JP2018112140A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関が過渡運転中であっても、主噴射によって形成された混合気の着火時期の制御性を確保しつつ、燃焼騒音を抑制する。【解決手段】燃料噴射弁３１を備える内燃機関を制御する制御装置は、燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する噴射制御部を備える。噴射制御部は、複数回のプレ噴射と主噴射を行うと共に主噴射開始後にプレ噴射燃料が圧縮自着火燃焼するように燃料噴射を制御する。噴射制御部は、定常運転中には各基本噴射時期にプレ噴射及び主噴射を行うように燃料噴射弁を制御し、過渡運転中には噴射時期を基本噴射時期から補正する補正制御を実行する。補正制御では、補正前の各噴射の噴射時期のＴＤＣからのクランク角が大きいほど、噴射の噴射時期の補正量が大きくされる。【選択図】図１２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来から、内燃機関の一部の運転領域において、予混合圧縮自着火燃焼（ＰＣＣＩ：Premixed Change Compression Ignition）を行う内燃機関が知られている。予混合圧縮自着火燃焼は、燃料と空気とを予め混合させた後に予混合気を自着火させる燃焼形態である。予混合圧縮自着火燃焼では、このように燃料と空気とが予め或る程度混合された上で混合気が燃焼するため、混合気の燃焼の際に局所的に燃料濃度が高い箇所が少なく、この結果、スモークの排出量を抑制することができる。

また、予混合圧縮自着火燃焼を行うにあたって、燃料噴射弁から、主噴射と、主噴射の前に行われるプレ噴射とを行うことが知られている（例えば、特許文献１）。特に、特許文献１では、主噴射の噴射時期を固定すると共に機関運転状態等に応じてプレ噴射の噴射時期を変化させるか、又は機関運転状態等に応じて、主噴射の噴射時期とプレ噴射の噴射時期とを両方共同じだけ変化させるようにしている。

特開２００９−２０９９４３号公報 特開２０１２−０４１８９２号公報 特開２０１２−０４１８９６号公報

ところで、予混合圧縮自着火燃焼を行うにあたって、燃料噴射弁から複数回のプレ噴射と、これらプレ噴射を行った後に主噴射を行うことも考えられる。この場合、プレ噴射及び主噴射の噴射時期及び噴射量は機関運転状態（少なくとも機関負荷及び機関回転数を含む内燃機関の状態）に応じた最適な値になるように設定される。

ここで、機関運転状態に応じたプレ噴射及び主噴射の噴射時期及び噴射量は、内燃機関が定常運転中であるときに合わせて設定される。このため、内燃機関が過渡運転中であるときには、プレ噴射及び主噴射の噴射時期等は必ずしも最適な値になっていない。このため、内燃機関が過渡運転中であるときには、プレ噴射及び主噴射の噴射時期等を補正することが必要になる。

プレ噴射及び主噴射の噴射時期等を補正する手法としては、特許文献１に記載されているように、主噴射の噴射時期を固定すると共にプレ噴射の噴射時期を変化させることが考えられる。しかしながら、噴射時期をこのように制御した場合、主噴射によって形成された混合気の着火時期をほとんど制御することができず、また仮に着火時期を制御できたとしても制御可能な範囲が限られてしまう。

他の手法としては、主噴射の噴射時期とプレ噴射の噴射時期とを両方共同じだけ変化させることが考えられる。しかしながら、噴射時期をこのように制御した場合、プレ噴射によって形成された混合気の着火時期と主噴射によって形成された混合気の着火時期とが近づき、結果的に燃焼騒音が大きくなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、内燃機関が過渡運転中であっても、主噴射によって形成された混合気の着火時期の制御性を確保しつつ、燃焼騒音を抑制することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

（１）燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する噴射制御部を備え、前記噴射制御部は、前記燃料噴射弁が複数回に亘ってプレ噴射を行った後に主噴射を行うと共に、前記主噴射の開始後に前記プレ噴射によって形成された予混合気の少なくとも一部が圧縮自着火燃焼するように、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御し、前記噴射制御部は、内燃機関が定常運転中であるときには、機関運転状態に基づいて算出された各基本噴射時期に前記プレ噴射及び前記主噴射を行うように前記燃料噴射弁を制御し、前記噴射制御部は、内燃機関が過渡運転中であるときには、内燃機関が定常運転中であるときに対して、前記主噴射及び前記プレ噴射の噴射時期を前記基本噴射時期から補正する補正制御を実行し、該補正制御では、補正前の各噴射の噴射時期のＴＤＣからのクランク角が大きいほど、該噴射の噴射時期の補正量が大きくされる、内燃機関の制御装置。

（２）燃焼室内の吸気ガスの圧力を検出又は推定する吸気圧検出部を更に備え、前記噴射制御部は、前記補正制御において、前記吸気圧検出部によって検出又は推定された吸気ガスの圧力が高いほど前記各噴射の噴射時期が遅角側の噴射時期になるように前記主噴射及び前記プレ噴射の噴射時期を補正する、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置。

（３）燃焼室内の吸気ガスの温度を検出又は推定する吸気温度検出部を更に備え、前記噴射制御部は、前記補正制御において、前記吸気温度検出部によって検出又は推定された吸気ガスの温度が高いほど前記各噴射の噴射時期が遅角側の噴射時期になるように前記主噴射及び前記プレ噴射の噴射時期を補正する、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の制御装置。

（４）燃焼室内の吸気ガスの酸素密度を検出又は推定する酸素密度検出部を更に備え、前記噴射制御部は、前記補正制御において、前記酸素密度検出部によって検出又は推定された酸素密度が高いほど前記各噴射の噴射時期が遅角側の噴射時期になるように前記主噴射及び前記プレ噴射の噴射時期を補正する、上記（１）〜（３）のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

本発明によれば、内燃機関が過渡運転中であっても、主噴射によって形成された混合気の着火時期の制御性を確保しつつ、燃焼騒音を抑制することができる。

図１は、内燃機関の概略的な構成図である。 図２は、機関本体の概略的な断面図である。 図３は、機関運転状態と運転モードとの関係を示す図である。 図４は、運転モードがＰＣＣＩモードであるときの燃料噴射率及び燃焼室内での燃焼による熱発生率のクランク角推移を示す図である。 図５Ａは、機関負荷及び機関回転速度から噴射時期を求めるためのマップである。 図５Ｂは、機関負荷及び機関回転速度から噴射量を求めるためのマップである。 図６は、当量比と着火遅れ時間との関係を、燃焼室内の酸素密度毎に示した図である。 図７は、機関負荷が変化したときの、スロットル開度、過給圧及び着火時期に生じるズレのタイムチャートである。 図８は、噴射時期の補正を行う前後の燃料噴射率及び燃焼室内での燃焼による熱発生率のクランク角推移を示す図である。 図９は、燃料噴射率、熱発生率、反応速度、時間積分値の推移を示す図である。 図１０は、燃料噴射弁からの燃料噴射が複数回行われた場合の、図８と同様な図である。 図１１は、三回の燃料噴射の噴射時期を一律に一定クランク角度だけ補正した場合の、図１０と同様な図である。 図１２は、三回の燃料噴射の噴射時期を第一実施形態の補正制御により補正した場合の、図１１と同様な図である。 図１３Ａは、補正制御による補正前後の、燃料噴射弁からの燃料噴射率のクランク角推移を示す図である。 図１３Ｂは、補正制御による補正前後の、燃料噴射弁からの燃料噴射率のクランク角推移を示す図である。 図１３Ｃは、補正制御による補正前後の、燃料噴射弁からの燃料噴射率のクランク角推移を示す図である。 図１４は、圧力に応じて噴射時期を補正するためのマップである。 図１５は、温度に応じて噴射時期を補正するためのマップである。 図１６は、酸素密度に応じて噴射時期を補正するためのマップである。 図１７は、基本噴射時期及び基本噴射量を算出する基本噴射算出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１８は、基本噴射時期の補正制御を示すフローチャートである。 図１９は、補正制御による補正前後の、燃料噴射弁からの燃料噴射率のクランク角推移を示す図である。

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、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。

＜内燃機関全体の説明＞
まず、図１及び図２を参照して第一実施形態に係る制御装置が用いられる内燃機関１の構成について説明する。図１は、内燃機関１の概略的な構成図である。図２は、内燃機関１の機関本体１０の概略的な断面図である。本実施形態の内燃機関は、燃料として軽油を用いる。

図１及び図２に示したように、内燃機関１は、機関本体１０、燃料供給装置３０、吸気系４０、排気系５０、ＥＧＲ機構６０、及び制御装置７０を備える。

機関本体１０は、複数の気筒１１が形成されたシリンダブロック１２と、シリンダヘッド１３とを備える。各気筒１１内には、各気筒１１内を往復運動するピストン１４が配置されている。ピストン１４とシリンダヘッド１３との間の気筒１１内には混合気が燃焼する燃焼室１５が形成されている。ピストン１４の頂面には凹状に形成されたキャビティ１６が形成される。

図２に示したように、シリンダヘッド１３には、吸気ポート１７及び排気ポート１８が形成されている。これら吸気ポート１７及び排気ポート１８は各気筒１１の燃焼室１５に連通している。燃焼室１５と吸気ポート１７との間には吸気弁２１が配置されて、この吸気弁２１が吸気ポート１７を開閉する。同様に、燃焼室１５と排気ポート１８との間には排気弁２２が配置されて、この排気弁２２が排気ポート１８を開閉する。

図１に示したように、燃料供給装置３０は、燃料噴射弁３１、コモンレール３２、燃料供給管３３、燃料ポンプ３４、及び燃料タンク３５を備える。燃料噴射弁３１は、各気筒１１の燃焼室１５内に燃料を直接噴射するようにシリンダヘッド１３に配置されている。特に、本実施形態では、各燃料噴射弁３１は各燃焼室１５の上壁面の中央に配置されており、燃料噴射弁３１からはピストン１４に形成されたキャビティ１６内の周辺部に向けて燃料Ｆが噴射されるように構成されている（図２）。

燃料噴射弁３１は、コモンレール３２及び燃料供給管３３を介して燃料タンク３５に連結されている。燃料供給管３３には、燃料タンク３５内の燃料を圧送する燃料ポンプ３４が配置される。燃料ポンプ３４によって圧送された燃料は、燃料供給管３３を介してコモンレール３２に供給され、燃料噴射弁３１が開弁されるのに伴って燃料噴射弁３１から燃焼室１５内に直接噴射される。

吸気系４０は、吸気マニホルド４１、吸気管４３、エアクリーナ４４、排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａ、インタークーラ４５、及びスロットル弁４６を備える。各気筒１１の吸気ポート１７は吸気マニホルド４１に連通しており、吸気マニホルド４１は吸気管４３を介してエアクリーナ４４に連通している。吸気管４３には、吸気管４３内を流通する吸入空気を圧縮して吐出する排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａと、コンプレッサ５ａによって圧縮された空気を冷却するインタークーラ４５とが設けられている。インタークーラ４５は、吸入空気の流れ方向においてコンプレッサ５ａの下流側に配置されている。スロットル弁４６は、インタークーラ４５と吸気マニホルド４１との間の吸気管４３内に配置されている。スロットル弁４６は、スロットル弁駆動アクチュエータ４７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。なお、吸気ポート１７、吸気マニホルド４１、及び吸気管４３は、燃焼室１５に吸気ガスを供給する吸気通路を形成する。

排気系５０は、排気マニホルド５１、排気管５２、排気ターボチャージャ５のタービン５ｂ、及び排気後処理装置５３を備える。各気筒１１の排気ポート１８は、排気マニホルド５１に連通しており、排気マニホルド５１は排気管５２に連通している。排気管５２には、排気ターボチャージャ５のタービン５ｂが設けられている。タービン５ｂは、排気ガスのエネルギによって回転駆動せしめられる。排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａとタービン５ｂとは回転軸によって接続されており、タービン５ｂが回転駆動せしめられると、これに伴ってコンプレッサ５ａが回転し、よって吸入空気が圧縮せしめられる。また、排気管５２にはタービン５ｂの排気流れ方向下流側において排気後処理装置５３が設けられている。排気後処理装置５３は、排気ガスを浄化した上で外気中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。なお、排気ポート１８、排気マニホルド５１、及び排気管５２は、燃焼室１５から排気ガスを排出する排気通路を形成する。

