(57)【要約】【課題】本発明は、複数の燃料噴射弁を有する圧縮着火内燃機関において、燃焼室内に生成する混合気の状態を内燃機関の負荷に適した混合気状態とすることで、ＮＯｘおよびスモークの抑制を図るとともに、安定した燃料の燃焼を可能とする圧縮着火内燃機関を提供する。【解決手段】燃焼室３内の中心方向に燃料を噴射する第一の燃料噴射弁５と、気筒１上部の中心近傍に設けられ、前記燃焼室３内に燃料を噴射する第二の燃料噴射弁４と、を備える圧縮着火内燃機関１０において、前記第一の燃料噴射弁５の燃料噴射時期を制御して、前記燃焼室３における混合気の状態を、前記圧縮着火内燃機関１０の運転領域に対応させた成層混合気状態と均質予混合気状態の少なくともいずれかの混合気状態とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮着火内燃機関の燃焼室内の中心方向に燃料を噴射する第一の燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の気筒上部の中心近傍に設けられ、前記燃焼室内に燃料を噴射する第二の燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の機関負荷および機関回転速度より該圧縮着火内燃機関の運転領域を検出する運転領域検出手段と、
前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域に基づいて、前記第一の燃料噴射弁と前記第二の燃料噴射弁における燃料噴射条件を制御する燃料噴射制御手段と、を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記第一の燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御して、前記燃焼室における混合気の状態を、前記圧縮着火内燃機関の運転領域に対応させた成層混合気状態と均質予混合気状態の少なくともいずれかの混合気状態とすることを特徴とする圧縮着火内燃機関。
【請求項２】
圧縮着火内燃機関の燃焼室内の中心方向に燃料を噴射する第一の燃料噴射弁と、
前記第一の燃料噴射弁と異なる燃料噴射弁であって、前記燃焼室内に燃料を噴射する第二の燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の機関負荷および機関回転速度より該圧縮着火内燃機関の運転領域を検出する運転領域検出手段と、
前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域に基づいて、前記第一の燃料噴射弁と前記第二の燃料噴射弁における燃料噴射条件を制御する燃料噴射制御手段と、を備え、
前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域が低負荷側の運転領域である成層運転領域に属しているとき、前記燃料噴射制御手段は、少なくとも圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うことを特徴とする圧縮着火内燃機関。
【請求項３】
前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記成層運転領域において低負荷側の運転領域である低負荷側成層運転領域に属しているとき、
前記燃料噴射制御手段は、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、圧縮行程上死点近傍の時期において前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うことを特徴とする請求項２に記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項４】
前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記成層運転領域において高負荷側の運転領域である高負荷側成層運転領域に属しているとき、
前記燃料噴射制御手段は、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、該燃料噴射より前の時期であって且つ吸気行程から圧縮行程中期までの時期において前記第一の燃料噴射弁と前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うことを特徴とする請求項２に記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項５】
更に、吸気行程後期から圧縮行程初期までの時期においては、前記燃料噴射制御手段による前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を禁止することを特徴とする請求項４に記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項６】
圧縮着火内燃機関の燃焼室内の中心方向に燃料を噴射する第一の燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の気筒上部の中心近傍に設けられ、前記燃焼室内に燃料を噴射する第二の燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の機関負荷および機関回転速度より該圧縮着火内燃機関の運転領域を検出する運転領域検出手段と、
前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域に基づいて、前記第一の燃料噴射弁と前記第二の燃料噴射弁における燃料噴射条件を制御する燃料噴射制御手段と、を備え、
前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域が高負荷側の運転領域である予混合運転領域に属しているとき、前記燃料噴射制御手段は、少なくとも吸気行程初期から吸気行程中期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うことを特徴とする圧縮着火内燃機関。
【請求項７】
前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記予混合運転領域において低負荷側の運転領域である低負荷側予混合運転領域に属しているとき、
前記燃料噴射制御手段は、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期において前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うことを特徴とする請求項６に記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項８】
前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記予混合運転領域において高負荷側の運転領域である高負荷側予混合運転領域に属しているとき、
前記燃料噴射制御手段は、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、圧縮行程上死点近傍の時期において前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うことを特徴とする請求項６に記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項９】
前記燃料噴射制御手段は、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期に加えて、圧縮行程中期の時期においても前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、圧縮行程上死点近傍の時期において前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うことを特徴とする請求項８に記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項１０】
前記圧縮着火内燃機関の温度を検出する圧縮着火内燃機関温度検出手段を更に備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記圧縮着火内燃機関温度検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の温度が低い程、前記第一の燃料噴射弁と前記第二の燃料噴射弁からの総燃料噴射量に対する前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合を小さくす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。
【請求項１１】
前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、アイドル運転領域から前記低負荷側成層運転領域に移行するとき、
前記燃料噴射制御手段は、前記第一の燃料噴射弁の燃料噴射時期を所定の燃料噴射時期から遅角させ、且つ前記低負荷側成層運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従い遅角量を減量す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。
【請求項１２】
前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記低負荷側成層運転領域より高負荷側の運転領域から該低負荷側成層運転領域へ移行するとき、
前記燃料噴射制御手段は、前記第一の燃料噴射弁の燃料噴射時期を所定の燃料噴射時期から進角させ、且つ前記低負荷側成層運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従い進角量を減量す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。
【請求項１３】
前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記高負荷側成層運転領域より低負荷側の運転領域から該高負荷側成層運転領域へ移行するとき、
前記燃料噴射制御手段は、吸気行程から圧縮行程中期までの時期における前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量に対する、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合を増大させ、且つ前記高負荷側成層運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従い該割合の増大量を小さくすることを特徴とする請求項４に記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項１４】
前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記高負荷側成層運転領域より高負荷側の運転領域から該高負荷側成層運転領域へ移行するとき、
前記燃料噴射制御手段は、吸気行程から圧縮行程中期までの時期における前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量に対する、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合を減少させ、且つ前記高負荷側成層運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従い該割合の減少量を小さくすることを特徴とする請求項４に記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項１５】
前記圧縮着火内燃機関の機関回転速度を検出する機関回転速度検出手段を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記機関回転速度検出手段によって検出される機関回転速度が高いほど、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における前記第一の燃料噴射弁の燃料噴射時期を進角することを特徴とする請求項２から請求項５の何れかに記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項１６】
圧縮着火内燃機関の燃焼室内の中心方向に燃料を噴射する第一の燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の気筒上部の中心近傍に設けられ、前記燃焼室内に燃料を噴射する第二の燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の機関負荷および機関回転速度より該圧縮着火内燃機関の運転領域を検出する運転領域検出手段と、
前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域に基づいて、前記第一の燃料噴射弁と前記第二の燃料噴射弁における燃料噴射条件を制御する燃料噴射制御手段と、を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、低負荷側の運転領域である成層運転領域において高負荷側の運転領域である高負荷側成層運転領域に属しているとき、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、該燃料噴射より前の時期であって且つ吸気行程から圧縮行程中期までの時期において前記第一の燃料噴射弁と前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行い、
前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、高負荷側の運転領域である予混合運転領域において低負荷側の運転領域である低負荷側予混合運転領域に属しているとき、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期において前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行う圧縮着火内燃機関において、
前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記高負荷側成層運転領域から前記低負荷側予混合運転領域に移行するとき、
前記燃料噴射制御手段は、前記高負荷側成層運転領域に属しているときに行われていた圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量を、前記低負荷側予混合運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従って減量することを特徴とする圧縮着火内燃機関。
【請求項１７】
圧縮着火内燃機関の燃焼室内の中心方向に燃料を噴射する第一の燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の気筒上部の中心近傍に設けられ、前記燃焼室内に燃料を噴射する第二の燃料噴射弁と、
前記圧縮着火内燃機関の機関負荷および機関回転速度より該圧縮着火内燃機関の運転領域を検出する運転領域検出手段と、
前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域に基づいて、前記第一の燃料噴射弁と前記第二の燃料噴射弁における燃料噴射条件を制御する燃料噴射制御手段と、を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、高負荷側の運転領域である予混合運転領域において低負荷側の運転領域である低負荷側予混合運転領域に属しているとき、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、圧縮行程中期から
圧縮行程後期までの時期において前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行い、
前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記予混合運転領域において高負荷側の運転領域である高負荷側予混合運転領域に属しているとき、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期と、圧縮行程中期の時期とにおいて前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、圧縮行程上死点近傍の時期において前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行う圧縮着火内燃機関において、
