(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関であって、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り換える切換手段を具備する内燃機関において、内燃機関から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度検出手段を具備し、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時には該スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるようにスロットル開度を増加し、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時には上記スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるようにスロットル開度を減少する内燃機関。
【請求項２】
燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関であって、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り換える切換手段を具備する内燃機関において、内燃機関から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度検出手段を具備し、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時には該スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるように燃料噴射量を徐々に増加し、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時には上記スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるように燃料噴射量を徐々に減少する内燃機関。
【請求項３】
燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関であって、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り換える切換手段を具備する内燃機関において、内燃機関から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度検出手段を具備し、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時には該スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるように燃料噴射開始時期を徐々に遅角し、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時には上記スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるように燃料噴射開始時期を徐々に進角する内燃機関。
【請求項４】
燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関であって、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り換える切換手段を具備する内燃機関において、内燃機関から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度検出手段を具備し、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時には該スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるように排気ガス再循環率を減少し、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時には上記スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるように排気ガス再循環率を増加する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関であって、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り換える切換手段を具備する内燃機関が知られている。この種の内燃機関の例としては、例えば特開平１１−１０７８６１号公報に記載されたものがある。特開平１１−１０７８６１号公報に記載された内燃機関では、第１の燃焼と第２の燃焼との切換時に、第１の燃焼と第２の燃焼との間の領域の燃焼であってスモーク発生量がピークとなる燃焼が行われるのを回避すべく、燃焼パラメータ（スロットル開度、燃料噴射量、燃料噴射開始時期、目標排気ガス再循環率（以下「ＥＧＲ率」という。ここで、ＥＧＲ率＝ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量）））がステップ状に、つまり、瞬時に切り換えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特開平１１−１０７８６１号公報に記載された内燃機関では、燃焼パラメータ（スロットル開度、燃料噴射量、燃料噴射開始時期、目標ＥＧＲ率）がステップ状に切り換えられるものの、燃焼パラメータが切り換えられてから吸入空気量や実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わるのには、しばらく時間を要してしまう。その結果、その時間の間、スモーク発生量がピークとなる燃焼が行われてしまう。そのため、特開平１１−１０７８６１号公報に記載された内燃機関では、第１の燃焼と第２の燃焼との切換前あるいは切換後にスモーク発生量を十分に低減できるものの、第１の燃焼と第２の燃焼との切換過渡時にスモーク発生量を十分に低減することができない。
【０００４】
前記問題点に鑑み、本発明は、第１の燃焼と第２の燃焼との切換過渡時にスモーク発生量を十分に低減することができる内燃機関を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関であって、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り換える切換手段を具備する内燃機関において、内燃機関から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度検出手段を具備し、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時には該スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるようにスロットル開度を増加し、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時には上記スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるようにスロットル開度を減少する内燃機関が提供される。
【０００６】
請求項２に記載の内燃機関では、燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関であって、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り換える切換手段を具備する内燃機関において、内燃機関から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度検出手段を具備し、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時には該スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるように燃料噴射量を徐々に増加し、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時には上記スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるように燃料噴射量を徐々に減少する内燃機関が提供される。
【０００７】
請求項３に記載の内燃機関では、燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関であって、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り換える切換手段を具備する内燃機関において、内燃機関から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度検出手段を具備し、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時には該スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるように燃料噴射開始時期を徐々に遅角し、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時には上記スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるように燃料噴射開始時期を徐々に進角する内燃機関が提供される。
【０００８】
請求項４に記載の内燃機関では、燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量を更に増大していくと前記燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関であって、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガスの量よりも前記燃焼室内に供給される再循環排気ガスの量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り換える切換手段を具備する内燃機関において、内燃機関から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度検出手段を具備し、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時には該スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるように排気ガス再循環率を減少し、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時には上記スモーク濃度検出手段により検出されるスモーク濃度に基づいてスモーク濃度が低くなるように排気ガス再循環率を増加する内燃機関が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明を４ストローク圧縮着火式内燃機関に適用した第一の実施形態を示している。図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポート、６０は機関冷却水温を検出するための水温センサを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３およびインタークーラ１４を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６の出口部に連結される。コンプレッサ１６の入口部は空気吸込管１７を介してエアクリーナ１８に連結され、空気吸込管１７内にはステップモータ１９により駆動されるスロットル弁２０が配置される。また、スロットル弁２０上流の空気吸込管１７内には、吸入空気の質量流量を検出するための質量流量検出器２１が配置されると共に、吸気温度を検出するための吸気温度センサ６１が配置される。吸気枝管１１内には、吸気Ａ／Ｆを検出するための空燃比センサ３８が配置される。
【００１７】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド２２を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン２３の入口部に連結され、排気タービン２３の出口部は排気管２４を介して酸化機能を有する触媒２５を内蔵した触媒コンバータ２６に連結される。排気マニホルド２２内には、排気Ａ／Ｆを検出するための空燃比センサ２７及び機関本体１から排出されるスモーク濃度を検出するためのスモーク濃度センサ３７が配置される。触媒コンバータ２６の出口部に連結された排気管２８とスロットル弁２０下流の空気吸込管１７とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２９を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２９内にはステップモータ３０により駆動されるＥＧＲ制御弁３１が配置される。また、ＥＧＲ通路２９内にはＥＧＲ通路２９内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３２が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水がＥＧＲクーラ３２内に導びかれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００１８】
一方、燃料噴射弁６は燃料供給管３３を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール３４に連結される。このコモンレール３４内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ３５から燃料が供給され、コモンレール３４内に供給された燃料は各燃料供給管３３を介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール３４にはコモンレール３４内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３６が取付けられ、燃料圧センサ３６の出力信号に基づいてコモンレール３４内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ３５の吐出量が制御される。
【００１９】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。質量流量検出器２１の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力され、空燃比センサ２７、３８の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力され、燃料圧センサ３６の出力信号は対応するＡＤ変換器（図示せず）を介して入力ポート４５に入力され、水温センサ６０及び吸気温度センサ６１の出力信号もそれぞれ対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力され、スモーク濃度センサ３７の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。機関回転数は入力されたクランク角センサ５２からの出力信号に基づいて算出される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁制御用ステップモータ１９、ＥＧＲ制御弁制御用ステップモータ３０および燃料ポンプ３５に接続される。
【００２０】
