメイン噴射を行うタイミングを変更した場合のシミュレーション結果（実際の実験結果ではない）について説明する。
【００５８】
図１１において、グラフＧ４１は、変更前の燃料噴射タイミング（基準メイン噴射タイミング）をメイン噴射に適用した場合の熱発生率を示し、グラフＧ４３は、グラフＧ４１に示す熱発生率を適用した場合のＣＰＬの周波数特性を示している。他方で、グラフＧ４２は、メイン噴射についての燃料噴射タイミングを基準メイン噴射タイミングから変更（詳しくは遅延）した場合の熱発生率を示している。具体的には、グラフＧ４２は、グラフＧ４１よりも、メイン噴射によって熱発生率のピーク値（最大値）が発生するタイミングが時間Ｔ１（例えば０．５ｍｓｅｃ）だけ遅れている。このようなグラフＧ４２に示す熱発生率を適用した場合、グラフＧ４４に示すようなＣＰＬの周波数特性が得られる。
【００５９】
グラフＧ４３、Ｇ４４より、２回の燃料噴射を行うときに、つまり２回の燃焼（熱発生）を生じさせるときに、熱発生を生じさせるタイミングを変えると、ＣＰＬの周波数特性が変化することがわかる。具体的には、ＣＰＬを示す曲線の山及び谷の数が変わり、ＣＰＬを示す曲線の山及び谷の位置に対応する周波数が変化することがわかる。したがって、熱発生を生じさせるタイミングが、特に２回の燃焼のそれぞれによる熱発生率のピーク値が生じる間隔（以下では適宜「熱発生間隔」と呼ぶ。）が、ＣＰＬを示す曲線の山及び谷の位置に対応する周波数に影響を与えているものと考えられる。
【００６０】
図１２は、ＣＰＬを示す曲線の山及び谷が発生するメカニズムを説明するための図である。図１２（Ａ）は、図１１のグラフＧ４４のＣＰＬを示す曲線において山の部分に対応する周波数Ｆ４１での、プレ噴射による燃焼圧力波の時間変化、メイン噴射による燃焼圧力波の時間変化、及び、これらの燃焼圧力波を合成した合成圧力波の時間変化を示している。この場合、プレ噴射とメイン噴射のそれぞれによる熱発生率波形においてピーク値が生じる間隔（熱発生間隔）が、Ｔ２１であるものとする（以下同様とする）。また、上記の周波数Ｆ４１におけるプレ噴射及びメイン噴射による燃焼圧力波の周期Ｔ２２（＝１／Ｆ４１×１０００）は、熱発生間隔Ｔ２１にほぼ一致しているものとする。
周波数Ｆ４１において、メイン噴射による燃焼圧力波の発生タイミングがプレ噴射による燃焼圧力波の周期Ｔ２１に対応するタイミングとほぼ一致するので、プレ噴射による燃焼圧力波とメイン噴射による燃焼圧力波とが同位相にて干渉することとなる。そのため、プレ噴射による燃焼圧力波の山の部分とメイン噴射による燃焼圧力波の山の部分とが重なり合うと共に（破線領域Ｒ２１参照）、プレ噴射による燃焼圧力波の谷の部分とメイン噴射による燃焼圧力波の谷の部分とが重なり合う（破線領域Ｒ２２参照）。これにより、プレ噴射による燃焼圧力波とメイン噴射による燃焼圧力波とを合成した合成圧力波が増幅されることとなる（矢印Ａ２１参照）。その結果、図１１のグラフＧ４４に示したように、周波数Ｆ４１においてＣＰＬを示す曲線に山が発生したのである。
【００６１】
他方で、図１２（Ｂ）は、図１１のグラフＧ４４のＣＰＬを示す曲線において谷の部分に対応する周波数Ｆ４２での、プレ噴射による燃焼圧力波の時間変化、メイン噴射による燃焼圧力波の時間変化、及び、これらの燃焼圧力波を合成した合成圧力波の時間変化を示している。この周波数Ｆ４２におけるプレ噴射及びメイン噴射による燃焼圧力波の周期Ｔ２３（＝１／Ｆ４２×１０００）は、熱発生間隔Ｔ２１のほぼ２倍に相当するものとする。
周波数Ｆ４２においては、メイン噴射による燃焼圧力波がプレ噴射による燃焼圧力波の周期Ｔ２３のほぼ半分に対応するタイミングで発生するので、プレ噴射による燃焼圧力波とメイン噴射による燃焼圧力波とが逆位相にて干渉することとなる。そのため、プレ噴射による燃焼圧力波の谷の部分とメイン噴射による燃焼圧力波の山の部分とが重なり合うと共に（破線領域Ｒ２３参照）、プレ噴射による燃焼圧力波の山の部分とメイン噴射による燃焼圧力波の谷の部分とが重なり合う（破線領域Ｒ２４参照）。これにより、プレ噴射による燃焼圧力波とメイン噴射による燃焼圧力波とを合成した合成圧力波が減衰されることとなる（矢印Ａ２２参照）。その結果、図１１のグラフＧ４４に示したように、周波数Ｆ４２においてＣＰＬを示す曲線に谷が発生したのである。
【００６２】
ここで、ＣＰＬの周波数特性において山及び谷が発生する位置と熱発生間隔との関係は、以下の式（１）及び（２）で表すことができる。式（１）及び式（２）において、「Δｔ」は熱発生間隔であり、「ｎ」は「１、２、３…」である。
山が発生する周波数ｆｎ＝ｎ／Δｔ×１０００                式（１）
谷が発生する周波数ｆｎ＝（ｎ−０．５）／Δｔ×１０００    式（２）
【００６３】
