JP5392293B2 - 自動車搭載用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、自動車搭載用ディーゼルエンジンに関し、特に予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとを切り替えながら運転されるディーゼルエンジンに関する。

従来から、エンジンの負荷に応じて、エンジンの気筒内での燃料の燃焼形態を切り替え制御するディーゼルエンジンが知られている。燃料の燃焼形態としては、気筒内に燃料を噴射しながら燃料を燃焼させる拡散燃焼モードと、燃料が着火する前に気筒内で燃料を混合させる予混合燃焼モードがあり、エンジンが高負荷下にあるときは拡散燃焼モードを用い、エンジンが低負荷下にあるときは予混合燃焼モードを用いるようにしている。

例えば、特許文献１には、燃焼モードの切り替えをスムースにしつつ、窒素酸化物（ＮＯｘ）、煤（Ｓｏｏｔ）、騒音（ＮＶＨ： Noise Vibration Harshness）の発生を抑制するために、その燃焼モードの移行の際には、気筒内に燃料を噴射するタイミングや量、及び気筒内の酸素濃度を連続的に変化させることが記載されている。具体的に特許文献１に記載されている制御では、燃焼モードの移行過渡時に、移行前の燃料噴射のタイミング及び酸素濃度から移行後の燃料噴射のタイミング及び酸素濃度へと至る移行経路を、ＮＯｘ、ＮＶＨ及び煤の発生がそれぞれ許容限界を超えないように設定すると共に、燃料噴射のタイミング及び酸素濃度の双方を、その経路に沿って次第に変化させるようにしている。

特開２００７−１６２５４４号公報

しかしながら、燃焼モードの切り替えの際の条件によっては、例えば切り替え前後で筒内の酸素濃度の差が大きい場合には、燃料噴射タイミングと酸素濃度との双方を連続的に変化させたときに、燃焼室内の酸素濃度が過剰となって燃焼騒音（つまりＮＶＨ）が許容限度を超えてしまうか、又は、燃焼室内の酸素濃度が希薄となって煤の発生が許容限度を超えてしまうか、してしまう場合がある。つまり、燃料噴射タイミングと酸素濃度との双方を連続的に変化させる前提でいかなる移行経路を設定しようとも、ＮＶＨ及び排気エミッションの少なくとも一方が許容限界を超えてしまい、それらを共に回避するような移行経路を設定することができない場合がある。この場合は、特許文献１に記載されているような燃料噴射タイミングと酸素濃度との双方を連続的に変化させることには問題がある。

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、自動車搭載用ディーゼルエンジンにおいて、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとの間で燃焼モードを移行する際に、ＮＶＨ及び排気エミッションの双方についてその許容限界を確実に回避することにある。

本願発明者らは、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとの間で燃焼モードを移行する際に、燃料噴射タイミング及び筒内の酸素濃度の内でも、相対的に制御自由度が高い燃料噴射タイミングを、不連続的に変化させるようにした。

つまり、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行の際には、燃料噴射タイミングを、予混合燃焼モードのタイミング（つまり、拡散燃焼モードの噴射タイミングよりも早い第１のタイミング）から、拡散燃焼モードの噴射タイミング（つまり、第２のタイミング）に向かって次第に遅くするのではなく、拡散燃焼モードの噴射タイミングよりもさらに遅い第３のタイミングに一気に（言い換えると不連続的に）変更した後、気筒内の酸素濃度の変化に応じて噴射タイミングを前記第２のタイミングに向かって変更していくこととした。

また、拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行の際には、燃料噴射タイミングを、拡散燃焼モードのタイミングである第２のタイミングから、予混合燃焼モードのタイミングである第１のタイミングへと次第に進角させるのではなく、気筒内の酸素濃度の変化に応じて、第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングへと変更していくと共に、気筒内が所定の酸素濃度状態（言い換えると、その状態で予混合燃焼モードに切り替えてもＮＶＨの限界を回避できる酸素濃度状態）に変化すれば、予混合燃焼モードの噴射タイミングである第１のタイミングまで一気に（言い換えると不連続的に）、燃料噴射タイミングを変更することとした。

具体的に、ここに開示する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と共に、低負荷時の予混合燃焼モードと、高負荷時の拡散燃焼モードとを切り替えて運転されるエンジン本体と、燃料噴射弁を通じた前記気筒内への前記燃料の噴射を、前記燃焼モードに応じて制御する噴射制御手段と、前記気筒内へのＥＧＲガス量を調整するＥＧＲ量制御手段と、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前記予混合燃焼モードで運転されるときには、１回又は２回以上の噴射からなる予混合燃焼用パターンの燃料噴射を、前記気筒内の圧力が相対的に低い第１のタイミングで実行する一方、前記エンジン本体が前記拡散燃焼モードで運転されるときには、１回又は２回以上の噴射からなる拡散燃焼用パターンの燃料噴射を、前記第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで実行し、前記ＥＧＲ量制御手段は、少なくとも、前記予混合燃焼モード時、及び、前記予混合燃焼モードから前記拡散燃焼モードへの移行時に、前記エンジン本体の運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入する制御を実行し、前記噴射制御手段はまた、前記エンジン本体の負荷上昇に伴い前記予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへ移行するときには、燃料噴射パターンを前記予混合燃焼用パターンから拡散燃焼用パターンに切り替えると共に、その拡散燃焼用パターンの燃料噴射を前記第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングで実行し、その後、当該第３のタイミングを、前記気筒内の酸素濃度の変化に応じて前記第２のタイミングに向かって変更していく過渡制御を実行する。

ここで、予混合燃焼用パターン及び拡散燃焼用パターンに、複数回の燃料噴射が含まれる場合、燃料噴射のタイミングとしての第１のタイミング、第２のタイミング、及び第３のタイミングは、複数の燃料噴射の内の当該噴射態様を代表する噴射、例えばエンジンのトルク発生に最も寄与する燃料噴射（すなわち、主噴射）を基準に設定すればよい。

具体的に、前記の「拡散燃焼用パターンを、前記第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで実行する」とは、拡散燃焼用パターンの主噴射のタイミングを、予混合燃焼用パターンの主噴射のタイミングよりも遅くすることを意味し、「拡散燃焼用パターンのタイミングを前記第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングに設定」するとは、拡散燃焼用パターンの主噴射のタイミングを、第２のタイミングで行う主噴射よりも遅くすることを意味する。

さらに、第３のタイミングに設定した「拡散燃焼用パターンのタイミングを、前記気筒内の酸素濃度の変化に応じて前記第２のタイミングに向かって変更していく」ことには、第３のタイミングから第２のタイミングに向かって徐々にタイミングを変更していくことの他にも、気筒内の酸素濃度の変化に基づいて第２のタイミングに変更することが可能であれば、第３のタイミングから第２のタイミングに一気にタイミングを変更することも含む。

この構成によると、エンジン本体の負荷上昇に伴い予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへ移行する際には、燃料噴射パターンを予混合燃焼用パターンから拡散燃焼用パターンに切り替えた上で、その拡散燃焼用パターンのタイミングを、拡散燃焼モードの噴射タイミングとして予め設定されている第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングに設定する。つまり、第１のタイミングから第３のタイミングに、不連続的に燃料噴射タイミングを変更する。

拡散燃焼モードの噴射タイミングである第２のタイミングは、概ね圧縮上死点付近になるのに対し、第３のタイミングは、その第２のタイミングよりも遅いタイミングであるため、概ね膨張行程中での燃料噴射となる。この拡散燃焼用パターンのタイミングを第３のタイミングに設定することは、ピストンの下降中に燃料を噴射することになるため、燃料のミキシング性で有利になり、ＮＯｘ及び煤の低減に有効である。また、その燃焼も緩慢になり、ＮＶＨの点で有利になる。従って、燃料噴射タイミングを第３のタイミングに設定して、拡散燃焼用パターンの燃料噴射を実行することは、ＮＶＨ及び排気エミッションの問題を回避する。

一方で、ＥＧＲ量制御手段が、気筒内に導入するＥＧＲガス量の制御を通じて予混合燃焼モードに対応する気筒内の状態から拡散燃焼モードに対応する気筒内の状態へと移行させることに伴い、気筒内の酸素濃度は高くなっていくから、その酸素濃度の変化に応じて第３のタイミングを第２のタイミングに向かって変更していく。前述したように、噴射タイミングを第２のタイミングに向かって次第に変化させてもよいし、第２のタイミングまで一気に変化させてもよい。こうして、ＮＶＨ及び排気エミッションの問題を回避しつつ、燃料噴射タイミングを第２のタイミングへと変更して、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行が完了する。

この制御は、エンジン本体の負荷上昇に伴い燃料噴射量を増大させると同時に、気筒内の酸素濃度も比較的大きく変化させる必要がある場合において、その酸素濃度は急激に変更することができず、連続的にしか変化しない一方で、そのように酸素濃度が連続的に変化することに対応して、燃料噴射の態様（つまり、ここでいう噴射の態様には、燃料噴射のパターン、タイミング及び噴射量が含まれるが、その内でも、特に燃料噴射タイミング）を連続的に変化させた場合に、ＮＶＨ又は排気エミッションが許容限界を必ず超えてしまう場合に有効である。つまり、燃料噴射タイミングを、遅角側の第３のタイミングまで一気に変更すると共に、遅角側の第３のタイミングに設定した状態で、酸素濃度の変化が追従することを待つことにより、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行の際のＮＶＨ及び排気エミッションの許容限界を回避することが可能になる。

前記噴射制御手段は、前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が所定値以下の状態である前記エンジン本体の負荷が高い状態から、前記拡散燃焼モードへ移行するときに、前記過渡制御を実行し、前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が前記所定値よりも高い状態である前記エンジン本体の負荷が低い状態から、前記拡散燃焼モードへ移行するときには、前記過渡制御を禁止する。

前記の第３のタイミングは、拡散燃焼モードにおける通常の燃料噴射タイミング（つまり、第２のタイミング）よりも遅いタイミングであり、燃焼効率は相対的に低く、燃費の点で不利になる。

