(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気の酸素濃度を低下させて燃焼温度を低下させる燃焼温度制御手段と、
拡散燃焼を主体とした第１の燃焼方式と、前記燃焼温度制御手段により燃焼温度が低下されているときに燃料噴射を着火遅れ期間内に終了させて行わせる、予混合燃焼を主体とした第２の燃焼方式とを、運転状態に応じて切り換える燃焼方式切換手段と、
該手段による切換結果に応じて燃料噴射弁の噴射動作を制御する燃料噴射制御手段と、
前記第２の燃焼方式による場合の燃焼状態の安定度を検出する燃焼安定度検出手段と、を備え、
前記燃料噴射制御手段は、前記第２の燃焼方式による場合に、前記燃焼安定度検出手段により検出された燃焼安定度に応じて、機関出力のための要求燃料量の少なくとも一部を噴射する主噴射と、前記要求燃料量に対する追加分若しくは不足分としての燃料を前記主噴射後に噴射する補助噴射とを行わせ、該補助噴射を前記燃焼安定度に基づいて制御するとともに、前記主噴射の着火遅れ期間内に終了させることを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
【請求項２】
前記燃料噴射制御手段が、前記燃焼安定度が正常範囲の下限値としての所定値よりも低いときに前記補助噴射を行わせる請求項１に記載のディーゼル機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射制御手段が、前記燃焼安定度が低いときほど前記補助噴射による噴射量を増量する請求項１又は２に記載のディーゼル機関の制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射制御手段が、前記燃焼安定度が低いときほど前記補助噴射の噴射回数を増加させる請求項１〜３のいずれか１つに記載のディーゼル機関の制御装置。
【請求項５】
前記燃焼安定度検出手段が、運転状態の変化率が大きいときほど前記燃焼安定度を低い値として検出する請求項１〜４のいずれか１つに記載のディーゼル機関の制御装置。
【請求項６】
前記燃焼安定度検出手段が、前記運転状態としてのアクセル開度、要求トルク又は機関回転速度の変化率が大きいときほど前記燃焼安定度を低い値として検出する請求項５に記載のディーゼル機関の制御装置。
【請求項７】
前記燃焼安定度検出手段が、運転状態に基づいて圧縮端温度若しくはその相当量の目標値としての目標圧縮端温度を算出する目標圧縮端温度算出手段と、実際の圧縮端温度若しくはその相当量の推定値としての実圧縮端温度を検出する実圧縮端温度検出手段とを備えるとともに、前記目標圧縮端温度算出手段により算出された目標圧縮端温度と、前記実圧縮端温度検出手段により検出された実圧縮端温度との差が大きいときほど前記燃焼安定度を低い値として検出する請求項１〜４のいずれか１つに記載のディーゼル機関の制御装置。
【請求項８】
前記実圧縮端温度検出手段が、前記実圧縮端温度を排気還流率及び過給圧のうち少なくとも一方に基づいて検出する請求項７に記載のディーゼル機関の制御装置。
【請求項９】
圧縮比が所定の低圧縮比に設定されるとともに、
前記燃焼方式切換手段において、前記第２の燃焼方式によるべき運転領域よりも低負荷側に前記第１の燃焼方式によるべき運転領域が設けられた請求項１〜８のいずれか１つに記載のディーゼル機関の制御装置。
【請求項１０】
吸気の酸素濃度を低下させて燃焼温度を低下させる燃焼温度制御手段と、
拡散燃焼を主体とした第１の燃焼方式と、前記燃焼温度制御手段により燃焼温度が低下されているときに燃料噴射を着火遅れ期間内に終了させて行わせる、予混合燃焼を主体とした第２の燃焼方式とを、運転状態に応じて切り換える燃焼方式切換手段と、
該手段による切換結果に応じて燃料噴射弁の噴射動作を制御する燃料噴射制御手段と、を備え、
前記第２の燃焼方式による場合の圧縮比が所定の低圧縮比に設定されるとともに、
前記燃焼方式切換手段において、前記第２の燃焼方式によるべき運転領域よりも低負荷側に前記第１の燃焼方式によるべき運転領域が設けられ、さらに、
