JP2016070152A - ディーゼルエンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】拡散燃焼を行うように構成されたディーゼルエンジンの制御装置において、アイドル運転時における、未燃成分の増大、及び、回転変動の増大を抑制する。【解決手段】ＰＣＭ１００は、エンジン１がアイドル運転状態以外の運転状態にあると判定したときには、インジェクタ１８に対する要求噴射量の増減に応じて、最小保証噴射量以上に維持するように、エンジン１サイクルあたりでプレ噴射を行う回数を増減する噴射回数可変制御を実行する一方、アイドル運転状態にあると判定したときには、エンジン回転数が所定のアイドル回転数で安定するように要求噴射量を増減するフィードバック制御と共に、その要求噴射量の増減に拘わらず、プレ噴射を行う回数を一定に保持する噴射回数保持制御を実行する。【選択図】図５

Description

ここに開示する技術は、ディーゼルエンジンの制御装置に関する。

特許文献１には、多気筒ディーゼルエンジンのための制御装置が記載されている。この制御装置は、アイドル運転時に、インジェクタの噴射指令パルスに対する実際の噴射量のズレを、各気筒毎に学習するように構成されており、具体的には、特定気筒の１燃焼における要求噴射量（トータル噴射量）を均等に分割して、ｎ回の分割噴射を実施することで、噴射量補正値を算出するようにしている。

特許文献２には、そうした制御装置の別例として、冷間アイドル時に、エンジン１サイクルあたり、２回のパイロット噴射を実行させる一方、温間アイドル時には、１回のパイロット噴射を実行させるものが記載されている。この制御装置は、冷間アイドル状態から暖機完了後もアクセル操作量が０％で安定しているならば、つまり、暖機完了後もアイドル状態を継続しているならば、パイロット噴射の回数を変更せずに固定させる。

自動車に搭載されるディーゼルエンジンでは、排気ガス中のＮＯｘや煤の低減、騒音、さらには振動の低減、燃費やトルクの向上等を図るため、エンジン１サイクル中に、気筒内に複数回の燃料の噴射を行うことがある。そうした噴射としては、トルク発生のためのメイン噴射（主噴射）、気筒を予熱するためにメイン噴射に先立ち行われるパイロット噴射、パイロット噴射とメイン噴射との間でメイン噴射による燃料の着火遅れを抑制するためのプレ噴射、メイン噴射後において排気ガス温度を上昇させるためのアフタ噴射、及び、アフタ噴射後に排気系に燃料を直接導入して触媒の昇温を図るポスト噴射が知られている。

また、拡散燃焼においては、１サイクルあたり、プレ噴射を２回以上実行させることで、気筒内の着火性を高めることも知られている。そうすることで、気筒内の各所に、局所的にリッチな混合気を分散させることができる。それにより、気筒内の着火性を高め、未燃成分の低減に有利になる。プレ噴射の回数を増やすことは、エンジンの負荷が低い、及び／又は、回転数が低い運転状態時に有効であり、例えば、アイドル運転時も、それに該当する。

特開２００８−１０１６２５号公報 特開２００８−１４４７２８号公報

ところで、燃料の噴射を行う燃料噴射弁には、実際に噴射する燃料量を保証する最小保証噴射量が設定されることが一般的である。最小保証噴射量を下回るような微量の燃料を噴射することは、避けることが好ましい。

しかしながら、エンジンの運転状態に応じて要求噴射量が少なくなったときには、分割噴射時の分割数が多いほど、言い換えると、プレ噴射の回数が多いほど、１回の噴射における燃料量が少なくなり、最小保証噴射量を下回ることが起こり得る。

そこで、１回の噴射における燃料量が最小保証噴射量を下回ってしまうようなときには、分割数を減らす、言い換えると、プレ噴射の回数を減らすことによって、１回の噴射における燃料量として、最小保証噴射量を確保することが考えられる。しかしながら、プレ噴射の回数を減らしてしまうと、気筒内の着火性が低下して、未燃成分が増大してしまうという不都合が生じる。

特に、エンジン回転数が所定のアイドル回転数で安定するようにフィードバック制御を行っているアイドル運転時には、前述したようにプレ噴射の回数を減らすことに伴い、未燃成分の増大を招く上に、フィードバック制御に起因してプレ噴射の回数の増減が繰り返される結果、エンジン回転数の変動が大きくなるという問題が生じることを、本願発明者等は見出した。

ここに開示する技術は、か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、拡散燃焼を行うように構成されたディーゼルエンジンの制御装置において、アイドル運転時における、未燃成分の増大、及び、回転変動の増大を抑制することにある。

ここに開示する技術は、ディーゼルエンジンの制御装置に係り、この制御装置は、車両に搭載されたエンジン本体と、前記エンジン本体の気筒内に臨んで配設され且つ、該気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁を通じた前記気筒内への前記燃料の噴射形態を制御する噴射制御手段と、を備える。

そして、前記噴射制御手段は、前記エンジン本体が、アイドル運転状態を除く所定の運転状態にあるときには、前記燃料噴射弁に対し、該エンジン本体の運転状態に対応した要求噴射量の燃料を、前記気筒内に拡散燃焼を主体とした主燃焼を行うために圧縮上死点付近において燃料を噴射する主噴射と、該主噴射よりも前のタイミングで燃料を噴射する、１回以上に設定された前段噴射の各々とに分割して噴射するように要求すると共に、前記要求噴射量が減少したときには、１回の噴射において噴射する燃料量が所定量以上となるように、前記前段噴射を行う回数を設定回数よりも減らす噴射回数可変制御を実行する。

