(57)【要約】【課題】自着火温度が比較的高い燃料を使用する内燃機関において、安定したディーゼル燃焼の実現と、その熱効率の向上を両立する。【解決手段】燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、噴霧に直接に点火可能となるように、燃料噴射弁に対する相対位置が決定された点火装置と、を備える内燃機関の制御装置である。当該装置は、圧縮行程中の所定プレ噴射時期に行われるプレ噴射と、点火装置による該プレ噴射によるプレ噴霧への点火とを行った後に、所定噴射開始時期にメイン噴射を実行することで、自着火を発生させるとともに少なくとも該メイン噴射燃料の一部を拡散燃焼させる。このとき、プレ噴射燃料が増量される場合には、増量に従いプレ噴射の時期が進角される。【選択図】図１４
2015137586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁から噴射された噴霧が点火可能領域を通過し該噴霧に直接に点火可能となるように、該燃料噴射弁に対する相対位置が決定された点火装置と、
圧縮行程中の所定プレ噴射時期に行われる前記燃料噴射弁からのプレ噴射と、該プレ噴射によって形成されるプレ噴霧への前記点火装置による点火とを行った後に、プレ噴射燃料による火炎を起点として燃焼が開始可能であって且つ圧縮行程上死点前の所定噴射開始時期にメイン噴射を実行することで、自着火を発生させるとともに少なくとも該メイン噴射燃料の一部を拡散燃焼させる所定燃焼を行う手段であって、前記プレ噴射燃料を増量する場合に、該増量に従い前記プレ噴射の時期を進角する燃焼制御手段と、
を備える、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃焼制御手段は、前記プレ噴射燃料の増量に従い、前記プレ噴射時期を進角するとともに、該プレ噴射時期と前記点火装置による点火時期との間の点火インターバルを長くする、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の機関負荷が所定第１負荷以上の場合に、前記燃焼制御手段は、該機関負荷の増加に応じて前記プレ噴射燃料を増量するとともに、該増量に従い該プレ噴射の時期を進角する、
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関の機関負荷が前記所定第１負荷より大きい所定第２負荷以上の場合には、前記燃焼制御手段は、前記メイン噴射燃料の量を所定の上限量に維持しながら該機関負荷の増加に応じて前記プレ噴射燃料を増量するとともに、該増量に従い該プレ噴射の時期を進角する、
請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関の機関負荷が所定の低負荷領域に属する場合には、前記燃焼制御手段は、該内燃機関の機関負荷に応じた前記プレ噴射燃料量の増量を行わず、前記プレ噴射燃料の噴射量を、前記プレ噴射としての最小噴射量となる最小プレ噴射量に維持する、
請求項１から請求項４の何れか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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室の圧縮空気に対して燃料を直接噴射して自着火させ拡散燃焼させる、いわゆるディーゼル燃焼は、火花点火式の燃焼と比べて熱効率が良好である利点が存在する。一般に、ディーゼル燃焼には自着火温度が比較的低い軽油が燃料として使用されるが、例えば特許文献１には、自着火温度が比較的高い天然ガス等を燃料としてディーゼル燃焼させる技術が開示されている。具体的には、燃焼室の所定の領域に圧縮行程の初期又は中期に燃料噴射を行い、当該領域に形成された混合気に対して圧縮行程上死点直前の時期に点火し、燃焼室内を天然ガスが自着火可能な高温且つ高圧の状態にする。そして、圧縮行程上死点後の高温高圧状態の燃焼室に、拡散燃焼用の燃料噴射が行われる。
【０００３】
また、火花点火式のガソリンエンジンにおいても、ガソリンを自着火させ拡散燃焼させる取り組みも行われている。例えば、特許文献２に開示の技術では、圧縮行程前半までの期間に第１の燃料噴射を行い、燃焼室内全域にほぼ均質な混合気を形成し、そして、この燃料噴射で形成した混合気に対し火花点火を行う。その後に第２の燃料噴射を行ってこの噴射燃料を燃焼させ、この燃焼による燃焼室内の温度圧力上昇により残りの燃料を自着火させている。当該技術ではノッキングの発生を抑制可能な運転領域を拡大でき、ディーゼル燃焼による利益の享受が図られる。
【０００４】
また、特許文献３には、やはり特許文献２に示す技術と同じように、ノッキングの抑制を目的としたガソリンエンジンでのディーゼル燃焼に関する技術が開示されている。具体的には、ガソリンエンジンの運転領域のうち比較的高負荷のノッキングが生じやすい領域において、圧縮行程上死点よりも前の時期に第１の燃料噴射を行い、その噴射燃料を火花点火により燃焼させるとともに、その燃焼によって燃焼室内の圧力が高くなる圧縮行程上死点後の時期に拡散燃焼用の燃料噴射が行われる。なお、当該技術では、エンジンの機関回転速度の高低に応じて、ノッキング抑制のために好適な燃焼を実現すべく第１の燃料噴射の時期が調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２５４１０５号公報
【特許文献２】特開２００２−２７６４４２号公報
【特許文献３】特開２００７−６４１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガソリンエンジン等のように自着火温度が比較的高い燃料を使用する内燃機関においてディーゼル燃焼を実現するためには、内燃機関の出力を決定するメイン噴射が行われる時点において、燃焼室内が、噴射燃料が自着火し拡散燃焼する程度に高温高圧の状態になっている必要がある。上記の従来技術のように、圧縮行程上死点直後のメイン噴射の前に第１の噴射を行い、それを火花点火して燃焼させる場合、このような第１の噴射は圧縮行程中での燃焼になるため内燃機関の出力を低下させる要因となり、結果として内燃機関の熱効率を向上させることが困難となる。そして、これらの従来技術では、火花点火式の内燃機関におけるディーゼル燃焼実行時の熱効率向上に関して、十分な言及がなされていない。
【０００７】
そこで、本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、自着火温度が比較的高い燃料を使用する内燃機関において、安定したディーゼル燃焼の実現と、その熱効率の向上を両立することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明において、上記課題を解決するために、本出願人は、主に内燃機関の出力を決定するメイン噴射の前にプレ噴射を行うとともに、プレ噴射によって噴射された燃料（以下、「プレ噴射燃料」という）に対して火花点火し、その後に少なくともメイン噴射によって噴射された燃料（以下、「メイン噴射燃料」という）がディーゼル燃焼に供される所定燃焼の形態を採用した。更に、本出願人は、このような所定燃焼においてプレ噴射燃料を増量する場合には、そのプレ噴射時期を進角させる構成も採用した。これらの構成により、内燃機関での安定した所定燃焼の実現と熱効率の向上を両立させることができる。なお、本発明において使用される、「プレ」、「メイン」の用語は、両噴射の時間的な前後関係を表す表現に過ぎず、以下に示す技術意義を有するもの以外に限定解釈されるべきではない。
【０００９】
詳細には、本発明は、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁から噴射された噴霧が点火可能領域を通過し該噴霧に直接に点火可能となるように、該燃料噴射弁に対する相対位置が決定された点火装置と、圧縮行程中の所定プレ噴射時期に行われる前記燃料噴射弁からのプレ噴射と、該プレ噴射によって形成されるプレ噴霧への前記点火装置による点火とを行った後に、プレ噴射燃料による火炎を起点として燃焼が開始可能であって且つ圧縮行程上死点前の所定噴射開始時期にメイン噴射を実行することで、自着火を発生させるとともに少なくとも該メイン噴射燃料の一部を拡散燃焼させる所定燃焼を行う手段であって、前記プレ噴射燃料を増量する場合に、該増量に従い前記プレ噴射の時期を進角する制御手段と、を備える内燃機関の制御装置である。
【００１０】
上記点火装置は、燃料噴射弁から噴射され点火可能領域を通過する噴霧である通過噴霧に対して直接点火が可能となるように、点火装置と燃料噴射弁との相対的な位置関係が決定されている。一般に、燃焼目的に応じて吸気弁の開弁に伴い燃焼室内に形成される気流や、ピストンの頂部に位置するキャビティ等の形状を利用して、点火装置の点火可能領域に混合気を運ぶことで燃料噴霧に対して点火を行う場合がある。このような一般的な点火形態では、燃料噴射弁からの噴射時期は、吸気弁の開弁時期や気筒内でのピストン位置等の影響を多分に受けることになる。これに対し、本発明に係る内燃機関の制御装置では、上記の通り燃料噴射弁と点火装置の相対位置が関係付けられているため、燃料噴射時期及び点火時期の制御の自由度が極めて高くなり、故に、後述する燃焼制御手段による各燃料噴射の制御が実現可能とされる。そして、好ましくは上記点火装置は、内燃機関の吸気弁の開弁時期やピストン位置に関係なく任意の時期に、燃料噴射弁からの通過噴霧に対して直接点火が可能とされる。
【００１１】
ここで、燃焼制御手段により行われる所定燃焼では、先ず、圧縮行程中の所定プレ噴射時期に行われるプレ噴射と、点火装置によるプレ噴霧への点火が行われる。そして、その後に、圧縮行程上死点前の所定噴射開始時期にメイン噴射が実行され、自着火拡散燃焼が行われることになる。ここで、メイン噴射は、更に、プレ噴射燃料による火炎を起点として燃焼が開始可能となるように行われる燃料噴射である。したがって、プレ噴射燃料の点火燃焼によって生じた火炎によりメイン噴射燃料が引火され、その後に自着火拡散燃焼が行われる程度に両噴射の相関が制御されることになる。このようにプレ噴射が行われる所定プレ噴射時期は、単に圧縮行程中の噴射時期というものではなく、メイン噴射後の自着火拡散燃焼が可能となるように、メイン噴射との相関を踏まえて設定されるものである。
