(57)【要約】【課題】筒内での酸素および燃料の有効利用により、内燃機関の排気エミッションの改善および内燃機関の性能向上を図ることが可能な燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】コモンレール式のディーゼルエンジンにおいて複数の噴孔を有する燃料噴射弁からメイン噴射を実行した際、燃料噴霧のスワール下流側側面位置θLとスワール上流側側面位置θUとを算出して、互いに隣り合う噴霧の噴霧間隔θDを算出する（ステップＳＴ８，ＳＴ９，ＳＴ１０）。この噴霧間隔θDが所定範囲（０≦θD≦Ｔh）となるように、燃料噴射条件またはスワールコントロールバルブ開度を補正する（ステップＳＴ１２）。噴霧間隔θDが噴霧間隔許容最大値Ｔhよりも大きい場合、燃料噴射圧の上昇またはスワール速度の上昇を行う。噴霧間隔θDが「０」よりも小さい場合、メイン噴射の分割またはスワール速度の低下を行う。【選択図】図４
2013160194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スワール流が発生している筒内に向けて、燃料噴射弁の複数の噴孔から機関出力発生のための燃料噴射を行う圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記各噴孔から噴射されてスワール流れ方向で互いに隣り合う噴霧のうち、スワール流れ方向下流側に位置する噴霧のスワール上流側側面位置と、スワール流れ方向上流側に位置する噴霧のスワール下流側側面位置との間隔を所定範囲内にするように、燃料噴射弁の燃料噴射条件、および、スワール流の速度のうち少なくとも一つを変更する構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
筒内のスワール速度を制御可能なスワールコントロールバルブを備え、燃料噴射弁の複数の噴孔から、筒内に向けて燃料噴射を行う圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
機関運転状態から筒内密度を算出する筒内状態算出手段と、
機関運転状態からスワール速度を算出するスワール速度算出手段と、
前記燃料噴射弁から噴射された噴霧のペネトレーション、噴霧角、および、噴射期間を算出する噴霧特性算出手段と、
前記スワール速度と噴霧特性から、噴霧が燃焼室内の壁面に衝突するまでの時間を算出する壁面衝突時間算出手段と、
前記噴霧におけるスワール下流側の側面位置を算出するスワール下流側側面算出手段と、
前記噴霧におけるスワール上流側の側面位置を算出するスワール上流側側面算出手段と、
前記壁面衝突時間、スワール下流側側面位置、および、スワール上流側側面位置から、互いに隣り合う噴孔から噴射された噴霧同士のスワール流れ方向の間隔を算出する噴霧間隔算出手段と、
前記噴霧間隔が所定範囲内にあるか否かを判別する間隔判別手段と、
前記燃料噴射弁が噴霧を噴射するときの条件を補正する噴射条件補正手段と、
前記スワールコントロールバルブの開度を補正するスワールコントロールバルブ開度補正手段とを備え、
前記噴霧間隔に基づき、前記燃料噴射弁が噴霧を噴射するときの噴射圧、噴射時期、最大噴射量、分割数、および、スワールコントロールバルブ開度のうち少なくとも一つを変更する構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記噴孔からの燃料噴射が開始されてからその燃料の噴霧がピストン頂面の凹陥部の壁面に衝突するまでの時間が、燃料噴射弁の燃料噴射期間以下である場合に、前記スワール上流側側面位置およびスワール下流側側面位置を求めて、これら側面位置同士の間隔を所定範囲内にするように、燃料噴射弁の燃料噴射条件、および、スワール流の速度のうち少なくとも一つを変更する構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
請求項１、２または３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記スワール下流側側面位置は下記の式（１）
θL＝（１／２）×噴霧角＋Ａ×Ｖｓｗ×ｔｉｍｐ      …（１）
θL；スワール下流側側面位置
Ｖｓｗ；スワール速度
ｔｉｍｐ；噴霧が燃焼室内の壁面に衝突するまでの時間
Ａ；燃料噴霧のスワール流れ方向下流側に向けての拡散率
により算出され、
前記スワール上流側側面位置は下記の式（２）
θU＝（１／２）×噴霧角      …（２）
θU；スワール上流側側面位置
により算出され、
前記各側面位置同士の間隔は下記の式（３）
θD＝（３６０／噴孔数）−（θL＋θU）      …（３）
θD；各側面位置同士の間隔
により算出される構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記スワール上流側側面位置とスワール下流側側面位置との間隔が所定値以上である場合、燃料噴射弁からの燃料噴射圧を上昇させる構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
請求項１〜４のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記互いに隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合っている場合、燃料噴射弁からの燃料噴射を複数回に分割して実行する構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
請求項１〜４のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記スワール上流側側面位置とスワール下流側側面位置との間隔が所定値以上である場合、スワール流の速度を上昇させる構成となっていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項８】
請求項１〜４のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
前記互いに隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合っている場合、スワール流の速度を低下させる構成となっていることを特徴とする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、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置に係る。特に、本発明は、排気エミッションの改善および内燃機関の性能向上を図るための対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンに代表されるように、気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射装置を備えた内燃機関にあっては、燃焼室内での混合気の燃焼時において、不完全燃焼が生じた場合、排気ガス中にスモークが発生し、排気エミッションの悪化を招いてしまうことになる。
【０００３】
特に、気筒内への燃料噴射量が多くなる高負荷運転時にあっては、要求されているエンジン出力を確保することと、スモークの発生を抑制することとを両立させるための制御が必要になる。
【０００４】
下記の特許文献１では、吸入空気量および排気還流量から算出した筒内酸素量に応じて燃料制御インデックスを算出し、この燃料制御インデックスおよびエンジン回転数に応じて燃料噴射パラメータを決定するようにしている。これにより、高負荷運転時において、過給圧を高めることで筒内酸素量を増加させるとともに、燃料制御インデックスを大きな値に修正して燃料噴射量を増加させ、スモークの発生を抑制しながらも車両の加速性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−４５５０３号公報
