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JPH11236848A - 圧縮着火式内燃機関 - Google Patents

圧縮着火式内燃機関

Info

Publication number
JPH11236848A
JPH11236848A JP10039232A JP3923298A JPH11236848A JP H11236848 A JPH11236848 A JP H11236848A JP 10039232 A JP10039232 A JP 10039232A JP 3923298 A JP3923298 A JP 3923298A JP H11236848 A JPH11236848 A JP H11236848A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
injection
injected
fuel injection
timing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10039232A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiromichi Yanagihara
弘道 柳原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP10039232A priority Critical patent/JPH11236848A/ja
Priority to US09/244,126 priority patent/US6173691B1/en
Priority to DE69920552T priority patent/DE69920552T2/de
Priority to EP99103189A priority patent/EP0937883B1/en
Publication of JPH11236848A publication Critical patent/JPH11236848A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/027—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions using knock sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02D41/1497—With detection of the mechanical response of the engine
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    • F02D41/402—Multiple injections
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    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
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    • F02D41/403—Multiple injections with pilot injections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3035—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 全運転領域に亘ってＮＯX および煤の発生量
を抑制する。 【解決手段】 圧縮着火式内燃機関において、圧縮上死
点前のほぼ９０度からほぼ２０度間の噴射時期領域IIに
おいて最大噴射量の３０パーセント以下の第１回目の燃
料を噴射し、次いでほぼ圧縮上死点において第２回目の
燃料を噴射する。機関の振動強度が大きくなったときに
は第１回目の噴射量を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧縮着火式内燃機関
に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧縮着火式内燃機関においては燃焼室内
に噴射された燃料の分散度合が燃焼に大きな影響を与え
る。即ち、燃焼室全体に燃料が分散せしめられると単位
容積当りの発熱量が低くなるために燃焼温度が低くな
り、斯くしてＮＯX の発生しないおだやかな燃焼が行わ
れる。また、燃料粒子の周りには十分な空気が存在する
ために煤も発生しなくなる。そこで燃焼室内全体に噴射
燃料を分散させるために圧縮上死点前６０度よりも前の
圧縮行程中に燃料を噴射するようにした圧縮着火式内燃
機関が公知である（特開平７−３１７５８８号公報参
照）。
【０００３】即ち、燃焼室内の圧力が高くなると空気抵
抗が大きくなるために噴射燃料が燃焼室内全体に広がり
ずらくなり、従って、この圧縮着火式内燃機関では燃料
室内の圧力が低い圧縮上死点前６０度以前に燃料を噴射
するようにしている。また、機関低負荷運転時には早期
に大量の燃料を燃焼室内に噴射して稀釈混合気を形成す
ると共に、その後少量の燃料を噴射して噴射燃料を着火
させ、機関高負荷運転時には早期に大量の燃料を燃焼室
内に噴射し、その後少量の燃料を噴射して噴射燃料を着
火させるようにしたディーゼル機関が公知である（特開
平８−８２２１９号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで特開平７−３
１７５８８号公報に記載された圧縮着火式内燃機関にお
けるように燃焼室内全体に噴射燃料を分散させるように
した場合、燃料噴射量が少ないときにはＮＯX およびＨ
Ｃが発生しないおだやかな燃料が行われる。しかしなが
ら燃料噴射量が多くなるとたとえ燃焼室内全体に噴射燃
料を分散させるようにしても燃料が早期に着火し出し、
一旦燃料が早期に着火すると燃焼室内の温度が上昇する
ために燃料は更に早期に着火するようになる。その結
果、燃焼が次第に激しくなり、ノッキングが発生するば
かりでなく多量のＮＯX および煤が発生することにな
る。
【０００５】このようにこの圧縮着火式内燃機関では燃
料噴射量が多くなると着火時期をおだやかな燃焼の得ら
れる着火時期に制御しえなくなる。この場合、もし着火
時期をおだやかな燃焼の得られる着火時期に制御しえれ
ばＮＯX および煤の発生量の少ないおだやかな燃焼を得
ることができる。また、特開平８−８２２１９号公報に
記載されたディーゼル機関でも着火時期の制御は行われ
ていない。
【０００６】本発明の目的は着火時期をおだやかな燃焼
の得られる着火時期に制御することのできる圧縮着火式
内燃機関を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に１番目の発明では、燃焼室内に燃料を噴射するように
した圧縮着火式内燃機関において、第１回目の燃料を圧
縮行程後半の予め定められた噴射時期領域において噴射
すると共に、この予め定められた噴射時期領域よりも遅
い時期に第２回目の燃料を噴射する噴射手段と、第１回
目の噴射燃料の反応状態を検出する検出手段と、検出手
段の検出結果に基づいて第２回目の燃料噴射前に第１回
目の噴射燃料が燃焼しないように第１回目の燃料噴射の
噴射量又は噴射時期、又は第２回目の燃料噴射の噴射量
又は噴射時期の少なくとも一つを制御する制御手段を具
備した圧縮着火式内燃機関。
【０００８】２番目の発明では１番目の発明において、
検出手段は機関の振動の強度から第１回目の噴射燃料の
反応状態を検出し、制御手段は機関の振動の強度が予め
