JP2016089652A

JP2016089652A - 内燃機関

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Publication number: JP2016089652A
Application number: JP2014221789A
Authority: JP
Inventors: 雅里池本; Mari Ikemoto
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Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-23
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Abstract

【課題】アフタ噴射をより効果的に活用する。
【解決手段】内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関において、燃料噴射弁からの燃料のメイン噴射の後にアフタ噴射を実施する場合において、内燃機関の回転速度が第一所定速度以上のときには、アフタ噴射における燃料の貫徹力をメイン噴射よりも高くし、内燃機関の回転速度が第一所定速度以下の速度である第二所定速度未満のときには、アフタ噴射における燃料の貫徹力をメイン噴射よりも低くする。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関に関する。

内燃機関の気筒内への燃料噴射を複数に分けて実施することが知られている。これにより、メイン噴射の後にアフタ噴射を実施することにより燃焼を促進させることができるため、スモークを低減したり、燃費を向上させたりすることができる。ここで、アフタ噴射の噴射初期の燃料噴射弁からの燃料の噴射率（単位時間当たりの燃料の噴射量）の変化をメイン噴射よりも大きくする技術、及び、アフタ噴射時の燃料噴射弁のニードルの速度をメイン噴射時よりも高くすることで燃料の噴射率を変更する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、アフタ噴射時の燃料の貫徹力を高くしている。

特開２０１２−２４１６６３号公報特開２０１３−０２４１９７号公報

燃料の自着火を行うディーゼル機関において、メイン噴射の後にアフタ噴射を実施したときの主な効果としては、以下の２つを挙げることができる。一つ目の効果は、燃焼ガスの攪乱による効果である。ディーゼル機関では、燃料噴射弁から気筒内にメイン噴射が行われて燃料が燃焼すると、燃料の貫徹力が低下してしまい特定の箇所において燃焼ガスが滞留する場合がある。ここで、メイン噴射による燃料の燃焼後期にアフタ噴射を実施することにより、滞留している燃焼ガスを攪乱することができる。この燃焼ガスの攪乱により、燃料と空気との混合が促進されるため、燃焼速度を増加させることができる。そして、燃焼速度を増加させることにより、等容度を向上させることができるので、燃費を向上させることができる。また、燃焼ガスの攪乱により煤の再酸化を促進させることができるため、スモークを低減させることができる。スモークが低減することにより、より多くの熱を発生させることができるため、これによっても燃費を向上させることができる。

二つ目の効果は、燃料噴射弁の近く（気筒中心側としてもよい。）に多く残っている酸素を利用してアフタ噴射による燃料を燃焼させることによる効果である。メイン噴射による燃料は、燃料の貫徹力により気筒壁面側に向かって進み、その後に自着火が起こるため、気筒壁面側で燃焼が始まる。このため、メイン噴射による燃料が気筒壁面側で燃焼しているときには、気筒中心側には多くの酸素が残存している。したがって、メイン噴射による燃料が気筒壁面側で燃焼しているときに高温高圧となった気筒中心側にアフタ噴射を行うことで、該気筒中心側に多く残存している酸素を利用して燃料を燃焼させることができる。このように、多くの酸素が残存している気筒中心側でアフタ噴射による燃料を燃焼させることにより、気筒内の酸素を有効活用することができる。これにより、スモークを低減したり、燃費を向上させたりできる。

ここで、従来の技術では、アフタ噴射を実施するときに、燃料の貫徹力を高くしている。この場合、主に燃焼ガスの攪乱による効果を狙っている。しかし、内燃機関の運転状態によっては、燃焼ガスの攪乱による効果を狙うよりも、気筒中心側の酸素を利用する効果を狙ったほうが、より大きな効果を得られる場合もある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、アフタ噴射をより効果的に活用することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る内燃機関は、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関において、燃料噴射弁からの燃料のメイン噴射の後にアフタ噴射を実施する場合において、内燃機関の回転速度が第一所定速度以上のときには、アフタ噴射における燃料の貫徹力をメイン噴射における燃料の貫徹力よりも高くし、内燃機関の回転速度が前記第一所定速度以下の速度である第二所定速度未満のときには、アフタ噴射における燃料の貫徹力をメイン噴射における燃料の貫徹力よりも低くする制御装置を備える。

アフタ噴射は、メイン噴射の後に行われる燃料噴射であり、内燃機関のトルクを発生させるために行われる燃料噴射である。ここで、アフタ噴射時の燃料の貫徹力をメイン噴射時の燃料の貫徹力よりも高くすることで、メイン噴射による燃焼ガスを、アフタ噴射による燃料で攪乱させることができる。このため、燃焼ガスの攪乱の効果が大きくなる。一方、アフタ噴射時の燃料の貫徹力をメイン噴射時の燃料の貫徹力よりも低くすることで、アフタ噴射による燃料を気筒中心側の酸素濃度が比較的に高い箇所において燃焼させることができる。このため、気筒中心側の酸素を利用する効果が大きくなる。いずれにせよ、アフタ噴射を実施することで燃焼を促進させることができるため、スモークの抑制や燃費の向上が可能となる。

アフタ噴射時に貫徹力の高い燃料を噴射した場合と貫徹力の低い燃料を噴射した場合とで、どちらの場合のほうが燃焼を促進させる上でより効果的であるのかは、内燃機関の運転状態によって異なる。機関回転速度が高い場合には、燃焼ガスの攪乱を促進させるほうが、気筒中心側の酸素の利用を促進させるよりも、煤の再酸化を促進させることができるため、スモークを抑制することができる。すなわち、内燃機関の回転速度が比較的高い場合には、アフタ噴射時に貫徹力の高い燃料を噴射することで、スモークをより低減することができる。

一方、内燃機関の回転速度が低い場合には、アフタ噴射時に燃料の貫徹力を高くしても、燃焼ガスの攪乱による効果は小さい。したがって、内燃機関の回転速度が比較的低い場合には、気筒中心側の酸素の利用を促進させるほうが、燃焼ガスの攪乱を促進させるよりも、スモークを抑制することができる。すなわち、内燃機関の回転速度が比較的低い場合には、アフタ噴射時に貫徹力の低い燃料を噴射することで、スモークをより低減することができる。

したがって、内燃機関の回転速度が第一所定速度以上のときには、アフタ噴射時の燃料の貫徹力をメイン噴射時の燃料の貫徹力よりも高くし、内燃機関の回転速度が第二所定速度未満のときには、アフタ噴射時の燃料の貫徹力をメイン噴射時の燃料の貫徹力よりも低くすることでスモークを抑制できる。これにより、燃費を向上させることもできる。なお、第一所定速度は、アフタ噴射時の燃料の貫徹力をメイン噴射時の燃料の貫徹力に対して、高くするほうが低くするよりもスモークを低減できる機関回転速度の範囲で設定される。また、第二所定速度は、アフタ噴射時の燃料の貫徹力をメイン噴射時の燃料の貫徹力に対して、低くするほうが高くするよりもスモークを低減できる機関回転速度の範囲で設定される。

また、前記内燃機関の回転速度が前記第二所定速度以上で且つ前記第一所定速度未満の場合には、前記制御装置は、メイン噴射の後にアフタ噴射を複数回実施し、且つ、メイン噴射の後にアフタ噴射を複数回実施する中で燃料の貫徹力が異なるアフタ噴射を含んで実
施することができる。

すなわち、アフタ噴射を複数回に分けて実施することもできる。アフタ噴射を複数回に分けて実施することにより、それぞれのアフタ噴射時に燃料の貫徹力を変えることができる。ここで、上記したように、内燃機関の回転速度が低いときにアフタ噴射を実施すると、燃焼ガスの攪乱による効果よりも、気筒中心側の酸素を利用する効果のほうが大きくなる。そして、内燃機関の回転速度が高くなるにしたがって、燃焼ガスの攪乱による効果も高くなっていく。このため、内燃機関の回転速度が第二所定速度以上で且つ第一所定速度未満の場合には、燃焼ガスの攪乱による効果と、気筒中心側の酸素を利用する効果と、を夫々得ることができる。しかし、アフタ噴射を分けずに１回だけ行う場合には、アフタ噴射における燃料の貫徹力を高くする、又は、低くするだけしかできない。このため、一方の効果は大きくなるが、他方の効果は小さくなり、全体としてはスモークの低減効果が小さい。一方、アフタ噴射を複数回に分けて、貫徹力がメイン噴射よりも高い燃料噴射、貫徹力がメイン噴射よりも低い燃料噴射、貫徹力がメイン噴射と同じ燃料噴射、を組み合わせることにより、燃焼ガスの攪乱による効果と、気筒中心側の酸素を利用する効果と、を夫々得ることができるようになり、スモークの低減効果をより大きくすることができる。

