(57)【要約】【課題】インジェクタの諸元等に関わらず、燃焼音の抑制および燃料消費率の改善を図ることができる内燃機関の燃料圧力制御装置を提供する。【解決手段】図示出力と燃料圧力とから成る座標上において、燃焼音抑制線と燃焼効率確保線との交点（Ｘｉ，Ｙｉ）を以下の式（２），（３）によって求める。  Ｘｉ＝（−２６０×燃料噴射弁の噴孔径＋５２）×        （燃料噴射弁の噴孔数／１０）…（２）  Ｙｉ＝４．６１５×Ｘｉ  …（３）  点Ｘｉよりも図示出力が低い側にあっては、燃焼効率確保線上における図示出力に応じた燃料圧力を上限値として設定し、点Ｘｉよりも図示出力が高い側にあっては、燃焼音抑制線上における図示出力に応じた燃料圧力を上限値として設定する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮自着火式内燃機関の筒内に噴射される燃料の圧力を制御する装置であって、
内燃機関の出力と燃料圧力との関係を規定する座標上において、燃焼音を所定の制限値以下に抑えるための出力と燃料圧力との関係を規定する燃焼音抑制線と、所定値以上の燃焼効率を確保するための出力と燃料圧力との関係を規定する燃焼効率確保線との交点（Ｘｉ，Ｙｉ）における出力座標上の点Ｘｉおよび燃料圧力座標上の点Ｙｉを以下の式（２），（３）
Ｘｉ＝（−２６０×燃料噴射弁の噴孔径＋５２）×
（燃料噴射弁の噴孔数／１０）  …（２）
Ｙｉ＝４．６１５×Ｘｉ  …（３）
（但し、内燃機関の回転速度が１８００ｒｐｍ以下）
によって求め、
上記出力座標上の点Ｘｉよりも出力が低い側にあっては、燃焼効率確保線上における出力に応じた燃料圧力を燃料圧力基準上限値として設定し、上記出力座標上の点Ｘｉよりも出力が高い側にあっては、燃焼音抑制線上における出力に応じた燃料圧力を燃料圧力基準上限値として設定する構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料圧力制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の燃料圧力制御装置において、
内燃機関の軽負荷高回転域において、上記出力座標上の点Ｘｉよりも出力が低い場合には、上記燃料圧力基準上限値に対して燃料圧力を高める側に補正し、その補正量は、上記燃焼音抑制線上の燃料圧力を上限として、内燃機関の回転数が高いほど大きく設定される構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料圧力制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関の燃料圧力制御装置において、
内燃機関の出力トルクが目標値に達した場合には、燃料圧力が、内燃機関の回転数に応じて予め設定された燃料圧力上限値に制限され、出力が増加しても燃料圧力が燃料圧力上限値に維持される構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料圧力制御装置。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の内燃機関の燃料圧力制御装置において、
上記出力は、内燃機関の図示出力であることを特徴とする内燃機関の燃料圧力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンに代表される内燃機関の燃料圧力を制御する装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
従来から周知のように、自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」と呼ぶ場合もある）では、各種の制約（燃焼音等）が所定の許容範囲内となるように、また、燃料消費率が所定の目標値となるように、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」と呼ぶ場合もある）から噴射される燃料の圧力（燃料噴射圧力）の制御が行われている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、燃料噴射圧力の制御に関し、エンジンに要求される出力（要求パワー）に応じて目標燃料圧力を設定することが開示されている。具体的には、要求出力の全領域に亘って、この要求出力と目標燃料圧力とを比例関係に設定し、要求出力に対して目標燃料圧力を一義的に決定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２０２６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、単に、要求出力と目標燃料圧力とを比例関係に設定して目標燃料圧力を決定した場合、エンジンの運転領域（例えば図示パワー）によっては、燃焼音が十分に抑制できない状況を招き商品性の悪化を招いたり、燃料消費率の悪化を招いたりする可能性があった。
【０００６】
また、車格（エンジンの総排気量等）に応じて上記燃焼音の制限値や燃料消費率の目標値は異なっており、また、各種エンジンには諸元（噴孔数や噴孔径）が互いに異なるインジェクタが搭載される。このため、従来では、それぞれに応じて制御パラメータ（目標燃料圧力）の適合値を取得するといった多大な作業を必要としていた。つまり、エンジンの種類毎に、実験的に燃料圧力の適合値を試行錯誤で個別に求めておく必要があった。
【０００７】
