(57)【要約】【課題】移行期間で吸気酸素濃度が減少するほど増加してピークをとり、その後に減少する燃焼騒音特性であっても燃焼騒音を効率良く低減し得る装置を提供する。【解決手段】予混合燃焼とは異なる燃焼である第２の燃焼形態を行わせる第２の運転領域から、予混合燃焼を主体とした燃焼である第１の燃焼形態を行わせる第１の運転領域に切換わった場合に、吸気酸素濃度が減少して第２所定値と第１所定値との間にある第３所定値に到達するまでは増量されるようにかつその後には吸気酸素濃度が減少するほど減量されるように、パイロット噴射の燃料噴射量を設定するパイロット噴射量設定手段（Ｓ２１〜Ｓ２８）と、この設定されたパイロット噴射量を用いて主噴射に先立つパイロット噴射を行うパイロット噴射実行手段とを備える。【選択図】図１２
2010203274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気酸素濃度を検出または推定する吸気酸素濃度検出・推定手段と、
吸気酸素濃度を調整し得る吸気酸素濃度調整装置と、
第１の運転領域でこの吸気酸素濃度調整装置を用いて吸気酸素濃度を相対的に小さい第１所定値とした状態で予混合燃焼を主体とした燃焼である第１の燃焼形態を行わせる第１燃焼形態実行手段と、
前記第１の運転領域に隣接する第２の運転領域で前記吸気酸素濃度調整装置を用いて吸気酸素濃度を前記第１所定値よりも大きい第２所定値とした状態で前記予混合燃焼とは異なる燃焼である第２の燃焼形態を行わせる第２燃焼形態実行手段と、
前記第２の運転領域から前記第１の運転領域に切換わった場合に、前記検出または推定される吸気酸素濃度が減少して前記第２所定値と前記第１所定値との間にある第３所定値に到達するまでは増量されるようにかつその後には吸気酸素濃度が減少するほど減量されるように、パイロット噴射の燃料噴射量を設定するパイロット噴射量設定手段と、
この設定されたパイロット噴射量を用いて主噴射に先立つパイロット噴射を行うパイロット噴射実行手段と
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。
【請求項２】
前記吸気酸素濃度が前記第２所定値から減少して前記第１所定値に到達するまでの移行期間で前記第２の燃焼形態を継続し、前記吸気酸素濃度が前記第１所定値に到達したとき、前記第１の燃焼形態に切換えることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項３】
前記吸気酸素濃度調整装置はＥＧＲ率を調整し得るＥＧＲ装置であり、
前記吸気酸素濃度推定手段は前記吸気酸素濃度を実際のＥＧＲ率に基づいて推定することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項４】
前記第１燃焼形態実行手段は、前記第１所定値は、主噴射が終了するまで低温酸化反応が生じないような吸気酸素濃度であり、圧縮工程中に主噴射に先立つ先行噴射を行った後、主噴射を行って、リーン混合気とリッチ混合気とを偏在させた予混合気を形成したところで燃焼を開始させることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項５】
前記先行噴射で前記リーン混合気を形成し、圧縮上死点ＴＤＣ付近で行われる主噴射で前記リッチ混合気を形成することを特徴とする請求項４に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【請求項６】
前記主噴射を圧縮上死点の直前で噴き終えることを特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はディーゼルエンジンの燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
予混合燃焼への移行時に、燃焼騒音の悪化を防止するためパイロット噴射を行うものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
これについて説明すると、このものでは予混合燃焼領域と拡散燃焼領域とを予め定めておき、運転条件が拡散燃焼領域から予混合燃焼領域へと切換わったとき、予混合燃焼を行わせている。この場合、拡散燃焼を行わせるときの吸気酸素濃度と、予混合燃焼を行わせるときの吸気酸素濃度との間には隔たりがあり、運転領域が切換わったからといって、実際の吸気酸素濃度はステップ的に変化しえず、拡散燃焼を行わせるときの吸気酸素濃度から予混合燃焼を行わせるときの吸気酸素濃度へと連続的に変化していく。つまり、拡散燃焼を行わせるときの吸気酸素濃度から予混合燃焼を行わせるときの吸気酸素濃度に到達するまでの移行期間で、予混合燃焼を行わせると、吸気酸素濃度が高い分、予混合気が急速に燃焼し燃焼騒音が大きくなる。そこで、上記の移行期間でパイロット噴射を行うことで、燃焼騒音の悪化を防止している。具体的には、上記の移行期間で吸気酸素濃度が減少するほどパイロット噴射量を減少させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１１７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、スモークとＮＯｘの同時低減を図るために様々なタイプの予混合燃焼が開発されており、運転条件が拡散燃焼領域から予混合燃焼領域に切換わった場合に、吸気酸素濃度が拡散燃焼に最適な吸気酸素濃度から減少して予混合燃焼に最適な吸気酸素濃度に落ち着くまでの期間を移行期間として、この移行期間での吸気酸素濃度に対する燃焼騒音の特性を本発明者が調べたところ、吸気酸素濃度が減少するほど増加してピークをとり、その後に減少する燃焼騒音特性のものがあることを見出した。上記特許文献１の技術ではこのように吸気酸素濃度が減少するほど増加してピークをとり、その後に減少する燃焼騒音特性に対しては燃焼騒音を効率良く低減できない。これは、上記特許文献１の技術では、吸気酸素濃度が減少するほど燃焼騒音が小さくなるとみなし、こうした燃焼騒音特性に対応して吸気酸素濃度が減少するほどパイロット噴射量を減少させているためである。
【０００６】
そこで本発明は、移行期間で吸気酸素濃度が減少するほど増加してピークをとり、その後に減少する燃焼騒音特性であっても燃焼騒音を効率良く低減し得る装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００８】
