(57)【要約】【課題】本発明は、自着火温度が比較的高い燃料を使用する内燃機関において、スモークの発生量を抑制しつつディーゼル燃焼を実現することを目的とする。【解決手段】圧縮行程中の第１噴射時期に第１噴射を実行するとともにスプレーガイド燃焼を生じさせ、該スプレーガイド燃焼発生後且つ圧縮行程上死点前の時期であって、スプレーガイド燃焼によって生じた火炎を起点として噴射燃料の燃焼が開始される第２噴射時期に第２噴射の実行を開始することで、燃料の自着火および拡散燃焼を生じさせる。さらに、機関負荷が所定負荷より高い運転領域では、圧縮行程における第１噴射時期よりも前の時期であって、第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼により噴射燃料が燃焼することになる第３噴射時期に第３噴射を行う。【選択図】図１３
2016000969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁から噴射された噴霧が点火可能領域を通過し該噴霧に直接に点火可能となるように、該燃料噴射弁に対する相対位置が決定された点火装置と、
圧縮行程中の第１噴射時期に前記燃料噴射弁による第１噴射を実行するとともに該第１噴射によって形成されるプレ噴霧に対し前記点火装置によって点火を行い、さらに、前記点火装置による前記プレ噴霧への点火後であり且つ圧縮行程上死点前の時期であって、前記第１噴射時期とのインターバルが、前記プレ噴霧への点火によって生じた火炎を起点として噴射燃料の燃焼が開始されるように設定された所定の第１噴射インターバルとなる第２噴射時期に前記燃料噴射弁による第２噴射の実行を開始することで、燃料の自着火を発生させるとともに少なくとも該第２噴射によって噴射された燃料の一部を拡散燃焼させる燃焼制御手段と、を備え
前記燃焼制御手段が、内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い運転領域では、前記第１噴射および第２噴射に加えて、圧縮行程における前記第１噴射時期よりも前の時期であって、前記第１噴射時期とのインターバルが、前記第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼により噴射燃料が燃焼するように設定された所定の第２噴射インターバルとなる第３噴射時期に前記燃料噴射弁による第３噴射を実行する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃焼制御手段が、内燃機関の機関負荷が前記所定負荷より高い運転領域では、機関負荷の上昇に従って、前記第３噴射の燃料噴射量を増量するとともに前記第３噴射時期を進角する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃焼制御手段が、機関負荷の上昇に従って前記第３噴射の燃料噴射量を増量する際に、機関負荷の上昇分に対応する総燃料噴射量の増量分のうちの５割以上を前記第３噴射の燃料噴射量の増量分とし、該総燃料噴射量の増量分のうちの残りを前記第１噴射または第２噴射の少なくともいずれかの燃料噴射量の増量分とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃焼制御手段が、内燃機関の機関負荷が前記所定負荷より高い運転領域では、該機関負荷に関わらず前記第２噴射の燃料噴射量を一定量に制御する請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃焼制御手段が、内燃機関の機関負荷が前記所定負荷より高い運転領域では、該機関負荷に関わらず前記第１噴射の燃料噴射量を一定量に制御する請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃焼制御手段が、内燃機関の機関負荷が前記所定負荷以下の運転領域では、該機関負荷の上昇に従って、前記第１噴射の燃料噴射量を増量するとともに前記第１噴射時期を進角し、且つ、内燃機関の機関負荷が前記所定負荷より高い運転領域では、前記第１噴射の燃料噴射量を、該機関負荷が前記所定負荷以下の運転領域における前記第１噴射の最大燃料噴射量よりも少ない量で一定量に制御するとともに、前記第１噴射時期を、該機関負荷が前記所定負荷以下の運転領域における前記第１噴射時期の最大進角時期よりも遅い時期で一定の時期に制御する請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記所定負荷が、前記第１噴射の燃料噴射量の上限値と前記第２噴射の燃料噴射量の上限値との和に対応する機関負荷である請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室内の圧縮空気に対して燃料を直接噴射して該燃料を自着火させ拡散燃焼させる燃焼形態である、いわゆるディーゼル燃焼は、火花点火による燃焼と比べて熱効率が高い。近年、このようなディーゼル燃焼の利点をガソリンエンジンにおいても享受すべく、ガソリンの自着火および拡散燃焼による燃焼を成立させるための技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示の技術では、先ず、筒内噴射弁によって圧縮行程前半に第１の燃料噴射を行うことで燃焼室内全域にほぼ均質な混合気を形成する。そして、第１の燃料噴射によって形成された混合気に対し火花点火を行う。その後に第２の燃料噴射を行って噴射された燃料を燃焼させ、さらに、この燃焼による燃焼室内の温度および圧力上昇により残りの燃料を自着火させる。
【０００４】
また、特許文献２には、ガソリンエンジンの運転領域のうち比較的高負荷であってノッキングが生じやすい領域において拡散燃焼を行う技術が開示されている。この特許文献２に開示の技術では、ノッキングが生じやすい運転領域において、先ず、圧縮行程上死点よりも前の時期に気筒内に第１の燃料噴射を行い、噴射された燃料を火花点火により燃焼させる。そして、この燃焼によって燃焼室内の圧力が高くなっている圧縮行程上死点後の時期に気筒内に第２の燃料噴射を行い、該燃料を拡散燃焼させる。なお、当該技術においては、エンジンの機関回転速度に応じて、燃焼室内全体に均一な混合気を形成する均質燃焼噴射と、燃焼室内の一部の領域にのみ混合気を形成する成層燃焼噴射とのうちのいずれか一方が第１の燃料噴射として選択される。
【０００５】
また、特許文献３には、自着火温度が比較的高い天然ガス等を燃料としてディーゼル燃焼を実現させるための技術が開示されている。この特許文献３に開示の技術では、先ず、燃焼室内の所定の火花点火領域において圧縮行程の初期又は中期に燃料噴射を行うことで火花点火可能な混合気を形成する。そして、この火花点火領域に形成された混合気に対して圧縮行程上死点直前の時期に点火することで火花点火燃焼を行う。これによって、燃焼室内が天然ガスの自着火が可能な高温且つ高圧の状態となる。その後、高温高圧状態の燃焼室内に直接燃料を噴射して該燃料をディーゼル燃焼させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２７６４４２号公報
【特許文献２】特開２００７−０６４１８７号公報
【特許文献３】特開２００３−２５４１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガソリンのように自着火温度が比較的高い燃料を用いてディーゼル燃料を行う場合、機関負荷の上昇に従って燃焼室内への燃料噴射量が増加すると、局所的に燃料に対する酸素の量が不足した状態が生じ、その結果、スモークの発生量が増加する虞がある。本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、自着火温度が比較的高い燃料を使用する内燃機関において、スモークの発生量を抑制しつつディーゼル燃焼を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、圧縮工程中に、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁によって第１噴射が行われるとともに、該第１噴射によって噴射された燃料（以下、「第１噴射燃料」と称する場合もある）に対して火花点火が行われる。その後、圧縮行程上死点前に、主に内燃機関の出力を決定する第２噴射が開始される。これにより、第１噴射燃料に対して火花点火を行うことで生じた火炎を起点として、第２噴射によって噴射された燃料（以下、「第２噴射燃料」と称する場合もある）の燃焼が開始され、さらに燃料の自着火および拡散燃焼が生じる。
【０００９】
そして、本発明では、内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い運転領域において、第１噴射および第２噴射に加えて第３噴射が行われる。この第３噴射は圧縮行程中における第１噴射よりも前の時期に行われるものである。そして、第３噴射によって噴射された燃料（以下、「第３噴射燃料」と称する場合もある）は第２噴射の実行開始後に自着火または拡散燃焼によって燃焼する。なお、本発明に係る「第１噴射」、「第２噴射」、「第３噴射」との用語は、一燃焼サイクル中に行われる各燃料噴射を区別するために便宜的に用いられているに過ぎない。
【００１０】
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の制御装置は、
内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁から噴射された噴霧が点火可能領域を通過し該噴霧に直接に点火可能となるように、該燃料噴射弁に対する相対位置が決定された点火装置と、
圧縮行程中の第１噴射時期に前記燃料噴射弁による第１噴射を実行するとともに該第１噴射によって形成されるプレ噴霧に対し前記点火装置によって点火を行い、さらに、前記点火装置による前記プレ噴霧への点火後であり且つ圧縮行程上死点前の時期であって、前記第１噴射時期とのインターバルが、前記プレ噴霧への点火によって生じた火炎を起点として噴射燃料の燃焼が開始されるように設定された所定の第１噴射インターバルとなる第２噴射時期に前記燃料噴射弁による第２噴射の実行を開始することで、燃料の自着火を発生させるとともに少なくとも該第２噴射によって噴射された燃料の一部を拡散燃焼させる燃焼制御手段と、を備え
前記燃焼制御手段が、内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い運転領域では、前記第１噴射および第２噴射に加えて、圧縮行程における前記第１噴射時期よりも前の時期であって、前記第１噴射時期とのインターバルが、前記第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼により噴射燃料が燃焼するように設定された所定の第２噴射インターバルとなる第３噴射時期に前記燃料噴射弁による第３噴射を実行する。
【００１１】
本発明に係る点火装置は、燃料噴射弁から噴射され点火可能領域を通過する燃料噴霧である通過噴霧に対して直接点火が可能となるように、燃料噴射弁との相対的な位置関係が決定されている。一般的な燃料噴霧への点火形態として、吸気弁の開弁に伴い燃焼室内に形成される気流や、ピストンの頂部に位置するキャビティ等の形状を利用して、点火装置の点火可能領域に燃料噴霧を運び、該燃料噴霧に対して点火装置よる点火を行う形態が知られている。ただし、このような一般的な点火形態では、燃料噴霧への点火を良好に行うために、燃料噴射弁からの噴射時期が、吸気弁の開弁時期や気筒内でのピストン位置等によって制限されることになる。これに対し、本発明に係る内燃機関の制御装置では、上記の通り燃料噴射弁と点火装置の相対位置が関係付けられているため、燃料噴射時期及び点火時期の制御の自由度が極めて高くなる。そのため、後述する燃焼制御手段による燃料噴射の制御が実現可能となる。なお、好ましくは、本発明に係る点火装置は、内燃機関の吸気弁の開弁時期やピストン位置に関係なく任意の時期に、燃料噴射弁からの通過噴霧に対して直接点火が可能に構成される。
【００１２】
本発明に係る燃焼制御では、先ず、圧縮行程中の第１噴射時期に第１噴射が行われるとともに、点火装置による第１噴射燃料によって形成されたプレ噴霧への点火が行われる。その後、圧縮行程上死点前の第２噴射時期に第２噴射の実行が開始されると、燃料の自着火および拡散燃焼が生じる。なお、第２噴射は、圧縮行程上死点前に実行が開始される噴射であるが、圧縮行程上死点以降までその実行が継続されてもよい。
【００１３】
ここで、第１噴射時期と第２噴射時期とのインターバルは所定の第１噴射インターバルとなっている。この第１噴射インターバルは、プレ噴霧への点火によって生じた火炎を起点として第２噴射燃料の燃焼が開始されるように設定されている。つまり、第１噴射時期は、単に圧縮行程中であればよいというものではなく、第１噴射燃料への点火により第２噴射燃料の燃焼の火種となる火炎の形成が可能となるように、第２噴射時期との相関を踏まえて決定される。そして、第２噴射燃料の燃焼が開始されると、燃焼室内の温度および圧力が上昇することで、燃料の自着火が発生し、さらには少なくとも第２噴射燃料の一部が拡散燃焼することとなる。また、第１噴射燃料のうち、点火装置による点火によって燃焼する燃料は一部であって、その多くは、第２噴射の実行開始後に自着火または拡散燃焼によって燃焼する。したがって、上記のような燃焼制御では、第１噴射燃料および第２噴射燃料のいずれも内燃機関の出力に寄与することとなる。そのため、熱効率の高いディーゼル燃焼を実現することが可能となる。
【００１４】
ここで、本発明においては、内燃機関の機関負荷の上昇に従い、燃焼室内に噴射する燃料の量を増量する必要がある。しかしながら、第２噴射は、圧縮行程上死点近傍の燃焼室内の圧力が非常に高い時に行われるため、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧のペネトレーションが小さくなる。つまり、第２噴射によって噴射された燃料噴霧は広範囲に広がり難い。そのため、第２噴射燃料の量があまりに増量されると、第２噴射燃料の噴霧の周囲に存在する酸素、即ち、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素の量が燃料に対して不足した状態となり、その結果、スモークの発生量が増加する虞がある。
【００１５】
また、上記のように、第１噴射燃料の多くは点火装置による点火では燃焼されず燃え残り、第２噴射が実行される時にも燃焼室内に存在している。そのため、第２噴射燃料に代えて又は第２噴射燃料とともに第１噴射燃料量が増量されると、第２噴射が実行される時に燃焼室内に存在している第１噴射燃料の燃え残り量も増加することになる。しかしながら、第１噴射燃料があまりに増量されると、第２噴射が実行された時に、燃焼室内において第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料とが重なり合った部分では、当該部分の周囲に存在する酸素、即ち、当該部分に存在する燃料の燃焼に供される酸素の量が燃料に対して不足した状態となり、その結果、スモークの発生量が増加する虞がある。
【００１６】
つまり、第１噴射および第２噴射のいずれにおいても、その噴射量があまりに増量されると、スモークの発生量が増加する虞がある。そこで、本発明では、内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い運転領域では、燃焼制御手段が、第１噴射および第２噴射に加えて第３噴射を行う。ここでの所定負荷とは、一燃焼サイクル中に燃焼室内に噴射する燃料量が比較的多く必要となる負荷であって、第１噴射燃料量または第２噴射燃料量の増量に伴ってスモークの発生量が増加することが懸念される負荷の閾値である。第３噴射は、圧縮行程における第１噴射時期よりも前の第３噴射時期に実行される。ここで、第１噴射時期と第３噴射時期とのインターバルは所定の第２噴射インターバルとなっている。この第２噴射インターバルは、第３噴射燃料が第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼よって燃焼するように設定されている。圧縮行程における第１噴射時期よりも前の時期では、燃焼室内の圧力は比較的低い状態となっている。そのため、燃焼室内に噴射された燃料は広範囲に広がり易い。そして、第１噴射燃料のプレ噴霧へ点火が行われることで火炎が生じても、燃焼室内において該火炎から離れた位置に存在する燃料は該火炎を起点とした燃焼に供されにくい。したがって、第１噴射時期と第３噴射時期とのインターバルを調整する
