(57)【要約】【課題】本発明は、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、気筒内壁面への燃料付着を抑制するとともに、気筒内に燃料をより均一に拡散させて混合気濃度をより適正なものとして、ＮＯｘやスモークを抑制する。【解決手段】主燃料噴射弁と副燃料噴射弁とを有する予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、該圧縮着火内燃機関の機関運転状態が、予混合燃焼が可能な負荷領域において低負荷側の領域である低負荷側予混合領域に属するときは、気筒における圧縮行程上死点より前の時期に副燃料噴射弁から燃料を噴射するとともに、該副燃料噴射弁からの燃料噴射後であって圧縮行程上死点より前の圧縮行程の所定時期に主燃料噴射弁から燃料を噴射する（Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０８）ことで、該気筒内に予混合気を形成して予混合燃焼を行う。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮着火内燃機関の気筒上部の中心近傍に設けられ、該気筒内に燃料を噴射する主燃料噴射弁と、
前記主燃料噴射弁に対して偏位した位置に設けられ、前記気筒内の中心方向に燃料を噴射する副燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の機関運転状態が属する負荷領域を判定する機関運転状態判定手段と、
前記機関運転状態判定手段によって機関運転状態が、予混合燃焼が可能な負荷領域において低負荷側の領域である低負荷側予混合領域に属すると判定されるとき、前記気筒における圧縮行程上死点より前の時期に前記副燃料噴射弁から燃料を噴射するとともに、該副燃料噴射弁からの燃料噴射後であって該気筒における圧縮行程上死点より前の圧縮行程の所定時期に前記主燃料噴射弁から燃料を噴射することで、該気筒内に予混合気を形成して予混合燃焼を行う低負荷予混合燃料噴射制御手段と、を備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記副燃料噴射弁からの燃料噴射時期は前記気筒における吸気行程時であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記機関運転状態判定手段によって機関運転状態が、予混合燃焼が可能な負荷領域において前記低負荷側予混合領域より高負荷側の領域である高負荷側予混合領域に属すると判定されるとき、前記気筒における圧縮行程上死点より前の時期に前記副燃料噴射弁から燃料を噴射するとともに、該気筒における圧縮行程上死点より所定クランク角度遅角した時期に前記主燃料噴射弁から燃料を噴射することで、該気筒内に予混合気を形成して予混合燃焼を行う高負荷予混合燃料噴射制御手段を、更に備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記高負荷予混合燃料噴射制御手段による前記副燃料噴射弁からの燃料噴射時期は前記気筒における吸気行程時であることを特徴とする請求項３に記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記高負荷予混合燃料噴射制御手段は、前記圧縮着火内燃機関の機関負荷が増加するに従い、前記所定クランク角度を大きくすることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁と前記副燃料噴射弁からの燃料噴射で予混合燃焼が行われるときの、前記気筒における燃料の着火時期を推定する着火時期推定手段を、更に備え、
前記着火時期推定手段によって推定される着火時期が所定着火時期より早いときには、該推定着火時期と該所定着火時期との時間差が大きくなるに従い、前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁からの燃料噴射時期をより遅角側に移行することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁からの燃料噴射が行われるときの前記気筒内の酸素濃度を検出し、又は推定する酸素濃度検出手段を、更に備え、
前記着火時期推定手段は、前記酸素濃度検出手段によって検出され、又は推定される前記気筒内の酸素濃度に基づいて該気筒における燃料の着火時期を推定することを特徴とする請求項６に記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁からの燃料噴射が行われるときの前記気筒内の筒内圧力を検出し、又は推定する筒内圧力検出手段を、更に備え、
前記着火時期推定手段は、前記筒内圧力検出手段によって検出され、又は推定される前記気筒内の筒内圧力に基づいて該気筒における燃料の着火時期を推定することを特徴とする請求項６に記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項９】
前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁からの燃
料噴射が行われるときの前記気筒内の筒内圧力を検出し、又は推定する筒内圧力検出手段と、
前記筒内圧力検出手段によって検出され、又は推定される前記気筒内の筒内圧力に基づいて、前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁と前記副燃料噴射弁からの燃料噴射で予混合燃焼が行われるときの、前記気筒における燃料の着火時期を推定する着火時期推定手段と、を更に備え、
前記着火時期推定手段によって推定される着火時期が所定着火時期より早いときには、該推定着火時期と該所定着火時期との時間差が大きくなるに従い、前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁からの燃料噴射圧をより高くすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１０】
前記圧縮着火内燃機関の吸気弁の開閉を制御する吸気弁制御手段を、更に備え、
前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁と前記副燃料噴射弁からの燃料噴射で予混合燃焼が行われるときに、該副燃料噴射弁からの燃料噴射開始時期が前記吸気弁制御手段によって制御された前記吸気弁の閉弁時期より前である場合、該燃料噴射開始時期と該閉弁時期とのクランク角度差が大きくなるに従い、前記主燃料噴射弁からの燃料噴射量に対する前記副燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合を減少させることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１１】
前記圧縮着火内燃機関の吸気弁の開閉を制御する吸気弁制御手段を、更に備え、