【００１２】
そして、本発明の所定燃焼によれば、本出願人の努力により、従来技術では奏し得ない燃焼の安定性と内燃機関の熱効率向上の達成が可能であることが見出された。これは、上記のようにプレ噴射とメイン噴射とが関連付けられることで、メイン噴射燃料の噴射時において燃焼室内が、プレ噴射燃料の燃焼により高温高圧の場となっているとともに、プレ噴射燃料の一部がメイン噴射燃料とともに自着火し拡散燃焼に供されて機関出力に効率的に反映されることが、その要因の一つとして想定される。なお、この本願発明による燃焼の安定性と内燃機関の熱効率向上については、必ずしも当該要因のみに限定されるものではなく、その他の要因によってこれらが達成されている場合であっても、上述した技術思想を包含する限りは本願発明の権利範囲に属するものである。
【００１３】
そして、このような所定燃焼において、内燃機関の機関負荷の増大やその他の理由によりプレ噴射燃料が増量される場合には、燃焼制御手段によって、その増量に従ってプレ噴射時期が進角される。ここで、プレ噴射時期を一定としたままプレ噴射燃料が増量されると、プレ噴射後の点火プラグでの点火により燃焼する燃料が多くなる。そこで、プレ噴射燃料が増量されるとともにプレ噴射時期が進角させる。これにより、プレ噴射燃料のうち、メイン噴射時においても燃焼室内に残っている燃料が多くなるものと想定される。メイン噴射時においても燃焼室内に残っているプレ噴射燃料は、メイン噴射燃料とともに自着火拡散燃焼に供されるため、機関出力に寄与することになる。また、プレ噴射時期を一定としたままプレ噴射燃料が増量されると、メイン噴射後において、局所的に酸素を効率的に取り込んだ拡散燃焼を実現しにくい状況になり、スモークが発生しやすくなる。そこで、プレ噴射燃料の増量に従って、プレ噴射時期を進角させることで、進角させない場合と比べて燃焼室内圧力が低い状態でプレ噴射を実行することになるため、燃焼室内の空気利用が好適に行われ、スモークの発生を抑制することができる。この結果、内燃機関のより広い運転領域において、上記所定燃焼を、上述した燃焼の安定性と内燃機関の熱効率向上の下で実現することができる。
【００１４】
ここで、上記の内燃機関の制御装置において、前記燃焼制御手段は、前記プレ噴射燃料の増量に従い、前記プレ噴射時期を進角するとともに、該プレ噴射時期と前記点火装置による点火時期との間の点火インターバルを長くしてもよい。点火インターバルを調整することでも、プレ噴射とメイン噴射との相関を調整することが可能となる。特に、点火インターバルを長くすると、点火時期における、燃焼室内でのプレ噴射燃料の進行状態を変更することになるため、プレ噴射燃料のうち点火装置の点火によって燃焼される割合を低減し、メイン噴射燃料とともに燃焼されるプレ噴射燃料の割合を増加させることになり、これが両噴射の相関を調整することになると考えられる。その結果、プレ噴射時期を進角させることによるスモーク抑制とともに、内燃機関の熱効率の向上が図られることになる。
【００１５】
また、上述までの内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の機関負荷が所定第１負荷以上の場合に、前記燃焼制御手段は、該機関負荷の増加に応じて前記プレ噴射燃料を増量するとともに、該増量に従い該プレ噴射の時期を進角してもよい。ここで言う所定第１負荷は、内燃機関の１サイクルにおいて燃焼に供される噴射燃料量が比較的多くなる機関負荷の状態をいう。この場合、機関負荷の増加に伴って、メイン噴射時に燃焼室内にプレ噴射燃料の一部とメイン噴射燃料が局所的に空気利用が不十分な状態で存在することになり、スモークが発生しやすくなる。そこで、本発明では、上記のとおり機関負荷の増加に対応して、プレ噴射量を増量しその噴射時期を進角することで、増加された機関負荷への対応とスモーク抑制の両立を図ることができる。なお、本発明は、上記のとおりプレ噴射とメイン噴射とを関連付けていることから、プレ噴射燃料を増量してもその一部をメイン噴射燃料とともに燃焼させることになるため、内燃機関の熱効率を好適に維持することができる。
【００１６】
また、上記内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の機関負荷が前記所定第１負荷
より大きい所定第２負荷以上の場合には、前記燃焼制御手段は、前記メイン噴射燃料の量を所定の上限量に維持しながら該機関負荷の増加に応じて前記プレ噴射燃料を増量するとともに、該増量に従い該プレ噴射の時期を進角してもよい。ここで言う所定第２負荷は、内燃機関の１サイクルにおいて燃焼に供される噴射燃料量が更に多くなることに伴ってメイン噴射燃料が増量されてしまうと、メイン噴射燃料の気化潜熱の影響によりスモークの発生が懸念される機関負荷の状態を言う。したがって、このように機関負荷がより高い第２負荷以上となった場合には、メイン噴射燃料量は所定の上限量を越えないように該所定の上限量に維持されることでスモークを抑制する。そして、機関負荷の増加に対応した燃料増加は、プレ噴射燃料量の増加及びプレ噴射時期の進角化で対応する。このように所定燃焼に関する制御が行われることで、内燃機関の高負荷の広い範囲において該所定燃焼を適用することができる。
【００１７】
ここで、上述までの内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の機関負荷が所定の低負荷領域に属する場合には、前記燃焼制御手段は、該内燃機関の機関負荷に応じた前記プレ噴射燃料量の増量を行わず、前記プレ噴射燃料の噴射量を、前記プレ噴射としての最小噴射量となる最小プレ噴射量に維持してもよい。内燃機関の機関負荷が所定の低負荷領域に属する場合には、１サイクルでの燃料噴射量は比較的少なくなる。このような場合、プレ噴射燃料の量をいたずらに多くするとメイン噴射燃料の量が大きく低下するため、たとえ、プレ噴射とメイン噴射との間に上記相関が見出せたとしても、メイン噴射燃料の量の低下による内燃機関の熱効率の低下が顕著となり得る。一方で、プレ噴射燃料の量をいたずらに少なくすると、メイン噴射燃料を点火させるための火炎の生成や、拡散燃焼のための燃焼室内の高温高圧場の確立が好適に行えず、燃焼の不安定化を招き得る。そこで、低負荷時において内燃機関の熱効率と燃焼の安定化を両立するための、低負荷時に維持されるプレ噴射燃料の量として、上記最小プレ噴射量が設定される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、自着火温度が比較的高い燃料を使用する内燃機関において、安定したディーゼル燃焼の実現と、その熱効率の向上を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施例が適用される内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す内燃機関に搭載される点火装置による点火形態を説明するための図である。
【図３】本発明に係る内燃機関の制御装置によって実行される燃焼制御（以下、「本発明に係る燃焼制御」という）を説明するための図である。
【図４】本発明に係る燃焼制御による燃焼室内での熱発生率の推移を示す第１の図である。
【図５】図１に示す内燃機関において、本発明に係る燃焼制御のプレ噴射が行われた場合のプレ噴射量と該プレ噴射燃料の燃焼効率との相関を、プレ噴射時期に応じて測定した図である。
【図６】本発明に係る燃焼制御による燃焼室内での熱発生率の推移を示す第２の図である。
【図７】図１に示す内燃機関に本発明に係る燃焼制御が適用された場合の、機関負荷と熱効率との相関、および機関負荷と燃焼室内の空燃比との相関の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る燃焼制御において、内燃機関の低負荷時におけるプレ噴射量と熱効率との相関を示す図である。
【図９】本発明に係る燃焼制御において、プレ噴射量を変更した場合の気筒内圧力と熱発生率の推移を示す図である。
【図１０】本発明に係る燃焼制御において、プレ噴射とメイン噴射との間の噴射インターバルを変更した場合の熱効率の推移を示す図である。
【図１１】図１に示す内燃機関に本発明に係る燃焼制御が適用された場合において、プレ噴射燃料の増量とプレ噴射時期の進角化による、スモーク発生量の変化と熱効率の変化を示す図である。
【図１２】図１に示す内燃機関に本発明に係る燃焼制御が適用された場合において、プレ噴射量に応じて測定されたスモーク発生量と熱効率との相関を示す図である。
【図１３】図１に示す内燃機関において適用される本発明に係る燃焼制御のフローチャートである。
【図１４】図１に示す内燃機関において適用されるプレ噴射とその点火、およびメイン噴射に関する制御マップを示す第１の図である。
【図１５】図１に示す内燃機関において適用されるプレ噴射とその点火、およびメイン噴射に関する制御マップを示す第２の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明を適用する内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒を備えた４ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１では、複数の気筒のうち１気筒のみが示されている。
【００２２】
内燃機関１の各気筒２には、ピストン３が摺動自在に内装されている。ピストン３は、コネクティングロッド４を介して図示しない出力軸（クランクシャフト）と連結されている。また、気筒２の内部は、吸気ポート７及び排気ポート８と連通している。気筒２内における吸気ポート７の開口端は、吸気弁９により開閉される。気筒２内における排気ポート８の開口端は、排気弁１０により開閉される。吸気弁９と排気弁１０は、図示しない吸気カムと排気カムとにより各々開閉駆動される。
【００２３】
