JP2008025445A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、運転状態の変化に伴ってパイロット噴射の回数が変更された場合の燃焼騒音の変化を緩和することを目的とする。
【解決手段】パイロット噴射を複数回行う低速側のマルチパイロット領域から、パイロット噴射を１回だけ行う高速側のシングルパイロット領域へ運転状態が移行した場合、噴射パターンの切り替えを実施する。その際、切り替えの際、内部ＥＧＲ割合を一時的に多くする。これにより、着火時期が早くなるので、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射への切り替えに起因する燃焼騒音の増加を抑制することができる。また、スワール比のアップも併せて行う。これにより、内部ＥＧＲ割合の増加に伴うスモークの増加を抑制することができる。
【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、メイン噴射に先立ってパイロット噴射が行われる内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特開２００１−３４２８７７号公報に開示されているように、ディーゼル機関の１サイクル中に、メイン噴射に先立ってパイロット噴射を行うディーゼル機関の制御装置が知られている。パイロット噴射を行うことにより、燃焼騒音を低減できるなどの利点がある。

上記公報に開示された発明では、ディーゼル機関がアイドル状態にあるとき、吸気絞り弁を閉じて吸入空気量を減少させることで振動および騒音を低減するとともに、外部ＥＧＲ量を増大させてパイロット噴射燃料を暖めることでパイロット噴射の着火遅れ期間を減少させることができるとされている。また、その際、外部ＥＧＲ量が多いほど、パイロット噴射とメイン噴射との間隔を短くすることにより、パイロット噴射燃料の燃焼とメイン噴射燃料の燃焼とを適切に連続させることができるとされている。

特開２００１−３４２８７７号公報 特開２００４−１１６４４６号公報 特開２００５−１４６９６０号公報 特開昭６０−１６２０１８号公報

近年では、パイロット噴射を複数回実施する技術も知られている。パイロット噴射を１回実施する場合（以下、「シングルパイロット噴射」と称する）と比べ、パイロット噴射を複数回実施する場合（以下、「マルチパイロット噴射」と称する）の方が、燃焼騒音を更に低減することができる。

しかしながら、ディーゼル機関の運転状態によっては、何らかの制約によってマルチパイロット噴射を実施することができず、シングルパイロット噴射とせざるを得ない場合がある。このため、ディーゼル機関の運転状態に応じて、マルチパイロット噴射とシングルパイロット噴射との切り替えを行うことになる。その場合、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射に切り替わったときに、燃焼騒音が大きくなるので、運転者に違和感を抱かせる場合がある。

特に、急加速時にマルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射に切り替わった場合には、燃焼騒音が急増し易い。これは、次のような理由による。急加速時には、負荷の増大に伴い、燃料噴射圧力（レール圧）が高くなる。一般に、燃料噴射圧力が高くなると、燃焼騒音は大きくなる。このため、急加速時にマルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射に切り替わると、燃焼騒音を大きくする要因が二つ重なることになるので、燃焼騒音が急増し易くなる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、運転状態の変化に伴ってパイロット噴射の回数が変更された場合の燃焼騒音の変化を緩和することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
メイン噴射に先立って行われるパイロット噴射の回数を、内燃機関の運転状態に応じて変更する回数変更手段と、
パイロット噴射の回数が変更されるときに、その変更に起因して生ずる燃焼騒音の変化が緩和されるように、着火時期に関与するパラメータを一時的に通常時の値と異なる値にする着火時期制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記着火時期制御手段は、パイロット噴射の回数が減らされるときに、前記パラメータを着火時期が早くなる方向に一時的に変化させることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記着火時期制御手段によって前記パラメータが着火時期が早くなる方向に変更されている間、メイン噴射の時期を通常時より遅くする噴射時期リタード手段を更に備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第２または第３の発明において、
前記内燃機関の内部ＥＧＲ割合を可変とする内部ＥＧＲ割合可変手段を更に備え、
前記パラメータは、前記内部ＥＧＲ割合と相関するパラメータであり、
前記着火時期が早くなる方向は、前記内部ＥＧＲ割合を増大させる方向であることを特徴とする。

また、第５の発明は、第４の発明において、
前記内燃機関のスワール比を可変とするスワール比可変手段と、
前記着火時期制御手段によって、前記パラメータが、前記内部ＥＧＲ割合が増大する方向に変更されるときに、前記スワール比が通常時より大きくなるように前記スワール比可変手段を制御するスワール制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第２または第３の発明において、
前記内燃機関の圧縮比または実圧縮比を可変とする圧縮比可変手段を更に備え、
前記パラメータは、前記圧縮比または前記実圧縮比であり、
前記着火時期が早くなる方向は、前記圧縮比または実圧縮比を高くする方向であることを特徴とする。

また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記回数変更手段は、前記内燃機関の運転領域を比較的低速側の領域とそれより高速側の領域とに分けて、前記高速側の領域でのパイロット噴射の回数を、前記低速側の領域でのパイロット噴射の回数よりも少なくすることを特徴とする。

また、第８の発明は、第７の発明において、
前記着火時期制御手段は、機関負荷の増大を伴って機関回転速度が前記低速側の領域から前記高速側の領域へ移行する場合に機能し、そうでない場合には機能しないことを特徴とする。

また、第９の発明は、第７または第８の発明において、
機関負荷の増大を伴って機関回転速度が上昇する場合には、パイロット噴射の回数を切り替える境界の機関回転速度を、定常状態のときと比べて高速側にシフトするシフト手段を更に備えることを特徴とする。

