(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１燃焼サイクル内において主噴射に先立ち少なくとも１回の着火源形成用パイロット噴射を行うようにしたディーゼル機関の燃料噴射装置において、着火源形成用パイロット噴射が行われないと仮定したときの、主噴射による燃料の目標着火時期における筒内温度を機関運転状態に基づき予測し、該予測された筒内温度に基づいて着火源形成用パイロット噴射の形態を設定するようにし、前記着火源形成用パイロット噴射の形態が着火源形成用パイロット噴射の回数により定められるディーゼル機関の燃料噴射装置。
【請求項２】
主噴射による燃料がその目標着火時期に着火するように着火源形成用パイロット噴射の形態を設定するようにした請求項１に記載のディーゼル機関の燃料噴射装置。
【請求項３】
機関における一つ前の燃焼時におけるクランクシャフトの角速度を検出し、該検出された角速度に基づいて前記筒内温度を予測するようにした請求項１に記載のディーゼル機関の燃料噴射装置。
【請求項４】
同一の気筒における一つ前の燃焼時の燃焼状態を検出し、該検出された燃焼状態に基づいて前記筒内温度を予測するようにした請求項１に記載のディーゼル機関の燃料噴射装置。
【請求項５】
着火源形成用パイロット噴射が行われないと仮定したときの、主噴射による燃料の目標着火時期における主噴射による燃料の着火可能温度を機関運転状態に基づき予測し、前記予測された筒内温度と該予測された着火可能温度とに基づいて着火源形成用パイロット噴射の形態を設定するようにした請求項１に記載のディーゼル機関の燃料噴射装置。
【請求項６】
機関始動時に前記筒内温度の予測及び前記パイロット噴射の形態の設定を行うようにした請求項１に記載のディーゼル機関の燃料噴射装置。
【請求項７】
１燃焼サイクル内において前記着火源形成用パイロット噴射に先立ち少なくとも１回の予混合気形成用パイロット噴射を行うことが可能になっており、予混合気形成用パイロット噴射の形態を前記予測された筒内温度に基づいて設定すると共に、予混合気形成用パイロット噴射の燃料噴射量だけ主噴射の燃料噴射量を減少させるようにした請求項１に記載のディーゼル機関の燃料噴射装置。
【請求項８】
主噴射を複数回に分割して行うようにした請求項１に記載のディーゼル機関の燃料噴射装置。
【請求項９】
前記着火源形成用パイロット噴射の形態が、着火源形成用パイロット噴射の回数と、着火源形成用パイロット噴射の燃料噴射量または燃料噴射時期とにより定められる請求項１に記載のディーゼル機関の燃料噴射装置。
【請求項１０】
前記予測された着火可能温度から前記予測された筒内温度を差し引いて得られる温度差が予め定められた第１の設定値よりも大きいときには着火源形成用パイロット噴射を２回行い、該温度差が該第１の設定値よりも小さいときには着火源形成用パイロット噴射を１回だけ行うようにした請求項５に記載のディーゼル機関の燃料噴射装置。
【請求項１１】
着火源形成用パイロット噴射が行われないと仮定したときの、主噴射による燃料の目標着火時期における主噴射による燃料の着火可能温度を機関運転状態に基づき予測し、該予測された着火可能温度から前記予測された筒内温度を差し引いて得られる温度差が予め定められた第２の設定値よりも大きいときには予混合気形成用パイロット噴射を行うかまたは主噴射を２回行い、該温度差が該第２の設定値よりも小さいときには着火源形成用パイロット噴射を禁止すると共に主噴射を１回だけ行うようにした請求項７に記載のディーゼル機関の燃料噴射装置。
【請求項１２】
機関負荷が予め定められた設定負荷よりも低いときには予混合気形成用パイロット噴射を行うと共に主噴射を１回だけ行い、機関負荷が該設定負荷よりも高いときには予混合気形成用パイロット噴射を禁止すると共に主噴射を２回行うようにした請求項７に記載のディーゼル機関の燃料噴射装置。
【請求項１３】
着火源形成用パイロット噴射が行われないと仮定したときの、主噴射による燃料の目標着火時期における主噴射による燃料の着火可能温度を機関運転状態に基づき予測し、該予測された着火可能温度から前記予測された筒内温度を差し引いて得られる温度差が予め定められた第３の設定値よりも大きいときには予混合気形成用パイロット噴射を２回行い、該温度差が該第３の設定値よりも小さいときには予混合気形成用パイロット噴射を１回だけ行うようにした請求項７に記載のディーゼル機関の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディーゼル機関の燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、１燃焼サイクル内において主噴射に先立ちパイロット噴射を行うようにしたディーゼル機関の燃料噴射装置が知られている。このようにパイロット噴射を行うと、主噴射による燃料が容易に着火しうるようになる。また、パイロット噴射の回数が多くなるにつれてさらに容易になると考えられる。
