(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）の１燃焼サイクル中に、メイン噴射と前記メイン噴射に続くアフター噴射とを燃料噴射弁（４２）から実行する燃料噴射システム（２）に適用される燃料噴射制御装置（５０）において、
前記燃料噴射弁から噴射される噴霧（２１０、２２０、２４０、２５０）の燃焼領域（２００、２２２、２４２、２５２）を推定する領域推定手段（Ｓ４１２）と、
前記領域推定手段が推定する前記メイン噴射の燃焼領域（２００）と前記アフター噴射の燃焼領域（２２２、２４２、２５２）とに基づいて、前記メイン噴射および前記アフター噴射のうち少なくともいずれか一方の噴射条件を調整する噴射制御手段（Ｓ４１６）と、
前記メイン噴射の燃焼領域と前記アフター噴射の燃焼領域とが重なるか否かを判定する領域判定手段（Ｓ４１４）と、
を備え、
前記噴射制御手段は、前記メイン噴射の燃焼領域と前記アフター噴射の燃焼領域とが重なると前記領域判定手段が判定すると、前記メイン噴射の燃焼領域と前記アフター噴射の燃焼領域とが重ならないように、前記メイン噴射および前記アフター噴射のうち少なくともいずれか一方の噴射条件を調整する、
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料噴射制御装置であって、
前記噴射制御手段は、前記メイン噴射の燃焼領域と前記アフター噴射の燃焼領域とが重なると前記領域判定手段が判定すると、前記メイン噴射の燃焼領域と前記アフター噴射の燃焼領域とが重ならないように、前記噴射条件として、前記メイン噴射の噴射量および前記アフター噴射の噴射量のうち少なくともいずれか一方を調整する、
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置であって、
前記噴射制御手段は、前記メイン噴射の燃焼領域と前記アフター噴射の燃焼領域とが重なると前記領域判定手段が判定すると、前記噴射条件として、前記アフター噴射の噴射回数を増加する、
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料噴射制御装置であって、
前記噴射制御手段は、前記アフター噴射の合計噴射量を変更せずに前記アフター噴射の噴射回数を増加する、
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の燃料噴射制御装置であって、
前記噴射制御手段は、前記アフター噴射の噴射回数を増加する場合、前段の前記アフター噴射ほど噴射量を増加する、
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項３から５のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置であって、
前記噴射制御手段は、前記アフター噴射の噴射回数を増加する場合、噴射回数を増加する前と増加した後とで前記アフター噴射の終了時期を同じにする、
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項３から６のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置であって、
前記噴射制御手段は、前記アフター噴射による噴霧が着火する時期の範囲内で前記アフター噴射の噴射回数を増加する、
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料噴射制御装置であって、
前記領域推定手段は、前記メイン噴射の燃焼領域と前記アフター噴射の燃焼領域とを、少なくとも噴霧角と筒内ガス密度と筒内圧と噴射圧と燃料密度とに基づいて推定する、
ことを特徴とする燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の１燃焼サイクル中に実行するメイン噴射とメイン噴射に続くアフター噴射の噴射条件を調整する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気浄化および燃費向上等を目的として、主なトルクを発生するメイン噴射の前後にメイン噴射よりも少量の噴射を実施する多段噴射式の燃料噴射システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。多段噴射式の燃料噴射システムでは、例えば、メイン噴射により噴射された燃料が十分に燃焼せずに未燃成分として残ったスモークを燃焼させるために、メイン噴射に続いてアフター噴射を実行する。
