JP5327267B2 - 自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジン及びディーゼルエンジンの制御方法 - Google Patents

Description

ここに開示する技術は、自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンに関し、特にその燃料噴射制御に関する。

自動車に搭載されたディーゼルエンジンでは、排ガス中のＮＯｘや煤の低減、騒音乃至振動の低減、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。例えば特許文献１には、ターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、トルク発生のためのメイン噴射、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の５つのタイミングで、燃料噴射を実行することが記載されている。

特開２００９−２９３３８３号公報

ところで、こうしたディーゼルエンジンでは、特に低回転側（ここでの低回転側は、エンジンの運転領域を低回転領域及び高回転領域の２つの領域に区分した場合の、低回転側の領域をいう）で、部分負荷領域（ここでの部分負荷領域は、エンジンの運転領域を低、中、及び高の３つの負荷領域に区分した場合の、特に中負荷を含む領域とする）において、ＮＯｘ排出量の低減を主目的として燃焼ガスを還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation ：排気ガス還流システム）が実行されるが、ＥＧＲガスを大量に導入しているような運転領域では、気筒内の空気量が減少するため、煤の排出については不利になる。この場合に、前記特許文献１に記載されているような、メイン噴射に先立って、パイロット噴射及びプレ噴射のような前段噴射を２回、実行することは、燃料の予混合割合を高め、煤の低減に有効である。

一方で、その運転領域よりも負荷が高まった領域では、ターボ過給機付エンジンでは過給量が増大すると共に、負荷の増大に伴い燃料の噴射量も増大するため、気筒内の着火性は高くなる。そのため、着火性が高まった相対的に高負荷の領域において、前述したような２回の前段噴射を実行することは、メイン噴射に伴う主燃焼前のプレ燃焼の熱発生率（ｄＱ／ｄθ）が比較的高くなってしまう。このことは、熱発生率について、プレ燃焼のピークと主燃焼のピークとの、２つの高いピークを生じさせることになってしまうから、低周波数の燃焼音が重なるように大きくなり、ＮＶＨ（Noise Vibration Harshness)性能が悪化するという問題がある。特に低回転側の部分負荷領域は使用頻度の高い領域でもあるため、ＮＶＨ性能が問題となり易い。

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、自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、ＥＧＲガスを気筒内に導入しているような特定の運転領域における、煤の排出低減とＮＶＨ性能の向上とを共に達成することにある。

ここに開示する技術は、自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンを対象とし、このディーゼルエンジンは、自動車に搭載されかつ軽油を主成分とした燃料が供給される、ターボ過給機付エンジン本体と、前記エンジン本体の気筒内に臨んで配設されかつ、当該気筒内に前記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態様を制御する噴射制御手段と、前記気筒内に導入するＥＧＲガス量を調整するＥＧＲ量制御手段と、を備え、少なくとも、前記エンジン本体が低回転側でかつ部分負荷である所定の運転領域にあるときには、前記ＥＧＲ量制御手段は前記気筒内にＥＧＲガスを導入し、前記噴射制御手段は、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、当該主噴射よりも前のタイミングで燃料を噴射する前段噴射と、を実行する。

前記噴射制御手段はまた、前記所定の運転領域内における相対的に低負荷の領域では、前記主噴射の噴射量に対し所定の噴射割合となる前記前段噴射を実行する第１噴射モードとすると共に、前記所定の運転領域内における相対的に高負荷の領域では、前記第１噴射モードよりも前記前段噴射の噴射割合を減らす一方で、前記主燃焼が継続するように前記主噴射よりも後のタイミングで燃料を噴射する後段噴射を行う第２噴射モードとし、前記後段噴射の一部は、噴射した燃料噴霧が前記気筒に嵌挿したピストン頂面のキャビティ外に至るようなタイミングで実行する。

この構成によると、少なくとも、エンジン本体が低回転側でかつ部分負荷（特に中負荷）である所定の運転領域にあるときには、ＥＧＲ量制御手段が気筒内にＥＧＲガスを導入することに伴い、煤の発生に関しては不利になる。そのため、この所定の運転領域にあるときでかつ、相対的に低負荷の領域では、噴射制御手段は、圧縮上死点付近において燃料を噴射する主噴射よりも前のタイミング、つまり圧縮行程中で燃料を噴射する前段噴射によって、主噴射の噴射量に対し所定の噴射割合となる燃料を噴射する（第１噴射モード）。前段噴射によって噴射する燃料量を比較的増やすことによって、燃料の予混合性が高まり、煤の発生を抑制する上で有利になる。

一方、前記所定の運転領域内における相対的に高負荷の領域では、前記の相対的に低負荷の領域と比較してターボ過給機による過給量は増大すると共に、燃料の噴射量が増大することから、前記の相対的に低負荷の領域における第１噴射モードのように比較的大量の前段噴射を行うことは、主燃焼前のプレ燃焼の熱発生率が高くなりすぎてＮＶＨ性能が低下する可能性がある。そこで、相対的に高負荷の領域では、噴射制御手段は、第２噴射モードとして、第１噴射モードよりも前段噴射の主噴射に対する噴射割合を減らす。このことは、ＮＶＨ性能の向上に寄与する。

ＮＶＨ性能は向上するものの、相対的に高負荷の領域では、負荷の増大に伴い、特に主噴射による燃料の噴射量は増大すると共に、前述の通り前段噴射において噴射される燃料量は少なくなって予混合割合は減少しているから、この点において煤が発生し易くなる。そこで、第２噴射モードでは、主噴射よりも後のタイミングで燃料を噴射する後段噴射を行う。この後段噴射は、主燃焼が継続するようなタイミングでかつ、その一部は、噴射した燃料噴霧がピストン頂面に形成したキャビティ外に至るようなタイミングで実行する。これは、主燃焼の熱発生率のピークを経過した後の、膨張行程にある気筒内の温度が低下することを抑制し、気筒内の温度を高い温度に保持する。換言すれば、燃焼後期において、φ（局所等量比）−Ｔ（局所温度）マップにおけるＯＨ帯に留まる時間を長くして、キャビティ外の空気を利用しながら煤の酸化を促進させる。その結果、煤の排出は、可及的に低減する。

よって、ＥＧＲ制御手段により気筒内にＥＧＲガスが導入されている所定の運転領域においては、エンジン本体の負荷の高低に応じて、前述した第１噴射モードと第２噴射モードとの切り替えを行うことによって、煤の排出低減とＮＶＨ性能の向上とを共に達成することができる。

ここで本願発明者らの知見によると、例えば熱効率の向上等を目的として、幾何学的圧縮比が、比較的低圧縮比に構成されたエンジン本体においては、前述した低回転側でかつ部分負荷の運転領域における相対的に低負荷の領域では着火性が低下する。この場合に、前述した第１噴射モードにおいて、主噴射の噴射量に対し所定の噴射割合となる前段噴射、特に複数回の前段噴射を実行することは、適切な熱発生率を有するプレ燃焼（前段燃焼）を、圧縮上死点前の所定の時期に発生させて、主噴射によって噴射される燃料の着火遅れを短くする上で有利になる。つまり、低圧縮比のエンジン本体において前記所定の噴射割合となる前段噴射を実行することは、主噴射に伴う主燃焼の熱発生率の上昇を緩慢にして、燃焼音を低くするのである。一方、相対的に高負荷の領域では、過給量の増大及び燃料噴射量の増大に伴い着火性が改善するため、前述した第２噴射モードにおいて前段噴射の噴射割合を減らしても、適切な熱発生率を有するプレ燃焼が、圧縮上死点前の所定の時期に発生して、主噴射によって噴射される燃料の着火遅れを短くする。つまり、燃焼音は悪化しない。

