燃料噴射装置の制御方法、内燃機関、及びそれを搭載した車両
【課題】マルチ噴射とレートシェイプ噴射を組み合わせて、最適燃料噴射率波形を算出し、最適燃料噴射率波形に基づいて燃料を噴射して、燃費、排出ガス、及び燃焼音を同時に改善することができる燃料噴射装置の制御方法、内燃機関、及びそれを搭載した車両を提供する。
【解決手段】ディーゼルエンジンの運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、予めパイロット噴射の回数と噴射量、レートシェイプ噴射の回数と噴射量、及び、ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とする最適噴射形態１０を算出し、その最適噴射形態１０に基づいて２回以上の噴射期間中に噴射率を変化させるレートシェイプ噴射１２ａと１２ｂを行う。
【解決手段】ディーゼルエンジンの運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、予めパイロット噴射の回数と噴射量、レートシェイプ噴射の回数と噴射量、及び、ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とする最適噴射形態１０を算出し、その最適噴射形態１０に基づいて２回以上の噴射期間中に噴射率を変化させるレートシェイプ噴射１２ａと１２ｂを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、背反する熱効率、排出ガス、及び燃焼音を同時に改善する最適噴射形態で燃料を噴射する燃料噴射装置の制御方法、内燃機関、及びそれを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの性能改善に対しては、燃料噴射技術の革新が大きく寄与する。一方、市場ニーズとしては、ディーゼルエンジンに対する燃費、排出ガス、及び騒音などの諸性能の一層の改善が求められており、これらの要求に対応するための燃料噴射技術として圧電（ピエゾ）素子により燃料噴射弁を直接駆動する燃料噴射装置（以下、直動ピエゾインジェクタという）が提案されている。ピエゾ素子は応答性に優れ、印加電圧、電流によって素子の伸縮を制御することで、１サイクルあたりの噴射回数、単位時間あたりの噴射量（噴射率）などの燃料噴射形態の調節に関する自由度を向上することができる。
【０００３】
排出ガスを改善するには、完全燃焼で発生するＮＯｘ（窒素酸化物）と不完全燃焼で発生するＰＭ（微量粒子）双方の発生を抑えることが必要であり、高圧の燃料を噴射し完全燃焼させることと、噴射を複数回行うことで燃焼室の高温化を防ぐことが有効となる。また、騒音成分のうち燃焼に起因して発生する燃焼音の改善には、燃焼初期の急激なシリンダ内圧力の上昇率を抑制することが有効となる。
【０００４】
よって、直動ピエゾインジェクタを用いて燃費、排出ガス、及び騒音の同時改善を図る場合は、燃料噴射形態として燃料噴射を複数回に分ける多段噴射（以下、マルチ噴射という）や、噴射率を噴射途中で変化させる噴射、所謂ブーツ型噴射（以下、レートシェイプ噴射という）の有効性が知られている。
【０００５】
レートシェイプ噴射とは、ディーゼルエンジンにおいて噴射期間中の噴射率を制御することである。このレートシェイプ噴射は、直動ピエゾインジェクタの噴射ノズルの開度を調整する方法や、２系統の圧力が異なる燃料回路を途中で切り換える方法などより可能となる。
【０００６】
そこで、そのレートシェイプ噴射を用いて、着火性を向上して排気ガスを低減した装置がある（例えば、特許文献１参照）。ここで、従来のレートシェイプ噴射について、図５を参照しながら説明する。図５の（ａ）に棚付きのブーツ型のレートシェイプ噴射を示し、図５の（ｂ）にスロープ形状のブーツ型のレートシェイプ噴射を示す。
【０００７】
これらのレートシェイプ噴射の狙いは、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、最初の噴射率（初期噴射率）を低くすることで、急激な燃焼開始を緩和させて燃焼音やＮＯｘ排出を低減し、その後、噴射率を上げることで燃焼速度を向上させて熱効率を改善することにある。
【０００８】
一方で、マルチ噴射を用いて、燃焼音を低減し、排気ガスを抑制した装置もある（例えば、特許文献参照２、又は３参照）。ここで、従来のマルチ噴射について、図６を参照しながら説明する。このマルチ噴射の噴射率波形３０は、パイロット噴射３１やプレ噴射３２と呼ばれるメイン噴射３３の前に微量の燃料を噴射する手法と、アフター噴射３４やポスト噴射３５と呼ばれるメイン噴射３３の後に燃料を噴射する手法とを組み合わせている。
【０００９】
このマルチ噴射を用いた装置は、パイロット噴射３１やプレ噴射３２を行うことによっ
て、着火直前に燃料と空気との混合を促進し、また、微量の燃料を燃やす予備的な燃焼により、メイン噴射時の拡散燃料を活発化、燃料を噴射してから着火するまでの着火遅れ時間を短縮することができる。これにより、ＮＯｘの発生を抑制すると共に燃焼音や振動を低減することができる。
【００１０】
また、アフター噴射３４やポスト噴射３５を行うことによって、エンジンから排出される微小粒子（ＰＭ）を大気に放出する前にフィルタで捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（以下、ＤＰＦという）のフィルタ温度を昇温させ、堆積したＰＭを再燃焼させて、除去することができる。さらに、エンジンから排出されるＮＯｘをＮ２（窒素）に戻して放出する排出ガス後処理システムのＳＣＲのＮＯｘ吸着触媒の周辺のＯ２（酸素）を極力減らし、燃料を過剰状態にすることができる。
【００１１】
しかしながら、前述のレートシェイプ噴射やマルチ噴射を行う装置などで、燃費（熱効率）、排出ガス（すす排出量）、及び燃焼音の改善を考える場合に、燃焼音を改善するとすす排出量が増加するなど、それぞれが背反する場合がある。また、この同時改善を燃料噴射形態の最適化によって実現する場合、直動ピエゾインジェクタのような噴射形態の自由度が高い燃料噴射装置を採用することが有効であるが、自由度が高い反面、無数に実施が可能である噴射形態の中から最適な噴射形態を見出すことが課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−８９３９２号公報
【特許文献２】特開２００７−１８７１４９号公報
【特許文献３】特開２０１１−００７２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、マルチ噴射と複数回のレートシェイプ噴射を組み合わせた最適な燃料噴射形態を算出して、燃費、排出ガス、及び燃焼音を同時に改善することができる燃料噴射装置の制御方法、内燃機関、及びそれを搭載した車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を解決するための本発明の燃料噴射装置の制御方法は、１燃焼サイクルあたりに複数回噴射し、主噴射より早期に１回以上のパイロット噴射を行い、主噴射より晩期に１回以上のポスト噴射を行う燃料噴射装置の制御方法において、内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、予め前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、及び、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とする最適噴射形態を算出し、前記燃焼噴射装置が、前記最適噴射形態に基づいて、前記主噴射として噴射率を噴射途中で変化させる噴射を２回以上行うことを特徴とする方法である。