更に、各気筒２には、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁６が、気筒２内に形成される燃焼室の中央頂部に配置されるとともに、燃料噴射弁６から噴射された燃料に対して点火可能な点火プラグ５が内燃機関１のシリンダヘッド側に配置されている。具体的には、燃料噴射弁６は、図２に示すように概ね放射状に１６方向に燃料を噴射可能となるように噴孔６ａを有している。そして、点火プラグ５の点火可能領域である電極間の領域５ａに対して、噴孔６ａから噴射された燃料噴霧の少なくとも一つが通過するように、且つ、その通過した噴霧に対して領域５ａに流れた電極間電流によって直接点火できるように、燃料噴射弁６に対する点火プラグ５の相対位置、特に燃料噴射弁６に対する領域５ａの相対位置が決定されている。なお、点火プラグ５は、更に吸気弁９および排気弁１０の動作に干渉しないように、２つの吸気弁９の間に位置している。
【００２４】
このように構成された点火プラグ５と燃料噴射弁６は、スプレーガイド燃焼を実現可能とする。すなわち、燃料噴射弁６からの噴射燃料に対して直接点火できるように配置される点火プラグ５と、該燃料噴射弁６は、内燃機関１の吸気弁９の開弁時期やピストン３の位置にかかわらず任意の時期に、領域５ａを通過する噴射燃料に対する点火を可能とする。一方で、燃料噴射弁からの噴射燃料を、吸気弁の開弁により燃焼室内に流れ込んだ空気流に乗せて点火プラグ近傍に運んで点火するエアガイド燃焼や、ピストンの頂部に形成されたキャビティの形状を利用して点火プラグ近傍に噴射燃料を運んで点火するウォールガイド燃焼では、吸気弁の開弁時期やピストン位置が所定の状態とならなければ燃料噴射や
点火を行うことが困難となる。そのため、本実施例に係るスプレーガイド燃焼は、これらのエアガイド燃焼やウォールガイド燃焼と比べて、非常に自由度の高い燃料噴射及び点火時期制御が可能となる。
【００２５】
ここで図１に戻ると、吸気ポート７は、吸気通路７０と連通している。吸気通路７０には、スロットル弁７１が配置されている。スロットル弁７１より上流の吸気通路７０には、エアフローメータ７２が配置されている。一方で、排気ポート８は、排気通路８０と連通している。排気通路８０には、内燃機関１から排出される排気を浄化するための排気浄化触媒８１が配置されている。後述するように、内燃機関１から排出される排気は、ストイキ空燃比よりもリーン側の空燃比であるため、そのようなリーン空燃比の排気中のＮＯｘ浄化が可能な選択還元型のＮＯｘ触媒や排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集可能なフィルタを、排気浄化触媒８１として採用することができる。
【００２６】
そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されており、該ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態や排気浄化装置等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、上述したエアフローメータ７２や、クランクポジションセンサ２１及びアクセルポジションセンサ２２が電気的に接続され、各センサの検出値がＥＣＵ２０に渡される。したがって、ＥＣＵ２０は、エアフローメータ７２の検出値に基づく吸入空気量や、クランクポジションセンサ２１の検出に基づく機関回転数や、アクセルポジションセンサ２２の検出に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁６、点火プラグ５、スロットルバルブ７１等が電気的に接続され、これらの各要素がＥＣＵ２０によって制御される。
【００２７】
＜燃焼制御＞
このように構成される内燃機関１において実行される燃焼制御について、図３に基づいて説明する。図３（ａ）には、図の左側から右側に進む時系列において、内燃機関１で行われる燃焼制御に関する燃料噴射及び点火の流れ（図３（ａ）の上段を参照）と、その燃料噴射及び点火により燃焼室で生じると想定される燃焼に関する事象の変遷（図３（ａ）の下段を参照）を模式的に示したものである。また、図３（ｂ）には、図３（ａ）に示す燃料噴射であるプレ噴射とメイン噴射、および点火の時間的相関が示されている。なお、図３に示す形態は、あくまでも本発明に係る燃焼制御を説明するために模式的に示したものであり、本発明をこの形態に限定して解釈すべきではない。
【００２８】
本発明に係る燃焼制御では、１サイクルにおいて、圧縮行程の所定時期に燃料噴射弁６から行われる燃料噴射であるプレ噴射と、プレ噴射の後であって圧縮行程上死点（ＴＤＣ）前の時期に同じく燃料噴射弁６から行われる燃料噴射であるメイン噴射が実行される。そして、図３（ｂ）に示すように、プレ噴射の噴射開始時期（以下、単に「プレ噴射時期」という）をＴｐとし、メイン噴射の噴射開始時期（以下、単に「メイン噴射時期」という）をＴｍとする。また、プレ噴射とメイン噴射との間隔（Ｔｍ−Ｔｐ）を噴射インターバルＤｉと定義する。また、プレ噴射による燃焼は上述したスプレーガイド燃焼として実行されるものであり、プレ噴射された燃料（以下、「プレ噴射燃料」という）に対して点火プラグ５による点火が行われる。この点火時期を、図３（ｂ）に示すようにＴｓとし、プレ噴射が開始されてから点火が行われるまでの間隔（Ｔｓ−Ｔｐ）を点火インターバルＤｓと定義する。
【００２９】
次に、本発明に係る燃焼制御の流れについて説明する。
（１）プレ噴射
先ず、圧縮行程の所定時期にプレ噴射が行われる。なお、プレ噴射時期Ｔｐは、後述するメイン噴射との相関に基づいて決定される。プレ噴射が開始されることで、図２に示すように、燃料噴射弁６から噴射された燃料は、燃焼室内において点火プラグ５の点火可能
領域５ａを通過する。このようにプレ噴射が開始された直後においては、プレ噴射燃料は燃焼室内に広く拡散はせずに、噴射の貫徹力によりその噴霧先端において周囲の空気を巻き込みながら燃焼室内を進んでいく。そのため、プレ噴射燃料は、燃焼室内で成層された混合気を形成することになる。
【００３０】
（２）プレ噴射燃料への点火
そして、そのように成層されたプレ噴射燃料に対して、プレ噴射開始から点火インターバルがＤｓとなる時期Ｔｓで、点火プラグ５による点火が行われる。上記の通り、プレ噴射燃料は成層化されているため局所的な空燃比は、当該点火による燃焼が可能な状態となっている。ここで、ピストン３の圧縮作用に加えて、点火されたプレ噴射燃料においてその燃焼が進行することで、燃焼室内の更なる温度上昇が得られることになる。その一方で、本発明では、プレ噴射燃料の一部は点火プラグ５の点火による燃焼には供されずに「燃え残り燃料」として燃焼室内に存在することになる。ここで、当該燃え残り燃料は、燃焼室内で一部のプレ噴射燃料の燃焼による高温雰囲気に晒されているため、該燃え残り燃料の少なくとも一部は燃焼には至らない状況下での低温酸化反応により燃焼性が高められた物性に改質された状態となっていることが期待される。ただし、本発明における燃え残り燃料は、プレ噴射燃料の一部が点火プラグ５の点火による燃焼に供されずに残った状態にある燃料を指すものであり、その燃え残った燃料が特定の物性を示す状態になっていることが必ずしも要求されるものではない。
【００３１】
（３）メイン噴射
次に、プレ噴射開始から噴射インターバルがＤｉとなる時期Ｔｍに、換言すれば、点火プラグ５による点火時期ＴｓからＤｉ−Ｄｓの時間が経過した圧縮行程上死点前の時期Ｔｍに、燃料噴射弁６からメイン噴射が実行される。なお、内燃機関１においては、後述するようにメイン噴射燃料は拡散燃焼に供され、機関出力の大部分に寄与することになる。そこで、メイン噴射の噴射開始時期Ｔｍは、機関負荷等によって決定される量のメイン噴射燃料によって機関出力が概ね最大となる時期（以下、「適正噴射時期」という）とされる。そして、時期Ｔｍに噴射開始されたメイン噴射燃料は、燃焼されたプレ噴射燃料による火炎から引火されて燃焼室内の温度が更に上昇する。更に、プレ噴射燃料の燃え残りとメイン噴射燃料がその温度上昇場において自着火するとともに拡散燃焼に供されることになる。上記のとおり、燃え残り燃料が燃焼性が高められている場合には、メイン噴射燃料に関する燃焼がより円滑に進むことが期待される。
【００３２】
このように、本発明に係る燃焼制御では、プレ噴射とメイン噴射との間には、点火プラグ５による点火を挟んで上述の一連の燃焼が行われることになる。そこで、プレ燃焼は、適正噴射時期に行われるメイン噴射に対して当該一連の燃焼が可能となるように、プレ噴射の噴射時期Ｔｐ、すなわち噴射インターバルＤｉの設定が行われる。なお、本明細書において、このようにプレ噴射燃料による火炎を起点としたメイン噴射燃料の燃焼開始、およびプレ噴射燃料の燃え残りとメイン噴射燃料とにおける自着火と拡散燃焼を生じさせる両噴射の相関を、「プレ‐メイン相関」と称する。したがって、本発明に係る燃焼制御では、プレ噴射とプレ噴射燃料に対する点火とに対してプレ‐メイン相関を有するメイン噴射が行われることになる。
【００３３】
ここで、図４に本発明に係る燃焼制御が行われたときの燃焼室での熱発生率の推移を示す。なお、図４においては、内燃機関１の機関回転速度が２０００ｒｐｍであるときの、４つの異なる制御形態（Ｌ１〜Ｌ４）に対応する熱発生率の推移が示されているが、各制御形態においてプレ噴射時期Ｔｐ、プレ噴射量、メイン噴射時期Ｔｍ、点火時期Ｔｓは同一であるが、メイン噴射量が制御形態ごとに変更されている（すなわち、メイン噴射量は、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の順に増量されている）。したがって、各制御形態におけるプレ‐メイン相関は同一であり、よって同一のプレ‐メイン相関を条件としたときのメイン
噴射量の増減に応じた熱発生率推移の変動が、図４に示されていることになる。
【００３４】
ここで、図４中、点線で囲まれたＺ１の部分で、熱発生率の一次ピークが表れている。これは、プレ噴射燃料が点火され燃焼することで発生した熱によるものである。そして、部分Ｚ１では、まだメイン噴射は行われておらず、燃焼室内にはプレ噴射燃料による火炎と、燃焼していないプレ噴射燃料である燃え残り燃料が存在していることになる。ここで、図５に基づいてプレ噴射燃料の燃え残りについて説明する。図５は、図４に示す燃焼制御でのプレ噴射を想定し、そのプレ噴射量と、プレ噴射燃料の燃焼効率との相関を、３つの燃焼条件（Ｌ５〜Ｌ７）ごとに示した図である。具体的には、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７の順で、燃焼条件であるプレ噴射時期Ｔｐと点火時期Ｔｓが、両時期の間隔である点火インターバルＤｓが一定の状態で進角されていく。なお、図５においては、メイン噴射は行われておらず、プレ噴射及び点火のみが行われた場合の上記相関が示されている。