前記燃料噴射制御手段は、低負荷側に設けられた前記第１の燃焼方式によるべき運転領域から前記第２の燃焼方式によるべき運転領域への移行直後の所定期間に、機関出力のための要求燃料量の少なくとも一部を噴射する主噴射と、前記要求燃料量に対する追加分若しくは不足分としての燃料を前記主噴射後に噴射する補助噴射とを行わせるとともに、該補助噴射を前記主噴射の着火遅れ期間内に終了させることを特徴とするディーゼル機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関の制御装置に関し、詳細には、低温予混合燃焼による運転を行うものにおいて、過渡状態での低温予混合燃焼の安定した燃焼状態を維持する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関における一般的な燃焼では、まず、噴射された燃料の蒸発により可燃混合気が形成され、やがて筒内が所定の温度及び圧力域に達したときに着火して初期燃焼（予混合燃焼）が生じる。そして、この燃焼によって筒内がさらに高温高圧となるため、その後は、燃料が噴射と同時に蒸発しながら燃焼（拡散燃焼）する。このような従来の燃焼方式では、噴射開始から着火までの期間（着火遅れ期間）が燃焼期間全体に対して短くなるので、後者の拡散燃焼が主体となる。
【０００３】
ところで、本出願人に係る特許第２８６４８９６号公報には、燃焼期間全体に対する予混合燃焼の占める割合を拡散燃焼のものよりも積極的に高くして、予混合燃焼を主体とする燃焼を行わせ、ディーゼル機関から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）やスモーク（粒子状物質；ＰＭ）をともに減少させる技術が開示されている。
【０００４】
この技術では、排気還流（ＥＧＲ）等により吸気の酸素濃度を低下させて燃焼温度を低下させるとともに、燃料噴射時期を通常よりも大幅に遅角させることで、熱発生パターンが単段燃焼の形態となるように着火遅れ期間を長期化させる。これにより、低温燃焼によりＮＯｘの発生が抑制された状態で、燃焼の予混合化によりＰＭ排出量が減少されるのである。実際には、先の拡散燃焼が主体となる燃焼（以下、単に「拡散燃焼」ともいう。）と、このように燃焼温度を低下させて行わせる、予混合燃焼が主体となる燃焼（以下、「低温予混合燃焼」ともいう。）とは、図１５に示すように運転状態に応じて切り換えられるのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上に述べたように、上記特許第２８６４８９６号公報に開示された技術によれば、低温予混合燃焼の燃焼状態が安定している間は、ＮＯｘ及びＰＭ排出量がともに減少される。しかしながら、低温予混合燃焼を行わせる際に、単に燃料噴射を着火遅れ期間内に終了させることとしただけでは、特定の運転状態において着火性が悪化し、燃焼状態が不安定となる場合がある。
【０００６】
ここで、具体的な例として、運転者からの加速要求に応じて運転状態が低負荷域から高負荷側に変化した場合を考える。このとき、変化後に低温予混合燃焼による運転を行うものとすると、要求負荷の増大に対応して燃料噴射量が増量されるとともに、燃料噴射時期が遅角されるが、同時にＥＧＲ率（（ＥＧＲ量／新気量）×１００［％］）が減少され、また過給圧が増大される。これらのうち、燃料噴射量及び燃料噴射時期については電子制御等により遅れを伴うことなく制御できる。しかしながら、ＥＧＲ率及び過給圧の制御に遅れが伴うことは回避できない。そして、加速要求に対して、ＥＧＲ率の応答遅れにより酸素濃度に不足が生じたり、あるいは過給圧の応答遅れにより充分に高い筒内温度（圧縮端温度）が得られなくなると、着火遅れ期間が長くなり過ぎ、失火を起こして未燃燃料（ＨＣ）を排出させる惧れがある。
【０００７】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、低温予混合燃焼を行わせる際に燃焼安定度を検出し、燃焼状態が不安定であるか又は不安定となる惧れのある場合には、燃料噴射を特別に制御してその回復又は維持を図る点にある。
本発明は、特に、過渡状態において低温予混合燃焼の安定した燃焼状態を維持することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に記載の発明では、（Ａ）吸気の酸素濃度を低下させて燃焼温度を低下させる燃焼温度制御手段、（Ｂ）拡散燃焼を主体とした第１の燃焼方式と、燃焼温度制御手段により燃焼温度が低下されているときに燃料噴射を着火遅れ期間内に終了させて行わせる、予混合燃焼を主体とした第２の燃焼方式とを、運転状態に応じて切り換える燃焼方式切換手段、（Ｃ）燃焼方式切換手段による切換結果に応じて燃料噴射弁の噴射動作を制御する燃料噴射制御手段、及び（Ｄ）第２の燃焼方式による場合の燃焼状態の安定度（燃焼安定度）を検出する燃焼安定度検出手段を備えてディーゼル機関の制御装置を構成し、燃料噴射制御手段が、第２の燃焼方式による場合に、燃焼安定度検出手段により検出された燃焼安定度に応じて、機関出力のための要求燃料量の少なくとも一部を噴射する主噴射と、要求燃料量に対する追加分若しくは不足分としての燃料を主噴射後に噴射する補助噴射とを行わせ、この補助噴射を燃焼安定度に基づいて制御するとともに、主噴射の着火遅れ期間内に終了させることとした。
