(57)【要約】【課題】圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、安定した拡散燃焼を実現可能な内燃機関制御装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ１６は、主噴射および前段噴射をインジェクタ１５に指令する噴射指令部２４と、前段噴霧範囲が主噴霧範囲と比べてインジェクタ１５の噴孔１７寄りとなるように前段噴霧の貫徹力を決定する貫徹力決定部２３とを有する。これにより前段噴霧が燃焼室１１全体に拡散することが抑えられ、前段噴霧の低温酸化反応によるラジカルを含む混合気２９が噴孔１７寄りの場所に局所的に発生する。そのため主噴霧に噴孔１７寄りの場所で高濃度のラジカルを供給することができる。したがって、圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、安定した拡散燃焼を実現可能である。これにより振動の発生およびＮＯｘの増加が抑えられる。また燃焼室１１の壁際での燃焼が抑えられるので冷却損失が低減される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１サイクル中に燃料を燃焼室（１１）に複数回噴射可能な燃料噴射装置（１５）を備え、圧縮着火を実施する内燃機関（１０）を制御する装置であって、
トルクを生み出す主燃焼のための主噴射、および、前記主噴射の前段階の噴射である前段噴射の実行を前記燃料噴射装置に指令する噴射指令部（２４）と、
前記前段噴射による噴霧の到達範囲（Ｒｐ）が前記主噴射による噴霧の到達範囲（Ｒｍ）と比べて前記燃料噴射装置の噴孔（１７）寄りとなるように、前記前段噴射による噴霧の貫徹力または前記前段噴射の噴射方向を決定する噴射仕様決定部（２３、３２、４２、６２）と、
を有する内燃機関制御装置。
【請求項２】
前記前段噴射は圧縮行程で行われる請求項１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項３】
前記噴射仕様決定部（２３、３２、６２）は、前記前段噴射時の噴射圧および噴孔径の一方または両方を前記主噴射時と比べて小さくすることで、前記前段噴射による噴霧の貫徹力を前記主噴射による噴霧の貫徹力と比べて小さくし、前記前段噴射による噴霧の到達範囲を前記主噴射による噴霧の到達範囲と比べて前記燃料噴射装置の噴孔寄りにする請求項１または２に記載の内燃機関制御装置。
【請求項４】
前記噴射仕様決定部（４２）は、前記前段噴射時の噴射方向を前記主噴射時と比べて前記燃焼室の区画壁（４５）寄りに向けることで、前記前段噴射による噴霧の到達範囲を前記主噴射による噴霧の到達範囲と比べて前記燃料噴射装置の噴孔寄りにする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項５】
前記燃焼室の状態量および燃料性状に関する情報を取得する情報取得部（２１）と、
前記前段噴射による噴霧の低温酸化反応によるラジカルの発生時期が前記主噴射の噴射時期と重なるように、前記状態量または前記燃料性状に基づき前記前段噴射の噴射時期を決定する噴射時期決定部（５２）と、
をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項６】
前記噴射時期決定部は、前記状態量としての前記燃焼室内の温度が高いほど前記前段噴射の噴射時期を遅角し、前記燃焼室内の温度が低いほど前記前段噴射の噴射時期を進角する請求項５に記載の内燃機関制御装置。
【請求項７】
前記噴射時期決定部は、前記燃料性状としての燃料のオクタン価が低いほど前記前段噴射の噴射時期を遅角し、燃料のオクタン価が高いほど前記前段噴射の噴射時期を進角する請求項５または６に記載の内燃機関制御装置。
【請求項８】
