(57)【要約】【課題】パイロット噴射の量とタイミングとを適正化すると共にポスト噴射を実行することで排ガスの清浄化を図る。【解決手段】筒内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、燃料噴射弁から噴射される燃料の量とタイミングとをエンジン運転状態に基づき制御するようにした圧縮着火式内燃機関において、圧縮上死点前にパイロット噴射を実行させ、その後圧縮上死点以降にメイン噴射を実行させるようにし、且つ、パイロット噴射における燃料噴射量と燃料噴射タイミングとを、そのパイロット噴射による最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下になるように設定し、さらに、上記メイン噴射よりも後にポスト噴射を実行する。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、該燃料噴射弁から噴射される燃料の量とタイミングとをエンジン運転状態に基づき制御するようにした圧縮着火式内燃機関において、圧縮上死点前に上記燃料噴射弁から比較的少量のパイロット噴射を実行させ、その後圧縮上死点以降に上記燃料噴射弁から比較的多量のメイン噴射を実行させるようにし、且つ、上記パイロット噴射における燃料噴射量と燃料噴射タイミングとを、そのパイロット噴射による最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下になるように設定し、さらに、上記メイン噴射よりも後に上記燃料噴射弁からポスト噴射を実行させるようにしたことを特徴とする圧縮着火式内燃機関。
【請求項２】
上記ポスト噴射における燃料噴射量と燃料噴射タイミングとを、ポスト噴射によって噴射された燃料が、上記メイン噴射によって噴射された燃料の燃焼によって筒内温度が略ピークになるときに燃焼するように設定する請求項１記載の圧縮着火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧縮着火式内燃機関に係り、特に、燃焼形態の改善により排ガスの清浄化を図った圧縮着火式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関、特にディーゼルエンジンに対する環境対応の要請が近年益々高まっており、その排ガスの改善が急務となっている。このため、黒煙などの煤を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）や、ＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ触媒等種々の後処理技術が目覚ましい発展を遂げているが、やはり燃焼形態そのものを改善する方が抜本的対策に繋がり望ましい。
【０００３】
通常のディーゼル燃焼は、筒内圧力及び温度が十分高まっている圧縮上死点付近（一般的には１０°ＢＴＤＣ〜１０°ＡＴＤＣ程度）で単段（１回）の燃料噴射を行い、その燃料を所定の着火遅れ期間を経た後一部着火させ、その後燃料の拡散に応じて燃料の蒸発、空気との混合及び燃焼を進行させ、火炎を順次乱流状態で拡散させながら燃焼を行うという拡散燃焼の形態を採る。
【０００４】
一方、近年の排ガスに対するスモークやＮＯｘ低減要求の高まりに対しては、様々な改良がなされてきている。ＮＯｘの低減にはＥＧＲ（Ｅｘｔｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気再循環）が有効であることが従来から知られており、広く実現されている。しかし、ＥＧＲは排ガスを環流するため、スモークの悪化を回避できない。
【０００５】
