(57)【要約】  第１パイロット噴射及び第２パイロット噴射の２回の分割パイロット噴射を行う際、第２パイロット噴射圧力設定値を、パイロット噴射に要求される機能が予熱機能であるか予混合機能であるかに応じて設定する。第１パイロット噴射の実行後、インジェクタの内部に発生する脈動により上下動する燃料圧力をセンサにより検出し、この燃料圧力が第２パイロット噴射圧力設定値に一致したタイミングで第２パイロット噴射を実行する。
2012035635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給系に備えられた燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる複数回の副噴射とが実行可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記複数回の副噴射のうち先行する副噴射の終了に伴って周期的に変動する燃料供給系内の燃料圧力を認識する変動燃料圧力認識手段と、
上記先行する副噴射の終了後に実行される後続副噴射の目標噴射圧力を内燃機関の運転状態に応じて設定する目標噴射圧力設定手段と、
上記変動燃料圧力認識手段により認識された燃料供給系内の燃料圧力が上記目標噴射圧力設定手段により設定された目標噴射圧力になった時点で、上記後続副噴射を実行する後続副噴射実行手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記後続副噴射の目標噴射圧力は、この後続副噴射で噴射される燃料による筒内予熱要求度合いに応じて設定され、この筒内予熱要求度合いが高いほど、上記後続副噴射の目標噴射圧力は低く設定されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記後続副噴射の目標噴射圧力は、この後続副噴射で噴射される燃料の燃焼室内における噴霧到達距離の目標値に基づいて設定され、この噴霧到達距離の目標値が短いほど、上記後続副噴射の目標噴射圧力は低く設定されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記後続副噴射実行手段は、先行する副噴射の終了後、第１回目の燃料供給系内圧力下降期間において燃料圧力が上記目標噴射圧力になった時点で後続副噴射を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記後続副噴射の目標噴射圧力は、この後続副噴射で噴射される燃料の予混合割合に応じて設定され、この予混合割合が高いほど、上記後続副噴射の目標噴射圧力は高く設定されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記後続副噴射の目標噴射圧力は、この後続副噴射で噴射される燃料の燃焼室内における噴霧到達距離の目標値に基づいて設定され、この噴霧到達距離の目標値が長いほど、上記後続副噴射の目標噴射圧力は高く設定されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記後続副噴射実行手段は、先行する副噴射の終了後、第１回目の燃料供給系内圧力上昇期間において燃料圧力が上記目標噴射圧力になった時点で後続副噴射を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項２または３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記先行する副噴射の終了に伴って周期的に変動する燃料供給系内の燃料圧力の最低値が、上記目標噴射圧力設定手段により設定された目標噴射圧力以下になるように、上記先行する副噴射の噴射量を規定する先行副噴射量規定手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
請求項５または６記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記先行する副噴射の終了に伴って周期的に変動する燃料供給系内の燃料圧力の最高値が、上記目標噴射圧力設定手段により設定された目標噴射圧力以上になるように、上記先行する副噴射の噴射量を規定する先行副噴射量規定手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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制御装置に係る。特に、本発明は、主噴射（以下、メイン噴射と呼ぶ場合もある）に先立って実行される副噴射（以下、パイロット噴射と呼ぶ場合もある）の噴射形態の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）からの燃料噴射量や燃料噴射タイミングを調整する燃料噴射制御が行われている。そして、この燃料噴射制御では、排気エミッションの改善、高いエンジントルクの確保、燃焼音の低減等といった観点から燃料噴射形態が制御される。その一例として、メイン噴射の実行に先立って行われるパイロット噴射の噴射形態を制御することが行われている。【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、パイロット噴射を複数に分割し、各分割パイロット噴射それぞれの噴射量を抑制することで燃料の貫徹力を低く抑え、燃料の気筒内壁面への付着（以下、燃料の壁面付着と呼ぶ）を回避することが開示されている。これにより、燃料の壁面付着が原因で発生していた排気中のＨＣやＣＯの発生量を減少させて排気エミッションの改善が図れるようにしている。【０００４】
また、下記の特許文献２には、各気筒に第一燃料噴射弁及び第二燃料噴射弁を備えさせ、第一燃料噴射弁により低燃料圧力でパイロット燃料噴射を実施すると共に、第二燃料噴射弁により高燃料圧力でメイン燃料噴射を実施することが開示されている。これにより、メイン燃料噴射の燃料圧力に影響されることなく、エンジン運転状態に適した燃料噴射開始時期及び燃料噴射期間を実現するパイロット噴射を実施可能としている。【０００５】
更に、下記の特許文献３には、燃料噴射ノズルの放出オリフィス開度を可変とし、この放出オリフィス開度を大きくすることでニードル弁のリフト速度を高くして噴射初期の噴射率を高く設定する第１噴射パターンと、上記放出オリフィス開度を小さくすることでニードル弁のリフト速度を低くして噴射初期の噴射率を低く設定する第２噴射パターンとを切り換え可能とする構成が開示されている。そして、これをパイロット噴射に適用することで、パイロット噴射による着火性の向上、燃焼騒音の抑制、ＮＯｘ排出量の低減等が図れるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１６７８２１号公報
【特許文献２】特開２００４−２３２５９９号公報
【特許文献３】特開２００２−８９３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記特許文献１では、パイロット噴射で噴射された燃料の壁面付着は防止できるものの、その燃料により形成される燃焼場の位置（燃焼室内における燃焼場の位置）を高い精度で調整することは困難である。このため、この燃焼場が燃焼室内における外周側に位置する状況では、混合気の空燃比のリーン化に伴って燃焼場温度が十分に上昇せず、予熱量が不足してしまって、メイン噴射での着火時期（拡散燃焼の開始時期）が適切に得られない可能性がある。【０００８】
また、上記特許文献２のものは、複数の燃料噴射弁及びそれぞれに対応する複数の燃料供給系が必要であり、燃料供給システムの複雑化や製造コストの高騰を招いてしまうため実用性に欠けるものであった。【０００９】
更に、上記特許文献３にあっては、放出オリフィス開度を可変とするための機構が必要であり、この場合にもシステムの複雑化や製造コストの高騰を招いてしまうことになる。【００１０】
このように、従来技術にあっては、パイロット噴射の噴射圧力を適正化するために複雑なハードウェアが必要であった。【００１１】
また、一つの燃料噴射弁でパイロット噴射とメイン噴射とを実行するものでは、パイロット噴射での噴射圧力はメイン噴射での噴射圧力によって規定されてしまい、このパイロット噴射の噴射圧力の最適化を図ることは困難であると考えられていた。つまり、燃料の壁面付着を防止し且つ予熱量を十分に確保できるようにパイロット噴射の噴射圧力を設定したり（パイロット噴射の噴射圧力をメイン噴射での噴射圧力に対して低く設定したり）、パイロット噴射で噴射された燃料の予混合割合を高めて排気エミッションの改善が図れるようにパイロット噴射の噴射圧力を設定したり（パイロット噴射の噴射圧力をメイン噴射での噴射圧力に対して高く設定したり）するといった、要求に応じた噴射圧力の最適化を図ることは困難であると考えられていた。【００１２】
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、燃料供給システムの複雑化を招くことなしに、副噴射（パイロット噴射）の噴射圧力を任意に設定可能とする内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
−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、副噴射（パイロット噴射）を複数回に亘って実行する場合に、先行して実行された副噴射に起因して発生する燃料供給系内の燃料圧力の変動（燃圧脈動）を利用し、後続する副噴射の噴射タイミングを、上記変動する燃料圧力に基づいて規定することで、この後続する副噴射での噴射圧力を任意に設定可能とし、その噴霧の位置を所望の位置に設定できるようにしている。つまり、副噴射による予熱要求が高い場合には燃料圧力が低くなっているタイミングで副噴射を実行して噴霧到達距離を短くし、副噴射により噴射された燃料の予混合割合を高くしたい場合には燃料圧力が高くなっているタイミングで副噴射を実行して噴霧到達距離を長く設定するようにしている。【００１４】
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料供給系に備えられた燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる複数回の副噴射とが実行可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を前提とする。この内燃機関の燃料噴射制御装置に対し、変動燃料圧力認識手段、目標噴射圧力設定手段、後続副噴射実行手段を備えさせる。変動燃料圧力認識手段は、上記複数回の副噴射のうち先行する副噴射の終了に伴って周期的に変動する燃料供給系内の燃料圧力を認識する。目標噴射圧力設定手段は、上記先行する副噴射の終了後に実行される後続副噴射の目標噴射圧力を内燃機関の運転状態に応じて設定する。後続副噴射実行手段は、上記変動燃料圧力認識手段により認識された燃料供給系内の燃料圧力が上記目標噴射圧力設定手段により設定された目標噴射圧力になった時点で、上記後続副噴射を実行する。【００１５】
この特定事項により、先行する副噴射の終了に伴って燃料供給系内では燃料圧力が周期的に変動する（上昇と下降を繰り返す）燃圧脈動が発生する。つまり、主噴射での燃料噴射圧力に対し、燃料圧力が高い状態と低い状態とが繰り返されることになる。そして、後続副噴射の目標噴射圧力を内燃機関の運転状態に応じて予め設定しておき、燃料供給系内の燃料圧力が目標噴射圧力になった時点で後続副噴射を実行する。つまり、後続副噴射の目標噴射圧力が主噴射での燃料噴射圧力に対して低い値に設定されている場合には、上記脈動により燃料供給系内において燃料圧力が低くなったタイミング（目標噴射圧力に一致したタイミング）で後続副噴射を実行する。一方、後続副噴射の目標噴射圧力が主噴射での燃料噴射圧力に対して高い値に設定されている場合には、上記脈動により燃料供給系内において燃料圧力が高くなったタイミング（目標噴射圧力に一致したタイミング）で後続副噴射を実行する。このように燃料供給系内での脈動を利用することで、後続副噴射を所望の燃料噴射圧力で実行することが可能になり、この後続副噴射で噴射された燃料の噴霧到達距離を任意に調整することが可能になる。【００１６】
