(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、
内燃機関の排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスとして内燃機関の吸気通路に導入するＥＧＲ装置と、
前記燃料噴射弁から噴射された噴霧が点火可能領域を通過し該噴霧に直接に点火可能となるように、該燃料噴射弁に対する相対位置が決定された点火装置と、
圧縮行程中の第１噴射時期に前記燃料噴射弁による第１噴射を実行するとともに該第１噴射によって形成されるプレ噴霧に対し前記点火装置によって点火を行い、さらに、前記点火装置による前記プレ噴霧への点火後であり且つ圧縮行程上死点前の時期であって、前記第１噴射時期とのインターバルが、前記プレ噴霧への点火によって生じた火炎を起点として噴射燃料の燃焼が開始されるように設定された所定の第１噴射インターバルとなる第２噴射時期に前記燃料噴射弁による第２噴射の実行を開始することで、燃料の自着火を発生させるとともに少なくとも該第２噴射によって噴射された燃料の一部を拡散燃焼させる燃焼制御部と、
内燃機関の機関負荷に基づいて吸気におけるＥＧＲ率を制御する第１ＥＧＲ率制御部と、
前記第１噴射の燃料噴射量の基準値である基準第１噴射燃料量と、前記第２噴射の燃料噴射量の基準値である基準第２噴射燃料量とを、内燃機関の機関負荷に基づいて決定する第１決定部と、を備え、
前記燃焼制御部は、一燃焼サイクル中における総燃料噴射量が同一のときに、内燃機関の吸気におけるＥＧＲ率が高い場合は、該ＥＧＲ率が低い場合に比べて、総燃料噴射量に対する前記第１噴射の燃料噴射量の割合を増加させる第１燃料噴射制御を実行するものであって、
内燃機関の機関負荷を目標機関負荷に変化させる過渡運転時において前記第１ＥＧＲ率制御部によって吸気におけるＥＧＲ率を低下させる場合に、吸気における実際のＥＧＲ率が該目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率よりも高い状態となる期間中の少なくとも一部の期間では、前記燃焼制御部が、前記第１噴射の燃料噴射量を前記目標機関負荷に対応する基準第１噴射燃料量よりも増加させるとともに、前記第２噴射の燃料噴射量を前記目標機関負荷に対応する基準第２噴射燃料量よりも減少させることで前記第１燃料噴射制御を実行する内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の機関負荷に基づいて吸気におけるＥＧＲ率を制御する第１ＥＧＲ率制御部と、
前記第１噴射の燃料噴射量の基準値である基準第１噴射燃料量と、前記第２噴射の燃料噴射量の基準値である基準第２噴射燃料量とを、内燃機関の機関負荷に基づいて決定する第１決定部と、をさらに備え、
内燃機関の機関負荷を目標機関負荷に変化させる過渡運転時において前記第１ＥＧＲ率制御部によって吸気におけるＥＧＲ率を上昇させる場合に、吸気における実際のＥＧＲ率が該目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率よりも低い状態となる期間中の少なくとも一部の期間では、前記燃焼制御部が、前記第１噴射の燃料噴射量を前記目標機関負荷に対応する基準第１噴射燃料量よりも減少させるとともに、前記第２噴射の燃料噴射量を前記目標機関負荷に対応する基準第２噴射燃料量よりも増加させることで前記第１燃料噴射制御を実行する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
内燃機関の機関温度が所定温度以下の場合、該機関温度が該所定温度より高い場合に比べて、同一機関負荷における吸気のＥＧＲ率を低くする第２ＥＧＲ率制御部をさらに備え、
内燃機関の機関温度が前記所定温度以下のときに、前記第２ＥＧＲ率制御部が、内燃機関の機関温度が前記所定温度より高いときに比べて吸気のＥＧＲ率を低くした場合、前記燃焼制御部が、内燃機関の機関温度が前記所定温度より高いときに比べて、総燃料噴射量に対する前記第２噴射の燃料噴射量の割合を増加させることで前記第１燃料噴射制御を実行する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い所定運転領域では、前記燃焼制御部が、前記第１噴射および前記第２噴射に加えて、圧縮行程における前記第１噴射時期よりも前の時期であって、前記第１噴射時期とのインターバルが、前記第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼により噴射燃料が燃焼するように設定された所定の第２噴射インターバルとなる第３噴射時期に前記燃料噴射弁による第３噴射を実行し、且つ、
内燃機関の機関負荷が前記所定負荷以下の運転領域では、前記燃焼制御部が前記第１燃料噴射制御を実行し、前記所定運転領域では、前記燃焼制御部が、一燃焼サイクル中における総燃料噴射量が同一のときに、吸気におけるＥＧＲ率に関わらず総燃料噴射量に対する前記第１噴射の燃料噴射量の割合を一定とし、且つ、吸気におけるＥＧＲ率が高い場合は、該ＥＧＲ率が低い場合に比べて、総燃料噴射量に対する前記第３噴射の燃料噴射量の割合を増加させる第２燃料噴射制御を実行する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
内燃機関の機関負荷に基づいて吸気におけるＥＧＲ率を制御する第１ＥＧＲ率制御部と、
前記所定運転領域における、前記第１噴射の燃料噴射量の基準値である基準第１噴射燃料量と、前記第２噴射の燃料噴射量の基準値である基準第２噴射燃料量と、前記第３噴射の燃料噴射量の基準値である基準第３噴射燃料量とを、内燃機関の機関負荷に基づいて決定する第２決定部と、をさらに備え、
前記所定運転領域で内燃機関の機関負荷を目標機関負荷に変化させる過渡運転時において前記第１ＥＧＲ率制御部によって吸気におけるＥＧＲ率を低下させる場合に、吸気における実際のＥＧＲ率が該目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率よりも高い状態となる期間中の少なくとも一部の期間では、前記燃焼制御部が、前記第１噴射の燃料噴射量を前記目標機関負荷に対応する基準第１噴射燃料量とし、且つ、前記第３噴射の燃料噴射量を前記目標機関負荷に対応する基準第３噴射燃料量よりも増加させるとともに、前記第２噴射の燃料噴射量を前記目標機関負荷に対応する基準第２噴射燃料量よりも減少させることで前記第２燃料噴射制御を実行する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
内燃機関の機関負荷に基づいて吸気におけるＥＧＲ率を制御する第１ＥＧＲ率制御部と
、
前記所定運転領域における、前記第１噴射の燃料噴射量の基準値である基準第１噴射燃料量と、前記第２噴射の燃料噴射量の基準値である基準第２噴射燃料量と、前記第３噴射の燃料噴射量の基準値である基準第３噴射燃料量とを、内燃機関の機関負荷に基づいて決定する第２決定部と、をさらに備え、
前記所定運転領域で内燃機関の機関負荷を目標機関負荷に変化させる過渡運転時において前記第１ＥＧＲ率制御部によって吸気におけるＥＧＲ率を上昇させる場合に、吸気における実際のＥＧＲ率が該目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率よりも低い状態となる期間中の少なくとも一部の期間では、前記燃焼制御部が、前記第１噴射の燃料噴射量を前記目標機関負荷に対応する基準第１噴射燃料量とし、且つ、前記第３噴射の燃料噴射量を前記目標機関負荷に対応する基準第３噴射燃料量よりも減少させるとともに、前記第２噴射の燃料噴射量を前記目標機関負荷に対応する基準第２噴射燃料量よりも増加させることで前記第２燃料噴射制御を実行する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
内燃機関の機関温度が所定温度以下の場合、該機関温度が該所定温度より高い場合に比べて、同一機関負荷における吸気のＥＧＲ率を低くする第２ＥＧＲ率制御部をさらに備え、
前記所定運転領域において、内燃機関の機関温度が前記所定温度以下のときに、前記第２ＥＧＲ率制御部が、内燃機関の機関温度が前記所定温度より高いときに比べて吸気のＥＧＲ率を低くした場合、前記燃焼制御部が、内燃機関の機関温度が前記所定温度より高いときに比べて、総燃料噴射量に対する前記第２噴射の燃料噴射量の割合を増加させることで前記第２燃料噴射制御を実行する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記燃焼制御部が、前記第２燃料噴射制御において、内燃機関の吸気におけるＥＧＲ率が高い場合は、該ＥＧＲ率が低い場合に比べて、総燃料噴射量に対する前記第３噴射の燃料噴射量の割合を増加させるとともに前記第３噴射時期を進角させる請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記燃焼制御部が、前記第２燃料噴射制御において、内燃機関の吸気におけるＥＧＲ率が低い場合は、該ＥＧＲ率が高い場合に比べて、総燃料噴射量に対する前記第２噴射の燃料噴射量の割合を増加させるとともに前記第２噴射時期を遅角させる請求項４に記載の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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室内の圧縮空気に対して燃料を直接噴射して該燃料を自着火させ拡散燃焼させる燃焼形態である、いわゆるディーゼル燃焼は、火花点火による燃焼と比べて熱効率が高い。近年、このようなディーゼル燃焼の利点をガソリンエンジンにおいても享受すべく、ガソリンの自着火および拡散燃焼による燃焼を成立させるための技術が開発されている。
【０００３】
また、特許文献１には、自着火温度が比較的高い天然ガス等を燃料としてディーゼル燃焼を実現させるための技術が開示されている。この特許文献１に開示の技術では、先ず、燃焼室内の所定の火花点火領域において圧縮行程の初期又は中期に燃料噴射を行うことで火花点火可能な混合気を形成する。そして、この火花点火領域に形成された混合気に対して圧縮行程上死点直前の時期に点火することで火花点火燃焼を行う。これによって、燃焼室内が天然ガスの自着火が可能な高温且つ高圧の状態となる。その後、高温高圧状態の燃焼室内に直接燃料を噴射して該燃料をディーゼル燃焼させる。
【０００４】
また、ディーゼル燃焼を行う内燃機関においては、ＮＯｘの生成量を低減するために、排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に導入する、所謂ＥＧＲ装置を設ける技術が知られている。このようなＥＧＲ装置を備えた内燃機関では、内燃機関の運転状態の変化に応じてＥＧＲ率（吸気におけるＥＧＲガス量の割合）を変化させる場合、燃料噴射量の変化に対して、ＥＧＲ率の変化には応答遅れが生じる。このようなＥＧＲ率の応答遅れに起因して、ＥＧＲ率が内燃機関の運転状態に適した範囲から外れると、内燃機関のトルクや燃焼騒音が要求値を満たさなくなる虞がある。このような問題を解決する技術として、特許文献２には、ＥＧＲガスが吸気通路に導入される内燃機関において、過渡運転時に、圧縮上死点近傍の時期に実行される主燃料噴射の噴射時期、主燃料噴射に先立って実行される副燃料噴射の噴射量、および／または、副燃料噴射と主燃料噴射との間のインターバル等の燃料噴射パラメータを、予め求められた補正ゲインを用いて補正する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、複数の気筒を有する内燃機関において、過渡運転時に、ＥＧＲガスの流通経路上におけるＥＧＲ弁から各気筒までの距離に基づいて気筒毎の燃焼パラメータを制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２５４１０５号公報
【特許文献２】特開２０１０−０９０８４７号公報
【特許文献３】特開２００９−２２８６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、ガソリンのように自着火温度が比較的高い燃料を用いてディーゼル燃焼を行う内燃機関にＥＧＲ装置を適用した場合に、スモークの発生量を抑制するとともにディーゼル燃焼の安定性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、圧縮工程中に、内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁によって第１噴射が行われるとともに、該第１噴射によって噴射された燃料（以下、「第１噴射燃料」と称する場合もある）に対して火花点火が行われる。その後、圧縮行程上死点前に、主に内燃機関の出力を決定する第２噴射が開始される。これにより、第１噴射燃料に対して火花点火を行うことで生じた火炎を起点として、第２噴射によって噴射された燃料（以下、「第２噴射燃料」と称する場合もある）の燃焼が開始され、さらに燃料の自着火および拡散燃焼が生じる。
【０００９】
そして、本発明では、一燃焼サイクル中における総燃料噴射量が同一のときの、総燃料噴射量に対する第１噴射燃料量の割合および第２噴射燃料量の割合を吸気におけるＥＧＲ率に基づいて変更する。
【００１０】
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の制御装置は、
内燃機関の燃焼室内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、
内燃機関の排気通路を流れる排気の一部をＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスとして内燃機関の吸気通路に導入するＥＧＲ装置と、
前記燃料噴射弁から噴射された噴霧が点火可能領域を通過し該噴霧に直接に点火可能となるように、該燃料噴射弁に対する相対位置が決定された点火装置と、
圧縮行程中の第１噴射時期に前記燃料噴射弁による第１噴射を実行するとともに該第１噴射によって形成されるプレ噴霧に対し前記点火装置によって点火を行い、さらに、前記点火装置による前記プレ噴霧への点火後であり且つ圧縮行程上死点前の時期であって、前記第１噴射時期とのインターバルが、前記プレ噴霧への点火によって生じた火炎を起点として噴射燃料の燃焼が開始されるように設定された所定の第１噴射インターバルとなる第２噴射時期に前記燃料噴射弁による第２噴射の実行を開始することで、燃料の自着火を発生させるとともに少なくとも該第２噴射によって噴射された燃料の一部を拡散燃焼させる燃焼制御部と、を備え、
前記燃焼制御部は、一燃焼サイクル中における総燃料噴射量が同一のときに、内燃機関の吸気におけるＥＧＲ率が高い場合は、該ＥＧＲ率が低い場合に比べて、総燃料噴射量に対する前記第１噴射の燃料噴射量の割合を増加させる第１燃料噴射制御を実行する。
【００１１】
本発明に係る点火装置は、燃料噴射弁から噴射され点火可能領域を通過する燃料噴霧である通過噴霧に対して直接点火が可能となるように、燃料噴射弁との相対的な位置関係が決定されている。一般的な燃料噴霧への点火形態として、吸気弁の開弁に伴い燃焼室内に
形成される気流や、ピストンの頂部に位置するキャビティ等の形状を利用して、点火装置の点火可能領域に燃料噴霧を運び、該燃料噴霧に対して点火装置よる点火を行う形態が知られている。ただし、このような一般的な点火形態では、燃料噴霧への点火を良好に行うために、燃料噴射弁からの噴射時期が、吸気弁の開弁時期や気筒内でのピストン位置等によって制限されることになる。これに対し、本発明に係る内燃機関の制御装置では、上記の通り燃料噴射弁と点火装置の相対位置が関係付けられているため、燃料噴射時期及び点火時期の制御の自由度が極めて高くなる。そのため、後述する燃焼制御部による燃料噴射の制御が実現可能となる。なお、好ましくは、本発明に係る点火装置は、内燃機関の吸気弁の開弁時期やピストン位置に関係なく任意の時期に、燃料噴射弁からの通過噴霧に対して直接点火が可能に構成される。
【００１２】
本発明に係る燃焼制御では、先ず、圧縮行程中の第１噴射時期に第１噴射が行われるとともに、点火装置による第１噴射燃料によって形成されたプレ噴霧への点火が行われる。その後、圧縮行程上死点前の第２噴射時期に第２噴射の実行が開始されると、燃料の自着火および拡散燃焼が生じる。なお、第２噴射は、圧縮行程上死点前に実行が開始される噴射であるが、圧縮行程上死点以降までその実行が継続されてもよい。
【００１３】
ここで、第１噴射時期と第２噴射時期とのインターバルは所定の第１噴射インターバルとなっている。この第１噴射インターバルは、プレ噴霧への点火によって生じた火炎を起点として第２噴射燃料の燃焼が開始されるように設定されている。つまり、第１噴射時期は、単に圧縮行程中であればよいというものではなく、第１噴射燃料への点火により第２噴射燃料の燃焼の火種となる火炎の形成が可能となるように、第２噴射時期との相関を踏まえて決定される。そして、第２噴射燃料の燃焼が開始されると、燃焼室内の温度および圧力が上昇することで、燃料の自着火が発生し、さらには少なくとも第２噴射燃料の一部が拡散燃焼することとなる。また、第１噴射燃料のうち、点火装置での点火によって生じる火炎の伝播によって燃焼する燃料は一部であって、その多くは燃え残る。そして、第１噴射燃料の燃え残りは、第２噴射の実行開始後に自着火または拡散燃焼によって燃焼する。したがって、上記のような燃焼制御では、第１噴射燃料および第２噴射燃料のいずれも内燃機関の出力に寄与することとなる。そのため、熱効率の高いディーゼル燃焼を実現することが可能となる。
【００１４】
また、本発明においては、ＥＧＲ装置によって排気の一部がＥＧＲガスとして内燃機関に供給される。このとき、吸気の流量が同一の場合、吸気におけるＥＧＲ率が高いほど燃焼室内の酸素量は少なくなる。そのため、ＥＧＲ率が高くなると、第２噴射が実行されたときに燃料噴霧が形成される領域において、第２噴射燃料を十分に燃焼させるために必要な酸素量を確保することが困難となる虞がある。第２噴射燃料の燃焼に供される酸素が不足すると、スモークの発生量の増加を招くことになる。また、吸気の流量が同一の場合、吸気におけるＥＧＲ率が高いほど燃焼室内の不活性ガス量が増加する。そのため、ＥＧＲ率が高くなると、第１噴射燃料によって形成されたプレ噴霧に対し点火装置によって点火を行った際の着火性が低下する虞がある。プレ噴霧に対し点火を行った際の着火性が低下すると、ディーゼル燃焼が不安定となる。
【００１５】
一方で、吸気におけるＥＧＲ率が低くなると、燃焼室内の不活性ガス量が減少するため、燃焼室内において燃焼が促進され易くなる。そのため、第１噴射燃料によって形成されたプレ噴霧に対し点火装置によって点火を行った際に生じる火炎伝播によって燃焼する燃料量が増加する。つまり、第２噴射が行われる前に第１噴射燃料の燃焼に消費される酸素量が増加する。従って、ＥＧＲ率が低くなると、それによって燃焼室内に供給される酸素量が増加したとしても、第１噴射燃料の燃焼に消費される酸素量が過剰に増加することで、第２噴射が実行されたときに第２噴射燃料を十分に燃焼させるために必要な酸素量を確保することが困難となる虞がある。この場合も、スモークの発生量の増加を招くことにな
る。
【００１６】
そこで、本発明では、一燃焼サイクル中における総燃料噴射量が同一のときに、内燃機関の吸気におけるＥＧＲ率が高い場合は、該ＥＧＲ率が低い場合に比べて、総燃料噴射量に対する第１噴射燃料量の割合（以下、「第１噴射割合」と称する場合もある）を増加させる。換言すれば、一燃焼サイクル中における総燃料噴射量が同一のときに、内燃機関の吸気におけるＥＧＲ率が高い場合は、該ＥＧＲ率が低い場合に比べて、総燃料噴射量に対する第２噴射の燃料噴射量の割合（以下、「第２噴射割合」と称する場合もある）を減少させる。これにより、ＥＧＲ率に対し第１噴射燃料量および第２噴射燃料量のバランスを好適に保つことができる。詳細には以下のような効果を得ることができる。
【００１７】
ＥＧＲ率が高い場合はＥＧＲ率が低い場合に比べて第２噴射割合を減少させることで、燃焼室内の酸素量が少ないほど、第２噴射が実行されたときに燃料噴霧が形成される領域に存在する燃料量を少なくすることができる。そのため、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素量が不足することを抑制することができる。その結果、スモークの発生量を抑制することができる。また、ＥＧＲ率が高い場合はＥＧＲ率が低い場合に比べて第１噴射割合を増加させることで、燃焼室内の不活性ガス量が多いほど、点火装置による点火に供される燃料量を多くすることができる。そのため、プレ噴霧に対し点火装置によって点火を行った際の着火性が低下することを抑制することができる。その結果、ディーゼル燃焼の安定性を向上させることができる。
【００１８】
なお、ＥＧＲ率が高いほど、燃焼室内の不活性ガスが増加するために、点火装置によってプレ噴霧に対して点火を行うことによって生じる火炎伝播が広範囲に広がり難くなる。そのため、ＥＧＲ率が高いほど、第１噴射燃料の燃え残り率（第１噴射燃料量における、点火装置によってプレ噴霧に対して点火を行った際の火炎伝播では燃焼せずに燃え残る燃料量の割合）は高くなる。そのため、ＥＧＲ率が高い場合にＥＧＲ率が低い場合よりも第１噴射割合を増加させると、上記のように点火装置による点火に供される燃料量は増加するが、第１噴射燃料量のうち、該点火によって生じた火炎伝播によって燃焼する燃料量よりも燃え残る燃料量の方がより増加する。ただし、第１噴射燃料の燃え残りは、第２噴射時期においては、燃焼室内における第２噴射燃料の噴霧が形成される領域よりも広範囲に拡散している。そのため、ＥＧＲ率が高い場合であっても、第１噴射燃料の燃え残りを自着火または拡散燃焼によって燃焼させるために必要な量の酸素は十分に確保することができる。したがって、ＥＧＲ率が高い場合に第１噴射割合を増加させても、スモークの発生量の増加は招き難い。また、第１噴射燃料の燃え残りは第２噴射開始後の燃料の自着火の促進に寄与する。そのため、ＥＧＲ率が高いほど第１噴射割合を増加させることで第１噴射燃料の燃え残り量が増加すると、第２噴射開始後の燃料の自着火が促進されることになる。このことも、ディーゼル燃焼の安定性向上に貢献する。
【００１９】
一方で、ＥＧＲ率が低い場合はＥＧＲ率が高い場合に比べて第１噴射割合を減少させることで、燃焼室内の不活性ガス量が少ないほど、燃焼室内に存在する第１噴射燃料の量を少なくすることができる。これにより、燃焼室内の不活性ガス量が少ない状況下において点火装置によって点火を行った際の火炎伝播によって燃焼する燃料量を少なくすることができる。つまり、第２噴射が行われる前の第１噴射燃料の燃焼に消費される酸素量を少なくすることができる。そのため、第２噴射が実行されたときに、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素が不足することを抑制することができる。その結果、スモークの発生量を抑制することができる。
【００２０】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の機関負荷に基づいて吸気におけるＥＧＲ率を制御する第１ＥＧＲ率制御部と、第１噴射燃料量の基準値である基準第１噴射燃料量と、第２噴射燃料量の基準値である基準第２噴射燃料量とを、内燃機関の機関負荷に基
づいて決定する第１決定部と、をさらに備えてもよい。ここで、内燃機関の機関負荷を目標機関負荷に変化させる過渡運転時において、第１ＥＧＲ率制御部によって吸気におけるＥＧＲ率を変化させる場合、ＥＧＲ率の変化には応答遅れが生じる。そのため、ＥＧＲ率を低下させる過渡運転時においては、ＥＧＲ率の応答遅れ期間中、目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率よりも実際のＥＧＲ率が高くなる。一方、ＥＧＲ率を上昇させる過渡運転時においては、ＥＧＲ率の応答遅れ期間中、目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率よりも実際のＥＧＲ率が低くなる。
【００２１】
そこで、本発明においては、内燃機関の機関負荷を目標機関負荷に変化させる過渡運転時において第１ＥＧＲ率制御部によって吸気におけるＥＧＲ率を低下させる場合に、吸気における実際のＥＧＲ率が該目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率よりも高い状態となる期間中の少なくとも一部の期間では、燃焼制御部が、第１噴射燃料量を目標機関負荷に対応する基準第１噴射燃料量よりも増加させるとともに、第２噴射燃料量を前記目標機関負荷に対応する基準第２噴射燃料量よりも減少させることで前記第１燃料噴射制御を実行してもよい。これによれば、内燃機関の過渡運転時において吸気における実際のＥＧＲ率が目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率より高いときに、吸気における実際のＥＧＲ率が該目標ＥＧＲ率であるときよりも第１噴射割合が増加し第２噴射割合が減少することになる。従って、過渡運転中において、スモークの発生量を抑制することができ、また、ディーゼル燃焼の安定性を向上させることができる。
【００２２】
また、本発明においては、内燃機関の機関負荷を目標機関負荷に変化させる過渡運転時において第１ＥＧＲ率制御部によって吸気におけるＥＧＲ率を上昇させる場合に、吸気における実際のＥＧＲ率が該目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率よりも低い状態となる期間中の少なくとも一部の期間では、燃焼制御部が、第１噴射燃料量を目標機関負荷に対応する基準第１噴射燃料量よりも減少させるとともに、第２噴射燃料量を目標機関負荷に対応する基準第２噴射燃料量よりも増加させることで前記第１燃料噴射制御を実行してもよい。これによれば、内燃機関の過渡運転時において吸気における実際のＥＧＲ率が目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率より低いときに、吸気における実際のＥＧＲ率が該目標ＥＧＲ率であるときよりも第１噴射割合が減少し第２噴射割合が増加することになる。従って、過渡運転中において、スモークの発生量を抑制することができる。
【００２３】
また、内燃機関や排気を昇温させる際には、吸気のＥＧＲ率を低くすることで、その昇温速度を高めることができる。そこで、本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の機関温度が所定温度以下の場合、該機関温度が該所定温度より高い場合に比べて、同一機関負荷における吸気のＥＧＲ率を低くする第２ＥＧＲ率制御部をさらに備えてもよい。そして、内燃機関の機関温度が所定温度以下のときに、第２ＥＧＲ率制御部が、内燃機関の機関温度が所定温度より高いときに比べて吸気のＥＧＲ率を低くした場合、燃焼制御部は、内燃機関の機関温度が所定温度より高いときに比べて第２噴射割合を増加させることで前記第１燃料噴射制御を実行してもよい。これによれば、内燃機関の機関温度が所定温度以下のときに吸気のＥＧＲ率を低くする場合であっても、スモークの発生量を抑制することができる。