また、通常燃焼では急激な初期燃焼による筒内圧力の急増が生じ、大きな燃焼騒音が発生する場合がある。そこでこれを防止するため、通常のタイミングで行われるメイン噴射（主噴射）の前に、少量のパイロット噴射を実行するという２段噴射を行うことがある。この場合、パイロット噴射による燃料が着火して火種が作られた後、この火種を基にメイン噴射による燃料が燃焼されるため、急激な初期燃焼及び筒内圧力の急増が抑えられ、燃焼騒音が防止される。なおこのときの燃焼形態は基本的に拡散燃焼と同様である。
【０００６】
しかしこのような通常のパイロット・メイン噴射では、パイロット噴射を行うことでスモークが悪化してしまうという問題がある。
【０００７】
【非特許文献１】
「自動車技術会論文集（ｖｏｌ．２８）」，Ｎｏ．１，１９９７−１，ｐ．４１
【非特許文献２】
「自動車技術会論文集（ｖｏｌ．２８）」，Ｎｏ．２，１９９７−４年，ｐ．２９
【特許文献１】
特開２０００−３１０１５０号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、これらの技術に対して新たな燃焼システムが提唱されている。
【０００９】
一つは、ＮＯｘとスモークとの同時低減を目的としたＭＫ（Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｋｉｎｅｔｉｃｓ）燃焼と称するものである。これは低温予混合燃焼とも表現できるもので、その概略は以下の通りである。即ち、ＮＯｘ低減には燃焼温度の低下が有効であるため、これを比較的大量のＥＧＲによって行う。するとスモークの増加が懸念されるが、これは燃料の予混合化で対処する。予混合化には、通常より早期に燃料噴射を行う早期噴射と、通常より遅い時期に燃料噴射を行うリタード噴射との二つの方法があるが、早期噴射は着火時期制御の困難性等問題を抱えていることから、リタード噴射を採用する。まとめていえば、大量ＥＧＲとリタード噴射との組み合せによりＮＯｘとスモークとの同時低減を図るのがＭＫ燃焼である。なお参考文献としては非特許文献１及び２等がある。
【００１０】
しかしながら、ＭＫ燃焼では、圧縮上死点以降で単段噴射を行い、比較的長期の予混合化期間を経て緩やかに着火、燃焼させるため、燃費の悪化を招き易く、また筒内温度が低いため燃焼が不安定であり、失火や白煙を生じやすい。また大量のＥＧＲを実行することが前提となるため、スモークの低減効果も大きく期待できない。
【００１１】
一方、特許文献１に示されるように、パイロット噴射を通常より早期のタイミングで行い、メイン噴射を、パイロット噴射無しでは失火するようなタイミングで行うようにするものがある。これはＮＯｘのさらなる低減を狙いとしている。
【００１２】
しかし、これはＮＯｘ低減には有効であるものの、パイロット噴射による連続的な燃焼がやはりメイン噴射の前に発生し、パイロット噴射による燃焼によりスモークが発生するため、スモークの悪化要因となる。
【００１３】
従って、これらの技術では特にスモークの改善が困難であり、今後の厳しい排ガス規制に対処するには必ずしも十分でない。
【００１４】
そこで、スモークを低減させるために、メイン噴射の後に比較的小量のポスト噴射を実行することが提案されている。ポスト噴射を行うことによって、燃焼室内における空気余剰領域に燃料が供給されるため、空気の利用度が向上すると共に、ポスト噴射の燃料噴霧エネルギにより乱流が生じるため拡散燃焼が向上し、スモークが低減する。特に、ターボチャージャを備えた内燃機関では、ポスト噴射により排気温度が上昇し、ブースト圧が上昇するため、スモーク低減効果が高い。
【００１５】
しかしながら、ポスト噴射は圧縮上死点後の比較的遅いタイミングで燃料を噴射するため、燃料が完全燃焼しずらく、未燃燃料が増加してＨＣ、ＣＯが増加してしまうという欠点がある。
【００１６】