【０００３】
一方、機関冷間始動時には大きなフリクションを克服する必要があり、機関暖機運転を速やかに完了する必要があり、機関から排出される未燃ＨＣをできるだけ低減する必要があるので、主噴射による燃料を確実に着火燃焼させることが必要となる。
そこで、機関冷間始動時にパイロット噴射を行うと共に、機関回転数又は機関冷却水温度が低いときには高いときに比べてパイロット噴射の回数を多く設定するようにしたディーゼル機関の燃料噴射装置が公知である（特開平６−１２９２９６号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、例えば機関回転数が低いときでも筒内温度が高ければ主噴射による燃料は比較的容易に着火燃焼しうる。しかしながら、パイロット噴射の回数が多くなるとその分主噴射の燃料噴射量が減少されるのが一般的であるので、上述の燃料噴射装置のように、単に機関回転数が低いということでパイロット噴射の回数を多くするとフリクションを克服するのに十分な機関出力トルクを得ることができない恐れがあるという問題点がある。また、各パイロット噴射の燃料噴射量及び燃料噴射時期もパイロット噴射の回数に基づいて設定されるので、これら燃料噴射量及び燃料噴射時期も必ずしも最適なものとは言えないことになる。
【０００５】
そこで本発明の目的はパイロット噴射の形態を最適に設定することができるディーゼル機関の燃料噴射装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、１燃焼サイクル内において主噴射に先立ち少なくとも１回の着火源形成用パイロット噴射を行うようにしたディーゼル機関の燃料噴射装置において、着火源形成用パイロット噴射が行われないと仮定したときの、主噴射による燃料の目標着火時期における筒内温度を機関運転状態に基づき予測し、予測された筒内温度に基づいて着火源形成用パイロット噴射の形態を設定し、前記着火源形成用パイロット噴射の形態が着火源形成用パイロット噴射の回数により定められる。即ち１番目の発明では、主噴射による燃料の目標着火時期における筒内温度が予測され、この予測された筒内温度に基づいて着火源形成用パイロット噴射の形態が設定されるので、この形態が主噴射による燃料の着火のために最適に設定される。
【０００７】
また、１番目の発明では、前記予測された筒内温度に基づいて着火源形成用パイロット噴射の回数が設定される。
【０００８】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、主噴射による燃料がその目標着火時期に着火するように着火源形成用パイロット噴射の形態を設定するようにしている。即ち２番目の発明では、着火源形成用パイロット噴射の形態の設定によって主噴射による燃料の着火時期が制御される。
また、３番目の発明によれば１番目の発明において、機関における一つ前の燃焼時におけるクランクシャフトの角速度を検出し、検出された角速度に基づいて前記筒内温度を予測するようにしている。
【０００９】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、同一の気筒における一つ前の燃焼時の燃焼状態を検出し、検出された燃焼状態に基づいて前記筒内温度を予測するようにしている。即ち、燃焼が悪化すると筒内に残留する未燃ＨＣが増大し、この残留未燃ＨＣは次の燃焼時に筒内温度の上昇を抑制する。残存未燃ＨＣ量は同一の気筒における一つ前の燃焼時の燃焼状態に依存する。そこで４番目の発明では、同一の気筒における一つ前の燃焼時の燃焼状態に基づいて前記筒内温度を予測するようにしている。
【００１０】
また、５番目の発明によれば１番目の発明において、着火源形成用パイロット噴射が行われないと仮定したときの、主噴射による燃料の目標着火時期における主噴射による燃料の着火可能温度を機関運転状態に基づき予測し、前記予測された筒内温度と予測された着火可能温度とに基づいて着火源形成用パイロット噴射の形態を設定するようにしている。即ち、噴射された燃料が着火するか否かは筒内温度のみでは判断できず、筒内温度と着火可能温度とを比較して初めて判断できる。そこで５番目の発明では、前記予測された筒内温度と予測された着火可能温度とに基づいて着火源形成用パイロット噴射の形態を設定するようにしている。
【００１１】
また、６番目の発明によれば１番目の発明において、機関始動時に前記筒内温度の予測及び前記パイロット噴射の形態の設定を行うようにしている。
