特許 7145044 圧縮着火式エンジン

(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】2022-09-21

(45)【発行日】2022-09-30

(54)【発明の名称】圧縮着火式エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/38 20060101AFI20220922BHJP

   F02D 41/40 20060101ALI20220922BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20220922BHJP

   F02M 61/10 20060101ALI20220922BHJP

【ＦＩ】

F02D41/38

F02D41/40

F02D45/00

F02D45/00 358

F02M61/10

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018211979

(22)【出願日】2018-11-12

(65)【公開番号】P2020079563

(43)【公開日】2020-05-28

【審査請求日】2021-06-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(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

(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

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】冬頭 孝之

(72)【発明者】

【氏名】脇坂 佳史

(72)【発明者】

【氏名】池田 太郎

(72)【発明者】

【氏名】河合 健二

(72)【発明者】

【氏名】梅原 努

【審査官】櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１４５５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６８２８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０４７９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００３７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２１７２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３２３７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２７０４６０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ ４１／３８

Ｆ０２Ｄ ４１／４０

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｍ ６１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料を筒内に噴射して自着火により燃焼させる圧縮着火式エンジンであって、
１サイクル中にパイロット噴射による燃料が着火した後にメイン噴射による燃料の噴射を行い、メイン噴射によって噴射された燃料が燃焼するメイン燃焼における熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がり波形がピークを迎えるまで略直線となり、メイン燃焼の熱発生開始時期ｔ _ｓｔ 、熱発生開始時期ｔ _ｓｔ と熱発生率ピーク時期との間隔ｔ _ｕｐ 、熱発生率ピーク高さｄＱ／ｄθ _ｍａｘ としたときに、立ち上がり幅ｔ _ｕｐ を周期とする周波数を２ｋＨｚ以下とすると共に、熱発生率ｄＱ／ｄθの時間変化において熱発生率ピーク時期（ｔ _ｓｔ ＋ｔ _ｕｐ ）及び熱発生率ｄＱ／ｄθが０を中心点とし、熱発生率の時間微分軸方向の径をｄＱ／ｄθ _ｍａｘ とし、時間軸方向の径を間隔ｔ _ｕｐ の０．６倍とした楕円と、熱発生開始時期ｔ _ｓｔ 及び熱発生率ｄＱ／ｄθが０を通り前記楕円と接する接線とで構成される熱発生率ｄＱ／ｄθの波形以下の熱発生率ｄＱ／ｄθの波形をもつという第１の条件を満たすようにメイン噴射及びパイロット噴射を制御し、燃焼室内圧力Ｐの時間微分値の立ち上がり開始時期からピーク時期までの燃焼騒音の周波数スペクトルにおいて２ｋＨｚ以下の周波数帯域において谷を形成することで燃焼騒音を低減させることを特徴とする圧縮着火式エンジン。

【請求項2】

請求項１に記載の圧縮着火式エンジンであって、
メイン燃焼の熱発生開始時期ｔｓｔから熱発生率ピーク時期（ｔｓｔ＋ｔｕｐ）までの燃焼室内圧力Ｐの時間微分を直線とするような熱発生率ｄＱ／ｄθの波形以上の熱発生率ｄＱ／ｄθの波形をもつという第２の条件をさらに満たすようにパイロット噴射及びメイン噴射を制御することを特徴とする圧縮着火式エンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、圧縮着火式エンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

所望トルクを得る為に必要な量の燃料を噴射（メイン噴射）する直前に、少量の燃料を噴射（パイロット噴射）する等、１燃焼サイクル中に燃料を複数回噴射（多段噴射）させる燃料噴射制御装置が開示されている。これにより、メイン噴射に起因した燃焼（メイン燃焼）による熱発生率の上昇速度を遅くさせ、メイン燃焼に伴い生じる燃焼騒音の低減を図っている。

