CN102985672A - 内燃机的燃料喷射控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种内燃机的燃料喷射控制装置，所述内燃机为，从燃料喷射阀喷射到气缸内的燃料在气缸内进行燃烧的、压缩自燃式的内燃机，并且作为从燃料喷射阀的燃料喷射动作，能够执行主喷射和副喷射，所述主喷射为，在缸内实施以扩散燃烧为主体的燃烧的喷射，所述副喷射为，先于该主喷射而实施的喷射，且为在所述缸内实施以预混燃烧为主体的燃烧的喷射，在所述内燃机的燃料喷射控制装置中，在能够将通过副喷射而实施的预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应的缸内温度下实施副喷射。具体而言，通过以缸内气体温度（750K）为基准，在缸内气体温度达到该750K之前实施副喷射，从而将低温氧化反应和高温氧化反应分离。通过这种控制，能够使压缩上止点前的预混燃烧成为缓慢的燃烧，并且能够在从属于缸内气体温度转变的温度限制下对该预混燃烧进行控制。通过这种方式，能够以缸内气体温度为基准而唯一地决定副喷射的喷射正时，从而能够实现燃料喷射控制的简单化。

Description

内燃机的燃料喷射控制装置
技术领域
本发明涉及一种以柴油发动机为代表的压缩自燃式的内燃机的燃料喷射控制装置。
背景技术
在作为汽车用发动机等而被使用的柴油发动机中，实施如下的控制，即，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，来对从燃料喷射阀（以下，也称为喷射器）的燃料喷射正时与燃料喷射量进行调节，从而对燃烧室内（气缸内）的燃烧方式进行控制。
上述柴油发动机的燃烧又如在下述的专利文献1中也公开了的那样，主要由预混燃烧和扩散燃烧组成。当从喷射器向燃烧室内的燃料喷射开始时，首先，通过燃料的气化扩散而生成可燃混合气（点火延迟期间）。接下来，该可燃混合气在燃烧室的多个位置处几乎同时自燃，并且燃烧急速进展（预混燃烧）。而且，向燃烧室内的燃料喷射被持续进行，从而持续地实施燃烧（扩散燃烧）。之后，由于即使在燃料喷射结束后也存在未燃烧燃料，因此在一段时间之内将会继续产生热（后燃期间）。
此外，由于在如柴油发动机那样实施稀燃的发动机中，使高空燃比（过浓气氛）的混合气进行燃烧的运行区域占全部运行区域的大部分，因此有可能排出较多的氮氧化物（以下，称为NOX）。此外，在燃烧室内的燃烧时，当产生了混合气的不完全燃烧的情况下，会在废气中产生烟雾并导致废气排放的恶化。
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内的排气回流（EGR:Exhaust Gas Recirculation）装置（例如，参照专利文献2）。此外，已知一种如下的方式，即，通过在发动机的压缩行程中执行副喷射，并且将该副喷射下的燃烧设定为预混燃烧，从而实现废气排放的改善（例如，参照专利文献3及专利文献4）。
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2004-3415号公报
专利文献3：日本特开2000-352344号公报
专利文献4：日本特开2001-193526号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在目前为止的柴油发动机中的燃料喷射控制中，无法对成为用于同时满足NOx的产生量及烟的产生量的减少、燃烧行程中的燃烧音的减少、燃烧的稳定性确保等的各种要求的标准的状态量（能够唯一地决定燃烧的物理量）进行限定。
因此，在实际情况下，是针对发动机的每个种类、及发动机转数与要求转矩等每种运转状态（将发动机转数和要求转矩设定为参数的运转状态映射表中的每个格子点），通过反复试验来选择（对分别适合于发动机的每个种类的燃料喷射模式进行选择）适当的燃料喷射方式（燃料喷射量、喷射正时）。
例如，虽然为了通过副喷射而获得稳定的预热，而需要在压缩行程中在到达压缩上止点（TDC）之前，使缸内气体温度上升至900K（高温氧化反应开始温度），但是在低温时或低压时等的发动机运转状态下，仅通过由气体压缩引起的温度上升，有时无法达到该温度（达到BTDC900K）。在该种情况下，虽然通过增加副喷射的燃料喷射量，并通过该副喷射燃料的燃烧来提高了缸内气体温度的上升速度，但是，关于将该副喷射的喷射正时设定何种正时较好，还未形成有体系的燃料喷射控制方法。
此外，在实际情况下，即使能够在压缩上止点之前达到900K时，有时根据预混燃烧量的要求（例如，重视排放而将预混燃烧量增多的要求），而需要使副喷射的燃料喷射量增多的情况下，关于将副喷射的喷射正时设定为何种正时较好，还未形成有体系的燃料喷射控制方法。
如上所述，由于在现有技术中，通过反复试验来决定燃料喷射方式（燃料喷射量、喷射正时），所以导致选择的复杂化，因此还未形成通用于各种发动机的体系化的燃料喷射控制方法。
本发明是考虑到这种实际情况而完成的，其目的在于，实现在可执行主喷射和先于该主喷射的副喷射的压缩自燃式的内燃机的燃料喷射控制装置中，能够实现燃料喷射方式的合理化的、被体系化的燃料喷射控制。
用于解决课题的方法
课题的解决原理
为了达成上述目的而采取的本发明的解决原理为，着眼于轻油燃料的低温氧化反应开始温度即750K（混合气体温度750K）和高温氧化反应开始温度即900K（混合气体温度900K），并通过以750K为基准的缸内温度而对副喷射的喷射正时进行设定以便能够将该低温氧化反应和高温氧化反应分离，从而通过该副喷射而实施的预混燃烧成为缓慢的燃烧。即，将缸内温度作为用于决定副喷射的喷射正时的物理量，并且能够通过温度限制来控制通过副喷射而实施的预混燃烧。
解决方法
本发明的内燃机的燃料喷射控制装置被适用于，使从燃料喷射阀喷射到气缸内的燃料在气缸内进行燃烧的、压缩自燃式的内燃机的控制中，并且，作为从所述燃料喷射阀朝向缸内的燃料喷射动作，至少能够执行主喷射和副喷射，所述主喷射为，在所述缸内实施以扩散燃烧为主体的燃烧的喷射，所述副喷射为，先于该主喷射而实施的喷射，且为在所述缸内实施以预混燃烧为主体的燃烧的喷射，所述内燃机的燃料喷射控制装置的特征在于，具备燃料喷射控制单元，所述燃料喷射控制单元在能够将通过所述副喷射而实施的预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应的缸内温度下，实施该副喷射。
根据本发明，由于在能够将通过副喷射而实施的预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应的缸内温度下执行副喷射（决定副喷射的喷射正时），因此能够使压缩上止点前的预混燃烧成为缓慢的燃料，并且能够通过从属于缸内气体温度变化的温度限制来控制该预混燃烧。通过这种方式，能够以缸内温度为基准而唯一地决定副喷射的喷射正时，从而能够实现燃料喷射控制的简单化。作为该结果，能够提高燃料喷射的控制性。
作为本发明的具体的结构，可以列举出如下的结构，即，以缸内气体温度成为750K的时间点为基准，将副喷射的喷射正时设定在缸内气体温度达到该750K之前。如上所述，通过实施缸内气体温度达到750K之前的提前的副喷射，从而能够将压缩上止点前的预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应。下面，对这一点进行说明。
首先，在作为柴油发动机的燃料的轻油中含有低温氧化反应成分（正构十六烷等的直链单键组成的燃料）。该低温氧化反应成分在750K的温度下开始氧化反应。此外，低温氧化反应成分以外的大部分成分在900K的温度下开始氧化反应（高温氧化反应）。
