JP2009299490A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】予熱機能と予混合機能とを考慮した適切な副噴射の燃料噴射制御を行うことが可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】インジェクタ２３からの燃料噴射動作として少なくともメイン噴射とプレ噴射とが実行可能なコモンレール式ディーゼルエンジン１では、プレ噴射で噴射される燃料のうち、自着火により燃焼可能な予熱分の燃料の量と、自着火せずにメイン噴射で噴射される燃料とともに燃焼可能な予混合分の燃料の量とが、ディーゼルエンジン１の運転状態に応じて制御される。ディーゼルエンジン１の運転状態が高いトルクが要求される出力性能重視の傾向にある場合、予混合分の燃料の量が増加される。また、ディーゼルエンジン１の運転状態が出力性能重視の傾向にない場合、予混合分の燃料の量が減少される。
【選択図】図５

Description

本発明は、燃料噴射弁からの主噴射（以下、メイン噴射と呼ぶ場合もある）に先立つ副噴射（以下、プレ噴射と呼ぶ場合もある）が実行可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来から周知のように、自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジンでは、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等に応じて、燃料噴射弁（以下、インジェクタと呼ぶ場合もある）からの燃料噴射時期や燃料噴射量を調整する燃料噴射制御が行われている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、ディーゼルエンジンの燃焼は、予混合燃焼と拡散燃焼とによって成り立っている。燃料噴射弁からの燃料噴射が開始されると、まず燃料の気化拡散により可燃混合気が生成される（着火遅れ期間）。次に、この可燃混合気が燃焼室の数ヶ所で略同時に自己着火し、急速に燃焼が進む（予混合燃焼）。さらに、燃焼室内への燃料噴射が継続され、燃焼が継続的に行われる（拡散燃焼）。その後、燃料噴射が終了した後にも未燃燃料が存在するため、しばらくの間、熱発生が続けられる（後燃え期間）。

また、ディーゼルエンジンでは、着火遅れ期間が長くなるほど、あるいは着火遅れ期間における燃料の気化が激しいほど、着火後の火炎伝播速度が増大する。この火炎伝播速度が高くなると、一時に燃える燃料の量が多くなり過ぎて、シリンダ内の圧力が急激に増大し、振動や騒音が発生する。こうした現象はディーゼルノッキングと呼ばれており、特に低負荷運転時に発生することが多い。また、このような状況では、燃焼温度の急激な上昇に伴って窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と呼ぶ）の発生量も増大し、排気エミッションが悪化してしまう。

そこで、こうしたディーゼルノッキングを防止したり、ＮＯｘ発生量を低減するために、各種の燃料噴射制御装置が開発されている。例えば、燃料噴射弁からの燃料噴射を複数回に分割して間欠噴射することなどが一般に行われている。

例えば、特許文献２では、メイン噴射に先立って燃料噴射を行うパイロット噴射の噴射時期として、このパイロット噴射の噴射時期から実際の着火時期までの遅れ期間だけ早めてパイロット噴射時期を設定している。これにより、パイロット噴射による燃料の着火時期とメイン噴射時期とを略一致させて、ＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：微粒子）およびＨＣ（Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ：炭化水素）の排出量を減少させるようにしている。
特開２００２−１５５７９１号公報 特開２００２−１９５０８４号公報

ところで、上述した副噴射の機能としては、自着火により気筒内の予熱に寄与する機能（予熱機能）と、自着火せずにその後に噴射される主噴射の燃料とともに燃焼して内燃機関のトルクに寄与する機能（予混合機能）とがある。したがって、適切な副噴射の燃料噴射制御を行うためには、副噴射による予熱機能と予混合機能とを考慮することが重要となる。しかし、従来では、予熱機能と予混合機能とを考慮した副噴射の燃料噴射制御は行われておらず、未だ改良の余地があった。

本発明は、そのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、予熱機能と予混合機能とを考慮した適切な副噴射の燃料噴射制御を行うことが可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置であって、燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行可能に構成されている。そして、上記副噴射で噴射される燃料のうち、自着火により燃焼可能な予熱分の燃料の量と、自着火せずに上記主噴射で噴射される燃料とともに燃焼可能な予混合分の燃料の量とを、内燃機関の運転状態に応じて制御する副噴射制御手段を備えていることを特徴としている。

上記構成によれば、副噴射で噴射された燃料の一部を気筒内の予熱に寄与させることができるとともに（予熱機能）、気筒内予熱に寄与しない残りの燃料を内燃機関のトルクに寄与させることができる（予混合機能）。そして、内燃機関の運転状態に応じて副噴射の予熱分の燃料の量と予混合分の燃料の量とを制御することで、副噴射による予熱機能と予混合機能とを適切に発揮させることが可能となる。