【０００３】
特許文献１に開示されている技術では、アフター噴射の噴霧の着火開始から燃焼終了までの燃焼期間中の所定時期における筒内酸素濃度に基づいて、気筒内における酸素の消費状態を推定し、スモークの発生状態を推定している。そして、メイン噴射およびアフター噴射の少なくともいずれか一方の噴射量を調整することにより、気筒内を適切な燃焼状態に制御してスモークの発生量を低減しようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１４５０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、吸気酸素濃度と排気酸素濃度と気筒内の熱発生量とに基づいて筒内酸素濃度を算出している。しかし、このように算出される筒内酸素濃度は気筒内の平均酸素濃度である。気筒内に噴射された燃料の噴霧は気筒内全域ではなく局所的に燃焼するので、気筒内の平均酸素濃度に基づいて気筒内における酸素の局所的な消費状態を推定することは困難である。
【０００６】
特に、アクセルが踏み込まれた加速時のような過渡運転状態においては、算出される筒内酸素濃度と実際の筒内酸素濃度との間にずれが生じやすいので、筒内酸素濃度に基づいて気筒内における酸素の局所的な消費状態を推定することは困難である。
【０００７】
したがって、筒内酸素濃度に基づいてメイン噴射量およびアフター噴射量の少なくともいずれか一方を調整しても、運転状態に関わらず気筒内を適切な燃焼状態に制御することは困難である。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、運転状態に関わらず気筒内を適切な燃焼状態に制御する技術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】
【０００９】
本発明の燃料噴射制御装置は、内燃機関の１燃焼サイクル中に、メイン噴射とメイン噴射に続くアフター噴射とを燃料噴射弁から実行する燃料噴射システムに適用される燃料噴射制御装置において、領域推定手段と、噴射制御手段と、を備えている。
【００１０】
領域推定手段は燃料噴射弁から噴射される噴霧の燃焼領域を推定する。噴射制御手段は、領域推定手段が推定するメイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とに基づいて、メイン噴射およびアフター噴射のうち少なくともいずれか一方の噴射条件を調整する。
【００１１】
このように、メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とを推定することにより、メイン噴射の燃焼により酸素が消費される領域と、アフター噴射の燃焼により酸素が消費される領域とを推定できる。
【００１２】
気筒内の酸素は、メイン噴射の燃焼とアフター噴射の燃焼とにより極力過不足なく適切に消費されることが望ましい。したがって、メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とを推定し、この推定結果に基づいてメイン噴射およびアフター噴射のうち少なくともいずれか一方の噴射条件を調整することにより、気筒内の酸素を適切に消費できる。これにより、気筒内を適切な燃焼状態に制御できる。
【００１３】
尚、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の燃焼噴射制御装置を適用した燃料噴射システムを示すブロック図。
【図２】メイン噴射とアフター噴射の燃焼領域を示す模式図。
【図３】着火遅れを示すタイムチャート。
【図４】噴霧の到達距離を説明する模式図。
【図５】燃料噴射制御処理を示すフローチャート。
【図６】メイン噴射とアフター噴射の噴霧の燃焼領域を説明するタイムチャート。
【図７】噴霧の着火時期と噴射終了時期との関係を説明するタイムチャート。
【図８】噴霧の着火時期と噴射終了時期との関係を説明する他のタイムチャート。
【図９】第２実施形態によるメイン噴射とアフター噴射の燃焼領域を示す模式図。
【図１０】メイン噴射とアフター噴射の噴霧の燃焼領域を説明するタイムチャート。
【図１１】アフター噴射の終了時期を説明するタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示す蓄圧式の４気筒のディーゼル内燃機関（以下、「エンジン」ともいう。）１０は、シリンダブロック１２に形成されたシリンダ（気筒）１４内にピストン１６が収容され、シリンダ１４内を往復動するピストン１６の運動が、コンロッド１８を介してエンジン１０のクランク軸（図示せず）に回転運動として伝達される。
