(57)【要約】  【課題】  エンジン回転速度や負荷に応じて燃焼モードを切り換える筒内噴射式エンジンにおいて、重質燃料使用時でも安定した燃焼状態を確保できるようにする。  【解決手段】  エンジン運転中に、使用燃料が重質燃料であると判定されると、重質燃料用の燃焼モード切換マップを選択して、現在のエンジン回転速度と要求トルクに応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれか一方を要求燃焼モードとして選択する。この重質燃料用の燃焼モード切換マップのデータは、軽質燃料用の燃焼モード切換マップよりも低回転側、低負荷側にシフトされ、軽質燃料使用時の成層燃焼モードの運転領域のうちの均質燃焼モード側の領域が均質燃焼モードの運転領域に変更される。これにより、重質燃料を安定して成層燃焼できない運転領域では、重質燃料を均質燃焼モードで燃焼させて、重質燃料を安定燃焼させることができるようにする。  【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程で筒内に燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼モードと、吸気行程で筒内に燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼モードとを機関回転速度及び／又は負荷に応じて切り換える筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
使用燃料の燃料性状を判定する燃料性状判定手段と、
前記燃料性状判定手段で重質燃料と判定された場合に前記成層燃焼モードと前記均質燃焼モードとを切り換える燃焼モード切換条件を軽質燃料使用時よりも低回転側及び／又は低負荷側に変更する燃焼モード切換条件変更手段と
を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項２】
圧縮行程で筒内に燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼モードの運転領域と、吸気行程で筒内に燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼モードの運転領域との間に、吸気行程と圧縮行程でそれぞれ筒内に燃料を噴射して燃焼させる２回噴射モードの運転領域を設定し、これら３つの燃焼モードを機関回転速度及び／又は負荷に応じて切り換える筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
使用燃料の燃料性状を判定する燃料性状判定手段と、
前記燃料性状判定手段で重質燃料と判定された場合に前記成層燃焼モードと前記２回噴射モードとの切り換え及び前記２回噴射モードと前記均質燃焼モードとの切り換えを実行する燃焼モード切換条件を軽質燃料使用時よりも低回転側及び／又は低負荷側に変更する燃焼モード切換条件変更手段と
を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃料性状判定手段は、使用燃料の重質度合いを判定する手段を備え、
前記燃焼モード切換条件変更手段は、前記燃焼モード切換条件を低回転側及び／又は低負荷側に変更する度合いを使用燃料の重質度合いに応じて変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項４】
圧縮行程で筒内に燃料を噴射して成層燃焼させる成層燃焼モードの運転領域と、吸気行程で筒内に燃料を噴射して均質燃焼させる均質燃焼モードの運転領域との間に、吸気行程と圧縮行程でそれぞれ筒内に燃料を噴射して燃焼させる２回噴射モードの運転領域を設定し、これら３つの燃焼モードを機関回転速度及び／又は負荷に応じて切り換える筒内噴射式内燃機関の制御装置において、
使用燃料の燃料性状を判定する燃料性状判定手段と、
前記燃料性状判定手段で重質燃料と判定された場合に前記２回噴射モードにおける圧縮行程の噴射量を軽質燃料使用時より減少させて吸気行程の噴射量を増加させる２回噴射モード制御手段と
を備えていることを特徴とする筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記２回噴射モード制御手段は、前記燃料性状判定手段で重質燃料と判定された場合に前記２回噴射モードにおける圧縮行程の噴射量を燃料噴射弁の安定噴射領域の最小噴射量に設定することを特徴とする請求項４に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃料性状判定手段は、使用燃料の重質度合いを判定する手段を備え、