前記第１噴射モードは、前記前段噴射を複数回実行し、前記第２噴射モードは、前記第１噴射モードよりも前記前段噴射の回数が少ない、としてもよい。

前述の通り、複数回の前段噴射は、適切な熱発生率を有するプレ燃焼を、圧縮上死点前の所定の時期に発生させて、主噴射によって噴射される燃料の着火遅れを短くする上で有利になる。

前記所定の運転領域は、前記エンジン本体の運転領域を低回転側と高回転側とに分けたときの低回転側の領域内における、相対的に高回転側の領域である、としてもよい。この領域はまた、アイドル回転数よりも所定回転数以上高い回転数領域である、と言い換えることが可能であり、所定量以上の過給が行われているような領域である。つまり、所定量以上の過給が行われているような領域において、前述したような第１噴射モード及び第２噴射モードの切り替え制御を行ってもよい。

前記噴射制御手段は、前記第１噴射モードにおいては、噴射した燃料噴霧の少なくとも一部が前記キャビティ内に至るようなタイミングで後段噴射を実行すると共に、前記第２噴射モードにおいては、噴射した燃料噴霧の少なくとも一部が前記キャビティ内に至るようなタイミングと、噴射した燃料噴霧が前記キャビティ外に至るようなタイミングと、の２回の後段噴射を実行する、としてもよい。

後段噴射として、噴射した燃料噴霧の少なくとも一部が前記キャビティ内に至るようなタイミングで燃料噴射を実行することは、主噴射後の比較的早いタイミングで燃料噴射を行うことを意味する。この燃料噴射のタイミングは主燃焼の期間内に、燃料を追加で噴射することになり、主燃焼を促進して後燃え期間を短縮させる。その結果、排気損失が低減して熱効率が向上し、トルク向上及び燃費の向上に有利になる。

これに対し、後段噴射として、噴射した燃料噴霧が前記キャビティ外に至るようなタイミングで燃料噴射を実行することは、前述したように、膨張行程において筒内温度を高い温度に保持しつつ、キャビティ外の空気を利用することで煤の酸化を促進して、煤の排出低減に有利になる。

従って、所定の運転領域における相対的に低負荷の領域では、複数回の前段噴射の実行によって燃料の予混合割合を高めて煤の低減に有利にしつつ、早いタイミングの後段噴射を１回行うことでトルク向上及び燃費の向上に有利になる（つまり、第１噴射モード）。一方、前記所定の運転領域における相対的に高負荷の領域では、前段噴射の回数を減らすことで過剰な前段燃焼を回避してＮＶＨ性能の向上に有利にしつつ、早いタイミングの燃料噴射と、遅いタイミングの燃料噴射と、の２回の後段噴射を行うことで、トルク向上及び燃費の向上と、煤の排出低減との点で有利になる（つまり、第２噴射モード）。特に、相対的に高負荷の領域では燃料噴射量が増大しているため、主燃焼期間内で燃料を追加で噴射するような後段噴射を行うことは煤の発生の点では不利になるが、遅いタイミングの後段噴射と組み合わせることで、煤の排出は可及的に低減される。

前記第２噴射モードにおける前記主噴射のタイミングは、前記第１噴射モードにおける前記主噴射のタイミングよりも早いタイミングに設定されている、としてもよい。

エンジン本体が相対的に高負荷の状態にあるときには、主噴射のタイミングを早いタイミングに設定することによりトルク向上の点で有利になる。一方で、主噴射のタイミングを早くすることは、着火遅れが短くなって煤の発生の点では不利になるが、前述したように、第２噴射モードにおいては主噴射の後に後段噴射を実行することにより、煤の排出を可及的に低減する。

前記所定の運転領域よりも負荷の高い運転領域にあるときには、前記ＥＧＲ量制御手段は前記気筒内へのＥＧＲガスの導入を停止し、前記噴射制御手段は、前記前段噴射の主噴射に対する噴射割合を前記第２噴射モードよりも減らす、としてもよい。

所定の運転領域よりも負荷の高い運転領域では、ターボ過給機による過給量が増大することに、ＥＧＲガスの導入停止が組み合わさって、気筒内の新気量が増大する。これは、高トルクの発生に有利になる。また、この運転領域では、圧縮上死点付近の気筒内の温度及び圧力が高くなり、燃料の着火性が高まるため、過剰なプレ燃焼が不要であり、前段噴射の噴射割合を第２噴射モードよりも減らすことが可能である。

前記噴射制御手段は、前記所定の運転領域よりも負荷の高い運転領域では、前記前段噴射の噴射回数を前記第２噴射モードよりも減らす、としてもよい。つまり、噴射回数を減らすことによって、主噴射に対する噴射割合を減らしてもよい。

ここに開示する別の技術は、自動車に搭載されかつ軽油を主成分とした燃料が供給される自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法である。

この制御方法は、前記エンジンが低回転側でかつ部分負荷である所定の運転領域内において、相対的に低負荷の領域では、気筒内にＥＧＲガスを導入しながら、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、当該主噴射よりも前のタイミングで、前記主噴射の噴射量に対し所定の噴射割合の燃料を噴射する前段噴射とを含む第１噴射モードを実行し、前記所定の運転領域内において、相対的に高負荷の領域では、前記気筒内にＥＧＲガスを導入しながら、前記主噴射と、前記第１噴射モードよりも噴射割合を減らした前記前段噴射と、前記主燃焼が継続するように前記主噴射よりも後のタイミングで燃料を噴射する後段噴射とを含む第２噴射モードを実行し、前記後段噴射の一部は、噴射した燃料噴霧がピストン頂面のキャビティ外に至るようなタイミングで実行する。

以上説明したように、前記の自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジン及びそれの制御方法によると、気筒内にＥＧＲガスを導入する所定の運転領域（低回転側でかつ部分負荷の運転領域）にあるときに、その領域内における相対的に低負荷の領域では、主噴射の噴射量に対して所定の噴射割合となる前段噴射を実行する第１噴射モードとすることにより、燃料の予混合性を高めて煤の発生を抑制することができる一方、相対的に高負荷の領域では、前段噴射の噴射割合を第１噴射モードよりも減らすと共に、主噴射よりも後のタイミングで燃料を噴射する後段噴射を行う第２噴射モードとすることにより、ＮＶＨ性能を向上しつつ、煤の排出が可及的に低減する。

