(57)【要約】【課題】低圧ＥＧＲ装置を用いる場合において、気筒内の混合気の着火性を良好に維持する。【解決手段】排気浄化装置４１よりも下流側の部分と吸気通路３０とを接続して排気を還流させる低圧ＥＧＲ装置５２と、排気浄化装置４１よりも上流側の部分と吸気通路３０のうち低圧ＥＧＲ装置５２との接続部分よりも下流側の部分とを接続して排気を還流させる高圧ＥＧＲ装置５１とを備えたエンジンの燃料制御装置において、吸気通路３０のうち低圧ＥＧＲ装置５２の接続部分と高圧ＥＧＲ装置５１の接続部分との間の特定部分の酸素濃度を特定し、特定した酸素濃度が所定値以下に低下すると低圧ＥＧＲガスが特定部分に流入したと判定し、判定結果に基づいて前段噴射の噴射量を制御するとともに、低圧ＥＧＲガスの特定部分への流入が開始したと判定されると、前段噴射の噴射量を増大させる。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた排気を浄化するための排気浄化装置と、上記排気通路のうち排気浄化装置よりも下流側の部分と吸気通路とを接続して当該吸気通路に排気を還流させる低圧ＥＧＲ装置と、上記排気通路のうち上記排気浄化装置よりも上流側の部分と上記吸気通路のうち上記低圧ＥＧＲ装置との接続部分よりも下流側の部分とを接続して当該吸気通路に排気を還流させる高圧ＥＧＲ装置とを備えたエンジンの燃料制御装置において、
エンジンの気筒内に燃料を噴射可能な噴射装置と、
上記噴射装置を制御する噴射制御手段と、
上記吸気通路のうち上記低圧ＥＧＲ装置の接続部分と上記高圧ＥＧＲ装置の接続部分との間の特定部分の酸素濃度を特定する合流後酸素濃度特定手段と、
上記低圧ＥＧＲ装置によって上記吸気通路に還流される排ガスである低圧ＥＧＲガスが上記特定部分に流入しているか否かを判定する低圧ＥＧＲガス流入状態判定手段とを備え、
上記低圧ＥＧＲガス流入状態判定手段は、上記合流後酸素濃度特定手段により特定された酸素濃度が所定値以下に低下すると上記低圧ＥＧＲガスが上記特定部分に流入したと判定し、
上記噴射制御手段は、少なくとも一部の運転領域において、主噴射と、当該主噴射よりも前に当該主噴射の噴射量よりも少ない量の燃料を気筒内に噴射する前段噴射とを上記噴射装置に実施させ、上記低圧ＥＧＲガス流入状態判定手段の判定結果に基づいて上記前段噴射の噴射量を制御するとともに、上記低圧ＥＧＲガス流入状態判定手段によって上記低圧ＥＧＲガスの上記特定部分への流入が開始したと判定されると、上記前段噴射の噴射量を増大させることを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの燃料制御装置において、
上記所定値は、２３パーセントに設定されていることを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンジンの燃料制御装置において、
上記特定部分は、上記吸気通路のうち上記低圧ＥＧＲ装置の接続部分と上記高圧ＥＧＲ装置の接続部分との間の部分に設けられて当該吸気通路を開閉可能なスロットルバルブ近傍の部分であることを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの燃料制御装置において、
上記吸気通路に流入する新気の量を検出する新気量検出手段と、
上記検出された新気量と、上記噴射装置から噴射された噴射量とに基づいて上記排気通路中の酸素濃度である排気酸素濃度を算出する排気酸素濃度算出手段と、
上記特定された排気酸素濃度と、気筒から上記吸気通路のうち上記低圧ＥＧＲ装置の接続部分まで排気が移動する時間とに基づいて、この接続部分において上記低圧ＥＧＲ装置から上記吸気通路に流入するガスの酸素濃度である低圧ＥＧＲ側酸素濃度を算出する低圧ＥＧＲ側酸素濃度算出手段と、
上記低圧ＥＧＲ装置により上記吸気通路に還流されるガスの量である低圧ＥＧＲガス流量を算出する低圧ＥＧＲガス流量算出手段とを備え、
上記合流後酸素濃度特定手段は、上記検出された新気量と、上記特定された低圧ＥＧＲ側酸素濃度と、上記算出された低圧ＥＧＲガス流量とに基づいて、上記接続部分における上記低圧ＥＧＲガスと新気の混合気の酸素濃度を算出し、この算出した混合気の酸素濃度に基づいて、上記特定部分の酸素濃度を算出することを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のエンジンの燃料制御装置において、
上記吸気通路のうち上記高圧ＥＧＲ装置との接続部分よりも下流側の部分を通過するガスの温度を推定する吸気温度推定手段を備え、
上記噴射制御手段は、
エンジンを冷却する冷却水の温度であるエンジン水温が予め設定された基準温度以下の場合には、上記低圧ＥＧＲガス流入状態判定手段の判定結果に基づいて上記前段噴射の噴射量を制御する一方、
上記エンジン水温が上記基準温度よりも高い場合には、上記判定結果によらず、上記吸気温度推定手段により推定された温度に基づいて上記前段噴射の噴射量を制御することを特徴とするエンジンの燃料制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置と、排気通路のうち排気浄化装置よりも下流側の部分と吸気通路とを接続して吸気通路に排気を還流させる低圧ＥＧＲ装置と、排気通路のうち排気浄化装置よりも上流側の部分と吸気通路のうち低圧ＥＧＲ装置との接続部分よりも下流側の部分とを接続して吸気通路に排気を還流させる高圧ＥＧＲ装置とを備えたエンジンの燃料制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンにおいて、排気性能等のエンジン性能を高めるべく、エンジンから排出された排気を吸気通路に還流させるいわゆるＥＧＲ装置が用いられている。
【０００３】
また、運転条件に応じて排気性能等をより細かく適正に制御できるように、例えば特許文献１に開示されているように、上記ＥＧＲ装置として、排気通路のうち排気浄化装置よりも下流側の部分と吸気通路とを接続して吸気通路に排気を還流させる低圧ＥＧＲ装置と、排気通路のうち排気浄化装置よりも上流側の部分と吸気通路のうち低圧ＥＧＲ装置との接続部分よりも下流側の部分とを接続して吸気通路に排気を還流させる高圧ＥＧＲ装置とを設けることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３８０７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、排気通路のうち排気浄化装置よりも下流側の部分における排気の温度は比較的低いため、上記低圧ＥＧＲ装置を用いてこの低温の排気の一部を吸気通路に還流させた場合には、気筒内の温度が低下する結果気筒内の混合気（燃料と空気の混合気）の着火性が悪化する場合がある。特に、上記低圧ＥＧＲ装置による排気の還流開始時では、低温の排気が急に気筒内に流入するために一時的に着火性が悪化しやすくなる。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、低圧ＥＧＲ装置を用いる場合において、気筒内の混合気の着火性を良好に維持することができるエンジンの燃料制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、本発明は、排気通路に設けられた排気を浄化するための排気浄化装置と、上記排気通路のうち排気浄化装置よりも下流側の部分と吸気通路とを接続して当該吸気通路に排気を還流させる低圧ＥＧＲ装置と、上記排気通路のうち上記排気浄化装置よりも上流側の部分と上記吸気通路のうち上記低圧ＥＧＲ装置との接続部分よりも下流側の部分とを接続して当該吸気通路に排気を還流させる高圧ＥＧＲ装置とを備えたエンジンの燃料制御装置において、エンジンの気筒内に燃料を噴射可能な噴射装置と、上記噴射装置を制御する噴射制御手段と、上記吸気通路のうち上記低圧ＥＧＲ装置の接続部分と上記高圧ＥＧＲ装置の接続部分との間の特定部分の酸素濃度を特定する合流後酸素濃度特定手段と、上記低圧ＥＧＲ装置によって上記吸気通路に還流される排ガスである低圧ＥＧＲガスが上記特定部分に流入しているか否かを判定する低圧ＥＧＲガス流入状態判定手段とを備え、上記低圧ＥＧＲガス流入状態判定手段は、上記合流後酸素濃度特定手段により特定された酸素濃度が所定値以下に低下すると上記低圧ＥＧＲガスが上記特定部分に流入したと判定し、上記噴射制御手段は、少なくとも一部の運転領域において、主噴射と、当該主噴射よりも前に当該主噴射の噴射量よりも少ない量の燃料を気筒内に噴射する前段噴射とを上記噴射装置に実施させ、上記低圧ＥＧＲガス流入状態判定手段の判定結果に基づいて上記前段噴射の噴射量を制御するとともに、上記低圧ＥＧＲガス流入状態判定手段によって上記低圧ＥＧＲガスの上記特定部分への流入が開始したと判定されると、上記前段噴射の噴射量を増大させることを特徴とするエンジンの燃料制御装置を提供する（請求項１）。