さらに、前記噴射制御手段はまた、前記エンジン本体がアイドル運転状態にあるときには、該エンジン本体の回転数が所定の目標値となるように前記要求噴射量を増減するフィードバック制御を実行すると共に、前記燃料噴射弁に対し、該要求噴射量の燃料を、前記主噴射と、１回以上に設定された前記前段噴射の各々とに分割して噴射するように要求し且つ、該要求噴射量の増減に拘わらず、該前段噴射を行う回数を設定回数で一定に保持する噴射回数保持制御を実行する。

ここでいう「噴射形態」とは、エンジン１サイクルにおいて、燃料を噴射する回数、各噴射を実行させるタイミング、及び、１回の噴射において噴射する燃料量を含む。

また、ここでいう「前段噴射」とは、主燃焼のための主噴射よりも前のタイミングで実行されるものであり、気筒内の着火性を高めるべく行われたり、主噴射に伴う主燃焼よりも前のタイミングで、前段燃焼を生起するために行われたりするものを含む。こうした前段噴射としては、いわゆるパイロット噴射と、プレ噴射とが含まれる。

この構成によると、噴射制御手段は、エンジン本体がアイドル運転状態以外の、所定の運転状態にあるとき、言い換えると車両走行状態にあるときには、主噴射と、１回以上に設定された前段噴射とを行って拡散燃焼を行う。これにより、着火性が高まり、未燃成分が低減する、また、車両走行状態にあるときには、要求噴射量が減少したときに、１回の噴射において噴射する燃料量が所定量以上となるように、前段噴射を行う回数を、設定よりも減らす。こうすることで、１回以上の前段噴射、及び、主噴射のそれぞれにおいて噴射される燃料量は比較的多くなる。ここで、所定量は、最小保証噴射量としてもよい。こうすることで、各噴射において噴射される燃料量が保証される結果、１サイクル中の燃料量が保証される。例えばアクセル開度をゼロにすることに伴う減速中等に、要求噴射量が減少して、１回の噴射において噴射する燃料量が所定量を下回ることが起こり得る。その場合に、１サイクル中の燃料量を保証することによってトルクをコントロールすることが可能になるから、減速中のトルクショック等を回避することが可能になる。

一方で、エンジン本体がアイドル運転状態にあるときには、エンジン回転数を、目標値としてのアイドル回転数に向けてフィードバック制御（以下では、アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御と記載）する。アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御によって、要求噴射量は増減し得る。アイドル運転状態でも、主噴射と１回以上に設定される前段噴射とを行うが、要求噴射量が減少する結果、１回の噴射において噴射する燃料量が所定量を下回るようなことが起こり得る。しかしながら、アイドル運転状態にあるときには、要求噴射量の増減に拘わらず、前段噴射の回数を設定回数で一定に保持するように制御する。設定された回数の前段噴射を確実に実行させることで、気筒内の各所に、局所的にリッチな混合気を分散させることができ、着火性を高めることが可能になる。その結果、アイドル運転状態において未燃成分の低減が可能になる。

また、アイドル運転状態においては、単に前段噴射を１回以上実行させるのではなく、その回数の増減を禁止している（一定に保持している）。これにより、アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御時にエンジン回転数の変動が大きくなることが回避される。尚、前記所定量を、最小保証噴射量とした場合、アイドル運転状態において、前段噴射の回数を一定に保持することで、１回の噴射において噴射する燃料量が最小保証噴射量を下回るようなことが起こり得るが、アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御を実行しているため、エンジン回転数を略一定に維持することが可能である。

このように、アイドル運転状態と、それ以外の状態とで、前段噴射の回数を保持する制御と、前段噴射の回数を可変とする制御とを切り替えることにより、それぞれの制御の利点を効果的に発揮させることができる。

また、前記噴射制御手段は、前記噴射回数保持制御を実行している最中、前記燃料噴射弁に対し、１回の前記主噴射と、２回の前記前段噴射と、からなる噴射形態に保持する、としてもよい。

この構成によると、１サイクルあたり、前段噴射を２回実行させることで、１回実行させるときと比較して、気筒内の各所に、局所的にリッチな混合気を分散させることができる。それにより、エンジンの負荷が低い、及び／又は、回転数が低い運転状態時に、気筒内の着火性を高め、未燃成分の低減を図る上で有利になる。

こうした噴射形態を用いることで、前記のような効果を発揮させるのに適した噴射制御手段が得られる。

また、前記噴射制御手段は、前記噴射回数保持制御を実行している最中、前記要求噴射量が減少したときには、前記燃料噴射弁に対し、前記主噴射と、１回以上に設定された前記前段噴射の各々とで、該要求噴射量を均等に分割する、としてもよい。

この構成によると、噴射回数保持制御を実行している最中、前記要求噴射量が減少したときには、主噴射と、１回以上に設定された前段噴射の各々とで、噴射量が均等になるように調整する。そうすることで、主噴射と前段噴射とを含む各噴射について、所定量以上の噴射量が確保され、設定された回数の前段噴射と、主噴射とを、それぞれ確実に実行させることが可能になる。つまり、主噴射と前段噴射とを含む各噴射について、予め設定された割合で、減少した要求噴射量を分割すると、いずれかの噴射の噴射量（絶対量）が少なくなる結果、当該噴射タイミングで、実際には燃料が噴射されず、噴射回数が実質的に減ってしまうことが起こり得る。これに対し、主噴射と前段噴射とを含む各噴射について、要求噴射量を均等に割り振ることによって、いずれかの噴射の噴射量だけが少なくなることが回避される。これは、噴射回数が実質的に減ってしまうリスクを低減する。

