(57)【要約】  燃焼場の火炎温度を目標値として与えると共にこの燃焼場への投入熱量にも目標値を与え、火炎温度及び投入熱量を規定する物理量としてインジェクタから噴射された燃料が燃焼する燃焼場の容積、この燃焼場の燃焼開始前の温度、この燃焼場に存在するガスの密度、この燃焼場に存在するガスの比熱の何れかを調整することにより火炎温度の適正化によるＮＯｘ発生量の低減を図る。
2011036794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から噴射された燃料を燃焼室内において自着火により燃焼させる圧縮自着火式の内燃機関の制御装置において、
上記燃料が燃焼する燃焼場における燃焼時のＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量に制限するための燃焼場目標温度と、内燃機関の出力が要求出力に達するための燃焼室内への目標投入熱量とを与え、
上記燃料が燃焼する燃焼場の容積、この燃焼場の燃焼開始前の温度、この燃焼場に存在するガスの密度、この燃焼場に存在するガスの比熱のうちの少なくとも一つの物理量を調整することによって、上記燃焼場の温度を上記燃焼場目標温度以下にすると共に上記燃焼室内への投入熱量として上記目標投入熱量が得られるようにする物理量調整部を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、燃焼室内での燃焼期間を複数の微小期間に区画し、これら微小期間それぞれにおける上記燃焼場の燃焼温度が上記燃焼場目標温度以下となるように物理量を調整する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、燃焼室内での燃焼期間のうち熱発生率が略ピーク値に達するまでの期間のみに対して、上記燃焼場における燃焼時の温度が上記燃焼場目標温度以下となるように物理量を調整する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、上記燃料が燃焼する燃焼場の容積を拡大させるものであって、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の噴射量の増量補正及び燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の噴射圧力の増大補正のうち少なくとも一つを実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１または２記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部が、上記燃料が燃焼する燃焼場の容積を調整するように物理量を調整する場合において、この燃焼場の容積が所定値未満となることを回避するべく、燃料噴射弁の噴孔径の小径化及び燃料噴射弁に備えられたニードルの作動速度の高速度化を図る設計が行われていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１または２記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、上記燃焼場の燃焼開始前の温度を低下させるものであって、過給装置を備えたものに対して吸気系に備えられたインタークーラの冷却効率を高める制御、過給圧を低下させる制御、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えたものに対してＥＧＲクーラの冷却効率を高める制御、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の噴射圧力の増大補正のうち少なくとも一つを実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１または２記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、燃焼場に存在するガスの密度を高めるものであって、過給装置を備えたものに対して過給圧を低下させる制御、吸気系に備えられたバルブの開度を小さくして吸入空気量を減少させる制御のうち少なくとも一つを実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項１または２記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、燃焼場に存在するガスの比熱を高めるものであって、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えたものに対してＥＧＲ率を上昇させる制御を実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンに代表される圧縮自着火式の内燃機関の制御装置に係る。特に、本発明は、内燃機関に対する目標投入熱量の達成と、燃焼室内での燃焼に伴うＮＯｘの発生量の低減とを両立するための対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等のように希薄燃焼を行うエンジンでは、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼させる運転領域が全運転領域の大部分を占めているため、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）が比較的多く排出されることが懸念される。【０００３】
また、特許文献１及び特許文献２に開示されているように、上記ＮＯｘの発生量は、気筒内での燃焼温度（以下、火炎温度と呼ぶ場合もある）と相関があることが一般に知られている。従って、ＮＯｘの発生量を低減するためには、気筒内での火炎温度を適正に制御することが有効である。【０００４】
また、ＮＯｘの発生量を低減するための対策として、排気ガスの一部を吸気通路に還流させる排気還流（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置を備えさせることも知られている。つまり、気筒内に向けて排気ガスを還流させることによって、気筒内の酸素濃度や酸素密度を低下させる。これにより燃焼行程時における燃焼温度（火炎温度）を低下させることでＮＯｘの生成を抑制して、排気エミッションの改善を図るようにしている。【０００５】
一方、この種のエンジンでは、ドライバの要求に応じた出力を得るために燃料噴射量制御が行われる。つまり、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態や環境条件に応じて決定される要求出力を得るために必要な燃料噴射量が燃料噴射量設定マップなどから求められる。そして、所定の燃料噴射タイミング（例えばピストンの圧縮上死点付近）においてこの燃料噴射量がインジェクタから噴射され、上記要求出力を達成するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−９０３６８号公報
【特許文献２】特開２００５−１８０２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記要求出力が比較的高い運転状況にあっては、燃料噴射量も比較的多く設定されることになる。【０００８】
一方、燃焼室内に噴射された燃料の燃焼により発生したエネルギは、ピストンを下死点に向かって押し下げるための運動エネルギ（エンジン出力となるエネルギ）、燃焼室内を温度上昇させる熱エネルギ、シリンダブロックやシリンダヘッドを経て外部（例えば冷却水）に放熱される熱エネルギに大別される。【０００９】
そして、上記要求出力が比較的高く、燃料噴射量も比較的多く設定される状況では、上記運動エネルギが高く得られているのに伴って上記熱エネルギ（燃焼室内を温度上昇させるエネルギ）も高くなっている。つまり、燃焼室内では温度が高くなり易い状況で燃焼が行われている。【００１０】
上述した如く燃焼室内でのＮＯｘの発生量は燃焼温度（火炎温度）と相関があるため、上記要求出力が高いことに起因して燃焼室内で発生する熱量が大幅に増大し、燃焼室内での火炎温度がＮＯｘ発生温度（例えば２２００Ｋ）よりも大幅に高くなると、ＮＯｘ発生量が増大してしまうといった状況を招くことになる。つまり、これまで、エンジンに要求される高い出力の達成（内燃機関に対する目標投入熱量の達成）と、燃焼室内での燃焼に伴うＮＯｘの発生量の低減とは互いに背反する関係にあった。【００１１】
本発明は、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、内燃機関に対する目標投入熱量の達成と、燃焼室内での燃焼に伴うＮＯｘの発生量の低減とを両立することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、燃焼場の火炎温度を目標値として与えると共にこの燃焼場への投入熱量にも目標値を与え、火炎温度を左右する物理量を調整することにより火炎温度の適正化によるＮＯｘ発生量の低減と、内燃機関に対する目標投入熱量の達成とを両立できるようにしている。【００１３】
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から噴射された燃料を燃焼室内において自着火により燃焼させる圧縮自着火式の内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、上記燃料が燃焼する燃焼場における燃焼時のＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量に制限するための燃焼場目標温度と、内燃機関の出力が要求出力に達するための燃焼室内への目標投入熱量とを与え、上記燃料が燃焼する燃焼場の容積、この燃焼場の燃焼開始前の温度、この燃焼場に存在するガスの密度、この燃焼場に存在するガスの比熱のうちの少なくとも一つの物理量を調整することによって、上記燃焼場の温度を上記燃焼場目標温度以下にすると共に上記燃焼室内への投入熱量として上記目標投入熱量が得られるようにする物理量調整部を備えさせている。【００１４】
この特定事項により、上記各物理量のうちの少なくとも一つを調整することにより、上記燃焼場の温度を上記燃焼場目標温度以下にすると共に上記燃焼室内への投入熱量として上記目標投入熱量が得られることになる。このため、内燃機関に要求される出力が得られ、且つ燃焼場における燃焼時のＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量に制限することができ、排気エミッションの改善を図ることができる。【００１５】
上記物理量調整部の好ましい構成としては、燃焼室内での燃焼期間を複数の微小期間に区画し、これら微小期間それぞれにおける上記燃焼場の燃焼温度が上記燃焼場目標温度以下となるように物理量を調整する構成が挙げられる。【００１６】
これによれば、上記微小期間のそれぞれに対して、燃焼場における燃焼時のＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量に制限するための物理量を高い精度で規定できる。その結果、燃焼期間の略全域に亘って、燃焼場におけるＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量以下に制限することが可能になる。【００１７】
上記物理量調整部の更に好ましい構成としては、燃焼室内での燃焼期間のうち熱発生率が略ピーク値に達するまでの期間のみに対して、上記燃焼場における燃焼時の温度が上記燃焼場目標温度以下となるように物理量を調整する構成が挙げられる。【００１８】
