JP2003286876A - ディーゼルエンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンの燃焼制御装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低負荷側の予混合燃焼領域(H)で燃料を早
期噴射するとともに、EGR率を第1設定値以上として
予混合圧縮着火燃焼とする一方、高負荷側の拡散燃焼領
域(D)ではディーゼル燃焼とし、EGR率は第2設定
値以下にするようにした直噴式ディーゼルエンジンの燃
焼制御装置において、運転領域(H)(D)間の移行の
際に過渡的な排気状態の悪化や騒音の発生を防止する。 【解決手段】 エンジン1が予混合燃焼領域(H)又は
拡散燃焼領域(D)の一方から他方に移行するとき、予
混合圧縮着火燃焼からディーゼル燃焼に切換える場合に
は、まず、EGR弁35の開度を小さくして、実EGR
率EGRが第1及び第2設定値の間の切換EGR率(所定
値EGR2)になった後に、燃料の噴射態様を切換える。デ
ィーゼル燃焼から予混合圧縮着火燃焼に切換えるときに
は、実EGR率EGRが第1及び第2設定値の間の切換E
GR率(所定値EGR1)になった後に、燃料の噴射態様を
切換える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、直噴式ディーゼル
エンジンの燃焼制御装置に関し、特に、エンジンの燃焼
状態を切換えるときの過渡的な燃料噴射制御等の技術分
野に属する。
【0002】
【従来の技術】一般に、直噴式ディーゼルエンジンで
は、気筒の圧縮上死点近傍で高温高圧の燃焼室に燃料を
噴射して、自着火により燃焼させるようにしている。こ
のとき、燃焼室に噴射された燃料は高密度の空気との衝
突によって微細な液滴に分裂(霧化)しながら進行し、
略円錐状の燃料噴霧を形成するとともに、その燃料液滴
の表面から気化しつつ燃料噴霧の主に先端側や外周側で
周囲の空気を巻き込んで混合気を形成し、この混合気の
濃度及び温度が着火に必要な状態になったところで燃焼
を開始する(予混合燃焼)。そして、そのようにして着
火、即ち燃焼を開始した部分が核となり、周囲の燃料蒸
気及び空気を巻き込みながら拡散燃焼すると考えられて
いる。
【0003】そのような通常のディーゼルエンジンの燃
焼(以下、単にディーゼル燃焼ともいう)では、初期の
予混合燃焼に続いて大部分の燃料が拡散燃焼することに
なるが、この際、濃度の不均質な燃料噴霧(混合気)の
中において空気過剰率λが1に近い部分では急激な熱発
生に伴い窒素酸化物(NOx)が生成され、また、燃料
の過濃な部分では酸素不足によって煤が生成されること
になる。この点について、NOxや煤を低減するために
排気の一部を吸気に還流させる(Exhaust Gasrecircula
tion:以下、単にEGRという)ことや燃料の噴射圧力
を高めることが従来から行われている。
【0004】そのようにEGRによって不活性な排気を
吸気系に還流させると、燃焼温度が低下してNOxの生
成が抑えられる一方で、吸気中の酸素が減ることになる
から、多量のEGRは煤の生成を助長する結果となる。
また、燃料噴射圧力を高めることは燃料噴霧の微粒化を
促進するとともに、その貫徹力を大きくして空気利用率
を向上するので、煤の生成は抑制されるが、NOxはむ
しろ生成し易い状況になる。つまり、ディーゼル燃焼に
おいてはNOxの低減と煤の低減とがトレードオフの関
係にあり、両者を同時に低減することは難しいのが実状
である。
【0005】これに対し、近年、燃料の噴射時期を大幅
に進角させて、予混合燃焼が主体の燃焼状態とすること
により、NOxと煤とを同時に且つ格段に低減できる新
しい燃焼の形態が提案されており、一般に予混合圧縮着
火燃焼と呼ばれるものが公知である。特開2000−1
10669号公報に記載のディーゼルエンジンでは、E
GRによって多量の排気を還流させるとともに、気筒の
圧縮行程で燃料を噴射して空気と十分に混合し、この予
混合気を圧縮行程の終わりに自着火させて、燃焼させる
ようにしている。
【0006】そのような予混合燃焼(予混合圧縮着火燃
焼)のときには、EGRによって吸気中に還流させる排
気の割合(EGR率)を上述したディーゼル燃焼のとき
よりも一段、高くするのが好ましい。すなわち、空気に
比べて熱容量の大きい排気を吸気中に多量に混在させ、
予混合気中の燃料及び酸素の密度を低下させることで、
着火遅れ時間を延長して予混合気の着火タイミングを圧
縮上死点(TDC)近傍に制御することができる。しか
も、その予混合気中では燃料及び酸素の周囲に不活性な
排気が略均一に分散し、これが燃焼熱を吸収することに
なるので、NOxの生成が大幅に抑制されるのである。
【0007】但し、EGRによって吸気中の排気の還流
割合が多くなるということは、その分、空気の量が少な
くなるということなので、予混合圧縮着火燃焼をエンジ
ンの高負荷側で実現することは困難であると考えられて
いる。このため、従来は、低負荷側の運転領域では前記
の如く予混合圧縮着火燃焼とし、この際、EGR率は比
較的高い第1の設定値以上に制御する一方、高負荷側の
運転領域では燃料の噴射態様を切換えてディーゼル燃焼
となるようにTDC近傍で噴射させるようにしており、
この際、EGR率は、煤の増大を回避すべく前記第1の
設定値よりも小さい第2の設定値以下に制御するように
している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記の如く
エンジンの燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼とディーゼル
燃焼との間で切換えるようにした場合、その切換えの際
に過渡的に排気の状態が悪化したり、大きな騒音を生じ
るという問題がある。すなわち、例えば、予混合圧縮着
火燃焼からディーゼル燃焼に切換えるときには、EGR
による排気の還流量を減少させてEGR率が第1設定値
以上の状態から第2設定値以下の状態へと変更するので
あるが、この排気還流量の調節にはある程度の時間が必
要なので、仮に燃料の噴射態様だけを直ちにディーゼル
燃焼のためのTDC近傍での噴射に切換えると、EGR
率の過大な状態で拡散燃焼が主体の燃焼が行われること
になり、煤の生成が著しく増大するのである。
【0009】また、反対にディーゼル燃焼から予混合圧
縮着火燃焼に切換えるときに、吸気中の還流排気の割合
が十分に高くない状態で燃料噴射態様だけを早期噴射に
切換えると、燃焼室に形成された予混合気が過早なタイ
ミングで一斉に着火してしまい、燃焼音が極めて大きく
なったり、あるいはNOxの生成量が急増しさらに煤の
生成量も増大する。
【0010】本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、予混合燃焼割合が主
体の第1の燃焼状態(例えば予混合圧縮着火燃焼)と拡
散燃焼が主体の第2の燃焼状態(例えばディーゼル燃
焼)とに切換えるようにしたディーゼルエンジンにおい
て、その切換えの際の燃料噴射及びEGRの制御手順に
工夫を凝らして、過渡的な排気状態の悪化や騒音の発生
を防止することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明では、ディーゼルエンジンの運転状態が相
対的に予混合燃焼割合の多い第1の燃焼状態と相対的に
拡散燃焼割合の多い第2の燃焼状態とのうちの一方から
他方に移行するとき、まず、燃焼室への排気の還流量を
変更して、これが所定の状態になった後に燃料噴射弁に
よる燃料の噴射態様を切換えるようにした。
【0012】具体的に、請求項1の発明では、エンジン
の気筒内の燃焼室に臨む燃料噴射弁と、その燃焼室への
排気の還流量を調節する排気還流量調節手段と、エンジ
ンが第1の運転状態のときに前記燃料噴射弁により燃料
を少なくとも気筒の吸気行程ないし圧縮行程で噴射させ
て、予混合燃焼の割合が拡散燃焼の割合よりも多い第1
の燃焼状態とする一方、第2の運転状態のときには拡散
燃焼の割合が予混合燃焼の割合よりも多い第2の燃焼状
態となるよう、燃料を少なくとも圧縮上死点近傍で噴射
させる燃料噴射制御手段と、エンジンが前記第1運転状
態のときに排気の還流量に関するEGR値が第1の設定
値以上になる一方、第2運転状態のときには前記EGR
値が前記第1の設定値よりも少ない第2の設定値以下に
なるように前記排気還流量調節手段を制御する排気還流
制御手段と、を備えたディーゼルエンジンの燃焼制御装
置を前提とする。そして、前記燃料噴射制御手段は、エ
ンジンの運転状態が前記第1及び第2運転状態の一方か
ら他方に移行するとき、前記排気還流制御手段による排
気還流量調節手段の制御が行われてEGR値が前記第1
及び第2設定値の間の所定値になった後に、燃料噴射弁
による燃料の噴射態様を切換える構成とする。
【0013】前記の構成により、まず、エンジンが第1
運転状態のときには、燃料噴射制御手段による燃料噴射
弁の制御によって燃料が少なくとも気筒の吸気行程ない
し圧縮行程で噴射されるとともに、排気還流制御手段に
よる排気還流量調節手段の制御によって排気の還流割合
が所定以上に多い状態(EGR値≧第1設定値)にな
る。このことで、気筒内の燃焼室に早期に噴射された燃
料が当該燃焼室において比較的広く分散し且つ空気及び
還流排気と十分に混合して、均質度合いの高い混合気を
形成し、これが圧縮行程の終盤に自着火して相対的に予
混合燃焼の割合が多い第1の燃焼状態になる。この燃焼
は従来例(特開2000−110669号公報)のもの
と同様の低温燃焼になり、NOxや煤の生成が非常に少
ない。
【0014】一方、エンジンが第2運転状態のときには
燃料が少なくとも気筒の圧縮上死点近傍で噴射されて、
相対的に拡散燃焼の割合が多い第2の燃焼状態になる。
この際、吸気への排気の還流によってNOxや煤の生成
がある程度、抑制されるとともに、排気の還流割合が所
定以下とされることで(EGR値≦第2設定値)、空気
の供給量が確保されて十分な出力が得られる。
【0015】さらに、エンジンの運転状態が前記第1及
び第2運転状態の一方から他方に移行するときには、ま
ず、前記排気還流量調節手段の制御が行われてEGR値
が第1及び第2設定値の間の所定値になった後に、前記
燃料噴射弁による燃料の噴射態様が切換えられる。すな
わち、エンジンが第1運転状態から第2運転状態に移行
するときには、排気の還流量が減少してEGR値が所定
値以下になった後に拡散燃焼が主体の燃焼状態になるの
で、吸気中への排気の還流割合が過大な状態で拡散燃焼