前記噴射仕様決定部（６２）は、前記前段噴射の噴射時期が進角されるほど前記前段噴射による噴霧の貫徹力を小さくし、前記前段噴射の噴射時期が遅角されるほど前記前段噴射による噴霧の貫徹力を大きくする請求項５〜７のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項９】
前記噴射仕様決定部（４２）は、前記前段噴射の噴射時期が進角されるほど前記前段噴射時の噴射方向が前記燃焼室の区画壁寄りに向けられ、前記前段噴射の噴射時期が遅角されるほど前記前段噴射時の噴射方向が前記燃焼室の区画壁から離される請求項５〜８のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項１０】
前記前段噴射の噴射量と前記主噴射の噴射量との合計を総噴射量と呼び、前記総噴射量に占める前記前段噴射の噴射量の割合を前段噴射割合と呼ぶ場合において、
前記内燃機関の負荷に関する情報を取得する情報取得部と、
前記内燃機関の負荷が低いほど前記前段噴射割合を大きくし、前記内燃機関の負荷が高いほど前記前段噴射割合を小さくする噴射量決定部（２２）と、
をさらに備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項１１】
前記前段噴射の噴射量と前記主噴射の噴射量との合計を総噴射量と呼び、前記総噴射量に占める前記前段噴射の噴射量の割合を前段噴射割合と呼ぶ場合において、
前記燃焼室の状態量および燃料性状に関する情報を取得する情報取得部と、
前記前段噴射による噴霧の低温酸化反応によるラジカルの発生時期が前記主噴射の噴射時期と重なるように、前記状態量または前記燃料性状に基づき前記前段噴射割合を決定する噴射量決定部（７２）と、
をさらに備える請求項１〜９のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置。
【請求項１２】
前記噴射仕様決定部（７２）は、前記状態量としての前記燃焼室内の温度が高いほど前記前段噴射割合を小さくし、前記燃焼室内の温度が低いほど前記前段噴射割合を大きくする請求項１１に記載の内燃機関制御装置。
【請求項１３】
前記噴射仕様決定部（７２）は、前記燃料性状としての燃料のオクタン価が低いほど前記前段噴射割合を小さくし、燃料のオクタン価が高いほど前記前段噴射割合を大きくする請求項１１または１２に記載の内燃機関制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、１サイクル中に燃料を燃焼室に複数回噴射可能な燃料噴射装置を備え、圧縮着火を実施する内燃機関が知られている。引用文献１では、吸気行程で初期燃焼速度制御用の第１の燃料噴射が行われてから、例えば点火プラグ等の着火トリガ手段により着火トリガが加えられ、その後の圧縮行程でトルク制御用の第２の燃料噴射が行われる。第１の燃料噴射による噴霧は、燃焼室全体に拡散して吸入空気とともに均一混合気となった後、圧縮および着火トリガにより活性化してラジカルを発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３９１１９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
引用文献１では、第１噴射による噴霧が燃焼室内の全体に拡散して吸入空気とともに均一混合気となる。そのため、燃料噴射装置の噴孔から離れた場所で予混合化が進んで着火することに起因する急激な燃焼が発生するおそれがある。つまり、微細な液滴が蒸発して個別に自己発火と燃焼を繰り返し、隣の液滴に燃え広がって群としての火炎が発生するというような、一気に燃焼しないきれいな拡散燃焼が実現できない。したがって、振動の発生およびＮＯｘの増加が懸念される。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、安定した拡散燃焼を実現可能な内燃機関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】
【０００６】