また、前記制御装置は、前記内燃機関の回転速度が高くなるほど、アフタ噴射における燃料の貫徹力を高くすることができる。

ここで、内燃機関の回転速度が高くなるほど、煤の再酸化が行われる時間が短くなる。煤の再酸化を促進させるためには、アフタ噴射における燃料の貫徹力を高くすることが有効である。そして、機関回転速度が高くなるほど、煤の再酸化が行われる時間が短くなるため、煤の再酸化を促進させる効果を大きくしたほうが、スモークを抑制し得る。一方、内燃機関の回転速度が低くなるほど、煤の再酸化が行われる時間が長くなるため、燃焼ガスの攪乱による効果が小さくなる一方で、気筒中心側の酸素を利用する効果が大きくなる。すなわち、アフタ噴射時に、内燃機関の回転速度が高くなるほど燃料の貫徹力を高くし、内燃機関の回転速度が低くなるほど燃料の貫徹力を低くすることで、アフタ噴射の効果をより大きくすることができる。なお、内燃機関の回転速度が高くなるほど、アフタ噴射における燃料の貫徹力を高くするときに、アフタ噴射の貫徹力を、内燃機関の回転速度に応じて段階的に高くしてもよいし、無段階に（連続的に）高くしてもよい。

また、前記制御装置は、前記アフタ噴射を複数回に分けて実施するときに、燃料の貫徹力がメイン噴射よりも高い噴射と、燃料の貫徹力がメイン噴射よりも低い噴射と、を含んで実施し、前記内燃機関の回転速度が高いほど、アフタ噴射における燃料噴射量の総量に対する、前記燃料の貫徹力がメイン噴射よりも高い噴射における燃料噴射量の比を高くすることができる。

ここで、内燃機関の回転速度が高くなるほど、煤の再酸化が行われる時間が短くなる。煤の再酸化を促進させるためには、アフタ噴射における燃料の貫徹力を高くすることが有効である。一方、内燃機関の回転速度が低い場合には、気筒中心側の酸素を利用したほうがスモークを低減する効果が高い。そして、機関回転速度が高くなるほど、煤の再酸化が行われる時間が短くなるため、煤の再酸化を促進させる効果を大きくしたほうが、スモークを抑制し得る。すなわち、アフタ噴射時に、内燃機関の回転速度が高くなるほど、貫徹力の高い燃料の噴射量をより多くすることにより、アフタ噴射の効果をより大きくすることができる。なお、上記燃料噴射量の比は、内燃機関の回転速度に応じて段階的に大きくしてもよいし、無段階に（連続的に）大きくしてもよい。

また、前記制御装置は、アフタ噴射を実施するときに前記燃料噴射弁のニードルの開弁速度を高くすることにより、アフタ噴射における燃料の貫徹力を高くすることができる。

ここで、ニードルの開弁速度を高くすることにより、燃料の通路の断面積を速やかに増加させることができるので、燃料の貫徹力を速やかに高くすることができる。一方、ニードルの開弁速度を低くすることにより、燃料の通路の断面積を緩やかに増加させることができるので、燃料の貫徹力を緩やかに高くすることができる。したがって、アフタ噴射時にニードルの開弁速度を調整することにより、燃料の貫徹力を調整することができる。

また、前記制御装置は、アフタ噴射を実施するときに前記燃料の圧力を高くすることにより、アフタ噴射における燃料の貫徹力を高くすることができる。

燃料の圧力を高くすることにより、燃料の貫徹力を高くすることができる。したがって、アフタ噴射時に、燃料の圧力を調整することにより、燃料の貫徹力を調整することができる。

同様に、前記制御装置は、アフタ噴射を実施するときに前記燃料噴射弁のニードルの開弁速度を低くすることにより、アフタ噴射における燃料の貫徹力を低くすることができる。

また、前記制御装置は、アフタ噴射を実施するときに前記燃料の圧力を低くすることにより、アフタ噴射における燃料の貫徹力を低くすることができる。

本発明によれば、アフタ噴射をより効果的に活用することができる。

実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。機関回転速度と、燃料噴射量と、アフタ噴射が行われる領域と、の関係を示した図である。（Ａ）は第一領域Ｒ１の場合の燃料噴射弁のニードルのリフト量の推移を示したタイムチャートであり、（Ｂ）は第二領域Ｒ２の場合の燃料噴射弁のニードルのリフト量の推移を示したタイムチャートであり、（Ｃ）は第三領域Ｒ３の場合の燃料噴射弁のニードルのリフト量の推移を示したタイムチャートである。実施例１に係るアフタ噴射燃料の貫徹力を決定するフローを示したフローチャートである。第一領域Ｒ１及び第三領域Ｒ３を設けた場合の機関回転速度と、燃料噴射量と、アフタ噴射が行われる領域と、の関係を示した図である。実施例２に係るアフタ噴射燃料の貫徹力を決定するフローを示したフローチャートである。（Ａ）は第一領域Ｒ１の場合の燃料の圧力と、燃料の噴射率と、の推移を示したタイムチャートであり、（Ｂ）は第二領域Ｒ２の場合の燃料の圧力と、燃料の噴射率と、の推移を示したタイムチャートであり、（Ｃ）は第三領域Ｒ３の場合の燃料の圧力と、燃料の噴射率と、の推移を示したタイムチャートである。実施例３に係るアフタ噴射燃料の貫徹力を決定するフローを示したフローチャートである。実施例４に係るアフタ噴射燃料の貫徹力を決定するフローを示したフローチャートである。機関回転速度と、アフタ噴射における低貫徹力の燃料噴射量及び高貫徹力の燃料噴射量と、の関係を示した図である。（Ａ）は機関回転速度が低い場合の第二領域Ｒ２における燃料の噴射率の推移を示したタイムチャートであり、（Ｂ）は機関回転速度が高い場合の第二領域Ｒ２における燃料の噴射率の推移を示したタイムチャートである。実施例５に係るアフタ噴射燃料の貫徹力を決定するフローを示したフローチャートである。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を示す図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は、ディーゼル機関である。内燃機関１は例えば車両に搭載される。内燃機関１の気筒２には、ピストン３が備わる。ピストン３の上面には、ピストン内部に向かって凹むキャビティ３１が形成されている。

内燃機関１には、気筒２内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁４が設けられている。燃料噴射弁４はコモンレール５に接続され、該コモンレール５は燃料供給管６を介して燃料ポンプ７と連通している。燃料噴射弁４には圧力調整機構８が設けられており、該圧力調整機構８により燃料の圧力が調整される。なお、本実施例においては燃料噴射弁４から噴射する燃料の圧力を調整できればよいため、圧力調整機構８により燃料の圧力を調整する代わりに、燃料ポンプ７における燃料の圧縮率を変化させることにより燃料の圧力を調整してもよい。また、コモンレール５に燃料の圧力を調整する機構を設け、該コモンレール５において燃料の圧力を調整してもよい。これら燃料の圧力を調整する構成は周知であるため説明は省略する。