前記２回噴射モード制御手段は、前記２回噴射モードにおける圧縮行程の噴射量を使用燃料の重質度合いに応じて変更することを特徴とする請求項４又は５に記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記２回噴射モード制御手段は、前記２回噴射モード実行時に吸気行程及び圧縮行程の合計噴射量に対する圧縮行程の噴射量の割合が所定値以下になったときに前記均質燃焼モードに切り換えることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載の筒内噴射式内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記燃料性状判定手段は、使用燃料の重質度合いを判定する手段を備え、
前記２回噴射モード制御手段は、前記２回噴射モードから前記均質燃焼モードに切り換える圧縮行程の噴射量の割合を使用燃料の重質度合いに応じて変更することを特徴とする請求項７に記載の筒内噴射式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、重質燃料使用時の制御特性を改善した筒内噴射式内燃機関の制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
近年、低燃費、低排気エミッション、高出力の特長を兼ね備えた筒内噴射式エンジン（直噴エンジン）の需要が急増している。この筒内噴射式エンジンは、成層燃焼モードと均質燃焼モードの２つ燃焼モードがあり、低負荷領域では、成層燃焼モードに切り換えて、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグの近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させ、中・高負荷領域では、均質燃焼モードに切り換えて、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させるようにしている。或は、特許文献１（特開平５−５２１４５号公報）に記載されているように、成層燃焼モードと均質燃焼モードとの中間領域において、吸気行程と圧縮行程でそれぞれ筒内に燃料を噴射して燃焼させる２回噴射モードで運転する技術も提案されている。
【０００３】
また、特許文献２（特開平５−７１３８３号公報）に記載されているように、２回噴射モードにおける吸気行程及び圧縮行程の合計噴射量に対する圧縮行程の噴射量の割合を目標空燃比に応じて変化させる技術も提案されている。
【特許文献１】特開平５−５２１４５号公報（第１頁〜第３頁等）
【特許文献２】特開平５−７１３８３号公報（第１頁〜第３頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、燃焼モードを切り換える燃焼モード切換条件（エンジン回転速度と負荷のマップ）は、標準的な燃料性状を有する燃料（標準燃料）を使用して適合される。従って、上記各特許文献の技術も、標準燃料の使用が前提で燃焼モード切換条件が適合されており、燃料性状は全く考慮されていない。
【０００５】
しかし、市場で実際に使用される燃料の燃料性状は様々であり、燃料性状によって燃料噴射弁から噴射される燃料の蒸発特性ひいては霧化特性が変化する。このため、霧化特性の悪い重質の燃料が使用されると、標準燃料で適合した燃焼モード切換条件では、均質燃焼と比較して本来的に安定燃焼領域が狭い成層燃焼モードや２回噴射モードで運転するときに、噴射燃料を十分に霧化できないことがあり、それによって、燃焼状態が悪化して、スモーク排出量が増加したり、ドライバビリティが悪化することがある。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、機関回転速度や負荷に応じて燃焼モードを切り換えるシステムにおいて、重質燃料使用時でも安定した燃焼状態を確保することができ、重質燃料使用時のスモーク低減とドライバビリティ向上を実現することができる筒内噴射式内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、成層燃焼モードと均質燃焼モードとを機関回転速度及び／又は負荷に応じて切り換える筒内噴射式内燃機関の制御装置において、使用燃料の燃料性状を燃料性状判定手段により判定し、重質燃料と判定された場合に成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換えるときの機関回転速度及び／又は負荷を判定する燃焼モード切換条件を軽質燃料使用時よりも低回転側及び／又は低負荷側に変更するようにしたものである。
【０００８】
