(57)【要約】【課題】排気エミッションの悪化を最小限に留めつつ、不快な燃焼騒音の発生を抑える。【解決手段】燃料噴射パラメータを変更することが可能な燃料噴射装置２と、吸気状態を変化させる吸気パラメータを変更することが可能な吸気装置３と、を備える内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００が、高等容度燃焼を行ったときの熱発生率を入力値とし、そのときの筒内圧を出力値とする伝達関数と、その伝達関数の減衰比と、を吸気状態ごとに予め算出して記憶しておくと共に、伝達関数の減衰比が許容下限減衰比未満の場合は燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルが許容上限音圧レベルよりも大きいときに限り、各パラメータの通常目標値の少なくとも一つを補正し、減衰比が許容下限減衰比以上のときは発生が想定される燃焼騒音の音圧レベルにかかわらず各パラメータを通常目標値に制御するように構成されている。【選択図】図１
2016109105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体の筒内で燃焼させる燃料の噴射量、噴射圧及び噴射時期の燃料噴射パラメータを変更することが可能な燃料噴射装置と、
前記筒内に吸入される吸気の状態を変化させる吸気パラメータを変更することが可能な吸気装置と、
を備える内燃機関の制御装置であって、
機関温度が所定温度以上、かつ、機関回転速度が所定の回転速度域内の場合に高等容度燃焼を行ったときの熱発生率を入力値とし、そのときの筒内圧を出力値とする伝達関数と、その伝達関数の減衰比と、を吸気の状態ごとに予め算出して記憶しておくと共に、
機関運転状態及び前記筒内に吸入される吸気の状態を取得し、
取得した機関運転状態に基づいて、前記燃料噴射パラメータ及び前記吸気パラメータの通常目標値を算出し、
取得した吸気の状態に対応する前記伝達関数の減衰比が所定の許容下限減衰比未満であって、前記燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときに発生すると想定される燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルが所定の許容上限音圧レベルよりも大きいときは、燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルが前記許容上限音圧レベル以下となるように、又は、前記伝達関数の減衰比が前記許容下限減衰比以上となる吸気の状態になるように、前記燃料噴射パラメータ及び前記吸気パラメータの通常目標値の少なくとも一つを補正し、
取得した吸気の状態に対応する前記伝達関数の減衰比が前記許容下限減衰比以上のときは、前記燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときに発生すると想定される燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルにかかわらず、前記燃料噴射パラメータ及び前記吸気パラメータを通常目標値に制御するように構成された、
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の制御装置として、各気筒の燃焼時における筒内圧力の高周波数帯の値を算出し、筒内圧力の高周波数帯の値が最も小さい気筒を基準とし、その基準となる気筒の高周波数帯の値と、他の気筒の高周波数帯の値と、の差分が許容値よりも大きいときは、燃料噴射量を増加させて筒内圧力の高周波数帯の値を低減するものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２０５０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃焼騒音は、燃焼時に筒内で生じる圧力波（以下「筒内圧力波」という。）に起因して機関本体が振動することによって発生する。しかしながら、前述した従来の内燃機関の制御装置は、筒内圧力波の減衰を考慮しておらず、筒内圧力波の減衰が大きい場合、すなわち機関本体の振動がすぐに収束してドライバが燃焼騒音をほとんど感じることなくその燃焼騒音が収まる場合も、燃焼噴射量を増加させていた。そのため、排気中の未燃成分が増加して、排気エミッションが悪化するという問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、燃焼騒音をドライバが不快に感じる頻度を抑えつつ、排気エミッションの悪化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体の筒内で燃焼させる燃料の噴射量、噴射圧及び噴射時期の燃料噴射パラメータを変更することが可能な燃料噴射装置と、筒内に吸入される吸気の状態を変化させる吸気パラメータを変更することが可能な吸気装置と、を備える内燃機関の制御装置が、機関温度が所定温度以上、かつ、機関回転速度が所定の回転速度域内の場合に高等容度燃焼を行ったときの熱発生率を入力値とし、そのときの筒内圧を出力値とする伝達関数と、その伝達関数の減衰比と、を吸気の状態ごとに予め算出して記憶しておくと共に、機関運転状態及び筒内に吸入される吸気の状態を取得し、取得した機関運転状態に基づいて燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータの通常目標値を算出し、取得した吸気の状態に対応する伝達関数の減衰比が所定の許容下限減衰比未満であって燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときに発生すると想定される燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルが所定の許容上限音圧レベルよりも大きいときは、燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルが所定の許容上限音圧レベル以下となるように、又は、伝達関数の減衰比が前記許容下限減衰比以上となる吸気の状態になるように、前記燃料噴射パラメータ及び前記吸気パラメータの通常目標値の少なくとも一つを補正し、取得した吸気の状態に対応する伝達関数の減衰比が許容下限減衰比以上のときは、燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときに発生すると想定される燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルにかかわらず、燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータを通常目標値に制御するように構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、一時的に燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルが許容上限音圧レベルを上回るような官能上問題となる不快な燃焼騒音が発生しても、その燃焼騒音は筒内圧力波の減衰が大きいためにすぐに収束するので、燃焼騒音をドライバが不快に感じる頻度を抑えつつ、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による燃焼騒音制御について説明するフローチャートである。
【図３】図３は、伝達関数算出処理について説明するフローチャートである。
【図４】図４は、高等容度燃焼について説明する図である。
【図５】図５は、高等容度燃焼を実施したときの筒内圧力の時間関数ｙ（ｔ）の一例である。
【図６】図６は、燃焼騒音の抑制・収束処理について説明するフローチャートである。
【図７】図７は、推定筒内圧力の時間関数ｙ（ｔ）をＦＦＴ解析して求めた燃焼騒音の各周波数における推定音圧レベルの一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。
【００１１】
内燃機関１００は、機関本体１と、燃料噴射装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、を備える。
【００１２】
機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室内で燃料を圧縮自己着火燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体１の各気筒１０には、燃焼騒音を代表する値としての筒内圧力を検出する筒内圧センサ２１０が設けられる。各筒内圧センサ２１０の出力信号は、対応するＡＤ変換器２０７を介して電子制御ユニット２００の入力ポート２０５に入力されると共に、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）解析器２２０にも入力される。
【００１３】
ＦＦＴ解析器２２０は、各筒内圧センサ２１０の出力信号に基づいて燃焼騒音の周波数ごとの音圧レベルを算出し、算出した燃焼騒音の周波数ごとの音圧レベルに対応した出力信号を電子制御ユニット２００の入力ポート２０５に出力する。
【００１４】
燃料噴射装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、コモンレール２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３とを備え、燃料噴射弁２０から噴射する燃料の噴射量（噴射時間）、噴射圧及び噴射時期の各燃料噴射パラメータを変更することができるように構成されている。
【００１５】
燃料噴射弁２０は、各気筒１０の燃焼室に臨むように各気筒１０に１つ設けられる。燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射時間）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁２０が開弁されると燃料噴射弁２０から燃焼室内に燃料が噴射される。各燃料噴射弁２０は、インジェクションパイプ２４を介してコモンレール２１に接続される。
【００１６】
コモンレール２１は、圧送パイプ２５を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２５の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してコモンレール２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。コモンレール２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁２０が開弁されると、コモンレール２１に貯蔵された高圧燃料がインジェクションパイプ２４を介して燃料噴射弁２０から燃焼室内に噴射される。コモンレール２１には、コモンレール２１内の燃料圧力（以下「レール圧力」という。）、すなわち燃料噴射弁２０から燃焼室内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出するためのレール圧センサ２１１が設けられる。