【０００８】
本発明によれば、低圧ＥＧＲ装置により低温の低圧ＥＧＲガスが吸気通路ひいては気筒に流入したことを簡単に、かつ精度よく判定することができるとともに、この判定結果に基づいて、前段噴射の噴射量を制御している、低圧ＥＧＲガスの流入状態に応じてこの噴射量を適正にすることができる。特に、低圧ＥＧＲガスが流入したと判定されると前段噴射の噴射量を増大させているため、主噴射の実施前の気筒内の温度圧力を高めて、この低温の低圧ＥＧＲガスの流入により主噴射された燃料の着火性が悪化するのを抑制して、当該燃料の着火性を良好に維持することができる。
【０００９】
具体的には、吸気通路のうち低圧ＥＧＲ装置との接続部分よりも下流側かつ高圧ＥＧＲ装置との接続部分よりも上流側の部分には、高圧ＥＧＲ装置により還流された排気は導入されず、外部から吸気通路に流入した空気に対して低圧ＥＧＲ装置により還流された排気のみが導入される。そのため、高圧ＥＧＲ装置の駆動状態によらず、低圧ＥＧＲ装置から排気の還流があると、この部分の酸素濃度が低下する。これに対して、本発明では、上記のように、この部分の酸素濃度を特定してこの酸素濃度が所定値以下に低下した場合に上記噴射量の増大制御を実施している。そのため、低圧ＥＧＲ装置によって低温の排気が吸気通路ひいては気筒内に導入されたか否かを簡単にかつ精度よく推定することができ、この推定結果に基づいて前段噴射の噴射量を制御することで、この噴射量を適正量確保して主噴射された燃料の着火性を確保することができる。
【００１０】
本発明において、上記所定値は、２３パーセントに設定されているのが好ましい（請求項２）。
【００１１】
上記のように、吸気通路のうち低圧ＥＧＲ装置との接続部分よりも下流側かつ高圧ＥＧＲ装置との接続部分よりも上流側の部分では、エンジン外部から吸気通路に流入した空気に低圧ＥＧＲ装置により還流された排気が導入される。そのため、この部分の酸素濃度が空気の酸素濃度以下となれば、排気が還流されたとみなすことができる。従って、上記所定値を、空気の酸素濃度である２３％（重量％）に設定すれば、低圧ＥＧＲ装置により排気が還流されたことをより早期に推定して、より確実に上記主噴射された燃料の着火性を確保することができる。
【００１２】
上記特定部分としては、例えば、上記吸気通路のうち上記低圧ＥＧＲ装置の接続部分と上記高圧ＥＧＲ装置の接続部分との間の部分に設けられて当該吸気通路を開閉可能なスロットルバルブ近傍の部分であるが挙げられる（請求項３）。
【００１３】
また、本発明において、上記吸気通路に流入する新気の量を検出する新気量検出手段と、上記検出された新気量と、上記噴射装置から噴射された噴射量とに基づいて上記排気通路中の酸素濃度である排気酸素濃度を算出する排気酸素濃度算出手段と、上記特定された排気酸素濃度と、気筒から上記吸気通路のうち上記低圧ＥＧＲ装置の接続部分まで排気が移動する時間とに基づいて、この接続部分において上記低圧ＥＧＲ装置から上記吸気通路に流入するガスの酸素濃度である低圧ＥＧＲ側酸素濃度を算出する低圧ＥＧＲ側酸素濃度算出手段と、上記低圧ＥＧＲ装置により上記吸気通路に還流されるガスの量である低圧ＥＧＲガス流量を算出する低圧ＥＧＲガス流量算出手段とを備え、上記合流後酸素濃度特定手段は、上記検出された新気量と、上記特定された低圧ＥＧＲ側酸素濃度と、上記算出された低圧ＥＧＲガス流量とに基づいて、上記接続部分における上記低圧ＥＧＲガスと新気の混合気の酸素濃度を算出し、この算出した混合気の酸素濃度に基づいて、上記特定部分の酸素濃度を算出するのが好ましい（請求項４）。
【００１４】
このようにすれば、酸素濃度を検出するためのセンサを設けることなく、上記特定部分を通過するガスの酸素濃度を特定することができるため、構造を簡素化することができるとともにコスト面で有利となる。
【００１５】
また、本発明において、上記吸気通路のうち上記高圧ＥＧＲ装置との接続部分よりも下流側の部分を通過するガスの温度を推定する吸気温度推定手段を備え、上記噴射制御手段は、エンジンを冷却する冷却水の温度であるエンジン水温が予め設定された基準温度以下の場合には、上記低圧ＥＧＲガス流入状態判定手段の判定結果に基づいて上記前段噴射の噴射量を制御する一方、上記エンジン水温が上記基準温度よりも高い場合には、上記判定結果によらず、上記吸気温度推定手段により推定された温度に基づいて上記前段噴射の噴射量を制御するのが好ましい（請求項５）。
【００１６】
このようにすれば、エンジン水温が高くこれに伴い低圧ＥＧＲ装置により気筒内に導入される排気の温度が比較的高くなり高圧ＥＧＲ装置により気筒に導入される排気の温度との差が小さくなって、これらの混合ガスひいては気筒に導入されるガスの温度を比較的推定しやすい場合には、この推定した温度に基づいて前段噴射の噴射量を決定することで主噴射された燃料の着火性を確保することができるとともに、エンジン水温が低く上記温度差が大きく、これに伴って、上記気筒に導入されるガスの温度の推定が困難な場合には、上述のように上記特定部分の酸素濃度に応じて前段噴射の噴射量を決定することで上記着火性を確保することができ、エンジン水温によらずより確実にこの着火性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態にかかるディーゼルエンジンシステムの全体構成を示す図である。
【図２】エンジン本体の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】ピストンの一部拡大断面図である。
【図４】ピストンの平面図である。
【図５】エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図６】モードの切り替え領域を示す図である。
【図７】（ａ）拡散燃焼モードの噴射パターンおよび熱発生率の例を示す図である。（ｂ）拡散燃焼モードの噴射パターンおよび熱発生率の他の例を示す図である。（ｃ）予混合燃焼モードの噴射パターンおよび熱発生率の例を示す図である。
【図８】パイロット噴射の様子を示した図である。
【図９】噴射系の制御手順の全体の流れを示したフローチャートである。
【図１０】着火遅れの推定値と実測値とを比較したグラフである。
【図１１】パイロット噴射量決定手順の流れを示したフローチャートである。
【図１２】スロットル部酸素濃度の算出手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（１）エンジンシステムの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかるディーゼルエンジンシステムの全体構成を示す図である。本図に示されるディーゼルエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのディーゼルエンジンである。具体的に、このディーゼルエンジンは、複数の気筒２を有し軽油を主成分とする燃料の供給を受けて駆動されるエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気通路３０と、エンジン本体１で生成された排ガス（燃焼ガス）を排出するための排気通路４０と、排気通路４０を通過する排ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ装置５０と、排気通路４０を通過する排ガスにより駆動されるターボ過給機６０とを備えている。
【００１９】