【００２４】
また、本発明において、燃焼制御部が、前記第１燃料噴射制御において、内燃機関の吸気におけるＥＧＲ率が高い場合は、該ＥＧＲ率が低い場合に比べて第１噴射割合を増加させるとともに第１噴射時期を進角させてもよい。これによれば、第１噴射割合を増加させたときの第１噴射燃料の燃え残り率をより高めることができる。そのため、吸気におけるＥＧＲ率が高い状況下において、第１噴射燃料の燃え残り量をより増加させることができる。そして、上述したように、第１噴射燃料の燃え残り量が増加すると、第２噴射開始後の燃料の自着火が促進されることになる。したがって、第１噴射割合を増加させるときに第１噴射時期を進角させることで、ディーゼル燃焼の安定性をより向上させることができ
る。
【００２５】
また、本発明において、燃焼制御部が、前記第１燃料噴射制御において、内燃機関の吸気におけるＥＧＲ率が低い場合は、該ＥＧＲ率が高い場合に比べて第２噴射割合を増加させるとともに第２噴射時期を遅角させてもよい。上述したように、吸気におけるＥＧＲ率が低くなると、燃焼室内の不活性ガス量が減少するため、第２噴射時期を一定としたまま第２噴射燃料量が増加するとノッキングが発生する虞がある。そのため、第２噴射割合を増加させるときに第２噴射時期を遅角させることで、第２噴射燃料量の増加に伴うノッキングの発生を抑制することができる。
【００２６】
ここで、本発明においては、内燃機関の機関負荷の上昇に従い、燃焼室内に噴射する燃料の量を増量する必要がある。しかしながら、第１噴射および第２噴射のいずれにおいても、その噴射量があまりに増量されると、スモークの発生量が増加する虞がある。そこで、本発明に係る内燃機関の制御装置においては、内燃機関の機関負荷が所定負荷より高い所定運転領域では、燃焼制御部が、第１噴射および第２噴射に加えて、圧縮行程における第１噴射時期よりも前の時期であって、第１噴射時期とのインターバルが、第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼により噴射燃料が燃焼するように設定された所定の第２噴射インターバルとなる第３噴射時期に燃料噴射弁による第３噴射を実行してもよい。
【００２７】
第３噴射は、圧縮行程における第１噴射時期よりも前の第３噴射時期に実行される。ここで、第１噴射時期と第３噴射時期とのインターバルは所定の第２噴射インターバルとなっている。この第２噴射インターバルは、第３噴射によって噴射された燃料（以下、「第３噴射燃料」と称する場合もある）が第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼よって燃焼するように設定されている。圧縮行程における第１噴射時期よりも前の時期では、燃焼室内の圧力は比較的低い状態となっている。そのため、燃焼室内に噴射された燃料はより広範囲に拡散し易い。そして、点火装置によって第１噴射燃料のプレ噴霧へ点火が行われることで火炎が生じても、燃焼室内において該火炎から離れた位置に存在する第３噴射燃料は該火炎を起点とした燃焼に供され難い。したがって、第１噴射時期と第３噴射時期とのインターバルを調整することで、第３噴射燃料のうちの多くを、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火を行った際の火炎伝播によっては燃焼させずに、第２噴射開始後の自着火または拡散燃焼によって燃焼させるようにすることができる。そして、第３噴射燃料が第２噴射開始後の自着火または拡散燃焼によって燃焼することで、第１噴射燃料および第２噴射燃料のみならず第３噴射燃料も内燃機関の出力に寄与することとなる。そのため、第１噴射および第２噴射に加えて第３噴射を行った場合でも、熱効率の高いディーゼル燃焼を実現することができる。
【００２８】
また、第３噴射時期は第１噴射時期よりも前の時期であるため、第２噴射時期において、第３噴射燃料は燃焼室内において第１噴射燃料の燃え残りよりもさらに広範囲に拡散している。そのため、第２噴射時期に第３噴射燃料が燃焼室内に存在していても、該第３噴射燃料は第１噴射燃料の燃え残りに比べて第２噴射燃料と重なり合い難い。したがって、第３噴射燃料は、第１噴射燃料および第２噴射燃料に比べてスモークの発生原因となり難い。
【００２９】
所定負荷より高い所定運転領域においては、上記のような第３噴射を行うことで、所定運転領域においても該第３噴射を行うことなく第１噴射および第２噴射のみによって内燃機関の機関負荷に対応する量の燃料を噴射しようとした場合に比べて、第１噴射燃料量または第２噴射燃料量の少なくともいずれかを少なくすることができる。そのため、スモークの発生量を抑制しつつディーゼル燃焼を実現することができる。
【００３０】
そして、本発明においては、内燃機関の機関負荷が所定負荷以下の運転領域では、燃焼
制御部が前記第１燃料噴射制御を実行し、所定運転領域では、燃焼制御部が第２燃料噴射制御を実行してもよい。ここで、第２燃料噴射制御では、一燃焼サイクル中における総燃料噴射量が同一のときに、吸気におけるＥＧＲ率に関わらず第１噴射割合を一定とし、且つ、吸気におけるＥＧＲ率が高い場合は、該ＥＧＲ率が低い場合に比べて、総燃料噴射量に対する第３噴射燃料量の割合（以下、「第３噴射割合」と称する場合もある）を増加させる。換言すれば、第２燃料噴射制御では、一燃焼サイクル中における総燃料噴射量が同一のときに、吸気におけるＥＧＲ率に関わらず第１噴射割合を一定とし、且つ、ＥＧＲ率が高い場合は、該ＥＧＲ率が低い場合に比べて、第２噴射割合を減少させる。
【００３１】
上述したとおり、第１燃料噴射制御によれば、ＥＧＲ率が高い場合は、ＥＧＲ率が低い場合に比べて第２噴射割合を減少させることで、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素が不足することに起因するスモークの発生量を抑制することができる。これは、所定運転領域においても同様である。つまり、所定運転領域においても、内燃機関の吸気におけるＥＧＲ率が高い場合は該ＥＧＲ率が低い場合に比べて第２噴射割合を減少させることで、燃焼室内の酸素量が少ないほど、第２噴射が実行されたときに燃料噴霧が形成される領域に存在する燃料量を少なくすることができる。そのため、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素量が不足することを抑制することができる。その結果、スモークの発生量を抑制することができる。
【００３２】
また、上述したように、第３噴射燃料のうちの多くは、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火を行った際に生じる火炎伝播によっては燃焼しない。ただし、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火を行う時に点火装置の周囲に存在する第３噴射燃料は、該点火に供されることになる。そして、ＥＧＲ率が高い場合はＥＧＲ率が低い場合に比べて第３噴射割合を増加させることで、燃焼室内の不活性ガス量が多いほど、点火装置の周囲に存在する第３噴射燃料量を増加させることができる。その結果、第１燃料噴射制御において第１噴射割合を増加させた場合と同様、点火装置による点火に供される燃料量が増加する。そのため、プレ噴霧に対し点火装置によって点火を行った際の着火性が低下することを抑制することができる。したがって、ディーゼル燃焼の安定性を向上させることができる。
【００３３】
また、上述したように、ＥＧＲ率が高いほど、点火装置によってプレ噴霧に対して点火を行うことによって生じる火炎伝播が広範囲に広がり難くなる。そのため、ＥＧＲ率が高い場合にＥＧＲ率が低い場合よりも第３噴射割合を増加させると、上記のように点火装置による点火に供される燃料量は増加するが、点火によって生じた火炎伝播では燃焼せずに第２噴射時期においても燃焼室内に存在する第３噴射燃料はより増加する。つまり、第３噴射燃料の増加分の多くは、第２噴射開始後の燃焼に供されることになる。そして、第３噴射燃料は、第２噴射時期においては、第１噴射燃料の燃え残りと同様、燃焼室内における第２噴射燃料の噴霧が形成される領域よりも広範囲に拡散している。そのため、ＥＧＲ率が高い場合であっても、第３噴射燃料を自着火または拡散燃焼によって燃焼させるために必要な量の酸素は十分に確保することができる。したがって、ＥＧＲ率が高い場合に第３噴射割合を増加させても、スモークの発生量の増加は招き難い。また、第３噴射燃料は、第１噴射燃料の燃え残りと同様、第２噴射開始後の燃料の自着火の促進に寄与する。そのため、ＥＧＲ率が高いほど第３噴射割合を増加させることで、第２噴射開始後の燃焼に供される第３噴射燃料が増加すると、第２噴射開始後の燃料の自着火が促進されることになる。このことも、ディーゼル燃焼の安定性向上に貢献する。
【００３４】
一方で、吸気におけるＥＧＲ率が低くなると、燃焼室内の不活性ガス量が減少することで燃焼室内において燃焼が促進され易くなるため、第３噴射燃料のうち、第１噴射燃料によって形成されたプレ噴霧に対し点火装置によって点火を行った際に生じる火炎伝播によって燃焼する分の燃料量が増加する。つまり、第２噴射が行われる前に第３噴射燃料の燃焼に消費される酸素量が増加する。従って、ＥＧＲ率が低くなると、燃焼室内に供給され
る酸素量が増加したとしても、第３噴射燃料の燃焼に消費される酸素量が過剰に増加することで、第２噴射が実行されたときに第２噴射燃料を十分に燃焼させるために必要な酸素量を確保することが困難となる虞がある。この場合も、スモークの発生量の増加を招くことになる。そこで、ＥＧＲ率が低い場合にはＥＧＲ率が高い場合に比べて第３噴射割合を減少させる。これにより、燃焼室内の不活性ガス量が少ないほど、燃焼室内に存在する第３噴射燃料の量を少なくすることができる。そのため、燃焼室内の不活性ガス量が少ない状況下において点火装置によって点火を行った際の火炎伝播による燃焼に供される燃料量を少なくすることができる。つまり、第２噴射が行われる前の第３噴射燃料の燃焼に消費される酸素量を少なくすることができる。そのため、第２噴射が実行されたときに、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素が不足することを抑制することができる。その結果、スモークの発生量を抑制することができる。
【００３５】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の機関負荷に基づいて吸気におけるＥＧＲ率を制御する第１ＥＧＲ率制御部と、所定運転領域における、第１噴射燃料量の基準値である基準第１噴射燃料量と、第２噴射燃料量の基準値である基準第２噴射燃料量と、第３噴射燃料量の基準値である基準第３噴射燃料量とを、内燃機関の機関負荷に基づいて決定する第２決定部と、をさらに備えてもよい。そして、本発明においては、所定運転領域で内燃機関の機関負荷を目標機関負荷に変化させる過渡運転時において第１ＥＧＲ率制御部によって吸気におけるＥＧＲ率を低下させる場合に、吸気における実際のＥＧＲ率が該目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率よりも高い状態となる期間中の少なくとも一部の期間では、燃焼制御部が、第１噴射燃料量を目標機関負荷に対応する基準第１噴射燃料量とし、且つ、第３噴射燃料量を目標機関負荷に対応する基準第３噴射燃料量よりも増加させるとともに、第２噴射燃料量を目標機関負荷に対応する基準第２噴射燃料量よりも減少させることで前記第２燃料噴射制御を実行してもよい。これによれば、所定運転領域での内燃機関の過渡運転時において吸気における実際のＥＧＲ率が目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率より高いときに、吸気における実際のＥＧＲ率が該目標ＥＧＲ率であるときよりも第３噴射割合が増加し第２噴射割合が減少する。従って、過渡運転中において、スモークの発生量を抑制することができ、また、ディーゼル燃焼の安定性を向上させることができる。
【００３６】
また、本発明においては、所定運転領域で内燃機関の機関負荷を目標機関負荷に変化させる過渡運転時において第１ＥＧＲ率制御部によって吸気におけるＥＧＲ率を上昇させる場合に、吸気における実際のＥＧＲ率が該目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率よりも低い状態となる期間中の少なくとも一部の期間では、燃焼制御部が、第１噴射燃料量を目標機関負荷に対応する基準第１噴射燃料量とし、且つ、第３噴射燃料量を目標機関負荷に対応する基準第３噴射燃料量よりも減少させるとともに、第２噴射燃料量を目標機関負荷に対応する基準第２噴射燃料量よりも増加させることで前記第２燃料噴射制御を実行してもよい。これによれば、所定運転領域での内燃機関の過渡運転時において吸気における実際のＥＧＲ率が目標機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率より低いときに、吸気における実際のＥＧＲ率が該目標ＥＧＲ率であるときよりも第３噴射割合が減少し第２噴射割合が増加する。従って、過渡運転中において、スモークの発生量を抑制することができる。
【００３７】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置が前記第２ＥＧＲ率制御部を備えている場合、前記所定運転領域において、内燃機関の機関温度が所定温度以下のときに、第２ＥＧＲ率制御部が、内燃機関の機関温度が所定温度より高いときに比べて吸気のＥＧＲ率を低くした場合、燃焼制御部が、内燃機関の機関温度が所定温度より高いときに比べて第２噴射割合を増加させることで前記第２燃料噴射制御を実行してもよい。これによれば、前記所定運転領域において、内燃機関の機関温度が所定温度以下のときに吸気のＥＧＲ率を低くする場合であっても、スモークの発生量を抑制することができる。
【００３８】
また、本発明においては、燃焼制御部が、前記第２燃料噴射制御において、内燃機関の吸気におけるＥＧＲ率が高い場合は、該ＥＧＲ率が低い場合に比べて、第３噴射割合を増加させるとともに第３噴射時期を進角させてもよい。これによれば、第３噴射割合を増加させたときに、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火を行った際に生じる火炎伝播では第３噴射燃料がより燃焼し難くなる。そのため、吸気におけるＥＧＲ率が高い状況下において、第２噴射開始後の燃焼に供される第３噴射燃料をより増加させることができる。そして、上述したように、第２噴射開始後の燃焼に供される第３噴射燃料が増加すると、第２噴射開始後の燃料の自着火が促進されることになる。したがって、第３噴射割合を増加させるときに第３噴射時期を進角させることで、ディーゼル燃焼の安定性をより向上させることができる。
【００３９】
また、本発明において、燃焼制御部が、前記第２燃料噴射制御において、内燃機関の吸気におけるＥＧＲ率が低い場合は、該ＥＧＲ率が高い場合に比べて第２噴射割合を増加させるとともに第２噴射時期を遅角させてもよい。これにより、前記所定運転領域において、第２噴射燃料量の増加に伴うノッキングの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、ガソリンのように自着火温度が比較的高い燃料を用いてディーゼル燃焼を行う内燃機関にＥＧＲ装置を適用した場合に、スモークの発生量を抑制するとともに安定したディーゼル燃焼を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例が適用される内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す内燃機関に搭載される点火装置による点火形態を説明するための図である。
【図３】本発明の実施例において実行される基本燃焼制御を説明するための図である。
【図４】本発明の実施例に係る基本燃焼制御が行われたときの燃焼室での熱発生率の推移を示す図である。
【図５】本発明の実施例に係る基本燃焼制御での第１噴射における、第１噴射燃料量と、第１噴射燃料の燃焼効率との相関を示す図である。
【図６】本発明の実施例に係る基本燃焼制御において第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との比率を変更した場合における燃焼室内での熱発生比率の推移の変化を示す図である。
【図７】本発明の実施例に係る基本燃焼制御における、第１噴射インターバルＤｉ１と内燃機関の熱効率との相関を示す図である。
【図８】本発明の実施例に係る基本燃焼制御において、第２噴射時期Ｔｍを圧縮上死点前の所定時期に固定し、第１噴射時期Ｔｐを変動させた場合の、スモークの発生量と熱効率との変化を示す図である。
【図９】本発明の実施例に係る燃焼制御における、第１噴射割合および第２噴射割合と、吸気におけるＥＧＲ率と、スモークの発生量との関係を示す図である。
【図１０】本発明の実施例に係る、内燃機関の機関負荷の低下に伴ってＥＧＲ率を低下させる過渡運転時における、機関負荷、総燃料噴射量、第１噴射燃料量、第２噴射燃料量、第１噴射時期、第２噴射時期、および吸気のＥＧＲ率の推移を示すタイムチャートである。
【図１１】本発明の実施例に係る、内燃機関の機関負荷の上昇に伴ってＥＧＲ率を上昇させる過渡運転時における、機関負荷、総燃料噴射量、第１噴射燃料量、第２噴射燃料量、第１噴射時期、第２噴射時期、および吸気のＥＧＲ率の推移を示すタイムチャートである。
【図１２】本発明の実施例１に係るＥＧＲ制御の制御フローを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の実施例１に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施例１に係る、燃焼制御における各パラメータを算出するためのフローの一部を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の本実施例１に係る、燃焼制御における各パラメータを算出するためのフローの他の一部を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施例１に係る、燃焼制御における各パラメータの算出に用いられるマップを示す図である。
【図１７】本発明の実施例に係る、基本燃焼制御を行った場合と高負荷燃焼制御を行った場合とでの燃焼室内での熱発生率の推移の変化を示す図である。
【図１８】本発明の実施例に係る高負荷燃焼制御において、第３噴射燃料量Ｓｐｐを変化させた場合の、内燃機関１の熱効率とスモークの発生量との変化を示す図である。
【図１９】本発明の実施例２に係る燃焼制御の制御フローの一部を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施例２に係る燃焼制御の制御フローの他の一部を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の本実施例２に係る、燃焼制御における各パラメータを算出するためのフローを示すフローチャートである。
【図２２】本発明の実施例２に係る、燃焼制御における各パラメータの算出に用いられるマップを示す図である。
【図２３】本発明の実施例２に係るＥＧＲ制御の制御フローを示すフローチャートである。
【図２４】本発明の実施例３に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００４３】
＜実施例１＞
図１は、本発明を適用する内燃機関およびその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒を備えた４ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１では、複数の気筒のうち１気筒のみが示されている。
【００４４】
内燃機関１の各気筒２には、ピストン３が摺動自在に内装されている。ピストン３は、コネクティングロッド４を介して図示しない出力軸（クランクシャフト）と連結されている。また、気筒２の内部は、吸気ポート７及び排気ポート８と連通している。気筒２内における吸気ポート７の開口端は、吸気弁９により開閉される。気筒２内における排気ポート８の開口端は、排気弁１０により開閉される。吸気弁９と排気弁１０は、図示しない吸気カムと排気カムとにより各々開閉駆動される。
【００４５】
更に、各気筒２には、筒内に燃料を噴射するための燃料噴射弁６が、気筒２内に形成される燃焼室の中央頂部に配置されるとともに、燃料噴射弁６から噴射された燃料に対して点火可能な点火プラグ５が内燃機関１のシリンダヘッド側に配置されている。具体的には、燃料噴射弁６は、図２に示すように概ね放射状に１６方向に燃料を噴射可能となるように噴孔６ａを有している。そして、点火プラグ５の点火可能領域である電極間の領域５ａ
に対して、噴孔６ａから噴射された燃料噴霧の少なくとも一つが通過するように、且つ、その通過した噴霧に対して領域５ａにおける電極間で生じた火花によって直接点火できるように、燃料噴射弁６に対する点火プラグ５の相対位置、特に燃料噴射弁６に対する領域５ａの相対位置が決定されている。なお、点火プラグ５は、更に吸気弁９および排気弁１０の動作に干渉しないように、２つの吸気弁９の間に位置している。ただし、本発明に係る点火装置の位置は、２つの吸気弁の間に限られるものではない。
【００４６】
このように構成された点火プラグ５と燃料噴射弁６は、スプレーガイド燃焼を実現可能とする。すなわち、燃料噴射弁６からの噴射燃料に対して直接点火できるように配置される点火プラグ５と、該燃料噴射弁６は、内燃機関１の吸気弁９の開弁時期やピストン３の位置にかかわらず任意の時期に、領域５ａを通過する噴射燃料に対する点火を可能とする。なお、燃料噴射弁からの噴射燃料に対して点火プラグにより直接点火する他の燃焼方式として、従来、エアガイド燃焼やウォールガイド燃焼が知られている。エアガイド燃焼では、燃料噴射弁からの噴射燃料を、吸気弁の開弁により燃焼室内に流れ込んだ空気流に乗せて点火プラグ近傍に運び、該点火プラグによって点火する。ウォールガイド燃焼では、ピストンの頂部に形成されたキャビティの形状を利用して点火プラグ近傍に噴射燃料を運び、該点火プラグによって点火する。ただし、これらのエアガイド燃焼やウォールガイド燃焼では、吸気弁の開弁時期やピストン位置が所定の状態とならなければ燃料噴射や点火を行うことが困難となる。そのため、本実施例に係るスプレーガイド燃焼は、これらのエアガイド燃焼やウォールガイド燃焼と比べて、非常に自由度の高い燃料噴射及び点火時期制御が可能となる。
【００４７】
ここで図１に戻ると、吸気ポート７は、吸気通路７０と連通している。吸気通路７０には、スロットル弁７１が配置されている。スロットル弁７１より上流の吸気通路７０には、エアフローメータ７２が配置されている。一方で、排気ポート８は、排気通路８０と連通している。排気通路８０には、内燃機関１から排出される排気を浄化するための排気浄化触媒８１が配置されている。なお、後述するように、内燃機関１から排出される排気の空燃比は、ストイキ空燃比よりも高いリーン空燃比である。そのため、排気浄化触媒８１としては、リーン空燃比の排気中のＮＯｘ浄化が可能な選択還元型のＮＯｘ触媒や排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集可能なフィルタを採用することができる。
【００４８】
また、内燃機関１の吸排気系には、排気通路８０を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路７０に導入するＥＧＲ装置３０が設けられている。ＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３１およびＥＧＲ弁３２を有している。ＥＧＲ通路３１は、その一端が排気通路８０における排気浄化触媒８１よりも上流側に接続されており、その他端が吸気通路７０におけるスロットル弁７１より下流側に接続されている（例えば、ＥＧＲ通路３１の一端はエキゾーストマニホールドに接続され、ＥＧＲ通路３１の他端はインテークマニホールドに接続されてもよい。）。また、ＥＧＲ弁３２はＥＧＲ通路３１に設けられている。ＥＧＲ弁３２は、ＥＧＲ通路３１におけるＥＧＲガスの流路断面積を変化させることで、吸気通路７０に導入されるＥＧＲガスの流量（ＥＧＲガス量）を調整する。そして、ＥＧＲガス量が調整されることで、内燃機関１に流入する吸気のＥＧＲ率が制御される。また、吸気通路７０におけるＥＧＲ通路３１の他端が接続されている部分よりも下流側には圧力センサ７３が配置されている。この圧力センサ７３は、ＥＧＲガスが導入された後の吸気圧力が検出できる位置に設けられていればよい。
【００４９】
また、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態や排気浄化装置等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ７２、圧力センサ７３、クランクポジションセンサ２１、アクセルポジションセンサ２２、および水温センサ２３が電気的に接続され、各センサの検出値がＥＣＵ２０に入力される。したがって、ＥＣＵ２０は、エアフローメータ７２によって検
出される吸入空気量、クランクポジションセンサ２１の検出値に基づいて算出される機関回転速度、およびアクセルポジションセンサ２２の検出値に基づいて算出される機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。また、ＥＣＵ２０は、圧力センサ７３によって検出される吸気の圧力を把握可能である。また、ＥＣＵ２０は、水温センサ２３の検出値によって検出される内燃機関１の冷却水温度、すなわち、内燃機関１の機関温度を把握可能である。また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁６、点火プラグ５、スロットル弁７１およびＥＧＲ弁３２等が電気的に接続され、これらの各要素がＥＣＵ２０によって制御される。
【００５０】
［基本燃焼制御］
上記のように構成される内燃機関１において実行される基本的な燃焼制御である基本燃焼制御について、図３に基づいて説明する。図３は、図の左側から右側に進む時系列において、内燃機関１で行われる燃焼制御に関する燃料噴射及び点火の流れ（図３（ａ）の上段を参照）と、その燃料噴射及び点火により燃焼室で生じると想定される燃焼に関する事象の変遷（図３（ａ）の下段を参照）を模式的に示したものである。また、図３（ｂ）には、図３（ａ）に示す燃料噴射である第１噴射と第２噴射、および点火の時間的相関が示されている。なお、図３に示す形態は、あくまでも本実施例に係る基本燃焼制御を説明するために模式的に示したものであり、本発明をこの形態に限定して解釈すべきではない。
【００５１】
