JP2003286886A

JP2003286886A - ディーゼルエンジンの燃焼制御装置

Info

Publication number: JP2003286886A
Application number: JP2002092271A
Authority: JP
Inventors: Ichiji Kataoka; 一司片岡; Akihiro Kobayashi; 明宏小林; Tomoaki Saito; 智明齊藤
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2003-10-10

Abstract

(57)【要約】【課題】予混合燃焼の割合が拡散燃焼の割合よりも多
い主燃焼がＴＤＣ付近から開始するように圧縮行程上死
点よりも前の早い時期に燃料を筒内に噴射する一方、設
定量以上の排気を還流させるようにしたエンジンの燃焼
制御装置において、排気浄化手段の早期活性化を図る。【解決手段】排気浄化手段の温度を検出する温度検出
手段３８を設け、該手段３８によって検出される温度が
所定値よりも低いときには、拡散燃焼を主体とするディ
ーゼル燃焼を生ずるようにするとともに、膨張行程又は
排気行程においてさらに燃料が後噴射されるようにし
て、排気温度を上昇させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はディーゼルエンジン
の燃焼制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、直噴式ディーゼルエンジンで
は、気筒の圧縮行程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
中で空気過剰率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 Gas recirculatio
n：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と、燃料噴霧の微粒化が促
進されるとともに、その貫徹力が大きくなって空気利用
率が向上するので、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（予御合圧縮着火燃
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】また、特開２０００−８９２９号公報に
は、燃料の一部を吸気行程から圧縮行程にかけて筒内に
噴射し空気と混合させて希薄予混合気を形成させ、残り
の燃料を着火時期に筒内へ点火用燃料として噴射するよ
うにした予混合燃焼方法において、予混合気形成用の燃
料を複数回に分割して噴射することにより、正規の着火
以前の自着火を防止することが記載されている。

【０００９】また、特開平１１−１５９３６９号公報に
は、ＥＧＲ率を７０％以上にし且つ圧縮行程上死点前に
燃料を筒内に噴射して燃焼させる第１の燃焼と、ＥＧＲ
率を３０〜５０％にし且つ圧縮行程上死点付近で燃料を
筒内に噴射して燃焼させる第２の燃焼とを選択的に行な
うようにした圧縮着火式内燃機関において、排気通路の
触媒温度が低いときは第２の燃焼形態から第１の燃焼形
態に切り換えて排気温度を上昇させることが記載されて
いる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の予混
合圧縮着火燃焼では、空気に比べて熱容量の大きい排気
を吸気に多量に混在させて燃料を燃焼させるため、通常
のディーゼル燃焼の場合に比べて筒内での燃焼温度が低
くなり、その結果、排気温度が低くなる。従って、排気
通路に配設された排気浄化手段（排気浄化用触媒やＤＰ
Ｆ（ディーゼルパティキュレートフィルタ））の温度が
低く所期の排気浄化作用を発揮し得ない状態にあるとき
は、その温度上昇が遅くなり、エミッションの悪化を招
く。本発明はこの問題に対策することを課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に対
して、エンジンが予混合圧縮着火燃焼を実行すべき運転
状態にあるときでも、エンジン温度又は排気浄化手段の
温度が低いときはディーゼル燃焼を実行して排気ガス温
度を上昇させるようにした。

【００１２】すなわち、請求項１に係る発明は、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の運転状態にあるときは、燃料が吸気行程な
いし圧縮行程で噴射され且つ排気の還流量が第１の設定
値以上になって、予混合燃焼が圧縮行程上死点付近から
開始され且つ該予混合燃焼の割合が拡散燃焼の割合より
も多くなる第１の燃焼形態となり、エンジンが第２の運
転状態にあるときは、燃料が圧縮行程上死点付近で噴射
され且つ排気の還流量が前記第２の設定値以下になっ
て、拡散燃焼の割合が予混合燃焼の割合よりも多くなる
第２の燃焼形態となるように、前記燃料噴射弁及び排気
還流量調節手段を制御する燃焼制御手段とを備えている
ディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、エンジン
の排気通路に設けられた排気浄化手段と、エンジン温度
又は前記排気浄化手段の温度を検出する温度検出手段と
を備え、前記燃焼制御手段は、前記温度検出手段によっ
て検出される温度が所定値よりも低いときには、前記第
２の燃焼形態となるように前記燃料噴射弁及び排気還流
量調節手段を作動させることを特徴とする。

【００１３】この構成においては、エンジンが第１の運
転状態にあるときには、燃料噴射弁から要求トルクに応
じた燃料が早期に（吸気行程ないし圧縮行程で）気筒内
に噴射されることによって予混合気が形成されるが、こ
の予混合気は排気還流量の制御により圧縮行程上死点付
近で自着火して予混合燃焼を主体とする第１の燃焼を開
始するようになる。すなわち、還流される排気量を増大
させる（ＥＧＲ値≧第１設定値）ことによって予混合気
の着火遅れ時間を確保するものである。この着火遅れ時
間の確保により、上述の早期に噴射された燃料は筒内に
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
混合することになり、均質度合いの高い予混合気が形成
される。従って、煤の発生量が少なくなり、また、排気
の多量の還流により低温燃焼になるから、ＮＯｘの発生
量も少なくなる。

【００１４】一方、エンジンが第２の運転状態にあると
きには燃料が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の燃焼形態になる。この
場合、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】そうして、上述の第１の燃焼形態では排気
温度が低くなるが、エンジンが第１の運転状態にあって
も、エンジン温度又は排気浄化手段の温度が所定値以下
のときには、拡散燃焼を主体とする前記第２の燃焼形態
が選択される。この第２の燃焼形態では、第１の燃焼形
態に比べて燃焼熱が吸収される還流排気量が少なく、逆
に、燃焼に寄与する酸素量が多く、しかも、燃料噴射時
期が圧縮行程上死点側に遅角されていることから、燃焼
性が良く、排気温度が高くなる。よって、排気浄化手段
の速やかな暖機が図れ、排気の浄化に有利になる。

【００１６】請求項２に係る発明は、請求項１に記載さ
れているディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、
前記温度検出手段は、排気中のＨＣを浄化する前記排気
浄化手段としての触媒の温度を検出するものであり、前
記燃焼制御手段は、前記触媒の温度が所定の触媒活性を
示す温度よりも低いときには、前記第２の燃焼形態とな
り、前記触媒の温度が前記所定の触媒活性を示す温度以
上に上昇したときには、前記第１の燃焼形態となるよう
に、前記燃料噴射弁及び排気還流量調節手段を作動させ
ることを特徴とする。

