(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン冠面にシリンダヘッドの底面から離間する方向に凹むキャビティが形成されたエンジンの燃料制御装置において、
エンジンの気筒内に燃料を噴射可能な噴射装置と、
エンジンの少なくとも一部の特定の運転領域に設定された特定領域において、気筒内で拡散燃焼が生じるように、主噴射と、当該主噴射よりも前のタイミングで当該主噴射の噴射量よりも少ない量の燃料を気筒内に噴射する前段噴射とを上記噴射装置に実施させる噴射制御手段とを備え、
上記噴射制御手段は、
上記特定領域において、上記主噴射の開始後、当該主噴射により噴射された燃料が着火するまでの時間である着火遅れを推定する着火遅れ推定手段と、
上記主噴射により噴射された燃料の着火時期の目標値である目標着火時期を決定する目標着火時期決定手段と、
推定された上記着火遅れおよび決定された上記目標着火時期に基づいて、上記特定領域における、上記前段噴射の噴射量と、上記主噴射の噴射時期の少なくとも一つを補正する補正手段とを含むとともに、
上記特定領域において、上記前段噴射を、当該前段噴射により噴射された燃料が上記キャビティ内に収まるタイミングで、かつ、当該前段噴射の実施後気筒内で燃焼が開始されるまでの間における気筒内の局所当量比が２．０以上となるように、実施し、
上記着火遅れ推定手段は、
気筒内の局所当量比に関わる噴射系の変数を用いずに、気筒内で燃焼が生じなかったとしたときの圧縮上死点での気筒内の圧力をＰＴＤＣ、気筒内で燃焼が生じなかったとしたときの圧縮上死点での気筒内の温度をＴＴＤＣ、エンジン回転数をＮＥ、気筒内の酸素濃度をＣＣＬＤとし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを定数として、着火遅れτ＿ｍを下式（１）を用いて推定することを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
τ＿ｍ＝Ａ×ＰＴＤＣＢ×ｅｘｐ（１／ＴＴＤＣ）Ｃ×ＮＥＤ×ＣＣＬＤＥ  ‥‥（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストン冠面に、シリンダヘッドの底面から離間する方向に凹むキャビティが形成されているとともに、キャビティ内に燃料を噴射可能な噴射装置を備えたエンジンの燃料制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、気筒内における燃焼形態をより適切な形態にするための種々の検討が行われている。その一つとして、気筒内に噴射された燃料の着火遅れ（燃焼が噴射されてから着火するまでの時間）を推定し、この着火遅れに基づいて噴射系を制御する技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、吸気量、ＥＧＲガス量、燃料噴射量、吸気温度・圧力等から着火遅れを予測し、この着火遅れと予め設定された基準着火遅れとに基づいて、噴射時期を制御するよう構成された装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８７７４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に開示されている着火遅れの推定手順では、着火遅れが精度よく算出できないという問題がある。これは、着火遅れに寄与するのが局所的な当量比（燃料と空気の混合割合）であるのに対して、特許文献１の手順では、この局所的な当量比が考慮されておらず、燃料と空気の混合割合として気筒内の平均的な混合割合が用いられているためと考えられる。
【０００６】
上記より、気筒内の局所的な当量比を精度よく演算すれば、着火遅れを精度よく推定することができると考えられる。しかしながら、気筒内における空気と燃料の挙動は非常に複雑であり、これらの混合状態すなわち局所的な当量比を精度よく算出すること、特に、エンジンの稼働中においてそのサイクル毎に局所的な当量比を精度よく算出することは困難である。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、簡単に、かつ、精度よく、着火遅れを推定することができ、これによってエンジン性能を良好にすることのできるエンジンの燃料制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題について鋭意研究の結果、本願発明者らは、主として拡散燃焼が実施される場合において気筒内に局所的に当量比が大きい混合気が存在すれば、着火遅れは、この局所的な当量比によってあまり変化せず、気筒内の温度と気筒内の圧力と気筒に吸入される吸気の酸素濃度とによってほぼ決定されることを突き止めた。
【０００９】
本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、ピストン冠面にシリンダヘッドの底面から離間する方向に凹むキャビティが形成されたエンジンの燃料制御装置において、エンジンの気筒内に燃料を噴射可能な噴射装置と、エンジンの少なくとも一部の特定の運転領域に設定された特定領域において、気筒内で拡散燃焼が生じるように、主噴射と、当該主噴射よりも前のタイミングで当該主噴射の噴射量よりも少ない量の燃料を気筒内に噴射する前段噴射とを上記噴射装置に実施させる噴射制御手段とを備え、上記噴射制御手段は、上記特定領域において、上記主噴射の開始後、当該主噴射により噴射された燃料が着火するまでの時間である着火遅れを推定する着火遅れ推定手段と、上記主噴射により噴射された燃料の着火時期の目標値である目標着火時期を決定する目標着火時期決定手段と、推定された上記着火遅れおよび決定された上記目標着火時期に基づいて、上記特定領域における、上記前段噴射の噴射量と、上記主噴射の噴射時期の少なくとも一つを補正する補正手段とを含むとともに、上記特定領域において、上記前段噴射を、当該前段噴射により噴射された燃料が上記キャビティ内に収まるタイミングで、かつ、当該前段噴射の実施後気筒内で燃焼が開始されるまでの間における気筒内の局所当量比が２．０以上となるように、実施し、上記着火遅れ推定手段は、気筒内の局所当量比に関わる噴射系の変数を用いずに、気筒内で燃焼が生じなかったとしたときの圧縮上死点での気筒内の圧力をＰＴＤＣ、気筒内で燃焼が生じなかったとしたときの圧縮上死点での気筒内の温度をＴＴＤＣ、エンジン回転数をＮＥ、気筒内の酸素濃度をＣＣＬＤとし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを定数として、着火遅れτ＿ｍを下式（１）を用いて推定することを特徴とするものである（請求項１）。
