JP2008267276A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 同一サイクルにて予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）燃焼用の燃料、及び拡散燃焼用の燃料を噴射し得る内燃機関に適用される燃料噴射量制御装置において、ＨＣＣＩ燃焼による騒音が過大になることが抑制され得る同燃焼用燃料噴射量の上限量を決定すること。
【解決手段】 この燃料噴射量制御装置は、総要求燃料噴射量qfinが大きいほど、筒内温度がより高くなるとして、１次関数funcqhccimaxを利用してＨＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qhcciの上限量をより小さい量に決定し、ＨＣＣＩ燃焼用の燃料噴射量qhcciを、予混合気中の燃料濃度がより小さくなるように制御する。ここで、上記ＨＣＣＩ燃焼による騒音は、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度が大きいほどより大きくなる。従って、上述のようにＨＣＣＩ燃焼用燃料噴射量qhcciが制御されることで、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度が、上記騒音が過度に大きくない範囲の上限に対応する上限の反応速度を超えることが抑制され得る。
【選択図】 図５

Description

本発明は、圧縮上死点近傍よりも早期に燃焼室内に予混合圧縮着火燃焼用の燃料を噴射し、圧縮上死点近傍で燃焼室内に予混合圧縮着火燃焼用の燃料とは別に拡散燃焼用の燃料を噴射する２段噴射形態を採ることが可能な内燃機関に適用される、予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量と、拡散燃焼用の第２燃料噴射量とを制御する内燃機関の燃料噴射量制御装置に関する。

近年、直噴式の内燃機関（特に、直噴式のディーゼル機関）におけるＮＯｘ、パティキュレートマター等の発生量を低減するために、圧縮上死点近傍よりも早期に（筒内ガスが比較的低温・低圧となっている状態で）燃料を噴射するとともに、燃焼室内にて略均一に分散している予混合気を圧縮上死点近傍で自着火させる燃焼形態（以下、「予混合圧縮着火燃焼」、或いは「ＨＣＣＩ（homogenerous charge compression ignition）燃焼」と称呼する。）が提案されてきている。

係るＨＣＣＩ燃焼においては、一般に、予混合圧縮着火燃焼用の燃料噴射量が大きくなるほど同燃焼により発生する騒音が大きくなる傾向があり、係る騒音が過度に大きくならない範囲の上限となる場合に対応する、予混合圧縮着火燃焼用の燃料噴射量の或る上限量が存在する。

従って、例えば、内燃機関の（今回の）１サイクルあたりの総要求燃料噴射量が上記上限量より大きい場合、上記騒音が過度に大きくなることを抑制し、且つ、できるだけ大きい量の燃料を予混合圧縮着火燃焼させる目的から、予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量を同上限量と等しい量に決定し、第１燃料噴射量の燃料を圧縮上死点近傍よりも早期に（今回のサイクルにおいて）噴射するとともに、拡散燃焼用の第２燃料噴射量を総要求燃料噴射量から第１燃料噴射量（の上限量）が減じられた量に決定し、第２燃料噴射量の燃料を圧縮上死点近傍で（今回のサイクルにおいて）噴射する２段噴射形態を採ることが考えられる。

この２段噴射形態を採る場合、上記目的を達成するためには、上記第１燃料噴射量の上限量を精度良く設定する必要がある。このため、下記特許文献１に記載の内燃機関の制御装置は、上記第１燃料噴射量の上限量が内燃機関の運転速度の影響を強く受けることに着目し、内燃機関の運転速度に基づいて、上記上限量を決定している。
特開２００５−２７３５１３号公報

ところで、上述したＨＣＣＩ燃焼による騒音は、同燃焼の反応速度が大きいほど、同燃焼による燃焼室内のガスの圧力の増大勾配の増大に伴いより大きくなる傾向がある。また、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度は、燃焼室内のガスの温度が高いほど、また予混合気中の燃料濃度が大きいほど大きくなる。即ち、上記第１燃料噴射量の上限量は、燃焼室内のガスの温度、及び予混合気中の燃料濃度の影響を強く受ける。

しかしながら、上記文献に記載された装置においては、上記第１燃料噴射量の上限量が運転速度のみに基づいて決定されており、燃焼室内のガスの温度等のＨＣＣＩ燃焼の反応速度に関するパラメータの影響が考慮されていない。

従って、例えば、運転速度が同一で燃焼室内のガスの温度が上昇した場合、上記文献に記載された装置においては、同ガスの温度にかかわらず、上記第１燃料噴射量の上限量が同一の値に決定される。この場合における上限量と等しい第１燃料噴射量の燃料がＨＣＣＩ燃焼すると、上記ガスの温度の上昇に伴いＨＣＣＩ燃焼の反応速度が増大し、同燃焼による騒音が過度に大きくなる事態が発生するという問題がある。

本発明は、かかる課題に対処するためになされたものであって、その目的は、燃焼室内のガスの温度等のＨＣＣＩ燃焼の反応速度に関するパラメータを考慮して、同燃焼による騒音が過度に大きくならないようにするための、予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量の上限量を精度良く決定できる燃料噴射量制御装置を提供することにある。

本発明による内燃機関の燃料噴射量制御装置は、上記２段噴射形態を採ることが可能な内燃機関に適用される。

本発明に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置の特徴は、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記内燃機関の１サイクルあたりの総要求燃料噴射量を決定する総要求燃料噴射量決定手段と、少なくとも前記燃焼室内におけるガスの温度に基づいて前記予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量の上限量を前記第１燃料噴射量の燃料の燃焼による前記ガスの圧力の増大勾配が過度に大きくない範囲の上限となる場合に対応する量に決定する上限量決定手段と、前記総要求燃料噴射量が前記上限量以下である場合前記第１燃料噴射量を前記総要求燃料噴射量と等しい量に決定し、前記総要求燃料噴射量が前記上限量より大きい場合前記第１燃料噴射量を前記上限量と等しい量に決定する第１燃料噴射量決定手段と、前記拡散燃焼用の第２燃料噴射量を前記総要求燃料噴射量から前記第１燃料噴射量が減じられた量に決定する第２燃料噴射量決定手段とを備えたことにある。

ここにおいて、「前記ガスの圧力の増大勾配が過度に大きくない範囲の上限となる場合」は、例えば、予混合圧縮着火燃焼による騒音の程度を示すパラメータが、同騒音の程度が超えるべきでない値よりも若干小さい値となる場合に対応する所定値となる場合等である。また、上記騒音の程度を示すパラメータとしては、例えば、予混合圧縮着火燃焼によるガスの圧力のクランク角度に対する増大勾配、予混合圧縮着火燃焼によるガスの圧力の増大速度、予混合圧縮着火燃焼により発生する音圧等が挙げられ、これらに限定されない。

上述したように、予混合圧縮着火燃焼による騒音は、予混合圧縮着火燃焼の反応速度が大きいほど、予混合圧縮着火燃焼による燃焼室内のガスの圧力の増大勾配の増大に伴いより大きくなる。また、予混合圧縮着火燃焼の反応速度は、燃焼室内のガスの温度が高いほど、また予混合気中の燃料濃度が大きいほどより大きくなる。即ち、予混合圧縮着火燃焼の反応速度が、予混合圧縮着火燃焼による燃焼室内のガスの圧力の増大勾配が過度に大きくならない範囲の上限に対応する反応速度（以下、「上限反応速度」と称呼する。）を超える場合、同燃焼による騒音が過度に大きくなる。

