JP2017145696A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮自着火燃焼を実施する内燃機関の燃焼騒音を抑制する。【解決手段】気筒１０内で予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合に、燃料の化学反応中において筒内温度の上昇に伴う着火遅れ時間の変化が抑制される温度領域が現れる内燃機関１００の制御装置２００が、気筒１０内で予混合気が圧縮自着火燃焼するように、燃料噴射弁２０から１次燃料と２次燃料とを順次噴射する燃料噴射制御部を備える。燃料噴射制御部は、筒内温度が前記温度領域よりも高温側となるクランク角で２次燃料が噴射されることによって、２次燃料の自着火時期が所定のクランク角で噴射された１次燃料の自着火時期よりも早くなる場合は、筒内温度が前記温度領域内となるクランク角で２次燃料が噴射されることで、２次燃料の自着火時期が前記所定のクランク角で噴射された１次燃料の自着火時期よりも遅くなるときよりも、総燃料噴射量に占める２次燃料の割合を低くする。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、従来の内燃機関の制御装置として、一部の機関運転領域で予混合気を圧縮自着火燃焼させるように構成されたものが開示されている。

特開２０１１−１５３５６２号公報

しなしながら、予混合気を圧縮自着火燃焼させると、燃焼室内に拡散させた燃料が多点で同時期に自着火するので、予混合気を火炎伝播燃焼させた場合よりも、燃焼騒音が増大するという問題点がある。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの燃焼騒音を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、気筒内で予混合気を圧縮自着火燃焼させるサイクル内であって圧縮行程中に、燃料の化学反応中において筒内温度の上昇に伴う着火遅れ時間の変化が抑制される温度領域が現れる内燃機関を制御する内燃機関の制御装置が、気筒内で予混合気が圧縮自着火燃焼するように、燃料噴射弁から１次燃料と２次燃料とを順次噴射する燃料噴射制御部を備える。そして燃料噴射制御部は、筒内温度が前記温度領域よりも高温側となるクランク角で２次燃料が噴射されることによって、２次燃料の自着火時期が所定のクランク角で噴射された１次燃料の自着火時期よりも早くなる場合は、筒内温度が温度領域内となるクランク角で２次燃料が噴射されることで、２次燃料の自着火時期が所定のクランク角で噴射された１次燃料の自着火時期よりも遅くなるときよりも、総燃料噴射量に占める２次燃料の割合を低くするように構成される。

本発明のこの態様によれば、予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの燃焼騒音を抑制することができる。

図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。 図２は、内燃機関の機関本体の断面図である。 図３は、機関本体の運転領域を示す図である。 図４Ａは、ＣＩ運転モード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。 図４Ｂは、ＣＩ運転モード中における吸気弁及び排気弁の開弁動作の一例を示した図である。 図５は、圧縮行程中の任意の時期に、燃料噴射弁から１回だけ燃料を噴射して圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。 図６は、圧縮行程中の任意の時期に、燃料噴射弁から１次燃料噴射及び２次燃料噴射を順次実施して、時間差を設けて２回の圧縮自着火燃焼を生じさせた場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。 図７は、圧縮行程中の任意の時期に、燃料噴射弁から１次燃料噴射及び２次燃料噴射を順次実施して、時間差を設けて２回の圧縮自着火燃焼を生じさせた場合の燃焼室内の様子の変遷を示した図である。 図８は、ピストンの上昇に伴って筒内温度及び筒内圧力が上昇していく内燃機関における代表的な着火遅れ時間τの変化を示す図である。 図９は、ＣＩ運転モード中におけるクランク角と筒内温度との関係の一例を示す図である。 図１０は、本発明の第１実施形態による燃料噴射制御について説明するフローチャートである。 図１１は、機関負荷に基づいて総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊを算出するためのテーブルである。 図１２は、機関負荷に基づいて２次燃料噴射の噴射時期Ｗ２を設定するためのテーブルである。 図１３は、目標ＩＶＣと目標ＥＧＲ率とに基づいて初期筒内温度Ｔ_ｉｖｃを算出するためのマップである。 図１４は、本発明の第２実施形態による燃料噴射制御について説明するフローチャートである。 図１５は、初期筒内温度Ｔ_ｉｖｃに基づいてクランク角度量Ｘｆを算出するためのテーブルである。 図１６は、本発明の第３実施形態による燃料噴射制御について説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。図２は、内燃機関１００の機関本体１の断面図である。

図１に示すように、内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、吸気動弁装置５と、排気動弁装置６と、を備える。

機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室１１内（図２参照）で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体１には、気筒毎に１つの点火プラグ１６が、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように設けられる。また機関本体１には、気筒毎に一対の吸気弁５０と一対の排気弁６０とが設けられる。

燃料供給装置２は、電子制御式の燃料噴射弁２０と、デリバリパイプ２１と、サプライポンプ２２と、燃料タンク２３と、を備える。

燃料噴射弁２０は、燃焼圧力を受けて各気筒１０の内部を往復動するピストン１２の冠面に形成されたキャビティ１３に向かって燃料を噴射して成層予混合気を形成することができるように、機関本体１に設けられる。本実施形態では、燃料噴射弁２０は、点火プラグ１６に隣接して配置されており、各気筒１０の燃焼室１１に臨むように各気筒１０に１つ設けられている。燃料噴射弁２０の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁２０が開弁されると燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接燃料が噴射される。

デリバリパイプ２１は、圧送パイプ２４を介して燃料タンク２３に接続される。圧送パイプ２４の途中には、燃料タンク２３に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ２１に供給するためのサプライポンプ２２が設けられる。デリバリパイプ２１は、サプライポンプ２２から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁２０が開弁されると、デリバリパイプ２１に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁２０から燃焼室１１内に直接噴射される。デリバリパイプ２１には、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０から気筒内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出するための燃圧センサ２１１が設けられる。

サプライポンプ２２は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ２２の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ２２の吐出量を制御することで、デリバリパイプ２１内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁２０の噴射圧が制御される。

吸気装置３は、燃焼室１１内に吸気を導くための装置であって、燃焼室１１内に吸入される吸気の状態（吸気圧、吸気温、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、ＥＧＲ通路３２と、を備える。

吸気通路３０は、一端がエアクリーナ３４に接続され、他端が吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａに接続される。吸気通路３０には、上流から順にエアフローメータ２１２、排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７１、インタークーラ３５及びスロットル弁３６が設けられる。