図２は機関低負荷運転時にスロットル弁２０の開度およびＥＧＲ率を変化させることにより空燃比Ａ／Ｆ（図２の横軸）を変化させたときの出力トルクの変化、およびスモーク、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの排出量の変化を示す実験例を表している。図２からわかるようにこの実験例では空燃比Ａ／Ｆが小さくなるほどＥＧＲ率が大きくなり、理論空燃比（≒１４．６）以下のときにはＥＧＲ率は６５パーセント以上となっている。図２に示されるようにＥＧＲ率を増大することにより空燃比Ａ／Ｆを小さくしていくとＥＧＲ率が４０パーセント付近となり空燃比Ａ／Ｆが３０程度になったときにスモークの発生量が増大を開始する。次いで、更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくするとスモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次いで更にＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると今度はスモークが急激に低下し、ＥＧＲ率を６５パーセント以上とし、空燃比Ａ／Ｆが１５．０付近になるとスモークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなくなる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またＮＯｘの発生量がかなり低くなる。一方、このときＨＣ，ＣＯの発生量は増大し始める。
【００２１】
図３（Ａ）は空燃比Ａ／Ｆが２１付近でスモークの発生量が最も多いときの燃焼室５内の燃焼圧変化を示しており、図３（Ｂ）は空燃比Ａ／Ｆが１８付近でスモークの発生量がほぼ零のときの燃焼室５内の燃焼圧の変化を示している。図３（Ａ）と図３（Ｂ）とを比較すればわかるようにスモークの発生量がほぼ零である図３（Ｂ）に示す場合はスモークの発生量が多い図３（Ａ）に示す場合に比べて燃焼圧が低いことがわかる。尚、図示しないが図３と同様の実験結果から、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガスの量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼（低温燃焼）時の燃焼圧の極大値（ピーク）は、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガスの量よりも燃焼室５内に供給されるＥＧＲガスの量が少ない第２の燃焼（従来の燃焼方法による燃焼）時の燃焼圧の極大値（ピーク）よりも低いことが判っている。そのことから、第１の燃焼時の爆発に伴う機関回転むらは第２の燃焼時の爆発に伴う機関回転むらよりも小さいと言える。
【００２２】
図２および図３に示される実験結果から次のことが言える。即ち、まず第１に空燃比Ａ／Ｆが１５．０以下でスモークの発生量がほぼ零のときには図２に示されるようにＮＯｘの発生量がかなり低下する。ＮＯｘの発生量が低下したということは燃焼室５内の燃焼温度が低下していることを意味しており、従って煤がほとんど発生しないときには燃焼室５内の燃焼温度が低くなっていると言える。同じことが図３からも言える。即ち、煤がほとんど発生していない図３（Ｂ）に示す状態では燃焼圧が低くなっており、従ってこのとき燃焼室５内の燃焼温度は低くなっていることになる。
【００２３】
第２にスモークの発生量、即ち煤の発生量がほぼ零になると図２に示されるようにＨＣおよびＣＯの排出量が増大する。このことは炭化水素が煤まで成長せずに排出されることを意味している。即ち、燃料中に含まれる図４に示されるような直鎖状炭化水素や芳香族炭化水素は酸素不足の状態で温度上昇せしめられると熱分解して煤の前駆体が形成され、次いで主に炭素原子が集合した固体からなる煤が生成される。この場合、実際の煤の生成過程は複雑であり、煤の前駆体がどのような形態をとるかは明確ではないがいずれにしても図４に示されるような炭化水素は煤の前駆体を経て煤まで成長することになる。従って、上述したように煤の発生量がほぼ零になると図２に示される如くＨＣおよびＣＯの排出量が増大するがこのときのＨＣは煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素である。
【００２４】
図２および図３に示される実験結果に基づくこれらの考察をまとめると燃焼室５内の燃焼温度が低いときには煤の発生量がほぼ零になり、このとき煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素が燃焼室５から排出されることになる。このことについて更に詳細に実験研究を重ねた結果、燃焼室５内における燃料およびその周囲のガス温度が或る温度以下である場合には煤の成長過程が途中で停止してしまい、即ち煤が全く発生せず、燃焼室５内における燃料およびその周囲の温度が或る温度以上になると煤が生成されることが判明したのである。
【００２５】
ところで煤の前駆体の状態で炭化水素の生成過程が停止するときの燃料およびその周囲の温度、即ち上述の或る温度は燃料の種類や空燃比の圧縮比等の種々の要因によって変化するので何度であるかということは言えないがこの或る温度はＮＯｘの発生量と深い関係を有しており、従ってこの或る温度はＮＯｘの発生量から或る程度規定することができる。即ち、ＥＧＲ率が増大するほど燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度は低下し、ＮＯｘの発生量が低下する。このときＮＯｘの発生量が１０ｐ．ｐ．ｍ  前後又はそれ以下になったときに煤がほとんど発生しなくなる。従って上述の或る温度はＮＯｘの発生量が１０ｐ．ｐ．ｍ  前後又はそれ以下になったときの温度にほぼ一致する。
【００２６】
一旦、煤が生成されるとこの煤は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって浄化することはできない。これに対して煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素は酸化機能を有する触媒を用いた後処理でもって容易に浄化することができる。このように酸化機能を有する触媒による後処理を考えると炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態で燃焼室５から排出させるか、或いは煤の形で燃焼室５から排出させるかについては極めて大きな差がある。本発明において採用されている新たな燃焼システムは燃焼室５内において煤を生成させることなく炭化水素を煤の前駆体又はその前の状態の形でもって燃焼室５から排出させ、この炭化水素を酸化機能を有する触媒により酸化せしめることを核としている。
【００２７】
さて、煤が生成される前の状態で炭化水素の成長を停止させるには燃焼室５内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制する必要がある。この場合、燃料およびその周囲のガス温度を抑制するには燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が極めて大きく影響することが判明している。即ち、燃料周りに空気しか存在しないと蒸発した燃料はただちに空気中の酸素と反応して燃焼する。この場合、燃料から離れている空気の温度はさほど上昇せず、燃料周りの温度のみが局所的に極めて高くなる。即ち、このときには燃料から離れている空気は燃料の燃焼熱の吸熱作用をほとんど行わない。この場合には燃焼温度が局所的に極めて高くなるために、この燃焼熱を受けた未燃炭化水素は煤を生成することになる。
【００２８】
一方、多量の不活性ガスと少量の空気の混合ガス中に燃料が存在する場合には若干状況が異なる。この場合には蒸発燃料は周囲に拡散して不活性ガス中に混在する酸素と反応し、燃焼することになる。この場合には燃焼熱は周りの不活性ガスに吸収されるために燃焼温度はさほど上昇しなくなる。即ち、燃焼温度を低く抑えることができることになる。即ち、燃焼温度を抑制するには不活性ガスの存在が重要な役割を果しており、不活性ガスの吸熱作用によって燃焼温度を低く抑えることができることになる。この場合、燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度に抑制するにはそうするのに十分な熱量を吸収しうるだけの不活性ガス量が必要となる。従って燃料量が増大すれば必要となる不活性ガス量はそれに伴なって増大することになる。なお、この場合、不活性ガスの比熱が大きいほど吸熱作用が強力となり、従って不活性ガスは比熱の大きなガスが好ましいことになる。この点、ＣＯ２  やＥＧＲガスは比較的比熱が大きいので不活性ガスとしてＥＧＲガスを用いることは好ましいと言える。
【００２９】
図５は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用い、ＥＧＲガスの冷却度合を変えたときのＥＧＲ率とスモークとの関係を示している。即ち、図５において曲線ＡはＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９０℃に維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷却装置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線ＣはＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示している。図５の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガスを強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し低いところで煤の発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。一方、図５の曲線Ｂで示されるようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し高いところで煤の発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ６５パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。また、図５の曲線Ｃで示されるようにＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５５パーセントの付近で煤の発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすれば煤がほとんど発生しなくなる。なお、図５は機関負荷が比較的高いときのスモークの発生量を示しており、機関負荷が小さくなると煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率は若干低下し、煤がほとんど発生しなくなるＥＧＲ率の下限も若干低下する。このように煤がほとんど発生しなくなるＥＧＲ率の下限はＥＧＲガスの冷却度合や機関負荷に応じて変化する。
【００３０】
図６は不活性ガスとしてＥＧＲガスを用いた場合において燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度にするために必要なＥＧＲガスと空気の混合ガス量、およびこの混合ガス量中の空気の割合、およびこの混合ガス中のＥＧＲガスの割合を示している。なお、図６において縦軸は燃焼室５内に吸入される全吸入ガス量を示しており、鎖線Ｙは過給が行われないときに燃焼室５内に吸入しうる全吸入ガス量を示している。また、横軸は要求負荷を示している。
【００３１】
図６を参照すると空気の割合、即ち混合ガス中の空気量は噴射された燃料を完全に燃焼せしめるのに必要な空気量を示している。即ち、図６に示される場合では空気量と噴射燃料量との比は理論空燃比となっている。一方、図６においてＥＧＲガスの割合、即ち混合ガス中のＥＧＲガス量は噴射燃料が燃焼せしめられたときに燃料およびその周囲のガス温度を煤が形成される温度よりも低い温度にするのに必要最低限のＥＧＲガス量を示している。このＥＧＲガス量はＥＧＲ率で表すとほぼ５５パーセント以上であり、図６に示す実施形態では７０パーセント以上である。即ち、燃焼室５内に吸入された全吸入ガス量を図６において実線Ｘとし、この全吸入ガス量Ｘのうちの空気量とＥＧＲガス量との割合を図６に示すような割合にすると燃料およびその周囲のガス温度は煤が生成される温度よりも低い温度となり、斯くして煤が全く発生しなくなる。また、このときのＮＯｘ発生量は１０ｐ．ｐ．ｍ  前後、又はそれ以下であり、従ってＮＯｘの発生量は極めて少量となる。
【００３２】
燃料噴射量が増大すれば燃料が燃焼した際の発熱量が増大するので燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度に維持するためにはＥＧＲガスによる熱の吸収量を増大しなければならない。従って図６に示されるようにＥＧＲガス量は噴射燃料量が増大するにつれて増大せしめなければならない。即ち、ＥＧＲガス量は要求負荷が高くなるにつれて増大する必要がある。
【００３３】
ところで過給が行われていない場合には燃焼室５内に吸入される全吸入ガス量Ｘの上限はＹであり、従って図６において要求負荷がＬｏ  よりも大きい領域では要求負荷が大きくなるにつれてＥＧＲガス割合を低下させない限り空燃比を理論空燃比に維持することができない。云い換えると過給が行われていない場合に要求負荷がＬｏ  よりも大きい領域において空燃比を理論空燃比に維持しようとした場合には要求負荷が高くなるにつれてＥＧＲ率が低下し、斯くして要求負荷がＬｏ  よりも大きい領域では燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度に維持しえなくなる。
【００３４】
ところが図１に示されるようにＥＧＲ通路２９を介して過給機の入口側即ち排気ターボチャージャ１５の空気吸込管１７内にＥＧＲガスを再循環させると要求負荷がＬｏ  よりも大きい領域においてＥＧＲ率を５５パーセント以上、例えば７０パーセントに維持することができ、斯くして燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度に維持することができる。即ち、空気吸込管１７内におけるＥＧＲ率が例えば７０パーセントになるようにＥＧＲガスを再循環させれば排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１６により昇圧された吸入ガスのＥＧＲ率も７０パーセントとなり、斯くしてコンプレッサ１６により昇圧しうる限度まで燃料およびその周囲のガス温度を煤が生成される温度よりも低い温度に維持することができる。従って、低温燃焼を生じさせることのできる機関の運転領域を拡大することができることになる。要求負荷がＬｏ  よりも大きい領域でＥＧＲ率を５５パーセント以上にする際にはＥＧＲ制御弁３１が全開せしめられる、スロットル弁２０が若干閉弁せしめられる。
【００３５】
前述したように図６は燃料を理論空燃比のもとで燃焼させる場合を示しているが空気量を図６に示される空気量よりも少くしても、即ち空燃比をリッチにしても煤の発生を阻止しつつＮＯｘの発生量を１０ｐ．ｐ．ｍ  前後又はそれ以下にすることができ、また空気量を図６に示される空気量よりも多くしても、即ち空燃比の平均値を１７から１８のリーンにしても煤の発生を阻止しつつＮＯｘの発生量を１０ｐ．ｐ．ｍ  前後又はそれ以下にすることができる。即ち、空燃比がリッチにされると燃料が過剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くして煤が生成されることがない。また、このときＮＯｘも極めて少量しか発生しない。一方、平均空燃比がリーンのとき、或いは空燃比が理論空燃比のときでも燃焼温度が高くなれば少量の煤が生成されるが本発明では燃焼温度が低い温度に抑制されているので煤は全く生成されない。更に、ＮＯｘも極めて少量しか発生しない。