また、第１０の発明は、第１乃至第９の発明の何れかにおいて、
前記着火時期制御手段は、前記パラメータを通常時の値と異なる値にした後、前記パラメータを徐々に通常時の値に戻すことを特徴とする。

第１の発明によれば、パイロット噴射の回数が内燃機関の運転状態に応じて変更されるときに、その変更に起因して生ずる燃焼騒音の変化が緩和されるように、着火時期に関与するパラメータを一時的に通常時の値と異なる値にすることができる。このため、パイロット噴射の回数の変更に起因する燃焼騒音の変化を抑制することができる。よって、内燃機関の運転状態の変化に伴ってパイロット噴射の回数が変更された場合であっても、運転者に違和感をなるべく感じさせないようにすることができる。

第２の発明によれば、パイロット噴射の回数が減らされるときに、上記パラメータを着火時期が早くなる方向に一時的に変化させることができる。パイロット噴射の回数を減らすと、一般に、燃焼騒音が大きくなる。一方、着火時期を早くする（着火遅れを短くする）と、燃焼騒音を低減することができる。よって、第２の発明によれば、パイロット噴射回数が減少する方向に噴射パターンが切り替えられた場合であっても、燃焼騒音の増大を緩和することができる。このため、運転者に違和感をなるべく感じさせないようにすることができる。

第３の発明によれば、上記パラメータが着火時期が早くなる方向に変更されている間、メイン噴射の時期を通常時より遅くすることができる。上記パラメータが着火時期が早くなる方向に変更されている間は、着火性能が向上するので、失火やＨＣ排出量の増加などの弊害を生ずることなく、メイン噴射時期を遅らせることができる。そして、メイン噴射時期を遅らせると、最大筒内圧Ｐ_maxが低下するので、燃焼騒音を更に低減することができる。このため、第３の発明によれば、パイロット噴射回数が減少する方向に噴射パターンが切り替えられた場合の燃焼騒音の増加を更に抑制することができる。

第４の発明によれば、パイロット噴射回数が減少する方向に噴射パターンが切り替えられた場合に、内部ＥＧＲ割合を増大させることで着火時期を早くし、もって燃焼騒音の増大を有効に抑制することができる。このため、運転者が違和感を感ずることを更に有効に抑制することができる。

第５の発明によれば、内部ＥＧＲ割合が増大されたとき、スワール比を通常時より大きくすることができる。このため、内部ＥＧＲ割合の増大に伴うスモークの増加を緩和または相殺することができる。

第６の発明によれば、パイロット噴射回数が減少する方向に噴射パターンが切り替えられた場合に、圧縮比または実圧縮比を高くすることで着火時期を早くし、もって燃焼騒音の増大を有効に抑制することができる。このため、運転者が違和感を感ずることを更に有効に抑制することができる。

第７の発明によれば、比較的高速側の領域でのパイロット噴射の回数を、比較的低速側の領域でのパイロット噴射の回数よりも少なくすることができる。これにより、比較的高速側の領域でパイロット噴射の回数を多くした場合の弊害（例えばスモークの増加）が生ずることを防止することができる。

第８の発明によれば、機関負荷の増大を伴って機関回転速度が上記低速側の領域から上記高速側の領域へ移行する場合には、燃焼騒音の増加を緩和するための着火時期の制御を実施し、そうでない場合には実施しないようにすることができる。機関負荷の増大を伴って、パイロット噴射の回数が減少する方向に噴射パターンが切り替えられた場合には、燃焼騒音の増加が顕著となり易い。第８の発明によれば、このような場合に限って、燃焼騒音の増加を緩和するための着火時期の制御を実施することで、制御の実施を必要最小限として無駄をなくすことができる。

第９の発明によれば、機関負荷の増大を伴って機関回転速度が上昇する場合には、パイロット噴射の回数を切り替える境界の機関回転速度を、定常状態のときと比べて高速側にシフトすることができる。機関回転速度が高速であるほど、内燃機関の機械騒音や、車両の風切り音、ロードノイズなどの他の騒音が大きいので、燃焼騒音が相対的に小さくなる。従って、第９の発明によれば、パイロット噴射の回数を切り替える境界の機関回転速度を高速側にシフトすることで、燃焼騒音の増加に対して運転者が違和感を感ずることをより確実に抑制することができる。

第１０の発明によれば、着火時期に関与するパラメータを通常時の値と異なる値にした後、そのパラメータを徐々に通常時の値に戻すことができる。このため、燃焼騒音の変化をより穏やかにすることができ、運転者が違和感を感ずることをより確実に抑制することができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、４サイクルのディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）１０を備えている。ディーゼル機関１０は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態のディーゼル機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明におけるディーゼル機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

ディーゼル機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ１２が設置されている。各気筒のインジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４内には、サプライポンプ１６によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、コモンレール１４内から、各インジェクタ１２へ、燃料が供給される。本実施形態のディーゼル機関１０では、コモンレール１４内の燃料の圧力（以下、「レール圧」と称する）が、インジェクタ１２からの燃料噴射圧力に相当する。

インジェクタ１２は、１サイクル中に複数回、燃料を筒内に噴射することができる。すなわち、インジェクタ１２は、１サイクル中に、メイン噴射に先立って、パイロット噴射を１回または複数回実施することができる。更に、メイン噴射の後に、アフター噴射、ポスト噴射などを実施してもよい。

ディーゼル機関１０の排気通路１８は、排気マニホールド２０により枝分かれして、各気筒の排気ポート２２（図２参照）に接続されている。本実施形態のディーゼル機関１０は、ターボ過給機２４を備えている。排気通路１８は、ターボ過給機２４の排気タービンに接続されている。