そこで、以上の問題に鑑みて本発明は創案され、その目的は、パイロット噴射を行い且つ圧縮上死点以降にメイン噴射を行う圧縮着火式内燃機関において、パイロット噴射の量とタイミングとを適正化することによってスモークを抑制し、かつポスト噴射を実行してもＨＣ、ＣＯが増加しないようにすることにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、筒内の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、該燃料噴射弁から噴射される燃料の量とタイミングとをエンジン運転状態に基づき制御するようにした圧縮着火式内燃機関において、圧縮上死点前に上記燃料噴射弁から比較的少量のパイロット噴射を実行させ、その後圧縮上死点以降に上記燃料噴射弁から比較的多量のメイン噴射を実行させるようにし、且つ、上記パイロット噴射における燃料噴射量と燃料噴射タイミングとを、そのパイロット噴射による最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下になるように設定し、さらに、上記メイン噴射よりも後に上記燃料噴射弁からポスト噴射を実行させるようにしたものである。
【００１８】
ここで、上記ポスト噴射における燃料噴射量と燃料噴射タイミングとを、ポスト噴射によって噴射された燃料が、上記メイン噴射によって噴射された燃料の燃焼によって筒内温度が略ピークになるときに燃焼するように設定しても良い。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１に本実施形態に係る圧縮着火式内燃機関を示す。ここでいう圧縮着火式内燃機関とは、筒内の燃焼室に噴射された燃料を筒内の圧縮により自己着火させる形式のエンジンをいい、代表的にはディーゼルエンジン、特に本実施形態ではコモンレール式燃料噴射装置を備えたコモンレール式ディーゼルエンジンである。図は便宜上単気筒で示すが、当然多気筒であってもよい。
【００２１】
１がエンジン本体で、これはシリンダ（筒）２、シリンダヘッド３、ピストン４、吸気ポート５、排気ポート６、吸気弁７、排気弁８、燃料噴射弁としてのインジェクタ９等から構成される。シリンダ２内に燃焼室１０が形成され、燃焼室１０内にインジェクタ９から燃料が噴射される。ピストン４の頂部にキャビティ１１が形成され、キャビティ１１は燃焼室１０の一部をなす。キャビティ１１は底部中央が隆起したリエントラント型燃焼室の形態をなす。インジェクタ９から噴射される燃料は常にキャビティ１１内に到達する。これは燃料がシリンダ２側壁等に付着すると未燃ＨＣ排出等の問題が生じるからである。
【００２２】
吸気ポート５は吸気管１２に、排気ポート６は排気管１３にそれぞれ接続される。またこのエンジンにはターボチャージャ１４が設けられ、排気エネルギを利用して吸気を過給するようになっている。１５がタービン、１６がコンプレッサである。コンプレッサ１６の上流側に吸気量を検出するための吸気量センサ１７が設けられ、コンプレッサ１６の下流側に吸気を冷却するためのインタクーラ１８が設けられる。ただし、本発明はターボチャージャの無い自然吸気エンジンにも有効であることはいうまでもない。
【００２３】
さらにこのエンジンはＥＧＲ装置１９も具備している。ＥＧＲ装置１９は、吸気管１２と排気管１３とを結ぶＥＧＲ管２０と、ＥＧＲ量を調節するためのＥＧＲ弁２１と、ＥＧＲ弁２１の上流側にてＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２２とを備える。吸気管１２においては、ＥＧＲ管２０との接続部の上流側にて吸気を適宜絞るための吸気絞り弁２３が設けられる。
【００２４】
インジェクタ９はコモンレール２４に接続され、そのコモンレール２４に貯留された噴射圧力相当の高圧燃料（２０〜２００ＭＰａ）がインジェクタ９に常時供給されている。コモンレール２４には高圧ポンプ２５により加圧圧送された燃料が随時供給される。
【００２５】