ことで、第３噴射燃料のうちの多くを、第１噴射後のプレ噴霧への点火によって生じた火炎によっては燃焼させずに、第２噴射開始後の自着火または拡散燃焼によって燃焼させるようにすることができる。つまり、第３噴射時期は、単に圧縮行程における第１噴射時期よりも前であればよいというものではなく、第３噴射燃料の少なくとも一部が第２噴射開始後に自着火または拡散燃焼により燃焼することが可能となるように、第１噴射時期との相関を踏まえて決定される。そして、第３噴射燃料が第２噴射開始後の自着火または拡散燃焼によって燃焼することで、第１噴射燃料および第２噴射燃料のみならず第３噴射燃料も内燃機関の出力に寄与することとなる。そのため、第１噴射および第２噴射に加えて第３噴射を行った場合でも、熱効率の高いディーゼル燃焼を実現することができる。
【００１７】
また、第３噴射時期は第１噴射時期よりも前の時期であるため、第２噴射の実行時において、第３噴射燃料は第１噴射燃料の燃え残りよりも燃焼室内において広く拡散している。そのため、第２噴射の実行時に第３噴射燃料が燃焼室内に存在していても、該第３噴射燃料は第１噴射燃料の燃え残りに比べて第２噴射燃料と重なり合い難い。したがって、第３噴射燃料は、第１噴射燃料および第２噴射燃料に比べてスモークの発生原因となり難い。
【００１８】
そして、所定負荷より高い運転領域においては、上記のような第３噴射を行うことで、所定負荷より高い運転領域においても該第３噴射を行うことなく第１噴射および第２噴射のみによって内燃機関の機関負荷に対応する量の燃料を噴射しようとした場合に比べて、第１噴射燃料量または第２噴射燃料量の少なくともいずれかを少なくすることができる。そのため、スモークの発生量を抑制しつつディーゼル燃焼を実現することができる。
【００１９】
また、本発明において、燃焼制御手段は、内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い運転領域では、機関負荷の上昇に従って、第３噴射燃料射量を増量するとともに第３噴射時期を進角してもよい。機関負荷の上昇に従って第３噴射燃料量を増量することで、第１噴射燃料量および第２噴射燃料量の増量を抑制することができる。また、第３噴射時期を進角すると、該第３噴射時期と第１噴射時期とのインターバルである第２噴射インターバルがより大きくなる。そのため、第３噴射燃料量が増量された場合であっても、該第３噴射燃料が第１噴射後のプレ噴霧への点火によって生じた火炎によって燃焼することを抑制することができる。また、第３噴射時期が進角されるほど、該第３噴射が行われるときの燃焼室内の圧力が低くなるため、燃料噴射弁から噴射された燃料噴霧のペネトレーションが大きくなる。つまり、第３噴射によって噴射された燃料噴霧が燃焼室内において広範囲に広がり易くなる。そのため、第３噴射燃料がスモークの発生原因になりにくくなる。したがって、内燃機関の機関負荷がより高い運転状態においても、スモークの発生量を抑制しつつディーゼル燃焼をすることが可能となる。
【００２０】
また、上記のように、内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い運転領域において機関負荷の上昇に従って第３噴射の燃料噴射量を増量する際には、機関負荷の上昇分に対応する総燃料噴射量の増量分のうちの５割以上を第３噴射の燃料噴射量の増量分とし、該総燃料噴射量の増量分のうちの残りを第１噴射または第２噴射の少なくともいずれかの燃料噴射量の増量分としてもよい。このように、内燃機関の機関負荷を上昇させる場合であっても、第１噴射燃料量および第２噴射燃料量の増量分を総燃料噴射量の増量分のうちの５割よりも少なく抑えることで、スモークの発生量を抑制することができる。
【００２１】
また、本発明において、燃焼制御手段は、第３噴射が行われる機関負荷が所定負荷より高い運転領域では、該機関負荷に関わらず第２噴射の燃料噴射量を一定量に制御してもよい。この場合、内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い運転領域では、機関負荷を上昇させる際にも第２噴射燃料量は増量されず、第１噴射燃料量または第３噴射燃料量の少なくともいずれかが増量される。そのため、第２噴射燃料量の増量に起因するスモークの発生
量の増加を抑制することができる。また、上記のように、本発明に係る燃焼制御では第２噴射後に燃料の自着火を生じさせる必要があるが、第２噴射燃料量が過剰に多くなると、該第２噴射燃料の気化潜熱によって燃焼室内の温度が低下し、燃焼が不安定となる虞がある。内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い運転領域では機関負荷にかかわらず第２噴射の燃料噴射量を一定量に制御することで、このような第２噴射燃料の気化潜熱に起因して燃焼が不安定となることも抑制することができる。
【００２２】
また、本発明において、燃焼制御手段は、第３噴射が行われる機関負荷が所定負荷より高い運転領域では、該機関負荷に関わらず第１噴射の燃料噴射量を一定量に制御してもよい。この場合、内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い運転領域では、機関負荷を上昇させる際にも第１噴射燃料量は増量されず、第２噴射燃料量または第３噴射燃料量の少なくともいずれかが増量される。そのため、第１噴射燃料量の増量に起因するスモークの発生量の増加を抑制することができる。
【００２３】
また、燃焼制御手段は、内燃機関の機関負荷が所定負荷以下の運転領域では、該機関負荷の上昇に従って、第１噴射の燃料噴射量を増量するとともに第１噴射時期を進角してもよい。第１噴射時期を進角すると、第１噴射によって噴射された燃料噴霧がより拡散し易くなる。したがって、第１噴射燃料量を増量する際に第１噴射時期を進角することで、第２噴射が行われる時まで燃焼室内に存在し自着火または拡散燃焼に供される第１噴射燃料の燃え残り量を増加させることができる。そのため、熱効率を向上させることができる。ただし、上記のように、第１噴射燃料は、第３噴射燃料に比べてスモークの発生原因となり易い。そこで、第３噴射が行われない運転領域である機関負荷が所定負荷以下の運転領域では機関負荷の上昇に従って第１噴射燃料量を増量する場合であっても、第３噴射が行われる機関負荷が所定負荷より高い運転領域では、機関負荷にかかわらず第１噴射燃料量を一定量に制御してもよい。そして、この場合、第１噴射燃料量を、機関負荷が所定負荷以下の運転領域における第１噴射の最大燃料噴射量よりも少ない量で一定量に制御するとともに、第１噴射時期を、該機関負荷が前記所定負荷以下の運転領域における第１噴射時期の最大進角時期よりも遅い時期で一定の時期に制御してもよい。これによれば、機関負荷が所定負荷より高い運転領域において、機関負荷が所定負荷以下の運転領域における第１噴射の最大燃料噴射量で一定量に制御する場合に比べて、第１噴射燃料に起因するスモークの発生量を抑制することができる。
【００２４】
本発明において、燃焼制御手段が、内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い運転領域では、機関負荷の上昇に従って、第３噴射の燃料噴射量を増量する場合、前記所定負荷は、第１噴射の燃料噴射量の上限値と第２噴射の燃料噴射量の上限値との和に対応する機関負荷に設定されてもよい。ここで、第１噴射燃料量の上限値および第２噴射燃料量の上限値とは、第１噴射燃料または第２噴射燃料に起因して発生するスモークの量が許容範囲の上限値となる燃料噴射量としてそれぞれの燃料噴射について設定されている値である。このように、所定負荷が、第１噴射の燃料噴射量の上限値と第２噴射の燃料噴射量の上限値との和に対応する機関負荷である場合、内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い運転領域においても、第３噴射を行うことなく、第１噴射および第２噴射のみでディーゼル燃焼を成立させようとすると、スモークの発生量が許容範囲の上限値を超えることになる。そこで、内燃機関の機関負荷が当該所定負荷より高い運転領域においては、機関負荷の上昇に対して第３噴射の燃料噴射量を増量することで対応することで、スモークの発生量を許容範囲内に抑制しつつディーゼル燃焼を実現させることが可能な運転領域を拡大させることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、自着火温度が比較的高い燃料を使用する内燃機関において、スモークの発生量を抑制しつつディーゼル燃焼を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例が適用される内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す内燃機関に搭載される点火装置による点火形態を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例において実行される基本燃焼制御を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例に係る基本燃焼制御が行われたときの燃焼室での熱発生率の推移を示す図である。
【図５】本発明の実施例に係る基本燃焼制御での第１噴射における、第１噴射燃料量と、第１噴射燃料の燃焼効率との相関を示す図である。
【図６】本発明の実施例に係る基本燃焼制御において第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との比率を変更した場合における燃焼室内での熱発生比率の推移の変化を示す図である。
【図７】本発明の実施例に係る基本燃焼制御における、第１噴射インターバルＤｉ１と内燃機関の熱効率との相関を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係る基本燃焼制御において、第２噴射時期Ｔｍを圧縮上死点前の所定時期に固定し、第１噴射時期Ｔｐを変動させた場合の、スモークの発生量と熱効率との変化を示す図である。
【図９】本発明の実施例に係る、基本燃焼制御を行った場合と高負荷燃焼制御を行った場合とでの燃焼室内での熱発生率の推移の変化を示す図である。
【図１０】本発明の実施例に係る高負荷燃焼制御において、第３噴射燃料量Ｓｐｐを変化させた場合の、内燃機関１の熱効率とスモークの発生量との変化を示す図である。
【図１１】本発明の実施例１に係る燃焼制御の制御フローの一部を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施例１に係る燃焼制御の制御フローの他の一部を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施例１に係る燃焼制御に用いられる制御マップを示す図である。
【図１４】本発明の実施例１に係る燃焼制御に用いられる制御マップの変形例を示す図である。
【図１５】本発明の実施例２に係る燃焼制御の制御フローの一部を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施例２に係る燃焼制御の制御フローの他の一部を示すフローチャートである。
【図１７】本発明の実施例２に係る燃焼制御に用いられる制御マップを示す図である。
【図１８】本発明の実施例２に係る燃焼制御に用いられる制御マップの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明を適用する内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒を備えた４ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１では、複数の気筒のうち１気筒のみが示され
ている。
【００２９】
内燃機関１の各気筒２には、ピストン３が摺動自在に内装されている。ピストン３は、コネクティングロッド４を介して図示しない出力軸（クランクシャフト）と連結されている。また、気筒２の内部は、吸気ポート７及び排気ポート８と連通している。気筒２内における吸気ポート７の開口端は、吸気弁９により開閉される。気筒２内における排気ポート８の開口端は、排気弁１０により開閉される。吸気弁９と排気弁１０は、図示しない吸気カムと排気カムとにより各々開閉駆動される。
【００３０】
更に、各気筒２には、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁６が、気筒２内に形成される燃焼室の中央頂部に配置されるとともに、燃料噴射弁６から噴射された燃料に対して点火可能な点火プラグ５が内燃機関１のシリンダヘッド側に配置されている。具体的には、燃料噴射弁６は、図２に示すように概ね放射状に１６方向に燃料を噴射可能となるように噴孔６ａを有している。そして、点火プラグ５の点火可能領域である電極間の領域５ａに対して、噴孔６ａから噴射された燃料噴霧の少なくとも一つが通過するように、且つ、その通過した噴霧に対して領域５ａにおける電極間で生じた火花によって直接点火できるように、燃料噴射弁６に対する点火プラグ５の相対位置、特に燃料噴射弁６に対する領域５ａの相対位置が決定されている。なお、点火プラグ５は、更に吸気弁９および排気弁１０の動作に干渉しないように、２つの吸気弁９の間に位置している。ただし、本発明に係る点火装置の位置は、２つの吸気弁の間に限られるものではない。
【００３１】
このように構成された点火プラグ５と燃料噴射弁６は、スプレーガイド燃焼を実現可能とする。すなわち、燃料噴射弁６からの噴射燃料に対して直接点火できるように配置される点火プラグ５と、該燃料噴射弁６は、内燃機関１の吸気弁９の開弁時期やピストン３の位置にかかわらず任意の時期に、領域５ａを通過する噴射燃料に対する点火を可能とする。なお、燃料噴射弁からの噴射燃料に対して点火プラグにより直接点火する他の燃焼方式として、従来、エアガイド燃焼やウォールガイド燃焼が知られている。エアガイド燃焼では、燃料噴射弁からの噴射燃料を、吸気弁の開弁により燃焼室内に流れ込んだ空気流に乗せて点火プラグ近傍に運び、該点火プラグによって点火する。ウォールガイド燃焼では、ピストンの頂部に形成されたキャビティの形状を利用して点火プラグ近傍に噴射燃料を運び、該点火プラグによって点火する。ただし、これらのエアガイド燃焼やウォールガイド燃焼では、吸気弁の開弁時期やピストン位置が所定の状態とならなければ燃料噴射や点火を行うことが困難となる。そのため、本実施例に係るスプレーガイド燃焼は、これらのエアガイド燃焼やウォールガイド燃焼と比べて、非常に自由度の高い燃料噴射及び点火時期制御が可能となる。
【００３２】
ここで図１に戻ると、吸気ポート７は、吸気通路７０と連通している。吸気通路７０には、スロットル弁７１が配置されている。スロットル弁７１より上流の吸気通路７０には、エアフローメータ７２が配置されている。一方で、排気ポート８は、排気通路８０と連通している。排気通路８０には、内燃機関１から排出される排気を浄化するための排気浄化触媒８１が配置されている。なお、後述するように、内燃機関１から排出される排気の空燃比は、ストイキ空燃比よりも高いリーン空燃比である。そのため、排気浄化触媒８１としては、リーン空燃比の排気中のＮＯｘ浄化が可能な選択還元型のＮＯｘ触媒や排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集可能なフィルタを採用することができる。
【００３３】
そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態や排気浄化装置等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、上述したエアフローメータ７２や、クランクポジションセンサ２１及びアクセルポジションセンサ２２が電気的に接続され、各センサの検出値がＥＣＵ２０に入力される。したがって、ＥＣＵ２０は、エアフローメータ７２によって検出される吸入空気量、クラ