上記構成によれば、前記ガスの温度が高いほど前記上限量がより小さい量に決定され得る。これにより、燃焼室内のガスの温度が高いほど、前記上限量が用いられることで決定された第１燃料噴射量の燃料が噴射された場合における、予混合気中の燃料濃度がより小さくなるから、予混合圧縮着火燃焼の反応速度が、上記上限反応速度を超えることが抑制され得る。

従って、燃焼室内のガスの温度が変化する場合であっても、上記騒音が過度に大きくなることを抑制し、且つ、できるだけ大きい量の燃料を予混合燃焼させることができる。以上のことから、予混合圧縮着火燃焼による騒音が過度に大きくならないようにするための上記第１燃料噴射量の上限量を精度良く決定することができる。

上記本発明に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置においては、前記上限量決定手段が、前記ガスの温度に影響を与える前記内燃機関の運転速度及び前記総要求燃料噴射量を用いて、前記運転速度が大きいほど、又は前記総要求燃料噴射量が大きいほど前記上限量をより小さい量に決定するよう構成されることが好適である。

１サイクルあたりの総要求燃料噴射量（第１燃料噴射量のみ、第１、第２燃料噴射量の和、及び第２燃料噴射量のみのうち何れかの燃料噴射量）が大きいほど、１サイクルあたりでの総燃料の燃焼により発生する熱量が増大することに伴い、燃焼室内のガスの温度がより高くなる傾向がある。

他方、１サイクルあたりの総要求燃料噴射量が同一の場合であっても、内燃機関の運転速度が大きいほど、同一期間内におけるサイクル数（即ち、総要求燃料噴射量の燃料の噴射回数）が増大することで、同一期間内において燃料の燃焼により発生する総熱量が増大することに伴い、燃焼室内のガスの温度がより高くなる傾向がある。

以上のことから、総要求燃料噴射量、及び内燃機関の運転速度は、予混合圧縮着火燃焼の反応速度に関するパラメータの１つである燃焼室内のガスの温度を示す値となり得る。他方、一般に、燃焼室内のガスの温度を直接的に、且つ、精度良く検出することは困難である。従って、燃焼室内のガスの温度を直接検出することなく、上記上限量を簡易、且つ、精度良く決定するためには、総要求燃料噴射量、及び内燃機関の運転速度を利用すればよい。

上記構成は係る知見に基づく。これによれば、前記総要求燃料噴射量が大きいほど、又は前記運転速度が大きいほど、燃焼室内のガスの温度がより高いと判断され、上限量がより小さい量に決定される（即ち、第１燃料噴射量が予混合気中の燃料濃度がより小さくなるように決定される）。従って、予混合圧縮着火燃焼の反応速度が、上記上限反応速度を超えることが抑制され得る。以上のことから、上記第１燃料噴射量の上限量を精度良く、且つ、簡易に決定することができる。

燃焼室内のガスの温度を示す値となり得る総要求燃料噴射量、及び運転速度を利用して決定された前記上限量を用いて第１燃料噴射量を決定することは、例えば、前記第１燃料噴射量決定手段が、前記総要求燃料噴射量が前記上限量以下である場合、前記総要求燃料噴射量が大きいほど前記第１燃料噴射量をより大きい量に決定し、前記総要求燃料噴射量が前記上限量より大きい場合、前記総要求燃料噴射量が大きいほど前記第１燃料噴射量をより小さい量に決定することを意味する。

また、上記本発明に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置においては、前記上限量決定手段が、前記ガスの温度に影響を与える前記内燃機関の冷却水の温度を用いて前記冷却水の温度が高いほど前記上限量をより小さい量に決定するよう構成されてもよいし、前記ガスの温度に影響を与える外気の温度を用いて前記外気の温度が高いほど前記上限量をより小さい量に決定するよう構成されてもよい。

ここにおいて、「外気」は、内燃機関を取巻く環境における空気を意味する。これらによれば、総要求燃料噴射量、及び内燃機関の運転速度が同一の場合であっても、冷却水の温度が高いほど、及び／又は外気の温度が高いほど、上記上限量がより小さく決定されるから、予混合気中の燃料濃度がより小さくされ得る。従って、予混合圧縮着火燃焼の反応速度が上記上限反応速度を超えることがより確実に抑制され得る。

即ち、冷却水の温度、及び／又は外気の温度が燃焼室内のガスの温度に与える影響（即ち、予混合圧縮着火燃焼の反応速度に与える影響）を考慮して上記上限量が決定されるから、冷却水の温度、及び／又は外気の温度が変化する場合であっても、上記第１燃料噴射量の上限量を精度良く決定することができる。

また、上記本発明に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置においては、上限量決定手段が、前記外気の圧力が小さいほど前記上限量をより小さい量に決定するよう構成されることが好適である。

第１燃料噴射量が同一の場合、外気の圧力が小さいほど、燃焼室内に吸入される空気量（質量）が減少することに伴い、予混合気中の燃料濃度がより大きくなる。従って、この場合、予混合圧縮着火燃焼の反応速度は、外気の圧力が小さいほどより大きくなる。即ち、燃焼室内のガスの温度にかかわらず、外気の圧力に応じて予混合圧縮着火燃焼の反応速度が変化する。

上記構成によれば、外気の圧力が小さいほど、上記上限量がより小さく決定される。これにより、燃焼室内のガスの温度が同一で外気の圧力が小さくなった場合であっても、予混合気中の燃料濃度が増大することが抑制され得る。従って、予混合圧縮着火燃焼の反応速度が上記上限反応速度を超えることがより確実に抑制され得る。

即ち、外気の圧力の予混合気中の燃料濃度に与える影響（即ち、予混合圧縮着火燃焼の反応速度に与える影響）を考慮して上記上限量が決定されるから、外気の圧力が変化する場合であっても、上記第１燃料噴射量の上限量を精度良く決定することができる。

また、総要求燃料噴射量、及び内燃機関の運転速度を用いて前記上限量を決定する場合、上記本発明に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置においては、前記総要求燃料噴射量の変化速度が所定速度より大きい場合、前記上限量を遅延処理する手段を備え、前記第１燃料噴射量決定手段が、前記上限量として前記遅延処理した後の値を使用して前記第１燃料噴射量を決定するように構成されることが好適である。

総要求燃料噴射量が変化する場合、燃焼室内のガスの温度はその変化に対して或る遅れをもって変化する。上記構成によれば、総要求燃料噴射量が変化する場合において、上記上限量を遅延処理した後の値の変化を、燃焼室内のガスの温度の変化の程度に近づけることができる。従って、第１燃料噴射量を決定するに際し、上記上限量に代えて、上記上限量を遅延処理した後の値が用いられることで、予混合圧縮着火燃焼の反応速度が上記上限反応速度を超えることがより確実に抑制され得、また予混合圧縮着火燃焼を実行する機会が増大し得る。

以下、本発明による内燃機関の燃料噴射量制御装置の実施形態の一つについて図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明による内燃機関の燃料噴射量制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）１０に適用したシステム全体の概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体２０、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室（筒内）にガスを導入するための吸気系統３０、エンジン本体２０からの排ガスを放出するための排気系統４０、排気還流を行うためのＥＧＲ装置５０、及び電気制御装置６０を含んでいる。

エンジン本体２０の各気筒の上部には燃料噴射弁（噴射弁、インジェクタ）２１が配設されている。各燃料噴射弁２１は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ２２に燃料配管２３を介して接続されている。燃料噴射用ポンプ２２は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（後述する指令燃料噴射圧力Pcrに応じた指令信号）により燃料の実際の噴射圧力（吐出圧力）が同指令燃料噴射圧力Pcrになるように同燃料を昇圧するようになっている。