燃焼期間において熱発生率がピーク値を超えると、その後は燃焼場温度は次第に下降していく傾向にあり、それに従ってＮＯｘ発生量が増大する可能性も低くなる。これを考慮し、上記燃焼場における燃焼時の温度が燃焼場目標温度以下となるように物理量を制御する期間としては、熱発生率が略ピーク値に達するまでの期間のみとしている。これにより、物理量の制御期間を必要最小限としながらも燃焼期間の全域に亘ってＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量以下に制限することが可能になる。【００１９】
より具体的な好ましい構成としては以下の各構成が挙げられる。【００２０】
先ず、上記物理量調整部は、上記燃料が燃焼する燃焼場の容積を拡大させるものであって、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の噴射量の増量補正及び燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の噴射圧力の増大補正のうち少なくとも一つを実行する構成となっているものである。【００２１】
また、上記物理量調整部が、上記燃料が燃焼する燃焼場の容積を調整するように物理量を調整する場合において、この燃焼場の容積が所定値未満となることを回避するべく、燃料噴射弁の噴孔径の小径化及び燃料噴射弁に備えられたニードルの作動速度の高速度化を図る設計が行われているものである。この場合、「燃焼場の容積が所定値未満となることを回避する」とは、燃料噴射圧力を低く設定したことに起因して燃焼場の容積が所定値未満となり、排ガス中に所定量以上のＳｏｏｔが発生してしまうのを回避することを言う。【００２２】
また、上記物理量調整部は、上記燃焼場の燃焼開始前の温度を低下させるものであって、過給装置を備えたものに対して吸気系に備えられたインタークーラの冷却効率を高める制御、過給圧を低下させる制御、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えたものに対してＥＧＲクーラの冷却効率を高める制御、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の噴射圧力の増大補正のうち少なくとも一つを実行する構成となっているものである。【００２３】
更に、上記物理量調整部は、燃焼場に存在するガスの密度を高めるものであって、過給装置を備えたものに対して過給圧を低下させる制御、吸気系に備えられたバルブの開度を小さくして吸入空気量を減少させる制御のうち少なくとも一つを実行する構成となっているものである。【００２４】
また、上記物理量調整部は、燃焼場に存在するガスの比熱を高めるものであって、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えたものに対してＥＧＲ率を上昇させる制御を実行する構成となっているものである。【００２５】
これらの構成により上記物理量調整部による物理量の制御動作を具体的に得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明では、燃焼場の火炎温度を目標値として与えると共にこの燃焼場への投入熱量にも目標値を与え、火炎温度を左右する物理量を調整することにより火炎温度の適正化を図るようにしている。このため、ＮＯｘ発生量の低減と、内燃機関に対する目標投入熱量の達成とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、実施形態に係るエンジン及びその制御系統の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。
【図３】図３は、ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、燃焼室内での燃焼形態の概略を説明するための吸排気系及び燃焼室の模式図である。
【図５】図５は、燃料噴射時における燃焼室及びその周辺部を示す断面図である。
【図６】図６は、燃料噴射時における燃焼室の平面図である。
【図７】図７は、燃焼室内での燃焼期間における熱発生率波形及びその微小期間を拡大して示す図である。
【図８】図８は、目標燃焼温度設定マップを示す図である。
【図９】図９は、第１実施形態における燃料噴射補正量マップの一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態における燃料噴射圧力補正マップの一例を示す図である。
【図１１】図１１は、第３実施形態における電磁弁開度マップの一例を示す図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態におけるノズルベーン開度マップの一例を示す図である。
【図１３】図１３は、第３実施形態における噴射圧力制御マップの一例を示す図である。
【図１４】図１４は、第４実施形態における開度制御マップの一例を示す図である。
【図１５】図１５は、第５実施形態における開度制御マップの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
【００２９】
−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１及びその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室３及びその周辺部を示す断面図である。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
【００３１】
燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、遮断弁２４、燃料添加弁２６、機関燃料通路２７、添加燃料通路２８等を備えて構成されている。
【００３２】
上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ２３からの燃料噴射制御の詳細については後述する。
【００３３】
また、上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路２８を介して燃料添加弁２６に供給する。添加燃料通路２８には、緊急時において添加燃料通路２８を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁２４が備えられている。
【００３４】
また、上記燃料添加弁２６は、後述するＥＣＵ１００による添加制御動作によって排気系７への燃料添加量が目標添加量（排気Ａ／Ｆが目標Ａ／Ｆとなるような添加量）となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁２６から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系７（排気ポート７１から排気マニホールド７２）に噴射供給される構成となっている。
【００３５】
吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、スロットルバルブ（吸気絞り弁）６２が配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。
【００３６】
また、この吸気系６には、燃焼室３内でのスワール流（水平方向の旋回流）を可変とするためのスワールコントロールバルブ６６が備えられている（図２参照）。具体的に、上記吸気ポート１５ａとしては、ノーマルポート及びスワールポートの２系統が各気筒毎に備えられており、そのうち図２に示されているノーマルポート１５ａに、開度調整可能なバタフライバルブで成るスワールコントロールバルブ６６が配置されている。このスワールコントロールバルブ６６には図示しないアクチュエータが連繋されており、このアクチュエータの駆動によって調整されるスワールコントロールバルブ６６の開度に応じてノーマルポート１５ａを通過する空気の流量が変更できるようになっている。そして、スワールコントロールバルブ６６の開度が大きいほど、ノーマルポート１５ａから気筒内に吸入される空気量が増加する。このため、スワールポート（図２では図示省略）により発生したスワールは相対的に弱まり、気筒内は低スワールとなる。逆に、スワールコントロールバルブ６６の開度が小さいほど、ノーマルポート１５ａから気筒内に吸入される空気量が減少する。このため、スワールポートにより発生したスワールは相対的に弱められることなく、気筒内は高スワールとなる。
【００３７】
排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された上記排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＲ触媒：ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７５及びＤＰＮＲ触媒（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７６を備えたマニバータ（排気浄化装置）７７が配設されている。以下、これらＮＳＲ触媒７５及びＤＰＮＲ触媒７６について説明する。
【００３８】
ＮＳＲ触媒７５は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）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）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。
【００３９】
このＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。即ち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記燃料添加弁２６からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。
【００４０】
一方、ＤＰＮＲ触媒７６は、例えば多孔質セラミック構造体にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。さらに、ＤＰＮＲ触媒７６には、捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
【００４１】
ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室３及びその周辺部の構成について、図２を用いて説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
【００４２】
ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部にガスケット１４を介して取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
【００４３】
尚、このキャビティ１３ｂの形状としては、その中央部分（シリンダ中心線Ｐ上）では凹陥寸法が小さく、外周側に向かうに従って凹陥寸法が大きくなっている。つまり、図２に示すようにピストン１３が圧縮上死点付近にある際、このキャビティ１３ｂによって形成される燃焼室３としては、中央部分では比較的容積の小さい狭小空間とされ、外周側に向かって次第に空間が拡大される（拡大空間とされる）構成となっている。
【００４４】