【００３５】
プレ噴射燃料の燃焼効率は、プレ噴射燃料の燃え残り率と以下の式１に示す関連性を有するものであり、燃焼効率が高くなるほど燃え残り率は低くなる関係にある。
プレ噴射燃料の燃え残り率  ＝  １−  プレ噴射燃料の燃焼効率  ・・・（式１）
そこで、図５を見ると、プレ噴射量が一定の場合に、プレ噴射時期Ｔｐと点火時期Ｔｓを進角させると、プレ噴射燃料の燃焼効率は下がり、故に燃え残り率は高くなる傾向が見出せる。また、プレ噴射量と、プレ噴射時期Ｔｐ及び点火時期Ｔｓの進角量とを調整することで、プレ噴射燃料の燃焼効率、すなわち燃え残り率を一定に制御することもできる。このように本発明に係る燃焼制御では、プレ噴射量、プレ噴射時期Ｔｐ、点火時期Ｔｓを制御することで、プレ‐メイン相関を形成する要素の一つであるプレ噴射燃料の燃え残り率を制御することができる。
【００３６】
ここで、また、図４に戻ると、部分Ｚ１の後であって圧縮行程上死点前の時期Ｔｍにおいてメイン噴射が実行される。このとき、メイン噴射燃料は、プレ噴射燃料による火炎によって引火されるとともに、プレ噴射燃料の燃え残りとともに自着火し拡散燃焼に供されることになる。この結果、圧縮行程上死点を過ぎた時期に熱発生率の最大ピーク（第２のピーク）が発生することになる。ここで、メイン噴射量が増加するにしたがって、熱発生率の第２のピークの最大値が大きくなるとともに、そのピーク時期が遅角化される。このことは、メイン噴射量の増加に従ってメイン噴射燃料の燃焼期間が伸びていることを意味するから、メイン噴射燃料とプレ噴射燃料の燃え残りは、拡散燃焼もしくは実質的に拡散燃焼に同一視できる燃焼に供されているものと推察される。
【００３７】
更に、図６に基づいて、本発明に係る燃焼制御において発生する自着火について説明する。図６は当該燃焼制御において、１サイクルにおける合計噴射量（プレ噴射量とメイン噴射量との合計）が一定の場合に、プレ噴射量とメイン噴射量との比率を調整した２つの形態（Ｌ９，Ｌ１０）それぞれの、燃焼室内での熱発生比率の推移を示す。なお、図６においては、内燃機関１の機関回転速度が２０００ｒｐｍとされる。また、Ｌ１０の形態の方がＬ９の形態に比べてプレ噴射量の比率が高くなっている。すなわち、Ｌ１０の形態の方がＬ９の形態に比べて、プレ噴射量が多く且つプレ噴射燃料の燃え残り量も多くなっており、一方でメイン噴射量は少なくなっている。ここで、図６からも理解できるように、Ｌ１０の形態では、Ｌ９の形態に比べて、圧縮行程上死点後の熱発生率のピーク値（上記第２のピーク値）が大きくなっている。さらに、Ｌ１０の形態では、Ｌ９の形態に比べて、熱発生率の当該ピーク値からの立ち下り速度（グラフの傾き）が大きくなっている。これらは、メイン噴射開始後のメイン噴射燃料とプレ噴射燃料の燃え残りの燃焼において、Ｌ１０の形態では、Ｌ９の形態に比べて、自着火による燃焼がより促進されている（自着火によって燃焼する燃料の割合が高くなり、拡散燃焼によって燃焼する燃料の割合が低くなっている）ことを意味するものと推察される。つまり、プレ噴射燃料の燃え残りがメイン噴射後の自着火の促進に寄与していると考えられる。また、プレ噴射量以外にもプレ噴
射時期Ｔｐや点火時期Ｔｓを制御することで本発明に係る燃焼制御が行われている際に自着火が促進されていることを、本出願人は確認した。以上より、本発明に係る燃焼制御においては、プレ噴射や点火に関する条件を制御することで、メイン噴射燃料とプレ噴射燃料の燃え残りとの燃焼において、自着火を促進させることが可能である。
【００３８】
このように本発明に係る燃焼制御では、プレ噴射とメイン噴射との間に、点火プラグ５による点火を挟んで上述の一連の燃焼が行われることで、図７に示すように従来技術では実現され得ない熱効率を達成することができる。図７は、内燃機関１の機関回転速度が２０００ｒｐｍの場合の、機関負荷と熱効率との相関（上段（ａ））と、機関負荷と混合気空燃比との相関（上段（ｂ））とを示している。そして、図７（ａ）、（ｂ）のそれぞれにおいて、線Ｌ１１、Ｌ１３が本発明に係る燃焼制御に対応し、線Ｌ１２、Ｌ１４がガソリンエンジンでの従来の燃焼制御である均質ストイキ制御に対応する。この均質ストイキ制御は、燃焼室内の混合気空燃比が均質にストイキ近傍の空燃比となるように制御される燃焼制御である。
【００３９】
図７からも理解できるように、本発明に係る燃焼制御では、プレ噴射と点火プラグ５での点火によるスプレーガイド燃焼ののちに自着火拡散燃焼を生じさせるメイン噴射が行われるため、当該制御による燃焼はいわゆるディーゼル燃焼に類似し、又は実質的に同一視できると考えられる。そのため、燃焼室内の混合気空燃比を極めてリーン空燃比とすることができる（図７（ｂ）の線Ｌ１３に示す例では、空燃比が４０〜７０程度である。）。そして、本発明に係る燃焼制御ではこのようにリーン空燃比での燃焼を実現するため、従来のガソリンエンジンでの均質ストイキ制御に比べてスロットル弁７１の開度を大きくすることができる。そのため、内燃機関１でのポンプ損失を抑えることができる。さらに、自着火拡散燃焼により内燃機関１での冷却損失も従来のガソリンエンジンでの均質ストイキ制御時と比べて抑えることができる。その結果、図７（ａ）に示すように、本発明に係る燃焼制御が行われる内燃機関１の熱効率は非常に高い値となる。
【００４０】
＜本発明に係る燃焼制御の詳細な説明＞
上述のとおり、本発明に係る燃焼制御は、プレ噴射とプレ噴射燃料に対する点火、およびプレ噴射に対してプレ‐メイン相関を有するメイン噴射を行うことで、図７に示すように従来技術では奏し得ない効果を発揮するものである。そこで、当該燃焼制御に関する３つの技術要素、すなわち（１）プレ噴射量、（２）噴射インターバル、（３）プレ噴射時期について、以下に詳細を説明する。これらの技術要素は、プレ噴射とメイン噴射との相関であるプレ‐メイン相関に大きく関連するものと考えられる。
【００４１】
（１）プレ噴射量
本発明に係る燃焼制御では、図３に示すようにプレ噴射は圧縮行程中の時期Ｔｐに行われる。そのため、プレ噴射燃料が点火プラグ５による点火によって燃焼すると内燃機関１の機関出力を妨げるように作用する。しかしながら、本発明に係る燃焼制御では、点火による燃焼に供される燃料はプレ噴射燃料の一部であるため、機関出力を妨げるような作用は小さい。そして、点火による燃焼には供されないプレ噴射燃料の燃え残りはメイン噴射後においてメイン噴射燃料とともに自着火拡散燃焼に供されるため機関出力に貢献することになる。また、上記のとおり適正噴射時期に行われるメイン噴射は、内燃機関１の機関出力への影響は大きいが、メイン噴射量が多くなると、その気化潜熱の影響により自着火拡散燃焼が不安定となったり、メイン噴射によって形成される燃料噴霧に対してその周囲の空気（酸素）が不足することによりスモークの発生量が増加したりする懸念がある。そのためメイン噴射量の増量には一定の上限が存在することになるため、機関出力の増加に対応するためには、プレ噴射燃料の寄与分を更に高める必要がある。このようにプレ噴射燃料とメイン噴射燃料は、互いに関連し合うものであり、この点を考慮してプレ噴射量について詳細に説明する。
【００４２】
（１−１）低負荷時
内燃機関１の機関負荷が比較的低い低負荷時においては、プレ噴射量とメイン噴射量との合計である合計噴射量も総じて少ない状態にある。ここで、このような低負荷時におけるプレ噴射量と内燃機関１の熱効率との相関が図８に示されており、この図８に示す例では、合計噴射量を一定とした上でプレ噴射量を推移した場合の当該相関が示されている。低負荷時においてプレ噴射量が少なくなると、例えば図８中のＭｐ１を下回るプレ噴射量となると、プレ噴射燃料が点火され燃焼することで生じる熱量が少なくなるため、メイン噴射燃料及びプレ噴射燃料の燃え残りでの自着火の発生及び拡散燃焼を安定に行うことが難しくなる。そのため、プレ噴射量がＭｐ１より少なくなると、内燃機関１での熱効率が徐々に低下し、いずれメイン噴射燃料を着火させることができない失火状態に至ると考えられる。このように燃焼が不安定となるプレ噴射量の領域（Ｍｐ１より少ない領域）を、図８では燃焼不安定領域Ｒ１と表している。したがって、低負荷時において安定した燃焼を実現するためには、プレ噴射量をＭｐ１より少なくするのは好ましくない。
【００４３】
また、低負荷時において、プレ噴射量が多くなると、例えば図８中のＭｐ２を上回るプレ噴射量となると、点火プラグ５での点火による燃焼が促進され易くなるためプレ噴射燃料における燃え残り率が低下する。すなわち、機関出力に寄与するメイン噴射後の燃焼に供される燃え残り量の割合が低下する。また、プレ噴射量が増加した分、メイン噴射量が減少することになる。従って、増加されたプレ噴射量の燃え残りによる出力寄与を考慮しても、メイン噴射燃料の減少に起因した機関出力の低下が顕著となる。このような機関出力低下により熱効率も低下してしまうプレ噴射量の領域（Ｍｐ２より多い領域）を、図８では熱効率低下領域Ｒ２と表している。したがって、高熱効率を維持するためには、プレ噴射量をＭｐ２より多くするのは好ましくない。
【００４４】
ここで、図９に、内燃機関１が低負荷時にある場合の合計噴射量を一定とした場合に、プレ噴射量を異ならせた３つの形態に対応させた、燃焼室内の圧力の推移（Ｌ１５〜Ｌ１７）と、燃焼室での熱発生率の推移（Ｌ１８〜Ｌ２０）とを示している。具体的には、圧力推移については、Ｌ１５、Ｌ１６、Ｌ１７の順でプレ噴射量が増加し、熱発生率推移については、Ｌ１８、Ｌ１９、Ｌ２０の順でプレ噴射量が増加するとともに、Ｌ１５とＬ１８、Ｌ１６とＬ１９、Ｌ１７とＬ２０は、それぞれプレ噴射量は同じである。図９に示すように、プレ噴射量が少ないとその燃焼による発熱量が少ないため、燃焼室内の圧力の立ち上がりが遅くなり（Ｌ１５を参照）、メイン噴射燃料に対応した熱発生も遅くなる（Ｌ１８を参照）。この点から、燃焼が不安定となっていることが理解できる。一方で、プレ噴射量が多いとメイン噴射量が少なくなり機関出力が低下するため、燃焼室内の圧力も十分に上昇せず（Ｌ１７を参照）、メイン噴射燃料に対応した熱発生も小さくなる（Ｌ２０を参照）。