【0003】

例えば、理想の熱発生率波形を熱発生率ピーク値ｄＱ／ｄθ_ｍａｘが低く、熱発生期間が長い三角形の波形とし、熱発生率の波形を当該理想の波形に近づけることで燃焼騒音を低減する技術が開示されている（特許文献１）。当該理想の熱発生率波形に近づけるために、燃焼噴射を複数回に分割し、それぞれの噴射インターバルを短くした近接多段噴射を行い，多段の熱発生率ピーク波形を形成することが開示されている。

【0004】

また、主に予混合圧縮自着火燃焼（ＰＣＣＩ燃焼）等の予混合燃焼での燃焼騒音低減を狙った技術が開示されている（特許文献２）。当該文献では、熱発生期間を調整して燃焼騒音スペクトルの２～５ｋＨｚの周波数範囲に谷（溝）を形成して燃焼騒音を低減する技術が開示されている。このとき、周波数スペクトルにおける谷の周波数ｆ_０と熱発生期間Ｔとの関係を実験結果から求めた関係式で記述している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１２－１３２３７１号公報

【文献】特開２００９－２７０４６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

圧縮着火式内燃機関の燃焼騒音を低減するためには，燃焼室内圧力の時間微分値（クランク角微分値）ｄＰ／ｄθの最大値（ｄＰ／ｄθ_ｍａｘ）を下げることが広く知られている。

【0007】

圧縮着火式内燃機関の熱発生率波形は、着火前に噴射された燃料が予混合燃焼を行う段階と、その後に噴射された燃料が空気と混合しながら燃焼する拡散燃焼の段階に分けられる。予混合燃焼割合が大きいとｄＰ／ｄθ_ｍａｘが高くなる。そこでパイロット噴射を行い、パイロット噴射による燃料をメイン噴射前に自着火させてメイン噴射の着火遅れ期間を短くしてｄＰ／ｄθ_ｍａｘを下げる手法がコモンレール式噴射系の登場以降に主流となった。しかしながら、高負荷運転では窒素酸化物（ＮＯｘ）やスート等の排気エミッション低減のために高圧噴射を用いることが主流となり、その背反としてメイン噴射の拡散燃焼によるｄＰ／ｄθ_ｍａｘが高くなるという課題が生じている。

【0008】

噴射回数を多段化してパイロット噴射からメイン噴射を大きな一つのピークとして燃焼させることでｄＰ／ｄθ_ｍａｘを低下することを狙った技術では、噴射インターバルを狭めるために高応答型のピエゾ式インジェクタが必要となる。その結果、ソレノイド型インジェクタに比べて装置の製造コストが増大する。また、分割噴射を行うために、各噴射の開始時や終了時に実際の噴射圧が低下して微粒化が悪化し、スモークが増加する傾向にある。このスモークを低下するためにアフター噴射を併用すると燃費が悪化する。

【0009】

また、燃焼騒音スペクトルに谷を形成して燃焼騒音低減を狙った技術では、谷が生じる周波数は実験結果からの関係式で記述されている。しかしながら、燃焼騒音スペクトルに谷が生じる機構についての知見は示されていない。また、２ｋＨｚから５ｋＨｚの周波数帯域において谷を形成することを狙っており、圧縮着火式エンジンの高負荷運転時の燃焼で問題となる２ｋＨｚ以下の周波数帯域における成分を低減させるものではない。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の１つの態様は、燃料を筒内に噴射して自着火により燃焼させる圧縮着火式エンジンであって、１サイクル中にパイロット噴射による燃料が着火した後にメイン噴射による燃料の噴射を行い、メイン噴射によって噴射された燃料が燃焼するメイン燃焼における熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がり波形がピークを迎えるまで略直線となるようにメイン噴射の燃料噴射率を制御し、燃焼室内圧力Ｐの時間微分値の立ち上がり開始時期からピーク時期までの周波数スペクトルにおいて２ｋＨｚ以下の周波数帯域において谷を形成することで燃焼騒音を低減させることを特徴とする圧縮着火式エンジンである。