【００１６】
シリンダブロック１２の上端面には、ピストン１６の上部に燃焼室２０を形成するシリンダヘッド２２が固定されている。シリンダヘッド２２には、燃焼室２０に開口する吸気ポート２４と排気ポート２６とが形成されている。
【００１７】
吸気ポート２４と排気ポート２６とは、それぞれカム（図示せず）によって駆動される吸気弁２８と排気弁３０とにより開閉される。
吸気ポート２４には、外気を吸入するための吸気管３２が接続され、排気ポート２６には、シリンダ１４から排気を排出するための排気管３４が接続されている、排気管３４と吸気管３２とはＥＧＲ管３６で接続されている。ＥＧＲ管３６に設置されているＥＧＲ弁３８が開弁することにより、排気管３４から吸気管３２に還流する排気のＥＧＲ量が制御される。
【００１８】
吸気弁２８が吸気ポート２４を開く吸入行程の際に、ピストン１６がシリンダ１４内を降下して筒内負圧が生じると、吸気管３２から吸入された外気とＥＧＲ管３６を通って還流されるＥＧＲガスとが、吸気ポート２４を通ってシリンダ１４内に流入する。
【００１９】
また、排気弁３０が排気ポート２６を開く排気行程の際に、ピストン１６の上昇によりシリンダ１４内から押し出された排気が、排気ポート２６を通って排気管３４へ排出される。
【００２０】
燃料噴射システム２は、高圧燃料を蓄圧するコモンレール４０と、このコモンレール４０に高圧燃料を圧送する燃料供給ポンプ（図示せず）と、コモンレール４０に蓄圧された高圧燃料をエンジン１０の各気筒内にそれぞれ噴射する複数の燃料噴射弁４２と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）５０とを備えている。
【００２１】
コモンレール４０は、燃料供給ポンプから供給された高圧燃料を目標レール圧まで蓄圧し、その蓄圧された高圧燃料が、燃料配管１００を介して燃料噴射弁４２に供給される。コモンレール４０の目標レール圧は、ＥＣＵ５０により設定される。具体的には、アクセル開度および回転速度等からエンジン１０の運転状態を検出し、その運転状態に適した目標レール圧が設定される。
【００２２】
燃料噴射弁４２は、エンジン１０の各気筒に設置されており、コモンレール４０で蓄圧された燃料を気筒内に噴射する。燃料噴射弁４２は、例えば、噴孔を開閉するノズルニードルのリフトを制御室の圧力で制御する公知の装置である。燃料噴射弁４２の制御室の圧力は、ソレノイドまたはピエゾアクチュエータを用いた電磁弁により制御される。
【００２３】
ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ５２、ＲＡＭ５４、ＲＯＭ５６と、図示しないフラッシュメモリ、入出力インタフェース等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されており、燃料噴射制御装置として機能する。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ６０、アクセル開度センサ６２、燃圧センサ６４、筒内圧センサ６６、吸気圧センサ６８、吸気温センサ７０、空気量センサ７２、酸素濃度センサ７４、７６、水温センサ７８等から出力される出力信号を入力し、これらの出力信号に基づいてエンジン１０の運転状態を検出する。
【００２４】
また、ＥＣＵ５０は、ＲＯＭ５６またはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶された制御プログラムをＣＰＵ５２が実行することにより、各種エンジン制御処理を実行する。
クランク角センサ６０は、エンジン１０のクランク軸と同期して回転するパルサ４４の周囲に配置され、パルサ４４が１回転する間に、パルサ４４の外周部に設けられた歯部の数に相当する複数のパルス信号（回転角信号）を出力する。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ６０から出力される回転角信号に基づいて、エンジン１０の回転速度（ＮＥ）および回転角度位置（クランク角度θ）を検出する。
【００２５】
アクセル開度センサ６２は、運転者が操作するアクセルペダル（図示せず）の操作量（踏込み量）を表すアクセル開度に応じた信号を出力する。