【００３６】
このように、低温燃焼が行われているときには空燃比にかかわらずに、即ち空燃比がリッチであろうと、理論空燃比であろうと、或いは平均空燃比がリーンであろうと煤が発生されず、ＮＯｘの発生量が極めて少量となる。従って燃料消費率の向上を考えるとこのとき平均空燃比をリーンにすることが好ましいと言える。
【００３７】
ところで燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制しうるのは燃焼による発熱量が比較的少ない機関中低負荷運転時に限られる。従って本発明による実施形態では機関中低負荷運転時には燃焼時の燃料およびその周囲のガス温度を炭化水素の成長が途中で停止する温度以下に抑制して第１の燃焼、即ち低温燃焼を行い得るようにし、機関高負荷運転時には第２の燃焼、即ち従来より普通に行われている燃焼を行うようにしている。但し、機関中低負荷運転時であっても、機関運転状態によっては第２の燃焼が行われる。なお、ここで第１の燃焼、即ち低温燃焼とはこれまでの説明から明らかなように煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が多く煤がほとんど発生しない燃焼のことを言い、第２の燃焼、即ち従来より普通に行われている燃焼とは煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内の不活性ガス量が少い燃焼のことを言う。
【００３８】
図７は第１の燃焼、即ち低温燃焼が行われ得る第１の運転領域Ｉと、第２の燃焼、即ち従来の燃焼方法による燃焼が行われる第２の運転領域ＩＩとを示している。なお、図７において縦軸Ｌはアクセルペダル５０の踏込み量、即ち要求負荷を示しており、横軸Ｎは機関回転数を示している。また、図７においてＸ（Ｎ）は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域ＩＩとの第１の境界を示しており、Ｙ（Ｎ）は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域ＩＩとの第２の境界を示している。第１の運転領域Ｉから第２の運転領域ＩＩへの運転領域の変化判断は第１の境界Ｘ（Ｎ）に基づいて行われ、第２の運転領域ＩＩから第１の運転領域Ｉへの運転領域の変化判断は第２の境界Ｙ（Ｎ）に基づいて行われる。即ち、機関の運転状態が第１の運転領域Ｉにあって低温燃焼が行われているときに要求負荷Ｌが機関回転数Ｎの関数である第１の境界Ｘ（Ｎ）を越えると運転領域が第２の運転領域ＩＩに移ったと判断され、従来の燃焼方法による燃焼が行われる。次いで要求負荷Ｌが機関回転数Ｎの関数である第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなると運転領域が第１の運転領域Ｉに移ったと判断され、再び低温燃焼が行われ得る。
【００３９】
このように第１の境界Ｘ（Ｎ）と第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも低負荷側の第２の境界Ｙ（Ｎ）との二つの境界を設けたのは次の二つの理由による。第１の理由は、第２の運転領域ＩＩの高負荷側では比較的燃焼温度が高く、このとき要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）より低くなったとしてもただちに低温燃焼を行えないからである。即ち、要求負荷Ｌがかなり低くなったとき、即ち第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなったときでなければただちに低温燃焼が開始されないからである。第２の理由は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域ＩＩ間の運転領域の変化に対してヒステリシスを設けるためである。
【００４０】
ところで機関の運転領域が第１の運転領域Ｉにあって低温燃焼が行われているときには煤はほとんど発生せず、その代り未燃炭化水素が煤の前駆体又はその前の状態の形でもって燃焼室５から排出される。このとき燃焼室５から排出された未燃炭化水素は酸化機能を有する触媒２５により良好に酸化せしめられる。触媒２５としては酸化触媒、三元触媒、又はＮＯｘ吸収剤を用いることができる。ＮＯｘ吸収剤は燃焼室５内における平均空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し、燃焼室５内における平均空燃比がリッチになるとＮＯｘを放出する機能を有する。このＮＯｘ吸収剤は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少くとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。酸化触媒はもとより、三元触媒およびＮＯｘ吸収剤も酸化機能を有しており、従って上述した如く三元触媒およびＮＯｘ吸収剤を触媒２５として用いることができる。
【００４１】
図８は空燃比センサ２７の出力を示している。図８に示されるように空燃比センサ２７の出力電流Ｉは空燃比Ａ／Ｆに応じて変化する。従って空燃比センサ２７の出力電流Ｉから空燃比を知ることができる。
【００４２】
次に図９を参照しつつ第１の運転領域Ｉおよび第２の運転領域ＩＩにおける運転制御について概略的に説明する。図９は要求負荷Ｌに対するスロットル弁２０の開度、ＥＧＲ制御弁３１の開度、ＥＧＲ率、空燃比、噴射時期および噴射量を示している。図９に示されるように要求負荷Ｌの低い第１の運転領域Ｉではスロットル弁２０の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉近くから２／３開度程度まで徐々に増大せしめられ、ＥＧＲ制御弁３１の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉近くから全開まで徐々に増大せしめられる。また、図９に示される例では第１の運転領域ＩではＥＧＲ率がほぼ７０パーセントとされており、空燃比はわずかばかりリーンなリーン空燃比とされている。言い換えると第１の運転領域ＩではＥＧＲ率がほぼ７０パーセントとなり、空燃比がわずかばかりリーンなリーン空燃比となるようにスロットル弁２０の開度およびＥＧＲ制御弁３１の開度が制御される。また、第１の運転領域Ｉでは圧縮上死点ＴＤＣ前に燃料噴射が行われる。この場合、噴射開始時期θＳは要求負荷Ｌが高くなるにつれて遅くなり、噴射完了時期θＥも噴射開始時期θＳが遅くなるにつれて遅くなる。
【００４３】
なお、アイドル運転時にはスロットル弁２０は全閉近くまで閉弁され、このときＥＧＲ制御弁３１も全閉近くまで閉弁せしめられる。スロットル弁２０を全閉近くまで閉弁すると圧縮始めの燃焼室５内の圧力が低くなるために圧縮圧力が小さくなる。圧縮圧力が小さくなるとピストン４による圧縮仕事が小さくなるために機関本体１の振動が小さくなる。即ち、圧縮圧力を小さくすることにより機関本体１の振動を小さくするために、アイドル運転時にはスロットル弁２０が全閉近くまで閉弁せしめられる。一方、機関低回転時の回転は機関高回転時の回転よりも爆発に伴う回転むらが大きいために回転数を低下させると機関本体１の振動の問題が大きくなるという背景もある。そのため、アイドル運転時の目標回転数は、圧縮圧力に伴う振動と機関回転むらに伴う振動とを考慮して設定されている。
【００４４】
一方、機関の運転領域が第１の運転領域Ｉから第２の運転領域ＩＩに変わるとスロットル弁２０の開度が２／３開度程度から全開方向へステップ状に増大せしめられる。このとき図９に示す例ではＥＧＲ率がほぼ７０パーセントから４０パーセント以下までステップ状に減少せしめられ、空燃比がステップ状に大きくされる。即ち、ＥＧＲ率が多量のスモークを発生するＥＧＲ率範囲（図５）を飛び越えるので機関の運転領域が第１の運転領域Ｉから第２の運転領域ＩＩに変わるときに多量のスモークが発生することがない。
【００４５】
第２の運転領域ＩＩでは従来から行われている燃焼が行われる。この第２の運転領域ＩＩではスロットル弁２０は一部を除いて全開状態に保持され、ＥＧＲ制御弁３１の開度は要求負荷Ｌが高くなると次第に小さくされる。また、この運転領域ＩＩではＥＧＲ率は要求負荷Ｌが高くなるほど低くなり、空燃比は要求負荷Ｌが高くなるほど小さくなる。ただし、空燃比は要求負荷Ｌが高くなってもリーン空燃比とされる。また、第２の運転領域ＩＩでは噴射開始時期θＳは圧縮上死点ＴＤＣ付近とされる。
【００４６】
図１０（Ａ）は第１の運転領域Ｉにおける目標空燃比Ａ／Ｆを示している。図１０（Ａ）において、Ａ／Ｆ＝１５．５，Ａ／Ｆ＝１６，Ａ／Ｆ＝１７，Ａ／Ｆ＝１８で示される各曲線は夫々目標空燃比が１５．５，１６，１７，１８であるときを示しており、各曲線間の空燃比は比例配分により定められる。図１０（Ａ）に示されるように第１の運転領域Ｉでは空燃比がリーンとなっており、更に第１の運転領域Ｉでは要求負荷Ｌが低くなるほど目標空燃比Ａ／Ｆがリーンとされる。即ち、要求負荷Ｌが低くなるほど燃焼による発熱量が少くなる。従って要求負荷Ｌが低くなるほどＥＧＲ率を低下させても低温燃焼を行うことができる。ＥＧＲ率を低下させると空燃比は大きくなり、従って図１０（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌが低くなるにつれて目標空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。目標空燃比Ａ／Ｆが大きくなるほど燃料消費率は向上し、従ってできる限り空燃比をリーンにするために本発明による実施例では要求負荷Ｌが低くなるにつれて目標空燃比Ａ／Ｆが大きくされる。
【００４７】
なお、図１０（Ａ）に示される目標空燃比Ａ／Ｆは図１０（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。また、空燃比を図１０（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なスロットル弁２０の目標開度ＳＴが図１１（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されており、空燃比を図１０（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが図１１（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００４８】
図１２（Ａ）は第２の燃焼、即ち従来の燃焼方法による普通の燃焼が行われるときの目標空燃比Ａ／Ｆを示している。なお、図１２（Ａ）においてＡ／Ｆ＝２４，Ａ／Ｆ＝３５，Ａ／Ｆ＝４５，Ａ／Ｆ＝６０で示される各曲線は夫々目標空燃比２４，３５，４５，６０を示している。図１２（Ａ）に示される目標空燃比Ａ／Ｆは図１２（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。また、空燃比を図１２（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なスロットル弁２０の目標開度ＳＴが図１３（Ａ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されており、空燃比を図１２（Ａ）に示す目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要なＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが図１３（Ｂ）に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。また、第２の燃焼が行われているときには燃料噴射量Ｑは要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに基づいて算出される。この燃料噴射量Ｑは図１４に示されるように要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶されている。
【００４９】
次に図１５及び図１６を参照しつつ本実施形態の運転制御について説明する。図１５及び図１６を参照すると、まず初めにステップ１００において機関の運転状態が第１の運転領域Ｉであることを示すフラグＩがセットされているか否かが判別される。フラグＩがセットされているとき、即ち機関の運転状態が第１の運転領域Ｉであるときにはステップ１０１に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも大きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ（Ｎ）のときにはステップ１０５に進む。一方、ステップ１０１においてＬ＞Ｘ（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１０２に進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ１１４に進む。
【００５０】
ステップ１００において、フラグＩがセットされていないとき、即ち機関の運転状態が第２の運転領域ＩＩにあるときにはステップ１０３に進んで要求負荷Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなったか否かが判別される。Ｌ≧Ｙ（Ｎ）のときにはステップ１１４に進む。一方、ステップ１０３においてＬ＜Ｙ（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１０４に進んでフラグＩがセットされ、次いでステップ１０５に進む。
【００５１】
ステップ１０５では、図１１（Ａ）に示すマップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２０の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ１０６ではスモーク濃度センサ３７により検出されたスモーク濃度ＳＤが読み込まれる。次いでステップ１０７では、読み込まれたスモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高いか否かが判断される。ＹＥＳのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが高いときには、ステップ１０８においてスロットル開度ＳＴが小さくなるように補正される（ＳＴ←ＳＴ−ΔＳＴ）。一方、ＮＯのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが低いときには、スロットル開度ＳＴは補正されない。
【００５２】
次いでステップ１０９では図１１（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ１１０では質量流量検出器２１により検出された吸入空気の質量流量（以下、単に吸入空気量と称す）Ｇａが取込まれ、次いでステップ１１１では図１０（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ１１２では吸入空気量Ｇａと目標空燃比Ａ／Ｆに基づいて空燃比を目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要な燃料噴射量Ｑが算出される。次いでステップ１１３では、予めＲＯＭ４２に記憶された図９に示すような負荷Ｌと燃料噴射開始時期θＳとの関係に基づき燃料噴射開始時期θＳが算出される。