【0011】

ここで、メイン燃焼の熱発生開始時期ｔ_ｓｔ、熱発生開始時期ｔ_ｓｔと熱発生率ピーク時期との間隔ｔ_ｕｐ、熱発生率ピーク高さｄＱ／ｄθ_ｍａｘとしたときに、熱発生率ｄＱ／ｄθの時間変化において熱発生率ピーク時期（ｔ_ｓｔ＋ｔ_ｕｐ）及び熱発生率ｄＱ／ｄθが０を中心点とし、熱発生率の軸方向の径をｄＱ／ｄθ_ｍａｘとし、時間軸方向の径を間隔ｔ_ｕｐの０．６倍とした楕円と、熱発生開始時期ｔ_ｓｔ及び熱発生率ｄＱ／ｄθが０を通り前記楕円と接する接線とで構成される熱発生率ｄＱ／ｄθの波形以下の熱発生率ｄＱ／ｄθの波形をもつという第１の条件を満たすことが好適である。

【0012】

また、メイン燃焼の熱発生開始時期ｔ_ｓｔから熱発生率ピーク時期（ｔ_ｓｔ＋ｔ_ｕｐ）までの燃焼室内圧力Ｐの時間微分を直線とするような熱発生率ｄＱ／ｄθの波形以上の熱発生率ｄＱ／ｄθの波形をもつという第２の条件を満たすことが好適である。

【0013】

また、前記第１の条件及び前記第２の条件を満たすようにパイロット噴射及びメイン噴射を制御することが好適である。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、燃焼騒音を効果的に低減することができる圧縮着火式エンジンを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施の形態における圧縮着火式エンジンの構成を示す図である。

【図2】圧縮着火式エンジンのクランク角に対する熱発生率の変化を示す図である。

【図3】圧縮着火式エンジンのクランク角に対する燃焼室内圧力の時間微分の変化を示す図である。

【図4】燃焼騒音の周波数スペクトルを解析した結果を示す図である。

【図5】燃焼騒音の周波数スペクトルを解析した結果を示す図である。

【図6】燃焼騒音の周波数スペクトルを解析した結果を示す図である。

【図7】圧縮着火式エンジンのクランク角に対する熱発生率の変化を示す図である。

【図8】燃焼騒音の周波数スペクトルを解析した結果を示す図である。

【図9】燃焼騒音の周波数スペクトルにおいて谷が生じる熱発生率立ち上がり波形を示す図である。

【図10】熱発生率の波形を示す図である。

【図11】燃焼室内圧力Ｐの時間微分の波形を示す図である。

【図12】燃焼騒音の周波数スペクトルを示す図である。

【図13】全周波数範囲において積算したオーバーオール燃焼騒音値を示す図である。

【図14】周波数範囲を１～５ｋＨｚに限定した部分的積算燃焼騒音値を示す図である。

【図15】試験に用いたエンジン諸元と試験条件を示す図である。

【図16】クランク角に対する燃料の噴射パターンを示す図である。

【図17】運転試験における熱発生率の波形を示す図である。

【図18】運転試験における燃焼騒音の周波数スペクトルを示す図である。

【図19】クランク角に対する燃料の噴射パターンの別例を示す図である。

【図20】運転試験における熱発生率の波形の別例を示す図である。

【図21】運転試験における燃焼騒音の周波数スペクトルの別例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の実施の形態における圧縮着火式エンジン１００は、図１に示すように、エンジン１０及びコントローラ１０２を含んで構成される。

【0017】

エンジン１０は、既知のように、シリンダ１２とシリンダヘッド１４とピストン１６とを備える。シリンダ１２、シリンダヘッド１４及びピストン１６によって形成される燃焼室に対して吸気ポート１８および排気ポート２０が設けられる。吸気ポート１８は吸気弁２２によって開閉され、排気ポート２０は排気弁２４によって開閉される。燃料噴射弁２６は、シリンダヘッド１４に設けられる。燃料噴射弁２６は、燃焼室内に燃料を供給できるように配置される。燃料噴射弁２６は、コモンレール式の燃料噴射手段（図示しない）に接続されており、燃焼室内に高圧の燃料が噴射できるように構成されている。燃料噴射弁２６はピエゾ駆動型、直動駆動型などの高応答に噴射回数・量などを変更できる構成、又はノズルニードルのリフト量等を制御して噴射率を可変できる構成とすることが望ましい。