前記高負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁と前記副燃料噴射弁からの燃料噴射で予混合燃焼が行われるときに、該副燃料噴射弁からの燃料噴射開始時期が前記吸気弁制御手段によって制御された前記吸気弁の閉弁時期より前である場合、該燃料噴射開始時期と該閉弁時期とのクランク角度差が大きくなるに従い、前記主燃料噴射弁からの燃料噴射量に対する前記副燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合を減少させることを特徴とする請求項３から請求項５の何れかに記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１２】
圧縮着火内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、
前記圧縮着火内燃機関の機関運転状態が属する負荷領域を判定する機関運転状態判定手段と、
前記機関運転状態判定手段によって機関運転状態が、予混合燃焼が可能な負荷領域において低負荷側の領域である低負荷側予混合領域に属すると判定されるとき、前記気筒における圧縮行程上死点より前の時期に前記燃料噴射手段から燃料を噴射する第一燃料噴射を行うとともに、該副燃料噴射弁からの燃料噴射後であって該気筒における圧縮行程上死点より前の圧縮行程の所定時期に前記燃料噴射手段から燃料を噴射する第二燃料噴射を行うことで、該気筒内に予混合気を形成して予混合燃焼を行う低負荷予混合燃料噴射制御手段と、を備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１３】
前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記副燃料噴射弁からの燃料噴射時期は前記気筒における吸気行程時であることを特徴とする請求項１２に記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１４】
前記機関運転状態判定手段によって機関運転状態が、予混合燃焼が可能な負荷領域において前記低負荷側予混合領域より高負荷側の領域である高負荷側予混合領域に属すると判定されるとき、前記気筒における圧縮行程上死点より前の時期に前記燃料噴射手段から燃料を噴射する第三燃料噴射を行うとともに、該気筒における圧縮行程上死点より所定クランク角度遅角した時期に前記燃料噴射手段から燃料を噴射する第四燃料噴射を行うことで、該気筒内に予混合気を形成して予混合燃焼を行う高負荷予混合燃料噴射制御手段を、更に備えることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項１５】
前記高負荷予混合燃料噴射制御手段による前記副燃料噴射弁からの燃料噴射時期は前記気筒における吸気行程時であることを特徴とする請求項１４に記載の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関における燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮着火内燃機関において、排出されるＮＯｘの抑制とスモークの抑制を目的として、予混合燃焼が行われる。この予混合燃焼は、一般に燃料を気筒内に圧縮行程上死点より早い時期に噴射することで、燃焼室内により均一な予混合気を形成させる。この均一な予混合気が燃焼すると、火炎温度が低く抑えられるためＮＯｘの生成が抑制される。さらに、この予混合気は燃料と空気が均一に混合しているため、十分な量の酸素の存在下で燃料が燃焼することになり、従って、酸素不足下での燃焼に起因するスモークの発生も抑制される。
【０００３】
ところが、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、機関負荷や機関回転速度が上昇すると、気筒内に均一な予混合気を形成することが困難となり、予混合気が所定の着火時期より早い時期に着火するいわゆる過早着火が生じる可能性が高くなる。そして、過早着火が生じると、燃焼騒音が大きくなる等の問題が生じる。
【０００４】
そこで、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、該内燃機関の運転状態に応じて予混合燃焼と拡散燃焼の実行を切り替える技術が公開されている。例えば、圧縮着火内燃機関の運転状態が高負荷領域に属する場合には、予混合燃焼を行う代わりに圧縮上死点近傍において燃料噴射を行って該燃料を燃焼させるいわゆる拡散燃焼を行い、圧縮着火内燃機関の運転状態が低負荷領域に属する場合には、予混合燃焼を行う（例えば、特許文献１を参照。）。これにより、予混合燃焼によるＮＯｘの抑制とスモークの抑制を効果的に発揮し得るとともに、圧縮着火内燃機関の運転状態が予混合燃焼の効果を発揮するのが困難な状態であるときは、拡散燃焼による高出力を発揮し得る。
【特許文献１】特開平１１−３２４７６４号公報
【特許文献２】特開２００１−２７１６１号公報
【特許文献３】特開２００１−７３８６０号公報
【特許文献４】特開平１１−７２０３８号公報
【特許文献５】特開平９−３２４６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧縮着火内燃機関において、ＮＯｘとスモークの抑制を目的として予混合燃焼を行うために気筒内に燃料噴射を行うと、噴射時期によっては燃料が気筒内壁面に付着し、潤滑油を希釈する虞がある。また、気筒内の予混合気において燃料濃度が部分的に過度に高くなると、過早着火が誘発されて、燃焼騒音が増大し又はエミッションが悪化する虞がある。
【０００６】
本発明では、上記した問題に鑑み、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、気筒内壁面への燃料付着を抑制するとともに、気筒内に燃料をより均一に拡散させて混合気濃度をより適正なものとして、ＮＯｘやスモークを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するために、気筒内に発生する気流に着目した。これは、予混合気の形成を目的として気筒内に燃料噴射を行うとき、気筒内に発生する気流に合わせた時期に燃料噴射を行うことで、気筒内での燃料の拡散を促進させてより均一な予混合気の形成が可能となるとともに、気流により噴射燃料の気筒内壁面への付着を抑制する
ことが可能となることに依る。
【０００８】
