(57)【要約】【課題】燃料圧力の上昇を抑制しつつ、燃料噴霧によって付与した混合気の乱れの減衰を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関（１０）では、圧縮行程において燃料噴射弁（２４）により燃焼室（１６）内に燃料を直接噴射し、燃焼室内の混合気に乱れを生じさせた状態で点火する。内燃機関の制御装置（４０，２５）は、燃焼室内で燃料が燃焼した燃焼期間が、所定期間よりも短いか否か判定する判定部と、判定部により燃焼期間が所定期間よりも短くないと判定された場合に、燃料の噴射により燃焼室内に形成される気流の渦スケールを、現在の渦スケールよりも拡大させる制御である拡大制御を実行する拡大制御部と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）の圧縮行程において燃料噴射弁（２４）により燃焼室（１６）内に燃料を直接噴射し、前記燃焼室内の混合気に乱れを生じさせた状態で点火する内燃機関に適用される制御装置（４０，２５）であって、
前記燃焼室内で前記燃料が燃焼した燃焼期間が、所定期間よりも短いか否か判定する判定部と、
前記判定部により前記燃焼期間が前記所定期間よりも短くないと判定された場合に、前記燃料の噴射により前記燃焼室内に形成される気流の渦スケールを、現在の前記渦スケールよりも拡大させる制御である拡大制御を実行する拡大制御部と、
を備える内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射弁を開弁駆動する駆動電流を調節する電流調節部（２５）を備え、
前記拡大制御部は、前記電流調節部により前記駆動電流を、現在の前記駆動電流よりも増加させることにより前記拡大制御を実行する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関は、前記燃料噴射弁により前記燃焼室内に前記燃料が直接噴射される噴射範囲を切り替える切替機構（２４ａ）を有し、
前記拡大制御部は、前記切替機構により前記噴射範囲を、現在の前記噴射範囲よりも縮小させることにより前記拡大制御を実行する、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射弁を開弁駆動する駆動電流を調節する電流調節部（２５）を備え、
前記内燃機関は、前記燃料噴射弁により前記燃焼室内に前記燃料が直接噴射される噴射範囲を切り替える切替機構（２４ａ）を有し、
前記拡大制御部は、前記判定部により前記燃焼期間が前記所定期間よりも短くないと判定された場合に、前記切替機構により前記噴射範囲を現在の前記噴射範囲よりも縮小させることにより前記拡大制御を実行し、その後に、前記判定部により前記燃焼期間が前記所定期間よりも短くないと判定された場合に、前記電流調節部により前記駆動電流を現在の前記駆動電流よりも増加させることにより前記拡大制御を実行する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力である燃料圧力を調節する圧力調節部（２０）を備え、
前記拡大制御部は、前記電流調節部により前記駆動電流を現在の前記駆動電流よりも増加させることにより前記拡大制御を実行した後に、前記判定部により前記燃焼期間が前記所定期間よりも短くないと判定された場合に、前記圧力調節部により前記燃料圧力を現在の前記燃料圧力よりも上昇させることにより前記拡大制御を実行する、請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記所定期間は、前記燃焼室におけるノッキングの発生を抑制することのできる期間である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼を制御する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の圧縮行程において、噴射燃料の圧力を高圧化して燃焼室内に直接噴射することにより、燃焼室内の混合気に乱れを生じさせて燃焼速度を向上させ、ノッキングの発生を抑制する制御装置がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−０３０２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の制御装置は、燃料の噴射時期を調整して混合気の乱れが減衰するタイミングを調整しているものの、燃料の噴射後に混合気の乱れが減衰し易い状態となっている。