(57)【要約】【課題】予混合圧縮自着火燃焼における予混合噴射あるいは拡散燃焼におけるパイロット噴射を実施するときに、気筒内壁面およびピストン上端面への燃料付着を低減する燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】予混合圧縮自着火燃焼を実施する場合（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、燃料噴射制御装置は、エンジン運転状態に基づいて噴射時期、ノズルニードルのリフト量、噴射期間を演算する（Ｓ３０６、Ｓ３０８、Ｓ３１０）。予混合圧縮自着火燃焼におけるリフト量は、拡散燃焼におけるメイン噴射のリフト量よりも小さい。拡散燃焼においてパイロット噴射を実施する場合（Ｓ３０４：Ｎｏ、Ｓ３１４：Ｙｅｓ）、燃料噴射制御装置は、エンジン運転状態に基づいて噴射時期、ノズルニードルのリフト量、噴射期間を演算する（Ｓ３１６、Ｓ３１８、Ｓ３２０）。パイロット噴射におけるリフト量は、メイン噴射におけるリフト量よりも小さい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルニードルのリフト量を調整できる燃料噴射弁から内燃機関の各気筒に噴射する燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置において、
吸入行程初期から圧縮行程中期までの間に燃料を噴射し圧縮上死点近傍で自着火燃焼させる予混合圧縮自着火燃焼、あるいは圧縮上死点近傍で燃料を噴射して燃焼させる拡散燃焼のいずれを実施するかを前記内燃機関の運転状態に基づいて選択する燃焼選択手段と、
前記燃焼選択手段が前記予混合圧縮自着火燃焼を選択する場合、前記ノズルニードルのリフト量を前記拡散燃焼におけるリフト量よりも小さくするリフト制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記燃焼選択手段が前記予混合圧縮自着火燃焼を選択する場合、前記リフト制御手段は、前記ノズルニードルのリフト量を小さくすることにより、前記噴孔の燃料上流側で前記ノズルニードルとノズルボディとが形成する流路の流路面積を前記燃料噴射弁の噴孔の流路面積よりも小さくすることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記燃焼選択手段が前記予混合圧縮自着火燃焼を選択する場合、前記リフト制御手段は、噴射時期が上死点から離れるにしたがい前記ノズルニードルのリフト量を小さくすることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記燃焼選択手段が前記予混合圧縮自着火燃焼を選択する場合、前記リフト制御手段は、前記気筒内の密度が低くなるにしたがい前記ノズルニードルのリフト量を小さくすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記燃焼選択手段が前記予混合圧縮自着火燃焼を選択する場合、前記リフト量制御手段は、水温が低くなるにしたがい前記ノズルニードルのリフト量を小さくすることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記燃焼選択手段が前記拡散燃焼を選択する場合、前記拡散燃焼においてメイン噴射の前にパイロット噴射を実施するかを前記内燃機関の運転状態に基づいて判定する噴射判定手段と、
前記パイロット噴射を実施すると前記噴射判定手段が判定する場合、前記リフト制御手段は、前記パイロット噴射における前記ノズルニードルのリフト量を前記メイン噴射におけるリフト量よりも小さくすることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