【００１５】
この方法によれば、マルチ噴射と、２回以上のレートシェイプ噴射（噴射率を噴射途中で変化させる噴射）とを組み合わせて算出される最適噴射率形態に基づく燃料噴射を行うことにより、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃料音を最小にすることができる。これまで、マルチ噴射の主噴射として矩形状の噴射率波形を用いることが多かったが、主噴射として、スロープ状のブーツ型の噴射率波形を有するレートシェイプ噴射を複数回行うことで、より熱効率を向上すると共に、主噴射を複数回に分けることで燃焼室の高温化を防ぐことができる。さらに、前述したように、初期の噴射率を低くするレートシェイプ噴射により、急激な燃焼を抑制し、燃焼音を低減し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００１６】
また、上記の燃料噴射装置の制御方法において、前記最適噴射形態を算出する行程が、内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、及び、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、比較用噴射形態を生成する生成工程と、前記比較用噴射形態に従って前記燃料噴射装置が燃料を噴射した場合をシミュレートして、少なくとも熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音を目的関数として算出する目的関数算出工程と、前記生成工程と前記目的関数算出工程を繰り返して、前記比較用噴射形態の中から前記熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とする前記最適噴射形態を算出する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
この方法によれば、比較用噴射形態を生成した後、その比較用噴射形態に従った燃量噴射によるシリンダ内の燃焼シミュレーションを行うための温度、圧力などの境界条件の予備計算を行う。その後に燃焼シミュレーションとして、燃料噴霧の分散、化学反応、流体力学についての本計算を実施する。その結果として得られる熱効率、排出ガス成分、燃焼音を目的関数として最適化する。上記の方法をくり返して、その中で、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小となる最適噴射形態を算出することができる。その最適噴射形態に従って、燃料を噴射すると、相反する燃費、排出ガス、及び燃焼音の問題を同時に改善することができる。
【００１８】
また、噴射形態の自由度が高いピエゾインジェクタなどの燃料噴射装置の無数に実施が可能である噴射形態の中から最適な噴射形態を見出すことができる。
【００１９】
上記の目的を解決するための内燃機関は、１燃焼サイクルあたりに複数回噴射し、主噴射より早期に１回以上のパイロット噴射を行い、主噴射より晩期に１回以上のポスト噴射を行う燃料噴射装置と、該燃料噴射装置を制御する制御装置を備えた内燃機関において、前記制御装置が、内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とするように算出された最適噴射形態を予め記憶する手段と、該最適噴射形態に基づいて、前記燃料噴射装置に、前記主噴射として噴射率を噴射途中で変化させる噴射を２回以上行わせる手段を備えて構成される。
【００２０】
この構成によれば、マルチ噴射と複数回の噴射率を噴射途中で変化させるレートシェイプ噴射を組み合わせることで、燃費、排出ガス、燃焼音を同時に改善することができる。
【００２１】
また、上記の内燃機関において、前記最適噴射形態を算出する手段が、内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、及び、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、比較用噴射形態を生成する生成手段と、前記比較用噴射形態に従って前記燃料噴射装置が燃料を噴射した場合をシミュレートして、少なくとも熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音を目的関数として算出する目的関数算出手段と、前記生成手段と前記目的関数算出手段を繰り返して、前記比較用噴射形態の中から前記熱効率を最大、排出ガスを最小、及び燃焼音を最小とする前記最適噴射形態を算出する手段と、を含む。
【００２２】
この構成によれば、最適噴射形態を最適化する場合に、無数に実施が可能である噴射形態の中から最適な噴射形態を見出すことができる。
【００２３】
上記の問題を解決するための車両は、上記に記載の内燃機関を搭載して構成される。こ
の構成によれば、燃費を向上し、すす排出量を低減し、及び燃焼音を低減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、マルチ噴射と複数回のレートシェイプ噴射を組み合わせた最適な最適噴射形態を算出して、燃費、排出ガス、及び燃焼音を同時に改善することができる。また、マルチ噴射と複数回のレートシェイプ噴射を組み合わせることで、無数に実施が可能である噴射形態の中から最適な噴射形態を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料噴射装置を示した図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の内燃機関の最適噴射形態を示した図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料噴射装置の制御を示したフローチャートである。
【図４】本発明に係る実施の形態の内燃機関の結果を示した図である。
【図５】従来のレートシェイプ噴射を示した図である。
【図６】従来のマルチ噴射を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置の制御方法、内燃機関、及びそれを搭載した車両について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態では内燃機関を周知の技術のディーゼルエンジンを例に説明する。
【００２７】
まず、本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃焼噴射装置について、図１を参照しながら説明する。図１に示すように、ディーゼルエンジン（内燃機関）のコモンレールシステム１は、燃料タンク２、コモンレール３、高圧ポンプ４、高圧管５、ＥＣＵ（制御装置）６、及び各インジェクタ（燃料噴射装置）ｉ１〜ｉ４を備える。
【００２８】