τ＿ｍ＝Ａ×ＰＴＤＣＢ×ｅｘｐ（１／ＴＴＤＣ）Ｃ×ＮＥＤ×ＣＣＬＤＥ  ‥‥（１）
【００１０】
本発明によれば、着火遅れを簡単、かつ、精度よく推定することができる。そして、この推定した着火遅れに基づいて、上記前段噴射の噴射量と、上記主噴射の噴射時期の少なくとも一つを補正することで、主噴射された燃料の着火時期をより適切な時期に制御することができ、燃焼騒音の増大を抑制しつつエンジントルクを確保することができる。
【００１１】
具体的には、本発明では、燃料が上記キャビティ内に収まるように前段噴射が実施されるため、キャビティ内に当量比の大きい混合気すなわち局所当量比が大きい混合気を生成することができる。そのため、この局所当量比、より正確には、局所当量比に影響する噴射系の各種変数（噴射量、噴射時期、噴射圧等）を用いることなく、気筒内の温度と、気筒内の圧力と、気筒に吸入される吸気の酸素濃度とに基づいて着火遅れを推定することができ、簡単にかつ精度よく着火遅れを推定することができる。そして、この着火遅れに基づいて、前段噴射の噴射量と主噴射の噴射時期との少なくとも一方を補正しているため、前段噴射の噴射量の補正によって主噴射された燃料が燃焼するまでの気筒内の雰囲気温度、圧力を適正にする、あるいは、主噴射の噴射時期の補正によって、主噴射された燃料をより適正なタイミングで着火させることができ、エンジン性能をより適正にすることができる。
【００１３】
特に、本願発明者らは、気筒内の局所当量比が２．０以上の場合には、この局所当量比が着火遅れに与える影響が小さいことを突き止めた。従って、上記のように、気筒内の局所当量比を２．０以上とすれば、より精度よく着火遅れを推定することができる。
【００１６】
しかも、本発明では、圧縮上死点での気筒内の圧力をＰＴＤＣ、圧縮上死点での気筒内の温度をＴＴＤＣ、エンジン回転数をＮＥ、気筒内の酸素濃度をＣＣＬＤとし、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを定数として、着火遅れτ＿ｍを式（１）を用いて推定している。
【００１７】
そのため、着火遅れを容易にかつ精度よく推定することができる。特に、エンジン回転数の差に伴う気筒内のガス流動の差や気筒内から外部へのガスの漏えい量の差等による着火遅れの差を考慮して精度よく着火遅れを推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかるディーゼルエンジンシステムの全体構成を示す図である。
【図２】エンジン本体の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】ピストンの一部拡大断面図である。
【図４】ピストンの平面図である。
【図５】エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図６】燃焼モードの切り替え領域を示す図である。
【図７】（ａ）拡散燃焼モードの噴射パターンおよび熱発生率の例を示す図である。（ｂ）拡散燃焼モードの噴射パターンおよび熱発生率の他の例を示す図である。（ｃ）予混合燃焼モードの噴射パターンおよび熱発生率の例を示す図である。
【図８】パイロット噴射の様子を示した図である。
【図９】噴射系の制御の全体の流れを示したフローチャートである。
【図１０】着火遅れを説明するための図である。
【図１１】着火時期の補正量の算出手順を示したフローチャートである。
【図１２】温度、圧力、局所当量比と着火遅れとの関係を示したグラフである。
【図１３】着火遅れの推定値と実測値とを比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（１）エンジンシステムの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかるディーゼルエンジンシステムの全体構成を示す図である。本図に示されるディーゼルエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのディーゼルエンジンである。具体的に、このディーゼルエンジンは、複数の気筒２を有し軽油を主成分とする燃料の供給を受けて駆動されるエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気通路３０と、エンジン本体１で生成された排ガス（燃焼ガス）を排出するための排気通路４０と、排気通路４０を通過する排ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ装置５０と、排気通路４０を通過する排ガスにより駆動されるターボ過給機６０とを備えている。
【００２０】
吸気通路３０には、上流側から順に、エアクリーナ３１と、ターボ過給機６０のコンプレッサ６１と、スロットルバルブ３６と、インタークーラ３５と、サージタンク３７とが設けられている。サージタンク３７よりも下流側には、各気筒２とそれぞれ個別に連通する独立通路が設けられており、サージタンク３７内のガスはこれら独立通路を通ってそれぞれ気筒２に分配される。
【００２１】
排気通路４０には、上流側から順に、ターボ過給機６０のタービン６２と、排気浄化装置４１とが設けられている。
【００２２】
ターボ過給機６０は、タービン６２が、排気通路４０を流れる排ガスのエネルギーを受けて回転し、これに連動してコンプレッサ６１が回転することにより、吸気通路３０を流通する空気を圧縮（過給）する。
【００２３】
インタークーラ３５は、コンプレッサ６１により圧縮された空気を冷却するためのものである。
【００２４】
スロットルバルブ３６は、吸気通路３０を開閉するものである。ただし、本実施形態では、エンジンの運転中は基本的に全開もしくはこれに近い高開度に維持されており、エンジンの停止時等の必要時にのみ閉弁されて吸気通路３０を遮断する。
【００２５】
排気浄化装置４１は、排ガス中の有害成分を浄化するためのものである。本実施形態では、この排気浄化装置４１には、排気ガス中のＣＯおよびＨＣを酸化する酸化触媒４１ａと、排気ガス中のスート（煤）を捕集するＤＰＦ４１ｂとが含まれる。
【００２６】