上記後続副噴射の目標噴射圧力としては以下のように設定される。先ず、後続副噴射の目標噴射圧力を、この後続副噴射で噴射される燃料による筒内予熱要求度合いに応じて設定する場合、この筒内予熱要求度合いが高いほど、上記後続副噴射の目標噴射圧力は低く設定される。また、この後続副噴射の目標噴射圧力を、この後続副噴射で噴射される燃料の燃焼室内における噴霧到達距離の目標値に基づいて設定する場合、この噴霧到達距離の目標値が短いほど、上記後続副噴射の目標噴射圧力は低く設定される。【００１７】
これら特定事項の場合、後続副噴射での噴射圧力は主噴射での噴射圧力や先行する副噴射での噴射圧力よりも低く設定され、後続副噴射の噴射量を減量することなしに燃焼室内での噴霧到達距離を短くできる。このため、後続副噴射で噴射された燃料により形成される燃焼場の混合気の空燃比のリッチ化を図ることができ、燃焼場温度を十分に高めることができて、予熱量を十分に得ることができる。【００１８】
より具体的には、先行する副噴射の終了後、第１回目の燃料供給系内圧力下降期間において燃料圧力が上記目標噴射圧力になった時点で後続副噴射を実行するように後続副噴射実行手段を構成している。【００１９】
これによれば、後続副噴射の実行タイミングを可能な限り進角側に設定することができ、上述した作用効果と共に、燃料消費率の改善を図ることができる。【００２０】
一方、上記後続副噴射の目標噴射圧力を、この後続副噴射で噴射される燃料の予混合割合に応じて設定する場合、この予混合割合が高いほど、上記後続副噴射の目標噴射圧力は高く設定される。また、この後続副噴射の目標噴射圧力を、この後続副噴射で噴射される燃料の燃焼室内における噴霧到達距離の目標値に基づいて設定する場合、この噴霧到達距離の目標値が長いほど、上記後続副噴射の目標噴射圧力は高く設定される。【００２１】
これら特定事項の場合、後続副噴射での噴射圧力は主噴射での噴射圧力や先行する副噴射での噴射圧力よりも高く設定され、燃焼室内での噴霧到達距離を長くでき、この後続副噴射で噴射された燃料により形成される燃焼場の混合気の空燃比のリーン化を図ることができる。その結果、スモークの発生量を抑制することができて排気エミッションの改善を図ることが可能になる。【００２２】
より具体的には、先行する副噴射の終了後、第１回目の燃料供給系内圧力上昇期間において燃料圧力が上記目標噴射圧力になった時点で後続副噴射を実行するように後続副噴射実行手段を構成している。【００２３】
この構成に場合にも、後続副噴射の実行タイミングを可能な限り進角側に設定することができ、上述した作用効果と共に、燃料消費率の改善を図ることができる。【００２４】
また、上記先行する副噴射の噴射量の適正化を図る手段としては以下のものが挙げられる。先ず、後続副噴射の目標噴射圧力を、この後続副噴射で噴射される燃料による筒内予熱要求度合いに応じて設定する場合、上記先行する副噴射の終了に伴って周期的に変動する燃料供給系内の燃料圧力の最低値が、上記目標噴射圧力設定手段により設定された目標噴射圧力以下になるように、上記先行する副噴射の噴射量を規定する先行副噴射量規定手段を備えさせている。【００２５】
また、上記後続副噴射の目標噴射圧力を、この後続副噴射で噴射される燃料の予混合割合に応じて設定する場合、上記先行する副噴射の終了に伴って周期的に変動する燃料供給系内の燃料圧力の最高値が、上記目標噴射圧力設定手段により設定された目標噴射圧力以上になるように、上記先行する副噴射の噴射量を規定する先行副噴射量規定手段を備えさせている。【００２６】
これらの構成によれば、燃圧脈動発生中における燃料供給系内の燃料圧力を確実に後続副噴射の目標噴射圧力にまで到達させることが可能になり、上述した後続副噴射の実行タイミング調整による効果を確実に得ることが可能になる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明では、先行して実行された副噴射に起因して発生する燃料供給系内の燃料圧力の変動を利用し、後続する副噴射の噴射タイミングを、上記変動する燃料圧力に基づいて規定することで、この後続する副噴射での噴射圧力を主噴射での噴射圧力に関わりなく任意に設定可能としている。これにより、後続副噴射で噴射された燃料の噴霧到達距離を任意に調整することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、実施形態に係るエンジン及びその制御系統の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。
【図３】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】図４は、燃焼室内での燃焼形態の概略を説明するための吸排気系及び燃焼室の模式図である。
【図５】図５は、燃料噴射時における燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。
【図６】図６は、燃料噴射時における燃焼室の平面図である。
【図７】図７は、２回の分割パイロット噴射が実行される場合における各パイロット噴射及びメイン噴射の各噴射パターン、及び、その際の混合気温度の変化を示す図である。
【図８】図８は、予熱要求時制御の第１実施形態における制御手順を示すフローチャート図である。
【図９】図９は、噴射圧力と噴霧到達距離との関係を示す噴霧到達距離マップを示す図である。
【図１０】図１０は、予熱要求時制御の第１実施形態における、第１パイロット噴射の実行に伴って発生する燃圧脈動と、第２パイロット噴射の実行タイミングとの関係を示す図である。
【図１１】図１１は、予熱要求時制御の第２実施形態における制御手順を示すフローチャート図である。
【図１２】図１２は、予熱要求時制御に使用する第１パイロット噴射量設定マップを示す図である。
【図１３】図１３は、予熱要求時制御の第２実施形態における、第１パイロット噴射の実行に伴って発生する燃圧脈動と、第２パイロット噴射の実行タイミングとの関係を示す図である。
【図１４】図１４は、予混合要求時制御の第１実施形態における制御手順を示すフローチャート図である。
【図１５】図１５は、予混合要求時制御の第１実施形態における、第１パイロット噴射の実行に伴って発生する燃圧脈動と、第２パイロット噴射の実行タイミングとの関係を示す図である。
【図１６】図１６は、予混合要求時制御の第２実施形態における制御手順を示すフローチャート図である。
【図１７】図１７は、予混合要求時制御に使用する第１パイロット噴射量設定マップを示す図である。
【図１８】図１８は、予混合要求時制御の第２実施形態における、第１パイロット噴射の実行に伴って発生する燃圧脈動と、第２パイロット噴射の実行タイミングとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
−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及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及びその周辺部を示す断面図である。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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の燃料噴射制御の詳細については後述する。
【００３４】
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。
【００３５】
また、上記燃料添加弁２６は、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。
【００３６】
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（吸気絞り弁）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。
【００３７】
また、この吸気系６には、燃焼室３内でのスワール流（水平方向の旋回流）を可変とするためのスワールコントロールバルブ６６が備えられている（図２参照）。具体的に、上記吸気ポート１５ａとしては、ノーマルポート及びスワールポートの２系統が各気筒毎に備えられており、そのうち図２に示されているノーマルポート１５ａに、開度調整可能なバタフライバルブで成るスワールコントロールバルブ６６が配置されている。このスワールコントロールバルブ６６には図示しないアクチュエータが連繋されており、このアクチュエータの駆動によって調整されるスワールコントロールバルブ６６の開度に応じてノーマルポート１５ａを通過する空気の流量が変更できるようになっている。そして、スワールコントロールバルブ６６の開度が大きいほど、ノーマルポート１５ａから気筒内に吸入される空気量が増加する。このため、スワールポート（図２では図示省略）により発生したスワールは相対的に弱まり、気筒内は低スワール（スワール流速が低い状態）となる。逆に、スワールコントロールバルブ６６の開度が小さいほど、ノーマルポート１５ａから気筒内に吸入される空気量が減少する。このため、スワールポートにより発生したスワールは相対的に強められ、気筒内は高スワール（スワール流速が高い状態）となる。
【００３８】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された上記排気ポート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、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＲ触媒：ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７５及びＤＰＮＲ触媒（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ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及びＤＰＮＲ触媒７６について説明する。
【００３９】
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。
【００４０】
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。即ち、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。
【００４１】
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。
【００４２】
ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室３及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。
【００４３】
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（凹陥部）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。
【００４４】