ンクポジションセンサ２１の検出値に基づいて算出される機関回転速度、およびアクセルポジションセンサ２２の検出値に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁６、点火プラグ５、およびスロットルバルブ７１等が電気的に接続され、これらの各要素がＥＣＵ２０によって制御される。
【００３４】
＜基本燃焼制御＞
上記のように構成される内燃機関１において実行される基本的な燃焼制御である基本燃焼制御について、図３に基づいて説明する。図３は、図の左側から右側に進む時系列において、内燃機関１で行われる燃焼制御に関する燃料噴射及び点火の流れ（図３（ａ）の上段を参照）と、その燃料噴射及び点火により燃焼室で生じると想定される燃焼に関する事象の変遷（図３（ａ）の下段を参照）を模式的に示したものである。また、図３（ｂ）には、図３（ａ）に示す燃料噴射である第１噴射と第２噴射、および点火の時間的相関が示されている。なお、図３に示す形態は、あくまでも本実施例に係る基本燃焼制御を説明するために模式的に示したものであり、本発明をこの形態に限定して解釈すべきではない。
【００３５】
本実施例に係る基本燃焼制御では、１燃焼サイクルにおいて、燃料噴射弁６によって第１噴射と第２噴射とが実行される。第１噴射は圧縮行程中に実行される燃料噴射である。第２噴射は、第１噴射よりも後の時期であって圧縮行程上死点（ＴＤＣ）より前の時期に実行が開始される燃料噴射である。なお、第２噴射は、ＴＤＣより前の時期に実行が開始されるが、ＴＤＣ以降までその実行が継続されてもよい。そして、図３（ｂ）に示すように、第１噴射の噴射開始時期（以下、単に「第１噴射時期」と称する）をＴｐとし、第２噴射の噴射開始時期（以下、単に「第２噴射時期」と称する）をＴｍとする。また、第１噴射時期と第２噴射時期との間隔（Ｔｍ−Ｔｐ）を第１噴射インターバルＤｉ１と定義する。また、第１噴射による燃焼は上述したスプレーガイド燃焼として実行される。つまり、第１噴射によって噴射された燃料（以下、「第１噴射燃料」と称する）によって形成されるプレ噴霧に対して点火プラグ５による点火が行われる。この点火時期を、図３（ｂ）に示すようにＴｓとし、第１噴射の実行が開始されてから点火が行われるまでの間隔（Ｔｓ−Ｔｐ）を点火インターバルＤｓと定義する。
【００３６】
次に、本発明に係る基本燃焼制御の流れについて説明する。
（１）第１噴射
基本燃焼制御では、一燃焼サイクル中において、先ず、圧縮行程中の第１噴射時期Ｔｐに第１噴射が行われる。なお、第１噴射時期Ｔｐは、後述する第２噴射時期Ｔｍとの相関に基づいて決定される。第１噴射が実行されることで、図２に示すように、燃料噴射弁６から噴射された第１噴射燃料のプレ噴霧は、燃焼室内において点火プラグ５の点火可能領域５ａを通過する。このように第１噴射の実行が開始された直後においては、第１噴射燃料のプレ噴霧は燃焼室内に広く拡散はせずに、該噴霧の貫徹力によりその先端部において周囲の空気を巻き込みながら燃焼室内を進んでいく。そのため、第１噴射燃料のプレ噴霧によって燃焼室内において成層混合気が形成される。
【００３７】
（２）第１噴射燃料への点火
そして、上記のように成層化された第１噴射燃料のプレ噴霧に対して、第１噴射時期から所定の点火インターバルＤｓが経過した点火時期Ｔｓに、点火プラグ５による点火が行われる。上記の通り、第１噴射燃料は成層化されているため、該第１噴射燃料量が少量であっても点火プラグ５周囲の局所的な空燃比は、当該点火による燃焼が可能な空燃比となっている。この点火により、第１噴射燃料によるスプレーガイド燃焼が行われることになる。換言すれば、スプレーガイド燃焼が可能となるように点火インターバルＤｓが設定されている。そして、ピストン３の圧縮作用による圧力上昇に加えて、このスプレーガイド燃焼が行われることで、燃焼室内の更なる温度上昇が得られることになる。ただし、第１噴射燃料のうち、このスプレーガイド燃焼によって燃焼する燃料は一部であり、そのうち
の多くは点火プラグ５の点火による燃焼には供されずに該点火以後も「燃え残り燃料」として燃焼室内に存在することになる。これは、第１噴射燃料によって形成された成層混合気における点火プラグ５の電極間から比較的離れた部分においては、その空燃比が高いために火炎が伝播できなくなるためである。ただし、当該燃え残り燃料は、燃焼室内で第１噴射燃料の一部が燃焼することで高温雰囲気に晒されることになる。そのため、燃え残り燃料の少なくとも一部は燃焼には至らない状況下での低温酸化反応により燃焼性が高められた物性に改質された状態となることが期待される。ただし、本発明における第１噴射燃料の燃え残りは、第１噴射燃料の一部が点火プラグ５の点火による燃焼に供されずに該点火以後も燃焼室内に未燃の状態で残った燃料を指すものであり、その燃え残った燃料が特定の物性を示す状態になっていることが必ずしも要求されるものではない。
【００３８】
（３）第２噴射
次に、第１噴射時期から所定の第１噴射インターバルＤｉ１が経過した圧縮行程上死点前の第２噴射時期Ｔｍ（点火プラグ５による点火時期ＴｓからＤｉ−Ｄｓの時間が経過した時期Ｔｍ）に、燃料噴射弁６による第２噴射の実行が開始される。なお、内燃機関１においては、後述するように第２噴射燃料は自着火および拡散燃焼に供され、機関出力に寄与することになる。そのため、第２噴射時期Ｔｍは、機関負荷等によって決定される量の第２噴射燃料の燃焼によって得られる機関出力が概ね最大となる時期（以下、「適正噴射時期」という）に設定される。ただし、第２噴射燃料の燃焼は、第１噴射燃料のプレ噴霧に対する点火によって生じた火炎を火種として開始される。つまり、第２噴射時期Ｔｍが適正噴射時期に設定されるとともに、プレ噴霧への点火によって生じた火炎を起点として第２噴射燃料の燃焼が開始されるように第１噴射インターバルＤｉ１が設定されている。第２噴射時期Ｔｍと第１噴射インターバルＤｉ１とがこのように設定されることで、第１噴射時期Ｔｐは必然的に決まることになる。そして、第２噴射燃料の燃焼が開始されると燃焼室内の温度が更に上昇する。その結果、第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料とがその温度上昇場において自着火し、さらにはこれらの燃料が拡散燃焼に供されることになる。このとき、上記のように第１噴射燃料の燃え残りの燃焼性が高められている場合には、第２噴射の実行開始後の燃料の自着火がより促進されることが期待される。
【００３９】
このように、本実施例に係る基本燃焼制御では、第１噴射、点火、および第２噴射によって上述のような一連の燃焼が行われることになる。なお、本明細書において、このように第１噴射燃料のプレ噴霧への点火によって生じる火炎を起点とした第２噴射燃料の燃焼開始と、それに続く第１噴射燃料のうちの燃え残り燃料と第２噴射燃料との自着火および拡散燃焼とが可能となる第１噴射と第２噴射との相関を、「第１−第２噴射相関」と称する。つまり、本実施例に係る基本燃焼制御では、第１噴射および第１噴射燃料に対する点火に対して第１−第２噴射相関を有する第２噴射が行われる。
【００４０】
ここで、図４に本実施例に係る基本燃焼制御が行われたときの燃焼室での熱発生率の推移を示す。なお、図４においては、内燃機関１の機関回転速度が２０００ｒｐｍであるときの、４つの異なる制御形態Ｌ１〜Ｌ４に対応する熱発生率の推移が示されている。これらの制御形態Ｌ１〜Ｌ４においては、第１噴射時期Ｔｐ、第１噴射燃料量（すなわち、第１噴射の実行期間）、第２噴射時期Ｔｍ、点火時期Ｔｓは同一となっているが、第２噴射燃料量（すなわち、第２噴射の実行期間）が制御形態ごとに異なっている。すなわち、第２噴射燃料量は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４となっている。つまり、図４には、同一の第１−第２噴射相関が成立していることを前提条件としたときの第２噴射燃料量の増減に応じた熱発生率の推移の変化が示されていることになる。
【００４１】
ここで、図４中、点線で囲まれたＺ１の部分で、熱発生率の一次ピークが表れている。この一次ピークは、第１噴射燃料が点火によって燃焼することで発生した熱（つまり、スプレーガイド燃焼によって発生した熱）を示している。この熱発生率の一次ピークが表れ
る時期においては、第２噴射はまだ行われておらず、燃焼室内には第１噴射燃料に対する点火によって生じた火炎と、該点火では燃焼していない第１噴射燃料である燃え残り燃料が存在していることになる。ここで、図５に基づいて第１噴射燃料の燃え残りについて説明する。図５は、基本燃焼制御での第１噴射における、第１噴射燃料量と、第１噴射燃料の燃焼効率（以下、第１燃焼効率と称する）との相関を、３つの燃焼条件Ｌ５〜Ｌ７のそれぞれについて示した図である。具体的には、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７の順で、燃焼条件である第１噴射時期Ｔｐと点火時期Ｔｓとが、両時期のインターバルである点火インターバルＤｓを一定とした状態で進角されている。なお、図５においては、第２噴射は行われずに、第１噴射及び点火のみ（つまり、スプレーガイド燃焼のみ）が行われた場合の上記相関が示されている。
【００４２】
第１燃焼効率は、第１噴射燃料の燃え残り率と以下の式１に示す関連性を有する。つまり、第１燃焼効率が高くなるほど第１噴射燃料の燃え残り率は低くなる。
第１噴射燃料の燃え残り率  ＝  １−  第１燃焼効率  ・・・（式１）
ここで、図５からは、第１噴射燃料量が一定の場合に、第１噴射開始時期Ｔｐおよび点火時期Ｔｓを進角させると（すなわち、第１噴射インターバルＤｉ１を大きくすると）、第１燃焼効率は下がり、故に燃え残り率は高くなる傾向が見出せる。また、第１噴射燃料量を変化させた場合であっても、第１噴射時期Ｔｐ及び点火時期Ｔｓの進角量を調整することで、第１燃焼効率と燃え残り率とを一定に制御することもできる。このように本実施例に係る基本燃焼制御では、第１噴射燃料量と、第１噴射時期Ｔｐおよび点火時期Ｔｓ（すなわち、第１噴射インターバルＤｉ１）とを調整することで、第１−第２噴射相関を形成する要素の一つである第１噴射燃料の燃え残り率を制御することができる。
【００４３】
ここで、図４に戻ると、熱発生率の一次ピークが生じる時期よりも後であって圧縮行程上死点前の時期Ｔｍにおいて第２噴射の実行が開始される。このとき、第２噴射燃料は、上述したように、先ずは、第１噴射燃料のプレ噴霧に対する点火によって生じた火炎を火種として燃焼し始め、その後、第１噴射燃料の燃え残りとともに自着火し、さらに拡散燃焼に供される。その結果、圧縮行程上死点を過ぎた時期に熱発生率の最大ピークである二次ピークが発生する。ここで、図４では、第２噴射燃料量の増加にしたがって（すなわち、第２噴射期間が長くなるのにしたがって）、熱発生率の二次ピークの値が大きくなるとともに、二次ピークの発生時期が遅くなっている。このことは、第２噴射燃料量の増加にしたがって第２噴射燃料の燃焼期間が長くなっていることを意味する。このことから、第２噴射燃料および第１噴射燃料の燃え残りは、拡散燃焼もしくは実質的に拡散燃焼に同一視できる燃焼に供されているものと推察することができる。
【００４４】
更に、図６に基づいて、本実施例に係る基本燃焼制御において発生する燃料の自着火について説明する。図６は、本実施例に係る基本燃焼制御において、一燃焼サイクル中の合計噴射量（第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との合計）を一定としたまま第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との比率を変更した２つの形態Ｌ８，Ｌ９それぞれの、燃焼室内での熱発生比率の推移を示している。なお、図６においては、内燃機関１の機関回転速度が２０００ｒｐｍとされる。また、Ｌ９の形態の方がＬ８の形態に比べて第１噴射燃料量の比率が高くなっている。すなわち、Ｌ９の形態の方がＬ８の形態に比べて、第１噴射燃料量が多く、その結果、第１噴射燃料の燃え残り量も多くなっている。この場合、図６に示すように、Ｌ９の形態では、Ｌ８の形態に比べて、圧縮行程上死点後の熱発生率の二次ピーク値が大きくなっている。さらに、Ｌ９の形態では、Ｌ８の形態に比べて、熱発生率の二次ピーク値からの立ち下り速度（二次ピーク以後のグラフの傾き）が大きくなっている。これらは、第２噴射開始後の第１噴射燃料の燃え残りおよび第２噴射燃料の燃焼において、Ｌ９の形態では、Ｌ８の形態に比べて、自着火による燃焼がより促進されている（すなわち、自着火によって燃焼する燃料の割合が高くなり、拡散燃焼によって燃焼する燃料の割合が低くなっている）ことを意味するものと推察される。このことから、第１噴射燃料の
燃え残りが第２噴射後の燃料の自着火の促進に寄与していると考えられる。また、本実施に係る基本燃焼制御において、第１噴射燃料量以外に第１噴射時期Ｔｐや点火時期Ｔｓを調整することで第１噴射燃料の燃え残り量を多くした場合も第２噴射後の燃料の自着火が促進されていることを、本発明の発明者は確認した。つまり、本実施例に係る基本燃焼制御においては、第１噴射や点火に関するパラメータを調整して第１噴射燃料の燃え残り率を高めることで、第２噴射実行開始後の第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との燃焼において自着火を促進させることが可能である。
【００４５】
以上説明したように、本実施例に係る基本燃焼制御では、第１噴射と点火プラグ５での点火とによるスプレーガイド燃焼ののちに第２噴射が実行されることで燃料の自着火および拡散燃焼を生じさせる。そのため、当該基本燃焼制御による燃焼はいわゆるディーゼル燃焼に類似し、又は実質的に同一視できると考えられる。したがって、燃焼室内の混合気の空燃比を極めて高いリーン空燃比（２０〜７０程度）とすることができる。また、このようなリーン空燃比での燃焼を実現するため、本実施例に係る燃焼制御では、従来のガソリンエンジンの燃焼制御（均質ストイキ制御）に比べてスロットル弁７１の開度が大きくされる。そのため、内燃機関１でのポンプ損失を小さくすることができる。さらに、機関出力に寄与する燃焼が自着火および拡散燃焼により行われることで内燃機関１での冷却損失も従来の均質ストイキ制御時と比べて小さくすることができる。したがって、本実施例に係る基本燃焼制御によれば、従来のガソリンエンジンの燃焼制御では実現され得ない高い熱効率を達成することができる。
【００４６】
＜第１−第２噴射相関についての説明＞
ここで、上述したような第１−第２噴射相関を成立させるための技術的要素である、第１噴射燃料量および第２噴射燃料量と第１噴射インターバルとの詳細について説明する。
【００４７】
上記のように、第２噴射時期は内燃機関１の機関出力が概ね最大となる適正噴射時期に設定されている。そのため、第２噴射燃料量を増量することによって機関負荷の上昇にある程度までは対応することができる。しかしながら、第２噴射は、圧縮行程上死点近傍の燃焼室内の圧力が非常に高い時に行われるため、燃料噴射弁６から噴射された燃料噴霧のペネトレーションが小さくなる。つまり、第２噴射によって噴射された燃料噴霧は広範囲に拡散し難い。そのため、第２噴射燃料量があまりに増量されると、第２噴射燃料の噴霧の周囲に存在する酸素、即ち、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素の量が燃料に対して不足した状態となり、その結果、スモークの発生量が増加する虞がある。また、本実施例に係る基本燃焼制御では、第２噴射後に燃料の自着火を生じさせる必要があるが、第２噴射燃料量が過剰に多くなると、該第２噴射燃料の気化潜熱によって燃焼室内の温度が低下し、燃焼が不安定となる虞もある。
【００４８】
一方、第１噴射は圧縮行程中の第１噴射時期Ｔｐに行われる。そのため、第１噴射燃料が点火プラグ５による点火によって燃焼すると内燃機関１の機関出力を妨げるように作用するとも考えられる。しかしながら、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火による燃焼では、第２噴射燃料の燃焼のための火種となる火炎が形成されればよい。そのため、上記のように、第１噴射燃料において、点火による燃焼に供されるのは、そのうちの一部である。そのため、当該第１噴射燃料のスプレーガイド燃焼による機関出力を妨げるような作用は小さい。そして、点火プラグ５による点火による燃焼には供されない第１噴射燃料の燃え残りは第２噴射後において第２噴射燃料とともに自着火および拡散燃焼に供されるため機関出力に寄与することになる。そのため、第１噴射燃料量を増量するとともにその燃え残り率を上昇させることでも、機関負荷の上昇にある程度までは対応することができる。
