(57)【要約】【課題】パイロット噴射燃料の燃焼に起因する燃焼音の増大を抑制可能な制御装置を提供する。【解決手段】メイン噴射燃料の失火限界となる下限パイロット噴射量Ｑｌを算出する。パイロット噴射燃料の燃焼時の燃焼音を許容範囲内とする上限パイロット噴射量Ｑｈを算出する（ＳＴ１０）。下限パイロット噴射量Ｑｌと上限パイロット噴射量Ｑｈとの間であって、スモーク発生量を最小にする最終パイロット噴射量Ｑｆを算出する（ＳＴ１２）。この最終パイロット噴射量Ｑｆでパイロット噴射を実行する場合における、このパイロット噴射燃料の燃焼期間での筒内圧力変化率の最大値とメイン噴射の開始時点における筒内圧力変化率との偏差が最小となる最終パイロット噴射時期ｉｎｊｆを算出する（ＳＴ１４）。これにより、失火の防止、排気エミッションの改善、燃焼音の低減が図れる。【選択図】図５
2017020445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料の自着火による燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁からの燃料噴射として、メイン噴射と、このメイン噴射に先立つパイロット噴射とを実行させる制御装置において、
前記気筒内におけるガス量、ガス組成、ガス温度、および、ガス圧力を算出する実ガス状態量算出部と、
前記内燃機関の現在の回転速度および負荷を検知する機関運転状態量検知部と、
前記ガス量、前記ガス組成、前記ガス温度、前記ガス圧力、前記回転速度、および、前記負荷に基づいて、前記気筒内のピストンが圧縮上死点に達した際の吸気圧縮に起因する圧縮端温度を推定する圧縮端温度推定部と、
前記メイン噴射の開始時における目標筒内温度を取得する目標筒内温度取得部と、
前記圧縮端温度、前記目標筒内温度、前記ガス量、および、前記ガス組成に基づいて、下限パイロット噴射量を算出する下限パイロット噴射量算出部と、
吸気圧縮による筒内圧力の変化率、前記メイン噴射の開始時期、前記ガス量、および、前記ガス組成に基づいて、上限パイロット噴射量を算出する上限パイロット噴射量算出部と、
前記下限パイロット噴射量と前記上限パイロット噴射量との間のパイロット噴射量であって、スモーク発生量を最小にするパイロット噴射量を最終パイロット噴射量として算出する最終パイロット噴射量算出部と、
前記最終パイロット噴射量でパイロット噴射を実行した場合における、このパイロット噴射燃料の燃焼期間での筒内圧力変化率の最大値と、前記メイン噴射の開始時点における筒内圧力変化率との偏差が最小となるパイロット噴射時期を最終パイロット噴射時期として算出する最終パイロット噴射時期算出部と、
前記算出された最終パイロット噴射時期で前記燃料噴射弁からの前記パイロット噴射を実行させるパイロット噴射指令部と、
を備えている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係る。特に、本発明はパイロット噴射制御の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等に搭載されるディーゼルエンジンでは、トルク発生に寄与するメイン噴射に先立ってパイロット噴射が実行される。つまり、パイロット噴射で噴射された燃料（以下、パイロット噴射燃料という）の燃焼によって燃焼室内の温度を上昇させておく。その後、メイン噴射で噴射された燃料（以下、メイン噴射燃料という）を、パイロット噴射燃料の燃焼場に通過させることで、メイン噴射燃料を加熱し、このメイン噴射燃料の着火遅れを抑制する。
【０００３】
また、特許文献１には、パイロット噴射燃料の燃焼に起因する燃焼音の増大を抑制することを目的としてパイロット噴射燃料の噴射量を調整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２００９−２８１１４３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、パイロット噴射燃料の噴射量の調整のみによって燃焼音を抑制するには限界がある。本発明の発明者は、噴射量以外の噴射制御量についても適正化を図って燃焼音を抑制することについて考察した。
【０００６】
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、パイロット噴射燃料の燃焼に起因する燃焼音の増大を抑制可能な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】
【０００７】
前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、燃料噴射弁から気筒内に噴射された燃料の自着火による燃焼を行う圧縮自着火式の内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁からの燃料噴射として、メイン噴射と、このメイン噴射に先立つパイロット噴射とを実行させる制御装置を前提とする。この制御装置に対し、実ガス状態量算出部、機関運転状態量検知部、圧縮端温度推定部、目標筒内温度取得部、下限パイロット噴射量算出部、上限パイロット噴射量算出部、最終パイロット噴射量算出部、最終パイロット噴射時期算出部、パイロット噴射指令部を備えさせている。実ガス状態量算出部は、前記気筒内におけるガス量、ガス組成、ガス温度、および、ガス圧力を算出する。機関運転状態量検知部は、前記内燃機関の現在の回転速度および負荷を検知する。圧縮端温度推定部は、前記ガス量、前記ガス組成、前記ガス温度、前記ガス圧力、前記回転速度、および、前記負荷に基づいて、前記気筒内のピストンが圧縮上死点に達した際の吸気圧縮に起因する圧縮端温度を推定する。目標筒内温度取得部は、前記メイン噴射の開始時における目標筒内温度を取得する。下限パイロット噴射量算出部は、前記圧縮端温度、前記目標筒内温度、前記ガス量、および、前記ガス組成に基づいて、下限パイロット噴射量を算出する。上限パイロット噴射量算出部は、吸気圧縮による筒内圧力の変化率、前記メイン噴射の開始時期、前記ガス量、および、前記ガス組成に基づいて、上限パイロット噴射量を算出する。最終パイロット噴射量算出部は、前記下限パイロット噴射量と前記上限パイロット噴射量との間のパイロット噴射量であって、スモーク発生量を最小にするパイロット噴射量を最終パイロット噴射量として算出する。最終パイロット噴射時期算出部は、前記最終パイロット噴射量でパイロット噴射を実行した場合における、このパイロット噴射燃料の燃焼期間での筒内圧力変化率の最大値と、前記メイン噴射の開始時点における筒内圧力変化率との偏差が最小となるパイロット噴射時期を最終パイロット噴射時期として算出する。パイロット噴射指令部は、前記算出された最終パイロット噴射時期で前記燃料噴射弁からの前記パイロット噴射を実行させる。
【０００８】
この特定事項により、スモーク発生量を最小にするパイロット噴射量を得ながらも、パイロット噴射燃料の燃焼期間での筒内圧力変化率の最大値とメイン噴射の開始時点における筒内圧力変化率との偏差が最小となるパイロット噴射時期でパイロット噴射を実行することにより、パイロット噴射燃料の燃焼に起因する燃焼音の増大を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、パイロット噴射燃料の燃焼期間での筒内圧力変化率の最大値と、メイン噴射の開始時点における筒内圧力変化率との偏差が最小となるパイロット噴射時期を最終パイロット噴射時期として算出し、この最終パイロット噴射時期でパイロット噴射を実行させるようにしている。これにより、パイロット噴射燃料の燃焼に起因する燃焼音の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。
【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】パイロット噴射制御の手順の前半を示すフローチャート図である。
【図５】パイロット噴射制御の手順の後半を示すフローチャート図である。
【図６】上限パイロット噴射量を説明するための筒内圧力変化率波形の一例を示す図である。
【図７】上限パイロット噴射量を説明するための燃料噴射率波形の一例を示す図である。
【図８】パイロット噴射量とスモーク発生量との関係の一例を示す図である。
【図９】要求パイロット噴射時期を説明するための燃料噴射率波形の一例を示す図である。
【図１０】要求パイロット噴射時期を説明するための筒内圧力変化率波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、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。
【００１２】
−エンジンの構成−
図１は本実施形態に係るディーゼルエンジン１（以下、単にエンジンという）およびその制御系統の概略構成図である。
【００１３】
この図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、および、排気系７を備えている。
【００１４】
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、および、機関燃料通路２４等を備えている。
【００１５】
前記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料を、高圧にした後、機関燃料通路２４を経てコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、高圧燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３はピエゾインジェクタである。
【００１６】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２を参照）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６１を備え、この吸気マニホールド６１に吸気管６２が接続されている。この吸気管６２には、上流側から順に、エアクリーナ６３、エアフローメータ４３、インタークーラ６５、および、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６４が配設されている。
【００１７】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート１５ｂに接続される排気マニホールド７１を備え、この排気マニホールド７１に排気管７２が接続されている。この排気管７２には、ＮＳＲ（ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒７４およびＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）７５が配設されている。
【００１８】
図２に示すように、シリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎にシリンダボア１２が形成されている。各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が収容されている。ピストン１３の頂面１３ａの中央部には、キャビティ１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂが燃焼室３を構成している。この燃焼室３の中央部からインジェクタ２３によって噴射された燃料は、自着火により燃焼し、その燃焼圧をピストン１３に作用させる。ピストン１３は、コネクティングロッド１８によってクランクシャフト（図示省略）に連結されており、このクランクシャフトからエンジン動力が取り出される。