【００１７】
サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、コモンレール２１内の燃料圧力（レール圧力）、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。
【００１８】
吸気装置３は、筒内に吸気を導くための装置であって、筒内に吸入される吸気の状態（吸気圧、吸気温、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変化させる各吸気パラメータ（過給圧、ＥＧＲ率）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、ＥＧＲ通路３２と、を備える。
【００１９】
吸気通路３０は、一端がエアクリーナ３４に接続され、他端が吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａに接続される。吸気通路３０には、上流から順にエアフローメータ２１２、排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５１、インタークーラ３５及びスロットル弁３６が設けられる。
【００２０】
エアフローメータ２１２は、エアクリーナ３４を介して吸気通路３０に吸入された吸気の流量（以下「吸気量」という。）を検出する。
【００２１】
コンプレッサ５１は、コンプレッサハウジング５１ａと、コンプレッサハウジング５１ａ内に配置されたコンプレッサホイール５１ｂと、を備える。コンプレッサホイール５１ｂは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ５のタービンホイール５２ｂによって回転駆動され、コンプレッサハウジング５１ａ内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。排気ターボチャージャ５のタービン５２には、タービンホイール５２ｂの回転速度を制御するための可変ノズル５２ｃが設けられており、可変ノズル５２ｃによってタービンホイール５２ｂの回転速度が制御されることで、コンプレッサハウジング５１ａ内から吐出される吸気の圧力（過給圧）が制御される。
【００２２】
インタークーラ３５は、コンプレッサ５１によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２３】
スロットル弁３６は、吸気通路３０の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド３１に導入する吸気量を調整する。スロットル弁３６は、スロットルアクチュエータ３６ａによって開閉駆動され、スロットルセンサ２１３によってその開度（スロットル開度）が検出される。
【００２４】
吸気マニホールド３１は、機関本体１に接続され、吸気通路３０から流入してきた吸気を各気筒１０に均等に分配する。吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａには、筒内に吸入される吸気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ２１４と、筒内に吸入される吸気の温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ２１５と、が設けられる。
【００２５】
ＥＧＲ通路３２は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａを連通し、各気筒１０から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ３１ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」という。ＥＧＲガスを吸気コレクタ３１ａ、ひいては各気筒１０に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。ＥＧＲ通路３２には、上流から順にＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、が設けられる。
【００２６】
ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２７】
ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御して吸気コレクタ３１ａに還流させるＥＧＲガスの流量を調節することで、ＥＧＲ率（吸気中に占めるＥＧＲガスの割合）が制御される。
【００２８】
排気装置４は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド４１と、排気通路４２と、を備える。
【００２９】
排気マニホールド４１は、機関本体１に接続されており、各気筒１０から排出された排気を纏めて排気通路４２に導入する。
【００３０】
排気通路４２には、上流から順に排気ターボチャージャ５のタービン５２と、排気後処理装置４３と、が設けられる。