【０００９】
すなわち、本発明は、検出された燃焼安定度に応じて必要があれば、主噴射により噴射された燃料が着火雰囲気を形成しつつあるところで補助噴射を行わせて、着火源を形成することを要旨としている。このとき、補助噴射が主噴射からの着火遅れ期間内に終了されるので、第２の燃焼方式の成立自体が損なわれることはない。なお、補助噴射により要求燃料量に対する不足分を噴射する場合は、主噴射との総噴射量が要求燃料量と一致することになる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、燃焼安定度が正常範囲の下限値としての所定値よりも低いときに補助噴射を行わせることとした。
請求項３に記載の発明では、燃焼安定度が低いときほど補助噴射による噴射量を増量することとした。
請求項４に記載の発明では、燃焼安定度が低いときほど補助噴射の噴射回数を増加させることとした。
【００１１】
請求項５に記載の発明では、運転状態の変化率が大きいときほど燃焼安定度を低い値として検出することとし、また、請求項６に記載の発明では、運転状態としてのアクセル開度、要求トルク又は機関回転速度の変化率が大きいときほど燃焼安定度を低い値として検出することとした。
請求項７に記載の発明では、燃焼安定度検出手段において、運転状態に基づいて圧縮端温度若しくはその相当量の目標値としての目標圧縮端温度を算出する目標圧縮端温度算出手段と、実際の圧縮端温度若しくはその相当量の推定値としての実圧縮端温度を検出する実圧縮端温度検出手段とを備えるとともに、目標圧縮端温度算出手段により算出された目標圧縮端温度と、実圧縮端温度検出手段により検出された実圧縮端温度との差が大きいときほど燃焼安定度を低い値として検出することとした。また、請求項８に記載の発明では、実圧縮端温度をＥＧＲ率及び過給圧のうち少なくとも一方に基づいて検出することとした。
【００１２】
請求項９に記載の発明では、圧縮比を所定の低圧縮比に設定するとともに、第２の燃焼方式によるべき運転領域よりも低負荷側に第１の燃焼方式によるべき運転領域を設けることとした。
吸気弁閉時期を通常よりも遅角させるなどの方法により圧縮比を低く設定することで、第２の燃焼方式による運転をより高負荷側の運転領域において行うことが可能となる。その一方で、圧縮比の低下により圧縮端温度が低下することに対応して、低負荷側に第１の燃焼方式によるべき運転領域を設けている。ここで、運転者からの加速要求に基づいて、この第１の燃焼方式によるべき運転領域から第２の燃焼方式によるべき運転領域に移行した際には、ＥＧＲ装置を持つものではＥＧＲ率が減少され、過給機を持つものでは過給圧が増大されることとなるので、応答遅れが生じて燃焼状態が不安定となる可能性が高い。本発明によれば、このような運転領域の移行の際にも燃焼安定度に応じて補助噴射が行われることとなる。
【００１３】
請求項１０に記載の発明では、（Ａ）吸気の酸素濃度を低下させて燃焼温度を低下させる燃焼温度制御手段、（Ｂ）拡散燃焼を主体とした第１の燃焼方式と、燃焼温度制御手段により燃焼温度が低下されているときに燃料噴射を着火遅れ期間内に終了させて行わせる、予混合燃焼を主体とした第２の燃焼方式とを、運転状態に応じて切り換える燃焼方式切換手段、及び（Ｃ）燃焼方式切換手段による切換結果に応じて燃料噴射弁の噴射動作を制御する燃料噴射制御手段を備えてディーゼル機関の制御装置を構成し、第２の燃焼方式による場合の圧縮比を所定の低圧縮比に設定するとともに、燃焼方式切換手段において、第２の燃焼方式によるべき運転領域よりも低負荷側に第１の燃焼方式によるべき運転領域を設け、さらに、燃料噴射制御手段が、上記低負荷側に設けられた第１の燃焼方式によるべき運転領域から第２の燃焼方式によるべき運転領域への移行直後の所定期間に、機関出力のための要求燃料量の少なくとも一部を噴射する主噴射と、要求燃料量に対する追加分若しくは不足分としての燃料を主噴射後に噴射する補助噴射とを行わせるとともに、この補助噴射を主噴射の着火遅れ期間内に終了させることとした。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、第２の燃焼方式による場合に、燃焼安定度に応じて主噴射と補助噴射とを行わせるとともに、補助噴射を燃焼安定度に基づいて制御することで、過渡状態のように従来の燃料噴射では着火遅れ期間が長くなり過ぎて燃焼状態が不安定となる場合でも、着火性を向上させて着火遅れ期間を適正に制御し、安定した燃焼状態を維持できる。ここで、主噴射と補助噴射との総噴射量を要求燃料量と一致させることとすれば、燃費を悪化させることなくこの効果が得られる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、燃焼安定度が正常範囲内にあるときは第２の燃焼方式のための通常の燃料噴射を行うことが可能であるから、燃料噴射弁の作動を不要に複雑化させずに済む。
