(57)【要約】【課題】直噴式のディーゼルエンジンにおける気筒内圧の最高値（Ｐmax）を低下させて軽量化を可能としながら、これに伴う出力の低下を抑制する。【解決手段】エンジン１の運転状態が高負荷側の第１領域(Ｉ)にあるとき、インジェクタ５により燃料を、少なくとも燃料噴射期間の中期においては、気筒２の膨張行程における燃焼室容積の拡大に連れて燃料噴射率が尻上がりに高くなるようなパターンで噴射させる。これにより、初期燃焼の急激な立ち上がりを抑えて気筒内圧の最高値（Ｐmax）を従来よりも低くすることができるとともに、燃焼の中期から後期にかけて燃焼室容積の拡大による気筒内圧の下降を抑制できる。よって、エンジン１の出力低下を抑制できる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内の燃焼室に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁による燃料の噴射パターンを、少なくとも燃料噴射期間の中期において、気筒の膨張行程における燃焼室容積の拡大に連れて燃料噴射率が高くなる尻上がり噴射パターンに設定する噴射パターン設定手段と、
前記噴射パターン設定手段により設定された尻上がり噴射パターンになるように、前記燃料噴射弁を作動させる噴射制御手段と、
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
尻上がり噴射パターンは、燃焼によって上昇する気筒内圧の最高値が、圧縮上死点での値の予め設定した所定倍を越えないよう、燃焼室容積の拡大割合に対応付けて燃料噴射率の上昇度合いを設定したものである、請求項１のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項３】
尻上がり噴射パターンは、圧縮上死点近傍から所定クランク角までの期間に亘って気筒内圧が最高値の略０．９〜１．０倍の範囲に含まれるよう、燃焼室容積の拡大割合に対応付けて燃料噴射率の上昇度合いを設定したものである、請求項２のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項４】
噴射パターン設定手段は、相対的に高負荷側の運転領域において尻上がり噴射パターンを設定する、請求項１〜３のいずれか１つのディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項５】
噴射パターン設定手段は、エンジンの運転状態に応じて尻上がり噴射パターンにおける燃料噴射率の上昇度合いを変更する、請求項１〜４のいずれか１つのディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項６】
燃料噴射弁は、芯弁の開作動による噴口の開放面積を可変調整可能なものであり、
噴射制御手段は、前記芯弁の作動制御により噴口の開放速度を調整して、噴射パターン設定手段により設定された尻上がり噴射パターンを実現するものである、請求項１〜５のいずれか１つのディーゼルエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直噴式ディーゼルエンジンの制御装置に関し、特に燃料噴射弁の精密な作動制御による噴射率の可変制御の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より一般にディーゼルエンジンは、気筒の圧縮により燃料を自着火させることから、火花点火エンジンに比べて圧縮比が高くなり、燃焼によって上昇する気筒内圧の最高値（Ｐmax）もかなり高くなる。このため、シリンダブロックやシリンダヘッドはもとよりピストン、コネクティングロッド等についても、その強度及び剛性を確保しようとすれば相対的に大重量になってしまい、車両に搭載した場合に燃費や運動性について不利になることがある。
【０００３】