燃圧センサ６４は、コモンレール４０に取り付けられ、コモンレール４０に蓄圧された燃料圧力（レール圧）に応じた信号を出力する。筒内圧センサ６６は、エンジン１０の少なくとも一つの気筒のシリンダヘッド２２に取り付けられ、筒内圧に応じた信号を出力する。筒内圧センサ６６の出力信号は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）８０によりノイズを除去されてＥＣＵ５０に入力される。
【００２６】
吸気圧センサ６８は、吸気管３２に取り付けられ、吸気管３２内の吸気圧（Ｐｉｍ）に応じた信号を出力する。吸気温センサ７０は、吸気管３２に取り付けられ、吸気管３２内を通過する吸気温（Ｔｉｍ）に応じた信号を出力する。空気量センサ７２は、吸気管３２に取り付けられ、吸気管３２内を通過する空気量（Ｇａ）に応じた信号を出力する。
【００２７】
酸素濃度センサ７４、７６には、例えば空燃比を検出するＡ／Ｆセンサが使用されている。酸素濃度センサ７４は、ＥＧＲ管３６が吸気管３２と接続する箇所よりも吸気流れの下流側に設置されており、吸気管３２およびＥＧＲ管３６を通りシリンダ１４内に流入する吸気中の酸素濃度に応じた信号を出力する。酸素濃度センサ７６は、排気管３４に設置されており、シリンダ１４内から排気管３４に排出される排気中の酸素濃度に応じた信号を出力する。
【００２８】
水温センサ７８は、シリンダブロック１２に取り付けられ、シリンダブロック１２内の冷却水の温度（水温）に応じた信号を出力する。
ＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転制御として、噴射圧制御、燃料噴射制御等を実施する。噴射圧制御はコモンレール４０に蓄圧される燃料圧力を制御するもので、燃圧センサ６４によって検出される実レール圧が目標レール圧と一致するように、燃料供給ポンプの吐出量（ポンプ吐出量）をフィードバック制御する。
【００２９】
燃料噴射制御は、燃料噴射弁４２からの噴射量および噴射時期を制御するもので、エンジン１０の運転状態に応じた最適な噴射量および噴射時期を演算し、その演算結果にしたがって燃料噴射弁４２の燃料噴射を制御する。燃料噴射制御においては、エンジン１０の運転状態に基づいて、メイン噴射の前にパイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射の後にアフター噴射、ポスト噴射等の多段噴射を実施することもある。
【００３０】
パイロット噴射は、主なトルクを生成するメイン噴射による着火の前に空気と燃料とを予め混合させておくために実施される。プレ噴射は、メイン噴射の前に燃料を噴射してメイン噴射の前に筒内で燃料を燃焼させておくことにより、メイン噴射での急激な燃焼を抑制する。これにより、燃焼音および振動を低減する。
【００３１】
アフター噴射は、メイン噴射の後に燃料を噴射してメイン噴射で筒内に発生した未燃成分であるスモークを燃焼させることにより排気を浄化する。ポスト噴射は、燃料を噴射して図示しないＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)が捕集しているパティキュレート等を燃焼するために実施される。
【００３２】
パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフター噴射およびポスト噴射のうち、エンジン１０の出力トルクを主に生成するのはメイン噴射およびアフター噴射である。
（燃焼領域）
次に、メイン噴射およびアフター噴射の燃焼領域について説明する。図２の符号２００で示す斜線の領域はメイン噴射の噴霧の燃焼領域２００である。燃料噴射弁４２から噴射される噴霧は、図３に示すように、噴射されてから着火して燃焼を開始するまでに時間遅れがある。
【００３３】
そして、噴霧が着火して燃焼を開始してから噴射が終了して燃焼が終了するまでに、噴霧の燃焼領域は、着火位置からシリンダ１４の内壁面１４ａに向けて噴霧の最大到達距離まで広がる。
【００３４】
エンジン１０の出力トルクを主に生成するメイン噴射の噴射量は多く噴霧の貫徹力が強いので、メイン噴射の噴霧はシリンダ１４の内壁面１４ａに達することがある。この場合、最大到達距離はそれ以上長くならないので、メイン噴射の燃焼領域２００は、噴霧の着火位置の内周端２０２と内壁面１４ａとの間であると見なすことができる。
【００３５】
メイン噴射の後に実行するアフター噴射の噴霧２１０の噴孔からの最終到達距離が一点鎖線２１２で示す位置に達すると、アフター噴射の燃焼領域とメイン噴射の燃焼領域２００とが重なる。その結果、アフター噴射の噴霧の一部は、メイン噴射の噴霧の燃焼により酸素が消費された燃焼領域２００で燃焼することになる。
【００３６】
