(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽油を主成分とする燃料が供給されるエンジン本体を備えたディーゼルエンジンであって、
前記エンジン本体の気筒内に導入するＥＧＲガス量を調整するためのＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ弁を制御することによって前記気筒内の酸素濃度を調整するＥＧＲ弁制御部とをさらに備え、
前記ＥＧＲ弁制御部は、
前記エンジン本体の要求負荷の増大に伴って前記気筒内の酸素濃度が一旦低下した後に上昇するように、前記要求負荷に応じて前記ＥＧＲ弁の開度を制御するように構成されており、
前記エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、前記要求負荷の増加率が大きくなるほど前記酸素濃度が高くなるように前記ＥＧＲ弁の制御量を調整するディーゼルエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のディーゼルエンジンにおいて、
前記ＥＧＲ弁制御部は、
前記エンジン本体の要求負荷の増大に伴って前記気筒内の酸素濃度が一旦低下した後に上昇するように、前記ＥＧＲ弁の開度を前記エンジン本体の要求負荷の増大に伴って一旦増大させた後に減少させるように制御しており、
前記エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、前記要求負荷の増加率が大きくなるほど前記ＥＧＲ弁の開度の極大値を小さくするように前記ＥＧＲ弁の制御量を調整するディーゼルエンジン。
【請求項３】
請求項１に記載のディーゼルエンジンにおいて、
前記ＥＧＲ弁制御部は、前記エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、前記要求負荷の増加率が大きくなるほど前記ＥＧＲ弁の開弁動作速度を遅くすることによって、前記ＥＧＲ弁の制御量を調整するディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽油を主成分とする燃料が供給されるディーゼルエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンにおいて、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲという）を行うことによってエミッション性能を向上させるものが知られている（特許文献１参照）。このＥＧＲを行うことによって、燃焼温度を低下させてＮＯｘ発生量を低減させることができる。そして、気筒内に導入されるＥＧＲガス量は、ＥＧＲ弁の開度を調整することによって制御される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９３３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の如く、エミッション性能を向上させる観点からＥＧＲガスを気筒内へ導入することが好ましいが、エンジン負荷（即ち、要求トルク）が高い運転領域ではＥＧＲガス量をあまり多くすることができない。つまり、エンジン負荷が高い運転領域においては、燃料噴射量が多いため、それに合わせて気筒内の酸素濃度を上昇させる必要がある。そのため、高負荷の運転領域では、気筒内のＥＧＲ率を下げるようにＥＧＲ弁が制御され、酸素濃度が高くなるように調整される。
【０００５】
このようにＥＧＲ弁が制御される構成においては、エンジンの加速時に以下のような問題が生じる。すなわち、エンジンの加速時には、エンジンの運転状態が高負荷側へと遷移していく。エンジン負荷を大きくするためには燃料供給量を増大させる必要があるが、燃料供給量を増やすためには、気筒内がその供給量に応じた酸素濃度になっている必要がある。つまり、加速要求に迅速に応えるには、気筒内の酸素濃度を迅速に調整する必要がある。ところが、酸素濃度を上昇させるべくＥＧＲ弁を閉じる方向へ調整しても、気筒内のＥＧＲ率が急に変化するわけではなく、その応答には遅れが生じる。つまり、ＥＧＲ弁の調整に対する気筒内の酸素濃度の応答性が悪いため、加速要求に応じた適切な量の燃料を適切なタイミングで供給することが難しい。その結果、適切に加速できないという問題がある。
【０００６】
ここに開示された技術は、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、エンジン負荷に伴ってＥＧＲ率を調整するディーゼルエンジンにおいて加速性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示された技術は、軽油を主成分とする燃料が供給されるエンジン本体を備えたディーゼルエンジンを対象とする。このディーゼルエンジンは、前記エンジン本体の気筒内に導入するＥＧＲガス量を調整するためのＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲ弁を制御することによって前記気筒内の酸素濃度を調整するＥＧＲ弁制御部とをさらに備え、前記ＥＧＲ弁制御部は、前記エンジン本体の要求負荷の増大に伴って前記気筒内の酸素濃度が一旦低下した後に上昇するように、前記要求負荷に応じて前記ＥＧＲ弁の開度を制御するように構成されており、前記エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、前記要求負荷の増加率が大きくなるほど前記酸素濃度が高くなるように前記ＥＧＲ弁の制御量を調整するものとする。
【０００８】