以上説明したように、前記のディーゼルエンジンの制御装置は、アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御を行うアイドル運転状態では、それ以外の運転状態とは異なり、要求噴射量の増減に対して前段噴射の回数を保持するため、未燃成分の増大、及び、回転変動の増大を抑制することができる。

ディーゼルエンジンの制御装置の構成を示す概略図である。 前記ディーゼルエンジンの制御に係るブロック図である。 前記ディーゼルエンジンの運転状態に応じたインジェクタの噴射形態のマップの一例である。 （ａ）は、ＰＣＭがインジェクタに対し入力するパルス信号の一例、（ｂ）は、当該信号に対応する噴射形態の一例、及び、（ｃ）は、それに伴う熱発生率の履歴の一例である。 噴射回数可変制御及び噴射回数保持制御の制御フローの一例を示す図である。 噴射回数可変制御を実行している最中のパルス信号の例である。 噴射回数保持制御を実行している最中のパルス信号の例である。

以下、ディーゼルエンジンの制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。図１及び図２は、実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置の概略構成を示す。この制御装置は、エンジン（エンジン本体）１と、このエンジン１における後述のインジェクタ１８（燃料噴射弁）による制御を含む種々の制御を実行するパワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭと記載）１００とを備えている。ＰＣＭ１００は、この実施形態に係る噴射制御手段を構成する。

エンジン１は、不図示の車両に搭載されていて、その出力軸であるクランクシャフト１５は、不図示の変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジン１の出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。

前記エンジン１は、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン１３とを有している。このエンジン１の各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン１４の頂面には、リエントラント形燃焼室１４ａを区画するキャビティが形成されている。このピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランクシャフト１５と連結されている。

前記シリンダヘッド１２には、各気筒１１ａ毎に吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の燃焼室１４ａ側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。吸気弁２１を駆動する吸気動弁系、及び、排気弁２２を駆動する排気動弁系はそれぞれ、少なくとも、開弁時期を変更する可変動弁機構を含んでいる。

エンジン１には、エンジン駆動式の高圧燃料ポンプ５４と、燃料タンク５２内に設けた電動式の低圧燃料ポンプ（不図示）とによって、燃料タンク５２から燃料が供給される。前記シリンダヘッド１２には、気筒１１ａ内に前記燃料を直接噴射するインジェクタ１８が設けられている。このインジェクタ１８は、その燃料噴射口が燃焼室１４ａの天井面から該燃焼室１４ａに臨むように配設されていて、燃焼室１４ａの天井面からホローコーン状に燃料を噴射する。このインジェクタ１８が燃料噴射弁を構成する。

この実施形態に係るインジェクタ１８としては、ソレノイドを用いて構成され、噴射口の高度な開度制御が可能なインジェクタ１８が用いられている。ＰＣＭ１００は、気筒１１ａ内への燃料の噴射形態を制御すべく、インジェクタ１８に対してパルス信号を入力する。例えば、図４（ａ）に示すように、１サイクルにつき複数回の噴射を実行させる場合には、ＰＣＭ１００は、インジェクタ１８に対し、各噴射に対応するようなパルス幅を有するパルス信号を、所定のタイミングで入力する。各パルス信号のパルス幅、及び、当該信号間の間隔は、概ね、１ミリ秒程度のオーダーに設定される。この構成によると、エンジン１の回転数が非常に大きい場合でも、単位時間あたりの噴射量や噴射タイミングなどを精度良く制御できるようになっている。一般的に、こうしたインジェクタ１８においては、各噴射タイミングにおいて噴射する燃料量を保証する最小保証燃料量が設定されている。

燃料タンク５２とインジェクタ１８との間は、燃料供給経路５６によって互いに連結されている。この燃料供給経路５６上には、燃料フィルタ５３と、エンジン駆動式の高圧燃料ポンプ５４と、コモンレール５５とを含み且つ、インジェクタ１８に、比較的高い燃料圧力で燃料を供給することが可能な燃料供給システム５１が介設されている。燃料フィルタ５３は、燃料タンク５２からの燃料に含まれる異物等を除去して高圧燃料ポンプ５４に送り、高圧燃料ポンプ５４は、燃料フィルタ５３からの燃料を、コモンレール５５に圧送する。コモンレール５５は、圧送された燃料を、比較的高い燃料圧力で蓄えることが可能であり、インジェクタ１８が開弁することによって、コモンレール５５に蓄えられている燃料がインジェクタ１８の燃料噴射噴口から噴射される。ここで、高圧燃料ポンプ５４は、詳細は省略するが、エンジン１によって駆動される。

また、シリンダヘッド１２には、エンジン１（エンジン本体）の冷間始動時に、燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９が設けられている。

前記エンジン１の一側面には、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、前記エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室１４ａからの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、詳しくは後述するが、吸入空気の過給を行うターボ過給機６１が配設されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３４が配設されている。このサージタンク３４よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒１１ａ毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１１ａの吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３４との間には、ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａと、前記各気筒１１ａの燃焼室１４ａへの吸入空気量を調節する吸気シャッター弁３６と、該コンプレッサ６１ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、後述の高圧ＥＧＲ通路７１との接続部と、が配設されている。この吸気シャッター弁３６は、基本的には全開状態とされる。また、インタークーラ３５は、電動ウォータポンプ９１を通じて、エンジン１からの冷却水が供給されるように構成されている。