ＥＧＲ装置５０は、排ガスを吸気側に還流するためのものである。本実施形態では、ＥＧＲ装置５０として、高圧側ＥＧＲ装置（以下、ＨＰ＿ＥＧＲ装置という）５１と、低圧側ＥＧＲ装置（以下、ＬＰ＿ＥＧＲ装置という）と５２とを備えている。
【００２７】
ＨＰ＿ＥＧＲ装置５１は、排気通路４０におけるタービン６２よりも上流側の部分と、吸気通路３０のうちインタークーラ３５よりも下流側の部分とを接続するＨＰ＿ＥＧＲ通路５１ａと、このＨＰ＿ＥＧＲ通路５１ａを開閉するＨＰ＿ＥＧＲバルブ５１ｂとを備えており、排気通路４０に排出された比較的高圧の排ガス（以下、高圧ＥＧＲガスという場合がある）を吸気側に還流させる。
【００２８】
一方、ＬＰ＿ＥＧＲ装置５２は、排気通路４０におけるＤＰＦ４１ｂよりも下流側の部分と、吸気通路３０のうちエアクリーナ３１とコンプレッサ６１との間の部分とを接続するＬＰ＿ＥＧＲ通路５２ａと、このＬＰ＿ＥＧＲ通路５２ａを開閉するＬＰ＿ＥＧＲバルブ５２ｂとを備えており、排気通路４０に排出された比較的低圧の排ガス（以下、低圧ＥＧＲガスという場合がある）を吸気側に還流させる。ＬＰ＿ＥＧＲ通路５２ａのうちＬＰ＿ＥＧＲバルブ５２ｂよりも上流側（排気通路４０側）には、この通路５２ａを通過する低圧ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５２ｃが設けられている。
【００２９】
（２）エンジン本体の構成
図２は、エンジン本体１の一部を拡大して示す断面図である。この図２および先の図１に示すように、エンジン本体１は、上下方向に延びるシリンダ（気筒）２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダに往復動（上下動）可能に収容されたピストン４と、ピストン４の冠面４ａと対向する側からシリンダの端面（上面）を覆うように設けられたシリンダヘッド５と、潤滑油を貯溜するためにシリンダブロック３の下側に配設されたオイルパン６とを有している。
【００３０】
ピストン４は、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７とコネクティングロッド８を介して連結されている。また、ピストン４の上方には燃焼室９が形成されており、この燃焼室９では、後述するインジェクタ２０から噴射された燃料が空気と混合されつつ拡散燃焼する。そして、当該燃焼に伴う膨張エネルギーにより、ピストン４が往復運動するとともにクランク軸７が中心軸回りに回転するようになっている。
【００３１】
ここで、エンジン本体１の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン４が下死点にあるときの燃焼室容積とピストン４が上死点にあるときの燃焼室容積との比は、１２以上１５以下（例えば１４）に設定されている。この１２以上１５以下という幾何学的圧縮比は、ディーゼルエンジンとしてはかなり低い値である。これは、燃焼温度の抑制によるエミッション性能の向上や熱効率の向上を狙ってのことである。
【００３２】
シリンダヘッド５には、吸気通路３０から供給される空気を燃焼室９に導入するための吸気ポート１６と、燃焼室９で生成された排気ガスを排気通路４０に導出するための排気ポート１７と、吸気ポート１６の燃焼室９側の開口を開閉する吸気弁１８と、排気ポート１７の燃焼室９側の開口を開閉する排気弁１９とが設けられている。
【００３３】
また、シリンダヘッド５には、燃焼室９に燃料を噴射するインジェクタ（噴射装置）２０が取り付けられている。このインジェクタ２０は、そのピストン４側の先端部２１ａがキャビティ１０の中心部を臨むような姿勢で取り付けられている。インジェクタ２０は、燃料流路を介してコモンレール等の図外の蓄圧室と接続されている。蓄圧室内には、図外の燃料ポンプにより加圧された高圧の燃料が貯留されており、インジェクタ２０は、この蓄圧室から燃料の供給を受けて、燃焼室９内に燃料を噴射する。燃料ポンプと蓄圧室との間には、蓄圧室内の圧力すなわちインジェクタ２０から噴射される燃料の圧力である噴射圧を変更するための燃圧レギュレータ２９（図５参照）が設けられている。
【００３４】
ピストン４の冠面４ａには、その中心部を含む領域をシリンダヘッド５とは反対側（下方）に凹ませたキャビティ１０が形成されている。このキャビティ１０は、ピストン４が上死点まで上昇したときの燃焼室９の大部分を占める容積を有するように形成されている。
【００３５】
図３および図４は、燃焼室９周辺を拡大して示した拡大断面図および平面図である。これら図３および図４において、符号Ｆは、インジェクタ２０から噴射された燃料の噴霧を示したものである。また、図４は、ピストン４が上死点にある状態を示したものである。
【００３６】
これら図に示すように、本実施形態では、インジェクタ２０は、シリンダ２と同軸に（インジェクタ２０の中心軸とシリンダ２の中心軸とが一致するように）取り付けられている。また、インジェクタ２０として、先端部２１ａに複数の噴孔２２が形成された多噴孔式のインジェクタが用いられている。各噴孔２２は、周方向にほぼ等間隔に並ぶように配設されており、このような噴孔２２を通過することにより、インジェクタ２０からは燃焼室９内に燃料が平面視で放射状に噴射される。
【００３７】
また、図３および図４に示すように、キャビティ１０は、いわゆるリエントラント型のキャビティとされている。すなわち、キャビティ１０を形成する壁面は、ほぼ山型の中央隆起部１１と、中央隆起部１１よりもピストン４の径方向外側に形成された平面視円形の周辺凹部１２と、周辺凹部１２とピストン４の冠面４ａとの間に形成された平面視円形のリップ部１３とを有している。
【００３８】
中央隆起部１１は、キャビティ１０の中心側ほどインジェクタ２０に近づくように隆起しており、その隆起の頂部がインジェクタ２０の先端部２１ａの直下方に位置するように形成されている。周辺凹部１２は、中央隆起部１１と連続し、断面視でピストン４の径方向外側に凹入する円弧状をなすように形成されている。リップ部１３は、周辺凹部１２と連続し、断面視でピストン４の径方向内側に凸となる円弧状をなすように形成されている。
【００３９】
上記のような構成のキャビティ１０は、全体として、ピストン４の冠面４ａに近づくほど開口面積が小さくなる上窄まり状の断面形状を有する。このようなリエントラント型のキャビティ１０は、特にエンジンの中負荷以上の運転領域において比較的多くの燃料が噴射されたときに、その燃料の噴霧Ｆを、主に周辺凹部１２および中央隆起部１１に沿って径方向外側から内側（キャビティ１０の中心側）に反転させる機能を発揮するので、燃料のミキシングを促進するのに有利である。