吸気通路３０には、上流側から順に、エアクリーナ３１と、ターボ過給機６０のコンプレッサ６１と、スロットルバルブ３６と、インタークーラ３５と、サージタンク３７とが設けられている。サージタンク３７よりも下流側には、各気筒２とそれぞれ個別に連通する独立通路が設けられており、サージタンク３７内のガスはこれら独立通路を通ってそれぞれ気筒２に分配される。
【００２０】
排気通路４０には、上流側から順に、ターボ過給機６０のタービン６２と、排気浄化装置４１とが設けられている。
【００２１】
ターボ過給機６０は、タービン６２が、排気通路４０を流れる排ガスのエネルギーを受けて回転し、これに連動してコンプレッサ６１が回転することにより、吸気通路３０を流通する空気を圧縮（過給）する。
【００２２】
インタークーラ３５は、コンプレッサ６１により圧縮された空気を冷却するためのものである。インタークーラ３５には、エンジンを冷却するための冷却水が導入されており、この冷却水によって空気が冷却される。
【００２３】
スロットルバルブ３６は、吸気通路３０を開閉するものである。ただし、本実施形態では、エンジンの運転中は基本的に全開もしくはこれに近い高開度に維持されており、エンジンの停止時等の必要時にのみ閉弁されて吸気通路３０を遮断する。
【００２４】
排気浄化装置４１は、排ガス中の有害成分を浄化するためのものである。本実施形態では、この排気浄化装置４１には、排気ガス中のＣＯおよびＨＣを酸化する酸化触媒４１ａと、排気ガス中のスート（煤）を捕集するＤＰＦ４１ｂとが含まれる。
【００２５】
ＥＧＲ装置５０は、排ガスを吸気側に還流するためのものである。本実施形態では、ＥＧＲ装置５０として、高圧ＥＧＲ装置（以下、ＨＰ＿ＥＧＲ装置という）５１と、低圧ＥＧＲ装置（以下、ＬＰ＿ＥＧＲ装置という）と５２とを備えている。
【００２６】
ＨＰ＿ＥＧＲ装置５１は、排気通路４０におけるタービン６２よりも上流側の部分と、吸気通路３０のうちインタークーラ３５よりも下流側の部分とを接続するＨＰ＿ＥＧＲ通路５１ａと、このＨＰ＿ＥＧＲ通路５１ａを開閉するＨＰ＿ＥＧＲバルブ５１ｂとを備えており、排気通路４０に排出された比較的高圧の排ガス（以下、高圧ＥＧＲガスという場合がある）を吸気側に還流させる。
【００２７】
一方、ＬＰ＿ＥＧＲ装置５２は、排気通路４０におけるＤＰＦ４１ｂよりも下流側の部分と、吸気通路３０のうちエアクリーナ３１とコンプレッサ６１との間の部分とを接続するＬＰ＿ＥＧＲ通路５２ａと、このＬＰ＿ＥＧＲ通路５２ａを開閉するＬＰ＿ＥＧＲバルブ５２ｂとを備えており、排気通路４０に排出された比較的低圧の排ガス（以下、低圧ＥＧＲガスという場合がある）を吸気側に還流させる。ＬＰ＿ＥＧＲ通路５２ａのうちＬＰ＿ＥＧＲバルブ５２ｂよりも上流側（排気通路４０側）には、この通路５２ａを通過する低圧ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５２ｃが設けられている。このように、ＬＰ＿ＥＧＲ装置５２により還流される排気（低圧ＥＧＲガス）は、タービン６２さらにはＤＰＦ４１ｂを通過した後の排気であり、その温度圧力は比較的低温である。さらに、本実施形態では、上記のように、低圧ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ５２ｃにより冷却されており、吸気通路３０に流入する時点で低圧ＥＲガスの温度は低くされている。
【００２８】
（２）エンジン本体の構成
図２は、エンジン本体１の一部を拡大して示す断面図である。この図２および先の図１に示すように、エンジン本体１は、上下方向に延びるシリンダ（気筒）２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダ２に往復動（上下動）可能に収容されたピストン４と、ピストン４の冠面４ａと対向する側からシリンダ２の端面（上面）を覆うように設けられたシリンダヘッド５と、潤滑油を貯溜するためにシリンダブロック３の下側に配設されたオイルパン６とを有している。
【００２９】
ピストン４は、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７とコネクティングロッド８を介して連結されている。また、ピストン４の上方には燃焼室９が形成されており、この燃焼室９では、後述する燃料噴射弁２０から噴射された燃料が空気と混合されつつ拡散燃焼する。そして、当該燃焼に伴う膨張エネルギーにより、ピストン４が往復運動するとともにクランク軸７が中心軸回りに回転するようになっている。
【００３０】
ここで、エンジン本体１の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン４が下死点にあるときの燃焼室容積とピストン４が上死点にあるときの燃焼室容積との比は、１２以上１５以下（例えば１４）に設定されている。この１２以上１５以下という幾何学的圧縮比は、ディーゼルエンジンとしてはかなり低い値である。これは、燃焼温度の抑制によるエミッション性能の向上や熱効率の向上を狙ってのことである。
【００３１】
シリンダヘッド５には、吸気通路３０から供給される空気を燃焼室９（気筒２）内に導入するための吸気ポート１６と、燃焼室９で生成された排気ガスを排気通路４０に導出するための排気ポート１７と、吸気ポート１６の燃焼室９側の開口を開閉する吸気弁１８と、排気ポート１７の燃焼室９側の開口を開閉する排気弁１９とが設けられている。
【００３２】
また、シリンダヘッド５には、燃焼室９に燃料を噴射するインジェクタ（噴射装置）２０が取り付けられている。このインジェクタ２０は、そのピストン４側の先端部２１ａがキャビティ１０の中心部を臨むような姿勢で取り付けられている。インジェクタ２０は、燃料流路を介してコモンレール等の図外の蓄圧室と接続されている。蓄圧室内には、図外の燃料ポンプにより加圧された高圧の燃料が貯留されており、インジェクタ２０は、この蓄圧室から燃料の供給を受けて、燃焼室９内に燃料を噴射する。燃料ポンプと蓄圧室との間には、蓄圧室内の圧力すなわちインジェクタ２０から噴射される燃料の圧力である噴射圧を変更するための燃圧レギュレータ（不図示）が設けられている。
【００３３】
ピストン４の冠面４ａには、その中心部を含む領域をシリンダヘッド５とは反対側（下方）に凹ませたキャビティ１０が形成されている。このキャビティ１０は、ピストン４が上死点まで上昇したときの燃焼室９の大部分を占める容積を有するように形成されている。
【００３４】
図３および図４は、燃焼室９周辺を拡大して示した拡大断面図および平面図である。これら図３および図４において、符号Ｆは、インジェクタ２０の噴孔２２から噴射された燃料の噴霧を示したものである。また、図４は、ピストン４が上死点にある状態を示したものである。
【００３５】
これら図に示すように、本実施形態では、インジェクタ２０は、シリンダ２と同軸に（インジェクタ２０の中心軸とシリンダ２の中心軸とが一致するように）取り付けられている。また、インジェクタ２０として、先端部２１ａに複数の墳孔２２が形成された多噴孔式のインジェクタが用いられている。各墳孔２２は、周方向にほぼ等間隔に並ぶように配設されており、このような噴孔２２を通過することにより、インジェクタ２０からは燃焼室９内に燃料が平面視で放射状に噴射される。
【００３６】
また、図３および図４に示すように、キャビティ１０は、いわゆるリエントラント型のキャビティとされている。すなわち、キャビティ１０を形成する壁面は、ほぼ山型の中央隆起部１１と、中央隆起部１１よりもピストン４の径方向外側に形成された平面視円形の周辺凹部１２と、周辺凹部１２とピストン４の冠面４ａとの間に形成された平面視円形のリップ部１３とを有している。
【００３７】
中央隆起部１１は、キャビティ１０の中心側ほどインジェクタ２０に近づくように隆起しており、その隆起の頂部が燃料噴射弁２０の先端部２１ａの直下方に位置するように形成されている。周辺凹部１２は、中央隆起部１１と連続し、断面視でピストン４の径方向外側に凹入する円弧状をなすように形成されている。リップ部１３は、周辺凹部１２と連続し、断面視でピストン４の径方向内側に凸となる円弧状をなすように形成されている。
【００３８】