本実施例に係る基本燃焼制御では、一燃焼サイクルにおいて、燃料噴射弁６によって第１噴射と第２噴射とが実行される。第１噴射は圧縮行程中に実行される燃料噴射である。第２噴射は、第１噴射よりも後の時期であって圧縮行程上死点（ＴＤＣ）より前の時期に実行が開始される燃料噴射である。なお、第２噴射は、ＴＤＣより前の時期に実行が開始されるが、ＴＤＣ以降までその実行が継続されてもよい。そして、図３（ｂ）に示すように、第１噴射の噴射開始時期（以下、単に「第１噴射時期」と称する）をＴｐとし、第２噴射の噴射開始時期（以下、単に「第２噴射時期」と称する）をＴｍとする。また、第１噴射時期と第２噴射時期との間隔（Ｔｍ−Ｔｐ）を第１噴射インターバルＤｉ１と定義する。また、第１噴射による燃焼は上述したスプレーガイド燃焼として実行される。つまり、第１噴射によって噴射された燃料（以下、「第１噴射燃料」と称する）によって形成されるプレ噴霧に対して点火プラグ５による点火が行われる。この点火時期を、図３（ｂ）に示すようにＴｓとし、第１噴射の実行が開始されてから点火が行われるまでの間隔（Ｔｓ−Ｔｐ）を点火インターバルＤｓと定義する。
【００５２】
次に、本発明に係る基本燃焼制御の流れについて説明する。
（１）第１噴射
基本燃焼制御では、一燃焼サイクル中において、先ず、圧縮行程中の第１噴射時期Ｔｐに第１噴射が行われる。なお、第１噴射時期Ｔｐは、後述する第２噴射時期Ｔｍとの相関に基づいて決定される。第１噴射が実行されることで、図２に示すように、燃料噴射弁６から噴射された第１噴射燃料のプレ噴霧は、燃焼室内において点火プラグ５の点火可能領域５ａを通過する。このように第１噴射の実行が開始された直後においては、第１噴射燃料のプレ噴霧は燃焼室内に広く拡散はせずに、該噴霧の貫徹力によりその先端部において周囲の空気を巻き込みながら燃焼室内を進んでいく。そのため、第１噴射燃料のプレ噴霧によって燃焼室内において成層混合気が形成される。
【００５３】
（２）第１噴射燃料への点火
そして、上記のように成層化された第１噴射燃料のプレ噴霧に対して、第１噴射時期Ｔｐから所定の点火インターバルＤｓが経過した点火時期Ｔｓに、点火プラグ５による点火が行われる。上記の通り、第１噴射燃料は成層化されているため、該第１噴射燃料量が少量であっても点火プラグ５周囲の局所的な空燃比は、当該点火による燃焼が可能な空燃比となっている。この点火により、第１噴射燃料によるスプレーガイド燃焼が行われること
になる。換言すれば、スプレーガイド燃焼が可能となるように点火インターバルＤｓが設定されている。そして、ピストン３の圧縮作用による圧力上昇に加えて、このスプレーガイド燃焼が行われることで、燃焼室内の更なる温度上昇が得られることになる。ただし、第１噴射燃料のうち、このスプレーガイド燃焼によって燃焼する燃料は一部であり、そのうちの多くは点火プラグ５の点火による燃焼には供されずに該点火以後も「燃え残り燃料」として燃焼室内に存在することになる。これは、第１噴射燃料によって形成された成層混合気における点火プラグ５の電極間から比較的離れた部分においては、その空燃比が高いために火炎が伝播できなくなるためである。ただし、当該燃え残り燃料は、燃焼室内で第１噴射燃料の一部が燃焼することで高温雰囲気に晒されることになる。そのため、燃え残り燃料の少なくとも一部は燃焼には至らない状況下での低温酸化反応により燃焼性が高められた物性に改質された状態となることが期待される。ただし、本発明における第１噴射燃料の燃え残りは、第１噴射燃料の一部が点火プラグ５の点火による燃焼に供されずに該点火以後も燃焼室内に未燃の状態で残った燃料を指すものであり、その燃え残った燃料が特定の物性を示す状態になっていることが必ずしも要求されるものではない。
【００５４】
（３）第２噴射
次に、第１噴射時期から所定の第１噴射インターバルＤｉ１が経過した圧縮行程上死点前の第２噴射時期Ｔｍ（点火プラグ５による点火時期ＴｓからＤｉ−Ｄｓの時間が経過した時期Ｔｍ）に、燃料噴射弁６による第２噴射の実行が開始される。なお、内燃機関１においては、後述するように第２噴射燃料は自着火および拡散燃焼に供され、機関出力に寄与することになる。そのため、第２噴射時期Ｔｍは、機関負荷等によって決定される量の第２噴射燃料の燃焼によって得られる機関出力が概ね最大となる時期（以下、「適正噴射時期」という）に設定される。ただし、第２噴射燃料の燃焼は、第１噴射燃料のプレ噴霧に対する点火によって生じた火炎を火種として開始される。つまり、第２噴射時期Ｔｍが適正噴射時期に設定されるとともに、プレ噴霧への点火によって生じた火炎を起点として第２噴射燃料の燃焼が開始されるように第１噴射インターバルＤｉ１が設定されている。第２噴射時期Ｔｍと第１噴射インターバルＤｉ１とがこのように設定されることで、第１噴射時期Ｔｐは必然的に決まることになる。そして、第２噴射燃料の燃焼が開始されると燃焼室内の温度が更に上昇する。その結果、第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料とがその温度上昇場において自着火し、さらにはこれらの燃料が拡散燃焼に供されることになる。このとき、上記のように第１噴射燃料の燃え残りの燃焼性が高められている場合には、第２噴射の実行開始後の燃料の自着火がより促進される。
【００５５】
このように、本実施例に係る基本燃焼制御では、第１噴射、点火、および第２噴射によって上述のような一連の燃焼が行われることになる。なお、本明細書において、このように第１噴射燃料のプレ噴霧への点火によって生じる火炎を起点とした第２噴射燃料の燃焼開始と、それに続く第１噴射燃料のうちの燃え残り燃料と第２噴射燃料との自着火および拡散燃焼とが可能となる第１噴射と第２噴射との相関を、「第１−第２噴射相関」と称する。つまり、本実施例に係る基本燃焼制御では、第１噴射および第１噴射燃料に対する点火に対して第１−第２噴射相関を有する第２噴射が行われる。
【００５６】
図４は、本実施例に係る基本燃焼制御が行われたときの燃焼室での熱発生率の推移を示す図である。なお、図４においては、内燃機関１の機関回転速度が２０００ｒｐｍであるときの、４つの異なる制御形態Ｌ１〜Ｌ４に対応する熱発生率の推移が示されている。これらの制御形態Ｌ１〜Ｌ４においては、第１噴射時期Ｔｐ、第１噴射燃料量（すなわち、第１噴射の実行期間）、第２噴射時期Ｔｍ、点火時期Ｔｓは同一となっているが、第２噴射燃料量（すなわち、第２噴射の実行期間）が制御形態ごとに異なっている。詳細には、第２噴射燃料量は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４となっている。つまり、図４には、同一の第１−第２噴射相関が成立していることを前提条件としたときの第２噴射燃料量の増減に応じた熱発生率の推移の変化が示されている。
【００５７】
ここで、図４中、点線で囲まれたＺ１の部分で、熱発生率の一次ピークが表れている。この一次ピークは、第１噴射燃料が点火によって燃焼することで発生した熱（つまり、スプレーガイド燃焼によって発生した熱）を示している。この熱発生率の一次ピークが表れる時期においては、第２噴射はまだ行われておらず、燃焼室内には第１噴射燃料に対する点火によって生じた火炎と、該点火では燃焼していない第１噴射燃料である燃え残り燃料が存在していることになる。ここで、図５に基づいて第１噴射燃料の燃え残りについて説明する。図５は、基本燃焼制御での第１噴射における、第１噴射燃料量と、第１噴射燃料の燃焼効率（以下、「第１燃焼効率」と称する）との相関を、３つの燃焼条件Ｌ５〜Ｌ７のそれぞれについて示した図である。具体的には、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７の順で、燃焼条件である第１噴射時期Ｔｐと点火時期Ｔｓとが、両時期のインターバルである点火インターバルＤｓを一定とした状態で進角されている。なお、図５においては、第２噴射は行われずに、第１噴射及び点火のみ（つまり、スプレーガイド燃焼のみ）が行われた場合の上記相関が示されている。
【００５８】
第１燃焼効率は、第１噴射燃料の燃え残り率と以下の式１に示す関連性を有する。つまり、第１燃焼効率が高くなるほど第１噴射燃料の燃え残り率は低くなる。
第１噴射燃料の燃え残り率  ＝  １−  第１燃焼効率  ・・・（式１）
ここで、図５からは、第１噴射燃料量が一定の場合に、第１噴射開始時期Ｔｐおよび点火時期Ｔｓを進角させると（すなわち、第１噴射インターバルＤｉ１を大きくすると）、第１燃焼効率は下がり、故に燃え残り率は高くなる傾向が見出せる。また、第１噴射燃料量を変化させた場合であっても、第１噴射時期Ｔｐ及び点火時期Ｔｓの進角量を調整することで、第１燃焼効率と燃え残り率とを一定に制御することもできる。このように本実施例に係る基本燃焼制御では、第１噴射燃料量と、第１噴射時期Ｔｐおよび点火時期Ｔｓ（すなわち、第１噴射インターバルＤｉ１）とを調整することで、第１−第２噴射相関を形成する要素の一つである第１噴射燃料の燃え残り率を制御することができる。
【００５９】
ここで、図４に戻ると、熱発生率の一次ピークが生じる時期よりも後であって圧縮行程上死点前の時期Ｔｍにおいて第２噴射の実行が開始される。このとき、第２噴射燃料は、上述したように、先ずは、第１噴射燃料のプレ噴霧に対する点火によって生じた火炎を火種として燃焼し始め、その後、第１噴射燃料の燃え残りとともに自着火し、さらに拡散燃焼に供される。その結果、圧縮行程上死点を過ぎた時期に熱発生率の最大ピークである二次ピークが発生する。ここで、図４では、第２噴射燃料量の増加にしたがって（すなわち、第２噴射期間が長くなるのにしたがって）、熱発生率の二次ピークの値が大きくなるとともに、二次ピークの発生時期が遅くなっている。このことは、第２噴射燃料量の増加にしたがって第２噴射燃料の燃焼期間が長くなっていることを意味する。このことから、第２噴射燃料および第１噴射燃料の燃え残りは、拡散燃焼もしくは実質的に拡散燃焼に同一視できる燃焼に供されているものと推察することができる。
【００６０】
更に、図６に基づいて、本実施例に係る基本燃焼制御において発生する燃料の自着火について説明する。図６は、本実施例に係る基本燃焼制御において、一燃焼サイクル中の総燃料噴射量（第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との合計）を一定としたまま第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との比率を変更した２つの形態Ｌ８，Ｌ９それぞれの、燃焼室内での熱発生比率の推移を示している。なお、図６においては、内燃機関１の機関回転速度が２０００ｒｐｍとされる。また、Ｌ９の形態の方がＬ８の形態に比べて第１噴射燃料量の比率が高くなっている。すなわち、Ｌ９の形態の方がＬ８の形態に比べて、第１噴射燃料量が多く、その結果、第１噴射燃料の燃え残り量も多くなっている。この場合、図６に示すように、Ｌ９の形態では、Ｌ８の形態に比べて、圧縮行程上死点後の熱発生率の二次ピーク値が大きくなっている。さらに、Ｌ９の形態では、Ｌ８の形態に比べて、熱発生率の二次ピーク値からの立ち下り速度（二次ピーク以後のグラフの傾き）が大きくなっている。
これらは、第２噴射開始後の第１噴射燃料の燃え残りおよび第２噴射燃料の燃焼において、Ｌ９の形態では、Ｌ８の形態に比べて、自着火による燃焼がより促進されている（すなわち、自着火によって燃焼する燃料の割合が高くなり、拡散燃焼によって燃焼する燃料の割合が低くなっている）ことを意味するものと推察される。このことから、第１噴射燃料の燃え残りが第２噴射開始後の燃料の自着火の促進に寄与していると考えられる。また、本実施に係る基本燃焼制御において、第１噴射燃料量以外に第１噴射時期Ｔｐや点火時期Ｔｓを調整することで第１噴射燃料の燃え残り量を多くした場合も第２噴射開始後の燃料の自着火が促進されていることを、本発明の発明者は確認した。つまり、本実施例に係る基本燃焼制御においては、第１噴射や点火に関するパラメータを調整して第１噴射燃料の燃え残り率を高めることで、第２噴射実行開始後の第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との燃焼において自着火を促進させることが可能である。
【００６１】
以上説明したように、本実施例に係る基本燃焼制御では、第１噴射と点火プラグ５での点火とによるスプレーガイド燃焼ののちに第２噴射が実行されることで燃料の自着火および拡散燃焼を生じさせる。そのため、当該基本燃焼制御による燃焼はいわゆるディーゼル燃焼に類似し、又は実質的に同一視できると考えられる。したがって、燃焼室内の混合気の空燃比を極めて高いリーン空燃比（２０〜７０程度）とすることができる。また、このようなリーン空燃比での燃焼を実現するため、本実施例に係る燃焼制御では、従来のガソリンエンジンの燃焼制御（均質ストイキ制御）に比べてスロットル弁７１の開度が大きくされる。そのため、内燃機関１でのポンプ損失を小さくすることができる。さらに、機関出力に寄与する燃焼が自着火および拡散燃焼により行われることで内燃機関１での冷却損失も従来の均質ストイキ制御時と比べて小さくすることができる。したがって、本実施例に係る基本燃焼制御によれば、従来のガソリンエンジンの燃焼制御では実現され得ない高い熱効率を達成することができる。
【００６２】
（第１−第２噴射相関についての説明）
ここで、上述したような第１−第２噴射相関を成立させるための技術的要素である、第１噴射燃料量および第２噴射燃料量と第１噴射インターバルとの詳細について説明する。
【００６３】
上記のように、第２噴射時期は内燃機関１の機関出力が概ね最大となる適正噴射時期に設定されている。そのため、第２噴射燃料量を増量することによって機関負荷の上昇にある程度までは対応することができる。しかしながら、第２噴射は、圧縮行程上死点近傍の燃焼室内の圧力が非常に高い時に行われるため、燃料噴射弁６から噴射された燃料噴霧のペネトレーションが小さくなる。つまり、第２噴射によって噴射された燃料噴霧は広範囲に拡散し難い。そのため、第２噴射燃料量があまりに増量されると、第２噴射燃料の噴霧の周囲に存在する酸素、即ち、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素の量が燃料に対して不足した状態となり、その結果、スモークの発生量が増加する虞がある。また、本実施例に係る基本燃焼制御では、第２噴射開始後に燃料の自着火を生じさせる必要があるが、第２噴射燃料量が過剰に多くなると、該第２噴射燃料の気化潜熱によって燃焼室内の温度が低下し、燃焼が不安定となる虞もある。
【００６４】
一方、第１噴射は圧縮行程中の第１噴射時期Ｔｐに行われる。そのため、第１噴射燃料が点火プラグ５による点火によって燃焼すると内燃機関１の機関出力を妨げるように作用するとも考えられる。しかしながら、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火による燃焼では、第２噴射燃料の燃焼のための火種となる火炎が形成されればよい。そのため、上記のように、第１噴射燃料において、点火による燃焼に供されるのは、そのうちの一部である。そのため、当該第１噴射燃料のスプレーガイド燃焼による機関出力を妨げるような作用は小さい。そして、点火プラグ５による点火による燃焼には供されない第１噴射燃料の燃え残りは第２噴射開始後において第２噴射燃料とともに自着火および拡散燃焼に供されるため機関出力に寄与することになる。そのため、第１噴射燃料量を増量するとともにその燃え
残り率を上昇させることでも、機関負荷の上昇にある程度までは対応することができる。
【００６５】
また、上述したように、本実施例に係る基本燃焼制御における第１噴射時期と第２噴射時期とのインターバルである第１噴射インターバルＤｉ１は、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火によって生じた火炎を起点として第２噴射燃料の燃焼が開始されるように設定されている。さらに、第１噴射インターバルＤｉ１は、燃焼全体の熱効率、第１噴射燃料の燃え残り量、およびスモークの発生量を考慮して決定されている。
【００６６】
図７は、本実施例に係る基本燃焼制御における、第１噴射インターバルＤｉ１と内燃機関１の熱効率との相関を示す図である。この図７は、第１噴射燃料量、第２噴射燃料量、及び点火インターバルＤｓを一定とした状態で第１噴射インターバルＤｉ１を変更した場合の当該相関が示されている。
【００６７】
本実施例では、１つの燃料噴射弁６を用いて、第１噴射に続いて第２噴射が実行されることになる。そして、燃料噴射弁は、通常、その機械的な構造に起因して、複数回の噴射を実行する際に採用し得る噴射インターバルの最小値が存在する。そこで、燃料噴射弁６の機械的な構造を要因として実現が困難である第１噴射インターバルの領域（Ｄｉ１がＤｉ１aより短い領域）を、図７では機械限界領域Ｒ１と表している。また、第１噴射イン
ターバルＤｉ１を大きくしていくと、第１噴射燃料への点火による燃焼過程のより終端側の時期に第２噴射が実行されることになる。この終端側の時期では、第１噴射燃料の燃焼が収束しようとしている状態にあるため、第１噴射燃料の燃焼によって生じた火炎を起点とした第２噴射燃料の燃焼が開始されにくい状況にある。そのため、第１噴射インターバルＤｉ１があまりに大きくなると、第２噴射燃料を燃焼させることができず失火が生じてしまう可能性がある。このような失火が生じてしまう可能性が高い第１噴射インターバルの領域（Ｄｉ１がＤｉ１ｂより大きい領域）を、図７では失火発生領域Ｒ２と表している。なお、第１噴射燃料量によって失火発生領域Ｒ２の下限値（図７に示すＤｉ１ｂ）は変化する。つまり、第１噴射燃料量が増量されると、該第１噴射燃料への点火による燃焼がより長い期間継続されることになる。そのため、第１噴射インターバルＤｉ１をより大きくしても第２噴射燃料を燃焼させることが可能となる。
【００６８】
以上より、熱効率の観点からは、第１噴射インターバルＤｉ１としては、図７において下限値がＤｉ１aで定義され上限値がＤｉ１ｂで定義される範囲Ｒｄ内で内燃機関１の熱
効率がピーク値を示す噴射インターバルＤｉ１ｘを採用するのが好ましい。
【００６９】
また、上述したように、本実施例に係る基本燃焼制御においては、第２噴射燃料は、第１噴射燃料の燃焼によって生じた火炎を起点としてその燃焼が開始され、第１噴射燃料の燃え残りとともに自着火し拡散燃焼する。このとき、第２噴射燃料の燃焼初期においては、第１噴射燃料が燃焼することで生じた火炎や第１噴射燃料の燃え残りが燃焼室内に偏在しているため、第２噴射燃料と燃焼室内の空気との混合が十分に促進されにくい。そのため、第２噴射が実行された時に、燃焼室内において第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料とが重なり合った状況が生じると、これらが重なりあった部分では、当該部分の周囲に存在する酸素、即ち、当該部分に存在する燃料の燃焼に供される酸素の量が燃料に対して不足した状態となり、スモークが発生しやすくなる。また、スモークの発生は、良好な燃焼が阻害されていることを意味している。そのため、スモークの発生量が増加すると、熱効率が低下する傾向にある。このようなスモークの発生を抑制するためには、第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりを抑制する必要がある。しかしながら、上記のように、内燃機関１の熱効率向上の観点から、第２噴射時期は圧縮行程上死点前の適正噴射時期に設定される。そのため、スモークの発生し易い状況である第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりを抑制するためには、第２噴射時期を適正噴射時期としつつ、第１噴射インターバルＤｉ１を調整する、つまり、第１噴射時期を調整するのが好ましい
。
【００７０】
図８は、第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との合計である総燃料噴射量は同一でそれぞれの比率が異なる３つの形態１〜３（図８（ａ）を参照）において、第２噴射時期Ｔｍを圧縮上死点前の所定時期に固定し、第１噴射時期Ｔｐを変化させた場合の、スモークの発生量と第１噴射時期Ｔｐとの相関（図８（ｂ）を参照）と、熱効率と第１噴射時期Ｔｐとの相関（図８（ｃ）を参照）とを示す図である。なお、図８に示す各形態において、点火インターバルＤｓ（第１噴射時期Ｔｐから点火時期Ｔｓまでの時間）は全て同一に設定されている。また、各形態１〜３における第１噴射燃料量と第２噴射燃料量との関係は以下のとおりである。
形態１：  第１噴射燃料量＝Ｘ１  第２噴射燃料量＝Ｙ１
形態２：  第１噴射燃料量＝Ｘ２  第２噴射燃料量＝Ｙ２
形態３：  第１噴射燃料量＝Ｘ３  第２噴射燃料量＝Ｙ３
但し、Ｘ１＞Ｘ２＞Ｘ３、且つ、Ｙ１＜Ｙ２＜Ｙ３。
【００７１】
図８（ｂ）において、形態１に対応するスモークの発生量の変動はＬ１１で表され、形態２に対応するスモークの発生量の変動はＬ１２で表され、形態３に対応するスモークの発生量の変動はＬ１３で表される。また、図８（ｃ）において、形態１に対応する熱効率の変動はＬ１４で表され、形態２に対応する熱効率の変動はＬ１５で表され、形態３に対応する熱効率の変動はＬ１６で表される。なお、図８において、形態１に対応するスモーク及び熱効率の測定点は丸印で表され、形態２に対応するスモーク及び熱効率の測定点は三角印で表され、形態３に対応するスモーク及び熱効率の測定点は菱形印で表される。そして、各形態での、熱効率の変動において最高熱効率を示す第１噴射時期Ｔｐに対応するスモーク及び熱効率の測定点は、黒塗りの丸印、三角印、菱形印で表されている。
【００７２】
ここで、上記黒塗りされた測定点に注目し形態３から形態２、形態１へ形態が変遷した場合について検討する。そうすると、第１噴射燃料量を増量するとともにその第１噴射時期Ｔｐを進角させると、スモークの発生量を低減又は維持させながら（図８（ｂ）を参照）、内燃機関１の熱効率を概ね最高の状態に維持することができることがわかる。すなわち、総燃料噴射量を同一とした場合、第１噴射燃料量が増量されると、第２噴射燃料量は必然的に減少することになる。しかしながら、第１噴射燃料量の増量に伴い第１噴射時期Ｔｐを進角することで、第１噴射燃料の燃え残り量を増加させることができる（すなわち、燃え残り率を高めることができる）。これは、第１噴射時期が進角されると、燃焼室内の圧力がより低いときに第１噴射が実行されることとなり、その結果、第１噴射燃料のプレ噴霧のペネトレーションが相対的に大きくなるために、第１噴射燃料が燃焼室内においてより拡散し易くなるためと考えられる。つまり、燃焼室内において第１噴射燃料がより広く拡散することで、点火によって生じた火炎が伝播せずに燃え残る燃料が増加する。そして、より多くの燃え残り燃料が、第２噴射の実行開始後に第２噴射燃料とともに自着火および拡散燃焼に供されることとなる。そのため、第２噴射燃料量の減少に起因する出力低下を第１噴射燃料の燃え残りの燃焼によって補うことが可能となる。さらに、燃焼室内において第１噴射燃料がより広く拡散することで、第２噴射が実行された際の第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりも抑制することができる。したがって、これらの燃料の重なりに起因するスモークの発生を抑制することもできる。つまり、第１噴射燃料量を増量するとともにその第１噴射時期Ｔｐを進角させることで、内燃機関１の熱効率を良好に維持しつつ、スモークの発生量を抑制することが可能となる。
【００７３】
なお、図８（ｃ）によれば、例えば、第１噴射時期Ｔｐを形態３において最高熱効率となる時期Ｔａに固定して、形態１〜３のそれぞれに沿った第１噴射を行ったと仮定した場合、第１噴射燃料量の増量とともに、スモークの発生量は増加し、また、内燃機関１の熱効率は低下していくことが理解できる。この点からも、上述した第１噴射燃料量の増量と
ともに第１噴射時期Ｔｐを進角させる制御は、スモークの発生量の抑制及び熱効率向上の観点から有用な制御であることが理解できる。
【００７４】
［ＥＧＲ率に応じた燃料噴射制御］
本実施例では、ＥＧＲ装置３０によって内燃機関１にＥＧＲガスが供給される。ＥＧＲガスを供給するとＮＯｘの生成量を低減することができる。その一方で、吸気におけるＥＧＲ率が高くなるとスモークの発生量が増加する虞がある。ここで、一燃焼サイクル中における総燃料噴射量に対する第１噴射燃料量の割合（第１噴射割合）および第２噴射燃料量の割合（第２噴射割合）と、吸気におけるＥＧＲ率と、スモークの発生量との関係について図９に基づいて説明する。図９（ａ）において、線Ｌａは一燃焼サイクル中における総燃料噴射量を示しており、線Ｌｐ１，Ｌｐ２は第１噴射燃料量を示しており、線Ｌｍ１，Ｌｍ２は第２噴射燃料量を示している。図９（ｂ）において、線Ｌｓ１は、図９（ａ）において線Ｌｐ１，Ｌｍ１で示すように第１噴射割合および第２噴射割合をＥＧＲ率に関わらず一定とした場合のＥＧＲ率に応じたスモークの発生量の推移を示している。また、図９（ｂ）において、線Ｌｓ２は、図９（ａ）において線Ｌｐ２，Ｌｍ２で示すように第１噴射割合および第２噴射割合をＥＧＲ率に基づいて変化させた場合のＥＧＲ率に応じたスモークの発生量の推移を示している。図９（ｃ）は、ＥＧＲ率に応じた気筒２における燃焼室内の酸素量の推移を示している。
【００７５】
図９（ｂ）の線Ｌｓ１と線Ｌｓ２との比較からわかるように、一燃焼サイクル中の総燃料噴射量が同一のときは、吸気におけるＥＧＲ率が高いほど第１噴射割合を増加させると、ＥＧＲ率に関わらず第１噴射割合を一定とした場合に比べてスモークの発生量を抑制することができる。以下、その理由について説明する。
【００７６】
上述したように、第２噴射燃料の噴霧はペネトレーションが小さいため燃焼室内において広く拡散し難い。また、第２噴射燃料の燃焼には、該第２噴射燃料の噴霧の周囲に存在する酸素が用いられる。ここで、図９（ｃ）に示すように、吸気の流量が同一であれば、吸気におけるＥＧＲ率が高くなるほど燃焼室内の酸素量は少なくなる。そのため、吸気におけるＥＧＲ率が高くなるほど、第２噴射が行われた際に第２噴射燃料の噴霧の周囲に存在する酸素量も少なくなる。従って、ＥＧＲ率が高くなると、第２噴射燃料を十分に燃焼させるために必要な酸素量を確保することが困難となる。その結果、スモークの発生量の増加を招くことになる。一方で、吸気の流量が同一であれば、吸気におけるＥＧＲ率が低くなるほど燃焼室内の不活性ガス量が少なくなる。そのため、吸気におけるＥＧＲ率が低くなるほど、燃焼室内において燃焼が促進され易くなる。その結果、第１噴射燃料によるスプレーガイド燃焼が行われた際の第１燃焼効率が高くなる（燃え残り率が低くなる）ことになる。つまり、第２噴射が行われる前に第１噴射燃料の燃焼に消費される酸素量が増加する。従って、ＥＧＲ率が低くなると、それによって燃焼室内に供給される酸素量が増加したとしても、第１噴射燃料の燃焼に消費される酸素量が過剰に増加することで、第２噴射が実行されたときに第２噴射燃料を十分に燃焼させるために必要な酸素量を確保することが困難となる。この場合も、スモークの発生量の増加を招くことになる。
【００７７】