前記ディーゼルエンジンは、エンジン本体の要求負荷に応じて気筒内の酸素濃度（以下、単に「筒内酸素濃度」ともいう）を調整する。詳しくは、エンジン本体の要求負荷が低いときには筒内酸素濃度が高く調整される。要求負荷が低いときには燃料供給量が少ないために燃焼が不安定となるが、筒内酸素濃度を高くすることによって、燃料安定性を向上させ得る。それよりも、エンジン本体の要求負荷が大きいときには、ＥＧＲ弁が開かれ、筒内酸素濃度が低く調整される。筒内酸素濃度を低下させることによって、燃焼温度を抑制することができ、エミッション性能を向上させ得る。エンジン本体の要求負荷がさらに大きいときには、ＥＧＲ弁が閉じる方向に制御して、筒内酸素濃度が高く調整される。要求負荷が大きいときには、燃料供給量を増加させる必要があり、燃料供給量を増加させるためには筒内酸素濃度を高くしておく必要がある。つまり、要求負荷が高いときには筒内酸素濃度を高くすることによって、燃料供給量を所望の通りに増大させることができ、所望の要求負荷を出力することができるようになる。
【０００９】
そして、筒内酸素濃度がこのような態様で制御されることを前提として、エンジン本体の要求負荷の増加率が大きいほど、ＥＧＲ弁の制御量が、筒内酸素濃度が高くなる側へ調整される。すなわち、エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、要求負荷の増大に応じて、筒内酸素濃度が上昇するようにＥＧＲ弁が制御される。筒内酸素濃度がそのような変化態様で調整される場合、要求負荷の増加率が大きいとき、即ち、急加速時には、筒内酸素濃度を早急に上昇させる必要がある。それに対して、ＥＧＲ弁の制御量を、要求負荷の増加率が大きくなるほど筒内酸素濃度が高くなるように調整している。つまり、要求負荷の増加率が大きいときには、筒内酸素濃度が予め高めに設定されることになる。その結果、要求負荷が早急に増大しても、筒内酸素濃度が前もって高めに設定されているため、要求負荷の早急な増大に伴う燃料供給量の早急な増加に応じることができる。これにより、迅速な加速を実現することができる。
【００１０】
また、前記ＥＧＲ弁制御部は、前記エンジン本体の要求負荷の増大に伴って前記気筒内の酸素濃度が一旦低下した後に上昇するように、前記ＥＧＲ弁の開度を前記エンジン本体の要求負荷の増大に伴って一旦増大させた後に減少させるように制御しており、前記エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、前記要求負荷の増加率が大きくなるほど前記ＥＧＲ弁の開度の極大値を小さくするように前記ＥＧＲ弁の制御量を調整するようにしてもよい。
【００１１】
すなわち、ＥＧＲ弁の開度を大きくすると、筒内酸素濃度が低くなり、ＥＧＲ弁の開度を小さくすると、筒内酸素濃度が高くなるので、ＥＧＲ弁の開度を筒内酸素濃度の変化態様と逆の態様で変化させる。このように制御されるＥＧＲ弁の開度は、筒内酸素濃度が極小値を持つのと同様に、極大値を持つことになる。そこで、エンジン本体の要求負荷の増加率が大きくなるほどＥＧＲ弁の開度の極大値を小さくするように制御量を調整することによって、エンジン本体の要求負荷の増加率が大きくなるほど筒内酸素濃度を全体的に高くなる方向へ調整することができる。
【００１２】
さらに、前記ＥＧＲ弁制御部は、前記エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、前記要求負荷の増加率が大きくなるほど前記ＥＧＲ弁の開弁動作速度を遅くすることによって、前記ＥＧＲ弁の制御量を調整することが好ましい。
【００１３】
このようにＥＧＲ弁の開弁動作速度を遅くすると、ＥＧＲ弁を開くときに限り、その応答性が低下する。そのため、ＥＧＲ弁を開くときには、その開度が目標値に到達し難くなり、ひいては、筒内酸素濃度も目標値に到達し難くなる。すなわち、ＥＧＲ弁を開くときは筒内酸素濃度を減少させるときであるため、筒内酸素濃度を減少させるときには、筒内酸素濃度が目標値に達する速度が遅くなる。ここで、筒内酸素濃度をエンジン本体の要求負荷の増大に伴って一旦低下した後に上昇するように調整する構成においては、筒内酸素濃度が減少から増大に転じる際に、筒内酸素濃度が目標極小値に達する前に上昇し始めることになる。そして、ＥＧＲ弁の動作速度が遅くなるのは、開弁動作だけで、閉弁動作については動作速度が遅くなっていないため、筒内酸素濃度を上昇させるときにはＥＧＲ弁が迅速に閉じられる。
【００１４】
その結果、要求負荷の増加率が大きいほど筒内酸素濃度が目標極小値まで低下し難くなって、一旦低下した後上昇する筒内酸素濃度は、要求負荷の増加率が大きいほど極小値の近傍を中心に濃度が高くなる方向へ調整される。
【００１５】
ここで、筒内酸素濃度を高くする方法としては、ＥＧＲ弁の開度の目標値を変更することも考えられる。しかし、筒内酸素濃度を高めに調整するのは、要求負荷が増大するときだけでよい。目標値を変更してしまうと、要求負荷が定常状態になったときであっても、ＥＧＲ弁の開度は変更後の目標値にしか達しない。それに対し、ＥＧＲ弁の動作速度を変更する場合には、応答性が低下するものの、ＥＧＲ弁の開度はいずれは目標値に達する。つまり、要求負荷の定常状態においては、目標通りの筒内酸素濃度となる。つまり、定常状態における筒内酸素濃度まで不要に変更してしまうことを防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、エンジン本体の要求負荷の増大に伴って気筒内の酸素濃度が一旦低下した後に上昇するようにＥＧＲ弁を制御する構成において、要求負荷の増加率が大きくなるほど気筒内の酸素濃度が高くなるようにＥＧＲ弁の制御量を調整することによって、要求負荷の増加率が大きくても要求負荷の増大に伴う燃料供給量の増加に早急に応じることができるため、適切な加速を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ディーゼルエンジンの構成を示す概略図である。
【図２】ディーゼルエンジンの制御に係るブロック図である。
【図３】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４】低負荷側拡散領域における拡散燃焼モードにおける燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。