排気通路１８の、ターボ過給機２４より下流側には、排気ガスを浄化するための触媒（排気浄化装置）２６が設けられている。触媒２６としては、例えば、酸化触媒、吸蔵還元型または選択還元型のＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）のうちの一つ、またはこれらの組み合わせなどを用いることができる。

ディーゼル機関１０の吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボ過給機２４の吸気圧縮機で圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３４により、各気筒の吸気ポート３５（図２参照）に分配される。

吸気通路２８の、インタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間には、吸気絞り弁３６が設置されている。また、吸気通路２８の、エアクリーナ３０の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３８が設置されている。

吸気通路２８の吸気マニホールド３４の近傍には、外部ＥＧＲ通路４０の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路４０の他端は、排気通路１８の排気マニホールド２０近傍に接続されている。本システムでは、この外部ＥＧＲ通路４０を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２８に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。

外部ＥＧＲ通路４０の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４２が設けられている。外部ＥＧＲ通路４０におけるＥＧＲクーラ４２の下流には、ＥＧＲ弁４４が設けられている。このＥＧＲ弁４４の開度を変えることにより、外部ＥＧＲ通路４０を通る排気ガス量、すなわち外部ＥＧＲ量を調整することができる。

また、本システムにおいて、外部ＥＧＲ量は、ＥＧＲ弁４４の開度だけでなく、吸気絞り弁３６の開度によっても調整することができる。吸気絞り弁３６の開度を小さくして吸気を絞ると、吸気圧が小さくなるので、背圧（排気圧）との差圧が大きくなる。つまり、外部ＥＧＲ通路４０の前後の差圧が大きくなる。このため、外部ＥＧＲ量を多くすることができる。

そして、本実施形態のシステムは、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼル機関１０の運転状態を制御する。

図２は、図１に示すシステムにおけるディーゼル機関１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼル機関１０について更に説明する。図２に示すように、ディーゼル機関１０のクランク軸６０の近傍には、クランク軸６０の回転角度を検出するクランク角センサ６２が取り付けられている。このクランク角センサ６２は、ＥＣＵ５０に接続されている。クランク角センサ６２によれば、機関回転速度を検出することができる。

また、ディーゼル機関１０には、吸気弁５２のバルブタイミング（開閉時期）を連続的に可変とする吸気可変動弁機構５４と、排気弁５６のバルブタイミングを連続的に可変とする排気可変動弁機構５８とが備えられている。吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８は、それぞれ、ＥＣＵ５０に接続されている。

吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８の具体的な構造は、特に限定されず、カム機構などの機械的な機構を利用するものであっても、任意の時期に開閉可能な電磁駆動弁あるいは油圧駆動弁などを利用するものであってもよい。

また、ディーゼル機関１０には、冷却水の温度を検出する冷却水温センサ６８が設置されている。この冷却水温センサ６８は、ＥＣＵ５０に接続されている。

（内部ＥＧＲの制御）
本実施形態のディーゼル機関１０では、吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８により、吸気弁５２と排気弁５６との負のバルブオーバーラップの大きさを連続的に変化させることができる。図３は、負のバルブオーバーラップを説明するための図である。図３に示すように、負のバルブオーバーラップとは、排気弁５６が閉じた後、吸気弁５２が開くまでの間、吸気弁５２および排気弁５６が共に閉じている期間のことである。

図３中の細い曲線は、負のバルブオーバーラップを設けない場合の吸気弁５２および排気弁５６のバルブリフト線図である。この状態から、排気弁５６の閉じ時期を早くするとともに、吸気弁５２の開き時期を遅くすることにより、負のバルブオーバーラップを生じさせることができる。図３中の太い曲線は負のバルブオーバーラップを生じさせた場合の吸気弁５２および排気弁５６のバルブリフト線図である。排気弁５６の閉じ時期や吸気弁５２の開き時期を変える度合いによって、負のバルブオーバーラップの大きさを変えることができる。

負のバルブオーバーラップを生じさせると、筒内の既燃ガスが排気ポート２２に流出しきらないうちに排気弁５６が閉じる。排気ポート２２に排出されなかった既燃ガスは、そのまま筒内に残存するか、あるいは、吸気弁５２の開弁に伴って一旦吸気ポート３５に出た後、ピストン６４の下降によって新気と共に筒内に吸入される。負のバルブオーバーラップを生じさせた場合には、このようにして内部ＥＧＲを行うことができる。そして、負のバルブオーバーラップを大きくするほど、内部ＥＧＲを多くすることができる。

内部ＥＧＲ割合（吸気弁５２が閉じたときの筒内ガスに占める内部ＥＧＲガスの割合）は、燃焼の状態に大きく影響する。そして、最適な内部ＥＧＲ割合は、機関回転速度および機関負荷によって異なる。本実施形態のシステムでは、最適な内部ＥＧＲ割合を得るための吸気弁５２および排気弁５６のバルブタイミングと、機関回転速度および機関負荷との関係がマップ化され、ＥＣＵ５０に予め記憶されているものとする。そして、ディーゼル機関１０が通常の定常運転状態にある場合には、そのマップに従って吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８が制御されることにより、内部ＥＧＲ割合が制御されるものとする。

なお、本実施形態では、負のバルブオーバーラップを生じさせることで内部ＥＧＲを行うものとして説明するが、本発明では、正のバルブオーバーラップ、つまり吸気弁５２および排気弁５６が共に開いた状態と通常のバルブオーバーラップを生じさせることで内部ＥＧＲを行い、その正のバルブオーバーラップの大きさを変更することで内部ＥＧＲ割合を調節するようにしてもよい。