本発明は、吸気酸素濃度を検出または推定する吸気酸素濃度検出・推定手段と、吸気酸素濃度を調整し得る吸気酸素濃度調整装置（５）とを備え、第１の運転領域で吸気酸素濃度調整装置（５）を用いて吸気酸素濃度を相対的に小さい第１所定値とした状態で予混合燃焼を主体とした燃焼である第１の燃焼形態を行わせ、第１の運転領域に隣接する第２の運転領域で吸気酸素濃度調整装置（５）を用いて吸気酸素濃度を第１所定値よりも大きい第２所定値とした状態で予混合燃焼とは異なる燃焼である第２の焼形態を行わせ、第２の運転領域から第１の運転領域に切換わった場合に、検出または推定される吸気酸素濃度が減少して第２所定値と第１所定値との間にある第３所定値に到達するまでは増量されるようにかつその後には吸気酸素濃度が減少するほど減量されるように、パイロット噴射の燃料噴射量を設定し、この設定されたパイロット噴射量を用いて主噴射に先立つパイロット噴射を行うように構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、吸気酸素濃度を検出または推定する吸気酸素濃度検出・推定手段と、吸気酸素濃度を調整し得る吸気酸素濃度調整装置とを備え、第１の運転領域で吸気酸素濃度調整装置を用いて吸気酸素濃度を相対的に小さい第１所定値とした状態で予混合燃焼を主体とした燃焼である第１の燃焼形態を行わせ、第１の運転領域に隣接する第２の運転領域で吸気酸素濃度調整装置を用いて吸気酸素濃度を第１所定値よりも大きい第２所定値とした状態で予混合燃焼とは異なる燃焼である第２の燃焼形態を行わせ、第２の運転領域から第１の運転領域に切換わった場合に、検出または推定される吸気酸素濃度が減少して第２所定値と第１所定値との間にある第３所定値に到達するまでは増量されるようにかつその後には吸気酸素濃度が減少するほど減量されるように、パイロット噴射の燃料噴射量を設定し、この設定されたパイロット噴射量を用いて主噴射に先立つパイロット噴射を行うので、吸気酸素濃度が第２所定値から減少して第１所定値に到達するまでの移行期間で吸気酸素濃度が減少するほど増加してピークをとり、その後に減少する燃焼騒音特性であっても燃焼騒音を効率良く低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態のディーゼルエンジンの燃焼制御装置の概略構成図である。
【図２】新しい予混合燃焼によるクランク角度に対する熱発生率の変化を示す特性図である。
【図３】圧縮上死点の直前で主噴射を行ったときの燃焼室内の様子を示す断面図である。
【図４】エンジン回転数とエンジン負荷に対する運転領域図である。
【図５】燃焼制御を説明するためのフローチャートである。
【図６】クランク角度に対する燃焼室内圧力２回微分値の変化を示す特性図である。
【図７】他の例の先行噴射の燃料量の特性図である。
【図８】他の例の先行噴射の噴射開始時期の特性図である。
【図９】Ｃ領域からＢ領域への移行期間でのパイロット噴射量、ＥＧＲ率、吸気酸素濃度の変化を示すタイミングチャートである。
【図１０】移行期間での吸気酸素濃度に対する燃焼騒音、予混合比率の特性図である。
【図１１】移行フラグの設定を説明するためのフローチャートである。
【図１２】移行期間のパイロット噴射量の設定を説明するためのフローチャートである。
【図１３】Ｃ領域からＢ領域への切換時の実際の燃焼形態の切換を説明するためのフローチャートである。
【図１４】ＥＧＲガス流量の特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は本発明の一実施形態のディーゼルエンジンの燃焼制御装置の概略構成である。図１において、ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」と記述する。）１の排気通路４０に、排気浄化のため、排気中の粒子状物質であるパティキュレートマター（Particulate Matter）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ１６を備える。このディーゼルパティキュレートフィルタ１６には、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比がリッチのときに脱離浄化することのできるＮＯｘトラップ触媒および酸化触媒（貴金属）を担持させて、流入する排気成分（ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ）を除去する機能を持たせてもよい。
【００１２】
ＥＧＲ装置（排気還流装置）として、ＥＧＲ通路４とＥＧＲ弁５とを備える。すなわち、排気通路４０のうち上流側の排気出口通路４０ａと吸気通路２０の吸気コレクタ２０ｂとを連通するＥＧＲ通路４が設けられ、ＥＧＲ通路４の吸気コレクタ２０ｂ接続部にステッピングモータによりその開度が連続的に制御可能なＥＧＲ弁５が介装されている。
【００１３】
ＥＧＲ通路４の途中には、ＥＧＲ通路４を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラー１７を備える。ＥＧＲクーラー１７には水量調整手段（電動ファン等の水温調整手段でもよい）４４を設けてある。水量調整手段としては、比例ソレノイド型の電磁弁や、ステップモータ等で駆動される制御弁を用いることができる。水量（または水温）を調整することでクーラー１７の冷却効率を変化させてＥＧＲガス温度を調整し、エンジン１に流入する作動ガス温度を制御する。この作動ガス温度は、吸気コレクタ２０ｂ内に臨んでいる温度センサ４１によって検出される。吸気コレクタ２０ｂに導入されるＥＧＲガスの温度はＥＧＲガス温度センサ４２により検出される。
【００１４】
吸気通路２０の上流にエアクリーナ２０ａを備え、このエアクリーナ２０ａと吸気コレクタ２０ｂとの間にアクチュエータ（例えばステッピングモータ式）によって開閉駆動される吸気絞り弁６を備える。エアクリーナ２０ａの下流には、吸入空気量Ｑａｉｒを検出するエアフローメータ７、吸気温度Ｔａｉｒを検出する吸気温度センサ８、吸気圧力Ｐａｉｒを検出する吸気圧力センサ９が配置されている。
【００１５】
エンジン１にはコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。コモンレール式燃料噴射装置１０は、サプライポンプ１１と、コモンレール（蓄圧室）１４と、気筒毎に設けられる燃料噴射弁１５とから大略構成され、サプライポンプ１１により加圧された燃料が燃料供給通路１２を介してコモンレール１４にいったん蓄えられたあと、コモンレール１４内の高圧燃料が各気筒の燃料噴射弁１５に分配される。
【００１６】
上記のコモンレール１４には、コモンレール１４内の燃料圧力および燃料温度を検出するために、圧力センサ３４および温度センサ３５が設けられている。また、コモンレール１４内の燃料圧力を制御するために、サプライポンプ１１からの吐出燃料の一部が圧力制御弁１３を介して図示しないオーバーフロー通路から燃料供給通路に戻されるようになっており、この圧力制御弁１３がエンジンコントロールユニット３０からのデューティ信号に応じてオーバーフロー通路の流路面積を変化させ得るようになっている。これにより、サプライポンプ１１からコモンレール１４への実質的な燃料吐出量が調整され、コモンレール１４内の燃料圧力が制御される。
【００１７】
燃焼室に臨んで設けられる燃料噴射弁１５は、エンジンコントロールユニット３０からのＯＮ−ＯＦＦ信号によって開閉される電子式の噴射弁である。ＯＮ信号によって燃料を燃焼室に噴射し、ＯＦＦ信号によって燃料の噴射を停止する。そして、燃料噴射弁１５に指令されるＯＮ信号の期間が長いほど燃料噴射量が多くなり、またコモンレール１４の燃料圧力が高いほど燃料噴射量が多くなる。コモンレール式燃料噴射装置１０によれば、主噴射に先立つ先行噴射やパイロット噴射を容易に行わせることができる。
【００１８】
エンジン１の各気筒には筒内圧力を検出する圧力センサ２が設けられている。この圧力センサとして燃焼室内に臨むタイプのものや、座金形状のノッキングセンサタイプのものを用いることができる。エンジン１の適宜位置にエンジンの温度を代表するものとして、冷却水温度を検出する水温センサ３１が取り付けられている。
