特許 7068021 内燃機関の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-06

(45)【発行日】2022-05-16

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/38 20060101AFI20220509BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20220509BHJP

【ＦＩ】

F02D41/38

F02D45/00

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018086727

(22)【出願日】2018-04-27

(65)【公開番号】P2019190440

(43)【公開日】2019-10-31

【審査請求日】2020-09-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100147555

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 公一

(74)【代理人】

【識別番号】100123593

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 宣夫

(74)【代理人】

【識別番号】100167461

【弁理士】

【氏名又は名称】上木 亮平

(72)【発明者】

【氏名】葛山 裕史

【審査官】戸田 耕太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１５７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１８９００１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０３８９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３０３８９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８０３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０６５５０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２２５１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２５４６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１００５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０３１８４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４１／３８

Ｆ０２Ｄ ４５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

機関本体と、
前記機関本体の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼室内で段階的に複数回の熱発生が生じるように、少なくともプレ燃料噴射、第１メイン燃料噴射、及び第２メイン燃料噴射を順次実施して予混合圧縮着火燃焼を行う燃焼制御部を備え、
前記燃焼制御部は、
前記プレ燃料噴射、前記第１メイン燃料噴射、及び前記第２メイン燃料噴射の各目標噴射量、及び各目標噴射時期を設定する目標値設定部と、
前記機関本体の温度、又は前記機関本体の温度と相関関係にあるパラメータの温度が所定温度以下の冷間時には、温間時と比較して前記プレ燃料噴射の目標噴射量を増量させると共に前記第２メイン燃料噴射の目標噴射量を減量させる補正を実施する補正部と、
を備える、
内燃機関の制御装置。

【請求項2】

前記補正部は、
前記プレ燃料噴射の目標噴射量を増量させる補正を実施するときは、その増量分だけ前記第２メイン燃料噴射の目標噴射量を減量させる補正を実施する、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項3】

前記補正部は、
前記プレ燃料噴射の目標噴射量を増量させる補正を実施する場合に、その増量分だけ前記第２メイン燃料噴射の目標噴射量を減量させる補正を実施すると、前記第２メイン燃料噴射の目標噴射量に対する前記プレ燃料噴射の目標噴射量と前記第１メイン燃料噴射の目標噴射量との合計量の比率が所定比率よりも大きくなるときは、前記第２メイン燃料噴射によって噴射された燃料の燃焼に起因する明確な熱発生を生じさせるべく、前記比率が前記所定比率以下となるように、前記増量分を前記第１メイン燃料噴射の目標噴射量と前記第２メイン燃料噴射の目標噴射量とから減量させる補正を実施する、
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項4】

前記目標値設定部は、
前記燃焼室内で段階的に３回の熱発生を生じさせて筒内圧力上昇率の時間的変化を示す圧力波形が三山形状となるように、かつ前記圧力波形の一山目と二山目のピーク値の間隔と、二山目と三山目のピーク値の間隔と、が異なるように、前記プレ燃料噴射、前記第１メイン燃料噴射、及び前記第２メイン燃料噴射の各目標噴射量、及び目標噴射時期を、機関運転状態に応じて予め設定する、
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項5】

前記圧力波形の一山目と二山目のピーク値の間隔は、二山目と三山目のピーク値の間隔よりも広い、
請求項４に記載の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】

特許文献１には、従来の内燃機関の制御装置として、メイン燃料噴射を２回に分けて実施して予混合圧縮着火燃焼（ＰＣＣＩ；Premix Charged Compressive Ignition）を行うことで、段階的に２回の熱発生を生じさせて、筒内圧力上昇率の時間的変化を示す圧力波形（筒内圧力上昇率パターン）の形状が二山形状となるように構成されたものが開示されている。特許文献１によれば、これにより燃焼騒音を低減することができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－０６８２８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、前述した従来の内燃機関の制御装置は、暖機完了前の冷間時のことを考慮していなかった。冷間時は燃料の着火性が悪化するため、暖機完了後の温間時と比較して燃料の着火遅れ時間が長くなりやすい。そのため冷間時には、メイン燃料噴射を２回に分割しても、各燃料噴射によって噴射された燃料が段階的に燃焼せずに同時期に燃焼してしまう場合がある。その結果、冷間時においては、筒内圧力上昇率の時間的変化を示す圧力波形（筒内圧力上昇率パターン）の形状が二山形状とならずに一山形状となってしまい、燃焼騒音が増大する場合がある。