また、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行に際し、気筒内の酸素濃度の変化に対応するように燃料噴射タイミングを連続的に変化させた場合に、ＮＶＨ及び排気エミッションの許容限界を避けることができない状況は、基本的には、燃焼モードの移行前後で、気筒内の酸素濃度の差が大きくなるときである。具体的には予混合燃焼モードでも比較的負荷が高いような気筒内の酸素濃度が低い状態から、気筒内の酸素濃度が相対的に高い拡散燃焼モードに移行するような場合である。これとは異なり、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行であっても、比較的負荷が低いような気筒内の酸素濃度が高い状態から、拡散燃焼モードに移行するような場合は、移行前後の気筒内の酸素濃度の差が比較的小さく、この場合は、ＮＶＨ及び排気エミッションの許容限界を回避しながら、燃料噴射タイミングを、気筒内の酸素濃度の変化に応じて連続的に変更することが可能である。

従って、ＮＶＨ及び排気エミッションの許容限界を回避することができない場合に限って、前述の過渡制御を実行し、ＮＶＨ及び排気エミッションの許容限界を回避することができる場合には、前述の過渡制御を禁止することによって、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行に際して、ＮＶＨ及び排気エミッションの許容限界を確実に回避しつつも、燃費の向上が図られる。

前記噴射制御手段は、前記予混合燃焼用パターンから拡散燃焼用パターンに切り替える前に、前記第１のタイミング付近での燃料噴射と前記第２のタイミング付近での燃料噴射とを少なくとも含む燃料噴射セットを実行する。

本願発明者らは、予混合燃焼と拡散燃焼とは、燃焼現象の相違に起因して燃焼音の音質が相違することを見出した。このため、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行に際して、燃焼音の音圧変化を抑制したとしても、音質の急変が乗員に違和感を与える可能性がある。

そこで、予混合燃焼用パターンの燃料噴射によって予混合燃焼を行っている状態から、拡散燃焼用パターンに切り替える前に、第１のタイミング付近での燃料噴射と前記第２のタイミング付近での燃料噴射とを少なくとも含む燃料噴射セットを実行する。この燃料噴射セットは、予混合燃焼モードに対応する第１のタイミング付近での燃料噴射と、拡散燃焼モードに対応する第２のタイミング付近での燃料噴射との双方を含んでいる。言い換えると、前記の燃料噴射セットは、噴射タイミングが近いことによって、予混合燃焼用パターンの噴射特性と、拡散燃焼用パターンの噴射特性との双方を含んでいる。このため、燃焼音の音質は、予混合燃焼及び拡散燃焼の中間的な音質となる。その結果、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行に際し、燃焼音の音質が急変することが回避され、乗員の違和感が解消又は軽減される。

ここに開示する自動車搭載用ディーゼルエンジンはまた、前記エンジン本体と、前記噴射制御手段と、前記ＥＧＲ量制御手段と、を備え、前記噴射制御手段は、前記エンジン本体の負荷低下に伴い前記拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行するときには、前記第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングで、前記拡散燃焼用パターンの燃料噴射を実行すると共に、前記気筒内の酸素濃度が所定濃度になった後に、燃料噴射パターンを前記拡散燃焼用パターンから予混合燃焼用パターンに切り替えかつ、その予混合燃焼用パターンの燃料噴射を、前記第１のタイミングで実行する過渡制御を実行する。

前記とは逆に、エンジン本体の負荷低下に伴い拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行する際には、燃料噴射パターンを拡散燃焼用パターンのままで、その燃料噴射のタイミングを、拡散燃焼モードの噴射タイミングとして予め設定されている第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングに設定する。このことによって、ＮＶＨ及び排気エミッションの問題を回避することができるから、この状態で、酸素濃度の変化が追従することを待つ。このときに、第３のタイミングを、気筒内の酸素濃度の変化に応じて遅角側に変更していくようにしてもよい。このことによって、第３のタイミングを可及的に進角側に設定することが可能になり、燃費の向上に有利になる。

そうして、気筒内の酸素濃度が所定濃度になった後（換言すればその状態で、拡散燃焼用パターンから予混合燃焼用パターンに切り替えると共に、噴射タイミングを第１のタイミングに変更した場合に、ＮＶＨの許容限界を回避できるようになった後）に、燃料噴射態様を切り替える。つまり、燃料噴射タイミングを遅角側の第３のタイミングから、第１のタイミングへと一気に、不連続的に変更する。こうして、ＮＶＨ及び排気エミッションの問題を回避しつつ、拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行が完了する。

前記噴射制御手段は、前記拡散燃焼モードから、前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が所定値以下の状態である前記エンジン本体の負荷が高い状態へ移行するときに、前記過渡制御を実行し、前記拡散燃焼モードから、前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が前記所定値よりも高い状態である前記エンジン本体の負荷が低い状態へ移行するときには、前記過渡制御を禁止する。

前記と同様に、拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行に際し、気筒内の酸素濃度の変化に対応するように燃料噴射タイミングを連続的に変化させた場合に、ＮＶＨ及び排気エミッションの許容限界を避けることができない状況は、基本的には、燃焼モードの移行前後で、気筒内の酸素濃度の差が大きくなるときである。このため、気筒内の酸素濃度が相対的に高い拡散燃焼モードから、予混合燃焼モードでも比較的負荷が高いような、気筒内の酸素濃度が低い状態に移行するような場合に限って前述の過渡制御を実行し、拡散燃焼モードから、予混合燃焼モードでも比較的負荷が低いような、気筒内の酸素濃度が高い状態に移行するような場合には、前述の過渡制御を禁止することにより、燃費の向上が図られる。

前記噴射制御手段は、前記拡散燃焼用パターンから予混合燃焼用パターンに切り替える前に、前記第１のタイミング付近での燃料噴射と前記第２のタイミング付近での燃料噴射とを少なくとも含む燃料噴射セットを実行する。

前記と同様に、拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行に際しても、燃焼音の音質が急変する。そこで、燃料噴射パターンを拡散燃焼用パターンから予混合燃焼用パターンに切り替える前に、第１のタイミング付近での燃料噴射と第２のタイミング付近での燃料噴射とを少なくとも含む燃料噴射セットを実行することは、音質の急変を回避して、乗員の違和感を回避又は軽減する。

前記第３のタイミングは、膨張行程中に噴射した燃料噴霧が、前記気筒内のピストン頂面で凹陥するキャビティ内に到達するように、煤の許容限界と失火限界との間に設定される、とすることが望ましい。

燃料噴射タイミングを遅くしすぎると、噴射した燃料が着火に至らずに失火となるため、第３のタイミングは失火限界よりも早くに設定することが望ましくかつ、煤の許容限度を超えないように、その許容限界よりも遅く設定することが望ましい。

前記拡散燃焼用パターンは、主噴射と、その主噴射の前に実行される複数回の前段噴射とを含む、としてもよい。

複数回の前段噴射によってプレ燃焼が生起するため、主噴射の際には気筒内が着火しやすい状態になる。その結果、主噴射の実行により噴射された燃料の着火遅れは短くなる。このことは、主燃焼を緩慢にし、熱発生率の急上昇を回避又は抑制する。つまり、燃焼騒音を低減する上で有利になる。また、複数回の前段噴射は、主噴射の燃料噴射量を少なくして煤の抑制にも有利になる。

前記前段噴射と主噴射との噴射間隔は、前記前段噴射同士の噴射間隔よりも短い、としてもよい。

この構成は、主噴射に対し比較的近いタイミングで実行される前段噴射（プレ噴射）と、主噴射に対し比較的離れたタイミングで実行される前段噴射（パイロット噴射）との、少なくとも２回の前段噴射を実行することと等価である。この２回の前段噴射の内、パイロット噴射は、燃料の予混合性を高めると共に、空気利用率を向上させる。一方、プレ噴射は、主燃焼前のプレ燃焼を生起させ、前述したように、主噴射によって噴射された燃料の着火遅れを短くする。

前記拡散燃焼用パターンは、主噴射と、その主噴射の後に所定間隔を空けて実行される後段噴射とを含み、前記第３のタイミングに設定された前記拡散燃焼用の燃料噴射は、前記第２のタイミングに設定された前記拡散燃焼用の燃料噴射に対して、前記後段噴射を同じタイミングにし、前記主噴射のタイミングのみを遅らせる、としてもよい。

後段噴射は、主噴射の後に所定間隔を空けて、言い換えると、主噴射から比較的離れたタイミングで行われる。このため、後段噴射は、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。このことは、キャビティ外の空気を利用しながら、燃焼の初期や中期に発生した煤の酸化を促進させて、煤の排出を低減する。

また、予混合燃焼モード及び拡散燃焼モードの相互の切り替えに際し、拡散燃焼用パターンの燃料噴射を第３のタイミングで行う場合には、その主噴射のタイミングのみを遅らせ、後段噴射のタイミングは遅らせないことによって、前述した煤の酸化効果を確保しながら、主噴射のリタードによるＮＶＨ及び排気エミッションの許容限界の回避が実現する。

前記ＥＧＲ量制御手段は、前記エンジン本体の吸気弁及び排気弁の内の少なくとも一方の作動を制御することによって内部ＥＧＲガス量を調整する、としてもよい。

こうすることで、大量のＥＧＲガスを気筒内に導入することが可能になるから、特に低負荷の予混合燃焼モードにおいて有利になると共に、その制御応答性も比較的高くなるから、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとの間の燃焼モードの切り替えに際し、気筒内の酸素濃度の変化が比較的早くなる点で有利になる。

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、前記エンジンが低負荷のときには、当該エンジンの運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入しながら、１回又は２回以上の噴射からなる予混合燃焼用パターンの燃料噴射を第１のタイミングで実行することによって、前記エンジンを予混合燃焼モードで運転し、前記エンジンが高負荷のときには、１回又は２回以上の噴射からなる拡散燃焼用パターンの燃料噴射を前記第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで実行することによって、前記エンジンを拡散燃焼モードで運転し、前記エンジンの負荷上昇に伴い前記予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへ移行するときには、前記エンジンの運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入しながら、燃料噴射パターンを前記予混合燃焼用パターンから拡散燃焼用パターンに切り替え、前記拡散燃焼用パターンに切り替えた直後は、燃料噴射のタイミングを前記第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングに設定し、そしてその後、前記第３のタイミングを、前記気筒内の酸素濃度の変化に応じて前記第２のタイミングに向かって変更する。
そして、前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が所定値以下の状態である前記エンジン本体の負荷が高い状態から、前記拡散燃焼モードへ移行するときに、前記噴射のタイミングを前記第３のタイミングに設定し、前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が前記所定値よりも高い状態である前記エンジン本体の負荷が低い状態から、前記拡散燃焼モードへ移行するときには、前記噴射のタイミングを前記第３のタイミングに設定しない。
または、前記予混合燃焼用パターンから拡散燃焼用パターンに切り替える前に、前記第１のタイミング付近での燃料噴射と前記第２のタイミング付近での燃料噴射とを少なくとも含む燃料噴射セットをさらに実行する。