なお、図１１では、２回の燃料噴射（プレ噴射及びメイン噴射）を行った場合の結果を示したが、３回の燃料噴射（プレ噴射、メイン噴射及びアフター噴射）を行った場合にも同様の結果が得られることが確認された。具体的には、３回の燃料噴射を行った場合にも、３回の燃焼による熱発生率のそれぞれのピーク値が生じる間隔（熱発生間隔）に応じて、ＣＰＬを示す曲線の山及び谷の位置に対応する周波数が変化することがわかった。また、図１１では、所定のモデル（燃焼モデルなど）を用いたシミュレーション結果を示したが、このような結果は、実機を用いた実験によっても得られることが確認された。更に、上記では、複数回の燃料噴射を行う場合の熱発生間隔を変化させることで、この熱発生間隔がＣＰＬの周波数特性に及ぼす影響を調べたが、本発明者は、熱発生間隔以外にも、熱発生率波形の高さや傾きを変化させることで、これらがＣＰＬの周波数特性に及ぼす影響を調べた。その結果、熱発生率波形の高さや傾きを変化させても、ＣＰＬの大きさが変化するだけであり、ＣＰＬの曲線の山及び谷の数やそれらの周波数がほとんど変化しないことがわかった。
【００６４】
以上述べたことから、複数回の燃料噴射を行う場合の熱発生間隔が、ＣＰＬの周波数特性に対して影響を及ぼすことがわかった。このような結果を受けて、本実施形態では、複数回の燃料噴射を行う場合の熱発生間隔を制御することで、ＣＰＬの周波数特性が所望の特性（例えばグラフＧ２２に示したような周波数特性）となるようにする。具体的には、本実施形態では、ＰＣＭ７０は、ＣＰＬの周波数特性が所望の特性となるような熱発生間隔を実現すべく、複数回行う燃料噴射の間隔を設定する。より詳しくは、ＰＣＭ７０は、エンジンの構造系が有する共振周波数帯域（例えば図９参照）の範囲内に曲線の谷の部分が含まれるようなＣＰＬの周波数特性を実現すべく、このＣＰＬの周波数特性を得るための熱発生間隔に基づいて、複数回行う燃料噴射の間隔を設定する。
【００６５】
図１３は、本実施形態による熱発生間隔の制御方法の基本概念を説明するための図である。図１３は、左から順に、プレ噴射による熱発生率、メイン噴射による熱発生率、アフター噴射による熱発生率を模式的に示している。本実施形態では、ＰＣＭ７０は、ＣＰＬの周波数特性が所望の特性となるような、プレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔Ｔ３１、及びメイン噴射とアフター噴射との熱発生間隔Ｔ３２が実現されるように、プレ噴射、メイン噴射及びアフター噴射のそれぞれを実施する間隔を設定する。そして、ＰＣＭ７０は、こうして設定した間隔に応じた燃料噴射タイミングにてプレ噴射、メイン噴射及びアフター噴射のそれぞれを実施するように、インジェクタ２０を制御する。
【００６６】
次に、図１４乃至図１８を参照して、ＰＣＭ７０が実行する燃料噴射制御の具体的な処理を説明する。
【００６７】
図１４は、ＰＣＭ７０が実行する燃料噴射制御処理のフローチャートである。この燃料噴射制御処理は、車両のイグニッションがオンにされ、ＰＣＭ７０に電源が投入された場合に起動され、繰り返し実行される。
燃料噴射制御処理が開始されると、図１４に示すように、ステップＳ１において、ＰＣＭ７０は車両の運転状態に関する各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ７０は、上述した各種センサＳＮ１〜ＳＮ５が出力した検出信号の他、アクセル開度センサが検出したアクセル開度、車速センサが検出した車速、車両の変速機に現在設定されているギヤ段等を含む情報を取得する。
【００６８】
次に、ステップＳ２において、ＰＣＭ７０は、ステップＳ１において取得された情報に基づき、目標加速度を設定する。具体的には、ＰＣＭ７０は、種々の車速及び種々のギヤ段について規定された加速度特性マップ（予め作成されてメモリなどに記憶されている）の中から、現在の車速及びギヤ段に対応する加速度特性マップを選択し、選択した加速度特性マップを参照して現在のアクセル開度に対応する目標加速度を決定する。
【００６９】
次に、ステップＳ３において、ＰＣＭ７０は、ステップＳ２において決定した目標加速度を実現するためのエンジンの目標トルクを決定する。具体的には、ＰＣＭ７０は、現在の車速、ギヤ段、路面勾配、路面μなどに基づき、エンジンが出力可能なトルクの範囲内で、目標トルクを決定する。
【００７０】
次に、ステップＳ４において、ＰＣＭ７０は、ステップＳ３において決定した目標トルクと、クランク角センサＳＮ１からの出力信号に基づいて求めたエンジン回転数とに基づいて、目標トルクを得るためにインジェクタ２０から噴射させるべき燃料の要求噴射量（具体的にはメイン噴射の燃料噴射量）を設定する。
【００７１】
次に、ステップＳ５において、ＰＣＭ７０は、燃料噴射の形態（具体的には燃料の噴射量及び噴射タイミング）を決定する燃料噴射形態決定処理を実行する。この燃料噴射形態決定処理の詳細については後述する。
ステップＳ５の処理の後、ＰＣＭ７０は、ステップＳ４において決定した要求噴射量及びステップＳ５において決定した燃料噴射の形態に基づき、インジェクタ２０を制御する。ステップＳ６の後、ＰＣＭ７０は、燃料噴射制御処理を終了する。
【００７２】
ここで、図１５により、上記の燃料噴射制御処理のステップＳ５において実行される燃料噴射形態決定処理を説明する。
燃料噴射形態決定処理が開始されると、図１５に示すように、ステップＳ２１において、ＰＣＭ７０は、エンジンの運転状態に関する各種情報を取得する。具体的には、ＰＣＭ７０は、上述した各種センサＳＮ１〜ＳＮ５が出力した検出信号の他、過給圧、シリンダ壁温推定値、インマニ酸素濃度、上記の燃料噴射制御処理のステップＳ３において決定した目標トルク等を含む情報を取得する。
【００７３】