【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、冷間時における燃焼騒音の増大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、機関本体と、機関本体の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、燃焼室内で段階的に複数回の熱発生が生じるように、少なくともプレ燃料噴射、第１メイン燃料噴射、及び第２メイン燃料噴射を順次実施して予混合圧縮着火燃焼を行う燃焼制御部を備える。燃焼制御部は、プレ燃料噴射、第１メイン燃料噴射、及び第２メイン燃料噴射の各目標噴射量、及び各目標噴射時期を設定する目標値設定部と、機関本体の温度、又は機関本体の温度と相関関係にあるパラメータの温度が所定温度以下のときに、プレ燃料噴射の目標噴射量を増量させると共に第２メイン燃料噴射の目標噴射量を減量させる補正を実施する補正部と、を備えるように構成される。

【発明の効果】

【0007】

本発明のこの態様によれば、冷間時における燃焼騒音の増大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、本発明の第１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、内燃機関の機関本体の断面図である。

【図3】図３は、本発明の第１実施形態によるクランク角と熱発生率との関係を示した図である。

【図4】図４は、本発明の第１実施形態によるクランク角と筒内圧力上昇率との関係を示した図である。

【図5】図５は、本発明の第１実施形態の変形例によるクランク角と熱発生率との関係を示した図である。

【図6】図６は、本発明の第１実施形態の変形例によるクランク角と筒内圧力上昇率との関係を示した図である。

【図7】図７は、本発明とは異なる比較例の冷間時におけるクランク角と熱発生率との関係を示した図である。

【図8】図８は、本発明の第１実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。

【図9】図９は、冷却水の温度に基づいて補正量Ｃｐを算出するためのテーブルを示す図である。

【図10】図１０は、本発明の第２実施形態による燃焼制御について説明するフローチャートである。

【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】

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１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。図２は、内燃機関１００の機関本体１の断面図である。

【0011】

図１に示すように、内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、吸気動弁装置５と、排気動弁装置６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１１内（図２参照）で燃料を燃焼させて、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には、気筒毎に一対の吸気弁５０と一対の排気弁６０とが設けられる。

【0013】

燃料供給装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、デリバリパイプ２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３と、圧送パイプ２４と、燃圧センサ２１１と、を備える。

【0014】

燃料噴射弁２０は、燃焼室１１内に直接燃料を噴射することができるように、各気筒１０の燃焼室１１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（噴射量）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１１内に直接燃料が噴射される。

【0015】

デリバリパイプ２１は、圧送パイプ２４を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２４の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。デリバリパイプ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、デリバリパイプ２１に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接噴射される。

【0016】

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、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。

【0017】

燃圧センサ２１１は、デリバリパイプ２１に設けられる。燃圧センサ２１１は、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち各燃料噴射弁２０から各気筒１０内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出する。

【0018】

吸気装置３は、燃焼室１１内に空気を導くための装置であって、燃焼室１１内に吸入される空気の状態（吸気圧力（過給圧）、吸気温度、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。すなわち吸気装置３は、燃焼室１１内の酸素密度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、エアクリーナ３０と、吸気管３１と、ターボチャージャ３２のコンプレッサ３２ａと、インタクーラ３３と、吸気マニホールド３４と、電子制御式のスロットル弁３５と、エアフローメータ２１２と、ＥＧＲ通路３６と、ＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、を備える。

【0019】

エアクリーナ３０は、空気中に含まれる砂などの異物を除去する。

【0020】

吸気管３１は、一端がエアクリーナ３０に連結され、他端が吸気マニホールド３４のサージタンク３４ａに連結される。

【0021】

ターボチャージャ３２は過給機の一種であり、排気のエネルギを利用して空気を強制的に圧縮し、その圧縮した空気を各燃焼室１１に供給する。これにより充填効率が高められるので、機関出力が増大する。コンプレッサ３２ａは、ターボチャージャ３２の一部を構成する部品であり、吸気管３１に設けられる。コンプレッサ３２ａは、同軸上に設けられた後述するターボチャージャ３２のタービン３２ｂによって回されて、空気を強制的に圧縮する。なおターボチャージャ３２に替えて、クランクシャフト（図示せず）の回転力を利用して機械的に駆動される過給機（スーパチャージャ）を用いても良い。