ターボ過給機付ディーゼルエンジンの構成を示す概略図である。 ディーゼルエンジンの制御に係るブロック図である。 ディーゼルエンジンの状態に応じた、インジェクタの燃料噴射モードのマップの一例である。 図３のマップの領域Ａにおける燃料噴射態様の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。 図３のマップの領域Ｂにおける燃料噴射態様の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。 図３のマップの領域Ｃにおける燃料噴射態様の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。 図３のマップの領域Ｄにおける燃料噴射態様の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。 図３のマップの領域Ｅにおける燃料噴射態様の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。 図３のマップの領域Ｆにおける燃料噴射態様の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。 図３のマップの領域Ｇにおける燃料噴射態様の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。 図３のマップの領域Ｈにおける燃料噴射態様の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。 φ−Ｔマップの一例である。 図３のマップの領域Ｆと領域Ｇとのそれぞれにおける、筒内圧の変化の一例を比較する図である。 実施形態２に係る、インジェクタの燃料噴射モードのマップの一例である。 図１４のマップの領域ａにおける燃料噴射態様の一例を示す図である。 図１４のマップの領域ａ１における燃料噴射態様の一例を示す図である。 図１４のマップの領域ｂにおける燃料噴射態様の一例を示す図である。 図１４のマップの領域ｃにおける燃料噴射態様の一例を示す図である。 図１４のマップの領域ｄにおける燃料噴射態様の一例を示す図である。 図１４のマップの領域ｆにおける燃料噴射態様の一例を示す図である。 図１４のマップの領域ｈにおける燃料噴射態様の一例を示す図である。 図１４のマップの領域ｂ１における燃料噴射態様の一例を示す図である。 図１４のマップの領域ｃ１における燃料噴射態様の一例を示す図である。 実施形態２に係る、エンジン半暖機時の燃料噴射モードのマップの一例である。 図２４のマップの領域ａ２における燃料噴射態様の一例を示す図である。

以下、実施形態に係るディーゼルエンジンを図面に基づいて説明する。尚、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１，２は、実施形態に係るエンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンであって、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、潤滑油が貯溜されたオイルパン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ともに、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。

これら吸排気弁２１，２２をそれぞれ駆動する動弁系において、排気弁側には、当該排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＭ（Variable Valve Motion）と称する）が設けられている。このＶＶＭ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を１つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁に伝達するロストモーション機構を含んで構成されており、第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。

ＶＶＭ７１の通常モードと特殊モードとの切り替えは、エンジン駆動の油圧ポンプ（図示省略）から供給される油圧によって行われ、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部ＥＧＲの実行としては、排気の二度開きに限定されるものではなく、例えば吸気弁２１を２回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。尚、ＶＶＭ７１による内部ＥＧＲ制御は、主に燃料の着火性が低いエンジン１の冷間時に行われる。

前記シリンダヘッド１２には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、エンジン１の冷間時に各気筒１１ａ内の吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９とが設けられている。前記インジェクタ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、基本的には圧縮行程上死点付近で、燃焼室１４ａに燃料を直接噴射供給するようになっている。

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（つまり、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大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２とが配設されている。

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３３が配設されている。このサージタンク３３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３３との間には、大型及び小型ターボ過給機６１，６２のコンプレッサ６１ａ，６２ａと、該コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、前記各気筒１１ａの燃焼室１４ａへの吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。このスロットル弁３６は、基本的には全開状態とされるが、エンジン１の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。

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、小型ターボ過給機６２のタービン６２ｂ、大型ターボ過給機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、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、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、フィルタという）４１ｂとを有しており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒４１ａ及びフィルタ４１ｂは１つのケース内に収容されている。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、前記フィルタ４１ｂ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、フィルタ４１ｂ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３３とスロットル弁３６との間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型コンプレッサ６２ａ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小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂとの間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりも上流側部分）とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための排気ガス還流通路５１によって接続されている。この排気ガス還流通路５１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排気ガス還流弁５１ａ及び排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２とが配設されている。

大型ターボ過給機６１は、吸気通路３０に配設された大型コンプレッサ６１ａと、排気通路４０に配設された大型タービン６１ｂとを有している。大型コンプレッサ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、大型タービン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。

小型ターボ過給機６２は、吸気通路３０に配設された小型コンプレッサ６２ａと、排気通路４０に配設された小型タービン６２ｂとを有している。小型コンプレッサ６２ａは、吸気通路３０における大型コンプレッサ６１ａの下流側に配設されている。一方、小型タービン６２ｂは、排気通路４０における大型タービン６１ｂの上流側に配設されている。

すなわち、吸気通路３０においては、上流側から順に大型コンプレッサ６１ａと小型コンプレッサ６２ａとが直列に配設され、排気通路４０においては、上流側から順に小型タービン６２ｂと大型タービン６１ｂとが直列に配設されている。これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂが排気ガス流により回転し、これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂの回転により、該大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂとそれぞれ連結された前記大型及び小型コンプレッサ６１ａ，６２ａがそれぞれ作動する。

小型ターボ過給機６２は、相対的に小型のものであり、大型ターボ過給機６１は、相対的に大型のものである。すなわち、大型ターボ過給機６１の大型タービン６１ｂの方が小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりもイナーシャが大きい。

そして、吸気通路３０には、小型コンプレッサ６２ａをバイパスする小型吸気バイパス通路６３が接続されている。この小型吸気バイパス通路６３には、該小型吸気バイパス通路６３へ流れる空気量を調整するための小型吸気バイパス弁６３ａが配設されている。この小型吸気バイパス弁６３ａは、無通電時には全閉状態（ノーマルクローズ）となるように構成されている。

一方、排気通路４０には、小型タービン６２ｂをバイパスする小型排気バイパス通路６４と、大型タービン６１ｂをバイパスする大型排気バイパス通路６５とが接続されている。小型排気バイパス通路６４には、該小型排気バイパス通路６４へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ６４ａが配設され、大型排気バイパス通路６５には、該大型排気バイパス通路６５へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ６５ａが配設されている。レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａは共に、無通電時には全開状態（ノーマルオープン）となるように構成されている。

このように構成されたディーゼルエンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、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。このＰＣＭ１０が制御装置を構成する。ＰＣＭ１０には、図２に示すように、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、サージタンク３３に取り付けられて、燃焼室１４ａに供給される空気の圧力を検出する過給圧センサＳＷ２、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ３、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ＳＷ４、車両のアクセルペダル（図示省略）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ＳＷ５、及び、排気中の酸素濃度を検出するＯ_２センサＳＷ６の検出信号が入力され、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，動弁系のＶＶＭ７１、各種の弁３６、５１ａ、６３ａ、６４ａ、６５ａのアクチュエータへ制御信号を出力する。

そうして、このエンジン１は、その幾何学的圧縮比を１２以上１５以下とした、比較的低圧縮比となるように構成されており、これによって排気エミッション性能の向上及び熱効率の向上を図るようにしている。一方で、このエンジン１では、前述した大型及び小型ターボ過給機６１，６２によってトルクを高めるようにして、幾何学的圧縮比の低圧縮比化を補っている。

