JP4911134B2

JP4911134B2 - 内燃機関の燃料噴射装置

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Publication number: JP4911134B2
Application number: JP2008192404A
Authority: JP
Inventors: 亮児西海; 之弘塚▲崎▼; 康司北野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2023-06-12
Also published as: JP2008255995A

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射装置に関する。

近年、燃料を通常の圧縮着火燃焼を行う際の噴射タイミング（一般的にはＢＴＤＣ１０°〜ＡＴＤＣ１０°）よりも早期に一回噴射し、着火・燃焼までの時間を確保して、燃料を燃焼室内で予混合した上で着火・燃焼させるようにした内燃機関が提案されている。このような燃焼は予混合圧縮着火燃焼と呼ばれ、燃料と空気とを充分に混合してから燃焼させるため低ＮＯｘ、低スモークを実現することができる。

一方、予混合圧縮着火燃焼においては、燃料噴射量が増加すると過早着火する場合があるため、予混合圧縮着火燃焼による運転は実際には燃料噴射量が比較的少ない運転領域に限られる。このため、上記のような予混合圧縮着火燃焼を行うようにした内燃機関では一般に、機関の運転状態に応じて燃料噴射パターンを切替え、予混合圧縮着火燃焼と通常の圧縮着火燃焼とを切替えるようにしている。そして、この切替えの際にトルクショックが発生するという問題がある。

すなわち、上記の通常の圧縮着火燃焼を行わせる場合の燃料噴射パターンとしては、燃焼騒音や排気性状の悪化の抑制等を目的として、一般に主噴射に先立ってパイロット噴射を行うパイロット噴射モードが採用される。このため、上記の予混合圧縮着火燃焼と通常の圧縮着火燃焼との切替えの際には燃料の噴射パターンが早期に一回噴射する予混合圧縮着火燃焼モードとパイロット噴射モードとの間で切替ることになり、これに伴ってトルクショックが発生する。

このような燃料噴射パターンの切替えに伴うトルクショックを緩和する技術としては、例えば特許文献１に、燃料の噴射パターンを機関の運転状態に応じて主噴射のみの通常噴射モードと主噴射に先立ってパイロット噴射を行うパイロット噴射モードとで切替えるようにした内燃機関において、噴射パターンを切替える際に噴射間隔を徐々に減少または増加させて切替え時のトルクショックを緩和する技術が開示されている。

特開平５−１６０９号公報特開２０００−１８０７７号公報

しかしながら、実際にはこのような方法によってもトルクショックを充分に緩和することは困難である。これは、例えば噴射回数が一回から二回に変更される場合等には、二回の噴射となった際に後で行われる噴射が先に行われる噴射による圧力脈動の影響を受けること等によって全体の燃料噴射量が所期の値から変化してしまうためである。そして、このような燃料噴射量の変化はトルクショックに加え、排気性状の悪化を生じる場合もある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、機関の運転状態に応じて燃焼を切替える内燃機関において、燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化を抑制することができる内燃機関の燃料噴射装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の燃料噴射装置を提供する。
請求項１に記載の発明は、予混合圧縮着火燃焼と、パイロット噴射を用いた通常の圧縮着火燃焼とを運転状態に応じて切替える内燃機関に用いられ、燃料の蒸留性状を考慮して、上記の燃焼の切替えの際に燃料噴射回数を変更するか否かが決定される内燃機関の燃料噴射装置であって、燃料の蒸留性状を推定する蒸留性状推定手段と、推定された該蒸留性状に基づいて、上記通常の圧縮着火燃焼から上記予混合圧縮着火燃焼への切替えの際に燃料噴射回数を変更しなくてもボアフラッシングしないように噴射できるか否かを判定する噴射回数変更要否判定手段とを有していて、上記判定手段によって、ボアフラッシングしないように噴射できると判定された場合には、上記通常の圧縮着火燃焼から上記予混合圧縮着火燃焼への切替えの際に燃料噴射回数を変更せず、ボアフラッシングしないように噴射できないと判定された場合には燃料噴射回数を減少させるようになっている内燃機関の燃料噴射装置において、上記噴射回数変更要否判定手段が更に、上記通常の圧縮着火燃焼から上記予混合圧縮着火燃焼への切替えの際に燃料噴射回数を変更しなくても燃料と空気の充分な混合ができるように噴射できるか否かを、燃料の蒸留性状と、運転状態から決定される燃料噴射の最後の噴射の噴射時期及び噴射量とに基づいて判定し、該判定においては、燃料の蒸発性が低いほど、運転状態から決定される燃料噴射の最後の噴射の噴射時期が遅いほど、また噴射量が多いほど、燃料と空気の充分な混合ができるように噴射できないと判定されるようになっていて、上記噴射回数変更要否判定手段によって充分な混合ができるように噴射できると判定された場合には、上記通常の圧縮着火燃焼から上記予混合圧縮着火燃焼への切替えの際に燃料噴射回数を変更せず、充分な混合ができるように噴射できないと判定された場合には燃料噴射回数を減少させる、内燃機関の燃料噴射装置を提供する。

