(57)【要約】【課題】メイン噴射で噴射された燃料の着火性を良好に確保しながらもスモークの発生量を十分に低減することが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】エンジン負荷及びエンジン回転数に基づいてパイロット噴射の噴射時期が遅角側の第１領域か進角側の第２領域かを判別する。第１領域であった場合、パイロット噴射の噴射時期を変更しながらメイン噴射での噴射された燃料の着火遅れ期間を求め、その着火遅れ期間が最大となるパイロット噴射時期を目標パイロット噴射時期として決定する。第２領域であった場合、パイロット噴射の噴射時期を変更しながらパイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり角を算出し、この重なり角が最小となるパイロット噴射時期を目標パイロット噴射時期として決定する。【選択図】図９
2012105038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から燃焼室内に向けての燃料噴射として、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、
上記内燃機関の運転状態に応じて、上記副噴射の噴射時期が、所定の噴射時期よりも遅角側の範囲である第１領域及びこの第１領域よりも進角側の範囲である第２領域の何れであるかを判別する領域判別手段と、
上記副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合には、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲にあり且つその着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期を目標副噴射時期として決定する一方、上記副噴射の噴射時期が上記第２領域である場合には、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲にあり且つ上記副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量が最小となる副噴射の噴射時期を目標副噴射時期として決定する副噴射時期制御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、
上記領域判別手段は、内燃機関の負荷及び回転数に応じ、低負荷低回転域を第１領域とし、高負荷高回転域を第２領域として判別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、
上記領域判別手段は、上記副噴射が実行された後、主噴射が開始されるまでの期間における上記副噴射で噴射された燃料の予混合度合いに応じ、その予混合度合いが所定量未満となる副噴射の噴射期間の範囲を第１領域とし、その予混合度合いが所定量以上となる副噴射の噴射期間の範囲を第２領域として判別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４】
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記領域判別手段は、内燃機関の定常運転時または減速時に副噴射の噴射時期を変更していき、それぞれにおいて主噴射が実行された際の着火遅れ期間を取得し、その取得した着火遅れ期間に基づいて上記副噴射の噴射時期が上記第１領域及び上記第２領域の何れであるかを判別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、
上記副噴射時期制御手段は、上記副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲にある副噴射の噴射時期のうち上記着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期から着火遅れ期間の変動周期の一周期分だけ副噴射の噴射時期を遅角させながら上記目標副噴射時期を決定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、
上記副噴射時期制御手段は、上記副噴射の噴射時期が上記第２領域である場合、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲にある副噴射の噴射時期のうち上記着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期から上記副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量の変動周期の一周期分だけ副噴射の噴射時期を遅角させながら上記目標副噴射時期を決定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７】
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記副噴射時期制御手段は、上記副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合、副噴射の噴射時期を遅角側に変更していきながら着火遅れ期間を取得し、その着火遅れ期間が上記許容着火遅れ範囲から着火遅れ期間が長くなる側に逸脱した場合には、その後に着火遅れ期間が許容着火遅れ範囲に入った際の副噴射の噴射時期を目標副噴射時期として決定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。
【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圧縮自着火式内燃機関の燃料噴射制御装置に係る。特に、本発明は、主噴射と、それに先立って実行される副噴射との間の無噴射期間（以下、「インターバル」と呼ぶ）を適切に設定するための改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に搭載されるディーゼルエンジンの燃焼は、主として予混合燃焼及び拡散燃焼により成り立つことが知られている。具体的には、インジェクタから燃焼室内への燃料噴射が開始されると、先ず、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）。そして、この予混合燃焼によって十分に温度上昇した燃焼室内に対し、燃料噴射が継続され、または、所定のインターバル（燃料噴射停止期間；無噴射期間）を経て燃料噴射が開始されることで拡散燃焼が行われる。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）。【０００３】
ところで、近年、自動車の排気エミッション規制の強化（Ｅｕｒｏ６等）に伴い、環境変化や運転過渡等に起因して燃焼室内の圧力、温度、熱伝達状態等が変化する状況になっても、燃料噴射タイミングの適正化を図って排気エミッションを改善することが要求されている。【０００４】
この燃料噴射タイミングの適正化を図る従来技術として、下記の特許文献１〜特許文献３が提案されている。【０００５】
特許文献１には、パイロット噴射からメイン噴射までの噴射インターバルを圧力脈動の周期で除算して無次元インターバルを算出し、この無次元インターバルに対する噴射時期の補正量を補正マップから求めて、最終のメイン噴射時期を決定することが開示されている。これにより、メイン噴射での噴射量の適正化を図っている。【０００６】
また、特許文献２には、エンジンの運転状態に応じて決定されたパイロット噴射時期が、ＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）発生量の上限値を超えるものである場合には、その噴射時期から外れた時期でパイロット噴射を実行することが開示されている。【０００７】
更に、特許文献３には、気筒毎の噴射量の学習中にエンジンが不安定な状態にある場合、インターバルを変更し、安定した条件で学習を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３１４３３７号公報
【特許文献２】特開２００４−３６０５７２号公報
【特許文献３】特開２００４−１９５３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上述した各特許文献は、何れも、燃焼室内での燃焼に伴うスモークの発生を低減するのに最適で且つ燃焼室内で安定した燃焼を実現するためのインターバルを設定することはできていないのが実状であった。【００１０】
例えば、特許文献１及び特許文献３に開示されているものでは、スモークの発生量の低減化を図るうえで最適化されたインターバルを設定するものとはなっていない。また、特許文献２に開示されているものは、単にＰＭ発生量を上限値以下にするためのインターバルを設定するに過ぎないものであり、メイン噴射で噴射された燃料の着火性については考慮されておらず、場合によっては、メイン噴射で噴射された燃料の失火を招いてしまう可能性があった。【００１１】
本発明の発明者は、上記インターバル（パイロット噴射の終了時期とメイン噴射の開始時期との間の時間間隔またはクランクシャフトの回転角度間隔）の長さとスモークの発生量との間には相関があり、その相関は、インターバルの長さが短い領域と長い領域とで互いに異なっていることを見出した。そして、インターバルの長さが比較的短い領域内でインターバルを設定する場合と、インターバルの長さが比較的長い領域内でインターバルを設定する場合とでは、スモーク発生量の低減化及び燃焼の安定化を図るうえでインターバルの設定手法を互いに異なるものとすることが必要であることを見出し本発明に至った。【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、メイン噴射で噴射された燃料の着火性を良好に確保しながらもスモークの発生量を十分に低減することが可能な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）の噴射時期として、主噴射（メイン噴射）との間のインターバルの長さを短くする第１の領域とインターバルの長さを長くする第２の領域とに分け、第１の領域内で副噴射の噴射時期を設定する場合には主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間に基づいて副噴射の噴射時期を決定する一方、第２の領域内で副噴射の噴射時期を設定する場合にはその副噴射での噴霧とその後の主噴射での噴霧との重なり量に基づいて副噴射の噴射時期を決定するようにしている。【００１４】
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から燃焼室内に向けての燃料噴射として、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、領域判別手段及び副噴射時期制御手段を備えさせている。上記領域判別手段は、上記内燃機関の運転状態に応じて、上記副噴射の噴射時期が、所定の噴射時期よりも遅角側の範囲である第１領域及びこの第１領域よりも進角側の範囲である第２領域の何れであるかを判別する。上記副噴射時期制御手段は、上記副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合には、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲にあり且つその着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期を目標副噴射時期として決定する一方、上記副噴射の噴射時期が上記第２領域である場合には、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲にあり且つ上記副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量が最小となる副噴射の噴射時期を目標副噴射時期として決定する。【００１５】