【００４０】
（３）制御系統
（３−１）システム構成
図５は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示すように、当実施形態のディーゼルエンジンは、ＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール）７０によって統括的に制御される。ＰＣＭ７０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。
【００４１】
ＰＣＭ７０は、エンジンの運転状態を検出するための各種センサと電気的に接続されている。
【００４２】
例えば、シリンダブロック３には、クランク軸７の回転角度（クランク角）および回転速度を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。このクランク角センサＳＮ１は、クランク軸７と一体に回転する図略のクランクプレートの回転に応じてパルス信号を出力するものであり、このパルス信号に基づいて、クランク軸７の回転角度および回転速度すなわちエンジン回転数が特定されるようになっている。
【００４３】
吸気通路３０のうちエアクリーナ３１付近（エアクリーナ３１と、ＬＰ＿ＥＧＲ通路５２ａの接続部分との間の部分）には、エアクリーナ３１を通過して各気筒２に吸入される空気量（新気量）を検出するエアフローセンサＳＮ２が設けられている。
【００４４】
サージタンク３７には、サージタンク３７内のガスすなわち各気筒２に吸入されるガスの温度を検出するインマニ温度センサＳＮ３が設けられている。
【００４５】
吸気通路３０のうちインタークーラ３５よりも下流側の部分には、この部分を通過する空気ひいては気筒２に吸入される吸気の圧力を検出するインマニ圧力センサＳＮ４が設けられている。
【００４６】
エンジン本体１には、エンジン本体を冷却する冷却水の温度を検出するエンジン水温センサＳＮ５が設けられている。
【００４７】
排気通路４０のうち、ＬＰ＿ＥＧＲ通路５２ａの接続部分よりも下流側の部分には、排ガス中の酸素濃度を検出するリニアＯ２センサＳＮ６が設けられている。
【００４８】
インジェクタ２０に燃料を供給する蓄圧室には、この蓄圧室内の圧力すなわちインジェクタ２０の噴射圧を検出する燃圧センサＳＮ７が設けられている。
【００４９】
また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＮ８が設けられている。
【００５０】
ＰＣＭ７０は、上記各種センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ＰＣＭ７０は、インジェクタ２０、スロットルバルブ３６、燃圧レギュレータ、ＨＰ＿ＥＧＲバルブ５１ｂ、ＬＰ＿ＥＧＲバルブ５１ｃ等の各部と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。
【００５１】
（３−２）吸気系の制御
本実施形態におけるＰＣＭ７０による吸気系の制御の流れを簡単に説明する。
【００５２】
ＰＣＭ７０は、アクセル開度（アクセル開度センサＳＮ８の検出値）に基づいてエンジントルクの目標値である目標トルクを決定し、この目標トルクとエンジン回転数（クランク角センサＳＮ１の検出値により特定される）とに基づいてインジェクタ２０から燃焼室９（気筒２）内に噴射する燃料量の総量である要求トータル噴射量を決定する。例えば、ＰＣＭ７０は、予め設定され記憶しているアクセル開度と目標トルクとのマップから、また、目標トルクとエンジン回転数と要求トータル噴射量とのマップから、それぞれアクセル開度等に応じた値を抽出することで上記各値を決定する。
【００５３】
そして、ＰＣＭ７０は、要求トータル噴射量とエンジン回転数とに基づいて、気筒２に吸入されるガス中の酸素濃度の目標値である目標吸気酸素濃度、気筒２に吸入されるガス温度の目標値である目標吸気温度、ＥＧＲ制御モード（ＬＰ＿ＥＧＲ５１を作動させるか、ＨＰ＿ＥＧＲ５２を作動させるか）を決定するとともに、これら決定した内容から、気筒２に吸入されるガスの圧力である過給圧、ＨＰ＿ＥＧＲ５１によって吸気通路３０に還流させる排ガス量である高圧ＥＧＲガス量、ＬＰ＿ＥＧＲ５２によって吸気通路３０に還流させる排ガス量である低圧ＥＧＲガス量、を決定し、この過給圧、各ＥＧＲガス量が実現されるように、スロットルバルブ３６、ＨＰ＿ＥＧＲバルブ５１ｂ、ＬＰ＿ＥＧＲバルブ５１ｃを制御する。
【００５４】
（３−３）噴射系の制御
本実施形態におけるＰＣＭ７０による噴射系の制御について次に説明する。
【００５５】
（３−３−１）燃焼モードおよび噴射パターン
図６は、エンジンの運転状態に応じた燃焼モードを示す図である。この図６に示すように、本実施形態では、運転領域（主としてエンジン回転数とエンジン負荷すなわち要求トータル噴射量とで決定される運転領域）に応じて、燃焼モードを拡散燃焼モードと予混合燃焼モードとの２つのモードとを切り替える。
【００５６】
拡散燃焼モードは、圧縮上死点付近（ピストン４が圧縮上死点付近にあるとき）において、燃料を噴射しながら燃料と空気の混合気を着火させていく燃焼モードである。
【００５７】
予混合燃焼モードは、燃焼室９内で燃料と空気とを予め混合しておき、圧縮上死点付近において、この混合気を着火させる燃焼モードである。
【００５８】
予混合燃焼モードでは、燃料と空気とが予め混合された後に燃焼が開始するため燃料を効率よく燃焼させることができ、燃費性能の向上および煤の発生の抑制を図ることができる。ただし、この予混合燃焼モードでは、燃焼が開始するまでの比較的短時間の間に燃料と空気とを十分に混合させる必要があるため、噴射量が少ないすなわちエンジン負荷が比較的低い、また、エンジン回転数が比較的低い領域でのみ実現可能である。そこで、本実施形態では、エンジン回転数が低くエンジン負荷が小さい低負荷低回転数領域Ａ１を、予混合燃焼モードを実施する予混合燃焼領域に設定し、残余の領域Ａ２を、拡散燃焼モードを実施する拡散燃焼領域に設定している。
【００５９】
各燃焼モードを実現するための噴射パターンおよび各燃焼モードにおける熱発生率の例を図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ拡散燃焼モードの例を、図７（ｃ）は、予混合燃焼モードの例を示したものである。