このコモンレールシステム１は、燃料タンク２の燃料（軽油）を高圧ポンプ４で高圧化し、その高圧化した軽油を、高圧管５を通してコモンレール３に移送する。そして、ＥＣＵ６により制御された直動ピエゾインジェクタで形成されたインジェクタｉ１〜ｉ４から各気筒に噴射するシステムである。
【００２９】
インジェクタｉ１〜ｉ４は、噴射期間中の噴射率を制御することができるインジェクタであればよく、間接式ピエゾインジェクタやソレノイドインジェクタ、またそれに類するインジェクタのうち、レートシェイプ噴射が可能なインジェクタが好ましい。
【００３０】
次に、インジェクタｉ１〜ｉ４から噴射される燃料の噴射率波形を示した本発明に係る実施の形態の内燃機関の最適噴射形態１０について、図２を参照しながら説明する。最適噴射形態１０は、パイロット噴射１１ａと１１ｂ、レートシェイプ噴射（主噴射）１２ａと１２ｂ、及びポスト噴射１３を備える。
【００３１】
パイロット噴射１１ａと１１ｂは、レートシェイプ噴射１２ａと１２ｂより早期に行われる燃料噴射である。このパイロット噴射１１ａと１１ｂの総量は５ｍｍ３以下の微量な噴射量とする。図２によると、この噴射量は噴射率を時間で積分した値であり、本発明では、パイロット噴射１１ａと１１ｂ分の積算値が５ｍｍ３以下になるように設定すればよい。ここでは、２回のパイロット噴射１１ａと１１ｂで説明するが、積算値が５ｍｍ３以下であれば、その回数は限定しない。
【００３２】
このパイロット噴射１１ａと１１ｂによれば、着火直前に燃料の軽油と空気との混合を
促進することができ、また、予備的な燃焼による熱発生より燃焼を緩慢にし、レートシェイプ噴射１２ａと１２ｂの拡散燃料を活発化して、燃料を噴射してから着火するまでの着火遅れ時間を短縮することができる。
【００３３】
主噴射であるレートシェイプ噴射１２ａと１２ｂの着火が遅れると、シリンダ内に噴射されながら燃えていなかった燃料に、あるタイミングで一気に火が付き、燃焼温度が上昇してしまう。この結果、ＮＯｘの排出が増加し、燃焼音や振動も大きくなってしまう。よって、レートシェイプ噴射１２ａと１２ｂより早期に５ｍｍ３以下の微量な噴射であるパイロット噴射１１ａと１１ｂを行うことで、着火遅れ時間を短縮することができ、ＮＯｘの発生を抑制すると共に、燃焼音や振動を低減することができる。さらに、エンジンが低回転、高負荷時にパイロット噴射１１ａと１１ｂの時期を早めると最大トルクをアップすることもできる。
【００３４】
レートシェイプ噴射１２ａと１２ｂは、噴射期間中に噴射率を変化させる噴射率可変噴射であり、最適噴射形態１０の中で、一番噴射量の多い主噴射である。このレートシェイプ噴射１２ａと１２ｂは、前述した通り、初期の噴射率を低くし、その後、噴射率を上げる燃料の噴射である。実施の形態では、２回のレートシェイプ噴射を例に説明するが、２回以上であれば、その回数は限定しない。
【００３５】
このレートシェイプ噴射１２ａと１２ｂによれば、最初の噴射率を低くすることで急激な燃焼開始を緩和させて、ＮＯｘ排出や燃焼音を低減し、その後、噴射率を上げることで燃焼速度を向上させて熱効率を向上することができる。また、主噴射であるレートシェイプ噴射を２回に分けて行うことで、急激な燃焼を緩和させて、燃焼速度を向上させることができる。さらに、主噴射を複数回に分割することで、燃焼室の高温化も抑制することができる。これによりＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００３６】
また、レートシェイプ噴射１２ｂは、従来のアフター噴射の役割も果たしている。レートシェイプ噴射１２ａによる燃焼で発生したすすやＣＯを再燃焼することができる。よって、このレートシェイプ噴射１２ｂはレートシェイプ噴射１２ａに近接させることが好ましい。
【００３７】
上記のレートシェイプ噴射１２ａと１２ｂとは、ブーツ型の噴射率波形であればその噴射率波形は限定しないが、好ましくは、前述の図５の（ｂ）に示すスロープ状のブーツ型の噴射率波形が好ましい。つまり図５の（ａ）に示す棚付きブーツ型の噴射率波形の場合では、レートシェイプ噴射１２ａにより筒内温度が上がって、その後の噴射が即着火するような状態であるため、直ぐに着火し急激な燃焼が起きてしまう。そのような状態を回避するため、図５の（ｂ）に示すスロープ状のブーツ型の噴射率波形が好ましい。また、同様の理由から、レートシェイプ噴射１２ａと１２ｂとでは、レートシェイプ噴射１２ｂの方が、レートシェイプ噴射１２ａに比べて、噴射率を低くする時間を長くするとよい。
【００３８】
ポスト噴射１３は、レートシェイプ噴射１２ａと１２ｂより晩期に行われる噴射である。このポスト噴射１３の総量、及び回数は限定しない。ただし、ポスト噴射１３で噴射される燃料は車両走行には使用されないため、噴射量が多いと燃費が悪くなるため、ＰＭの堆積量を検知して、無駄に排気ガスを高温にしないように最適化する。
【００３９】
このポスト噴射１３によれば、高温の排気ガスをＤＰＦへ送ることができ、その高温の排気ガスによってＤＰＦが捕集したＰＭを燃焼し、除去することができる。ポスト噴射１３を複数回行うことで、排出ガスの温度の制御も可能になる。また、エンジンから排出されるＮＯｘをＮ２に戻して放出するＳＣＲのＮＯｘ吸着触媒の周辺のＯ２を極力減らし、燃料を過剰状態にすることができる。
【００４０】
この最適噴射形態１０によれば、背反する熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音を同時に改善することができる。
【００４１】
次に、上記の最適噴射形態１０の算出方法について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。この算出方法は、ＥＣＵ６にプログラムとして組み込んでもよく、また、車外のコンピュータなどで算出し、算出された最適噴射形態１０をＥＣＵ６に記憶させてもよい。
【００４２】
最適噴射形態１０の算出方法Ｓ１０は、ディーゼルエンジンの運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、パイロット噴射の回数と噴射量（５ｍｍ３以下）、レートシェイプ噴射の回数（２回以上）と噴射量と噴射期間中の噴射率、及び、ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、比較用噴射形態を生成するステップＳ１１（生成工程）を行う。このステップＳ１１では、予め実験などにより、用意された噴射率波形を組み合わせたものを用いてもよい。
【００４３】
次に、初期条件を計算するステップＳ１２を行う。ここでいう初期条件とは、シリンダ内の燃焼シミュレーションを行うための温度、圧力などの境界条件の予備計算であり、吸気弁が閉じた時の筒内圧力と温度、及びパイロット噴射などの各噴射が開始される時の筒内ガス密度などを計算する。
【００４４】
次に、ステップＳ１２で計算された初期条件を基に、シリンダ内の燃焼シミュレーションを行うステップＳ１３を行う。このステップＳ１３では、様々な燃焼シミュレーションを行うことができる。例えば、燃料噴霧の分散のシミュレーションとして、流体噴流の微粒化過程をモデル化して計算する工程、化学反応のシミュレーションとして、燃料である軽油の酸化反応をモデル化して計算する工程、または、流体力学のシミュレーションとして、筒内のガス流動及び燃料液滴の運動をモデル化して計算する工程がある。