前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記高負荷側予混合運転領域から前記低負荷側予混合運転領域に移行するときに、
前記燃料噴射制御手段は、前記高負荷側予混合運転領域に属しているときに行われていた圧縮行程上死点近傍の時期における前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射量を、前記低負荷側予混合運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従って減量するとともに、前記低負荷側予混合運転領域に属しているときに行う圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射量を、前記低負荷側予混合運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従って増量することを特徴とする圧縮着火内燃機関。
【請求項１８】
前記燃料噴射手段が、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期に加えて、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期においても前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行う条件は、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期における前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射が終了する時期が所定の時期を超えることであることを特徴とする請求項９に記載の圧縮着火内燃機関。
【請求項１９】
前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記高負荷側予混合運転領域より低負荷側の運転領域から該高負荷側予混合運転領域へ移行するとき、
前記燃料噴射制御手段は、前記第二の燃料噴射弁の燃料噴射時期を所定の燃料噴射時期より遅角させ、且つ前記高負荷側予混合運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従い遅角量を減量することを特徴とする請求項８又は請求項９に記載の圧縮着火内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮着火内燃機関、特に複数の燃料噴射弁を有する圧縮着火内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の燃料噴射弁を有する圧縮着火内燃機関において、一の燃料噴射弁から圧縮行程上死点近傍において燃料を燃焼室に噴射するよりも早い時期に、その他の燃料噴射弁から燃料を噴射し、十分な混合時間を与えて希薄予混合気を形成することで、燃料の濃度分布がより均質となり、以てスモークの発生およびＮＯｘの発生を抑制する均質予混合燃焼が行われている。しかし、予混合燃焼においては、内燃機関の負荷が高くなると、燃焼室内に噴射される燃料の量が増大するため、燃焼室内における燃料分布が不均質となりやすいため、スモークおよびＮＯｘが発生する。
【０００３】
そこで、希薄予混合気を形成する燃料を噴射する副燃料噴射弁と、圧縮行程上死点近傍において燃料を噴射する主燃料噴射弁とにおける各々からの燃料の噴射量および噴射時期を、内燃機関の負荷に応じて、変更する技術が公開されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、ターボ過給機を備えるとともに複数の燃料噴射弁を有する圧縮着火内燃機関においても、内燃機関の機関負荷や機関回転速度に基づいて、予混合燃焼用の燃料噴射弁からの噴射量や噴射時期を制御することで、スモークの発生を抑制するとともに、ターボ過給機の過度の温度上昇を回避する技術が公開されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
更には、パイロット噴射を行う圧縮着火内燃機関において、低負荷域ではパイロット噴射によって予混合燃焼を行わせてから圧縮上死点近傍において着火源となる燃料噴射を行うとともに、該低負荷域において内燃機関に加速要求が出された場合にはパイロット噴射量を増量することで、ＮＯｘの低減と加速のレスポンスの向上を両立する技術が公開されている（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開平９−３２４６３１号公報
【特許文献２】特開２００１−１９３５２６号公報
【特許文献３】特開２００１−２２１０９２号公報
【特許文献４】特開２００１−２０７８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、圧縮着火内燃機関において、排出されるＮＯｘの抑制と排気スモークの抑制を目的として、予混合燃焼が行われる場合、予混合気が圧縮行程上死点近傍よりも早い時期に着火燃焼するいわゆる過早着火が発生する。特に、内燃機関の機関負荷が増大し、燃焼室内へ比較的多量の燃料が噴射される場合は、その傾向が強くなる。過早着火が生じると、燃焼室内の圧力が急激に上昇し、内燃機関に大きな衝撃や騒音が生じる結果となる。
【０００７】
逆に、内燃機関の機関負荷が小さくなると、燃料の噴射量が減少する。そのような場合に、予混合燃焼を行うと、噴射された燃料の拡散が進みすぎ、予混合気が過度にリーン状
態となる。その結果、燃焼室における燃料の燃焼が不安定となったり、失火したりする虞が生じる。
【０００８】
本発明では、上記した問題に鑑み、複数の燃料噴射弁を有する圧縮着火内燃機関であって、燃焼室内に生成する混合気の状態を内燃機関の負荷に適した混合気状態とすることで、ＮＯｘおよびスモークの抑制を図るとともに、安定した燃料の燃焼を可能とする圧縮着火内燃機関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】
本発明は、上記した課題を解決するために、圧縮着火内燃機関の有する複数の燃料噴射弁のうち、燃焼室の中心方向に燃料を噴射することが可能な燃料噴射弁における燃料噴射時期や燃料噴射量等の燃料噴射条件に着目した。該燃料噴射弁から噴射された燃料は、その指向性により、所定の噴射時期に噴射されると、ピストンの位置によっては燃焼室内に広く拡散せず、一定の範囲に留まり得る。そこで、該燃料噴射弁からの噴射時期を制御することで、燃料が燃焼室内に広く拡散した均質予混合気と、燃料が一定の範囲に留まり混合気の密度が低くならない成層状態の混合気とを、それぞれ形成することが可能となる。
【００１０】
そこで、圧縮着火内燃機関の燃焼室内の中心方向に燃料を噴射する第一の燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関の気筒上部の中心近傍に設けられ、前記燃焼室内に燃料を噴射する第二の燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関の機関負荷および機関回転速度より該圧縮着火内燃機関の運転領域を検出する運転領域検出手段と、前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域に基づいて、前記第一の燃料噴射弁と前記第二の燃料噴射弁における燃料噴射条件を制御する燃料噴射制御手段と、を備える圧縮着火内燃機関において、前記燃料噴射制御手段は、前記第一の燃料噴射弁の燃料噴射時期を制御して、前記燃焼室における混合気の状態を、前記圧縮着火内燃機関の運転領域に対応させた成層混合気状態と均質予混合気状態の少なくともいずれかの混合気状態とする。
【００１１】
前記圧縮着火内燃機関において、第一の燃料噴射弁は燃焼室内の中心方向に燃料を噴射する、即ち指向性を有する燃料噴射が可能である。また、第二の燃料噴射弁は気筒上部の中心近傍に設けられており、そこより燃焼室内に燃料を噴射する。第二の燃料噴射弁の噴射方向は、燃焼室内の酸素を十分燃料の燃焼に利用すべく、燃焼室内に放射状に広がる方向が好ましい。これらの燃料噴射弁の燃料噴射時期および燃料噴射量等の噴射条件を燃料噴射制御手段によって制御することで、圧縮着火内燃機関の運転領域により適した混合気状態を形成する。
【００１２】
ここで、第一の燃料噴射弁から噴射された燃料は、ピストンの位置が比較的高く着火時期までの期間が短い時期、例えば圧縮行程の中期から後期などにおいては、噴射直後から暫くの間は、ピストンの頂部に当たりその周囲の一定の範囲に留まり、混合気の状態を成層混合気状態とすることが可能となる。即ち、成層状態の混合気を形成することで、燃料の燃焼室における拡散を抑制し、混合気における燃料の密度を高く維持することができるため、燃料の燃焼が不安定となる虞は少ない。特に、圧縮着火内燃機関の負荷が低く燃料噴射弁からの燃料噴射量が少量であるときには、有用である。
【００１３】
また、ピストンの位置が比較的低い位置にある時期または燃料の着火時期までに比較的長い期間がある時期、例えば吸気行程の初期などにおいては、第一燃料噴射弁から噴射された燃料は燃焼室内の中心方向に噴射されるものの、時間の経過とともに燃焼室内に広く拡散する。その結果、混合気の状態を均質混合気状態とすることが可能となる。即ち、混合気の状態を均質混合気状態とすることで、予混合燃焼の本来の目的であるＮＯｘおよびスモークの発生を抑制することが可能となる。
【００１４】
そこで、前記圧縮着火内燃機関においては、圧縮着火内燃機関の運転領域に対応させてより適した燃焼室内の混合気状態を形成すべく、第一の燃料噴射弁の噴射時期を制御する。即ち、圧縮着火内燃機関の運転領域が負荷の低い領域に属している場合には、燃焼室内の燃焼の安定性を重視して、混合気における燃料の密度が低下するのを回避すべく、混合気状態を成層混合気状態となるように、第一の燃料噴射時期を制御する。一方で、圧縮着火内燃機関の運転領域が負荷の高い領域に属している場合には、混合気における燃料の密度の低下に起因する燃焼の不安定化は生じにくいため、混合気状態を均質予混合気状態となるように、第一の燃料噴射時期を制御することで、予混合燃焼の効果を享受することが可能となる。
【００１５】
これにより、複数の燃料噴射弁を有する圧縮着火内燃機関において、燃焼室内に生成する混合気の状態を圧縮着火内燃機関の負荷に適した混合気状態とすることで、ＮＯｘおよびスモークの抑制を図るとともに、安定した燃料の燃焼が可能となる。
【００１６】
ここで、圧縮着火内燃機関の運転領域が低負荷側の運転領域（以下、「成層運転領域」という）に属しているときの、燃料噴射弁からの燃料噴射時期の制御について説明する。
【００１７】
圧縮着火内燃機関の燃焼室内の中心方向に燃料を噴射する第一の燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関の気筒上部の中心近傍に設けられ、前記燃焼室内に燃料を噴射する第二の燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関の機関負荷および機関回転速度より該圧縮着火内燃機関の運転領域を検出する運転領域検出手段と、前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域に基づいて、前記第一の燃料噴射弁と前記第二の燃料噴射弁における燃料噴射条件を制御する燃料噴射制御手段と、を備える圧縮着火内燃機関において、前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域が低負荷側の運転領域である成層運転領域に属しているとき、前記燃料噴射制御手段は、少なくとも圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行う。
【００１８】
圧縮着火内燃機関の運転領域が低負荷側の運転領域である成層運転領域に属しているときは、第一の燃料噴射弁および第二の燃料噴射弁から噴射される燃料の量が少量である。従って、これらの燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料が燃焼室内に均質な予混合気を形成すると、予混合気の空燃比が過度にリーン状態となり、燃焼状態が不安定となったり失火したりする虞が生じる。
【００１９】
そこで、指向性を有する第一の燃料噴射弁による噴射を、少なくとも圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期の比較的圧縮行程上死点に近い時期において実行することで、燃焼室の中心部に成層状態の混合気を形成することが可能となり、燃焼室内において混合気の空燃比が過度にリーン状態となることを回避される。その結果、安定した燃料の燃焼が可能となる。尚、圧縮着火内燃機関の運転領域が成層運転領域に属しているときは、燃料の噴射量が少ないため、成層状態の混合気を燃焼させても、ＮＯｘの発生は低く抑えられ得る。
【００２０】
ここで、圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記成層運転領域において低負荷側の運転領域である低負荷側成層運転領域に属しているとき、即ち、圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記成層運転領域に属している中でも更に燃料噴射弁からの燃料噴射量が少ない領域である場合には、燃焼の安定性の確保を優先し、燃焼室内の混合気を成層混合気状態とするとともに、その成層混合気をより確実に燃焼する必要がある。そこで、前記燃料噴射制御手段は、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、圧縮行程上死点近傍の時期において前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行う。
【００２１】
このような燃料噴射を行うことで、第一の燃料噴射弁から噴射された燃料が燃焼室内の中心部に成層状態の混合気を形成するとともに、圧縮上死点近傍の時期において第二の燃料噴射弁から噴射された燃料が着火源となって、燃焼室内の燃焼がより安定して行われることとなる。
【００２２】
尚、圧縮着火内燃機関の運転領域が、低負荷側成層運転領域に属している場合、圧縮着火内燃機関の温度が十分に昇温していない場合がある。このような場合に、第一の燃料噴射弁から燃料噴射を行うと、噴射された燃料がピストンの頂部に付着し、その付着した燃料が燃焼することでスモークが発生する虞がある。そこで、前記圧縮着火内燃機関において、前記圧縮着火内燃機関の温度を検出する圧縮着火内燃機関温度検出手段を更に備える。そして、前記燃料噴射制御手段は、前記圧縮着火内燃機関温度検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の温度が低い程、前記第一の燃料噴射弁と前記第二の燃料噴射弁からの総燃料噴射量に対する前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合を小さくする。
【００２３】
ピストンの温度は概ね圧縮着火内燃機関の温度と同じ温度推移を示す。そこで、圧縮着火内燃機関の温度をパラメータとして、第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量を調整する。ここで、圧縮着火内燃機関の温度を間接的に示すものとして、圧縮着火内燃機関を冷却する冷却水温度が挙げられる。圧縮着火内燃機関の温度が低いときは、第一の燃料噴射弁から噴射された燃料がピストンの頂部に付着し、スモークが発生する虞があるため、第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量を減量するとともに、第二の燃料噴射弁からの燃料噴射量を増量する。このような燃料噴射を行うことで、圧縮着火内燃機関の機関出力を変えずに、ピストンへの燃料の付着によるスモークの発生を回避することが可能となる。
【００２４】
一方で、圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記成層運転領域において高負荷側の運転領域である高負荷側成層運転領域に属しているとき、即ち、圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記成層運転領域に属している中でも前記低負荷側成層運転領域より機関負荷が高い運転領域である場合には、燃料噴射弁からの燃料噴射量が前記低負荷側成層運転領域に属しているときと比べて多くなる。しかし、燃料噴射弁から噴射された燃料の全てが燃焼室内に拡散すると混合気の空燃比がリーン状態になり、燃料の燃焼が不安定となる。一方で、その全てを成層状態の混合気とすると混合気の空燃比がリッチ状態となり、ＮＯｘやスモークの発生が顕著となる虞がある。