このエンジンを電子制御するため電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）２６が設けられる。ＥＣＵ２６は各種センサ類から実際のエンジン運転状態を検出し、このエンジン運転状態に基づきインジェクタ９、ＥＧＲ弁２１、吸気絞り弁２３、及び高圧ポンプ２５からの燃料圧送量を調節する調量弁（図示せず）等を制御する。前記センサ類としては前記吸気量センサ１７の他、アクセル開度センサ、エンジン回転センサ、コモンレール圧センサ（いずれも図示せず）等が含まれ、実際の吸気量、アクセル開度、エンジン回転速度（回転数）、エンジンのクランク角、コモンレール圧等がＥＣＵ２６により検知されるようになっている。
【００２６】
インジェクタ９は、ＥＣＵ２６によりＯＮ／ＯＦＦされる電磁ソレノイドを有し、電磁ソレノイドがＯＮのとき開状態となって燃料を噴射すると共に、電磁ソレノイドがＯＦＦのとき閉状態となって燃料噴射を停止する。ＥＣＵ２６は、主にエンジン回転速度とアクセル開度とから目標燃料噴射量と目標燃料噴射タイミング（時期）とを決定し、実際にそのタイミングが到来したと同時に、目標燃料噴射量に応じた時間だけ電磁ソレノイドをＯＮする。目標燃料噴射量が多いほどＯＮ時間は長期である。またＥＣＵ２６は、エンジンの運転状態に応じて目標コモンレール圧を決定し、実際のコモンレール圧が目標コモンレール圧に近づくようコモンレール圧をフィードバック制御する。
【００２７】
インジェクタ９はシリンダ２と略同軸に位置され、複数の噴孔から同時に放射状に燃料を噴射する。各燃料噴霧の軸線Ｌとシリンダ中心Ｃとのなす角は常に一定である。
【００２８】
次に、このエンジンにおける燃料噴射制御の内容を説明する。
【００２９】
図２はクランク角に対しての燃料噴射の態様及び燃焼状態を示したグラフである。横軸がクランク角である。縦軸については、最下段の（ａ）図がインジェクタ９の電磁ソレノイドに流れるソレノイド電流、（ｂ）図が熱発生率（秒間当たりの熱発生量；ｋＪ／ｓ）である。なお、（ｂ）図の熱発生率は筒内圧力の実測値から求めた計算結果である。
【００３０】
（ａ）図に示されるように、このエンジンでは、比較的少量のパイロット噴射と比較的多量のメイン噴射とによる２段噴射を実行する。具体的には、ＥＣＵ２６により、エンジン運転状態に基づく目標燃料噴射タイミングと目標燃料噴射量とを、予め定められたマップ等に従ってパイロット噴射及びメイン噴射各々について決定し、それぞれの目標燃料噴射タイミングが到来したら、それぞれの目標燃料噴射量に応じた時間だけインジェクタ９をＯＮし、それぞれの目標燃料噴射タイミングと目標燃料噴射量とに見合ったパイロット噴射とメイン噴射とを実行する。
【００３１】
図は、メイン噴射のタイミング及び量と、パイロット噴射の量とを一定とし、パイロット噴射のタイミングのみを変化させた四つの噴射形態▲１▼〜▲４▼を併記している。▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼のパイロット噴射タイミングはそれぞれ４８°ＢＴＤＣ（−４８°ＡＴＤＣ、以下同様）、３８°ＢＴＤＣ、２８°ＢＴＤＣ、１８°ＢＴＤＣである。メイン噴射タイミングは５°ＡＴＤＣである。なおこれらタイミングは全てインジェクタ９のＯＮ開始時刻で規定している。
【００３２】
一般的なパイロット噴射タイミングはなるべくメイン噴射に近付けるように設定される。現在広く使われているハードウェアの制約下では２５００ｒｐｍ以下の中低速回転において１５〜２０°ＢＴＤＣ程度であるので、▲４▼は一般的なパイロット噴射タイミングといえる。これに対して、▲３▼、▲２▼、▲１▼という順でパイロット噴射タイミングが順次早期化ないし進角（アドバンス）されている。
【００３３】