この特定事項により、領域判別手段が、内燃機関の運転状態に応じて、現在の副噴射の噴射時期が第１領域及び第２領域の何れであるのか（または、何れの領域で副噴射を実行すべきであるのか）を判別する。そして、副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合には、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲にあり且つその着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期を目標副噴射時期として決定する。これは、副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合、燃焼室内での燃焼に伴うスモークの発生量は主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間によって大きく変動し、この着火遅れ期間が長いほどスモークの発生量が少なくなる傾向にあるからである。一方、副噴射の噴射時期が上記第２領域である場合には、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲にあり且つ上記副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量が最小となる副噴射の噴射時期を目標副噴射時期として決定する。これは、副噴射の噴射時期が上記第２領域である場合、燃焼室内での燃焼に伴うスモークの発生量は、副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量によって大きく変動し、この重なり量が少ないほどスモークの発生量が少なくなる傾向にあるからである。【００１６】
このように、本解決手段では、スモークの発生量が主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間の影響を大きく受ける領域（上記第１領域）である場合と、スモークの発生量が副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量の影響を大きく受ける領域（上記第２領域）である場合とでそれぞれ異なる手法によって目標副噴射時期を決定している。これにより、それぞれの領域に適した手法で目標副噴射時期を決定することが可能となり、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間を許容着火遅れ範囲内にして安定した燃焼を行わせることができると共に、スモークの発生量を最小限に抑えることが可能となる。【００１７】
上記領域判別手段として具体的には以下の各構成が挙げられる。【００１８】
先ず、領域判別手段が、内燃機関の負荷及び回転数に応じ、低負荷低回転域を第１領域とし、高負荷高回転域を第２領域として判別する構成とされたものである。【００１９】
また、領域判別手段が、上記副噴射が実行された後、主噴射が開始されるまでの期間における上記副噴射で噴射された燃料の予混合度合いに応じ、その予混合度合いが所定量未満となる副噴射の噴射期間の範囲を第１領域とし、その予混合度合いが所定量以上となる副噴射の噴射期間の範囲を第２領域として判別する構成とされたものである。【００２０】
また、領域判別手段が、内燃機関の定常運転時または減速時に副噴射の噴射時期を変更していき、それぞれにおいて主噴射が実行された際の着火遅れ期間を取得し、その取得した着火遅れ期間に基づいて上記副噴射の噴射時期が上記第１領域及び上記第２領域の何れであるかを判別する構成とされたものである。【００２１】
特に、内燃機関の定常運転時または減速時に副噴射の噴射時期を変更していきながら領域判別を行うようにした場合には、この領域判別動作の実行に伴う内燃機関の挙動を抑制することができ、車両の乗員に違和感を与えることなしに、副噴射の噴射時期の判別（第１領域及び第２領域の判別）を行うことが可能となる。【００２２】
上記副噴射時期制御手段として具体的には以下の各構成が挙げられる。【００２３】
先ず、副噴射時期制御手段が、上記副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲にある副噴射の噴射時期のうち上記着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期から着火遅れ期間の変動周期の一周期分だけ副噴射の噴射時期を遅角させながら上記目標副噴射時期を決定する構成とされたものである。【００２４】
また、副噴射時期制御手段が、上記副噴射の噴射時期が上記第２領域である場合、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲にある副噴射の噴射時期のうち上記着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期から上記副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量の変動周期の一周期分だけ副噴射の噴射時期を遅角させながら上記目標副噴射時期を決定する構成とされたものである。【００２５】
このように一周期分（着火遅れ期間の変動周期の一周期分または噴霧重なり量の変動周期の一周期分）だけ副噴射の噴射時期を遅角させながら目標副噴射時期を決定するようにした場合、この目標副噴射時期の決定動作に要する時間の短縮化を図ることができる。特に、内燃機関の定常運転時や減速時において目標副噴射時期を決定するようにした場合には、限られた時間内（定常運転となっている時間内や減速状態にある時間内）で目標副噴射時期の決定動作を完了させることが可能となる。【００２６】
また、副噴射時期制御手段が、上記副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合、副噴射の噴射時期を遅角側に変更していきながら着火遅れ期間を取得し、その着火遅れ期間が上記許容着火遅れ範囲から着火遅れ期間が長くなる側に逸脱した場合には、その後に着火遅れ期間が許容着火遅れ範囲に入った際の副噴射の噴射時期を目標副噴射時期として決定するする構成とされたものである。【００２７】
これにより、主噴射で噴射された燃料の燃焼をより安定化させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明では、スモークの発生量が主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間の影響を大きく受ける領域である場合と、スモークの発生量が副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量の影響を大きく受ける領域である場合とでそれぞれ異なる手法によって目標副噴射時期を決定するようにしている。これにより、それぞれの領域に適した手法で目標副噴射時期を決定することが可能となり、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間を許容着火遅れ範囲内にして安定した燃焼を行わせることができると共に、スモークの発生量を最小限に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【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、燃焼行程時の熱発生率（クランク軸の単位回転角度当たりの熱発生量）の変化及び燃料噴射率（クランク軸の単位回転角度当たりの燃料噴射量）の変化の一例をそれぞれ示す波形図である。
【図５】図５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６】図６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７】図７は、燃料噴射時における燃焼室の平面図である。
【図８】図８は、エンジン負荷及びエンジン回転数に応じてパイロット噴射領域を決定するためのパイロット噴射領域決定マップを示す図である。
【図９】図９（ａ）はパイロット噴射の噴射時期とメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間との関係の一例を示す図であり、図９（ｂ）はパイロット噴射の噴射時期に応じたスモーク発生量の変化の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、パイロット噴射第１領域でパイロット噴射時期を設定する場合の動作手順を示すフローチャート図である。
【図１１】図１１（ａ）はパイロット噴射第１領域でのパイロット噴射の噴射時期とメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間との関係の一例を示す図であり、図１１（ｂ）はパイロット噴射第１領域でのパイロット噴射の噴射時期に応じたスモーク発生量の変化の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、物理的着火遅れ期間推定動作の手順を示すフローチャート図である。
【図１３】図１３は、パイロット噴射開始後における噴霧内当量比の変化を示す図である。
【図１４】図１４は、必要最少可燃蒸気量を求めるための必要最少可燃蒸気量マップを示す図である。
【図１５】図１５は、パイロット噴射開始後における可燃当量比が確保されている期間及び燃料蒸発量を説明するための図である。
【図１６】図１６は、パイロット噴射開始後における噴霧内当量比の変化を示し、パイロット噴射量の増量前の噴霧内当量比の変化と、パイロット噴射量の増量後の噴霧内当量比の変化とを示す図である。
【図１７】図１７は、化学的着火遅れ期間推定動作及び総着火遅れ期間算出動作の手順を示すフローチャート図である。
【図１８】図１８は、パイロット噴射開始後における物理的着火遅れ期間及び化学的着火遅れ期間を説明するための図である。
【図１９】図１９は、パイロット噴射第２領域でパイロット噴射時期を設定する場合の動作手順を示すフローチャート図である。
【図２０】図２０（ａ）はパイロット噴射第２領域でのパイロット噴射の噴射時期とメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間との関係の一例を示す図であり、図２０（ｂ）はパイロット噴射第２領域でのパイロット噴射の噴射時期に応じた噴霧重なり角の変化の一例を示す図である。
【図２１】図２１は、パイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり領域を説明するための各噴霧の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
−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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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（スワール速度が低い状態）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（スワール速度が高い状態）となる。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
−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。
【００５３】
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。
【００５４】
−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。
【００５５】
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。
【００５６】
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、外気の圧力を検出する外気圧センサ４Ａ、及び、筒内圧力を検出する筒内圧センサ４Ｂなどが接続されている。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
例えば、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（副噴射）とメイン噴射（主噴射）とを実行する。
【００６０】
上記パイロット噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する動作である。また、このパイロット噴射は、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ための噴射動作であって、副噴射とも呼ばれる。また、本実施形態におけるパイロット噴射は、メイン噴射による初期燃焼速度を抑制する機能ばかりでなく、気筒内温度を高める予熱機能をも有するものとなっている。つまり、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圧縮ガス温度（気筒内温度）を十分に高めて燃料の自着火温度（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る燃料の着火性を良好に確保するようにしている。