【００２５】
従って、圧縮着火内燃機関の運転領域が高負荷側成層運転領域に属しているとき、燃焼の安定性を確保するとともに、ＮＯｘやスモークの発生を抑制する燃焼室内の混合気状態とする必要がある。そこで、前記燃料噴射制御手段は、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、該燃料噴射より前の時期であって且つ吸気行程から圧縮行程中期までの時期において前記第一の燃料噴射弁と前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行う。
【００２６】
このような燃料噴射を行うことで、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期において第一の燃料噴射弁から噴射された燃料は、先述と同様に成層状態の混合気を形成する。そして、該燃料噴射より前の時期において、第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁から噴射された燃料は、噴射されてから圧縮上死点近傍の時期に至るまで比較的長い期間が存在するため、燃焼室内に拡散し、均質予混合気を形成する。従って、燃焼室内に成層混合気を形成することで、燃料の燃焼の安定性が確保されるとともに、燃焼室内に均質予混合気が形成されることで、混合気の空燃比がＮＯｘおよびスモークの発生し得る程度にリッチ状態となることを回避し、以てＮＯｘおよびスモークを抑制することが可能となる。
【００２７】
ここで、第一の燃料噴射弁は、燃料を燃焼室の中心方向に噴射する指向性を有する。しかし、吸気行程後期から圧縮行程初期までの時期においては、気筒におけるピストンの位置は下死点の近傍の位置であるため、この時期において第一の燃料噴射弁から燃料を噴射すると、その指向性により、噴射された燃料が、燃料噴射弁に対向する気筒の内壁面に付着する虞がある。そこで、均質予混合気の形成のために行われる第一の燃料噴射弁からの燃料噴射は、吸気行程後期から圧縮行程初期までの時期においては禁止されるのが好ましい。
【００２８】
このように、圧縮着火内燃機関の運転領域が成層運転領域に属しているときは、第一の燃料噴射弁から噴射される燃料によって、燃焼室内に成層状態の混合気が形成される。ここで、燃焼室内に形成された成層状態の混合気が燃焼する時点において、噴射されてからの経過時間が長くなり、該混合気の空燃比が、過度にリーン状態となり、また該経過時間が短く成層が十分に進まず部分的に過度にリッチ状態となるのは好ましくない。しかし、圧縮着火内燃機関の機関回転速度によって、第一の燃料噴射弁から燃料が噴射されてから着火するまでの時間は変動する。
【００２９】
そこで、上記の圧縮着火内燃機関において、前記圧縮着火内燃機関の機関回転速度を検出する機関回転速度検出手段を備える。そして、前記燃料噴射制御手段は、前記機関回転速度検出手段によって検出される機関回転速度が高いほど、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における前記第一の燃料噴射弁の燃料噴射時期を進角する。
【００３０】
このような燃料噴射を行うことで、圧縮着火内燃機関の機関回転速度が上昇すると、第一の燃料噴射弁からの燃料噴射時期が進角側に移行される。また、圧縮着火内燃機関の機関回転速度が下降すると、第一の燃料噴射弁からの燃料噴射時期が遅角側に移行される。その結果、第一の燃料噴射弁から燃料が噴射されて適当な空燃比の成層状態の混合気を形成するまでの時間を、圧縮着火内燃機関の機関回転速度にかかわらず、概ね一定とすることが可能となる。以て、圧縮着火内燃機関の機関回転速度にかかわらず、燃焼室内に形成された成層状態の混合気が燃焼する時点において、該混合気の空燃比が、過度にリーン状態でもなく、また成層が十分に進まず部分的に過度にリッチ状態でもない、適当な空燃比状態とすることが可能となる。
【００３１】
ここで、圧縮着火内燃機関の運転領域が高負荷側の運転領域（以下、「予混合運転領域」という）に属しているときの、燃料噴射弁からの燃料噴射時期の制御について説明する。
【００３２】
圧縮着火内燃機関の燃焼室内の中心方向に燃料を噴射する第一の燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関の気筒上部の中心近傍に設けられ、前記燃焼室内に燃料を噴射する第二の燃料噴射弁と、前記圧縮着火内燃機関の機関負荷および機関回転速度より該圧縮着火内燃機関の運転領域を検出する運転領域検出手段と、前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域に基づいて、前記第一の燃料噴射弁と前記第二の燃料噴射弁における燃料噴射条件を制御する燃料噴射制御手段と、を備える圧縮着火内燃機関において、前記運転領域検出手段によって検出される前記圧縮着火内燃機関の運転領域が高負荷側の運転領域である予混合運転領域に属しているとき、前記燃料噴射制御手段は、少なくとも吸気行程初期から吸気行程中期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行う。
【００３３】
圧縮着火内燃機関の運転領域が高負荷側の運転領域である予混合運転領域に属しているときは、先述の成層運転領域に属しているときと比較して、第一の燃料噴射弁および第二の燃料噴射弁から噴射される燃料の量は多くなる。従って、これらの燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料が燃焼室内に均質な予混合気状態を形成しても、予混合気の空燃比
が過度にリーン状態となることはなく、燃焼状態が不安定となったり失火したりする虞も生じない。かえって、燃焼室内に成層状態の混合気を形成すると、混合気の空燃比が少なくとも部分的に過度にリッチな状態となり、ＮＯｘやスモークが発生し易い状態となる。
【００３４】
そこで、指向性を有する第一の燃料噴射弁からの噴射によって、成層状態の混合気が形成されるのを回避し、第一の燃料噴射弁からの噴射によって均質な予混合気を形成するために、少なくとも吸気行程初期から吸気行程中期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行う。吸気行程初期から吸気行程中期までの時期において、第一の燃料噴射弁から燃料を噴射しても、燃料が着火時期を迎えるまでには比較的長い時間が存在するため、噴射された燃料によっては成層状態の混合気は形成されず、代わって、燃焼室内で拡散が進み、より均質な予混合気となる。
【００３５】
ここで、圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記予混合運転領域において低負荷側の運転領域である低負荷側予混合運転領域に属しているとき、即ち、圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記予混合運転領域に属している中でも燃料噴射弁からの燃料噴射量が比較的少ない領域である場合には、燃焼室内に均質予混合気を形成しても予混合気による過早着火が生じる虞は少ない。そこで、前記燃料噴射制御手段は、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期において前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行う。
【００３６】
このような燃料噴射を行うことで、第一の燃料噴射弁から噴射された燃料が均質予混合気を形成するとともに、第二の燃料噴射弁から噴射された燃料も圧縮上死点近傍の時期よりも早い時期に燃料を噴射することで、より均質な予混合気の量が増量される。即ち、第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁とによって、可及的に予混合気を形成することで、ＮＯｘおよびスモークの発生を抑制する。
【００３７】
一方で、圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記予混合運転領域において高負荷側の運転領域である高負荷側予混合運転領域に属しているとき、即ち、圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記予混合運転領域に属している中でも前記低負荷側予混合運転領域より機関負荷が高い運転領域である場合には、燃料噴射弁からの燃料噴射量が前記低負荷側予混合運転領域に属しているときと比べて多くなる。従って、圧縮着火内燃機関の機関負荷に応じた燃料の全てによって均質な予混合気を形成すると、予混合気の空燃比が過度にリッチ状態となり、過早着火が生じる虞がある。
【００３８】
従って、圧縮着火内燃機関の運転領域が高負荷側予混合運転領域に属しているとき、燃焼室内の混合気をＮＯｘやスモークの発生を抑制する予混合気状態とするとともに、過早着火を回避する必要がある。そこで、前記燃料噴射制御手段は、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期において前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、圧縮行程上死点近傍の時期において前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行う。
【００３９】
このような燃料噴射を行うことで、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期において第一の燃料噴射弁から噴射された燃料は、先述と同様に均質な予混合気を形成する。そして、圧縮行程上死点近傍の時期において、第一の燃料噴射弁から噴射された燃料を着火源として、燃料の燃焼が行われるため、燃料の過早着火を回避するとともに、より確実な燃料の燃焼が可能となる。
【００４０】
ここで、第一の燃料噴射弁によって行われる燃料噴射は、燃焼室内の均質な予混合気を形成するため、ＮＯｘおよびスモークの低減という観点から見ると、その予混合気量は、予混合気の過早着火を回避し得る範囲で、可及的に多い方が好ましい。即ち、圧縮行程上死点近傍の時期における第二の燃料噴射弁からの燃料噴射量を可及的に少なくし、予混合
気量を多くすることで、ＮＯｘおよびスモークを可及的に低減することが可能となる。
【００４１】
しかし、第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量が増量されると、燃料を噴射するのにより長い時間を要するため、吸気行程中期までの時期において、燃料を十分に噴射することが困難となる。また、吸気行程後期や圧縮行程初期の時期まで燃料噴射を継続すると、第一の燃料噴射弁の有する指向性により、噴射された燃料が気筒の内壁面に付着する虞がある。そこで、そのような場合には、前記燃料噴射制御手段は、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期に加えて、圧縮行程中期の時期においても前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行うとともに、圧縮行程上死点近傍の時期において前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を行おようにしてよい。尚、ここでいう圧縮行程中期の時期とは、先述した成層状態の混合気を形成する時期よりも早い時期であって、圧縮行程中期であっても圧縮行程上死点まで比較的長い期間が存在し、均質予混合気が形成可能な時期をいう。
【００４２】
ＮＯｘやスモークを抑制するためには、より均質な予混合気を形成することが重要であるため、第一の燃料噴射弁からの燃料噴射は、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期と圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期のうち、前者の時期において行うのがより好ましい。そこで、前記燃料噴射手段が、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期に加えて、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期においても前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行う条件は、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期における前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射が終了する時期が所定の時期を超えることとする。
【００４３】
ここで、所定の時期とは、第一の燃料噴射弁から噴射された燃料が気筒の内壁面に付着する虞が生じる時期であり、一般に吸気行程中期から吸気行程後期までの何れかの時期である。このような燃料噴射を行うことで、より多くの燃料をより早い時期に噴射することで、燃焼室内に形成される均質な予混合気の量をより多くすることが可能となり、ＮＯｘおよびスモークを抑制する。尚、機関負荷が非常に大きいため噴射すべき燃料の量が多くなり、過早着火を回避するために第一の燃料噴射弁より噴射することが困難である場合には、残りの燃料は圧縮上死点近傍の時期において、第二の燃料噴射弁より噴射されることとなる。
【００４４】
以上までに、圧縮着火内燃機関の運転領域に対応した、第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁の噴射時期や噴射量の制御について述べた。次に、圧縮着火内燃機関の運転領域が移行するとき、即ち、運転領域の変更に伴う過渡期における、第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁の制御について述べる。
【００４５】
先ず、低負荷側成層運転領域への移行時における第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁の制御について以下に述べる。第一に、前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、アイドル運転領域から前記低負荷側成層運転領域に移行するときは、前記燃料噴射制御手段は、前記第一の燃料噴射弁の燃料噴射時期を所定の燃料噴射時期から遅角させ、且つ前記低負荷側成層運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従い遅角量を減量する。
【００４６】
ここで、アイドル運転領域とは、いわゆる圧縮着火内燃機関がアイドル運転を行っている運転領域であって、低負荷側成層運転領域より圧縮着火内燃機関の機関負荷は低い。そのアイドル運転領域においては、燃焼室内に吸入される新気量も少なく、また排気再循環装置（以下、「ＥＧＲ装置」という）を備える圧縮着火内燃機関においては、多量のＥＧＲガスが再循環される。このような状態にあるアイドル運転領域から低負荷側成層運転領域に移行して間もない時期は、燃焼室内の新気やＥＧＲガスの状態は、アイドル運転領域に属しているときの状態を反映している。従って、アイドル運転領域から低負荷側成層運転領域に移行して直ちに、先述した低負荷側成層運転領域における第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁の制御を行うと、燃焼室内に吸入される新気量は少なく、また燃焼室内に
導入されるＥＧＲガス量は多いため、燃料の燃焼が不安定となったり、失火したりする虞がある。
【００４７】
そこで、圧縮着火内燃機関の運転領域が、アイドル運転領域から低負荷側成層運転領域に移行すると、直ちに、低負荷側成層運転領域における所定の燃料噴射時期において、第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行わずに、燃料噴射時期を所定の燃料噴射時期から一度大きく遅角側に移行し、時間の経過とともに、その遅角量を減量して、最終的に所定の燃料噴射時期とする。ここでいう所定の燃料噴射時期とは、低負荷側成層運転領域において、本来的に第一の燃料噴射弁より燃料を噴射する時期である。このようにすることで、アイドル運転領域から低負荷側成層運転領域に移行した直後の、新気量が少なく、またＥＧＲガス量が多い燃焼室において、燃焼室内に形成される成層状態の混合気における、成層度合いがより密な状態となる。その結果、第一の燃料噴射弁より噴射された燃料の燃焼が、不安定な状態となったり、または失火したりするのを回避することが可能となる。
【００４８】