これにより、燃料噴射弁２１には、燃料噴射用ポンプ２２から上記指令燃料噴射圧力Pcrまで昇圧された燃料が供給されるようになっている。また、燃料噴射弁２１は、電気制御装置６０と電気的に接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号（予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量qhcci（、及び／又は拡散燃焼用の第２燃料噴射量qdiff）に応じた指令信号）により所定時間だけ開弁し、これにより各気筒の燃焼室内に前記指令燃料噴射圧力Pcrにまで昇圧された燃料を第１燃料噴射量qhcci（、及び／又は第２燃料噴射量qdiff）だけ直接噴射するようになっている。なお、本例において、「〜燃料噴射量」は、噴射された燃料の体積を意味するものとする。

吸気系統３０は、エンジン本体２０の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド３１、吸気マニホールド３１の上流側集合部に接続され同吸気マニホールド３１とともに吸気通路を構成する吸気管３２、吸気管３２内に回動可能に保持されたスロットル弁３３、電気制御装置６０からの駆動信号に応答してスロットル弁３３を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ３３ａ、スロットル弁３３の上流において吸気管３２に順に介装されたインタクーラー３４とターボチャージャ３５のコンプレッサ３５ａ、及び吸気管３２の先端部に配設されたエアクリーナ３６とを含んでいる。

排気系統４０は、エンジン本体２０の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド４１、排気マニホールド４１の下流側集合部に接続された排気管４２、排気管４２に配設されたターボチャージャ３５のタービン３５ｂ、ターボチャージャ絞り弁３５ｃ及び排気管４２に介装されたディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＮＲ」と称呼する。）４３を含んでいる。排気マニホールド４１及び排気管４２は排気通路を構成している。

ターボチャージャ絞り弁３５ｃは、電気制御装置６０と接続されていて、同電気制御装置６０からの駆動信号に応答してターボチャージャ３５の容量を実質的に可変とするようにタービン３５ｂに流入する排ガス通路面積を可変とする弁である。このターボチャージャ絞り弁３５ｃが閉じられてタービン３５ｂに流入する排ガス通路面積を小さくすると過給圧が増大し、逆にターボチャージャ絞り弁３５ｃが開かれてタービン３５ｂに流入する排ガス通路面積を大きくすると過給圧が低下する。

ＤＰＮＲ４３は、コージライト等の多孔質材料から形成されたフィルタ４３ａを備え、通過する排気ガス中のパティキュレートを細孔表面にて捕集するフィルタである。ＤＰＮＲ４３は、担体としてのアルミナに、カリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、及びランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類金属から選ばれた少なくとも一つを白金とともに担持し、ＮＯｘを吸収した後に同吸収したＮＯｘを放出して還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としても機能するようになっている。

ＥＧＲ装置５０は、排気ガスを還流させる通路（ＥＧＲ通路）を構成する排気還流管５１と、排気還流管５１に介装されたＥＧＲ制御弁５２と、ＥＧＲクーラー５３とを備えている。排気還流管５１はタービン３５ｂの上流側排気通路（排気マニホールド４１）とスロットル弁３３の下流側吸気通路（吸気マニホールド３１）を連通している。ＥＧＲ制御弁５２は電気制御装置６０からの駆動信号に応答し、再循環される排気ガス量（排気還流量、ＥＧＲガス流量）を変更し得るようになっている。

電気制御装置６０は、互いにバスで接続されたＣＰＵ６１、ＣＰＵ６１が実行するプログラム、テーブル（ルックアップテーブル、マップ）、及び定数等を予め記憶したＲＯＭ６２、ＣＰＵ６１が必要に応じてデータを一時的に格納するＲＡＭ６３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ６４、並びにＡＤコンバータを含むインターフェース６５等からなるマイクロコンピュータである。

インターフェース６５は、空気流量（新気流量）計測手段であって吸気管３２に配置された熱線式エアフローメータ７１、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気温センサ７２、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に配設された吸気管圧力センサ７３、クランクポジションセンサ７４、アクセル開度センサ７５、燃料噴射用ポンプ２２の吐出口の近傍の燃料配管２３に配設された燃料温度センサ７６、スロットル弁３３の下流であって排気還流管５１が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気酸素濃度センサ７７、水温センサ７８、排気マニホールド４１の下流側集合部に設けられた排気酸素濃度センサ８１、排気マニホールド４１の下流側集合部に設けられた排気温センサ８２、及び排気マニホールド４１の下流側集合部に設けられた排気圧力センサ８３、内燃機関１０の外側の所定の位置に配設された図示しない外気温度センサ、及び外気圧力センサと接続されていて、これらのセンサからの信号をＣＰＵ６１に供給するようになっている。また、インターフェース６５は、燃料噴射弁２１、燃料噴射用ポンプ２２、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、ターボチャージャ絞り弁３５ｃ、及びＥＧＲ制御弁５２と接続されていて、ＣＰＵ６１の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。

熱線式エアフローメータ７１は、吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量（単位時間当りの吸入空気量、単位時間あたりの新気量）を計測し、同質量流量Ga（空気流量Ga）を表す信号を発生するようになっている。吸気温センサ７２は、エンジン１０のシリンダ（即ち、燃焼室、筒内）に吸入されるガスの温度（即ち、吸気温度）を検出し、同吸気温度Tbを表す信号を発生するようになっている。吸気管圧力センサ７３は、エンジン１０のシリンダに吸入されるガスの圧力（即ち、吸気管圧力）を検出し、同吸気管圧力Pbを表す信号を発生するようになっている。

クランクポジションセンサ７４は、各気筒の絶対クランク角度を検出し、実クランク角度CAactを表すとともにエンジン１０の回転速度である運転速度NEをも表す信号を発生するようになっている。アクセル開度センサ７５は、アクセルペダルＡＰの操作量（開度）を検出し、アクセル開度Accpを表す信号を発生するようになっている。燃料温度センサ７６は、燃料配管２３を通過する燃料の温度を検出し、燃料温度Tcrを表す信号を発生するようになっている。

吸気酸素濃度センサ７７は、吸気中の酸素濃度を検出し、吸気酸素濃度RO2inを表す信号を発生するようになっている。水温センサ７８は、機関１０を冷却するための冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を発生するようになっている。排気酸素濃度センサ８１は、排気中の酸素濃度を検出し、排気酸素濃度RO2exを表す信号を発生するようになっている。排気温センサ８２は、排ガスの温度を検出し、排気温度Texを表す信号を発生するようになっている。排気圧力センサ８３は、排ガスの圧力を検出し、排気圧力Pexを表す信号を発生するようになっている。外気温度センサ、及び外気圧力センサは、内燃機関１０を取巻く環境における空気の温度、及び圧力を検出し、外気の温度THatm、及び外気の圧力Patmを表す信号を発生するようになっている。

（２段噴射形態の概要）
次に、上記のように構成されたシステムが採用する２段噴射形態の概要と、上記内燃機関の燃料噴射量制御装置（以下、「本装置」と云うこともある。）による予混合圧縮着火用の第１燃料噴射量qhcci、及び拡散燃焼用の第２燃料噴射量qdiffの決定方法の概要について説明する。

図２は、或る一つの気筒のシリンダ内(筒内)に吸気マニホールド３１からガスが吸入され、燃焼室内に吸入されたガスが排気マニホールド４１へ排出される様子を模式的に示した図である。