【００６１】
上記メイン噴射は、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、上記パイロット噴射によって気筒内の予熱が十分に行われている場合には、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。
【００６２】
尚、上述したパイロット噴射及びメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。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。具体的には、供給された燃料の燃焼エネルギがエンジン１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は実行される。また、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。
【００６３】
また、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。
【００６４】
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。
【００６５】
−燃料噴射圧−
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、即ち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、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。
【００６６】
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。
【００６７】
上記パイロット噴射やメイン噴射などの燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン１や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。
【００６８】
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総燃料噴射量（パイロット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。
【００６９】
−目標燃料圧力の設定−
次に、上記目標燃料圧力の設定手法について説明する。ディーゼルエンジン１においては、ＮＯｘ発生量やスモーク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。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。
【００７０】
図４の上段に示す波形のうちの実線は、横軸をクランク角度、縦軸を熱発生率とし、パイロット噴射及びメイン噴射で噴射された燃料の燃焼に係る熱発生率波形の一例を示している。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。また、図４の下段に示す波形は、インジェクタ２３から噴射される燃料の噴射率（クランク軸の単位回転角度当たりの燃料噴射量）波形を示している。
【００７１】
上記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）付近からメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が開始され、ピストン１３の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、圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点が燃焼重心となって、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。
【００７２】
また、この燃焼重心に到達した時点でのクランク角度と燃料噴射率波形との関係としては、インジェクタ２３に対して燃料噴射停止信号を送信した時点から燃料噴射が完全に停止するまでの期間（図４における期間Ｔ１）に燃焼重心が位置することになる。
【００７３】
このような熱発生率波形による燃焼が行われる状況にあっては、パイロット噴射によって気筒内の予熱が十分に行われ、この予熱により、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。
【００７４】
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、燃焼速度及び熱発生率の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熱発生率の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。
【００７５】
−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。
【００７６】
図５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。
【００７７】
この図５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。
【００７８】
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５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。
【００７９】
図６は、この燃料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７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７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。
【００８０】
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（上記パイロット噴射やメイン噴射）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６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。
【００８１】
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。
【００８２】
そして、この燃焼により発生したエネルギは、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）、燃焼室３内を温度上昇させる熱エネルギ、シリンダブロック１１やシリンダヘッド１５を経て外部（例えば冷却水）に放熱される熱エネルギとなる。
【００８３】
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。
【００８４】
−インターバル調整動作−
本実施形態の特徴は、上記パイロット噴射の終了タイミングとメイン噴射の開始タイミングとの間隔（例えばクランクシャフトの回転角度間隔）であるインターバルを調整する動作にある。このインターバルの調整は、主として、メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が許容着火遅れ範囲内となるようにして安定した燃焼を行わせるようにすると共に、スモークの発生量を最小限に抑えることを目的として行われる。尚、以下に述べるインターバル調整動作は、例えばエンジン１の定常運転時や減速時（例えば車両のコースト走行時）に実行される。以下、インターバル調整動作について具体的に説明する。
【００８５】
（パイロット噴射領域）
先ず、現在のエンジン運転状態が、パイロット噴射の噴射時期を比較的遅角側に設定してインターバルを短くすべき運転状態であるのか、パイロット噴射の噴射時期を比較的進角側に設定してインターバルを長くすべき運転状態であるのかを判別する。例えば、パイロット噴射で噴射された燃料の予混合の進行度を考慮し、予め設定された値を境界として、それよりも遅角側でパイロット噴射を実行する噴射パターン（インターバルが比較的短く設定される噴射パターン）とすべきであるのか、それよりも進角側でパイロット噴射を実行する噴射パターン（インターバルが比較的長く設定される噴射パターン）とすべきであるのかを判別する。
【００８６】
より具体的には、メイン噴射の噴射タイミングを圧縮上死点（ＴＤＣ）に設定した場合に、圧縮上死点前２５度（ＢＴＤＣ２５°）よりも遅角側の範囲でパイロット噴射を実行する噴射パターンであるのか、それよりも進角側の範囲でパイロット噴射を実行する噴射パターンであるのかを判別する。上記の値はこれに限定されるものではなく、パイロット噴射で噴射された燃料の予混合の進行度に応じて適宜設定される。以下では、前者（上記境界よりも遅角側の範囲でパイロット噴射が実行される場合）のパイロット噴射領域を「パイロット噴射第１領域」と呼び、後者（上記境界よりも進角側の範囲でパイロット噴射が実行される場合）のパイロット噴射領域を「パイロット噴射第２領域」と呼ぶこととする。
【００８７】
尚、これら「パイロット噴射第１領域」と「パイロット噴射第２領域」との境界は特定の時期に限らず、所定の遷移領域を介し、その遷移領域よりも遅角側を「パイロット噴射第１領域」とし、その遷移領域よりも進角側を「パイロット噴射第２領域」として設定するようにしてもよい。例えば、圧縮上死点前２８度（ＢＴＤＣ２８°）から１８度（ＢＴＤＣ１８°）までの範囲を遷移領域とし、圧縮上死点前１８度（ＢＴＤＣ１８°）よりも遅角側のパイロット噴射領域を「パイロット噴射第１領域」とし、圧縮上死点前２８度（ＢＴＤＣ２８°）よりも進角側のパイロット噴射領域を「パイロット噴射第２領域」として設定するようにしてもよい。この場合における上記の値もこれに限定されるものではなく、パイロット噴射で噴射された燃料の予混合の進行度に応じて適宜設定される。
【００８８】
また、パイロット噴射の実行タイミングを上記パイロット噴射第１領域とするのかパイロット噴射第２領域とするのかの選択は、エンジン負荷及びエンジン回転数に応じて決定される。図８は、これらエンジン負荷及びエンジン回転数に応じてパイロット噴射の実行領域を決定するためのパイロット噴射実行領域決定マップである。このパイロット噴射実行領域決定マップにおいて「１」となる運転状態では「パイロット噴射第１領域」が選択され、「２」となる運転状態では「パイロット噴射第２領域」が選択されることとなる。このパイロット噴射実行領域決定マップに示すように、エンジン負荷が比較的高い場合やエンジン回転数が比較的高い場合にはパイロット噴射第２領域でパイロット噴射が実行され、それ以外（エンジン負荷が比較的低く且つエンジン回転数が比較的低い運転状態）ではパイロット噴射第１領域でパイロット噴射が実行される。つまり、エンジン負荷が比較的高い場合には燃料噴射量が多いためインターバルを長めに設定することで、パイロット噴射で噴射された燃料の拡散が図れるようにし、エンジン回転数が比較的高い場合にはパイロット噴射が実行されてからメイン噴射が実行されるまでの期間（時間間隔）が短くなるため、インターバルを長めに設定することで、パイロット噴射で噴射された燃料の拡散が図れるようにしている（領域判別手段による領域判別動作）。
【００８９】
（各領域でのインターバル調整動作）
そして、本実施形態では、パイロット噴射の噴射時期を上記パイロット噴射第１領域に設定した場合におけるインターバル調整動作と、パイロット噴射の噴射時期を上記パイロット噴射第２領域に設定した場合におけるインターバル調整動作とを異なる手法により実行する。
【００９０】
その理由は、パイロット噴射の噴射時期を上記パイロット噴射第１領域内の時期に設定した場合、スモークの発生量はメイン噴射の着火遅れの影響を大きく受けることになるのに対し、パイロット噴射の噴射時期を上記パイロット噴射第２領域内の時期に設定した場合、スモークの発生量はパイロット噴射での噴霧（または火炎）とメイン噴射での噴霧との重なり角度（重なり量）の影響を大きく受けることになる。このため、それぞれの場合において、異なる手法でインターバル調整動作を行うようにしている。
【００９１】