尚、このキャビティ１３ｂの形状としては、その中央部分（シリンダ中心線Ｐ上）では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。つまり、図２に示すようにピストン１３が圧縮上死点付近にある際、このキャビティ１３ｂによって形成される燃焼室３としては、中央部分では比較的容積の小さい狭小空間とされ、外周側に向かって次第に空間が拡大される（拡大空間とされる）構成となっている。
【００４５】
上記ピストン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。
【００４６】
上記シリンダヘッド１５には、燃焼室３へ空気を導入する上記吸気ポート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及び排気ポート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及び排気バルブ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。
【００４７】
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５１を介して連結されたタービンホイール５２及びコンプレッサホイール５３を備えている。コンプレッサホイール５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２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５２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５３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５２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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。これらＥＧＲ通路８、ＥＧＲバルブ８１、ＥＧＲクーラ８２等によってＥＧＲ装置（排気還流装置）が構成されている。
【００５１】
−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。
【００５２】
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。
【００５３】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図３に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップ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。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る。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。
【００５４】
以上のＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップ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及び出力インターフェース１０６と接続されている。
【００５５】
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、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、及び、インジェクタ２３内部の燃料圧力を検出するインジェクタ内部圧センサ４Ａなどが接続されている。
【００５６】
一方、出力インターフェース１０６には、上記サプライポンプ２１、インジェクタ２３、燃料添加弁２６、スロットルバルブ６２、スワールコントロールバルブ６６、及び、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。また、出力インターフェース１０６には、その他に、上記ターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構に備えられたアクチュエータ（図示省略）も接続されている。
【００５７】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、上記ＲＯＭ１０２に記憶された各種マップに基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。
【００５８】
例えば、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲバルブ８１の開度を制御し、吸気マニホールド６３に向けての排気還流量（ＥＧＲ量）を調整する。このＥＧＲ量は、上記ＲＯＭ１０２に予め記憶されたＥＧＲマップに従って設定される。具体的に、このＥＧＲマップは、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとしてＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を決定するためのマップである。尚、このＥＧＲマップは、予め実験やシミュレーション等によって作成されたものとなっている。つまり、上記クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されたエンジン回転数及びスロットル開度センサ４２によって検出されたスロットルバルブ６２の開度（エンジン負荷に相当）とをＥＧＲマップに当て嵌めることでＥＧＲ量（ＥＧＲバルブ８１の開度）が得られるようになっている。
【００５９】
更に、ＥＣＵ１００は、上記スワールコントロールバルブ６６の開度制御を実行する。このスワールコントロールバルブ６６の開度制御としては、燃焼室３内に噴射された燃料の噴霧の単位時間当たり（または単位クランク回転角度当たり）における気筒内の周方向の移動量を変更するように行われる。
【００６０】
また、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（主噴射）、アフタ噴射（副噴射）、ポスト噴射等を実行する。
【００６１】
−燃料噴射形態−
以下、本実施形態における上記パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射の各動作の概略について説明する。
【００６２】
（パイロット噴射）
パイロット噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を必要に応じて噴射する動作である。具体的には、メイン噴射で噴射される燃料の拡散燃焼開始時期が目標とする時期（以下、「目標拡散燃焼開始時期」と呼ぶ）よりも遅角側になると推測される場合に、この目標拡散燃焼開始時期を迎える前に混合気温度（気筒内温度）を高めて、このメイン噴射で噴射される燃料の拡散燃焼開始時期が目標拡散燃焼開始時期（例えばクランク角度で、ピストン１３の圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）５°）に一致するようにパイロット噴射が実行される。即ち、このパイロット噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、メイン噴射が開始されるまでの間に混合気温度（気筒内温度）を十分に高めて上記目標拡散燃焼開始時期において燃料の拡散燃焼可能温度（例えば１０００Ｋ）に到達させるようにし、これによってメイン噴射で噴射された燃料の燃焼状態を適正化して、排気エミッションの改善、高いエンジントルクの確保、燃焼音の低減等が図れるようにしている。
【００６３】
また、このパイロット噴射の利用形態としては、噴射された燃料の噴霧到達距離（噴霧の飛行距離）を比較的短く設定して燃焼場での空燃比をリッチにすることで上述した予熱量を確保する利用形態（総パイロット噴射量中の予熱割合を増大する利用形態）と、噴射された燃料の噴霧到達距離（噴霧の飛行距離）を比較的長く設定して（壁面付着を生じない範囲で長く設定して）燃焼場での空燃比をリーンにすることで予混合割合を多くしてスモークの発生量の抑制を図る利用形態（総パイロット噴射量中の予混合割合を増大する利用形態）とが挙げられる。
【００６４】
そして、本実施形態では、このパイロット噴射において要求される燃料噴射量である総パイロット噴射量を、複数回のパイロット噴射（以下、「分割パイロット噴射」と呼ぶ）によって分割することで間欠的にインジェクタ２３から燃料噴射を行うようにしている。各分割パイロット噴射における燃料噴射タイミング及び燃料噴射量等の具体的な設定手法については後述する。
【００６５】
（プレ噴射）
プレ噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を必要に応じて噴射する噴射動作である。このプレ噴射により、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くようにしている。
【００６６】
（メイン噴射）
メイン噴射は、エンジン１のトルク発生のための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）である。このメイン噴射での噴射量は、基本的には、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、エンジン回転数（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）エンジン１のトルク要求値としては高く得られ、それに応じてメイン噴射での燃料噴射量としても多く設定されることになる。また、このメイン噴射で噴射された燃料は、上述した如くパイロット噴射で噴射された燃料によって混合気温度（気筒内温度）の上昇が十分になされている場合には、上記目標拡散燃焼開始時期において拡散燃焼を開始することになる。
【００６７】
（アフタ噴射）
アフタ噴射は、排気ガス温度を上昇させるための噴射動作である。具体的に、本実施形態では、このアフタ噴射により供給された燃料の燃焼エネルギがエンジンのトルクに変換されることなく、その大部分が排気の熱エネルギとして得られるタイミングでアフタ噴射を実行するようにしている。
【００６８】
（ポスト噴射）
ポスト噴射は、排気系７に燃料を直接的に導入して上記マニバータ７７の昇温を図るための噴射動作である。例えば、ＤＰＮＲ触媒７６に捕集されているＰＭの堆積量が所定量を超えた場合（例えばマニバータ７７の前後の差圧を検出することにより検知）、ポスト噴射が実行されるようになっている。
【００６９】
−燃料噴射圧−
上記メイン噴射で噴射される燃料の噴射圧は、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、即ち目標レール圧（メイン噴射で噴射される燃料の噴射圧の目標値）は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、及び、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。即ち、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及びエンジン回転数に基づいて設定される。尚、この目標レール圧は例えば上記ＲＯＭ１０２に記憶された燃圧設定マップに従って設定される。つまり、この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ２３の開弁期間（噴射率波形）が制御され、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になる。尚、本実施形態では、エンジン負荷等に応じて燃料圧力が３０ＭＰａ〜２００ＭＰａの間で調整されるようになっている。