（スワール比の制御）
図４は、ディーゼル機関１０の一つの気筒の模式的な平面図である。同図に示すように、ディーゼル機関１０には、１気筒当たり、ヘリカルポート３５ａとタンジェンシャルポート３５ｂとの二つの吸気ポート３５が設けられている。ヘリカルポート３５ａおよびタンジェンシャルポート３５ｂは、別々の吸気弁５２により開閉される。ヘリカルポート３５ａは、空気を螺旋状に旋回させながら、筒内へ流入させる。つまり、ヘリカルポート３５ａは、スワール比の大きい吸気ポート３５である。一方、タンジェンシャルポート３５ｂは、シリンダボアの接線方向に向けて空気を流入させる。このタンジェンシャルポート３５ｂは、ヘリカルポート３５ａと比べ、スワール比は小さいが、より多くの空気を筒内に流入させることのできる吸気ポート３５である。

吸気可変動弁機構５４は、タンジェンシャルポート３５ｂ側の吸気弁５２をヘリカルポート３５ａ側の吸気弁５２よりも早く閉じる動作（以下、「吸気弁５２の片弁早閉じ」と称する）を行うことができるようになっている。

ヘリカルポート３５ａ側の吸気弁５２とタンジェンシャルポート３５ｂ側の吸気弁５２とが共に開いている状態では、ヘリカルポート３５ａから流入する空気が作る強いスワールが、タンジェンシャルポート３５ｂからの流れによって弱められてしまう。これに対し、タンジェンシャルポート３５ｂ側の吸気弁５２を早く閉じると、その後はヘリカルポート３５ａのみから空気が流入するので、強いスワールを発生させることができる。よって、タンジェンシャルポート３５ｂ側の吸気弁５２の閉じ時期を早くするほど、スワール比を大きくすることができる。ディーゼル機関１０では、吸気可変動弁機構５４により、吸気弁５２の片弁早閉じを行う場合において、タンジェンシャルポート３５ｂ側の吸気弁５２の閉じ時期を連続的に変化させることにより、スワール比を自由に調整することができる。

スワール比は、燃焼の状態に大きく影響する。そして、最適なスワール比は、機関回転速度および機関負荷によって異なる。本実施形態のシステムでは、最適なスワール比を得るためのヘリカルポート３５ａ側およびタンジェンシャルポート３５ｂ側の吸気弁５２のバルブタイミング（閉じ時期）と、機関回転速度および機関負荷との関係がマップ化され、ＥＣＵ５０に予め記憶されているものとする。そして、ディーゼル機関１０が通常の定常運転状態にある場合には、そのマップに従って吸気可変動弁機構５４が制御されることにより、スワール比が制御されるものとする。

なお、本実施形態では、上記の手法によってスワール比を変化させるものとして説明するが、本発明では、スワール比を変化させる手法は上記の手法に限定されるものではない。例えば、吸気ポート３５に設けたスワール制御弁の開度を調整することでスワール比を変化させるようにしてもよい。

［実施の形態１の特徴］

図５は、ディーゼル機関１０において実施されるパイロット噴射を説明するための図である。ディーゼル機関１０では、メイン噴射の前に、１回または２回のパイロット噴射を実施することができる。図５中の上側は、パイロット噴射を２回実施する場合（以下、「マルチパイロット噴射」とも言う）のインジェクタ１２への駆動信号を示す図である。この図に示す例では、１回目のパイロット噴射と２回目のパイロット噴射との間は、比較的離れており、２回目のパイロット噴射とメイン噴射との間は比較的近くされている。

これに対し、図５中の下側は、パイロット噴射を１回実施する場合（以下、「シングルパイロット噴射」とも言う）のインジェクタ１２への駆動信号を示す図である。この図に示すように、シングルパイロット噴射の場合には、マルチパイロット噴射における２回目のパイロット噴射が省略されたような噴射態様とされる。

一般に、ディーゼル機関１０の燃焼騒音は、着火遅れ期間が長いほど、つまり着火時期が遅いほど、大きくなり易い。着火遅れ期間が長いと、その間に生成される可燃混合気の量がその分だけ多くなるので、着火後にその多量の可燃混合気が一気に燃焼することになる。その結果、筒内圧が急激に上昇するので、燃焼騒音が大きくなる。

燃焼騒音は、パイロット噴射を行うことで、低減することができる。パイロット噴射を行うと、そのパイロット噴射で噴射された少量の燃料が燃焼することで火種が作られ、筒内の温度が高くなったところに、メイン噴射が行われることになる。このため、メイン噴射で噴射された燃料の着火時期が早まる。つまり、パイロット噴射を行うことで、着火遅れ期間を短くすることができる。よって、燃焼騒音を低減することができる。

そして、マルチパイロット噴射を実施した場合には、シングルパイロット噴射の場合と比べて、着火遅れ期間を更に短くすることができ、筒内圧の上昇をよりなだらかにすることができる。このため、燃焼騒音を更に低減することができる。逆に言えば、シングルパイロット噴射の場合には、マルチパイロット噴射の場合と比べると、燃焼騒音がやや大きくなる。よって、燃焼騒音を抑える観点からは、すべての運転領域においてマルチパイロット噴射を実施することが好ましい。

