JP2013032768A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の性質に関わらずパイロット噴射における燃料の燃焼量を高める内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する。
【解決手段】燃焼量変更部４５は、パイロット噴射における燃料の燃焼量が予め設定された燃焼量範囲に無いと判断されると、パイロット噴射の回数を増し、パイロット噴射の一回当たりの噴射量を減じている。燃焼量変更部４５は、パイロット噴射の回数を増し、パイロット噴射一回当たりの噴射量を減ずることにより、インジェクタ１２の近傍に比較的濃い混合気を生成させる。その結果、セタン価の低い燃料であっても、パイロット噴射における燃料の燃焼が促進され、燃焼量は増加する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。

従来、内燃機関は、主たる燃料の噴射であるメイン噴射に先立って燃料を噴射するパイロット噴射が行われている。パイロット噴射を行うことにより、噴射された燃料の着火が促され、騒音および燃料消費量の低減が図られる。このパイロット噴射は、メイン噴射に比較して微量の燃料を一回または複数回に分けて噴射する。このようにパイロット噴射で噴射される燃料は微量であるため、例えばセタン価の低い燃料などを用いると、着火遅れが拡大し、パイロット噴射による燃料の燃焼量の低下あるいは失火を招くおそれがある。

特許文献１では、複数回に分割したパイロット噴射において、各パイロット噴射間の間隔を調整することが開示されている。特許文献１の場合、パイロット噴射の間隔は、先行するパイロット噴射で生成した冷炎に、後のパイロット噴射で形成された燃料噴霧が重ならないように設定されている。これにより、冷炎の成長が維持され、パイロット噴射における燃焼量は確保される。

しかしながら、特許文献１の場合、噴射された燃料は燃焼することを前提としている。そのため、低温、大気圧が低い、あるいはセタン価の低い燃料を用いるなど燃料の着火性が低い条件の場合、燃料の着火が不十分となり、未燃焼の燃料は増大する。その結果、パイロット噴射における燃料の燃焼量は低下するという問題がある。

特開２００９−２９９４９６号公報

そこで、本発明は、条件に関わらずパイロット噴射における燃料の燃焼量を高める内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

請求項１から３のいずれか一項記載の発明では、燃焼量変更手段は、燃料の燃焼状態の指標が予め設定された安定燃焼範囲に無いと判断されると、パイロット噴射の回数またはパイロット噴射の一回当たりの噴射量の少なくとも一方を変更する。これにより、燃焼量変更手段は、パイロット噴射における燃料の燃焼状態が不安定になるおそれがあるとき、パイロット噴射の回数または一回当たりの噴射量を変更し、パイロット噴射における燃料の着火を促す。パイロット噴射における燃料の失火を回避するには、パイロット噴射において噴射する燃料の総量を増すことが考えられる。しかし、燃料の総量が増すと、燃料の過剰な拡散による未燃焼の炭化水素（ＨＣ）の増加や騒音の増大を招く。そこで、燃焼量変更手段でパイロット噴射の回数または一回当たりの噴射量を変更することにより、インジェクタの近傍に比較的濃い混合気を生成させる。そのため、微量のパイロット噴射でも、噴射回数または一回当たりの噴射量を変更することにより、インジェクタの近傍に濃い混合気が生成される。その結果、パイロット噴射における燃料の燃焼が促進され、燃焼量は増加する。したがって、条件にかかわらずパイロット噴射における燃料の燃焼量を高めることができる。

請求項２記載の発明では、燃焼量変更手段は、燃焼状態の指標が安定燃焼範囲に無いと判断されると、パイロット噴射の回数を増し、パイロット噴射一回当たりの噴射量を減じている。一回当たりの噴射量が減少すると、インジェクタから噴射される燃料の到達距離すなわち貫徹力は低下する。そのため、一回当たりの噴射量が減少した燃料は、インジェクタから噴射された後、インジェクタの近傍にとどまる。一方、貫徹力の小さなパイロット噴射を繰り返すことにより、一回当たりの噴射量が減少しても、インジェクタの周囲には比較的濃い混合気が生成する。これにより、パイロット噴射においてインジェクタから噴射される燃料の平均当量比は向上する。その結果、パイロット噴射における燃料の燃焼が促進され、燃焼量が増加する。したがって、燃料の性質にかかわらずパイロット噴射における燃料の燃焼量を高めることができる。

請求項４から６のいずれか一項記載の発明では、パイロット噴射間隔設定手段は、二回以上実行されるパイロット噴射の間隔を制御する。すなわち、パイロット噴射間隔設定手段は、燃焼室に形成されるスワールの流速に基づいて、複数回に分けて噴射されるパイロット噴射の噴霧が互いに重なるようにパイロット噴射の間隔を調整する。燃焼室に形成されるスワールは、燃焼室の周方向へ旋回する。また、機関本体の回転数が低く、スワールの流速が小さいとき、インジェクタから噴射される燃料の噴霧は、インジェクタから周方向へ放射状に噴射されるとともに、スワールによって流されることなく、噴孔の近傍にとどまる。そのため、複数回のパイロット噴射の間隔を調整することにより、先のパイロット噴射で形成された燃料噴霧がとどまっているところへ次のパイロット噴射を行うと、同一の噴孔から形成された先のパイロット噴射における燃料噴霧と後のパイロット噴射における燃料噴霧とは重なり合う。一方、機関本体の回転数が高く、スワールの流速が大きいとき、インジェクタから噴射される燃料の噴霧は、インジェクタから周方向へ放射状に噴射されるとともに、スワールにのってインジェクタの軸を中心に周方向へ旋回する。そのため、複数回のパイロット噴射の間隔を調整することにより、先のパイロット噴射で形成された燃料噴霧がスワールにのって旋回したところへ次のパイロット噴射を行うと、異なる噴孔から形成された燃料噴霧同士は重なり合う。これにより、微量のパイロット噴射を分割してパイロット噴射一回当たりの噴射量が減少しても、インジェクタの周囲には燃料の割合が比較的高い混合気が生成される。したがって、着火性の向上とパイロット噴射における燃焼量の向上とを両立して達成することができる。

第１実施形態による燃料噴射制御装置を適用したディーゼルエンジンシステムを示す模式図 第１実施形態による燃料噴射制御装置を示すブロック図 第１実施形態による燃料噴射制御装置の処理の流れを示す概略図 燃料の噴射からの経過時間と燃料噴霧の平均当量比との関係を示す模式図 インジェクタの作動による燃焼量の変化を示す模式図 図４においてパイロット噴射による燃料噴射量の影響を示す模式図 図５においてパイロット噴射の回数を増した例を示す模式図 第１実施形態の変形例による処理の流れを示す概略図 第１実施形態の変形例による処理の流れを示す概略図 第２実施形態による燃料噴射制御装置を示すブロック図 インジェクタの噴孔を示す概略図 インジェクタの噴孔から形成される燃料噴霧を示す模式図 噴孔が１０個のインジェクタにおける燃料噴霧を示す模式図 燃料の噴射からの経過時間と噴霧角との関係を示す模式図 インジェクタの噴孔から形成される燃料噴霧の関係を示す模式図 燃料の噴射からの経過時間と隣り合う燃料噴霧の移動角度との関係を示す模式図 燃料の噴射からの駆動時間と燃料噴霧の体積との関係を示す模式図 第２実施形態による燃料噴射制御装置の処理の流れを示す概略図 第３実施形態による燃料噴射制御装置を示すブロック図 第３実施形態による燃料噴射制御装置の処理の流れを示す概略図 第４実施形態による燃料噴射制御装置を示すブロック図 第４実施形態による燃料噴射制御装置におけるセタン価を推定する処理の流れを示す概略図 第４実施形態による燃料噴射制御装置の処理の流れを示す概略図

以下、複数の実施形態による内燃機関の燃料噴射制御装置を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する
（第１実施形態）
まず、図１に示す内燃機関としてのディーゼルエンジンシステム１０について説明する。ディーゼルエンジンシステム１０は、機関本体１１、インジェクタ１２および燃料供給装置１３を備えている。機関本体１１は、シリンダブロック１４、シリンダヘッド１５、ピストン１６およびクランクシャフト１７などを有している。シリンダブロック１４は、内側に複数のシリンダ１８を形成している。シリンダヘッド１５は、シリンダブロック１４の端部に設けられている。ピストン１６は、シリンダブロック１４が形成するシリンダ１８の内側を軸方向へ往復移動する。クランクシャフト１７は、シリンダブロック１４に収容されている。クランクシャフト１７は、コンロッド１９によってピストン１６に接続している。ピストン１６の往復運動は、コンロッド１９を通してクランクシャフト１７の回転運動に変換される。シリンダ１８を形成するシリンダブロック１４の内壁、シリンダヘッド１５の内壁およびピストン１６の端面は、相互の間に燃焼室２１を形成している。