これに対し例えば特許文献１には、気筒の機械的な圧縮比を低下させるとともに、可変動弁機構を組み込んで有効圧縮比（気筒内に充填された空気の実際の圧縮比）を調整可能としたディーゼルエンジンについて記載されている。有効圧縮比を調整することにより、エンジンの始動性を確保したり、低中負荷時の燃焼性を高めることができるとともに、高負荷時には気筒内圧の上昇を抑えて、エンジン各部への負荷を小さくすることができるので、軽量化が可能になる。
【特許文献１】特開２００３−１２０３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来例のものでは、エンジンの高負荷時に気筒内圧の上昇を抑えるために有効圧縮比を低下させることになり、気筒の吸気充填効率の低下によって出力の低下を招くことは避けられない。
【０００５】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、直噴式のディーゼルエンジンにおける気筒内圧の最高値（Ｐmax）を低下させて、軽量化を可能としながら、これに伴う出力の低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本発明では、燃焼室へ直接行う燃料噴射の仕方に工夫を凝らし、その燃焼による気筒内圧の上昇が、膨張行程における気筒内容積の拡大によって減殺されるようにし、これにより気筒内圧の最高値（Ｐmax）を低下させるようにした。
【０００７】
具体的に、請求項１の発明に係るディーゼルエンジンの制御装置は、気筒内の燃焼室に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁による燃料の噴射パターンを、少なくとも燃料噴射期間の中期において、気筒の膨張行程における燃焼室容積の拡大に連れて燃料噴射率が高くなる尻上がり噴射パターンに設定する噴射パターン設定手段と、この噴射パターン設定手段により設定された尻上がり噴射パターンになるように、前記燃料噴射弁を作動させる噴射制御手段と、を備える構成とする。尚、燃料噴射期間の中期とは、燃料噴射弁から燃料の噴射される期間を前期、中期及び後期に３等分したうちの中期とすればよい。
【０００８】
前記の構成により、ディーゼルエンジンの運転中に噴射パターン設定手段によって燃料の尻上がり噴射パターンが設定され、この噴射パターンになるように噴射制御手段によって燃料噴射弁が制御されると、これにより燃焼室に直接、噴射される燃料の噴射率は、気筒の膨張行程における燃焼室容積の拡大に連れて高くなり、その燃焼による熱発生率も燃焼室容積の拡大に連れて徐々に高くなる。
【０００９】
そのような尻上がりの熱発生パターンによれば、気筒の上死点近傍における気筒内圧の急激な上昇が緩和される一方で、燃焼室容積の拡大による気筒内圧の下降は抑制されることになり、従来一般的な燃焼に比べて気筒内圧がいわば「高止まり」することになるので、その圧力を効率良くクランク軸の回転力に変換することができる。よって、気筒内圧の最高値（Ｐmax）を低下させながら、これに伴う出力の低下は十分に抑制できる。
【００１０】
前記のような作用の得られる尻上がり噴射パターンとして好ましいのは、燃焼によって上昇する気筒内圧の最高値（Ｐmax）が、圧縮上死点における気筒内圧の予め設定した所定倍を越えないように、燃焼室容積の拡大する割合に対応付けて燃料噴射率の上昇度合いを設定したものであり（請求項２）、その所定倍というのは略１．０倍、即ち気筒内圧の最高値（Ｐmax）が圧縮上死点における気筒内圧を越えないようにするのが好ましい。
【００１１】
より好ましいのは、圧縮上死点近傍から所定クランク角（例えばＡＴＤＣ３０°ＣＡくらい）までの期間に亘って気筒内圧が最高値（Ｐmax）の略０．９〜１．０倍の範囲に含まれるように、燃焼室容積の拡大割合に対応付けて燃料噴射率の上昇度合いを設定することであり（請求項３）、こうすれば、前記所定クランク角までの期間において気筒内圧が概ね最高値付近に保たれるようになるから、エンジン出力の低下を効果的に抑制できる。
【００１２】