本発明による内燃機関制御装置は、噴射指令部と、噴射仕様決定部とを有している。噴射指令部は、トルクを生み出す主燃焼のための主噴射、および、主噴射の前段階の噴射である前段噴射の実行を燃料噴射装置に指令する。噴射仕様決定部は、前段噴射による噴霧の到達範囲が主噴射による噴霧の到達範囲と比べて燃料噴射装置の噴孔寄りとなるように、前段噴射による噴霧の貫徹力または前段噴射の噴射方向を決定する。
【０００７】
このように構成することで、前段噴射による噴霧が燃焼室全体に拡散することが抑えられ、その噴霧の低温酸化反応によるラジカルが噴孔寄りの場所に局所的に発生する。そのため、主噴射による噴霧に噴孔寄りの場所で高濃度のラジカルを供給することができる。したがって、圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、安定した拡散燃焼を実現可能である。これにより振動の発生およびＮＯｘの増加が抑えられる。また、燃焼室の壁際での燃焼が抑えられるので冷却損失が低減される。
【０００８】
ここで、ディーゼルエンジンにおける多段噴射について説明する。ディーゼルエンジンにおいても燃料噴射を２回行うことがある。ただし、軽油の場合は反応性が高いためにただちに燃焼反応してしまい、ラジカル等の中間生成物を２回目の噴射による噴霧に供給することは困難である。ディーゼルエンジンでは、１回目の噴射の燃料が燃焼することによる筒内温度の上昇を狙って、多段噴射が行われる。
【０００９】
また、ディーセルエンジンでは、燃焼室内の酸素を有効利用するために１回目と２回目とで噴射場所を異ならせることが効果的であるとされている。それには例えばスワール流が利用される。これに対して、本発明では、主噴射による噴霧にラジカルを供給するために主噴射による噴霧が前段噴射による噴霧範囲を通るようにすることが効果的である。
【００１０】
本明細書において、「圧縮着火を実施する内燃機関」とは、点火プラグを備えておらず圧縮着火のみを実施する内燃機関と、点火プラグを備えており火花点火モードと圧縮着火モードとを切り替えて実施する内燃機関とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態によるＥＣＵが適用された内燃機関を説明する模式図である。
【図２】図１のインジェクタの噴射量および噴射時期を示すタイムチャートである。
【図３】図１のＩＩＩ部分の拡大断面図であって、前段噴射時の噴霧の到達範囲を模式的に示す図である。
【図４】図１のＩＶ部分の拡大断面図であって、主噴射時の噴霧の到達範囲を模式的に示す図である。
【図５】図１のＥＣＵが有する機能部を説明するブロック図である。
【図６】図２のときよりも前段噴射割合が多く設定されたときのタイムチャートである。
【図７】図２のときよりも前段噴射割合が少なく設定されたときのタイムチャートである。
【図８】図１のＥＣＵによる処理を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の第２実施形態によるＥＣＵが適用された内燃機関を説明する模式図である。
【図１０】図９のＥＣＵが制御する内燃機関の断面図であって、前段噴射時の噴霧の到達範囲を模式的に示す図である。
【図１１】図９のＥＣＵが制御する内燃機関の断面図であって、主噴射時の噴霧の到達範囲を模式的に示す図である。
【図１２】本発明の第３実施形態によるＥＣＵが適用された内燃機関を説明する模式図である。
【図１３】図１２のＥＣＵが制御する内燃機関の断面図であって、前段噴射時の噴霧の到達範囲を模式的に示す図である。
【図１４】図１２のＥＣＵが制御する内燃機関の断面図であって、主噴射時の噴霧の到達範囲を模式的に示す図である。
【図１５】本発明の第４実施形態によるＥＣＵが有する機能部を説明するブロック図である。
【図１６】図１５のインジェクタの噴射量および噴射時期を示すタイムチャートである。
【図１７】図１５のＥＣＵによる処理を説明するフローチャートである。
【図１８】本発明の第５実施形態によるＥＣＵが有する機能部を説明するブロック図である。