が行われることはなくなり、過渡的な煤の増大を抑制で
きる。
【0016】一方、エンジンの運転状態が第2燃焼状態
から第1運転状態に移行するときには、排気の還流量が
増大してEGR値が所定値以上になった後に予混合燃焼
が主体の燃焼状態になる。このことで、早期噴射した燃
料の過早着火を所定以上の還流排気によりある程度、抑
えることができ、過渡的な燃焼音の増大や排気状態の悪
化を抑制できる。
【0017】請求項2の発明では、エンジンの実際のE
GR値を推定するEGR推定手段を備え、燃料噴射制御
手段は前記EGR推定手段によるEGR値の推定結果に
基づいて、燃料噴射弁による燃料の噴射態様を切換える
ものとする。こうすれば、EGR推定手段による推定結
果に基づいて、エンジンの実際のEGR値が第1及び第
2設定値の間の所定値になった後に、燃料噴射弁による
燃料の噴射態様を切換えることができる。よって、請求
項1の発明の作用効果が十分に得られる。
【0018】請求項3の発明では、エンジンの気筒の実
圧縮比は、少なくとも当該エンジンの運転状態が第1及
び第2運転状態の間で移行するときに略17以下になる
ものとする。ここで、実圧縮比というのは、気筒の吸気
弁が閉じるまでに気筒内に吸入された気体が圧縮上死点
において圧縮されたときの実質的な圧縮比率のことであ
り、気筒の上死点及び下死点における燃焼室の幾何学的
な容積比率とは異なり、概ね、吸気弁が閉じたときの燃
焼室容積に対する圧縮上死点での燃焼室容積の比率に近
いものである。
【0019】また、前記実圧縮比が、少なくともエンジ
ンの運転状態の移行時に略17以下となるというのは、
実圧縮比を変更可能な機構を備えない場合を含み、この
場合にはエンジンの運転状態に拘わらず気筒の実圧縮比
は略17以下の略一定の値になる。一方、実圧縮比を変
更可能な機構として、例えば吸気弁の開閉時期又はリフ
ト量の少なくとも一方を変更する可変動弁機構を備える
場合には、この可変動弁機構を少なくともエンジンの運
転状態の移行時に実圧縮比が略17以下となるように作
動させる。すなわち、例えば、吸気弁の閉弁時期を気筒
の下死点よりも大幅に遅角させることにより、幾何学的
な圧縮比が同じであっても実際の気体の圧縮比率(実圧
縮比)が低くなるようにすればよい。
【0020】そして、例えば、エンジンの運転状態が第
2燃焼状態から第1運転状態に移行するときに前記の如
く気筒の実圧縮比を低くすれば、このことによって気筒
の圧縮行程での温度上昇が相対的に抑えられて、早期噴
射した燃料の過早着火を抑えることができるので、燃焼
音の増大や排気状態の悪化をさらに効果的に抑制でき
る。
【0021】請求項4の発明では、エンジンの吸気通路
と排気通路とを連通させる排気還流通路と、少なくとも
エンジンの運転状態が第1及び第2運転状態の間で移行
するときに、前記排気還流通路の排気を冷却する冷却手
段とを備えるものとする。ここで、少なくともエンジン
の運転状態の移行時に排気還流通路の排気を冷却すると
いうのは、それ以外のときにも排気を冷却するものを含
む意味である。
【0022】そして、例えば、エンジンの運転状態が第
2燃焼状態から第1運転状態に移行するときに前記の如
く還流排気を冷却するようにすれば、相対的に温度状態
の低い排気によって燃料の着火遅れ時間を効果的に延長
し、これにより早期噴射した燃料の過早着火を抑えるこ
とができる。
【0023】次に、請求項5の発明は、エンジンの気筒
内の燃焼室に臨む燃料噴射弁と、その燃焼室への排気の
還流量を調節する排気還流量調節手段と、エンジンが相
対的に低負荷側の第1運転領域にあるときに、前記燃料
噴射弁により燃料を少なくとも気筒の吸気行程ないし圧
縮行程で噴射させて、予混合燃焼の割合が拡散燃焼の割
合よりも多い第1の燃焼状態とする一方、相対的に高負
荷側の第2運転領域にあるときには拡散燃焼の割合が予
混合燃焼の割合よりも多い第2の燃焼状態となるよう、
燃料を少なくとも圧縮上死点近傍で噴射させる燃料噴射
制御手段と、エンジンが前記第1運転領域にあるときに
排気の還流量に関するEGR値が第1の設定値以上にな
る一方、第2運転領域にあるときには前記EGR値が前
記第1の設定値よりも少ない第2の設定値以下になるよ
うに、前記排気還流量調節手段を制御する排気還流制御
手段とを備えたディーゼルエンジンの燃焼制御装置を前
提とする。
【0024】そして、前記燃料噴射制御手段を、エンジ
ンが所定以上の加速運転状態のときには前記第1運転領
域であっても前記第2燃焼状態となるように燃料噴射弁
を制御するものとし、且つ、前記排気還流制御手段を、
エンジンが所定以上の加速運転状態のときには前記第1
運転領域であってもEGR値が前記第2設定値以下にな
るように排気還流量調節手段を制御する構成とする。
【0025】前記の構成により、エンジンは、低負荷側
の第1運転領域にあるときには相対的に予混合燃焼の割
合が多い第1の燃焼状態になって、NOxや煤の生成が
抑えられる一方、高負荷側の第2運転領域では相対的に
拡散燃焼の割合が多い第2の燃焼状態になって、十分な
出力が得られる。
【0026】さらに、エンジンは、所定以上の加速運転
状態であれば、低負荷側の第1運転領域にあっても前記
第2の燃焼状態に切換えられる。すなわち、エンジンの
急加速時には高負荷側の第2運転領域への移行を見越し
て、吸気量や燃料噴射量の少ない間に先に第2の燃焼状
態に切換える。こうすれば、その切り換えの際には燃料
噴射量が少なく、また排気の流量も少ないことから、燃
焼に伴う煤の生成が盛んになってもその排出量はそれほ
ど多くはならず、よって、排気状態の悪化を抑制でき
る。
【0027】請求項6の発明では、請求項5の発明にお
ける燃料噴射制御手段を、エンジンが第1運転領域にあ
り且つ所定以上の加速運転状態のときに、排気還流制御
手段による排気還流量調節手段の制御によってEGR値
が第1及び第2設定値の間の所定値になった後に、燃料
噴射弁による燃料の噴射態様を切換えるものとする。こ
のことで、エンジンの急加速時に低負荷側の第1運転領
域において、第2運転領域への移行を見越して燃焼状態
を切換える際に請求項1の発明と同じ作用効果が得ら
れ、過渡的な煤の増大を抑制できる。
【0028】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。
【0029】(全体構成)図1は本発明の実施形態に係
るディーゼルエンジンの燃焼制御装置Aの一例を示し、
1は車両に搭載されたディーゼルエンジンである。この
エンジン1は複数の気筒2,2,…(1つのみ図示す
る)を有し、その各気筒2内に往復動可能にピストン3
が嵌挿されていて、このピストン3により各気筒2内に
燃焼室4が区画されている。また、燃焼室4の天井部に
はインジェクタ5(燃料噴射弁)が配設されていて、そ
の先端部の噴口から高圧の燃料を燃焼室4に直接、噴射
するようになっている。一方、各気筒2毎のインジェク
タ5の基端部は、それぞれ分岐管6a,6a,…(1つ
のみ図示する)により共通の燃料分配管6(コモンレー
ル)に接続されている。このコモンレール6は、燃料供
給管8により高圧供給ポンプ9に接続されていて、該高
圧供給ポンプ9から供給される燃料を前記インジェクタ
5,5,…に任意のタイミングで供給できるように高圧
の状態で蓄えるものであり、その内部の燃圧(コモンレ
ール圧力)を検出するための燃圧センサ7が配設されて
いる。
【0030】前記高圧供給ポンプ9は、図示しない燃料
供給系に接続されるとともに、歯付ベルト等によりクラ
ンク軸10に駆動連結されていて、燃料をコモンレール
6に圧送するとともに、その燃料の一部を電磁弁を介し
て燃料供給系に戻すことにより、コモンレール6への燃
料の供給量を調節するようになっている。この電磁弁の
開度が前記燃圧センサ7による検出値に応じてECU4
0(後述)により制御されることによって、燃圧がエン
ジン1の運転状態に対応する所定値に制御される。
【0031】また、エンジン1の上部には、図示しない
が、吸気弁及び排気弁をそれぞれ開閉させる動弁機構が
配設されていて、各気筒2毎の吸気弁及び排気弁の閉弁
時期は、当該気筒2の実圧縮比、即ち、気筒2内に吸入
された気体が圧縮上死点において圧縮されたときの実質
的な圧縮比率が、略17以下になるように設定されてい
る。一方、エンジン1の下部には、クランク軸10の回
転角度を検出するクランク角センサ11と、冷却水の温
度を検出するエンジン水温センサ13とが設けられてい
る。前記クランク角センサ11は、詳細は図示しない
が、クランク軸端に設けた被検出用プレートとその外周
に相対向するように配置した電磁ピックアップとからな
り、前記被検出用プレートの外周部全周に亘って等間隔
に形成された突起部が通過する度に、パルス信号を出力
するものである。
【0032】エンジン1の一側(図の右側)の側面に
は、各気筒2の燃焼室4に対しエアクリーナ15で濾過
した空気(新気)を供給するための吸気通路16が接続
されている。この吸気通路16の下流端部にはサージタ
ンク17が設けられ、このサージタンク17から分岐し
た各通路がそれぞれ吸気ポートにより各気筒2の燃焼室
4に連通しているとともに、サージタンク17には吸気
の圧力状態を検出する吸気圧センサ18が設けられてい
る。
【0033】また、前記吸気通路16には、上流側から
下流側に向かって順に、外部からエンジン1に吸入され
る空気の流量を検出するホットフィルム式エアフローセ
ンサ19と、後述のタービン27により駆動されて吸気
を圧縮するコンプレッサ20と、このコンプレッサ20
により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ21と、
バタフライバルブからなる吸気絞り弁22とが設けられ
ている。この吸気絞り弁22は、弁軸がステッピングモ
ータ23により回動されて、全閉から全開までの間の任
意の状態とされるものであり、全閉状態でも吸気絞り弁
22と吸気通路16の周壁との間には空気が流入するだ
けの間隙が残るように構成されている。
【0034】一方、エンジン1の反対側(図の左側)の
側面には、各気筒2の燃焼室4からそれぞれ燃焼ガス
(排気)を排出するように、排気通路26が接続されて
いる。この排気通路26の上流端部は各気筒2毎に分岐
して、それぞれ排気ポートにより燃焼室4に連通する排
気マニホルドであり、該排気マニホルドよりも下流の排
気通路26には上流側から下流側に向かって順に、排気
中の酸素濃度を検出するリニアO2センサ29と、排気
流を受けて回転されるタービン27と、排気中の有害成