そこで、本発明は、圧縮着火内燃機関における燃料噴射を制御する燃料噴射制御装置であって、圧縮着火内燃機関の気筒上部の中心近傍に設けられ、該気筒内に燃料を噴射する主燃料噴射弁と、前記主燃料噴射弁に対して偏位した位置に設けられ、前記気筒内の中心方向に燃料を噴射する副燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関の機関運転状態が属する負荷領域を判定する機関運転状態判定手段と、前記機関運転状態判定手段によって機関運転状態が、予混合燃焼が可能な負荷領域において低負荷側の領域である低負荷側予混合領域に属すると判定されるとき、前記気筒における圧縮行程上死点より前の時期に前記副燃料噴射弁から燃料を噴射するとともに、該副燃料噴射弁からの燃料噴射後であって該気筒における圧縮行程上死点より前の圧縮行程の所定時期に前記主燃料噴射弁から燃料を噴射することで、該気筒内に予混合気を形成して予混合燃焼を行う低負荷予混合燃料噴射制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記の圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）においては、主燃料噴射弁と副燃料噴射弁の二種類の燃料噴射弁が備えられている。主燃料噴射弁は、該噴射弁が設けられている地点から気筒内に燃料を放射状に拡散させる燃料噴射が行われる。一方で、副燃料噴射弁は、主燃料噴射弁と異なり、気筒内の中心方向に向かって燃料を噴射する特性、即ち、一定の指向性を持つ燃料噴射を行う。
【００１０】
このように二種類の燃料噴射弁を有する内燃機関において予混合燃焼を行う場合、内燃機関の機関負荷に応じた量の燃料が気筒内に噴射されても予混合気の過早着火を回避することが可能である負荷領域、即ち上述の「予混合燃焼が可能な負荷領域」においては、より均一な予混合気の形成および気筒内壁面への燃料の付着抑制の観点から、内燃機関の機関運転状態によって、負荷領域が更に二つに大別され、それぞれの負荷領域で異なる燃料噴射制御が行われる。尚、機関運転状態判定手段によって機関回転速度や機関負荷等に基づいて、内燃機関の機関運転状態がどの負荷領域に属しているかが判定される。
【００１１】
ここで、先ず予混合燃焼が可能な負荷領域において低負荷側の低負荷側予混合領域では、機関負荷がより低負荷であるため気筒内に噴射される燃料量は比較的少ない。従って、当該領域は、機関負荷に応じた全量の燃料を予混合気形成のために噴射しても過早着火が生じない負荷領域である。そこで、内燃機関の運転状態が低負荷側予混合領域に属するときは、低負荷予混合燃料噴射制御手段による噴射制御が行われる。
【００１２】
該噴射制御においては、先ず、圧縮行程上死点より前の時期において副燃料噴射弁から必要量の燃料噴射が行われる。ここで、該燃料噴射が行われる時期は、気筒内にタンブル流（縦旋回流）が発生する時期である。特に、吸気行程においては、内燃機関の吸気ポートが気筒内に流れ込み、より効率的に気筒内にタンブル流が発生するため、吸気行程時に上述の副燃料噴射弁から燃料噴射を行うのは好ましい。また、圧縮行程においても、気筒内にタンブル流が発生する場合、例えば、圧縮行程下死点から圧縮行程上死点前５０ＣＡ（ＣＡはクランクアングルを意味する）までの時期には、副燃料噴射弁からの燃料噴射を行い得る。そして、副燃料噴射弁から噴射された燃料は、そのタンブル流に乗って気筒内に広く拡散することが可能となり、更にはタンブル流に乗ることで気筒内壁面への付着が抑制される。
【００１３】
次に、副燃料噴射弁からの燃料噴射が行われた後、主燃料噴射弁からの燃料噴射が行われる。ここで、主燃料噴射弁からの燃料噴射は、上述の副燃料噴射弁からの燃料噴射後の圧縮行程であって圧縮行程上死点より前の所定時期において行われる。この所定時期とは、圧縮行程において、気筒内でピストンが上昇することで十分なスキッシュによる気流が得られる時期をいう。従って、この所定時期に主燃料噴射弁から燃料噴射がされると、該
噴射燃料はスキッシュによる気流にのって気筒内に拡散することが可能となる。また、主燃料噴射弁からの噴射燃料はスキッシュによる気流に乗ることで気筒内壁面への付着が抑制されることに併せて、十分なスキッシュによる気流が得られる時期は、概ね圧縮行程中期から後期であるため、より確実に噴射燃料の気筒内壁面への付着が抑制され得る。
【００１４】
尚、気筒内への燃料噴射量が比較的少なく副燃料噴射弁からの燃料噴射によって気筒内への燃料噴射が完了し得るときは、副燃料噴射弁からの燃料噴射を行い、主燃料噴射弁からの燃料噴射を行わないようにしてもよい。副燃料噴射弁からの燃料噴射の方が、気筒内における燃料の拡散時間をより長く確保し、より均一な予混合気の形成が可能となるからである。
【００１５】
次に、予混合燃焼が可能な負荷領域において高負荷側の高負荷側予混合領域では、低負荷側予混合領域の場合と比べて、機関負荷が大きいため気筒内への燃料噴射量が増加する。そのため、機関運転状態が高負荷側予混合領域に属するときは、低負荷予混合燃料噴射制御手段による燃料噴射を行うと過早着火が発生する虞がある。そこで、このような場合には、高負荷予混合燃料噴射制御手段による燃料噴射制御が行われるようにしてもよい。
【００１６】
即ち、上述の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記機関運転状態判定手段によって機関運転状態が、予混合燃焼が可能な負荷領域において前記低負荷側予混合領域より高負荷側の領域である高負荷側予混合領域に属すると判定されるとき、前記気筒における圧縮行程上死点より前の時期に前記副燃料噴射弁から燃料を噴射するとともに、該気筒における圧縮行程上死点より所定クランク角度遅角した時期に前記主燃料噴射弁から燃料を噴射することで、該気筒内に予混合気を形成して予混合燃焼を行う高負荷予混合燃料噴射制御手段を、備えるようにしてもよい。
【００１７】
高負荷予混合燃料噴射制御手段による燃料噴射制御と低負荷予混合燃料噴射制御手段による燃料噴射制御とにおいて、副燃料噴射弁からの燃料噴射は同様に制御される。従って、副燃料噴射弁からの燃料噴射時期は、気筒内に発生するタンブル流をより効率的に利用するために、吸気行程である方がより好ましい。一方で、主燃料噴射弁からの燃料噴射においては異なる制御が行われる。
【００１８】
機関運転状態が高負荷側予混合領域に属しているとき、主燃料噴射弁からの燃料噴射が圧縮行程上死点より前に行われると過早着火が生じる虞がある。そこで、主燃料噴射弁からの燃料噴射を圧縮行程上死点から所定クランク角度遅角した時期において行うことで、気筒内の温度が圧縮行程上死点時より下がった時期に燃料を噴射して、該噴射燃料が噴射直後に着火する拡散燃焼とならずに気筒内へ噴射されるようにする。これは、拡散燃焼が行われると、予混合燃焼が行われる場合と比べて、ＮＯｘやスモークの発生量が増加するためである。従って、所定クランク角度とは、主燃料噴射弁から噴射された燃料が拡散燃焼に供されないために圧縮行程上死点から噴射開始までに要する時間に相当するクランク角度であり、更に気筒内でのピストンの位置が主燃料噴射弁から噴射された燃料の気筒内壁面への付着を抑制し得る位置であることが担保されるクランク角度である。そして、噴射後に気筒内の予混合気が着火して、予混合燃焼が行われる。
【００１９】
このような高負荷予混合燃料噴射制御手段による燃料噴射制御が行われると、圧縮行程上死点以降に気筒内へ燃料が噴射されているため、低負荷予混合燃料噴射制御手段による燃料噴射制御に比べると燃料の拡散時間は短いものの、気筒内において予混合気を形成する時間がある程度確保されている。従って、予混合燃焼によるＮＯｘやスモークの抑制を図ることが可能となるとともに、気筒内壁面への燃料の付着が抑制される。