【図１９】本発明の第６実施形態によるＥＣＵが有する機能部を説明するブロック図である。
【図２０】図１９のインジェクタの噴射量および噴射時期を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による内燃機関制御装置としてのＥＣＵは、図１に示す内燃機関１０を制御する。
【００１３】
（内燃機関）
図１に示す内燃機関１０は、燃料として例えばガソリンを用いるとともに圧縮着火を実施するエンジンである。圧縮着火は、燃焼室１１内の圧縮加熱空気に噴射された燃料が自己発火することを利用する点火方法である。このときの燃焼は、噴霧中の微細な液滴が蒸発して個別に自己発火と燃焼を繰り返し、隣の液滴に燃え広がって群としての火炎が発生する拡散燃焼となる。燃焼の噴射は、シリンダヘッド１２とシリンダ１３内のピストン１４との間に区画される燃焼室１１に直接燃焼を噴射する直接噴射式のインジェクタ１５により行われる。
【００１４】
インジェクタ１５は、ＥＣＵ１６からの指令に応じて作動し、吸入・圧縮・膨張（燃焼）・排気の各行程を経る１サイクル中に燃料を少なくとも２回噴射可能である。インジェクタ１５による燃料噴射には、トルクを生み出す主燃焼のための主噴射、および、主噴射の前段階の噴射である前段噴射がある。本実施形態では図２に示すように、主噴射は圧縮行程から膨張行程にかけて１回行われ、また、前段噴射は主噴射に先立ち圧縮行程で１回行われる。第１実施形態では、前段噴射時期および主噴射時期は毎サイクルで一定である。
【００１５】
前段噴射による噴霧は、主噴射までの間に低温酸化反応し、主噴射時期と重なる時期にラジカルを発生させる。ラジカルは、反応性の高い中間生成物であり、冷炎とも呼ばれ、燃料の着火性を高めることができる。このラジカルは、その化学的不安定性からごく限られた時間のみしか高濃度に存在せず、例えば吸気行程に噴射された噴霧から生成されるラジカルは圧縮行程の終盤には消失している可能性がある。この点を考慮して、第１実施形態における前段噴射時期は、ラジカル発生時期が主噴射時期と重なるように圧縮行程に設定されている。
【００１６】
第１実施形態では図３および図４に示すように、インジェクタ１５は２種類の噴孔１７、１８を有している。噴孔１８は、図３に示すように前段噴射が行われるときに燃料を噴射する孔である。噴孔１７は、図４に示すように主噴射が行われるときに燃料を噴射する孔である。両方の噴孔１７、１８とも、噴射方向はピストンキャビティ１９に向けられる。また、噴孔１８は噴孔１７よりも内径（以下、噴孔径）が小さい。噴孔径が小さいということは、次式（１）に表される噴霧到達距離ｘが短くなるということである。式（１）において、ρｆは燃料密度であり、ρａは空気密度であり、ｄnは噴孔径であり、θは噴霧の広がり角であり、ｔは噴射時間である。Ｗ0は噴霧の速度であって噴射圧の平方根に比例する。そのため、前段噴射による噴霧（以下、前段噴霧）の貫徹力は、主噴射による噴霧（以下、主噴霧）の貫徹力よりも小さくなる。２種類の噴孔を備え、一方が他方よりも噴孔径が小さくされるインジェクタに関しては、例えば特開２０１３−１１９８３６号公報に開示されているため、詳細な構成についての説明を省略する。
【数１】
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【００１７】
（ＥＣＵの機能）
図５に示すように、ＥＣＵ１６は、情報取得部２１、噴射量決定部２２、貫徹力決定部２３、および噴射指令部２４を有している。貫徹力決定部２３は、噴射仕様を決定する噴射仕様決定部を構成している。
【００１８】
情報取得部２１は、温度センサ２５および燃料性状センサ２６の検出値と、他の制御部が算出する内燃機関１０の目標負荷とを取得する。温度センサ２５は、例えばシリンダヘッド１２等に設けられ、燃焼室１１の温度（以下、燃焼室温度）を検出する。温度センサ２５は、噴霧との干渉を避けるために燃焼室１１内に突き出さないか、もしくは突き出し量が微量となるように設置される。これにより、温度センサ２５が高温となって着火源となることが抑制される。燃料性状センサ２６は、例えば燃料タンクまたは燃料供給経路の途中に設けられ、燃料のオクタン価等の性状を検出する。