ノズルニードルのリフト量を調整できる燃料噴射弁から内燃機関の各気筒に噴射する燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置において、
メイン噴射の前にパイロット噴射を実施するかを前記内燃機関の運転状態に基づいて判定する噴射判定手段と、
前記パイロット噴射を実施すると前記噴射判定手段が判定する場合、前記パイロット噴射における前記ノズルニードルのリフト量を前記メイン噴射におけるリフト量よりも小さくするリフト制御手段と、
を備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記メイン噴射の前に複数の前記パイロット噴射を実施すると前記噴射判定手段が判定する場合、前記リフト制御手段は、前記メイン噴射から最も離れている前記パイロット噴射における前記ノズルニードルのリフト量を前記メイン噴射におけるリフト量よりも小さくすることを特徴とする請求項６または７に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
前記燃料噴射弁は、ノズルボディの円錐状内壁面に前記ノズルニードルが着座して燃料噴射を遮断するときに前記ノズルニードルが前記噴孔を覆うＶＣＯ（Valve Covered Orifice）型であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載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、ノズルニードルのリフト量を調整できる燃料噴射弁から内燃機関の各気筒に噴射する燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮上死点近傍で燃料を噴射して拡散燃焼させるディーゼルエンジンにおいては、ＮＯｘは完全燃焼により発生しやすく、煤およびＨＣは不完全燃焼により発生しやすいという相反する排ガスの発生傾向を有している。そのため、ＮＯｘ、煤およびＨＣの排出量を低減することは困難であった。そこで、特許文献１においては、圧縮上死点よりも前のタイミングである吸入行程初期から圧縮行程中期までの間に燃料を予備噴射して吸気と燃料とを予混合しておき、圧縮行上死点近傍で主噴射を実施して圧縮自着火燃焼させることにより、ＮＯｘ、煤およびＨＣの排出量を低減する試みがなされている。
【０００３】
また、拡散燃焼において、ディーゼルエンジンの主トルクを生成するメイン噴射の前に微少量のパイロット噴射を実施して燃料と吸気とを予混合しておくことにより、メイン噴射時に急激な燃焼が発生することを防止することも公知である。
【特許文献１】特開平９−１５８８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、圧縮上死点近傍で燃料噴射を実施する場合、燃料噴霧には大きい貫徹力が要求される。しかしながら、予混合圧縮自着火燃焼において燃料と吸気とを混合するための燃料噴射（予混合噴射とも言う。）、あるいは拡散燃焼におけるパイロット噴射を実施するときの筒内圧は圧縮上死点近傍における筒内圧よりも低いので、燃料噴霧の貫徹力が大きいと燃料噴霧が気筒内壁面に付着し、ＨＣ排出量が増加するという問題がある。
【０００５】
噴霧角度の小さい燃料噴射弁を使用すれば気筒内壁面への燃料付着量は低減できる。しかし、噴霧角度が小さい燃料噴射弁を使用して圧縮上死点近傍で燃料を噴射すると、燃料噴霧がピストンの上端面に衝突し、局所的に等量比が高くなるので煤の排出量が増加するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、予混合圧縮自着火燃焼における予混合噴射あるいは拡散燃焼におけるパイロット噴射を実施するときに、気筒内壁面およびピストン上端面への燃料付着を低減する燃料噴射制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