メイン噴射の燃焼領域２００でアフター噴射の噴霧が燃焼すると、酸素不足のために不完全燃焼になる。その結果、メイン噴射の噴霧の燃焼により残ったスモークを十分に再酸化して燃焼できないばかりでなく、アフター噴射の噴霧の燃焼によりスモークが発生することがある。
【００３７】
尚、図２では、アフター噴射の噴霧として１個の噴孔から噴射される噴霧２１０、２２０を示しているが、実際には複数の噴孔からシリンダ１４内の全周方向に噴霧２１０、２２０は広がっている。
【００３８】
図２に示すアフター噴射の噴霧２２０の燃焼領域２２２がメイン噴射の噴霧２２０の燃焼領域２００と重ならないようにするためには、アフター噴射の噴霧の最大到達距離が、メイン噴射の着火位置である燃焼領域２００の内周端２０２と同じか内周端２０２よりも内周側になるように、メイン噴射の噴射条件およびアフター噴射の噴射条件の少なくとも一方を調整すればよい。
【００３９】
第１実施形態では、エンジン１０の出力トルクが変化しないように１燃焼サイクルにおけるメイン噴射量およびアフター噴射量の合計噴射量を一定にした条件で、メイン噴射の噴射条件およびアフター噴射の噴射条件として、例えば噴射量を調整する。
【００４０】
噴射量が増加するほど噴霧の貫徹力は強くなるので、噴霧が着火するまでの距離と噴霧の最大到達距離とは長くなる。噴射量が減少するほど噴霧の貫徹力は弱くなるので、噴霧が着火するまでの距離と噴霧の最大到達距離とは短くなる。
【００４１】
（燃焼領域推定）
図４に基づいて、メイン噴射およびアフター噴射の噴霧の燃焼領域の推定について説明する。噴霧の燃焼領域は、燃焼領域の内周端を表わす噴霧の着火位置と、燃焼領域の外周端を表わす噴霧の最外周到達位置とによって決定される。噴射開始からの経過時間をｔとすると、噴射開始時と噴射開始からｔ時間経過したときの燃料について、運動量保存則から、次式（１）が成立する。
【００４２】
ρｆ・π・（ｄ／２）２・ｖｏ２
＝ρａ・π・｛ｘ（ｔ）・ｔａｎθｓｐ｝２・ｗ（ｔ）２            ・・・（１）
式（１）において、ρｆ：燃料密度、ρａ：筒内ガス密度、θｓｐ：噴霧角／２、ｘ（ｔ）：燃料が噴射されてからｔ時間経過後の噴霧２３０の到達距離、ｗ（ｔ）：燃料が噴射されてからｔ時間経過後の噴霧２３０の先端速度、ｖ０：噴霧２３０の初速、ｄ：噴孔４２ａの径、である。
【００４３】
燃料密度ρｆは使用燃料によって決定される。噴霧の広がり角度を表わす噴霧角の１／２であるθｓｐは、噴孔４２ａの径ｄおよび長さと、筒内ガス密度と、コモンレール圧などにより異なるため、マップとして記憶されている。
【００４４】
筒内ガス密度ρａは次式（２）で表わされる。
ρａ（θ）＝｛ｍｃｙｌ／Ｖ（θ）｝・１０６                    ・・・（２）
式（２）において、ｍｃｙｌ：シリンダ吸入ガス量、θ：クランク角度、Ｖ（θ）：シリンダ容積、である。
【００４５】
式（２）において、シリンダ吸入ガス量ｍｃｙｌは、次式（３）で表わされる。
ｍｃｙｌ＝Ｐｉｍ・Ｖ（θＩｃｌｏｓｅ）・Ｍａｉｒ／｛Ｒ・（Ｔｉｍ＋２７３．１５）｝                                                            ・・・（３）
式（３）において、Ｐｉｍ：吸気圧、θＩｃｌｏｓｅ：吸気弁閉弁タイミング、Ｍａｉｒ：空気の分子量、Ｒ：気体定数、Ｔｉｍ：吸気温、である。
【００４６】
オリフィスを通過する流体の式から、式（１）のｖ０は次式（４）で表わされる。
ｖ０＝ｃ０・｛２・（Ｐｃ−Ｐｃｙｌ）／ρｆ｝１／２            ・・・（４）
式（４）において、ｃ０：収縮係数、Ｐｃ：噴射圧、Ｐｃｙｌ：筒内圧、である。式（１）と式（４）とから、燃料が噴射されてからｔ時間経過後の噴霧２３０の先端速度ｗ（ｔ）は次式（５）で表わされる。
【００４７】
ｗ（ｔ）
＝（ρｆ／ρａ）１／２・ｄ・ｖ０／｛２・ｘ（ｔ）・ｔａｎθｓｐ｝・・・（５）
ｗ（ｔ）はｘ（ｔ）の時間微分であるから、ｗ（ｔ）＝ｄｘ／ｄｔである。ｄｔ＝ｄｘ／ｗ（ｔ）のｗ（ｔ）に式（５）を代入し両辺を積分すると、ｘ（ｔ）は次式（６）で表わされる。
【００４８】
ｘ（ｔ）
＝（ρｆ／ρａ）１／４・（ｄ・ｖ０・ｔ／ｔａｎθｓｐ）１／２    ・・・（６）
式（６）に式（４）のｖ０を代入して次式（７）を得る。
【００４９】
ｘ（ｔ）＝（ρｆ／ρａ）１／４・（ｄ・ｔ／ｔａｎθｓｐ）１／２・［ｃ０・｛２・（Ｐｃ−Ｐｃｙｌ）／ρｆ｝１／２］１／２                        ・・・（７）
式（７）を整理して次式（８）を得る。式（８）において、ｃ１＝ｃ０１／２である。
