(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルニードルのリフト速度を制御可能な燃料噴射装置を備えた圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
主噴射に先立ってプレ噴射が実行される場合に、主噴射が実行される時点でのプレ噴射の噴霧の目標位置を設定する目標位置設定手段と、
スワール流速と噴射条件とから上記プレ噴射の噴霧が上記目標位置に達する時間を算出する目標位置到達時間算出手段と、
筒内状態と噴射条件とから主噴射の噴霧角を算出する噴霧角算出手段と、
上記目標位置設定手段により設定されたプレ噴射の噴霧の目標位置と、上記噴霧角算出手段により算出された主噴射の噴霧角とからプレ噴射の目標噴霧角を算出するプレ噴射目標噴霧角算出手段と、
上記プレ噴射目標噴霧角算出手段により算出されたプレ噴射の目標噴霧角が得られるようにプレ噴射実行時の上記ノズルニードルのリフト速度を決定するプレ噴射噴射率算出手段とを備え、
プレ噴射実行時、上記プレ噴射噴射率算出手段により求められたリフト速度でノズルニードルが移動してプレ噴射が実行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２】
１サイクル中で燃料噴射圧を制御可能な圧力可変燃料噴射装置を備えた圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
主噴射に先立ってプレ噴射が実行される場合に、主噴射が実行される時点でのプレ噴射の噴霧の目標位置を設定する目標位置設定手段と、
スワール流速と噴射条件とから上記プレ噴射の噴霧が上記目標位置に達する時間を算出する目標位置到達時間算出手段と、
筒内状態と噴射条件とから主噴射の噴霧角を算出する噴霧角算出手段と、
上記目標位置設定手段により設定されたプレ噴射の噴霧の目標位置と、上記噴霧角算出手段により算出された主噴射の噴霧角とからプレ噴射の目標噴霧角を算出するプレ噴射目標噴霧角算出手段と、
上記プレ噴射目標噴霧角算出手段により算出されたプレ噴射の目標噴霧角が得られるようにプレ噴射実行時の燃料噴射圧を決定するプレ噴射噴射圧算出手段とを備え、
プレ噴射実行時、上記プレ噴射噴射圧算出手段により求められた燃料噴射圧でプレ噴射が実行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または２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記主噴射が実行される時点でのプレ噴射の噴霧の目標位置は、燃料噴射装置おいて周方向で互いに隣り合う噴孔の軸線同士の挟み角の中心位置に規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記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記プレ噴射噴射率算出手段によって決定されたノズルニードルのリフト速度でプレ噴射を実行しようとする際、そのプレ噴射の噴霧が上記目標位置に達する時間が上記目標位置到達時間算出手段で算出された時間から変化した場合、このプレ噴射の噴霧が上記目標位置に達した時点で主噴射が実行されるように、プレ噴射と主噴射とのインターバルを補正する噴射条件補正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５】
請求項２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記プレ噴射噴射圧算出手段によって決定されたプレ噴射実行時の燃料噴射圧でプレ噴射を実行しようとする際、そのプレ噴射の噴霧が上記目標位置に達する時間が上記目標位置到達時間算出手段で算出された時間から変化した場合、このプレ噴射の噴霧が上記目標位置に達した時点で主噴射が実行されるように、プレ噴射と主噴射とのインターバルを補正する噴射条件補正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圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置に係る。特に、本発明は、内燃機関の排気エミッションの改善及び燃焼音の低減を図るための対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンに代表されるように、気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置を備え、主噴射と、この主噴射よりも前に燃料を噴射するパイロット噴射とを行う内燃機関が知られている。パイロット噴射は、例えば、主噴射により噴射される燃料の燃焼を緩やかに開始させること等を目的として実行される。
【０００３】
ところが、パイロット噴射による火炎または燃焼ガスに主噴射の燃料噴霧が重なってしまうと、この重なり部分において酸素不足に起因してスモーク発生量が増加してしまう虞がある。
【０００４】
特許文献１には、主噴射の燃料噴霧が、燃焼室内に残留しているパイロット噴射の火炎もしくは燃焼ガスと重ならないように、パイロット噴射の噴射時期を制御する技術が開示されている。具体的には、気筒内で発生しているスワール流の速さを考慮してパイロット噴射の噴射時期を制御することにより、パイロット噴射の火炎もしくは燃焼ガスが、二つの主噴射の燃料噴霧（二つの噴孔から噴射された主噴射の各燃料噴霧）の中間に位置するようにすることで、パイロット噴射の火炎もしくは燃焼ガスと、主噴射の燃料噴霧とが重ならないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−８２１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されているように、スモーク発生量を抑制するためには、パイロット噴射の火炎もしくは燃焼ガスと主噴射の燃料噴霧とが重ならないように燃料噴射形態を調整する必要がある。
【０００７】
また、燃焼音の低減化を図るための燃料噴射形態として、パイロット噴射の実行タイミングを主噴射の実行タイミングに近付ける場合がある。つまり、パイロット噴射と主噴射とのインターバルを短くするものである。
【０００８】
ところが、このようにパイロット噴射と主噴射とのインターバルを短くした場合、噴孔から噴射されたパイロット噴射による火炎または燃焼ガスの噴孔前方（燃料が噴射される領域）からの移動量（スワール流による移動量）が十分に得られない状況で主噴射が実行されてしまい、パイロット噴射の火炎もしくは燃焼ガスに主噴射の燃料噴霧が部分的に重なってしまう可能性がある。特に、パイロット噴射の噴霧角が大きい場合にはその傾向が大きくなり、スモーク発生量の増加を避けることができなくなってしまう。