分(HC、CO、NOx、煤等)を浄化可能な触媒コン
バータ28とが配設されている。
【0035】前記タービン27と吸気通路16のコンプ
レッサ20とからなるターボ過給機30は、可動式のフ
ラップ31,31,…によりタービン27への排気の通
路断面積を変化させるようにした可変ターボ(以下VG
Tという)であり、前記フラップ31,31,…は各
々、図示しないリンク機構を介してダイヤフラム32に
駆動連結されていて、そのダイヤフラム32に作用する
負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁33により調節され
ることで、該フラップ31,31,…の回動位置が調節
されるようになっている。尚、ターボ過給機は可変ター
ボでなくてもよい。
【0036】前記排気通路26には、タービン27より
も排気上流側の部位に臨んで開口するように、排気の一
部を吸気側に還流させるための排気還流通路(以下EG
R通路という)34の上流端が接続されている。このE
GR通路34の下流端は吸気絞り弁22及びサージタン
ク17の間の吸気通路16に接続されていて、排気通路
26から取り出された排気の一部を吸気通路16に還流
させるようになっている。また、EGR通路34の途中
には、その内部を流通する排気を冷却するためのEGR
クーラ37(冷却手段)と、開度調節可能な排気還流量
調節弁(以下EGR弁という)35とが配置されてい
る。このEGR弁35は負圧応動式のものであり、前記
VGT30のフラップ31,31,…と同様に、ダイヤ
フラムへの負圧の大きさが電磁弁36によって調節され
ることにより、EGR通路34の断面積をリニアに調節
して、吸気通路16に還流される排気の流量を調節する
ものである。尚、前記EGRクーラ37はなくてもよ
い。
【0037】そして、前記各インジェクタ5、高圧供給
ポンプ9、吸気絞り弁22、VGT30、EGR弁35
等は、いずれもコントロールユニット(Electronic Con
torol Unit:以下ECUという)40からの制御信号を
受けて作動する。一方、このECU40には、前記燃圧
センサ7、クランク角センサ11、エンジン水温センサ
13、吸気圧センサ18、エアフローセンサ19、リニ
アO2センサ29等からの出力信号がそれぞれ入力さ
れ、さらに、図示しないアクセルペダルの踏み操作量
(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ39か
らの出力信号が入力される。
【0038】(エンジンの燃焼制御の概要)前記ECU
40によるエンジン1の基本的な制御は、主にアクセル
開度に基づいて基本的な目標燃料噴射量を決定し、イン
ジェクタ5の作動制御によって燃料の噴射量や噴射時期
を制御するとともに、高圧供給ポンプ9の作動制御によ
り燃圧、即ち燃料の噴射圧力を制御するというものであ
る。また、吸気絞り弁22やEGR弁35の開度の制御
によって燃焼室4への排気の還流割合を制御し、さら
に、VGT30のフラップ31,31,…の作動制御
(VGT制御)によって吸気の過給効率を向上させる。
【0039】具体的には、例えば図2の制御マップ(燃
焼モードマップ)に示すように、エンジン1の温間の全
運転領域のうちの相対的に低負荷側には、予混合燃焼領
域(H)が設定されていて(第1の運転状態)、ここで
は、図3(a)〜(c)に模式的に示すように、インジェクタ
5により気筒2の圧縮行程中期から後期にかけて燃料を
噴射させ、予めできるだけ均質な混合気を形成した上で
自着火により燃焼させるようにしている。このような燃
焼形態は、従来より予混合圧縮着火燃焼と呼ばれてお
り、気筒の1サイクル当たりの燃料噴射量があまり多く
ないときにその燃料の噴射時期を適切に設定して、燃料
を適度に広く分散させ且つ空気と十分に混合した上で、
その大部分を略同じ着火遅れ時間の経過後に自着火させ
て、一斉に燃焼させるものである。つまり、予混合圧縮
着火燃焼は、予混合燃焼の割合が拡散燃焼の割合よりも
多い燃焼状態(第1の燃焼状態)である。
【0040】尚、前記インジェクタ5による燃料の噴射
は、図3(a)に示すように1回で行うようにしてもよ
く、或いは同図(b)、(c)に示すように複数回に分けて行
うようにしてもよい。これは、気筒2の圧縮行程中期か
ら後期にかけて、即ち圧縮上死点近傍よりも気体の圧力
や密度状態が低い燃焼室4に燃料を噴射する場合に、燃
料噴霧の貫徹力が強くなり過ぎることを避けるためであ
り、従って、燃料噴射量が多いほど燃料噴射の回数(分
割回数)を増やすのが好ましい。
【0041】前記予混合圧縮着火燃焼の際には、EGR
通路34のEGR弁35を相対的に大きく開いて吸気通
路16に多量の排気を還流させるようにする。こうする
ことで、新気、即ち外部から供給される新しい空気に不
活性で熱容量の大きい排気が多量に混合され、これに対
して燃料の液滴及び蒸気が混合されることになるから、
予混合気自体の熱容量が大きくなるとともに、その中の
燃料及び酸素の密度は比較的低くなる。このことで、着
火遅れ時間を延長して空気と排気と燃料とを十分に混合
した上で、圧縮上死点(TDC)近傍の最適なタイミン
グで着火させて燃焼させることができる。
【0042】具体的に、図4に示すグラフは、エンジン
1の低負荷域で圧縮上死点前(BTDC)の所定のクラ
ンク角(例えばBTDC30°CA)に燃料を噴射して
予混合圧縮着火燃焼させたときに、熱発生のパターンが
EGR率(新気量と還流排気量とを合わせた全吸気量に
対する還流排気量の割合)に応じてどのように変化する
かを示した実験結果である。同図に仮想線で示すよう
に、EGR率が低いときには燃料はTDCよりもかなり
進角側で自着火してしまい、サイクル効率の低い過早な
熱発生のパターンとなる。一方、EGR率が高くなるに
連れて自着火のタイミングは徐々に遅角側に移動し、図
に実線で示すようにEGR率が略55%のときには、熱
発生のピークが略TDCになってサイクル効率の高い熱
発生パターンとなるまた、前記図4のグラフによれば、
EGR率が低いときには熱発生のピークがかなり高くな
っていて、燃焼速度の高い激しい燃焼であることが分か
る。このときには燃焼に伴うNOxの生成が盛んにな
り、また、極めて大きな燃焼音が発生する。一方、EG
R率が高くなるに連れて熱発生の立ち上がりが徐々に緩
やかになり、そのピークも低下する。これは、前記の如
く混合気中に多量の排気が含まれる分だけ、燃料及び酸
素の密度が低くなることと、その排気によって燃焼熱が
吸収されることとによると考えられる。そして、そのよ
うに熱発生の穏やかないわゆる低温燃焼ではNOxの生
成が大幅に抑制される。
【0043】具体的に、図5に示すグラフは、前記の実
験においてEGR率の変化に対する燃焼室4の空気過剰
率λ、排気中のNOx及び煤の濃度の変化を示し、同図
(a)によれば、この実験条件においてEGR率が0%の
ときには空気過剰率λがλ≒2.7と大きく、EGR率
が大きくなるに従い空気過剰率λが徐々に小さくなっ
て、EGR率が略55〜60%のときに略λ=1になっ
ている。すなわち、排気の還流割合が多くなるに連れて
混合気の平均的な酸素過剰率λが1に近づくのである
が、たとえ燃料及び酸素の比率が略λ=1であっても、
それらの周囲には多量の排気が存在しているから、燃料
や酸素の密度自体はあまり高くはないのである。従っ
て、同図(b)に示すように、排気中のNOxの濃度はE
GR率の増大とともに一様に減少していて、EGR率が
45%以上ではNOxは殆ど生成しなくなる。
【0044】一方、煤の生成については、同図(c)に示
すように、EGR率が0〜略30%では殆ど煤が見られ
ず、EGR率が略30%を超えると煤の濃度が急激に増
大するが、EGR率が略50%を超えると再び減少し、
EGR率が略55%以上になると略零になる。これは、
まず、EGR率が低いときには一般的なディーゼル燃焼
と同じく、予混合燃焼の割合よりも拡散燃焼の割合が多
い燃焼状態(第2の燃焼状態)になり、しかも、吸気中
には燃料に対して酸素が過剰に存在することから、激し
い燃焼の際にも煤は殆ど生成しないが、EGR率が増大
して吸気中の酸素が少なくなると、拡散燃焼の状態が悪
化して煤の生成量が急増するということである。一方、
EGR率が略55%以上になると、上述したように、新
気と排気と燃料とが十分に混合された上で燃焼するよう
になり、このときには煤は殆ど生成しないと考えられ
る。
【0045】以上、要するに、この実施形態では、エン
ジン1が低負荷側の予混合燃焼領域(H)にあるとき
に、燃料を比較的早期に噴射するとともに、EGR弁3
5の開度を制御して、EGR率を予め設定した所定値
(第1設定値:前記の実験例では略55%くらいであ
り、一般的には略50〜略60%くらいの範囲に設定す
るのが好ましい)以上とすることで、NOxや煤の殆ど
生成しない予混合燃焼が主体の低温燃焼を実現するもの
である。
【0046】これに対し、前記図2の制御マップに示す
ように、予混合燃焼領域(H)以外の高速ないし高負荷
側の運転領域(D)(第2の運転状態)では、混合気の
拡散燃焼の割合が予混合燃焼の割合よりも多い一般的な
ディーゼル燃焼を行うようにしている。すなわち、図3
(d)に示すように、インジェクタ5により主に気筒2の
TDC近傍で燃料を噴射させて、初期の予混合燃焼に続
いて大部分の混合気を拡散燃焼させるようにする(以
下、この運転領域(D)を拡散燃焼領域というが、この
運転領域では気筒2の圧縮上死点近傍以外でも燃料を噴
射するようにしてもよい)。
【0047】その際、EGR弁35の開度は、前記した
予混合燃焼領域(H)に比べれば小さくして、EGR率
が予め設定した所定値(第2設定値)以下になるように
する。これは、拡散燃焼が主体の一般的なディーゼル燃
焼において煤の増大を招かない範囲で、NOxの生成を
できるだけ抑制するように設定されていて、具体的には
図6のグラフに一例を示すように、拡散燃焼領域(D)
におけるEGR率の上限は、例えば略30〜略40%の
範囲に設定するのが好ましい。また、エンジン1の負荷
が高くなるほど気筒2への新気の供給量を確保する必要
があるので、高負荷側ほどEGR率は低くなり、しか
も、高速ないし高負荷側ではターボ過給機30による吸
気の過給圧が高くなるので、排気の還流は実質的に行わ
れない。
【0048】ところで、前記の如くエンジン1の燃焼状
態を切換えるようにした場合、その切換えの際に過渡的
に排気状態の悪化等の問題が生じる虞れがある。すなわ
ち、予混合圧縮着火燃焼のときとディーゼル燃焼のとき
とでそれぞれEGR率の変化に対する煤の濃度の変化を