【００１９】
前記シリンダヘッド１５には、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１５ｂを開閉する排気バルブ１７が配設されている。
【００２０】
さらに、図１に示す如く、このエンジン１には、ターボチャージャ（過給機）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。
【００２１】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続するＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路８が設けられている。このＥＧＲ通路８には、ＥＧＲバルブ８１およびＥＧＲクーラ８２が設けられている。
【００２２】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）１００は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）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、クランクポジションセンサ４０、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、排気温センサ４５ａ，４５ｂ、水温センサ４６、アクセル開度センサ４７、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９、筒内圧センサ４Ａ、および、空燃比センサ４Ｂなどが接続されている。これらセンサの機能は周知であるのでここでの説明は省略する。
【００２３】
一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、サプライポンプ２１、インジェクタ２３、吸気絞り弁６４、および、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。
【００２４】
そして、ＥＣＵ１００は、前記各センサからの出力、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、前記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。例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、パイロット噴射およびメイン噴射等の燃料噴射制御を実行する。
【００２５】
パイロット噴射は、メイン噴射に先立ち、少量の燃料を噴射する動作である。このパイロット噴射は、気筒内温度を高める予熱機能を有している。つまり、メイン噴射が開始されるまでの間に気筒内温度を十分に高め、これによってメイン噴射燃料の着火遅れを抑制し、このメイン噴射燃料の着火性を良好に確保するようにしている。
【００２６】
本実施形態におけるパイロット噴射制御にあっては、失火限界（メイン噴射燃料の失火限界）となる下限パイロット噴射量と、燃焼音（パイロット噴射燃料の燃焼に起因する燃焼音）の許容限界となる上限パイロット噴射量との間のパイロット噴射量であって、スモーク発生量を最少化するパイロット噴射量を求める。また、パイロット噴射燃料の燃焼期間における気筒内の圧力変化率の落ち込みを最小にする（それによって燃焼音を最小化する）パイロット噴射時期を決定する。そして、この決定されたパイロット噴射時期でインジェクタ２３からのパイロット噴射を実行するようにしている。このパイロット噴射の噴射時期の決定動作については後述する。
【００２７】
メイン噴射は、エンジン１のトルク発生のための燃料噴射動作である。このメイン噴射での燃料噴射量および燃料噴射時期は、エンジン回転速度、アクセル操作量（エンジン負荷）等の運転状態量に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、燃料噴射量は、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）が大きいほど多く設定される。
【００２８】
なお、前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ため、ここでの説明は省略する。
【００２９】
前述した各燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧力は、コモンレール２２の内圧（コモンレール内圧）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である目標レール圧は、エンジン回転速度が高くなるほど、および、エンジン負荷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前記ＲＯＭに記憶された燃圧設定マップに従って設定される。
【００３０】
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６１に向けての排気還流量（ＥＧＲガス量）を調整する。このＥＧＲガス量は、予め実験やシミュレーション等によって作成されて前記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、エンジン回転速度およびエンジン負荷をパラメータとしてＥＧＲ率を決定するためのマップである。ＥＣＵ１００は、このＥＧＲマップに従って決定されたＥＧＲ率が成立するように、吸入空気量に応じたＥＧＲガス量を得るべくＥＧＲバルブ８１の開度を制御する。