【図５】予混合燃焼モードにおける燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。
【図６】高負荷側拡散領域における拡散燃焼モードにおける燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。
【図７】エンジン負荷及び回転数に対する筒内酸素濃度の変化特性図の一例である。
【図８】排気ガス還流弁の制御量を、要求負荷の増加率に応じて調整する際のフローチャートである。
【図９】要求負荷の増加率に応じて調整される、エンジン負荷に対する筒内酸素濃度の変化特性の一例である。
【図１０】要求負荷の増加率に応じた、エンジン負荷、回転数及び筒内酸素濃度の変化特性図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
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（例えば１４）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。
【００２０】
上記シリンダヘッド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。
【００２１】
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。
【００２２】
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得る。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。
【００２３】
上記シリンダヘッド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。上記インジェクタ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。
【００２４】
上記エンジン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、上記エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室１４ａからの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、詳しくは後述するが、吸入空気の過給を行う大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２とが配設されている。
【００２５】
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。
【００２６】
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、上記各気筒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。
【００２７】
上記排気通路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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。上記酸化触媒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ＣＯ２及びＨ２Ｏが生成する反応を促すものである。また、上記フィルタ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。
【００３０】
上記吸気通路３０における上記サージタンク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、上記排気通路４０における上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（高圧ＥＧＲ手段）。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と、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。この排気ガス還流弁５１ａがＥＧＲ弁を構成する。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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上記大型及び小型コンプレッサ６１ａ，６２ａがそれぞれ作動する。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
これら大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２は、それらが配設された吸気通路３０及び排気通路４０の部分も含めて、一体的にユニット化されて、過給機ユニット６０を構成している。この過給機ユニット６０がエンジン１に取り付けられている。
【００３８】
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ＥＧＲ弁制御部及び燃焼制御部を構成する。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、吸気中の二酸化炭素濃度を検出する吸気ＣＯ２センサＳＷ６、及び、排気中の二酸化炭素濃度を検出する排気ＣＯ２センサＳＷ７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、５３ａ、６３ａ、６４ａ、６５ａのアクチュエータへ制御信号を出力する。
【００３９】
（エンジンの燃焼制御の概要）
