JPWO2010041308A1 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

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Abstract

コモンレール式ディーゼルエンジンに対し、エンジンの過渡運転が発生した場合、「筒内過渡温度」から「筒内定常温度」を減算して「筒内温度差」（ΔＴ）を求め、その「筒内温度差」が負の値である場合にはプレ噴射の噴射量を多くするプレ噴射増量補正を行い、「筒内温度差」が正の値である場合にはプレ噴射の噴射量を少なくするプレ噴射減量補正を行う。これにより、気筒内の予熱量が適切に得られ、筒内燃焼状態の適正化による必要トルクの確保および排気エミッションの改善が図れる。

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに代表される内燃機関の燃料噴射制御装置に係る。特に、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）に先立って筒内予熱用の副噴射（以下、プレ噴射またはパイロット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に対し、この副噴射での噴射量の適正化を図るための対策に関する。
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）からの燃料噴射タイミングや燃料噴射量を調整する燃料噴射制御が行われている。
上記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り成り立っている。インジェクタ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ほぼ同時に自己着火し、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大きくなると、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よばれており、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、エンジントルク発生に寄与する燃焼を行わせるメイン噴射に先立って、少量の燃料を噴射する副噴射（パイロット噴射やプレ噴射）を行うものが挙げられる。つまり、パイロット噴射やプレ噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、その燃料が着火状態（いわゆる火種）になったところでメイン噴射を実行することが提案されている（下記の特許文献１〜３を参照）。
こうした副噴射の実行により、その後のメイン噴射の開始に伴う初期燃焼を緩和でき、ディーゼルノッキングの発生を抑制することができる。また、メイン噴射実行時には副噴射時の燃料が既に着火しており、予め火種ができた状態となっているため、失火の発生を回避することもできる。このため、副噴射によって低温始動性が向上するようになるとともに、低温時における白煙の発生も低減されるようになる。さらに、この副噴射によって着火遅れ期間中の燃料噴射量が減少するため、予混合燃焼も抑制される。また、予混合燃焼中は熱発生率が高くなるためＮＯｘの生成が促進される可能性があるが、上記副噴射により予混合燃焼が抑制されることで、ＮＯｘの発生、並びに予混合燃焼に伴う騒音の発生も、同様に低減されることになる。
尚、特許文献１には、エンジンが加速運転状態になったときに副噴射量および主噴射量をそれぞれ増量補正するに際し、エンジンが高負荷側の設定運転領域まで移行すると予測された場合には、副噴射量の増量補正を制限することが開示されている。これにより、加速運転の後期に燃焼が過度に激しくなることを回避できるようにしている。
また、特許文献２には、副噴射に起因する予混合気の着火が過早着火であると判断された場合に、予混合気の空燃比をリーン側またはリッチ側に設定することが開示されている。これにより、エンジン負荷に関わらず安定した燃焼を実現可能としている。
更に、特許文献３には、冷却水温度が高いほど副噴射量を増加させ、これにより、ＮＯｘの還元が最良となる必要最小限のＨＣを供給可能とすることが開示されている。
特開２００１−２４１３４５号公報 特開２００４−１９７５９９号公報 特許第３８６１４１８号公報
ところで、これまで、上述したような副噴射（以下、プレ噴射で代表して説明する）を実行する場合に、エンジンの過渡運転時にあっては、その副噴射での噴射量が適正に得られてない可能性があることを本発明の発明者は見出した。以下、具体的に説明する。
上記プレ噴射の噴射量は、予め実験やシミュレーションにより、エンジンを定常運転にした状態で筒内温度やエンジン運転状態（エンジン負荷など）に応じた噴射量として規定されている。つまり、この筒内温度およびエンジン運転状態とプレ噴射の噴射量との関係をマップ化してエンジンＥＣＵのＲＯＭに記憶させておき、現在の筒内温度およびエンジン運転状態を上記マップに当て嵌めて、プレ噴射の噴射量を読み出し、この読み出した噴射量でプレ噴射を実行するようにしている。
このため、エンジンが定常運転状態であって筒内温度が所定温度に収束している場合には、上記マップに従ったプレ噴射を実行することで、適切なプレ噴射量が得られる。これにより、気筒内の予熱量が適切に得られ、筒内燃焼状態の適正化による必要トルクの確保および排気エミッションの改善を図ることができる。
ところで、実際の気筒内で必要となる予熱量（以下、要求予熱量と呼ぶ）は以下のように変化している。
例えば、エンジンのトルクが一定で回転数が上昇していく運転状態では、エンジン冷却系の冷却能力が略一定であることから、エンジン内部のフリクションの増加に伴って筒内の蓄熱量が次第に大きくなっていく。このため、このような運転状態では要求予熱量は低下していくことになる。
また、エンジンの回転数が一定でトルクが上昇していく運転状態では、筒内での熱発生量が増加していくために筒内の蓄熱量が次第に大きくなっていく。従って、この場合にも要求予熱量は低下していくことになる。
このため、例えばエンジンの軽負荷運転が継続している状態（例えば市街地走行時）から一時的に高負荷運転に移行した場合、それに伴ってプレ噴射の噴射量を増量補正することにはなるが、この増量補正を行っても直ちに予熱量が要求予熱量には到達せず（上記蓄熱分だけ熱量が奪われてしまって（シリンダヘッド等の熱容量分だけ熱量が奪われてしまって）気筒内空間の予熱に寄与できる燃料量が少なくなってしまい）、予熱量不足の状態が継続することになる。そして、このように一時的に高負荷運転となった場合、直ちに軽負荷運転に戻ることになるので、次回の高負荷運転時においても予熱量不足の状態を招いてしまうことになる。