【００６０】
図７（ａ）に示すように、拡散燃焼モードでは、圧縮上死点付近において、エンジントルクを発生させるための主たる燃料が噴射され、この燃料の噴射とともに混合気が燃焼していく。
【００６１】
本実施形態では、拡散燃焼領域Ａ２のうちエンジン回転数が高くエンジン負荷が高い高回転高負荷領域Ａ２＿ｃ（図６参照）を除く領域すべてにおいて、空気利用率を向上させるため、および、上記主たる燃料の着火性を高めるために、この主たる燃料の噴射の前に燃焼室９内に燃料を噴射する。すなわち、本実施形態では、拡散燃焼領域Ａ２のうち高回転高負荷領域Ａ２＿ｃを除く特定領域では、圧縮上死点付近においてエンジントルクを生成するための燃料を燃焼室９内に噴射するメイン噴射（主噴射）Ｑｍと、この主噴射の前のタイミングで燃焼室９内にメイン噴射の噴射量よりも少ない量の燃料を噴射する前段噴射とを実施する。なお、高回転後負荷領域Ａ２＿ｃではメイン噴射のみを実施する。また、上記特定領域においては、メイン噴射Ｑｍの後に、メイン噴射Ｑｍよりも少ない量の燃料を噴射するアフター噴射を実施する場合がある。
【００６２】
また、本実施形態では、上記特定領域のうち比較的エンジン負荷の低い第１領域Ａ２＿ａ（図６参照）では、図７（ａ）に示すように、前段噴射として２回の噴射（パイロット噴射Ｑｐｉ、プレ噴射Ｑｐｒ）を実施する。具体的には、比較的早期にパイロット噴射Ｑｐｉを実施し、その後、メイン噴射のタイミングに比較的近いタイミングでプレ噴射Ｑｐｒを実施する。この噴射パターンでは、最初の噴射であるパイロット噴射Ｑｐｉの実施によって燃料と空気との予混合性を高めて空気利用率を高めることができる。そして、このパイロット噴射Ｑｐｉと次の噴射であるプレ噴射Ｑｐｒとの実施によって、メイン噴射Ｑｍされた燃料が燃焼する直前すなわち主燃焼が生じる直前に、熱発生量の小さい燃焼であるプレ燃焼を生じさせて、メイン噴射された燃料が燃焼しやすい状態にすることができる。
【００６３】
一方、上記特定領域のうちエンジン負荷が比較的高く第２領域Ａ２＿ｂ（図６参照）では、パイロット噴射Ｑｐｉを実施するとこのパイロット噴射Ｑｐｉされた燃料が早期に着火するおそれがあるため、図７（ｂ）に示すように、メイン噴射Ｑｍのタイミングに比較的近いタイミングで実施されるプレ噴射Ｑｐｒのみを実施する。
【００６４】
ここで、本実施形態では、この前段噴射（パイロット噴射Ｑｐｉ＋プレ噴射Ｑｐｒ、または、プレ噴射Ｑｐｒ）を、図７（ａ）、（ｂ）の熱発生率の図に示すように、前段噴射された燃料により生成される燃焼と、メイン噴射された燃料により生成される燃焼（以下、メイン燃焼という場合がある）とが連続して生じ、前段噴射とメイン噴射とによって燃焼室９内に一連の燃焼が生じるように実施する。
【００６５】
また、前段噴射（パイロット噴射Ｑｐｉ＋プレ噴射Ｑｐｒ、または、プレ噴射Ｑｐｒ）を、噴射された燃料がキャビティ１０内に収まるように実施する。
【００６６】
具体的には、第１領域Ａ２＿ａでは、図８に示すように、パイロット噴射Ｑｐｉされた燃料噴霧Ｆがキャビティ１０内に収まるタイミングで、パイロット噴射Ｑｐｉを実施する。このようにすることで、本実施形態では、パイロット噴射Ｑｐｉされた燃料と、パイロット噴射Ｑｐｉ後であってピストン４がより上方に位置する状態で実施されるプレ噴射Ｑｐｒの燃料とが、キャビティ１０の外側に拡散することなくキャビティ１０内に留まり、キャビティ１０内に、少なくとも局所的に当量比（燃焼室内の燃料と空気の混合割合）が大きく燃料が濃い混合気が生成される。言い換えると、本実施形態では、キャビティ１０内に局所的に当量比が高い混合気が生成されるタイミングで、前段噴射（パイロット噴射）を実施する。特に、本実施形態では、前段噴射によってキャビティ１０内に局所当量比が２．０以上の比較的濃い（燃料割合が高い）混合気が生成されるタイミング（キャビティ１０内の最大当量比が２．０以上となるタイミング）で前段噴射を実施する。
【００６７】
また、第２領域Ａ２＿ｂでは、プレ噴射Ｑｐｒされた燃料噴霧Ｆがキャビティ１０内に収まりキャビティ１０内に局所当量比が２．０以上の比較的濃い混合気が生成されるタイミングで、プレ噴射Ｑｐｒを実施する。
【００６８】
上記タイミングは、キャビティ１０の大きさ（径）、インジェクタ２０の噴孔２２の向き、噴射圧によって異なり、さらに、噴射圧はエンジン回転数とエンジン負荷等によって変化するため、これらに合わせて適宜設定されるが、例えば、圧縮上死点前３０°ＣＡよりも遅角側の時期に設定される。
【００６９】
一方、図７（ｃ）に示すように、予混合燃焼モードでは、圧縮行程中の比較的早いタイミングで燃焼室９内に燃料が噴射され、噴射終了後に、混合気が燃焼を開始する。この図７（ｃ）では、圧縮行程中に３回に分けて燃料を噴射する場合について示したが、噴射回数はこれに限らない。
【００７０】
以上のように、本実施形態では、運転領域によって燃焼モードが切り替えられるよう構成されており、ＰＣＭ７０は、運転領域に応じて噴射パターンを変更する。すなわち、ＰＣＭ７０は、予混合燃焼領域Ａ１では、圧縮上死点よりも比較的早いタイミングでインジェクタ２０に燃料を噴射させ、拡散燃焼領域Ａ２の特定領域（第１領域Ａ２＿ａおよび第２領域Ａ２＿ｂ）では、キャビティ１０内の局所当量比が２．０以上となり且つメイン燃焼と連続して燃焼するように圧縮行程中において前段噴射を実施するとともに、圧縮上死点付近においてメイン噴射を実施する。
【００７１】
（３−３−２）拡散燃焼モードにおける噴射系の制御手順
次に、図９を用いながら、拡散燃焼モード実施時における噴射系の制御手順について説明する。以下では、第１領域Ａ２＿ａにおける噴射系の制御手順、すなわち、前段噴射としてパイロット噴射Ｑｐｉとプレ噴射Ｑｐｒとを実施する場合の噴射系の制御手順について説明する。なお、第２領域Ａ２＿ｂにおける制御手順は、以下に説明する手順（この（３−３−２）で説明する噴射系の制御手順および（３−３−３）で説明する噴射時期の補正手順）において、プレ噴射Ｑｐｒに関するものを省略して、パイロット噴射Ｑｐｉをプレ噴射Ｑｐｒと読みかえたものとなる。
【００７２】
ＰＣＭ７０は、機能的に、噴射系の制御を実施する噴射制御部７１を含んでおり、この噴射制御部７１が、噴射系の制御を実施する。
【００７３】
