JP2007127000A

JP2007127000A - 内燃機関の燃料噴射制御方法

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Publication number: JP2007127000A
Application number: JP2005318755A
Authority: JP
Inventors: Akira Hasegawa; 亮長谷川; Hisanori Itou; 寿記伊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-11-01
Filing date: 2005-11-01
Publication date: 2007-05-24

Abstract

【課題】本発明は、圧縮着火式内燃機関において均質な予混合気を安定して形成可能な技術を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、吸気行程上死点の近傍でセンターインジェクタから第１の燃料噴射を行うとともに、圧縮行程の初期から中期の間にサイドインジェクタから第２の燃料噴射を行うことにより燃焼室内に予混合気を形成する圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御方法において、第１の噴射燃料量とコモンレール圧とに基づいて第１の噴射燃料が偏倚する領域を推定し、第１の噴射燃料が燃焼室の中央部に偏倚していると推定された場合には第２の目標燃料噴射タイミングＴｓｉｄｅを進角させることにより第２の噴射燃料を燃焼室の周縁部に偏倚させ、第１の噴射燃料が燃焼室の周縁部に偏倚していると推定された場合には第２の目標燃料噴射タイミングＴｓｉｄｅを遅角させることにより第２の噴射燃料を燃焼室の中央部に偏倚させるようにした。
【選択図】図９

Description

本発明は、圧縮着火式内燃機関の燃料噴射技術に関する。

圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）の燃料噴射技術として、圧縮行程の初期から中期の間に予備噴射を行い、圧縮行程上死点の近傍にて主噴射を行う技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平９−１５８８１０号公報特開２００１−１５２８５３号公報特開平１０−２５２４７６号公報特開２００１−２４８４８３号公報

前述したような技術では、予備噴射の噴射圧（或いは噴射率）が主噴射の噴射圧に依存する（主噴射の噴射圧と同等になる）ため、予備噴射の噴射圧が最適な噴射圧とならない場合が想定される。そのような場合には、予備噴射された燃料の分布に偏りが生じ、過早着火やスモークの発生量増加が誘発される可能性がある。

これに対し、圧縮行程上死点の前（吸気行程又は圧縮行程）に主噴射を行うことにより燃料と空気との予混合に費やされる時間を長く確保する方法も提案されているが（例えば、特許文献２を参照）、燃料と空気との予混合は成り行き任せで行われるため、必ずしも均質な予混合気が形成されるとは限られない。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮着火式内燃機関において均質な予混合気を安定して形成可能な技術を提供することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、吸気行程上死点の近傍で主燃料噴射弁から第１の燃料噴射を行うとともに、圧縮行程の初期から中期の間に副燃料噴射弁から第２の燃料噴射を行うことにより燃焼室内に予混合気を形成する圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御方法において、第１の燃料噴射により噴射された燃料が偏倚する領域を推定し、推定された領域とは異なる領域に第２の燃料噴射により噴射される燃料が偏倚するように第２の燃料噴射の噴射態様を変更するようにした。

このような方法によれば、第１の燃料噴射により噴射された燃料（以下、第１の噴射燃料と記す）と第２の燃料噴射により噴射された燃料（以下、第２の噴射燃料と記す）とが異なる領域に偏倚するため、燃焼室全体の燃料分布が均一に近づくようになる。その結果、燃料と空気が均質に混合した予混合気を形成することが可能となる。

尚、第１の噴射燃料が偏倚する領域を推定する方法としては、第１の噴射燃料量が多くなるほどおよび／またはコモンレール圧が高くなるほど第１の噴射燃料が燃焼室の周縁部に偏倚すると推定し、第１の噴射燃料量が少なくなるほどおよび／またはコモンレール圧が低くなるほど第１の噴射燃料が燃焼室の中央部に偏倚すると推定する方法を例示することができる。これは、主燃料噴射弁から噴射される燃料の到達距離が噴射燃料量および／またはコモンレール圧に比例して増加するためである。

第１の噴射燃料が燃焼室の周縁部に偏倚すると推定された場合は、第２の噴射燃料が燃焼室の中央部に偏倚するように第２の燃料噴射の噴射態様を変更すればよい。その際の具体的な方法としては、第２の燃料噴射の噴射タイミングを遅角させる方法や、第２の噴射燃料を微粒化させる方法を例示することができる。

第２の燃料噴射の噴射タイミングが遅角されると、ピストンが上死点に接近している時に第２の燃料噴射が行われることになる。ピストンが上死点に接近している時に第２の燃料噴射が行われると、第２の噴射燃料が燃焼室の周縁部へ拡散する前にピストンと衝突するようになるため、第２の噴射燃料が燃焼室中央部に偏倚する。また、ピストンが上死点に接近している時は筒内圧が高くなっているため、第２の噴射燃料の到達距離が短くなる。第２の噴射燃料の到達距離が短くなると、第２の噴射燃料が燃焼室の周縁部まで到達し難くなるため、第２の噴射燃料が燃焼室中央部に偏倚し易い。

上記した傾向は、ピストンが上死点に接近するほど（及び筒内圧が高くなるほど）顕著となるため、第１の噴射燃料が偏倚する領域を推定する際の第１の噴射燃料量が多くなるほどおよび／またはコモンレール圧が高くなるほど、第２の燃料噴射の遅角量を多くするようにしてもよい。