成層燃焼モードの運転中は、圧縮行程で燃料が噴射されるため、燃料噴射から点火までの燃料の霧化時間が本来的に短くなり、しかも、この燃料の霧化時間は、機関回転速度が高くなるほど短くなる。更に、負荷が大きくなるほど燃料噴射量が増量されて燃料噴射時間が長くなるため、負荷が大きくなるほど噴射終了から点火までの燃料の霧化時間が短くなるという関係がある。一方、重質燃料を安定燃焼可能な状態にまで霧化させるのに必要な時間は、軽質燃料と比べて長くなるため、重質燃料使用時には、成層燃焼モードの運転領域のうちの均質燃焼モード側の領域では、重質燃料の霧化時間が不足して、安定した成層燃焼は困難である。
【０００９】
このような事情を考慮して、本発明は、重質燃料使用時には、燃焼モード切換条件を軽質燃料使用時よりも低回転側及び／又は低負荷側に変更することで、軽質燃料使用時の成層燃焼モードの運転領域のうちの均質燃焼モード側の領域を均質燃焼モードの運転領域に変更するようにしたものである。これにより、重質燃料を安定して成層燃焼できない運転領域では、重質燃料を均質燃焼モードで燃焼させて、重質燃料を安定燃焼させることができるようになり、重質燃料使用時のスモーク低減とドライバビリティ向上を実現することができる。
【００１０】
本発明は、成層燃焼モードと均質燃焼モードの２つ燃焼モードを切り換えるシステムに限定されず、請求項２のように、成層燃焼モードの運転領域と均質燃焼モードの運転領域との間に、吸気行程と圧縮行程でそれぞれ筒内に燃料を噴射して燃焼させる２回噴射モードの運転領域を設定したシステムにも適用できる。このシステムでは、重質燃料と判定された場合に、成層燃焼モードと２回噴射モードとを切り換えるとき及び２回噴射モードと均質燃焼モードとを切り換えるときの機関回転速度及び／又は負荷を判定する燃焼モード切換条件を軽質燃料使用時よりも低回転側及び／又は低負荷側に変更するようにすれば良い。この場合は、重質燃料を安定して成層燃焼できない運転領域では、重質燃料を２回噴射モードで燃焼させ、更に、２回噴射モードでも重質燃料を安定燃焼できない運転領域（圧縮行程で噴射する重質燃料の霧化が不十分となる運転領域）では、重質燃料を均質燃焼モードで燃焼させることになる。このようにすれば、成層燃焼モードと２回噴射モードと均質燃焼モードの３つの燃焼モードを切り換える場合でも、重質燃料使用時には、運転領域に応じて重質燃料を安定燃焼できる燃焼モードに切り換えることができ、重質燃料使用時のスモーク低減とドライバビリティ向上を実現することができる。
【００１１】
ところで、燃料の重質度合いが大きくなるほど、燃料を安定燃焼可能な状態にまで霧化させるのに必要な時間が長くなる。この特性を考慮して、請求項３のように、使用燃料の重質度合いを判定する手段を設け、燃焼モード切換条件を低回転側及び／又は低負荷側に変更する度合いを使用燃料の重質度合いに応じて変更するようにしても良い。このようにすれば、重質燃料使用時に、燃費の良い燃焼モードである成層燃焼モードの運転領域を縮小する度合いを、使用燃料の重質度合いに応じた必要最小限に設定することができ、重質燃料使用時の過度の燃費悪化を防ぎながらスモーク低減を実現することができる。
【００１２】
また、成層燃焼モードと２回噴射モードと均質燃焼モードの３つの燃焼モードを切り換えるシステムにおいては、請求項４のように、重質燃料と判定された場合に、２回噴射モードにおける圧縮行程の噴射量を軽質燃料使用時より減少させて吸気行程の噴射量を増加させるようにしても良い。圧縮行程の噴射量を減少させれば、圧縮行程の噴射燃料を安定燃焼可能な状態にまで霧化させるのに必要な時間が短くなるため、重質燃料使用時に、２回噴射モードにおける圧縮行程の噴射量を減少させれば、２回噴射モードの燃焼性を向上させることができて、スモークを低減させることができる。
【００１３】
この場合、請求項５のように、重質燃料と判定された場合に２回噴射モードにおける圧縮行程の噴射量を燃料噴射弁の安定噴射領域の最小噴射量に設定するようにしても良い。このようにすれば、２回噴射モードで重質燃料を燃焼させる場合に、燃料の霧化時間が不足しがちな圧縮行程噴射の割合を最小限にして、燃料の霧化時間を確保しやすい吸気行程噴射の割合を最大限に拡大できるため、重質燃料の燃焼性を最大限に向上させることができる。
【００１４】
また、請求項６のように、使用燃料の重質度合いを判定する手段を設け、２回噴射モードにおける圧縮行程の噴射量を使用燃料の重質度合いに応じて変更するようにしても良い。このようにすれば、重質燃料を２回噴射モードで燃焼させる場合に、燃費の良い圧縮行程噴射の噴射量が過度に減少されることを回避でき、圧縮行程の噴射量の減少による燃費悪化を必要最小限にとどめることができる。
【００１５】
また、請求項７のように、２回噴射モード実行時に吸気行程及び圧縮行程の合計噴射量に対する圧縮行程の噴射量の割合が所定値以下になったときに均質燃焼モードに切り換えるようにしても良い。このようにすれば、重質燃料使用時に２回噴射モードの方が均質燃焼モードよりも燃費が悪化する運転領域では、２回噴射モードから均質燃焼モードに切り換えることができ、２回噴射モードによる過度の燃費悪化を防止することができる。
【００１６】