燃料噴射弁４には、噴孔４１を開閉するニードル４２、及び、ニードル４２を上下させる動弁機構４３が備わる。燃料噴射弁４には、例えば直動式の燃料噴射弁を採用することができる。動弁機構４３は、例えばピエゾ素子を備えており、このピエゾ素子に通電することによりニードル４２が開弁される。なお、本実施例では、ニードル４２を上下させ、且つ、ニードル４２の開弁速度を変化させる機構が燃料噴射弁４に備わっていればよい。このようなニードル４２の開弁速度を変更可能な構成は周知のため説明は省略する。また、本実施例に係る燃料噴射弁４は、ニードル４２の開弁速度を少なくとも３段階に変化させることが可能なものとする。燃料噴射弁４は、ニードル４２の開弁速度を無段階に変更することができるものであってもよい。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。ＥＣＵ１０には、運転者がアクセルペダルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１７、および機関回転速度を検知するクランクポジションセンサ１８が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。一方、ＥＣＵ１０には、圧力調整機構８及び動弁機構４３が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。なお、ＥＣＵ１０は、燃料噴射弁４の動弁機構４３を制御しているが、以下では、ＥＣＵ１０が燃料噴射弁４を制御しているものとする。ＥＣＵ１０は、圧力調整機構８を操作することにより、燃料の圧力を調整する。さらに、ＥＣＵ１０は、動弁機構４３を操作することにより、ニードル４２の開弁速度を調整する。

ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転速度及びアクセル開度）に基づ
いて、燃料噴射弁４からの燃料噴射量及び燃料噴射時期、燃料の圧力を決定する。なお、内燃機関１の運転状態と、燃料噴射量及び燃料噴射時期、燃料の圧力と、の関係は、予め実験等により求めてマップ化され、ＥＣＵ１０に記憶されている。このマップは、気筒内の空燃比が目標空燃比となるように設定されており、この目標空燃比は、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転速度及びアクセル開度）に応じて設定される空燃比である。

ここで、本実施例に係る内燃機関１では、少なくとも一部の運転領域において、メイン噴射の後にアフタ噴射を実施する。アフタ噴射は、メイン噴射時に噴射される燃料（以下、メイン噴射燃料という。）が燃焼しているときの燃焼後期に実施される燃料噴射である。したがって、アフタ噴射は、該アフタ噴射時に噴射される燃料（以下、アフタ噴射燃料という。）がメイン噴射燃料の燃焼ガスにより燃焼可能な時期に行われている。アフタ噴射による燃料がキャビティ３１内に噴射されるように、アフタ噴射を行う時期を決定してもよい。アフタ噴射は、例えば、スモークの発生を抑制するために実施される。

ここで、ディーゼル機関では、メイン噴射燃料が気筒壁面側で滞留しつつ燃焼している場合がある。そして、アフタ噴射燃料の貫徹力が高くなるほど、アフタ噴射燃料がより遠くへ、より速く到達するため、気筒壁面側で滞留している燃焼ガスをアフタ噴射燃料によって速やかに攪乱することができる。これにより、燃料と空気との混合を促進させることができるので、燃焼速度を向上させることができる。このため、燃焼期間を短縮することができるので、等容度を高くすることができ、その結果、燃費を向上させることができる。また、燃焼の促進により煤の再酸化を促進させることができるため、スモークを低減させることもできる。スモークを低減すれば、より多くの熱を発生させることができるため、これによっても燃費を向上させることができる。このようなアフタ噴射の効果は、アフタ噴射燃料の貫徹力を高くすることでより顕著となる。

一方、アフタ噴射燃料の貫徹力を低くすることにより、スモークを低減し、燃費を向上させることができる場合もある。貫徹力が低い燃料は気筒中心側で燃焼する。ここで、ディーゼル機関では、メイン噴射燃料が主に気筒壁面側で燃焼しているときには、気筒壁面側よりも気筒中心側のほうが酸素濃度が高い。この場合、アフタ噴射燃料の貫徹力を低くすることで、アフタ噴射燃料を、酸素濃度が高い気筒中心側でより多く燃焼させることができる。このように、気筒２に残存する酸素を効率よく利用することで、スモークを低減させることができ、且つ、燃費を向上させることができる。

そして、本実施例においては、ニードル４２の開弁速度を調整することにより、燃料の貫徹力を調整している。ここで、燃料噴射弁４のニードル４２が閉じているときには、該ニードル４２が燃料噴射弁４の内壁面に接することで、燃料の通路を遮断している。このときには、ニードル４２と燃料噴射弁４の内壁面との間を燃料が通ることができない。一方、燃料噴射弁４のニードル４２が開いた初期の段階では、ニードル４２が燃料噴射弁４の内壁面から離れて、ニードル４２と燃料噴射弁４の内壁面との距離が徐々に増加していく。すなわち、ニードル４２の先端部が上昇するにしたがって、ニードル４２の先端部と燃料噴射弁４の内壁面との距離が大きくなる。このため、燃料噴射弁４内の燃料の通路の断面積が徐々に増加していく。燃料の通路の断面積が大きいほど、単位時間あたりに流通可能な燃料の量が多くなるため、単位時間当たりの燃料噴射量が多くなる。単位時間当たりの燃料噴射量が多いほど、燃料の貫徹力が高くなるため、燃料がより遠くへより速やかに到達する。したがって、ニードル４２の開弁速度を高くすることにより、燃料の通路の断面積を速やかに増加させることができるので、燃料の貫徹力を速やかに高くすることができる。このため、燃焼ガスの攪乱を促進させることができる。

一方、ニードル４２の開弁速度を低くすることにより、燃料噴射弁４内の燃料の通路の断面積が緩やかに増加するので、単位時間当たりの燃料噴射量が少ない期間が長くなる。
すなわち、燃料の貫徹力が低い期間が長くなる。そして、貫徹力が低い燃料を噴射することで、燃料を気筒中心側で燃焼させることができる。すなわち、アフタ噴射燃料の貫徹力を低くすることで、アフタ噴射燃料を、酸素濃度が高い気筒中心側でより多く燃焼させることができる。

なお、ニードル４２のリフト量がある程度大きくなった後では、単位時間当たりの燃料噴射量が一定となるため、ニードル４２の開弁速度によらず燃料の貫徹力は同じになる。すなわち、燃料の貫徹力は、ニードル４２のリフト量がある程度大きくなるまでの期間では、ニードル４２の開弁速度に応じて変化するが、ニードル４２のリフト量がある程度大きくなった後では、ニードル４２の開弁速度によらず一定となる。アフタ噴射では燃料の噴射量が比較的少ないために、ニードル４２のリフト量がある程度大きくなる前に、ニードル４２が閉じられる場合が多い。すなわち、ニードル４２の開弁速度と、燃料の貫徹力と、で相関がある範囲でニードル４２が上下する。したがって、ニードル４２の開弁速度を調整することにより、燃料の貫徹力を調整することができる。なお、アフタ噴射の途中で単位時間当たりの燃料噴射量が一定となったとしても、それまではニードル４２の開弁速度と燃料の貫徹力とに相関があるため、本実施例の効果を得ることができる。

また、ニードル４２の開弁速度を高くしても、アフタ噴射の初期に噴射された燃料は、貫徹力が低いために気筒中心側で燃料が燃焼する。このため、ニードル４２の開弁速度を高くしても、気筒中心側の酸素の利用による効果を少しは得ることができる。一方、ニードル４２の開弁速度を低くしても、ニードル４２のリフト量がある程度大きくなった後には燃料の貫徹力が高くなるため、燃焼ガスが攪乱される。このため、ニードル４２の開弁速度を低くしても、燃焼ガスの攪乱による効果を少しは得ることができる。したがって、燃焼ガスの攪乱による効果と、気筒中心側の酸素の利用による効果とは、ニードル４２の速度によらず何れも得ることができる。ニードル４２の開弁速度を高くすることにより、燃焼ガスの攪乱による効果がより顕著になり、ニードル４２の開弁速度を低くすることにより、気筒中心側の酸素の利用による効果がより顕著になる。