インジェクタ１２は、シリンダヘッド１５を貫いて設けられている。インジェクタ１２の先端は、燃焼室２１に露出している。燃料供給装置１３は、コモンレール２２、燃料噴射ポンプ２３および燃料タンク２４を有している。燃料噴射ポンプ２３は、燃料タンク２４から吸入した燃料を加圧してコモンレール２２へ供給する。コモンレール２２は、燃料噴射ポンプ２３で加圧された燃料を、圧力を維持した状態で貯える。コモンレール２２は、インジェクタ１２に接続している。これにより、コモンレール２２に貯えられた燃料は、インジェクタ１２に供給される。

ディーゼルエンジンシステム１０は、上記の構成に加え、吸気装置２５および図示しない排気装置を有している。吸気装置２５は、吸気管部材２６およびスロットル２７を有している。吸気管部材２６は、吸気通路２８を形成している。吸気通路２８は、一方の端部が燃焼室２１に接続し、図示しない他方の端部が大気に開放している。スロットル２７は、吸気管部材２６が形成する吸気通路２８を開閉する。図示しない排気装置は、図示しない排気管部材および排気浄化部を有している。排気管部材は、図示しない排気通路を形成している。排気通路は、一方の端部が燃焼室２１に接続し、他方の端部が大気に開放している。図示しない排気浄化部は、この排気通路の途中に設けられ、燃焼室２１から排出された排気を浄化する。

ディーゼルエンジンシステム１０は、上記の構成に加え燃料噴射制御装置３０を備えている。燃料噴射制御装置３０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３１を備えている。ＥＣＵ３１は、大気圧センサ３２、アクセル開度センサ３３、回転数センサ３４、水温センサ３５および圧力センサ３６と接続している。大気圧センサ３２は、ディーゼルエンジンシステム１０が運転されている環境における大気圧を検出する。大気圧センサ３２は、検出した大気圧に基づく電気信号をＥＣＵ３１へ出力する。アクセル開度センサ３３は、図示しないアクセルペダルの開度を検出する。アクセル開度センサ３３は、検出したアクセルペダルの開度に基づく電気信号をＥＣＵ３１へ出力する。回転数センサ３４は、機関本体１１のクランクシャフト１７の回転数を検出する。回転数センサ３４は、検出したクランクシャフト１７の回転数に基づく電気信号をＥＣＵ３１へ出力する。水温センサ３５は、機関本体１１の冷却水の温度を検出する。水温センサ３５は、検出した冷却水の温度に基づく電気信号をＥＣＵ３１へ出力する。圧力センサ３６は、コモンレール２２に貯えられている燃料の圧力を検出する。圧力センサ３６は、検出したコモンレール２２における燃料の圧力に基づく電気信号をＥＣＵ３１へ出力する。また、ＥＣＵ３１は、筒内圧センサ３７と接続している。筒内圧センサ３７は、機関本体１１に形成されている燃焼室２１にそれぞれ設けられている。筒内圧センサ３７は、燃焼室２１における圧力を検出する。筒内圧センサ３７は、検出した燃焼室２１の圧力に基づく電気信号をＥＣＵ３１へ出力する。

ＥＣＵ３１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭからなるマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ３１は、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムにしたがってディーゼルエンジンシステム１０の全体を制御する。ＥＣＵ３１は、コンピュータプログラムを実行することにより、図２に示すように噴射量設定部４１、インジェクタ駆動部４２、燃焼量算出部４３、燃焼量範囲判断部４４および燃焼量変更部４５をソフトウェア的に実現している。これら、噴射量設定部４１、インジェクタ駆動部４２、燃焼量算出部４３、燃焼量範囲判断部４４および燃焼量変更部４５は、ハードウェア的に実現してもよい。ＥＣＵ３１は、記憶部４６に接続している。記憶部４６は、例えば不揮発性メモリなどを有している。記憶部４６は、ＥＣＵ３１のＲＯＭおよびＲＡＭと共用してもよい。

噴射量設定部４１は、各インジェクタ１２から燃焼室２１へ噴射する燃料の噴射量を設定する。噴射量設定部４１は、アクセル開度センサ３３で検出したアクセルペダルの開度、および回転数センサ３４で検出したクランクシャフト１７の回転数に基づいて、インジェクタ１２から噴射する燃料噴射量Ｑを設定する。このとき、噴射量設定部４１は、大気圧センサ３２で検出した大気圧、水温センサ３５で検出した冷却水の温度、および各インジェクタ１２の噴射特性などに基づいて、燃料噴射量Ｑを補正して決定燃料噴射量Ｑｄを設定する。また、噴射量設定部４１は、決定燃料噴射量Ｑｄをメイン噴射における燃料噴射量Ｑｍとパイロット噴射における燃料噴射量Ｑｐとに分配する。

インジェクタ駆動部４２は、噴射量設定部４１で設定した量の燃料を噴射するためにインジェクタ１２を駆動する。インジェクタ駆動部４２は、インジェクタ１２の図示しない電磁駆動部に駆動信号を出力する。これにより、インジェクタ１２は、燃料の噴射を断続する。インジェクタ１２は、インジェクタ駆動部４２からの駆動信号にしたがって、メイン噴射において噴射量設定部４１で設定された燃料噴射量Ｑｍを噴射し、パイロット噴射において燃料噴射量Ｑｐを噴射する。ここで、メイン噴射は、インジェクタ１２の一回の噴射時期における主たる噴射であり、決定燃料噴射量Ｑｄのうちの大部分の燃料噴射量Ｑｍを噴射する。一方、パイロット噴射は、メイン噴射に先立つ噴射であり、決定燃料噴射量Ｑｄからメイン噴射における燃料噴射量Ｑｍを減じた燃料噴射量Ｑｐを噴射する。なお、パイロット噴射にさらに先立ってプレ噴射を実行したり、メイン噴射に続いてアフター噴射を実行する場合、決定燃料噴射量Ｑｄからメイン噴射における燃料噴射量Ｑｍだけでなくこれらの噴射における噴射量を減じた量がパイロット噴射における燃料噴射量Ｑｐに相当する。

燃焼量算出部４３は、インジェクタ１２から噴射された燃料の燃焼状態の指標として燃焼量を算出する。具体的には、燃焼量算出部４３は、筒内圧センサ３７で検出した燃焼室２１の圧力を取得する。そして、燃焼量算出部４３は、取得した燃焼室２１の圧力に基づいて、メイン噴射およびパイロット噴射においてインジェクタ１２から噴射された燃料の燃焼量を検出する。燃焼室２１における圧力は、インジェクタ１２から噴射された燃料が燃焼することにより上昇する。すなわち、燃焼室２１の圧力は、インジェクタ１２から噴射された燃料の燃焼量に相関する。これにより、燃焼量算出部４３は、筒内圧センサ３７で検出した燃焼室２１の圧力から、燃焼室２１における燃料の燃焼量を算出する。この燃焼量算出部４３および筒内圧センサ３７は、特許請求の範囲の燃焼量検出手段に相当するとともに、燃焼状態指標取得手段に相当する。

燃焼量範囲判断部４４は、燃焼量算出部４３で算出したパイロット噴射における燃料の燃焼量が予め設定された燃焼量範囲にあるか否かを判断する。上述のようにパイロット噴射によって噴射された燃料が燃焼室２１において燃焼することにより、燃焼室２１の圧力は変化する。しかし、燃料の特性、特にセタン価によっては、燃料の着火が不十分となり、燃焼量が所定の燃焼量範囲に含まれないおそれがある。そこで、燃焼量範囲判断部４４は、燃焼量算出部４３で算出したパイロット噴射における燃料の燃焼量が燃焼量範囲に含まれるか否かを判断する。燃焼量範囲は、機関本体１１やインジェクタ１２の特性に応じて設定され、記憶部４６に記憶されている。燃焼量範囲判断部４４は、燃焼量算出部４３で算出した燃焼量を、記憶部４６に記憶されている燃焼量範囲に基づいてこの燃焼量範囲に含まれるか否かを判断する。すなわち、燃焼量範囲判断部４４は、燃焼状態の指標であるパイロット噴射における燃焼量が安定した燃焼を確保するための安定燃焼範囲つまり燃焼量範囲にあるか否かを判断する。これにより、燃焼量範囲判断部４４は、特許請求の範囲における安定燃焼範囲判断手段に相当する。

燃焼量変更部４５は、燃焼量範囲判断部４４でパイロット噴射における燃料の燃焼量が予め設定された燃焼量範囲に無いと判断されると、パイロット噴射の回数およびパイロット噴射一回当たりの噴射量を変更する。本実施形態の場合、燃焼量変更部４５は、燃焼量範囲判断部４４で燃焼量が不足していると判断されると、パイロット噴射の回数を一回増す。これにより、パイロット噴射の一回当たりの噴射量は減少する。このように、燃焼量変更部４５は、燃焼量が不足しているとき、パイロット噴射の回数を増すとともに、パイロット噴射一回当たりの噴射量を減じる。すなわち、燃焼量変更部４５は、燃焼量範囲判断部４４において燃焼状態の指標であるパイロット噴射における燃焼量が燃焼量範囲に無いと判断されると、パイロット噴射の回数およびパイロット噴射一回当たりの噴射量を変更する。