請求項３に係る発明によれば、燃焼安定度が低いときほど補助噴射による噴射量を増量することで、燃焼状態が大幅に不安定化する惧れのある場合でも、これを安定維持できる。あるいは、燃焼状態が現に不安定である場合には、これを早期に回復できる。
【００１６】
請求項４に係る発明によれば、燃焼安定度が低いときほど補助噴射の噴射回数を増加させることで、燃焼状態の安定維持のために最適な着火源の形成が可能となり、燃焼状態を一層安定させることができる。
請求項５に係る発明によれば、運転状態の変化率に基づいて燃焼安定度を検出することで、ＥＧＲ率や過給圧の変化に生じる応答遅れ等のために燃焼状態が不安定となることを予測して、補助噴射の制御に反映させることが可能である。このため、燃焼状態が不安定化するのを未然に回避できる。特に、請求項６に係る発明により運転状態としてアクセル開度、要求トルク又は機関回転速度を採用すれば、その予測が容易となる。
【００１７】
請求項７に係る発明によれば、着火性に支配的な影響を及ぼす圧縮端温度若しくはその相当量（例えば、圧縮端温度と等価なパラメータとして代用できる圧縮端圧力）を採用し、その目標値と実際値との差に基づいて燃焼安定度を検出することで、燃焼状態が不安定となることを推測できる。特に、請求項８に係る発明によれば、ＥＧＲ率及び過給圧のうち少なくとも一方に基づいて実際の圧縮端温度若しくはその相当量を正確に検出できるので、この推測結果の信頼性が向上される。
【００１８】
請求項９に係る発明によれば、 より高負荷側の運転領域において第２の燃焼方式による運転を行うことが可能となるばかりでなく、加速要求に応じて第１の燃焼方式による運転から第２の燃焼方式による運転に移行した際に安定した燃焼状態を維持できる。
請求項１０に係る発明によれば、第１の燃焼方式による運転から第２の燃焼方式による運転に移行した際に補助噴射が行われるので、加速要求に基づいて生じる過渡状態において安定した燃焼状態を維持できる。ここで、主噴射と補助噴射との総噴射量を要求燃料量と一致させることとすれば、燃費を悪化させることなくこの効果が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るディーゼル機関（エンジン）１の構成図である。
エンジン本体２に接続された吸気通路３には、導入部にエアフィルタ（図示せず）が取り付けられており、ここで、吸入空気中に浮遊する粉塵等が除去される。そして、エアフィルタの直ぐ下流に設置されたエアフローメータ３１から吸入空気量に対応した検出信号が出力され、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４１に入力される。
【００２０】
吸気通路３には、可変ノズル型ターボチャージャ４が介装されており、エアフローメータ３１を介した吸入空気は、コンプレッサ部４ａにより圧縮されて送り出される。また、吸気通路３には、ターボチャージャ４とともにインタークーラ５が併設されており、コンプレッサ部４ａから圧送された吸入空気は、ここで冷却された後、マニホールド部において各気筒に分配される。
【００２１】
エンジン本体２には、各気筒の燃焼室の上部略中央に臨ませてインジェクタ６が設置されている。燃料ポンプ７により所定圧力に圧縮された燃料は、燃料供給配管を介してコモンレール８に導入され、そこから各インジェクタ６に供給される。インジェクタ６は、ＥＣＵ４１からの制御信号に応じて作動し、所定時期に開駆動して、所定量の燃料を筒内に直接噴射する。
【００２２】
排気通路９には、ターボチャージャ４のタービン部４ｂが設置されている。ターボチャージャ４の可変ノズルのノズル開度が図示しないセンサにより検出され、その検出信号がＥＣＵ４１に入力されるようになっており、ＥＣＵ４１は、運転状態に応じて前記ノズル開度を制御する。タービン部４ｂを介した排気ガスは、フィルタ等の排気後処理装置（図示せず）において浄化処理された後、大気中に放出される。
【００２３】
また、排気通路９とサージタンク１０とがＥＧＲ通路１１を介して連通され、この通路に制御弁（ＥＧＲ弁）１２が設置されている。ＥＧＲ弁１２は、ＥＣＵ４１からの制御信号を受けるステップモータ等の駆動装置１３により駆動され、開弁時において、開度に応じて適量に流量制御された排気ガスが吸気系統に還流される。
【００２４】