表した図7,8において、例えば、エンジン1が予混合
燃焼領域(H)から拡散燃焼領域(D)に移行する場合
について説明すると、このときにはインジェクタ5によ
る燃料の噴射態様を早期噴射(予混合圧縮着火燃焼)か
らTDC近傍での噴射(ディーゼル燃焼)に切換えると
ともに、EGR弁35の開度を変更してEGR率が前記
第1設定値以上の状態から第2設定値以下の状態へと移
行する。つまり、同図(a)において実線で示す予混合圧
縮着火燃焼(図には予混合燃焼と略記する)の状態から
破線で示すディーゼル燃焼の状態へと移行するのである
が、この際、排気の還流量の変化にはある程度の時間が
必要になるから、仮に燃料の噴射態様だけを直ちにTD
C近傍での噴射に切換えるとすると、EGR率の過大な
状態で拡散燃焼が主体のディーゼル燃焼に切り換わるこ
とになり、図に太線の矢印で示すように煤の生成が著し
く増大してしまう。
【0049】また、反対に、拡散燃焼領域(D)から予
混合燃焼領域(H)に移行するときには、図8(a)に矢
印で示すように、ディーゼル燃焼の状態(破線で示す)
から予混合圧縮着火燃焼の状態(実線で示す)へと移行
するのであるが、このときに燃料の噴射態様だけを直ち
にTDC近傍での噴射から早期噴射へと切換えるとする
と、吸気中の還流排気の割合が不十分な状態で予混合圧
縮着火燃焼に切り換わることになるので、予混合気の過
早着火による急激な燃焼によって(図4参照)極めて大
きな燃焼音が発生し、NOxの生成量が急増するととも
に、図8(a)に示すように煤の生成量も増大することに
なる。
【0050】これに対し、この実施形態の燃焼制御装置
Aでは、本発明の特徴部分として、エンジン1の運転状
態が予混合燃焼領域(H)と拡散燃焼領域(D)との間
で移行するときに、前記の如き過渡的な排気状態の悪化
や騒音の発生を防止すべく、まず、EGR弁35の開度
を変更し、これにより燃焼室4への排気の還流状態が所
定の状態になった後に燃料の噴射態様を切換えるように
している。
【0051】具体的に、エンジン1が予混合燃焼領域
(H)から拡散燃焼領域(D)に移行するときには、ま
ずEGR弁35の開度を小さくして排気の還流量を減少
させ、これによりEGR率が低下して第1設定値と第2
設定値との間の所定値以下になったときに、燃料の噴射
態様を早期噴射からTDC近傍での噴射に切換えるよう
にする。すなわち、図7(b)に示すように、2つの燃焼
状態における煤の生成量が略同じになるEGR率を目安
として、それよりも少しだけ高いEGR率EGR1のときに
燃料の噴射態様を切換えることで、同図(a)と比較して
煤の濃度を大幅に低減することができる。
【0052】また、エンジン1が拡散燃焼領域(D)か
ら予混合燃焼領域(H)に移行するときにも、まずEG
R弁35の開度を大きくして排気の還流量を増大させ、
これによりEGR率が高くなって第1設定値と第2設定
値との間の所定値よりも大きくなったときに、燃料の噴
射態様をTDC近傍での噴射から早期噴射に切換えるよ
うにする。すなわち、図8(b)に示すように、2つの燃
焼状態における煤の生成量が略同じになるEGR率より
も少しだけ低いEGR率EGR2のときに燃料の噴射態様を
切換えることで、同図(a)と比較して煤の濃度を大幅に
低減することができる。このときには予混合気の過早着
火も抑制されるので、NOxの生成量が急増するととも
なく、また、過大な燃焼音の発生も回避される。
【0053】尚、前記2つの所定値EGR1,EGR2は、燃焼
室4への排気の還流状態が燃料噴射態様を切換えるのに
適した所定の状態になったことを判定するための基準と
なるものであり、以下、切換EGR率と呼ぶことにす
る。また、2つの所定値EGR1,EGR2を少しだけ異ならせ
ているのは、制御のハンチングを防止するためである
が、2つの燃焼状態における煤の生成量が略同じになる
EGR率=EGR1=EGR2とすることも可能である。さら
に、この実施形態では、主に煤の生成量に着目して、エ
ンジン1の運転状態の移行時に煤の生成を最も効果的に
抑えられるように、前記切換EGR率の値EGR1,EGR2を
設定しているが、これに限らず、騒音が最も小さくなる
ように設定することも可能である。
【0054】(燃料噴射制御)以下に、前記ECU40
によるインジェクタ5の具体的な制御手順を図9及び図
10のフローチャート図に基づいて説明する。まず、図
9に示すフローのスタート後のステップSA1におい
て、少なくとも、燃圧センサ7からの信号、クランク角
センサ11からの信号、吸気圧センサ18からの信号、
エアフローセンサ19からの信号、アクセル開度センサ
39からの信号等を入力し(データ入力)、また、EC
U40のメモリに記憶されている各種フラグの値を読み
込む。続いて、ステップSA2において、クランク角信
号から求めたエンジン回転速度neとアクセル開度Accと
に基づいてエンジン1の目標トルクTrqを目標トルクマ
ップから読み込んで、設定する。この目標トルクマップ
は、アクセル開度Accとエンジン回転速度neとに対応す
る最適な値を予め実験的に求めて設定して、ECU40
のメモリに電子的に格納したものであり、図11(a)に
一例を示すように、アクセル開度Accが大きいほど、ま
たエンジン回転速度neが高いほど、目標トルクTrqが大
きくなっている。
【0055】続いて、ステップSA3において、燃焼モ
ードマップ(図2参照)を参照してエンジン1の燃焼モ
ードを判定する。すなわち、目標トルクTrqとエンジン
回転速度neとに基づいてエンジン1が予混合燃焼領域
(H)にあるかどうか判定し、この判定がNOで拡散燃
焼領域(D)ならば後述のステップSA11に進む一
方、判定がYESならばステップSA4に進んで、今度
は前回の制御サイクルにおいてエンジン1が拡散燃焼領
域(D)にあったかどうか判定する。この判定は、例え
ば、前回の制御サイクルのステップSA3における判定
結果に応じて運転領域を表すフラグの値を更新し、これ
をECU40のメモリに記憶するようにしておいて、そ
のフラグの値に基づいて判定するようにすればよい。そ
して、判定がYESであれば、拡散燃焼領域(D)から
予混合燃焼領域(H)への移行時であるから、ステップ
SA5に進んで移行フラグFHをオンにして(FH←1)
ステップSA6に進み、ここで、切換EGR率EGR*の値
を所定値EGR2として、後述する図10のステップSB7
に進む。
【0056】また、前記ステップSA4の判定がNOで
あればステップSA7に進んで、前記移行フラグFHが
オンかどうか判定し(FH=1?)、判定がYESなら
ば前記ステップSA6に進む一方、判定がNOであれば
ステップSA8に進んで、今度は、エンジン1が所定の
急加速状態かどうか判定する。この判定は、例えばアク
セル開度Accが増大していて且つその変化量が予め設定
した基準値よりも大きいときに急加速状態と判定する。
そして、判定がYESであればステップSA9に進んで
移行フラグFHをオンにして(FH←1)ステップSA1
0に進み、ここでは切換EGR率EGR*の値を所定値EGRa
cとして、後述する図10のステップSB7に進む。
【0057】一方、前記ステップSA8において急加速
状態でないNOと判定したときには、図10に示すフロ
ーのステップSB1〜SB6に進んで、予混合圧縮着火
燃焼状態になるようにインジェクタ5により燃料を早期
噴射させる。すなわち、まず、ステップSB1におい
て、目標トルクTrqとエンジン回転速度neとに基づい
て、図11(b)に示すような噴射量マップの予混合燃焼
領域(H)から基本噴射量QHbを読み込み、また、同様
に同図(c)に示すような噴射時期マップから基本噴射時
期ITHb(インジェクタ5の針弁が開くクランク角位置)
を読み込む。前記噴射量マップや噴射時期マップは、目
標トルクTrqとエンジン回転速度neとに対応する最適な
値を予め実験的に求めて設定して、ECU40のメモリ
に電子的に格納したものであり、前記噴射量マップにお
ける基本噴射量QHbの値は、予混合燃焼領域(H)にお
いてアクセル開度Accが大きいほど、またエンジン回転
速度neが高いほど大きくなっている。
【0058】また、前記噴射時期マップにおいて基本噴
射時期ITHbの値は、予混合燃焼領域(H)においてアク
セル開度Accが大きいほど、またエンジン回転速度neが
高いほど進角側になっていて、燃料噴霧の殆どが空気と
十分に混合されてから燃焼するよう、気筒2の圧縮行程
における所定のクランク角範囲(例えばBTDC90°
〜30°CA)において燃料噴射量や燃圧に対応付けて
設定されている。
【0059】続いて、ステップSB2において噴射時期
の補正係数c1を補正テーブルから読み込む。この補正テ
ーブルは、燃焼室4への排気の還流状態に基づいてイン
ジェクタ5にによる燃料噴射時期を補正するために、E
GR率に対応する最適な補正係数c1の値を予め実験的に
求めて設定し、ECU40のメモリに電子的に格納した
ものであり、例えば、EGR率が高いほど噴射時期が遅
角するように設定されている。そして、ステップSB3
において燃料噴射量や噴射時期の補正演算を行う。これ
は、例えば前記基本噴射時期QHbをエンジン水温や吸気
圧等に応じて補正して目標噴射量QHtを求めるととも
に、前記基本噴射時期ITHbに前記補正係数c1を乗じて目
標噴射時期ITHtを求める。
【0060】続いて、ステップSB4において目標噴射
量QHt及び目標噴射時期ITHtをそれぞれ設定し、続くス
テップSB5において移行フラグFHをクリアし(FH←
0)、続くステップSB6において、エンジン1の各気
筒2毎に気筒2の圧縮行程の前記設定した燃料噴射時期
ITHtになれば、インジェクタ5による燃料の噴射作動を
実行し、しかる後にリターンする。
【0061】つまり、アクセル開度Acc及びエンジン回
転速度neに基づいてエンジン1が予混合燃焼領域(H)
にあると判定され、しかも、拡散燃焼領域(D)からの
移行時でも急加速状態でもなければ、このときには、各
気筒2毎のインジェクタ5により圧縮行程の所定クラン
ク角範囲で早期に燃料を噴射させ、吸気と十分に混合し
た上で着火させて燃焼させるようにしている(予混合圧
縮着火燃焼)。
【0062】一方、前記図9のフローのステップSA3
において、エンジン1が拡散燃焼領域(D)にあるNO
と判定されて進んだステップSA11では、前回の制御
サイクルにおいてエンジン1が予混合燃焼領域(H)に
あったかどうか判定し、判定がYESであれば、ステッ
プSA12に進んで移行フラグFDをオンにしてから