【００１９】
エンジンコントロールユニット３０には、圧力センサ２の信号（ＣＰ）、水温センサ３１の信号（冷却水温Ｔｗ）、クランク角度センサ３２の信号（エンジン回転数Ｎｅの基礎となるクランク角度信号）、クランク角度センサ３３の信号（気筒判別信号Ｃｙ１）、コモンレール１４の燃料圧力を検出する圧力センサ３４の信号（コモンレール圧力Ｐｃｒ）、燃料温度センサ３５の信号（燃料温度Ｔｆ）、負荷に相当するアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ５０の信号（アクセル開度（負荷）Ａｃｃ）、エアフローメータ７の信号（吸入空気量Ｑａｉｒ）、吸気温度センサ８の信号（吸気温度Ｔａｉｒ）、吸気圧力センサ９の信号（吸気圧力Ｐａｉｒ）、作動ガス温度センサ４１の信号（Ｔｇａｓ）がそれぞれ入力される。
【００２０】
また、排気通路４０のディーゼルパティキュレートフィルタ１６の出口部（入口部でも良い）に排気酸素濃度（Ｏ2ｅｘｈ）を検出する酸素濃度（空燃比）センサ４３が設けられ、この信号もエンジンコントロールユニット３０に入力されている。排気酸素濃度センサ４３としては、例えば酸素イオン伝導性固体電解質を用いて、排気酸素濃度を検出するものを用いることができる。
【００２１】
エンジンコントロールユニット３０では、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射の噴射量及び噴射時期制御のための圧力制御弁１３へのオーバーフロー通路の開度指令信号や燃料噴射弁１５への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁６への開度指令信号、ＥＧＲ弁５への開度指令信号、水量調整手段４５への水量調整信号等を出力する。
【００２２】
さて、本発明の前提となる予混合燃焼を主体とした燃焼（以下「予混合燃焼」という。）（第１の燃焼形態）について先に説明する。この予混合燃焼は、ＮＯｘを低下させるには吸気酸素濃度は低い方が燃焼温度が下がるから良いが、着火の安定性が低下して、着火不良による未燃ＨＣが増えたり、着火が早過ぎて燃焼が拡散的になってスモークが増えたりする、という課題を解決するために新たに考案されたものである。この新しい予混合燃焼形態は、主噴射に先立つ先行噴射を行って着火前の燃焼室内に、ストイキ（理論空燃比）よりリーンの混合気（以下単に「リーン混合気」という。）とストイキよりリッチの混合気（以下単に「リッチ混合気」という。）を偏在させ、リーン混合気とリッチ混合気とが偏在する状況下において燃焼を開始させる点に特徴を有する。
【００２３】
ここで従来装置の予混合燃焼について簡単に述べると、スモーク低減のために圧縮工程中の早期に燃料噴射を実行して、均一な予混合気を形成し圧縮上死点近傍で着火燃焼させるという均一予混合燃焼、いわゆるＨＣＣＩが提案されている。この燃焼方法ではシリンダ内が低圧で燃料噴霧のペネトレーションが相対的に強く、かつピストンが下降している時期に、ピストンキャビティの外に燃料噴射が行われるため、シリンダ内壁に燃料噴霧が直接衝突し付着してしまう。このため、燃料による潤滑油の希釈、未燃燃料（ＨＣ）や不完全燃焼に伴うＣＯ排出増加などの問題が生じる。また、予混合気の着火燃焼時期が不安定となり、着火の際には急激な燃焼となるため、燃焼騒音が増大するという問題がある。
【００２４】
また、少量の燃料を主噴射前の上死点近傍でパイロット噴射させて上死点後に予混合燃焼させ、パイロット噴射燃料の燃焼後の膨張行程で、本来圧力、温度が低下して主噴射だけでは燃焼が安定せず、失火するような時期に主噴射燃料を噴射する燃焼方法も提案されている（特許第３６１３６６６号公報参照）。この燃焼方法では、パイロット燃料の燃焼後の圧縮上死点後に主噴射を実行するため、パイロット燃料の燃焼によって燃焼室内の温度は上昇するものの、吸気酸素濃度が低下して着火性も相殺されやすい。また本来圧力、温度が低下して主噴射だけでは燃焼が安定せず、失火するような時期に主噴射燃料を噴射するため、噴射時期や燃焼室内温度変動に対する主噴射の着火感度が大きく、噴射時期が変動して遅角したり、吸気温度が低下したりすると簡単に失火して燃焼制御が困難になるという問題がある。
【００２５】
一方、燃焼効率を高め、かつ予混合燃焼速度を適正化して急激燃焼による振動騒音の増加を防ぐために、燃料噴射を圧縮工程の早期に１回もしくは複数回実行される早期噴射と、早期噴射終了後の圧縮上死点付近での主噴射とに分割して燃料噴射を実行し、早期噴射による熱発生が終了した後に主噴射による熱発生を生じさせるという燃焼方法が提案されている（特開２００４−２１８６１２号、特開２００３−２８６８７９号、特開２００４−１７６５９３号公報参照）。
【００２６】
しかしながら、早期噴射を行う場合には、噴射された燃料が直ぐに着火しないように、シリンダ内が低圧で温度が低い状態で早期噴射が行われるが、早期噴射された燃料と主噴射された燃料の燃焼室内における当量比（混合気濃度）分布を適正にして、かつそれぞれの噴射燃料の着火時期または着火領域を適正にしないかぎり、熱効率を高く維持しつつ燃焼速度を適正化して急激燃焼による振動騒音の増加を防ぐことができないことが分かった。
【００２７】
早期噴射された燃料は主噴射に先立って予混合燃焼しやすいが、熱効率を高くするためには、早期噴射と主噴射による熱発生は圧縮上死点から開始させるのが望ましい。早期噴射による燃焼が圧縮上死点前に早期に発現する場合（比較的吸入ガスの酸素濃度が高いか、またはガス温度が高い場合）、早期噴射燃料の燃焼による燃焼室内温度の上昇によって、あるいは早期噴射燃料の燃焼火炎中に主噴射燃料が突入されることによって、主噴射燃料の着火燃焼が促進される。このため、熱効率が低下するだけでなく主噴射燃料の拡散燃焼度が高くなりスモークが増加する。
【００２８】
この逆に、早期噴射と主噴射による燃焼が圧縮上死点後に発現する場合に、比較的吸入ガスの温度や酸素濃度が低い場合には、主噴射終了から主噴射燃料の燃焼開始までの予混合期間が長期化して主噴射燃料のリーン化も進み、着火の際には当量比分布がほとんど消失してしまい予混合比率の高い急峻な燃焼となるため燃焼騒音がほとんど低下できないという問題がある。あるいは過渡にリーン化が進んだ場合には主噴射された燃料の着火燃焼時期が不安定となり、このため失火による未燃燃料（ＨＣ）の排出や、不完全燃焼に伴うＣＯ悪化などの問題が生じることが分かった。
【００２９】
従って、着火時期における熱効率を高く維持しつつ燃焼速度を適正化して急激燃焼による振動騒音の増加を防ぎ、またＨＣやＣＯ等の未燃成分やスモークの発生を減少させるためには、早期噴射燃料と主噴射燃料の予混合期間または着火時期を制御して、早期噴射燃料を主噴射前に燃焼させないこと、また、主噴射終了から主噴射燃料の燃焼開始までの予混合期間が長期化して主噴射燃料のリーン化が進み過ぎないようにすることが必要、つまり、着火時期における燃焼室内の当量比（混合気濃度）分布を適正化する必要がある。
【００３０】