なお、エンジン１において設けられるセンサ類には、以上の他に、エンジン回転数Ｎｅを算出する際に使用される単位クランク角又は基準クランク角を検出するクランク角センサ３２、運転者のアクセル操作量に相当するアクセル開度ＡＰＯを検出するアクセルセンサ３３、エンジン冷却水の温度（水温）Ｔｗを検出する水温センサ３４等が設けられている。これらの検出信号は、いずれもＥＣＵ４１に入力される。
【００２５】
次に、ＥＣＵ４１により実行される制御のうち、インジェクタ６による燃料噴射を制御するための制御ルーチンについて、図２に示すフローチャートを参照して説明する。
Ｓ（ステップ）１では、運転状態としてのエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡＰＯ及び水温Ｔｗを読み込む。
【００２６】
Ｓ２では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度ＡＰＯに基づいて燃料噴射制御のための基本噴射時期Ｔｉ及び基本噴射量Ｑｉを算出する。ここで、Ｔｉは、図３に示すように運転領域に応じて切り換えられるべき所定の燃焼方式を達成するための燃料噴射時期を、Ｎｅ及びＡＰＯに対応させて割り付けたマップから読み込むことで設定する。ここで、読み込んだＴｉに水温Ｔｗ等に応じた補正を施して、低温時には進角させることとしてもよい。低温予混合燃焼による場合の燃料噴射時期Ｔｉは、拡散燃焼による場合よりも遅角され、クランク角で圧縮上死点後の所定範囲内で燃料噴射が開始されるように設定される。一方、基本噴射量Ｑｉは、Ｎｅ及びＡＰＯに対応させて割り付けたマップから読み込み、ＡＰＯが大きいときほど増量される。
【００２７】
Ｓ３では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度ＡＰＯに基づいて、現在の運転状態が図３に示すマップのどの運転領域にあるかを判定する。運転領域Ａにあると判定した場合は、Ｓ４へ進み、他の運転領域Ｂ又はＣにあると判定した場合は、Ｓ７へ進む。
本実施形態では、運転状態に応じて拡散燃焼と低温予混合燃焼との間で燃焼方式を切り換えてエンジン１を制御するものにおいて、圧縮比を通常のエンジンよりも低下させ、所定の低圧縮比に設定することで、運転領域Ａがより高負荷側に（運転領域Ｂ側に）拡大されている。その一方で、低圧縮比化のために圧縮端温度（ピストンが圧縮上死点にある時の筒内温度）が低下し、低負荷側の運転領域Ｃで低温予混合燃焼を安定して行うことが困難となっている。そこで、運転領域Ｃでは、拡散燃焼による運転を行うこととし、さらに着火性を向上させるため、パイロット噴射を行うこととしている。従って、Ｓ３において現在の運転状態が運転領域Ｃにあると判定してＳ７へ進んだ場合には、Ｓ７でパイロット噴射を行うための駆動パルスが形成されて、インジェクタ６へ出力される。
【００２８】
Ｓ４では、アクセル開度ＡＰＯの変化率（アクセル開度変化率）Ｒａｐｏを算出する。Ｒａｐｏは、本ルーチンの１つ前で保存したアクセル開度ＡＰＯｂｅｆを今回読み込んだＡＰＯから減じ、その差を制御周期Ｔで徐することにより算出する（Ｒａｐｏ＝（ＡＰＯ−ＡＰＯｂｅｆ）／Ｔ）。
Ｓ５では、アクセル開度変化率Ｒａｐｏが所定値Ａ以上であるか否かを判定する。所定値Ａは、低温予混合燃焼が安定した燃焼状態を維持できる範囲の運転状態の変化の限界に対応して設定され、Ｒａｐｏがこれを下回るうちは、安定した燃焼状態を維持できることを示す。本ステップにおいて、Ｒａｐｏが所定値Ａ未満であると判定した場合は、Ｓ７へ進んで通常通りに駆動パルスを形成して出力するが、Ｒａｐｏが所定値Ａ以上であって、燃焼状態が不安定となると判定した場合は、Ｓ６へ進んで補助噴射条件を読み込んだ後にＳ７へ進む。
【００２９】
ここで、本発明に係る補助噴射とは、機関出力のための要求燃料量（ここでは、基本噴射量Ｑｉがこれに相当する。）のうちの少なくとも一部を噴射する主噴射に続いて、要求燃料量に対する追加分若しくは不足分としての燃料を噴射するものである。
そして、本実施形態に係る補助噴射条件とは、補助噴射による噴射量の基本噴射量Ｑｉに占める割合ｒである。この補助噴射燃料割合ｒ（但し、０≦ｒ＜１）は、アクセル開度変化率Ｒａｐｏに応じて、例えば、図４（ａ）に示すように段階的に増大させたり、あるいは同図（ｂ）に示すように連続的に増大させる。
【００３０】
図４（ａ）では、補助噴射燃料割合ｒは、アクセル開度Ｒａｐｏが所定値Ａ１（＝Ａ）未満である範囲で０に設定され、ＲａｐｏがＡ１以上であり、かつＡ２（但し、Ａ１＜Ａ２）未満である範囲でｒ１に設定される。また、ＲａｐｏがＡ２以上であり、かつＡ３（但し、Ａ２＜Ａ３）未満である範囲でｒ２（但し、ｒ１＜ｒ２）に設定される。このような判断をＡ１〜Ａｎについて行い、現状に最適なｒを読み込む。
