JP4858647B2

JP4858647B2 - 内燃機関の燃料噴射圧力制御装置

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Publication number: JP4858647B2
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Description

本発明は、ディーゼルエンジンに代表される内燃機関の燃料噴射圧力制御装置に係る。特に、本発明は、混合気の燃焼状態の適正化を図るための対策に関する。

従来から周知のように、自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジンでは、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等に応じて、燃料噴射弁（以下、インジェクタと呼ぶ場合もある）からの燃料噴射時期や燃料噴射量を調整する燃料噴射制御が行われている（例えば下記の特許文献１を参照）。

ところで、上記ディーゼルエンジンの燃焼は、予混合燃焼と拡散燃焼とによって成り立っている。燃料噴射弁からの燃料噴射が開始されると、まず燃料の気化拡散により可燃混合気が生成される（着火遅れ期間）。次に、この可燃混合気が燃焼室の数ヶ所でほぼ同時に自己着火し、急速に燃焼が進む（予混合燃焼）。さらに、燃焼室内への燃料噴射が継続され、燃焼が継続的に行われる（拡散燃焼）。その後、燃料噴射が終了した後にも未燃燃料が存在するため、しばらくの間、熱発生が続けられる（後燃え期間）。

また、ディーゼルエンジンでは、シリンダ内での燃料の気化が激しいほど、着火後の火炎伝播速度が増大する。この火炎伝播速度が高くなると、一時に燃える燃料の量が多くなり過ぎて、シリンダ内の圧力が急激に増大し、振動や騒音が発生する。こうした現象はディーゼルノッキングと呼ばれており、特に低負荷運転時に発生することが多い。また、このような状況では、燃焼温度の急激な上昇に伴って窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と呼ぶ）の発生量も増大し、排気エミッションが悪化してしまう。

これらの課題を解決するための手法として、下記の特許文献２〜４に開示されているように燃料圧力（以下、燃料噴射圧力と呼ぶ場合もある）を調整することが行われている。一般的には、気筒内での燃焼速度を高めるためには燃料圧力を高く設定し、逆に、上記振動や騒音の発生を抑制するためには燃料圧力を低く設定することが行われている。
特開２００１−２５４６４５号公報特開平３−１８６４７号公報特開平６−２０７５４８号公報特開平１１−３１５７３０号公報

ところで、これまでのディーゼルエンジンにおいて、運転状態に応じた燃料圧力を設定するための手法としては、エンジン回転数やエンジントルク（エンジン負荷に相当）の各エンジン運転状態毎に燃料圧力の適合を行っていた。つまり、エンジン運転状態毎に、実験的に燃料圧力の適合値を試行錯誤で個別に求めていき、これら多数のエンジン運転状態毎に対応した燃料圧力の適合値をマップ化することで燃圧設定マップを作成していた。そして、この燃圧設定マップに従って、現在のエンジン運転状態に適した目標燃料圧力を設定し、高圧燃料ポンプの制御等を行っていた。

以下、これまでの燃圧設定マップの作成手順の一例について説明する。この燃圧設定マップの作成手順は、先ず、図９（ａ）に示す燃圧設定マップを作成しておき、これに対して、実験的に燃料圧力の適合値を試行錯誤で求めていきながら、図９（ｂ）、図９（ｃ）の順で燃圧設定マップを変更していく。

先ず、図９（ａ）は、運転領域の全域において、エンジン回転数の上昇に伴って燃料圧力を次第に高く設定していく燃圧設定マップである。この燃圧設定マップでは、等燃圧ライン（図中に破線で示す直線）が等回転数ラインに一致するように図中の縦軸（エンジントルク軸）に沿っている。この燃圧設定マップは、良好なドライバビリティを実現するとともに、低回転域であってもエンジン回転数上昇に応じて燃圧上昇を迅速に行うことで燃料の加圧遅れを防止できるものとなっている。

しかし、この図９（ａ）に示す燃圧設定マップでは、エンジンの静粛性に課題が残る。そこで、この図９（ａ）に示した燃圧設定マップに比べて、低トルク域での低燃圧領域を高回転側に拡大して、この運転領域でのエンジンの静粛性が良好に得られる図９（ｂ）に示す燃圧設定マップに変更する。この際の変更量は実験的な試行錯誤によって求められる。

ところが、この図９（ｂ）に示す燃圧設定マップでは、エンジンの排気エミッションに課題が残る。そこで、この図９（ｂ）に示した燃圧設定マップに比べて、中トルク域での高燃圧領域を低回転側に拡大して、この運転領域（特に、図９（ｃ）中において一点鎖線で囲んだ運転領域）での燃料の微粒化を促進して排気エミッションの改善が図れる図９（ｃ）に示す燃圧設定マップに変更する。この際の変更量も実験的な試行錯誤によって求められる。また、この図９（ｃ）に示す燃圧設定マップは、最大トルクライン周辺での低燃圧領域を高回転側に拡大し、これによってオイル希釈の抑制も図っている。

以上のような作成手順であったため、燃圧設定マップの作成には多大な労力を要していた。そればかりでなく、エンジン運転状態毎に、実験的に燃料圧力の適合値を試行錯誤で個別に求めていたため、エンジン運転領域の全域に亘って適正な燃料圧力が設定されている保証もなかった。つまり、ある運転状態では、燃焼音の低減およびＮＯｘ発生量の低減は図れるものの、燃焼効率が悪化して十分なエンジントルクを得ることができなくなる場合があったり、逆に、高いエンジントルクは十分に得られるものの、燃焼音の増大およびＮＯｘ発生量の増大を招いてしまう場合があったりした。

このように、従来では、試行錯誤で燃料圧力の適合値を決定していたため、適合の複雑化を招き、種々のエンジンに共通した体系的な燃料圧力設定手法を構築することが不可能であり、また、エンジン運転領域の全域に亘って燃料圧力の最適化が図れているとは言えず、未だ改良の余地があった。