エアフローメータ２１２は、吸気通路３０内を流れて最終的に気筒１０内に吸入される空気の流量を検出する。

コンプレッサ７１は、コンプレッサハウジング７１ａと、コンプレッサハウジング７１ａ内に配置されたコンプレッサホイール７１ｂと、を備える。コンプレッサホイール７１ｂは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ７のタービンホイール７２ｂによって回転駆動され、コンプレッサハウジング７１ａ内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。排気ターボチャージャ７のタービン７２には、タービンホイール７２ｂの回転速度を制御するための可変ノズル７２ｃが設けられており、可変ノズル７２ｃによってタービンホイール７２ｂの回転速度が制御されることで、コンプレッサハウジング７１ａ内から吐出される吸気の圧力（過給圧）が制御される。

インタークーラ３５は、コンプレッサ７１によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。

スロットル弁３６は、吸気通路３０の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド３１に導入する吸気量を調整する。スロットル弁３６は、スロットルアクチュエータ３６ａによって開閉駆動され、スロットルセンサ２１３によってその開度（スロットル開度）が検出される。

吸気マニホールド３１は、機関本体１に形成された吸気ポート１４に接続されており、吸気通路３０から流入してきた吸気を、吸気ポート１４を介して各気筒１０に均等に分配する。吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａには、筒内に吸入される吸気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ２１４と、筒内に吸入される吸気の温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ２１５と、が設けられる。

ＥＧＲ通路３２は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａを連通し、各気筒１０から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ３１ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」という。ＥＧＲガスを吸気コレクタ３１ａ、ひいては各気筒１０に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。ＥＧＲ通路３２には、上流から順にＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、が設けられる。

ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。

ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御することで、吸気コレクタ３１ａに還流させるＥＧＲガスの流量が調節される。

排気装置４は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド４１と、排気通路４２と、を備える。

排気マニホールド４１は、機関本体１に形成された排気ポート１５に接続されており、各気筒１０から排出された排気を纏めて排気通路４２に導入する。

排気通路４２には、上流から順に排気ターボチャージャ７のタービン７２と、排気後処理装置４３と、が設けられる。

タービン７２は、タービンハウジング７２ａと、タービンハウジング７２ａ内に配置されたタービンホイール７２ｂと、を備える。タービンホイール７２ｂは、タービンハウジング７２ａ内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール７１ｂを駆動する。

タービンホイール７２ｂの外側には、前述した可変ノズル７２ｃが設けられている。可変ノズル７２ｃは絞り弁として機能し、可変ノズル７２ｃのノズル開度（弁開度）は電子制御ユニット２００によって制御される。可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることでタービンホイール７２ｂを駆動する排気の流速をタービンハウジング７２ａ内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることで、タービンホイール７２ｂの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル７２ｃのノズル開度を小さくする（可変ノズル７２ｃを絞る）と、排気の流速が上がってタービンホイール７２ｂの回転速度が増大し、過給圧が増大する。

排気後処理装置４３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。

吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置５は、吸気弁５０の開閉時期を任意の時期に制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成される。しかしながら、これに限らず、吸気カムシャフトによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成し、当該吸気カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、吸気弁５０の開閉時期を任意の時期に制御できるようにしてもよい。

排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を排気行程中に開弁させると共に、必要に応じて吸気行程中にも開弁させることができるように構成される。本実施形態ではこのような排気動弁装置６として、電子制御ユニット２００によって制御される電磁アクチュエータを採用し、各気筒１０の排気弁６０を電磁アクチュエータによって開閉駆動することで、排気弁６０の開閉時期やリフト量を任意の時期及びリフト量に制御している。なお、排気動弁装置６としては、電磁アクチュエータに限らず、例えば油圧等によってカムプロフィールを変更することで排気弁６０の開閉時期やリフト量を変更する動弁装置を採用することもできる。

電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。

入力ポート２０５には、前述した燃圧センサ２１１などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。

出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して、燃料噴射弁２０などの各制御部品に接続される。

電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。

電子制御ユニット２００は、機関運転状態（機関回転速度及び機関負荷）に基づいて、機関本体１の運転モードを火花点火運転モード（以下「ＳＩ運転モード」という。）、又は圧縮自着火運転モード（以下「ＣＩ運転モード」という。）のいずれかに切り替える。

具体的には電子制御ユニット２００は、図３に示すように、機関運転状態が図２に実線で囲まれた自着火領域ＲＲ内にあれば、運転モードをＣＩ運転モードに切り替え、自着火領域ＲＲ以外の領域内にあれば、運転モードをＳＩ運転モードに切り替える。そして電子制御ユニット２００は、各運転モードに応じた燃料噴射弁２０などの制御を実施する。

電子制御ユニット２００は、運転モードがＳＩ運転モードのときには、基本的に燃焼室１１内に理論空燃比又は理論空燃比近傍の予混合気を形成して点火プラグ１６による点火を行い、その予混合気を火炎伝播燃焼させて機関本体１の運転を行う。

また電子制御ユニット２００は、運転モードがＣＩ運転モードのときには、基本的に燃焼室１１内に理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば３０〜４０程度）の予混合気を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて機関本体１の運転を行う。本実施形態では、予混合気として燃焼室１１内の中央部に可燃層を有し、気筒内壁面の周りに空気層を有する成層予混合気を形成している。

予混合気の圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて空燃比をリーンにしても実施でき、また圧縮比を高くしても実施できる。そのため、予混合気の圧縮自着火燃焼を実施することで、燃費を向上させることができると共に、熱効率を向上させることができる。また、予混合気の圧縮自着火燃焼は、火花点火燃焼と比べて燃焼温度が低くなるため、ＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに燃料の周りには十分な酸素が存在するため、未燃ＨＣの発生も抑制することができる。

なお、予混合気を燃焼室１１内で圧縮自着火燃焼させるには、予混合気を自着火させることが可能な温度まで筒内温度を上昇させる必要があり、ＳＩ運転モード中のように予混合気を燃焼室１１内で全て火炎伝播燃焼させるときよりも筒内温度を高温にする必要がある。そのため本実施形態では、例えば図４Ａ及び図４Ｂに示すように、ＣＩ運転モード中は、排気弁６０が排気行程の他に吸気行程でも開弁するように排気動弁装置６を制御している。このように、排気弁６０を吸気行程中に再度開弁する排気弁２度開き動作を実施することで、排気行程中に自気筒から排出された高温の排気を直後の吸気行程中に自気筒に吸い戻すことができる。これにより筒内温度を上昇させて、各気筒１０の筒内温度を圧縮自着火燃焼可能な温度に維持している。

図４Ａに示すように、吸気弁５０のリフト量が小さいときに排気弁６０を開弁すれば、
多量の排気を自気筒に吸い戻すことができるので、筒内温度を大きく上昇させることができる。一方で図４Ｂに示すように、吸気弁５０のリフト量がある程度大きくなった後に排気弁６０を開弁すれば、筒内にある程度空気（新気）が吸入された後に排気が吸い戻されることになるので、自気筒に吸い戻す排気の量を抑えて筒内温度の上昇幅を抑えることができる。このように、排気弁排気弁２度開き動作を実施するタイミングに応じて、筒内温度の上昇幅を制御することができる。本実施形態では、筒内ガス量中に占めるＥＧＲガス量及び自気筒に吸い戻された排気の量の割合をＥＧＲ率と称する。