次に、上記の構成によるディーゼルエンジンシステム１０の制御について図３に基づいて説明する。
ＥＣＵ３１は、ディーゼルエンジンシステム１０が運転を開始すると、予め設定された間隔でディーゼルエンジンシステム１０の運転状態を取得する（Ｓ１０１）。具体的には、ＥＣＵ３１は、アクセル開度センサ３３からアクセルペダルの開度および回転数センサ３４から機関本体１１の回転数を取得する。これにより、ＥＣＵ３１は、ディーゼルエンジンシステム１０の運転状態すなわち負荷状態を取得する。

噴射量設定部４１は、Ｓ１０１において取得したディーゼルエンジンシステム１０の運転状態に基づいて決定燃料噴射量Ｑｄを算出する（Ｓ１０２）。具体的には、噴射量設定部４１は、Ｓ１０１で取得したディーゼルエンジンシステム１０の運転状態に基づいて基礎となる燃料噴射量Ｑを設定する。そして、噴射量設定部４１は、この燃料噴射量Ｑを、大気圧センサ３２で取得した大気圧、水温センサ３５で検出した冷却水の温度、および各インジェクタ１２の噴射特性などに基づいて補正し、決定燃料噴射量Ｑｄを設定する。これとともに噴射量設定部４１は、燃料の噴射においてパイロット噴射が必要であるか否かを判断する（Ｓ１０３）。例えばディーゼルエンジンシステム１０が負荷の小さな状態で運転されているときなどのように、運転状態によってはパイロット噴射は必ずしも要求されない。そこで、噴射量設定部４１は、Ｓ１０３においてパイロット噴射が必要であるか否かを判断する。

噴射量設定部４１は、Ｓ１０３においてパイロット噴射が必要であると判断されると（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、パイロット噴射における燃料噴射量Ｑｐを設定する（Ｓ１０４）。すなわち、噴射量設定部４１は、Ｓ１０２において設定した決定燃料噴射量Ｑｄを、メイン噴射における燃料噴射量Ｑｍとパイロット噴射における燃料噴射量Ｑｐとに分配する。さらに、噴射量設定部４１は、設定したパイロット噴射における燃料噴射量Ｑｐをパイロット噴射の回数ｎで除し、パイロット噴射一回当たりの燃料噴射量Ｑｐｘを設定する（Ｓ１０５）。すなわち、噴射量設定部４１は、燃料噴射量Ｑｐをパイロット噴射の回数ｎで除して、燃料噴射量Ｑｐｘ＝Ｑｐ／ｎを算出する。このパイロット噴射の回数ｎは、初期値として「１」つまり初期値がｎ＝１として設定されている。噴射量設定部４１は、Ｓ１０３においてパイロット噴射が必要でないと判断されると（Ｓ１０３：Ｎｏ）、処理を終了する。

インジェクタ駆動部４２は、Ｓ１０５で設定されたパイロット噴射一回当たりの燃料噴射量Ｑｐｘに基づいてインジェクタ１２を駆動し、パイロット噴射を実行する（Ｓ１０６）。具体的には、インジェクタ駆動部４２は、この燃料噴射量Ｑｐｘに相当するインジェクタ１２の開弁時間に応じた駆動信号をインジェクタ１２へ出力する。これにより、インジェクタ１２は、一回のパイロット噴射において燃料噴射量Ｑｐｘを燃焼室２１へ噴射する。

燃焼量算出部４３は、Ｓ１０６においてインジェクタ１２から燃料が噴射されると、燃焼量αを算出する（Ｓ１０７）。具体的には、燃焼量算出部４３は、筒内圧センサ３７からパイロット噴射における燃焼室２１の圧力を取得する。そして、燃焼量算出部４３は、取得した燃焼室２１の圧力に基づいて、パイロット噴射による燃焼量αを算出する。上述のように、インジェクタ１２から噴射された燃料は、燃焼室２１において燃焼する。これにより、燃焼室２１は、ピストン１６の下死点から上死点への移動にともなう燃焼室２１の体積の減少による圧力の上昇に加え、燃料の燃焼によっても上昇する。ピストン１６の移動にともなう燃焼室２１の圧力の変化はクランクシャフト１７の角度に応じて規則的であるのに対し、燃料の燃焼による燃焼室２１の圧力の上昇は不規則である。そのため、筒内圧センサ３７で燃焼室２１の圧力を検出することにより、燃料の燃焼にともなう圧力の変化は容易に取得される。この燃料の燃焼にともなう燃焼室２１の圧力の変化は、燃料の燃焼量に相関する。つまり、燃焼室２１において燃焼する燃料の量が多くなるほど、燃焼室２１における圧力の変化は大きくなる。これにより、燃料の燃焼量αは、一回のパイロット噴射で噴射する燃料噴射量Ｑｐｘ、および筒内圧センサ３７で検出した燃焼室２１の圧力が得られれば算出することができる。燃焼量算出部４３は、Ｓ１０５で設定された一回のパイロット噴射で噴射する燃料噴射量Ｑｐｘと、筒内圧センサ３７で検出した燃焼室２１の圧力とから燃料の燃焼量αを算出する。

燃焼量範囲判断部４４は、Ｓ１０７で算出した燃焼量αが燃焼量範囲にあるか否か、すなわち燃焼量αが下限燃焼量Ｋ１よりも大きいか否かを判断する（Ｓ１０８）。燃焼量範囲判断部４４は、Ｓ１０７で算出した燃焼量αと、記憶部４６に記憶されている下限燃焼量Ｋ１とを比較して、Ｋ１＜αであるか否かを判断する。

燃焼量変更部４５は、Ｓ１０８において燃焼量αが下限燃焼量Ｋ１より大きいと判断すると（Ｓ１０８：Ｙｅｓ）、燃料が正常に着火していると判断し、処理を終了する。一方、燃焼量変更部４５は、Ｓ１０８において燃焼量αが下限燃焼量Ｋ１以下であると判断すると、つまりα≦Ｋ１であると判断すると、パイロット噴射の回数ｎを一回増す（Ｓ１０９）。すなわち、燃焼量変更部４５は、α≦Ｋ１のとき、パイロット噴射の回数ｎを「ｎ＋１」回とする。

Ｓ１０９においてパイロット噴射の回数ｎが「ｎ＋１」に増加すると、ＥＣＵ３１の処理はＳ１０１へリターンし、Ｓ１０１以降の処理を繰り返す。Ｓ１０１以降の処理を繰り返すとき、噴射量設定部４１は、Ｓ１０４において算出した燃料噴射量ＱｐをＳ１０９で再設定したパイロット噴射の回数「ｎ＋１」で除す。そのため、Ｓ１０６で実行されるパイロット噴射は、前回に比較して一回増加するとともに、一回当たりの燃料の噴射量が減少する。

次に、上記の構成によるディーゼルエンジンシステム１０の作用について説明する。
インジェクタ１２から噴射された燃料は、噴射量が多く、噴射時間が長くなるほど、燃焼室２１内において遠い位置まで到達する。すなわち、噴射量が多く、噴射時間が長い燃料の噴霧は、貫徹力が大きくなる。一方、パイロット噴射のように噴射量が少なく、噴射時間が短くなると、インジェクタ１２から噴射された燃料は貫徹力が小さくなりインジェクタ１２の周囲にとどまりやすい。これは、噴射量が小さくかつ噴射時間が短くなるほど、インジェクタ１２の図示しないニードルと弁座との間に形成される燃料通路は小さくなるからである。このように噴射量が小さく噴射時間が短いとき、インジェクタ１２の図示しない噴孔に流入する燃料は、ニードルと弁座との間の微少な隙間を通過する。そのため、噴孔に流入する燃料は、ニードルと弁座との間の隙間における絞り効果によって流速が低下する。その結果、噴射量が小さく噴射時間が短いとき、インジェクタ１２の噴孔から噴射された燃料は、運動エネルギーが小さく、インジェクタ１２の周囲にとどまりやすくなる。

図４に示すように、一般にインジェクタ１２から噴射された燃料の平均当量比は、噴射開始からの時間が経過するにつれて低下する。そのため、燃料が噴射されて燃料が着火するまでの期間、すなわち着火遅れが大きくなると、インジェクタ１２から噴射された燃料噴霧は燃焼室２１の空気と混合し、その平均当量比は低下する。その結果、平均当量比の低下にともない、インジェクタ１２から噴射された燃料はさらに着火性が低下する。図５に示すように、燃料の噴射の時期と噴射された燃料の燃焼による熱発生の時期とは、着火遅れによってずれが生じる。上述のように、着火遅れが生じると、平均当量比が低下するため、燃料の着火性も低下すなわち熱発生量も低下する。特に図５の破線に示すようにセタン価の低い燃料は、着火遅れによる平均当量比の低下の影響が大きくなる。つまり、セタン価が高い燃料は、パイロット噴射時の着火遅れによって平均当量比が低下しても、着火性が維持され、燃料の燃焼による熱が発生する。一方、セタン価が低い燃料は、パイロット噴射時の着火遅れによる平均当量比の低下の影響が大きく、噴射された燃料の燃焼が不十分な失火状態になりやすい。