【０００９】
このように、従来の技術では、パイロット噴射と主噴射とのインターバルを短くすることによる燃焼音の低減化と、スモーク発生量の削減による排気エミッションの改善とを両立することが困難であった。
【００１０】
尚、一般に、上記パイロット噴射とは、主噴射の噴射タイミングに対してインターバルが比較的長く設定されるパイロット噴射と、主噴射の噴射タイミングに対してインターバルが比較的短く設定されるプレ噴射との総称である。従って、上述したように燃焼音の低減化を図るべく主噴射の噴射タイミングに対してインターバルが短く設定されたパイロット噴射はプレ噴射と呼ぶべきものである。このため、以下では、この噴射をプレ噴射と呼ぶこととする。
【００１１】
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、燃焼音の低減化とスモーク発生量の削減との両立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】
【００１２】
−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、燃料噴射装置（燃料噴射弁）の内部圧力と気筒の内部圧力との差を調整（ノズルニードルのリフト速度や燃料噴射圧（コモンレール圧）により調整）することで、燃料噴射装置から気筒内に噴射されたプレ噴射での噴霧の噴霧角を制御し、このプレ噴射での噴霧と主噴射での噴霧とが重なり合うことを回避できるようにしている。
【００１３】
−解決手段−
具体的に、本発明は、ノズルニードルのリフト速度を制御可能な燃料噴射装置を備えた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、目標位置設定手段、目標位置到達時間算出手段、噴霧角算出手段、プレ噴射目標噴霧角算出手段、プレ噴射噴射率算出手段を備えさせている。目標位置設定手段は、主噴射に先立ってプレ噴射が実行される場合に、主噴射が実行される時点でのプレ噴射の噴霧の目標位置を設定する。目標位置到達時間算出手段は、スワール流速と噴射条件とから上記プレ噴射の噴霧が上記目標位置に達する時間を算出する。噴霧角算出手段は、筒内状態と噴射条件とから主噴射の噴霧角を算出する。プレ噴射目標噴霧角算出手段は、上記目標位置設定手段により設定されたプレ噴射の噴霧の目標位置と、上記噴霧角算出手段により算出された主噴射の噴霧角とからプレ噴射の目標噴霧角を算出する。プレ噴射噴射率算出手段は、上記プレ噴射目標噴霧角算出手段により算出されたプレ噴射の目標噴霧角が得られるようにプレ噴射実行時の上記ノズルニードルのリフト速度を決定する。そして、プレ噴射実行時、上記プレ噴射噴射率算出手段により求められたリフト速度でノズルニードルが移動してプレ噴射が実行される構成としている。
【００１４】
この特定事項により、主噴射が実行される時点におけるプレ噴射での噴霧は、上記目標位置設定手段によって設定された位置（例えば周方向で互いに隣り合う噴孔の軸線同士の挟み角の中心位置）において、その噴霧角が、主噴射での噴霧に重なり合わないものとして設定される。つまり、プレ噴射の実行タイミングと、そのプレ噴射実行時におけるノズルニードルのリフト速度とを制御することにより、プレ噴射での噴霧が、その両側に存在する主噴射での噴霧に重なり合わない状態となるように、各噴射が実行されることになる。このため、プレ噴射と主噴射とのインターバルを短くして燃焼音の低減化を図りながらも、スモーク発生量の削減による排気エミッションの改善を図ることが可能になる。
【００１５】
上記の目的を達成するための他の解決手段としては、以下のものも挙げられる。１サイクル中で燃料噴射圧を制御可能な圧力可変燃料噴射装置を備えた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、目標位置設定手段、目標位置到達時間算出手段、噴霧角算出手段、プレ噴射目標噴霧角算出手段、プレ噴射噴射圧算出手段を備えさせている。目標位置設定手段は、主噴射に先立ってプレ噴射が実行される場合に、主噴射が実行される時点でのプレ噴射の噴霧の目標位置を設定する。目標位置到達時間算出手段は、スワール流速と噴射条件とから上記プレ噴射の噴霧が上記目標位置に達する時間を算出する。噴霧角算出手段は、筒内状態と噴射条件とから主噴射の噴霧角を算出する。プレ噴射目標噴霧角算出手段は、上記目標位置設定手段により設定されたプレ噴射の噴霧の目標位置と、上記噴霧角算出手段により算出された主噴射の噴霧角とからプレ噴射の目標噴霧角を算出する。プレ噴射噴射圧算出手段は、上記プレ噴射目標噴霧角算出手段により算出されたプレ噴射の目標噴霧角が得られるようにプレ噴射実行時の燃料噴射圧を決定する。そして、プレ噴射実行時、上記プレ噴射噴射圧算出手段により求められた燃料噴射圧でプレ噴射が実行される構成としている。
【００１６】
この特定事項の場合にも、主噴射が実行される時点におけるプレ噴射での噴霧は、上記目標位置設定手段によって設定された位置において、その噴霧角が、主噴射での噴霧に重なり合わないものとして設定される。つまり、プレ噴射の実行タイミングと、そのプレ噴射実行時における噴射圧とを制御することにより、プレ噴射での噴霧が、その両側に存在する主噴射での噴霧に重なり合わない状態となるように、各噴射が実行されることになる。このため、プレ噴射と主噴射とのインターバルを短くして燃焼音の低減化を図りながらも、スモーク発生量の削減による排気エミッションの改善を図ることができる。
【００１７】
上記主噴射が実行される時点でのプレ噴射の噴霧の目標位置（目標位置設定手段によって設定される噴霧の目標位置）としては、燃料噴射装置おいて周方向で互いに隣り合う噴孔の軸線同士の挟み角の中心位置に規定される。つまり、プレ噴射での噴霧は、その両側に存在する主噴射での噴霧の中間位置に存在することとなり、この主噴射での噴霧と重なり合わない範囲でプレ噴射での噴霧の噴霧角を最大に設定することが可能になる。このため、気筒内の酸素を十分に利用してプレ噴射で噴射された燃料の燃焼を行わせることが可能となってプレ噴射を実行することの効果（主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こと）を最大限に発揮させることができる。
【００１８】
また、上述の如くプレ噴射の噴射形態を補正した場合、主噴射の実行時点でのプレ噴射の噴霧の位置が上記目標位置からずれてしまう可能性がある。このことを考慮した構成として以下のものが挙げられる。