【００７０】
上記メイン噴射の燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン運転状態や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。
【００７１】
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及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及びアクセル開度に基づいてメイン噴射等における燃料噴射タイミングや燃料噴射量を決定する。
【００７２】
−燃焼形態の概略説明−
次に、本実施形態に係るエンジン１における燃焼室３内での燃焼形態の概略について説明する。
【００７３】
図４は、エンジン１の一つの気筒に対して吸気マニホールド６３及び吸気ポート１５ａを経てガス（空気）が吸入され、燃焼室３内へインジェクタ２３からの燃料噴射によって燃焼が行われると共に、その燃焼後のガスが排気ポート７１を経て排気マニホールド７２へ排出される様子を模式的に示した図である。
【００７４】
この図４に示すように、気筒内に吸入されるガスには、吸気管６４からスロットルバルブ６２を介して吸入された新気と、上記ＥＧＲバルブ８１が開弁された場合にＥＧＲ通路８から吸入されるＥＧＲガスとが含まれる。吸入される新気量（質量）と吸入されるＥＧＲガス量（質量）との和に対するＥＧＲガス量の割合（即ち、ＥＧＲ率）は、運転状態に応じて上記ＥＣＵ１００により適宜制御されるＥＧＲバルブ８１の開度に応じて変化する。
【００７５】
このようにして気筒内に吸入された新気及びＥＧＲガスは、吸気行程において開弁している吸気バルブ１６を介し、ピストン１３（図４では図示省略）の下降に伴って気筒内に吸入されて筒内ガスとなる。この筒内ガスは、エンジン１の運転状態に応じて決定されるバルブ閉弁時にて吸気バルブ１６が閉弁することにより筒内に密閉され（筒内ガスの閉じ込め状態）、その後の圧縮行程においてピストン１３の上昇に伴って圧縮される。そして、ピストン１３が上死点近傍に達すると、上述したＥＣＵ１００による噴射量制御によって所定時間だけインジェクタ２３が開弁されることで燃料を燃焼室３内に直接噴射する。具体的には、ピストン１３が上死点に達する前に上記パイロット噴射等が実行され、燃料噴射が一旦停止された後、所定のインターバルを経て、ピストン１３が上死点近傍に達した時点で上記メイン噴射が実行されることになる。また、このメイン噴射が実行された後、必要に応じて所定のインターバルを経て上記アフタ噴射やポスト噴射が行われる。
【００７６】
図５は、この燃料噴射（メイン噴射）時における燃焼室３及びその周辺部を示す断面図であり、図６は、この燃料噴射時における燃焼室３の平面図（ピストン１３の上面を示す図）である。図６に示すように、本実施形態に係るエンジン１のインジェクタ２３には、周方向に亘って等間隔に８個の噴孔が設けられており、これら噴孔からそれぞれ均等に燃料が噴射されるようになっている。尚、この噴孔数としては８個に限るものではない。
【００７７】
そして、この各噴孔から噴射された燃料の噴霧Ａ，Ａ，…は略円錐状に拡散していく。また、各噴孔からの燃料噴射（特に、メイン噴射）は、ピストン１３が圧縮上死点近傍に達した時点で行われるため、図５に示すように、各燃料の噴霧Ａ，Ａ，…は上記キャビティ１３ｂ内で拡散していくことになる。
【００７８】
このように、インジェクタ２３に形成されている各噴孔から噴射された燃料の噴霧Ａ，Ａ，…は、時間の経過に伴って筒内ガスと混ざり合いながら混合気となって筒内においてそれぞれ円錐状に拡散していき、自己着火によって燃焼する。つまり、この各燃料の噴霧Ａ，Ａ，…は、それぞれ筒内ガスと共に略円錐状の燃焼場を形成し、その燃焼場（本実施形態では８箇所の燃焼場）でそれぞれ燃焼が開始されることになる。
【００７９】
そして、主にメイン噴射で噴射された燃料の燃焼により発生したエネルギの大部分はピストン１３を下死点に向かって押し下げるための運動エネルギ（エンジン出力となるエネルギ）として得られる。
【００８０】
そして、燃焼後の筒内ガスは、排気行程において開弁する排気バルブ１７を介し、ピストン１３の上昇に伴って排気ポート７１及び排気マニホールド７２へ排出されて排ガスとなる。
【００８１】
−パイロット噴射制御動作−
次に、本実施形態の特徴とする動作である上記パイロット噴射を実行するための制御動作について具体的に説明する。
【００８２】
本実施形態に係るパイロット噴射では、上述した如く、パイロット噴射において要求される燃料噴射量である総パイロット噴射量を、複数回の分割パイロット噴射によって確保するようにしている。例えば、総パイロット噴射量が３ｍｍ3であった場合には、１．５ｍｍ3（本実施形態にあってはインジェクタ２３の最小限界噴射量）の分割パイロット噴射が２回行われる。また、総パイロット噴射量が５ｍｍ3であった場合には、２．５ｍｍ3の分割パイロット噴射が２回行われる。これら値はこれに限定されるものではない。また、２回の分割パイロット噴射を実行する場合に、先行するパイロット噴射（以下、第１パイロット噴射と呼ぶ）での噴射量と後続するパイロット噴射（以下、第２パイロット噴射と呼ぶ）での噴射量とは必ずしも一致させる必要はない。また、３回以上の分割パイロット噴射によって総パイロット噴射量を確保するようにしてもよい。以下の説明では、理解を容易にするために２回の分割パイロット噴射（第１パイロット噴射及び第２パイロット噴射）が実行される場合を例に挙げて説明する。
【００８３】
上記総パイロット噴射量は、上記目標拡散燃焼開始時期における気筒内の混合気温度とメイン噴射で噴射された燃料の拡散燃焼開始温度とに基づいて算出される。つまり、気筒内の混合気温度が燃料の拡散燃焼開始温度よりも低いほど総パイロット噴射量としては多く設定されるようになっている。以下、この総パイロット噴射量の算出動作の一例について説明する。
【００８４】
この総パイロット噴射量の算出動作にあっては、先ず、メイン噴射で噴射された燃料の拡散燃焼開始温度が設定される。この拡散燃焼開始温度は、上記メイン噴射で噴射された燃料（噴霧）により形成される燃焼場が低温酸化反応から拡散燃焼に移行するために必要となる温度であって、例えば１０００Ｋとして設定される。
【００８５】
そして、パイロット噴射を実行しないと仮定した場合における混合気温度と、上記拡散燃焼開始温度との偏差から総パイロット噴射量を求めることになる。
【００８６】
図７は、２回の分割パイロット噴射が実行される場合におけるパイロット噴射及びメイン噴射の各噴射パターン（下段の波形図：プレ噴射を実行しない場合）、及び、その際の混合気温度の変化（上段の波形図）を示している。この図７では、総パイロット噴射量を均等に２分割してそれぞれを第１パイロット噴射及び第２パイロット噴射の各噴射量として設定した場合を示している。
【００８７】
混合気温度の変化を示す波形のうちの破線はパイロット噴射を実行しなかった場合の筒内温度の変化を示し、実線は目標拡散燃焼開始時期（図中のタイミングＴ１）において混合気温度が「拡散燃焼開始温度」に達する場合の筒内温度の変化を示している。つまり、目標拡散燃焼開始時期Ｔ１において拡散燃焼を開始するために必要な熱量（パイロット噴射に要求される熱量）は図中に示す「拡散燃焼開始時期必要予熱量」として求められる。尚、上記破線で示す筒内温度の変化は、エンジン回転数、冷却水温度、吸気温度等のパラメータにより推測が可能である。
【００８８】
そして、この「拡散燃焼開始時期必要予熱量」を得るために、上述した総パイロット噴射量が求められることになる。この場合、図中の「メイン噴射開始時必要熱量」が得られるように総パイロット噴射量を設定することで、上記目標拡散燃焼開始時期Ｔ１における「拡散燃焼開始時期必要予熱量」が確保されることになる。尚、メイン噴射開始後の混合気温度の上昇（拡散燃焼開始温度に向かう温度上昇）は、このメイン噴射で噴射された燃料の低温酸化反応によるものである。
【００８９】
上記総パイロット噴射量を取得するための動作としては、例えば、「メイン噴射開始時必要熱量」から総パイロット噴射量を求めるための総パイロット噴射量マップを上記ＲＯＭ１０２に記憶させておき、エンジン１の運転状態等から上記「メイン噴射開始時必要熱量」を求め、これを総パイロット噴射量マップに当て嵌めることで総パイロット噴射量を取得することなどが挙げられる。この総パイロット噴射量マップは予め実験やシミュレーション等によって作成されたものである。また、上記「メイン噴射開始時必要熱量」を変数とする所定の演算式により総パイロット噴射量を算出するようにしてもよい。
【００９０】
このようにして、総パイロット噴射量が求められ、それを２回の分割パイロット噴射により噴射することにより、目標拡散燃焼開始時期Ｔ１における筒内温度を拡散燃焼開始温度（例えば１０００Ｋ）にまで上昇させておくことが可能であり、このメイン噴射で噴射された燃料の拡散燃焼が、この目標拡散燃焼開始時期Ｔ１で開始されることになる。
【００９１】
尚、上記目標拡散燃焼開始時期Ｔ１は、上述した如く、例えばピストン１３の圧縮上死点後の所定時期（例えばＡＴＤＣ５°）に設定される。尚、この目標拡散燃焼開始時期としては、これに限られるものではなく、例えば排気エミッションに応じて適宜遅角させる場合もある。つまり、エンジン１のトルクを重視した運転の場合には、目標拡散燃焼開始時期Ｔ１は上記圧縮上死点付近に設定され、ＮＯｘ排出量の抑制等を重視した運転の場合には、目標拡散燃焼開始時期Ｔ１は圧縮上死点よりも遅角側に設定される。
【００９２】
また、２回の分割パイロット噴射のうち先行する第１パイロット噴射の噴射開始タイミングは、例えばクランク角度で、ピストン１３の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）８０°以降であって、メイン噴射の噴射開始タイミング（例えば、ピストン１３の圧縮上死点：ＴＤＣ）までに２回のパイロット噴射（第２パイロット噴射の噴射タイミングについては後述する）が完了可能となるタイミングに設定されている。つまり、第１パイロット噴射と第２パイロット噴射との間のインターバル、及び、第２パイロット噴射とメイン噴射の間のインターバルが、それぞれインジェクタ２３の応答性（開閉動作の速さ）によって決定されるインターバル（例えば２００μｓｅｃ）以上に確保され、更に上記第１パイロット噴射と第２パイロット噴射との間のインターバルとしては、後述する「予熱要求時の動作」または「予混合要求時の動作」において設定される第２パイロット噴射の噴射タイミングが得られるインターバルを確保可能となるように第１パイロット噴射の噴射開始タイミングは設定される。
【００９３】
本実施形態におけるパイロット噴射制御としては、このパイロット噴射に要求される機能に応じて動作が異なるものとなる。具体的には、このパイロット噴射で噴射された燃料の噴霧到達距離（噴霧の飛行距離）を比較的短く設定して燃焼場での空燃比をリッチにすることで十分な予熱量を確保するために行われる予熱要求時と、パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧到達距離（噴霧の飛行距離）を比較的長く設定して燃焼場での空燃比をリーンにすることで予混合割合を多くするために行われる予混合要求時とで動作が異なっている。つまり、エンジンの運転状態などに応じて各要求度合いが異なることになる。