【００５３】
このように低温燃焼が行われているときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化するとスロットル弁２０の開度およびＥＧＲ制御弁３１の開度がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標開度ＳＴ，ＳＥに一致せしめられる。従って例えば要求負荷Ｌが増大せしめられるとただちに燃焼室５内の空気量が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめられる。一方、スロットル弁２０の開度又はＥＧＲ制御弁３１の開度が変化して吸入空気量が変化するとこの吸入空気量Ｇａの変化が質量流量検出器２１により検出され、この検出された吸入空気量Ｇａに基づいて燃料噴射量Ｑが制御される。即ち、吸入空気量Ｇａが実際に変化した後に燃料噴射量Ｑが変化せしめられることになる。
【００５４】
一方、ステップ１１４では図１４に示されるマップから目標燃料噴射量Ｑが算出され、燃料噴射量がこの目標燃料噴射量Ｑとされる。次いでステップ１１５では、予めＲＯＭ４２に記憶された図９に示すような負荷Ｌと燃料噴射開始時期θＳとの関係に基づき燃料噴射開始時期θＳが算出される。次いでステップ１１６では図１３（Ａ）に示すマップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出される。次いでステップ１１７ではスモーク濃度センサ３７により検出されたスモーク濃度ＳＤが読み込まれる。次いでステップ１１８では、読み込まれたスモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高いか否かが判断される。ＹＥＳのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが高いときには、ステップ１１９においてスロットル開度ＳＴが大きくなるように補正される（ＳＴ←ＳＴ＋ΔＳＴ）。一方、ＮＯのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが低いときには、スロットル開度ＳＴは補正されない。
【００５５】
次いでステップ１２０では図１３（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ１２１では質量流量検出器２１により検出された吸入空気量Ｇａが取込まれる。次いでステップ１２２では燃料噴射量Ｑと吸入空気量Ｇａから実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が算出される。次いでステップ１２３では図１２（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ１２４では実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が目標空燃比Ａ／Ｆよりも大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）Ｒ  ＞Ａ／Ｆのときにはステップ１２５に進んでスロットル開度の補正値ΔＳＴ’が一定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ１２７へ進む。これに対して（Ａ／Ｆ）Ｒ  ≦Ａ／Ｆのときにはステップ１２６に進んで補正値ΔＳＴ’が一定値αだけ増大せしめられ、次いでステップ１２７に進む。ステップ１２７ではスロットル弁２０の目標開度ＳＴに補正値ΔＳＴ’を加算することにより最終的な目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２０の開度がこの最終的な目標開度ＳＴとされる。即ち、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が目標空燃比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御される。
【００５６】
このように第２の燃焼が行われているときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化すると燃料噴射量がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標燃料噴射量Ｑに一致せしめられる。例えば要求負荷Ｌが増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめられる。一方、燃料噴射量Ｑが増大せしめられて空燃比が目標空燃比Ａ／Ｆからずれると空燃比が目標空燃比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御される。即ち、燃料噴射量Ｑが変化した後に空燃比が変化せしめられることになる。
【００５７】
これまで述べた実施形態では低温燃焼が行われているときに燃料噴射量Ｑはオープンループ制御され、第２の燃焼が行われているときに空燃比がスロットル弁２０の開度を変化させることによって制御される。しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量Ｑを空燃比センサ２７の出力信号に基づいてフィードバック制御することもできるし、また第２の燃焼が行われているときに空燃比をＥＧＲ制御弁３１の開度を変化させることによって制御することもできる。
【００５８】
図１７は負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩとスロットル弁開度との関係、時間とスロットル弁開度との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。図１７（Ａ）に示すように、負荷Ｌが負荷Ｌ１から負荷Ｌ２に切り換えられる場合、つまり、機関の運転領域が領域ＩＩから領域Ｉに切り換えられる場合を考えてみる。機関の運転領域の切換前のスロットル弁開度ＳＴは、図１３（Ａ）に示したマップに基づきステップ１１６において算出されたスロットル弁開度ＳＴ１である。一方、機関の運転領域の切換後のスロットル弁開度ＳＴは、図１１（Ａ）に示したマップに基づきステップ１０５において算出されたスロットル弁開度ＳＴ２である。本実施形態では、機関の運転領域ＩＩにおける第２の燃焼から機関の運転領域Ｉにおける第１の燃焼への切換過渡時に、スモークの発生量が増大するのを阻止すべく、図１７（Ｂ）に示すようにスロットル弁開度ＳＴがスモーク濃度ＳＤに基づいてフィードバック制御される。
【００５９】
詳細には、時間Ｔ１に、負荷ＬがＬ１からＬ２に変化し機関の運転領域がＩＩからＩに変化すると、ステップ１０５においてスロットル弁開度ＳＴが算出され、スロットル弁開度ＳＴがＳＴ１からＳＴ２に切り換えられる。時間Ｔ１から時間Ｔ２までの間、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１以下となっているため、ステップ１０８は実行されず、スロットル弁開度ＳＴはＳＴ２のまま維持される。次いで時間Ｔ２に、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高くなると、ステップ１０８においてスロットル弁開度ＳＤがΔＳＴ（＝ＳＴ２−ＳＴ３）だけ減少せしめられる。スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高くなっている時間Ｔ２から時間Ｔ３の間、スロットル弁開度ＳＴはＳＴ３に維持される。次いで時間Ｔ３にスモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１以下になると、ステップ１０８が実行されなくなりスロットル弁開度ＳＴがＳＴ２に戻される。
【００６０】
本実施形態によれば、機関本体１から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度センサ３７が設けられ、第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）から第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）への切換過渡時（時間Ｔ１から時間Ｔ４）に、検出されたスモーク濃度ＳＤに基づきスモーク濃度が低くなるようにスロットル弁開度ＳＴがフィードバック制御される。そのため、スロットル弁開度ＳＤがステップ状に切り換えられてから吸入空気量や実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わるまでの時間である第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時（時間Ｔ１から時間Ｔ４）に、スモーク発生量がピークとなる燃焼にならないように、つまり、スモーク濃度ＳＤがＳＤ１よりもはるかに大きな値にならないようにスロットル弁開度ＳＤが微調整される。その結果、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時にスモーク発生量を十分に低減することができる。
【００６１】
詳細には、第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）から第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）への切換過渡時（時間Ｔ１から時間Ｔ４）に、スロットル弁開度ＳＴの減少（時間Ｔ１）に対し吸入空気量が実際に減少するのが遅れるのに伴って空燃比が目標空燃比よりもリーンになりスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、スロットル弁開度ＳＴが減少せしめられる（時間Ｔ２から時間Ｔ３）。そのため、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時に、吸入空気量の実際の減少の遅れに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避し、スモーク発生量を十分に低減することができる。
【００６２】
図１８は負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩとスロットル弁開度との関係、時間とスロットル弁開度との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。図１８（Ａ）に示すように、負荷Ｌが負荷Ｌ４から負荷Ｌ５に切り換えられる場合、つまり、機関の運転領域が領域Ｉから領域ＩＩに切り換えられる場合を考えてみる。機関の運転領域の切換前のスロットル弁開度ＳＴは、図１１（Ａ）に示したマップに基づきステップ１０５において算出されたスロットル弁開度ＳＴ４である。一方、機関の運転領域の切換後のスロットル弁開度ＳＴは、図１３（Ａ）に示したマップに基づきステップ１１６において算出されたスロットル弁開度ＳＴ５である。本実施形態では、機関の運転領域Ｉにおける第１の燃焼から機関の運転領域ＩＩにおける第２の燃焼への切換過渡時に、スモークの発生量が増大するのを阻止すべく、図１８（Ｂ）に示すようにスロットル弁開度ＳＴがスモーク濃度ＳＤに基づいてフィードバック制御される。
【００６３】
詳細には、時間Ｔ５に、負荷ＬがＬ４からＬ５に変化し機関の運転領域がＩからＩＩに変化すると、ステップ１１６においてスロットル弁開度ＳＴが算出され、スロットル弁開度ＳＴがＳＴ４からＳＴ５に切り換えられる。時間Ｔ５から時間Ｔ６までの間、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１以下となっているため、ステップ１１９は実行されず、スロットル弁開度ＳＴはＳＴ５のまま維持される。次いで時間Ｔ６に、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高くなると、ステップ１１９においてスロットル弁開度ＳＤがΔＳＴ（＝ＳＴ６−ＳＴ５）だけ増加せしめられる。スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高くなっている時間Ｔ６から時間Ｔ７の間、スロットル弁開度ＳＴはＳＴ６に維持される。次いで時間Ｔ７にスモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１以下になると、ステップ１１９が実行されなくなりスロットル弁開度ＳＴがＳＴ５に戻される。
【００６４】
本実施形態によれば、機関本体１から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度センサ３７が設けられ、第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）から第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）への切換過渡時（時間Ｔ５から時間Ｔ８）に、検出されたスモーク濃度ＳＤに基づきスモーク濃度が低くなるようにスロットル弁開度ＳＴがフィードバック制御される。そのため、スロットル弁開度ＳＤがステップ状に切り換えられてから吸入空気量や実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わるまでの時間である第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時（時間Ｔ５から時間Ｔ８）に、スモーク発生量がピークとなる燃焼にならないように、つまり、スモーク濃度ＳＤがＳＤ１よりもはるかに大きな値にならないようにスロットル弁開度ＳＤが微調整される。その結果、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時にスモーク発生量を十分に低減することができる。
【００６５】
詳細には、第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）から第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）への切換過渡時（時間Ｔ５から時間Ｔ８）に、スロットル弁開度ＳＴの増加（時間Ｔ５）に対し吸入空気量が実際に増加するのが遅れるのに伴って空燃比が目標空燃比よりもリッチになりスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、スロットル弁開度ＳＴが増加せしめられる（時間Ｔ６から時間Ｔ７）。そのため、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時に、吸入空気量の実際の減少の遅れに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避し、スモーク発生量を十分に低減することができる。
【００６６】
尚、本実施形態の変形例では、スロットル弁開度ＳＴの増減に対し吸入空気量が実際に増減するのが遅れるのに伴って空燃比が目標空燃比よりもリーン又はリッチになったのを空燃比センサ２７又は３８により検出し、空燃比センサ２７又は３８の出力値に基づいてスロットル弁開度を微調整することも可能である。
【００６７】