【特許文献２】特開２００７−１７７７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１の技術にあっては、筒内酸素量と燃料噴射量とを制御しているのみであるため、筒内の酸素の略全量を有効に利用した燃焼が行われている保証がない。理想的には、インジェクタ（燃料噴射弁）の各噴孔から噴射された燃料それぞれによって形成される各燃焼場における当量比を「１」にし、且つ筒内の酸素を過不足無く燃焼に寄与させることが好ましい。つまり、筒内の酸素および燃料それぞれを余すことなく燃焼に寄与させることが理想である。ところが、前記特許文献１の技術にあっては、上述した如く筒内酸素量と燃料噴射量とを制御しているのみであって、筒内における燃料の分布を制御していないため、燃料の噴霧が存在していない領域が筒内の比較的広い領域として存在してしまう可能性がある。つまり、燃焼に寄与しない酸素が存在する領域が比較的広い領域として発生し、その結果、燃焼場での当量比がリッチとなり酸素不足に起因してスモークが発生してしまう可能性がある。
【０００７】
また、逆に、インジェクタの各噴孔から噴射された燃料噴霧が互いに重なり合ってしまう状況になると、その重なり合い領域においても当量比がリッチとなり酸素不足に起因してスモークが発生してしまう可能性がある。
【０００８】
なお、特許文献２には、内燃機関のトルク発生に寄与する主噴射（以下、「メイン噴射」と呼ぶ場合もある）と、このメイン噴射よりも前に燃料を噴射するパイロット噴射とを行う内燃機関において、スワール流の最適化によって、メイン噴射での燃料噴霧とパイロット噴射での燃料噴霧との間隔を規定する制御が開示されているが、メイン噴射で噴射された燃料の噴霧同士の間隔を適正化することに関しては未だ提案されていない。一般に、高負荷運転時におけるメイン噴射での噴射量はパイロット噴射での噴射量に比べて大幅に多い。このため、このメイン噴射の実行時において、燃料の噴霧が存在していない領域が筒内にあるか否か、また、このメイン噴射で噴射された燃料の噴霧同士が重なり合っているか否かは、スモークの発生を大きく左右するものとなる。従って、このメイン噴射で噴射された燃料の噴霧同士の間隔を適正化することは、要求されているエンジン出力を確保することとスモークの発生を抑制することとを両立させる上で極めて重要である。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、筒内での燃焼において酸素および燃料の有効利用により、内燃機関の排気エミッションの改善および内燃機関の性能向上を図ることが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
−発明の概要−
前記の目的を達成するために講じられた本発明の概要は、主噴射（メイン噴射）を実行する場合において、隣り合う燃料噴霧同士の間隔を制御し、この間隔の適正化を図ることによって筒内の酸素および燃料それぞれを効果的に燃焼に寄与させることができるようにしている。
【００１１】
−解決手段−
具体的に、本発明は、スワール流が発生している筒内に向けて、燃料噴射弁の複数の噴孔から機関出力発生のための燃料噴射を行う圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を前提とする。この内燃機関の燃料噴射制御装置に対し、前記各噴孔から噴射されてスワール流れ方向で互いに隣り合う噴霧のうち、スワール流れ方向下流側に位置する噴霧のスワール上流側側面位置と、スワール流れ方向上流側に位置する噴霧のスワール下流側側面位置との間隔を所定範囲内にするように、燃料噴射弁の燃料噴射条件、および、スワール流の速度のうち少なくとも一つを変更する構成としている。
【００１２】
より具体的な解決手段としては、以下のものが挙げられる。まず、筒内のスワール速度を制御可能なスワールコントロールバルブを備え、燃料噴射弁の複数の噴孔から、筒内に向けて燃料噴射を行う圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を前提とする。この内燃機関の燃料噴射制御装置に対し、筒内状態算出手段、スワール速度算出手段、噴霧特性算出手段、壁面衝突時間算出手段、スワール下流側側面算出手段、スワール上流側側面算出手段、噴霧間隔算出手段、間隔判別手段、噴射条件補正手段、スワールコントロールバルブ開度補正手段を備えさせる。前記筒内状態算出手段は、機関運転状態から筒内密度を算出する。前記スワール速度算出手段は、機関運転状態からスワール速度を算出する。前記噴霧特性算出手段は、前記燃料噴射弁から噴射された噴霧のペネトレーション、噴霧角、および、噴射期間を算出する。前記壁面衝突時間算出手段は、前記スワール速度と噴霧特性から、噴霧が燃焼室内の壁面に衝突するまでの時間を算出する。前記スワール下流側側面算出手段は、前記噴霧におけるスワール下流側の側面位置を算出する。前記スワール上流側側面算出手段は、前記噴霧におけるスワール上流側の側面位置を算出する。前記噴霧間隔算出手段は、前記壁面衝突時間、スワール下流側側面位置、および、スワール上流側側面位置から、互いに隣り合う噴孔から噴射された噴霧同士のスワール流れ方向の間隔を算出する。前記間隔判別手段は、前記噴霧間隔が所定範囲内にあるか否かを判別する。前記噴射条件補正手段は、前記燃料噴射弁が噴霧を噴射するときの条件を補正する。前記スワールコントロールバルブ開度補正手段は、前記スワールコントロールバルブの開度を補正する。そして、前記噴霧間隔に基づき、前記燃料噴射弁が噴霧を噴射するときの噴射圧、噴射時期、最大噴射量、分割数、および、スワールコントロールバルブ開度のうち少なくとも一つを変更する構成としている。
【００１３】
これらの特定事項により、燃料噴射弁の各噴孔から噴射されてスワール流れ方向で互いに隣り合う噴霧同士の間の間隔を、スモークの発生量を抑えることができる所定範囲内に調整することができる。このため、スワール流れ方向で互いに隣り合う噴霧同士の間の間隔が大きいことで燃焼場での当量比がリッチになり酸素不足に起因してスモークが発生してしまうといったことがなくなる。また、スワール流れ方向で互いに隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合って当量比がリッチになり酸素不足に起因してスモークが発生してしまうといったこともなくなる。特に、燃料噴射量が多くなる高負荷運転時には、内燃機関の要求出力を得ながらもスモークの発生を回避することが可能になり、内燃機関の性能向上および排気エミッションの改善を両立することができる。
【００１４】
前記燃料噴射弁の燃料噴射条件やスワール流の速度を変更する動作の実行条件としては以下のものが挙げられる。つまり、前記噴孔からの燃料噴射が開始されてからその燃料の噴霧がピストン頂面の凹陥部の壁面に衝突するまでの時間が、燃料噴射弁の燃料噴射期間以下である場合に、前記スワール上流側側面位置およびスワール下流側側面位置を求めて、これら側面位置同士の間隔を所定範囲内にするように、燃料噴射弁の燃料噴射条件、および、スワール流の速度のうち少なくとも一つを変更する構成としている。
【００１５】
燃料の噴霧がピストン頂面の凹陥部の壁面に衝突するまでの時間が、燃料噴射弁の燃料噴射期間を超えている場合には、燃料の噴霧が前記凹陥部の壁面に衝突しない可能性があり、この場合にあっては、スワール流れ方向で互いに隣り合う噴霧同士がその後に重なり合うか否かの判断が困難であり、前記スワール上流側側面位置、スワール下流側側面位置、これら側面位置同士の間隔を算出したとしても、これら値に誤差が含まれる可能性が高く、適正な燃料噴射条件の変更や、スワール流の速度の変更が行えない可能性がある。このため、前記噴孔からの燃料噴射が開始されてからその燃料の噴霧がピストン頂面の凹陥部の壁面に衝突するまでの時間が、燃料噴射弁の燃料噴射期間以下である場合に限り、スワール上流側側面位置、スワール下流側側面位置、これら側面位置同士の間隔を算出し、それに基づいて燃料噴射条件の変更や、スワール流の速度の変更を行うようにする。これにより、制御の信頼性を確保することができ、内燃機関の性能向上と排気エミッションの改善との両立といった効果を確実に奏することができる。