そこで本発明者が、主噴射に先立つ燃料噴射を従来装置では考えられない範囲にまで進角させて実験を行い、また主噴射の噴射時期を圧縮上死点ＴＤＣを中心にして進角側や遅角側にばらつかせ、熱発生率（ＨＲＲ）と燃焼質量割合（Mass  Burnt）とを用いた燃焼解析を行った結果、満足のいく新たな予混合燃焼を見出すに至ったのである。
【００３１】
なお、上記の「早期噴射」では考えられない進角側の時期で行わせる燃料噴射を「先行噴射」として定義する。すなわち、「先行噴射」と上記の「早期噴射」とは、主噴射に先立つ燃料噴射である点で同じであるが、噴射時期が「早期噴射」では考えられない進角側の時期である点で相違し、かつ後述するように、主噴射量に対する先行噴射量の割合が、主噴射量に対する早期噴射量の割合よりも数倍大きい点でも、「早期噴射」と相違する。
【００３２】
この新たな予混合燃焼を図２を参照して説明する。主噴射に先立つ先行噴射（図では「1st  Inj.」と表記）では、予備燃焼の混合気を形成するだけでなく、主噴射の燃焼の際の燃焼騒音低減に寄与するリーン混合気をも形成するため、従来装置での予備燃焼目的の早期噴射の噴射量（例えば１０％程度）よりも多い燃料（例えば２０〜４０％）を噴射する。
【００３３】
先行噴射燃料による圧縮上死点ＴＤＣ付近の混合気の多くが燃え易い当量比にならないようにする、つまり予備燃焼を生じる一部の混合気だけを燃え易い当量比とするため、従来装置での予備燃焼目的の早期噴射の噴射時期（例えばＢＴＤＣ３０°より遅い時期）よりもかなり早い時期（例えばＢＴＤＣ３０°以前）に先行噴射を行う。
【００３４】
一方、あまりに早い時期に先行噴射を行うと、圧縮上死点ＴＤＣ付近で先行噴射により形成される混合気が燃焼室内の全体に拡散し過ぎて（希薄化し過ぎて）燃焼が起こらなくなったり、先行噴射の噴射時期から圧縮上死点ＴＤＣになるまでの時間が長く、先行噴射時の燃焼室内圧力が低いことから燃料噴霧のペネトレーションが強くなって、燃料噴霧がボア壁に付着したりして、未燃ＨＣが多くなるので、早い時期にするにしても限界がある。従って、この限界から先行噴射の噴射時期は圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）６０°以後を考えている。従って、図２に示したように、先行噴射の噴射時期を圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）６０°以後かつ圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）３０°以前に設定する。
【００３５】
このように、先行噴射量は、従来装置での予備燃焼目的の早期噴射量より数倍多いのであるが、この大量の先行噴射燃料を、主噴射（図では「Main  Inj.」と表記）を噴き終えるほどの遅い時期（圧縮上死点ＴＤＣを過ぎる時期）まで燃焼させないようにするため、従来装置での予備燃焼目的の早期噴射時の酸素濃度（例えば１７〜１８％程度）より大幅に低下させた酸素濃度（例えば１２〜１５％）（第１所定値）とする。
【００３６】
予混合化させるために主噴射も圧縮上死点ＴＤＣ前までに噴き終える。特に熱発生を圧縮上死点ＴＤＣ付近から発生させる（予備燃焼の山が圧縮上死点ＴＤＣ付近から始まる）と、燃焼騒音が下がり、スモークが改善するという知見を得ている。熱発生を圧縮上死点ＴＤＣ付近から発生させるには、主噴射を圧縮上死点ＴＤＣ付近で噴き終える（先行噴射の最適噴射時期も変化することになる）。すなわち、図２に示したように、主噴射の噴射終了時期が圧縮上死点ＴＤＣの直前にくるようにする。図３に圧縮上死点ＴＤＣの直前で主噴射を行ったときの燃焼室内の様子を示す。
【００３７】
次に、新しい予混合燃焼の作用を説明する。
【００３８】
先行噴射燃料によるリーン混合気の中では比較的拡散・予混合の遅れている一部の燃え易い当量比のリーン混合気と、主噴射燃料の中で比較的拡散・予混合の進んだ一部の燃えやすい当量比の混合気がＴＤＣ付近で低温酸化反応を生じて予備燃焼を形成する。
【００３９】
これによって燃焼室内の温度と圧力が上昇すると、主噴射燃料によるリッチ混合気の高温酸化反応が始まる。予備燃焼が終了する頃には、主噴射燃料は燃焼室内における拡散・予混合も進んでいるため比較的燃え易い当量比のリッチ混合気となって、高温酸化反応（拡散的燃焼）を生じ始める。
【００４０】
主噴射燃料によるリッチ混合気の高温酸化反応（拡散的燃焼）は、予備燃焼で燃焼しなかった残りのリーン混合気の燃焼（予混合的燃焼）をも生じさせるので、主燃焼はこれらリッチ混合気の燃焼とリーン混合気の燃焼、すなわち拡散的燃焼と予混合的燃焼が混在して構成される。
【００４１】
主燃焼を構成する主噴射燃料はリッチ混合気であって拡散的燃焼が主体となるが、比較的拡散・予混合化が進んでいるのでスモークを抑えることができる。また拡散的燃焼が主体であるため燃焼の急峻性、すなわち燃焼騒音も緩和される。
【００４２】
その一方で、主燃焼を構成するもう１つの混合気である先行噴射によるリーン混合気は燃焼が穏やかであり、これらが併存することで全体としても燃焼騒音を低下させ、燃焼温度も低下するのでさらにＮＯxを低減させる。
【００４３】
そして、リッチ混合気の燃焼に伴いリーン混合気の燃焼が促され、リーン混合気の燃え残りによる未燃ＨＣ排出という問題を招くこともない。
【００４４】
つまり、先行噴射燃料によるリーン混合気の中では比較的拡散・予混合の遅れている一部の燃え易い当量比のリーン混合気と、主噴射燃料の中で比較的拡散・予混合の進んだ一部の燃えやすい当量比の混合気によって、圧縮上死点ＴＤＣ付近で低温酸化反応を生じて予備燃焼を生じさせ、その後、燃焼室内で拡散・予混合の進んだ主噴射によるリッチ混合気と予備燃焼に使われず残った先行噴射によるリーン混合気とで主燃焼を行わせるのである。
【００４５】
このような新しい予混合燃焼によれば、次の効果が得られる。
【００４６】
新しい燃焼形態では、ＮＯｘを低下させるため吸気酸素濃度を大幅に低下させた際、ストイキをはさんで当量比を濃淡分布させた上で着火する（燃焼が始まる）ようにしたので、リッチ混合気が確実に着火して、着火不良による未燃ＨＣを低減することができる。
【００４７】
一方、リーン混合気を分布させるための先行噴射を早期（かなり早い時期）に行なうことによって、先行噴射による混合気が圧縮上死点前に燃え易い当量比になるのを防ぎ、先行噴射燃料が早い時期に着火して主噴射の噴射時期に火種になるのを抑え、主噴射燃料の拡散的な燃焼を抑制することができる。
【００４８】
吸気酸素濃度は大幅に低下しているので、予混合燃焼するリッチ混合気の燃焼急峻性を緩和することができ、さらにリッチ混合気とリーン混合気とが並存するため、リッチ混合気の予混合燃焼が急峻であっても、リーン混合気の緩慢な燃焼がトータルとしての燃焼の急峻性を抑えて燃焼騒音を低減することができる。
【００４９】
その一方で、リーン混合気の燃焼が不完全になる傾向があるが、リッチ混合気の比較的急峻な燃焼が相殺して（リーン混合気の燃焼を促進させるため）燃焼が不完全になるのを防止することができる。
【００５０】