【００９４】
より具体的には、例えばエンジン１の低負荷時には、総燃料噴射量が少ないため、目標拡散燃焼開始時期Ｔ１において混合気温度が拡散燃焼開始温度に到達し難くなる可能性がある。このため、この低負荷時には、パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧到達距離を比較的短く設定して燃焼場での空燃比をリッチにすることで十分な予熱量を確保するようにする。一方、例えばエンジン１の高負荷時やＥＧＲ量増大時等のように燃料噴射量（またはＥＧＲガス量）に対して筒内空気量が相対的に少なくなる運転状態では、筒内の局所的な酸素量不足によりスモークが発生しやすい状態となる。このため、このような運転時には、パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧到達距離を比較的長く設定して燃焼場での空燃比をリーンにすることで予混合割合を多くし、スモークの抑制を図るようにする。
【００９５】
以下では、各動作の理解を容易にするために、上記予熱要求時と予混合要求時とを個別に説明する。
【００９６】
（予熱要求時の動作の第１実施形態）
先ず、予熱要求時の動作の第１実施形態について説明する。この予熱要求時の動作の概略としては、上記第１パイロット噴射が実行された後に発生する燃料供給系内（より具体的にはインジェクタ２３の内部）の燃圧脈動によって上昇及び下降を一定期間繰り返す（周期的に繰り返す）燃料圧力をモニタしておき、この燃料圧力が、必要予熱量を得るための噴霧到達距離を規定する燃料噴射圧力まで下降した時点で第２パイロット噴射を実行するようにしている。より具体的には、先ず、第２パイロット噴射において必要とされる噴射圧力（この第２パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧到達距離を決定する噴射圧力：以下、「第２パイロット噴射圧力設定値」と呼ぶ）を算出する。そして、第１パイロット噴射を実行した後、上記変動する燃料供給系内の燃料圧力（インジェクタ２３の内部圧力）を上記インジェクタ内部圧センサ（変動燃料圧力認識手段）４Ａによって検出しておき、この燃料圧力が上記第２パイロット噴射圧力設定値まで低下した時点で第２パイロット噴射を実行する。
【００９７】
以下、この予熱要求時の制御動作について具体的に説明する。図８は、この予熱要求時の制御動作の手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、各気筒の燃焼行程が実施される度に、その燃焼行程に先立って実行される。
【００９８】
先ず、ステップＳＴ１において、パイロット噴射実行要求が有るか否かを判定する。このパイロット噴射実行要求は、上述した如く、パイロット噴射を実行しないと仮定した場合における上記目標拡散燃焼開始時期における混合気温度が、拡散燃焼開始温度よりも低い場合（図７に破線で示す混合気温度の変化状態である場合）に生じる。
【００９９】
パイロット噴射実行要求が無い場合、つまり、パイロット噴射による予熱動作を実行しなくても上記目標拡散燃焼開始時期における混合気温度が、拡散燃焼開始温度に達する場合には、ステップＳＴ１でＮＯ判定され、パイロット噴射を実行することなく、次の燃焼行程が実施されるまで（次に燃焼行程を迎える気筒のピストン１３が圧縮上死点近傍に達するまで）待機する。
【０１００】
パイロット噴射実行要求が有り、ステップＳＴ１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ２に移り、第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgを算出する（目標噴射圧力設定手段による後続副噴射の目標噴射圧力設定動作）。この第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgは、第２パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧の燃焼場の位置を規定するものであって、混合気に対する必要予熱量に応じて設定される。つまり、混合気に対する必要予熱量が大きいほど燃焼場での空燃比をリッチ側に設定して予熱量を大きく確保するように第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgとしては小さな値に設定されることになる。つまり、第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgを小さな値にすることで噴霧到達距離を短くし、燃焼場での空燃比をリッチ側に設定する。
【０１０１】
図９は、噴射圧力と噴霧到達距離との関係を示す噴霧到達距離マップである。この噴霧到達距離マップによって、第２パイロット噴射で必要とされる噴霧到達距離（図中の第２パイロット要求噴霧到達距離）から燃料噴射圧力を求め、その燃料噴射圧力を第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg（図中の第２パイロット噴射要求噴射圧力）として設定する。尚、この第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgは、メイン噴射設定圧力（上述したエンジン負荷等により設定される目標レール圧）に比べて低い値に設定されている。
【０１０２】
尚、図９における領域Ｘは、燃料噴射圧力が高くなるに従って噴霧到達距離は短くなっていく領域である。これは、燃料噴射圧力が低いことからインジェクタ２３から噴射された燃料の液滴の粒径が大きいために噴霧到達距離が短くなる領域である。本実施形態ではこの領域Ｘのパイロット噴射圧力は使用しないようにしている。つまり、上記第２パイロット要求噴霧到達距離が得られるパイロット噴射圧力としては、図中のＰ１とＰ１’とが取得できるが、パイロット噴射圧力Ｐ１’では燃料の液滴の粒径が大きく、適正な燃焼場が形成されないとして、パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgは図中のＰ１を取得することになる。
【０１０３】
以上のようにして第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgを算出した後、ステップＳＴ３に移って第１パイロット噴射を実行し、その後、ステップＳＴ４で、第１パイロット噴射終了後の時間が所定の燃料噴射停止期間を経過したか否かを判定する。この燃料噴射停止期間は、インジェクタ２３の応答性（開閉動作の速さ）によって決定されるインターバルであり、例えば２００μｓｅｃとなっている。
【０１０４】
図１０は、第１パイロット噴射の実行に伴って発生する燃圧脈動と、第２パイロット噴射の実行タイミングとの関係を示す図であって、上段はインジェクタ２３の内部圧力の変化を、下段は各パイロット噴射の実行タイミングをそれぞれ示している。この図１０に示すように、インジェクタ２３内のニードルの後退移動によって噴孔が開放されて第１パイロット噴射が行われている状態からニードルの前進移動によって噴孔が閉鎖（インジェクタ閉弁）されて燃料噴射が停止されると、インジェクタ２３内の燃料に圧力変動が生じる。この圧力変動は、メイン噴射指令圧力（目標レール圧）を中心圧として上昇及び下降を繰り返し、時間の経過に伴って上記メイン噴射指令圧力に収束していくことになる。このため、燃料圧力がメイン噴射指令圧力よりも高くなっているタイミングで第２パイロット噴射が行われると、この第２パイロット噴射で噴射された燃料の噴射圧力は高くなって噴霧到達距離は長くなる。逆に、燃料圧力がメイン噴射指令圧力よりも低くなっているタイミングで第２パイロット噴射が行われると、この第２パイロット噴射で噴射された燃料の噴射圧力は低くなって噴霧到達距離は短くなる。
【０１０５】
上記第１パイロット噴射の実行後、未だ燃料噴射停止期間を経過しておらず、ステップＳＴ４でＮＯ判定された場合には、この燃料噴射停止期間の経過を待つ。そして、燃料噴射停止期間を経過し、ステップＳＴ４でＹＥＳ判定されると、ステップＳＴ５に移り、上記インジェクタ内部圧センサ４Ａによってインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzを検出し、ステップＳＴ６に移る。このステップＳＴ６では、上記ステップＳＴ５で検出されたインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzが、上記ステップＳＴ２で算出された第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg（図１０における第２パイロット要求噴射圧力）以下に低下したか否かを判定する。
【０１０６】
未だ内部圧力Ｐnzがパイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgまで低下しておらず、ステップＳＴ６でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ５に戻りインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzを再び検出し（内部圧力Ｐnzの検出値を更新し）、ステップＳＴ６の判定動作に戻る。
【０１０７】
インジェクタ２３の内部圧力Ｐnzがパイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以下に達しており、ステップＳＴ６でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ７に移り、第２パイロット噴射を実行する（後続副噴射実行手段による後続副噴射の実行）。つまり、上記パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgの噴射圧力で第２パイロット噴射を実行する（図１０における第２パイロット噴射の噴射率波形を参照）。この図１０に示す第２パイロット噴射の実行タイミングは、第１パイロット噴射の終了後、第１回目の燃料供給系内圧力下降期間においてインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzが第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgになった時点に設定されている。
【０１０８】
尚、上記燃料噴射停止期間が経過するまでに、インジェクタ２３の内部圧力Ｐnzがパイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以下に達した場合には、上記燃料噴射停止期間が経過するまで第２パイロット噴射は実行されないことになる。例えば、図１０におけるタイミングＴ２が燃料噴射停止期間の経過時点であった場合、このタイミングＴ２、または、このタイミングＴ２の経過後に内部圧力Ｐnzがパイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgに達する図中のタイミングＴ３で、第２パイロット噴射は実行されることになる。
【０１０９】
このようにして第２パイロット噴射が実行された場合、この第２パイロット噴射での噴射圧力はメイン噴射指令圧力（第１パイロット噴射での噴射圧力に一致）よりも低く設定され、噴射量を減量することなしに燃焼室３内での噴霧到達距離は第１パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧到達距離よりも短くなる（インジェクタ２３の周囲に燃焼場を形成することができる）。このため、この第２パイロット噴射で噴射された燃料により形成される燃焼場の混合気の空燃比のリッチ化が図れ、燃焼場温度を十分に高めることができて、予熱量を十分に得ることができる。その結果、メイン噴射での着火時期（拡散燃焼の開始時期）を適切に得る（上記目標拡散燃焼開始時期に一致させる）ことが可能になる。