次に、ステップＳ２２において、ＰＣＭ７０は、ステップＳ２１において取得された情報に基づき、基準メイン噴射タイミングを読み込む。具体的には、ＰＣＭ７０は、目標トルク及びエンジン回転数をパラメータとして所定のクランク角に対応する基準メイン噴射タイミングを予め設定したマップを参照し、ステップＳ２１において取得した目標トルク及びエンジン回転数に対応する基準メイン噴射タイミングを読み込む。
【００７４】
次に、ステップＳ２３において、ＰＣＭ７０は、プレ噴射の噴射終了時期とメイン噴射の噴射開始時期との基本的な時間間隔（以下では「プレ−メイン基準時間間隔」と呼ぶ。）、メイン噴射の噴射終了時期とアフター噴射の噴射開始時期との基本的な時間間隔（以下では「メイン−アフター基準時間間隔」と呼ぶ。）、プレ噴射の基本的な燃料噴射量（以下では「基準プレ噴射量」と呼ぶ。）、及び、アフター噴射の基本的な燃料噴射量（以下では「基準アフター噴射量」と呼ぶ。）を読み込む。
プレ−メイン基準時間間隔、及び、メイン−アフター基準時間間隔は、燃料の着火性が良好なエンジンの運転状態において、エンジンの構造系が有する共振周波数帯域の範囲内にＣＰＬの周波数特性を示す曲線の谷の部分が含まれるような時間間隔として予め設定されている。
また、基準プレ噴射量及び基準アフター噴射量については、それぞれ、エンジンの運転状態に対応する基本的な値がマップとして予め設定されており、そのマップから読み込まれるようになっている。
【００７５】
次に、ステップＳ２４において、ＰＣＭ７０は、エンジンの運転状態が過渡状態か否かを判定する。例えば、ＰＣＭ７０は、アクセル開度センサが検出したアクセル開度や、アクセル開度の変化率に基づき、エンジンの運転状態が過渡状態か否かを判定する。
【００７６】
その結果、エンジンの運転状態が過渡状態である場合、ステップＳ２５に進み、ＰＣＭ７０は、現在の燃焼室９における燃料の着火性（以下では「着火環境」と呼ぶ。）を、シリンダ壁温推定値、過給圧、及び、インマニ酸素濃度に基づき判定する。具体的には、シリンダ壁温推定値に関し、高い方から順に第１の閾値Ｔ１、第２の閾値Ｔ２、第３の閾値Ｔ３、及び、第４の閾値Ｔ４が予め設定されている。そして、ステップＳ２１において取得したシリンダ壁温推定値がＴ１以上である場合、シリンダ壁温推定値に基づく着火環境は最も良好な着火環境（以下では「着火環境Ｉ」と呼ぶ。）であり、シリンダ壁温推定値がＴ２以上Ｔ１未満である場合、シリンダ壁温推定値に基づく着火環境は２番目に良好な着火環境（以下では「着火環境II」と呼ぶ。）であり、シリンダ壁温推定値がＴ３以上Ｔ２未満である場合、シリンダ壁温推定値に基づく着火環境は３番目に良好な着火環境（以下では「着火環境III」と呼ぶ。）であり、シリンダ壁温推定値がＴ４以上Ｔ３未満である場合、シリンダ壁温推定値に基づく着火環境は４番目に良好な着火環境（以下では「着火環境IV」と呼ぶ。）であり、シリンダ壁温推定値がＴ４未満である場合、シリンダ壁温推定値に基づく着火環境は最も着火性の悪い着火環境（以下では「着火環境Ｖ」と呼ぶ。）であると判定する。
【００７７】
また、過給圧に関しても、シリンダ壁温推定値と同様に、高い方から順に第１の閾値Ｐ１、第２の閾値Ｐ２、第３の閾値Ｐ３、及び、第４の閾値Ｐ４が予め設定されている。そして、ステップＳ２１において取得した過給圧がＰ１以上である場合、過給圧に基づく着火環境は着火環境Ｉであり、過給圧がＰ２以上Ｐ１未満である場合、過給圧に基づく着火環境は着火環境IIであり、過給圧がＰ３以上Ｐ２未満である場合、過給圧に基づく着火環境は着火環境IIIであり、過給圧がＰ４以上Ｐ３未満である場合、過給圧に基づく着火環境は着火環境IVであり、過給圧がＰ４未満である場合、過給圧に基づく着火環境は着火環境Ｖであると判定する。
【００７８】
また、インマニ酸素濃度に関しても、シリンダ壁温推定値及び過給圧と同様に、高い方から順に第１の閾値Ｃ１、第２の閾値Ｃ２、第３の閾値Ｃ３、及び、第４の閾値Ｃ４が予め設定されている。そして、ステップＳ２１において取得したインマニ酸素濃度がＰ１以上である場合、インマニ酸素濃度に基づく着火環境は着火環境Ｉであり、インマニ酸素濃度がＰ２以上Ｐ１未満である場合、インマニ酸素濃度に基づく着火環境は着火環境IIであり、インマニ酸素濃度がＰ３以上Ｐ２未満である場合、インマニ酸素濃度に基づく着火環境は着火環境IIIであり、インマニ酸素濃度がＰ４以上Ｐ３未満である場合、インマニ酸素濃度に基づく着火環境は着火環境IVであり、インマニ酸素濃度がＰ４未満である場合、インマニ酸素濃度に基づく着火環境は着火環境Ｖであると判定する。
【００７９】
そして、ＰＣＭ７０は、シリンダ壁温推定値、過給圧、及び、インマニ酸素濃度のそれぞれに基づく着火環境の内、最も着火性の悪い着火環境を、現在のエンジンの着火環境として判定する。
【００８０】
一方、ステップＳ２４において、エンジンの運転状態が過渡状態ではないと判定された場合、ステップＳ２６に進み、ＰＣＭ７０は、エンジンの負荷（具体的には要求噴射量）及び回転数に基づき、着火環境を判定する。この場合、ＰＣＭ７０は、図１６に示すようなマップを参照し、ステップＳ２１において取得したエンジンの負荷及び回転数に対応する着火環境を判定する。図１６のマップにおいては、同一のエンジン回転数においてエンジンの負荷が最も高い高負荷領域が着火環境Ｉであり、着火環境Ｉに次いでエンジンの負荷が高い中高負荷領域が着火環境IIであり、着火環境IIに次いでエンジンの負荷が高い中負荷領域が着火環境IIIであり、エンジンの負荷が最も低い低負荷領域が着火環境IVとなっている。