より具体的には、パイロット噴射の噴射時期を比較的遅角側に設定した場合（上記パイロット噴射第１領域内に設定する場合）、つまり、スモークの発生量がメイン噴射の着火遅れの影響を大きく受ける場合には、予め設定された許容着火遅れ範囲内でパイロット噴射の噴射時期を変化させていき、着火遅れ期間が、その許容範囲内で最も大きくなるタイミングを、このパイロット噴射第１領域内でのパイロット噴射時期（目標パイロット噴射時期；目標副噴射時期）として決定する（副噴射時期制御手段による目標副噴射時期の決定動作）。
【００９２】
一方、パイロット噴射の噴射時期を比較的進角側に設定した場合（上記パイロット噴射第２領域内に設定する場合）、つまり、スモークの発生量がパイロット噴射での噴霧（または火炎）とメイン噴射での噴霧との重なり角度の影響を大きく受ける場合には、許容着火遅れ範囲内でパイロット噴射の噴射時期を変化させていき、パイロット噴射での噴霧（または火炎）とメイン噴射での噴霧との重なり角度が最小（重なり角度が「０」となる場合を含む）となるタイミングを、このパイロット噴射第２領域内でのパイロット噴射時期（目標パイロット噴射時期；目標副噴射時期）として決定する（副噴射時期制御手段による目標副噴射時期の決定動作）。以下、具体的に説明する。
【００９３】
図９（ａ）は、パイロット噴射の噴射時期とメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間との関係の一例を示している。また、図９（ｂ）は、パイロット噴射の噴射時期に応じたスモーク発生量の変化（周期的な変化；スモーク発生量の変動）の一例を示している。
【００９４】
図９（ａ）に示すように、パイロット噴射の噴射時期が所定時期（図９（ａ）におけるタイミングＴ２）よりも進角側である場合、つまり、メイン噴射との間のインターバルが所定インターバルよりも長い場合には、パイロット噴射の噴射時期が遅角側に移行するほどメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間は略一定の割合で短くなっていく。
【００９５】
一方、パイロット噴射の噴射時期が所定時期（図９（ａ）におけるタイミングＴ２）よりも遅角側である場合、つまり、メイン噴射との間のインターバルが所定インターバルよりも短い場合には、パイロット噴射の噴射時期の変更に伴ってメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間は周期的に変化していきながら、その振幅の中心はパイロット噴射の噴射時期が遅角側に移行していくに従って小さく（着火遅れ期間が短く）なっていく。
【００９６】
また、図９（ｂ）に示すように、パイロット噴射の噴射時期が所定時期（図中のＴ２）よりも進角側である場合、つまり、メイン噴射との間のインターバルが所定インターバルよりも長い場合には、パイロット噴射の噴射時期の変化に応じてスモークの発生量は周期的に変化する。また、その振幅の中心は略一定である。
【００９７】
一方、パイロット噴射の噴射時期が所定時期（図中のＴ２）よりも遅角側である場合、つまり、メイン噴射との間のインターバルが所定インターバルよりも短い場合には、パイロット噴射の噴射時期の変更に伴ってスモークの発生量は周期的に変化していきながら、その振幅の中心はパイロット噴射の噴射時期が遅角側に移行していくに従って大きく（スモークの発生量が多く）なっていく。
【００９８】
上述の如くパイロット噴射の噴射時期に応じてスモークの発生量が変化する理由について以下に述べる。
【００９９】
先ず、スモークの発生量を左右する主な要因は以下の３つが挙げられる。
【０１００】
（１）メイン噴射量及び噴射圧力
（２）パイロット噴射での噴霧（または火炎）とメイン噴射での噴霧との重なり量
（３）メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ
上記各要素とスモークの発生量との関係について述べると、メイン噴射量が多いほど噴霧内の当量比がリッチとなってスモーク発生量は増加する傾向となる。また、噴射圧力が低いほど噴霧の拡散が制約され、噴霧内の当量比がリッチとなってスモーク発生量は増加する傾向となる。また、パイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり量が大きいほど当量比がリッチとなっている領域が大きいためスモーク発生量は増加する傾向となる。更に、メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が長いほど、その着火遅れ期間中におけるパイロット噴射での噴霧の拡散が進むことになり、噴霧内での酸素不足が解消されていくことでスモーク発生量は減少する傾向となる。以上のようなスモーク発生量の変動要因が存在することを踏まえたうえで、パイロット噴射第１領域内でのインターバル調整動作と、パイロット噴射第２領域内でのインターバル調整動作とについてそれぞれ説明する。
【０１０１】
（パイロット噴射第１領域内でのインターバル調整動作）
先ず、パイロット噴射第１領域内でのインターバル調整動作について説明する。パイロット噴射の噴射時期が所定時期よりも遅角側である場合、つまり、メイン噴射との間のインターバルが所定インターバルよりも短い場合には、上記３つの要因のうち「メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ」がスモーク発生量に対して最も影響度合いが大きくなり、「メイン噴射量及び噴射圧力」、「パイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり量」の順で影響度合いが小さくなっていく。
【０１０２】
このようにパイロット噴射の噴射時期を上記パイロット噴射第１領域内に設定する場合には、「メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ」の影響を大きく受けてスモーク発生量が変動することになる。具体的には、「メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ」が大きいほどスモーク発生量は減少することになる。図９（ａ）で示したパイロット噴射の噴射時期とメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間との関係では、パイロット噴射の噴射時期を遅角側に移行していくと「メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間」が周期的に変化しながらその期間が短くなっていく。この「メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間」が周期的に変化する要因は、上記（３）メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ以外に、上記（１）メイン噴射量及び噴射圧力、及び、上記（２）パイロット噴射での噴霧（または火炎）とメイン噴射での噴霧との重なり量の変化の影響を受けているためである。
【０１０３】
このように「メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間」が周期的に変化しながら短くなっていくのに伴って、図９（ｂ）に示すように、スモークの発生量は周期的に変化しながら多くなっていく。
【０１０４】
このようなパイロット噴射の噴射時期、メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間、及び、スモークの発生量の関係を踏まえ、パイロット噴射の噴射時期をパイロット噴射第１領域内に設定する場合には、「メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間」に応じて、スモークの発生量を最小とするタイミングとなるようにパイロット噴射の噴射時期を決定することになる。
【０１０５】
以下、パイロット噴射の噴射時期をパイロット噴射第１領域内に設定する場合におけるパイロット噴射時期を設定する動作手順について具体的に説明する。
【０１０６】
このパイロット噴射第１領域でパイロット噴射時期を設定する場合の動作の概略としては、予め設定された許容着火遅れ範囲の中でパイロット噴射の噴射時期を変更していき、それぞれにおけるメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間を求める。そして、上記許容着火遅れ範囲の中で最も着火遅れ期間が長くなるパイロット噴射時期を、目標パイロット噴射時期として決定する。より具体的には、許容着火遅れ範囲内において最も着火遅れ期間が長くなるパイロット噴射時期から最も着火遅れ期間が短くなるパイロット噴射時期の間で、着火遅れ期間が許容着火遅れ範囲から逸脱することのない期間において最も着火遅れ期間が長くなるパイロット噴射時期を、目標パイロット噴射時期として決定する。
【０１０７】
図１０は、パイロット噴射第１領域でパイロット噴射時期を設定する場合の動作手順を示すフローチャートである。また、図１１（ａ）はパイロット噴射第１領域でのパイロット噴射の噴射時期とメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間との関係の一例を示す図であり、図１１（ｂ）はパイロット噴射第１領域でのパイロット噴射の噴射時期に応じたスモーク発生量の変化の一例を示す図である。
【０１０８】
このパイロット噴射第１領域内でのインターバル調整動作では、先ず、上記許容着火遅れ範囲の中で最も着火遅れが大きくなるパイロット噴射時期でパイロット噴射を実行し、その後、メイン噴射を実行する（例えば圧縮上死点（ＴＤＣ）でメイン噴射を実行する）。この許容着火遅れ範囲の設定手法としては、予め実験やシミュレーションにより設定される。例えば、この許容着火遅れ範囲として、着火遅れが大きくなる側の許容限界としては、メイン噴射で噴射された燃料の失火が発生する着火遅れに対して予め設定された所定期間だけ短く設定された着火遅れに設定され、着火遅れが小さくなる側の許容限界としては、スモークの発生量が予め設定された許容範囲内となるように設定された着火遅れに設定されている。また、実験やシミュレーションにより、排気ガス中のＮＯｘ量や燃焼音等が共に予め設定された許容範囲内となるような範囲として設定されていてもよい。
【０１０９】
図１０において、先ず、ステップＳＴ１において、上記許容着火遅れ範囲の中で最も着火遅れが大きくなるパイロット噴射時期でパイロット噴射を実行し、その後、メイン噴射を実行する。そして、ステップＳＴ２において、この場合にメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間を求める。この着火遅れ期間を求めるための手法としては、燃焼室３内に備えられた上記筒内圧センサ４Ｂによって検出される筒内圧力の変化によりメイン噴射で噴射された燃料の着火時期を検出し、それに基づいて着火遅れ期間を求めるようにしてもよいし、後述するように、燃料の物理的着火遅れと化学的着火遅れとを算出し、これらの合算値を着火遅れ期間として求めるようにしてもよい。
【０１１０】
メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れを求めた後、ステップＳＴ３に移り、着火遅れ変動の１周期分の算出が完了したか否かを判定する。この着火遅れ変動の１周期分とは、周期的に変化する着火遅れ変動の１周期分（上記許容着火遅れ範囲の中で最も着火遅れが大きくなるパイロット噴射時期でパイロット噴射が実行された際の着火遅れからの１周期分）である。図１１にあっては、許容着火遅れ範囲のうちタイミングＴ３からタイミングＴ４間での範囲が着火遅れ変動の１周期分となるため、この範囲でパイロット噴射の噴射時期を変化させていきながら着火遅れ期間を求めていくことになる。
【０１１１】
本パイロット噴射第１領域内でのインターバル調整動作の開始時には、未だ、着火遅れ変動の１周期分の算出が完了していないため、ステップＳＴ３でＮＯ判定され、ステップＳＴ４に移る。このステップＳＴ４では、パイロット噴射の噴射時期を変更する。具体的には、前回実行したパイロット噴射の噴射時期（ステップＳＴ１で実行したパイロット噴射の噴射時期）に対してクランク角度で１°だけ遅角側にパイロット噴射の噴射時期を変更してステップＳＴ１に戻る。
【０１１２】
そして、ステップＳＴ１では、次回の燃焼行程の開始時に、変更後のパイロット噴射時期でパイロット噴射を実行し、その後、メイン噴射を実行する。この場合のメイン噴射の実行時期は前回（前回のルーチン）での燃焼行程と同一時期とされる。そして、ステップＳＴ２において、この場合にメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れを求める。