【００１９】
先ず、ノズルニードルのリフト速度を変更するものでは、上記プレ噴射噴射率算出手段によって決定されたノズルニードルのリフト速度でプレ噴射を実行しようとする際、そのプレ噴射の噴霧が上記目標位置に達する時間が上記目標位置到達時間算出手段で算出された時間から変化した場合、このプレ噴射の噴霧が上記目標位置に達した時点で主噴射が実行されるように、プレ噴射と主噴射とのインターバルを補正する噴射条件補正手段を備えさせている。
【００２０】
また、燃料噴射圧を変更するものでは、上記プレ噴射噴射圧算出手段によって決定されたプレ噴射実行時の燃料噴射圧でプレ噴射を実行しようとする際、そのプレ噴射の噴霧が上記目標位置に達する時間が上記目標位置到達時間算出手段で算出された時間から変化した場合、このプレ噴射の噴霧が上記目標位置に達した時点で主噴射が実行されるように、プレ噴射と主噴射とのインターバルを補正する噴射条件補正手段を備えさせている。
【００２１】
これらの構成によれば、プレ噴射の噴射形態を補正（ノズルニードルのリフト速度や、燃料噴射圧を補正）した場合であっても、プレ噴射の噴霧が上記目標位置に達した時点で主噴射が実行され、しかも、これらの噴霧同士が重なり合わない状態とすることができ、よりいっそう制御の信頼性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、燃料噴射装置のノズルニードルのリフト速度や燃料噴射圧を調整することで、燃料噴射装置から気筒内に噴射されたプレ噴射での噴霧の噴霧角を制御し、このプレ噴射での噴霧と主噴射での噴霧とが重なり合うことを回避できるようにしている。このため、プレ噴射と主噴射とのインターバルを短くして燃焼音の低減化を図りながらも、スモーク発生量の削減による排気エミッションの改善を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施形態におけるエンジンシステムの全体構成を示す模式図である。
【図２】主噴射の実行タイミングにおける気筒内でのプレ噴射の噴霧位置及び主噴射の噴霧位置の一例を示す模式図である。
【図３】ノズルニードルのリフト速度と主噴射の噴霧角との関係を示す図である。
【図４】プレ噴射の噴霧角からノズルニードルのリフト速度を求めるためのリフト速度設定マップを示す図である。
【図５】実施形態１におけるプレ噴射制御ルーチンを示す図である。
【図６】ノズルニードルのリフト速度を変更する前であって、図６（ａ）は燃料噴射率の変化を示し、図６（ｂ）は気筒内でのプレ噴射の噴霧位置及び主噴射の噴霧位置を示す模式図である。
【図７】ノズルニードルのリフト速度を変更した後であって、図７（ａ）は燃料噴射率の変化を示し、図７（ｂ）は気筒内でのプレ噴射の噴霧位置及び主噴射の噴霧位置を示す模式図である。
【図８】実施形態２における燃料供給系の概略構成を示す図である。
【図９】燃料噴射圧と主噴射の噴霧角との関係を示す図である。
【図１０】プレ噴射の噴霧角から燃料噴射圧を求めるための噴射圧設定マップを示す図である。
【図１１】実施形態２におけるプレ噴射制御ルーチンを示す図である。
【図１２】燃料噴射圧を変更する前であって、図１２（ａ）は噴射指令信号及び噴射圧の変化を示し、図１２（ｂ）は気筒内でのプレ噴射の噴霧位置及び主噴射の噴霧位置を示す模式図である。
【図１３】燃料噴射圧を変更した後であって、図１３（ａ）は噴射指令信号及び噴射圧の変化を示し、図１３（ｂ）は気筒内でのプレ噴射の噴霧位置及び主噴射の噴霧位置を示す模式図である。
【図１４】実際のレール圧の変化及びプレ噴射及び主噴射の燃料噴射率変化の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００２５】
（実施形態１）
−システムの全体構成−
図１は本発明の実施形態１におけるエンジンシステムの全体構成を示す模式図である。この図１に示すように、このエンジンシステムは、内燃機関（エンジン）１を備えている。この内燃機関１は、４つの気筒２，２，…を備えている。これら気筒２，２，…の外側には、冷却水流路（ウォータジャケット）３が形成されており、この冷却水流路３には、冷却水の水温に応じた出力を発する水温センサ２１が配設されている。
【００２６】
各気筒２，２，…内にはピストン（図示省略）が配置され、各ピストンはコネクティングロッド４，４，…を介してクランクシャフト５に連結されている。このクランクシャフト５の近傍には、クランクシャフト５が所定角度だけ回転する度にパルス信号を発信するクランク角センサ２２が配設されている。
【００２７】
内燃機関１のシリンダヘッド（図示省略）には、各気筒２，２，…に対応して直噴式の燃料噴射弁（インジェクタ）６，６，…が取り付けられている。これら燃料噴射弁（燃料噴射装置）６，６，…は、気筒２内の中央上部に配設されていると共に、内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して気筒２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。
【００２８】
具体的に、燃料噴射弁６は、ケーシング内の先端部にノズルニードル（図示省略）が設けられており、このノズルニードルがケーシング内で進退移動可能な構成とされている。そして、ケーシングの先端部分には複数（例えば周方向に亘って等間隔に６個）の噴孔が形成されていて、ノズルニードルが前進位置にある状態では、このノズルニードルの先端部によって各噴孔が閉鎖される一方、ノズルニードルが後退移動（リフト）されると各噴孔が開放されて、このケーシング内と気筒２内との圧力差によって燃料噴射弁６から燃料が噴射される構成となっている。燃料噴射弁６は、内部にピエゾアクチュエータを備えており、ＥＤＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）４０を介してＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３０に接続されている。ＥＤＵ４０は、ＥＣＵ３０からの指令信号（噴射指令信号）に基づいて上記ピエゾアクチュエータのピエゾスタックの充電と放電とを実行する周知の駆動回路で構成されている。これにより、燃料噴射弁６のピエゾアクチュエータに対する通電を制御する（ピエゾスタックに対する電荷の付与速度を変更する）ことで、各噴孔の開閉を行う上記ノズルニードルのリフト速度を変更することが可能となっている。この燃料噴射弁６の燃料噴射制御（ノズルニードルのリフト速度の制御）の詳細については後述する。