ＥＧＲ機構６０は、ＥＧＲ管６１と、ＥＧＲ制御弁６２と、ＥＧＲクーラ６３とを備える。ＥＧＲ管６１は、排気マニホルド５１と吸気マニホルド４１とに連結され、これらを互いに連通させる。ＥＧＲ管６１には、ＥＧＲ管６１内を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ６３が設けられている。加えて、ＥＧＲ管６１には、ＥＧＲ管６１によって形成されるＥＧＲ通路の開口面積を変更することができるＥＧＲ制御弁６２が設けられている。ＥＧＲ制御弁６２の開度を制御することによって、排気マニホルド５１から吸気マニホルド４１へ還流せしめられるＥＧＲガスの流量が調整される。

制御装置７０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７１及び各種センサを備える。ＥＣＵ７１は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス７２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）７３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）７４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）７５、入力ポート７６、及び出力ポート７７を備える。

シリンダヘッド１３には、各気筒１１内の圧力（筒内圧力）を検出するための筒内圧センサ８１が配置される。また、コモンレール３２には、コモンレール３２内の燃料の圧力、すなわち燃料噴射弁３１から気筒１１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８２が設けられている。吸気管４３には、排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａの吸気流れ方向上流側に、吸気管４３内を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ８３が設けられている。スロットル弁４６には、その開度（スロットル開度）を検出するためのスロットル開度センサ８４が設けられている。加えて、吸気マニホルド４１には、吸気マニホルド４１内の吸気ガスの圧力、すなわち気筒１１内に吸入される吸気ガスの圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ８５が設けられている。さらに、吸気マニホルド４１には、吸気マニホルド４１内の吸気ガスの温度、すなわち気筒１１内に吸入される吸気ガスの温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ８６が設けられている。これら、筒内圧センサ８１、燃圧センサ８２、エアフロメータ８３、スロットル開度センサ８４、吸気圧センサ８５及び吸気温センサ８６の出力は、対応するＡＤ変換器７８を介して入力ポート７６に入力される。

また、アクセルペダル８７にはアクセルペダル８７の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ８８が接続され、負荷センサ８８の出力電圧は対応するＡＤ変換器７８を介して入力ポート７６に入力される。したがって、本実施形態では、アクセルペダル８７の踏み込み量が機関負荷として用いられる。クランク角センサ８９は例えば機関本体１０のクランクシャフトが例えば１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート７６に入力される。ＣＰＵ７５ではこのクランク角センサ８９の出力パルスから機関回転速度が計算される。

一方、ＥＣＵ７１の出力ポート７７は、対応する駆動回路７９を介して、内燃機関１の運転を制御する各アクチュエータに接続される。図１及び図２に示した例では、出力ポート７７は、燃料噴射弁３１、燃料ポンプ３４、スロットル弁駆動アクチュエータ４７、及びＥＧＲ制御弁６２に接続されている。ＥＣＵ７１は、これらアクチュエータを制御する制御信号を出力ポート７７から出力して、内燃機関１の運転を制御する。

上述したように構成された制御装置７０は、吸気圧検出部と、吸気温検出部と、酸素密度検出部と、噴射制御部とを備える。

吸気圧検出部は、各気筒１１の燃焼室１５に供給される吸気ガスの圧力を検出する。特に、本実施形態では、吸気圧検出部は、吸気弁２１が閉弁するときに燃焼室１５に供給されている吸気ガスの圧力を検出する。具体的には、吸気マニホルド４１に設けられた吸気圧センサ８５によって吸気マニホルド４１内の吸気ガスの圧力が検出される。吸気弁２１の閉弁時には燃焼室１５に供給された吸気ガスの圧力は吸気マニホルド４１内の圧力とほぼ等しくなっていることから、吸気マニホルド４１内の吸気ガスの圧力を検出することによって、吸気弁２１が閉弁するときに燃焼室１５に供給されている吸気ガスの圧力を検出することができる。

なお、吸気圧検出部は、吸気圧センサ８５を用いずに、スロットル弁４６の開度やＥＧＲ制御弁６２の開度等に基づいてモデル式を用いて吸気ガスの圧力を推定してもよい。また、吸気圧検出部は、燃焼室１５に供給される吸気ガスの圧力として、燃焼室１５内で混合気の燃焼が生じないと仮定した場合の圧縮ＴＤＣにおける燃焼室１５内の圧力を用いてもよい。この場合には、圧縮ＴＤＣにおける燃焼室１５内の圧力（圧縮端圧力）は、吸気弁２１が閉弁するときの吸気ガスの圧力及び温度に基づいて推定される。

吸気温検出部は、各気筒１１の燃焼室１５に供給される吸気ガスの温度を検出する。特に、本実施形態では、吸気温検出部は、吸気弁２１が閉弁するときに燃焼室１５に供給されている吸気ガスの温度を検出する。具体的には、吸気マニホルド４１に設けられた吸気温センサ８６によって吸気マニホルド４１内の吸気ガスの温度が検出される。吸気弁２１の閉弁時には燃焼室１５に供給された吸気ガスの温度は吸気マニホルド４１内の圧力とほぼ等しくなっていることから、吸気マニホルド４１内の吸気ガスの温度を検出することによって、吸気弁２１が閉弁するときに燃焼室１５に供給されている吸気ガスの温度を検出することができる。

なお、吸気温検出部は、吸気温センサ８６を用いずに、スロットル弁４６の開度やＥＧＲ制御弁６２の開度等に基づいてモデル式を用いて吸気ガスの温度を推定してもよい。また、吸気温検出部は、燃焼室１５に供給される吸気ガスの温度として、燃焼室１５内で混合気の燃焼が生じないと仮定した場合の圧縮ＴＤＣにおける燃焼室１５内の温度（圧縮端温度）を用いてもよい。この場合には、圧縮ＴＤＣにおける燃焼室１５内の温度は、吸気弁２１が閉弁するときの吸気ガスの圧力及び温度に基づいて推定される。

酸素密度検出部は、各気筒１１の燃焼室１５に供給される吸気ガスの酸素密度を検出又は推定する。ここで、本実施形態では、ＥＧＲ機構６０が設けられているため、ＥＧＲ制御弁６２の開度に応じて排気ガスの一部が再び各気筒１１の燃焼室１５に供給されることになる。また、吸気弁２１と排気弁２２とが共に開いているバルブオーバーラップ期間を変更することができる場合、バルブオーバーラップ期間に応じて、一旦排気ポート１８に排出された排気ガスの一部が再び燃焼室１５に供給される。加えて、排気弁２２の閉弁時期を変更することができる場合、排気弁２２の閉弁時期に応じて、排気ガスの一部は燃焼室１５から排気ポート１８に排出されずに燃焼室１５内に残ったままになる。以下では、このようにして燃焼室１５に供給又は残留した排気ガスをＥＧＲガスと称する。ＥＧＲガスは既に燃焼室１５内で一旦燃焼が行われた排気ガスであるため、ＥＧＲガス中には酸素がほとんど含まれない。このため、燃焼室１５に供給される吸気ガス中に占めるＥＧＲガスの割合（ＥＧＲ率）が大きくなるほど、吸気ガスの酸素密度が低くなる。

また、上述したように、本実施形態の内燃機関１は排気ターボチャージャ５を備える。排気ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａによって過給された後の吸気ガスの圧力（過給圧）が高くなると、単位体積辺りに含まれる酸素の量が増大し、よって酸素密度が高くなる。このため、本実施形態では、ＥＧＲ制御弁６２の開度、吸気弁２１及び排気弁２２のバルブタイミング並びに過給圧等に基づいて、燃焼室１５に供給される吸気ガスの酸素密度を推定するようにしている。なお、酸素密度検出部は、例えば、酸素濃度センサ等に基づいて酸素密度を検出する等、他の手法によって酸素密度を推定又は検出してもよい。

なお、燃焼室１５内の容積は予め分かっていることから、燃焼室１５内に供給される吸気ガスの酸素量が分かれば燃焼室１５に供給された吸気ガスの酸素密度を推定することができる。したがって、上述したＥＧＲ制御弁６２の開度等に基づいて、燃焼室１５内に供給される吸気ガスの酸素量を推定することによって酸素密度を推定するようにしてもよい。

噴射制御部は、各種センサの出力や、上述した吸気圧検出部、吸気温検出部、及び酸素密度検出部の出力に基づいて、燃焼室１５内において所望の燃焼を行うことができるように、燃料噴射弁３１等を制御する。噴射制御部による具体的な噴射制御については以下に詳述する。

＜燃焼モードの説明＞
次に、図３を参照して、本実施形態の制御装置７０の噴射制御部による噴射制御について説明する。図３は、少なくとも機関負荷及び機関回転速度に基づいて定まる機関運転状態と、運転モードとの関係を示す図である。本実施形態では、制御装置７０の噴射制御部は、予混合圧縮自着火燃焼モード（以下、「ＰＣＣＩモード」という）と、拡散燃焼モード（以下、「ＤＣ（Diffusive Combustion）モード」という）との二つの運転モードにて内燃機関１の運転を行う。

制御装置７０の噴射制御部は、運転モードがＤＣモードのときには、燃焼室１５内に噴射された燃料が拡散燃焼するように、燃料噴射弁３１等を制御する。ここで、拡散燃焼とは、燃料噴射後に燃料がほぼ遅れなく燃焼する燃焼形態、すなわち燃料噴射後に短い着火遅れ時間（燃焼室１５内に燃料が噴射されてからその燃料が自着火するまでの時間）で燃料が燃焼する燃焼形態を意味する。具体的には、運転モードがＤＣモードのときには、燃料噴射弁３１から後述する主噴射を開始してからその燃料が着火するまでの時間は数ｍｓｅｃ未満である。

また、噴射制御部は、運転モードがＰＣＣＩモードのときには、燃焼室１５内に噴射された燃料が予混合圧縮自着火燃焼するように、燃料噴射弁３１等を制御する。ここで、予混合圧縮自着火燃焼とは、燃料噴射後に空気と燃料との予混合時間がある程度経ってから燃料が燃焼する燃焼形態、すなわち燃料噴射後に拡散燃焼時よりも長い着火遅れ時間で燃料が燃焼する燃焼形態を意味する。具体的には、運転モードがＰＣＣＩモードのときには、燃料噴射弁３１から後述する主噴射燃料の噴射を開始してからその燃料が着火するまでの時間は数ｍｓｅｃ以上である。場合によっては主噴射燃料の噴射を終了する前に既に噴射した主噴射燃料が着火することもあるが、本明細書ではこのような燃焼形態も予混合圧縮自着火燃焼に含まれるものとする。

拡散燃焼と予混合圧縮自着火燃焼とを対比すると、予混合圧縮自着火燃焼では、燃料噴射後に燃料と空気との予混合期間をある程度設けた上で予混合気が燃焼せしめられる。この結果、予混合期間中に燃料は分散するため、燃料濃度の高い状態（すなわち、当量比φの高い状態）で燃焼する燃料の割合を低減することができる。燃料濃度の高い混合気が燃焼すると酸素不足により煤が生成されることから、予混合圧縮自着火燃焼では煤の生成を抑制することができ、排気エミッションを向上させることができる。

しかしながら、機関運転状態が高負荷運転状態にあるときには予混合圧縮自着火燃焼を行うことはできない。機関運転状態が高負荷運転状態にあると、燃焼室１５内の温度が上昇するため予混合気が早期に自着火してしまうためである。

一方、拡散燃焼では、主噴射ＩＪＭによって形成される混合気については予混合させるわけではないため、燃焼室１５内の温度が上昇しても主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気が自着火することはない。このため、機関運転状態が高負荷運転状態にあるときであっても、拡散燃焼を行うことができる。

しかしながら、拡散燃焼では、燃料噴射後に燃料がほぼ遅れなく燃焼するため、燃料は十分に分散することなく燃焼する。このため、燃料濃度が高い状態で燃焼する燃料の割合が増大し、煤が生成されやすくなる。したがって、予混合圧縮自着火燃焼に比べて、燃焼室１５から煤が排出されやすくなる。