さて、新しい予混合燃焼は全ての運転域で実現できるわけでなく、図４に示したように一部の運転領域に限られる。すなわち、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷（例えばアクセル開度Ａｃｃ）とをパラメータとして、運転領域を低負荷側から大きくＡ領域、Ｂ領域、Ｃ領域、Ｄ領域の４つに分割し、最も低負荷側のＡ領域を通常燃焼許可領域、Ｂ領域をＥＧＲ許可領域でかつ予混合燃焼許可領域、Ｃ領域をＥＧＲ許可領域でかつ通常燃焼許可領域、Ｄ領域をＥＧＲ不許可領域でかつ通常燃焼許可領域として定める。ここで、「通常燃焼」とは、従来のディーゼル燃焼、つまり拡散燃焼を主体とする燃焼（以下「拡散燃焼」という。）（第２の燃焼形態）のことで、「予混合燃焼」が上記で説明した新しい予混合燃焼のことである。このように、新しい予混合燃焼はＢ領域でだけ行う。Ｂ領域では吸気酸素濃度をＥＧＲ制御によって制御することが可能であるため、ＥＧＲ制御によってＢ領域での吸気酸素濃度が上記の第１所定値ａとなるように制御する。
【００５１】
図４に示す縦軸のエンジン負荷［％］を選るには、次のようにすればよい。すなわち、アクセル開度Ａｃｃ［ｄｅｇ］とスロットル開度ＴＶＯ［ｄｅｇ］とは１：１に対応させている（アクセルペダルを踏み込んでいないときのアクセル開度がアイドル時のスロットル開度に、アクセルペダルを一杯まで踏み込んだときのアクセル開度が全開時のスロットル開度に対応する）ので、現在のアクセル開度Ａｃｃ［ｄｅｇ］を最大アクセル開度［ｄｅｇ］で除した値を％表示に変えば、縦軸のエンジン負荷［％］を得ることができる。横軸のエンジン回転数［％］を得るには、現在のエンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］を最大回転数［ｒｐｍ］で除した値を％表示に変えばよい。なお、横軸をエンジン回転数Ｎｅ［ｒｐｍ］、縦軸をアクセル開度Ａｃｃ［ｄｅｇ］とする運転領域図でもかまわない。
【００５２】
エンジンコントロールユニット３０によって行われる本発明の燃焼制御を図５のフローチャートを参照して説明する。
【００５３】
ステップ１では、筒内圧力ＣＰ、吸入空気量Ｑａｉｒ、吸入空気温度Ｔａｉｒ、吸入空気圧力Ｐａｉｒ、水温Ｔｗ、エンジン回転数Ｎｅ、気筒判別信号Ｃｙｌ、コモンレール圧力Ｐｃｒ、燃料温度Ｔｆ、アクセル開度Ａｃｃ、吸入ガス温度Ｔｇａｓ、ＥＧＲガス温度Ｔｅｇｒ、排気酸素濃度Ｏ2ｅｘｈに対応する信号をそれぞれ読み込む。
【００５４】
ステップ２では、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃおよび水温Ｔｗ等から現在の回転数と負荷、エンジンの温度状態を検出する。
【００５５】
ステップ３では、コモンレールによる燃料噴射の目標値を算出し、燃料噴射弁１５の駆動制御を実行する。このため、まず圧力制御を行うが、コモンレール圧力制御は、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃｃとをパラメータとして、エンジンコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索することによりコモンレール１４の目標基準圧力ＰＣＲ０を求め、この目標基準圧力ＰＣＲ０が得られるように圧力制御弁１３のフィードバック制御を実行する。
【００５６】
そして燃料の噴射時期制御を行う。例えばエンジン回転数Ｎｅと負荷Ａｃｃをパラメータとして、パイロット噴射の燃料噴射量Ｑｐｉｌｏｔ、主噴射の燃料噴射量Ｑ ｍａｉｎ、コモンレール圧力（噴射圧力）ＰＣＲ、パイロット噴射の噴射期間Ｐ ｐｅｒｉｏｄ、主噴射の噴射期間Ｍ ｐｅｒｉｏｄ、主噴射の噴射開始時期ＭＩＴ、パイロット噴射の噴射開始時期ＰＩＴ等を、エンジンコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップデータを検索してそれぞれ求める。そして、パイロット噴射の燃料噴射量Ｑｐｉｌｏｔ、主噴射の燃料噴射量Ｑ ｍａｉｎが供給されるように、クランク角度センサ３２のクランク角度信号およびクランク角度センサ３３の気筒判別信号Ｃｙｌに基づいて、パイロット噴射の噴射開始時期ＰＩＴよりパイロット噴射の噴射期間Ｐ ｐｅｒｉｏｄのあいだ及び、主噴射の噴射開始時期ＭＩＴより主噴射の噴射期間Ｍ ｐｅｒｉｏｄのあいだ、噴射すべき気筒の燃料噴射弁１５を開弁駆動する。
【００５７】
ここで、上記パイロット噴射の燃料噴射量Ｑｐｉｌｏｔには、Ｂ領域で行う先行噴射の噴射量を、上記パイロット噴射の噴射期間Ｐ ｐｅｒｉｏｄには、Ｂ領域で行う先行噴射の噴射期間を、上記パイロット噴射の噴射開始時期ＰＩＴには、Ｂ領域で行う先行噴射の噴射開始時期を含めている。これは、Ａ領域、Ｃ領域、Ｄ領域うち少なくともＣ領域でパイロット噴射を行い、Ｂ領域で上記の先行噴射を行うのであるが、パイロット噴射を主噴射に先立って行う燃料噴射であると定義すれば、先行噴射もパイロット噴射であるため、先行噴射もパイロット噴射として含めたものである。そして、制御上は、マップよりＢ領域で検索したパイロット噴射の制御量（噴射量、噴射期間、噴射開始時期）を先行噴射の制御量（噴射量、噴射期間、噴射開始時期）として扱うことになる。
【００５８】
ステップ４では、エンジン回転数Ｎｅと、エンジン負荷としてのアクセル開度Ａｃｃとから定まる運転条件が、図４に示すように、予め定められた通常燃焼許可領域（Ａ領域）、ＥＧＲ許可領域でかつ予混合燃焼許可領域（Ｂ領域）、ＥＧＲ許可領域でかつ通常燃焼許可領域（Ｃ領域）、ＥＧＲ不許可領域でかつ通常燃焼許可領域（Ｄ領域）のいずれの領域にあるかを判定する。
【００５９】
この判定の結果、運転条件がＥＧＲ許可領域でかつ予混合燃焼許可領域（Ｂ領域）にあるときだけステップ５に進み、主噴射の予混合制御期間（ＭＰＩ：主噴射終了と主噴射の燃焼開始との間隔）を検出する。図２に示すように、新しい予混合燃焼では噴射すべき大部分の燃料が噴射された後に、先行噴射の熱発生と主噴射の低温酸化反応が同時に発現し、引き続き主噴射の主燃焼（高温酸化反応）が発現する。すなわち先行噴射によって形成されたリーンな混合気と主噴射によって形成された比較的リッチな混合気とが２つに分かれて混在する状態で着火・燃焼が開始される。言い換えると、予混合制御期間の検出値が予混合制御期間の目標値と一致していれば、新しい予混合燃焼を実現することができる。
【００６０】
ここで、主噴射の燃焼開始タイミングを判定する方法としては、図６に示すように筒内圧力ＣＰの燃焼室内圧力２回微分値ｄＰ2／ｄθ2［ｋＰａ／ｄｅｇ2］を用いることができる。例えば、図６のように燃焼室内圧力２回微分値が一度負の値となってから再度上昇しゼロ点をクロスするポイントを主噴射の燃焼開始タイミングであると定義して検出する。このようにして主噴射の燃焼開始タイミングを検出することができる。
【００６１】
主噴射の燃焼開始タイミングを検出するためのパラメータは燃焼室内圧力２回微分値ｄＰ2／ｄθ2に限定されるものでない。例えば、燃焼室内圧力２回微分値ｄＰ2／ｄθ2に代えて、図２に示した主噴射の主燃焼熱発生率の上昇開始時期ｄＱ／ｄθ［Ｊ／ｄｅｇ］を用いることもできる。この場合にはスライスレベルを設定してスライスレベルのクロスポイントを主噴射の燃焼開始タイミングと定義して検出するのが望ましい。
【００６２】
一方、主噴射の噴射終了タイミングは主噴射開始時期ＭＩＴより主噴射期間Ｍ ｐｅｒｉｏｄの期間が経過したタイミングであり、主噴射開始時期ＭＩＴと主噴射期間Ｍ ｐｅｒｉｏｄとから求めることができる。
【００６３】