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、内燃機関の運転状態に応じた適切な燃料噴射圧力を設定するに際し、体系化された燃料噴射圧力の設定手法により設定された燃料噴射圧力によって燃料噴射を実行させることが可能な燃料噴射圧力制御装置を提供することにある。

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、内燃機関の要求出力（要求パワー）と燃料噴射圧力（例えばコモンレール内の目標燃料圧力）との間に一義的な相関を持たせる。また、上記内燃機関の回転数およびトルクの少なくとも一方が変化することで内燃機関の出力が変化する状況では、それに応じた適正な燃料圧力での燃料噴射が行えるようにし、逆に、内燃機関の回転数やトルクが変化しても内燃機関の出力が変化しない状況では、燃料圧力を、それまで設定されていた適正値から変化させないようにする。これによって混合気の燃焼時における熱発生率変化状態を理想状態に近付けることを可能にしている。

−解決手段−
具体的に、本発明は、圧縮自着火式内燃機関の気筒内に向けて噴射する燃料の圧力を制御する内燃機関の燃料噴射圧力制御装置を前提とする。この燃料噴射圧力制御装置に対し、上記内燃機関に要求される出力の等出力領域に対し、等燃料噴射圧力領域を、内燃機関の運転可能領域の略全域に亘って予め割り付けておくことにより、上記内燃機関に要求される出力に応じて燃料噴射圧力を調整すると共に、その内燃機関に要求される出力の変化量に対する燃料噴射圧力の変化量の割合割合が、内燃機関の低回転領域ほど小さくなるように設定している。

この特定事項により、内燃機関の運転時に、内燃機関に要求される出力が変化した際、この内燃機関の要求出力に対応して予め割り付けられている燃料噴射圧力となるように燃料噴射圧力（目標燃料噴射圧力）が設定される。そして、この燃料噴射圧力は、等出力領域に対して等燃料噴射圧力領域を割り付けておくことにより得られるようにしているため、種々のエンジンに共通した体系的な燃料圧力設定手法を構築することが可能であり、内燃機関の運転状態に応じた適切な燃料噴射圧力を設定するための燃圧設定マップの作成を簡素化することが可能である。

例えば、燃料噴射圧力を調整することにより、混合気の燃焼時における熱発生率変化状態を理想状態に近付けることが可能である。具体的に、燃料噴射圧力を高く設定すれば、燃焼開始初期時における熱発生率の単位時間当たりの増大量を大きくでき（熱発生率波形の傾斜角度を大きくでき）、且つ同一噴射量を得るための噴射期間を短くすることができて燃焼期間を短縮化できる（熱発生率の低下を早いタイミングに設定することができる）。つまり、クランク角度の進み度合いに対して熱発生率波形の位相を短くできる（熱発生率の低下タイミングを進角側に移行できる）。また、熱発生率のピーク値（熱発生率波形の極大値）も高く得ることができる。逆に、燃料噴射圧力を低く設定すれば、燃焼開始初期時における熱発生率波形の傾斜角度を小さくでき、また、クランク角度の進み度合いに対して熱発生率波形の位相を長くでき、更に、熱発生率波形の極大値（ピーク値）を低くすることができる。このように、燃料噴射圧力の調整により熱発生率波形を変化させることができ、この熱発生率波形を理想的な波形に近付けることが可能になる。それに伴って、ＮＯｘ発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが可能になる。そして、このような理想的な燃焼形態を得るための燃圧設定マップの作成を簡素化することが可能になる。
また、内燃機関に要求される出力の変化量に対する燃料噴射圧力の変化量の割合割合が、内燃機関の低回転領域ほど小さくなるように設定したことで、内燃機関の低回転領域では、燃料噴射圧力の変化が緩やかであって、この運転状態におけるシリンダ内の燃焼圧力の急激な増大を回避して燃焼に伴う振動や騒音の発生を抑制できるようにしている。逆に、内燃機関の高回転領域では、例えばトルクの増大に伴って燃料噴射圧力を大きく変化させ、要求されている出力が迅速に得られるようにして内燃機関の応答性（レスポンス）を良好にしている。

上記内燃機関の等出力領域に対する等燃料噴射圧力領域の割り付け形態として具体的には、上記内燃機関の回転数およびトルクが変化したとしても、その変化後の回転数およびトルクから求められる出力が変化していない場合には、燃料噴射圧力を変化させないように、内燃機関の等出力領域に対して等燃料噴射圧力領域を割り付けている。

これにより、内燃機関の要求出力の変化時においてのみ燃料噴射圧力を変化させることができ、内燃機関の要求出力に応じて適切な燃料噴射圧力を一義的に設定することができる。例えば、内燃機関の回転数が上昇したとしてもトルクが低下したことで要求出力が変化していない場合や、逆に、内燃機関のトルクが上昇したとしても回転数が低下したことで要求出力が変化していない場合には、燃料噴射圧力を変化させず、それまで設定されていた適正値を維持することになる。

また、上記燃料噴射圧力領域の割り付け形態としては、上記内燃機関に要求される出力が高い領域ほど高い燃料噴射圧力領域が割り付けられている。つまり、内燃機関の高トルク運転状態や高回転運転状態では、気筒内での熱発生率を高めることで、要求出力が得られるようにしている。

また、上記燃料噴射圧力領域の割り付け形態として、より具体的には、上記内燃機関の回転数とトルクとが共に増加する場合、および、内燃機関の回転数が一定でトルクが増加する場合、並びに、内燃機関のトルクが一定で回転数が増加する場合の何れにおいても燃料噴射圧力を高めるように燃料噴射圧力領域を設定している。つまり、内燃機関の要求出力が上昇する状況においてのみ燃料噴射圧力を高めるように、この燃料噴射圧力の調整を行うようにしている。

更に、上記燃料噴射圧力を調整するために参照される燃圧設定マップは以下のとおりである。つまり、横軸を内燃機関の回転数とし縦軸を内燃機関のトルクとしたマップ内に描かれる等出力ラインと等燃料噴射圧力ラインとを内燃機関の運転可能領域の略全域に亘って略一致させたものとなっている。

