(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの気筒内燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
エンジンの吸気系に排気の一部を還流させる排気還流通路と、
前記排気還流通路における排気の還流量を調節する排気還流量調節弁と、
アクセル操作量に応じて前記燃料噴射弁による燃料噴射量を制御する噴射量制御手段と、
前記排気の還流状態に関する還流状態量がエンジンの運転状態に応じて設定された目標値になるように、前記排気還流量調節弁の開度を制御する排気還流制御手段とを備えた筒内噴射式エンジンの制御装置において、
前記排気還流制御手段は、エンジンの運転状態が定常運転状態から加速運転状態へ移行したとき、排気還流量調節弁を閉じる側に作動させるように構成され、
エンジンの運転状態が定常運転状態から加速運転状態へ移行したときに所定期間、前記燃料噴射弁による燃料噴射を、気筒の圧縮行程で噴射を終了する最初の噴射と圧縮上死点近傍で行う最後の噴射とを含む多段階に分けて実行させ、その後、圧縮上死点近傍での一括噴射に切り替える噴射時期制御手段が設けられていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
排気還流量調節弁が実際に閉じる側に作動したことを検出する閉作動検出手段が設けられ、
噴射時期制御手段は、前記閉作動検出手段により排気還流量調節弁の閉作動が検出されたときに、多段階の燃料噴射を開始させるように構成されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１において、
エンジンの吸気通路における吸入空気量を計測する吸気量センサが設けられ、
噴射時期制御手段は、前記吸気量センサにより計測した吸入空気量及び燃料噴射量に基づいて求められる燃焼室の空燃比が設定値以上になったときに、多段階の燃料噴射を開始させるように構成されていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１において、
排気還流通路はエンジンの吸気通路に接続され、その排気還流通路との接続部よりも吸気上流側の吸気通路に吸気絞り弁が配設されており、
エンジンの低回転低負荷領域で、前記吸気絞り弁を全開状態よりも閉じた状態に制御する吸気絞り弁制御手段が設けられていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項１において、
エンジンの排気流により回転駆動されるタービンと、
前記タービンに回転一体に連結され、エンジンの吸気を圧縮するブロワとからなるターボ過給機が設けられていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項１において、
燃料を噴射圧以上の高圧状態で蓄える蓄圧室に燃料噴射弁が接続されたコモンレール式燃料噴射系を備えていることを特徴とする筒内噴射式エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴射するようにした筒内噴射式エンジンにおいて、主に排気中の有害成分を低減するための燃料噴射制御に関する制御装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の筒内噴射式エンジンの制御装置として、例えば特開平８−１４４８６７号公報に開示されるように、ディーゼルエンジンにおいて吸気系への排気還流量を調節することによって間接的に燃焼室の空燃比（空気過剰率）を制御するようにしたものが知られている。このものでは、排気の一部をエンジンの吸気系に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）と、アクチュエータにより作動されて前記ＥＧＲ通路における排ガスの還流量を調節する排気還流量調節弁（以下ＥＧＲ弁という）とを備えており、排気通路に設けた空燃比センサからの出力信号に基づいて燃焼室の空燃比を検出して、その検出結果に応じてＥＧＲ弁の開度を制御するようにしている。
【０００３】
すなわち、前記従来例のものでは、燃焼室の空燃比を小さくするほどＮＯｘ排出濃度を低減できるが、その反面、空燃比が小さ過ぎるとスモークの生成量が急増するという直噴式ディーゼルエンジンの特性を考慮し、空燃比の制御目標値をスモーク量が急増しない範囲でできる限り小さな値（リッチ側の値）に設定して、排ガス中のＮＯｘ及びスモークの低減を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、環境保護の観点から自動車用エンジンの排気清浄化に対するニーズは一層、強まっており、特にディーゼルエンジンやガソリンのリーンバーンエンジンにおいては、酸素過剰雰囲気になる排気中でＮＯｘを還元浄化するのが難しいことから、燃焼に伴うＮＯｘの生成そのものをさらに低減させることが要求されている。
【０００５】
しかし、ディーゼルエンジンの場合、例えばエンジンへの要求出力が高い中負荷以上の運転領域や加速運転状態では、燃料噴射量が多いため燃焼も激しくなり、燃焼ガス温度も高くなりやすい。そのため、特にこのような運転領域においてＮＯｘの生成を従来以上に抑えることは極めて困難である。
【０００６】