そして、低負荷側成層運転領域に移行してから時間が経過するに従い、燃焼室内の新気量やＥＧＲ量が、低負荷側成層運転領域に適した量に近づくため、第一の燃料噴射弁の燃料噴射時期の遅角量を次第に減量し、最終的には、低負荷側成層運転領域における第一の燃料噴射弁の所定の燃料噴射時期において燃料を噴射しても、燃料の燃焼が不安定となったり、失火したりする虞は少ない。
【００４９】
第二に、前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記低負荷側成層運転領域より高負荷側の運転領域から該低負荷側成層運転領域へ移行するときは、前記燃料噴射制御手段は、前記第一の燃料噴射弁の燃料噴射時期を所定の燃料噴射時期より進角させ、且つ前記低負荷側成層運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従い進角量を減量する。
【００５０】
低負荷側成層運転領域より高負荷側の運転領域においては、低負荷側成層運転領域と比べて、気筒内に吸入される新気量が多く、またＥＧＲ装置を備える圧縮着火内燃機関においては、ＥＧＲガスの量が少ない。このような状態にある運転領域から低負荷側成層運転領域に移行して間もない時期は、燃焼室内の新気やＥＧＲガスの状態は、高負荷側の運転領域に属しているときの状態を反映している。従って、低負荷側成層運転領域に移行して直ちに、先述した低負荷側成層運転領域における第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁の制御を行うと、燃焼室内に多くの新気が存在し、またＥＧＲガス量が少ないため、過早着火が生じる虞がある。
【００５１】
そこで、圧縮着火内燃機関の運転領域が、高負荷側の運転領域から低負荷側成層運転領域に移行すると、直ちに、低負荷側成層運転領域における所定の燃料噴射時期において第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を行わずに、燃料噴射時期を所定の燃料噴射時期から一度大きく進角側に移行し、時間の経過とともに、その進角量を減量して、最終的に所定の燃料噴射時期とする。ここでいう所定の燃料噴射時期とは、低負荷側成層運転領域において、本来的に第一の燃料噴射弁より燃料を噴射する時期である。このようにすることで、低負荷側成層運転領域に移行した直後の、新気量が多く、またＥＧＲガス量が少ない燃焼室において、燃焼室内に形成される成層状態の混合気が拡散して成層状態が希薄となる。その結果、第一の燃料噴射弁より噴射された燃料によって形成された成層状態の混合気が、過早着火するのを回避することが可能となる。
【００５２】
そして、低負荷側成層運転領域に移行してから時間が経過するに従い、燃焼室内の新気量やＥＧＲ量が、低負荷側成層運転領域に適した量に近づくため、第一の燃料噴射時期の進角量を次第に減量し、最終的には、低負荷側成層運転領域における第一の燃料噴射弁の所定の燃料噴射時期において燃料を噴射しても、混合気が過早着火する虞は少ない。
【００５３】
次に、高負荷側成層運転領域への移行時における第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁の制御について以下に述べる。第一に、前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記高負荷側成層運転領域より低負荷側の運転領域から該高負荷側成層運転領域へ移行するときは、前記燃料噴射制御手段は、吸気行程から圧縮行程中期までの時期における前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量に対する、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合を増大させ、且つ前記高負荷側成層運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従い該割合の増大量を小さくする。
【００５４】
高負荷側成層運転領域より低負荷側の運転領域においては、高負荷側成層運転領域と比べて燃焼室内に吸入される新気量も少なく、またＥＧＲ装置を備える圧縮着火内燃機関においては、燃焼室内に導入されるＥＧＲガス量が多い。このような状態にある運転領域から高負荷側成層運転領域に移行して間もないと、燃焼室内の吸気とＥＧＲガスの状態は、移行前の運転領域の状態を反映している。従って、高負荷側成層運転領域に移行して直ちに、先述した高負荷側成層運転領域における第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁の制御を行うと、燃焼室内の新気量は少なく、またＥＧＲガス量が多いため、燃料の燃焼が不安定となる虞がある。
【００５５】
そこで、圧縮着火内燃機関の運転領域が、高負荷側成層運転領域より低負荷側の運転領域から高負荷側成層運転領域に移行すると、第一の燃料噴射弁において、直ちに、高負荷側成層運転領域における所定の燃料噴射量の燃料噴射を行わずに、高負荷側成層運転領域における吸気行程から圧縮行程中期までの第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量を減量するとともに、高負荷側成層運転領域における圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量を増量し、時間の経過とともにその増量分および減量分を減少させて、最終的に所定の燃料噴射量とする。
【００５６】
このようにすることで、高負荷側成層運転領域に移行した直後の、新気量が少なく、またＥＧＲガス量が多い燃焼室において、燃焼室内に成層状態の混合気を形成する第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量が増量されるとともに、燃焼室内に均質予混合気を形成する第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量が減量されることで、燃焼室内に形成される成層状態の混合気の空燃比がリッチ状態となる。その結果、燃料の燃焼が、不安定な状態となったり、または失火したりするのを回避することが可能となる。
【００５７】
そして、高負荷側成層運転領域に移行してから時間が経過するに従い、燃焼室内の新気量やＥＧＲ量が、高負荷側成層運転領域に適した量に近づくため、燃焼室内に成層状態の混合気を形成する第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量を減量し、燃焼室内に均質予混合状態の混合気を形成する第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量を増量し、最終的には、高負荷側成層運転領域における所定量の燃料を噴射しても、燃料の燃焼が不安定となったり、失火したりする虞は少ない。
【００５８】
第二に、前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記高負荷側成層運転領域より高負荷側の運転領域から該高負荷側成層運転領域へ移行するときは、前記燃料噴射制御手段は、吸気行程から圧縮行程中期までの時期における前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量に対する、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量の割合を減少させ、且つ前記高負荷側成層運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従い該割合の減少量を小さくする。
【００５９】
高負荷側成層運転領域より高負荷側の運転領域においては、高負荷側成層運転領域と比べて、燃焼室内に吸入される新気量が多く、またＥＧＲ装置を備える圧縮着火内燃機関においては、燃焼室内に導入されるＥＧＲガスの量が少ない。このような状態にある運転領域から高負荷側成層運転領域に移行した間もない時期においては、燃焼室内の新気やＥＧ
Ｒガスの状態は、移行前の運転領域の状態を反映する。従って、高負荷側成層運転領域に移行して直ちに、先述した高負荷側成層運転領域における第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁の制御を行うと、燃焼室内に多くの新気が存在し、またＥＧＲガス量が少ないため、過早着火が生じる虞がある。
【００６０】
そこで、圧縮着火内燃機関の運転領域が、高負荷側成層運転領域より高負荷側の運転領域から高負荷側成層運転領域に移行すると、第一の燃料噴射弁において直ちに所定の燃料噴射量の燃料噴射を行わずに、高負荷側成層運転領域における吸気行程から圧縮行程中期までの第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量を増量するとともに、高負荷側成層運転領域における圧縮行程中期から圧縮行程後期までの第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量を減量し、時間の経過とともにその増量分および減量分を減少させて、最終的に所定の燃料噴射量とする。
【００６１】
このようにすることで、高負荷側成層運転領域に移行した直後の、新気量が多く、またＥＧＲガス量が少ない燃焼室において、燃焼室内に成層状態の混合気を形成する第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量が減量されるとともに、燃焼室内に均質予混合気を形成する第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量が増量されることで、燃焼室内に形成される混合気の空燃比がリーン状態となり、混合気の空燃比が部分的にリッチ状態となるのが回避される。その結果、過早着火が生じるのを回避することが可能となる。
【００６２】
そして、高負荷側成層運転領域に移行してから時間が経過するに従い、燃焼室内の新気量やＥＧＲ量が、高負荷側成層運転領域に適した量に近づくため、燃焼室内に成層状態の混合気を形成する第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量を増量し、燃焼室内に均質予混合状態の混合気を形成する第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量を減量し、最終的には、高負荷側成層運転領域における第一の燃料噴射弁からの所定量の燃料を噴射しても、過早着火が生じる虞は少ない。
【００６３】
次に、低負荷側予混合運転領域への移行時における第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁の制御について以下に述べる。第一に、前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記高負荷側成層運転領域から前記低負荷側予混合運転領域に移行するときには、前記燃料噴射制御手段は、前記高負荷側成層運転領域に属しているときに行われていた圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における前記第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量を、前記低負荷側予混合運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従って減量する。
【００６４】
高負荷側成層運転領域においては、低負荷側予混合運転領域と比べて燃焼室内に吸入される新気量も少なく、またＥＧＲ装置を備える圧縮着火内燃機関においては、燃焼室内に導入されるＥＧＲガス量が多い。このような状態にある高負荷側成層運転領域から低負荷側予混合運転領域に移行して間もないときは、燃焼室内の新気またはＥＧＲガスの状態は高負荷側成層運転領域における状態を反映する。従って、高負荷側成層運転領域から低負荷側予混合運転領域に移行して直ちに、先述した低負荷側予混合運転領域における第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁の制御を行うと、燃焼室内の新気量は少なく、またＥＧＲガスも多量であるため、燃料の燃焼が不安定となり、失火する虞がある。
【００６５】
そこで、圧縮着火内燃機関の運転領域が、高負荷側成層運転領域から低負荷側予混合運転領域に移行すると、高負荷側成層運転領域における第一の燃料噴射弁による、燃焼室内に成層状態の混合気を形成する燃料噴射を直ちに停止するのではなく、低負荷側予混合運転領域への移行からの経過時間とともに該燃料噴射における燃料噴射量を減量し、最終的に該燃料噴射を停止する。
【００６６】
このようにすることで、低負荷側予混合運転領域に移行した直後の、新気量が少なく、
またＥＧＲガス量が多い燃焼室において、燃焼室内に成層状態の混合気を形成する第一の燃料噴射弁からの燃料噴射が維持されることになるので、燃料の燃焼が不安定な状態となったり、または失火したりするのを回避することが可能となる。
【００６７】
そして、低負荷側予混合運転領域に移行してから時間が経過するに従い、燃焼室内の新気量やＥＧＲ量が、低負荷側予混合運転領域に適した量に近づくため、燃焼室内に成層状態の混合気を形成する第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を維持する必要がなくなる。そして、最終的に、燃焼室内に成層状態の混合気を形成する第一の燃料噴射弁からの燃料噴射を停止しても、燃料の燃焼が不安定となったり、失火したりする虞は少ない。
【００６８】
第二に、前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、高負荷側予混合運転領域から低負荷側予混合運転領域へ移行するときは、前記燃料噴射制御手段は、前記高負荷側予混合運転領域に属しているときに行われていた圧縮行程上死点近傍の時期における前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射量を、前記低負荷側予混合運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従って減量するとともに、前記低負荷側予混合運転領域に属しているときに行う圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における前記第二の燃料噴射弁からの燃料噴射量を、前記低負荷側予混合運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従って増量する。
【００６９】
高負荷側予混合運転領域においては、低負荷側予混合運転領域と比べて、燃焼室内に吸入される新気量が多く、またＥＧＲ装置を備える圧縮着火内燃機関においては、燃焼室内に導入されるＥＧＲガスの量が少ない。このような状態にある高負荷側予混合運転領域から低負荷側予混合運転領域に移行して間もないと、燃焼室内の新気とＥＧＲガスの状態は、高負荷側予混合運転領域における状態を反映している。従って、高負荷側予混合運転領域から低負荷側予混合運転領域に移行して直後に、先述した低負荷側予混合運転領域における第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁の制御を行うと、燃焼室内に多くの新気が存在し、またＥＧＲガス量が少ないため、過早着火が生じる虞がある。
【００７０】
そこで、圧縮着火内燃機関の運転領域が、高負荷側予混合運転領域から低負荷側予混合運転領域に移行すると、高負荷側予混合運転領域における圧縮行程上死点近傍の時期における第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を直ちに停止して、低負荷側予混合運転領域における圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を所定の燃料噴射量にて開始するのではなく、低負荷側予混合運転領域への移行からの経過時間とともに、高負荷側予混合運転領域における圧縮行程上死点近傍の時期における第二の燃料噴射弁からの燃料噴射量を減量し、且つ低負荷側予混合運転領域における圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における第二の燃料噴射弁からの燃料噴射を次第に増量し、最終的に所定の燃料噴射量とする。
【００７１】
このようにすることで、低負荷側予混合運転領域に移行した直後の、新気量が多く、またＥＧＲガス量が少ない燃焼室において、燃焼室内に均質予混合気を形成する第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量が急激には増量されないため、過早着火が生じるのを回避することが可能となる。
【００７２】