ここで、パイロット噴射時における失火を低減するためにパイロット噴射における燃料の噴射量を増すと、燃焼室２１における燃料の過剰な拡散を招く。そのため、未燃焼の炭化水素（ＨＣ）の増加を招くおそれがある。また、パイロット噴射における燃料の噴射量を増すと、パイロット噴射とメイン噴射とが重なり、全体として燃料の燃焼量の増大が生じる。その結果、騒音の増加を招くおそれがある。

そこで、本実施形態の場合、パイロット噴射における燃料噴射量Ｑｐは変更することなく、一回当たりの噴射量は低減しつつ噴射回数は増している。図６に示すように、パイロット噴射一回当たりの噴射量を減少させると、燃料の噴射からの経時的な平均当量比の変化は上方へシフトつまり平均当量比が増加する側へ遷移する。そのため、着火遅れがセタン価の高い燃料よりも長い着火遅れＢの場合でも、パイロット噴射一回当たりの燃料の噴射量が減少するにつれて平均当量比は向上する。これは、上述のように、パイロット噴射の回数を増しつつパイロット噴射一回当たりの燃料の噴射量を減ずることにより、インジェクタ１２から噴射された燃料はインジェクタ１２の周囲にとどまり、インジェクタ１２の周囲において比較的濃い混合気を生成するからである。これにより、着火性が低いセタン価の低い燃料であっても、パイロット噴射における燃料の総量を増すことなく燃料の着火性を維持することができる。その結果、図７に示すように、分割されたパイロット噴射によって噴射された燃料は、燃焼が促進され、燃焼量が増大する。

以上説明した第１実施形態では、燃焼量変更部４５は、パイロット噴射における燃料の燃焼量が予め設定された燃焼量範囲に無いと判断されると、パイロット噴射の回数を増し、パイロット噴射の一回当たりの噴射量を減じている。これにより、燃焼量変更部４５は、パイロット噴射における燃料の燃焼量が不足するとき、パイロット噴射における燃料の着火を促す。すなわち、燃焼量変更部４５は、パイロット噴射の回数を増し、パイロット噴射一回当たりの噴射量を減ずることにより、インジェクタ１２の近傍に比較的濃い混合気を生成させる。その結果、セタン価の低い燃料であっても、パイロット噴射における燃料の燃焼が促進され、燃焼量は増加する。したがって、燃料の性質にかかわらずパイロット噴射における燃料の燃焼量を高めることができる。

（変形例）
第１実施形態の変形例について説明する。
図３に示す第１実施形態における処理では、Ｓ１０７においてパイロット噴射における燃焼量αを算出し、算出した燃焼量αに基づいてパイロット噴射の回数を変化させる例について説明した。
しかし、パイロット噴射の回数は、燃焼量αに限らず、他のパラメータに基づいて変更する構成としてもよい。
パラメータの一例として着火遅れを用いる処理を図８に示す。図８は、図３におけるＳ１０７の処理を置き換えるものである。図３に示すＳ１０６においてパイロット噴射が実行されると、インジェクタ駆動部４２は引き続きメイン噴射を実行する（Ｓ１１１）。このとき、燃焼量算出部４３は、筒内圧センサ３７からメイン噴射における燃焼室２１の圧力を取得する（Ｓ１１２）。そして、燃焼量算出部４３は、Ｓ１１２で取得した燃焼室２１の圧力に基づいて熱発生率を算出する（Ｓ１１３）。この熱発生率は、機関本体１１のクランクシャフトの回転角度に対する発生熱量の変化を示す。

燃焼量算出部４３は、Ｓ１１３で算出した熱発生率に基づいて、メイン噴射の着火時期を検出する（Ｓ１１４）。インジェクタ１２からメイン噴射が実行されると、噴射された燃料は燃焼室２１において燃焼する。そのため、噴射された燃料が着火すると、Ｓ１１３で算出した熱発生率は急激に変化する。燃焼量算出部４３は、この燃焼室２１における熱発生率の変化に基づいてメイン噴射における着火時期を検出する。さらに、燃焼量算出部４３は、Ｓ１１４で検出した着火時期に基づいて、メイン噴射における着火遅れ時間を算出する（Ｓ１１５）。着火遅れ時間は、メイン噴射におけるインジェクタ１２からメイン噴射の開始から燃料の着火までの時間である。例えば燃料のセタン価が低くなるほど、または冷却水の温度若しくは大気圧が低くなるほど、メイン噴射における着火遅れ時間は大きくなる。このように、メイン噴射における着火遅れが大きくなる条件では、パイロット噴射における着火も遅れが生じやすく、燃焼が不安定になる。そこで、燃焼量範囲判断部４４は、図３に示すＳ１０８において、Ｓ１１５で算出したメイン噴射の着火遅れ時間が上限着火遅れ時間よりも短いか否かを判断する。燃焼量変更部４５は、Ｓ１０８においてメイン噴射の着火遅れ時間が上限着火遅れ時間よりも短いと判断すると、燃料の燃焼状態が安定していると判断し、処理を終了する。一方、燃焼量変更部４５は、Ｓ１０８においてメイン噴射の着火遅れ時間が上限着火遅れ時間よりも長いと判断すると、燃料の燃焼状態が不安定であると判断する。したがって、燃焼量変更部４５は、Ｓ１０９において、パイロット噴射の回数ｎを一回増す。

また、パラメータの一例としてＩＭＥＰを用いる処理を図９に示す。図９は、図８と同様に図３におけるＳ１０７の処理を置き換えるものである。図３に示すＳ１０６においてパイロット噴射が実行されると、インジェクタ駆動部４２は引き続きメイン噴射を実行する（Ｓ１２１）。このとき、燃焼量算出部４３は、筒内圧センサ３７からパイロット噴射およびメイン噴射を含めた燃焼室２１の圧力を取得する（Ｓ１２２）。そして、燃焼量算出部４３は、Ｓ１２２で取得した燃焼室２１の圧力に基づいてＩＭＥＰ（Indicated Mean Effective Pressure：図示平均有効圧）を算出する（Ｓ１２３）。

燃焼量算出部４３は、Ｓ１２３でＩＭＥＰが算出されると、ＣＯＶを算出する（Ｓ１２４）。このＣＯＶは、Ｓ１２４で算出したＩＭＥＰのばらつき割合である。ＣＯＶすなわちＩＭＥＰのばらつき割合は、例えば燃料のセタン価が低くなるほど、または冷却水の温度若しくは大気圧が低くなるほど、大きくなる。つまり、ＣＯＶは、燃料の燃焼が不安定になるほど大きくなる。そこで、燃焼量範囲判断部４４は、図３に示すＳ１０８において、Ｓ１２４で算出したＣＯＶが予め設定した範囲にあるか否かを判断する。燃焼量変更部４５は、Ｓ１０８においてＣＯＶが予め設定した範囲にあると判断すると、燃料の燃焼状態が安定していると判断し、処理を終了する。一方、燃焼量変更部４５は、Ｓ１０８においてＣＯＶが予め設定した範囲を超えていると判断すると、燃料の燃焼状態が不安定であると判断する。したがって、燃焼量変更部４５は、Ｓ１０９においてパイロット噴射の回数ｎを一回増す。
このように、パイロット噴射の回数ｎは、機関本体１１から取得される各種のパラメータに基づいて設定することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態によるディーゼルエンジンシステムの構成を図１０に示す。
第２実施形態のディーゼルエンジンシステム１０は、図２に示す第１実施形態の構成に加え、図１０に示すように流速推定部５１およびパイロット噴射間隔設定部５２を備えている。回転数センサ３４は、特許請求の範囲の機関回転数検出手段を構成している。流速推定部５１およびパイロット噴射間隔設定部５２は、ＥＣＵ３１においてコンピュータプログラムを実行することによりソフトウェア的またはハードウェア的に実現されている。

流速推定部５１は、回転数センサ３４で検出した機関本体１１のクランクシャフト１７の回転数に基づいて、燃焼室２１に吸入された空気が形成するスワールの流速を推定する。吸気通路２８から燃焼室２１へ吸入された空気は、燃焼室２１の軸すなわちシリンダ１８の軸を中心に旋回するスワールと言われる流れを形成する。このスワールは、燃焼室２１に吸入される吸気の流速に相関する。また、燃焼室２１に吸入される吸気の流速は、機関本体１１の回転数が増加するほど増大する。すなわち、スワールの流速は、機関本体１１の回転数に相関する。そこで、流速推定部５１は、回転数センサ３４で検出した機関本体１１の回転数に基づいてスワールの流速を推定する。具体的には、流速推定部５１は、回転数センサ３４で検出した機関本体１１の回転数から、予め設定された関数に基づいてスワールの流速つまりスワールの角速度を推定、または予め記憶部４６に記憶されているマップにしたがってスワールの流速つまりスワールの角速度を推定する。なお、流速推定部５１は、大気圧センサ３２で検出した大気圧に基づいて、回転数から推定したスワールの流速を補正する構成としてもよい。