そこで、図９（ａ）における線Ｌｐ２，Ｌｍ２に示すように、吸気におけるＥＧＲ率が高いほど第１噴射割合を増加させる。換言すれば、吸気におけるＥＧＲ率が高いほど第２噴射割合を減少させる。ＥＧＲ率が高いほど第２噴射割合を減少させることで、燃焼室内の酸素量が少ないほど、第２噴射が実行されたときに燃料噴霧が形成される領域に存在する燃料量を少なくすることができる。そのため、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素量が不足することを抑制することができる。これにより、スモークの発生量を抑制することができる。
【００７８】
ここで、第１噴射割合を増加させると、第１噴射燃料量が増加するため点火プラグ５に
よる点火に供される燃料量が増加する。ただし、ＥＧＲ率が高いほど、燃焼室内の不活性ガス量が増加するため、点火プラグ５によってプレ噴霧に対して点火を行うことによって生じる火炎が広範囲に伝播し難くなる。そのため、ＥＧＲ率が高いほど、第１噴射燃料の燃え残り率は高くなる。したがって、ＥＧＲ率が高いほど第１噴射割合を増加させると、第１噴射燃料量が増加するため点火プラグ５による点火に供される燃料量は増加するが、第１噴射燃料のうち、該点火によって生じた火炎の伝播によって燃焼する燃料よりも燃え残る燃料の方がより増加する。そして、第１噴射燃料の燃え残りは、第２噴射時期においては、燃焼室内における第２噴射燃料の噴霧が形成される領域よりも広範囲に拡散している。そのため、ＥＧＲ率が高い場合であっても、第１噴射燃料の燃え残りを自着火または拡散燃焼によって燃焼させるために必要な量の酸素は十分に確保することができる。したがって、ＥＧＲ率が高い場合に第１噴射割合を増加させても、スモークの発生量の増加は招き難い。
【００７９】
一方で、ＥＧＲ率が低いほど第１噴射割合を減少させることで、燃焼室内の不活性ガス量が少ないほど、燃焼室内に存在する第１噴射燃料量を少なくすることができる。これにより、燃焼室内の不活性ガス量が少ない状況下において点火プラグ５によって点火を行った際の火炎伝播によって燃焼する燃料量を少なくすることができる。つまり、第２噴射が行われる前の第１噴射燃料の燃焼に消費される酸素量を少なくすることができる。そのため、第２噴射が実行されたときに、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素が不足することを抑制することができる。その結果、スモークの発生量を抑制することができる。
【００８０】
また、吸気におけるＥＧＲ率が高くなると、燃焼室内の不活性ガス量が増加するため、第１噴射燃料によって形成されたプレ噴霧に対し点火プラグ５によって点火を行った際の着火性が低下する。そうなると、第２噴射燃料の燃焼起点となる火炎が形成されず、ディーゼル燃焼が不安定となる。これに対し、ＥＧＲ率が高いほど第１噴射割合を増加させることで、燃焼室内の不活性ガス量が多いほど、点火プラグ５による点火に供される燃料量を多くすることができる。つまり、第１噴射燃料のうち、燃え残る燃料が増加する一方で、プレ噴霧に対し点火プラグ５によって点火を行った際の火炎の形成に寄与する燃料も増加することになる。そのため、ＥＧＲ率が高くなることで燃焼室内の不活性ガス量が増加した場合であっても、第１噴射割合を増加させることで、プレ噴霧に対し点火プラグ５によって点火を行った際の着火性が低下することを抑制することができる。また、上述したように、第１噴射燃料の燃え残りは第２噴射開始後の燃料の自着火の促進に寄与する。そのため、ＥＧＲ率が高いほど第１噴射割合を増加させることで第１噴射燃料の燃え残り量が増加すると、第２噴射開始後の燃料の自着火が促進されることになる。以上のような理由により、ＥＧＲ率が高いほど第１噴射割合を増加させると、ディーゼル燃焼の安定性向上という効果も得ることができる。
【００８１】
［過渡運転制御］
ここで、内燃機関１の過渡運転時には、機関負荷の変化に伴って吸気におけるＥＧＲ率を変更する場合がある。この場合、ＥＧＲ弁３２の開度を調整することで、吸気におけるＥＧＲ率を目標機関負荷に応じた目標ＥＧＲ率に制御する。つまり、ＥＧＲガス量を減量してＥＧＲ率を低下させる場合はＥＧＲ弁３２の開度を小さくする。また、ＥＧＲガス量を増量してＥＧＲ率を上昇させる場合はＥＧＲ弁３２の開度を大きくする。ただし、ＥＧＲ弁３２の開度を目標ＥＧＲ率に対応した開度に変更してから、吸気における実際のＥＧＲ率が該目標ＥＧＲ率となるまでにはある程度の時間がかかる。つまり、内燃機関１の過渡運転時においては、燃料噴射量の変化に対して、ＥＧＲ率の変化には応答遅れが生じる。
【００８２】
そのため、内燃機関１の機関負荷を目標機関負荷に変化させる過渡運転時において、一燃焼サイクル中の総燃料噴射量が目標機関負荷に対応する目標総燃料噴射量となってから
、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に達するまでの応答遅れ期間中は、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に比べて高い又は低い状態となる。このように実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に比べて高い状態又は低い状態となる期間中においては、機関負荷に対する第１噴射割合および第２噴射割合を定常運転時と同様とすると、実際のＥＧＲ率に対して第１噴射燃料量および第２噴射燃料量が適した量とならず、スモークの発生量の増加を招いたり、ディーゼル燃焼が不安定となったりする虞がある。そこで、本実施例においては、内燃機関１の過渡運転時において、スモークの発生量を抑制するとともに安定したディーゼル燃焼を実現するために、第１噴射割合および第２噴射割合を定常運転時とは異なる値に制御する。
【００８３】
図１０，１１は、内燃機関１の過渡運転時における、機関負荷、一燃焼サイクルにおける総燃料噴射量、第１噴射燃料量、第２噴射燃料量、第１噴射時期、第２噴射時期、および吸気のＥＧＲ率の推移を示すタイムチャートである。図１０は、内燃機関の１の機関負荷の低下に伴ってＥＧＲ率を低下させる場合の各値の推移を示している。図１１は、内燃機関の１の機関負荷の上昇に伴ってＥＧＲ率を上昇させる場合の各値の推移を示している。また、図１０，１１の（ａ）において、線Ｌｑは内燃機関１の機関負荷の推移を示している。図１０，１１の（ｂ）において、線Ｌａは一燃焼サイクル中における総燃料噴射量の推移を示しており、線Ｌｐは第１噴射燃料量の推移を示しており、線Ｌｍは第２噴射燃料量の推移を示している。図１０，１１の（ｃ）において、線Ｌｔｐは第１噴射時期の推移を示しており、線Ｌｔｍは第２噴射時期の推移を示している。図１０，１１の（ｄ）において、線Ｌｅｇｒは吸気におけるＥＧＲ率の推移を示している。
【００８４】
図１０においては、Ｔ１で示す時期に内燃機関１の機関負荷が目標機関負荷Ｑｅｔに低下する。そのため、時期Ｔ１において、一燃焼サイクル中の総燃料噴射量が、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する目標総燃料噴射量Ｓａｔに減量される。そして、時期Ｔ１において、ＥＧＲ率を目標機関負荷Ｑｅｔに対応する目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔに低下させるべくＥＧＲ弁３２の開度が小さくされる。しかしながら、上述したようにＥＧＲ率の変化には応答遅れが生じる。そのため、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔまで低下するのは図１０においてＴ２で示す時期となる。つまり、図１０（ｄ）に示すように、時期Ｔ１から時期Ｔ２までのＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ１においては、吸気における実際のＥＧＲ率は目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも高い状態となる。
【００８５】
ここで、内燃機関１の機関負荷に基づいて定められる第１噴射燃料量および第２噴射燃料量それぞれの基準値を「基準第１噴射燃料量」および「基準第２噴射燃料量」と称する。基準第１噴射燃料量および基準第２噴射燃料量は、内燃機関１の運転状態が定常運転である、即ち吸気における実際のＥＧＲ率が機関負荷に対応するＥＧＲ率となっていることを前提として定められる値である。図１０（ｂ）においては、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する基準第１燃料噴射量をＳｐｂで示し、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する基準第２燃料噴射量をＳｍｂで示す。
【００８６】
上述したとおり、時期Ｔ１から時期Ｔ２までのＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ１においては、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも高くなっている。そのため、この応答遅れ期間ｄＴ１において、第１噴射燃料量を基準第１噴射燃料量Ｓｐｂに制御し、第２噴射燃料量を基準第２噴射燃料量Ｓｍｂに制御すると、実際のＥＧＲ率に対して第１噴射燃料量が過少となり第２噴射燃料量が過多となる。そのため、第２噴射燃料の噴霧が形成される領域において、第２噴射燃料を十分に燃焼させるために必要な酸素量を確保することが困難となる。その結果、スモークの発生量の増加を招くことになる。また、第１噴射燃料によって形成されたプレ噴霧に対し点火プラグ５によって点火を行った際の着火性が低下するため、ディーゼル燃焼が不安定となる。
【００８７】
そこで、本実施例では、図１０（ｂ）に示すように、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ１においては、機関負荷に対する第１噴射燃料量および第２噴射燃料量を補正する。詳細には、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ１においては、第１噴射燃料量を基準第１噴射燃料量Ｓｐｂよりも増加させるとともに第２噴射燃料量を基準第２噴射燃料量Ｓｍｂよりも減少させる。つまり、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ１においては、内燃機関１の機関負荷が目標機関負荷Ｑｅｔであり且つ吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔであるときに比べて、第１噴射割合を増加させるとともに第２噴射割合を減少させる。これにより、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ１において、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素が不足することが抑制される。そのため、スモークの発生量を抑制することができる。また、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ１において、第１噴射燃料によって形成されたプレ噴霧に対し点火プラグ５によって点火を行った際の着火性を向上させることができる。さらに、自着火の促進に寄与する第１噴射燃料の燃え残りの量を増加させることができる。そのため、ディーゼル燃焼の安定性を向上させることができる。
【００８８】
また、本実施例に係る基本燃焼制御においては、第２噴射時期が上述した適正噴射時期となり、且つ、第１噴射時期と第２噴射時期とのインターバルが上述した第１噴射インターバルとなるように、内燃機関１の機関負荷に基づいて第１噴射時期および第２噴射時期が定められている。ここで、内燃機関１の機関負荷に基づいて定められる第１噴射時期および第２噴射時期それぞれの基準値を「基準第１噴射時期」および「基準第２噴射時期」と称する。基準第１噴射時期および基準第２噴射時期は、内燃機関の運転状態が定常運転である、即ち吸気における実際のＥＧＲ率が機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率となっていることを前提として定められる値である。図１０（ｃ）において、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する基準第１燃料時期をＴｐｂで示し、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する基準第２燃料時期をＴｍｂで示す。
【００８９】
そして、本実施例では、図１０（ｃ）に示すように、第１噴射燃料量および第２噴射燃料量を補正するＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ１においては、第１噴射時期および第２噴射時期も合わせて補正する。詳細には、第１噴射燃料量を基準第１噴射燃料量よりも増加させるＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ１においては、第１噴射時期を基準第１噴射時期Ｔｐｂよりも進角させる。このとき、第１噴射時期の基準第１噴射時期Ｔｐｂに対する進角量を、第１噴射燃料量の基準第１噴射燃料量Ｓｐｂに対する増加量に応じた量とする。なお、第１噴射時期を進角させた場合は、点火インターバルを最適値に維持すべく、点火プラグ５による点火時期も進角させる。上述したように、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ１においては、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔより高いため、第１噴射燃料の燃え残り率が高くなるが、この時に、第１噴射燃料量の増量に応じて第１噴射時期を進角することで、第１噴射燃料の燃え残り率をさらに高めることができる。つまり、第１噴射時期を基準第１噴射時期Ｔｐｂに制御した場合よりも、第２噴射開始後の自着火の促進に寄与する第１噴射燃料の燃え残りの量をさらに増加させることができる。したがって、ディーゼル燃焼の安定性をより向上させることができる。
【００９０】
また、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ１においては、第１噴射時期の進角に応じて第２噴射時期も基準第２噴射時期Ｔｍｂより進角させる。これにより、好適な第１噴射インターバルＤｉ１を維持することができる。また、ＥＧＲ率が高いほど第２噴射後の燃焼は緩慢となる。そのため、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも高い期間においては、第２噴射時期を基準第２噴射時期Ｔｍｂよりも進角させることで、該第２噴射時期を適正噴射時期に維持することができる。
【００９１】
一方、図１１においては、Ｔ３で示す時期に内燃機関１の機関負荷が目標機関負荷Ｑｅｔに上昇する。そのため、時期Ｔ３において、一燃焼サイクル中の総燃料噴射量が、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する目標総燃料噴射量Ｓａｔに増量される。また、時期Ｔ３におい
て、ＥＧＲ率を目標機関負荷Ｑｅｔに対応する目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔに上昇させるべくＥＧＲ弁３２の開度が大きくされる。しかしながら、上述したようにＥＧＲ率の変化には応答遅れが生じる。そのため、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔまで上昇するのは図１１においてＴ４で示す時期となる。つまり、図１１（ｄ）に示すように、時期Ｔ３から時期Ｔ４までのＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ２においては、吸気における実際のＥＧＲ率は目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも低い状態となる。
【００９２】
ここで、図１１（ｂ）においても、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する基準第１燃料噴射量をＳｐｂで示し、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する基準第２燃料噴射量をＳｍｂで示す。上述したとおり、時期Ｔ３から時期Ｔ４までのＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ２においては、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも低くなっている。そのため、このＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ２においては、第１噴射燃料量を基準第１噴射燃料量Ｓｐｂに制御し、第２噴射燃料量を基準第２噴射燃料量Ｓｍｂに制御すると、実際のＥＧＲ率に対して第１噴射燃料量が過多となる。そのため、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも低い状態となることで燃焼室内に供給される酸素量が増加したとしても、第１噴射燃料の燃焼に消費される酸素量が過剰に増加することで、第２噴射が実行されたときに第２噴射燃料を十分に燃焼させるために必要な酸素量を確保することが困難となる。その結果、スモークの発生量の増加を招くことになる。
【００９３】
そこで、本実施例では、図１１（ｂ）に示すように、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ２においては、機関負荷に対する第１噴射燃料量および第２噴射燃料量を補正する。詳細には、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ２においては、第１噴射燃料量を基準第１噴射燃料量Ｓｐｂよりも減少させるとともに第２噴射燃料量を基準第２噴射燃料量Ｓｍｂよりも増加させる。つまり、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ２においては、内燃機関１の機関負荷が目標機関負荷Ｑｅｔであり且つ吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔであるときに比べて、第１噴射割合を減少させるとともに第２噴射割合を増加させる。これにより、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ２において、第２噴射が行われる前に第１噴射燃料の燃焼に消費される酸素量を少なくすることができる。そのため、第２噴射が実行されたときに、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素が不足することが抑制することができる。その結果、スモークの発生量を抑制することができる。
【００９４】
そして、本実施例では、図１１（ｃ）に示すように、第１噴射燃料量および第２噴射燃料量を補正するＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ２においては、第１噴射時期および第２噴射時期も合わせて補正する。詳細には、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ２においては、第２噴射時期を基準第２噴射時期Ｔｍｂよりも遅角させる。このとき、第２噴射時期の基準第２噴射時期Ｔｍｂに対する遅角量を、第２噴射燃料量の基準第２噴射燃料量Ｓｍｂに対する増加量に応じた量とする。上述したように、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ２においては、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔより低いため、燃焼室内の不活性ガスが少なくなっている。このような状況の下で、第２噴射燃料が増加されると、ノッキングが発生する可能性が高くなる。このとき、第２噴射燃料量の増量に応じて第２噴射時期を基準第２噴射時期Ｔｍｂよりも遅角させることで、ノッキングの発生を抑制することができる。
【００９５】
また、ＥＧＲ率の応答遅れ期間ｄＴ２においては、第２噴射時期の遅角に応じて第１噴射時期も基準第１噴射時期Ｔｐｂより遅角させる。これにより、好適な第１噴射インターバルＤｉ１を維持することができる。
【００９６】
［ＥＧＲ制御フロー］
ここで、本実施例に係るＥＧＲ制御の制御フローについて図１２に基づいて説明する。図１２は、本実施例に係るＥＧＲ制御の制御フローを示すフローチャートである。本制御
フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１が稼働している間、ＥＣＵ２０に格納された制御プログラムが実行されることで、所定の間隔で繰り返し実行される。
【００９７】
本フローでは、先ず、Ｓ１０１においてアクセルポジションセンサ２２の検出値に基づいて、内燃機関１の目標機関負荷Ｑｅｔが算出される。次に、Ｓ１０２において、Ｓ１０１で算出された目標機関負荷Ｑｅｔに基づいて目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔが算出される。本実施例では、内燃機関１の機関負荷と吸気におけるＥＧＲ率との相関は予め実験等に基づいて求められており、マップまたは関数としてＥＣＵ２０に記憶されている。Ｓ１０２では、このマップまたは関数を用いて目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔが算出される。次に、Ｓ１０３において、Ｓ１０２で算出された目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔに対応するＥＧＲ弁３２の目標開度Ｖｅｇｒｔが算出される。次に、Ｓ１０４において、ＥＧＲ弁３２の開度が、Ｓ１０３で算出された目標開度Ｖｅｇｒｔに制御される。
【００９８】
上記フローが実行されることにより、内燃機関１の運転状態が定常運転であれば、吸気のＥＧＲ率を現状の機関負荷に対応したＥＧＲ率に維持すべく、Ｓ１０４においてＥＧＲ弁３２の開度が現状の開度に維持される。一方、内燃機関１の運転状態が過渡運転状態であり、目標機関負荷Ｑｅｔの変更に伴って目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔが変化すると、Ｓ１０４においてＥＧＲ弁３２の開度が変更される。ただし、上述したように、ＥＧＲ弁３２の開度が変更されてから、吸気における実際のＥＧＲ率が、目標機関負荷Ｑｅｔの変更後の目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔに達するまでにはある程度の時間がかかる。
【００９９】
［燃焼制御フロー］
次に、本実施例に係る燃焼制御の制御フローについて図１３〜１５に基づいて説明する。図１３は、本実施例に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。また、図１４，１５は、本実施例に係る燃焼制御における各パラメータの基準値、即ち、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂ、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂ、基準第１噴射時期Ｔｐｂ、基準第２噴射時期Ｔｍｂ、および基準点火時期Ｔｓｂを算出するためのフローを示すフローチャートである。これらのフローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１が稼働している間、ＥＣＵ２０に格納された制御プログラムが実行されることで、所定の間隔で繰り返し実行される。また、これらのフローは、図１２に示すＥＧＲ制御の制御フローと並行して実行される。
【０１００】
また、図１６は、本実施例に係る燃焼制御において、負荷対応噴射量（内燃機関１の機関負荷に対応した燃料噴射量）Ｓ０、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂ、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂ、基準第１噴射時期Ｔｐｂ、基準第２噴射時期Ｔｍｂ、および基準点火時期Ｔｓｂの算出に用いられるマップの一例を示している。図１６の上段（ａ）では、内燃機関１の機関負荷と負荷対応噴射量Ｓ０との相関を線Ｌ２０で示し、該機関負荷と基準第１噴射燃料量Ｓｐｂの相関を線Ｌ２１で示し、該機関負荷と基準第２噴射燃料量Ｓｍｂとの相関を線Ｌ２２で示している。また、図１６（ａ）では、点火プラグ５による点火を行った際に生じる火炎伝播では燃焼せずに燃え残る第１噴射燃料の燃え残り量をＭ１で示している。また、図１６（ａ）において、Ｓ１は、運転領域Ｒ３（以下、「低負荷領域Ｒ３」と称する）とＲ４（以下、「中負荷領域Ｒ４」と称する）との境界となる機関負荷に対応する負荷対応噴射量を表している（以下、この燃料噴射量を「第１所定量Ｓ１」と称する）。また、Ｓ２（＞Ｓ１）は、中負荷領域Ｒ４と運転領域Ｒ５（以下、「高負荷領域Ｒ５」と称する）との境界となる機関負荷に対応する負荷対応噴射量を表している（以下、この燃料噴射量を「第２所定量Ｓ２」と称する）。
【０１０１】
また、図１６の下段（ｂ）では、内燃機関１の機関負荷と基準第１噴射時期Ｔｐｂの相関を線Ｌ３１で示し、該機関負荷と基準点火時期Ｔｓｂとの相関を線Ｌ３０で示し、該機関負荷と基準第２噴射時期Ｔｍｂとの相関を線Ｌ３２で示している。そして、線Ｌ３１と
線Ｌ３２との間隔が第１噴射インターバルＤｉ１を示し、線Ｌ３１と線Ｌ３０との間隔が点火インターバルＤｓを示している。なお、図１６（ｂ）の縦軸は圧縮行程上死点を基準としたクランク角（ＢＴＤＣ）を表しており、その値が大きくなるほど圧縮行程におけるより早い時期であることを意味する。
【０１０２】
図１３に示す燃焼制御の制御フローでは、先ず、Ｓ２０１において、アクセルポジションセンサ２２の検出値に基づいて、内燃機関１の目標機関負荷Ｑｅｔが算出される。次に、Ｓ２０２において、Ｓ２０１で算出された目標機関負荷Ｑｅｔに基づいて負荷対応噴射量Ｓ０が算出される。具体的には、図１６（ａ）で線Ｌ２０に示すマップを利用して、目標機関負荷Ｑｅｔに応じた負荷対応噴射量Ｓ０が算出される。なお、本実施例では、線Ｌ２０に示すように、目標機関負荷が増加するに従い負荷対応噴射量Ｓ０が大きくなるように、両者の相関がマップ上に記録されている。次に、Ｓ２０３において、図１４，１５に示すフローに従って、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する基準第１噴射燃料量Ｓｐｂ、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂ、基準第１噴射時期Ｔｐｂ、基準第２噴射時期Ｔｍｂ、および基準点火時期Ｔｓｂが算出される。
【０１０３】