ここで、従来では、予熱機能と予混合機能とを考慮した副噴射の燃料噴射制御は困難であった。このため、従来では、副噴射による予混合機能を優先的に発揮させようとした場合、燃焼音の増大やＮＯｘ発生量の増加が問題となり、また、副噴射による予熱機能を優先的に発揮させようとした場合、燃料流量不足により出力性能不足を招くおそれがあった。これに対し、上記構成によれば、内燃機関の運転状態に応じて副噴射の予熱項の量と予混合項の量を制御することで、要求トルクが大きく出力性能重視の傾向にある場合には、副噴射による予混合機能を優先的に発揮させることが可能となり、また、要求トルクが小さく出力性能重視の傾向にない場合には、副噴射による予熱機能を優先的に発揮させることが可能となる。

本発明において、上記副噴射制御手段は、内燃機関の運転状態が高いトルクが要求される出力性能重視の傾向にある場合、上記予混合分の燃料の量を大きく設定することが好ましい。

この構成では、主噴射の燃料とともに燃焼可能な副噴射の予混合分の燃料の量が多くなるので、副噴射の予混合分の燃料および主噴射の燃料の初期燃焼速度が増大され、熱発生率重心点（膨張行程における総熱発生量の５０％が発生するタイミング）をピストンの圧縮上死点（ＴＤＣ）の近傍に近付けることができる。これにより、大きなトルクを出力することができる。そして、副噴射の予混合分の燃料の量を多くするほど、熱発生率重心点をピストンの圧縮上死点（ＴＤＣ）のタイミングに近付けることができ、発生するトルクを大きくすることができる。

本発明において、上記副噴射制御手段は、内燃機関の運転状態が出力性能重視の傾向にない場合、上記予混合分の燃料の量を小さく設定することが好ましい。

この構成では、主噴射の燃料とともに燃焼可能な副噴射の予混合分の燃料の量が少なくなるので、副噴射の予混合分の燃料および主噴射の燃料の初期燃焼速度が低下され、熱発生率重心点をピストンの圧縮上死点（ＴＤＣ）の近傍から遅角側へ遠ざけることができる。つまり、主噴射直後の燃焼が緩慢になり、燃焼温度の急激な上昇を抑制することができる。これにより、主噴射で噴射された燃料の燃焼による燃焼音の低減やＮＯｘ発生量の低減を図ることができる。

本発明において、上記予混合分の燃料の量を変更するための具体的な構成として、次の２つの態様が挙げられる。

（１）上記副噴射の噴射タイミングを制御することにより、上記予混合分の燃料の量を変更する態様。

（２）上記副噴射の噴射量を制御することにより、上記予混合分の燃料の量を変更する態様。この場合、上記予混合分の燃料の量を内燃機関の要求トルクに基づいて変更することが可能である。また、上記予混合分の燃料の量を上記主噴射と副噴射との総噴射量に比例して変更することが可能である。つまり、上記予混合分の燃料の量を総噴射量に対し所定の比率（例えば１０％）に設定することが可能である。

ここで、副噴射の予混合分の燃料の量が増え過ぎると、副噴射の予混合分の燃料および主噴射の燃料の初期燃焼速度の増大にともなって燃焼音の増大やＮＯｘ発生量の増加が懸念される。このため、上記予混合分の燃料の量に上限を設けることが好ましい。このような上限は、例えば、燃焼音の許容最大値、筒内圧の許容最大値などに応じて設定される。

本発明によれば、副噴射で噴射された燃料の一部を気筒内の予熱に寄与させることができるとともに（予熱機能）、気筒内予熱に寄与しない残りの燃料を内燃機関のトルクに寄与させることができる（予混合機能）。そして、内燃機関の運転状態に応じて副噴射の予熱分の燃料の量と予混合分の燃料の量とを制御することで、副噴射による予熱機能と予混合機能とを適切に発揮させることが可能となる。

本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。

以下では、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に本発明を適用した例について説明する。

−エンジンの構成−
まず、実施形態に係るディーゼルエンジンの概略構成について説明する。図１は、実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。

図１に示すように、ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンともいう）１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。

燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２６、機関燃料通路２７、添加燃料通路２８等を備えて構成されている。

サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ２３からの燃料噴射制御の詳細については後述する。

また、サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２８を介して燃料添加弁２６に供給する。添加燃料通路２８には、緊急時において添加燃料通路２８を遮断して燃料添加を停止するための遮断弁２４が備えられている。

燃料添加弁２６は、後述するＥＣＵ１００による添加制御動作によって排気系７への燃料添加量が目標添加量（排気Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆとなるような添加量）となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁２６から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系７（排気ポート７１から排気マニホールド７２）に噴射供給される構成となっている。

吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、スロットルバルブ６２が配設されている。エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。