これに対し、前記中負荷以上の運転領域等において、燃料の噴射時期を軽負荷時よりも遅らせて燃焼の急激な立ち上がりを抑えることにより、ＮＯｘの生成を抑制するいわゆるタイミングリタードを行うことも考えられる。しかし、タイミングリタードを行うと、燃焼が緩慢になってスモーク量の急増を招く虞れがあり、このことが車両の発進時における顕著な黒煙発生を引き起こすことが問題になる。
【０００７】
本発明は斯かる諸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、ディーゼルエンジンや直噴式ガソリンエンジンにおいて燃料噴射の手順に工夫を凝らして、燃焼状態を改善することによって、排気中のＮＯｘ低減及びスモーク低減を従来よりも高次元で両立させることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の解決手段では、エンジンが排気中のＮＯｘ低減及びスモーク低減の両立が難しい加速運転状態に移行したときに、各気筒の圧縮行程で燃料を多段階に分けて噴射（以下、多段噴射ともいう）させるようにした。
【０００９】
具体的に、請求項１記載の発明は、図１に示すように、エンジン１の気筒内燃焼室４に燃料を噴射する燃料噴射弁５と、エンジン１の吸気系１０に排気の一部を還流させる排気還流通路２３と、該排気還流通路２３における排気の還流量を調節する排気還流量調節弁２４と、アクセル操作量に応じて前記燃料噴射弁５による燃料噴射量を制御する噴射量制御手段３５ａと、前記排気の還流状態に関する還流状態量がエンジン１の運転状態に応じて設定された目標値になるように、前記排気還流量調節弁２４の開度を制御する排気還流制御手段３５ｂとを備えた筒内噴射式エンジンの制御装置Ａが前提である。そして、前記排気還流制御手段３５ｂを、エンジン１の運転状態が定常運転状態から加速運転状態へ移行したとき、排気還流量調節弁２４を閉じる側に作動させるように構成するとともに、エンジン１の運転状態が定常運転状態から加速運転状態へ移行したときに所定期間、前記燃料噴射弁５による燃料噴射を、気筒の圧縮行程で噴射を終了する最初の噴射と圧縮上死点近傍で行う最後の噴射とを含む多段階に分けて実行させ、その後、圧縮上死点近傍での一括噴射に切り替える噴射時期制御手段３５ｃを設ける構成とする。
【００１０】
前記の構成により、エンジン１の運転状態が定常運転状態から加速運転状態へ移行したとき、まず、気筒の圧縮行程で噴射を終了する最初の噴射を含むように、圧縮行程で少なくとも１回の燃料噴射（早期噴射）が行われる。この早期噴射された燃料は、気筒内の空気の流動によって空気と十分に混合されかつ十分に気化霧化して、ピストン３の上昇に伴う気筒内圧の上昇と共に周囲の酸素と徐々に反応する。そして、圧縮行程終期に燃焼室全体の温度がいわゆる自己着火温度に達すると、爆発的に燃焼する。また、圧縮上死点近傍で最後の燃料噴射（後期噴射）がなされると、その燃料噴霧は極く僅かな着火遅れ期間を経て急速に燃焼する。
【００１１】
このような燃焼状態においては、まず、早期噴射されて相対的に大きく広がった燃料噴霧が十分に気化霧化しかつ空気と混合されて良好に燃焼するので、燃焼室４における空気利用率が極めて高くなる。しかも、その燃料は周囲の酸素と徐々に反応しながら爆発的な燃焼状態へ移行してゆくので、燃焼室温度が自己着火温度に達した後の燃焼圧力や燃焼温度の立ち上がりは過度に急峻にはならない。このことで、ＮＯｘの生成を大幅に低減できる。
【００１２】
また、エンジン１の加速運転状態への移行に伴い燃料噴射量が増量されるが、前記のようにして多くの燃料が早期噴射される結果、総燃料噴射量がかなり多くなっても、圧縮上死点近傍で行う後期噴射の噴射量はあまり多くはならず、しかも、その燃料噴霧は既に燃焼が始まっている高温高圧の燃焼室へ噴射され、速やかに気化霧化されて急速にかつ良好に燃焼されることになる。このことで、燃料噴射の総量がかなり多くても、スモークの増大を抑制できる。
【００１３】
さらに、エンジン１の加速運転状態への移行に伴い、排気還流制御手段３５ｂにより排気還流量調節弁２４が閉じる側に作動され、排気還流量の減少によって新気の吸入空気量が増加するので、エンジン出力を高めつつ、スモークの増大を抑制できる。すなわち、燃料の多段噴射を実行することによりＮＯｘ生成を大幅に低減できるので、その分、排気の還流量を減らし、このことによっても、スモークの低減を図ることができる。
【００１４】
したがって、この構成によれば、エンジン１の運転状態が定常運転状態から加速運転状態へ移行したとき、即ちＮＯｘ低減が難しい上にスモーク増大の虞れが強い運転状態において、排気還流制御と燃料の多段噴射制御とを併せて実行することで、スモークを十分に抑制しつつ、ＮＯｘも従来よりも低減できる。
【００１５】
ここで、前記のような燃料の多段噴射を行うと、早期噴射された燃料の燃焼力の一部がいわゆる逆駆動力になって、エンジンの燃費率が若干、悪化するという難があるが、前記の構成では、加速運転状態への移行後、所定期間が経過すれば、圧縮上死点近傍での一括噴射に切り替えるようにしており、このことで、燃費の悪化を抑制することができる。尚、前記所定期間は、例えば加速運転状態になってから設定時間が経過するまで、又は設定クランク角度だけクランク軸が回転するまでとすればよい。或いは、車両の走行速度やエンジン回転数の上昇度合、又はこれに伴う燃料噴射量の変化等に基づいて、前記所定期間の経過を判定するようにしてもよい。
【００１６】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、排気還流量調節弁が実際に閉じる側に作動したことを検出する閉作動検出手段を設け、噴射時期制御手段は、前記閉作動検出手段により排気還流量調節弁の閉作動が検出されたとき、多段階の燃料噴射を開始させる構成とする。