ここで、アフタ噴射時の燃料の貫徹力を高くした場合と、低くした場合と、でどちらのほうがより大きな効果を得ることができるのかは、内燃機関１の運転状態によって決まる。例えば、機関回転速度が高いほど、メイン噴射が行われてから、排気弁が開くまでの時間が短くなる。このため、燃焼ガスが気筒２内に留まる時間が短くなるので、煤の再酸化が行われる時間が短くなる。ここで、仮に、内燃機関１の回転速度が高いときに、アフタ噴射時の燃料の貫徹力を低くすると、気筒中心側でアフタ噴射による燃料が燃焼し得るが、メイン噴射による燃料の燃焼ガス中の煤の再酸化が緩慢となり、スモークが発生する虞がある。したがって、機関回転速度が高い場合には、燃焼ガスの攪乱を行って燃焼速度を上昇させることで煤の再酸化を促進させるほうが、スモークの排出量が少なくなる。一方、機関回転速度が低い場合には、煤の再酸化が行われる時間を確保しやすいため、アフタ噴射時の燃料の貫徹力を高くしても効果は小さい。このため、機関回転速度が低い場合には、気筒中心側の酸素を利用したほうが、スモークの排出量が少なくなる。したがって、本実施例では、機関回転速度に応じて、アフタ噴射時の燃料の貫徹力を決定している。

ここで、図２は、機関回転速度と、燃料噴射量と、アフタ噴射が行われる領域と、の関係を示した図である。縦軸は、燃料噴射量に代えて、機関トルクとしてもよい。一点鎖線は全負荷を示している。アフタ噴射は、機関回転速度がＮＥ１以上で且つＮＥ４以下であって、燃料噴射量がＱ１以上で且つＱ２以下の運転領域で行われる。アフタ噴射は、主にスモークが発生し易い運転領域で行われる。アフタ噴射が行われる運転領域の中で、機関回転速度がＮＥ１以上で且つＮＥ２未満の領域を第一領域Ｒ１、機関回転速度がＮＥ２以上で且つＮＥ３未満の領域を第二領域Ｒ２、機関回転速度がＮＥ３以上で且つＮＥ４以下の領域を第三領域Ｒ３とする。

第一運転領域Ｒ１は、アフタ噴射が行われる運転領域の中で機関回転速度が比較的低い運転領域である。このため、第一領域Ｒ１では、アフタ噴射時に、燃料の攪乱を促進させるよりも、気筒中心側の酸素の利用を促進させるほうが、スモークの低減や燃費を向上させる効果が大きくなる。したがって、第一領域Ｒ１では、アフタ噴射燃料の貫徹力をメイン噴射燃料の貫徹力よりも低くして、気筒中心側の酸素の利用を促進させる。一方、第三運転領域Ｒ３は、アフタ噴射が行われる運転領域の中で機関回転速度が比較的高い運転領域である。このため、第三領域Ｒ３では、アフタ噴射時に、気筒中心側の酸素の利用を促進させるよりも、燃料の攪乱を促進させるほうが、スモークの低減や燃費を向上させる効果が大きくなる。したがって、第三領域Ｒ３では、アフタ噴射燃料の貫徹力をメイン噴射燃料の貫徹力よりも高くして燃焼ガスの攪乱を促進させる。第二運転領域Ｒ２は、アフタ噴射が行われる運転領域の中で機関回転速度が中程度の運転領域である。第二領域Ｒ２では、アフタ噴射を２回に分けて行う。なお、本実施例においてはＮＥ２が、本発明における第二所定速度に相当し、ＮＥ３が、本発明における第一所定速度に相当する。

第二領域Ｒ２では、燃焼ガスの攪乱と、気筒中心側の酸素の利用と、の両方の効果を得ることができる。このため、１回目のアフタ噴射（以下、第一アフタ噴射ともいう。）を行うときにはニードル４２の開弁速度をメイン噴射よりも低くし、２回目のアフタ噴射（以下、第二アフタ噴射ともいう。）を行うときにはニードル４２の開弁速度をメイン噴射よりも高くしている。すなわち、第一アフタ噴射ではメイン噴射よりも燃料の貫徹力を低くし、第二アフタ噴射ではメイン噴射よりも燃料の貫徹力を高くしている。なお、第一アフタ噴射と、第二アフタ噴射とで、何れの燃料の貫徹力が高くてもよい。すなわち、第一アフタ噴射ではメイン噴射よりも燃料の貫徹力を高くし、第二アフタ噴射ではメイン噴射よりも燃料の貫徹力を低くすることもできる。ただし、メイン噴射を行った直後であれば、メイン噴射燃料が気筒壁面側で燃焼しており、気筒中心側には比較的多くの酸素が残存していると考えられる。このため、第一アフタ噴射ではメイン噴射よりも燃料の貫徹力を低くすることで、気筒中心側に残存する酸素をより有効に活用することができる。

第一アフタ噴射における燃料噴射量（以下、第一アフタ噴射量ともいう。）と、第二アフタ噴射における燃料噴射量（以下、第二アフタ噴射量ともいう。）は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。なお、第一アフタ噴射量と、第二アフタ噴射量と、の比率は、固定値であってもよく、内燃機関の運転状態に応じて変化させてもよい。例えば、アフタ噴射量を二等分し、第一アフタ噴射量と、第二アフタ噴射量と、を同じ値にしてもよい。このようにして、燃料の攪乱による効果と、気筒中心側の酸素の利用による効果と、を夫々得ることができるため、アフタ噴射を分割しない場合よりも、スモークを低減することができ、且つ、燃費を向上させることができる。なお、ＮＥ１，ＮＥ２，ＮＥ３，ＮＥ４，Ｑ１，Ｑ２は、スモークを抑制し且つ燃費を向上させる値として、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

図３は、燃料噴射弁４のニードル４２のリフト量の推移を示したタイムチャートである。図３（Ａ）は第一領域Ｒ１の場合を示し、図３（Ｂ）は第二領域Ｒ２の場合を示し、図３（Ｃ）は第三領域Ｒ３の場合を示している。図３では、メイン噴射の前にパイロット噴射が行われ、メイン噴射の後にアフタ噴射が行われている。ニードル４２の開弁速度が高いと、図３におけるリフト量の傾きが大きくなる。

本実施例においては、図３（Ａ）に示されるように、第一領域Ｒ１のアフタ噴射では、リフト量の傾きが小さく、燃料の貫徹力が低い。一方、図３（Ｃ）に示されるように、第三領域Ｒ３のアフタ噴射では、第一領域Ｒ１のアフタ噴射よりもリフト量の傾きが大きく、燃料の貫徹力が高い。さらに、図３（Ｂ）に示されるように、第二領域Ｒ２のアフタ噴射では、１回目のアフタ噴射のリフト量の傾きがメイン噴射より小さく、燃料の貫徹力が
低い。さらに、２回目のアフタ噴射のリフト量の傾きがメイン噴射より大きく、燃料の貫徹力が高い。

図４は、本実施例に係るアフタ噴射燃料の貫徹力を決定するフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により燃焼サイクル毎に実行される。なお、本実施例において図４に示したフローチャートを実行するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。

ステップＳ１０１では、内燃機関１の運転状態が検出される。本ステップでは、機関回転速度及び燃料噴射量が検出される。燃料噴射量は、アクセル開度と相関関係にあるため、燃料噴射量に代えてアクセル開度を検出してもよい。なお、燃料噴射量は、パイロット噴射、メイン噴射、アフタ噴射を合わせた燃料の量である。機関回転速度及び燃料噴射量は、内燃機関１の運転領域を求めるときに利用される。ステップＳ１０１の処理が終了すると、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２では、燃料噴射量がアフタ噴射を行う領域にあるか否か判定される。すなわち、燃料噴射量が図２におけるＱ１以上で且つＱ２以下であるか否か判定される。なお、アフタ噴射を実施する領域は、予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。なお、ステップＳ１０２で否定判定がなされた場合には、アフタ噴射が行われない。

ステップＳ１０３では、機関回転速度がアフタ噴射を行う領域にあるか否か判定される。すなわち、機関回転速度が図２におけるＮＥ１以上で且つＮＥ４以下であるか否か判定される。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本フローチャートを終了させる。なお、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合には、アフタ噴射が行われない。