図１４に示すフローでは、先ず、Ｓ３０１において、図１６（ｂ）で線Ｌ３２に示すマップを利用して、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する基準第２噴射時期Ｔｍｂが決定される。上述したように、内燃機関１の熱効率を向上させるために、基準第２噴射時期Ｔｍｂは、圧縮行程上死点前の適正噴射時期に設定される。なお、この内燃機関１における適正噴射時期は、予め実験により機関負荷ごとに測定され、その測定結果に基づいて線Ｌ３２に示すマップが形成される。なお、基準第２噴射時期Ｔｍｂは、ある程度の機関負荷までは該機関負荷が大きくなるに従い徐々に進角される。ただし、高負荷領域Ｒ５（負荷対応噴射量がＳ２以上となる領域）では、その進角量が上限値に維持される。これは、第２噴射の適正噴射時期は、第２噴射燃料量に応じて決定されるものであり、後述するように、高負荷領域Ｒ５では基準第２噴射燃料量Ｓｍｂが最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘで固定されるためのである。
【０１０４】
次に、Ｓ３０２において、図１３に示すフローのＳ２０２で算出された負荷対応噴射量Ｓ０が第１所定量Ｓ１以下であるか否か、すなわち内燃機関１の目標機関負荷Ｑｅｔが低負荷領域Ｒ３に属しているか否かが判別される。ここで、低負荷領域Ｒ３は、燃料噴射量が比較的少ないため、機関負荷の増加に対して第２噴射燃料量のみの増量によって対応しても、スモークの発生量が増加したり、第２噴射燃料の気化潜熱に起因して燃焼が不安定となったりする可能性が低い運転領域として設定されている。Ｓ３０２において、肯定判定されると次にＳ３０３の処理が実行され、否定判定されると次にＳ３０７の処理が実行される。
【０１０５】
Ｓ３０２で肯定判定された場合、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が第１所定量Ｓ１以下である場合（内燃機関１の機関負荷が低負荷領域Ｒ３に属する場合）、Ｓ３０３において、図１６（ａ）で線Ｌ２１に示されるマップを利用して、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂが最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎに決定される。ここで、最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎは、第２噴射が実行された際に第２噴射燃料の燃焼開始のための火種となる火炎を形成することが可能な基準第１噴射燃料量の下限値である。ここで、第１噴射燃料量が多くなると、点火プラグ５での点火による燃焼（即ちスプレーガイド燃焼）が促進され易くなるため第１噴射燃料における燃え残り率が低下する虞があるが、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂを最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎとすることでその燃え残り率を可及的に高くすることができる。そのため、低負荷領域Ｒ３では、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂを最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎとすることで、安定した燃焼を確保しつつ高い熱効率を実現することができる。なお、上述のように、低負荷領域Ｒ３では、機関負荷の増加に対しては第２噴射燃料量Ｓｍのみの増加によって対応するため、図１６（ａ）で線Ｌ２１に示
されるように、当該領域Ｒ３では、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂは最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎで固定される。
【０１０６】
次に、Ｓ３０４において、図１６（ｂ）で線Ｌ３１に示すマップを利用して、基準第１噴射時期Ｔｐｂが決定される。ここでは、Ｓ３０１で決定された基準第２噴射時期Ｔｍｂに対し、第１噴射燃料量が最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎである場合に熱効率が好適な状態となる第１噴射インターバルＤｉ１が確保されるように、基準第１噴射時期Ｔｐｂが決定される。なお、上述のように、低負荷領域Ｒ３では、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂは最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎで固定される。そのため、低負荷領域Ｒ３では、第１噴射インターバルＤｉ１も一定に維持される。したがって、低負荷領域Ｒ３では、機関負荷が変動することで基準第２噴射時期Ｔｍｂが変動した場合、当該基準第２噴射時期Ｔｍｂの変動に連動して基準第１噴射時期Ｔｐｂも変動されることになる。
【０１０７】
次に、Ｓ３０５において、図１６（ｂ）で線Ｌ３０に示すマップを利用して、基準点火時期Ｔｓｂが決定される。図１６（ｂ）に示すように、基準第１噴射時期Ｔｐｂと基準点火時期Ｔｓｂとのインターバルである点火インターバルＤｓは一定に維持される。そのため、低負荷領域Ｒ３では、基準第２噴射時期Ｔｍｂの変動に連動して基準第１噴射時期Ｔｐｂが変動した場合、当該変動に連動して基準点火時期Ｔｓｂも変動されることになる。
【０１０８】
次に、Ｓ３０６においては、図１６（ａ）で線Ｌ２２に示すマップを利用して、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂが決定される。なお、低負荷領域Ｒ３では、線Ｌ２０で示される負荷対応噴射量Ｓ０と基準第２噴射燃料量Ｓｍｂとの相関は、以下の式２に従う。
Ｓｍｂ  ＝  Ｓ０  −Ｓｐｂ×α  ・・・（式２）
α：第１噴射燃料の燃え残り率
上記のとおり、本実施例に係る基本燃焼制御では、第１噴射燃料の燃え残りは第２噴射燃料とともに自着火し拡散燃焼に供されることで機関出力に寄与する。そのため、機関出力に寄与するという観点に立てば、第１噴射燃料の一部、すなわちその燃え残りは第２噴射燃料と同等と言うことができる。そこで、第１噴射燃料の燃え残り率を示す係数αを予め実験等で求めておき、当該係数αを考慮した上記式２に従って基準第２噴射燃料量Ｓｍｂを算出することで、適切な基準第２噴射燃料量Ｓｍｂを求めることができる。なお、第１噴射燃料の燃え残り率は、点火インターバルＤｓ及び第１噴射インターバルＤｉ１に応じて変化する。従って、係数αはこれらに基づいて定まる値である。そして、低負荷領域Ｒ３では、点火インターバルＤｓ及び第１噴射インターバルＤｉ１はいずれも一定であるため、上記式２おける係数αも一定値となる。また、低負荷領域Ｒ３では、上記の理由により基準第１噴射燃料量Ｓｐｂは最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎに固定されるため、上記式２においてＳｐｂ＝Ｓｐｂｍｉｎとなる。また、第１噴射燃料量に対して点火プラグ５による点火によって燃焼する分の燃料量（すなわちスプレーガイド燃焼によって燃焼する分の燃料量）が非常に少ない場合は、制御上、係数α＝１としてもよい。この場合、負荷対応噴射量Ｓ０＝目標総燃料噴射量（目標機関負荷Ｑｅｔに対応する一燃焼サイクル中の総燃料噴射量）として制御することになる。
【０１０９】
低負荷領域Ｒ３における第１噴射、第２噴射、および点火に関する各パラメータの基準値は以上のように決定される。なお、内燃機関１の運転状態がこの低負荷領域Ｒ３において定常運転となっている場合（すなわち、吸気における実際のＥＧＲ率が目標機関負荷Ｑｅｔに対応する目標ＥＧＲ率となっている場合）に、第１噴射燃料量、第２噴射燃料量、第１噴射時期、第２噴射時期、および点火時期のそれぞれを、上記のように決定された基準値として燃焼制御が実行されると、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火後に図１６（ａ）にＭ１で示す量の第１噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。上記のとおり、低負荷領域Ｒ３では、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂは最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎに固定され、点火インターバルＤｓ及び第１噴射インターバルＤｉ１も一定であるため、第１
噴射燃料の燃え残り量も概ね一定となる。
【０１１０】
一方、Ｓ３０２で否定判定された場合、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が第１所定量Ｓ１より大きい場合、Ｓ３０７において、図１３に示すフローのＳ２０２で算出された負荷対応噴射量Ｓ０が第２所定量Ｓ２以下であるか否か、すなわち内燃機関１の目標機関負荷Ｑｅｔが中負荷領域Ｒ４に属しているか否かが判別される。ここで、中負荷領域Ｒ４は、機関負荷の増加に対して第２噴射燃料量のみの増量によって対応した場合、スモークの発生量が増加したり、第２噴射燃料の気化潜熱に起因して燃焼が不安定となったりする可能性が高い運転領域として設定されている。そのため、中負荷領域Ｒ４では、機関負荷の増加に対して第２噴射燃料量のみならず第１噴射燃料量も増量することで対応する。そして、第２所定量Ｓ２は、スモークの発生量および燃焼安定性の観点から基準第２噴射燃料量が上限値（最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘ）となる機関負荷、すなわち、適正噴射時期に噴射し得る燃料が上限値となる機関負荷に対応した燃料噴射量として設定されている。Ｓ３０７において、肯定判定されると次にＳ３０８の処理が実行され、否定判定されると次にＳ３１２の処理が実行される。
【０１１１】
Ｓ３０７で肯定判定された場合、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が第１所定量Ｓ１より多く第２所定量Ｓ２以下である場合（内燃機関１の機関負荷が中負荷領域Ｒ４に属する場合）、Ｓ３０８において、図１６（ａ）で線Ｌ２１に示すマップを利用して基準第１噴射燃料量Ｓｐｂが決定される。このとき、内燃機関１の機関負荷が高いほど基準第１噴射燃料量Ｓｐｂは増量される。次に、Ｓ３０９において、図１６（ｂ）で線Ｌ３１に示すマップを利用して基準第１噴射時期Ｔｐｂが決定される。ここで、内燃機関１の機関負荷の上昇に従い基準第１噴射燃料量Ｓｐｂが増量されても、基準第１噴射時期Ｔｐｂと基準第２噴射時期Ｔｍｂとのインターバルである第１噴射インターバルＤｉ１が固定されているとすると、第１噴射燃料量を基準第１噴射燃料量Ｓｐｂとして第１噴射が行われた場合、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂが多いほど、第２噴射が実行された際に第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料とが重なり易くなり、スモークの発生量が増加することになる。そのため、Ｓ３０９では、内燃機関１の機関負荷が高いほど、第１噴射インターバルＤｉ１が大きくなるように基準第１噴射時期Ｔｐｂが進角される。つまり、中負荷領域Ｒ４では、基準第１噴射時期Ｔｐｂが、基準第２噴射時期Ｔｍｂの進角量に連動した進角量以上に進角され、その進角量が機関負荷が高いほど大きくなっている。このように基準第１噴射時期Ｔｐｂを制御することで、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂが増量されることでその燃え残り量が多くなっても、第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりを抑制することができる。その結果、これらの燃料の重なりに起因するスモークの発生量を抑制することができる。また、機関負荷の上昇に応じて第１噴射燃料の燃え残りが増加しても、上述したように、該燃え残りは第２噴射の実行開始後の燃焼に供されることで機関出力に寄与するため、内燃機関１の熱効率を高く維持することができる。
【０１１２】
次に、Ｓ３１０において、図１６（ｂ）で線Ｌ３０に示すマップを利用して、基準点火時期Ｔｓｂが決定される。図１６（ｂ）に示すように、中負荷領域Ｒ４においても、基準第１噴射時期Ｔｐｂと基準点火時期Ｔｓｂとのインターバルである点火インターバルＤｓは一定に維持される。そのため、機関負荷の上昇に従い、基準第１噴射時期Ｔｐｂが基準第２噴射時期Ｔｍｂの進角量に連動した進角量以上に進角された場合、基準点火時期Ｔｓｂも基準第１噴射時期Ｔｐｂと同程度に進角される。
【０１１３】
次に、Ｓ３１１において、図１６（ａ）で線Ｌ２２に示すマップを利用して、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂが決定される。なお、中負荷領域Ｒ４でも、低負荷領域Ｒ３と同様に、線Ｌ２２で示される負荷対応噴射量Ｓ０と基準第２噴射燃料量Ｓｍｂとの相関は、上記式２に従う。これにより、Ｓ３０６の処理と同じように、本実施例に係る基本燃焼制御の特徴を考慮した上で基準第２噴射燃料量Ｓｍｂを決定することができる。なお、上記のよう
に、中負荷領域Ｒ４では、機関負荷の上昇に従い基準第１噴射燃料量Ｓｐｂが増量される。そのため、中負荷領域Ｒ４における基準第２噴射燃料量Ｓｍｂの増量比率（機関負荷の上昇量に対する基準第２噴射燃料量Ｓｍｂの増加量の比率）は、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂが固定されている低負荷領域Ｒ３における基準第２噴射燃料量Ｓｍｂの増量比率よりも小さくなる。これにより、第２噴射燃料量の増量に起因するスモークの発生量の増加や、第２噴射燃料の気化潜熱の増加に起因する失火の発生を抑制することができる。
【０１１４】
中負荷領域Ｒ４における第１噴射、第２噴射、および点火に関する各パラメータの基準値は以上のように決定される。なお、内燃機関１の運転状態がこの中負荷領域Ｒ４において定常運転となっている場合（すなわち、吸気における実際のＥＧＲ率が目標機関負荷Ｑｅｔに対応する目標ＥＧＲ率となっている場合）に、第１噴射燃料量、第２噴射燃料量、第１噴射時期、第２噴射時期、および点火時期のそれぞれを、上記のように決定された基準値として燃焼制御が実行されると、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火後に図１６（ａ）にＭ１で示す量の第１噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。上記のとおり、中負荷領域Ｒ４では、機関負荷の上昇に従って、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂが増量されるとともに、点火インターバルＤｓは一定の状態に維持されながら基準第１噴射時期Ｔｐｂ及び基準点火時期Ｔｓｂが進角される。その結果、第１噴射燃料の燃え残り量が、機関負荷の上昇に応じて増加することになる。
【０１１５】
一方、Ｓ３０７で否定判定された場合、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が第２所定量Ｓ２より大きい場合、内燃機関１の機関負荷は高負荷領域Ｒ５に属している。上記のように、第２所定量Ｓ２は、スモークの発生量および燃焼安定性の観点から基準第２噴射燃料量Ｓｍｂが上限値となる機関負荷に対応した燃料噴射量として設定されている。そのため、高負荷領域Ｒ５は、機関負荷の増加に対して基準第１噴射燃料量Ｓｐｂのみを増量することで対応する運転領域として設定されている。
【０１１６】
そして、Ｓ３０７で否定判定された場合、Ｓ３１２において、図１６（ａ）で線Ｌ２２に示されるマップを利用して、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂが最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘに決定される。ここで、最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘは、スモークの発生量を許容範囲内に抑えることができ且つ安定した燃焼を確保することができる（第２噴射燃料の気化潜熱に起因する失火の発生を抑制できる）基準第２噴射燃料量の上限値である。図１６（ａ）で線Ｌ２２に示されるように、高負荷領域Ｒ５では、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂは最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘで固定される。
【０１１７】
次に、Ｓ３１３において、図１６（ａ）で線Ｌ２１に示すマップを利用して、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂが決定される。なお、高負荷領域Ｒ５では、線Ｌ２１で示される負荷対応噴射量Ｓ０と基準第１噴射燃料量Ｓｐｂとの相関は、以下の式３に従う。
Ｓｐｂ  ＝  （Ｓ０  −Ｓｍｂ）／α  ・・・（式３）
なお、αは、式２と同じく、第１噴射燃料の燃え残り率である。上記式３に従うことで、本実施例に係る基本燃焼制御の特徴を考慮した上で基準第１噴射燃料量Ｓｐｂを決定することができる。なお、高負荷領域Ｒ５においては、上記の理由で基準第２噴射燃料量Ｓｍｂは最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘに固定されるため、上記式３においてＳｍｂ＝Ｓｍｂｍａｘとなる。また、高負荷領域Ｒ５では、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂは最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘに固定されるため、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂの増量比率（機関負荷の上昇量に対する基準第１噴射燃料量Ｓｐｂの増加量の比率）は、機関負荷の上昇に対応して基準第２噴射燃料量Ｓｍｂも増量される中負荷領域Ｒ４における基準第１噴射燃料量Ｓｐｂの増量比率よりも大きくなる。
【０１１８】
次に、Ｓ３１４において、図１６（ｂ）で線Ｌ３１に示すマップを利用して基準第１噴射時期Ｔｐｂが決定される。ここで、高負荷領域Ｒ５では、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂは
最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘに固定されているため、Ｓ３０２で決定される基準第２噴射時期Ｔｍｂも固定されることになる。一方で、上記のように、高負荷領域Ｒ５では、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂの増量比率は、中負荷領域Ｒ４における基準第１噴射燃料量Ｓｐｂの増量比率よりも大きくなる。そのため、高負荷領域Ｒ５では、第２噴射が実行された際の第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料とが重なりを抑制するためには、第１噴射インターバルＤｉ１を中負荷領域Ｒ４における第１噴射インターバルＤｉ１よりも大きくする必要があり、且つ、第１噴射インターバルＤｉ１の増加比率（機関負荷の上昇量に対する第１噴射インターバルＤｉ１の増加量の比率）も、中負荷領域Ｒ４における第１噴射インターバルＤｉ１の増加比率よりも大きくする必要がある。そのため、Ｓ３１４では、内燃機関１の機関負荷が高いほど、第１噴射インターバルＤｉ１が大きくなるように基準第１噴射時期Ｔｐｂが進角される。そして、このときの基準第１噴射時期Ｔｐｂの進角比率（機関負荷の上昇量に対する基準第１噴射時期Ｔｐｂの進角量の比率）が、中負荷領域Ｒ４における基準第１噴射時期Ｔｐｂの進角比率よりも大きくなっている。このように基準第１噴射時期Ｔｐｂを決定することで、機関負荷の増加に対して第１噴射燃料量のみを増量することで対応し、それによって第１噴射燃料の燃え残り量が多くなっても、第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料との重なりを抑制することができる。その結果、これらの燃料の重なりに起因するスモークの発生量を抑制することができる。また、機関負荷の上昇に応じて第１噴射燃料の燃え残りが増加しても、上述したように、該燃え残りは第２噴射の実行開始後の燃焼に供されることで機関出力に寄与するため、内燃機関１の熱効率を高く維持することができる。
【０１１９】
次に、Ｓ３１５において、図１６（ｂ）で線Ｌ３０に示すマップを利用して、基準点火時期Ｔｓｂが決定される。高負荷領域Ｒ５においても、図１６（ｂ）に示すように、基準第１噴射時期Ｔｐｂと基準点火時期Ｔｓｂとのインターバルである点火インターバルＤｓは一定に維持される。そのため、中負荷領域Ｒ４と同様、機関負荷の上昇に従い基準第１噴射時期Ｔｐｂが進角された場合、基準点火時期Ｔｓｂも基準第１噴射時期Ｔｐｂと同程度に進角される。
【０１２０】
高負荷領域Ｒ５における第１噴射、第２噴射、および点火に関する各パラメータの基準値は以上のように決定される。なお、内燃機関１の運転状態がこの高負荷領域Ｒ５において定常運転となっている場合（すなわち、吸気における実際のＥＧＲ率が目標機関負荷Ｑｅｔに対応する目標ＥＧＲ率となっている場合）に、第１噴射燃料量、第２噴射燃料量、第１噴射時期、第２噴射時期、および点火時期のそれぞれを、上記のように決定された基準値として燃焼制御が実行されると、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火後に図１６（ａ）にＭ１で示す量の第１噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。上記のとおり、高負荷領域Ｒ５では、機関負荷の上昇に従って、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂが増量されるとともに、点火インターバルＤｓは一定の状態に維持されながら基準第１噴射時期Ｔｐｂ及び基準点火時期Ｔｓｂが進角される。その結果、上記のように、第１噴射燃料の燃え残り量が、機関負荷の上昇に応じて増加することになる。また、高負荷領域Ｒ５では、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂの増量比率および基準第１噴射時期Ｔｐｂの進角比率（第１噴射インターバルＤｉ１の増加比率）が、中負荷領域Ｒ４よりも大きくなっている。その結果、機関負荷の上昇に応じた第１噴射燃料の燃え残り量の増加比率が、中負荷領域Ｒ４よりも大きくなっている。そのため、機関負荷の増加に対して第１噴射燃料量のみを増量することで対応することが可能となる。
【０１２１】
ここで、図１３に示すフローに戻り、Ｓ２０３において、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する基準第１噴射燃料量Ｓｐｂ、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂ、基準第１噴射時期Ｔｐｂ、基準第２噴射時期Ｔｍｂ、および基準点火時期Ｔｓｂが算出された後、次に、Ｓ２０４において、内燃機関１に供給される吸気の実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが算出される。ここで、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、エアフローメータ７２によって検出される吸入空気量および圧力セン
サ７３によって検出される吸気圧力に基づいて算出される。本実施例において、圧力センサ７３は、ＥＧＲ通路３１からＥＧＲガスが導入された後の吸気の圧力を検出する。したがって、圧力センサ７３の検出値は、吸入空気量とＥＧＲガス量との総量と相関のある値となる。そのため、エアフローメータ７２によって検出される吸入空気量および圧力センサ７３によって検出される吸気圧力に基づいて、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒを算出することができる。本実施例では、エアフローメータ７２によって検出される吸入空気量および圧力センサ７３によって検出される吸気圧力とＥＧＲ率との関係が実験等に基づいて予め求められており、ＥＣＵ２０にマップまたは関数として記憶されている。Ｓ２０４においては、このマップまたは関数を用いてＥＧＲ率Ｒｅｇｒが算出される。
【０１２２】
次に、Ｓ２０５において、Ｓ２０４で算出されたＥＧＲ率Ｒｅｇｒが、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔと同等であるか否かが判別される。なお、目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔは、図１２に示すフローのＳ１０２と同様の方法で算出することができる。なお、図１２に示すフローが実行された際にＳ１０２において算出された目標ＥＧＲ率ＲｅｇｒｔをＥＣＵ２０に格納しておき、Ｓ２０４の処理を実行する際に、格納されている目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔを読み込んでもよい。
【０１２３】
内燃機関１の運転状態が定常運転状態であれば、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒは目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔと同等となっている。この場合、Ｓ２０５では肯定判定される。一方、内燃機関１の運転状態が過渡運転状態であり、図１０における時期Ｔ１から時期Ｔ２までの期間や、図１１における時期Ｔ３からＴ４までの期間のようなＥＧＲ率の応答遅れ期間中であれば、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔからずれた値となっている。この場合、Ｓ２０５では否定判定される。なお、Ｓ２０５においては、Ｓ２０４で算出されたＥＧＲ率Ｒｅｇｒと目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔとの差が所定範囲内の場合に、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒは目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔと同等であると判定してもよい。
【０１２４】