【００４９】
また、上述したように、本実施例に係る基本燃焼制御における第１噴射時期と第２噴射時期とのインターバルである第１噴射インターバルＤｉ１は、第１噴射燃料のプレ噴霧へ
の点火によって生じた火炎を起点として第２噴射燃料の燃焼が開始されるように設定されている。さらに、第１噴射インターバルＤｉ１は、燃焼全体の熱効率、第１噴射燃料の燃え残り量、およびスモークの発生量を考慮して決定されている。
【００５０】
図７は、本実施例に係る基本燃焼制御における、第１噴射インターバルＤｉ１と内燃機関１の熱効率との相関を示す図である。この図７は、第１噴射燃料量、第２噴射燃料量、及び点火インターバルＤｓを一定とした状態で第１噴射インターバルＤｉ１を変更した場合の当該相関が示されている。
【００５１】
本実施例では、１つの燃料噴射弁６を用いて、第１噴射に続いて第２噴射が実行されることになる。そして、燃料噴射弁は、通常、その機械的な構造に起因して、複数回の噴射を実行する際に採用し得る噴射インターバルの最小値が存在する。そこで、燃料噴射弁６の機械的な構造を要因として実現が困難である第１噴射インターバルの領域（Ｄｉ１がＤｉaより短い領域）を、図７では機械限界領域Ｒ１と表している。また、第１噴射インタ
ーバルＤｉ１を大きくしていくと、第１噴射燃料への点火による燃焼過程のより終端側の時期に第２噴射が実行されることになる。この終端側の時期では、第１噴射燃料の燃焼が収束しようとしている状態にあるため、第１噴射燃料の燃焼によって生じた火炎を起点とした第２噴射燃料の燃焼が開始されにくい状況にある。そのため、第１噴射インターバルＤｉ１があまりに大きくなると、第２噴射燃料を燃焼させることができず失火が生じてしまう可能性がある。このような失火が生じてしまう可能性が高い第１噴射インターバルの領域（Ｄｉ１がＤｉｂより大きい領域）を、図７では失火発生領域Ｒ２と表している。なお、第１噴射燃料量によって失火発生領域Ｒ２の下限値（図７に示すＤｉ１ｂ）は変化する。つまり、第１噴射燃料量が増量されると、該第１噴射燃料への点火による燃焼がより長い期間継続されることになる。そのため、第１噴射インターバルＤｉ１をより大きくしても第２噴射燃料を燃焼させることが可能となる。
【００５２】
以上より、熱効率の観点からは、第１噴射インターバルＤｉ１としては、図７において下限値がＤｉ１aで定義され上限値がＤｉ１ｂで定義される範囲Ｒｄ内で内燃機関１の熱
効率がピーク値を示す噴射インターバルＤｉ１ｘを採用するのが好ましい。
【００５３】
また、上述したように、本実施例に係る基本燃焼制御においては、第２噴射燃料は、第１噴射燃料の燃焼によって生じた火炎を起点としてその燃焼が開始され、第１噴射燃料の燃え残りとともに自着火し拡散燃焼する。このとき、第２噴射燃料の燃焼初期においては、第１噴射燃料が燃焼することで生じた火炎や第１噴射燃料の燃え残りが燃焼室内に偏在しているため、第２噴射燃料と燃焼室内の空気との混合が十分に促進されにくい。そのため、第２噴射が実行された時に、燃焼室内において第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料とが重なり合った状況が生じると、これらが重なりあった部分では、当該部分の周囲に存在する酸素、即ち、当該部分に存在する燃料の燃焼に供される酸素の量が燃料に対して不足した状態となり、スモークが発生しやすくなる。また、スモークの発生は、良好な燃焼が阻害されていることを意味している。そのため、スモークの発生量が増加すると、熱効率が低下する傾向にある。このようなスモークの発生を抑制するためには、第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりを抑制する必要がある。しかしながら、上記のように、内燃機関１の熱効率向上の観点から、第２噴射時期は圧縮行程上死点前の適正噴射時期に設定される。そのため、スモークの発生し易い状況である第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりを抑制するためには、第２噴射時期を適正噴射時期としつつ、第１噴射インターバルＤｉ１を調整する、つまり、第１噴射時期を調整するのが好ましい。
【００５４】
図８は、第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との合計量は同一でそれぞれの比率が異なる３つの形態１〜３（図８（ａ）を参照）において、第２噴射時期Ｔｍを圧縮上死点前の所
定時期に固定し、第１噴射時期Ｔｐを変化させた場合の、スモークの発生量と第１噴射時期Ｔｐとの相関（図８（ｂ）を参照）と、熱効率と第１噴射時期Ｔｐとの相関（図８（ｃ）を参照）とを示す図である。なお、図８に示す各形態において、点火インターバルＤｓ（プレ噴射時期Ｔｐから点火時期Ｔｓまでの時間）は全て同一に設定されている。また、各形態１〜３における第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との関係は以下のとおりである。
形態１：  プレ噴射量＝Ｘ１  メイン噴射量＝Ｙ１
形態２：  プレ噴射量＝Ｘ２  メイン噴射量＝Ｙ２
形態３：  プレ噴射量＝Ｘ３  メイン噴射量＝Ｙ３
但し、Ｘ１＞Ｘ２＞Ｘ３、且つ、Ｙ１＜Ｙ２＜Ｙ３。
【００５５】
図８（ｂ）において、形態１に対応するスモークの発生量の変動はＬ１１で表され、形態２に対応するスモークの発生量の変動はＬ１２で表され、形態３に対応するスモークの発生量の変動はＬ１３で表される。また、図８（ｃ）において、形態１に対応する熱効率の変動はＬ１４で表され、形態２に対応する熱効率の変動はＬ１５で表され、形態３に対応する熱効率の変動はＬ１６で表される。なお、図８において、形態１に対応するスモーク及び熱効率の測定点は丸印で表され、形態２に対応するスモーク及び熱効率の測定点は三角印で表され、形態３に対応するスモーク及び熱効率の測定点は菱形印で表される。そして、各形態での、熱効率の変動において最高熱効率を示す第１噴射時期Ｔｐに対応するスモーク及び熱効率の測定点は、黒塗りの丸印、三角印、菱形印で表されている。
【００５６】
ここで、上記黒塗りされた測定点に注目し形態３から形態２、形態１へ形態が変遷した場合について検討する。そうすると、第１噴射燃料量を増量するとともにその第１噴射時期Ｔｐを進角させると、スモークの発生量を低減又は維持させながら（図８（ｂ）を参照）、内燃機関１の熱効率を概ね最高の状態に維持することができることがわかる。すなわち、第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との合計量を同一とした場合、第１噴射燃料量が増量されると、第２噴射燃料量は必然的に減少することになる。しかしながら、第１噴射燃料量の増量に伴い第１噴射時期Ｔｐを進角することで、第１噴射燃料の燃え残り量を増加させることができる（すなわち、燃え残り率を高めることができる）。これは、第１噴射時期が進角されると、燃焼室内の圧力がより低いときに第１噴射が実行されることとなり、その結果、第１噴射燃料のプレ噴霧のペネトレーションが相対的に大きくなるために、第１噴射燃料が燃焼室内においてより拡散し易くなるためと考えられる。つまり、燃焼室内において第１噴射燃料がより広く拡散することで、点火によって生じた火炎が伝播せずに燃え残る燃料が増加する。そして、より多くの燃え残り燃料が、第２噴射の実行開始後に第２噴射燃料とともに自着火および拡散燃焼に供されることとなる。そのため、第２噴射燃料量の減少に起因する出力低下を第１噴射燃料の燃え残りの燃焼によって補うことが可能となる。さらに、燃焼室内において第１噴射燃料がより広く拡散することで、第２噴射が実行された際の第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりも抑制することができる。したがって、これらの燃料の重なりに起因するスモークの発生を抑制することもできる。つまり、第１噴射燃料量を増量するとともにその第１噴射時期Ｔｐを進角させることで、内燃機関１の熱効率を良好に維持しつつ、スモークの発生量を抑制することが可能となる。
【００５７】
なお、図８（ｃ）によれば、例えば、第１噴射時期Ｔｐを形態３において最高熱効率となる時期Ｔａに固定して、形態１〜３のそれぞれに沿った第１噴射を行ったと仮定した場合、第１噴射燃料量の増量とともに、スモークの発生量は増加し、また、内燃機関１の熱効率は低下していくことが理解できる。この点からも、上述した第１噴射燃料量の増量とともに第１噴射時期Ｔｐを進角させる制御は、スモークの発生量の抑制及び熱効率向上の観点から有用な制御であることが理解できる。
【００５８】
＜高負荷燃焼制御＞
次に、本本実施例に係る内燃機関１での高負荷運転時における燃焼制御について説明する。本実施例に係る内燃機関１においては、機関負荷の上昇に従って燃焼室内への燃料噴射量を増量する必要がある。ただし、上述したように、第２噴射燃料量があまりに増量されると、スモークの発生量が増加したり、燃料の気化潜熱に起因して燃焼室内の温度が低下することで燃焼が不安定となったりする虞がある。また、上述したように、第１噴射燃料量を増量する場合は、その増量とともに第１噴射時期Ｔｐを進角する、すなわち第１噴射インターバルＤｉ１を大きくすることで、スモークの発生量を抑制することができる。しかしながら、第１噴射燃料への点火によって生じる火炎を第２噴射燃料の燃焼のための火種とする必要があることから、図７に示すように、第１噴射インターバルＤｉ１には上限値（図７におけるＤｉ１ｂ）が存在する。そして、仮に、第１噴射インターバルＤｉ１を当該上限値に維持した状態で第１噴射燃料量を更に増量した場合、第２噴射が実行された際に第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料とが重なり易くなる。したがって、第１噴射燃料についても、あまりに増量されると、スモークの発生量の増加を招く虞がある。そこで、本実施例に係る内燃機関１においては、一燃焼サイクル中に燃焼室内に噴射する燃料量が比較的多く必要となる高負荷領域では、上述したような基本燃焼制御における第１噴射および第２噴射に加えて燃料噴射弁６による第３噴射が行われる。
【００５９】
第３噴射は、圧縮工程における第１噴射時期よりも前の時期であって、該第１噴射時期とのインターバルが第２噴射インターバルＤｉ２となる第３噴射時期に実行される。ここで、第２噴射インターバルＤｉ２は、第３噴射によって噴射された燃料（以下、第３噴射燃料と称する）が第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼によって燃焼するように設定されている。以下、基本燃焼制御に加えて当該第３噴射が行われる燃焼制御を「高負荷燃焼制御」と称する。
【００６０】
図９は、基本燃焼制御を行った場合と高負荷燃焼制御を行った場合とのぞれぞれの場合における燃焼室内での熱発生率の推移を示す図である。図９（ａ）は、それぞれの燃焼制御における各燃料噴射および点火の実行時期を示している。また、図９（ｂ）において、Ｌ１７は基本燃焼制御を行った場合の熱発生率の推移を示しており、Ｌ１８は高負荷燃焼制御を行った場合の熱発生率の推移を示している。また、図９においては、それぞれの燃焼制御における一燃焼サイクル中の合計噴射量は同一となっている。つまり、高負荷燃焼制御では、基本燃焼制御に比べて第２噴射燃料量が少なくなっている。そして、高負荷燃焼制御では、基本燃焼制御との第２噴射燃料量の差分の量の燃料が第３噴射によって噴射される。なお、図９においては、内燃機関１の機関回転速度が２０００ｒｐｍとされる。
【００６１】
ここで、第３噴射時期Ｔｐｐは圧縮行程における第１噴射時期Ｔｐよりも前の時期であるため、第３噴射時期Ｔｐｐにおける燃焼室内の圧力は第１噴射時期Ｔｐにおける燃焼室内の圧力よりも低くなっている。そのため、第３噴射燃料により形成される噴霧のペネトレーションが相対的に大きくなるため、第３噴射燃料は第１噴射燃料よりも燃焼室内においてさらに広範囲に拡散され易い。したがって、第２噴射インターバルＤｉ２を調整することで、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火が行われても、第３噴射燃料の多くは、該点火によって生じた火炎によっては燃焼せず、第２噴射開始後の自着火または拡散燃焼によって燃焼するようにすることができる。ここで、図９（ｂ）において、Ｌ１８の熱発生率の一次ピーク値（第一噴射燃料のプレ噴霧に対する点火によって生じる燃焼に起因する熱発生率のピーク値）は、Ｌ１７の熱発生率の一次ピーク値と、その発生時期および大きさともに同等となっている。このことから、第３噴射燃料が第１噴射燃料のプレ噴霧への点火時にはほとんど燃焼していないことが推察される。
【００６２】
そして、第２噴射開始後の自着火または拡散燃焼によって燃焼する第３噴射燃料は燃焼に対して第１噴射燃料の燃え残りと同様に作用するものと考えられる。ここで、図９（ｂ）においては、Ｌ１８の熱発生率の二次ピーク値（圧縮上死点後の熱発生率の最大ピーク
値）がＬ１７の熱発生率の二次ピーク値よりも大きくなっている。さらに、Ｌ１８では、Ｌ１７に比べて、熱発生率の二次ピーク値からの立ち下り速度（二次ピーク以後のグラフの傾き）が大きくなっている。このことからも、第３噴射燃料が、第１噴射燃料の燃え残りと同様、第２噴射後の燃料の自着火の促進に寄与している推察される。
【００６３】
また、第３噴射時期は第１噴射時期よりも前の時期であるため、第２噴射の実行時において、第３噴射燃料は第１噴射燃料の燃え残りよりも燃焼室内において広く拡散している。そのため、第２噴射の実行時に第３噴射燃料が燃焼室内に存在していても、該第３噴射燃料は第１噴射燃料の燃え残りに比べて第２噴射燃料と重なり合い難い。したがって、第３噴射燃料は、第１噴射燃料および第２噴射燃料のいずれと比べてもスモークの発生原因となり難い。
【００６４】
そして、第３噴射を実行する場合、第１噴射および第２噴射のみによって内燃機関の機関負荷に対応する量の燃料を噴射しようとした場合に比べて第１噴射燃料量または第２噴射燃料量の少なくともいずれかを減少させることができる。したがって、第３噴射を行うことで、第１噴射燃料または第２噴射燃料に起因して発生するスモークの量を減らすことができる。図１０は、高負荷燃焼制御において、一燃焼サイクル中の各燃料噴射による合計噴射量は同一の状態で第３噴射燃料量を変化させた場合の、内燃機関１の熱効率と第３噴射燃料量との相関（図１０（ａ）を参照）と、スモークの発生量と第３噴射燃料量との相関（図１０（ｂ）を参照）を示す図である。図１０においては、第３噴射燃料量を増量させた場合、その増量分だけ第２噴射燃料量を減量させている。なお、第１噴射燃料量は一定とされている。ここで、図１０（ａ）から、高負荷燃焼制御において第３噴射燃料量を増量しても、内燃機関１の熱効率は概ね一定に維持されることがわかる。このことからも、第３噴射燃料のほとんどが、第２噴射の実行開始後の燃焼に寄与しているとわかる。また、図１０（ｂ）から、高負荷燃焼制御において第３噴射燃料量を増量した場合、スモークの発生量が減少していることがわかる。このことからも、第３噴射燃料はスモークの発生原因となり難いことがわかる。
【００６５】
したがって、本実施例に係る内燃機関１では、総噴射燃料量が比較的多くなる高負荷運転時においては上述したような高負荷燃焼制御を行うことで、該高負荷運転時においても基本燃焼制御を行う場合に比べてスモークの発生量を抑制しつつディーゼル燃焼を実現することができる。
【００６６】
＜燃焼制御フロー＞