上記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要求負荷（即ち、目標トルク）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。要求負荷は、アクセル開度が大きくなるほど、またエンジン回転数が高くなるほど、大きくなるように設定され、要求負荷とエンジン回転数とに基づいて燃料の噴射量が設定される。噴射量は、要求負荷が高くなるほど、また、エンジン回転数が高くなるほど大きくなるように設定される。また、スロットル弁３６や排気ガス還流弁５１ａの開度の制御（外部ＥＧＲ制御）や、ＶＶＭ７１の制御（内部ＥＧＲ制御）によって、気筒１１ａ内への排気の還流割合（ＥＧＲ率）を制御する。
【００４０】
図３は、エンジン１の半暖機及び温間時の、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３に示すように、エンジン１は、半暖機及び温間時には、エンジン回転数とエンジン負荷（燃料の実総噴射量）とに応じて、複数の運転領域が設定され、各運転領域毎に燃焼モードが設定されている。運転領域Ａは、定常状態においてＥＧＲが実行されると共に、燃焼モードが予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとで切り替えられる運転領域である。運転領域Ａは、相対的に低回転でかつ低負荷の運転領域である。詳しくは、運転領域Ａ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であって、エンジンの負荷を低負荷側と高負荷側との２つに分けた場合の低負荷側の領域である。
【００４１】
以下、各運転領域の燃料噴射形態について、図４〜６を参照しながら説明する。尚、図４〜図６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。
【００４２】
図４は、運転領域ａ１における燃料噴射形態（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ａ１は、運転領域Ａ内の領域であって、アイドル領域を含む、相対的に低負荷の運転領域である。詳しくは、運転領域ａ１は、運転領域Ａを、エンジンの負荷の低負荷と中負荷と高負荷との３つに分けた場合の低負荷の領域である。この運転領域ａ１では、ＰＣＭ１０は、拡散燃焼モードとなり、エンジン１に拡散燃焼を生じさせる。拡散燃焼とは、燃料と空気とが拡散及び混合しながら燃焼が進行していく燃焼であって、換言すれば、燃料噴射と燃焼とが時間的に一部重なる燃焼である。この拡散燃焼は、予混合燃焼に比べて、着火遅れが短いため、燃焼の開始タイミングを制御し易い。また、拡散燃焼は、予混合燃焼に比べて、燃焼が緩慢であるため、燃焼圧が低く燃焼騒音が小さくなる。
【００４３】
運転領域ａ１における燃料噴射形態は、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（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、圧縮上死点付近において、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（アフタ噴射）を実行する。従って、この運転領域ａ１では、合計４回の燃料噴射を実行する。プレ噴射は、十分な熱発生率を有するプレ燃焼を、その熱発生率のピークが圧縮上死点前の所定の時期に発生するように、生起させる。換言すれば、主燃焼の開始前にプレ燃焼を生起させ、それにより主噴射を開始する時点での気筒１１ａ内の温度及び圧力を高めておく。このことは主噴射により噴射された燃料の着火遅れ時間を短くする。主噴射は、図例で示すように圧縮上死点前の所定のタイミング、又は、圧縮上死点で噴射を開始するが、着火遅れ時間が短いことで、その主噴射に伴う主燃焼は圧縮上死点付近において開始するようになる。このことは、熱効率の向上、ひいては燃費の向上に有利になり得る。また、上記の燃焼は、その後の主燃焼の熱発生率の上昇を緩慢にさせる。このことは燃焼騒音を低減させて、ＮＶＨ（Noise Vibration Harshness)性能を高める上で有利になり得る。つまり、プレ噴射及びそれに伴うプレ燃焼は、主燃焼の制御性を高めて主燃焼を所望のタイミングで発生させ、それにより、燃費の向上及びＮＶＨ性能の向上に有利になり得る。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、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し得る。
【００４４】
図５は、運転領域ａ２における燃料噴射形態（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ａ２は、運転領域Ａ内の領域であって、相対的に中負荷の運転領域である。詳しくは、運転領域ａ２は、運転領域Ａを、エンジンの負荷の低負荷と中負荷と高負荷との３つに分けた場合の中負荷の領域である。この運転領域ａ２では、ＰＣＭ１０は、予混合燃焼モードとなり、エンジン１に予混合燃焼を生じさせる。予混合燃焼とは、燃料と空気とを混合させた後に着火させる燃焼であって、換言すれば、燃料噴射後に燃焼が開始する燃焼である。この予混合燃焼は、燃料と空気とがある程度混合された上での燃焼であるため、気筒１１ａ内の酸素を有効に使うことができ、筒内酸素濃度が低い場合でもスモークの発生を抑制することができる。
【００４５】