【０１１０】
また、従来では、図１０に破線で示す第２パイロット噴射のように、燃圧脈動が収束した後に第２パイロット噴射を実行するのが一般的であった。これに対し、本実施形態は、燃圧脈動を有効利用した第２パイロット噴射を実行するものであるため、この第２パイロット噴射の実行タイミングを進角側に移行させることができ、燃料消費率の改善も図ることができる。
【０１１１】
（予熱要求時の動作の第２実施形態）
次に、予熱要求時の動作の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第２パイロット噴射での目標噴射圧力値である第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgが確実に得られるように第１パイロット噴射での必要燃料噴射量を設定する点が上記第１実施形態の場合と異なっている。つまり、上記第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgが得られることを保証するための第１パイロット噴射の必要燃料噴射量設定動作が行われるものである。
【０１１２】
以下、この予熱要求時の制御動作について具体的に説明する。図１１は、この予熱要求時の制御動作の手順を示すフローチャートである。このフローチャートも、各気筒の燃焼行程が実施される度に、その燃焼行程に先立って実行される。また、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ７の動作は、上述した第１実施形態の場合と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１１３】
本実施形態の特徴とする動作は、上記ステップＳＴ２の後に実行されるステップＳＴ１０の第１パイロット必要噴射量の設定動作（先行副噴射量規定手段による、先行する副噴射の噴射量規定動作）にある。以下、この第１パイロット必要噴射量の設定動作について説明する。
【０１１４】
第１パイロット噴射の実行後に発生するインジェクタ２３の内部圧力の変動（燃圧脈動）の振幅は第１パイロット噴射の噴射量が多いほど大きくなる。つまり、第１パイロット噴射の噴射量が多いほど燃圧脈動発生中における燃料圧力の最低値（第２パイロット噴射で噴射可能となる噴射圧力の最低値）は低くなる。このため、燃圧脈動発生中における燃料圧力の最低値が第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以下になるように第１パイロット噴射の噴射量を設定すれば、第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgが確実に得られることになる。
【０１１５】
図１２は、第１パイロット噴射の噴射量とそれに伴って変化する燃圧脈動発生中における燃料圧力の最低圧力との関係を示す第１パイロット噴射量設定マップである。この図１２において第２パイロット噴射圧力設定値が図中のＰpl2trgに設定された場合（ステップＳＴ２においてＰpl2trgに設定された場合）、第１パイロット噴射の噴射量を図中の第１パイロット要求噴射量以上に設定すれば燃圧脈動発生中における燃料圧力の最低値が第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以下になる。
【０１１６】
これに基づき、ステップＳＴ１０では、第１パイロット噴射量設定マップに従って第１パイロット要求噴射量を設定している。
【０１１７】
このようにして第１パイロット要求噴射量が設定されれば、インジェクタ内部圧センサ４Ａによって検出されるインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzが第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以下にまで低下するタイミングが必ず訪れることになる。つまり、ステップＳＴ６でＹＥＳ判定されるタイミングが確実に訪れることになり、ステップＳＴ７の第２パイロット噴射の実行が可能になる。
【０１１８】
図１３は、本実施形態において、第１パイロット噴射の実行に伴って発生する燃圧脈動と、第２パイロット噴射の実行タイミングとの関係を示す図であって、上段はインジェクタ２３の内部圧力の変化を、下段は各パイロット噴射の実行タイミングをそれぞれ示している。この図１３に示すように、第１パイロット噴射が停止されると、インジェクタ２３内の燃料に圧力変動が生じ、この圧力変動は、上記メイン噴射指令圧力（目標レール圧）を中心圧として上昇及び下降を繰り返し、時間の経過に伴って上記目標レール圧に収束していくことになる。そして、この場合のインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzは第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg（図１３における第２パイロット要求噴射圧力）以下にまで低下することになる。このインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzが第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以下にまで低下したタイミングで第２パイロット噴射が行われることで、この第２パイロット噴射で噴射された燃料の噴射圧力は低くなって噴霧到達距離は短くなる。尚、この図１３では、上記インジェクタ２３の内部圧力Ｐnzを第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以下にまで低下させるために、第１パイロット噴射の噴射量が第２パイロット噴射の噴射量よりも多く設定されている。その他の動作は、上述した第１実施形態の場合と同様である。
【０１１９】
このようにして第２パイロット噴射が実行されるため、本実施形態においても第２パイロット噴射での噴射圧力はメイン噴射の指令圧よりも低く設定され、噴射量を減量することなしに燃焼室３内での噴霧到達距離は第１パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧到達距離よりも短くなる。このため、この第２パイロット噴射で噴射された燃料により形成される燃焼場の混合気の空燃比のリッチ化が図れ、燃焼場温度を十分に高めることができて、予熱量を十分に得ることができる。その結果、メイン噴射での着火時期（拡散燃焼の開始時期）を適切に得る（上記目標拡散燃焼開始時期に一致させる）ことが可能になる。また、本実施形態では、燃圧脈動発生中における燃料圧力の最低値がパイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以下になるように第１パイロット噴射の噴射量が設定されているため、上記効果を確実に得ることが可能である。
【０１２０】
（予混合要求時の動作の第１実施形態）
次に、予混合要求時の動作の第１実施形態について説明する。この予混合要求時の動作の概略としては、上記第１パイロット噴射が実行された後に発生する燃料供給系内の燃料圧力（より具体的にはインジェクタ２３の内部圧力）の変動（燃圧脈動）によって上昇及び下降を一定期間繰り返す燃料圧力をモニタしておき、この燃料圧力が、必要予混合量を得るための噴霧到達距離を規定する燃料噴射圧力まで上昇した時点で第２パイロット噴射を実行するようにしている。より具体的には、先ず、第２パイロット噴射において必要とされる噴射圧力（第２パイロット噴射圧力設定値）を算出する。そして、第１パイロット噴射を実行した後、上記インジェクタ２３の内部圧力を上記インジェクタ内部圧センサ４Ａによって検出しておき、この燃料圧力が上記第２パイロット噴射圧力設定値まで上昇した時点で第２パイロット噴射を実行する。
【０１２１】
以下、この予混合要求時の制御動作について具体的に説明する。図１４は、この予混合要求時の制御動作の手順を示すフローチャートである。このフローチャートも、各気筒の燃焼行程が実施される度に、その燃焼行程に先立って実行される。このフローチャートの各ステップのうち、上記予熱要求時の動作の第１実施形態での動作（上記図８で示したフローチャートの各ステップ）との相違点は、ステップＳＴ２’及びステップＳＴ６’にある。
【０１２２】
ステップＳＴ２’では、第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgを算出する。本実施形態における第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgは、第２パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧の燃焼場の位置を規定するものであって、混合気に対する必要予混合量に応じて設定される。つまり、混合気に対する必要予混合量が大きいほど燃焼場での空燃比をリーン側に設定して予混合量を大きく確保するように第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgとしては大きな値に設定されることになる。つまり、第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgを大きな値にすることで噴霧到達距離を長くし、燃焼場での空燃比をリーン側に設定する。
【０１２３】
一方、ステップＳＴ６’では、ステップＳＴ５で検出されたインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzが、上記ステップＳＴ２’で算出された第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以上に上昇したか否かを判定する。つまり、内部圧力Ｐnzがパイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgまで上昇しておらず、ステップＳＴ６’でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ５に戻りインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzを再び検出し（内部圧力Ｐnzの検出値を更新し）、ステップＳＴ６’の判定動作に戻る。そして、インジェクタ２３の内部圧力Ｐnzがパイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以上に達し、ステップＳＴ６’でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ７に移り、第２パイロット噴射を実行する。つまり、上記パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg（または、このパイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以上）の噴射圧力で第２パイロット噴射を実行する。
【０１２４】