パイロット噴射間隔設定部５２は、パイロット噴射の間隔を制御する。第２実施形態の場合、パイロット噴射は、メイン噴射に先立って二回以上実行される。パイロット噴射間隔設定部５２は、この二回以上実行されるパイロット噴射の間隔を制御する。具体的には、パイロット噴射間隔設定部５２は、流速推定部５１において推定したスワールの流速に基づいてパイロット噴射の間隔を制御する。インジェクタ１２は、図１１に示すようにボディ６０の先端に周方向へ等間隔で複数の噴孔６１を有している。これにより、インジェクタ１２から噴射される燃料は、図１２に示すようにインジェクタ１２の軸を中心に放射状の複数の燃料噴霧６２を形成する。第１実施形態で説明したようにパイロット噴射で噴射される燃料は微量かつ短期間であるため、インジェクタ１２から噴射された燃料は貫徹力が小さく噴霧がインジェクタ１２の噴孔６１の近傍に形成される。一方、燃焼室２１においては、図１２の矢印Ｓで示すように燃焼室２１の軸を中心として旋回するスワールが形成されている。そのため、インジェクタ１２の噴孔６１の近傍に形成された燃料噴霧６２は、スワールにのってインジェクタ１２の軸を中心にインジェクタ１２の周方向へ旋回する。

このように燃料噴霧６２は、スワールにのってインジェクタ１２の軸を中心に旋回する。そのため、二回以上のパイロット噴射を実行する場合、この二回以上のパイロット噴射の間隔を制御することにより、先のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧６２に、後のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧６２を重ねることができる。すなわち、先のパイロット噴射によってある噴孔６１から形成された燃料噴霧６２がスワールにのって旋回し、別の噴孔６１の延長線上に位置したとき、後のパイロット噴射を実行すると、二つの燃料噴霧６２は互いに重なる。

具体的には、インジェクタ１２が周方向へ等間隔に１０個の噴孔６１を有する場合、図１３に示すように放射状に形成される燃料噴霧６２は、その中心同士が約３６°間隔となる。この燃料噴霧６２同士の間隔は、インジェクタ１２に設けられる噴孔６１の数によって変化する。また、このとき、インジェクタ１２の噴孔６１から噴射される燃料噴霧６２は、約２０°程度の広がりをもって形成される。すなわち、インジェクタ１２の噴孔６１から噴射される燃料噴霧６２の噴霧角は、約２０°となる。この噴霧角は、図１４に示す例の場合、パイロット噴射の開始から０．２ｍ秒程度の短期間で一定となる。また、噴霧角は、パイロット噴射一回当たりの噴射量が減少しても、約１５°程度の十分な広がりを有している。

ここで、スワール比が２．２の機関本体１１に、１０個の噴孔６１を有するインジェクタ１２を備えた機関本体１１を例に説明する。燃料噴霧６２は、紡錘形に近似した形状を有している。そのため、図１５に示すようにスワールにのって旋回する燃料噴霧６２の旋回方向前方側の移動角度はＤａ、旋回する燃料噴霧６２の旋回方向後方側の移動角度はＤｂ、旋回する燃料噴霧６２の中心間の移動角度はＤｃとする。図１４に示す噴霧角の経時的な変化を考慮すると、インジェクタ１２の周方向において隣り合う噴孔６１から噴射された燃料噴霧６２は図１６に示すような角度範囲に形成される。図１６における噴射開始からの時間は、機関本体１１のクランクシャフト１７の回転角度を示している。これにより、第一回目のパイロット噴射で形成された燃料噴霧６２と第二回目のパイロット噴射で形成された燃料噴霧６２とを重ねるためには、「噴射の間隔＝（噴孔の間隔−噴霧角）／スワール角速度」として求められる。すなわち、噴射の間隔は、流速推定部５１で推定したスワールの流速つまりスワールの角速度に基づいて制御することができる。

図１５および図１６に示す場合、燃料噴霧６２の噴霧角は２０°程度である。そのため、第一回目のパイロット噴射で形成された燃料噴霧６２に第二回目のパイロット噴射で形成された燃料噴霧６２の少なくとも一部を重ねるためには、最短でクランクシャフト１７の回転角度が７°程度、最長でクランクシャフト１７の回転角度が２７°程度である。すなわち、第一回目のパイロット噴射からクランクシャフト１７の回転角度が７°〜２７°の範囲の期間に第二回目のパイロット噴射を実行すると、二つのパイロット噴射で形成された燃料噴霧６２は互いに重なり合う。したがって、流速推定部５１は回転数センサ３４で取得した機関本体１１のクランクシャフト１７の回転速度からスワールの流速を推定し、パイロット噴射間隔設定部５２は取得したクランクシャフト１７の回転角度に応じて複数のパイロット噴射の時期を制御する。

このように複数回のパイロット噴射で形成された燃料噴霧６２を重ねることにより、パイロット噴射の分割によって一回当たりの燃料の噴射量が減少したときでも、複数の噴霧が合成される。このとき、第二回目のパイロット噴射の燃料噴霧は、第一回目のパイロット噴射で形成された燃料噴霧に向けて形成される。これにより、第一回目のパイロット噴射による燃料噴霧と第二回目のパイロット噴射による燃料噴霧とが重なりあった部分、すなわち燃料噴霧同士が合成された部分の燃料噴霧の体積は、第一回目の燃料噴霧および第二回目の燃料噴霧の単独の体積よりも減少する。つまり、本実施形態の場合、第一回目のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧は、第二回目のパイロット噴射までの間に拡散する。そして、この拡散した第一回目のパイロット噴射による燃料噴霧に向けて第二回目のパイロット噴射を実行している。これにより、第一回目のパイロット噴射による燃料噴霧と第二回目のパイロット噴射による燃料噴霧とが重なり合って濃い混合気を形成する部分の体積は、第一回目および第二回目のパイロット噴射による単独の燃料噴霧の体積よりも小さくなる。そのため、図１７に示すように二回のパイロット噴射で合成された濃い混合気からなる燃料噴霧６２の体積は、合成されない場合の単独の燃料噴霧の体積と比較して減少する。一方、二回のパイロット噴射の燃料噴霧を合成することにより、合成した燃料噴霧は、単独の燃料噴霧よりも燃料の濃度が高くなる。すなわち、二回のパイロット噴射を合成した燃料噴霧は、その混合気における燃料の濃度が高くなる。その結果、インジェクタ１２から噴射された燃料は、パイロット噴射一回当たりの燃料噴射量が減少しても、インジェクタ１２の噴孔６１の近傍に比較的濃い混合気を形成する。これにより、パイロット噴射一回当たりの燃料の噴射量が微量であっても、インジェクタの近傍で平均当量比が増加し、燃料の着火性が向上する。

次に、上記の構成による第２実施形態によるディーゼルエンジンシステム１０の処理の流れについて図１８に基づいて説明する。
図１８に示す処理の流れは、複数回に分割されたパイロット噴射の噴射時期を設定するものである。そのため、図３に示す第１実施形態における処理の流れにおいて、Ｓ１０８に後続して実行される。

流速推定部５１は、機関本体１１のクランクシャフト１７の回転数を取得する（Ｓ２０１）。すなわち、流速推定部５１は、回転数センサ３４からクランクシャフト１７の回転数を取得する。流速推定部５１は、Ｓ２０１で取得した回転数に基づいて、スワールの流速を推定する（Ｓ２０２）。すなわち、流速推定部５１は、クランクシャフト１７の回転数に相関するスワールの角速度Ｓを推定する。

パイロット噴射間隔設定部５２は、Ｓ２０２で推定したスワールの角速度を用いて、複数回のパイロット噴射の間隔ΔＴを算出する（Ｓ２０３）。パイロット噴射間隔設定部５２は、インジェクタ１２の周方向における噴孔６１の間隔θ、Ｓ２０２で取得したスワールの角速度Ｓ、調整時間ｔ、および重ね合わせる燃料噴霧６２の数ｎから、パイロット噴射の噴射間隔ΔＴを、ΔＴ＝（α／Ｓ−ｔ）／ｎで算出する。パイロット噴射の噴射間隔ΔＴは、クランクシャフト１７の回転角度として算出される。噴孔６１の間隔θは、インジェクタ１２によって既知の値である。そのため、噴孔６１の間隔θは、例えば記憶部４６などに記憶されている。調整時間ｔは、パイロット噴射の間隔を調整するための任意の値である。

パイロット噴射間隔設定部５２は、Ｓ２０３で算出したパイロット噴射の噴射間隔ΔＴから、燃料噴霧６２を重ね合わせるための最短噴射間隔ΔＴｍｉｎを算出する（Ｓ２０４）。パイロット噴射間隔設定部５２は、インジェクタ１２の噴孔６１の間隔、Ｓ２０２で取得したスワールの角速度Ｓ、および各噴孔６１から形成される燃料噴霧６２の噴霧角βを用いて、最短噴射間隔ΔＴｍｉｎを、ΔＴｍｉｎ＝（θ−β）／Ｓとして算出する。