また、請求項８のように、２回噴射モードから均質燃焼モードに切り換える圧縮行程の噴射量の割合を使用燃料の重質度合いに応じて変更するようにしても良い。このようにすれば、使用燃料の重質度合いに応じた最適なタイミングで２回噴射モードから均質燃焼モードに切り換えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。筒内噴射式の内燃機関である筒内噴射式エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、ＤＣモータ等のモータ１５によって駆動されるスロットルバルブ１６が設けられ、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）がスロットル開度センサ１７によって検出される。
【００１９】
また、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０に、筒内の気流強度（スワール流強度やタンブル流強度）を制御する気流制御弁３１が設けられている。
【００２０】
エンジン１１の各気筒の上部には、それぞれ燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。また、エンジン１１の吸気バルブ３７と排気バルブ３８には、それぞれ開閉タイミングを可変する可変バルブタイミング機構３９，４０が設けられている。
【００２１】
エンジン１１のシリンダブロックには、ノッキングを検出するノックセンサ３２と、冷却水温を検出する冷却水温センサ２３とが取り付けられている。また、クランク軸（図示せず）の外周側には、所定のクランク角毎にクランク角信号を出力するクランク角センサ２４が取り付けられている。このクランク角センサ２４の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００２２】
一方、エンジン１１の排気管２５には、排出ガスを浄化する上流側触媒２６と下流側触媒２７が設けられ、上流側触媒２６の上流側に、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２８（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられている。本実施例１では、上流側触媒２６として理論空燃比付近で排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化する三元触媒が設けられ、下流側触媒２７としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒が設けられている。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒２７は、排出ガスの空燃比がリーンのときに排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比付近又はリッチになったときに吸蔵ＮＯｘを還元浄化して放出する特性を持っている。
【００２３】
また、排気管２５のうちの上流側触媒２６の下流側と吸気管１２のうちのスロットルバルブ１６の下流側のサージタンク１８との間に、排出ガスの一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ配管３３が接続され、このＥＧＲ配管３３の途中に排出ガス還流量（ＥＧＲ量）を制御するＥＧＲ弁３４が設けられている。また、アクセルペダル３５の踏込量（アクセル開度）がアクセルセンサ３６によって検出される。
【００２４】
前述した各種センサの出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種の制御ルーチンを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や燃料噴射時期、点火プラグ２２の点火時期等を制御すると共に、吸気側及び排気側の可変バルブタイミング機構３９，４０を制御して、吸気バルブ３７と排気バルブ３８の実バルブタイミングを目標バルブタイミングに一致させるように制御する。
【００２５】
このＥＣＵ３０は、エンジン回転速度と負荷（要求トルク）に応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードとを切り換える。図４に示すように、成層燃焼モードの運転領域は、均質燃焼モードの運転領域よりも低回転・低負荷側に設定され、成層燃焼モードでは、少量の燃料を圧縮行程で筒内に直接噴射して点火プラグ２２の近傍に成層混合気を形成して成層燃焼させることで、燃費を向上させる。一方、均質燃焼モードでは、燃料噴射量を増量して吸気行程で筒内に燃料を直接噴射して均質混合気を形成して均質燃焼させることで、エンジン出力を高める。
【００２６】