(FD←1)ステップSA13に進み、前記ステップS
A6と同様に切換EGR率EGR*の値を所定値EGR1とし
て、後述する図10のステップSB7に進む。一方、前
記ステップSA11において判定がNOであればステッ
プSA14に進み、移行フラグFDがオンかどうか判定
する(FD=1?)。この判定がYESならば前記ステ
ップSA13に進む一方、判定がNOであれば図10の
フローのステップSB9〜SB13に進んで、ディーゼ
ル燃焼状態になるようにインジェクタ5により燃料をT
DC近傍で噴射させる。
【0063】すなわち、まずステップSB9では、目標
トルクTrqとエンジン回転速度neとに基づいて噴射量マ
ップ(図11(b)参照)の拡散燃焼領域(D)から基本
噴射量QDbを読み込み、同様に噴射時期マップ(同図
(c)参照)の拡散燃焼領域(D)から基本噴射時期ITDb
を読み込む。前記噴射量マップにおける基本噴射量QDb
の値は、拡散燃焼領域(D)においてアクセル開度Acc
が大きいほど、またエンジン回転速度neが高いほど大き
くなるように設定されている。また、前記噴射時期マッ
プの拡散燃焼領域(D)における基本噴射時期ITDbの値
は、燃料噴射の終了時期(インジェクタ5の針弁が閉じ
るクランク角位置)が圧縮上死点後の所定の時期になっ
て、燃料噴霧が良好に拡散燃焼するように燃料噴射量や
燃圧(コモンレール圧)に対応付けて設定されている。
【0064】続いて、ステップSB10において噴射量
及び噴射時期の各補正係数c2,c3を補正テーブルから読
み込む。この補正テーブルは、燃焼室4への排気の還流
状態に基づいて燃料噴射量及び噴射時期をそれぞれ補正
するために、EGR率に対応する補正係数c2,c3の最適
値を予め実験的に求めて設定し、ECU40のメモリに
電子的に格納したものであり、例えば、EGR率が相対
的に高いときに噴射量を減量するとともに、EGR率が
高いときほど噴射時期を遅角するように設定すればよ
い。続いて、ステップSB11において燃料噴射量や噴
射時期の補正演算を行う。これは、前記基本噴射時期Q
Dbに前記補正係数c2を乗じて目標噴射量QDtを求めると
ともに、前記基本噴射時期ITDbに前記補正係数c3を乗じ
て目標噴射時期ITDtを求める。
【0065】そして、ステップSB12において目標噴
射量QDt及び目標噴射時期ITDtをそれぞれ設定し、続く
ステップSB13において移行フラグFDをクリアして
(FD←0)、前記ステップSB6に進んでエンジン1
の各気筒2毎に気筒2の圧縮行程の前記設定した燃料噴
射時期ITDtになれば、インジェクタ5による燃料の噴射
作動を実行して、しかる後にリターンする。
【0066】つまり、アクセル開度Acc及びエンジン回
転速度neに基づいてエンジン1が拡散燃焼領域(D)に
あると判定され、且つ予混合燃焼領域(H)からの移行
時でなければ、一般的なディーゼル燃焼となるようにT
DC近傍でインジェクタ5により燃料を噴射させるよう
にしている。尚、拡散燃焼領域(D)における燃料の噴
射形態としては、噴射時期ITDtにおいてインジェクタ5
を開弁させて燃料噴射量QDtに対応する分量の燃料を一
括して噴射させるようにしてもよいし、その噴射時期IT
Dtよりも進角側から燃料を複数回に分割して噴射させる
ようにしてもよい。また、それらに加えて、気筒2の膨
張行程で少量の燃料を追加で噴射するようにしてもよ
い。
【0067】また、エンジン1が予混合燃焼領域(H)
及び拡散燃焼領域(D)の間で移行するときには、燃焼
室4への排気の還流状態に基づいて燃料の噴射態様を切
換える。すなわち、前記図9のフローのステップSA6
又はステップSA13のいずれかに続いて、図10のフ
ローのステップSB7においてエンジン1の実際のEG
R率を推定し、この推定値(実EGR率EGR)が切換E
GR率EGR*以上であるかどうかをステップSB8にて判
定する。そして、EGR≧EGR*でYESであれば前記ステ
ップSB1〜SB5に進んで予混合圧縮着火燃焼とする
一方、EGR<EGR*でNOであれば前記ステップSB9〜
SB12に進んでディーゼル燃焼とする。尚、前記実E
GR率EGRの推定方法としては、例えば、エアフローセ
ンサ19からの信号に基づいて求められる吸入空気量
と、リニアO2センサ29からの信号に基づいて求めら
れる酸素濃度と、目標燃料噴射量QHt,QDtとに基づい
て所定の計算により推定するようにすればよい。
【0068】つまり、エンジン1が予混合燃焼領域
(H)から拡散燃焼領域(D)に移行するときには、実
EGR率EGRが切換EGR率EGR*(所定値EGR1)以下に
なってから、燃料の噴射態様をTDC近傍での噴射に切
換える(図7(b)参照)。一方、拡散燃焼領域(D)か
ら予混合燃焼領域(H)への移行時には、実EGR率EG
Rが切換EGR率EGR*(所定値EGR2)を超えてから燃料
の噴射態様を早期噴射に切換えるようにしている(図8
(b)参照)。
【0069】さらに、エンジン1が予混合燃焼領域
(H)にあって且つ急加速状態のときには、高負荷側の
拡散燃焼領域(D)への移行を見越して、吸気量や燃料
噴射量の少ないうちに先にディーゼル燃焼に切換える。
その際、前記の如くエンジン1が予混合燃焼領域(H)
から拡散燃焼領域(D)へ移行するときと同様に、実E
GR率EGRが第1設定値及び第2設定値の間の所定値以
下になってから、燃料噴射の態様を切換えるようにす
る。すなわち、前記図9のフローのステップSA10に
おいて切換EGR率EGR*の値を所定値EGRacとした後
に、ステップSB7において実EGR率EGRを求め、続
くステップSB8において実EGR率EGRが切換EGR
率EGR*以上であるかどうか判定し、EGR≧EGR*でYES
であれば前記ステップSB1〜SB5に進む一方、EGR
<EGR*でNOであれば前記ステップSB9〜SB12に
進む。
【0070】ここで、前記急加速状態に対応する切換E
GR率EGR*の値(所定値EGRac)は、エンジン1が予混
合燃焼領域(H)から拡散燃焼領域(D)に移行すると
きの切換EGR率EGR*の値(所定値EGR1)よりも高い値
とされている(EGR1<EGRac)。このため、エンジン1
が急加速状態になったときには、移行時に比べて早めに
燃料の噴射態様が切換えられることになり、燃料噴射量
や吸気流量の少ない状態で燃料の噴射態様が切換わるこ
とから、仮に煤の濃度が高くなってもその排出量はそれ
ほど多くはならない。しかも、この場合でも、図12に
模式的に示すように過渡的な煤の濃度の増大は抑制され
るので、排気状態の悪化は十分に抑制することができ
る。但し、EGRac=EGR1とすることも可能である。
【0071】前記図9及び図10に示す制御フローによ
り、全体として、エンジン1が低負荷側の予混合燃焼領
域(H)にあるときにインジェクタ5により燃料を、予
混合圧縮着火燃焼となるように気筒2の圧縮行程で早期
噴射させる一方、高速ないし高負荷側の拡散燃焼領域
(D)では一般的なディーゼル燃焼となるよう、燃料を
少なくともTDC近傍で噴射させる噴射制御部40a
(燃料噴射制御手段)が構成されている。
【0072】また、特に図10に示すフローのステップ
SB7により、エンジン1の実際のEGR率を推定する
EGR推定部40b(EGR推定手段)が構成されてい
て、噴射制御部40aは、エンジン1が前記予混合燃焼
領域(H)又は拡散燃焼領域(D)の一方から他方に移
行するときに、燃料の噴射態様を直ちに切換えるのでは
なく、前記EGR推定部40bによる実EGR率の推定
値EGRに基づいて、燃焼室4への実際の排気還流状態が
燃料噴射態様を切換えるのに適した所定の状態になった
後に、燃料の噴射態様を切換えるように構成されてい
る。
【0073】さらに、前記噴射制御部40aは、エンジ
ン1が予混合燃焼領域(H)にあって且つ所定以上の急
加速状態のときにはディーゼル燃焼となるよう、燃料の
噴射態様をTDC近傍での噴射に切換えるものであり、
その際にも、燃料の噴射態様を直ちに切換えるのではな
く、実EGR率の推定値EGRに基づいて燃焼室4への実
際の排気還流状態が切換えに適した所定の状態になった
後に、燃料の噴射態様を切換えるように構成されてい
る。
【0074】(EGR制御)次に、前記ECU40によ
るEGR制御の具体的な手順について、図13のフロー
チャート図に基づいて説明すると、まず、スタート後の
ステップSC1において、少なくとも、燃圧センサ7か
らの信号、クランク角センサ11からの信号、吸気圧セ
ンサ18からの信号、エアフローセンサ19からの信
号、アクセル開度センサ39からの信号等を入力し(デ
ータ入力)、また、ECU40のメモリに記憶されてい
る各種フラグの値を読み込む。続いて、ステップSC2
において、図9に示す燃料噴射制御フローのステップS
A8と同様にしてエンジン1が急加速状態かどうか判定
する。この判定がYESならば後述するステップSC7
に進む一方、判定がNOであればステップSC3に進
む。
【0075】そのステップSC3では、前記燃料噴射制
御フローのステップSA3と同様にしてエンジン1の燃
焼モードを判定し、拡散燃焼領域(D)でNOならばス
テップSC6に進む一方、予混合燃焼領域(H)でYE
SならばステップSC4に進み、ECU40のメモリに
電子的に格納されているEGRマップからエンジン1の
運転状態に対応するEGR弁35の開度の目標値EGRHを
読み込んで、設定する。続いて、ステップSC5におい
て、ECU40からEGR弁35のダイヤフラムの電磁
弁37に制御信号を出力して(EGR弁の作動)、しか
る後にリターンする。
【0076】一方、前記ステップSC3においてエンジ
ン1が拡散燃焼領域(D)にあるNOと判定して進んだ
ステップSC6では、前記EGRマップからエンジン1
の拡散燃焼状態に対応するEGR弁35の開度の目標値
EGRDを読み込み、前記ステップSC5に進んで、EGR
弁35を作動させて、しかる後にリターンする。
【0077】前記EGRマップは、目標トルクTrqとエ
ンジン回転速度neとに対応する最適な値を予め実験的に
求めて設定したものであり、図14(a)に一例を示すよ
うに、EGR弁35の開度の目標値EGRH,EGRDを、予混
合燃焼領域(H)と拡散燃焼領域(D)とでそれぞれア
クセル開度Accが大きいほど、またエンジン回転速度ne
が高いほど小さくなるように設定したものである。より
詳しくは、低速低負荷側の所定の運転状態(同図に点X
で示す)から高速高負荷側の所定の運転状態(同図に点
Yで示す)まで運転状態が変化したときに、同図(b)に
示すようにEGR弁35の開度が変化するようにその目