【００４５】
次に、ステップＳ１３の結果から、熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音を目的関数として算出するステップＳ１４（目的関数算出工程）を行う。このステップＳ１４では、熱効率を、供給された燃料に対し、ステップＳ１３の燃焼シミュレーションで発生した有効仕事の割合を計算し、算出する。また、排出ガス成分を、ステップＳ１３の燃焼シミュレーションで計算された排出ガス成分毎の生成モデルを用いて算出する。さらに、燃焼音を、ステップＳ１３の燃焼シミュレーションでの筒内圧を周波数分析し、筒内圧と燃焼音との伝達関数を用いて算出する。
【００４６】
次に、ステップＳ１３のシミュレーションが１回目か否かを判断するステップＳ１５を行う。比較用噴射形態であれば、次の噴射率波形を変更するステップＳ１６へと進む。このステップＳ１６では、比較用噴射形態の噴射率波形を基に、パイロット噴射の回数と噴射量（５ｍｍ３以下）、レートシェイプ噴射の回数（２回以上）と噴射量と噴射期間中の噴射率、及び、ポスト噴射の回数と噴射量を変更する。
【００４７】
変更された噴射形態を用いてステップＳ１２、ステップＳ１３、及びステップＳ１４を行う。そして、次に、熱効率が前回までの結果の中で最大か否かを判断するステップＳ１７を行う。否であれば、ステップＳ１６へ戻る。
【００４８】
熱効率が前回までの結果の中で最大と判断されると、次に、排出ガス成分が前回までの結果の中で最小か否かを判断するステップＳ１８を行う。否であれば、ステップＳ１６へ戻る。排出ガス成分が前回までの結果の中で最小と判断されると、次に、燃焼音が前回までの結果の中で最小か否かを判断するステップＳ１９を行う。否であれば、ステップＳ１
６へ戻る。
【００４９】
上記のように、ステップＳ１３の燃焼シミュレーションを行い、ステップＳ１４で算出される熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音の目的関数を前回までの結果と比較していき、熱効率が最大、排出ガス成分が最小、及び燃焼音が最小となると完了する。この算出方法Ｓ１０により、算出された波形が最適燃焼波形１０となる。
【００５０】
上記の算出方法Ｓ１０によれば、マルチ噴射と複数回のレートシェイプ噴射とを組み合わせることで、無数に実施が可能である噴射形態の中から、熱効率が最大、排出ガス成分が最小、及び燃焼音が最小となる最適な燃料噴射形態を算出することができる。また、運転条件や燃料の性状などの使用条件が変わっても、その条件に合わせて最適な燃料噴射形態を算出することができる。加えて、算出方法Ｓ１０を、ＥＣＵ６にプログラムとして組み込むと、常に、最適な燃料噴射形態で燃料を噴射することができる。
【００５１】
次に、本発明の実施の形態の内燃機関の燃料噴射装置の制御方法について説明する。ＥＣＵ６は、インジェクタｉ１〜ｉ４を上記の算出方法Ｓ１０で算出された最適噴射形態１０に基づいて制御して、各気筒へ燃料を噴射する。これにより、燃費を向上し、すす排出量を低減し、及び燃焼音を低減することができる。
【００５２】
上記の最適燃料噴射率波形１０に基づいて燃料を噴射するディーゼルエンジンを搭載した車両の熱効率、すす排出量（ＮＯｘ排出量とＰＭ排出量を含む）、及び燃焼音の結果を従来のものと比較した表を、図５に示す。従来のものに比べて、熱効率は、１．８％向上し、すす排出量は、９１％削減し、燃焼音は、２．８ｄＢ低減している。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の内燃機関は、熱効率が最大、排出ガス成分が最小、及び燃焼音が最小になる最適噴射形態に基づいて、各気筒に燃料を噴射し、燃費を向上し、また、すす排出量と燃焼音を低減することができるため、特にディーゼルエンジンを搭載した車両に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ コモンレールシステム
２ 燃料タンク
３ コモンレール
４ 高圧ポンプ
５ 高圧管
６ ＥＣＵ（制御装置）
ｉ１〜ｉ４ インジェクタ（燃料噴射装置）
１０ 最適噴射形態
１１ａ、１１ｂ パイロット噴射
１２ａ、１２ｂ レートシェイプ噴射（主噴射）
１３ ポスト噴射
【技術分野】
【０００１】
本発明は、背反する熱効率、排出ガス、及び燃焼音を同時に改善する最適噴射形態で燃料を噴射する燃料噴射装置の制御方法、内燃機関、及びそれを搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの性能改善に対しては、燃料噴射技術の革新が大きく寄与する。一方、市場ニーズとしては、ディーゼルエンジンに対する燃費、排出ガス、及び騒音などの諸性能の一層の改善が求められており、これらの要求に対応するための燃料噴射技術として圧電（ピエゾ）素子により燃料噴射弁を直接駆動する燃料噴射装置（以下、直動ピエゾインジェクタという）が提案されている。ピエゾ素子は応答性に優れ、印加電圧、電流によって素子の伸縮を制御することで、１サイクルあたりの噴射回数、単位時間あたりの噴射量（噴射率）などの燃料噴射形態の調節に関する自由度を向上することができる。
【０００３】
排出ガスを改善するには、完全燃焼で発生するＮＯｘ（窒素酸化物）と不完全燃焼で発生するＰＭ（微量粒子）双方の発生を抑えることが必要であり、高圧の燃料を噴射し完全燃焼させることと、噴射を複数回行うことで燃焼室の高温化を防ぐことが有効となる。また、騒音成分のうち燃焼に起因して発生する燃焼音の改善には、燃焼初期の急激なシリンダ内圧力の上昇率を抑制することが有効となる。
【０００４】
よって、直動ピエゾインジェクタを用いて燃費、排出ガス、及び騒音の同時改善を図る場合は、燃料噴射形態として燃料噴射を複数回に分ける多段噴射（以下、マルチ噴射という）や、噴射率を噴射途中で変化させる噴射、所謂ブーツ型噴射（以下、レートシェイプ噴射という）の有効性が知られている。
【０００５】
レートシェイプ噴射とは、ディーゼルエンジンにおいて噴射期間中の噴射率を制御することである。このレートシェイプ噴射は、直動ピエゾインジェクタの噴射ノズルの開度を調整する方法や、２系統の圧力が異なる燃料回路を途中で切り換える方法などより可能となる。
【０００６】
そこで、そのレートシェイプ噴射を用いて、着火性を向上して排気ガスを低減した装置がある（例えば、特許文献１参照）。ここで、従来のレートシェイプ噴射について、図５を参照しながら説明する。図５の（ａ）に棚付きのブーツ型のレートシェイプ噴射を示し、図５の（ｂ）にスロープ形状のブーツ型のレートシェイプ噴射を示す。
【０００７】
これらのレートシェイプ噴射の狙いは、図５の（ａ）及び（ｂ）に示すように、最初の噴射率（初期噴射率）を低くすることで、急激な燃焼開始を緩和させて燃焼音やＮＯｘ排出を低減し、その後、噴射率を上げることで燃焼速度を向上させて熱効率を改善することにある。
【０００８】
一方で、マルチ噴射を用いて、燃焼音を低減し、排気ガスを抑制した装置もある（例えば、特許文献参照２、又は３参照）。ここで、従来のマルチ噴射について、図６を参照しながら説明する。このマルチ噴射の噴射率波形３０は、パイロット噴射３１やプレ噴射３２と呼ばれるメイン噴射３３の前に微量の燃料を噴射する手法と、アフター噴射３４やポスト噴射３５と呼ばれるメイン噴射３３の後に燃料を噴射する手法とを組み合わせている。