【００１７】
すなわち、エンジンが加速運転状態に移行した直後は、排気還流制御弁の作動遅れに起因して排気還流量が過度に多くなってしまうことがあり、そのときに燃料の多段噴射を行うと、却って燃焼状態が悪化してスモーク増大を招く虞れがある。そこで、この発明では、閉作動検出手段により排気還流量調節弁の実際の閉作動が検出されたときに多段階の燃料噴射を開始させることで、前記のスモーク増大という弊害を回避できる。
【００１８】
請求項３記載の発明では、請求項１記載の発明において、エンジンの吸気通路における吸入空気量を計測する吸気量センサが設けられ、噴射時期制御手段は、前記吸気量センサにより計測した吸入空気量及び燃料噴射量に基づいて求められる燃焼室の空燃比が設定値以上になったときに、多段階の燃料噴射を開始させる構成とする。
【００１９】
この構成では、エンジンが加速運転状態へ移行したとき、吸気量センサにより計測された吸入空気量と噴射量制御手段により制御される燃料噴射量とに基づいて、燃焼室の実空燃比が求められる。そして、その求められた空燃比が設定値以上になったときに、多段階の燃料噴射が開始される。つまり、エンジンの加速運転状態への移行時に燃焼室の実空燃比が設定値以上になったときに、即ち排気還流量が過度に多い状態でないことを確認した上で、燃料の多段噴射を開始させることで、加速直後の多段噴射に起因するスモーク増大の弊害を確実に回避できる。
【００２０】
請求項４記載の発明では、請求項１記載の発明における排気還流通路はエンジンの吸気通路に接続され、その排気還流通路との接続部よりも吸気上流側の吸気通路に吸気絞り弁が配設されており、エンジンの低回転低負荷領域で前記吸気絞り弁を全開状態よりも閉じた状態に制御する吸気絞り弁制御手段が設けられている構成とする。
【００２１】
すなわち、一般に、ディーゼルエンジンにおいては、吸気通路内の負圧が小さく排気還流通路による排気の還流量を十分に確保し難いので、吸気通路に吸気絞り弁を設けて、吸排気間の差圧を高めることが行われている。このようなものでは、車両の発進時等にエンジンが加速運転状態に移行したとき、前記吸気絞り弁により吸気の流通抵抗が増大しているため、燃焼室への吸入空気量が不足して、スモークが増大する虞れが極めて強い。従って、このように吸気絞り弁を備えたものにおいて、エンジンの加速運転状態への移行時に排気還流制御と燃料の多段噴射とを併せて実行することで、スモークを抑制しつつＮＯｘを低減できることの作用効果は極めて有効なものになる。
【００２２】
請求項５記載の発明では、請求項１に記載の発明において、エンジンの排気流により回転駆動されるタービンと、該タービンに回転一体に連結され、エンジンの吸気を圧縮するブロワとからなるターボ過給機が設けられているものとする。
【００２３】
すなわち、一般に、ターボ過給機を装備したエンジンでは、ターボ過給機のないものに比べて気筒の圧縮比が低く設定されているため、過給圧の低い低回転域における吸気充填効率の低下が著しい。そのため、車両の発進時等にエンジンが加速運転状態に移行したとき、ターボ過給機のないものに比べて、燃焼室の吸入空気量不足によるスモーク増大の虞れが強い。従って、このようにターボ過給機を備えたものにおいて、エンジンの加速運転状態への移行時に排気還流制御と燃料の多段噴射とを併せて実行することで、スモークを抑制しつつＮＯｘを低減できることの作用効果は極めて有効なものになる。
【００２４】
請求項６記載の発明では、請求項１に記載の発明において、燃料を噴射圧以上の高圧状態で蓄える蓄圧室に燃料噴射弁が接続されたコモンレール式燃料噴射系を備えているものとする。このことで、燃料噴射系の構成が具体化され、噴射時期制御手段による燃料噴射時期の制御が実現する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。尚、説明の便宜のため実施形態と類似の構成を有する参考例について先に説明する。
【００２６】
（参考例１）
（全体構成）
図１は本発明の参考例１に係る筒内噴射式エンジンの制御装置Ａの全体構成を示し、１は例えばマニュアルトランスミッションを装備する車両に搭載された４気筒ディーゼルエンジンである。このエンジン１は４つの気筒２，２，…（１つのみ図示する）を有し、その各気筒２内に往復動可能にピストン３が嵌挿されていて、このピストン３によって各気筒２内に燃焼室４が区画されている。また、燃焼室４の上面の略中央部には、インジェクタ５が先端部の噴孔を燃焼室４に臨ませて配設されていて、各気筒毎に所定の噴射タイミングで開閉作動されて、燃焼室４に燃料を直接噴射するようになっている。
【００２７】
前記各インジェクタ５は高圧の燃料を蓄える共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されていて、そのコモンレール６には、内部の燃圧（コモンレール圧）を検出する圧力センサ６ａが配設されているとともに、クランク軸７により駆動される高圧供給ポンプ８が接続されている。この高圧供給ポンプ８は、圧力センサ６ａにより検出されるコモンレール６内の燃圧が所定値以上（例えば、アイドル運転時に４０ＭＰａ、それ以外の運転状態では８０ＭＰａ以上）に保持されるように作動する。また、クランク軸７の一端部にはその回転角度を検出するクランク角センサ９が設けられている。このクランク角センサ９は、クランク軸７の端部に設けた被検出用プレート（図示せず）と、その外周に相対向するように配置された電磁ピックアップとからなり、前記被検出用プレートの外周部全周に亘って形成された突起部の通過に対応してパルス信号を出力するようになっている。