【００２９】
上記シリンダヘッドには吸気マニホールド７及びスロットルバルブ８を含む吸気系、及び、図示しない排気マニホールド及び触媒装置を含む排気系が接続されている。そして、図示しない吸気バルブの開弁動作に伴って吸気系から気筒２内に空気が吸入され、この気筒２内に向けて上記燃料噴射弁６から燃料が噴射されることにより気筒２内での燃焼が行われる。この燃焼エネルギにより上記ピストンが往復運動し、その往復運動がコネクティングロッド４によってクランクシャフト５の回転運動に変換されてエンジントルクが出力として得られることになる。また、図示しない排気バルブの開弁動作に伴って気筒２内から排出された排気ガスは、排気系に備えられた触媒装置によって浄化される。
【００３０】
また、上記各燃料噴射弁６，６，…は、それぞれ燃料蓄圧容器としてのコモンレール９に接続されている。このコモンレール９には、その内圧（燃料圧力）を検出するコモンレール圧センサ２３が取り付けられている。コモンレール９には燃料配管１０を介して昇圧ポンプ１１が接続され、この昇圧ポンプ１１の吸入側には燃料タンク１２が接続されている。つまり、燃料タンク１２内の燃料が昇圧ポンプ１１により昇圧されてコモンレール９に供給される構成となっている。この供給された高圧燃料はコモンレール９から各燃料噴射弁６，６，…に分配される。
【００３１】
上記ＥＣＵ３０は、上記水温センサ２１、クランク角センサ２２、コモンレール圧センサ２３、アクセル開度センサ２４に電気的に接続されている。また、その他、吸気系に備えられて吸入空気量を検出するエアフローメータ２５や、吸気圧を検出する吸気圧センサ２６もＥＣＵ３０に電気的に接続されている。そして、これらセンサ２１〜２６からの出力がＥＣＵ３０に入力されるようになっている。また、ＥＣＵ３０は、例えば、燃料噴射弁６、昇圧ポンプ１１等に電気的に接続され（燃料噴射弁６に対しては上記ＥＤＵ４０を介して接続され）、必要な制御信号（指令信号）を出力することで、これら機器を制御する。
【００３２】
具体的に、例えば、ＥＣＵ３０は、昇圧ポンプ１１に制御信号を発することで、燃料タンク１２からコモンレール９に供給される燃料の圧力を制御する。また、ＥＣＵ３０は、燃料噴射弁６に向けて制御信号（噴射指令信号）を発することで、燃料噴射弁６の燃料噴射制御を行う。以下、具体的に説明する。
【００３３】
上記燃料噴射弁６からの燃料噴射としては、プレ噴射（副噴射）と主噴射とが実行可能である。プレ噴射は、主噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する動作である。また、このプレ噴射は、主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る。
【００３４】
上記主噴射は、内燃機関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。この主噴射での噴射量は、基本的には、エンジン回転数、アクセル操作量（アクセル開度）、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（上記クランク角センサ２２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２４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）内燃機関１のトルク要求値としては高く得られ、それに応じて主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。
【００３５】
尚、上述したプレ噴射及び主噴射の他に、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内燃機関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、排気系に燃料を直接的に導入して上記触媒装置の昇温を図るための噴射動作である。
【００３６】
また、燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール９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９から燃料噴射弁６へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、基本的には、機関負荷（エンジン負荷）が高くなるほど、及び、機関回転数（エンジン回転数）が高くなるほど高いものとされる。つまり、上記ＥＣＵ３０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、昇圧ポンプ１１の燃料吐出量を調量する。
【００３７】
本実施形態の特徴とする構成として、上記ＥＣＵ３０は、その内部に、メモリ３１、目標位置設定手段３２、目標位置到達時間算出手段３３、噴霧角算出手段３４、プレ噴射目標噴霧角算出手段３５、プレ噴射噴射率算出手段３６、噴射条件補正手段３７を備えている。
【００３８】
上記目標位置設定手段３２は、上記プレ噴射が実行された後に主噴射が実行される時点（より具体的には、主噴射での噴射が終了した時点）でのプレ噴射の噴霧の目標位置を設定する。このプレ噴射の噴霧の目標位置は、燃料噴射弁６において周方向で互いに隣り合う噴孔の軸線同士の挟み角の中心位置として設定される。
【００３９】
このプレ噴射の噴霧の目標位置について図２を用いて説明する。この図２は、主噴射の実行タイミングにおける気筒２内でのプレ噴射の噴霧位置（スワール流によって移動した噴霧の位置）及び主噴射の噴霧位置の一例であって、気筒２内における一部の領域（２つの噴孔の燃料噴射領域周辺）を示す模式図である。この図２に示すように燃料噴射弁６に６個の噴孔が形成されている場合（互いに隣り合う噴孔の軸線（図２におけるＬ１，Ｌ２）同士の挟み角が６０°である場合）、プレ噴射が実行された後に主噴射が実行される時点でのプレ噴射の噴霧の目標位置としては、噴孔の軸線Ｌ１，Ｌ２から３０°（図２にθtrgで示す角度）だけ周方向に移動した位置となる。つまり、プレ噴射の噴霧の軸線（中心線）は図中Ｌ３の位置となる。この位置にプレ噴射の噴霧（噴霧の中心線Ｌ３）が位置した状態で主噴射が実行される場合、各主噴射の噴霧の中心（噴孔の軸線Ｌ１，Ｌ２に一致している）同士の中間位置にプレ噴射の噴霧の中心線（Ｌ３）が位置することになり、このプレ噴射の噴霧が主噴射の噴霧に最も重なりにくい状態となる。
【００４０】