定められた強度を越えたときに第１回目の燃料噴射の噴
射量を減少させるようにしている。３番目の発明では１
番目の発明において、検出手段は機関の振動の強度から
第１回目の噴射燃料の反応状態を検出し、制御手段は機
関の振動の強度が予め定められた強度を越えたときに第
２回目の燃料噴射の噴射時期を早めるようにしている。
【０００９】４番目の発明では１番目の発明において、
検出手段は第１回目の噴射燃料の熱発生率から第１回目
の噴射燃料の反応状態を検出し、制御手段は第１回目の
噴射燃料の熱発生率が予め定められた熱発生率を越えた
ときに第１回目の燃料噴射の噴射量を減少させるように
している。５番目の発明では１番目の発明において、検
出手段は第１回目の噴射燃料の熱発生率から第１回目の
噴射燃料の反応状態を検出し、制御手段は第１回目の噴
射燃料の熱発生率が予め定められた熱発生率を越えたと
きに第２回目の燃料噴射の噴射時期を早めるようにして
いる。
【００１０】６番目の発明では１番目の発明において、
第１回目の燃料量が最大噴射量の３０パーセント以下で
ある。７番目の発明では１番目の発明において、予め定
められた噴射時期領域がほぼ圧縮上死点前９０°からほ
ぼ圧縮上死点前２０°である。８番目の発明では１番目
の発明において、予め定められた噴射時期領域は機関回
転数が高くなるほど圧縮下死点側となる。
【００１１】９番目の発明では１番目の発明において、
最大噴射量に対する第１回目の燃料噴射量の割合が小さ
くなるほど同一の機関回転数に対する予め定められた噴
射時期領域の巾が大きくなる。１０番目の発明では１番
目の発明において、機関回転数が高くなるにつれて第１
回目の燃料噴射時期が早められる。
【００１２】１１番目の発明では１番目の発明におい
て、ほぼ圧縮上死点又は圧縮上死点後に第２回目の燃料
噴射が行われる。１２番目の発明では１番目の発明にお
いて、機関の運転領域を低負荷側の第１の運転領域と高
負荷側の第２の運転領域とに分割し、噴射手段は機関の
運転状態が第１の運転領域にあるときには圧縮上死点前
５０度以前に少なくとも一回だけ燃料噴射を行い、機関
の運転状態が第２の運転領域にあるときには第１回目の
燃料を予め定められた噴射時期領域において噴射すると
共に、予め定められた噴射時期領域よりも遅い時期に第
２回目の燃料を噴射するようにしている。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１を参照すると、１は機関本
体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４は
ピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７
は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポ
ートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１
を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１
２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４
のコンプレッサ１５に連結される。一方、排気ポート１
０は排気マニホルド１６および排気管１７を介して排気
ターボチャージャ１４の排気タービン１８に連結され
る。
【００１４】排気マニホルド１６とサージタンク１２と
は排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１９を介
して互いに連結され、ＥＧＲ通路１９内には電気制御式
ＥＧＲ制御弁２０が配置される。各燃料噴射弁６は燃料
供給管２１を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレー
ル２２に連結される。このコモンレール２２内へは電気
制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３から燃料が供給さ
れ、コモンレール２２内に供給された燃料は各燃料供給
管２１を介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレー
ル２２にはコモンレール２２内の燃料圧を検出するため
の燃料圧センサ２４が取付けられ、燃料圧センサ２４の
出力信号に基づいてコモンレール２２内の燃料圧が目標
燃料圧となるように燃料ポンプ２３の吐出量が制御され
る。
【００１５】電子制御ユニット３０はデジタルコンピュ
ータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続さ
れたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２，ＲＡＭ（アン
ダムアクセスメモリ）３３，ＣＰＵ（マイクロプロセッ
サ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備
する。燃料圧センサ２４の出力信号は対応するＡＤ変換
器３７を介して入力ポート３５に入力される。燃焼室５
内には燃焼室５内の圧力を検出するための燃焼圧センサ
２５が配置され、この燃焼圧センサ２５の出力信号は対
応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力さ
れる。また、機関本体１には機関の振動の強度を検出す
るためのノッキングセンサ２６が配置され、このノッキ
ングセンサ２６の出力信号はピークホールド回路３９の
入力端子Ｉに接続される。ピークホールド回路３９の出
力端子Ｏは対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート
３５に入力される。
【００１６】また、アクセルペダル４０にはアクセルペ
ダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負
荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は
対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力
される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例
えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク
角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対
応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、ＥＧＲ制御
弁２０、燃料ポンプ２３およびピークホールド回路３９
のリセット入力端子Ｒに接続される。
【００１７】図１に示す実施例では噴射燃料をできるだ
け均一に燃焼室５内に分散させるために燃料噴射弁６は
多数のノズル口を有するホールノズルからなる。このよ
うな燃料噴射弁６を用いて噴射燃料を燃焼室５内に分散
させると噴射量および噴射時期によって噴射燃料が燃焼
する場合と、噴射燃料が燃焼しない場合とがあることが
判明した。そこでまず初めにこのことについて図２
（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ），（Ｂ）を参照しつつ
説明する。
【００１８】図２（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ），
（Ｂ）において縦軸はクランク角を示しており、横軸は