第２の噴射燃料が微粒化された場合は燃料粒子の慣性質量が小さくなるため、第２の噴射燃料の到達距離が短くなる。その結果、第２の噴射燃料は、燃焼室の中央部に偏倚する。尚、第２の噴射燃料の微粒化を図る方法としては、副燃料噴射弁に設けられたヒータの加熱量を増加させる方法を例示することができる。

次に、第１の噴射燃料が燃焼室の中央部に偏倚すると推定された場合は、第２の噴射燃料が燃焼室の周縁部に偏倚するように第２の燃料噴射の噴射態様を変更すればよい。その際の具体的な方法としては、第２の燃料噴射の噴射タイミングを進角させる方法や、第２の噴射燃料の微粒化を抑制する方法を例示することができる。

第２の燃料噴射の噴射タイミングが進角されると、ピストンが上死点から離れている時に第２の燃料噴射が行われることになる。この場合、第２の噴射燃料がピストンと衝突する前に燃焼室周縁部へ拡散するため、第２の噴射燃料が燃焼室周縁部に偏倚する。また、ピストンが上死点から離れている時は筒内圧が低くいため、第２の噴射燃料の到達距離が長くなる。第２の噴射燃料の到達距離が長くなると、第２の噴射燃料が燃焼室周縁部に到達し易くなるため、第２の噴射燃料が燃焼室周縁部に偏倚し易い。

上記した傾向は、ピストンが上死点から離れるほど（及び筒内圧が低くなるほど）顕著となるため、第１の噴射燃料が偏倚する領域を推定する際の第１の噴射燃料量が少なくなるほどおよび／またはコモンレール圧が低くなるほど、第２の燃料噴射の進角量を多くするようにしてもよい。

第２の噴射燃料の微粒化が抑制された場合は燃料粒子の慣性質量が大きくなるため、第２の噴射燃料の到達距離が長くなる。その結果、第２の噴射燃料は、燃焼室の周縁部に偏倚する。尚、第２の噴射燃料の微粒化を抑制する方法としては、副燃料噴射弁に設けられたヒータの加熱量を減少させる方法を例示することができる。

ところで、内燃機関の吸気通路に過給器が設けられている場合に、実際の過給圧が予め想定された目標過給圧（例えば、機関回転数や機関負荷に応じて定められる目標過給圧）からずれると、第２の燃料噴射によって噴射される燃料が所望の領域へ偏倚しなくなる可能性がある。

第２の燃料噴射の噴射圧（コモンレール圧）や噴射量は、実際の過給圧が目標過給圧と同等になることを想定して定められるため、実際の過給圧が目標過給圧からずれると第２の燃料噴射によって噴射された燃料の到達距離が所望の距離とならない可能性がある。

例えば、実際の過給圧が目標過給圧を上回る場合には、筒内圧の上昇により第２の噴射燃料の到達距離が短くなる。一方、実際の過給圧が目標過給圧を下回る場合には、筒内圧の低下により第２の噴射燃料の到達距離が長くなる。

従って、実際の過給圧が目標過給圧を上回る場合には第２の燃料噴射の噴射タイミングを進角側に補正して第２の噴射燃料の到達距離を延ばすようにしてもよい。また、実際の過給圧が目標過給圧を下回る場合には第２の燃料噴射の噴射タイミングを遅角側に補正して第２の噴射燃料の到達距離を短くするようにしてもよい。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御方法は、燃焼室内で直前のサイクルに発生した熱量が機関運転状態に応じて定められた基準熱量に対して所定量以上少ない時は、第１の噴射燃料が偏倚する領域の推定結果に依らず、第２の噴射燃料が燃焼室の周縁部に偏倚するように第２の燃料噴射の噴射態様を決定するようにしてもよい。

直前のサイクルの燃焼によって発生した熱量が予め想定された熱量より少なくなると、第１の燃料噴射が行われる時の筒内圧が低くなるとともに燃焼室壁面の温度が低くなるため、第１の噴射燃料が燃焼室周縁部に偏倚して燃焼室壁面に付着することが予想される。

このような状態のときに第２の噴射燃料が燃焼室中央部に偏倚させられると、燃焼室中央部に比して燃焼室周縁部の燃焼温度が低くなり易いため、未燃燃料成分やスモークの発生量が増加する可能性がある。

これに対し、直前のサイクルに燃焼室内で発生した熱量が機関運転状態に応じて定められた基準熱量に対して所定量以上少ない時には、第２の噴射燃料が燃焼室の周縁部に偏倚するように第２の燃料噴射の噴射態様が定められれば、燃焼室周縁部の燃焼温度が高められ、以て燃焼室壁面に付着した燃料が蒸発及び燃焼されるようになる。

第２の噴射燃料を燃焼室周縁部に偏倚させる方法としては、前述したように、第２の燃料噴射の噴射タイミングを進角させる方法や、副噴射弁が備えるヒータの加熱量を減少させる方法等を例示することができる。