上記のような構成のキャビティ１０は、全体として、ピストン４の冠面４ａに近づくほど開口面積が小さくなる上窄まり状の断面形状を有する。このようなリエントラント型のキャビティ１０は、特にエンジンの中負荷以上の運転領域において比較的多くの燃料が噴射されたときに、その燃料の噴霧Ｆを、主に周辺凹部１２および中央隆起部１１に沿って径方向外側から内側（キャビティ１０の中心側）に反転させる機能を発揮するので、燃料のミキシングを促進するのに有利である。
【００３９】
（３）制御系統
（３−１）システム構成
図５は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示すように、当実施形態のディーゼルエンジンは、ＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール）７０によって統括的に制御される。ＰＣＭ７０は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。
【００４０】
ＰＣＭ７０は、エンジンの運転状態を検出するための各種センサと電気的に接続されている。
【００４１】
例えば、シリンダブロック３には、クランク軸１５の回転角度（クランク角）および回転速度を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。このクランク角センサＳＮ１は、クランク軸１５と一体に回転する図略のクランクプレートの回転に応じてパルス信号を出力するものであり、このパルス信号に基づいて、クランク軸１５の回転角度および回転速度すなわちエンジン回転数が特定されるようになっている。
【００４２】
吸気通路３０のうちエアクリーナ３１付近（エアクリーナ３１とコンプレッサ６１との間の部分）には、エアクリーナ３１を通過して各気筒２に吸入される空気量を検出するエアフローセンサＳＮ２（新気量検出手段）が設けられている。
【００４３】
吸気通路３０のうちインタークーラ３５よりも下流側の部分には、この部分を通過する空気ひいては気筒２に吸入される吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ３が設けられている。
【００４４】
サージタンク３７には、サージタンク３７内のガスすなわち各気筒２に吸入されるガスの温度を検出するインマニ温度センサＳＮ４が設けられている。
【００４５】
エンジン本体１には、エンジン本体を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサＳＮ５が設けられている。
【００４６】
排気通路４０のうち、ＬＰ＿ＥＧＲ通路５２ａの接続部分よりも下流側の部分には、排ガス中の酸素濃度を検出するリニアＯ２センサＳＮ６が設けられている。
【００４７】
インジェクタ２０に燃料を供給する蓄圧室には、この蓄圧室内の圧力すなわちインジェクタ２０の噴射圧を検出する燃圧センサＳＮ７が設けられている。
【００４８】
排気通路４０には、ＤＰＦ４１ｂの前後（上下流端）差圧を検出する差圧センサＳＮ８が設けられている。
【００４９】
また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＮ９が設けられている。
【００５０】
ＰＣＭ７０は、上記各種センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ＰＣＭ７０は、インジェクタ２０、燃圧レギュレータ、スロットルバルブ３６、ＨＰ＿ＥＧＲバルブ５１ｂ、ＬＰ＿ＥＧＲバルブ５１ｃ等の各部と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。
【００５１】
（３−２）吸気系の制御
本実施形態におけるＰＣＭ７０による吸気系の制御の流れを簡単に説明する。
【００５２】
ＰＣＭ７０は、アクセル開度（アクセル開度センサＳＮ９の検出値）に基づいてエンジントルクの目標値である目標トルクを決定し、この目標トルクとエンジン回転数（クランク角センサＳＮ１の検出値により特定される）とに基づいて燃焼室９（気筒２）内に噴射する燃料量の総量の基本値である要求トータル噴射量を決定する。例えば、ＰＣＭ７０は、予め設定され記憶しているアクセル開度と目標トルクとのマップ、また、目標トルクとエンジン回転数と要求トータル噴射量とのマップから、アクセル開度等に応じた値を抽出することで上記各値を決定する。
【００５３】
そして、ＰＣＭ７０は、要求トータル噴射量とエンジン回転数とに基づいて、気筒２に吸入されるガス中の酸素濃度の目標値である目標吸気酸素濃度、気筒２に吸入されるガス温度の目標値である目標吸気温度、ＥＧＲ制御モード（ＬＰ＿ＥＧＲ５１を作動させるか、ＨＰ＿ＥＧＲ５２を作動させるか）を決定するとともに、これら決定した内容から、気筒２に吸入されるガスの圧力である過給圧、ＨＰ＿ＥＧＲ５１によって吸気通路３０に還流させる排ガス量である高圧ＥＧＲガス量、ＬＰ＿ＥＧＲ５２によって吸気通路３０に還流させる排ガス量である低圧ＥＧＲガス量、を決定し、この過給圧、各ＥＧＲガス量が実現されるように、スロットルバルブ３６、ＨＰ＿ＥＧＲバルブ５１ｂ、ＬＰ＿ＥＧＲバルブ５１ｃを制御する。
【００５４】
ここで、本実施形態では、ＥＧＲ制御モードを図６に示すように切り替える。具体的には、要求トータル噴射量（エンジン負荷）とエンジン回転数とが低く気筒２内の温度が比較的低い低回転低負荷領域Ｂ１では高温のＥＧＲガスを還流させるＨＰ＿ＥＧＲ５１のみを実施し、要求トータル噴射量（エンジン負荷とエンジン回転数とがそれぞれ高く気筒２内の温度が比較的高い高回転および高負荷領域Ｂ３では低温のＥＧＲガスを還流させるＬＰ＿ＥＧＲ５１のみを実施し、これらの間の中間領域Ｂ２では、ＨＰ＿ＥＧＲ５１とＬＰ＿ＥＧＲ５１との両方を実施するとともに負荷が高いほどあるいはエンジン回転数が高いほどＬＰ＿ＥＧＲ５１の割合を増加させていく。
【００５５】
（３−３）噴射系の制御
本実施形態におけるＰＣＭ７０による噴射系の制御について次に説明する。
【００５６】
（３−３−１）燃焼モードおよび噴射パターン
図６は、エンジンの運転状態に応じた燃焼モードを示す図である。この図６に示すように、本実施形態では、運転領域（主としてエンジン回転数とエンジン負荷すなわち要求トータル噴射量とで決定される運転領域）に応じて、燃焼モードを拡散燃焼モードと予混合燃焼モードとの２つのモードとを切り替える。
【００５７】
拡散燃焼モードは、圧縮上死点付近（ピストン４が圧縮上死点付近にあるとき）において、燃料を噴射しながら燃料と空気の混合気を着火させていく燃焼モードである。
【００５８】
予混合燃焼モードは、燃焼室９（気筒２）内で燃料と空気とを予め混合しておき、圧縮上死点付近において、この混合気を着火させる燃焼モードである。
【００５９】
予混合燃焼モードでは、燃料と空気とが予め混合された後に燃焼が開始するため燃料を効率よく燃焼させることができ、燃費性能の向上および煤の発生の抑制を図ることができる。ただし、この予混合燃焼モードでは、燃焼が開始するまでの比較的短時間の間に燃料と空気とを十分に混合させる必要があるため、噴射量が少ないすなわちエンジン負荷が比較的低い、また、エンジン回転数が比較的低い領域でのみ実現可能である。そこで、本実施形態では、エンジン回転数が低くエンジン負荷が小さい低負荷低回転数領域Ａ１を、予混合燃焼モードを実施する予混合燃焼領域に設定し、残余の領域Ａ２を、拡散燃焼モードを実施する拡散燃焼領域に設定している。
【００６０】
各燃焼モードを実現するための噴射パターンおよび各燃焼モードにおける熱発生率の例を図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ拡散燃焼モードの例を、図７（ｃ）は、予混合燃焼モードの例を示したものである。
【００６１】
図７（ａ）に示すように、拡散燃焼モードでは、圧縮上死点付近において、エンジントルクを発生させるための主たる燃料が噴射され、この燃料の噴射とともに混合気が燃焼していく。
【００６２】