そこで、本実施形態では、噴射制御部は、図３に示したように、機関運転状態が機関負荷及び機関回転速度の低いＰＣＣＩ領域にあるときには、運転モードをＰＣＣＩモードに設定するようにしている。加えて、噴射制御部は、機関運転状態が機関負荷又は機関回転速度の高いＤＣ領域にあるときには、運転モードをＤＣモードに設定するようにしている。これにより、機関負荷や機関回転速度が高くても拡散燃焼を行うことで内燃機関の運転を維持しつつ、機関負荷や機関回転速度が低いときに予混合圧縮自着火燃焼を行うことで燃焼室１５内での煤の生成を抑制することができる。

＜定常時の噴射制御＞
次に、図４を参照して、運転モードがＰＣＣＩモードにある状態で内燃機関が定常運転中であるときの、燃料噴射弁３１からの燃料噴射制御について説明する。図４は、運転モードがＰＣＣＩモードであるときの燃料噴射率及び燃焼室１５内での燃焼による熱発生率のクランク角推移を示す図である。

図４から分かるように、本実施形態では、制御装置７０の噴射制御部は、複数回に亘ってプレ噴射を行った後に主噴射を行うように燃料噴射弁３１を制御する。特に、図４に示した例では、第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２の２回のプレ噴射が順次行われると共に、その後、主噴射ＩＪＭが行われる。

≪各噴射の概略的な制御方法≫
これら第１プレ噴射ＩＪ１、第２プレ噴射ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭの噴射時期及び噴射量の制御方法について概略的に説明する。まず、主噴射ＩＪＭの噴射時期は、主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気が自着火する時期Ｔｉｇが目標主噴射自着火時期となるように設定される。

目標主噴射自着火時期は、圧縮ＴＤＣ以降であって等容度要求を満たすように設定される。等容度は、自着火時期が圧縮ＴＤＣのときに最大になると共に自着火時期が圧縮ＴＤＣから離れるにつれて小さくなる。このため、等容度を高めるためには、すなわち内燃機関における熱効率を高めるためには、目標主噴射自着火時期は圧縮ＴＤＣ以降であって圧縮ＴＤＣに近い時期に設定される。

また、主噴射ＩＪＭの噴射時期から主噴射自着火時期までの着火遅れ時間は、機関運転状態に応じて変化する。例えば、機関負荷が高くなるほど筒内圧や筒内温度が高くなることから着火遅れ時間は短くなる。このため、主噴射ＩＪＭの噴射時期ＴｉｊＭは、例えば、図５Ａに示したマップを用いて、機関負荷Ｌ及び機関回転速度Ｎに基づいて、すなわち機関運転状態に基づいて設定される。以下では、このように機関運転状態に基づいて設定される主噴射ＩＪＭの噴射時期を主噴射ＩＪＭの基本噴射時期とも称する。

主噴射ＩＪＭの噴射量は、機関負荷に応じて要求される総噴射量から第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２における噴射量を減算した量に設定される。総噴射量は、機関負荷が高くなるほど多くなるように設定される。具体的には、主噴射ＩＪＭの噴射量ＱｉｊＭは、例えば、図５Ｂに示したマップを用いて、機関負荷Ｌ及び機関回転速度Ｎに基づいて、すなわち機関運転状態に基づいて設定される。以下では、このように機関運転状態に基づいて設定される主噴射ＩＪＭの噴射量を主噴射ＩＪＭの基本噴射量とも称する。

第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期及び噴射量は、主噴射ＩＪＭの開始前にこれら第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２によって形成された予混合気の燃焼による熱発生が全くないか又はほとんどないように設定される。すなわち、第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期及び噴射量は、主噴射ＩＪＭの開始後にプレ噴射ＩＪ１、ＩＪ２によって形成された予混合気が圧縮自着火燃焼を開始するように設定される。第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期が早くなるとこれら噴射によって形成された予混合気が早く着火する傾向にある。また、第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２の噴射量が多くなるとこれら噴射によって形成された予混合気が早く着火する傾向にある。

一方で、第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２を主噴射ＩＪＭに近づけ過ぎたり、第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２の噴射量が少なすぎたりすると、各噴射によって形成された混合気の熱発生時期が分散されなくなる。この結果、後述するような燃焼騒音の低減効果が小さくなる。したがって、本実施形態では、第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期及び噴射量は、これら噴射によって形成された予混合気が主噴射ＩＪＭの噴射開始前に燃焼しない範囲内で燃焼騒音の低減効果が大きくなるように設定される。

また、本実施形態では、第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期及び噴射量は、主噴射ＩＪＭが開始された後に第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された予混合気が最初に自着火を起こし、次に第２プレ噴射ＩＪ２によって形成された予混合気が自着火を起こし、最後に主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気が自着火を起こすように、それぞれ設定される。すなわち、各噴射によって形成された予混合気が段階的に圧縮自着火燃焼を開始するように、第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期及び噴射量がそれぞれ設定される。

さらに、本実施形態では、第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期は燃焼のロバスト性等も考慮して設定される。第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期の具体的な設定方法については後ほど詳述する。

図４の熱発生率パターンＡは、このような燃料噴射を行った際の燃焼室１５内での熱発生率の推移を示しており、熱発生率パターンＡ１、熱発生率パターンＡ２、熱発生率パターンＡＭにおける熱発生率を足し合わせた熱発生率パターンを示している。熱発生率パターンＡ１は第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された混合気が燃焼したときの熱発生率の推移を示している。また、熱発生率パターンＡ２は、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成された混合気が燃焼したときの熱発生率の推移を示している。加えて、熱発生率パターンＡＭは、主噴射ＩＪＭによって形成された混合気が燃焼したときの熱発生率の推移示している。

上述したように、本実施形態では、各噴射によって形成された混合気が段階的に圧縮自着火燃焼を開始するように、燃料噴射弁３１からの燃料噴射が行われる。このため、第１プレ噴射ＩＪ１、第２プレ噴射ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭによってそれぞれ形成される混合気による熱発生時期を分散させることができる。これにより、各熱発生率パターンＡ１、Ａ２、ＡＭにおいてピークが生じるクランク角をずらすことができる。この結果、これら熱発生率パターンＡ１、Ａ２、ＡＭを足し合わせた実際の熱発生率パターンＡにおけるピーク値を、例えば１回の主噴射で全ての燃料を噴射するような噴射方法に比べて、低減することができる。実際の熱発生率パターンＡのピーク値が小さくなると燃焼騒音が小さくなる傾向にあることから、本実施形態では、上述したような態様で燃料噴射を行うことによって燃焼騒音を低減することができる。

なお、主噴射ＩＪＭによって形成された混合気によって生じる熱発生率パターンＡＭを実際に計測することは困難である。そこで、本実施形態では、実際の熱発生率パターンＡから主噴射自着火時期を求めるにあたっては、実際の熱発生率パターンＡにおいて熱発生率の傾きが最大となる箇所（図４に示した例ではＰ１）における接線と横軸とが交わるクランク角（図４の例ではＴｉｇ）を主噴射自着火時期とする。

≪第１プレ噴射の制御方法≫
上述したように、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期及び噴射量は、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された予混合気が主噴射ＩＪＭの開始前に燃焼せず且つ主噴射ＩＪＭが開始された後に最初に自着火を起こすように設定される。加えて、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期及び噴射量は、燃焼騒音が低減されるように設定される。具体的な設定方法について、以下に説明する。

ところで、燃焼騒音は、実際の熱発生率パターンのピーク値に加えて、熱発生率が上昇している際の熱発生率の傾き（特に、傾きの最大値。以下、「熱発生率上昇時の傾き」という）によっても変化し、熱発生率上昇時の傾きが大きくなるほど燃焼騒音が大きくなる。したがって、実際の熱発生率パターンのピーク値を小さくすることに加えて、熱発生率上昇時の傾きを小さくすることにより、燃焼騒音を小さく抑えることができる。

上述したように、実際の熱発生率パターンＡは、熱発生率パターンＡ１、Ａ２、ＡＭを足し合わせたものである。したがって、熱発生率パターンＡ１においてピーク値及び熱発生率上昇時の傾きを小さく抑えることができれば、実際の熱発生率パターンＡにおけるピーク値及び熱発生率上昇時の傾きを小さくすることができ、結果的に燃焼騒音を低減させることができる。

ここで、予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合、その予混合気の当量比φが小さいほど、燃焼速度が遅くなり、燃焼期間が長くなる。この結果、その燃焼によって生じる熱発生率パターンのピーク値及び熱発生率上昇時の傾きは小さくなる。このため、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された予混合気の当量比φがある程度小さくなってからこの予混合気が圧縮自着火燃焼するように第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期及び噴射量を設定することにより、熱発生率パターンのピーク値及び熱発生率上昇時の傾きを小さくすることができる。特に、本実施形態では、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成されたほとんどの予混合気の当量比φが１．０未満になってからこの予混合気が圧縮自着火燃焼するように第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期及び噴射量を設定するようにしている。なお、当量比φは、１．０であると予混合気が理論空燃比であることを表しており、１．０未満であると空気が過多であること、すなわち予混合気がリーンであることを表しており、１．０よりも大きいと燃料が過多であること、すなわち予混合気がリッチであることを表している。

ここで、燃料噴射弁３１から噴射された燃料によって形成される予混合気の当量比φは、燃料噴射量が同じであれば、基本的に燃料を噴射してからの経過時間に依存する。燃料を噴射してからの経過時間が長くなると、燃料が広く拡散することになるため、当量比φは小さくなる。したがって、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成されたほとんどの予混合気の当量比φが１．０未満になるには、燃料噴射量に応じた予混合時間（以下、これを「第１予混合時間」という）が必要となる。一方、第１プレ噴射ＩＪ１による燃料噴射から着火遅れ時間τの経過後に第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された予混合気が自着火する。このため、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成されたほとんどの予混合気の当量比φが１．０未満になってからこの予混合気を圧縮自着火燃焼させるためには、上述した第１予混合時間よりも着火遅れ時間τの方が長くなる必要がある。

ここで、燃料噴射弁３１から燃料を噴射してから予混合気が着火するまでの着火遅れ時間τは、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期を圧縮ＴＤＣから離れるように進角するほど長くなる。したがって、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期を適切に制御することにより、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された予混合気の着火遅れ時間τを第１予混合時間よりも長くすることができる。ただし、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期を進角し過ぎると、第１プレ噴射ＩＪ１によって噴射された燃料の一部が燃焼室１５の壁面に付着してしまう。したがって、本実施形態では、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期は、噴射された燃料の一部が燃焼室１５の壁面に付着しない範囲内で、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された予混合気の着火遅れ時間τを第１予混合時間よりも長くなるように設定される。

また、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量は、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射量に対する第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量の比率ができる限り多くなるように設定される。ただし、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量を多くし過ぎると、第１プレ噴射ＩＪ１によって噴射された燃料の一部が燃焼室１５の壁面に付着してしまう。したがって、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量は、噴射された燃料の一部が燃焼室１５の壁面に付着しない範囲内で、できるだけ多くなるように設定される。

なお、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量は、機関負荷に基づいて、基本的には機関負荷が高くなるほど噴射量が多くなるように設定される。また、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量は、第１プレ噴射ＩＪ１によって噴射された燃料の一部が燃焼室１５の壁面に付着しないように、機関回転速度に基づいても設定される。したがって、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量Ｑｉｊ１は、例えば、図５Ｂに示したマップと同様なマップを用いて機関運転状態に基づいて設定される。以下では、このように機関運転状態に基づいて設定される第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期を第１プレ噴射ＩＪ１の基本噴射時期とも称する。

また、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成されたほとんどの予混合気の当量比φが１．０未満になるのに必要な第１予混合時間は、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量が多くなるほど長くなる。また、第１予混合時間を確保するためには、機関回転速度が高くなるほど、進角側で第１プレ噴射ＩＪ１を実行する必要がある。したがって、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期Ｔｉｊ１は、例えば、図５Ａに示したマップと同様なマップを用いて機関運転状態に基づいて設定される。以下では、このように機関運転状態に基づいて設定される第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量を第１プレ噴射ＩＪ１の基本噴射時期とも称する。