燃料噴射弁のノズルニードルは、噴孔上流側においてノズルボディに着座することにより噴孔からの燃料噴射を遮断し、ノズルボディから離座することにより噴孔からの燃料噴射を許容する。ここで、ノズルニードルまたはノズルボディの加工誤差により、ノズルボディに対してノズルニードルは偏心している。すると、ノズルニードルがリフトしたときにノズルニードルとノズルボディとの間の流路に周方向の燃料流れが生じる。この周方向の燃料流れが噴孔に流入すると、噴孔内において旋回流となる。そして、ノズルニードルのリフト量が小さくノズルニードルとノズルボディとの間の流路面積が小さくなるほど、ノズルニードルとノズルボディとの間を流れる燃料の流速が速くなるので、旋回流は強くなる。このように、旋回流となった燃料が噴孔から噴射されると、燃料噴霧の貫徹力は低下する。
【０００８】
そこで、請求項１から６に記載の発明によると、内燃機関の運転状態に基づいて予混合圧縮自着火燃焼と拡散燃焼のうち予混合圧縮自着火燃焼を燃焼選択手段が選択すると、リフト制御手段はノズルニードルのリフト量を拡散燃焼におけるリフト量よりも小さくする。
【０００９】
予混合圧縮自着火燃焼において拡散燃焼時よりもノズルニードルのリフト量を小さくすることにより、噴孔から噴射される燃料噴霧の貫徹力が低下する。これにより、予混合圧縮自着火燃焼のために筒内圧の低い吸入行程初期から圧縮行程中期までの間に噴射される燃料が、気筒内壁面およびピストン上端面に付着する量を低減できる。その結果、予混合圧縮自着火燃焼によりＮＯｘ、煤およびＨＣの排出量を低減できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明によると、燃焼選択手段が予混合圧縮自着火燃焼を選択する場合、リフト制御手段は、ノズルニードルのリフト量を小さくすることにより、噴孔の燃料上流側でノズルニードルとノズルボディとが形成する流路の流路面積を燃料噴射弁の噴孔の流路面積よりも小さくする。これにより、噴孔の上流側で燃料流れが絞られるので、燃料噴霧の貫徹力が低下する。
【００１１】
請求項３に記載の発明によると、燃焼選択手段が予混合圧縮自着火燃焼を選択する場合、リフト制御手段は、噴射時期が上死点から離れるにしたがいノズルニードルのリフト量を小さくする。
【００１２】
噴射時期が上死点から離れピストンが下降するにしたがい筒内圧は低下するので、燃料噴霧は遠くまで到達しやすくなる。したがって、噴射時期が上死点から離れるにしたがいノズルニードルのリフト量を小さくして燃料噴霧の貫徹力を低下させることにより、気筒内壁面およびピストン上端面に付着する燃料量を低減できる。
【００１３】
請求項４に記載の発明によると、燃焼選択手段が予混合圧縮自着火燃焼を選択する場合、リフト制御手段は、気筒内の密度が低くなるにしたがいノズルニードルのリフト量を小さくする。
【００１４】
吸気量が減少して気筒内の密度が低くなるにしたがい燃料噴霧は遠くまで到達しやすくなる。したがって、気筒内の密度が低くなるにしたがいノズルニードルのリフト量を小さくして燃料噴霧の貫徹力を低下させることにより、気筒内壁面およびピストン上端面に付着する燃料量を低減できる。
【００１５】
請求項５に記載の発明によると、燃焼選択手段が予混合圧縮自着火燃焼を選択する場合、リフト制御手段は、水温が低くなるにしたがいノズルニードルのリフト量を小さくする。
【００１６】
水温が低い場合に気筒内壁面およびピストン上端面に付着した燃料は気化しにくいので、付着した燃料が燃焼しにくくＨＣまたは煤が発生しやすい。したがって、水温度が低くなるにしたがいノズルニードルのリフト量を小さくして燃料噴霧の貫徹力を低下させることにより、気筒内壁面およびピストン上端面に付着する燃料量を低減できる。これにより、ＨＣおよび煤の排出量を低減できる。
【００１７】