上記内燃機関に要求される出力に応じた燃料噴射圧力を決定するための具体的な手法としては以下のものが挙げられる。つまり、上記燃料噴射圧力は、内燃機関に要求される出力と所定の比例定数をもった比例関係にあって、この要求出力に比例定数が乗算されて求められる仮燃料噴射圧力に対して、所定の圧力オフセット量だけ加算された圧力として上記燃料噴射圧力を求めるようにしている。

この場合の圧力オフセット量としては、燃料噴射弁から噴射された主噴射の燃料が、内燃機関のピストンが圧縮上死点に達した時点で燃焼を開始した場合に、圧縮上死点後のクランク角度で約１０度に達した時点で熱発生率が極大値に達するように設定されたものとなっている。

これにより、内燃機関に要求される出力に応じた燃料噴射圧力を具体的に決定することが可能になる。また、このように決定された燃料噴射圧力で燃料噴射を実行すれば、ピストンの圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点で気筒内の混合気のうちの５０％が燃焼を完了した状況となる。つまり、膨張行程における総熱発生量の約５０％がＡＴＤＣ１０°までに発生し、高い熱効率で内燃機関を運転させることが可能となる。

また、内燃機関に要求される出力の領域として比較的低い出力領域である燃焼音対策出力領域における燃料噴射圧力を決定するための具体的な手法としては以下のものが挙げられる。つまり、上記燃焼音対策出力領域における燃料噴射圧力を、内燃機関に要求される出力に所定の比例定数が乗算されて求められる仮燃料噴射圧力に対して、所定の圧力基本オフセット量だけ加算された基準圧力を求めた後、この基準圧力を減量補正することにより求めるようにしている。

この場合、上記燃焼音対策出力領域における上記基準圧力に対する減量補正量は、内燃機関に要求される出力が小さいほど大きく設定されて、上記燃料噴射圧力を求めるようにする。

このようにして圧力オフセット量を設定すれば、内燃機関の出力が比較的低い状況での燃焼室内での燃焼音を低く抑えることができ、内燃機関の静粛性を改善できる。

また、内燃機関に要求される出力の領域として比較的高い出力領域であるＮＯｘ対策出力領域における燃料噴射圧力を決定するための具体的な手法としては以下のものが挙げられる。つまり、上記ＮＯｘ対策出力領域における燃料噴射圧力を、内燃機関に要求される出力に所定の比例定数が乗算されて求められる仮燃料噴射圧力に対して、所定の圧力基本オフセット量だけ加算された基準圧力を求めた後、この基準圧力を減量補正することにより求めるようにしている。

この場合、上記ＮＯｘ対策出力領域における上記基準圧力に対する減量補正量は、内燃機関に要求される出力が大きいほど大きく設定されて、上記燃料噴射圧力を求めるようにする。

このようにして圧力オフセット量を設定すれば、内燃機関の出力が比較的高い状況での燃焼室内での燃焼速度を低く抑えることができ、筒内での燃焼に伴うＮＯｘの発生量を大幅に削減することができる。

また、内燃機関に要求される出力の領域として略中間出力領域であるスモーク対策出力領域における燃料噴射圧力を決定するための具体的な手法としては以下のものが挙げられる。つまり、上記スモーク対策出力領域における燃料噴射圧力を、内燃機関に要求される出力に所定の比例定数が乗算されて求められる仮燃料噴射圧力に対して、所定の圧力基本オフセット量だけ加算された基準圧力を求めた後、この基準圧力を増量補正することにより求めるようにしている。

このようにして圧力オフセット量を設定すれば、例えば主噴射が複数回の分割噴射によって実施された場合であっても、単位時間当たりの噴射量を増加させることができ、噴射期間の短縮化を図ることができて、噴射期間が長期化することに伴う効率の悪化を解消することができる。

本発明では、圧縮自着火式内燃機関の燃料噴射圧力の設定に対し、等出力領域に対して、等燃料噴射圧力領域を、内燃機関の運転可能領域の略全域に亘って予め割り付けておくようにしている。このため、種々のエンジンに共通した体系的な燃料圧力設定手法を構築することが可能である。

図１は、実施形態に係るエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。図２は、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は、ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。図４は、膨張行程時の熱発生率の変化状態を示す波形図である。図５は、参考例におけるエンジン要求出力と、その要求出力に応じて設定される目標燃料圧力との関係を示す図である。図６は、参考例に係る目標燃料圧力を決定する際に参照される燃圧設定マップを示す図である。図７は、第１実施形態に係る目標燃料圧力を決定する際に参照される燃圧設定マップを示す図である。図８は、第２実施形態におけるエンジン要求出力と、その要求出力に応じて設定される目標燃料圧力との関係を示す図である。図９は、従来の燃圧設定マップの作成手順の一例を説明するための図である。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
３燃焼室
１３ピストン
２３インジェクタ（燃料噴射弁）

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。

−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１およびその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室３およびその周辺部を示す断面図である。

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、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。

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、遮断弁２４、燃料添加弁２６、機関燃料通路２７、添加燃料通路２８等を備えて構成されている。

上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ２３からの燃料噴射制御の詳細については後述する。

また、上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２８を介して燃料添加弁２６に供給する。添加燃料通路２８には、緊急時において添加燃料通路２８を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁２４が備えられている。

また、上記燃料添加弁２６は、後述するＥＣＵ１００による添加制御動作によって排気系７への燃料添加量が目標添加量（排気Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆとなるような添加量）となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁２６から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系７（排気ポート７１から排気マニホールド７２）に噴射供給される構成となっている。

吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）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６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、スロットルバルブ６２が配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。

排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には、後述するＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＲ触媒：ＮＯｘＳｔｏｒａｇｅＲｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７５およびＤＰＮＲ触媒（ＤｉｅｓｅｌＰａｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘＲｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７６を備えたマニバータ（排気浄化装置）７７が配設されている。以下、これらＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６について説明する。

ＮＳＲ触媒７５は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を担体とし、この担体上に例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。

このＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ₂若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ₂やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ₂となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ₂やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ₂ＯやＣＯ₂となる。すなわち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記燃料添加弁２６からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。

一方、ＤＰＮＲ触媒７６は、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。さらに、ＤＰＮＲ触媒７６には、捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。

ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室３およびその周辺部の構成について。図２を用いて説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。

ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部にガスケット１４を介して取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。

このピストン１３は、コネクティングロッド１８の小端部１８ａがピストンピン１３ｃにより連結されており、このコネクティングロッド１８の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。

上記シリンダヘッド１５には、燃焼室３へ空気を導入する吸気ポート１５ａと、燃焼室３から排気ガスを排出する上記排気ポート７１とがそれぞれ形成されていると共に、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７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。これら吸気バルブ１６および排気バルブ１７はシリンダ中心線Ｐを挟んで対向配置されている。つまり、本エンジン１はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。

更に、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）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５Ａを介して連結されたタービンホイール５Ｂおよびコンプレッサホイール５Ｃを備えている。コンプレッサホイール５Ｃは吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５Ｂは排気管７３内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５は、タービンホイール５Ｂが受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５Ｃを回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５Ｂ側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。

吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。

また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。

−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。

例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内のスロットルバルブ６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４は、排気系７のマニバータ７７の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ４５は、同じく排気系７のマニバータ７７の下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２はスロットルバルブ６２の開度を検出する。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図３に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

以上のＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６と接続されている。

入力インターフェース１０５には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４、排気温センサ４５、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９がそれぞれ接続されている。さらに、この入力インターフェース１０５には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、および、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。一方、出力インターフェース１０６には、上記インジェクタ２３、燃料添加弁２６、スロットルバルブ６２、および、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。さらに、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、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射を実行する。

これらの燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の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、すなわち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、および、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。すなわち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室３内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ２３から燃焼室３内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷およびエンジン回転数に基づいて設定される。本実施形態の特徴として、燃料圧力の目標値を設定するための具体的な手法については後述する。

上記パイロット噴射やメイン噴射などの燃料噴射における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジンや吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。

例えば、上記ＥＣＵ１００は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ２１の燃料吐出量を調量する。また、ＥＣＵ１００はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量および燃料噴射形態を決定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいてエンジン回転速度を算出するとともに、アクセル開度センサ４７の検出値に基づいてアクセルペダルへの踏み込み量（アクセル開度）を求め、このエンジン回転速度およびアクセル開度に基づいて総燃料噴射量（プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和）を決定する。

−目標燃料圧力の設定−
次に、本実施形態の特徴である目標燃料圧力の設定手法および燃圧設定マップについて説明する。先ず、本実施形態において目標燃料圧力を設定する際の技術的思想について説明する。

ディーゼルエンジン１においては、ＮＯｘ発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。本発明の発明者は、これら要求を連立するための手法として、燃焼行程時における気筒内での熱発生率の変化状態（熱発生率波形で表される変化状態）を適切にコントロールすることが有効であることに着目し、この熱発生率の変化状態をコントロールするための手法として以下に述べるような目標燃料圧力の設定手法を見出した。

図４の実線は、横軸をクランク角度、縦軸を熱発生率とし、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼に係る理想的な熱発生率波形を示している。図中のＴＤＣはピストン１３の圧縮上死点に対応したクランク角度位置を示している。この熱発生率波形としては、例えば、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）からメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が開始され、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点）で熱発生率が極大値（ピーク値）に達し、更に、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後２５度（ＡＴＤＣ２５°）の時点）で上記メイン噴射において噴射された燃料の燃焼が終了するようになっている。このような熱発生率の変化状態で混合気の燃焼を行わせるようにすれば、例えば圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点で気筒内の混合気のうちの５０％が燃焼を完了した状況となる。つまり、膨張行程における総熱発生量の約５０％がＡＴＤＣ１０°までに発生し、高い熱効率でエンジン１を運転させることが可能となる。

尚、図４に一点鎖線で示す波形は、上記プレ噴射で噴射された燃料の燃焼に係る熱発生率波形を示している。これにより、メイン噴射で噴射された燃料の安定した拡散燃焼が実現される。例えば、このプレ噴射で噴射された燃料の燃焼によって１０［Ｊ］の熱量が発生する。この値は、これに限定されるものではなく。例えば、上記総燃料噴射量に応じて適宜設定される。また、図示していないが、プレ噴射に先立ってパイロット噴射も行われており、これにより気筒内温度を十分に高めて、メイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保している。

以上のようにして本実施形態では、パイロット噴射およびプレ噴射によって気筒内の予熱が十分に行われる。この予熱により、後述するメイン噴射が開始された場合、このメイン噴射で噴射された燃料は、直ちに自着火温度以上の温度環境下に晒されて熱分解が進み、噴射後は直ちに燃焼が開始されることになる。

具体的に、ディーゼルエンジンにおける燃料の着火遅れとしては、物理的遅れと化学的遅れとがある。物理的遅れは、燃料液滴の蒸発・混合に要する時間であり、燃焼場のガス温度に左右される。一方、化学的遅れは、燃料蒸気の化学的結合分解かつ酸化発熱に要する時間である。そして、上述した如く気筒内の予熱が十分になされている状況では上記物理的遅れを最小限に抑えることができ、その結果、着火遅れも最小限に抑えられることになる。

従って、メイン噴射によって噴射された燃料の燃焼形態としては、予混合燃焼が殆ど行われないことになる。その結果、燃料噴射タイミングを制御することがそのまま燃焼タイミングを制御することに略等しくなり、燃焼の制御性を大幅に改善することができる。つまり、これまで、ディーゼルエンジンの燃焼は、その予混合燃焼がかなりの割合を占めていたが、本実施形態では、この予混合燃焼の割合を最小限に抑えることで、燃料噴射タイミングおよび燃料噴射量を制御する（噴射率波形を制御する）ことによる熱発生率波形（着火時期および熱発生量）の制御によって燃焼の制御性を大幅に改善することが可能になる。本実施形態では、この新たな方式の燃焼形態を「逐次燃焼（燃料が噴射されて直ちに開始される燃焼）」または「制御燃焼（燃料噴射タイミングおよび燃料噴射量によって能動的に制御される燃焼）」と呼ぶこととする。