【０１１３】
このような動作を繰り返し、着火遅れ変動の１周期分の算出が完了した場合には、ステップＳＴ３でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ５に移る。このステップＳＴ５では、上記ステップＳＴ２において算出された各パイロット噴射時期それぞれにおけるメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間を解析してパイロット噴射の噴射時期を決定する。具体的には、上記ステップＳＴ２において算出された各パイロット噴射時期それぞれにおけるメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間のうち、最も着火遅れが大きくなっているパイロット噴射の噴射時期を抽出する。但し、図１１（ａ）に示すように着火遅れ期間は周期的に変化しているため、着火遅れ期間が許容着火遅れ範囲から一時的に逸脱する可能性がある。図１１（ａ）に示すものにあっては期間ｔ１において、着火遅れ期間が許容着火遅れ範囲から逸脱している。このような場合、その後に着火遅れが許容着火遅れ範囲となった各パイロット噴射の噴射時期のうち最も着火遅れ期間が長くなっているパイロット噴射の噴射時期を抽出し、この時期を目標パイロット噴射時期として決定する。図１１（ａ）に示すものにあってはタイミングＴ５が目標パイロット噴射時期として決定されることになる。これにより、メイン噴射で噴射された燃料の失火に対するロバスト性が確保され安定した燃焼を行うことを可能にしながら、スモークの発生量を最小限に抑えることができる。この場合のスモークの発生量は、図１１（ｂ）におけるＳ１となる。
【０１１４】
（着火遅れ期間の算出）
次に、上記ステップＳＴ２における着火遅れ期間の算出手法について具体的に説明する。
【０１１５】
混合気の着火遅れとしては、物理的着火遅れと化学的着火遅れとがある。物理的着火遅れは、燃料液滴の蒸発・混合に要する時間である。一方、化学的着火遅れは、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。本実施形態ではこれら物理的着火遅れ期間及び化学的着火遅れ期間をそれぞれ高い精度で算出し、これら着火遅れ期間に基づいて「総着火遅れ期間」を求めるようにしている。
【０１１６】
以下の説明では、物理的着火遅れ期間の推定動作、化学的着火遅れ期間の推定動作、総着火遅れ期間の算出動作について順に説明する。
【０１１７】
＜物理的着火遅れ期間の推定動作＞
先ず、物理的着火遅れ期間の推定動作の概略について説明する。この物理的着火遅れは、パイロット噴射が開始された時点から、そのパイロット噴射で噴射された燃料の噴霧中における当量比（以下、「噴霧内当量比」と呼ぶ）が着火可能な値（以下、「噴霧内可燃当量比」と呼ぶ）に達すると共に、その噴霧中の可燃蒸気量（以下、「噴霧内可燃蒸気量」と呼ぶ）が着火可能な値（以下、「必要最少可燃蒸気量」と呼ぶ）に達して着火が開始した後、上記噴霧内当量比が上記噴霧内可燃当量比以下に低下する時点までの期間生じている。つまり、パイロット噴射の開始時点から噴霧内当量比が噴霧内可燃当量比以下に低下するまでの期間が物理的着火遅れ期間であるとして求めるようにしている。
【０１１８】
尚、上記「噴霧内可燃蒸気量」とは、燃料の噴霧中に上記「噴霧内可燃当量比」を超える当量比が得られている領域の体積をいう。
【０１１９】
以下、この物理的着火遅れ期間の推定動作について具体的に説明する。図１２は、この物理的着火遅れ期間の推定動作の手順を示すフローチャートである。
【０１２０】
先ず、ステップＳＴ１１において、前回サイクルにおけるクランク角度毎の噴霧内当量比の抽出を行う。これは、今回燃焼行程を迎える気筒の直前に燃焼行程を迎えていた気筒のパイロット噴射実行後の所定期間（例えばパイロット噴射が開始されてからメイン噴射が開始されるまでの期間）においてクランク角度毎に算出されて上記ＲＡＭ１０３に記憶されていた噴霧内当量比を抽出することにより行われる。尚、今回燃焼行程を迎える気筒の前回の燃焼行程時（同一気筒の前回燃焼行程時）におけるパイロット噴射実行後の所定期間でのクランク角度毎の噴霧内当量比を抽出するようにしてもよい。
【０１２１】
この噴霧内当量比の具体的な算出動作としては、各噴霧中の燃料量をその噴霧の体積で除することにより求められるが、各噴霧の体積は以下の式（１）〜（４）によって所定のクランク回転角度毎（例えばクランク回転角度で１°ＣＡ毎）に算出される。この噴霧体積の算出間隔の値はこれに限定されるものではない。式（１）及び式（２）は、パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧長さＬspの算出式であり、「広安の式」と呼ばれる周知のものである。尚、式（１）は燃料噴射開始からの経過時間ｔが液滴分裂時間ｔeに達するまでの噴霧長さＬspの算出式であり、式（２）は燃料噴射開始からの経過時間ｔが液滴分裂時間ｔeを経過した後における噴霧長さＬspの算出式である。また、式（３）は、パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧角度θspの算出式である。また、式（４）は、噴霧体積Ｖspの算出式である。
【０１２２】
【数１】
2012105038.tif 000003
【０１２３】
【数２】
2012105038.tif 000004
【０１２４】
このようにしてクランク角度毎に算出された噴霧の体積Ｖsp（１つの噴孔から噴射された燃料の体積）によって噴霧中の燃料量（１つの噴孔から噴射された燃料量：総パイロット噴射量を噴孔数で除した値）を除することによりクランク角度毎の噴霧内当量比（噴霧内当量比が均一であると仮定した場合の当量比）が算出され、これら値が上記ＲＡＭ１０３に記憶されており、ステップＳＴ１１では、このクランク角度毎の噴霧内当量比のデータを抽出することになる。
【０１２５】
このようにして前回サイクルにおけるクランク角度毎の噴霧内当量比の抽出を行った後、ステップＳＴ１２に移り、これら噴霧内当量比情報のうち、その値が上記噴霧内可燃当量比φtrgを超えたものが存在するか否かを判定する。この噴霧内可燃当量比φtrgは、パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧中における当量比がこの噴霧内可燃当量比φtrgを超えた場合に、そのパイロット噴射で噴射された燃料の混合気の着火が可能となる値として設定され、例えば「０．７」となっている。この値はこれに限定されるものではなく、燃料性状（例えばセタン価）等に応じて実験的に設定される。
【０１２６】
図１３は、パイロット噴射開始後における噴霧内当量比の変化を示す図である。この図１３に示すように、パイロット噴射の開始後、燃料の噴霧は燃焼室３内を拡散していき、且つその噴霧内部に存在する燃料液滴は次第に蒸発していく。燃料の噴射直後は、噴霧内当量比に寄与していなかった燃料液滴が蒸発していくことによって噴霧内当量比は急速に増加していく。その後、この噴霧内当量比は、燃料蒸発速度が減少していくと共に噴霧体積が拡大（噴霧の拡散）していくことに伴って減少していく。このため、この噴霧内当量比は、その値が増加から減少に転じるタイミングで最も高くなる。
【０１２７】
図１３に破線で示す波形Ａは、前回サイクルにおけるクランク角度毎の噴霧内当量比に噴霧内可燃当量比φtrgを超えたものが存在していない場合における噴霧内当量比の変化の一例を示している。また、図１３に実線で示す波形Ｂは、前回サイクルにおけるクランク角度毎の噴霧内当量比に噴霧内可燃当量比φtrgを超えたものが存在している場合における噴霧内当量比の変化の一例を示している。
【０１２８】
前回サイクルにおけるクランク角度毎の噴霧内当量比に噴霧内可燃当量比φtrgを超えたものが存在しており（図１３における波形Ｂを参照）、ステップＳＴ１２でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１４に移る。
【０１２９】
一方、前回サイクルにおけるクランク角度毎の噴霧内当量比の全てが噴霧内可燃当量比φtrg以下であり（図１３における波形Ａを参照）、ステップＳＴ１２でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ１３に移り、今回サイクルでの燃料噴射においてパイロット噴射量の増量補正を行う。このパイロット噴射量の増量補正の具体的な動作としては、パイロット噴射期間の延長が行われる。この場合の増量補正量（パイロット噴射期間の延長期間）としては、上記前回サイクルにおけるクランク角度毎の噴霧内当量比のうち最も高い噴霧内当量比の値（以下、「最高噴霧内当量比」と呼ぶ：図１３におけるφmax）と上記噴霧内可燃当量比φtrgとを比較し、その偏差に応じて増量補正量が設定される。つまり、この偏差が大きいほど（噴霧内可燃当量比φtrgに対して最高噴霧内当量比φmaxが低いほど）増量補正量が大きな値として設定される。このようにしてパイロット噴射量の増量補正が行われると、クランク角度毎の噴霧内当量比に噴霧内可燃当量比φtrgを超えたものが存在することになり（例えば図１３における波形Ｂに示す噴霧内当量比の変化となり）、ステップＳＴ１２でＹＥＳ判定されることになる。このようなパイロット噴射量の増量補正が行われる場合、図１０で示したフローチャートにおけるステップＳＴ１でのパイロット噴射及びメイン噴射が再度行われた後（増量補正したパイロット噴射及びメイン噴射が実行された後）にステップＳＴ２での着火遅れ期間の算出動作に移ることになる。
【０１３０】
ステップＳＴ１４では、前回サイクルにおける燃料蒸発量（噴霧内可燃蒸気量）の抽出を行う。これは、今回燃焼行程を迎える気筒の直前に燃焼行程を迎えていた気筒のパイロット噴射実行後の所定期間（例えばパイロット噴射が開始されてからメイン噴射が開始されるまでの期間）において算出されて上記ＲＡＭ１０３に記憶されていた燃料蒸発量を抽出することにより行われる。尚、今回燃焼行程を迎える気筒の前回の燃焼行程時（同一気筒の前回燃焼行程時）におけるパイロット噴射実行後の所定期間での燃料蒸発量を抽出するようにしてもよい。
【０１３１】
この燃料蒸発量（燃料の蒸気量）の具体的な算出動作としては、以下の式（５）〜（８）によって算出される。
【０１３２】
具体的には、エンジン１の性能実験装置での実験によって、燃焼行程においてエンジン１のクランク角度毎（例えばクランク角度が１°ＣＡ進む毎）に下記の式（５）〜式（７）によって燃料蒸発速度（ｄｍv／ｄｔ）を算出する。
【０１３３】
または、その算出された各クランク角度毎の燃料蒸発速度をマップ化することで燃料蒸発速度定常マップを作成し、この燃料蒸発速度定常マップに対して、エンジン１の環境条件や運転条件等に応じた補正係数（実測または推定された筒内圧力に応じた補正係数及び実測または推定された筒内温度に応じた補正係数）を乗算することでクランク角度毎の蒸発速度を算出するようにしてもよい。
【０１３４】
【数３】
2012105038.tif 000005
【０１３５】
上記式（６）におけるスワール速度Ｖswやスキッシュ速度Ｖsqは、エンジン形状（特に燃焼室３の形状）及びエンジン回転数に応じて決定される値である。また、この場合のスワール速度Ｖswは、例えば燃焼室３内における外周縁部周辺でのスワール速度である。また、定数Ａはエンジン１の種類毎に予め実験等によって決定された値である。更に、混合気の動粘性係数は温度に依存する値である。
【０１３６】
そして、上記算出したクランク角度毎の蒸発速度に対し、上記クランク角度毎の噴霧内当量比が可燃当量比φtrgを超えている期間ｔｂ（図１５に示す噴霧内当量比変化の波形を参照）を乗算すること（式（８））で燃料蒸発量が算出される。
【０１３７】
【数４】
2012105038.tif 000006
【０１３８】
このようにして前回サイクルにおける燃料蒸発量の抽出を行った後、ステップＳＴ１５に移り、この燃料蒸発量が上記必要最少可燃蒸気量Ｍを超えているか否かを判定する。この必要最少可燃蒸気量Ｍは、パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧中における噴霧内可燃蒸気量がこの必要最少可燃蒸気量Ｍを超えている場合には混合気の着火が可能となる値として設定され、例えばマップによって設定される。図１４は上記必要最少可燃蒸気量Ｍを設定する際に参照される必要最少可燃蒸気量マップであって、予め、実験やシミュレーションにより作成されて上記ＲＯＭ１０２に記憶されている。この必要最少可燃蒸気量マップに、現在のエンジン回転数及び現在の燃料噴射量（燃焼行程を迎えている気筒に対するパイロット噴射での燃料噴射量）を当て嵌めることにより上記必要最少可燃蒸気量Ｍが取得される。この必要最少可燃蒸気量Ｍは、エンジン回転数が低いほど、また、燃料噴射量が少ないほど小さな値として設定される。
