CN102822485A

CN102822485A - 内燃机的燃烧控制装置

Info

Publication number: CN102822485A
Application number: CN2010800657615A
Authority: CN
Inventors: 灘光博
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: EP2551499A1; WO2011118031A1; JP5278596B2; JPWO2011118031A1; CN102822485B; US20130024097A1

Abstract

本发明涉及一种内燃机的燃烧控制装置，所述内燃机的燃烧控制装置于在燃烧室内实施预混燃烧和扩散燃烧的内燃机（发动机）中，通过实施对预混燃烧的燃烧重心与扩散燃烧的燃烧重心之间的热释放率的最小值进行限制的控制、或者对预混燃烧用的第一喷射与扩散燃烧用的第二喷射之间的间隔进行调节的控制，从而将预混燃烧和扩散燃烧分离。以这种方式，由于通过将在燃烧室内的燃烧方式设定为将预混燃烧和扩散燃烧分离了的分离燃烧，从而使在先的预混燃烧的发火延迟不影响在后的扩散燃烧，因此能够利用预混燃烧及扩散燃烧的各自的优点。由此，即使在过渡工况时与低十六烷值燃烧使用时，也能够实现排气的减少及燃烧稳定性。

Description

内燃机的燃烧控制装置

技术领域

本发明涉及一种以柴油发动机为代表的压缩自点火式的内燃机的燃烧控制装置。

背景技术

在作为汽车用发动机等而使用的柴油发动机中，通过根据发动机转数、加速器操作量、冷却水温度、进气温度等，调节来自燃料喷射阀（下面，有时也称为喷射器）的燃料喷射时刻及燃料喷射量，从而对燃烧室内（气缸内）的燃烧方式进行控制。

如下述的专利文献1中所公开的那样，上述柴油发动机的燃烧主要由预混燃烧和扩散燃烧构成。当开始实施从喷射器向燃烧室内的燃料喷射时，首先，通过燃料的蒸发扩散而生成可燃混合气体（发火延迟期间）。接下来，该可燃混合气体在燃烧室的几个位置几乎同时自燃，且急速地进行燃烧（预混燃烧）。而且，继续实施向燃烧室内的燃料喷射，从而持续地进行燃烧（扩散燃烧）。此后，因为在燃料喷射结束之后仍存在未燃烧燃料，所以短时间之内热释放将会持续（后燃期间）。

另外，在柴油发动机中，重要的是同时满足以下的各要求，即，通过同时抑制NOx的产生量及烟的产生量而实现废气排放的改善、燃烧行程时的燃烧噪音的降低、发动机转矩的充分的确保。

作为对NOx的产生量进行抑制的装置，已知一种使废气的一部分回流到进气通道中的废气回流（EGR：Exhaust Gas Recirculation）装置（例如，参照下述的专利文献2）。在这种EGR装置中，通过朝向气缸内而使废气回流以降低气缸内（燃烧室内）的氧浓度，从而促进发火延迟并增大预混燃烧的比例，由此，抑制了NOx的生成并实现了排气的改善。

此外，具有如下的燃料喷射方法，即，通过对朝向燃烧室内的燃料喷射进行分割（例如，二分割），并将利用在先的第一喷射而实施的燃烧设定为预混燃烧，从而消除燃烧场中的氧不足。在这种燃料喷射方法中，只要使在后的第二喷射的喷射正时接近于在先的第一喷射，并且最大限度地活用喷雾干涉冷却，则能够抑制NOx产生量及烟的产生量，并且能够抑制耗油率（燃料消耗率）的恶化。另外，喷雾干涉冷却是指，在先被喷射的燃料的喷雾通过后续被喷射的燃料的吸热反应而被冷却的现象。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-156519号公报

专利文献2：日本特开2004-003415号公报

发明内容

发明所要解决的课题

虽然根据上述的活用了喷雾干涉冷却的燃烧（预混燃烧主体的燃烧），能够实现NOx产生量的抑制、烟的产生量的抑制、耗油率恶化的抑制，但是因为是初始的发火延迟影响燃烧整体的燃烧（稳健性较低的燃烧），所以在缸内压力因过渡工况时的增压装置所引起的增压延迟而降低、或者缸内的氧浓度因EGR量的减量动作的延迟等而降低，从而预混燃烧的发火延迟变得较大的情况下，燃烧重心将较大程度地滞后，从而有可能出现HC（碳化氢）急剧增加、或者发生失火的情况。此外，即使在使用了低十六烷值的燃料的情况下，也会由于预混燃烧的发火延迟变得较大，从而产生同样的问题。

本发明是在考虑了这种实际情况的基础上而完成的，其目的在于，应用如下的内燃机的燃烧控制装置，所述内燃机的燃烧控制装置即使在内燃机的过渡工况时或低十六烷值的燃烧使用时，也能够实现排放的减少及燃烧稳定性的确保。

用于解决课题的方法

（课题的解决原理）

为了实现上述的目的而采取的本发明的解决原理，其特征在于，为了能够利用预混燃烧及扩散燃烧的各自的优点作为燃烧室内的燃烧方式，通过将这些预混燃烧的重心和扩散燃烧的重心错开，来使这些预混燃烧和扩散燃烧分离，从而实现废气排放的改善及燃烧的稳定性。

另外，上述燃烧重心是指，在被喷射至燃烧室内的燃料（例如，在预混燃烧用的燃料喷射中被喷射的燃料、在扩散燃烧用的燃料喷射中被喷射的燃料）在燃烧室内进行燃烧时，在将该全部的燃料的燃烧完成的完全燃烧状态设定为燃烧程度“100%”的情况下，燃烧程度达到了“50%”的时间点。换言之，是指燃烧室内的热释放量的积累相对于被喷射的燃料的全部量燃烧后的热释放量而达到了“50%”的时间点。

（解决方法）

本发明以从燃料喷射阀被喷射至燃烧室内的燃料通过“预混燃烧”及在该“预混燃烧”之后开始的“扩散燃烧”从而在燃烧室内燃烧的、压缩自点火式的内燃机的燃烧控制装置为前提，其技术特征在于，在这种内燃机的燃烧控制装置中，具备喷射控制单元，所述喷射控制单元对所述燃料喷射阀的燃料喷射方式（燃料喷射模式）进行调节，以使所述燃烧室内的燃烧方式成为，预混燃烧的燃烧重心和扩散燃烧的燃烧重心被分离、且这两个燃烧重心之间的热释放率的最小值小于预定值的燃烧方式。

通过以上述方式使预混燃烧的燃烧重心和扩散燃烧的燃烧重心之间的热释放率的最小值（热释放率波形的最小峰值）小于预定值（具体而言为10[J/°CA]），并且对预混燃烧与扩散燃烧之间的重叠热释放率进行限制，从而能够将预混燃烧和扩散燃烧分离。

并且，通过以上述方式采用将预混燃烧和扩散燃烧分离了的分离燃烧，从而能够在通过预混燃烧而对烟产生量及NOx产生量的双方进行抑制的同时，通过相对于该预混燃烧而分离了的扩散燃烧而确保燃烧的稳定性。而且，由于通过将预混燃烧和扩散燃烧分离，从而使在先的预混燃烧的发火延迟不影响在后的扩散燃烧，因此即使在内燃机的过渡工况时或低十六烷值燃料的使用时等预混燃烧的发火延迟变得较大，也能够确保燃烧的稳定性。

另外，在本发明中，通过将由燃料喷射阀实施的燃料喷射方式设定为，能够个别地执行第一喷射和第二喷射的方式，从而实现将预混燃烧和扩散燃烧分离了的燃烧方式，其中，所述第一喷射用于主要使“预混燃烧”实施，所述第二喷射用于主要使“扩散燃烧”实施。

此外，在本发明中，当预混燃烧的燃烧重心和扩散燃烧的燃烧重心被过度分离时，将存在燃烧室内无法通过由第一喷射实施的预混燃烧而被充分预热的倾向，从而有可能会出现由第二喷射实施的扩散燃烧的发火延迟，因此，考虑到这一点，从而预先对预混燃烧的燃烧重心与扩散燃烧的燃烧重心之间的间隔的上限进行限制，以使扩散燃烧的点火正时成为合适的正时。

接下来，对本发明的具体的示例进行说明。

首先，在本发明中，可以通过使扩散燃烧滞后来抑制NOx产生量。具体而言，例如，可以根据对内燃机要求的要求NOx量，使扩散燃烧用的第二喷射的喷射正时相对于活塞压缩上止点（TDC）而滞后以使扩散燃烧滞后，从而将NOx量限制在所要求的值。此时，配合第二喷射的喷射正时的滞后（扩散燃烧的滞后），对预混燃烧用的第一喷射的喷射正时进行调节，以使该滞后扩散燃烧的燃烧重心与预混燃烧的燃烧重心之间的热释放率的最小值小于预定值（例如，10[J/°CA]）。