【００２０】
尚、高負荷予混合燃料噴射制御手段による燃料噴射制御において、機関負荷が増加して
燃料噴射量が増加すると主燃料噴射弁から燃料噴射が行われているときに噴射燃料が着火して、拡散燃焼となる虞がある。そこで、前記高負荷予混合燃料噴射制御手段は、前記圧縮着火内燃機関の機関負荷が増加するに従い、前記所定クランク角度を大きくし、主燃料噴射弁からの燃料噴射時期を圧縮行程上死点より遅角側の時期に移行するようにしてもよい。このようにすることで、噴射燃料が拡散燃焼に供されるのを回避することが可能となる。
【００２１】
ここで、上述までの圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁と前記副燃料噴射弁からの燃料噴射で予混合燃焼が行われるときの、前記気筒における燃料の着火時期を推定する着火時期推定手段を、更に備え、前記着火時期推定手段によって推定される着火時期が所定着火時期より早いときには、該推定着火時期と該所定着火時期との時間差が大きくなるに従い、前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁からの燃料噴射時期をより遅角側に移行するようにしてもよい。
【００２２】
即ち、機関運転状態が低負荷側予混合領域に属している場合に着火時期推定手段によって予混合燃焼が行われているときの過早着火の発生を着火時期推定手段によって推定し、過早着火が発生していると推定されるときは主燃料噴射弁の噴射時期を制御することで過早着火の発生を抑えて、過早着火による燃焼騒音を抑制する。従って、所定着火時期とは、着火時期推定手段によって推定された着火時期が過早着火における着火時期か否かを判定するための閾値である。
【００２３】
低負荷予混合燃料噴射制御手段による燃料噴射制御において、圧縮行程で主燃料噴射弁から燃料噴射が行われた後は、気筒において燃料が低温酸化反応に供されている。この低温酸化反応においては、酸化熱が発生して気筒内温度が一時的に上昇する。それと同時に、低温酸化反応により燃料が改質されて中間生成物が生成されることで、燃料の酸化反応が緩慢となり、以て燃料の過早着火が抑制される。その後、ピストンの上昇とともに気筒内の温度が上昇することで、圧縮行程上死点近傍の時期において、燃料が低温酸化反応を経て高温酸化反応に供され、以て着火が生じる。
【００２４】
ここで、低負荷予混合燃料噴射制御手段による燃料噴射制御において、主燃料噴射弁からの燃料噴射時期が遅角側に移行すると、圧縮行程における低温酸化反応の開始時期も遅角側に移行する。その結果、圧縮行程上死点近傍の時期における高温酸化反応の開始時期も遅角側に移行するとともに高温酸化反応における熱上昇率が緩やかになり、以て着火時期が遅角側に移行する。
【００２５】
そこで、着火時期推定手段によって推定された着火時期が所定着火時期より早く、過早着火が生じていると推定されるときは、主燃料噴射弁からの噴射時期を遅角側に移行することで過早着火を抑制し得る。また、主燃料噴射弁からの噴射時期の遅角側への移行量を、推定着火時期と所定着火時期との時間差が大きくなるに従い多くすることで、着火時期をより所定着火時期に近づけることが可能となる。
【００２６】
ここで、上述の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置においては、前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁からの燃料噴射が行われるときの前記気筒内の酸素濃度を検出し、又は推定する酸素濃度検出手段を、更に備える場合、前記着火時期推定手段は、前記酸素濃度検出手段によって検出され、又は推定される前記気筒内の酸素濃度に基づいて該気筒における燃料の着火時期を推定するようにしてもよい。気筒内における酸素濃度が増加すると、予混合燃焼時において過早着火が起こりやすくなる。そこで、着火時期推定手段は、気筒内の酸素濃度に基づいて着火時期を推定することが可能である。
【００２７】
また、上述の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁からの燃料噴射が行われるときの前記気筒内の筒内圧力を検出し、又は推定する筒内圧力検出手段を、更に備える場合、前記着火時期推定手段は、前記筒内圧力検出手段によって検出され、又は推定される前記気筒内の筒内圧力に基づいて該気筒における燃料の着火時期を推定するようにしてもよい。気筒内の筒内圧力が高くなるに従い、主燃料噴射弁や副燃料噴射弁から噴射された燃料の気筒内における拡散の程度が弱まり、部分的に燃料濃度が高くなることで、過早着火が起こりやすくなる。そこで、着火時期推定手段は、気筒内の筒内圧力に基づいて着火時期を推定することが可能となる。
【００２８】
尚、このように気筒内の筒内圧力に基づいて着火時期を推定する場合、上述のように主燃料噴射弁からの燃料噴射時期を制御する代わりに、主燃料噴射弁からの燃料噴射圧を制御してもよい。即ち、前記着火時期推定手段によって推定される着火時期が所定着火時期より早いときには、該推定着火時期と該所定着火時期との時間差が大きくなるに従い、前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁からの燃料噴射圧をより高くするようにしてもよい。主燃料噴射弁からの燃料噴射圧を増加することで、気筒内に燃料を広く拡散することが可能となり、部分的に燃料濃度が高くなるのを抑制し、以て過早着火を回避することが可能となる。
【００２９】
ここで、上述までの圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記圧縮着火内燃機関の吸気弁の開閉を制御する吸気弁制御手段を、更に備える場合、前記低負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁と前記副燃料噴射弁からの燃料噴射で予混合燃焼が行われるとき、若しくは前記高負荷予混合燃料噴射制御手段による前記主燃料噴射弁と前記副燃料噴射弁からの燃料噴射で予混合燃焼が行われるときに、該副燃料噴射弁からの燃料噴射開始時期が前記吸気弁制御手段によって制御された前記吸気弁の閉弁時期より前である場合、該燃料噴射開始時期と該閉弁時期とのクランク角度差が大きくなるに従い、前記主燃料噴射弁からの燃料噴射量に対する前記副燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合を減少させるようにしてもよい。
【００３０】