また、７番目の発明によれば１番目の発明において、１燃焼サイクル内において前記着火源形成用パイロット噴射に先立ち少なくとも１回の予混合気形成用パイロット噴射を行うことが可能になっており、予混合気形成用パイロット噴射の形態を前記予測された筒内温度に基づいて設定すると共に、予混合気形成用パイロット噴射の燃料噴射量だけ主噴射の燃料噴射量を減少させるようにしている。即ち７番目の発明では、予混合気形成用パイロット噴射の燃料噴射量だけ主噴射の燃料噴射量が減少されるので、主噴射による燃料の着火燃焼が容易にされ、このとき予混合気形成用パイロット噴射の形態が前記予測された筒内温度に基づいて設定される。
【００１２】
また、８番目の発明によれば１番目の発明において、主噴射を複数回に分割して行うようにしている。即ち８番目の発明では、主噴射１回当たりの燃料噴射量が減少されるので、主噴射による燃料の着火燃焼が容易にされる。
また、９番目の発明によれば１番目の発明において、前記着火源形成用パイロット噴射の形態が、着火源形成用パイロット噴射の回数と、着火源形成用パイロット噴射の燃料噴射量または燃料噴射時期とにより定められる。
また、１０番目の発明によれば５番目の発明において、前記予測された着火可能温度から前記予測された筒内温度を差し引いて得られる温度差が予め定められた第１の設定値よりも大きいときには着火源形成用パイロット噴射を２回行い、該温度差が該第１の設定値よりも小さいときには着火源形成用パイロット噴射を１回だけ行うようにしている。
また、１１番目の発明によれば７番目の発明において、着火源形成用パイロット噴射が行われないと仮定したときの、主噴射による燃料の目標着火時期における主噴射による燃料の着火可能温度を機関運転状態に基づき予測し、該予測された着火可能温度から前記予測された筒内温度を差し引いて得られる温度差が予め定められた第２の設定値よりも大きいときには予混合気形成用パイロット噴射を行うかまたは主噴射を２回行い、該温度差が該第２の設定値よりも小さいときには着火源形成用パイロット噴射を禁止すると共に主噴射を１回だけ行うようにしている。
また、１２番目の発明によれば７番目の発明において、機関負荷が予め定められた設定負荷よりも低いときには予混合気形成用パイロット噴射を行うと共に主噴射を１回だけ行い、機関負荷が該設定負荷よりも高いときには予混合気形成用パイロット噴射を禁止すると共に主噴射を２回行うようにしている。
また、１３番目の発明によれば７番目の発明において、着火源形成用パイロット噴射が行われないと仮定したときの、主噴射による燃料の目標着火時期における主噴射による燃料の着火可能温度を機関運転状態に基づき予測し、該予測された着火可能温度から前記予測された筒内温度を差し引いて得られる温度差が予め定められた第３の設定値よりも大きいときには予混合気形成用パイロット噴射を２回行い、該温度差が該第３の設定値よりも小さいときには予混合気形成用パイロット噴射を１回だけ行うようにしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、機関本体１は例えば４つの気筒＃１，＃２，＃３，＃４を具備する。各気筒はそれぞれ対応する吸気枝管２を介して共通のサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダクト４及びインタークーラ５を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ６のコンプレッサ６ｃの出口部に接続される。コンプレッサ６ｃの入口部は空気吸い込み管７を介してエアクリーナ８に接続される。サージタンク３とインタークーラ５間の吸気ダクト４内にはアクチュエータ９により駆動されるスロットル弁１０が配置される。なお、排気タービン６ｔの排気流入口にはその開口面積を変更可能な可変ノズル機構６ｖが取り付けられている。可変ノズル機構６ｖにより排気タービン６ｔの排気流入口面積を小さくすれば排気圧力が低い機関低回転運転時にも過給圧を高めることができる。
【００１４】
一方、各気筒は排気マニホルド１１及び排気管１２を介して排気ターボチャージャ６の排気タービン６ｔの入口部に接続され、排気タービン６ｔの出口部は排気管１３を介してＮＯX 還元触媒１４を収容したケーシング１５に接続され、ケーシング１５は排気管１６に接続される排気管１３内にはアクチュエータ１７により駆動される排気絞り弁１８が配置される。ＮＯX 還元触媒１４は例えば銅を担持したゼオライトを具備する。このＮＯX 還元触媒１４は流入する排気中にＨＣ，ＣＯのような還元剤が含まれていると酸化雰囲気でもＮＯX を還元することができる。なお、機関１の燃焼順序は＃１−＃３−＃４−＃２である。
【００１５】
各気筒は筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２０を具備する。各燃料噴射弁２０は共通の燃料用蓄圧室又はコモンレール２１を介し吐出量を制御可能な燃料ポンプ２２に接続される。燃料ポンプ２２は低圧ポンプ（図示しない）を介して燃料タンク（図示しない）に接続されており、燃料ポンプ２２から吐出された燃料はコモンレール２１に供給され、次いで各燃料噴射弁２０に供給される。燃料ポンプ２２はコモンレール２１内の燃料圧が予め定められた目標燃料圧になるように吐出量が制御される。なお、この目標燃料圧は例えば機関運転状態に応じて定めることができる。