【００１６】
前記スワール下流側側面位置、スワール上流側側面位置および各側面位置同士の間隔それぞれの算出手法しては以下のものが挙げられる。
【００１７】
前記スワール下流側側面位置は下記の式（１）
θL＝（１／２）×噴霧角＋Ａ×Ｖｓｗ×ｔｉｍｐ      …（１）
θL；スワール下流側側面位置
Ｖｓｗ；スワール速度
ｔｉｍｐ；噴霧が燃焼室内の壁面に衝突するまでの時間
Ａ；燃料噴霧のスワール流れ方向下流側に向けての拡散率
により算出し、
前記スワール上流側側面位置は下記の式（２）
θU＝（１／２）×噴霧角      …（２）
θU；スワール上流側側面位置
により算出し、
前記各側面位置同士の間隔は下記の式（３）
θD＝（３６０／噴孔数）−（θL＋θU）      …（３）
θD；各側面位置同士の間隔
により算出するようにしている。
【００１８】
上記式（１）は、燃料噴射弁から噴射された燃料がスワール流によって筒内の周方向に流されることでスワール下流側側面位置が移動することや、燃料噴霧自身の拡散によってスワール下流側側面位置がスワール流れ方向下流側に向けて移動していくことを考慮したものとなっている。これにより、各側面位置同士の間隔を高い精度をもって算出することができる。
【００１９】
前記スワール上流側側面位置とスワール下流側側面位置との間隔を所定範囲内にするための具体的な制御としては以下のものが挙げられる。
【００２０】
まず、燃料噴射弁の燃料噴射条件を変更するものにあっては、前記スワール上流側側面位置とスワール下流側側面位置との間隔が所定値以上である場合に、燃料噴射弁からの燃料噴射圧を上昇させるようにしている。
【００２１】
これにより、燃料噴射弁からの燃料噴射圧を上昇させることにともなって、燃料の噴霧角が大きくなり、スワール上流側側面位置とスワール下流側側面位置との間隔が狭くなり、気筒内における燃料の分布を均等化することができる。その結果、気筒内の酸素を過不足無く燃焼に寄与させることが可能になって、スモークの発生を回避することが可能になる。
【００２２】
また、前記互いに隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合っている場合に、燃料噴射弁からの燃料噴射を複数回に分割して実行するようにしている。
【００２３】
これにより、燃料噴射（分割主噴射）１回当たりの燃料噴射量が減量されることになって燃料の噴霧角が小さくなり、噴霧同士の重なり合いが解消される。その結果、当量比がリッチになる領域が縮小され、スモークの発生を回避することが可能になる。
【００２４】
また、スワール流の速度を変更するものにあっては、前記スワール上流側側面位置とスワール下流側側面位置との間隔が所定値以上である場合に、スワール流の速度を上昇させるようにしている。
【００２５】
また、前記互いに隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合っている場合に、スワール流の速度を低下させるようにしている。
【００２６】
これらのスワール流の速度の変更により、気筒内に噴射された燃料噴霧のスワール流れ方向下流側への拡散量が変化する。具体的に、スワール流の速度を上昇させた場合には、気筒内に噴射された燃料噴霧のスワール流れ方向下流側への拡散量が増大し、スワール下流側側面位置が、スワール流れ方向下流側に位置する噴霧のスワール上流側側面位置に近づくことになる。逆に、スワール流の速度を低下させた場合には、気筒内に噴射された噴霧のスワール流れ方向下流側への拡散量が縮小し、前記スワール下流側側面位置が、スワール流れ方向上流側に向けて移動することになる。このようにしてスワール下流側側面位置を調整することによって気筒内における燃料の分布を均等化させることができ、気筒内の酸素を過不足無く燃焼に寄与させることが可能になって、スモークの発生を回避することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明では、隣り合う燃料噴霧同士の間隔を制御し、この間隔の適正化を図っている。そのため、スモークの発生を抑制することができ、内燃機関の性能向上および排気エミッションの改善を両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施形態に係るエンジンシステムの全体構成を示す模式図である。
【図２】気筒内における一部の領域（３つの噴孔の燃料噴射領域周辺）を示す模式図であって、メイン噴射が実行された際の各噴霧のキャビティ内での状態（スワール流によって移動した噴霧の状態）をキャビティ上方から見た図である。
【図３】噴霧の壁面衝突時間と燃料の噴射期間との関係を示す図である。
【図４】メイン噴射制御ルーチンを示す図である。
【図５】キャビティ内での噴霧の分布の変化を示すキャビティ側方から見た図である。
【図６】燃料の噴霧角の変化に対する噴霧間隔およびスモーク発生量それぞれの変化の一例を示す図である。
【図７】図７（ａ）は噴霧間隔θDが噴霧間隔許容値Ｔhよりも大きい場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図であり、図７（ｂ）は隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合った場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図である。
【図８】図８（ａ）は噴霧間隔θDが噴霧間隔許容値Ｔhよりも大きい場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図であり、図８（ｂ）は燃料の噴射圧力を増加させた場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図である。
【図９】図９（ａ）は隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合った場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図であり、図９（ｂ）はメイン噴射を分割した場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）は噴霧間隔θDが噴霧間隔許容値Ｔhよりも大きい場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図であり、図１０（ｂ）はスワール速度を増加させた場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図である。
【図１１】図１１（ａ）は隣り合う噴霧同士が部分的に重なり合った場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図であり、図１１（ｂ）はスワール速度を低下させた場合における各噴霧のキャビティ内での状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００３０】
−システムの全体構成−
図１は本発明の実施形態におけるエンジンシステムの全体構成を示す模式図である。この図１に示すように、このエンジンシステムは、内燃機関（エンジン）１を備えている。この内燃機関１は、４つの気筒２，２，…を備えている。これら気筒２，２，…の外側には、冷却水流路（ウォータジャケット）３が形成されており、この冷却水流路３には、冷却水の水温に応じた出力を発する水温センサ２１が配設されている。
【００３１】
各気筒２，２，…内にはピストン（図１では図示省略）が配置され、各ピストンはコネクティングロッド４，４，…を介してクランクシャフト５に連結されている。このクランクシャフト５の近傍には、クランクシャフト５が所定角度だけ回転する度にパルス信号を発信するクランク角センサ２２が配設されている。
【００３２】