本発明によれば、圧縮着火式内燃機関において、燃焼室内に均質な予混合気を安定して形成することが可能となる。その結果、過早着火やスモークの発生量増加を抑制することが可能になる。

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。

先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図９に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、軽油を燃料とする圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。

内燃機関１のシリンダブロック２には、シリンダ３が形成され、該シリンダ３にピストン４が換装されている。ピストン４の頂面には燃焼室４０が形成されている。

シリンダヘッド５においてピストン４の頂面と対向する面の略中央には、センターインジェクタ６が配置されている。このセンターインジェクタ６は、本発明に係る主燃料噴射弁に相当する。

シリンダヘッド５においてピストン４の頂面と対向する面の縁には、サイドインジェクタ７が配置されている。このサイドインジェクタ７は、本発明に係る副燃料噴射弁に相当する。

前記したセンターインジェクタ６及びサイドインジェクタ７は、コモンレール８と燃料パイプ９、１０を介して接続されている。コモンレール８には、該コモンレール８内の圧力（コモンレール圧）を検出する圧力センサ（以下、レール圧センサと記す）１１が取り付けられている。

シリンダヘッド５においてピストン４の頂面と対向する部位には、シリンダ３内の圧力（筒内圧）を検出するための圧力センサ（以下、筒内圧センサと記す）１２が設けられている。

また、内燃機関１の吸気通路１３には、ターボチャージャ１４のコンプレッサ１４０が配置されている。コンプレッサ１４０は、本発明に係る過給器に相当する。コンプレッサ１４０より下流の吸気通路１３には、該吸気通路１３内の圧力（過給圧）を検出する圧力センサ（以下、過給圧センサと記す）１５が取り付けられている。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１６が併設されている。ＥＣＵ１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される算術論理演算回路である。ＥＣＵ１６には、前述したレール圧センサ１１、筒内圧センサ１２、過給圧センサ１５などの各種センサの出力信号が入力されるようになっている。また、ＥＣＵ１６は、前述したセンターインジェクタ６やサイドインジェクタ７等を電気的に制御することが可能となっている。

ＥＣＵ１６は、内燃機関１の運転状態（例えば、機関負荷（アクセル開度）や機関回転数など）に基づいて目標コモンレール圧、目標燃料噴射量、目標燃料噴射タイミング等を演算し、それら演算結果に従ってセンターインジェクタ６、サイドインジェクタ７、或いは図示しない燃料ポンプ等を制御する。

例えば、ＥＣＵ１６は、吸気行程上死点の近傍（例えば、圧縮行程上死点前４００°ＣＡ〜３００°ＣＡ）にてセンターインジェクタ６から第１の燃料噴射（所謂、ビゴム噴射）を行い、次いで圧縮行程の初期から中期（例えば、圧縮行程上死点前１５０°ＣＡ〜６０°ＣＡ）にてサイドインジェクタ７から第２の燃料噴射を行うことにより、燃焼室４０内（シリンダ３内）に予混合気を形成し、該予混合気をピストン４の上昇により圧縮させて着火及び燃焼させる、所謂予混合燃焼を実現させる。

尚、ＥＣＵ１６は、必要に応じて圧縮行程上死点の近傍にてセンターインジェクタ６から再度燃料を噴射させて着火遅れを抑制するようにしてもよい。

ところで、予混合気の燃料濃度分布が不均一になると、予混合気において相対的にリッチな部分が圧縮行程上死点近傍より前に着火（過早着火）して不要な振動等を生じる可能性がある。更に、上記したリッチな部分の燃料濃度が過濃になると、燃料が燃焼する際に酸素不足が生じてスモークの発生量が増加する可能性もある。

予混合気の燃料濃度分布が不均一となる主な要因としては、第１の噴射燃料と第２の噴射燃料が燃焼室４０の略同じ領域に偏倚して分布することが考えられる。例えば、第１の噴射燃料と第２の噴射燃料の双方が燃焼室４０の中央部に偏倚して分布すると、中央部の燃料濃度が過濃になると同時に周縁部の燃料濃度が過薄になる。逆に第１の噴射燃料と第２の噴射燃料が燃焼室４０の双方が燃焼室４０の周縁部に偏倚して分布すると、周縁部の燃料濃度が過濃になると同時に中央部の燃料濃度が過薄になる。

従って、第１の噴射燃料が偏倚する領域と第２の噴射燃料が偏倚する領域が相違するようになれば、混合気の燃料濃度分布を均一（燃料と空気が均質に混合）にすることが可能となる。

そこで、本実施例では、第１の噴射燃料が偏倚する領域を推定し、推定された領域と異なる領域へ第２の噴射燃料が偏倚するように第２の燃料噴射を制御する。以下、第１の噴射燃料が偏倚する領域を推定する方法と、第２の噴射燃料を第１の噴射燃料とは異なる領域へ偏倚させる方法について順次説明する。

（第１の噴射燃料が偏倚する領域を推定する方法）
第１の噴射燃料は筒内圧が略大気圧と等しい状況下で噴射されるため、コモンレール圧や噴射燃料量によって偏倚する領域が左右され易い。例えば、噴射燃料量が多く且つコモンレール圧が高い時には、図２に示すように、第１の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部に偏倚して分布する。この傾向は、噴射燃料量が多くなるほどおよび／またはコモンレール圧が高くなるほど顕著となる。