【００１７】従って、触媒の温度が所定の触媒活性を示
す温度よりも低いときは、第２の燃焼形態が選択される
から、触媒の早期活性化を図ることができる。この触媒
が所期の活性を示すようになった後は、第１の燃焼形態
が選択されるが、この第１の燃焼形態は還流排気量の多
い低温燃焼であるから、排気中のＨＣ量が増大して前記
触媒でのＨＣの酸化反応が活発になる。すなわち、第２
の燃焼形態から第１の燃焼形態へ移行すると排気温度は
低下するものの、既に触媒が活性を呈するようになって
いるから、ＨＣの酸化反応が活発になり、該触媒を活性
温度に維持することができる。

【００１８】請求項３に係る発明は、請求項１又は請求
項２に記載されているディーゼルエンジンの燃焼制御装
置において、前記燃焼制御手段は、前記温度検出手段に
よって検出される温度が所定値よりも低いときには、前
記第２の燃焼開始後の膨張行程又は排気行程においてさ
らに燃料が後噴射されるように前記燃料噴射弁を作動さ
せることを特徴とする。

【００１９】従って、前記第２の燃焼開始後の膨張行程
又は排気行程において後噴射される燃料が着火燃焼する
ことにより、排気温度が上昇する。よって、排気浄化手
段の速やかな暖機が図れ、排気の浄化に有利になる。ま
た、排気浄化手段の暖機中は排気の浄化が不充分になる
が、後噴射によってＨＣ（炭化水素）や煤の再燃焼が図
れるから、暖機中のエミッション性を良好にする上でも
有利になる。

【００２０】請求項４に係る発明は、請求項３に記載さ
れているディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、
前記燃焼制御手段は、前記燃料の後噴射を圧縮行程上死
点後１０度〜６０度のクランク角度のときに実行するこ
とを特徴とする。

【００２１】これにより、排気浄化手段の速やかな暖機
が図れ、排気の浄化に有利になるとともに、排気浄化手
段の暖機中でも後噴射によってＨＣや煤の再燃焼が図れ
る。なお、本明細書において、「〜」はその両側に記載
した数値（１０度〜６０度の場合は１０度及び６０度）
を含む範囲であることを意味する。

【００２２】請求項５に係る発明は、請求項３に記載さ
れているディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、
前記燃焼制御手段は、前記燃料の後噴射時期を、前記第
２の燃焼形態による熱発生率が所定値以下になったとき
に当該後噴射燃料の燃焼が開始するように設定すること
を特徴とする。

【００２３】すなわち、第２の燃焼形態は拡散燃焼を主
体とするが、この拡散燃焼においては、筒内において局
所的に生じた過濃混合気の熱分解によって一次粒子が形
成され、これが重・縮合を繰り返すことによって煤の核
が生成し、それが高温雰囲気において成長・凝集するこ
とによって所謂煤を生ずると一般には考えられている。
また、このような煤核の成長・凝縮は、燃料の拡散燃焼
が終わりに近付く頃まで、つまり、熱発生率が略零にな
るまで続いていると考えられる。

【００２４】これに対して、本発明の場合は、第２の燃
焼の熱発生率が所定値以下になったときに前記後噴射燃
料の燃焼が開始するようにしているから、拡散燃焼によ
って生ずる煤の再燃焼を促してその量を低減する上で有
利になる。

【００２５】請求項６に係る発明は、請求項３に記載さ
れているディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、
前記燃焼制御手段は、前記燃料の後噴射時期を、前記第
２の燃焼形態による熱発生率が略零になった時点又は該
時点から所定期間内に当該後噴射燃料の燃焼が開始する
ように設定することを特徴とする。

【００２６】上述の如く、煤核の成長・凝縮は、燃料の
拡散燃焼が終わりに近付く頃まで、つまり、熱発生率が
略零になるまで続くと考えられるが、本発明の場合は、
第２の燃焼の熱発生率が略零になった時点又は該時点か
ら所定期間内に前記後噴射燃料の燃焼が開始するように
しているから、拡散燃焼によって生成した煤の再燃焼を
促してその量を低減することに有効に働く。

【００２７】また、前記熱発生率が略零になった時点又
は該時点から所定期間内に前記後噴射燃料の燃焼が開始
するときは、それによって排気温度が上昇するから、排
気浄化手段の早期暖機に有利になる。但し、後噴射燃料
の燃焼開始が遅くなりすぎると、排気中のＨＣ量が増大
することになるので、前記所定期間内に当該燃焼が開始
するようにするものである。すなわち、ＨＣ量の増大を
避けるために、前記熱発生率が零になった時点を中心に
例えばクランク角にして±５゜程度の範囲で又は±３゜
の範囲で後噴射燃料の燃焼が開始する、あるいはそれよ
りも少し遅れて後噴射燃料の燃焼が開始することが好ま
しい。

【００２８】そうして、前記拡散燃焼が終了する頃には
煤が筒内で偏在せず酸素との接触が比較的良好なものと
なるために、後噴射燃料による煤の再燃焼が効率良く行
なわれることになる。しかも、このような比較的遅い時
期の後噴射であれば、筒内温度が下がっているから、煤
核の生成、成長、凝縮を生ずることが避けられる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、請求項１に係る発明によ
れば、エンジンが第１の運転状態にあるときには、燃料
の早期噴射と多量の排気還流とによって予混合燃焼の割
合が拡散燃焼の割合よりも多い第１の燃焼形態となり、
エンジンが第２の運転状態にあるときには、圧縮行程上
死点付近での燃料噴射と相対的に少ない排気還流量とに
よって拡散燃焼の割合が予混合燃焼の割合よりも多い第
２の燃焼形態となるようにしたディーゼルエンジンの燃
焼制御装置において、エンジン温度又は排気浄化手段の
温度が所定値よりも低いときには、前記第２の燃焼形態
となるから、排気温度が高くなって、排気浄化手段の速
やかな暖機が図れ、排気の浄化に有利になる。

【００３０】請求項２に係る発明によれば、請求項１に
記載されているディーゼルエンジンの燃焼制御装置にお
いて、触媒の温度が所定の触媒活性を示す温度よりも低
いときには、前記第２の燃焼形態となるから、触媒の早
期活性化を図ることができるとともに、この触媒が所期
の活性を示すようになった後は、第１の燃焼形態となる
から、排気温度は低下するものの、排気中のＨＣ量が増
大して前記触媒でのＨＣの酸化反応が活発になり、該触
媒を活性温度に維持することができる。