一方、車両の高速巡航走行が継続している状態（例えば高速道路の走行時）では筒内温度が収束状態（比較的高い筒内温度が維持された状態）となっているが、この状態から車両が減速する場合、気筒内の要求予熱量は減少するにも拘わらず、気筒内には上記高速巡航走行時に発生していた上記蓄熱分が残存しているため、プレ噴射の減量補正を行っても直ちに予熱量が要求予熱量まで低下することがなく、予熱量過剰状態を招いてしまうことになる。
このような予熱量不足や予熱量過剰の状態では、筒内の燃焼状態を理想的な燃焼とすることが困難になり、エンジントルクが十分に得られなかったり、排気エミッションの悪化を招いたりする可能性がある。
具体的には、排気エミッションを改善するためにメイン噴射の噴射タイミングを遅角側に設定したり、ＥＧＲ量の増量を行ったりしている場合に、予熱量不足が生じていると、失火限界に対する余裕分（噴射タイミングの遅角可能量や、ＥＧＲ量の増量可能量）を十分に確保することが難しい。その結果、筒内での燃焼が悪化することになる。逆に、予熱量過剰の状態では、膨張行程初期時の燃焼速度が大幅に上昇してしまう。その結果、ＮＯｘ発生量が増加したり燃焼音が大きくなってエンジン騒音の増大に繋がってしまうことになる。
以上のような不具合が生じる原因は、上述したプレ噴射の噴射量を規定するマップが、エンジンが定常運転状態となっていることを前提として作成されたためであることに本発明の発明者は着目した。つまり、これまでのプレ噴射の噴射量を決定する制御ロジックでは、上述したようなエンジンの過渡運転時については考慮されていなかった。
そこで、本発明の発明者は、エンジンの過渡運転状態では、上記マップ（定常運転状態を前提とするマップ）で規定される噴射量とは異なる噴射量でプレ噴射を実行する必要があることを見出し、本発明に至った。
尚、上記各特許文献においても、エンジンの過渡運転時に応じて適切な筒内予熱量を得るためにプレ噴射の噴射量を設定する技術的思想については開示されていない。
本発明は、かかる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、主噴射に先立って副噴射を実行可能とした内燃機関に対し、副噴射での燃料噴射量の最適化を図ることが可能な燃料噴射制御装置を提供することにある。
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、内燃機関が過渡運転となった場合には、略同一負荷で定常運転である場合に比べて筒内予熱量の過不足分が生じているので、この筒内予熱量の過不足分に応じて副噴射量を制御し、内燃機関の過渡運転時であっても適切な筒内予熱量が得られるようにしている。
−解決手段−
具体的に、本発明は、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且つ気筒内の予熱に寄与す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を前提とする。この内燃機関の燃料噴射制御装置に対し、内燃機関の負荷変化による過渡運転時、筒内温度がその負荷に応じた所定温度に略収束するまでの間、筒内予熱量の過不足分に応じて副噴射の噴射量を補正する副噴射量補正手段を備えさせている。
より具体的には、内燃機関の過渡運転時における筒内過渡温度から、上記負荷に応じて収束する上記所定温度である筒内定常温度を減算することで求められる筒内温度差に応じて筒内予熱量の過不足分を求め、この過不足分に応じて副噴射の噴射量を補正するようにしている。
この特定事項により、内燃機関が定常運転から過渡運転に移行した場合、上記筒内過渡温度が筒内定常温度よりも低く、筒内予熱量が、現負荷に応じた所定温度よりも低い場合には副噴射の噴射量を増量補正する。これにより、筒内予熱量の不足分が解消されていき、筒内過渡温度は筒内定常温度に急速に近付いていく。その結果、気筒内の予熱量が適切に得られ、筒内燃焼状態の適正化による必要トルクの確保および排気エミッションの改善を図ることが可能になる。一方、上記筒内過渡温度が筒内定常温度よりも高く、筒内予熱量が、現負荷に応じた所定温度よりも高い場合には副噴射の噴射量を減量補正する。これにより、筒内予熱量の過剰分が解消されていき、この場合にも筒内過渡温度は筒内定常温度に急速に近付いていく。その結果、気筒内の予熱量が適切に得られ、筒内燃焼状態の適正化による必要トルクの確保および排気エミッションの改善を図ることが可能になる。
上記副噴射での噴射量を増量補正や減量補正する場合の具体的な運転状態としては、内燃機関の負荷上昇に伴う過渡運転時には上記筒内温度差に応じて副噴射の噴射量を増量補正する一方、内燃機関の負荷下降に伴う過渡運転時には上記筒内温度差に応じて副噴射の噴射量を減量補正するようにしている。
例えば、内燃機関の軽負荷運転が継続している状態でドライバによる急激なアクセル踏み込み操作が行われて内燃機関の負荷が上昇した場合には、副噴射の噴射量が増量補正（定常運転時でのその負荷に対応した副噴射の噴射量よりも増量側に補正）され、過渡運転の状態に応じた予熱量の加算が行われることになる。逆に、内燃機関の高負荷運転が継続している状態でドライバによる急激なアクセル戻し操作が行われて内燃機関の負荷が下降した場合には、副噴射の噴射量が減量補正（定常運転時でのその負荷に対応した副噴射の噴射量よりも減量側に補正）され、過渡運転の状態に応じた予熱量の減算が行われることになる。これにより内燃機関の過渡状態に応じた予熱量を得ることが可能になる。
上記副噴射を増量補正する際の具体的な動作としては以下のものが挙げられる。先ず、副噴射１回当たりの噴射量を増量することなく、副噴射の噴射回数を増加するものである。また、副噴射１回当たりの噴射量を増量するものである。
上記副噴射を減量補正する際の具体的な動作としては以下のものが挙げられる。先ず、副噴射１回当たりの噴射量を減量することなく、副噴射の噴射回数を削減するものである。また、副噴射１回当たりの噴射量を減量するものである。
また、副噴射の噴射回数を増減することで噴射量を調整するものにあっては、その副噴射１回当たりの噴射量を、燃料噴射弁の最小限界噴射量に設定している。このように副噴射１回当たりの噴射量を最小限界噴射量に設定することで、この副噴射で噴射された燃料の吸熱反応を抑制することができる。つまり、副噴射の着火遅れを抑制し、この副噴射で噴射された燃料による筒内予熱効果を、遅れを殆ど生じさせることなく確保することが可能になる。
本発明では、内燃機関が過渡運転となった場合には、略同一負荷で定常運転である場合に比べて筒内予熱量の過不足分が生じていることに鑑み、この筒内予熱量の過不足分に応じて副噴射量を制御し、内燃機関の過渡運転時であっても適切な筒内予熱量が得られるようにしている。このため、筒内燃焼状態の適正化による必要トルクの確保および排気エミッションの改善を図ることが可能になる。