【００３１】
一方、図４（ｂ）では、補助噴射燃料割合ｒは、アクセル開度Ｒａｐｏが所定値Ａ１（＝Ａ）未満である範囲内で０に設定されるが、Ａ１以上であれば、Ｒａｐｏの増大に伴って増大される。
Ｓ５で安定した燃焼状態を維持できないとしてＳ６で補助噴射条件が読み込まれると、続くＳ７では、補助噴射条件に応じて駆動パルスが形成される。ここで、本実施形態では、基本噴射量Ｑｉに補助噴射燃料割合ｒを乗じた量を補助噴射により噴射すべき燃料量Ｑｓ（＝Ｑｉ×ｒ）とするとともに、このＱｓをＱｉから減じた量を主噴射により噴射すべき燃料量Ｑｍ（＝Ｑｉ−Ｑｉ×ｒ）とする。なお、Ｓ５で安定した燃焼状態を維持できるとしてＳ７ヘ進んだ場合に噴射される燃料量は、基本噴射量Ｑｉである。
【００３２】
次に、以上の制御により得られる効果について説明する。本実施形態では、ＥＧＲ装置とターボチャージャとを備えているが、定常状態での目標ＥＧＲ率及び目標過給圧は、図５及び６に示すマップを参照して設定される。各マップの傾向について簡単に述べると、図５では、負荷が高いほど又は回転数が高いほど目標ＥＧＲ率が低く設定されており、その一方で、図６では、負荷が高いほど又は回転数が高いほど目標過給圧が高く設定されている。
【００３３】
ここで、運転者がアクセルを急激に踏み込み、図３に示すマップで、ポイントｃ１で示す運転状態からポイントａ１で示す運転状態へと加速要求が生じた場合を考える。このとき、運転状態の変化に対して、燃料噴射量Ｑｉや燃料噴射時期Ｔｉは応答遅れを伴わずに制御される。ところが、目標ＥＧＲ率の変化に対する実際のＥＧＲ率の変化や、目標過給圧の変化に対する実際の過給圧の変化には、図７に示すようにそれぞれで応答遅れが生じてしまう。
【００３４】
図７（ａ）示すように、加速要求に応じて目標ＥＧＲ率が減少された場合に実際のＥＧＲ率の変化に遅れが生じて、設定量を超過して排気ガスが還流されると、筒内において酸素濃度に不足が生じてしまう。また、図７（ｂ）に示すように、目標過給圧が増大された場合に実際の過給圧の変化に遅れが生じて設定値を下回ると、圧縮端温度が充分に得られなくなる。要求された運転領域Ａでは、低温予混合燃焼を行うために基本噴射時期Ｔｉが通常の拡散燃焼による場合よりも遅角されており、ここで酸素濃度や圧縮端温度に不足が生じると、着火遅れ期間がさらに長期化して燃焼状態が不安定となり、失火に至る場合がある。
【００３５】
本実施形態では、運転状態の変化としてアクセル開度ＡＰＯの変化（アクセル開度変化率Ｒａｐｏ）に着目し、Ｒａｐｏが所定値Ａ以上である場合に補助噴射を行うこととした。
図８は、補助噴射を行う期間Δｔを概念的に示したものであり、横軸に時刻ｔを、また縦軸にアクセル開度変化率Ｒａｐｏを採っている。時刻ｔ０から加速が開始され、時刻ｔ１において所定値Ａを超える加速要求に至ると、補助噴射が行われる。補助噴射は、その後、時刻ｔ２においてＲａｐｏが所定値Ａ未満となるまで継続される。
【００３６】
図９は、本実施形態において得られる効果の説明として、熱発生率の変化を、運転状態ｃ１からａ１への加速要求下で補助噴射を行った場合（ａ）と、同じ加速要求下で通常の燃料噴射を行った場合（ｂ）とで比較して示している。なお、横軸にクランク角を、また縦軸に熱発生率を採っている。
図９（ｂ）では、加速要求に対してＥＧＲ率や過給圧の変化に応答遅れが生じて着火遅れ期間が長期化した結果として、燃焼が緩慢となり、失火に至る惧れのあることが分かる。
【００３７】
これに対して、図９（ａ）では、補助噴射（駆動パルスＰｓ）を行ったことで着火遅れ期間が同図（ｂ）のものよりも短期化されており、燃焼が良好に進行していることが分かる。ここで、補助噴射の噴射時期は、そのときの着火遅れ期間が、定常状態において（補助噴射を行わずに）低温予混合燃焼を行う場合のものと略一致するように設定される。つまり、補助噴射により、過渡状態においても定常状態におけると同程度の着火遅れで燃焼を生じさせるのが好適である。但し、低温予混合燃焼を成立させるため、補助噴射は、主噴射の着火遅れ期間内に（図では、クランク角Ｃｂ前に）終了させる。
【００３８】
また、本実施形態では、補助噴射を行う際に、変化後の運転状態（図３のポイントａ１）に対応する基本噴射量Ｑｉは補正せず、運転状態の変化に応じて、補助噴射により噴射すべき燃料量のＱｉに占める割合ｒを制御している。このため、総噴射量が一定となるから、燃費を悪化させずに済む。