運転領域ａ２における燃料噴射形態は、圧縮行程中（圧縮上死点前）において、所定の時間間隔を空けて３回の燃料噴射を実行すると共に、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。また、３回の燃料噴射は、その各回の噴射によって噴射された燃料の全てが、キャビティ内に至るタイミングで実行される。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。このような予混合燃焼モードは、燃費及び排気エミッションの点で有利になる。すなわち、予混合燃焼（図中の実線）は、破線で示す拡散燃焼に比べて燃焼期間が短いため、所望の時期にまとまったトルクを発生することができ、燃費を向上させることができる。
【００４６】
図６は、運転領域ａ３における燃料噴射形態（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ａ３は、運転領域Ａ内の領域であって、相対的に高負荷の運転領域である。詳しくは、運転領域ａ３は、運転領域Ａを、エンジンの負荷の低負荷と中負荷と高負荷との３つに分けた場合の高負荷の領域である。この運転領域ａ３では、ＰＣＭ１０は、拡散燃焼モードとなり、エンジン１に拡散燃焼を生じさせる。運転領域ａ３における燃料噴射形態は、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（プレ噴射）を１回実行すると共に、圧縮上死点付近において、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（アフタ噴射）を実行する。従って、この運転領域ａ３では、合計３回の燃料噴射を実行する。運転領域ａ３の拡散燃焼モードにおいても、プレ噴射及びそれに伴うプレ燃焼によって、主燃焼の制御性を高めて主燃焼を所望のタイミングで発生させ、それにより、燃費の向上及びＮＶＨ性能の向上させることができる。すなわち、拡散燃焼（図中の実線）は、破線で示す予混合燃焼に比べて熱発生率の上昇が緩慢になるため、熱発生率の最大値を抑制することができ、燃焼騒音を抑制することができる。運転領域ａ３では、低負荷側の運転領域ａ１に比べて、燃料噴射量が多いため、この燃焼騒音の抑制が特に有効となる。
【００４７】
運転領域Ｂでは、ＰＣＭ１０は、予混合燃焼モードとなることはなく、常に拡散燃焼モードとなり、エンジン１に拡散燃焼を生じさせる。運転領域Ｂにおける燃料噴射形態は、エンジン１の負荷及び回転数に応じて、プレ噴射の有無、回数及びタイミング、主噴射の回数及びタイミング、並びにアフタ噴射の有無、回数及びタイミングが様々に設定される。
【００４８】
また、ＰＣＭ１０は、各運転領域で所望の燃焼を実行させるために、エンジン１の運転状態に応じて排気ガス還流弁５１ａを制御することによって気筒１１ａ内の酸素濃度を調整している。図７は、エンジン負荷及び回転数に対する筒内酸素濃度の変化特性図の一例を示している。図７に示すように、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷の増大に伴って、筒内酸素濃度が一旦減少して極小となった後、増加するように、排気ガス還流弁５１ａの開度を制御する。
【００４９】
詳しくは、上記低負荷側拡散領域ａ１では、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷が増大するにつれて、排気ガス還流弁５１ａを、筒内酸素濃度が減少するように、即ち、開度が大きくなるように制御する。ＰＣＭ１０は、筒内酸素濃度が所定値となるまでは、拡散燃焼モードとなる。この所定値は、予混合燃焼が可能な筒内酸素濃度である。
【００５０】
そして、筒内酸素濃度が所定値以上となると、ＰＣＭ１０は、予混合燃焼モードとなる。換言すれば、エンジン１の運転状態が予混合領域ａ２となるときには、ＰＣＭ１０は、筒内酸素濃度が所定値以上となるように、排気ガス還流弁５１ａを制御する。尚、図中のハッチング部分が予混合領域ａ２を示している。予混合領域では、ＰＣＭ１は、エンジン１の要求負荷が増大するにつれて、排気ガス還流弁５１ａを、筒内酸素濃度が一旦減少した後上昇に転じるように、即ち、低負荷側では開度が大きくなるものの、やがて極大となり、高負荷側では開度が小さくなるように制御する。
【００５１】
予混合領域ａ２よりも高負荷側の領域である高負荷側拡散領域ａ３では、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷が増大するにつれて、排気ガス還流弁５１ａを、筒内酸素濃度が上昇するように、即ち、開度が小さくなるように制御する。つまり、エンジン１の負荷が大きくなるにつれて、気筒１１ａ内からＥＧＲガスが減少していく。
【００５２】
このように、予混合領域ａ２では、低負荷側及び高負荷側拡散領域ａ１，ａ３よりも筒内酸素濃度が低くなるように調整される。つまり、予混合燃焼を行うためには、気筒１１ａ内に燃料を噴射した後、着火するまでの間に燃料と空気とを十分に混合する必要があるため、ある程度の着火遅れが必要である。そこで、予混合領域ａ２では、排気ガス還流弁５１ａの開度を大きくして筒内酸素濃度を低くしている。このように、予混合領域ａ２では、筒内酸素濃度を抑えることによって着火遅れを確保して、予混合燃焼を実現可能な環境を作り出している。
【００５３】
一方、エンジン１の要求負荷が低い領域では、気筒１１ａ内に供給される燃料が少ないため、燃焼が不安定となる傾向にある。そのため、ＥＧＲガスを気筒１１ａ内に大量に導入することは好ましくなく、筒内酸素濃度を可及的に高めて、燃焼が安定する環境を作る必要がある。そこで、低負荷側拡散領域ａ１では、排気ガス還流弁５１ａの開度を小さくすることによって、筒内酸素濃度を高めている。そして、筒内酸素濃度が高い場合には、着火遅れを十分に確保できないため、気筒１１ａ内に燃焼を噴射すると、燃料と空気とが混合される前に燃焼が開始してしまい、予混合燃焼を行うことが難しい。そこで、この領域ａ１における燃焼形態を拡散燃焼としている。そもそも、拡散燃焼は、予混合燃焼に比べて、燃焼の開始タイミングの制御が容易であるため、このような燃焼が不安定な環境においては拡散燃焼の方が燃焼の安定化の観点からは好ましい。
【００５４】