【0022】

インタクーラ３３は、コンプレッサ３２ａよりも下流の吸気管３１に設けられ、コンプレッサ３２ａによって圧縮されて高温となった空気を冷却する。

【0023】

吸気マニホールド３４は、サージタンク３４ａと、サージタンク３４ａから分岐して機関本体１の内部に形成されている各吸気ポート１４（図２参照）の開口に連結される複数の吸気枝管３４ｂと、を備える。サージタンク３４ａに導かれた空気は、吸気枝管３４ｂ、及び吸気ポート１４を介して各燃焼室１１内に均等に分配される。このように、吸気管３１、吸気マニホールド３４及び各吸気ポート１４が、各燃焼室１１内に空気を導くための吸気通路を形成する。サージタンク３４ａには、サージタンク３４ａ内の圧力（吸気圧力）を検出するための圧力センサ２１３と、サージタンク３４ａ内の温度（吸気温度）を検出するための温度センサ２１４と、が取り付けられている。

【0024】

スロットル弁３５は、インタクーラ３３とサージタンク３４ａとの間の吸気管３１内に設けられる。スロットル弁３５は、スロットルアクチュエータ３５ａによって駆動され、吸気管３１の通路断面積を連続的又は段階的に変化させる。スロットルアクチュエータ３５ａによってスロットル弁３５の開度を調整することで、各燃焼室１１内に吸入される空気の流量を調整することができる。

【0025】

エアフローメータ２１２は、コンプレッサ３２ａよりも上流側の吸気管３１内に設けられる。エアフローメータ２１２は、吸気通路内を流れて最終的に各燃焼室１１内に吸入される空気の流量（以下「吸入空気量」という。）を検出する。

【0026】

ＥＧＲ通路３６は、後述する排気マニホールド４０と吸気マニホールド３４のサージタンク３４ａとを連通し、各燃焼室１１から排出された排気の一部を圧力差によってサージタンク３４ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３６に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」といい、筒内ガス量に占めるＥＧＲガス量の割合、すなわち排気の還流率のことを「ＥＧＲ率」という。ＥＧＲガスをサージタンク３４ａ、ひいては各燃焼室１１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。

【0027】

ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲ通路３６に設けられる。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。

【0028】

ＥＧＲ弁３８は、ＥＧＲクーラ３７よりもＥＧＲガスの流れ方向下流側のＥＧＲ通路３６に設けられる。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の開度を制御することで、サージタンク３４ａに還流させるＥＧＲガスの流量が調節される。すなわち、吸入空気量や吸気圧力（過給圧）等に応じてＥＧＲ弁３８の開度を適切な開度に制御することで、ＥＧＲ率を任意の値に制御することができる。

【0029】

排気装置４は、各燃焼室内で生じた排気を浄化して外気に排出するための装置であって、排気マニホールド４０と、排気管４１と、ターボチャージャ３２のタービン３２ｂと、排気後処理装置４２と、を備える。

【0030】

排気マニホールド４０は、機関本体１の内部に形成されている各排気ポート１５（図２参照）の開口と連結される複数の排気枝管と、排気枝管を集合させて１本にまとめた集合管と、を備える。

【0031】

排気管４１は、一端が排気マニホールド４０の集合管に連結され、他端が開口端となっている。各燃焼室１１から排気ポートを介して排気マニホールド４０に排出された排気は、排気管４１を流れて外気に排出される。

【0032】

タービン３２ｂは、ターボチャージャ３２の一部を構成する部品であり、排気管４１に設けられる。タービン３２ｂは、排気のエネルギによって回されて、同軸上に設けられたコンプレッサ３２ａを駆動する。

【0033】

タービン３２ｂの外側には、可変ノズル３２ｃが設けられている。可変ノズル３２ｃは絞り弁として機能し、可変ノズル３２ｃ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３２ｃのノズル開度を変化させることでタービン３２ｂを駆動する排気の流速を変化させることができる。すなわち、可変ノズル３２ｃのノズル開度を変化させることで、タービン３２ｂ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３２ｃのノズル開度を小さくする（可変ノズル３２ｃを絞る）と、排気の流速が上がってタービン３２ｂの回転速度が増大し、過給圧が増大する。

【0034】

排気後処理装置４２は、タービン３２ｂよりも下流側の排気管４１に設けられる。排気後処理装置４２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（例えば三元触媒）を担体に担持させたものである。

【0035】

吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置５は、吸気弁５０の開閉時期を制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成される。

【0036】

排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置６は、排気弁６０の開閉時期を制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって排気弁６０を開閉駆動するように構成される。