また、噴射燃料量が少なく且つコモンレール圧が低い時には、図３に示すように、第１の噴射燃料が燃焼室４０の中央部に偏倚して分布する。この傾向は、噴射燃料量が少なくなるほどおよび／またはコモンレール圧が低くなるほど顕著となる。

そこで、ＥＣＵ１６は、第１の燃料噴射の噴射燃料量が少なく且つレール圧センサ１１の検出圧力が低い時は第１の噴射燃料が燃焼室４０の中央部に偏倚すると推定し、第１の燃料噴射の噴射燃料量が多く且つレール圧センサ１１の検出圧力が高くなるほど第１の噴射燃料が周縁部寄りに偏倚すると推定することができる。

尚、本実施例では、以下の式（１）に第１の燃料噴射の噴射燃料量とコモンレール圧とを代入して偏倚係数Ｌｖを求めるようにした。偏倚係数Ｌｖは、第１の噴射燃料が燃焼室４０の中央部を基準にしてどの程度周縁部寄りに偏倚しているかを表す係数であり、第１の噴射燃料の偏倚領域が燃焼室４０の周縁部に近づくほど大きな値となる。

Ｌｖ＝（第１の噴射燃料量）／係数Ａ＊（実コモンレール圧）−（目標コモンレール圧）＊係数Ｂ・・・式（１）

上記の式における係数Ａと係数Ｂは適合係数であり、個々の内燃機関毎に異なる値となる。これら係数Ａ，Ｂは、予め実験的に求められた値である。

（第２の噴射燃料を第１の噴射燃料とは異なる領域へ偏倚させる方法）
第２の噴射燃料が偏倚する領域は、第２の燃料噴射を行うタイミングにより変化する。例えば、第２の燃料噴射タイミングが遅角されると、図４に示すように、ピストン４が上死点に接近している時に第２の燃料噴射が行われるようになる。

ピストン４が上死点に接近している時に第２の燃料噴射が行われると、第２の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部へ拡散する前にピストン４の中央部（すなわち、燃焼室４０の中央
部）に衝突するようになる。

更に、ピストン４が上死点に接近している時は筒内圧が高くなっているため、第２の噴射燃料の到達距離が短くなる。第２の噴射燃料の到達距離が短くなると、第２の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部まで到達し難くなる。

従って、第２の燃料噴射タイミングが遅角されると、第２の噴射燃料が燃焼室４０の中央部に偏倚し易くなる。尚、この傾向は、ピストン４が上死点に接近するほど（及び筒内圧が高くなるほど）顕著となる。

次に、第２の燃料噴射タイミングが進角されると、図５に示すように、ピストン４が上死点から離れている時に第２の燃料噴射が行われるようになる。ピストン４が上死点から離れている時に第２の燃料噴射が行われると、第２の噴射燃料がピストン４と衝突する前に拡散する。

更に、ピストン４が上死点から離れている時は筒内圧が低くいため、第２の噴射燃料の到達距離が長くなる。第２の噴射燃料の到達距離が長くなると、第２の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部まで到達し易くなる。

従って、第２の燃料噴射タイミングが進角されると、第２の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部に偏倚し易くなる。尚、この傾向は、ピストン４が上死点から離れるほど（及び筒内圧が低くなるほど）顕著となる。

以上述べたように第２の燃料噴射タイミングによって第２の噴射燃料が偏倚する領域を変化させることができるため、第１の噴射燃料が偏倚する領域に応じて第２の燃料噴射タイミングが定められれば、第１の噴射燃料と第２の噴射燃料が偏倚する領域を相違させることができる。

具体的には、ＥＣＵ１６は、図６に示すように、前記した偏倚係数Ｌｖの数値が大きくなるほど（第１の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部に近づくほど）、第２の燃料噴射タイミングの遅角量Ｄが多くなるようにする。尚、図６に示すような偏倚係数Ｌｖと遅角量Ｄとの関係は予めマップ化されてＥＣＵ１６のＲＯＭに記憶されているものとする。

前記偏倚係数Ｌｖ及び図６のマップに基づいて遅角量Ｄが定められると、ＥＣＵ１６は機関負荷（アクセル開度）や機関回転数に基づいて定められる第２の基準燃料噴射タイミング（単位は、圧縮行程上死点を基準としたＡＴＤＣ）に前記遅角量Ｄを加算して、第２の目標燃料噴射タイミング（単位は、圧縮行程上死点を基準としたＡＴＤＣ）を定める（第２の目標燃料噴射タイミング＝第２の基準燃料噴射タイミング＋遅角量Ｄ）。

このようにして第２の噴射燃料タイミングが決定されると、第１の噴射燃料が燃焼室４０の中央部に偏倚している時（第１の噴射燃料量が少ないおよび／またはコモンレール圧が低い時）には、第２の燃料噴射タイミングが進角されるようになる。この場合、第２の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部に偏倚して分布するようになる。その結果、燃焼室４０の全領域に均一に燃料が分布し、均質な予混合気が形成される。