一方、本実施形態のメイン噴射タイミングは圧縮上死点ＴＤＣ以降に設定され、同一の運転条件における一般的なメイン噴射タイミングに比較して遅角側に設定される。即ちメインリタード噴射が実行されるのである。これは筒内温度が低下した領域で燃料の希薄化、予混合化を促進してスモークの低減を図るためである。
【００３４】
（ｂ）図から理解されるように、▲３▼、▲４▼の場合、パイロット噴射による熱発生率の顕著なピークが見られ、▲１▼、▲２▼の場合このような顕著なピークは見られない。そして▲１▼から▲４▼へとパイロット噴射タイミングが遅角化されるにつれ、熱発生率のピーク値（極大値）は大きくなる傾向にある。▲３▼、▲４▼の場合、ピーク発生時期でパイロット噴射による燃料（軽油）が連続的な着火或いは燃焼を生じ、そのためスートが発生しているものと予測される。従って▲３▼、▲４▼のパイロット噴射タイミングはあまり好ましいものではない。
【００３５】
逆に、▲１▼、▲２▼の場合のように、パイロット噴射タイミングが早いほど、筒内圧力及び筒内温度が低い状態で燃料が噴射されるので、着火可能な筒内圧力及び筒内温度に達するまでに十分な予混合化が可能になり、熱発生率の顕著なピークは生じず、スートの発生もないと考えられる。
【００３６】
この結果から、本実施形態では、通常より早期のタイミングでパイロット噴射を行うものとする。また本発明者らは、パイロット噴射による熱発生率に着目し、後述の試験を行ったところ、パイロット噴射による熱発生率ピークと、メイン噴射を合わせて実施した場合のスートの発生との間に強い相関関係があることを新たに見出した。そこでパイロット噴射における燃料噴射量と燃料噴射タイミングとを後述のように最適に定めることとした。
【００３７】
ところで、図示されるように、▲１▼、▲２▼では▲３▼、▲４▼に比較して熱発生率のピークが生じなかった分、パイロット噴射燃料が、上死点後に実行されるメイン噴射の燃料と共に燃焼する傾向が強くなり、メイン噴射燃料の燃焼時に熱発生率のピーク値が高くなる傾向にある。メイン噴射後に生じる熱発生率のピーク値は、▲１▼で最も高く、以下▲２▼、▲３▼、▲４▼となるにつれ低くなっていく。つまりパイロット噴射が早期に行われる程着火遅れが長くなり、メイン噴射燃料と一緒に一気に燃焼する傾向が強くなる。
【００３８】
このように早期パイロット噴射では、通常のパイロット噴射に比べ、上死点後に実行されるメイン噴射後に高い熱発生率のピーク値が得られるので、燃焼が比較的急激に行われ、出力の向上及び燃費低減が見込まれる。
【００３９】
前述したように、パイロット噴射タイミングは早期の方が良いということがいえるが、あまりに早期だとピストンがかなり下方に位置するためインジェクタから噴射された燃料がキャビティに入らなくなってしまう。そうなるとシリンダ側壁等に噴射燃料が付着し、オイル希釈化、未燃ＨＣ増大等の問題を生じてしまう。従って、パイロット噴射タイミングの進角側の限界は、インジェクタから噴射された燃料がぎりぎりキャビティに入るようなタイミングが好ましい。言い換えれば、図１に示されるように、インジェクタ９から噴射された燃料Ｌがキャビティ１１の入口端縁２７を通過するようなクランク角になった時である。このクランク角は通常約５０°ＢＴＤＣ程度である。
【００４０】
一方、パイロット噴射タイミングの遅角側の限界と、パイロット噴射量とは、上記のような熱発生率及びスートの相関関係を考慮して最適に定めるべきである。即ち、パイロット噴射タイミングをあまりに遅角させたり、パイロット噴射量をあまりに多く設定してしまうと、顕著な熱発生率のピークが生じ、スートが発生してしまう。
【００４１】
そこでこれらを決定するために行った試験の結果が図５及び図６である。
【００４２】