内燃機関１のシリンダヘッド（図示省略）には、各気筒２，２，…に対応して直噴式の燃料噴射弁（インジェクタ）６，６，…が取り付けられている。これら燃料噴射弁（燃料噴射装置）６，６，…は、気筒２内の中央上部に配設されていると共に、内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して気筒２内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。
【００３３】
具体的に、燃料噴射弁６は、ケーシング内の先端部にノズルニードル（図示省略）が設けられており、このノズルニードルがケーシング内で進退移動可能な構成とされている。そして、ケーシングの先端部分には複数（例えば周方向に亘って等間隔に１２個）の噴孔が形成されていて、ノズルニードルが前進位置にある状態では、このノズルニードルの先端部によって各噴孔が閉鎖される一方、ノズルニードルが後退移動（リフト）されると各噴孔が開放されて、このケーシング内と気筒２内との圧力差によって燃料噴射弁６から燃料が噴射される構成となっている。燃料噴射弁６は、内部にピエゾアクチュエータを備えており、ＥＤＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）４０を介してＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３０に接続されている。ＥＤＵ４０は、ＥＣＵ３０からの指令信号（噴射指令信号）に基づいて前記ピエゾアクチュエータのピエゾスタックの充電と放電とを実行する周知の駆動回路で構成されている。これにより、燃料噴射弁６のピエゾアクチュエータに対する通電を制御する（ピエゾスタックに対する電荷の付与速度を変更する）ことで、各噴孔の開閉を行う前記ノズルニードルのリフト速度を変更することが可能となっている。この燃料噴射弁６の燃料噴射制御の詳細については後述する。
【００３４】
前記シリンダヘッドには吸気マニホールド７およびスロットルバルブ８を含む吸気系、および、図示しない排気マニホールドおよび触媒装置を含む排気系が接続されている。そして、各気筒２，２，…に設けられた図示しない吸気バルブの開弁動作にともなって吸気系から気筒２内に空気が吸入され、圧縮行程において空気が圧縮された後、気筒２内に向けて前記燃料噴射弁６から燃料が噴射されることにより気筒２内での燃焼が行われる。具体的には、図５（ピストン５０の一部を側方から見た断面図）に示すように、ピストン５０の頂面中央部に形成されているキャビティ（凹陥部）５１内に燃料が噴射されて、この燃料の燃焼が行われる。そして、この燃焼エネルギにより前記ピストン５０が往復運動し、その往復運動がコネクティングロッド４によってクランクシャフト５の回転運動に変換されてエンジントルクが出力として得られることになる。また、図示しない排気バルブの開弁動作にともなって気筒２内から排出された排気ガスは、排気系に備えられた触媒装置によって浄化される。
【００３５】
また、前記吸気系には、気筒２内でのスワール流（水平方向の旋回流）の速度を可変とするためのスワールコントロールバルブ（スワール速度可変機構）１３が備えられている（図１を参照）。具体的に、吸気ポートとしては、ノーマルポートおよびスワールポートの２系統が各気筒２，２，…毎に備えられており、そのうちノーマルポートに、開度調整可能なバタフライバルブで成るスワールコントロールバルブ１３が配置されている。このスワールコントロールバルブ１３には図示しないアクチュエータが連繋されており、このアクチュエータの駆動によって調整されるスワールコントロールバルブ１３の開度に応じてノーマルポートを通過する空気の流量が変更できるようになっている。そして、スワールコントロールバルブ１３の開度が大きいほど、ノーマルポートから気筒２内に吸入される空気量が増加する。このため、スワールポートにより発生したスワールは相対的に弱まり、気筒２内は低スワール（スワール速度が低い状態）となる。逆に、スワールコントロールバルブ１３の開度が小さいほど、ノーマルポートから気筒２内に吸入される空気量が減少する。このため、スワールポートにより発生したスワールは相対的に強められ、気筒２内は高スワール（スワール速度が高い状態）となる。
【００３６】
また、前記各燃料噴射弁６，６，…は、それぞれ燃料蓄圧容器としてのコモンレール９に接続されている。このコモンレール９には、その内圧（燃料圧力）を検出するコモンレール圧センサ２３が取り付けられている。コモンレール９には燃料配管１０を介して昇圧ポンプ１１が接続され、この昇圧ポンプ１１の吸入側には燃料タンク１２が接続されている。つまり、燃料タンク１２内の燃料が昇圧ポンプ１１により昇圧されてコモンレール９に供給される構成となっている。この供給された高圧燃料はコモンレール９から各燃料噴射弁６，６，…に分配される。
【００３７】
前記ＥＣＵ３０は、前記水温センサ２１、クランク角センサ２２、コモンレール圧センサ２３に電気的に接続されている。また、その他、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ２４、吸気系に備えられて吸入空気量を検出するエアフローメータ２５、吸気圧を検出する吸気圧センサ２６もＥＣＵ３０に電気的に接続されている。そして、これらセンサ２１〜２６からの出力がＥＣＵ３０に入力されるようになっている。また、ＥＣＵ３０は、例えば、燃料噴射弁６、昇圧ポンプ１１、スワールコントロールバルブ１３等に電気的に接続され（燃料噴射弁６に対しては前記ＥＤＵ４０を介して接続され、スワールコントロールバルブ１３に対してはスワールコントロールバルブ開度補正手段であるドライバ４１がスワールコントロールバルブ１３のアクチュエータ（図示省略）に接続され）、必要な制御信号（指令信号）を出力することで、これら機器を制御する。
【００３８】
具体的に、ＥＣＵ３０は、昇圧ポンプ１１に制御信号を発することで、燃料タンク１２からコモンレール９に供給される燃料の圧力を制御する。また、スワールコントロールバルブ１３の開度を制御することで、上述した如くスワール速度を調整する。また、燃料噴射弁６に向けて制御信号（噴射指令信号）を発することで、燃料噴射弁６の燃料噴射制御を行う。
【００３９】
前記燃料噴射弁６からの燃料噴射としては、プレ噴射（副噴射）とメイン噴射（主噴射）とが実行可能である。プレ噴射は、メイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する動作である。また、このプレ噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作である。
【００４０】
前記メイン噴射は、内燃機関１のトルク発生のための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）である。このメイン噴射での噴射量は、基本的には、エンジン回転数、アクセル操作量（アクセル開度）、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えば、エンジン回転数（前記クランク角センサ２２の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ２４により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）内燃機関１のトルク要求値としては高く得られ、それに応じてメイン噴射での燃料噴射量としても多く設定されることになる。
【００４１】
なお、上述したプレ噴射およびメイン噴射の他に、アフタ噴射やポスト噴射が必要に応じて行われる。アフタ噴射は、排気ガス温度を上昇させるための噴射動作である。具体的には、供給された燃料の燃焼エネルギが内燃機関１のトルクに変換されることなく、その大部分が排気の熱エネルギとして得られるタイミングでアフタ噴射は実行される。また、ポスト噴射は、排気系に燃料を直接的に導入して前記触媒装置の昇温を図るための噴射動作である。
【００４２】