（エンジンの燃焼制御の概要）
前記ＰＣＭ１０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目標トルク（言い換えると目標となる負荷）を決定し、これに対応する燃料の噴射量や噴射時期等をインジェクタ１８の作動制御によって実現するものである。また、スロットル弁３６や排気ガス還流弁５１ａの開度の制御（つまり、外部ＥＧＲ制御）や、ＶＶＭ７１の制御（つまり、内部ＥＧＲ制御）によって、気筒１１ａ内への排気の還流割合を制御する。

図３は、エンジン１の温間時の、エンジンの状態に応じたインジェクタ１８の燃料噴射モードを示すマップである。図３に示すように、エンジン１は、温間時には、エンジン回転数とエンジン負荷（言い換えると、燃料の実総噴射量）とに応じて、Ａ〜Ｈの９個（この内、Ｂの運転領域は２個存在している）の運転領域が設定されており、各運転領域毎に燃焼モードが設定されている。

ここで、図３における、領域Ａ，Ｄ，Ｅの、相対的に負荷が低くかつ回転数が低い領域においては、前記排気ガス還流弁５１ａ及びスロットル弁３６の開度の制御により、気筒１１ａ内には比較的大量の外部ＥＧＲガスが導入されて、排気エミッション（つまり、ＮＯｘ低減）の向上が図られている。この大量の外部ＥＧＲガスの導入と、前述したようにエンジン１が低圧縮比であることとが相俟って、これらの運転領域では特に、気筒１１ａ内は燃料の着火性が低下した状態となる。

以下、各運転領域の燃料噴射態様について、図４〜１１を参照しながら説明する。尚、図４〜図１１に示す燃料噴射量や熱発生率は、これらの図を相互に比較したときに、必ずしも、相対的な燃料噴射量の大小や熱発生率の大小を示してはいない。

先ず、図４は、運転領域Ａにおける燃料噴射態様（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域Ａは、アイドル領域を含む、相対的に低回転でかつ低負荷の運転領域である。この領域Ａにおける燃料噴射態様は、圧縮上死点前の圧縮行程中において、比較的噴射量の多い燃料噴射（つまり、プレ噴射）を、所定の時間間隔を空けて２回実行すると共に、圧縮上死点後に、比較的パルス幅の短い主噴射を実行し、さらにその後に、１回の燃料噴射を実行する。従って、この運転領域Ａでは、合計４回の燃料噴射を実行する。

図５は、運転領域Ｂにおける燃料噴射態様（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域Ｂは、運転領域Ａよりも相対的に高回転側の運転領域、又は、運転領域Ａよりも相対的に高負荷側の運転領域である。この運転領域Ｂでは、圧縮行程中における圧縮上死点に比較的近いタイミングで、比較的短い時間間隔を空けて２回の燃料噴射（つまり、プレ噴射）を実行すると共に、その後の圧縮上死点付近において主噴射を１回、実行する。つまり、運転領域Ｂでは合計３回の燃料噴射を実行する。２回のプレ噴射の実行は、十分な熱発生率を有するプレ燃焼（言い換えると前段燃焼）を、圧縮上死点前の所定の時期に発生させ、そのことが、その後の主燃焼の安定性を高めると共に、その熱発生率の上昇を緩慢にさせる。このように熱発生率の急上昇を回避することは、燃焼音を低減して、ＮＶＨ性能を高める上で有利になる。

図６は、運転領域Ｃにおける燃料噴射態様（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域Ｃは、運転領域Ｂよりも相対的に高回転側でかつ、相対的に高負荷側の運転領域である。この運転領域Ｃでは、圧縮行程中において、１回の燃料噴射（つまり、プレ噴射）を実行すると共に、圧縮上死点付近において主噴射を実行することで、合計２回の燃料噴射を実行する。運転領域Ｃは、運転領域Ｂと比較して高回転でかつ高負荷であり、十分な過給量が得られると共に、燃料噴射量も増大している。このため、運転領域Ｃでは、筒内温度が高くなって、運転領域Ｂよりも燃料の着火性は向上しており、プレ噴射の回数を減らしても、運転領域Ｂと同様に、十分な熱発生率を有するプレ燃焼が、圧縮上死点前の所定の時期に発生し得る。つまり、運転領域Ｂと運転領域Ｃとで、プレ燃焼の高さ（つまり、熱発生率）やそのピークの位置は、互いにほぼ同じになるように、各領域Ｂ，Ｃにおけるプレ噴射が設定、具体的には、プレ噴射の回数が増減される。その結果、運転領域Ｃにおいても、主燃焼の安定性が高まると共に、その熱発生率が急上昇することを回避して、ＮＶＨ性能を高める上で有利になる。

このように、運転領域Ａよりも運転領域Ｂ、また、運転領域Ｂよりも運転領域Ｃのように、エンジン１の回転数が高くなるほど、また、エンジン１の負荷が高くなるほど、燃料噴射の回数は少なくなるように設定されている。これは、エンジン１の回転数が高くなるほど、また、負荷が高くなるほど、燃料噴射量は増大することで燃料の着火には有利になるため、燃料噴射の回数を減らしても所望の燃焼形態を達成することができる一方で、燃料噴射の回数を減らすことは燃料の噴射精度を高めて、ロバスト性の向上に寄与するためでもある。

図７は、運転領域Ｄにおける燃料噴射態様（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域Ｄは、エンジンの回転数を低回転側と高回転側との２つに分けた場合の低回転側の領域内における相対的に高回転側の領域である。運転領域Ｄは、一例として、但しこれに限定されないが、１６００〜２２００ｒｐｍ程度の回転数領域に相当する。運転領域Ｄはまた、負荷としては部分負荷（より正確には中負荷）の領域である。この運転領域Ｄでは、圧縮行程中において２回の燃料噴射を実行する。この内、最初の燃料噴射は、圧縮上死点に対して相対的に離れた、換言すれば比較的早いタイミングで実行されるパイロット噴射である一方、２回目の噴射は、圧縮上死点に近いタイミングで実行されるプレ噴射である。パイロット噴射の実行は、燃料の予混合性を高めて煤の発生を抑制する上で有利になる。つまり、前述したように運転領域Ｄは、大量の外部ＥＧＲガスが導入されていると共に、後述する運転領域Ｅと比較して低負荷の領域であるため過給量も少なく、煤の発生に関しては不利な状態である。このため、パイロット噴射の実行によって、煤の発生を効果的に抑制することができる。

また、運転領域Ｄは、前述したように大量の外部ＥＧＲガスが導入されていると共に、そもそもエンジン１の幾何学的圧縮比が低圧縮比化されている上に、過給量も少ないため、気筒１１ａ内の燃料の着火性は低くなる領域である。そのため、前段噴射としてのパイロット噴射及びプレ噴射の組み合わせは、主燃焼前に十分なプレ燃焼を発生させて、圧縮上死点付近における主噴射によって噴射された燃料の着火遅れを短くして、熱発生率の急上昇を抑制することができる。このことはＮＶＨ性能の向上に寄与する。