請求項６から８に記載の発明によると、内燃機関の運転状態に基づいてメイン噴射の前にパイロット噴射を実施すると噴射判定手段が判定する場合、リフト制御手段はパイロット噴射におけるノズルニードルのリフト量をメイン噴射におけるリフト量よりも小さくする。
【００１８】
圧縮上死点近傍で実施されるメイン噴射よりも筒内圧が低いときに実施されるパイロット噴射においてメイン噴射よりもノズルニードルのリフト量を小さくすることにより、前述したように旋回流となった燃料が噴孔から噴射されるので、燃料噴霧の貫徹力は低下する。これにより、メイン噴射の実施時よりも筒内圧の低いときに実施されるパイロット噴射において、気筒内壁面およびピストン上端面に付着する燃料量を低減できる。その結果、メイン噴射による圧縮自着火燃焼において、煤およびＨＣの排出量を低減できる。
【００１９】
請求項８に記載の発明によると、メイン噴射の前に複数のパイロット噴射を実施すると噴射判定手段が判定する場合、リフト制御手段は、メイン噴射から最も離れているパイロット噴射におけるノズルニードルのリフト量をメイン噴射におけるリフト量よりも小さくする。
【００２０】
パイロット噴射の噴射時期がメイン噴射から離れるにしたがい、筒内圧は低くなる。したがって、メイン噴射から最も離れているパイロット噴射におけるノズルニードルのリフト量をメイン噴射におけるリフト量よりも小さくすることにより、メイン噴射の実施時よりも筒内圧の低いときに実施されるパイロット噴射において、気筒内壁面およびピストン上端面に付着する燃料量を低減できる。その結果、メイン噴射による圧縮自着火燃焼において、煤およびＨＣの排出量を低減できる。
【００２１】
請求項９に記載の発明によると、燃料噴射弁は、ノズルボディの円錐状内壁面にノズルニードルが着座して燃料噴射を遮断するときにノズルニードルが噴孔入口を覆うＶＣＯ（Valve Covered Orifice）型である。
【００２２】
ＶＣＯ型の燃料噴射弁は、リフト量を小さくすることにより、噴孔内において燃料流れが旋回流となりやすい。したがって、リフト量を小さくすることにより燃料噴霧の貫徹力を容易に低減できる。
【００２３】
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
本発明の第１実施形態による燃料噴射システムを図１に示す。
（燃料噴射システム１０）
燃料噴射システム１０は、例えば４気筒のディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」ともいう。）２の各気筒４内に燃料噴射弁１２から燃料を噴射するシステムである。エンジン２は、エンジン運転状態に基づいて予混合圧縮自着火燃焼または拡散燃焼のいずれかを実施する。
【００２５】
燃料噴射弁１２は、ピエゾアクチュエータへの通電を制御することにより制御室の圧力を調整し、ノズルニードルによる噴孔の開閉を制御する公知の噴射弁である。また、燃料噴射弁１２は、ノズルボディの円錐状内壁面にノズルニードルが着座して燃料噴射を遮断するときにノズルニードルが噴孔入口を覆うＶＣＯ型である。
【００２６】
燃料噴射弁１２は、ピエゾアクチュエータへの通電量を制御することよりノズルニードルのリフト量を調整する。燃料噴射弁１２のノズルニードルは、噴孔上流側においてノズルボディの弁座に着座することにより噴孔からの燃料噴射を遮断し、弁座から離座することにより噴孔からの燃料噴射を許容する。
【００２７】
燃料噴射弁１２は、コモンレール２０が蓄圧している燃料を気筒４内に噴射する。拡散燃焼を実施する場合、燃料噴射弁１２は、エンジン２の１燃焼サイクルにおいて、エンジン運転状態に基づいて、主なトルクを発生するメイン噴射の前後にパイロット噴射、ポスト噴射等を含む多段噴射を実施する。
【００２８】