また、予混合気を燃焼室１１内で圧縮自着火燃焼させるにあたって、必要に応じて点火プラグ１６による予混合気の着火アシストを行って予混合気の一部を火炎伝播燃焼させ、そのときに生じる熱を用いて筒内温度を強制的に上昇させることで、残りの予混合気を圧縮自着火燃焼させることもできる。このような着火アシストを実施して予混合気を圧縮自着火燃焼させることで、筒内温度が比較的低い状態であっても予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能になると共に、予混合気の着火時期を任意の時期に制御することが容易となる。

ところで、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室１１内に拡散させた燃料が多点で同時期に自着火することになる。そのため、予混合気を火炎伝播燃焼させた場合よりも、燃焼騒音Ｄ［ｄＢ］が増大するという問題がある。

図５は、圧縮行程中の任意の時期（図５の例では−５０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）に、燃料噴射弁２０から１回だけ燃料を噴射して圧縮自着火燃焼を実施した場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。熱発生率（ｄＱ／ｄθ）［Ｊ／ｄｅｇ．ＣＡ］とは、予混合気の燃焼によって生じる単位クランク角あたりの熱量、すなわち単位クランク角あたりの熱発生量Ｑのことである。なお以下の説明では、このクランク角と熱発生率との関係を示した燃焼波形のことを、必要に応じて「熱発生率パターン」という。

前述したように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、燃焼室１１内に拡散させた燃料が多点で同時期に自着火するので、火炎伝播燃焼させたときよりも燃焼速度が速くなって燃焼期間が短くなる。そのため図５に示すように、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、熱発生率パターンのピーク値、及び熱発生率パターンの燃焼初期（図５にハッチングで示した領域）における傾き（ｄ^２Ｑ／（ｄθ）^２）のそれぞれが比較的大きくなる傾向にある。

燃焼騒音Ｄは、この熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きのそれぞれと相関があり、熱発生率パターンのピーク値が大きくなるほど、またその燃焼初期における傾きが大きくなるほど、大きくなる。そのため、予混合気を圧縮自着火燃焼させた場合は、予混合気を火炎伝播燃焼させたときよりも、燃焼騒音Ｄが増大するのである。

ここで、熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きのそれぞれを小さくして燃焼騒音Ｄを小さくする方法としては、燃料噴射量の総量を変化させることなく複数回に分けて燃料噴射弁２０から燃料を噴射して、時間差を設けて複数の圧縮自着火燃焼を生じさせる方法が考えられる。

図６は、圧縮行程中の任意の時期（図６の例では−５０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］と−３０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）に、燃料噴射量の総量を変化させることなく燃料噴射弁２０から１次燃料噴射Ｇ１及び２次燃料噴射Ｇ２を順次実施して、時間差を設けて２回の圧縮自着火燃焼を生じさせた場合のクランク角と熱発生率との関係を示した図である。図７は、この場合の燃焼室１１内の様子の変遷を示した図である。なお、図６及び図７に示した例では、１次燃料噴射Ｇ１及び２次燃料噴射Ｇ２として燃料噴射弁からそれぞれ１度だけ燃料を噴射する形態を示しているが、１次燃料噴射Ｇ１及び２次燃料噴射Ｇ２の一方又は双方を短い間隔で複数回に分けて燃料を噴射する形態としても良い。

図６において、熱発生率パターンＡは、１次燃料噴射Ｇ１によって形成された予混合気Ｓ１（図７参照）が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＢは、２次燃料噴射Ｇ２によって形成された予混合気Ｓ２（図７参照）が圧縮自着火燃焼したときの熱発生率パターンである。熱発生率パターンＣは、熱発生率パターンＡと熱発率パターンＢとを足し合わせた実際の熱発生率パターンである。熱発生率パターンＤは、比較のために示した図５の熱発生率パターンである。

図６に示すように、熱発生率パターンＡ及び熱発生率パターンＢのそれぞれのピーク値及び燃焼初期における傾きは、熱発生率パターンＤのピーク値及び燃焼初期における傾きよりも小さくなる。これは、図５の場合も図６の場合も燃料噴射量の総量は変わらないので、熱発生率パターンＤの形成に寄与する燃料の量と比較して、熱発生率パターンＡの形成に寄与する燃料の量（この例では１次燃料噴射Ｇ１の噴射量）及び熱発生率パターンＢの形成に寄与する燃料の量（この例では２次燃料噴射Ｇ２の噴射量）はそれぞれ少なくなり、同時期に着火する燃料の量が分散されるためである。その結果、図６に示すように、実際の燃焼波形である熱発生率パターンＣのピーク値及び燃焼初期（図６にハッチングで示した領域）における傾きも、熱発生率パターンＤのピーク値及び燃焼初期における傾きよりも小さくなる。

このように、時間差を設けて複数の圧縮自着火燃焼を生じさせる場合には、実際の熱発生率パターンＣの燃焼初期における傾きは、最初に圧縮自着火燃焼させた燃料の熱発生率パターン（この例では熱発生率パターンＡ）に依存する。具体的には、最初に圧縮自着火燃焼させた燃料の熱発生率パターン（この例では熱発生率パターンＡ）の燃焼初期における傾きが小さくなるほど、実際の熱発生率パターンＣの燃焼初期における傾きも小さくなる。

そのため、熱発生率パターンの燃焼初期における傾きを小さくして燃焼騒音Ｄをより効果的に抑制するには、最初に圧縮自着火燃焼する燃料の量の少なくすることが有効であり、換言すれば総燃料噴射量に占める最初に圧縮自着火燃焼する燃料の量の割合を少なくすることが有効である。したがって単純に考えれば、例えば燃料噴射弁２０から１次燃料噴射Ｇ１及び２次燃料噴射Ｇ２を順次実施する場合には、圧縮自着火燃焼を実施可能な範囲で１次燃料噴射Ｇ１の噴射量を少なくして、総燃料噴射量に占める１次燃料噴射Ｇ１の噴射量を少なくすれば良いとも考えられる。

ここで、図７で示したような成層予混合気を燃焼室１１内に形成して圧縮自着火燃焼を実施するためには、１次燃料噴射Ｇ１及び２次燃料噴射Ｇ２を適切な時期に順次実施し、燃料噴射弁２０から噴射された燃料をキャビティ１３によって誘導することで、自着火が生じる前の所望の時期に予混合気Ｓ１、Ｓ２を燃焼室１１内に形成する必要がある。