機関回転数Ｎを示している。また、図２（Ａ）は最大噴
射量の５パーセントの燃料を噴射した場合を示してお
り、図２（Ｂ）は最大噴射量の１０パーセントの燃料を
噴射した場合を示しており、図３（Ａ）は最大噴射量の
２０パーセントの燃料を噴射した場合を示しており、図
３（Ｂ）は最大噴射量の３０パーセント以上の燃料を噴
射した場合を示している。
【００１９】また、図２（Ａ），（Ｂ）および図３
（Ａ），（Ｂ）においてＩはこの領域の噴射時期でもっ
て燃料噴射が行われると従来より行われている通常の燃
焼が行われる噴射時期領域を示しており、IIはこの領域
の噴射時期でもって燃料噴射が行われると燃焼が生じな
い噴射時期領域を示しており、III はこの領域の噴射時
期でもって燃料噴射が行われるとＮＯX および煤のほと
んど発生しない噴射時期領域を示している。
【００２０】噴射燃料が燃焼するか否かは燃料粒子の密
度と燃料粒子の温度に依存している。簡単に云うと燃料
粒子の密度が比較的小さいときには燃料粒子の温度が高
くなれば燃焼が行われ、燃料粒子の温度が低ければ燃焼
が行われない。これに対して燃料粒子の密度が高くなる
と燃料粒子の温度にかかわらずに燃焼が行われる。この
ように燃料粒子の密度が高くなると燃料粒子の温度にか
かわらずに燃焼が行われるがこのときには燃焼が爆発的
となり、多量のＮＯX が発生すると共に煤が発生する。
即ち、噴射燃料が化学反応を生ずるのは燃焼室５内の温
度が７００°Ｋ以上のときである。ほぼＢＴＤＣ３０度
前では燃焼室５内の温度は７００°Ｋ以下となってお
り、従ってほぼＢＴＤＣ３０度前に燃料噴射が行われる
と噴射燃料は化学反応を生ずることなく燃焼室５内に分
散することになる。次いでピストン４が上昇し、燃焼室
５内の温度が一定温度以上になると燃料粒子周りの蒸発
燃料が酸素と結合する。もう少し詳しく言うと直鎖炭化
水素の末端炭素を酸素ラジカルが攻撃し、直鎖炭化水素
の末端にアルデヒド基が形成され、次いでこのアルデヒ
ド基が水酸基となる。
【００２１】一方、このとき燃料粒子が集まっている
と、即ち、燃料粒子の密度が高いと燃料粒子は周囲の燃
料粒子の蒸発燃料の酸化反応熱を受けて高温となる。そ
の結果、燃料粒子内の炭化水素が水素分子Ｈ2 や炭素Ｃ
に熱分解される。この熱分解により発生した水素分子Ｈ
2 は爆発的に燃焼して高温を発生し、斯くしてＮＯX が
発生することになる。一方、熱分解により炭素Ｃが発生
するとこれら炭素同志が結合し、その一部がすすとして
排出されることになる。このように燃料粒子の密度が高
いとたとえ燃料粒子が化学反応を生ずることなく燃焼室
５内に分散せしめられても燃料粒子内の炭化水素の熱分
解作用に起因してＮＯX やすすが発生することになる。
【００２２】一方、ほぼＢＴＤＣ３０度以後に燃料噴射
が行われると噴射燃料はただちに化学反応を生じ、燃料
粒子内の炭化水素が熱分解される。その結果、ＮＯX お
よび煤が発生することになる。即ち、燃料粒子の密度が
高いとき、云い換えると燃料噴射量が多いときにはいつ
噴射してもＮＯX および煤が発生することになる。これ
に対して燃料粒子の密度が低いときには全く状況が異な
る。そこで次に燃料粒子の密度が低いとき、即ち燃料噴
射量が最大噴射量の３０パーセント以下であって燃料粒
子が分散せしめられているときの燃焼について、即ち図
２（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ），（Ｂ）の噴射時期
領域III において燃料噴射が行われた場合について説明
する。
【００２３】図４の曲線はピストン４の圧縮作用のみに
よる燃焼室５内の圧力Ｐの変化を示している。図４から
わかるように燃焼室５内の圧力Ｐはほぼ圧縮上死点前Ｂ
ＴＤＣ６０度を越えると急速に上昇する。これは吸気弁
７の開弁時期とは無関係であっていかなる往復動式内燃
機関であっても燃焼室５内の圧力Ｐは図４に示されるよ
うに変化する。燃焼室５の圧力Ｐが高くなると空気抵抗
が大きくなるために噴射燃料は広範囲に分散せず、噴射
燃料を広範囲に分散させるためには燃焼室５内の圧力Ｐ
が低いときに燃料噴射を行うことが必要となる。
【００２４】図２（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ），
（Ｂ）に示されるように噴射時期領域III はほぼＢＴＤ
Ｃ５０度前であり、従って噴射時期領域III において燃
料噴射が行われると燃料粒子は広範囲に分散されること
になる。また、このときの燃料噴射量は最大噴射量の３
０パーセント以下であり、従って燃焼室５内における燃
料粒子の密度はかなり小さくなっている。
【００２５】このように燃料粒子の密度が小さいと燃料
粒子間の間隔が広くなっている。従って燃料粒子周りの
蒸発燃料が酸素と結合したときに各燃料粒子は周囲の燃
料粒子の蒸発燃料の酸化反応熱をあまり受けず、斯くし
て各燃料粒子は熱分解しない。その結果、水素分子Ｈ2
や炭素Ｃはほとんど発生しない。次いで圧縮行程が進
み、燃料粒子の温度が高くなると各燃料粒子の蒸発燃料
がほぼ同時に燃焼を開始する。
【００２６】このように各燃料粒子の蒸発燃料がほぼ同
時に燃焼を開始すると局所的に高温となることがなく、
また燃料粒子が分散されているために単位容積当りの発
熱量は低くなる。その結果、燃焼温が全体的に低くな
り、斯くしてＮＯX の発生しないおだやかな燃焼が行わ
れる。また、燃料粒子の周りには十分な空気が存在する
ために煤も発生しなくなる。
【００２７】前述したように図２（Ａ），（Ｂ）および
図３（Ａ）は夫々燃料噴射量が最大噴射量の５パーセン
ト、１０パーセントおよび２０パーセントのときを示し
ており、このとき噴射時期領域III において燃料噴射を
行えばＮＯX および煤の発生しないおだやかな燃焼が得
られる。また、図３（Ｂ）は燃料噴射量が最大噴射量の
３０パーセント以上のときを示しているが噴射時期領域
III において燃料噴射したときにＮＯX および煤の発生
しないおだやかな燃焼が得られるのは燃料噴射量が最大
噴射量のほぼ５０パーセントまでである。燃料噴射量が
最大噴射量のほぼ５０パーセントを越えると燃料粒子が
分散されていても燃料粒子の密度が高くなるためにＮＯ
X および煤が発生する。
【００２８】従って燃料噴射量が最大噴射量のほぼ５０
パーセント以下の場合には噴射時期領域III において燃
料噴射を行えばＮＯX および煤の発生しないおだやかな
燃焼が得られることになる。図２（Ａ），（Ｂ）および
図３（Ａ），（Ｂ）に示されるように噴射時期領域III
の最も遅い噴射時期、即ち図２（Ａ），（Ｂ）および図
３（Ａ）では噴射時期領域III と噴射時期領域IIの境界
Ｙ、図３（Ｂ）では噴射時期領域III と噴射時期領域Ｉ
の境界ＸＹは噴射量にかかわらずほぼ同じ時期である。
即ち、境界Ｙ，ＸＹは機関回転数Ｎが６００r.p.m のと
きにはＢＴＤＣ５０度付近であり、機関回転数Ｎが高く
なるにつれて圧縮下死点側となり、機関回転数Ｎが４０
００r.p.m のときにはＢＴＤＣ９０度程度となる。即
ち、噴射燃料が分散するには時間を要し、従って噴射燃
料を分散させるためには、即ち燃料粒子の密度を小さく
するためには機関回転数Ｎが高くなるにつれて噴射時期
を早めなければならない。また、機関回転数Ｎが高くな
るほど燃料粒子の加熱時間が短くなり、従って燃料粒子
が着火するのに必要な十分の熱を燃料粒子に与えるには
機関回転数Ｎが高くなるにつれて噴射時期を早めなけれ
ばならない。従って図２（Ａ），（Ｂ）および図３
（Ａ），（Ｂ）に示されるように境界Ｙ，ＸＹは機関回
転数Ｎが高くなるにつれて圧縮下死点側となる。
【００２９】なお、境界Ｙ，ＸＹは実際には図２