【００１６】
さらに図１を参照すると、排気マニホルド１１とスロットル弁１０下流の吸気ダクト４とが排気再循環（以下ＥＧＲと称す）通路２３を介して互いに接続され、ＥＧＲ通路２３内にはアクチュエータ２４により駆動されるＥＧＲ制御弁２５が配置される。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、及び出力ポート３７を具備する。機関本体１には機関冷却水温に比例した出力電圧を発生する水温センサ３８が取り付けられる。スロットル弁１０下流の吸気ダクト４内には吸気圧力ＰＭに比例した出力電圧を発生する吸気圧力センサ３９と、吸気ダクト４内の吸入空気温度ＴＨＡに比例した出力電圧を発生する吸気温センサ４０とが配置される。スタータモータ（図示しない）を駆動するバッテリ（図示しない）の電圧ＶＢに比例した出力電圧を発生する電圧センサ４１がバッテリに取り付けられる。コモンレール２１にはコモンレール２１内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ４２が取り付けられる。これらセンサ３８，３９，４０，４１，４２の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４４を介して入力ポート３６に入力される。また、スタータモータスイッチ（図示しない）がＯＮであることを表す出力パルスを発生するスイッチセンサ４７が入力ポート３６に接続される。さらに、入力ポート３６にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４５が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４５の出力パルスに基づいてクランクシャフトの角速度及び機関回転数Ｎが算出され、吸気圧力センサ３９の出力電圧に基づいて吸入空気量Ｇａが算出される。
【００１７】
一方、出力ポート３７はそれぞれ対応する駆動回路４６を介して可変ノズル機構６ｖ、各アクチュエータ９，１７，２４、各燃料噴射弁２０、及び燃料ポンプ２２にそれぞれ接続される。
ところで、コモンレール２１を設けると各気筒の１燃焼サイクル内に燃料を複数回噴射することが可能になる。そこで本実施態様では、機関出力トルクを発生させるべく概ね圧縮上死点周りで行われる主噴射とは別に、主噴射から進角側に時期的間隔を隔ててパイロット噴射を行うようにしている。
【００１８】
パイロット噴射は主噴射に先立って少量の燃料を噴射するものである。このパイロット噴射は例えば主噴射よりも前の圧縮行程、即ち例えば圧縮上死点前（以下ＢＴＤＣと称する）７０から０°クランク角（以下ＣＡと称する）程度で行われ、主噴射に対する時期的間隔が大きいときには予混合気を形成し、小さいときは主噴射による燃料を着火燃焼させるための着火源を形成する。また、複数回のパイロット噴射を行うことも可能であり、従って予混合気形成用パイロット噴射と着火源形成用パイロット噴射との両方を行うこともできるし、予混合気形成用パイロット噴射及び着火源形成用パイロット噴射をそれぞれ複数回行うこともできる。ここで、燃焼時にはまず着火源形成用パイロット噴射による燃料が着火し、次いでこれを着火源として主噴射による燃料が着火し、主噴射による燃焼火炎により予混合気形成用パイロット噴射による燃料が燃焼する。燃料噴射時期だけでなく、この意味でも着火源形成用パイロット噴射と予混合気形成用パイロット噴射とは全く性質を異にしている。
【００１９】
さらに、主噴射を複数回に分割して行うことも可能である。即ち、例えば主噴射を２回に分割した場合には、主噴射で噴射すべき全燃料量の半分ずつが各主噴射において噴射される。このようにすると、主噴射１回当たりの燃料噴射量を低減することができる。
図２には１燃焼サイクル内における燃料噴射作用の形態、即ち、各燃料噴射の回数、燃料噴射時間、及び燃料噴射時期、の例が燃料噴射弁２０の開弁期間の形で概略的に示されている。図２（Ａ）に示す例では、主噴射が１回だけ行われ（Ｍ）、着火源形成用パイロット噴射が１回だけ行われ（ＩＰ）、予混合気形成用パイロット噴射は行われない。図２（Ｂ）に示す例では、主噴射が１回だけ行われ（Ｍ）、着火源形成用パイロット噴射が１回だけ行われ（ＩＰ）、予混合気形成用パイロット噴射が１回だけ行われる（ＰＰ）。図２（Ｃ）に示す例では、主噴射が２回だけ行われ（Ｍ１，Ｍ２）、着火源形成用パイロット噴射が１回だけ行われ（ＩＰ）、予混合気形成用パイロット噴射は行われない。なお、本実施態様では１燃焼サイクル内において、主噴射、着火源形成用パイロット噴射、及び予混合気形成用パイロット噴射がそれぞれ最大で２回行われ、先に行われるものを第１の燃料噴射と称し、後に行われるものを第２の燃料噴射と称することにする。