ここで、本実施例に係る燃焼制御の制御フローについて図１１〜１３に基づいて説明する。図１１，１２は、本実施例に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。この制御フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１が稼働している間、ＥＣＵ２０に格納された制御プログラムが実行されることで、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００６７】
また、図１３は、本実施例に係る燃焼制御に用いられる制御マップの一例を示している。図１３の上段（ａ）では、内燃機関１の機関負荷と第１噴射燃料量の相関を線Ｌ２１で示し、該機関負荷と第２噴射燃料量との相関を線Ｌ２２で示し、該機関負荷と第３噴射燃料量との相関を線Ｌ２３で示し、該機関負荷と該機関負荷に対応した燃料噴射量である負荷対応噴射量との相関を線Ｌ２０で示している。更に、図１３（ａ）では、点火プラグ５による点火では燃焼していない第１噴射燃料の燃え残り量をＭ１で示している。また、図１３（ａ）において、Ｓ１は、運転領域Ｒ３（以下、低負荷領域Ｒ３と称する）とＲ４（以下、第１中負荷領域Ｒ４と称する）との境界となる機関負荷に対応する燃料噴射量を表している（以下、第１所定量Ｓ１と称する）。また、Ｓ２（＞Ｓ１）は、第１中負荷領域Ｒ４と運転領域Ｒ５（以下、第２中負荷領域Ｒ５と称する）との境界となる機関負荷に対
応する燃料噴射量を表している（以下、第２所定量Ｓ２と称する）。また、Ｓ３（＞Ｓ２）は、第２中負荷領域Ｒ５と運転領域Ｒ６（以下、高負荷領域Ｒ６と称する）との境界となる機関負荷に対応する燃料噴射量を表している（以下、第３所定量Ｓ３と称する）。そして、本実施例では、内燃機関１の機関負荷が、低負荷領域Ｒ３、第１中負荷領域Ｒ４、または第２中負荷領域Ｒ５に属する場合は、上記の基本燃焼制御が行われ、高負荷領域Ｒ６に属する場合は上記の高負荷燃焼制御が行われる。つまり、本実施例では、第２中負荷領域Ｒ５と高負荷領域Ｒ６との境界となる機関負荷が、本発明に係る「所定負荷」に相当する。なお、それぞれの負荷領域の詳細については後述する。
【００６８】
また、図１３の下段（ｂ）では、内燃機関１の機関負荷と第１噴射時期Ｔｐの相関を線Ｌ３１で示し、該機関負荷と点火時期Ｔｓとの相関を線Ｌ３０で示し、該機関負荷と第２噴射時期Ｔｍとの相関を線Ｌ３２で示し、該機関負荷と第３噴射時期Ｔｐｐとの相関を線Ｌ３３で示している。そして、線Ｌ３１と線Ｌ３２との間隔が第１噴射インターバルＤｉ１を示し、線Ｌ３１と線Ｌ３０との間隔が点火インターバルＤｓを示し、線Ｌ３３と線Ｌ３１との間隔が第２噴射インターバルＤｉ２を示している。なお、図１３（ｂ）の縦軸は圧縮行程上死点を基準としたクランク角を表しており、その値が大きくなるほど圧縮行程におけるより早い時期であることを意味する。
【００６９】
本実施例に係る制御フローでは、先ず、Ｓ１０１において、アクセルポジションセンサ２２の検出値に基づいて、内燃機関１の機関負荷が算出される。また、別法として、吸気通路７０を流れる空気流量、すなわちエアフローメータ７２の検出値や、吸気通路７０内の吸気圧力に基づいて、内燃機関１の機関負荷を算出することもできる。次に、Ｓ１０２において、Ｓ１０１で算出された機関負荷に基づいて、負荷対応噴射量Ｓ０が算出される。具体的には、図１３（ａ）で線Ｌ２０に示す制御マップを利用して、機関負荷に応じた負荷対応噴射量Ｓ０が算出される。なお、本実施例では、線Ｌ２０で示すように、機関負荷が増加するに従い負荷対応噴射量Ｓ０が大きくなるように、両者の相関が制御マップ上に記録されている。
【００７０】
次に、Ｓ１０３において、図１３（ｂ）で線Ｌ３２に示す制御マップを利用して、第２噴射時期Ｔｍが決定される。上述したように、内燃機関１の熱効率を向上させるために、第２噴射時期Ｔｍは、圧縮行程上死点前の適正噴射時期に設定される。なお、この内燃機関１における適正噴射時期は、事前の実験により機関負荷ごとに測定され、その測定結果に基づいて線Ｌ３２に示す制御マップが形成される。なお、第２噴射時期Ｔｍは、ある程度の機関負荷までは該機関負荷が大きくなるに従い徐々に進角される。ただし、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６（負荷対応噴射量Ｓ０がＳ２以上となる領域）では、その進角量が上限値に維持される。これは、第２噴射の適正噴射時期は、第２噴射燃料量Ｓｍに応じて決定されるものであり、後述するように、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では第２噴射燃料量Ｓｍが最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘで固定されるためのである。
【００７１】
次に、Ｓ１０４において、Ｓ１０２で算出された負荷対応噴射量Ｓ０が第１所定量Ｓ１以下であるか否か、すなわち内燃機関１機関負荷が低負荷領域Ｒ３に属しているか否かが判別される。ここで、低負荷領域Ｒ３は、負荷対応噴射量が比較的少ないため、機関負荷の増加に対して第２噴射燃料量Ｓｍのみの増量によって対応しても、スモークの発生量が増加したり、第２噴射燃料の気化潜熱に起因して燃焼が不安定となったりする可能性が低い運転領域として設定されている。Ｓ１０４において、肯定判定されると次にＳ１０５の処理が実行され、否定判定されると次にＳ１１０の処理が実行される。
【００７２】
Ｓ１０４で肯定判定された場合、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が第１所定量Ｓ１以下である場合（内燃機関１の機関負荷が低負荷領域Ｒ３に属する場合）、Ｓ１０５において、
図１３（ａ）で線Ｌ２１に示される制御マップを利用して、第１噴射燃料量Ｓｐが最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎに設定される。ここで、最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎは、第２噴射が実行された際に第２噴射燃料の燃焼開始のための火種となる火炎を形成することが可能な第１噴射燃料量の下限値である。ここで、第１噴射燃料量Ｓｐが多くなると、点火プラグ５での点火による燃焼（即ちスプレーガイド燃焼）が促進され易くなるため第１噴射燃料における燃え残り率が低下する虞があるが、第１噴射燃料量Ｓｐを最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎとすることでその燃え残り率を可及的に高くすることができる。そのため、低負荷領域Ｒ３では、第１噴射燃料量Ｓｐを最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎとすることで、安定した燃焼を確保しつつ高い熱効率を実現することができる。なお、上述のように、低負荷領域Ｒ３では、機関負荷の増加に対しては第２噴射燃料量Ｓｍのみの増加によって対応するため、図１３（ａ）で線Ｌ２１に示されるように、当該領域Ｒ３では、第１噴射燃料量Ｓｐは最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎで固定される。
【００７３】
次に、Ｓ１０６において、図１３（ｂ）で線Ｌ３１に示す制御マップを利用して、第１噴射時期Ｔｐが決定される。ここでは、Ｓ１０３で決定された第２噴射時期Ｔｍに対し、第１噴射燃料量Ｓｐが最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎである場合に熱効率が好適な状態となる第１噴射インターバルＤｉ１が確保されるように、第１噴射時期Ｔｐが決定される。なお、上述のように、低負荷領域Ｒ３では、第１噴射燃料量Ｓｐは最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎで固定される。そのため、低負荷領域Ｒ３では、第１噴射インターバルＤｉ１も一定に維持される。したがって、低負荷領域Ｒ３では、機関負荷が変動することで第２噴射時期Ｔｍが変動した場合、当該第２噴射時期Ｔｍの変動に連動して第１噴射時期Ｔｐも変動されることになる。
【００７４】
次に、Ｓ１０７において、図１３（ｂ）で線Ｌ３０に示す制御マップを利用して、点火時期Ｔｓが決定される。図１３（ｂ）に示すように、第１噴射時期Ｔｐと点火時期Ｔｓとのインターバルである点火インターバルＤｓは一定に維持される。そのため、低負荷領域Ｒ３では、第２噴射時期Ｔｍの変動に連動して第１噴射時期Ｔｐが変動した場合、当該変動に連動して点火時期Ｔｓも変動されることになる。
【００７５】
次に、Ｓ１０８においては、図１３（ａ）で線Ｌ２２に示す制御マップを利用して、第２噴射燃料量Ｓｍが決定される。なお、低負荷領域Ｒ３では、線Ｌ２２で示される機関負荷（負荷対応噴射量Ｓ０）と第２噴射燃料量Ｓｍとの相関は、以下の式２に従う。
Ｓｍ  ＝  Ｓ０  −Ｓｐ×α  ・・・（式２）
α：第１噴射燃料の燃え残り率
上記のとおり、本実施例に係る基本燃焼制御では、第１噴射燃料の燃え残りは第２噴射燃料とともに自着火し拡散燃焼に供されることで機関出力に寄与する。そのため、機関出力に寄与するという観点に立てば、第１噴射燃料の一部、すなわちその燃え残りは第２噴射燃料と同等と言うことができる。そこで、第１噴射燃料の燃え残り率を示す係数αを予め実験等で求めておき、当該係数αを考慮した上記式２に従って第１噴射燃料量Ｓｍを算出することで、適切な第１噴射燃料量Ｓｍを求めることができる。なお、第１噴射燃料の燃え残り率は、点火インターバルＤｓ及び第１噴射インターバルＤｉ１に応じて変化する。従って、係数αはこれらに基づいて定まる値である。そして、低負荷領域Ｒ３では、点火インターバルＤｓ及び第１噴射インターバルＤｉ１はいずれも一定であるため、上記式２おける係数αも一定値となる。また、低負荷領域Ｒ３では、上記の理由により第１噴射燃料量Ｓｐは最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎに固定されるため、上記式２においてＳｐ＝Ｓｐｍｉｎとなる。また、第１噴射燃料量に対して点火プラグ５による点火によって燃焼する分の燃料量（すなわちスプレーガイド燃焼によって燃焼する分の燃料量）が非常に少ない場合は、制御上、係数α＝１としてもよい。この場合、負荷対応噴射量＝合計噴射量として制御することになる。Ｓ１０８の処理が終了すると、次にＳ１３０の処理が実行される。
【００７６】
以上のように第１噴射、第２噴射、および点火に関する各パラメータが決定されることで、低負荷領域Ｒ３では、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火後に図１３（ａ）にＭ１で示す量の第１噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。上記のとおり、低負荷領域Ｒ３では、第１噴射燃料量Ｓｐは最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎに固定され、点火インターバルＤｓ及び第１噴射インターバルＤｉ１も一定であるため、第１噴射燃料の燃え残り量も概ね一定となる。
【００７７】
Ｓ１０４で否定判定された場合、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が第１所定量Ｓ１より大きい場合、Ｓ１１０において、Ｓ１０２で決定された負荷対応噴射量Ｓ０が、第２所定量Ｓ２以下であるか否か、すなわち内燃機関１機関負荷が第１中負荷領域Ｒ４に属しているか否かが判別される。ここで、第１中負荷領域Ｒ４は、機関負荷の増加に対して第２噴射燃料量Ｓｍのみの増量によって対応した場合、スモークの発生量が増加したり、第２噴射燃料の気化潜熱に起因して燃焼が不安定となったりする可能性が高い運転領域として設定されている。そのため、第１中負荷領域Ｒ４では、機関負荷の増加に対して第２噴射燃料量Ｓｍのみならず第１噴射燃料量Ｓｐも増量することで対応する。そして、第２所定量Ｓ２は、スモークの発生量および燃焼安定性の観点から第２噴射燃料量Ｓｍが上限値（最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘ）となる機関負荷、すなわち、適正噴射時期に噴射し得る燃料が上限値となる機関負荷に対応した燃料噴射量として設定されている。Ｓ１１０において、肯定判定されると次にＳ１１２の処理が実行され、否定判定されると次にＳ１２０の処理が実行される。
【００７８】
Ｓ１１０で肯定判定された場合、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が第１所定量Ｓ１より多く第２所定量Ｓ２以下である場合（内燃機関１の機関負荷が第１中負荷領域Ｒ４に属する場合）、Ｓ１１１において、図１３（ａ）で線Ｌ２１に示す制御マップを利用して第１噴射燃料量Ｓｐが決定される。このとき、内燃機関１の機関負荷が高いほど第１噴射燃料量Ｓｐは増量される。これにより、内燃機関１の機関負荷が高いほど、第１噴射燃料の燃え残り量が多くなる。次に、Ｓ１１２において、図１３（ｂ）で線Ｌ３１に示す制御マップを利用して第１噴射時期Ｔｐが決定される。ここで、内燃機関１の機関負荷の上昇に従い第１噴射燃料量Ｓｐが増量された場合に、第１噴射時期Ｔｐと第２噴射時期Ｔｍとのインターバルである第１噴射インターバルＤｉ１が固定されていると、第１噴射燃料量Ｓｐが多いほど、第２噴射が実行された際に第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料とが重なり易くなり、スモークの発生量が増加することになる。そのため、Ｓ１１２では、内燃機関１の機関負荷が高いほど、第１噴射インターバルＤｉ１が大きくなるように第１噴射時期Ｔｐが進角される。つまり、第１中負荷領域Ｒ４では、第１噴射時期Ｔｐが、第２噴射時期Ｔｍの進角量に連動した進角量以上に進角され、その進角量が機関負荷が高いほど大きくなっている。このように第１噴射時期Ｔｐを制御することで、第１噴射燃料量Ｓｐが増量されることでその燃え残り量が多くなっても、第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりを抑制することができる。その結果、これらの燃料の重なりに起因するスモークの発生量を抑制することができる。また、機関負荷の上昇に応じて第１噴射燃料の燃え残りが増加しても、上述したように、該燃え残りは第２噴射の実行開始後の燃焼に供されることで機関出力に寄与するため、内燃機関１の熱効率を高く維持することができる。
【００７９】
次に、Ｓ１１３において、図１３（ｂ）で線Ｌ３０に示す制御マップを利用して、点火時期Ｔｓが決定される。図１３（ｂ）に示すように、第１中負荷領域Ｒ４においても、第１噴射時期Ｔｐと点火時期Ｔｓとのインターバルである点火インターバルＤｓは一定に維持される。そのため、機関負荷の上昇に従い、第１噴射時期Ｔｐが第２噴射時期Ｔｍの進角量に連動した進角量以上に進角された場合、点火時期Ｔｓも第１噴射時期Ｔｓと同程度に進角される。
【００８０】
次に、Ｓ１１４において、図１３（ａ）で線Ｌ２２に示す制御マップを利用して、第２噴射燃料量Ｓｍが決定される。なお、第１中負荷領域Ｒ４でも、低負荷領域Ｒ３と同様に、線Ｌ２２で示される機関負荷（負荷対応噴射量Ｓ０）と第２噴射燃料量Ｓｍとの相関は、上記式２に従う。これにより、Ｓ１０８の処理と同じように、本実施例に係る基本燃焼制御の特徴を考慮した上で第１噴射燃料量Ｓｍを決定することができる。なお、上記のように、第１中負荷領域Ｒ４では、機関負荷の上昇に従い第１噴射燃料量Ｓｐが増量される。そのため、第１中負荷領域Ｒ４における第２噴射燃料量Ｓｍの増量比率（機関負荷の上昇量に対する第２噴射燃料量Ｓｍの増加量の比率）は、第１噴射燃料量Ｓｐが固定されている低負荷領域Ｒ３における第２噴射燃料量Ｓｍの増量比率よりも小さくなる。これにより、第２噴射燃料量の増量に起因するスモークの発生量の増加や、第２噴射燃料の気化潜熱の増加に起因する失火の発生を抑制することができる。Ｓ１１４の処理が終了すると、次にＳ１３０の処理が実行される。
【００８１】