このとき、１次燃料噴射Ｇ１の噴射時期Ｗ１における筒内圧力Ｐ１と、その後に行われる２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２における筒内圧力Ｐ２とを比較すると、筒内圧力Ｐ１よりも筒内圧力Ｐ２の方が高くなる。また、機関負荷が高くなるほど燃焼室１１内に吸入される空気量が多くなるので、仮に自着火領域ＲＲ内の機関高負荷側と機関低負荷側とで同時期に１次燃料噴射Ｇ１及び２次燃料噴射Ｇ２を順次実施したとすると、筒内圧力Ｐ１及び筒内圧力Ｐ２は、それぞれ機関高負荷側の方が機関低負荷側よりも高くなる。

そして、１次燃料噴射Ｇ１の噴射時期Ｗ１における筒内圧力Ｐ１は、機関高負荷側の方が機関低負荷側よりも高くなるものの、相対的に低い圧力となる。そのため、１次燃料噴射Ｇ１に関しては、自着火領域ＲＲ内の機関高負荷側と機関低負荷側とで同時期に実施しても、燃料噴射弁から噴射された燃料の噴霧貫徹力にあまり差は生じず、燃料噴射弁２０から噴射した燃料がキャビティ１３に到達するまでの時間はほとんど変わらない。したがって１次燃料噴射Ｇ１に関しては、機関負荷にかかわらず、予め実験等によって定めた圧縮行程中の所定の時期に実施すれば、自着火が生じる前の所望の時期に予混合気Ｓ１を燃焼室１１内に形成することができる。

一方で、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２における筒内圧力Ｐ２は、相対的に高い圧力となり、さらに機関高負荷側の方が機関低負荷側よりも高くなる。そのため、噴射時期Ｗ２に噴射された燃料の噴霧貫徹力には差が生じ、噴霧貫徹力は機関負荷が高いときほど筒内圧力Ｐ２が高くなるために弱まる。したがって、２次燃料噴射Ｇ２に関しては、自着火領域ＲＲ内の機関高負荷側と機関低負荷側とで同時期に実施してしまうと、機関高負荷側では燃料噴射弁２０から噴射した燃料がキャビティ１３に到達するまでの時間が長くなるので、予混合気Ｓ２の形成に必要な時間も長くなる。

このように、機関高負荷側では予混合気Ｓ２の形成に必要な時間が長くなるので、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２を遅角させ過ぎると、燃料を拡散させることができず、自着火が生じる前の所望の時期に予混合気Ｓ２を形成することができなくなってしまう。逆に、機関低負荷側では予混合気Ｓ２の形成に必要な時間が短くなるので、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２を進角させ過ぎると、燃料が拡散し過ぎてしまい、自着火が生じる前の所望の時期に予混合気Ｓ２を形成することができなくなってしまう（この場合、予混合気Ｓ１と予混合気Ｓ２が混じった状態となる）。

したがって、２次燃料噴射Ｇ２に関しては、機関負荷に応じた適切な時期に実施する必要があり、具体的には自着火領域ＲＲ内の機関高負荷側ほどその噴射時期Ｗ２を進角させ、機関低負荷側ほどその噴射時期Ｗ２を遅角させる必要がある。

そして発明者らの鋭意研究の結果、機関負荷に応じて２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２を遅角させていくと、１次燃料噴射Ｇ１によって噴射された燃料（以下「１次燃料」という。）よりも、２次燃料噴射Ｇ２によって噴射された燃料（以下「２次燃料」という。）の方が先に圧縮自着火燃焼を起こす場合があることがわかった。この場合、総燃料噴射量に占める１次燃料噴射Ｇ１の噴射量の割合を小さくしてしまうと、その分だけ総燃料噴射量に占める２次燃料噴射Ｇ２の噴射量の割合が大きくなってしまう。そのため、逆に熱発生率パターンの燃焼初期における傾きが大きくなって燃焼騒音Ｄが大きくなってしまう。したがってこの場合、熱発生率パターンの燃焼初期における傾きを小さくして燃焼騒音Ｄを抑制するには、逆に総燃料噴射量に占める２次燃料噴射Ｇ２の噴射量を少なくする必要があることがわかった。

以下、このような現象が起こる原因として考えられる理由について説明する。

予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合、燃焼室１１内に噴射された燃料は、筒内温度Ｔ［Ｋ］及び筒内圧力Ｐ［ＭＰａ］の上昇に伴って段階的に種々の化学反応を起こして自着火に至り、そのときに図５や図６に示すような明確な熱発生が現れる。そのため、燃焼室１１内に噴射された燃料が自着火に至るまでの時間（以下「着火遅れ時間」という。）τ［ｓｅｃ］は、燃焼室１１内に燃料が噴射されてからの当該燃料の化学反応の進行速度に左右される。そして、この燃料の化学反応の進行速度は、筒内温度Ｔ及び筒内圧力Ｐの他、当量比φなどによって変化する。

したがって換言すれば、着火遅れ時間τは、筒内温度Ｔや筒内圧力Ｐ、当量比φなどによって変化する。具体的には、着火遅れ時間τは基本的に、筒内温度Ｔが高くなるほど短くなり、筒内圧力Ｐが高くなるほど短くなり、当量比φが大きくなるほど短くなる傾向にある。

このように着火遅れ時間τは、基本的に筒内温度Ｔが高くなるほど短くなるが、燃料の化学反応中においては、当該燃料が自着火に至って明確な熱発生が現れる前の所定の温度領域で、当該燃料の化学反応の進行が停滞することが知られている。その結果、筒内温度Ｔがこの温度領域内にある場合には、筒内温度Ｔがこの温度領域外にあるときと比べて、筒内温度Ｔに対する着火遅れ時間τの変化割合が異なることが知られている。

図８は、ピストンの上昇に伴って筒内温度Ｔ及び筒内圧力Ｐが上昇していく内燃機関における代表的な着火遅れ時間τの変化を示す図である。

図８に示す温度領域Ｚが、燃料の化学反応の進行が停滞する領域であり、筒内温度Ｔが温度領域Ｚ内にある場合には、温度領域Ｚ外にあるときと比べて、筒内温度Ｔの上昇量に対する着火遅れ時間τの短縮割合が小さくなる。そしてこの温度領域Ｚは、燃料性状によって多少変動するものの、図８に示す通り、燃料としてガソリンを使用する内燃機関においては、概ね約７００［Ｋ］から約９００［Ｋ］までの間となる。

図９は、ＣＩ運転モード中におけるクランク角と筒内温度との関係の一例を示す図である。１次燃料噴射Ｇ１及び２次燃料噴射Ｇ２を順次実施して、図７で示したような成層予混合気を燃焼室１１内に形成して圧縮自着火燃焼を実施する場合には、図９に示すように、１次燃料噴射Ｇ１の噴射時期Ｗ１は基本的に筒内温度Ｔが温度領域Ｚに達する前の時期となる。