このように、試行錯誤で燃料圧力の適合値を決定していたため、適合の複雑化を招き、種々のエンジンに共通した体系的な燃料圧力の設定手法を構築することが不可能であった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インジェクタの諸元等に関わらず、燃焼音の抑制および燃料消費率の改善を図ることができる内燃機関の燃料圧力制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
−発明の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、内燃機関の出力が比較的低い運転領域にあっては内燃機関の運転効率を確保するように燃料圧力の上限値を規定し、内燃機関の出力が比較的高い運転領域にあっては内燃機関の燃焼音を制限値以下に抑えるように燃料圧力の上限値を規定するようにしている。
【００１０】
−解決手段−
具体的に、本発明は、圧縮自着火式内燃機関の筒内に噴射される燃料の圧力を制御する装置を前提とする。この燃料圧力制御装置に対し、内燃機関の出力と燃料圧力との関係を規定する座標上において、燃焼音を所定の制限値以下に抑えるための出力と燃料圧力との関係を規定する燃焼音抑制線と、所定値以上の燃焼効率を確保するための出力と燃料圧力との関係を規定する燃焼効率確保線との交点（Ｘｉ，Ｙｉ）における出力座標上の点Ｘｉおよび燃料圧力座標上の点Ｙｉを以下の式（２），（３）
Ｘｉ＝（−２６０×燃料噴射弁の噴孔径＋５２）×
（燃料噴射弁の噴孔数／１０）  …（２）
Ｙｉ＝４．６１５×Ｘｉ  …（３）
（但し、内燃機関の回転速度が１８００ｒｐｍ以下）
によって求め、
上記出力座標上の点Ｘｉよりも出力が低い側にあっては、燃焼効率確保線上における出力に応じた燃料圧力を燃料圧力基準上限値として設定し、上記出力座標上の点Ｘｉよりも出力が高い側にあっては、燃焼音抑制線上における出力に応じた燃料圧力を燃料圧力基準上限値として設定する構成としている。
【００１１】
このように、比較的燃焼音が小さい運転領域（出力座標上の点Ｘｉよりも出力が低い側）にあっては、燃焼効率確保線上における出力に応じた燃料圧力を燃料圧力基準上限値として設定し、これにより、所定値以上の燃焼効率を確保することができる。一方、燃焼音が大きくなり燃焼効率が確保できない運転領域（出力座標上の点Ｘｉよりも出力が高い側）にあっては、燃焼音抑制線上における出力に応じた燃料圧力を燃料圧力基準上限値として設定し、これにより、燃焼音を所定の制限値以下に抑えることができる。このように、本解決手段によれば、略全ての運転領域において燃焼音の抑制および燃料消費率の改善を図ることが可能になる。
【００１２】
また、上記燃料圧力基準上限値に対して燃料圧力を補正する場合の構成として以下のものが挙げられる。先ず、内燃機関の軽負荷高回転域において、上記出力座標上の点Ｘｉよりも出力が低い場合に、上記燃料圧力基準上限値に対して燃料圧力を高める側に補正し、その補正量を、上記燃焼音抑制線上の燃料圧力を上限として、内燃機関の回転数が高いほど大きく設定するものである。
【００１３】
また、内燃機関の出力トルクが目標値に達した場合に、燃料圧力が、内燃機関の回転数に応じて予め設定された燃料圧力上限値に制限され、出力が増加しても燃料圧力が燃料圧力上限値に維持されるものである。
【００１４】
このようにして燃料圧力基準上限値に対して燃料圧力を補正することにより、燃料圧力の上限値として最適値を求めることができ、必要以上に上限値が制限されてしまって燃焼効率を十分に高めることができなくなったり、上限値を高く設定しすぎることで燃焼音が大きくなったりするといったことを確実に回避できる。
【００１５】
また、上記出力としては、内燃機関の図示出力が挙げられる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、出力座標上の点Ｘｉよりも出力が低い側にあっては、燃焼効率確保線上における出力に応じた燃料圧力を燃料圧力基準上限値として設定し、上記出力座標上の点Ｘｉよりも出力が高い側にあっては、燃焼音抑制線上における出力に応じた燃料圧力を燃料圧力基準上限値として設定するようにしている。これにより、燃焼音の抑制および燃料消費率の改善を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係るエンジンおよびその制御系統の概略構成を示す図である。
【図２】ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。
【図３】ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】膨張行程時の熱発生率（クランク軸の単位回転角度当たりの熱発生量）の変化及び燃料噴射率（クランク軸の単位回転角度当たりの燃料噴射量）の変化をそれぞれ示す波形図である。
【図５】燃料圧力上限値マップを示す図である。
【図６】燃料圧力上限値マップの作成手順を示すフローチャート図である。
【図７】インジェクタの噴孔径と燃焼音抑制を優先したエンジン最小出力との関係を示す図である。
【図８】エンジン回転数とエンジン低出力時の燃料圧力の傾きとの関係を示す図である。
【図９】燃料圧力上限値マップにおける各点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
【００１９】
−エンジンの構成−
まず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１およびその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジン１の燃焼室３およびその周辺部を示す断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