コモンレール２０は、図示しない高圧ポンプが圧送する燃料を蓄圧しエンジン運転状態に応じた所定の高圧に燃料圧力を保持する。コモンレール２０が蓄圧した燃料は、燃料噴射弁１２に供給される。コモンレール２０には、コモンレール２０内の圧力（以下、コモンレール圧とも言う。）を検出する圧力センサ２２が設置されている。
【００２９】
スロットル弁３０は、吸気管１００を流れる吸気量を調整する。ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation）弁４０は、排気管１１０から吸気管１００に環流するＥＧＲガス量を調整する。
【００３０】
燃料噴射制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、入出力インタフェース等から構成されている。ＥＣＵ７０は、吸気温センサ５０、吸気圧センサ５２、水温センサ５４、アクセル開度センサ５６、吸気量センサ５８、クランク角センサ６０等の各種センサの検出信号からエンジン運転状態を取得する。そして、ＥＣＵ７０は、取得したエンジン運転状態に基づき、予混合圧縮自着火燃焼または拡散燃焼のいずれを実施するかを選択する。また、ＥＣＵ７０は、エンジン運転状態に基づき、燃料噴射弁１２の噴射時期および噴射量、多段噴射を実施する場合の噴射段数を制御する。
【００３１】
（燃料噴霧の貫徹力）
次に、燃料噴射弁１２のノズルニードルのリフト量と、噴孔から噴射される燃料噴霧の貫徹力との関係について説明する。
【００３２】
ノズルニードルまたはノズルボディの加工誤差により、ノズルボディに対してノズルニードルは偏心している。すると、ノズルニードルがリフトしたときにノズルニードルとノズルボディとの間の流路に周方向の燃料流れが生じる。この周方向の燃料流れが噴孔に流入すると、噴孔内において旋回流となる。そして、ノズルニードルのリフト量が小さくノズルニードルとノズルボディとの間の流路面積が小さくなるほど、ノズルニードルとノズルボディとの間を流れる燃料の流速が速くなるので、旋回流は強くなる。このように、旋回流となった燃料が噴孔から噴射されると、燃料噴霧の貫徹力は低下する。
【００３３】
したがって、図２に示すように、ノズルニードルのリフト量が大きい場合に比べ、ノズルニードルのリフト量が小さい方が燃料噴霧の貫徹力が低下するので、噴射を開始してからの時間に対する燃料噴霧の長さ、つまり到達距離が短くなる。
【００３４】
（予混合燃焼）
通常のディーゼルエンジン２では、圧縮上死点近傍でメイン噴射を実施することにより燃料を拡散燃焼させる。ただし、拡散燃焼においては、完全燃焼するとＮＯｘの排出量が増加し、不完全燃焼すると煤の排出量が増加するという相反する排ガスの排出傾向になる。そこで、エンジン２の運転状態によっては、吸入行程初期から圧縮行程中期までの間、例えば圧縮行程初期に燃料を噴射して吸気と混合し、圧縮上死点近傍において自着火する予混合圧縮自着火燃焼を採用することが考えられる。燃料と吸気とを予め混合して均一な希薄混合気を形成し、圧縮上死点近傍で圧縮自着火燃焼させることにより、ＮＯｘおよび煤の両方の排出量を低減できる。
【００３５】
（多段噴射）
圧縮上死点近傍でメイン噴射を実施する拡散燃焼においては、エンジン運転状態に基づいて、メイン噴射の前に微少量の燃料を噴射するパイロット噴射を含む多段噴射が実施される。パイロット噴射は、メイン噴射の前に燃料と吸気とを混合することによりメイン噴射の着火時期を早め、メイン噴射による急激な燃焼を防止する目的で実施される。尚、燃料と吸気とを混合するパイロット噴射だけでなく、メイン噴射の直前で微少量の燃料を噴射して火種を形成することによりメイン噴射の着火時期を早め、メイン噴射による急激な燃焼を防止するパイロット噴射（プレ噴射とも言う。）を実施することもある。
【００３６】
次に、ＥＣＵ７０のＲＯＭ、フラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムをＣＰＵが実施することによりＥＣＵ７０が機能する各手段について以下に説明する。