図２に示したように、燃焼室内に吸入されるガス（従って、筒内ガス）には、吸気管３２の先端部からスロットル弁３３を介して吸入された新気と、排気還流管５１からＥＧＲ制御弁５２を介して吸入された（外部）ＥＧＲガスが含まれる。吸入される新気量（質量）と吸入されるＥＧＲガス量（質量）の和に対するＥＧＲガス量の割合（即ち、ＥＧＲ率）は、運転状態に応じて電気制御装置６０（ＣＰＵ６１）により適宜制御されるＥＧＲ制御弁５２の開度に応じて変化する。

本システムでは、同一のサイクルにおいて、第１燃料噴射量qhcciの燃料を圧縮上死点近傍よりも早期に噴射するとともに、第２燃料噴射量qdiffの燃料を圧縮上死点近傍で噴射するされるようになっている。本装置は、後に詳述するように、運転状態に基づいて今回の作動サイクルにおける総要求燃料噴射量qfinを決定し、総要求燃料噴射量qfinのうち、第１燃料噴射量qhcciを、ＨＣＣＩ燃焼による騒音が過度に大きくならない範囲でできるだけ大きい量に決定する。また、第２燃料噴射量qdiffを、総要求燃料噴射量qfinのうちＨＣＣＩ燃焼に用いられない燃料の量に決定する。即ち、本装置は、適切なＨＣＣＩ燃焼が達成されるように、２段噴射形態に係る第１、第２燃料噴射量qhcci,qdiffを決定するようになっている。

上記新気、及びＥＧＲガスは、吸気行程において開弁している吸気弁Vinを介してピストンの下降に伴って燃焼室内に吸入されて筒内ガスとなる。筒内ガスは、ピストンが圧縮下死点に達した後の圧縮行程中の所定の時点で吸気弁Vinが閉弁することにより筒内に密閉され、その時点以降、ピストンの上昇に伴って圧縮されていく。この結果、筒内ガスの温度（以下、「筒内温度Tg」と称呼する。）が増大していく。

そして、圧縮行程中における圧縮上死点よりも早期の所定の時期が到来すると（具体的には、クランク角度CAが後述するＨＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqhcciに一致すると）、前記第１燃料噴射量qhcciに応じた所定時間だけ燃料噴射弁２１が開弁されることで燃料が筒内に直接噴射される。この場合、噴射された燃料（燃料噴霧。従って、予混合気）は直ちに自着火することなく燃焼室内で略均一になるまで十分に分散していく。このように燃焼室内に広く分散していく予混合気はピストンの上昇に伴って圧縮により高温・高圧となっていき、圧縮上死点近傍になると予混合気全体が略同時に自着火する（従って、ＨＣＣＩ燃焼が達成される）。なお、第１燃料噴射量qhcciが「０」に決定された場合、ＨＣＣＩ燃焼は実行されない。

続いて、圧縮行程中における圧縮上死点近傍の所定の時期が到来すると（具体的には、クランク角度CAが後述する拡散燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqdiffに一致すると）、前記第２燃料噴射量qdiffに応じた所定時間だけ燃料噴射弁２１が開弁されることで燃料が筒内に直接噴射される。この結果、噴射された（液体の）燃料は、圧縮により既に高温になっている筒内ガスから受ける熱により直ちに燃料蒸気になるとともに、時間の経過に伴って同筒内ガスと混ざり合いながら混合気となって順次自着火していく（従って、拡散燃焼が達成される）。なお、第２燃料噴射量qdiffが「０」に決定された場合、拡散燃焼は実行されない。以上が２段噴射形態の概要である。

(第１燃料噴射量の上限量、及び第１、第２燃料噴射量の決定方法)
ところで、上述した２段噴射形態のうちＨＣＣＩ燃焼においては、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vが大きいほど、ＨＣＣＩ燃焼による筒内ガスの圧力Pgの増大勾配（dPg/dCA。単位クランク角度CAあたりの筒内ガスの圧力Pgの増大量）の増大に伴い、ＨＣＣＩ燃焼による騒音がより大きくなる傾向がある。

従って、ＨＣＣＩ燃焼による騒音が過度に大きくなることを抑制するためには、ＨＣＣＩ燃焼による騒音の程度（例えば、音圧）が過度に大きくない範囲の上限（即ち、ＨＣＣＩ燃焼による筒内ガスの圧力Pgの増大勾配dPg/dCAが過度に大きくない範囲の上限）となる場合に対応する反応速度である上限反応速度Vmaxを超えることが抑制される必要がある。

本例では、ＨＣＣＩ燃焼による騒音が過度に大きくなることを抑制し、且つ、できるだけ大きい量の燃料をＨＣＣＩ燃焼させるために、予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量qhcciの上限量qhccimaxが、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vが上限反応速度Vmaxと等しい反応速度となる場合に対応する量に決定されるようになっている。

また、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vは、筒内温度Tgが高いほど、また予混合気中の燃料濃度[hcci]が大きいほどより大きくなる。このことを鑑みて、本装置は、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vに関するパラメータである、筒内温度Tgと、燃料濃度[hcci]と考慮して、上記上限量qhccimaxを決定する。以下、本装置による第１燃料噴射量qhcciの上限量qhccimaxの決定方法について説明する。

図３は、内燃機関１０が定常状態である場合における、総要求燃料噴射量qfin及び運転速度NEと、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vに影響を与える筒内温度Tgとの関係を示したグラフである。１サイクルあたりの総要求燃料噴射量qfin（即ち、第１燃料噴射量qhcciのみ、第１、第２燃料噴射量の和qhcci+qdiff、及び第２燃料噴射量qdiffのみ、のうち何れかの燃料噴射量）が大きいほど、１サイクルあたりでの総燃料の燃焼により発生する熱量が増大することに伴い、筒内温度Tgがより高くなる傾向がある。

他方、１サイクルあたりの総要求燃料噴射量qfinが同一の場合であっても、運転速度NEが大きいほど、同一期間内におけるサイクル数（即ち、総要求燃料噴射量qfinの燃料の噴射回数）が増大することで、同一期間内において燃料の燃焼により発生する総熱量が増大することに伴い、筒内温度Tgがより高くなる傾向がある。従って、総要求燃料噴射量qfin及び、運転速度NEは、筒内温度Tgを表す値となり得る。

ここで、第１燃料噴射量qhcciが総要求燃料噴射量qfinと等しい量に決定されると仮定した場合を考える。この場合、総要求燃料噴射量qfin（即ち、第１燃料噴射量qhcci）が大きいほど、予混合気中の燃料濃度[hcci]がより大きくなり、また、上述したように筒内温度Tgがより高くなる（図３を参照）。従って、この場合、総要求燃料噴射量qfinが増大するほど、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vが増大していき、上記上限反応速度Vmaxを超えてしまう事態が発生し得る。

上記事態が発生することを抑制するためには、筒内温度Tgが高いほど、予混合気中の燃料濃度[hcci]をより小さくすることが考えられる。従って、本装置では、図４に示したような、内燃機関１０が定常状態である場合における、総要求燃料噴射量qfinと上限量qhccimaxとの関係を規定する１次関数funcqhccimaxを利用して上限量qhccimaxを決定するようになっている。

より具体的には、本例では、１次関数funcqhccimaxは、第１燃料噴射量qhcciが総要求燃料噴射量qfinと等しい量に決定されると仮定した場合における仮総要求燃料噴射量qfin(hcci)を独立変数、上限量qhccimaxを従属変数として作成され、仮総要求燃料噴射量qfin(hcci)が大きいほど、上限量qhccimaxがより小さい量に決定されるようになっている。