吸気弁制御手段によって吸気弁の開閉時期が制御される場合、例えば、気筒内に確保する吸気量を制御するために吸気弁の閉弁時期が制御される場合、吸気弁の閉弁時期によって吸気弁が開弁している状態で副燃料噴射弁からの燃料噴射が行われている時間が変動する。そして、吸気弁が開弁している状態で副燃料噴射弁からの燃料噴射が行われると、噴射燃料が吸気ポート内に付着する虞がある。特に、吸気ポートから気筒内への吸気の流入が弱まる吸気行程下死点近傍の時期や燃料噴射終了後に吸気弁が開弁状態にあるとき、特に圧縮行程で吸気弁が開弁状態にあるとき等は、噴射燃料の吸気ポートへの侵入はより容易に起こり得る。そして、吸気ポート内に付着した燃料は、シリンダヘッド内壁面を伝って気筒内壁面へと流れる虞がある。
【００３１】
そこで、副燃料噴射弁からの燃料噴射開始時期と吸気弁の閉弁時期とのクランク角度差が大きくなるに従い、噴射燃料の吸気ポート内への侵入の虞のある副燃料噴射弁からの燃料噴射量を減量するとともに、主燃料噴射弁からの燃料噴射量を増量することで、吸気ポートへ侵入する燃料量を抑制し得る。
【００３２】
また、上記した問題に鑑みて、本発明は、圧縮着火内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記圧縮着火内燃機関の機関運転状態が属する負荷領域を判定する機関運転状態判定手段と、前記機関運転状態判定手段によって機関運転状態が、予混合燃焼が可能な負荷領域において低負荷側の領域である低負荷側予混合領域に属すると判定されるとき、前記気筒における圧縮行程上死点より前の時期に前記燃料噴射手段から燃料を噴射する第一燃料噴射を行うとともに、該副燃料噴射弁からの燃料噴射後であって該気筒にお
ける圧縮行程上死点より前の圧縮行程の所定時期に前記燃料噴射手段から燃料を噴射する第二燃料噴射を行うことで、該気筒内に予混合気を形成して予混合燃焼を行う低負荷予混合燃料噴射制御手段と、を備える。
【００３３】
上記の圧縮着火内燃機関においては、燃料噴射手段によって気筒内への燃料噴射が行われる。そして、低負荷予混合燃料噴射制御手段による燃料噴射制御において、燃料噴射手段から第一燃料噴射および第二燃料噴射を行うことで、上述した低負荷予混合燃料噴射制御手段による副燃料噴射弁からの燃料噴射と主燃料噴射弁からの燃料噴射の場合と同様に、気筒内に発生する気流を利用して、燃料の拡散を促進させてより均一な予混合気を形成するとともに、噴射燃料の気筒内壁面への付着を抑制し得る。尚、燃料噴射手段は、単一又は複数の燃料噴射弁によって構成される。また、第一燃料噴射については、タンブル流のより効率的な利用という観点から、吸気行程において行われる方が、より好ましい。
【００３４】
そして、上記の圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置において、前記機関運転状態判定手段によって機関運転状態が、予混合燃焼が可能な負荷領域において前記低負荷側予混合領域より高負荷側の領域である高負荷側予混合領域に属すると判定されるとき、前記気筒における圧縮行程上死点より前の時期に前記燃料噴射手段から燃料を噴射する第三燃料噴射を行うとともに、該気筒における圧縮行程上死点より所定クランク角度遅角した時期に前記燃料噴射手段から燃料を噴射する第四燃料噴射を行うことで、該気筒内に予混合気を形成して予混合燃焼を行う高負荷予混合燃料噴射制御手段を、更に備えるようにしてもよい。
【００３５】
そして、高負荷予混合燃料噴射制御手段による燃料噴射制御において、燃料噴射手段から第三燃料噴射および第四燃料噴射を行うことで、上述した高負荷予混合燃料噴射制御手段による副燃料噴射弁からの燃料噴射と主燃料噴射弁からの燃料噴射の場合と同様に、予混合燃焼によるＮＯｘやスモークの抑制を図ることが可能となるとともに、気筒内壁面への燃料の付着が抑制される。尚、第三燃料噴射については、タンブル流のより効率的な利用という観点から、吸気行程において行われる方が、より好ましい。
【発明の効果】
【００３６】
本発明によると、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、気筒内壁面への燃料付着を抑制するとともに、気筒内に燃料をより均一に拡散させて混合気濃度をより適正なものとして、ＮＯｘやスモークを抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
ここで、本発明に係る予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３８】
図１は、本発明が適用される圧縮着火内燃機関（以下、単に「内燃機関」という）１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。また、図２は、気筒２近傍の概略構成を表すブロック図である。
【００３９】
内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式の内燃機関である。また、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する主燃料噴射弁３ａおよび副燃料噴射弁３ｂを備えている。主燃料噴射弁３ａは、図２に示すように気筒２の上部中心近傍に設けられており、気筒２内に燃料を放射状に噴射する。一方で、燃料噴射弁３ｂは、図２に示すように主燃料噴射弁３ａから気筒２の内壁面方向に偏位した位置に設けられ、且つ燃料の噴射方向は気筒２の中心方向である。これらの主燃料噴射弁３ａおよび副燃料噴射弁３ｂは、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室と接続されている。
【００４０】
更に、内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、シリンダヘッドに設けられた吸気ポート７ａを介して燃焼室に接続される。同様に、内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管はシリンダヘッドに設けられた排気ポート１２ａを介して、燃焼室に接続される。ここで、燃焼室と吸気ポート７ａおよび排気ポート１２ａの境界には、それぞれ吸気弁５および排気弁６が設けられている。ここで、吸気弁５および排気弁６はいわゆる電磁駆動弁であって、吸気弁５は吸気側電源１７によって、排気弁６は排気側電源１８によって、それぞれに印加される電圧信号に基づいて各弁の開弁時期や閉弁時期等の開閉特性が制御される。
【００４１】
また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。更に、吸気管８における吸気枝管７の直上流に位置する部位には、吸気管８内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が、更に吸気絞り弁１０の上流側には、吸気管８を流れる吸気量を検出するエアフローメータ９が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。一方、内燃機関１には、ＥＧＲ装置２１が設けられている。ＥＧＲ装置２１は排気枝管１２を流れる排気の一部を吸気枝管７へ再循環させる。ＥＧＲ装置２１は、排気枝管１２（上流側）から吸気枝管７（下流側）へ延出しているＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲ通路２２上に上流側から順に設けられた排気冷却用のＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲ弁２４と、から構成される。