また、エンジン１の要求負荷が高い領域では、燃料供給量（即ち、燃料噴射量）が多くなる。燃料供給量が多くなると、その供給量に応えるべく、筒内酸素濃度を高める必要がある。そこで、高負荷側拡散領域ａ３では、排気ガス還流弁５１ａの開度を小さくすることによって、筒内酸素濃度を高めている。そして、筒内酸素濃度が高くなると、着火遅れを十分に確保できなくなり、予混合燃焼を行うことが難しくなる。そのため、この領域ａ３における燃焼形態を拡散燃焼としている。また、高負荷側拡散領域ａ３では、燃料供給量が多いため、燃焼騒音が大きくなる。それに対して、高負荷側拡散領域ａ３では、燃焼形態を拡散燃焼とすることによって、燃焼騒音を小さくして、ＮＶＨ性能を向上させている。つまり、拡散燃焼は、予混合燃焼に比べて、燃焼圧が低いため、燃焼騒音が小さい点で有利である。
【００５５】
一方、エンジン１の回転数が相対的に高回転であるときには、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷の増大に伴って、筒内酸素濃度が一旦減少して極小となった後、上昇するように、排気ガス還流弁５１ａの開度を制御するものの、筒内酸素濃度が極小となっても予混合燃焼を実現可能な値までは減少しない。つまり、エンジン１の回転数が高回転の場合は、ピストン１４の動きが速いため、噴射された燃料の全てをキャビティ内に到達させることが可能な噴射期間は短くなる。そのため、予混合燃焼に適したタイミングで燃焼噴射を実行することが難しい。そこで、エンジン１の回転数が相対的に高回転の領域では、エンジン１の燃焼を拡散燃焼とし、それに合わせて、筒内酸素濃度を低下させ過ぎないようにし、その極小値を拡散燃焼を実行し得る範囲に収めている。こうして、エンジン１の高回転領域では拡散燃焼とすることによって燃焼を安定させることができる。それに加えて、拡散燃焼を実行し得る範囲内で筒内酸素濃度を低下させることによって、エミッション性能を向上させることができる。
【００５６】
つまり、ＰＣＭ１０は、上記の燃料噴射形態の切替に加えて、排気ガス還流弁５１ａを制御することによって、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとを切り替えている。詳しくは、ＰＣＭ１０は、排気ガス還流弁５１ａを上述のように制御すると共に、各センサのの出力から筒内酸素濃度を算出して、算出された筒内酸素濃度が予混合燃焼に対応する範囲（図７のハッチング領域）内であれば予混合燃焼モードとなり、算出された筒内酸素濃度が拡散燃焼に対応する範囲内であれば拡散燃焼モードとなる。筒内酸素濃度の算出は、例えば、エアフローセンサ（図示省略）、過給圧センサＳＷ２、排気流量センサ（図示省略）及び排気酸素濃度センサ（図示省略）等の出力に基づいて算出される。ただし、筒内酸素濃度の算出方法は、これに限られるものではない。
【００５７】
尚、エンジン１が半暖機（例えば、エンジン水温が４０℃）となる前、即ち、冷間時には、排気浄化装置４１を活性化させるべく、内部ＥＧＲにより筒内温度を高めたり、グロープラグ１９がＯＮ状態となっており、予混合燃焼を行うことができない。そのため、エンジン１が半暖機となる前は、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードの切替は実行されず、拡散燃焼を基本とした冷間時特有の燃焼制御が行われる。
【００５８】
このように、エンジン１においては、筒内酸素濃度が要求負荷に応じて調整される。ここで、要求負荷が増大していく場合には、筒内酸素濃度は、図７に示す、エンジン負荷及び回転数に対する筒内酸素濃度の変化特性図を低負荷側から高負荷側へ辿るように調整される。そして、この要求負荷の増大が急なときには、筒内酸素濃度も迅速に調整される必要がある。特に、筒内酸素濃度を上昇させるときは、要求負荷の増大に応じて燃料供給量を増加させるときであり、筒内酸素濃度を早急に上昇させることができないと、要求負荷に対応した燃料供給量を供給することができず、結果として、要求負荷の迅速な増大に応えることができない。
【００５９】
そこで、ＰＣＭ１は、エンジン１が筒内酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、要求負荷の増加率が大きくなるほど筒内酸素濃度が高くなるように前記排気ガス還流弁５１ａの制御量を調整する。以下に、排気ガス還流弁５１ａの制御量の調整について詳しく説明する。図８は、排気ガス還流弁５１ａの制御量を、要求負荷の増加率に応じて調整する際のフローチャートを示し、図９は、要求負荷の増加率に応じて調整される、要求負荷に対する筒内酸素濃度の変化特性の一例を示し、図１０は、要求負荷の増加率に応じた、エンジン負荷、回転数及び筒内酸素濃度の変化特性図の一例を示している。
【００６０】
ＰＣＭ１は、まず、ステップＳ１において、目標トルク（即ち、要求負荷）とエンジン回転数から筒内酸素濃度目標値Ａを算出する。
【００６１】
次に、ステップＳ２において、目標トルクの増加率から筒内酸素濃度の調整量Δを算出する。具体的には、アクセルペダルの踏み込み量の増加率から目標トルクの増加率を算出する。ＰＣＭ１は、目標トルクの増加率に対する調整量Δのマップ、テーブル又は関数を有しており、算出された目標トルクの増加率から調整量Δを求める。ここで、調整量Δは、目標トルクの増加率が大きくなるほど、大きくなるように設定されている。
【００６２】
続いて、ステップＳ３において、筒内酸素濃度目標値Ａが現在の筒内酸素濃度指令値Ｂ以上か否かを判定する。すなわち、筒内酸素濃度を減少させるか否かを判定する。筒内酸素濃度指令値Ｂは、排気ガス還流弁５１ａに指令値を出力する際に基準となる値である。実際の筒内酸素濃度がこの筒内濃度指令値Ｂとなるように、排気ガス還流弁５１ａの開度が制御される。
【００６３】