虽然如上所述在抑制NOx产生量时，只需使扩散燃烧用的第二喷射的喷射正时滞后即可，但是越使扩散燃烧用的第二喷射的喷射正时滞后，燃烧空间就越扩大从而氧浓度越降低，因此将存在产生烟的倾向。即，喷射到缸内的燃料的液滴的飞行距离与缸内的氧浓度及燃料喷射量相关，即使燃料喷射量相同，但缸内的氧浓度越低，则缸内的燃料液滴的飞行距离就越长。并且，当缸内的燃料液滴的飞行距离变长时，喷雾干涉冷却效果将变大从而扩散燃烧中的预混燃烧成分的比例会增加，因此将存在产生烟的倾向。为了抑制这种现象，需要减少扩散燃烧用喷射的燃料喷射量。

考虑到这一点，在本发明中，通过根据第二喷射的喷射正时（扩散燃烧的滞后）而对该第二喷射的燃料喷射量进行调节，从而抑制烟的产生。具体而言，当根据要求NOx量而使第二喷射的喷射正时滞后从而使扩散燃烧滞后时，将能够在该滞后扩散燃烧中燃烧的燃料量（在滞后扩散燃烧中，不产生烟的上限燃料量）设定为第二喷射的燃料喷射量。由于以上述方式对第二喷射的燃料喷射量的上限进行限制，从而不会过量地喷射扩散燃烧用的燃料，因此能够抑制扩散燃烧中的烟的产生。

并且，根据该第二喷射的燃料喷射量和总燃料喷射量（为了获得要求总转矩而需要的总燃料喷射量），来决定预混燃烧用的第一喷射的燃料喷射量（第一喷射的燃料喷射量=[总燃料喷射量-第二喷射的燃料喷射量]）。此时，由于当第一喷射的燃料喷射量过度增多时燃烧噪音会增大，因此考虑到这一点（燃烧噪音的增大）而对第一喷射的燃料喷射量的上限进行限制。在这种情况下，当第一喷射的燃料喷射量多于上限量时，对于该过量燃料量部分，通过在扩散燃烧用的第二喷射之后进行喷射（后喷射）来确保产生转矩。

在本发明中，（a1）在为了将由第一喷射实施的预混燃烧的燃烧重心和由第二喷射实施的预混燃烧的燃烧重心分离，且使这两个燃烧重心之间的热释放率的最小值小于预定值（例如，10[J/°CA]），而需要使第一喷射的喷射正时相对于TDC（活塞压缩上止点）较大程度地提前的情况下，或者（a2）在为了提高由第一喷射实施的预混燃烧的预混燃烧程度，而使第一喷射相对于TDC提前的情况下，由于当将该第一喷射的喷射正时过度提前时，未燃烧HC（碳化氢）将增加，因此为了抑制这种现象而需要通过保护值来对第一喷射的提前量进行限制。该提前保护值以考虑到未燃烧HC（碳化氢）的产生量的方式而进行设定。此时，相对于第一喷射的喷射正时的提前量的提前保护值，可以以根据内燃机转数（发动机转数）而可变的方式进行设定。

另外，在将第一喷射的喷射正时限制在提前保护值的情况下，当需要对该第一喷射的燃料喷射量进行减量补正时，对于该第一喷射的减量补正部分（过量燃料量部分），通过利用第二喷射后的后喷射进行喷射，从而确保产生转矩。

此外，对于第一喷射，也可以设定为将喷射分割成多次的分割喷射。当以这种方式将第一喷射设定为分割喷射时，能够对因过扩散而产生的未燃烧HC进行抑制。

作为本发明的其他的解决方法，在从燃料喷射阀被喷射至燃烧室内的燃料通过“预混燃烧”及在该“预混燃烧”之后开始的“扩散燃烧”从而在燃烧室内燃烧的、压缩自点火式的内燃机的燃烧控制装置中，将由燃料喷射阀实施的燃料喷射方式设定为，能够个别地执行第一喷射和第二喷射的方式，其中，所述第一喷射主要用于使“预混燃烧”实施，所述第二喷射主要用于使“扩散燃烧”实施。并且，可以举如下结构，即，将所述第一喷射的喷射结束正时与所述第二喷射的喷射开始正时之间的间隔调整为，所述第一喷射的喷射期间和由该第一喷射实施的燃烧的发火延迟期间的总计期间以上的结构。

在本发明中，也能够将燃烧室内的燃烧方式设定为，将预混燃烧和扩散燃烧分离的分离燃烧。即，由于在柴油发动机中，向燃烧室内的燃料的喷射期间与通过该燃料喷射产生的“燃烧”的燃烧期间成正比，因此通过在第一喷射的喷射结束正时与第二喷射的喷射开始正时之间空出间隔，从而能够实现预混燃烧的发火延迟不影响扩散燃烧的分离燃烧，其中，所述间隔对应于，第一喷射的喷射期间（燃烧期间）加上该通过第一喷射而实施的燃烧的发火延迟期间的时间。

并且，通过以这种方式实现将由第一喷射实施的预混燃烧和由第二喷射实施的燃烧分离了的分离燃烧，从而能够在通过预混燃烧来抑制烟的产生量及NOx产生量的双方的同时，通过相对于该预混燃烧而分离了的扩散燃烧来确保燃烧的稳定性。而且，由于通过将预混燃烧和扩散燃烧分离，且如上所述使在先的预混燃烧的发火延迟不影响在后的扩散燃烧，因此即使在内燃机的过渡工况时或低十六烷值燃料的使用时等预混燃烧的发火延迟增大，也能够确保燃烧的稳定性。

在此，在本发明中，第一喷射与第二喷射之间的间隔可以为第一喷射的喷射期间与由第一喷射实施的燃烧的发火延迟期间的总计期间，也可以与该总计期间相比将上述间隔设定得更长。但是，在将第一喷射与第二喷射之间的间隔设定为与上述总计期间相比更长的情况下，由于当该间隔过长而使预混燃烧的燃烧重心和扩散燃烧的燃烧重心被过度分离时，将存在燃烧室内无法通过由第一喷射实施的预混燃烧而被充分预热的倾向，从而有可能会出现由第二喷射实施的扩散燃烧的发火延迟，因此，考虑到这一点，从而预先对上述第一喷射与第二喷射之间的间隔的上限值进行限制，以使扩散燃烧的点火正时成为合适的正时。

接下来，对本发明的具体示例进行说明。

在本发明中也可以设定为，通过使扩散燃烧滞后而对NOx产生量进行抑制。具体而言，例如，可以根据对内燃机要求的要求NOx量，而使扩散燃烧用的第二喷射的喷射正时相对于活塞压缩上止点（TDC）而滞后以使扩散燃烧滞后，从而将NOx量限制在所要求的值。此时，配合第二喷射的喷射正时滞后，来对预混燃烧用的第一喷射的喷射正时进行调节，以使得使该喷射正时滞后了的第二喷射与第一喷射之间的间隔成为上述总计期间以上。

在此，虽然如上所述在抑制NOx产生量时，只需使扩散燃烧用的第二喷射的喷射正时滞后即可，但是由于越使扩散燃烧用的第二喷射的喷射正时滞后，则燃烧空间就越扩大从而氧浓度越降低，因此将存在产生烟的倾向。为了抑制这种情况，需要减少扩散燃烧用喷射的燃料喷射量。

因此，在本发明中，也可以通过根据该第二喷射的喷射正时（扩散燃烧的滞后）而对该第二喷射的燃料喷射量进行调节，从而抑制烟的产生。具体而言，当根据要求NOx量而使第二喷射的喷射正时滞后从而使扩散燃烧滞后时，将能够在该滞后扩散燃烧中燃烧的燃料量（在滞后扩散燃烧中，不产生烟的上限燃料量）设定为第二喷射的燃料喷射量。由于通过以上述方式对第二喷射的燃料喷射量的上限进行限制，从而不会过量地喷射扩散燃烧用的燃料，因此能够抑制扩散燃烧中的烟的产生。

并且，根据该第二喷射的燃料喷射量和总燃料喷射量（为了获得要求总转矩而所需的总燃料喷射量），来决定预混燃烧用的第一喷射的燃料喷射量（第一喷射的燃料喷射量=[总燃料喷射量-第二喷射的燃料喷射量]）。此时，由于当第一喷射的燃料喷射量过度增多时燃烧噪音将增大，因此考虑到这一点（燃烧噪音的增大）而对第一喷射的燃料喷射量的上限进行限制。在这种情况下，当第一喷射的燃料喷射量变得多于上限量时，对于该过量燃料量部分，通过在扩散燃烧用的第二喷射之后进行喷射（后喷射）来确保产生转矩。