また、燃料噴射弁６に１０個の噴孔が形成されている場合（上記挟み角が３６°である場合）、プレ噴射が実行された後に主噴射が実行される時点でのプレ噴射の噴霧の目標位置としては、噴孔の軸線Ｌ１，Ｌ２から１８°だけ周方向に移動した位置（スワール流によって移動した位置）となる。
【００４１】
尚、実際にプレ噴射の噴霧が主噴射の噴霧に重なるか否かは、これらプレ噴射の噴霧の噴霧角（気筒２内での周方向の拡がり角）及び主噴射の噴霧の噴霧角によって左右される。この点に関しては後述する。
【００４２】
目標位置到達時間算出手段３３は、スワール流速と噴射条件とからプレ噴射の噴霧が上記目標位置に達する時間を算出する。具体的には、プレ噴射が開始されてから、このプレ噴射の噴霧が上記目標位置（上記目標位置設定手段３２によって設定された目標位置）に達するまでの時間を算出する。つまり、同一噴射圧力及び同一噴射量でプレ噴射が実行された場合であっても、スワール流速が異なれば、プレ噴射の噴霧が上記目標位置に達するまでの時間は異なる。同様に、同一スワール流速であっても、噴射圧力や噴射量が異なれば、プレ噴射の噴霧が上記目標位置に達するまでの時間は異なる。このため、これらスワール流速と噴射条件（噴射圧力や噴射量）とを考慮し所定の算出式や予め設定されたマップ等によって、プレ噴射の噴霧が上記目標位置に達するまでの時間を算出する。
【００４３】
噴霧角算出手段３４は、筒内状態と噴射条件とから主噴射の噴霧角θ（図２ではθmsで示している）を算出する。この主噴射の噴霧角θmsは、例えば下記の式（１）によって算出が可能である。この式（１）は、「廣安の式」と呼ばれる周知のものである。
【００４４】
【数１】
0005519568.tif 000002
また、この式（１）による主噴射の噴霧角の算出の他に、予め実験やシミュレーション等によって主噴射の噴射形態（ノズルニードルのリフト速度や噴射圧や噴射量など）と噴霧角との関係をマップ化した主噴射噴霧角マップを上記ＥＣＵ３０のＲＯＭ（図示省略）に記憶させておき、この主噴射噴霧角マップから主噴射の噴霧角を求めるようにしてもよい。尚、ノズルニードルのリフト速度と主噴射の噴霧角との関係は、図３に示すように、ノズルニードルのリフト速度が高いほど主噴射の噴霧角は大きくなる傾向にある。
【００４５】
プレ噴射目標噴霧角算出手段３５は、上記目標位置設定手段３２により設定されたプレ噴射の噴霧の目標位置（図２におけるθtrgの位置）と上記噴霧角算出手段３４により算出された主噴射の噴霧角θmsからプレ噴射の目標噴霧角θpreを算出する。例えば、上記主噴射で噴射され互いに隣り合う噴霧同士の間の空間の周方向角度に上記プレ噴射の噴霧角度が略一致するように、プレ噴射の目標噴霧角θpreを算出する（図２を参照）。この場合、主噴射で噴射され互いに隣り合う噴霧同士の間の空間の略全体にプレ噴射で噴射された噴霧が存在することになる。つまり、主噴射で噴射された噴霧とプレ噴射で噴射された噴霧とが隣接することになる。これにより、隣り合う主噴射の噴霧同士の間の空間を最大限に利用してプレ噴射で噴射された燃料の燃焼が可能になる。
【００４６】
プレ噴射噴射率算出手段３６は、上記プレ噴射目標噴霧角算出手段３５により算出されたプレ噴射の目標噴霧角θpreが得られるようにプレ噴射実行時の上記ノズルニードルのリフト速度を決定する。このプレ噴射実行時のノズルニードルのリフト速度は、予め実験やシミュレーション等によってプレ噴射の噴霧角とノズルニードルのリフト速度との関係をマップ化したリフト速度設定マップを上記ＥＣＵ３０のＲＯＭ（図示省略）に記憶させておき、このリフト速度設定マップから求められる。つまり、上記プレ噴射の目標噴霧角θpreが得られるノズルニードルのリフト速度がリフト速度設定マップにより求められる。図４は、このリフト速度設定マップである。このリフト速度設定マップに示すように、ノズルニードルのリフト速度が高いほどプレ噴射の噴霧角は大きくなる傾向にあり、このリフト速度設定マップから、上記プレ噴射の噴霧角が上記目標噴霧角θpreに一致するノズルニードルのリフト速度を抽出する。
【００４７】
噴射条件補正手段３７は、上記プレ噴射噴射率算出手段３６によって決定されたノズルニードルのリフト速度でプレ噴射を実行しようとする場合に、上記主噴射が実行される時点でのプレ噴射の噴霧の位置が上記目標位置に略一致しているか否かを判断し、これらのズレが大きい場合には、プレ噴射の噴霧の位置が上記目標位置に略一致するように、プレ噴射の噴射タイミング（主噴射とのインターバル）を変更するものである。より具体的には、変更後のノズルニードルのリフト速度でプレ噴射を実行しようとする場合に、プレ噴射の噴霧が上記目標位置に達するまでの時間を算出し、この時間が上記目標位置到達時間算出手段３３によって求められていた時間に一致するようにプレ噴射と主噴射とのインターバルを変更する。これにより、プレ噴射の噴霧の位置が上記目標位置に略一致した時点で主噴射が実行されるようにする。
【００４８】
−プレ噴射制御動作−
次に、上述の如く構成されたエンジンシステムにおけるプレ噴射制御動作について具体的に説明する。図５は、本実施形態におけるプレ噴射制御動作の手順を示すフローチャート（プレ噴射制御ルーチン）である。このフローチャートは、内燃機関１の始動後、燃料噴射弁６からの燃料噴射が行われる度に繰り返して実行される。
【００４９】
先ず、ステップＳＴ１において、現在の内燃機関１の運転状態が、プレ噴射が実行される状況にあるか否かを判定する。本実施形態の場合、内燃機関１の負荷に応じてプレ噴射の実行の有無が判断される。つまり、内燃機関１の負荷が所定以上である場合にはプレ噴射が実行されることになる。尚、この内燃機関１の負荷は、上記アクセル開度センサ２４により検出されるアクセルペダルの踏み込み量、及び、上記クランク角センサ２２の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数等に基づいて求められる。
【００５０】
現在の内燃機関１の運転状態が、プレ噴射が実行される状況にない場合には、ステップＳＴ１でＮＯ判定され、リターンされる。つまり、この場合、プレ噴射での噴霧と主噴射での噴霧とが重なり合うといった状況は生じないため、本制御（プレ噴射制御ルーチン）を非実行としてリターンされる。
【００５１】
一方、現在の内燃機関１の運転状態が、プレ噴射が実行される状況にあり、ステップＳＴ１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ２に移り、現在の内燃機関１の運転状態を読み込む。例えば、上記水温センサ２１による冷却水温度の読み込み、上記クランク角センサ２２の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数の読み込み、コモンレール圧センサ２３によるコモンレール９の内圧の読み込み、上記アクセル開度センサ２４により検出されるアクセルペダルの踏み込み量の読み込み、エアフローメータ２５の検出信号による吸入空気量の読み込み、吸気圧センサ２６の検出信号による吸気圧の読み込み等が行われる。