一方で２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２は、自着火領域ＲＲ内の高負荷側では、筒内温度Ｔが温度領域Ｚ内の時期となるが、機関負荷が低くなるにつれて２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２を遅角させていくと、筒内温度Ｔが温度領域Ｚよりも高温側の温度領域内の時期となる場合がある。

筒内温度Ｔが温度領域Ｚ内にあるときに２次燃料噴射Ｇ２が実施された場合には、２次燃料の化学反応の進行は、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度（本実施形態では９００［Ｋ］）よりも高くなるまで停滞する。そのため、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度となるまでの間に、２次燃料を拡散させることができる。したがって、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高い温度となって、２次燃料の化学反応が進行する頃には、適度な当量比φの予混合気Ｓ２が燃焼室１１内に形成されることになる。

一方で、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高い温度となっているときに２次燃料噴射Ｇ２が実施された場合には、２次燃料噴射Ｇ２の実施直後から２次燃料の化学反応が急激に進行する。また、２次燃料噴射Ｇ２の実施直後には、２次燃料が拡散する前（すなわち適度な当量比φの予混合気Ｓ２が形成される前）の非常に当量比φの大きい予混合気が燃焼室１１内に形成されることになる。そのため、筒内温度Ｔが温度領域Ｚ内にあるときに２次燃料噴射Ｇ２を実施した場合と比べて着火遅れ時間τが非常に短くなって、１次燃料よりも２次燃料の方が先に圧縮自着火燃焼を起こしてしまうものと考えられる。

そこで本実施形態では、筒内温度が温度領域Ｚよりも高温側となるクランク角で２次燃料が噴射されることによって、２次燃料の自着火時期が所定のクランク角で噴射された１次燃料の自着火時期よりも早くなる場合は、筒内温度が温度領域Ｚ内となるクランク角で２次燃料が噴射されることで、２次燃料の自着火時期が所定のクランク角で噴射された１次燃料の自着火時期よりも遅くなるときよりも、総燃料噴射量に占める２次燃料の割合を低くすることにした。

これにより、１次燃料よりも２次燃料の方が先に圧縮自着火燃焼を起こす場合であっても、熱発生率パターンの燃焼初期における傾きを小さくすることができるので、燃焼騒音Ｄを抑制することができる。

図１０は、本実施形態による燃料噴射制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。

ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。

ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、図１１に示すテーブルを参照し、機関負荷に基づいて総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊを算出する。図１１に示すように、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊは、機関負荷が高くなるほど多くなる。

ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、機関運転状態が自着火領域ＲＲ内にあるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関運転状態が自着火領域ＲＲ内にあれば、ＣＩ運転モードに応じた燃料噴射制御を実施すべくステップＳ４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関運転状態が自着火領域ＲＲ外にあればＳＩ運転モードに応じた燃料噴射制御を実施すべくステップＳ１２の処理に進む。

ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊを予め設定された基本分配率で分配して、１次燃料噴射Ｇ１の基本目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ１及び２次燃料噴射Ｇ２の基本目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ２を算出する。基本分配率は、１次燃料が先に圧縮自着火燃焼を起こすことを前提として設定された分配率である。したがって基本分配率は、１次燃料が先に圧縮自着火燃焼を起こした場合の熱発生率パターンの燃焼初期における傾きを小さくすることができるように、１次燃料噴射Ｇ１の分配率よりも２次燃料噴射Ｇ２の分配率が高くなっている。すなわち、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合が１次燃料の割合よりも高くなっている。

ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、１次燃料噴射Ｇ１の噴射時期Ｗ１、及び２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２を設定する。本実施形態では、電子制御ユニット２００は、圧縮行程中の所定の時期（例えば−５０［ｄｅｇ．ＡＴＤＣ］）を、１次燃料噴射Ｇ１の噴射時期Ｗ１として設定する。また電子制御ユニット２００は、図１２に示すテーブルを参照し、機関負荷に基づいて、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２を設定する。図１１に示すように、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２は、機関負荷が低くなるほど遅角側に設定される。

ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、吸気弁の目標閉弁時期（以下「目標ＩＶＣ」という。）における初期筒内温度Ｔ_ｉｖｃを算出する。本実施形態では、電子制御ユニット２００は、機関運転状態に応じて別途に設定されている目標ＩＶＣと目標ＥＧＲ率とをそれぞれ読み込み、これらと初期筒内温度Ｔ_ｉｖｃとを関連付けた図１３のマップを参照することによって、目標ＩＶＣと目標ＥＧＲ率とに基づいて初期筒内温度Ｔ_ｉｖｃを算出している。

ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２における推定筒内温度Ｔ_Ｗ２を算出する。本実施形態では、初期筒内温度Ｔ_ｉｖｃに基づいて、混合気が断熱圧縮されたと仮定した場合の筒内温度Ｔの推定式である下記の（１）式から推定筒内温度Ｔ_Ｗ２を算出する。
Ｔ_Ｗ２＝Ｔ_ｉｖｃ×（Ｖ_ｉｖｃ／Ｖ_Ｗ２）^ｋ−１ …（１）

（１）式において、Ｖ_ｉｖｃは、目標ＩＶＣにおける燃焼室容積であり、Ｖ_Ｗ２は、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２における燃焼室容積であり、ｋは比熱比（ポリトロープ指数）である。燃焼室容積Ｖ_ｉｖｃは、目標ＩＶＣが定まれば機械的に定まる値であり、また同様に、燃焼室容積Ｖ_Ｗ２も、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２が定まれば機械的に定まる値である。したがって本実施形態では、推定筒内温度Ｔ_Ｗ２を算出するにあたって、目標ＩＶＣと燃焼室容積Ｖ_ｉｖｃとを関連付けたテーブルを予め実験等によって作成しておき、当該テーブルを参照することによって、目標ＩＶＣに基づいて燃焼室容積Ｖ_ｉｖｃを算出している。また同様に、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２と燃焼室容積Ｖ_Ｗ２とを関連付けたテーブルを予め実験等によって作成しておき、当該テーブルを参照することによって、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２に基づいて燃焼室容積Ｖ_Ｗ２を算出している。

ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、推定筒内温度Ｔ_Ｗ２が、温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高いか否かを判定する。本実施形態では、温度領域Ｚの高温側境界温度を９００［Ｋ］に設定している。電子制御ユニット２００は、推定筒内温度Ｔ_Ｗ２が、温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高ければステップＳ９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、推定筒内温度Ｔ_Ｗ２が、温度領域Ｚの高温側境界温度以下であればステップＳ１１の処理に進む。

ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合が１次燃料の割合よりも低くなるように、１次燃料噴射Ｇ１の補正目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ１’、及び２次燃料噴射Ｇ２の補正目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ２’を算出する。本実施形態では、電子制御ユニット２００は、２次燃料噴射Ｇ２の基本目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ２を減量する補正を実施して２次燃料噴射Ｇ２の補正目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ２’を算出する。また電子制御ユニット２００は、２次燃料噴射Ｇ２の基本目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ２から減量した分を１次燃料噴射Ｇ１の基本目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ１に加算する補正を実施して１次燃料噴射Ｇ１の補正目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ１’を算出する。

このように電子制御ユニット２００は、筒内温度Ｔ_Ｗ２が温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高い場合には、低いときと比べて総燃料噴射量に占める２次燃料の割合が低くなるように、総燃料噴射量に占める２次燃料の割合を設定する。これにより、２次燃料の方が先に圧縮自着火燃焼を起こす場合は、１次燃料の方が先に圧縮自着火燃焼を起こすときよりも総燃料噴射量に占める２次燃料の割合を低くすることができる。そのため、熱発生率パターンの燃焼初期における傾きを小さくして燃焼騒音Ｄを抑制することができる。

またこのとき、本実施形態のように総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合が１次燃料の割合よりも低くなるように（１次燃料噴射Ｇ１の噴射量よりも２次燃料噴射Ｇ２の噴射量の方が少なくなるように）、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合を設定することで、熱発生率パターンの燃焼初期における傾きをより小さくして燃焼騒音Ｄを効果的に抑制することができる。

ステップＳ１０において、電子制御ユニット２００は、燃料噴射弁２０を制御して、１次燃料噴射Ｇ１の目標噴射時期Ｗ１に補正目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ１’を噴射し、２次燃料噴射Ｇ２の目標噴射時期Ｗ２に補正目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ２’を噴射する。

ステップＳ１１において、電子制御ユニット２００は、燃料噴射弁２０を制御して、１次燃料噴射Ｇ１の噴射時期Ｗ１に基本目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ１を噴射し、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２に基本目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ２を噴射する。

ステップＳ１２において、電子制御ユニット２００は、ＳＩ運転モード用の燃料噴射制御を実施する。具体的には電子制御ユニット２００は、火炎伝播燃焼用の予混合気の形成が可能な吸気行程から圧縮行程中の任意の時期に燃料噴射弁２０から総燃料噴射量の燃料を噴射する。

以上説明した本実施形態によれば、機関本体１の気筒１０内に燃料を噴射する燃料噴射弁２０を備え、気筒１０内で予混合気を圧縮自着火燃焼させるサイクル内であって圧縮行程中に、燃料の化学反応中において筒内温度の上昇に伴う着火遅れ時間の変化が抑制される温度領域Ｚが現れる内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００（制御装置）が、気筒１０内で予混合気が圧縮自着火燃焼するように、燃料噴射弁２０から１次燃料と２次燃料とを順次噴射する燃料噴射制御部を備える。

そして燃料噴射制御部は、筒内温度Ｔが温度領域Ｚよりも高温側となるクランク角で２次燃料が噴射されることによって、２次燃料の自着火時期が所定のクランク角で噴射された１次燃料の自着火時期よりも早くなる場合は、筒内温度Ｔが温度領域Ｚ内となるクランク角で２次燃料が噴射されることで、２次燃料の自着火時期が所定のクランク角で噴射された１次燃料の自着火時期よりも遅くなるときよりも、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合を低くするように構成されている。

具体的には燃料噴射制御部は、機関負荷に基づいて総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊを算出する総燃料噴射量算出部と、機関負荷が高い場合と比べて低いときの方が２次燃料の噴射時期Ｗ２が遅角するように、２次燃料の噴射時期Ｗ２を設定する噴射時期設定部と、噴射時期設定部によって設定された２次燃料の噴射時期Ｗ２における推定筒内温度Ｔ_Ｗ２を算出する推定筒内温度算出部と、推定筒内温度Ｔ_Ｗ２が温度領域Ｚの高温側の境界温度よりも高い場合には、低いときと比べて総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合が低くなるように、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合を設定する燃料割合設定部と、を備えるように構成される。

これにより、２次燃料の方が先に圧縮自着火燃焼を起こす場合は、１次燃料の方が先に圧縮自着火燃焼を起こすときよりも総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合を低くすることができる。そのため、２次燃料の方が先に圧縮自着火燃焼を起こす場合であっても、熱発生率パターンの燃焼初期における傾きを小さくして燃焼騒音Ｄを抑制することができる。

特に本実施形態では、燃料割合設定部が、推定筒内温度Ｔ_Ｗ２が温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高いときは、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合が１次燃料の割合よりも低くなるように、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合を設定するように構成されている。そのため、２次燃料の方が先に圧縮自着火燃焼を起こす場合において、熱発生率パターンの燃焼初期における傾きをより小さくして燃焼騒音Ｄを効果的に抑制することができる。

また本実施形態では、燃料割合設定部が、推定筒内温度Ｔ_Ｗ２が温度領域Ｚの高温側境界温度以下のときは、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合が１次燃料の割合よりも高くなるように、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合を設定するように構成されている。そのため、１次燃料の方が先に圧縮自着火燃焼を起こす場合において、熱発生率パターンの燃焼初期における傾きをより小さくして燃焼騒音Ｄを効果的に抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による燃料噴射制御について説明する。本実施形態による燃料噴射制御は、筒内温度Ｔが温度領域Ｚよりも高温となっている時間を考慮して総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合を設定する点で、第１実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。

前述した第１実施形態では、推定筒内温度Ｔ_Ｗ２が温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高い場合には、低いときと比べて総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合が低くなるように、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合を設定していた。

しかしながら、例えば目標ＩＶＣが吸気下死点から進角又は遅角されて実圧縮比が低下した場合やＥＧＲ率が低くなった場合など、初期筒内温度Ｔ_ｉｖｃが相対的に低くなったときには、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度となるクランク角が、圧縮上死点近傍まで遅角する場合がある。この場合、圧縮上死点以降は筒内温度Ｔが低下していくため、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている時間は、圧縮上死点前後の非常に短い時間となる。ここで、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている場合に２次燃料噴射Ｇ２が実施されたときの２次燃料の着火遅れ時間τは、２次燃料噴射Ｇ２の実施後に筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている時間が短くなればなるほど、長くなる。

そのため、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている時間が或る一定の時間よりも短い場合には、仮に筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっているときに２次燃料噴射Ｇ２が実施されても、１次燃料噴射Ｇ１によって噴射された燃料の方が先に圧縮自着火燃焼を起こす場合がある。