本发明着眼于这一点，如上所述将副喷射的喷射正时设定在缸内气体温度成为750K之前，以使通过副喷射而被喷射出的燃料在该750K的时间点开始氧化反应。通过实施这种燃料喷射控制，从而例如如图5所示，在于压缩行程中压缩气体温度（缸内气体温度）达到了750K的时间点，喷雾燃料中的低温氧化反应成分的氧化将开始。由于通过这种方式能够在900K（高温氧化反应开始温度）之前制造出促进脱氢的自由基（OH自由基）与过氧化氢（H2O2）等，因此在缸内气体温度达到了900K（高温氧化反应开始温度）的时间点剩余成分的燃烧（高温氧化反应）将切实地被开始。通过这种方式，能够将通过副喷射而实施的预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应。
并且，通过如上所述将预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应，从而即使从低温氧化反应向高温氧化反应的过渡发生恶化，也能够维持通过主喷射而实施的扩散燃烧的点火正时的燃烧梯度。即，因为本发明中的压缩上止点前的预混燃烧为，如下所述实现了通过提前的副喷射而实施的提前点火的燃烧，所以即使产生高温氧化反应速度的降低或点火延迟，由于在到达TDC之前还有余量，所以能够以对应于该余量的量来吸收高温氧化反应速度的降低或点火延迟。此外，即使产生点火延迟，缸内气体温度也将继续上升（参照图5），从而能够改善燃烧场的点火性。通过这些方式，能够使扩散燃烧的点火正时稳定，并且能够实现抗干扰性较高的燃烧。此外，能够抑制燃烧音。
而且，因为在压缩过程中，在压缩气体温度达到了750K的时间点使低温氧化反应产生的燃料喷射（副喷射）成为了压缩上止点前的提前喷射（例如，BTDC40～25°CA），所以和与此相比更靠近TDC侧（例如，BTDC25°CA以后）的燃料喷射相比，成为向更广的空间内的广域燃料喷射，并且能够实现燃烧场的低温化及低压化，因此，通过副喷射而实施的预混燃烧成为随着缓慢的温度上升（缸内气体温度变化）而进行的缓慢的燃烧。通过这种方式，能够实现抑制了NOx的产生量、烟的产生量的燃烧。而且，通过使压缩上止点前的预混燃烧缓慢化，从而能够减少压缩行程中的损失（负的工作量）。
此外，即使存在燃料组成的变化（例如，使用低十六烷值的燃料），由于低温氧化反应通过温度限制而开始燃烧，所以几乎不受燃料组成变化的影响（参照图6）。因此，由于通过低温氧化反应，而能够经常稳定地制作高温氧化反应的点火场，因此具有不易受到燃料组成变化的影响等优点。
接下来，对预混燃烧用的副喷射的喷射正时进行说明。
（副喷射的喷射正时）
虽然副喷射的喷射正时只需为，使通过该副喷射而被喷射出的燃料会在缸内气体温度成为750K（低温氧化反应开始温度）的时间点开始氧化反应的正时即可，但是更优选为，在缸内气体温度达到750K之前，副喷射的燃料喷射量的所有的喷雾发生气化的正时。
此外，虽然如上所述，用于在压缩气体温度达到了750K的时间点使低温氧化反应产生的燃料喷射（副喷射）为BTDC（上止点前）提前喷射，且越使该喷射正时提前则成为越朝向更广空间的广域喷射，但是当使副喷射的喷射正时过分提前时，会导致未燃烧HC（Hydrocarbons：碳氢化合物）增加。为了抑制这种情况，需要通过提前角保护值而对副喷射的提前量进行限制。该提前角保护值只需在考虑未燃烧碳氢化合物的产生量的条件下通过实验、模拟等而决定即可。
另外，关于副喷射的喷射正时，只要在缸内气体温度达到900K（高温氧化反应开始温度）之前制作出促进脱氢的自由基（OH自由基）或过氧化氢（H2O2）等，并且能够分离低温氧化反应和高温氧化反应，则也可以为缸内气体温度达到了750K以后的正时。
（发明的效果）
根据本发明，由于在能够执行主喷射和副喷射的压缩自燃式的内燃机的燃料喷射控制装置中，在能够将预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应的缸内温度下实施副喷射，其中，所述主喷射为，实施以扩散燃烧为主体的燃烧的喷射，所述副喷射为，先于该主喷射而实施的喷射，且为实施以预混燃烧为主体的燃烧的喷射，因此，能够使预混燃烧成为缓慢的燃烧，并且能够通过从属于缸内气体温度变化的温度限制来对该预混燃烧进行控制。通过这种方式，能够实现可达成喷射方式的合理化的、被体系化的燃料喷射控制。
附图说明
图1为适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外围部的剖视图。
图3为表示ECU等的控制系统的结构的框图。
图4为用于对燃烧室内的燃烧方式的概要进行说明的进排气系统及燃烧室的模式图。
图5为表示压缩、膨胀行程时的热产生率（曲轴的每单位旋转角度的热产生量）的变化、燃料喷射率（曲轴的每单位旋转角度的燃料喷射量）的变化、以及缸内气体温度的变化的一个示例的波形图。
图6为表示在燃料组成发生变化时的热产生率的变化的波形图。而且，在图6中一并记载了燃料喷射率的波形图。
图7为适用了本发明的柴油发动机的PV线图。
图8为以缸内气体温度作为参数而表示热产生率的变化的波形图。
图9为表示副喷射的提前角保护值的设定映射表的图。
图10为表示压缩、膨胀行程时的热产生率（曲轴的每单位旋转角度的热产生量）的变化、燃料喷射率（曲轴的每单位旋转角度的燃料喷射量）的变化、以及缸内气体温度的变化的其他示例的波形图。
图11为表示轻油和空气的混合气体的点火温度和轻油成分之间的关系的图表。
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。
在本实施方式中，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（压缩自燃式内燃机）时的情况进行说明。
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及其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及其外围部的剖视图。
如图1所示，该例的发动机1作为以燃料供给系统2、燃烧室3、进气系统6、排气系统7等为主要部分的柴油发动机系统而构成。
燃料供给系统2具备：供给泵21、共轨22、喷射器（燃料喷射阀）23、截止阀24、燃料添加阀26、内燃机燃料通道27、添加燃料通道28等。
上述供给泵21从燃料罐中汲取燃料，并在将该汲取的燃料置于高压之后，经由内燃机燃料通道27向共轨22进行供给。共轨22具有作为将从供给泵21中供给的高压燃料保持（蓄压）为预定压力的蓄压室的功能，并且将该所蓄压的燃料分配给各喷射器23。喷射器23由压电喷射器构成，在所述压电喷射器的内部具有压电元件（Piezo元件：压电元件），并且适当地开阀从而向燃烧室3内喷射供给燃料。关于从该喷射器23的燃料喷射控制的详细内容在后文叙述。
此外，上述供给泵21使从燃料罐中汲取的燃料的一部分经由添加燃料通道28而向燃料添加阀26供给。在添加燃料通道28中具有上述截止阀24，所述截止阀24用于在紧急状况时将添加燃料通道28断开从而停止燃料添加。
此外，上述燃料添加阀26由电子控制式的开闭阀构成，所述电子控制式的开闭阀对开阀时间进行控制，以使得通过由后述的ECU100实施的添加控制动作而使向排气系统7的燃料添加量达到目标添加量（排气A/F达到目标A/F的添加量），并使燃料添加正时成为预定正时。也就是说，成为了如下结构，即，从该燃料添加阀26在适当的正时向排气系统7（从排气口71向排气歧管72）喷射供给所需的燃料。