【００８１】
ステップＳ２５又はＳ２６の後、ステップＳ２７に進み、ＰＣＭ７０は、プレ噴射の噴射終了時期とメイン噴射の噴射開始時期との時間間隔（以下では「プレ−メイン時間間隔」と呼ぶ。）、プレ噴射の燃料噴射量（以下では「プレ噴射量」と呼ぶ。）、及び、メイン噴射の噴射タイミング（以下では「メイン噴射タイミング」と呼ぶ。）を、ステップＳ２５又はＳ２６において判定した着火環境に応じて、ステップＳ２３において読み込んだプレ−メイン基準時間間隔、基準プレ噴射量、及びステップＳ２２において読み込んだ基準メイン噴射タイミングから補正する。
【００８２】
図１７は、着火環境に応じて補正される燃料噴射パターンと、各燃料噴射パターンにより実現される熱発生率波形とを示す説明図である。
上述したように、プレ−メイン基準時間間隔及びプレ−アフター基準時間間隔は、燃料の着火性が良好なエンジンの運転状態、即ち着火環境Ｉにおいて、エンジンの構造系が有する共振周波数帯域の範囲内にＣＰＬの周波数特性を示す曲線の谷の部分が含まれるような時間間隔として設定されている。したがって、ステップＳ２５又はＳ２６において判定した着火環境が、最も着火性の良好な着火環境Ｉである場合、ＰＣＭ７０は、プレ−メイン基準時間間隔を補正しない。また、基準プレ噴射量及び基準メイン噴射タイミングについても補正を行わない。
【００８３】
一方、ステップＳ２５又はＳ２６において判定した着火環境が、着火環境IIである場合、燃料の着火性が着火環境Ｉよりも悪いので、着火環境Ｉを前提に設定されたプレ−メイン基準時間間隔によりプレ噴射のタイミングを決定すると、プレ噴射による熱発生率のピーク値が生じるタイミングが着火環境Ｉの場合よりも遅くなる。すなわち、プレ噴射における着火遅れが生じる。その結果、図１７の着火環境IIの熱発生率波形において破線で示すように、プレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔は、ＣＰＬの所望の周波数特性が得られるような熱発生間隔（図１７の熱発生率波形における「狙いの間隔」）よりも短くなってしまう。そこで、着火環境IIにおいては、図１７の噴射パターンに示すように、プレ−メイン時間間隔を、プレ−メイン基準時間間隔から拡大するように補正し、メイン噴射タイミングに対するプレ噴射の噴射タイミングを進角させることにより、図１７の熱発生率波形において実線で示すように、着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止する。
【００８４】
また、ステップＳ２５又はＳ２６において判定した着火環境が、着火環境IIIである場合、燃料の着火性が着火環境IIよりもさらに悪いので、プレ噴射による熱発生率のピーク値が生じるタイミングが着火環境IIの場合よりも遅くなる。したがって、プレ−メイン時間間隔を、着火環境IIの場合よりもさらに拡大するように補正する必要がある。しかしながら、プレーメイン時間間隔を拡大し過ぎると、メイン噴射の着火性向上というプレ噴射の本来の機能を果たせなくなる。また、プレーメイン時間間隔の拡大によりプレ噴射の噴射タイミングがある程度まで進角すると、それ以上噴射タイミングを進角させてもプレ噴射の熱発生率のピーク値が生じるタイミングを早めることはできなくなる。したがって、プレ−メイン時間間隔の拡大のみでは、着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止することができない。そこで、着火環境IIIにおいては、図１７の噴射パターンに示すように、プレ−メイン時間間隔を、プレ−メイン基準時間間隔から拡大するように補正し、メイン噴射タイミングに対するプレ噴射の噴射タイミングを進角させると共に、プレ噴射量を、基準プレ噴射量から増量するように補正し、プレ噴射による熱発生率が急峻に立ち上がりピーク値の生じるタイミングが早まるようにすることにより、図１７の熱発生率波形において実線で示すように、着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止する。
【００８５】
また、ステップＳ２５又はＳ２６において判定した着火環境が、着火環境IVである場合、燃料の着火性が着火環境IIIよりもさらに悪いので、プレ噴射による熱発生率のピーク値が生じるタイミングが着火環境IIIの場合よりも遅くなる。したがって、プレ噴射量を、着火環境IIIの場合よりもさらに増量するように補正する必要がある。しかしながら、プレ噴射量を増量し過ぎると、エミッションや燃費が悪化する。また、相対的に着火性の悪い着火環境IVにおいては、プレ噴射量の増量のみでは、プレ噴射における着火遅れを十分に抑制することができない。そこで、着火環境IVにおいては、図１７の噴射パターンに示すように、メイン噴射タイミングを基準メイン噴射タイミングから遅角させることにより、図１７の熱発生率波形において実線で示すように、着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止する。また、ＰＣＭ７０は、メイン噴射タイミングを基準メイン噴射タイミングから遅角させた場合でも、メイン−アフター時間間隔をメイン−アフター基準時間間隔のまま維持するように、アフター噴射の噴射タイミングを、メイン噴射タイミングを基準メイン噴射タイミングから遅角させた分だけ遅角させる。