予混合圧縮着火燃焼と、パイロット噴射を用いた通常の圧縮着火燃焼とを切替える上記のような内燃機関では、各燃焼における燃料噴射回数の違いのために、燃焼切替え時にトルクショックが発生すると共に排気性状が悪化する場合がある。そしてこれに対しては上記の燃焼の切替えの際に燃料噴射回数が変更されないようにすることで、燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化を抑制することができる。一方、予混合圧縮着火燃焼においては、早期に燃料噴射を行う必要がある。したがって、パイロット噴射を用いた通常の圧縮着火燃焼から燃料噴射回数を変更せずに予混合圧縮着火燃焼に切替える場合には早期に複数回の燃料噴射をすることになる。このため、ボアフラッシングし易い状況となる。

請求項１に記載の発明によれば、ボアフラッシングのし易さを示す指標の一つである燃料の蒸留性状を考慮して上記の燃焼の切替えの際に燃料噴射回数を変更するか否かが決定されるので、ボアフラッシングの発生を抑制しつつ燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化の抑制を図ることができる。
また、請求項１に記載の発明によれば、燃料と空気の充分な混合ができるように噴射できるか否かを考慮して上記の燃焼の切替えの際に燃料噴射回数を変更するか否かが決定されるので、予混合圧縮着火燃焼が良好に行われるようにしつつ燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化の抑制を図ることができる。
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、ボアフラッシングの発生を抑制し且つ予混合圧縮着火燃焼が良好に行われるようにしつつ、燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化の抑制を図ることができる。
なお、本願の特許請求の範囲並びに明細書において燃料噴射回数とは機関の爆発１回当たりの燃料の噴射回数を意味する。

請求項２に記載の発明では請求項１に記載の発明において、上記判定手段は、上記通常の圧縮着火燃焼から上記予混合圧縮着火燃焼への切替えの際に、燃料噴射間隔と各噴射に対する量配分とのうちの少なくとも一方を変更せしめる場合を考慮して上記噴射可否を判定する。
燃料噴射回数を変更せずに上記通常の圧縮着火燃焼から予混合圧縮着火燃焼に切替える際に生じるボアフラッシングは、例えば燃料噴射間隔を短縮したり、最初の噴射の量配分を少なくすること等によって抑制することができる。また、最後の噴射の量配分を少なくすれば、最後の噴射後に必要な混合時間は短くなる。

したがって、請求項２に記載の発明のようにすることにより、燃焼切替え時に燃料噴射回数が変更されない場合が増え、より多くの場合でボアフラッシングの発生を抑制し且つ予混合圧縮着火燃焼が良好に行われるようにしつつ燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化の抑制を図ることができる。