【０００９】
このマルチ噴射を用いた装置は、パイロット噴射３１やプレ噴射３２を行うことによっ
て、着火直前に燃料と空気との混合を促進し、また、微量の燃料を燃やす予備的な燃焼により、メイン噴射時の拡散燃料を活発化、燃料を噴射してから着火するまでの着火遅れ時間を短縮することができる。これにより、ＮＯｘの発生を抑制すると共に燃焼音や振動を低減することができる。
【００１０】
また、アフター噴射３４やポスト噴射３５を行うことによって、エンジンから排出される微小粒子（ＰＭ）を大気に放出する前にフィルタで捕集するディーゼルパティキュレートフィルター（以下、ＤＰＦという）のフィルタ温度を昇温させ、堆積したＰＭを再燃焼させて、除去することができる。さらに、エンジンから排出されるＮＯｘをＮ２（窒素）に戻して放出する排出ガス後処理システムのＳＣＲのＮＯｘ吸着触媒の周辺のＯ２（酸素）を極力減らし、燃料を過剰状態にすることができる。
【００１１】
しかしながら、前述のレートシェイプ噴射やマルチ噴射を行う装置などで、燃費（熱効率）、排出ガス（すす排出量）、及び燃焼音の改善を考える場合に、燃焼音を改善するとすす排出量が増加するなど、それぞれが背反する場合がある。また、この同時改善を燃料噴射形態の最適化によって実現する場合、直動ピエゾインジェクタのような噴射形態の自由度が高い燃料噴射装置を採用することが有効であるが、自由度が高い反面、無数に実施が可能である噴射形態の中から最適な噴射形態を見出すことが課題となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−８９３９２号公報
【特許文献２】特開２００７−１８７１４９号公報
【特許文献３】特開２０１１−００７２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、マルチ噴射と複数回のレートシェイプ噴射を組み合わせた最適な燃料噴射形態を算出して、燃費、排出ガス、及び燃焼音を同時に改善することができる燃料噴射装置の制御方法、内燃機関、及びそれを搭載した車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を解決するための本発明の燃料噴射装置の制御方法は、１燃焼サイクルあたりに複数回噴射し、主噴射より早期に１回以上のパイロット噴射を行い、主噴射より晩期に１回以上のポスト噴射を行う燃料噴射装置の制御方法において、内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、予め前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、及び、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とする最適噴射形態を算出し、前記燃焼噴射装置が、前記最適噴射形態に基づいて、前記主噴射として噴射率を噴射途中で変化させる噴射を２回以上行うことを特徴とする方法である。
【００１５】
この方法によれば、マルチ噴射と、２回以上のレートシェイプ噴射（噴射率を噴射途中で変化させる噴射）とを組み合わせて算出される最適噴射率形態に基づく燃料噴射を行うことにより、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃料音を最小にすることができる。これまで、マルチ噴射の主噴射として矩形状の噴射率波形を用いることが多かったが、主噴射として、スロープ状のブーツ型の噴射率波形を有するレートシェイプ噴射を複数回行うことで、より熱効率を向上すると共に、主噴射を複数回に分けることで燃焼室の高温化を防ぐことができる。さらに、前述したように、初期の噴射率を低くするレートシェイプ噴射により、急激な燃焼を抑制し、燃焼音を低減し、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００１６】
また、上記の燃料噴射装置の制御方法において、前記最適噴射形態を算出する行程が、内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、及び、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、比較用噴射形態を生成する生成工程と、前記比較用噴射形態に従って前記燃料噴射装置が燃料を噴射した場合をシミュレートして、少なくとも熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音を目的関数として算出する目的関数算出工程と、前記生成工程と前記目的関数算出工程を繰り返して、前記比較用噴射形態の中から前記熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とする前記最適噴射形態を算出する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
この方法によれば、比較用噴射形態を生成した後、その比較用噴射形態に従った燃量噴射によるシリンダ内の燃焼シミュレーションを行うための温度、圧力などの境界条件の予備計算を行う。その後に燃焼シミュレーションとして、燃料噴霧の分散、化学反応、流体力学についての本計算を実施する。その結果として得られる熱効率、排出ガス成分、燃焼音を目的関数として最適化する。上記の方法をくり返して、その中で、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小となる最適噴射形態を算出することができる。その最適噴射形態に従って、燃料を噴射すると、相反する燃費、排出ガス、及び燃焼音の問題を同時に改善することができる。
【００１８】
また、噴射形態の自由度が高いピエゾインジェクタなどの燃料噴射装置の無数に実施が可能である噴射形態の中から最適な噴射形態を見出すことができる。
【００１９】
上記の目的を解決するための内燃機関は、１燃焼サイクルあたりに複数回噴射し、主噴射より早期に１回以上のパイロット噴射を行い、主噴射より晩期に１回以上のポスト噴射を行う燃料噴射装置と、該燃料噴射装置を制御する制御装置を備えた内燃機関において、前記制御装置が、内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とするように算出された最適噴射形態を予め記憶する手段と、該最適噴射形態に基づいて、前記燃料噴射装置に、前記主噴射として噴射率を噴射途中で変化させる噴射を２回以上行わせる手段を備えて構成される。
【００２０】
この構成によれば、マルチ噴射と複数回の噴射率を噴射途中で変化させるレートシェイプ噴射を組み合わせることで、燃費、排出ガス、燃焼音を同時に改善することができる。
【００２１】