【0037】

なお、吸気動弁装置５及び排気動弁装置６としては、電磁アクチュエータに限らず、例えばカムシャフトによって吸気弁５０又は排気弁６０を開閉駆動するように構成し、当該カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対するカムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、吸気弁５０又は排気弁６０の開閉時期を制御できるようにしてもよい。

【0038】

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。

【0039】

入力ポート２０５には、前述した燃圧センサ２１１などの出力信号の他にも、機関本体１を冷却する冷却水の温度を検出するための水温センサ２１５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、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２２１の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１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２２２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。

【0040】

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などの各制御部品に接続される。

【0041】

電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。

【0042】

電子制御ユニット２００は、間隔を空けて複数回の燃料噴射を行う分割噴射を実施して機関本体１の運転を行う。

【0043】

図３は、機関運転状態（機関回転速度、及び機関負荷）が一定の定常運転時において、本実施形態による分割噴射を実施して燃料を燃焼させた場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。また図４は、この場合のクランク角と筒内圧力上昇率との関係を示した図である。

【0044】

なお熱発生率（ｄＱ／ｄθ）［Ｊ／ｄｅｇ．ＣＡ］とは、燃料を燃焼させたときに生じる単位クランク角あたりの熱量、すなわち単位クランク角あたりの熱発生量Ｑのことである。以下の説明では、このクランク角と熱発生率との関係を示した燃焼波形、すなわち熱発生率の時間的変化を示す燃焼波形のことを、必要に応じて「熱発生率パターン」という。また筒内圧力上昇率（ｄＰ／ｄθ）［ｋＰａ／ｄｅｇ．ＣＡ］とは、筒内圧力Ｐ［ｋＰａ］のクランク角微分値のことである。以下の説明では、このクランク角と筒内圧力上昇率との関係を示した圧力波形、すなわち筒内圧力上昇率の時間的変化を示す圧力波形のことを、必要に応じて「筒内圧力上昇率パターン」という。

【0045】

図３に示すように電子制御ユニット２００は、プレ燃料噴射Ｇｐ、第１メイン燃料噴射Ｇ１、及び第２メイン燃料噴射Ｇ２を順次実施して機関本体１の運転を行う。なおプレ燃料噴射Ｇｐは、基本的にプレ燃料を第１メイン燃料よりも進角側で自着火させ、これにより筒内温度を上昇させて第１メイン燃料の自着火を誘発させるために行われる噴射である。一方で第１メイン燃料噴射Ｇ１、及び第２メイン燃料噴射Ｇ２は、基本的に機関負荷に応じた要求トルクを出力するために行われる噴射である。

【0046】

このとき本実施形態では、プレ燃料、第１メイン燃料、及び第２メイン燃料が、基本的に燃料噴射後に空気との予混合期間をある程度置いた上で燃焼する予混合圧縮自着火燃焼を起こすように、各燃料噴射Ｇｐ、Ｇ１、Ｇ２の噴射量と噴射時期とをそれぞれ制御して、段階的に複数回の熱発生が生じるようにしている。

【0047】

具体的には本実施形態では、図３に示すように、プレ燃料が燃焼したときの熱発生によって熱発生率パターンの一山目の燃焼波形Ｘ１が形成され、次に第１メイン燃料が燃焼したときの熱発生によって熱発生率パターンの二山目の燃焼波形Ｘ２が形成され、最後に第２メイン燃料が燃焼したときの熱発生によって熱発生率パターンの三山目の燃焼波形Ｘ３が形成されるように各燃料噴射Ｇｐ、Ｇ１、Ｇ２の噴射量と噴射時期とを制御して、熱発生率パターンが三山形状となるようにしている。

【0048】

そしてこれにより、図４に示すように、プレ燃料が燃焼したときの熱発生によって筒内圧力上昇率パターンの一山目の圧力波形Ｙ１が形成され、次に第１メイン燃料が燃焼したときの熱発生によって筒内圧力上昇率パターンの二山目の圧力波形Ｙ２が形成され、最後に第２メイン燃料が燃焼したときの熱発生によって筒内圧力上昇率パターンの三山目の圧力波形Ｙ３が形成されるようにして、熱発生率パターンと共に筒内圧力上昇率パターンも三山形状となるようにしている。