また、燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール９の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール９から燃料噴射弁６へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、基本的には、機関負荷（エンジン負荷）が高くなるほど、および、機関回転数（エンジン回転数）が高くなるほど高いものとされる。つまり、前記ＥＣＵ３０は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、昇圧ポンプ１１の燃料吐出量を調量する。
【００４３】
−制御システムの構成−
本実施形態の特徴とする構成として、前記ＥＣＵ３０は、その内部に、メモリ３１、筒内状態算出手段３２、スワール速度算出手段３３、噴霧特性算出手段３４、壁面衝突時間算出手段３５、スワール下流側側面算出手段３６、スワール上流側側面算出手段３７、噴霧間隔算出手段３８、間隔判別手段３９、スワールコントロールバルブ開度補正手段（前記ドライバ）４１を備えている。また、前記ＥＣＵ３０は、噴射条件補正手段としての前記ＥＤＵ４０に対して噴射指令信号を出力する。
【００４４】
以下、各手段の機能について図２を参照しながら説明する。この図２は、気筒２内における一部の領域（３つの噴孔の燃料噴射領域周辺）を示す模式図であって、メイン噴射が実行された際の各噴霧のキャビティ５１内での状態（スワール流によって移動した噴霧の状態）をキャビティ５１上方から見た図である。なお、この図２では、各噴霧同士が部分的に重なり合っている状態を示している。
【００４５】
筒内状態算出手段３２は、前記クランク角センサ２２からのパルス信号、前記水温センサ２１からの冷却水温検知信号、前記アクセル開度センサ２４からのアクセル開度信号、前記エアフローメータ２５からの吸入空気量検知信号などの内燃機関１の運転状態に関する信号を読み込み、気筒２内の状態（筒内密度、吸入空気量など）を算出する。例えば、水温センサ２１からの冷却水温検知信号に基づいて筒内に流入される空気の密度を算出し、クランク角センサ２２からのパルス信号に基づいて算出されるエンジン回転数とアクセル開度センサ２４によって検出されるアクセル開度とから燃料噴射量を算出し、これら空気密度および燃料噴射量から筒内密度を算出する。筒内密度の算出手法はこれに限定されるものではなく、例えば、前記各センサの出力信号と筒内密度との関係を予め実験やシミュレーションによって規定したマップを前記ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶させておき、このマップから筒内密度を求めるようにしてもよい。
【００４６】
スワール速度算出手段３３は、前記クランク角センサ２２からのパルス信号に基づいて算出されたエンジン回転数、および、前記エアフローメータ２５により検出された吸入空気量などから気筒２内におけるスワール速度Ｖｓｗを算出する。このスワール速度Ｖｓｗの算出は、前記ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶され前記エンジン回転数および吸入空気量をパラメータとする演算式により行われる。また、前記各センサの出力信号とスワール速度Ｖｓｗとの関係を予め実験やシミュレーションによって規定したマップを前記ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶させておき、このマップからスワール速度Ｖｓｗを求めるようにしてもよい。
【００４７】
噴霧特性算出手段３４は、燃料噴射の初期値（複数のメイン噴射（分割メイン噴射）を実行する場合はそれぞれの噴射の初期値）、および、前記筒内状態算出手段３２によって算出された気筒２内の状態（筒内密度、吸入空気量など）から、ペネトレーション（噴霧の貫徹力）、燃料の噴霧角、噴射期間を算出する。前記燃料噴射の初期値としては、前記コモンレール圧センサ２３によって検出される燃料圧力（燃料噴射圧力に相当）、燃料噴射量などである。この燃料噴射量は前記ＥＣＵ３０からＥＤＵ４０に出力される指令信号（噴射指令信号）に基づいて認識される。前記ペネトレーションおよび噴霧角は、前記燃料噴射圧力が高いほど大きくなる。噴射期間は、燃料噴射量と燃料噴射圧力とから求められ、目標とする燃料噴射量が得られる期間として算出される。なお、前記噴霧角の算出手法としては、周知の演算式（例えば「廣安の式」）を利用するようにしてもよい。また、予め実験やシミュレーション等によってメイン噴射の噴射形態（ノズルニードルのリフト速度や噴射圧や噴射量など）と噴霧角との関係をマップ化した噴霧角マップを前記ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶させておき、この噴霧角マップから噴霧角を求めるようにしてもよい。
【００４８】
壁面衝突時間算出手段３５は、前記噴霧特性算出手段３４によって算出されたペネトレーションおよび前記噴射期間から壁面衝突時間を算出する。この壁面衝突時間は、燃料噴射の開始から、その燃料噴霧が壁面（ピストン５０の頂面に形成された前記凹部（キャビティ５１）の壁面５２）に到達するまでの時間である。このため、燃料噴霧がキャビティ壁面５２に到達しない場合には、壁面衝突時間が噴射期間に対して十分に長いとされる。
【００４９】
図３は、この壁面衝突時間と燃料の噴射期間との関係を示している。図中におけるメイン噴射噴霧先端位置を示す波形のうち実線は、壁面衝突時間が燃料噴射期間よりも短い場合を示している。つまり、燃料噴射期間中（未だ燃料噴射弁６からの燃料噴射が終了していないタイミング）において、燃料噴霧の一部がキャビティ壁面５２に衝突した場合である。この場合、キャビティ壁面５２に衝突した燃料噴霧は、その後、燃料噴射弁６側に向けて反転されることになる（図中において、メイン噴射噴霧先端位置がキャビティ壁面５２に到達した後、短くなっていることを参照）。
【００５０】
また、図中に一点鎖線で示すメイン噴射噴霧先端位置の波形は、壁面衝突時間が燃料噴射期間よりも長い場合を示している。つまり、燃料噴射期間が終了しても燃料噴霧がキャビティ壁面５２に到達していない場合である。
【００５１】
スワール下流側側面算出手段３６は、前記壁面衝突時間が噴射時間よりも短い場合（燃料噴射期間中に燃料噴霧の一部がキャビティ壁面５２に衝突した場合）に、噴霧角（前記噴霧特性算出手段３４によって算出された噴霧角）、および、スワール速度Ｖｓｗ（前記スワール速度算出手段３３によって算出されたスワール速度）を利用してスワール下流側側面位置θLを算出する。このスワール下流側側面位置θLは、図２に示すように、噴孔から噴射された燃料の軸心（図中に一点鎖線で示し、スワール流によって流される前の軸心；噴孔の中心軸に略一致）から、スワール流れ方向下流側の噴霧側面までの角度として与えられるものであり、以下の式（１）により算出される。
【００５２】
θL＝（１／２）×噴霧角＋Ａ×Ｖｓｗ×ｔｉｍｐ      …（１）
ここで、ｔｉｍｐは壁面衝突時間であり、Ａは燃料噴霧のスワール流れ方向下流側に向けての拡散率であって、例えば「１．１」である。この拡散率の値はこれに限定されるものではなく、実験やシミュレーションによって求められる。
【００５３】
燃料噴射弁６から噴射された燃料は前記スワール流によって気筒２内の周方向に流されることでスワール下流側側面位置θLが移動（スワール流れ方向下流側に向けて移動）していく。また、この燃料噴霧は、それ自身の拡散によってもスワール下流側側面位置θLがスワール流れ方向下流側に向けて移動していく。前記式（１）は、これらを考慮してスワール下流側側面位置θLを算出するものとなっている。
【００５４】
スワール上流側側面算出手段３７は、前記壁面衝突時間が噴射時間よりも短い場合（燃料噴射期間中に燃料噴霧の一部がキャビティ壁面５２に衝突した場合）に、噴霧角（前記噴霧特性算出手段３４によって算出された噴霧角）から、スワール上流側側面位置θUを算出する。このスワール上流側側面位置θUは、図２に示すように、噴孔から噴射された燃料の軸心（スワール流によって流される前の軸心；噴孔の中心軸に略一致）から、スワール流れ方向上流側の噴霧側面までの角度として与えられるものであり、以下の式（２）により算出される。
【００５５】