【０１３９】
図１５は、パイロット噴射開始後における噴霧内当量比の変化を示す図であって、斜線を付した領域が上記燃料の噴霧中における噴霧内可燃蒸気量に相当する。この噴霧内可燃蒸気量が上記必要最少可燃蒸気量Ｍを超えており、ステップＳＴ１５でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ１７に移る。
【０１４０】
一方、噴霧内可燃蒸気量が必要最少可燃蒸気量Ｍを超えておらず、ステップＳＴ５でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ１６に移り、今回サイクルでの燃料噴射においてパイロット噴射量の増量補正を行う。この場合のパイロット噴射量の増量補正の具体的な動作としてもパイロット噴射期間の延長が行われる。この場合の増量補正量（パイロット噴射期間の延長期間）としては、上記算出された噴霧内可燃蒸気量と必要最少可燃蒸気量Ｍとを比較し、その偏差に応じて増量補正量が設定される。つまり、この偏差が大きいほど（必要最少可燃蒸気量Ｍに対して実際の噴霧内可燃蒸気量が少ないほど）増量補正量が大きな値として設定される。このようにしてパイロット噴射量の増量補正が行われると、燃料蒸発量（噴霧内可燃蒸気量）が必要最少可燃蒸気量Ｍを超えることになり、ステップＳＴ１５でＹＥＳ判定されることになる。このようなパイロット噴射量の増量補正が行われる場合にも、図１０で示したフローチャートにおけるステップＳＴ１でのパイロット噴射及びメイン噴射が再度行われた後（増量補正したパイロット噴射及びメイン噴射が実行された後）にステップＳＴ２での着火遅れ期間の算出動作に移ることになる。
【０１４１】
以上の動作によって、前回サイクルにおけるクランク角度毎の噴霧内当量比に噴霧内可燃当量比φtrgを超えたものが存在し、且つ燃料蒸発量（噴霧内可燃蒸気量）が必要最少可燃蒸気量Ｍを超える状態とした後、ステップＳＴ１７に移り、物理的着火遅れの算出を行う。
【０１４２】
この物理的着火遅れの算出は、パイロット噴射が開始されてから上記噴霧内当量比が可燃当量比φtrgに達するまでの期間と、その後、噴霧内当量比が可燃当量比φtrgまで低下するまでの期間の和として算出される。例えば図１５に示すような噴霧内当量比の変化の場合には、パイロット噴射が開始されてから上記噴霧内当量比が噴霧内可燃当量比φtrgに達するまでの期間が図中のｔａであり、その後に、噴霧内当量比が噴霧内可燃当量比φtrgまで低下するまでの期間が図中のｔｂであって、これらの和（ｔａ＋ｔｂ）が物理的着火遅れ期間として算出されることになる。
【０１４３】
より具体的に、上記ステップＳＴ１３でのパイロット噴射量の増量補正（クランク角度毎の噴霧内当量比に噴霧内可燃当量比φtrgを超えたものが存在していないことに伴う増量補正）及びステップＳＴ１６でのパイロット噴射量の増量補正（噴霧内可燃蒸気量が必要最少可燃蒸気量Ｍを超えていないことに伴う増量補正）が共に行われた場合の物理的着火遅れ期間について図１６の噴霧内当量比の変化を用いて説明すると、先ず、ステップＳＴ１３でのパイロット噴射量の増量補正によって図中破線で示すように噴霧内当量比が変化する。この場合、物理的着火遅れ期間としては図中の期間ｔａと期間ｔｂ’との和（ｔａ＋ｔｂ’）となるが、噴霧内可燃蒸気量が必要最少可燃蒸気量Ｍを超えていないために実際には着火は行われない。その後、ステップＳＴ１６でのパイロット噴射量の増量補正によって図中実線で示すように噴霧内当量比が変化する。この場合、パイロット噴射が開始されてから上記噴霧内当量比が噴霧内可燃当量比φtrgに達するまでの期間が図中のｔａであり、その後に、噴霧内当量比が噴霧内可燃当量比φtrgまで低下するまでの期間が図中のｔｃであって、これらの和（ｔａ＋ｔｃ）が物理的着火遅れ期間として算出されることになる。つまり、ステップＳＴ１６でのパイロット噴射量の増量補正によって遅角側に延長された期間として物理的着火遅れ期間が算出されることになる。
【０１４４】
尚、ステップＳＴ１３及びステップＳＴ１６においてパイロット噴射量を増量補正することに伴って上昇した噴霧内当量比及び噴霧内可燃蒸気量には予め上限値が設定されている。例えば、筒内温度の上昇に伴って噴霧内当量比や噴霧内可燃蒸気量が上限値に達した場合には、パイロット噴射量を減量補正する（上記噴霧内可燃当量比φtrg及び必要最少可燃蒸気量Ｍを下限値として減量補正する）。これにより、必要以上に噴霧内当量比や噴霧内可燃蒸気量が上昇して燃焼変動が生じてしまうといったことを防止すると共に、燃料消費量の削減が図れるようにしている。
【０１４５】
＜総着火遅れ期間算出動作＞
次に、化学的着火遅れ期間推定動作及び総着火遅れ期間算出動作について説明する。
【０１４６】
この化学的着火遅れは、パイロット噴射が開始されてから、そのパイロット噴射で噴射された燃料の噴霧内当量比が上記噴霧内可燃当量比φtrgに達した時点における燃焼室３内の温度及び圧力に基づいて算出される。そして、この算出された化学的着火遅れと上述した物理的着火遅れとから総着火遅れ期間を算出するようにしている。
【０１４７】
以下、具体的な動作について説明する。図１７は、この化学的着火遅れ期間推定動作及び総着火遅れ期間算出動作の手順を示すフローチャートである。
【０１４８】
先ず、ステップＳＴ２１において、噴霧内当量比が噴霧内可燃当量比φtrgに達した時点での燃焼室内温度及び燃焼室内圧力を算出する。具体的には、下記の式（９）〜（１１）によって、噴霧内当量比が噴霧内可燃当量比φtrg（例えば、「０．７」）に達した時点での燃焼室内温度及び燃焼室内圧力を算出する。
【０１４９】
【数５】
2012105038.tif 000007
【０１５０】
式（９）は噴霧内当量比が噴霧内可燃当量比φtrgに達した時点での燃焼室内温度Ｔequの算出式であり、式（１０）は噴霧内当量比が噴霧内可燃当量比φtrgに達した時点での燃焼室内圧力Ｐequの算出式である。また、これら式の（９），（１０）における「ｎ」はポリトロープ指数であって式（１１）により算出される。このポリトロープ指数ｎは「ガス組成」及び「温度」を変数とする関数である。また、この式（１１）におけるＱは燃料噴射量であり、Ａは実験的に求めた補正係数である。
【０１５１】
尚、噴霧内当量比が噴霧内可燃当量比φtrgに達した時点での燃焼室内温度及び燃焼室内圧力を算出する手法としては、上述したものに限らず、周知の気体の状態方程式（ＰＶ＝ｎＲＴ）より求めることも可能である。
【０１５２】
このようにして噴霧内当量比が噴霧内可燃当量比φtrgに達した時点での燃焼室内温度及び燃焼室内圧力が算出された後、ステップＳＴ２２に移り、下記の式（１２）によって、化学的着火遅れ期間τcが算出される。この式（１２）は「アレニウスの式」と呼ばれるものである。
【０１５３】
【数６】
2012105038.tif 000008
【０１５４】
以上のようにして化学的着火遅れ期間τcを算出した後、ステップＳＴ２３に移り、総着火遅れ期間の算出を行う。この総着火遅れ期間の算出動作として具体的には、上述した物理的着火遅れ期間の推定動作により推定された物理的着火遅れ期間τpと上記化学的着火遅れ期間τcとの和から、これら物理的着火遅れ期間τpと上記化学的着火遅れ期間τcとが併存する期間τxを減算（τp＋τc−τx）することで総着火遅れ期間が算出される。つまり、図１８に示すように物理的着火遅れと化学的着火遅れとが同時並行している期間τxが存在しているため、上記物理的着火遅れ期間τpと上記化学的着火遅れ期間τcとの和から、この同時並行期間τxを減算することで総着火遅れ期間が算出されることになる。
【０１５５】
（パイロット噴射第２領域内でのインターバル調整動作）
次に、パイロット噴射第２領域内でのインターバル調整動作について説明する。パイロット噴射の噴射時期が所定時期よりも進角側である場合、つまり、メイン噴射との間のインターバルが所定インターバルよりも長い場合には、上記３つの要因のうち「パイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり量」がスモーク発生量に対して最も影響度合いが大きくなり、「メイン噴射量及び噴射圧力」、「メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ」の順で影響度合いが小さくなっていく。
【０１５６】
このようにパイロット噴射の噴射時期を上記パイロット噴射第１領域内に設定する場合には、「パイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり量」の影響を大きく受けてスモーク発生量が変動することになる。具体的には、「パイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり量」が大きいほどスモーク発生量は増大することになる。図９（ａ）で示したパイロット噴射の噴射時期とメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間との関係において、パイロット噴射の噴射時期を遅角側に移行していくと「メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間」が周期的に変化しているのは、「パイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり量」が周期的に変化していることに起因する。
【０１５７】
このようなパイロット噴射の噴射時期、パイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり量、及び、スモークの発生量の関係を踏まえ、パイロット噴射の噴射時期をパイロット噴射第２領域内に設定する場合には、「パイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり量」に応じて、スモークの発生量を最小とするタイミングとなるようにパイロット噴射の噴射時期を決定することになる。
【０１５８】
以下、パイロット噴射の噴射時期をパイロット噴射第２領域内に設定する場合におけるパイロット噴射時期を設定する動作手順について説明する。
【０１５９】
このパイロット噴射第２領域でパイロット噴射時期を設定する場合の動作の概略としては、予め設定された許容着火遅れ範囲の中でパイロット噴射の噴射時期を変更していき、それぞれにおけるパイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり量を求める。そして、上記許容着火遅れ範囲の中で最も上記重なり量が小さくなるパイロット噴射時期を、目標パイロット噴射時期として決定する。
【０１６０】
図１９は、パイロット噴射第２領域でパイロット噴射時期を設定する場合の動作手順を示すフローチャートである。また、図２０（ａ）はパイロット噴射第２領域でのパイロット噴射の噴射時期とメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間との関係の一例を示す図であり、図２０（ｂ）はパイロット噴射第２領域でのパイロット噴射の噴射時期に応じて変化するパイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり角の変化の一例を示す図である。
【０１６１】
このパイロット噴射第２領域内でのインターバル調整動作では、先ず、上記許容着火遅れ範囲の中で最も着火遅れが大きくなるパイロット噴射時期でパイロット噴射を実行し、その後、メイン噴射を実行する（例えば圧縮上死点（ＴＤＣ）でメイン噴射を実行する）。この許容着火遅れ範囲の設定手法は上述の場合と同様である。そして、この許容着火遅れ範囲の中でパイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり角が最も小さくなるパイロット噴射時期を、目標パイロット噴射時期として決定する。
【０１６２】
図１９において、先ず、ステップＳＴ３１において、上記許容着火遅れ範囲の中で最も着火遅れが大きくなるパイロット噴射時期でパイロット噴射を実行した場合におけるパイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり角を算出する。この重なり角の算出は、以下の式（１３）により求められる。
【０１６３】
【数７】
2012105038.tif 000009
【０１６４】