【００５２】
その後、ステップＳＴ３に移り、気筒２内の状態量を算出する。この気筒２内の状態量としては、気筒２内における空気密度、及び、スワール流速等が挙げられる。この空気密度は、エアフローメータ２５により検出される吸入空気量、吸気圧センサ２６により検出される吸気圧力、図示しないＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置によるＥＧＲ量などに基づいて算出される。また、スワール流速は、エンジン回転数及び内燃機関１の各種諸元（排気量、シリンダのボア、ピストンストローク、ピストンの頂面形状等）により求められる。または、予め実験やシミュレーション等によって、エンジン回転数とスワール流速との関係を求めて上記ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶させておき、このエンジン回転数からスワール流速を求めるようにしてもよい。
【００５３】
次に、ステップＳＴ４に移り、プレ噴射の噴射率初期値を読み込む。つまり、現在のプレ噴射の噴射形態（噴射タイミング、噴射量、噴射圧、ノズルニードルのリフト速度等）を読み込む。
【００５４】
ステップＳＴ５では、プレ噴射の噴霧目標位置を設定する。つまり、上記目標位置設定手段３２によるプレ噴射の噴霧目標位置の設定を行う。このプレ噴射の噴霧目標位置は、上述した如く、プレ噴射が実行された後に主噴射が実行される時点でのプレ噴射の噴霧の目標位置であって、燃料噴射弁６において周方向で互いに隣り合う噴孔の軸線（図２におけるＬ１，Ｌ２）同士の挟み角の中心位置（図２におけるＬ３）として設定される。
【００５５】
具体的に、噴孔の軸線Ｌ１に対して、目標位置でのプレ噴射の噴霧の中心線Ｌ３の成す角θtrgがプレ噴射の噴霧の目標位置として設定されることになり、このプレ噴射の噴霧の目標位置（上記角度θtrgによって規定される位置）は、以下の式（２）によって決定される。
【００５６】
θtrg＝３６０／２ｎ      …（２）
ｎ：噴孔数
このようにしてプレ噴射の噴霧の目標位置θtrgが設定された後、ステップＳＴ６に移り、上記目標位置到達時間算出手段３３によりプレ噴射の目標位置到達時間ｔpreを算出する。このプレ噴射の目標位置到達時間ｔpreは、上記ステップＳＴ４で読み込まれたプレ噴射の噴射率初期値と、上記スワール流速に基づいて所定の演算式により算出される。
【００５７】
プレ噴射の目標位置到達時間ｔpreを算出した後、ステップＳＴ７に移り、主噴射の噴射率初期値を読み込む。つまり、現在の主噴射の噴射形態（噴射タイミング、噴射量、噴射圧、ノズルニードルのリフト速度等）を読み込む。
【００５８】
ステップＳＴ８では、噴霧角算出手段３４により主噴射の噴霧角θmsの算出を行う。つまり、上述した式（１）を利用するなどして主噴射の噴霧角θmsを算出する。
【００５９】
ステップＳＴ９では、以上のようにして求められたプレ噴射の噴霧の目標位置θtrg及び主噴射の噴霧角θmsから、プレ噴射目標噴霧角算出手段３５によりプレ噴射の目標噴霧角θpreを算出する。例えば、上記主噴射で噴射され互いに隣り合う噴霧同士の間の空間の筒内周方向角度に上記プレ噴射の噴霧角度が略一致するように、プレ噴射の目標噴霧角θpreを算出する。具体的には、以下の式（３）により算出される。
【００６０】
θpre＝２θtrg−θms      …（３）
そして、ステップＳＴ１０では、上記プレ噴射噴射率算出手段３６により、プレ噴射の目標噴霧角θpreが得られるようにプレ噴射実行時の上記ノズルニードルのリフト速度を決定する。このプレ噴射実行時のノズルニードルのリフト速度は、プレ噴射の噴霧角とノズルニードルのリフト速度との関係をマップ化したリフト速度設定マップ（図４参照）により決定される。このリフト速度設定マップに従い、プレ噴射の噴霧角を大きくする場合にはノズルニードルのリフト速度を高く設定し、逆に、プレ噴射の噴霧角を小さくする場合にはノズルニードルのリフト速度を低く設定することになる。例えば、プレ噴射の目標噴霧角θpreが図４中のθAであった場合、ノズルニードルのリフト速度は図中のＶAとして求められる。
【００６１】
このようにしてプレ噴射実行時のノズルニードルのリフト速度が決定された後、ステップＳＴ１１に移り、再びプレ噴射の目標位置到達時間ｔpre（ノズルニードルのリフト速度が変更された後の目標位置到達時間ｔpre）を算出する。これは、プレ噴射の噴射率（ノズルニードルのリフト速度等）が変更されると、上記プレ噴射の噴霧が上記目標位置に達するまでの時間が変化する可能性があり、このプレ噴射の噴霧が上記目標位置に達していない状態や、目標位置を超えてしまった状態で主噴射が実行されてしまう可能性があるので、これを補正するための算出動作である。そして、このプレ噴射の目標位置到達時間ｔpreにズレが生じている場合には、このズレを無くすように（ノズルニードルのリフト速度が変更された後の目標位置到達時間が上記算出された目標位置到達時間ｔpreに一致するように）プレ噴射と主噴射との間のインターバルの補正量を決定する。
【００６２】
例えば、ノズルニードルのリフト速度が変更された後の目標位置到達時間が長い場合（プレ噴射の噴霧が上記目標位置に達していない状態で主噴射が実行されてしまう可能性がある場合）には、プレ噴射の噴射開始タイミングを進角側に変更して主噴射とのインターバルを長くする。逆に、ノズルニードルのリフト速度が変更された後の目標位置到達時間が短い場合（プレ噴射の噴霧が上記目標位置を超えてしまった状態で主噴射が実行されてしまう可能性がある場合）には、プレ噴射の噴射開始タイミングを遅角側に変更して主噴射とのインターバルを短くする。
【００６３】
そして、ステップＳＴ１２では、上記ステップＳＴ１０で決定されたノズルニードルのリフト速度（補正後のリフト速度）で、且つ上記ステップＳＴ１１で決定された噴射インターバル（補正後の噴射インターバル）でプレ噴射を実行する。
【００６４】
このようにしてプレ噴射が実行された場合、主噴射が実行される時点におけるプレ噴射での噴霧は、上記目標位置設定手段３２によって設定された位置（周方向で互いに隣り合う噴孔の軸線Ｌ１，Ｌ２同士の挟み角の中心位置Ｌ１）において、その噴霧角が、主噴射での噴霧に重なり合わないものとして設定されることになる。このため、プレ噴射と主噴射とのインターバルを短くして燃焼音の低減化を図りながらも、スモーク発生量の削減による排気エミッションの改善を図ることができる。