【００８６】
また、ステップＳ２５又はＳ２６において判定した着火環境が、着火環境Ｖである場合、この着火環境Ｖは具体的には冷間始動時に該当し、燃料の着火性が着火環境IVよりもさらに悪いので、プレ噴射による熱発生率のピーク値が生じるタイミングが着火環境IVの場合よりも遅くなる。したがって、着火環境IVの場合のようにメイン噴射タイミングを基準メイン噴射タイミングから遅角させてプレ−メイン時間間隔を拡大するように補正するだけでは、プレ噴射における着火遅れを十分抑制できず、プレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔を狙いの間隔まで拡大することができない。そこで、着火環境Ｖにおいては、図１７の噴射パターンに示すように、着火環境IVと同様にメイン噴射タイミングを基準メイン噴射タイミングから遅角させると共に、プレ噴射の噴射回数（段数）を１回増加させ、プレ噴射による熱発生率のピーク値が生じるタイミングが早まるようにすることにより、図１７の熱発生率波形において実線で示すように、着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止する。
【００８７】
上記したプレ−メイン時間間隔、プレ噴射量、及び、メイン噴射タイミングを、それぞれ、着火環境に応じてどのように補正するのかについて、図１８を参照して説明する。図１８は、燃料噴射形態の各パラメータと着火環境との関係を示す線図である。
図１８（ａ）は、プレ−メイン時間間隔と着火環境との関係を示す線図であり、横軸は着火環境、縦軸はプレ−メイン時間間隔を示している。この図１８（ａ）に示すように、着火環境Ｉ、II、IIIの順に着火性が悪くなるほど、プレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止するために、プレ−メイン時間間隔は拡大するように補正される。また、上述したように、着火環境IIIにおいて、プレ−メイン時間間隔の拡大によりプレ噴射の噴射タイミングが限界まで進角しており、これ以上プレ−メイン時間間隔を拡大するように補正することができないので、着火環境IVにおいては、プレ−メイン時間間隔は着火環境IIIと同じ値に保持される。
【００８８】
図１８（ｂ）は、プレ噴射量と着火環境との関係を示す線図であり、横軸は着火環境、縦軸はプレ噴射量を示している。この図１８（ｂ）に示すように、着火環境Ｉに次いで着火性が良好な着火環境IIでは、プレ−メイン時間間隔を拡大するように補正することによりプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止できるので、プレ噴射量の補正は行われない。一方、着火環境IIよりもさらに着火性の悪い着火環境III及びIVでは、プレ−メイン時間間隔の補正だけではプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を十分に防止できないので、プレ噴射における着火遅れを抑制するために、着火性が悪いほどプレ噴射量は増量するように補正される。
【００８９】
図１８（ｃ）は、メイン噴射タイミングと着火環境との関係を示す線図であり、横軸は着火環境、縦軸はメイン噴射タイミングを示している。この図１８（ｃ）に示すように、着火環境II、IIIでは、プレ−メイン時間間隔を拡大するように補正すること、及び、プレ噴射量を増量するように補正することにより、プレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止できるので、メイン噴射タイミングの補正は行われない。一方、着火環境IIIよりもさらに着火性の悪い着火環境IVでは、プレ−メイン時間間隔及びプレ噴射量の補正だけではプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を十分に防止できないので、プレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止するために、メイン噴射タイミングは遅角するように補正される。
【００９０】
このように、プレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止するために、着火環境Ｉに次いで着火性の良好な着火環境IIでは、エンジンのエミッション性能や燃費への影響が小さいプレ−メイン時間間隔を拡大する補正のみを実施し、着火環境IIよりも着火性が悪い着火環境IIIでは、エミッション性能や燃費への影響が大きくならない範囲でプレ噴射量を増量する補正も併せて実施し、さらに着火性が悪い着火環境IVでは、エンジンの出力トルク等に大きな影響が及ばない範囲でメイン噴射タイミングを遅角させる補正も行うので、エンジンのエミッション性能、燃費、出力トルク等の性能に及ぼす影響を抑制しつつ、幅広い着火環境において、ＣＰＬの周波数特性が所望の特性となるような熱発生間隔を実現可能な、プレ噴射、メイン噴射及びアフター噴射の噴射タイミングを設定することができる。