【００２８】
また、１０はエンジン１の燃焼室４に対し図外のエアクリーナで濾過した吸気（空気）を供給する吸気通路であり、この吸気通路１０の下流端部は、図示しないサージタンクを介して気筒毎に分岐して、それぞれ吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に接続されている。また、サージタンク内で各気筒２に供給される過給圧力を検出する過給圧センサ１０ａが設けられている。前記吸気通路１０には上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するエアフローセンサ（吸気量センサ）１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸気を圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞る吸気絞り弁１４とがそれぞれ設けられている。この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設けられたバタフライバルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフラム１５に作用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁１６により調節されることで、弁の開度が制御されるようになっている。
【００２９】
前記エアフローセンサ１１は、流速変動があっても空気流量を確実にとらえることのできる定温度型ホットフィルム式エアフローセンサであり、図示しないが、吸気通路１０に吸気流れ方向と直交するように配置されたヒータと、このヒータを挟んで上流側と下流側とに配置されたホットフィルムとを備えていて、両ホットフィルムの温度の高低に基づいて、吸気通路１０を下流側（各気筒２の側）に向かう正方向流及び上流側に向かう逆流をそれぞれ検出するようになっている。このエアフローセンサ１１による計測値に基づいて、正方向の空気流量のみを計測することができ、排気還流量の制御に逆流による誤差が入ることを避けることができる。
【００３０】
また、図１において２０は各気筒２の燃焼室４から燃焼ガスを排出する排気通路で、この排気通路２０の上流端部は分岐してそれぞれ図示しない排気ポートにより各気筒２の燃焼室４に接続されている。この排気通路２０には、上流側から下流側に向かって順に、排気流により回転されるタービン２１と、排気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ並びにパティキュレートを浄化可能な触媒コンバータ２２とが配設されている。
【００３１】
前記タービン２１及びブロワ１２からなるターボ過給機２５は、図２に示すように、タービン２１を収容するタービン室２１ａに該タービン２１ａの全周を囲むように複数のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…が設けられ、その各フラップ２１ｂが排気流路のノズル断面積Ａを変化させるように回動するＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）である。このＶＧＴの場合、同図（ａ）に示すように、フラップ２１ｂ，２１ｂ，…をタービン２１に対し周方向に向くように位置付けてノズル断面積Ａを小さくすることで、排気流量の少ないエンジン１の低回転域でも過給効率を高めることができる。一方、同図（ｂ）に示すように、フラップ２１ｂ，２１ｂ，…をその先端がタービン２１の中心に向くように位置付けて、ノズル断面積Ａを大きくすれば、排気流量の多いエンジン１の高回転域でも高い過給効率が得られる。
【００３２】
前記排気通路２０は、タービン２１よりも上流側の部位で、排気の一部を吸気側に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）２３の上流端に分岐接続されている。このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞り弁１４よりも吸気下流側の吸気通路１０に接続されており、そのＥＧＲ通路２３の途中の下流端寄りには、開度調節可能な負圧作動式の排気還流量調節弁（以下ＥＧＲ弁という）２４が配置されていて、排気通路２０の排気の一部をＥＧＲ弁２４により流量調節しながら吸気通路１０に還流させるようになっている。
【００３３】
前記ＥＧＲ弁２４は、図３に示すように、弁箱を仕切るダイヤフラム２４ａに弁棒２４ｂが固定され、この弁棒２４ｂの両端にＥＧＲ通路２３の開度をリニアに調節する弁本体２４ｃとリフトセンサ２６とが設けられたものである。前記弁本体２４ｃはスプリング２４ｄによって閉方向（図の下方）に付勢されている一方、弁箱の負圧室（ダイヤフラム２４ａよりも上側の室）には負圧通路２７が接続されている。この負圧通路２７は、負圧制御用の電磁弁２８を介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されており、電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号によって負圧通路２７を連通・遮断することによって、負圧室のＥＧＲ弁駆動負圧が調節され、そのことによって、弁本体２４ｃによりＥＧＲ通路２３の開度がリニアに調節されるようになっている。