運転領域Ｄではまた、主噴射の後に後段噴射（つまり、アフタ噴射）を１回実行する。このアフタ噴射は、主燃焼の最中、言い換えると主燃焼によって熱発生している最中に実行される燃料噴射であり、アフタ噴射によって噴射された燃料噴霧の少なくとも一部は、圧縮上死点後で下降しているピストン１４のキャビティ内に至る。好ましくは、アフタ噴射によって噴射された燃料噴霧の大部分がキャビティ内に至ることである。このアフタ噴射は、主燃焼を促進して後燃え期間を短縮させる。すなわち、図７の下図において実線で示す波形は、アフタ噴射を実行する場合の波形の例、一点鎖線で示す波形はアフタ噴射を実行しない場合の波形の例であるが、アフタ噴射の実行は、主燃焼の立ち上がりに対しては何の影響を与えることなく、その燃焼期間を短くすることを可能にする。このことは、トルク向上に有利になり、ひいては燃費の向上に寄与する。

図８は、運転領域Ｅにおける燃料噴射態様（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域Ｅは、運転領域Ｄに隣接する、相対的に高負荷側の領域である。従って、運転領域Ｅは、エンジン１の回転数を低回転側と高回転側との２つに分けた場合の低回転側の領域内における相対的に高回転の領域であって、部分負荷（より正確には中負荷）の領域に相当する。運転領域Ｅでは、圧縮行程中においてプレ噴射を１回実行する。従って、運転領域Ｄと比較して、パイロット噴射を省略しており、前段噴射の回数は減っている。一方で、エンジン負荷の増大に伴い主噴射の噴射量は増えるから、主噴射の噴射量に対する前段噴射の噴射割合は、運転領域Ｄよりも運転領域Ｅの方が減っている。運転領域Ｅは、相対的に負荷が高いことで過給量が増大していると共に、燃料噴射量も相対的に多く、着火性は運転領域Ｄよりも改善している。前段噴射の回数を減少させることは、過剰な前段噴射に起因するプレ燃焼の熱発生率が高くなりすぎることを未然に回避して、ＮＶＨ性能の低下を回避する上で有利になる。すなわち、過剰な前段噴射は、主燃焼の前に、高い熱発生率のピークを有するプレ燃焼を発生させることになり、このプレ燃焼の高いピークと主燃焼のピークとの２つのピークが発生することで、特に低周波の燃焼騒音の点で不利になる。前述したように、運転領域Ｅにおけるパイロット噴射の省略は、プレ燃焼のピークを抑えて、ＮＶＨ性能を向上するのである。

運転領域Ｅではさらに、主噴射の後に、第１のアフタ噴射及び第２のアフタ噴射の２回のアフタ噴射を実行する。この内、第１のアフタ噴射は、主噴射の後の相対的に早いタイミングで実行する噴射であり、運転領域Ｄにおけるアフタ噴射と同様に、この第１のアフタ噴射によって噴射された燃料噴霧の少なくとも一部は、圧縮上死点後で下降しているピストン１４のキャビティ内に至る。第１のアフタ噴射は、その燃料噴霧の大部分がキャビティ内に至るようなタイミングとすることが好ましい。このことにより、前述したように、主燃焼を促進して、その燃焼期間が短縮する（図８の下図の一点鎖線を参照）。

一方、第２のアフタ噴射は、第１のアフタ噴射後の、相対的に遅いタイミングで実行する噴射である。第２のアフタ噴射は、主燃焼を継続させるようなタイミング（このタイミングは遅角限界に相当する）でかつ、燃料噴霧が、下降しているピストン１４のキャビティ外に至るようなタイミング（このタイミングは進角限界に相当する）で実行する噴射である。第２のアフタ噴射は、主燃焼を継続させて、気筒１１ａ内の温度の低下を抑制し、膨張行程中の気筒１１ａ内の温度を高い温度のままに保持する機能を有しており、これによって、燃焼後期において煤の酸化を促進する。

つまり、運転領域Ｅは、運転領域Ｄよりも負荷が高く、燃料の噴射量は増大する一方で、前述したようにパイロット噴射を省略している分、煤が発生し易くなる。また、図７、８を比較すると明らかなように、トルク向上の観点から、主噴射のタイミングは、運転領域Ｅの方が運転領域Ｄよりも早いタイミングに設定されており、このこともまた、煤の発生の点で不利である。さらに、前記の第１のアフタ噴射の実行は、主燃焼の期間内において燃料を追加で噴射することであるから、このことも、煤の発生の点では不利である。

これに対し第２のアフタ噴射は、前述したように、主燃焼を継続させるようにして、気筒内の温度の低下を抑制し、膨張行程中の気筒内の温度を高い温度のままに保持する。このことは、換言すれば、気筒内の温度が次第に低下する燃焼後期に、例えば図１２に一例を示すφ−ＴマップにおいてＯＨ帯に留まる時間を長くすることである。また、第２のアフタ噴射は、その燃料噴霧がキャビティ外に至るタイミングで実行するため、キャビティ外の空気の利用率が高まる。従って、気筒１１ａ内を高温に保持することと、キャビティ外の空気の利用率が高まることとが組み合わさって、燃焼後期に煤の酸化が促進する。このことは、煤の発生に関して不利な運転領域Ｅにおいて、煤の排出を可及的に低減することができる。

図９は、運転領域Ｆにおける燃料噴射態様（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域Ｆは、高負荷（全負荷を含む）領域における、相対的に低回転側の領域である。この運転領域Ｆでは、圧縮行程中において、１回の燃料噴射（つまり、プレ噴射）を実行すると共に、主噴射を２回に分割して実行する。つまり、圧縮上死点付近における第１の主噴射と、その後の第２の主噴射との２回の主噴射を行うことで、この運転領域Ｆでは、合計３回の燃料噴射が実行される。

運転領域Ｆは負荷が高いため燃料噴射量は増大するが、大量の燃料を１回の主噴射で筒内に供給したのでは、熱発生率が急峻になると共に燃焼圧が高くなりすぎるため、燃焼音、ひいてはＮＶＨ性能（特に振動）の点で不利になる。特にこのエンジン１は、ターボ過給機付で、高負荷領域において高トルク化を図っているため、ＮＶＨ性能は低下し易いと共に、この運転領域Ｆは、エンジン回転数が比較的低い領域であることから、ＮＶＨ性能に関しては不利な状況でもある。そこで、運転領域Ｆでは、主噴射を複数回、ここでは２回に分割することによって、１回当たりの燃料噴射量を少なくする。このことと、前記プレ噴射を行いプレ燃焼を発生させることと、によって、熱発生率の急上昇を回避すると共に、燃焼圧が高くなってしまうことを抑制する。その結果、ＮＶＨ性能の向上に有利になる。一方で、主噴射を分割することは、その分、主燃焼の期間を長くすることになるため、トルクの向上の点では有利になる。図９の下図に示すように、第１の主噴射による熱発生率と、第２の主噴射による熱発生率とは連続するようになり、それらのピークが並ぶようになって、主燃焼の期間が実質的に長くなっている。よって、高負荷でかつ相対的に低回転の運転領域Ｆにおいて、高トルクの確保とＮＶＨ性能の向上とが共に達成される。