【００３１】
−パイロット噴射制御−
次に、本実施形態の特徴であるパイロット噴射制御について説明する。このパイロット噴射制御では、前述したように、失火限界となる下限パイロット噴射量と、燃焼音の許容限界となる上限パイロット噴射量との間のパイロット噴射量であって、スモーク発生量を最少化するパイロット噴射量を求める。また、パイロット噴射燃料の燃焼期間における気筒内の圧力変化率の落ち込みを最小にするパイロット噴射時期を決定する。そして、この決定されたパイロット噴射時期でインジェクタ２３からのパイロット噴射を実行するようにしている。以下、このパイロット噴射制御の概略について説明する。
【００３２】
このパイロット噴射制御では、（ａ）気筒内におけるガス量、ガス組成、ガス温度、および、ガス圧力を算出する動作、（ｂ）エンジン１の現在の運転状態量である回転速度および負荷を検知する動作、（ｃ）前記ガス量、前記ガス組成、前記ガス温度、前記ガス圧力、前記回転速度、および、前記負荷に基づいて、前記気筒内のピストンが圧縮上死点に達した際の吸気圧縮に起因する圧縮端温度を推定する動作、（ｄ）メイン噴射の開始時における目標筒内温度を取得する動作、（ｅ）前記圧縮端温度、前記目標筒内温度、前記ガス量、および、前記ガス組成に基づいて、下限パイロット噴射量を算出する動作、（ｆ）吸気圧縮による筒内圧力の変化率、メイン噴射の開始時期、前記ガス量、および、前記ガス組成に基づいて、上限パイロット噴射量を算出する動作、（ｇ）前記下限パイロット噴射量と前記上限パイロット噴射量との間のパイロット噴射量であって、スモーク発生量を最小にするパイロット噴射量を最終パイロット噴射量として算出する動作、（ｈ）前記最終パイロット噴射量でパイロット噴射を実行した場合における、このパイロット噴射燃料の燃焼期間での筒内圧力変化率の最大値と、メイン噴射の開始時点における筒内圧力変化率との偏差が最小となるパイロット噴射時期を最終パイロット噴射時期として算出する動作、（ｉ）算出された最終パイロット噴射時期でインジェクタ２３（燃料噴射弁）からのパイロット噴射を実行させる動作が順に行われる。これら（ａ）〜（ｉ）の動作の詳細については後述する。
【００３３】
これら動作は前記ＥＣＵ１００によって実行される。このため、ＥＣＵ１００において、前記（ａ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう実ガス状態量算出部として構成されている。ＥＣＵ１００において、前記（ｂ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう機関運転状態量検知部として構成されている。ＥＣＵ１００において、前記（ｃ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう圧縮端温度推定部として構成されている。ＥＣＵ１００において、前記（ｄ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう目標筒内温度取得部として構成されている。ＥＣＵ１００において、前記（ｅ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう下限パイロット噴射量算出部として構成されている。前記（ｆ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう上限パイロット噴射量算出部として構成されている。前記（ｇ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう最終パイロット噴射量算出部として構成されている。前記（ｈ）の動作を実行する機能部分が本発明でいう最終パイロット噴射時期算出部として構成されている。前記（ｉ）の動作を実行する機能部分が本発明でいうパイロット噴射指令部として構成されている。
【００３４】
これら実ガス状態量算出部、機関運転状態量検知部、圧縮端温度推定部、目標筒内温度取得部、下限パイロット噴射量算出部、上限パイロット噴射量算出部、最終パイロット噴射量算出部、最終パイロット噴射時期算出部、および、パイロット噴射指令部によって本発明に係る制御装置が構成されている。
【００３５】
以下、このパイロット噴射制御の具体的な手順について図４および図５のフローチャートに沿って説明する。このフローチャートは、エンジン１の始動後、クランクシャフトが所定角度だけ回転する毎（より具体的には、何れかの気筒でパイロット噴射が開始される前のタイミングとなる毎；例えばピストン１３が圧縮上死点に達する前の所定クランク角度位置となるタイミング毎：本実施形態に係るエンジンは４気筒であるので１８０°ＣＡ毎）に前記ＥＣＵ１００において開始される。なお、以下では、本パイロット噴射制御においてパイロット噴射制御量が規定される気筒（パイロット噴射が開始される前のタイミングを迎えている気筒）を制御対象気筒と呼ぶ。
【００３６】
先ず、ステップＳＴ１において、制御対象気筒内に導入されている現在のガスの状態量を取得する。具体的には、ガス量ｇｃｙｌ、ガス組成Ｃ、ガス温度Ｔ、および、ガス圧力Ｐが算出される。
【００３７】
ガス量ｇｃｙｌは、制御対象気筒内に導入されている吸気の質量であって、エアフローメータ４３および吸気温センサ４９からの出力信号等に基づいて求められる。例えば所定期間中（例えば制御対象気筒の吸気バルブ１６の開弁時から閉弁時までの期間中）における吸入空気量（エアフローメータ４３からの出力信号に基づいて算出される吸入空気量の積算値）、および、吸気温度（吸気温センサ４９からの出力信号によって検知される吸気温度）をパラメータとする所定の演算式またはマップからガス量ｇｃｙｌを求める。そして、吸入空気量が多いほど、また、吸気温度が低いほど、このガス量ｇｃｙｌが大きい値として算出される。また、前記エアフローメータ４３等からの出力信号に基づいて求められたガス量にＥＧＲガス量（前記ＥＧＲマップから読み出されるＥＧＲ率を達成するためのＥＧＲガス量）を加算してガス量ｇｃｙｌを算出するようにしてもよい。