図１５は、本実施形態において、第１パイロット噴射の実行に伴って発生する燃圧脈動と、第２パイロット噴射の実行タイミングとの関係を示す図であって、上段はインジェクタ２３の内部圧力の変化を、下段は各パイロット噴射の実行タイミングをそれぞれ示している。この図１５に示すように、第１パイロット噴射が停止されると、インジェクタ２３内の燃料に圧力変動が生じ、この圧力変動は、上記目標レール圧（指令噴射圧）を中心圧として上昇及び下降を繰り返し、時間の経過に伴って上記目標レール圧に収束していくことになる。そして、このインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzが第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以上に上昇したタイミングで第２パイロット噴射が行われることで、この第２パイロット噴射で噴射された燃料の噴射圧力は高くなって噴霧到達距離は長くなる。尚、この図１５に示す第２パイロット噴射の実行タイミングは、第１パイロット噴射の終了後、第１回目の燃料供給系内圧力上昇期間においてインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzが第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgになった時点に設定されている。
【０１２５】
尚、上記燃料噴射停止期間が経過するまでに、インジェクタ２３の内部圧力Ｐnzがパイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以上に達した場合には、上記燃料噴射停止期間が経過するまで第２パイロット噴射は実行されないことになる。例えば、図１５におけるタイミングＴ２が燃料噴射停止期間の経過時点であった場合、このタイミングＴ２、または、このタイミングＴ２の経過後に内部圧力Ｐnzがパイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgに達する図中のタイミングＴ３で、第２パイロット噴射は実行されることになる。
【０１２６】
このようにして第２パイロット噴射が実行された場合、この第２パイロット噴射での噴射圧力はメイン噴射指令圧力（第１パイロット噴射での噴射圧力に一致）よりも高く設定され、燃焼室３内での噴霧到達距離は第１パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧到達距離よりも長くなる。このため、その燃焼場での混合気の空燃比のリーン化が図れ、スモークの発生量を抑制することができて排気エミッションの改善を図ることが可能になる。
【０１２７】
（予混合要求時の動作の第２実施形態）
次に、予混合要求時の動作の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第２パイロット噴射での目標噴射圧力値である第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgが確実に得られるように第１パイロット噴射での必要燃料噴射量を設定する点が上記第１実施形態の場合と異なっている。つまり、上記第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgが得られることを保証するための第１パイロット噴射の必要燃料噴射量設定動作が行われるものである。
【０１２８】
以下、この予熱要求時の制御動作について具体的に説明する。図１６は、この予熱要求時の制御動作の手順を示すフローチャートである。このフローチャートも、各気筒の燃焼行程が実施される度に、その燃焼行程に先立って実行される。また、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ７の動作は、上述した各実施形態の場合と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【０１２９】
本実施形態の特徴とする動作は、上記ステップＳＴ２’の後に実行されるステップＳＴ１０’の第１パイロット必要噴射量の設定動作（先行副噴射量規定手段による、先行する副噴射の噴射量規定動作）にある。以下、この第１パイロット必要噴射量の設定動作について説明する。
【０１３０】
第１パイロット噴射の実行後に発生するインジェクタ２３の内部圧力の変動（燃圧脈動）の振幅は第１パイロット噴射の噴射量が多いほど大きくなる。つまり、第１パイロット噴射の噴射量が多いほど燃圧脈動発生中における燃料圧力の最高値（第２パイロット噴射で噴射可能となる噴射圧力の最高値）は高くなる。このため、燃圧脈動発生中における燃料圧力の最高値が第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以上になるように第１パイロット噴射の噴射量を設定すれば、第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgが確実に得られることになる。
【０１３１】
図１７は、第１パイロット噴射の噴射量とそれに伴って変化する燃圧脈動発生中における燃料圧力の最高圧力との関係を示す第１パイロット噴射量設定マップである。この図１７において第２パイロット噴射圧力設定値が図中のＰpl2trgに設定された場合（ステップＳＴ２’においてＰpl2trgに設定された場合）、第１パイロット噴射の噴射量を図中の第１パイロット要求噴射量以上に設定すれば燃圧脈動発生中における燃料圧力の最高値が第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以上になる。
【０１３２】
これに基づき、ステップＳＴ１０’では、第１パイロット噴射量設定マップに従って第１パイロット要求噴射量を設定している。
【０１３３】
このようにして第１パイロット要求噴射量が設定されれば、インジェクタ内部圧センサ４Ａによって検出されるインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzが第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以上にまで上昇するタイミングが必ず訪れることになる。つまり、ステップＳＴ６’でＹＥＳ判定されるタイミングが確実に訪れることになり、ステップＳＴ７のパイロット噴射の実行が可能になる。
【０１３４】
図１８は、本実施形態において、第１パイロット噴射の実行に伴って発生する燃圧脈動と、第２パイロット噴射の実行タイミングとの関係を示す図であって、上段はインジェクタ２３の内部圧力の変化を、下段は各パイロット噴射の実行タイミングをそれぞれ示している。この図１８に示すように、第１パイロット噴射が停止されると、インジェクタ２３内の燃料に圧力変動が生じ、この圧力変動は、上記メイン噴射指令圧力（目標レール圧）を中心圧として上昇及び下降を繰り返し、時間の経過に伴って上記目標レール圧に収束していくことになる。そして、この場合のインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzは第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg（図１８における第２パイロット要求噴射圧力）以上にまで上昇することになる。このインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzが第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以上にまで上昇したタイミングで第２パイロット噴射が行われることで、この第２パイロット噴射で噴射された燃料の噴射圧力は高くなって噴霧到達距離は長くなる。尚、この図１８では、上記インジェクタ２３の内部圧力Ｐnzを第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以上にまで上昇させるために、第１パイロット噴射の噴射量が第２パイロット噴射の噴射量よりも多く設定されている。その他の動作は、上述した第１実施形態の場合と同様である。
【０１３５】
このようにして第２パイロット噴射が実行されるため、本実施形態においても第２パイロット噴射での噴射圧力はメイン噴射の指令圧よりも高く設定され、燃焼室３内での噴霧到達距離は第１パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧到達距離よりも長くなる。このため、その燃焼場での混合気の空燃比のリーン化が図れ、スモークの発生量を抑制することができて排気エミッションの改善を図ることが可能になる。また、本実施形態では、燃圧脈動発生中における燃料圧力の最高値がパイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trg以上になるように第１パイロット噴射の噴射量が設定されているため、上記効果を確実に得ることが可能である。
【０１３６】
−他の実施形態−
以上説明した各実施形態では、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。
【０１３７】
また、上記各実施形態では、マニバータ７７として、ＮＳＲ触媒７５及びＤＰＮＲ触媒７６を備えたものとしたが、ＮＳＲ触媒７５及びＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）を備えたものとしてもよい。
【０１３８】
また、上記各実施形態では、エンジン１の燃焼行程において各フローチャート（図８、図１１、図１４、図１６）のルーチンを実行するようにしていた。本発明は、これに限らず、予め上記ＲＯＭ１０２に記憶された制御マップのマップ値に従って第２パイロット噴射の実行タイミングを設定するようにしてもよい。
【０１３９】
また、上記各実施形態では、インジェクタ内部圧センサ４Ａによってインジェクタ２３の内部圧力を検出するようにしたが、上記レール圧センサ４１によって検出されたレール内圧によってインジェクタ２３の内部圧力を推定するようにしてもよい。または、メイン噴射実行時における燃料噴射圧力と、このメイン噴射での開弁期間とをパラメータとする燃料噴射圧力マップ（変動する燃料噴射圧力の値をクランク角度毎に取得可能なマップ）を上記ＲＯＭ１０２に記憶させておき、この燃料噴射圧力マップから各クランク角度毎の燃料圧力を取得するようにしてもよい。
【０１４０】
また、上記予熱要求時の動作では、第１パイロット噴射の終了後、第１回目の燃料供給系内圧力下降期間においてインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzが第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgになった時点で第２パイロット噴射を実行していた。また、上記予混合要求時の動作では、第１パイロット噴射の終了後、第１回目の燃料供給系内圧力上昇期間においてインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzが第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgになった時点で第２パイロット噴射を実行していた。これは、第２パイロット噴射をできるだけ進角側で実行することにより燃料消費率の改善を図ることを目的としている。本発明は、これに限らず、第２パイロット噴射の実行に伴う燃焼音の低減を図るために、第２パイロット噴射の実行タイミングを遅角側に設定するようにしてもよい。つまり、上記予熱要求時の動作として、第１パイロット噴射の終了後、第２回目以降の燃料供給系内圧力下降期間や第２回目以降の燃料供給系内圧力上昇期間においてインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzが第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgになった時点で第２パイロット噴射を実行したり、上記予混合要求時の動作として、第１パイロット噴射の終了後、第２回目以降の燃料供給系内圧力上昇期間や第２回目以降の燃料供給系内圧力下降期間においてインジェクタ２３の内部圧力Ｐnzが第２パイロット噴射圧力設定値Ｐpl2trgになった時点で第２パイロット噴射を実行するものである。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