図１は、実施形態に係る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３は、ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 図４は、膨張行程時の熱発生率の変化状態を示す波形図である。 図５は、筒内過渡温度と筒内定常温度との温度差ΔＴと、プレ噴射の噴射量を算出するための補正係数との関係を示す図である。 図６は、プレ噴射増量補正の第１実施形態に係る燃料噴射パターンを示す図である。 図７は、プレ噴射増量補正の第２実施形態に係る燃料噴射パターンを示す図である。 図８は、プレ噴射減量補正の第１実施形態に係る燃料噴射パターンを示す図である。 図９は、プレ噴射減量補正の第２実施形態に係る燃料噴射パターンを示す図である。
符号の説明
１ エンジン（内燃機関）
２３ インジェクタ（燃料噴射弁）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、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場合について説明する。
−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１およびその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室３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、本実施形態に係るエンジン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。
上記サプライポンプ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、上記サプライポンプ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上記遮断弁２４が備えられている。
また、上記燃料添加弁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。また、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。上記エアフローメータ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。また、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。以下、これらＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６について説明する。
ＮＳＲ触媒７５は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）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ＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2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Ｎ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。即ち、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。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記燃料添加弁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。
一方、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。この図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の上側には上記燃焼室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（凹陥部）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の大端部は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。
上記シリンダヘッド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上記排気ポート７１とがそれぞれ形成されていると共に、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、本エンジン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上記インジェクタ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、上記コモンレール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。
更に、図１に示す如く、このエンジン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５１を介して連結されたタービンホイール５２およびコンプレッサホイール５３を備えている。コンプレッサホイール５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２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５２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５３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。本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５２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よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ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、上記エアフローメータ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およびバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２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る。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、上記レール圧センサ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、および、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、上記インジェクタ２３、燃料添加弁２６、スロットルバルブ６２、および、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（主噴射）、アフタ噴射、ポスト噴射を実行する。