上記ピストン１３は、コネクティングロッド１８の小端部１８ａがピストンピン１３ｃにより連結されており、このコネクティングロッド１８の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
【００４５】
上記シリンダヘッド１５には、燃焼室３へ空気を導入する上記吸気ポート１５ａと、燃焼室３から排気ガスを排出する上記排気ポート７１とがそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６及び排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。これら吸気バルブ１６及び排気バルブ１７はシリンダ中心線Ｐを挟んで対向配置されている。つまり、本エンジン１はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。
【００４６】
更に、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２及びコンプレッサホイール５３を備えている。コンプレッサホイール５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
【００４７】
吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。
【００４８】
このインタークーラ６１よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。
【００４９】
また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。これらＥＧＲ通路８、ＥＧＲバルブ８１、ＥＧＲクーラ８２等によってＥＧＲ装置（排気還流装置）が構成されている。
【００５０】
−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００５１】
例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内のスロットルバルブ６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４は、排気系７のマニバータ７７の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ４５は、同じく排気系７のマニバータ７７の下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２はスロットルバルブ６２の開度を検出する。
【００５２】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図３に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
【００５３】
以上のＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３及びバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５及び出力インターフェース１０６と接続されている。
【００５４】
入力インターフェース１０５には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４、排気温センサ４５、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。さらに、この入力インターフェース１０５には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、及び、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。
【００５５】
一方、出力インターフェース１０６には、上記サプライポンプ２１、インジェクタ２３、燃料添加弁２６、スロットルバルブ６２、スワールコントロールバルブ６６、及び、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。また、出力インターフェース１０６には、その他に、上記インタークーラ６１に繋がる冷却水流路に備えられた電磁弁、ＥＧＲクーラ８２に繋がる冷却水流路に備えられた電磁弁、ターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構に備えられたノズルベーン（共に図示省略）も接続されている。
【００５６】
そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値、または、上記ＲＯＭ１０２に記憶された各種マップに基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。
【００５７】
例えば、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御を実行する。このインジェクタ２３の燃料噴射制御として、本実施形態では、説明を簡素化するために１回のメイン噴射のみを実行する場合について説明する。つまり、従来の一般的なディーゼルエンジンにおいて実行されるパイロット噴射、プレ噴射、アフタ噴射、ポスト噴射等の副噴射は実行しないものとして説明する。また、メイン噴射が複数回に亘って間欠的に行われる分割メイン噴射も実行しないものとして説明する。尚、本発明は、これら副噴射や分割メイン噴射を実行するディーゼルエンジンに対しても適用が可能である。
【００５８】
上記メイン噴射での燃料噴射量は、基本的には、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態や環境条件に応じて決定される要求トルクを得るために必要な燃料噴射量として設定される。例えば、エンジン回転数（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）エンジン１のトルク要求値としては高く得られ、それに応じて燃料噴射量としても多く設定されることになる。このようにして燃料噴射量が設定されることにより、それに応じて燃焼室３内への投入熱量も一義的に決定されることになる。
【００５９】
そして、本実施形態では、後述するように、燃焼室３内での燃焼温度を目標温度以下にするための燃焼温度調整制御が実行されるようになっており、実際にインジェクタ２３から噴射される燃料噴射量は、この燃焼温度調整制御の実行に伴って補正されることになる。この燃焼温度調整制御における燃料噴射量の調整動作の詳細については後述する（下記の第１実施形態で述べる）。
【００６０】
また、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じてＥＧＲバルブ８１の開度を制御し、吸気マニホールド６３に向けての排気還流量（ＥＧＲ量）を調整する。このＥＧＲ量は、上記ＲＯＭ１０２に予め記憶されたＥＧＲマップに従って設定される。具体的に、このＥＧＲマップは、エンジン回転数及びエンジン負荷をパラメータとしてＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を決定するためのマップである。尚、このＥＧＲマップは、予め実験やシミュレーション等によって作成されたものとなっている。つまり、上記クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されたエンジン回転数及びスロットル開度センサ４２によって検出されたスロットルバルブ６２の開度（エンジン負荷に相当）とをＥＧＲマップに当て嵌めることでＥＧＲ量（ＥＧＲバルブ８１の開度）が得られるようになっている。
【００６１】
また、ＥＣＵ１００は、後述する燃焼温度調整制御によってもＥＧＲバルブ８１の開度を制御し、ＥＧＲ量を調整するようになっている。この燃焼温度調整制御におけるＥＧＲ量の調整動作の詳細については後述する（下記の第５実施形態で述べる）。
【００６２】
更に、ＥＣＵ１００は、上記スワールコントロールバルブ６６の開度制御を実行する。このスワールコントロールバルブ６６の開度制御としては、燃焼室３内に噴射された燃料の噴霧の単位時間当たり（または単位クランク回転角度当たり）における気筒内の周方向の移動量を変更するように行われる。また、後述するように、燃焼温度調整制御の実行に伴っても、スワールコントロールバルブ６６の開度は変更される。この燃焼温度調整制御におけるスワールコントロールバルブ６６の開度制御の詳細については後述する（下記の第４実施形態で述べる）。
【００６３】
−燃料噴射圧−
上記メイン噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、及び、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。即ち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室３内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ２３から燃焼室３内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて設定される。尚、この目標レール圧は例えば上記ＲＯＭ１０２に記憶された燃圧設定マップに従って設定される。つまり、この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ２３の開弁期間（噴射率波形）が制御され、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になる。
【００６４】
上記メイン噴射における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン１や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。
【００６５】
例えば、上記ＥＣＵ１００は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ２１の燃料吐出量を調量する。
【００６６】
また、この燃料噴射圧も、後述するように、燃焼温度調整制御の実行に伴って適正値に変更される（例えば燃料噴射圧を高圧側に補正する）ことになる。この燃焼温度調整制御における燃料噴射圧の調整動作の詳細については後述する（下記の第１実施形態及び第３実施形態で述べる）。
【００６７】
−燃焼形態の概略説明−
次に、本実施形態に係るエンジン１における燃焼室３内での燃焼形態の概略について説明する。
【００６８】
図４は、エンジン１の一つの気筒に対して吸気マニホールド６３及び吸気ポート１５ａを経てガスが吸入され、燃焼室３内へインジェクタ２３からの燃料噴射によって燃焼が行われると共に、その燃焼後のガスが排気ポート７１を経て排気マニホールド７２へ排出される様子を模式的に示した図である。
【００６９】
この図４に示すように、気筒内に吸入されるガスには、吸気管６４からスロットルバルブ６２を介して吸入された新気と、上記ＥＧＲバルブ８１が開弁された場合にＥＧＲ通路８から吸入されるＥＧＲガスとが含まれる。吸入される新気量（質量）と吸入されるＥＧＲガス量（質量）との和に対するＥＧＲガス量の割合（即ち、ＥＧＲ率）は、運転状態に応じて上記ＥＣＵ１００により適宜制御されるＥＧＲバルブ８１の開度に応じて変化する。
【００７０】