前記排気通路４０の上流側の部分は、各気筒１１ａ毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。

この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置４１と、後述の低圧ＥＧＲ通路８１との接続部と、排気シャッター弁４３と、サイレンサ４２とが配設されている。

この排気浄化装置４１は、上流側から順に、酸化触媒４１ａと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下では、ＤＰＦと記載）４１ｂとを有している。前記酸化触媒４１ａは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ_２及びＨ_２Ｏが生成する反応を促すものである。また、前記ＤＰＦ４１ｂは、エンジン１の排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕集するものである。尚、ＤＰＦ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。

前記吸気通路３０における前記サージタンク３４と吸気シャッター弁３６との間の部分（つまりターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａよりも下流側部分）と、前記排気通路４０における前記排気マニホールドとターボ過給機６１のタービン６１ｂとの間の部分（つまりターボ過給機６１のタービン６１ｂよりも上流側部分）とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための高圧ＥＧＲ通路７１によって接続されている（高圧ＥＧＲシステム）。この高圧ＥＧＲ通路７１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するための高圧ＥＧＲ弁（排気ガス還流弁）７３が配設されている。

この高圧ＥＧＲシステムとは別に、低圧ＥＧＲシステムとして、吸気通路３０におけるターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａよりも上流側部分と、排気通路４０におけるＤＰＦ４１ｂよりも下流側部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための低圧ＥＧＲ通路８１によって接続されている。この低圧ＥＧＲ通路８１は、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するための低圧ＥＧＲ弁８３と、排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ８２と、還流させる排気ガス中に含まれる混入物等を捕集するための低圧ＥＧＲフィルタ（図示せず）とが配設されて構成されている。

また、排気通路４０における低圧ＥＧＲ通路８１との接続部の直下流側であって且つ、サイレンサ４２の上流側の部分（つまり、排気通路４０における、当該接続部とサイレンサ４２との間の部分）には、排気シャッター弁４３が配設されており、開閉駆動されるように構成されている。この排気シャッター弁４３は、その開度を変更することにより、排気ガスの低圧ＥＧＲ通路８１への流入圧力と流出圧力（吸気通路３０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分の圧力）とを調整可能に構成されていて、低圧ＥＧＲ弁８３と協働することにより、低圧ＥＧＲ通路８１を通じた排気ガスの還流量を制御する。

ターボ過給機６１は、吸気通路３０に配設されたコンプレッサ６１ａと、排気通路４０に配設されたタービン６１ｂとを有している。このコンプレッサ６１ａは、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３５との間に配設されている。一方、タービン６１ｂは、排気通路４０における排気マニホールドと酸化触媒４１ａとの間に配設されている。このタービン６１ｂが排気ガス流により回転し、その回転により、タービン６１ｂに連結された前記コンプレッサ６１ａが作動する。

ここで、ターボ過給機６１は、エンジン１の運転状態に応じてタービン６１ｂに流入する排気ガスの流速を調整可能な可変容量型のターボ過給機（Variable Geometry Turbocharger：ＶＧＴ）であり、タービン６１ｂの入口、つまり排気通路４０におけるタービン６１ｂの直上流部には、この調整のためのＶＧＴ絞り弁６２が配設されている。ＶＧＴの構成は公知であるため、詳細な図示は省略するが、ＶＧＴ絞り弁６２は、支持軸回りに回動可能に構成されており、その開度を変更することにより、排気ガスが通ることになるノズル流路の開度が変更されるように構成されている。例えば、エンジン１の回転数が低いときに、ノズル流路の開度を小さく絞ることにより、ノズル流路を通過してタービン翼列内に流入する排気ガスの流速を高めると共に、その流れ方向がタービン６１ｂの接線方向（つまり、円周方向）に向くことによって過給効率を高めることができる。但し、この場合、タービン６１ｂの上流側の排圧が高まるため、排気抵抗は増加してしまう。

また、このエンジン１は、その排気量を１．５リットル程度とした、比較的排気量の小さいエンジンとなるように構成されている。このエンジン１は、比較的小型軽量であり且つ、機械抵抗が低く、燃費性能が高い。

このように構成されたエンジン１は、前述のＰＣＭ１００によって制御される。ＰＣＭ１００は、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラムやデータを格納するメモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。

ＰＣＭ１００には、図２に示すように、各種のセンサからの検出信号が入力される。そうしたセンサとしては、次のセンサが含まれる。すなわち、エアクリーナ３１の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサ１０２、及び新気の温度を検出する吸気温度センサ１０３、インタークーラ３５の下流側に配置され且つ、インタークーラ３５を通過した後の吸気の圧力を検出する、吸気圧センサ１０５、サージタンク３４に取り付けられて、気筒１１ａ内に供給される吸気の温度を検出する吸入ガス温度センサ１０４、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサ１０１、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ１０８、排気通路４０における高圧ＥＧＲ通路７１との接続部近傍に配置され、排気圧力を検出する排気圧センサ１０６、ＤＰＦ４１ｂを通過する前後の排気ガスの差圧を検出するＤＰＦ差圧センサ１１２、ＤＰＦ４１ｂを通過した後の排気ガスの温度を検出する排気温度センサ１０７、車両に設けたアクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１０、及び、変速機の出力軸の回転速度を検出する車速センサ１１１である。

ＰＣＭ１００は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ１８、グロープラグ１９、及び、各種の弁（吸気シャッター弁３６、排気シャッター弁４３、高圧ＥＧＲ弁７３、及び低圧ＥＧＲ弁８３を含む）等のアクチュエータへ制御信号を出力する。