しかしながら、インジェクタ１２等の噴射系の制約により、各回の噴射の時間間隔を短くすることには限界がある。このため、２回目のパイロット噴射とメイン噴射との時間間隔が極めて短くなる高速域では、マルチパイロット噴射を実施することが困難となる。また、２回目のパイロット噴射を敢えて実施したとすると、その噴射によって低下したレール圧が回復し切れないうちにメイン噴射が実施されることになる。その結果、メイン噴射の噴射圧力が低くなり、スモークが増加し易くなる。つまり、高速域では、スモークの抑制が制約となって、マルチパイロット噴射ができなくなる。

このようなことから、本システムでは、機関回転速度がある速度より高い領域では、マルチパイロット噴射を行わず、シングルパイロット噴射を実施することとしている。図６は、マルチパイロット噴射が実施される運転領域（以下、「マルチパイロット領域」と称する）と、シングルパイロット噴射が実施される運転領域（以下、「シングルパイロット領域」と称する）とを示す図である。ディーゼル機関１０では、図６中の破線より低速側のマルチパイロット領域ではマルチパイロット噴射が実施され、その破線より高速側のシングルパイロット領域ではシングルパイロット噴射が実施される。なお、図６に示す例では、マルチパイロット領域とシングルパイロット領域との境界が機関負荷（噴射量）にかかわらず一定の機関回転速度になっているが、両領域の境界とする機関回転速度が機関負荷に応じて変化するようになっていてもよい。つまり、図６中の破線は斜めになっていてもよい。

ディーゼル機関１０の運転状態がマルチパイロット領域からシングルパイロット領域へ移行した場合には、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射への切り替えが実施されるので、燃焼騒音が増加する。特に、加速時にマルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射へ切り替えられた場合には、燃焼騒音の増加が顕著に現れ易い。その理由は次の通りである。

図７は、機関回転速度および機関負荷と、レール圧との関係を示す図である。図７に示すように、本システムでは、機関回転速度が速くなるほど、レール圧が高くなるように制御される。これは、機関回転速度が高くなるほど、燃料噴射期間を時間的に短くする必要があるからである。また、レール圧は、機関負荷が小さいほど、低くなるように制御される。これは、低負荷域においては、燃焼騒音が耳障りとなり易いため、燃焼騒音を十分に抑制する必要があるからである。

そして、図７から分かる通り、機関回転速度が上昇した場合よりも、機関負荷が増大した場合の方が、レール圧の上昇は大きい。レール圧が高くなると、燃焼騒音は大きくなり易い。加速時には、図６中の点Ａから点Ｂへの変化のように、機関負荷が増大しつつ、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射へ切り替えが実施される。このため、レール圧、すなわち燃料噴射圧力の上昇による燃焼騒音の増加と、パイロット噴射が２回から１回に切り替わったことによる燃焼騒音の増加とが相まって、燃焼騒音が特に大きくなり易い。その結果、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射へ切り替わったときに、運転者や乗員がエンジン音に違和感を感じるおそれがある。

そこで、本実施形態では、加速時にマルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射へ切り替わる場合には、燃焼騒音の増加を抑えるべく、内部ＥＧＲ割合を通常の定常運転状態よりも一時的に（本実施形態では２秒間）多くすることとした。内部ＥＧＲガスは、高温の既燃ガスである。このため、内部ＥＧＲ割合を多くすると、圧縮上死点近傍の筒内温度（以下、「圧縮端温度」と称する）が高くなるので、メイン噴射の着火時期を早める（着火遅れを短くする）ことができる。よって、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射へ切り替わった際に燃焼騒音が増加することを十分に抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のようにして内部ＥＧＲ割合を増加させたとき、スワール比のアップを併せて実施することとした。内部ＥＧＲ割合を増加させると、その分だけ筒内の空気量（新気量）が減少するので、スモークが増え易くなる傾向がある。一方、スワール比をアップすると、燃料と空気との混合が促進されるので、スモークを低減することができる。本実施形態では、内部ＥＧＲ割合の増加と併せてスワール比のアップを実施することにより、スモークの増加を有効に抑制することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図８は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図８に示すルーチンによれば、まず、現在の機関回転速度が低速域、すなわちマルチパイロット領域にあるか否かが判別される（ステップ１００）。本実施形態では、マルチパイロット領域とシングルパイロット領域との切り替わり回転数が２０００ｒｐｍであるものとする。よって、このステップ１００では、現在の機関回転速度が２０００ｒｐｍ以下である場合に、低速域にあると判別される。

本ルーチンの制御は、例えば図６中の点Ａから点Ｂへの加速のように、低速域、すなわちマルチパイロット領域からの加速時に燃焼騒音を抑えるための制御である。このため、上記ステップ１００で機関回転速度が低速域にあると判別された場合には、次に、加速状態にあるか否かが判別される（ステップ１０２）。すなわち、アクセル開度が検出され、アクセルペダルが踏み増しされている場合には、加速状態にあると判別される。

なお、上記ステップ１００で機関回転速度が低速域にないと判別された場合、あるいは上記ステップ１０２で加速状態にないと判別された場合には、本ルーチンの制御を行う必要がないと判断できるので、今回の処理サイクルがそのまま終了される。

一方、上記ステップ１０２で加速状態にあると判別された場合には、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射への切り替えが必要であるか否かが判別される（ステップ１０４）。具体的には、機関回転速度が切り替わり回転数の２０００ｒｐｍに到達したか否かが判別される。その結果、機関回転速度が２０００ｒｐｍに到達したと判別された場合には、他のルーチンの処理により、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射への切り替えが実施される。そして、この切り替えに伴って、内部ＥＧＲ割合を増加させる処理が実施される（ステップ１０６）。具体的には、負のバルブオーバーラップが通常の定常運転状態のときに設定される値よりも大きくなるように吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８が制御される。その結果、内部ＥＧＲ割合が増大して、着火遅れが短くなる。このため、シングルパイロット噴射に切り替わったことによる燃焼騒音の増加を有効に抑制することができる。