図２１は、上記パイロット噴射及びメイン噴射が行われる際の気筒内における一部の噴霧（２つの噴孔から噴射された噴霧）の状態を模式的に示す平面図であって、メイン噴射終了時点での各噴霧の状態を模式的に示している。また、メイン噴射で噴射された燃料の噴霧を実線で示し、このメイン噴射の直前に実行されたパイロット噴射で噴射された燃料の噴霧（スワール流により移動したパイロット噴霧：パイロット噴射での燃焼場）を破線で示している。この図２１に示すものでは、メイン噴射で噴射された燃料の噴霧は略円錐形状となっているのに対し、先行して実行されたパイロット噴射での噴霧は拡散が進み、略円錐台形状となっている。
【０１６５】
この図２１に示すように、パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧はスワール流によって周方向に流され、その後に噴射されるメイン噴射での噴霧（スワール流の下流側に位置する噴孔から噴射されたメイン噴射での噴霧）に一部が重なることになる。そして、これら各噴霧（パイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧）の重なり角度（図２１におけるθoverlap）は、インターバルに応じて変化する。この重なり角度が上記式（１３）により算出される。
【０１６６】
このようにしてパイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり角を算出した後、ステップＳＴ３２に移り、噴霧重なり変動の１周期分の算出が完了したか否かを判定する。この噴霧重なり変動の１周期分とは、周期的に変化するパイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり角の変動の１周期分（上記許容着火遅れ範囲の中で最も着火遅れが大きくなるパイロット噴射時期でパイロット噴射が実行された際の噴霧の重なり角からの１周期分）である。図２０にあっては、許容着火遅れ範囲のうちタイミングＴ６からタイミングＴ７間での範囲が噴霧重なり変動の１周期分となるため、この範囲でパイロット噴射の噴射時期を変化させていきながら噴霧の重なり角を算出していくことになる。
【０１６７】
本パイロット噴射第２領域内でのインターバル調整動作の開始時には、未だ、噴霧重なり変動の１周期分の算出が完了していないため、ステップＳＴ３２でＮＯ判定され、ステップＳＴ３３に移る。このステップＳＴ３３では、パイロット噴射の噴射時期を変更する。具体的には、前回の算出で使用したパイロット噴射時期（ステップＳＴ３１の算出に使用したパイロット噴射時期）に対してクランク角度で１°だけ遅角側にパイロット噴射の噴射時期を変更してステップＳＴ３１に戻る。
【０１６８】
そして、ステップＳＴ３１では、変更後のパイロット噴射時期とした場合におけるパイロット噴射での噴霧とメイン噴射での噴霧との重なり角を算出する。
【０１６９】
このような動作を繰り返し、噴霧重なり変動の１周期分の算出が完了した場合には、ステップＳＴ３２でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ３４に移る。このステップＳＴ３４では、上記ステップＳＴ３１において算出された各パイロット噴射時期それぞれにおける噴霧重なり角を解析してパイロット噴射の噴射時期を決定する。具体的には、上記ステップＳＴ３１において算出された各パイロット噴射時期それぞれにおける噴霧重なり角のうち、最も噴霧重なり角が小さくなっている（噴霧重なり角が「０」である場合を含む）パイロット噴射の噴射時期を抽出する。図２０に示すものにあってはタイミングＴ８が目標パイロット噴射時期として決定されることになる。これにより、メイン噴射での噴射された燃料の失火に対するロバスト性が確保され安定した燃焼を行うことを可能にしながら、スモークの発生量を最小限に抑えることができる。
【０１７０】
以上説明したように、本実施形態では、パイロット噴射の噴射時期として、インターバルの長さを短くするパイロット噴射第１領域とインターバルの長さを長くするパイロット噴射第２領域とに分け、パイロット噴射第１領域内でパイロット噴射の噴射時期を設定する場合にはメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間に基づいて目標パイロット噴射時期を決定する一方、パイロット噴射第２領域内でパイロット噴射の噴射時期を設定する場合にはそのパイロット噴射での噴霧とその後のメイン噴射での噴霧との重なり量に基づいて目標パイロット噴射時期を決定するようにしている。つまり、スモークの発生量がメイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間の影響を大きく受ける領域（上記パイロット噴射第１領域）である場合と、スモークの発生量がパイロット噴射で噴射された燃料の噴霧とメイン噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量の影響を大きく受ける領域（上記パイロット噴射第２領域）である場合とでそれぞれ異なる手法によって目標パイロット噴射時期を決定している。これにより、それぞれの領域に適した手法で目標パイロット噴射時期を決定することが可能となり、メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間を許容着火遅れ範囲内にして安定した燃焼を行わせることができると共に、スモークの発生量を最小限に抑えることが可能となる。
【０１７１】
（変形例）
上述した実施形態では、パイロット噴射の実行タイミングをパイロット噴射第１領域とするのかパイロット噴射第２領域とするのかの選択は、エンジン負荷及びエンジン回転数に応じて決定されるものとしていた。つまり、図８に示すパイロット噴射実行領域決定マップに従ってパイロット噴射の実行タイミングをパイロット噴射第１領域とするのかパイロット噴射第２領域とするのかを選択していた。本変形例は、それに代えて、パイロット噴射で噴射された燃料の予混合度合いに応じてパイロット噴射第１領域とパイロット噴射第２領域とを判別するようにしている。
【０１７２】
具体的には、上記パイロット噴射が実行された後、メイン噴射が開始されるまでの間におけるパイロット噴射で噴射された燃料の予混合度合いに応じ、その予混合度合いが所定量未満となるパイロット噴射の噴射期間の範囲を第１領域とし、その予混合度合いが所定量以上となるパイロット噴射の噴射期間の範囲を第２領域として判別するようにしている。例えば、圧縮上死点前２５度（ＢＴＤＣ２５°）よりも遅角側の範囲でパイロット噴射を実行する噴射パターンである場合には、第１領域であるとして、メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲にあり且つその着火遅れ期間が最も長くなるパイロット噴射の噴射時期を目標パイロット噴射時期として決定する。一方、圧縮上死点前２５度（ＢＴＤＣ２５°）よりも進角側の範囲でパイロット噴射を実行する噴射パターンである場合には、第２領域であるとして、メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲にあり且つ上記パイロット噴射で噴射された燃料の噴霧とメイン噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量が最小となるパイロット噴射の噴射時期を目標パイロット噴射時期として決定するようにしている。
【０１７３】
また、パイロット噴射の噴射時期を変更していき、それぞれにおいてメイン噴射が実行された際の着火遅れ期間を取得し、その取得した着火遅れ期間に基づいて、パイロット噴射第１領域とパイロット噴射第２領域とを判別するようにしてもよい。例えば、図９（ａ）に示すように、メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が略一定の割合で変化していく領域をパイロット噴射第２領域とし、メイン噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が周期的に変化していく領域をパイロット噴射第１領域として判別することが挙げられる。
【０１７４】
−他の実施形態−
以上説明した実施形態及び変形例では、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、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。
【０１７５】
また、上記実施形態及び変形例では、車両に搭載されたＥＣＵ１００においてパイロット噴射の噴射期間の領域判定、各領域での噴射時期設定動作を実行するようにしていた。本発明はこれに限らず、エンジン負荷、エンジン回転数等の運転状態に基づいたパイロット噴射の噴射時期を上述した各手法（図１０及び図１９で示した設定動作）によって求めておき、それをマップ化したパイロット噴射時期設定マップを上記ＲＯＭ１０２に記憶させ、そのマップ値を読み出すことにより目標パイロット噴射時期を決定するようにしてもよい。
【０１７６】
また、上記実施形態及び変形例では、メイン噴射の実行タイミングを圧縮上死点（ＴＤＣ）とした場合について説明した。本発明はこれに限らず、メイン噴射の実行タイミングは適宜設定される。このようにメイン噴射の実行タイミングが変化すると、それに応じて上記パイロット噴射第１領域及びパイロット噴射第２領域も変化することになる。
【０１７７】
更に、上述した実施形態では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ２３を適用したエンジンについて説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンへの適用も可能である。
【０１７８】
加えて、上記実施形態では、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。
【産業上の利用可能性】
【０１７９】
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、燃焼の安定性及びスモーク発生量の低減を図るためのインターバル調整に適用可能である。
【符号の説明】
【０１８０】
１        エンジン（内燃機関）
２３      インジェクタ（燃料噴射弁）
３        燃焼室
【図１】
2012105038.tif 000010
【図２】
2012105038.tif 000011
【図３】
2012105038.tif 000012
【図４】
2012105038.tif 000013
【図５】
2012105038.tif 000014
【図６】
2012105038.tif 000015
【図７】
2012105038.tif 000016
【図８】
2012105038.tif 000017
【図９】
2012105038.tif 000018
【図１０】
2012105038.tif 000019
【図１１】
2012105038.tif 000020
【図１２】
2012105038.tif 000021
【図１３】
2012105038.tif 000022
【図１４】
2012105038.tif 000023
【図１５】
2012105038.tif 000024
【図１６】
2012105038.tif 000025
【図１７】
2012105038.tif 000026
【図１８】
2012105038.tif 000027
【図１９】
2012105038.tif 000028
【図２０】
2012105038.tif 000029
【図２１】
2012105038.tif 000030
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月8日(2011.8.8)
【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】
燃料噴射弁から燃焼室内に向けての燃料噴射として、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、
目標副噴射時期は、上記副噴射の噴射時期が所定の噴射時期よりも遅角側の範囲である第１領域である場合には、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲内にあり且つその着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期とされ、上記副噴射の噴射時期が上記第１領域よりも進角側の範囲である第２領域である場合には、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲内にあり且つ上記副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量が最小となる副噴射の噴射時期とされる副噴射時期制御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、