これに対して、必要な乱れを確保するために噴射燃料の圧力をさらに高圧化して混合気の乱れを強化すると、燃料圧力を上昇させるための駆動損失が増加し、燃費が悪化する。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料圧力の上昇を抑制しつつ、燃料噴霧によって付与した混合気の乱れの減衰を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための第１の手段は、
内燃機関（１０）の圧縮行程において燃料噴射弁（２４）により燃焼室（１６）内に燃料を直接噴射し、前記燃焼室内の混合気乱れを生じさせた状態で点火する内燃機関に適用される制御装置（４０，２５）であって、
前記燃焼室内で前記燃料が燃焼した燃焼期間が、所定期間よりも短いか否か判定する判定部と、
前記判定部により前記燃焼期間が前記所定期間よりも短くないと判定された場合に、前記燃料の噴射により前記燃焼室内に形成される気流の渦スケールを、現在の前記渦スケールよりも拡大させる制御である拡大制御を実行する拡大制御部と、
を備える。
【０００７】
上記構成によれば、内燃機関では、圧縮行程において燃料噴射弁により燃焼室内に燃料が直接噴射され、燃焼室内の混合気に乱れを生じさせた状態で点火される。
【０００８】
ここで、判定部により、燃焼室内で燃料が燃焼した燃焼期間が、所定期間よりも短いか否か判定される。例えば、燃焼期間が所定期間よりも短い場合は、燃焼速度が所定速度よりも高くなり、ノッキングが発生することを抑制することができる。一方、燃焼期間が所定期間よりも短くない場合は、燃焼速度が所定速度よりも低くなり、ノッキングが発生するおそれがある。
【０００９】
この点、判定部により燃焼期間が所定期間よりも短くないと判定された場合に、拡大制御部により、燃料の噴射により燃焼室内に形成される気流の渦スケールを、現在の渦スケールよりも拡大させる制御である拡大制御が実行される。一般に、気流の渦スケールが大きいほど、混合気の乱れが減衰しにくくなる。したがって、内燃機関の制御装置は、拡大制御を実行することにより、燃料圧力を上昇させない場合であっても、混合気の乱れの減衰を抑制することができる。
【００１０】
ピストンが圧縮上死点に近付くほど、燃焼室の容積が小さくなる。燃焼室の容積が小さくなるほど、燃焼室内に形成される気流の渦スケールが小さくなる。したがって、気流の渦スケールを大きくするためには、必要量の燃料を燃焼室の容積が小さくなる前に噴射し終えることが望ましい。
【００１１】
この点、第２の手段では、前記燃料噴射弁を開弁駆動する駆動電流を調節する電流調節部を備え、前記拡大制御部は、前記電流調節部により前記駆動電流を、現在の前記駆動電流よりも増加させることにより前記拡大制御を実行する。すなわち、電流調節部により燃料噴射弁を開弁駆動する駆動電流を増加させることにより、燃料噴射弁の開弁速度を上昇させることができ、燃料の噴射率を上昇させることができる。このため、必要量の燃料を燃焼室の容積が小さくなる前に噴射し終えることができ、気流の渦スケールを大きくすることができる。しかも、燃料圧力を上昇させない場合であっても、燃料の噴射率を上昇させることができ、ひいては混合気の乱れの減衰を抑制することができる。
【００１２】
燃料の噴射により燃焼室内に形成される気流は、燃焼室内において渦を形成する。このため、燃焼室内に燃料が直接噴射される際に燃焼室内において気流が渦を形成可能な容積が大きいほど、気流の渦スケールを大きくすることができる。
【００１３】
この点、第３の手段では、前記内燃機関は、前記燃料噴射弁により前記燃焼室内に前記燃料が直接噴射される噴射範囲を切り替える切替機構を有し、前記拡大制御部は、前記切替機構により前記噴射範囲を、現在の前記噴射範囲よりも縮小させることにより前記拡大制御を実行する。このため、燃焼室内において気流が渦を形成可能な容積が大きくなり、気流の渦スケールを大きくすることができる。しかも、燃料圧力を上昇させない場合であっても、気流の渦スケールを大きくすることができ、ひいては混合気の乱れの減衰を抑制することができる。
【００１４】