【００９１】
図１５に戻り、ステップＳ２７において、プレ−メイン時間間隔、プレ噴射量、及び、メイン噴射タイミングを、ステップＳ２５又はＳ２６において判定した着火環境に応じて、プレ−メイン基準時間間隔、基準プレ噴射量、及び基準メイン噴射タイミングから補正した後、ステップＳ２８に進み、ＰＣＭ７０は、補正したプレ−メイン時間間隔、プレ噴射量、及び、メイン噴射タイミングに基づき、プレ噴射、メイン噴射、及び、アフター噴射の噴射タイミングを決定する。その後、ＰＣＭ７０は、燃料噴射形態決定処理を終了し、メインルーチンに戻る。
【００９２】
次に、図１９乃至図２１を参照して、プレ−メイン時間間隔及びメイン−アフター時間間隔の具体的な数値について説明する。
図１９は、直列４気筒型エンジンにおいて、メインルートから５つのメインベアリングキャップ（ＭＢＣ＃１〜＃５）のそれぞれに伝わったノック音の振動レベルの周波数特性を示す線図である。この図１９に示すように、ノック音の振動レベルは、およそ１３００Ｈｚ、１７００Ｈｚ、２５００Ｈｚ、及び、３５００Ｈｚにピークを有している。これらのピークの周波数は、メインルートにおける共振周波数を示していると言える。これらのメインルートにおける共振周波数は、主として、ピストン４の質量とコンロッド８の剛性とのバランスから定まるものであり、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等のエンジンの形式、あるいはエンジンの大きさによらず、同程度の値となると考えられる。言い換えると、どのようなエンジンにおいても、１３００Ｈｚ、１７００Ｈｚ、２５００Ｈｚ、及び、３５００Ｈｚをピークとする周波数帯域のノック音を低減することにより、エンジン全体のノック音を効果的に低減できるものと考えられる。
【００９３】
これらの共振周波数帯域の内、最も周波数の高い３５００Ｈｚ近傍のピークを有する周波数帯域については、構造共振を打ち消す機械的な構成（具体的には燃焼行程においてコンロッド８の伸縮共振を抑制する動吸振器９０）をエンジン本体１に設けたとしても、エンジン本体１の重量増加は小さい。そこで、３５００Ｈｚをピークとするノック音の低減は動吸振器９０により実現することとし、ＰＣＭ７０は、１３００Ｈｚ、１７００Ｈｚ、及び、２５００Ｈｚをピークとするノック音を低減するために、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線における谷の部分が１３００Ｈｚ、１７００Ｈｚ、及び、２５００Ｈｚのピークをそれぞれ含む所定の周波数帯域に生じるように、プレ−メイン時間間隔及びメイン−アフター時間間隔を制御する。
【００９４】
図２０は、熱発生間隔とＣＰＬの周波数特性の曲線おける谷の周波数との関係を示す線図である。この図２０において、横軸は熱発生間隔を示し、縦軸は燃焼圧力波の周波数を示している。また、図２０において実線により示す曲線は、時間的に隣接する２回の燃料噴射（すなわち、プレ噴射とメイン噴射、又は、メイン噴射とアフター噴射）による燃焼圧力波が互いに打ち消し合うように干渉することにより、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線に谷が生じる周波数を示している。
【００９５】
この図２０に示すように、熱発生間隔を０．９ｍｓｅｃ程度に設定した場合、１７００Ｈｚ、及び、２５００Ｈｚをそれぞれ含む周波数帯域において、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線に谷が生じる。また、熱発生間隔を２．０ｍｓｅｃ程度に設定した場合、１３００Ｈｚ、及び、１７００Ｈｚをそれぞれ含む周波数帯域において、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線に谷が生じる。図１９に示したように、１３００Ｈｚ、１７００Ｈｚ、及び、２５００Ｈｚのピークの内、１７００Ｈｚのピークが最も大きい。そこで、プレ−メイン噴射間隔を、プレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔が約０．９ｍｓｅｃになるように設定し、メイン−アフター時間間隔を、メイン噴射とアフター噴射との熱発生間隔が約２．０ｍｓｅｃとなるように設定するのがよい。具体的には、プレ−メイン噴射間隔については、燃料の着火性の悪さを考慮して、プレ噴射の噴射タイミングを早めるために、所望の熱発生間隔０．９ｍｓｅｃよりも長い１．７ｍｓｅｃ程度とするのがよい。一方、メイン−アフター時間間隔については、アフター噴射時の着火性が良好であるので、所望の熱発生間隔２．０ｍｓｅｃと等しい２．０ｍｓｅｃ程度とするのがよい。
これにより、最大のピークである１７００Ｈｚを含む周波数帯域については、プレ噴射とメイン噴射による燃焼圧力波、及び、メイン噴射とアフター噴射による燃焼圧力波を、それぞれ互いに打ち消し合うように干渉させることができ、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線に生じる谷の大きさを大きくすることができる。すなわち、１７００Ｈｚをピークとする周波数帯域のノック音を効果的に低減することができる。