成層燃焼モードの運転中は、圧縮行程で燃料が噴射されるため、燃料噴射から点火までの燃料の霧化時間が本来的に短くなり、しかも、この燃料の霧化時間は、機関回転速度が高くなるほど短くなる。更に、負荷が大きくなるほど燃料噴射量が増量されて燃料噴射時間が長くなるため、負荷が大きくなるほど噴射終了から点火までの燃料の霧化時間が短くなるという関係がある。一方、重質燃料を安定燃焼可能な状態にまで霧化させるのに必要な時間は、軽質燃料と比べて長くなるため、重質燃料使用時には、成層燃焼モードの運転領域のうちの均質燃焼モード側の領域では、重質燃料の霧化時間が不足して、安定した成層燃焼は困難である。
【００２７】
この点を考慮して、ＥＣＵ３０は、エンジン運転中に後述する各ルーチンを実行することで、使用燃料の燃料性状を判定し、重質燃料と判定された場合に、エンジン回転速度と負荷（要求トルク）に基づいて燃焼モードを決定する際に、燃焼モード切換条件（燃焼モード切換時のエンジン回転速度と負荷）を軽質燃料使用時よりも低回転側、低負荷側に変更することで、軽質燃料使用時の成層燃焼モードの運転領域のうちの均質燃焼モード側の領域を均質燃焼モードの運転領域に変更する（図４参照）。これにより、重質燃料を安定して成層燃焼できない運転領域では、重質燃料を均質燃焼モードで燃焼させて、重質燃料を安定燃焼させるようにしている。以下、ＥＣＵ３０が実行する各ルーチンの処理内容を説明する。
【００２８】
［エンジン制御メインルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンは、エンジン運転中に所定周期で実行される。本メインルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、図示しない燃料性状判定ルーチンを実行して、エンジン始動後の燃焼安定性（回転変動）、過渡運転時の空燃比のずれ等に基づいて使用燃料の燃料性状を判定する。或は、燃料タンク内に設けた燃料性状センサ等のセンサ出力（燃料の蒸発性）に基づいて噴射燃料の燃料性状を判定するようにしても良い。このステップ１０１の処理が特許請求の範囲でいう燃料性状判定手段としての役割を果たす。
【００２９】
この後、ステップ１０２に進み、アクセル開度とエンジン回転速度等に基づいて要求トルクを算出した後、ステップ１０３に進み、後述する図３の要求燃焼モード決定ルーチンを実行して要求燃焼モードを決定する。この後、ステップ１０４〜１０６で、図示しない空気系制御ルーチン、燃料系制御ルーチン、点火系制御ルーチンを実行して、空気系、燃料系、点火系の各制御パラメータを上記ステップ１０３で決定された要求燃焼モードの目標値に設定して、当該要求燃焼モードで噴射燃料を燃焼させる。
【００３０】
［要求燃焼モード決定ルーチン］
図２のエンジン制御メインルーチンのステップ１０２で、図３の要求燃焼モード決定ルーチンが起動されると、まずステップ１１１で、エンジン回転速度Ｎｅを読み込み、次のステップ１１２で、アクセル開度等に基づいて設定された要求トルクを読み込む。この後、ステップ１１３に進み、使用燃料が重質燃料であるか否かを判定する。その結果、重質燃料でない（軽質燃料である）と判定されれば、ステップ１１４に進み、軽質燃料用の燃焼モード切換マップ（図４参照）を選択して、現在のエンジン回転速度Ｎｅと要求トルクに応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれか一方を要求燃焼モードとして選択する。
【００３１】
これに対して、ステップ１１３で、使用燃料が重質燃料であると判定された場合には、ステップ１１５に進み、重質燃料用の燃焼モード切換マップ（図４参照）を選択して、現在のエンジン回転速度Ｎｅと要求トルクに応じて成層燃焼モードと均質燃焼モードのいずれか一方を要求燃焼モードとして選択する。この重質燃料用の燃焼モード切換マップのデータは、軽質燃料用の燃焼モード切換マップよりも低回転側、低負荷側にシフトされ、軽質燃料使用時の成層燃焼モードの運転領域のうちの均質燃焼モード側の領域が均質燃焼モードの運転領域に変更される。これにより、重質燃料を安定して成層燃焼できない運転領域では、重質燃料を均質燃焼モードで燃焼させて、重質燃料を安定燃焼させることができるようになり、重質燃料使用時のスモーク低減とドライバビリティ向上を実現することができる。
【００３２】
尚、上記ステップ１１３〜１１５で、使用燃料が重質燃料であるか否かで、重質燃料用の燃焼モード切換マップと軽質燃料用の燃焼モード切換マップとを切り換える処理が特許請求の範囲でいう燃焼モード切換条件変更手段としての役割を果たす。
【実施例２】
【００３３】