図３は、エンジン１の運転状態に応じた噴射形態を示すマップである。エンジン１は、温間時には、図３に示すように、エンジン回転数とエンジン負荷（要求噴射量）とに応じて、複数の運転領域からいずれか１つが選択され、各運転領域毎に設定された噴射形態を実行する。図３に示すマップでは、運転領域は、Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤの４つに分けられており、ＰＣＭ１００は、これらの運転領域のうちのいずれを選択したとしても、インジェクタ１８に対し、拡散燃焼を実行させるように構成されている。拡散燃焼とは、燃料と空気とが拡散及び混合しながら燃焼が進行していく燃焼であって、換言すれば、燃料噴射と燃焼とが時間的に一部重なる燃焼である。この拡散燃焼は、燃料と空気とを混合させた後に着火させる予混合燃焼に比べて、着火遅れが短いため、燃焼の開始タイミングを制御し易い。また、拡散燃焼は、予混合燃焼に比べて、燃焼が緩慢であるため、燃焼圧が低く燃焼騒音が小さくなる。尚、図３において、運転領域Ａ内のさらに低負荷低回転側に設けた領域Ｅは、アイドル運転状態に相当し、このエンジン１では、アイドル運転時にも拡散燃焼を行う。

図３に示すマップにおいて、低回転低負荷の領域に相当する運転領域Ａでは、パイロット噴射と、２回のプレ噴射と、メイン噴射とを含む、合計４回の燃料噴射を行う。また、運転領域Ｂに対して高負荷側の領域に相当する運転領域Ｂでは、パイロット噴射と１回のプレ噴射とメイン噴射とアフタ噴射とを含む、合計４回の燃料噴射を行う。さらに、運転領域Ａ及び運転領域Ｂに対して高回転側の領域に相当すると共に、中回転中負荷の領域を含む運転領域Ｃでは、２回のプレ噴射とメイン噴射とを含む、合計３回の燃料噴射を行う。加えて、中負荷から高負荷の領域に相当する運転領域Ｄでは、プレ噴射とメイン噴射とを含む、合計２回の燃料噴射を行う。

尚、運転領域Ａ及び運転領域Ｂでは、ＥＧＲガスを気筒１１ａ内に導入するのに対し、運転領域Ｃ及び運転領域Ｄでは、ＥＧＲガスを気筒１１ａ内に導入しない。また、アイドル運転時には、ＥＧＲガスを気筒１１ａ内に導入する。

図４は、例えばアイドル運転時における、ＰＣＭ１００からインジェクタ１８に出力されるパルス信号（ａ）と、当該パルス信号に基づいて実現されることになる噴射形態（ｂ）と、それに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴（ｃ）とをそれぞれ例示している。尚、図４は、車両走行時にも取り得る噴射形態である。

図４に示す例では、ＰＣＭ１００は、インジェクタ１８に対し、１サイクルあたりの要求噴射量を所定の比率で分割することにより、エンジン１の１サイクルにつき、合計３回の燃料噴射を実行させるように要求する。具体的には、ＰＣＭ１００は、圧縮上死点（図４中では、ＴＤＣと記載）前の圧縮行程中において、比較的噴射量の少ない、前段噴射の一例としてのプレ噴射を、所定の時間間隔を空けて２回実行させるように設定する。そして、２回目のプレ噴射を実行させた後、さらに所定の時間間隔を空けた後に、圧縮上死点付近、具体的には、圧縮上死点直前から当該上死点を過ぎた直後にかけて、プレ噴射よりも噴射量の多い燃料噴射（主噴射）を実行させる。プレ噴射は、十分な熱発生率を有するプレ燃焼を、その熱発生率のピークが圧縮上死点前の所定の時期に発生するように、生起させる。換言すれば、主燃焼の開始前にプレ燃焼を生起させ、それにより主噴射を開始する時点での気筒１１ａ内の温度及び圧力を高めておく。このことは主噴射により噴射された燃料の着火遅れ時間を短くする。主噴射は、図４の例で示すように、プレ噴射よりも相対的に遅れたタイミングで、つまり、圧縮上死点により近いタイミングで噴射を開始するが、プレ噴射により着火遅れ時間を短くした分だけ、その主噴射に伴う主燃焼は、当該主噴射をしてから比較的早いタイミングで発生するようになる。主燃焼は、プレ噴射に伴うプレ燃焼に継続して発生するように、つまり、プレ燃焼による熱発生率がピークを過ぎて且つゼロに達する前に、当該主燃焼による熱量が発生し始めるようなタイミングで実行される。このように、主噴射の着火遅れを短縮することにより、主燃焼の熱発生率の上昇を緩慢にさせることができるから、燃焼騒音を低減させて、ＮＶＨ（Noise Vibration Harshness）性能を高める上で有利になる。また、プレ噴射を２回実行させることで、相対的に多量の燃料を、相対的に早いタイミングで噴射させることになるから、気筒１１ａ内の各所に、局所的にリッチな混合気を比較的多量に分散させることができる。それにより、気筒１１ａ内の着火性を高め、未燃成分の低減を図る上で有利になる。

以下では、エンジン１サイクルあたりの要求噴射量を、全要求量と記載する。

ＰＣＭ１００は、アイドル運転時には、エンジン回転数が、目標値として設定された所定のアイドル回転数で安定するように、インジェクタ１８に対する全要求量をフィードバック制御（アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御）するように構成されている。アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御により、全要求量、ひいては、各噴射タイミングのそれぞれで噴射する燃料量は増減し得る。