排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。この排気通路には、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＲ触媒：ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７５およびＤＰＮＲ触媒（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７６を備えたマニバータ（排気浄化装置）７７が配設されている。

ＮＳＲ触媒７５は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、例えばアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を担体とし、この担体上に例えばカリウム（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、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。

このＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ_２若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ_２やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ_２となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ_２やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ_２ＯやＣＯ_２となる。すなわち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。この実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を燃料添加弁２６からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。

ＤＰＮＲ触媒７６は、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。さらに、ＤＰＮＲ触媒７６には、捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。

ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室３およびその周辺部の構成について、図２を用いて説明する。図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部には、ピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。

ピストン１３の頂面１３ａの上側には、燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部にガスケット１４を介して取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。

このピストン１３は、コネクティングロッド１８の小端部１８ａがピストンピン１３ｃにより連結されており、このコネクティングロッド１８の大端部がエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。

シリンダヘッド１５には、燃焼室３へ空気を導入する吸気ポート１５ａと、燃焼室３から排気ガスを排出する排気ポート７１とがそれぞれ形成されているとともに、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６および排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。これら吸気バルブ１６および排気バルブ１７は、シリンダ中心線Ｐを挟んで対向配置されている。つまり、エンジン１はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射するインジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。

さらに、図１に示す如く、エンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５Ａを介して連結されたタービンホイール５Ｂおよびコンプレッサホイール５Ｃを備えている。コンプレッサホイール５Ｃは吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５Ｂは排気管７３内部に臨んで配置されている。このため、ターボチャージャ５は、タービンホイール５Ｂが受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５Ｃを回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。この実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５Ｂ側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。

吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１よりもさらに下流側に設けられたスロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。

また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。

−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。

例えば、エアフローメータ４３は、吸気系６内のスロットルバルブ６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４は、排気系７のマニバータ７７の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ４５は、同じく排気系７のマニバータ７７の下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２はスロットルバルブ６２の開度を検出する。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図３に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、バックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２には、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

以上のＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６と接続されている。

入力インターフェース１０５には、レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４、排気温センサ４５、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。さらに、この入力インターフェース１０５には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。一方、出力インターフェース１０６には、インジェクタ２３、燃料添加弁２６、スロットルバルブ６２、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、後述するパイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射を実行する。

これらの燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、すなわち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、および、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。すなわち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室３内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ２３から燃焼室３内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷およびエンジン回転数に基づいて設定される。

上記パイロット噴射やメイン噴射などの燃料噴射における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジンや吸入空気等の温度条件などによって異なるものとなる。

例えば、ＥＣＵ１００は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、すなわち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ２１の燃料吐出量を調量する。また、ＥＣＵ１００はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量および燃料噴射形態を決定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいてエンジン回転速度を算出するとともに、アクセル開度センサ４７の検出値に基づいてアクセルペダルへの踏み込み量（アクセル開度）を求め、このエンジン回転速度およびアクセル開度に基づいて総燃料噴射量を決定する。

−燃料噴射形態−
次に、この実施形態における上記パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射の各動作の概略について説明する。

（パイロット噴射）
パイロット噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射（主噴射）に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作である。つまり、このパイロット噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、メイン噴射が開始されるまでの間に圧縮ガス温度（気筒内温度）を十分に高めて燃料の自着火温度に到達させるようにし、これによってメイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保するようにしている。すなわち、この実施形態におけるパイロット噴射の機能は、気筒内の予熱に特化したものとなっている。言い換えれば、この実施形態におけるパイロット噴射は、燃焼室３内でのガスの予熱を行うための噴射動作（予熱用燃料の供給動作）となっている。

具体的には、噴霧の分配や局所濃度の適正化を図るために、パイロット噴射の１回当たりの噴射量をインジェクタ２３の最小限界噴射量（例えば１．５ｍｍ^３）とし、噴射回数を設定することで必要な総パイロット噴射量を確保するようにしている。このようにして分割噴射されるパイロット噴射のインターバルは、インジェクタ２３の応答性（開閉動作の速さ）によって決定される。このインターバルは、例えば２００μｓに設定される。また、パイロット噴射の噴射開始タイミングとしては、例えばクランク角度で、ピストン１３の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）８０°以降に設定される。なお、パイロット噴射の１回当たりの噴射量や、インターバル、噴射開始タイミングは、上記値に限定されるものではない。

（プレ噴射）
プレ噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作である。プレ噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作であって、副噴射とも呼ばれる。このプレ噴射には、エンジン１のトルク発生のための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）と、燃焼室３内でのガスの予熱を行うための噴射動作（予熱用燃料の供給動作）とがある。この実施形態のプレ噴射の燃料噴射制御の詳細については後述する。