図１０は、運転領域Ｇにおける燃料噴射態様（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域Ｇは、高負荷（全負荷を含む）領域における、運転領域Ｆよりも高回転側の領域である。この運転領域Ｇでは、圧縮行程中において、１回の燃料噴射（つまり、パイロット噴射）を実行すると共に、圧縮上死点付近で主噴射を１回実行することによって、合計２回の燃料噴射を実行する。

運転領域Ｆは負荷が高くかつ、回転数も高いため、燃料噴射量が増大し煤の発生については不利な領域である。また、加速時等において過給遅れが生じる領域でもあり、煤の発生については、さらに不利になる。そのため、前段噴射としてパイロット噴射を実行することにより、燃料の予混合性を高めて煤の発生の点で有利にしつつ、燃料噴射回数を、パイロット噴射及び主噴射の２回だけにすることで、主噴射時の燃料噴射量を十分に確保して、高トルクを確保することができる。

ここで、運転領域Ｆと運転領域Ｇとは、同じ高負荷の領域であるものの、回転数域が互いに相違している。低回転側の運転領域Ｆでは、前述の通り、ＮＶＨ性能をより高めることが要求される。この点について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、運転領域Ｆと運転領域Ｇとにおける、筒内圧の変化を比較する図である。運転領域Ｇの燃料噴射態様は、前述したように、パイロット噴射と１回の主噴射とからなる（図１３の中図参照）ため、そのときの筒内圧は、同図の上図において一点鎖線で示すように、圧縮上死点後において比較的高いピークが発生することになる。こうしたピークの発生は、ＮＶＨ、特に振動の点では不利である。これに対し、運転領域Ｆの燃料噴射態様は、前述したように、プレ噴射と２回に分割した主噴射とからなる（図１３の下図参照）ため、そのときの筒内圧は、同図の上図において実線で示すように明確なピークが発生せず、モータリング波形と大きな相違はない。このことは、エンジン１の振動を低減して、ＮＶＨ性能を高める上で、特に有利である。

図１１は、運転領域Ｈにおける燃料噴射態様（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域Ｈは、高負荷（全負荷を含む）領域において、運転領域Ｇよりもさらに高回転側の領域である。この運転領域Ｈでは、圧縮上死点付近で主噴射を１回だけ実行する。つまり、この運転領域Ｈでは、特にロバスト性を高めつつ、出力を高めて最高トルクを確保する。

尚、前述した各運転領域における燃料噴射態様は一例であり、これに限定されるものではない。例えば前段噴射の回数、後段噴射の回数及び主噴射の回数を、適宜の範囲で増減させることが可能である。

このように、気筒１１ａ内に比較的大量のＥＧＲガスを導入している運転領域Ｄ，Ｅの内、相対的に低負荷の運転領域Ｄでは、パイロット噴射とプレ噴射との２回の前段噴射を実行することで、燃料の予混合性を高めて、煤の発生を抑制する上で有利になる。

これに対し、相対的に高負荷の運転領域Ｅでは、パイロット噴射を省略することによって、過剰な前段噴射及びそれによる過剰なプレ燃焼を回避して、ＮＶＨ性能を向上する。一方で、運転領域Ｅでは、負荷の増大に伴い主噴射による燃料の噴射量は増大すると共に、前段噴射において噴射される燃料量は少なくなっているから、煤が発生し易い領域であるが、運転領域Ｅでは、主燃焼が継続するようなタイミングでかつ、噴射した燃料噴霧がピストン１４の頂面に形成したキャビティ外に至るようなタイミングで実行する後段噴射（つまり、第２のアフタ噴射）を実行することにより、燃焼後期における煤の酸化を促進して、煤の排出は可及的に低減する。

このエンジン１はまた、前述したように、幾何学的圧縮比が比較的低圧縮比に構成されている一方で、運転領域Ｄ，Ｅは、いわば常用の運転領域であるため、ＮＶＨ性能が重要となる。運転領域Ｄにおいて、パイロット噴射及びプレ噴射の２回の前段噴射を実行することは、適切な熱発生率を有するプレ燃焼を、圧縮上死点前の所定の時期に発生させて、主噴射によって噴射される燃料の着火遅れを短くする上で有利になる。このことは、主噴射に伴う主燃焼の熱発生率の上昇を緩慢にして、ＮＶＨ性能の点で有利になる。一方、相対的に高負荷の運転領域Ｅにおいては、過給量の増大及び燃料噴射量の増大に伴い着火性が改善するため、前段噴射の回数を減らしても適切な熱発生率を有するプレ燃焼が、圧縮上死点前の所定の時期に発生して、主噴射によって噴射される燃料の着火遅れを短くすることができる。つまり、ＮＶＨ性能が悪化することがない。

また、運転領域Ｄ、Ｅのそれぞれにおいて、後段噴射として、噴射した燃料噴霧の少なくとも一部がキャビティ内に至るようなタイミングで燃料噴射を実行する（つまり、第１のアフタ噴射）ことにより、後燃え期間が短縮して、トルク向上及び燃費の向上に有利になる。運転領域Ｅではさらに、その第１のアフタ噴射と、その後の第２のアフタ噴射とを組み合わせることによって、第１のアフタ噴射の実行により煤に関しては不利な状況となるところを、第２のアフタ噴射により、前述の通り煤の酸化を促進して煤の排出を可及的に低減することができる。また、運転領域Ｅでの主噴射のタイミングは、トルク向上を主目的として、運転領域Ｄでの主噴射のタイミングよりも早いタイミングに設定されており、着火遅れが短くなって煤の発生に関しては不利な状況であるものの、前述した第２のアフタ噴射の実行により、煤の排出を可及的に低減することができる。

（実施形態２）
図１４は、実施形態２に係るインジェクタ１８の燃料噴射モードを示すマップである。このマップも、図６のマップと同様に、エンジン１の温間時に相当する。このマップでは、相対的に負荷が低くかつ回転数が低い領域ａ１において、予混合燃焼を行う。また、このマップでは、領域ａ、ａ１、ｄにおいて、気筒１１ａ内にＥＧＲガスが導入されている。特に予混合燃焼を行う運転領域ａ１では、内部ＥＧＲ制御が実行される。以下、各運転領域の燃料噴射態様について、図１５〜２３を参照しながら説明する。

図１５は、運転領域ａにおける燃料噴射態様を示している。この運転領域ａでは、圧縮行程中において、２回のプレ噴射を実行すると共に、圧縮上死点付近において主噴射を実行する。従って、この運転領域ａでは、合計３回の燃料噴射を実行する。尚、主噴射の後に、主燃焼の後燃え期間を短縮する目的で、１回のアフタ噴射を行ってもよい。