【００３１】
タービン５２は、タービンハウジング５２ａと、タービンハウジング５２ａ内に配置されたタービンホイール５２ｂと、を備える。タービンホイール５２ｂは、タービンハウジング５２ａ内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール５１ｂを駆動する。
【００３２】
タービンホイール５２ｂの外側には、前述した可変ノズル５２ｃが設けられている。可変ノズル５２ｃは絞り弁として機能し、可変ノズル５２ｃのノズル開度（弁開度）は電子制御ユニット２００によって制御される。可変ノズル５２ｃのノズル開度を変化させることでタービンホイール５２ｂを駆動する排気の流速をタービンハウジング５２ａ内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル５２ｃのノズル開度を変化させることで、タービンホイール５２ｂの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル５２ｃのノズル開度を小さくする（可変ノズル５２ｃを絞る）と、排気の流速が上がってタービンホイール５２ｂの回転速度が増大し、過給圧が増大する。
【００３３】
排気後処理装置４３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。
【００３４】
電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【００３５】
入力ポート２０５には、前述したＦＦＴ解析器２２０の出力信号が入力されると共に、前述した筒内圧センサ２１０やレール圧センサ２１１、エアフローメータ２１２、スロットルセンサ２１３、吸気圧センサ２１４、吸気温センサ２１５のほか、機関本体１を冷却する冷却水の温度（以下「機関温度」という。）を検出するための水温センサ２１６などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また、入力ポート２０５には、アクセルペダル２２１の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。さらに入力ポート２０５には、機関回転速度Ｎを算出するための信号として、機関本体１１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
【００３６】
出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して燃料噴射弁２０、サプライポンプ２２、スロットルアクチュエータ３６ａ、ＥＧＲ弁３８及び可変ノズル５２ｃなどに接続される。
【００３７】
ここで前述したように燃焼音は、燃焼時に筒内で生じる圧力波（筒内圧力波）に起因して機関本体１が振動することによって発生する。官能上問題となるような不快な燃焼騒音の発生を抑制する方法としては、検出した筒内圧力の周波数ごとの音圧レベルを解析し、各気筒１０の内径（シリンダボア）等に応じて定まる機関本体１の共振周波数帯（聴覚上特にうるさく聞こえる高周波数帯）における筒内圧力の音圧レベルが所定の許容上限音圧レベルよりも大きくなったときに、共振周波数帯における筒内圧力の音圧レベルが許容上限音圧レベル以下となるように燃料噴射パラメータをフィードバック制御する方法が考えられる。
【００３８】
しかしながら、この方法では、共振周波数帯における筒内圧力の音圧レベルが許容上限音圧レベルよりも大きくなってからでないとフィードバック制御が機能しないので、官能上問題となるような燃焼騒音の発生自体を防止することはできない。しかも、共振周波数帯における筒内圧力の音圧レベルが許容上限音圧レベルよりも大きくなるたびに燃料噴射パラメータがフィードバック制御されることになるので、そのたびに燃料噴射パラメータの目標値が機関運転状態に応じて設定された最適な通常目標値から変更されて燃焼が悪化し、排気エミッションが悪化することになる。
【００３９】
そこで本実施形態では、次の燃焼サイクル時（圧縮・膨張工程時）に発生すると想定される燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルを推定する。そして、推定した共振周波数帯における音圧レベルが許容上限音圧レベルを上回っていたとしても、筒内圧力波の減衰比ζが大きく、筒内圧力波が素早く減衰して共振周波数帯における音圧レベルがすぐに許容上限音圧レベル以下になると考えられる場合、すなわち、一時的に官能上問題となるような燃焼騒音が発生しても、ドライバがその燃焼騒音をほとんど感じることなく燃焼騒音が収束すると考えられる場合には、一時的に官能上問題となるような燃焼騒音が発生するのを許容することとした。
【００４０】
そして、筒内圧力波の減衰比ζが小さく、時間が経っても筒内圧力波が減衰せずに共振周波数帯における音圧レベルがすぐに許容上限音圧レベル以下にならない場合に限り、官能上問題となるような燃焼騒音の発生を抑制するか、又はそのような燃焼騒音が発生したとしてもすぐに収束するように、燃料噴射パラメータや吸気パラメータをフィードフォワード制御することとした。
【００４１】
以下、図２から図６を参照して、電子制御ユニット２００が実施するこの本実施形態による燃焼騒音制御について説明する。
【００４２】
図２は、本実施形態による燃焼騒音制御について説明するフローチャートである。
【００４３】