標値EGRH,EGRDが設定されている。即ち、運転状態の変
化の軌跡を表す直線X−Yに沿って見たときに、EGR
弁35の開度は予混合燃焼領域(H)で高速高負荷側に
向かって徐々に小さくなり、拡散燃焼領域(D)との境
界を超えて一段、小さくなった後に、再び高速高負荷側
に向かって徐々に小さくなっている。その際、エンジン
1の運転状態の変化に対するEGR弁35の開度の変化
は、予混合燃焼領域(H)では極めて小さく、一方、拡
散燃焼領域(D)では比較的大きくなるように設定され
ている。
【0078】つまり、エンジン1が予混合燃焼領域
(H)にあるときには、EGR弁35を相対的に大きく
開いて、EGR通路34により多量の排気を吸気通路1
6に還流させ、これによりEGR率EGRを第1設定値以
上として良好な予混合圧縮着火燃焼を実現する。一方、
エンジン1が拡散燃焼領域(D)にあるときには、エン
ジン1を一般的なディーゼル燃焼の状態にし、このとき
にはEGR弁35の開度を相対的に小さくして、EGR
率EGRを第2設定値以下の適度な状態とすることで、煤
の増大を招くことなく、NOxの生成を抑制するように
している。
【0079】また、前記ステップSC2においてエンジ
ン1が急加速状態にあるYESと判定して進んだステッ
プSC7では、予混合燃焼領域(H)であっても、EG
R率EGRが第2設定値以下になるようにEGR弁35開
度の目標値を所定値EGREとし、前記ステップSC5に進
んでEGR弁35を作動させて、しかる後にリターンす
る。つまり、エンジン1が予混合燃焼領域(H)にあっ
ても急加速状態のときには、拡散燃焼領域(D)への移
行を見越して先にEGR弁35を閉じるようにしてい
る。
【0080】前記図13に示す制御フローによって、全
体として、エンジン1が予混合燃焼領域(H)にあると
きに、EGR率が第1設定値以上になるようにEGR弁
35の開度を制御する一方、拡散燃焼領域(D)にある
ときにはEGR率が前記第1設定値よりも少ない第2設
定値以下になるように、EGR弁35の開度を制御する
EGR制御部40c(排気還流制御手段)が構成されて
いる。
【0081】そして、EGR制御部40cは、エンジン
1が所定以上の加速運転状態のときには前記予混合燃焼
領域(H)であっても、EGR率EGRが前記第2設定値
以下になるようにEGR弁35を制御するものである。
【0082】(作用効果)次に、この実施形態に係るデ
ィーゼルエンジン1の燃焼制御装置Aの作用効果を説明
すると、まず、エンジン1が予混合燃焼領域(H)にあ
り、且つ拡散燃焼領域(D)からの移行時でも急加速状
態でもないときには、EGR弁35が相対的に大きく開
かれ、タービン27上流の排気通路26から取り出され
た排気がEGR通路34によって吸気通路16に還流さ
れる。そして、そのように還流する多量の排気が外部か
ら供給される新気と共に気筒2内の燃焼室4へ供給され
て、実EGR率EGRが第1設定値(例えば55%)以上
の状態になる。
【0083】また、前記気筒2内の燃焼室4に臨むイン
ジェクタ5により燃料が当該気筒2の圧縮行程の所定ク
ランク角範囲(BTDC90°〜30°CA)にて噴射
開始され、この燃料が燃焼室4において比較的広く分散
し且つ吸気(新気及び還流排気)と十分に混合して、均
質度合いの高い混合気を形成する。この混合気中では、
特に燃料蒸気や酸素の密度が高い部分で比較的低温度の
酸化反応(いわゆる冷炎)が進行するが、混合気中には
空気(窒素、酸素等)と比べて熱容量の大きい排気(二
酸化炭素等)が多量に混在していて、その分、燃料及び
酸素の密度が全体的に低くなっており、しかも、冷炎の
反応熱は熱容量の大きい二酸化炭素等に吸収されること
になるので、高温の酸化反応への移行(いわゆる着火)
は抑制されて、着火遅れ時間が長くなる。
【0084】そして、気筒2の圧縮上死点近傍に至り、
燃焼室4の気体の温度がさらに上昇し且つ燃料及び酸素
の密度が十分に高くなると、混合気は一斉に着火して燃
焼する。この際、混合気中の燃料蒸気と空気及び還流排
気とは既に十分に均一に分散しており、特に燃料の密度
が高い部分では冷炎反応が進行しているから、混合気中
には燃料の過濃な部分が殆ど存在せず、従って、煤の生
成は見られない。
【0085】また、前記の如く混合気中の燃料蒸気の分
布が均一化されていて、さらに多量の二酸化炭素等が均
一に分散して存在することから、この混合気全体が一斉
に燃焼してもその内部で局所的に急激な熱発生の起こる
ことがなく、さらに、燃焼熱は周囲の二酸化炭素等によ
って吸収されることになるから、燃焼温度の上昇が抑え
られて、NOxの生成が大幅に抑制される。
【0086】一方、エンジン1が拡散燃焼領域(D)に
あり、且つ予混合燃焼領域(H)からの移行時でなけれ
ば、インジェクタ5により燃料が少なくともTDC近傍
で燃焼室4に噴射され、初期の予混合燃焼に続いて良好
な拡散燃焼状態になる(一般的なディーゼル燃焼)。こ
の際、EGR弁35の開度は相対的に小さくされ、適度
な分量の排気の還流によってNOxや煤の生成が抑制さ
れるとともに、排気の還流割合が所定以下とされること
で(実EGR率≦第2設定値)、新しい空気の供給量が
確保されて、十分な出力が得られるようになる。
【0087】また、エンジン1の運転状態が予混合燃焼
領域(H)と拡散燃焼領域(D)との一方から他方に移
行するときには、まず、EGR弁35の開度が変更され
て、これにより実EGR率EGRが前記第1及び第2設定
値の間の所定値になった後に、インジェクタ5による燃
料の噴射態様が切換えられる。すなわち、エンジン1が
予混合燃焼領域(H)から拡散燃焼領域(D)へ移行す
るときには、排気の還流量が減少して実EGR率EGRが
切換EGR率EGR1以下になった後に、燃料の噴射態様が
早期噴射からTDC近傍での噴射に切換えられて、拡散
燃焼が主体のディーゼル燃焼となる。このことで、吸気
中への排気の還流割合が過大な状態でディーゼル燃焼が
行われることはなくなり、図7(b)に示すように過渡的
な煤の増大を抑制することができる。
【0088】反対に、エンジン1が拡散燃焼領域(D)
から予混合燃焼領域(H)に移行するときには、排気の
還流量が増大して実EGR率EGRが切換EGR率EGR2を
超えた後に、燃料の噴射態様がTDC近傍での噴射から
早期噴射に切換えられて、予混合燃焼が主体の予混合圧
縮着火燃焼となる。このことで、早期噴射した燃料の過
早着火を所定以上の還流排気により抑制して、過渡的な
燃焼音の増大や排気状態の悪化を抑制することができ
る。
【0089】しかも、この実施形態のエンジン1では、
気筒2の実圧縮比が略17以下と相対的に低めに設定さ
れている上に、EGR通路34により還流する排気をEG
Rクーラ37により冷却するようにしており、このこと
によっても着火遅れ期間を長くして、過早着火を抑制で
きるので、燃焼音の増大や煤の生成を効果的に抑制する
ことができる。すなわち、図15に一例を示すように、
低速低負荷(エンジン回転速度1500rpm)でBTD
C30°CAで燃料の一括噴射を開始するという条件下
で、気筒の実圧縮比εを18.3又は16.0(ε=1
6.0では還流排気を冷却した場合と冷却しない場合と
の2種類)の何れかにして、それぞれEGR率と煤の生
成との関係を調べたところ、EGR率が略30〜55%
のときには煤の生成が盛んになるものの、圧縮比が小さ
いときには煤が格段に少なくなり、特に圧縮比の小さい
とき(ε=16.0)に還流排気を冷却すれば、煤の生
成を極めて効果的に抑制できることが分かる。
【0090】さらに、エンジン1が予混合燃焼領域
(H)にあっても、急加速状態になったときには、その
後の拡散燃焼領域(D)への移行を見越して先にディー
ゼル燃焼の状態に切換える。このことで、その切り換え
の際には未だ吸気量や燃料噴射量が少ないから、たとえ
煤の濃度が高くなってもその排出量自体はあまり多くは
ならない。また、このときにも、前記した予混合燃焼領
域(H)から拡散燃焼領域(D)への移行時と同様に、
実EGR率EGRが切換EGR率(所定値EGRac)になった
後に燃料の噴射態様が切換えられるので、過渡的な煤の
増大が抑制され、前記の如く排気の流量が少ないことと
も合わせて、排気状態の悪化を十分に抑制できる。
【0091】(他の実施形態)尚、本発明の構成は、前
記の実施形態に限定されることはなく、その他の種々の
構成をも包含するものである。すなわち、例えば、前記
実施形態においては、エンジン1が運転領域(H)、
(D)間で移行するときだけでなく、予混合燃焼領域
(H)で急加速状態になったときにも、実EGR率EGR
が所定値になった後に燃料噴射の態様を切換えるように
しているが、このような制御手順は、例えば、エンジン
1が2つの運転領域(H)、(D)間で移行するときに
だけ行うようにしてもよいし、或いは、エンジン1の急
加速時にのみ行うようにしてもよい。
【0092】また、例えば、エンジン1が予混合燃焼領
域(H)にあって、触媒コンバータ28の昇温促進やN
Ox吸収材への還元成分の供給のために、一時的に予混
合圧縮着火燃焼の状態からディーゼル燃焼の状態へ切換
えるときにも、前記の制御手順を適用可能である。
【0093】また、前記実施形態では、エンジン1の気
筒2の実圧縮比が略17以下となるように吸気弁及び排
気弁の開閉時期を設定しているが、周知の可変動弁機構
等を設けて、エンジン1が2つの運転領域(H)、
(D)間で移行するときにのみ、気筒2の実圧縮比を略
17以下とするようにしてもよい。すなわち、例えば吸
気弁の開閉時期又はリフト量の少なくとも一方を変更可
能な可変動弁機構を備える場合、エンジン1が運転領域
(H),(D)間を移行するときに、例えば吸気弁の閉
弁時期を気筒の下死点よりも大幅に遅角させることによ
って、実圧縮比を低下させるようにすればよい。
【0094】さらに、前記実施形態では、エンジン1を
予混合圧縮着火燃焼の状態にするときに、インジェクタ
5による燃料の噴射を気筒2の圧縮行程の所定クランク
角範囲で開始させるようにしているが、これに限らず、
燃料の噴射は気筒2の吸気行程から開始するようにして
もよい。
【0095】
【発明の効果】以上、説明したように、請求項1の発明
に係るディーゼルエンジンの燃焼制御装置によると、エ
ンジンをその運転状態に応じて、相対的に予混合燃焼割
合の多い第1燃焼状態と拡散燃焼割合の多い第2燃焼状
態とに切換えるようにしたものにおいて、前記第1及び
第2燃焼状態のうちの一方から他方に移行するときに、
まず、燃焼室への排気の還流量を変更してこれが所定の