また、上記の内燃機関において、前記最適噴射形態を算出する手段が、内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、及び、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、比較用噴射形態を生成する生成手段と、前記比較用噴射形態に従って前記燃料噴射装置が燃料を噴射した場合をシミュレートして、少なくとも熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音を目的関数として算出する目的関数算出手段と、前記生成手段と前記目的関数算出手段を繰り返して、前記比較用噴射形態の中から前記熱効率を最大、排出ガスを最小、及び燃焼音を最小とする前記最適噴射形態を算出する手段と、を含む。
【００２２】
この構成によれば、最適噴射形態を最適化する場合に、無数に実施が可能である噴射形態の中から最適な噴射形態を見出すことができる。
【００２３】
上記の問題を解決するための車両は、上記に記載の内燃機関を搭載して構成される。こ
の構成によれば、燃費を向上し、すす排出量を低減し、及び燃焼音を低減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、マルチ噴射と複数回のレートシェイプ噴射を組み合わせた最適な最適噴射形態を算出して、燃費、排出ガス、及び燃焼音を同時に改善することができる。また、マルチ噴射と複数回のレートシェイプ噴射を組み合わせることで、無数に実施が可能である噴射形態の中から最適な噴射形態を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料噴射装置を示した図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の内燃機関の最適噴射形態を示した図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃料噴射装置の制御を示したフローチャートである。
【図４】本発明に係る実施の形態の内燃機関の結果を示した図である。
【図５】従来のレートシェイプ噴射を示した図である。
【図６】従来のマルチ噴射を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施の形態の燃料噴射装置の制御方法、内燃機関、及びそれを搭載した車両について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態では内燃機関を周知の技術のディーゼルエンジンを例に説明する。
【００２７】
まず、本発明に係る実施の形態の内燃機関の燃焼噴射装置について、図１を参照しながら説明する。図１に示すように、ディーゼルエンジン（内燃機関）のコモンレールシステム１は、燃料タンク２、コモンレール３、高圧ポンプ４、高圧管５、ＥＣＵ（制御装置）６、及び各インジェクタ（燃料噴射装置）ｉ１〜ｉ４を備える。
【００２８】
このコモンレールシステム１は、燃料タンク２の燃料（軽油）を高圧ポンプ４で高圧化し、その高圧化した軽油を、高圧管５を通してコモンレール３に移送する。そして、ＥＣＵ６により制御された直動ピエゾインジェクタで形成されたインジェクタｉ１〜ｉ４から各気筒に噴射するシステムである。
【００２９】
インジェクタｉ１〜ｉ４は、噴射期間中の噴射率を制御することができるインジェクタであればよく、間接式ピエゾインジェクタやソレノイドインジェクタ、またそれに類するインジェクタのうち、レートシェイプ噴射が可能なインジェクタが好ましい。
【００３０】
次に、インジェクタｉ１〜ｉ４から噴射される燃料の噴射率波形を示した本発明に係る実施の形態の内燃機関の最適噴射形態１０について、図２を参照しながら説明する。最適噴射形態１０は、パイロット噴射１１ａと１１ｂ、レートシェイプ噴射（主噴射）１２ａと１２ｂ、及びポスト噴射１３を備える。
【００３１】
パイロット噴射１１ａと１１ｂは、レートシェイプ噴射１２ａと１２ｂより早期に行われる燃料噴射である。このパイロット噴射１１ａと１１ｂの総量は５ｍｍ３以下の微量な噴射量とする。図２によると、この噴射量は噴射率を時間で積分した値であり、本発明では、パイロット噴射１１ａと１１ｂ分の積算値が５ｍｍ３以下になるように設定すればよい。ここでは、２回のパイロット噴射１１ａと１１ｂで説明するが、積算値が５ｍｍ３以下であれば、その回数は限定しない。
【００３２】
このパイロット噴射１１ａと１１ｂによれば、着火直前に燃料の軽油と空気との混合を
促進することができ、また、予備的な燃焼による熱発生より燃焼を緩慢にし、レートシェイプ噴射１２ａと１２ｂの拡散燃料を活発化して、燃料を噴射してから着火するまでの着火遅れ時間を短縮することができる。
【００３３】
主噴射であるレートシェイプ噴射１２ａと１２ｂの着火が遅れると、シリンダ内に噴射されながら燃えていなかった燃料に、あるタイミングで一気に火が付き、燃焼温度が上昇してしまう。この結果、ＮＯｘの排出が増加し、燃焼音や振動も大きくなってしまう。よって、レートシェイプ噴射１２ａと１２ｂより早期に５ｍｍ３以下の微量な噴射であるパイロット噴射１１ａと１１ｂを行うことで、着火遅れ時間を短縮することができ、ＮＯｘの発生を抑制すると共に、燃焼音や振動を低減することができる。さらに、エンジンが低回転、高負荷時にパイロット噴射１１ａと１１ｂの時期を早めると最大トルクをアップすることもできる。
【００３４】
レートシェイプ噴射１２ａと１２ｂは、噴射期間中に噴射率を変化させる噴射率可変噴射であり、最適噴射形態１０の中で、一番噴射量の多い主噴射である。このレートシェイプ噴射１２ａと１２ｂは、前述した通り、初期の噴射率を低くし、その後、噴射率を上げる燃料の噴射である。実施の形態では、２回のレートシェイプ噴射を例に説明するが、２回以上であれば、その回数は限定しない。
【００３５】
このレートシェイプ噴射１２ａと１２ｂによれば、最初の噴射率を低くすることで急激な燃焼開始を緩和させて、ＮＯｘ排出や燃焼音を低減し、その後、噴射率を上げることで燃焼速度を向上させて熱効率を向上することができる。また、主噴射であるレートシェイプ噴射を２回に分けて行うことで、急激な燃焼を緩和させて、燃焼速度を向上させることができる。さらに、主噴射を複数回に分割することで、燃焼室の高温化も抑制することができる。これによりＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００３６】
また、レートシェイプ噴射１２ｂは、従来のアフター噴射の役割も果たしている。レートシェイプ噴射１２ａによる燃焼で発生したすすやＣＯを再燃焼することができる。よって、このレートシェイプ噴射１２ｂはレートシェイプ噴射１２ａに近接させることが好ましい。
【００３７】
上記のレートシェイプ噴射１２ａと１２ｂとは、ブーツ型の噴射率波形であればその噴射率波形は限定しないが、好ましくは、前述の図５の（ｂ）に示すスロープ状のブーツ型の噴射率波形が好ましい。つまり図５の（ａ）に示す棚付きブーツ型の噴射率波形の場合では、レートシェイプ噴射１２ａにより筒内温度が上がって、その後の噴射が即着火するような状態であるため、直ぐに着火し急激な燃焼が起きてしまう。そのような状態を回避するため、図５の（ｂ）に示すスロープ状のブーツ型の噴射率波形が好ましい。また、同様の理由から、レートシェイプ噴射１２ａと１２ｂとでは、レートシェイプ噴射１２ｂの方が、レートシェイプ噴射１２ａに比べて、噴射率を低くする時間を長くするとよい。
【００３８】