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態、及び筒内に吸入される吸気の状態（吸気状態）を取得する。電子制御ユニット２００は、具体的には機関運転状態として現在の機関回転速度Ｎ及び機関負荷に相当するアクセル踏込量Ｌを取得し、吸気状態として現在の吸気圧（過給圧）、吸気温及びＥＧＲ率を取得する。
【００４４】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、予めＲＯＭ２０２に記憶されたマップを参照し、機関運転状態に基づいて、燃料噴射量、燃料噴射圧及び燃料噴射時期の各燃料噴射パラメータの通常目標値と、吸気状態を変化させる過給圧及びＥＧＲ率の各吸気パラメータの通常目標値と、を算出する。マップに収められた燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータの通常目標値は、機関出力や燃費、排気エミッションを総合的に考慮して機関運転状態ごとに予め実験等によって設定されたものであり、機関本体１を最適な状態で運転させるための燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータの目標値である。
【００４５】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、ステップＳ２で取得した吸気状態で燃焼を実施したときの筒内圧力を出力値とする伝達関数Ｇ（ｓ）が算出済みで既にＲＯＭ２０２に記憶されているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、ステップＳ２で取得した吸気状態で燃焼を実施したときの筒内圧力を出力値とする伝達関数Ｇ（ｓ）がＲＯＭ２０２に記憶されていなければ、伝達関数Ｇ（ｓ）を新たに算出してＲＯＭ２０２に記憶させておくために、ステップＳ４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、ステップＳ２で取得した吸気状態で燃焼を実施したときの筒内圧力を出力値とする伝達関数Ｇ（ｓ）が既にＲＯＭ２０２に記憶されていれば、ステップＳ５の処理に進む。
【００４６】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、伝達関数算出処理を実施する。伝達関数算出処理の詳細については、図３を参照して後述する。
【００４７】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、燃焼騒音の抑制・収束処理を実施する。燃焼騒音の抑制・収束処理の詳細については、図６を参照して後述する。
【００４８】
図３は、伝達関数算出処理について説明するフローチャートである。
【００４９】
ステップＳ４１において、電子制御ユニット２００は、伝達関数Ｇ（ｓ）を前回算出してから所定時間が経過しているか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、伝達関数Ｇ（ｓ）を前回算出してから所定時間が経過していればステップＳ４２の処理に進み、経過していなければ伝達関数算出処理を終了して燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータを通常目標値に制御する。
【００５０】
このように、伝達関数Ｇ（ｓ）を前回算出してから所定時間が経過しているか否かを判定するのは以下の理由による。すなわち、伝達関数Ｇ（ｓ）を算出するには、後述するように通常の燃焼を実施するのではなく高等容度燃焼を実施する必要がある。そのため、ドライバビリティに影響を与えないようにある程度間隔を空けて伝達関数Ｇ（ｓ）を算出するようにしているのである。
【００５１】
ステップＳ４２において、電子制御ユニット２００は、伝達関数Ｇ（ｓ）を算出するために必要な高等容度燃焼を機関本体１で実施しても問題がないか否かを判定する。本実施形態における高等容度燃焼とは、図４に示すように、単位時間（単位クランク角度）当たりの筒内の熱発生量（以下「熱発生率」という）が圧縮上死点近傍で最大になると共に、圧縮上死点周り（例えば圧縮上死点前１０[ｄｅｇ]から圧縮上死点後１０[ｄｅｇ]までの期間）で燃焼が完了し、熱発生率の時間関数ｘ（ｔ）がパルス状となる燃焼をいう。
【００５２】
電子制御ユニット２００は、機関温度が所定温度（例えば暖機運転が終了する６０℃）以上、かつ、機関回転速度Ｎが所定の回転速度域（例えば１０００ｒｐｍ〜４０００ｒｐｍ）内の場合は、高等容度燃焼を機関本体１で実施しても問題がないと判定してステップＳ４３の処理に進む。
【００５３】
一方で電子制御ユニット２００は、機関温度が所定温度未満であれば、高等容度燃焼を機関本体１で実施すると問題があると判定して伝達関数算出処理を終了して燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータを通常目標値に制御する。これは、機関温度が所定温度未満のときは、燃焼が不安定になりやすく、高等容度燃焼を実現できない場合があるためである。また、機関温度が所定温度未満のときは、排気後処理装置４３の触媒が活性温度まで上昇していない場合があり、高等容度燃焼を実施すると排気エミッションが悪化するおそれがあるためである。
【００５４】