【００２１】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、機関燃料通路２７等を備えて構成されている。
【００２２】
上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、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インジェクタ２３，２３，…に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。
【００２３】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６２が配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力する。
【００２４】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３が接続されている。また、この排気通路には排気浄化ユニット７７が配設されている。この排気浄化ユニット７７には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としてのＮＳＲ（ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒(排気浄化触媒)７５およびＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）７６が備えられている。なお、排気浄化ユニット７７としてＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）触媒を適用してもよい。
【００２５】
上記ＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、且つ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。即ち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記インジェクタ２３からの燃料噴射動作（ポスト噴射）や吸気絞り弁６２の開度制御によって行うようになっている。
【００２６】
また、ＤＰＦ７６は、例えば多孔質セラミック構造体で成り、排気ガスが多孔質の壁を通過する際に、この排気ガス中に含まれるＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：微粒子）を捕集するようになっている。また、このＤＰＦ７６には、ＤＰＦ再生運転時に、上記捕集したＰＭを酸化・燃焼するための触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
【００２７】
ここで、エンジン１の燃焼室３およびその周辺部の構成について、図２を用いて説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
【００２８】
ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部に取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
【００２９】
上記ピストン１３は、コネクティングロッド１８によってエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。
【００３０】
また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
【００３１】
上記シリンダヘッド１５には、上記吸気ポート１５ａおよび上記排気ポート７１がそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６および排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射する。
【００３２】
さらに、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２およびコンプレッサホイール５３を備えている。コンプレッサホイール５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５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ホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
【００３３】
吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。
【００３４】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ生成量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路８を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。これらＥＧＲ通路８、ＥＧＲバルブ８１、ＥＧＲクーラ８２等によってＥＧＲ装置（排気還流装置）が構成されている。
【００３５】
−センサ類−
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、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００３６】