また、別の制御方法は、前記エンジンの負荷低下に伴い前記拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行するときには、前記エンジンの運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入しながら、前記第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングで、前記拡散燃焼用パターンの燃料噴射を実行し、そして、前記気筒内の酸素濃度が所定濃度になった後に、燃料噴射パターンを前記拡散燃焼用パターンから予混合燃焼用パターンに切り替えて、前記第１のタイミングで燃料噴射を実行する。
そして、前記拡散燃焼モードから、前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が所定値以下の状態である前記エンジン本体の負荷が高い状態へ移行するときに、前記噴射のタイミングを前記第３のタイミングに設定し、前記拡散燃焼モードから、前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が前記所定値よりも高い状態である前記エンジン本体の負荷が低い状態へ移行するときには、前記噴射のタイミングを前記第３のタイミングに設定しない。
または、前記拡散燃焼用パターンから予混合燃焼用パターンに切り替える前に、前記第１のタイミング付近での燃料噴射と前記第２のタイミング付近での燃料噴射とを少なくとも含む燃料噴射セットをさらに実行する。

以上説明したように、前記の自動車搭載用ディーゼルエンジン及びそれの制御方法によると、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行時、又は、拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行時には、燃料噴射のタイミングを不連続的に変化させることで、ＮＶＨ及び排気エミッションの許容限界を回避しながら燃焼モードを移行させることが実現する。

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状態に応じた燃焼モードのマップの一例である。 燃料噴射量と気筒内の酸素濃度との関係を例示する図である。 酸素濃度−燃料噴射時期の関係を示すマップ上での、（ａ）予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの連続的な移行経路が存在しない場合の移行の一例、（ｂ）予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの連続的な移行経路が存在する場合の移行の一例を示す図である。 酸素濃度−燃料噴射時期の関係を示すマップ上での、（ａ）拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの連続的な移行経路が存在しない場合の移行の一例、（ｂ）拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの連続的な移行経路が存在する場合の移行の一例を示す図である。 （ａ）予混合燃焼モードにおける燃料噴射態様の一例及び、それに伴う熱発生率の履歴の一例、（ｂ）拡散燃焼モードにおける燃料噴射態様の一例及び、それに伴う熱発生率の履歴の一例、（ｃ）拡散リタードモードにおける燃料噴射態様の一例及び、それに伴う熱発生率の履歴の一例を示す図である。 予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行制御に係るフローチャートである。 拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行制御に係るフローチャートである。 実施形態２に係る、（ａ）予混合燃焼モードにおける燃料噴射態様の一例、（ｂ）拡散燃焼モードにおける燃料噴射態様の一例、（ｃ）拡散リタードモードにおける燃料噴射態様の一例、（ｄ）移行燃焼モードにおける燃料噴射態様の一例を示す図である。 予混合燃焼、拡散燃焼及び移行燃焼のそれぞれについての、燃焼音の周波数帯と音圧との関係を示す図である。 実施形態２において、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行時における酸素濃度の変化の一例と、その酸素濃度の変化に対応する予混合燃焼モード、移行燃焼モード及び拡散燃焼モードの切り替えを示す図である。 （ａ）（ｂ）実施形態２に係る、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行制御に係るフローチャートの一部である。 実施形態２に係る、拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行制御に係るフローチャートの一部である。

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はエンジンＡの一例を示し、１は車両に搭載されたエンジン本体である。このエンジン本体１は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２，２，…（１つのみ図示する）を有する。各気筒２内には、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の頂面にはリエントラント形燃焼室４を区画するキャビティ３１が形成されている。また、燃焼室４の天井部にはインジェクタ５（燃料噴射弁）が配設されている。インジェクタ５は、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。ここで、このエンジン本体１は、幾何学的圧縮比が１５以下（かつ１２以上）の比較的、低圧縮比のエンジンに構成されていると共に、後述するようにＥＧＲ通路３４，４４上のＥＧＲ弁３５，４５の制御や排気弁８２の開閉制御を通じて、大量のＥＧＲガスを気筒２内に導入することによって、予混合着火燃焼（ＰＣＩ（Premixed Charge compression Ignition）燃焼）を可能にしている。

各気筒２毎のインジェクタ５に燃料を供給する構成は、図示は省略するが、各インジェクタ５が接続される共通の燃料分配管（コモンレール）を備えたいわゆるコモンレールタイプとされており、これによってエンジンの１サイクル中に、気筒２内に複数回の燃料の噴射を可能にしている。インジェクタ５は、一例として、但しそれに限定するものではないが、制御弁を内蔵し、当該インジェクタ５への通電量に応じて制御弁のリフト量が変化することにより燃料が噴射されるタイプとしてもよい。

エンジン本体１の上部には、吸気弁８１及び排気弁８２をそれぞれ開閉させる、動弁機構７１，７２が配設されている。吸気弁８１側及び排気弁８２側の動弁機構７１，７２の内、排気弁８２側の動弁機構７２としては、当該排気弁８２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（以下、ＶＶＭ（Variable Valve Motion）と称し、このＶＶＭについて符号７２を付す）が設けられている。このＶＶＭ７２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いる。ＶＶＭ７２は、第１カムの作動状態を排気弁８２に伝達しているときには、排気弁８２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８２に伝達しているときには、排気弁８２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。ＶＶＭ７２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、後述するように、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。尚、吸排気弁８１，８２の制御を通じて内部ＥＧＲガスの導入が可能な構成であれば、どのような構成を採用してもよい。例えば吸排気弁８１，８２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。

エンジン本体１の一側（つまり、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（図示省略）で濾過した空気（言い換えると新気）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には、上流側から下流側に向かって順に、バタフライバルブからなる吸気絞り弁２２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インタークーラ（Ｉ／Ｃ）経路絞り弁２３とが設けられている。

一方、エンジン本体１の反対側（つまり、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（つまり、排気）を排出するための排気通路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、排気流を受けて回転されるタービン２７と、排気中の有害成分を浄化可能なディーゼル酸化触媒２８及びＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２９と、が配設されている。酸化触媒２８及びＤＰＦ２９は１つのケース内に収容されている。酸化触媒２８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ＤＰＦ２９は、エンジン本体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、ＤＰＦ２９に酸化触媒をコーティングしてもよい。

前記排気通路２６には、ＤＰＦ２９よりも排気下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第１の排気還流通路（以下第１のＥＧＲ通路という）３４の上流端が接続されている。この第１のＥＧＲ通路３４の下流端は吸気絞り弁２２とコンプレッサ２０との間で吸気通路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、第１の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と、開度調節の可能な排気還流量調節弁（以下第１のＥＧＲ弁という）３５とが配置されている。

また、前記排気マニホールドには、第２の排気還流通路（以下第２のＥＧＲ通路という）４４の上流端が接続されている。この第２のＥＧＲ通路４４の下流端はインタークーラ２１（より正確には、Ｉ／Ｃ経路絞り弁２３）よりも下流側で吸気通路１６に接続されている。また、第２のＥＧＲ通路４４の途中には、開度調節の可能な第２の排気還流量調節弁（以下第２のＥＧＲ弁という）４５が配置されている。尚、第２のＥＧＲ通路４４の途中に、ＥＧＲクーラを介設してもよい。

そして、前記各インジェクタ５、動弁系のＶＶＭ７２、吸気絞り弁２２、Ｉ／Ｃ経路絞り弁２３、第１及び第２のＥＧＲ弁３５，４５等は、いずれもコントロールユニット（Electronic Control Unit：以下ＥＣＵという）４０からの制御信号を受けて作動する。ＥＣＵ４０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。ＥＣＵ４０には、少なくとも、エンジン本体１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ５１、吸気の圧力状態を検出する吸気圧センサ５２、排気中の酸素濃度を検出するＯ_２センサ５３、外部からエンジン本体１に吸入される空気の流量を検出するエアフローセンサ５４、ＥＧＲガス混合後の吸気の温度を検出する吸気温度センサ５５、及び図示省略のアクセルペダルの踏み操作量（つまり、アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５６、等からの出力信号がそれぞれ入力される。これらの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本体１や車両の状態を判定し、これに応じて前述した、インジェクタ５、動弁系のＶＶＭ７２、各種の弁２２，２３，３５，４５のアクチュエータへ制御信号を出力する。このＥＣＵ４０が噴射制御手段及びＥＧＲ量制御手段を構成する。

（エンジンの燃焼制御の概要）
前記ＥＣＵ４０によるエンジン本体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５の作動制御によって実現するものである。また、絞り弁２２，２３や第１及び第２のＥＧＲ弁３５，４５の開度の制御（つまり、外部ＥＧＲ制御）や、ＶＶＭ７２の制御（つまり、内部ＥＧＲ制御）によって、気筒２内への排気の還流割合を制御する。

図２は、エンジンの状態に応じた燃焼モードを示すマップである。図２に示すように、エンジン本体１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、拡散燃焼モードと予混合燃焼モードとの２つの燃焼モードを切り替える。

この内、拡散燃焼モードでは、図６（ｂ）の上図に例示するように、ピストン３が圧縮上死点近傍にあるときに、気筒２内に燃料が噴射される（つまり、主噴射）。これによって、インジェクタ５による燃料の噴射と燃料の着火とが並行して行われる。この実施形態では、拡散燃焼モードにおいては、主噴射に先立って前段噴射が行われると共に、主噴射後に後段噴射が行われる。この態様の燃料噴射を以下においては、拡散燃焼用燃料噴射又は拡散燃焼用パターンと呼ぶ場合がある。尚、拡散燃焼モードにおける燃料噴射の回数は３回に限定されるものではなく適宜設定すればよい。尚、図６（ｂ）の下図は、前記の燃料噴射に伴う気筒２内の熱発生率の履歴の一例を示している。