請求項３に記載の発明は、予混合圧縮着火燃焼と、パイロット噴射を用いた通常の圧縮着火燃焼とを運転状態に応じて切替える内燃機関に用いられ、上記予混合圧縮着火燃焼を実施する場合には、燃料の蒸留性状を考慮して、燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数と同じにするか否かが決定される内燃機関の燃料噴射装置であって、燃料の蒸留性状を推定する蒸留性状推定手段と、上記予混合圧縮着火燃焼を実施する場合に、推定された該蒸留性状に基づいて、上記予混合圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数と同じにしてもボアフラッシングしないように噴射できるか否かを判定する噴射回数変更要否判定手段とを有していて、上記判定手段によって、ボアフラッシングしないように噴射できると判定された場合には、上記予混合圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数と同じにし、ボアフラッシングしないように噴射できないと判定された場合には上記予混合圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数より減少させるようになっている内燃機関の燃料噴射装置において、上記噴射回数変更要否判定手段が更に、上記予混合圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数と同じにしても燃料と空気の充分な混合ができるように噴射できるか否かを、燃料の蒸留性状と、運転状態から決定される燃料噴射の最後の噴射の噴射時期及び噴射量とに基づいて判定し、該判定においては、燃料の蒸発性が低いほど、運転状態から決定される燃料噴射の最後の噴射の噴射時期が遅いほど、また噴射量が多いほど、燃料と空気の充分な混合ができるように噴射できないと判定されるようになっていて、上記噴射回数変更要否判定手段によって充分な混合ができるように噴射できると判定された場合には、上記予混合圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数と同じにし、充分な混合ができるように噴射できないと判定された場合には上記予混合圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数より減少させる、内燃機関の燃料噴射装置を提供する。
請求項３に記載の発明のようにすれば、燃焼切替え時以外においてもボアフラッシングの発生を抑制し且つ予混合圧縮着火燃焼が良好に行われるようにしつつトルクショックの発生及び排気性状の悪化の抑制を図ることができる。

請求項４に記載の発明では請求項３に記載の発明において、上記判定手段は、燃料噴射間隔と各噴射に対する量配分とのうちの少なくとも一方を変更せしめる場合を考慮して上記噴射可否を判定する。
請求項４に記載の発明のようにすれば、燃料噴射回数が変更されない場合が増え、より多くの場合でボアフラッシングの発生を抑制し且つ予混合圧縮着火燃焼が良好に行われるようにしつつトルクショックの発生及び排気性状の悪化の抑制を図ることができる。

請求項５に記載の発明では請求項１から４の何れか一項に記載の発明において、上記通常の圧縮着火燃焼から上記予混合圧縮着火燃焼への切替えの際に燃料噴射回数が変更されない場合には、その切替えの際に燃料噴射間隔と各噴射に対する量配分とのうちの少なくとも一方が変更されない。
上記の燃焼の切替えの際に各噴射の噴射間隔や噴射量配分を変更することもトルクショックの発生や排気性状悪化の原因となる場合がある。したがって、請求項５に記載の発明のようにすれば、燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化をより確実に抑制することができる。

請求項１に記載の発明によれば、ボアフラッシングの発生を抑制し且つ予混合圧縮着火燃焼が良好に行われるようにしつつ、燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化の抑制を図ることができる。更に請求項２に記載の発明によれば、より多くの場合でボアフラッシングの発生を抑制し且つ予混合圧縮着火燃焼が良好に行われるようにしつつ燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化の抑制を図ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、燃焼切替え時以外においてもボアフラッシングの発生を抑制し且つ予混合圧縮着火燃焼が良好に行われるようにしつつ、トルクショックの発生及び排気性状の悪化の抑制を図ることができる。請求項４に記載の発明によれば、より多くの場合でボアフラッシングの発生を抑制し且つ予混合圧縮着火燃焼が良好に行われるようにしつつトルクショックの発生及び排気性状の悪化の抑制を図ることができる。

請求項５に記載の発明によれば、燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化をより確実に抑制することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照番号を付す。

図１は本発明の一実施形態の燃料噴射装置を備えた直噴式のディーゼル機関を示す図である。図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための吸気冷却装置（インタークーラ）１８が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が吸気冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。

一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結される。排気タービン２１の出口には排気ガス浄化器４４が連結される。
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置（ＥＧＲクーラ）２６が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水がＥＧＲ冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。

一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは燃料タンク４６から低圧ポンプ（図示無し）で吸い出された燃料が電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８によって更に加圧されて供給される。そしてコモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。燃料圧センサ２９からの信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量（以下、アクセル踏込み量と言う）Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５及び燃料ポンプ２８等に接続されている。

入力ポート３５に入力された信号はＣＰＵ３４へ送られ、ＣＰＵ３４はそれらの信号とＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３等に記憶されているデータを基に、本発明に関連する燃料噴射の量、時期等の噴射パターンやその他の機関を制御するための制御値を演算または決定する。そして、この噴射パターンや制御値に従って燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５及び燃料ポンプ２８等が作動される。