このようにして気筒内に吸入された新気及びＥＧＲガスは、吸気行程において開弁している吸気バルブ１６を介し、ピストン１３（図４では図示省略）の下降に伴って気筒内に吸入されて筒内ガスとなる。この筒内ガスは、エンジン１の運転状態に応じて決定されるバルブ閉弁時にて吸気バルブ１６が閉弁することにより筒内に密閉され、その後の圧縮行程においてピストン１３の上昇に伴って圧縮される。そして、ピストン１３が上死点近傍に達すると、上述したＥＣＵ１００による噴射量制御によって所定時間だけインジェクタ２３が開弁されることで燃料を燃焼室３内に直接噴射する。
【００７１】
図５は、この燃料噴射時における燃焼室３及びその周辺部を示す断面図であり、図６は、この燃料噴射時における燃焼室３の平面図（ピストン１３の上面を示す図）である。図６に示すように、本実施形態に係るエンジン１のインジェクタ２３には、周方向に亘って等間隔に８個の噴孔が設けられており、これら噴孔からそれぞれ均等に燃料が噴射されるようになっている。尚、この噴孔数としては８個に限るものではない。
【００７２】
そして、この各噴孔から噴射された燃料の噴霧Ａ，Ａ，…は略円錐状に拡散していく。また、各噴孔からの燃料噴射は、ピストン１３が上死点近傍に達した時点で行われるため、図５に示すように、各燃料の噴霧Ａ，Ａ，…は上記キャビティ１３ｂ内で拡散していくことになる。
【００７３】
このように、インジェクタ２３に形成されている各噴孔から噴射された燃料の噴霧Ａ，Ａ，…は、時間の経過に伴って筒内ガスと混ざり合いながら混合気となって筒内においてそれぞれ円錐状に拡散していき、自己着火によって燃焼する。つまり、この各燃料の噴霧Ａ，Ａ，…は、それぞれ筒内ガスと共に略円錐状の燃焼場を形成し、その燃焼場（本実施形態では８箇所の燃焼場）でそれぞれ燃焼が開始されることになる。
【００７４】
そして、この燃焼により発生したエネルギは、ピストン１３を下死点に向かって押し下げるための運動エネルギ（エンジン出力となるエネルギ）、燃焼室３内を温度上昇させる熱エネルギ、シリンダブロック１１やシリンダヘッド１５を経て外部（例えば冷却水）に放熱される熱エネルギとなる。
【００７５】
そして、燃焼後の筒内ガスは、排気行程において開弁する排気バルブ１７を介し、ピストン１３の上昇に伴って排気ポート７１及び排気マニホールド７２へ排出されて排ガスとなる。
【００７６】
−燃焼場での燃焼温度−
上記のように燃焼室３内で混合気が燃焼した際における燃焼温度（火炎温度）に影響を与える因子としては様々なものがある。例えば、燃焼室３内において燃焼している燃焼場（混合気が存在し、その混合気が燃焼している空間：上記円錐状の空間）の容積Ｖc（α）、その燃焼場に存在する混合気の燃焼開始前の温度（例えば、燃料噴射開始直後であって未だ燃焼が開始していないタイミングでの混合気の温度：Ｔｈα）、その燃焼場に存在するガス（燃焼開始前の混合気）の密度ρ、燃焼場に存在するガス（燃焼開始前の混合気）の比熱σなどである。
【００７７】
そして、本実施形態では、先ず、エンジン１に要求される出力などに応じて燃焼室３内への投入熱量Ｑ（α）が設定される。この投入熱量Ｑ（α）はインジェクタ２３からの燃料噴射量に相関のある値であり、基本的には燃料噴射量が多いほど投入熱量Ｑ（α）も多くなる。そして、上記燃焼場での火炎温度の目標値ＴNを規定すると共に、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼が開始されてから終了するまでの燃焼期間を多数の微小期間（例えば数μｓｅｃの期間）に区画する。また、各微小期間それぞれにおける上記燃焼場の温度が上記燃焼場目標温度ＴN以下となるように上記因子のうちの少なくとも一つを各微小期間毎に規定する。このようにして、上記燃焼温度（火炎温度）に影響を与える因子を制御することによって火炎温度を適正化するようにしている。
【００７８】
以下、上記微小期間及び各因子について具体的に説明する。
【００７９】
（微小期間及びその期間中の代表値）
上記燃焼室３内への投入熱量を規定するための微小期間としては、例えば図７（燃焼室３内での燃焼場全体（上記８箇所の燃焼場）における、クランク角度と熱発生率との関係を表す図）に示すように、燃焼期間を時間軸方向で多数に区画し、それぞれの微小期間における燃焼場の温度を上記燃焼場目標温度ＴN以下にするために設定されている。
【００８０】
この図７は、横軸をクランク角度、縦軸を熱発生率とし、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼に係る理想的な熱発生率波形を示している。この図７におけるＴＤＣはピストン１３の圧縮上死点に対応したクランク角度位置を示している。この熱発生率波形としては、例えば、ピストン１３の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）からメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が開始され、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後１０°（ＡＴＤＣ１０°）の時点）で熱発生率が極大値（ピーク値）に達し、更に、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後２５°（ＡＴＤＣ２５°）の時点）で上記メイン噴射において噴射された燃料の燃焼が終了するようになっている。尚、熱発生率波形はこれに限定されるものではない。
【００８１】
以下の説明では、この微小期間を、例えば図７における時刻ｔａ〜ｔｂの期間（図７において斜線を付した期間）とした場合に、その期間におけるクランク角度の代表値を「α」とする。この「α」は、例えば、上記期間（ｔａ〜ｔｂの期間）の中央値であって、α＝（ｔａ＋ｔｂ）／２等の演算式によって与えられる。つまり、この微小期間では後述する「燃焼場の容積Ｖc（α）」を一定と見なすために、この微小期間内での中央値が代表されている。
【００８２】
尚、この微小期間の長さ（または燃焼期間の区画数）は任意であり、この期間長さを短く設定するほど（燃焼期間の区画数を多く設定するほど）後述する各物理量の関係式によって調整される物理量の算出精度を高めることができる。また、この微小期間は、クランクシャフトが微小クランク角度（例えば０．５°ＣＡ）回転する毎の期間として設定することも可能である。
【００８３】
（燃焼場の容積）
燃焼室３内において燃料が燃焼している燃焼場（混合気が存在し、その混合気が燃焼している空間：上記８箇所の円錐状の空間）の容積（以下、単に燃焼場容積Ｖc（α）と呼ぶ）としては、ディーゼル燃焼の拡散燃焼において着火遅れ期間が「０」であると仮定すれば、その時間内に噴射された燃料の噴霧が占める容積（上記８箇所の円錐状の空間の合計容積）とすることができる。
【００８４】
このため、この燃焼場容積Ｖc（α）は、インジェクタ２３の噴孔径、噴孔数、燃料噴射圧、燃料性状等の影響を受けて求められるペネトレーション（貫徹力）や噴霧拡がり角から求めることが可能である。
【００８５】
例えば、上記インジェクタ２３の噴孔径、噴孔数、燃料噴射圧、燃料性状をパラメータとして燃焼場容積Ｖc（α）を求めるためのマップや演算式を上記ＲＯＭ１０２に記憶させておくことで燃焼場容積Ｖc（α）を求めるようになっている。この場合、上記燃料噴射圧は、上述した如くエンジン負荷やエンジン回転数等に基づいて設定されるものである。この燃焼場容積Ｖc（α）を求めるための上記燃料噴射圧は、上記レール圧センサ４１により検出される検出値を使用したり、予めＲＯＭ１０２に記憶された上記燃圧設定マップから読み出される。
【００８６】
尚、実際には、噴霧の着火遅れが存在する可能性があるため、それを考慮すれば、よりいっそう高い精度で燃焼場容積Ｖc（α）を求めることができる。例えば上記マップや演算式から求められた燃焼場容積に対して所定の補正係数（例えば０．８）を乗算することで着火遅れを考慮した燃焼場容積Ｖc（α）を求めることができる。この補正係数としては、筒内温度（例えば後述する燃焼開始前温度）等に応じて変更するようにしてもよく、例えば、この補正係数を０．５〜１．０の範囲で筒内温度が高いほど大きな値となるように変更することが挙げられる。
【００８７】
（燃焼開始前の温度）
上記燃焼場に存在する混合気の燃焼開始前の温度（以下、単に燃焼開始前温度Ｔｈαと呼ぶ）は、燃料噴射が行われた時点で上記燃焼場に存在している混合気の温度である。
【００８８】
例えば、エンジン１の圧縮行程の開始時にあっては、一般にピストン１３が下死点付近に達した時点で吸気バルブ１６が閉弁され、その後、インジェクタ２３からの燃料噴射時までは、気筒内に対する新たなガスの流入及び流出は無い。このため、吸気バルブ１６が閉弁された時点での気筒内のガス状態によって圧縮上死点付近での燃焼室３内でのガス温度（燃焼開始前温度Ｔｈα）は決定されることになる。
【００８９】
このため、吸気バルブ１６の閉弁時点での気筒内のガス温度、エンジン１の圧縮比等をパラメータとして燃焼開始前温度Ｔｈαを求めるためのマップや演算式（一般的な断熱圧縮式）を上記ＲＯＭ１０２に記憶させておくことで燃焼開始前温度Ｔｈαを求めることができる。この場合、上記吸気バルブ１６の閉弁時点での気筒内のガス温度は、上記吸気温センサ４９により検出される検出値を使用したり、予めＲＯＭ１０２に記憶された吸気温度推定マップ（外気温やエンジン運転状態等から吸気温度を推定するマップ）から読み出される。
【００９０】
（混合気の密度）
上記燃焼場に存在する燃焼開始前の混合気の密度（以下、単に混合気密度ρと呼ぶ）は、吸気バルブ１６の閉弁時点での気筒内のガス量と、上記燃焼場容積Ｖc（α）内に存在する燃料の質量とから算出することが可能である。また、これら吸気バルブ１６の閉弁時点での気筒内のガス量と、上記燃焼場容積Ｖc（α）内に存在する燃料の質量とから混合気密度ρを求めるためのマップを上記ＲＯＭ１０２に記憶させておき、このマップから混合気密度ρを求めるようにしてもよい。
【００９１】
（燃焼ガスの比熱）
燃焼場に存在する燃焼開始前のガスの比熱（以下、単に燃焼ガス比熱σと呼ぶ）は、上記混合気密度ρを構成するガス組成及び液相状態の物質の比熱より求められる上記燃焼場容積Ｖc（α）内の混合気としての比熱である。この場合も混合気密度ρ等をパラメータとして燃焼ガス比熱σを求めるためのマップや演算式を上記ＲＯＭ１０２に記憶させておくことで燃焼ガス比熱σを求めるようになっている。
【００９２】
（燃焼場の目標温度）
上記燃焼場の目標温度ＴNは、燃料の燃焼に伴って発生するＮＯｘの発生量を予め設定した目標発生量に規定するために設定される燃焼ガスの温度である。つまり、ＮＯｘの発生量は燃焼場での燃焼温度（火炎温度）と相関があることから、例えば図８に示すような目標燃焼温度設定マップを上記ＲＯＭ１０２に記憶させておき、ＮＯｘの目標発生量（ＮＯｘの許容発生量の上限値）から燃焼場の目標温度ＴNが得られるようにしている。この目標燃焼温度設定マップに従えば、許容できるＮＯｘ発生量を目標発生量としたうえで、燃焼場の目標温度ＴNが容易に得られることになる。
【００９３】
また、ＮＯｘ目標発生量を所定の固定値として設定する場合には、この目標燃焼温度設定マップを上記ＲＯＭ１０２に記憶させておく必要はなく、その固定値とされたＮＯｘ目標発生量に対応して燃焼場の目標温度ＴNも固定値として決定されることになる。この燃焼場の目標温度ＴNとしては、例えば２５００Ｋに設定される。この燃焼場の目標温度ＴNは、この値に限定されるものではない。
【００９４】
−物理量の関係式−