本実施形態によれば、このように第１プレ噴射の噴射時期及び噴射量を設定することにより、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された予混合気が圧縮着火したときの熱発生率パターンＡ１のピーク値及び熱発生率上昇時の傾きが第２プレ噴射ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気が圧縮自着火燃焼したときの各熱発生率パターンＡ２、ＡＭのピーク値及び熱発生率上昇時の傾きよりも小さくなる。

≪第２プレ噴射の制御方法≫
上述したように、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期及び噴射量は、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成された予混合気が主噴射ＩＪＭの開始前に燃焼せず且つ主噴射ＩＪＭが開始された後であって第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された予混合気の燃焼が開始された後に自着火を起こすように設定される。加えて、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期は、主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気の着火時期を安定させるように設定される。具体的な設定方法について以下に説明する。

本実施形態では、第２プレ噴射ＩＪ２は、主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気よりも先に自着火するように、主噴射ＩＪＭの直前に行われる。これにより、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成された予混合気を燃焼させたときの燃焼熱により筒内温度が上昇し、その結果、主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気の自着火を引き起こさせることができる。換言すると、本実施形態では、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期が、主噴射ＩＪＭの噴射開始後において、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成された予混合気の自着火による発熱によって主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気の自着火が引き起こされる時期に制御される。

ところで、この場合、主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気の着火時期を安定させるためには、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成された予混合気の着火時期を安定させる必要がある。このことについて、図６を参照しつつ説明する。図６は、当量比φと着火遅れ時間τとの関係を、燃焼室１５内の酸素密度毎に示した図である。

図６からわかるように、当量比φが１よりも小さいと、着火遅れ時間τが長くなり、しかも着火遅れ時間τは酸素密度が変化すると大きく変化する。このように着火遅れ時間τが長いことは予混合気が着火しづらいことを意味し、よって予混合気の自着火時期がバラツキやすいことを意味する。また、酸素密度により着火遅れ時間τが変化するため、例えばＥＧＲ率が変化して酸素密度が変化するような場合に予混合気の着火時期が大きく変化することを意味する。

一方、当量比φが１．０以上になると、十分な燃料が存在することから、当量比が１．０未満であるときに比べて予混合気は着火しやすくなる。このため、着火遅れ時間τが短くなり、よって予混合気の自着火時期がバラツキにくくなる。また、酸素密度が変化したときの着火遅れ時間τの変化が小さくなるため、例えばＥＧＲ率が変化して酸素密度が変化するような場合でも予混合気の着火時期の変動は小さくなる。また、当量比φが２．０よりも大きくなると、燃料の蒸発潜熱により雰囲気温度が低下し、予混合気は着火しづらくなる。その結果、着火遅れ時間τが長くなる。

以上より、図６からわかるように、当量比φが１．０から２．０の間のときには、着火遅れ時間τが短くなり、しかも酸素密度が変化したときの着火遅れ時間τの変化が小さくなる。したがって、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成された予混合気の当量比φが１．０から２．０の間にあるときにこの予混合気を自着火させることにより、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成された予混合気の自着火時期を安定させることができる。結果として、主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気の自着火時期も安定させることができるため、主噴射の自着火時期を精度よく目標主噴射自着火時期に制御することができる。

ここで、上述したように、燃料噴射弁３１から噴射された燃料によって形成される予混合気の当量比φは、燃料噴射量が同じであれば、基本的に燃料を噴射してからの経過時間に依存する。燃料を噴射してからの経過時間が長くなるほど、当量比φは小さくなる。したがって、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成されたほとんどの予混合気の当量比φが１．０から２．０の間になるには、燃料噴射量に応じた予混合時間（以下、これを「第２予混合時間」という）が必要となる（第２予混合時間＜第１予混合時間）。

一方、第２プレ噴射ＩＪ２による燃料噴射から着火遅れ時間の経過後に第２プレ噴射ＩＪ２によって形成された予混合気が自着火する。このため、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成されたほとんどの予混合気の当量比φが１．０から２．０の間にあるときにこの予混合気を圧縮自着火燃焼させるためには、上述した第２予混合時間と着火遅れ時間が同程度になる必要がある。そこで、本実施形態では、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期は、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成された予混合気の着火遅れ時間が第２予混合時間と等しくなるように設定される。

なお、第２プレ噴射ＩＪ２は、第１プレ噴射ＩＪ１よりも筒内温度及び筒内圧力が高い状態のときに実施され、且つ第２プレ噴射ＩＪ２によって形成される予混合気は第１プレ噴射ＩＪ１によって形成される予混合気よりもリッチな予混合気である。そのため、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成される予混合気の着火遅れ時間τは、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成される予混合気の着火遅れ時間τに対して短くなる傾向にある。

したがって、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成されるリッチな予混合気を、主噴射ＩＪＭの実施後、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成される予混合気よりも後に自着火燃焼させる場合、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期は、必然的に主噴射ＩＪＭの噴射時期に近づける必要がある。

一方で第１プレ噴射ＩＪ１は、筒内温度及び筒内圧力が低い状態のときに実施され、且つ第１プレ噴射ＩＪ２によって形成される予混合気はリーンな予混合気である。そのため、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成される予混合気の着火遅れ時間τは、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成される予混合気の着火遅れ時間τとは逆に長くなる傾向にある。したがって、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成される予混合気を、主噴射ＩＪＭの実施後に最初に自着火燃焼させる場合、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期は、必然的に主噴射ＩＪＭの噴射時期から遠ざける必要がある。

そのため、本実施形態のように分割噴射を実施して各噴射によって形成された予混合気を、主噴射ＩＪＭの実施後に段階的に自着火させようとした場合には、図４に示すように、第１プレ噴射ＩＪ１から第２噴射ＩＪ２までのクランク間隔は、第２噴射ＩＪ２から主噴射ＩＪＭまでのクランク間隔よりも大きくなる。

なお、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射量は、機関負荷に基づいて、基本的には機関負荷が高くなるほど噴射量が多くなるように設定される。また、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射量は、機関回転速度に応じて設定される第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量に基づいて、機関回転速度が変化しても第１プレ噴射ＩＪ１と第２プレ噴射ＩＪ２との総噴射量が一定になるように設定される。したがって、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射量Ｑｉｊ２は、例えば、図５Ｂに示したマップと同様なマップを用いて機関運転状態に基づいて設定される。以下では、このように機関運転状態に基づいて設定される第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期を第２プレ噴射ＩＪ２の基本噴射時期とも称する。

また、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成されたほとんどの予混合気の当量比φが１．０から２．０の間になるのに必要な第２予混合時間は、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射量が多くなるほど長くなる。また、第２予混合時間を確保するためには、機関回転速度が高くなるほど、進角側で第２プレ噴射ＩＪ２を実行する必要がある。したがって、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期Ｔｉｊ２は、例えば、図５Ａに示したマップと同様なマップを用いて機関運転状態に基づいて設定される。以下では、このように機関運転状態に基づいて設定される第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期を第２プレ噴射ＩＪ２の基本噴射時期とも称する。

＜過渡運転時の問題点＞
内燃機関が定常運転中であるときには、上述したように機関運転状態に基づいて制御を行うことで、燃料噴射弁３１からの噴射時期及び噴射量を、燃焼騒音を抑制しつつ熱効率を高めることができる適切な噴射時期及び噴射量に制御することができる。しかしながら、内燃機関が過渡運転中であるときには、上述したような制御のみでは、燃料噴射弁３１からの噴射時期及び噴射量を適切に制御することができないという問題がある。以下、図７を参照して、この問題について説明する。

なお、本明細書では、内燃機関が過渡運転中であるときとは、機関運転状態が変化しているとき、及び機関運転状態が変化した結果、内燃機関の運転に関する他のパラメータ（例えば、過給圧、ＥＧＲ率等）が変動しているときを意味する。したがって、機関負荷が増大した結果、機関回転速度が増大しているとき、過給圧が増大しているとき、及びＥＧＲ率が変化しているときは、内燃機関が過渡運転中であるといえる。

一方、内燃機関が定常運転中であるときとは、機関運転状態が変化せずに維持されているときであって、内燃機関の運転に関する他のパラメータがほとんど変化せずに収束しているときを意味する。したがって、機関負荷及び機関回転数がほぼ一定に維持されていて、且つ過給圧やＥＧＲ率の単位時間当たりの変化量が所定値以下の少量であるときは、内燃機関が定常運転中であるといえる。

図７は、機関負荷が変化したときの、スロットル開度、過給圧及び着火時期に生じるズレのタイムチャートである。着火時期に生じるズレは、実際の主噴射自着火時期と目標主噴射自着火時期とのズレ量を示している。

図７に示した例では、時刻ｔ₁において、機関負荷がＬ₁からＬ₂へステップ的に増大せしめられる。これに伴って、時刻ｔ₁において、スロットル開度が増大せしめられる。加えて、機関負荷の増大に伴って、過給圧も、機関負荷Ｌ１に対応する過給圧ＳＰ₁から機関負荷Ｌ₂に対応するＳＰ₂へと変化する。しかしながら、過給圧の応答速度はそれほど速くないため、時刻ｔ₁で機関負荷がＬ₂へ増大されてから、過給圧が機関負荷Ｌ₂に対応する過給圧ＳＰ₂へ到達するまでには時間がかかる（図示した例では、時刻ｔ₂において到達）。

一方、上述したように、燃料噴射弁３１からの噴射時期及び噴射量は、内燃機関が定常運転中であるときに主噴射自着火時期が目標主噴射自着火時期となるように、機関運転状態に基づいて設定される。したがって、過給圧の遅れによって内燃機関が過渡運転中であるとき（図中の時刻ｔ₁から時刻ｔ₂）には、主噴射自着火時期が目標主噴射自着火時期からずれてしまうという問題が生じる。このため、内燃機関が過渡運転中にあるときには、主噴射自着火時期が目標主噴射自着火時期となるように、燃料噴射弁３１からの噴射時期等を補正することが必要となる。

＜噴射時期補正の問題点＞
ところで、上述したように、本実施形態では、第１プレ噴射ＩＪ１、第２プレ噴射ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭの三回の燃料噴射が行われる。したがって、内燃機関が過渡運転中のときに燃料噴射弁３１からの噴射時期を補正するにあたっては、これら三回の燃料噴射の噴射時期を補正することが必要となる。このような三回の燃料噴射の噴射時期を補正するにあたっては、これらの噴射時期を一律に一定クランク角度（或いは、一定時間）だけ補正することが考えられる。

図８は、噴射時期の補正を行う前後の燃料噴射率及び燃焼室内での燃焼による熱発生率のクランク角推移を示す図である。図示した例では、第１プレ噴射ＩＪ１、第２プレ噴射ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭの三回の燃料噴射を一律に一定クランク角度だけ進角側に補正した場合を示している。また、図８中の熱発生率パターンＡは、補正前の噴射時期に燃料噴射を行った際の熱発生率パターンを示しており、熱発生率パターンＢは、補正後の噴射時期に燃料噴射を行った際の熱発生率パターンを示している。

加えて、熱発生率パターンＢ１は補正後の噴射時期に噴射された第１プレ噴射ＩＪ１に伴う燃焼による熱発生率の推移を、熱発生率パターンＢ２は補正後の噴射時期に噴射された第２プレ噴射ＩＪ２に伴う燃焼による熱発生率の推移を、それぞれ示している。加えて、熱発生率パターンＢＭは、補正後の噴射時期に噴射された主噴射ＩＪＭに伴う燃焼による熱発生率の推移示している。

図８からわかるように、熱発生率パターンＢは熱発生率パターンＡに比べて、ピーク値が大きくなっており、また熱発生率上昇時の傾きも大きくなっている。よって、熱発生率パターンＢでは、熱発生率パターンＡよりも燃焼騒音が大きくなる。

一方、第１プレ噴射ＩＪ１、第２プレ噴射ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭの三回の燃料噴射を一律に一定クランク角度だけ遅角側に補正した場合、図８に示した現象と逆の現象が発生する。この場合、熱発生率パターンのピーク値及び熱発生率上昇時の傾きは小さくなり、よって燃焼騒音は低下する。しかしながら、燃焼室１５内における燃焼自体が緩慢になり、熱効率の低下を招く。