次に、以上のような構成の上記ディーゼル機関の燃焼制御について説明する。すなわち、本実施形態において上記ディーゼル機関では、運転状態に応じて予混合圧縮着火燃焼と、１回のパイロット噴射を用いた通常の圧縮着火燃焼とが切替えられるようになっている。そして、この燃焼の切替えは燃料噴射装置によって燃料噴射パターンを切替えることによって行われる。

図２は、上記ディーゼル機関において実施される燃焼制御（すなわち、燃料噴射制御）の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ３０によって一定時間毎の割り込みによって実施される。本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ１０１において運転状態パラメータの読込みが行われる。ここで運転状態パラメータとは機関の運転状態の指標となるパラメータのことで、本実施形態の場合は機関回転数Ｎとアクセル踏込み量Ｌである。

ステップ１０１で機関回転数Ｎとアクセル踏込み量Ｌが読込まれると、続くステップ１０３において、これらを用いて予混合圧縮着火燃焼の実施条件が成立しているか否かが判定される。すなわち、ここでは運転状態に応じて予混合圧縮着火燃焼と通常の圧縮着火燃焼とのうちのどちらを実施するかが判定される。

この判定は例えば図３に示したようなマップに基づいて行われる。図３において、横軸は機関回転数Ｎであり、縦軸はアクセル踏込み量Ｌである。ここでは、その時の運転状態が図３に示した機関回転数Ｎが比較的小さく且つアクセル踏込み量Ｌが比較的小さい領域Ｓにある場合に予混合圧縮着火燃焼実施条件が成立していると判定する。言い換えれば、高速／高負荷運転の場合（すなわち、領域Ｈにある場合）には予混合圧縮着火燃焼を行わないようにしている。これは、高速／高負荷運転の場合（すなわち、領域Ｈにある場合）には燃料噴射量が多くなるため、予混合圧縮着火燃焼をさせようとして早期に燃料噴射を行うと過早着火してしまう恐れがあるからである。図３のマップはこのような趣旨で予め作成しＲＯＭ３２に記憶させておく。

ステップ１０３において上記実施条件が成立していないと判定された場合にはステップ１０５に進み、パイロット噴射とそれに続く主噴射が実施される（合計２回の噴射）。この時、主噴射は圧縮上死点付近で行われ、燃料が空気と混ざりながら着火・燃焼する通常の圧縮着火燃焼が行われる。
一方、ステップ１０３において上記実施条件が成立していると判定された場合にはステップ１０７に進み、早期に２回の燃料噴射が行われる。この場合、早期に噴射が行われることにより、着火・燃焼までに燃料が空気と充分に混合されるので、予混合圧縮着火燃焼が行われる。

以上説明したように、本実施形態においては、運転状態に応じて燃料噴射パターンが切替えられ、それによって予混合圧縮着火燃焼とパイロット噴射を用いた通常の圧縮着火燃焼とが切替えられる。そして特に、本実施形態では予混合圧縮着火燃焼をさせる場合の燃料噴射パターンと通常の圧縮着火燃焼をさせる場合の燃料噴射パターンとにおいて同じ回数（すなわち、２回）の燃料噴射が行われるようになっている。これは、二つの燃焼の切替え（すなわち、燃料噴射パターンの切替え）時に生ずるトルクショック及び排気性状の悪化の抑制を目的としている。

すなわち、通常、予混合圧縮着火燃焼は早期に一回の燃料噴射で行われるため、予混合圧縮着火燃焼とパイロット噴射を用いた通常の圧縮着火燃焼とを切替える内燃機関では、燃焼切替え時に燃料噴射回数が変更されることになる。そして、このような燃料噴射回数の変更が行われると、すなわち例えば噴射回数が一回から二回に変更されると、二回の噴射となった際に後で行われる噴射が先に行われる噴射による圧力脈動の影響を受けて燃料噴射量が所期の値から変化してしまう場合がある（このような圧力脈動は軽油より圧縮性の高い燃料、例えばジメチルエーテル等を使用している場合に発生し易い）。つまり、燃料噴射回数の変更に伴って総燃料噴射量の変化に段差が生じてしまう場合がある。そして、これが原因でトルクショックが発生し、排気性状が悪化してしまう。