ところで、エンジンの負荷があまり高くない運転状態では元々、気筒の吸気充填効率が低くされたり、燃料噴射量が少なくされたりすることから、通常通り燃料噴射弁を一気に開いて燃料を噴射させるようにしても（以下、通常の噴射パターンという）、気筒内圧の最高値（Ｐmax）は許容上限値に到達しない。
【００１３】
そこで、好ましいのは、相対的に高負荷側の運転領域において尻上がり噴射パターンを設定する一方で（請求項４）、相対的に低負荷側の運転領域では、燃料を通常の噴射パターンで噴射させるようにすることである。こうすれば、通常の噴射パターンにより相対的に短い期間で燃料が噴射されることになるので、燃焼期間の短縮により熱効率が向上し、燃費の低減が図られる。
【００１４】
また、尻上がり噴射パターンにおける燃料噴射率の上昇度合いは必ずしも一定でなくてもよく、それを例えばエンジンの運転状態（負荷や回転速度等）に応じて変更するようにしてもよい（請求項５）。こうすれば、エンジン出力の低下をより効果的に抑制することも可能である。
【００１５】
ここで、前記のような尻上がりの燃料噴射パターンを実現するためには、例えば燃料噴射弁を、芯弁の開作動による噴口の開放面積が可変調整可能なものとして、その芯弁の作動制御により噴口の開放速度を調整するようにすればよい（請求項６）。すなわち、噴口を最高の開口速度で一気に最大開口面積まで開いて、燃料を一気に噴射させれば、通常の噴射パターンになるところを、意図的に開放速度を遅くして開口面積を所定割合で徐々に増大させるようにすれば、燃料噴射率が徐々に高くなる尻上がり噴射パターンを実現することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上、説明したように、本発明に係る制御装置によると、気筒内の燃焼室に直接、噴射する燃料の噴射態様を、噴射期間中に噴射率が所定の割合で徐々に高くなる尻上がりの噴射パターンとすることにより、燃焼初期の気筒内圧の立ち上がりを抑えながら、燃焼の中期から後期にかけて燃焼室容積の拡大による気筒内圧の下降を抑制でき、気筒内圧を或る程度高い状態に「高止まり」させることができる。よって、気筒内圧の最高値（Ｐmax）を低下させてエンジンの軽量化を可能としながら、出力の低下は十分に抑制できる。
【００１７】
また、元々、気筒内圧の最高値（Ｐmax）があまり高くならない低負荷側の運転領域では、通常通り燃料噴射弁を一気に開いて燃料を噴射させることで、燃焼期間の短縮により燃費の低減が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置Ａの一例を示し、符号１は車両に搭載されたディーゼルエンジンである。このエンジン１は複数の気筒２，２，…（１つのみ図示する）を有し、その各気筒２内には各々嵌挿されたピストン３の上方に
燃焼室４が区画されている。この燃焼室４の容積はピストン３の往復動によって変化し、それが上死点にあるときと下死点にあるときとの容積比が機械的な圧縮比になる。
【００２０】
エンジン１のシリンダヘッドには各気筒２毎にインジェクタ５（燃料噴射弁）が配設され、燃焼室４内に燃料を直接、噴射するようになっている。このインジェクタ５は、詳細は図示しないが、ピエゾ・アクチュエータによって芯弁をリフトさせるものであり、先端の噴口を燃焼室４の天井部に臨ませて配設されている。ピエゾ・アクチュエータは、印加される電圧に応じて芯弁の駆動量（リフト量）が変化するもので、この芯弁による噴口の開放面積を変更することができる。
【００２１】
また、前記インジェクタ５は、全気筒２，２，…に共通のコモンレール（図示省略）に接続されていて、そこに蓄えられている高圧の燃料を任意のタイミングで噴射することができる。コモンレールには、その内部の燃料の平均的な圧力（コモンレール圧）を検出するセンサが備えられ、このセンサの信号が後述するＥＣＵ３０に入力されて、これに応じてコモンレール圧の制御が行われるようになっている。
【００２２】