【００６５】
図６は、ノズルニードルのリフト速度を変更する前であって、図６（ａ）は燃料噴射率の変化を示し、図６（ｂ）は気筒２内でのプレ噴射の噴霧位置及び主噴射の噴霧位置を示す模式図である。また、図７は、ノズルニードルのリフト速度を変更した後であって、図７（ａ）は燃料噴射率の変化を示し、図７（ｂ）は気筒２内でのプレ噴射の噴霧位置及び主噴射の噴霧位置を示す模式図である。
【００６６】
図６に示すものでは、プレ噴射におけるノズルニードルのリフト速度が適正速度よりも高くなっており、噴霧角が大きく、このプレ噴射での噴霧と主噴射での噴霧とが部分的に重なり合っている（図６（ｂ）において斜線を付した部分を参照）。そして、この重なり合い部分では、酸素不足に起因してスモーク発生量が増加している可能性が高い。
【００６７】
これに対し、図７に示すように、上述したプレ噴射制御動作によってプレ噴射におけるノズルニードルのリフト速度の適正化を図った場合には、図６に示すものに比べて噴霧角が小さくなっており、このプレ噴射での噴霧と主噴射での噴霧とは重なり合わないことになる（図７（ｂ）を参照；図７中の破線はリフト速度を変更する前のプレ噴射の燃料噴射率（図７（ａ）を参照）及び噴霧（図７（ｂ）を参照）を示している）。その結果、スモーク発生量の削減による排気エミッションの改善を図ることができる。
【００６８】
（実施形態２）
次に、実施形態２について説明する。上述した実施形態１は、ノズルニードルのリフト速度を変更することで、プレ噴射での噴霧角を適正化するものであった。本実施形態は、それに代えて、燃料噴射圧を変更することで、プレ噴射での噴霧角を適正化するものである。従って、ここでは、上記実施形態１との相違点について主に説明する。
【００６９】
本実施形態では、燃料噴射弁６に燃料を供給する燃料供給系の構成が上記実施形態１のものと異なっている。図８は、本実施形態における燃料供給系の概略構成である。
【００７０】
この図８に示すように、本実施形態における燃料供給系には、高圧系５１と低圧系５２との２系統の燃料供給経路が設けられている。具体的には、昇圧ポンプ（図８では図示省略）には、この昇圧ポンプから吐出された燃料を受けるリサーキュレーションタンク５３を介して、高圧側コモンレール５４と低圧側コモンレール５５とが接続されている。これらコモンレール５４，５５の吐出側にはアダプタ５６が設けられている。低圧側コモンレール５５とアダプタ５６との間にはニードルバルブ５７が介在され、低圧側コモンレール５５からアダプタ５６へ供給される燃料の圧力が減圧されるようになっている。
【００７１】
アダプタ５６の内部には、高圧側コモンレール５４の吐出側に接続された高圧側ソレノイド５８を有しており、この高圧側ソレノイド５８が開放されることで、高圧側コモンレール５４から燃料噴射弁６に向けて高圧燃料が供給される一方、この高圧側ソレノイド５８が閉鎖されることで、低圧側コモンレール５５から燃料噴射弁６に向けて低圧燃料が供給されるようになっている。つまり、燃料噴射弁６に供給される燃料を高圧側と低圧側とで切り換え可能な構成となっている。これにより、本発明でいう圧力可変燃料噴射装置が構成されている。
【００７２】
本実施形態に係るＥＣＵ３０にも、その内部に、メモリ３１、目標位置設定手段３２、目標位置到達時間算出手段３３、噴霧角算出手段３４、プレ噴射目標噴霧角算出手段３５、噴射条件補正手段３７が備えられている。また、このＥＣＵ３０には、上記プレ噴射噴射率算出手段３６に代えてプレ噴射噴射圧算出手段３８が備えられている（図１において括弧を付した符号３８を参照）。
【００７３】
上記目標位置設定手段３２、目標位置到達時間算出手段３３、噴霧角算出手段３４、プレ噴射目標噴霧角算出手段３５、噴射条件補正手段３７の構成は、上述した実施形態１のものと同一であるので、ここでの説明は省略する。尚、図９は、燃料噴射圧と主噴射の噴霧角との関係を示している。
【００７４】
上記プレ噴射噴射圧算出手段３８は、上記プレ噴射目標噴霧角算出手段３５により算出されたプレ噴射の目標噴霧角が得られるようにプレ噴射実行時の燃料噴射圧を決定する。このプレ噴射実行時の燃料噴射圧は、予め実験やシミュレーション等によってプレ噴射の噴霧角と燃料噴射圧との関係をマップ化した噴射圧設定マップを上記ＥＣＵ３０のＲＯＭ（図示省略）に記憶させておき、この噴射圧設定マップから求められる。つまり、上記プレ噴射の目標噴霧角θpreが得られるプレ噴射の噴射圧が噴射圧設定マップにより求められる。図１０は、この噴射圧設定マップである。この噴射圧設定マップに示すように、燃料噴射圧が高いほどプレ噴射の噴霧角は大きくなる傾向にあり、この噴射圧設定マップから、上記プレ噴射の噴霧角が上記目標噴霧角θpreに一致する燃料噴射圧を抽出する。
【００７５】
−プレ噴射制御動作−
次に、本実施形態におけるプレ噴射制御動作について具体的に説明する。図１１は、本実施形態におけるプレ噴射制御動作の手順を示すフローチャート（プレ噴射制御ルーチン）である。このフローチャートも、内燃機関１の始動後、燃料噴射弁６からの燃料噴射が行われる度に繰り返して実行される。
【００７６】
図１１におけるステップＳＴ１〜ステップＳＴ９の動作は、上述した実施形態１において図５で示したステップＳＴ１〜ステップＳＴ９の動作と同一であるので、ここでの説明は省略する。
【００７７】
ステップＳＴ２０では、上記プレ噴射噴射圧算出手段３８により、プレ噴射の目標噴霧角θpreが得られるようにプレ噴射実行時の燃料噴射圧を決定する。このプレ噴射実行時の燃料噴射圧は、プレ噴射の噴霧角と燃料噴射圧との関係をマップ化した噴射圧設定マップ（図１０参照）により決定される。この噴射圧設定マップに従い、プレ噴射の噴霧角を大きくする場合には燃料噴射圧を高く設定し、逆に、プレ噴射の噴霧角を小さくする場合には燃料噴射圧を低く設定することになる。例えば、プレ噴射の目標噴霧角θpreが図１０中のθAであった場合、燃料噴射圧は図中のＰAとして求められる。より具体的には、図８で示したニードルバルブ５７や高圧側ソレノイド５８の開度制御により、燃料噴射圧を調整して上記プレ噴射の噴霧角が調整されることになる。
【００７８】