在本发明中，（b1）在为了将由第一喷射实施的预混燃烧和由第二喷射实施的扩散燃烧（为了扩大第一喷射与第二喷射之间的间隔）分离而需要使第一喷射的喷射正时相对于活塞压缩上止点（TDC）较大程度地提前的情况下，或者，（b2）在为了提高由第一喷射实施的预混燃烧的预混燃烧程度而使第一喷射提前的情况下，当使该第一喷射的喷射正时过度提前时，未燃烧HC（碳化氢）将会增加，因此为了抑制这种情况需要通过保护值而对第一喷射的提前量进行限制。该提前保护值以考虑未燃烧HC（碳化氢）的产生量的方式而进行设定。这种情况下，相对于第一喷射的喷射正时的提前量的提前保护值，可以以根据内燃机转数（发动机转数）而可变的方式来进行设定。

另外，在将第一喷射的喷射正时限制在提前保护值的情况下，当需要对该第一喷射的燃料喷射量进行减量补正时，对于该第一喷射的减量补正部分（过量燃料量部分），通过利用第二喷射之后的后喷射来进行喷射，从而确保产生转矩。

此外，对于第一喷射，可以设定为将喷射分割成多次的分割喷射。当以这种方式将第一喷射设定为分割喷射时，能够对因过扩散而产生的未燃烧HC进行抑制。

发明效果

根据本发明，由于在于燃烧室内实施预混燃烧和扩散燃烧的内燃机中，通过实施对预混燃烧的燃烧重心与扩散燃烧的燃烧重心之间的热释放率的最小值进行限制的控制、或者对预混燃烧用的第一喷射与扩散燃烧用的第二喷射之间的间隔进行调节的控制，从而将预混燃烧和扩散燃烧分离，因此能够使在先的预混燃烧的发火延迟的影响不波及到在后的扩散燃烧。由此，即使在过渡工况时或低十六烷值燃烧使用时，也能够实现排放的减少及燃烧稳定性。

附图说明

图1为应用本发明的发动机及其控制系统的概要结构图。

图2为表示柴油发动机的燃烧室及其周边部的剖视图。

图3为表示ECU等的控制系统的结构的框图。

图4为表示将燃烧方式设定为“分离燃烧”时的热释放率波形及用于获得该热释放率波形的燃料喷射模式的一个示例的图。

图5为表示第一喷射的提前保护值的设定图的图。

图6为表示将燃烧方式设定为“分离燃烧”时的热释放率波形及用于获得该热释放率波形的燃料喷射模式的其他示例的图。

图7为表示将燃烧方式设定为“分离燃烧”时的热释放率波形及用于获得该热释放率波形的燃料喷射模式的另一个示例的图。

图8为表示燃烧方式为“扩散燃烧”时的热释放率波形及用于获得该热释放率波形的燃料喷射模式的一个示例的图。

图9为表示燃烧方式为“组合燃烧”时的热释放率波形及用于获得该热释放率波形的燃料喷射模式的一个示例的图。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的实施方式进行说明。本实施方式对将本发明应用于被搭载在汽车上的共轨式缸内直喷型多气缸（例如，直列四气缸）柴油发动机（压缩自点火式内燃机）上的情况进行说明。

（发动机的结构）

首先，对应用了本发明的柴油发动机（以下，简称为发动机）的一个示例进行说明。图1为发动机1及该控制系统的概要结构图。此外，图2为表示柴油发动机的燃烧室3及其周边部的剖视图。

如图1所示，此示例的发动机1作为柴油发动机系统而被构成，所述柴油发动机系统以燃料供给系统2、燃烧室3、进气系统6、排气系统7等作为主要部分。

燃料供给系统2以具备供给泵21、共轨装置22、喷射器（燃料喷射阀）23、断流阀24、燃料添加阀26、内燃机燃料通道27、添加燃料通道28等的方式而被构成。

上述供给泵21从燃料罐汲取燃料，并且在使该汲取出的燃料达到高压之后，经由内燃机燃料通道27而向共轨装置22进行供给。共轨装置22具有将由供给泵21被供给的高压燃料保持在预定压力的、作为蓄压室的功能，并且将该蓄压后的燃料分配给各喷射器23。喷射器23由压电喷射器构成，所述压电喷射器在其内部具备压电元件（piezo元件），并且通过适当地开阀从而向燃烧室3内喷射供给燃料。对于来自该喷射器23的燃料喷射控制的详细内容，将在后文进行叙述。

此外，上述供给泵21将从燃料罐汲取出的燃料的一部分经由添加燃料通道28而向燃料添加阀26进行供给。在添加燃料通道28中具备上述断流阀24，该断流阀24用于在紧急状况时通过对添加燃料通道28进行断流从而停止燃料添加。

此外，上述燃料添加阀26由电子控制式的开闭阀而构成，所述开闭阀对开阀正时进行控制，以使通过由后述的ECU100实施的添加控制动作而向排气系统7的燃料添加量成为目标添加量（如排气A/F成为目标A/F这样的添加量），并且使燃料添加时刻成为预定时刻。即，形成了从该燃料添加阀26于适当的时刻向排气系统7（从排气口71至排气歧管72）喷射供给所需的燃料的结构。

进气系统6具备进气歧管63，且在该进气歧管63上连接有构成进气通道的进气管64，所述进气歧管63与被形成于气缸盖15（参照图2）上的进气口15a相连接。此外，在该进气通道上，从上游侧起依次设置有空气滤清器65、空气流量计43、节气门（进气节流阀）62。空气流量计43输出与经由空气滤清器65而流入进气通道内的空气量相对应的电信号。

排气系统7具备排气歧管72，且相对于该排气歧管72而连接有构成排气通道的排气管73、74，所述排气歧管72与被形成于气缸盖15上的排气口71相连接。此外，在该排气通道上设置有岐管式催化净化器（排气净化装置）77，所述岐管式催化净化器77具备有NOx吸收催化剂（NSR催化剂：NOxStorage Reduction催化剂）75及DPNR催化剂（Diesel Paticulate-NOxReduction催化剂）76。下面，对这些NSR催化剂75及DPNR催化剂76进行说明。

NSR催化剂75为吸收还原型NOx催化剂，其具有如下的结构，即，例如以氧化铝（AL₂O₃）为载体，并在该载体上负载有例如钾（K）、钠（Na）、锂（Li）、铯（Cs）等的碱金属、钡（Ba）、钙（Ca）等的碱土族、镧（La）、钇（Y）等的稀土类、和铂（Pt）等的贵金属。

该NSR催化剂75在排气中存在有大量的氧的状态下对NOx进行吸收，而在排气中的氧浓度较低且还原成分（例如，燃料的未燃烧成分（HC））大量存在的状态下，将NOx还原成NO₂或者NO并排出。以NO₂或NO的形式被排出的NOx通过与排气中的HC与CO迅速地发生反应，从而进一步被还原成为N₂。此外，HC与CO通过将NO₂与NO还原，而使自身被氧化成为H₂O与CO₂。即，通过对被导入NSR催化剂75中的排气中的氧浓度与HC成分适当地进行调节，从而能够对排气中的HC、CO、NOx进行净化。在本实施方式的装置中，该排气中的氧浓度与HC成分的调节能够通过来自燃料添加阀26的燃料添加动作而进行。

另一方面，DPNR催化剂76为例如在多孔质陶瓷结构体上负载有NOx吸收还原型催化剂的制品，废气中的PM在通过多孔质的壁时被捕集。此外，当废气的空燃比过稀时，废气中的NOx将被NOx吸收还原型催化剂所吸收，当空燃比变为过浓时，所吸收的NOx将被还原并排出。而且，在DPNR催化剂76上负载有使捕集了的PM氧化、燃烧的催化剂（例如，以铂等的贵金属为主成分的氧化催化剂）。

在此，利用图2对柴油发动机的燃烧室3及其周边部的结构进行说明。如该图2所示，在构成发动机主体的一部分的气缸体11中，在各个气缸（4气缸）的每一个中形成有圆筒状的气缸筒12，且在各个气缸筒12的内部以能够在上下方向上滑动的方式收纳有活塞13。