状態になった後に、燃料噴射弁による燃料の噴射態様を
切換えることで、吸気中への排気の還流割合が過大な状
態で第2の燃焼状態になることや、反対に排気還流割合
が不足する状態で第1の燃焼状態になることを回避し
て、過渡的な燃焼音の増大や排気状態の悪化を抑制する
ことができる。
【0096】請求項2の発明によると、エンジンの実際
のEGR値を推定するEGR推定手段を備え、これによ
る推定結果に基づいて燃料の噴射態様を切換えるように
することで、請求項1の発明の効果を十分に得ることが
できる。
【0097】請求項3の発明によると、エンジンの気筒
の実圧縮比を少なくとも運転状態の移行時に略17以下
とすることで、圧縮行程での温度上昇を抑えて燃料の過
早着火を抑制し、これにより燃焼音の増大等をさらに効
果的に抑制できる。
【0098】請求項4の発明によると、少なくともエン
ジンの運転状態の移行時に、排気還流通路を流通する排
気を冷却することで、着火遅れ時間を効果的に延長して
燃料の過早着火を抑制し、これにより燃焼音の増大等を
さらに効果的に抑制できる。
【0099】また、請求項5の発明に係るディーゼルエ
ンジンの燃焼制御装置によると、エンジンを低負荷側の
第1運転領域で相対的に予混合燃焼割合の多い第1燃焼
状態とする一方、高負荷側の第2運転領域で拡散燃焼割
合の多い第2燃焼状態とするようにしたものにおいて、
エンジンが所定以上の加速運転状態のときには、低負荷
側の第1運転領域にあっても、高負荷側の第2運転領域
への移行を見越して、吸気量や燃料噴射量の少ない間に
先に第2の燃焼状態に切換えることで、煤の生成が盛ん
になってもその排出量はあまり多くはならないので、排
気状態の悪化を抑制できる。
【0100】請求項6の発明によると、請求項5の発明
における燃料噴射制御手段を、燃焼室への排気の還流状
態が所定の状態になった後に燃料の噴射態様を切換える
ものとすることで、エンジンの急加速時に第1燃焼状態
から第2燃焼状態に切換える際に請求項1の発明と同じ
効果が得られ、過渡的な煤の増大を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るエンジンの燃焼制御装
置の全体構成図である。
【図2】エンジンの燃焼モードを切換える制御マップの
一例を示す図である。
【図3】インジェクタによる噴射作動の様子を模式的に
示す説明図である。
【図4】EGR率の変化に対する熱発生率の変化を示す
グラフ図である。
【図5】EGR率の変化に対して、(a)空気過剰率、
(b)NOx濃度及び(c)煤の濃度の変化を互いに対
応付けて示すグラフ図である。
【図6】ディーゼル燃焼のときのEGR率の変化に対す
る排気中のNOx及び煤の濃度の変化をそれぞれ示すグ
ラフ図である。
【図7】予混合圧縮着火燃焼からディーゼル燃焼に移行
するときの実EGR率の変化と、これに対応する煤の濃
度の変化とを対応付けて示すグラフ図である。
【図8】ディーゼル燃焼から予混合圧縮着火燃焼に移行
するときの図7相当図である。
【図9】燃料噴射制御の前半の手順を示すフローチャー
ト図である。
【図10】燃料噴射制御の後半の手順を示すフローチャ
ート図である。
【図11】エンジンの目標トルクマップ(a)、噴射量
マップ(b)及び噴射時期マップ(c)の一例を示す説
明図である。
【図12】エンジンの急加速時に予混合圧縮着火燃焼か
らディーゼル燃焼に移行するときの図7相当図である。
【図13】EGR制御の手順を示すフローチャート図で
ある。
【図14】EGRマップ(a)、及びそのマップ上での
EGR弁開度の変化特性(b)の一例を示す説明図であ
る。
【図15】気筒の圧縮比を変更して、EGR率の変化に
対する煤の生成量の変化を示したグラフ図である。
【符号の説明】
A ディーゼルエンジンの燃焼制御装置 H 予混合燃焼領域(第1運転領域) D 拡散燃焼領域(第2運転領域) 1 ディーゼルエンジン 2 気筒 4 燃焼室 5 インジェクタ(燃料噴射弁) 16 吸気通路 26 排気通路 34 EGR通路 35 EGR弁(排気還流量調節手段) 40 コントロールユニット(ECU) 40a 噴射制御部(燃料噴射制御手段) 40b EGR推定部(EGR推定手段) 40c EGR制御部(排気還流制御手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 43/00 301 F02D 43/00 301J 301N 301W F02M 25/07 570 F02M 25/07 570F 570G 570J (72)発明者 林原 寛 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 齊藤 智明 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 Fターム(参考) 3G062 AA01 AA03 AA05 BA04 BA05 BA06 CA04 CA07 CA08 EA04 ED01 ED04 ED08 ED10 FA02 FA05 FA06 FA23 GA01 GA02 GA04 GA06 GA08 GA15 GA17 3G084 AA01 AA03 BA05 BA08 BA13 BA15 BA20 CA03 CA04 DA10 DA39 EA04 EA11 EB08 EC01 EC03 FA07 FA11 FA20 FA29 FA33 3G092 AA02 AA13 AA17 AA18 BA01 BB01 BB06 BB08 BB11 DB03 DC03 DC08 DE03S DE06S DG04 DG08 EA01 EA02 EA06 EA11 EB05 EC09 FA14 FA15 FA18 GA05 GA06 GA12 HA01Z HA05Z HD05X HD05Z HE01Z HE06X HE06Z HE08Z HF08Z 3G301 HA02 HA06 HA11 HA13 JA21 JA24 JA37 KA08 KA09 KA12 LA03 LB11 LB13 LC04 LC07 MA11 MA18 NA06 NA08 NB03 NB13 NC02 NE01 NE06 PA01Z PA07Z PD04A PD04Z PE01Z PE06Z PE08Z PF03Z

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの気筒内の燃焼室に臨む燃料噴
    射弁と、 前記燃焼室への排気の還流量を調節する排気還流量調節
    手段と、 エンジンが第1の運転状態のときに前記燃料噴射弁によ
    り燃料を少なくとも気筒の吸気行程ないし圧縮行程で噴
    射させて、予混合燃焼の割合が拡散燃焼の割合よりも多
    い第1の燃焼状態とする一方、第2の運転状態のときに
    は拡散燃焼の割合が予混合燃焼の割合よりも多い第2の
    燃焼状態となるよう、燃料を少なくとも圧縮上死点近傍
    で噴射させる燃料噴射制御手段と、 エンジンが前記第1運転状態のときに排気の還流量に関
    するEGR値が第1の設定値以上になる一方、第2運転
    状態のときには前記EGR値が前記第1の設定値よりも
    少ない第2の設定値以下になるように、前記排気還流量
    調節手段を制御する排気還流制御手段とを備えたディー
    ゼルエンジンの燃焼制御装置において、 前記燃料噴射制御手段は、エンジンの運転状態が前記第
    1及び第2運転状態の一方から他方に移行するとき、前
    記排気還流制御手段による排気還流量調節手段の制御が
    行われてEGR値が前記第1及び第2設定値の間の所定
    値になった後に、燃料噴射弁による燃料の噴射態様を切
    換えるものであることを特徴とするディーゼルエンジン
    の燃焼制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 エンジンの実際のEGR値を推定するEGR推定手段を
    備え、 燃料噴射制御手段は、前記EGR推定手段によるEGR
    値の推定結果に基づいて燃料噴射弁による燃料の噴射態
    様を切換えるように構成されていることを特徴とするデ
    ィーゼルエンジンの燃焼制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、 エンジンの気筒の実圧縮比は、少なくとも当該エンジン
    の運転状態が第1及び第2運転状態の間で移行するとき
    に略17以下となることを特徴とするディーゼルエンジ
    ンの燃焼制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項1において、 エンジンの吸気通路と排気通路とを連通させる排気還流
    通路と、 少なくともエンジンの運転状態が第1及び第2運転状態
    の間で移行するときに、前記排気還流通路の排気を冷却
    する冷却手段とを備えることを特徴とするディーゼルエ
    ンジンの燃焼制御装置。
  5. 【請求項5】 エンジンの気筒内の燃焼室に臨む燃料噴
    射弁と、 前記燃焼室への排気の還流量を調節する排気還流量調節
    手段と、 エンジンが相対的に低負荷側の第1運転領域にあるとき
    に、前記燃料噴射弁により燃料を少なくとも気筒の吸気
    行程ないし圧縮行程で噴射させて、予混合燃焼の割合が
    拡散燃焼の割合よりも多い第1の燃焼状態とする一方、
    相対的に高負荷側の第2運転領域にあるときには拡散燃
    焼の割合が予混合燃焼の割合よりも多い第2の燃焼状態
    となるよう、燃料を少なくとも圧縮上死点近傍で噴射さ
    せる燃料噴射制御手段と、 エンジンが前記第1運転領域にあるときに排気の還流量
    に関するEGR値が第1の設定値以上になる一方、第2
    運転領域にあるときには前記EGR値が前記第1の設定
    値よりも少ない第2の設定値以下になるように、前記排
    気還流量調節手段を制御する排気還流制御手段とを備え
    たディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、 前記燃料噴射制御手段は、エンジンが所定以上の加速運
    転状態のときには前記第1運転領域であっても、前記第
    2燃焼状態となるように燃料噴射弁を制御するものであ
    り、 前記排気還流制御手段は、エンジンが所定以上の加速運
    転状態のときには前記第1運転領域であっても、EGR
    値が前記第2設定値以下になるように排気還流量調節手