例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内の吸気絞り弁６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２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。スロットル開度センサ４２は吸気絞り弁６２の開度を検出する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４ａ，４４ｂは、ＮＳＲ触媒７５の上流側および下流側にそれぞれ配設され、排気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。なお、Ａ／Ｆセンサの配設位置としては、ＮＳＲ触媒７５の上流側のみであってもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみであってもよい。排気温センサ４５ａ，４５ｂは、同じくＮＳＲ触媒７５の上流側および下流側にそれぞれ配設され、排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。なお、排気温センサの配設位置も、ＮＳＲ触媒７５の上流側のみであってもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみであってもよい。
【００３７】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図３に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４ａ，４４ｂ、排気温センサ４５ａ，４５ｂ、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。さらに、入力回路には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、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）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。
【００３８】
一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、上記サプライポンプ２１、インジェクタ２３、吸気絞り弁６２、ＥＧＲバルブ８１、および、上記ターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構（可変ノズルベーンの開度を調整するアクチュエータ）５４が接続されている。
【００３９】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、上記ＲＯＭに記憶された各種マップに基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。
【００４０】
例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、パイロット噴射（副噴射）とメイン噴射（主噴射）とを実行する。
【００４１】
上記パイロット噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する動作である。また、このパイロット噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作であって、副噴射とも呼ばれる。
【００４２】
上記メイン噴射は、エンジン１のトルク発生のための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）である。このメイン噴射での噴射量は、基本的には、エンジン回転数（エンジン回転速度）、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、エンジン回転数（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数；エンジン回転速度）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）エンジン１のトルク要求値としては高く得られ、それに応じてメイン噴射での燃料噴射量としても多く設定されることになる。
【００４３】
具体的な燃料噴射形態の一例としては、ピストン１３が圧縮上死点に達する前に上記パイロット噴射（インジェクタ２３に形成された複数の噴孔からの燃料噴射）が実行され、燃料噴射が一旦停止された後、所定のインターバルを経て、ピストン１３が圧縮上死点近傍に達した時点で上記メイン噴射が実行されることになる。これにより燃料が自己着火によって燃焼し、この燃焼により発生したエネルギは、ピストン１３を下死点に向かって押し下げるための運動エネルギ（エンジン出力となるエネルギ）、燃焼室３内を温度上昇させる熱エネルギ、シリンダブロック１１やシリンダヘッド１５を経て外部（例えば冷却水）に放熱される熱エネルギとなる。
【００４４】
燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧（コモンレール圧力）により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、および、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。この目標レール圧は例えば上記ＲＯＭに記憶された燃圧設定マップに従って設定される。本実施形態では、エンジン負荷等に応じて燃料圧力が３０ＭＰａ〜２００ＭＰａの間で調整されるようになっている。なお、本実施形態では、目標レール圧の上限値が燃料圧力上限値マップによって規定されるようになっている。この燃料圧力上限値マップについては後述する。