【００２０】
次に、機関始動時における燃料噴射形態の決定方法について説明する。
第１及び第２の主噴射の燃料噴射時間の合計を総燃料噴射時間ＴＡＵＭＴで表すと、本実施態様では機関始動時における主噴射の総燃料噴射時間ＴＡＵＭＴが次式により算出される。
ＴＡＵＭＴ＝ＴＡＵＴ−（ＴＡＵＩＰＴ＋ＴＡＵＰＰＴ）
ここでＴＡＵＴは総燃料噴射時間、ＴＡＵＩＰＴは着火源形成用パイロット噴射の総燃料噴射時間、ＴＡＵＰＰＴは予混合気形成用パイロット噴射の総燃料噴射時間をそれぞれ表している。総燃料噴射時間ＴＡＵＴは機関始動に最適な１燃焼サイクルで噴射されるべき総燃料量を表す燃料噴射時間であり、予め実験により求められている。この総燃料噴射時間ＴＡＵＴは例えば機関冷却水温度ＴＨＷと機関回転数Ｎとの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００２１】
その上で、主噴射を１回だけ行うべきときの第１及び第２の主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵＭ（１），ＴＡＵＭ（２）は次式により算出される。
ＴＡＵＭ（１）＝ＴＡＵＭＴ，  ＴＡＵＭ（２）＝０
一方、主噴射を２回だけ行うべきときには次式により算出される。
ＴＡＵＭ（１）＝ＴＡＵＭ（２）＝ＴＡＵＭＴ／２
同様に、着火源形成用パイロット噴射を１回だけ行うべきときの第１及び第２の着火源形成用パイロット噴射の燃料噴射時間ＴＡＵＩＰ（１），ＴＡＵＩＰ（２）は次式により算出される。
【００２２】
ＴＡＵＩＰ（１）＝ＴＡＵＩＰＴ，  ＴＡＵＩＰ（２）＝０
着火源形成用パイロット噴射を２回だけ行うべきときには次式により算出される。
ＴＡＵＩＰ（１）＝ＴＡＵＩＰ（２）＝ＴＡＵＩＰＴ／２
また、予混合気形成用パイロット噴射を１回だけ行うべきときの第１及び第２の予混合気形成用パイロット噴射の燃料噴射時間ＴＡＵＰＰ（１），ＴＡＵＰＰ（２）は次式により算出される。
【００２３】
ＴＡＵＰＰ（１）＝ＴＡＵＰＰＴ，  ＴＡＵＰＰ（２）＝０
着火源形成用パイロット噴射を２回だけ行うべきときには次式により算出される。
ＴＡＵＰＰ（１）＝ＴＡＵＰＰ（２）＝ＴＡＵＰＰＴ／２
着火源形成用パイロット噴射を行うべきでないときには次のようになる。
【００２４】
ＴＡＵＰＰ（１）＝ＴＡＵＰＰ（２）＝０
次に、着火源形成用パイロット噴射の総燃料噴射時間ＴＡＵＩＰＴの算出方法について説明する。
主噴射が開始されてから、主噴射による燃料が着火するまでの着火遅れ期間が長くなると未燃ＨＣ量が増大し、その結果機関から多量の未燃ＨＣ量が排出され、筒内に多量の未燃ＨＣが残留する。また、機関暖機運転を速やかに完了できないだけでなく、振動、騒音も大きくなる。そこで本実施態様では、主噴射による燃料の目標着火時期ＩＧＴを設定し、主噴射による燃料が目標着火時期ＩＧＴに着火するように、燃料噴射形態を設定している。
【００２５】
詳しく説明すると、クランク角が圧縮上死点に近づくにつれて筒内温度が上昇し、着火源形成用パイロット噴射が行われないか又は着火源形成用パイロット噴射による燃料が着火燃焼しないと仮定したときの筒内温度ＴＣは図３の破線で示されるように上昇する。この目標着火時期ＩＧＴにおいて、筒内温度ＴＣが主噴射による燃料の着火可能温度ＴＩよりも低いと主噴射による燃料が着火せず、着火したとしても十分に燃焼しない。この状態は特に機関冷間始動時に起こりうる。
【００２６】
一方、着火源形成用パイロット噴射による燃料が着火燃焼すると図３の実線で示されるように筒内温度ＴＣが上昇し、その結果目標着火時期ＩＧＴにおいて筒内温度ＴＣを着火可能温度ＴＩよりも高くすることができ、従って主噴射による燃料を着火させて十分に燃焼させることができる。そこで本実施態様では、着火源形成用パイロット噴射を１燃焼サイクル内において少なくとも１回行うと共に、目標着火時期ＩＧＴにおいて筒内温度ＴＣが着火可能温度ＴＩよりも高くなるように着火源形成用パイロット噴射の形態を設定している。
【００２７】
主噴射による燃料の目標着火時期ＩＧＴは機関回転数Ｎや主噴射の燃料噴射時期のような機関運転状態に基づいて設定することができる。しかしながら本実施態様では、説明を簡単にするために目標着火時期ＩＧＴを一定にしている。