また、ＰＣＭ１００は、アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御を実行している最中には、エンジン回転数をアイドル回転数に安定させると共に、回転速度（角速度）変動が各気筒で均等になるように噴射する燃料量を調整する（気筒間補正）。例えば、回転速度（角速度）変動が一番大きい気筒と一番小さい気筒の平均になるよう、主噴射によって噴射する燃料量を調整する。

ここで、前述したように、インジェクタ１８には、実際に噴射する燃料量を保証する最小保証噴射量が設定されている。最小保証噴射量を下回るような微量の燃料を噴射すると、気筒１１ａ内に実際に噴射される燃料量を把握することができなくなるため、そのような微量の燃料を噴射することは、避けることが好ましい。

アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御を実行している最中に全要求量が減少する結果、１回のプレ噴射によって噴射する燃料量が、最小保証噴射量を下回ることが起こり得る。特にこのエンジン１は、前述の通り、比較的低排気量のエンジンであるため、アイドル運転時における全要求量が少なくなり易い。また、前述したように、このエンジン１では、図３に示す各運転領域において、分割噴射を行っているが、例えば車両走行中にアクセル開度をゼロにすることに伴う減速過渡時に、エンジン負荷及びエンジン回転数を低下させる際に、全要求量が少なくなる結果、１回のプレ噴射によって噴射する燃料量が、最小保証噴射量を下回ることも起こり得る。

１回のプレ噴射によって噴射する燃料量が、最小保証噴射量を下回り得るようなときには、当該プレ噴射の噴射量を最小保証噴射量以上に維持するために、プレ噴射の回数を予め設定した回数（この実施形態では、２回）から減らすことが考えられる（つまり、噴射回数可変制御）。これにより、気筒１１ａ内に実際に噴射される燃料量を、常に把握することが可能になり、車両走行中等において、エンジン１の急激なトルク変動を回避することが可能になる。

これに対し、アイドル運転時に、プレ噴射の回数を減らしてしまうと、着火性の低下を招き、未燃成分が増大してしまうことが判明した。また、アイドル運転時には、アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御を行っており、全要求量が増減するため、プレ噴射の回数も増減することになる。これは、エンジン回転数の変動を大きくしてしまう。

そこで、このエンジン１では、アイドル運転時には、最小保証噴射量を下回る噴射量で燃料を噴射することを許容する一方で、プレ噴射の回数を予め設定した回数（この実施形態では、２回）で一定に保持することにした（つまり、噴射回数保持制御）。

以下では、噴射回数可変制御及び噴射回数保持制御の詳細について説明する。

図５は、噴射回数可変制御及び噴射回数保持制御に係る制御フローを例示している。この制御フローはまた、常温環境下に係る。

図５のステップＳ１に示すように、ＰＣＭ１００は、エンジン１の状態を判定すべく、種々のセンサからの信号を読み込む。

ステップＳ１から続くステップＳ２おいて、ＰＣＭ１００は、エンジン１の運転状態がアイドル運転状態であるか否かを判定し、この判定がＹＥＳならばステップＳ８に進む一方、ＮＯであるときには、つまり、車両が走行状態にあると判定したときには、ステップＳ３に進む。

尚、アイドル運転状態であるか否かの判定は、エンジン１が無負荷状態にあり且つ、車速がゼロであることを条件としてもよい。

ステップＳ３において、ＰＣＭ１００は、インジェクタ１８に対し、エンジン１サイクルにおける各噴射量を最小保証噴射量以上に維持するように、エンジン１サイクルあたりでプレ噴射を行う回数を増減する噴射可変制御を実行する。以下では、この噴射回数可変制御について説明する。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、それぞれ、ＰＣＭ１００から出力されるパルス信号を概略的に示していて、この図は、図４に示す噴射形態から、全要求量が減少したときの噴射形態の変化を例示している。図６（ｂ）の方が、図６（ａ）よりも、全要求量は少ない。各図において、紙面右側に示された、比較的幅の長いパルス信号が主噴射に対応し、それよりも紙面左側に示された、比較的幅の短いパルス信号がプレ噴射に対応する。

図６（ａ）では、全要求量が相対的に少なく、その全要求量を予め定められた割合で、２回のプレ噴射と、１回の主噴射とに分割をすると、それぞれで噴射する燃料量を、最小保証噴射量以上に維持することができなくなる。そこで、ＰＣＭ１００は、全要求量が所定量Ｑ１以下のときには（ステップＳ４でＹＥＳのときには）、ステップＳ５に進み、プレ噴射の回数を減らし、１回のプレ噴射と１回の主噴射とを実行させる。所定量Ｑ１は、２回のプレ噴射と、１回の主噴射とに分割をすると、最小保証噴射量以上に維持することができなくなる全要求量として、適宜設定される。ここで、２回のプレ噴射のうち、進角側のプレ噴射を行わず、主噴射により近いタイミングで行われるプレ噴射を実行させるようにしている。主噴射に近いタイミングで行うプレ噴射は、主噴射により噴射される燃料の着火性に大きく影響するためである。こうして、プレ噴射の回数を減らすことで、その分だけ、残り１回のプレ噴射と、主噴射とに割く噴射量を、相対的に増大させる。また、主噴射における噴射量は、プレ噴射における噴射量よりも相対的に多くなるように調整されている。