一方で、予混合燃焼モードは、圧縮行程中の早いタイミングで気筒２内に燃料が噴射され、燃料が着火する前に燃料の噴射を終える。例えば図６（ａ）の上図に示すように、この実施形態では、予混合燃焼モード時の燃料噴射態様（つまり、予混合燃焼用パターン）として、圧縮上死点に至る前の圧縮行程中において、所定の時間間隔を空けて３回の燃料噴射が実行される。尚、図６（ａ）の下図は、前記の燃料噴射に伴う気筒２内の熱発生率の履歴の一例を示している。ここで、予混合燃焼用の燃料噴射態様としては、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。尚、予混合燃焼モードにおける燃料噴射の回数は３回に限定されるものではなく適宜設定すればよい。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（つまり、ＰＣＩ燃焼）。この予混合燃焼モードでは、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。この予混合燃焼モードは、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。従って、図２に示すように、それ以外の高回転乃至高負荷の領域では、前記拡散燃焼モードとなる。

図６（ａ）（ｂ）の比較から明らかなように、予混合燃焼モードの燃料噴射態様と拡散燃焼モードの燃料噴射態様とは、互いに異なっており、予混合燃焼モードにおける３回の燃料噴射タイミングを代表するタイミングとして、２回目の燃料噴射のタイミングを主噴射のタイミング（つまり、第１のタイミング）と設定した場合に、拡散燃焼モードにおける主噴射のタイミング（つまり、第２のタイミング）は、第１のタイミングよりも遅く設定される。尚、図６（ａ）（ｂ）及び後述する図６（ｃ）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いない。

ここで、拡散燃焼モードを実行するときの、気筒内の酸素濃度は、予混合燃焼モードを実行するときの酸素濃度よりも高く設定される。図３は、所定のエンジン回転数における、燃料噴射量に対する気筒内の酸素濃度の関係の一例を示している。相対的に燃料噴射量の多い領域（図３における右側の領域）が拡散燃焼モードに相当し、相対的に燃料噴射量の少ない領域（図３における左側の領域）が予混合燃焼モードに相当する。

拡散燃焼モードを実行しているときには、当量比が高くなる（つまり、酸素が少なくなる）とＣＯ、ＨＣ、又は煤が発生しやすくなるので、気筒内の酸素の濃度を、予混合燃焼モードを実行する場合よりも高くして、不完全燃焼を抑制する必要がある。このことを言い換えると、予混合燃焼モードを実行しているときには、拡散燃焼モードを実行しているときよりもＥＧＲ量を増量させているということができる。前記のエンジンＡでは、少なくとも予混合燃焼モード、及び、後述する、燃焼モード間の移行時には、前記ＶＶＭ７２の制御を通じて、気筒２内に比較的大量の内部ＥＧＲガスを導入している。ＶＶＭ７２の制御を通じた内部ＥＧＲガス量の制御は、燃焼モード間の移行の際に、気筒２内の酸素濃度の変化の応答性を高め、燃焼モードの移行が早期に完了する点で有利である。

予混合燃焼モードにおいても、燃料噴射量がさらに少なくなるような、相対的に負荷の低いときには、燃焼安定性の観点から酸素濃度を再び高くする。従って、図３では、燃料噴射量が多いとき（つまり、拡散燃焼モード、同図の右端付近）と、燃料噴射量が少ないとき（つまり、予混合燃焼モードにおける負荷の低いとき、同図の左端付近）とは、酸素濃度が相対的に高くなり、燃料噴射量が中程度のとき（つまり、予混合燃焼モードにおける負荷の高いとき、同図の中央付近）は、酸素濃度が相対的に低くなり、全体としては、その中央部が下向きに凸となった特性を有することになる。

そうして、例えばエンジンの負荷変動に伴い、燃料噴射量の変更を伴うような予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとの切り替えに際しては、図３に示すように、予混合燃焼モードにおいて酸素濃度が比較的高い領域Ａ１から、拡散燃焼モードの領域Ａ２に移行する、又は、拡散燃焼モードの領域Ａ２から、予混合燃焼モードにおける領域Ａ１に移行するような場合と、予混合燃焼モードにおいて酸素濃度が比較的低い領域Ａ３から、拡散燃焼モードの領域Ａ２に移行する、又は、拡散燃焼モードの領域Ａ２から、予混合燃焼モードにおける領域Ａ３に移行するような場合と、の２種類の移行形態が存在している。

この内、前者の移行形態（つまり、領域Ａ１−領域Ａ２）では、移行前後における、気筒内の酸素濃度の変化が比較的小さいため、基本的には、ＶＶＭ７２等を通じて内部ＥＧＲガス量の変更制御を行いながら、燃料噴射量、噴射パターン、噴射タイミングを連続的に変更していくことにより、ＮＯｘ、ＮＶＨ、及び煤の全てについて発生限界を回避しつつ、スムースな燃焼モードの移行が可能である。

これに対し、後者の移行形態（つまり、領域Ａ２−領域Ａ３）では、移行前後における、気筒内の酸素濃度の変化が比較的大きいため、ＶＶＭ７２等を通じて内部ＥＧＲガス量の変更制御を行いながら、燃料噴射量、噴射パターン及び噴射タイミング等を連続的に変更していったときに、ＮＶＨ及び煤の少なくとも一方の発生限界を回避することができない場合があり得る。

このことについて、図４，５を参照しながら説明する。図４，５はそれぞれ、酸素濃度−噴射時期の関係を示すマップであり、横軸における右側に行けばいくほど筒内の酸素濃度が低くなり（言い換えると、ＥＧＲ量が多くなり）、横軸における左側に行けばいくほど筒内の酸素濃度が高くなる（言い換えると、ＥＧＲ量が少なくなる）一方、縦軸における上側に行けばいくほど噴射時期が進角し、縦軸における下側に行けばいくほど噴射時期が遅角する。またこのマップには、ＮＶＨ、煤（Ｓｏｏｔ）、ＮＯｘの許容限界と、失火限界とがそれぞれ示されている。図中における１０Ｑ、１５Ｑ、及び２５Ｑはそれぞれ、燃料噴射量を示しており、燃料噴射量の大小によって、ＮＶＨ、煤（Ｓｏｏｔ）及びＮＯｘの許容限界及び失火限界は、それぞれ変化する。具体的に、燃料噴射量の大小関係は、１０Ｑ＜１５Ｑ＜２５Ｑであり、燃料噴射量が増量することに伴い各許容限界は拡大する。

先ず図４（ａ）は、エンジンの負荷上昇に伴い燃料噴射量が１５Ｑから２５Ｑに変更されると共に、燃焼モードが予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへ移行する場合の例を示している。移行前の状態は、同図に白丸Ｐ１１で示され、この状態は、予混合燃焼モードにおいて比較的負荷の高い状態、つまり図３においては領域Ａ３に相当し、酸素濃度が低い状態である。また、移行後の状態は、同図における黒丸Ｐ１２で示され、図３における領域Ａ２に相当し、酸素濃度が高い状態である。ここで、白丸Ｐ１１から黒丸Ｐ１２に移行する場合に、噴射時期を次第に遅角させると共に、酸素濃度を次第に高くしようとしても、つまり、同図において白丸Ｐ１１から黒丸Ｐ１２に向かって斜め下向きに真っ直ぐに延びる移行経路を設定しようとしても、白丸Ｐ１１と黒丸Ｐ１２との間では、２５ＱのＮＶＨの許容限界と２５Ｑの煤の許容限界とが互いに重なっていることから、その移行経路は、ＮＶＨの許容限界及び／又は煤の許容限界と干渉してしまう。仮に斜め下向きの移行経路を設定してそれに沿うように、噴射時期及び酸素濃度を連続的に変化させた場合は、ＮＶＨ及び煤が、その許容限界を必ず超えてしまう。尚、燃料噴射量を増量せずに１５Ｑのままで、白丸Ｐ１１から黒丸Ｐ１２に向かって斜め下向きに移行経路を設定しようとしても、１５ＱのＮＶＨの許容限界と１５Ｑの煤の許容限界とは、白丸Ｐ１１と黒丸Ｐ１２との間で互いに接していることから、ＮＶＨ又は煤の許容限度のいずれかと干渉してしまうことになる。従って、燃料噴射量を１５Ｑから２５Ｑに変更しつつ、燃焼モードを予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへ移行する場合は、白丸Ｐ１１から黒丸Ｐ１２への、最短の移行経路は存在しない。

一方、図４（ｂ）は、エンジンの負荷上昇に伴い燃料噴射量が１０Ｑから２５Ｑに変更されると共に、燃焼モードが予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへ移行する場合の例を示している。移行前の状態は、同図に白丸Ｐ２１で示され、この状態は、予混合燃焼モードにおいて比較的負荷の低い状態、つまり図３においては領域Ａ１に相当し、酸素濃度が比較的高い状態である。また、移行後の状態は、同図における黒丸Ｐ２２で示される。ここで、白丸Ｐ２１から黒丸Ｐ２２に移行する場合は、燃料噴射量を２５Ｑに変更しつつ、噴射時期を遅角させることによって、ＮＶＨの許容限度を回避しつつ、煤の許容限度も回避することが可能である（同図の符号Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３を参照）。そうして、ＮＶＨ、煤、及びＮＯｘの全ての許容限界を回避しつつ、燃焼モードを予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへと移行することが可能であり、言い換えると、燃料噴射量を１０Ｑから２５Ｑに変更しつつ、燃焼モードを予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへ移行する場合は、白丸Ｐ２１から黒丸Ｐ２２に向かって、燃料噴射態様及び気筒内の酸素濃度の双方を連続的に変化させる最短の移行経路が存在している。

図５（ａ）は、エンジンの負荷低下に伴い燃料噴射量が２５Ｑから１５Ｑに変更されると共に、燃焼モードが拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行する場合の例を示している。移行前の状態は、同図に白丸Ｐ３１で示され、図３における領域Ａ２に相当する。一方、移行後の状態は、同図に黒丸Ｐ３２で示され、前述したように、予混合燃焼モードにおいて比較的負荷の高い状態、図３においては領域Ａ３に相当し、酸素濃度が低い状態である。図４（ａ）と同様に、白丸Ｐ３１から黒丸Ｐ３２に移行する場合に、噴射時期を次第に進角させると共に、酸素濃度を次第に低くしようとしても、つまり、同図において白丸Ｐ３１から黒丸Ｐ３２に向かって斜め上向きに真っ直ぐに延びる移行経路を設定しようとしても、その移行経路は、ＮＶＨの許容限界及び／又は煤の許容限界と干渉してしまう。従って、燃料噴射量を２５Ｑから１５Ｑに変更しつつ、燃焼モードを拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行する場合は、白丸Ｐ３１から黒丸Ｐ３２への最短の移行経路は存在しない。