また、エンジン１のシリンダヘッドには各気筒２毎に吸気ポート６及び排気ポート７が形成されて、それぞれ燃焼室４の天井部に開口している。吸気ポート６及び排気ポート７の開口端には個々に吸気弁８及び排気弁９が配設されており、図示は省略するが、カムシャフト等の動弁機構によって駆動され、吸気ポート６及び排気ポート７をそれぞれ所定タイミングで開閉するようになっている。
【００２３】
そうして一端が燃焼室４に開口する吸気ポート６の他端は、エンジン１のシリンダヘッドの一側（図の右側）に開口して、吸気通路１０に連通している。吸気通路１０は、各気筒２の燃焼室４に空気（新気）を供給するためのものであり、後述するタービン１６により駆動されて吸気を圧縮するコンプレッサ１１と、このコンプレッサ１１により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ１２と、バタフライバルブからなる吸気絞り弁１３とが、上流側から順に配設されている。
【００２４】
一方、エンジン１の反対側（図の左側）には、各気筒２の燃焼室４から既燃ガスを排出するための排気通路１５が接続されている。この排気通路１５の上流端部は、各気筒２毎に分岐してそれぞれ排気ポート７に連通する排気マニホルドであり、その下流には、排気流を受けて回転されるタービン１６と、排気中の有害成分（ＨＣ、ＣＯ、煤等）を浄化可能なディーゼル酸化触媒１７と、キャタライズドＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１８と、が上流側から順に配設されている。
【００２５】
前記タービン１６及びコンプレッサ１１は機械的に接続されてターボ過給機２０を構成しており、この実施形態では、可動式のフラップ２１，２１，…によりタービン１６への排気の通路断面積を変化させる可変ターボ過給機（Variable Geometry Turbosupercharger：以下ＶＧＴという）が用いられている。
【００２６】
また、排気通路１５には、排気マニホールドの集合部にに臨んで開口し、排気の一部を吸気側に還流させる排気還流通路２２（以下ＥＧＲ通路という）の上流端が接続されている。このＥＧＲ通路２２の下流端は吸気絞り弁１３よりも下流側で吸気通路１０に接続されていて、還流する排気（以下ＥＧＲガスという）を吸気通路１０に導入するようになっている。ＥＧＲ通路２２の途中にはＥＧＲガスの流量を調節するための電磁弁２３（以下ＥＧＲ弁という）が配設されている。
【００２７】
そして、前記インジェクタ５、吸気絞り弁１３、ＶＧＴ２０、ＥＧＲ弁２３等は、いずれもコントロールユニット（Electronic Control Unit：以下ＥＣＵという）３０からの制御信号を受けて作動するようになっている。このＥＣＵ３０には、少なくとも、クランク角センサ３１、エアフローセンサ３２、吸気圧センサ３３、吸気温センサ３４等からの信号が入力され、さらに、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ2センサ３５と、図示しないアクセルペダルの踏み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３６と、からの信号もそれぞれ入力される。
【００２８】
（エンジンの燃焼制御）
ＥＣＵ３０によるエンジン１の基本的な制御は、主にアクセル開度に基づいて目標トルク（目標となる負荷）を決定し、これに対応する燃料の噴射量や噴射時期等をインジェクタ５の作動制御によって実現するものである。また、吸気絞り弁１３やＥＧＲ弁２３の開度の制御によって燃焼室４への排気の還流割合（ＥＧＲ率）を制御し、ＶＧＴ２０のフラップ２１，２１，…の制御によって吸気の過給効率を高めるようにしている。
【００２９】
さらに、本発明の特徴として、この実施形態では前記インジェクタ５の作動制御を特に精密なものとし、１回の噴射期間における燃料の噴射率を可変制御するようにしている。すなわち、相対的に低負荷側の運転領域では芯弁を一気に開いて燃料を噴射させる通常の噴射パターンとする一方、相対的に高負荷側の運転領域では芯弁の開放速度を意図的に遅くして、燃料の噴射率が徐々に高くなる尻上がりの噴射パターンとするものである。