【００５０】
ｘ（ｔ）＝ｃ１・｛２・（Ｐｃ−Ｐｃｙｌ）／ρａ｝１／４・（ｄ・ｔ／ｔａｎθｓｐ）１／２                                                        ・・・（８）
噴射を開始してから噴霧が着火するときの噴霧の到達距離ｘ１と、噴射が終了したときに噴霧が到達する最大到達距離ｘ２とが分かれば、メイン噴射量の燃焼領域とアフター噴射量の燃焼領域とを求めることができる。
【００５１】
燃料が噴射されてから噴霧が着火するまでの着火遅れ時間ｔ１は、筒内圧センサ６６の検出圧に基づいて算出できる。最大到達距離に達すまでの到達時間ｔ２は噴射期間に応じて求めることができる。式（８）のｔにｔ１、ｔ２を代入してそれぞれｘ１、ｘ２を算出すれば、メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とを推定できる。
【００５２】
尚、最大到達距離ｘ２はシリンダ１４の内壁面１４ａまでの距離よりも長くならないので、ｘ（ｔ２）が示す到達距離がシリンダ１４の内壁面１４ａまでの距離よりも長くなる場合、最大到達距離ｘ２はシリンダ１４の内壁面１４ａまでの距離になる。
【００５３】
噴射量が増加すると噴霧の貫徹力が強くなるので、ｔ１、ｔ２は長くなる。その結果、ｘ（ｔ１）およびｘ（ｔ２）は長くなる。噴射量が減少すると噴霧の貫徹力が弱くなるので、ｔ１、ｔ２は短くなる。その結果、ｘ（ｔ１）およびｘ（ｔ２）は短くなる。
【００５４】
［１−２．処理］
メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とが重ならない燃料噴射制御処理について、図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００５５】
Ｓ４００において、ＥＣＵ５０は、メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域との重なりを回避するための燃料噴射制御が必要であるか否かを判定する。通常のエンジン運転状態では、メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とが重ならないように、メイン噴射の噴射量とアフター噴射の噴射量とが制御されているので、燃焼領域の重なりを回避するための燃料噴射制御は不要である（Ｓ４００：Ｎｏ）。
【００５６】
通常のエンジン運転状態に対し、アクセルペダルが踏み込まれた加速時の過渡運転状態のように、吸気圧が変動したり、酸素濃度が変動すると、通常の燃料噴射制御では、メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とが重なる可能性がある。吸気圧および酸素濃度の変動は、増加方向および低下方向の両方を含む。
【００５７】
そこで、吸気圧センサ６８が検出する吸気圧、あるいは酸素濃度センサ７４が検出する酸素濃度が所定範囲を越えて変動すると、ＥＣＵ５０は、燃焼領域の重なりを回避するための燃料噴射制御が必要であると判定する（Ｓ４００：Ｙｅｓ）。この場合、ＥＣＵ５０は、まず通常の燃料噴射制御で１燃焼サイクルの燃料噴射を実行し（Ｓ４０２）、筒内圧センサ６６の出力から筒内圧を検出する（Ｓ４０４、Ｓ４０６）。
【００５８】
ＥＣＵ５０は、筒内圧から次式（９）に基づいて熱発生率ＲＯＨＲ（θ）を算出する（Ｓ４０８）。
ＲＯＨＲ（θ）＝（Ｃｖ／Ｒ）・Ｖ（θ）・ｄＰｃｙｌ（θ）／ｄθ＋
｛（Ｃｖ／Ｒ）＋１｝・Ｐｃｙｌ（θ）・ｄＶ（θ）／ｄθ          ・・・（９）
式（９）において、Ｃｖ：定積モル比熱である。式（９）で算出する熱発生率に基づいて、メイン噴射とアフター噴射とのそれぞれの着火遅れ時間ｔ１を算出する（Ｓ４１０）。
【００５９】
ＥＣＵ５０は、Ｓ４１０で算出する着火遅れ時間ｔ１と、メイン噴射の噴射量とアフター噴射の噴射量とでそれぞれ決定される噴霧が最大到達距離に達するまでの時間ｔ２とを式（８）に代入してｘ（ｔ）を算出することにより、メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とを推定する（Ｓ４１２）。そして、ＥＣＵ５０は、メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とが重なるか否かを判定する（Ｓ４１４）。
【００６０】
メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とが重なるか否かは、メイン噴射の噴霧が着火するまでの到達距離ｘ１ｍａｉｎと、アフター噴射の噴霧の最大到達距離ｘ２ａｆｔｅｒとの大小関係で判定できる。
【００６１】
図６に示すように、ｘ１ｍａｉｎ≧ｘ２ａｆｔｅｒであれば、メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とは重ならない（Ｓ４１４：Ｎｏ）。この場合、ＥＣＵ５０は本処理を終了する。つまり、燃焼領域の重なりを回避するための燃料噴射制御を実行することなく、通常制御と同じ噴射量でメイン噴射とアフター噴射とを実行する。
【００６２】
ｘ１ｍａｉｎ＜ｘ２ａｆｔｅｒであれば、メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とは重なる（Ｓ４１４：Ｙｅｓ）。この場合、ＥＣＵ５０は、メイン噴射の噴射条件とアフター噴射の噴射条件とのうち少なくとも一方を調整する（Ｓ４１６）。第１実施形態では、噴射条件として噴射量を調整する。
【００６３】
例えば、ＥＣＵ５０は、１燃焼サイクルにおけるメイン噴射量およびアフター噴射量の合計噴射量を一定にする条件で、メイン噴射の噴射量を増加してアフター噴射の噴射量を減少させる。これにより、メイン噴射の噴霧が着火するまでの到達距離ｘ１ｍａｉｎは長くなり、アフター噴射の噴霧の最大到達距離ｘ２ａｆｔｅｒは短くなる。
【００６４】
ＥＣＵ５０は、メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とが重ならなくなるまで（Ｓ４１４：Ｎｏ）、Ｓ４１４で設定したメイン噴射およびアフター噴射の噴射量に基づいて、Ｓ４０２〜Ｓ４１４の処理を繰り返す。
【００６５】
ところで、通常、噴射の途中で噴霧が着火し、噴射が終了するまで燃焼範囲は拡大する。しかし、図７および図８に示すように、噴射の途中で噴霧が着火せず、噴射が終了してから着火することもある。図７は、噴射が終了してから噴霧がそれ以上拡大せず最大到達距離が一定になる例を示している。
【００６６】
この場合、メイン噴射とアフター噴射とにおいて、それぞれの噴霧が着火するまでの到達距離ｘ１と最大到達距離ｘ２とが同じであるとして、図５のＳ４１４の判定を行う。
図８は、噴射が終了してから噴霧が慣性で拡大し、式（８）から算出するｘ（ｔ２）よりも到達距離が最大到達距離ｘｍａｘまで伸びる途中で着火する例を示している。この場合、例えば、噴射圧と噴射量とに対応する最大到達距離ｘｍａｘと最大到達距離ｘｍａｘに達するまでの到達時間ｔｍａｘとのマップから、ｘｍａｘとｔｍａｘとを求める。そして、噴霧が着火するまでの到達距離ｘ１をｘ（ｔ２）とｘｍａｘとの間で線形補間により求める。
【００６７】
［１−３．効果］
以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
噴霧が着火するまでの到達距離と噴霧の最大到達距離とから、メイン噴射の噴霧の燃焼領域とアフター噴射の噴霧の燃焼領域とを推定するので、メイン噴射の噴霧の燃焼領域とアフター噴射の噴霧の燃焼領域との重なりを高精度に判定できる。
【００６８】
そして、メイン噴射の噴霧の燃焼領域とアフター噴射の噴霧の燃焼領域とが重ならないように、噴射条件としてメイン噴射の噴射量とアフター噴射の噴射量とを調整する。これにより、通常運転状態であるか過渡運転状態であるか等の運転状態に関わらず、アフター噴射の噴霧の燃焼領域における酸素不足を解消し、気筒内を適切な燃焼状態に制御できる。その結果、スモークの発生を極力低減できる。
【００６９】
［２．第２実施形態］
［２−１．構成］
第２実施形態のＥＣＵ５０の構成は、第１実施形態と実質的に同一である。第２実施形態では、図５のＳ４１４の判定が「Ｙｅｓ」の場合、図５のＳ４１６において、アフター噴射を多段化してアフター噴射の噴射条件を調整する点で第１実施形態と相違する。
【００７０】
アフター噴射を１段噴射から多段化する場合、アフター噴射の合計噴射量は変更せず同じになるように各段の噴射パルス幅を調整する。さらに、図９および図１０に示すように、アフター噴射を多段化する場合、前段のアフター１噴射の噴霧２４０の燃焼領域２４２と後段のアフター２噴射の噴霧２５０の燃焼領域２５２とが重ならないように、前段の噴射量を後段の噴射量よりも多くなるように設定する。
【００７１】
アフター噴射を多段化してアフター噴射全体の噴射終了時期が遅くなると、後段のアフター噴射ほど筒内温度が低下しているために噴霧が着火しにくくなる。多段化したアフター噴射の一部の噴霧が着火しないと、ＨＣ、ＣＯ等の未燃成分が発生するとともに、燃費が低下する。