パイロット噴射間隔設定部５２は、Ｓ２０３において算出した噴射間隔ΔＴと重ね合わせる燃料噴霧６２の数ｎとの積がＳ２０４において算出した最短噴射間隔ΔＴｍｉｎより大きいか否かを判断する（Ｓ２０５）。すなわち、パイロット噴射間隔設定部５２は、ΔＴｍｉｎ＜ΔＴ×ｎであるか否かを判断する。ここで、最短噴射間隔ΔＴｍｉｎが噴射間隔ΔＴと重ね合わせる燃料噴霧６２の数ｎとの積以下、つまりΔＴ×ｎ≦ΔＴｍｉｎであると判断されると（Ｓ２０５：Ｎｏ）、パイロット噴射間隔設定部５２は重ね合わせる燃料噴霧６２の数を「１」増加する（Ｓ２０６）。すなわち、パイロット噴射間隔設定部５２は、重ね合わせる燃料噴霧６２の数ｎをｎ＝ｎ＋１とする。ΔＴ×ｎ≦ΔＴｍｉｎであるとき、複数回のパイロット噴射で形成された燃料噴霧６２は、互いに重なり合わないことになる。つまり、後のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧６２は、先のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧６２の相互間に形成され、互いに重なり合わない。そこで、パイロット噴射間隔設定部５２は、ΔＴ×ｎ≦ΔＴｍｉｎであるとき重なり合わせる燃料噴霧６２の数を増し、各パイロット噴射で形成された燃料噴霧６２同士が重なり合うように設定する。そして、パイロット噴射間隔設定部５２は、Ｓ２０３へリターンし、Ｓ２０３以降の処理を繰り返す。

一方、パイロット噴射間隔設定部５２は、Ｓ２０５において噴射間隔ΔＴと重ね合わせる燃料噴霧６２の数ｎとの積が最短噴射間隔ΔＴｍｉｎより大きいと判断すると（Ｓ２０５：Ｙｅｓ）、第一回目のパイロット噴射から第ｎ回目のパイロット噴射までの総噴射期間Ｔを算出する（Ｓ２０７）。すなわち、パイロット噴射間隔設定部５２は、総噴射期間Ｔを、噴射間隔ΔＴおよびパイロット噴射の回数ｎから、Ｔ＝ΔＴ×ｎとして算出する。

パイロット噴射間隔設定部５２は、Ｓ２０７においてパイロット噴射の総噴射期間Ｔを算出すると、総噴射期間Ｔが制限期間Ｔｍａｘに収まるか否かを判断する（Ｓ２０８）。すなわち、パイロット噴射間隔設定部５２は、Ｔ＜Ｔｍａｘであるか否かを判断する。この制限期間は、パイロット噴射の期間として許容される最大値であり、例えば記憶部４６などに記憶されている。この総噴射期間Ｔが制限期間Ｔｍａｘ以上になると、パイロット噴射とメイン噴射との間隔が過小になり、燃料の安定した燃料の妨げになる。そこで、パイロット噴射間隔設定部５２は、総噴射期間Ｔが制限期間Ｔｍａｘに収まるか否かを判断する。

パイロット噴射間隔設定部５２は、Ｓ２０８において総噴射期間Ｔが制限期間Ｔｍａｘに収まらないと判断すると（Ｓ２０８：Ｎｏ）、調整時間ｔを減少させる（Ｓ２０９）。すなわち、パイロット噴射間隔設定部５２は、Ｓ２０３における噴射間隔ΔＴの算出に用いた調整時間ｔを小さくし、総噴射期間Ｔが制限期間Ｔｍａｘに収まるように調整する。そして、パイロット噴射間隔設定部５２は、Ｓ２０３へリターンし、Ｓ２０３以降の処理を繰り返す。一方、パイロット噴射間隔設定部５２は、Ｓ２０８において総噴射期間Ｔが制限期間Ｔｍａｘに収まると判断すると（Ｓ２０８：Ｙｅｓ）、インジェクタ１２からパイロット噴射を実行し（Ｓ２１０）、処理を完了する。

以上の手順により、ＥＣＵ３１は、パイロット噴射を複数回実行するとき、各パイロット噴射で形成された燃料噴霧６２同士を重ね合わせている。
第２実施形態では、パイロット噴射間隔設定部５２は、二回以上実行されるパイロット噴射の間隔を制御する。すなわち、パイロット噴射間隔設定部５２は、燃焼室２１に形成されるスワールの流速つまりスワールの角速度に基づいて、複数回に分けて噴射されるパイロット噴射の燃料噴霧６２が互いに重なるようにパイロット噴射の間隔を調整する。これにより、微量のパイロット噴射を分割してパイロット噴射一回当たりの噴射量が減少しても、インジェクタ１２の周囲には燃料の割合が比較的高い混合気が生成される。したがって、着火性の向上とパイロット噴射における燃焼量の向上とを両立して達成することができる。

なお、第２実施形態では、隣接する噴孔６１から形成された燃料噴霧６２同士を重ね合わせる例について説明した。しかし、スワールの流速に応じて、一つおき、または二つおき以上の噴孔６１から形成された燃料噴霧６２同士を重ね合わせてもよい。つまり、先のパイロット噴射である噴孔６１から形成した燃料噴霧６２に、次のパイロット噴射でその隣の噴孔６１から形成した燃料噴霧６２を重ねるのではなく、遠い位置の噴孔６１から形成した燃料噴霧６２を形成してもよい。また、同様に、重ね合わせる燃料噴霧６２のパイロット噴射の時期も任意に設定することができる。例えば、三回のパイロット噴射を実行するとき、第一回目のパイロット噴射による燃料噴霧６２と第二回目のパイロット噴射による燃料噴霧６２とを重ね合わせるだけでなく、第一回目のパイロット噴射による燃料噴霧６２と第三回目のパイロット噴射による燃料噴霧６２とを重ね合わせてもよい。

また、機関本体１１の回転数が低い場合、燃焼室２１に形成されるスワールの流速が小さいことがある。この場合、インジェクタ１２の噴孔６１から形成された燃料噴霧６２は、スワールにのって他の噴孔６１側へ旋回することなく、噴射された噴孔６１の近傍にとどまることになる。すなわち、スワールの流速が小さいとき、ある特定の噴孔６１から噴射された燃料噴霧６２は他の噴孔６１側へほとんど旋回しない。そこで、パイロット噴射間隔設定部５２は、回転数センサ３４で検出した機関本体１１のクランクシャフト１７の回転数が境界回転数以上であるか否かを判断する。これにより、パイロット噴射間隔設定部５２は、機関本体１１の運転状態が、燃焼室２１に形成されるスワールの流速が大きな高回転領域であるか、燃焼室２１に形成されるスワールの流速が小さな低回転領域であるかを判断する。この境界回転数は、機関本体１１の特性などに応じて予め設定されている。この場合、パイロット噴射間隔設定部５２は、クランクシャフト１７の回転数に限らず、流速推定部５１で推定したスワールの流速に基づいて機関本体１１の運転状態を判断してもよい。

パイロット噴射間隔設定部５２は、機関本体１１の回転数が境界回転数よりも低いと判断したとき、インジェクタ１２の複数の噴孔６１のうち特定の噴孔６１から形成された燃料噴霧６２に、この特定の噴孔６１から噴射された燃料噴霧６２を重ねる。すなわち、境界回転数よりも低い低回転領域では、燃焼室２１に形成されるスワールの流速は小さい。そのため、特定の噴孔６１から形成された燃料噴霧６２は、スワールによって旋回することなく、この特定の噴孔６１の周辺にとどまる。これにより、パイロット噴射間隔設定部５２は、先に形成した燃料噴霧６２に対し、この先の燃料噴霧６２と同一の噴孔６１から後の燃料噴霧６２を形成し、同一の噴孔６１から形成された先の燃料噴霧６２と後の燃料噴霧６２とを重ねる。その結果、機関本体１１の回転数が低く、スワールの流速が小さいときでも、複数の噴射で形成された燃料噴霧６２を重ねることができる。

一方、パイロット噴射間隔設定部５２は、機関本体１１の回転数が境界回転数以上であると判断したとき、上述のようにインジェクタ１２の複数の噴孔６１のうち特定の噴孔６１から形成された燃料噴霧６２に、この特定の噴孔６１と異なる噴孔６１から形成された燃料噴霧６２を重ねる。これにより、スワールの流速に関わらず、複数の噴射で形成された燃料噴霧６２を重ねることができる。