进气系统6具备与被形成于气缸盖15（参照图2）上的进气口15a连接的进气歧管63，并且在该进气歧管63上连接有构成进气通道的进气管64。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（进气节气门）62。空气流量计43输出与经由空气滤清器65而流入至进气通道内的空气量相对应的电气信号。
此外，如图2所示，在该进气系统6中具有用于将燃烧室3内的涡流（水平方向的旋涡流）设定为可变的涡流控制阀（涡流速度可变机构）66。具体而言，作为上述进气口15a，在每个气缸上具有正常口及涡流口这两个系统，其中，在如图2所示的正常口15a上，设置有由可调节开度的蝶阀构成的涡流控制阀66。在该涡流控制阀66上连接有未图示的作动器，并且能够根据通过该作动器的驱动而被调节的涡流控制阀66的开度，来使穿过正常口15a的空气的流量发生变更。并且，涡流控制阀66的开度越大，则从正常口15a被吸入到气缸内的空气量越增加。因此，通过涡流口（在图2中省略图示）而产生的涡流相对性地减弱，从而气缸内成为低涡流（涡流速度较低的状态）。相反，涡流控制阀66的开度越小，则从正常口15a被吸入到气缸内的空气量越减少。由此，通过涡流口而产生的涡流相对性地增强，从而气缸内成为高涡流（涡流速度较高的状态）。
排气系统7具有，与被形成于气缸盖15上的排气口71连接的排气歧管72，并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。此外，在该排气通道上设置有具备NOx吸留催化剂（NSR催化剂：NOx StorageReduction催化剂）75及DPNR催化剂（Diesel Paticulate-NOx Reduction催化剂）76的排气歧管催化净化器（manifold converter）（排气净化装置）77。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为吸留还原型NOx催化剂，其被构成为，例如以氧化铝（Al2O3）为载体，并在该载体上载有例如钾（K）、钠（Na）、锂（Li）、铯（Cs）这样的碱金属，钡（Ba）、钙（Ca）这样的碱土族，镧（La）、钇（Y）这样的稀土类，铂（Pt）这样的贵金属。
该NSR催化剂75在排气中存在大量的氧的状态下对NOx进行吸留，并且在排气中的氧浓度较低且大量地存在还原成分（例如，燃料中的未燃烧成分（HC））的状态下，将NOx还原成NO2或者NO并排出。作为NO2及NO而被排出的NOx通过迅速地与排气中的HC及CO发生反应，从而进一步被还原成N2。此外，通过对NO2及NO进行还原，从而HC及CO本身将被氧化成为H2O及CO2。即，能够通过对被导入至NSR催化剂75的排气中的氧浓度或HC成分适当地进行调节，从而对排气中的HC、CO、NOx进行净化。在本实施方式的装置中，能够通过从燃料添加阀26的燃料添加动作来实施该排气中的氧浓度或HC成分的调节。
另一方面，DPNR催化剂76为，例如在多孔陶瓷结构体上负载了NOx吸留还原型催化剂的催化剂，并且废气中的PM在穿过多孔的壁时将被捕集。此外，当废气的空燃比过稀时，废气中的NOx将被NOx吸留还原型催化剂吸留，当空燃比过浓时，被吸留的NOx将被还原并排出。而且，在DPNR催化剂76上负载有对所捕集的PM进行氧化、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及其外围部的结构进行说明。如该图2所示，在构成发动机主体的一部分的气缸体11上，针对各个气缸（四个气缸）中的每一个而形成有圆筒状的气缸孔12，并且在各个气缸孔12的内部以能够在上下方向上滑动的方式而收纳有活塞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通过气缸盖15的下表面、气缸孔12的内壁面、和活塞13的顶面13a而被划分形成，所述气缸盖15经由密封垫14而被安装在气缸体11的上部。并且，在活塞13的顶面13a的大致中央部处凹陷设置有空腔（凹陷部）13b，且该空腔13b也构成了燃烧室3的一部分。
另外，作为该空腔13b的形状，在其中央部分处（气缸中心线P上）凹陷尺寸较小，并且随着趋向于外周侧而凹陷尺寸变大。也就是说，如图2所示，成为了如下的结构，即，在活塞13处于压缩上止点附近时，作为通过该空腔13b而被形成的燃烧室3被设为，在中间部分处形成容积较小的狭小空间，并且朝向外周侧而空间逐渐扩大（被设为扩大空间）。
上述活塞13通过活塞销13c而与连杆18的小端部18a连结，而该连杆18的大端部与作为发动机输出轴的曲轴相连结。由此，气缸孔12内的活塞13的往复移动将经由连杆18而被传递到曲轴，并且通过该曲轴进行旋转从而获得发动机输出。此外，朝向燃烧室3设置有电热塞19。该电热塞19作为如下的启动辅助装置而发挥功能，所述启动辅助装置通过在发动机1即将启动之前流通电流而变为红热，并且通过燃料喷雾的一部分被喷到该启动辅助装置上从而促进点火、燃烧。
在上述气缸盖15上，分别形成有向燃烧室3内导入空气的进气口15a（正常口及涡流口）、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。该进气阀16及排气阀17隔着气缸中心线P而被对置配置。即，该示例中的发动机1作为横流式而被构成。此外，在气缸盖15上安装有向燃烧室3的内部直接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的竖立姿态被设置在燃烧室3的大致中央上部，并且在预定的正时朝向燃烧室3喷射从上述共轨22中导入的燃料。
而且，如图1所示，在该发动机1中设置有增压器（涡轮增压器）5。该涡轮增压器5具备经由涡轮轴51而被连结在一起的涡轮机叶轮52及压缩机叶轮53。压缩机叶轮53以面向进气管64的内部的方式而被设置，且涡轮机叶轮52以面向排气管73的内部的方式而被设置。由此，涡轮增压器5利用涡轮机叶轮52所受到的排气流（排气压）而使压缩机叶轮53旋转，以便实施提高进气压等的所谓的增压动作。该示例中的涡轮增压器5为可变喷嘴式涡轮增压器（VNT），且在涡轮机叶轮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）进行调节从而能够对发动机1的增压进行调节。
在进气系统6的进气管64中设置有内部冷却器61，所述内部冷却器61用于对通过涡轮增压器5内的增压而升温的进入空气进行强制冷却。在与该内部冷却器61相比靠下游侧处设置有上述节气门62。节气门62为，能够无级地调节其开度的电子控制式开闭阀，并且具有在预定条件下对进入空气的流道面积进行收缩，从而调节（减少）该进入空气的供给量的功能。
此外，在发动机1中，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到进气系统6内并再次向燃烧室3供给从而降低燃烧温度，并由此使NOx产生量减少的构件。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能够通过电子控制而无级地被开闭，从而自由地对流通于该EGR通道8中的排气流量进行调节，所述EGR冷却器82用于对经过（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的各个部位上安装有各种传感器，并且输出与各个部位的环境条件和发动机1的运转状态有关的信号。