また、上記仮総要求燃料噴射量qfin(hcci)が一定の場合であっても、運転速度NEが大きいほど筒内温度Tgがより高くなるから（図３を参照）、上限量qhccimaxがより小さい量に決定される必要がある。即ち、本例では、１次関数funcqhccimaxの勾配-A（値Aは正の値）、及び切片Bは、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vが上記上限反応速度Vmaxと等しい値となる場合に対応する値に設定され、特に、切片Bは、運転速度NEが大きいほどより小さい値に決定されるようになっている。なお、１次関数funcqhccimaxの勾配-A、及び切片Bは、冷却水温THW、外気の温度THatm、及び外気の圧力Patmが、値THW1、値THatm1、及び値Patm1とそれぞれ等しい値である場合において適合されたものである。

図５は、内燃機関１０が定常状態である場合における、本装置により決定される総要求燃料噴射量qfinと、第１、第２燃料噴射量qhcci,qdiffとの関係を示すグラフである。また、図６は、内燃機関１０が定常状態である場合における、第１、第２燃料噴射量qhcci,qdiffの燃料がそれぞれの噴射時期にて噴射された場合に対応する、筒内温度Tg、予混合気中の燃料濃度[hcci]、及びＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vを示す、図５に対応するグラフである。図５、及び図６を参照しながら、第１、第２燃料噴射量qhcci,qdiffが決定されていく様子を説明する。なお、図５、及び図６においては、運転速度NEは一定であるものとする。

先ず、総要求燃料噴射量qfinが、１次関数funcqhccimaxに基づいて決定される上限量qhccimax以下である場合について説明する。この場合は、総要求燃料噴射量qfinが、図５（Ａ）に示した、qhcci=qfinの関係を表す破線で示した直線と１次関数funcqhccimaxを表す１点鎖線で示した直線の交点に対応する総要求燃料噴射量qfin1以下である場合に対応する。

この場合、第１燃料噴射量qhcciが総要求燃料噴射量qfinと等しい量に決定される。従って、図５（Ａ）の実線にて示すように、第１燃料噴射量qhcciは、qhcci=qfinの関係を表す破線で示した直線に沿うように総要求燃料噴射量qfinが大きいほどより大きい量に決定される。一方、図５（Ｂ）の実線にて示すように、第２燃料噴射量qdiffは「０」に決定される。

従って、この場合、図６（Ａ）,（Ｂ）の実線にて示すように、総要求燃料噴射量qfinが大きいほど、筒内温度Tg、及び予混合気中の燃料濃度[hcci]が上記噴射量qfin1に対応する筒内温度Tg1、及び燃料濃度[hcci]1に向かってそれぞれ増大していくのに伴い、図６（Ｃ）の実線にて示すように、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vが上限反応速度Vmaxに向かって増大していく。即ち、総要求燃料噴射量qfinが上記噴射量qfin1以下である場合、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vは、上限反応速度Vmaxより小さい範囲で、総要求燃料噴射量qfinが大きいほど大きくなる。

次に、総要求燃料噴射量qfinが、１次関数funcqhccimaxに基づいて決定される上限量qhccimaxより大きい場合について説明する。この場合は、総要求燃料噴射量qfinが上記噴射量qfin1より大きい場合に対応する。この場合、第１燃料噴射量qhcciが上限量qhccimaxに決定される。従って、図５（Ａ）の実線にて示すように、第１燃料噴射量qhcciは、１次関数funcqhccimaxを表す１点鎖線で示した直線に沿うように総要求燃料噴射量qfinが大きいほどより小さい量に決定される。一方、図５（Ｂ）の実線にて示すように、第２燃料噴射量qdiffは、総要求燃料噴射量qfinから第１燃料噴射量qhcci（即ち、上限量qhccimax）が減じられた量に決定される。

ここで、本装置による上限量qhccimaxの決定方法との比較対象として、総要求燃料噴射量qfinが上記噴射量qfin1より大きい場合であっても、図５（Ａ）の２点鎖線にて示すように、仮に、上限量qhccimaxが、上記噴射量qfin1に対応する上限量qhcci1と等しい量に決定される場合を考える。この場合において、総要求燃料噴射量qfinが、上記噴射量qfin1から同噴射量qfin1より所定量だけ大きい総要求燃料噴射量qfin2になった場合における状態に着目すると、第１、第２燃料噴射量qhcci,qdiffは、上記上限量qhcci1、及び噴射量（qfin2-qhcci1）にそれぞれ決定される（図５の２点鎖線を参照）。

このため、図６（Ａ）の２点鎖線にて示すように、筒内温度Tgは、上記噴射量qfin1に対応する上記温度Tg1より、噴射量（qfin2-qhcci1（=qifn2-qfin1））に相当する分だけ高い温度Tg2となる。また、図６（Ｂ）の２点鎖線にて示すように、燃料濃度[hcci]は上記濃度[hcci]1に維持される。従って、図６（Ｃ）の２点鎖線にて示すように、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vは、上限反応速度Vmaxより大きい反応速度V2となり、この結果、ＨＣＣＩ燃焼による騒音が過度に大きくなる事態が発生する。

一方、本装置による上限量qhccimaxの決定方法によれば、総要求燃料噴射量qfinが上記噴射量qfin1から上記噴射量qfin2になると、図５（Ａ）の実線にて示すように、上限量qhccimaxは、上記上限量qhcci1から１次関数funcqhccimaxにより求められる量dqだけ小さい上限量qhcci2に決定される。従って、第１、第２燃料噴射量qhcci,qdiffは、上限量（qhcci1-dq）、及び噴射量（qfin2-qhcci1+dq）にそれぞれ決定される（図５の実線を参照）。

このため、図６（Ａ）の実線にて示すように、筒内温度Tgは、上述した２点鎖線における変化と同様、上記温度Tg1より噴射量（qfin2-qfin1）に相当する分だけ高い上記温度Tg2となる。一方、図６（Ｂ）の実線にて示すように、燃料濃度[hcci]は上記濃度[hcci]1から上記量dqに相当する分だけ小さい濃度[hcci]2となる。従って、図６（Ｃ）の実線にて示すように、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vが、上限反応速度Vmaxを超えることなく上限反応速度Vmaxに維持され得、この結果、ＨＣＣＩ燃焼による騒音が過度に大きくなる事態が発生することを抑制できる。

なお、図５の実線にて示すように、総要求燃料噴射量qfinが、上限量qhccimaxが「０」となる場合に対応する総要求燃料噴射量qfin3以上である場合、第１燃料噴射量qhcciは「０」に決定され、第２燃料噴射量qdiffは総要求燃料噴射量qfinと等しい量に決定される。従って、第２燃料噴射量qdiffは、qdiff=qfinの関係を表す破線で示した直線に沿うように、総要求燃料噴射量qfinが大きいほどより大きい量に決定される。以上が、第１燃料噴射量qhcciの上限量qhccimax、及び第１、第２燃料噴射量qhcci,qdiffの決定方法である。

（第１燃料噴射量の上限量の補正）
上述したように、１次関数funcqhccimaxは、冷却水温THW、外気の温度THatm、及び外気の圧力Patmが、値THW1、値THatm1、及び値Patm1とそれぞれ等しい値である場合において、上限量qhccimaxの燃料がＨＣＣＩ燃焼した場合において同燃焼の反応速度Vが上記上限反応速度Vmaxと等しい反応速度となるように作成されたものである（図４を参照）。

従って、総要求燃料噴射量qfin、及び運転速度NEがそれぞれ同一の場合であっても、冷却水温THW、外気の温度THatm、及び／又は外気の圧力Patmが、値THW1、値THatm1、及び／又は値Patm1からそれぞれ偏移した値となる場合（以下、この場合を単に「パラメータが基準値から偏移した場合」と称呼する。）、１次関数funcqhccimaxから決定された上限量qhccimaxそのものの燃料がＨＣＣＩ燃焼すると、同燃焼の反応速度Vが上記偏移の程度に相当する分だけ上記上限反応速度Vmaxから偏移する。