第４の手段では、前記燃料噴射弁を開弁駆動する駆動電流を調節する電流調節部を備え、前記内燃機関は、前記燃料噴射弁により前記燃焼室内に前記燃料が直接噴射される噴射範囲を切り替える切替機構を有し、前記拡大制御部は、前記判定部により前記燃焼期間が前記所定期間よりも短くないと判定された場合に、前記切替機構により前記噴射範囲を現在の前記噴射範囲よりも縮小させることにより前記拡大制御を実行し、その後に、前記判定部により前記燃焼期間が前記所定期間よりも短くないと判定された場合に、前記電流調節部により前記駆動電流を現在の前記駆動電流よりも増加させることにより前記拡大制御を実行する。
【００１５】
気流の渦スケールを大きくするためには、燃料噴射弁により燃焼室内に燃料が直接噴射される噴射範囲を、現在の噴射範囲よりも縮小させることが、燃料噴射弁を開弁駆動する駆動電流を、現在の駆動電流よりも増加させることよりも効果が高い。
【００１６】
この点、上記構成によれば、判定部により燃料の燃焼期間が所定期間よりも短くないと判定された場合に、切替機構により上記噴射範囲が現在の噴射範囲よりも縮小させられる。その後に、判定部により燃料の燃焼期間が所定期間よりも短くないと判定された場合に、電流調節部により上記駆動電流が現在の駆動電流よりも増加させられる。したがって、気流の渦スケールを大きくするために、効果の高い制御から順に実行することができる。
【００１７】
第５の手段では、前記内燃機関は、前記燃料噴射弁に供給される燃料の圧力である燃料圧力を調節する圧力調節部（２０）を備え、前記拡大制御部は、前記電流調節部により前記駆動電流を現在の前記駆動電流よりも増加させることにより前記拡大制御を実行した後に、前記判定部により前記燃焼期間が前記所定期間よりも短くないと判定された場合に、前記圧力調節部により前記燃料圧力を現在の前記燃料圧力よりも上昇させることにより前記拡大制御を実行する。
【００１８】
上記構成によれば、電流調節部により上記駆動電流を現在の駆動電流よりも増加させた後でも、判定部により燃料の燃焼期間が所定期間よりも短くないと判定された場合に、圧力調節部により上記燃料圧力が現在の燃料圧力よりも上昇させられる。このため、混合気の乱れを強化することができ、燃料の燃焼速度を上昇させることができる。この場合であっても、燃料噴射弁による燃料の噴射範囲を縮小させる制御、及び燃料噴射弁の駆動電流を増加させる制御を実行した後に燃料圧力を上昇させるため、燃料圧力の上昇量を最小限にすることができる。
【００１９】
具体的には、第６の手段では、前記所定期間は、前記燃焼室におけるノッキングの発生を抑制することのできる期間である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】エンジン及び周辺構成を示す模式図。
【図２】クランク角と燃焼室内の混合気の乱流強度との関係を示すタイムチャート。
【図３】渦スケールと乱流強度の減衰傾きとの関係を示すグラフ。
【図４】傘角８５°における噴霧と気流とを表す図。
【図５】傘角７５°における噴霧と気流とを表す図。
【図６】クランク角と燃焼室内の乱流強度と傘角との関係を示すタイムチャート。
【図７】クランク角と燃焼室内の乱流強度と開弁速度との関係を示すタイムチャート。
【図８】燃焼制御の処理手順を示すフローチャート。
【図９】燃焼制御の変更例の処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、筒内噴射式のガソリンエンジンの制御装置に具現化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２２】
図１に示すように、エンジン１０は、火花点火式の内燃機関である。エンジン１０の吸気通路１２には、吸入される空気量（吸気量）を検出するエアフローメータ１４が設けられている。吸気通路１２のうち、エアフローメータ１４の下流側は、吸気マニホールドを介してエンジン１０の各気筒の燃焼室１６とつながっている。
【００２３】
エンジン１０のシリンダヘッド１５には、点火プラグ１８が気筒毎に設けられており、点火プラグ１８の先端部が燃焼室１６内に露出している。
【００２４】