【００３１】請求項３に係る発明によれば、請求項１又
は請求項２に記載されているディーゼルエンジンの燃焼
制御装置において、前記温度検出手段によって検出され
る温度が所定値よりも低いときには、前記第２の燃焼開
始後の膨張行程又は排気行程においてさらに燃料が後噴
射されるように前記燃料噴射弁を作動させるから、排気
温度が上昇し、排気浄化手段の速やかな暖機が図れ、排
気の浄化に有利になるとともに、後噴射によってＨＣや
煤の再燃焼が図れるから、排気浄化手段の暖機中のエミ
ッション性を良好にする上でも有利になる。

【００３２】請求項４に係る発明によれば、請求項３に
記載されているディーゼルエンジンの燃焼制御装置にお
いて、圧縮行程上死点後１０度〜６０度のクランク角度
のときに前記燃料の後噴射を実行するから、排気浄化手
段の速やかな暖機が図れ、排気の浄化に有利になるとと
もに、排気浄化手段の暖機中でも後噴射によってＨＣや
煤の再燃焼が図れる。

【００３３】請求項５に係る発明によれば、請求項３に
記載されているディーゼルエンジンの燃焼制御装置にお
いて、前記第２の燃焼による熱発生率が所定値以下にな
ったときに前記後噴射の燃料の燃焼が開始するから、拡
散燃焼によって生ずる煤の再燃焼を促してその量を低減
する上で有利になる。

【００３４】請求項６に係る発明によれば、請求項１乃
至請求項４のいずれか一に記載されているエンジンの燃
焼制御装置において、前記第２の燃焼の熱発生率が略零
になった時点又は該時点から所定期間内に前記後噴射の
燃料の燃焼が開始するようにその後噴射時期を設定した
から、後噴射燃料の燃焼が拡散燃焼によって生成した煤
の再燃焼を促してその量を低減することに有効に働くと
ともに、排気温度を上昇させて排気浄化手段の早期暖機
を図る上で有利になる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００３６】（全体構成）図１は本発明の実施形態に係
る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とシリンダヘッドとにより各気筒
２内に燃焼室４が区画形成されている。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，６
ａ，…（１つのみ図示する）により共通の燃料供給管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。

【００３７】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。

【００３８】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
された気体が圧縮行程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。

【００３９】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。

【００４０】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
を圧縮するブロワ２０と、このブロワ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。

【００４１】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（未燃ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、煤等）を浄化可能な排気
浄化手段としての触媒コンバータ２８とが配設されてい
る。触媒コンバータ２８には触媒温度を検出する温度セ
ンサ３８が設けられている。

【００４２】前記タービン２７と吸気通路１６のブロワ
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ＶＧＴ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。

【００４３】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。

【００４４】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、いずれも燃焼制御手段としてのコントロールユニ
ット（Electronic Contorol 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ＥＣ
Ｕ４０には、前記燃圧センサ７、クランク角センサ１
１、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、触媒温度セ
ンサ３８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。

【００４５】（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、即ち燃量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。

【００４６】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回転ないし低負荷側には、
予混合燃焼領域（Ｈ）が設定されていて、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（第１の運転状態）。
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、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形態（第１の燃焼形態）で
ある。

【００４７】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、即ち圧縮行程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。

【００４８】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、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。

【００４９】図４に示すグラフは、エンジン１の低負荷
域で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（吸気量（新気量と
還流排気量とを合わせた量）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Ｅ
ＧＲ率が略５５％のときには、熱発生のピークが略ＴＤ
Ｃ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、ＥＧＲ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。

【００５０】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
的な空気過剰率λが１に近づくのであるが、たとえ燃料
及び空気の比率が略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ＥＧＲ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Ｎ
Ｏｘは殆ど生成しなくなる。

【００５１】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。これは次
のように考えられる。まず、ＥＧＲ率が低いときは吸気
中には燃料に対して酸素が過剰に存在することから、着
火遅れ時間が短くても煤は殆ど生成しない。これに対し
て、ＥＧＲ率が増大してくると、吸気中の酸素が少なく
なるにも拘わらず、着火遅れ時間は酸素と燃料とが十分
に混合する時間が得られるほどには長くならず、そのた
めに煤の生成量が急増する。一方、ＥＧＲ率が略５５％
以上になると、上述したように、着火遅れ時間がかなり
長くなるため、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、煤は殆ど生成しない。

【００５２】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）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。

【００５３】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）以外の高回転ないし高負
荷側の運転領域（Ｄ）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（第２の運転状態）。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の圧縮行程上死点近傍以外でも燃料
を噴射するようにしてもよい）。このように拡散燃焼が
主体の燃焼形態により、高い出力が得られる。

【００５４】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
範囲に設定されている。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。

【００５５】ところで、予混合圧縮着火燃焼（第１の燃
焼形態）は、上述の如くエンジン低回転ないし低負荷側
で実行される低温燃焼であるから、排気温度が低くなり
がちである。従って、例えば、エンジン始動後、当該予
混合圧縮着火燃焼を続けていると、触媒コンバータ２８
の温度が低いままになり、触媒の早期活性が図れない。
そこで、本実施形態では、そのような場合は、エンジン
の運転状態が第１の運転状態である予混合燃焼領域
（Ｈ）にあっても、拡散燃焼を主体とするディーゼル燃
焼（第２の燃焼形態）を選択し、排気温度を上昇させる
ことができるようにしている。さらには、そのディーゼ
ル燃焼開始後の膨張行程又は排気行程において燃料の後
噴射を実行することにより、排気温度を上昇させること
ができるようにしている。

【００５６】まず、主噴射開始時期と排気温度、エミッ
ション等との関係を図７〜図１２に示すデータに基づい
て説明する。

【００５７】このデータは、エンジン回転数を１５００
ｒｐｍとし、スワールコントロールバルブを閉（スワー
ル強化）として、燃料を一括噴射したとき及び３分割噴
射したときの各々について、ＥＧＲ率を０％、３０％及
び５０％の３種類に変え、ＶＧＴを開又は閉とし、燃圧
（コモンレール圧力）Ｐｆを適宜調節して得たものであ
る。３分割噴射については、燃料を３等分とし、且つ各
分割噴射時間を同じとして実行した。図に記載の噴射開
始時期は、分割噴射の場合は最後の（３段目の）噴射開
始時期である。また、横軸（噴射開始時期）の数値はク
ランク角度であり、「０」はＴＤＣ、「−」はＢＴＤＣ
であることを意味する。

【００５８】図７は主噴射開始時期と排気温度との関係
を示す。噴射開始時期が遅角するに従って予混合燃焼の
割合が少なくなり、つまりは拡散燃焼の割合が多くなっ
ていき、いわゆるエンジンの燃焼性が良くなり、排気温
度が高くなっていくことがわかる。