この目標着火時期ＩＧＴにおける筒内温度及び主噴射による燃料の着火可能温度は各燃料噴射の形態を決定すべき時点において当然知ることができず、予測せざるを得ない。ところが、目標着火時期ＩＧＴにおける筒内温度は機関における一つ前の燃焼時、即ち例えば１番気筒の筒内温度は２番気筒の燃焼時におけるクランクシャフトの角速度ＶＣＡＭ０が高くなるにつれて高くなる。また、目標着火時期ＩＧＴにおける筒内温度は例えば機関冷却水温ＴＨＷ、吸気温度ＴＨＡ、吸気圧力ＰＭ、バッテリ電圧ＶＢにも依存する。そこで、これらＶＣＡＭ０，ＴＨＷ，ＴＨＡ，ＰＭ，ＶＢに基づいて目標着火時期ＩＧＴにおける筒内温度ＴＣＥを予測するようにしている。なお、この予測筒内温度ＴＣＥはＶＣＡＭ０，ＴＨＷ，ＴＨＡ，ＰＭ，ＶＢの関数として予め求められており、ＲＯＭ３２内に記憶されている。また、一つ前に燃焼が行われる気筒の圧縮上死点周り又は爆発行程時におけるクランクシャフト角速度に基づいて次に燃焼が行われる気筒の予測筒内温度ＴＣＥを求めることもできる。
【００２８】
機関始動時には燃焼が行われる毎に目標着火時期ＩＧＴにおける筒内温度が上昇するので、機関における一つ前の燃焼時におけるクランクシャフトの角速度に基づき予測筒内温度ＴＣＥを求めるようにすると、正確に筒内温度を予測できる。ところが、筒内に未燃ＨＣが残留していると、次の圧縮行程時にこの残留未燃ＨＣが気化するので、その分だけ筒内温度が低下する。この筒内温度の低下分は残留未燃ＨＣ量に依存し、残留未燃ＨＣ量は同一の気筒における一つ前の燃焼時の燃焼状態に依存し、燃焼状態は燃焼時における機関回転数Ｎの変化率やクランクシャフト角速度の形で表すことができる。そこで、同一の気筒における一つ前の燃焼時の機関回転数Ｎの変化率及びクランクシャフト角速度を検出し、これら機関回転数Ｎの変化率及びクランクシャフト角速度に基づいて上述の予測筒内温度ＴＣＥを補正するようにしている。
【００２９】
一方、燃料の着火可能温度は筒内圧力に依存する。そこで、まず目標着火時期ＩＧＴにおける筒内圧力ＰＣＥを予測し、この予測筒内圧力ＰＣＥに基づいて目標着火時期ＩＧＴにおける着火可能温度ＴＩＥを予測するようにしている。ここで、予測筒内圧力ＰＣＥは上述した予測筒内温度ＴＣＥと同様に、ＶＣＡＭ０，ＴＨＷ，ＴＨＡ，ＰＭ，ＶＢの関数として予め求められており、ＲＯＭ３２内に記憶されている。また、予測着火可能温度ＴＩＥも予測筒内圧力ＰＣＥの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３０】
着火源形成用パイロット噴射の総燃料噴射時間ＴＡＵＩＰＴの算出方法に話を戻すと、この総燃料噴射時間ＴＡＵＩＰＴは目標着火時期ＩＧＴにおいて実際の筒内温度を予測着火可能温度ＴＩＥよりも高くする温度上昇を得るのに必要な燃料噴射時間である。この総燃料噴射時間ＴＡＵＩＰＴは予め実験により求められており、温度差ＤＩＦの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。具体的には、温度差ＤＩＦ（＝予測着火可能温度ＴＩＥ−予測筒内温度ＴＣＥ）が大きくなるにつれて総燃料噴射時間ＴＡＵＩＰＴが大きくなる。
【００３１】
ところで、筒内（又は燃焼室内）に噴射された燃料は筒内を拡散しながら空気と混合し、可燃混合気を形成する。ところが、温度差ＤＩＦが大きいときには機関回転数Ｎが低い場合が多く、このとき筒内に強い空気流れが存在しないので燃料と空気の混合が促進されにくい。また、温度差ＤＩＦが大きいときには着火源形成用パイロット噴射の総燃料噴射時間ＴＡＵＩＰＴも大きくなっており、このような多量の燃料を１回の燃料噴射作用で噴射すると、この多量の燃料の全てが短時間のうちに空気と十分に混合できない恐れがある。そこで、温度差ＤＩＦが予め定められた設定値Ｄ０よりも大きいときには着火源形成用パイロット噴射を２回行うようにしている。その結果、着火源形成用パイロット噴射１回当たりの燃料噴射量が少なくなるので空気との十分な混合が確保され、着火源形成用パイロット噴射による燃料を確実に着火燃焼させることができる。なお、温度差ＤＩＦが設定値Ｄ０よりも小さいときには着火源形成用パイロット噴射が１回だけ行われる。
【００３２】
着火源形成用パイロット噴射が２回だけ行われるときには第１及び第２の着火源形成用パイロット噴射の燃料噴射時期ＩＴＩＰ（１），ＩＴＩＰ（２）が設定され、１回だけ行われるときには第１の着火源形成用パイロット噴射の燃料噴射時期ＩＴＩＰ（１）が設定される。この場合、予測筒内温度ＴＣＥが低いとき程目標着火時期ＩＧＴに対する進角量が大きくなるように燃料噴射時期ＩＴＩＰ（ｉ）（ｉ＝１，２）が定められる。即ち、筒内温度が低いときには着火源形成用パイロット噴射による燃料が着火燃焼しにくい。そこで、燃料噴射時期ＩＴＩＰ（ｉ）を進角させることにより、着火源形成用パイロット噴射による燃料と空気との混合が促進されるようにしている。なお、この燃料噴射時期ＩＴＩＰ（ｉ）は予測筒内温度ＴＣＥの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３３】
このようにして着火源形成用パイロット噴射の形態、即ち燃料噴射時間、回数、及び燃料噴射時期が決定される。