これに対し、本実施形態においては、上記予混合圧縮着火燃焼時における燃料噴射回数と上記通常の圧縮着火燃焼時における燃料噴射回数とが同じであり、したがって上記燃焼の切替えの際に燃料噴射回数が変更されない。このため、上述したような燃料噴射量の変化の問題が生じることがなく、燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化を抑制することができる。また、本実施形態の場合には、総ての運転状態において燃料噴射回数が変更されないので、燃焼切替え時以外においてもトルクショックの発生及び排気性状の悪化が抑制される。

なお、本実施形態においては、上述のようにして予混合圧縮着火燃焼（早期２回噴射）と通常の圧縮着火燃焼（パイロット噴射＋主噴射）とのうちのどちらを実施するかを決定するのと同時に、他の燃料噴射条件、例えば、総燃料噴射量、前噴射（例えば、パイロット噴射または早期２回噴射の１回目の噴射）と後噴射（例えば、主噴射または早期２回噴射の２回目の噴射）との噴射間隔、噴射量配分、詳細な噴射タイミング等も各運転状態（すなわち、機関回転数Ｎとアクセル踏込み量Ｌの各組合せ）に応じて決定されるようになっている。すなわち、例えば、機関回転数Ｎとアクセル踏込み量Ｌとから上記の各噴射条件を決定するためのマップを事前に作成してＲＯＭ３２に記憶させておき、それらに基づいて決定するようにする。そして、これらの運転状態に応じて決定された各噴射条件に沿って実際の燃料噴射がなされる。

ところで、上記の燃焼の切替えの際に前噴射と後噴射との噴射間隔や噴射量配分を変更することもトルクショックの発生や排気性状悪化の原因となる場合がある。したがって、燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化をより確実に抑制するためには、上記燃焼の切替え時に上記噴射間隔や噴射量配分も変更しないようにすることが好ましい。

このために、例えば、図３の境界線Ｃを挟んで隣り合うような運転状態（すなわち境界線Ｃ近傍の運転状態）においては、上記噴射間隔や噴射量配分が同じになるようにこれら噴射条件を決定するマップの値を設定してもよい。このようにすれば運転状態が僅かに変わって燃焼が切替る際に上記噴射間隔や噴射量配分が変更されることを抑制できる。あるいは、燃焼の切替え時には上記噴射間隔や噴射量配分は変更しないようにし、その後徐々に適正な値（その運転状態に対応してマップ等で定められる値）になるように制御するようにしてもよい。

図４は、各燃焼に対応する燃料噴射パターン（すなわち、燃料噴射弁６の制御パターン）の一例について示したタイミング図であり、横軸がクランク角度を示し、縦軸が燃料噴射弁６のニードルリフト量を示している。この図は燃焼が切替る境界線Ｃの近傍における各燃焼に対応する燃料噴射パターンを示している。すなわち、例えば、運転状態が図３のＨ領域からＳ領域に移動することによって、燃料噴射パターンが図４の上段のパターンから下段のパターンに変更される。この例では、燃焼の切替えの際に上述の前噴射と後噴射との噴射間隔や噴射量配分は変更されていない。

なお、以上では、予混合圧縮着火燃焼をさせる場合の燃料噴射パターンと通常の圧縮着火燃焼をさせる場合の燃料噴射パターンとにおいて、２回の燃料噴射が行われる場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば３回等より多くの燃料噴射回数であってもよい。

次に本発明の他の実施形態について図５及び図６を参照しつつ説明する。図５に示された構成は、基本的に図１に示された構成と同様であるが、コモンレール２７に燃料の密度を測定する密度センサ４８が取付けられている点で異なっている。この密度センサ４８は燃料の蒸留性状を推定する蒸留性状推定手段を構成する。つまり、本実施形態では燃料の蒸留性状を示す値（すなわち、後述の蒸留性状パラメータ）として燃料の密度を使用する。密度センサ４８からの信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力されるようになっている。

上述したように予混合圧縮着火燃焼とパイロット噴射を用いた通常の圧縮着火燃焼とを運転状態に応じて切替える内燃機関においては、各燃焼における燃料噴射回数を同じとすることで、燃焼の切替え等に伴うトルクショックの発生及び排気性状の悪化を抑制することができる。しかしながら、予混合圧縮着火燃焼においては、早期に燃料噴射を行う必要がある。したがって、パイロット噴射を用いた通常の圧縮着火燃焼から燃料噴射回数を変更せずに予混合圧縮着火燃焼に切替える場合には早期に複数回の燃料噴射をすることになる。このため、ボアフラッシングし易い状況となる。そこで、本実施形態では密度センサ４８によって燃料の密度を測定し、その値から燃料の蒸留性状を推定して、それに基づいて燃料噴射回数を制御することでボアフラッシングの発生を防止するようにしている。