ステップＳ１０４では、機関回転速度が第二領域Ｒ２の下限値よりも低いか否か判定される。すなわち、機関回転速度が、図２におけるＮＥ２よりも低いか否か判定される。本ステップでは、内燃機関１の運転領域が第一領域Ｒ１であるか否か判定している。ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合には、内燃機関１の運転領域が第一領域Ｒ１であり、一方、否定判定がなされた場合には、内燃機関１の運転領域が第二領域Ｒ２または第三領域Ｒ３である。ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、アフタ噴射燃料の貫徹力が低くされる。このステップＳ１０５では、アフタ噴射時のニードル４２の開弁速度がメイン噴射時のニードル４２の開弁速度よりも低くなるように設定される。すなわち、本ステップでは、アフタ噴射時のニードル４２の開弁速度が、第一領域Ｒ１に応じた値に設定される。ステップＳ１０５の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。

一方、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０６へ進む。ステップＳ１０６では、機関回転速度が第三領域Ｒ３の下限値以上であるか否か判定される。すなわち、機関回転速度が、図２におけるＮＥ３以上であるか否か判定される。本ステップでは、内燃機関１の運転領域が第三領域Ｒ３であるか否か判定している。ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合には、内燃機関１の運転領域が第三領域Ｒ３であり、一方、否定判定がなされた場合には、内燃機関１の運転領域が第二領域Ｒ２である。

ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、アフタ噴射燃料の貫徹力が高くされる。このステップＳ１０７では、アフタ噴射時のニードル４２の開弁速度がメイン噴射時のニードル４２の開弁速度よりも高くなるように設定される。す
なわち、本ステップでは、アフタ噴射時のニードル４２の開弁速度が、第三領域Ｒ３に応じた値に設定される。ステップＳ１０７の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。

また、ステップＳ１０６で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進み、アフタ噴射が２回に分けて実施される。第一アフタ噴射時のニードル４２の開弁速度をメイン噴射時のニードル４２の開弁速度よりも低くし、第二アフタ噴射時のニードル４２の開弁速度をメイン噴射時のニードル４２の開弁速度よりも高くする。すなわち、本ステップでは、第二領域Ｒ２に応じたアフタ噴射を行う。ステップＳ１０８の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。

なお、本実施例では、アフタ噴射を行う運転領域を、第一領域Ｒ１、第二領域
Ｒ２、第三領域Ｒ３に分けているが、第二領域Ｒ２を設けないこともできる。すなわち、アフタ噴射燃料の貫徹力をメイン噴射燃料の貫徹力よりも低くする第一領域Ｒ１と、アフタ噴射燃料の貫徹力をメイン噴射燃料の貫徹力よりも高くする第三領域Ｒ３とに分けてもよい。図５は、第一領域Ｒ１及び第三領域Ｒ３を設けた場合の機関回転速度と、燃料噴射量と、アフタ噴射が行われる領域と、の関係を示した図である。縦軸は、燃料噴射量に代えて、機関トルクとしてもよい。一点鎖線は全負荷を示している。アフタ噴射は、機関回転速度がＮＥ１以上で且つＮＥ４以下であって、燃料噴射量がＱ１以上で且つＱ２以下の運転領域で行われる。アフタ噴射が行われる運転領域の中で、機関回転速度がＮＥ１以上で且つＮＥ２（ＮＥ３としてもよい。）未満の領域を第一領域Ｒ１、機関回転速度がＮＥ２（ＮＥ３としてもよい。）以上で且つＮＥ４以下の領域を第三領域Ｒ３としている。このように、第二領域２を設けない場合であっても、第一領域Ｒ１において、アフタ噴射燃料の貫徹力をメイン噴射燃料の貫徹力よりも低くすることにより、気筒中心側の酸素の利用を促進させることができる。さらに、第三領域Ｒ３において、アフタ噴射燃料の貫徹力をメイン噴射燃料の貫徹力よりも高くすることで、燃焼ガスの攪乱を促進させることができる。よって、スモークを低減したり、燃費を向上させたりすることができる。

なお、第二領域Ｒ２を設けない場合には、ＮＥ２とＮＥ３とが等しいと考えて、図４に示したフローチャートにおいて、ステップＳ１０６及びステップＳ１０８を行わない。そして、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合にステップＳ１０７へ進む。

なお、本実施例では、アフタ噴射燃料の貫徹力を、メイン噴射燃料の貫徹力よりも、高くする場合と低くする場合とについて説明している。すなわち、燃料の貫徹力はメイン噴射を合わせて３通りあり、ニードル４２の開弁速度を３段階に変化させている。一方、ニードル４２の開弁速度を４段階以上、または、無段階に変化させることができる燃料噴射弁４を用いている場合には、ニードル４２の開弁速度を３段階に変化させることに代えて、ニードル４２の開弁速度を４以上の段階に変化させてもよいし、無段階に変化させてもよい。そして、機関回転速度が高くなるほど、アフタ噴射燃料の貫徹力が高くなるように、ニードル４２の開弁速度を高くしてもよい。この場合、図５に示したように、第二領域Ｒ２を設けなくてもよい。

例えば、機関回転速度がＮＥ２（ＮＥ３としてもよい。）よりも低い場合には、メイン噴射燃料の貫徹力よりもアフタ噴射燃料の貫徹力を低くし、且つ、機関回転速度が高いほど、アフタ噴射燃料の貫徹力を高くする。さらに、機関回転速度がＮＥ２（ＮＥ３としてもよい。）以上の場合には、メイン噴射燃料の貫徹力よりもアフタ噴射燃料の貫徹力を高くし、且つ、機関回転速度が高いほど、アフタ噴射燃料の貫徹力を高くする。さらに、アフタ噴射を行う運転領域を、第一領域Ｒ１、第二領域Ｒ２、第三領域Ｒ３に分けずに、単に、機関回転速度が高いほど、アフタ噴射燃料の貫徹力を高くしてもよい。ここで、上記したように、機関回転速度が高くなるほど、煤の再酸化が行われる時間が短くなる。そし
て、機関回転速度が高くなるほど、煤の再酸化が行われる時間が短くなるため、煤の再酸化を促進させる効果を大きくしたほうが、スモークを抑制し得る。一方、機関回転速度が低くなるほど、気筒中心側の酸素を利用する効果が大きくなる。すなわち、アフタ噴射時に、内燃機関の回転速度が高くなるほど燃料の貫徹力を高くし、内燃機関の回転速度が低くなるほど燃料の貫徹力を低くすることで、アフタ噴射の効果をより大きくすることができる。

さらに、第二領域Ｒ２を設けた場合に、第一領域Ｒ１及び第三領域Ｒ３のみにおいて機関回転速度が高くなるほど燃料の貫徹力を高くしてもよい。また、第一領域Ｒ１、第二領域Ｒ２、第三領域Ｒ３の少なくとも１つの領域で、機関回転速度が高くなるほど、アフタ噴射燃料の貫徹力を高くしてもよい。また、第二領域Ｒ２では、いずれか一方のアフタ噴射の貫徹力を機関回転数に応じて変化させてもよく、両方のアフタ噴射の貫徹力を機関回転数に応じて変化させてもよい。このように、機関回転速度が高いほど、燃料の貫徹力を高くすることで、スモークの抑制や燃費向上のための適切な燃料の貫徹力を設定することができる。

以上説明したように本実施例では、内燃機関１の運転領域に応じてニードル４２の開弁速度を変更することによって、燃料の貫徹力を調整している。そして、機関回転速度が高いときにはアフタ噴射燃料の貫徹力をメイン噴射燃料の貫徹力よりも高くすることにより、燃焼ガスの攪乱を促進することができる。これにより、燃焼の促進が可能となり、スモークの発生を抑制したり、燃費を向上したりすることができる。一方、機関回転速度が低いときにはアフタ噴射燃料の貫徹力をメイン噴射燃料の貫徹力よりも低くすることにより、気筒中心側の酸素の利用を促進することができる。これにより、燃焼の促進が可能となり、スモークの発生を抑制したり、燃費を向上したりすることができる。