−燃料噴射形態−
以下、本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。即ち、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１．５ｍｍ3）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。尚、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。また、本実施形態におけるプレ噴射は、上述したメイン噴射による初期燃焼速度を抑制する機能ばかりでなく、気筒内温度を高める予熱機能をも有するものとなっている。
具体的に、本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための総燃料噴射量（プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和）に対して例えば１０％としてプレ噴射の基本噴射量が設定される。この総燃料噴射量に対するプレ噴射量の比率は、気筒内を予熱する際に必要となる熱量等に応じて設定される。
本実施形態の特徴は、このプレ噴射の噴射形態（噴射タイミングおよび噴射量）にある。つまり、気筒内に対する予熱量を適切に得るための噴射形態が得られるようにしている。このため、上記プレ噴射の噴射量としては、適切な予熱量を確保するために必要に応じて変更されることになる（上記基本噴射量（総燃料噴射量に対して１０％の噴射量）から変更されることになる）。具体的なプレ噴射の噴射形態については後述する。
（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。本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための上記総燃料噴射量から上記プレ噴射での噴射量を減算した噴射量として設定される。
ここで、上述したプレ噴射およびメイン噴射の基本的な制御プロセスについて簡単に説明する。
まず、エンジン１のトルク要求値に対して、上記プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和である総燃料噴射量が算出される。つまり、エンジン１に要求されるトルクを発生させるための量として総燃料噴射量が算出される。
上記エンジン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、補機類等の使用状況に応じて決定される。例えば、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。
このようにして総燃料噴射量が算出された後、この総燃料噴射量に対するプレ噴射での噴射量の比率（分割率）を設定する。つまり、プレ噴射量は、総燃料噴射量に対して上記分割率で分割された量として設定されることになる。この分割率（プレ噴射量）は、「メイン噴射による燃料の着火遅れの抑制」と「メイン噴射による燃焼の熱発生率のピーク値の抑制」とを両立する値として求められる。これらを抑制することで、高いエンジントルクを確保しながらも、燃焼音の低減やＮＯｘ発生量の低減を図ることが可能になる。尚、本実施形態では、上述した如くプレ噴射の基本噴射量を得るための上記分割率を１０％としている。
（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、本実施形態では、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、最小噴射率（例えば１回当たりの噴射量１．５ｍｍ3）とし、複数回数のアフタ噴射を実行することで、このアフタ噴射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。
−燃料噴射圧−
上述した各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、即ち目標レール圧は、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。即ち、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１や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。
例えば、上記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、即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（プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和）を決定する。
−目標燃料圧力の設定手法−
次に、本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。
（目標燃料圧力の基本設定手法）
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以下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。この図４では、理解を容易にするために１回のメイン噴射（複数回の分割メイン噴射が行われる場合には第１回目の分割メイン噴射）が行われた場合の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、更に、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、本実施形態では、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。
尚、図４に一点鎖線で示す波形は、上記プレ噴射で噴射された燃料の燃焼に係る熱発生率波形を示している。これにより、メイン噴射で噴射された燃料の安定した拡散燃焼が実現される。例えば、このプレ噴射で噴射された燃料の燃焼によって１０［Ｊ］の熱量が発生する。この値は、これに限定されるものではなく。例えば、上記総燃料噴射量に応じて適宜設定される。また、図示していないが、プレ噴射に先立ってパイロット噴射も行われており、これ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ている。
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共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、本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。