【００４５】
次に、膨張行程時における熱発生率及び燃料噴射率について説明する。図４の上段に示す波形のうちの実線は、横軸をクランク角度、縦軸を熱発生率とし、パイロット噴射及びメイン噴射で噴射された燃料の燃焼に係る理想的な熱発生率波形を示している。図中のＴＤＣはピストン１３の圧縮上死点に対応したクランク角度位置を示している。また、図４の下段に示す波形は、インジェクタ２３から噴射される燃料の噴射率（クランク軸の単位回転角度当たりの燃料噴射量）波形を示している。
【００４６】
上記熱発生率波形としては、例えば、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）からメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が開始され、ピストン１３の圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点）で熱発生率が極大値（ピーク値）に達し、更に、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後２５度（ＡＴＤＣ２５°）の時点）で上記メイン噴射において噴射された燃料の燃焼が終了するようになっている。このような熱発生率の変化状態で混合気の燃焼を行わせるようにすれば、例えば圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点で気筒内の混合気のうちの５０％が燃焼を完了した状況となる。つまり、圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点が燃焼重心となって、膨張行程における総熱発生量の約５０％がＡＴＤＣ１０°までに発生し、高い熱効率でエンジン１を運転させることが可能となる。
【００４７】
また、この燃焼重心に到達した時点でのクランク角度と燃料噴射率波形との関係としては、インジェクタ２３に対して燃料噴射停止信号を送信した時点から燃料噴射が完全に停止するまでの期間（図４における期間Ｔ１）に燃焼重心が位置することになる。さらに、理想的には、燃焼重心位置と燃料噴射停止時点とが一致していることが好ましい。
【００４８】
尚、上記パイロット噴射で噴射された燃料の燃焼ではピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）において１０［Ｊ／°ＣＡ］の熱発生率となっており、これにより、メイン噴射で噴射された燃料の安定した拡散燃焼が実現されることになる。この値は、これに限定されるものではなく。例えば、総燃料噴射量に応じて適宜設定される。
【００４９】
以上のようにして本実施形態では、パイロット噴射によって気筒内の予熱が十分に行われる。この予熱により、メイン噴射が開始された場合、このメイン噴射で噴射された燃料は、直ちに自着火温度以上の温度環境下に晒されて熱分解が進み、噴射後は直ちに燃焼が開始されることになる。
【００５０】
また、図４に二点鎖線αで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも高く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度及びピーク値が共に高くなりすぎており、燃焼音の増大やＮＯｘ発生量の増加が懸念される状態である。一方、図４に二点鎖線βで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも低く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度が低く且つピークの現れるタイミングが大きく遅角側に移行していることで十分なエンジントルクが確保できないことが懸念される状態である。
【００５１】
なお、上述したパイロット噴射およびメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。これらの噴射の機能は周知である。特に、ポスト噴射は、ＮＯｘ還元処理、Ｓ被毒回復制御、ＤＰＦ再生処理に利用される。
【００５２】
また、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲバルブ８１の開度を制御し、吸気マニホールド６３に向けての排気還流量（ＥＧＲ量）を調整する。このＥＧＲ量は、予め実験やシミュレーション等によって作成されて上記ＲＯＭに記憶されたＥＧＲマップに従って設定される。このＥＧＲマップは、エンジン回転数およびエンジン負荷をパラメータとしてＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を決定するためのマップである。
【００５３】
−燃料圧力の上限値設定−
次に、本実施形態の特徴である燃料圧力の上限値設定について説明する。この燃料圧力の上限値は、燃焼音の抑制および燃料消費率の改善を図ることを可能にする燃料圧力の許容上限値として、エンジン１の運転状態（具体的にはエンジン１の出力；本実施形態にあっては図示出力：要求図示出力）に応じて設定される。図５は、この燃料圧力の上限値を設定するための燃料圧力上限値マップを示している。つまり、この燃料圧力上限値マップに従って燃料圧力の上限値が設定され、燃料圧力がこの上限値を超えないように上記サプライポンプ２１の制御が行われる。
【００５４】