なお、本実施例では、第二領域Ｒ２においてアフタ噴射を２回に分けて行っているが、第一領域Ｒ１においてもアフタ噴射を２回以上に分けて行うこともできる。ここで、ニードル４２の開弁速度を低くしても、開弁時間が長くなるとニードル４２のリフト量が大きくなるため、燃料噴射弁４内の燃料の通路の断面積が大きくなる。このため、燃料の貫徹力が高くなる。一方、燃料の貫徹力が高くなる前に１回目のアフタ噴射を終わらせ、その後に、２回目のアフタ噴射を行うことにより、２回目のアフタ噴射において、再度、貫徹力の低い燃料を噴射することができる。したがって、全体として、貫徹力の低い燃料をより多く噴射することが可能となるため、気筒中心側の酸素の利用をさらに促進し得る。さらに、何れの領域であっても、アフタ噴射量に応じてアフタ噴射を２回以上に分けて行ってもよい。

また、本実施例では、機関回転数に応じてアフタ噴射燃料の貫徹力を変化させているが、さらに、燃料噴射量（機関負荷または機関トルクとしてもよい。）を考慮してアフタ噴射燃料の貫徹力を変化させてもよい。同様に、燃料噴射量を考慮してアフタ噴射を分割するか否か、または、アフタ噴射を分割する回数を決定してもよい。機関回転速度及び燃料噴射量と、アフタ噴射燃料の貫徹力、分割回数、アフタ噴射燃料量と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めてマップ化しておいてもよい。また、本実施例では、燃料噴射弁４が気筒２の中心軸上に設けられていることを前提として説明しているため、アフタ噴射時の燃料の貫徹力を低くする効果として、気筒中心側の酸素を利用することを挙げているが、燃料噴射弁４が気筒中心軸上に設けられていない場合もある。このような場合であっても、燃料噴射弁４の近くでは酸素濃度が高いため、アフタ噴射時の燃料の貫徹力を低くすることにより、アフタ噴射による燃料を酸素濃度が高い箇所において燃焼させることができる。

＜実施例２＞
本実施例では、アフタ噴射時において、機関回転速度に応じてニードル４２の開弁速度を無段階に変化させる場合の制御について説明する。その他の装置等は実施例１と同じため説明を省略する。図６は、本実施例に係るアフタ噴射燃料の貫徹力を決定するフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により燃焼サイクル毎に実行される。上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例において図６に示したフローチャートを実行するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。

図６に示したフローチャートでは、ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、機関回転速度に応じてアフタ噴射時の燃料の貫徹力が設定される。すなわち、機関回転速度に応じて、アフタ噴射時の燃料噴射弁４のニードル４２の開弁速度が設定される。機関回転速度と、アフタ噴射時のニードル４２の開弁速度との関係は、スモークの抑制及び燃費の向上を実現できるように予め実験またはシミュレーション等により求めておく。この関係は、予めマップ化しておいてもよい。ステップＳ２０１では、機関回転速度が高くなるほど、アフタ噴射時のニードル４２の開弁速度が高くなるように設定される。また、機関回転速度が低い側では、アフタ噴射燃料の貫徹力がメイン噴射燃料の貫徹力よりも低くなるようにし、機関回転速度が高い側では、アフタ噴射燃料の貫徹力がメイン噴射燃料の貫徹力よりも高くなるようにする。ステップＳ２０１の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。このように、内燃機関１の運転領域に応じてニードル４２の開弁速度を無段階に変更することによっても、燃料の貫徹力を調整することができる。

＜実施例３＞
実施例１では、ニードル４２の開弁速度を調整することにより、燃料の貫徹力を調整している。一方、本実施例では、燃料の圧力を調整することにより、燃料の貫徹力を調整する。その他の装置等は上記実施例と同じため、説明を省略する。実施例１で説明したように、燃料の圧力は、圧力調整機構８、燃料ポンプ７、コモンレール５の何れで調整してもよい。

ここで、燃料の貫徹力は、ニードル４２の開弁速度によって変わるが、燃料の圧力によっても変わる。すなわち、燃料の圧力が高くなるほど、単位時間あたりの燃料噴射量が増加し、燃料の貫徹力が高くなる。したがって、第一領域Ｒ１において、アフタ噴射時にメイン噴射時よりも燃料の圧力を低くすることで、燃料の貫徹力を低くすることができる。これにより、気筒中心側の酸素の利用を促進させることができる。一方、第三領域Ｒ３において、アフタ噴射時にメイン噴射時よりも燃料の圧力を高くすることで、燃料の貫徹力を高くすることができる。これにより、燃焼ガスの攪乱を促進させることができる。なお、本実施例に係る内燃機関１では、機関回転速度が高いほど、メイン噴射時の燃料の圧力が高くなる。本実施例では、アフタ噴射時の燃料の圧力を、機関回転速度に応じて変化するメイン噴射時の燃料の圧力に対して、高くしたり、または、低くしたりしている。

また、第二領域Ｒ２では、アフタ噴射を２回に分けて、一方のアフタ噴射時の燃料の圧力を他方のアフタ噴射時の燃料の圧力よりも高くする。例えば、第一アフタ噴射時の燃料の圧力をメイン噴射時の燃料の圧力と同じとし、第二アフタ噴射時の燃料の圧力をメイン噴射時の燃料の圧力よりも高くする。なお、この順番は逆であってもよい。また、一方のアフタ噴射時の燃料の圧力をメイン噴射時の燃料の圧力よりも低くし、他方のアフタ噴射時の燃料の圧力をメイン噴射時の燃料の圧力と同じとしてもよい。さらに、一方のアフタ噴射時の燃料の圧力をメイン噴射時の燃料の圧力よりも低くし、他方のアフタ噴射時の燃料の圧力をメイン噴射時の燃料の圧力よりも高くしてもよい。このようにして、機関回転速度に応じた燃料の貫徹力を設定することができる。夫々のアフタ噴射における燃料の圧力及び燃料噴射量は、予め実験またはシミュレーション等により求めることができる。

第二領域Ｒ２におけるアフタ噴射時の燃料噴射量については、実施例１と同じように考えることができる。また、アフタ噴射燃料の貫徹力を実施例１と同様に考えて変化させることができる。すなわち、第二領域Ｒ２を設けないこともできるし、アフタ噴射を行う運転領域において、機関回転速度が高くなるほど、アフタ噴射燃料の貫徹力を高くすることもできる。

図７は、燃料の圧力と、燃料の噴射率と、の推移を示したタイムチャートである。燃料の噴射率は、単位時間当たりの燃料の噴射量である。図７（Ａ）は第一領域Ｒ１の場合を示し、図７（Ｂ）は第二領域Ｒ２の場合を示し、図７（Ｃ）は第三領域Ｒ３の場合を示している。図７では、メイン噴射の前にパイロット噴射が行われ、メイン噴射の後にアフタ噴射が行われている。

図７（Ａ）に示されるように、第一領域Ｒ１のアフタ噴射では、メイン噴射が完了した後であって、アフタ噴射が開始される前から燃料の圧力が低下され、アフタ噴射が完了した後に燃料の圧力が元に戻される。このため、アフタ噴射時の燃料の圧力がメイン噴射時の燃料の圧力よりも低い。そして、アフタ噴射時に燃料の圧力が減少されることにより、アフタ噴射燃料の噴射率が緩やかに高くなり、燃料の貫徹力が低くなる。

一方、図７（Ｃ）に示されるように、第三領域Ｒ３のアフタ噴射では、メイン噴射が完了した後であって、アフタ噴射が開始される前から燃料の圧力が増加され、アフタ噴射が完了した後に燃料の圧力が元に戻される。このため、アフタ噴射時の燃料の圧力がメイン噴射時の燃料の圧力よりも高い。そして、アフタ噴射時に燃料の圧力が増加されることにより、アフタ噴射燃料の噴射率が急激に高くなり、燃料の貫徹力が高くなる。

さらに、図７（Ｂ）に示されるように、第二領域Ｒ２では、アフタ噴射を２回に分け、第一アフタ噴射が完了した後であって、第二アフタ噴射が開始される前から燃料の圧力が増加され、第二アフタ噴射が完了した後に燃料の圧力が元に戻される。すなわち、第一アフタ噴射燃料よりも第二アフタ噴射燃料の貫徹力を高くしている。