また、ステップ１０６での内部ＥＧＲ割合の増加と併せて、スワール比のアップが実施される（ステップ１０８）。具体的には、タンジェンシャルポート３５ｂ側の吸気弁５２の閉じ時期が通常の定常運転状態のときに設定される時期よりも早くなるように、吸気可変動弁機構５４が制御される。その結果、スワール比を増大させることができ、スモークを低減することができる。

図８に示すルーチンによれば、続いて、シングルパイロット噴射に切り替わってから２秒間が経過したか否かが判別される（ステップ１１０）。２秒間が経過していないと判別された場合には、上記ステップ１０６に戻る。すなわち、内部ＥＧＲ割合を通常時より多くする制御と、スワール比を通常時よりアップする制御とが継続される。一方、上記ステップ１１０で２秒間が経過したと判別された場合には、本ルーチンの処理が終了される。これにより、通常制御に復帰し、内部ＥＧＲ割合およびスワール比が通常時の値に制御される。このとき、内部ＥＧＲ割合およびスワール比が通常時の値に戻されると、燃焼騒音が増加することとなるが、次のような理由から、それが問題となることはない。

シングルパイロット噴射に切り替わってから２秒間程度経過したときには、切り替わり時と比べて機関回転速度および車速が更に高くなっている。このため、ディーゼル機関１０の機械騒音や、車両の風切り音、ロードノイズなどの他の騒音も増加している。よって、燃焼騒音が多少増加したとしても、運転者がそれを気にすることはあまりない。このため、本実施形態では、シングルパイロット噴射に切り替わってから２秒後に、内部ＥＧＲ割合およびスワール比を通常時の値に戻したときの燃焼騒音の増加が問題となることはない。なお、内部ＥＧＲ割合およびスワール比を通常時の値に戻すまでの時間は、２秒に限らず、何秒であってもよい。

また、シングルパイロット噴射への切り替えに伴って増加させた内部ＥＧＲ割合を通常時の値に戻す際には、一気に戻しても良いが、徐々に通常時の値に近づけるようにしてもよい。図９は、そのようにする場合の内部ＥＧＲ割合の経時変化を示す図である。この図に示すように、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射へ切り替えた時点（ｔ＝０）の直後は内部ＥＧＲ割合の増加幅を大きくしておき、時間の経過に伴って、内部ＥＧＲ割合を通常時の値に徐々に近づけるようにしてもよい。この場合には、内部ＥＧＲ割合を通常時の値に戻す際の燃焼騒音の増加が緩やかに生ずるので、運転者が燃焼騒音の増加に気付くことをより確実に抑制することができる。この場合、スワール比についても、同様にして徐々に通常時の値に戻すようにしてもよい。

また、上記ステップ１０６では、上記ステップ１０２で判定された加速の程度に応じて、内部ＥＧＲ割合の増加幅を変えることとしてもよい。例えば、急加速時には内部ＥＧＲ割合の増加幅を比較的小さくし、それほど急な加速でない場合には内部ＥＧＲ割合の増加幅を比較的大きくするようにしてもよい。これにより、燃料噴射量が多くなる急加速時であっても、スモークが増加することを抑制することができる。

なお、上述した実施の形態１では、パイロット噴射回数を、低速域で２回、高速域で１回としているが、パイロット噴射の回数はこれに限定されるものではない。例えば、パイロット噴射回数を、低速域で３回、高速域で２回としてもよい。

また、上記ステップ１０８のスワール比のアップは、一部の運転領域でのみ行うようにしてもよく、あるいは全域で行わないようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１では、加速時のみ、すなわち機関負荷の増大を伴って機関回転速度がマルチパイロット領域からシングルパイロット領域に移行した場合にのみ、燃焼騒音増加を抑制する制御を実施するようにしている。これに対し、本発明では、機関負荷が一定のままで機関回転速度がマルチパイロット領域からシングルパイロット領域に移行した場合にも、燃焼騒音増加を抑制する制御を実施するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、内部ＥＧＲ割合が前記第１の発明における「着火時期に関与するパラメータ」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、図６に示すマップに従って噴射パターンの切り替えを実施することにより前記第１および第７の発明における「回数変更手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第１、第２および第８の発明における「着火時期制御手段」が、それぞれ実現されている。

また、ＥＣＵ５０が、吸気可変動弁機構５２および排気可変動弁機構５８を制御して負のバルブオーバーラップの大きさを変化させることにより前記第４の発明における「内部ＥＧＲ割合可変手段」が、吸気可変動弁機構５２を制御してタンジェンシャルポート３５ｂ側の吸気弁５２の閉じ時期を変化させることにより前記第５の発明における「スワール比可変手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第５の発明における「スワール制御手段」が、増加させた内部ＥＧＲ割合を図９に示すようにして徐々に通常時の値に戻すことにより前記第１０の発明における「着火時期制御手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１では、燃焼騒音を抑えるために着火時期を早める（着火遅れを短くする）手法として、内部ＥＧＲ割合を増大させる方法を採用しているが、着火時期を制御する方法はこれに限定されるものではない。例えば、圧縮比を可変とする圧縮比可変機構を備えたディーゼル機関の場合には、圧縮比を高くすると、圧縮端温度が高くなり、着火遅れを短くすることができるので、燃焼騒音を低減することができる。また、吸気可変動弁機構５４によって吸気弁５２の閉じ時期を下死点に近づけることで実圧縮比を高くした場合にも、同様に燃焼騒音を低減することができる。