以上のように第１噴射、第２噴射、および点火に関する各パラメータが決定されることで、第１中負荷領域Ｒ４では、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火後に図１３（ａ）にＭ１で示す量の第１噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。上記のとおり、第１中負荷領域Ｒ４では、機関負荷の上昇に従って、第１噴射燃料量Ｓｐが増量されるとともに、点火インターバルＤｓは一定の状態に維持されながら第１噴射時期Ｔｐ及び点火時期Ｔｓが進角される。その結果、上記のように、第１噴射燃料の燃え残り量が、機関負荷の上昇に応じて増加することになる。
【００８２】
Ｓ１１０で否定判定された場合、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が第２所定量Ｓ２より大きい場合、Ｓ１２０において、Ｓ１０２で決定された負荷対応噴射量Ｓ０が、第３所定量Ｓ３以下であるか否か、すなわち内燃機関１の機関負荷が第２中負荷領域Ｒ５に属しているか否かが判別される。上記のように、第２所定量Ｓ２は、スモークの発生量および燃焼安定性の観点から第２噴射燃料量Ｓｍが上限値となる機関負荷に対応した燃料噴射量として設定されている。そのため、第２中負荷領域Ｒ５は、機関負荷の増加に対して第１噴射燃料量Ｓｐのみを増量することで対応する運転領域として設定されている。そして、第３所定量Ｓ３は、第３噴射を行うことなく第１噴射および第２噴射のみで負荷対応噴射量Ｓ０を満たすような量の燃料を噴射した場合、スモークの発生量の観点から、第２噴射燃料量Ｓｍのみならず第１噴射燃料量Ｓｐも上限値となる機関負荷に対応した燃料噴射量として設定されている。つまり、第３所定量Ｓ３は、第１噴射燃料または第２噴射燃料に起因して発生するスモークの量が許容範囲の上限値となる燃料噴射量として第１噴射および第２噴射のそれぞれについて設定されている燃料噴射量の上限値の和に相当する。Ｓ１２０において、肯定判定されると次にＳ１２１の処理が実行され、否定判定されると次にＳ１４１の処理が実行される。
【００８３】
Ｓ１２０で肯定判定された場合、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が第２所定量Ｓ２より多く第３所定量Ｓ３以下である場合（内燃機関１の機関負荷が第２中負荷領域Ｒ５に属する場合）、Ｓ１２１において、図１３（ａ）で線Ｌ２２に示される制御マップを利用して、第２噴射燃料量Ｓｍが最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに設定される。ここで、最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘは、スモークの発生量を許容範囲内に抑えることができ且つ安定した燃焼を確保することができる（第２噴射燃料の気化潜熱に起因する失火の発生を抑制できる）第２噴射燃料量の上限値である。図１３（ａ）で線Ｌ２２に示されるように、第２中負荷領域Ｒ５では、第２噴射燃料量Ｓｍは最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘで固定される。
【００８４】
次に、Ｓ１２２において、図１３（ａ）で線Ｌ２１に示す制御マップを利用して、第１噴射燃料量Ｓｐが決定される。なお、第２中負荷領域Ｒ５では、線Ｌ２１で示される機関負荷（負荷対応噴射量Ｓ０）と第１噴射燃料量Ｓｐとの相関は、以下の式３に従う。
Ｓｐ  ＝  （Ｓ０  −Ｓｍ）／α  ・・・（式３）
なお、αは、式２と同じく、第１噴射燃料の燃え残り率である。上記式３に従うことで、Ｓ１０８やＳ１１４の処理と本質的に同じように、本実施例に係る基本燃焼制御の特徴を考慮した上で第１噴射燃料量Ｓｐを決定することができる。なお、第２中負荷領域Ｒ５においては、上記の理由で第２噴射燃料量Ｓｍは最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに固定されるため、上記式３においてＳｍ＝Ｓｍｍａｘとなる。また、第２中負荷領域Ｒ５では、最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに固定されるため、第１噴射燃料量Ｓｐの増量比率（機関負荷の上昇量に対する第１噴射燃料量Ｓｐの増加量の比率）は、機関負荷の上昇に対応して第２噴射燃料量Ｓｍも増量される第１中負荷領域Ｒ４における第１噴射燃料量Ｓｐの増量比率よりも大きくなる。
【００８５】
次に、Ｓ１２３において、図１３（ｂ）で線Ｌ３１に示す制御マップを利用して第１噴射時期Ｔｐが決定される。ここで、第２中負荷領域Ｒ５では、第２噴射燃料量Ｓｍは最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに固定されているため、Ｓ１０３で決定される第２噴射時期Ｔｍも固定されることになる。一方で、上記のように、第２中負荷領域Ｒ５では、第１噴射燃料量Ｓｐの増量比率は、第１中負荷領域Ｒ４における第１噴射燃料量Ｓｐの増量比率よりも大きくなる。そのため、第２中負荷領域Ｒ５では、第２噴射が実行された際の第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料とが重なりを抑制するためには、第１噴射インターバルＤｉ１を第１中負荷領域Ｒ４における第１噴射インターバルＤｉ１よりも大きくする必要があり、且つ、第１噴射インターバルＤｉ１の増加比率（機関負荷の上昇量に対する第１噴射インターバルＤｉ１の増加量の比率）も、第１中負荷領域Ｒ４における第１噴射インターバルＤｉ１の増加比率よりも大きくする必要がある。そのため、Ｓ１２３では、内燃機関１の機関負荷が高いほど、第１噴射インターバルＤｉ１が大きくなるように第１噴射時期Ｔｐが進角される。そして、このときの第１噴射時期Ｔｐの進角比率（機関負荷の上昇量に対する第１噴射時期Ｔｐの進角量の比率）が、第１中負荷領域Ｒ４における第１噴射時期Ｔｐの進角比率よりも大きくなっている。このように第１噴射時期Ｔｐを制御することで、機関負荷の増加に対して第１噴射燃料量Ｓｐのみを増量することで対応し、それによって第１噴射燃料の燃え残り量が多くなっても、第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりを抑制することができる。その結果、これらの燃料の重なりに起因するスモークの発生量を抑制することができる。また、機関負荷の上昇に応じて第１噴射燃料の燃え残りが増加しても、上述したように、該燃え残りは第２噴射の実行開始後の燃焼に供されることで機関出力に寄与するため、内燃機関１の熱効率を高く維持することができる。
【００８６】
次に、Ｓ１２４において、図１３（ｂ）で線Ｌ３０に示す制御マップを利用して、点火時期Ｔｓが決定される。第２中負荷領域Ｒ５においても、図１３（ｂ）に示すように、第１噴射時期Ｔｐと点火時期Ｔｓとのインターバルである点火インターバルＤｓは一定に維持される。そのため、第１中負荷領域Ｒ４と同様、機関負荷の上昇に従い第１噴射時期Ｔｐが進角された場合、点火時期Ｔｓも第１噴射時期Ｔｓと同程度に進角される。
【００８７】
以上のように第１噴射、第２噴射、および点火に関する各パラメータが決定されることで、第２中負荷領域Ｒ５では、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火後に図１３（ａ）にＭ１で示す量の第１噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。上記のとおり、第２中負荷領域Ｒ５では、機関負荷の上昇に従って、第１噴射燃料量Ｓｐが増量されるとともに、点火インターバルＤｓは一定の状態に維持されながら第１噴射時期Ｔｐ及び点火時期Ｔｓが進角される。その結果、上記のように、第１噴射燃料の燃え残り量が、機関負荷の上昇に応じて増加することになる。また、第２中負荷領域Ｒ５では、第１噴射燃料量Ｓｐの増量比率および第１噴射時期Ｔｐの進角比率（第１噴射インターバルＤｉ１の増加比率）が、第１中負荷領域Ｒ４よりも大きくなっている。その結果、機関負荷の上昇に応じた第１噴射燃料の燃え残り量の増加比率が、第１中負荷領域Ｒ４よりも大きくなっている。そのため、機関負荷の増加に対して第１噴射燃料量Ｓｐのみを増量することで対応することが可
能となる。
【００８８】
ここで、Ｓ１０８、Ｓ１１４、Ｓ１２４の何れかの処理が終了すると、次にＳ１３０の処理が実行される。Ｓ１３０では、上述までの処理で決定された第１噴射燃料量Ｓｐ、第１噴射時期Ｔｓ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第２噴射時期Ｔｍ、点火時期Ｔｓに従って、燃料噴射弁６による第１噴射および第２噴射、点火プラグ５による点火を実行する。これにより、本実施例に係る基本燃焼制御が実現される。Ｓ１３０の処理が終了すると、再びＳ１０１の処理が実行される。
【００８９】
Ｓ１２０で否定判定された場合、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が第３所定量Ｓ３より大きい場合、内燃機関１の機関負荷は高負荷領域Ｒ６に属している。上記のように、第３所定量Ｓ３は、第３噴射を行うことなく第１噴射および第２噴射のみで負荷対応噴射量Ｓ０を満たすような量の燃料を噴射した場合、スモークの発生量の観点から、第２噴射燃料量Ｓｍのみならず第１噴射燃料量Ｓｐも上限値となる機関負荷に対応した燃料噴射量として設定されている。つまり、第２中負荷領域Ｒ５において、機関負荷の上昇に従い、第１噴射燃料量Ｓｐを増量するとともに第１噴射時期Ｔｐを進角させていくと、負荷対応噴射量Ｓ０が第３所定量Ｓ３に達した時点で、第１噴射時期Ｔｐと第２噴射時期Ｔｍとのインターバルである第１噴射インターバルＤｉ１が、上述した上限値（図７におけるＤｉ１ｂ）となる。そのため、高負荷領域Ｒ６は、第１噴射および第２噴射に加えて第３噴射を行い、且つ、機関負荷の増加に対して第３噴射燃料量Ｓｐｐを増量することで対応する運転領域として設定されている。
【００９０】
そして、Ｓ１２０で否定判定された場合、Ｓ１４１において、図１３（ａ）で線Ｌ２２に示される制御マップを利用して、機関負荷が第２中負荷領域Ｒ５に属している場合と同様、第２噴射燃料量Ｓｍが最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに設定される。つまり、図１３（ａ）で線Ｌ２２に示されるように、高負荷領域Ｒ６では、第２中負荷領域Ｒ５と同様、第２噴射燃料量Ｓｍは最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに固定される。
【００９１】
次に、Ｓ１４２において、図１３（ａ）で線Ｌ２１に示される制御マップを利用して、第１噴射燃料量Ｓｐが最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎに設定される。つまり、図１３（ａ）で線Ｌ２１に示されるように、高負荷領域Ｒ６では、低負荷領域Ｒ３と同様、第１噴射燃料量Ｓｐは最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎに固定される。これによれば、第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりを可及的に抑制することができる。そのため、これらの重なりに起因するスモークの発生を可及的に抑制することができる。
【００９２】
次に、Ｓ１４３において、図１３（ａ）で線Ｌ２３に示される制御マップを利用して、第３噴射燃料量Ｓｐｐが決定される。なお、高負荷領域Ｒ６では、線Ｌ２３で示される機関負荷（負荷対応噴射量Ｓ０）と第３噴射燃料量Ｓｐｐとの相関は、以下の式４に従う。
Ｓｐｐ  ＝  Ｓ０  −Ｓｐ×α  −Ｓｍ  ・・・（式４）
ここで、αは、式２と同じく、第１噴射燃料の燃え残り率である。上述したとおり、本実施例に係る高負荷燃焼制御では、第３噴射燃料のほとんどは第２噴射燃料とともに自着火し拡散燃焼に供されることで機関出力に寄与する。そのため、機関出力に寄与するという観点に立てば、第３噴射燃料は第２噴射燃料と同等と言うことができる。そこで、上記式４に従って第３噴射燃料量Ｓｐｐを算出することで、機関負荷に対応する燃料噴射量を確保するのに適切な第３噴射燃料量Ｓｐｐを求めることができる。なお、高負荷領域Ｒ６においては、第２噴射燃料量Ｓｍは最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに固定されるため、上記式４においてＳｍ＝Ｓｍｍａｘとなる。また、高負荷領域Ｒ６においては、第１噴射燃料量Ｓｐは最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎで固定されるため、上記式４においてＳｐ＝Ｓｐｍｉｎとなる。また、後述するように、高負荷領域Ｒ６においては、第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射時期Ｔｍ、および点火時期Ｔｓはいずれも一定であり、点火インターバルＤｓ
及び第１噴射インターバルＤｉ１はいずれも一定となるため、上記式４における係数αも一定値となる。つまり、高負荷領域Ｒ６においては、機関負荷が上昇した場合、その上昇量分に対応した量だけ第３噴射燃料量Ｓｐｐが増量されることになる。
【００９３】
また、第３噴射燃料としてある程度以上の燃料を噴射する必要があったり、第２噴射インターバルとして十分なインターバルを確保することが困難な状況となったりした場合は、第３噴射燃料において、第１噴射後の点火によって生じた火炎によって燃焼する割合が大きくなることも考えられる。そして、この割合がある程度以上大きくなるようであれば、第３噴射燃料量Ｓｐｐの決定の際に、第１噴射後の点火によって生じた火炎によって燃焼する分を考慮する必要がある。そこで、このような場合は、下記式４´に従って第３噴射燃料量Ｓｐｐを算出してもよい。
Ｓｐｐ  ＝（Ｓ０  −Ｓｐ×α  −Ｓｍ）×β  ・・・（式４´）
β：第３噴射燃料量における第２噴射開始後の自着火または拡散燃焼に供される分の割合
上記式４´における係数βは、実験等に基づいて予め求めることができる。当該係数βを考慮した上記式４´に従って第３噴射燃料量Ｓｐｐを算出することで、適切な第３噴射燃料量Ｓｐｐを求めることができる。
【００９４】
次に、Ｓ１４４において、図１３（ｂ）で線Ｌ３１に示す制御マップを利用して第１噴射時期Ｔｐが決定される。ここで、高負荷領域Ｒ６では、第２噴射燃料量Ｓｍは最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに固定されるため、Ｓ１０３で決定される第２噴射時期Ｔｍも一定に維持される。そして、高負荷領域Ｒ６では、第１噴射射燃料量Ｓｐも最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎに固定される。そのため、高負荷領域Ｒ６では、第２噴射時期Ｔｍに対し、第１噴射燃料量Ｓｐが最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎである場合に熱効率が好適な状態となる第１噴射インターバルＤｉ１が確保されるように決定される第１噴射時期Ｔｐも一定となる。
【００９５】
次に、Ｓ１４５において、図１３（ｂ）で線Ｌ３０に示す制御マップを利用して、点火時期Ｔｓが決定される。図１３（ｂ）に示すように、第１噴射時期Ｔｐと点火時期Ｔｓとのインターバルである点火インターバルＤｓは一定に維持される。そのため、高負荷領域Ｒ６では、点火時期Ｔｓも一定に維持される。
【００９６】
次に、Ｓ１４６において、図１３（ｂ）で線Ｌ３３に示す制御マップを利用して、第３噴射時期Ｔｐｐが決定される。上述のように、本実施例に係る高負荷燃焼制御においては、第１噴射時期Ｔｐと第３噴射時期Ｔｐｐとのインターバルとして、第３噴射燃料が第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼によって燃焼するような第２噴射インターバルＤｉ２を確保する必要がある。そのため、第３噴射時期Ｔｐｐは、第１噴射時期Ｔｐに対してこのような第２噴射インターバルＤｉ２が確保されるように決定される。ここで、高負荷領域Ｒ６では、上記のように、機関負荷の上昇に従って第３噴射燃料量Ｓｐｐが増量される。そこで、高負荷領域Ｒ６では、図１３（ｂ）に示すように、ある程度の機関負荷までは、機関負荷の上昇に従って、第２噴射インターバルＤｉ２が大きくなるように、第３噴射時期Ｔｐｐが進角される。第２噴射インターバルＤｉ２が大きくなるほど、第１噴射が実行されるまでの間に、燃焼室内における第３噴射燃料の拡散がより促進されることになる。また、第３噴射時期Ｔｐｐが進角されるほど、該第３噴射時期Ｔｐｐにおける燃焼室内の圧力は相対的に低くなるため、第３噴射燃料により形成される噴霧のペネトレーションが相対的に大きくなる。このことからも、第３噴射時期Ｔｐｐが進角されるほど、第３噴射燃料が燃焼室内においてより広範囲に拡散され易くなる。そして、第３噴射燃料が燃焼室内においてより広範囲に拡散されることで、第３噴射燃料が、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火によって生じた火炎によっては燃焼せずに、第２噴射開始後の自着火または拡散燃焼によって燃焼するようになる。ただし、圧縮行程において、第３噴射時期があ