【００３７】
（燃焼選択手段）
予混合圧縮自着火燃焼は、エンジン２の運転状態によっては、燃料が急激に燃焼する異常燃焼によりノッキングが発生し易くなる。そこで、ＥＣＵ７０は、図３に示すように、エンジン２の運転状態であるエンジン２の回転数と噴射量とのマップに基づいてエンジン２の運転領域を推定し、運転領域に応じて拡散燃焼または予混合圧縮自着火燃焼のいずれかを選択する。
【００３８】
（噴射判定手段）
拡散燃焼を実施する場合、ＥＣＵ７０は、エンジン運転状態に基づいてメイン噴射の前にパイロット噴射を実施するかを判定する。
【００３９】
（リフト制御手段）
予混合圧縮自着火燃焼における予混合噴射を実施するタイミングは吸入行程初期から圧縮行程中期までの間であるから、上死点よりもピストン６が下降し筒内圧が低下している。この状態で、拡散燃焼と同じ貫徹力で燃料噴射弁１２から燃料を噴射すると、燃料噴霧が気筒４の内壁面およびピストン６の上端面に付着し易くなる。
【００４０】
また、拡散燃焼においてメイン噴射およびパイロット噴射を含む多段噴射を実施する場合、パイロット噴射はメイン噴射が実施される圧縮上死点近傍よりも前の筒内圧が低いタイミングで実施される。この状態で、メイン噴射と同じ貫徹力で燃料噴射弁１２からパイロット噴射を実施すると、燃料噴霧が気筒４の内壁面およびピストン６の上端面に付着し易くなる。
【００４１】
そこで、ＥＣＵ７０は、燃料噴射弁１２のピエゾアクチュエータへの通電を制御することにより、予混合圧縮自着火燃焼を実施するときには拡散燃焼を実施する場合よりも燃料噴射弁１２のノズルニードルのリフト量を小さくし、パイロット噴射を実施するときにはメイン噴射を実施する場合よりも燃料噴射弁１２のノズルニードルのリフト量を小さくする。ただし、メイン噴射の前に複数のパイロット噴射を実施する場合、ＥＣＵ７０は、メイン噴射から最も離れたタイミングで実施されるパイロット噴射においてだけ、メイン噴射を実施する場合よりも燃料噴射弁１２のノズルニードルのリフト量を小さくする。
【００４２】
ノズルニードルのリフト量を小さくすることにより、噴孔を流れる燃料流れが旋回流となり、燃料噴霧の貫徹力が低下する。その結果、吸入行程初期から圧縮行程中期までの間に燃料噴射弁１２から燃料を噴射する予混合圧縮自着火燃焼を実施しても、あるいは拡散燃焼においてメイン噴射の前にパイロット噴射を実施しても、気筒４の内壁面およびピストン６の上端面に付着する燃料量を低減できる。
【００４３】
また、燃料噴射弁１２のノズルニードルのリフト量を、リフト時にノズルニードルとノズルボディとの間に形成される流路が噴孔の流路面積よりも小さくなるように設定することがより望ましい。これにより、リフト時にノズルニードルとノズルボディとの間に形成される流路が噴孔に対して絞りになるので、噴孔に流入する燃料流量が減少する。その結果、燃料噴霧の貫徹力がさらに低下する。
【００４４】
ただし、図４に示すように、ノズルニードルのリフト量を、リフト時にノズルニードルとノズルボディとの間に形成される流路が噴孔の流路面積よりも小さくなるように設定すると噴孔から噴射される燃料の噴射率が低下するので、所望の噴射量を噴射するためには、噴射期間が長くなる。
【００４５】
また、予混合圧縮自着火燃焼における予混合噴射または拡散燃焼におけるパイロット噴射を実施する場合、筒内圧が低いほど、気筒内４内の密度が低いほど、噴射時期が上死点から離れているほど燃料噴霧の到達距離は長くなり、気筒４の内壁面およびピストン６の上端面に燃料が付着しやすい。
【００４６】
そこで、ＥＣＵ７０は、予混合圧縮自着火燃焼における予混合噴射または拡散燃焼におけるパイロット噴射を実施する場合、筒内圧が低くなるにしたがい、あるいは気筒内４内の密度が低くなるにしたがい、あるいは噴射時期が上死点から離れるにしたがい、ノズルニードルのリフト量を小さくして燃料噴霧の貫徹力を低下させることが望ましい。ＥＣＵ７０は、吸気量センサ５８の出力信号に基づいて気筒４内の密度を検出する。