まず、ステップＳ１にて、噴射制御部７１は、上記のように目標トルクとエンジン回転数とに基づいて決定された要求トータル噴射量と、エンジン回転数とに基づいて、噴射圧すなわち蓄圧室内の圧力の目標値である目標燃圧を決定する。例えば、噴射制御部７１は、予め設定記憶されている要求トータル噴射量とエンジン回転数と目標燃圧のマップから、要求トータル噴射量等に対応する目標燃圧を抽出する。
【００７４】
また、ステップＳ２にて、噴射制御部７１は、要求トータル噴射量とエンジン回転数とに基づいて、各噴射（パイロット噴射Ｑｐｉ、プレ噴射Ｑｐｒ、メイン噴射Ｑｍ）の噴射量を決定する。例えば、噴射制御部７１は、予め設定記憶されている要求トータル噴射量とエンジン回転数とこれら各噴射量のマップから、要求トータル噴射量等に対応する各噴射量を抽出する。
【００７５】
次に、ステップＳ３にて、噴射制御部７１は、要求トータル噴射量とエンジン回転数とに基づいて、噴射時期（噴射開始時期）の基準値である基準噴射時期を決定する。
【００７６】
具体的には、ステップＳ３にて、噴射制御部７１は、要求トータル噴射量とエンジン回転数に応じて、メイン噴射の基本的な噴射時期である基本噴射時期を決定する。また、要求トータル噴射量とエンジン回転数に応じて、各噴射（パイロットＱｐｉ、プレＱｐｒ、メイン噴射Ｑｍ）の噴射時期（噴射開始時期）どうしの間の期間であるインターバルを決定する。
【００７７】
そして、ステップＳ４にて、噴射制御部７１は、メイン噴射Ｑｍの基本噴射時期とこのインターバルとに基づいて、パイロット噴射とプレ噴射の基本的な噴射時期である基本噴射時期をそれぞれ決定する。
【００７８】
次に、ステップＳ５にて、噴射制御部７１は、噴射時期の補正量を算出する。この補正量の算出についての詳細は後述する。
【００７９】
次に、ステップＳ６にて、噴射制御部７１は、ステップＳ５で算出した噴射時期の補正量に基づいて、ステップＳ３，Ｓ４で決定したメイン噴射、パイロット噴射、プレ噴射の各基本噴射時期を補正し、最終的なこれら噴射の噴射時期を決定する。
【００８０】
本実施形態では、ステップＳ５で算出した噴射時期の補正量によってメイン噴射、パイロット噴射、プレ噴射の各噴射時期を補正する。そのため、本実施形態では、各噴射の噴射時期のインターバルは、補正前後において一定に維持される。
【００８１】
ステップＳ６にて最終的な噴射時期が決定された後は、ステップＳ７にて、噴射制御部７１は、この噴射時期となるように、また、各噴射の噴射量がステップＳ２で決定された値となるように、インジェクタ２０を制御する（インジェクタ２０に指令を出す）とともに、噴射圧がステップＳ１で決定された値となるように、燃圧レギュレータを制御する。
【００８２】
（３−３−３）噴射時期の補正手順
（ｉ）概要
上記ステップＳ５で実施される噴射時期の補正について次に説明する。
【００８３】
本実施形態では、エンジン性能を適正にするために、燃焼室９で生じるメイン燃焼の着火時期が運転状態に応じた適正な値になるように噴射時期を補正する。
【００８４】
メイン燃焼の着火遅れとは、メイン噴射Ｑｍが開始されてからこのメイン噴射された燃料が燃焼を開始するまでの時間である。
【００８５】
図１０を用いて詳細に説明する。図１０は、図７（ａ）と同様の図であって、拡散燃焼モードにおいて、パイロット噴射Ｑｐｉ、プレ噴射Ｑｐｒ、メイン噴射Ｑｍを実施した場合の噴射パターンと熱発生率とを示したものである。図１０の熱発生率において、破線は、メイン燃焼すなわち主としてメイン噴射Ｑｍにより生じた熱発生率を示している。この図１０において、メイン燃焼の着火遅れはτ＿ｍで示される量であり、メイン噴射Ｑｍの噴射開始時期ｔｓ＿Ｑｍから、メイン噴射Ｑｍにより噴射された燃料が着火する時期すなわちメイン噴射Ｑｍに係る熱発生率が立ち上がる時期ｔ＿Ｑｂまでの時間である。
【００８６】
ここで、着火時期が所定の時期よりも遅角側になると適切なトルクを発生させることができない。また、一方で、着火時期が所定の時期よりも進角側になると燃焼室９内の圧力上昇率が急激となり、燃焼騒音が増大するという問題が生じる。
【００８７】
着火遅れτ＿ｍは、燃焼室９（気筒２）内の状態、具体的には、温度、圧力、酸素濃度、ガスの流動状態等によって左右され、この温度、圧力等は、ＥＧＲガスや空気の遅れ、また、各種装置の機差ばらつき等によって変化する。そのため、上記ステップＳ３のように基本的な噴射時期は要求トータル噴射量すなわちエンジン負荷とエンジン回転数とに応じて予め設定されるが、この噴射時期で噴射を行っても、上記遅れ等により、着火遅れτ＿ｍひいては着火時期をこれら要求トータル噴射量（エンジン負荷）とエンジン回転数とに応じた適正な量にすることができない場合がある。
【００８８】
そこで、本実施形態では、上記のように、着火遅れτ＿ｍが、要求トータル噴射量（エンジン負荷）とエンジン回転数とに応じた適正な量となるように、噴射時期を補正し、これによって適正なエンジン性能を確保する。
【００８９】
すなわち、図１１に示すように、噴射制御部７１は、ステップＳ１１にて、要求トータル噴射量（エンジン負荷）とエンジン回転数とに応じて主噴射された燃料の着火時期すなわちメイン燃焼の着火時期の目標値である目標着火時期を決定する。また、噴射制御部７１は、ステップＳ１２にて、着火遅れを推定する。そして、噴射制御部７１は、ステップＳ１３にて、決定された目標着火時期と推定された着火遅れとに基づいて、噴射時期の補正量を決定する。
【００９０】
具体的には、噴射制御部７１は、図５に示すように、機能的に、着火遅れ推定部（着火遅れ推定手段）７２と、目標着火時期決定部（着火時期決定手段）７３と、噴射時期補正量算出部（補正手段）７４とを含んでいる。
【００９１】
着火遅れ推定部７２は、サイクル毎に着火遅れτ＿ｍを推測する部分である。この着火遅れ推定部７２は、サイクル毎に着火遅れτ＿ｍを推定する。
【００９２】
目標着火時期決定部７３は、要求トータル噴射量（エンジン負荷）とエンジン回転数とに応じて、目標着火時期を決定する部分である。目標着火時期決定部７３は、例えば、予め設定され記憶している要求トータル噴射量（エンジン負荷）とエンジン回転数と、目標着火時期とのマップから要求トータル噴射量等に応じた値を抽出する。
【００９３】
噴射時期補正量算出部７４は、着火遅れ推定部７２が推定した着火遅れτ＿ｍと、目標着火時期決定部７３が決定した目標着火時期とに基づいて噴射時期の補正量を決定する。
【００９４】