まりに早い時期となると、第３噴射燃料が気筒２のボア壁面に付着し易くなる。そこで、第３噴射燃料のボア壁面への付着量を許容範囲内に抑制するために、図１３（ｂ）に示すように、第３噴射時期Ｔｐｐには上限値（最進角値）が設けられている。機関負荷の上昇に従って第３噴射時期Ｔｐｐを進角させることで、第３噴射時期Ｔｐｐが当該上限値に達した場合、さらに機関負荷が上昇し第３噴射燃料量Ｓ３が増量されても、第３噴射時期Ｔｐｐは当該上限値に維持される。
【００９７】
なお、高負荷領域Ｒ６では、上記のように第１噴射、第２噴射、および点火に関する各パラメータが決定されることで、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火後に図１３（ａ）にＭ１で示す量の第１噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。ここで、高負荷領域Ｒ６では、第１噴射燃料量Ｓｐ、第１噴射インターバルＤ１ｉ、および点火インターバルＤｓは、低負荷領域Ｒ３と同様となる。その結果、低負荷領域Ｒ３と同様、第１噴射燃料の燃え残り量は概ね一定となる。
【００９８】
Ｓ１４６の処理が終了すると、次にＳ１４７の処理が実行される。Ｓ１４７では、上述までの処理で決定された第１噴射燃料量Ｓｐ、第１噴射時期Ｔｓ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第２噴射時期Ｔｍ、第３噴射燃料量Ｓｐｐ、第３噴射時期Ｔｐｐ、点火時期Ｔｓに従って、燃料噴射弁６による第１噴射、第２噴射、および第３噴射、点火プラグ５による点火を実行する。これにより、本実施例に係る高負荷燃焼制御が実現される。Ｓ１４７の処理が終了すると、再びＳ１０１の処理が実行される。
【００９９】
本実施例によれば、上記のように、燃焼制御に関するパラメータである、第１噴射燃料量Ｓｐ、第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第２噴射時期Ｔｍ、第３噴射燃料量Ｓｐｐ、第３噴射時期Ｔｐｐ、および点火時期Ｔｓを内燃機関１の機関負荷に応じて適切に決定することで、スモークの発生を抑制しつつ安定したディーゼル燃焼を実現でき、また、熱効率の向上を図ることができる。また、特に、高負荷領域においては、第３噴射を行うことで、第１噴射燃料量Ｓｐおよび第２噴射燃料量Ｓｍをそれぞれの上限値に抑えつつ、負荷対応噴射量Ｓ０の燃料を噴射することが可能となっている。換言すれば、第１噴射および第２噴射に加えて第３噴射を行うことで、第１噴射および第２噴射のみを行う場合に比べて、スモークの発生量を許容範囲内に抑制しつつディーゼル燃焼を実現させることが可能な運転領域を拡大させることができる。
【０１００】
＜変形例＞
図１４は、本実施例に係る燃焼制御に用いられる制御マップの他の例を示している。図１４の上段（ａ）では、図１３（ａ）と同様、内燃機関１の機関負荷と第１噴射燃料量の相関を線Ｌ２１で示し、該機関負荷と第２噴射燃料量との相関を線Ｌ２２で示し、該機関負荷と第３噴射燃料量との相関を線Ｌ２３で示し、該機関負荷と該機関負荷に対応した燃料噴射量である負荷対応噴射量との相関を線Ｌ２０で示している。更に、図１４（ａ）では、点火プラグ５による点火では燃焼していない第１噴射燃料の燃え残り量をＭ１で示している。また、図１４の下段（ｂ）では、図１３（ｂ）と同様、内燃機関１の機関負荷と第１噴射時期Ｔｐの相関を線Ｌ３１で示し、該機関負荷と点火時期Ｔｓとの相関を線Ｌ３０で示し、該機関負荷と第２噴射時期Ｔｍとの相関を線Ｌ３２で示し、該機関負荷と第３噴射時期Ｔｐｐとの相関を線Ｌ３３で示している。そして、線Ｌ３１と線Ｌ３２との間隔が第１噴射インターバルＤｉ１を示し、線Ｌ３１と線Ｌ３０との間隔が点火インターバルＤｓを示し、線Ｌ３３と線Ｌ３１との間隔が第２噴射インターバルＤｉ２を示している。
【０１０１】
本制御マップにおいて、低負荷領域Ｒ３、第１中負荷領域Ｒ４、および第２中負荷領域Ｒ５における内燃機関１の機関負荷と各制御パラメータとの相関は、図１３に示す制御マップと同様となっている。また、本制御マップにおいても、図１３に示す制御マップと同様、高負荷領域Ｒ６では、第２噴射燃料量Ｓｍは最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに固定さ
れており、第２噴射時期Ｔｍは該最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに適した時期（すなわち、第２噴射時期Ｔｍの最進角時期）に固定されている。ただし、本制御マップでは、図１４（ａ）の線Ｌ２１に示すように、高負荷領域Ｒ６において第１噴射燃料量Ｓｐが最大第１噴射燃料量Ｓｐｍａｘに固定されている点で、図１３に示す制御マップと異なっている。そして、本制御マップでは、図１４（ｂ）の線Ｌ３１に示すように、高負荷領域Ｒ６において第１噴射時期Ｔｐが最大第１噴射燃料量Ｓｐｍａｘに適した時期（すなわち、第１噴射時期Ｔｐの最進角時期）に固定されている。このように第１噴射燃料量Ｓｐおよび第１噴射時期Ｔｐが決定されることで、高負荷領域Ｒ６では、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火後に図１４（ａ）にＭ１で示す量の第１噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。つまり、高負荷領域Ｒ６における第１噴射燃料の燃え残り量は最大量で概ね一定となる。
【０１０２】
また、本制御マップにおいても、高負荷領域Ｒ６では、図１３に示す制御マップと同様、第１噴射および第２噴射に加えて第３噴射が行われる。つまり、高負荷領域Ｒ６においては高負荷燃焼制御が行われる。そして、図１４（ａ）の線Ｌ２３に示すように、内燃機関１の機関負荷の上昇に従って、第３噴射燃料量Ｓｐｐが増量される。また、図１４（ｂ）の線Ｌ３３に示すように、内燃機関１の機関負荷の上昇に従って、第２噴射インターバルＤｉ２が大きくなるように、第３噴射時期Ｔｐｐが進角される。ただし、上記のように、本制御マップでは、高負荷領域Ｒ６における第１噴射燃料の燃え残り量は最大量で一定となる。そのため、高負荷領域Ｒ６において第１噴射燃料量Ｓｐが最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎに固定されるために第１噴射燃料の燃え残り量が最小量で一定となる図１３に示す制御マップに比べて、高負荷領域Ｒ６での同一の機関負荷に対する第３噴射燃料量Ｓｐｐ自体は少なくなっている。これにより、高負荷領域Ｒ６において、第２噴射実行後の自着火または拡散燃焼に供される、第１噴射燃料の燃え残り量と第３噴射燃料量との和が、図１３に示す制御マップの場合と略同一となる。
【０１０３】
本変形に係る制御マップを用いて、高負荷領域Ｒ６における、第１噴射燃料量Ｓｐ、第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第２噴射時期Ｔｍ、第３噴射燃料量Ｓｐｐ、第３噴射時期Ｔｐｐ、および点火時期Ｔｓを決定した場合であっても、スモークの発生を抑制しつつ安定したディーゼル燃焼を実現できる。また、本制御マップによれば、内燃機関１の機関負荷が第２中負荷領域Ｒ５または高負荷領域Ｒ６のいずれか一方から他方に移行したときにおける、第１噴射燃料量Ｓｐおよび第１噴射時期Ｔｐの変動量を比較的小さくすることができる。そのため、第１噴射燃料量Ｓｐおよび第１噴射時期Ｔｐの制御上のロバスト性を向上させることができると考えられる。
【実施例２】
【０１０４】
本実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成は実施例１と同様である。以下、本実施例に係る燃焼制御の制御フローについて図１５〜１７に基づいて説明する。図１５，１６は、本実施例に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。この制御フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１が稼働している間、ＥＣＵ２０に格納された制御プログラムが実行されることで、所定の間隔で繰り返し実行される。なお、本制御フローにおけるＳ１０１〜１０８、Ｓ１１０〜１１４、Ｓ１３０は、上記のとおり説明した図１１に示すフローにおける各ステップと同一であるため、同一の処理が実行されるステップについては同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【０１０５】
また、図１７は、本実施例に係る燃焼制御に用いられる制御マップの一例を示している。図１７の上段（ａ）では、図１３（ａ）と同様、内燃機関１の機関負荷と第１噴射燃料量の相関を線Ｌ２１で示し、該機関負荷と第２噴射燃料量との相関を線Ｌ２２で示し、該機関負荷と第３噴射燃料量との相関を線Ｌ２３で示し、該機関負荷と該機関負荷に対応した燃料噴射量である負荷対応噴射量との相関を線Ｌ２０で示している。更に、図１７（ａ
）では、点火プラグ５による点火では燃焼していない第１噴射燃料の燃え残り量をＭ１で示している。また、図１７の下段（ｂ）では、図１３（ｂ）と同様、内燃機関１の機関負荷と第１噴射時期Ｔｐの相関を線Ｌ３１で示し、該機関負荷と点火時期Ｔｓとの相関を線Ｌ３０で示し、該機関負荷と第２噴射時期Ｔｍとの相関を線Ｌ３２で示し、該機関負荷と第３噴射時期Ｔｐｐとの相関を線Ｌ３３で示している。そして、線Ｌ３１と線Ｌ３２との間隔が第１噴射インターバルＤｉ１を示し、線Ｌ３１と線Ｌ３０との間隔が点火インターバルＤｓを示し、線Ｌ３３と線Ｌ３１との間隔が第２噴射インターバルＤｉ２を示している。
【０１０６】
図１７に示すように、本実施例では、内燃機関１の機関負荷が、低負荷領域Ｒ３または第１中負荷領域Ｒ４に属する場合は、上記の基本燃焼制御が行われ、第２中負荷領域Ｒ５または高負荷領域Ｒ６に属する場合は上記の高負荷燃焼制御が行われる。つまり、本実施例に係る燃焼制御では、高負荷領域Ｒ６のみならず、第２中負荷領域Ｒ４においても、第１噴射および第２噴射に加えて第３噴射が行われる点で、実施例１に係る燃焼制御と異なっている。なお、本実施例では、第１中負荷領域Ｒ４と第２中負荷領域Ｒ５との境界となる機関負荷が、本発明に係る「所定負荷」に相当する。
【０１０７】
本実施例に係る制御フローでは、Ｓ１１０において否定判定された場合、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が第２所定量Ｓ２より大きい場合、Ｓ１５１〜Ｓ１５７の処理が実行される。Ｓ１５１においては、図１７（ａ）で線Ｌ２２に示される制御マップを利用して、第２噴射燃料量Ｓｍが最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに設定される。つまり、図１７（ａ）で線Ｌ２２に示されるように、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、第２噴射燃料量Ｓｍは最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに固定される。
【０１０８】
次に、Ｓ１５２において、図１７（ａ）で線Ｌ２１に示される制御マップを利用して、第１噴射燃料量Ｓｐが決定される。このとき、第１噴射燃料量Ｓｐは、第１中負荷領域Ｒ４における第１噴射燃料量Ｓｐの最大値よりも小さい所定の第１噴射燃料量Ｓｐｘに決定される。そして、図１７（ａ）で線Ｌ２１に示されるように、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、第１噴射燃料量Ｓｐは当該所定の第１噴射燃料量Ｓｐｘに固定される。ここで、第１中負荷領域Ｒ４における第１噴射燃料量Ｓｐの最大値は最大第１噴射燃料量Ｓｐｍａｘには達していない。しかしながら、このような場合であっても、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、第１噴射燃料量Ｓｐを、第１中負荷領域Ｒ４における第１噴射燃料量Ｓｐの最大値よりも小さい所定の第１噴射燃料量Ｓｐｘに固定することで、第１噴射燃料量Ｓｐを機関負荷の上昇に従って最大第１噴射燃料量Ｓｐｍａｘまで増量される場合に比べて、第１噴射燃料量の燃え残り量を少なくすることができる。その結果、第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりをより抑制することが可能となる。従って、これらの重なりに起因するスモークの発生量をより抑制することができる。
【０１０９】
なお、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６において、第１噴射燃料量Ｓｐを最小第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎに固定するようにしてもよい。これによれば、第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりを可及的に抑制することができる。そのため、これらの重なりに起因するスモークの発生量を可及的に抑制することができる。
【０１１０】
次に、Ｓ１５３において、図１７（ａ）で線Ｌ２３に示される制御マップを利用して、第３噴射燃料量Ｓｐｐが決定される。なお、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、線Ｌ２３で示される機関負荷（負荷対応噴射量Ｓ０）と第３噴射燃料量Ｓｐｐとの相関は、実施例１における高負荷領域Ｒ６の場合と同様、上記式４に従う。これにより、Ｓ１４３の処理と同じように、本実施例に係る高負荷燃焼制御の特徴を考慮した上で第３噴射燃料量Ｓｐｐを決定することができる。なお、上記のように、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６においては、第２噴射燃料量Ｓｍは最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに固
定されるため、上記式４においてＳｍ＝Ｓｍｍａｘとなる。また、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６においては、第１噴射燃料量Ｓｐは所定の第１噴射燃料量Ｓｐｘに固定されるため、上記式４においてＳｐ＝Ｓｐｘとなる。また、後述するように、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６においては、第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射時期Ｔｍ、および点火時期Ｔｓはいずれも一定であり、点火インターバルＤｓ及び第１噴射インターバルＤｉ１はいずれも一定となるため、上記式４における係数αも一定値となる。つまり、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６においては、機関負荷が上昇した場合、その上昇量分に対応した量だけ第３噴射燃料量Ｓｐｐが増量されることになる。
【０１１１】