プレ噴射の噴射開始角度（クランク角度位置）は、以下の式（１）によって設定することが可能である。角度は、クランクシャフトの回転角度に換算した値を意味している。

プレ噴射開始角度＝プレ燃焼終了角度＋プレ噴射期間作用角＋（プレ噴射における燃焼所要時間のクランク角度換算値＋着火遅れ時間のクランク角度換算値−オーバラップ時間のクランク角度換算値） …（１）
この式（１）において、着火遅れ時間は、プレ噴射が実行されてからその燃料が着火するまでの時間遅れである。また、オーバラップ時間は、複数回のプレ噴射が行われる場合において、先行して実行されるプレ噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるプレ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間（２つの燃焼が同時に行われている時間）、および、最終のプレ噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるメイン噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間、並びに、最終のパイロット噴射による燃料の燃焼期間と、プレ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間である。また、上記式（１）に限らず、プレ噴射の着火遅れ時間のクランク角度換算値（着火遅れ角）と、この着火遅れ時間の経過後、プレ噴射開始時の吸熱反応によって気筒内での熱発生量の収支が負になっている状態からこの熱発生量の収支が正に転じた状態になるまでの時間のクランク角度換算値（燃焼開始角）とに応じて、プレ噴射の噴射開始角度を設定することも可能である。

（メイン噴射）
メイン噴射は、エンジン１のトルク発生のための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）である。メイン噴射の噴射量は、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定されるエンジン１の要求トルクを得るための上記総燃焼噴射量から、プレ噴射での噴射量を減算した噴射量として設定することが可能である。詳細には、エンジン１のトルク要求値は、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される。例えば、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等をパラメータとするマップを用いてエンジン１のトルク要求値が決定される。この場合、エンジン回転数（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）、エンジン１のトルク要求値としては高く得られる。

また、メイン噴射の噴射開始角度（クランク角度位置）は、以下の式（２）によって設定することが可能である。

メイン噴射開始角度＝メイン着火時期＋メイン噴射期間作用角＋（メイン噴射における燃焼所要時間のクランク角度換算値＋着火遅れ時間のクランク角度換算値−オーバラップ時間のクランク角度換算値） …（２）
この式（２）において、着火遅れ時間は、メイン噴射が実行されてからその燃料が着火するまでの時間遅れである。また、オーバラップ時間は、上記プレ噴射による燃料の燃焼期間とメイン噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間、および、メイン噴射による燃料の燃焼期間と、アフタ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間である。また、上記式（２）に限らず、メイン噴射の着火遅れ時間のクランク角度換算値（着火遅れ角）に応じて、メイン噴射の噴射開始角度を設定することも可能である。

（アフタ噴射）
アフタ噴射は、排気ガス温度を上昇させるための噴射動作である。具体的に、この実施形態では、このアフタ噴射により供給された燃料の燃焼エネルギがエンジン１のトルクに変換されることなく、その大部分が排気の熱エネルギとして得られるタイミングでアフタ噴射を実行するようにしている。また、このアフタ噴射においても、上述したパイロット噴射の場合と同様に、１回当たりの噴射量をインジェクタ２３の最小限界噴射量（例えば１．５ｍｍ^３）とし、噴射回数を設定することで必要な総アフタ噴射量を確保するようにしている。

（ポスト噴射）
ポスト噴射は、排気系７に燃料を直接的に導入して上記マニバータ７７の昇温を図るための噴射動作である。例えば、ＤＰＮＲ触媒７６に捕集されているＰＭの堆積量が所定量を超えた場合（例えばマニバータ７７の前後の差圧を検出することにより検知）、ポスト噴射が実行されるようになっている。

−目標燃料圧力の設定手法−
ここで、この実施形態において目標燃料圧力を設定する際の技術的思想について説明する。

ディーゼルエンジン１においては、ＮＯｘ発生量を削減することによる排気エミッションの改善、燃焼行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。本発明の発明者は、これら要求を連立するための手法として、燃焼行程時における気筒内での熱発生率の変化状態（熱発生率波形で表される変化状態）を適切にコントロールすることが有効であることに着目し、この熱発生率の変化状態をコントロールするための手法として、次に述べるような目標燃料圧力の設定手法を見出した。

図４の実線は、横軸をクランク角度、縦軸を熱発生率とし、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼に係る理想的な熱発生率波形を示している。図４では、メイン噴射単独での熱発生率波形（プレ噴射による熱発生率を加えていない熱発生率波形）を示している。図中のＴＤＣはピストン１３の圧縮上死点に対応したクランク角度位置を示している。