【００４２】
ここで、エアフローメータ９と吸気絞り弁１０との間に位置する吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する過給機１６のコンプレッサ側が設けられ、排気枝管１２には過給機１６のタービン側が設けられている。過給機１６は、いわゆる可変容量型過給機であって、過給機１６のノズルベーンの開度を調整することで、最終的に到達する吸気枝管７内の過給圧を調整することが可能となる。更に、過給機１６より下流の吸気管８には、過給機１６によって加圧されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１５が設けられている。また、過給機１６のタービン側は、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラーに接続されている。そして、排気管１３の途中には、内燃機関１からの排気を浄化する排気浄化触媒１４が設けられている。
【００４３】
また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００４４】
ここで、主燃料噴射弁３ａおよび副燃料噴射弁３ｂは、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、主燃料噴射弁３ａおよび副燃料噴射弁３ｂにおける燃料の噴射時期および噴射量が、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度に応じて、弁毎に制御され、以て内燃機関１において予混合燃焼又は拡散燃焼が行われる。この予混合燃焼や拡散燃焼のための主燃料噴射弁３ａおよび副燃料噴射弁３ｂの制御については、後述する。また、ＥＣＵ２０は吸気側電源１７および排気側電源１８とも電気的に接続され、これらの電源を介して吸気弁５および排気弁６に印加される指令電圧が制御され、以て吸気弁５および排気弁６の開弁時期や閉弁時期が制御される。更に、ＥＧＲ弁２４や吸気絞り用アクチュエータ１１も、ＥＣＵ２０からの指令に従って制御される。
【００４５】
更に、アクセル開度センサ２６がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１に要求される機関負荷Ｔｑ等を算出する。また、クランクポジションセンサ２５がＥＣＵ２０と電気的に接続されてお
り、ＥＣＵ２０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度Ｎｅ等を算出する。更に、吸気枝管７には吸気中の酸素濃度ＤＯを検出する酸素濃度センサ２７や吸気枝管７中の吸気圧（過給圧）Ｐｉｎを検出する吸気圧センサ２８が設けられており、酸素濃度センサ２７および吸気圧センサ２８もＥＣＵ２０と電気的に接続され、ＥＣＵ２０は検出された酸素濃度ＤＯや吸気圧Ｐｉｎに応じた信号を受け取る。
【００４６】
ここで、上述した内燃機関１における主燃料噴射弁３ａおよび副燃料噴射弁３ｂからの燃料噴射について、図３に基づいて説明する。図３は、内燃機関１の機関回転速度Ｎｅおよび機関負荷Ｔｑで決定される機関運転状態が属する３つの負荷領域を示す図である。図３の横軸は機関回転速度Ｎｅを、縦軸は機関負荷Ｔｑを表す。先ず、高負荷側の負荷領域Ｒ３は、内燃機関１に要求される機関負荷Ｔｑが大きく、又は機関回転速度Ｎｅが大きいために過早着火が生じ、予混合燃焼が困難である負荷領域である。従って、内燃機関１の機関負荷が負荷領域Ｒ３に属するときは、気筒２内において予混合燃焼ではなく拡散燃焼を行うべく主燃料噴射弁３ａおよび副燃料噴射弁３ｂの噴射条件が制御される。
【００４７】
次に、低負荷側の負荷領域Ｒ１およびＲ２においては、気筒２内において予混合燃焼が可能な予混合領域である。そして、その予混合領域において更に低負荷側の負荷領域にあたる低負荷側予混合領域Ｒ１では、機関負荷Ｔｑが比較的低くまた機関回転速度Ｎｅも比較的低いため、圧縮行程上死点より早い時期に、主燃料噴射弁３ａおよび副燃料噴射弁３ｂから必要量の燃料を全量噴射しても気筒２内において過早着火が生じる虞が低い。そこで、低負荷側予混合領域Ｒ１においては、以下に示す燃料噴射が行われる。
【００４８】
先ず、吸気行程において副燃料噴射弁３ａからの燃料噴射を行う。吸気行程では吸気弁５の開弁により吸気ポート７ａから吸気が気筒２内に流れ込む。このとき、吸気の流れ込みにより、気筒２内にタンブル流が発生している。従って、副燃料噴射弁３ｂから噴射された燃料は、タンブル流に乗って気筒２内に広く拡散していく。尚、低負荷側予混合領域Ｒ１における、吸気行程での副燃料噴射弁３ｂからの燃料噴射を、「第一燃料噴射」という。
【００４９】
更に、第一燃料噴射に加えて、圧縮行程上死点より９０ＣＡから２０ＣＡ前の時期（以下、「圧縮行程上死点前所定時期」という）において、主燃料噴射弁３ａからの燃料噴射を行う。圧縮行程上死点前所定時期においては、気筒２内においてピストン４が圧縮行程上死点に向かって上昇している。そのため、ピストン４の圧縮によって、気筒２内にスキッシュによる気流が発生する。また、圧縮行程上死点前所定時期では、ピストン４が圧縮行程の半ばを過ぎた位置にあるため、主燃料噴射弁３ａからの噴射燃料が気筒２の内壁面に付着する虞は低い。従って、主燃料噴射弁３ａから噴射された燃料は、スキッシュによる気流に乗って気筒２内に拡散する。尚、低負荷側予混合領域Ｒ１における、圧縮行程上死点前所定時期での主燃料噴射弁３ａからの燃料噴射を、「第二燃料噴射」という。第二燃料噴射の終了後、気筒２内の燃料が着火し、予混合燃焼が行われる。
【００５０】
次に、その予混合領域において低負荷側予混合領域Ｒ１より高負荷側の負荷領域にあたる高負荷側予混合領域Ｒ２では、機関負荷Ｔｑまたは機関回転速度Ｎｅが高くなることで、第一燃料噴射が行われてから第二燃料噴射が行われるまでの間、第一燃料噴射による噴射燃料が過早着火する虞は低いが、上記の第一燃料噴射が行われた後に第二燃料噴射が行われると第二燃料噴射によって気筒内に燃料が加わることで過早着火が生じる虞がある。そこで、高負荷側予混合領域Ｒ２においては、以下に示す燃料噴射が行われる。
【００５１】
先ず、吸気行程において副燃料噴射弁３ａからの燃料噴射を行う。この燃料噴射の内容は、上述の第一燃料噴射と同様である。そして、高負荷側予混合領域Ｒ２における、吸気
行程での副燃料噴射弁３ｂからの燃料噴射を、「第三燃料噴射」という。
【００５２】