次に、Ｓ１５４において、図１７（ｂ）で線Ｌ３１に示す制御マップを利用して第１噴射時期Ｔｐが決定される。ここで、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、第２噴射燃料量Ｓｍは最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに固定されるため、Ｓ１０３で決定される第２噴射時期Ｔｍも一定に維持される。そして、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、第１噴射射燃料量Ｓｐも所定の第１噴射燃料量Ｓｐｘに固定される。そのため、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、第２噴射時期Ｔｍに対し、第１噴射燃料量Ｓｐが所定の第１噴射燃料量Ｓｐｘである場合に熱効率が好適な状態となる第１噴射インターバルＤｉ１が確保されるように決定される第１噴射時期Ｔｐも一定となる。
【０１１２】
次に、Ｓ１５５において、図１７（ｂ）で線Ｌ３０に示す制御マップを利用して、点火時期Ｔｓが決定される。図１７（ｂ）に示すように、第１噴射時期Ｔｐと点火時期Ｔｓとの間隔である点火インターバルＤｓは一定に維持される。そのため、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、点火時期Ｔｓも一定に維持される。
【０１１３】
次に、Ｓ１５６において、図１７（ｂ）で線Ｌ３３に示す制御マップを利用して、第３噴射時期Ｔｐｐが決定される。ここでは、実施例１に係る高負荷領域Ｒ６と同様、第３噴射燃料が第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼によって燃焼するような第２噴射インターバルＤｉが確保されるように、第３噴射時期Ｔｐｐが決定される。第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、実施例１に係る高負荷領域Ｒ６と同様、機関負荷の上昇に従って第３噴射燃料量Ｓｐｐが増量される。そのため、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、図１７（ｂ）に示すように、ある程度の機関負荷まで（すなわち、第３噴射時期Ｔｐｐが上限値（最進角値）に達するまで）は、機関負荷の上昇に従って、第２噴射インターバルＤｉ２が大きくなるように第３噴射時期Ｔｐｐが進角される。
【０１１４】
なお、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、上記のように第１噴射、第２噴射、および点火に関する各パラメータが決定されることで、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火後に図１７（ａ）にＭ１で示す量の第１噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。ここで、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、第１噴射燃料量Ｓｐ、第１噴射インターバルＤ１ｉ、および点火インターバルＤｓは一定となっている。そのため、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では第１噴射燃料の燃え残り量は概ね一定となる。
【０１１５】
Ｓ１５６の処理が終了すると、次にＳ１５７の処理が実行される。Ｓ１５７では、上述までの処理で決定された第１噴射燃料量Ｓｐ、第１噴射時期Ｔｓ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第２噴射時期Ｔｍ、第３噴射燃料量Ｓｐｐ、第３噴射時期Ｔｐｐ、点火時期Ｔｓに従って、燃料噴射弁６による第１噴射、第２噴射、および第３噴射、点火プラグ５による点火を実行する。これにより、上記の高負荷燃焼制御が実現される。Ｓ１５６の処理が終了すると、再びＳ１０１の処理が実行される。
【０１１６】
本実施例によれば、高負荷領域Ｒ６のみならず第２中負荷領域Ｒ５においても第３噴射を行うことで、内燃機関１の機関負荷が第２中負荷領域Ｒ５に属する際の第１噴射燃料量
Ｓｐを相対的に少ない量に抑えることができる。そのため、第２中負荷領域における第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりに起因するスモークの発生量をより抑制することができる。
【０１１７】
なお、本実施例においては、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６において、第１噴射燃料量Ｓｐを、第１中負荷領域Ｒ４における第１噴射燃料量Ｓｐの最大値で固定するようにしてもよい。この場合、第１噴射時期Ｔｐも、第１中負荷領域Ｒ４における第１噴射時期Ｔｐの最進角値で一定に維持する。これによれば、内燃機関１の機関負荷が第１中負荷領域Ｒ４または第２中負荷領域Ｒ５のいずれか一方から他方に移行したときにおける、第１噴射燃料量Ｓｐおよび第１噴射時期Ｔｐの変動量を小さくすることができる。そのため、第１噴射燃料量Ｓｐおよび第１噴射時期Ｔｐの制御上のロバスト性を向上させることができると考えられる。
【０１１８】
＜変形例＞
図１８は、本実施例に係る燃焼制御に用いられる制御マップの他の例を示している。図１８の上段（ａ）では、図１８（ａ）と同様、内燃機関１の機関負荷と第１噴射燃料量の相関を線Ｌ２１で示し、該機関負荷と第２噴射燃料量との相関を線Ｌ２２で示し、該機関負荷と第３噴射燃料量との相関を線Ｌ２３で示し、該機関負荷と該機関負荷に対応した燃料噴射量である負荷対応噴射量との相関を線Ｌ２０で示している。更に、図１８（ａ）では、点火プラグ５による点火では燃焼していない第１噴射燃料の燃え残り量をＭ１で示している。また、図１８の下段（ｂ）では、図１３（ｂ）と同様、内燃機関１の機関負荷と第１噴射時期Ｔｐの相関を線Ｌ３１で示し、該機関負荷と点火時期Ｔｓとの相関を線Ｌ３０で示し、該機関負荷と第２噴射時期Ｔｍとの相関を線Ｌ３２で示し、該機関負荷と第３噴射時期Ｔｐｐとの相関を線Ｌ３３で示している。そして、線Ｌ３１と線Ｌ３２との間隔が第１噴射インターバルＤｉ１を示し、線Ｌ３１と線Ｌ３０との間隔が点火インターバルＤｓを示し、線Ｌ３３と線Ｌ３１との間隔が第２噴射インターバルＤｉ２を示している。
【０１１９】
本制御マップにおいて、低負荷領域Ｒ３および第１中負荷領域Ｒ４における内燃機関１の機関負荷と各制御パラメータとの相関は、図１７に示す制御マップと同様となっている。また、本制御マップにおいても、図１７に示す制御マップと同様、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、第２噴射燃料量Ｓｍは最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに固定されており、第２噴射時期Ｔｍは該最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘに適した時期（すなわち、第２噴射時期Ｔｍの最進角時期）に固定されている。ただし、本制御マップでは、図１８（ａ）の線Ｌ２１に示すように、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６においても、第１噴射燃料量Ｓｐが機関負荷の上昇に従って増量されている点で、図１７に示す制御マップと異なっている。そして、本制御マップでは、図１８（ｂ）の線Ｌ３１に示すように、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６において第１噴射時期Ｔｐが機関負荷の上昇に従って進角されている。このように第１噴射燃料量Ｓｐおよび第１噴射時期Ｔｐが決定されることで、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６では、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火後に図１８（ａ）にＭ１で示す量の第１噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。つまり、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６における第１噴射燃料の燃え残り量は機関負荷の上昇に従って増加する。
【０１２０】
また、本制御マップにおいても、高負荷領域Ｒ６のみならず第２中負荷領域Ｒ５においても、第１噴射および第２噴射に加えて第３噴射が行われる。そして、図１８（ａ）の線Ｌ２３に示すように、内燃機関１の機関負荷の上昇に従って、第３噴射燃料量Ｓｐｐが増量される。また、図１８（ｂ）の線Ｌ３３に示すように、内燃機関１の機関負荷の上昇に従って、第２噴射インターバルＤｉ２が大きくなるように、第３噴射時期Ｔｐｐが進角される。ただし、上記のように、本制御マップでは、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６における第１噴射燃料の燃え残り量が機関負荷の上昇に従って増加する。そのため、
第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６において第１噴射燃料量Ｓｐが所定の第１噴射燃料量Ｓｐｘに固定されるために第１噴射燃料の燃え残り量が一定となる図１７に示す制御マップに比べて、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６での同一の機関負荷に対する第３噴射燃料量Ｓｐｐ自体は少なくなっている。これにより、高負荷領域Ｒ６において、第２噴射実行後の自着火または拡散燃焼に供される、第１噴射燃料の燃え残り量と第３噴射燃料量との和が、図１３に示す制御マップの場合と略同一となる。
【０１２１】
また、本制御マップのように、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６において機関負荷の上昇に従って第１噴射燃料量Ｓｐを増量する場合であっても、第３噴射燃料量Ｓｐｐを適切な量に調整することで、第１噴射燃料量Ｓｐを最大第１噴射燃料量Ｓｐｍａｘ以下に抑えることができる。そのため、第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりに起因するスモークの発生量を許容範囲内に抑制することができる。換言すれば、第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりに起因するスモークの発生量を許容範囲内に抑制しつつ、機関負荷の上昇に従って第１噴射燃料量Ｓｐを増量することが可能となる。
【０１２２】
本変形に係る制御マップを用いて、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６における、第１噴射燃料量Ｓｐ、第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第２噴射時期Ｔｍ、第３噴射燃料量Ｓｐｐ、第３噴射時期Ｔｐｐ、および点火時期Ｔｓを決定した場合であっても、スモークの発生を抑制しつつ安定したディーゼル燃焼を実現できる。
【０１２３】
なお、本実施例に係る高負荷燃焼制御では、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６において、第３噴射燃料量Ｓｐｐを適切な量に調整することで、最大第２噴射燃料量Ｓｍｍａｘ以下の範囲で機関負荷の上昇に従って第２噴射燃料量Ｓｍを増量するようにすることもできる。換言すれば、第２噴射燃料に起因するスモークの発生量を許容範囲内に抑制しつつ、機関負荷の上昇に従って第２噴射燃料量Ｓｍを増量することもできる。
【０１２４】
ただし、上記のように、第２中負荷領域Ｒ５および高負荷領域Ｒ６において、第３噴射燃料量Ｓｐｐのみならず第１噴射燃料量Ｓｐまたは第２噴射燃料量Ｓｍの少なくともいずれかを機関負荷の上昇に従って増量する場合であっても、機関負荷の上昇分に対応する負荷対応噴射量Ｓ０の増量分のうち５割以上を第３噴射燃料量Ｓｐｐの増量分とするのが好ましい。つまり、第１噴射燃料量Ｓｐおよび第２噴射燃料量Ｓｍの増量分を第３噴射燃料量Ｓｐｐの増量分より少なくするのが好ましい。これによれば、第１噴射燃料量Ｓｐまたは第２噴射燃料量Ｓｍの少なくともいずれかを機関負荷の上昇に従って増量する場合に、機関負荷の上昇分に対応する負荷対応噴射量Ｓ０の増量分のうち５割以上を第１噴射燃料量Ｓｐおよび第２噴射燃料量Ｓｍの増量分（第１噴射燃料量Ｓｐまたは第２噴射燃料量Ｓｍのいずれか一方のみを増量する場合はその一方の増量分）とする場合に比べて、スモークの発生量を抑制することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・ピストン
５・・・点火プラグ
６・・・燃料噴射弁
７・・・吸気ポート
８・・・排気ポート
９・・・吸気弁
１０・・排気弁
２０・・ＥＣＵ
２１・・クランクポジションセンサ
２２・・アクセルポジションセンサ
７１・・スロットル弁
７２・・エアフローメータ
Ｔｐ・・第１噴射時期
Ｔｍ・・第２噴射時期
Ｔｐｐ・・第３噴射時期
Ｔｓ・・点火時期
Ｄｉ１・・第１噴射インターバル
Ｄｉ２・・第２噴射インターバル
Ｄｓ・・点火インターバル
Ｓｐ・・第１噴射燃料量
Ｓｍ・・第２噴射燃料量
Ｓｐｐ・・第３噴射燃料量
【図１】
2016000969.tif 000003
【図２】
2016000969.tif 000004
【図３】
2016000969.tif 000005
【図４】
2016000969.tif 000006
【図５】
2016000969.tif 000007
【図６】
2016000969.tif 000008
【図７】
2016000969.tif 000009
【図８】
2016000969.tif 000010
【図９】
2016000969.tif 000011
【図１０】
2016000969.tif 000012
【図１１】
2016000969.tif 000013
【図１２】
2016000969.tif 000014
【図１３】
2016000969.tif 000015
【図１４】
2016000969.tif 000016
【図１５】
2016000969.tif 000017
【図１６】
2016000969.tif 000018
【図１７】
2016000969.tif 000019
【図１８】
2016000969.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成27年6月2日(2015.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
図８は、第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との合計量は同一でそれぞれの比率が異なる３つの形態１〜３（図８（ａ）を参照）において、第２噴射時期Ｔｍを圧縮上死点前の所定時期に固定し、第１噴射時期Ｔｐを変化させた場合の、スモークの発生量と第１噴射時期Ｔｐとの相関（図８（ｂ）を参照）と、熱効率と第１噴射時期Ｔｐとの相関（図８（ｃ）を参照）とを示す図である。なお、図８に示す各形態において、点火インターバルＤｓ（プレ噴射時期Ｔｐから点火時期Ｔｓまでの時間）は全て同一に設定されている。また、各形態１〜３における第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との関係は以下のとおりである。
形態１：  第１噴射燃料量＝Ｘ１  第２噴射燃料量＝Ｙ１
形態２：  第１噴射燃料量＝Ｘ２  第２噴射燃料量＝Ｙ２
形態３：  第１噴射燃料量＝Ｘ３  第２噴射燃料量＝Ｙ３
但し、Ｘ１＞Ｘ２＞Ｘ３、且つ、Ｙ１＜Ｙ２＜Ｙ３。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
また、第３噴射燃料としてある程度以上の燃料を噴射する必要があったり、第２噴射インターバルとして十分なインターバルを確保することが困難な状況となったりした場合は、第３噴射燃料において、第１噴射後の点火によって生じた火炎によって燃焼する割合が大きくなることも考えられる。そして、この割合がある程度以上大きくなるようであれば、第３噴射燃料量Ｓｐｐの決定の際に、第１噴射後の点火によって生じた火炎によって燃焼する分を考慮する必要がある。