また電子制御ユニット２００は、機関回転速度Ｎが所定の回転速度域外のときも高等容度燃焼を機関本体１で実施すると問題があると判定して伝達関数算出処理を終了して燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータを通常目標値に制御する。これは、機関回転速度Ｎが所定の回転速度域よりも低くなると、暗騒音も小さくなるので、高等容度燃焼を実施したときの燃焼騒音をドライバが聞き取りやすくなり、燃焼騒音を不快に感じるおそれがあるためである。また、機関回転速度Ｎが所定の回転速度域よりも高くなると、燃料噴射量の通常目標値が大きくなるので、無理に噴射時間を短くして高等容度燃焼を実施しようとすると、燃焼時の筒内圧力の最大値が許容値を超えてしまって機関本体１を劣化させるおそれがあり、逆に噴射時間を長くすると高等容度燃焼にならないおそれがあるためである。
【００５５】
ステップＳ４３において、電子制御ユニット２００は、燃料噴射パラメータの目標値を、高等容度燃焼用の目標値に設定する。本実施形態では、燃料噴射量の目標値は通常目標値のままとし、燃料噴射量の通常目標値に基づいて、予めＲＯＭ２０２に記憶されたマップ等を参照して高等容度燃焼用の燃料噴射圧及び燃料噴射時期の目標値を設定する。高等容度燃焼用の燃料噴射圧及び燃料噴射時期の目標値は、換言すれば、通常目標値の燃料を噴射したときに、熱発生率が圧縮上死点近傍で最大になると共に、圧縮上死点周りで燃焼を完了させることができる燃料噴射圧及び燃料噴射時期である。高等容度燃焼用の燃料噴射圧の目標値は、燃料噴射時間を通常よりも短くするために、燃料噴射圧の通常目標値よりも高くなるように設定される。
【００５６】
ステップＳ４４において、電子制御ユニット２００は、燃料噴射パラメータを高等容度燃焼用の目標値に制御して高等容度燃焼を実施する。
【００５７】
ステップＳ４５において、電子制御ユニット２００は、高等容度燃焼を実施したときの燃焼サイクルにおける熱発生率の時間関数ｘ（ｔ）を、例えば機関回転速度Ｎの変化率等に基づいて算出する。
【００５８】
ステップＳ４６において、電子制御ユニット２００は、高等容度燃焼を実施したときの燃焼サイクルにおける筒内圧力の時間関数（圧力波形）ｙ（ｔ）を、筒内圧センサ２１０で検出した筒内圧力に基づいて算出する。図５は、高等容度燃焼を実施したときの筒内圧力の時間関数ｙ（ｔ）の一例である。
【００５９】
ステップＳ４７において、電子制御ユニット２００は、熱発生率の時間関数ｘ（ｔ）のラプラス変換Ｘ（ｓ）を入力値とし、筒内圧力の時間関数ｙ（ｔ）のラプラス変換Ｙ（ｓ）を出力値とする２次遅れ系の伝達関数Ｇ（ｓ）を算出する。伝達関数Ｇ（ｓ）は、以下の（１）式で示される。
【数１】
2016109105.tif 000003
【００６０】
ステップＳ４８において、電子制御ユニット２００は、ステップＳ４７で算出した伝達関数Ｇ（ｓ）の減衰比ζを算出する。この伝達関数Ｇ（ｓ）の減衰比ζは、当該伝達関数Ｇ（ｓ）を算出したときの吸気状態、すなわち高等容度燃焼を実施したときの吸気状態に応じて変化するものであり、当該伝達関数Ｇ（ｓ）を算出したときの吸気状態で任意の燃焼を実施したときの筒内圧力波の減衰比に相当する。
【００６１】
ステップＳ４９において、電子制御ユニット２００は、ステップＳ４７及びステップＳ４８で算出した伝達関数Ｇ（ｓ）及び減衰比ζを、当該伝達関数Ｇ（ｓ）及び減衰比ζを算出したときの吸気状態（吸気圧、吸気温、ＥＧＲ率）ごとに、ｘ軸を吸気圧（過給圧）、ｙ軸を吸気温、ｚ軸をＥＧＲ率とする３次元マップにそれぞれＧｘｙｚ（ｓ）及びζｘｙｚとして格納して記憶する。
【００６２】
図６は、燃焼騒音の抑制・収束処理について説明するフローチャートである。
【００６３】
ステップＳ５１において、電子制御ユニット２００は、予めＲＯＭ２０２に記憶されたマップ等を参照し、各燃料噴射パラメータの通常目標値に基づいて、各燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときの燃焼サイクルにおける熱発生率の推定値（以下「推定熱発生率」という）の時間関数ｘ（ｔ）を算出する。
【００６４】
ステップＳ５２において、電子制御ユニット２００は、ステップＳ２で取得した吸気状態に対応する伝達関数Ｇｘｙｚ（ｓ）及び減衰比ζｘｙｚを、前述した３次元マップから読み込む。
【００６５】
ステップＳ５３において、電子制御ユニット２００は、推定熱発生率の時間関数ｘ（ｔ）のラプラス変換Ｘ（ｓ）と、ステップＳ５２で読み込んだ伝達関数Ｇｘｙｚ（ｓ）と、に基づいて、各燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときの燃焼サイクルにおける筒内圧力の推定値（以下「推定筒内圧力」という。）の時間関数ｙ（ｔ）のラプラス変換Ｙ（ｓ）（＝Ｘ（ｓ）×Ｇｘｙｚ（ｓ））を算出する。
【００６６】
ステップＳ５４において、電子制御ユニット２００は、ステップＳ５３で算出したラプラス変換Ｙ（ｓ）に基づいて、各燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときの燃焼サイクルにおける推定筒内圧力の時間関数ｙ（ｔ）を算出する。
【００６７】
ステップＳ５５において、電子制御ユニット２００は、推定筒内圧力の時間関数ｙ（ｔ）をＦＦＴ解析することで、各燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときに機関本体１で発生すると想定される燃焼騒音の各周波数における音圧レベルの推定値（以下「推定音圧レベル」という。）を算出する。図７は、推定筒内圧力の時間関数ｙ（ｔ）をＦＦＴ解析して求めた燃焼騒音の各周波数における推定音圧レベルの一例である。