【００３４】
つまり、図４（ａ）に示すように、電流が大きくなるに従ってＥＧＲ弁駆動負圧が大きく（圧力が低く）なり、そのＥＧＲ弁駆動負圧に比例して、同図（ｂ）に示すようにＥＧＲ弁本体２４ｃのリフト量が変化する。但し、ＥＧＲ弁本体２４ｃのリフト量の変化にはヒステリシスが見られる。
【００３５】
尚、前記ターボ過給機２５のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…にもＥＧＲ弁２４と同様にダイヤフラム３０が取り付けられていて、負圧制御用の電磁弁３１によりダイヤフラム３０に作用する負圧が調節されることで、前記フラップ２１ｂ，２１ｂ，…の作動量が調節されるようになっている。
【００３６】
前記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…等はコントロールユニット（Electronic Contorol Unit：以下ＥＣＵという）３５からの制御信号によって作動するように構成されている。一方、このＥＣＵ３５には、前記圧力センサ６ａからの出力信号と、クランク角センサ９からの出力信号と、エアフローセンサ１１からの出力信号と、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの出力信号と、図示しないが、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサからの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００３７】
（制御システムの全体構成）
前記ＥＣＵ３５におけるエンジン制御の基本的な処理の概要は図５のブロック図に示されており、基本的にアクセル開度に基づいて基本となる燃料噴射量を決定するとともに、ＥＧＲ弁２４の作動によりＥＧＲ率を調節して、各気筒の空燃比（還流状態量）を均一かつ高精度に制御するようにしている。また、高圧供給ポンプ８の作動によるコモンレール圧力の制御と、吸気絞り弁１４の作動制御と、ターボ過給機２５のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…の作動制御（ＶＧＴ制御）とが行われている。
【００３８】
前記ＥＧＲ率は全排気量中の還流される排気量（ＥＧＲ量）の割合をいう。すなわち、
ＥＧＲ率＝ＥＧＲ量／全排気量
ここで、ＥＧＲ通路２３から吸気通路１０に還流される排気の各気筒２への分配性はそれぞれ異なり、加えて各気筒毎の空気吸入特性自体にもばらつきがあるので、ＥＧＲ通路２３におけるＥＧＲ弁２４の開度を同じにしても、各気筒２におけるＥＧＲ率及び吸入空気量偏差にはばらつきを生じ、ＥＧＲ率の高い気筒ではその吸入空気量が少なく、ＥＧＲ率の低い気筒ではその吸入空気量が多くなる。そこで、基本的には全気筒２に共通の目標空燃比を定め、各気筒毎に吸入空気量を検出して、この吸入空気量に応じて前記目標空燃比となるように気筒毎に排気還流量を制御するようにしている。つまり、各気筒２の吸入空気量に対するＥＧＲ量の割合の均一化を図るのではなく、所定の空燃比を目標として気筒毎に排気還流量を制御しており、このことで、各気筒２の空燃比を均一かつ高精度に制御することができる。
【００３９】
具体的に、前記ＥＣＵ３５には、アクセル開度Acc及びエンジン回転数Neの変化に対して、目標トルクtrqsolの最適値を実験的に決定して記録した二次元マップ３６と、エンジン回転数Ne、目標トルクtrqsol及び新気量（吸入空気量のことであり燃料を含まない。以下、同じ。）FAirの変化に対して、目標燃料噴射量Fsolの最適値を実験的に決定して記録した三次元マップ３７と、エンジン回転数Neと目標トルクtrqsolの変化に対して、目標空燃比A/Fsolの最適値を実験的に決定して記録した二次元マップ３８とがそれぞれメモリ上に電子的に格納されている。
【００４０】
前記目標空燃比A/FsolがＮＯｘの低減とスモークの低減とを両立させるように排気の還流量を決定するための制御目標値となるものである。すなわち、図６にディーゼルエンジンの空燃比と排気中のＮＯｘ量との関係を例示するように、空燃比が上昇するとＮＯｘ量が増大する傾向があるので、排気還流量を多くして空燃比を下げれば、ＮＯｘの発生を少なくすることができる。
【００４１】
しかし、図７に例示すように、同じエンジンの空燃比と排気中のスモーク値との関係によれば、空燃比がリッチ側に変化してある空燃比以下になると、スモーク量が急に増大することが分かる。つまり、ＮＯｘ量の低減のために排気の還流量を多くするといっても限度がある。そこで、この参考例の制御装置Ａでは、排気中のＮＯｘ量の低減とスモーク量の増大抑制との両立を図るために、前記目標空燃比A/Fsolをスモーク量が急増し始める手前のできるだけリッチ側の値に設定している。
【００４２】
1)燃料噴射制御
具体的に、まず、アクセル開度センサ３２により検出されたアクセル開度Accとクランク角センサ９により検出されたエンジン回転数Neとを用いて、目標トルク演算部４１において前記メモリ上の二次元マップ３６を参照して目標トルクtrqsolを決定する。この目標トルクtrqsolと、エアフローセンサ１１によって計測された新気量FAirとエンジン回転数Neとを用いて、目標噴射量演算部４２において前記メモリ上の三次元マップ３７を参照して目標噴射量Fsolを決定する。そして、この目標噴射量Fsolと後述の如く制御されたコモンレール圧力CRPとに基づいて、各インジェクタ５の励磁時間を決定し、それぞれ制御する。前記目標トルク演算部４１及び目標噴射量演算部４２が噴射量制御手段３５ａに対応している。