以上より、噴射時期を一律に一定クランク角度だけ補正すると、燃焼騒音が増大したり熱効率の低下を招いたりしてしまう。以下では、このように三回の燃料噴射の噴射時期を一律に一定クランク角度だけ補正した場合に、燃総騒音の増大等を招く理由について説明する。

ところで、燃料が自着火するまでの着火遅れ時間を推定するための式として、Livengood-Wuの積分式がよく知られている。

上記式（１）および式（２）が、Livengood-Wuの積分式と称され、このLivengood-Wuの積分式は実験値とよく一致する。なお、式（１）において、τは自着火するまでの着火遅れ時間、Ａは頻度因子、Ｐは圧力（ｎは正）、Ｅは活性化エネルギ、Ｒは一般ガス定数、Ｔは温度を示す。式（１）の左辺は、圧力Ｐ、温度Ｔにおける着火遅れ時間の逆数（１/τ）を表している。

すなわち、温度Ｔが高くなると反応速度（右辺のアレニウスの式）が速くなるために着火遅れ時間τが短くなり、圧力Ｐが高くなると燃料密度が高くなるために着火遅れ時間τが短くなる。従って式（１）のような関係となる。一方、着火遅れ時間がτである状態がｄｔ時間継続したとすると、このｄｔ時間のうちに、自着火するまでの時間τのうちのｄｔ／τだけ経過したことになる。従って、着火遅れ時間がτ１である状態がｄｔ時間継続し、着火遅れ時間がτ２である状態がｄｔ時間継続し、以後同様に、着火遅れ時間がτｎである状態がｄｔ時間継続した場合、ｄｔ／τ１、ｄｔ／τ２、・・・ｄｔ／τｎ・・・の和が１になると自着火を生ずることになる。従って、式（２）に示したように、圧力Ｐ、温度Ｔにおける着火遅れ時間の逆数（１/τ）を時間積分したときに、積分値が１となる時間t_e が着火遅れ時間τとなる。

式（３）は、軽油を用いた自着火式の内燃機関において、圧力Ｐ、温度Ｔ以外の実際に影響を与える他の因子も考慮した場合の着火遅れ時間の逆数（１/τ）を表す式として、よく用いられている式を示している。なお、上式（３）において、ＤＯは酸素密度、ＤＦは燃料密度、Ａ’、ｂ、ｃ、ｄは同定定数を示しており、その他の記号については式（１）と同様である。なお、本実施形態では、式（３）の時間積分値を、式（４）に示すようにΣ（１/τ）で表す。式（３）から、圧力Ｐが高くなるほど着火遅れ時間τが短くなり、温度Ｔが高くなるほど着火遅れ時間τが短くなり、酸素密度ＤＯが高いほど着火遅れ時間τが短くなることがわかる。

上記式（２）及び式（３）を用いた推定手法による燃料噴射弁３１からの噴射時期、自着火時期及び着火遅れ時間の概念について、図９を用いて説明する。図９は、燃料噴射率、熱発生率、反応速度１／τ、時間積分値の推移を示す図である。図９は、燃料噴射弁３１からの燃料噴射ＩＪが一回のみ行われた場合を示している。

上記式（３）によれば、着火遅れ時間の逆数（１／τ）（以下、「反応速度」という）は、燃焼室１５内の温度、圧力、酸素密度に応じて変化する。したがって、反応速度（１／τ）は、図９に示したように、圧縮ＴＤＣに向かって徐々に上昇し、圧縮ＴＤＣにおいて最大となり、その後圧縮ＴＤＣから離れるにつれて徐々に低下するように推移する。

図９に示した例では、噴射時期Ｔｉｊにおいて燃料噴射弁３１からの燃料噴射ＩＪが開始される。上述したように、式（２）及び式（３）を用いた着火遅れ時間τの算出では、燃料噴射弁３１からの燃料噴射が行われてから反応時間（１／τ）の積分が開始される。このため、噴射時期Ｔｉｊ以降、Σ（１／τ）の値が徐々に増大していく。

Σ（１／τ）の値が徐々に増大していくと、Σ（１／τ）の値はついに１に到達する。このようにΣ（１／τ）が１に到達した時期Ｔｉｇに、燃料噴射ＩＪによって形成された予混合気が自着火することになる。そして、このときの着火遅れ時間τｘは、Σ（１／τ）の積算を開始してからΣ（１／τ）が１になるまでの期間、すなわち噴射時期Ｔｉｊから着火時期Ｔｉｇまでの期間ということになる。

次に、図１０を参照して、燃料噴射弁３１から、上述したように２回のプレ噴射ＩＪ１、ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭの三回の燃料噴射を行った場合について説明する。図１０は、燃料噴射弁３１からの燃料噴射が複数回行われた場合の、図９と同様な図である。

ここで、本実施形態では、主噴射の開始後にプレ噴射によって形成された予混合気が圧縮自着火燃焼するように、燃料噴射弁３１からの燃料噴射が制御されている。したがって、主噴射ＩＪＭの開始までには燃焼室１５内での熱発生はない。また、主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気の自着火前にプレ噴射ＩＪ１、ＩＪ２によって形成された予混合気が自着火しても、自着火開始時における熱発生率はそれほど大きくない。したがって、上述したように２回のプレ噴射ＩＪ１、ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭの三回の燃料噴射を行った場合においても、図８を用いて説明した理論と同様な理論は概ね成立する。

したがって、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された予混合気は、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期Ｔｉｊ１からの反応速度（１／τ）の積分値Σ（１／τ）が１になるＴｉｇ１において自着火することになる。また、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成された予混合気は、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期Ｔｉｊ２からの反応速度（１／τ）の積分値Σ（１／τ）が１になるＴｉｇ２において自着火することになる。さらに、主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気は、主噴射ＩＪＭの噴射時期ＴｉｊＭからの反応速度（１／τ）の積分値Σ（１／τ）が１になるＴｉｇＭにおいて自着火することになる。

なお、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期Ｔｉｊ１付近では、反応速度（１／τ）が比較的小さく、よって噴射直後のΣ（１／τ）の増大速度が遅い。一方、主噴射ＩＪＭの噴射時期ＴｉｊＭ付近では、反応速度（１／τ）が比較的大きい値となっており、よって噴射直後からΣ（１／τ）の増大速度が速い。この結果、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期Ｔｉｊ１から着火時期Ｔｉｇ１までの着火遅れ時間は、主噴射ＩＪＭの噴射時期ＴｉｊＭから着火時期ＴｉｇＭまでの着火遅れ時間よりも長くなる。

上記のような理論を踏まえて、図１１を参照して、三回の燃料噴射の噴射時期を一律に一定クランク角度だけ補正した場合について考える。図１１は、三回の燃料噴射の噴射時期を一律に一定クランク角度ΔＴだけ補正した場合の、図１０と同様な図である。図１１では、図１０に示した噴射時期と同様な噴射時期に三回の燃料噴射を行った場合の積分値Σ（１／τ）の推移を破線で示している。加えて、三回の燃料噴射の噴射時期を、図１０に示した噴射時期と同様な噴射時期から一律に一定クランク角度ΔＴだけ補正した場合の積分値Σ（１／τ）の推移を実線で示している。

図１１からわかるように、補正後の第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された予混合気の着火遅れ時間τ１’は、補正前の第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された予混合気の着火遅れ時間τ１よりもかなり長い。これは、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期Ｔｉｊ１が、圧縮ＴＤＣから離れていて噴射時期Ｔｉｊ１付近では反応速度（１／τ）が比較的小さいためである。この結果、Ｔｉｊ１’からＴｉｊ１までの間の積分値Σ（１／τ）は小さく、噴射時期をＴｉｊ１からＴｉｊ１’へ変更しても、積分値Σ（１／τ）が１に到達する時期はほとんど変化せず、よって着火時期の変化量（Ｔｉｇ１’−Ｔｉｇ１）は噴射時期の変化量ΔＴに対してかなり小さい。このため、噴射時期補正後における着火遅れ時間τ１’が噴射時期補正前における着火遅れ時間τ１よりもかなり長くなる。

一方、補正後の主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気の着火遅れ時間τＭ’は、補正前の主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気の着火遅れ時間τＭとほぼ等しい。これは、主噴射ＩＪＭの噴射時期ＴｉｊＭが圧縮ＴＤＣに近く、噴射時期ＴｉｊＭ付近では反応速度（１／τ）が大きいためである。この結果、ＴｉｊＭ’からＴｉｊＭまでの間の積分値Σ（１／τ）は大きく、噴射時期をＴｉｊＭからＴｉｊＭ’へ変更すると、積分値Σ（１／τ）が１に到達する時期が大きく変化し、よって着火時期の変化量（ＴｉｇＭ’−ＴｉｇＭ）は噴射時期の変化量ΔＴと同程度となる。このため、噴射時期補正後における着火遅れ時間τＭ’は噴射時期補正前における着火遅れ時間τＭとほぼ等しくなる。

また、図１１からわかるように、第２プレ噴射について、着火時期の変化量（Ｔｉｇ２’−Ｔｉｇ２）は噴射時期の変化量ΔＴよりも多少小さい。このため、第２プレ噴射について、噴射時期補正後における着火遅れ時間τ２’は噴射時期補正前における着火遅れ時間τ２よりも多少長くなる。

この結果、第１プレ噴射によって形成された予混合気の着火時期から主噴射によって形成された予混合気の着火時期までの期間を着火ズレ期間と称すると、噴射時期の補正後における着火ズレ期間Ｘ’は噴射時期の補正前における着火ズレ期間Ｘよりも短くなる。すなわち、補正後の噴射時期に燃料噴射を行うと、両プレ噴射ＩＪ１、ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気が短い期間内に自着火することになる。この結果、図８に示した熱発生率パターンＢ１、Ｂ２、ＢＭが分散されなくなり、これらを足し合わせた熱発生率パターンＢのピーク値及び熱発生率上昇時の傾きが大きくなり、よって燃焼騒音が増大することになる。

なお、図１１に示した例では、各燃料噴射の噴射時期を一律にΔＴだけ進角した場合を示した。しかしながら、各燃料噴射の噴射時期を一律にΔＴだけ遅角させる補正を行った場合には図１１に示した場合とは逆の現象が発生する。この場合には、噴射時期の補正後には噴射時期の補正前に比べて、各噴射によって形成された予混合気の着火時期が互いから離れる方向に変化することになる。この結果、燃焼室１５内における燃焼が緩慢になり、熱効率の低下を招くことになる。

したがって、内燃機関の過渡運転中に各燃料噴射の噴射時期を補正するときには、燃焼騒音を抑制すると共に燃焼が緩慢になるのを抑制すべく、各噴射によって形成される予混合気の自着火時期の互いの間隔が、補正の前後で変化しないようにすることが必要となる。

＜本実施形態における噴射時期の補正制御＞
次に、図１２を参照して、内燃機関が過渡運転中であるときの各燃料噴射の噴射時期を基本噴射時期から補正する補正制御について説明する。図１２は、三回の燃料噴射の噴射時期を本実施形態の補正制御により補正した場合の、図１１と同様な図である。

ところで、第１プレ噴射ＩＪ１を例にとって考えると、図１２に示した例では、第１プレ噴射ＩＪ１を噴射時期Ｔｉｊ１に行うと、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された予混合気の着火時期はＴｉｇ１となる。一方、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期を補正して第１プレ噴射ＩＪ１’を噴射時期Ｔｊ１’に行うと、第１プレ噴射ＩＪ１’によって形成された予混合気の着火時期はＴｉｇ１’となる。ここで、補正前の噴射時期Ｔｉｊ１から着火時期Ｔｉｇ１までの反応速度の積分値Σ（１／τ）は１であり、補正後の噴射時期Ｔｉｊ１’から着火時期Ｔｉｇ１’までの反応速度の積分値Σ（１／τ）も１である。したがって、補正後の噴射時期Ｔｉｊ１’から補正前の噴射時期Ｔｉｊ１までの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図１２の面積Ｓ１に相当）は、着火時期Ｔｉｇ１’から着火時期Ｔｉｇ１までの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図１２の面積Ｚ１に相当）に等しい。