【００６８】
ステップＳ５６において、電子制御ユニット２００は、各燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときに、機関本体１で官能上問題となるような燃焼騒音が発生するか否か
を判定する。具体的には、電子制御ユニット２００は、ステップＳ５５で算出した各周波数における推定音圧レベルの中から機関本体１の共振周波数ωｎにおける推定音圧レベルＰｎを読み込み、推定音圧レベルＰｎが予め実験等によって設定された所定の許容上限音圧レベルよりも大きいか否かを判定する。
【００６９】
電子制御ユニット２００は、例えば図７に示すように、共振周波数ωｎにおける推定音圧レベルＰｎが許容上限音圧レベルよりも大きいときは、各燃料噴射パラメータを通常目標値に制御すると機関本体１で官能上問題となるような燃焼騒音が発生すると判定してステップＳ５７の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、推定音圧レベルＰｎが許容上限音圧レベル以下のときは、各燃料噴射パラメータを通常目標値に制御しても機関本体１で官能上問題となるような燃焼騒音は発生しないと判定してステップＳ５８の処理に進む。
【００７０】
ステップＳ５７において、電子制御ユニット２００は、各燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときに機関本体１で発生すると想定される燃焼騒音が素早く収束するか否かを判定する。具体的には、電子制御ユニット２００は、ステップＳ５２で読み込んだ減衰比ζｘｙｚが予め実験等で設定される所定の許容下限減衰比未満か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、減衰比ζｘｙｚが許容下限減衰比未満のときは、時間が経っても筒内圧力波が減衰せずに燃焼騒音が収束しないと判定してステップＳ５９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、減衰比ζｘｙｚが許容下限減衰比以上のときは、筒内圧力波が素早く減衰して燃焼騒音が素早く収束すると判定してステップＳ５８の処理に進む。
【００７１】
ステップＳ５８において、電子制御ユニット２００は、燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータを通常目標値に制御する。
【００７２】
ステップＳ５９において、電子制御ユニット２００は、官能上問題となるような燃焼騒音の発生を抑制するか、又はそのような燃焼騒音が発生したとしてもすぐに燃焼騒音が収束するように、すなわち共振周波数ωｎにおける音圧レベルが許容上限音圧レベル以下となるように、又は、減衰比ζｘｙｚが許容下限減衰比以上となる吸気状態となるように、燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータの通常目標値の少なくとも一つを補正し、補正したパラメータについては補正した目標値に制御し、補正しなかったパラメータについては通常目標値に制御する。
【００７３】
共振周波数ωｎにおける音圧レベルを許容上限音圧レベル以下にするためには、燃料噴射量の目標値を通常目標値よりも少なくするか、燃料噴射時期の目標値を通常目標値よりも遅角させるか、又は燃料噴射圧の目標値を通常目標値よりも低くすればよい。一方で、減衰比ζｘｙｚが許容下限減衰比以上となる吸気状態にするためには、過給圧の目標値を通常目標値よりも高くするか、又はＥＧＲ率の目標値を通常目標値よりも低くすればよい。
【００７４】
燃料噴射パラメータを補正した場合は、吸気パラメータを補正する場合と比較して応答良く燃料噴射パラメータを補正した目標値に制御できるため、官能上問題となるような燃焼騒音の発生を確実に抑制することができる。一方で、吸気パラメータを補正した場合は、燃料噴射パラメータを補正した場合と比較して応答性に劣るものの、燃料噴射パラメータを補正した場合よりも排気エミッションの悪化を抑制することができる。本実施形態では、燃料噴射圧の通常目標値を補正することで、官能上問題となるような燃焼騒音の発生自体を抑制するようにしている。
【００７５】
このように本実施形態では、各燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときに機関本体１で発生すると想定される燃焼騒音の共振周波数ωｎにおける推定音圧レベルＰｎが許容上限音圧レベルよりも大きかったとしても、筒内圧力波の減衰比ζｘｙｚが許容下限減衰比以上で、筒内圧力波が素早く減衰して共振周波数ωｎにおける音圧レベルがすぐに許容上限音圧レベル以下になると考えられる場合は、一時的に官能上問題となるような燃焼騒音が発生するのを許容し、燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータを補正することなく通常目標値に制御する。そのため、排気エミッションの悪化や燃費の悪化を最小限に留めつつ、一時的に官能上問題となるような燃焼騒音が発生しても、ドライバがその燃焼騒音をほとんど感じることなく燃焼騒音がすぐに収束するので、燃焼騒音をドライバが不快に感じる頻度を減少させるができる。
【００７６】