例如，上述空气流量计43输出在进气系统6内的节气门62的上游处对应于进入空气的流量（进气量）的检测信号。进气温度传感器49被设置在进气歧管63上，并输出对应于进入空气的温度的检测信号。进气压力传感器48被设置在进气歧管63上，并输出对应于进入空气压力的检测信号。A/F（空燃比）传感器44输出在排气系统7的排气歧管催化净化器77的下游处根据排气中的氧浓度而连续地发生变化的检测信号。排气温度传感器45输出同样地在排气系统7的排气歧管催化净化器77的下游处对应于废气的温度（排气温度）的检测信号。轨道压力传感器41输出对应于被储存在共轨22内的燃料的压力（以下，也称为燃压）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，ECU（Electronic Control Unit：电子控制单元）100具有：CPU（Central Processing Unit：中央处理器）101、ROM（Read Only Memory：只读存储器）102、RAM（Random Access Memory：随机存取存储器）103以及后备随机存取存储器104等。ROM102存储有各种控制程序、和执行该各种控制程序时所参照的映射表等。CPU101根据被存储在ROM102中的各种控制程序和映射表而执行各种运算处理。RAM103为，临时性地对CPU101的运算结果和从各传感器中输入的数据等进行存储的存储器。后备随机存取存储器104为，例如在发动机1的停止时对其应保存的数据等进行存储的非易失性存储器。
以上的CPU101、ROM102、RAM103及后备随机存取存储器104经由总线107而被相互连接，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上连接有水温传感器46、加速器开度传感器47、以及曲轴位置传感器40等，所述水温传感器46输出对应于发动机1的冷却水温度的检测信号，加速器开度传感器47输出对应于加速踏板的踏下量的检测信号，曲轴位置传感器40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）。
另一方面，在输出接口106上连接有，上述供给泵21、喷射器23、燃料添加阀26、节气门62、可变喷嘴叶片机构54、以及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。
此外，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，执行副喷射（辅助喷射）和主喷射（主要喷射）。
在此实施方式中具有如下的特征，即，将通过副喷射而实施的燃烧设定为预混燃烧主体的燃烧（也称为预混燃烧），并将通过主喷射而实施的燃烧设定为扩散燃烧主体的燃烧（也称为扩散燃烧），并且如后文所述，通过将副喷射设定为活塞13的压缩上止点前的提前喷射，从而将这些预混燃烧的重心和扩散燃烧的重心（例如，热产生率成为最大的曲轴角度）分离（参照图5）。而且，由于通过以此方式将预混燃烧和扩散燃烧分离，从而能够利用各个燃烧的优势点，因此，能够实现废气排放的改善及燃烧的稳定性。
上述主喷射为用于产生发动机1的转矩的喷射动作（转矩产生用燃料的供给动作）。该主喷射中的喷射量基本上根据发动机转数、加速器操作量、冷却水温度、进气温度等的运转状态，而以可获得所要求转矩的方式被决定。例如，发动机转数（根据曲轴位置传感器40的输出信号而计算出的发动机转数）越高，而且加速器操作量（通过加速器开度传感器47而被检测出的加速踏板的踏下量）越大（加速器开度越大），则会获得越高的发动机1的转矩要求值，并且对应于此作为主喷射中的燃料喷射量也会被设定得越大。
上述副喷射为，先于从喷射器23的主喷射而喷射燃料的动作。关于该副喷射的详细内容在后文叙述。
在此，在该实施方式中，在通过上述副喷射中的预混燃烧而使燃烧室3内（气缸内）的预热被充分实施的状态下执行上述主喷射，从而使在该主喷射中被喷射到燃烧室3内的燃料直接暴露在自燃温度以上的温度环境下而促进了热分解，因此在喷射后将立即开始燃烧。
具体而言，作为柴油发动机中的燃料的点火延迟存在物理性延迟和化学性延迟。物理性延迟是指燃料液滴的气化、混合所需的时间，并且取决于燃烧场的气体温度。另一方面，化学性延迟为燃料蒸汽的化学的结合、分解且氧化发热所需的时间。并且，在通过由上述副喷射而实施的预混燃烧而使燃烧室内的预热被充分实施的情况下，能够将上述物理性延迟抑制在最小限度，并且作为其结果，点火延迟也将被抑制在最小限度。因此，作为通过主喷射而被喷射出的燃料的燃烧方式，几乎不实施预混燃烧，而大部分成为扩散燃烧。而且，通过对该主喷射的喷射正时和燃料喷射量进行调节，从而能够对扩散燃烧中的点火正时、热产生率[J/CA]的变化比例（热产生率波形的梯度）、热产生率的峰值、达到燃烧重心的正时一并进行控制。
此外，通过将扩散燃烧用的主喷射的喷射正时相对于TDC而滞后，以使得扩散燃烧滞后（使扩散燃烧的燃烧重心滞后），从而能够抑制NOx产生量。
另外，除了上述的副喷射及主喷射之外，还根据需要而实施延迟喷射或后喷射。延迟喷射为，用于使废气温度上升的喷射动作。具体而言，在所供给的燃料的燃烧能量不被转换成发动机1的转矩，而其大部分作为排气的热能而被获得的正时，执行延迟喷射。此外，后喷射为，用于直接向排气系统7导入燃料从而实现上述排气歧管催化净化器77的升温的喷射动作。例如，当被DPNR催化剂76所捕集的PM的堆积量超过了预定量时（例如，通过对排气歧管催化净化器77的前后的差压进行检测从而检测出），执行后喷射。
燃料喷射压
执行燃料喷射时的燃料喷射压由共轨22的内压而决定。作为该共轨内压一般被设定为，发动机负载（内燃机负载）越升高、以及发动机转数（内燃机转数）越升高，则从共轨22向喷射器23所供给的燃料压力的目标值即目标轨道压力越高。即，由于当发动机负载较高时被吸入至燃烧室3内的空气量较多，因此必须从喷射器23朝向燃烧室3内喷射大量的燃料，因而需要将从喷射器23的喷射压力设定得较高。此外，由于当发动机转数较高时能够喷射的期间较短，因此必须增加每单位时间内所喷射的燃料量，因而需要将从喷射器23的喷射压力设定得较高。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被设定。另外，该目标轨道压力根据例如被存储在上述ROM102中的燃压设定表而被设定。即，通过根据该燃压设定表来决定燃料压力，从而能够控制喷射器23的开阀期间（喷射率波形），并且能够对该开阀期间中的燃料喷射量进行规定。
另外，在本实施方式中设定为，根据发动机负载等而将燃料压力在30MPa～200MPa之间进行调节。即，作为燃料压力的控制范围，下限值为30MPa且上限值为200MPa。
上述燃料喷射量的最佳值根据发动机1与进入空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，以使共轨压力与根据发动机运转状态而设定的目标轨道压力相等，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而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的输出信号而对发动机转速进行计算，并且根据加速器开度传感器47的输出信号而求出加速踏板的踏下量（加速器开度），并且根据该发动机转速及加速器开度来决定总燃料喷射量（副喷射中的喷射量和主喷射中的喷射量之和）。
此外，ECU100根据发动机1的运转状态而对EGR阀81的开度进行控制，并且对朝向进气歧管63的排气回流量（EGR量）进行调节。该EGR量根据被预先存储在上述ROM102中的EGR映射表而被设定。具体而言，该EGR映射表为，用于将发动机转数及发动机负载作为参数而决定EGR量（EGR率）的映射表。另外，该EGR映射表是预先通过实验或模拟等而制作成的映射表。即，通过将根据上述曲轴位置传感器40的输出信号而计算出的发动机转数及由节气门开度传感器42而被检测出的节气门62的开度（相当于发动机负载）适用在EGR映射表上，从而能够获得EGR量（EGR阀81的开度）。