そして、図６（ｂ）では、全要求量がさらに少なくなり、その全要求量を予め定められた割合で、１回のプレ噴射と、１回の主噴射とに分割をすると、それぞれで噴射する燃料量を、最小保証噴射量以上に維持することができなくなる。そこで、ＰＣＭ１００は、全要求量が所定量Ｑ２以下のときには（ステップＳ６でＹＥＳのときには）、ステップＳ７に進み、プレ噴射を行わずに、１回の主噴射のみを実行させるようにしている。そうすることで、プレ噴射の回数を減らした分だけ、主噴射に割く噴射量を相対的に増量させる。ここで、所定量Ｑ２は、１回のプレ噴射と、１回の主噴射とに分割をすると、最小保証噴射量以上に維持することができなくなる全要求量として、適宜設定される（但し、Ｑ２＜Ｑ１）。そうして、ステップＳ１２で、燃料噴射を実行する。尚、全要求量が所定量Ｑ１を超えるときには、その全要求量を予め定められた割合で、２回のプレ噴射と１回の主噴射とに分割することになる。

このように、ＰＣＭ１００は、走行時には、最小保証噴射量以上に維持する噴射回数可変制御を実行する。これにより、全要求量の減少に伴って、プレ噴射を実行させる回数は減っていく。当該制御によって、プレ噴射及び主噴射のそれぞれで噴射する燃料量を、最小保証噴射量以上に維持することができる。したがって、減速過渡時等において、エンジン１のトルクを確実に制御して、トルクショックの発生を回避することができる。

しかも、プレ噴射の回数を減らす際には、主噴射よりも比較的遠いタイミングで行われるものから順に減らすようにしているから、主噴射による主燃焼を、プレ噴射に伴うプレ燃焼に継続して発生させる上で有利になる。そうすることで、プレ噴射の回数を減らす場合であっても、燃料の着火遅れ時間を可及的に短くし、燃焼騒音を抑止したり、燃焼温度を低減することにより、ＲａｗＮＯｘの生成を抑止したりする上で有利にしている。

尚、噴射回数可変制御を実行している最中に、さらに、エンジン１及び車両の運転に係る状態が変化した場合には、図５の制御フローに従って、その状態に適した制御を、再度、選び直す。

図５の制御フローに戻り、ステップＳ８では、エンジン１をアイドル運転させるべく、つまり、エンジン回転数がアイドル回転数で安定するように、アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御を実行する。

そして、図５のステップＳ８から続くステップＳ９では、ＰＣＭ１００は、アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御と共に、さらに、全要求量の変動に拘わらず、プレ噴射の噴射回数を一定に保持する噴射回数保持制御を実行する。以下では、この噴射回数保持制御について説明する。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、いずれも、ＰＣＭ１００から出力されるパルス信号を概略的に示している。図７（ａ）及び図７（ｂ）における全要求量は、それぞれ、図６（ａ）及び図６（ｂ）における全要求量と同量である。したがって、図７（ａ）よりも、図７（ｂ）の方が全要求量は少なく、図７（ａ）における全要求量は、図４に示す噴射形態の全要求量よりも少ない。

アイドル運転時には、燃料の着火性を高め、ひいてはエンジン回転数を比較的安定させることが要求されるため、噴射回数可変制御を実行することで、そうした状況に適した噴射形態を使用することができる。

図７（ａ）及び図７（ｂ）から明らかなように、噴射回数保持制御を実行することにより、ＰＣＭ１００は、インジェクタ１８に対し、全要求量の大小に拘わらず、エンジン１サイクルにつき、２回のプレ噴射と、１回の主噴射とを実行させる。

噴射回数保持制御では、ステップＳ１０において、全要求量がＱ１以下になったときには、ステップＳ１１に進み、全要求量を、２回のプレ噴射と１回の主噴射とで等分する。

こうして、全要求量が少ないときであっても、２回のプレ噴射を確実に実行させることで、気筒１１ａ内の着火性を高め、未燃成分を低減することができる。全要求量が少ないときであっても、２回のプレ噴射を確実に実行させることで、気筒１１ａ内の着火性を高め、未燃成分を低減することができる。全要求量を等分することで、プレ噴射のそれぞれで噴射する燃料量を、図４（ａ）のように主噴射に係る燃料量がプレ噴射のそれぞれに係る燃料量よりも相対的に多く設定されるときよりも、相対的に且つ可及的に多く設定することになる。このことは、設定された回数のプレ噴射を確実に実行することを可能にする。尚、噴射回数保持制御では、気筒間補正を含んだ気筒毎の全要求量を、２回のプレ噴射と１回の主噴射とで等分する。

尚、全要求量が所定量Ｑ１を超えるときには、その全要求量を予め定められた割合で、２回のプレ噴射と１回の主噴射とに分割することになる。

噴射回数保持制御では、単にプレ噴射を実行させるばかりでなく、その実行回数を一定に保持するようにしている。このことで、エンジン回転数の変動が大きくなることが回避される。

また、噴射回数保持制御を実行している最中に、さらに、エンジン１及び車両の運転に係る状態が変化した場合には、図５の制御フローに従って、その状態に適した制御を、再度、選び直す。

このように、アイドル運転時には、プレ噴射を確実に実行させると共に、その回数を一定に保持するように制御することにより、着火時期の安定性、及び、着火性を可及的に安定させることができるから、燃焼騒音、及び、未燃成分の生成を抑止することができる。

噴射回数保持制御では、最小保証噴射量を下回る噴射を許容するため、気筒１１ａ内に噴射する燃料量を正確に把握することができない。しかしながら、噴射回数保持制御を行うアイドル運転時には、アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御によって、全要求量の増減を行うため、エンジン回転数を、アイドル回転数で安定させることが可能である。