シリンダヘッド１５には、燃料ポンプ２０によって燃料タンク２２から汲み上げられる燃料を、燃焼室１６内に直接噴射供給する電磁駆動式の燃料噴射弁２４が気筒毎に設けられている。詳しくは、燃料噴射弁２４は燃焼室１６の軸線に沿って配置されている。燃料噴射弁２４には複数の噴射孔が形成され、これら噴射孔から放射状に燃料が噴射される。燃料噴射弁２４は、燃料噴射弁２４により燃焼室１６内に燃料が直接噴射される噴射範囲を切り替える切替機構２４ａを有している。切替機構２４ａは、例えば噴射孔を開閉するニードルのリフト量を調節することにより、噴射孔を部分的に開いた状態と、噴射孔を全開した状態とを切り替える機構である。噴射孔を部分的に開いた状態における噴射範囲は、噴射孔を全開した状態における噴射範囲よりも狭い。
【００２５】
燃料噴射弁２４を開弁駆動する駆動電流は、ＥＤＵ２５（Electronic Drive Unit：電子駆動ユニット）により調節される。ＥＤＵ２５（電流調節部）は、電源から燃料噴射弁２４へ供給される駆動電流の大きさを変更する駆動回路、駆動回路を制御する制御部等を備えている。駆動電流が大きいほど、燃料噴射弁２４の開弁速度（ニードルの上昇速度）が上昇し、燃料噴射弁２４による燃料の噴射率が高くなる（単位時間当たりの噴射量が多くなる）。また、ＥＤＵ２５は、切替機構２４ａの状態を制御する。ＥＤＵ２５は、ＥＣＵ４０（Electronic Control Unit：電子制御装置）からの指令により制御される。
【００２６】
燃料ポンプ２０と燃料噴射弁２４とを接続する配管２７には、燃料噴射弁２４に供給される燃料の圧力を検出する燃圧センサ２６が設けられている。また、燃料ポンプ２０（圧力調節部）には、図示しない電子制御式の弁体が備えられ、この弁体を通電操作することで、燃料噴射弁２４の燃料噴射圧（燃料圧力）が調節される。燃料ポンプ２０の状態は、ＥＣＵ４０により制御される。
【００２７】
エンジン１０の気筒毎に設けられた吸気ポート及び排気ポートのそれぞれは、吸気バルブ２８及び排気バルブ３０のそれぞれにより開閉される。ここでは、吸気バルブ２８の開弁によって燃焼室１６内に導入された吸気と、燃料噴射弁２４から噴射された燃料との混合気が、点火プラグ１８の放電火花（放電アーク）によって着火され燃焼する。燃焼によって発生したエネルギは、ピストン３２を介して、エンジン１０の出力軸（クランク軸３４）の回転エネルギとして取り出される。
【００２８】
燃焼後の混合気は、排気バルブ３０の開弁によって排気として図示しない排気通路に排出される。また、エンジン１０には、クランク軸３４近傍でクランク軸３４の回転角度を検出するクランク角度センサ３６や、エンジン１０を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサ３８、燃焼室１６内（筒内）の圧力を検出する筒内圧センサ３９等が設けられている。
【００２９】
ＥＣＵ４０は、エンジン１０の各種制御に必要な各種アクチュエータを操作する制御装置である。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータを主体として構成されている。ＥＣＵ４０は、エアフローメータ１４や、燃圧センサ２６、クランク角度センサ３６、水温センサ３８、筒内圧センサ３９等の検出信号を逐次入力する。ＥＣＵ４０は、これらの信号に基づき、点火プラグ１８に放電アークを発生させるべく気筒毎に設けられる点火コイル４２（点火駆動手段）に点火信号ＩＧｔを出力する制御（点火制御）や、燃料噴射弁２４による燃料噴射制御、燃料ポンプ２０による燃圧制御等を行う。本実施形態では、ＥＣＵ４０は、エンジン１０の圧縮行程において燃料噴射弁２４により燃焼室１６内に燃料を直接噴射させ、燃焼室１６内の混合気に乱れを生じさせた状態で点火プラグ１８により点火させる。
【００３０】
図２は、クランク角と燃焼室１６内の混合気の乱流強度との関係を示すタイムチャートである。噴霧Ａと噴霧Ｂとでは、燃料の噴射により燃焼室１６内に形成される気流の渦スケールが異なっている。渦スケールは、燃料の噴射により燃焼室１６内に気流による渦が形成されている状態において、その渦の大きさを表すパラメータであり、例えば渦の直径である。噴霧Ａでは渦スケールが１５ｍｍであり、噴霧Ｂでは渦スケールが１２ｍｍである。
【００３１】
圧縮行程において、燃料圧力を所定圧力（例えば１００ＭＰａ）に維持して燃料噴射を４０°ＢＴＤＣ（Before Top Dead Center）で開始すると、燃料噴射に伴って乱流強度が増大する。乱流強度は、一旦増大して最大値に達した後、減衰する。燃料の噴射終了時期ＥＯＩ（End Of Injection）を過ぎると、乱流強度は急激に減衰する。クランク角が０°ＢＴＤＣ近傍の点火時期ＳＡ（Spark Advance）に達した時点でも、乱流強度はある程度のレベルに保持されている。