次に本実施形態において実施される燃焼制御（すなわち、燃料噴射制御）について説明する。なお、本実施形態において実施される燃焼制御（すなわち、燃料噴射制御）は、図２の制御ルーチンを参照しつつ先に説明した燃焼制御（すなわち、燃料噴射制御）と共通する部分を有しており、これらの部分に関する説明は原則として省略する。

図６は本実施形態において実施される燃焼制御（すなわち、燃料噴射制御）の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ３０によって一定時間毎の割り込みによって実施される。本制御ルーチンがスタートすると、まずステップ２０１において蒸留性状パラメータの読込みが行われる。ここで蒸留性状パラメータとは使用燃料の蒸留性状の指標となるパラメータのことで、本実施形態の場合は燃料の密度である。

続くステップ２０３では、図２のステップ１０１と同様、運転状態パラメータの読込みが行われる。本実施形態においても運転状態パラメータは機関回転数Ｎとアクセル踏込み量Ｌである。
ステップ２０３で機関回転数Ｎとアクセル踏込み量Ｌが読込まれると、続くステップ２０５において、予混合圧縮着火燃焼の実施条件が成立しているか否かが判定される。このステップでの制御は図２のステップ１０３での制御と同様である。ステップ２０５において上記実施条件が成立していないと判定された場合にはステップ２０７に進み、パイロット噴射とそれに続く主噴射が実施される（合計２回の噴射）。このステップでの制御は図２のステップ１０５での制御と同様である。

一方、ステップ２０５において上記実施条件が成立していると判定された場合にはステップ２０９に進み、早期２回噴射が可能であるか否かが判定される。すなわち、ここでは燃料の蒸留性状、運転状態（すなわち、運転状態によって決定される各噴射条件）等からボアフラッシングを生ぜずに早期２回噴射が実施できるか否かが判定される。

すなわち例えば、燃料の蒸留性状に基づいてボアフラッシングしない噴射時期の進角側の限界値を算出し、運転状態から決定される１回目の燃料噴射の噴射時期がこの限界値よりも進角側であれば早期２回噴射は不可能であると判定し、遅角側であれば可能であると判定するようにする。

あるいは、燃料の蒸留性状と、運転状態から決定される１回目の燃料噴射（前噴射）の噴射時期及び噴射量とからボアフラッシングが発生するか否かを判定するマップを事前に作成しておき、これに基づいて早期２回噴射の実施可否を判定するようにしてもよい。つまり、燃料の蒸発性が低いほど、運転状態から決定される１回目の燃料噴射の噴射時期が早いほど、また噴射量が多いほど、ボアフラッシングは発生し易くなる。このため、燃料の蒸留性状と、運転状態から決定される１回目の燃料噴射（前噴射）の噴射時期及び噴射量とからボアフラッシングが発生するか否かを判定することが可能である。

更に、ステップ２０９においては、上記のボアフラッシングしないという条件に加え、燃料噴射後に燃料と空気の充分な混合が可能であると判定された場合にのみ早期２回噴射の実施が可能であると判定するようにしてもよい。この混合についての判定は、例えば燃料の蒸留性状と、運転状態から決定される２回目の燃料噴射（後噴射）の噴射時期及び噴射量とに基づいて行われる。すなわち、燃料の蒸発性が低いほど、運転状態から決定される２回目の燃料噴射の噴射時期が遅いほど、また噴射量が多いほど、燃料と空気の充分な混合は困難になる。このため、燃料の蒸留性状と、運転状態から決定される２回目の燃料噴射（後噴射）の噴射時期及び噴射量とから燃料噴射後に燃料と空気の充分な混合が可能であるか否かが判定できる。

図７は、ボアフラッシングしない噴射時期の進角側の限界値ＬＴと、燃料噴射期間ＩＴと、燃料と空気の混合期間ＭＴと、燃焼期間ＢＴとの関係を示した図である。横軸がクランク角度を示し、縦軸が燃料噴射弁６のニードルリフト量を示している。この例では、圧縮上死点で着火している。