【0018】

本実施の形態では、燃料噴射弁２６からの燃料制御は、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ１０２で行われる。コントローラ１０２には、少なくともエンジン１０での燃焼状態を示す状態量（燃料噴射量、負荷（アクセル開度や過給圧）、エンジン回転数、燃焼室内圧力、酸素モル濃度等）を検出する各センサ等からの信号が入力される。コントローラ１０２は、各センサから入力された燃焼の状態量を把握し、もしくは計算により燃焼の状態量を予測または補正し、これらの状態量に応じて燃料噴射弁２６からの燃料噴射（燃料噴射タイミング、燃料噴射量、燃料噴射率、噴燃料噴射回数等）が最適になるように制御する。

【0019】

燃料噴射は、予混合燃焼用となるパイロット噴射と、拡散燃焼用となるメイン噴射とを組み合わせて行われる。メイン噴射は、圧縮上死点（ＴＤＣ）付近からＴＤＣ後の膨張行程に掛けて拡散燃焼が行われるようにその噴射タイミングが設定される。メイン噴射は、エンジン１０において要求トルクを発生させるために行われる。パイロット噴射は、ＴＤＣよりも前に行われる。パイロット噴射は、メイン噴射の着火遅れ期間を短縮させ、燃焼騒音を低下させるために行われる。

【0020】

図２は、圧縮着火式エンジン１００のクランク角（Ｃｒａｎｋ Ａｎｇｌｅ）に対する熱発生率（ＲＯＨＲ）の変化の例を示す。また、図３は、圧縮着火式エンジン１００のクランク角（Ｃｒａｎｋ Ａｎｇｌｅ）に対する燃焼室内圧力Ｐの変化を示す燃焼室内圧力Ｐの時間微分（ｄＰ／ｄθ）を示す。ここでは、クランク角に対して立ち上がりが直線となる三角形状の熱発生率の変化となるように燃焼が生じ、その立ち上がり幅ｔ_ｕｐ（＝２．５°、３．５°、５．０°、７．５°）を変更した例を示している。なお、圧縮着火式エンジン１００では、クランク角は時間に応じて変化するので、以下の説明においてクランク角を時間に置き換えてもよい。

【0021】

図４～図６は、図２に示す立ち上がり幅ｔ_ｕｐ（＝２．５°、３．５°、５．０°、７．５°）の熱発生率の変化を生じたときの燃焼騒音の周波数スペクトルを解析した結果を示す。図４～図６に示すように、立ち上がりが直線となる三角形状の熱発生率波形で燃焼するとき、その立ち上がり幅ｔ_ｕｐを周期とする周波数を中心にして燃焼騒音の周波数スペクトルに谷が生じることが発明者らの研究で判明した。圧力微分（ｄＰ／ｄｑ）波形の上昇期間に最もフィットする周波数を基本波（ｘ１）とするとき，圧力微分（ｄＰ／ｄｑ）波形に最もフィットしない２倍波（ｘ２，周期＝ｔ_ｕｐ）がスペクトルで谷の中心となる。熱発生率ピーク高さｄＱ／ｄθ_ｍａｘを固定したまま立ち上がり幅ｔ_ｕｐを大きくしていくと、燃焼騒音の周波数スペクトルの谷が低周波数側へ移動し、４倍波（ｘ４）、６倍波（ｘ６）を中心とした谷も現れる。これに伴って、全周波数範囲（オーバーオール）の燃焼騒音が低下する。