図１６は、運転領域ａ１における燃料噴射態様を示している。この運転領域ａ１では、前述の通り予混合燃焼を行う。そのために、運転領域ａ１では、圧縮行程中において、複数回（図例では３回）の燃料噴射を行い、燃料が着火する前に燃料の噴射を終える。ここで、複数回の燃料噴射の内、相対的に早いタイミングで噴射する燃料噴射量を相対的に多く、相対的に遅いタイミングで噴射する燃料噴射量を相対的に少なくしている。これは、可及的に多くの燃料を早期に噴射することで、燃料の予混合性を高めるためである。こうして噴射した燃料は、空気と十分に混合された状態で圧縮上死点付近において自着火により燃焼する。この予混合燃焼は、燃料の着火前に燃料が均一な雰囲気を作り出すことができ、燃料と空気との当量比を比較的低くして、燃料の不完全燃焼及び煤の発生が抑制される。この予混合燃焼は、燃費及びエミッションの点で有利である一方で、燃料を均一にするための時間を確保する必要があるため、エンジン負荷が比較的低くかつ、回転数が比較的低い場合に使用される。但し、アイドル回転等の回転数が大幅に低い場合や、回転数が若干高くなった場合、及び、エンジン負荷が大幅に低い場合には、予混合燃焼の安定性が確保できないことから、前述の運転領域ａにおいて拡散燃焼を実行する。

図１７は、運転領域ｂにおける燃料噴射態様を示している。この運転領域ｂは、比較的高回転側の運転領域であり、図６のマップにおける運転領域Ｂ（但し高回転側の運転領域Ｂ）に対応する。この運転領域ｂでは、圧縮行程中に２回のプレ噴射を実行すると共に、その後の圧縮上死点付近において主噴射を１回、実行する。２回のプレ噴射の実行は、十分な熱発生率を有するプレ燃焼を所定の時期に発生させて、主燃焼の安定性の向上及び熱発生率の緩慢な上昇を実現する。

図１８は、運転領域ｃにおける燃料噴射態様を示している。この運転領域ｃは、高負荷側の運転領域であり、図６のマップにおける運転領域Ｃ、高負荷側の運転領域Ｂ及び全負荷領域である運転領域Ｇに対応する。この運転領域ｃでは、圧縮行程中において、１回のプレ噴射を実行すると共に、圧縮上死点付近において主噴射を実行することで、合計２回の燃料噴射を実行する。このことにより、主燃焼の安定性が高まると共に、その熱発生率が急上昇することを回避して、ＮＶＨ性能を高める上で有利になる。

図１９は、運転領域ｄにおける燃料噴射態様を示している。運転領域ｄは、エンジンの回転数を低回転側と高回転側との２つに分けた場合の低回転側の領域内における、運転領域ａに対し相対的に高回転側の領域である。この運転領域ｄは、図６のマップにおける運転領域Ｄ及びＥに対応する。この運転領域ｄでは、圧縮行程中における比較的早いタイミングで実行されるパイロット噴射と、圧縮上死点に近いタイミングで実行されるプレ噴射との２回の前段噴射を実行すると共に、圧縮上死点付近での主噴射と、その後、所定の間隔を空けて後段噴射を実行する。パイロット噴射の実行は、煤の抑制に有利になり、また、パイロット噴射及びプレ噴射の組み合わせは、主燃焼前に十分なプレ燃焼を発生させることによってＮＶＨ性能の向上に寄与する。また、後段噴射は、図８の燃料噴射態様における第２のアフタ噴射に相当するフォローアップ噴射である。このフォローアップ噴射は、主燃焼を継続させて、気筒１１ａ内の温度の低下を抑制し、膨張行程中の気筒１１ａ内の温度を高い温度のままに保持する機能を有しており、これによって、燃焼後期において煤の酸化を促進する。

ここで、運転領域ａと運転領域ｄとを比較したときに、運転領域ｄは、運転領域ａに対し相対的に高負荷の領域に相当する。そうして、運転領域ａでの燃料噴射態様に対し、運転領域ｄの燃料噴射態様は、主噴射に対する前段噴射の噴射割合を、運転領域ａにおける当該噴射割合に対し減らす一方で、運転領域ａには設定されていない後段噴射を行うということができる。具体的に、運転領域ａでの燃料噴射量を仮に１０Ｑと仮定すると、３回の燃料噴射の割り振りは、一例として、その噴射順に２：２：６となる。従って、運転領域ａにおける主噴射に対する前段噴射の噴射割合は、４／６（＝２／３）である。これに対し、運転領域ｄでの燃料噴射量を仮に３０Ｑと仮定すると、４回の燃料噴射の割り振りは、一例として、その噴射順に５：１：２１：３となる。従って、運転領域ｄにおける主噴射に対する前段噴射の噴射割合は、６／２１であり、これは、運転領域ａにおける噴射割合に対し減っている。そして、その前段噴射の噴射割合を減らす一方で、後段噴射を追加している。このように、ＥＧＲ制御を実行する運転領域において、エンジン負荷の高低に応じて燃料噴射態様を異ならせることは、煤の排出低減とＮＶＨ性能の向上とを共に達成する上で有効である。

また、運転領域ｃと運転領域ｄとを比較したときに、運転領域ｃは、運転領域ｄよりもエンジン負荷の高い領域であると共に、ＥＧＲ制御を行う運転領域ｄに対し、ＥＧＲ制御を停止する領域である。そうして、運転領域ｃの燃料噴射態様は、運転領域ｄの燃料噴射態様に対し、前段噴射の回数を減らすことによって、主噴射に対する噴射割合を減らしており、このことにより、過剰なプリ燃焼を回避して、ＮＶＨ性能の向上に有利になる。

図２０は、運転領域ｆにおける燃料噴射態様を示している。運転領域ｆは、図６のマップにおける運転領域Ｆに対応し、この運転領域ｆでは、運転領域Ｆと同様に、１回のプレ噴射と、２回に分割した主噴射との合計３回の燃料噴射を実行する。これは、高負荷（全負荷を含む）領域における、相対的に低回転側の領域において、ＮＶＨ性能の向上に有利になる。

図２１は、運転領域ｈにおける燃料噴射態様を示している。運転領域ｈは、図６のマップにおける運転領域Ｈに対応する。この運転領域ｈでは、運転領域Ｈと同様に、圧縮上死点付近で１回の主噴射を実行することによって、特にロバスト性を高めつつ、出力を高めて最高トルクを確保する。

図２２は、運転領域ｂ１における燃料噴射態様を示している。運転領域ｂ１では、圧縮行程中における２回のプレ噴射と、圧縮上死点付近における主噴射と、その主噴射後の後段噴射と、の４回の燃料噴射を実行する。この燃料噴射態様は、図１７に示す運転領域ｂにおける燃料噴射態様に対し、後段噴射を追加した燃料噴射態様に相当する。ここで、この後段噴射は、図１９の燃料噴射態様における後段噴射とは異なり、主噴射に対して比較的近いタイミングで実行する噴射であり、図８の燃料噴射態様における第１のアフタ噴射に相当する。つまり、主燃焼の後燃え期間を短くして、燃費の向上に有利になる。

図２３は、運転領域ｃ１における燃料噴射態様を示している。運転領域ｃ１では、圧縮行程中における１回のプレ噴射と、圧縮上死点付近における主噴射と、その主噴射後の後段噴射と、の３回の燃料噴射を実行する。この燃料噴射態様は、図１８に示す運転領域ｃにおける燃料噴射態様に対し、後段噴射を追加した燃料噴射態様に相当し、この燃料噴射態様も、燃費の向上を目的とする。