ポスト噴射１３は、レートシェイプ噴射１２ａと１２ｂより晩期に行われる噴射である。このポスト噴射１３の総量、及び回数は限定しない。ただし、ポスト噴射１３で噴射される燃料は車両走行には使用されないため、噴射量が多いと燃費が悪くなるため、ＰＭの堆積量を検知して、無駄に排気ガスを高温にしないように最適化する。
【００３９】
このポスト噴射１３によれば、高温の排気ガスをＤＰＦへ送ることができ、その高温の排気ガスによってＤＰＦが捕集したＰＭを燃焼し、除去することができる。ポスト噴射１３を複数回行うことで、排出ガスの温度の制御も可能になる。また、エンジンから排出されるＮＯｘをＮ２に戻して放出するＳＣＲのＮＯｘ吸着触媒の周辺のＯ２を極力減らし、燃料を過剰状態にすることができる。
【００４０】
この最適噴射形態１０によれば、背反する熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音を同時に改善することができる。
【００４１】
次に、上記の最適噴射形態１０の算出方法について、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。この算出方法は、ＥＣＵ６にプログラムとして組み込んでもよく、また、車外のコンピュータなどで算出し、算出された最適噴射形態１０をＥＣＵ６に記憶させてもよい。
【００４２】
最適噴射形態１０の算出方法Ｓ１０は、ディーゼルエンジンの運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、パイロット噴射の回数と噴射量（５ｍｍ３以下）、レートシェイプ噴射の回数（２回以上）と噴射量と噴射期間中の噴射率、及び、ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、比較用噴射形態を生成するステップＳ１１（生成工程）を行う。このステップＳ１１では、予め実験などにより、用意された噴射率波形を組み合わせたものを用いてもよい。
【００４３】
次に、初期条件を計算するステップＳ１２を行う。ここでいう初期条件とは、シリンダ内の燃焼シミュレーションを行うための温度、圧力などの境界条件の予備計算であり、吸気弁が閉じた時の筒内圧力と温度、及びパイロット噴射などの各噴射が開始される時の筒内ガス密度などを計算する。
【００４４】
次に、ステップＳ１２で計算された初期条件を基に、シリンダ内の燃焼シミュレーションを行うステップＳ１３を行う。このステップＳ１３では、様々な燃焼シミュレーションを行うことができる。例えば、燃料噴霧の分散のシミュレーションとして、流体噴流の微粒化過程をモデル化して計算する工程、化学反応のシミュレーションとして、燃料である軽油の酸化反応をモデル化して計算する工程、または、流体力学のシミュレーションとして、筒内のガス流動及び燃料液滴の運動をモデル化して計算する工程がある。
【００４５】
次に、ステップＳ１３の結果から、熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音を目的関数として算出するステップＳ１４（目的関数算出工程）を行う。このステップＳ１４では、熱効率を、供給された燃料に対し、ステップＳ１３の燃焼シミュレーションで発生した有効仕事の割合を計算し、算出する。また、排出ガス成分を、ステップＳ１３の燃焼シミュレーションで計算された排出ガス成分毎の生成モデルを用いて算出する。さらに、燃焼音を、ステップＳ１３の燃焼シミュレーションでの筒内圧を周波数分析し、筒内圧と燃焼音との伝達関数を用いて算出する。
【００４６】
次に、ステップＳ１３のシミュレーションが１回目か否かを判断するステップＳ１５を行う。比較用噴射形態であれば、次の噴射率波形を変更するステップＳ１６へと進む。このステップＳ１６では、比較用噴射形態の噴射率波形を基に、パイロット噴射の回数と噴射量（５ｍｍ３以下）、レートシェイプ噴射の回数（２回以上）と噴射量と噴射期間中の噴射率、及び、ポスト噴射の回数と噴射量を変更する。
【００４７】
変更された噴射形態を用いてステップＳ１２、ステップＳ１３、及びステップＳ１４を行う。そして、次に、熱効率が前回までの結果の中で最大か否かを判断するステップＳ１７を行う。否であれば、ステップＳ１６へ戻る。
【００４８】
熱効率が前回までの結果の中で最大と判断されると、次に、排出ガス成分が前回までの結果の中で最小か否かを判断するステップＳ１８を行う。否であれば、ステップＳ１６へ戻る。排出ガス成分が前回までの結果の中で最小と判断されると、次に、燃焼音が前回までの結果の中で最小か否かを判断するステップＳ１９を行う。否であれば、ステップＳ１
６へ戻る。
【００４９】
上記のように、ステップＳ１３の燃焼シミュレーションを行い、ステップＳ１４で算出される熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音の目的関数を前回までの結果と比較していき、熱効率が最大、排出ガス成分が最小、及び燃焼音が最小となると完了する。この算出方法Ｓ１０により、算出された波形が最適燃焼波形１０となる。
【００５０】
上記の算出方法Ｓ１０によれば、マルチ噴射と複数回のレートシェイプ噴射とを組み合わせることで、無数に実施が可能である噴射形態の中から、熱効率が最大、排出ガス成分が最小、及び燃焼音が最小となる最適な燃料噴射形態を算出することができる。また、運転条件や燃料の性状などの使用条件が変わっても、その条件に合わせて最適な燃料噴射形態を算出することができる。加えて、算出方法Ｓ１０を、ＥＣＵ６にプログラムとして組み込むと、常に、最適な燃料噴射形態で燃料を噴射することができる。
【００５１】
次に、本発明の実施の形態の内燃機関の燃料噴射装置の制御方法について説明する。ＥＣＵ６は、インジェクタｉ１〜ｉ４を上記の算出方法Ｓ１０で算出された最適噴射形態１０に基づいて制御して、各気筒へ燃料を噴射する。これにより、燃費を向上し、すす排出量を低減し、及び燃焼音を低減することができる。
【００５２】
上記の最適燃料噴射率波形１０に基づいて燃料を噴射するディーゼルエンジンを搭載した車両の熱効率、すす排出量（ＮＯｘ排出量とＰＭ排出量を含む）、及び燃焼音の結果を従来のものと比較した表を、図５に示す。従来のものに比べて、熱効率は、１．８％向上し、すす排出量は、９１％削減し、燃焼音は、２．８ｄＢ低減している。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の内燃機関は、熱効率が最大、排出ガス成分が最小、及び燃焼音が最小になる最適噴射形態に基づいて、各気筒に燃料を噴射し、燃費を向上し、また、すす排出量と燃焼音を低減することができるため、特にディーゼルエンジンを搭載した車両に利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ コモンレールシステム
２ 燃料タンク
３ コモンレール
４ 高圧ポンプ
５ 高圧管
６ ＥＣＵ（制御装置）
ｉ１〜ｉ４ インジェクタ（燃料噴射装置）
１０ 最適噴射形態
１１ａ、１１ｂ パイロット噴射
１２ａ、１２ｂ レートシェイプ噴射（主噴射）
１３ ポスト噴射
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１燃焼サイクルあたりに複数回噴射し、主噴射より早期に１回以上のパイロット噴射を行い、主噴射より晩期に１回以上のポスト噴射を行う燃料噴射装置の制御方法において、