内燃機関の負荷及び回転数に応じ、低負荷低回転域を第１領域とし、高負荷高回転域を第２領域とす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、
上記副噴射が実行された後、主噴射が開始されるまでの期間における上記副噴射で噴射された燃料の予混合度合いに応じ、その予混合度合いが所定量未満となる副噴射の噴射期間の範囲を第１領域とし、その予混合度合いが所定量以上となる副噴射の噴射期間の範囲を第２領域とす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記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
内燃機関の定常運転時または減速時に副噴射の噴射時期を変更していき、それぞれにおいて主噴射が実行された際の着火遅れ期間を取得し、その取得した着火遅れ期間に基づいて上記副噴射の噴射時期が上記第１領域及び上記第２領域の何れであるかを判別す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、
上記副噴射時期制御手段は、上記副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲内にある副噴射の噴射時期のうち上記着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期から着火遅れ期間の変動周期の一周期分だけ副噴射の噴射時期を遅角させながら上記目標副噴射時期を決定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、
上記副噴射時期制御手段は、上記副噴射の噴射時期が上記第２領域である場合、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲内にある副噴射の噴射時期のうち上記着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期から上記副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量の変動周期の一周期分だけ副噴射の噴射時期を遅角させながら上記目標副噴射時期を決定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７】
請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記副噴射時期制御手段は、上記副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合、副噴射の噴射時期を遅角側に変更していきながら着火遅れ期間を取得し、その着火遅れ期間が上記許容着火遅れ範囲内から着火遅れ期間が長くなる側に逸脱した場合には、その後に着火遅れ期間が許容着火遅れ範囲内に入った際の副噴射の噴射時期を目標副噴射時期として決定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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
ン噴射の開始時期との間の時間間隔またはクランクシャフトの回転角度間隔）の長さとスモークの発生量との間には相関があり、その相関は、インターバルの長さが短い領域と長い領域とで互いに異なっていることを見出した。そして、インターバルの長さが比較的短い領域内でインターバルを設定する場合と、インターバルの長さが比較的長い領域内でインターバルを設定する場合とでは、スモーク発生量の低減化及び燃焼の安定化を図るうえでインターバルの設定手法を互いに異なるものとすることが必要であることを見出し本発明に至った。
［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、メイン噴射で噴射された燃料の着火性を良好に確保しながらもスモークの発生量を十分に低減することが可能な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）の噴射時期として、主噴射（メイン噴射）との間のインターバルの長さを短くする第１の領域とインターバルの長さを長くする第２の領域とに分け、第１の領域内で副噴射の噴射時期を設定する場合には主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間に基づいて副噴射の噴射時期を決定する一方、第２の領域内で副噴射の噴射時期を設定する場合にはその副噴射での噴霧とその後の主噴射での噴霧との重なり量に基づいて副噴射の噴射時期を決定するようにしている。
［００１４］
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から燃焼室内に向けての燃料噴射として、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、副噴射時期制御手段を備えさせている。
【手続補正３】
【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】
上記副噴射時期制御手段は、目標副噴射時期を、上記副噴射の噴射時期が所定の噴射時期よりも遅角側の範囲である第１領域である場合には、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲内にあり且つその着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期とし、上記副噴射の噴射時期が上記第１領域よりも進角側の範囲である第２領域である場合には、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲内にあり且つ上記副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量が最小となる副噴射の噴射時期とする。
［００１５］
この特定事項により、副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合には、目標副噴射時期は、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲内にあり且つその着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期とされる。これは、副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合、燃焼室内での燃焼に伴うスモークの発生量は主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間によって大きく変動し、この着火遅れ期間が長いほどスモークの発生量が少なくなる傾向にあるからである。一方、副噴射の噴射時期が上記第２領域である場合には、目標副噴射時期は、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲内にあり且つ上記副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量が最小となる副噴射の噴射時期とされる。これは、副噴射の噴射時期が上記第２領域である場合、燃焼室内での燃焼に伴うスモークの発生量は、副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量によって大きく変動し、この重なり量が少ないほどスモークの発生量が少なくなる傾向にあるからである。
［００１６］
このように、本解決手段では、スモークの発生量が主噴射で噴射された燃
【手続補正４】
【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】
料の着火遅れ期間の影響を大きく受ける領域（上記第１領域）である場合と、スモークの発生量が副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量の影響を大きく受ける領域（上記第２領域）である場合とでそれぞれ異なる手法によって目標副噴射時期を決定している。これにより、それぞれの領域に適した手法で目標副噴射時期を決定することが可能となり、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間を許容着火遅れ範囲内にして安定した燃焼を行わせることができると共に、スモークの発生量を最小限に抑えることが可能となる。
［００１７］
上記副噴射の噴射時期を上記第１領域及び上記第２領域の何れとするかは、具体的には以下のように判別される。
［００１８］
先ず、内燃機関の負荷及び回転数に応じ、低負荷低回転域を第１領域とし、高負荷高回転域を第２領域とする。
［００１９］
また、上記副噴射が実行された後、主噴射が開始されるまでの期間における上記副噴射で噴射された燃料の予混合度合いに応じ、その予混合度合いが所定量未満となる副噴射の噴射期間の範囲を第１領域とし、その予混合度合いが所定量以上となる副噴射の噴射期間の範囲を第２領域とする。
［００２０］
また、内燃機関の定常運転時または減速時に副噴射の噴射時期を変更していき、それぞれにおいて主噴射が実行された際の着火遅れ期間を取得し、その取得した着火遅れ期間に基づいて上記副噴射の噴射時期が上記第１領域及び上記第２領域の何れであるかを判別する。
［００２１］
特に、内燃機関の定常運転時または減速時に副噴射の噴射時期を変更していきながら領域判別を行うようにした場合には、この領域判別動作の実行に伴う内燃機関の挙動を抑制することができ、車両の乗員に違和感を与えることなしに、副噴射の噴射時期の判別（第１領域及び第２領域の判別）を行うことが可能となる。
［００２２］
上記副噴射時期制御手段として具体的には以下の各構成が挙げられる。
【手続補正５】
【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】
［００２３］
先ず、副噴射時期制御手段が、上記副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲内にある副噴射の噴射時期のうち上記着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期から着火遅れ期間の変動周期の一周期分だけ副噴射の噴射時期を遅角させながら上記目標副噴射時期を決定する構成とされたものである。
［００２４］
また、副噴射時期制御手段が、上記副噴射の噴射時期が上記第２領域である場合、主噴射で噴射された燃料の着火遅れ期間が予め設定された許容着火遅れ範囲内にある副噴射の噴射時期のうち上記着火遅れ期間が最も長くなる副噴射の噴射時期から上記副噴射で噴射された燃料の噴霧と主噴射で噴射された燃料の噴霧との重なり量の変動周期の一周期分だけ副噴射の噴射時期を遅角させながら上記目標副噴射時期を決定する構成とされたものである。
［００２５］
このように一周期分（着火遅れ期間の変動周期の一周期分または噴霧重なり量の変動周期の一周期分）だけ副噴射の噴射時期を遅角させながら目標副噴射時期を決定するようにした場合、この目標副噴射時期の決定動作に要する時間の短縮化を図ることができる。特に、内燃機関の定常運転時や減速時において目標副噴射時期を決定するようにした場合には、限られた時間内（定常運転となっている時間内や減速状態にある時間内）で目標副噴射時期の決定動作を完了させることが可能となる。
［００２６］
また、副噴射時期制御手段が、上記副噴射の噴射時期が上記第１領域である場合、副噴射の噴射時期を遅角側に変更していきながら着火遅れ期間を取得し、その着火遅れ期間が上記許容着火遅れ範囲内から着火遅れ期間が長くなる側に逸脱した場合には、その後に着火遅れ期間が許容着火遅れ範囲内に入った際の副噴射の噴射時期を目標副噴射時期として決定するする構成とされたものである。
［００２７］
これにより、主噴射で噴射された燃料の燃焼をより安定化させることができる。
発明の効果
【国際調査報告】
2012105038.tif 000031
2012105038.tif 000032
2012105038.tif 000033
2012105038.tif 000034