【００４７】
また、水温が低いと、気筒４の内壁面およびピストン６の上端面に付着した燃料が燃えにくくなるので、ＨＣの排出量が増加する。そこで、ＥＣＵ７０は、水温が低くなるにしたがい、ノズルニードルのリフト量を小さくして燃料噴霧の貫徹力を低下させ、気筒４の内壁面およびピストン６の上端面に付着する燃料量を低減することが望ましい。
【００４８】
（噴射制御）
次に、燃料噴射弁１２に対する燃料噴射制御について、図５の制御ルーチンに基づいて説明する。図５のルーチンは、１燃焼サイクルに１回実行される。図５において「Ｓ」はステップを表している。
【００４９】
Ｓ３００においてＥＣＵ７０は、アクセル開度センサ５６の出力信号と、クランク角センサ６０の出力信号から算出したエンジン回転数とに基づいて燃料噴射量を演算する。そして、Ｓ３０２において、圧力センサ２２の出力信号に基づいてコモンレール圧を演算する。
【００５０】
Ｓ３０４においてＥＣＵ７０は、Ｓ３００において演算した噴射量とエンジン回転数とに基づいて図３に示すマップを参照し、今回の燃焼サイクルで予混合圧縮自着火燃焼を実施するか拡散燃焼を実施するかを選択する。
【００５１】
今回の燃焼サイクルで予混合圧縮自着火燃焼を実施する場合（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、Ｓ３０６においてＥＣＵ７０は、噴射量とエンジン回転数とに基づいて予混合圧縮自着火燃焼を実施するときの噴射時期を演算する。Ｓ３０８においてＥＣＵ７０は、コモンレール圧と噴射量とに基づいて、予混合圧縮自着火燃焼を実施するときのノズルニードルのリフト量を演算する。このリフト量は、拡散燃焼においてエンジン２の主トルクを生成するメイン噴射のリフト量よりも小さい。
【００５２】
Ｓ３１０においてＥＣＵ７０は、コモンレール圧と噴射量とリフト量とに基づいて噴射期間を演算する。そして、Ｓ３１２においてＥＣＵ７０は、演算した噴射時期、噴射期間およびリフト量にしたがって、吸入行程初期から圧縮行程中期までの間において予混合圧縮自着火燃焼のための早期噴射を燃料噴射弁１２から実施する。
【００５３】
今回の燃焼サイクルで拡散燃焼を実施する場合（Ｓ３０４：Ｎｏ）、Ｓ３１４においてＥＣＵ７０は、メイン噴射の前にパイロット噴射を実施するかをエンジン運転状態に基づいて判定する。
【００５４】
パイロット噴射を実施する場合（Ｓ３１４：Ｙｅｓ）、Ｓ３１６においてＥＣＵ７０は、演算した噴射量とエンジン回転数とに基づいてパイロット噴射を含む多段噴射を実施するときの各段の噴射時期を演算する。Ｓ３１８においてＥＣＵ７０は、コモンレール圧と噴射量とに基づいて、パイロット噴射を実施するときのノズルニードルのリフト量を演算する。このリフト量は、メイン噴射を実施するときのリフト量よりも小さい。ただし、メイン噴射の前にプレ噴射を含む複数のパイロット噴射を実施する場合、メイン噴射よりもリフト量を小さくするのは、メイン噴射から最も離れているパイロット噴射だけである。
【００５５】
パイロット噴射以外の各段の噴射に関しては、リフト量を小さくする制御を実施しない。Ｓ３２０においてＥＣＵ７０は、コモンレール圧と多段噴射の各段の噴射量とリフト量とに基づいて各段の噴射期間を演算する。そして、Ｓ３２２においてＥＣＵ７０は、演算した噴射時期、噴射期間およびリフト量にしたがって、多段噴射の各段の噴射を実施する。
【００５６】