一方、第１の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部に偏倚している時（第１の噴射燃料量が多いおよび／またはコモンレール圧が高い時）には、第２の燃料噴射タイミングが遅角されるようになる。この場合、第２の噴射燃料が燃焼室４０の中央部に偏倚して分布するようになる。その結果、燃焼室４０の全領域に均一に燃料が分布し、依って均質な予混合気が形成されるようになる。

ところで、本実施例に例示した内燃機関１のように過給器（コンプレッサ１４０）を備えた内燃機関では、実際の過給圧が予め想定された目標過給圧（機関回転数や機関負荷に応じて定められる目標過給圧）からずれると、第２の噴射燃料が所望の領域へ偏倚しなくなる可能性がある。

第２の燃料噴射の噴射圧（コモンレール圧）や噴射量は、実際の過給圧が目標過給圧と同等になることを想定して定められるため、実際の過給圧が目標過給圧からずれると第２の噴射燃料の到達距離が所望の距離とならない可能性がある。

これに対し、本実施例では、ＥＣＵ１６は、図７に示すように、実過給圧（過給圧センサ１５の検出圧力）ＰＢと目標過給圧ＰＢｂａｓｅの差（＝ＰＢ−ＰＢｂａｓｅ）を演算し、演算された差が正値である場合（ＰＢ＞ＰＢｂａｓｅ）は該差が大きくなるほど第２の目標燃料噴射タイミングを進角側へ補正し、前記差が負値である場合（ＰＢ＜ＰＢｂａｓｅ）は該差が大きくなるほど第２の目標燃料噴射タイミングを遅角側へ補正する。尚、前記した差が零であるとき（実過給圧ＰＢと目標過給圧ＰＢｂａｓｅが等しい時）は、ＥＣＵ１６は、補正量を零に定める。

また、ＥＣＵ１６は、直前のサイクルで燃焼室４０内に発生した熱量が機関運転状態に応じて定められた基準熱量に対して所定量以上少ない時は、第１の噴射燃料が偏倚する領域の推定結果に依らず、第２の噴射燃料が燃焼室の周縁部に偏倚するように第２の燃料噴射タイミングを定めることが好ましい。

直前のサイクルの燃焼によって発生した熱量が予め想定された熱量より少なくなると、第１の燃料噴射が行われる時の筒内圧が低くなるとともに燃焼室４０壁面の温度が低くなるため、第１の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部に偏倚して燃焼室４０の壁面に付着することが予想される。

このような状態のときに第２の噴射燃料が燃焼室４０の中央部に偏倚させられると、燃焼室４０の中央部に比して周縁部の燃焼温度が低くなり易いため、未燃燃料成分やスモークの発生量が増加する可能性がある。

そこで、ＥＣＵ１６は、直前のサイクルで燃焼室４０内に発生した熱量が基準熱量に対して所定量以上少ない時には、第２の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部に偏倚するように第２の燃料噴射タイミングを進角させるものとする。

直前のサイクルで燃焼室４０内に発生した熱量は直前のサイクルの図示平均有効圧力と相関があるため、ＥＣＵ１６は筒内圧センサ１２の検出圧力に基づいて直前のサイクルにおける実際の図示平均有効圧力ｉｍｐｅを演算する。また、ＥＣＵ１６は、直前のサイクルの総燃料噴射量と機関回転数等から基準となる図示平均有効圧力ｉｍｐｅｂａｓｅを推定演算する。

ＥＣＵ１６は、図８に示すように、基準図示平均有効圧力ｉｍｐｅｂａｓｅから実際の図示平均有効圧力ｉｍｐｅを減算して双方の差（＝ｉｍｐｅｂａｓｅ−ｉｍｐｅ）を求め、その差が大きくなるほど第２の燃料噴射タイミングを進角側へ補正する。この場合、燃焼室４０の周縁部における燃焼温度が高められ、以て燃焼室４０の壁面に付着した燃料が
蒸発及び燃焼されるようになる。

以下、本実施例における第２の燃料噴射の制御方法について図９に基づいて説明する。図９は、第２の燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。第２の燃料噴射制御ルーチンは、予めＥＣＵ１６のＲＯＭに記憶されているものとする。

第２の燃料噴射制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１６は、先ずＳ１０１において直前のサイクルの図示平均有効圧力ｉｍｐｅと基準図示平均有効圧力ｉｍｐｅｂａｓｅを演算する。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１６は、機関負荷や機関回転数等をパラメータとして、第２の基準燃料噴射タイミングＴｂａｓｅを演算する。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１６は、前記Ｓ１０１で演算された基準図示平均有効圧力ｉｍｐｅｂａｓｅから図示平均有効圧力ｉｍｐｅを減算して得られる差（＝ｉｍｐｅｂａｓｅ−ｉｍｐｅ）が所定量Ｃ未満であるか否かを判別する。

前記Ｓ１０３において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１６は、Ｓ１０４へ進み、前述した式（１）に基づいて偏倚係数Ｌｖを算出する。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ１６は、前記Ｓ１０４で算出された偏倚係数Ｌｖと前述した図６のマップとに基づいて遅角量Ｄを演算する。