【0049】

なお図５に示す本実施形態の変形例のように、プレ燃料、及び第１メイン燃料が燃焼したときの熱発生によって熱発生率パターンの一山目の燃焼波形Ｘ１が形成され、その後、第２メイン燃料が燃焼したときの熱発生によって熱発生率パターンの二山目の燃焼波形Ｘ２が形成されるように各燃料噴射Ｇｐ、Ｇ１、Ｇ２の噴射量と噴射時期とを制御して、熱発生率パターンが二山形状となるようにしてもよい。

【0050】

そしてこれにより、図６に示すように、プレ燃料、及び第１メイン燃料が燃焼したときの熱発生によって筒内圧力上昇率パターンの一山目の圧力波形Ｙ１が形成され、その後、第２メイン燃料が燃焼したときの熱発生によって筒内圧力上昇率パターンの二山目の圧力波形Ｙ２が形成されるようにして、熱発生率パターンと共に筒内圧力上昇率パターンが二山形状となるようにしてもよい。

【0051】

このように、適切な間隔を空けて段階的に複数回の熱発生を生じさせることで、各熱発生によって生じる各圧力波のうち、隣り合う熱発生によって生じる２つの圧力波（図４に示す例では、プレ燃料と第１メイン燃料の燃焼時にそれぞれ生じる圧力波、及び第１メイン燃料と第２メイン燃料の燃焼時にそれぞれ生じる圧力波。図６に示す例では、第１メイン燃料と第２メイン燃料の燃焼時にそれぞれ生じる圧力波。）の位相を特定の周波数帯域でずらすことができる。

【0052】

そのため、例えば一方の圧力波の位相に対して、他方の位相を逆位相にするなど、２つの圧力波の位相を適切にずらすことで、これら２つの圧力波を重ね合わせた特定の周波数帯域における実際の圧力波の振幅を小さくすることができる。これにより、特定の周波数帯域における燃焼騒音［ｄＢ］を低減させることができ、結果として全体的な燃焼騒音を低減させることができる。

【0053】

なお、燃焼騒音を低減させることが可能な周波数帯域は、２つの圧力波の間隔によって変化し、基本的に２つの圧力波の間隔が狭くなるほど、高周波側の燃焼騒音を低減させることができる。２つの圧力波の間隔とは、例えば図４で言えば、圧力波形Ｙ１のピーク値Ｐ１と圧力波形Ｙ２のピーク値Ｐ２との間隔や、圧力波形Ｙ２のピーク値Ｐ２と圧力波形Ｙ３のピーク値Ｐ３との間隔のことである。

【0054】

したがって本実施形態のように、筒内圧力上昇率パターンが三山形状となるように各燃料噴射Ｇｐ、Ｇ１、Ｇ２を実施して、ピーク値Ｐ１からピーク値Ｐ２までの間隔と、ピーク値Ｐ２とピーク値Ｐ３までの間隔と、を異ならせることで、低周波数側と高周波数側の２つの周波数帯域における燃焼騒音［ｄＢ］を低減させることができる。そのため、筒内圧力上昇率パターンが三山形状となるように各燃料噴射Ｇｐ、Ｇ１、Ｇ２を実施することで、筒内圧力上昇率パターンが二山形状となるように各燃料噴射Ｇｐ、Ｇ１、Ｇ２を実施した場合よりも、全体的な燃焼騒音を低減させることができる。

【0055】

ところで本実施形態では、このように適切な間隔を空けて段階的に複数回の熱発生を生じさせることで燃焼騒音の低減を図っているが、暖機完了前の冷間時には、暖機完了後の温間時と比較して圧縮開始時における筒内温度が低くなる傾向にある。そのため、冷間時には燃料の着火性が悪化して、燃料の着火遅れ時間が長くなりやすい。特に本実施形態のような分割噴射を実施している場合には、最初に実施されるプレ燃料噴射Ｇｐによって噴射される燃料（プレ燃料）の着火遅れ時間が長くなりやすい。

【0056】

その結果、冷間時にはプレ燃料、ひいては第１メイン燃料の着火時期が遅角してしまい、図７に示すように各燃料噴射Ｇｐ、Ｇ１、Ｇ２によって噴射された燃料が段階的に燃焼せずに同時期に燃焼してしまって熱発生率パターンが一山形状になってしまうおそれがある。そうすると、筒内圧力上昇率パターンも一山形状になってしまうので、燃焼騒音を低減することができなくなってしまう。

【0057】

そこで本実施形態では、冷間時には、温間時と比較してプレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑｐを増量させることとした。これにより、プレ燃料の着火性の悪化を抑制して、適切な間隔を空けて段階的に複数回の熱発生を生じさせることができる。