【００４５】
以上より、内燃機関１の低負荷時には、プレ噴射量は、下限がＭｐ１で定義され上限がＭｐ２で定義される範囲Ｒｐ内の量（例えば、図９に示すＬ１６、Ｌ１９に対応するプレ噴射量）にてプレ噴射を実行するのが好ましい。なお、図８に示すように、範囲Ｒｐ内において内燃機関１での熱効率に大きな変動がない場合には、範囲Ｒｐ内に属する一のプレ噴射量の値を、低負荷時におけるプレ噴射量、すなわち最小プレ噴射量として代表的に用いてもよい。この場合、低負荷時において内燃機関１の機関負荷が増加していく場合には、プレ噴射量は上記代表値に固定したまま、メイン噴射量を増量していくことで、内燃機関１での熱効率を高く維持することができる。
【００４６】
（１−２）高負荷時
内燃機関１の機関負荷が比較的高い高負荷時においては、その要求された機関負荷に対応するべくメイン噴射量も増量されていく。しかし、圧縮行程上死点前の適正噴射時期に
実行されるメイン噴射において多量の燃料が噴射されると、その燃料の気化潜熱による影響が顕著となる。例えば、図４に示した部分Ｚ２を見ると、メイン噴射量が増加するほどその気化潜熱の影響により、メイン噴射時の熱発生率の立ち上がりが遅くなっているのが理解できる。このように気化潜熱が大きくなると燃焼室内の温度上昇の鈍化が顕著となり、その結果、プレ噴射燃料の燃え残りやメイン噴射燃料の自着火拡散燃焼が不安定となる虞がある。さらに、メイン噴射量が多量となると、メイン噴射によって形成される燃料噴霧に対してその周囲の空気（酸素）が不足することによりスモークの発生量が増加する虞もある。そのため、高負荷時においてはメイン噴射量には上限を設定し、自着火拡散燃焼を安定化させるとともにスモークの発生量を抑制するのが好ましい。このとき、機関負荷の増加に対応するためには、メイン噴射燃料をその上限値に維持した状態で、プレ噴射燃料の増量を図る。上記のとおり、本発明に係る燃焼制御においては、プレ噴射とメイン噴射との間にはプレ‐メイン相関を見出すことができ、プレ噴射燃料の燃え残りは機関出力に寄与する。そこで、高負荷時においてメイン噴射量を増量できない場合であっても、プレ噴射燃料を増量するとともにその燃え残り量を増量させることで、機関負荷の増加要求に対応することが可能となる。
【００４７】
なお、内燃機関１の機関負荷とプレ噴射燃料との相関の詳細については、後述する。
【００４８】
（２）噴射インターバル
本発明に係る燃焼制御では、図３に示すようにプレ噴射は圧縮行程中の時期Ｔｐに行われ、メイン噴射は圧縮行程上死点前の時期Ｔｍに行われる。そして、この間隔（Ｔｍ−Ｔｐ）が、噴射インターバルＤｉと定義される。本発明に係る燃焼制御では、プレ噴射燃料の燃焼による火炎とその燃え残り燃料とに対してメイン噴射が実行されることにより、燃え残り燃料とメイン噴射燃料での自着火の発生及び拡散燃焼が導き出される。したがって、メイン噴射時の、プレ噴射燃料の燃焼による火炎とその燃え残り燃料の状態を決定することになる噴射インターバルは、プレ‐メイン相関を形作る要素の一つと考えられる。なお、本実施例では、噴射インターバルは、クランク角度で表すものとする。
【００４９】
ここで、噴射インターバルＤｉと内燃機関１の熱効率との相関が図１０に示されており、この図１０に示す例では、プレ噴射量とメイン噴射量、及び点火インターバルＤｓを一定とした上で噴射インターバルＤｉを変更した場合の当該相関が示されている。本発明に係る燃焼制御では、１つの燃料噴射弁６を利用して、プレ噴射に続いてメイン噴射が実行されることになる。燃料噴射弁６は、一般的にはその内部において噴射ニードルがリフトされることで噴孔から燃料が噴射される構成を有している。そのため、噴射ニードルの往復動に要する時間等、燃料噴射弁６の機械的な構造に起因して、採用し得る噴射インターバルの最小値Ｄｉ１が存在することになる。このように燃料噴射弁６の機械的な要因により実現が困難である噴射インターバルの領域（Ｄｉ１より短い領域）を、図１０では機械限界領域Ｒ３と表している。なお、プレ噴射燃料量によって熱効率低下領域Ｒ４の下限値（図１０に示すＤｉ２）は変化する。つまり、プレ噴射燃料量が増加すると、プレ噴射燃料への点火による燃焼がより長い期間継続されることになるため、噴射インターバルＤｉをより長くしてもメイン噴射燃料を燃焼させることが可能となる。
【００５０】
また、噴射インターバルＤｉを長くしていくと、プレ噴射燃料の点火による燃焼過程のより終端側の時期にメイン噴射が実行されることになる。この終端側の時期では、プレ噴射燃料の燃焼が収束しようとしている状態にあるため、プレ噴射燃料による火炎を起点としたメイン噴射燃料の燃焼が立ち上がりにくい状況にある。そして、噴射インターバルＤｉが更に長くなると、メイン噴射燃料を燃焼させることができず失火が生じてしまう可能性がある。そこで、噴射インターバルＤｉが長くなりすぎると（例えば、図１０に示すＤｉ２より長い領域）、本願発明に係る燃焼制御が好適に実行されず内燃機関１の熱効率が低下していくことになる。そこで、このような熱効率の低下が顕著となる噴射インターバ
ルＤｉの領域を、図１０では熱効率低下領域Ｒ４と表している。
【００５１】
以上より、噴射インターバルＤｉについては、下限がＤｉ１で定義され上限がＤｉ２で定義される範囲Ｒｄ内において、内燃機関１の熱効率がピーク値を示す噴射インターバルＤｉ０を利用するのが好ましい。なお、内燃機関１の機関負荷と噴射インターバルＤｉとの相関の詳細については、後述する。
【００５２】
（３）プレ噴射時期Ｔｐ
本発明に係る燃焼制御では、メイン噴射は、プレ噴射及び該プレ噴射燃料への点火が行われた後に実行される。ここで、メイン噴射燃料は、プレ噴射燃料の燃焼による火炎を起点として燃焼が開始され、プレ噴射燃料の燃え残りとともに自着火し拡散燃焼するが、このメイン噴射燃料の燃焼初期においては、プレ噴射燃料による火炎やその燃え残りが燃焼室内に偏在しているため、メイン噴射燃料と燃焼室内の空気との混合が十分に促進されにくく、スモークが発生しやすい状況にある。特に、メイン噴射量が多い場合には、スモークが発生しやすくなる。また、スモークの増加は、噴射燃料の効率的な燃焼阻害を意味していることから、スモークの増加に伴い内燃機関１の熱効率は低下していく傾向にある。一方で、メイン噴射は内燃機関１の熱効率向上の観点から、圧縮行程上死点前の適正噴射時期に行われるのが好ましい。そこで、スモーク抑制の観点から、メイン噴射燃料に対する、プレ噴射燃料の燃え残りとの相互作用を調整するために、プレ噴射時期Ｔｐを制御することが好ましい。このようにプレ噴射時期Ｔｐもプレ‐メイン相関を形作る要素の一つと考えられる。
【００５３】
ここで、図１１に、プレ噴射量とメイン噴射量の合計噴射量を同一としたときに、プレ噴射量とメイン噴射量の分配を変えた３つの形態１〜３（図１１（ａ）を参照）において、メイン噴射時期Ｔｍを圧縮上死点前の所定時期に固定し、プレ噴射時期Ｔｐを変動させた場合の、スモーク発生量とプレ噴射時期Ｔｐとの相関（図１１（ｂ）を参照）と、熱効率とプレ噴射時期Ｔｐとの相関（図１１（ｃ）を参照）が示されている。なお、各形態において、点火時期は、点火インターバルＤｓ（すなわち、プレ噴射時期Ｔｐから点火時期Ｔｓまでの時間）が全て同一に設定されている。また、各形態１〜３におけるプレ噴射量とメイン噴射量との分配は以下のとおりである。
形態１：  プレ噴射量＝Ｘ１  メイン噴射量＝Ｙ１
形態２：  プレ噴射量＝Ｘ２  メイン噴射量＝Ｙ２
形態３：  プレ噴射量＝Ｘ３  メイン噴射量＝Ｙ３
但し、Ｘ１＞Ｘ２＞Ｘ３、且つ、Ｙ１＜Ｙ２＜Ｙ３、且つ、Ｘ１＝Ｙ１
【００５４】
図１１（ｂ）において、形態１に対応するスモーク変動はＬ２４で表され、形態２に対応するスモーク変動はＬ２５で表され、形態３に対応するスモーク変動はＬ２６で表される。また、図１１（ｃ）において、形態１に対応する熱効率変動はＬ２７で表され、形態２に対応する熱効率変動はＬ２８で表され、形態３に対応する熱効率変動はＬ２９で表される。なお、形態１に対応するスモーク及び熱効率の測定点は丸で表され、形態２に対応するスモーク及び熱効率の測定点は三角で表され、形態３に対応するスモーク及び熱効率の測定点は菱形で表される。そして、各形態での、熱効率の変動において最高熱効率を示すクランク角（プレ噴射時期Ｔｐ）に対応するスモーク及び熱効率の測定点は、黒塗りの丸、三角、菱形で表されている。
【００５５】
ここで、上記黒塗りされた測定点に注目し形態３から形態２、形態１への変遷を想定する。プレ噴射量を増量するとともにそのプレ噴射時期Ｔｐを進角させると、スモーク発生量を低減又は維持させながら（図１１（ｂ）を参照）、内燃機関１の熱効率を概ね最高の状態に維持することができる。すなわち、プレ噴射量が増量されると、その背反としてメイン噴射量が減少することになる。しかしながら、プレ噴射時期Ｔｐを進角することで、
プレ噴射燃料の燃え残り分を増加させることができる。そして、より多くの燃え残り燃料をメイン噴射燃料とともに自着火拡散燃焼に供させることで、メイン噴射量の減少に起因する出力低下を補うことが可能となる。そのため、内燃機関１の熱効率を良好に維持することができるまた、プレ噴射量が増加されても、プレ噴射時期Ｔｐを進角させることでスモークの発生量を抑制することが可能となる。これは、プレ噴射時期Ｔｐを進角させることで、燃焼室内の圧力がより低い時点でプレ噴射を行うことになるため、プレ噴射燃料の貫通力が相対的に上昇し、燃焼室内の空気（酸素）を効率的に利用したプレ噴射燃料の燃焼が行われているからと考えられる。このようにプレ噴射燃料と空気との混合が効率的に行われることで、プレ噴射量を増量してもその燃え残りが燃焼室内に偏在する程度を緩和でき、スモークの発生量を抑制できる。さらに、プレ噴射時期Ｔｐを進角させることで噴射インターバルが長くなるため、プレ噴射燃料の燃え残りとメイン噴射燃料とが重なることも抑制することができる。そのため、プレ噴射燃料の燃え残りとメイン噴射燃料とが重なりによって局所的に空気利用が不十分な状況が生じることでスモークが発生することも抑制することができる。
【００５６】