【００５９】図８は主噴射開始時期と煤排出量との関係
を示す。一括噴射の場合は、ＥＧＲ率が低いときは噴射
開始時期が遅角しても煤排出量の増大は見られないが、
ＥＧＲ率が５０％では、噴射開始時期の遅角に伴って拡
散燃焼の割合が高くなっていくと、酸素量が少ないこと
から、燃料と酸素との混合が不充分になり、煤排出量が
多くなっている。３分割噴射の場合も、ＥＧＲ率５０％
では燃圧が高い場合に噴射開始時期が−１０度まで遅角
すると（ディーゼル燃焼になると）煤排出量が多くなっ
ている。

【００６０】図９は主噴射開始時期と排気中のＨＣ量と
の関係を示す。一括噴射及び分割噴射のいずれにおいて
も、ＥＧＲ率が低いときは噴射開始時期の遅角に伴って
ＨＣ量が減る傾向にある。これは、噴射開始時期の遅角
に伴って拡散燃焼の割合が高くなり、燃焼性が良くなる
ためと考えられる。但し、ＥＧＲ率が高くなると、相対
的に酸素量少なくなるため、ＨＣの減少傾向が鈍化して
いる。

【００６１】図１０は主噴射開始時期と排気中のＣＯ量
との関係を示す。ＨＣの場合と同じく、一括噴射及び分
割噴射のいずれにおいても、ＥＧＲ率が低いときは噴射
開始時期の遅角に伴ってＣＯ量が減る傾向にある。但
し、ＥＧＲ率が高くなると、噴射開始時期の遅角に伴っ
てＣＯ量が増大する傾向が見られる。

【００６２】図１１は主噴射開始時期と排気中のＮＯｘ
量との関係を示す。一括噴射及び分割噴射のいずれにお
いても、噴射開始時期の遅角に伴ってＮＯｘ量が増大す
る傾向にある。これは、噴射開始時期の遅角に伴って拡
散燃焼の割合が高まって熱発生率のピークが高くなり、
燃焼温度が高まるためと考えられる。噴射開始時期が−
２０度よりもさらに遅角すると、ＮＯｘ量が低下してい
るが、これは、予混合燃焼よりも拡散燃焼の割合が多く
なり、熱発生率のピークの立上りが鈍化するためと考え
られる。

【００６３】図１２は主噴射開始時期と正味平均有効圧
との関係を示す。噴射開始時期の遅角に伴って正味平均
有効圧が高くなり、燃費が良くなることがわかる。

【００６４】以上の点を踏まえ、本実施形態において
は、予混合圧縮着火燃焼の実行中（第１の運転状態）に
おいて、温度センサ３８によって検出される触媒コンバ
ータ２８の触媒温度が所定活性温度（例えば当該触媒の
ピークのＨＣ浄化率の半分の浄化率を示す温度）に達し
ていないときには、主噴射時期をＴＤＣ付近まで遅角さ
せるとともに、排気還流量を第２設定値以下として、拡
散燃焼を主体とするディーゼル燃焼（第２の燃焼形態）
を生ずるようにし、さらに、圧縮行程上死点後１０度〜
６０度のクランク角度において燃料の後噴射を実行する
ようにしている。また、前記触媒温度が前記所定活性温
度以上に上昇したときはディーゼル燃焼から予混合圧縮
着火燃焼に戻るようにしている。

【００６５】次に前記後噴射時期の好ましい態様につい
て説明する。後噴射時期については、前記ディーゼル燃
焼による熱発生率が所定値以下になったとき、特にその
熱発生率が略零になった時点又は該時点から所定期間内
に後噴射燃料の燃焼が開始するように設定することが好
ましい。ディーゼル燃焼では、その大部分が拡散燃焼で
あり、この拡散燃焼で生ずる煤の再燃焼を図る上で有利
になるからである。

【００６６】前記熱発生率が零になる時点は、エンジン
運転状態（目標トルクＴｒ及びエンジン回転数Ｎｅ）に
応じて設定される主噴射の開始時期、主噴射量、噴射の
形態（一括か分割か）、最後の噴射時期等によって異な
る。また、後噴射を行なっても、直ちに着火するわけで
はなく、着火遅れがあり、さらにインジェクタ５に対す
る駆動信号の出力から実際に開弁するまでには駆動遅れ
がある。

【００６７】従って、予め実験により各エンジン運転状
態での主燃焼（この場合はディーゼル燃焼）の熱発生率
が零になる時点を求め、これに上記着火遅れ及び駆動遅
れを考慮して、当該熱発生率が所定値以下になったと
き、又はその熱発生率が略零になった時点、又は該時点
から所定期間内に後噴射燃料の燃焼が開始するように、
後噴射時期を定め、これをエンジン運転状態に対応させ
てマップ化して電子的に格納し、このマップにより後噴
射時期をエンジン運転状態に応じて設定すればよい。

【００６８】上記各エンジン運転状態での主燃焼の熱発
生率が零になる時点は、実験によって各エンジン運転状
態での各クランク角毎の筒内圧力データを求め、これに
基づいて熱発生率を熱力学的に計算しグラフ化すること
によって求めることができる。

【００６９】このようにして求めた熱発生率を図示する
と、図１３のようになり、燃料の主噴射による燃焼に応
じて熱発生率が正の方向に大きな値を示した後、その拡
散燃焼の終了に応じて熱発生率が０となるため、この熱
発生率が略０となる時点ｔ１を基準に後噴射時期を定め
ることになる。

【００７０】また、後噴射燃料の着火遅れ時間τｆは、
エンジンの排気量、燃料噴射圧力等によって異なるが、
排気量１〜３Ｌクラスのエンジンでは、燃料噴射圧力が
５０〜２００ＭＰａ程度のときは０．４〜０．７ｍｓ程
度となる。

【００７１】圧縮行程上死点付近で燃料を一括噴射して
主燃焼（通常のディーゼル燃焼）を行なわせる場合、実
験によると、エンジン回転数Ｎｅが１５００ｒｐｍ、平
均有効圧力Ｐｅが０．３ＭＰａの低回転低負荷運転時で
は、後噴射時期をＡＴＤＣ３０゜ＣＡとしたときに、主
燃焼の熱発生率が略零になった時点で当該後噴射燃料が
着火燃焼した。後噴射燃料の着火遅れ時間τｆは約０．
６ｍｓである。エンジン回転数Ｎｅが２０００ｒｐｍ、
平均有効圧力Ｐｅが０．５７ＭＰａの中回転中負荷運転
時では、後噴射時期をＡＴＤＣ３５゜ＣＡ（クランク
角）としたときに、主燃焼の熱発生率が略零になった時
点で当該後噴射燃料が着火燃焼した。後噴射燃料の着火
遅れ時間τｆは約０．５ｍｓである。エンジン回転数Ｎ
ｅが２５００ｒｐｍ、平均有効圧力Ｐｅが０．９ＭＰａ
の高回転高負荷運転時では、後噴射時期をＡＴＤＣ４８
゜ＣＡ（クランク角）としたときに、主燃焼の熱発生率
が略零になった時点で当該後噴射燃料が着火燃焼した。
後噴射燃料の着火遅れ時間τｆは約０．７ｍｓである。