上記実施例１では、成層燃焼モードと均質燃焼モードの２つ燃焼モードを切り換えるようにしたが、本発明の実施例２では、図５に示すように、成層燃焼モードの運転領域と均質燃焼モードの運転領域との間に、吸気行程と圧縮行程でそれぞれ筒内に燃料を噴射して燃焼させる２回噴射モードの運転領域を設定している。本実施例２では、図５（ａ）の軽質燃料用の燃焼モード切換マップと、図５（ｂ）の重質燃料用の燃焼モード切換マップを使用する。図５（ｂ）の重質燃料用の燃焼モード切換マップのデータは、図５（ａ）の軽質燃料用の燃焼モード切換マップよりも低回転側、低負荷側にシフトされている。
【００３４】
本実施例２においても、図３とほぼ同じ要求燃焼モード決定ルーチンを実行し、使用燃料が重質燃料であるか否かを判定する。その結果、重質燃料でない（軽質燃料である）と判定されれば、図５（ａ）の軽質燃料用の燃焼モード切換マップを選択して、現在のエンジン回転速度Ｎｅと要求トルクに応じて成層燃焼モードと２回噴射モードと均質燃焼モードの３つの燃焼モードの中からいずれか１つを要求燃焼モードとして選択する。
【００３５】
これに対して、使用燃料が重質燃料であると判定された場合には、図５（ｂ）の重質燃料用の燃焼モード切換マップを選択して、現在のエンジン回転速度Ｎｅと要求トルクに応じて３つの燃焼モードの中からいずれか１つを要求燃焼モードとして選択する。この重質燃料用の燃焼モード切換マップのデータは、軽質燃料用の燃焼モード切換マップよりも低回転側、低負荷側にシフトされている。これにより、軽質燃料使用時の成層燃焼モードの運転領域のうちの２回噴射モード側の領域が２回噴射モードの運転領域に変更されると共に、２回噴射モードの運転領域の幅が狭められ、均質燃焼モードの運転領域が２回噴射モード側に拡大されている。
【００３６】
以上説明した本実施例２によれば、重質燃料を安定して成層燃焼できない運転領域では、重質燃料を２回噴射モードで燃焼させ、更に、２回噴射モードでも重質燃料を安定燃焼できない運転領域（圧縮行程で噴射する重質燃料の霧化が不十分となる運転領域）では、重質燃料を均質燃焼モードで燃焼させるようになる。このため、成層燃焼モードと２回噴射モードと均質燃焼モードの３つの燃焼モードを切り換える場合でも、重質燃料使用時には、運転領域に応じて重質燃料を安定燃焼できる燃焼モードに切り換えることができ、重質燃料使用時のスモーク低減とドライバビリティ向上を実現することができる（図６参照）。
【００３７】
尚、上記各実施例１，２では、燃焼モード切換マップを重質燃料用と軽質燃料用の２種類設定するようにしたが、使用燃料の重質度合いを３段階以上に区分して、それに応じて３種類以上の燃焼モード切換マップを設定し、これらのマップの中から使用燃料の重質度合いに応じたマップを選択して要求燃焼モードを判定するようにしても良い。或は、標準燃料（例えば軽質燃料）用の燃焼モード切換マップのみを設定して、エンジン運転中に、この標準燃料用の燃焼モード切換マップのデータ（燃焼モード切換時のエンジン回転速度Ｎｅ，要求トルク）を使用燃料の重質度合いに応じて補正係数等により補正することで、使用燃料の重質度合いに応じた燃焼モード切換マップを自動的に作成して要求燃焼モードを判定するようにしても良い。
【００３８】
このように、使用燃料の重質度合いに応じて燃焼モード切換マップを選択又は補正するようにすれば、燃焼モード切換マップのデータを低回転側、低負荷側に変更する度合いを使用燃料の重質度合いに応じて変更することができるので、重質燃料使用時に、燃費の良い燃焼モードである成層燃焼モードや２回噴射モードの運転領域を縮小する度合いを、使用燃料の重質度合いに応じた必要最小限に設定することができ、重質燃料使用時の過度の燃費悪化を防ぎながらスモーク低減を実現することができる。
【００３９】
また、標準燃料（例えば軽質燃料）用の燃焼モード切換マップのみを設定し、使用燃料の重質度合いに応じて、現在のエンジン回転速度Ｎｅと要求トルクを補正係数等により補正して、補正後のエンジン回転速度Ｎｅと要求トルクを標準燃料用の燃焼モード切換マップのデータと比較して要求燃焼モードを判定するようにしても良く、この場合でも、上記と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
尚、上記各実施例１，２では、重質燃料使用時に、燃焼モード切換条件を低回転側と低負荷側の両方に変更するようにしたが、低回転側と低負荷側のいずれか一方側のみに変更するようにしても良い。
【実施例３】
【００４１】
本発明の実施例３では、例えば図５（ａ）の燃焼モード切換マップを用いて、現在のエンジン回転速度Ｎｅと要求トルクに応じて成層燃焼モードと２回噴射モードと均質燃焼モードの３つの燃焼モードの中からいずれか１つを要求燃焼モードとして選択するシステムにおいて、２回噴射モードの運転時に、使用燃料が重質燃料と判定された場合に２回噴射モードにおける圧縮行程の噴射量を減少させて吸気行程の噴射量を増加させるようにしている。圧縮行程の噴射量を減少させれば、圧縮行程の噴射燃料を安定燃焼可能な状態にまで霧化させるのに必要な時間が短くなるため、重質燃料使用時に、２回噴射モードにおける圧縮行程の噴射量を減少させれば、２回噴射モードの燃焼性を向上させることができて、スモークを低減させることができる。