これは、総要求燃料噴射量qfin、及び運転速度NEがそれぞれ同一の場合において、冷却水温THW、及び／又は外気の温度THatmが高いほど筒内温度Tgがより高くなり（即ち、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vが大きくなり）、他方、外気の圧力Patmが小さいほど、予混合気中の酸素濃度が減少することに伴い、予混合気中の燃料濃度[hcci]がより大きくなる（即ち、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vが大きくなる）ことに基づく。

従って、パラメータが基準値から偏移した場合、上限量qhccimaxの燃料がＨＣＣＩ燃焼する場合の反応速度Vを、上記上限反応速度Vmaxに近づけるためには、１次関数funcqhccimaxから決定された上限量qhccimaxを、冷却水温THW、外気の温度THatm、及び／又は外気の圧力Patmの上記偏移の程度に応じて補正する必要がある。

具体的には、本例では、冷却水温THWと、図７に示した冷却水温THWと１次関数funcqhccimaxから決定された上限量qhccimaxに乗じられる補正係数K1との関係を規定するテーブルMapK1とに基づいて、冷却水温THWが高いほど補正係数K1がより小さい値に決定される。なお、冷却水温THWが上記値THW1と等しい値である場合、補正係数K1は「１．０」に決定される。

また、外気の温度THatmと、図８に示した外気の温度THatmと１次関数funcqhccimaxから決定された上限量qhccimaxに乗じられる補正係数K2との関係を規定するテーブルMapK2とに基づいて、外気の温度THatmが高いほど補正係数K2がより小さい値に決定される。なお、外気の温度THatmが上記値THatm1と等しい値である場合、補正係数K2は「１．０」に決定される。

加えて、外気の圧力Patmと、図９に示した外気の圧力Patmと１次関数funcqhccimaxから決定された上限量qhccimaxに乗じられる補正係数K3との関係を規定するテーブルMapK3とに基づいて、外気の圧力Patmが小さいほど補正係数K3がより小さい値に決定される。なお、外気の圧力Patmが上記値Patm1と等しい値である場合、補正係数K3は「１．０」に決定される。

以上のように上記テーブルMapK1,MapK2,MapK3に基づいて決定される補正係数K1,K2,K3が、１次関数funcqhccimaxから決定された上限量qhccimaxにそれぞれ乗じるられるようになっている。第１燃料噴射量qhcciを決定するに際し、補正後の上限量qhccimaxが用いられることで、パラメータが基準値から偏移した場合であっても、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vをより精度良く上限反応速度Vmaxに近づけることができる。

（第１燃料噴射量の上限量の遅延処理）
ところで、総要求燃料噴射量qfinが或る量から所定量だけステップ的に増大する（減少する）場合を考える。ここで、上記１次関数funcqhccimaxによれば、総要求燃料噴射量qfinが大きいほど上限量qhccimaxがより小さい量に決定される（図４を参照）。従って、この場合、上限量qhccimaxは、上記総要求燃料噴射量qfinが変化するタイミングと等しいタイミングで、上記所定量に応じた分だけステップ的に減少する（増大する）。

一方、この場合、筒内温度Tgは、上記総要求燃料噴射量qfinの変化に対して或る遅れをもって上記所定量に応じた分だけ上昇していく（低下していく）。即ち、筒内温度Tgの変化の程度は、上限量qhccimaxの変化の程度（即ち、総要求燃料噴射量qfinの変化の程度）と異なる。従って、この場合、上限量qhccimaxそのものを用いて決定された第１燃料噴射量qhcciの燃料がＨＣＣＩ燃焼すると、上記変化の程度の差異に応じた分だけ、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vが上記上限反応速度Vmaxより小さくなる（大きくなる）。

従って、総要求燃料噴射量qfinが上述のようにステップ的に変化する場合、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vを上限反応速度Vmaxに近づけるためには、上記変化の程度の差異を小さくするために、第１燃料噴射量qhcciを決定するに際し、上限量qhccimaxそのものを用いるのに代えて、上限量qhccimaxを遅延処理した後の値を用いることが考えられる。即ち、第１燃料噴射量qhcciの変化を、筒内温度Tgの変化を模擬し得るものとすることが考えられる。

以上のことから、本装置においては、上記補正係数K1,K2,K3を用いて補正された上限量qhccimaxをローパスフィルタ処理して遅延処理後上限量qhccimaxlowを取得し、上限量qhcciそのものを用いるのに代えて、遅延処理後上限量qhccimaxlowを用いて第１、第２燃料噴射量qhcci,qdiffがそれぞれ決定されるようになっている。

（実際の作動）
次に、上記のように構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置の実際の作動について説明する。

ＣＰＵ６１は、図１０にフローチャートにより示した燃料噴射量等の計算を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に、且つ気筒毎に繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ６１はステップ１０００から処理を開始し、ステップ１００５に進んで、今回の総要求燃料噴射量qfinの計算時期（具体的には、圧縮下死点近傍）が到来したか否かを判定し、「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１０９５に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。

いま、今回の総要求燃料噴射量qfinの計算時期が到来したものとすると、ＣＰＵ６１はステップ１００５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０１０に進み、アクセル開度Accp、運転速度NE、及びテーブルMapqfinから総要求燃料噴射量qfinを求める。テーブルMapqfinは、アクセル開度Accp及び運転速度NEと総要求燃料噴射量qfinとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。このステップ１０１０が前記総要求燃料噴射量決定手段の一部に対応する。

次いで、ＣＰＵ６１はステップ１０１５に進み、総要求燃料噴射量qfin、運転速度NE、及びテーブルMapCAqhcciからＨＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqhcciを決定する。テーブルMapCAqhcciは、総要求燃料噴射量qfin及び運転速度NEとＨＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqhcciとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。

続いて、ＣＰＵ６１はステップ１０２０に進み、総要求燃料噴射量qfin、運転速度NE、及びテーブルMapCAqdiffから拡散燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqdiffを決定する。テーブルMapCAqdiffは、総要求燃料噴射量qfin及び運転速度NEと拡散燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqdiffとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。

次に、ＣＰＵ６１はステップ１０２５に進んで、運転速度NE、及びテーブルMapBから１次関数funcqhccimaxの切片Bを決定する（図４を参照）。テーブルMapBは、運転速度NEと１次関数funcqhccimaxの切片Bとの関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。

次いで、ＣＰＵ６１はステップ１０３０に進み、第１燃料噴射量qhcciを総要求燃料噴射量qfinと等しい量に決定した場合の仮総要求燃料噴射量qfin(hcci)、及び図４に示した１次関数funcqhccimaxから第１燃料噴射量qhcciの上限量qhccimaxを決定する。１次関数funcqhccimaxは、仮総要求燃料噴射量qfin(hcci)を独立変数、上限量qhccimaxを従属変数とする１次関数であり、ＲＯＭ６２内に格納されている。

続いて、ＣＰＵ６１はステップ１０３５に進み、冷却水温THW、及び図７に示したテーブルMapK1から補正係数K1を決定する。テーブルMapK1は、冷却水温THWと補正係数K1との関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。

次に、ＣＰＵ６１はステップ１０４０に進んで、外気の温度THatm、及び図８に示したテーブルMapK2から補正係数K2を決定する。テーブルMapK2は、外気の温度THatmと補正係数K2との関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。