【００７２】また、前記エンジンの中回転中負荷運転時
のディーゼル燃焼において、後噴射時期、後噴射量を種
々に変化させて排気温度を測定する実験を行なったとこ
ろ、図１４に示すように、主燃焼の熱発生率が略零にな
るＡＴＤＣ３５゜ＣＡ付近に後噴射時期を設定したとき
に排気温度が最も高くなった。また、後噴射時期がＡＴ
ＤＣ３５゜ＣＡよりも遅くなってくると、排気温度が緩
やかに低下することがわかった。また、後噴射量が多い
ほど排気温度が高くなることがわかった。

【００７３】また、後噴射時期と排気中のＨＣ量との関
係を調べると、前記エンジンの低回転低負荷運転時に
は、図１５（ａ）に示すように、ＡＴＤＣ３０゜ＣＡ付
近まではＨＣ量が急上昇することがなく、前記エンジン
の中回転中負荷運転時には、図１５（ｂ）に示すよう
に、ＡＴＤＣ３５゜ＣＡ付近まではＨＣ量が急上昇する
ことがなかった。前記エンジンの高回転高負荷運転時に
は、図１５（ｃ）に示すように、ＡＴＤＣ４５゜ＣＡ付
近まではＨＣ量が急上昇することがなかった。

【００７４】従って、以上から、主燃焼の熱発生率が略
零になる時点又はその時点から所定期間内に後噴射燃料
の燃焼が開始するようにすると、排気中のＨＣ量の増大
を避けながら、排気温度を高めることができることがわ
かる。

【００７５】なお、燃焼室４内の温度を検出する温度セ
ンサの検出信号、燃焼光センサの検出信号、または燃焼
室４内に存在する電荷が偏った反応性の高い水素や炭化
水素等の量を検出するセンサの検出信号等に応じて上記
拡散燃焼状態を判別する燃焼状態判別手段を設け、この
燃焼状態判別手段において、燃料の主噴射後の温度が所
定温度以下の低温となった否か、燃焼光の発光がなくな
ったか否か、または水素や炭化水素の量が急減したか否
か等を判別することにより、上記拡散燃焼による熱発生
率が零になる時点を求め、これに基づいて次の燃焼サイ
クルでの後噴射時期を設定するように構成してもよい。
さらに、温度センサによって検出された気筒内温度から
断熱膨張温度を減算した値の微分値を求め、この微分値
がマイナスの値から０になった時点を検出することによ
って上記拡散燃焼による熱発生率が零になる時点を判別
するようにしてもよい。

【００７６】（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１６のフ
ローチャート図に基づいて説明する。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、温
度センサ３８、アクセル開度センサ３９からの信号等を
入力する（データ入力）。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Ｔr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、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Ｔrが大きくなっ
ている。

【００７７】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Ｔr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する。予混合燃焼領域（Ｈ）
であるときはステップＳＡ４に進み、触媒温度センサ３
８の出力に基づいて触媒温度Ｔcatが前記所定活性温度
Ｔcatoよりも低いか否かを判定する。なお、エンジンの
運転状態から触媒温度Ｔcatを推定するようにしてもよ
く、また、触媒温度に代えてエンジン水温を採用しても
よい。

【００７８】ステップＳＡ４において、触媒温度Ｔcat
が所定活性温度Ｔcatoよりも低いと判定されたときはス
テップＳＡ５に進み、目標トルクＴrとエンジン回転速
度Ｎeとに基づいて、噴射量マップから基本噴射量ＱEBL
を読み込んで設定し、また、噴射時期マップから基本噴
射時期ＩEBL（インジェクタ５の針弁が開くクランク角
位置）を読み込んで設定する。

【００７９】前記噴射量マップや噴射時期マップは、目
標トルクＴr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ＱEBL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。

【００８０】また、前記噴射時期マップにおいて基本噴
射時期ＩEBLの値は、予混合燃焼領域（Ｈ）において、
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。

【００８１】続くステップＳＡ６では燃料の後噴射量Ｑ
fuL及び後噴射時期ＩfuLを設定する。後噴射量ＱfuLは
主噴射と後噴射とを合わせた総燃料噴射量に占める後噴
射量の割合が１０％〜２０％程度となるように、且つエ
ンジン回転数が高くなるほど又はエンジン負荷が高くな
るほど後噴射量の割合を多くなるように設定される。エ
ンジン回転数が高くなるほど又はエンジン負荷が高くな
るほど煤の生成量が増大するからである。後噴射時期Ｉ
fuLは、主燃焼による熱発生率が略零になった時点で後
噴射燃料の燃焼が開始するように、エンジン運転状態に
応じて予め設定された後噴射時期マップにより設定され
る。

【００８２】そうして、続くステップＳＡ７で、前記ス
テップＳＡ５，ＳＡ６で設定された噴射量及び噴射時期
による主噴射及び後噴射を実行する。

【００８３】一方、ステップＳＡ４において、触媒温度
Ｔcatが所定活性温度Ｔcato以上であると判定されたと
きはステップＳＡ８に進み、目標トルクＴrとエンジン
回転速度Ｎeとに基づいて、噴射量マップから基本噴射
量ＱHHを読み込み、噴射時期マップから基本噴射時期Ｉ
HHを読み込んで、３分割噴射の各段の噴射量ＱHH1、ＱH
H2及びＱHH3、並びにそれら各段の噴射開始時期ＩHH1、
ＩHH2及びＩHH3を設定する。

【００８４】前記噴射量マップや噴射時期マップは、目
標トルクＴr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ＱHH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。

【００８５】また、前記噴射時期マップにおいて基本噴
射時期ＩHH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°
〜２０°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。

【００８６】また、３分割噴射のための各噴射量は等量
（ＱHH1＝ＱHH2＝ＱHH3＝1/3・ＱHH）としている。１段
目の噴射開始時期は基本噴射時期とし（ＩHH1＝ＩH
H）、また、所定の噴射休止間隔をおいて２段目及び３
段目の各噴射開始時期ＩHH2，ＩHH3が設定される。この
場合、３段目の噴射開始時期ＩHH3は、排気中のＨＣの
増量が図れるようにＢＴＤＣ３０゜ＣＡ〜２０゜ＣＡと
なるように設定される。