内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、予め前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、及び、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とする最適噴射形態を算出し、
前記燃焼噴射装置が、前記最適噴射形態に基づいて、前記主噴射として噴射率を噴射途中で変化させる噴射を２回以上行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御方法。
【請求項２】
前記最適噴射形態を算出する行程が、
内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、及び、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、比較用噴射形態を生成する生成工程と、
前記比較用噴射形態に従って前記燃料噴射装置が燃料を噴射した場合をシミュレートして、少なくとも熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音を目的関数として算出する目的関数算出工程と、
前記生成工程と前記目的関数算出工程を繰り返して、前記比較用噴射形態の中から前記熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とする前記最適噴射形態を算出する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置の制御方法。
【請求項３】
１燃焼サイクルあたりに複数回噴射し、主噴射より早期に１回以上のパイロット噴射を行い、主噴射より晩期に１回以上のポスト噴射を行う燃料噴射装置と、該燃料噴射装置を制御する制御装置を備えた内燃機関において、
前記制御装置が、内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とするように算出された最適噴射形態を予め記憶する手段と、該最適噴射形態に基づいて、前記燃料噴射装置に、前記主噴射として噴射率を噴射途中で変化させる噴射を２回以上行わせる手段を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記最適噴射形態を算出する手段が、
内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、及び、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、比較用噴射形態を生成する生成手段と、
前記比較用噴射形態に従って前記燃料噴射装置が燃料を噴射した場合をシミュレートして、少なくとも熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音を目的関数として算出する目的関数算出手段と、
前記生成手段と前記目的関数算出手段を繰り返して、前記比較用噴射形態の中から前記熱効率を最大、排出ガスを最小、及び燃焼音を最小とする前記最適噴射形態を算出する手段と、を含むことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の内燃機関を搭載することを特徴とする車両。
【請求項１】
１燃焼サイクルあたりに複数回噴射し、主噴射より早期に１回以上のパイロット噴射を行い、主噴射より晩期に１回以上のポスト噴射を行う燃料噴射装置の制御方法において、
内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、予め前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、及び、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とする最適噴射形態を算出し、
前記燃焼噴射装置が、前記最適噴射形態に基づいて、前記主噴射として噴射率を噴射途中で変化させる噴射を２回以上行うことを特徴とする燃料噴射装置の制御方法。
【請求項２】
前記最適噴射形態を算出する行程が、
内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、及び、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、比較用噴射形態を生成する生成工程と、
前記比較用噴射形態に従って前記燃料噴射装置が燃料を噴射した場合をシミュレートして、少なくとも熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音を目的関数として算出する目的関数算出工程と、
前記生成工程と前記目的関数算出工程を繰り返して、前記比較用噴射形態の中から前記熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とする前記最適噴射形態を算出する工程と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置の制御方法。
【請求項３】
１燃焼サイクルあたりに複数回噴射し、主噴射より早期に１回以上のパイロット噴射を行い、主噴射より晩期に１回以上のポスト噴射を行う燃料噴射装置と、該燃料噴射装置を制御する制御装置を備えた内燃機関において、
前記制御装置が、内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、熱効率を最大、排出ガス成分を最小、及び燃焼音を最小とするように算出された最適噴射形態を予め記憶する手段と、該最適噴射形態に基づいて、前記燃料噴射装置に、前記主噴射として噴射率を噴射途中で変化させる噴射を２回以上行わせる手段を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記最適噴射形態を算出する手段が、
内燃機関の運転条件、気筒内へ吸入される燃料の条件、及び使用燃料の性状に応じて、前記パイロット噴射の回数と噴射量、前記主噴射の回数と噴射量、及び、前記ポスト噴射の回数と噴射量を設定して、比較用噴射形態を生成する生成手段と、
前記比較用噴射形態に従って前記燃料噴射装置が燃料を噴射した場合をシミュレートして、少なくとも熱効率、排出ガス成分、及び燃焼音を目的関数として算出する目的関数算出手段と、
前記生成手段と前記目的関数算出手段を繰り返して、前記比較用噴射形態の中から前記熱効率を最大、排出ガスを最小、及び燃焼音を最小とする前記最適噴射形態を算出する手段と、を含むことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の内燃機関を搭載することを特徴とする車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６８２０４（Ｐ２０１３−６８２０４Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０９１０３（Ｐ２０１１−２０９１０３）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]