通过上述的由ECU100而执行的程序，从而实现了本发明的内燃机的燃料喷射控制装置。
燃烧方式的概要说明
接下来，对本实施方式所涉及的发动机1中的燃烧室3内的燃烧方式的概要进行说明。
图4为，模式化地表示了如下状况的图，即，气体（空气）经由进气歧管63及进气口15a而被吸入发动机1的一个气缸内，并通过从喷射器23向燃烧室3内的燃料喷射从而实施燃烧，并且其该燃烧后的气体经由排气口71而向排气歧管72被排出。
如该图4所示，被吸入至气缸内的气体中含有，从进气管64经由节气门62而被吸入的新气、和上述EGR阀81被开阀时从EGR通道8中被吸入的EGR气体。EGR气体量相对于所吸入的新气量（质量）和所吸入的EGR气体量（质量）之和的比率（即，EGR率），根据EGR阀81的开度而变化，且该EGR阀81的开度通过上述ECU100根据运转状态而被适当地控制。
以这种方式被吸入至气缸内（燃烧室3内）的新气以及EGR气体经由在进气行程中处于开阀的进气阀16，并随着活塞13（在图4中省略图示）的下降而被吸入至气缸内，从而成为缸内气体。通过在根据发动机1的运转状态而决定的阀的闭阀时使进气阀16闭阀，从而使该缸内气体被密封在气缸内（燃烧室3内）（缸内气体的密闭状态），并且在之后的压缩行程中随着活塞13的上升而被压缩。并且，当活塞13达到上止点附近时，通过由上述的ECU100实施的喷射量控制而使喷射器23仅开阀预定时间，从而向燃烧室3内直接喷射燃料。具体而言，在活塞13达到上止点之前执行上述副喷射，并且在燃料喷射暂且被停止之后，经过预定的间隔，在活塞13达到了压缩上止点附近的时间点（或者压缩上止点以后）执行上述主喷射。
接下来，对有关燃料喷射控制的事项进行说明。
关于轻油燃料
被使用于柴油发动机的轻油燃料以C=10～15的碳氢化合物为基础，根据碳的排列而被大致划分为直链、侧链（分支）、环状。在该碳排列中，碳之间的结合状态存在单键、双键、三键。
在通过利用缸内的气体温度而实施的加热从而使燃料气化之后，碳链的一部分在重复进行氧化还原的同时断开碳链的链结合，并且转变为碳单体的氧化（CO2）的燃烧。该一系列的碳链的分解中所需的温度（热能）根据组成而发生变化。在图11中图示了当前流通的物性图像。在低温氧化反应中，正戊烷等的直链单键组成的燃料为主体，且如上所述在750K时开始。其低温自燃的序列成为“直链”＞“侧链”＞“环状”＞“单晶体”＞“双键”＞“三键”。
关于低温氧化反应、高温氧化反应
被含在轻油燃料中的正烷属烃系碳氢化合物为低温氧化反应的主体，并且直链的长度越长则低温氧化反应越增大。在高温氧化反应中，根据高分子的直链碳氢化合物成为具有不成对电子的自由基的反应、和通过生成过氧化氢的反应而积蓄的自由基、和过氧化氢（H2O2）的密度，来确定反应的开始温度与反应量。
由于低温氧化反应中各个分子通过自力而反应，因此与喷雾的分散程度无关地产生低温氧化反应。相对于此，高温氧化反应为，取决于在碳氢化合物分子的周围存在多少促进脱氢的自由基或过氧化氢的反应，并且如上所述在900K时开始反应。另外，由于在高温氧化反应中需要预定的燃料密度（空间密度），因此在高温氧化反应开始温度之前，需要生成自由基和过氧化氢及氧的密度达到充足的密度的喷雾分布。需要确保满足该条件的这种燃料喷射量（预混燃烧量）。
关于副喷射控制
在本实施方式中，具有如下的特征，即，通过在压缩行程中在缸内气体温度达到750K之前实施副喷射，从而将通过副喷射而实施的预混燃烧设定为从属于缸内气体温度转变的温度限制下的燃烧，并且将预混燃烧分离为低温氧化反应和高温氧化反应。下面，对这些预混燃烧的分离以及温度限制下的燃烧进行说明。
（关于预混燃烧分离）
首先，将副喷射设定为缸内气体温度达到750K之前的提前喷射，并且通过使由副喷射而被喷射出的燃料的喷雾在缸内气体温度达到750K之前发生气化，从而在900K时开始高温氧化反应，并且能够构成在到达TDC（上止点）之前具有余量的燃烧。为了实现这种燃烧，在本实施方式中，将副喷射设定为BTDC提前喷射（压缩比15：BTDC40～25℃A）。由于当实施这种BTDC提前喷射时，和与此相比接近于TDC侧（BTDC25℃A以后）的燃料喷射相比，成为朝向较广空间的广域燃料喷射，并且能够实现燃烧场的低温化及低压化，因此通过副喷射而实施的预混燃烧成为追随于缓慢的温度上升的缓慢的燃烧。通过这种方式，能够实现对NOX的产生量、烟的产生量进行了抑制的燃烧。而且，通过使压缩上止点前的预混燃烧缓慢化，从而能够减少压缩行程中的损失（负工作量）。
而且，通过在压缩行程中在缸内气体温度达到750K之前实施副喷射，从而例如如图5所示，在缸内气体温度（压缩气体温度）达到了750K的时间点，喷雾燃料中的低温氧化反应成分的氧化将开始。由于通过这种方式能够在900K（高温氧化反应开始温度）之前制造出促进脱氢的自由基（OH自由基）与过氧化氢（H2O2）等，因此在缸内气体温度达到了900K的时间点，剩余成分的燃烧（高温氧化反应）将切实地开始。通过这种方式，能够将通过副喷射而实施的预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应。
通过以这种方式将预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应，从而能够扩大预混燃烧期间，并能够使预混燃烧量最大化。由此，即使发生高温氧化反应速度降低或点火延迟，但在到达TDC之前存在余量，从而也能够通过与该余量相对应的量来吸收高温氧化反应速度的降低或点火延迟。此外，即使发生点火延迟，也由于缸内气体温度将继续上升（参照图5）且燃烧场的点火性将得到改善，因此能够使扩散燃烧的点火正时稳定，并且能够实现抗干扰性较高的燃烧。此外，能够抑制燃烧音。
而且，即使存在所使用的燃料的组成变化（例如，使用低十六烷值的燃料），也由于低温氧化反应在温度限制下开始燃烧，所以几乎不会受到燃料组成变化的影响（参照图6）。因此，因为能够通过低温氧化反应而稳定地制造出高温氧化反应的点火场，所以还具有不易受到燃料组成变化的影响等优点。
在此，在本发明中，如图5所示，将副喷射设定为提前（例如BTDC40℃A）的大量单一喷射时，能够将预混燃烧的重心（高温氧化反应区域的重心）设定在BTDC10℃A附近。由于在BTDC10℃A附近，每曲轴角1℃A的体积变化较小，因此体积能够被视为大致定容。因此，因为当生成燃烧重心为BTDC10℃A附近的预混燃烧时，能够通过该燃烧而使缸内气体压力变高，所以如图7所示能够将等容的燃烧区域延伸至高压侧。由于通过这种方式生成等压的燃烧，而且该等压的燃烧的压力将变高，因此与一般控制的情况（图7的虚线）相比较，能够使PV线上的面积（被热循环所包围的面积）、即工作量变大。
关于温度限制燃烧
由于如上所述，通过在压缩行程中以缸内气体温度达到750K的时间点为基准，并在缸内气体温度达到该750K之前实施副喷射，从而如图5所示在缸内气体温度达到了750K时氧化反应将开始，因此能够使预混燃烧在到达TDC之前结束。通过以这种方式以缸内气体温度（750K）为基准对副喷射的喷射正时进行设定，从而能够在从属于压缩行程中的缸内气体温度转变的温度限制下对预混燃烧进行控制。通过这种方式，能够使燃烧简单化，并且能够提高燃料喷射的控制性。