（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ），（Ｂ）に示されるよ
うに明瞭に表われず、従って境界Ｙ，ＸＹは噴射時期領
域III の最も遅い噴射時期のおおよその時期を表わして
いる。次に噴射時期領域IIについて説明する。前述した
ように噴射時期領域IIにおいて最大噴射量のほぼ３０パ
ーセント以下の燃料を噴射すると燃焼が行われない。
【００３０】即ち、前述したようにほぼＢＴＤＣ３０度
前では燃焼室５内の温度は７００°Ｋ以下となってお
り、従って噴射時期領域IIにおいて燃料噴射を行うと噴
射燃料は化学反応を生じない。また、噴射時期領域IIで
は噴射時期領域III に比べて燃焼室５内の圧力Ｐが高く
なっているので噴射時期領域III に比べれば燃料粒子の
分散度合は低下する。しかしながら燃料噴射量が最大噴
射量の３０パーセント以下なので燃料粒子の分散度合が
多少低下しても燃料粒子の密度は比較的小さい。このよ
うに燃料粒子の密度が小さいと燃料粒子間の間隔が広く
なり、斯くして前述したように各燃料粒子は周囲の燃料
粒子の蒸発燃料の酸化反応熱をあまり受けないために熱
分解を生じない。従って爆発的な燃焼が生じることがな
い。
【００３１】一方、前述したように燃料粒子の蒸発燃料
の酸化反応が行われると直鎖炭化水素の末端に水酸基が
生成される。次いでピストン４が上昇すると水酸基をも
つ直鎖炭化水素、即ち酸素を含んだ燃えやすい炭化水素
の量が増大する。しかしながら噴射時期領域IIは噴射時
期領域III に比べて噴射時期が遅く、従って噴射時期領
域IIにおいて噴射された燃料粒子の温度は着火に到るほ
ど高くならない。従って酸素を含んだ燃えやすい炭化水
素の量が増大しても燃焼は開始されない。
【００３２】次いでこの状態で、即ち燃焼することなく
酸素を含んだ燃えやすい炭化水素の量が増大した状態で
圧縮上死点となる。次いでこのまま何もしなければ燃料
は着火せず、失火することになる。図２（Ａ），（Ｂ）
および図３（Ａ）に示されるように噴射時期領域IIの最
も遅い噴射時期、即ち噴射時期領域IIと噴射時期領域Ｉ
の境界Ｘは境界Ｙとほぼ平行をなす。即ち、噴射時期領
域IIの巾、云い換えると境界Ｘと境界Ｙの巾は機関回転
数Ｎにかかわらずにほぼ一定となる。また、図２
（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ）に示されるように境界
Ｘと境界Ｙの巾は最大噴射量に対する噴射量の割合が増
大するにつれて狭くなり、図３（Ｂ）に示されるように
噴射量が最大噴射量の３０パーセント以上になると噴射
時期領域IIは消滅する。
【００３３】即ち、噴射量が最大噴射量の５パーセント
であるときには図２（Ａ）に示されるように機関回転数
Ｎが６００r.p.m のときの境界ＸはほぼＢＴＤＣ２０度
であって境界Ｘと境界Ｙの巾はほぼ３０クランク角度か
らほぼ４０クランク角度であり、噴射量が最大噴射量の
１０パーセントであるときには図２（Ｂ）に示されるよ
うに機関回転数Ｎが６００r.p.m のときの境界Ｘはほぼ
ＢＴＤＣ３０度であって境界Ｘと境界Ｙの巾はほぼ２０
クランク角度からほぼ３０クランク角度であり、噴射量
が最大噴射量の２０パーセントであるときには図３
（Ａ）に示されるように機関回転数Ｎが６００r.p.m の
ときの境界はほぼＢＴＤＣ４０度であって境界Ｘと境界
Ｙの巾はほぼ１０クランク角度からほぼ１５クランク角
度であり、噴射量が最大噴射量の３０パーセント以上で
あるときには図３（Ｂ）に示されるように噴射時期領域
IIは消滅する。
【００３４】燃料噴射量が増大すると燃料粒子の密度が
大きくなり、従って燃料噴射量が増大したときには燃料
粒子の分散度合が大きくなければ燃焼が生じる。燃料粒
子の分散度合は噴射時期が早くなるほど大きくなり、従
って噴射時期領域IIの巾は噴射量が増大するほど小さく
なる。また、噴射時期領域IIは機関回転数Ｎが高くなる
ほど低負荷側となる。即ち、前述したように噴射燃料が
分散するには時間を要し、機関回転数Ｎが高くなるほど
噴射時期を早くしないと燃料粒子の分散度合が小さくな
らない。従って噴射時期領域IIは機関回転数Ｎが高くな
るほど低負荷側となる。
【００３５】なお、境界Ｘは境界Ｙ，ＸＹと比べて比較
的明瞭に表われる。一方、噴射時期領域Ｉにおいて燃料
噴射が行われると従来より行われている通常の燃焼が行
われる。即ち、噴射時期領域Ｉでは燃焼室５内の圧力Ｐ
（図４）が高く、従って噴射燃料が十分に分散しないた
めに燃料粒子の密度が高くなる。その結果、燃料粒子が
熱分解し、爆発的燃焼を生じて多量ＮＯX および煤が発
生する。
【００３６】前述したように燃料噴射量が最大噴射量の
３０パーセント以下であれば噴射時期領域IIにおいて燃
料噴射を行うと燃焼が生じない。これに対し燃料噴射量
が最大噴射量の３０パーセント以上になるとどの燃料噴
射領域においても噴射燃料は燃焼し、この場合図３
（Ｂ）に示されるように噴射時期領域がＩとIII のみに
なる。
【００３７】このように噴射燃料を分散させるようにす
ると燃料噴射量が最大噴射量の３０パーセント以下のと
きには噴射時期領域が、爆発的燃焼の行われる噴射時期
領域Ｉと、ＮＯX およびすすの発生しないおだやかな燃
焼が行われる噴射時期領域III と、噴射時期領域ＩとII
I の間の燃焼が生じない噴射時期領域IIとに分かれる。
一方、燃料噴射量が最大噴射量の３０パーセント以上で
あってほぼ５０パーセント以下のときには噴射時期領域
が噴射時期領域Ｉと噴射時期領域III に分かれ、燃料噴
射量がほぼ５０パーセント以上のときには全噴射時期領
域において従来より行われている通常の燃焼が行われ
る。
【００３８】なお、図２（Ａ），（Ｂ）および図３
（Ａ）に示される噴射時期領域IIは圧縮比およびＥＧＲ
率（＝ＥＧＲガス量／（吸入空気量＋ＥＧＲガス量））
の影響も受ける。即ち、機関の圧縮比が高くなると図２
（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ）に示される噴射時期領
域IIでは燃焼室５内の圧力が高くなるために燃料粒子が
分散しずらくなり、しかも燃焼室５内のガス温も高くな
る。従って図２（Ａ），（Ｂ）および図３（Ａ）に示さ
れる噴射時期領域IIにおいて燃料噴射を行うと燃料粒子
が熱分解を生じ、斯くして着火することになる。従って
機関の圧縮比が高くなると燃焼の生じない噴射時期領域
IIは消滅する。
【００３９】一方、ＥＧＲ率を大きくしていくと燃料粒
子周りの酸素の密度が小さくなり、その結果燃料粒子の
蒸発燃料の酸化反応熱が低くなるために燃料粒子の分散
度合が多少小さくなっても燃料粒子が熱分解しなくな
る。従ってＥＧＲ率が高い場合には多少機関の圧縮比を
高くしても燃焼を生じない噴射時期領域IIが存在する。
図５における実線Ｅは図２（Ａ），（Ｂ）および図３
（Ａ）に示されるような燃焼の生じない噴射時期領域II
が存在する機関圧縮比の上限値を示している。図５に示
されるようにＥＧＲ率が零のときに燃焼が生じない噴射
時期領域IIが存在する機関圧縮比の上限値Ｅはほぼ１
６．０であり、このとき機関圧縮比がほぼ１６．０より
も大きくなると燃焼が生じない噴射時期領域IIが存在し
なくなる。
【００４０】一方、燃焼の生じない噴射時期領域IIの存
在する機関圧縮比の上限値ＥはＥＧＲ率が高くなるほど
大きくなる。また、圧縮着火を生じさせるには機関の圧
縮比はほぼ１２．０以上にする必要がある。従って燃焼
の生じない噴射時期領域IIが存在する機関圧縮比の範囲
は図５においてハッチングで示す範囲となる。前述した
ように噴射時期領域IIにおいて最大噴射量の３０パーセ
ント以下の燃料を噴射すると圧縮上死点付近では燃焼室