エンジン１の運転状態に基づいて、最小保証噴射量以上に維持する噴射回数可変制御と、所定のタイミングでの燃料噴射を確実に行う噴射回数保持制御とを切り替えることで、それぞれの利点を効果的に発揮させることができる。

このように構成されたＰＣＭ１００は、この実施形態にて開示したエンジン１のように、インジェクタ１８からの噴射量が相対的に少量となる、比較的低排気量のエンジンに適用する上で特に有利なものとなる。

さらに、この実施形態に係るＰＣＭ１００は、噴射回数保持制御を実行している最中、インジェクタ１８に対し、１回の主噴射と、それよりも早いタイミングの２回のプレ噴射とを実行させる。そうすることで、アイドル回転数Ｆ／Ｂ制御と共に噴射回数保持制御を実行するのに効果的な燃焼形態が得られる。

また、噴射回数可変制御における着火時期の安定性、及び着火性を可及的に高めるべく、ＰＣＭ１００は、全要求量の減少に伴いプレ噴射の回数を減らすときには、２回のプレ噴射のうち、主噴射よりも遠いタイミングで実行されるものから順に削減するようにしている。そうすることで、着火遅れを抑止する上で有利になる。

また、噴射回数保持制御においてプレ噴射を確実に実行させるべく、ＰＣＭ１００は、全要求量の減少に伴って、プレ噴射の回数を減らす代わりに、主噴射と、プレ噴射のそれぞれとで、全要求量を均等に分割する。そうすることで、プレ噴射のそれぞれで噴射する燃料量が相対的に且つ可及的に増大するから、プレ燃焼を確実に実行させる上で有利になる。
＜他の実施形態＞
ＰＣＭ１００による制御の例として、図５の制御フローに基づく制御について説明したが、必ずしもこの構成に限定されるわけではない。各ステップの順番を、可能な範囲において変更することができる。また、可能な範囲において、これらのステップを並行させるように構成してもよい。

ＤＰＦ再生時には、主噴射を行った後の膨張行程で、燃焼に寄与しないポスト噴射を実行させる。それにより、酸化触媒４１ａ、ひいては排気ガスの昇温を図り、ＤＰＦ４１ｂに捕集された微粒子を燃焼除去する。そうしたＤＰＦ再生をアイドル運転時に行うときには、その効率化を図るべく、いわゆるアイドルアップを実行することがある。アイドルアップによって、アイドル回転数は通常よりも高く設定され、排気流量、ひいては排気温度を高めることができる。逆に、ＤＰＦ再生時であっても、アイドルアップを実行していないときには、ポスト噴射を実行させるのに必要な燃料の分だけ、エンジン１サイクルあたりで、プレ噴射及び主噴射にて噴射される燃料は、比較的微量となる。

したがって、ＤＰＦ再生時には、アイドルアップを実行していないときに、噴射回数保持制御又は噴射回数可変制御を実行するようにしてもよい。

さらに、２０００ｍから３０００ｍほどの高地の環境下では、空気中の酸素量が低地よりも少なくなるため、そうした状況に対応するように、ＰＣＭ１００からインジェクタ１８に対し要求する噴射量を減少させる必要がある。したがって、高地環境下では、アイドル運転時に、全要求量が少なくなり易い。そこで、高地環境下では、図５の制御フローを実行し、噴射回数保持制御を実行可能にしてもよい。

１ エンジン本体（エンジン）
１０ ＰＣＭ（噴射制御手段）
１１ａ 気筒
１８ 燃料噴射弁（インジェクタ）

Claims (3)

1. 車両に搭載されたエンジン本体と、
   前記エンジン本体の気筒内に臨んで配設され且つ、該気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁を通じた前記気筒内への前記燃料の噴射形態を制御する噴射制御手段と、を備え、
   前記噴射制御手段は、前記エンジン本体が、アイドル運転状態を除く所定の運転状態にあるときには、前記燃料噴射弁に対し、該エンジン本体の運転状態に対応した要求噴射量の燃料を、前記気筒内に拡散燃焼を主体とした主燃焼を行うために圧縮上死点付近において燃料を噴射する主噴射と、該主噴射よりも前のタイミングで燃料を噴射する、１回以上に設定された前段噴射の各々とに分割して噴射するように要求すると共に、前記要求噴射量が減少したときには、１回の噴射において噴射する燃料量が所定量以上となるように、前記前段噴射を行う回数を設定回数よりも減らす噴射回数可変制御を実行し、
   前記噴射制御手段はまた、前記エンジン本体がアイドル運転状態にあるときには、該エンジン本体の回転数が所定の目標値となるように前記要求噴射量を増減するフィードバック制御を実行すると共に、前記燃料噴射弁に対し、該要求噴射量の燃料を、前記主噴射と、１回以上に設定された前記前段噴射の各々とに分割して噴射するように要求し且つ、該要求噴射量の増減に拘わらず、該前段噴射を行う回数を設定回数で一定に保持する噴射回数保持制御を実行するディーゼルエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
   前記噴射制御手段は、前記噴射回数保持制御を実行している最中、前記燃料噴射弁に対し、１回の前記主噴射と、２回の前記前段噴射と、からなる噴射形態に保持するディーゼルエンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
   前記噴射制御手段は、前記噴射回数保持制御を実行している最中、前記要求噴射量が減少したときには、前記燃料噴射弁に対し、前記主噴射と、１回以上に設定された前記前段噴射の各々とで、該要求噴射量を均等に分割するディーゼルエンジンの制御装置。

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