【0058】

また本実施形態では、プレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑｐを増量させるにあたって、その増量分を基本的に第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射量Ｑ２から減量することとした。これは、以下の理由によるものである。

【0059】

すなわち本実施形態では、プレ燃料、第１メイン燃料、及び第２メイン燃料が、予混合圧縮自着火燃焼を起こすように各燃料噴射Ｇｐ、Ｇ１、Ｇ２を順次実施しているため、最後に実施される第２メイン燃料噴射Ｇ２によって噴射される燃料（第２メイン燃料）は、プレ燃料や第１メイン燃料と比較して着火するまでの空気との予混合期間が短くなる傾向にある。予混合期間が短いと、予混合期間が長い場合と比較して燃料濃度の高い混合気魂が燃焼することになる。そのため、酸素不足によってスモークの原因となる煤が生成されやすくなる。

【0060】

したがって、プレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑｐを増量させるにあたって、その増量分を第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射量Ｑ２から減量することで、予混合期間が短い予混合気が燃焼する割合を減らすことができる。そのため、スモークの原因となる煤の発生量を抑制することができる。以下、図８を参照してこの本実施形態による燃焼制御について説明する。

【0061】

図８は、この本実施形態による燃焼制御について説明するためのフローチャートである。

【0062】

ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、クランク角センサ２２２の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ２２１によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。

【0063】

ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、プレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑｐ、第１メイン燃料噴射Ｇ１の目標噴射量Ｑ１、及び第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射量Ｑ２をそれぞれ設定する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、機関負荷に基づいて、目標噴射量Ｑｐ、目標噴射量Ｑ１、及び目標噴射量Ｑ２を設定する。

【0064】

ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、プレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射時期Ａｐ、第１メイン燃料噴射Ｇ１の目標噴射時期Ａ１、及び第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射時期Ａ２をそれぞれ設定する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成されたテーブルを参照し、機関運転状態に基づいて、目標噴射時期Ａｐ、目標噴射時期Ａ１、及び目標噴射時期Ａ２を設定する。

【0065】

ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、機関本体１の温度、又は機関本体１の温度と相関関係にあるパラメータの温度に基づいて、冷間時であるか否かを判断する。機関本体１の温度と相関関係にあるパラメータとしては、例えば機関本体１を冷却するための冷却水の温度や、機関本体１の摺動部潤滑用の潤滑油の温度などが挙げられる。本実施形態では電子制御ユニット２００は、水温センサ２１５によって検出した冷却水の温度が所定温度以上であれば、温間時であると判断してステップＳ５の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、冷却水の温度が所定温度未満であれば、冷間時であると判断してステップＳ６の処理に進む。

【0066】

ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、各燃料噴射Ｇｐ、Ｇ１、Ｇ２の噴射量、及び噴射時期が、それぞれ設定された目標噴射量Ｑｐ、Ｑ１、Ｑ２、及び目標噴射時期Ａｐ、Ａ１、Ａ２となるように、各燃料噴射Ｇｐ、Ｇ１、Ｇ２を実施する。

【0067】

ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、プレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑｐに対する補正量Ｃｐを算出する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成された図９に示すテーブルを参照し、冷却水の温度に基づいて補正量Ｃｐを算出する。図９に示すように、補正量Ｃｐは、基本的に冷却水の温度が低いときの方が、高いときよりも大きくなる。

【0068】

ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、プレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑｐ、及び第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射量Ｑ２を補正する。具体的には電子制御ユニット２００は、目標噴射量Ｑｐに補正量Ｃｐを加算すると共に、目標噴射量Ｑ２から補正量Ｃｐを減算する補正を実施する。

【0069】

以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の燃焼室１１内に燃料を噴射する燃料噴射弁２０と、を備える内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００（制御装置）が、燃焼室１１内で段階的に複数回の熱発生が生じるように、少なくともプレ燃料噴射Ｇｐ、第１メイン燃料噴射Ｇ１、及び第２メイン燃料噴射Ｇ２を順次実施して予混合圧縮着火燃焼を行う燃焼制御部を備える。