５内に酸素を含んだ燃えやすい炭化水素がかなり生成さ
れる。このとき燃焼は生じておらず、従ってこのとき再
度燃料噴射を行うと燃料粒子は燃焼することなく燃焼室
５内に分散される。燃料粒子が分散され、温度上昇する
といずれかの箇所において燃料粒子が熱分解する。燃料
粒子が熱分解すると生成された水素分子Ｈ2 が燃焼し、
その結果燃焼室５内全体の圧力が上昇するために燃焼室
５内全体の温度が上昇する。
【００４１】燃焼室５内全体の温度が上昇すると燃焼室
５内全体に分散している、酸素を含んだ燃えやすい炭化
水素が同時に燃焼を開始し、それによって第２回目に噴
射された燃料粒子が燃焼せしめられる。このように燃焼
室５内全体において同時に燃焼が開始されると局所的に
燃焼温が高くなることがなく、燃焼室５内の燃焼温は全
体的に低くなるためにＮＯX の発生が抑制される。ま
た、第２回目に噴射された燃料は分散せしめられた後に
燃焼せしめられるので燃料粒子の周りには十分な量の空
気が存在し、斯くして煤の発生も抑制されることにな
る。
【００４２】従って本発明では最大噴射量の３０パーセ
ント以下の第１回目の燃料を噴射時期領域IIにおいて噴
射し、その後ほぼ圧縮上死点又は圧縮上死点後に第２回
目の燃料を噴射するようにしている。なお、従来より圧
縮着火式内燃機関では主噴射に先立って少量の燃料を噴
射する、いわゆるパイロット噴射を行うようにしてい
る。このパイロット噴射は通常、図２（Ａ），（Ｂ）お
よび図３（Ａ）に示される噴射時期領域Ｉにおいて行わ
れ、従ってパイロット噴射された燃料は自ら着火する。
これに対して本発明では噴射時期領域IIにおいて噴射さ
れた燃料は自ら着火しない。従って噴射時期領域IIにお
ける噴射作用と従来のパイロット噴射作用とは明瞭に区
別しうる。
【００４３】図６（Ｂ）は第１回目の燃料噴射Ｉ1 の噴
射時期を示しており、図６（Ａ）は特定の機関回転数
Ｎ、例えば１５００r.p.m のときの第１回目の燃料噴射
Ｉ1 および第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射時期を示して
いる。なお、図６（Ａ）の横軸Ｑは全燃料噴射量を表し
ており、図６（Ｂ）の横軸Ｎは機関回転数を表わしてい
る。
【００４４】また、図６（Ａ），（Ｂ）においてθＳ１
およびθＥ１は第１回目の燃料噴射Ｉ1 の噴射開始時期
および噴射完了時期を夫々示しており、θＳ２およびθ
Ｅ２は第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射開始時期および噴
射完了時期を夫々示している。また、図６（Ａ），
（Ｂ）はコモンレール２２内の燃料圧が或る一定圧に維
持されている場合を示しており、従って図６（Ａ），
（Ｂ）において燃料噴射量は噴射期間に比例している。
図６（Ｂ）に示されるように第１回目の燃料噴射Ｉ1は
噴射時期領域II内において比較的境界Ｘに近い時期に行
われ、従って第１回目の燃料噴射Ｉ1 の時期は機関回転
数Ｎが高くなるほど早められる。
【００４５】図６（Ａ）において全燃料噴射量Ｑはアク
セルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数であ
り、この全燃料噴射量Ｑは図７（Ａ）に示すようなマッ
プの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。一方、第
１回目の燃料噴射Ｉ1 の噴射量Ｑ１は全燃料噴射量Ｑと
機関回転数Ｎの関数であり、この噴射量Ｑ１も図７
（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記
憶されている。このマップに記憶されている噴射量Ｑ１
は最大噴射量の１０パーセントから２０パーセントであ
る。また、第１回目の燃料噴射Ｉ1 の噴射開始時期θＳ
１も全燃料噴射量Ｑと機関回転数Ｎの関数であり、この
噴射開始時期θＳ１も図８（Ａ）に示すようなマップの
形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。更に、第２回
目の燃料噴射Ｉ2 の噴射開始時期θＳ２も全燃料噴射量
Ｑと機関回転数Ｎの関数であり、この噴射完了時期θＳ
２も図８（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３
２内に記憶されている。このマップに記憶されている噴
射開始時期θＳ２は圧縮上死点付近又は圧縮上死点後で
ある。
【００４６】図９はノッキングセンサ２６の出力電圧Ｖ
とピークホールド回路３９の出力電圧を示している。ピ
ークホールド回路３９の出力電圧を示している。ピーク
ホールド回路３９は圧縮上死点後の予め定められたクラ
ンク角において出力ポート３６からピークホールド回路
３９のリセット入力端子Ｒに入力されるリセット信号
（図９）によりリセットされる。ピークホールド回路３
９は一旦リセットされるとその後ピークホールド回路３
９の出力端子Ｏにはピークホールド回路３９の入力端子
Ｉに入力されるノッキングセンサ２６の出力電圧Ｅの最
大電圧が表われる。本発明による実施例ではリセット信
号発生時のピークホールド回路３９の出力電圧が圧縮上
死点付近におけるノッキングセンサ２６の出力電圧の最
大値Ｅｍａｘとされる。
【００４７】図１０はこのノッキングセンサ２６の最大
出力電圧Ｅｍａｘを用いて第１回目の燃料噴射Ｉ1 の噴
射量Ｑ１を制御するようにした第１実施例を示してい
る。即ち、図７（Ａ）および図８（Ａ），（Ｂ）に示す
マップに記憶された噴射量Ｑ１および噴射開始時期θＳ
１，θＳ２に基づいて燃料噴射制御をすれば通常第２回
目の燃料噴射Ｉ2 を行った後に第１回目の噴射燃料およ
び第２回目の噴射燃料が燃焼せしめられ、斯くしてＮＯ
X および煤の発生量の少ないおだやかな燃焼が得られ
る。しかしながら何らかの原因によって第２回目の燃料
噴射が行われる前に第１回目の噴射燃料が燃焼を開始す
ると爆発的な燃焼を生じ、斯くして多量のＮＯX および
煤が発生することになる。また、第２回目の燃料噴射が
行われたときに酸素を含んだ燃えやすい炭化水素が十分
に生成されていないと第２回目の噴射燃料は従来の内燃
機関と同様に爆発的燃焼を生じ、斯くして多量のＮＯX
および煤が発生することになる。
【００４８】ところで図２（Ａ），（Ｂ）および図３
（Ａ），（Ｂ）からわかるように第１回目の噴射量Ｑ１
が増大すると爆発的燃焼を生じるようになる。この場
合、実際には第１回目の噴射量Ｑ１を増大していくと機
関の振動が次第に大きくなり、次いで第１回目の噴射量
Ｑ１を更に増大していき、爆発的燃焼が生じると機関の
振動は極めて大きくなる。そこで第１実施例では爆発的
燃焼が生じないようにするために機関の振動強度が予め
定められた強度を越えたときには、即ち図１０に示され
るようにノッキングセンサ２６の最大出力電圧Ｅｍａｘ
が予め定められた上限値Ｋ１を越えたときには第１回目
の噴射量Ｑ１を徐々に減少させるようにしている。
【００４９】一方、第１回目の噴射量Ｑ１を少なくして
いくと機関の振動強度は低くなるが機関の振動強度が低
くなりすぎると今度は酸素を含んだ燃えやすい炭化水素
の生成量が不十分となり、斯くして第２回目の噴射燃料
が爆発的に燃焼する危険性が生じる。そこで第１実施例
では機関の振動の強度が予め定められた強度よりも低く
なったときには、即ち図１０に示されるようにノッキン
グセンサ２６の最大出力電圧Ｅｍａｘが下限値Ｋ２より
も低くなったときには第１回目の噴射量Ｑ１を徐々に増
大させるようにしている。
【００５０】図１１は第１実施例を実行するための噴射
制御ルーチンを示している。図１１を参照するとまず初
めにステップ１００において図７（Ａ）に示すマップか