なお、各領域におけるアフタ噴射時の燃料の圧力は、スモークの抑制や燃費の向上を実現できるように予め実験またはシミュレーション等により求めておく。

図８は、本実施例に係るアフタ噴射燃料の貫徹力を決定するフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により燃焼サイクル毎に実行される。上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例において図８に示したフローチャートを実行するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。

図８に示したフローチャートでは、ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にステップＳ３０１へ進み、アフタ噴射時の燃料の貫徹力が低くされる。このステップＳ３０１では、アフタ噴射時の燃料の圧力がメイン噴射時の燃料の圧力よりも低くなるように設定される。すなわち、本ステップでは、アフタ噴射時に、第一領域Ｒ１に応じた燃料の圧力に設定される。ステップＳ３０１の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。

また、ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０２へ進み、アフタ噴射時の燃料の貫徹力が高くされる。このステップＳ３０２では、アフタ噴射時の燃料の圧力がメイン噴射時の燃料の圧力よりも高くなるように設定される。すなわち、本ステップでは、アフタ噴射時に第三領域Ｒ３に応じた燃料の圧力に設定される。ステップＳ３０２の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。

一方、ステップＳ１０６で否定判定がなされた場合にはステップＳ３０３へ進み、アフタ噴射が２回に分けて実施される。このときに、例えば、一方のアフタ噴射時の燃料の圧力をメイン噴射時の燃料の圧力と同じとし、他方のアフタ噴射時の燃料の圧力をメイン噴射時の燃料の圧力よりも高くする。すなわち、本ステップでは、第二領域Ｒ２に応じたアフタ噴射を行う。ステップＳ３０３の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。

なお、第二領域Ｒ２を設けない場合には、ＮＥ２とＮＥ３とが等しいと考えて、ステップＳ１０４で否定判定がなされた場合にステップＳ３０２へ進む。この場合、ステップＳ１０６及びステップＳ３０３は行わない。

以上説明したように、本実施例では、アフタ噴射時の燃料の圧力を調整することによって、燃料の貫徹力を調整している。そして、機関回転速度が高いときには燃料の貫徹力を高くすることにより、燃焼ガスの攪乱を促進させることができる。これにより、燃焼の促進が可能となり、スモークの発生を抑制したり、燃費を向上したりすることができる。一方、機関回転速度が低いときには燃料の貫徹力を低くすることにより、気筒中心側の酸素の利用を促進することができる。これにより、燃焼の促進が可能となり、スモークを抑制したり、燃費を向上したりすることができる。

＜実施例４＞
本実施例では、アフタ噴射時において、機関回転速度に応じてアフタ噴射時の燃料の圧力を無段階に変化させる場合の制御について説明する。その他の装置等は上記実施例と同じため説明を省略する。図９は、本実施例に係るアフタ噴射燃料の貫徹力を決定するフローを示したフローチャートである。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により燃焼サイクル毎に実行される。上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例において図９に示したフローチャートを実行するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。

図９に示したフローチャートでは、ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にステップＳ４０１へ進む。ステップＳ４０１では、機関回転速度に応じてアフタ噴射時の燃料の貫徹力が設定される。すなわち、機関回転速度に応じて、アフタ噴射時の燃料の圧力が設定される。機関回転速度と、アフタ噴射時の燃料の圧力との関係は、スモークの抑制及び燃費の向上を実現できるように予め実験またはシミュレーション等により求めておく。ステップＳ４０１では、機関回転速度が高くなるほど、メイン噴射時の燃料の圧力に対する、アフタ噴射時の燃料の圧力の比が、高くなるように設定される。ステップＳ４０１の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。このように、アフタ噴射時の燃料の圧力を無段階に調整することによっても、燃料の貫徹力を調整することができる。

＜実施例５＞
上記実施例では、アフタ噴射量を例えば二等分している。一方、本実施例では、アフタ噴射を第一アフタ噴射と第二アフタ噴射とに分けて行う場合に、第一アフタ噴射燃料の貫徹力と、第二アフタ噴射燃料の貫徹力と、を機関回転速度に基づいて決定する。具体的には、機関回転速度が高いほど、低貫徹力のアフタ噴射量の比率を低くし、高貫徹力のアフタ噴射量の比率を高くする。なお、高貫徹力のアフタ噴射と、低貫徹力のアフタ噴射と、の何れを先に行ってもよい。その他の装置等は上記実施例と同じため、説明を省略する。

図１０は、機関回転速度と、低貫徹力のアフタ噴射量及び高貫徹力のアフタ噴射量と、の関係を示した図である。要求アフタ噴射量は、アフタ噴射全体の燃料噴射量であって内燃機関１の運転状態に基づいて決定されるアフタ噴射量である。要求アフタ噴射量は、ス
モークを抑制したり燃費を向上したりできるように予め実験またはシミュレーション等により求めておく。

機関回転速度がＮＥ１以上で且つＮＥ２未満の場合には、低貫徹力のアフタ噴射が１回だけ行われる。また、機関回転速度がＮＥ３以上でＮＥ４以下の場合には、高貫徹力のアフタ噴射が１回だけ行われる。機関回転速度がＮＥ２以上で且つＮＥ３未満の場合に、低貫徹力のアフタ噴射と高貫徹力のアフタ噴射との２回のアフタ噴射が行われる。なお、第一アフタ噴射量と、第二アフタ噴射量との合計が要求アフタ噴射量となる。すなわち、低貫徹力のアフタ噴射量と、高貫徹力のアフタ噴射量との合計が、要求アフタ噴射量となる。そして、機関回転速度が高くなるほど、要求アフタ噴射量に対する高貫徹力のアフタ噴射量の比が高くなるように、低貫徹力のアフタ噴射量と高貫徹力のアフタ噴射量との比率（すなわち、第一アフタ噴射量と第二アフタ噴射量との比率）を変えている。図１０に示した関係は、スモークの抑制及び燃費の向上を実現できるように予め実験またはシミュレーション等により求めておく。

ここで、第二領域Ｒ２では、高貫徹力のアフタ噴射を行う効果、及び、低貫徹力のアフタ噴射を行う効果の何れも得ることができる。しかし、第二領域Ｒ２の中でも、機関回転速度が高いほど、煤の再酸化の時間が短くなるため、高貫徹力のアフタ噴射を行った場合の効果が大きくなり低貫徹力のアフタ噴射を行った場合の効果が小さくなる。したがって、機関回転速度が高いほど、高貫徹力のアフタ噴射量の比率を高くすることで、燃焼ガスの攪乱を促進させることができるため、煤の再酸化が行われる時間が短くなることにしたがって、燃焼速度を高めることができる。

図１１は、第二領域Ｒ２における燃料の噴射率の推移を示したタイムチャートである。図１１（Ａ）は機関回転速度が低い場合を示し、図１１（Ｂ）は機関回転速度が高い場合を示している。図１１では、メイン噴射の前にパイロット噴射が行われ、メイン噴射の後にアフタ噴射が行われている。

図１１（Ａ）に示されるように、第二領域Ｒ２において機関回転速度が低い場合のアフタ噴射では、低貫徹力の第一アフタ噴射量が、高貫徹力の第二アフタ噴射量よりも多い。このため、燃焼ガスの攪乱の効果よりも、気筒中心側の酸素の利用の効果が大きくなる。

一方、図１１（Ｂ）に示されるように、第二領域Ｒ２において機関回転速度が高い場合のアフタ噴射では、高貫徹力の第二アフタ噴射量が、低貫徹力の第一アフタ噴射量よりも多い。このため、気筒中心側の酸素の利用の効果よりも、燃焼ガスの攪乱の効果が大きくなる。