そして、筒内酸素濃度目標値Ａが筒内酸素濃度指令値Ｂよりも小さい（Ｎｏ）ときには、ステップＳ５へ進む。筒内酸素濃度目標値Ａが筒内酸素濃度指令値Ｂよりも小さいときは、筒内酸素濃度を減少させるときであって、排気ガス還流弁５１ａの開度を大きくするときである。ステップＳ５では、筒内酸素濃度目標値Ａに調整量Δを足して、その値を筒内酸素濃度指令値Ｂとする。そして、ＰＣＭ１は、排気ガス還流弁５１ａをこの筒内酸素濃度指令値Ｂに応じた開度となるように制御する。つまり、筒内酸素濃度を減少させるときには、筒内酸素濃度目標値Ａをそのまま筒内酸素濃度指令値Ｂとするのではなく、筒内酸素濃度目標値Ａに調整量Δを足して筒内酸素濃度指令値Ｂとする。その結果、筒内酸素濃度を減少させるときには、筒内酸素濃度指令値Ｂが目標値Ａよりも高めに調整（補正）される。
【００６４】
その後、ステップＳ６へ進み、筒内酸素濃度指令値Ｂが筒内酸素濃度目標値Ａ以下となるか否かを判定する。筒内酸素濃度指令値Ｂが筒内酸素濃度目標値Ａ以下（Ｙｅｓ）のときには、ステップＳ７へ進み、筒内酸素濃度指令値Ｂを筒内酸素濃度目標値Ａとする。すなわち、筒内酸素濃度目標値Ａを、調整量Δを足すことなく、筒内酸素濃度指令値Ｂとする。一方、筒内酸素濃度指令値Ｂが筒内酸素濃度目標値Ａよりも大きい（Ｎｏ）ときには、ＥＮＤへ進む。
【００６５】
一方、ステップＳ３において、筒内酸素濃度目標値Ａが現在の筒内酸素濃度指令値Ｂ以上（Ｙｅｓ）のときには、ステップＳ４へ進む。筒内酸素濃度目標値Ａが現在の筒内酸素濃度指令値Ｂ以上のときは、筒内酸素濃度を上昇させるときであって、排気ガス還流弁５１ａの開度を小さくするときである。ステップＳ４では、筒内酸素濃度目標値Ａを筒内酸素濃度指令値Ｂとする。すなわち、筒内酸素濃度目標値Ａを、調整量Δを足すことなく、そのまま筒内酸素濃度指令値Ｂとする。その結果、筒内酸素濃度を上昇させるときには、筒内酸素濃度指令値Ｂが目標値Ａの通りに設定される。
【００６６】
このように制御される結果、筒内酸素濃度は、図９に示すように変化する。つまり、図中の一点鎖線で示す、要求負荷の増加率が大きい場合（即ち、急加速時）には、筒内酸素濃度が減少する際に、筒内酸素濃度が目標値よりも高めに調整される。そのため、筒内酸素濃度の極小値は、図中の実線で示す目標値に比べて、大きくなる。尚、図９の例では、調整量Δは、要求負荷が大きくなるほど大きくなっている。すなわち、筒内酸素濃度は、極小値の近傍ほど、大きく高濃度側へ調整されている。
【００６７】
やがて、筒内酸素濃度が上昇に転じるが、筒内酸素濃度が上昇し始める時点では、そのときの筒内酸素濃度（即ち、極小値）は目標値よりも高めになっている。そのため、筒内酸素濃度を目標値の通りに調整すべく排気ガス還流弁５１ａが制御されても、実際の筒内酸素濃度は、始めのうちは目標値よりも高めの値になっており、しだいに目標値に収束していく。つまり、急加速時には、筒内酸素濃度を上昇させる際に、実際の筒内酸素濃度が要求負荷に応じた本来の値（目標値）よりも前もって高めに調整される。このように、筒内酸素濃度を早めに上昇させることによって、要求負荷の増大に応じて燃料供給量を増加させようとするときには筒内酸素濃度が既に燃料供給量に応じた値となっているため、増量させた燃料をすぐに供給することができる。その結果、迅速な加速を実現することができる。
【００６８】
かかる構成では、要求負荷の増加率が大きいほど、筒内酸素濃度の極小値が大きくなるが、要求負荷の増加率が所定値以上となると、筒内酸素濃度の極小値が、予混合燃焼に対応する濃度（図７のハッチング領域）の上限値（例えば、１５重量％）よりも高くなる。このような場合には、エンジン１の燃焼は、拡散燃焼のまま出力トルクを増大させていく。すなわち、要求負荷の増加率が当該所定値未満のときには、要求負荷の増大に伴って、エンジン１の燃焼は、拡散燃焼、予混合燃焼、拡散燃焼の順で切り替わるが、要求負荷の増加率が当該所定値以上のときには、予混合燃焼モードにならないため、要求負荷が増大しても、拡散燃焼のままである。筒内酸素濃度の極小値が、予混合燃焼に対応する濃度よりも高いということは、筒内酸素濃度が予混合燃焼を実行できる程度に低下しないということである。このような場合には、予混合燃焼を行うことなく、拡散燃焼を実行することによって、燃焼を安定させることができる。
【００６９】
例えば、図１０に示すように、実線の座標軸上の運転領域ａ１から加速する場合には、要求負荷の増加率が所定値未満である緩加速時には、要求負荷が増大するにつれて、筒内酸素濃度が低下し、運転領域ａ１から運転領域ａ２に突入する（実線の座標軸と一点鎖線の座標軸の間の領域参照）。運転領域ａ１では、拡散燃焼であるが、運転領域ａ２では、予混合燃焼となる。要求負荷が増大すると、筒内酸素濃度が上昇に転じ、筒内酸素濃度を上昇させながら、出力トルクを増大させていく（一点鎖線の座標軸と破線の座標軸の間の領域参照）。要求負荷のさらなる増大に伴って、筒内酸素濃度はさらに上昇し、エンジン１の運転状態は運転領域ａ３に突入し、燃焼は拡散燃焼となる（破線の座標軸と実線の座標軸の間の領域参照）。そこから、要求負荷がさらに増大し、筒内酸素濃度を上昇させつつ出力トルクを増大させていく（実線の座標軸と点線の座標軸の間に領域参照）。
【００７０】
一方、要求負荷の増加率が所定値以上である急加速時の一例である、全開加速時（図９の二点鎖線に対応）には、実線の座標軸上の運転領域ａ１から筒内酸素濃度を可及的に上昇させた上で、要求負荷の増大に応じて出力トルクを増大させていく。この場合、実線の座標軸よりも、破線や一点鎖線の座標軸側の領域には突入することなく、点線の座標軸側の領域へ突入していく。つまり、運転領域ａ２に突入することがないので、拡散燃焼のまま、出力トルクを増大させていく。
【００７１】
したがって、本実施形態によれば、筒内酸素濃度を要求負荷の増大に伴って、一旦低下させた後に上昇させるように排気ガス還流弁５１ａを制御するエンジン１において、要求負荷が増加するときには、その増加率が大きいほど、排気ガス還流弁５１ａの制御量を、筒内酸素濃度が高くなる方向へ調整することによって、筒内酸素濃度の急加速時の加速遅れを抑制することができる。その結果、加速性能を向上させることができる。