図５は、パイロット噴射タイミングと、パイロット噴射による最大熱発生率との関係を調べたもので、横軸がパイロット噴射タイミング（°ＡＴＤＣ）、縦軸が最大熱発生率（ｋＪ／ｓ；キロジュール毎秒）である。また図６は、パイロット噴射による最大熱発生率とスート（煤）との関係を調べたもので、横軸がスート（ｇ／ｋＷｈ）、縦軸が最大熱発生率（ｋＪ／ｓ）である。ここでいう最大熱発生率とは、図２の熱発生率の線図において上死点前に生じているパイロット噴射による熱発生率のピーク値（最大値）のことである。
【００４３】
試験は、気筒当たりの排気量約８００ｃｃの多気筒エンジンにおける２種類のパイロット噴射量（Ａ；３ｍｍ３／ｓｔ、Ｂ；６ｍｍ３／ｓｔ）と、気筒当たりの排気量約４００ｃｃの多気筒エンジンにおける１種類のパイロット噴射量（Ｃ；１．２ｍｍ３／ｓｔ）とに対して行った。Ａ〜Ｃそれぞれについて、パイロット噴射タイミングを−１０〜−５０°ＡＴＤＣの範囲で変化させてグラフ中の三本の線図Ａ，Ｂ，Ｃを得ている。共通の試験条件としては、エンジンの出力トルクがＡ〜Ｃ各条件で一定になるようにトータルの燃料噴射量が設定され、総噴射量が中負荷程度に設定され、メイン噴射タイミングが圧縮上死点以降に設定される。ここでメイン噴射は、圧縮上死点以降であってパイロット噴射無しでも緩やかに燃焼が進行する程度のタイミングで行われ、且つ、メイン噴射が完了するまでに着火しない程度のタイミングと量とで行われる。ちなみにメイン噴射を上死点前及び上死点付近で行ったのでは即座に着火が始まり、スモーク及びＮＯｘを低減することはできない。
【００４４】
なお、これらＡ，Ｂ，Ｃにそれぞれ対応するのが図２，図３，図４のグラフである。言い換えれば、Ａ，Ｂ，Ｃの各条件における試験の結果に基づき図２，図３，図４のグラフが作成され、さらに図５，図６のグラフが作成される。
【００４５】
図５から分かるように、パイロット噴射タイミングが早期化（アドバンス）されるほど最大熱発生率が小さくなる傾向にある。また、パイロット噴射量が少ないほど最大熱発生率が小さくなり、タイミングの遅角化に対する最大熱発生率の上昇率（つまり線図の傾き）も小さくなる傾向にある。
【００４６】
次に、図６においては、線図が左側に向かうにつれパイロット噴射タイミングが早期化され、最大熱発生率が減少し、スートも減少する。そして最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下であれば、Ａ，Ｂ，Ｃいずれの条件においても良好なスートレベルを得られる。
【００４７】
そこで、この結果から、パイロット噴射における燃料噴射量と燃料噴射タイミングとは、燃焼室内における最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下となるような燃料噴射量と燃料噴射タイミングとに設定するものとする。このような燃料噴射量と燃料噴射タイミングとで行われるパイロット噴射を低発熱率パイロット噴射と称す。言い換えれば、最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓとなるパイロット噴射量及びタイミングが、噴射量の上限値及びタイミングの遅角側限界値である。これにより、パイロット噴射燃料単独での燃焼が防止され、結果的に上死点以降に実施されるメイン噴射と合わせてスモークが抑制できる。
【００４８】
図５に戻って、最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下となるのは、条件Ａ（３ｍｍ３／ｓｔ）では約−３９°ＡＴＤＣ（３９°ＢＴＤＣ）以前、条件Ｂ（６ｍｍ３／ｓｔ）では約−４０°ＡＴＤＣ（４０°ＢＴＤＣ）以前、条件Ｃ（１．２ｍｍ３／ｓｔ）では約−２７°ＡＴＤＣ（２７°ＢＴＤＣ）以前である。そこでこれらＡ，Ｂ，Ｃの条件では各々に対応するパイロット噴射タイミングに設定するものとする。
【００４９】