そして、それを実現するための目標燃料圧力の設定手法としては、等燃料噴射圧力ライン（等燃料噴射圧力領域）が、エンジン１の回転数およびトルクから求められる出力（パワー）の等パワーライン（等出力領域）に割り付けられた燃圧設定マップを作成しておき、この燃圧設定マップに従って目標燃料圧力を決定するようにしている。つまり、この燃圧設定マップでは、等パワーラインと等燃料噴射圧力ラインとが略一致するように設定されている。
この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ２３の開弁期間（噴射率波形）を制御すれば、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になり、燃料噴射量制御の簡素化および適正化を図ることができる。
このようにして作成された燃圧設定マップに従い、エンジン１の運転状態に適した目標燃料圧力を設定し、サプライポンプ２１の制御等を行うようになっている。
−プレ噴射制御−
本実施形態の特徴は、上記プレ噴射の噴射形態（噴射タイミングおよび噴射量）の制御にある。具体的には、エンジン１の過渡運転時には、エンジン１の定常運転時とは異なる噴射形態でプレ噴射を実行するようにしている。
尚、エンジン１の運転状態が定常運転状態であるか過渡運転状態であるかの判別は、例えば上記アクセル開度センサ４７によって検出されるアクセル操作量の単位時間当たりの変化量に基づいて行われる。つまり、アクセル操作量の単位時間当たりの変化量が所定量以上である場合に過渡運転状態であると判定する。また、スロットル開度センサ４２によって検出されるスロットル開度の単位時間当たりの変化量に基づいて行うようにしてもよい。
ここでいうエンジン１の過渡運転の発生状況としては、例えば、車両の市街地走行時などであって、エンジン１の軽負荷運転（ドライバによるアクセルペダルの踏み込み操作量が比較的少ない状態：例えば踏み込み操作量１０％程度）が継続している状態から、アクセルペダルが大きく踏み込まれて高負荷運転に移行した場合が挙げられる。また、車両の高速巡航走行が継続している場合などであって、アクセルペダルが比較的大きく踏み込まれている高負荷運転（例えばアクセルペダルの踏み込み操作量５０％程度）が継続している状態から、アクセルペダルの踏み込み量が小さくなって低負荷運転に移行した場合も挙げられる。
エンジン１が定常運転状態となっている場合には、上記ＥＣＵ１００のＲＯＭ１０２に予め記憶されているプレ噴射量設定マップに従ってプレ噴射が実行される。このプレ噴射量設定マップは、予め実験やシミュレーションにより、エンジン１を定常運転にした状態で筒内温度やエンジン運転状態（エンジン負荷など）に応じたプレ噴射量を得るためのマップである。つまり、この筒内温度およびエンジン運転状態とプレ噴射の噴射量との関係をマップ化してＲＯＭ１０２に記憶させておき、エンジン１の定常運転時には、現在の筒内温度およびエンジン運転状態を上記マップに当て嵌めて、プレ噴射の噴射量を読み出し、この読み出した噴射量でプレ噴射を実行するようにしている。
このため、エンジン１が定常運転状態であって筒内温度が所定温度に収束している場合には、上記プレ噴射量設定マップに従ったプレ噴射を実行することで、適切なプレ噴射量が得られる。これにより、気筒内の予熱量が適切に得られ、筒内燃焼状態の適正化による必要トルクの確保および排気エミッションの改善を図ることができる。
一方、上述したようなアクセル操作量の変更などによってエンジン１に過渡運転が発生した場合（アクセルペダルが大きく踏み込まれて高負荷運転に移行した場合や、アクセルペダルの踏み込み量が小さくなって低負荷運転に移行した場合）、本実施形態では、エンジン１が定常運転状態となっていることを前提として作成された上記プレ噴射量設定マップに基づくプレ噴射は実行せず、後述するようなプレ噴射を実行することになる。具体的には、現在のエンジン負荷等に基づいて上記プレ噴射量設定マップから求められたプレ噴射での噴射量に対し、後述する補正係数を乗算することで噴射量を増量補正または減量補正するようにしている（副噴射量補正手段による噴射量補正動作）。以下、具体的に説明する。
先ず、エンジン１の過渡運転が発生した場合、「筒内過渡温度」から「筒内定常温度」を減算し、その値（ΔＴ：以下、「筒内温度差」と呼ぶ）に応じてプレ噴射での噴射量を増量補正または減量補正するための補正係数を求める。
ここで、「筒内過渡温度」とは、エンジン１の過渡運転が発生したことで、プレ噴射の噴射量が変更された場合に、未だ筒内温度が収束していない状況での筒内温度である。また、「筒内定常温度」とは、現在のエンジン１の過渡運転（現在のエンジン負荷に応じた運転状態）が継続されて、筒内温度が収束したと仮定した場合の筒内温度である。つまり、この「筒内定常温度」は、エンジン１が定常運転状態となっている場合に、現在の負荷に応じて適切な筒内予熱が行われている状況での筒内温度に相当する。
このため、過渡運転時には、「筒内過渡温度」が、その収束温度である「筒内定常温度」に近付いていくことになるが、この収束に達するまでの期間は筒内予熱量に過不足が生じている。本実施形態におけるプレ噴射での噴射量の増量補正や減量補正は、その期間での噴射量を補正することで、筒内予熱量の過不足を可及的迅速に解消できるようにするものである。
尚、筒内温度は推定または測定される。筒内温度の推定動作としては、エンジン負荷と筒内温度との関係を実験等により求めてマップ化しておき、このマップによりエンジン負荷から筒内温度を求める。また、筒内に圧力センサを設けておき、所定の状態方程式を使用して筒内圧力から筒内温度を求めるようにしてもよい。また、筒内に温度センサが設置可能な構成が実現された場合には、この温度センサによって筒内温度を直接的に測定することができる。
図５は、上記「筒内過渡温度」から「筒内定常温度」を減算して得られた「筒内温度差」（ΔＴ＝「筒内過渡温度」−「筒内定常温度」）と、プレ噴射での噴射量を増量補正または減量補正するための補正係数との関係を示している。
このように、「筒内過渡温度」が「筒内定常温度」に対して低い場合には「筒内温度差」（ΔＴ）は負の値となり、この「筒内過渡温度」が「筒内定常温度」に対して低いほど、その絶対値も大きくなっていく。そして、この場合、上記補正係数が「１．０」を超える値となり、「筒内過渡温度」と「筒内定常温度」との差が大きいほど、プレ噴射の噴射量に対して増量側の補正量が大きくなっていく。つまり、プレ噴射が大幅に増量補正されることになる。このプレ噴射の増量補正により、筒内予熱量の不足分が解消されていき、「筒内過渡温度」は「筒内定常温度」に急速に近付いていく。
その結果、気筒内の予熱量が適切に得られることになり、筒内燃焼状態の適正化による必要トルクの確保および排気エミッションの改善を図ることができる。また、排気エミッションを改善するためにメイン噴射の噴射タイミングを遅角側に設定したり、ＥＧＲ量の増量を行ったりしている場合の失火限界に対する余裕分を十分に確保することが可能になり、これによっても排気エミッションの改善を図ることができる。
