JP3846348B2 - ディーゼルエンジンの燃焼制御装置 - Google Patents

Description

【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 Gas recirculation：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２０００−１１０６６９号公報に記載のディーゼルエンジンでは、ＥＧＲ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ものであって、前記第１運転状態から第２運転状態への移行時にエンジンが所定以上の加速運転状態にあれば、それ以外のときに比べて高いＥＧＲ値で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】
その際、エンジンが所定以上の加速運転状態にあるときには、そうでないときに比べて高いＥＧＲ値で、即ち早めに燃料の噴射態様を切換えるようにしているため、相対的に燃料噴射量や吸気流量の少ない状態で燃料噴射態様が切換わることになり、仮に煤の濃度は高くなっても、その排出量はあまり多くはならない。
【００１７】
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。
【００１８】
請求項２の発明では、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。
【００１９】
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２運転状態から第１運転状態へ移行するときに略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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
【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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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ＥＣＵ４０（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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ＥＧＲ通路という）３４の上流端が接続されている。このＥＧＲ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。
【００３３】
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 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。
【００３４】
（エンジンの燃焼制御の概要）
前記ＥＣＵ４０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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、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。
【００３９】
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ＮＯｘは殆ど生成しなくなる。
【００４０】
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。
【００４１】
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３５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。
【００４２】
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）。
【００４３】
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。
【００４４】
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ＴＤＣ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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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ＥＧＲ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。
【００４９】
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。
【００５０】
（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、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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ＳＡ１０に進み、ここでは切換ＥＧＲ率EGR*の値を所定値EGRacとして、後述する図１０のステップＳＢ７に進む。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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、ＥＧＲ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。
【００５６】
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。
【００５７】
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）。
【００５８】
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ＳＡ６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ＴＤＣ近傍で噴射させる。
【００５９】
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。
【００６０】
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ＱDb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。
【００６１】
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。
【００６２】
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ＴＤＣ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ITDt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。
【００６３】
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ＥＧＲ率を推定し、この推定値（実ＥＧＲ率EGR）が切換ＥＧＲ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ＥＧＲ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。
【００６４】
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EGR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）。
【００６５】
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ＥＧＲ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。
【００６６】
ここで、前記急加速状態に対応する切換ＥＧＲ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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
（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ＳＡ８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。
【００７１】
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ＹＥＳ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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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１６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。
【００７５】
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、ＥＧＲ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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
（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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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ＥＧＲ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ＢＴＤＣ３０°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＝１６．０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。
【００８６】
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。
【００８７】
（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。
【００８８】
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ＮＯｘ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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
【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。
【００９２】
また、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であって、かつ所定以上の加速運転状態にあるときには、相対的に燃料噴射量や吸気流量の少ない状態で早めに燃料噴射態様を切換えることにより、煤の濃度は高くなっても、その排出量の増大を抑制できる。
【００９３】
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。
【００９４】
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第２運転状態から第１運転状態への移行時に略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。
【００９５】
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。
【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）

Claims (4)

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って、前記第１運転状態から第２運転状態への移行時にエンジンが所定以上の加速運転状態にあれば、それ以外のときに比べて高いＥＧＲ値で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２運転状態から第１運転状態へ移行するときに略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。

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