一方、図５（ｂ）は、エンジンの負荷低下に伴い燃料噴射量が２５Ｑから１０Ｑに変更されると共に、燃焼モードが拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行する場合の例を示している。移行前の状態は、同図における白丸Ｐ４１で示され、図３における領域Ａ２に相当する。移行後の状態は、同図に黒丸Ｐ４２で示され、予混合燃焼モードにおいて比較的負荷の低い状態、図３においては領域Ａ１に相当し、酸素濃度が比較的高い状態である。ここで、白丸Ｐ４１から黒丸Ｐ４２に移行する場合は、燃料噴射量を２５Ｑから１０Ｑに変更しつつ、噴射時期を進角させることによって、ＮＶＨの許容限度を回避しつつ、煤の許容限度も回避することが可能である（同図の符号Ｌ４１，Ｌ４２を参照）。そうして、ＮＶＨ、煤、及びＮＯｘの全ての許容限界を回避しつつ、燃焼モードを予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへと移行することが可能であり、言い換えると、燃料噴射量を２５Ｑから１０Ｑに変更しつつ、燃焼モードを拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行する場合は、白丸Ｐ４１から黒丸Ｐ４２に向かって、燃料噴射態様及び気筒内の酸素濃度の双方を連続的に変化させる最短の移行経路が存在している。

このように、前記の例では１５Ｑから２５Ｑへの燃料噴射量の変更を伴う燃焼モードの移行、及び、２５Ｑから１５Ｑへの燃料噴射量の変更を伴う燃焼モードの移行のように、予混合燃焼モードにおける相対的に負荷の高い領域と拡散燃焼モードとの間で移行を行うときには、移行前後の酸素濃度差が大きいことに起因して、燃料噴射タイミングを連続的に変更することができない場合がある。

そこで、ここに開示するディーゼルエンジンＡでは、図４（ａ）及び図５（ａ）に白抜きの矢印で示すように、白丸と黒丸との間に存在するＮＶＨや煤の許容限界を迂回するような移行経路を設定し、そこに沿うように燃料噴射態様及び気筒内の酸素濃度を変更させて、燃焼モードの移行を行う。

具体的には、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行時には、図４（ａ）に符号Ｐ１４で示すように、燃料噴射タイミングを、拡散燃焼モードにおける燃料噴射タイミング（Ｐ１２参照）よりもさらに遅角させる。これを拡散リタードモードと呼ぶ。

図６（ｃ）は、拡散リタードモードにおける燃料噴射態様の一例を示しており、この燃料噴射態様は、そのパターンは、拡散燃焼モードと同様に、主噴射と、前段噴射及び後段噴射との３回の燃料噴射を実行するパターンである一方で、主噴射及び後段噴射の噴射タイミングを、拡散燃焼モードにおける主噴射及び後段噴射の噴射タイミングである第２のタイミングよりも遅角させた第３のタイミングにしている（図６（ｂ）（ｃ）を参照）。尚、前段噴射のタイミングは圧縮上死点前であって、これは、拡散燃焼モードでの前段噴射のタイミングとほぼ同じである（図６（ｂ）参照）。ピストン３が下降する膨張工程中において主噴射及び後段噴射を実行することで、燃料のミキシング性で有利になり、ＮＯｘ及び煤の低減に有効であると共に、燃焼も緩慢になり、ＮＶＨの点で有利になる。つまり、拡散リタードモードでは、図４（ａ）に符号Ｌ１２で示すように、燃料噴射タイミングを一気に、遅角側に変更することによって、ＮＶＨ及びＮＯｘの許容限界を回避することは勿論のこと、煤の許容限界も回避し得る。

その後は、気筒２内の酸素濃度が変化することに応じて、煤の許容限界を回避しながら、燃料噴射タイミングを、拡散燃焼モードの燃料噴射タイミングである第２のタイミングに向かって進角させていき、最終的に、符号Ｐ１２で示される第２のタイミングにする（同図の符号Ｌ１３参照）。こうして、ＮＶＨ、ＮＯｘ及び煤の許容限界を回避しながら、Ｐ１１の予混合燃焼モードから、Ｐ１２の拡散燃焼モードへの移行が可能となる。

ここで、前記の拡散リタードモードの実行開始は次のように設定してもよい。つまり、図４（ａ）に符号Ｌ１１で示すように、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの切り替え当初は、燃料噴射態様（つまり、燃料噴射量、噴射タイミング及び噴射パターン）を連続的に変更していく通常制御をし、ＮＶＨ、煤、又はＮＯｘの許容限界を超えるときに（同図の符号Ｐ１３参照）、拡散リタードモードを実行すべく、噴射パターンを拡散燃焼用パターンに切り替えると共に、燃料噴射タイミングを第３のタイミングに一気に変更するようにしてもよい。

ここで、主噴射を大きく遅角させると失火となってしまうことから、第３のタイミングは失火限界を超えない範囲で設定される。従って、第３のタイミングは、符号Ｐ１４で示すように、煤の許容限界と失火限界との間に設定されることになる。また、燃費の悪化を抑制する観点からは、第３のタイミングはできるだけ早いことが望ましく、このため第３のタイミングは、煤の許容限界の近傍に設定され、煤の許容限界に沿って第２のタイミングへと変更されることになる。

これとは逆の拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行時には、図５（ａ）に符号Ｐ３３で示すように、燃料噴射タイミングを、拡散燃焼モードにおける燃料噴射タイミングＰ３１よりもさらに遅角させる拡散リタードモードを実行する（同図のＬ３１参照）。これによって、ＮＶＨ及びＮＯｘの許容限界は勿論のこと、煤の許容限界をも回避するようにする。そうして、気筒２内の酸素濃度が低下することに応じて、煤の許容限界を回避しながら燃料噴射タイミングを遅角させる。具体的には、燃料噴射量を２５Ｑから１５Ｑへと変更することによって、１５Ｑでの煤の許容限界に沿うように噴射タイミングを遅角させていけばよい（同図の符号Ｌ３２参照）。このことにより、燃費の悪化が回避される。そうして、予混合燃焼モードに移行した場合に、ＮＶＨの許容限界を回避し得るような酸素濃度になるまで待ち、ＮＶＨを回避し得る状態となった時点で（Ｐ３４参照）、予混合燃焼モードとして設定されている噴射タイミングである第１のタイミングに一気に進角させる（Ｌ３３，Ｐ３５参照）。その後は、酸素濃度の変化に伴い、所定の予混合燃焼モードの状態へと移行することになる（Ｌ３４，Ｐ３２参照）。こうして、ＮＶＨ及び煤の許容限界を回避しながら、Ｐ３１の拡散燃焼モードからＰ３２の予混合燃焼モードへの移行が可能となる。

ここで、前記と同様に、主噴射を大きく遅角させると失火となってしまうことから、第３のタイミングは失火限界を超えない範囲で設定されるが、燃費を可及的に低減させる観点からは、図４（ａ）に符号Ｌ３２を付して示すように、煤の許容限界の付近において、その許容限界に沿うように、噴射タイミングを遅角させることが好ましい。

次に、図７，８を参照しながら、ＥＣＵ４０が実行する燃焼モードの移行制御について説明する。図７は、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行制御に係り、これは、図４（ａ）（ｂ）に対応する。このフローは、アクセル開度センサ５６の検出結果に基づいて、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行要求があったときにスタートする。

先ずステップＳ７１では、例えばＯ_２センサ５３の検出値、つまり、排気通路２６内の酸素濃度の検出結果に基づいて、気筒２内の酸素濃度を予測し、現状の気筒２内の酸素濃度で煤の許容限界を超えないか否かを判定する。煤の許容限界を超えないとき（ＹＥＳのとき）にはステップＳ７２に移行をして、通常制御を実行する。この通常制御は、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行経路を設定して、それに沿うように燃料噴射態様（つまり、燃焼噴射パターン、噴射タイミング及び噴射量）を次第に変更していくと共に、ＥＧＲ弁３５，４５及びＶＶＭ７２の制御を通じて気筒２内の酸素濃度を次第に変更していく（ここではＥＧＲ量を減量していき、酸素濃度を高くしていく）制御である。これによって、図４（ａ）に示すマップ上では、Ｌ１１に示すように状態が移行してＰ１３に至ると共に、図４（ｂ）に示すマップ上では、Ｌ２１、Ｌ２２及びＬ２３に示すように状態が移行する。

続くステップＳ７７では、燃焼モードの移行が完了したか否かを判定し、移行が完了したとき（ＹＥＳのとき）にはフローは終了する。一方、移行が完了していないとき（ＮＯのとき）には、ステップＳ７１に戻る。従って、前記の通常制御を実行している最中であっても、気筒２内の状態が、煤の許容限界を超える状態に変化すれば、通常制御を止めて、ステップＳ７３に移行することになる。

ステップＳ７１で、煤の許容限界を超えると判定されたときには、ステップＳ７３に移行して、拡散リタードモードを実行する。つまり、続くステップＳ７４で、煤の許容限界及び失火限界に基づいて、拡散燃焼用燃料噴射の遅角量を設定する。つまり、前述した煤の許容限界を回避する第３のタイミングを設定すると共に、その第３のタイミングに基づいて、前段噴射、主噴射及び後段噴射をそれぞれ実行する。これによって、図４（ａ）に示すマップ上では、Ｌ１２に示すように状態が移行してＰ１４に至る。

その後は、気筒２内の酸素濃度の変化に応じて、煤の許容限界を超えない範囲で、燃料噴射タイミングを、拡散燃焼モードの噴射タイミングである第２のタイミングに向かって進角していき（ステップＳ７５参照）、燃焼モードの移行が完了するまで噴射タイミングの進角を継続する（ステップＳ７６参照）。これによって、図４（ａ）に示すマップ上では、Ｌ１３に示すように状態が移行する。