この熱発生率波形としては、例えば、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）からメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が開始され、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後１０°（ＡＴＤＣ１０°）の時点）で熱発生率が極大値（ピーク値）に達し、さらに、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後２５°（ＡＴＤＣ２５°）の時点）で上記メイン噴射において噴射された燃料の燃焼が終了するようになっている。この時点までに燃焼を終了させるために、この実施形態では、圧縮上死点後２２°（ＡＴＤＣ２２°）までにメイン噴射での燃料噴射を終了させるようになっている。このような熱発生率の変化状態で混合気の燃焼を行わせるようにすれば、例えば、圧縮上死点後１０°（ＡＴＤＣ１０°）の時点で気筒内の混合気のうちの５０％が燃焼を完了した状況となる。つまり、膨張行程における総熱発生量の約５０％がＡＴＤＣ１０°までに発生し、高い熱効率でエンジン１を運転させることが可能となる。なお、以下では、膨張行程における総熱発生量の５０％が発生するタイミングを熱発生率重心点と呼ぶ。

また、図４に二点鎖線αで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも高く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度およびピーク値がともに高くなりすぎており、燃焼音の増大やＮＯｘ発生量の増加が懸念される状態である。一方、図４に二点鎖線βで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも低く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度が低く且つピークの現れるタイミングが大きく遅角側に移行していることで十分なエンジントルクが確保できないことが懸念される状態である。

上述したように、この実施形態に係る目標燃料圧力の設定手法は、熱発生率の変化状態の適正化（熱発生率波形の適正化）を図ることで燃焼効率の向上を図るといった技術的思想に基づくものである。なお、実際の燃料噴射動作としては、このような熱発生率波形となるメイン噴射に先立って、上述したパイロット噴射およびプレ噴射が実行されることになる。すなわち、パイロット噴射およびプレ噴射により気筒内温度を十分に高めて、メイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保し、また、プレ噴射によりメイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くようにしている。

−プレ噴射の燃料噴射制御−
次に、この実施形態の特徴であるプレ噴射の燃料噴射制御について説明する。

まず、プレ噴射の機能について説明する。プレ噴射で噴射される燃料の機能として、一般に、自着火により気筒内の予熱に寄与する機能（予熱機能と言う）と、自着火せずにその後に噴射される燃料（この実施形態ではメイン噴射の燃料）とともに燃焼する機能（予混合機能と言う）とがある。

プレ噴射の燃料のうち、予熱機能に寄与する燃料（予熱項と言う）は、自着火可能な状態にあり、プレ噴射が行われると、速やかに燃焼する。このプレ噴射の予熱項の燃焼にともなって、気筒内で燃焼が行われた場所の圧縮ガス温度が局所的に高められ、筒内圧力が上昇する。これにより、その後のメイン噴射が開始されるまでの間に、気筒内温度を高めて燃料の自着火温度に到達させることが可能となる。つまり、この燃焼による発熱量を利用して、メイン噴射で噴射される燃料の燃焼を促進することが可能となる。このように、プレ噴射の予熱項は、メイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好にするための予熱に寄与することになる。

一方、プレ噴射の燃料のうち、予混合機能に寄与する燃料（予混合項と言う）、言い換えれば、気筒内予熱に寄与しない残りの燃料は、自着火不能な状態にある。つまり、プレ噴射の予混合項による予混合ガスは、その後のメイン噴射の燃料が噴射されるまでの間は、可燃空燃比よりも希薄化しており、着火できないようになっている。しかし、メイン噴射が行われ、メイン噴射の燃料の燃焼にともなって気筒内が高温化すると、そのような希薄化した予混合ガスであっても着火可能な状態となり、燃焼する。これにより、プレ噴射の予混合項は、メイン噴射の燃料とともに、エンジン１のトルクに寄与することになる。

図５に、プレ噴射およびメイン噴射の燃料噴射パターンの一例と、これらプレ噴射およびメイン噴射による熱発生率波形とを示している。図５に示す例では、プレ噴射がピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側のタイミングで実行される。また、メイン噴射がピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）に達するタイミングでメイン噴射が開始されるとともに、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側のタイミングで終了される。そして、図中に実線で示す熱発生率波形のように、プレ噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率と、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率とが、連続した波形（包絡線を形成する波形）を形成している。なお、メイン噴射の開始タイミングは適宜変更することが可能であるが、逆進トルクの発生を抑制する観点から、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）の近傍に設定されることが好ましい。

この図５では、プレ噴射を上述の予熱項と予混合項とに分けて示しており、予熱項に対応するものには網掛けを施し、予混合項に対応するものにはドットを施している。また、プレ噴射の予熱項の燃焼による熱発生率の変化波形は二点鎖線で示し、プレ噴射の予混合項の燃焼による熱発生率の変化波形は一点鎖線で示している。メイン噴射で噴射された燃料の燃焼による熱発生率の変化波形は破線で示している。なお、図５では、プレ噴射の予熱項の量と予混合項の量の比率を１対１としているが、両者の比率は、後述するように、エンジン１の運転状態に応じてさまざまに変更される。