本実施形態では、拡散燃焼領域Ａ２のうちエンジン回転数が高くエンジン負荷が高い高回転高負荷領域Ａ２＿ｃ（図６参照）を除く領域すべてにおいて、空気利用率を向上させるため、および、上記主たる燃料の着火性を高めるために、この主たる燃料の噴射の前に燃焼室９内に燃料を噴射する。すなわち、本実施形態では、拡散燃焼領域Ａ２のうち高回転高負荷領域Ａ２＿ｃを除く特定領域では、圧縮上死点付近においてエンジントルクを生成するための燃料を燃焼室９内に噴射するメイン噴射（主噴射）Ｑｍと、この主噴射の前のタイミングで燃焼室９内にメイン噴射の噴射量よりも少ない量の燃料を噴射する前段噴射とを実施する。なお、高回転高負荷領域Ａ２＿ｃではメイン噴射のみを実施する。また、上記特定領域においては、メイン噴射Ｑｍの後に、メイン噴射Ｑｍよりも少ない量の燃料を噴射するアフター噴射を実施する場合がある。
【００６３】
また、本実施形態では、上記特定領域のうち比較的エンジン負荷の低い第１領域Ａ２＿ａ（図６参照）では、図７（ａ）に示すように、前段噴射として２回の噴射（パイロット噴射Ｑｐｉ、プレ噴射Ｑｐｒ）を実施する。具体的には、比較的早期にパイロット噴射Ｑｐｉを実施し、その後、メイン噴射のタイミングに比較的近いタイミングでプレ噴射Ｑｐｒを実施する。この噴射パターンでは、最初の噴射であるパイロット噴射Ｑｐｉの実施によって燃料と空気との予混合性を高めて空気利用率を高めることができる。そして、このパイロット噴射Ｑｐｉと次の噴射であるプレ噴射Ｑｐｒとの実施によって、メイン噴射Ｑｍされた燃料が燃焼する直前すなわち主燃焼が生じる直前に、熱発生量の小さい燃焼であるプレ燃焼を生じさせて、メイン噴射された燃料が燃焼しやすい状態にすることができる。
【００６４】
一方、上記特定領域のうちエンジン負荷が比較的高く第２領域Ａ２＿ｂ（図６参照）では、パイロット噴射Ｑｐｉを実施するとこのパイロット噴射Ｑｐｉされた燃料が早期に着火するおそれがあるため、図７（ｂ）に示すように、メイン噴射Ｑｍのタイミングに比較的近いタイミングで実施されるプレ噴射Ｑｐｒのみを実施する。
【００６５】
ここで、本実施形態では、この前段噴射（パイロット噴射Ｑｐｉ＋プレ噴射Ｑｐｒ、または、プレ噴射Ｑｐｒ）を、図７（ａ）、（ｂ）の熱発生率の図に示すように、前段噴射された燃料により生成される燃焼（以下、プレ燃焼という場合がある）と、メイン噴射された燃料により生成される燃焼（以下、メイン燃焼という場合がある）とが連続して生じ、前段噴射とメイン噴射とによって燃焼室９内に一連の燃焼が生じるように実施する。
【００６６】
一方、図７（ｃ）に示すように、予混合燃焼モードでは、圧縮行程中の比較的早いタイミングで燃焼室９内に燃料が噴射され、噴射終了後に、混合気が燃焼を開始する。この図７（ｃ）では、圧縮行程中に３回に分けて燃料を噴射する場合について示したが、噴射回数はこれに限らない。
【００６７】
以上のように、本実施形態では、運転領域によって燃焼モードが切り替えられるよう構成されており、ＰＣＭ７０は、運転領域に応じて噴射パターンを変更する。
【００６８】
（３−３−２）拡散燃焼モードにおける噴射系の制御手順
次に、図９を用いながら、拡散燃焼モード実施時における噴射系の制御手順について説明する。ＰＣＭ７０は、機能的に、噴射系の制御を実施する噴射制御部７１を含んでおり、この噴射制御部７１が、噴射系の制御を実施する。
【００６９】
ステップＳ１にて、噴射制御部７１は、上記のように目標トルクとエンジン回転数とに基づいて決定された要求トータル噴射量と、エンジン回転数とに基づいて、噴射圧すなわち蓄圧室内の圧力の目標値である目標噴射圧を決定する。例えば、噴射制御部７１は、予め設定記憶されている要求トータル噴射量とエンジン回転数と目標噴射圧のマップから、要求トータル噴射量等に対応する目標噴射圧を抽出する。
【００７０】
また、ステップＳ２にて、噴射制御部７１は、要求トータル噴射量と、エンジン回転数とに基づいて、プレ噴射Ｑｐｒの噴射量を決定する。例えば、噴射制御部７１は、予め設定記憶されている要求トータル噴射量とエンジン回転数とプレ噴射Ｑｐｒの噴射量のマップから、要求トータル噴射量等に対応する値を、プレ噴射Ｑｐｒの噴射量として抽出する。
【００７１】
次に、噴射制御部７１は、要求トータル噴射量とエンジン回転数とに基づいて、各噴射の噴射時期（噴射開始時期）を決定する。
【００７２】
具体的には、ステップＳ３にて、噴射制御部７１は、要求トータル噴射量とエンジン回転数に応じて、メイン噴射の噴射時期を決定する。また、要求トータル噴射量とエンジン回転数に応じて、各噴射（パイロット、プレ、メイン噴射）の噴射時期（噴射開始時期）どうしの間の期間であるインターバルを決定する。
【００７３】
そして、ステップＳ４にて、噴射制御部７１は、メイン噴射の噴射時期とこのインターバルとに基づいて、パイロット噴射とプレ噴射の噴射時期をそれぞれ決定する。
【００７４】
次に、ステップＳ５にて、噴射制御部７１は、パイロット噴射量を決定する。このパイロット噴射量の決定手順については後述する。
【００７５】
次に、ステップＳ６にて、噴射制御部７１は、要求トータル噴射量と、ステップＳ４で決定されたプレ噴射の噴射量およびステップＳ７で決定されたパイロット噴射の噴射量とに基づいて、メイン噴射Ｑｍの噴射量を決定する。
【００７６】
ステップＳ６の後はステップＳ７に進み、噴射制御部７１は、各噴射の噴射量、噴射時期が上記決定された各値となるようにインジェクタ２０を制御する（インジェクタ２０に指令を出す）とともに、噴射圧がステップＳ２で決定された値となるように、燃圧レギュレータを制御する。
【００７７】
（３−３−３）パイロット噴射量の決定手順
上記ステップＳ５のパイロット噴射量の決定手順について説明する。
【００７８】
本実施形態では、図５に示すように、パイロット噴射量を決定するための部分として、噴射制御部７１に、機能的に、第１パイロット噴射量決定部７２と、第２パイロット噴射量決定部７３とを含む。
【００７９】
第１パイロット噴射量決定部７２は、エンジン水温が基準温度（例えば７０℃）以下のときにパイロット噴射量を決定する部分である。一方、第２パイロット噴射量決定部７３は、エンジン水温が基準温度よりも高いときにパイロット噴射量を決定する部分である。
【００８０】
（ｉ）第２パイロット噴射量決定部７３の決定手順
第２パイロット噴射量決定部７３は、メイン燃焼の着火遅れ（メイン噴射の噴射開始時期からメイン燃焼が開始するまですなわちメイン噴射された燃料が燃焼を開始するまでの時間）を推定し、この着火遅れが目標値となるようにパイロット噴射量を決定する。
【００８１】
具体的には、第２パイロット噴射量決定部７３は、まず、メイン燃焼の着火遅れを推定する。本実施形態では、この着火遅れτ＿ｍを次の式（１）により算出する。
【００８２】
τ＿ｍ＝Ａ×ＰＴＤＣＢ×ｅｘｐ（１／ＴＴＤＣ）Ｃ×ＮＥＤ×ＣＣＬＤＥ・・・（１）
式（１）において、ＰＴＤＣは圧縮上死点での非燃焼時の燃焼室９（気筒２）内の圧力、ＴＴＤＣは圧縮上死点での非燃焼時の燃焼室９内の温度、ＮＥはエンジン回転数、ＣＣＬＤは燃焼室９内の酸素濃度（燃焼前の酸素濃度）である。また、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ、Ｅはそれぞれ定数であり、これら定数のうち、Ａ、Ｃ，Ｄは正の値、Ｂ、Ｅは負の値であって、圧力、温度、酸素濃度が高いほど着火遅れは短く、エンジン回転数が高いほど着火遅れは長く推定される。
【００８３】
上記式（１）は、以下の式（２）で示すいわゆるアレニウス型実験式を簡素化したものであり、本実施形態における拡散燃焼モードに適合されたものである。
【００８４】
τ＝Ｋ１×φＫ２×ＰＫ３×ｅｘｐ（Ｋ４／Ｔ）・・・（２）
この式（２）において、φは、燃料が着火する直前の混合気の当量比であり、Ｐは、燃料が着火する直前の雰囲気圧力（燃焼室内の圧力）、詳細には、燃焼室内の酸素の分圧であり、Ｔは、燃料が着火する直前の雰囲気温度（燃焼室内の温度）であり、Ｋ１〜Ｋ４は、それぞれ定数である。
【００８５】
ここで、式（１）では、式（２）における当量比φの項は定数Ａに含まれている。これは、本願発明者らが鋭意研究の結果突き止めた、拡散燃焼では、前段噴射の実施によりメイン燃焼前に燃焼室内に当量比が比較的大きい混合気が少なくとも局所的に生成された場合にはメイン燃焼の着火遅れが当量比によってあまり変化しないという知見に基づく。すなわち、本実施形態では、このように拡散燃焼モードにおいて、前段噴射の実施によりメイン燃焼前に燃焼室内に当量比が比較的大きい混合気を少なくとも局所的に生成できるため、当量比φを変数として用いずに着火遅れを精度よく算出することができる。