ステップ２０９において早期２回噴射が可能であると判定された場合にはステップ２１１に進み、早期に２回の燃料噴射が行われ、予混合圧縮着火燃焼が行われる。このステップでの制御は図２のステップ１０７での制御と同様である。一方、ステップ２０９において早期２回噴射が不可能であると判定された場合にはステップ２１３に進んで早期に１回の燃料噴射が行われる。これによりボアフラッシングを回避しつつ予混合圧縮着火燃焼が行われる。

以上説明したように、本実施形態においては、ステップ２０９において、ボアフラッシングのし易さを示す指標の一つである燃料の蒸留性状を考慮して、ボアフラッシングを生ぜずに早期２回噴射が実施できるか否かが判定される。これにより、ボアフラッシングを回避しつつ燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化の抑制を図ることができる。

また、ステップ２０９において上記のボアフラッシングしないという条件に加え、燃料噴射後に燃料と空気の充分な混合が可能であると判定された場合にのみ早期２回噴射の実施が可能であると判定するようにした場合には、ボアフラッシングの発生を抑制し且つ予混合圧縮着火燃焼が良好に行われるようにしつつ、燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化の抑制を図ることができる。

なお、別の実施形態においては、ステップ２０９において、運転状態から決定される噴射間隔や噴射量配分等を変更することによってボアフラッシングせずに早期２回噴射できる場合もしくはボアフラッシングせず且つ燃料と空気の充分な混合が可能なように早期２回噴射できる場合には、早期２回噴射可能であると判定するようにしてもよい。

すなわち、上記ボアフラッシングは、例えば燃料噴射間隔を短縮したり、最初の噴射の量配分を少なくすること等によって抑制することができる。また、最後の噴射の量配分を少なくすれば、最後の噴射後に必要な混合時間は短くなる。そして、このようにして早期２回噴射が可能であると判定するようにすると、燃焼切替え時に燃料噴射回数が変更されない場合が増え、より多くの場合でボアフラッシングの発生を抑制しつつ、またはボアフラッシングの発生を抑制し且つ予混合圧縮着火燃焼が良好に行われるようにしつつ燃焼切替え時におけるトルクショックの発生及び排気性状の悪化の抑制を図ることができる。

また、以上では、予混合圧縮着火燃焼をさせる場合の燃料噴射パターンにおいて１回または２回の燃料噴射が行われ、通常の圧縮着火燃焼をさせる場合の燃料噴射パターンにおいて２回の燃料噴射が行われる場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、より多くの燃料噴射回数であってもよい。

更に、上述の説明においては、蒸留性状パラメータとして密度（比重）を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＴ５０（５０％留出温度）やトータルアロマ分量等、他の蒸留性状を表す値を用いても実施することができる。

図１は、本発明の一実施形態の燃料噴射装置を備えた直噴式のディーゼル機関を示す図である。図２は、図１に示したディーゼル機関において実施される燃焼制御（すなわち、燃料噴射制御）の制御ルーチンを示すフローチャートである。図３は、図２の制御ルーチンのステップ１０３で使用され得るマップである。図４は、通常の圧縮着火燃焼と予混合圧縮着火燃焼のそれぞれに対応する燃料噴射パターン（すなわち、燃料噴射弁の制御パターン）の一例について示したタイミング図である。図５は、本発明の他の実施形態の燃料噴射装置を備えた直噴式のディーゼル機関を示す図である。図６は、図５に示したディーゼル機関において実施される燃焼制御（すなわち、燃料噴射制御）の制御ルーチンを示すフローチャートである。図７は、ボアフラッシングしない噴射時期の進角側の限界値ＬＴと、燃料噴射期間ＩＴと、燃料と空気の混合期間ＭＴと、燃焼期間ＢＴとの関係を示した図である。

符号の説明

１機関本体
５燃焼室
６電気制御式燃料噴射弁
６ａ燃料供給管
２７コモンレール
２８燃料ポンプ
３０電子制御ユニット
４６燃料タンク
４８密度センサ（蒸留性状推定手段）