そうして、拡散燃焼用燃料噴射のタイミングが、拡散燃焼モードでの噴射タイミングとなって燃焼モードの移行が完了することで（言い換えると、ステップＳ７６の判定がＹＥＳになることで）、フローは終了する。

図８は、拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行制御に係り、これは、図５（ａ）（ｂ）に対応する。このフローは、アクセル開度センサ５６の検出結果に基づいて、拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行要求があったときにスタートする。

先ずステップＳ８１では、例えばＯ_２センサ５３の検出値に基づいて予測した気筒２内の酸素濃度に基づき、現在の状態で、予混合燃焼モードの燃料噴射態様に変更した場合に、ＮＶＨの許容限界を回避し得るか否かを判定する。このステップではまた、ＮＯｘの許容限界も考慮して、ＮＶＨの許容限界及びＮＯｘの許容限界を共に回避し得るか否かを判定してもよい。ステップＳ８１の判定でＹＥＳのときには、ステップＳ８２に移行をして、通常制御を実行する。この通常制御は、拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行経路を設定して、それに沿うように燃料噴射態様（つまり、燃焼噴射パターン、噴射タイミング及び噴射量）を次第に変更していくと共に、ＥＧＲ弁３５，４５及びＶＶＭ７２の制御を通じて気筒２内の酸素濃度を次第に変更していく（ここではＥＧＲ量を増量していき、酸素濃度を低くしていく）制御である。これによって、図４（ｂ）に示すマップ上では、Ｌ４１、Ｌ４２に示すように状態が移行する。

続くステップＳ８５では、燃焼モードの移行が完了したか否かを判定し、移行が完了したとき（ＹＥＳのとき）にはフローは終了する。一方、移行が完了していないとき（ＮＯのとき）には、ステップＳ８１に戻る。

ステップＳ８１でＮＶＨの許容限界を超えてしまうと判定されたとき（ＮＯのとき）には、ステップＳ８３に移行し、拡散リタードモードを実行する。つまり、続くステップＳ８４で、煤の許容限界及び失火限界に基づいて、拡散燃焼用燃料噴射のタイミングの遅角量を設定する。具体的には、前述した煤の許容限界を回避する第３のタイミングを設定すると共に、その第３タイミングに基づいて、前段噴射、主噴射及び後段噴射をそれぞれ実行する。これによって、図５（ａ）に示すマップ上では、Ｌ３１，Ｌ３２に示すように状態が移行して、Ｐ３３，Ｐ３４に至る。尚、第３のタイミングを第２のタイミングより遅角しなくても、煤の許容限界を回避し得る場合には、遅角量を０（ゼロ）としてもよい。

そうして、ステップＳ８４において、煤の許容限界を回避するために第３のタイミングを遅角しながら、気筒２内の酸素濃度が変化するのを待ち、ステップＳ８１の判定でＮＶＨの許容限界を回避し得る状態になったときには、ステップＳ８２に移行をして、拡散リタードモードから通常制御に切り替える。これに伴い、燃料噴射パターンは、予混合燃焼用パターンに切り替わると共に、その噴射タイミングも、第１のタイミングへと一気に進角する。つまり、図５（ａ）に示すマップ上では、Ｌ３３に示すように状態が移行してＰ３５に至る。

その後は、移行が完了するまで通常制御を継続することで、図５（ａ）に示すマップ上では、Ｌ３４に示すように状態が移行し、酸素濃度が所定の状態となって移行が完了したときにフローが終了する。

このように、前記のディーゼルエンジンＡでは、エンジン本体１の負荷上昇に伴い予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへ移行する際には、燃料噴射パターンを予混合燃焼用パターンから拡散燃焼用パターンに切り替えた上で、その燃料噴射のタイミングを、拡散燃焼モードの噴射タイミングである第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングに設定している。これによって、ＮＶＨ及び排気エミッションの問題を回避した状態で、気筒２内の酸素濃度の変化を待つことになり、酸素濃度の変化に応じて、燃料噴射タイミングを第３のタイミングから第２のタイミングに向かって変更していくことで、燃焼モードの移行を完了させることが可能になる。

逆に、エンジン本体１の負荷低下に伴い拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行する際には、燃料噴射パターンを拡散燃焼用パターンのままにして、その燃料噴射のタイミングを、拡散燃焼モードの第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングに設定する。これによって、前記と同様に、ＮＶＨ及び排気エミッションの問題を回避した状態で、気筒２内の酸素濃度の変化を待つことになり、酸素濃度の変化に伴い予混合燃焼モードに切り替えることが可能な状態になれば、燃料噴射パターンを予混合燃焼用パターンに切り替えると共に、燃料噴射タイミングを第３のタイミングから、予混合燃焼モードの第１のタイミングに一気に変更することで、燃焼モードの移行を完了させることが可能になる。

こうした拡散リタードモードは、燃焼モードの移行に際し、燃料噴射態様及び気筒２内の酸素濃度を連続的に変化させた場合に、ＮＶＨ又は排気エミッションが許容限界を必ず超えてしまうようなときでも、ＮＶＨ又は排気エミッションの許容限界を超えずに燃焼モードを移行することを可能にする。

一方で、前記の拡散リタードモードは燃費の点では不利であるため、前述したように、燃焼モードの移行に際し燃料噴射態様及び気筒２内の酸素濃度を連続的に変化させた場合に、ＮＶＨ又は排気エミッションが許容限界を必ず超えてしまうようなときに限って実行し、それ以外のときには禁止する（つまり、通常制御を実行する）ことにより、燃費の向上に寄与し得る（図３の白抜きの矢印も参照）。

（実施形態２）
図９は、実施形態２に係る各燃焼モードでの燃料噴射態様の一例を示している。実施形態２では、予混合燃焼モードと拡散燃焼モード（拡散リタードモードを含む）との間で、相互に燃焼モードを切り替える際に、移行燃焼モードを行う。この移行燃焼モードは、燃焼モードの切り替えの際に燃焼音の音質が急変することに起因する乗員の違和感を回避又は軽減するためのモードである。

先ず、図９（ａ）に示す予混合燃焼モードの燃料噴射態様は、図６（ａ）に示す燃料噴射態様と同様に、圧縮行程中の早いタイミングで気筒２内に、３回の燃料噴射を実行する。このことにより、噴射され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。ここでは、３回の燃料噴射の内の２回目の燃料噴射付近のタイミングを、予混合燃焼モードの燃料噴射タイミング、つまり第１のタイミングと定義する。

次に、図９（ｂ）に示す拡散燃焼モードの燃料噴射態様は、図６（ｂ）に示す燃料噴射態様とは若干異なり、圧縮上死点付近の主噴射に先立って、２回の前段噴射を実行する。２回の前段噴射の内の、最初の前段噴射は、主噴射に対し比較的離れたタイミングで実行されるパイロット噴射であり、このパイロット噴射は、燃料の予混合性を高めると共に、空気利用率を向上させる。一方、次の前段噴射は、主噴射に対し比較的近いタイミングで実行されるプレ噴射である。このプレ噴射は、パイロット噴射と組み合わさることによって、主燃焼前のプレ燃焼を生起させ、気筒２内を着火しやすい状態にする。このことは、主噴射の実行により噴射された燃料の着火遅れを短くして、主燃焼を緩慢にし、熱発生率の急上昇を回避又は抑制する。つまり、複数回の前段噴射は、燃焼騒音を低減する上で有利になる。

また、図９（ｂ）に示す拡散燃焼モードの燃料噴射態様では、主噴射の後に実行される後段噴射を含んでいる。この後段噴射は、図６（ｂ）に示す燃料噴射態様における後段噴射とは若干異なり、主噴射に対して所定間隔を空けて実行される。こうした後段噴射は、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２内の温度が低下することを抑制し、気筒２内の温度を高い温度に保持する。このことは、キャビティ外の空気を利用しながら、燃焼の初期や中期に発生した煤の酸化を促進させて、煤の排出を低減する上で有利である。この拡散燃焼モードの燃料噴射態様の燃料噴射タイミング、つまり第２のタイミングは、圧縮上死点付近の主噴射のタイミングと定義する。

次に、図９（ｃ）に示す拡散リタードモードの燃料噴射態様は、図９（ｂ）に示す拡散燃料モードの燃料噴射態様と比較して、その主噴射のタイミングのみを遅角させ、パイロット噴射、プレ噴射及び後段噴射のタイミングはそれぞれ、拡散燃料モードの燃料噴射態様と実質的に同じタイミングに設定している。このことは、前述した、パイロット噴射及びプレ噴射による、主燃焼前のプレ燃焼の生起や、後段噴射による煤の酸化効果は、そのまま維持しながら、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとの間で相互に移行する際の、主噴射のリタードによるＮＶＨ及び排気エミッションの許容限界の回避が実現する。拡散リタードモードの燃料噴射タイミングは、その遅角させた主噴射のタイミングによって定義され（つまり、第３のタイミング）、この第３のタイミングは、前述したとおり、気筒２内の酸素濃度の変化に合わせて変更する。

そうして、図９（ｄ）に示す移行燃焼モードでは、図９（ａ）に示す予混合燃焼モードの燃料噴射タイミングである第１のタイミング付近で行う燃料噴射及びその直後の燃料噴射と、図９（ｂ）に示す拡散燃焼モードの燃料噴射タイミングである第２のタイミング付近で行う燃料噴射及び後段噴射のタイミング付近で行う燃料噴射との、合計４回の燃料噴射を含む。この燃料噴射態様は、言い換えると、予混合燃焼モードの燃料噴射態様に含まれる、圧縮行程中の３回の燃料噴射の間隔をそれぞれ広げつつ、４回の燃料噴射を行う拡散燃焼モードの燃料噴射形態に近づける燃料噴射態様である。

ここで、図１０は、予混合燃焼、拡散燃焼及び移行燃焼それぞれの、燃焼音の特性を比較しており、同図における横軸は周波数帯、縦軸は音圧である。これによると、予混合燃焼の燃焼音は、図１０の破線で示すように、比較的低周波数帯では、拡散燃焼の燃焼音（図１０の一点鎖線参照）よりも音圧が高い一方で、比較的高周波数帯では、拡散燃焼の燃焼音よりも音圧が低くなるような特性を有している。この燃焼音の特性の相違（音質の相違）が、燃焼モードの切り替えの際に燃焼音の音質の急変を招く。