【0022】

図７は、圧縮着火式エンジン１００のクランク角（Ｃｒａｎｋ Ａｎｇｌｅ）に対する熱発生率（ＲＯＨＲ）の変化の例を示す。ここでは、クランク角に対して立ち下がりが直線となる三角形状の熱発生率の変化となるように燃焼が生じ、その立ち下がり幅及びピーク状態の維持時間を変更した例を示している。図８は、図７に示す立ち下がり波形を有する熱発生率の変化を生じたときの燃焼騒音の周波数スペクトルを解析した結果を示す。図８に示すように、燃焼騒音の周波数スペクトルの谷が生じる周波数は熱発生率の立ち上がり側の変化によって決まり、立ち下がり側の波形を変えても変化しないことが判明した。

【0023】

実際のエンジン燃焼では三角形状の熱発生率波形が生じることは無く、熱発生率波形のピークが丸くなり、立ち上がり波形も直線ではなく凹凸が生じる。立ち上がり波形が直線から変化していくと燃焼騒音スペクトルの谷が不明瞭になっていき、消滅する傾向がある。発明者らの研究によって、立ち上がりの波形を変えても燃焼騒音スペクトルに谷が生じる条件・範囲が判明した。

【0024】

図９は、燃焼騒音の周波数スペクトルにおいて谷が生じる熱発生率立ち上がり波形の上限を示している。燃焼騒音の周波数スペクトルにおいて谷が生じる熱発生率立ち上がり波形は、横軸をクランク角θ（時間）、縦軸を熱発生率ｄＱ／ｄθとする２次元座標系において、横軸上の熱発生率ピーク時期（ｔ_ｐ＝ｔ_ｓｔ＋ｔ_ｕｐ、０）を中心とし高さ方向半径をｄＱ／ｄθ_ｍａｘとし横方向半径をｔ_ｕｐの０．６倍とする楕円（破線）と、熱発生開始時期ｔ_ｓｔ（熱発生率ｄＱ／ｄθ＝０）を通り当該楕円の左上部と接する接線とで構成される線に重なる若しくはその下側を通る波形である（条件１）。ここで、メイン燃焼の熱発生開始時期ｔ_ｓｔと熱発生率ピーク時期ｔ_ｐとの間隔ｔ_ｕｐ、熱発生率ピーク高さｄＱ／ｄθ_ｍａｘとする。

【0025】

また、図９は、燃焼騒音の周波数スペクトルにおいて谷が生じる熱発生率立ち上がり波形の下限を示している。上記条件の座標（ｔ_ｓｔ、０）、（ｔ_ｓｔ＋ｔ_ｕｐ、ｄＱ／ｄθ_ｍａｘ）を結ぶ直線を１辺とする三角形波形の熱発生率ｄＱ／ｄθから燃焼室内圧力を算出すると、燃焼室内圧力Ｐの時間微分ｄＰ／ｄθの波形は時期ｔ_ｓｔと熱発生率ピーク時期ｔ_ｐ（間隔ｔ_ｓｔ＋ｔ_ｕｐ）との間で左上側に反った曲線となる。燃焼騒音の周波数スペクトルにおいて谷が生じる熱発生率立ち上がり波形の下限は、時期ｔ_ｓｔの点と熱発生率ピーク時期ｔ_ｐ（間隔ｔ_ｓｔ＋ｔ_ｕｐ）の点を直線で結んだ燃焼室内圧力Ｐの時間微分ｄＰ／ｄθの波形に相当する熱発生率ｄＱ／ｄθの波形に重なる若しくはその上側を通る波形である（条件２）。