更に、第三燃料噴射に加えて、圧縮行程上死点より０ＣＡから２０ＣＡ後の時期（以下、「圧縮行程上死点後所定時期」という）において、主燃料噴射弁３ａからの燃料噴射を行う。主燃料噴射弁３ａからの燃料噴射が、圧縮行程上死点以降の圧縮行程上死点後所定時期において行われるため、気筒内温度が圧縮行程上死点時よりも若干低下した時点で、主燃料噴射弁３ａからの燃料噴射が行われることになる。従って、主燃料噴射弁３ａから噴射された燃料が、噴射直後に着火する拡散燃焼に供されずに気筒２内へ噴射され得る。一方で、主燃料噴射弁３ａから燃料が噴射されるに従い、気筒２内の温度は上昇し、該燃料噴射が終了した後、気筒２内において燃料が着火し、予混合燃焼が行われる。尚、高負荷側予混合領域Ｒ２における、圧縮行程上死点後所定時期での主燃料噴射弁３ａからの燃料噴射を、「第四燃料噴射」という。
【００５３】
尚、第四燃料噴射による燃料噴射量が増加すると、該燃料噴射が終了する前に、気筒２内において燃料の着火が生じ拡散燃焼が開始する虞がある。そこで、圧縮行程上死点後所定時期は、主燃料噴射弁３ａからの燃料噴射量が増加するに従い、圧縮行程上死点から遅角側の時期へ移行する。これにより、第四燃料噴射による燃料噴射が終了する前に噴射燃料が着火するのを抑制することが可能となる。
【００５４】
ここで、図４および図５に基づいて、内燃機関１の機関運転状態に応じた燃料噴射制御について説明する。図４に示す燃料噴射制御は、ＥＣＵ２０によって一定のサイクルで繰り返し実行されるルーチンである。
【００５５】
Ｓ１０１では、クランクポジションセンサ２５およびアクセル開度センサ２６からの信号に基づいて得られる機関回転速度Ｎｅおよび機関負荷Ｔｑから、内燃機関１の機関運転状態が検出される。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００５６】
Ｓ１０２では、Ｓ１０１で検出された機関運転状態が、予混合領域（Ｒ１、Ｒ２）に属するか否かが判定される。即ち、内燃機関１において、予混合燃焼の実行が可能か否かが判定される。Ｓ１０２において、機関運転状態が予混合領域に属すると判定されるときは、Ｓ１０３へ進む。機関運転状態が予混合領域に属しないと判定されるとき、即ち、機関運転状態が負荷領域Ｒ３に属するとき、Ｓ１０７へ進む。
【００５７】
Ｓ１０３では、Ｓ１０１で検出された機関運転状態が、低負荷側予混合領域Ｒ１に属しているか否かが判定される。機関運転状態が低負荷側予混合領域Ｒ１に属すると判定されるとＳ１０４へ進み、一方で低負荷側予混合領域Ｒ１に属しないと判定されると、即ち、高負荷側予混合領域Ｒ２に属すると判定されると、Ｓ１０６へ進む。
【００５８】
Ｓ１０４では、上述した第一燃料噴射及び第二燃料噴射における燃料噴射条件である、燃料噴射量および燃料噴射時期を算出する。具体的には、ＥＣＵ２０には予め実験等で、内燃機関１の機関運転状態が低負荷側予混合領域Ｒ１に属しているときの、過早着火を鑑みて決定される第一燃料噴射によって噴射可能な最大噴射量Ｑ１ｍａｘ、気筒２内に発生するタンブル流によって噴射燃料を最も効率的に拡散し得る噴射時期ＴＱ１、気筒２内に発生するスキッシュによる気流によって噴射燃料が最も効率的に拡散し得る噴射時期（上記の圧縮行程上死点前所定時期に相当する時期である。）ＴＱ２と、機関運転状態との関係が導出されて、マップ形式で格納されている。そして、Ｓ１０１で検出された機関運転状態をパラメータとして該マップにアクセスすることで、最大噴射量Ｑ１ｍａｘ、噴射時期ＴＱ１及び噴射時期ＴＱ２を得る。
【００５９】
更に、機関負荷Ｔｑを発揮するための燃料噴射量ＱがＱ１ｍａｘ以下であるときは、第
一燃料噴射による燃料噴射量をＱとし、第二燃料噴射による燃料噴射量を零とする。また、燃料噴射量ＱがＱ１ｍａｘを超えるときは、第一燃料噴射による燃料噴射量をＱ１ｍａｘとし、第二燃料噴射による燃料噴射量をＱ１ｍａｘ―Ｑとする。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００６０】
Ｓ１０５では、第二燃料噴射の噴射時期ＴＱ２の補正を行う。Ｓ１０４で算出された第一燃料噴射および第二燃料噴射の噴射条件では、機関回転速度Ｎｅや機関負荷Ｔｑ以外の要因で予混合燃焼において過早着火が生じる場合がある。そこで、過早着火を回避すべくＳ１０５の処理が行われる。
【００６１】
具体的には、先ず、酸素濃度センサ２７によって検出される酸素濃度ＤＯに基づいて、第二燃料噴射の噴射時期ＴＱ２の補正を行う。酸素濃度ＤＯが基準酸素濃度より高い場合、予混合燃焼が行われるとき気筒２内の温度が過度に上昇して燃料の着火時期が早まると考えられるため、酸素濃度ＤＯと基準酸素濃度との差が大きくなるに従い第二燃料噴射の噴射時期ＴＱ２を遅角側の時期に補正する。酸素濃度ＤＯが基準酸素濃度より高くなるときとして、ＥＧＲ弁２４によって吸気枝管７に再循環される排気流量が減少されている時期等が例示できる。尚、基準酸素濃度とは、内燃機関１の機関運転状態に応じて決定される値であり、例えば、気筒２内に供給されるべき吸気量や再循環される排気流量等によって決定される。
【００６２】
ここで、図５に基づいて、噴射時期ＴＱ２の補正の効果について説明する。図５の上段は副燃料噴射弁３ｂからの燃料噴射である第一燃料噴射を、図５の中段は主燃料噴射弁３ａからの燃料噴射である第二燃料噴射を、図５の下段は第一燃料噴射および第二燃料噴射が行われるときの気筒２内の熱発生率の推移を表している。尚、ここでいう熱発生率とは、噴射燃料の酸化によって発生する単位時間あたりの熱量である。また、図５の横軸はクランクアングルを表す。図５の中段において点線で表される第二燃料噴射は、実線で表される第二燃料噴射より噴射時期が遅角側に補正されている。これにより、図５の下段において表されるように、熱発生率の推移が実線で表される状態から点線で表される状態へと移行する。即ち、気筒２内での燃料の酸化反応において、低温酸化反応が発生する時期が遅れるとともに、その後の高温酸化反応における熱発生率の推移が緩やかになり、燃料の着火時期が遅角側に移行し、過早着火が抑制される。
【００６３】
更に、吸気圧センサ２８によって検出される吸気圧Ｐｉｎに基づいて、第二燃料噴射の噴射時期ＴＱ２の補正を行う。吸気圧Ｐｉｎが高くなると気筒２内の筒内圧力が上昇する。そのため、主燃料噴射弁３ａから噴射された燃料の気筒２内における拡散の程度が弱くなり、部分的に燃料濃度が高くなることで、燃料の着火時期が早まると考えられる。そこで、吸気圧Ｐｉｎの値が高くなるに従い第二燃料噴射の噴射時期ＴＱ２を遅角側の時期に補正することで、過早着火を抑制する。また、吸気圧Ｐｉｎの値が高くなるに従い、第二燃料噴射における噴射圧を増加してもよい。これにより、気筒２内において、燃料をより拡散する噴射が可能となり、以て過早着火を抑制することが可能となる。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０８へ進む。
【００６４】