逆に、「筒内過渡温度」が「筒内定常温度」に対して高い場合には「筒内温度差」（ΔＴ）は正の値となり、この「筒内過渡温度」が「筒内定常温度」に対して高いほど、その絶対値も大きくなっていく。そして、この場合、上記補正係数が「１．０」を下回る値となり、「筒内過渡温度」と「筒内定常温度」との差が大きいほど、プレ噴射の噴射量に対して減量側の補正量が大きくなっていく。つまり、プレ噴射が大幅に減量補正されることになる。このプレ噴射の減量補正により、筒内予熱量の過剰分が解消されていき、この場合にも「筒内過渡温度」は「筒内定常温度」に急速に近付いていく。
その結果、この場合も、気筒内の予熱量が適切に得られることになり、筒内燃焼状態の適正化による必要トルクの確保および排気エミッションの改善を図ることができる。また、予熱過剰状態を早期に解消できるため、燃焼速度の上昇に伴うＮＯｘ発生量の増加や燃焼音の増大も防止することができる。
以上が、本実施形態におけるプレ噴射量補正動作の基本思想である。
次に、上述したエンジン１の過渡運転時におけるプレ噴射の噴射形態についての複数の実施形態を説明する。ここでは、プレ噴射を増量補正する場合の２つの実施形態、および、プレ噴射を減量補正する場合の２つの実施形態について説明する。
（プレ噴射増量補正の第１実施形態）
先ず、プレ噴射を増量補正する場合の第１実施形態について説明する。
図６は、本実施形態におけるプレ噴射およびメイン噴射の実行期間中における燃料噴射パターンの変化の一例を示している。図６（ａ）はプレ噴射の増量補正前の燃料噴射パターン（定常運転時の燃料噴射パターン）を、図６（ｂ）はプレ噴射の増量補正時であって補正量が比較的少ない場合の燃料噴射パターンを、図６（ｃ）はプレ噴射の増量補正時であって補正量が比較的多い場合の燃料噴射パターンをそれぞれ示している。
図６（ａ）に示すように、エンジン１の定常運転時には、プレ噴射は、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）に近接した進角側で実行されている。また、この図６（ａ）では、プレ噴射の噴射量はインジェクタ２３の最小限界噴射量（１．５ｍｍ3）に設定されている。この値は、これに限定されるものではない。
また、メイン噴射は、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも僅かに進角側で開始され、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側で終了している。これにより、上述した理想的な熱発生率波形（図４の実線を参照）が得られることになる。
そして、エンジン１の過渡運転時において、「筒内過渡温度」が「筒内定常温度」に対して低い場合には、上記「筒内温度差」（ΔＴ）が負の値となり、過渡運転時の予熱量不足が生じていると判断される。このため、上記プレ噴射（以下、このプレ噴射を遅角側プレ噴射と呼ぶ）よりも進角側にプレ噴射（以下、このプレ噴射を進角側プレ噴射と呼ぶ）を実行する。つまり、プレ噴射としての噴射総量を追加増量する。この進角側プレ噴射の噴射量としては、インジェクタ２３の最小噴射率（１．５ｍｍ3）に設定されている。即ち、過渡運転発生前のプレ噴射量に対して１．５ｍｍ3の噴射増量が行われる。これにより、筒内予熱量の不足分が解消されていき、「筒内過渡温度」は「筒内定常温度」に急速に近付いていく。
尚、この場合、遅角側プレ噴射の噴射形態（噴射タイミングおよび噴射量）については、エンジン１の定常運転時（図６（ａ）に示す状態）から変更しないようにし、上述した理想的な熱発生率波形が得られる状態を維持している。また、このようにプレ噴射の噴射量を増量した場合、それに伴ってプレ噴射に起因するエンジン１のトルクも大きくなるため、このトルク増大分に応じたトルク減少量が得られるようにメイン噴射での噴射量を減量補正する。これにより、上記トルク要求値に応じたエンジントルクを得ることができる。
また、アクセルペダルの踏み込み量が更に大きくなるなどしてエンジン１の過渡状態が大きくなり、筒内予熱量をよりいっそう高くする必要が生じた場合には、プレ噴射の噴射量を更に増量することになる。
具体的には、図６（ｃ）に示すように、遅角側プレ噴射での噴射量を増量する。この場合、遅角側プレ噴射の開始タイミングについては変更せず、遅角側プレ噴射の終了タイミングを遅角側に移行させることで、この遅角側プレ噴射での噴射量を増量する。この増量分は図５により求められる補正係数に基づいて設定される。例えば、この遅角側プレ噴射での噴射量が１．５ｍｍ3から２．０ｍｍ3に増量される。
このように遅角側プレ噴射での噴射量を増量した場合にも、それに伴ってプレ噴射に起因するエンジン１のトルクが大きくなるため、このトルク増大分に応じたトルク減少量が得られるようにメイン噴射での噴射量を減量補正する。
また、この図６（ｃ）に示すように、プレ噴射での噴射量を大幅に増量させたことで「筒内過渡温度」が高くなっていき、その結果、上記ΔＴが小さくなっていくと、上記補正係数としては小さくなっていくため（１．０に近付いていくため）、プレ噴射の噴射量は減量されていくことになる。具体的には、図６（ｃ）に示すプレ噴射の噴射形態から図６（ｂ）に示すプレ噴射の噴射形態に変更していく。そして、筒内予熱量が十分に得られて筒内温度が収束し、過渡運転状態が解消されると、図６（ａ）に示す初期状態に戻ることになる。
尚、本実施形態では、２回のプレ噴射を実行することでプレ噴射量の増量補正を行うようにしていたが、３回以上のプレ噴射によってプレ噴射量の増量補正を行うようにしてもよい。
また、進角側プレ噴射の噴射終了タイミングと遅角側プレ噴射の噴射開始タイミングとの間の期間であるインターバルとしては、例えばインジェクタ２３の性能によって決定される最短閉弁期間（インジェクタ２３が閉弁してから開弁を開始するまでの最短期間：例えば２００μｓ）として設定される。このインターバルは上記値に限定されるものではない。また、図６（ｂ）に示す噴射パターンにおいて、遅角側プレ噴射の噴射終了タイミングとメイン噴射の噴射開始タイミングとの間の期間であるインターバルとしては、上記最短閉弁期間（２００μｓ）よりも長く設定されている。これは、更なるプレ噴射量の増量要求があった場合に、図６（ｃ）に示す如く、遅角側プレ噴射の終了タイミングを遅角側に移行させる必要があるからである。
（プレ噴射増量補正の第２実施形態）
次に、プレ噴射を増量補正する場合の第２実施形態について説明する。
図７は、本実施形態におけるプレ噴射およびメイン噴射の実行期間中における燃料噴射パターンの変化の一例を示している。図７（ａ）はプレ噴射の増量補正前の燃料噴射パターン（定常運転時の燃料噴射パターン）を、図７（ｂ）はプレ噴射の増量補正時であって補正量が比較的少ない場合の燃料噴射パターンを、図７（ｃ）はプレ噴射の増量補正時であって補正量が比較的多い場合の燃料噴射パターンをそれぞれ示している。