【0026】

図１０、図１１及び図１２は、上記条件１の定義で用いた楕円とその接線で熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がり波形を表現し、楕円の横軸方向の長さをパラメータにした場合の熱発生率ｄＱ／ｄθの波形、燃焼室内圧力Ｐの時間微分ｄＰ／ｄθの波形、燃焼騒音スペクトルをそれぞれ示す。エンジン回転数は１６００ｒｐｍ、熱発生上昇期間ｔ_ｕｐはクランク角θ＝７．５°、燃焼騒音スペクトルの谷を１．３３ｋＨｚ付近に形成させるようにした。横方向半径をａ×ｔ_ｕｐで定義し、係数ａを０から１の間で変化させた。また、燃焼室内圧力Ｐの時間微分ｄＰ／ｄθの波形の最大値が固定となるように燃焼噴射量を調整した。

【0027】

係数ａが大きくなると、燃焼室内圧力Ｐの時間微分ｄＰ／ｄθの波形のピーク付近の波形が尖った形状から丸くなっていき、ピーク位置がやや進角側へ移動する。燃焼騒音スペクトルの谷が最も深くなる周波数は熱発生率ｄＱ／ｄθの上昇期間ｔ_ｕｐではなく燃焼室内圧力Ｐの時間微分ｄＰ／ｄθの上昇期間で決まるため、係数ａが大きくなると谷の周波数が高周波側へシフトし、谷が浅く広くなる。係数ａが０．６までは明確な谷を形成したが、係数ａが０．７になると谷が消滅した。

【0028】

図１３及び図１４は、積算する周波数範囲を限定せず、全周波数範囲において積算したオーバーオール燃焼騒音値と、積算する周波数範囲を１～５ｋＨｚに限定した部分的積算燃焼騒音値を示す。燃焼騒音の周波数スペクトルにおいて谷が消える係数ａ＝０．７から徐々に係数ａを小さくしていくと、オーバーオール燃焼騒音値は約０．５ｄＢＡ低減した。低減幅が小さい理由は、燃焼騒音の周波数スペクトルにおいて１ｋＨｚ以下では値が高く、当該１ｋＨｚ以下の周波数範囲も含めて積算しているためである。熱発生率ｄＱ／ｄθの波形を変化させたときに燃焼騒音の周波数スペクトルにおける値が大きく変化するのは１ｋＨｚ以上の周波数範囲である。したがって、オーバーオール燃焼騒音値は、１ｋＨｚ以下の周波数範囲によって熱発生率ｄＱ／ｄθの波形の変化に伴う燃焼騒音の低減に対して感度が鈍る傾向がある。そこで、オーバーオール燃焼騒音値に代わって周波数範囲を限定して燃焼騒音値を算出する手法が近年用いられている。周波数範囲を１～５ｋＨｚに限定して燃焼騒音値を積算すると、燃焼騒音スペクトル上の谷が積算範囲の左端に位置するため、谷の有無によって積算した燃焼騒音値が大きく変化し、谷が生じない係数ａ＝０．７からａ＝０．５まで下げると約１．６ｄＢＡ低下した。このように、燃焼騒音スペクトルの積算範囲左端付近に谷を形成することで周波数範囲の部分的積算燃焼騒音値を低下させることができる。

【0029】

次に、実際に４気筒エンジンを用いた試験で得た結果を示す。図１５は、試験に用いたエンジン諸元と試験条件を示す。また、図１６は、クランク角θに対する燃料の噴射パターンを示す。上死点（ＴＤＣ）から－３５°付近において５ｍｍ^３／ｓｔ及び－７．８°付近において１．８ｍｍ^３／ｓｔの２回のパイロット噴射を行い、その後、０．９°付近でメイン噴射を行うことで合計６６ｍｍ^３／ｓｔの燃料噴射とした。

【0030】

図１７は、熱発生率ｄＱ／ｄθの波形を示す。この熱発生率ｄＱ／ｄθの波形は、エンジン筒内の圧力波形を３ｋＨｚのローパスフィルタを通して高周波成分を除去してから算出した波形である。２回のパイロット噴射で合計６．８ｍｍ^３／ｓｔの燃料噴射が行われており、このパイロット燃料の燃焼によって明瞭な熱発生率ｄＱ／ｄθのピークが上死点（ＴＤＣ）前のクランク角θ＝５°において形成された。このパイロット燃焼によって温度が十分上昇し、メイン燃焼の着火遅れは極めて短く、メイン噴射の開始直後から直線状に熱発生率ｄＱ／ｄθが立ち上がった。この運転条件での熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がり波形は、図９で示した条件１と条件２を満たす波形となった。