【００９６】
図２１は、干渉し合う２つの振動の周波数のずれと、それらの振動の共振による音圧レベル増幅量との関係を示す線図である。この図２１に示すように、２つの振動が、それらの波形の山と山が重なり合うように干渉する場合、２つの振動の間の周波数のずれが１５０Ｈｚよりも小さくなると、それらの振動の共振による音圧レベル増幅量が急激に増大する。このことは、メインルートにおける共振周波数のピークと、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線における谷の位置に相当する周波数とのずれが１５０Ｈｚ以下となるようにすることにより、共振周波数帯域における構造共振を大幅に抑制し、ノック音を適切に低減することができる。
具体的には、プレ−メイン噴射間隔については、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線における谷の位置に相当する周波数が１７００Ｈｚ±１５０Ｈｚ及び２５００Ｈｚ±１５０Ｈｚとなるようにする。上記式（２）及び図２０によれば、プレ−メイン噴射間隔を１．７±０．１ｍｓｅｃとすることにより、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線における谷の位置に相当する周波数が１７００Ｈｚ±１５０Ｈｚ及び２５００Ｈｚ±１５０Ｈｚとなるようにプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔を制御することができる。また、メイン−アフター時間間隔を２．０±０．１ｍｓｅｃとすることにより、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線における谷の位置に相当する周波数が１３００Ｈｚ±１５０Ｈｚ及び１７００Ｈｚ±１５０Ｈｚとなるようにメイン噴射とアフター噴射との熱発生間隔を制御することができる。
【００９７】
次に、上述した本発明の実施形態による圧縮自己着火式エンジンの燃料噴射制御方法及び燃料噴射制御装置の効果を説明する。
【００９８】
まず、プレ噴射とメイン噴射との間隔を１．７±０．１ｍｓｅｃに設定することにより、プレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔を、プレ噴射とメイン噴射とによって生じた燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線の谷の位置に相当する周波数が１７００Ｈｚ±１５０Ｈｚ及び２５００Ｈｚ±１５０Ｈｚとなるように制御することができ、これにより、エンジンの構造系の主な共振周波数の内、１７００Ｈｚ及び２５００Ｈｚに対応するノック音を効果的に低減することができる。この場合、燃焼圧力波の全体のレベルを変えているわけではないので、燃費やエミッションを悪化させることはなく、また、遮音材などを別途追加しないので、装置のコストや重量を増加させることはない。
【００９９】
また、メイン噴射とアフター噴射との間隔を２．０±０．１ｍｓｅｃに設定することにより、メイン噴射とアフター噴射との熱発生間隔を、メイン噴射とアフター噴射とによって生じた燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線の谷の位置に相当する周波数が１３００Ｈｚ±１５０Ｈｚ及び１７００Ｈｚ±１５０Ｈｚとなるように制御することができ、これにより、エンジンの構造系の主な共振周波数の内、１３００Ｈｚ及び１７００Ｈｚに対応するノック音を効果的に低減することができる。特に、プレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔と、メイン噴射とアフター噴射との熱発生間隔との両方を、これらの燃料噴射によって生じた燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線の谷の位置に相当する周波数が１７００Ｈｚ±１５０Ｈｚとなるように制御するので、燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線において１７００Ｈｚ±１５０Ｈｚの位置に生じる谷の大きさを大きくすることができ、これにより、エンジンの構造系の主な共振周波数の内、特に大きいピークを有する１７００Ｈｚに対応するノック音を、より効果的に低減することができる。
【０１００】
また、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低く、燃料の着火性が悪いほど、プレ噴射の噴射タイミングを進角させてプレ噴射とメイン噴射との間隔を拡大するので、着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止することができ、これにより、幅広い着火環境において、エンジンの構造系の共振周波数帯域である１７００Ｈｚ±１５０Ｈｚ及び２５００Ｈｚ±１５０Ｈｚのそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。
【０１０１】