次いで、ＣＰＵ６１はステップ１０４５に進み、外気の圧力Patm、及び図９に示したテーブルMapK3から補正係数K3を決定する。テーブルMapK3は、外気の圧力Patmと補正係数K3との関係を規定するテーブルであり、ＲＯＭ６２内に格納されている。

続いて、ＣＰＵ６１はステップ１０５０に進み、上限量qhccimaxを、ステップ１０３０にて求めた上限量qhccimaxに補正係数K1,K2,K3を乗じた値に書き換える。これらのステップ１０２５〜１０５０が前記上限量決定手段の一部に対応する。

次に、ＣＰＵ６１はステップ１０５５に進んで、ステップ１０５０にて求めた上限量qhccimaxをローパスフィルタ処理して遅延処理後上限量qhccimaxlowを取得する。本例では、ローパスフィルタ処理の時定数は、予め実験等により求められる、総要求燃料噴射量qfinが変化する場合における筒内温度Tgの総要求燃料噴射量qfinの変化に対する遅れの程度に係る時定数と等しい値に設定されている。このステップ１０５５が前記上限量を遅延処理する手段の一部に対応する。

次いで、ＣＰＵ６１はステップ１０６０に進み、総要求燃料噴射量qfinが遅延処理後上限量qhccimaxlow以下であるか否かを判定し、「Ｙｅｓ」と判定する場合、ステップ１０６５に進んで予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量qhcciを、総要求燃料噴射量qfinと等しい量に設定するとともに、拡散燃焼用の第２燃料噴射量qdiffを「０」に設定した後、本ルーチンを一旦終了する。

一方、ＣＰＵ６１はステップ１０６０にて「Ｎｏ」と判定する場合、ステップ１０７０に進んで、予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量qhcciを、遅延処理後上限量qhccimaxlowと等しい量に設定するとともに、拡散燃焼用の第２燃料噴射量qdiffを、総要求燃料噴射量qfinから上記設定された第１燃料噴射量qhcci（即ち、遅延処理後上限量qhccimaxlow）を減じた量に設定した後、本ルーチンを一旦終了する。これにより、第１燃料噴射量qhcciが上記遅延処理後上限量qhccimaxlowよりも大きい値に設定されることが防止される。これらのステップ１０６０，１０６５，１０７０が前記第１燃料噴射量決定手段、及び前記第２燃料噴射量決定手段の一部に対応する。

以降、ＣＰＵ６１は、次回の作動サイクルにおいて総要求燃料噴射量qfinの計算時期が到来するまでの間、ステップ１０００、１００５、１０９５の処理を繰り返し実行する。このようにして、今回の予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量qhcci、及び今回の拡散燃焼用の第２燃料噴射量qdiffが圧縮下死点近傍にて決定される。

そして、ＣＰＵ６１は図示しない燃料噴射制御を行うためのルーチンにて、クランクポジションセンサ７４により検出される実クランク角度CAactが、ステップ１０１５にて決定されているＨＣＣＩ燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqhcciに達したとき、ステップ１０６５、又はステップ１０７０にて設定されている予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量qhcciだけ燃料を噴射する指示を対応する燃料噴射弁２１に対して行うとともに、実クランク角度CAactが、ステップ１０２０にて決定されている拡散燃焼用燃料噴射開始時クランク角度CAqdiffに達したとき、ステップ１０６５、又はステップ１０７０にて設定されている拡散燃焼用の第２燃料噴射量qdiffだけ燃料を噴射する指示を対応する燃料噴射弁２１に対して行う。

なお、第１、第２燃料噴射量qhcci,qdiffの何れかが「０」に設定されている場合、その燃焼形態に対応する燃料噴射指示は実行されない。

以上、説明したように本発明による内燃機関の燃料噴射量制御装置の実施形態は、同一サイクルにて予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）燃焼用の燃料、及び拡散燃焼用の燃料を噴射する２段噴射形態を採り得る内燃機関に適用される。上記実施形態によれば、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vが、同燃焼による騒音の程度が過度に大きくない範囲の上限となる場合に対応する反応速度である上限反応速度Vmaxと等しい反応速度となるように、予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量qhcciの上限量qhccimaxが決定される。即ち、総要求燃料噴射量qfinが大きいほど、及び／又は運転速度NEが大きいほど（従って、筒内温度Tgが高いほど）上限量qhccimaxがより小さい量に決定される。

また、第１、第２燃料噴射量qhcci,qdiffを決定する際、（補正後の）上限量qhccimaxをローパスフィルタ処理することで取得される遅延処理後上限量qhccimaxlowが用いられるようになっている。総要求燃料噴射量qfinが遅延処理後上限量qhccimaxlow以下である場合、第１燃料噴射量qhcciが総要求燃料噴射量qfinと等しい量に決定され、第２燃料噴射量qdiffが「０」に決定される。一方、総要求燃料噴射量qfinが遅延処理後上限量qhccimaxlowより大きい場合、第１燃料噴射量qhcciが遅延処理後上限量qhccimaxlowと等しい量に決定され、第２燃料噴射量qdiffが総要求燃料噴射量qfinから第１燃料噴射量qhcci（従って、遅延処理後上限量qhccimaxlow）を減じた量に決定される。

即ち、総要求燃料噴射量qfinが遅延処理後上限量qhccimaxlow以下である場合、総要求燃料噴射量qfinが大きいほど第１燃料噴射量qhcciがより大きい量に決定される。この場合、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vは上限反応速度Vmaxより小さい（図５、及び図６のqfin≦qfin1の範囲を参照）。

一方、総要求燃料噴射量qfinが遅延処理後上限量qhccimaxlowより大きい場合、総要求燃料噴射量qfinが大きいほど第１燃料噴射量qhcciがより小さい量に決定される。これにより、総要求燃料噴射量qfinが大きくなることで筒内温度Tgが高くなっても、予混合気中の燃料濃度[hcci]が小さくなることで、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vが上限反応速度Vmaxと等しい反応速度となり得る（図５、及び図６のqfin＞qfin1の範囲を参照）。以上のように、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vに関するパラメータである筒内温度Tg、及び燃料濃度[hcci]が考慮されながら第１燃料噴射量qhcciの上限量qhccimaxが決定されることで、ＨＣＣＩ燃焼による騒音が過度に大きくなる事態を抑制することができる。

また、上述のように遅延処理後上限量qhccimaxlowが用いられることで、総要求燃料噴射量qfinがステップ的に増大する場合であっても、総要求燃料噴射量qfinのステップ的な増大に対する筒内温度Tgの上昇の遅れが模擬されながら、遅延処理後上限量qhccimaxlowが減少していく。これにより、遅延処理を実行しない場合に比して、ＨＣＣＩ燃焼を実行する機会が増大し得、ＮＯｘ等の発生量をより低減することができる。