【００８７】そうして、ステップＳＡ７に進み、前記ス
テップＳＡ８で設定された噴射量及び噴射時期による主
噴射を実行する。

【００８８】また、ステップＳＡ３において、エンジン
１が拡散燃焼領域（Ｄ）にあると判定されたときはステ
ップＳＡ９に進み、目標トルクＴrとエンジン回転速度
Ｎeとに基づいて、噴射量マップから基本噴射量ＱEBHを
読み込んで設定し、また、噴射時期マップから基本噴射
時期ＩEBHを読み込んで設定する。

【００８９】前記噴射量マップや噴射時期マップは、目
標トルクＴr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る。前記噴射量マップにお
ける基本噴射量ＱEBHの値は、拡散燃焼領域（Ｄ）にお
いてもアクセル開度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。前記噴射時期
マップにおいて基本噴射時期ＩEBHの値は、予混合燃焼
領域（Ｈ）において、燃料噴射の終了時期が圧縮上死点
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に対応付けて設定されてい
る。

【００９０】続くステップＳＡ１０ではエンジン回転速
度Ｎeが所定値Ｎeoよりも大きいか否かを判定し、大き
いときはステップＳＡ１１に進んで燃料の後噴射量Ｑfu
H及び後噴射時期ＩfuHを設定する。ステップＳＡ１０で
エンジン回転速度Ｎeが所定値Ｎeo以下であると判定さ
れたときはステップＳＡ１２に進んで目標トルクＴrが
所定値Ｔroよりも大きいか否かを判定する。目標トルク
Ｔrが所定値Ｔroよりも大きいときはステップＳＡ１１
に進んで燃料の後噴射量ＱfuH及び後噴射時期ＩfuHを設
定し、目標トルクＴrが所定値Ｔro以下であるときは後
噴射量及び後噴射時期を設定することなくステップＳＡ
７に進む。すなわち、エンジン１が拡散燃焼領域（Ｄ）
においても高回転又は高負荷の領域にあるときは後噴射
を実行するものである。

【００９１】後噴射量ＱfuHは主噴射と後噴射とを合わ
せた総燃料噴射量に占める後噴射量の割合が１０％前後
となるように、且つエンジン回転数が高くなるほど又は
エンジン負荷が高くなるほど後噴射量の割合を多くなる
ように設定される。エンジン回転数が高くなるほど又は
エンジン負荷が高くなるほど煤の生成量が増大するから
である。

【００９２】但し、この場合の総燃料噴射量に占める後
噴射量の割合は、燃費の悪化を避けるために、触媒温度
Ｔcatが所定活性温度Ｔcatoよりも低いときに設定され
る後噴射量（ステップＳＡ６）が総燃料噴射量に占める
割合よりも少なくされる。逆に言えば、触媒温度Ｔcat
が所定活性温度Ｔcatoよりも低いときは、触媒の早期活
性化を図るべく、後噴射量の割合が多くされるものであ
る。

【００９３】後噴射時期ＩfuHは、主燃焼による熱発生
率が略零になった時点で後噴射燃料の燃焼が開始するよ
うに、エンジン運転状態に応じて予め設定された後噴射
時期マップにより設定される。

【００９４】図１６に示す制御フローによって、エンジ
ン１が予混合燃焼領域（Ｈ）にあるときは、燃料が吸気
行程ないし圧縮行程で噴射され、エンジン１が拡散燃焼
領域（Ｄ）にあるとき又は触媒温度Ｔcatが所定活性温
度Ｔcatoよりも低いときは燃料が圧縮行程上死点付近で
噴射されるように、インジェクタ５の作動を制御する燃
料噴射制御部（燃料噴射制御手段）が構成されている。

【００９５】（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１７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ＳＢ１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する
（データ入力）。続くステップＳＢ２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、エンジン１が予混合燃焼領域
（Ｈ）であるときはステップＳＢ３に進み、前記燃料噴
射制御フローのステップＳＡ４と同様にして触媒温度Ｔ
catが所定活性温度Ｔcatoよりも低いか否かを判定す
る。触媒温度Ｔcatが所定活性温度Ｔcato以上であると
判定されたときはステップＳＢ４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ＥＧ
Ｒ弁３５の開度に関する予混合燃焼用の目標値EGRHを読
み込んで設定する。続いて、ステップＳＢ５でＥＣＵ４
０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。

【００９６】一方、前記ステップＳＢ２においてエンジ
ン１が拡散燃焼領域（Ｄ）にあると判定したとき、或い
はステップＳＢ３において触媒温度Ｔcatが所定活性温
度Ｔcatoよりも低いと判定したときはステップＳＢ６に
進み、前記ＥＧＲマップからＥＧＲ弁３５の開度に関す
る拡散燃焼用の目標値EGRDを読み込んで設定し、ステッ
プＳＢ４に進んで、ＥＧＲ弁３５を作動させ、しかる後
にリターンする。

【００９７】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１８に示すように、Ｅ
ＧＲ弁３５の開度の目標値EGRを予混合燃焼領域（Ｈ）
及び拡散燃焼領域（Ｄ）の各々においてアクセル開度Ac
c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。

【００９８】より詳しくは、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
１６に還流させ、これによりＥＧＲ率EGRH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、或い
は触媒温度Ｔcatが所定活性温度Ｔcatoよりも低いとき
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。

【００９９】図１７に示す制御フローによって、エンジ
ン１が予混合燃焼領域（Ｈ）にあるときに、ＥＧＲ値が
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）にあるとき又は触媒温度
Ｔcatが所定活性温度Ｔcatoよりも低いときはＥＧＲ値
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（排
気還流制御手段）が構成されている。

【０１００】（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
るときには、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Ｅ
ＧＲ率EGRが第１設定値（例えば５５％）以上の状態に
なる。

【０１０１】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°〜２０°ＣＡ）にて分割
噴射され、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。

【０１０２】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。

【０１０３】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。

【０１０４】そうして、エンジン１が予混合燃焼領域
（Ｈ）にあるときでも、触媒温度Ｔcatが所定活性温度
Ｔcatoよりも低いときは、インジェクタ５により燃料が
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）。また、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。そうして、この拡散燃焼を主体とするデ
ィーゼル燃焼により、排気温度が高くなる。また、後噴
射される燃料が着火燃焼することにより、排気温度が上
昇する。よって、触媒コンバータ２８の触媒温度の速や
かな上昇が図れ、排気の浄化に有利になる。しかも、後
噴射によって排気中のＨＣ量の低減が図れる。