以下、本発明の内燃機関の第二の実施形態について説明する。本実施形態の構成は図１に示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。図１９及び図２０を参照しつつ本実施形態の運転制御について説明する。図１９及び図２０を参照すると、まず初めにステップ１００において機関の運転状態が第１の運転領域Ｉであることを示すフラグＩがセットされているか否かが判別される。フラグＩがセットされているとき、即ち機関の運転状態が第１の運転領域Ｉであるときにはステップ１０１に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも大きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ（Ｎ）のときにはステップ１０５に進む。一方、ステップ１０１においてＬ＞Ｘ（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１０２に進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ１１４に進む。
【００６８】
ステップ１００において、フラグＩがセットされていないとき、即ち機関の運転状態が第２の運転領域ＩＩにあるときにはステップ１０３に進んで要求負荷Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなったか否かが判別される。Ｌ≧Ｙ（Ｎ）のときにはステップ１１４に進む。一方、ステップ１０３においてＬ＜Ｙ（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１０４に進んでフラグＩがセットされ、次いでステップ１０５に進む。
【００６９】
ステップ１０５では、図１１（Ａ）に示すマップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２０の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ１０９では図１１（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ１１０では質量流量検出器２１により検出された吸入空気の質量流量（以下、単に吸入空気量と称す）Ｇａが取込まれ、次いでステップ１１１では図１０（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ１１２では吸入空気量Ｇａと目標空燃比Ａ／Ｆに基づいて空燃比を目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要な燃料噴射量Ｑが算出される。
【００７０】
次いでステップ１０６ではスモーク濃度センサ３７により検出されたスモーク濃度ＳＤが読み込まれる。次いでステップ１０７では、読み込まれたスモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高いか否かが判断される。ＹＥＳのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが高いときには、ステップ２０１において後で図２１を参照して説明するように燃料噴射量Ｑが修正される。一方、ＮＯのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが低いときには、燃料噴射量Ｑは修正されない。次いでステップ１１３では、予めＲＯＭ４２に記憶された図９に示すような負荷Ｌと燃料噴射開始時期θＳとの関係に基づき燃料噴射開始時期θＳが算出される。
【００７１】
このように低温燃焼が行われているときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化するとスロットル弁２０の開度およびＥＧＲ制御弁３１の開度がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標開度ＳＴ，ＳＥに一致せしめられる。従って例えば要求負荷Ｌが増大せしめられるとただちに燃焼室５内の空気量が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめられる。一方、スロットル弁２０の開度又はＥＧＲ制御弁３１の開度が変化して吸入空気量が変化するとこの吸入空気量Ｇａの変化が質量流量検出器２１により検出され、この検出された吸入空気量Ｇａに基づいて燃料噴射量Ｑが制御される。即ち、吸入空気量Ｇａが実際に変化した後に燃料噴射量Ｑが変化せしめられることになる。
【００７２】
一方、ステップ１１４では図１４に示されるマップから目標燃料噴射量Ｑが算出され、燃料噴射量がこの目標燃料噴射量Ｑとされる。次いでステップ１１７ではスモーク濃度センサ３７により検出されたスモーク濃度ＳＤが読み込まれる。次いでステップ１１８では、読み込まれたスモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高いか否かが判断される。ＹＥＳのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが高いときには、ステップ２０２において後で図２２を参照して説明するように燃料噴射量Ｑが修正される。一方、ＮＯのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが低いときには、燃料噴射量Ｑは修正されない。
【００７３】
次いでステップ１１５では、予めＲＯＭ４２に記憶された図９に示すような負荷Ｌと燃料噴射開始時期θＳとの関係に基づき燃料噴射開始時期θＳが算出される。次いでステップ１１６では図１３（Ａ）に示すマップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出される。次いでステップ１２０では図１３（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ１２１では質量流量検出器２１により検出された吸入空気量Ｇａが取込まれる。次いでステップ１２２では燃料噴射量Ｑと吸入空気量Ｇａから実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が算出される。次いでステップ１２３では図１２（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ１２４では実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が目標空燃比Ａ／Ｆよりも大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）Ｒ  ＞Ａ／Ｆのときにはステップ１２５に進んでスロットル開度の補正値ΔＳＴ’が一定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ１２７へ進む。これに対して（Ａ／Ｆ）Ｒ  ≦Ａ／Ｆのときにはステップ１２６に進んで補正値ΔＳＴ’が一定値αだけ増大せしめられ、次いでステップ１２７に進む。ステップ１２７ではスロットル弁２０の目標開度ＳＴに補正値ΔＳＴ’を加算することにより最終的な目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２０の開度がこの最終的な目標開度ＳＴとされる。即ち、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が目標空燃比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御される。
【００７４】
このように第２の燃焼が行われているときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化すると燃料噴射量がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標燃料噴射量Ｑに一致せしめられる。例えば要求負荷Ｌが増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめられる。一方、燃料噴射量Ｑが増大せしめられて空燃比が目標空燃比Ａ／Ｆからずれると空燃比が目標空燃比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御される。即ち、燃料噴射量Ｑが変化した後に空燃比が変化せしめられることになる。
【００７５】
これまで述べた実施形態では低温燃焼が行われているときに燃料噴射量Ｑはオープンループ制御され、第２の燃焼が行われているときに空燃比がスロットル弁２０の開度を変化させることによって制御される。しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量Ｑを空燃比センサ２７の出力信号に基づいてフィードバック制御することもできるし、また第２の燃焼が行われているときに空燃比をＥＧＲ制御弁３１の開度を変化させることによって制御することもできる。
【００７６】
図２１は負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩと燃料噴射量との関係、時間と燃料噴射量との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。図２１（Ａ）に示すように、負荷Ｌが負荷Ｌ１から負荷Ｌ２に切り換えられる場合、つまり、機関の運転領域が領域ＩＩから領域Ｉに切り換えられる場合を考えてみる。機関の運転領域の切換前の燃料噴射量Ｑは、図１４に示したマップに基づきステップ１１４において算出された燃料噴射量Ｑ１である。一方、機関の運転領域の切換後の燃料噴射量Ｑは、ステップ１１２において算出された燃料噴射量Ｑ２である。本実施形態では、機関の運転領域ＩＩにおける第２の燃焼から機関の運転領域Ｉにおける第１の燃焼への切換過渡時に、スモークの発生量が増大するのを阻止すべく、図２１（Ｂ）に示すように燃料噴射量Ｑがスモーク濃度ＳＤに基づいてフィードバック制御される。
【００７７】
詳細には、時間Ｔ９に、負荷ＬがＬ１からＬ２に変化し機関の運転領域がＩＩからＩに変化すると、ステップ１１２において燃料噴射量Ｑが算出され、燃料噴射量ＱがＱ１からＱ２に切り換えられる。時間Ｔ９から時間Ｔ１０までの間、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１以下となっているため、ステップ２０１は実行されず、燃料噴射量ＱはＱ２のまま維持される。次いで時間Ｔ１０に、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高くなると、ステップ２０１において燃料噴射量Ｑが元の燃料噴射量Ｑ１まで戻され、次いでＱ２になるまで徐々に減少せしめられる。次いで燃料噴射量ＱがＱ２まで減少せしめられると（時間Ｔ１１）、ステップ２０１が実行されなくなり燃料噴射量ＱがそのままＱ２に維持される。
【００７８】
本実施形態によれば、機関本体１から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度センサ３７が設けられ、第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）から第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）への切換過渡時（時間Ｔ９から時間Ｔ１２）に、検出されたスモーク濃度ＳＤに基づきスモーク濃度が低くなるように燃料噴射量Ｑがフィードバック制御される。そのため、燃料噴射量Ｑがステップ状に切り換えられてから吸入空気量や実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わるまでの時間である第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時（時間Ｔ９から時間Ｔ１２）に、スモーク発生量がピークとなる燃焼にならないように、つまり、スモーク濃度ＳＤがＳＤ１よりもはるかに大きな値にならないように燃料噴射量Ｑが微調整される。その結果、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時にスモーク発生量を十分に低減することができる。
【００７９】
詳細には、第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）から第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）への切換過渡時（時間Ｔ９から時間Ｔ１２）に、吸入空気量及び実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わる前に燃料噴射量Ｑが減少されスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、燃料噴射量Ｑが徐々に減少せしめられる（時間Ｔ１０から時間Ｔ１１）。そのため、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時に、燃料噴射量Ｑが相対的にはやく減少されてしまうことに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避し、スモーク発生量を十分に低減することができる。
【００８０】
図２２は負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩと燃料噴射量との関係、時間と燃料噴射量との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。図２２（Ａ）に示すように、負荷Ｌが負荷Ｌ３から負荷Ｌ４に切り換えられる場合、つまり、機関の運転領域が領域Ｉから領域ＩＩに切り換えられる場合を考えてみる。機関の運転領域の切換前の燃料噴射量Ｑは、ステップ１１２において算出された燃料噴射量Ｑ３である。一方、機関の運転領域の切換後の燃料噴射量Ｑは、図１４に示したマップに基づきステップ１１４において算出された燃料噴射量Ｑ４である。本実施形態では、機関の運転領域Ｉにおける第１の燃焼から機関の運転領域ＩＩにおける第２の燃焼への切換過渡時に、スモークの発生量が増大するのを阻止すべく、図２２（Ｂ）に示すように燃料噴射量Ｑがスモーク濃度ＳＤに基づいてフィードバック制御される。
【００８１】
詳細には、時間Ｔ１３に、負荷ＬがＬ３からＬ４に変化し機関の運転領域がＩからＩＩに変化すると、ステップ１１４において燃料噴射量Ｑが算出され、燃料噴射量ＱがＱ３からＱ４に切り換えられる。時間Ｔ１３から時間Ｔ１４までの間、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１以下となっているため、ステップ２０２は実行されず、燃料噴射量ＱはＱ４のまま維持される。次いで時間Ｔ１４に、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高くなると、ステップ２０２において燃料噴射量Ｑが元の燃料噴射量Ｑ３まで戻され、次いでＱ４になるまで徐々に増加せしめられる。次いで燃料噴射量ＱがＱ４まで増加せしめられると（時間Ｔ１５）、ステップ２０２が実行されなくなり燃料噴射量ＱがそのままＱ４に維持される。
【００８２】
本実施形態によれば、機関本体１から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度センサ３７が設けられ、第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）から第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）への切換過渡時（時間Ｔ１３から時間Ｔ１６）に、検出されたスモーク濃度ＳＤに基づきスモーク濃度が低くなるように燃料噴射量Ｑがフィードバック制御される。そのため、燃料噴射量Ｑがステップ状に切り換えられてから吸入空気量や実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わるまでの時間である第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時（時間Ｔ１３から時間Ｔ１６）に、スモーク発生量がピークとなる燃焼にならないように、つまり、スモーク濃度ＳＤがＳＤ１よりもはるかに大きな値にならないように燃料噴射量Ｑが微調整される。その結果、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時にスモーク発生量を十分に低減することができる。