そして、低負荷側予混合運転領域に移行してから時間が経過するに従い、燃焼室内の新気量やＥＧＲ量が、低負荷側予混合運転領域に適した量に近づくため、燃焼室内に均質予混合状態の混合気を形成する第一の燃料噴射弁からの燃料噴射量を増量し、最終的には、低負荷側予混合運転領域における第一の燃料噴射弁からの所定量の燃料を噴射しても、過早着火が生じる虞は少ない。
【００７３】
次に、高負荷側予混合運転領域への移行時における第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁の制御について以下に述べる。第一に、前記圧縮着火内燃機関の運転領域が、前記高負
荷側予混合運転領域より低負荷側の運転領域から該高負荷側予混合運転領域へ移行するときは、前記燃料噴射制御手段は、前記第二の燃料噴射弁の燃料噴射時期を所定の燃料噴射時期より遅角させ、且つ前記高負荷側予混合運転領域へ移行する時点からの経過時間の増加に従い遅角量を減量する。
【００７４】
高負荷側予混合運転領域より低負荷側の運転領域においては、高負荷側予混合運転領域と比べて燃焼室内に吸入される新気量も少なく、またＥＧＲ装置を備える圧縮着火内燃機関においては、燃焼室内に導入されるＥＧＲガス量が多い。このような状態にある運転領域から高負荷側予混合運転領域に移行して間もないと、燃焼室内の新気とＥＧＲガスの状態は移行前の運転領域の状態を反映している。従って、高負荷側予混合運転領域に移行して直ちに、先述した高負荷側予混合運転領域における第一の燃料噴射弁と第二の燃料噴射弁の制御を行うと、燃焼室内の新気量も少なく、またＥＧＲガス量も多いため、燃料の燃焼が不安定となる虞がある。
【００７５】
そこで、圧縮着火内燃機関の運転領域が、高負荷側予混合運転領域より低負荷側の運転領域から高負荷側予混合運転領域に移行すると、第二の燃料噴射弁において直ちに所定の圧縮上死点近傍の時期である燃料噴射時期において燃料噴射を行わずに、燃料噴射時期を所定の燃料噴射時期より遅角側に移行させる。ここでいう所定の燃料噴射時期とは、高負荷側予混合運転領域において、本来的に第二の燃料噴射弁より燃料を噴射する時期である。そして、移行時間の経過に従って、その遅角量を減量して、最終的に所定の燃料噴射時期とする。このようにすることで、燃料の燃焼が安定する。
【００７６】
高負荷側予混合運転領域に移行してから時間が経過するに従い、燃焼室内の新気量やＥＧＲ量が、高負荷側予混合運転領域に適した量に近づくため、最終的に高負荷側予混合運転領域における第二の燃料噴射弁からの所定の燃料噴射時期に燃料を噴射しても、燃料の燃焼は安定している。
【発明の効果】
【００７７】
複数の燃料噴射弁を有する圧縮着火内燃機関において、燃焼室内に生成する混合気の状態を内燃機関の負荷に適した混合気状態とすることで、ＮＯｘおよびスモークの抑制を図るとともに、安定した燃料の燃焼が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７８】
ここで、本発明に係る圧縮着火内燃機関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】
【００７９】
図１は、本発明が適用される圧縮着火内燃機関１０の燃焼室近傍の概略構成およびその制御系統の概略構成を示す図である。
【００８０】
図１の圧縮着火内燃機関１０は、気筒１の内部において往復運動を行うピストン２を有している。さらに、気筒１とピストン２との間に設けられる燃焼室３に直接燃料を噴射する主燃料噴射弁４が気筒１の上部の中心部に、設けられている。主燃料噴射弁４から噴射される燃料は、主燃料噴射弁４が設けられた地点を中心として放射状に燃焼室３内に飛散する。
【００８１】
主燃料噴射弁４は、燃料供給管５２を介して蓄圧室５０および燃料ポンプ５１に接続されている。燃料ポンプ５１はクランクシャフトの回転を駆動源とし、図示されない燃料タンクより燃料を吸い上げ、蓄圧室５０へと供給する。蓄圧室５０では一定圧力に燃料が蓄圧されており、主燃料噴射弁４に駆動電流が印加され主燃料噴射弁４が開弁することによ
って、燃焼室３内へ燃料が噴射される。また、蓄圧室５０の圧力を変更することによって、主燃料噴射弁４の噴射圧を変更することが可能である。ここで主燃料噴射弁４から噴射される燃料を、以下、「主燃料」というものとする。
【００８２】
更に、図１の圧縮着火内燃機関１０は、主燃料噴射弁４に加えて、気筒１の上部の側面側に、副燃料噴射弁５を備えている。そして、副燃料噴射弁５からの燃料は、燃焼室３の中心部に向かって噴射される。例えば、圧縮行程の中期から後期（圧縮行程上死点前５０°ＣＡ〜圧縮行程上死点前２０°ＣＡ程度の時期）においてピストン２の頂部中央付近（図１中、Ｐで表される領域）に向かって、燃料が噴射される。
【００８３】
副燃料噴射弁５は、燃料供給管５５を介して蓄圧室５３および燃料ポンプ５４に接続されている。燃料ポンプ５４はクランクシャフトを駆動源とし、図示されない燃料タンクより燃料を吸い上げ、蓄圧室５３へと供給する。蓄圧室５３では一定圧力に燃料が蓄圧されており、副燃料噴射弁５に駆動電流が印加され副燃料噴射弁５が開弁することによって、燃焼室３内へ燃料が噴射される。また、蓄圧室５３の圧力を変更することによって、副燃料噴射弁５の噴射圧を変更することが可能である。ここで副燃料噴射弁５から噴射される燃料を、以下、「副燃料」というものとする。
【００８４】
尚、主燃料と副燃料は同一の性状を有する燃料であってもよく、また、それぞれの燃料噴射の目的に好適な、性状の異なる燃料を使用してもよい。
【００８５】
また、図１の圧縮着火内燃機関１０には、吸気枝管８が気筒１の燃焼室３と連通しており、吸気支管８と燃焼室３の間における吸気の移動は、吸気弁６の開閉動作を介して行われる。同様に、排気枝管９が気筒１の燃焼室３と連通しており、排気枝管９と燃焼室３の間における排気の移動は、排気弁７の開閉動作を介して行われる。
【００８６】
ここで、主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５は、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１１からの制御信号によって開閉動作を行う。ここで、アクセル開度に応じた信号を発するアクセル開度センサ１３は、電気的にＥＣＵ１１と接続されており、ＥＣＵ１１はアクセル開度センサ１３から得たアクセル開度信号に応じて、圧縮着火内燃機関１０の機関負荷を算出し、機関負荷に応じた主燃料の噴射時期および噴射量と、副燃料の噴射時期および噴射量を決定する。
【００８７】
また、ピストン２が連結されているクランクシャフトの回転角を検出するクランクポジションセンサ１２は、電気的にＥＣＵ１１と接続されており、クランクポジションセンサ１２によって検出された回転角がＥＣＵ１１へ読み込まれ、圧縮着火内燃機関１０の機関回転速度の算出や、気筒１の燃焼サイクルにおける行程の判断等が行われる。更に、吸気枝管８内の圧力を検出する吸気圧センサ２６および圧縮着火内燃機関１０を流れる冷却水温度を検出する冷却水温度センサ２７が、電気的にＥＣＵ１１と接続されている。
【００８８】
ここで、図２に、圧縮着火内燃機関１０およびその吸排気系を含む概略構成を示す。圧縮着火内燃機関１０の燃焼室３の近傍の構成については先述した通りである。ここで、吸気枝管８は吸気管１４に接続されている。吸気管１４には、該吸気管１４内を流通する吸気の質量を検出するエアフローメータ１９が取り付けられている。前記吸気管１４における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管１４内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁２０が設けられている。この吸気絞り弁２０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁２０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ２１が取り付けられている。
【００８９】
ここで、エアフローメータ１９と吸気絞り弁２０との間に位置する吸気管１４には、排
気のエネルギーを駆動源として作動する遠心過給器（ターボチャージャ）１７のコンプレッサハウジング１７ａが設けられ、コンプレッサハウジング１７ａより下流の吸気管１４には、前記コンプレッサハウジング１７ａ内で圧縮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１８設けられている。
【００９０】
一方、前記排気枝管９は、前記遠心過給器１７のタービンハウジング１７ｂと接続されている。前記タービンハウジング１７ｂは、排気管１５と接続され、この排気管１５は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。更に、排気管１５の途中には、圧縮着火内燃機関１０から排出される排気を浄化する排気浄化触媒１６が設けられている。
【００９１】
前記タービンハウジング１７ｂから排出された排気は、排気管１５を介して排気浄化触媒１６へ流入し、排気中の粒子状物質が捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。排気浄化触媒１６にて粒子状物質が捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化された排気は、マフラーを介して大気中に放出される。
【００９２】
また、圧縮着火内燃機関１０には、排気の一部を再循環させる排気再循環装置２５（以下、「ＥＧＲ装置２５」という）が設けられている。ＥＧＲ装置２５には、排気枝管９より延出しているＥＧＲ通路２２、該ＥＧＲ通路２２を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラ２３が設けられている。更に、ＥＧＲクーラ２３の下流にＥＧＲ弁２４が設けられ、ＥＧＲ通路２２は吸気枝管８へと連通している。ここで、ＥＧＲ弁２４は、ＥＧＲ通路２２を経て吸気支管８へと再循環される排気（以下、「ＥＧＲガス」という）の流量を調整する弁である。
【００９３】
ここで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域に対応し、より適した燃料の燃焼を実現するための主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射制御について、以降、説明する。
【００９４】
図３は、圧縮着火内燃機関１０の運転領域を５つの領域（Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）に分類した図である。横軸は圧縮着火内燃機関１０の機関回転速度を示し、クランクポジションセンサ１２からの検出信号より算出される。また、縦軸は圧縮着火内燃機関１０の機関負荷を示し、アクセル開度センサ１３からの検出信号より算出される。ここで、５つの領域Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、図３に表すように、圧縮着火内燃機関１０の機関回転速度（Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）および機関負荷（Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）によって決定される。ここで、機関回転速度（Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）の関係は、Ｖ０＜Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ４となる。また、機関負荷（Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４）の関係は、Ｔ０＜Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔ４となる。
【００９５】
ここで、図３に示す圧縮着火内燃機関１０の運転領域について説明する。先ず、領域Ｒ０は、圧縮着火内燃機関１０においていわゆるアイドル運転が行われる領域であって、圧縮着火内燃機関１０の運転領域の中で、最も機関負荷が小さい領域である。以降、領域Ｒ０を、アイドル運転領域という。
【００９６】
次に、圧縮着火内燃機関１０の運転領域を大きく二つの領域に分け、低負荷側の運転領域を成層運転領域、高負荷側の運転領域を予混合運転領域という。成層運転領域には、図３中の領域Ｒ１とＲ２が該当し、本領域においては圧縮着火内燃機関１０の機関負荷が比較的低いため、主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５から燃焼室３内に噴射される燃料の量が比較的少ない運転領域である。そのため、要求される機関負荷に対応した量の燃料によって、燃焼室３内に均質な予混合気を形成すると、混合気の空燃比が過度にリーン状態となり、燃焼が不安定となったり、また失火が生じたりする虞がある領域である。ここで、更に成層運転領域を低負荷側の運転領域Ｒ１と高負荷側の運転領域Ｒ２に分け、それぞれを低負荷側成層運転領域、高負荷側成層運転領域という。
【００９７】
また、予混合運転領域には、図３中の領域Ｒ３とＲ４が該当し、圧縮着火内燃機関１０の機関負荷が比較的高いため、主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５から燃焼室３内に噴射される燃料の量が比較的多い運転領域である。そのため、要求される機関負荷に対応した量の燃料によって、燃焼室３内に均質な予混合気を形成しても、混合気の空燃比が過度なリーン状態とはならず、均質予混合燃焼が可能な領域である。そして、更に予混合運転領域を低負荷側の運転領域Ｒ３と高負荷側の運転領域Ｒ４に分け、それぞれを低負荷側予混合運転領域、高負荷側予混合運転領域という。
【００９８】
以下に、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、低負荷側成層運転領域Ｒ１、高負荷側成層運転領域Ｒ２、低負荷側予混合運転領域Ｒ３、高負荷側予混合運転領域Ｒ４のそれぞれに属するときの、主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射制御について説明する。尚、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が何れの運転領域に属するかの判断は、クランクポジションセンサ１２およびアクセル開度センサ１３からの検出信号に基づいて、ＥＣＵ１１が判断する。
【００９９】
図４は、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に属するときの、主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射時期を示すタイミング図である。図４の横軸は、圧縮着火内燃機関１０のクランクシャフトのクランク角を示し、例えば、クランク角が０°ＣＡのとき、ピストンの位置は圧縮行程上死点（以下、「ＴＤＣ」という）にあり、クランク角が−１８０°ＣＡのとき、ピストンの位置は圧縮行程下死点にあり、クランク角が−３６０°ＣＡのとき、ピストンの位置は吸気行程上死点にある。
【０１００】
図４に示すように、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に属するとき、副燃料噴射弁５からクランク角が−５０°ＣＡ〜−２０°ＣＡの時期において副燃料が噴射され、主燃料噴射弁４からクランク角が−１５°ＣＡ〜−１０°ＣＡの時期において主燃料が噴射される。即ち、副燃料噴射弁５からの燃料噴射は、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期において行われ、主燃料噴射弁４からの燃料噴射は、ＴＤＣ近傍の時期において行われる。
【０１０１】
圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期においては、ピストン２の位置はＴＤＣの位置より若干下死点側に位置する。また、圧縮着火内燃機関１０における燃料の着火時期であるＴＤＣ近傍の時期までの時間は比較的短い。従って、この時期に副燃料噴射弁５から副燃料が噴射されると、副燃料は燃焼室３内に拡散せず、燃焼室３の中心部の一定の範囲に留まった状態で、ＴＤＣ近傍の時期を迎えることとなる。即ち、燃焼室３内に、副燃料によって成層状態の混合気が形成され、混合気が成層状態のまま着火時期を迎える。尚、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期においては、気筒１の内壁面の、燃焼室３側への露出面積は比較的小さいため、噴射された副燃料が気筒１の内壁面へ付着する虞は少ない。
【０１０２】
そして、ＴＤＣ近傍の時期を迎えたとき、主燃料噴射弁４より主燃料が噴射される。噴射された主燃料が着火源となり、成層状態の副燃料による混合気が燃焼する。このとき、副燃料は、成層状態の混合気を形成しているため、混合気の空燃比が過度なリーン状態の空燃比とならない。その結果、主燃料および副燃料の燃焼状態は安定し、失火が回避される。