在活塞13的顶面13a的上侧形成有上述燃烧室3。即，该燃烧室3通过经由密封垫14而被安装在气缸体11的上部的气缸盖15的下表面、气缸筒12的内壁面、以及活塞13的顶面13a而被划分形成。并且，在活塞13的顶面13a的大致中央部除，凹下设置有腔室（凹陷部）13b，且该腔室13b也构成燃烧室3的一部分。

另外，作为该腔室13b的形状，在其中央部分（气缸中心线P上）处凹陷尺寸较小，而随着趋向于外周侧则凹陷尺寸增大。即，如图2所示，在活塞13位于压缩上止点附近时，作为由该腔室13b形成的燃烧室3，其具有如下的结构，即，在中央部分处形成容积较小的狭小空间，且朝向外周侧空间逐渐扩大（形成扩大空间）的结构。

上述活塞13上通过活塞销13c而连结有连杆18的小端部18a，且该连杆18的大端部与作为发动机输出轴的曲轴相连结。由此，气缸筒12内的活塞13的往复移动经由连杆18而被传递至曲轴上，从而通过使该曲轴旋转而获得发动机输出功率。此外，朝向燃烧室3而设置有电热塞19。该电热塞19作为启动辅助装置发挥功能，所述启动辅助装置在发动机1即将启动之前通过流通电流而变得红热，并通过使燃料喷雾的一部分被喷射到该电热塞19上而促进点火及燃烧。

在上述气缸盖15上，分别形成有向燃烧室3导入空气的进气口15a、和从燃烧室3中排出废气的上述排气口71，并且设置有对进气口15a进行开闭的进气阀16及对排气口71进行开闭的排气阀17。这些进气阀16及排气阀17隔着气缸中心线P而被对置配置。即，此示例中的发动机1被构成为横流式。此外，在气缸盖15上安装有直接向燃烧室3的内部喷射燃料的上述喷射器23。该喷射器23以沿着气缸中心线P的直立姿态而被设置在燃烧室3的大致中央上部处，且朝向燃烧室3在预定的时刻喷射从上述共轨装置22导入的燃料。

另外，如图1所示，在该发动机1上设置有增压器（涡轮增压器）5。该涡轮增压器5具备通过涡轮轴而被连结的涡轮52及压缩机叶轮53。压缩机叶轮53以面向进气管64的内部的方式而被配置，且涡轮52以面向排气管73的内部的方式而被配置。由此，涡轮增压器5利用涡轮52所受到的排气流（排气压）而使压缩机叶轮53旋转，以实施如提高进气压力这样的所谓的增压动作。此示例的涡轮增压器5为可变喷嘴式涡轮增压器（VNT），且在涡轮52侧设置有可变喷嘴叶片机构54，并且通过对该可变喷嘴叶片机构54的开度（VN开度）进行调节，从而能够调节发动机1的增压。

在进气系统6的进气管64内设置有内部冷却器61，所述内部冷却器61用于强制冷却通过涡轮增压器5的增压而升温了的进气。在内部冷却器61的下游侧设置有上述节气门62。节气门62为能够无级地调节其开度的电子控制式的开闭阀，且具有如下的功能，即，在预定的条件下缩小进气的流道面积，从而调节（减少）该进气的供给量。

此外，在发动机1上设置有连接进气系统6和排气系统7的排气回流通道（EGR通道）8。该EGR通道8为，通过使排气的一部分适当地回流至进气系统6中并向燃烧室3内再次供给从而降低燃烧温度，且由此来减少NOx产生量的通道。此外，在该EGR通道8中设置有EGR阀81和EGR冷却器82，所述EGR阀81通过电子控制而被无级地开闭，从而能够对在该通道中流过的排气流量自由地进行调节，所述EGR冷却器82用于对通过（回流）EGR通道8中的排气进行冷却。通过这些EGR通道8、EGR阀81、EGR冷却器82等而构成了EGR装置（排气回流装置）。

（传感器类元件）

在发动机1的各部位上安装有各种传感器，从而输出与各个部位的环境条件、以及与发动机1的运转状态相关的信号。

例如，上述空气流量计43在进气系统6内的节气门62的上游处，输出对应于进气的流量（进气量）的检测信号。进气温度传感器49被配置在进气歧管63上，其输出对应于进气的温度的检测信号。进气压力传感器48被配置在进气歧管63上，其输出对应于进气压力的检测信号。A/F（空燃比）传感器44在排气系统7的岐管式催化净化器77的下游处，输出根据排气中的氧浓度而连续变化的检测信号。排气温度传感器45同样在排气系统7的岐管式催化净化器77的下游处，输出对应于废气的温度（排气温度）的检测信号。轨道压力传感器41输出与被储存在共轨装置22内的燃料的压力（以下，也称为燃压）相对应的检测信号。节气门开度传感器42对节气门62的开度进行检测。

（ECU）

如图3所示，ECU100具备CPU101、ROM102、RAM103及后备RAM104等。ROM102存储有各种控制程序、以及在执行该各种控制程序时所参照的映射图等。CPU101根据被存储于ROM102中的各种控制程序与映射图来执行各种运算处理。RAM103为，临时存储CPU101中的运算结果与从各传感器输入的数据等的存储器。后备RAM104为，例如在发动机1的停止时对其应该保存的数据等进行存储的非易失性的存储器。

以上的CPU101、ROM102、RAM103及后备RAM104经由总线107而被相互连接在一起，并且与输入接口105及输出接口106相连接。

在输入接口105上连接有上述轨道压力传感器41、节气门开度传感器42、空气流量计43、A/F传感器44、排气温度传感器45、进气压力传感器48、进气温度传感器49。而且，在该输入接口105上连接有输出与发动机1的冷却水温度相对应的检测信号的水温传感器46、输出与加速踏板的踏入量相对应的检测信号的加速器开度传感器47、以及在发动机1的输出轴（曲轴）每旋转固定角度时输出检测信号（脉冲）的曲轴位置传感器40等。

另一方面，在输出接口106上连接有上述喷射器23、燃料添加阀26、节气门62、可变喷嘴叶片机构54及EGR阀81等。

并且，ECU100根据上述的各种传感器的输出而执行发动机1的各种控制。例如，ECU100执行喷射器23的燃料喷射控制。作为该喷射器23的燃料喷射控制，将执行后述的分割喷射的控制。

该分割喷射中的总燃料喷射量被设定为，为了获得要求总转矩所需要的燃料喷射量，所述要求总转矩根据发动机转数、加速器操作量、冷却水温度、进气温度等的运转状态与环境条件而决定。例如，发动机转数（根据曲轴位置传感器40的检测值而计算出的发动机转数）越高，并且加速器操作量（由加速器开度传感器47检测出的加速踏板的踏入量）越大（加速器开度越大），则作为发动机1的转矩要求值越能够获得较高的值。

（燃料喷射压）

执行上述分割喷射时的燃料喷射压由共轨装置22的内压所决定。作为该共轨装置的内压，通常情况下，发动机负载（内燃机负载）越高及发动机转数（内燃机转数）越高，则从共轨装置22向喷射器23被供给的燃料压力的目标值、即目标轨道压力被设定得越高。即，因为在发动机负载较高的情况下，被吸入至燃烧室3内的空气量较多，所以必须从喷射器23朝向燃烧室3内喷射大量的燃料，由此需要将来自喷射器23的喷射压力设定为较高。此外，因为当发动机转矩较高时，可喷射的期间较短，所以必须增多每单位时间内所喷射的燃料量，由此需要将来自喷射器23的喷射压力设定为较高。如上所述，目标轨道压力一般根据发动机负载及发动机转数而设定。另外，该目标轨道压力例如根据被存储在上述ROM102中的燃压设定映射图而设定。即，通过根据该燃压设定映射图来决定燃料压力，从而能够控制喷射器23的开阀期间（喷射率波形），且能够对该开阀期间中的燃料喷射量进行规定。另外，在本实施方式中，根据发动机负载等而将燃料压力调节在30MPa～200MPa之间。

关于上述分割喷射中的燃料喷射参数，其最佳值根据发动机1与进气等的温度条件而有所不同。

例如，上述ECU100对供给泵21的燃料喷出量进行调节，以使共轨装置压力与根据发动机运转状态而被设定的目标轨道压力相同，即，使燃料喷射压与目标喷射压一致。此外，ECU100根据发动机运转状态来决定燃料喷射量及燃料喷射方式。具体而言，ECU100根据曲轴位置传感器40的检测值来计算出发动机转数（发动机旋转速度），并且根据加速器开度传感器47的检测值来求取加速踏板的踏入量（加速器开度），并根据该发动机旋转速度及加速器开度等来决定总燃料喷射量（分割喷射中的燃料喷射量）。