【００３０】
以下に本発明の特徴である尻上がりの燃料噴射パターンと、これにより気筒内圧の最高値（Ｐmax）が比較的低くなる燃焼（以下、低Ｐmax燃焼ともいう）の状態と、について、通常の噴射パターンと対比しながら説明する。
【００３１】
まず、一般に直噴式のディーゼルエンジンでは、圧縮行程の終盤に高温、高圧となった気筒内の燃焼室に上死点（ＴＤＣ）近傍から膨張行程にかけて燃料を噴射する。そうすると、初期に噴射された燃料噴霧が僅かな時間遅れの後に着火し、これにより形成される火炎核に周囲の空気や燃料噴霧が巻き込まれるようにして次々に供給され、いわゆる拡散燃焼の状態になる。
【００３２】
そのように拡散燃焼が主体のディーゼル燃焼を良好なものとするために、従来より一般的な通常の噴射パターンとしては、所定の噴射タイミングでインジェクタの噴口を一気に開いて燃料を噴射させるものであり、この場合の燃料噴射率は、図２(a)に破線で示すように最高値まで一気に立ち上がった後に略一定となり、必要な噴射量に対応する噴射期間（クランク角期間）の経過後に再び一気に低下する、という矩形状のグラフを描く。
【００３３】
このような通常の噴射パターンでは、着火遅れ後の初期の予混合燃焼が激しくなることから、同図(b)に破線で示すように、ＴＤＣ直後に熱発生率も急峻に立ち上がり、それに拡散燃焼による熱発生が加わって気筒内圧を急激に上昇させるようになる。すなわち、同図(c)に示すように、気筒内圧は、気筒の圧縮によるピーク（ＴＤＣ近傍）からさらに立ち上がって最高値（Ｐmax）を迎え、その後、気筒の膨張行程における燃焼室容積の拡大に伴い速やかに低下するようになる。
【００３４】
このような従来一般的な燃焼状態においてエンジンの出力（トルク）を高めようとすれば、充填効率を高めたり、燃料噴射量を増量したりすることになるが、こうすると、前記図(c)において気筒内圧波形全体が高くなり、その最高値（Ｐmax）も高くなってしまうので、これに耐え得るようにシリンダブロックやシリンダヘッド、さらにはピストン３、コネクティングロッド等についても強度や剛性を高くしなくてはならず、重量増を招くことは避けられない。
【００３５】
これに対し、本発明の特徴である尻上がりの燃料噴射パターンでは、インジェクタの芯弁を意図的にゆっくりと開作動させ、ＴＤＣ近傍から所定クランク角までの期間に亘って所定の割合で徐々に開口面積が増大するようにする。こうすると燃料噴射率は、図２(a)に実線で示すように、ＴＤＣ近傍から緩やかに立ち上がり、燃焼室容積の拡大に対応する所定の割合で尻上がりに高まった後に一気に低下する、三角形状のグラフを描く。
【００３６】
このような尻上がりの噴射パターンでも前記通常の噴射パターンと同様に、燃料噴霧は着火遅れの後に予混合燃焼を開始するようになるが、そうして初期燃焼する燃料が非常に少ないことから、同図(b)に実線で示すように熱発生率の立ち上がりが非常に緩やかになる。そして、前記のように燃料噴射率が高くなるのに連れて、燃焼による熱発生率も尻上がりに高くなってゆく。
【００３７】
特に、この実施形態では、前記した尻上がりの噴射パターンにおける燃料噴射率の上昇度合いが、気筒の膨張行程において燃焼室容積の拡大する割合に対応付けて、予め実験等により最適値に設定されている。すなわち、気筒の膨張行程では燃焼室容積の拡大によって気筒内圧は徐々に減少する傾向にあるが、この実施形態では、前記のように熱発生率が尻上がりに高くなる燃焼とすることで、燃焼室容積の拡大による影響を打ち消すようにしている。
【００３８】
このため、同図(c)に実線で示すように気筒内圧は、通常の噴射パターンのように気筒の圧縮によるピーク（ＴＤＣ近傍）から立ち上がることなく、ＴＤＣ近傍から所定クランク角（図の例ではＡＴＤＣ３０°ＣＡくらい）までの期間に亘って概ね一定に保たれるようになる。換言すれば、尻上がりの噴射パターンによる燃焼では、気筒内圧が通常の噴射パターンのような燃焼によるピークを迎えることがなく、その最高値（Ｐmax）は概ね圧縮によるピーク値と同じになるのである。