次に、上述した各物理量の関係式について説明する。つまり、予め与えられた上記目標温度ＴN及び投入熱量Ｑ（α）に対する、上記燃焼場容積Ｖc（α）、燃焼開始前温度Ｔｈα、混合気密度ρ、燃焼ガス比熱σの関係式について説明する。
【００９５】
先ず、一般的な熱容量の関係から、ある瞬間（上述した微小期間）における１つの噴孔から噴射された燃料の燃焼による熱発生率の関係式を以下の式（１）のように定義する。
【００９６】
【数１】
2011036794.tif 000003
【００９７】
ここで、ρ（ｔ）は時刻ｔ（上記微小期間のうちの一つの期間での時刻）における燃焼空間の密度、ＶL（ｉ，ｔ）は時刻ｔに対応するｉ番目（多数に区画された微小期間のうちのｉ番目）の燃焼期間における燃焼空間の容積、σ（ｔ）は時刻ｔに対応するｉ番目の燃焼期間における燃焼空間の容積ＶL（ｉ，ｔ）内の定積比熱である。
【００９８】
尚、この式（１）における右辺の第２項（上記微小期間における圧力と体積変化との積）について、式（１）は上記微小期間での関係式であることから、右辺の第１項に含めるかまたは無視することができる。以下の説明では、この右辺の第２項については考慮しないものとして説明する。
【００９９】
上記時刻ｔで燃焼している燃焼空間の総容積をＶc（ｔ）とすると、以下の式（２）となる。
【０１００】
【数２】
2011036794.tif 000004
【０１０１】
ここで、Ｎは上記微小期間の区画総数である。
【０１０２】
上記式（２）等を用いて、上記式（１）を温度変化に対して変形すると、以下の式（３）となる。
【０１０３】
【数３】
2011036794.tif 000005
【０１０４】
各燃焼単位毎の噴霧塊の時間αで燃焼する燃料がある場合、その燃焼後の温度は、上記式（３）を積分することにより、以下の式（４）となる。
【０１０５】
【数４】
2011036794.tif 000006
【０１０６】
ここで、Ｔ（ｉ，α）はｉ番目の微小期間（中央値α）における燃焼後の噴霧塊の温度であり、Ｔｈαはｉ番目の燃焼期間において燃焼する噴霧を含む燃焼前の混合気ガス温度である。
【０１０７】
このとき、ｄｔは非常に小さいので、ρ（ｔ）、ＶL（ｉ，ｔ）は、時刻αとその前後の微小な時間では一定とみなすことができる。このため、以下の式（５）が求められる。
【０１０８】
【数５】
2011036794.tif 000007
【０１０９】
更に、熱発生量に対して上記式（５）の後半を積分すると、以下の式（６）となる。
【０１１０】
【数６】
2011036794.tif 000008
【０１１１】
ここで、微小期間における温度上昇分をΔＴ（ｉ，α）とすると、以下の式（７）が求められる。
【０１１２】
【数７】
2011036794.tif 000009
【０１１３】
ここで、燃焼領域（燃焼場）全体が上昇する温度は、噴霧塊の個別の温度と容積を加えることで、以下の式（８）として求められる。
【０１１４】
【数８】
2011036794.tif 000010
【０１１５】
ここで、Ｍはインジェクタ２３の噴孔数（本実施形態では「８」）である。また、
【０１１６】
【数９】
2011036794.tif 000011
【０１１７】
と定義し、対象とする時間内に投入された熱量をＱ（α）とすると、以下の式（１０）が求められる。
【０１１８】
【数１０】
2011036794.tif 000012
【０１１９】
ここで、ＮＯｘは、燃焼温度で生成量が決まるので、ＮＯｘ生成量を所望の値以下（上記ＮＯｘ目標発生量以下）に抑えるには、上記目標燃焼温度ＴNを設定し、Ｔｈα＋ΔＴ（ｉ，α，ｊ）≦ＴNとなることが条件となる。これを上記式（１０）に当て嵌めることで以下の式（１１）が求められる。
【０１２０】
【数１１】
2011036794.tif 000013
【０１２１】
この式（１１）を変形することで、上記各物理量の関係式として以下の式（１２）が得られる。
【０１２２】
【数１２】
2011036794.tif 000014
【０１２３】
つまり、この式（１２）において投入熱量Ｑ（α）及び目標燃焼温度ＴNを与え、その他の物理量のうちの少なくとも一つを適宜調整することによって上記投入熱量Ｑ（α）を確保しながらも、火炎温度を目標燃焼温度ＴNに抑え、ＮＯｘ生成量を所望の値以下（上記ＮＯｘ目標発生量以下）に抑えることが可能となる。つまり、この式（１２）を各微小期間それぞれに対して適用することによって、各微小期間（ｉ＝１、ｉ＝２、…、ｉ＝Ｎ）それぞれにおける燃焼室３内への投入熱量Ｑ（α）を確保しながらも、燃焼温度を目標燃焼温度ＴNに抑えることが可能になる。つまり、本実施形態では、フィードフォワード制御によって上記物理量を制御することによって火炎温度を適正化するものとなっている。
【０１２４】
−物理量の決定−
次に、上記式（１２）において燃焼室３内への投入熱量Ｑ（α）及び目標燃焼温度ＴNを達成するために制御される物理量（上記燃焼温度（火炎温度）に影響を与える因子）を得るための制御動作（物理量調整部による物理量の調整動作：燃焼温度調整制御）についての複数の実施形態を説明する。尚、以下の各実施形態は、上記複数の物理量のうち一つを制御することによって火炎温度の適正化を図るようにしたものである。
【０１２５】
（第１実施形態）
本実施形態は、上記式（１２）における各種物理量のうち燃焼場容積Ｖc（α）を制御することにより、燃焼室３内での燃焼温度を上記目標燃焼温度ＴN以下に調整するものである。言い換えると、燃焼室３内での燃焼温度を上記目標燃焼温度ＴNに一致させるか、または、この目標燃焼温度ＴN未満に抑えるために、燃焼場容積Ｖc（α）を制御するものである。尚、以下の説明では、他の物理量は検出または推定によって求められた固定値とされている。具体的な制御動作（燃焼温度調整制御）としては、インジェクタ２３の燃料噴射量の調整動作及び燃料噴射圧力の調整動作が挙げられる。以下、各燃焼温度調整制御について説明する。
【０１２６】
＜燃料噴射量の調整＞
先ず、インジェクタ２３の燃料噴射量の調整動作としては、上述した如くエンジン回転数やアクセル操作量等に基づいて設定された基本燃料噴射量に対して増量補正を行うことが挙げられる。これにより、燃料噴射実行時における燃焼室３内での燃料噴霧の占有体積は拡大することになる。つまり、燃焼場容積Ｖc（α）が大きくなる。
【０１２７】
このようにして燃焼場容積Ｖc（α）を大きく設定した場合において、上記式（１２）の右辺にある燃焼場容積Ｖc（α）を左辺に移項させた場合、燃焼場容積Ｖc（α）が大きいほど左辺の値は小さくなるので（それ以外のパラメータは固定値とされている）、この式（１２）の関係を容易に達成することができる。つまり、予め与えられた燃焼室３内への投入熱量Ｑ（α）及び目標燃焼温度ＴNを、この燃焼場容積Ｖc（α）の調整によって達成することができる。
【０１２８】
上記基本燃料噴射量に対する増量補正量を求めるための具体的な手法としては、上記式（１２）の不等式が成立する範囲内で燃焼場容積Ｖc（α）が最小値となるような燃料噴射量を求めるためのマップや演算式を上記ＲＯＭ１０２に記憶させておくことで、必要以上に燃焼場容積Ｖc（α）を拡大させることがないような上記増量補正量を求めるようになっている。図９は、燃料噴射補正量マップの一例を示している。このように、上記式（１２）により求められる燃焼場容積Ｖc（α）が大きいほどインジェクタ２３の燃料噴射補正量も増量されることになる。
【０１２９】
尚、上記燃焼場容積Ｖc（α）としては、上記最小値（式（１２）の不等式が成立する範囲内での燃焼場容積Ｖc（α）の最小値）よりも大きい値であれば式（１２）の不等式が成立することになるので、ここで、求められる燃焼場容積Ｖc（α）としては、上記式（１２）の不等式が成立する範囲内での最小値に限るものではない。但し、必要以上に燃料噴射量を増量させると、上記投入熱量が大幅に増大し運転者が要求する以上のエンジン出力が発生することになってドライバビリティの悪化に繋がる。このため、この燃料噴射量の補正量には所定の上限値が設定されている。
【０１３０】
このようにして燃料噴射量を調整することにより、燃焼期間の全域に亘って燃焼温度を上記燃焼場目標温度ＴN以下にしてＮＯｘの発生量を上記目標発生量以下に抑えることが可能となる。
【０１３１】
実際に上記式（１２）に基づいて行われる物理量の制御（本実施形態の場合には燃料噴射量の調整）にあっては、燃焼室３内での燃焼が開始されてから熱発生率がピーク値に達するまでの間（図７における期間Ｓの間）、燃焼室３内での燃焼が進んで行くに従って上記燃焼開始前温度Ｔｈαは次第に上昇していく。つまり、燃焼場容積Ｖc（α）が一定であると仮定した場合、燃焼室３内での燃焼が進んで行くに従って、上記式（１２）の右辺の値は次第に小さくなっていき、目標とする投入熱量Ｑ（α）が達成できなくなっていく可能性がある。このため、少なくとも熱発生率がピーク値に達するまでの間は、目標とする投入熱量Ｑ（α）が達成できるような燃焼場容積Ｖc（α）の制御（例えば燃焼室３内での燃焼が進んで行くに従って燃焼場容積Ｖc（α）を拡大させていくような制御）が必要である。本実施形態においても、この期間Ｓに対してのみ物理量の制御を実行している。尚、燃焼期間の全領域に亘って上記式（１２）に基づいた物理量の制御が行われるようにしてもよい。
【０１３２】
＜燃料噴射量の調整タイミング＞
上述のような補正後の燃料噴射量を決定するタイミングとして具体的には、上記吸気バルブ１６の閉弁時付近が挙げられる。以下、具体的に説明する。
【０１３３】
上述した如く、吸気バルブ１６が閉弁されると、その後、インジェクタ２３からの燃料噴射時までは、気筒内に対する新たなガスの流入及び流出は無い。つまり、吸気バルブ１６が閉弁された時点で上記燃焼場の状態は決定されることになる。このため、吸気バルブ１６の閉弁時点または閉弁直前の気筒内の状態によって上記式（１２）における各パラメータは決定されることになる。つまり、この時点で上記式（１２）に基づいて燃焼開始時点での上記微小期間（第１番目の微小期間：ｉ＝１）における燃焼室３内への燃料噴射量（燃焼場容積Ｖc（α）を拡大するための燃料噴射量）を規定することができる。また、この第１番目の微小期間において燃料噴射量が決定されることにより、第２番目の微小期間（ｉ＝２）における燃焼開始前温度Ｔｈαは規定される。このため、この第２番目の微小期間に対しても上記式（１２）に基づいて、この微小期間における燃料噴射量（燃焼場容積Ｖc（α）を拡大するための燃料噴射量）を規定することができる。このようにして各微小期間それぞれにおける燃料噴射量を、燃料噴射開始タイミングよりも前に求めることができるので、この燃料噴射開始タイミングでは、全ての微小期間における燃焼温度が上記燃焼場目標温度ＴN以下となるような燃料噴射形態（燃料噴射率波形）を設定することが可能となる。
【０１３４】
以上の如く、本実施形態では、全ての微小期間における燃焼温度が上記燃焼場目標温度ＴN以下となるような燃料噴射形態（燃料噴射率波形）が設定でき、燃焼室３内でのＮＯｘの発生量を上記目標発生量以下とすることが可能である。
【０１３５】
尚、上記説明では、燃料噴射量決定タイミングは吸気バルブ１６の閉弁時付近であるとした。つまり、直後に行われる燃焼行程での燃料噴射量を求め、それに従って燃料噴射率波形を設定するものとして説明した。本発明はこれに限らず、上記式（１２）で求められた燃焼場容積Ｖc（α）を得るための燃料噴射量を、次サイクルで燃焼行程を迎える気筒に対する燃料噴射量の設定に利用してもよいし、自気筒（燃料噴射量の演算直後に燃焼行程を迎える気筒）の次のサイクル、つまり、クランク角度で略７２０°ＣＡ後に燃焼行程を迎える気筒に対する燃料噴射量の設定に利用してもよい。また、燃料噴射量決定タイミング、つまり、上記式（１２）によって燃焼場容積Ｖc（α）を規定し、それに基づいて燃焼室３内への燃料噴射量を決定するタイミングとしては、吸気バルブ１６の閉弁時付近に限らず、燃焼行程中であってもよい。この場合には、上述した如く、次サイクルで燃焼行程を迎える気筒や、自気筒の次のサイクルにおける燃料噴射率波形の設定に利用されることになる。