【０１０３】
ここで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、低負荷側成層運転領域Ｒ１に属しているときは、燃料噴射量が少ないため、一般に圧縮着火内燃機関１０の温度が低い。そのためピストン２の温度も低い状態であり、このような場合に、図４に示すように、副燃料噴射弁４から圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期に副燃料を噴射すると、その一部がピ
ストン２の頂部に付着し、スモークが発生する虞がある。そこで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、低負荷側成層運転領域Ｒ１に属しているときに、圧縮着火内燃機関１０の温度に応じて、以下の式１および式２に示す主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５からの燃料噴射量の補正を行う。ここで、圧縮着火内燃機関１０の温度は冷却水温度センサ２７によって検出される冷却水温度ＴＨＷで表される。
【０１０４】
副燃料噴射量  ＝  基本副燃料噴射量  ×  （１−温度補正係数Ａ）・・・（式１）
主燃料噴射量  ＝  基本主燃料噴射量  ×  （１＋温度補正係数Ａ）・・・（式２）
式１および式２において、温度補正係数Ａは正の値で、冷却水温度ＴＨＷが高くなるに従い、その値は減少する。また、基本副燃料噴射量および基本主燃料噴射量とは、アクセル開度センサ１３の検出信号から算出される圧縮着火内燃機関１０の機関負荷に応じた副燃料噴射弁５と主燃料噴射弁４から本来噴射される量であって、圧縮着火内燃機関１０の温度（冷却水温度ＴＨＷ）が十分に上昇し、ピストン２の頂部に副燃料が付着する虞がなくなったときの、それぞれの燃料噴射弁からの燃料噴射量を示す値である。
【０１０５】
従って、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、低負荷側成層運転領域Ｒ１に属しているときには、冷却水温度ＴＨＷが低いほど、副燃料噴射弁５からの副燃料の噴射量が減量され、その代わりに主燃料噴射弁４からの主燃料の噴射量が増量される。その結果、冷却水温度ＴＨＷが低いほど、燃焼室３内に成層状態の混合気を形成する副燃料の量がより減量されるため、ピストン２の頂部に付着する副燃料の量をより確実に低減させ、以てスモークの発生を抑制することが可能となる。尚、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、低負荷側成層運転領域Ｒ１に属しているときであっても、冷却水温度ＴＨＷが十分に高ければ、燃料噴射量の補正は行われず、それぞれの基本燃料噴射量によって燃料噴射が行われ、副燃料による成層状態の混合気を形成することで、燃料の燃焼の安定化が図られる。尚、上記式１および式２によって補正される燃料噴射量は、温度補正係数Ａの変動に伴って変化するが、温度補正係数Ａは、冷却水温度ＴＨＷの増加に従い連続的に減少するだけではなく、段階的に減少してもよい。
【０１０６】
また、低負荷側成層運転領域Ｒ１においては、副燃料噴射弁５から燃焼室３の中心方向に副燃料が噴射されることで、成層状態の混合気が燃焼室３の中心部に形成されるとともに、主燃料噴射弁４から噴射された主燃料が成層状態の混合気の着火源となることで、燃焼室３内の燃焼状態を安定化させる。しかし、その副燃料の噴射時期において燃焼室３内の圧力が高い場合、その圧力が障壁となって、副燃料が燃焼室３の中心部まで届かず、成層状態の混合気を燃焼室３の中心部に形成することが困難となり、以て成層状態の混合気が良好に燃焼するのが困難となる。特に圧縮着火内燃機関１０にはターボチャージャ１７が備えられているため、ターボチャージャ１７による過給圧が変動することによって、燃焼室３内の圧力は変動する。
【０１０７】
そこで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、低負荷側成層運転領域Ｒ１に属しているときに、燃焼室３内の圧力に応じて、以下の式４に示す成層状態の混合気を形成する副燃料を噴射する副燃料噴射弁５の噴射圧の補正を行う。ここで、燃焼室３内の圧力は、吸気圧センサ２６によって検出される吸気枝管８内の圧力（以下、「吸気圧」という）で表される。
【０１０８】
副燃料噴射圧  ＝  基本副燃料噴射圧  ×  吸気圧補正係数Ｂ・・・（式３）
式３において、副燃料噴射圧の値が大きくなると、成層状態の混合気を形成するための副燃料の燃焼室３内での飛距離が延びる。ここで、吸気圧補正係数Ｂは正の値で、吸気圧が高くなるに従い、その値は増大する。また、基本副燃料噴射圧とは、吸気圧が基準の吸気圧のとき、副燃料噴射弁５から噴射される副燃料が、燃焼室の中心部に届くための、副燃料噴射弁５の噴射圧である。
【０１０９】
従って、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、低負荷側成層運転領域Ｒ１に属しているときには、吸気圧が高くなるに従い、副燃料噴射弁５の噴射圧が高くなる。その結果、吸気圧、換言すると燃焼室３内の圧力にかかわらず、副燃料を燃焼室３の中心部まで到達させることが可能となり、以て成層状態の混合気を燃焼室３の中心部に形成し、該混合気の燃焼が良好に行われる。尚、上記式３によって補正される副燃料噴射圧は、吸気圧補正係数Ｂの変動に伴って変化するが、吸気圧補正係数Ｂは、吸気圧の増加に従い連続的に増大するだけではなく、段階的に増大してもよい。
【０１１０】
次に、図５は、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に属するときの、主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射時期を示すタイミング図である。図５の横軸の表記は、図４の横軸と同様である。
【０１１１】
図５に示すように、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に属するとき、副燃料噴射弁５からクランク角が−３５０°ＣＡ〜−３００°ＣＡの時期および−５０°ＣＡ〜−２０°ＣＡの時期において副燃料が噴射され、主燃料噴射弁４からクランク角が−９０°ＣＡ〜−８０°ＣＡの時期において主燃料が噴射される。即ち、副燃料噴射弁５からの燃料噴射は、吸気行程初期の時期および圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期において行われ、主燃料噴射弁４からの燃料噴射は、圧縮行程中期の時期において行われる。
【０１１２】
吸気行程初期の時期においては、ピストン２の位置はＴＤＣの位置より若干下死点側に位置し、気筒１の内壁面の、燃焼室３側への露出面積は比較的小さいため、噴射された副燃料が気筒１の内壁面へ付着する虞は少ない。また、圧縮着火内燃機関１０における燃料の着火時期であるＴＤＣ近傍の時期までの時間は比較的長い。従って、この時期に副燃料噴射弁５から副燃料が噴射されると、副燃料は燃焼室３内に拡散し、均質予混合気を形成する。また、圧縮行程中期の時期に主燃料噴射弁４から主燃料を燃焼室３内に放射状に噴射すると、先に副燃料によって形成されている均質予混合気に、更に燃料を追加して、均質予混合気を形成する燃料の量が増量される。その後、副燃料噴射弁５から副燃料が噴射されると、先述したとおり、燃焼室３内に、副燃料によって成層状態の混合気が形成される。即ち、燃焼室３内に均質予混合気と、成層状態の混合気とが形成されることとなる。
【０１１３】
そして、ＴＤＣ近傍の時期を迎えたとき、燃焼室３内に形成された混合気が燃焼する。このとき、副燃料の一部は、成層状態の混合気を形成しているため、混合気の空燃比が過度なリーン状態の空燃比とならない。その結果、主燃料および副燃料の燃焼状態は安定し、失火は回避される。一方で、副燃料の残りの一部と主燃料は、均質予混合気を形成しているため、ＮＯｘおよびスモークを抑制することが可能となる。
【０１１４】
尚、より効果的にＮＯｘおよびスモークを抑制するために、内燃機関の機関負荷に対応した量の燃料のうち、成層状態の混合気を形成するための副燃料の量は、燃焼の安定性に必要な最小限度の量とし、残りの量の燃料を副燃料噴射弁５および主燃料噴射弁４によって均質予混合気が形成される時期に噴射するのが好ましい。その際に、副燃料噴射弁５から副燃料を噴射する時期は、気筒１の内壁面に副燃料が付着するのを回避することが可能な時期、例えば吸気行程後期から圧縮行程初期までの時期を除く時期とすることが好ましい。
【０１１５】
上述までの、低負荷側成層運転領域Ｒ１および高負荷側成層運転領域Ｒ２においては、成層状態の混合気を形成する燃料が噴射されてから着火するまでの混合時間が、その成層状態に大きく影響する。即ち、混合時間が短い場合、燃焼室３内に適切な空燃比の成層状態の混合気を形成することが困難となり、過早着火が生じたり、ＮＯｘが発生したりする
虞がある。特に混合時間は、圧縮着火内燃機関の機関回転速度に大きく依存する。
【０１１６】
そこで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、低負荷側成層運転領域Ｒ１および高負荷側成層運転領域Ｒ２に属しているときに、圧縮着火内燃機関１０の機関回転速度に応じて、以下の式４に示す成層状態の混合気を形成する副燃料の噴射時期の補正を行う。
【０１１７】
副燃料噴射時期  ＝  基本副燃料噴射量時期  −  回転速度補正係数Ｃ・・・（式４）
式４において、副燃料噴射時期の値が小さくなると、成層状態の混合気を形成するための副燃料の噴射時期が進角されることを意味する。ここで、回転速度補正係数Ｃは正の値で、機関回転速度が高くなるに従い、その値は増大する。また、基本副燃料噴射時期とは、圧縮着火内燃機関の機関回転速度が、成層状態の混合気を適切な空燃比で燃焼室３内に形成するために支障のない機関回転速度であるときの、成層状態の混合気を形成するための副燃料の噴射時期を示す値である。
【０１１８】
従って、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、低負荷側成層運転領域Ｒ１および高負荷側成層運転領域Ｒ２に属しているときには、機関回転速度が高くなるに従い、副燃料噴射弁５からの副燃料の噴射時期が進角側に移行される。その結果、成層状態の混合気を形成するための混合時間をほぼ一定とすることが可能となり、圧縮着火内燃機関１０の機関回転速度にかかわらず、適切な空燃比の成層状態の混合気を燃焼室３内に形成することが可能となる。尚、上記式４によって補正される副燃料噴射時期は、回転速度補正係数Ｃの変動に伴って変化するが、回転速度補正係数Ｃは、機関回転速度の増加に従い連続的に増大するだけではなく、段階的に増大してもよい。
【０１１９】
次に、図６は、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に属するときの、主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射時期を示すタイミング図である。図６の横軸の表記は、図４の横軸と同様である。
【０１２０】
図６に示すように、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に属するとき、副燃料噴射弁５からクランク角が−３５０°ＣＡ〜−２１０°ＣＡの時期において副燃料が噴射され、主燃料噴射弁４からクランク角が−９０°ＣＡ〜−４０°ＣＡの時期において主燃料が噴射される。即ち、副燃料噴射弁５からの燃料噴射は、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期において行われ、主燃料噴射弁４からの燃料噴射は、圧縮行程中期の時期において行われる。
【０１２１】
吸気行程初期から吸気行程中期までの時期においては、ピストン２の位置はＴＤＣの位置より若干下死点側に位置し、気筒１の内壁面の、燃焼室３側への露出面積は比較的小さいため、噴射された副燃料が気筒１の内壁面へ付着する虞は少ない。また、圧縮着火内燃機関１０における燃料の着火時期であるＴＤＣ近傍の時期までの時間は比較的長い。従って、この時期に副燃料噴射弁５から副燃料が噴射されると、副燃料は燃焼室３内に拡散し、均質予混合気を形成する。また、圧縮行程中期の時期に主燃料噴射弁４から主燃料を燃焼室３内に放射状に噴射すると、先に副燃料によって形成されている均質予混合気に、更に燃料を追加して、均質予混合気を形成する燃料の量が増量されることになる。
【０１２２】
ここで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、先述の高負荷側成層運転領域Ｒ２に属しているときと比べて異なる点は、副燃料噴射弁５から副燃料が噴射されて、燃焼室３内に、成層状態の混合気が形成されることがない点である。即ち、燃焼室３内には均質予混合気のみが形成されることとなる。即ち、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に属しているときは、高負荷側成層運転領域Ｒ２に属しているときと比べて、機関負荷が大きく、燃料噴射量が増えるため、均質予混合気を燃焼室３内に形成しても、燃焼が不安定となる虞は少ない。従って、ＮＯｘとスモークを抑制するために、燃焼
室３内に均質予混合気のみを形成する。逆に、燃焼室３内に、成層状態の混合気を形成すると、混合気の一部が過度にリッチ状態となり、過早着火が生じる虞がある。
【０１２３】
次に、図７は、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ４に属するときの、主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射時期を示すタイミング図である。図７の横軸の表記は、図４の横軸と同様である。
【０１２４】
図７に示すように、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ４に属するとき、副燃料噴射弁５からクランク角が−３５０°ＣＡ〜−２１０°ＣＡの時期および−１５０°ＣＡ〜−５０°ＣＡにおいて副燃料が噴射され、主燃料噴射弁４からクランク角が−１５°ＣＡ〜−１０°ＣＡの時期において主燃料が噴射される。即ち、副燃料噴射弁５からの燃料噴射は、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期および圧縮行程中期であって、先述した成層状態の混合気を形成するための副燃料の噴射時期より早い時期（以下、「圧縮行程前中期」という）において行われ、主燃料噴射弁４からの燃料噴射は、ＴＤＣ近傍の時期において行われる。
【０１２５】
吸気行程初期から吸気行程中期までの時期および圧縮行程前中期の時期においては、ピストン２の位置はＴＤＣの位置より若干下死点側に位置し、気筒１の内壁面の、燃焼室３側への露出面積は比較的小さいため、噴射された副燃料が気筒１の内壁面へ付着する虞は少ない。また、圧縮着火内燃機関１０における燃料の着火時期であるＴＤＣ近傍の時期までの時間は比較的長い。従って、この時期に副燃料噴射弁５から副燃料が噴射されると、副燃料は燃焼室３内に拡散し、均質予混合気を形成する。その後、主燃料噴射弁４から噴射された主燃料を着火源として、混合気が燃焼される。
【０１２６】
ここで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、高負荷側予混合運転領域Ｒ４に属しているときは、先述の低負荷側予混合運転領域Ｒ３に属しているときと比べて、燃料噴射量が増大する。従って、均質予混合気を形成する副燃料を噴射するのに要する噴射時間が長くなり、吸気行程初期から吸気行程中期までの期間において、副燃料を完全に噴射することが困難となる。吸気行程後期から圧縮行程初期において副燃料を噴射すると、燃料が気筒１の内壁面に付着する虞がある。
【０１２７】
従って、圧縮行程前中期においても副燃料を噴射する。しかし、均質予混合気を形成する燃料の量が多くなると、過早着火を生じる虞があるため、副燃料噴射弁５から噴射され、均質予混合気を形成する燃料が所定量を越えるときは、主燃料噴射弁４からＴＤＣ近傍の時期において主燃料を噴射する。この結果、混合気の過早着火を回避するとともに、ＮＯｘおよびスモークを可及的に抑制することが可能となる。
【０１２８】
尚、吸気行程初期から吸気行程中期までの期間において副燃料を完全に噴射することが可能であっても、圧縮行程前中期において副燃料を噴射するようにしてもよいが、より均質な予混合気を形成するため、吸気行程初期から吸気行程中期までの期間において可及的に副燃料を噴射するのが好ましい。
【実施例２】
【０１２９】