（第３実施形態）
第３実施形態によるディーゼルエンジンシステムの燃料噴射制御装置を図１９に示す。
第３実施形態の場合、燃料噴射制御装置７０は、ＥＣＵ３１を備えている。ＥＣＵ３１は、大気圧センサ３２、アクセル開度センサ３３、回転数センサ３４、水温センサ３５および圧力センサ３６と接続している。ＥＣＵ３１は、コンピュータプログラムを実行することにより、噴射量設定部４１、インジェクタ駆動部４２、燃焼状態指標取得部７１およびパイロット噴射回数変更部７２をソフトウェア的またはハードウェアに実現している。ＥＣＵ３１は、記憶部４６に接続している。第３実施形態の場合、第１実施形態や第２実施形態における筒内圧センサ３７は必須の構成要素でない。

燃焼状態指標取得部７１は、燃焼室２１におけるインジェクタ１２から噴射された燃料の燃焼状態の指標を取得する。具体的には、燃焼状態指標取得部７１は、大気圧センサ３２から大気圧を取得し、水温センサ３５から機関本体１１の冷却水の温度を取得する。すなわち、これら大気圧センサ３２で取得した大気圧、および水温センサ３５で取得した冷却水の温度は、いずれも燃焼状態の指標となる。

パイロット噴射回数変更部７２は、燃焼状態指標取得部７１で取得した燃焼状態の指標、すなわち大気圧および冷却水の温度が予め設定された安定燃焼範囲にあるか否かを判断し、パイロット噴射の回数を設定する。具体的には、パイロット噴射回数変更部７２は、記憶部４６に記憶されているマップに基づいて、パイロット噴射の回数を設定する。例えば大気圧が低いとき、あるいは冷却水の温度が低いとき、インジェクタ１２から微量のパイロット噴射を行っても、パイロット噴射による燃料は着火性は低い。そのため、例えば標高が高い地域や、ディーゼルエンジンシステム１０の始動直後のように冷却水の温度が低いとき、インジェクタ１２から噴射された燃料の燃焼状態は悪化する。そこで、パイロット噴射回数変更部７２は、燃焼状態指標取得部７１で取得した大気圧および冷却水の温度がパイロット噴射による燃料が安定して燃焼する安定燃焼範囲にあるか否かを判断するとともに、パイロット噴射において安定した燃焼を得るための噴射の回数を設定する。記憶部４６は、燃焼状態の指標である大気圧および冷却水の温度とパイロット噴射の回数ｎとの関係をマップとして記憶している。パイロット噴射回数変更部７２は、記憶部４６に記憶されているマップに基づいて、大気圧および冷却水の温度に対応するパイロット噴射の回数ｎを設定する。このように、パイロット噴射回数変更部７２は、特許請求の範囲における安定燃焼範囲判断手段および燃焼量変更手段に相当する。

次に、図２０に基づいて第３実施形態によるディーゼルエンジンシステム１０の制御について説明する。なお、図３に示す第１実施形態と実質的に同一の処理については、説明を省略する。
ＥＣＵ３１は、ディーゼルエンジンシステム１０が運転を開始すると、予め設定された間隔でディーゼルエンジンシステム１０の運転状態を取得する（Ｓ３０１）。噴射量設定部４１は、Ｓ３０１において取得したディーゼルエンジンシステム１０の運転状態に基づいて決定燃料噴射量Ｑｄを設定する（Ｓ３０２）。これとともに、噴射量設定部４１は、燃料の噴射においてパイロット噴射が必要であるか否かを判断する（Ｓ３０３）。

噴射量設定部４１は、Ｓ３０３においてパイロット噴射が必要であると判断されると（Ｓ３０３：Ｙｅｓ）、パイロット噴射における燃料噴射量Ｑｐを設定する（Ｓ３０４）。Ｓ３０４でパイロット噴射における燃料噴射量Ｑｐが設定されると、燃焼状態指標取得部７１は機関本体１１の冷却水の温度を取得する（Ｓ３０５）。すなわち、燃焼状態指標取得部７１は、水温センサ３５から機関本体１１の冷却水の温度を取得する。さらに、燃焼状態指標取得部７１は、大気圧センサ３２から大気圧を取得する（Ｓ３０６）。噴射量設定部４１は、Ｓ３０３においてパイロット噴射が必要でないと判断されると（Ｓ３０３：Ｎｏ）、処理を終了する。

パイロット噴射回数変更部７２は、パイロット噴射における回数ｎを設定する（Ｓ３０７）。具体的には、パイロット噴射回数変更部７２は、記憶部４６に記憶されているマップに基づいて、Ｓ３０５で取得した冷却水の温度、およびＳ３０６で取得した大気圧に対応するパイロット噴射の回数ｎを抽出する。噴射量設定部４１は、Ｓ３０４で設定した燃料噴射量ＱｐをＳ３０７で設定したパイロット噴射の回数ｎで除し、パイロット噴射一回当たりの燃料噴射量Ｑｐｘを設定する（Ｓ３０８）。インジェクタ駆動部４２は、Ｓ３０８で設定されたパイロット噴射一回当たりの燃料噴射量Ｑｐｘに基づいてインジェクタ１２を駆動し、パイロット噴射を実行する（Ｓ３０９）。上記の手順により、パイロット噴射は、大気圧および冷却水の温度に基づいて実行される。

以上説明したように、第３実施形態では、パイロット噴射の回数ｎは、大気圧および冷却水の温度に基づいて設定される。そのため、パイロット噴射による燃料の着火性が低い条件のときでも、パイロット噴射の回数は適切に設定される。したがって、条件に関わらず、パイロット噴射における燃料の燃焼量を高めることができる。

また、第３実施形態では、パイロット噴射の回数ｎは、記憶部４６に記憶されたマップに基づいて大気圧および冷却水の温度に対応する値として求められる。そのため、複雑な演算や追加の構成を必要としない。したがって、構成を簡単にしつつ、パイロット噴射における燃料の燃焼量を高めることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態によるディーゼルエンジンシステムの燃料噴射制御装置を図２１に示す。
第４実施形態の場合、燃料噴射制御装置８０は、ＥＣＵ３１を備えている。ＥＣＵ３１は、大気圧センサ３２、アクセル開度センサ３３、回転数センサ３４、水温センサ３５および圧力センサ３６と接続している。ＥＣＵ３１は、コンピュータプログラムを実行することにより、噴射量設定部４１、インジェクタ駆動部４２、セタン価推定部８１およびパイロット噴射回数変更部８２をソフトウェア的またはハードウェア的に実現している。ＥＣＵ３１は、記憶部４６に接続している。第４実施形態の場合、第３実施形態と同様に筒内圧センサ３７は必須の構成要素でない。

セタン価推定部８１は、燃焼室２１におけるインジェクタ１２から噴射される燃料のセタン価を取得する。燃焼室２１における燃料の燃焼状態は、セタン価によって変化する。すなわち、燃料の燃焼状態は、燃料のセタン価に相関し、セタン価が高くなるほど向上する。そこで、セタン価推定部８１は、燃料の燃焼状態の指標として燃料のセタン価を取得する。これにより、セタン価推定部８１は、特許請求の範囲の燃焼状態指標取得手段に相当する。

ここで、セタン価推定部８１による燃料のセタン価の推定手順について図２２に基づいて説明する。
セタン価推定部８１は、パイロット噴射の回数を設定する制御とは非同期で平行して実行される。セタン価推定部８１は、予め設定されたセタン価判定時期になると、回転数センサ３４から機関本体１１の回転数を取得する（Ｓ４０１）。セタン価判定時期は、例えば機関本体１１の運転がアイドリング状態にあるときである。そして、セタン価推定部８１は、Ｓ４０１で機関本体１１の回転数を取得すると、機関本体１１の回転の変動を取得する（Ｓ４０２）。具体的には、セタン価推定部８１は、インジェクタ１２からの燃料の噴射量を維持したまま、燃料の噴射時期を遅角側へ変化させる。そして、セタン価推定部８１は、このように噴射時期を遅角側へ変化させつつ回転数センサ３４から機関本体１１の回転数の変化を取得する。燃料の噴射時期が遅角側へ変化するとき、燃料のセタン価が低いほど燃料の燃焼は不安定となりやすい。そこで、セタン価推定部８１は、Ｓ４０２で取得した回転数の変動に基づいて、燃料のセタン価を推定する（Ｓ４０３）。推定されたセタン価は、記憶部４６に記憶される。

パイロット噴射回数変更部８２は、セタン価推定部８１で推定した燃焼状態の指標、すなわち燃料のセタン価が予め設定された安定燃焼範囲にあるか否かを判断し、パイロット噴射の回数を設定する。具体的には、パイロット噴射回数変更部８２は、記憶部４６に記憶されているマップに基づいて、パイロット噴射回数を設定する。例えばセタン価が低い燃料のとき、インジェクタ１２から微量のパイロット噴射を行っても、パイロット噴射による燃料の着火性は低い。そのため、セタン価の低い燃料を用いたとき、インジェクタ１２から噴射された燃料の燃焼状態は悪化する。そこで、パイロット噴射回数変更部８２は、セタン価推定部８１で推定した燃料のセタン価がパイロット噴射による燃料が安定して燃焼する安定燃焼範囲あるか否かを判断するとともに、パイロット噴射において安定した燃焼を得るための噴射の回数を設定する。記憶部４６は、燃焼状態の指標である燃料のセタン価とパイロット噴射の回数ｎとの関係をマップとして記憶している。パイロット噴射回数変更部８２は、記憶部４６に記憶されているマップに基づいて、燃料のセタン価に対応するパイロット噴射の回数ｎを設定する。このように、パイロット噴射回数変更部８２は、特許請求の範囲における安定燃焼範囲判断手段および燃焼量変更手段に相当する。