ら全燃料噴射量Ｑが算出され、次いでステップ１０１に
おいて図７（Ｂ）に示すマップから第１回目の燃料噴射
Ｉ1 の噴射量Ｑ１が算出される。次いでステップ１０２
ではノッキングセンサ２６の最大出力電圧Ｅｍａｘが上
限値Ｋ１よりも大きいか否かが判別される。Ｅｍａｘ＞
Ｋ１のときにはステップ１０３に進んで噴射量Ｑ１の補
正値△Ｑが一定値αだけ減少せしめられ、次いでステッ
プ１０６に進む。一方、Ｅｍａｘ≦Ｋ１のときにはステ
ップ１０４に進んでノッキングセンサ２６の最大出力電
圧Ｅｍａｘが下限値Ｋ２よりも低いか否かが判別され
る。Ｅｍａｘ＜Ｋ２のときにはステップ１０５に進んで
補正値△Ｑが一定値αだけ増大せしめられ、次いでステ
ップ１０６に進む。
【００５１】ステップ１０６では噴射量Ｑ１に補正値△
Ｑが加算される。従ってＥｍａｘ＞Ｋ１になると噴射量
Ｑ１が徐々に減少せしめられ、Ｅｍａｘ＜Ｋ２になると
噴射量Ｑ１が徐々に増大せしめられることがわかる。次
いでステップ１０７では図８（Ａ）に示すマップから第
１回目の燃料噴射Ｉ 1 の噴射開始時期θＳ１が算出され
る。次いでステップ１０８では噴射量Ｑ１および噴射開
始時期θＳ１等に基づいて第１回目の燃料噴射Ｉ1 の噴
射完了時期θＥ１が算出される。次いでステップ１０９
では第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射量Ｑ２（＝Ｑ−Ｑ
１）が算出される。次いでステップ１１０では図８
（Ｂ）に示すマップから第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射
開始時期θＳ２が算出される。次いでステップ１１１で
は噴射量Ｑ２および噴射開始時期θＳ２等に基づいて第
２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射完了時期θＥ２が算出され
る。
【００５２】図１２に第２実施例を示す。この実施例で
は図１２に示されるようにノッキングセンサ２６の最大
出力電圧Ｅｍａｘが予め定められた上限値Ｋ１を越えた
ときには第１回目の噴射量Ｑ１を一定値βだけ急激に減
少せしめ、次いで第１回目の噴射量Ｑ１を徐々に増大さ
せるようにしている。図１３は第２実施例を実行するた
めの噴射制御ルーチンを示している。
【００５３】図１３を参照するとまず初めにステップ２
００において図７（Ａ）に示すマップから全燃料噴射量
Ｑが算出され、次いでステップ２０１において図７
（Ｂ）に示すマップから第１回目の燃料噴射Ｉ1 の噴射
量Ｑ１が算出される。次いでステップ２０２ではノッキ
ングセンサ２６の最大出力電圧Ｅｍａｘが上限値Ｋ１よ
りも大きいか否かが判別される。Ｅｍａｘ＞Ｋ１のとき
にはステップ２０３に進んで前回の処理サイクルのとき
にはＥｍａｘ≦Ｋ１であったか否か、即ち前回の処理サ
イクルから今回の処理サイクルの間にＥｍａｘ＞Ｋ１に
なったか否かが判別される。
【００５４】前回の処理サイクルから今回の処理サイク
ルの間にＥｍａｘ＞Ｋ１になったときにはステップ２０
４に進んで噴射量Ｑ１の補正値△Ｑが一定値βだけ減少
せしめられ、次いでステップ２０８に進む。一方、ステ
ップ２０２においてＥｍａｘ≦Ｋ１であると判断された
とき、又はステップ２０３において前回の処理サイクル
ではＥｍａｘ≦Ｋ１であると判断されたときにはステッ
プ２０５に進んで補正値△Ｑが一定値α（α＜β）だけ
増大せしめられ、次いでステップ２０６に進む。ステッ
プ２０６では補正値△Ｑが零よりも大きいか否かが判別
される。△Ｑ≧０になるとステップ２０７に進んで△Ｑ
が零とされ、次いでステップ２０８に進む。
【００５５】ステップ２０８では噴射量Ｑ１に補正値△
Ｑが加算される。従ってＥｍａｘ＞Ｋ１になると噴射量
Ｑ１が一定値βだけ急激に減少せしめられ、その後噴射
量Ｑ１が徐々に増大せしめられることがわかる。次いで
ステップ２０９では図８（Ａ）に示すマップから第１回
目の燃料噴射Ｉ 1 の噴射開始時期θＳ１算出される。次
いでステップ２１０では噴射量Ｑ１および噴射開始時期
θＳ１等に基づいて第１回目の燃料噴射Ｉ1 の噴射完了
時期θＥ１が算出される。次いでステップ２１１では第
２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射量Ｑ２（＝Ｑ−Ｑ１）が算
出される。次いでステップ２１２では図８（Ｂ）に示す
マップから第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射開始時期θＳ
２が算出される。次いでステップ２１３では噴射量Ｑ２
および噴射開始時期θＳ２等に基づいて第２回目の燃料
噴射Ｉ2 の噴射完了時期θＥ２が算出される。
【００５６】図１４に第３実施例を示す。この実施例で
は燃焼圧センサ２５により検出された燃焼室５内の圧力
Ｐに基づいて熱発生率ｄＱ／ｄθを算出し、この熱発生
率ｄＱ／ｄθに基づいて噴射量Ｑ１が制御される。即
ち、図１４において実線は第１回目の噴射燃料が自ら燃
焼しない場合の燃焼室５内の圧力Ｐの変化を示してお
り、図１４において破線は第１回目の噴射燃料が少量燃
焼した場合の燃焼室５内の圧力Ｐの変化を示している。
第１回目の噴射燃料が自ら燃焼しないときの圧力Ｐの変
化は予め記憶されており、この圧力Ｐと実際に検出され
た圧力Ｐとの差から熱発生率ｄＱ／ｄθが求められる。
【００５７】熱発生率ｄＱ／ｄθが増大していき、熱発
生率ｄＱ／ｄθが或る限度を越えると爆発的燃焼を生じ
る。そこで第３実施例では爆発的燃焼が生じないように
するために熱発生率ｄＱ／ｄθが予め定められた上限値
ＫＫ１を越えたときには第１回目の噴射量Ｑ１を徐々に
減少させるようにしている。また、熱発生率ｄＱ／ｄθ
が小さくなると今度は酸素を含んだ燃えやすい炭化水素
の生成量が不十分となり、斯くして第２回目の噴射燃料
が爆発的に燃焼する危険性が生じる。そこで第３実施例
では熱発生率ｄＱ／ｄθが下限値ＫＫ２よりも低くなっ
たときには第１回目の噴射量Ｑ１を徐々に増大させるよ
うにしている。
【００５８】図１５は第３実施例を実行するための噴射
制御ルーチンを示している。図１５を参照するとまず初
めにステップ３００において図７（Ａ）に示すマップか
ら全燃料噴射量Ｑが算出され、次いでステップ３０１に
おいて図７（Ｂ）に示すマップから第１回目の燃料噴射
Ｉ1 の噴射量Ｑ１が算出される。次いでステップ３０２
では燃焼圧センサ２５の出力信号から熱発生率ｄＱ／ｄ
θが算出される。次いでステップ３０３では熱発生率ｄ
Ｑ／ｄθが上限値ＫＫ１よりも大きいか否かが判別され
る。ｄＱ／ｄθ＞ＫＫ１のときにはステップ３０４に進
んで噴射量Ｑ１の補正値△Ｑが一定値αだけ減少せしめ
られ、次いでステップ３０７に進む。一方、ｄＱ／ｄθ
≦ＫＫ１のときにはステップ３０５に進んで熱発生率ｄ
Ｑ／ｄθが下限値ＫＫ２よりも低いか否かが判別され
る。ｄＱ／ｄθ＜ＫＫ２のときにはステップ３０６に進
んで補正値△Ｑが一定値αだけ増大せしめられ、次いで
ステップ３０７に進む。
【００５９】ステップ３０７では噴射量Ｑ１に補正値△
Ｑが加算される。従ってｄＱ／ｄθ＞ＫＫ１になると噴
射量Ｑ１が徐々に減少せしめられ、ｄＱ／ｄθ＜ＫＫ２
になると噴射量Ｑ１が徐々に増大せしめられることがわ
かる。次いでステップ３０８では図８（Ａ）に示すマッ
プから第１回目の燃料噴射Ｉ 1 の噴射開始時期θＳ１が
算出される。次いでステップ３０９では噴射量Ｑ１およ
び噴射開始時期θＳ１等に基づいて第１回目の燃料噴射
Ｉ1 の噴射完了時期θＥ１が算出される。次いでステッ
プ３１０では第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射量Ｑ２（＝