【0031】

図１８の実線は、当該運転条件における燃焼騒音の周波数スペクトルを示す。熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がり期間は７°である。これは、エンジン回転数が１６００ｒｐｍであるので０．７３ｍｓに相当する。この期間から算出される谷の周波数は１．３７ｋＨｚとなる。しかしながら、パイロット噴射とメイン噴射の２つの熱発生率ｄＱ／ｄθのピークを持つ燃焼室内圧力波形から算出される燃焼騒音の周波数スペクトル（実線）には、１．３７ｋＨｚに谷が生じず、やや低周波数側に谷がシフトした。この理由は２つの熱発生率ピーク間によって生じる相殺と増幅が重なり合うためである。すなわち、メイン噴射による熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がり期間ｔ_ｕｐによって生じる１．３７ｋＨｚの左側には、２つのピーク間隔Δｔが周期の１．５倍に相当する周波数成分が相殺して生じる谷があり、右側にはΔｔが周期の２倍に相当する周波数成分が増幅する山が生じる。したがって、メイン噴射に伴う燃焼による熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がり期間ｔ_ｕｐによって生じる谷を燃焼騒音の周波数スペクトルで示すには、メイン噴射の熱発生率ｄＱ／ｄθのみを抽出した０次元サイクルシミュレーションが必要となる。図１８の破線は、メイン噴射の熱発生のみから算出した燃焼騒音の周波数スペクトルを示す。メイン噴射の熱発生のみから算出した燃焼騒音の周波数スペクトルでは、熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がり期間ｔ_ｕｐにおいて生じる谷が１．３７ｋＨｚを中心にして深く明瞭に形成された。

【0032】

次に、図１５に示したエンジン試験で、噴射量を増したエンジントルクを高くした試験で得た結果を示す。図１９に噴射条件を示す。主にメイン噴射量を増やして合計９７．７ｍｍ３／ｓｔの燃焼噴射とした。図２０は、熱発生率ｄＱ／ｄθの波形を示す。この運転条件でのメイン噴射による熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がり波形は、クランク角θ＝０°から直線状に立ち上がるが、クランク角θ＝９°でのピークの前後は波形が丸くなっており、図９で示した条件１にほぼ重なる波形となった。図２１の実線は、当該運転条件における燃焼騒音の周波数スペクトルを示す。熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がり期間は９°である。これは、エンジン回転数が１６００ｒｐｍであるので０．９４ｍｓに相当する。この期間から算出される谷の周波数は１．０７ｋＨｚとなる。図２１の破線は、メイン噴射の熱発生のみから算出した燃焼騒音の周波数スペクトルを示す。メイン噴射の熱発生のみから算出した燃焼騒音の周波数スペクトルでは、熱発生率ｄＱ／ｄθの立ち上がり期間ｔ_ｕｐによって生じる谷が、期間ｔ_ｕｐから算出される１．０７ｋＨｚを中心とした周波数には形成されず、１．４ｋＨｚ中心にして深く形成された。この０．３３ｋＨｚの谷の高周波数側へのシフトは、図１２が示すようにｄＱ／ｄθのピークが丸くなることによる高周波数側へのシフトであると考えられる。

【0033】

以上のように、本発明の実施の形態によれば、燃焼騒音を効果的に低減することができる圧縮着火式エンジンを提供することができる。

【符号の説明】

【0034】

１０ エンジン、１２ シリンダ、１４ シリンダヘッド、１６ ピストン、１８ 吸気ポート、２０ 排気ポート、２２ 吸気弁、２４ 排気弁、２６ 燃料噴射弁、１００ 圧縮着火式エンジン、１０２ コントローラ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】