【００７２】
この際に、排気ガス還流弁５１ａの開度の極大値を小さくするように調整することによって、筒内酸素濃度の最低値を高めることができ、筒内酸素濃度が低下し過ぎることを防止することができる。その結果、筒内酸素濃度の上昇に早急に対応することができる。
【００７３】
尚、上記の構成では、要求負荷の増加率が大きいときには、筒内酸素濃度を低下させる際の筒内酸素濃度目標値Ａを調整量Δで補正しているが、筒内酸素濃度を低下させる際の筒内酸素濃度を目標値よりも高めに調整する方法はこれに限られるものではない。例えば、要求負荷の増加率が大きいときには、筒内酸素濃度を低下させる際の筒内酸素濃度目標値Ａはそのままで、排気ガス還流弁５１ａの弁開動作速度を遅くするようにしてもよい。詳しくは、制御周期ごとに出力信号を排気ガス還流弁５１ａに出力して、排気ガス還流弁５１ａの開度を制御する構成においては、１回の出力で調整できる開度の最大調整量を小さくすることによって、排気ガス還流弁５１ａの弁開動作速度を遅くすることができる。すなわち、最大調整量を小さくすると、排気ガス還流弁５１ａの開度を所望の開度まで開かせるのに要する時間が長くなる。一方、筒内酸素濃度を上昇させる際の排気ガス還流弁５１ａの弁閉動作速度は遅くしない。詳しくは、最大調整量を元に戻す。
【００７４】
その結果、要求負荷が増大していくときであって且つ筒内酸素濃度を減少させるときには、排気ガス還流弁５１ａの開度が、要求負荷の増大に伴って減少していく筒内酸素濃度目標値Ａに応じた値に追従できないため、実際の筒内酸素濃度は該目標値Ａに達しない。やがて、筒内酸素濃度を上昇させることになるが、実際の筒内酸素濃度は目標値Ａに達することなく上昇に転じることになるため、結果として、筒内酸素濃度の極小値が高濃度側へ（即ち、排気ガス還流弁５１ａの開度の極大値が小さくなる方向へ）調整されることになる。また、筒内酸素濃度が上昇する際の排気ガス還流弁５１ａの動作速度は元に戻っているため、排気ガス還流弁５１ａの開度は、要求負荷の増大に伴って上昇していく筒内酸素濃度目標値Ａに応じた値に可及的に追従する。かかる構成の場合、要求負荷の増加率が大きいほど、実際の筒内酸素濃度と目標値Ａとの乖離が大きくなるため、結果として、要求負荷の増加率が大きいほど、筒内酸素濃度の極小値が高濃度側へ（即ち、排気ガス還流弁５１ａの開度の極大値が小さくなる方向へ）大きく調整されることになる。尚、最大調整量を、要求負荷の増加率が大きいほど、小さくしてもよい。
【００７５】
また、このように、排気ガス還流弁５１ａの弁開動作速度を調整することによって、要求負荷の増大時には、上述のような制御を実現することができる一方、定常状態においては、排気ガス還流弁５１ａの開度を目標値に到達させることができる。すなわち、排気ガス還流弁５１ａの開度を調整するのは、要求負荷が増大するように変化しているときだけでよいため、定常状態においては、当初の目標値に達することが好ましい。しかし、上記の構成のように目標値を調整してしまうと、定常状態においても、開度は変更後の目標値までしか達しない。それに対して、排気ガス還流弁５１ａの弁開動作速度を調整する場合には、時間を要するものの、いずれは開度が目標値に達する。つまり、定常状態においては、開度を目標値に到達させることができる。
【００７６】
また、要求負荷の増加率が所定値以上のときには、予混合燃焼モードとなることなく、拡散燃焼モードのまま燃焼を実行することによって、燃焼を安定させることができる。
【００７７】
また、排気ガス還流弁５１ａの制御に対する筒内酸素濃度の応答性が悪いため、筒内酸素濃度は図９の破線で示すようにオーバーシュートする傾向がある。しかし、前述の如く、要求負荷の増加率が大きいほど、排気ガス還流弁５１ａの制御量を筒内酸素濃度が高くなる方向へ調整することによって、上述のオーバーシュートも抑制することができる。
【００７８】
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
尚、拡散燃焼モードにおけるプレ噴射、主噴射及びポスト噴射の回数は上記の回数に限定されるものではなく適宜設定すればよい。また、予混合燃焼モードにおける燃料噴射の回数は上記の回数に限定されるものではなく適宜設定すればよい。また、各燃料噴射における供給量も上記の態様に限定されるものではなく適宜設定すればよい。さらに、各燃料噴射のタイミングも上記の態様に限定されるものではなく適宜設定すればよい。
【００７９】
また、エンジン１が半暖機及び温間時に予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとの切替制御を行うようにしているが、これに限られるものではない。すなわち、排気浄化装置４１、特に、酸化触媒４１ａの活性化が完了し且つグロープラグ１９がＯＦＦ状態であれば、予混合燃焼を行うことができる。つまり、酸化触媒４１ａの活性化が完了し且つグロープラグ１９がＯＦＦ状態のときに、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとの切替制御を行うようにしてもよい。
【００８０】
尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上説明したように、本発明は、軽油を主成分とする燃料が供給されるエンジン本体を備えたディーゼルエンジンについて有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１      エンジン（エンジン本体）
１０    ＰＣＭ（ＥＧＲ弁制御部、燃焼制御部）
１１ａ  気筒
５１ａ  排気ガス還流弁（ＥＧＲ弁）
【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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