なお、図１１（ｃ）において、例えば、プレ噴射時期Ｔｐを形態３において最高熱効率となる時期Ｔａに固定して、形態１〜３のそれぞれに沿ったプレ噴射を行ったと想定した場合、プレ噴射量の増加とともに、スモークの発生量は増加し、また、内燃機関１の熱効率は低下していくことが理解できる。この点からも、上述したプレ噴射燃料の増加とともにその噴射時期を進角させるプレ噴射に関する制御は、スモーク抑制及び熱効率向上の観点から極めて有用な制御であることが理解できる。もちろん、このプレ噴射の進角は、プレ‐メイン相関が成立する範囲で進角させる必要があり、いたずらにプレ噴射時期Ｔｐを進角させると、メイン噴射燃料を良好に燃焼させることが難しくなることは言うまでもない。
【００５７】
ここで、図１１（ｂ）、（ｃ）に示された各形態１〜３における測定点を、横軸をスモークの発生量と縦軸を内燃機関１の熱効率としたグラフ上にプロットし直すと、スモーク発生量と熱効率の相関を図１２のように表すことができる。図１２に示す点線Ｒ５で囲まれた測定点は、スモークの発生量が低く、且つ内燃機関１の熱効率が高い領域であり、当該領域Ｒ５には、各形態の最高熱効率に対応した測定点が含まれている。このことからも、本発明に係る燃焼制御によれば、内燃機関１の熱効率を維持したまま、スモークの発生量を抑制することが可能であることが十分に理解できる。
【００５８】
＜燃焼制御フロー＞
ここで、内燃機関１での本発明に係る燃焼制御に関する具体的な処理の流れを、図１３に例示する。図１３に示す燃焼制御は、内燃機関１が稼働している間、ＥＣＵ２０に格納された制御プログラムが実行されることで、繰り返し行われている。また、当該燃焼制御がその処理において使用する制御マップの一例を図１４に示している。図１４の上段（ａ）では、内燃機関１の機関負荷とプレ噴射量の相関を線Ｌ３０で示し、該機関負荷とメイン噴射量との相関を線Ｌ３１で示し、該機関負荷と該機関負荷に対応した燃料噴射量である負荷対応噴射量との相関を線Ｌ３２で示している。更に、図１４（ａ）では、機関負荷に応じたプレ噴射燃料の燃え残り量をＭ１で示している。また、図１４の下段（ｂ）では、内燃機関１の機関負荷とプレ噴射時期Ｔｐの相関を線Ｌ３３で示し、該機関負荷と点火時期Ｔｓとの相関を線Ｌ３４で示し、該機関負荷とメイン噴射時期Ｔｍとの相関を線Ｌ３５で示している。なお、図１４（ｂ）の縦軸は噴射時期を表すが、その値が大きくなるほど圧縮行程上死点より進角される量が大きいことを意味する。
【００５９】
先ず、Ｓ１０１では、アクセルポジションセンサ２２の検出値に基づいて、内燃機関１の機関負荷が算出される。また、別法として、吸気通路７０を流れる空気流量、すなわちエアフローメータ７２の検出値や、吸気通路７０内の吸気圧力に基づいて、内燃機関１の
機関負荷を算出することもできる。そして、その後、Ｓ１０２で、Ｓ１０１で算出された機関負荷に基づいて、負荷対応噴射量Ｓ０が決定される。具体的には、図１４（ａ）で線Ｌ３２に示す制御マップを利用して、機関負荷に応じた負荷対応噴射量Ｓ０が算出されることになる。なお、本実施例では、線Ｌ３２で示すように、機関負荷が増加するに従い負荷対応噴射量Ｓ０が大きくなるように、両者の相関が制御マップ上に記録されている。Ｓ１０２が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００６０】
Ｓ１０３では、図１４（ｂ）で線Ｌ３５に示す制御マップを利用して、メイン噴射時期Ｔｍが決定される。上述したように、内燃機関１の熱効率を向上させるために、メイン噴射時期Ｔｍは、圧縮行程上死点前の適正噴射時期に設定される。なお、この内燃機関１における適正噴射時期は、事前の実験により機関負荷ごとに測定され、その測定結果に基づいて線Ｌ３５による制御マップが形成される。メイン噴射時期Ｔｍの一例としては、機関負荷が大きくなるに従い徐々に進角されるが、高負荷領域Ｒ８（後述する負荷対応噴射量Ｓ０がＳ２以上となる領域）では上限の進角量に維持される。これは、メイン噴射時期Ｔｍは、メイン噴射量に応じて適正噴射時期が決定されることによるものであり、メイン噴射量は、後述するように高負荷領域Ｒ８では一定の噴射量（最大メイン噴射量）に維持されるからである。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００６１】
次に、Ｓ１０４では、Ｓ１０２で決定された負荷対応噴射量Ｓ０が所定の第１噴射量Ｓ１以下であるか否かが判定される。この所定の第１噴射量Ｓ１は、後述するようにプレ噴射時期Ｔｐをメイン噴射時期Ｔｍに連動して進角させる場合（Ｓ１０６の処理を参照）、プレ噴射燃料の燃え残りにメイン噴射燃料が重ねられ空気利用が十分でない状況になることでスモークが発生しやすい状況が生まれる機関負荷に対応する噴射量の閾値である。したがって、負荷対応噴射量Ｓ０が所定の第１噴射量Ｓ１以下である場合には、当該スモークが発生しやすい状況にはなく、一方で合計噴射量Ｓ０が所定の第１噴射量Ｓ１を超える場合には、当該スモークが発生しやすい状況にあることを意味する。Ｓ１０４で肯定判定されるとＳ１０５へ進み、否定判定されるとＳ１１０へ進む。
【００６２】
ここで、Ｓ１０４で肯定判定されたことにより、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が所定の第１噴射量Ｓ１以下であることより、内燃機関１の機関負荷は低負荷領域Ｒ６にある（図１４を参照）。この場合、上述したように、燃焼不安定を回避しつつ内燃機関１の熱効率を高く維持するために、プレ噴射量は図８に基づいて説明された範囲Ｒｐ内の噴射量であるのが好ましい。そこで、Ｓ１０５では、プレ噴射量Ｓｐが、範囲Ｒｐ内に属する一のプレ噴射量である、最小プレ噴射量Ｓｐｍｉｎに設定される。これにより、機関負荷が低負荷領域Ｒ６に属する場合には、図１４（ａ）で線Ｌ３０に示されるようにプレ噴射量Ｓｐは、最小プレ噴射量Ｓｐｍｉｎに固定される。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。
【００６３】
Ｓ１０６では、図１４（ｂ）で線Ｌ３３に示す制御マップを利用して、プレ噴射時期Ｔｐが決定される。低負荷領域Ｒ６では、プレ噴射時期Ｔｐは、図１０に基づいて説明された噴射インターバルＤｉと内燃機関１の熱効率との相関の面から、熱効率が好適な状態となる噴射インターバルＤｉが得られるように設定されればよい。したがって、低負荷領域Ｒ６では、プレ噴射量Ｓｐが最小プレ噴射量Ｓｐｍｉｎに固定されているため、低負荷領域Ｒ６にわたって噴射インターバルＤｉが一定となるように、すなわちＳ１０３で決定されたメイン噴射時期Ｔｍに連動するように、プレ噴射時期Ｔｐが設定される。また、Ｓ１０７では、図１４（ｂ）で線Ｌ３４に示す制御マップを利用して、点火時期Ｔｓが決定される。具体的には、プレ噴射時期Ｔｐと同じように低負荷領域Ｒ６ではプレ噴射量Ｓｐが最小プレ噴射量に固定されることに対応するべく、低負荷領域Ｒ６にわたって点火インターバルＤｓが一定となるように点火時期Ｔｓが設定される。
【００６４】
次に、Ｓ１０８では、図１４（ａ）で線Ｌ３１に示す制御マップを利用して、メイン噴射量Ｓｍが算出される。なお、低負荷領域Ｒ６では、線Ｌ３１で表される機関負荷とメイン噴射量との相関は、以下の式２に従う。
Ｓｍ  ＝  Ｓ０  −Ｓｐ×α  ・・・（式２）
α：プレ噴射燃料の燃え残り率
上記のとおり、本発明に係る燃焼制御では、プレ噴射燃料の燃え残りはメイン噴射燃料とともに自着火し拡散燃焼に供されることで機関出力に寄与し、内燃機関１の熱効率の向上が図られる。すなわち、機関出力に寄与するという観点に立てば、プレ噴射燃料の一部、すなわち燃え残りはメイン噴射燃料と同等と言うことができる。そこで、プレ噴射燃料の燃え残り率を示す係数αを事前の実験等で測定しておき、上記式２に従うことで、本発明に係る燃焼制御の特徴を考慮した上でメイン噴射量Ｓｍを算出することができる。なお、上述したように、プレ噴射燃料の燃え残り率は、プレ噴射時期、点火インターバルＤｓ、及び噴射インターバルＤｉに応じて変化する。従って、係数αはこれらに基づいて定まる値である。また、プレ噴射量の総量に対して点火プラグ５による点火によって燃焼する分の燃料量（すなわちスプレーガイド燃焼によって燃焼する分の燃料量）が非常に少ない場合は、制御上、係数α＝１としてもよい。この場合、負荷対応噴射量＝合計噴射量として制御することになる。Ｓ１０８の処理が終了すると、Ｓ１３０へ進む。
【００６５】
このようにプレ噴射、メイン噴射、および点火に関する各パラメータが決定されることで、低負荷領域Ｒ６では、プレ噴射燃料の点火後に図１４（ａ）にＭ１で示すプレ噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。上記のとおり、低負荷領域Ｒ６では、プレ噴射量Ｓｐは最小プレ噴射量Ｓｐｍｉｎに固定され、点火インターバルＤｓ及び噴射インターバルＤｉも一定であるため、プレ噴射燃料の燃え残り量も概ね一定となる。
【００６６】
次に、Ｓ１０４で否定判定されると処理はＳ１１０へ進み、Ｓ１１０では、Ｓ１０２で決定された負荷対応噴射量Ｓ０が所定の第２噴射量Ｓ２以下であるか否かが判定される。この所定の第２噴射量Ｓ２は、ガソリンエンジンにおいて適正噴射時期に噴射された燃料が比較的多量であり、その気化潜熱の影響により自着火拡散燃焼が不安定となったり、その噴霧に対して周囲の空気（酸素）不足することでスモークが発生したりしやすい状況にある、機関負荷に対応する噴射量の閾値である。換言すれば、燃焼安定性及びスモークの観点からガソリンエンジンにおいて適正噴射時期に噴射し得る上限の噴射量である。したがって、負荷対応噴射量Ｓ０が所定の第２噴射量Ｓ２以下である場合には、当該スモークは発生しにくい状況であり、一方で負荷対応噴射量Ｓ０が所定の第２噴射量Ｓ２を超える場合には、当該スモークが発生し得る状況にあることを意味する。Ｓ１１０で肯定判定されるとＳ１１１へ進み、否定判定されるとＳ１２１へ進む。
【００６７】