この燃料圧力上限値マップは、エンジン１における図示出力と、その図示出力に応じて設定されるコモンレール圧力の上限値との関係を示すものである。つまり、コモンレール圧力は、この上限値以下の範囲内で上記目標レール圧が設定されることになる。言い換えると、エンジン負荷等に応じて設定される目標レール圧が上記上限値を超える状況にある場合には、目標レール圧は、この上限値に規制されることになる。
【００５５】
以下、この燃料圧力上限値マップの作成手順について説明する。この燃料圧力上限値マップの作成にあっては、「効率確保線」、「燃焼音抑制線」、「高回転補正線」、「回転数毎の上限線」を利用する。以下、それぞれについて説明する。
【００５６】
（効率確保線）
効率確保線は、上述した燃焼重心の位置（クランク角度位置）を理想的な一定の位置（例えば圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の位置）に設定するために、等パワーライン上でコモンレール圧力を一定に定義する（要求パワーに応じて割り当てられたコモンレール圧力を定義する）制御線である。つまり、図５に示すような図示出力とコモンレール圧力との関係を示す図にあっては、図中に破線で示すように、原点（図示出力が「０」である場合にはコモンレール圧力も「０」である）を通り、所定勾配を有する直線として表されるものである。この所定勾配については後述する。このように、効率確保線は、所定値以上の燃焼効率を確保するための図示出力とコモンレール圧力（燃料圧力）との関係を規定するものとなっている。
【００５７】
（燃焼音抑制線）
燃焼音抑制線は、上記効率確保線上に沿ってコモンレール圧力を変化させていった場合（コモンレール圧力を上昇させていった場合）に、所定値以上のコモンレール圧力領域にあっては燃焼音が所定の制限値を超えてしまうことになるため、燃焼音がこの制限値を超えないようにするためにコモンレール圧力を制限する直線（図５における一点鎖線を参照）である。
【００５８】
そして、この燃焼音抑制線は、図中に二点鎖線で示す比例配分線に平行な直線として表される。この比例配分線は、エンジン１における図示出力範囲内（例えば０ｋＷ〜１３０ｋＷ）でコモンレール圧力を均等に配分（０ＭＰａ〜２００ＭＰａを均等に配分）した場合における図示出力とコモンレール圧力との関係（図示出力の変化に対するコモンレール圧力の変化勾配）を示す直線である。また、コモンレール圧力が低いほど燃焼室３内での燃焼が緩慢になることから燃焼音は小さくなるが、このコモンレール圧力が低い場合には燃焼効率の悪化を来す可能性がある。このため、上記燃焼音抑制線は、燃焼音が所定の制限値を超えない範囲で最もコモンレール圧力が高く得られる直線として与えられる。このように、燃焼音抑制線は、燃焼音を所定の制限値以下に抑えるための図示出力と燃料圧力との関係を規定するものとなっている。
【００５９】
（高回転補正線）
高回転補正線は、エンジン１が軽負荷高回転域にある場合に、燃料の噴射期間が不足して所定の燃料噴射量が得られなくなる可能性があることを考慮し、上記燃焼音抑制線で制限されるコモンレール圧力の範囲内で、コモンレール圧力を上昇させるように補正するための直線である（例えば図５に破線Ａで示す直線を参照）。つまり、コモンレール圧力を、上記効率確保線で規定される値よりも高めるように補正する直線として与えられるものである。具体的には、燃焼音抑制線よりも効率確保線が低圧側にある範囲（具体的には、燃焼音抑制線と効率確保線との交点である図示出力が約３０ｋＷよりも低圧側の範囲）において、エンジン回転数に比例して燃焼音抑制線に近づくようにコモンレール圧力を上昇させるものとして設定される（図５に矢印Ｂで示す補正方向を参照）。つまり、コモンレール圧力を上昇させる側への補正量は、上記燃焼音抑制線上のコモンレール圧力を上限として、エンジン回転数が高いほど大きく設定されるようになっている。なお、このコモンレール圧力を上昇させる補正量の最大値は、高回転補正線Ａが上記燃焼音抑制線に一致する値である。
【００６０】
このように、燃料圧力上限値マップにあっては、図示出力が比較的低い運転領域（上記効率確保線と燃焼音抑制線との交点における図示出力よりも低い図示出力での運転領域）にあっては、軽負荷高回転域以外では、図中の実線で示す直線（効率確保線に沿った直線；本発明でいう燃料圧力基準上限値）が燃料圧力の上限値を規定することになる。一方、軽負荷高回転域では、上記高回転補正線が燃料圧力の上限値を規定することになる。
【００６１】
（回転数毎の上限線）
回転数毎の上限線は、燃焼音抑制線よりも効率確保線が高圧側にある範囲（具体的には、燃焼音抑制線と効率確保線との交点である図示出力が約３０ｋＷよりも高圧側の範囲）において、エンジン回転数に応じてコモンレール圧力に制限を与えるものである。
【００６２】
具体的には、エンジン１のトルクが所定値に到達した後には、エンジン回転数に応じてコモンレール圧力を所定の一定値に維持するものである。つまり、エンジン１の高負荷運転領域にあっては、回転数の上昇に伴って燃焼音が増大する可能性があるので、この燃焼音の増大を抑制するべく、コモンレール圧力に制限を与える（コモンレール圧力の上昇を制限する）ようにしている。図５に示す回転数毎の上限線ａ〜ｅのうち、ａはエンジン回転数が１４００ｒｐｍの場合の回転数毎の上限線、ｂはエンジン回転数が１６００ｒｐｍの場合の回転数毎の上限線、ｃはエンジン回転数が１８００ｒｐｍの場合の回転数毎の上限線、ｄはエンジン回転数が２０００ｒｐｍの場合の回転数毎の上限線、ｅはエンジン回転数が２２００ｒｐｍの場合の回転数毎の上限線となっている。つまり、これらエンジン回転数に達した場合には、図示出力が上昇したとしてもコモンレール圧力は一定に維持されるようになっている。