【００３９】
こうして気筒内圧の最高値（Ｐmax）が従来一般的なディーゼル燃焼に比べて低くなる一方で、この実施形態の低Ｐmax燃焼では、気筒内圧が或る程度以上、高い状態に保たれる（高止まりする）期間が長くなるので、その圧力を効率良くクランク軸の回転力に変換することができ、出力の低下を効果的に抑制できる。尚、図(c)では、２つのグラフを比較し易いように、通常の燃焼（破線のグラフ）における充填効率をやや高めに設定している。
【００４０】
（具体的な制御手順）
次に、ＥＣＵ３０による燃料噴射制御の手順について、図３に示すフローチャートを参照してより具体的に説明する。
【００４１】
まず、スタート後のステップＳ１では、各種センサ３１〜３６等からの信号を入力し、続くステップＳ２では目標トルク及びエンジン回転速度を演算する。エンジン回転速度はクランク角センサ３１からの信号に基づいて演算され、目標トルクは、エンジン回転速度とアクセル開度とに基づいて、予めＥＣＵ３０に記憶されているマップ（図示省略）から読み込まれる。尚、そのマップには、アクセル開度が大きいほど、またエンジン回転速度が高いほど、目標トルクが大きくなるように設定されている。
【００４２】
ステップＳ３では、前記ステップＳ２で求めた目標トルク及びエンジン回転速度に基づいて、図４に一例を示すような制御マップから、エンジン１の運転状態が相対的に低負荷側の第１領域(Ｉ)にあるか否か判定する。この制御マップは、エンジン１の運転領域を相対的に低負荷側で通常燃焼とする第１領域(Ｉ)と、相対的に高負荷側で低Ｐmax燃焼等する第２領域（II）とに分けたものであり、エンジン１の運転状態が第２領域(II)にあれば判定がＮＯで後述のステップＳ７に進む一方、第１領域(Ｉ)にあれば判定はＹＥＳで、ステップＳ４に進む。
【００４３】
ここで、前記制御マップにおいて第１領域(Ｉ)にはエンジン１の負荷状態（目標トルク）及び回転速度に対応付けて燃料の目標噴射量及び噴射タイミングが設定されているとともに、通常の噴射パターンとしてインジェクタ５の駆動パルス信号が、図の右側下段に模式的に示すような矩形波とされている。一方、第２領域(II)には、目標噴射量及び噴射タイミングの情報を含めて燃料の尻上がり噴射パターン、即ち、噴射期間中において噴射率が所定割合で徐々に高くなるように芯弁の開放速度を設定した三角形状の駆動パルス波形が、エンジン１の負荷状態及び回転速度に対応付けて設定されている。
【００４４】
詳しくは、第２領域(II)においても特に全負荷域（破線よりも上の領域）では、図の右側上段に示すように尻上がりのパターンで燃料を一括して噴射する一方、圧縮による気筒内圧のピークがあまり高くならない全負荷域以外（破線よりも下）では、右側中段に示すようにＴＤＣ前に少量の燃料をプレ噴射して、その燃焼により気筒内圧を予め高くした上で、尻上がりパターンのメイン噴射を行うようにする。尚、第１領域(Ｉ)及び第２領域(II)の境界は、エンジン１の過給状態や排気浄化性能等も考慮して、図示のように低速側で高速側よりも高負荷側になるように設定されている。
【００４５】
そして、エンジンが第１領域(Ｉ)にあるＹＥＳと判定して進んだステップＳ４では、前記ステップＳ２で求めた目標トルク及びエンジン回転速度に基づいて、前記制御マップからインジェクタ５による燃料の目標噴射量及び噴射タイミングをそれぞれ読み込んで設定する。このときには、通常の噴射パターンでインジェクタ５の駆動パルス信号は矩形波になり、燃料噴射率の目標値が最高値であるともいえる。パルス巾は、必要な噴射量に対応する長さ（クランク角期間）になる。
【００４６】
続くステップＳ５では、クランク角信号に基づいて、前記ステップＳ４にて設定した噴射タイミングになったかどうか判定し、この判定がＮＯで噴射タイミングでなければ待機する一方、噴射タイミングになれば判定がＹＥＳになってステップＳ６に進み、矩形波の駆動パルス信号を出力してインジェクタ５を作動させる。即ち、インジェクタ５に所定の最大電圧を印加して芯弁を最高速度で開作動させ、噴口から燃料を一気に噴射させて、しかる後にリターンする。