ここで、先行噴射の燃料量と先行噴射の噴射開始時期とは簡単は一定値でよいが、先行噴射によるリーン混合気の形成を増加させて燃焼騒音低減効果を高めるため、先行噴射の燃料量は図７に示すように負荷の増大に伴って増加させ、また図８に示すように先行噴射の噴射開始時期を負荷の増大に伴って早めるのが望ましい。また先行噴射は、ＨＣＣＩ燃焼のようにシリンダ内壁に燃料噴霧が直接衝突し付着してしまうような早期に燃料噴射が実行されることは無く、かつ従来の拡散燃焼を基本とするパイロット噴射のように主噴射に近づけて噴射されることも無い。先行噴射の噴射開始時期は先行噴射燃料の殆どがピストンキャビティ内に噴射されるタイミングで行われるのが望ましいが、シリンダ内壁への燃料噴霧の衝突をより確実に防止するため、先行噴射の噴射回数を負荷の増大に伴って増加させてペネトレーションを低下させることも有効である。
【００６４】
ステップ６では、予混合制御期間の目標値を算出する。つまり、主噴射燃料の着火時期において、燃焼室内に適度にリーン化された先行噴射燃料の混合気とリーン化されすぎない主噴射燃料の混合気とが２つに分かれて混在するように、予め実験等で求めた予混合制御期間の目標値を、エンジン回転数Ｎｅと、エンジン負荷としてのアクセル開度Ａｃｃとをパラメータとして、エンジンコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶させておいたマップデータから検索して求める。
【００６５】
検出した予混合制御期間が予混合制御期間目標値と一致していなければ、新しい予混合燃焼を実現することができないので、ステップ７では、検出した予混合制御期間と算出した予混合制御期間目標値との偏差（ｄＭＰＩ）に基づいて着火時期制御を行うことにより新しい予混合燃焼を実現する。具体的には、予混合制御期間検出値が予混合制御期間目標値がよりも長い場合に、着火時期を早めて予混合制御期間を目標値に合わせる。その逆に、予混合制御期間検出値が、予混合制御期間目標値がよりも短い場合には、着火時期を遅らせて予混合制御期間を目標値に合わせる。
【００６６】
着火時期を可変制御する手段としては、燃料の噴射時期や噴射圧力を制御したり、吸入ガスの温度や圧力、あるいは圧縮比等を可変制御して圧縮端温度を制御する方法、吸気酸素濃度や残留ガス割合を可変制御する方法があり、これらのいずれかの方法を採用することによって着火時期を任意に制御することが可能である。
【００６７】
これで本発明の前提となる新しい予混合燃焼の説明を終える。
【００６８】
さて、上記の図４において運転条件がＣ領域（ＥＧＲ許可領域でかつ通常燃焼許可領域）からＢ領域（ＥＧＲ許可領域でかつ予混合燃焼許可領域）へと切換わる場合に、燃焼騒音が悪化することが判明している。これを解析したところを図９、図１０に従って説明する。
【００６９】
図９の上段、中段、下段にはＣ領域からＢ領域の切換時にパイロット噴射量、ＥＧＲ率、吸気酸素濃度がどのように変化するのかを示している。また、上段のさらに上部に燃焼形態と運転領域とを示している。
【００７０】
運転条件がＣ領域からＢ領域へと切換わるのは、ｔ１のタイミングであるので、このｔ１のタイミングで吸気酸素濃度をＣ領域での拡散燃焼に最適な値である第２所定値ｂからＢ領域での新たな予混合燃焼に最適な値である第１所定値ａへとステップ的に低下させる必要がある。ここで、Ｂ領域ではＥＧＲ弁５（ＥＧＲ装置）により吸気酸素濃度を調整し得るので、Ｂ領域での新たな予混合燃焼に最適な吸気酸素濃度である第１所定値ａが得られるように、Ｂ領域での目標ＥＧＲ率ｅを予め定めている。このため、運転条件がＣ領域からＢ領域に切換わるｔ１のタイミングで、目標ＥＧＲ率を図９に一点鎖線で示したように、Ｃ領域での目標ＥＧＲ率ｆからＢ領域での目標ＥＧＲ率ｅへとステップ的に切換えている。
【００７１】
しかしながら、エンジンコントロールユニット３０からＥＧＲ弁アクチュエータ（ステッピングモータ）に目標ＥＧＲ率ｅが得られるまでＥＧＲ弁５を閉じるように指令しても、指令を受けてから実際にＥＧＲ弁５が閉じるまでに応答遅れがある。仮にＥＧＲ弁５が応答遅れなく閉じたとしても、ＥＧＲ弁５から燃焼室までに配管の容積があるため、図９に実線で示したように実際のＥＧＲ率は遅れて変化するのであり、ｔ３のタイミングで実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率ｅに到達している。吸気酸素濃度は実際のＥＧＲ率に応じて変化するので、図９に実線で示したように実際のＥＧＲ率の変化に対応して連続的に減少し、ｔ３のタイミングで第１所定値ａに到達する。すなわち、吸気酸素濃度はＥＧＲ弁５の応答性や配管の容積などの影響により、ｔ１のタイミングで第２所定値ｂから第１所定値ａへとステップ的に変化し得ず、第１所定値ａに向かって徐々に低下し、ｔ３のタイミングでやっと第１所定値ａに到達する。
【００７２】
図１０は、吸気酸素濃度が第２所定値ｂから第１所定値ａまでの吸気酸素濃度に対して、燃焼騒音、予混合比率がどのように変化するのかを実験しまとめた結果である。ここで、予混合比率とは、主噴射燃料の着火タイミングまでに燃焼室内に噴かれている燃料の量を、先行噴射の燃料量と主噴射の燃料量の合計である総燃料量で除した値をパーセントに換算した値である。この予混合比率は吸気酸素濃度が小さくなるほど大きくなっている。
【００７３】
一方、燃焼騒音は、吸気酸素濃度が第２所定値ｂから小さくなるほど大きくなって第３所定値ｃのときピークをとり、それからは吸気酸素濃度が第１所定値ａに向かって小さくなるほど急激に小さくなっている。この第３所定値ｃを図９に移してみると、ｔ２のタイミングで吸気酸素濃度が第３所定値ｃに到達することとなる。すると、図９においては、Ｂ領域に切換わるｔ１のタイミングから燃焼騒音が徐々に大きくなってｔ２のタイミングでピークを採り、ｔ２のタイミングからは燃焼騒音が低下し、吸気酸素濃度が第１所定値ａに到達するｔ３のタイミングで燃焼騒音が無視できるレベルになる、と解析される。すなわち、図１０に示したように、第２所定値ｂより第３所定値ｃまでの範囲で吸気酸素濃度が減少するほど大きくなり、第３所定値ｃを過ぎて吸気酸素濃度が減少するほど今度は小さくなる特性の燃焼騒音を防止するには、図９に実線で示したように、Ｂ領域への切換タイミングで与えるパイロット噴射量を初期値とし、第２所定値ｂから第３所定値ｃまで吸気酸素濃度が低下するほどパイロット噴射量を初期値から増やしてゆき、第３所定値ｃから第１所定値ａまで吸気酸素濃度が低下するほど今度は第３所定値ｃのときのパイロット噴射量を初期値としてパイロット噴射量をこの初期値から減少させ、吸気酸素濃度が第１所定値ａに到達するｔ３のタイミングでゼロとすることである。
【００７４】
Ｂ領域への切換タイミングで与えるパイロット噴射量を初期値として、第２所定値ｂから第３所定値ｃまでの範囲で吸気酸素濃度が低下するほどパイロット噴射量を初期値から増やしてゆくのは、吸気酸素濃度が第３所定値ｃに向かって低下するほど燃焼騒音が大きくなるためである。また、第３所定値ｃから第１所定値ａまでの範囲で吸気酸素濃度が低下するほど今度は第３所定値ｃのときのパイロット噴射量を初期値としてパイロット噴射量をこの初期値から減らしてゆくのは、吸気酸素濃度が第１所定値ａに向かって低下するほど燃焼騒音が小さくなるためである。ここでのパイロット噴射の役割は、種火としての役割を果たさせるものである。すなわち、拡散燃焼における予混合気が急激に燃焼することによって燃焼騒音が生じるのであるから、拡散燃焼における予混合気が急激に燃焼する前に種火を作り、これによって、拡散燃焼における予混合気が急激に燃焼しないようにし、燃焼騒音を防止するのである。このように、本発明によれば、図１０に示した燃焼騒音の特性に従って、吸気酸素濃度が第２所定値ｂから第１所定値まで低下する移行期間でのパイロット噴射を行うことで、移行期間の全体にわたって燃焼騒音を防止できることになった。