    段を制御するものであることを特徴とするディーゼルエ
    ンジンの燃焼制御装置。
  6. 【請求項6】 請求項5において、 燃料噴射制御手段は、エンジンが第1運転領域にあり且
    つ所定以上の加速運転状態のときには、排気還流制御手
    段による排気還流量調節手段の制御によってEGR値が
    第1及び第2設定値の間の所定値になった後に、燃料噴
    射弁による燃料の噴射態様を切換えるように構成されて
    いることを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装
    置。
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005299530A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Isuzu Motors Ltd ディーゼルエンジン
WO2006016422A1 (ja) * 2004-08-13 2006-02-16 Hitachi, Ltd. エンジンの制御装置
JP2006194194A (ja) * 2005-01-14 2006-07-27 Toyota Motor Corp 圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム
JP2006214347A (ja) * 2005-02-03 2006-08-17 Toyota Motor Corp 圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム
EP1582727A3 (en) * 2004-03-31 2007-03-14 Isuzu Motors Limited Diesel Engine
JP2007132210A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Toyota Motor Corp 圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム
JP2007162544A (ja) * 2005-12-13 2007-06-28 Isuzu Motors Ltd ディーゼルエンジンの制御装置
WO2007091370A1 (ja) * 2006-02-07 2007-08-16 Isuzu Motors Limited エンジン制御方法およびエンジン制御システム
JP2007278175A (ja) * 2006-04-06 2007-10-25 Toyota Motor Corp 圧縮着火内燃機関の燃焼制御システム
JP2010180718A (ja) * 2009-02-03 2010-08-19 Mazda Motor Corp ディーゼルエンジンの燃焼制御装置及び燃焼制御方法
JP2010236459A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Mazda Motor Corp ディーゼルエンジンの燃焼制御装置及び燃焼制御方法
JP2012041896A (ja) * 2010-08-20 2012-03-01 Mazda Motor Corp 圧縮自着火エンジンの制御装置
JP2016061171A (ja) * 2014-09-16 2016-04-25 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
JP2016070174A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 三菱自動車工業株式会社 エンジン制御装置
EP2610469A4 (en) * 2010-08-25 2018-04-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device for estimating diffuse combustion start time and device for controlling diffuse combustion start time for internal combustion engine
EP2357345A3 (en) * 2010-01-27 2018-07-11 Mazda Motor Corporation Method and apparatus for controlling supercharged engine during compression self-ignition combustion
US11480143B2 (en) 2020-08-10 2022-10-25 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for a ducted injector

Cited By (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1582727A3 (en) * 2004-03-31 2007-03-14 Isuzu Motors Limited Diesel Engine
JP4492192B2 (ja) * 2004-04-13 2010-06-30 いすゞ自動車株式会社 ディーゼルエンジン
JP2005299530A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Isuzu Motors Ltd ディーゼルエンジン
WO2006016422A1 (ja) * 2004-08-13 2006-02-16 Hitachi, Ltd. エンジンの制御装置
JP2006194194A (ja) * 2005-01-14 2006-07-27 Toyota Motor Corp 圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム
JP4506474B2 (ja) * 2005-01-14 2010-07-21 トヨタ自動車株式会社 圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム
JP2006214347A (ja) * 2005-02-03 2006-08-17 Toyota Motor Corp 圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム
JP4525373B2 (ja) * 2005-02-03 2010-08-18 トヨタ自動車株式会社 圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム
JP2007132210A (ja) * 2005-11-08 2007-05-31 Toyota Motor Corp 圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム
JP4591318B2 (ja) * 2005-11-08 2010-12-01 トヨタ自動車株式会社 圧縮着火内燃機関の燃焼切替制御システム
JP2007162544A (ja) * 2005-12-13 2007-06-28 Isuzu Motors Ltd ディーゼルエンジンの制御装置
WO2007091370A1 (ja) * 2006-02-07 2007-08-16 Isuzu Motors Limited エンジン制御方法およびエンジン制御システム
JP2007211612A (ja) * 2006-02-07 2007-08-23 Isuzu Motors Ltd エンジン制御方法およびエンジン制御システム
US7729843B2 (en) 2006-02-07 2010-06-01 Isuzu Motors Limited Engine control method and engine control system
JP4730122B2 (ja) * 2006-02-07 2011-07-20 いすゞ自動車株式会社 エンジン制御方法およびエンジン制御システム
JP2007278175A (ja) * 2006-04-06 2007-10-25 Toyota Motor Corp 圧縮着火内燃機関の燃焼制御システム
JP2010180718A (ja) * 2009-02-03 2010-08-19 Mazda Motor Corp ディーゼルエンジンの燃焼制御装置及び燃焼制御方法
JP2010236459A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Mazda Motor Corp ディーゼルエンジンの燃焼制御装置及び燃焼制御方法
EP2357345A3 (en) * 2010-01-27 2018-07-11 Mazda Motor Corporation Method and apparatus for controlling supercharged engine during compression self-ignition combustion
JP2012041896A (ja) * 2010-08-20 2012-03-01 Mazda Motor Corp 圧縮自着火エンジンの制御装置
EP2610469A4 (en) * 2010-08-25 2018-04-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Device for estimating diffuse combustion start time and device for controlling diffuse combustion start time for internal combustion engine
JP2016061171A (ja) * 2014-09-16 2016-04-25 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
JP2016070174A (ja) * 2014-09-30 2016-05-09 三菱自動車工業株式会社 エンジン制御装置
US11480143B2 (en) 2020-08-10 2022-10-25 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for a ducted injector

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