【００６３】
このように、燃料圧力上限値マップにあっては、図示出力が比較的高い運転領域（上記効率確保線と燃焼音抑制線との交点における図示出力よりも高い図示出力での運転領域）にあっては、エンジン回転数が上記所定回転数に達するまでは、燃焼音抑制線に沿った直線（本発明でいう燃料圧力基準上限値）が燃料圧力の上限値を規定することになる。一方、エンジン回転数が上記所定回転数に達すると、上記回転数毎の上限線が燃料圧力の上限値を規定することになる。
【００６４】
（燃料圧力上限値マップの作成手順）
次に、燃料圧力上限値マップの作成手順について説明する。この燃料圧力上限値マップの作成手順としては、図６に示すように、（１）効率確保線と燃焼音抑制線との交点を求める工程、（２）燃焼音抑制線を求める工程、（３）コモンレール圧力の増加補正値を求める工程、（４）コモンレール圧力のガード値を求める工程が順に行われることになる。以下、各工程について、図９を参照しながら具体的に説明する。
【００６５】
（１）効率確保線と燃焼音抑制線との交点を求める工程
上記効率確保線と燃焼音抑制線との交点（Ｘｉ，Ｙｉ）を求める工程としては、先ず、燃焼音抑制を優先したエンジン最小出力の特性を求める。ここで求められる特性としては、インジェクタ２３の噴孔数を「１０」と仮定し、且つ各噴孔の噴孔径を「ｄ」とした場合に、この噴孔径ｄの変化に対する上記燃焼音抑制を優先したエンジン最小出力の変化の特性である。具体的には、実験またはシミュレーションによって図７に示すように、噴孔径［ｍｍ］と、燃焼音抑制を優先したエンジン最小出力［ｋＷ］との関係が求められる。この場合におけるエンジン最小出力Ｘｉ（上記効率確保線と燃焼音抑制線との交点における図９における図示出力座標上の値に相当）としては、以下の式（１）が成立している。
【００６６】
Ｘｉ＝−２６０×噴孔径ｄ＋５２    …（１）
また、インジェクタ２３の噴孔数が多いほど、同一燃料噴射量を噴射する場合における噴孔１つ当たりの燃料噴射量は少なくなる。このように噴孔１つ当たりの燃料噴射量が少なくなると、燃焼場における燃料の燃焼は緩慢となり、その結果、燃焼音は小さくなる。つまり、噴孔数が多いインジェクタ２３ほど、エンジン最小出力Ｘｉとしては高く設定することが可能となる（燃焼音を制限範囲内に抑えながらもエンジン最小出力Ｘｉを高く得ることができる）。このため、上記式（１）に噴孔数比（噴孔数「１０」に対し、対象とするエンジンにおけるインジェクタの噴孔数の比）を乗算する以下の式（２）によって、インジェクタ２３の噴孔数に応じた最小出力Ｘｉを求めることができる。
【００６７】
Ｘｉ＝（−２６０×噴孔径ｄ＋５２）×（噴孔数／１０）    …（２）
この式（２）で求められたエンジン最小出力Ｘｉが、効率確保線と燃焼音抑制線との交点（Ｘｉ，Ｙｉ）の図示出力座標上の値となる（図９を参照）。
【００６８】
一方、効率確保線と燃焼音抑制線との交点（Ｘｉ，Ｙｉ）のコモンレール圧力座標上の値Ｙｉは、効率確保線を表す関数（図５において破線で示した直線で表される関数）として求められ、その傾きは、実験またはシミュレーションによって、例えば座標（１３ｋＷ，６０ＭＰａ）を通る直線を規定するものとして「４．６１５」と求められている。これは、上述した如く、効率確保線は図５における原点を通るものであって、上記燃焼音抑制を優先したエンジン最小出力点を通る直線として定義されることにより求められた値である。具体的には、燃料噴射が、熱発生率波形の上記燃焼重心であるＡＴＤＣ１０°ＣＡ以内に（ＡＴＤＣ１０°ＣＡまでに）終了する（燃料噴射波形がＡＴＤＣ１０°ＣＡまでに「０」となる）ものとして求められている。
【００６９】
以上のことから、効率確保線と燃焼音抑制線との交点（Ｘｉ，Ｙｉ）のコモンレール圧力座標上の値Ｙｉは、以下の式（３）によって求めることができる。
【００７０】
Ｙｉ＝４．６１５×Ｘｉ    …（３）
以上が、効率確保線と燃焼音抑制線との交点を求める工程である。
（２）燃焼音抑制線を求める工程
上記燃焼音抑制線は以下のようにして求められる。先ず、上記比例配分線の傾きを求める。この比例配分線の傾きは、コモンレール圧力の最大値（最大レール圧；Ｐｃｒｍａｘ）を最大図示出力で除算することで求められる（下記の式（４ｂ））。ここで、最大図示出力は、以下の式（４ａ）により求められる。
【００７１】
最大図示出力＝２×３．１４×最大出力時のエンジン回転数×最大出力時の燃料噴射量×図示トルク変換係数／６０／１０００      …（４ａ）
ここで、図示トルク変換係数は５．２［Ｎｍ／ｍｍ3］である。
【００７２】
そして、比例配分線の傾きは、以下の式（４ｂ）により求められる。
【００７３】
比例配分線の傾き＝Ｐｃｒｍａｘ／最大図示出力      …（４ｂ）
この比例配分線の傾きが、上記燃焼音抑制線の傾きに一致することになる。
【００７４】
なお、最大レール圧は、上記サプライポンプ２１の性能やその他の構成によって決定される固有の値である。
【００７５】
そして、図中の縦軸上（コモンレール圧力軸上）の燃焼音抑制線の切片は以下の式（４ｃ）により求められる。
【００７６】
燃焼音抑制線の縦軸上の切片＝Ｙｉ−比例配分線の傾き×Ｘｉ      …（４ｃ）
そして、コモンレール圧力が最大となる範囲における図示出力の最小値Ｘｃは、以下の式（４ｄ）により求められる。
【００７７】
Ｘｃ＝（Ｐｃｒｍａｘ−燃焼音抑制線の縦軸上の切片）
／比例配分線の傾き      …（４ｄ）
（３）コモンレール圧力の増加補正値を求める工程