ところで、上述の温度差ＤＩＦが比較的大きいときには、着火源形成用パイロット噴射の形態を最適にしても主噴射による燃料が良好に燃焼しない恐れがある。一方、上述したように燃料噴射１回当たりの燃料噴射量を少なくすると良好な燃焼を得ることができ、主噴射１回当たりの燃料噴射量を少なくするためには主噴射を２回に分けて行う方法と、予混合気形成用パイロット噴射を行ってその分主噴射の燃料噴射量を少なくする方法とが考えられる。そこで、温度差ＤＩＦが予め定められた設定値Ｄ１よりも小さいときには予混合気形成用パイロット噴射を禁止すると共に主噴射を１回だけ行い、ＤＩＦがＤ１よりも大きいときには予混合気形成用パイロット噴射を行うか又は主噴射を２回行うようにしている。
【００３４】
予混合気形成用パイロット噴射を行うと、このとき噴射された燃料は着火燃焼するまでに筒内の空気と十分混合することができ、従って未燃ＨＣを低減することができる。ところが予混合気形成用パイロット噴射の燃料噴射量が多くなり、従って主噴射の燃料噴射量が少なくなると、機関出力が低下して機関始動を速やかに完了できない恐れがある。
【００３５】
そこで機関負荷Ｌを検出し、機関負荷Ｌが予め定められた設定値Ｌ０よりも低いときには予混合気形成用パイロット噴射を行うと共に主噴射を１回だけ行い、機関負荷Ｌが設定値Ｌ０よりも高いときには予混合気形成用パイロット噴射を禁止すると共に主噴射を２回行うようにしている。本実施態様では、機関負荷Ｌは機関冷却水温ＴＨＷ、バッテリ電圧ＶＢ、及び機関回転数Ｎの関数として予め求められており、ＲＯＭ３２内に記憶されている。言い換えると、予混合気形成用パイロット噴射と、２回の主噴射とが機関負荷Ｌに応じて選択的に行われる。
【００３６】
即ち、温度差ＤＩＦが設定値Ｄ１よりも小さいとき、又はＤＩＦがＤ１よりも大きくかつ機関負荷Ｌが設定値Ｌ０よりも高いときには予混合気形成用パイロット噴射の総燃料噴射時間ＴＡＵＰＰＴが零にされる。これに対し、ＤＩＦがＤ１よりも大きくかつＬがＬ０よりも低いときには予混合気形成用パイロット噴射の総燃料噴射時間ＴＡＵＰＰＴが温度差ＤＩＦに基づいて算出される。具体的には、温度差ＤＩＦが大きいときほど主噴射による燃料が燃焼しにくいので、温度差ＤＩＦが大きくなるにつれて総燃料噴射時間ＴＡＵＰＰＴが大きくなる。この総燃料噴射時間ＴＡＵＰＰＴは予め実験により求められており、温度差ＤＩＦの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３７】
この場合、予混合気形成用パイロット噴射の回数及び燃料噴射時期は着火源形成用パイロット噴射の場合と同様に決定される。即ち、温度差ＤＩＦが予め定められた設定値Ｄ２よりも大きいときには予混合気形成用パイロット噴射が２回行われ、ＤＩＦがＤ２よりも小さいときには１回だけ行われる。また、予測筒内温度ＴＣＥが低いとき程目標着火時期ＩＧＴに対する進角量が大きくなるように燃料噴射時期ＩＴＰＰ（ｉ）（ｉ＝１，２）が定められる。このようにすると、予混合気形成用パイロット噴射による燃料を良好に燃焼させることができる。なお、この燃料噴射時期ＩＴＰＰ（ｉ）は予測筒内温度ＴＣＥの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。また、予混合気形成用パイロット噴射による燃料が着火源形成用パイロット噴射による燃料よりも先に着火しないように燃料噴射時期ＩＴＰＰ（ｉ）が定められている。
【００３８】
一方、主噴射を２回行うときには燃料噴射に必要な時間、即ち第１の主噴射を開始してから第２の主噴射が完了するまでの時間が主噴射を１回だけ行うときよりも長くなる。このため、第２の主噴射の末期に噴射された燃料がいわゆる後燃えのように燃焼する恐れがある。そこで、主噴射を２回行うときには１回だけ行うときに比べて第１の主噴射の燃料噴射時期ＩＴＭ（１）を進角補正するようにしている。なお、第２の主噴射の燃料噴射時期は第１の主噴射から一定の時期的間隔を隔てて定められる。
【００３９】
図４から６は本実施態様における燃料噴射形態の決定ルーチンを示している。このルーチンは予め定められたクランク角度毎の割り込みによって実行される。
図４から６を参照すると、まずステップ１００ではスタータモータスイッチがオンであるか否かが判別される。スタータモータスイッチがオフのときには処理サイクルを終了し、スタータモータスイッチがオンのときには次いでステップ１０１に進む。ステップ１０１では機関回転数Ｎが設定値Ｎ１（例えば３００ｒｐｍ）よりも低いか否かが判別される。Ｎ≧Ｎ１のときには処理サイクルを終了し、Ｎ＜Ｎ１のときには次いでステップ１０２に進む。即ち、本実施態様ではスタータモータスイッチがオンでありかつＮ＜Ｎ１のときに機関始動時であると判断される。ステップ１０２では総燃料噴射時間ＴＡＵＴが算出され、続くステップ１０３では予測筒内温度ＴＣＥが算出される。続くステップ１０４では予測筒内温度ＴＣＥが補正される。続くステップ１０５では予測筒内圧力ＰＣＥが算出される。続くステップ１０６では予測着火可能温度ＴＩＥが算出され、続くステップ１０７では温度差ＤＩＦが算出される（ＤＩＦ＝ＴＩＥ−ＴＣＥ）。