以上のような、最大熱発生率が６０ｋＪ／ｓ以下となるようなパイロット噴射を伴う本実施形態の燃焼（噴射）形態を低発熱率パイロット・メイン燃焼（噴射）と称する。この燃焼形態をまとめていうと以下のようになる。まず、上記のような最適量、最適タイミングでパイロット噴射を行うと、この噴射燃料は燃焼室内に十分拡散して希薄化、予混合化し、シリンダ内での燃料が連続的に着火、燃焼することが抑制される。そしてこの状態は圧縮上死点ＴＤＣを越えてメイン噴射の燃焼時期まで持続される。上死点以降に設定されたメイン噴射時期においてメイン噴射が実行されると、通常より筒内圧力及び温度が低いため、通常より長期の着火遅れ期間を経て、メイン噴射燃料がパイロット噴射による希薄予混合気と一緒に着火、燃焼する。このとき既にメイン噴射燃料の予混合化も十分進んでいるため、燃焼によるスートの発生は抑えられる。
【００５０】
本燃焼方式によれば、リタードメイン噴射に併せて低発熱率パイロット噴射を行うため、単段噴射のリタード燃焼に比べメイン噴射後の予混合化期間を短縮でき、例えば図２の▲１▼に示されるようにメイン噴射後の燃焼をシリンダ内が低温である状態で比較的急激に行うことができる。これにより燃費の悪化を防止できる。またパイロット噴射燃料の予混合化によりメイン噴射燃料燃焼時の筒内温度を高くすることができ、燃焼を安定化させることができる。
【００５１】
一方、本燃焼方式は上記のような最適量、最適タイミングでパイロット噴射を行うため、メイン噴射前におけるパイロット噴射燃料の燃焼は発生せず、特許文献１に記載された技術と比較してスモークを改善できる。
【００５２】
このように、パイロット噴射を行い且つ圧縮上死点以降にリタードメイン噴射を行う圧縮着火式内燃機関において、パイロット噴射の量とタイミングとを適正化することができ、パイロット噴射によるスモークを抑制することができる。
【００５３】
さて、このようにパイロット噴射の量とタイミングとを適正化することによりスモークを抑制できる低発熱率パイロット・メイン燃焼（噴射）であるが、図７に示すように、低発熱率パイロット・メイン燃焼（噴射）におけるメイン噴射の噴射終了後、例えば約２８°ＡＴＤＣで、比較的少量のポスト噴射を実行することで、以下に示すような更なる効果を得られることが分かった。
【００５４】
▲１▼．ポスト噴射によりスモークを更に低減できる。また、このとき、従来のポスト噴射に付随する問題であったＨＣ、ＣＯの増加を伴うことがない。
【００５５】
これを説明すると、ポスト噴射を行うことによって、燃焼室１０内における空気余剰領域に燃料が供給されるため、空気の利用度が向上すると共に、ポスト噴射の燃料噴霧エネルギにより乱流が生じるため拡散燃焼が向上し、スモークが低減する。特に、本実施形態のようにターボチャージャ１４を備えたエンジンでは、ポスト噴射により排気温度が上昇し、ブースト圧が上昇するため、よりスモークが低減される。
【００５６】
図８を用いてスモークが低減するメカニズムを説明する。
【００５７】
図８は計算（シミュレーション）によって得られた結果であり、図中横軸がクランク角（°ＡＴＤＣ）である。縦軸は燃料の濃度分布を表しており、上に向かうほど燃料の濃い領域が多く存在することを意味している。図中ラインＩがポスト噴射を実行しない場合を示し、ラインＩＩがポスト噴射を実行した場合を示している。
【００５８】
図から明らかなように、ポスト噴射を実行した場合の方が、燃料の濃い領域が少なくなる。これは、ポスト噴射によって空気が有効利用され、燃料が希薄化されたことを意味しており、これによってスモークが低減する。
【００５９】
次に、低発熱率パイロット・メイン噴射にポスト噴射を組み合わせてもＨＣ、ＣＯが増加しない理由を説明する。
【００６０】