例如，如低温时与低压时等那样，即使在压缩行程中缸内气体温度在到达TDC之前未达到900K的状况时需要增加副喷射量的情况下，也能够以缸内气体温度（750K）为基准而唯一地决定副喷射的喷射正时，因此能够实现燃料喷射的控制性的提高。此外，即使在BTDC能够达到900K的情况下，在根据预混燃烧量的要求而需要使副喷射的燃料喷射量增大时，由于能够以缸内气体温度（750K）为基准而唯一地决定副喷射的喷射正时，因此能够实现燃料喷射的控制性的提高。
此外，即使在通过以缸内气体温度（750K）为基准而对副喷射的喷射正时进行控制，从而例如图8所示那样副喷射的燃料喷射量不同的情况下，也能够设定为相同点火正时的燃烧，并且能够使通过温度观察时的燃烧重心（低温氧化反应的重心、高温氧化反应的重心）的相位一致。由此，即使对应于发动机运转状态的过渡变化从而副喷射的燃料喷射量进行增减的情况下，也能够构筑与此相对应的控制，作为其结果，能够实现始终稳定的BTDC预混燃烧。
副喷射的燃料喷射量
虽然副喷射的燃料喷射量是依据根据发动机转数、要求转矩、冷却水温度、进入空气温度等运转状态而要求的预混燃烧量等来设定的，但是当副喷射的燃料喷射量过度增多时，有时无法将预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应，从而该两种燃烧将合并。对这一点进行说明。
首先，由于在副喷射的燃料喷射量增加时，燃料中所包含的低温氧化反应成分的量也将增加，所以低温氧化反应的期间将变长。当该低温氧化反应期间变长，而导致在达到高温氧化反应开始温度（900K）之前低温氧化反应未能结束时，将会与高温氧化反应合并。当成为这种情况（低温氧化反应和高温氧化反应合并）时，会导致燃烧急速化，并且燃烧音将成为问题。此外，当增加副喷射的燃料喷射量时，由于高温氧化反应成分增加而使密度（喷雾密度）增加，因此高温氧化反应速度变得急速而导致燃烧急速化，在该种情况下燃烧音也成为问题。从这一点出发，需要对副喷射的燃料喷射量的上限量进行规定。
因此，在本实施方式中，例如将发动机1的运转状态（发动机转数及要求转矩）作为参数，并且在考虑到上述燃烧音的条件下通过实验、模拟等而预先求出燃料喷射量的上限量。
另外，在本实施方式中，当根据发动机运转状态而设定的副喷射的要求燃料喷射量较少时（例如，当在完全暖机状态下发动机负载较小时），设定为不实施到达上述750K之前的副喷射。即，当副喷射的要求燃料喷射量较少时，如果实施如上所述的提前喷射（例如，在BTDC40℃A的喷射），则由于当缸内气体温度达到了900K时燃料成为过度分散的状态从而有可能引起未燃烧碳氢化合物的产生，因此在这种情况下，不实施如下的控制，即，在缸内气体温度达到750K之前对副喷射的喷射正时进行设定的控制。
具体的控制程序（1）
接下来，参照图5，对于对燃料喷射模式（预混燃烧用的副喷射的喷射正时、燃料喷射量以及扩散燃烧用的主喷射的喷射正时、燃料喷射量）进行调节并执行从喷射器23的燃料喷射时的具体的控制程序的一个示例进行说明。
另外，以下所说明的燃料喷射控制（“S11”～“S17”等）在ECU100中针每隔预定的曲轴转角（每个气缸）而被重复执行。具体而言，例如，当对一个气缸进行说明时，每当执行该气缸的燃烧行程时，先于该燃烧行程而执行燃料喷射控制。
首先，在对ECU100所执行的控制进行说明之前，对缸内气体温度成为750K的基准曲轴转角Ainj（℃A）进行说明。
基准曲轴转角Ainj
对于作为对象的发动机1（例如，压缩比15的柴油发动机），通过实施试验台试验或模拟等，从而采取如图5所示的电动回转温度波形、和将负载运转中的蓄热量加在一起（补偿）而得到的压缩气体温度推断波形。根据该所采取的压缩气体温度推断波形，而求出缸内气体温度（压缩气体温度）成为750K的曲轴转角（℃A）。将以这种方式而采取的达到750K的曲轴转角设定为，用于在温度限制下对副喷射进行控制的基点（基准曲轴转角Ainj）。关于该基准曲轴转角Ainj，通过上述处理来取得每个运转状态（例如，针对将发动机转数和要求转矩设定为参数的运转状态映射表的每个格子点）并预先映射表化，并且预先存储在ECU100的ROM102内。
燃料喷射控制
在该示例中，对在满足对发动机1要求的要求NOx量的同时、实现通过副喷射而实施的预混燃烧的缓慢化的情况进行说明。另外，在该示例中，例示了如下的示例，即，在压缩行程中通过气体压缩而使缸内气体温度在压缩上止点前达到900K时的燃料喷射控制的示例。
（S11）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等，并参照公知的映射表等来求取总燃料喷射量（（副喷射的燃料喷射量）+（主喷射的燃料喷射量））。
（S12）根据对发动机1要求的要求NOx量（g/h）并参照映射表，来决定相对于TDC的主喷射的喷射正时（喷射开始正时）的滞后角值。
该滞后角值映射表为，用于以要求NOx量为参数，对相对于TDC的主喷射的喷射正时的滞后角值进行设定的映射表，且预先通过实验、模拟等而被制成，并且被存储于例如ECU100的ROM102中。在该滞后角值映射表中设定为，要求NOx量越小则主喷射的喷射时正时（喷射开始正时）的滞后角值越增大。但是，由于当通过扩散燃烧用的主喷射而实施的扩散燃烧的滞后角过大时会发生失火，因此为了抑制这种现象从而对主喷射的滞后角侧的上限进行了限制。
另外，当以这种方式抑制失火时，只需将通过主喷射而实施的扩散燃烧的燃烧重心成为例如ATDC20℃A的喷射正时作为滞后角保护值而对主喷射的滞后角进行限制即可。此外，在以燃烧效率为优先的情况下，只需将通过主喷射而实施的燃料的燃烧重心成为例如ATDC15℃A的喷射正时作为滞后角保护值而对主喷射的滞后角进行限制即可。
（S13）根据在上述（S12）的处理中所决定的主喷射的喷射正时的滞后角值，而从映射表中求出通过利用在该滞后角值下的燃料喷射而实施的扩散喷射从而能够燃烧的燃料量（在滞后角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主喷射的燃料喷射量。
另外，该主喷射的燃料喷射量为，如上所述的重视废气排放减少的燃料量，且与重视性能（重视发动机转矩等）的燃料喷射时的燃料量相比成为较少的量。但是，其为能够满足要求转矩的燃料喷射量。
接下来，根据上述主喷射的燃料喷射量及喷射器23的喷射特性（每单位时间内的喷射量等），来对主喷射的喷射期间（喷射开始正时至喷射结束正时）进行计算。并且，根据该主喷射的燃料期间及上述主喷射的喷射时正时（喷射开始正时），来决定如图5所示的主喷射的喷射结束正时。
在该（S13）的处理中所使用的上限燃料量映射表为，将主喷射的喷射正时相对于TDC的滞后角值作为参数，并且预先通过实验、模拟等而取得在扩散燃烧中不产生烟的燃料量的上限值（在滞后角扩散燃烧中能够燃烧的燃料量），并且以该结果为基础将符合的值（上限燃料量）映射表化而得的映射表，并且被存储在例如ECU100的ROM102中。在该上限燃料量映射表中设定为，主喷射的喷射时正时的滞后角值越大，则扩散燃烧中的上限燃料量越减小。
（S14）利用在上述（S11）的处理中所求出的总燃料喷射量、及在上述（S13）的处理中所决定的主喷射的燃料喷射量，而对副喷射的燃料喷射量（（副喷射的燃料喷射量）=（总燃料喷射量）-（主喷射的燃料喷射量））进行计算。接下来，对所计算出的副喷射的燃料喷射量是否多于上述的上限量（考虑到了预混燃烧的燃烧音的上限量）进行判断，并且如果副喷射的燃料喷射量为上限量以下，则将通过上述处理而计算出的值直接设定为副喷射的燃料喷射量。另一方面，当通过上述处理而计算出的副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），通过在主喷射之后的延迟喷射中进行喷射从而确保产生转矩。