Ｓ１０６では、ＥＣＵ１６は、実過給圧ＰＢ（筒内圧センサ１２の検出圧力）と目標過給圧ＰＢｂａｓｅと図７のマップとに基づいて補正量Ｅを演算する。

Ｓ１０７では、ＥＣＵ１６は、前記Ｓ１０２で演算された第２の基準燃料噴射タイミングＴｂａｓｅに前記Ｓ１０５で算出された遅角量Ｄを加算するとともに前記Ｓ１０６で算出された補正量Ｅを減算することにより第２の目標燃料噴射タイミングＴｓｉｄｅ（＝Ｔｂａｓｅ＋Ｄ−Ｅ）を算出する。

Ｓ１０８では、ＥＣＵ１６は、内燃機関１のクランク角が前記Ｓ１０７で算出された第２の目標燃料噴射タイミングＴｓｉｄｅと一致したときに、サイドインジェクタ７から第２の燃料噴射を行わせる。

このようにして第２の燃料噴射が行われると、第２の噴射燃料が偏倚する領域を第１の噴射燃料が偏倚する領域と相違させることができるため、燃焼室４０内の全領域に均質な予混合気を形成することが可能となる。その結果、予混合気の過早着火やスモークの発生を抑制することが可能となる。

また、前記Ｓ１０３において否定判定された場合（ｉｍｐｅｂａｓｅ−ｉｍｐｅ≧Ｃ）は、ＥＣＵ１６は、Ｓ１０９へ進み、実際の図示平均有効圧力ｉｍｐｅと基準図示平均有効圧力ｉｍｐｅｂａｓｅとの差（ｉｍｐｅｂａｓｅ−ｉｍｐｅ）、及び図８のマップに基づいて進角量Ｆを演算する。

Ｓ１１０では、ＥＣＵ１６は、前記Ｓ１０２で算出された第２の基準燃料噴射タイミングＴｂａｓｅから前記Ｓ１０９で算出された進角量Ｆを減算することにより第２の目標燃料噴射タイミングＴｓｉｄｅ（＝Ｔｂａｓｅ−Ｆ）を算出する。

続いて、ＥＣＵ１６は、Ｓ１０８へ進み、内燃機関１のクランク角が前記Ｓ１１０で算
出された第２の目標燃料噴射タイミングＴｓｉｄｅと一致したときに、サイドインジェクタ７から第２の燃料噴射を行わせる。

このようにして第２の燃料噴射が行われると、直前のサイクルで燃焼室内に発生した熱量が少ない時に、第２の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部に偏倚するため、燃焼室４０の周縁部で多量の燃料が燃焼するようになる。その結果、燃焼室４０の周縁部における燃焼温度が高くなり、依って燃焼室４０の壁面に付着した燃料が蒸発及び燃焼されるようになる。

以上述べた実施例によれば、直前のサイクルにおいて正常な燃焼が行われた場合には、燃焼室４０の全領域に均質な予混合気を形成することが可能となるため、過早着火やスモークの発生が好適に抑制されるようになる。

また、直前のサイクルにおいて正常な燃焼が行われなかった場合、すなわち、直前のサイクルで燃焼室４０内に発生した熱量が基準となる熱量より所定量以上少なかった場合には、第２の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部に偏倚させられるため、周縁部の燃焼温度が高められる。周縁部の燃焼温度が高められると、燃焼室４０の壁面に付着した燃料を蒸発及び燃焼させることが可能となるため、スモークや未燃燃料成分の排出量を低減することができる。

次に、本発明の第２の実施例について図１０〜図１２に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例と本実施例との差違は、前述した第１の実施例ではサイドインジェクタ７からの噴射タイミングを制御することにより予混合気の均質化を図るのに対し、本実施例ではサイドインジェクタ７に設けられたヒータの加熱量を制御することによって予混合気の均質化を図る点にある。

図１０は、本実施例における内燃機関の概略構成を示す図である。図１０においてサイドインジェクタ７には、該サイドインジェクタ７から噴射される燃料を加熱するためのヒータ７０が設けられている。このヒータ７０は、通電量（電流量）に応じて加熱量（ワット）を変更可能に構成されている。その他の構成は、前述した第１の実施例と同様である。

前記ヒータ７０の通電量（加熱量）が増加した場合には、サイドインジェクタ７から噴射される燃料（第２の噴射燃料）の微粒化が促進される。第２の噴射燃料が微粒化すると、燃料粒子の慣性質量が小さくなるため、第２の噴射燃料の到達距離が短くなる。その結果、第２の噴射燃料は燃焼室４０の周縁部まで到達せずに中央部に停滞するようになる。

一方、前記ヒータ７０の通電量（加熱量）が減少した場合には、サイドインジェクタ７から噴射される燃料（第２の噴射燃料）の粒子径が大粒化する。第２の噴射燃料の粒子径が大粒化すると、燃料粒子の慣性質量が大きくなるため、第２の噴射燃料の到達距離が長くなる。その結果、第２の噴射燃料は燃焼室４０の中央部に停滞せずに周縁部まで到達するようになる。

従って、第１の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部に偏倚している時にはヒータ７０の通電量を増加させるとともに、第１の噴射燃料が燃焼室４０の中央部に偏倚している時にはヒータ７０の通電量を減少させれば、第１の噴射燃料と第２の噴射燃料の偏倚領域を相違さ
せることが可能となる。