これに対し、移行燃焼は、前述の通り、予混合燃焼モードの燃料噴射タイミングに対応する第１のタイミング付近で行う燃料噴射と、拡散燃焼モードの燃料噴射タイミングに対応する第２のタイミング付近で行う燃料噴射との双方を含んでいる。この例ではさらに、拡散燃焼モードの後段噴射のタイミング付近で行う燃料噴射も含んでいる。このことにより、図１０に実線で示すように、この移行燃焼の燃焼音の特性は、予混合燃焼及び拡散燃焼の中間の特性を有する。つまり、移行燃焼の燃焼音の音圧は、低周波数帯から高周波数帯までの広い周波数帯域において、予混合燃焼と拡散燃焼との間に位置している。

このため、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行、及び、拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行に先立って、移行燃焼モードを実行することは、燃焼音の音質が急変してしまうことを回避する。

図１１は、予混合燃焼モード、拡散燃焼モード及び移行燃焼モードの遷移を説明する図であり、同図は、横軸が時間、縦軸が気筒２内の酸素濃度である。ここでは、図１１にＰ５１で示す予混合燃焼モードの状態からアクセルペダルの踏み込みに伴いエンジンの負荷が増大して、Ｐ５２で示す拡散燃焼モードの状態へと移行する場合を例に説明を行う。この例は、移行の前後で気筒２内の酸素濃度の差が大きいため、拡散リタードモードを実行する例である。

先ず、Ｐ５１の予混合燃焼モードの状態では、図９（ａ）に示すように、圧縮行程中において３回の燃料噴射が実行され、ＰＣＩ燃焼が行われる。そうして、アクセルペダルの踏み込みに伴い燃料噴射量が増大したときには、気筒２内の酸素濃度は、一時的に低下するようになる。つまり、気筒２内の酸素濃度は、図１１に一点鎖線で示すようにＰ５１からＰ５２まで単調に高まるのではなく、同図に実線で示すように、一旦、低下し、その後、酸素濃度が徐々に高まるようになる。このＰ５１の状態から酸素濃度が最も低くなるＰ５３までの間は、予混合燃焼モードがそのまま継続される。その後、アクセルペダルの踏み込み操作に対し遅れていたＥＧＲ制御が追従し始め、気筒２内の酸素濃度が次第に高まるが、このＰ５３の状態から、Ｐ５４に示されるように、酸素濃度が当初の酸素濃度よりも若干高くなるまでの間において、前述した移行燃焼モードが実行される（図９（ｄ）参照）。拡散燃焼モードへ移行する前に、移行燃焼モードを実行することで、燃焼音の音質の急変が回避される。

そうして、気筒２内の酸素濃度がＰ５４に示される状態になれば、拡散燃焼モードへと移行する。この場合、移行直後は、拡散リタードモードとなる。つまり、図９（ｃ）に示すように、主噴射のタイミングのみが遅角される。これによって、前述の通り、ＮＶＨ及び排気エミッションの許容限界の回避が実現する。

その後、気筒２内の酸素濃度が高まるに従い、主噴射のタイミングを次第に進角させる。そうして、主噴射が、図９（ｂ）に示すように所定のタイミングとなり、気筒２内の酸素濃度がＰ５２の状態に到達することで、燃焼モードの移行が完了する。

予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行時にＥＣＵ４０が実行する制御フローは、図１２（ａ）に示すように、図７のフローチャートにおけるステップＳ７３とステップＳ７４との間に、移行燃焼モードを実行するステップＳ７８が追加されることになる。また、図１２（ｂ）に示すように、図７のフローチャートにおけるステップＳ７２が、ステップＳ７９に置き換えられる。ステップＳ７９は、ステップＳ７２の通常制御のステップと実質的に同じであるが、拡散燃焼モードへの移行の前に、前述した移行燃焼モードを実行することが追加されている。

尚、図４（ａ）と図１１とは、Ｐ１１とＰ５１、Ｐ１２とＰ５２、Ｐ１４とＰ５４とがそれぞれ対応し、Ｐ５３は、Ｐ１１からＰ１３までの間に対応する。

一方、拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行時に、ＥＣＵ４０が実行する制御フローは、図１３に示すように、図８のフローチャートにおけるステップＳ８２が、ステップＳ８６に置き換えられる。ステップＳ８６は、ステップＳ８２の通常制御のステップと実質的に同じであるが、予混合燃焼モードへの移行の前に、前述した移行燃焼モードを実行することが追加されている。

こうして、予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへの移行、及び、拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行のそれぞれにおいて、移行燃焼モードを介在させることによって、燃焼音の音質が急変することが回避され、乗員の違和感を回避又は軽減することが可能になる。

尚、図６に示す各燃焼モードの燃料噴射態様と、図９に示す各燃焼モードの燃料噴射態様とは、相互に入れ替えることが可能である。

１ エンジン本体
２ 気筒
３ ピストン
３１ キャビティ
３５ 第１のＥＧＲ弁（ＥＧＲ量制御手段）
４０ ＥＣＵ（噴射制御手段、ＥＧＲ量制御手段）
４５ 第２のＥＧＲ弁（ＥＧＲ量制御手段）
５ インジェクタ（燃料噴射弁）
７２ ＶＶＭ（ＥＧＲ量制御手段）
８１ 吸気弁
８２ 排気弁
Ａ ディーゼルエンジン

Claims (18)