【００８３】
詳細には、第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）から第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）への切換過渡時（時間Ｔ１３から時間Ｔ１６）に、吸入空気量及び実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わる前に燃料噴射量Ｑが増加されスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、燃料噴射量Ｑが徐々に増加せしめられる（時間Ｔ１４から時間Ｔ１５）。そのため、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時に、燃料噴射量Ｑが相対的にはやく増加されてしまうことに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避し、スモーク発生量を十分に低減することができる。
【００８４】
尚、本実施形態の変形例では、燃料噴射量Ｑの増減に対し吸入空気量が実際に増減するのが遅れるのに伴って空燃比が目標空燃比よりもリーン又はリッチになったのを空燃比センサ２７又は３８により検出し、空燃比センサ２７又は３８の出力値に基づいて燃料噴射量Ｑを微調整することも可能である。
【００８５】
以下、本発明の内燃機関の第三の実施形態について説明する。本実施形態の構成は図１に示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。図２３及び図２４を参照しつつ本実施形態の運転制御について説明する。図２３及び図２４を参照すると、まず初めにステップ１００において機関の運転状態が第１の運転領域Ｉであることを示すフラグＩがセットされているか否かが判別される。フラグＩがセットされているとき、即ち機関の運転状態が第１の運転領域Ｉであるときにはステップ１０１に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも大きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ（Ｎ）のときにはステップ１０５に進む。一方、ステップ１０１においてＬ＞Ｘ（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１０２に進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ１１４に進む。
【００８６】
ステップ１００において、フラグＩがセットされていないとき、即ち機関の運転状態が第２の運転領域ＩＩにあるときにはステップ１０３に進んで要求負荷Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなったか否かが判別される。Ｌ≧Ｙ（Ｎ）のときにはステップ１１４に進む。一方、ステップ１０３においてＬ＜Ｙ（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１０４に進んでフラグＩがセットされ、次いでステップ１０５に進む。
【００８７】
ステップ１０５では、図１１（Ａ）に示すマップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２０の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ１０９では図１１（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ１１０では質量流量検出器２１により検出された吸入空気の質量流量（以下、単に吸入空気量と称す）Ｇａが取込まれ、次いでステップ１１１では図１０（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ１１２では吸入空気量Ｇａと目標空燃比Ａ／Ｆに基づいて空燃比を目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要な燃料噴射量Ｑが算出される。
【００８８】
次いでステップ１１３では、予めＲＯＭ４２に記憶された図９に示すような負荷Ｌと燃料噴射開始時期θＳとの関係に基づき燃料噴射開始時期θＳが算出される。次いでステップ１０６ではスモーク濃度センサ３７により検出されたスモーク濃度ＳＤが読み込まれる。次いでステップ１０７では、読み込まれたスモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高いか否かが判断される。ＹＥＳのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが高いときには、ステップ３０１において後で図２５を参照して説明するように燃料噴射開始時期θＳが修正される。一方、ＮＯのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが低いときには、燃料噴射開始時期θＳは修正されない。
【００８９】
このように低温燃焼が行われているときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化するとスロットル弁２０の開度およびＥＧＲ制御弁３１の開度がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標開度ＳＴ，ＳＥに一致せしめられる。従って例えば要求負荷Ｌが増大せしめられるとただちに燃焼室５内の空気量が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめられる。一方、スロットル弁２０の開度又はＥＧＲ制御弁３１の開度が変化して吸入空気量が変化するとこの吸入空気量Ｇａの変化が質量流量検出器２１により検出され、この検出された吸入空気量Ｇａに基づいて燃料噴射量Ｑが制御される。即ち、吸入空気量Ｇａが実際に変化した後に燃料噴射量Ｑが変化せしめられることになる。
【００９０】
一方、ステップ１１４では図１４に示されるマップから目標燃料噴射量Ｑが算出され、燃料噴射量がこの目標燃料噴射量Ｑとされる。次いでステップ１１５では、予めＲＯＭ４２に記憶された図９に示すような負荷Ｌと燃料噴射開始時期θＳとの関係に基づき燃料噴射開始時期θＳが算出される。次いでステップ１１７ではスモーク濃度センサ３７により検出されたスモーク濃度ＳＤが読み込まれる。次いでステップ１１８では、読み込まれたスモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高いか否かが判断される。ＹＥＳのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが高いときには、ステップ３０２において後で図２６を参照して説明するように燃料噴射開始時期θＳが修正される。一方、ＮＯのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが低いときには、燃料噴射開始時期θＳは修正されない。
【００９１】
次いでステップ１１６では図１３（Ａ）に示すマップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出される。次いでステップ１２０では図１３（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ１２１では質量流量検出器２１により検出された吸入空気量Ｇａが取込まれる。次いでステップ１２２では燃料噴射量Ｑと吸入空気量Ｇａから実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が算出される。次いでステップ１２３では図１２（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ１２４では実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が目標空燃比Ａ／Ｆよりも大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）Ｒ  ＞Ａ／Ｆのときにはステップ１２５に進んでスロットル開度の補正値ΔＳＴ’が一定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ１２７へ進む。これに対して（Ａ／Ｆ）Ｒ  ≦Ａ／Ｆのときにはステップ１２６に進んで補正値ΔＳＴ’が一定値αだけ増大せしめられ、次いでステップ１２７に進む。ステップ１２７ではスロットル弁２０の目標開度ＳＴに補正値ΔＳＴ’を加算することにより最終的な目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２０の開度がこの最終的な目標開度ＳＴとされる。即ち、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が目標空燃比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御される。
【００９２】
このように第２の燃焼が行われているときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化すると燃料噴射量がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標燃料噴射量Ｑに一致せしめられる。例えば要求負荷Ｌが増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめられる。一方、燃料噴射量Ｑが増大せしめられて空燃比が目標空燃比Ａ／Ｆからずれると空燃比が目標空燃比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御される。即ち、燃料噴射量Ｑが変化した後に空燃比が変化せしめられることになる。
【００９３】
これまで述べた実施形態では低温燃焼が行われているときに燃料噴射量Ｑはオープンループ制御され、第２の燃焼が行われているときに空燃比がスロットル弁２０の開度を変化させることによって制御される。しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量Ｑを空燃比センサ２７の出力信号に基づいてフィードバック制御することもできるし、また第２の燃焼が行われているときに空燃比をＥＧＲ制御弁３１の開度を変化させることによって制御することもできる。
【００９４】
図２５は負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩと燃料噴射開始時期との関係、時間と燃料噴射開始時期との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。図２５（Ａ）に示すように、負荷Ｌが負荷Ｌ１から負荷Ｌ２に切り換えられる場合、つまり、機関の運転領域が領域ＩＩから領域Ｉに切り換えられる場合を考えてみる。機関の運転領域の切換前の燃料噴射開始時期θＳは、ステップ１１５において算出された燃料噴射開始時期θＳ１である。一方、機関の運転領域の切換後の燃料噴射開始時期θＳは、ステップ１１３において算出された燃料噴射開始時期θＳ２である。本実施形態では、機関の運転領域ＩＩにおける第２の燃焼から機関の運転領域Ｉにおける第１の燃焼への切換過渡時に、スモークの発生量が増大するのを阻止すべく、図２５（Ｂ）に示すように燃料噴射開始時期θＳがスモーク濃度ＳＤに基づいてフィードバック制御される。
【００９５】
詳細には、時間Ｔ１７に、負荷ＬがＬ１からＬ２に変化し機関の運転領域がＩＩからＩに変化すると、ステップ１１３において燃料噴射開始時期θＳが算出され、燃料噴射開始時期θＳがθＳ１からθＳ２に切り換えられる。時間Ｔ１７から時間Ｔ１８までの間、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１以下となっているため、ステップ３０１は実行されず、燃料噴射開始時期θＳはθＳ２のまま維持される。次いで時間Ｔ１８に、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高くなると、ステップ３０１において燃料噴射開始時期θＳが元の燃料噴射開始時期θＳ１まで戻され、次いでθＳ２になるまで徐々に進角せしめられる。次いで燃料噴射開始時期θＳがθＳ２まで進角せしめられると（時間Ｔ１９）、ステップ３０１が実行されなくなり燃料噴射開始時期θＳがそのままθＳ２に維持される。
【００９６】
本実施形態によれば、機関本体１から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度センサ３７が設けられ、第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）から第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）への切換過渡時（時間Ｔ１７から時間Ｔ２０）に、検出されたスモーク濃度ＳＤに基づきスモーク濃度が低くなるように燃料噴射開始時期θＳがフィードバック制御される。そのため、燃料噴射開始時期θＳがステップ状に切り換えられてから吸入空気量や実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わるまでの時間である第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時（時間Ｔ１７から時間Ｔ２０）に、スモーク発生量がピークとなる燃焼にならないように、つまり、スモーク濃度ＳＤがＳＤ１よりもはるかに大きな値にならないように燃料噴射開始時期θＳが微調整される。その結果、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時にスモーク発生量を十分に低減することができる。
【００９７】
詳細には、第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）から第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）への切換過渡時（時間Ｔ１７から時間Ｔ２０）に、吸入空気量及び実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わる前に燃料噴射開始時期θＳが進角されスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、燃料噴射開始時期θＳが徐々に進角せしめられる（時間Ｔ１８から時間Ｔ１９）。そのため、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時に、燃料噴射開始時期θＳが相対的にはやく進角されてしまうことに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避し、スモーク発生量を十分に低減することができる。
【００９８】