在此，在该（S14）的处理中所计算出的副喷射的燃料喷射量（（总燃料喷射量）-（主喷射的燃料喷射量））为，用于充分满足对预混燃烧量进行确保时所需的燃料喷射量的燃料量，且为能够实现上述提前大量单一喷射的燃料量。
（S15）根据当前的运转状态（例如，发动机转数及要求转矩），并参照映射表而求出上述基准曲轴转角Ainj（缸内气体温度成为750K的曲轴转角）。利用该基准曲轴转角Ainj，来决定如图5所示的副喷射的喷射结束正时。
具体而言，根据在上述（S14）的处理中所取得的副喷射的燃料喷射量，而将副喷射的喷射结束正时设定为与Ainj相比提前了预定量α（例如，α=5℃A）的正时（（副喷射的喷射结束正时）=（Ainj-α）），以使与该燃料量相对应的量的喷雾在达到上述基准曲轴转角Ainj（750K）之前气化。
（S16）根据在上述（S14）的处理中所取得的副喷射的燃料喷射量、及喷射器23的喷射特性（每单位时间内的喷射量等），而对副喷射的喷射期间（喷射开始正时至喷射结束正时）进行计算。并且，根据该副喷射的喷射期间和在上述（S15）中所决定的喷射结束正时，来决定如图5所示的副喷射的喷射开始正时（（副喷射的喷射开始正时）=（副喷射的喷射结束正时）-（副喷射的喷射期间））。
此时，对副喷射的喷射开始正时（计算值）与下述的提前角保护值相比是处于滞后角侧、还是处于提前角侧进行判断，并且如果副喷射的喷射开始时正时与提前角保护值相比处于滞后角侧，则就此利用在上述的处理中计算出的副喷射的喷射开始正时及喷射结束正时，而决定如图5所示的燃料喷射模式（燃料喷射方式）。另外，当副喷射的喷射正时（计算值）与提前角保护值相比处于滞后角侧时，为了使通过该副喷射而实施的预混燃烧进一步缓慢化，从而可以设定为将副喷射的喷射正时提前至提前角保护值。
另一方面，当副喷射的喷射开始正时（计算值）与提前角保护值相比处于提前角侧时，将该副喷射的喷射正时限制于该提前角保护值。此时，在需要对副喷射的燃料喷射量进行减量补正时，关于与该副喷射的减量补正相对应的量（与剩余燃料量相对应的量），通过在主喷射之后的延迟喷射中进行喷射从而确保产生转矩。
在此，根据副喷射的总燃料喷射量并参照图9中的映射表，来求出上述提前角保护值。图9中的映射表为，以副喷射的总燃料喷射量为参数，并且在考虑未燃烧碳氢化合物的产生量的条件下，预先通过实验、模拟等而对使提前角保护值经验上符合了的值进行映射表化而得的映射表，并且被存储于例如ECU100的ROM102内。
（S17）根据以上述方式所决定的燃料喷射模式（副喷射的喷射开始正时与喷射结束正时、以及主喷射的喷射开始正时与喷射结束正时），来执行从喷射器23的燃料喷射。通过这种燃料喷射控制，从而能够实现如图5所示的热产生率波形的燃烧、即能够使预混燃烧的燃烧重心和扩散燃烧的燃烧重心分离并且使预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应的燃烧。
如上述说明那样，由于根据该示例被设定为，以缸内气体温度（750K）为基准，在缸内气体温度达到该750K之前实施副喷射，并且在缸内气体温度达到了750K的时间点产生氧化反应，因此能够使预混燃烧在压缩上止点之前结束，并且能够在从属于压缩行程中的缸内气体温度转变的温度限制下，对该压缩上止点前的预混燃烧进行控制。通过这种方式，能够使燃烧简单化，并且能够提高燃料喷射的控制性。
而且，由于在该示例中，将通过副喷射而实施的预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应，因此能够将压缩上止点前的预混燃烧设定为缓慢的燃烧。通过这种方式，能够延长扩散燃烧之前的预混燃烧期间，并且能够充分地确保预热量及预混燃烧量。作为该结果，能够使通过主喷射而实施的扩散燃烧的点火正时稳定，并且能够实现抗干扰性较高的燃烧。此外，由于将副喷射设定为提前喷射（例如BTDC40℃A），因此能够实施朝向较广的空间内的广域燃料喷射，并且能够产生高氧浓度的燃烧场。通过这种方式，能够实现对NOx的产生量、烟的产生量进行了抑制的燃烧。而且，由于预混燃烧被分离成低温氧化反应和高温氧化反应从而使预混燃烧成为缓慢的燃烧，因此能够对预混燃烧中的NOx的产生量、烟的产生量及燃烧音进行抑制。此外，通过使压缩上止点前的预混燃烧缓慢化，从而能够减少压缩行程中的损失（负的工作量）。
另外，虽然在如图5所示的示例中，对将主喷射的喷射开始正时相对于TDC设定为滞后角时的示例进行了例示，但是并不限定于此，主喷射的喷射开始正时也可以处于TDC附近。
具体的控制程序（2）
接下来，参照图10，对调节燃料喷射模式从而执行从喷射器23的燃料喷射时的具体的控制程序的其他示例进行说明。
在该示例中，例示了如下的示例，即，将本发明适用于，在低温时或低压时等的发动机运转状态下，仅通过压缩行程中的气体压缩而缸内气体温度在压缩上止点前未达到900K时的燃料喷射控制中的示例。
虽然如上所述当在压缩行程中缸内气体温度在压缩上止点前未达到900K时，增加副喷射的要求燃料喷射量以获得切实的点火，但是关于该副喷射的喷射正时未被体系化，是通过反复试验而决定的。为了解决这种问题点，在此示例中，如图10所示，也存在如下的特征，即，通过在缸内气体温度达到750K之前实施副喷射，从而在从属于压缩行程中的缸内气体温度转变的温度限制下对预混燃烧进行控制。下面，对其具体的控制例进行说明。
另外，在此示例的控制中，也与上述的（具体的控制程序（1））相同地，关于被设定为对象的发动机1（例如，压缩比15的柴油发动机），预先实施试验台试验或模拟等从而采取压缩气体温度推断波形，并且根据该所采取的压缩气体温度推断波形，来求出缸内气体温度（压缩气体温度）成为750K的曲轴转角（℃A）。将以这种方式采取的、成为750K的曲轴转角设定为，用于在温度限制下对副喷射进行控制的基点（基准曲轴转角Ainj）。关于该基准曲轴转角Ainj，通过上述处理针对每个运转状态（例如，将发动机转数和要求转矩设定为参数的运转状态映射表的每个格子点）而预先取得并进行映射表化，并且预先存储在ECU100的ROM102内。
燃料喷射控制
在此示例中，以下所说明的燃料喷射控制（（S21）～（S25）等），在ECU100中每隔预定的曲轴转角（每个气缸）而被重复执行。具体而言，例如，当对一个气缸进行说明时，每当执行该气缸的燃烧行程时，先于该燃烧行程而执行燃烧喷射控制。
（S21）根据发动机转数、加速器操作量、冷却水温度、进入空气温度等的运转状态与环境条件等，并参照公知的映射表等而求出主喷射的燃料喷射量和副喷射的燃料喷射量。而且，求出总燃料喷射量（（副喷射的燃料喷射量）+（主喷射的燃料喷射量））。在此，由于在该示例中，以低温时或低压时等的发动机运转状态作为对象，因此即使发动机转数及负载与通常运转时（完全暖机时等）相同，副喷射的要求燃料喷射量也将成为大于通常运转时的值，从而总燃料喷射量也将成为较大的值。
（S22）将主喷射的喷射开始正时设定为TDC。接下来，根据在上述（S21）中所求出的主喷射的燃料喷射量及喷射器23的喷射特性（每单位时间内的喷射量等），而对主喷射的喷射期间（喷射开始正时至喷射结束正时）进行计算。并且，根据该主喷射的燃料期间（应为燃料喷射期间）及上述主喷射的喷射开始正时（TDC），来决定如图10所示的主喷射的喷射结束正时（（喷射结束正时）=（TDC）+（喷射期间））。
另外，主喷射的喷射开始正时也可以为，相对于TDC而滞后了预定量的正时。此外，关于主喷射的喷射开始正时，例如也可以利用以发动机运转状态（发动机转数及要求转矩）为参数的映射表，并根据当前的发动机运转状态（要求转矩）来决定主喷射的喷射开始正时。
（S23）根据当前的运转状态（例如，发动机转数及要求转矩），并参照映射表来求出上述基准曲轴转角Ainj（缸内气体温度成为750K的曲轴转角）。利用该基准曲轴转角Ainj，来决定如图10所示的副喷射的喷射结束正时。