また、図４に二点鎖線αで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも高く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度およびピーク値が共に高くなりすぎており、燃焼音の増大やＮＯｘ発生量の増加が懸念される状態である。一方、図４に二点鎖線βで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも低く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度が低く且つピークの現れるタイミングが大きく遅角側に移行していることで十分なエンジントルクが確保できないことが懸念される状態である。

上述したように、本実施形態に係る目標燃料圧力の設定手法は、熱発生率の変化状態の適正化（熱発生率波形の適正化）を図ることで燃焼効率の向上を図るといった技術的思想に基づくものである。そして、それを実現するために後述するような目標燃料圧力の設定を行っている。以下、目標燃料圧力の設定手法についての複数の実施形態を説明する。

（参考例）
先ず、参考例について説明する。

図５の実線は、本参考例に係るエンジン１における要求出力（要求パワー）と、その要求出力に応じて設定される目標燃料圧力との関係を示している。このように、要求出力と目標燃料圧力とは比例関係にあり、要求出力に対して目標燃料圧力が一義的に決定されるようになっている。言い換えると、各要求出力に対して目標燃料圧力がそれぞれ予め割り付けられている。

以下、要求出力に対する目標燃料圧力の設定手法について図５を用いて具体的に説明する。

先ず、図５に破線で示す仮燃圧ラインを設定する。この仮燃圧ラインは、要求出力が「０」である場合には目標燃料圧力も「０」となるように設定され、この図５に示すグラフの原点を通り且つ所定の傾きを有する直線として与えられている。

この仮燃圧ラインの傾きは、エンジン１の排気量等によって決定される。つまり、例えば排気量の大きなエンジン１ほど仮燃圧ラインの傾きとしては小さく設定される。この仮燃圧ライン上の目標燃料圧力は、本発明でいう仮燃料噴射圧力に相当し、この仮燃料噴射圧力は、要求出力に対して所定の比例定数（上記仮燃圧ラインの傾きに相当）をもって比例関係とされて求められることになる。つまり、要求出力に対して所定の比例定数が乗算されることで仮燃料噴射圧力が求められ、この仮燃料噴射圧力の集合が上記仮燃圧ラインとなっている。

そして、この仮燃圧ライン上のパワー重心点（図５に示すものでは要求出力４０ｋＷの点）に対し、所定の圧力オフセット量だけ仮燃圧ラインを高燃料圧側（図５の上側）に平行移動させ、これにより、図中に実線で示す燃圧ラインを設定する。尚、上記パワー重心点としては上記の値に限定されるものではない。

ここで、上記パワー重心点は、エンジン１の出力範囲のうち最も使用頻度の高い出力に相当する値として設定されている。

更に、上記圧力オフセット量としては、インジェクタ２３から噴射されたメイン噴射の燃料が、上記ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）で燃焼を開始した場合に、圧縮上死点後の所定ピストン位置（圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点）で筒内の熱発生率が極大値（ピーク値）に達するように設定されたものである。つまり、上記パワー重心点において、図４に実線で示した理想的な熱発生率波形が得られるように上記圧力オフセット量は設定されている。尚、この圧力オフセット量はエンジン１の排気量や気筒数などに応じ、予め実験やシミュレーションによりエンジン１の種類毎に個別に設定されることになる。また、本参考例に係るエンジン１の燃料供給系２にあっては、目標燃料圧力の上限値（上限レール圧）としては２００ＭＰａに設定されている。

図６は、目標燃料圧力を決定する際に参照される燃圧設定マップである。この燃圧設定マップは、図５に実線で示した燃圧ラインに従って作成されたものであって、例えば上記ＲＯＭ１０２に記憶されている。また、この燃圧設定マップは、横軸がエンジン回転数であり、縦軸がエンジントルクとなっている。また、図６におけるＴｍａｘは最大トルクラインを示している。

この燃圧設定マップの特徴として、図中にＡ〜Ｉで示す等燃料噴射圧力ライン（等燃料噴射圧力領域）は、アクセルペダルの踏み込み量などに基づいて求められるエンジン１に対する要求出力（要求パワー）の等パワーライン（等出力領域）に割り付けられている。つまり、この燃圧設定マップでは、等パワーラインと等燃料噴射圧力ラインとが略一致するように設定されている。

具体的には、図６の曲線Ａはエンジン要求出力が１０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として６６ＭＰａのラインが割り付けられている。以下、同様に、曲線Ｂはエンジン要求出力が２０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として８３ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｃはエンジン要求出力が３０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１００ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｄはエンジン要求出力が４０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１１６ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｅはエンジン要求出力が５０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１３３ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｆはエンジン要求出力が６０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１５０ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｇはエンジン要求出力が７０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１６６ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｈはエンジン要求出力が８０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１８３ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｉはエンジン要求出力が９０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として２００ＭＰａのラインが割り付けられている。これら各値は、これに限定されるものではなく、エンジン１の性能特性等に応じて適宜設定される。

また、上記各ラインＡ〜Ｉは、エンジン要求出力の変化量に対する燃料噴射圧力の変化量の割合が略均等に設定されている。

以上のことから、上記燃圧設定マップを記憶しているＲＯＭ１０２、サプライポンプ２１、ＣＰＵ１０１によって本発明に係る燃料噴射圧力制御装置が構成されている。

このようにして作成された燃圧設定マップに従い、エンジン１に対する要求出力に適した目標燃料圧力を設定し、サプライポンプ２１の制御等を行うようになっている。

また、エンジン回転数とエンジントルクとが共に増加する場合（図６における矢印Ｉを参照）、および、エンジン回転数が一定でエンジントルクが増加する場合（図６における矢印ＩＩを参照）、並びに、エンジントルクが一定でエンジン回転数が増加する場合（図６における矢印ＩＩＩを参照）の何れにおいても燃料噴射圧力が高められる。これにより、エンジントルク（エンジン負荷）が高い場合における吸入空気量に適した燃料噴射量を確保し、また、エンジン回転数が高い場合における単位時間当たりの燃料噴射量を多くして短期間で必要燃料噴射量を確保することができる。このため、エンジン出力およびエンジン回転数に関わりなく、常に、図４に実線で示したような理想的な熱発生率波形での燃焼形態を実現することができ、ＮＯｘ発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが可能になる。