【００８６】
種々の運転条件において、上記式（１）を用いて推定した着火遅れと、実際に測定した着火遅れとを比較した結果を図１０に示す。図１０において、横軸は着火遅れの実測値、縦軸は、上記式（１）を用いて算出した着火遅れの推定値である。この図１０から明らかなように、式（１）により算出した着火遅れの推定値と、実測値とはほぼ一致しており、式（１）によって着火遅れが精度よく算出されている。なお、図１０では、着火遅れとして、噴射開始時期から燃焼開始までの時間に代えて、この時期と相関の高い、噴射開始時期から熱発生率がピークとなる時期までの時間を示している。
【００８７】
式（１）における非燃焼時の圧縮上死点圧力ＰＴＤＣは、冷却損失を加味した上で、ＰＶκ一定の式に、インマニ圧センサＳＮ３の検出値と、吸気弁１８が閉弁するときの燃焼室の容積と、圧縮上死点における燃焼室の容積を当てはめることで算出される。なお、比熱比κは、ＥＧＲ率等に基づいて特定される燃焼室内の噴射前のガス成分に基づいて設定される。
【００８８】
上記冷却損失は、エンジン回転数とエンジン水温と気筒２に流入するガスの温度（吸気温度）の推定値に基づいて算出される。例えば、第２パイロット噴射量決定部７３は、予め設定されて記憶している、これらエンジン回転数等と冷却損失のマップからエンジン回転数等に応じた値を抽出して冷却損失を決定する。
【００８９】
ここで、上記のように、本実施形態では、サージタンク３７に温度を検出するためのインマニ温度センサＳＮ４が設けられている。しかしながら、温度センサは、応答性が十分に高くない。そこで、本実施形態では、吸気温度を推定する。すなわち、ＰＣＭ７０には、機能的に、この吸気温度を推定する吸気温度推定部（吸気温度推定手段）が設けられており、この吸気温度推定部により推定された吸気温度を用いて、冷却損失、ひいては、着火遅れを推定する。なお、本実施形態では、このようにして吸気温度を推定するが、この推定値をインマニ温度センサＳＮ４の検出値により適宜補正することで、推定精度を高めている。
【００９０】
本実施形態では、吸気温度推定部は、高圧ＥＧＲガス量（エンジン回転数とエンジン負荷とＨＰ＿ＥＧＲバルブ５１ｂの開度等により推定される）と、低圧ＥＧＲガス量（エンジン回転数とエンジン負荷とＬＰ＿ＥＧＲバルブ５２ｂの開度等により推定される）と、新気量（エアフロセンサＳＮ２の検出値）等に基づいて、吸気温度を推定する。
【００９１】
非燃焼時の圧縮上死点温度ＴＴＤＣは、気体の状態方程式に、算出された非燃焼時の圧縮上死点圧力ＰＴＤＣを当てはめることで算出される。
【００９２】
燃焼室内の酸素濃度ＣＣＬＤは、リニアＯ２センサＳＮ６の検出値すなわち排気ガス中の酸素濃度と、吸気量センサＳＮ２の検出値すなわち気筒２に吸入される新気（空気）量と、ＥＧＲ率とに基づいて算出される。
【００９３】
また、本発明者らは、各種実験の結果、実際のエンジンの運転においては、上記のように温度、圧力の時間履歴を考慮せずに圧縮上死点の温度、圧力を代表温度として着火遅れを予測すると、エンジン回転数が高いほど着火遅れが実際の値よりも短く推定されてしまうことを突き止めた。これはエンジン回転数が高くなるほど単位時間あたりのクランク角度の変化が大きく、温度、圧力の時間あたりの上昇率が高いためと考えられる。そこで、本実施形態では、上記のように、エンジン回転数を加味して着火遅れを推定することで、温度履歴、圧力履歴を考慮することなく圧縮上死点温度、圧力を代表温度、圧力として用いつつ着火遅れの推定精度を高める。
【００９４】
なお、本実施形態では、運転領域によらず上記各定数Ａ，Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅを一定値としている。これら各定数の値は、それぞれエンジン（燃焼室形状やインジェクタの噴孔形状等）によって変化する。そのため、これら各定数は、エンジン毎にそれぞれ適宜設定されればよい。
【００９５】
また、これら定数は、ＥＧＲ率によってもある程度変化するが、ＥＧＲ率が所定の範囲内で変化する場合には、これらを同じ値としてもよいことが分かっている。そして、本実施形態では、第１領域Ａ２＿ａおよび第２領域Ａ２＿ｂにおいて、ＥＧＲ率の変化が所定の範囲内におさまっている。そこで、本実施形態では、上記のように、これら定数を一定として着火遅れを演算する。
【００９６】
以上のようにして着火遅れτ＿ｍを算出した後は、第２パイロット噴射量決定部７３は、この着火遅れτ＿ｍと予め設定された着火遅れτ＿ｍの目標値との差を求め、この差に応じて予め設定されたパイロット噴射量の基本値を補正する。
【００９７】
具体的には、第２パイロット噴射量決定部７３は、要求トータル噴射量とエンジン回転数等に基づいて着火遅れτ＿ｍの目標値およびパイロット噴射量の基本値を決定する。そして、着火遅れτ＿ｍの目標値よりも着火遅れτ＿ｍの推定値の方が短い場合には、着火遅れを長くするために、プレ燃焼による発熱量を小さく抑えてこれによりメイン燃焼前の雰囲気温度圧力を低下させるべく、最終的なパイロット噴射量をその基本値よりも小さくする。一方、着火遅れτ＿ｍの目標値よりも着火遅れτ＿ｍの推定値の方が長い場合には、着火遅れを短くするために、プレ燃焼による発熱量を大きくしてメイン燃焼前の雰囲気温度圧力を上昇させるべく最終的なパイロット噴射量をその基本値よりも大きくする。
【００９８】
上記の第２パイロット噴射量決定部７３の手順によれば、メイン燃焼の着火遅れを適正にして、メイン燃焼が生じる時期、メイン燃焼の速度（熱発生率の立ち上がり具合）等を適正にして、エンジントルク、燃焼騒音、煤の発生量等のエンジン性能を良好にすることができる。
【００９９】
しかしながら、エンジン水温が低い場合には、吸気温度ひいては着火遅れを精度よく推定するのが困難となり、着火遅れに基づく制御ではエンジン性能を確保できなくなるおそれがある。
【０１００】
具体的には、エンジン水温が低くエンジン本体および排気通路４０等が十分に温められていない状態では、排気通路４０の下流側において吸気通路３０に還流する低圧ＥＧＲガスの温度は低くなり、高圧ＥＧＲガスとの温度差が大きくなってしまう。特に、本実施形態では、低圧ＥＧＲガスは、エンジン冷却水が導入されるインタークーラ３５を通過した後気筒２に流入されるため、エンジン水温が低い運転条件下では、上記温度差はより大きくなる。そのため、この状態において上記吸気温度を精度よく推定するためには、これら高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスとが気筒２に流入する割合を精度よく推定する必要がある。しかしながら、この割合すなわちこれら高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスの混合具合を推定するのは困難であり、吸気温度を精度よく推定できなくなる。
【０１０１】
そこで、本実施形態では、エンジン水温が低い場合には、第１パイロット噴射量決定部７１による手順とは異なる手順で、第２パイロット噴射量決定部７３によりパイロット噴射量を決定する。
【０１０２】
ここで、上記のように、低圧ＥＧＲガスの温度は比較的低い。特に、エンジン水温が低い場合にはこの温度はより低くなる。そのため、低圧ＥＧＲガスが気筒２に流入した場合には、気筒２内の温度が低下してメイン燃焼の着火性が悪化する。そこで、低圧ＥＧＲガスが気筒２に流入した場合には、メイン燃焼をより適正に着火させるべく、低圧ＥＧＲガスが気筒２に流入していない場合よりも、パイロット噴射の噴射量を増大させてメイン燃焼前の温度圧力を高める必要がある。
【０１０３】
第２パイロット噴射量決定部７３は、この観点から、パイロット噴射の噴射量を決定するものであり、低圧ＥＧＲガスが気筒２に流入しているか否かに応じて、パイロット噴射の噴射量を切り替える。第２パイロット噴射量決定部７３によるパイロット噴射の噴射量の決定手順の詳細を次に説明する。
【０１０４】
（ｉｉ）第１パイロット噴射量決定部７１の決定手順