θU＝（１／２）×噴霧角      …（２）
このスワール上流側側面位置θUの算出式（２）においてスワール速度Ｖｓｗや燃料噴霧の拡散率の項を有していない理由は、上述した如く、スワール上流側側面位置θUの計算は、壁面衝突時間が噴射時間よりも短い場合（燃料噴射期間中に燃料の一部がキャビティ壁面５２に衝突する状況である場合）に行われ、この計算の開始時には、燃料噴射弁６からの燃料噴射が未だ継続しており、スワールの影響を受けて周方向に流される前の噴霧で且つ未だ拡散が生じていない噴霧が存在しているからである。つまり、このスワール上流側側面位置θUは噴霧角のみによって一義的に決定されるものである。
【００５６】
噴霧間隔算出手段３８は、前記スワール下流側側面位置θLおよびスワール上流側側面位置θUを利用して噴霧間隔θDを算出する。この噴霧間隔θDは、互いに隣り合う噴霧同士の間隔（気筒２内の周方向の間隔；スワール流れ方向上流側に位置する噴霧のスワール下流側側面位置θLと、そのスワール流れ方向下流側で隣り合う噴霧のスワール上流側側面位置θUとの間隔）である。互いに隣り合う噴霧同士が重なり合っておらず、この両者間に隙間が生じている場合には、この噴霧間隔θDは正の値となる。また、互いに隣り合う噴霧同士が部分的に重なっている場合には、この噴霧間隔θDは負の値となる（図２に示す状態を参照）。
【００５７】
この噴霧間隔θDは以下の式（３）により算出される。
【００５８】
θD＝（３６０／噴孔数）−（θL＋θU）      …（３）
間隔判別手段３９は、前記噴霧間隔算出手段３８によって算出された噴霧間隔θDが適正な範囲内にあるか否かを判別する。この適正な範囲としては、隣り合う噴霧同士が重なり合っておらず且つ隙間も生じていない値（噴霧間隔θD＝０）から、隣り合う噴霧同士の隙間が所定の酸素利用率以上を確保できるようになっている値（噴霧間隔θD≦Ｔh）の範囲となっている。以下、このＴhを「噴霧間隔許容最大値」ということとする。この噴霧間隔許容最大値Ｔhは、予め実験やシミュレーションなどによって設定され、燃料の燃焼時におけるスモーク発生量が所定の規制量未満に抑えられる値として設定される。
【００５９】
噴射条件補正手段（ＥＤＵ）４０は、前記噴霧間隔θDが適正でない場合に、燃料噴射条件を変更する。具体的には、燃料の噴射圧力や燃料の噴射形態を制御することによって、噴霧間隔θDを所定範囲内（０≦θD≦Ｔh）に調整する。具体的な制御動作については後述する。
【００６０】
スワールコントロールバルブ開度補正手段４１は、前記噴霧間隔θDが適正でない場合に、スワールコントロールバルブ１３の開度を変更する。具体的には、スワールコントロールバルブ１３の開度の変更によって、スワール速度Ｖｓｗを制御し、これによって噴霧間隔θDを所定範囲内（０≦θD≦Ｔh）に調整する。具体的な制御動作については後述する。
【００６１】
−メイン噴射制御動作−
次に、上述の如く構成されたエンジンシステムにおけるメイン噴射制御動作について具体的に説明する。図４は、本実施形態におけるメイン噴射制御動作の手順を示すフローチャート（メイン噴射制御ルーチン）である。このフローチャートは、内燃機関１の始動後、所定時間毎、または、燃料噴射弁６からの燃料噴射（メイン噴射）が行われる毎に繰り返し実行される。
【００６２】
まず、ステップＳＴ１において、現在の内燃機関１の運転状態を読み込む。具体的には、前記水温センサ２１からの冷却水温検知信号、前記クランク角センサ２２からのパルス信号、前記アクセル開度センサ２４からのアクセル開度信号、前記エアフローメータ２５からの吸入空気量検知信号などの内燃機関１の運転状態に関する信号を読み込む。
【００６３】
そして、ステップＳＴ２において、これら読み込んだ内燃機関１の運転状態から、気筒２内の状態（筒内密度、吸入空気量など）を算出する（前記筒内状態算出手段３２における上述した筒内状態算出動作）。
【００６４】
次に、ステップＳＴ３に移り、前記クランク角センサ２２からのパルス信号に基づいて算出された内燃機関１の回転数、および、前記エアフローメータ２５により検出された吸入空気量などから気筒２内におけるスワール速度Ｖｓｗを算出する（前記スワール速度算出手段３３における上述したスワール速度算出動作）。
【００６５】
次に、ステップＳＴ４に移り、燃料噴射の初期値（複数のメイン噴射（分割メイン噴射）を実行する場合はそれぞれの噴射の初期値）を読み込む。
【００６６】
そして、ステップＳＴ５において、この読み込んだ燃料噴射の初期値、および、前記ステップＳＴ２で算出された気筒２内の状態から、ペネトレーション（噴霧の貫徹力）、燃料の噴霧角、噴射期間を算出する（前記噴霧特性算出手段３４における上述した噴霧特性算出動作）。
【００６７】
ステップＳＴ６では、前記ステップＳＴ５で算出したペネトレーション、および、燃料の噴射期間から壁面衝突時間ｔimpを算出する（前記壁面衝突時間算出手段３５における上述した壁面衝突時間算出動作）。
【００６８】
ステップＳＴ７では、前記ステップＳＴ６で算出した壁面衝突時間ｔimpと、前記ステップＳＴ４で算出した噴射期間とを比較する。具体的には、前記壁面衝突時間ｔimpが噴射期間以下であるか否か、つまり、燃料噴射弁６からの燃料噴射動作が終了した時点または終了するまでに、その燃料の噴霧がキャビティ壁面５２に衝突する（燃料噴霧の先端位置がキャビティ壁面５２に達する）状況であるか否かを判定する。
【００６９】
前記壁面衝突時間ｔimpが噴射期間を超えており、ステップＳＴ７でＮＯ判定された場合には、燃料噴霧がキャビティ壁面５２に衝突する状況にはないため、前記噴射条件の補正およびスワールコントロールバルブ１３の開度補正をともに実行することなくリターンされる。これは、燃料噴霧がキャビティ壁面５２に衝突する状況にない場合にあっては、隣り合う噴霧同士がその後に重なり合うか否かの判断が困難であり、前記スワール下流側側面位置θL、スワール上流側側面位置θUおよび噴霧間隔θDを算出したとしても、これら値に誤差が含まれる可能性が高く、適正な噴射条件の補正やスワールコントロールバルブ１３の開度補正を行うことができない可能性があるためである。
【００７０】
一方、前記壁面衝突時間ｔimpが噴射期間以下であり、ステップＳＴ７でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ８に移り、前記スワール下流側側面位置θLを算出する。つまり、前記式（１）を利用してスワール下流側側面位置θLを算出する（前記スワール下流側側面算出手段３６における上述したスワール下流側側面算出動作）。
【００７１】
また、ステップＳＴ９では、前記スワール上流側側面位置θUを算出する。つまり、前記式（２）を利用してスワール上流側側面位置θUを算出する（前記スワール上流側側面算出手段３７における上述したスワール上流側側面算出動作）。
【００７２】
ステップＳＴ１０では、噴霧間隔θDを算出する。つまり、前記式（３）を利用して噴霧間隔θDを算出する（前記噴霧間隔算出手段３８における上述した噴霧間隔算出動作）。
【００７３】
次に、ステップＳＴ１１に移り、前記ステップＳＴ１０で算出した噴霧間隔θDが上述した所定範囲内にあるか否かを判定する。この所定の範囲としては、上述した如く「０」〜「Ｔh（噴霧間隔許容最大値）」（０≦θD≦Ｔh）に設定されている。
【００７４】
一般に、図５に示すように、燃料噴射弁６から噴射された燃料は、キャビティ５１内に拡散していき、このキャビティ壁面５２（図中に一点鎖線Ｉで示す噴霧軸線の延長方向で燃料噴射弁６に対面する壁面）に衝突した後（図５（ａ）を参照）、このキャビティ壁面５２に沿って反転しながら成長し（図５（ａ）に示す矢印を参照）、燃料噴射弁６に向かうように流れ方向が変化する（図５（ｂ）を参照）。
【００７５】