【００３２】
このように、圧縮行程において、燃料圧力を所定圧力に維持して燃料噴射を行った場合、燃焼室１６内の混合気に乱れが生じる（混合気の乱流強度が高くなる）。そして、乱流強度が高い間に点火を行えば、点火プラグ１８を起点とし拡がる火炎の伝播速度が実質的に速くなり、ノッキングの発生が抑制される。そして、火炎の伝播速度が速くなるほど、燃料が実際に燃焼している期間である燃焼期間は短くなる。噴射終了時期ＥＯＩ以降、噴霧Ａの乱流強度が減衰する傾きは、噴霧Ｂの乱流強度が減衰する傾きよりも小さくなっている。
【００３３】
図３は、渦スケールと乱流強度の減衰傾きとの関係を示すグラフである。同図に示すように、渦スケールが大きいほど、乱流強度の減衰傾きは小さくなっている。すなわち、渦スケールが大きいほど、乱流強度が減衰しにくくなっている。
【００３４】
下式に表すように、一般に乱流散逸率εは、渦速度ｕの３乗（ｕ＾３）に比例し、渦スケールＬに反比例することが知られている。
【００３５】
ε∝ｕ＾３／Ｌ
この点からも、渦スケールが大きいほど、乱流散逸率εが小さくなり、乱流強度が減衰しにくいといえる。
【００３６】
そこで、本実施形態では、ＥＣＵ４０は、燃焼室１６内で燃料が燃焼した燃焼期間が、所定期間よりも短いか否か判定する。詳しくは、ＥＣＵ４０は、筒内圧センサ３９により検出された圧力に基づいて燃焼期間を算出する。例えば、ＥＣＵ４０は、筒内圧センサ３９により検出された圧力が所定圧力よりも高い期間を燃焼期間とする。そして、ＥＣＵ４０は、燃焼期間が所定期間よりも短くないと判定された場合に、燃料の噴射により燃焼室１６内に形成される気流の渦スケールを、現在の渦スケールよりも拡大させる制御である拡大制御を実行する。
【００３７】
次に、拡大制御の実施態様について説明する。
【００３８】
図４は傘角（噴射範囲）８５°における噴霧と気流とを表す図であり、図５は傘角７５°における噴霧と気流とを表す図である。燃料噴射弁２４の上記切替機構２４ａにより、傘角８５°と傘角７５°とが切り替えられる。
【００３９】
これらの図に示すように、傘角７５°における渦スケールは、傘角８５°における渦スケールよりも大きくなっている。すなわち、燃料の噴射により燃焼室１６内に形成される気流（破線）は、燃焼室１６内において渦を形成する。このため、燃焼室１６内に燃料が直接噴射される噴射範囲が狭いほど、燃焼室１６内において気流が渦を形成可能な容積が大きくなり、気流の渦スケールを大きくすることができる。
【００４０】
図６は、クランク角と燃焼室１６内の乱流強度と傘角との関係を示すタイムチャートである。同図に示すように、傘角７５°における乱流強度の減衰傾きは、傘角８５°における乱流強度の減衰傾きよりも小さくなっている。そこで、本実施形態では、ＥＣＵ４０は、上記拡大制御として、切替機構２４ａにより燃料の噴射範囲を、現在の噴射範囲よりも縮小させる。
【００４１】
また、ピストン３２が圧縮上死点に近付くほど、燃焼室１６の容積が小さくなる。燃焼室１６の容積が小さくなるほど、燃焼室１６内に形成される気流の渦スケールが小さくなる。したがって、気流の渦スケールを大きくするためには、燃料噴射弁２４の開弁速度を上昇させて、必要量の燃料を燃焼室１６の容積が小さくなる前に噴射し終えることが望ましい。
【００４２】
図７は、クランク角と燃焼室１６内の乱流強度と開弁速度との関係を示すタイムチャートである。同図に示すように、噴射終了時期ＥＯＩ１，ＥＯＩ２以降において、開弁速度Ｖ１における乱流強度の減衰傾きは、開弁速度Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）における乱流強度の減衰傾きよりも小さくなっている。そこで、本実施形態では、ＥＣＵ４０は、上記拡大制御として、ＥＤＵ２５により燃料噴射弁２４の駆動電流を、現在の駆動電流よりも増加させる。
【００４３】
なお、燃料圧力をさらに高圧化して混合気の乱れを強化すると、燃料圧力を上昇させるための駆動損失が増加し、燃費が悪化する。そこで、本実施形態では、ＥＣＵ４０は、燃料ポンプ２０により燃料圧力を現在の燃料圧力よりも上昇させることによる拡大制御の実行を最小限にする。
【００４４】