逆に言うと、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成された予混合気の着火時期をＴｉｇ１からＴｉｇ１’に補正するためには、面積Ｚ１と面積Ｓ１とが等しくなるように、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期を補正すればよいことになる。同様に、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成された予混合気の着火時期をＴｉｇ２からＴｉｇ２’に補正するためには、図中の面積Ｚ２と面積Ｓ２とが等しくなるように、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期を補正すればよい。さらに、主噴射ＩＪＭによって形成された予混合気の着火時期をＴｉｇＭからＴｉｇＭ’に補正するためには、図中の面積ＺＭと面積ＳＭとが等しくなるように、主噴射ＩＪＭの噴射時期を補正すればよい。

ここで、上述したように、第１プレ噴射、第２プレ噴射及び主噴射を行った場合、これら噴射によって形成される予混合気の着火時期は短い期間内に収まっている。また、これら噴射によって形成される予混合気の着火時期は圧縮ＴＤＣ付近であるため、着火時期付近において反応速度１／τはそれほど大きく変化しない。したがって、第１プレ噴射、第２プレ噴射及び主噴射の着火時期を等しく変化させたい場合には、図１２の面積Ｚ１、Ｚ２及びＺＭはほぼ等しくなる。

そこで、本実施形態の補正制御では、主噴射ＩＪＭの着火時期をＴｉｇＭからＴｉｇＭ’にずらす場合には、補正後の主噴射の噴射時期ＴｉｊＭ’から補正前の主噴射の噴射時期ＴｉｊＭまでの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図中の面積ＳＭに相当）がＴｉｇＭ’からＴｉｇＭまでの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図中の面積ＺＭに相当）に等しくなるように、主噴射の噴射時期を補正するようにしている。同様に、本実施形態の補正制御では、このような場合には、補正後の第１プレ噴射の噴射時期Ｔｉｊ１’から補正前の第１プレ噴射の噴射時期Ｔｉｊ１までの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図中の面積Ｓ１に相当）がＴｉｇＭ’からＴｉｇＭまでの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図中の面積ＺＭに相当）に等しくなるように、主噴射の噴射時期を補正するようにしている。加えて、本実施形態の補正制御では、このような場合には、補正後の第２プレ噴射の噴射時期Ｔｉｊ２’から補正前の第２プレ噴射の噴射時期Ｔｉｊ２までの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図中の面積Ｓ２に相当）がＴｉｇＭ’からＴｉｇＭまでの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図中の面積ＺＭに相当）に等しくなるように、主噴射の噴射時期を補正するようにしている。

ここで、上述したように、反応速度（１／τ）は圧縮ＴＤＣで最大となり、圧縮ＴＤＣから離れるほど小さくなる。この結果、面積Ｓ１、Ｓ２及びＳＭを共に面積ＺＭに等しくなるようにした場合、必然的に、圧縮ＴＤＣから最も離れた第１プレ噴射の噴射時期の補正量が最も大きくなり、圧縮ＴＤＣに最も近い主噴射の噴射時期の補正量が最も小さくなる。したがって、本実施形態では、補正前の各噴射時期の圧縮ＴＤＣからのクランク角が大きいほど、各噴射の噴射時期の補正量が大きくなるように各噴射の噴射時期の補正制御を行っているということができる。

このような補正制御について、図１３Ａ〜図１３Ｃを参照して、より詳しく説明する。図１３Ａ〜図１３Ｃは、上述した補正制御による補正前後の、燃料噴射弁３１からの燃料噴射率のクランク角推移を示す図である。

図１３Ａは、第１プレ噴射ＩＪ１、第２プレ噴射ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭが上述した実施形態と同様な噴射時期で行われている場合を示している。したがって、第１プレ噴射ＩＪ１、第２プレ噴射ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭはいずれも圧縮ＴＤＣよりも前に行われている。このため、上述したように、補正制御においては、圧縮ＴＤＣから最も離れた第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期の補正量が最も大きくなり、圧縮ＴＤＣに最も近い主噴射ＩＪＭの噴射時期の補正量が最も小さくなる。

図１３Ｂは、第１プレ噴射ＩＪ１及び第２プレ噴射ＩＪ２が圧縮ＴＤＣよりも前に行われているが、主噴射ＩＪＭは圧縮ＴＤＣよりも後に行われている例を示している。特に、図１３Ｂは、補正前の第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期が−１８°ＡＴＤＣ程度、補正前の第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期が−９°ＡＴＤＣ程度、補正前の主噴射ＩＪＭの噴射時期が１°ＡＴＤＣ程度である場合を示している。

図１３Ｂに示したような場合、圧縮ＴＤＣからのクランク角は、主噴射ＩＪＭ、第２プレ噴射ＩＪ２、第１プレ噴射の順に大きくなる。このため、この場合、補正制御においては、圧縮ＴＤＣから最も離れた第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期の補正量が最も大きくなり、圧縮ＴＤＣに最も近い主噴射ＩＪＭの噴射時期の補正量が最も小さくなる。

図１３Ｃは、第１プレ噴射ＩＪ１が圧縮ＴＤＣよりも前に行われているが、第２プレ噴射ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭは圧縮ＴＤＣよりも後に行われている例を示している。特に、図１３Ｃは、補正前の第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期が−７°ＡＴＤＣ程度、補正前の第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期が１°ＡＴＤＣ程度、補正前の主噴射ＩＪＭの噴射時期が１０°ＡＴＤＣ程度である場合を示している。

図１３Ｃに示したような場合、圧縮ＴＤＣからのクランク角は、第２プレ噴射ＩＪ２、第１プレ噴射、主噴射ＩＪＭの順に大きくなる。このため、この場合、補正制御においては、圧縮ＴＤＣから最も離れた主噴射ＩＪＭの噴射時期の補正量が最も大きくなり、圧縮ＴＤＣに最も近い第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期の補正量が最も小さくなる。

このように各噴射の噴射時期の補正制御を行うことにより、各噴射によって形成される予混合気の自着火時期の互いの間隔を補正の前後でほとんど変化しないようにすることができる。この結果、噴射時期の補正により燃焼騒音が大きくなったり、燃焼が緩慢になったりするのを抑制することができる。

なお、本実施形態では、各サイクルにおいて、第１プレ噴射、第２プレ噴射及び第３プレ噴射の３回の燃料噴射を行っている。しかしながら、各サイクルにおける燃料噴射弁３１からの燃料噴射回数は必ずしも３回でなくてもよく、２回のプレ噴射及び１回の主噴射を含んでいれば４回以上であってもよい。このように、４回以上の燃料噴射が行われる場合であっても、補正制御においては、補正前の各噴射時期の圧縮ＴＤＣからのクランク角が大きいほど、各噴射の噴射時期の補正量が大きくなるように各噴射の噴射時期の補正が行われる。

＜過渡運転中の補正制御＞
ところで、内燃機関が定常運転中であるときには、圧縮ＴＤＣにおける燃焼室１５内の圧力（圧縮端圧力）Ｐｔｄｃ、圧縮ＴＤＣにおける燃焼室１５内の温度（圧縮端温度）Ｔｔｄｃ及び酸素密度ＤＯは、機関運転状態に応じて一定の値に収束する。以下では、内燃機関が定常運転中のときに圧縮端圧力Ｐｔｄｃ、圧縮端温度Ｔｔｄｃ及び酸素密度ＤＯが収束する値を、それぞれ基本圧力Ｐｂ、基本温度Ｔｂ及び基本酸素密度ＤＯｂと称する。したがって、これら基本圧力Ｐｂ、基本温度Ｔｂ及び基本酸素密度ＤＯｂは、機関運転状態に基づいて定まる値である。

一方、内燃機関が過渡運転中であるときには、機関運転状態が或る機関運転状態にあっても、圧縮端圧力Ｐｔｄｃ、圧縮端温度Ｔｔｄｃ及び酸素密度ＤＯは、その或る機関運転状態に対応する基本圧力Ｐｂ、基本温度Ｔｂ及び基本酸素密度ＤＯｂとは異なる値となっている。ここで、上記式（３）に示したように、反応速度（１／τ）は、燃焼室１５内の圧力Ｐ、温度Ｔ及び酸素密度ＤＯに応じて変化する。このため、圧縮端圧力Ｐｔｄｃ、圧縮端温度Ｔｔｄｃ及び酸素密度ＤＯが基本圧力Ｐｂ、基本温度Ｔｂ及び基本酸素密度ＤＯｂからずれると、これに伴って反応速度（１／τ）が変化し、その結果、反応速度の積分値Σが１に到達する時期である着火時期が変化する。

具体的には、圧縮端圧力Ｐｔｄｃが基本圧力Ｐｂよりも高くなると、反応速度（１／τ）が速くなり、よって着火時期が進角する。逆に、圧縮端圧力Ｐｔｄｃが基本圧力Ｐｂよりも低くなると、反応速度（１／τ）が遅くなり、よって着火時期が遅角する。また、圧縮端温度Ｔｔｄｃが基本温度Ｔｂよりも高くなると、反応速度（１／τ）が速くなり、よって着火時期が進角する。逆に、圧縮端温度Ｔｔｄｃが基本温度Ｔｂよりも低くなると、反応速度（１／τ）が遅くなり、よって着火時期が遅角する。さらに、酸素密度ＤＯが基本酸素密度ＤＯｂよりも高くなると、反応速度（１／τ）が速くなり、よって着火時期が進角する。逆に、酸素密度ＤＯが基本酸素密度ＤＯｂよりも低くなると、反応速度（１／τ）が遅くなり、よって着火時期が遅角する。

そこで、本実施形態では、現在の機関運転状態に基づいて基本圧力Ｐｂ、基本温度Ｔｂ及び基本酸素密度ＤＯｂを算出する。加えて、本実施形態では、制御装置７０の吸気圧検出部によって検出又は推定された吸気ガスの圧力に基づいて圧縮端圧力Ｐｔｄｃを推定し、吸気温検出部によって検出又は推定された吸気ガスの温度に基づいて圧縮端温度Ｔｔｄｃを推定する。さらに制御装置７０の酸素密度検出部によって吸気ガスの酸素密度を推定又は検出する。

そして、本実施形態では、基本圧力Ｐｂに対する現在の圧縮端圧力Ｐｔｄｃの圧力比α（＝Ｐｔｄｃ／Ｐｂ）に基づいて、図１４に示したようなマップを用いて各噴射の噴射時期の補正量が算出される。図１４からわかるように、圧力比αが大きいほど各噴射の噴射時期は遅角側に補正される。したがって、現在の圧縮端圧力Ｐｔｄｃが高いほど各噴射の噴射時期が遅角側の噴射時期になるように補正されることになる。また、上述したように圧縮ＴＤＣからのクランク角が離れるほど、各噴射の噴射時期の補正量が大きくされる。

したがって、例えば、図１４に示した例では、基本圧力Ｐｂに対する現在の圧縮端圧力Ｐｔｄｃの圧力比がα₁であるときには、基本噴射時期がＴｉｊ１である第１プレ噴射ＩＪ１については噴射時期が補正量ＫＤ１だけ進角せしめられる。同様に、基本噴射時期がＴｉｊ２である第２プレ噴射ＩＪ２については噴射時期が補正量ＫＤ２だけ進角せしめられる。加えて、基本噴射時期がＴｉｊＭである主噴射ＩＪＭについては噴射時期が補正量ＫＤＭだけ進角せしめられる。

なお、本実施形態では、圧縮端圧力Ｐｔｄｃと、内燃機関が定常運転中であるときの圧縮端圧力である基本圧力Ｐｂとに基づいて各噴射の噴射時期の補正が行われている。しかしながら、例えば、燃焼室１５に供給される吸気ガスの圧力（以下、「吸気圧力」という）に応じて圧縮端圧力が変化することを考慮すると、吸気圧力とこれに対応する基本圧力とに基づいて各噴射の噴射時期の補正が行われてもよい。

また、本実施形態では、基本温度Ｔｂに対する現在の圧縮端温度Ｔｔｄｃの温度差β（＝Ｔｔｄｃ−Ｔｂ）に基づいて、図１５に示したようなマップを用いて各噴射の噴射時期の補正量が算出される。図１５からわかるように、温度差βが大きいほど各噴射の噴射時期は遅角側に補正される。したがって、現在の圧縮端温度Ｔｔｄｃが高いほど各噴射の噴射時期が遅角側の噴射時期になるように補正されることになる。また、上述したように圧縮ＴＤＣからのクランク角が離れるほど、各噴射の噴射時期の補正量が大きくされる。