噴射時期補正量算出部７４は、目標着火時期から着火遅れτ＿ｍ分進角した時期が最終的なメインの噴射時期となるように噴射時期の補正量を算出する。具体的には、噴射時期補正量算出部７４は、ステップＳ３で算出されたメイン噴射の基本噴射時期との差を、補正量として算出する。
【００９５】
このようにして噴射時期の補正量が算出された後は、上記のように、ステップＳ６にて、各噴射の噴射時期がこの補正量に基づいて補正される。具体的には、目標着火時期から着火遅れ分だけ進角した時期が、基本噴射時期よりも進角側の場合には、メイン噴射の最終的な噴射時期は、基本噴射時期から上記補正量分進角された時期、すなわち、目標着火時期から着火遅れ分だけ進角した時期とされる。また、パイロット噴射およびプレ噴射の最終的な噴射時期は、メイン噴射とのインターバルが一定に維持されるように補正される。すなわち、目標着火時期から着火遅れ分だけ進角した時期が、基本噴射時期よりも進角側の場合には、各基本噴射時期から上記補正量分進角された時期とされる。
【００９６】
（ｉｉ）着火遅れ推定手順
着火遅れ推定部７２による着火遅れτ＿ｍの推測手順について次に説明する。
【００９７】
着火遅れτは、以下の式（１）で示すいわゆるアレニウス型実験式で表すことができることが知られている。
【００９８】
τ＝Ｋ１×φK2×ＰK3×ｅｘｐ（Ｋ４／Ｔ）・・・（１）
この式において、φは、燃料が着火する直前の混合気の当量比であり、Ｐは、燃料が着火する直前の雰囲気圧力（燃焼室内の圧力）、詳細には、燃焼室内の酸素の分圧であり、Ｔは、燃料が着火する直前の雰囲気温度（燃焼室内の温度）であり、Ｋ１〜Ｋ４は、それぞれ定数である。
【００９９】
ここで、式（１）において当量比φは、燃焼が実施される領域すなわちエンジンにおける燃焼室内の局所的な当量比である。そのため式（１）を用いて厳密に着火遅れを算出するためには、この燃焼室内の局所的な当量比を算出する必要がある。しかしながら、局所的な当量比は、燃焼室内の各位置における燃料噴霧の状態（噴霧の蒸発量、燃焼室壁面への付着量、噴霧の体積等）によって変化する。そのため、エンジンの運転中、特にサイクル毎に、この燃焼室内の各位置における当量比の詳細を精度よく演算・推定するのは困難である。
【０１００】
これに対して、本発明者らは、鋭意研究の結果、拡散燃焼モードにおいて、燃焼室内に局所的に当量比φが大きい混合気が存在した場合には、着火遅れは、主として、燃焼室内の温度および圧力によって変化し、これら温度、圧力が同じであれば、当量比φが変化しても、着火遅れはあまり変化しないこと、さらに、このことから、メイン燃焼前に燃焼室内に局所的に当量比φが大きい混合気を生成すれば、局所当量比を用いずとも着火遅れを精度よく演算・推定できることを突き止めた。
【０１０１】
燃焼室内の温度と局所当量比とを変化させた際の着火遅れの測定結果を、図１２に示す。図１２の横軸は、燃焼室内の温度をＴとしたときの１０００／Ｔの値であり、縦軸は着火遅れ（時間）である。この図１２において、各線は、それぞれ局所当量比（燃焼室内の当量比の最大値）φが、０．５、１．０、２．０、３．０、４．０のときの着火遅れである。なお、この図１２は、各条件において燃焼室内の圧力を同じ所定の圧力としたときの結果である。
【０１０２】
この図１２に示されるように、着火遅れは、燃焼室内の温度Ｔと局所当量比φとによって変化する。しかし、局所当量比φが２．０のラインと、３．０のラインと、４．０のラインとの比較から明らかなように、局所当量比が２．０以上の大きい値である場合には、局所当量比によって着火遅れはあまり変化しなくなる。従って、上記のように、メイン燃焼前の当量比を高い値、特に、当量比２．０以上とすれば、当量比の演算・推定することなく着火遅れを精度よく演算・推定することが可能になる。
【０１０３】
以上の知見に基づき、本実施形態では、上記のように、拡散燃焼モードにおいて、前段噴射（パイロット噴射Ｑｐｉ、プレ噴射Ｑｐｒ）を、キャビティ１０内に収まるタイミング、特に、燃焼室９内に局所的に当量比が２．０以上となるタイミングで実施して、メイン燃焼前の燃焼室内の局所当量比を大きくする。そして、メイン燃焼の着火遅れτ＿ｍを、当量比を用いることなく演算・推定する。本実施形態では、メイン燃焼の着火遅れτ＿ｍを、次の式（２）により演算・推定する。
【０１０４】
τ＿ｍ＝Ａ×ＰTDCB×ｅｘｐ（１／ＴTDC）C×ＮＥD×ＣＣＬＤE・・・（２）
この式において、ＰTDCは圧縮上死点での非燃焼時の燃焼室９内の圧力、ＴTDCは圧縮上死点での非燃焼時の燃焼室９内の温度、ＮＥはエンジン回転数、ＣＣＬＤは燃焼室９内の酸素濃度（燃焼前の酸素濃度）である。また、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはそれぞれ定数であり、これら定数のうち、Ａ，Ｃ，Ｄは正の値、Ｂ，Ｅは負の値であって、圧力、温度、酸素濃度が高いほど着火遅れは短くなり、エンジン回転数が高いほど着火遅れは長くなる。
【０１０５】
ここで、非燃焼時の圧縮上死点圧力ＰTDCおよび非燃焼時の圧縮上死点温度ＴTDCは、上記式（１）におけるＰ，Ｔ（着火前の雰囲気圧力、温度）に対応するものであるが、本実施形態では、演算を容易にするために、仮に燃料が噴射されず燃焼が起こらないとしたときの圧縮上死点の圧力、温度を推定し、これら推定値を代表温度、圧力として代用する。
【０１０６】
非燃焼時の圧縮上死点圧力ＰTDCは、冷却損失を加味した上で、ＰＶκ一定の式に、インマニ圧力センサＳＮ４の検出値と、吸気弁１８が閉弁するときの燃焼室の容積と、圧縮上死点における燃焼室の容積を当てはめることで算出される。なお、上記冷却損失は、エンジン回転数とエンジン水温と吸気温度（インマニ温度センサＳＮ３で検出される気筒に流入するガスの温度）に基づいて算出される。例えば、予め設定、記憶されたこれらのマップから特定される。また、上記比熱比κは、ＥＧＲ率等に基づいて特定される燃焼室内の噴射前のガス成分に基づいて設定される。
【０１０７】
非燃焼時の圧縮上死点温度ＴTDCは、気体の状態方程式に、算出された非燃焼時の圧縮上死点圧力ＰTDCを当てはめることで算出される。
【０１０８】
燃焼室内の酸素濃度ＣＣＬＤは、リニアＯ２センサＳＮ６の検出値すなわち排気ガス中の酸素濃度と、吸気量センサＳＮ２の検出値すなわち気筒２に吸入される新気（空気）量と、ＥＧＲ率とに基づいて算出される。ここで、上記のように、式（１）における圧力であって着火遅れを左右する圧力は、より厳密には、燃焼に寄与する酸素の分圧である。そこで、本実施形態では、燃焼室９の全圧である非燃焼時の圧縮上死点圧力ＰTDCと、この酸素濃度とを用いて、着火遅れを推定する。