そして、図５に示すように、プレ噴射の予熱項は、プレ噴射が行われると、自着火により速やかに燃焼する。この予熱項の燃焼による熱発生量により、その後のメイン噴射が開始されるまでの間に気筒内温度が高められ、メイン噴射で噴射される燃料の着火遅れが抑制される。これにより、一時に燃える燃料の量が低減され、燃焼音の低減およびＮＯｘ発生量の低減を図ることが可能となる。

一方、プレ噴射の予混合項は、メイン噴射で燃料が噴射されるまでの間は燃焼しないため、気筒内の予熱には寄与しない。プレ噴射の予混合項は、メイン噴射が行われると、メイン噴射で噴射される燃料とともに燃焼する。この場合、メイン噴射が開始される際には既にプレ噴射の予混合項が気筒内に拡散されているため、メイン噴射の開始後、短時間のうちに拡散燃焼に移行させることができる。これにより、初期燃焼速度が増大し、熱発生率重心点がピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）の近傍に近付くことになり、高いエンジントルクを出力することが可能となる。

この実施形態の特徴部分は、プレ噴射で噴射される燃料の量（流量）のうち、自着火により燃焼可能な予熱項の量と、自着火せずにメイン噴射で噴射される燃料とともに燃焼可能な予混合項の量とを、エンジン１の運転状態に応じて制御する点にある。以下、ＥＣＵ１００によるプレ噴射の燃料噴射制御について詳しく説明する。

ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じてプレ噴射の噴射タイミングおよび噴射量の少なくとも一方を制御することによって、プレ噴射の予熱項の量と予混合項の量を制御している。ここで、プレ噴射の予熱項の量と予混合項の量は、プレ噴射の噴射タイミングおよび噴射量に応じて変化する。具体的には、プレ噴射の噴射量を増減すると、これにともなって予熱項の量と予混合項の量がそれぞれ増減する。また、同じ噴射量の場合、プレ噴射の噴射タイミングがピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）に近付くほど、プレ噴射の予熱項の量が増え、予混合項の量が減る。つまり、予熱項の量の比率が大きくなる。逆に、プレ噴射の噴射タイミングがピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）から進角されるほど、プレ噴射の予混合項の量が増え、予熱項の量が減る。つまり、予混合項の量の比率が大きくなる。

このようなプレ噴射の特性について、図６を参照して説明する。図６は、プレ噴射の噴射タイミングと、その噴射タイミングにおいて気筒内で発生する熱発生量との関係を、複数の燃料噴射量（Ａ〜Ｄ）に対して解析した結果を示している。例えば、Ａは燃料噴射量０．７ｍｍ^３であり、Ｂは燃料噴射量１．５ｍｍ^３であり、Ｃは燃料噴射量３．０ｍｍ^３であり、Ｄは燃料噴射量６．０ｍｍ^３である。また、図中の一点鎖線は燃料量１．５ｍｍ^３が完全燃焼した場合の熱量レベルを示している。例えば、図中の点Ｘは、プレ噴射をピストン１３の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）１５°のタイミングで実行し且つ燃料噴射量を１．５ｍｍ^３とした場合に熱発生量がＸ１［Ｊ］であることを表している。また、図中の点Ｙは、プレ噴射をピストン１３の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）７°のタイミングで実行し且つ燃料噴射量を３．０ｍｍ^３とした場合に熱発生量がＹ１［Ｊ］であることを表している。更に、図中の点Ｚは、プレ噴射をピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）のタイミングで実行し且つ燃料噴射量を６．０ｍｍ^３とした場合に熱発生量がＺ１［Ｊ］であることを表している。

この図６から分かるように、プレ噴射の噴射タイミングがピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）に近付くほど、同一の噴射量であっても熱発生量は大きくなる。すなわち、ピストン１３が圧縮上死点付近に達していて気筒内温度が上昇している環境下にプレ噴射を実行すれば、局部的に濃度の高い混合気が高温環境下に晒されて燃焼が開始することになる。このため、プレ噴射の噴射タイミングがピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）に近付くほど、同一の噴射量であっても熱発生量は大きくなる。このように、プレ噴射の噴射タイミングがピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）に近付くほど、プレ噴射の予熱項の量の比率が大きくなる。ただし、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）付近でプレ噴射を行っても、その噴射量のうち実際に熱発生量に寄与できる燃料量、つまり、予熱項の量の比率は５０％程度である。例えば、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）のタイミングで噴射量を３．０ｍｍ^３としたプレ噴射の場合、熱発生量は、燃料量１．５ｍｍ^３が完全燃焼した場合の熱量レベルに相当する。