Ｑ−Ｑ１）が算出される。次いでステップ３１１では図
８（Ｂ）に示すマップから第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴
射開始時期θＳ２が算出される。次いでステップ３１２
では噴射量Ｑ２および噴射開始時期θＳ２等に基づいて
第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射完了時期θＥ２が算出さ
れる。
【００６０】図１６に第４実施例を示す。この実施例で
はノッキングセンサ２６の最大出力電圧Ｅｍａｘに基づ
いて第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射開始時期θＳ２が制
御される。即ち、第１回目の噴射燃料が第２回目の燃料
噴射Ｉ2 前に圧縮上死点付近において燃焼を開始すると
機関の振動強度が高くなる。この場合、第２回目の燃料
噴射Ｉ2 の噴射開始時期θＳ２を早めれば第２回目の燃
料噴射Ｉ2 が行われるまで第１回目の噴射燃料を燃焼さ
せず、第２回目の燃料噴射Ｉ2 後に第１回目の噴射燃料
おび第２回目の噴射燃料を燃焼せしめることができる。
【００６１】従ってこの第４実施例では図１６に示され
るようにノッキングセンサ２６の最大出力電圧Ｅｍａｘ
が上限値Ｋ１を越えたときには第２回目の燃料噴射Ｉ2
の噴射開始時期θＳ２を一定値γだけ急激に早め、その
後噴射開始時期θＳ２を徐々に遅らすようにしている。
図１７は第４実施例を実行するための噴射制御ルーチン
を示している。
【００６２】図１７を参照するとまず初めにステップ４
００において図７（Ａ）に示すマップから全燃料噴射量
Ｑが算出され、次いでステップ４０１では図８（Ｂ）に
示すマップから第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射開始時期
θＳ２が算出される。次いでステップ４０２ではノッキ
ングセンサ２６の最大出力電圧Ｅｍａｘが上限値Ｋ１よ
りも大きいか否かが判別される。Ｅｍａｘ＞Ｋ１のとき
にはステップ４０３に進んで前回の処理サイクルのとき
にはＥｍａｘ≦Ｋ１であったか否か、即ち前回の処理サ
イクルから今回の処理サイクルの間にＥｍａｘ＞Ｋ１に
なったか否かが判別される。
【００６３】前回の処理サイクルから今回の処理サイク
ルの間にＥｍａｘ＞Ｋ１になったときにはステップ４０
４に進んで噴射開始時期θＳ２の補正値△θＳが一定値
γだけ進角せしめられ、次いでステップ４０８に進む。
一方、ステップ４０２においてＥｍａｘ≦Ｋ１であると
判断されたとき、又はステップ４０３において前回の処
理サイクルではＥｍａｘ≦Ｋ１であると判断されたとき
にはステップ４０５に進んで補正値△θＳが一定値δ
（δ＜γ）だけ遅角せしめられ、次いでステップ４０６
に進む。ステップ４０６では補正値△θＳが零よりも小
さいか否かが判別される。△θＳ≦０になるとステップ
４０７に進んで△θＳが零とされ、次いでステップ４０
８に進む。
【００６４】ステップ４０８では図７（Ｂ）に示すマッ
プから第１回目の燃料噴射Ｉ1 の噴射量Ｑ１が算出され
る。次いでステップ４０９では図８（Ａ）に示すマップ
から第１回目の燃料噴射Ｉ1 の噴射開始時期θＳ１が算
出される。次いでステップ４１０では噴射量Ｑ１および
噴射開始時期θＳ１等に基づいて第１回目の燃料噴射Ｉ
1 の噴射完了時期θＥ１が算出される。次いでステップ
４１１では第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射量Ｑ２（＝Ｑ
−Ｑ１）が算出される。
【００６５】次いでステップ４１２では噴射開始時期θ
Ｓ２に補正値△θＳが加算される。従ってＥｍａｘ＞Ｋ
１になると噴射開始時期θＳ２が急激に早められ、その
後噴射開始時期θＳ２が徐々に遅らされることがわか
る。次いでステップ４１３では噴射量Ｑ２および噴射開
始時期θＳ２等に基づいて第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴
射完了時期θＥ２が算出される。
【００６６】次に第５実施例について説明する。前述し
たように噴射時期領域III において燃料噴射を行うとＮ
ＯX および煤がほとんど発生せず、噴射時期領域III に
おいて燃料噴射をした場合の方が噴射時期領域IIにおい
て噴射し、次いでほぼ圧縮上死点又は圧縮上死点後に燃
料噴射を行うようにした場合に比べてＮＯX および煤の
発生量が少なくなる。従ってできる限り噴射時期領域II
I において燃料噴射することが好ましい。しかしながら
前述したように噴射時期領域III において燃料噴射を行
ったときにＮＯX および煤がほとんど発生しなくなるの
は燃料噴射量が最大噴射量のほぼ５０パーセント以下の
ときである。
【００６７】従って第５実施例では図１８に示されるよ
うに機関の運転領域を低負荷側の第１の運転領域Ｆと高
負荷側の第２の運転領域Ｇとに分割し、機関の運転状態
が運転領域Ｆであるときには噴射時期領域III において
少なくとも一回燃料を噴射するようにし、機関の運転状
態が運転領域Ｇであるときには最大噴射量の３０パーセ
ント以下の第１回目の燃料を噴射時期領域IIにおいて噴
射し、その後ほぼ圧縮上死点又は圧縮上死点後に第２回
目の燃料を噴射するようにしている。なお、図１８にお
いて縦軸Ｑは全燃料噴射量を示しており、横軸Ｎは機関
回転数を示している。
【００６８】図１９（Ａ）は特定の機関回転数Ｎ、例え
ば１５００r.p.m のときの運転領域Ｆにおける燃料噴射
Ｉと運転領域Ｇにおける第１回目の燃料噴射Ｉ1 および
第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射時期を示しており、図１
９（Ｂ）は運転領域Ｇにおける第１回目の燃料噴射Ｉ1
の噴射時期を示している。なお、図１９（Ａ）の横軸Ｑ
は全燃料噴射量を表しており、図１９（Ｂ）の横軸Ｎは
機関回転数を表わしている。
【００６９】また、図１９（Ａ），（Ｂ）において運転
領域ＦにおけるθＳおよびθＥは夫々燃料噴射Ｉの噴射
開始時期および噴射完了時期を示しており、運転領域Ｇ
におけるθＳ１およびθＥ１は第１回目の燃料噴射Ｉ1
の噴射開始時期および噴射完了時期を夫々示しており、
運転領域ＧにおけるθＳ２およびθＥ２は第２回目の燃
料噴射Ｉ2 の噴射開始時期および噴射完了時期を夫々示
している。
【００７０】なお、図１９（Ａ）に示されるようにこの
第５実施例では燃料噴射Ｉの噴射完了時期θＥがほぼ圧
縮上死点前ＢＴＤＣ７０度に固定されており、従ってこ
の実施例ではＢＴＤＣ７０度付近において一回燃料噴射
が行われる。無論、この場合、燃料噴射Ｉを二回に分け
て行うこともできる。この第５実施例では機関の運転状
態が運転領域Ｇにあるときにノッキングセンサ２６の最
大出力値Ｅｍａｘに基づいて第１回目の噴射量Ｑ１が制
御される。
【００７１】図２０は第５実施例を実行するための噴射
制御ルーチンを示している。図２０を参照するとまず初
めにステップ５００において図７（Ａ）に示すマップか
全燃料噴射量Ｑが算出され、次いでステップ５０１にお
いて機関の運転状態が図１８の運転領域Ｆであるか否か
が判別される。機関の運転状態が運転領域Ｆであるとき
にはステップ５０２に進んで全燃料噴射量Ｑ等に基づき
燃料噴射Ｉの噴射開始時期θＳが算出される。これに対
して機関の運転状態が運転領域Ｆでないとき、即ち図１
８の運転領域Ｇであるときにはステップ５０３に進んで
図７（Ｂ）に示すマップから第１回目の燃料噴射Ｉ1 の
噴射量Ｑ１が算出される。次いでステップ５０４ではノ
ッキングセンサ２６の最大出力電圧Ｅｍａｘが上限値Ｋ
１よりも大きいか否かが判別される。Ｅｍａｘ＞Ｋ１の