そして、筒内圧力波の減衰比ζｘｙｚが許容下限減衰比未満で、時間が経っても筒内圧力波が減衰せずに共振周波数ωｎにおける音圧レベルがすぐに許容上限音圧レベル以下にならない場合に限り、官能上問題となるような燃焼騒音の発生を抑制するか、又はそのような燃焼騒音が発生したとしてもすぐに燃焼騒音が収束するように、燃料噴射パラメータや吸気パラメータをフィードフォワード制御する。そのため、官能上問題となるような燃焼騒音の発生自体を未然に防ぐことができ、又は、そのような燃焼騒音が発生したとしてもすぐに収束させて燃焼騒音をドライバが不快に感じる頻度を減少させるができる。
【００７７】
以上説明した本実施形態によれば、機関本体１の筒内で燃焼させる燃料の噴射量、噴射圧及び噴射時期の燃料噴射パラメータを変更することが可能な燃料噴射装置２と、筒内に吸入される吸気状態を変化させる吸気パラメータを変更することが可能な吸気装置３と、を備える内燃機関１００の燃焼騒音の音圧レベルを制御する電子制御ユニット（制御装置）２００が、機関温度が所定温度以上、かつ、機関回転速度が所定の回転速度域内の場合に高等容度燃焼を行ったときの熱発生率を入力値とし、そのときの筒内圧を出力値とする伝達関数Ｇ（ｓ）と、その伝達関数Ｇ（ｓ）の減衰比ζと、を吸気状態ごとに予め算出して記憶しておくと共に、機関運転状態及び筒内に吸入される吸気の状態を取得し、取得した機関運転状態に基づいて燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータの通常目標値を算出し、取得した吸気の状態に対応する伝達関数Ｇ（ｓ）の減衰比ζが許容下限減衰比未満であって燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときに発生すると想定される燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルが許容上限音圧レベルよりも大きいときは、燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルが許容上限音圧レベル以下となるように、又は、伝達関数Ｇ（ｓ）の減衰比ζが許容下限減衰比以上となる吸気の状態になるように、燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータの通常目標値の少なくとも一つを補正し、取得した吸気の状態に対応する伝達関数Ｇ（ｓ）の減衰比ζが許容下限減衰比以上のときは、燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときに発生すると想定される燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルにかかわらず、燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータを通常目標値に制御するように構成されている。
【００７８】
このように、伝達関数Ｇ（ｓ）の減衰比ζから筒内圧力波の減衰を予測し、伝達関数Ｇ（ｓ）の減衰比ζが許容下限減衰比未満の場合、すなわち、筒内圧力波の減衰が小さいと予測される場合であって燃料噴射パラメータを通常目標値に制御したときに発生すると想定される燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルが許容上限音圧レベルよりも大きいときは、燃焼騒音の共振周波数帯における音圧レベルが許容上限音圧レベル以下となるように、又は、伝達関数Ｇ（ｓ）の減衰比ζが許容下限減衰比以上となる吸気の状態になるように、燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータの通常目標値の少なくとも一つが補正され、伝達関数Ｇ（ｓ）の減衰比ζが許容下限減衰比以上のとき、すなわち筒内圧力波の減衰が大きいと予測されるときは、燃料噴射パラメータ及び吸気パラメータを補正することなく通常目標値に制御するので、一時的に官能上問題となるような不快な燃焼騒音が発生しても、その燃焼騒音は筒内圧力波の減衰が大きいためにすぐに収束するので、燃焼騒音をドライバが不快に感じる頻度を抑えつつ、排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【００７９】
また、伝達関数Ｇ（ｓ）を算出するにあたって、機関温度が所定温度以上、かつ、機関回転速度が所定の回転速度域内のときに高等容度燃焼を行うので、確実に高等容度燃焼を実現できるとともに、高等容度燃焼を行ったときの燃焼騒音をドライバが不快に感じるのを抑制することができる。
【００８０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００８１】
例えば上記の実施形態では、過給圧を制御する装置として排気ターボチャージャを使用してが、吸気スーパーチャージャを使用しても良い。
【００８２】
また上記の実施形態では、機関本体１で燃料を圧縮自己着火燃焼させるように内燃機関１００を構成していたが、火花点火燃焼させるように内燃機関１００を構成しても良い。
【符号の説明】
【００８３】
１    機関本体
２    燃料噴射装置
３    吸気装置
１００    内燃機関
２００    電子制御ユニット（制御装置）
【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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