図１０は、実圧縮比を高くする場合の吸気弁５２のリフト特性を示す図である。図１０中の実線のグラフは、通常時における吸気弁５２のリフトカーブである。このリフトカーブでは、吸気弁５２の閉じ時期（ＩＶＣ）は、下死点（ＢＤＣ）より後になっている。一方、図１０中の破線のグラフは、実圧縮比をアップした時の吸気弁５２のリフトカーブである。このリフトカーブのように、吸気弁５２の閉じ時期を通常時よりも下死点に近づけると、有効な圧縮行程が長くなるので、実圧縮比（実質的な圧縮比）を高くすることができる。その結果、着火遅れを短くし、燃焼騒音を低減することができる。

よって、上記ステップ１０６では、内部ＥＧＲ割合を増加させることに代えて、圧縮比または実圧縮比を通常時より高くする処理を行うようにしてもよい。この場合であっても、上述したのと同様の効果が得られる。この場合には、圧縮比または実圧縮比が前記第１の発明における「着火時期に関与するパラメータ」に相当し、ＥＣＵ５０が、吸気可変動弁機構５４を制御して吸気弁５２の閉じ時期を変化させることにより前記第６の発明における「圧縮比可変手段」が実現される。

なお、上述した実施の形態１で述べた各変形例は、後述する各実施の形態においても同様に適用可能である。

実施の形態２．
次に、図１１および図１２を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、前述した図１および図２に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図１２に示すルーチンの処理を実行させることにより、実現することができる。

［実施の形態２の特徴］
前述した実施の形態１では、加速時にマルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射へ噴射パターンの切り替えを実施する場合、図６に示す定常運転状態でのマップに従って、２０００ｒｐｍを境界として切り替えを実施することとしていた。

これに対し、本実施形態では、加速時においては、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射へ噴射パターンの切り替えを実施する機関回転速度を定常時の値（ここでは２０００ｒｐｍ）よりも高速側（例えば２５００ｒｐｍ）にシフトさせることとした。

本実施形態では、前述した実施の形態１と同様に、加速時に噴射パターンの切り替えを実施する場合、スワール比をアップすることとしている。前述したように、機関回転速度が高いときにマルチパイロット噴射を実施すると、スモークが増加し易くなるが、スワール比のアップを併せて実施することにより、スモークの増加を抑制することが可能である。このため、本実施形態では、スモークを増加させることなく、噴射パターンの切り替えを実施する機関回転速度を高速側にシフトすることができる。

マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射への切り替えは、高速な機関回転速度で実施された場合ほど、燃焼騒音の増加を運転者に気付かれにくくすることができる。機関回転速度が高速であるほど、ディーゼル機関１０の機械騒音が大きく、また車速が高いので、風切り音やロードノイズも大きい。このため、燃焼騒音が他の騒音と比べて相対的に小さくなるからである。よって、本実施形態によれば、加速時に噴射パターンの切り替わり回転数を高速側にシフトすることにより、運転者が燃焼騒音の増加に違和感を感ずることをより確実に抑制することができる。

更に、本実施形態では、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射へ切り替えた後、メイン噴射の時期を通常時より遅くすることとした。図１１は、通常時のメイン噴射時期と、加速時にマルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射へ切り替わった場合のメイン噴射時期とを比較するための図である。一般に、メイン噴射時期を遅らせると、最大筒内圧Ｐ_maxが低下するので、燃焼騒音を低減することができる。しかしながら、メイン噴射時期を遅らせると、噴射された燃料が着火しにくくなり、ＨＣ排出量が増加したり失火し易くなったりする。このため、メイン噴射時期のリタードには限界がある。

一方、本実施形態では、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射へ切り替えた後、内部ＥＧＲ割合を通常時より多くすることとしている。内部ＥＧＲ割合を増加させると、圧縮端温度が高くなり、着火性能が良くなるので、メイン噴射時期のリタード限界をより遅い時期にすることができる。このため、本実施形態では、図１１に示すように、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射へ切り替えた後のメイン噴射時期のリタードを実施することが可能となる。そして、このメイン噴射時期のリタードにより、燃焼騒音を更に抑制することができるので、運転者が燃焼騒音の増加に違和感を感ずることを更に確実に抑制することができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図１２は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図１２において、図８に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。図１２に示すルーチンは、ステップ１０２と１０４との間にステップ１１２が、ステップ１０８と１１０との間にステップ１１４が、それぞれ挿入されていること以外は、図８に示すルーチンと同様である。

図１２に示すルーチンによれば、ステップ１００および１０２においてディーゼル機関１０が低速域からの加速状態にあると判別された場合には、噴射パターンの切り替わり回転数が定常時の値（本実施形態では２０００ｒｐｍ）よりも高速側（例えば２５００ｒｐｍ）にシフトされる。そして、そのシフトされた切り替わり回転数に機関回転速度が到達したときに、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射への切り替えが実施される（ステップ１０４）。

また、図１２に示すルーチンによれば、シングルパイロット噴射への切り替えが実施された場合、内部ＥＧＲ割合の増加（ステップ１０６）、スワール比のアップ（ステップ１０８）と併せて、メイン噴射時期を通常時より遅くする処理が更に実施される（ステップ１１４）。