Ｓ２０５で肯定判定された場合、次に、Ｓ２０６において、燃焼制御の各パラメータが、Ｓ２０３で算出された基準値に設定される。すなわち、第１噴射燃料量Ｓｐ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射時期Ｔｍ、および点火時期Ｔｓが、それぞれ、Ｓ２０３で算出された、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂ、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂ、基準第１噴射時期Ｔｐｂ、基準第２噴射時期Ｔｍｂ、および基準点火時期Ｔｓｂに設定される。そして、次に、Ｓ２０７において、Ｓ２０６で設定された第１噴射燃料量Ｓｐ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射時期Ｔｍ、および点火時期Ｔｓに従って、燃料噴射弁６による第１噴射および第２噴射と、点火プラグ５による点火とが実行される。
【０１２５】
一方、Ｓ２０５で否定判定された場合、次に、Ｓ２０８において、補正第１噴射燃料量Ｓｐａ１、補正第１噴射時期Ｔｐａ１、補正点火時期Ｔｓａ１を算出するために用いられる係数ｃ１が算出される。ここで、係数ｃ１は、Ｓ２０４で算出された吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒおよび目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔに基づき下記の式４により算出される。
ｃ１  ＝  Ｒｅｇｒ／Ｒｅｇｒｔ  ・・・（式４）
【０１２６】
次に、Ｓ２０９において、Ｓ２０８で算出された係数ｃ１を用いて、補正第１噴射燃料量Ｓｐａ１、補正第１噴射時期Ｔｐａ１、および補正点火時期Ｔｓａ１が下記の式５〜７により算出される。
補正第１噴射燃料量Ｓｐａ１  ＝  Ｓｐｂ×ｃ１  ・・・式（５）
補正第１噴射時期Ｔｐａ１  ＝  Ｔｐｂ×ｃ１  ・・・式（６）
補正点火時期Ｔｓａ１  ＝  Ｔｓｂ×ｃ１  ・・・式（７）
【０１２７】
次に、Ｓ２１０において、補正第２噴射燃料量Ｓｍａ１および補正第２噴射時期Ｔｍａ１が下記の式８〜９により算出される。
補正第２噴射燃料量Ｓｍａ１  ＝  Ｓａｔ−Ｓｐａ１  ・・・式（８）
ここで、目標総燃料噴射量Ｓａｔ＝Ｓｐｂ＋Ｓｍｂ
補正第２噴射時期Ｔｍａ１  ＝  Ｔｍｂ×（Ｓｍｂ／Ｓｍａ１）  ・・・式（９）
【０１２８】
上記式５〜９によれば、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも高くなっているとき、すなわち、機関負荷の変化に伴ってＥＧＲ率を低下させる過渡運転時のＥＧＲ率の応答遅れ期間（図１０においてｄＴ１で示すような応答遅れ期間）においては、補正第１噴射燃料量Ｓｐａ１は基準第１噴射燃料量Ｓｐｂよりも大きくなり、補正第２噴射燃料量Ｓｍａ１は基準第２噴射燃料量Ｓｍｂよりも小さくなる。また、このときは、補正第１噴射時期Ｔｐａ１、補正点火時期Ｔｓａ１、および補正第２噴射時期Ｔｍａ１は、いずれも基準値より大きくなる（すなわち、補正第１噴射時期Ｔｐａ１は基準第１噴射時期Ｔｐｂよりも早い時期となり、補正点火時期Ｔｓａ１は基準点火時期Ｔｓｂよりも早い時期となり、補正第２噴射時期Ｔｍａ１は基準第２噴射時期Ｔｍｂよりも早い時期となる。）。また、上記式５〜９によれば、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも低くなっているとき、すなわち、機関負荷の変化に伴ってＥＧＲ率を上昇させる過渡運転時のＥＧＲ率の応答遅れ期間（図１１においてｄＴ２で示すような応答遅れ期間）においては、補正第１噴射燃料量Ｓｐａ１は基準第１噴射燃料量Ｓｐｂよりも小さくなり、補正第２噴射燃料量Ｓｍａ１は基準第２噴射燃料量Ｓｍｂよりも大きくなる。また、このときは、補正第１噴射時期Ｔｐａ１、補正点火時期Ｔｓａ１、および補正第２噴射時期Ｔｍａ１は、いずれも基準値より小さくなる（すなわち、補正第１噴射時期Ｔｐａ１は基準第１噴射時期Ｔｐｂよりも遅い時期となり、補正点火時期Ｔｓａ１は基準点火時期Ｔｓｂよりも遅い時期となり、補正第２噴射時期Ｔｍａ１は基準第２噴射時期Ｔｍｂよりも遅い時期となる。）。
【０１２９】
なお、本実施例において燃焼制御の各パラメータの補正値を算出するための算出式は上記式４〜９に限られるものではない。ただし、他の補正係数や算出式を用いた場合であっても、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも高くなっているとき、および、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも低くなっているときにおける、各パラメータの基準値と補正値との関係は上述したものとなる。
【０１３０】
次に、Ｓ２１１において、燃焼制御の各パラメータが、Ｓ２０９およびＳ２１０で算出された補正値に設定される。すなわち、第１噴射燃料量Ｓｐ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射時期Ｔｍ、および点火時期Ｔｓが、それぞれ、補正第１噴射燃料量Ｓｐａ１、補正第２噴射燃料量Ｓｍａ１、補正第１噴射時期Ｔｐａ１、補正第２噴射時期Ｔｍａ１、および補正点火時期Ｔｓａ１に設定される。そして、次に、Ｓ２０７において、Ｓ２１１で設定された第１噴射燃料量Ｓｐ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射時期Ｔｍ、および点火時期Ｔｓに従って、燃料噴射弁６による第１噴射および第２噴射と、点火プラグ５による点火とが実行される。
【０１３１】
なお、上記制御フローによれば、目標機関負荷Ｑｅｔが低負荷領域Ｒ３に属しているときは、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂは最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎとなる。そして、目標機関負荷Ｑｅｔが低負荷領域Ｒ３に属しているときに吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔより低い状態となると、補正第１噴射燃料量Ｓｐａ１は基準第１噴射燃料量Ｓｐｂより小さくなる。そのため、第１噴射燃料量Ｓｐが最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎより少ない量となる。しかしながら、第２噴射が実行された際に第２噴射燃料の燃焼開始のための火種となる火炎を形成することが可能な第１噴射燃料量の下限値は吸気におけるＥＧＲ率に応じて変動する。つまり、上述したように、ＥＧＲ
率が低下すれば、燃焼室内の不活性ガス量が減少することで燃焼が促進され易くなる。そのため、ＥＧＲ率が低下すれば、第２噴射が実行された際に第２噴射燃料の燃焼開始のための火種となる火炎を形成することが可能な第１噴射燃料量の下限値は小さくなる。したがって、目標機関負荷Ｑｅｔが低負荷領域Ｒ３に属しているときに、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔより低い状態となったときに、第１噴射燃料量Ｓｐが最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｍｉｎより少ない量となったとしても、第２噴射燃料の燃焼開始のための火種となる火炎を形成することができる。
【０１３２】
また、上記制御フローによれば、目標機関負荷Ｑｅｔが高負荷領域Ｒ５に属しているときは、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂは最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘとなる。そして、目標機関負荷Ｑｅｔが高負荷領域Ｒ５に属しているときに吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔより低い状態となると、補正第２噴射燃料量Ｓｍａ１は基準第２噴射燃料量Ｓｍｂより大きくなる。そのため、第２噴射燃料量Ｓｍが最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘよりも多い量となる。しかしながら、吸気におけるＥＧＲ率に応じて、スモークの発生量を許容範囲内に抑えることができ且つ安定した燃焼を確保することができる第２噴射燃料量の上限値は変動する。つまり、上述したように、ＥＧＲ率が低下すれば、燃焼室内の不活性ガス量が減少するため、スモークの発生量を許容範囲内に抑えることができ且つ安定した燃焼を確保することができる第２噴射燃料量の上限値は大きくなる。したがって、目標機関負荷Ｑｅｔが高負荷領域Ｒ５に属しているときに、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔより低い状態となったときに、第２噴射燃料量Ｓｍが最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘよりも多い量となったとしても、スモークの発生量を許容範囲内に抑えることができ且つ安定した燃焼を確保することができる。
【０１３３】
また、上記制御フローでは、吸気における実際のＥＧＲ率を算出し、算出されたＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率からずれているときに、燃焼制御における各パラメータが補正される。これに代えて、図１２に示すＥＧＲ制御のフローが実行されることでＥＧＲ弁３２の開度が変更された場合に、該ＥＧＲ弁３２の開度が変更された時点から、ＥＧＲ率の応答遅れ期間と想定される所定期間が経過するまでの間は、燃焼制御における各パラメータを補正するようにしてもよい。この場合、所定期間を実験等に基づいて予め定めておき、ＥＣＵ２０に記憶させておく。また、必ずしも、ＥＧＲ率の応答遅れ期間の全期間において燃焼制御における各パラメータを補正する必要はない。つまり、ＥＧＲ率の応答遅れ期間の一部の期間において、燃焼制御における各パラメータを上述のとおり補正した場合でも、当該一部の期間においては、スモークの発生量を抑制することができるとともにディーゼル燃焼の安定性を向上させることができる。
【０１３４】
また、上記制御フローでは、上記式４〜９によって燃焼制御における各パラメータの補正値を算出したが、これとは別の手法によって、吸気における実際のＥＧＲ率に応じた燃焼制御における各パラメータの値を決定してもよい。例えば、それぞれが異なるＥＧＲ率に応じた内燃機関１の機関負荷と燃焼制御における各パラメータとの相関を示している複数のマップをＥＣＵ２０に格納しておいてもよい。この場合、吸気における実際のＥＧＲ率に基づいて、燃焼制御における各パラメータを算出する際に用いるマップを選択する。
【０１３５】
また、本実施例において、図１６に示す内燃機関１の機関負荷と燃焼制御における各パラメータの基準値との相関はあくまでも一例であり、これらの関係は図１６に示すような関係に限られるものではない。例えば、低負荷領域Ｒ３において、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂを機関負荷の増加に従って増量するようにしてもよい。また、高負荷領域Ｒ５において、スモークの発生量および燃焼安定性の観点から許容可能な範囲内で、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂを機関負荷の増加にしたがって増量するようにしてもよい。
【０１３６】
＜実施例２＞
本実施例においては、図１６に示す低負荷領域Ｒ３、中負荷領域Ｒ４、高負荷領域Ｒ５に対応する負荷領域を、それぞれ、「低負荷領域Ｒ３」、「第１中負荷領域Ｒ４」、「第２中負荷領域Ｒ５」と称する。本実施例においても、低負荷領域Ｒ３、第１中負荷領域Ｒ４、第２中負荷領域Ｒ５では、実施例１と同様の基本燃焼制御および過渡運転制御が行われる。そして、本実施例では、第２中負荷領域よりも機関負荷が高い運転領域を「高負荷領域」と称し、この高負荷領域において高負荷燃焼制御が行われる。以下、本実施例に係る高負荷燃焼制御について説明する。
【０１３７】
［高負荷燃焼制御］
内燃機関１においては、機関負荷の上昇に従って燃焼室内への燃料噴射量を増量する必要がある。ただし、上述したように、第２噴射燃料量があまりに増量されると、スモークの発生量が増加したり、燃料の気化潜熱に起因して燃焼室内の温度が低下することで燃焼が不安定となったりする虞がある。また、上述したように、第１噴射燃料量を増量する場合は、その増量とともに第１噴射時期を進角する、すなわち第１噴射インターバルＤｉ１を大きくすることで、スモークの発生量を抑制することができる。しかしながら、第１噴射燃料への点火によって生じる火炎を第２噴射燃料の燃焼のための火種とする必要があることから、図７に示すように、第１噴射インターバルＤｉ１には上限値（図７におけるＤｉ１ｂ）が存在する。そして、仮に、第１噴射インターバルＤｉ１を当該上限値に維持した状態で第１噴射燃料量を更に増量した場合、第２噴射が実行された際に第１噴射燃料の燃え残りと第２噴射燃料とが重なり易くなる。したがって、第１噴射燃料についても、あまりに増量されると、スモークの発生量の増加を招く虞がある。そこで、本実施例に係る内燃機関１においては、一燃焼サイクル中に燃焼室内に噴射する燃料量が比較的多く必要となる高負荷領域では、上述したような基本燃焼制御における第１噴射および第２噴射に加えて燃料噴射弁６によって第３噴射を実行する高負荷燃焼制御が行われる。
【０１３８】
第３噴射は、圧縮工程における第１噴射時期よりも前の時期であって、該第１噴射時期とのインターバルが第２噴射インターバルＤｉ２となる第３噴射時期に実行される。ここで、第２噴射インターバルＤｉ２は、第３噴射によって噴射された燃料（以下、「第３噴射燃料」と称する）が第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼によって燃焼するように設定されている。
【０１３９】
図１７は、基本燃焼制御を行った場合と高負荷燃焼制御を行った場合とのぞれぞれの場合における燃焼室内での熱発生率の推移を示す図である。図１７（ａ）は、それぞれの燃焼制御における各燃料噴射および点火の実行時期を示している。また、図１７（ｂ）において、Ｌ１７は基本燃焼制御を行った場合の熱発生率の推移を示しており、Ｌ１８は高負荷燃焼制御を行った場合の熱発生率の推移を示している。また、図１７においては、それぞれの燃焼制御における一燃焼サイクル中の総燃料噴射量は同一となっている。つまり、高負荷燃焼制御では、基本燃焼制御に比べて第２噴射燃料量が少なくなっている。そして、高負荷燃焼制御では、基本燃焼制御との第２噴射燃料量の差分の量の燃料が第３噴射によって噴射される。なお、図１７においては、内燃機関１の機関回転速度が２０００ｒｐｍとされる。
【０１４０】
ここで、第３噴射時期Ｔｐｐは圧縮行程における第１噴射時期Ｔｐよりも前の時期であるため、第３噴射時期Ｔｐｐにおける燃焼室内の圧力は第１噴射時期Ｔｐにおける燃焼室内の圧力よりも低くなっている。そのため、第３噴射燃料により形成される噴霧のペネトレーションが相対的に大きくなるため、第３噴射燃料は第１噴射燃料よりも燃焼室内においてさらに広範囲に拡散され易い。したがって、第２噴射インターバルＤｉ２を調整することで、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火が行われても、第３噴射燃料の多くは、該点火によって生じた火炎によっては燃焼せず、第２噴射開始後の自着火または拡散燃焼によっ
て燃焼するようにすることができる。ここで、図１７（ｂ）において、Ｌ１８の熱発生率の一次ピーク値（第一噴射燃料のプレ噴霧に対する点火によって生じる燃焼に起因する熱発生率のピーク値）は、Ｌ１７の熱発生率の一次ピーク値と、その発生時期および大きさともに同等となっている。このことから、第３噴射燃料が第１噴射燃料のプレ噴霧への点火時にはほとんど燃焼していないことが推察される。
【０１４１】
そして、第２噴射開始後の自着火または拡散燃焼によって燃焼する第３噴射燃料は燃焼に対して第１噴射燃料の燃え残りと同様に作用するものと考えられる。ここで、図１７（（ｂ）においては、Ｌ１８の熱発生率の二次ピーク値（圧縮上死点後の熱発生率の最大ピーク値）がＬ１７の熱発生率の二次ピーク値よりも大きくなっている。さらに、Ｌ１８では、Ｌ１７に比べて、熱発生率の二次ピーク値からの立ち下り速度（二次ピーク以後のグラフの傾き）が大きくなっている。このことからも、第３噴射燃料が、第１噴射燃料の燃え残りと同様、第２噴射開始後の燃料の自着火の促進に寄与している推察される。
【０１４２】
また、第３噴射時期は第１噴射時期よりも前の時期であるため、第２噴射の実行時において、第３噴射燃料は第１噴射燃料の燃え残りよりも燃焼室内において広く拡散している。そのため、第２噴射の実行時に第３噴射燃料が燃焼室内に存在していても、該第３噴射燃料は第１噴射燃料の燃え残りに比べて第２噴射燃料と重なり合い難い。したがって、第３噴射燃料は、第１噴射燃料および第２噴射燃料のいずれと比べてもスモークの発生原因となり難い。
【０１４３】
そして、第３噴射を実行する場合、第１噴射および第２噴射のみによって内燃機関１の機関負荷に対応する量の燃料を噴射しようとした場合に比べて第１噴射燃料量または第２噴射燃料量の少なくともいずれかを減少させることができる。したがって、第３噴射を行うことで、第１噴射燃料または第２噴射燃料に起因して発生するスモークの量を減らすことができる。図１８は、高負荷燃焼制御において、一燃焼サイクル中の総燃料噴射量は同一の状態で第３噴射燃料量を変化させた場合の、内燃機関１の熱効率と第３噴射燃料量との相関（図１８（ａ）を参照）と、スモークの発生量と第３噴射燃料量との相関（図１８（ｂ）を参照）を示す図である。図１８においては、第３噴射燃料量を増量させた場合、その増量分だけ第２噴射燃料量を減量させている。なお、第１噴射燃料量は一定とされている。図１８（ａ）に示すように、高負荷燃焼制御において第３噴射燃料量を増量しても、内燃機関１の熱効率は概ね一定に維持される。このことから、第３噴射燃料のほとんどが、第２噴射の実行開始後の燃焼に供されていることがわかる。また、図１８（ｂ）に示すように、高負荷燃焼制御において第３噴射燃料量を増量した場合、スモークの発生量が減少する。このことから、第３噴射燃料はスモークの発生原因となり難いことがわかる。
【０１４４】
したがって、本実施例に係る内燃機関１では、総噴射燃料量が比較的多くなる高負荷運転時においては上述したような高負荷燃焼制御を行うことで、該高負荷運転時においても基本燃焼制御を行う場合に比べてスモークの発生量を抑制しつつディーゼル燃焼を実現することができる。
【０１４５】
［ＥＧＲ率に応じた燃料噴射制御］
本実施例においても、ＥＧＲ装置３０によって内燃機関１にＥＧＲガスが供給される。そして、本実施例においても、ＥＧＲ制御は、実施例１と同様、図１２に示す制御フローによって実行される。以下、本実施例における吸気のＥＧＲ率に応じた燃料噴射制御について説明する。
【０１４６】
上述したように、第３噴射燃料は燃焼に対して第１噴射燃料の燃え残りと同様に作用するものと考えられる。そこで、高負荷燃焼制御においては、吸気におけるＥＧＲ率に関わらず第１噴射割合を一定する。そして、スモークの発生量を抑制するとともにディーゼル
燃焼の安定性を向上させるべく、吸気におけるＥＧＲ率に応じて、一燃焼サイクル中における総燃料噴射量に対する第３噴射燃料量の割合（第３噴射割合）を制御する。詳細には、一燃焼サイクル中における総燃料噴射量が同一のときには、吸気におけるＥＧＲ率に関わらず第１噴射割合を一定とし、且つ、吸気におけるＥＧＲ率が高い場合は、該ＥＧＲ率が低い場合に比べて、第３噴射割合を増加させる。換言すれば、一燃焼サイクル中における総燃料噴射量が同一のときには、吸気におけるＥＧＲ率に関わらず第１噴射割合を一定とし、且つ、内燃機関の吸気におけるＥＧＲ率が高い場合は、該ＥＧＲ率が低い場合に比べて、第２噴射割合を減少させる。
【０１４７】
上述したように、ＥＧＲ率が高いほど第２噴射割合を減少させることで、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素が不足することに起因するスモークの発生量を抑制することができる。また、上述したように、ＥＧＲ率が高いほど、燃焼室内の不活性ガス量が増加するため、点火プラグ５によってプレ噴霧に対して点火を行うことによって生じる火炎が広範囲に伝播し難くなる。そのため、ＥＧＲ率が高いほど第３噴射割合を増加させると、点火プラグ５によるプレ噴霧への点火によって生じた火炎伝播では燃焼せずに第２噴射開始後の燃焼に供される第３噴射燃料が増加する。そして、第３噴射燃料は、第２噴射時期においては、第１噴射燃料の燃え残りと同様、燃焼室内における第２噴射燃料の噴霧が形成される領域よりも広範囲に拡散している。そのため、ＥＧＲ率が高い場合であっても、第３噴射燃料を自着火または拡散燃焼によって燃焼させるために必要な量の酸素は十分に確保することができる。したがって、ＥＧＲ率が高い場合に第３噴射割合を増加させても、スモークの発生量の増加は招き難い。
【０１４８】
一方で、吸気におけるＥＧＲ率が低くなると、燃焼室内の不活性ガス量が減少することで燃焼室内において燃焼が促進され易くなるため、第３噴射燃料のうち、第１噴射燃料によって形成されたプレ噴霧に対し点火プラグ５によって点火を行った際に生じる火炎伝播によって燃焼する分の燃料量が増加する。つまり、第２噴射が行われる前に第３噴射燃料の燃焼に消費される酸素量が増加する。従って、ＥＧＲ率が低くなると、それによって燃焼室内に供給される酸素量が増加したとしても、第３噴射燃料の燃焼に消費される酸素量が過剰に増加することで、第２噴射が実行されたときに第２噴射燃料を十分に燃焼させるために必要な酸素量を確保することが困難となる虞がある。この場合も、スモークの発生量の増加を招くことになる。このとき、ＥＧＲ率が低いほど第３噴射割合を減少させることで、燃焼室内の不活性ガス量が少ないほど、燃焼室内に存在する第３噴射燃料量を少なくすることができる。これにより、燃焼室内の不活性ガス量が少ない状況下において点火装置によって点火を行った際の火炎伝播によって燃焼する燃料量を少なくすることができる。つまり、第２噴射が行われる前の第３噴射燃料の燃焼に消費される酸素量を少なくすることができる。そのため、第２噴射が実行されたときに、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素が不足することを抑制することができる。その結果、スモークの発生量を抑制することができる。
【０１４９】
また、上述したように、第３噴射燃料のうちの多くは、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火を行った際に生じる火炎伝播によっては燃焼しない。ただし、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火を行う時に点火プラグ５の周囲に存在する第３噴射燃料は、該点火に供されることになる。そのため、ＥＧＲ率が高いほど第３噴射割合を増加させることで、燃焼室内の不活性ガス量が多いほど、点火プラグ５による点火に供される燃料量を多くすることができる。つまり、第３噴射燃料のうち、第２噴射開始後の燃焼に供される燃料が増加する一方で、点火プラグ５によって点火を行った際の火炎の形成に寄与する燃料も増加することになる。そのため、ＥＧＲ率が高くなることで燃焼室内の不活性ガス量が増加した場合であっても、第３噴射割合を増加させることで、プレ噴霧に対し点火プラグ５によって点火を行った際の着火性が低下することを抑制することができる。また、上述したように、第３噴射燃料は、第１噴射燃料の燃え残りと同様、第２噴射開始後の燃料の自着火の促進に
寄与する。そのため、ＥＧＲ率が高いほど第３噴射割合を増加させることで、第２噴射開始後の燃焼に供される第３噴射燃料が増加すると、第２噴射開始後の燃料の自着火が促進されることになる。以上のような理由により、ＥＧＲ率が高いほど第３噴射割合を増加させると、ディーゼル燃焼の安定性向上という効果も得ることができる。
【０１５０】
［過渡運転制御］
本実施例においても、目標機関負荷が低負荷領域Ｒ３、第１中負荷領域Ｒ４、第２中負荷領域Ｒ５に属する過渡運転時においては、実施例１と同様の過渡運転制御が行われる。つまり、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より高くなるＥＧＲ率の応答遅れ期間においては、第１噴射燃料量を基準第１噴射燃料量よりも増加させるとともに第２噴射燃料量を基準第２噴射燃料量よりも減少させる。また、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より低くなるＥＧＲ率の応答遅れ期間においては、第１噴射燃料量を基準第１噴射燃料量よりも減少させるとともに第２噴射燃料量を基準第２噴射燃料量よりも増加させる。
【０１５１】
そして、目標機関負荷が高負荷領域Ｒ６に属する過渡運転時におけるＥＧＲ率の応答遅れ期間においては、上述したＥＧＲ率に応じた第３噴射割合の制御を適用する。つまり、ＥＧＲ率の応答遅れ期間においては、機関負荷に対する第２燃料噴射量および第３噴射燃料量を補正する。具体的には、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より高くなる期間においては、第１噴射燃料量を基準第１噴射燃料量とし、且つ、第３噴射燃料量を基準第３噴射燃料量よりも増加させるとともに第２噴射燃料量を基準第２噴射燃料量よりも減少させる。また、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より低くなる期間においては、第１噴射燃料量を基準第１噴射燃料量とし、且つ、第３噴射燃料量を基準第３噴射燃料量よりも減少させるとともに第２噴射燃料量を基準第２噴射燃料量よりも増加させる。ここで、「基準第３噴射燃料量」は、内燃機関１の機関負荷に基づいて定められる第３噴射燃料量の基準値である。この基準第３噴射燃料量は、内燃機関１の運転状態が定常運転である、即ち吸気における実際のＥＧＲ率が機関負荷に対応するＥＧＲ率となっていることを前提として定められる値である。
【０１５２】