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と共に、低負荷時の予混合燃焼モードと、高負荷時の拡散燃焼モードとを切り替えて運転されるエンジン本体と、
   燃料噴射弁を通じた前記気筒内への前記燃料の噴射を、前記燃焼モードに応じて制御する噴射制御手段と、
   前記気筒内へのＥＧＲガス量を調整するＥＧＲ量制御手段と、を備え、
   前記噴射制御手段は、
   前記エンジン本体が前記予混合燃焼モードで運転されるときには、１回又は２回以上の噴射からなる予混合燃焼用パターンの燃料噴射を、前記気筒内の圧力が相対的に低い第１のタイミングで実行する一方、
   前記エンジン本体が前記拡散燃焼モードで運転されるときには、１回又は２回以上の噴射からなる拡散燃焼用パターンの燃料噴射を、前記第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで実行し、
   前記ＥＧＲ量制御手段は、少なくとも、前記予混合燃焼モード時、及び、前記予混合燃焼モードから前記拡散燃焼モードへの移行時に、前記エンジン本体の運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入する制御を実行し、
   前記噴射制御手段はまた、前記エンジン本体の負荷上昇に伴い前記予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへ移行するときには、燃料噴射パターンを前記予混合燃焼用パターンから拡散燃焼用パターンに切り替えると共に、その拡散燃焼用パターンの燃料噴射を前記第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングで実行し、その後、当該第３のタイミングを、前記気筒内の酸素濃度の変化に応じて前記第２のタイミングに向かって変更していく過渡制御を実行し、
   前記噴射制御手段はさらに、
   前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が所定値以下の状態である前記エンジン本体の負荷が高い状態から、前記拡散燃焼モードへ移行するときに、前記過渡制御を実行し、
   前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が前記所定値よりも高い状態である前記エンジン本体の負荷が低い状態から、前記拡散燃焼モードへ移行するときには、前記過渡制御を禁止する自動車搭載用ディーゼルエンジン。
2. 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と共に、低負荷時の予混合燃焼モードと、高負荷時の拡散燃焼モードとを切り替えて運転されるエンジン本体と、
   燃料噴射弁を通じた前記気筒内への前記燃料の噴射を、前記燃焼モードに応じて制御する噴射制御手段と、
   前記気筒内へのＥＧＲガス量を調整するＥＧＲ量制御手段と、を備え、
   前記噴射制御手段は、
   前記エンジン本体が前記予混合燃焼モードで運転されるときには、１回又は２回以上の噴射からなる予混合燃焼用パターンの燃料噴射を、前記気筒内の圧力が相対的に低い第１のタイミングで実行する一方、
   前記エンジン本体が前記拡散燃焼モードで運転されるときには、１回又は２回以上の噴射からなる拡散燃焼用パターンの燃料噴射を、前記第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで実行し、
   前記ＥＧＲ量制御手段は、少なくとも、前記予混合燃焼モード時、及び、前記予混合燃焼モードから前記拡散燃焼モードへの移行時に、前記エンジン本体の運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入する制御を実行し、
   前記噴射制御手段はまた、前記エンジン本体の負荷上昇に伴い前記予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへ移行するときには、燃料噴射パターンを前記予混合燃焼用パターンから拡散燃焼用パターンに切り替えると共に、その拡散燃焼用パターンの燃料噴射を前記第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングで実行し、その後、当該第３のタイミングを、前記気筒内の酸素濃度の変化に応じて前記第２のタイミングに向かって変更していく過渡制御を実行し、
   前記噴射制御手段はさらに、前記予混合燃焼用パターンから拡散燃焼用パターンに切り替える前に、前記第１のタイミング付近での燃料噴射と前記第２のタイミング付近での燃料噴射とを少なくとも含む燃料噴射セットを実行する自動車搭載用ディーゼルエンジン。
3. 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と共に、低負荷時の予混合燃焼モードと、高負荷時の拡散燃焼モードとを切り替えて運転されるエンジン本体と、
   燃料噴射弁を通じた前記気筒内への前記燃料の噴射を、前記燃焼モードに応じて制御する噴射制御手段と、
   前記気筒内へのＥＧＲガス量を調整するＥＧＲ量制御手段と、を備え、
   前記噴射制御手段は、
   前記エンジン本体が前記予混合燃焼モードで運転されるときには、１回又は２回以上の噴射からなる予混合燃焼用パターンの燃料噴射を、前記気筒内の圧力が相対的に低い第１のタイミングで実行する一方、
   前記エンジン本体が前記拡散燃焼モードで運転されるときには、１回又は２回以上の噴射からなる拡散燃焼用パターンの燃料噴射を、前記第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで実行し、
   前記ＥＧＲ量制御手段は、少なくとも、前記予混合燃焼モード時、及び、前記拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行時に、前記エンジン本体の運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入する制御を実行し、
   前記噴射制御手段はまた、前記エンジン本体の負荷低下に伴い前記拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行するときには、前記第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングで、前記拡散燃焼用パターンの燃料噴射を実行すると共に、前記気筒内の酸素濃度が所定濃度になった後に、燃料噴射パターンを前記拡散燃焼用パターンから予混合燃焼用パターンに切り替えかつ、その予混合燃焼用パターンの燃料噴射を、前記第１のタイミングで実行する過渡制御を実行し、
   前記噴射制御手段はさらに、
   前記拡散燃焼モードから、前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が所定値以下の状態である前記エンジン本体の負荷が高い状態へ移行するときに、前記過渡制御を実行し、
   前記拡散燃焼モードから、前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が前記所定値よりも高い状態である前記エンジン本体の負荷が低い状態へ移行するときには、前記過渡制御を禁止する自動車搭載用ディーゼルエンジン。
4. 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と共に、低負荷時の予混合燃焼モードと、高負荷時の拡散燃焼モードとを切り替えて運転されるエンジン本体と、
   燃料噴射弁を通じた前記気筒内への前記燃料の噴射を、前記燃焼モードに応じて制御する噴射制御手段と、
   前記気筒内へのＥＧＲガス量を調整するＥＧＲ量制御手段と、を備え、
   前記噴射制御手段は、
   前記エンジン本体が前記予混合燃焼モードで運転されるときには、１回又は２回以上の噴射からなる予混合燃焼用パターンの燃料噴射を、前記気筒内の圧力が相対的に低い第１のタイミングで実行する一方、
   前記エンジン本体が前記拡散燃焼モードで運転されるときには、１回又は２回以上の噴射からなる拡散燃焼用パターンの燃料噴射を、前記第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで実行し、
   前記ＥＧＲ量制御手段は、少なくとも、前記予混合燃焼モード時、及び、前記拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへの移行時に、前記エンジン本体の運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入する制御を実行し、
   前記噴射制御手段はまた、前記エンジン本体の負荷低下に伴い前記拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行するときには、前記第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングで、前記拡散燃焼用パターンの燃料噴射を実行すると共に、前記気筒内の酸素濃度が所定濃度になった後に、燃料噴射パターンを前記拡散燃焼用パターンから予混合燃焼用パターンに切り替えかつ、その予混合燃焼用パターンの燃料噴射を、前記第１のタイミングで実行する過渡制御を実行し、
   前記噴射制御手段はさらに、前記拡散燃焼用パターンから予混合燃焼用パターンに切り替える前に、前記第１のタイミング付近での燃料噴射と前記第２のタイミング付近での燃料噴射とを少なくとも含む燃料噴射セットを実行する自動車搭載用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ディーゼルエンジンにおいて、
   前記第３のタイミングは、膨張行程中に噴射した燃料噴霧が、前記気筒内のピストン頂面で凹陥するキャビティ内に到達するように、煤の許容限界と失火限界との間に設定される自動車搭載用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ディーゼルエンジンにおいて、
   前記拡散燃焼用パターンは、主噴射と、その主噴射の前に実行される複数回の前段噴射とを含む自動車搭載用ディーゼルエンジン。
7. 請求項６に記載の自動車搭載用ディーゼルエンジンにおいて、
   前記前段噴射と主噴射との噴射間隔は、前記前段噴射同士の噴射間隔よりも短い自動車搭載用ディーゼルエンジン。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の自動車搭載用ディーゼルエンジンにおいて、
   前記拡散燃焼用パターンは、主噴射と、その主噴射の後に所定間隔を空けて実行される後段噴射とを含み、
   前記第３のタイミングに設定された前記拡散燃焼用の燃料噴射は、前記第２のタイミングに設定された前記拡散燃焼用の燃料噴射に対して、前記後段噴射を同じタイミングにし、前記主噴射のタイミングのみを遅らせる自動車搭載用ディーゼルエンジン。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の自動車搭載用ディーゼルエンジンにおいて、
   前記ＥＧＲ量制御手段は、前記エンジン本体の吸気弁及び排気弁の内の少なくとも一方の作動を制御することによって内部ＥＧＲガス量を調整する自動車搭載用ディーゼルエンジン。
10. 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、
    前記エンジンが低負荷のときには、当該エンジンの運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入しながら、１回又は２回以上の噴射からなる予混合燃焼用パターンの燃料噴射を第１のタイミングで実行することによって、前記エンジンを予混合燃焼モードで運転し、
    前記エンジンが高負荷のときには、１回又は２回以上の噴射からなる拡散燃焼用パターンの燃料噴射を前記第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで実行することによって、前記エンジンを拡散燃焼モードで運転し、
    前記エンジンの負荷上昇に伴い前記予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへ移行するときには、前記エンジンの運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入しながら、燃料噴射パターンを前記予混合燃焼用パターンから拡散燃焼用パターンに切り替え、
    前記拡散燃焼用パターンに切り替えた直後は、燃料噴射のタイミングを前記第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングに設定し、そしてその後、
    前記第３のタイミングを、前記気筒内の酸素濃度の変化に応じて前記第２のタイミングに向かって変更し、
    前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が所定値以下の状態である前記エンジン本体の負荷が高い状態から、前記拡散燃焼モードへ移行するときに、前記噴射のタイミングを前記第３のタイミングに設定し、
    前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が前記所定値よりも高い状態である前記エンジン本体の負荷が低い状態から、前記拡散燃焼モードへ移行するときには、前記噴射のタイミングを前記第３のタイミングに設定しない自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法。
11. 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、
    前記エンジンが低負荷のときには、当該エンジンの運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入しながら、１回又は２回以上の噴射からなる予混合燃焼用パターンの燃料噴射を第１のタイミングで実行することによって、前記エンジンを予混合燃焼モードで運転し、
    前記エンジンが高負荷のときには、１回又は２回以上の噴射からなる拡散燃焼用パターンの燃料噴射を前記第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで実行することによって、前記エンジンを拡散燃焼モードで運転し、
    前記エンジンの負荷上昇に伴い前記予混合燃焼モードから拡散燃焼モードへ移行するときには、前記エンジンの運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入しながら、燃料噴射パターンを前記予混合燃焼用パターンから拡散燃焼用パターンに切り替え、
    前記拡散燃焼用パターンに切り替えた直後は、燃料噴射のタイミングを前記第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングに設定し、そしてその後、
    前記第３のタイミングを、前記気筒内の酸素濃度の変化に応じて前記第２のタイミングに向かって変更し、
    前記予混合燃焼用パターンから拡散燃焼用パターンに切り替える前に、前記第１のタイミング付近での燃料噴射と前記第２のタイミング付近での燃料噴射とを少なくとも含む燃料噴射セットをさらに実行する自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法。
12. 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、
    前記エンジンが低負荷のときには、当該エンジンの運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入しながら、１回又は２回以上の噴射からなる予混合燃焼用パターンの燃料噴射を第１のタイミングで実行することによって、前記エンジンを予混合燃焼モードで運転し、
    前記エンジンが高負荷のときには、１回又は２回以上の噴射からなる拡散燃焼用パターンの燃料噴射を前記第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで実行することによって、前記エンジンを拡散燃焼モードで運転し、
    前記エンジンの負荷低下に伴い前記拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行するときには、前記エンジンの運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入しながら、前記第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングで、前記拡散燃焼用パターンの燃料噴射を実行し、そして、
    前記気筒内の酸素濃度が所定濃度になった後に、燃料噴射パターンを前記拡散燃焼用パターンから予混合燃焼用パターンに切り替えて、前記第１のタイミングで燃料噴射を実行し、
    前記拡散燃焼モードから、前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が所定値以下の状態である前記エンジン本体の負荷が高い状態へ移行するときに、前記噴射のタイミングを前記第３のタイミングに設定し、
    前記拡散燃焼モードから、前記予混合燃焼モードにおいて前記気筒内の酸素濃度が前記所定値よりも高い状態である前記エンジン本体の負荷が低い状態へ移行するときには、前記噴射のタイミングを前記第３のタイミングに設定しない自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法。
13. 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、
    前記エンジンが低負荷のときには、当該エンジンの運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入しながら、１回又は２回以上の噴射からなる予混合燃焼用パターンの燃料噴射を第１のタイミングで実行することによって、前記エンジンを予混合燃焼モードで運転し、
    前記エンジンが高負荷のときには、１回又は２回以上の噴射からなる拡散燃焼用パターンの燃料噴射を前記第１のタイミングよりも遅い第２のタイミングで実行することによって、前記エンジンを拡散燃焼モードで運転し、
    前記エンジンの負荷低下に伴い前記拡散燃焼モードから予混合燃焼モードへ移行するときには、前記エンジンの運転状態に応じた量のＥＧＲガスを前記気筒内に導入しながら、前記第２のタイミングよりもさらに遅い第３のタイミングで、前記拡散燃焼用パターンの燃料噴射を実行し、そして、
    前記気筒内の酸素濃度が所定濃度になった後に、燃料噴射パターンを前記拡散燃焼用パターンから予混合燃焼用パターンに切り替えて、前記第１のタイミングで燃料噴射を実行し、
    前記拡散燃焼用パターンから予混合燃焼用パターンに切り替える前に、前記第１のタイミング付近での燃料噴射と前記第２のタイミング付近での燃料噴射とを少なくとも含む燃料噴射セットをさらに実行する自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法。
14. 請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法において、
    前記第３のタイミングは、膨張行程中に噴射した燃料噴霧が、前記気筒内のピストン頂面で凹陥するキャビティ内に到達するように、煤の許容限界と失火限界との間に設定される自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法。
15. 請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法において、
    前記拡散燃焼用パターンは、主噴射と、その主噴射の前に実行される複数回の前段噴射とを含む自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法。
16. 請求項１５に記載の自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法において、
    前記前段噴射と主噴射との噴射間隔は、前記前段噴射同士の噴射間隔よりも短い自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法。
17. 請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法において、
    前記拡散燃焼用パターンは、主噴射と、その主噴射の後に所定間隔を空けて実行される後段噴射とを含み、
    前記第３のタイミングに設定された前記拡散燃焼用の燃料噴射は、前記第２のタイミングに設定された前記拡散燃焼用の燃料噴射に対して、前記後段噴射を同じタイミングにし、前記主噴射のタイミングのみを遅らせる自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法。
18. 請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法において、
    前記ＥＧＲガスは、前記エンジンの吸気弁及び排気弁の内の少なくとも一方の作動を制御することによって気筒内に導入される内部ＥＧＲガスである自動車搭載用ディーゼルエンジンの制御方法。

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