【００１９】
噴射量決定部２２は、先ず目標負荷に基づき総噴射量を決定する。総噴射量は、主噴射の燃料噴射量と前段噴射の燃料噴射量との合計である。続いて、噴射量決定部２２は、総噴射量に占める前段噴射の噴射量の割合（以下、前段噴射割合）を目標負荷に基づき決定する。具体的には、噴射量決定部２２は、目標負荷が低負荷であるほど（すなわち、圧縮着火しにくいほど）図６に示すように前段噴射割合を大きくし、目標負荷が高負荷であるほど（すなわち、圧縮着火しやすいほど）図７に示すように前段噴射割合を小さくする。これにより、圧縮着火しにくいときは図６のように前段噴霧の低温酸化反応により発生するラジカルの量（以下、ラジカル量）が比較的多くなる。また、圧縮着火しやすいときは図７のようにラジカル量が比較的少なくなり、主噴射量が比較的多くなる。
【００２０】
貫徹力決定部２３は、前段噴霧の到達範囲（以下、前段噴霧範囲）が主噴霧の到達範囲（以下、主噴霧範囲）と比べて噴孔１７寄りとなるように、前段噴霧の貫徹力を決定する。すなわち、貫徹力決定部２３は、前段噴霧によるラジカルの生成場所を貫徹力により制御する。具体的には、貫徹力決定部２３は、主燃料のための主噴射に先立つ前段噴射時には、主噴射時の噴孔１７よりも噴孔径が小さい噴孔１８から燃料を噴射することを決定する。つまり、前段噴射時には比較的に噴孔径が小さい噴孔１８が選択され、主噴射時には噴孔径が比較的大きい噴孔１７が選択される。これにより、図３に示す前段噴霧範囲Ｒｐが図４に示す主噴霧範囲Ｒｍと比べて噴孔１７寄りとなる。
【００２１】
噴射指令部２４は、インジェクタ１５を駆動する駆動回路等を含んでおり、所定の噴射時期に決められた噴射量および貫徹力で主噴射と前段噴射とが実行されるようにインジェクタ１５に指令する。
【００２２】
（ＥＣＵによる処理）
ＥＣＵ１６は図８に示す処理を実行する。
先ずステップＳ１では、情報取得部２１は、燃焼室温度、燃料のオクタン価、および内燃機関１０の目標負荷を取得する。
【００２３】
ステップＳ１の後のステップＳ２では、噴射量決定部２２は、目標負荷に基づき総噴射量および前段噴射割合を決定する。目標負荷が低負荷であるほど前段噴射割合が大きく設定され、目標負荷が高負荷であるほど前段噴射割合が小さく設定される。
【００２４】
ステップＳ２の後のステップＳ３では、貫徹力決定部２３は、前段噴霧範囲が主噴霧範囲と比べて噴孔１７寄りとなるように、前段噴射時には主噴射時の噴孔１７よりも噴孔径が小さい噴孔１８から燃料を噴射することを決定する。
【００２５】
ステップＳ３の後のステップＳ４では、噴射指令部２４は、所定の噴射時期に、ステップＳ２で決められた噴射量およびステップＳ３で決められた貫徹力で主噴射と前段噴射とが実行されるようにインジェクタ１５に指令する。
ステップＳ４の後、処理は図５のルーチンを抜ける。
【００２６】
（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、ＥＣＵ１６は、主噴射および前段噴射の実行をインジェクタ１５に指令する噴射指令部２４と、前段噴霧範囲が主噴霧範囲と比べてインジェクタ１５の噴孔１７寄りとなるように前段噴霧の貫徹力を決定する貫徹力決定部２３とを有している。
【００２７】
このように構成することで、前段噴霧が燃焼室１１全体に拡散することが抑えられ、図４に示すように前段噴霧の低温酸化反応によるラジカルを含む混合気２９が噴孔１７寄りの場所に局所的に発生する。そのため、主噴霧に噴孔１７寄りの場所で高濃度のラジカルを供給することができる。したがって、圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、安定した拡散燃焼を実現可能である。これにより振動の発生およびＮＯｘの増加が抑えられる。また、燃焼室１１の壁際での燃焼が抑えられるので冷却損失が低減される。