一方、エンジン回転数およびエンジントルクが変化したとしても、その変化後のエンジン出力が変化していない場合（図６における矢印ＩＶを参照）には、燃料噴射圧力を変化させないようにして、それまで設定されていた燃料噴射圧力の適正値を維持する。つまり、上記等燃料噴射圧力ライン（等パワーラインに一致している）に沿うようなエンジン運転状態の変化では燃料噴射圧力を変化させないようにし、上述した理想的な熱発生率波形での燃焼形態を継続させる。この場合、ＮＯｘ発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を継続的に連立させることができる。

以上のように、本参考例では、エンジン１に対する要求出力（要求パワー）と燃料噴射圧力（コモンレール圧）との間に一義的な相関を持たせ、また、エンジン回転数およびエンジントルクの少なくとも一方が変化することでエンジン出力が変化する状況では、それに応じた適正な燃料圧力での燃料噴射が行えるようにし、逆に、エンジン回転数やエンジントルクが変化してもエンジン出力が変化しない状況では、燃料圧力をそれまで設定されていた適正値から変化させないようにしている。これによって、エンジン運転領域の略全域に亘って熱発生率変化状態を理想状態に近付けることが可能になる。また、本参考例は、種々のエンジンに共通した体系的な燃料圧力設定手法を構築するものであるので、エンジン１の運転状態に応じた適切な燃料噴射圧力を設定するための燃圧設定マップの作成を簡素化することが可能である。

（第１実施形態）
次に、第１実施形態について説明する。本実施形態は、燃圧設定マップの変形例であって、その他の構成および制御手法は上述した参考例のものと同様である。従って、ここでは、燃圧設定マップについてのみ説明する。

図７は、本実施形態において目標燃料圧力を決定する際に参照される燃圧設定マップである。この燃圧設定マップは、例えば上記ＲＯＭ１０２に記憶されている。

この燃圧設定マップの特徴として、上述した参考例のものと同様に、図中にＡ〜Ｌで示す等燃料噴射圧力ライン（等燃料噴射圧力領域）は、アクセルペダルの踏み込み量などに基づいて求められるエンジン１に対する要求出力（要求パワー）の等パワーライン（等出力領域）に割り付けられている。つまり、この燃圧設定マップにおいても、等パワーラインと等燃料噴射圧力ラインとが略一致するように設定されている。

具体的には、図７の曲線Ａはエンジン要求出力が１０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として３０ＭＰａのラインが割り付けられている。以下、同様に、曲線Ｂはエンジン要求出力が２０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として４５ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｃはエンジン要求出力が３０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として６０ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｄはエンジン要求出力が４０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として７５ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｅはエンジン要求出力が５０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として９０ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｆはエンジン要求出力が６０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１０５ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｇはエンジン要求出力が７０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１２０ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｈはエンジン要求出力が８０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１３５ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｉはエンジン要求出力が９０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１５０ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｊはエンジン要求出力が１００ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１６５ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｋはエンジン要求出力が１１０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１８０ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｌはエンジン要求出力が１２０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として２００ＭＰａのラインが割り付けられている。これら各値は、これに限定されるものではなく、エンジン１の性能特性等に応じて適宜設定される。

また、上記各ラインＡ〜Ｌは、エンジン要求出力の変化量に対する燃料噴射圧力の変化量の割合が、エンジン回転数が低回転領域であるほど小さくなるように設定されている。つまり、高回転領域よりも低回転領域の方が、ライン間の間隔が広く設定されている。

また、エンジン回転数とエンジントルクとが共に増加する場合（図７における矢印Ｉを参照）、および、エンジン回転数が一定でエンジントルクが増加する場合（図７における矢印ＩＩを参照）、並びに、エンジントルクが一定でエンジン回転数が増加する場合（図７における矢印ＩＩＩを参照）の何れにおいても燃料噴射圧力が高められる。これにより、エンジントルク（エンジン負荷）が高い場合における吸入空気量に適した燃料噴射量を確保し、また、エンジン回転数が高い場合における単位時間当たりの燃料噴射量を多くして短期間で必要燃料噴射量を確保することができる。このため、エンジン出力およびエンジン回転数に関わりなく、常に、図４に実線で示したような理想的な熱発生率波形での燃焼形態を実現することができ、ＮＯｘ発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが可能になる。

一方、エンジン回転数およびエンジントルクが変化したとしても、その変化後のエンジン出力が変化していない場合（図７における矢印ＩＶを参照）には、燃料噴射圧力を変化させないようにして、それまで設定されていた燃料噴射圧力の適正値を維持する。つまり、上記等燃料噴射圧力ライン（等パワーラインに一致している）に沿うようなエンジン運転状態の変化では燃料噴射圧力を変化させないようにし、上述した理想的な熱発生率波形での燃焼形態を継続させる。この場合、ＮＯｘ発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を継続的に連立させることができる。

以上のように、本実施形態においても、エンジン１に対する要求出力（要求パワー）と燃料噴射圧力（コモンレール圧）との間に一義的な相関を持たせている。これによって、エンジン運転領域の略全域に亘って熱発生率変化状態を理想状態に近付けることが可能になる。また、本実施形態は、種々のエンジンに共通した体系的な燃料圧力設定手法を構築するものであるので、エンジン１の運転状態に応じた適切な燃料噴射圧力を設定するための燃圧設定マップの作成を簡素化することが可能である。