【００７５】
これに対して、予混合燃焼領域への切換時の燃焼騒音の悪化を防止するため、吸気酸素濃度が予混合燃焼に最適な吸気酸素濃度に到達するまでの移行期間で実際のＥＧＲ率が増加するほどパイロット噴射量を減少させるようにする従来装置がある。しかしながら、この従来装置を本発明の対象としている移行期間にそのまま適用したのでは、燃焼騒音の悪化を効果的に防止することができない。すなわち、従来装置を本発明の対象としている移行期間にそのまま適用すると、パイロット噴射量の特性は図９に一点鎖線で示したようになり、実ＥＧＲ率が増えるほどパイロット噴射量を減少することとなる。しかしながら、図１０に示した燃焼騒音の特性によれば、図９において吸気酸素濃度が第２所定値ｂから第３所定値ｃまで低下するあいだ燃焼騒音が増大してゆくので、これに対応するには本発明のようにパイロット噴射量を増やしてゆかなければならないところ、従来装置では、この逆にパイロット噴射量を減らしてゆくのであるから燃焼騒音を効果的に抑制できないのである。
【００７６】
また、本発明では、運転条件がＢ領域に切換わるｔ１のタイミングで新しい予混合燃焼へと切換えるのではなく、ｔ１のタイミング以降もＣ領域での拡散燃焼をそのまま継続し、吸気酸素濃度が第１所定値ａに到達するｔ３のタイミングでＣ領域での拡散燃焼から新しい予混合燃焼に切換える（図９参照）。
【００７７】
次に、エンジンコントロールユニット３０で実行されるこの制御内容を図１１、図１２、図１３のフローチャートを参照して詳述する。
【００７８】
まず、図１１は移行フラグを設定するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。
【００７９】
ステップ１１では、エンジン負荷としてのアクセル開度Ａｃｃと、エンジン回転数Ｎｅとを読み込み、ステップ１２でエンジン負荷とエンジン回転数から定まる運転条件が、図４で示したＣ領域からＢ領域に切換わったか否かをみる。運転条件がＣ領域からＢ領域に切換わったタイミングになければそのまま今回の処理を終了する。
【００８０】
一方、運転条件がＣ領域からＢ領域に切換わったときには、ステップ１２からステップ１３に進んで移行フラグ（エンジン始動時にゼロに初期設定）＝１とする。なお、運転条件がＣ領域からＢ領域に切換わったタイミングで図示しないＥＧＲ制御ルーチンにおいて目標ＥＧＲ率がＣ領域での目標ＥＧＲ率ｆからＢ領域での目標ＥＧＲ率ｅへとステップ的に大きくなる（図９の一点鎖線参照）。
【００８１】
図１２は吸気酸素濃度が第２所定値ｂから減少して第１所定値ａに落ち着くまでの期間である移行期間でパイロット噴射量を設定するためのもので、図１１に続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。
【００８２】
ステップ２１では移行フラグ（図１１により設定済み）をみる。移行フラグ＝０であるときには、そのまま今回の処理を終了する。
【００８３】
一方、移行フラグ＝１であるときには、移行期間にあると判断し、ステップ２１よりステップ２２に進んで吸気酸素濃度センサにより検出される吸気酸素濃度Ｏ2ｉｎｔを読み込む。ここで、吸気酸素濃度Ｏ2ｉｎｔを検出するため、吸気酸素濃度センサを吸気コレクタ２０ｂに設けておく。
【００８４】
ステップ２３では、吸気酸素濃度Ｏ2ｉｎｔと第３所定値ｃを比較する。第３所定値ｃは、移行期間中に燃焼騒音がピークを採るときの吸気酸素濃度である。第３所定値ｃは適合により予め定めておく。吸気酸素濃度Ｏ2ｉｎｔが第３所定値ｃより大きいときには、ステップ２４に進み、移行フラグ＝１となる直前のＣ領域でのパイロット噴射量を初期値としてパイロット噴射量を増量する。例えば、Ｃ領域でのパイロット噴射量をＰｉＱ０とすると、Ｂ領域に切換わった初回（移行開始タイミング）はこれに増量係数αを乗算した値をパイロット噴射量として、つまり
ＰｉＱ＝α×ＰｉＱ０                                    …（１）
の式により移行開始タイミングでのパイロット噴射量ＰｉＱを計算し、その後は、
ＰｉＱ＝α×ＰｉＱ（前回）                              …（２）
ただし、ＰｉＱ（前回）：ＰｉＱの前回値、
の式によりパイロット噴射量ＰｉＱを増量側に更新する。上記（１）式、（２）式の増量係数αは１より大きな値であり予め適合しておく。
【００８５】
吸気酸素濃度Ｏ2ｉｎｔが第３所定値ｃより大きいときにはステップ２４を繰り返す、つまり増量係数αを用いて上記（２）式を繰り返すことで、パイロット噴射量ＰｉＱが増えてゆく。
【００８６】
やがて、ステップ２３で吸気酸素濃度Ｏ2ｉｎｔが第３所定値ｃ以下になるとステップ２５に進み、吸気酸素濃度Ｏ2ｉｎｔと第１所定値ａを比較する。第１所定値ａは、Ｂ領域での燃焼に最適に最適な吸気酸素濃度である。すなわち、前述したように第１所定値ａは、主噴射が終了するまで低温酸化反応が生じないような吸気酸素濃度で、予め定めている。吸気酸素濃度Ｏ2ｉｎｔが第１所定値ａより大きいときにはステップ２６に進み、吸気酸素濃度が第３所定値ｃ以下となる直前のタイミングでのパイロット噴射量を初期値としてパイロット噴射量を減量する。例えば、前回のパイロット噴射量に減量係数βを乗算した値をパイロット噴射量として、つまり
ＰｉＱ＝β×ＰｉＱ（前回）                              …（３）
ただし、ＰｉＱ（前回）：ＰｉＱの前回値、
の式によりパイロット噴射量ＰｉＱを減量側に更新する。上記（３）式の減量係数βは１より小さな正の値で予め適合しておく。
【００８７】
吸気酸素濃度Ｏ2ｉｎｔが第２所定値ｂより大きいときにはステップ２６を繰り返す、つまり減量係数βを用いて上記（３）式を繰り返すことで、パイロット噴射量ＰｉＱが減少してゆく。
【００８８】
やがて、ステップ２５で吸気酸素濃度Ｏ2ｉｎｔが第２所定値ｂ以下になると移行期間が終了した、つまりこれ以上パイロット噴射を行うのは不要であると判断し、ステップ２７に進んでパイロット噴射量ＰｉＱ＝０とすると共に、移行フラグ＝０とする。ステップ２９では燃焼形態切換フラグ（エンジン始動時にゼロに初期設定）＝１とする。
【００８９】
実施形態では、吸気酸素濃度が第３所定値ｃより大きいか小さいかによってパイロット噴射を増量してゆくのか減量してゆくのかを定めているが、これに限られない。例えば、吸気酸素濃度と実ＥＧＲ率とは１：１に対応するので、図９に示したように、第３所定値ｃに対応する実ＥＧＲ率ｇを求めることができる。この第３所定値ｃに対応する実ＥＧＲ率ｇを第３所定値ｇとすれば、実ＥＧＲ率とこの第３所定値ｇを比較し、実ＥＧＲ率が第３所定値ｇより小さい場合に、パイロット噴射量を増量してゆき、実ＥＧＲ率が第３所定値ｇ以上となればパイロット噴射量を減量してゆけばよい。また、実ＥＧＲ率がＢ領域での目標ＥＧＲ率ｅに到達したとき、移行期間の終了であると判定する。