【０１０５】また、後噴射時期ＩfuLの制御により、拡
散燃焼による熱発生率が所定値以下になったときに、特
に、主燃焼の熱発生率が略零になった時点又は該時点か
ら所定期間内に、後噴射燃料の燃焼が開始するから、拡
散燃焼によって生ずる煤の再燃焼を促してその量を低減
することができる。また、前記拡散燃焼が終了する頃に
は煤が筒内で偏在せず酸素との接触が比較的良好なもの
となるために、後噴射燃料による煤の再燃焼が効率良く
行なわれることになる。しかも、このような比較的遅い
時期の後噴射であれば、筒内温度が下がっているから、
煤核の生成、成長、凝縮を生ずることが避けられる。

【０１０６】一方、触媒温度Ｔcatが所定活性温度Ｔcat
o以上になったときは、拡散燃焼を主体とする燃焼から
予混合燃焼を主体とする燃焼に移行するから、燃料と酸
素及び排気との混合が十分に進むことになり、煤の発生
量を低減する上で有利になる。また、主噴射時期の進角
により排気中のＨＣ量が増大し、後噴射がされないから
排気中のＨＣ量が増大するが、これは、前記触媒でのＨ
Ｃの酸化反応を活発にして該触媒を活性温度に維持する
上で有利に働くことになる。

【０１０７】一方、エンジン１が拡散燃焼領域（Ｄ）に
あるときは、インジェクタ５により燃料が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
ときは、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。

【０１０８】また、エンジン１が拡散燃焼領域（Ｄ）の
高回転又は高負荷側の運転状態にあるときは、拡散燃焼
による熱発生率が略零になるころに後噴射燃料の燃焼が
開始する。これにより、当該拡散燃焼によって生ずる煤
の再燃焼が図れ、煤排出量が低減する。

【０１０９】（燃焼形態の変更（移行）について）上述
の如くエンジンの燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼（第１
の燃焼形態）とディーゼル燃焼（第２の燃焼形態）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、図１９（ａ）
に示すように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。

【０１１０】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を早期噴射に切換える
と、予混合気が過早なタイミングで一斉に着火して、燃
焼音が極めて大きくなるとともに、ＮＯｘの生成量が急
増しさらに図２０（ａ）に示すように煤の生成量も増大
することになる。

【０１１１】この問題に対しては次のように対策すれば
よい。 (1) 予混合圧縮着火燃焼形態からディーゼル燃焼形態に
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１９(b)に
示すように、高ＥＧＲ率側において２つの燃焼形態にお
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。

【０１１２】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２０(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。

【０１１３】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、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。

【０１１４】上述の如き噴射態様の切換えを行なうため
には実際のＥＧＲ率EGRを検出するＥＧＲ率検出手段を
設けることになる。そのためには、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。 (2) 予混合圧縮着火燃焼形態からディーゼル燃焼形態に
切り換えるときは、前記ＥＧＲ率が前記第１の設定値以
上の状態から前記第２の設定値以下の状態になるように
ＥＧＲ弁３５を作動させる一方、燃料が膨張行程の所定
時期に噴射されて予混合燃焼の割合が拡散燃焼の割合よ
りも多い第３の燃焼形態となった後、燃料が圧縮行程上
死点付近で噴射されるディーゼル燃焼形態に切り換わる
ように前記燃料噴射弁を作動させる。

【０１１５】すなわち、予混合圧縮着火燃焼形態からデ
ィーゼル燃焼形態に移行するときに途中で第３の燃焼形
態を経るようにしたものである。この第３の燃焼形態で
は、燃料が気筒の膨張行程の所定時期に噴射されるが、
膨張行程ではピストンの上死点からの下降に伴い燃焼室
の容積が増大して、その温度及び圧力が低下するので、
燃料の着火遅れ時間が長くなり、燃料と空気との十分な
混合が図れる。よって、予混合燃焼が主体となり、前記
第１の燃焼と同様にＮＯｘや煤の生成を抑えることがで
きる。

【０１１６】前記第３の燃焼状態では圧縮上死点後に燃
焼が開始することになるので、サイクル効率が低下して
燃費が悪化するきらいがある。そこで、ＥＧＲ値が第１
及び第２設定値の中間の値にあるときの全期間で第３の
燃焼形態にするのではなく、例えば、特に煤の生成が盛
んになる所定範囲にあるときにのみ、第３の燃焼形態に
するようにしてもよい。

【０１１７】例えば、予混合圧縮着火燃焼から前記第３
の燃焼形態への切換え（噴射形態の切換え）は、実ＥＧ
Ｒ率が図１９に示す第１設定値とEGR1との間にあるとき
に行ない、前記第３の燃焼形態からディーゼル燃焼形態
への切換え（噴射形態の切換え）は、実ＥＧＲ率が前記
EGR1よりも小さくなったときに行なうようにすればよ
い。 (3) エンジンの気筒の実圧縮比は、少なくとも前記燃焼
形態の切換えの際、略１７以下になるようにすることが
好ましい。すなわち、エンジン回転数１５００ｒｐｍ、
スワールコントロールバルブ閉、並びに圧縮行程上死点
前３０度（クランク角度）での一括噴射開始（主燃焼）
という条件下で、有効圧縮比εを１８．３及び１６．０
（ε＝１６．０では還流排気を冷却した場合と冷却しな
い場合の２種類）の各々について、ＥＧＲ率と煤排出量
との関係を調べた。結果は図２１に示されている。同図
によれば、ＥＧＲ率３０％〜５５％では煤排出量が多く
なっている。但し、有効圧縮比が小さくなると煤排出量
が少なくなり、また、同じ有効圧縮比１６．０でもＥＧ
Ｒ冷却の方が煤排出量が少なくなっている。これは着火
遅れ時間が長くなり、燃料と酸素との混合が進むためと
考えられる。同図から有効圧縮比を１７以下とするこ
と、また、ＥＧＲ冷却を行なうことが煤排出量を少なく
する上で有効であることがわかる。

【０１１８】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。

【０１１９】また、前記実圧縮比が、少なくとも前記燃
焼形態の切換えの際、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。

【０１２０】そして、例えば、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。 (4) ディーゼル燃焼から予混合圧縮着火燃焼に移行する
ときは、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。 (5) エンジンが所定以上の加速運転状態になったときに
は、予混合燃焼領域（Ｈ）であっても、ディーゼル燃焼
となるようにインジェクタ５を制御し、且つＥＧＲ率が
前記第２設定値以下になるようにＥＧＲ弁３５を制御す
る。すなわち、エンジンの急加速時には高負荷側のディ
ーゼル燃焼領域（Ｄ）への移行を見越して、吸気量や燃
料噴射量の少ない間に先にディーゼル燃焼に切換える。
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。