また、上述した如く、本実施形態における燃圧設定マップでは、エンジン出力の変化量に対する燃料噴射圧力の変化量の割合が、エンジン回転数が低回転領域であるほど小さくなるように設定されている。このため、エンジン１の低回転領域では、燃料噴射圧力の変化が緩やかであって、この運転状態における気筒内の燃焼圧力の急激な増大を回避して燃焼に伴う振動や騒音の発生を抑制できる。一方、エンジン１の高回転領域では、例えばトルクの増大に伴って燃料噴射圧力を大きく変化させ、要求されている出力が迅速に得られるようにしてエンジン１の応答性（レスポンス）を良好に得ることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。上述した参考例では、上記燃圧ライン（図５参照）を、エンジン１の要求出力に対して目標燃料圧力が比例関係にあるものとして設定していた。本実施形態は、それに代えて、上記図５に示した燃圧ライン（本実施形態では、この燃圧ラインが本発明でいう仮燃料噴射圧力を求めるための後述する第２の仮燃圧ラインとなる）に対して、目標燃料圧力の減量補正や増量補正を行うことで燃圧ラインの最適化を図るようにしたものである。以下、具体的に説明する。

図８の実線は、本実施形態に係るエンジン１における要求出力（要求パワー）と、その要求出力に応じて設定される目標燃料圧力との関係を示している。このように、要求出力と目標燃料圧力とは比例関係にはないが、要求出力に対して目標燃料圧力が一義的に決定されるようになっている。言い換えると、各要求出力に対して目標燃料圧力がそれぞれ予め割り付けられている。

以下、要求出力に対する目標燃料圧力の設定手法について図８を用いて具体的に説明する。

先ず、上述した参考例の場合と同様に、図８に一点鎖線で示す第１の仮燃圧ライン（上記参考例における仮燃圧ライン）を設定する。この第１の仮燃圧ラインは、要求出力が「０」である場合には目標燃料圧力も「０」となるように設定され、この図８に示すグラフの原点を通り且つ所定の傾きを有する直線として与えられている。

この第１の仮燃圧ラインの傾きは、上述した参考例の場合と同様に、エンジン１の排気量等によって決定される。この第１の仮燃圧ライン上の目標燃料圧力は、本発明でいう仮燃料噴射圧力に相当し、この仮燃料噴射圧力は、要求出力に対して所定の比例定数（上記第１の仮燃圧ラインの傾きに相当）をもって比例関係とされて求められることになる。つまり、要求出力に対して所定の比例定数が乗算されることで仮燃料噴射圧力が求められ、この仮燃料噴射圧力の集合が上記第１の仮燃圧ラインとなっている。

そして、この第１の仮燃圧ライン上のパワー重心点（図８に示すものでは要求出力４０ｋＷの点）に対し、所定の圧力オフセット量（本発明でいう圧力基本オフセット量）だけ第１の仮燃圧ラインを高燃料圧側（図８の上側）に平行移動させ、これにより、図中に破線で示す第２の仮燃圧ラインを設定する。尚、上記パワー重心点としては上記の値に限定されるものではない。

上記パワー重心点および上記圧力オフセット量は、上述した参考例の場合と同様の手法により求められるので、ここでの説明は省略する。

このようにして設定された第２の仮燃圧ラインに対して以下に述べるような目標燃料圧力の減量補正や増量補正を行うことで最終的な燃圧ラインが設定される。

先ず、エンジン１に要求される出力の領域として比較的低い出力領域である燃焼音対策出力領域における燃料噴射圧力は、上記第２の仮燃圧ライン上の燃料圧力（本発明でいう基準圧力）を減量補正することにより求められている。そして、この第２の仮燃圧ライン上の基準圧力に対する減量補正量は、エンジン１に要求される出力が小さいほど大きく設定されている。つまり、エンジン１に要求される出力が小さいほど第２の仮燃圧ライン上の基準圧力に対して大きく減量され、目標燃料圧力としては低く設定されることになる。

また、エンジン１に要求される出力の領域として比較的高い出力領域であるＮＯｘ対策出力領域における燃料噴射圧力は、上記第２の仮燃圧ライン上の基準圧力を減量補正することにより求められている。そして、この第２の仮燃圧ライン上の基準圧力に対する減量補正量は、エンジン１に要求される出力が大きいほど大きく設定されている。つまり、エンジン１に要求される出力が大きいほど第２の仮燃圧ライン上の基準圧力に対して大きく減量され、目標燃料圧力としては低く設定されることになる。

更に、エンジン１に要求される出力の領域としてエンジン１の出力可能領域のうちの略中間出力領域であるスモーク対策出力領域における燃料噴射圧力は、上記第２の仮燃圧ライン上の基準圧力を増量補正することにより求められている。そして、この第２の仮燃圧ライン上の基準圧力に対する増量補正量は、燃圧ラインの連続性（上記燃焼音対策出力領域とスモーク対策出力領域との連続性、ＮＯｘ対策出力領域とスモーク対策出力領域との連続性）が確保されるように、燃焼音対策出力領域側およびＮＯｘ対策出力領域側では小さく設定されている。

以上のようにして燃圧ラインが設定され、それに従って目標燃料圧力が決定されるようになっているため、以下の効果を奏することができる。

上記燃焼音対策出力領域における燃料噴射圧力を減量補正しているため、エンジン１の出力が比較的低い状況での燃焼室３内での燃焼音を低く抑えることができ、エンジン１の静粛性を改善できる。

また、ＮＯｘ対策出力領域における燃料噴射圧力を減量補正しているため、エンジン１の出力が比較的高い状況での燃焼室３内での燃焼速度を低く抑えることができ、筒内での燃焼に伴うＮＯｘの発生量を大幅に削減することができる。また、目標燃料圧力の上限値（上限レール圧）に到達する要求出力を高出力側に移行させることができる。

更に、上記スモーク対策出力領域における燃料噴射圧力を増量補正しているため、例えばＥＧＲ増量に伴ってメイン噴射が複数回の分割噴射によって実施された場合であっても、単位時間当たりの燃料噴射量を増加させることができ、噴射期間の短縮化を図ることができて、噴射期間が長期化することに伴う効率の悪化を解消することができる。