【００４２】
この２回噴射モードの制御は、図７の２回噴射モード時噴射量演算ルーチンによって実行される。本ルーチンは、ＥＣＵ３０によってエンジン運転中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう２回噴射モード制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、エンジン回転速度Ｎｅを読み込み、次のステップ２０２で、アクセル開度等に基づいて設定された要求トルクを読み込む。この後、ステップ２０３に進み、現在の燃焼モードが２回噴射モードであるか否かを判定し、２回噴射モードでなければ、以降の処理を行わずに本ルーチンを終了する。
【００４３】
これに対して、ステップ２０３で、現在の燃焼モードが２回噴射モードであると判定された場合には、ステップ２０４に進み、使用燃料が重質燃料であるか否かを判定する。その結果、重質燃料でない（軽質燃料である）と判定されれば、ステップ２０５に進み、吸気行程及び圧縮行程の合計噴射量Ｑall に対する圧縮行程の噴射量の割合（圧縮行程噴射割合）Ｋを、現在のエンジン回転速度Ｎｅと要求トルクに応じてマップ又は数式等により算出する。この後、ステップ２０６に進み、合計噴射量Ｑall に圧縮行程噴射割合Ｋを乗算して圧縮行程の噴射量ＱＣを求める。
【００４４】
一方、ステップ２０４で、使用燃料が重質燃料であると判定されれば、ステップ２０７に進み、２回噴射モードにおける圧縮行程の最小噴射量ＱＣmin を現在のエンジン回転速度Ｎｅと要求トルクに応じてマップ又は数式等により算出する。この最小噴射量ＱＣmin は、燃料噴射弁２１の噴射状態が安定する領域（安定噴射領域）の最小噴射量に相当する。この後、ステップ２０８に進み、使用燃料の重質度合いに応じて圧縮行程の最小噴射量ＱＣmin を補正するための補正係数ＫＱＣを、燃料重質度合いをパラメータとするマップ又は数式等により算出する。これにより、補正係数ＫＱＣは、使用燃料が重質になるほど、０＜ＫＱＣ≦１の範囲で小さい値に設定される。この後、ステップ２０９に進み、上記ステップ２０７で算出した圧縮行程の最小噴射量ＱＣmin に補正係数ＫＱＣを乗算して圧縮行程の噴射量ＱＣを求める。
【００４５】
以上のようにして、ステップ２０６又は２０９で圧縮行程の噴射量ＱＣを算出した後、ステップ２１０に進み、合計噴射量Ｑall から圧縮行程の噴射量ＱＣを減算して吸気行程の噴射量ＱＩを求める。
【００４６】
以上説明した本実施例３によれば、重質燃料と判定された場合に２回噴射モードにおける圧縮行程の噴射量を燃料噴射弁２１の安定噴射領域の最小噴射量に設定するようにしたので、２回噴射モードで重質燃料を燃焼させる場合に、燃料の霧化時間が不足しがちな圧縮行程噴射の割合を最小限にして、燃料の霧化時間を確保しやすい吸気行程噴射の割合を最大限に拡大できて、重質燃料の燃焼性を最大限に向上させることができ、スモークを確実に低減させることができる。
【００４７】
しかも、本実施例３では、２回噴射モードにおける圧縮行程の最小噴射量を重質度合いに応じて補正係数ＫＱＣで補正するようにしたので、重質燃料を２回噴射モードで燃焼させる場合に、燃費の良い圧縮行程噴射の噴射量が過度に減少されることを回避でき、圧縮行程の噴射量の減少による燃費悪化を必要最小限にとどめることができる。
【００４８】
しかしながら、本発明は、ステップ２０７で算出した圧縮行程の最小噴射量を重質度合いに応じて補正せずに、そのまま最終的な圧縮行程の噴射量としても良く、この場合でも、燃料性状を考慮せずに圧縮行程の噴射量を決める従来システムと比較して、スモークを低減させることができる。
【００４９】
また、重質燃料使用時の２回噴射モードにおける圧縮行程の噴射量は、必ずしも燃料噴射弁２１の安定噴射領域の最小噴射量まで減少させなくても良く、例えば、２回噴射モードにおける圧縮行程の噴射量を、エンジン運転状態（エンジン回転速度Ｎｅ，要求トルク等）及び／又は燃料重質度合いに応じて軽質燃料使用時より減少させるだけにしても良い。重質燃料使用時に２回噴射モードにおける圧縮行程の噴射量を軽質燃料使用時より減少させれば、２回噴射モードの燃焼性を従来より向上させることができる。
【実施例４】
【００５０】
ところで、２回噴射モードは、要求された燃料量を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射し、圧縮行程噴射によって燃費を稼ぐ燃焼モードであるため、図９に示すように、２回噴射モード時の燃費率は、圧縮行程噴射割合Ｋが減少するほど悪くなるという関係がある。従って、２回噴射モードでは、圧縮行程噴射割合Ｋが少なくなり過ぎると、圧縮行程噴射のマイナス効果（出力低下）がプラス効果（燃費向上）を上回ってしまい、２回噴射モード時の燃費率が均質燃焼モード時の燃費率よりも悪くなってしまう。