【0070】

そして燃焼制御部は、プレ燃料噴射Ｇｐ、第１メイン燃料噴射Ｇ１、及び第２メイン燃料噴射Ｇ２の各目標噴射量Ｑｐ、Ｑ１、Ｑ２、及び目標噴射時期Ａｐ、Ａ１、Ａ２を設定する目標値設定部と、機関本体１の温度、又は機関本体１の温度と相関関係にあるパラメータの温度が所定温度以下のときに、プレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑｐを増量させると共に第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射量を減量させる補正を実施する補正部と、を備えるように構成されている。具体的には補正部は、プレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑｐを増量させる補正を実施するときは、その増量分だけ第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射量Ｑ２を減量させる補正を実施するように構成されている。

【0071】

これにより、機関本体１の温度、又は機関本体１の温度と相関関係にあるパラメータの温度が所定温度以下の冷間時には、プレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑｐが増量させられるので、各噴射燃料の着火性の悪化を抑制することができる。

【0072】

そのため、冷間時において、プレ燃料、ひいては第１メイン燃料の着火時期が遅角してしまって、各燃料噴射Ｇｐ、Ｇ１、Ｇ２によって噴射された燃料が段階的に燃焼せずに同時期に燃焼してしまうのを抑制することができる。すなわち、冷間時においても、各燃料噴射Ｇｐ、Ｇ１、Ｇ２によって噴射された燃料を段階的に燃焼させて、複数回の熱発生を生じさせることができ、各熱発生によって生じる圧力波の位相をずらすことができる。そのため、冷間時における燃焼騒音の増大を抑制することができる。

【0073】

また、プレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑｐを増量させるにあたって、予混合期間が短くなる傾向にある第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射量Ｑ２を減量させることで、スモークの原因となる煤の発生量を抑制することができる。

【0074】

また目標値設定部は、燃焼室１１内で段階的に３回の熱発生を生じさせて筒内圧力上昇率の時間的変化を示す圧力波形（筒内圧力上昇率パターン）が三山形状となるように、かつ当該圧力波形の一山目と二山目のピーク値Ｐ１、Ｐ２の間隔と、二山目と三山目のピーク値Ｐ２、Ｐ３の間隔と、が異なるように、プレ燃料噴射Ｇｐ、第１メイン燃料噴射Ｇ１、及び第２メイン燃料噴射Ｇ２の各目標噴射量Ｑｐ、Ｑ１、Ｑ２、及び目標噴射時期Ａｐ、Ａ１、Ａ２を設定するように構成されている。本実施形態では、圧力波形の一山目と二山目のピーク値Ｐ１、Ｐ２の間隔を、二山目と三山目のピーク値Ｐ２、Ｐ３の間隔よりも広くしている。

【0075】

これにより、異なる２つの周波数帯域における燃焼騒音を低減させることができるので、筒内圧力上昇率パターンを二山形状として１つの周波数帯域における燃焼騒音を低減させる場合よりも燃焼騒音を低減させることができる。

【0076】

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、冷間時に目標噴射量Ｑｐを増量するにあたって、必要に応じてその増量分を目標噴射量Ｑ１と目標噴射量Ｑ２とから減量する点で、第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。

【0077】

前述した第１実施形態では、冷間時にプレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑｐを増量させるときは、その増量分を全て第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射量Ｑ２から減量させていた。

【0078】

しかしながら、第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射量Ｑ２を減量し過ぎると、第２メイン燃料が燃焼したときの熱発生量が少なくなって、第２メイン燃料の燃焼に起因する明確な熱発生が生じなくなるおそれがある。

【0079】

そのため、例えば図３、及び図４を参照して前述したように、熱発生率パターン、及び筒内圧力上昇率パターンを三山形状にしている場合には、第２メイン燃料が燃焼したときの熱発生によって熱発生率パターンの三山目の燃焼波形Ｘ３を形成することができなくなり、その結果、筒内圧力上昇率パターンの三山目の圧力波形Ｙ３も形成することができなくなるおそれがある。

【0080】

また図５、及び図６に示すように、熱発生率パターン、及び筒内圧力上昇率パターンを二山形状にしている場合には、第２メイン燃料が燃焼したときの熱発生によって熱発生率パターンの二山目の燃焼波形Ｘ２を形成することができなくなり、その結果、筒内圧力上昇率パターンの二山目の圧力波形Ｙ２も形成することができなくなるおそれがある。

【0081】

そこで本実施形態では、目標噴射量Ｑ２が少なくなり過ぎるのを防止するために、目標噴射量Ｑ２に対する目標噴射量Ｑｐと目標噴射量Ｑ１との合計量の比率α（＝（Ｑｐ＋Ｑ１）／Ｑ２）が所定比率αｔｈｒ以下となるようにした。