図２６は負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩと燃料噴射開始時期との関係、時間と燃料噴射開始時期との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。図２６（Ａ）に示すように、負荷Ｌが負荷Ｌ３から負荷Ｌ４に切り換えられる場合、つまり、機関の運転領域が領域Ｉから領域ＩＩに切り換えられる場合を考えてみる。機関の運転領域の切換前の燃料噴射開始時期θＳは、ステップ１１３において算出された燃料噴射開始時期θＳ３である。一方、機関の運転領域の切換後の燃料噴射開始時期θＳは、ステップ１１５において算出された燃料噴射開始時期θＳ４である。本実施形態では、機関の運転領域Ｉにおける第１の燃焼から機関の運転領域ＩＩにおける第２の燃焼への切換過渡時に、スモークの発生量が増大するのを阻止すべく、図２６（Ｂ）に示すように燃料噴射開始時期θＳがスモーク濃度ＳＤに基づいてフィードバック制御される。
【００９９】
詳細には、時間Ｔ２１に、負荷ＬがＬ３からＬ４に変化し機関の運転領域がＩからＩＩに変化すると、ステップ１１５において燃料噴射開始時期θＳが算出され、燃料噴射開始時期θＳがθＳ３からθＳ４に切り換えられる。時間Ｔ２１から時間Ｔ２２までの間、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１以下となっているため、ステップ３０２は実行されず、燃料噴射開始時期θＳはθＳ４のまま維持される。次いで時間Ｔ２２に、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高くなると、ステップ３０２において燃料噴射開始時期θＳが元の燃料噴射開始時期θＳ３まで戻され、次いでθＳ４になるまで徐々に遅角せしめられる。次いで燃料噴射開始時期θＳがθＳ４まで遅角せしめられると（時間Ｔ２３）、ステップ３０２が実行されなくなり燃料噴射開始時期θＳがそのままθＳ４に維持される。
【０１００】
本実施形態によれば、機関本体１から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度センサ３７が設けられ、第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）から第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）への切換過渡時（時間Ｔ２１から時間Ｔ２４）に、検出されたスモーク濃度ＳＤに基づきスモーク濃度が低くなるように燃料噴射開始時期θＳがフィードバック制御される。そのため、燃料噴射開始時期θＳがステップ状に切り換えられてから吸入空気量や実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わるまでの時間である第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時（時間Ｔ２１から時間Ｔ２４）に、スモーク発生量がピークとなる燃焼にならないように、つまり、スモーク濃度ＳＤがＳＤ１よりもはるかに大きな値にならないように燃料噴射開始時期θＳが微調整される。その結果、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時にスモーク発生量を十分に低減することができる。
【０１０１】
詳細には、第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）から第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）への切換過渡時（時間Ｔ２１から時間Ｔ２４）に、吸入空気量及び実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わる前に燃料噴射開始時期θＳが遅角されスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、燃料噴射開始時期θＳが徐々に遅角せしめられる（時間Ｔ２２から時間Ｔ２３）。そのため、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時に、燃料噴射開始時期θＳが相対的にはやく遅角されてしまうことに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避し、スモーク発生量を十分に低減することができる。
【０１０２】
尚、本実施形態の変形例では、燃料噴射開始時期θＳの進角・遅角に対し吸入空気量が実際に増減するのが遅れるのに伴って空燃比が目標空燃比よりもリーン又はリッチになったのを空燃比センサ２７又は３８により検出し、空燃比センサ２７又は３８の出力値に基づいて燃料噴射量Ｑを微調整することも可能である。
【０１０３】
以下、本発明の内燃機関の第四の実施形態について説明する。本実施形態の構成は図１に示した第一の実施形態の構成とほぼ同様である。図２７及び図２８を参照しつつ本実施形態の運転制御について説明する。図２７及び図２８を参照すると、まず初めにステップ１００において機関の運転状態が第１の運転領域Ｉであることを示すフラグＩがセットされているか否かが判別される。フラグＩがセットされているとき、即ち機関の運転状態が第１の運転領域Ｉであるときにはステップ１０１に進んで要求負荷Ｌが第１の境界Ｘ（Ｎ）よりも大きくなったか否かが判別される。Ｌ≦Ｘ（Ｎ）のときにはステップ１０５に進む。一方、ステップ１０１においてＬ＞Ｘ（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１０２に進んでフラグＩがリセットされ、次いでステップ１１４に進む。
【０１０４】
ステップ１００において、フラグＩがセットされていないとき、即ち機関の運転状態が第２の運転領域ＩＩにあるときにはステップ１０３に進んで要求負荷Ｌが第２の境界Ｙ（Ｎ）よりも低くなったか否かが判別される。Ｌ≧Ｙ（Ｎ）のときにはステップ１１４に進む。一方、ステップ１０３においてＬ＜Ｙ（Ｎ）になったと判別されたときにはステップ１０４に進んでフラグＩがセットされ、次いでステップ１０５に進む。
【０１０５】
ステップ１０５では、図１１（Ａ）に示すマップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２０の開度がこの目標開度ＳＴとされる。次いでステップ１０９では図１１（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ１０６ではスモーク濃度センサ３７により検出されたスモーク濃度ＳＤが読み込まれる。次いでステップ１０７では、読み込まれたスモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高いか否かが判断される。ＹＥＳのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが高いときには、ステップ４０１においてＥＧＲ制御弁開度ＳＥが小さくなるように補正される（ＳＥ←ＳＥ−ΔＳＥ）。一方、ＮＯのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが低いときには、ＥＧＲ制御弁開度ＳＥは補正されない。
【０１０６】
次いでステップ１１０では質量流量検出器２１により検出された吸入空気の質量流量（以下、単に吸入空気量と称す）Ｇａが取込まれ、次いでステップ１１１では図１０（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ１１２では吸入空気量Ｇａと目標空燃比Ａ／Ｆに基づいて空燃比を目標空燃比Ａ／Ｆとするのに必要な燃料噴射量Ｑが算出される。次いでステップ１１３では、予めＲＯＭ４２に記憶された図９に示すような負荷Ｌと燃料噴射開始時期θＳとの関係に基づき燃料噴射開始時期θＳが算出される。
【０１０７】
このように低温燃焼が行われているときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化するとスロットル弁２０の開度およびＥＧＲ制御弁３１の開度がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標開度ＳＴ，ＳＥに一致せしめられる。従って例えば要求負荷Ｌが増大せしめられるとただちに燃焼室５内の空気量が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめられる。一方、スロットル弁２０の開度又はＥＧＲ制御弁３１の開度が変化して吸入空気量が変化するとこの吸入空気量Ｇａの変化が質量流量検出器２１により検出され、この検出された吸入空気量Ｇａに基づいて燃料噴射量Ｑが制御される。即ち、吸入空気量Ｇａが実際に変化した後に燃料噴射量Ｑが変化せしめられることになる。
【０１０８】
一方、ステップ１１４では図１４に示されるマップから目標燃料噴射量Ｑが算出され、燃料噴射量がこの目標燃料噴射量Ｑとされる。次いでステップ１１５では、予めＲＯＭ４２に記憶された図９に示すような負荷Ｌと燃料噴射開始時期θＳとの関係に基づき燃料噴射開始時期θＳが算出される。次いでステップ１１６では図１３（Ａ）に示すマップからスロットル弁２０の目標開度ＳＴが算出される。次いでステップ１２０では図１３（Ｂ）に示すマップからＥＧＲ制御弁３１の目標開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁３１の開度がこの目標開度ＳＥとされる。次いでステップ１１７ではスモーク濃度センサ３７により検出されたスモーク濃度ＳＤが読み込まれる。次いでステップ１１８では、読み込まれたスモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高いか否かが判断される。ＹＥＳのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが高いときには、ステップ４０２においてＥＧＲ制御弁開度ＳＥが大きくなるように補正される（ＳＥ←ＳＥ＋ΔＳＥ）。一方、ＮＯのとき、つまり、スモーク濃度ＳＤが低いときには、ＥＧＲ制御弁開度ＳＥは補正されない。
【０１０９】
次いでステップ１２１では質量流量検出器２１により検出された吸入空気量Ｇａが取込まれる。次いでステップ１２２では燃料噴射量Ｑと吸入空気量Ｇａから実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が算出される。次いでステップ１２３では図１２（Ｂ）に示すマップから目標空燃比Ａ／Ｆが算出される。次いでステップ１２４では実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が目標空燃比Ａ／Ｆよりも大きいか否かが判別される。（Ａ／Ｆ）Ｒ  ＞Ａ／Ｆのときにはステップ１２５に進んでスロットル開度の補正値ΔＳＴ’が一定値αだけ減少せしめられ、次いでステップ１２７へ進む。これに対して（Ａ／Ｆ）Ｒ  ≦Ａ／Ｆのときにはステップ１２６に進んで補正値ΔＳＴ’が一定値αだけ増大せしめられ、次いでステップ１２７に進む。ステップ１２７ではスロットル弁２０の目標開度ＳＴに補正値ΔＳＴ’を加算することにより最終的な目標開度ＳＴが算出され、スロットル弁２０の開度がこの最終的な目標開度ＳＴとされる。即ち、実際の空燃比（Ａ／Ｆ）Ｒ  が目標空燃比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御される。
【０１１０】
このように第２の燃焼が行われているときには要求負荷Ｌ又は機関回転数Ｎが変化すると燃料噴射量がただちに要求負荷Ｌおよび機関回転数Ｎに応じた目標燃料噴射量Ｑに一致せしめられる。例えば要求負荷Ｌが増大せしめられるとただちに燃料噴射量が増大せしめられ、斯くして機関の発生トルクがただちに増大せしめられる。一方、燃料噴射量Ｑが増大せしめられて空燃比が目標空燃比Ａ／Ｆからずれると空燃比が目標空燃比Ａ／Ｆとなるようにスロットル弁２０の開度が制御される。即ち、燃料噴射量Ｑが変化した後に空燃比が変化せしめられることになる。
【０１１１】
これまで述べた実施形態では低温燃焼が行われているときに燃料噴射量Ｑはオープンループ制御され、第２の燃焼が行われているときに空燃比がスロットル弁２０の開度を変化させることによって制御される。しかしながら低温燃焼が行われているときに燃料噴射量Ｑを空燃比センサ２７の出力信号に基づいてフィードバック制御することもできるし、また第２の燃焼が行われているときに空燃比をＥＧＲ制御弁３１の開度を変化させることによって制御することもできる。
【０１１２】
図２９は負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩと目標ＥＧＲ率との関係、時間と目標ＥＧＲ率との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。図２９（Ａ）に示すように、負荷Ｌが負荷Ｌ１から負荷Ｌ２に切り換えられる場合、つまり、機関の運転領域が領域ＩＩから領域Ｉに切り換えられる場合を考えてみる。機関の運転領域の切換前の目標ＥＧＲ率Ｒは、図１３（Ｂ）に示したマップに基づきステップ１２０において算出されたＥＧＲ制御弁開度に相当する目標ＥＧＲ率Ｒ１である。一方、機関の運転領域の切換後の目標ＥＧＲ率Ｒは、図１１（Ｂ）に示したマップに基づきステップ１０９において算出されたＥＧＲ制御弁開度に相当する目標ＥＧＲ率Ｒ２である。本実施形態では、機関の運転領域ＩＩにおける第２の燃焼から機関の運転領域Ｉにおける第１の燃焼への切換過渡時に、スモークの発生量が増大するのを阻止すべく、図２９（Ｂ）に示すように目標ＥＧＲ率Ｒ（ＥＧＲ制御弁開度）がスモーク濃度ＳＤに基づいてフィードバック制御される。
【０１１３】
詳細には、時間Ｔ２５に、負荷ＬがＬ１からＬ２に変化し機関の運転領域がＩＩからＩに変化すると、ステップ１０９においてＥＧＲ制御弁開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁開度ＳＥが切り換えられ、目標ＥＧＲ率ＲがＲ１からＲ２に切り換えられる。時間Ｔ２５から時間Ｔ２６までの間、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１以下となっているため、ステップ４０１は実行されず、ＥＧＲ制御弁開度ＳＥがそのまま維持され、目標ＥＧＲ率ＲもＲ２のまま維持される。次いで時間Ｔ２６に、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高くなると、ステップ４０１においてＥＧＲ制御弁開度ＳＥがΔＲ（＝Ｒ３−Ｒ２）（図２９（Ｂ））に相当するΔＳＥだけ増加せしめられる。スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高くなっている時間Ｔ２６から時間Ｔ２７の間、目標ＥＧＲ率ＲはＲ３に維持される。次いで時間Ｔ２７にスモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１以下になると、ステップ４０１が実行されなくなり目標ＥＧＲ率ＲがＲ２に戻される。
【０１１４】
本実施形態によれば、機関本体１から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度センサ３７が設けられ、第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）から第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）への切換過渡時（時間Ｔ２５から時間Ｔ２８）に、検出されたスモーク濃度ＳＤに基づきスモーク濃度が低くなるようにＥＧＲ制御弁開度ＳＥ（目標ＥＧＲ率Ｒ）がフィードバック制御される。そのため、目標ＥＧＲ率Ｒがステップ状に切り換えられてから吸入空気量や実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わるまでの時間である第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時（時間Ｔ２５から時間Ｔ２８）に、スモーク発生量がピークとなる燃焼にならないように、つまり、スモーク濃度ＳＤがＳＤ１よりもはるかに大きな値にならないようにＥＧＲ制御弁開度ＳＥ（目標ＥＧＲ率Ｒ）が微調整される。その結果、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時にスモーク発生量を十分に低減することができる。