【００７２】
そこで、図１１に示すように、各段の噴射時期および噴射インターバルを調整するなどして、最終段のアフター噴射の噴射終了時期を１段噴射の場合と同じにすることが望ましい。
【００７３】
また、アフター噴射を多段化して噴射しているとき、あるいはアフター噴射を多段化して噴射しようとするときに、後段のアフター噴射において筒内温度が着火可能な筒内温度よりも低下すると判定するとＥＣＵ５０が判定すると、図１１の点線の噴射が示すように、多段化したアフター噴射の後段の実行を中止するか、あるいはアフター噴射の多段化を中止する。つまり、アフター噴射による噴霧が着火する時期の範囲内で、アフター噴射の噴射回数を増加して多段化する。
【００７４】
筒内温度Ｔｃｙｌ（θ）は、例えば次式（１０）から算出する。
Ｔｃｙｌ（θ）＝Ｐｃｙｌ（θ）・Ｖ（θ）／（Ｒ・ｎ）            ・・・（１０）
式（１０）において、ｎは次式（１１）から算出する。
ｎ＝Ｐｃｙｌ（θＩｃｌｏｓｅ）・Ｖ（θＩｃｌｏｓｅ）／（Ｒ・Ｔｉｍ）
・・・（１１）
アフター噴射を多段化しても、メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の１段目の燃焼領域とが重なる場合、アフター噴射の段数をさらに増加する代わりに、メイン噴射の噴射量を増加し、多段化したアフター噴射の合計噴射量を減少させてもよい。
【００７５】
［２−２．効果］
以上説明した第２実施形態によると、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
［３．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、以下の種々の形態を取り得る。
【００７６】
（１）メイン噴射およびアフター噴射のうち少なくとも一方の噴射条件を調整する場合、噴射圧を調整してもよい。例えば、燃料圧力の異なるコモンレールを２個用意し、使用するコモンレールを切り替えることにより噴射圧を調整できる。燃料圧力の低いコモンレールを使用すれば噴霧の貫徹力が低下し、燃料圧力の高いコモンレールを使用すれば噴霧の貫徹力が上昇する。
【００７７】
（２）筒内圧センサ６６が設置されない燃料噴射システムの場合、噴霧の到達距離と噴射パルス幅が表わす噴射量とのマップから到達距離を推定してもよい。
（３）メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とが重なることを回避するための燃料噴射制御は、吸気圧または酸素濃度が所定範囲を越えて変動する場合だけでなく、常時行ってもよい。これにより、例えば通常運転状態において、何らかの原因でメイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とが重なる場合、メイン噴射およびアフター噴射の少なくとも一方の噴射条件を調整し、燃焼領域の重なりを回避できる。
【００７８】
（４）第１実施形態において、メイン噴射の燃焼領域とアフター噴射の燃焼領域とが重ならないように、メイン噴射の噴射量またはアフター噴射の噴射量の一方だけを調整してもよい。この場合、エンジン１０の主な出力トルクを生成するメイン噴射ではなく、アフター噴射の噴射量を調整することが望ましい。
【００７９】
（５）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。尚、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【００８０】
（６）上述した燃料噴射制御装置の他、当該燃料噴射制御装置を構成要素とする燃料噴射システム、当該燃料噴射制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した記録媒体、燃料噴射制御方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。
【符号の説明】
【００８１】
２：燃料噴射システム、１０：ディーゼルエンジン（内燃機関）、４２：燃料噴射弁、５０：ＥＣＵ（燃料噴射制御装置、領域推定手段、噴射制御手段、領域判定手段）、６６：筒内圧センサ、２００、２２２、２４２、２５２：燃焼領域、２１０、２２０、２４０、２５０：噴霧
【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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