「発明が解決しようとする課題」の欄で説明したように、ポスト噴射は圧縮上死点後の比較的遅いタイミングで燃料を噴射するため、燃料が完全燃焼しずらく、未燃燃料が増加してＨＣ、ＣＯが増加するのであるが、低発熱率パイロット・メイン燃焼では、上述したように、メイン噴射により噴射された燃料が通常より長期の着火遅れ期間を経て着火・燃焼するので、図２、図３及び図４において▲１▼と▲３▼，▲４▼とを比較すると分かるように、メイン噴射による熱発生率のピークが比較的遅く、当然、筒内温度のピークも遅い。従って、ポスト噴射が実行される時期の筒内温度が従来の燃焼方式と比較して高くなり、ポスト噴射により噴射された燃料が燃焼しやすい。つまり、ポスト噴射により噴射された燃料がほぼ完全燃焼できるので、ＨＣ、ＣＯが増加することはない。
【００６１】
ここで、ポスト噴射により噴射された燃料が最適に燃焼できるようにするには、メイン噴射によって噴射された燃料の燃焼によって筒内温度がほぼピークとなるときに、ポスト噴射により噴射された燃料が燃焼するようにするとよい。従って、ポスト噴射の燃料噴射タイミングと燃料噴射量とは、噴射された燃料がメイン噴射によって筒内温度がほぼピークになる時期に燃焼するように設定される。この燃料噴射タイミング及び燃料噴射量は、例えば、パイロット噴射及びメイン噴射の噴射タイミング及び噴射量に基づいて決定され、ＥＣＵ２６は、決定された噴射タイミング及び噴射量に従ってインジェクタ９の電磁ソレノイドをＯＮする。
【００６２】
▲２▼．低発熱率パイロット・メイン燃焼の適用運転領域を拡大できる。
【００６３】
この理由を説明すると、上述したように低発熱率パイロット・メイン燃焼ではメイン噴射による熱発生率のピークが比較的遅くなるため、筒内温度が低い低負荷運転領域では燃料が完全に燃焼できず、ＨＣ、ＣＯが排出されてしまう虞がある。従って、低発熱率パイロット・メイン燃焼単独では、低負荷領域での適用はあまり好ましくない。しかしながら、低発熱率パイロット・メイン噴射にポスト噴射を組み合わせることによって、パイロット噴射及びメイン噴射により噴射された燃料の未燃分がポスト噴射により噴射された燃料と共に燃焼できるため、ＨＣ、ＣＯの排出を低減できる。従って、低負荷領域での適用が可能となり、低発熱率パイロット・メイン燃焼の適用運転領域を拡大できる。
【００６４】
このように、低発熱率パイロット・メイン噴射にポスト噴射を組み合わせることで、スモークを更に低減できるうえ、ポスト噴射に付随するＨＣ，ＣＯの増加問題を回避できる。また、低発熱率パイロット・メイン燃焼の適用運転領域を拡大できる。
【００６５】
なお、本発明の実施の形態は他にも様々なものが採用可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、パイロット噴射の量とタイミングとを適正化すると共にポスト噴射を実行することで、排ガスの清浄化を図れるという優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る圧縮着火式内燃機関を示す構成図である。
【図２】パイロット噴射タイミングと熱発生率との関係を示したグラフである。
【図３】パイロット噴射タイミングと熱発生率との関係を示したグラフである。
【図４】パイロット噴射タイミングと熱発生率との関係を示したグラフである。
【図５】パイロット噴射タイミングと最大熱発生率との関係を示したグラフである。
【図６】スートと最大熱発生率との関係を示したグラフである。
【図７】低発熱パイロット・メイン噴射にポスト噴射を組み合わせた状態を示す図である。
【図８】ポスト噴射によりスモークが低減するメカニズムを説明するための図である。
【符号の説明】
１  エンジン本体
２  シリンダ
４  ピストン
９  インジェクタ
１０  燃焼室
１１  キャビティ
１９  ＥＧＲ装置
２４  コモンレール
２６  電子制御ユニット（制御手段）
２７  入口端縁
Ｌ  噴射燃料
【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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