ＰＣＭ７０は、機能的に、排気酸素濃度算出部（排気酸素濃度算出手段）７４ａと、低圧ＥＧＲ側酸素濃度算出部（低圧ＥＧＲ側酸素濃度算出手段）７４ｂと、低圧ＥＧＲガス流量算出部（低圧ＥＧＲガス流量算出手段）７４ｃと、合流後酸素濃度算出部（合流後酸素濃度特定手段）７４ｄと、低圧ＥＧＲガス流入状態判定部（低圧ＥＧＲガス流入状態判定手段）７４ｅとを含む。
【０１０５】
排気酸素濃度算出部７４ａは、排気通路４０中の酸素濃度であって気筒２から排出された排気の酸素濃度である排気酸素濃度（重量％）を特定する部分である。排気酸素濃度算出部７４ａは、エアフローセンサＳＮ２で検出された新気量と、インジェクタ２０から噴射された噴射量とに基づいて、この排気酸素濃度を算出する。本実施形態では、簡易的に、上記噴射量の所定の割合量が酸素と反応したとして、気筒内のガス中の酸素量からこの反応した酸素量を差し引いた残りの酸素量をガス量でわった値を排気酸素濃度として算出する。
【０１０６】
低圧ＥＧＲ側酸素濃度算出部７４ｂは、吸気通路３０と低圧ＥＧＲ通路５２ａとの接続部分（以下、低圧側接続部という場合がある）５２ｄ（図１参照）において、低圧ＥＧＲ通路５２ａから吸気通路２０に流入するガスの酸素濃度である低圧ＥＧＲ側酸素濃度を特定する部分である。低圧ＥＧＲ側酸素濃度算出部７４ｂは、排気酸素濃度特定部７４ａにより算出された排気酸素濃度と、排気が気筒２から低圧側接続部５２ｄまで移動する時間すなわち輸送遅れ時間とに基づいて、低圧ＥＧＲ側酸素濃度を特定する。具体的には、低圧ＥＧＲ側酸素濃度算出部７４ｂは、気筒２から低圧側接続部５２ｄまでの経路長と、エンジン回転数とに基づいて、上記輸送遅れ時間を算出し、この輸送遅れ時間前の排気酸素濃度を、現在の低圧ＥＧＲ側酸素濃度として特定する。
【０１０７】
低圧ＥＧＲガス流量算出部７４ｃは、低圧ＥＧＲガス流量（低圧ＥＧＲ通路５２ｂを通過して吸気通路３０に還流されるガスの量）を算出する部分である。低圧ＥＧＲガス流量算出部７４ｃは、低圧ＥＧＲ通路５２ｂの入口（排気通路４０との接続部分）の圧力と、出口（吸気通路３０との接続部分）の圧力との差に基づいて、上記流量を算出する。低圧ＥＧＲ通路５２ｂの入口の圧力は、上記差圧センサＳＮ９の検出値等に基づいて特定される。また、低圧ＥＧＲ通路５２ｂの出口の圧力は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて、予め設定されたこれらと圧力とのマップから抽出される。
【０１０８】
合流後酸素濃度算出部７４ｄは、吸気通路３０のうち低圧側接続部５２ｄと高圧ＥＧＲ通路５１ａの接続部分５１ｄ（図１参照）との間に位置するスロットルバルブ３６近傍（特定部分）の酸素濃度（重量％）を特定する部分である。本実施形態では、スロットルバルブ３６のすぐ上流側の部分の酸素濃度（以下、この酸素濃度をスロットル部酸素濃度という場合がある）を特定する。
【０１０９】
合流後酸素濃度算出部７４ｄは、まず、エアフローセンサＳＮ２で検出された新気量と、低圧ＥＧＲ側酸素濃度算出部７４ｂにより算出された低圧ＥＧＲ側酸素濃度と、低圧ＥＧＲガス流量算出部７４ｃにより算出された低圧ＥＧＲガス流量とに基づいて、低圧側接続部５２ｄの酸素濃度を算出する。そして、この低圧側接続部５２ｄの酸素濃度と、ガスが低圧側接続部５２ｄからスロットルバルブ３６近傍まで移動する時間すなわち輸送遅れ時間とに基づいて、スロットルバルブ部酸素濃度を算出する。
【０１１０】
すなわち、合流後酸素濃度算出部７４ｄは、酸素濃度２３％の空気と、低圧ＥＧＲ側酸素濃度の低圧ＥＧＲガスが、それぞれ新気量、低圧ＥＧＲガス流量分混合したことにより生じる混合気の酸素濃度を、これらの値に基づいて算出する。そして、この酸素濃度のガスが低圧側接続部５２ｄからスロットルバルブ３６近傍まで移動した後の酸素濃度を、現在のスロットル部酸素濃度とする。具体的には、合流後酸素濃度算出部７４ｄは、低圧側接続部５２ｄからスロットルバルブ３６までの経路長と、エンジン回転数とに基づいて、上記輸送遅れ時間を算出し、この輸送遅れ時間前の低圧側接続部５２ｄの酸素濃度を、現在のスロットル部酸素濃度として特定する。
【０１１１】
低圧ＥＧＲガス流入状態判定部７４ｅは、低圧ＥＧＲガスがスロットルバルブ３６近傍に流入したか否かを判定する部分である。低圧ＥＧＲガスは、燃焼後の排ガスであり、その酸素濃度は空気の酸素濃度よりも低い。そこで、本実施形態では、低圧ＥＧＲガス流入状態判定部７４ｅは、上記特定されたスロットル部酸素濃度が空気の酸素濃度である２３重量％以下であると、低圧ＥＧＲガスがスロットルバルブ３６近傍に流入したと判定する。一方、低圧ＥＧＲガス流入状態判定部７４ｅは、上記特定されたスロットル部酸素濃度が空気の酸素濃度である２３％よりも大きい場合には、低圧ＥＧＲガスが上記スロットルバルブ３６近傍に流入していないと判定する。
【０１１２】
以上のようにして、本実施形態では、スロットルバルブ３６近傍に低圧ＥＧＲガスの流入状態が判定される。
【０１１３】
第１パイロット噴射量決定部７２は、上記判定結果に応じて、パイロット噴射の噴射量を、低圧ＥＧＲあり用となし用とに切り替える。すなわち、上記スロットルバルブ３６近傍に低圧ＥＧＲガスが流入していると判定された場合には、第１パイロット噴射量決定部７１は、パイロット噴射の噴射量を低圧ＥＧＲガスあり用に予め設定された値とし、低圧ＥＧＲガスが流入していないと判定された場合には、パイロット噴射の噴射量を低圧ＥＧＲガスなし用に予め設定された値とする。本実施形態では、第１パイロット噴射量決定部７１に、予め設定された低圧ＥＧＲガスあり用となし用のパイロット噴射の噴射量のマップがそれぞれ記憶されており、第１パイロット噴射量決定部７１は、各場合に応じて、噴射量を抽出するマップを切り替える。これらマップは、例えば、エンジン回転数とエンジン負荷と噴射量とのマップであり、第１パイロット噴射量決定部７２は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて値を抽出する。
【０１１４】
ここで、上記のように、低圧ＥＧＲガスが気筒２に流入した場合には、メイン燃焼をより適正に着火させるべく、低圧ＥＧＲガスが気筒２に流入していない場合よりも、パイロット噴射の噴射量を増大させてメイン燃焼前の温度圧力を高める必要がある。これに対して、上記マップは、同じ運転条件（エンジン回転数とエンジン負荷）において、低圧ＥＧＲガスありの場合の方がなしの場合よりも、パイロット噴射の噴射量が多くなるように設定されている。従って、少なくとも同じ運転条件では、低圧ＥＧＲガスが流入していると判定された場合の方が、パイロット噴射の噴射量は多くされる。また、所定の運転条件下において、低圧ＥＧＲガスが気筒２に流入していないと判定されている状態から流入したと判定されると、パイロット噴射の噴射量は増量される。
【０１１５】
なお、本実施形態では、上記パイロット噴射の噴射量の切替は、上記判定結果が変化してから所定サイクル数経過後に実施する。すなわち、上記判定は、スロットルバルブ３６近傍において、低圧ＥＧＲガスが流入しているか否かを判定したものであり、スロットルバルブ３６近傍に存在する低圧ＥＧＲガスが気筒２に到達するまでには、所定サイクルが経過する。そこで、本実施形態では、上記判定結果が変化してから所定サイクル数後に上記パイロット噴射の噴射量の切替を実施する。言い換えると、所定サイクル数前の上記判定結果に基づいてパイロット噴射の噴射量の切替を実施する。この所定サイクル数は、スロットルバルブ３６から気筒２までにガスが移動する時間によって決定され、吸気通路３０のうちスロットルバルブ３６から気筒２までの経路長とエンジン回転数とに基づいて決定される。
【０１１６】
（ｉｉｉ）パイロット噴射量決定手順の全体の流れ
以上のパイロット噴射の噴射量の決定手順を簡単にまとめると図１１のようになる。
【０１１７】
まず、ステップＳ１１にて、エンジン水温が基準温度以下か否かが判定される。
【０１１８】
ステップＳ１１の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、着火遅れが推定され、この着火遅れに基づいてパイロット噴射量が決定される。
【０１１９】