そこで本実施形態では、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている時間が所定時間よりも短くなる場合には、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２における推定筒内温度Ｔ_Ｗ２が温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高くなっていても、通常通り、１次燃料噴射Ｇ１の噴射時期Ｗ１に基本目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ１を噴射し、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２に基本目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ２を噴射することとした。以下、この本実施形態による燃料噴射制御について説明する。

図１４は、気筒毎に行われる本実施形態による燃料噴射制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。

ステップＳ１からステップＳ１２までの処理は第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ２１において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成された図１５のテーブルを参照し、初期筒内温度Ｔ_ｉｖｃに基づいて、筒内温度Ｔが初期筒内温度Ｔ_ｉｖｃから、温度領域Ｚの高温側境界温度（本実施形態では９００［Ｋ］）まで上昇するために必要なクランク角度量Ｘｆを算出する。図１５に示すように、初期筒内温度Ｔ_ｉｖｃが高くなるほど、クランク角度量Ｘｆは小さくなる。

ステップＳ２２において、電子制御ユニット２００は、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度となるクランク角から、圧縮上死点に相当するクランク角までのクランク角度量Ｘｇを算出する。具体的には、電子制御ユニット２００は、目標ＩＶＣに相当するクランク角にクランク角度量Ｘｆを加算して、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度となるクランク角を算出する。そして、圧縮上死点に相当するクランク角から、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度となるクランク角を減算して、クランク角度量Ｘｇを算出する。

ステップＳ２３において、電子制御ユニット２００は、ピストン１２がクランク角度量Ｘｇだけ移動するのに要する時間、すなわち、筒内温度Ｔが圧縮行程中において温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている時間（以下「高温時間」という。）ｔｇ［ｓｅｃ］を算出する。具体的には、電子制御ユニット２００は、クランク角度量Ｘｇと機関回転速度Ｎとに基づいて、下記の（２）式から高温時間ｔｇを算出する。
ｔｇ＝Ｘｇ×（６０／Ｎ）×（１／３６０） …（２）

ステップＳ２４において、電子制御ユニット２００は、高温時間ｔｇが所定時間以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、高温時間ｔｇが所定時間以上であれば、ステップＳ９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、高温時間ｔｇが所定時間未満であれば、ステップＳ１１の処理に進む。

なお、筒内温度Ｔは基本的に圧縮上死点を境にして対照的に上昇、下降するので、実際に筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となる時間は、ステップＳ２３で算出した高温時間ｔｇの約２倍の時間となる。そのため、ステップＳ２４において、ステップＳ２３で算出した高温時間ｔｇを２倍した値と、所定時間（この場合、所定時間も２倍すれば良い）と、を比較するようにしても良い。

以上説明した本実施形態によれば、電子制御ユニット２００の燃料噴射制御部が、前述した総燃料噴射量算出部、噴射時期設定部、推定筒内温度算出部及び燃料割合設定部に加え、筒内温度Ｔが圧縮行程中において温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている高温時間ｔｇを算出する高温時間算出部をさらに備える。そして燃料割合設定部が、高温時間ｔｇが所定時間以上の場合は、推定筒内温度Ｔ_Ｗ２が温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高いか否かにかかわらず、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合が１次燃料の割合よりも高くなるように、当該総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合を設定するように、さらに構成される。

これにより、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度となるクランク角が圧縮上死点近傍まで遅角することによって、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている場合に２次燃料噴射Ｇ２が実施されても１次燃料噴射Ｇ１によって噴射された燃料の方が先に圧縮自着火燃焼を起こすときには、総燃料噴射量に占める１次燃料の割合を２次燃料の割合よりも低くすることできる。そのため、熱発生率パターンの燃焼初期における傾きを小さくして燃焼騒音Ｄを効果的に抑制することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による燃料噴射制御について説明する。本実施形態による燃料噴射制御は、２次燃料噴射Ｇ２の実施後に筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている時間を考慮して総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合を設定する点で、第１実施形態及び第２実施形態と相違する。以下、この相違点を中心に説明する。

前述したように、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている場合に２次燃料噴射Ｇ２が実施されたときの２次燃料の着火遅れ時間τは、２次燃料噴射Ｇ２の実施後に筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている時間が短くなればなるほど、長くなる。

そのため上記の第２実施形態では、簡略的に筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている時間を考慮して、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合を設定していた。

これに対して本実施形態では、より厳密に、２次燃料噴射Ｇ２の実施後に筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている時間を考慮して、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合を設定することとした。具体的には、推定筒内温度Ｔ_Ｗ２が温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高くなった場合において、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２からピストンが圧縮上死点に至るまでの時間が所定時間よりも短くなる場合には、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２における推定筒内温度Ｔ_Ｗ２が温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高くなっていても、通常通り、１次燃料噴射Ｇ１の噴射時期Ｗ１に基本目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ１を噴射し、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２に基本目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ２を噴射することとした。以下、この本実施形態による燃料噴射制御について説明する。

図１６は、気筒毎に行われる本実施形態による燃料噴射制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。

ステップＳ１からステップＳ１２までの処理は第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。

ステップＳ３１において、電子制御ユニット２００は、ステップＳ５で設定された２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２に相当するクランク角から、圧縮上死点に相当するクランク角までのクランク角度量Ｘｈを算出する。

ステップＳ３２において、電子制御ユニット２００は、ピストン１２がクランク角度量Ｘｈだけ移動するのに要する時間、すなわち、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２からピストン１２が圧縮上死点に至るまでの推定時間ｔｈ［ｓｅｃ］を算出する。具体的には、電子制御ユニット２００は、クランク角度量Ｘｈと機関回転速度Ｎとに基づいて、下記の（３）式から推定時間ｔｈを算出する。
ｔｈ＝Ｘｈ×（６０／Ｎ）×（１／３６０） …（３）

ステップＳ３３において、電子制御ユニット２００は、推定時間ｔｈが所定時間以上か否かを判定する。電子制御ユニット２００は、高温時間ｔｈが所定時間以上であれば、ステップＳ９の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、高温時間ｔｈが所定時間未満であれば、ステップＳ１１の処理に進む。

以上説明した本実施形態によれば、電子制御ユニット２００の燃料噴射制御部が、前述した総燃料噴射量算出部、噴射時期設定部、推定筒内温度算出部及び燃料割合設定部に加え、推定筒内温度Ｔ_Ｗ２が温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高くなった場合に、噴射時期設定部で設定された２次燃料の噴射時期Ｗ２からピストン１２が圧縮上死点に至るまでの推定時間ｔｈを算出する推定時間算出部をさらに備える。そして燃料割合設定部が、推定時間ｔｈが所定時間未満の場合は、推定筒内温度Ｔ_Ｗ２が温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高いときでも、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合が１次燃料の割合よりも高くなるように、総燃料噴射量Ａ_ｉｎｊに占める２次燃料の割合を設定するように、さらに構成される。