但し、上記式（３）における定数「４．６１５」は、エンジン回転数が比較的低い回転数（具体的には１８００ｒｐｍ未満）の範囲において有効な値である。これは、エンジン回転数が１８００ｒｐｍ以上である場合に、１８００ｒｐｍ未満の場合と同一コモンレール圧力であると、燃料の噴射期間（クランク角度上での噴射期間）が長くなってしまうため、エンジン回転数が１８００ｒｐｍ以上である場合には、コモンレール圧力を増加補正する必要があるからである。
【００７８】
以下では、上記燃焼音抑制線の傾き（＝比例配分線の傾き「１．５３８４」）をＡｃと表し、効率確保線の傾きをＡｅ（「４．６１５」）として表すこととする。
【００７９】
そして、このコモンレール圧力を増加補正する場合には、上記効率確保線と燃焼音抑制線との交点（Ｘｉ，Ｙｉ）を固定した状態で、エンジン回転数に応じて、エンジン低出力時の傾きＡｅｄを求める。この傾きＡｅｄは、実験またはシミュレーションによって図８に示すように、エンジン回転数が１８００ｒｐｍ〜４３００ｒｐｍの範囲において、エンジン回転数が高いほど低い値として求められることになる。具体的には、以下の式（５）によって求めることができる。
【００８０】
Ａｅｄ＝−０．００１２×エンジン回転数＋６．７４５６    …（５）
つまり、この傾きＡｅｄとしては、以下のことが成り立っている。
【００８１】
・Ａｅｄ＜Ａｃのとき
Ａｅｄ＝Ａｃ    …（６）
・Ａｅｄ≧４．６１５のとき
コモンレール圧力Ｐｃｒ＝４．６１５×Ｐｉ    …（７）
Ｐｉは図示出力である。
【００８２】
（Ｐｉ＝Ｘｉ）
・Ａｅｄ＜４．６１５のとき
コモンレール圧力Ｐｃｒ＝Ａｅｄ×Ｐｉ＋Ｂｅ    …（８）
この場合、Ｂｅ＝Ｙｉ−Ａｅｄ×Ｘｉ    …（９）
（４）コモンレール圧力のガード値を求める工程
但し、この場合、コモンレール圧力は、その最大圧力Ｐｃｒｍａｘで上限ガードされ、最小圧力Ｐｃｒｍｉｎで下限ガードされることになる。
【００８３】
つまり、上限ガードとしては、
・Ｐｉ≧Ｘｃのとき
コモンレール圧力Ｐｃｒ＝Ｐｃｒｍａｘ    …（１０）
・コモンレール圧力Ｐｃｒ＜Ｐｃｒｍｉｎのとき
コモンレール圧力Ｐｃｒ＝Ｐｃｒｍｉｎ    …（１１）
となる。
【００８４】
なお、燃焼音抑制のための高出力領域上限ガードとしては、
Ｐｃｒ＿ｃｍ＝０．０５×エンジン回転数＋６０
コモンレール圧力Ｐｃｒ＞Ｐｃｒ＿ｃｍかつエンジン回転数＜２８００ｒｐｍのとき
コモンレール圧力Ｐｃｒ＝Ｐｃｒ＿ｃｍ
となる。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態では、効率確保線と燃焼音抑制線との交点における図示出力よりも低い図示出力での運転領域と、この交点における図示出力よりも高い図示出力での運転領域とで、図示出力に対するコモンレール圧力の上限値の変化勾配を異ならせる燃料圧力上限値マップによって燃料圧力の上限値を設定するようにしている。このため、全ての運転領域において燃焼音の抑制および燃料消費率の改善を図ることが可能になる。また、この燃料圧力上限値マップは、インジェクタの諸元等に関わらず一般化されたものであるため、インジェクタの諸元等に応じて適合値を取得するといった多大な作業を必要とせず、種々のエンジンに共通した体系的な燃料圧力の設定手法を構築することが可能である。
【００８６】
さらに、筒内温度が比較的低い場合や低回転運転時等にあっては、コモンレール圧力が低く抑えられるため、インジェクタ２３から噴射された燃料の貫徹力を低く抑えることが可能となって、燃料の壁面付着を抑制することができる。その結果、筒内温度が比較的低い場合の運転可能領域の拡大を図ったり、燃料によるオイル希釈を抑制して高い潤滑性能の維持を図ることが可能となる。
【００８７】
−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。
【００８８】
また、上記実施形態では、本発明に係る燃料圧力制御装置を車載のＥＣＵ１００のＲＯＭに格納し、エンジン１の運転状態において燃料圧力の上限値を規定するようにしていた。本発明はこれに限らず、実験装置（エンジンベンチ試験器）に上記燃料圧力制御装置を備えさせ、エンジン１の設計段階において、この実験装置上でエンジン１を試験運転させる際に燃料圧力の上限値を規定するといった使用形態に適用することも可能である。
【００８９】
また、上記実施形態では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ２３を適用したエンジン１について説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンへの適用も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射圧力の上限値の制御に適用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１      エンジン（内燃機関）
１２    シリンダボア
２３    インジェクタ（燃料噴射弁）
３      燃焼室
４０    クランクポジションセンサ
１００  ＥＣＵ
【図１】
2013227927.tif 000003
【図２】
2013227927.tif 000004
【図３】
2013227927.tif 000005
【図４】
2013227927.tif 000006
【図５】
2013227927.tif 000007
【図６】
2013227927.tif 000008
【図７】
2013227927.tif 000009
【図８】
2013227927.tif 000010
【図９】
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