【００３８】
ガス組成Ｃは、制御対象気筒内に導入されているガス中の酸素濃度であって、ＥＧＲ率および空燃比（Ａ／Ｆ）等から求められる。ＥＧＲ率は、前述した如くＥＧＲマップから読み出される。空燃比は、空燃比センサ４Ｂからの出力信号によって検知される。このガス組成Ｃは、ＥＧＲ率および空燃比（Ａ／Ｆ）をパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。そして、ＥＧＲ率が低いほど、また、空燃比（Ａ／Ｆ）が大きいほど、このガス組成Ｃ（ガス中の酸素濃度）は高い値として算出される。
【００３９】
ガス温度Ｔは、ピストン１３の往復移動に伴うガスの圧縮状態によって変化する。吸入行程において制御対象気筒内に吸入された吸入ガス（吸気温センサ４９からの出力信号によって検知される吸気温度となっている吸入ガス）が、吸気バルブ１６の閉弁後の圧縮行程におけるピストン１３の上昇移動によって圧縮されていく場合に、現時点（ガス温度Ｔを算出する時点）で幾何学的に求まるピストン位置によって前記吸入ガスの圧縮比が決まるので、この時点におけるガス温度Ｔを算出することができる。ステップＳＴ１では、このガス温度Ｔが取得される。
【００４０】
ガス圧力Ｐも、ピストン１３の往復移動に伴うガスの圧縮状態によって変化する。吸入行程において制御対象気筒内に吸入された吸入ガス（吸気圧センサ４８からの出力信号によって検知される吸気圧力となっている吸入ガス）が、吸気バルブ１６の閉弁後の圧縮行程におけるピストン１３の上昇移動によって圧縮されていく場合に、現時点（ガス圧力Ｐを算出する時点）で幾何学的に求まるピストン位置によって前記吸入ガスの圧縮比が決まるので、この時点におけるガス圧力Ｐを算出することができる。ステップＳＴ１では、このガス圧力Ｐが取得される。なお、このガス圧力Ｐは筒内圧センサ４Ａからの出力信号によって検知することもできる。
【００４１】
このステップＳＴ１の動作が、本発明でいう「実ガス状態量算出部による動作であって、気筒内におけるガス量、ガス組成、ガス温度、および、ガス圧力を算出する動作」に相当する。
【００４２】
ステップＳＴ２では、現在のエンジン回転速度Ｎｅおよびエンジン負荷Ｑ（パイロット噴射量およびメイン噴射量の総噴射量に対応する値となる）を検出する。エンジン回転速度Ｎｅはクランクポジションセンサ４０からの出力信号（パルス波形信号）に基づいて算出される。また、エンジン負荷Ｑは、前記エンジン回転速度とアクセル開度センサ４７からの出力信号とに基づいて算出される。
【００４３】
このステップＳＴ２の動作が、本発明でいう「機関運転状態量検知部による動作であって、内燃機関の現在の回転速度および負荷を検知する動作」に相当する。
【００４４】
ステップＳＴ３では、ピストン１３が圧縮上死点に達した時点における気筒内温度（圧縮端温度）Ｔｃを算出（推定）する。この圧縮端温度Ｔｃは、前記ガス量ｇｃｙｌ、前記ガス組成Ｃ、前記ガス温度Ｔ、前記ガス圧力Ｐ、前記エンジン回転速度Ｎｅ、および、前記エンジン負荷Ｑをパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。そして、ガス量ｇｃｙｌが多いほど、ガス組成Ｃ（ガス中の酸素濃度）が高いほど、ガス温度Ｔが高いほど、ガス圧力Ｐが高いほど、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど、また、エンジン負荷Ｑが高いほど、この圧縮端温度Ｔｃは高い値として算出される。
【００４５】
このステップＳＴ３の動作が、本発明でいう「圧縮端温度推定部による動作であって、ガス量、ガス組成、ガス温度、ガス圧力、回転速度、および、負荷に基づいて、気筒内のピストンが圧縮上死点に達した際の吸気圧縮に起因する圧縮端温度を推定する動作」に相当する。
【００４６】
ステップＳＴ４では、目標筒内温度Ｔｔを取得する。ここでは、メイン噴射の開始時における目標筒内温度Ｔｔが取得される。この目標筒内温度Ｔｔの一例としては燃料の拡散燃焼温度（例えば１０００Ｋ）が挙げられる。目標筒内温度Ｔｔは、これに限定されるものではなく、メイン噴射燃料が失火しない温度として実験等によって求められて前記ＲＯＭに予め記憶されている。ステップＳＴ４では、この温度が取得される。
【００４７】
このステップＳＴ４の動作が、本発明でいう「目標筒内温度取得部による動作であって、メイン噴射の開始時における目標筒内温度を取得する動作」に相当する。
【００４８】
ステップＳＴ５では、下限パイロット噴射量Ｑｌが算出される。この下限パイロット噴射量Ｑｌは、メイン噴射燃料の失火限界となるパイロット噴射量である。つまり、メイン噴射燃料の着火温度まで気筒内温度を上昇させるために最低限必要となるパイロット噴射量である。この下限パイロット噴射量Ｑｌは、前記圧縮端温度Ｔｃ、前記目標筒内温度Ｔｔ、前記ガス量ｇｃｙｌ、および、前記ガス組成Ｃをパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。そして、圧縮端温度Ｔｃが低いほど、目標筒内温度Ｔｔが高いほど、ガス量ｇｃｙｌが多いほど、また、前記ガス組成Ｃ（ガス中の酸素濃度）が低いほど、下限パイロット噴射量Ｑｌは多い値として算出される。
【００４９】
このステップＳＴ５の動作が、本発明でいう「下限パイロット噴射量算出部による動作であって、圧縮端温度、目標筒内温度、ガス量、および、ガス組成に基づいて、下限パイロット噴射量を算出する動作」に相当する。
【００５０】