【００４３】
2)排気還流制御
一方、前記目標トルク演算部４１において求められた目標トルクtrqsolとエンジン回転数Neとを用いて、目標空燃比演算部４３においてメモリ上の二次元マップ３８を参照して、前記のＮＯｘ及びスモークの両立を図るための目標空燃比A/Fsolを決定する。そして、この目標空燃比A/Fsolと前記目標噴射量演算部４２において求められた目標噴射量Fsolとを用いて、目標新気量演算部４４において目標新気量FAsolを算出し（FAsol=Fsol×A/Fsol）、この目標新気量FAsolを目標として、新気量制御部４５において新気量制御を行う。この新気量制御は新気供給量自体を直接調節するのではなく、排気の還流量を調節することによって新気量を変化させるものである。すなわち、新気の補正量を決定するのではなく、目標とする新気量FAsolに基づいてＥＧＲ弁２４の操作量EGRsolを決定し、その操作量EGRsolに対応するようにＥＧＲ弁の開度を制御する。前記目標空燃比演算部４３、目標新気量演算部４４及び新気量制御部４５が排気還流制御手段３５ｂに対応している。
【００４４】
3)コモンレール圧制御
また、ＥＣＵ３５には、目標トルクtrqsol及びエンジン回転数Neの変化における、実験的に決定された最適なコモンレール圧力CRPsolを記録した二次元マップ５０がメモリ上に電子的に格納して備えられており、前記目標トルク演算部４１において得られた目標トルクtrqsolとエンジン回転数Neとを用いて、コモンレール圧力演算部４６において当該マップ５０を参照して目標コモンレール圧力CRPsolを演算し、これを用いてコモンレール圧力を制御する。
【００４５】
前記マップ５０において、コモンレール圧力CRPsolはエンジン回転数Neが高いほど高められるように、また、目標トルクtrqsolが大きいほど高められるように設定されている。これは、エンジン回転数Neが高いほどインジェクタ５の開弁時間を相対的に短くしなくてはならないので、噴射量を確保するために噴射圧を高める必要があるからである。一方、エンジン１の低回転域では、燃料をある程度の長い時間をかけて噴射して、気筒内の空気流動により燃料噴霧を大きく広げることが好ましいので、インジェクタ５の開弁時間を長くしており、それに併せて噴射圧を下げるようにしている。また、目標トルクに関しては、エンジン１への負荷が大きいほど燃料噴射量を多くする必要があるので、その噴射量を確保するために噴射圧を高めるようにしてる。
【００４６】
4)吸気絞り弁制御
ＥＣＵ３５には、目標燃料噴射量Fsol及びエンジン回転数Neの変化における、実験的に決定された最適な目標吸気絞り量THsolを記録した二次元マップ５１をメモリ上に電子的に格納して備えており、前記目標噴射量演算部４２において得られた目標噴射量Fsolとエンジン回転数Neとを用いて、目標吸気絞り量演算部４７において当該マップ５１を参照して目標吸気絞り量THsolを演算し、これを用いて吸気絞り弁１４の開度を制御する。前記目標噴射量演算部４２が吸気絞り弁制御手段３５ｄに対応している。
【００４７】
5)ＶＧＴ制御
さらに、ＥＣＵ３５には、目標トルクtrqsol及びエンジン回転数Neの変化における、実験的に決定された最適な目標過給圧力Boostsolを記録した二次元マップ５２をメモリ上に電子的に格納して備えており、前記目標トルク演算部４１において得られた目標トルクtrqsolとエンジン回転数Neとを用いて、目標過給圧力演算部４８において当該マップ５２を参照して目標過給圧力Boostsolを演算する。そして、この目標過給圧力Boostsolと過給圧センサ１０ａにより検出された吸気絞り弁１４下流の吸気通路１０の吸気圧力Boostとを用いて、過給圧力制御部４９において、吸気圧力Boostが目標過給圧力Boostsolになるようなターボ過給機２５のフラップ２１ｂ，２１ｂ，…の開度VGTsolを演算し、これを用いてフラップ２１ｂ，２１ｂ，…を適正な開度になるように制御する。
【００４８】
（排気還流制御及び燃料噴射量制御の全体の流れ）
次に、前記ＥＣＵ３５による排気還流及び燃料噴射量制御の全体的な流れを図８に基づいて説明する。この制御はメモリ上に電子的に格納された制御プログラムに従い、エンジン１の回転に同期して実行される。
【００４９】
まず、同図のステップＳ１〜Ｓ３に示すように、エアフローセンサ１１によって検出される吸入空気量及びクランク角センサ９によって検出されるクランク角度に基づいて、気筒毎に吸入空気量FAirが求められる。また、クランク角センサ９からの出力によって求められるエンジン回転数Ne、アクセル開度センサ３２によって検出されるアクセル開度Acc及び前記吸入空気量FAirに基づいて、目標燃料噴射量Fsolが求められる（ステップＳ４〜Ｓ６）。
【００５０】
続いて、アクセル開度Acc、エンジン回転数Ne等に基づいてエンジン１が低負荷ないし中負荷の定常運転状態にあるか、或いは加速運転状態にあるかの過渡判定が行なわれ（ステップＳ７）、定常運転時には基本目標空燃比が設定され、それに基づいて目標吸入空気量が求められて、ＥＧＲ弁基本制御が行なわれ、さらに、この基本制御が気筒毎の吸入空気量FAirに基づく気筒毎のＥＧＲ弁制御によって補正される（ステップＳ８〜Ｓ１１）。一方、加速運転時には加速時の目標空燃比が設定され、加速時のＥＧＲ弁制御及び噴射量制御が行なわれる（ステップＳ１２〜Ｓ１４）。