図８は、燃焼制御の処理手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、ＥＣＵ４０により、所定の周期で繰り返し実行される。
【００４５】
まず、必要燃焼期間Ｔ１を算出する（Ｓ１０）。必要燃焼期間Ｔ１は、燃焼室１６におけるノッキングの発生を抑制することのできる燃焼期間である。実際の燃焼期間が必要燃焼期間Ｔ１よりも短ければ、ノッキングの発生を抑制することができる。例えば、エンジン１０の回転速度と負荷と必要燃焼期間Ｔ１との関係が、予め実験等に基づいて設定されている。そして、現在のエンジン１０の回転速度と負荷とをこの関係に当てはめて、必要燃焼期間Ｔ１を算出する。
【００４６】
続いて、現在燃焼期間Ｔ２を算出する（Ｓ１１）。詳しくは、各気筒の燃焼サイクルにおいて、筒内圧センサ３９により検出された圧力が所定圧力よりも高い期間を燃焼期間とする。所定圧力は、燃料の燃焼が行われていることを判定することのできる圧力に設定されている。
【００４７】
続いて、現在燃焼期間Ｔ２が必要燃焼期間Ｔ１よりも短いか否か判定する（Ｓ１２）。この判定において、現在燃焼期間Ｔ２が必要燃焼期間Ｔ１よりも短いと判定した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。すなわち、現在の燃料の燃焼状態において、ノッキングの発生を抑制することができるため、混合気の乱れを強化する制御を実行しない。
【００４８】
一方、Ｓ１２の判定において、現在燃焼期間Ｔ２が必要燃焼期間Ｔ１よりも短くないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、噴射時期を遅角させることが可能であるか否か判定する（Ｓ１３）。例えば、燃料圧力と燃料噴射の傘角と燃料噴射量と燃料噴射率と噴射時期の遅角制限値との関係が、予め実験等に基づいて設定されている。噴射時期の遅角制限値は、ピストン３２への燃料の付着（ピストンＷＥＴ）に起因して排気に含まれる粒子数、混合気の均質性を考慮して、設定されている。そして、現在の燃料圧力と燃料噴射の傘角と燃料噴射量と燃料噴射率とをこの関係に当てはめて、噴射時期の遅角制限値を算出して、現在の噴射時期が遅角制限値よりも進角側であるか否か判定する。
【００４９】
Ｓ１３の判定において、噴射時期を遅角させることが可能であると判定した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、噴射時期を遅角制限値まで遅角させる（Ｓ１４）。すなわち、渦スケールを拡大させる拡大制御ではないが、噴射終了時期ＥＯＩから点火時期ＳＡまでの期間を短くすることにより、点火時期ＳＡにおける混合気の乱れを強化する。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。
【００５０】
一方、Ｓ１３の判定において、噴射時期を遅角させることが可能でないと判定した場合（Ｓ１３：ＮＯ）、燃料噴射の傘角を挟角化させることが可能であるか否か判定する（Ｓ１５）。例えば、燃料圧力と燃料噴射量と燃料噴射率と噴射時期と燃料噴射の傘角制限値との関係が、予め実験等に基づいて設定されている。燃料噴射の傘角制限値は、ピストン３２への燃料の付着（ピストンＷＥＴ）に起因して排気に含まれる粒子数や、混合気の均質性を考慮して、設定されている。そして、現在の燃料圧力と燃料噴射量と燃料噴射率と噴射時期とをこの関係に当てはめて、燃料噴射の傘角制限値を算出して、現在の燃料噴射の傘角が傘角制限値よりも大きいか否か判定する。
【００５１】
Ｓ１５の判定において、燃料噴射の傘角を挟角化させることが可能であると判定した場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、燃料噴射の傘角を傘角制限値まで挟角化させる（Ｓ１６）。すなわち、切替機構２４ａにより燃料の噴射範囲を、現在の噴射範囲よりも縮小させる。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。
【００５２】