【0082】

すなわち、冷間時に目標噴射量Ｑｐを増量させるにあたって、その増量分を全て目標噴射量Ｑ２から減量したときに、比率αが所定比率αｔｈｒ以下となっているかを判断することとした。

【0083】

そして、比率αが所定比率αｔｈｒよりも大きくなっている場合には、目標噴射量Ｑｐと目標噴射量Ｑ１との合計量に対して目標噴射量Ｑ２が少なく、冷間時に目標噴射量Ｑｐを増量させるにあたって、その増量分を全て目標噴射量Ｑ２から減量すると、第２メイン燃料の燃焼に起因する明確な熱発生が生じなくなるおそれがあると判断し、比率αが所定比率αｔｈｒ以下となるように、増量分を目標噴射量Ｑ１と目標噴射量Ｑ２とから減量することとした。

【0084】

一方で、比率αが所定比率αｔｈｒ以下の場合は、冷間時に目標噴射量Ｑｐを増量させるにあたって、その増量分を全て目標噴射量Ｑ２から減量しても、第２メイン燃料の燃焼に起因する明確な熱発生が生じると判断し、第１実施形態と同様に、増量分を全て目標噴射量Ｑ２から減量することとした。

【0085】

図１０は、この本実施形態による燃焼制御について説明するためのフローチャートである。なおステップＳ１からステップＳ７までは、第１実施形態と同様の処理を実施しているので、ここでは説明を省略する。

【0086】

ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、目標噴射量Ｑｐに補正量Ｃｐを加算して目標噴射量Ｑ２から補正量Ｃｐを減算した場合に、比率αが所定比率αｔｈｒ以下になるか否かを判断する。電子制御ユニット２００は、比率αが所定比率αｔｈｒ以下であれば、ステップＳ７の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、比率αが所定比率αｔｈｒよりも大きければ、ステップＳ１２の処理に進む。

【0087】

ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、目標噴射量Ｑｐに補正量Ｃｐを加算したときに、比率αが所定比率αｔｈｒとなるように、その増量分となる補正量Ｃｐを目標噴射量Ｑ１と目標噴射量Ｑ２とから減量する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、目標噴射量Ｑ１に対する補正量をＣ１、目標噴射量Ｑ２に対する補正量をＣ２とすると、下記の（１）式、及び（２）式を満たす補正量Ｃ１と補正量Ｃ２とを算出する。
Ｃｐ＝Ｃ１＋Ｃ２ …（１）
｛（Ｑｐ＋Ｃｐ）＋（Ｑ１－Ｃ１）｝／（Ｑ２－Ｃ２）＝αｔｈｒ …（２）

【0088】

ステップＳ１３において、電子制御ユニット２００は、プレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑｐ、第１メイン燃料噴射Ｇ１の目標噴射量Ｑ１、及び第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射量Ｑ２を補正する。具体的には電子制御ユニット２００は、目標噴射量Ｑｐに補正量Ｃｐを加算すると共に、目標噴射量Ｑ１、及び目標噴射量Ｑ２からそれぞれ補正量Ｃ１、及び補正量Ｃ２を減算する補正を実施する。

【0089】

以上説明した本実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様に、燃焼制御部が目標値設定部と補正部とを備えている。

【0090】

そして補正部は、プレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑｐを増量させる補正を実施する場合に、その増量分だけ第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射量Ｑ２を減量させる補正を実施すると、第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射量Ｑ２に対するプレ燃料噴射Ｇｐの目標噴射量Ｑ１と第１メイン燃料噴射Ｇ１の目標噴射量Ｑ１との合計量の比率αが所定比率αｔｈｒよりも大きくなるときは、比率αが所定比率αｔｈｒ以下となるように、増量分を第１メイン燃料噴射Ｇ１の目標噴射量Ｑ１と第２メイン燃料噴射Ｇ２の目標噴射量Ｑ２とから減量させる補正を実施するように構成されている。

【0091】

これにより、第２メイン燃料が燃焼したときの熱発生量が少なくなり過ぎて、第２メイン燃料の燃焼に起因する明確な熱発生が生じなくなるのを抑制できる。そのため、複数回の熱発生を生じさせることができ、各熱発生によって生じる圧力波の位相をずらすことができるので、燃焼騒音の増大を抑制することができる。

【0092】

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。

【符号の説明】

【0093】

１ 機関本体
１１ 燃焼室
２０ 燃料噴射弁
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】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】