【０１０９】
また、本発明者らは、各種実験の結果、実際のエンジンの運転においては、上記のように温度、圧力の時間履歴を考慮せずに圧縮上死点の温度、圧力を代表温度として着火遅れを予測すると、エンジン回転数が高いほど着火遅れが実際の値よりも短く推定されてしまうことを突き止めた。これはエンジン回転数が高くなるほど単位時間あたりのクランク角度の変化が大きく、温度、圧力の時間あたりの上昇率が高いためと考えられる。そこで、本実施形態では、エンジン回転数を加味して着火遅れを推定することで、温度履歴、圧力履歴を考慮することなく圧縮上死点温度、圧力を代表温度、圧力として用いつつ着火遅れの推定精度を高める。
【０１１０】
なお、本実施形態では、運転領域によらず上記各定数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅを一定値としている。これら各定数の値は、それぞれエンジン（燃焼室形状やインジェクタの噴孔形状等）によって変化する。そのため、これら各定数は、エンジン毎にそれぞれ適宜設定されればよい。
【０１１１】
また、これら定数は、ＥＧＲ率によってもある程度変化するが、ＥＧＲ率が所定の範囲内で変化する場合には、これらを同じ値としてもよいことが分かっている。そして、本実施形態では、第１領域Ａ２＿ａおよび第２領域Ａ２＿ｂにおいて、ＥＧＲ率の変化が所定の範囲内におさまっている。そこで、本実施形態では、上記のように、これら定数を一定として着火遅れを演算する。
【０１１２】
種々の運転条件において、上記式（２）を用いて推定した着火遅れと、実際に測定した着火遅れとを比較した結果を図１３に示す。図１３において、横軸は着火遅れの実測値、縦軸は、上記式（２）を用いて算出した着火遅れの推定値である。この図１３から明らかなように、式（２）により算出した着火遅れの推定値と、実測値とはほぼ一致しており、式（２）によって着火遅れが精度よく算出されている。なお、図１３では、着火遅れとして、噴射開始時期から燃焼開始までの時間に代えて、この時期と相関の高い、噴射開始時期から熱発生率がピークとなる時期までの時間を示している。
【０１１３】
（４）作用等
以上のように、本実施形態では、局所当量比を演算することなく、より詳細には、局所当量比に関わる噴射系の変数（噴射量や噴射時期や噴射圧）を用いることなく、着火遅れを簡単、かつ、精度よく推定することができる。そして、この推定した着火遅れに基づいて、メイン噴射の噴射時期を補正していることで、メイン噴射された燃料の着火時期をより適切な時期にすることができる。従って、本実施形態によれば、簡単、かつ、より確実に、良好なエンジン性能を確保することができる。
【０１１４】
特に、メイン噴射の前において燃焼室９（気筒２）内の局所当量比が２．０以上となり局所当量比による着火遅れへの影響が小さくなるように前段噴射を実施しているため、着火遅れを精度よく推定することができる。
【０１１５】
また、燃焼室９（気筒２）内の圧力（非燃焼時の圧縮上死点圧力）、温度（非燃焼時の圧縮上死点温度）、燃焼室９（気筒２）内の酸素濃度に加えてエンジン回転数に基づいて着火遅れを推定しているため、燃焼室９内のガスの流動状態や、ピストンとシリンダとの間の隙間を通って燃焼室９（気筒２）外に漏れる酸素量が加味された状態で着火遅れを推定することができ、着火遅れをより精度よく推定することができる。
【０１１６】
（５）変形例
ここで、上記実施形態では、メイン燃焼の着火時期を適切な時期にするべく、メイン噴射の噴射時期を補正した場合について説明したが、この噴射時期に代えて、あるいは、噴射時期とともに前段噴射（パイロット噴射またはプレ噴射、あるいは、これら両方）の噴射量を補正してもよい。具体的には、推定した着火遅れが適正な量よりも長い場合、すなわち、メイン噴射Ｑｍの基本噴射時期から推定した着火遅れ分遅角した時期が、メイン噴射の目標着火時期よりも遅角側となる場合には、着火遅れをより短くするために、メイン噴射の前の雰囲気温度圧力を高めるべく、前段噴射の噴射量を、予め設定された基本的な噴射量よりも多く補正し、推定した着火遅れが適正な量よりも短い場合、すなわち、メイン噴射Ｑｍの基本噴射時期から推定した着火遅れ分遅角した時期が、メイン噴射の目標着火時期よりも進角側となる場合には、着火遅れをより長くするために、メイン噴射の前の雰囲気温度圧力を低下させるべく、前段噴射の噴射量を、予め設定された基本的な噴射量よりも少なく補正するように構成してもよい。
【０１１７】
また、上記実施形態では、メイン噴射の前において燃焼室９内の局所当量比が２．０以上となるように前段噴射を実施する場合について説明したが、局所当量比の具体的な値はこれに限らない。ただし、上記のように、局所当量比を２．０以上とすれば、局所当量比を用いることなく着火遅れを推定する場合に、この推定精度をより一層高めることができる。
【０１１８】
また、エンジン回転数を用いずに着火遅れを推定してもよい。ただし、上記のように、エンジン回転数を用いて着火遅れを推定すれば、推定精度をより一層高めることができる。
【０１１９】
また、上記実施形態では、拡散燃焼モードにおいて、前段噴射として、パイロット噴射とプレ噴射の２段噴射を行う場合、および、プレ噴射の１段噴射を行う場合について説明したが、前段噴射の噴射回数は３以上であってもよい。この場合であっても、前段噴射をキャビティ１０内に収まるように実施（特に、局所当量比が２．０以上となるように実施）すればよい。
【０１２０】
また、各運転領域の噴射パターンは上記に限らない。例えば、拡散燃焼モードにおいて、メイン噴射の後にさらに噴射（いわゆるアフター噴射等）を行ってもよい。
【０１２１】
また、キャビティ１０の具体的な形状は上記に限らない。
【符号の説明】
【０１２２】
１  エンジン本体
２  シリンダ
４  ピストン
５  シリンダヘッド
１０  キャビティ
７１  噴射制御部（噴射制御手段）
７２  着火遅れ推定部（着火遅れ推定手段）
７３  目標着火時期決定部（目標着火時期決定手段）
７４  噴射時期補正量算出部（補正手段）
【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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