ここで、Ｓ１１０で肯定判定されたことにより、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が所定の第１噴射量Ｓ１より多く所定の第２噴射量Ｓ２以下であることにより、内燃機関１の機関負荷は中負荷領域Ｒ７にある（図１４を参照）。この場合、処理はＳ１１１、Ｓ１１２へ進み、Ｓ１１１では、図１４（ａ）で線Ｌ３０に示す制御マップを利用してプレ噴射量Ｓｐが決定され、Ｓ１１２では、図１４（ｂ）で線Ｌ３３に示す制御マップを利用してプレ噴射時期Ｔｐが決定される。具体的には、中負荷領域Ｒ７では、負荷対応噴射量Ｓ０が所定の第１噴射量Ｓ１より多いため、プレ噴射燃料の燃え残りとメイン噴射燃料との干渉によるスモーク発生を抑制する必要がある。そこで、上述したようにプレ噴射時期Ｔｐが、メイン噴射時期Ｔｍの進角量に連動した進角量に加えて、機関負荷の増加（すなわち、負荷対応噴射量Ｓ０の増加）に応じてスモーク抑制のために更に進角される。なお、プレ噴射時期Ｔｐは、図１０に基づいて説明された噴射インターバルＤｉと内燃機関１の熱効率との相関、及び図１１に基づいて説明された進角によるスモーク抑制の両面から、熱効率とスモーク発生量のバランスを考慮して適宜設定すればよい。そして、このとき線Ｌ３０に示すようにプレ噴射時期Ｔｐの進角量の増加に応じてプレ噴射量Ｓｐを増量することに
より、プレ噴射燃料の燃え残り量を増量させ、それをメイン噴射とともに燃焼させることで、内燃機関１の熱効率を犠牲にすることなくスモーク抑制を図ることができる（図１１を参照）。
【００６８】
次に、Ｓ１１３では、図１４（ｂ）で線Ｌ３４に示す制御マップを利用して、点火時期Ｔｓが決定される。具体的には、Ｓ１１２で決定されるプレ噴射時期Ｔｐの、機関負荷の増加に伴う進角量の増量と同じように、点火時期Ｔｓの進角量が増量される。すなわち、中負荷領域Ｒ７では、点火インターバルＤｓが一定とされた状態で、点火時期Ｔｓが、機関負荷の増加に応じて進角されていく。Ｓ１１３の処理が終了すると、Ｓ１１４へ進む。
【００６９】
次に、Ｓ１１４では、図１４（ａ）で線Ｌ３１に示す制御マップを利用して、メイン噴射量Ｓｍが算出される。なお、中負荷領域Ｒ７でも、低負荷領域Ｒ６と同じように、線Ｌ３１で表される機関負荷とメイン噴射量Ｓｍとの相関は、上記の式２に従う。これにより、Ｓ１０８の処理と同じように、本発明に係る燃焼制御の特徴を考慮した上でメイン噴射量Ｓｍを決定することができる。なお、中負荷領域Ｒ７ではプレ噴射量Ｓｐが機関負荷の増加とともに増量されるため、中負荷領域Ｒ７におけるメイン噴射量Ｓｍの増量比率（機関負荷の増加に対するメイン噴射量Ｓｍの増量する比率）は、低負荷領域Ｒ６の場合のメイン噴射量Ｓｍの増量比率よりも小さくなる。Ｓ１１４の処理が終了すると、Ｓ１３０へ進む。
【００７０】
このようにプレ噴射、メイン噴射、および点火に関する各パラメータが決定されることで、中負荷領域Ｒ７では、プレ噴射燃料の点火後に図１４（ａ）にＭ１で示すプレ噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。上記のとおり、中負荷領域Ｒ７では、プレ噴射量Ｓｐは機関負荷の増加に応じて増量されながら、点火インターバルＤｓが一定の下、プレ噴射時期Ｔｐ及び点火時期Ｔｓが進角される。その結果、燃え残り量も、機関負荷の増加に応じて、増量していくことになる。
【００７１】
ここで、Ｓ１１０で否定判定されたことにより、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が所定の第２噴射量Ｓ２より多いことにより、内燃機関１の機関負荷は高負荷領域Ｒ８にある（図１４を参照）。この場合、処理はＳ１２１へ進み、Ｓ１２１では、図１４（ａ）で線Ｌ３１に示す制御マップを利用して、メイン噴射量Ｓｍが決定される。具体的には、高負荷領域Ｒ８では、機関負荷の増加に伴いメイン噴射量Ｓｍも比較的多くなっている。そして上記のとおり、メイン噴射量がある程度多くなると、噴射の際の気化潜熱の影響により燃焼が不安定となったり、その噴霧に対して周囲の空気（酸素）不足することでスモークが発生したりしやすい状態となる。そのため、高負荷領域Ｒ８では、メイン噴射量Ｓｍは、安定した燃焼を確保でき且つ過剰なスモークの発生を抑制できる上限値である最大メイン噴射量Ｓｍｍａｘに設定される。Ｓ１２１の処理が終了すると、Ｓ１２２へ進む。
【００７２】
次に、Ｓ１２２では、図１４（ａ）で線Ｌ３０に示す制御マップを利用して、プレ噴射量Ｓｐが算出される。なお、高負荷領域Ｒ８では、線Ｌ３０で表される機関負荷とプレ噴射量Ｓｐとの相関は、以下の式３に従う。
Ｓｐ  ＝  （Ｓ０  −Ｓｍ）／α  ・・・（式３）
なお、αは、式２と同じく、プレ噴射燃料の燃え残り率である。高負荷領域Ｒ８の場合は、上記の理由でメイン噴射量Ｓｍは最大メイン噴射量Ｓｍｍａｘに固定される。そこで、上記式３に従うことで、Ｓ１０８やＳ１１４の処理と本質的に同じように、本発明に係る燃焼制御の特徴を考慮した上でプレ噴射量Ｓｐを決定することができる。Ｓ１２２の処理が終了すると、Ｓ１２３へ進む。
【００７３】
Ｓ１２３では、図１４（ｂ）で線Ｌ３３に示す制御マップを利用してプレ噴射時期Ｔｐが決定される。具体的には、高負荷領域Ｒ８では、合計噴射量Ｓ０が所定の第２噴射量Ｓ
２より多いため、安定した燃焼の確保及びスモーク抑制のためメイン噴射量ＳｍがＳ１２１で決定された最大メイン噴射量Ｓｍｍａｘに固定されている。したがって、要求された機関負荷に対応するためにプレ噴射量Ｓｐは上記式３に従い、中負荷領域Ｒ７である場合と比べても、より多い値に決定されることになる。このようにプレ噴射量Ｓｐが多くなると、プレ噴射燃料の燃え残りとメイン噴射燃料との干渉によるスモーク発生が再び懸念されるようになる。そこで、図１４（ｂ）で線Ｌ３３に示すように、プレ噴射時期Ｔｐを、中負荷領域Ｒ７である場合と比べてより進角させることで、すなわち、高負荷領域Ｒ８での噴射インターバルＤｉは機関負荷の増加に応じて拡大するようにプレ噴射時期Ｔｐを設定することで、スモーク抑制が図られる。なお、プレ噴射時期Ｔｐの進角量については、上記のとおり高負荷領域Ｒ８ではスモーク発生の懸念があるため、図１１に基づいて説明された進角によるスモーク抑制の面を優先して、プレ噴射時期Ｔｐを適宜設定すればよい。また、仮にスモーク抑制が所望通りに実現可能であるならば、更に図１０に基づいて説明された噴射インターバルＤｉと内燃機関１の熱効率との相関を考慮して、プレ噴射時期Ｔｐを適宜設定すればよい。Ｓ１２３の処理が終了すると、Ｓ１２４へ進む。
【００７４】
次に、Ｓ１２４では、図１４（ｂ）で線Ｌ３４に示す制御マップを利用して、点火時期Ｔｓが決定される。具体的には、点火時期Ｔｓは、機関負荷の増加に伴い進角されるが、その進角量の増量比率（機関負荷の増加に対する進角量の増量の比率）はプレ噴射の進角量の増量比率よりも小さい。そのため、高負荷領域Ｒ８では、プレ噴射時期Ｔｐも点火時期Ｔｓも機関負荷の増加に応じて進角されるが、点火インターバルＤｓは機関負荷の増加に伴い拡大していくことになる。この結果、高負荷領域Ｒ８では、メイン噴射燃料とともに燃焼に供される、プレ噴射燃料の燃え残り量を大きく増量させることができる（図１４（ａ）のＭ１を参照）。上記のとおり、高負荷領域Ｒ８では、メイン噴射量は上限メイン噴射量に固定されているが、このようにプレ噴射燃料の燃え残り量を増量させることで、要求された機関負荷に答えるとともに内燃機関１の熱効率を好適に維持することが可能となる。Ｓ１２４の処理が終了すると、Ｓ１３０へ進む。
【００７５】
このようにプレ噴射、メイン噴射、および点火に関する各パラメータが決定されることで、高負荷領域Ｒ８では、プレ噴射燃料の点火後に図１４（ａ）にＭ１で示すプレ噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。上記のとおり、高負荷領域Ｒ８では、プレ噴射量Ｓｐは機関負荷の増加に応じて増量し、且つ、点火インターバルＤｓが拡大しながら、プレ噴射時期Ｔｐ及び点火時期Ｔｓが進角される。また、プレ噴射量Ｓｐは、メイン噴射量Ｓｍが最大メイン噴射量Ｓｍｍａｘに固定されているため、機関負荷の増加に対するプレ噴射量Ｓｐの増加の比率は、中負荷領域Ｒ７の場合よりも大きくなる。その結果、燃え残り量も、機関負荷の増加に応じて、中負荷領域Ｒ７の場合よりも、より増量していくことになる。
【００７６】
ここで、Ｓ１０８、Ｓ１１４、Ｓ１２４の何れかの処理が終了すると、Ｓ１３０の処理が行われる。Ｓ１３０では、上述までの処理で決定されたプレ噴射量Ｓｐ、プレ噴射時期Ｔｓ、メイン噴射量Ｓｍ、メイン噴射時期Ｔｍ、点火時期Ｔｓに従って、燃料噴射弁６によるプレ噴射及びメイン噴射、点火プラグ５による点火を実行する。Ｓ１３０の処理が終了すると、再びＳ１０１の処理から繰り返される。
【００７７】
本燃焼制御によれば、プレ噴射量Ｓｐ、プレ噴射時期Ｔｓ、メイン噴射量Ｓｍ、メイン噴射時期Ｔｍ、点火時期Ｔｓを機関負荷に応じて適切に決定することで、スモークの発生を抑制しながら安定したディーゼル燃焼の実現と、その熱効率の向上を両立することが可能となる。また、内燃機関の低負荷領域から高負荷領域までの広い運転領域において、好適な燃焼が実現されることになる。
【実施例２】
【００７８】
図１３に示す燃焼制御に適用可能な、プレ噴射、メイン噴射および点火に関する制御マップの第２の実施例について、図１５に基づいて説明する。図１５に示す制御マップの内容と図１４に示す制御マップの内容に関し、同一のものについては図１４における参照番号と同一の参照番号を付すことで、その詳細な説明は省略する。具体的には、図１５に示す制御マップでの、機関負荷に関する領域分け、すなわち低負荷領域Ｒ６、中負荷領域Ｒ７、高負荷領域Ｒ８の設定は、図１４に示す制御マップと同じである。また、プレ噴射量Ｓｐ（線Ｌ３０で表される）、メイン噴射量Ｓｍ（線Ｌ３１で表される）、合計噴射量Ｓ０（線Ｌ３２で表される）に関する制御マップ、及びメイン噴射時期（線Ｌ３５で表される）に関する制御マップは、両図において共通する。
【００７９】
以下に、プレ噴射時期Ｔｐ（線Ｌ３６で表される）及び点火時期Ｔｓ（線Ｌ３７で表される）に関する制御マップについて、負荷領域ごとに説明する。
（１）低負荷領域Ｒ６
低負荷領域Ｒ６での、機関負荷とプレ噴射時期Ｔｐとの相関、及び機関負荷と点火時期Ｔｓとの相関は、図１４に示す制御マップの場合と同じである。
【００８０】
（２）中負荷領域Ｒ７