そこで、本実施例では、ＥＣＵ１６は、偏倚係数Ｌｖの値が大きくなるほどヒータ７０の通電量を増加させるとともに、偏倚係数Ｌｖの値が小さくなるほどヒータ７０の通電量を減少させるようにした。

具体的には、ＥＣＵ１６は、先ず、内燃機関１の運転状態や外気温度（吸気温度）等に基づいて基準となるヒータ通電量Ｅｃｂａｓｅを算出する。続いて、ＥＣＵ１６は、偏倚係数Ｌｖをパラメータとして補正通電量△Ｅｃを決定する。補正通電量△Ｅｃは、図１１に示すように、偏倚係数Ｌｖの値が大きくなるほど大きな値となるように定められる。Ｅは、基準ヒータ通電量Ｅｃｂａｓｅに補正通電量△Ｅｃを加算して目標ヒータ通電量Ｅｃを演算する。

このように目標ヒータ通電量Ｅｃが決定されれば、偏倚係数Ｌｖが大きい時には第２の噴射燃料が微粒化されるとともに、偏倚係数Ｌｖが小さい時には第２の噴射燃料が大粒化されるようになる。

その結果、第１の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部に偏倚している時には第２の噴射燃料が燃焼室４０の中央部に偏倚し、第１の噴射燃料が燃焼室４０の中央部に偏倚している時には第２の噴射燃料が燃焼室４０の周縁部に偏倚するようになる。

以下、本実施例における第２の燃料噴射制御について図１２に沿って説明する。図１２は、本実施例における第２の燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。図１２に示す第２の燃料噴射制御ルーチンにおけるＳ２０１〜Ｓ２０２の処理は、第１の実施例における第２の燃料噴射制御ルーチンのＳ１０１〜Ｓ１０１と同様である。

Ｓ２０３では、内燃機関１の運転状態（第２の噴射燃料量、機関回転数、外気温度等）に基づいて基準ヒータ通電量Ｅｃｂａｓｅを演算する。

Ｓ２０４では、ＥＣＵ１６は、前記Ｓ２０１で演算された基準図示平均有効圧力ｉｍｐｅｂａｓｅから図示平均有効圧力ｉｍｐｅを減算して得られる差（＝ｉｍｐｅｂａｓｅ−ｉｍｐｅ）が所定量Ｃ未満であるか否かを判別する。

前記Ｓ２０４において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１６は、Ｓ２０５へ進み、前述した式（１）に基づいて偏倚係数Ｌｖを算出する。

Ｓ２０６では、ＥＣＵ１６は、実過給圧ＰＢ（筒内圧センサ１２の検出圧力）と目標過給圧ＰＢｂａｓｅと前述した図７のマップとに基づいて補正量Ｅを演算する。

Ｓ２０７では、前記Ｓ２０５で算出された偏倚係数Ｌｖと前述した図１１のマップとに基づいて、補正通電量△Ｅｃを演算する。

Ｓ２０８では、ＥＣＵ１６は、前記Ｓ２０２で算出された第２の基準燃料噴射タイミングＴｂａｓｅから前記Ｓ２０６で算出された補正量Ｅを減算することにより第２の目標燃料噴射タイミングＴｓｉｄｅ（＝Ｔｂａｓｅ−Ｅ）を算出する。

Ｓ２０９では、ＥＣＵ１６は、前記Ｓ２０３で算出された基準ヒータ通電量Ｅｃｂａｓｅに前記Ｓ２０７で算出された補正通電量△Ｅｃを加算して、目標ヒータ通電量Ｅｃを演算する。

Ｓ２１０では、ＥＣＵ１６は、ヒータ７０に前記目標ヒータ通電量Ｅｃを通電する。

Ｓ２１１では、ＥＣＵ１６は、内燃機関１のクランク角が前記Ｓ２０８で算出された第２の目標燃料噴射タイミングＴｓｉｄｅと一致したときに、サイドインジェクタ７から第２の燃料噴射を行わせる。

また、前記Ｓ２０４において否定判定された場合（ｉｍｐｅｂａｓｅ−ｉｍｐｅ≧Ｃ）は、ＥＣＵ１６は、Ｓ２１２へ進み、実際の図示平均有効圧力ｉｍｐｅと基準図示平均有効圧力ｉｍｐｅｂａｓｅとの差（＝ｉｍｐｅｂａｓｅ−ｉｍｐｅ）、及び前述した図８のマップに基づいて進角量Ｆを演算する。

Ｓ２１３では、ＥＣＵ１６は、前記Ｓ２０２で算出された第２の基準燃料噴射タイミングＴｂａｓｅから前記Ｓ２１２で算出された進角量Ｆを減算することにより第２の目標燃料噴射タイミングＴｓｉｄｅ（＝Ｔｂａｓｅ−Ｆ）を算出する。