このようにしてプレ噴射実行時の燃料噴射圧が決定された後、ステップＳＴ２１に移り、再びプレ噴射の目標位置到達時間ｔpre（ノズルニードルのリフト速度が変更された後の目標位置到達時間ｔpre）を算出する。これは、プレ噴射の燃料噴射圧が変更されると、上記プレ噴射の噴霧が上記目標位置に達するまでの時間が変化する可能性があり、このプレ噴射の噴霧が上記目標位置に達していない状態や、目標位置を超えてしまった状態で主噴射が実行されてしまう可能性があるので、これを補正するための算出動作である。そして、このプレ噴射の目標位置到達時間ｔpreにズレが生じている場合には、このズレを無くすように（燃料噴射圧が変更された後の目標位置到達時間が上記算出された目標位置到達時間ｔpreに一致するように）プレ噴射と主噴射との間のインターバルの補正量を決定する。
【００７９】
そして、ステップＳＴ２２では、上記ステップＳＴ２０で決定された燃料噴射圧（補正後の燃料噴射圧）で、且つ上記ステップＳＴ２１で決定された噴射インターバル（補正後の噴射インターバル）でプレ噴射を実行する。
【００８０】
このようにしてプレ噴射が実行された場合、主噴射が実行される時点におけるプレ噴射での噴霧は、上記目標位置設定手段３２によって設定された位置（周方向で互いに隣り合う噴孔の軸線同士の挟み角の中心位置）において、その噴霧角が、主噴射での噴霧に重なり合わないものとして設定されることになる。このため、プレ噴射と主噴射とのインターバルを短くして燃焼音の低減化を図りながらも、スモーク発生量の削減による排気エミッションの改善を図ることができる。
【００８１】
図１２は、プレ噴射での噴射圧を変更する前であって、図１２（ａ）は噴射指令信号及び噴射圧の変化を示し、図１２（ｂ）は気筒２内でのプレ噴射の噴霧位置及び主噴射の噴霧位置を示す模式図である。また、図１３は、プレ噴射での噴射圧を変更した後であって、図１３（ａ）は噴射指令信号及び噴射圧の変化を示し、図１３（ｂ）は気筒２内でのプレ噴射の噴霧位置及び主噴射の噴霧位置を示す模式図である。
【００８２】
図１２に示すものでは、プレ噴射における燃料噴射圧が適正圧力よりも高くなっており、噴霧角が大きく、このプレ噴射での噴霧と主噴射での噴霧とが部分的に重なり合っている（図１２（ｂ）において斜線を付した部分を参照）。そして、この重なり合い部分では、酸素不足に起因してスモーク発生量が増加している可能性が高い。
【００８３】
これに対し、図１３に示すように、上述したプレ噴射制御動作によってプレ噴射における燃料噴射圧の適正化を図った場合には、図１２に示すものに比べて噴霧角が小さくなっており、このプレ噴射での噴霧と主噴射での噴霧とは重なり合わないことになる（図１３（ｂ）を参照；図１３（ｂ）中の破線は燃料噴射圧を変更する前のプレ噴射の噴霧を示している）。その結果、スモーク発生量の削減による排気エミッションの改善を図ることができる。
【００８４】
図１４は、本実施形態において実際にプレ噴射及び主噴射が行われた場合のレール圧の変化及びプレ噴射及び主噴射の燃料噴射率変化の一例を示している。このように、一つの燃焼行程中にレール圧（燃料噴射弁６に供給される燃料噴射圧）が変化し、プレ噴射では低い燃料噴射圧で、主噴射では高い燃料噴射圧でそれぞれ燃料噴射が行われ、これらの噴霧同士が重なり合わないものとして設定され、プレ噴射と主噴射とのインターバルを短くして燃焼音の低減化を図りながらも、スモーク発生量の削減による排気エミッションの改善を図ることが可能である。
【００８５】
−他の実施形態−
上記各実施形態では、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、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。
【００８６】
また、上記各実施形態では、１回のプレ噴射と、その後の１回の主噴射とが行われる場合について説明した。本発明は、これに限らず、複数回のプレ噴射が行われたり、複数回の主噴射が行われるものに対しても適用可能である。この場合、それぞれの燃料噴射に対して、上述の如く制御（ノズルニードルのリフト速度の制御や、燃料噴射圧の制御）を行って、噴霧同士が重なり合わないようにする。
【００８７】
また、上記各実施形態では、噴孔から噴射されたプレ噴射の噴霧がスワール流によって気筒２内の周方向に流され、噴射された噴孔に隣り合う（スワール流の方向で隣り合う）噴孔の軸線（図２におけるＬ２）上に達する前に主噴射が実行される場合について説明した。本発明は、これに限らず、噴孔から噴射されたプレ噴射の噴霧がスワール流によって気筒２内の周方向に流され、噴射された噴孔に隣り合う（スワール流の方向で隣り合う）噴孔の軸線（図２におけるＬ２）を超えて、更に隣の（スワール流の方向の下流側の噴孔の軸線上に達する前に主噴射が実行されようにした場合に対しても適用可能である。この場合、上記目標位置設定手段３２によって設定されるプレ噴射の噴霧の目標位置としては、上記実施形態で求められた目標位置（上記角度θtrgによって規定される位置）に対して噴孔の軸線同士の挟み角（６個の噴孔を有するものにあっては６０°、１０個の噴孔を有するものにあっては３６°）が加算された値となる。
【００８８】
また、上記各実施形態では、プレ噴射の目標噴霧角としては、このプレ噴射で噴射された噴霧と主噴射で噴射された噴霧とが隣接するものとして設定した。本発明はこれに限らず、プレ噴射で噴射された噴霧と主噴射で噴射された噴霧との間に僅かな空間（気筒２内の周方向における空間）が形成されるようにプレ噴射の目標噴霧角を設定するようにしてもよい。この場合、各算出値と実際の値とに乖離が生じていたとしても、噴霧同士が重なり合うことを抑制できる。
【００８９】
更に、上記実施形態２において、燃料噴射弁６に供給される燃料を高圧側と低圧側とで切り換える手段としては、昇圧ポンプ１１の燃料吐出量を制御するようにしてもよい。この場合、燃料供給系の構成としては実施形態１のものと同一となり、コモンレール９を複数設けておく必要がなくなる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、プレ噴射と主噴射とを行う内燃機関において、プレ噴射での噴霧と主噴射での噴霧とが重なり合うことを抑制して、燃焼音の低減化と排気エミッションの改善とを両立する内燃機関に適用可能である。
【符号の説明】
【００９１】
１      内燃機関
６      燃料噴射弁（燃料噴射装置）
１１    昇圧ポンプ
３２    目標位置設定手段
３３    目標位置到達時間算出手段
３４    噴霧角算出手段
３５    プレ噴射目標噴霧角算出手段
３６    プレ噴射噴射率算出手段
３７    噴射条件補正手段
３８    プレ噴射噴射圧算出手段
【図１】
0005519568.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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