一方、総要求燃料噴射量qfinがステップ的に減少する場合であっても、総要求燃料噴射量qfinのステップ的な減少に対する筒内温度Tgの低下の遅れが模擬されながら、遅延処理後上限量qhccimaxlowが増大していく。これにより、この場合であっても、ＨＣＣＩ燃焼の反応速度Vが上記上限反応速度Vmaxを超えることが抑制され得、ＨＣＣＩ燃焼による騒音が過度に大きくなる事態が発生することを抑制することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態においては、総要求燃料噴射量qfinが大きいほど、及び／又は運転速度NEが大きいほど、１次関数funcqhccimaxを利用して上限量qhccimaxがより小さい量に決定され、上限量qhccimaxをローパスフィルタ処理して遅延処理後上限量qhccimaxlowが取得されるように構成されているが、これに代えて、総要求燃料噴射量qfin、燃料温度Tcr、燃焼室内に吸入されるガスの状態を表すパラメータ（例えば、吸気温度Tb、吸気管圧力Pb等）、排ガスの状態を表すパラメータ（例えば、排気温度Tex、排気圧力Pex等）等に基づいて筒内温度Tgを推定し、推定された筒内温度Tgが高いほど、また上記仮総要求燃料噴射量qfin(hcci)が大きいほど、上限量qhccimaxがより小さい量に決定され、遅延処理後上限量qhccimaxlowを用いるのに代えて、上記決定された上限量qhccimaxが用いられるように構成されてもよい。この場合、筒内温度Tgを推定するのに代えて、筒内温度Tgを検出するセンサを燃焼室の所定の位置に配設することで筒内温度Tgを直接検出し、検出された筒内温度Tgが用いられてもよい。

また、上記実施形態においては、上限量qhccimaxを常時ローパスフィルタ処理して遅延処理後上限量qhccimaxlowを取得することで、上限量qhccimaxに遅延処理を施すように構成されているが、これに代えて、総要求燃料噴射量qfinの変化速度が所定変化速度より大きくなった時点を始期として、同始期から所定期間上限量qhccimaxを同始期において決定されていた上限量qhccimaxと等しい量に決定することで、遅延処理を施すように構成されてもよい。

この場合、上記所定期間を、総要求燃料噴射量qfinの変化速度が大きいほどより長い期間に決定することが好適である。また、上記所定期間の終期以降において、上限量qhccimaxを更にローパスフィルタ処理するように構成されてもよい。

また、上記実施形態においては、上限量qhccimaxを常時ローパスフィルタ処理するように構成されているが、これに代えて、総要求燃料噴射量qfinの変化速度が所定変化速度より大きくなった時点を始期として、同始期から所定期間のみローパスフィルタ処理するように構成されてもよい。この場合においても、上記所定期間を、総要求燃料噴射量qfinの変化速度が大きいほどより長い期間に決定することが好適である。

また、上記実施形態においては、上限量qhccimaxを遅延処理した後の値（即ち、遅延処理後上限量qhccimaxlow）を用いて第１、第２燃料噴射量qhcci,qdiffが決定されるように構成されているが、これに代えて、遅延処理を行うことなく上限量qhccimaxそのものを用いて第１、第２燃料噴射量qhcci,qdiffが決定されるように構成されてもよい。

加えて、上記実施形態においては、３つの補正係数K1,K2,K3全てを用いて補正された上限量qhccimaxが用いられるように構成されていたが、これに代えて、補正係数K1,K2,K3のうち２つ、又は１つのみを用いて補正された上限量qhccimaxが用いられるように構成されてもよいし、上記補正係数により補正されていない上限量qhccimaxが用いられるように構成されてもよい。

本発明の実施形態に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置を４気筒内燃機関（ディーゼル機関）に適用したシステム全体の概略構成図である。 或る一つの気筒のシリンダ内(筒内)に吸気マニホールドからガスが吸入され、筒内に吸入されたガスが排気マニホールドへ排出される様子を模式的に示した図である。 機関が定常運転状態にある場合における、総要求燃料噴射量及び運転速度と、筒内温度との関係の一例を示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが参照する、総要求燃料噴射量を予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量と等しい量とした場合における仮総要求燃料噴射量を独立変数、第１燃料噴射量の上限量を従属変数とする１次関数を示したグラフである。 機関が定常運転状態にある場合における、総要求燃料噴射量と、予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量及び拡散燃焼用の第２燃料噴射量との関係の一例を示したグラフである。 機関が定常運転状態にある場合における、総要求燃料噴射量と、筒内温度、予混合気中の燃料濃度、及びＨＣＣＩ燃焼の反応速度との関係の一例を示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが参照する、冷却水温と第１燃料噴射量の上限量を補正するための補正係数との関係を規定するテーブルを示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが参照する、外気の温度と第１燃料噴射量の上限量を補正するための補正係数との関係を規定するテーブルを示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが参照する、外気の圧力と第１燃料噴射量の上限量を補正するための補正係数との関係を規定するテーブルを示したグラフである。 図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射量等を決定するためのプログラムを示したフローチャートである。

符号の説明

２１…燃料噴射弁、６０…電気制御装置、６１…ＣＰＵ、７４…クランクポジションセンサ、７８…水温センサ

Claims (8)

1. 圧縮上死点近傍よりも早期に燃焼室内に予混合圧縮着火燃焼用の燃料を噴射する手段と、
   前記圧縮上死点近傍で前記燃焼室内に前記予混合圧縮着火燃焼用の燃料とは別に拡散燃焼用の燃料を噴射する手段と、
   を備えた内燃機関に適用され、
   前記内燃機関の運転状態に基づいて前記内燃機関の１サイクルあたりの総要求燃料噴射量を決定する総要求燃料噴射量決定手段と、
   少なくとも前記燃焼室内におけるガスの温度に基づいて、前記予混合圧縮着火燃焼用の第１燃料噴射量の上限量を、前記第１燃料噴射量の燃料の燃焼による前記ガスの圧力の増大勾配が過度に大きくない範囲の上限となる場合に対応する量に決定する上限量決定手段と、
   前記総要求燃料噴射量が前記上限量以下である場合、前記第１燃料噴射量を前記総要求燃料噴射量と等しい量に決定し、前記総要求燃料噴射量が前記上限量より大きい場合、前記第１燃料噴射量を前記上限量と等しい量に決定する第１燃料噴射量決定手段と、
   前記拡散燃焼用の第２燃料噴射量を、前記総要求燃料噴射量から前記第１燃料噴射量が減じられた量に決定する第２燃料噴射量決定手段と、
   を備えた内燃機関の燃料噴射量制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
   前記上限量決定手段は、
   前記ガスの温度が高いほど、前記上限量をより小さい量に決定するよう構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
   前記上限量決定手段は、
   前記ガスの温度に影響を与える前記内燃機関の運転速度、及び前記総要求燃料噴射量を用いて、
   前記運転速度が大きいほど、又は前記総要求燃料噴射量が大きいほど、前記上限量をより小さい量に決定するよう構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
   前記第１燃料噴射量決定手段は、
   前記総要求燃料噴射量が前記上限量以下である場合、前記総要求燃料噴射量が大きいほど前記第１燃料噴射量をより大きい量に決定し、前記総要求燃料噴射量が前記上限量より大きい場合、前記総要求燃料噴射量が大きいほど前記第１燃料噴射量をより小さい量に決定するよう構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置。
5. 請求項２乃至請求項４の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
   前記上限量決定手段は、
   前記ガスの温度に影響を与える前記内燃機関の冷却水の温度を用いて、
   前記冷却水の温度が高いほど、前記上限量をより小さい量に決定するよう構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置。
6. 請求項２乃至請求項５の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
   前記上限量決定手段は、
   前記ガスの温度に影響を与える外気の温度を用いて、
   前記外気の温度が高いほど、前記上限量をより小さい量に決定するよう構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置。
7. 請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置において、
   前記上限量決定手段は、
   前記外気の圧力が小さいほど、前記上限量をより小さい量に決定するよう構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置。
8. 請求項３乃至請求項７の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、
   前記総要求燃料噴射量の変化速度が所定速度より大きい場合、前記上限量を遅延処理する手段を備え、
   前記第１燃料噴射量決定手段は、前記上限量として、
   前記遅延処理した後の値を使用して前記第１燃料噴射量を決定するように構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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