図１１に示したように、第二領域Ｒ２の中で、機関回転速度が比較的低い場合には、低貫徹力のアフタ噴射量が多く、高貫徹力のアフタ噴射量が少ない。一方、第二領域Ｒ２の中で、機関回転速度が比較的高い場合には、低貫徹力のアフタ噴射量が少なく、高貫徹力のアフタ噴射量が多い。低貫徹力のアフタ噴射では、燃料噴射率が緩やかに上昇するが、高貫徹力のアフタ噴射では、燃料噴射率が急激に上昇する。このため、機関回転速度が低いために低貫徹力のアフタ噴射量を多くした場合には、燃料噴射率の低い状態で噴射される燃料の量が多くなる。これにより、気筒中心側で燃焼する燃料がより多くなるため、気筒中心側に存在する酸素の利用を促進させることができる。一方、機関回転速度が高いために高貫徹力のアフタ噴射量を多くした場合には、燃料噴射率が高い状態で噴射される燃料の量が多くなる。これにより、気筒壁面側で燃焼している燃料を攪乱させることができるため、燃焼を促進させることができる。

図１２は、本実施例に係るアフタ噴射量を決定するフローを示したフローチャートであ
る。本フローチャートは、ＥＣＵ１０により燃焼サイクル毎に実行される。上記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。なお、本実施例において図１２に示したフローチャートを実行するＥＣＵ１０が、本発明における制御装置に相当する。

図１２に示すフローチャートでは、ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ５０１へ進む。ステップＳ５０１では、機関回転速度が第二領域Ｒ２の範囲内であるか否か判定される。すなわち、機関回転速度がＮＥ２以上で且つＮＥ３未満であるか否か判定される。本ステップでは、アフタ噴射を２回に分けて行うか否か判定している。

ステップＳ５０１で否定判定がなされた場合にはステップＳ５０２へ進む。ステップＳ５０２では、第一アフタ噴射量と、第二アフタ噴射量と、が夫々算出される。なお、本フローチャートでは、第一アフタ噴射を低貫徹力のアフタ噴射とし、第二アフタ噴射を高貫徹力のアフタ噴射として説明する。第一アフタ噴射と第二アフタ噴射とを合わせた燃料噴射量である要求アフタ噴射量は、内燃機関１の運転状態に基づいて決定される。さらに、第一アフタ噴射量と第二アフタ噴射量との比率は、図１０に示した関係から得る。図１０に示した関係は、予め求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。要求アフタ噴射を、図１０に示した比率で分けることにより、第一アフタ噴射量及び第二アフタ噴射量が夫々算出される。ステップＳ５０２の処理が終了すると、ステップＳ５０３へ進む。

ステップＳ５０３では、第一アフタ噴射燃料の貫徹力が決定される。貫徹力は、上記実施例で説明したように、ニードル４２の開弁速度または燃料の圧力によって変えることができる。本フローチャートでは、第一アフタ噴射は低貫徹力の燃料噴射であるため、これに合わせて第一アフタ噴射時のニードル４２の開弁速度、または第一アフタ噴射時の燃料の圧力が決定される。このときの貫徹力は、固定値であってもよいし、内燃機関１の運転状態に応じて変化させてもよい。ステップＳ５０３の処理が終了すると、ステップＳ５０４へ進む。

ステップＳ５０４では、第二アフタ噴射燃料の貫徹力が決定される。本フローチャートでは、第二アフタ噴射は高貫徹力の燃料噴射であるため、これに合わせて第一アフタ噴射時のニードル４２の開弁速度、または第一アフタ噴射時の燃料の圧力が決定される。このときの貫徹力は、固定値であってもよいし、内燃機関１の運転状態に応じて変化させてもよい。ステップＳ５０４の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。

一方、ステップＳ５０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ５０５へ進みアフタ噴射量が決定される。ステップＳ５０５で決定されるアフタ噴射量は、第一領域Ｒ１または第三領域Ｒ３におけるアフタ噴射量であり、上記要求アフタ噴射量と等しい。ステップＳ５０５の処理が終了すると、ステップＳ５０６へ進む。

ステップＳ５０６では、アフタ噴射燃料の貫徹力が決定される。この場合の貫徹力は、第一領域Ｒ１または第二領域Ｒ２の貫徹力であり、上記実施例と同様にして決定される。ステップＳ５０６の処理が終了すると、本フローチャートを終了させる。

以上説明したように、本実施例によれば、機関回転速度が高くなるほど、アフタ噴射における高貫徹力の燃料噴射量の割合を高くし、低貫徹力の燃料噴射量の割合を低くするので、機関回転速度が比較的低い場合には、気筒中心側の酸素の利用を促進することができる。一方、機関回転速度が比較的高い場合には、燃焼ガスの攪乱を促進させることができる。いずれにしても、燃焼を促進させることができるため、スモークの発生を抑制することができ、且つ、燃費を向上させることができる。

なお、本実施例では、機関回転数に応じて第一アフタ噴射量及び第二アフタ噴射量を変化させているが、さらに、燃料噴射量を考慮して第一アフタ噴射量及び第二アフタ噴射量を変化させてもよい。同様に、燃料噴射量を考慮してアフタ噴射を分割するか否か、または、アフタ噴射を分割する回数を決定してもよい。機関回転速度及び燃料噴射量と、アフタ噴射燃料の貫徹力、分割回数、各アフタ噴射燃料量と、の関係を予め実験またはシミュレーション等により求めてマップ化しておいてもよい。

また、本実施例では、第二領域Ｒ２のみでアフタ噴射を２回に分けて実施しているが、これに代えて、他の運転領域でもアフタ噴射を２回に分けて実施してもよい。この場合、他の運転領域において、機関回転速度が高くなるほど、アフタ噴射における高貫徹力の燃料噴射量の割合を高くしてもよい。さらに、アフタ噴射を行う運転領域を、第一領域Ｒ１、第二領域Ｒ２、第三領域Ｒ３に分けずに、単に、アフタ噴射を行う運転領域において、機関回転速度が高くなるほど、アフタ噴射における高貫徹力の燃料噴射量の割合を高くしてもよい。

１内燃機関
２気筒
３ピストン
４燃料噴射弁
５コモンレール
６燃料供給管
７燃料ポンプ
８圧力調整機構
１０ＥＣＵ
１６アクセルペダル
１７アクセル開度センサ
１８クランクポジションセンサ
３１キャビティ
４１噴孔
４２ニードル
４３動弁機構

Claims

内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関において、
前記燃料噴射弁からの燃料のメイン噴射の後にアフタ噴射を実施する場合において、前記内燃機関の回転速度が第一所定速度以上のときには、アフタ噴射における燃料の貫徹力をメイン噴射における燃料の貫徹力よりも高くし、前記内燃機関の回転速度が前記第一所定速度以下の速度である第二所定速度未満のときには、アフタ噴射における燃料の貫徹力をメイン噴射における燃料の貫徹力よりも低くする制御装置を備える内燃機関。
前記内燃機関の回転速度が前記第二所定速度以上で且つ前記第一所定速度未満の場合には、前記制御装置は、メイン噴射の後にアフタ噴射を複数回実施し、且つ、メイン噴射の後にアフタ噴射を複数回実施する中で燃料の貫徹力が異なるアフタ噴射を含んで実施する請求項１に記載の内燃機関。
前記制御装置は、前記内燃機関の回転速度が高くなるほど、アフタ噴射における燃料の貫徹力を高くする請求項１または２に記載の内燃機関。
前記制御装置は、前記アフタ噴射を複数回に分けて実施するときに、燃料の貫徹力がメイン噴射よりも高い噴射と、燃料の貫徹力がメイン噴射よりも低い噴射と、を含んで実施し、前記内燃機関の回転速度が高いほど、アフタ噴射における燃料噴射量の総量に対する、前記燃料の貫徹力がメイン噴射よりも高い噴射における燃料噴射量の比を高くする請求項２に記載の内燃機関。
前記制御装置は、アフタ噴射を実施するときに前記燃料噴射弁のニードルの開弁速度を高くすることにより、アフタ噴射における燃料の貫徹力を高くする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関。
前記制御装置は、アフタ噴射を実施するときに前記燃料の圧力を高くすることにより、アフタ噴射における燃料の貫徹力を高くする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関。
前記制御装置は、アフタ噴射を実施するときに前記燃料噴射弁のニードルの開弁速度を低くすることにより、アフタ噴射における燃料の貫徹力を低くする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関。
前記制御装置は、アフタ噴射を実施するときに前記燃料の圧力を低くすることにより、アフタ噴射における燃料の貫徹力を低くする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関。