一方、Ｓ１５の判定において、燃料噴射の傘角を挟角化させることが可能でないと判定した場合（Ｓ１５：ＮＯ）、燃料噴射弁２４の開弁速度を上昇させることが可能であるか否か判定する（Ｓ１７）。例えば、燃料圧力と燃料噴射の傘角と燃料噴射量と噴射時期と燃料噴射率制限値との関係が、予め実験等に基づいて設定されている。燃料噴射率制限値は、ピストン３２への燃料の付着（ピストンＷＥＴ）に起因して排気に含まれる粒子数を考慮して、設定されている。そして、現在の燃料圧力と燃料噴射の傘角と燃料噴射量と噴射時期とをこの関係に当てはめて、燃料噴射率制限値を算出して、現在の燃料噴射率が燃料噴射率制限値よりも小さいか否か判定する。
【００５３】
Ｓ１７の判定において、燃料噴射弁２４の開弁速度を上昇させることが可能であると判定した場合（Ｓ１７：ＹＥＳ）、燃料噴射率を燃料噴射率制限値まで上昇させる（Ｓ１８）。詳しくは、燃料噴射率が燃料噴射率制限値になるように、ＥＤＵ２５により燃料噴射弁２４の駆動電流を増加させる。すなわち、ＥＤＵ２５により燃料噴射弁２４の駆動電流を、現在の駆動電流よりも増加させる。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。
【００５４】
一方、Ｓ１７の判定において、燃料噴射弁２４の開弁速度を上昇させることが可能でないと判定した場合（Ｓ１７：ＮＯ）、燃料ポンプ２０により燃料圧力を上昇させる（Ｓ１９）。詳しくは、ノッキングの発生を抑制することができるように、燃料ポンプ２０により燃料圧力を現在の燃料圧力よりも最小限上昇させる。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。
【００５５】
なお、Ｓ１０〜Ｓ１２の処理が判定部としての処理に相当し、Ｓ１６の処理が拡大制御部としての処理に相当し、Ｓ１８の処理が拡大制御部としての処理に相当し、Ｓ１９の処理が拡大制御部としての処理に相当する。
【００５６】
以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。
【００５７】
・燃焼期間が所定期間よりも短くないと判定された場合に、燃料の噴射により燃焼室１６内に形成される気流の渦スケールを、現在の渦スケールよりも拡大させる制御である拡大制御が実行される。気流の渦スケールが大きいほど、混合気の乱れが減衰しにくくなる。したがって、ＥＣＵ４０は、拡大制御を実行することにより、燃料圧力を上昇させない場合であっても、混合気の乱れの減衰を抑制することができる。
【００５８】
・ＥＣＵ４０は、ＥＤＵ２５により燃料噴射弁２４の駆動電流を、現在の駆動電流よりも増加させることにより拡大制御を実行する。すなわち、ＥＤＵ２５により燃料噴射弁２４を開弁駆動する駆動電流を増加させることにより、燃料噴射弁２４の開弁速度を上昇させることができ、燃料の噴射率を上昇させることができる。このため、必要量の燃料を燃焼室１６の容積が小さくなる前に噴射し終えることができ、気流の渦スケールを大きくすることができる。しかも、燃料圧力を上昇させない場合であっても、燃料の噴射率を上昇させることができ、ひいては混合気の乱れの減衰を抑制することができる。
【００５９】
・ＥＣＵ４０は、切替機構２４ａにより噴射範囲を、現在の噴射範囲よりも縮小させることにより拡大制御を実行する。このため、燃焼室１６内において気流が渦を形成可能な容積が大きくなり、気流の渦スケールを大きくすることができる。しかも、燃料圧力を上昇させない場合であっても、気流の渦スケールを大きくすることができ、ひいては混合気の乱れの減衰を抑制することができる。
【００６０】
・気流の渦スケールを大きくするためには、燃料噴射弁２４により燃焼室１６内に燃料が直接噴射される噴射範囲を、現在の噴射範囲よりも縮小させることが、燃料噴射弁２４を開弁駆動する駆動電流を、現在の駆動電流よりも増加させることよりも効果が高い。この点、燃料の燃焼期間が所定期間よりも短くないと判定された場合に、切替機構２４ａにより上記噴射範囲が現在の噴射範囲よりも縮小させられる。その後に、燃料の燃焼期間が所定期間よりも短くないと判定された場合に、ＥＤＵ２５により上記駆動電流が現在の駆動電流よりも増加させられる。したがって、気流の渦スケールを大きくするために、効果の高い制御から順に実行することができる。
【００６１】
・ＥＤＵ２５により上記駆動電流を現在の駆動電流よりも増加させた後でも、燃料の燃焼期間が所定期間よりも短くないと判定された場合に、燃料ポンプ２０により上記燃料圧力が現在の燃料圧力よりも上昇させられる。このため、混合気の乱れを強化することができ、燃料の燃焼速度を上昇させることができる。この場合であっても、燃料噴射弁２４による燃料の噴射範囲を縮小させる制御、及び燃料噴射弁２４の駆動電流を増加させる制御を実行した後に燃料圧力を上昇させるため、燃料圧力の上昇量を最小限にすることができる。