次に、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、ある一の運転領域から別の運転領域へ移行するとき、即ち圧縮着火内燃機関１０の運転領域が過渡状態にあるときの、主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射制御について説明する。尚、それぞれの運転領域における主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射制御については、先述の実施例１において説明した通りである。
【０１３０】
＜低負荷側成層運転領域Ｒ１への移行＞
第一に、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、低負荷側成層運転領域Ｒ１より機関負荷の低いアイドル運転領域Ｒ０から低負荷側成層運転領域Ｒ１に移行するときの主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射制御について説明する。アイドル運転時においては、機関負荷が小さいため、燃焼室３に吸入される新気量が少なく、またＥＧＲ弁２４の開度を大きくして多量のＥＧＲガスを燃焼室３内に導入している。また、吸気絞り弁２０やＥＧＲ弁２４から燃焼室３まで構造的に一定の距離を有しているため、これらの開度を低負荷側成層運転領域Ｒ１に対応した開度に制御しても、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は急峻に変更されない。
【０１３１】
従って、このような運転領域の過渡状態においては、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に移行して間もない場合には、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は、アイドル運転時の状態を反映している。このような燃焼室３内の状態において、先述した低負荷側成層運転領域Ｒ１に対応した燃料噴射制御を行うと、燃料の燃焼が不安定となる虞がある。そこで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に移行したとき、以下の式５に示す副燃料噴射弁５の燃料噴射時期の補正を行う。
【０１３２】
副燃料噴射時期  ＝  基本副燃料噴射時期  ＋  補正係数Ｄ・・・（式５）
式５において、副燃料噴射時期の値が大きくなると、噴射時期が遅角側に移行する。ここで、補正係数Ｄは正の値で、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に移行した直後に最大値となり、移行からの経過時間に従い、補正係数Ｄの値は減少する。また、基本副燃料噴射時期とは、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に属するときの本来の副燃料噴射時期、即ち、成層状態の混合気を燃焼室３内に形成するための副燃料噴射時期である。
【０１３３】
従って、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に移行すると、副燃料噴射時期は、副燃料噴射時期が大きく遅角側に移され、移行されてからの経過時間とともに、その遅角量が減少し、最終的に圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に属するときの本来の副燃料噴射時期となる。このような燃料噴射時期の補正を行うことで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に移行した直後は、副燃料が噴射されてからＴＤＣ近傍の時期を迎えるまでの時間がもっとも短くなるため、燃焼室３内に形成される混合気の成層状態がより密なものとなり、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの量に影響されずに、安定した燃焼を達成することが可能となる。そして、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの量が低負荷側成層運転領域Ｒ１に対応した量となるに従い、副燃料噴射時期が本来の副燃料噴射時期に近づく。尚、上記式５によって補正される副燃料噴射時期は、補正係数Ｄの変動に伴って変化するが、補正係数Ｄは、移行からの経過時間に従い連続的に減少するだけではなく、段階的に減少してもよい。
【０１３４】
第二に、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、低負荷側成層運転領域Ｒ１より機関負荷の高い運転領域、例えば高負荷側成層運転領域Ｒ２から低負荷側運転領域Ｒ１に移行するときの主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射制御について説明する。高負荷側成層運転領域Ｒ２においては、低負荷側成層運転領域Ｒ１より機関負荷が大きいため、燃焼室に吸入される新気量が多く、また燃焼室３内に導入されるＥＧＲガス量は少ない。また、吸気絞り弁２０やＥＧＲ弁２４から燃焼室３まで構造的に一定の距離を有しているため、これらの開度を低負荷側成層運転領域Ｒ１に対応した開度に制御しても、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は急峻に変更されない。
【０１３５】
従って、このような運転領域の過渡状態においては、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に移行して間もない場合には、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は、高負荷側成層運転領域Ｒ２に属している時の状態を反映している。このような燃焼室３内の状態において、先述した低負荷側成層運転領域Ｒ１に対応した燃料噴射制
御を行うと、燃焼室３内の温度上昇によって混合気が過早着火する虞がある。そこで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に移行したとき、以下の式６に示す副燃料噴射弁５の燃料噴射時期の補正を行う。
【０１３６】
副燃料噴射時期  ＝  基本副燃料噴射時期  −  補正係数Ｅ・・・（式６）
式６において、副燃料噴射時期の値が小さくなると、噴射時期が進角側に移行する。ここで、補正係数Ｅは正の値で、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に移行した直後に最大値となり、移行からの経過時間に従い、補正係数Ｅの値は減少する。また、基本副燃料噴射時期とは、式５における基本副燃料噴射時期と同義である。
【０１３７】
従って、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に移行すると、副燃料噴射時期は、副燃料噴射時期が大きく進角側に移され、移行されてからの経過時間とともに、その進角量が減少し、最終的に圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に属するときの本来の副燃料噴射時期となる。このような燃料噴射時期の補正を行うことで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側成層運転領域Ｒ１に移行した直後は、副燃料が噴射されてからＴＤＣ近傍の時期を迎えるまでの時間がもっとも長くなるため、燃焼室３内に形成される混合気の成層状態がより希薄となり、成層状態に形成された混合気の過早着火が回避される。そして、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの量が低負荷側成層運転領域Ｒ１に対応した量となるに従い、副燃料噴射時期が本来の副燃料噴射時期に近づく。尚、上記式６によって補正される副燃料噴射時期は、補正係数Ｅの変動に伴って変化するが、補正係数Ｅは、移行からの経過時間に従い連続的に減少するだけではなく、段階的に減少してもよい。
【０１３８】
＜高負荷側成層運転領域Ｒ２への移行＞
第一に、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、高負荷側成層運転領域Ｒ２より機関負荷の低い運転領域、例えば低負荷側成層運転領域Ｒ１から高負荷側成層運転領域Ｒ２に移行するときの主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射制御について説明する。低負荷側成層運転領域Ｒ１においては、高負荷側成層運転領域Ｒ２より機関負荷が小さいため、燃焼室３に吸入される新気量が少なく、また燃焼室３に導入されるＥＧＲガス量は多い。また、吸気絞り弁２０やＥＧＲ弁２４から燃焼室３まで構造的に一定の距離を有しているため、これらの開度を高負荷側成層運転領域Ｒ２に対応した開度に制御しても、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は急峻に変更されない。
【０１３９】
従って、このような運転領域の過渡状態においては、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に移行して間もない場合には、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は、低負荷側成層運転領域Ｒ１に属しているときの状態を反映している。このような燃焼室３内の状態において、先述した高負荷側成層運転領域Ｒ２に対応した燃料噴射制御を行うと、燃料の燃焼が不安定となる虞がある。そこで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に移行したとき、以下の式７、式８に示す副燃料噴射弁５の燃料噴射量の補正を行う。
【０１４０】
第一副燃料噴射量  ＝  基本第一副燃料噴射量×（１−補正係数Ｆ）・・・（式７）
第二副燃料噴射量  ＝  基本第二副燃料噴射量×（１＋補正係数Ｆ）・・・（式８）
式７において、第一副燃料噴射量とは、先述した実施例１において、吸気行程初期において副燃料噴射弁５から噴射される副燃料の噴射量であって、燃焼室３内に均質予混合気を形成する副燃料の噴射量である。また、基本第一副燃料噴射量とは、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に属するときの本来の第一副燃料噴射量である。式８において、第二副燃料噴射量とは、先述した実施例１において、圧縮行程中期から圧縮行程後期において副燃料噴射弁５から噴射される副燃料の噴射量であって、燃焼室３内に成層状態の混合気を形成する副燃料の噴射量である。また、基本第二副燃料噴射量
とは、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に属するときの本来の第二副燃料噴射量である。ここで、補正係数Ｆは正の値で、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に移行した直後に最大値となり、移行からの経過時間に従い、補正係数Ｆの値は減少する。
【０１４１】
従って、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に移行すると、第一副燃料噴射量は、移行直後は基本第一副燃料噴射量より少量であるが、移行されてからの経過時間とともに増量され、最終的に圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に属するときの本来の第一副燃料噴射量となる。一方で、第二副燃料噴射量は、移行直後は基本第二副燃料噴射量より多量であるが、移行されてからの経過時間とともに減量され、最終的に圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に属するときの本来の第二副燃料噴射量となる。
【０１４２】
このような燃料噴射量の補正を行うことで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に移行した直後には、均質予混合気を形成する副燃料の噴射量が減量され、成層状態の混合気を形成する副燃料の噴射量が増量される。その結果、燃焼室３内に形成される混合気の成層状態が急に希薄になるのが回避され、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの量に影響されずに、安定した燃焼を達成することが可能となる。そして、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの量が高負荷側成層運転領域Ｒ２に対応した量となるに従い、第一副燃料噴射量および第二副燃料噴射量が本来の副燃料噴射量に近づく。尚、上記式７および式８によって補正される副燃料噴射量は、補正係数Ｆの変動に伴って変化するが、補正係数Ｆは、移行からの経過時間に従い連続的に減少するだけではなく、段階的に減少してもよい。
【０１４３】
第二に、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、高負荷側成層運転領域Ｒ２より機関負荷の高い運転領域、例えば低負荷側予混合運転領域Ｒ３から、高負荷側成層運転領域Ｒ２に移行するときの主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射制御について説明する。低負荷側予混合運転領域Ｒ３においては、高負荷側成層運転領域Ｒ２より機関負荷が大きいため、燃焼室に吸入される新気量が多く、また燃焼室３内に導入されるＥＧＲガス量は少ない。また、吸気絞り弁２０やＥＧＲ弁２４から燃焼室３まで構造的に一定の距離を有しているため、これらの開度を高負荷側成層運転領域Ｒ２に対応した開度に制御しても、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は急峻に変更されない。
【０１４４】
従って、このような運転領域の過渡状態においては、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に移行して間もない場合には、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は、低負荷側予混合運転領域Ｒ３に属している時の状態を反映している。このような燃焼室３内の状態において、先述した高負荷側成層運転領域Ｒ２に対応した燃料噴射制御を行うと、燃焼室３内の温度上昇によって混合気が過早着火する虞がある。そこで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に移行したとき、以下の式９、式１０に示す副燃料噴射弁５の燃料噴射量の補正を行う。
【０１４５】
第一副燃料噴射量  ＝  基本第一副燃料噴射量×（１＋補正係数Ｇ）・・・（式９）
第二副燃料噴射量  ＝  基本第二副燃料噴射量×（１−補正係数Ｇ）・・・（式１０）
式９において、第一副燃料噴射量および基本第一副燃料噴射量は、式７における場合と同義である。式１０において、第二副燃料噴射量および基本第二副燃料噴射量は、式８における場合と同義である。ここで、補正係数Ｇは正の値で、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に移行した直後に最大値となり、移行からの経過時間に従い、補正係数Ｇの値は減少する。
【０１４６】
従って、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に移行すると、
第一副燃料噴射量は、移行直後は基本第一副燃料噴射量より多量であるが、移行されてからの経過時間とともに減量され、最終的に圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に属するときの本来の第一副燃料噴射量となる。一方で、第二副燃料噴射量は、移行直後は基本第二副燃料噴射量より少量であるが、移行されてからの経過時間とともに増量され、最終的に圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に属するときの本来の第二副燃料噴射量となる。
【０１４７】
このような燃料噴射量の補正を行うことで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に移行した直後には、均質予混合気を形成する副燃料の噴射量が増量され、成層状態の混合気を形成する副燃料の噴射量が減量される。その結果、移行直後に燃焼室３内に多量の副燃料による成層状態の混合気が形成されるのが回避され、以て成層状態に形成された混合気の過早着火が回避される。そして、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの量が高負荷側成層運転領域Ｒ２に対応した量となるに従い、第一副燃料噴射量および第二副燃料噴射量が本来の副燃料噴射量に近づく。尚、上記式５によって補正される副燃料噴射時期は、補正係数Ｄの変動に伴って変化するが、補正係数Ｄは、移行からの経過時間に従い連続的に減少するだけではなく、段階的に減少してもよい。尚、上記式９および式１０によって補正される副燃料噴射量は、補正係数Ｇの変動に伴って変化するが、補正係数Ｇは、移行からの経過時間に従い連続的に減少するだけではなく、段階的に減少してもよい。