一方、プレ噴射の噴射タイミングがピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）から進角されるほど、燃焼室内容積が大きい状態（ピストン１３が低い位置にある状態）で微少量のプレ噴射が行われることになる。このため、その後に、ピストン１３が圧縮上死点付近に達して気筒内温度が上昇（吸気の圧縮による温度上昇）しても、既に燃料が広範囲に拡散し、混合気が可燃空燃比よりも希薄化してしまう結果、混合気が着火不能な状態となる可能性がある。このように、プレ噴射の噴射タイミングがピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）から進角されるほど、プレ噴射の予混合項の量の比率が大きくなる。図６から分かるように、ピストン１３の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）１８°よりも進角側のタイミングでプレ噴射を実行した場合には混合気の希薄化が急速に進み、予混合項の量の比率がさらに大きくなる。また、ピストン１３の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）３０°よりも進角側のタイミングでプレ噴射を実行した場合、その噴射量が所定の上限値以下であれば、予混合項の量の比率が１００％となる。

この実施形態では、ＥＣＵ１００は、プレ噴射を実行する際、エンジン１の運転状態が高いトルクが要求される出力性能重視の傾向にあるか否かを判定する。エンジン１が出力性能重視の傾向にある場合としては、例えば、加速時や、高負荷時など、エンジン１のトルク要求値が大きくなる場合が挙げられる。このため、エンジン１が出力性能重視の傾向にあるか否かの判定をエンジン１のトルク要求値に基づいて行う構成とすることが可能である。例えば、エンジン１のトルク要求値が所定の閾値以上の場合、エンジン１の運転状態が出力性能重視の傾向にあると判定し、逆に、エンジン１のトルク要求値が閾値未満の場合、エンジン１の運転状態が出力性能重視の傾向にはなく、緩慢燃焼重視の傾向にあると判定するような構成とすればよい。

上記判定の結果、エンジン１の運転状態が出力性能重視の傾向にある場合には、ＥＣＵ１００は、プレ噴射の予混合項の量を増加させる。具体的には、ＥＣＵ１００は、プレ噴射の噴射タイミングおよび噴射量の少なくとも一方を制御することにより、プレ噴射の予混合項の量を増加させる。この場合、ＥＣＵ１００は、プレ噴射の噴射タイミングをピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）からより進角側のタイミングに設定して、プレ噴射の予混合項の量を増加させる。あるいは、ＥＣＵ１００は、プレ噴射の噴射量を多く設定して、プレ噴射の予混合項の量を増加させる。

一方、上記判定の結果、エンジン１の運転状態が出力性能重視の傾向にない場合、つまり、緩慢燃焼重視の傾向にある場合には、ＥＣＵ１００は、プレ噴射の予混合項の量を減少させる。具体的には、ＥＣＵ１００は、プレ噴射の噴射タイミングおよび噴射量の少なくとも一方を制御することにより、プレ噴射の予混合項の量を減少させる。この場合、ＥＣＵ１００は、プレ噴射の噴射タイミングをピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）により近付くタイミングに設定して、プレ噴射の予混合項の量を減少させる。あるいは、ＥＣＵ１００は、プレ噴射の噴射量を少なく設定して、プレ噴射の予混合項の量を減少させる。

ここで、エンジン１のトルク要求値に応じてプレ噴射の予混合項の量を増減させる構成としてもよい。この場合、ＥＣＵ１００は、エンジン１のトルク要求値が大きいほど（出力性能重視の傾向が高いほど）、プレ噴射の予混合項の量を多く設定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、エンジン１のトルク要求値が大きいほど、プレ噴射の噴射タイミングをピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）から進角側のタイミングに設定する。あるいは、ＥＣＵ１００は、エンジン１のトルク要求値が大きいほど、プレ噴射の噴射量を多く設定する。

一方、ＥＣＵ１００は、エンジン１のトルク要求値が小さいほど（出力性能重視の傾向が小さいほど）、プレ噴射の予混合項の量を少なく設定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、エンジン１のトルク要求値が小さいほど、プレ噴射の噴射タイミングをピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）に近付くタイミングに設定する。あるいは、ＥＣＵ１００は、エンジン１のトルク要求値が小さいほど、プレ噴射の噴射量を少なく設定する。

ここで、プレ噴射の噴射量を変更することにより、プレ噴射の予混合項の量を増減させる場合、プレ噴射の予混合項の量をエンジン１のトルク要求値に基づいて設定することが可能である。また、プレ噴射の予混合項の量を総燃料噴射量（メイン噴射の燃料噴射量とプレ噴射の燃料噴射量との和）に比例して変更することが可能である。つまり、プレ噴射の予混合項の量を総燃料噴射量に対し所定の比率（例えば１０％）に設定することが可能である。

そして、この実施形態の燃料噴射制御によれば、次のような効果が得られる。すなわち、プレ噴射で噴射された燃料の一部（予熱項）を気筒内の予熱に寄与させることができるとともに、気筒内予熱に寄与しない残りの燃料（予混合項）をエンジン１のトルクに寄与させることができる。そして、エンジン１の運転状態に応じてプレ噴射の予熱項の量と予混合項の量を制御することで、プレ噴射による予熱機能と予混合機能とを適切に発揮させることが可能となる。