Claims

予混合圧縮着火燃焼と、パイロット噴射を用いた通常の圧縮着火燃焼とを運転状態に応じて切替える内燃機関に用いられ、燃料の蒸留性状を考慮して、上記の燃焼の切替えの際に燃料噴射回数を変更するか否かが決定される内燃機関の燃料噴射装置であって、
燃料の蒸留性状を推定する蒸留性状推定手段と、
推定された該蒸留性状に基づいて、上記通常の圧縮着火燃焼から上記予混合圧縮着火燃焼への切替えの際に燃料噴射回数を変更しなくてもボアフラッシングしないように噴射できるか否かを判定する噴射回数変更要否判定手段とを有していて、
上記判定手段によって、ボアフラッシングしないように噴射できると判定された場合には、上記通常の圧縮着火燃焼から上記予混合圧縮着火燃焼への切替えの際に燃料噴射回数を変更せず、ボアフラッシングしないように噴射できないと判定された場合には燃料噴射回数を減少させるようになっている内燃機関の燃料噴射装置において、
上記噴射回数変更要否判定手段が更に、上記通常の圧縮着火燃焼から上記予混合圧縮着火燃焼への切替えの際に燃料噴射回数を変更しなくても燃料と空気の充分な混合ができるように噴射できるか否かを、燃料の蒸留性状と、運転状態から決定される燃料噴射の最後の噴射の噴射時期及び噴射量とに基づいて判定し、該判定においては、燃料の蒸発性が低いほど、運転状態から決定される燃料噴射の最後の噴射の噴射時期が遅いほど、また噴射量が多いほど、燃料と空気の充分な混合ができるように噴射できないと判定されるようになっていて、上記噴射回数変更要否判定手段によって充分な混合ができるように噴射できると判定された場合には、上記通常の圧縮着火燃焼から上記予混合圧縮着火燃焼への切替えの際に燃料噴射回数を変更せず、充分な混合ができるように噴射できないと判定された場合には燃料噴射回数を減少させる、内燃機関の燃料噴射装置。
上記判定手段は、上記通常の圧縮着火燃焼から上記予混合圧縮着火燃焼への切替えの際に、燃料噴射間隔と各噴射に対する量配分とのうちの少なくとも一方を変更せしめる場合を考慮して上記噴射可否を判定する、請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
予混合圧縮着火燃焼と、パイロット噴射を用いた通常の圧縮着火燃焼とを運転状態に応じて切替える内燃機関に用いられ、上記予混合圧縮着火燃焼を実施する場合には、燃料の蒸留性状を考慮して、燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数と同じにするか否かが決定される内燃機関の燃料噴射装置であって、
燃料の蒸留性状を推定する蒸留性状推定手段と、
上記予混合圧縮着火燃焼を実施する場合に、推定された該蒸留性状に基づいて、上記予混合圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数と同じにしてもボアフラッシングしないように噴射できるか否かを判定する噴射回数変更要否判定手段とを有していて、
上記判定手段によって、ボアフラッシングしないように噴射できると判定された場合には、上記予混合圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数と同じにし、ボアフラッシングしないように噴射できないと判定された場合には上記予混合圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数より減少させるようになっている内燃機関の燃料噴射装置において、
上記噴射回数変更要否判定手段が更に、上記予混合圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数と同じにしても燃料と空気の充分な混合ができるように噴射できるか否かを、燃料の蒸留性状と、運転状態から決定される燃料噴射の最後の噴射の噴射時期及び噴射量とに基づいて判定し、該判定においては、燃料の蒸発性が低いほど、運転状態から決定される燃料噴射の最後の噴射の噴射時期が遅いほど、また噴射量が多いほど、燃料と空気の充分な混合ができるように噴射できないと判定されるようになっていて、上記噴射回数変更要否判定手段によって充分な混合ができるように噴射できると判定された場合には、上記予混合圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数と同じにし、充分な混合ができるように噴射できないと判定された場合には上記予混合圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数を上記通常の圧縮着火燃焼時の燃料噴射回数より減少させる、内燃機関の燃料噴射装置。
上記判定手段は、燃料噴射間隔と各噴射に対する量配分とのうちの少なくとも一方を変更せしめる場合を考慮して上記噴射可否を判定する、請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射装置。
上記通常の圧縮着火燃焼から上記予混合圧縮着火燃焼への切替えの際に燃料噴射回数が変更されない場合には、その切替えの際に燃料噴射間隔と各噴射に対する量配分とのうちの少なくとも一方が変更されない、請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射装置。