今回の燃焼サイクルで拡散燃焼を実施し（Ｓ３０４：Ｎｏ）、パイロット噴射を実施しない場合（Ｓ３１４：Ｎｏ）、ＥＣＵ７０は、Ｓ３２４において演算した噴射量とエンジン回転数とに基づいて噴射時期を演算し、Ｓ３２６においてコモンレール圧と噴射量とに基づいて噴射期間を演算する。多段噴射を実施する場合には、ＥＣＵ７０は、Ｓ３２４およびＳ３２６において各段の噴射時期および噴射期間を演算する。そして、Ｓ３２８においてＥＣＵ７０は、演算した噴射時期および噴射期間にしたがって、リフト量を小さくすることなく、通常リフト量の燃料噴射を実施する。
【００５７】
以上説明した上記実施形態では、予混合圧縮自着火燃焼を実施するときのリフト量を、拡散燃焼においてエンジン２の主トルクを生成するメイン噴射のリフト量よりも小さくすることにより、燃料噴霧の貫徹力を低下させた。これにより、圧縮上死点近傍で実施する拡散燃焼よりも筒内圧が低い吸入行程初期から圧縮行程中期までの間に実施する予混合圧縮自着火燃焼において、燃料噴霧が気筒４の内壁面およびピストン６の上端面に付着することを極力低減できる。その結果、予混合圧縮自着火燃焼により、ＮＯｘ、煤およびＨＣの排出量を低減できる。
【００５８】
さらに、拡散燃焼において、メイン噴射の前にパイロット噴射を実施する場合にも、パイロット噴射を実施するときのリフト量を、メイン噴射を実施するときのリフト量よりも小さくすることにより、パイロット噴射における燃料噴霧の貫徹力を低下させた。これにより、圧縮上死点近傍で実施するメイン噴射よりも噴射時期が早く筒内圧が低いタイミングで実施するパイロット噴射において、燃料噴霧が気筒４の内壁面およびピストン６の上端面に付着することを極力低減できる。その結果、パイロット噴射により燃焼騒音を低減できるとともに、ＨＣの排出量を低減できる。
【００５９】
また、ピエゾアクチュエータへの通電を制御することによりリフト量の大小を調整できる燃料噴射弁１２を採用しているので、リフト量の異なる複数の燃料噴射弁を使用する必要がない。
【００６０】
［他の実施形態］
上記実施形態では、予混合圧縮自着火燃焼における予混合噴射および拡散燃焼におけるパイロット噴射の両方において、燃料噴射弁１２のノズルニードルのリフト量を小さくした。これに対し、予混合圧縮自着火燃焼における予混合噴射または拡散燃焼におけるパイロット噴射の一方だけにおいて、燃料噴射弁１２のノズルニードルのリフト量を小さくしてもよい。
【００６１】
上記実施形態では、ノズルボディの円錐状内壁面にノズルニードルが着座して燃料噴射を遮断するときにノズルニードルが噴孔入口を覆うＶＣＯ型の燃料噴射弁１２を使用した。これに対し、ノズルボディの円錐状内壁面にノズルニードルが着座して燃料噴射を遮断するときにノズルニードルが噴孔入口を覆わない構造の燃料噴射弁を使用してもよい。
【００６２】
上記実施形態では、燃焼選択手段、リフト制御手段、噴射判定手段を、制御プログラムにより機能が特定されるＥＣＵ７０により実現している。これに対し、上記複数の手段の機能の少なくとも一部を、回路構成自体で機能が特定されるハードウェアで実現してもよい。
【００６３】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施形態による燃焼噴射システムを示すブロック図。
【図２】リフト量の大小による噴霧の到達距離を示す特性図。
【図３】エンジン回転数と噴射量とのマップにおいて燃焼形態の範囲を示す特性図。
【図４】リフト量の大小による噴射期間と噴射率との関係を示す特性図。
【図５】燃料噴射制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６５】
２：ディーゼルエンジン（内燃機関）、４：気筒、６：ピストン、１０：燃料噴射システム、１２：燃料噴射弁、２０：コモンレール、７０：ＥＣＵ（燃料噴射制御装置、燃焼選択手段、リフト制御手段、噴射判定手段）
【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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