以上のような図１２に示すルーチンよれば、上記ステップ１１２および１１４の処理が追加されたことにより、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射への切り替えが実施された場合に、運転者が燃焼騒音の増加に違和感を感ずることを極めて有効に抑制することができる。なお、上記ステップ１１２および１１４の処理の何れか一方を行うようにしてもよい。その場合であっても、運転者が燃焼騒音の増加に違和感を感ずることを有効に抑制することができる。

上述した実施の形態２では、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第３の発明における「噴射時期リタード手段」が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第９の発明における「シフト手段」が、それぞれ実現されている。

以上説明した各実施の形態においては、パイロット噴射の回数を機関回転速度に応じて変更するシステムにおいてその切り替わり時の燃焼騒音を抑制する場合を例に説明したが、本発明は、パイロット噴射の回数を機関回転速度以外の他の運転状態に応じて変更するシステムにも適用することが可能である。

例えば、ディーゼル機関１０の冷間始動後の暖機途中で、冷却水温センサ６８で検出される冷却水温に応じてパイロット噴射の回数を変更するシステムも考えられる。ディーゼル機関１０が冷えている状態では、燃焼騒音が大きくなり易いので、燃焼騒音を低減する観点からはマルチパイロット噴射をすることが好ましい。一方、ディーゼル機関１０が暖機された後は、ＮＯｘ排出量を低減するため、シングルパイロット噴射をすることが好ましい。そこで、暖機時に、初めはマルチパイロット噴射とし、ある冷却水温に到達した後、シングルパイロット噴射に切り替える制御を行うことが考えられる。その場合に、マルチパイロット噴射からシングルパイロット噴射に切り替えた際の燃焼騒音の増加を、前述した実施の形態と同様の手法によって抑制するようにしてもよい。この場合には、冷却水温が前記第１の発明における「運転状態」に相当する。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 図１に示すディーゼル機関の一つの気筒の断面を示す図である。 負のバルブオーバーラップを説明するための図である。 図１に示すディーゼル機関の一つの気筒の模式的な平面図である 図１に示すシステムで実施されるパイロット噴射を説明するための図である。 マルチパイロット領域と、シングルパイロット領域とを示す図である。 機関回転速度および機関負荷と、レール圧との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 内部ＥＧＲ割合の経時変化を示す図である。 実圧縮比を高くする場合の吸気弁のリフト特性を示す図である。 通常時のメイン噴射時期と、噴射パターン切り替え時のメイン噴射時期とを示す図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ ディーゼル機関
１２ インジェクタ
１４ コモンレール
１８ 排気通路
２０ 排気マニホールド
２２ 排気ポート
２４ ターボ過給機
２６ 触媒
２８ 吸気通路
３４ 吸気マニホールド
３５ 吸気ポート
３５ａ ヘリカルポート
３５ｂ タンジェンシャルポート
３６ 吸気絞り弁
３８ エアフローメータ
４０ 外部ＥＧＲ通路
４４ ＥＧＲ弁
４８ アクセル開度センサ
５０ ＥＣＵ
５２ 吸気弁
５４ 吸気可変動弁機構
５６ 排気弁
５８ 排気可変動弁機構
６２ クランク角センサ
６４ ピストン
６８ 冷却水温センサ

Claims (10)

1. メイン噴射に先立って行われるパイロット噴射の回数を、内燃機関の運転状態に応じて変更する回数変更手段と、
   パイロット噴射の回数が変更されるときに、その変更に起因して生ずる燃焼騒音の変化が緩和されるように、着火時期に関与するパラメータを一時的に通常時の値と異なる値にする着火時期制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記着火時期制御手段は、パイロット噴射の回数が減らされるときに、前記パラメータを着火時期が早くなる方向に一時的に変化させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記着火時期制御手段によって前記パラメータが着火時期が早くなる方向に変更されている間、メイン噴射の時期を通常時より遅くする噴射時期リタード手段を更に備えることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の内部ＥＧＲ割合を可変とする内部ＥＧＲ割合可変手段を更に備え、
   前記パラメータは、前記内部ＥＧＲ割合と相関するパラメータであり、
   前記着火時期が早くなる方向は、前記内部ＥＧＲ割合を増大させる方向であることを特徴とする請求項２または３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記内燃機関のスワール比を可変とするスワール比可変手段と、
   前記着火時期制御手段によって、前記パラメータが、前記内部ＥＧＲ割合が増大する方向に変更されるときに、前記スワール比が通常時より大きくなるように前記スワール比可変手段を制御するスワール制御手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関の圧縮比または実圧縮比を可変とする圧縮比可変手段を更に備え、
   前記パラメータは、前記圧縮比または前記実圧縮比であり、
   前記着火時期が早くなる方向は、前記圧縮比または実圧縮比を高くする方向であることを特徴とする請求項２または３記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記回数変更手段は、前記内燃機関の運転領域を比較的低速側の領域とそれより高速側の領域とに分けて、前記高速側の領域でのパイロット噴射の回数を、前記低速側の領域でのパイロット噴射の回数よりも少なくすることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記着火時期制御手段は、機関負荷の増大を伴って機関回転速度が前記低速側の領域から前記高速側の領域へ移行する場合に機能し、そうでない場合には機能しないことを特徴とする請求項７記載の内燃機関の制御装置。
9. 機関負荷の増大を伴って機関回転速度が上昇する場合には、パイロット噴射の回数を切り替える境界の機関回転速度を、定常状態のときと比べて高速側にシフトするシフト手段を更に備えることを特徴とする請求項７または８記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記着火時期制御手段は、前記パラメータを通常時の値と異なる値にした後、前記パラメータを徐々に通常時の値に戻すことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

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