ここで、従来では、予熱機能と予混合機能とを考慮したプレ噴射の燃料噴射制御は困難であった。このため、従来では、プレ噴射による予混合機能を優先的に発揮させようとした場合、燃焼音の増大やＮＯｘ発生量の増加が問題となり、また、プレ噴射による予熱機能を優先的に発揮させようとした場合、燃料流量不足により出力性能不足を招くおそれがあった。これに対し、この実施形態では、エンジン１の運転状態に応じてプレ噴射の予熱項の量と予混合項の量を制御することで、要求トルクが大きく出力性能重視の傾向にある場合には、プレ噴射による予混合機能を優先的に発揮させることが可能となり、また、要求トルクが小さく出力性能重視の傾向にない場合には、プレ噴射による予熱機能を優先的に発揮させることが可能となる。

より詳細には、エンジン１の運転状態が、要求トルクが大きく出力性能重視の傾向にある場合には、メイン噴射の燃料とともに燃焼可能なプレ噴射の予混合項の量を増加させる。これにより、プレ噴射の予混合項およびメイン噴射の燃料の初期燃焼速度が増大され、熱発生率重心点をピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）の近傍に近付けることができ、大きなトルクを出力することができる。そして、プレ噴射の予混合項の量を多くするほど、熱発生率重心点をピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）のタイミングに近付けることができ、発生するトルクを大きくすることができる。

一方、エンジン１の運転状態が、要求トルクが小さく出力性能重視の傾向にない場合には、メイン噴射の燃料とともに燃焼可能なプレ噴射の予混合項の量を減少させる。これにより、プレ噴射の予混合項およびメイン噴射の燃料の初期燃焼速度が低下され、熱発生率重心点をピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）の近傍から遅角側へ遠ざけることができる。つまり、メイン噴射直後の燃焼が緩慢になり、燃焼温度の急激な上昇を抑制することができる。これにより、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼による燃焼音の低減やＮＯｘ発生量の低減を図ることができる。

ところで、プレ噴射の予混合項の量が増え過ぎると、プレ噴射の予混合項およびメイン噴射の燃料の初期燃焼速度の増大にともなって燃焼音の増大やＮＯｘ発生量の増加が懸念される。したがって、プレ噴射の予混合項の量に対し上限値を設定することが好ましい。この場合、プレ噴射の予混合項の量の上限値を、燃焼音による許容最大値、筒内圧による許容最大値などに応じて設定することが可能である。このように、プレ噴射の予混合項の量に上限値を設けることで、燃焼音やＮＯｘ発生量を許容される範囲内に収めることができる。

以上では、自動車に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。

実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。 ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。 ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 膨張行程時の熱発生率の変化状態を示す波形図である。 プレ噴射およびメイン噴射の燃料噴射パターンと、プレ噴射およびメイン噴射による熱発生率波形とを示す図である。 プレ噴射の噴射タイミングと、その噴射タイミングにおいて気筒内で発生する熱発生量との関係を、複数の燃料噴射量に対して解析した結果を示す図である。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
１２ シリンダボア
１３ ピストン
２３ インジェクタ（燃料噴射弁）

Claims (9)

1. 燃料噴射弁からの燃料噴射動作として、少なくとも、主噴射と、この主噴射に先立って行われる副噴射とが実行可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   上記副噴射で噴射される燃料のうち、自着火により燃焼可能な予熱分の燃料の量と、自着火せずに上記主噴射で噴射される燃料とともに燃焼可能な予混合分の燃料の量とを、内燃機関の運転状態に応じて制御する副噴射制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   上記副噴射制御手段は、内燃機関の運転状態が高いトルクが要求される出力性能重視の傾向にある場合、上記予混合分の燃料の量を大きく設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   上記副噴射制御手段は、内燃機関の運転状態が出力性能重視の傾向にない場合、上記予混合分の燃料の量を小さく設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   上記副噴射制御手段は、上記副噴射の噴射タイミングを制御することにより、上記予混合分の燃料の量を変更することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   上記副噴射制御手段は、上記副噴射の噴射量を制御することにより、上記予混合分の燃料の量を変更することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   上記予混合分の燃料の量が内燃機関の要求トルクに基づいて変更されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
7. 請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   上記予混合分の燃料の量が上記主噴射と副噴射との総噴射量に比例して変更されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
8. 請求項５〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   上記予混合分の燃料の量には、上限が設けられていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
9. 請求項８に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   上記予混合分の燃料の量の上限は、燃焼音の許容最大値または筒内圧の許容最大値に応じて設定されることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

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