【００４７】
つまり、元々、気筒内圧の最高値（Ｐmax）があまり高くならない低負荷側の第１領域(Ｉ)では、従来一般的な通常の噴射パターンとし、インジェクタ５の噴口を一気に開いて燃料を噴射させることで、相対的に短い噴射期間で燃料を噴き切ることができ、燃焼期間の短縮により熱効率が向上して、燃費の低減が図られる。
【００４８】
一方、前記ステップＳ３においてエンジン１が第２領域(II)にある（ＮＯ）と判定して進んだステップＳ７では、前記ステップＳ２で求めた目標トルク及びエンジン回転速度に基づいて、図４の制御マップからインジェクタ５による尻上がりの燃料噴射のパターン、即ち、噴射期間中に所定割合で徐々に燃料噴射率が高くなるような三角形状の駆動パルス信号を読み込む（目標噴射パターンの設定）。
【００４９】
続いてステップＳ８において、クランク角信号に基づいて、前記ステップＳ７にて設定した噴射タイミングになったかどうか判定し、この判定がＮＯで噴射タイミングでなければ待機する一方、噴射タイミングになれば判定がＹＥＳになってステップＳ９に進み、前記尻上がりの噴射パターンになるよう、三角形状の駆動パルス信号を出力してインジェクタ５を作動させ、しかる後にリターンする。
【００５０】
そうして三角形状の駆動パルス信号を受けたインジェクタ５では、印加される電圧が徐々に高くなるのに対応してピエゾ・アクチュエータの変形量が漸増し、これにより芯弁が駆動されて噴口の開放面積が所定の割合で徐々に大きくなることから、図２を参照して上述したように尻上がりの燃料噴射パターンになり、本発明の特徴的な低Ｐmax燃焼状態になる。
【００５１】
つまり、高負荷側の第２領域(II)においては通常の噴射パターンでは気筒内圧の最高値（Ｐmax）が高くなり過ぎて、エンジン１の各部に過大な負荷がかかる虞れがあるので、このときには尻上がりの噴射パターンによる低Ｐmax燃焼状態として、出力の低下を抑制しながら、エンジン各部の信頼性を確保するようにしている。
【００５２】
前記フローのステップＳ４，Ｓ７によって、エンジン１の運転状態が相対的に高負荷側の第２領域(II)にあるとき、インジェクタ５による燃料の噴射パターンを、少なくとも燃料噴射期間の中期において、気筒２の膨張行程における燃焼室容積の拡大に連れて燃料噴射率が高くなる尻上がりの噴射パターンに設定する噴射パターン設定手段３０ａが構成されている。
【００５３】
その尻上がりの噴射パターンは、気筒２の膨張行程において燃焼室容積が拡大する一方で、燃焼による熱発生率が尻上がりに高くなることによって、ＴＤＣ近傍から所定クランク角までの期間に亘って気筒内圧が略一定に維持されるように、前記燃焼室容積の拡大割合に対応する所定の割合で徐々に噴射率を高くするように設定したものである。また、前記噴射パターン設定手段３０ａは、相対的に高負荷側の第１領域(Ｉ)では通常の噴射パターンを設定する。
【００５４】
さらに、前記フローのステップＳ８，９によって、前記のように設定された尻上がりの噴射パターンになるようにインジェクタ５を作動させる噴射制御手段３０ｂが構成されている。この噴射制御手段３０ｂは、ピエゾ式インジェクタ５の芯弁の作動制御により噴口の開放速度を調整して、前記尻上がりの噴射パターンを実現するものである。
【００５５】
前記噴射パターン設定手段３０ａ、噴射制御手段３０ｂの機能は、いずれもＥＣＵ３０のＣＰＵが図３のフローに示すような制御プログラムを実行することによって実現される。この意味で、ＥＣＵ３０がソフトウエアプログラムの形態で前記各手段を備えているということができる。
【００５６】
したがって、この実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置Ａによると、相対的に高負荷側の運転領域（第１領域(Ｉ)）においてインジェクタ５により燃料を、本発明の特徴的な尻上がりの噴射パターンで噴射することにより、初期燃焼の急激な立ち上がりを抑えて気筒内圧の最高値（Ｐmax）を従来よりも低くするとともに、燃焼の中期から後期にかけて燃焼室容積の拡大による気筒内圧の下降を抑制して、気筒内圧を「高止まり」させることができ、これによりエンジン１の出力低下を抑制できる。