なお、本実０施形態では、圧縮端温度Ｔｔｄｃと、内燃機関が定常運転中であるときの圧縮端温度である基本温度Ｔｂとに基づいて各噴射の噴射時期の補正が行われている。しかしながら、例えば、燃焼室１５に供給される吸気ガスの温度（以下、「吸気温度」という）に応じて圧縮端温度が変化することを考慮すると、吸気温度とこれに対応する基本圧力とに基づいて各噴射の噴射時期の補正が行われてもよい。

また、本実施形態では、基本酸素密度ＤＯｂに対する現在の酸素密度ＤＯの密度比γ（＝ＤＯ／ＤＯｂ）に基づいて、図１６に示したようなマップを用いて各噴射の噴射時期の補正量が算出される。図１６からわかるように、密度比γが大きいほど各噴射の噴射時期は遅角側に補正される。したがって、現在の酸素密度ＤＯが高いほど各噴射の噴射時期が遅角側の噴射時期になるように補正されることになる。また、圧縮ＴＤＣからのクランク角が離れるほど、各噴射の噴射時期の補正量が大きくされる。

なお、本実施形態では、酸素密度ＤＯと、内燃機関が定常運転中であるときの基本酸素密度ＤＯｂとに基づいて各噴射の噴射時期の補正が行われている。しかしながら、酸素密度は例えば各気筒１１の燃焼室１５に供給される吸気ガスのＥＧＲ率や斯かる吸気ガス中の酸素量に応じて変化することを考慮すると、ＥＧＲ率や酸素量とこれに対応する基本ＥＧＲ率や基本酸素量とに基づいて各噴射の噴射時期の補正が行われてもよい。

＜フローチャート＞
図１７は、基本噴射時期及び基本噴射量を算出する基本噴射算出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、一定時間間隔の割り込みによって行われる。

図１７を参照すると、まず、ステップＳ１１では、負荷センサ８８によって機関負荷Ｌが検出されると共に、クランク角センサ８９に基づいて機関回転速度Ｎが算出される。すなわち、ステップＳ１１では、現在の機関運転状態が算出される。

次いで、ステップＳ１２では、図３に示したようなマップを用いて、ステップＳ１１で算出された現在の機関運転状態がＰＣＣＩ領域内にあるか否かが判定される。現在の機関運転状態がＰＣＣＩ領域内にあると判定された場合には、ステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、図５Ｂに示したようなマップを用いて、現在の機関運転状態から第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量Ｑｉｊ１、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射量Ｑｉｊ２、主噴射ＩＪＭの噴射量ＱｉｊＭが算出される。

次いで、ステップＳ１４では、図５Ａに示したようなマップを用いて、現在の機関運転状態から第１プレ噴射ＩＪ１の基本噴射時期Ｔｉｊｂ１、第２プレ噴射ＩＪ２の基本噴射時期Ｔｉｊｂ２、主噴射ＩＪＭの基本噴射時期ＴｉｊｂＭが算出され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１２において、機関運転状態がＰＣＣＩ領域内にないと判定された場合には、ステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、内燃機関がＤＣモードにて運転せしめられ、制御ルーチンが終了せしめられる。

図１８は、基本噴射時期の補正制御を示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。

図１８を参照すると、まず、ステップＳ２１において内燃機関１が過渡運転中であるか否かが判定される。内燃機関１が過渡運転中であるか否かは、例えば、単位時間当たりの機関負荷及び機関回転速度の変化量、並びに単位時間当たりの過給圧及びＥＧＲ率の変化量等に基づいて判定される。この場合、これら変化量が予め定められた閾値以上であるときには、内燃機関１は過渡運転中であると判定され、予め定められた閾値未満であるときには内燃機関１は過渡運転中ではなく定常運転中であると判定される。内燃機関１が過渡運転中であると判定された場合には、ステップＳ２２へと進む。

ステップＳ２２では、負荷センサ８８によって検出された機関負荷Ｌ及びクランク角センサ８９に基づいて算出された機関回転速度Ｎに基づいて、予め求められたマップ等を用いて、基本圧力Ｐｂ、基本温度Ｔｂ及び基本密度ＤＯｂが算出される。

次いで、ステップＳ２３では、吸気圧検出部によって圧縮端圧力Ｐｔｄｃが算出される。次いで、ステップＳ２４では、吸気温検出部によって圧縮端温度Ｔｔｄｃが算出される。次いで、ステップＳ２５では、酸素密度検出部によって酸素密度ＤＯが算出される。

ステップＳ２６では、ステップＳ２２において算出された基本圧力Ｐｂと、ステップＳ２３において算出された圧縮端圧力Ｐｔｄｃとに基づいて、圧力比αが算出される。また、ステップＳ２２において算出された基本温度Ｔｂと、ステップＳ２４において算出された圧縮端温度Ｔｔｄｃとに基づいて温度差βが算出される。加えて、ステップＳ２２において算出された基本密度ＤＯｂと、ステップＳ２５において算出された酸素密度ＤＯとに基づいて密度比γが算出される。

次いで、ステップＳ２７では、図１７のステップＳ１４で算出された基本噴射時期Ｔｉｊｂ１、Ｔｉｊｂ２、ＴｉｊｂＭと、ステップＳ２６で算出された圧力比αとに基づいて、図１４に示したようなマップを用いて、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期の補正量ＫＰ１、第２プレ噴射ＩＪ１の噴射時期の補正量ＫＰ２、主噴射ＩＪＭの噴射時期の補正量ＫＰＭが算出される。

次いで、ステップＳ２８では、図１７のステップＳ１４で算出された基本噴射時期Ｔｉｊｂ１、Ｔｉｊｂ２、ＴｉｊｂＭと、ステップＳ２６で算出された温度差βとに基づいて、図１５に示したようなマップを用いて、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期の補正量ＫＴ１、第２プレ噴射ＩＪ１の噴射時期の補正量ＫＴ２、主噴射ＩＪＭの噴射時期の補正量ＫＴＭが算出される。

次いで、ステップＳ２９では、図１７のステップＳ１４で算出された基本噴射時期Ｔｉｊｂ１、Ｔｉｊｂ２、ＴｉｊｂＭと、ステップＳ２６で算出された密度比γとに基づいて、図１５に示したようなマップを用いて、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期の補正量ＫＤ１、第２プレ噴射ＩＪ１の噴射時期の補正量ＫＤ２、主噴射ＩＪＭの噴射時期の補正量ＫＤＭが算出される。

次いで、ステップＳ３０では、図１７のステップＳ１４で算出された基本噴射時期Ｔｉｊｂ１、Ｔｉｊ２ｂ、ＴｉｊｂＭとステップＳ２７〜Ｓ２９で算出された補正量とに基づいて、下記式（５）から（７）を用いて、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期Ｔｉｊ１、第２プレ噴射ＩＪ１の噴射時期Ｔｉｊ２、主噴射ＩＪＭの噴射時期ＴｉｊＭが算出され、制御ルーチンが終了せしめられる。
Ｔｉｊ１＝Ｔｉｊｂ１＋ＫＰ１＋ＫＴ１＋ＫＤ１ …（５）
Ｔｉｊ２＝Ｔｉｊｂ２＋ＫＰ２＋ＫＴ２＋ＫＤ２ …（６）
ＴｉｊＭ＝ＴｉｊｂＭ＋ＫＰＭ＋ＫＴＭ＋ＫＤＭ …（７）

一方、ステップＳ２１において、内燃機関１が過渡運転中でないと判定された場合には、ステップＳ３１へと進む。ステップＳ３１では、図１７のステップＳ１４で算出された基本噴射時期Ｔｉｊｂ１、Ｔｉｊｂ２、ＴｉｊｂＭが、それぞれ第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期Ｔｉｊ１、第２プレ噴射ＩＪ１の噴射時期Ｔｉｊ２、主噴射ＩＪＭの噴射時期ＴｉｊＭとされ、制御ルーチンが終了せしめられる。燃料噴射弁３１からは、このようにして算出された噴射時期Ｔｉｊ１、Ｔｉｊ２、ＴｉｊＭに基づいて燃料噴射が行われる。

＜第二実施形態＞
次に、図１９を参照して、第二実施形態に係る制御装置について説明する。図１９は、本実施形態の補正制御による補正前後の、燃料噴射弁３１からの燃料噴射率のクランク角推移を示す図である。第二実施形態に係る制御装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態に係る制御装置の構成及び制御と同様である。したがって、以下では、第一実施形態とは異なる部分のみについて説明する。

第一実施形態に係る制御装置では、第１プレ噴射ＩＪ１、第２プレ噴射ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭの３回の燃料噴射を行っている。そして、これら噴射は、各噴射によって形成された予混合気が段階的に圧縮自着火燃焼を開始するように行われる。

しかしながら、このような噴射に加えて、極めて進角側（例えば、−４０°ＡＴＤＣ）において少量の燃料を噴射する早期噴射を行うことも考えられる。斯かる早期噴射では、噴射量を多くすると噴射した燃料が燃焼室１５の壁面に付着するため、少量のみしか燃料を噴射することができない。

しかしながら、斯かる早期噴射であっても、燃料噴射直後における反応速度（１／τ）は低い。また、反応速度は予混合気の燃料密度が高いほど速くなるが、早期噴射では燃料噴射量が少ないため反応速度が遅い。この結果、早期噴射によって噴射された燃料についても、噴射時期及び噴射量等を適切に制御することにより、自着火時期を主噴射の噴射開始後に制御することができる。したがって、本実施形態では、噴射制御部は、上述したプレ噴射及び主噴射に加えて、−２０°ＡＴＤＣよりも進角側の噴射時期に燃料噴射を行う早期噴射ＩＪＥを行う。

ここで、早期噴射のように極めて進角側で噴射された燃料の自着火時期は、噴射時期を変化させても大きく変化しないことが実験的にわかっている。例えば圧縮比が１４〜１６程度のＰＣＣＩ燃焼が行われる内燃機関では、−２０°ＡＴＤＣよりも進角側の噴射時期に噴射された燃料についてこのような傾向が顕著である。

したがって、本実施形態では、図１９に示したように、プレ噴射及び主噴射ＩＪＭに加えて、早期噴射ＩＪＥを実行しているときに、内燃機関が過渡運転中であって補正制御を行う場合には、早期噴射ＩＪＥの噴射時期を変更しないようにしている。

ここで、早期噴射ＩＪＥの噴射時期を更に進角すると噴射された燃料が気筒１１の壁面に付着し易くなり、その結果、オイル希釈が生じる。また、このようなオイル希釈が生じると、その分だけ早期噴射ＩＪＥによって形成された混合気の燃焼によって生じる発熱量が低下する。このような発熱量の低下は、主噴射ＩＪＭによって形成された混合気の燃焼が悪化を招き、その結果、燃焼室１５から排出される未燃燃料の増大を招く。これに対して、本実施形態では、早期噴射ＩＪＥの噴射時期を変更しないため、オイル希釈を抑制することができると共に、発熱量の低下及び排気エミッションの悪化を抑制することができる。

なお、早期噴射ＩＪＥの噴射時期は、補正制御による補正の前後で必ずしも同一である必要はない。したがって、例えば、早期噴射ＩＪＥの噴射時期の補正量は、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期の補正量、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期の補正量、及び主噴射ＩＪＭの噴射時期の補正量の全て又は何れか一つよりも小さい量とされてもよい。

また、第１プレ噴射ＩＪ１、第２プレ噴射ＩＪ２及び主噴射ＩＪＭの３回の燃料噴射に加えて、主燃料ＩＪＭによって形成された混合気の燃焼によって十分な熱が発生した後に少量の燃料を噴射するポスト噴射を行うことも考えられる。斯かるポスト噴射は、例えば、燃焼室１５から排出される排気ガスの温度を上昇させるために用いられる。

ここで、ポスト噴射によって噴射された燃料は燃焼室１５内が高温となっているため、燃料噴射された直後に燃焼し、着火遅れ時間がほとんどない。このため、補正制御による補正の前後で噴射時期を変化させる必要がない。