ステップＳＴ６では、メイン噴射開始時における筒内容積Ｖｃｙｌが取得される。この筒内容積Ｖｃｙｌは、現在のエンジン回転速度およびエンジン負荷に対応する運転格子点に割り当てられた（前記ＲＯＭに記憶された）メイン噴射の基準噴射時期での筒内容積Ｖｃｙｌである。つまり、このステップＳＴ６では、メイン噴射開始時のクランク角度位置に対応するピストン１３の位置によって決まる筒内容積Ｖｃｙｌが読み込まれる。
【００５１】
ステップＳＴ７では、筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθが算出される。この筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθは、制御対象気筒におけるピストン１３の移動に伴う単位クランク角度当たりの筒内圧力の変化量である。つまり、いわゆるモータリングによる筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθである。この筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθは、前記ガス量ｇｃｙｌ、前記ガス組成Ｃ、前記ガス温度Ｔ、前記ガス圧力Ｐ、前記エンジン回転速度Ｎｅ、前記エンジン負荷Ｑ、および、前記メイン噴射開始時における筒内容積Ｖｃｙｌをパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。例えば、ガス量ｇｃｙｌが多いほど、ガス組成Ｃ（ガス中の酸素濃度）が高いほど、ガス温度Ｔが低いほど、ガス圧力Ｐが高いほど、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど、エンジン負荷Ｑが高いほど、また、メイン噴射開始時における筒内容積Ｖｃｙｌが大きいほど、この筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθは高い値として算出される。
【００５２】
ステップＳＴ８では、メイン噴射の開始時期（クランク角度位置）ｉｎｊｍが取得される。このメイン噴射開始時期ｉｎｊｍは、現在のエンジン回転速度およびエンジン負荷に対応する運転格子点に割り当てられた（前記ＲＯＭに記憶された）メイン噴射の基準噴射時期である。
【００５３】
ステップＳＴ９では、燃料噴射量変化率ｄＱ／ｄθが算出される。この燃料噴射量変化率ｄＱ／ｄθは、制御対象気筒でパイロット噴射が実行される場合における単位クランク角度当たりの燃料噴射量の変化量である。この燃料噴射量変化率ｄＱ／ｄθは、前記筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθ、前記ガス組成Ｃ、および、前記メイン噴射開始時における筒内容積Ｖｃｙｌをパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。例えば、筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθが大きいほど、ガス組成Ｃ（ガス中の酸素濃度）が高いほど、また、メイン噴射開始時における筒内容積Ｖｃｙｌが大きいほど、この燃料噴射量変化率ｄＱ／ｄθは高い値として算出される。
【００５４】
ステップＳＴ１０（図５）では、上限パイロット噴射量Ｑｈが算出される。この上限パイロット噴射量Ｑｈは、パイロット噴射燃料の燃焼時の燃焼音を許容範囲内とするためのパイロット噴射量である。この上限パイロット噴射量Ｑｈは、前記燃料噴射量変化率ｄＱ／ｄθ、前記メイン噴射開始時期ｉｎｊｍ、前記ガス量ｇｃｙｌ、および、前記ガス組成Ｃをパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。例えば、燃料噴射量変化率ｄＱ／ｄθが大きいほど、メイン噴射開始時期ｉｎｊｍが進角側であるほど、ガス量ｇｃｙｌが多いほど、また、ガス組成Ｃ（ガス中の酸素濃度）が高いほど、上限パイロット噴射量Ｑｈは少ない値として算出される。
【００５５】
図６は、上限パイロット噴射量Ｑｈを説明するための筒内圧力変化率波形の一例を示す図である。この図６におけるｉｎｊｍはメイン噴射の開始時期である。図７は、上限パイロット噴射量Ｑｈを説明するための燃料噴射率波形の一例を示す図である。
【００５６】
図６に実線で示す波形は、制御対象気筒でのピストン１３の移動によって変化する筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの波形である。つまり、モータリングによる筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの波形である。ステップＳＴ１０では、この図６において破線で示した領域が前記上限パイロット噴射量Ｑｈとして算出される。つまり、筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθが、前記モータリングによる筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθのピーク値を超えない範囲で、メイン噴射の開始時期ｉｎｊｍまでの期間中に噴射されるパイロット噴射燃料の最大量が、この上限パイロット噴射量Ｑｈとして規定される。言い換えると、この上限パイロット噴射量Ｑｈよりも多い噴射量でパイロット噴射が実行された場合には、このパイロット噴射燃料の燃焼に起因する筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθが、モータリングによる筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθのピーク値を超えることになり、燃焼音が増大してしまうため、この燃焼音の増大を抑制するためのパイロット噴射量の最大値として上限パイロット噴射量Ｑｈが求められる。