【００５７】
特にこの実施形態では、前記尻上がり噴射パターンにおける噴射率の上昇度合いを、気筒２の膨張行程において燃焼室４の容積が拡大する割合に対応付けて最適に設定しており、これにより、気筒内圧がＴＤＣ近傍から所定クランク角までの期間に亘って略一定に維持されるようになるので、気筒内圧を効率良くクランク軸の回転トルクに変換することができ、エンジン１の出力低下を効果的に抑制できる。
【００５８】
そうして高負荷域における気筒内圧の最高値（Ｐmax）を低下させることができれば、エンジン１のシリンダブロックやシリンダヘッド、さらにはピストン３やコネクティングロッド等についても、あまり強度及び剛性を高くしなくても済むようになり、エンジン１の軽量化が可能になる。
【００５９】
（他の実施形態）
尚、本発明に係るディーゼルエンジンの制御装置は、前記した実施形態に限定されず、その他の種々の構成をも包含する。すなわち、例えば前記の実施形態では尻上がりの燃料噴射パターンとして、ＴＤＣ近傍から所定クランク角までの期間に亘って気筒内圧が略一定になるように、燃料噴射率の上昇度合いを設定しているが、これに限らず、例えば前記の期間において気筒内圧が最高値（Ｐmax）の略０．９〜１．０倍くらいの範囲に含まれるようにするだけでもよい。
【００６０】
さらには、燃焼によって上昇する気筒内圧の最高値（Ｐmax）が、圧縮による気筒内圧のピーク値（ＴＤＣにおける値）の所定倍を越えないように、燃料噴射率の上昇度合いを設定するだけでもよい。所定倍というのは、例えば１．１倍等、エンジンの仕様によって設定すればよいが、より好ましいのは略１．０倍に設定し、最高値（Ｐmax）がＴＤＣにおける気筒内圧を越えないようにすることである。
【００６１】
また、前記の実施形態では、尻上がりの燃料噴射パターンにおける噴射率の上昇度合いをエンジン１の負荷や回転速度等、運転状態に応じて変更するようにしているが、これに限るものではない。
【００６２】
さらに、前記の実施形態において尻上がりの燃料噴射パターンとしない低負荷側の運転領域（第１領域(Ｉ)）では、気筒２の吸気乃至圧縮行程で燃料を噴射し、予め混合した後に圧縮着火させる（いわゆるＨＣＣＩ、ＰＣＣＩ）ようにしてもよい。
【００６３】
加えて、本発明を適用可能なディーゼルエンジン１の構成は前記実施形態のものに限定されず、例えば、ターボ過給機２０を備えないものにも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上、説明したように、本発明は、直噴式ディーゼルエンジンの最高出力をあまり低下させることなく、軽量化が可能になるので、例えば自動車等に搭載する場合に特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置の全体構成図である。
【図２】通常の噴射パターンと対比して、尻上がりの燃料噴射パターン(a)と、燃焼による熱発生率の変化(b)と、気筒内圧の変化(c)とをそれぞれ示した説明図である。
【図３】燃料噴射制御の手順を示すフローチャート図である。
【図４】エンジンの運転領域を２つに分けて、それぞれ燃料噴射量や噴射パターン等を設定した制御マップの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
Ａ        ディーゼルエンジンの制御装置
１        エンジン
２        気筒
４        燃焼室
５        インジェクタ（燃料噴射弁）
３０      コントローラ
３０ａ    噴射パターン設定手段
３０ｂ    噴射制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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