また、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低く、燃料の着火性が悪いほど、プレ噴射の燃料噴射量を増量して燃料の着火性を向上させるので、燃料の着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止することができ、これにより、幅広い着火環境において、エンジンの構造系の共振周波数帯域である１７００Ｈｚ±１５０Ｈｚ及び２５００Ｈｚ±１５０Ｈｚのそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。
【０１０２】
また、同一のエンジン回転数においてエンジン負荷が低く、燃料の着火性が悪いほど、メイン噴射の噴射タイミングを遅角させると共に、メイン噴射とアフター噴射との間隔を維持するようにアフター噴射の噴射タイミングを遅角させるので、プレ噴射の噴射タイミングを進角させられない場合においても、燃料の着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止することができる。また、エンジン負荷の低下に応じてメイン噴射の噴射タイミングを遅角させるとき、アフター噴射の噴射タイミングも遅角させてメイン噴射とアフター噴射との間隔を維持するので、燃料の着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止するためにメイン噴射の噴射タイミングを遅角させた場合でも、メイン噴射とアフター噴射とによって生じた燃焼圧力波の周波数特性を示す曲線の谷の位置に相当する周波数がエンジンの構造系が有する複数の共振周波数帯域である１３００Ｈｚ±１５０Ｈｚ及び１７００Ｈｚ±１５０Ｈｚのそれぞれの範囲内に含まれるように熱発生間隔を制御することができ、これにより、幅広い着火環境において、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。
【０１０３】
また、着火環境Ｉに次いで着火性が良好な着火環境IIでは、エンジンのエミッション性能や燃費への影響が小さいプレ噴射の噴射タイミングの制御のみでプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止しつつ、着火環境IIより着火性の悪い着火環境IIIではプレ噴射の燃料噴射量を増量してプレ噴射の着火性を向上させ、さらに着火性の悪い着火環境IVではメイン噴射の噴射タイミングを遅角させてプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を確実に防止するので、エンジンのエミッション性能、燃費、出力トルク等への影響を抑制しながら、着火性の悪さに起因するプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を確実に防止することができ、これにより、一層幅広い着火環境において、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。
【０１０４】
また、シリンダ壁温、エンジンの過給圧、及び／又は、吸気の酸素濃度が低いほど、プレ噴射とメイン噴射との間隔を拡大するので、シリンダ壁温、エンジンの過給圧、及び／又は、吸気の酸素濃度が低く着火性が悪い場合においてもプレ噴射とメイン噴射との熱発生間隔の短縮を防止することができ、これにより、幅広い着火環境において、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域である１３００Ｈｚ±１５０Ｈｚ及び１７００Ｈｚ±１５０のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。
【０１０５】
また、動吸振器９０が、エンジンの構造系が有する複数の共振周波数帯域の内、最も周波数の高い３５００Ｈｚ近傍のピークを有する周波数帯域における共振を抑制すると共に、ＰＣＭ７０は、共振周波数帯域のうち低周波側の１３００Ｈｚ、１７００Ｈｚ、及び、２５００Ｈｚをピークとするノック音を低減するために、ＣＰＬの周波数特性を示す曲線における谷の部分が１３００Ｈｚ、１７００Ｈｚ、及び、２５００Ｈｚのピークをそれぞれ含む所定の周波数帯域に生じるように、プレ−メイン時間間隔及びメイン−アフター時間間隔を制御するので、機械的な構造を設けたとしてもエンジンの重量増加が小さい高周波側の共振周波数帯域に対応するノック音は動吸振器により低減しつつ、機械的な構造を設けるとエンジンの重量増加が大きくなる低周波側の共振周波数帯域に対応するノック音については、燃料噴射の間隔の制御により低減することができ、これにより、エンジンの重量増加を最小限に抑制しつつ、エンジンの構造系の複数の共振周波数帯域のそれぞれに対応するノック音を適切に低減することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１  エンジン本体
２  気筒
４  ピストン
７  クランクシャフト
８  コンロッド
２０  インジェクタ
３０  吸気通路
４０  排気通路
６０  ターボ過給機
７０  ＰＣＭ
９０  動吸振器
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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