Ｓ１０６では、上述した第三燃料噴射及び第四燃料噴射における燃料噴射条件である、燃料噴射量および燃料噴射時期を算出する。具体的には、ＥＣＵ２０には予め実験等で、内燃機関１の機関運転状態が高負荷側予混合領域Ｒ２に属しているときの、過早着火を鑑みて決定される第三燃料噴射によって噴射可能な最大噴射量Ｑ３ｍａｘ、気筒２内に発生するタンブル流によって噴射燃料を最も効率的に拡散し得る噴射時期ＴＱ３と、機関運転状態との関係が導出され、マップ形式で格納されている。そして、Ｓ１０１で検出された機関運転状態をパラメータとして該マップにアクセスすることで、最大噴射量Ｑ３ｍａｘ、噴射時期ＴＱ３を得る。ここで、機関運転状態が高負荷側予混合領域Ｒ２に属している
ため、機関負荷Ｔｑを発揮するための燃料噴射量Ｑは、最大噴射量Ｑ３ｍａｘより大きい。そこで、第三燃料噴射の噴射条件は、燃料噴射量Ｑ３ｍａｘ、燃料噴射時期ＴＱ３となる。
【００６５】
次に、第四燃料噴射の噴射条件においては、燃料噴射量はＱ−Ｑ３ｍａｘである。ここで、第四燃料噴射の噴射時期ＴＱ４（上記の圧縮行程上死点後所定時期に相当する時期である。）は、噴射燃料が拡散燃焼に供されるのを回避するために、燃料噴射量Ｑ−Ｑ３ｍａｘが多くなるに従い、圧縮行程上死点から遅角側に移行した時期である。尚、第四燃料噴射における燃料噴射量と噴射時期ＴＱ４との関係は予め実験等で導出し、その関係をＥＣＵ２０内にマップ形式で格納する。そして、燃料噴射量Ｑ−Ｑ３ｍａｘをパラメータとして該マップにアクセスすることで、噴射時期ＴＱ４を算出する。Ｓ１０６の処理が終了すると、Ｓ１０８へ進む。
【００６６】
Ｓ１０７では、上述した拡散燃料噴射における燃料噴射条件である、燃料噴射量および燃料噴射時期を算出する。例えば、燃料噴射量は、機関負荷Ｔｑを発揮するための燃料噴射量Ｑであり、燃料時期は圧縮行程上死点近傍の時期である。Ｓ１０７の処理が終了すると、Ｓ１０８へ進む。
【００６７】
Ｓ１０８では、Ｓ１０４からＳ１０７で算出された、内燃機関１の機関運転状態に応じた燃料噴射条件を満たす燃料噴射を行うべく、ＥＣＵ２０から主燃料噴射弁３ａおよび副燃料噴射弁３ｂへ噴射指令が出されて、気筒２内への燃料噴射が実行される。
【００６８】
本制御においては、気筒２内に発生する気流を鑑みた、内燃機関１の機関運転状態に応じた燃料噴射制御を行うことにより、気筒内壁面への燃料付着を抑制するとともに、気筒内に燃料をより均一に拡散させて混合気濃度をより適正なものとして、ＮＯｘやスモークを抑制することが可能となる。
【実施例２】
【００６９】
図１に示す内燃機関１における燃料噴射制御の第二の実施例について、図６に基づいて、説明する。図６は、燃料噴射制御のフローチャートであり、図４に示す燃料噴射制御における処理と同一の処理については、同一の参照番号を付してその説明を省略する。
【００７０】
本制御においては、Ｓ１０５またはＳ１０６の処理が終了すると、Ｓ２０１へ進む。Ｓ２０１では、第一燃料噴射における噴射開始時期または第三燃料噴射における噴射開始時期と吸気弁５の閉弁時期とのクランク角度差Ｔｄを算出する。尚、このクランク角度差Ｔｄは、第一燃料噴射における噴射開始時期または第三燃料噴射における噴射開始時期が吸気弁５の閉弁時期より早い場合におけるクランク角度差である。クランク角度差Ｔｄについて、図７に基づいて説明する。図７の上段は吸気弁５の開度の推移を、図７の中段は副燃料噴射弁３ｂからの燃料噴射である第一燃料噴射または第三燃料噴射を、図７の下段は主燃料噴射弁３ａからの燃料噴射である第二燃料噴射または第四燃料噴射を表している。尚、図７の横軸はクランクアングルを表す。そこで、クランク角度差Ｔｄは、図７に示すように第一燃料噴射が開始された時期から吸気弁５が閉弁状態となった時期との時間差に相当するクランク角度差として表される。Ｓ２０１の処理が終了すると、Ｓ２０２へ進む。
【００７１】
Ｓ２０２では、Ｓ２０１で算出されたクランク角度差Ｔｄに基づいて、第二燃料噴射による燃料噴射量に対する第一燃料噴射による燃料噴射量の噴射割合、または第四燃料噴射による燃料噴射量に対する第三燃料噴射による燃料噴射量の噴射割合を調整する。クランク角度差Ｔｄが零より大きいとき、吸気弁５が開弁状態となっているため、第一燃料噴射または第三燃料噴射によって噴射された燃料が吸気ポート７ａに付着する虞がある。そし
て、その付着量はクランク角度差Ｔｄが長くなるに従い多くなる。従って、クランク角度差Ｔｄが長くなるに従い、第二燃料噴射による燃料噴射量に対する第一燃料噴射による燃料噴射量の噴射割合、または第四燃料噴射による燃料噴射量に対する第三燃料噴射による燃料噴射量の噴射割合を減少させて、実質的に副燃料噴射弁３ｂからの燃料噴射量を減量する。これにより、副燃料噴射弁３ｂからの燃料噴射による吸気ポート７ａへの燃料付着を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施の形態の予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関の概略構成を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の圧縮着火内燃機関において、気筒近傍の概略構成を表すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態の圧縮着火内燃機関において、機関回転速度および機関負荷で決定される機関運転状態が属する３つの負荷領域を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置において行われる燃料噴射制御に関するフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御において、図４に示す燃料噴射制御での第二燃料噴射の噴射時期の遅角側への移行による熱発生率の変動を表す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御装置において行われる燃料噴射制御に関する第二のフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の燃料噴射制御において、図６に示す燃料噴射制御での副燃料噴射弁からの燃料噴射開始時期と吸気弁の閉弁時期との時間差を表す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・・内燃機関
２・・・・気筒
３ａ・・・・主燃料噴射弁
３ｂ・・・・副燃料噴射弁
４・・・・ピストン
５・・・・吸気弁
６・・・・排気弁
７・・・・吸気枝管
７ａ・・・・吸気ポート
８・・・・吸気管
１２・・・・排気枝管
１２ａ・・・・排気ポート
１３・・・・排気管
１６・・・・過給機
１７・・・・吸気側電源
１８・・・・排気側電源
２０・・・・ＥＣＵ
２５・・・・クランクポジションセンサ
２６・・・・アクセル開度センサ
２７・・・・酸素濃度センサ
２８・・・・吸気圧センサ
【図１】
2005233107.tif 000003
【図２】
2005233107.tif 000004
【図３】
2005233107.tif 000005
【図４】
2005233107.tif 000006
【図５】
2005233107.tif 000007
【図６】
2005233107.tif 000008
【図７】
2005233107.tif 000009