【００５１】
そこで、本発明の実施例４では、２回噴射モード時の燃費率が均質燃焼モード時の燃費率とほぼ同一になる点（Ｄ）の圧縮行程噴射割合Ｋを予め試験データや設計データ等によって求めて、これを切換判定値Ｄとして設定しておき、図１０に示すように、２回噴射モードの運転中に圧縮行程噴射割合Ｋが切換判定値Ｄを下回った時点で、２回噴射モードから均質燃焼モードに切り換えるようにしている。
【００５２】
この制御は、図８の２回噴射モード時噴射量演算ルーチンによって実行される。本ルーチンは、図７の２回噴射モード時噴射量演算ルーチンのステップ２０９とステップ２１０との間にステップ２１１〜２１３の処理を追加したものであり、それ以外の各ステップの処理は、図７の各ステップの処理と同じである。
【００５３】
本ルーチンでは、重質燃料使用時に、ステップ２０７〜２０９の処理によって圧縮行程の噴射量ＱＣを算出した後、ステップ２１１に進み、圧縮行程の噴射量ＱＣを合計噴射量Ｑall で割り算して圧縮行程噴射割合Ｋを求める。この後、ステップ２１２に進み、圧縮行程噴射割合Ｋが切換判定値Ｄを下回っているか否かを判定し、圧縮行程噴射割合Ｋが切換判定値Ｄを下回っていなければ、２回噴射モードの方が均質燃焼モードよりも燃費が良いと判断して、２回噴射モードの運転を続行する。
【００５４】
これに対して、ステップ２１２で、圧縮行程噴射割合Ｋが切換判定値Ｄを下回っていると判定された場合には、２回噴射モードよりも均質燃焼モードの方が燃費が良いと判断して、ステップ２１３に進み、要求燃焼モードを２回噴射モードから均質燃焼モードに切り換える。
【００５５】
以上説明した本実施例４では、２回噴射モードの運転中に圧縮行程噴射割合Ｋが切換判定値Ｄを下回った時点で、２回噴射モードから均質燃焼モードに切り換えるようにしたので、重質燃料使用時に２回噴射モードの方が均質燃焼モードよりも燃費が悪化する運転領域では、２回噴射モードから均質燃焼モードに切り換えることができ、２回噴射モードによる過度の燃費悪化を防止することができる。
【００５６】
尚、本実施例４では、切換判定値Ｄを予め試験データや設計データ等によって求めた固定値としたが、使用燃料が重質になるほど、切換判定値Ｄを大きくするといった具合に、切換判定値Ｄを使用燃料の重質度合いに応じて変更するようにしても良い。このようにすれば、使用燃料の重質度合いに応じた最適なタイミングで２回噴射モードから均質燃焼モードに切り換えることができる。
【００５７】
本発明は、実施例２と実施例３（又は４）とを組み合わせて実施するようにしても良いことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施例１におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。
【図２】実施例１のエンジン制御メインルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】実施例１の要求燃焼モード決定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】実施例１の重質燃料用の燃焼モード切換マップと軽質燃料用の燃焼モード切換マップとの関係を説明する図である。
【図５】（ａ）と（ｂ）は実施例２の重質燃料用の燃焼モード切換マップと軽質燃料用の燃焼モード切換マップとの関係を説明する図である。
【図６】２回噴射モードと成層燃焼モードにおけるスモーク排出量と燃料性状との関係を説明する図である。
【図７】実施例３の２回噴射モード時噴射量演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】実施例４の２回噴射モード時噴射量演算ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】２回噴射モード時の燃費率と圧縮行程噴射割合Ｋとの関係を説明する図である。
【図１０】実施例４における２回噴射モードから均質燃焼モードへの切換例を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１１…筒内噴射式エンジン（筒内噴射式内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…冷却水温センサ、２５…排気管、３０…ＥＣＵ（燃焼モード切換条件変更手段，燃料性状検出手段，２回噴射モード制御手段）、３７…吸気バルブ、３８…排気バルブ、３９，４０…可変バルブタイミング機構
【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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