上記によれば、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より高くなる期間においては、内燃機関１の機関負荷が目標機関負荷であり且つ吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率であるときに比べて、第３噴射割合が増加されるとともに第２噴射割合が減少されることになる。これにより、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より高くなる期間において、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素が不足することが抑制される。そのため、スモークの発生量を抑制することができる。また、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より高くなる期間において、第１噴射燃料によって形成されたプレ噴霧に対し点火プラグ５によって点火を行った際の着火性を向上させることができる。さらに、当該ＥＧＲ率の応答遅れ期間において、第２噴射開始後の自着火に寄与する第３噴射燃料の量を増加させることができる。そのため、ディーゼル燃焼の安定性を向上させることができる。また、上記によれば、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より低くなる期間においては、内燃機関１の機関負荷が目標機関負荷であり且つ吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率であるときに比べて、第３噴射割合が減少されるとともに第２噴射割合が増加されることになる。これにより、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より低くなる期間において、第２噴射が行われる前に第３噴射燃料の燃焼に消費される酸素量を少なくすることができる。そのため、第２噴射が実行されたときに、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素が不足することを抑制することができる。その結果、スモークの発生量を抑制することができる。
【０１５３】
ここで、本実施例に係る燃焼制御においては、第１噴射時期と第３噴射時期とのインターバルが上述した第２噴射インターバルとなるように、内燃機関１の機関負荷に基づいて
第３噴射時期が定められている。この内燃機関１の機関負荷に基づいて定められる第３噴射時期の基準値を「基準第３噴射時期」と称する。基準第３噴射時期は、内燃機関の運転状態が定常運転である、即ち吸気における実際のＥＧＲ率が機関負荷に対応する目標ＥＧＲ率となっていることを前提として定められる値である。
【０１５４】
そして、本実施例では、上記のように第２噴射燃料量および第３噴射燃料量を補正するＥＧＲ率の応答遅れ期間においては、第２噴射時期および第３噴射時期も合わせて補正する。詳細には、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より高くなる期間において第３噴射燃料量を基準第３噴射燃料量よりも増加させる場合は、第３噴射時期を基準第３噴射時期よりも進角させる。このとき、第３噴射時期の基準第３噴射時期に対する進角量を、第３噴射燃料量の基準第３噴射燃料量に対する増加量に応じた量とする。上述したように、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より高くなる期間においては、点火プラグ５による点火によって生じる火炎が広範囲に伝播し難いため、第３噴射割合を増加させると、第２噴射開始後の自着火に寄与する第３噴射燃料の量が増加する。この時に、第３噴射燃料量の増量に応じて第３噴射時期を進角すると、第３噴射燃料が燃焼室内においてより広い範囲に拡散するため、点火プラグ５による点火によって生じる火炎伝播では燃焼しない第３噴射燃料の量がより増加する。つまり、第３噴射時期を基準第３噴射時期に制御した場合よりも、第２噴射開始後の自着火の促進に寄与する第３噴射燃料の量をさらに増加させることができる。
【０１５５】
また、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より高くなる期間においては、第３噴射時期の進角に応じて、第１噴射時期および第２噴射時期も、それぞれ基準第１噴射時期および基準第２噴射時期より進角させる。これにより、好適な第１噴射インターバルおよび第２噴射インターバルを維持することができる。また、上述したように、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率よりも高い期間においては、第２噴射時期を基準第２噴射時期よりも進角させることで、該第２噴射時期を適正噴射時期に維持することができる。
【０１５６】
また、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より低くなる期間において第２噴射燃料量を基準第２噴射燃料量よりも増加させる場合は、第２噴射時期を基準第２噴射時期よりも遅角させる。このとき、第２噴射時期の基準第２噴射時期に対する遅角量を、第２噴射燃料量の基準第２噴射燃料量に対する増加量に応じた量とする。高負荷領域Ｒ６においても、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より低い状況の下で第２噴射燃料が増加されると、ノッキングが発生する可能性が高くなる。このとき、第２噴射燃料量の増量に応じて第２噴射時期を基準第２噴射時期よりも遅角させることで、第２噴射燃料量の増加に伴うノッキングの発生を抑制することができる。
【０１５７】
また、吸気における実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率より低くなる期間においては、第２噴射時期の遅角に応じて、第１噴射時期および第３噴射時期も、それぞれ基準第１噴射時期および基準第３噴射時期より遅角させる。これにより、好適な第１噴射インターバルおよび第２噴射インターバルを維持することができる。
【０１５８】
［燃焼制御フロー］
次に、本実施例に係る燃焼制御の制御フローについて図１９〜２１に基づいて説明する。図１９，２０は、本実施例に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。なお、本フローにおけるＳ２０１〜Ｓ２１１は、図１３に示すフローと同様である。そのため、特に必要のない限り、これらのステップでの処理についての説明は省略する。また、図２１は、本実施例に係る燃焼制御における各パラメータの基準値、即ち、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂ、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂ、基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂ、基準第１噴射時期Ｔｐｂ、基準第２噴射時期Ｔｍｂ、基準第３噴射時期Ｔｐｐｂ、および基準点火時期Ｔｓｂを算出するためのフローを示すフローチャートである。なお、後述するように、
本フローは、高負荷領域Ｒ６における各パラメータの基準値を算出するためのフローである。本実施例においても、低負荷領域Ｒ３、第１中負荷領域Ｒ４、および第２中負荷領域Ｒ５での燃焼制御における各パラメータの基準値は、図１４，１５に示すフローに従って算出される。図１９〜２１に示すフローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１が稼働している間、ＥＣＵ２０に格納された制御プログラムが実行されることで、所定の間隔で繰り返し実行される。また、これらのフローは、図１２に示すＥＧＲ制御の制御フローと並行して実行される。
【０１５９】
また、図２２は、本実施例に係る燃焼制御において、負荷対応噴射量Ｓ０、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂ、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂ、基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂ、基準第１噴射時期Ｔｐｂ、基準第２噴射時期Ｔｍｂ、基準第３噴射時期Ｔｐｐｂおよび基準点火時期Ｔｓｂの算出に用いられるマップの一例を示している。図２２の上段（ａ）では、内燃機関１の機関負荷と負荷対応噴射量Ｓ０との相関を線Ｌ２０で示し、該機関負荷と基準第１噴射燃料量Ｓｐｂの相関を線Ｌ２１で示し、該機関負荷と基準第２噴射燃料量Ｓｍｂとの相関を線Ｌ２２で示している。さらに、図２２（ａ）では、内燃機関１の機関負荷と基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂとの相関を線Ｌ２３で示している。また、図２２（ａ）では、点火プラグ５による点火を行った際の火炎伝播では燃焼していない第１噴射燃料の燃え残り量をＭ１で示している。また、図２２（ａ）において、第１所定量Ｓ１は、低負荷領域Ｒ３と第１中負荷領域Ｒ４との境界となる機関負荷に対応する燃料噴射量であり、第２所定量Ｓ２は、第１中負荷領域Ｒ４と第２中負荷領域Ｒ５との境界となる機関負荷に対応する燃料噴射量である。また、図２２（ａ）において、Ｓ３（＞Ｓ２）は、第２中負荷領域Ｒ５と高負荷領域Ｒ６との境界となる機関負荷に対応する燃料噴射量を表している（以下、この燃料噴射量を「第３所定量Ｓ３」と称する）。
【０１６０】
また、図２２の下段（ｂ）では、図１６（ｂ）と同様、内燃機関１の機関負荷と第１噴射時期Ｔｐの相関を線Ｌ３１で示し、該機関負荷と点火時期Ｔｓとの相関を線Ｌ３０で示し、該機関負荷と第２噴射時期Ｔｍとの相関を線Ｌ３２で示している。さらに、図２２（ｂ）では、内燃機関１の機関負荷と第３噴射時期Ｔｐｐとの相関を線Ｌ３３で示している。そして、線Ｌ３１と線Ｌ３２との間隔が第１噴射インターバルＤｉ１を示し、線Ｌ３１と線Ｌ３０との間隔が点火インターバルＤｓを示し、線Ｌ３３と線Ｌ３１との間隔が第２噴射インターバルＤｉ２を示している。なお、図２２（ｂ）の縦軸は、図１６（ｂ）の縦軸と同様、圧縮行程上死点を基準としたクランク角（ＢＴＤＣ）を表しており、その値が大きくなるほど圧縮行程におけるより早い時期であることを意味する。また、図１９に示す制御フローのＳ２０３においては、図１３，１４に示すフローに従って、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂ、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂ、基準第１噴射時期Ｔｐｂ、基準第２噴射時期Ｔｍｂ、および基準点火時期Ｔｓｂが算出されるが、その際、各パラメータを算出する処理を行う各ステップにおいては、図２２に示すマップが利用される。ただし、図２２に示すマップにおいて、低負荷領域Ｒ３、第１中負荷領域Ｒ４、および第２中負荷領域Ｒ５における内燃機関１の機関負荷と各制御パラメータとの相関は、図１６に示すマップと同様となっている。
【０１６１】
図１９に示す燃焼制御の制御フローでは、Ｓ２０２において負荷対応噴射量Ｓ０が算出されると、次に、Ｓ４０１の処理が実行される。Ｓ４０１においては、負荷対応噴射量Ｓ０が第３所定量Ｓ３以下であるか否かが判別される。Ｓ４０１で肯定判定された場合、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が第３所定量Ｓ３以下の場合、内燃機関１の目標機関負荷Ｑｅｔは低負荷領域Ｒ３、第１中負荷領域Ｒ４、または第２中負荷領域Ｒ５に属している。この場合、次にＳ２０３の処理が実行される。一方、Ｓ４０１で否定判定された場合、すなわち負荷対応噴射量Ｓ０が第３所定量Ｓ３より大きい場合、内燃機関１の機関負荷は高負荷領域Ｒ６に属している。第３所定量Ｓ３は、第３噴射を行うことなく第１噴射および第２噴射のみで負荷対応噴射量Ｓ０を満たすような量の燃料を噴射した場合、スモークの発
生量の観点から、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂのみならず基準第１噴射燃料量Ｓｐｂも上限値となる機関負荷に対応した燃料噴射量として設定されている。つまり、第３所定量Ｓ３は、基準第１噴射燃料量の上限値と基準第２噴射燃料量の上限値の和に相当する。そのため、高負荷領域Ｒ６は、第１噴射および第２噴射に加えて第３噴射を行い、且つ、機関負荷の増加に対して基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂを増量することで対応する運転領域として設定されている。
【０１６２】
そして、Ｓ４０１で否定判定された場合、次に、Ｓ４０２において、図２１に示すフローに従って、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する基準第１噴射燃料量Ｓｐｂ、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂ、基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂ、基準第１噴射時期Ｔｐｂ、基準第２噴射時期Ｔｍｂ、基準第３噴射時期Ｔｐｐｂおよび基準点火時期Ｔｓｂが算出される。
【０１６３】
図２１に示すフローでは、先ず、Ｓ５０１において、図２２（ｂ）で線Ｌ３２に示すマップを利用して、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する基準第２噴射時期Ｔｍｂが決定される。なお、後述するように、高負荷領域Ｒ６では、第２中負荷領域Ｒ５と同様、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂが最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘで固定される。そのため、高負荷領域Ｒ６では、第２中負荷領域Ｒ５と同様、基準第２噴射時期Ｔｍｂの進角量も上限値に維持される。
【０１６４】
次に、Ｓ５０２において、図２２（ａ）で線Ｌ２２に示されるマップを利用して、機関負荷が第２中負荷領域Ｒ５に属している場合と同様、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂが最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘに決定される。つまり、図２２（ａ）で線Ｌ２２に示されるように、高負荷領域Ｒ６では、第２中負荷領域Ｒ５と同様、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂは最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘに固定される。
【０１６５】
次に、Ｓ５０３において、図２２（ａ）で線Ｌ２１に示されるマップを利用して、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂが最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎに決定される。つまり、図２２（ａ）で線Ｌ２１に示されるように、高負荷領域Ｒ６では、低負荷領域Ｒ３と同様、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂは最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎに固定される。
【０１６６】
次に、Ｓ５０４において、図２２（ａ）で線Ｌ２３に示されるマップを利用して、基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂが決定される。なお、高負荷領域Ｒ６では、線Ｌ２３で示される負荷対応噴射量Ｓ０と基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂとの相関は、以下の式１０に従う。
Ｓｐｐｂ  ＝  Ｓ０  −Ｓｐｂ×α  −Ｓｍｂ  ・・・（式１０）
ここで、αは、式２と同じく、第１噴射燃料の燃え残り率である。上述したとおり、本実施例に係る高負荷燃焼制御では、通常の場合（すなわち、定常運転時のように、吸気における実際のＥＧＲ率が機関負荷に対応したＥＧＲ率となっている場合）、第３噴射燃料のほとんどは第２噴射燃料とともに自着火または拡散燃焼に供されることで機関出力に寄与する。そのため、機関出力に寄与するという観点に立てば、第３噴射燃料は第２噴射燃料と同等と言うことができる。そこで、上記式１０に従って基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂを算出することで、機関負荷に対応する燃料噴射量を確保するのに適切な基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂを求めることができる。なお、高負荷領域Ｒ６においては、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂは最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘに固定されるため、上記式１０においてＳｍｂ＝Ｓｍｂｍａｘとなる。また、高負荷領域Ｒ６においては、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂは最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎで固定されるため、上記式１０においてＳｐｂ＝Ｓｐｂｍｉｎとなる。また、後述するように、高負荷領域Ｒ６においては、基準第１噴射時期Ｔｐｂ、基準第２噴射時期Ｔｍｂ、および基準点火時期Ｔｓｂはいずれも一定であり、点火インターバルＤｓ及び第１噴射インターバルＤｉ１はいずれも一定となるため、上記式１０における係数αも一定値となる。つまり、高負荷領域Ｒ６においては、機関負荷が上昇した場合、その上昇量分に対応した量だけ基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂが増
量されることになる。
【０１６７】
なお、第３噴射燃料としてある程度以上の燃料を噴射する必要があったり、第２噴射インターバルとして十分なインターバルを確保することが困難な状況となったりした場合は、第３噴射燃料において、第１噴射後の点火によって生じた火炎によって燃焼する割合が大きくなることも考えられる。そして、この割合がある程度以上大きくなるようであれば、基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂの決定の際に、第１噴射後の点火によって生じた火炎によって燃焼する分を考慮する必要がある。そこで、このような場合は、下記式１０´に従って基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂを算出してもよい。
Ｓｐｐｂ  ＝（Ｓ０  −Ｓｐｂ×α  −Ｓｍｂ）×（１／β）  ・・・（式１０´）
β：第３噴射燃料量における第２噴射開始後の自着火または拡散燃焼に供される分の割合
上記式１０´における係数βは、実験等に基づいて予め求めることができる。当該係数βを考慮した上記式１０´に従って基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂを算出することで、適切な基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂを求めることができる。
【０１６８】
次に、Ｓ５０５において、図２２（ｂ）で線Ｌ３１に示すマップを利用して基準第１噴射時期Ｔｐｂが決定される。ここで、高負荷領域Ｒ６では、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂは最大基準第２噴射燃料量Ｓｍｂｍａｘに固定されるため、Ｓ５０１で決定される基準第２噴射時期Ｔｍｂも一定に維持される。そして、高負荷領域Ｒ６では、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂも最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎに固定される。そのため、高負荷領域Ｒ６では、基準第２噴射時期Ｔｍｂに対し、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂが最小基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍｉｎである場合に熱効率が好適な状態となる第１噴射インターバルＤｉ１が確保されるように決定される基準第１噴射時期Ｔｐｂも一定となる。
【０１６９】
次に、Ｓ５０６において、図２２（ｂ）で線Ｌ３０に示すマップを利用して、基準点火時期Ｔｓｂが決定される。図２２（ｂ）に示すように、基準第１噴射時期Ｔｐｂと基準点火時期Ｔｓｂとのインターバルである点火インターバルＤｓは一定に維持される。そのため、高負荷領域Ｒ６では、基準点火時期Ｔｓｂは一定に維持される。
【０１７０】
次に、Ｓ５０７において、図２２（ｂ）で線Ｌ３３に示すマップを利用して、基準第３噴射時期Ｔｐｐｂが決定される。上述のように、本実施例に係る高負荷燃焼制御においては、基準第１噴射時期Ｔｐｂと基準第３噴射時期Ｔｐｐｂとのインターバルとして、第３噴射燃料が第２噴射の実行開始後の自着火または拡散燃焼によって燃焼するような第２噴射インターバルＤｉ２を確保する必要がある。そのため、基準第３噴射時期Ｔｐｐｂは、基準第１噴射時期Ｔｐｂに対してこのような第２噴射インターバルＤｉ２が確保されるように決定される。ここで、高負荷領域Ｒ６では、上記のように、機関負荷の上昇に従って基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂが増量される。そこで、高負荷領域Ｒ６では、図２２（ｂ）に示すように、ある程度の機関負荷までは、機関負荷の上昇に従って、第２噴射インターバルＤｉ２が大きくなるように、基準第３噴射時期Ｔｐｐｂが進角される。第２噴射インターバルＤｉ２が大きくなるほど、第１噴射が実行されるまでの間に、燃焼室内における第３噴射燃料の拡散がより促進されることになる。また、第３噴射時期が進角されるほど、該第３噴射時期における燃焼室内の圧力は相対的に低くなるため、第３噴射燃料により形成される噴霧のペネトレーションが相対的に大きくなる。このことからも、基準第３噴射時期Ｔｐｐｂが進角されるほど、第３噴射燃料が燃焼室内においてより広範囲に拡散され易くなる。そして、第３噴射燃料が燃焼室内においてより広範囲に拡散されることで、第３噴射燃料が、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火を行った際の火炎伝播によっては燃焼し難くなる（つまり、第３燃料噴射量における、点火によって生じた火炎伝播によって燃焼する分の割合がより減少する）。
【０１７１】
高負荷領域Ｒ６では、第１噴射、第２噴射、第３噴射および点火に関する各パラメータの基準値は以上のように決定される。なお、内燃機関１の運転状態がこの高負荷領域Ｒ６において定常運転となっている場合（すなわち、吸気における実際のＥＧＲ率が目標機関負荷Ｑｅｔに対応する目標ＥＧＲ率となっている場合）に、第１噴射燃料量、第２噴射燃料量、第３噴射燃料量、第１噴射時期、第２噴射時期、第３噴射時期、および点火時期を、上記のように決定された基準値として燃焼制御が実行されると、第１噴射燃料のプレ噴霧への点火後に図２２（ａ）にＭ１で示す量の第１噴射燃料の燃え残りが生成されることになる。上記のとおり、高負荷領域Ｒ６では、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂ、第１噴射インターバルＤ１ｉ、および点火インターバルＤｓは、低負荷領域Ｒ３と同様となる。その結果、低負荷領域Ｒ３と同様、第１噴射燃料の燃え残り量は概ね一定となる。
【０１７２】
ここで、図２０に示すフローに戻り、Ｓ４０２において、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する基準第１噴射燃料量Ｓｐｂ、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂ、基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂ、基準第１噴射時期Ｔｐｂ、基準第２噴射時期Ｔｍｂ、基準第３噴射時期Ｔｐｐｂ、および基準点火時期Ｔｓｂが算出された後、次に、Ｓ４０３において、内燃機関１に供給される吸気の実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが算出される。ここでは、図１３に示すフローのＳ２０４と同様の手法で吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが算出される。
【０１７３】
次に、Ｓ４０４において、図１３に示すフローのＳ２０５と同様の手法で、Ｓ４０３で算出されたＥＧＲ率Ｒｅｇｒが、目標機関負荷Ｑｅｔに対応する目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔと同等であるか否かが判別される。上述したとおり、内燃機関１の運転状態が定常運転状態であれば、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒは目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔと同等となっている。この場合、Ｓ４０４では肯定判定される。一方、内燃機関１の運転状態が過渡運転状態であり、ＥＧＲ率の応答遅れ期間中であれば、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｇｅｒｔからずれた値となっている。この場合、Ｓ４０４では否定判定される。なお、Ｓ４０４においては、Ｓ４０３で算出されたＥＧＲ率Ｒｅｇｒと目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔとの差が所定範囲内の場合に、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒは目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔと同等であると判定してもよい。
【０１７４】
Ｓ４０４で肯定判定された場合、次に、Ｓ４０５において、燃焼制御の各パラメータが、Ｓ４０２で算出された基準値に設定される。すなわち、第１噴射燃料量Ｓｐ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第３噴射燃料量Ｓｐｐ，第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射時期Ｔｍ、第３噴射時期Ｔｐｐ、および点火時期Ｔｓが、それぞれ、Ｓ４０２で算出された、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂ、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂ、基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂ、基準第１噴射時期Ｔｐｂ、基準第２噴射時期Ｔｍｂ、基準第３噴射時期Ｔｐｐｂ、および基準点火時期Ｔｓｂに設定される。そして、次に、Ｓ４０６において、Ｓ４０５で設定された第１噴射燃料量Ｓｐ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第３噴射燃料量Ｓｐｐ，第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射時期Ｔｍ、第３噴射時期Ｔｐｐ、および点火時期Ｔｓに従って、燃料噴射弁６による第１噴射、第２噴射、および第３噴射と、点火プラグ５による点火とが実行される。