【００６２】
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。上記実施形態と同一の部分については、同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００６３】
・燃料噴射弁２４により燃焼室１６内に燃料が直接噴射される噴射範囲を切り替える切替機構２４ａとして、以下の切替機構２４ａを採用することもできる。すなわち、切替機構２４ａは、噴射孔を開閉するニードルのリフト量を調節することにより、一部の噴射孔からのみ燃料が噴射される状態と、全ての噴射孔から燃料が噴射される状態とを切り替える機構であってもよい。また、吸気の流れを制御することで、燃料噴射弁２４により燃焼室１６内に燃料が直接噴射される噴射範囲を切り替える切替機構を採用することもできる。例えば、切替機構として、排気弁と吸気弁とのバルブオーバーラップ量を調節する可変動弁機構や、吸気のタンブル流の強さを調節するタンブルコントロールバルブ等を採用することもできる。また、燃焼室１６内に燃料を直接噴射する噴射範囲が異なる複数の燃料噴射弁を備え、複数の燃料噴射弁のうち燃料を噴射させる燃料噴射弁を切り替えることで、噴射範囲を切り替えることもできる。
【００６４】
・図９に示すように、図８におけるＳ１７，Ｓ１８の処理とＳ１５，Ｓ１６の処理とを入れ替えることもできる。この場合は、エンジン１０において、渦スケール以外に与える影響が小さい制御から順に実行することができる。
【００６５】
・図８においてＳ１７，Ｓ１８の処理を省略することもできる。また、図８においてＳ１７，Ｓ１８の処理を省略することに代えて、Ｓ１５，Ｓ１６の処理を省略することもできる。さらに、図８においてＳ１９の処理を省略することもできる。すなわち、ノッキングが発生する場合であっても、燃料圧力を上昇させる制御を実行しないようにすることもできる。
【００６６】
・図８においてＳ１３の処理を省略してＳ１４の処理を実行し、Ｓ１４の処理が実行され且つＳ１２の判定において、現在燃焼期間Ｔ２が必要燃焼期間Ｔ１よりも短くないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、Ｓ１５の処理を省略してＳ１６の処理を実行してもよい。そして、Ｓ１６の処理が実行され且つＳ１２の判定において、現在燃焼期間Ｔ２が必要燃焼期間Ｔ１よりも短くないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、Ｓ１７の処理を省略してＳ１８の処理を実行してもよい。さらに、Ｓ１８の処理が実行され且つＳ１２の判定において、現在燃焼期間Ｔ２が必要燃焼期間Ｔ１よりも短くないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、Ｓ１９の処理を実行してもよい。
【００６７】
・図８のＳ１０〜Ｓ１２の処理に代えて、エンジン１０にノッキングを検出するノックセンサを設け、ＥＣＵ４０はノッキングが検出されたか否かを判定してもよい。そして、ＥＣＵ４０は、ノックセンサによりノッキングが検出された場合に、Ｓ１３以降の処理を行ってもよい。
【００６８】
・燃料噴射弁２４の配置は、燃焼室１６（気筒）の軸線に沿って燃料を噴射するセンター噴射を実行する配置に限らず、燃焼室１６の軸線に対して横から燃料を噴射するサイド噴射を実行する配置であってもよい。
【００６９】
・エンジン１０は、ガソリンエンジンに限らず、ガソリンとアルコールとの混合燃料や、アルコール燃料を燃焼させるエンジンであってもよい。要するに、エンジン１０（内燃機関）は、圧縮行程において燃料噴射弁２４により燃焼室１６内に燃料を直接噴射し、燃焼室１６内の混合気に乱れを生じさせた状態で点火するエンジンであればよい。
【符号の説明】
【００７０】
１０…エンジン、１６…燃焼室、２４…燃料噴射弁、２５…ＥＤＵ、４０…ＥＣＵ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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