この場合に、燃料噴射弁６から噴射された燃料の噴霧角が適正値よりも小さいと、図７（ａ）に示すように(この図７（ａ）は、互いに隣り合う燃料噴霧同士の間に隙間が生じている場合であって、上段は燃料噴霧がキャビティ壁面５２に到達した時点であり、下段はその後に所定時間が経過して噴霧がキャビティ壁面５２に沿って反転した状態を示している）、互いに隣り合う燃料噴霧同士の間の隙間（噴霧間隔θD）が大きくなり、燃料の噴霧が存在していない領域が気筒２内の比較的広い領域として生じる可能性がある。このような状況では、燃料の燃焼に寄与しない酸素が存在する領域が発生し、その結果、燃焼場での酸素不足によってスモークが発生してしまう可能性がある。このような場合における燃料の噴霧角に対する噴霧間隔θDおよびスモーク発生量の関係は、図６における噴霧角αに示す範囲となり、噴霧角が小さいほど、噴霧間隔θDが大きくなり、それにともなって燃焼場での酸素不足に起因するスモークの発生量は増大することになる。このような状況は、例えば、燃料噴射圧が比較的低い場合や、スワール速度が比較的低い場合が想定される。また、この場合、噴霧の運動量（燃料噴射弁６から噴射された燃料がキャビティ壁面５２に向かって流れる運動量）が比較的大きく、スワール流れ方向の運動量が比較的小さい状況となっており、このため、前記噴霧間隔θDが大きくなっている。
【００７６】
一方、燃料噴射弁６から噴射された燃料の噴霧角が適正値よりも大きいと、図７（ｂ）に示すように(この図７（ｂ）は、互いに隣り合う燃料噴霧同士の一部が重なり合っている場合であって、上段は燃料噴霧がキャビティ壁面５２に到達する前の状態であり、下段はその後に所定時間が経過して噴霧がキャビティ壁面５２に沿って反転した状態（燃料噴霧同士が重なり合っている領域での状態）を示している）、隣り合う燃料噴霧同士が部分的に重なり合うことになり、その重なり合い領域における酸素不足によってスモークが発生してしまう可能性がある。このような場合における燃料の噴霧角に対する噴霧間隔θDおよびスモーク発生量の関係は、図６における噴霧角βに示す範囲となり、噴霧角が大きいほど、噴霧間隔θDが小さくなり（噴霧間隔θDが負の値となって燃料噴霧同士が互いに重なり合う状況となり）、それにともなって、重なり領域での燃料によってスモークの発生量は増大することになる。このような状況は、例えば、燃料噴射圧が比較的高い場合や、スワール速度が比較的高い場合が想定される。更に、このような状況では、燃料噴霧がキャビティ壁面５２に衝突した後の燃料噴射弁６側への成長が弱くなり、その結果、筒内の空気利用率が悪化し、これもスモークの発生量の増大の要因となる（図７（ｂ）の下段に示す図では、領域Ａ１での空気が燃焼に寄与しておらず、その結果、噴霧内の当量比がリッチになっている）。また、この場合、噴霧の運動量（燃料噴射弁６から噴射された燃料がキャビティ壁面５２に向かって流れる運動量）が比較的小さく、スワール流れ方向の運動量が比較的大きい状況となっており、このため、前記燃料噴霧同士が互いに重なり合うことになる。
【００７７】
前記噴霧間隔θDが所定範囲内にない場合、つまり、噴霧間隔θDが「０」よりも小さい場合や、噴霧間隔θDが「Ｔh」よりも大きい場合には、ステップＳＴ１１でＮＯ判定される。ここで、噴霧間隔θDが「０」よりも小さい場合とは、隣り合う燃料噴霧同士が部分的に重なり合っており、この重なり合い部分で燃焼が行われた際に、酸素不足に起因してスモークの発生が懸念される場合である。一方、噴霧間隔θDが「Ｔh」よりも大きい場合とは、隣り合う燃料噴霧同士の間隔が大きく、前記酸素利用率が低いために、筒内の酸素が十分に利用されず、この際にも燃焼場において酸素不足に起因してスモークの発生が懸念される場合である。
【００７８】
このステップＳＴ１１でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ１２に移り、噴霧間隔θDは適正化されていないとして、噴射条件の補正またはスワールコントロールバルブ１３の開度補正を実行する（これらの補正動作については後述する）。
【００７９】
一方、前記噴霧間隔θDが所定範囲内にある場合、つまり、噴霧間隔θDが「０」〜「Ｔh」の範囲内にある場合には、ステップＳＴ１１でＹＥＳ判定される。ここで、噴霧間隔θDが「０」〜「Ｔh」の範囲内にある場合とは、隣り合う燃料噴霧同士の間に間隔が存在していないか、間隔が存在していたとしてもその値は小さく、十分な酸素利用率が確保されており、スモークが殆ど発生しない場合である。
【００８０】
前記噴霧間隔θDが前記所定範囲内にあり、ステップＳＴ１１でＹＥＳ判定された場合には、この噴霧間隔θDは適正化されており、スモークの発生量は所定の規制量未満であるとして、前記噴射条件の補正またはスワールコントロールバルブ１３の開度補正を実行することなくリターンされる。
【００８１】
以上の動作が繰り返されることにより、噴霧間隔θDが前記所定の範囲内となるように、前記噴射条件の補正またはスワールコントロールバルブ１３の開度補正が行われていく。
【００８２】
−噴霧間隔の調整動作−
次に、前記ステップＳＴ１２で行われる補正動作（噴射条件の補正やスワールコントロールバルブ１３の開度補正）について説明する。この補正動作としては、燃料噴射圧調整動作、噴射分割動作、スワール速度調整動作がある。以下、それぞれについて説明する。
【００８３】
（燃料噴射圧調整動作）
まず、燃料噴射圧調整動作について説明する。この燃料噴射圧調整動作は、例えば図８（ａ）に示すように、噴霧間隔θDが噴霧間隔許容値Ｔhよりも大きい場合に行われる。
【００８４】
具体的には、前記噴霧間隔θDが、前記噴霧間隔許容最大値Ｔhよりも大きい場合（Ｔh＜θD）、前記ＥＣＵ３０は、前記目標レール圧を上昇させることによって前記昇圧ポンプ１１の燃料吐出量を増量する。これによりコモンレール９の内圧が上昇し、これにともなって燃料噴射弁６からの燃料噴射圧が高くなる。このようにして燃料噴射圧が高くなると、燃料の噴霧角が大きくなるとともに、噴射燃料のペネトレーションが高くなる。
【００８５】
そして、図８（ｂ）に示すように、噴霧の先端位置がキャビティ壁面５２に達した時点における前記噴霧間隔θDが前記所定範囲（０≦θD≦Ｔh）内となるように燃料噴射圧をフィードバック制御する。
【００８６】
ここで、噴霧間隔θDの目標値としては、例えば「０（０＝θD）」よりも僅かに大きな値として設定される。これは、噴霧間隔θDの目標値を「０」に設定した場合、上述した各センサのセンシング値の誤差や、各噴孔径のバラツキなどの影響によって、一部の噴霧同士が部分的に重なってしまう可能性があるので、これを回避するためである。なお、噴霧間隔θDの目標値としてはこれに限定されるものではない。
【００８７】
以上の燃料噴射圧調整動作により、図８（ｂ）の上段に示すように、筒内における燃料の分布が均等化されて、筒内の酸素を過不足無く燃焼に寄与させることが可能になり、また、噴霧同士が部分的に重なり合って当量比がリッチになるといったこともなくなる。また、図８（ｂ）の下段に示すように、燃料噴射圧の増加にともなうペネトレーションの上昇にともない、キャビティ壁面５２に衝突した燃料噴霧がキャビティ壁面５２に沿って反転する際の燃料噴射弁６に向かう方向への成長が促されることになり、これによっても広範囲に亘って噴霧を拡散させることが可能になる。
【００８８】
その結果、燃焼場での酸素不足に起因するスモークの発生を回避することが可能になる。特に、燃料噴射量が多くなる高負荷運転時には、内燃機関１の要求出力を得ながらもスモークの発生を回避することが可能になり、内燃機関１の性能向上および排気エミッションの改善を両立することができる。
【００８９】
（噴射分割動作）
次に、噴射分割動作について説明する。この噴射分割動作は、例えば図９（ａ）に示すように、噴霧同士が部分的に重なり合っている場合（噴霧間隔θDが負の値である場合）に行われる。
【００９０】
具体的には、前記噴霧間隔θDが負の値である場合、前記ＥＣＵ３０は、メイン噴射の噴射形態として２回または３回の分割メイン噴射を実行することで、このメイン噴射で必要とされる総メイン噴射量（要求トルクを得るための総燃料噴射量）を確保するようにする。つまり、先行するメイン噴射を実行した後、燃料噴射を一旦停止し、所定のインターバルを経た後に、後続するメイン噴射を実行する。このインターバルとしては、例えば燃料噴射弁６の性能によって決定される最短閉弁期間（燃料噴射弁６が閉弁してから開弁を開始するまでの最短期間：例えば２００μｓ）として設定される。この分割メイン噴射のインターバルは前記値に限定されるものではない。このような分割メイン噴射を実行することにより、メイン噴射１回当たりの燃料噴射量を減量することにより、燃料の噴霧角が小さくなる。