図１４は、エンジンの温間時における燃料噴射モードのマップを示しているが、図２４は、エンジンの半暖機時における燃料噴射モードのマップを示している。エンジンの半暖機時は、気筒１１ａ内の温度が低いため、予混合燃焼の着火コントロールができないことから、予混合燃焼の運転領域を無くしている。

図２４のマップにおいて、運転領域ｂ、ｃ、ｄ、ｂ１、ｃ１はそれぞれ、図１４のマップにおける運転領域ｂ、ｃ、ｄ、ｂ１、ｃ１に対応し、各運転領域での燃料噴射態様は互いに同じである（図１７、１８、１９、２２、２３参照）。

これに対し、図２４のマップにおける、低負荷・低回転の領域である運転領域ａ２では、図２５に示すような燃料噴射態様が設定されている。ここでは、比較的噴射量の多い、１回のパイロット噴射と、２回のプレ噴射と、１回の主噴射との合計４回の燃料噴射を実行する。前段噴射の回数及び前段噴射の噴射割合を高めることによって、着火性を高め、耐失火性を向上させている。尚、運転領域ａ２内には、ＡＷＳ領域が設定されている。

１ ディーゼルエンジン（エンジン本体）
１０ ＰＣＭ（噴射制御手段、ＥＧＲ量制御手段）
１１ａ 気筒
１４ ピストン
１４ａ 燃焼室（キャビティ）
１８ インジェクタ（燃料噴射弁）
５１ａ 排気ガス還流弁（ＥＧＲ量制御手段）
６１ 大型ターボ過給機
６２ 小型ターボ過給機

Claims (14)

1. 自動車に搭載されかつ軽油を主成分とした燃料が供給される、ターボ過給機付エンジン本体と、
   前記エンジン本体の気筒内に臨んで配設されかつ、当該気筒内に前記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態様を制御する噴射制御手段と、
   前記気筒内に導入するＥＧＲガス量を調整するＥＧＲ量制御手段と、を備え、
   少なくとも、前記エンジン本体が低回転側でかつ部分負荷である所定の運転領域にあるときには、前記ＥＧＲ量制御手段は前記気筒内にＥＧＲガスを導入し、前記噴射制御手段は、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、当該主噴射よりも前のタイミングで燃料を噴射する前段噴射と、を実行し、
   前記噴射制御手段はまた、前記所定の運転領域内における相対的に低負荷の領域では、前記主噴射の噴射量に対し所定の噴射割合となる前記前段噴射を実行する第１噴射モードとすると共に、前記所定の運転領域内における相対的に高負荷の領域では、前記第１噴射モードよりも前記前段噴射の噴射割合を減らす一方で、前記主燃焼が継続するように前記主噴射よりも後のタイミングで燃料を噴射する後段噴射を行う第２噴射モードとし、
   前記後段噴射の一部は、噴射した燃料噴霧が前記気筒に嵌挿したピストン頂面のキャビティ外に至るようなタイミングで実行する自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジン。
2. 請求項１に記載の自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、
   前記第１噴射モードは、前記前段噴射を複数回実行し、
   前記第２噴射モードは、前記第１噴射モードよりも前記前段噴射の回数が少ない自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジン。
3. 請求項１又は２に記載の自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、
   前記所定の運転領域は、前記エンジン本体の運転領域を低回転側と高回転側とに分けたときの低回転側の領域内における、相対的に高回転側の領域である自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジン。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、
   前記噴射制御手段は、前記第１噴射モードにおいては、噴射した燃料噴霧の少なくとも一部が前記キャビティ内に至るようなタイミングで後段噴射を実行すると共に、前記第２噴射モードにおいては、噴射した燃料噴霧の少なくとも一部が前記キャビティ内に至るようなタイミングと、噴射した燃料噴霧が前記キャビティ外に至るようなタイミングと、の２回の後段噴射を実行する自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジン。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、
   前記第２噴射モードにおける前記主噴射のタイミングは、前記第１噴射モードにおける前記主噴射のタイミングよりも早いタイミングに設定されている自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジン。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、
   前記所定の運転領域よりも負荷の高い運転領域にあるときには、前記ＥＧＲ量制御手段は前記気筒内へのＥＧＲガスの導入を停止し、前記噴射制御手段は、前記前段噴射の前記噴射割合を前記第２噴射モードよりも減らす自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジン。
7. 請求項６に記載の自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、
   前記噴射制御手段は、前記所定の運転領域よりも負荷の高い運転領域では、前記前段噴射の噴射回数を前記第２噴射モードよりも減らす自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジン。
8. 自動車に搭載されかつ軽油を主成分とした燃料が供給される自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法であって、
   前記エンジンが低回転側でかつ部分負荷である所定の運転領域内において、相対的に低負荷の領域では、気筒内にＥＧＲガスを導入しながら、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、当該主噴射よりも前のタイミングで、前記主噴射の噴射量に対し所定の噴射割合の燃料を噴射する前段噴射とを含む第１噴射モードを実行し、
   前記所定の運転領域内において、相対的に高負荷の領域では、前記気筒内にＥＧＲガスを導入しながら、前記主噴射と、前記第１噴射モードよりも噴射割合を減らした前記前段噴射と、前記主燃焼が継続するように前記主噴射よりも後のタイミングで燃料を噴射する後段噴射とを含む第２噴射モードを実行し、
   前記後段噴射の一部は、噴射した燃料噴霧がピストン頂面のキャビティ外に至るようなタイミングで実行する自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法。
9. 請求項８に記載の自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法において、
   前記第１噴射モードでは、前記前段噴射を複数回実行し、
   前記第２噴射モードでは、前記前段噴射の回数を前記第１噴射モードよりも減らす自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法。
10. 請求項８又は９に記載の自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法において、
    前記所定の運転領域は、前記エンジン本体の運転領域を低回転側と高回転側とに分けたときの低回転側の領域内における、相対的に高回転側の領域である自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法。
11. 請求項８〜１０のいずれか１項に記載の自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法において、
    前記第１噴射モードでは、噴射した燃料噴霧の少なくとも一部が前記キャビティ内に至るようなタイミングで後段噴射を実行し、
    前記第２噴射モードでは、噴射した燃料噴霧の少なくとも一部が前記キャビティ内に至るようなタイミングと、噴射した燃料噴霧が前記キャビティ外に至るようなタイミングと、の２回の後段噴射を実行する自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法。
12. 請求項８〜１１のいずれか１項に記載の自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法において、
    前記第２噴射モードにおける前記主噴射のタイミングは、前記第１噴射モードにおける前記主噴射のタイミングよりも早い自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法。
13. 請求項８〜１２のいずれか１項に記載の自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法において、
    前記所定の運転領域よりも負荷の高い運転領域では、前記気筒内へのＥＧＲガスの導入を停止すると共に、前記前段噴射の前記噴射割合を前記第２噴射モードよりも減らす自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法。
14. 請求項１３に記載の自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法において、
    前記所定の運転領域よりも負荷の高い運転領域では、前記前段噴射の噴射回数を前記第２噴射モードよりも減らす自動車搭載用ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御方法。

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