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いて、パイロット噴射実行時の噴射圧力を任意に設定可能とする燃料噴射制御に適用することが可能である。
【符号の説明】
【０１４２】
１          エンジン（内燃機関）
２          燃料供給系
２３        インジェクタ（燃料噴射弁）
３          燃焼室
４Ａ        インジェクタ内部圧センサ（変動燃料圧力認識手段）
１００      ＥＣＵ
【図１】
2012035635.tif 000003
【図２】
2012035635.tif 000004
【図３】
2012035635.tif 000005
【図４】
2012035635.tif 000006
【図５】
2012035635.tif 000007
【図６】
2012035635.tif 000008
【図７】
2012035635.tif 000009
【図８】
2012035635.tif 000010
【図９】
2012035635.tif 000011
【図１０】
2012035635.tif 000012
【図１１】
2012035635.tif 000013
【図１２】
2012035635.tif 000014
【図１３】
2012035635.tif 000015
【図１４】
2012035635.tif 000016
【図１５】
2012035635.tif 000017
【図１６】
2012035635.tif 000018
【図１７】
2012035635.tif 000019
【図１８】
2012035635.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月19日(2012.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給系に備えられた燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる複数回の副噴射とが実行可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記複数回の副噴射のうち先行する副噴射の終了に伴って周期的に変動する燃料供給系内の燃料圧力を認識する変動燃料圧力認識手段と、
上記先行する副噴射の終了後に実行される後続副噴射の目標噴射圧力を、上記副噴射に要求される機能に応じて設定し、この要求がこの後続副噴射で噴射される燃料の予混合割合を多くする予混合要求時には、この予混合割合が高いほど、この後続副噴射の目標噴射圧力を高く設定し、この要求がこの後続副噴射で噴射される燃料による筒内予熱を確保する予熱要求時には、この筒内予熱要求度合いが高いほど、上記後続副噴射の目標噴射圧力を低く設定する目標噴射圧力設定手段と、
上記変動燃料圧力認識手段により認識された燃料供給系内の燃料圧力が上記目標噴射圧力設定手段により設定された目標噴射圧力になった時点で、上記後続副噴射を実行する後続副噴射実行手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記後続副噴射の目標噴射圧力は、この後続副噴射で噴射される燃料の燃焼室内における噴霧到達距離の目標値に基づいて設定されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１または３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記予熱要求時には、上記後続副噴射実行手段は、先行する副噴射の終了後、第１回目の燃料供給系内圧力下降期間において燃料圧力が上記目標噴射圧力になった時点で後続副噴射を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
請求項１または３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記予混合要求時には、上記後続副噴射実行手段は、先行する副噴射の終了後、第１回目の燃料供給系内圧力上昇期間において燃料圧力が上記目標噴射圧力になった時点で後続副噴射を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項１または３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記予熱要求時には、上記先行する副噴射の終了に伴って周期的に変動する燃料供給系内の燃料圧力の最低値が、上記目標噴射圧力設定手段により設定された目標噴射圧力以下になるように、上記先行する副噴射の噴射量を規定する先行副噴射量規定手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
請求項１または３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記予混合要求時には、上記先行する副噴射の終了に伴って周期的に変動する燃料供給系内の燃料圧力の最高値が、上記目標噴射圧力設定手段により設定された目標噴射圧力以上になるように、上記先行する副噴射の噴射量を規定する先行副噴射量規定手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
合を高くしたい場合には燃料圧力が高くなっているタイミングで副噴射を実行して噴霧到達距離を長く設定するようにしている。
［００１４］
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料供給系に備えられた燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる複数回の副噴射とが実行可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を前提とする。この内燃機関の燃料噴射制御装置に対し、変動燃料圧力認識手段、目標噴射圧力設定手段、後続副噴射実行手段を備えさせる。変動燃料圧力認識手段は、上記複数回の副噴射のうち先行する副噴射の終了に伴って周期的に変動する燃料供給系内の燃料圧力を認識する。目標噴射圧力設定手段は、上記先行する副噴射の終了後に実行される後続副噴射の目標噴射圧力を上記副噴射に要求される機能に応じて設定し、この要求がこの後続副噴射で噴射される燃料の予混合割合を多くする予混合要求時には、この予混合割合が高いほど、この後続副噴射の目標噴射圧力を高く設定し、この要求がこの後続副噴射で噴射される燃料による筒内予熱を確保する予熱要求時には、この筒内予熱要求度合いが高いほど、上記後続副噴射の目標噴射圧力を低く設定する。後続副噴射実行手段は、上記変動燃料圧力認識手段により認識された燃料供給系内の燃料圧力が上記目標噴射圧力設定手段により設定された目標噴射圧力になった時点で、上記後続副噴射を実行する。
［００１５］
この特定事項により、先行する副噴射の終了に伴って燃料供給系内では燃料圧力が周期的に変動する（上昇と下降を繰り返す）燃圧脈動が発生する。つまり、主噴射での燃料噴射圧力に対し、燃料圧力が高い状態と低い状態とが繰り返されることになる。そして、後続副噴射の目標噴射圧力を予め上記副噴射に要求される機能に応じて設定し、この要求がこの後続副噴射で噴射される燃料の予混合割合を多くする予混合要求時には、この予混合割合が高いほど、この後続副噴射の目標噴射圧力を高く設定し、この要求がこの後続副噴射で噴射される燃料による筒内予熱を確保する予熱要求時には、この筒内予熱要求度合いが高いほど、上記後続副噴射の目標噴射圧力を低く設定しておき、燃料供給系内の燃料圧力が目標噴射圧力になった時点で後続副噴射を実行する。つまり、後続副噴射の目標噴射圧力が主噴射での燃料噴射圧力に対して低い値に設定されている場合には、上記脈動により燃料供給系内において燃料圧力が低くなったタイミング（目標噴射圧力に一致したタイミング）で後続副噴射を実行する。一方、後続副噴射の目標噴射圧力が主噴射での燃料噴射圧力に対して高い値に設定されている場合には、上記脈動により燃料供給系内において燃料圧力が高くなったタイミング（目標噴射圧力に一致したタイミング）で後続副噴射を実行する。このように燃料供給系内での脈動を利用することで、後続副噴射を所望の
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
燃料噴射圧力で実行することが可能になり、この後続副噴射で噴射された燃料の噴霧到達距離を任意に調整することが可能になる。
［００１６］
上記後続副噴射の目標噴射圧力を、この後続副噴射で噴射される燃料の燃焼室内における噴霧到達距離の目標値に基づいて設定してもよい。
［００１７］
この特定事項の場合、後続副噴射での噴射圧力は主噴射での噴射圧力や先行する副噴射での噴射圧力よりも低く設定され、後続副噴射の噴射量を減量することなしに燃焼室内での噴霧到達距離を短くできる。このため、後続副噴射で噴射された燃料により形成される燃焼場の混合気の空燃比のリッチ化を図ることができ、燃焼場温度を十分に高めることができて、予熱量を十分に得ることができる。
［００１８］
より具体的には、先行する副噴射の終了後、第１回目の燃料供給系内圧力下降期間において燃料圧力が上記目標噴射圧力になった時点で後続副噴射を実行するように後続副噴射実行手段を構成している。
［００１９］
これによれば、後続副噴射の実行タイミングを可能な限り進角側に設定することができ、上述した作用効果と共に、燃料消費率の改善を図ることができる。
［００２０］
［００２１］
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
［００２２］
より具体的には、先行する副噴射の終了後、第１回目の燃料供給系内圧力上昇期間において燃料圧力が上記目標噴射圧力になった時点で後続副噴射を実行するように後続副噴射実行手段を構成している。
［００２３］
この構成に場合にも、後続副噴射の実行タイミングを可能な限り進角側に設定することができ、上述した作用効果と共に、燃料消費率の改善を図ることができる。
［００２４］
また、上記先行する副噴射の噴射量の適正化を図る手段としては以下のものが挙げられる。先ず、後続副噴射の目標噴射圧力を、この後続副噴射で噴射される燃料による筒内予熱要求度合いに応じて設定する場合、上記先行する副噴射の終了に伴って周期的に変動する燃料供給系内の燃料圧力の最低値が、上記目標噴射圧力設定手段により設定された目標噴射圧力以下になるように、上記先行する副噴射の噴射量を規定する先行副噴射量規定手段を備えさせている。
［００２５］
また、上記後続副噴射の目標噴射圧力を、この後続副噴射で噴射される燃料の予混合割合に応じて設定する場合、上記先行する副噴射の終了に伴って周期的に変動する燃料供給系内の燃料圧力の最高値が、上記目標噴射圧力設定手段により設定された目標噴射圧力以上になるように、上記先行する副噴射の噴射量を規定する先行副噴射量規定手段を備えさせている。
［００２６］
これらの構成によれば、燃圧脈動発生中における燃料供給系内の燃料圧力を確実に後続副噴射の目標噴射圧力にまで到達させることが可能になり、上述した後続副噴射の実行タイミング調整による効果を確実に得ることが可能になる。
発明の効果
【国際調査報告】
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