【００９１】
そして、図９（ｂ）に示すように、噴霧の先端位置がキャビティ壁面５２に達した時点における前記噴霧間隔θDが前記所定範囲（０≦θD≦Ｔh）内となるようにメイン噴射の分割回数や前記インターバルをフィードバック制御する。また、前記噴霧間隔θDの値（負の値）に対してメイン噴射の分割数や前記インターバルを規定したマップを前記ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶させておき、このマップからメイン噴射の分割数やインターバルを求めるようにしてもよい。
【００９２】
以上の噴射分割動作により、図９（ｂ）の上段に示すように、筒内における燃料の分布が均等化されて、筒内の酸素を過不足無く燃焼に寄与させることが可能になり、また、噴霧同士が部分的に重なり合って当量比がリッチになるといったこともなくなる。また、図９（ｂ）の下段に示すように、分割された各噴射の燃料噴霧がそれぞれキャビティ５１内の広範囲に亘って拡散されることになる。具体的には、先行するメイン噴射（分割メイン噴射）の噴射量を多くし、後続するメイン噴射（分割メイン噴射）の噴射量を少なくした場合には、前記先行するメイン噴射で噴射された燃料噴霧のペネトレーションは高く、前記後続するメイン噴射で噴射された燃料噴霧のペネトレーションは低くなる。このため、先行するメイン噴射の燃料噴霧はキャビティ壁面５２に達し、このキャビティ壁面５２に沿って反転する。そして、このキャビティ壁面５２の周辺で燃焼場を形成する（図９（ｂ）の下段における噴霧Ｆ１を参照）。また、後続するメイン噴射の燃料噴霧はキャビティ壁面５２までは達せず、このキャビティ壁面５２の手前側で燃焼場を形成する（図９（ｂ）の下段における噴霧Ｆ２を参照）。
【００９３】
その結果、燃焼場での酸素不足に起因するスモークの発生を回避することが可能になる。特に、燃料噴射量が多くなる高負荷運転時には、内燃機関１の要求出力を得ながらもスモークの発生を回避することが可能になり、内燃機関１の性能向上および排気エミッションの改善を両立することができる。
【００９４】
（スワール速度調整動作）
次に、スワール速度調整動作について説明する。この燃料噴射圧調整動作は、例えば図１０（ａ）に示すように、噴霧間隔θDが噴霧間隔許容値Ｔhよりも大きい場合、および、図１１（ａ）に示すように、噴霧同士が部分的に重なり合っている場合（噴霧間隔θDが負の値である場合）の何れにおいても実行可能である。
【００９５】
まず、噴霧間隔θDが噴霧間隔許容値Ｔhよりも大きい場合（Ｔh＜θD）、前記ＥＣＵ３０は、前記スワールコントロールバルブ１３の開度を小さくすることで、スワール速度を増加させる。これにより、筒内に噴射された噴霧のスワール流れ方向下流側への拡散量が増大し、前記スワール下流側側面位置θLが、スワール流れ方向下流側に位置する噴霧のスワール上流側側面位置θUに近づくことになる。
【００９６】
そして、図１０（ｂ）に示すように、噴霧の先端位置がキャビティ壁面５２に達した時点における前記噴霧間隔θDが前記所定範囲（０≦θD≦Ｔh）内となるようにスワールコントロールバルブ１３の開度をフィードバック制御する。この図１０（ｂ）における二点鎖線はスワール速度調整動作の実行前における各噴霧の状態を示し、実線はスワール速度調整動作の実行後における各噴霧の状態を示している。
【００９７】
ここでの噴霧間隔θDの目標値も、上述した燃料噴射圧調整動作の場合と同様に、「０（０＝θD）」よりも僅かに大きな値として設定される。なお、噴霧間隔θDの目標値としてはこれに限定されるものではない。
【００９８】
一方、噴霧同士が部分的に重なり合っている場合（噴霧間隔θDが負の値である場合）、前記ＥＣＵ３０は、前記スワールコントロールバルブ１３の開度を大きくすることで、スワール速度を低下させる。これにより、筒内に噴射された噴霧のスワール流れ方向下流側への拡散量が縮小し、前記スワール下流側側面位置θLが、スワール流れ方向上流側に向けて移動することになる。
【００９９】
そして、図１１（ｂ）に示すように、噴霧の先端位置がキャビティ壁面５２に達した時点における前記噴霧間隔θDが前記所定範囲（０≦θD≦Ｔh）内となるようにスワールコントロールバルブ１３の開度をフィードバック制御する。この図１１（ｂ）における二点鎖線はスワール速度調整動作の実行前における各噴霧の状態を示し、実線はスワール速度調整動作の実行後における各噴霧の状態を示している。この場合、スワール速度の低下にともない、噴霧の運動量（燃料噴射弁６から噴射された燃料がキャビティ壁面５２に向かって流れる運動量）が相対的に大きくなり、燃料噴霧はキャビティ壁面５２側に向かう拡散量が拡大している。
【０１００】
ここでの噴霧間隔θDの目標値も、「０（０＝θD）」よりも僅かに大きな値として設定される。なお、噴霧間隔θDの目標値としてはこれに限定されるものではない。
【０１０１】
以上の如くスワールコントロールバルブ１３の開度の制御によってスワール速度を調整することにより、筒内における燃料の分布が均等化されて、筒内の酸素を過不足無く燃焼に寄与させることが可能になり、また、噴霧同士が部分的に重なり合って当量比がリッチになるといったこともなくなる。その結果、酸素不足に起因するスモークの発生を回避することが可能になる。特に、燃料噴射量が多くなる高負荷運転時には、内燃機関１の要求出力を得ながらもスモークの発生を回避することが可能になり、内燃機関１の性能向上および排気エミッションの改善を両立することができる。
【０１０２】
−他の実施形態−
前記実施形態では、自動車に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。
【０１０３】
また、前記実施形態では、同時に噴射された燃料噴霧同士の噴霧間隔θDを適正化する場合を例に挙げて説明した。本発明は、これに限らず、複数回のメイン噴射（分割メイン噴射）が行われる場合に、先行して噴射された燃料の噴霧と、後続して噴射された燃料の噴霧との間の噴霧間隔を適正化する場合に対しても適用することが可能である。
【０１０４】
また、燃料噴射弁６の噴孔数は上述したもの（１２個）に限らず、周方向に亘って複数の噴孔を有する燃料噴射弁を搭載した内燃機関であれば本発明は適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、コモンレール式のディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射弁の各噴孔から噴射されたメイン噴射の噴霧同士の間隔を適正化してエンジン性能の確保と排気エミッションの改善とを両立する制御に適用可能である。
【符号の説明】
【０１０６】
１        内燃機関
２        気筒
６        燃料噴射弁（燃料噴射装置）
３０      ＥＣＵ
３２      筒内状態算出手段
３３      スワール速度算出手段
３４      噴霧特性算出手段
３５      壁面衝突時間算出手段
３６      スワール下流側側面算出手段
３７      スワール上流側側面算出手段
３８      噴霧間隔算出手段
３９      間隔判別手段
４０      ＥＤＵ（噴射条件補正手段）
４１      スワールコントロールバルブ開度補正手段
５０      ピストン
５１      キャビティ
５２      キャビティ壁面
θU       スワール上流側側面位置
θL       スワール下流側側面位置
θD       噴霧間隔
Ｖｓｗ    スワール速度
ｔｉｍｐ  壁面衝突時間
【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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