具体而言，根据在上述（S14）的处理中所取得的副喷射的燃料喷射量，将副喷射的喷射结束正时设定为，与Ainj相比提前了预定量α（例如，α=5℃A）的正时（副喷射的喷射结束正时）=（Ainj-α）），以使与该燃料量相对应的量的喷雾在到达上述基准曲轴转角Ainj（750K）之前气化。
（S24）根据在上述（S21）中所求出的副喷射的燃料喷射量及喷射器23的喷射特性（每单位时间内的喷射量等），而对副喷射的喷射期间（喷射开始正时至喷射结束正时）进行计算。根据该副喷射的喷射期间和在上述（S23）中所决定的喷射结束正时，来决定如图10所示的副喷射的喷射开始正时（（副喷射的喷射开始正时）=（副喷射的喷射结束正时）-（副喷射的喷射期间））。
此时，对副喷射的喷射开始正时（计算值）与下述提前角保护值相比处于滞后角侧、还是处于提前角侧进行判断，且如果副喷射的喷射开始正时处于提前角保护值的滞后角侧，则就此利用在上述处理中所计算出的副喷射的喷射开始正时及喷射结束正时，来决定如图10所示的燃料喷射模式（燃料喷射方式）。另外，当副喷射的喷射正时（计算值）处于提前角保护值的滞后角侧时，为了使通过该副喷射而实施的预混燃烧更加缓慢化，从而可以设定为将副喷射的喷射正时提前至提前角保护值。
另一方面，当副喷射的喷射开始正时（计算值）处于提前角保护值的提前角侧时，将副喷射的喷射正时限制在该提前角保护值。此时，当需要对副喷射的燃料喷射量进行减量补正时，关于与该副喷射的减量补正相对应的量（与剩余燃料量相对应的量），通过在主喷射之后的延迟喷射中进行喷射，从而确保产生转矩。
在此，在本示例中，也根据副喷射的总燃料喷射量并参照图9中的映射表，而求出上述提前角保护值。图9中的映射表为，将副喷射的总燃料喷射量作为参数，并且在考虑了未燃烧碳氢化合物的产生量的条件下，预先通过实验、模拟等而对使提前角保护值经验上符合了的值进行映射表化而得的映射表，并且被存储于例如ECU100的ROM102内。
（S25）根据以上述方式所决定的燃料喷射模式（副喷射的喷射开始正时与喷射结束正时、以及主喷射的喷射开始正时与喷射结束正时），来执行从喷射器23的燃料喷射。通过这种燃料喷射控制，从而能够实现如图10所示的热产生率波形的燃烧、即能够使预混燃烧的燃烧重心和扩散燃烧的燃烧重心分离、并且使预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应的燃烧。
如上述说明中所述，由于在此示例中也设定为，以缸内气体温度（750K）为基准，在缸内气体温度达到该750K之前实施副喷射，从而在缸内气体温度达到了750K的时间点产生氧化反应，因此，能够使预混燃烧在压缩上止点之前结束，并且能够在从属于压缩行程中的缸内气体温度转变的温度限制下，对该压缩上止点前的预混燃烧进行控制。通过这种方式，能够使燃烧简单化，并且能够提高燃料喷射的控制性。
而且，由于能够将预混燃烧设定为缓慢的燃烧，因此能够延长扩散燃烧之前的预混燃烧期间，并且能够充分确保预热量及预混燃烧量。作为该结果，能够使通过主喷射而实施的扩散燃烧的点火正时稳定，并且能够实现抗干扰性较高的燃烧。此外，由于将副喷射设定为提前喷射（例如BTDC40℃A），因此能够实施朝向较广空间的广域燃料喷射，并且能够产生高氧浓度的燃烧场。通过这种方式，能够实现对NOx的产生量、烟的产生量进行了抑制的燃烧。而且，由于将预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应以使预混燃烧成为缓慢的燃烧，因此能够对预混燃烧中的NOx的产生量、烟的产生量及燃烧音进行抑制。通过使压缩上止点前的预混燃烧缓慢化，从而能够减少压缩行程中的损失（负的工作量）。
其他的实施方式
虽然在上述的示例中，以通过试验台试验与模拟等而预先取得的基准曲轴转角Ainj（缸内气体温度成为750K的曲轴转角）作为基准并在温度限制下对通过副喷射而实施的燃烧进行控制，但是本发明并不限定于此，还可以采用其他的方法。
例如，在发动机运转中也可以设定为，对缸内气体温度进行检测或推断，并且求出该缸内气体温度达到750K的基准曲轴转角Ainj，并以该基准曲轴转角Ainj作为基准，在温度限制下对通过副喷射而实施的燃烧进行控制。另外，在这种情况下，关于缸内气体温度，也可以使用在进气阀16的闭阀时根据上述进气温度传感器49的输出信号而获得的进气温度，也可以利用根据外部气体温度与发动机运转状态等来对缸内气体温度进行推断的映射表与计算式，而对缸内气体温度进行推断。
在上述的示例中，对将本发明适用于共轨式缸内直喷型多气缸（四气缸）柴油发动机的情况进行了说明。本发明并不限定于此，还可以适用于例如六气缸柴油发动机等其他任意气缸数的柴油发动机上。此外，本发明能够适用的发动机并不限定于汽车用的发动机。
虽然在上述的示例中，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上。
虽然在上述的示例中，作为排气歧管催化净化器77而设定为具备了NSR催化剂75及DPNR催化剂76，但是也可以设定为具备NSR催化剂75及DPF（Diesel Paticulate Filter：柴油机微粒滤清器）。
产业上的可利用性
本发明可利用在以柴油发动机为代表的内燃机的燃料喷射控制装置中，更详细而言，能够有效地利用于能够执行主喷射和副喷射的压缩自燃式的内燃机的燃料喷射控制装置中，所述主喷射实施以扩散燃烧为主体的燃烧，所述副喷射，作为先于该主喷射而实施的喷射，而实施以预混燃烧为主体的燃烧。
符号说明
1    发动机（内燃机）；
2    燃料供给系统；
3    燃烧室（气缸）；
21   供给泵；
23   喷射器（燃料喷射阀）；
40   曲轴位置传感器；
46   水温传感器；
47   油门开度传感器；
49   进气温度传感器；
100  ECU。

Claims (5)

1.一种内燃机的燃料喷射控制装置，其被适用于使从燃料喷射阀喷射到气缸内的燃料在气缸内进行燃烧的、压缩自燃式的内燃机的控制中，并且，作为从所述燃料喷射阀朝向缸内的燃料喷射动作，至少能够执行主喷射和副喷射，所述主喷射为，在所述缸内实施以扩散燃烧为主体的燃烧的喷射，所述副喷射为，先于该主喷射而实施的喷射，且为在所述缸内实施以预混燃烧为主体的燃烧的喷射，
所述内燃机的燃料喷射控制装置的特征在于，
具备燃料喷射控制单元，所述燃料喷射控制单元在能够将通过所述副喷射而实施的预混燃烧分离成低温氧化反应和高温氧化反应的缸内温度下，实施该副喷射。
2.如权利要求1所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，
所述燃料喷射控制单元以缸内气体温度成为750K的时间点为基准，在缸内气体温度达到该750K之前，对所述副喷射的喷射正时进行设定。
3.如权利要求2所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，
所述副喷射的喷射正时被设定为，在所述缸内气体温度达到750K之前，使在所述副喷射中所喷射出的燃料的喷雾气化。
4.如权利要求2或权利要求3所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，
所述副喷射的喷射正时通过提前角保护值而被限制。
5.如权利要求4所述的内燃机的燃料喷射控制装置，其特征在于，
所述副喷射的喷射正时的提前角保护值以考虑未燃烧碳氢化合物的产生量的方式而进行设定。
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