【００２８】
ここで、ラジカルは、その化学的不安定性からごく限られた時間のみしか高濃度に存在せず、例えば吸気行程に噴射された噴霧から生成されるラジカルは圧縮行程の終盤には消失している可能性がある。また、吸気行程に噴射された噴霧は、吸入空気の流れにより燃焼室１１全体に拡散される。これに対して第１実施形態では、前段噴射は圧縮行程に行われるので、主噴射時期と重なるようにラジカル発生時期を設定することができ、また、ラジカルを噴孔１７付近に局所的に配置することができる。
【００２９】
また、第１実施形態では、前段噴射時の噴孔１８の噴孔径が主噴射時の噴孔１７の噴孔径と比べて小さくされることで、前段噴霧の貫徹力が主噴霧の貫徹力と比べて小さくされ、前段噴霧範囲が主噴霧範囲と比べてインジェクタ１５の噴孔１７寄りにされる。
これにより、前段噴霧の低温酸化反応によるラジカルが噴孔１７寄りの場所に局所的に発生する。
【００３０】
また、第１実施形態では、内燃機関１０の負荷に関する情報を取得する情報取得部２１を備えている。噴射量決定部２２は、内燃機関１０の負荷が低いほど前段噴射割合を大きくし、内燃機関１０の負荷が高いほど前段噴射割合を小さくする。
これにより、圧縮着火しにくい条件のときにはラジカル量が比較的多くなるので、着火性が向上する。また、圧縮着火しやすい条件のときにはラジカル量が比較的少なくなり、主噴射量が比較的多くなるので、等容度が向上して熱効率が高まる。
【００３１】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態では、図９に示すＥＣＵ３１の貫徹力決定部３２は、前段噴霧範囲が主噴霧範囲と比べてインジェクタ１５の噴孔１７寄りとなるように前段噴霧の貫徹力を決定する。つまり、貫徹力決定部３２は、主燃料のための主噴射に先立つ前段噴射時には、主噴射時と比べて噴孔径および噴射圧を小さくして燃料を噴射することを決定する。
【００３２】
前段噴射時の噴孔１８の噴孔径は主噴射時の噴孔１７の噴孔径と比べて小さくされるとともに、前段噴射時の噴射圧は主噴射時の噴射圧と比べて小さくされる。噴孔径および噴射圧が小さいということは、前記式（１）に表される噴霧到達距離ｘが短くなるということである。式（１）において、Ｗ0は噴霧の速度であって噴射圧の平方根に比例する。これにより、前段噴霧の貫徹力が主噴霧の貫徹力と比べて小さくなり、図１０に示す前段噴霧範囲Ｒｐが図１１に示す主噴霧範囲Ｒｍと比べてインジェクタ１５の噴孔１７寄りとなる。噴射圧が可変であるインジェクタに関しては、例えば特表２００９−５４５７０１号公報に開示されているため、詳細な構成についての説明を省略する。
【００３３】
このように前段噴射時の噴射圧を主噴射時の噴射圧と比べて小さくしても、前段噴霧範囲を主噴霧範囲と比べてインジェクタ１５の噴孔１７寄りとすることができる。したがって、第１実施形態と同様に圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、安定した拡散燃焼を実現可能である。
また、前段噴射時の噴孔径および噴射圧の両方を小さくすることで、一方だけを小さくする場合よりも前段噴霧範囲を一層噴孔１７寄りとすることができる。
【００３４】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態では、図１２に示すＥＣＵ４１の貫徹力決定部４２は、前段噴霧範囲が主噴霧範囲と比べてインジェクタ４３の噴孔４４寄りとなるように前段噴霧の噴射方向を決定する。つまり、貫徹力決定部４２は、主燃料のための主噴射に先立つ前段噴射時には、主噴射時と比べて噴射方向を燃焼室１１の区画壁寄りにして燃料を噴射することを決定する。
【００３５】
図１３および図１４に示すように、インジェクタ４３は２種類の噴孔１７、４４を有している。