【０１３６】
＜燃料噴射圧力の調整＞
また、燃料噴射圧力の調整動作としては、上述した如く燃圧設定マップ等に基づいて設定された基本燃料噴射圧力に対して増大補正を行うことが挙げられる。この場合にも、燃料噴射実行時における燃焼室３内での燃料噴霧の占有体積は拡大することになる。つまり、燃焼場容積Ｖc（α）が大きくなる。
【０１３７】
このようにして燃焼場容積Ｖc（α）を大きく設定した場合において、上記式（１２）の右辺にある燃焼場容積Ｖc（α）を左辺に移項させた場合、燃焼場容積Ｖc（α）が大きいほど左辺の値は小さくなるので（それ以外のパラメータは固定値とされている）、この式（１２）の関係を容易に達成することができる。つまり、予め与えられた燃焼室３内への投入熱量Ｑ（α）及び目標燃焼温度ＴNを、この燃焼場容積Ｖc（α）の調整によって達成することができる。
【０１３８】
上記基本燃料噴射圧力に対する増大補正量を求めるための具体的な手法としては、上記式（１２）の不等式が成立する範囲内で燃焼場容積Ｖc（α）が最小値となるような燃料噴射圧力を求めるためのマップや演算式を上記ＲＯＭ１０２に記憶させておくことで、必要以上に燃焼場容積Ｖc（α）を拡大させることがないような上記増大補正量を求めるようになっている。図１０は、燃料噴射圧力補正マップの一例を示している。このように、上記式（１２）により求められる燃焼場容積Ｖc（α）が大きいほど燃料噴射圧力補正量も増大されることになる。具体的には、コモンレール圧力を増大補正するようにサプライポンプ２１の燃料吐出量が調量される。
【０１３９】
尚、上記燃焼場容積Ｖc（α）としては、上記最小値（式（１２）の不等式が成立する範囲内での燃焼場容積Ｖc（α）の最小値）よりも大きい値であれば式（１２）の不等式が成立することになるので、ここで、求められる燃焼場容積Ｖc（α）としては、上記式（１２）の不等式が成立する範囲内での最小値に限るものではない。但し、必要以上に燃料噴射圧力を増大させると、燃料の壁面付着などの不具合が生じる可能性がある。このため、この燃料噴射圧力の補正量には所定の上限値が設定されている。
【０１４０】
このようにして燃料噴射圧力を調整することにより、燃焼期間の全域に亘って燃焼温度を上記燃焼場目標温度ＴN以下にしてＮＯｘの発生量を上記目標発生量以下に抑えることが可能となる。
【０１４１】
また、この場合における補正後の燃料噴射圧力を決定するタイミングとしては、上述した燃料噴射量の決定タイミングと同様に、上記吸気バルブ１６の閉弁時付近が挙げられる。また、吸気バルブ１６の閉弁時付近に限らず、燃焼行程中であってもよい。
【０１４２】
（第２実施形態）
本実施形態は、上記式（１２）における各種物理量のうち燃焼場容積Ｖc（α）を制御する場合において、要求される燃焼場容積Ｖc（α）が比較的小さく得られた場合の対策である。
【０１４３】
このように要求される燃焼場容積Ｖc（α）が比較的小さく得られた際、上記第１実施形態にあっては、例えば燃料噴射圧力が低く設定されることになる。しかし、このように燃料噴射圧力を低く設定した場合、排ガス中に多量のＳｏｏｔが発生する可能性がある。つまり、上記式（１２）に従って燃焼場容積Ｖc（α）を制御したことでＮＯｘの発生量を上記目標発生量以下に抑えることができたとしても、その背反としてＳｏｏｔの発生量が増大し、排気エミッションの悪化を招く可能性がある。即ち、燃料噴射圧力が低く設定された場合でも、熱発生量が上記演算において十分である場合には、着火遅れが短く、拡散燃焼が進む場合が多い。この際、空気と燃料との混合に遅れが生じるため、燃料の噴霧に対する空気（酸素）の取り込みが遅れ、Ｓｏｏｔの生成量が多くなる可能性がある。
【０１４４】
このような状況の発生を考慮したのが本第２実施形態である。
【０１４５】
本第２実施形態では、インジェクタ２３を設計変更することにより、上記Ｓｏｏｔの生成量を抑制するようにしている。具体的には、インジェクタ２３の噴孔径を小さくしたり、または、インジェクタ２３のニードルスピードを高速化する設計が挙げられる。
【０１４６】
燃焼室３内における燃料の微粒化が促進されると、燃焼室３内にはオーバリッチな混合気が生成され、燃料の噴霧に対する空気（酸素）の取り込みが多くなる。この燃料の微粒化を促進する手段として、燃料噴射圧力を高めたり、噴孔径を小さくしたり、ニードルスピードを高くすることが挙げられるが、本実施形態では、上記第１実施形態（燃料噴射圧力の補正制御）を前提とした場合に、噴孔径を小さくしたり、インジェクタ２３のニードルスピードを高速化する設計を行うことで、Ｓｏｏｔの生成量の削減を図っている。尚、噴孔径を小さくしたり、インジェクタ２３のニードルスピードを高速化するための具体的手段は公知であるので、ここでの説明は省略する。
【０１４７】
これにより、本実施形態では、ＮＯｘの発生量及びＳｏｏｔの発生量を共に抑制することが可能であり、排気エミッションの改善を図ることができる。
【０１４８】
（第３実施形態）
本実施形態は、上記式（１２）における各種物理量のうち燃焼開始前温度Ｔｈαを制御することにより、燃焼室３内での燃焼温度を上記目標燃焼温度ＴN以下に調整するものである。言い換えると、燃焼室３内での燃焼温度を上記目標燃焼温度ＴNに一致させるか、または、この目標燃焼温度ＴN未満に抑えるために、燃焼開始前温度Ｔｈαを制御するものである。
【０１４９】
上記式（１２）を用いて説明すると、この式（１２）において右辺にある（ＴN−Ｔｈα）を左辺に移項させた場合に、燃焼開始前温度Ｔｈαが低いほど左辺の値は小さくなるので（それ以外のパラメータは固定値とされている）、この式（１２）の関係を容易に達成することができる。つまり、予め与えられた燃焼室３内への投入熱量Ｑ（α）及び目標燃焼温度ＴNを、この燃焼開始前温度Ｔｈαの調整によって達成することができる。
【０１５０】
燃焼開始前温度Ｔｈαは、筒内圧縮時の筒内ガス温度、燃料の温度、燃料の微粒化の度合いによって決まる。
【０１５１】
筒内ガス温度を低下させるには、吸気温度を低下させることが必要である。そのための具体的手法として、上記インタークーラ６１の効率の制御、ＥＧＲガス温度の制御、ターボチャージャ５による過給圧の制御、燃料噴射圧力の制御等が挙げられる。以下、各燃焼温度調整制御について説明する。
【０１５２】
＜インタークーラ６１の効率の制御＞
インタークーラ６１は、上述した如く、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するものであって、その内部には、冷却水によって吸入空気を冷却するための熱交換器が備えられている。本実施形態では、この熱交換器に流入させる冷却水の流量を可変とすることでインタークーラ６１の効率の制御が行えるようにしている。
【０１５３】
具体的には、インタークーラ６１に繋がる冷却水流路の途中に開度調整可能な電磁弁を備えさせ、この電磁弁の開度を調整することによって上記熱交換器に流入させる冷却水の流量を変更可能とする構成である。つまり、筒内ガス温度を低下させるべく吸気温度を低下させる際には、この電磁弁の開度を大きくし、熱交換器に流入する冷却水の流量が多くなるようにする。
【０１５４】
この電磁弁の開度は、上記式（１２）の不等式が成立する範囲内で燃焼開始前温度Ｔｈαが最大値となるような開度を求めるためのマップや演算式を上記ＲＯＭ１０２に記憶させておくことで上記インタークーラ６１の効率を調整するようになっている。図１１は、電磁弁開度マップの一例を示している。このように、上記式（１２）により求められる燃焼開始前温度Ｔｈαが低いほど電磁弁開度を大きくすることになる。
【０１５５】
このようにしてインタークーラ６１の効率を調整して燃焼開始前温度Ｔｈαを制御することにより、燃焼期間の全域に亘って燃焼温度を上記燃焼場目標温度ＴN以下にしてＮＯｘの発生量を上記目標発生量以下に抑えることが可能となる。
【０１５６】
＜ＥＧＲガス温度の制御＞
上記ＥＧＲクーラ８２は、上述したインタークーラ６１と略同様の構成であって、冷却水によってＥＧＲガスを冷却するための熱交換器が備えられている。本実施形態では、この熱交換器に流入させる冷却水の流量を可変とすることでＥＧＲクーラ８２の効率の制御が行えるようにしている。
【０１５７】
具体的には、ＥＧＲクーラ８２に繋がる冷却水流路の途中に開度調整可能な電磁弁を備えさせ、この電磁弁の開度を調整することによって上記熱交換器に流入させる冷却水の流量を変更可能とする構成である。つまり、筒内ガス温度を低下させるべくＥＧＲガス温度を低下させる際には、この電磁弁の開度を大きくし、熱交換器に流入する冷却水の流量が多くなるようにする。
【０１５８】
この電磁弁の開度は、上記式（１２）の不等式が成立する範囲内で燃焼開始前温度Ｔｈαが最大値となるような開度を求めるためのマップや演算式を上記ＲＯＭ１０２に記憶させておくことで上記ＥＧＲクーラ６１の効率を調整するようになっている。この場合の電磁弁開度マップとしては、上述した図１１に示すものと同様である。つまり、上記式（１２）により求められる燃焼開始前温度Ｔｈαが低いほど電磁弁開度を大きくすることになる。
【０１５９】
このようにしてＥＧＲクーラ６１の効率を調整して燃焼開始前温度Ｔｈαを制御することにより、燃焼期間の全域に亘って燃焼温度を上記燃焼場目標温度ＴN以下にしてＮＯｘの発生量を上記目標発生量以下に抑えることが可能となる。
【０１６０】
また、ＥＧＲ通路８として、ＥＧＲクーラ８２をバイパスするクーラバイパス通路（図示省略）を設け、このクーラバイパス通路に開度調整可能な電磁弁を備えさせる構成を適用することもできる。つまり、この電磁弁の開度を調整することによってＥＧＲクーラ８２をバイパスするＥＧＲガスの量を調整可能とする構成である。そして、筒内ガス温度を低下させるべくＥＧＲガス温度を低下させる際には、この電磁弁の開度を小さくし、ＥＧＲクーラ８２に流入するＥＧＲガス量が多くなるようにする。これにより、ＥＧＲガス温度を低下させることができる。その結果、燃焼開始前温度Ｔｈαを低下させることができる。
【０１６１】
＜過給圧の制御＞
上記ターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構に備えられたノズルベーンの開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整可能となっている。尚、この可変ノズルベーン機構は公知であるので、ここでの構成説明は省略する。
【０１６２】
そして、筒内ガス温度を低下させるためには、このノズルベーンの開度を大きくし、ターボチャージャ５の回転数を低下させる（コンプレッサホイール５３の回転数を低下させる：過給効率（過給圧）を低下させる）。
【０１６３】
このノズルベーンの開度は、上記式（１２）の不等式が成立する範囲内で燃焼開始前温度Ｔｈαが最大値となるような開度を求めるためのマップや演算式を上記ＲＯＭ１０２に記憶させておくことで調整するようになっている。図１２は、ノズルベーン開度マップの一例を示している。このように、上記式（１２）により求められる燃焼開始前温度Ｔｈαが低いほどノズルベーン開度を大きくすることになる。
【０１６４】
このようにしてターボチャージャ５の過給圧を調整して燃焼開始前温度Ｔｈαを制御することにより、燃焼期間の全域に亘って燃焼温度を上記燃焼場目標温度ＴN以下にしてＮＯｘの発生量を上記目標発生量以下に抑えることが可能となる。