したがって、本実施形態では、図１９に示したように、プレ噴射及び主噴射ＩＪＭに加えて、ポスト噴射ＩＪＰを実行しているときに、内燃機関が過渡運転中であって補正制御を行う場合には、ポスト噴射ＩＪＰを変更しないようにしている。

なお、ポスト噴射ＩＪＰの噴射時期は、補正制御による補正の前後で必ずしも同一である必要はない。したがって、例えば、ポスト噴射ＩＪＰの噴射時期の補正量は、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期の補正量、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射時期の補正量、及び主噴射ＩＪＭの噴射時期の補正量の全て又は何れか一つよりも小さい量とされてもよい。

１ ０内燃機関
１０ 機関本体
１５ 燃焼室
３１ 燃料噴射弁
７０ 制御装置
７１ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

従来から、内燃機関の一部の運転領域において、予混合圧縮自着火燃焼（ＰＣＣＩ：Premixed Charge Compression Ignition）を行う内燃機関が知られている。予混合圧縮自着火燃焼は、燃料と空気とを予め混合させた後に予混合気を自着火させる燃焼形態である。予混合圧縮自着火燃焼では、このように燃料と空気とが予め或る程度混合された上で混合気が燃焼するため、混合気の燃焼の際に局所的に燃料濃度が高い箇所が少なく、この結果、スモークの排出量を抑制することができる。

図１は、内燃機関の概略的な構成図である。 図２は、機関本体の概略的な断面図である。 図３は、機関運転状態と運転モードとの関係を示す図である。 図４は、運転モードがＰＣＣＩモードであるときの燃料噴射率及び燃焼室内での燃焼による熱発生率のクランク角推移を示す図である。 図５Ａは、機関負荷及び機関回転速度から噴射時期を求めるためのマップである。 図５Ｂは、機関負荷及び機関回転速度から噴射量を求めるためのマップである。 図６は、当量比と着火遅れ時間との関係を、燃焼室内の酸素密度毎に示した図である。 図７は、機関負荷が変化したときの、スロットル開度、過給圧及び着火時期に生じるズレのタイムチャートである。 図８は、噴射時期の補正を行う前後の燃料噴射率及び燃焼室内での燃焼による熱発生率のクランク角推移を示す図である。 図９は、燃料噴射率、熱発生率、反応速度、時間積分値の推移を示す図である。 図１０は、燃料噴射弁からの燃料噴射が複数回行われた場合の、図９と同様な図である。 図１１は、三回の燃料噴射の噴射時期を一律に一定クランク角度だけ補正した場合の、図１０と同様な図である。 図１２は、三回の燃料噴射の噴射時期を第一実施形態の補正制御により補正した場合の、図１１と同様な図である。 図１３Ａは、補正制御による補正前後の、燃料噴射弁からの燃料噴射率のクランク角推移を示す図である。 図１３Ｂは、補正制御による補正前後の、燃料噴射弁からの燃料噴射率のクランク角推移を示す図である。 図１３Ｃは、補正制御による補正前後の、燃料噴射弁からの燃料噴射率のクランク角推移を示す図である。 図１４は、圧力に応じて噴射時期を補正するためのマップである。 図１５は、温度に応じて噴射時期を補正するためのマップである。 図１６は、酸素密度に応じて噴射時期を補正するためのマップである。 図１７は、基本噴射時期及び基本噴射量を算出する基本噴射算出制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１８は、基本噴射時期の補正制御を示すフローチャートである。 図１９は、補正制御による補正前後の、燃料噴射弁からの燃料噴射率のクランク角推移を示す図である。

吸気温検出部は、各気筒１１の燃焼室１５に供給される吸気ガスの温度を検出する。特に、本実施形態では、吸気温検出部は、吸気弁２１が閉弁するときに燃焼室１５に供給されている吸気ガスの温度を検出する。具体的には、吸気マニホルド４１に設けられた吸気温センサ８６によって吸気マニホルド４１内の吸気ガスの温度が検出される。吸気弁２１の閉弁時には燃焼室１５に供給された吸気ガスの温度は吸気マニホルド４１内の温度とほぼ等しくなっていることから、吸気マニホルド４１内の吸気ガスの温度を検出することによって、吸気弁２１が閉弁するときに燃焼室１５に供給されている吸気ガスの温度を検出することができる。

なお、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量は、機関負荷に基づいて、基本的には機関負荷が高くなるほど噴射量が多くなるように設定される。また、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量は、第１プレ噴射ＩＪ１によって噴射された燃料の一部が燃焼室１５の壁面に付着しないように、機関回転速度に基づいても設定される。したがって、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量Ｑｉｊ１は、例えば、図５Ｂに示したマップと同様なマップを用いて機関運転状態に基づいて設定される。以下では、このように機関運転状態に基づいて設定される第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量を第１プレ噴射ＩＪ１の基本噴射量とも称する。

また、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成されたほとんどの予混合気の当量比φが１．０未満になるのに必要な第１予混合時間は、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量が多くなるほど長くなる。また、第１予混合時間を確保するためには、機関回転速度が高くなるほど、進角側で第１プレ噴射ＩＪ１を実行する必要がある。したがって、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期Ｔｉｊ１は、例えば、図５Ａに示したマップと同様なマップを用いて機関運転状態に基づいて設定される。以下では、このように機関運転状態に基づいて設定される第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期を第１プレ噴射ＩＪ１の基本噴射時期とも称する。

一方で第１プレ噴射ＩＪ１は、筒内温度及び筒内圧力が低い状態のときに実施され、且つ第１プレ噴射ＩＪ１によって形成される予混合気はリーンな予混合気である。そのため、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成される予混合気の着火遅れ時間τは、第２プレ噴射ＩＪ２によって形成される予混合気の着火遅れ時間τとは逆に長くなる傾向にある。したがって、第１プレ噴射ＩＪ１によって形成される予混合気を、主噴射ＩＪＭの実施後に最初に自着火燃焼させる場合、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期は、必然的に主噴射ＩＪＭの噴射時期から遠ざける必要がある。

なお、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射量は、機関負荷に基づいて、基本的には機関負荷が高くなるほど噴射量が多くなるように設定される。また、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射量は、機関回転速度に応じて設定される第１プレ噴射ＩＪ１の噴射量に基づいて、機関回転速度が変化しても第１プレ噴射ＩＪ１と第２プレ噴射ＩＪ２との総噴射量が一定になるように設定される。したがって、第２プレ噴射ＩＪ２の噴射量Ｑｉｊ２は、例えば、図５Ｂに示したマップと同様なマップを用いて機関運転状態に基づいて設定される。以下では、このように機関運転状態に基づいて設定される第２プレ噴射ＩＪ２の噴射量を第２プレ噴射ＩＪ２の基本噴射量とも称する。

図７に示した例では、時刻ｔ₁において、機関負荷がＬ₁からＬ₂へステップ的に増大せしめられる。これに伴って、時刻ｔ₁において、スロットル開度が増大せしめられる。加えて、機関負荷の増大に伴って、過給圧も、機関負荷Ｌ ₁ に対応する過給圧ＳＰ₁から機関負荷Ｌ₂に対応するＳＰ₂へと変化する。しかしながら、過給圧の応答速度はそれほど速くないため、時刻ｔ₁で機関負荷がＬ₂へ増大されてから、過給圧が機関負荷Ｌ₂に対応する過給圧ＳＰ₂へ到達するまでには時間がかかる（図示した例では、時刻ｔ₂において到達）。

そこで、本実施形態の補正制御では、主噴射ＩＪＭの着火時期をＴｉｇＭからＴｉｇＭ’にずらす場合には、補正後の主噴射の噴射時期ＴｉｊＭ’から補正前の主噴射の噴射時期ＴｉｊＭまでの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図中の面積ＳＭに相当）がＴｉｇＭ’からＴｉｇＭまでの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図中の面積ＺＭに相当）に等しくなるように、主噴射の噴射時期を補正するようにしている。同様に、本実施形態の補正制御では、このような場合には、補正後の第１プレ噴射の噴射時期Ｔｉｊ１’から補正前の第１プレ噴射の噴射時期Ｔｉｊ１までの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図中の面積Ｓ１に相当）がＴｉｇＭ’からＴｉｇＭまでの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図中の面積ＺＭに相当）に等しくなるように、第１プレ噴射の噴射時期を補正するようにしている。加えて、本実施形態の補正制御では、このような場合には、補正後の第２プレ噴射の噴射時期Ｔｉｊ２’から補正前の第２プレ噴射の噴射時期Ｔｉｊ２までの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図中の面積Ｓ２に相当）がＴｉｇＭ’からＴｉｇＭまでの反応速度の積分値Σ（１／τ）（図中の面積ＺＭに相当）に等しくなるように、第２プレ噴射の噴射時期を補正するようにしている。

なお、本実施形態では、各サイクルにおいて、第１プレ噴射、第２プレ噴射及び主噴射の３回の燃料噴射を行っている。しかしながら、各サイクルにおける燃料噴射弁３１からの燃料噴射回数は必ずしも３回でなくてもよく、２回のプレ噴射及び１回の主噴射を含んでいれば４回以上であってもよい。このように、４回以上の燃料噴射が行われる場合であっても、補正制御においては、補正前の各噴射時期の圧縮ＴＤＣからのクランク角が大きいほど、各噴射の噴射時期の補正量が大きくなるように各噴射の噴射時期の補正が行われる。

次いで、ステップＳ２９では、図１７のステップＳ１４で算出された基本噴射時期Ｔｉｊｂ１、Ｔｉｊｂ２、ＴｉｊｂＭと、ステップＳ２６で算出された密度比γとに基づいて、図１６に示したようなマップを用いて、第１プレ噴射ＩＪ１の噴射時期の補正量ＫＤ１、第２プレ噴射ＩＪ１の噴射時期の補正量ＫＤ２、主噴射ＩＪＭの噴射時期の補正量ＫＤＭが算出される。

１ 内燃機関
１０ 機関本体
１５ 燃焼室
３１ 燃料噴射弁
７０ 制御装置
７１ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (4)

1. 燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える内燃機関を制御する、内燃機関の制御装置であって、
   前記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御する噴射制御部を備え、
   前記噴射制御部は、前記燃料噴射弁が複数回に亘ってプレ噴射を行った後に主噴射を行うと共に、前記主噴射の開始後に前記プレ噴射によって形成された予混合気の少なくとも一部が圧縮自着火燃焼するように、前記燃料噴射弁からの燃料噴射を制御し、
   前記噴射制御部は、内燃機関が定常運転中であるときには、機関運転状態に基づいて算出された各基本噴射時期に前記プレ噴射及び前記主噴射を行うように前記燃料噴射弁を制御し、
   前記噴射制御部は、内燃機関が過渡運転中であるときには、内燃機関が定常運転中であるときに対して、前記主噴射及び前記プレ噴射の噴射時期を前記基本噴射時期から補正する補正制御を実行し、該補正制御では、補正前の各噴射の噴射時期のＴＤＣからのクランク角が大きいほど、該噴射の噴射時期の補正量が大きくされる、内燃機関の制御装置。
2. 燃焼室内の吸気ガスの圧力を検出又は推定する吸気圧検出部を更に備え、
   前記噴射制御部は、前記補正制御において、前記吸気圧検出部によって検出又は推定された吸気ガスの圧力が高いほど前記各噴射の噴射時期が遅角側の噴射時期になるように前記主噴射及び前記プレ噴射の噴射時期を補正する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 燃焼室内の吸気ガスの温度を検出又は推定する吸気温度検出部を更に備え、
   前記噴射制御部は、前記補正制御において、前記吸気温度検出部によって検出又は推定された吸気ガスの温度が高いほど前記各噴射の噴射時期が遅角側の噴射時期になるように前記主噴射及び前記プレ噴射の噴射時期を補正する、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 燃焼室内の吸気ガスの酸素密度を検出又は推定する酸素密度検出部を更に備え、
   前記噴射制御部は、前記補正制御において、前記酸素密度検出部によって検出又は推定された酸素密度が高いほど前記各噴射の噴射時期が遅角側の噴射時期になるように前記主噴射及び前記プレ噴射の噴射時期を補正する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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