【００５７】
また、この上限パイロット噴射量Ｑｈでパイロット噴射が実行された場合には、図７に示すような燃料噴射率波形となる。つまり、この図７に示す燃料噴射率波形よりもパイロット噴射の燃料噴射率波形が大きくなると（燃料噴射率波形の面積が大きくなると）燃焼音が許容範囲を超えてしまうことになる。
【００５８】
このステップＳＴ１０の動作が、本発明でいう「上限パイロット噴射量算出部による動作であって、吸気圧縮による筒内圧力の変化率、メイン噴射の開始時期、ガス量、および、ガス組成に基づいて、上限パイロット噴射量を算出する動作」に相当する。
【００５９】
ステップＳＴ１１では、レール圧（燃料噴射圧）ｐｃｒが検知される。このレール圧ｐｃｒは、レール圧センサ４１からの出力信号によって検知される。
【００６０】
ステップＳＴ１２では、最終パイロット噴射量Ｑｆが算出される。この最終パイロット噴射量Ｑｆは、前記下限パイロット噴射量Ｑｌと前記上限パイロット噴射量Ｑｈとの間のパイロット噴射量であって、スモーク発生量を最少にするパイロット噴射量として算出される。このスモークの発生原因の一つとしては、パイロット噴射燃料の燃焼場とメイン噴射燃料の燃焼場とが重なり合い、この領域で酸素不足が生じていることが挙げられる。
【００６１】
この最終パイロット噴射量Ｑｆは、前記下限パイロット噴射量Ｑｌ、前記上限パイロット噴射量Ｑｈ、前記ガス量ｇｃｙｌ、前記ガス組成Ｃ、および、前記レール圧ｐｃｒをパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。例えば、ガス量ｇｃｙｌが多いほど、ガス組成Ｃ（ガス中の酸素濃度）が高いほど、また、レール圧ｐｃｒが高いほど、最終パイロット噴射量Ｑｆは多い値として算出される。そして、これらパラメータによって算出されたパイロット噴射量が、前記下限パイロット噴射量Ｑｌと前記上限パイロット噴射量Ｑｈとの間の値であった場合には、その算出されたパイロット噴射量が最終パイロット噴射量Ｑｆとなる。また、前記算出されたパイロット噴射量が、前記下限パイロット噴射量Ｑｌよりも少ない場合には、この下限パイロット噴射量Ｑｌが最終パイロット噴射量Ｑｆとなる。また、前記算出されたパイロット噴射量が、前記上限パイロット噴射量Ｑｈよりも多い場合には、この上限パイロット噴射量Ｑｈが最終パイロット噴射量Ｑｆとなる。
【００６２】
図８は、パイロット噴射量とスモーク発生量との関係の一例を示す図である。このようにパイロット噴射量に応じてスモーク発生量は変化している。この図８に示すものでは、下限パイロット噴射量Ｑｌと上限パイロット噴射量Ｑｈとの間に、スモーク発生量を最少にすることができるパイロット噴射量が存在している。このステップＳＴ１２では、このスモーク発生量を最少にすることができるパイロット噴射量を最終パイロット噴射量Ｑｆとして算出する。
【００６３】
このステップＳＴ１２の動作が、本発明でいう「最終パイロット噴射量算出部による動作であって、下限パイロット噴射量と上限パイロット噴射量との間のパイロット噴射量であって、スモーク発生量を最小にするパイロット噴射量を最終パイロット噴射量として算出する動作」に相当する。
【００６４】
ステップＳＴ１３では、要求筒内圧力変化率が算出される。この要求筒内圧力変化率は、パイロット噴射燃料の燃焼時の燃焼音を許容範囲内とするための筒内圧力変化率の最大値である。そして、この要求筒内圧力変化率としては、パイロット噴射燃料の燃焼期間での筒内圧力変化率の最大値と、メイン噴射の開始時点における筒内圧力変化率との偏差が予め設定された所定値以内に納められた値となっている。つまり、この偏差が所定値を超えた場合には、パイロット噴射燃料の燃焼時の燃焼音が許容範囲を超えてしまうことになる。このため、前記偏差が前記所定値を超えない値として前記要求筒内圧力変化率は求められる。この要求筒内圧力変化率は、実験等によって求められて前記ＲＯＭに予め記憶されたものであってもよいし、現在のエンジン回転速度およびエンジン負荷に応じて算出されたものであってもよい。
【００６５】
ステップＳＴ１４では、最終パイロット噴射時期ｉｎｊｆが算出される。この最終パイロット噴射時期ｉｎｊｆは、前記最終パイロット噴射量Ｑｆでパイロット噴射を実行した場合における、このパイロット噴射燃料の燃焼期間での筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの最大値と、前記メイン噴射の開始時点における筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθとの偏差が最小となるパイロット噴射時期である。
【００６６】
この最終パイロット噴射時期ｉｎｊｆは、前記要求筒内圧力変化率、前記ガス量ｇｃｙｌ、前記ガス組成Ｃ、前記ガス温度Ｔ、および、前記ガス圧力Ｐをパラメータとする所定の演算式またはマップから求められる。
【００６７】
図９は、要求パイロット噴射時期を説明するための燃料噴射率波形の一例を示す図である。図１０は、要求パイロット噴射時期を説明するための筒内圧力変化率波形の一例を示す図である。これらの図では、互いに同一のパイロット噴射量（前記最終パイロット噴射量Ｑｆ）であってパイロット噴射時期が異なる３つのパイロット噴射それぞれにおける燃料噴射率波形および筒内圧力変化率波形を示している。なお、図１０における細線の実線で示す波形は、ピストン１３の移動によって変化する筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの波形（モータリングによる筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの波形）である。また、図１０における太線の実線で示す波形は、燃料の燃焼に起因する筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの波形である。