【０１２１】この場合の燃焼形態の切換えも、ＥＧＲ弁
３５の制御によって実ＥＧＲ率が前記第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
料の噴射態様を切換えるものとする。これにより、予混
合燃焼領域（Ｈ）からディーゼル燃焼領域（Ｄ）への移
行を見越して燃焼状態を切換える際に、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。

【０１２２】また、上述の如くエンジンが所定以上の加
速運転状態になって、予混合圧縮着火燃焼形態からディ
ーゼル燃焼形態に切り換えたときは、圧縮行程上死点後
１０度〜６０度のクランク角度のときに燃料の後噴射を
実行することにより、実ＥＧＲ率変化の遅れに伴って一
時的に生成量が増大する煤を再燃焼させて低減する。こ
の場合、後噴射時期は、ディーゼル燃焼による熱発生率
が所定値以下になったときに、特にその熱発生率が略零
になった時点又は該時点から所定期間内に当該後噴射燃
料の燃焼が開始するように設定することが好ましい。

【０１２３】なお、上記実施形態では排気浄化手段が触
媒である場合を説明したが、ＤＰＦであってもよい。

【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】主噴射開始時期の変化に対する排気温度の変化
を示すグラフ図である。

【図８】主噴射開始時期の変化に対する煤排出量の変化
を示すグラフ図である。

【図９】主噴射開始時期の変化に対する排気中のＨＣ量
の変化を示すグラフ図である。

【図１０】主噴射開始時期の変化に対する排気中のＣＯ
量の変化を示すグラフ図である。

【図１１】主噴射開始時期の変化に対する排気中のＮＯ
ｘ量の変化を示すグラフ図である。

【図１２】主噴射開始時期の変化に対する正味平均有効
圧の変化を示すグラフ図である。

【図１３】インジェクタのニードルリフト量と熱発生率
との関係を示すタイムチャート図である。

【図１４】後噴射時期・後噴射量の変化に対する排気温
度の変化を示すグラフ図である。

【図１５】後噴射時期の変化に対する排気中のＨＣ量の
変化を示すグラフ図である。

【図１６】燃料噴射制御のフローチャート図である。

【図１７】ＥＧＲ制御のフローチャート図である。

【図１８】エンジンの燃焼モードを切換える制御マップ
（ａ）とＥＧＲ弁開度（ｂ）との関係を示すグラフ図で
ある。

【図１９】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２０】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１９と同様の図である。

【図２１】ＥＧＲ率の変化に対する煤排出量の変化を示
すグラフ図である。

【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２８触媒コンバータ（排気浄化手段）３４ＥＧＲ通路３５ＥＧＲ弁（排気還流量調節手段）３８温度センサ４０コントロールユニット（ＥＣＵ）

───────────────────────────────────────────────────── 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 45/00 Ｆ０２Ｄ 45/00 ３１４ＲＦ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｄ５７０Ｊ (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 BA05 CA06 EA10 FA06 FA08 GA01 GA02 GA04 GA09 GA15 3G084 AA01 BA13 BA15 BA20 DA10 FA07 FA10 FA11 FA18 FA20 FA21 FA22 3G092 AA02 AA17 AA18 AB03 BB06 BB11 DC09 EA04 EA08 FA18 GA05 GA06 HA01Z HB02X HB03Z HD01Z HD02Z HE01Z HE03Z HE08Z 3G301 HA02 HA06 HA11 HA13 JA21 KA06 LB11 MA11 MA19 MA26 MA27 NC02 ND02 NE12 PA01Z PA07Z PA17Z PB08Z PC01Z PD12Z PE03Z PE08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【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の運転状態にあるときは、燃料が吸気行
程ないし圧縮行程で噴射され且つ排気の還流量が第１の
設定値以上になって、予混合燃焼が圧縮行程上死点付近
から開始され且つ該予混合燃焼の割合が拡散燃焼の割合
よりも多くなる第１の燃焼形態となり、エンジンが第２
の運転状態にあるときは、燃料が圧縮行程上死点付近で
噴射され且つ排気の還流量が前記第２の設定値以下にな
って、拡散燃焼の割合が予混合燃焼の割合よりも多くな
る第２の燃焼形態となるように、前記燃料噴射弁及び排
気還流量調節手段を制御する燃焼制御手段とを備えてい
るディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、エンジンの排気通路に設けられた排気浄化手段と、エンジン温度又は前記排気浄化手段の温度を検出する温
度検出手段とを備え、前記燃焼制御手段は、前記温度検出手段によって検出さ
れる温度が所定値よりも低いときには、前記第２の燃焼
形態となるように前記燃料噴射弁及び排気還流量調節手
段を作動させ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。
【請求項２】請求項１に記載されているディーゼルエ
ンジンの燃焼制御装置において、前記温度検出手段は、排気中のＨＣを浄化する前記排気
浄化手段としての触媒の温度を検出するものであり、前記燃焼制御手段は、前記触媒の温度が所定の触媒活性
を示す温度よりも低いときには、前記第２の燃焼形態と
なり、前記触媒の温度が前記所定の触媒活性を示す温度
以上に上昇したときには、前記第１の燃焼形態となるよ
うに、前記燃料噴射弁及び排気還流量調節手段を作動さ
せ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。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載されている
ディーゼルエンジンの燃焼制御装置において、前記燃焼制御手段は、前記温度検出手段によって検出さ
れる温度が所定値よりも低いときには、前記第２の燃焼
開始後の膨張行程又は排気行程においてさらに燃料が後
噴射されるように前記燃料噴射弁を作動させることを特
徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項４】請求項３に記載されているディーゼルエ
ンジンの燃焼制御装置において、前記燃焼制御手段は、前記燃料の後噴射を圧縮行程上死
点後１０度〜６０度のクランク角度のときに実行するこ
とを特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項５】請求項３に記載されているディーゼルエ
ンジンの燃焼制御装置において、前記燃焼制御手段は、前記燃料の後噴射時期を、前記第
２の燃焼形態による熱発生率が所定値以下になったとき
に当該後噴射燃料の燃焼が開始するように設定すること
を特徴とするディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項６】請求項３に記載されているディーゼルエ
ンジンの燃焼制御装置において、前記燃焼制御手段は、前記燃料の後噴射時期を、前記第
２の燃焼形態による熱発生率が略零になった時点又は該
時点から所定期間内に当該後噴射燃料の燃焼が開始する
ように設定す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。