【００４０】
続くステップ１０８では着火源形成用パイロット噴射の総燃料噴射時間ＴＡＵＩＰＴが算出される。続くステップ１０９では温度差ＤＩＦが設定値Ｄ０よりも大きいか否かが判別される。ＤＩＦ＞Ｄ０のときには次いでステップ１１０に進み、第１及び第２の着火源形成用パイロット噴射の燃料噴射時間ＴＡＵＩＰ（１），ＴＡＵＩＰ（２）がそれぞれＴＡＵＩＰＴ／２とされる。即ち、着火源形成用パイロット噴射が２回だけ行われる。続くステップ１１１では第１及び第２の着火源形成用パイロット噴射の燃料噴射時期ＩＴＩＰ（１），ＩＴＩＰ（２）がそれぞれ算出される。次いでステップ１１４に進む。これに対し、ＤＩＦ≦Ｄ０のときには次いでステップ１１２に進み、ＴＡＵＩＰ（１）がＴＡＵＩＰＴとされ、ＴＡＵＩＰ（２）が零とされる。即ち、着火源形成用パイロット噴射が１回だけ行われる。続くステップ１１３では第１の着火源形成用パイロット噴射の燃料噴射時期ＩＴＩＰ（１）が算出される。次いでステップ１１４に進む。
【００４１】
ステップ１１４では温度差ＤＩＦが設定値Ｄ１よりも小さいか否かが判別される。ＤＩＦ＜Ｄ１のときには次いでステップ１１５に進み、予混合気形成用パイロット噴射の総燃料噴射時間ＴＡＵＰＰＴが零にされる。予混合気形成用パイロット噴射が一切行われない。次いでステップ１２４に進む。これに対し、ＤＩＦ≧Ｄ１のときには次いでステップ１１６に進み、機関負荷Ｌが算出される。続くステップ１１７では機関負荷Ｌが設定値Ｌ０よりも小さいか否かが判別される。Ｌ＜Ｌ０のときには次いでステップ１１８に進み、ＴＡＵＰＰＴが算出される。続くステップ１１９では温度差ＤＩＦが設定値Ｄ２よりも大きいか否かが判別される。ＤＩＦ＞Ｄ２のときには次いでステップ１２０に進み、第１及び第２の予混合気形成用パイロット噴射の燃料噴射時間ＴＡＵＰＰ（１），ＴＡＵＰＰ（２）がそれぞれＴＡＵＰＰＴ／２とされる。即ち、予混合気形成用パイロット噴射が２回だけ行われる。続くステップ１２１では第１及び第２の予混合気形成用パイロット噴射の燃料噴射時期ＩＴＰＰ（１），ＩＴＰＰ（２）がそれぞれ算出される。次いでステップ１２４に進む。
【００４２】
これに対し、ステップ１１９においてＤＩＦ≦Ｄ２のときには次いでステップ１２２に進み、ＴＡＵＰＰ（１）がＴＡＵＰＰＴとされ、ＴＡＵＰＰ（２）が零とされる。即ち、予混合気形成用パイロット噴射が１回だけ行われる。続くステップ１２３では第１の予混合気形成用パイロット噴射の燃料噴射時期ＩＴＰＰ（１）が算出される。次いでステップ１２４に進む。
【００４３】
ステップ１２４では主噴射の総燃料噴射時間ＴＡＵＭＴが算出される（ＴＡＵＭＴ＝ＴＡＵＴ−（ＴＡＵＩＰＴ＋ＴＡＵＰＰＴ））。続くステップ１２５では第１の主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵＭ（１）がＴＡＵＭＴとされ、第２の主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵＭ（２）が零とされる。即ち、主噴射が１回だけ行われる。次いで処理サイクルを終了する。
【００４４】
一方、ステップ１１７においてＬ≧Ｌ０のときには次いでステップ１２６に進み、ＴＡＵＰＰＴが零とされる。即ち、予混合気形成用パイロット噴射が一切行われない。続くステップ１２７では主噴射の総燃料噴射時間ＴＡＵＭＴが算出され、続くステップ１２８では第１及び第２の主噴射の燃料噴射時間ＴＡＵＭ（１），ＴＡＵＭ（２）がそれぞれＴＡＵＭＴ／２とされる。即ち、主噴射が２回だけ行われる。続くステップ１２９では第１の主噴射の燃料噴射時期ＩＴＭ（１）が補正される。次いで処理サイクルを終了する。
【００４５】
【発明の効果】
パイロット噴射の形態を最適に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】１燃焼サイクルで行われる燃料噴射の形態を説明するための図である。
【図３】筒内温度と着火可能温度との関係を示す概略線図である。
【図４】燃料噴射形態の決定ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】燃料噴射形態の決定ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】燃料噴射形態の決定ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
２０…燃料噴射弁
２１…コモンレール
【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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