（穿透力）

在此，对燃料喷射量与穿透力之间的关系进行说明。在上述喷射器23中，当接受喷射指令信号而开始实施燃料喷射时，通过使闭塞喷射孔的针从喷射孔后退回来，从而使喷射孔的开口面积逐渐增大。并且，当针移动至极限后退位置时，喷射孔的开口面积成为最大。但是，当在该针到达极限后退位置之前喷射指令信号被解除时（收到闭阀指令时），则在进行后退移动的中途，针将会朝向闭阀方向前进。即，在这种情况下，将在没有使喷射孔的开口面积变得最大的情况下结束燃料喷射。因此，喷射期间被设定得越长，则作为喷射孔的开口面积越能获得更大的面积。

并且，上述喷射孔的开口面积与从该喷射孔喷射的燃料（喷雾）的飞行距离相关。即，当在喷射孔的开口面积较大的状态下喷射燃料时，因为从喷射孔喷射的燃料的液滴的尺寸较大，所以动能也变得较大（穿透力（渗透性）变得较大）。因此，该燃料的液滴的飞行距离变长。另一方面，当在喷射孔的开口面积较小的状态下喷射燃料时，因为从喷射孔喷射的燃料的液滴的尺寸也较小，所以动能也变得较小（穿透力（渗透性）变得较小）。因此，该燃料的液滴的飞行距离也较短。

并且，由于当喷射器23的开阀期间被设定得较长时（换言之，每喷射一次的喷射量被设定得较多时），针将会移动至极限后退位置从而使喷射孔的开口面积变得最大，因此此时的燃料的液滴的飞行距离变得较长。即，从喷射器23喷射的燃料的大部分成为能够飞行至上述腔室13b的外周端部附近的状态。但是，对于从喷射器23喷射的燃料的液滴的飞行距离而言，由于还存在由燃烧室形状所带来的限制，因此该燃料液滴的飞行距离存在限度。

另一方面，因为当喷射器23的开阀期间被设定得较短时（换言之，当每喷射一次的喷射量被设定得较少时），针不会移动至极限后退位置从而喷射孔的开口面积较小，所以此时的燃料的液滴的飞行距离变得较短。即，从喷射器23喷射的燃料的大部分成为仅能够飞行至上述腔室13b的中央部附近为止的状态。

如上所述，由喷射器23的开阀期间决定的喷射孔的开口面积与从该喷射孔中喷射的燃料（喷雾）的飞行距离相关。因此，后述的第一喷射（主要进行预混燃烧的燃料喷射）被设定得越多，则燃料的飞行距离就变得越长，从而燃料将飞行至上述腔室13b的外周端部附近，进而通过以较高的水平确保燃料与燃烧室3内的氧的邂逅率而能够消除氧不足。由此，能够抑制烟的产生量。即，第一喷射中的燃料喷射量被设定得越多，则燃料越以跨及燃烧室3内的较宽范围的方式而被喷射，从而能够在不会导致氧不足的情况下实施燃烧，进而能够抑制烟的产生量。

（分割喷射）

接下来，对在本实施方式中执行的分割喷射进行说明。

首先，在柴油发动机1中，重要的是满足以下的各个要求，即，通过削减NOx产生量及烟的产生量而实现的废气排放的改善、燃烧行程时的燃烧噪音的降低、发动机转矩的充分的确保。作为用于满足这些要求的方法，在本实施方式中，实施将向燃烧室3内的燃料喷射分割成第一喷射和第二喷射的分割喷射。另外，如后文所述，在本实施方式中，有时会在这些第一喷射和第二喷射的基础上，在第二喷射之后实施后喷射（分割喷射）。

将把柴油发动机的燃烧室内的燃料喷射分割成第一喷射和第二喷射的两次而进行喷射时的燃烧方式（“扩散燃烧”、“组合燃烧”）的示例示于图8、图9。

图8所示的燃烧方式为“扩散燃烧”的一个示例，将由第一喷射实施的燃烧的大部分设定为预混燃烧，从而通过由该第一喷射实施的燃烧来进行预热，并且将由第二喷射实施的燃烧设定为扩散燃烧。通过以上述方式将燃烧整体设定为“扩散燃烧”，从而能够稳定地实施燃烧室3内的燃烧，尤其在要求燃烧的稳定化的高负载运转时能够获得足够的输出功率。

图9所示的燃烧方式为“组合燃烧”的一个示例，其为如下的燃烧，即，通过增加第一喷射的燃料喷射量，并且以接近该第一喷射的方式来实施第二喷射，从而最大限度地活用了喷雾干涉冷却效果。在这种“组合燃烧”中，通过形成将由第一喷射实施的燃烧的发火延迟增大了的预混燃烧，从而能够同时对烟的产生量及NOx产生量进行抑制，并且能够抑制耗油率的恶化。

可是，虽然在图8所示的这种“扩散燃烧”中，能够获得稳定的燃烧，并且能够充分地确保发动机转矩，但是会存在燃烧室内的燃烧中的扩散燃烧的比例过度增高，从而使NOx的产生量增多的问题。

另一方面，图9所示的这种“组合燃烧”由于能够缩短燃烧期间因此效率较高，而且通过由预混燃烧成分的增加而引起的缸内氧浓度的减少效果，从而能够抑制烟的产生量及NOx产生量。但是，因为由第一喷射实施的燃烧的发火延迟诱发了由第二喷射实施的燃烧的发火延迟，所以燃烧整体将发生发火延迟而成为稳健性（稳定性）较低的燃料。因此，在以过渡工况时的由增压装置引起的增压延迟为原因而使缸内压力降低、或者由于EGR量的减量动作的延迟等而使缸内的氧浓度降低的情况下，燃烧重心将较大程度地滞后，从而有可能会导致HC（碳化氢）急增或者发生失火。此外，即使在使用了低十六烷值的燃料的情况下，也会由于预混燃烧的发火延迟变得较大而产生同样的问题。

因此，在本实施方式中，其特征在于，通过将由第一喷射实施的燃烧设定为预混燃烧，将由第二喷射实施的燃烧设定为扩散燃烧，并且采用将这些预混燃烧和扩散燃烧分离了的燃烧（分离燃烧），从而利用这些预混燃烧及扩散燃烧的各自的优点，实现了废气排放的改善及燃烧的稳定性。以下，对其具体的控制例（[实施方式1]及[实施方式2]）进行说明。

[实施方式1]

在此实施方式中，其特征在于如下这一点，即，通过如图4所示将预混燃烧的燃烧重心和扩散燃烧的燃烧重心分离，并且以使这两个燃烧重心之间的热释放率的最小值（热释放率波形的最小峰值）Lq小于预定值（具体而言，为10[J/°CA]）的方式进行控制，以对这些预混燃烧与扩散燃烧之间的重叠热释放率进行限制，从而将预混燃烧和扩散燃烧分离。

通过以这种方式实现将由第一喷射实施的预混燃烧和由第二喷射实施的扩散燃烧分离了的分离燃烧，从而能够在通过预混燃烧来抑制烟的产生量及NOx产生量的双方的同时，通过相对于该预混燃烧而分离了的扩散燃烧来确保燃烧的稳定性。而且，由于通过将预混燃烧和扩散燃烧分离，而使在先的预混燃烧的发火延迟不影响在后的扩散燃烧，因此即使在内燃机的过渡工况时与低十六烷值燃料的使用时等预混燃烧的发火延迟增大，也能够确保燃烧的稳定性。

另外，通过对燃料喷射方式（燃料喷射模式）进行控制，以使预混燃烧与扩散燃烧的重叠热释放率Lq小于10[J/°CA]，从而能够实现在先的预混燃烧的发火延迟不影响在后的扩散燃烧的分离燃烧。

在此，对由第二喷射实施的扩散燃烧进行说明。首先，在本实施方式中，通过在如上所述利用第一喷射所实施的预混燃烧而充分实施了燃烧室3内的预热的状态下，执行上述第二喷射，从而使通过该第二喷射而被喷射至燃烧室3内的燃料直接暴露在自点火温度以上的温度环境下并进行热分解，从而将在喷射后立即开始燃烧。

具体而言，作为柴油发动机中的燃料的发火延迟，存在物理延迟和化学延迟。物理延迟为燃料液滴的蒸发、混合所需的时间，其被燃烧场的气体温度所左右。另一方面，化学推迟为燃料蒸汽的化学的结合、分解及氧化发热所需的时间。并且，在如上所述通过由第一喷射实施的预混燃烧而充分实施了燃烧室内的预热的情况下，能够将上述物理延迟抑制在最小限度，作为其结果，发火延迟也将被抑制在最小限度。因此，作为通过第二喷射而喷射的燃料的燃烧方式，将几乎不实施预混燃烧，而大部分成为扩散燃烧。并且，通过对该第二喷射的喷射正时与喷射量进行调节，从而能够同时对扩散燃烧中的点火正时、热释放率的变化比例（热释放率波形的坡度）、热释放率的峰值、到达燃烧重心的正时进行控制。