次に、図２３に基づいて第４実施形態によるディーゼルエンジンシステム１０の制御について説明する。なお、第３実施形態と実質的に同一の処理については、説明を省略する。
ＥＣＵ３１は、ディーゼルエンジンシステム１０が運転を開始すると、予め設定された間隔でディーゼルエンジンシステム１０の運転状態を取得する（Ｓ５０１）。噴射量設定部４１は、Ｓ５０１において取得したディーゼルエンジンシステム１０の運転状態に基づいて決定燃料噴射量Ｑｄを設定する（Ｓ５０２）。これとともに、噴射量設定部４１は、燃料の噴射においてパイロット噴射が必要であるか否かを判断する（Ｓ５０３）。

噴射量設定部４１は、Ｓ５０３においてパイロット噴射が必要であると判断されると（Ｓ５０３：Ｙｅｓ）、パイロット噴射における燃料噴射量Ｑｐを設定する（Ｓ５０４）。Ｓ５０４でパイロット噴射における燃料噴射量Ｑｐが設定されると、セタン価推定部８１は燃料のセタン価を取得する（Ｓ５０５）。具体的には、セタン価推定部８１は、上述のようにパイロット噴射の回数の設定とは異なる時期に用いている燃料のセタン価を推定し、記憶部４６に記憶している。そのため、セタン価推定部８１は、記憶部４６から既に推定した燃料のセタン価を取得する。噴射量設定部４１は、Ｓ５０３においてパイロット噴射が必要でないと判断されると（Ｓ５０３：Ｎｏ）、処理を終了する。

パイロット噴射回数変更部８２は、パイロット噴射における回数ｎを設定する（Ｓ５０６）。具体的には、パイロット噴射回数変更部８２は、記憶部４６に記憶されているマップに基づいて、Ｓ５０５で取得した燃料のセタン価に対応するパイロット噴射の回数ｎを抽出する。噴射量設定部４１は、Ｓ５０４で設定した燃料噴射量ＱｐをＳ５０６で設定したパイロット噴射の回数ｎで除し、パイロット噴射一回当たりの燃料噴射量Ｑｐｘを設定する（Ｓ５０７）。インジェクタ駆動部４２は、Ｓ５０７で設定されたパイロット噴射一回当たりの燃料噴射量Ｑｐｘに基づいてインジェクタ１２を駆動し、パイロット噴射を実行する（Ｓ５０８）。上記の手順により、パイロット噴射は、燃料のセタン価に基づいて実行される。
以上説明したように、第４実施形態では、パイロット噴射の回数ｎは、燃料のセタン価に基づいて設定される。そのため、パイロット噴射による燃料の着火性が低い条件のときでも、パイロット噴射の回数は適切に設定される。したがって、条件に関わらず、パイロット噴射における燃料の燃焼量を高めることができる。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。上記で説明した複数の実施形態は、上記の説明のように単独での適用に限らず、それぞれ組み合わせて適用することができる。

図面中、１０はディーゼルエンジンシステム（内燃機関）、１１は機関本体（内燃機関本体）、１２はインジェクタ、２１は燃焼室、３０、７０、８０は燃料噴射制御装置、３４は回転数センサ（機関回転数検出手段）、３７は筒内圧センサ（燃焼量検出手段）、４１は噴射量設定部（噴射量設定手段）、４２はインジェクタ駆動部（インジェクタ駆動手段）、４３は燃焼量算出部（燃焼状態指標取得手段、燃焼量検出手段）、４４は燃焼量範囲判断部（安定燃焼範囲判断手段）、４５は燃焼量変更部（燃焼量変更手段）、５１は流速推定部（流速推定手段）、５２はパイロット噴射間隔設定部（パイロット噴射間隔設定手段）、７１は燃焼状態指標取得部（燃焼状態指標取得手段）、７２パイロット噴射回数変更部（安定燃焼範囲判断手段、燃焼量変更手段）、８１はセタン価推定部（燃焼状態指標取得手段）、８２はパイロット噴射回数変更部（安定燃焼範囲判断手段、燃焼量変更手段）を示す。

Claims (6)

1. 複数の燃焼室（２１）を有する内燃機関本体（１１）と、前記燃焼室（２１）にそれぞれ設けられ燃料を噴射するインジェクタ（１２）と、を備える内燃機関（１０）の燃料噴射制御装置（３０、７０、８０）であって、
   前記インジェクタ（１２）から噴射する燃料の量を設定する噴射量設定手段（４１）と、
   前記インジェクタ（１２）を駆動して、前記噴射量設定手段（４１）で設定した燃料の噴射量のうち主たる量を噴射するメイン噴射、および前記メイン噴射に先立って少なくとも一回のパイロット噴射を実行するインジェクタ駆動手段（４２）と、
   前記燃焼室（２１）における前記インジェクタ（１２）から噴射された燃料の燃焼状態の指標を取得する燃焼状態指標取得手段（４３、７１、８１）と、
   前記燃焼状態指標取得手段（４３、７１、８１）で取得した燃焼状態の指標が、予め設定された安定した燃焼を確保するための安定燃焼範囲にあるか否かを判断する安定燃焼範囲判断手段（４４、７２、８２）と、
   前記安定燃焼範囲判定手段（４４、７２、８２）において前記燃焼状態指標取得手段（４３、７１、８１）で取得した燃焼状態の指標が前記安定燃焼範囲に無いと判断されると、前記パイロット噴射の回数または前記パイロット噴射の一回当たりの噴射量の少なくとも一方を変更する燃焼量変更手段（４５、７２、８２）と、
   を備える内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 前記燃焼量変更手段（４５、７２、８２）は、前記安定燃焼範囲判断手段（４４、７２、８２）において前記燃焼状態指標取得手段（４３、７１、８１）で取得した燃焼状態の指標が前記安定燃焼範囲に無いと判断されると、前記パイロット噴射の回数を増し、前記パイロット噴射の一回当たりの噴射量を減じる請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記燃焼状態指標取得手段（４３）は、前記燃焼室（２１）ごとに前記パイロット噴射において前記インジェクタ（１２）から噴射された燃料の燃焼量を検出する燃焼量検出手段（３７）を有し、
   前記安定燃焼範囲判断手段（４４）は、前記燃焼量検出手段（４３）で検出した前記パイロット噴射における燃料の燃焼量が予め設定された燃焼量範囲にあるか否かを判断し、
   前記燃焼量変更手段（４５）は、前記安定燃焼範囲判断手段（４４）において前記パイロット噴射における燃料の燃焼量が前記燃焼量範囲に無いと判断されると、前記パイロット噴射の回数または前記パイロット噴射の一回当たりの噴射量の少なくとも一方を変更する請求項１または２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記内燃機関本体（１１）の回転数を検出する機関回転数検出手段（３４）と、
   前記機関回転数検出手段（３４）で検出した前記内燃機関本体（１１）の回転数に基づいて、前記燃焼室（２１）に吸入された空気が形成するスワールの流速を推定する流速推定手段（５１）と、
   前記流速推定手段（５１）で推定したスワールの流速に基づいて二回以上のパイロット噴射の間隔を制御して、先のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧（６２）に後のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧（６２）を重ねるパイロット噴射間隔設定手段（５２）と、
   をさらに備える請求項１、２または３記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記インジェクタ（１２）は、周方向へ放射状に燃料を噴射する複数の噴孔（６１）を有し、
   前記パイロット噴射間隔設定手段（５２）は、前記機関回転数検出手段（３４）で検出した前記内燃機関本体（１１）の回転数が予め設定された境界回転数よりも低いとき、
   前記複数の噴孔（６１）のうち特定の噴孔（６１）からの先のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧（６２）に、前記特定の噴孔（６１）からの後のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧（６２）を重ねる請求項４記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 前記インジェクタ（１２）は、周方向へ放射状に燃料を噴射する複数の噴孔（６１）を有し、
   前記パイロット噴射間隔設定手段（５２）は、前記機関回転数検出手段（３４）で検出した前記内燃機関本体（１１）の回転数が予め設定された境界回転数以上のとき、
   前記複数の噴孔（６１）のうち特定の噴孔（６１）からの先のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧（６２）に、前記特定の噴孔（６１）からの後のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧（６２）を重ねるか、
   または前記燃焼室（２１）に形成されたスワールにのって前記インジェクタ（１２）の周方向へ回転する先のパイロット噴射によって形成された前記特定の噴孔（６１）からの燃料噴霧（６２）に、前記特定の噴孔（６１）とは異なる噴孔（６１）からの後のパイロット噴射によって形成された燃料噴霧（６２）を重ねることを特徴とする請求項４または５記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

Images