【０１４８】
＜低負荷側予混合運転領域Ｒ３への移行＞
第一に、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、低負荷側予混合運転領域Ｒ３より機関負荷の低い高負荷側成層運転領域Ｒ２から低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行するときの主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射制御について説明する。高負荷側成層運転領域Ｒ２においては、低負荷側予混合運転領域Ｒ３より機関負荷が小さいため、燃焼室３に吸入される新気量が少なく、また燃焼室３に導入されるＥＧＲガス量は多い。また、吸気絞り弁２０やＥＧＲ弁２４から燃焼室３まで構造的に一定の距離を有しているため、これらの開度を低負荷側予混合運転領域Ｒ３に対応した開度に制御しても、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は急峻に変更されない。
【０１４９】
従って、このような運転領域の過渡状態においては、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行して間もない場合には、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は、高負荷側成層運転領域Ｒ２に属しているときの状態を反映している。このような燃焼室３内の状態において、先述した低負荷側予混合運転領域Ｒ３に対応した燃料噴射制御を行うと、燃料の燃焼が不安定となる虞がある。そこで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行したとき、以下の式１１に示す副燃料噴射弁５の燃料噴射量の補正を行う。
【０１５０】
第二副燃料噴射量  ＝  基本第二副燃料噴射量×補正係数Ｈ・・・（式１１）
式１１において、第二副燃料噴射量とは、先述した実施例１において示した通り、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に属しているときに、圧縮行程中期から圧縮行程後期において副燃料噴射弁５から噴射される副燃料の噴射量であって、燃焼室３内に成層状態の混合気を形成する副燃料の噴射量であり、式８、式１０における場合と同義である。また、基本第二副燃料噴射量とは、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ２に属するときの本来の第二副燃料噴射量、即ち、成層状態の混合気を燃焼室３内に形成するための副燃料噴射量であり、式８、式１０における場合と同義である。ここで、補正係数Ｈは正の値で、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行からの経過時間に従って減少し、最終的に０となる。
【０１５１】
従って、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行しても
、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に属していたときに行っていた圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における副燃料噴射を直ちに停止せずに、運転領域が移行してからの経過時間とともに、圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期における副燃料の噴射量を徐々に減量していき、最終的にその量を０とする。
【０１５２】
このような燃料噴射量の補正を行うことで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行した直後であっても、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側成層運転領域Ｒ２に属していたときに行っていた成層状態の混合気の形成を直ちに停止するのではなく、移行からの経過時間とともに成層状態の混合気を形成する副燃料の噴射量を減量し、徐々に成層状態の混合気の形成を縮小し、最終的に停止する。その結果、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの量に影響されずに、安定した燃焼を達成することが可能となる。尚、上記式１１によって補正される副燃料噴射量は、補正係数Ｈの変動に伴って変化するが、補正係数Ｈは、移行からの経過時間に従い連続的に減少するだけではなく、段階的に減少してもよい。
【０１５３】
第二に、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、低負荷側予混合運転領域Ｒ３より機関負荷の高い高負荷側予混合運転領域Ｒ４から、低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行するときの主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射制御について説明する。高負荷側予混合運転領域Ｒ４においては、低負荷側予混合運転領域Ｒ３より機関負荷が大きいため、燃焼室に吸入される新気量が多く、また燃焼室３内に導入されるＥＧＲガス量は少ない。また、吸気絞り弁２０やＥＧＲ弁２４から燃焼室３まで構造的に一定の距離を有しているため、これらの開度を低負荷側予混合運転領域Ｒ３に対応した開度に制御しても、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は急峻に変更されない。
【０１５４】
従って、このような運転領域の過渡状態においては、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行して間もない場合には、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は、高負荷側予混合運転領域Ｒ４に属している時の状態を反映している。このような燃焼室３内の状態において、先述した低負荷側予混合運転領域Ｒ３に対応した燃料噴射制御を行うと、燃焼室３内の温度上昇によって混合気が過早着火する虞がある。そこで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行したとき、以下の式１２、式１３に示す副燃料噴射弁５の燃料噴射量の補正を行う。
【０１５５】
ＴＤＣ時主燃料噴射量  ＝  基本ＴＤＣ時主燃料噴射量×補正係数Ｉ・・・（式１２）
均質予混合主燃料噴射量  ＝  基本均質予混合主燃料噴射量×補正係数Ｊ・・・（式１３）
【０１５６】
式１２において、ＴＤＣ時主燃料噴射量とは、先述した実施例１において示した通り、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ４に属しているときに、ＴＤＣ近傍の時期において主燃料噴射弁４から噴射される主燃料の噴射量である。また、基本ＴＤＣ時主燃料噴射量とは、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ４から低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行した時点の、高負荷側予混合運転領域Ｒ４において主燃料噴射弁４から噴射した主燃料の噴射量である。ここで、補正係数Ｉは正の値で、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行からの経過時間に従って減少し、最終的に０となる。
【０１５７】
また、式１３において、均質予混合主燃料噴射量とは、先述した実施例１において示した通り、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ３に属するときに、吸気行程前中期の時期において主燃料噴射弁４から噴射される主燃料の噴射量である。また、基本均質予混合主燃料噴射量とは、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ４から低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行したときの、圧縮着火内燃機関
１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に属するときの本来の均質予混合主燃料噴射量、即ち、均質予混合気を燃焼室３内に形成するための主燃料噴射量である。ここで、補正係数Ｊは正の値で、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行からの経過時間に従って増加し、最終的に１となる。
【０１５８】
従って、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行しても、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ４に属していたときに行っていたＴＤＣ近傍の時期における主燃料噴射を直ちに停止せずに、運転領域が移行してからの経過時間とともに、該主燃料の噴射量を徐々に減量していく。それと同時に、低負荷側予混合運転領域Ｒ３に属することで行う主燃料による均質予混合気の形成を直ちに所定量（前記基本均質予混合主燃料噴射量）の主燃料で行うのではなく、運転領域が移行してからの経過時間とともに、均質予混合気を形成する主燃料の噴射量を徐々に増量していく。そして、最終的にそれぞれの主燃料の噴射量を０および所定量とする。
【０１５９】
このような燃料噴射量の補正を行うことで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が低負荷側予混合運転領域Ｒ３に移行した直後であっても、均質予混合気の量が急増することが回避され、以て混合気の過早着火が回避される。尚、上記式１２および式１３によって補正される主燃料噴射量は、補正係数ＩおよびＪの変動に伴って変化するが、補正係数Ｉは、移行からの経過時間に従い連続的に減少するだけではなく、段階的に減少してもよく、また補正係数Ｊは、移行からの経過時間に従い連続的に増加するだけではなく、段階的に増加してもよい。
【０１６０】
＜高負荷側予混合運転領域Ｒ４への移行＞
圧縮着火内燃機関１０の運転領域が、高負荷側予混合運転領域Ｒ４より機関負荷の低い運転領域、例えば低負荷側予混合運転領域Ｒ３から、高負荷側予混合運転領域Ｒ４に移行するときの主燃料噴射弁４および副燃料噴射弁５の燃料噴射制御について説明する。低負荷側予混合運転領域Ｒ３においては、高負荷側予混合運転領域Ｒ４より機関負荷が小さいため、燃焼室３に吸入される新気量が少なく、またＥＧＲ弁２４の開度を大きくして多量のＥＧＲガスを燃焼室３内に導入している。また、吸気絞り弁２０やＥＧＲ弁２４から燃焼室３まで構造的に一定の距離を有しているため、これらの開度を高負荷側予混合運転領域Ｒ４に対応した開度に制御しても、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は急峻に変更されない。
【０１６１】
従って、このような運転領域の過渡状態においては、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ４に移行して間もない場合には、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの状態は、低負荷側予混合運転領域Ｒ３に属しているときの状態を反映している。このような燃焼室３内の状態において、先述した高負荷側予混合運転領域Ｒ４に対応した燃料噴射制御を行うと、燃料の燃焼が不安定となる虞がある。そこで、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ４に移行したとき、以下の式１４に示す主燃料噴射弁５の燃料噴射時期の補正を行う。
【０１６２】
主燃料噴射時期  ＝  基本主燃料噴射時期  ＋  補正係数Ｋ・・・（式１４）
式１４において、主燃料噴射時期とは、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ４に属しているときの主燃料噴射弁４からの主燃料噴射時期であり、主燃料噴射時期の値が大きくなると、噴射時期が遅角側に移行する。ここで、補正係数Ｋは正の値で、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ４に移行した直後に最大値となり、移行からの経過時間に従い、補正係数Ｋの値は減少する。また、基本主燃料噴射時期とは、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ４に属するときの本来の主燃料噴射時期、即ち、ＴＤＣ近傍の時期における主燃料噴射時期である。
【０１６３】
従って、圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ４に移行すると、主燃料噴射時期は大きく遅角側に移行され、移行されてからの経過時間とともに、その遅角量が減少し、最終的に圧縮着火内燃機関１０の運転領域が高負荷側予混合運転領域Ｒ４に属するときの本来の主燃料噴射時期であるＴＤＣ近傍の時期となる。このような燃料噴射時期の補正を行うことで、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの量に影響されずに、安定した燃焼を達成することが可能となる。そして、燃焼室３内の新気やＥＧＲガスの量が高負荷側予混合運転領域Ｒ４に対応した量となるに従い、主燃料噴射時期が本来の主燃料噴射時期に近づく。尚、上記式１４によって補正される主燃料噴射時期は、補正係数Ｋの変動に伴って変化するが、補正係数Ｋは、移行からの経過時間に従い連続的に減少するだけではなく、段階的に減少してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の燃焼室近傍および該圧縮着火内燃機関の制御系統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に係る圧縮着火内燃機関とその吸排気系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。
【図３】本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関の運転領域を５つの領域（Ｒ０：アイドル運転領域、Ｒ１：低負荷側成層運転領域、Ｒ２：高負荷側成層運転領域、Ｒ３：低負荷側予混合運転領域、Ｒ４：高負荷側予混合運転領域）に分類した図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関において、該圧縮着火内燃機関の運転領域が低負荷側成層運転領域に属するときの、燃料噴射時期を示すタイミング図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関において、該圧縮着火内燃機関の運転領域が高負荷側成層運転領域に属するときの、燃料噴射時期を示すタイミング図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関において、該圧縮着火内燃機関の運転領域が低負荷側予混合運転領域に属するときの、燃料噴射時期を示すタイミング図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る圧縮着火内燃機関において、該圧縮着火内燃機関の運転領域が高負荷側予混合運転領域に属するときの、燃料噴射時期を示すタイミング図である。
【符号の説明】
【０１６５】
１・・・・気筒
２・・・・ピストン
３・・・・燃焼室
４・・・・主燃料噴射弁
５・・・・副燃料噴射弁
８・・・・吸気枝管
９・・・・排気枝管
１０・・・・圧縮着火内燃機関
１１・・・・ＥＣＵ
１２・・・・クランクポジションセンサ
１３・・・・アクセル開度センサ
１７・・・・遠心過給器
２４・・・・ＥＧＲ弁
２５・・・・ＥＧＲ装置
２６・・・・吸気圧センサ
２７・・・・冷却水温度センサ
５３・・・・蓄圧室
【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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