此外，通过使扩散燃烧用的第二喷射的喷射正时相对于TDC（活塞13的压缩上止点）滞后以使扩散燃烧滞后（使扩散燃烧的燃烧重心滞后），从而能够抑制NOx产生量。但是，由于越使扩散燃烧用的第二喷射的喷射正时滞后，则燃烧空间就越扩大且氧浓度越降低，因此存在产生烟的倾向。为了抑制这种情况，需要减少扩散燃烧用喷射的燃料喷射量。因此，在该实施方式中，通过根据扩散燃烧用的第二喷射的喷射正时的滞后（扩散燃烧的滞后）来对该第二喷射的燃料喷射量进行调节，从而对烟的产生进行抑制。其具体的方法将在后文进行叙述。

（具体的控制程序）

接下来，参照图4对如下情况下的具体的控制步骤进行说明，即，如上所述通过对分割喷射的燃料喷射模式（预混用的第一喷射的喷射正时、燃料喷射量及扩散燃烧用的第二喷射的喷射正时、燃料喷射量）进行调节，从而执行来自喷射器23的燃料喷射的情况。另外，以下说明的处理在ECU100中被执行。

[S11]如上所述，按照发动机转数、加速器操作量、冷却水温度、进气温度等的运转状态与环境条件等，参照公知的映射图等，求取分割喷射的总燃料喷射量（为获得要求总转矩所需要的总燃料喷射量）。

[S12]根据对发动机1所要求的要求NOx量[g/h]并参照映射图，来决定相对于TDC（活塞13的压缩上止点）的第二喷射的喷射正时（喷射开始正时）的滞后值（相对于TDC的滞后值）。该滞后值映射图为，以要求NOx量为参数，对扩散燃烧用的第二喷射的喷射正时的滞后值进行设定的映射图，所述滞后值映射图预先通过实验及模拟等而制成，并且例如被收纳在ECU100的ROM102中。在该滞后值映射图中，以要求NOx量越小，则第二喷射的喷射正时（喷射开始正时）的滞后值越增大的方式而进行了设定。但是，由于当由扩散燃烧用的第二喷射实施的扩散燃烧的滞后过大时会发生失火，因此为了抑制这种情况就需要限制第二喷射的滞后侧的上限。

另外，当以这种方式抑制失火时，只需将如下的喷射正时作为滞后保护值而对第二喷射的滞后进行限制即可，所述喷射正时为，由第二喷射实施的扩散燃烧的燃烧重心成为例如BTDC（活塞13的上止点后）20°CA（曲轴角度）的喷射正时。此外，在使燃烧效率优先的情况下，只需将如下的喷射正时作为滞后保护值而对第二喷射的滞后进行限制即可，所述喷射正时为，由第二喷射实施的燃料的燃烧重心成为例如BTDC15°CA的喷射正时。

[S13]根据在上述[S12]的处理中所决定的第二喷射的喷射正时的滞后值，由映射图对能够在由该滞后值下的燃料喷射实施的扩散燃烧中燃烧的燃料量（在滞后扩散燃烧中不产生烟的上限燃料量）进行求取，并将该上限燃料量设定为第二喷射的燃料喷射量。而且，根据上述第二喷射的燃料喷射量及喷射器23的喷射特性（每单位时间的喷射量等），来决定图4所示的第二喷射的喷射期间（喷射开始正时～喷射结束正时）。

在该处理中所使用的上限燃料量映射图为以如下方式获得的映射图，即，以第二喷射的喷射正时的滞后值作为参数，预先通过实验及模拟等取得在扩散燃烧中不产生烟的燃料量的上限值（能够在滞后扩散燃烧中燃烧的燃料量），并基于该结果而将适合的值（上限燃料量）映射图化而获得的映射图，所述上限燃料量映射图例如被存储在ECU100的ROM102中。在该上限燃料量映射图中，以第二喷射的喷射正时的滞后值越大，则扩散燃烧中的上限燃料量越减小的方式而进行了设定。

[S14]利用在上述[S11]的处理中所求取的总燃料喷射量、及在上述[S13]的处理中所决定的第二喷射的燃料喷射量，而计算出第一喷射的燃料喷射量（第一喷射的燃料喷射量=[总燃料喷射量-第二喷射的燃料喷射量]）。

此时，对计算出的第一喷射的燃料喷射量是否多于上限量进行判断，如果第一喷射的燃料喷射量为上限量以下，则将在上述处理中计算出的值设定为第一喷射的燃料喷射量。另一方面，在计算出的第一喷射的燃料喷射量多于上限量的情况下，关于超过该上限量的量（剩余燃料量），例如如图7所示，通过在第二喷射之后的后喷射中进行喷射，从而确保产生转矩。另外，关于第一喷射的燃料喷射量的上限量，以考虑对应于该第一喷射的燃料喷射量而产生的燃烧噪音的极限值（容许值）的方式而设定为适合的值（上限量）。

[S15]根据在上述[S11]～[S14]的处理中所取得的第二喷射的喷射正时（喷射开始正时的滞后值）、燃料喷射量、及第一喷射的燃料喷射量，来决定第一喷射的喷射正时（喷射开始正时），从而例如如图4所示，使预混燃烧的燃烧重心和扩散燃烧的燃烧重心分离，且使这两个燃烧重心之间的热释放率的最小值Lq小于10[J/°CA]。

具体而言，根据在上述的[S11]～[S14]的各个处理中所取得的第二喷射的喷射正时（喷射开始正时的滞后值）、燃料喷射量、及第一喷射的燃料喷射量，参照下述的映射图来计算第一喷射的喷射开始正时。而且，根据上述第一喷射的燃料喷射量及喷射器23的喷射特性（每单位时间的喷射量等），来决定图4所示的第一喷射的喷射期间（喷射开始正时～喷射结束正时）。

此时，对第一喷射的喷射开始正时（计算值）与下述的提前保护值相比为滞后侧还是提前侧进行判断，并且如果第一喷射的喷射开始正时与提前保护值相比为滞后侧，则直接利用在上述的处理中计算出的第一喷射的喷射开始正时及喷射结束正时，来决定图4所示的这种燃料喷射模式。另外，在第一喷射的喷射正时（计算值）与提前保护值相比为滞后侧的情况下，则为了提高由该第一喷射实施的预混燃烧的预混程度，也可以将第一喷射的喷射正时提前至提前保护值。

另一方面，在第一喷射的喷射开始正时（计算值）与提前保护值相比为提前侧的情况下，将第一喷射的喷射正时限制在该提前保护值。此时，在需要对第一喷射的燃料喷射量进行减量补正的情况下，对于该第一喷射的减量补正部分（剩余燃料量部分），例如如图7所示，通过第二喷射之后的后喷射进行喷射从而确保产生转矩。

并且，通过根据以上述方式而决定的燃料喷射模式（参照图4或者图7）来执行来自喷射器23的燃料喷射，从而能够实现如图4或图7所示的热释放率波形的燃烧、即预混燃烧和扩散燃烧被分离了的分离燃烧。

（第一喷射的喷射正时设定映射图）

上述[S15]的处理中所使用的喷射开始正时设定映射图为以如下方式获得的映射图，即，以第二喷射的喷射开始正时、燃料喷射量以及第一喷射的燃料喷射量为参数，预先通过实验及模拟等来取得使图4所示的预混燃烧与扩散燃烧的燃烧重心之间的热释放率的最小值Lq小于10[J/°CA]这样的、第一喷射的喷射开始正时，并基于该结果而将适合的值（第一喷射的喷射开始正时）映射图化而获得的映射图，所述喷射开始正时设定映射图例如被存储在ECU100的ROM102中。

另外，在图4所示的热释放率波形中，由于当预混燃烧的燃烧重心与扩散燃烧的燃烧重心被过度分离时，存在燃烧室内无法通过由第一喷射实施的预混燃烧而被充分地预热的倾向，从而有可能会出现由第二喷射实施的扩散燃烧的发火延迟，因此，考虑到这一点，从而制成了求取上述第一喷射的喷射开始正时的映射图，以使扩散燃烧的点火正时成为合适的正时。