Ｓ２１４では、ＥＣＵ１６は、前記Ｓ２０３で算出された基準ヒータ通電量Ｅｃｂａｓｅを目標ヒータ通電量Ｅｃとして設定する。

続いて、ＥＣＵ１６は、Ｓ２１０へ進み、前記Ｓ２１４で算出された目標ヒータ通電量Ｅｃをヒータ７０に通電する。

Ｓ２１１では、ＥＣＵ１６は、内燃機関１のクランク角が前記Ｓ２１３で算出された第２の目標燃料噴射タイミングＴｓｉｄｅと一致したときに、サイドインジェクタ７から第２の燃料噴射を行わせる。

以上述べた実施例によれば、第１の燃料噴射の偏倚領域に応じてヒータ７０の通電量を変更することにより、前述した第１の実施例と同様の効果を得ることが可能となる。

実施例１における内燃機関の概略構成を示す図である。第１の噴射燃料量が多い時および／またはコモンレール圧が高い時に第１の噴射燃料が偏倚する領域を示す図である。第１の噴射燃料量が少ない時および／またはコモンレール圧が低い時に第１の噴射燃料が偏倚する領域を示す図である。第２の燃料噴射タイミングを遅角させた場合に第２の噴射燃料が偏倚する領域を示す図である。第２の燃料噴射タイミングを進角させた場合に第２の噴射燃料が偏倚する領域を示す図である。偏倚係数Ｌｖと遅角量Ｄとの関係を示す図である。実過給圧ＰＢ及び目標過給圧ＰＢｂａｓｅの差と補正量Ｅとの関係を示す図である。実際の図示平均有効圧力ｉｍｐｅ及び基準図示平均有効圧力ｉｍｐｅｂａｓｅの差と進角量Ｆとの関係を示す図である。第２の燃料噴射制御ルーチンを示す図である。実施例２における内燃機関の概略構成を示す図である。偏倚係数Ｌｖとヒータの通電量Ｅｃとの関係を示す図である。実施例２における第２の燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・・・内燃機関
４・・・・・ピストン
６・・・・・センターインジェクタ（主燃料噴射弁）
７・・・・・サイドインジェクタ（副燃料噴射弁）
１１・・・・コモンレール圧センサ
１２・・・・筒内圧センサ
１４・・・・ターボチャージャ
１５・・・・過給圧センサ
１６・・・・ＥＣＵ
１４０・・・コンプレッサ（過給器）
４０・・・・燃焼室
７０・・・・ヒータ

Claims

吸気行程上死点近傍で主燃料噴射弁から第１の燃料噴射を行うとともに、圧縮行程の初期から中期の間に副燃料噴射弁から第２の燃料噴射を行うことにより燃焼室内に予混合気を形成する圧縮着火式内燃機関の燃料噴射制御方法において、
前記第１の燃料噴射により噴射された燃料が偏倚する領域を推定し、推定された領域とは異なる領域に前記第２の燃料噴射により噴射される燃料が偏倚するように前記第２の燃料噴射の噴射態様を変更することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
請求項１において、前記第１の燃料噴射の噴射量が多くなるほどおよび／またはコモンレール圧が高くなるほど前記第１の燃料噴射により噴射された燃料が前記燃焼室の周縁部に偏倚すると推定し、前記第１の燃料噴射の噴射量が少なくなるほどおよび／またはコモンレール圧が低くなるほど前記第１の燃料噴射により噴射された燃料が前記燃焼室の中央部に偏倚すると推定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
請求項２において、前記第１の燃料噴射により噴射された燃料が前記燃焼室の周縁部に偏倚すると推定された場合は前記第２の燃料噴射の噴射タイミングを遅角させ、前記第１の燃料噴射により噴射された燃料が前記燃焼室の中央部に偏倚すると推定された場合は前記第２の燃料噴射の噴射タイミングを進角させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
請求項２において、前記第１の燃料噴射により噴射された燃料が前記燃焼室の周縁部に偏倚すると推定された場合は前記副噴射弁が備えるヒータの加熱量を増加させ、前記第１の燃料噴射により噴射された燃料が前記燃焼室の中央部に偏倚すると推定された場合は前記ヒータの加熱量を減少させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
請求項３又は４において、前記内燃機関の吸気通路に設けられた過給器による過給圧を検出し、検出された過給圧が所定の目標過給圧より高い場合には前記第２の燃料噴射の噴射タイミングを進角側へ補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
請求項３又は４において、前記内燃機関の吸気通路に設けられた過給器による過給圧を検出し、検出された過給圧が所定の目標過給圧より低い場合には前記第２の燃料噴射の噴射タイミングを遅角側へ補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
請求項１〜６の何れか一において、前記燃焼室内で直前のサイクルに発生した熱量を演算し、演算された熱量が機関運転状態に応じて定められた基準熱量に対して所定量以上少ない時は、前記第１の燃料噴射により噴射された燃料が偏倚する領域に関わらず、前記第２の燃料噴射により噴射される燃料が前記燃焼室の周縁部に偏倚するように前記第２の燃料噴射の噴射態様を決定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
請求項７において、前記第２の燃料噴射の噴射タイミングを進角させることにより該第２の燃料噴射により噴射された燃料を前記燃焼室の周縁部へ偏倚させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。
請求項７において、前記副噴射弁が備えるヒータの加熱量を減少させることにより前記第２の燃料噴射により噴射された燃料を前記燃焼室の周縁部へ偏倚させることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御方法。