図７（ａ）に示すように、エンジン１の定常運転時には、プレ噴射は、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）に近接した進角側で実行されている。また、この図７（ａ）では、プレ噴射の噴射量はインジェクタ２３の最小限界噴射量（１．５ｍｍ3）に設定されている。この値は、これに限定されるものではない。
また、メイン噴射は、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも僅かに進角側で開始され、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側で終了している。これにより、上述した理想的な熱発生率波形（図４の実線を参照）が得られることになる。
そして、エンジン１の過渡運転時において、「筒内過渡温度」が「筒内定常温度」に対して低い場合には、上記「筒内温度差」（ΔＴ）が負の値となり、過渡運転時の予熱量不足が生じていると判断される。このため、図７（ｂ）に示すように、プレ噴射での噴射量を増量する。この場合、プレ噴射の開始タイミングについては変更せず、プレ噴射の終了タイミングを遅角側に移行させることで、このプレ噴射での噴射量を増量する。この増量分は図５により求められる補正係数に基づいて設定される。例えば、このプレ噴射での噴射量が１．５ｍｍ3から２．０ｍｍ3に増量される。これにより、筒内予熱量の不足分が解消されていき、「筒内過渡温度」は「筒内定常温度」に急速に近付いていく。
尚、この場合、プレ噴射の噴射開始タイミングについては、エンジン１の定常運転時から変更しないようにし、上述した理想的な熱発生率波形が得られる状態を維持している。
また、このようにプレ噴射の噴射量を増量した場合、それに伴ってプレ噴射に起因するエンジン１のトルクも大きくなるため、このトルク増大分に応じたトルク減少量が得られるようにメイン噴射での噴射量を減量補正する。これにより、上記トルク要求値に応じたエンジントルクを得ることができる。
また、アクセルペダルの踏み込み量が更に大きくなるなどしてエンジン１の過渡状態が大きくなり、筒内予熱量をよりいっそう高くする必要が生じた場合には、プレ噴射の噴射量を更に増量することになる。
具体的には、図７（ｃ）に示すように、上記プレ噴射（以下、このプレ噴射を遅角側プレ噴射と呼ぶ）よりも進角側にプレ噴射（以下、このプレ噴射を進角側プレ噴射と呼ぶ）を実行する。つまり、プレ噴射としての噴射総量を追加増量する。この進角側プレ噴射の噴射量としては、インジェクタ２３の最小噴射率（１．５ｍｍ3）に設定されている。即ち、過渡運転発生前のプレ噴射噴射量に対して１．５ｍｍ3の噴射増量が行われる。
このようにプレ噴射の噴射回数を増加させることでプレ噴射での噴射量を増量した場合にも、それに伴ってプレ噴射に起因するエンジン１のトルクが大きくなるため、このトルク増大分に応じたトルク減少量が得られるようにメイン噴射での噴射量を減量補正する。
また、この図７（ｃ）に示すように、プレ噴射での噴射量を大幅に増量させたことで「筒内過渡温度」が高くなっていき、その結果、上記ΔＴが小さくなっていくと、上記補正係数としては小さくなっていくため（１．０に近付いていくため）、プレ噴射の噴射量は減量されていくことになる。具体的には、図７（ｃ）に示すプレ噴射の噴射形態から図７（ｂ）に示すプレ噴射の噴射形態に変更していく。そして、筒内予熱量が十分に得られて筒内温度が収束し、過渡運転状態が解消されると、図７（ａ）に示す初期状態に戻ることになる。
尚、本実施形態では、１回のプレ噴射を増量補正した後に更なる増量補正が必要となった場合には２回のプレ噴射を実行するようにしていたが、３回以上のプレ噴射によってプレ噴射量の増量補正を行うようにしてもよい。
（プレ噴射減量補正の第１実施形態）
次に、プレ噴射を減量補正する場合の第１実施形態について説明する。
図８は、本実施形態におけるプレ噴射およびメイン噴射の実行期間中における燃料噴射パターンの変化の一例を示している。図８（ａ）はプレ噴射の減量補正前の燃料噴射パターン（定常運転時の燃料噴射パターン）を、図８（ｂ）はプレ噴射の減量補正時の燃料噴射パターンをそれぞれ示している。
図８（ａ）に示すように、エンジン１の定常運転時には、プレ噴射は、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）に近接した進角側で実行されている。また、この図８（ａ）では、プレ噴射の噴射量はインジェクタ２３の最小限界噴射量よりも多い噴射量（例えば２．５ｍｍ3）に設定されている。この値は、これに限定されるものではない。
また、この場合、プレ噴射の噴射終了タイミングとメイン噴射の噴射開始タイミングとの間の期間であるインターバルとしては、上記最短閉弁期間（２００μｓ）に設定されている。このインターバルは上記値に限定されるものではない。
そして、エンジン１の過渡運転時において、「筒内過渡温度」が「筒内定常温度」に対して高い場合には、上記「筒内温度差」（ΔＴ）が正の値となり、過渡運転時の予熱量過剰が生じていると判断される。このため、上記プレ噴射を減量することになる。具体的には、図８（ｂ）に示すように、プレ噴射での噴射量を最小限界噴射量（１．５ｍｍ3）を下限値として減量する。この減量分は図５により求められる補正係数に基づいて設定される。この場合、プレ噴射の開始タイミングについては変更せず、遅角側プレ噴射の終了タイミングを進角側に移行させることで、このプレ噴射での噴射量を減量する。
このようにプレ噴射での噴射量を減量した場合には、それに伴ってプレ噴射に起因するエンジン１のトルクが小さくなるため、このトルク減少分に応じたトルク増大量が得られるようにメイン噴射での噴射量を増量補正する。
この図８（ｂ）に示すように、プレ噴射での噴射量を減量させたことで「筒内過渡温度」が低くなっていき、その結果、上記ΔＴが大きくなっていくと、プレ噴射の噴射量を増量していくことになる。そして、筒内予熱量の過剰分か解消されて筒内温度が収束し、過渡運転状態が解消されると、図８（ａ）に示す初期状態に戻ることになる。
（プレ噴射減量補正の第２実施形態）
次に、プレ噴射を減量補正する場合の第２実施形態について説明する。
図９は、本実施形態におけるプレ噴射およびメイン噴射の実行期間中における燃料噴射パターンの変化の一例を示している。図９（ａ）はプレ噴射の減量補正前の燃料噴射パターン（定常運転時の燃料噴射パターン）を、図９（ｂ）はプレ噴射の減量補正時の燃料噴射パターンをそれぞれ示している。
図９（ａ）に示すように、エンジン１の定常運転時には、プレ噴射は、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側で実行される（ピストン１３の圧縮上死点よりも進角側にプレ噴射の開始タイミングと終了タイミングとが設定される）。また、この図９（ａ）では、プレ噴射の噴射形態として、インジェクタ２３の最小限界噴射量でのプレ噴射が２回実行されている。