一方、ステップＳ１２の判定がＮＯの場合は、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、スロットル部酸素濃度が推定される。
【０１２０】
スロットル部酸素濃度は、図１２に示す手順に沿って推定される。具体的には、ステップＳ２１にて、トータル噴射量と新気量とに基づいて排気酸素濃度が推定される。次に、ステップＳ２２にて、輸送遅れを考慮して上記推定された排気酸素濃度に基づきＬＰ＿ＥＧＲ通路５２ａ出口の酸素濃度が推定される。次に、ステップＳ２３にて、低圧ＥＧＲガス流量が推定される。次に、ステップＳ２４にて、ＬＰ＿ＥＧＲ通路出口の酸素濃度と低圧ＥＧＲガス流量と新気量とに基づき、低圧側接続部５２ｄの酸素濃度を推定する。その後、ステップＳ２５にて、輸送遅れを考慮して上記推定された低圧側接続部５２ｄの酸素濃度に基づきスロットル部酸素濃度を推定する。
【０１２１】
このようにして、スロットル部酸素濃度が推定された後は、図１１のステップＳ１４に戻り、所定サイクル数前のスロットル部酸素濃度が２３％以下か否かが判定される。
【０１２２】
このステップＳ１４の判定がＮＯの場合は、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、低圧ＥＧＲガスが気筒２に流入していないとして、ＬＰ＿ＥＧＲなし用のマップからパイロット噴射量が決定される。
【０１２３】
一方、ステップＳ１４の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、低圧ＥＧＲガスが気筒２に流入しているとして、ＬＰ＿ＥＧＲあり用のマップからパイロット噴射量が決定される。
【０１２４】
（４）作用等
以上のように、本実施形態によれば、上記スロット部酸素濃度、すなわち、吸気通路３０のうち低圧ＥＧＲ装置の接続部分５２ｄよりも下流側かつ高圧ＥＧＲ装置の接続部分５１ｄよりも上流側の部分の酸素濃度であって新気に対して低圧ＥＧＲガスのみが混入する部分の酸素濃度を推定し、この酸素濃度が新気の酸素濃度である２３％以下に低下したか否かによって吸気通路３０ひいては気筒２に低圧ＥＧＲガスが流入したか否かを判定しており、この判定をより容易に、かつ、精度よく行うことができる。
【０１２５】
具体的には、吸気通路３０のうち低圧ＥＧＲ装置の接続部分５１ｄよりも下流側の部分の酸素濃度では、吸気中に低圧ＥＧＲガスに加えて高圧ＥＧＲガスが含まれるため、低圧ＥＧＲガスが流入したか否かを判定するのは困難である。また、ＬＰ＿ＥＧＲバルブ５２ｂの開度に応じて低圧ＥＧＲガスが流入したか否かを判定することも考えられるが、このバルブには応答遅れがあるため、このバルブの開度に基づく判定では判定精度を十分に高めることが困難である。これに対して、上記本実施形態の手順によれば、簡単に、かつ、確実に低圧ＥＧＲガスの流入状態を判定することができる。
【０１２６】
そして、本実施形態によれば、この判定結果に基づいてパイロット噴射（前段噴射）の噴射量を低圧ＥＧＲガスあり用となし用とで切り替えており、このありなしに応じてパイロット噴射の噴射量ひいてはメイン噴射の着火性および燃焼状態を適正にし、良好なエンジン性能を確保することができる。特に、同じ運転条件（エンジン回転数とエンジン負荷）において低圧ＥＧＲガスありの場合の方がパイロット噴射の噴射量が多く設定されており、これにより、低圧ＥＧＲガスが流入しておらず気筒２内の温度が比較的高く維持されている状態から低圧ＥＧＲガスが流入し、この低圧ＥＧＲガスの流入に伴って気筒内の温度が急激に低下した場合において、パイロット噴射の噴射量が増量される。そのため、メイン噴射前の雰囲気温度圧力を高めて、上記温度（圧縮開始前の温度）の低下によるメイン燃焼の着火性の悪化を抑制することができ、適正な燃焼ひいてはエンジン性能を確保することができる。
【０１２７】
また、本実施形態では、酸素濃度が新気の酸素濃度である２３％以下に低下したか否かによって低圧ＥＧＲガスの流入状態を判定しているため、低圧ＥＧＲガスが吸気通路３０側に流入したことをより早期に特定することができ、より確実にメイン噴射の着火性および燃焼状態を適正にすることができる。
【０１２８】
（５）変形例
ここで、上記実施形態では、上記スロットル部酸素濃度（重量％）が空気の酸素濃度である２３重量％以下となると低圧ＥＧＲガスがスロットルバルブ３６近傍に流入したと判定した場合について説明したが、この判定値は２３重量％に限らない。例えば、低圧ＥＧＲガスの流入量が少ない場合にはこの低圧ＥＧＲガスの流入による影響が小さいと考えられる場合等には、２３よりも低い値としてもよい。
【０１２９】
また、上記実施形態では、合流後酸素濃度算出部７４ｄが酸素濃度を推定する部分をスロットルバルブ３６近傍とした場合について説明したが、推定部分は、低圧側接続部５２ｄと高圧側接続部５１ｄとの間の部分であればこれに限らない。ただし、スロットルバルブ３６の開度によっては、スロットルバルブ３６の上流側と下流側とでガス流速が変化して輸送遅れ量が異なる場合があるため、スロットルバルブ３６近傍の酸素濃度を推定するのが好ましい。
【０１３０】
また、上記実施形態では、スロットル部酸素濃度が２３％以下に低下してから所定サイクル後にパイロット噴射（前段噴射）の噴射量を切り替える場合について説明したが、低下した時点で切替を行ってもよい。こすなわち、スロットル部酸素濃度が２３％以下に低下した時点でパイロット噴射量を増量してもよい。この場合には、スロットルバルブ３６近傍から気筒２までの間の輸送遅れに誤差あるいはばらつきが生じた場合であっても、低圧ＥＧＲガスの気筒２内への流入に伴うメイン燃焼の悪化をより確実に回避することができる。
【０１３１】
また、上記実施形態では、エンジン水温が基準温度以上の場合には、第２パイロット噴射量決定部７３によって、着火遅れの推定値に基づいてパイロット噴射の噴射量を決定する場合について説明したが、エンジン水温が基準温度以上の場合においても、第１パイロット噴射量決定部７２によって、スロットル部酸素濃度に応じてパイロット噴射の噴射量を制御するように構成してもよい。また、エンジン水温が基準温度以上場合において、着火遅れ以外の指標に基づいてパイロット噴射の噴射量を制御してもよい。ただし、エンジン水温が基準温度以上の場合には、着火遅れを精度よく推定することができるためこの着火遅れによって噴射量を制御すれば、より直接的にメイン燃焼の燃焼状態を適正にすることができる。
【０１３２】
また、ＥＧＲ制御モード（ＬＰ＿ＥＧＲ５１を作動させるか、ＨＰ＿ＥＧＲ５２を作動させるか）の切り替えが行われる領域でのみ、スロットル部酸素濃度に基づいて、パイロット噴射の噴射量の切り替えを行うようにしてもよい。
【０１３３】
また、上記実施形態では、スロットル部酸素濃度（スロットルバルブ３６近傍の酸素濃度）を推定して特定した場合について説明したが、このスロットル部酸素濃度を、酸素濃度センサを用いて特定してもよい。ただし、上記のように、推定によりスロットル部酸素濃度を特定すれば、センサを設ける場合に比べてコスト面で有利になるとともに構造を簡素化することができる。
【符号の説明】
【０１３４】
１  エンジン本体
２  気筒
９  燃焼室
２０  インジェクタ（噴射装置）
３０  吸気通路
４０  排気通路
４１  排気浄化装置
５１  高圧ＥＧＲ装置
５２  低圧ＥＧＲ装置
７１  噴射制御部（噴射制御手段）
７４ａ  排気酸素濃度算出部（排気酸素濃度算出手段）
７４ｂ  低圧ＥＧＲ側酸素濃度算出部（低圧ＥＧＲ側酸素濃度算出手段）
７４ｃ  低圧ＥＧＲガス流量算出部（低圧ＥＧＲガス流量算出手段）
７４ｄ  合流後酸素濃度特定手段（合流後酸素濃度算出部）
７４ｅ  低圧ＥＧＲガス流入状態判定部（低圧ＥＧＲガス流入状態判定手段）
【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１１】
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【図１２】
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【図１０】
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