（提前保护值）

关于第一喷射的提前保护值，根据由曲轴位置传感器40的检测值计算出的发动机转数，并参照图5所示的映射图而进行求取。图5的映射图为以如下方式获得的映射图，即，以发动机转数为参数，预先通过实验及模拟等，将使提前保护值经验性地适合的值映射图化而获得的映射图，所述映射图例如被存储在ECU100的ROM102内。

如上所说明的那样，根据本实施方式，由于在于燃烧室内实施预混燃烧和扩散燃烧的发动机1中，对燃料喷射模式进行调节，以使燃料喷射模式成为，预混燃烧的燃烧重心与扩散燃烧的燃烧重心被分离，且这两个燃烧重心之间的热释放率的最小值小于预定值的燃烧方式，因此能够实现将预混燃烧和扩散燃烧分离了的分离燃烧。由此，能够利用预混燃烧及扩散燃烧各自的优点，从而能够实现废气排放的改善及燃烧的稳定性。即，如上所述能够在通过预混燃烧来抑制烟的产生量及NOx产生量的双方的同时，通过相对于该预混燃烧而分离了的扩散燃烧来确保燃烧的稳定性。而且，由于通过将预混燃烧和扩散燃烧分离，而使在先的预混燃烧的发火延迟不影响在后的扩散燃烧，因此即使在内燃机的过渡工况时与低十六烷值燃料的使用时等预混燃烧的发火延迟增大，也能够确保燃烧的稳定性。

而且，由于在本实施方式中，按照要求NOx量而使第二喷射的喷射正时滞后（使扩散燃烧滞后），并且将该第二喷射的燃料喷射量限制在能够在滞后扩散燃烧中燃烧的燃料量，因此能够在抑制烟的产生的同时，将NOx量限制为所要求的值。

另外，在本实施方式中，第一喷射可以设定为将喷射分割成多次的分割喷射。当以这种方式将第一喷射设定为分割喷射时，能够抑制因过扩散而产生的未燃烧HC。

[实施方式2]

在该实施方式中，如图6所示，通过对燃料喷射模式（燃料喷射方式）进行调节，以使预混燃烧用的第一喷射的喷射结束正时、与扩散燃烧用的第二喷射的喷射开始正时之间的间隔T成为，第一喷射的喷射期间（喷射开始～喷射结束）、和由该第一喷射实施的燃烧的发火延迟期间的总计期间以上，从而使由第一喷射实施的预混燃烧和由第二喷射实施的燃烧之间的燃烧关系疏远（使由第一喷射实施的燃烧不影响由第二喷射实施的燃烧）。

通过设定为这种燃料喷射模式，从而能够使由第一喷射实施的预混燃烧的发火延迟的影响不会波及到由第二喷射实施的扩散燃烧。即，由于在柴油发动机中向燃烧室内的燃料的喷射期间与在该燃料喷射中所发生的“燃烧”的燃烧期间成正比，因此通过在第一喷射的喷射结束正时与第二喷射的喷射开始正时之间空出间隔T，从而即使由第一喷射实施的燃烧的发火延迟增大，也能够使该第一喷射的发火延迟不会影响到由第二喷射实施的燃烧（扩散燃烧），其中，所述间隔T为，第一喷射的喷射期间（燃烧期间）加上通过该第一喷射而实施的燃烧的发火延迟期间的时间。

并且，通过以这种方式，采用由第一喷射实施的预混燃烧和由第二喷射实施的扩散燃烧分离了的分离燃烧，从而能够在通过预混燃烧来抑制烟的产生量及NOx产生量的双方的同时，通过相对于该预混燃烧分离了的扩散燃烧来确保燃烧的稳定性。而且，由于通过将预混燃烧和扩散燃烧分离，而使在先的预混燃烧的发火延迟不会影响在后的扩散燃烧，因此即使在内燃机的过渡工况时与低十六烷值燃料的使用时等预混燃烧的发火延迟增大，也能够确保燃烧的稳定性。

另外，由于在本该实施方式中，关于由第二喷射实施的扩散燃烧的特性（点火正时、热释放率的变化比例（热释放率波形的坡度）、热释放率的峰值、到达燃烧重心的正时、及扩散燃烧的滞后等），可以说与在上述[实施方式1]中所说明的情况相同，因此省略其详细的说明。

（具体的控制程序）

参照图6，对具体的控制程序进行说明，所述控制程序为，如上所述通过对分割喷射的燃料喷射模式（第一喷射与第二喷射之间的间隔T）进行调节，从而执行来自喷射器23的燃料喷射时的具体的控制程序。另外，以下说明的处理能够在ECU100中执行。

[S21]如上所述，按照发动机转数、加速器操作量、冷却水温度、进气温度等的运转状态与环境条件等，参照公知的映射图等而求取分割喷射的总燃料喷射量（为了获得要求总转矩所需要的总燃料喷射量）。

[S22]根据对发动机1要求的要求NOx量[g/h]，通过与上述的[实施方式1]的[S12]相同的处理，来决定图6所示的第二喷射的喷射正时的滞后值（喷射开始正时的滞后值）。

[S23]根据在上述[S22]的处理中所决定的第二喷射的喷射正时的滞后值，通过与上述的[实施方式1]的[S13]相同的处理，来求取能够在由上述滞后值下的燃料喷射所实施的扩散燃烧中燃烧的燃料量（在滞后扩散燃烧中不产生烟的上限燃料量），并且将该上限燃料量设定为第二喷射的燃料喷射量。而且，根据该第二喷射的燃料喷射量及喷射器23的喷射特性（每单位时间的喷射量等），来决定图6所示的第二喷射的喷射期间（喷射开始正时～喷射结束正时）。

[S24]利用在上述[S21]的处理中所求取的总燃料喷射量、及在上述[S23]的处理中所求取的第二喷射的燃料喷射量，而计算出第一喷射的燃料喷射量（第一喷射的燃料喷射量=[总燃料喷射量-第二喷射的燃料喷射量]）。

此时，对计算出的第一喷射的燃料喷射量是否多于上限量进行判断，如果第一喷射的燃料喷射量为上限量以下，则将在上述处理中计算出的值设定为第一喷射的燃料喷射量。另一方面，当计算出的第一喷射的燃料喷射量多于上限量时，对于超过该上限量的量（剩余燃料量），例如如图7所示，通过在第二喷射之后的后喷射中进行喷射，从而确保产生转矩。另外，对于第一喷射的燃料喷射量的上限量，以考虑对应于该第一喷射的燃料喷射量而产生的燃烧噪音的极限值（容许值）的方式而设定为适合的值（上限量）。

[S25]根据在上述[S24]中所取得的第一喷射的燃料喷射量及喷射器23的喷射特性（每单位时间的喷射量等），来求取图6所示的第一喷射的喷射期间（喷射开始正时～喷射结束正时）。然后，根据映射图来求取图6所示的第一喷射的发火延迟期间。并且，通过将这些第一喷射的喷射期间和发火延迟期间相加，从而决定从第一喷射正时的喷射结束正时至第二喷射的喷射开始正时的间隔T（T=[第一喷射的喷射期间+发火延迟期间]）。

另外，对第一喷射的发火延迟期间进行求取的映射图为以如下方式获得的映射图，即，例如以点火前的缸内气体状态（例如，温度、压力、氧浓度）及第一喷射的燃料喷射量等为参数，并将第一喷射的发火延迟期间映射图化为根据实验及模拟等而适合的值来获得的映射图，所述映射图例如被存储在ECU100的ROM102中。

在此，虽然第一喷射与第二喷射之间的间隔T可以设定为与[第一喷射的喷射期间+发火延迟期间]相比更长，但是在如图6所示的热释放率波形中，当第一喷射与第二喷射之间的间隔T过长，预混燃烧的燃烧重心和扩散燃烧的燃烧重心被过度分离时，将存在燃烧室内无法通过由第一喷射实施的预混燃烧而被充分地预热的倾向，从而有可能会出现由第二喷射实施的扩散燃烧的发火延迟，因此，考虑到这一点，从而预先对上述第一喷射与第二喷射之间的间隔T的上限值进行限制，以使扩散燃烧的点火正时成为合适的正时。

[S26]根据在上述[S25]的处理中所求出的第一喷射的喷射期间及间隔T，来求取该第一喷射的喷射开始正时及喷射结束正时（参照图6）。

此时，对第一喷射的喷射开始正时（计算值）与上述的提前保护值（参照图5）相比为滞后侧还是提前侧进行判断，如果第一喷射的喷射开始正时与提前保护值相比为滞后侧，则直接利用在上述的处理中计算出的第一喷射的喷射开始正时及喷射结束正时，来决定图6所示的这种燃料喷射模式。另外，在第一喷射的喷射正时（计算值）与上述提前保护值相比为滞后侧的情况下，为了提高由该第一喷射实施的预混燃烧的预混程度，可以将第一喷射的喷射正时提前至提前保护值。