【００６８】
これらの図におけるパイロット噴射燃料の噴射率波形および筒内圧力変化率波形のうち、実線で示す波形（図９および図１０における波形Ｐ１を参照）では、他の波形（破線で示す波形；波形Ｐ２，Ｐ３を参照）に比べて、パイロット噴射燃料の燃焼期間での筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの最大値と、メイン噴射の開始時点ｉｎｊｍにおける筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθとの偏差が小さくなっている（図１０における偏差ΔｄＰ／ｄθを参照）。このように、パイロット噴射燃料の燃焼期間での筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの最大値と、メイン噴射の開始時点ｉｎｊｍにおける筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθとの偏差ΔｄＰ／ｄθが小さくなることで、燃焼音を小さくすることができる。ステップＳＴ１４では、このように燃焼音を最小にすることが可能なパイロット噴射時期が最終パイロット噴射時期ｉｎｊｆとして算出される。
【００６９】
このステップＳＴ１４の動作が、本発明でいう「最終パイロット噴射時期算出部による動作であって、最終パイロット噴射量でパイロット噴射を実行した場合における、このパイロット噴射燃料の燃焼期間での筒内圧力変化率の最大値と、メイン噴射の開始時点における筒内圧力変化率との偏差が最小となるパイロット噴射時期を最終パイロット噴射時期として算出する動作」に相当する。
【００７０】
ステップＳＴ１５では、パイロット噴射の実行タイミング（最終パイロット噴射時期ｉｎｊｆ）になったか（クランク角度位置が最終パイロット噴射時期ｉｎｊｆになったか）否かを判定する。
【００７１】
未だ、パイロット噴射の実行タイミングに達していない場合には、ステップＳＴ１５でＮＯ判定されて、この実行タイミングに達するのを待つ。
【００７２】
パイロット噴射の実行タイミングに達し、ステップＳＴ１５でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１６に移り、パイロット噴射を実行する。
【００７３】
このステップＳＴ１６の動作が、本発明でいう「パイロット噴射指令部による動作であって、算出された最終パイロット噴射時期で燃料噴射弁からのパイロット噴射を実行させる動作」に相当する。
【００７４】
以上の動作が、クランクシャフトが所定角度だけ回転する毎（何れかの気筒でパイロット噴射が開始される前のタイミングとなる毎）に繰り返されることになる。
【００７５】
このようなパイロット噴射制御が行われるため、前記ＥＣＵ１００によって（より具体的には、前述したＥＣＵ１００における各機能部分によって）本発明に係る内燃機関の制御装置が構成される。この制御装置は、前記クランクポジションセンサ４０、レール圧センサ４１、エアフローメータ４３、アクセル開度センサ４７、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９、筒内圧センサ４Ａ、空燃比センサ４Ｂ等からの各信号を入力信号として受信する構成となっている。また、この制御装置は、各インジェクタ２３にパイロット噴射の指令信号を出力信号として出力する構成となっている。
【００７６】
以上説明したように本実施形態では、前記下限パイロット噴射量Ｑｌと前記上限パイロット噴射量Ｑｈとの間のパイロット噴射量であって、スモーク発生量を最少にする最終パイロット噴射量Ｑｆを算出している。また、パイロット噴射燃料の燃焼期間での筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθの最大値と、メイン噴射の開始時点ｉｎｊｍにおける筒内圧力変化率ｄＰ／ｄθとの偏差ΔｄＰ／ｄθが最小となる最終パイロット噴射時期ｉｎｊｆを算出している。そして、前記最終パイロット噴射量Ｑｆおよび最終パイロット噴射時期ｉｎｊｆでパイロット噴射を実行させるようにしている。これにより、失火の防止、排気エミッションの改善、および、燃焼音の低減を図ることができる。
【００７７】
また、本実施形態では、フィードフォワード制御によってパイロット噴射の制御量を決定するものとなっている。このため、失火の発生、排気エミッションの悪化、および、燃焼音の増大を未然に防止することができる。
【００７８】
−他の実施形態−
以上説明した実施形態は、自動車に搭載された直列４気筒ディーゼルエンジン１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。
【００７９】
また、前記実施形態ではコンベンショナル車両（駆動力源としてエンジンのみを搭載した車両）のエンジン１に本発明を適用した場合について説明したが、ハイブリッド車両（駆動力源としてエンジンおよび電動モータを搭載した車両）のエンジンに対しても本発明は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、自動車に搭載されるディーゼルエンジンにおけるパイロット噴射制御に適用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１      エンジン（内燃機関）
３      燃焼室
２３    インジェクタ（燃料噴射弁）
１００  ＥＣＵ
【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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