【００５１】
（気筒毎の吸入空気量の演算）
前記エアフローセンサ１１により検出された吸入空気流量は、例えば図９に示すようになっている。同図の斜線を入れた部分が吸気の逆流分であり、この逆流分を差し引いた積分値、即ち実際に各気筒２に吸入された吸入空気量が僅かながら変動していることが見てとれる。
【００５２】
図１０に、前記エアフローセンサ１１を用いた気筒毎の吸入空気量を算出するとき（図８のステップＳ１〜Ｓ３）の具体的な制御手順を示す。すなわち、まずエアフローセンサ１１により検出した吸入空気流量を積分するとともに、そのときの経過時間を計測していって、クランク角度が１８０°ＣＡ変化する都度、その１８０度分の吸入空気流量の積分値Ｑ（=FAir）を当該気筒(i)の吸入空気量Ｑiとし、また、その所要時間（クランクタイマ時間Ｔ）を当該気筒(i)のクランク間隔Ｔiとする。そして、得られた４気筒の吸入空気量Ｑiの平均値を基本吸入空気量Ｑavとして求める（ステップＡ１〜Ａ７）。尚、４気筒の各々には、便宜上、着火順の気筒番号「０，１，２，３」を与えている。
【００５３】
また、当該気筒(i)の吸入空気量の変化率ΔＱi=Ｑi/Ｑi-1及びクランク間隔の変化率ΔＴi=Ｔi/Ｔi-1を、当該気筒(i)よりも１つ前に吸気行程になる気筒(i-1)を基準として求め、続いて、吸気行程の時間を加味した吸入空気量の変化指数ΔＱti＝ΔＱi/ΔＴiを求める（ステップＡ８〜Ａ１０）。ここで、ΔＴiを考慮するのは、トルク変動（クランク軸７の角速度変動）による外乱をできるだけ排除するためであり、この処理は特にトルク変動の大きなアイドル運転時に効を奏する。そして、この変化指数ΔＱtiに基づいて各気筒毎の吸入空気量特性ΔＱt'(i)を次式により求める（ステップＡ１１）。
【００５４】
ΔＱt'(i)＝ΔＱti×ｒ＋ΔＱti′×（１−ｒ）
但し、０＜ｒ≦１
ここで、ΔＱti′は変化指数ΔＱtiの前回値であり、前記の演算を繰り返し実行することで、当該気筒(i)の吸入空気量特性ΔＱt'(i)に変化指数ΔＱtiの今回値及び前回値がそれぞれ所定の割合で反映されていって、吸入空気量に関する気筒間の固体差が徐々に明瞭になっていく。
【００５５】
（過渡判定）
図１１に過渡判定（図８のステップＳ４〜Ｓ７）の具体的な制御手順を示す。この過渡判定は加速判定であり、アクセル開度の変化による判定と、燃料噴射量の変化による判定とを行う。すなわち、エンジン１が定常運転状態から加速運転状態に移行したときには、燃料噴射量の増量に応じて吸入空気量を増やす必要があるので、ＥＧＲ弁２４を速やかに閉じる側に作動させて、排気の還流量を減らすようにしており、そのようなＥＧＲ弁２４の制御を実行するための過渡判定である。尚、車両の減速時には、一部の運転領域を除いて燃料噴射を中断し（フューエルカット）、そのときには、ＥＧＲ弁２４の開度は零として、排気還流を行わないようにしている。
【００５６】
具体的に、まずアクセル開度Accの変化に基づく判定手順として、アクセル開度Accとエンジン回転数Neと吸入空気量Ｑavとを用いて、図５の三次元マップ３７より燃料噴射量Ｆ（＝目標噴射量Fsol）を読み込むとともに、アクセル開度の今回値Accと前回値Acc′とに基づいてその変化量ΔAcc=Acc−Acc′を求める（ステップＢ１〜Ｂ３）。一方、燃料噴射量Ｆとエンジン回転数Neとを用いて二次元マップから加速判定基準αccを読み込む（ステップＢ４）。
【００５７】
この加速判定基準αccは、前記アクセル開度変化量ΔAccに基づいて加速判定をするためのものであり、例えばエンジン回転数Neが高いほど大きくなって加速と判定され難くなる一方、燃料噴射量Ｆが多いほど小さくなって加速と判定され易くなるというように燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Neに対応づけて設定されていて、その設定されたマップがメモリ上に電子的に格納されている。また、低負荷運転時はもともと排気還流量が多いので、アクセル開度の増大変化（燃料噴射量の増量）が大きいときには速やかに排気還流量を低減しなくてはならない。そこで、前記αccは燃料噴射量が多いほど小さくなるように設定されている。
【００５８】
そして、加速係数α＝ΔAcc/αccが１よりも大のときにエンジン１が加速運転状態にあると判定し、加速係数αと別途、求めた目標空燃比ＴA/F（=A/Fsol）とに基づいて、過渡時のＥＧＲ弁操作量ＫＴegr（=EGRsol）をマップから読み込む（ステップＢ５〜Ｂ７）。すなわち、アクセル開度の増大変化が大きいほど排気の還流量を速やかに減らす必要があるので、そのために、前記のＥＧＲ弁操作量ＫＴegrのマップは、加速係数αが大きくなるほどＥＧＲ弁２４の開度が小さくなるようにその操作量が実験的に求められて設定され、メモリ上に電子的に格納されている。
【００５９】
続いて、燃料噴射量の変化に基づく加速判定を行う。前記アクセル開度に基づく加速判定の場合は、その判定に基づいて言わば見込みでＥＧＲ弁操作量を決定するのであるが、次の燃料噴射量に基づく加速判定の場合は、実際の加速要求を燃料噴射量に基づいてチェックし、その加速要求に見合った制御を行なうようにしている。
【００６０】
すなわち、燃料噴射量の今回値Ｆと前回値Ｆ′とに基づいてその変化率ΔＦ