另一方面，在第一喷射的喷射开始正时（计算值）与上述提前保护值相比为提前侧的情况下，将第一喷射的喷射正时限制在该提前保护值。此时，在需要对第一喷射的燃料喷射量进行减量补正的情况下，对于该第一喷射的减量补正部分（剩余燃料量部分），例如如图7所示通过第二喷射之后的后喷射进行喷射，从而确保产生转矩。

并且，通过根据以上述方式决定的燃料喷射模式（参照图6或图7）来执行来自喷射器23的燃料喷射，从而能够实现图6或图7所示的热释放率波形的燃烧、即预混燃烧和扩散燃烧被分离了的分离燃烧。

如以上所说明的那样，根据本实施方式，由于在于燃烧室内实施预混燃烧和扩散燃烧的发动机1中，对燃料喷射模式进行了控制，以使第一喷射与第二喷射之间的间隔T成为，第一喷射的喷射期间和由该第一喷射实施的燃烧的发火延迟期间的总计期间，因此能够实现将预混燃烧和扩散燃烧分离了的分离燃烧。由此，能够利用预混燃烧及扩散燃烧的各自的优点，从而能够实现废气排放的改善及燃烧的稳定性。即，如上所述能够在通过预混燃烧来抑制烟的产生量及NOx产生量的双方的同时，通过相对于该预混燃烧分离的扩散燃烧来确保燃烧的稳定性。而且，由于通过将预混燃烧和扩散燃烧分离，而使在先的预混燃烧的发火延迟不影响在后的扩散燃烧，因此即使在内燃机的过渡工况时与低十六烷值燃料的使用时等预混燃烧的发火延迟增大，也能够确保燃烧的稳定性。

而且，由于在本实施方式中，按照要求NOx量而使第二喷射的喷射正时滞后（使扩散燃烧滞后），并且将该第二喷射的燃料喷射量限制在能够在滞后扩散燃烧中燃烧的燃料量，因此能够在对烟的产生进行抑制的同时，将NOx量限制为所要求的值。

另外，在本实施方式中，第一喷射也可以设定为，将喷射分割成多次的分割喷射。当以这种方式将第一喷射设定为分割喷射时，能够对因过扩散而产生的未燃烧HC进行抑制。

（其他的实施方式）

在以上的示例中，对于将本发明适用于共轨式缸内直喷型多气缸（四气缸）柴油发动机上的情况进行了说明。本发明并不限定于此，还能够适用于例如六气缸柴油发动机等的其他任意的气缸数的柴油发动机。此外，本发明可适用的发动机并不限于汽车用的发动机。

虽然在以上的示例中，对应用了通过仅在通电期间内成为全开的开阀状态从而对燃料喷射率进行变更的、压电喷射器23的发动机1进行了说明，但是本发明还可以适用于应用了可变喷射率喷射器的发动机。

虽然在以上的示例中，作为岐管式催化净化器77而采用了具备NSR催化剂75及DPNR催化剂76的部件，但是也可以采用具备NSR催化剂75及DPF（Diesel Paticulate Filter）的部件。

产业上的可利用性

本发明在被搭载于汽车上的共轨式缸内直喷型多气缸柴油发动机中，能够被利用在实现废气排放的改善及燃烧的稳定性的燃烧控制上。

符号说明

1 发动机（内燃机）；

3 燃烧室；

23 喷射器（燃料喷射阀）；

40 曲轴位置传感器；

47 加速器开度传感器；

100 ECU。

Claims

1.一种内燃机的燃烧控制装置，其为从燃料喷射阀被喷射至燃烧室内的燃料通过“预混燃烧”及在该“预混燃烧”之后开始的“扩散燃烧”从而在燃烧室内燃烧的、压缩自点火式的内燃机的燃烧控制装置，

所述内燃机的燃烧控制装置的特征在于，

具备喷射控制单元，所述喷射控制单元对所述燃料喷射阀的燃料喷射方式进行调节，以使所述燃烧室内的燃烧方式成为，预混燃烧的燃烧重心和扩散燃烧的燃烧重心被分离、且这两个燃烧重心之间的热释放率的最小值小于预定值的燃烧方式。

2.如权利要求1所述的内燃机的燃烧控制装置，其特征在于，

所述燃料喷射阀能够个别地执行第一喷射和第二喷射，其中，所述第一喷射用于主要使“预混燃烧”实施以作为上述燃烧室内的燃烧，所述第二喷射用于主要使“扩散燃烧”实施以作为上述燃烧室内的燃烧，并且，通过对该第一喷射及第二喷射的燃料喷射方式进行调节，从而控制成如下的燃烧方式，即，预混燃烧的燃烧重心和扩散燃烧的燃烧重心被分离，并且这两个燃烧重心之间的热释放率的最小值小于预定值。

3.如权利要求2所述的内燃机的燃烧控制装置，其特征在于，

以如下方式对所述预混燃烧用的第一喷射的喷射正时进行调节，即，根据要求NOx量而使所述扩散燃烧用的第二喷射的喷射正时相对于活塞压缩上止点而滞后从而使扩散燃烧滞后，并且使该滞后扩散燃烧的燃烧重心与预混燃烧的燃烧重心之间的热释放率的最小值小于预定值。

4.如权利要求3所述的内燃机的燃烧控制装置，其特征在于，

当根据要求NOx量而使扩散燃烧滞后时，将能够在该滞后扩散燃烧中燃烧的燃料量设定为所述第二喷射的燃料喷射量，并且根据该第二喷射的燃料喷射量和要求总燃料喷射量来决定所述第一喷射的燃料喷射量。

5.如权利要求4所述的内燃机的燃烧控制装置，其特征在于，

当根据所述第二喷射的燃料喷射量和要求总燃料喷射量而决定的第一喷射的燃料喷射量多于预定的上限量时，对所述燃料喷射阀的燃料喷射方式进行调节，以使剩余燃料量的部分在所述第二喷射后被喷射。

6.如权利要求2至权利要求5中的任意一项所述的内燃机的燃烧控制装置，其特征在于，

在使所述第一喷射的喷射正时相对于活塞压缩上止点而提前时，通过保护值来对该第一喷射的喷射正时的提前量进行限制。

7.如权利要求6所述的内燃机的燃烧控制装置，其特征在于，

对所述第一喷射的提前量进行限制的保护值以考虑未燃烧碳氢化合物的产生量的方式而被设定。

8.如权利要求2至权利要求7中的任意一项所述的内燃机的燃烧控制装置，其特征在于，

通过所述第一喷射而实施的燃料喷射被分割成多次而执行。

9.一种内燃机的燃烧控制装置，其为从燃料喷射阀被喷射至燃烧室内的燃料通过“预混燃烧”及在该“预混燃烧”之后开始的“扩散燃烧”从而在燃烧室内燃烧的、压缩自点火式的内燃机的燃烧控制装置，

所述内燃机的燃烧控制装置的特征在于，

所述燃料喷射阀使由燃烧喷射阀实施的燃料喷射方式成为，能够个别地执行第一喷射和第二喷射，其中，所述第一喷射主要用于使“预混燃烧”实施，所述第二喷射主要用于使“扩散燃烧”实施，

并且，所述内燃机的燃烧控制装置具备喷射控制单元，所述喷射控制单元将所述预混燃烧用的第一喷射的喷射结束正时与所述扩散燃烧用的第二喷射的喷射开始正时之间的间隔调整为，所述第一喷射的喷射期间和由该第一喷射而引起的燃烧的发火延迟期间的总计期间以上。

10.如权利要求9所述的内燃机的燃烧控制装置，其特征在于，

以如下方式对所述预混燃烧用的第一喷射的喷射正时进行调节，即，根据要求NOx量而使所述扩散燃烧用的第二喷射的喷射正时相对于活塞压缩上止点而滞后从而使扩散燃烧滞后，并且使喷射正时滞后了的第二喷射与所述第一喷射之间的间隔成为所述总计期间以上。

11.如权利要求10所述的内燃机的燃烧控制装置，其特征在于，

12.如权利要求11所述的内燃机的燃烧控制装置，其特征在于，

13.如权利要求9至权利要求12中的任意一项所述的内燃机的燃烧控制装置，其特征在于，

14.如权利要求13所述的内燃机的燃烧控制装置，其特征在于，

15.如权利要求9至权利要求14中的任意一项所述的内燃机的燃烧控制装置，其特征在于，

通过所述第一喷射而实施的燃料喷射被分割成多次而执行。