図１４に示すように主噴射時の噴孔１７の噴射方向はピストンキャビティ１９に向けられる。一方、図１３に示すように前段噴射時の噴孔４４の噴射方向は、燃焼室１１の区画壁の１つであるピストン１４の上面４５に向けられる。前段噴射時の噴射方向が主噴射時の噴射方向と比べて燃焼室１１の区画壁寄りに向けられることで、図１３に示す前段噴霧範囲Ｒｐが図１４に示す主噴霧範囲Ｒｍと比べてインジェクタ４３の噴孔１７寄りとなる。２種類の噴孔を備え、一方の噴射方向が他方の噴射方向と異ならせるインジェクタに関しては、例えば特開２０１３−１１９８３６号公報に開示されているため、詳細な構成についての説明を省略する。
【００３６】
このように前段噴射時の噴射方向を主噴射時と比べて燃焼室１１の区画壁寄りに向けても、前段噴霧範囲を主噴霧範囲と比べてインジェクタ４３の噴孔１７寄りとすることができる。したがって、第１実施形態と同様に圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、安定した拡散燃焼を実現可能である。
【００３７】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態では、図１５に示すＥＣＵ５１の噴射時期決定部５２は、前段噴霧の低温酸化反応によるラジカルの発生時期が主噴射の噴射時期と重なるように、燃焼室温度および燃料のオクタン価に基づき前段噴射の噴射時期を決定する。すなわち、噴射時期決定部５２は、ラジカルの発生時期を前段噴射の噴射時期により制御する。
【００３８】
具体的には、図１６に示すように、噴射時期決定部５２は、燃焼室温度が高いほど（すなわち、低温酸化反応が進行しやすいほど）前段噴射の噴射時期を遅角し、燃焼室温度が低いほど（すなわち、低温酸化反応が進行しにくいほど）前段噴射の噴射時期を進角する。また、噴射時期決定部５２は、燃料のオクタン価が低いほど（すなわち、低温酸化反応が進行しやすいほど）前段噴射の噴射時期を遅角し、燃料のオクタン価が高いほど（すなわち、低温酸化反応が進行しにくいほど）前段噴射の噴射時期を進角する。
【００３９】
ＥＣＵ５１は図１７に示す処理を実行する。ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１４、Ｓ１５は、第１実施形態の図８のステップＳ１〜Ｓ４と同様の内容である。
ステップ１２の後のステップＳ１３では、噴射時期決定部５２は、前段噴霧の低温酸化反応によるラジカルの発生時期が主噴射の噴射時期と重なるように、燃焼室温度および燃料のオクタン価に基づき前段噴射の噴射時期を決定する。
【００４０】
このように燃焼室温度および燃料のオクタン価に基づき前段噴射の噴射時期を変更することで、ラジカルの発生時期を主噴射の噴射時期と重ねることができる。そのため、主噴霧に噴孔１７寄りの場所で高濃度のラジカルを供給することができる。したがって、第１実施形態と同様に圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、安定した拡散燃焼を実現可能である。
【００４１】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態では、図１８に示すＥＣＵ６１の貫徹力決定部６２は、第３実施形態と同様に前段噴射時の噴射圧を主噴射時と比べて小さくすることに加えて、噴射時期決定部５２による前段噴射の噴射時期の進遅角度合いに応じて前段噴射時の噴射圧を増減する。具体的には、貫徹力決定部６２は、前段噴射の噴射時期が進角されるほど前段噴射時の噴射圧を小さくして前段噴霧の貫徹力を小さくし、前段噴射の噴射時期が遅角されるほど前段噴射時の噴射圧を大きくして前段噴霧の貫徹力を大きくする。
【００４２】
例えば噴射時期が進角された場合には混合気が拡散する時間が長くなるためにラジカルを噴孔付近に局所的に配置しづらくなる。これに対して、第５実施形態では、前段噴射の噴射時期が進角されるほど前段噴霧の貫徹力が小さくされることで、混合気の拡散が抑えられている。
【００４３】