【０１７５】
一方、Ｓ４０４で否定判定された場合、次に、Ｓ４０７において、補正第３噴射燃料量Ｓｐｐａ２、補正第３噴射時期Ｔｐｐａ２を算出するために用いられる係数ｃ２が算出される。ここで、係数ｃ２は、Ｓ４０３で算出された吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒおよび目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔに基づき下記の式１１により算出される。つまり、係数ｃ２は、Ｓ２０８において係数ｃ１を算出する際の算出式（式４）と同一の算出式により算出される。
ｃ２  ＝  Ｒｅｇｒ／Ｒｅｇｒｔ  ・・・（式１１）
【０１７６】
次に、Ｓ４０８において、Ｓ４０７で算出された係数ｃ２を用いて、補正第３噴射燃料量Ｓｐｐａ２および補正第３噴射時期Ｔｐｐａ２が下記の式１２，１３により算出される
。
補正第３噴射燃料量Ｓｐｐａ２  ＝  Ｓｐｐｂ×ｃ２  ・・・式（１２）
補正第３噴射時期Ｔｐｐａ２  ＝  Ｔｐｐｂ×ｃ２  ・・・式（１３）
【０１７７】
次に、Ｓ４０９において、補正第２噴射燃料量Ｓｍａ２および補正第２噴射時期Ｔｍａ２が下記の式１４，１５により算出される。
補正第２噴射燃料量Ｓｍａ２  ＝  Ｓａｔ−Ｓｐｂ−Ｓｐｐａ２  ・・・式（１４）
ここで、目標総燃料噴射量Ｓａｔ＝Ｓｐｂ＋Ｓｍｂ＋Ｓｐｐｂ
補正第２噴射時期Ｔｍａ２  ＝  Ｔｍｂ×（Ｓｍｂ／Ｓｍａ２）  ・・・式（１５）
【０１７８】
上記式１４，１５によれば、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも高くなっているとき、すなわち、機関負荷の変化に伴ってＥＧＲ率を低下させる過渡運転時のＥＧＲ率の応答遅れ期間においては、補正第３噴射燃料量Ｓｐｐａ２は基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂよりも大きくなり、補正第２噴射燃料量Ｓｍａ２は基準第２噴射燃料量Ｓｍｂよりも小さくなる。また、このときは、補正第３噴射時期Ｔｐｐａ２および補正第２噴射時期Ｔｍａ２は、いずれも基準値より大きくなる（すなわち、補正第３噴射時期Ｔｐｐａ２は基準第３噴射時期Ｔｐｐｂよりも早い時期となり、補正第２噴射時期Ｔｍａ２は基準第２噴射時期Ｔｍｂよりも早い時期となる。）。また、上記式１４，１５によれば、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも低くなっているとき、すなわち、機関負荷の変化に伴ってＥＧＲ率を上昇させる過渡運転時のＥＧＲ率の応答遅れ期間においては、補正第３噴射燃料量Ｓｐｐａ２は基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂよりも小さくなり、補正第２噴射燃料量Ｓｍａ２は基準第２噴射燃料量Ｓｍｂよりも大きくなる。また、このときは、補正第３噴射時期Ｔｐｐａ２および補正第２噴射時期Ｔｍａ２は、いずれも基準値より小さくなる（すなわち、補正第３噴射時期Ｔｐｐａ２は基準第３噴射時期Ｔｐｐｂよりも遅い時期となり、補正第２噴射時期Ｔｍａ２は基準第２噴射時期Ｔｍｂよりも遅い時期となる。）。
【０１７９】
なお、本実施例において第２噴射および第３噴射の制御に関するパラメータの補正値を算出するための算出式は上記式１１〜１５に限られるものではない。ただし、他の補正係数や算出式を用いた場合であっても、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも高くなっているとき、および、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも低くなっているときにおける、各パラメータの基準値と補正値との関係は上述したものとなる。
【０１８０】
次に、Ｓ４１０において、補正第１噴射時期Ｔｐａ２および補正点火時期Ｔｓａ２が算出される。ここでは、補正第２噴射時期Ｔｍａ２との間では好適な第１噴射インターバルＤｉ１が維持され、補正第３噴射時期Ｔｐｐａ２との間では好適な第２噴射インターバルＤｉ２が維持されるような時期として補正第１噴射時期Ｔｐａ２が算出される。補正第２噴射時期Ｔｍａ２および補正第３時期Ｔｐｐａ２と、補正第１噴射時期Ｔｐａ２との関係は実験等に基づいて予め定められており、ＥＣＵ２０にマップまたは関数として記憶されている。Ｓ４１０においては、このマップまたは関数を用いて補正第１噴射時期Ｔｐａ２が算出される。また、補正点火時期Ｔｓａ２は、補正第１噴射時期Ｔｐａ２との間の点火インターバルＤｓが一定に維持されるような時期として、該補正第１噴射時期Ｔｐａ２に基づいて算出される。これにより、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも高くなっているとき、すなわち、機関負荷の変化に伴ってＥＧＲ率を低下させる過渡運転時のＥＧＲ率の応答遅れ期間においては、補正第１噴射時期Ｔｐａ２および補正点火時期Ｔｓａ２は、いずれも基準値より大きくなる（すなわち、補正第１噴射時期Ｔｐａ２は基準第１噴射時期Ｔｐｂよりも早い時期となり、補正点火時期Ｔｓａ２は基準点火時期Ｔｓｂよりも早い時期となる。）。また、吸気における実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒが目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒｔよりも低くなっているとき、すなわち、機関負荷の変化に
伴ってＥＧＲ率を上昇させる過渡運転時のＥＧＲ率の応答遅れ期間においては、補正第１噴射時期Ｔｐａ２および補正点火時期Ｔｓａ２は、いずれも基準値より小さくなる（すなわち、補正第１噴射時期Ｔｐａ２は基準第１噴射時期Ｔｐｂよりも遅い時期となり、補正点火時期Ｔｓａ２は基準点火時期Ｔｓｂよりも遅い時期となる。）。
【０１８１】
次に、Ｓ４１１において、第１噴射燃料量Ｓｐが、Ｓ４０２で算出された基準第１噴射燃料量Ｓｐｂに設定される。これにより、第１噴射燃料量Ｓｐは、吸気における実際のＥＧＲ率に関わらず基準第１噴射燃料量Ｓｐｂに設定されることになる。また、Ｓ４１１においては、第１噴射時期Ｔｐおよび点火時期Ｔｓが、それぞれ、Ｓ４１０で算出された補正第１噴射時期Ｔｐａ２および補正点火時期Ｔｓａ２に設定される。また、Ｓ４１１おいては、第２噴射燃料量Ｓｍ、第３噴射燃料量Ｓｐｐ、第２噴射時期Ｔｍ、および第３噴射時期Ｔｐｐが、それぞれ、Ｓ４０８，Ｓ４０９で算出された補正第２噴射燃料量Ｓｍａ２、補正第３噴射燃料量Ｓｐｐａ２、補正第２噴射時期Ｔｍａ２、補正第３噴射時期Ｔｐｐａ２に設定される。そして、次に、Ｓ４０６において、Ｓ４１０で設定された第１噴射燃料量Ｓｐ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第３噴射燃料量Ｓｐｐ，第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射時期Ｔｍ、第３噴射時期Ｔｐｐ、および点火時期Ｔｓに従って、燃料噴射弁６による第１噴射、第２噴射、および第３噴射と、点火プラグ５による点火とが実行される。
【０１８２】
なお、圧縮行程において、第３噴射時期があまりに早い時期となると、第３噴射燃料が気筒２のボア壁面に付着し易くなる。そこで、第３噴射燃料のボア壁面への付着量を抑制するために、第３噴射時期には上限値（最進角値）を設けてもよい。この場合、機関負荷の上昇に従って基準第３噴射時期Ｔｐｐｂを進角させることで、基準第３噴射時期Ｔｐｐが当該上限値に達した場合、さらに機関負荷が上昇し基準第３噴射燃料量Ｓｐｐｂが増量されても、基準第３噴射時期Ｔｐｐｂは当該上限値に維持される。また、上記式１３による補正第３噴射燃料量Ｓｐｐａ２の算出値が上限値より大きくなった場合、第３噴射時期Ｔｐｐは当該上限値に設定される。
【０１８３】
また、本実施例においても、実施例１と同様、図１２に示すＥＧＲ制御のフローが実行されることでＥＧＲ弁３２の開度が変更された場合に、該ＥＧＲ弁３２の開度が変更された時点から、ＥＧＲ率の応答遅れ期間と想定される所定期間が経過するまでの間は、燃焼制御における各パラメータを補正するようにしてもよい。また、本実施例においても、実施例１と同様、必ずしも、ＥＧＲ率の応答遅れ期間の全期間において燃焼制御における各パラメータを補正する必要はない。
【０１８４】
また、上記制御フローでは、上記式１１〜１５によって第２噴射および第３噴射の制御に関する各パラメータの補正値を算出したが、これとは別の手法によって、吸気における実際のＥＧＲ率に応じた燃焼制御における各パラメータの値を決定してもよい。例えば、実施例１において燃焼制御における各パラメータの補正値の算出手法の他の一例として例示したように、それぞれが異なるＥＧＲ率に対応している複数のマップを用いて第２噴射および第３噴射の制御に関する各パラメータを算出するようにしてもよい。
【０１８５】
また、本実施例において、図２２に示す内燃機関１の機関負荷と燃焼制御における各パラメータの基準値との相関はあくまでも一例であり、これらの関係は図２２に示すような関係に限られるものではない。例えば、高負荷領域Ｒ６において、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂを最大基準第１噴射燃料量Ｓｐｂｍａｘで固定してもよい。また、高負荷領域Ｒ６において、スモークの発生量および燃焼安定性の観点から許容可能な範囲内で、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂまたは基準第２噴射燃料量Ｓｍｂを機関負荷の増加にしたがって増量するようにしてもよい。
【０１８６】
＜実施例３＞
本実施例においては、実施例１と同様の基本燃焼制御が実行される。そして、本実施例では、内燃機関１の機関温度が低いときに、内燃機関１および排気を速やかに昇温させるべく、ＥＧＲ装置３０によるＥＧＲガスの吸気への導入を停止する。
【０１８７】
［ＥＧＲ制御フロー］
ここで、本実施例に係るＥＧＲ制御の制御フローについて図２３に基づいて説明する。図２３は、本実施例に係るＥＧＲ制御の制御フローを示すフローチャートである。なお、本フローにおけるＳ１０１〜Ｓ１０４は、図１２に示すフローと同様である。そのため、これらのステップでの処理についての説明は省略する。本制御フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１が稼働している間、ＥＣＵ２０に格納された制御プログラムが実行されることで、所定の間隔で繰り返し実行される。
【０１８８】
本フローでは、先ず、Ｓ６０１において、水温センサ２３によって検出される冷却水温度（すなわち、内燃機関１の機関温度）Ｔｗが所定温度Ｔｗ０より高いか否かが判別される。ここで、所定温度Ｔｗ０は、機関温度を可及的速やかに上昇させるべくＥＧＲガスの導入を停止するか否かを決定するための閾値である。この所定温度Ｔｗ０は実験等に基づいて予め定められている。Ｓ６０１で肯定判定された場合、すなわち冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０より高い場合、通常の機関負荷に応じたＥＧＲ制御が可能と判断できる。この場合、次にＳ１０１の処理が実行される。一方、Ｓ６０１で否定判定された場合、すなわち冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０以下の場合、次に、Ｓ６０２においてＥＧＲ弁３２が閉弁される。これにより、吸気へのＥＧＲガスの導入が停止される。
【０１８９】
［ＥＧＲ率に応じた燃料噴射制御］
上記のようなＥＧＲ制御が実行されることにより吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されると、ＥＧＲガスの導入が行われているときに比べて燃焼室内において燃焼が促進され易くなる。その結果、第１噴射燃料によるスプレーガイド燃焼が行われた際の第１燃焼効率が高くなる（燃え残り率が低くなる）ことになる。上述したように、このような場合は、第２噴射が行われる前に第１噴射燃料の燃焼に消費される酸素量が増加する。そのため、ＥＧＲガスの導入が停止されることで燃焼室内に供給される酸素量が増加したとしても、第１噴射燃料の燃焼に消費される酸素量が過剰に増加することで、第２噴射が実行されたときに第２噴射燃料を十分に燃焼させるために必要な酸素量を確保することが困難となる。その結果、スモークの発生量の増加を招くことになる。
【０１９０】
そこで、本実施例においては、吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されているときは、ＥＧＲガスの導入が行われているときに比べて第１噴射割合を減少させる。換言すれば、吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されているときは、ＥＧＲガスの導入が行われているときに比べて第２噴射割合を増加させる。これによれば、ＥＧＲガスの導入が停止されているときにおいて、第２噴射が行われる前の第１噴射燃料の燃焼に消費される酸素量を少なくすることができる。そのため、第２噴射が実行されたときに、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素が不足することを抑制することができる。その結果、スモークの発生量を抑制することができる。
【０１９１】
また、吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されている状況の下で第２噴射割合を増加させると、ノッキングが発生する可能性が高くなる。そこで、本実施例では、吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されているときは、ＥＧＲガスの導入が行われているときに比べて第２噴射時期を遅角させる。このとき、第２噴射時期の遅角量を第２噴射燃料量の増加量に応じた量とする。これによれば、第２噴射燃料量の増加に伴うノッキングの発生を抑制することができる。
【０１９２】
［燃焼制御フロー］
ここで、本実施例に係る燃焼制御の制御フローについて図２４に基づいて説明する。図２４は、本実施例に係る燃焼制御の制御フローを示すフローチャートである。なお、本フローにおけるＳ２０１〜Ｓ２０３、Ｓ２０６，およびＳ２０７は、図１３に示すフローと同様である。そのため、これらのステップでの処理についての説明は省略する。本制御フローは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１が稼働している間、ＥＣＵ２０に格納された制御プログラムが実行されることで、所定の間隔で繰り返し実行される。また、本フローは、図２３に示すＥＧＲ制御の制御フローと並行して実行される。
【０１９３】
本フローでは、Ｓ２０３において、基準第１噴射燃料量Ｓｐｂ、基準第２噴射燃料量Ｓｍｂ、基準第１噴射時期Ｔｐｂ、基準第２噴射時期Ｔｍｂ、および基準点火時期Ｔｓｂが算出されると、次に、Ｓ７０４の処理が実行される。Ｓ７０４では、水温センサ２３によって検出される冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０より高いか否かが判別される。Ｓ７０４で肯定判定された場合、吸気へのＥＧＲガスの導入が行われている、すなわち、通常の内燃機関１の機関負荷に応じたＥＧＲ制御が行われていると判断できる。この場合、次にＳ２０６の処理が実行される。
【０１９４】
一方、Ｓ７０４で否定判定された場合、吸気へのＥＧＲガスの導入は停止されている。この場合、次に、Ｓ７０５において、補正第１噴射燃料量Ｓｐａ３、補正第１噴射時期Ｔｐａ３、および補正点火時期Ｔｓａ３が下記の式１６〜１８により算出される。
補正第１噴射燃料量Ｓｐａ３  ＝  Ｓｐｂ×ｃ３  ・・・式（１６）
補正第１噴射時期Ｔｐａ３  ＝  Ｔｐｂ×ｃ３  ・・・式（１７）
補正点火時期Ｔｓａ３  ＝  Ｔｓｂ×ｃ３  ・・・式（１８）
ここで、係数ｃ３は１より小さい正の値である。この係数ｃ３は、燃焼制御の各パラメータが、吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されている状態に適した値となるように設定された値であり、実験等に基づいて予め定められている。なお、係数ｃ３は、一定値でもよく、また、Ｓ２０１で算出される目標機関負荷Ｑｅｔに応じて変更されてもよい。
【０１９５】
次に、Ｓ７０６において、補正第２噴射燃料量Ｓｍａ３および補正第２噴射時期Ｔｍａ３が下記の式１９〜２０により算出される。
補正第２噴射燃料量Ｓｍａ３  ＝  Ｓａｔ−Ｓｐａ３  ・・・式（１９）
ここで、目標総燃料噴射量Ｓａｔ＝Ｓｐｂ＋Ｓｍｂ
補正第２噴射時期Ｔｍａ３  ＝  Ｔｍｂ×（Ｓｍｂ／Ｓｍａ３）  ・・・式（２０）
【０１９６】
上記式１６〜２０によれば、補正第１噴射燃料量Ｓｐａ３は基準第１噴射燃料量Ｓｐｂよりも小さくなり、補正第２噴射燃料量Ｓｍａ３は基準第２噴射燃料量Ｓｍｂよりも大きくなる。また、補正第１噴射時期Ｔｐａ３および正第２噴射時期Ｔｍａ３は、いずれも基準値より小さくなる（すなわち、補正第１噴射時期Ｔｐａ３は基準第１噴射時期Ｔｐｂよりも遅い時期となり、補正第２噴射時期Ｔｍａ３は基準第２噴射時期Ｔｍｂよりも遅い時期となる。）。なお、本実施例において燃焼制御の各パラメータの補正値を算出するための算出式は上記式１６〜２０に限られるものではない。ただし、他の算出式を用いた場合であっても、燃焼制御の各パラメータの基準値と補正値との関係は上述したものとなる。
【０１９７】
次に、Ｓ７０７において、燃焼制御の各パラメータが、Ｓ７０５およびＳ７０６で算出された補正値に設定される。すなわち、第１噴射燃料量Ｓｐ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射時期Ｔｍ、および点火時期Ｔｓが、それぞれ、補正第１噴射燃料量Ｓｐａ３、補正第２噴射燃料量Ｓｍａ３、補正第１噴射時期Ｔｐａ３、補正第２噴射時期Ｔｍａ３、および補正点火時期Ｔｓａ３に設定される。そして、次に、Ｓ２０７において、Ｓ７０７で設定された第１噴射燃料量Ｓｐ、第２噴射燃料量Ｓｍ、第１噴射時期Ｔｐ、第２噴射時期Ｔｍ、および点火時期Ｔｓに従って、燃料噴射弁６による第１噴射および第２噴射と、点火プラグ５による点火とが実行される。
【０１９８】
上記フローによれば、同一機関負荷において、吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されている場合は、吸気へのＥＧＲの導入が行われている場合に比べて、第１噴射燃料量が減量されるとともに第２噴射燃料量が増量される。したがって、吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されているときは、ＥＧＲガスの導入が行われているときに比べて第１噴射割合が減少することになる。また、上記フローによれば、吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されているときは、ＥＧＲガスの導入が行われているときに比べて第２噴射時期が遅角される。なお、吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されているときは、ＥＧＲガスの導入が行われているときに比べて第１噴射時期も遅角される。このときの第１噴射時期の遅角量は、第２噴射時期の遅角量に応じた量となっている。これにより、好適な第１噴射インターバルＤｉ１を維持することができる。
【０１９９】
また、上記制御フローでは、上記式１６〜２０によって燃焼制御における各パラメータの補正値を算出したが、これとは別の手法によって、吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されている場合の燃焼制御における各パラメータの値を決定してもよい。例えば、吸気へのＥＧＲの導入が停止されていることを前提としたときの内燃機関１の機関負荷と燃焼制御における各パラメータとの相関を示すマップをＥＣＵ２０に格納しておき、該マップに基づいて燃焼制御における各パラメータを決定してもよい。
【０２００】
また、上記ＥＧＲ制御では、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０以下の場合は、吸気へのＥＧＲガスの導入を停止させるものとした。しかしながら、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０以下の場合でも、吸気へのＥＧＲガスの導入を停止させずに、その導入量を、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０より高い場合に比べて減量するようにしてもよい。このような場合でも、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０以下のときは、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０より高いときに比べて第１噴射割合を減少させる。これによれば、吸気へのＥＧＲガスの導入量が減少した場合は、第１噴射割合が減少することになる。そのため、スモークの発生量を抑制することができる。また、このような場合でも、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０以下のときは、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０より高いときに比べて第２噴射時期を遅角させる。これによれば、吸気へのＥＧＲガスの導入量が減少した状況の下で第２噴射燃料量が増量される場合に、第２噴射時期が遅角されることになる。そのため、第２噴射燃料量の増加に伴うノッキングの発生を抑制することができる。
【０２０１】
［変形例］
次に、本実施例の変形例について説明する。本変形例では、実施例２と同様、高負荷領域において高負荷燃焼制御が実行される。つまり、高負荷領域においては、一燃焼サイクル中に、第１噴射および第２噴射に加えて第３噴射が行われる。ここで、内燃機関１の機関負荷が高負荷領域に属するときに、吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されると、第３噴射燃料のうち、第１噴射燃料によって形成されたプレ噴霧に対し点火プラグ５によって点火を行った際に生じる火炎伝播によって燃焼する分の燃料量が増加する。このような場合、上述したように、第２噴射が行われる前に第３噴射燃料の燃焼に消費される酸素量が増加する。そのため、ＥＧＲガスの導入が停止されることで燃焼室内に供給される酸素量が増加したとしても、第３噴射燃料の燃焼に消費される酸素量が過剰に増加することで、第２噴射が実行されたときに第２噴射燃料を十分に燃焼させるために必要な酸素量を確保することが困難となる。その結果、スモークの発生量の増加を招くことになる。
【０２０２】
そこで、本変形例においては、内燃機関１の機関負荷が高負荷領域に属している状態で吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されているときは、第１噴射割合をＥＧＲガスの導入が行われているときと同一に制御しつつ、ＥＧＲガスの導入が行われているときに比べて第３噴射割合を減少させる。換言すれば、吸気へのＥＧＲガスの導入が停止されているときは、第１噴射割合をＥＧＲガスの導入が行われているときと同一に制御しつつ、ＥＧＲガ
スの導入が行われているときに比べて第２噴射割合を増加させる。これによれば、ＥＧＲガスの導入が停止されているときにおいて、第２噴射が行われる前の第３噴射燃料の燃焼に消費される酸素量を少なくすることができる。そのため、第２噴射が実行されたときに、第２噴射燃料の燃焼に供される酸素が不足することを抑制することができる。その結果、スモークの発生量を抑制することができる。
【０２０３】
また、本変形例においても、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０以下の場合に、吸気へのＥＧＲガスの導入を停止させずに、その導入量を、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０より高い場合に比べて減量するようにしてもよい。このような場合でも、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０以下のときは、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０より高いときに比べて第３噴射割合を減少させる。これによれば、吸気へのＥＧＲガスの導入量が減少した場合は、第３噴射割合が減少することになるそのため、スモークの発生量を抑制することができる。
【０２０４】
また、本変形例においても、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０以下のときは、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０より高いときに比べて第２噴射時期を遅角させることで、第２噴射燃料量の増加に伴うノッキングの発生を抑制することができる。そして、このときに、第２噴射時期の遅角に応じて、冷却水温度Ｔｗが所定温度Ｔｗ０より高いときよりも第１噴射時期、第３噴射時期、および点火時期も遅角させることで、好適な第１噴射インターバルＤｉ１、第２噴射インターバルＤｉ２、及び点火インターバルＤｓを維持することができる。
【符号の説明】
【０２０５】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・ピストン
５・・・点火プラグ
６・・・燃料噴射弁
７・・・吸気ポート
８・・・排気ポート
９・・・吸気弁
１０・・排気弁
２０・・ＥＣＵ
２１・・クランクポジションセンサ
２２・・アクセルポジションセンサ
２３・・水温センサ２３
３０・・ＥＧＲ装置
３１・・ＥＧＲ通路
３２・・ＥＧＲ弁
７１・・スロットル弁
７２・・エアフローメータ
７３・・圧力センサ
Ｔｐ・・第１噴射時期
Ｔｍ・・第２噴射時期
Ｔｐｐ・・第３噴射時期
Ｔｓ・・点火時期
Ｄｉ１・・第１噴射インターバル
Ｄｉ２・・第２噴射インターバル
Ｄｓ・・点火インターバル
Ｓｐ・・第１噴射燃料量
Ｓｍ・・第２噴射燃料量
Ｓｐｐ・・第３噴射燃料量
【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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