【０１６５】
＜燃料噴射圧力の制御＞
燃料噴射圧力の制御によっても筒内ガス温度を低下させることが可能である。つまり、燃料噴射圧力を高く設定すれば、燃焼室３内に噴射された燃料の微粒化が促進されることになり、その燃料が気化する際の潜熱によって燃焼場（燃料が存在する空間）の温度を低下させることができる。つまり、燃料噴射圧力を高く設定することによって燃焼開始前温度Ｔｈαを低下させることができる。
【０１６６】
この燃料噴射圧力は、上記式（１２）の不等式が成立する範囲内で燃焼開始前温度Ｔｈαが最大値となるような開度を求めるためのマップや演算式を上記ＲＯＭ１０２に記憶させておくことで上記燃料噴射圧力を調整するようになっている。図１３は、噴射圧力制御マップの一例を示している。このように、上記式（１２）により求められる燃焼開始前温度Ｔｈαが低いほど燃料噴射圧力を高くすることになる。
【０１６７】
このようにして燃料噴射圧力を調整して燃焼開始前温度Ｔｈαを制御することにより、燃焼期間の全域に亘って燃焼温度を上記燃焼場目標温度ＴN以下にしてＮＯｘの発生量を上記目標発生量以下に抑えることが可能となる。
【０１６８】
尚、このように燃料噴射圧力を調整して燃焼開始前温度Ｔｈαを制御する場合にも、上述したように、必要以上に燃料噴射圧力を増大させることがないよう（例えば燃料の壁面付着などの不具合が生じることがないよう）燃料噴射圧力には所定の上限値が設定されている。
【０１６９】
（第４実施形態）
本実施形態は、上記式（１２）における各種物理量のうち混合気密度ρを制御することにより、燃焼室３内での燃焼温度を上記目標燃焼温度ＴN以下に調整するものである。言い換えると、燃焼室３内での燃焼温度を上記目標燃焼温度ＴNに一致させるか、または、この目標燃焼温度ＴN未満に抑えるために、混合気密度ρを制御するものである。
【０１７０】
上記式（１２）を用いて説明すると、この式（１２）において右辺にある混合気密度ρを左辺に移項させた場合に、混合気密度ρが高いほど左辺の値は小さくなるので（それ以外のパラメータは固定値とされている）、この式（１２）の関係を容易に達成することができる。つまり、予め与えられた燃焼室３内への投入熱量Ｑ（α）及び目標燃焼温度ＴNを、この混合気密度ρの調整によって達成することができる。
【０１７１】
以下、この場合の燃焼温度調整制御について具体的に説明する。
【０１７２】
混合気密度ρは、燃焼場（燃料噴霧が存在する空間）のガス量（空気量及びＥＧＲガス量）と燃料量と、その燃焼場の容積Ｖc（α）から決まる。このため、この燃焼場容積Ｖc（α）が予め認識されている（検出または推定されている）とすると、その空間でのガスの量は少ない方が好ましいので、ターボチャージャ５による過給圧の制御、スロットルバルブ６２の開度制御、スワールコントロールバルブ６６の開度制御等によってガス量を減少させ、混合気密度ρを高めるようにしている。
【０１７３】
つまり、上記可変ノズルベーン機構のノズルベーン開度を大きくしターボチャージャ５の回転数を低下させること（過給効率を低下させること）、上記スロットルバルブ６２の開度を小さくすること、上記スワールコントロールバルブ６６の開度を小さくすること等によってガス量を減少させる。
【０１７４】
このような開度制御は、上記式（１２）の不等式が成立する範囲内で混合気密度ρが最小値となるような開度を求めるためのマップや演算式を上記ＲＯＭ１０２に記憶させておくことで上記開度を調整するようになっている。図１４の破線は、ノズルベーン開度を制御するための開度制御マップの一例を示している。このように、上記式（１２）により求められる混合気密度ρが高いほどノズルベーン開度を大きくすることになる。一方、図１４の実線は、スロットルバルブ６２またはスワールコントロールバルブ６６の開度を制御するための開度制御マップの一例を示している。このように、上記式（１２）により求められる混合気密度ρが高いほどスロットルバルブ６２やスワールコントロールバルブ６６の開度を小さくすることになる。
【０１７５】
このようにして混合気密度ρを制御することにより、燃焼期間の全域に亘って燃焼温度を上記燃焼場目標温度ＴN以下にしてＮＯｘの発生量を上記目標発生量以下に抑えることが可能となる。
【０１７６】
（第５実施形態）
本実施形態は、上記式（１２）における各種物理量のうち燃焼ガス比熱σを制御することにより、燃焼室３内での燃焼温度を上記目標燃焼温度ＴN以下に調整するものである。言い換えると、燃焼室３内での燃焼温度を上記目標燃焼温度ＴNに一致させるか、または、この目標燃焼温度ＴN未満に抑えるために、燃焼ガス比熱σを制御するものである。
【０１７７】
上記式（１２）を用いて説明すると、この式（１２）において右辺にある燃焼ガス比熱σを左辺に移項させた場合に、燃焼ガス比熱σが高いほど左辺の値は小さくなるので（それ以外のパラメータは固定値とされている）、この式（１２）の関係を容易に達成することができる。つまり、予め与えられた燃焼室３内への投入熱量Ｑ（α）及び目標燃焼温度ＴNを、この燃焼ガス比熱σの調整によって達成することができる。
【０１７８】
以下、この場合の燃焼温度調整制御について具体的に説明する。
【０１７９】
燃焼ガス比熱σを高くするための制御として、ＥＧＲガス量を増加させることが挙げられる。つまり、ＥＧＲバルブ８１の開度を大きく設定し、吸気マニホールド６３に向けての排気還流量（ＥＧＲ量）を増大させる。つまり、ＥＧＲ率を高めて、燃焼室３内の酸素濃度を低下させる。
【０１８０】
このようなＥＧＲバルブ８１の開度制御は、上記式（１２）の不等式が成立する範囲内で燃焼ガス比熱σが最小値となるような開度を求めるためのマップや演算式を上記ＲＯＭ１０２に記憶させておくことで上記ＥＧＲバルブ８１の開度を調整するようになっている。図１５は、ＥＧＲバルブ８１の開度を制御するための開度制御マップの一例を示している。このように、上記式（１２）により求められる燃焼ガス比熱σが高いほどＥＧＲバルブ８１の開度を大きくすることになる。
【０１８１】
このようにして燃焼ガス比熱σを制御することにより、燃焼期間の全域に亘って燃焼温度を上記燃焼場目標温度ＴN以下にしてＮＯｘの発生量を上記目標発生量以下に抑えることが可能となる。
【０１８２】
また、上述した第２〜第５実施形態を利用における燃焼温度調整制御（物理量の制御）の実行タイミングとしては、上述した第１実施形態の場合と同様に、上記吸気バルブ１６の閉弁時付近であってもよいし、燃焼行程中であってもよい。  また、以上説明した第１〜第５実施形態は、それぞれ個別に、つまり１つの実施形態のみをエンジン１に適用するようにしてもよいし、複数を組み合わせてエンジン１の制御に適用するようにしてもよい。つまり、複数の物理量を同時に調整することにより、燃焼期間の全域に亘って燃焼温度を上記燃焼場目標温度ＴN以下にしてＮＯｘの発生量を上記目標発生量以下に抑えるようにしてもよい。
【０１８３】
−他の実施形態−
以上説明した各実施形態では、自動車に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。
【０１８４】
また、上記各実施形態では、マニバータ７７として、ＮＳＲ触媒７５及びＤＰＮＲ触媒７６を備えたものとしたが、ＮＳＲ触媒７５及びＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）を備えたものとしてもよい。
【０１８５】
また、上記各実施形態では、ＥＧＲ装置として、排気マニホールド７２内の排気ガスを吸気系６に還流させる構成とした。本発明はこれに限らず、ターボチャージャ５におけるタービンホイール５２の下流側の排気ガスを吸気系６に還流させるＬＰＬ（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ）ＥＧＲ装置を採用するようにしてもよい。
【０１８６】
尚、上述した如く、本実施形態は副噴射や分割メイン噴射を実行するディーゼルエンジンに対しても適用が可能である。この場合、副噴射（パイロット噴射、プレ噴射、アフタ噴射、ポスト噴射）のそれぞれに対して本発明を適用し、メイン噴射ばかりでなく何れの副噴射においても、燃焼温度が燃焼場目標温度ＴN以下となるようにしておくことが好ましい。また、分割メイン噴射を実行する場合には、個々の分割メイン噴射それぞれに対して本発明を適用し、何れの分割メイン噴射においても、燃焼温度が燃焼場目標温度ＴN以下となるようにしておくことが好ましい。
【０１８７】
また、上述した各実施形態では、通電期間においてのみ全開の開弁状態となることにより燃料噴射率を変更するピエゾインジェクタ２３を適用したエンジンについて説明したが、本発明は、可変噴射率インジェクタを適用したエンジンへの適用も可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１８８】
本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおいてＮＯｘ排出量を低減するための制御に適用可能である。
【符号の説明】
【０１８９】
１        エンジン（内燃機関）
３        燃焼室
２３      インジェクタ（燃料噴射弁）
Ｖc（α)  燃焼場の容積
Ｔｈα 燃焼場の燃焼開始前の温度
ＴN       燃焼場目標温度
ρ        ガスの密度
σ        ガスの比熱
Ｑ（α）  投入熱量
【図１】
2011036794.tif 000015
【図２】
2011036794.tif 000016
【図３】
2011036794.tif 000017
【図４】
2011036794.tif 000018
【図５】
2011036794.tif 000019
【図６】
2011036794.tif 000020
【図７】
2011036794.tif 000021
【図８】
2011036794.tif 000022
【図９】
2011036794.tif 000023
【図１０】
2011036794.tif 000024
【図１１】
2011036794.tif 000025
【図１２】
2011036794.tif 000026
【図１３】
2011036794.tif 000027
【図１４】
2011036794.tif 000028
【図１５】
2011036794.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月29日(2011.8.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から噴射された燃料を燃焼室内において自着火により燃焼させる圧縮自着火式の内燃機関の制御装置において、
上記燃料が燃焼する燃焼場における燃焼時のＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量に制限するための燃焼場目標温度と、内燃機関の出力が要求出力に達するための燃焼室内への目標投入熱量とを与え、
上記燃料が燃焼する燃焼場の容積、この燃焼場の燃焼開始前の温度、この燃焼場に存在するガスの密度、この燃焼場に存在するガスの比熱のうちの少なくとも一つの物理量を調整することによって、上記燃焼場の温度を上記燃焼場目標温度以下にすると共に上記燃焼室内への投入熱量として上記目標投入熱量が得られるようにする物理量調整部を備えており、