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態では、図１９に示すＥＣＵ７１の噴射量決定部７２は、前段噴霧の低温酸化反応によるラジカルの発生時期が主噴射の噴射時期と重なるように、前段噴射割合を燃焼室温度およびオクタン価に基づき決定する。すなわち、噴射量決定部７２は、ラジカルの発生時期を前段噴射の前段噴射割合により制御する。
【００４４】
具体的には、図２０に示すように、噴射量決定部７２は、燃焼室温度が高いほど（すなわち、低温酸化反応が進行しやすいほど）前段噴射割合を小さくし、燃焼室温度が低いほど（すなわち、低温酸化反応が進行しにくいほど）前段噴射割合を大きくする。また、噴射量決定部７２は、燃料のオクタン価が低いほど（すなわち、低温酸化反応が進行しやすいほど）前段噴射割合を小さくし、燃料のオクタン価が高いほど（すなわち、低温酸化反応が進行しにくいほど）前段噴射割合を大きくする。
【００４５】
このように燃焼室温度および燃料のオクタン価に基づき前段噴射割合を変更することで、主噴射の噴射時期により多くのラジカルを発生させることができる。そのため、主噴霧に噴孔１７寄りの場所で高濃度のラジカルを供給することができる。したがって、第１実施形態と同様に圧縮着火の着火性を確保しつつも急激な燃焼を回避して、安定した拡散燃焼を実現可能である。
【００４６】
低温酸化反応速度は、雰囲気温度と当量比とオクタン価との関数である。第６実施形態のＥＣＵ７１は、低温酸化反応速度を逐次算出し、主噴射時期にラジカル濃度が最も高くなるように前段噴射の噴射時期および噴射量を制御する。
【００４７】
［他の実施形態］
本発明の他の実施形態では、前段噴射は２回以上行われてもよい。また、主噴射は２回以上行われてもよい。
本発明の他の実施形態では、ガソリン以外の燃料として、例えばアルコール燃料またはガス燃料などが用いられてもよい。
【００４８】
本発明の他の実施形態では、ＥＣＵは、点火プラグを備えており火花点火モードと圧縮着火モードとを切り替えて実施する内燃機関において、圧縮着火モードにおける着火性を確保するために用いられてもよい。また、このような形態において、燃料のオクタン価は、火花点火モードでの点火時期と筒内圧力に基づき推定されてもよい。火花点火モードにおいては、一般的に、着火しやすい燃焼（低オクタン価）の場合、ノッキングを避けるために点火時期を遅らせる制御が行われる。このような制御を行った情報から燃焼のオクタン価を推定する。
【００４９】
本発明の他の実施形態では、燃焼室内の温度は、筒内圧センサが検出する筒内圧力に基づき推定されてもよいし、冷却水温センサが検出する冷却水の温度に基づき推定されてもよい。冷却水温を計測することで例えば冷間時で燃焼室内の温度が上昇しにくいということを予測することができる。
【００５０】
本発明の他の実施形態では、第２実施形態と第３実施形態とが組み合わされて実施されてもよい。つまり、前段噴射時の噴射圧が主噴射時と比べて小さくされ、かつ、前段噴射時の噴射方向が主噴射時と比べて燃焼室の区画壁寄りに向けられてもよい。
本発明の他の実施形態では、前段噴射時と主噴射時とで噴孔径を変えず、かつ、前段噴射時の噴射圧が主噴射時と比べて小さくされてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１０・・・内燃機関
１１・・・燃焼室
１５・・・燃料噴射装置
１６・・・ＥＣＵ（内燃機関制御装置）
１７・・・噴孔
２３、３２、４２、６２・・・噴射仕様決定部
２４・・・噴射指令部
Ｒｐ・・・前段噴霧到達範囲
Ｒｍ・・・主噴霧到達範囲
【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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【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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