これにより、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度となるクランク角が圧縮上死点近傍まで遅角することによって、筒内温度Ｔが温度領域Ｚの高温側境界温度よりも高温となっている場合に２次燃料噴射Ｇ２が実施されても１次燃料噴射Ｇ１によって噴射された燃料の方が先に圧縮自着火燃焼を起こすときには、総燃料噴射量に占める１次燃料の割合を２次燃料の割合よりも低くすることできる。そのため、熱発生率パターンの燃焼初期における傾きを小さくして燃焼騒音Ｄを効果的に抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記の各実施形態では、筒内温度Ｔ_Ｗ２が高温側境界温度よりも高い場合には、２次燃料噴射Ｇ２の基本目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ２を減量する補正を実施して、筒内温度Ｔ_Ｗ２が高温側境界温度よりも低いときよりも総燃料噴射量に占める２次燃料の割合を低くしていた。しかしながら、総燃料噴射量に占める２次燃料の割合を変更する方法はこれに限られるものではない。例えば、筒内温度Ｔ_Ｗ２が高温側境界温度よりも高い場合には、基本分配率よりも２次燃料に対する分配率が低い補正分配率で総燃料噴射量を分配したものを、それぞれ１次燃料噴射Ｇ１の補正目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ１’及び２次燃料噴射Ｇ２の補正目標噴射量ｔＡ_ｉｎｊ２’としても良い。

また上記の各実施形態では、自着火領域ＲＲ内の全領域で、燃料噴射弁２０から１次燃料噴射Ｇ１及び２次燃料噴射Ｇ２を順次実施して、時間差を設けて２回の圧縮自着火燃焼を生じさせることで燃焼騒音Ｄを抑制していた。しかしながら、機関負荷が所定負荷未満のとき、すなわち総燃料噴射量が所定量未満のときには、総燃料噴射量を１度に圧縮自着火燃焼させたとしても、その総量が少ないために、本実施形態のように分割して噴射した方が熱発生率パターンのピーク値及び燃焼初期における傾きは小さくなって燃焼騒音Ｄを小さくできるものの、分割しなくても燃焼温度Ｄを許容値以下に抑えることは可能である。したがって、機関負荷が所定負荷以上のときに１次燃料噴射Ｇ１及び２次燃料噴射Ｇ２を順次実施するようにして、所定負荷未満のときには１度の燃料噴射で総燃料噴射量を噴射するようにしても良い。

また上記の各実施形態では、機関負荷が高くなるほど予混合気Ｓ２の形成に必要な時間が長くなるので、機関負荷が高くなるほど２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２を進角させていたが、機関負荷が高くなるほど、また機関回転速度が高くなるほど、２次燃料噴射Ｇ２の噴射時期Ｗ２を進角させるようにしても良い。これは、機関回転速度が高くなるほどピストンの上昇速度が速くなるので、予混合気Ｓ２を形成するために確保できる時間が短くなるためのである。

１ 機関本体
１０ 気筒
２０ 燃料噴射弁
１００ 内燃機関
２００ 電子制御ユニット（制御装置）

Claims (7)

1. 機関本体の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、
   前記気筒内で予混合気を圧縮自着火燃焼させるサイクル内であって圧縮行程中に、前記燃料の化学反応中において筒内温度の上昇に伴う着火遅れ時間の変化が抑制される温度領域が現れる内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記気筒内で予混合気が圧縮自着火燃焼するように、前記燃料噴射弁から１次燃料と２次燃料とを順次噴射する燃料噴射制御部を備え、
   前記燃料噴射制御部は、
   筒内温度が前記温度領域よりも高温側となるクランク角で２次燃料が噴射されることによって、２次燃料の自着火時期が所定のクランク角で噴射された１次燃料の自着火時期よりも早くなる場合は、筒内温度が前記温度領域内となるクランク角で２次燃料が噴射されることで、２次燃料の自着火時期が前記所定のクランク角で噴射された１次燃料の自着火時期よりも遅くなるときよりも、総燃料噴射量に占める２次燃料の割合を低くする、
   内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料噴射制御部は、
   機関負荷に基づいて前記総燃料噴射量を算出する総燃料噴射量算出部と、
   機関負荷が高い場合と比べて低いときの方が２次燃料の噴射時期が遅角するように、２次燃料の噴射時期を設定する噴射時期設定部と、
   前記噴射時期設定部によって設定された２次燃料の噴射時期における推定筒内温度を算出する推定筒内温度算出部と、
   前記推定筒内温度が前記温度領域の高温側の境界温度よりも高い場合には、低いときと比べて前記総燃料噴射量に占める２次燃料の割合が低くなるように、当該総燃料噴射量に占める２次燃料の割合を設定する燃料割合設定部と、
   を備える、
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記燃料割合設定部は、
   前記推定筒内温度が前記温度領域の高温側の境界温度よりも高いときは、前記総燃料噴射量に占める２次燃料の割合が１次燃料の割合よりも低くなるように、当該総燃料噴射量に占める２次燃料の割合を設定する、
   請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記燃料割合設定部は、
   前記推定筒内温度が前記温度領域の高温側の境界温度以下のときは、前記総燃料噴射量に占める２次燃料の割合が１次燃料の割合よりも高くなるように、当該総燃料噴射量に占める２次燃料の割合を設定する、
   請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃料噴射制御部は、
   筒内温度が圧縮行程中において前記温度領域の高温側の境界温度以上となる高温時間を算出する高温時間算出部をさらに備え、
   前記燃料割合設定部は、
   前記高温時間が所定時間未満の場合は、前記推定筒内温度が前記温度領域の高温側の境界温度よりも高いか否かにかかわらず、前記総燃料噴射量に占める２次燃料の割合が１次燃料の割合よりも高くなるように、当該総燃料噴射量に占める２次燃料の割合を設定する、
   請求項２から請求項４までのいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記燃料噴射制御部は、
   前記推定筒内温度が前記温度領域の高温側の境界温度よりも高くなった場合に、前記噴射時期設定部で設定された２次燃料の噴射時期からピストンが圧縮上死点に至るまでの推定時間を算出する推定時間算出部をさらに備え、
   前記燃料割合設定部は、
   前記推定時間が所定時間未満の場合は、前記推定筒内温度が前記温度領域の高温側の境界温度よりも高いときでも、前記総燃料噴射量に占める２次燃料の割合が１次燃料の割合よりも高くなるように、当該総燃料噴射量に占める２次燃料の割合を設定する、
   請求項２から請求項４までのいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記温度領域の高温側の境界温度は、９００Ｋである、
   請求項２から請求項６までのいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

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