【０１１５】
詳細には、第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）から第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）への切換過渡時（時間Ｔ２５から時間Ｔ２８）に、目標ＥＧＲ率Ｒの増加（時間Ｔ２５）に対しＥＧＲ率が実際に増加するのが遅れるのに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、目標ＥＧＲ率Ｒが増加せしめられる（時間Ｔ２６から時間Ｔ２７）。そのため、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時に、実際のＥＧＲ率の増加の遅れに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避し、スモーク発生量を十分に低減することができる。
【０１１６】
図３０は負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩと目標ＥＧＲ率との関係、時間と目標ＥＧＲ率との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。図３０（Ａ）に示すように、負荷Ｌが負荷Ｌ３から負荷Ｌ４に切り換えられる場合、つまり、機関の運転領域が領域Ｉから領域ＩＩに切り換えられる場合を考えてみる。機関の運転領域の切換前の目標ＥＧＲ率Ｒは、図１１（Ｂ）に示したマップに基づきステップ１０９において算出されたＥＧＲ制御弁開度に相当する目標ＥＧＲ率Ｒ４である。一方、機関の運転領域の切換後の目標ＥＧＲ率Ｒは、図１３（Ｂ）に示したマップに基づきステップ１２０において算出されたＥＧＲ制御弁開度に相当する目標ＥＧＲ率Ｒ５である。本実施形態では、機関の運転領域Ｉにおける第１の燃焼から機関の運転領域ＩＩにおける第２の燃焼への切換過渡時に、スモークの発生量が増大するのを阻止すべく、図３０（Ｂ）に示すように目標ＥＧＲ率Ｒがスモーク濃度ＳＤに基づいてフィードバック制御される。
【０１１７】
詳細には、時間Ｔ２９に、負荷ＬがＬ３からＬ４に変化し機関の運転領域がＩからＩＩに変化すると、ステップ１２０においてＥＧＲ制御弁開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁開度ＳＥが切り換えられ、目標ＥＧＲ率ＲがＲ４からＲ５に切り換えられる。時間Ｔ２９から時間Ｔ３０までの間、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１以下となっているため、ステップ４０２は実行されず、ＥＧＲ制御弁開度ＳＥがそのまま維持され、目標ＥＧＲ率ＲもＲ５のまま維持される。次いで時間Ｔ３０に、スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高くなると、ステップ４０２においてＥＧＲ制御弁開度ＳＥがΔＲ（＝Ｒ５−Ｒ６）（図３０（Ｂ））に相当するΔＳＥだけ減少せしめられる。スモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１より高くなっている時間Ｔ３０から時間Ｔ３１の間、目標ＥＧＲ率ＲはＲ６に維持される。次いで時間Ｔ３１にスモーク濃度ＳＤが閾値ＳＤ１以下になると、ステップ４０２が実行されなくなり目標ＥＧＲ率ＲがＲ５に戻される。
【０１１８】
本実施形態によれば、機関本体１から排出されるスモーク濃度を検出するスモーク濃度センサ３７が設けられ、第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）から第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）への切換過渡時（時間Ｔ２９から時間Ｔ３２）に、検出されたスモーク濃度ＳＤに基づきスモーク濃度が低くなるようにＥＧＲ制御弁開度ＳＥ（目標ＥＧＲ率Ｒ）がフィードバック制御される。そのため、目標ＥＧＲ率Ｒがステップ状に切り換えられてから吸入空気量や実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わるまでの時間である第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時（時間Ｔ２９から時間Ｔ３２）に、スモーク発生量がピークとなる燃焼にならないように、つまり、スモーク濃度ＳＤがＳＤ１よりもはるかに大きな値にならないようにＥＧＲ制御弁開度ＳＥ（目標ＥＧＲ率Ｒ）が微調整される。その結果、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時にスモーク発生量を十分に低減することができる。
【０１１９】
詳細には、第１の燃焼（機関の運転領域Ｉ）から第２の燃焼（機関の運転領域ＩＩ）への切換過渡時（時間Ｔ２９から時間Ｔ３２）に、目標ＥＧＲ率Ｒの減少（時間Ｔ２９）に対しＥＧＲ率が実際に減少するのが遅れるのに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、目標ＥＧＲ率Ｒが減少せしめられる（時間Ｔ３０から時間Ｔ３１）。そのため、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時に、実際のＥＧＲ率の減少の遅れに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避し、スモーク発生量を十分に低減することができる。
【０１２０】
尚、本実施形態の変形例では、目標ＥＧＲ率Ｒの増減に対し実際のＥＧＲ率が増減するのが遅れるのに伴って空燃比が目標空燃比よりもリーン又はリッチになったのを空燃比センサ２７又は３８により検出し、空燃比センサ２７又は３８の出力値に基づいて目標ＥＧＲ率を微調整することも可能である。更に他の実施形態では、上述した実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【０１２１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時に、スロットル開度の増加に対し吸入空気量が実際に増加するのが遅れるのに伴って空燃比が目標空燃比よりもリッチになりスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、スロットル開度が増加せしめられる。また、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時に、スロットル開度の減少に対し吸入空気量が実際に減少するのが遅れるのに伴って空燃比が目標空燃比よりもリーンになりスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、スロットル開度が減少せしめられる。そのため、第１の燃焼と第２の燃焼との切換過渡時に、吸入空気量の実際の増減の遅れに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避し、スモーク発生量を十分に低減することができる。
【０１２２】
請求項２に記載の発明によれば、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時に、吸入空気量及び実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わる前に燃料噴射量が増加されスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、燃料噴射量が徐々に増加せしめられる。また、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時に、吸入空気量及び実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わる前に燃料噴射量が減少されスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、燃料噴射量が徐々に減少せしめられる。そのため、第１の燃焼と第２の燃焼との切換過渡時に、燃料噴射量が相対的にはやく増減されてしまうことに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避し、スモーク発生量を十分に低減することができる。
【０１２３】
請求項３に記載の発明によれば、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時に、吸入空気量及び実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わる前に燃料噴射開始時期が遅角されスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、燃料噴射開始時期が徐々に遅角せしめられる。また、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時に、吸入空気量及び実際のＥＧＲ率が目標値に実際に切り換わる前に燃料噴射開始時期が進角されスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、燃料噴射開始時期が徐々に進角せしめられる。そのため、第１の燃焼と第２の燃焼との切換過渡時に、燃料噴射開始時期が相対的にはやく進角・遅角されてしまうことに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避し、スモーク発生量を十分に低減することができる。
【０１２４】
請求項４に記載の発明によれば、第１の燃焼から第２の燃焼への切換過渡時に、目標ＥＧＲ率の減少に対し実際のＥＧＲ率が減少するのが遅れてしまいスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、目標ＥＧＲ率が減少せしめられる。また、第２の燃焼から第１の燃焼への切換過渡時に、目標ＥＧＲ率の増加に対し実際のＥＧＲ率が増加するのが遅れてしまいスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避すべく、目標ＥＧＲ率が増加せしめられる。そのため、第１の燃焼と第２の燃焼との切換過渡時に、実際のＥＧＲ率の増減の遅れに伴ってスモーク発生量がピークとなる燃焼になってしまうのを回避し、スモーク発生量を十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】スモークおよびＮＯｘの発生量等を示す図である。
【図３】燃焼圧を示す図である。
【図４】燃料分子を示す図である。
【図５】スモークの発生量とＥＧＲ率との関係を示す図である。
【図６】噴射燃料量と混合ガス量との関係を示す図である。
【図７】第１の運転領域Ｉおよび第２の運転領域ＩＩを示す図である。
【図８】空燃比センサの出力を示す図である。
【図９】スロットル弁の開度等を示す図である。
【図１０】第１の運転領域Ｉにおける空燃比等を示す図である。
【図１１】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図である。
【図１２】第２の燃焼における空燃比等を示す図である。
【図１３】スロットル弁等の目標開度のマップを示す図である。
【図１４】燃料噴射量のマップを示す図である。
【図１５】第一の実施形態の機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図１６】第一の実施形態の機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図１７】負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩとスロットル弁開度との関係、時間とスロットル弁開度との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。
【図１８】負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩとスロットル弁開度との関係、時間とスロットル弁開度との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。
【図１９】第二の実施形態の機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図２０】第二の実施形態の機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図２１】負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩと燃料噴射量との関係、時間と燃料噴射量との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。
【図２２】負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩと燃料噴射量との関係、時間と燃料噴射量との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。
【図２３】第三の実施形態の機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図２４】第三の実施形態の機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図２５】負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩと燃料噴射開始時期との関係、時間と燃料噴射開始時期との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。
【図２６】負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩと燃料噴射開始時期との関係、時間と燃料噴射開始時期との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。
【図２７】第四の実施形態の機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図２８】第四の実施形態の機関の運転を制御するためのフローチャートである。
【図２９】負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩと目標ＥＧＲ率との関係、時間と目標ＥＧＲ率との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。
【図３０】負荷Ｌ及び運転領域Ｉ、ＩＩと目標ＥＧＲ率との関係、時間と目標ＥＧＲ率との関係、及び時間とスモーク濃度との関係を示した図である。
【符号の説明】
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
２０…スロットル弁
２９…ＥＧＲ通路
３１…ＥＧＲ制御弁
３７…スモーク濃度センサ
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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