ときにはステップ５０５に進んで噴射量Ｑ１の補正値△
Ｑが一定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ５０
８に進む。一方、Ｅｍａｘ≦Ｋ１のときにはステップ５
０６に進んでノッキングセンサ２６の最大出力電圧Ｅｍ
ａｘが下限値Ｋ２よりも低いか否かが判別される。Ｅｍ
ａｘ＜Ｋ２のときにはステップ５０７に進んで補正値△
Ｑが一定値αだけ増大せしめられ、次いでステップ５０
８に進む。
【００７２】ステップ５０８では噴射量Ｑ１に補正値△
Ｑが加算される。従って機関の運転状態が運転領域Ｇに
あるときにＥｍａｘ＞Ｋ１になると噴射量Ｑ１が徐々に
減少せしめられ、Ｅｍａｘ＜Ｋ２になると噴射量Ｑ１が
徐々に増大せしめられることがわかる。次いでステップ
５０９では図８（Ａ）に示すマップから第１回目の燃料
噴射Ｉ 1 の噴射開始時期θＳ１が算出される。次いでス
テップ５１０では噴射量Ｑ１および噴射開始時期θＳ１
等に基づいて第１回目の燃料噴射Ｉ1 の噴射完了時期θ
Ｅ１が算出される。次いでステップ５１１では第２回目
の燃料噴射Ｉ2 の噴射量Ｑ２（＝Ｑ−Ｑ１）が算出され
る。次いでステップ５１２では図８（Ｂ）に示すマップ
から第２回目の燃料噴射Ｉ2 の噴射開始時期θＳ２が算
出される。次いでステップ５１３では噴射量Ｑ２および
噴射開始時期θＳ２等に基づいて第２回目の燃料噴射Ｉ
2 の噴射完了時期θＥ２が算出される。
【００７３】なお、これまで第１回目の噴射量又は第２
回目の燃料噴射の噴射時期を制御する場合について説明
してきたがおだやかな燃焼を得るために第１回目の燃料
噴射の噴射時期又は第２回目の噴射量を制御することも
できる。
【００７４】
【発明の効果】おだやかな燃焼が得られるように噴射量
又は噴射時期を制御することによって全運転領域に亘り
ＮＯX および煤の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】各噴射時期領域を示す図である。
【図３】各噴射時期領域を示す図である。
【図４】燃焼室内の圧力変化を示す図である。
【図５】機関の圧縮比の範囲を示す図である。
【図６】噴射時期を示す図である。
【図７】全燃料噴射量Ｑ等のマップを示す図である。
【図８】噴射開始時期θＳ１，θＳ２のマップを示す図
である。
【図９】ノッキングセンサの出力電圧とピークホールド
回路の出力電圧を示す図である。
【図１０】ノッキングセンサの最大出力電圧Ｅｍａｘと
噴射量Ｑ１の変化を示す図である。
【図１１】第１実施例を実行するための噴射制御のフロ
ーチャートである。
【図１２】ノッキングセンサの最大出力電圧Ｅｍａｘと
噴射量Ｑ１の変化を示す図である。
【図１３】第２実施例を実行するための噴射制御のフロ
ーチャートである。
【図１４】燃焼室内の圧力変化を示す図である。
【図１５】第３実施例を実行するための噴射制御のフロ
ーチャートである。
【図１６】ノッキングセンサの最大出力電圧Ｅｍａｘと
噴射開始時期θＳ２の変化を示す図である。
【図１７】第４実施例を実行するための噴射制御のフロ
ーチャートである。
【図１８】機関の運転領域を示す図である。
【図１９】噴射時期を示す図である。
【図２０】第５実施例を実行するための噴射制御のフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
５…燃焼室 ６…燃料噴射弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８Ａ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃焼室内に燃料を噴射するようにした圧
    縮着火式内燃機関において、第１回目の燃料を圧縮行程
    後半の予め定められた噴射時期領域において噴射すると
    共に、該予め定められた噴射時期領域よりも遅い時期に
    第２回目の燃料を噴射する噴射手段と、第１回目の噴射
    燃料の反応状態を検出する検出手段と、該検出手段の検
    出結果に基づいて第２回目の燃料噴射前に第１回目の噴
    射燃料が燃焼しないように第１回目の燃料噴射の噴射量
    又は噴射時期、又は第２回目の燃料噴射の噴射量又は噴
    射時期の少なくとも一つを制御する制御手段を具備した
    圧縮着火式内燃機関。
  2. 【請求項２】 該検出手段は機関の振動の強度から第１
    回目の噴射燃料の反応状態を検出し、該制御手段は機関
    の振動の強度が予め定められた強度を越えたときに第１
    回目の燃料噴射の噴射量を減少させる請求項１に記載の
    圧縮着火式内燃機関。
  3. 【請求項３】 該検出手段は機関の振動の強度から第１
    回目の噴射燃料の反応状態を検出し、該制御手段は機関
    の振動の強度が予め定められた強度を越えたときに第２
    回目の燃料噴射の噴射時期を早める請求項１に記載の圧
    縮着火式内燃機関。
  4. 【請求項４】 該検出手段は第１回目の噴射燃料の熱発
    生率から第１回目の噴射燃料の反応状態を検出し、該制
    御手段は第１回目の噴射燃料の熱発生率が予め定められ
    た熱発生率を越えたときに第１回目の燃料噴射の噴射量
    を減少させる請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
  5. 【請求項５】 該検出手段は第１回目の噴射燃料の熱発
    生率から第１回目の噴射燃料の反応状態を検出し、該制
    御手段は第１回目の噴射燃料の熱発生率が予め定められ
    た熱発生率を越えたときに第２回目の燃料噴射の噴射時
    期を早める請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
  6. 【請求項６】 第１回目の燃料量が最大噴射量の３０パ
    ーセント以下である請求項１に記載の圧縮着火式内燃機
    関。
  7. 【請求項７】 上記予め定められた噴射時期領域がほぼ
    圧縮上死点前９０°からほぼ圧縮上死点前２０°である
    請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関。
  8. 【請求項８】 上記予め定められた噴射時期領域は機関
    回転数が高くなるほど圧縮下死点側となる請求項１に記
    載の圧縮着火式内燃機関。
  9. 【請求項９】 最大噴射量に対する第１回目の燃料噴射
    量の割合が小さくなるほど同一の機関回転数に対する上
    記予め定められた噴射時期領域の巾が大きくなる請求項
    １に記載の圧縮着火式内燃機関。
  10. 【請求項１０】 機関回転数が高くなるにつれて第１回
    目の燃料噴射時期が早められる請求項１に記載の圧縮着
    火式内燃機関。
  11. 【請求項１１】 ほぼ圧縮上死点又は圧縮上死点後に第
    ２回目の燃料噴射が行われる請求項１に記載の圧縮着火
    式内燃機関。
  12. 【請求項１２】 機関の運転領域を低負荷側の第１の運
    転領域と高負荷側の第２の運転領域とに分割し、該噴射
    手段は機関の運転状態が第１の運転領域にあるときには
    圧縮上死点前５０度以前に少なくとも一回だけ燃料噴射
    を行い、機関の運転状態が第２の運転領域にあるときに
    は第１回目の燃料を該予め定められた噴射時期領域にお
    いて噴射し、該予め定められた噴射時期領域よりも遅い
    時期に第２回目の燃料を噴射する請求項１に記載の圧縮
    着火式内燃機関。
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