本実施例における中負荷領域Ｒ７では、低負荷領域Ｒ６と同じように、プレ噴射時期Ｔｐは、メイン噴射時期Ｔｍの進角量に連動して進角される。したがって、中負荷領域Ｒ７においては、噴射インターバルＤｉは、低負荷領域Ｒ６と同じように一定とされる。一方で、点火時期Ｔｓは、点火インターバルＤｓが機関負荷の増加に応じて拡大するように決定される。そのため、点火時期Ｔｓは、機関負荷の増加とともに圧縮行程上死点に近づくように遅角されることになる。このように点火インターバルＤｓが拡大されることで、点火されるまでに燃焼室内を進行するプレ噴射量が増加するため、点火後のプレ噴射燃料の燃え残り量を増加させることが可能になる。このようなプレ噴射燃料の燃え残り量増加は、内燃機関１の熱効率向上に有用であることは、上記のとおりである。
【００８１】
（３）高負荷領域Ｒ８
本実施例における高負荷領域Ｒ８でも、安定した燃焼の確保及びスモーク抑制のためメイン噴射量ＳｍがＳ１２１で決定された最大メイン噴射量Ｓｍｍａｘに固定されており、プレ噴射量Ｓｐが比較的多量となる。そのため、実施例１における高負荷領域Ｒ８の場合と同じように、プレ噴射燃料の燃え残りとメイン噴射燃料との干渉によるスモークを抑制するために、プレ噴射時期Ｔｐは、中負荷領域Ｒ７である場合と比べてより進角させることで、すなわち、高負荷領域Ｒ８での噴射インターバルＤｉは機関負荷の増加に応じて拡大するようにプレ噴射時期Ｔｐを設定する。また、点火時期Ｔｓは、点火インターバルＤｓが機関負荷の増加に応じて拡大するように、機関負荷の増加に応じて点火時期Ｔｓを進角してもよく、又は、機関負荷の増加にかかわらず点火時期Ｔｓを一定時期に固定してもよい。
【００８２】
このようにプレ噴射時期Ｔｐ及び点火時期Ｔｓを決定することで、機関負荷の増大に応じて、プレ噴射時期Ｔｐを大きく進角させながら点火インターバルＤｓを拡大することになるため、プレ噴射燃料の燃え残り量を効果的に増量することができる（図１５（ａ）のＭ１を参照）。特に、高負荷領域Ｒ８では安定した燃焼の確保及びスモーク抑制のためにメイン噴射量が最大メイン噴射量Ｓｍｍａｘに固定されているため、このようにプレ噴射燃料の燃え残り量を増量させることで、要求された機関負荷に答えるとともに内燃機関１の熱効率を好適に維持することが可能となる。
【００８３】
このように図１５に示す制御マップを利用して、本発明に係る燃焼制御のための、プレ噴射量Ｓｐ、プレ噴射時期Ｔｓ、メイン噴射量Ｓｍ、メイン噴射時期Ｔｍ、点火時期Ｔｓを機関負荷に応じて適切に決定することで、スモークの発生を抑制しながら安定したディ
ーゼル燃焼の実現と、その熱効率の向上を両立することが可能となる。また、内燃機関の低負荷領域から高負荷領域までの広い運転領域において、好適な燃焼が実現されることになる。
【実施例３】
【００８４】
上述までの実施例では、点火時期Ｔｓはプレ噴射時期Ｔｐの後に設定されたが、その態様に代えて、本実施例では点火時期Ｔｓをプレ噴射時期Ｔｐの前に設定してもよい。プレ噴射時期Ｔｐの前の所定時期から点火プラグ５での点火を開始し、その点火が継続されている状態でプレ噴射が実行されることで、プレ噴射燃料への点火が実現される。このように点火プラグ５を事前に点火開始しておくことで、図２に示す領域５ａ近傍の空気を昇温させることができ、プレ噴射燃料の着火性を高めることができる。これにより、本発明に係る燃焼制御の安定性を高めることができる。
【００８５】
なお、本実施例の場合、プレ噴射燃料が点火プラグ５の領域５ａに到達した時点で、プレ噴射燃料が点火されることになるため、上記実施例のように点火インターバルＤｓを拡大してプレ噴射燃料の燃え残り量を増量することは困難となる。したがって、内燃機関１の熱効率向上のためにプレ噴射燃料の燃え残り量を増量させるためには、プレ噴射量Ｓｐを増量させることで対応すればよい。また、プレ噴射量Ｓｐの増量に伴いスモーク発生が懸念される場合には、プレ噴射量Ｓｐの増量とともにプレ噴射時期Ｔｐを進角させればよい。
【符号の説明】
【００８６】
１    内燃機関
２    気筒
３    ピストン
５    点火プラグ
６    燃料噴射弁
７    吸気ポート
８    排気ポート
９    吸気弁
１０  排気弁
２０  ＥＣＵ
２１  クランクポジションセンサ
２２  アクセルポジションセンサ
７１  スロットル弁
７２  エアフローメータ
Ｔｐ  プレ噴射時期
Ｔｍ  メイン噴射時期
Ｔｓ  点火時期
Ｄｉ  噴射インターバル
Ｄｓ  点火インターバル
【図１】
2015137586.tif 000003
【図２】
2015137586.tif 000004
【図３】
2015137586.tif 000005
【図４】
2015137586.tif 000006
【図５】
2015137586.tif 000007
【図６】
2015137586.tif 000008
【図７】
2015137586.tif 000009
【図８】
2015137586.tif 000010
【図９】
2015137586.tif 000011
【図１０】
2015137586.tif 000012
【図１１】
2015137586.tif 000013
【図１２】
2015137586.tif 000014
【図１３】
2015137586.tif 000015
【図１４】
2015137586.tif 000016
【図１５】
2015137586.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月21日(2015.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
次に、本発明に係る燃焼制御の流れについて説明する。
（１）プレ噴射
基本燃焼制御では、１サイクル中において、先ず、圧縮行程の所定時期にプレ噴射が行われる。なお、プレ噴射時期Ｔｐは、後述するメイン噴射との相関に基づいて決定される。プレ噴射が開始されることで、図２に示すように、燃料噴射弁６から噴射された燃料は、燃焼室内において点火プラグ５の点火可能領域５ａを通過する。このようにプレ噴射が開始された直後においては、プレ噴射燃料は燃焼室内に広く拡散はせずに、噴射の貫徹力によりその噴霧先端において周囲の空気を巻き込みながら燃焼室内を進んでいく。そのため、プレ噴射燃料は、燃焼室内で成層された混合気を形成することになる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
ここで、図４に本発明に係る燃焼制御が行われたときの燃焼室での熱発生率の推移を示す。なお、図４においては、内燃機関１の機関回転速度が２０００ｒｐｍであるときの、４つの異なる制御形態（Ｌ１〜Ｌ４）に対応する熱発生率の推移が示されているが、各制御形態においてプレ噴射時期Ｔｐ、プレ噴射量、メイン噴射時期Ｔｍ、点火時期Ｔｓは同一であるが、メイン噴射量が制御形態ごとに変更されている（すなわち、メイン噴射量は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４となっている）。したがって、各制御形態におけるプレ‐メイン相関は同一であり、よって同一のプレ‐メイン相関を条件としたときのメイン噴射量の増減に応じた熱発生率推移の変動が、図４に示されていることになる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３９】
図７からも理解できるように、本発明に係る燃焼制御では、プレ噴射と点火プラグ５で
の点火によるスプレーガイド燃焼ののちに自着火拡散燃焼を生じさせるメイン噴射が行われるため、当該制御による燃焼はいわゆるディーゼル燃焼に類似し、又は実質的に同一視できると考えられる。そのため、燃焼室内の混合気空燃比を極めてリーン空燃比とすることができる（図７（ｂ）の線Ｌ１３に示す例では、空燃比が２０〜７０程度である。）。そして、本発明に係る燃焼制御ではこのようにリーン空燃比での燃焼を実現するため、従来のガソリンエンジンでの均質ストイキ制御に比べてスロットル弁７１の開度を大きくすることができる。そのため、内燃機関１でのポンプ損失を抑えることができる。さらに、自着火拡散燃焼により内燃機関１での冷却損失も従来のガソリンエンジンでの均質ストイキ制御時と比べて抑えることができる。その結果、図７（ａ）に示すように、本発明に係る燃焼制御が行われる内燃機関１の熱効率は非常に高い値となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
ここで、噴射インターバルＤｉと内燃機関１の熱効率との相関が図１０に示されており、この図１０に示す例では、プレ噴射量とメイン噴射量、及び点火インターバルＤｓを一定とした上で噴射インターバルＤｉを変更した場合の当該相関が示されている。本発明に係る燃焼制御では、１つの燃料噴射弁６を利用して、プレ噴射に続いてメイン噴射が実行されることになる。燃料噴射弁６は、一般的にはその内部において噴射ニードルがリフトされることで噴孔から燃料が噴射される構成を有している。そのため、噴射ニードルの往復動に要する時間等、燃料噴射弁６の機械的な構造に起因して、採用し得る噴射インターバルの最小値Ｄｉ１が存在することになる。このように燃料噴射弁６の機械的な要因により実現が困難である噴射インターバルの領域（Ｄｉ１より短い領域）を、図１０では機械限界領域Ｒ３と表している。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、噴射インターバルＤｉを長くしていくと、プレ噴射燃料の点火による燃焼過程のより終端側の時期にメイン噴射が実行されることになる。この終端側の時期では、プレ噴射燃料の燃焼が収束しようとしている状態にあるため、プレ噴射燃料による火炎を起点としたメイン噴射燃料の燃焼が立ち上がりにくい状況にある。そして、噴射インターバルＤｉが更に長くなると、メイン噴射燃料を燃焼させることができず失火が生じてしまう可能性がある。そこで、噴射インターバルＤｉが長くなりすぎると（例えば、図１０に示すＤｉ２より長い領域）、本願発明に係る燃焼制御が好適に実行されず内燃機関１の熱効率が低下していくことになる。そこで、このような熱効率の低下が顕著となる噴射インターバルＤｉの領域を、図１０では熱効率低下領域Ｒ４と表している。なお、プレ噴射燃料量によって熱効率低下領域Ｒ４の下限値（図１０に示すＤｉ２）は変化する。つまり、プレ噴射燃料量が増加すると、プレ噴射燃料への点火による燃焼がより長い期間継続されることになるため、噴射インターバルＤｉをより長くしてもメイン噴射燃料を燃焼させることが可能となる。