−他の実施形態−
以上説明した各実施形態は、自動車に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジン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型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。

また、上記各実施形態では、マニバータ７７として、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６を備えたものとしたが、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＦ（ＤｉｅｓｅｌＰａｔｉｃｕｌａｔｅＦｉｌｔｅｒ）を備えたものとしてもよい。

また、上記各実施形態では、エンジン運転領域の全域に亘って、等燃料噴射圧力ラインを等パワーラインに割り付けていた。本発明は、これに限らず、エンジン運転領域の一部分（例えば最大トルクラインＴｍａｘの近傍）では、等燃料噴射圧力ラインが等パワーラインに不一致となる領域が設けられていてもよい。

また、上述した各実施形態では、仮燃圧ライン（図５の破線）や第１の仮燃圧ライン（図８の一点鎖線）を直線とし、このライン上では要求出力と目標燃料圧力とを比例関係にしていたが、図５および図８に二点鎖線で示すように、仮燃圧ラインや第１の仮燃圧ラインを曲線（二次曲線）として設定してもよい。但し、この場合にも、要求出力に対して目標燃料圧力は一義的に決定されるようにしておく必要がある。

本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおける燃料噴射圧力の制御に適用することが可能である。

Claims

圧縮自着火式内燃機関の気筒内に向けて噴射する燃料の圧力を制御する内燃機関の燃料噴射圧力制御装置において、
上記内燃機関に要求される出力の等出力領域に対し、等燃料噴射圧力領域を、内燃機関の運転可能領域の略全域に亘って予め割り付けておくことにより、上記内燃機関に要求される出力に応じて燃料噴射圧力を調整すると共に、その内燃機関に要求される出力の変化量に対する燃料噴射圧力の変化量の割合が、内燃機関の低回転領域ほど小さくなるよう設定されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射圧力制御装置。
上記請求項１記載の内燃機関の燃料噴射圧力制御装置において、
上記内燃機関の回転数およびトルクが変化したとしても、その変化後の回転数およびトルクから求められる出力が変化していない場合には、燃料噴射圧力を変化させないように、内燃機関の等出力領域に対して等燃料噴射圧力領域が割り付けられていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射圧力制御装置。
上記請求項１または２記載の内燃機関の燃料噴射圧力制御装置において、
上記内燃機関に要求される出力が高い領域ほど高い燃料噴射圧力領域が割り付けられていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射圧力制御装置。
上記請求項１、２または３記載の内燃機関の燃料噴射圧力制御装置において、
上記内燃機関の回転数とトルクとが共に増加する場合、および、内燃機関の回転数が一定でトルクが増加する場合、並びに、内燃機関のトルクが一定で回転数が増加する場合の何れにおいても燃料噴射圧力を高めるように燃料噴射圧力領域が設定されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射圧力制御装置。
上記請求項１〜４のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射圧力制御装置において、
横軸を内燃機関の回転数とし縦軸を内燃機関のトルクとしたマップ内に描かれる等出力ラインと等燃料噴射圧力ラインとを内燃機関の運転可能領域の略全域に亘って略一致させた燃圧設定マップに従って燃料噴射圧力を調整することを特徴とする内燃機関の燃料噴射圧力制御装置。
上記請求項１〜５のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射圧力制御装置において、
上記燃料噴射圧力は、内燃機関に要求される出力と所定の比例定数をもった比例関係にあって、この要求出力に比例定数が乗算されて求められる仮燃料噴射圧力に対して、所定の圧力オフセット量だけ加算された圧力として求められていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射圧力制御装置。
上記請求項６記載の内燃機関の燃料噴射圧力制御装置において、
上記圧力オフセット量は、燃料噴射弁から噴射された主噴射の燃料が、内燃機関のピストンが圧縮上死点に達した時点で燃焼を開始した場合に、圧縮上死点後のクランク角度で約１０度に達した時点で熱発生率が極大値に達するように設定されたものであることを特徴とする内燃機関の燃料噴射圧力制御装置。
上記請求項１〜５のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射圧力制御装置において、
上記内燃機関に要求される出力の領域として比較的低い出力領域である燃焼音対策出力領域における燃料噴射圧力は、内燃機関に要求される出力に所定の比例定数が乗算されて求められる仮燃料噴射圧力に対して、所定の圧力基本オフセット量だけ加算された基準圧力を求めた後、この基準圧力を減量補正することにより求められていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射圧力制御装置。
上記請求項８記載の内燃機関の燃料噴射圧力制御装置において、
上記燃焼音対策出力領域における上記基準圧力に対する減量補正量は、内燃機関に要求される出力が小さいほど大きく設定されて、上記燃料噴射圧力が求められていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射圧力制御装置。
上記請求項１〜５のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射圧力制御装置において、
上記内燃機関に要求される出力の領域として比較的高い出力領域であるＮＯｘ対策出力領域における燃料噴射圧力は、内燃機関に要求される出力に所定の比例定数が乗算されて求められる仮燃料噴射圧力に対して、所定の圧力基本オフセット量だけ加算された基準圧力を求めた後、この基準圧力を減量補正することにより求められていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射圧力制御装置。
上記請求項１０記載の内燃機関の燃料噴射圧力制御装置において、
上記ＮＯｘ対策出力領域における上記基準圧力に対する減量補正量は、内燃機関に要求される出力が大きいほど大きく設定されて、上記燃料噴射圧力が求められていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射圧力制御装置。
上記請求項１〜５のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射圧力制御装置において、
上記内燃機関に要求される出力の領域として内燃機関の出力可能領域のうちの略中間出力領域であるスモーク対策出力領域における燃料噴射圧力は、内燃機関に要求される出力に所定の比例定数が乗算されて求められる仮燃料噴射圧力に対して、所定の圧力基本オフセット量だけ加算された基準圧力を求めた後、この基準圧力を増量補正することにより求められていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射圧力制御装置。