なお、以上の説明では、運転状態の変化として、アクセル開度ＡＰＯの変化を採用したが、本発明はこれに限らず、代わりのパラメータとして、要求トルクやエンジン回転数を採用することとしてもよい。そして、前述同様にして要求トルク変化率やエンジン回転数変化率を算出し、これらが安定した燃焼状態を維持できないような急激な運転状態の変化を示す値に相当するときに補助噴射を行えばよい。
【００３９】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態では、ＥＣＵ４１において実行される燃料噴射制御のうち、分割噴射に係る処理のみが相違する。以下では、この相違する部分のみについて説明する。
先の第１実施形態では、低温予混合燃焼の燃焼安定度（低温予混合燃焼を行わせた場合に予測される燃焼状態の安定度）を検出するために運転状態（アクセル開度、要求トルク又はエンジン回転数）の変化に着目したが、ここでは、着火性に支配的な影響を及ぼす圧縮端温度を採用する。そして、現状の圧縮端温度が、良好な低温予混合燃焼を行うための目標温度を大きく下回るときには、着火遅れ期間が長くなり過ぎるものとして補助噴射を行う。
【００４０】
図１０は、本実施形態に係る燃料噴射の制御ルーチンのフロチャートである。同チャートにおいて、先の図２に示したフローチャートにおけると同様の処理を行うステップには図２のものと同一の符号を付し、ここでの説明を省略する。
Ｓ３で現在の運転状態が低温予混合燃焼域Ａにあると判定した場合には、Ｓ１４へ進み、圧縮端温度の定常状態での目標値である目標圧縮端温度ｔＴｃを設定する。
【００４１】
Ｓ１５では、実際のＥＧＲ率Ｒｅｇｒを算出する。Ｒｅｇｒの算出に際しては、まず、ＥＧＲ率が０％であるとした場合の吸入空気量Ｑａ０をマップから読み込む。そして、これとエアフローメータ３１による検出値とに基づいて、下式により算出する。
Ｒｅｇｒ＝（（Ｑａ０−吸入空気量Ｑａ）／Ｑａ０）×１００
Ｓ１６では、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒに基づいて実際の圧縮端温度の推定値（実圧縮端温度）Ｔｃを算出する。具体的には、Ｒｅｇｒ及び運転状態に基づいて吸気のガス組成に対応した比熱比κを推定し、推定されたκを下式に代入してＴｃを算出する。なお、式中εは、圧縮比である。
【００４２】
Ｔｃ＝吸気マニホールド内の吸気温度×ε＾（κー１）
Ｓ１７では、目標圧縮端温度ｔＴｃと実圧縮端温度Ｔｃとの差ΔＴｃ（＝ｔＴｃ−Ｔｃ）が所定値Ｂ以上であるか否かを判定する。所定値Ｂは、良好な着火性を得ることのできる圧縮端温度の限界（下限）値に対応して設定されている。ここで、ΔＴｃがＢ未満であると判定した場合は、実圧縮端温度Ｔｃが目標圧縮端温度ｔＴｃにほど近く、良好な着火性が得られるとして、そのままＳ７へ進む。一方、ΔＴｃがＢ以上であると判定した場合は、ＴｃがｔＴｃを大きく下回っており、着火性が悪いものとしてＳ１８へ進む。
【００４３】
Ｓ１８では、本実施形態に係る補助噴射条件としての補助噴射燃料割合ｒを読み込む。ここでのｒ（但し、０≦ｒ＜１）も、図４に示したものと同様に、図１１（ａ）に示すように段階的に増大させたり、あるいは同図（ｂ）に示すように連続的に増大させてよい。
図１１（ａ）では、補助噴射燃料割合ｒは、目標圧縮端温度ｔＴｃと実圧縮端温度Ｔｃとの差ΔＴｃが所定値Ｂ１（＝Ｂ）未満である範囲で０に設定され、ΔＴｃがＢ１以上であり、かつＢ２（但し、Ｂ１＜Ｂ２）未満である範囲でｒ１に設定される。そして、ΔＴｃがＢ２以上であり、かつＢ３（但し、Ｂ２＜Ｂ３）未満である範囲でｒ２（但し、ｒ１＜ｒ２）に設定され、以降同様な判断を繰り返す。
【００４４】
一方、図１１（ｂ）では、補助噴射燃料割合ｒは、ΔＴｃが所定値Ｂ１（＝Ｂ）未満である範囲で０に設定されるが、Ｂ１以上であれば、ΔＴｃの増大に伴って増大される。
そして、Ｓ７では、読み込んだ補助噴射条件に応じて前述同様にして補助噴射を行う。
【００４５】
図１２は、本実施形態において補助噴射を行う時間Δｔを概念的に示したものであり、横軸に時刻ｔを、また縦軸に実圧縮端温度Ｔｃを採っている。時刻ｔ０において加速要求に応じて目標圧縮端温度ｔＴｃが切り換えられると、ｔＴｃとＴｃとの差ΔＴｃが所定値Ｂ以上となるので、補助噴射が開始される。その後、Ｔｃが上昇して、時刻ｔ１においてΔＴｃが所定値Ｂ未満となるまで補助噴射が継続される。
【００４６】
なお、本実施形態で採用された圧縮端温度は、圧縮端圧力と等価なパラメータである。従って、以上の説明で補助噴射を行うために圧縮端温度を用いたところに圧縮端圧力を代用してもよい。すなわち、図１０のフローチャートにおいて、Ｓ１４で圧縮端圧力の定常状態における目標値として目標圧縮端圧力ｔＰｃを設定し、Ｓ１６でＥＧＲ率Ｒｅｇｒに基づいて実際の圧縮端圧力である実圧縮端圧力Ｐｃを算出し、Ｓ１７でｔＰｃとＰｃとの差ΔＰｃ（＝ｔＰｃ−Ｐｃ）が所定値Ｂ’以上である場合に、Ｓ１８において補助噴射条件を読み込むのである。