この場合、進角側プレ噴射の噴射終了タイミングと遅角側プレ噴射の噴射開始タイミングとの間の期間であるインターバル、および、遅角側プレ噴射の噴射終了タイミングとメイン噴射の噴射開始タイミングとの間の期間であるインターバルとしては、それぞれ上記最短閉弁期間（２００μｓ）に設定されている。このインターバルは上記値に限定されるものではない。
そして、エンジン１の過渡運転時において、「筒内過渡温度」が「筒内定常温度」に対して高い場合には、上記「筒内温度差」（ΔＴ）が正の値となり、過渡運転時の予熱量過剰が生じていると判断される。このため、上記プレ噴射を減量することになる。具体的には、図９（ｂ）に示すように、進角側のプレ噴射を非実行とするようにしてプレ噴射での総噴射量を減量する。この場合、遅角側のプレ噴射の噴射形態については変更しない。
このようにプレ噴射での噴射量を減量した場合には、それに伴ってプレ噴射に起因するエンジン１のトルクが小さくなるため、このトルク減少分に応じたトルク増大量が得られるようにメイン噴射での噴射量を増量補正する。
この図９（ｂ）に示すように、プレ噴射での噴射量を減量させたことで「筒内過渡温度」が低くなっていき、その結果、上記ΔＴが大きくなっていくと、プレ噴射の噴射量を増量していくことになる。そして、筒内予熱量の過剰分か解消されて筒内温度が収束し、過渡運転状態が解消されると、図９（ａ）に示す初期状態に戻ることになる。
以上説明してきたように、各実施形態によれば、プレ噴射での噴射量を増量補正したり減量補正したりすることにより、筒内予熱量の過不足を可及的迅速に解消することができる。その結果、筒内燃焼状態の適正化による必要トルクの確保および排気エミッションの改善を図ることができる。
−他の実施形態−
以上説明した各実施形態では、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。
また、上記各実施形態では、マニバータ７７として、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６を備えたものとしたが、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）を備えたものとしてもよい。
また、上記各実施形態では、プレ噴射に対して増量補正や減量補正を行うことで、過渡運転時における筒内予熱量の適正化を図るようにしていた。本発明はこれに限らず、パイロット噴射に対して増量補正や減量補正を行うことで、過渡運転時における筒内予熱量の適正化を図ることも技術的思想の範疇である。更には、プレ噴射とパイロット噴射との両方に対して増量補正や減量補正を行って過渡運転時における筒内予熱量の適正化を図ることも本発明の技術的思想の範疇である。
本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおいて、メイン噴射に先立ってプレ噴射を実行する場合の燃料噴射制御に適用することが可能である。

Claims (8)

  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且つ気筒内の予熱に寄与す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、
    内燃機関の負荷変化による過渡運転時、筒内温度がその負荷に応じた所定温度に略収束するまでの間、筒内予熱量の過不足分に応じて副噴射の噴射量を補正する副噴射量補正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. 上記請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    上記副噴射量補正手段は、内燃機関の過渡運転時における筒内過渡温度から、上記負荷に応じて収束する上記所定温度である筒内定常温度を減算することで求められる筒内温度差に応じて筒内予熱量の過不足分を求め、この過不足分に応じて副噴射の噴射量を補正するよう構成さ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。
  3. 上記請求項２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    上記副噴射量補正手段は、内燃機関の負荷上昇に伴う過渡運転時は上記筒内温度差に応じて副噴射の噴射量を増量補正する一方、内燃機関の負荷下降に伴う過渡運転時は上記筒内温度差に応じて副噴射の噴射量を減量補正するよう構成さ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。
  4. 上記請求項１、２または３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    上記副噴射量補正手段は、副噴射の噴射量を増量補正する際、副噴射１回当たりの噴射量を増量することなく、副噴射の噴射回数を増加するよう構成さ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。
  5. 上記請求項１、２または３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    上記副噴射量補正手段は、副噴射の噴射量を増量補正する際、副噴射１回当たりの噴射量を増量するよう構成さ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。
  6. 上記請求項１、２または３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    上記副噴射量補正手段は、副噴射の噴射量を減量補正する際、副噴射１回当たりの噴射量を減量することなく、副噴射の噴射回数を削減するよう構成さ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。
  7. 上記請求項１、２または３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    上記副噴射量補正手段は、副噴射の噴射量を減量補正する際、副噴射１回当たりの噴射量を減量するよう構成さ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。
  8. 上記請求項４または６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１回当たりの噴射量は、燃料噴射弁の最小限界噴射量に設定さ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。
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