上記物理量調整部は、燃焼室内での燃焼期間を複数の微小期間に区画し、これら微小期間それぞれにおける上記燃焼場の燃焼温度が上記燃焼場目標温度以下となるように上記物理量を調整する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、燃焼室内での燃焼期間のうち熱発生率が略ピーク値に達するまでの期間のみに対して、上記燃焼場における燃焼時の温度が上記燃焼場目標温度以下となるように上記物理量を調整する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、上記燃料が燃焼する燃焼場の容積を拡大させるものであって、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の噴射量の増量補正及び燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の噴射圧力の増大補正のうち少なくとも一つを実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部が、上記燃料が燃焼する燃焼場の容積を調整するように上記物理量を調整する場合において、この燃焼場の容積が所定値未満となることを回避するべく、燃料噴射弁の噴孔径の小径化及び燃料噴射弁に備えられたニードルの作動速度の高速度化を図る設計が行われていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、上記燃焼場の燃焼開始前の温度を低下させるものであって、過給装置を備えたものに対して吸気系に備えられたインタークーラの冷却効率を高める制御、過給圧を低下させる制御、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えたものに対してＥＧＲクーラの冷却効率を高める制御、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の噴射圧力の増大補正のうち少なくとも一つを実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、燃焼場に存在するガスの密度を高めるものであって、過給装置を備えたものに対して過給圧を低下させる制御、吸気系に備えられたバルブの開度を小さくして吸入空気量を減少させる制御のうち少なくとも一つを実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、燃焼場に存在するガスの比熱を高めるものであって、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えたものに対してＥＧＲ率を上昇させる制御を実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から噴射された燃料を燃焼室内において自着火により燃焼させる圧縮自着火式の内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、上記燃料が燃焼する燃焼場における燃焼時のＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量に制限するための燃焼場目標温度と、内燃機関の出力が要求出力に達するための燃焼室内への目標投入熱量とを与え、上記燃料が燃焼する燃焼場の容積、この燃焼場の燃焼開始前の温度、この燃焼場に存在するガスの密度、この燃焼場に存在するガスの比熱のうちの少なくとも一つの物理量を調整することによって、上記燃焼場の温度を上記燃焼場目標温度以下にすると共に上記燃焼室内への投入熱量として上記目標投入熱量が得られるようにする物理量調整部を備えさせている。そして、物理量調整部は、燃焼室内での燃焼期間を複数の微小期間に区画し、これら微小期間それぞれにおける上記燃焼場の燃焼温度が上記燃焼場目標温度以下となるように物理量を調整する構成となっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
この特定事項により、上記各物理量のうちの少なくとも一つを調整することにより、上記燃焼場の温度を上記燃焼場目標温度以下にすると共に上記燃焼室内への投入熱量として上記目標投入熱量が得られることになる。このため、内燃機関に要求される出力が得られ、且つ燃焼場における燃焼時のＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量に制限することができ、排気エミッションの改善を図ることができる。また、上記微小期間のそれぞれに対して、燃焼場における燃焼時のＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量に制限するための物理量を高い精度で規定できる。その結果、燃焼期間の略全域に亘って、燃焼場におけるＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量以下に制限することが可能になる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月31日(2012.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から噴射された燃料を燃焼室内において自着火により燃焼させる圧縮自着火式の内燃機関の制御装置において、
上記燃料が燃焼する燃焼場における燃焼時のＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量に制限するための燃焼場目標温度と、内燃機関の出力が要求出力に達するための燃焼室内への目標投入熱量とを与え、
上記燃料が燃焼する燃焼場の容積、この燃焼場の燃焼開始前の温度、この燃焼場に存在するガスの密度、この燃焼場に存在するガスの比熱のうちの少なくとも一つの物理量を調整することによって、上記燃焼場の温度を上記燃焼場目標温度以下にすると共に上記燃焼室内への投入熱量として上記目標投入熱量が得られるようにする物理量調整部を備えており、
上記物理量調整部は、燃焼室内での燃焼期間を複数の微小期間に区画し、燃焼室内での燃焼期間のうち熱発生率が略ピーク値に達するまでの期間のみに対して、上記各微小期間それぞれにおける上記燃焼場の燃焼温度が上記燃焼場目標温度以下となるように上記物理量を調整する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、上記燃料が燃焼する燃焼場の容積を拡大させるものであって、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の噴射量の増量補正及び燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の噴射圧力の増大補正のうち少なくとも一つを実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部が、上記燃料が燃焼する燃焼場の容積を調整するように上記物理量を調整する場合において、この燃焼場の容積が所定値未満となることを回避するべく、燃料噴射弁の噴孔径の小径化及び燃料噴射弁に備えられたニードルの作動速度の高速度化を図る設計が行われていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、上記燃焼場の燃焼開始前の温度を低下させるものであって、過給装置を備えたものに対して吸気系に備えられたインタークーラの冷却効率を高める制御、過給圧を低下させる制御、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えたものに対してＥＧＲクーラの冷却効率を高める制御、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される燃料の噴射圧力の増大補正のうち少なくとも一つを実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、燃焼場に存在するガスの密度を高めるものであって、過給装置を備えたものに対して過給圧を低下させる制御、吸気系に備えられたバルブの開度を小さくして吸入空気量を減少させる制御のうち少なくとも一つを実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
上記物理量調整部は、燃焼場に存在するガスの比熱を高めるものであって、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気還流装置を備えたものに対してＥＧＲ率を上昇させる制御を実行する構成とされていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
−解決手段−
具体的に、本発明は、燃料噴射弁から噴射された燃料を燃焼室内において自着火により燃焼させる圧縮自着火式の内燃機関の制御装置を前提とする。この内燃機関の制御装置に対し、上記燃料が燃焼する燃焼場における燃焼時のＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量に制限するための燃焼場目標温度と、内燃機関の出力が要求出力に達するための燃焼室内への目標投入熱量とを与え、上記燃料が燃焼する燃焼場の容積、この燃焼場の燃焼開始前の温度、この燃焼場に存在するガスの密度、この燃焼場に存在するガスの比熱のうちの少なくとも一つの物理量を調整することによって、上記燃焼場の温度を上記燃焼場目標温度以下にすると共に上記燃焼室内への投入熱量として上記目標投入熱量が得られるようにする物理量調整部を備えさせている。そして、物理量調整部は、燃焼室内での燃焼期間を複数の微小期間に区画し、燃焼室内での燃焼期間のうち熱発生率が略ピーク値に達するまでの期間のみに対して、上記各微小期間それぞれにおける上記燃焼場の燃焼温度が上記燃焼場目標温度以下となるように物理量を調整する構成となっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
この特定事項により、上記各物理量のうちの少なくとも一つを調整することにより、上記燃焼場の温度を上記燃焼場目標温度以下にすると共に上記燃焼室内への投入熱量として上記目標投入熱量が得られることになる。このため、内燃機関に要求される出力が得られ、且つ燃焼場における燃焼時のＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量に制限することができ、排気エミッションの改善を図ることができる。また、上記微小期間のそれぞれに対して、燃焼場における燃焼時のＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量に制限するための物理量を高い精度で規定できる。その結果、燃焼期間の略全域に亘って、燃焼場におけるＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量以下に制限することが可能になる。
また、燃焼期間において熱発生率がピーク値を超えると、その後は燃焼場温度は次第に下降していく傾向にあり、それに従ってＮＯｘ発生量が増大する可能性も低くなる。これを考慮し、上記燃焼場における燃焼時の温度が燃焼場目標温度以下となるように物理量を制御する期間としては、熱発生率が略ピーク値に達するまでの期間のみとしている。これにより、物理量の制御期間を必要最小限としながらも燃焼期間の全域に亘ってＮＯｘ発生量を所定の目標ＮＯｘ発生量以下に制限することが可能になる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
2011036794.tif 000030
2011036794.tif 000031