【００４７】
また、過給機を備えるディーゼル機関においては、圧縮端温度（又は圧縮端圧力）を算出するために、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒに限らず過給圧を採用してもよい。過給圧が不足しているときほど、目標圧縮端温度ｔＴｃに対して実圧縮端温度Ｔｃが低く、着火性が悪くなっているものと考えられるからである。
以上では、効果の説明として、運転領域が拡散燃焼域Ｃから低温予混合燃焼域Ａへ切り換えられた場合について説明した。しかしながら、本発明によれば、同じ運転領域Ａ内で運転状態が変化された場合であっても、安定した燃焼状態を維持できないのであれば、補助噴射を行うことによりその維持を図ることが可能である。
【００４８】
次に、本発明のさらに別の実施形態について説明する。以上では、補助噴射を１つの駆動パルスにより１回で行わせる例について説明したが、本実施形態では、補助噴射を複数回に分割して行う。そこで、分割して行う補助噴射について説明する。
補助噴射の分割回数Ｎは、図２に示したフローチャートのＳ６等において補助噴射燃料割合ｒとともに補助噴射条件として読み込まれるものであり、インジェクタ６の制御能力を考慮して、例えば、図１３に示すように補助噴射燃料割合ｒが高いときほど多数に設定される。ここで、ｒは、これがアクセル開度変化率Ｒａｐｏに基づいて設定されるものであることから、Ｒａｐｏで代用でき、その他にも要求トルク変化率やエンジン回転数変化率で代用できる。
【００４９】
図１４は、補助噴射燃料割合ｒに応じたインジェクタ６の駆動パルス波形の変化を示している。ここで、ｒの増加は、燃焼安定度の低下に対応する。従って、補助噴射は、燃焼状態が大きく不安定化しそうになるときほど多くの回数に分割して行われることとなる。但し、低温予混合燃焼の成立自体を損なわないようにするため、分割回数Ｎに拘わらず、主噴射（パルスＰｍ）の着火遅れ期間内に分割した全補助噴射（パルスＰｓ１〜Ｐｓｎ）を終了させる。なお、燃費を悪化させないためには、主噴射と全補助噴射とにより噴射される燃料の総量を基本噴射量Ｑｉに一致させるとよい。
【００５０】
このように、燃焼安定度が低いときほど補助噴射を多くの回数に分割して行うことで、燃焼状態がいかに不安定化しそうになっても、その維持のために最適な着火源を形成して安定した燃焼状態を維持できるので、低温予混合燃焼を安定して行わせることができる。
なお、以上の説明では、アクセル開度等の運転状態の変化や圧縮端温度に着目し、低温予混合燃焼の燃焼安定度が低いときに補助噴射を行わせるようにした。しかしながら、本発明は、このようなものに限らず、図３の運転領域Ｃから運転領域Ａに運転状態が移行したことをもって低温予混合燃焼の燃焼状態が不安定となるものとみなし、かかる移行直後の所定期間に補助噴射を行わせるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るディーゼル機関の構成図
【図２】同上実施形態に係る燃料噴射制御のフローチャート
【図３】同上実施形態に係る燃焼方式の切換マップ
【図４】運転状態の変化に応じた補助噴射燃料割合ｒの設定を示す概念図
【図５】本発明の一実施形態に係るディーゼル機関における目標ＥＧＲ率の設定マップ
【図６】同上ディーゼル機関における目標過給圧の設定マップ
【図７】加速要求下でのＥＧＲ率及び過給圧の過渡変化を示すタイムチャート
【図８】運転状態の変化に応じた補助噴射の実行期間を示す概念図
【図９】本発明の効果を示す熱発生率のタイムチャート
【図１０】本発明の他の実施形態に係る燃料噴射制御のフローチャート
【図１１】圧縮端温度に基づく補助噴射燃料割合ｒの設定を示す概念図
【図１２】圧縮端温度に着目した補助噴射の実行期間を示す概念図
【図１３】補助噴射の分割回数の設定を示す概念図
【図１４】補助噴射を分割して行わせる際のインジェクタの駆動パルスの設定を示す概念図
【図１５】燃焼方式の切換マップの一般的な例
【符号の説明】
１…エンジン
２…エンジン本体
３…吸気管
４…ターボチャージャ
６…インジェクタ
１０…ＥＧＲ通路
１１…ＥＧＲ制御弁
３１…エアフローメータ
３２…クランク角センサ
３３…アクセルセンサ
３４…水温センサ
【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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