【００９０】
ここで、実ＥＧＲ率としては目標ＥＧＲ率の荷重平均値を用いるか、次のようにして推定する。すなわち、ＥＧＲ弁５の開度と、ＥＧＲ弁５の前後差圧から図１４を内容とするマップを検索することによりＥＧＲ弁５を流れるＥＧＲガス流量を算出し、このＥＧＲガス流量と、エアフローメータ７により検出される新気流量との比を実ＥＧＲ率として求める。
【００９１】
図１３はＢ領域に切換わった後もＣ領域での拡散燃焼を継続し、移行期間が終了したタイミングで新しい予混合燃焼に切換えるためのもので、図１２に続けて一定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行する。なお、図１３は運転条件がＣ領域からＢ領域へと切換わった後に実行するものとする。
【００９２】
ステップ３１ではエンジン負荷としてのアクセル開度と、エンジン回転数とから定まる運転条件がＢ領域にあるか否か、ステップ３２では燃焼形態切換フラグ（図１２により設定済み）＝１であるか否かをみる。運転条件がＢ領域にないときにはそのまま今回の処理を終了する。
【００９３】
運転条件がＢ領域にあっても燃焼形態切換フラグ＝０であればまだ移行期間が終了していないと判断し、ステップ３３に進んで、Ｃ領域での拡散燃焼を実行する。運転条件がＢ領域にありかつ燃焼形態切換フラグ＝１であれば移行期間が終了したと判断し、ステップ３４に進んで、新しい予混合燃焼を実行する。すなわち、運転条件がＢ領域に切換わったからといって直ぐに新しい予混合燃焼を実行するのではなく、移行期間中はＣ領域での拡散燃焼を継続し、移行期間の終了後に新しい予混合燃焼を実行する。
【００９４】
そして、移行期間が終了するまでＣ領域での拡散形態を行いつつ図１２で設定した移行期間でのパイロット噴射量ＰｉＱを用いて主噴射に先立つパイロット噴射を行わせる。なお、図９においてｔ１のタイミングまでＣ領域での拡散燃焼が行われるが、この拡散燃焼を実現するためのパイロット噴射は上記の図５に従って行われ、ｔ１のタイミングからｔ３のタイミング直前までは、パイロット噴射の噴射時期はそのままでパイロット噴射の噴射量が図１２で設定した移行期間でのパイロット噴射量ＰｉＱに置き換わってパイロット噴射が行われることになる。
【００９５】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００９６】
本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、吸気酸素濃度センサ（吸気酸素濃度検出手段）と、ＥＧＲ弁５（吸気酸素濃度調整装置）とを備え、Ｂ領域（第１の運転領域）でこのＥＧＲ弁５を用いて吸気酸素濃度を相対的に小さい第１所定値ａとした状態で予混合燃焼（第１の燃焼形態）を行わせ（図５のステップ１〜３参照）、Ｂ領域に隣接するＣ領域（第２の運転領域）でＥＧＲ弁５を用いて吸気酸素濃度を第１所定値ａよりも大きい第２所定値ｂとした状態で拡散燃焼（第２の燃焼形態）を行わせ（図５のステップ１〜３参照）、Ｃ領域からＢ領域に切換わった場合に、検出される吸気酸素濃度が減少して第２所定値ｂと第１所定値ａとの間にある第３所定値ｃに到達するまでは増量されるようにかつその後には吸気酸素濃度が減少するほど減量されるように、パイロット噴射の燃料噴射量を設定し（図１２のステップ２１〜２８参照）、この設定されたパイロット噴射量を用いてパイロット噴射を行う（図１３のステップ３１、３２、３３参照）ので、吸気酸素濃度が第２所定値ｂから減少して第１所定値ａに到達するまでの移行期間で吸気酸素濃度が減少するほど増加してピークをとり、その後に減少する燃焼騒音特性であっても燃焼騒音を効率良く低減することができる。
【００９７】
本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、吸気酸素濃度が第２所定値ｂから減少して第１所定値ａに到達するまでの移行期間で拡散燃焼（第２の燃焼形態）を継続し、吸気酸素濃度が第１所定値ａに到達したとき、予混合燃焼（第１の燃焼形態）に切換えるので（図１３のステップ３１、３２、３３、ステップ３１、３２、３４参照）、Ｃ領域（第２の運転領域）からＢ領域（第１の運転領域）に切換わったタイミングで予混合燃焼（第１の燃焼形態）に切換える場合よりも燃焼騒音の悪化を抑制できる。
【００９８】
本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、吸気酸素濃度調整装置はＥＧＲ率を調整し得るＥＧＲ弁５であり、吸気酸素濃度推定手段は吸気酸素濃度を実際のＥＧＲ率に基づいて推定するので、吸気酸素濃度を直接検出せずとも吸気酸素濃度を推定することができる。
【００９９】
本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、第１所定値ａは、主噴射が終了するまで低温酸化反応が生じないような吸気酸素濃度であり、圧縮工程中に主噴射に先立つ先行噴射を行った後、主噴射を行って、リーン混合気とリッチ混合気とを偏在させた予混合気を形成したところで燃焼を開始させるので、ＮＯｘを低下させるため吸気酸素濃度を大幅に低下させた状態でもリッチ混合気が確実に着火して、着火不良による未燃ＨＣを低減することができる。
【０１００】
一方、本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、リーン混合気を分布させるための先行噴射を早期（かなり早い時期）に行なうことによって、先行噴射による混合気が圧縮上死点前に燃え易い当量比になるのを防ぎ、先行噴射燃料が早い時期に着火して主噴射の噴射時期に火種になるのを抑え、主噴射燃料の拡散的な燃焼を抑制することができる。
【０１０１】
本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、吸気酸素濃度は大幅に低下しているので、予混合燃焼するリッチ混合気の燃焼急峻性を緩和することができ、さらにリッチ混合気とリーン混合気とが並存するため、リッチ混合気の予混合燃焼が急峻であっても、リーン混合気の緩慢な燃焼がトータルとしての燃焼の急峻性を抑えて燃焼騒音を低減することができる。
【０１０２】
その一方で、本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、リーン混合気の燃焼が不完全になる傾向があるが、リッチ混合気の比較的急峻な燃焼が相殺して（リーン混合気の燃焼を促進させるため）燃焼が不完全になるのを防止することができる。
【０１０３】
本実施形態（請求項６に記載の発明）によれば、主噴射を圧縮上死点の直前で噴き終えるので、燃焼騒音が下がるだけでなくスモークをも低減できる。
【符号の説明】
【０１０４】
１  エンジン
５  ＥＧＲ弁（吸気酸素濃度調整装置）
１５  燃料噴射弁
３０  エンジンコントロールユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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