＝Ｆ／Ｆ′を求め、燃料噴射量Ｆとエンジン回転数Neとを用いて二次元マップから加速判定基準Ｆkを読み込む（ステップＢ８，Ｂ９）。このＦkも前記αccと同様に設定されてメモリ上に電子的に格納されている。そして、噴射量変化係数β＝ΔＦ／Ｆkが１よりも大のときに加速運転状態と判定して、加速時の制御に進む一方、小のときには定常運転状態と判定して、定常時の制御に進む（ステップＢ１０，Ｂ１１）。
【００６１】
（定常時の制御）
定常時の制御は図１２に示されており、エンジン回転数Neとアクセル開度Accとを用いて図５の二次元マップ３６から目標トルクＴtrq（＝Trqsol）を読み込み、このＴtrqとNeとを用いて二次元マップ３８から目標空燃比ＴA/F（=A/Fsol）を読み込んで、その目標空燃比ＴA/Fに燃料噴射量Ｆを乗算して、目標吸入空気量ＴＱ（=FAsol）を算出する（ステップＣ１〜Ｃ３）。
【００６２】
前記目標空燃比ＴA/Fは、上述の如くＮＯｘ低減とスモーク低減とを両立できるような値に設定されているが、その値はエンジン１の運転領域、即ちエンジン回転数Ne及びエンジントルクＴtrq（換言すれば、燃料噴射量Ｆ）に応じて少しずつ異なっている。例えば、ターボ過給機２５により十分な過給が行なわれる運転領域では、吸気充填効率が高いため筒内圧縮温度も高くなる上、燃焼室４での空気流動が強くなって空気と燃料との混合状態も良好になり、スモークの生成が極めて少なくなる。従って、エンジン１の高回転域（過給圧が高くなる領域）と低回転域とでは前者の方が目標空燃比をより小さく（リッチ側に）設定することができる。
【００６３】
目標吸入空気量ＴＱの算出に続いて、吸入空気量偏差Ｑerr=ＴＱ−Ｑavを求め、この偏差Ｑerrが零になるようにＰＩＤ制御則に従って基本ＥＧＲ弁操作量Ｔegr（=EGRsol）を求める（ステップＣ４，Ｃ５）。すなわち、例えば、前記偏差Ｑerrに比例制御動作の制御ゲイン（Ｐゲイン）を積算した比例制御項と、前記偏差Ｑerrの積分値に積分制御動作の制御ゲイン（Ｉゲイン）を積算した積分制御項と、前記偏差Ｑerrの微分値に微分制御動作の制御ゲイン（Ｄゲイン）を積算した微分制御項とを合算して、基本ＥＧＲ弁操作量Ｔegrを決定する。ここで、前記比例制御動作の制御ゲインは基本となる値にゲイン係数Ｋを乗算して得られるもので、後述の如くゲイン係数Ｋを減少又は増大補正することで、制御の応答性や収束性を変えることができるようになっている。
【００６４】
基本ＥＧＲ弁操作量Ｔegrの決定に続いて、アクセル開度変化量ΔAccの絶対値が所定の閾値Thaccよりも小さい状態が所定数ｎサイクル連続し且つ燃料噴射が行なわれている、という定常運転状態の確認の条件をチェックする（ステップＣ６）。そして、定常運転状態が確認されると、各気筒毎に順番に（i＝０，１，２，３）、先に求めた吸入空気量特性ΔＱt'(i)とＥＧＲ補正ゲインＥ(i)とに基づいて気筒毎のＥＧＲ弁補正操作量ΔＴegr(i)を算出する（ステップＣ７）。すなわち、
ΔＴegr(i)＝ΔＱt'(i)×Ｅ(i)＋ΔＴegr(i)′
但し、ΔＴegr(i)′は当該気筒(i)のＥＧＲ弁補正操作量の前回値である。そして、前記演算においてΔＱt'(i)の値自体は強調されたものであるが、その演算を繰り返すことで、ＥＧＲ弁補正操作量は徐々に気筒間の固体差に応じた適切な値に到達する。
【００６５】
このようにして、例えば、i＝０，１，２，３の順番に４気筒すべてのＥＧＲ弁補正操作量を求めた後、気筒番号i＝３になれば（ステップＣ８）、その４気筒分のＥＧＲ弁補正操作量の平均値ΔＴegr-avを求める。この平均値は本来は零になるべきものであるが、前記ステップＣ７の演算を行なうと、種々の要因でその平均値がマイナス又はプラスになってしまい、基本ＥＧＲ弁操作量Ｔegrを基準として各気筒２のＥＧＲ弁操作量を補正制御するという本来の目的が損なわれる。そこで、前記平均値ΔＴegr-avがマイナスになれば、その絶対値を前記各気筒２のΔＴegr(i)に加算し、反対にプラスになれば減算することで、平均値ΔＴegr-avを零に補正する（ステップＣ９）。
【００６６】
そして、このようにして得られたΔＴegr(i)を前記基本ＥＧＲ弁操作量Ｔegrに加えて、各気筒２のＥＧＲ弁操作量Ｔegr(i)を求め（ステップＣ１０）、図１３のステップＤ１へ進む。
【００６７】
（加速係数αに基づく加速判定時の制御）
一方、前記図１１のステップＢ６において加速判定がなされたときには、ステップＢ７で求められる過渡時の目標ＥＧＲ弁操作量ＫＴegrは、加速係数α及びＴA/Fの大きさに応じて異なり、加速係数αが所定以上に大きいときにはＥＧＲ弁２４の開度は零とされる。すなわち、運転者の加速要求が大きい場合には、排気の還流が行なわれなくなり、各気筒２の吸入空気量が最大限に大きくなるので、スモーク量の増大を抑えつつ、燃料噴射量を増量してエンジン出力を高めることができるようになる。
【００６８】
また、その場合には、ＥＧＲ弁２４に対しプリセットを与える制御を行ない、エンジン１が前記加速運転状態から再び定常運転状態に移行するときに、排気還流制御に速やかに移行できるようにする。すなわち、ＥＧＲ弁２４によりＥＧＲ通路２３を閉じたとき、弁本体２４ｃがスプリング２４ｄによって弁座に押圧される力ができるだけ小さくなるような、ひいては押圧力が零となるような所定のＥＧＲ弁駆動負圧（プリセット負圧）を負圧室に作用させて、スプリング２４ｄによる閉方向の押圧力とＥＧＲ弁駆動負圧とを釣り合わせるようにしている。このプリセット負圧は、図４（ｂ）に示すように、ＥＧＲ弁２４を閉方向に制御しＥＧＲ弁リフト量が零に到達した時点のＥＧＲ弁駆動負圧である。
【００６９】
具体的に、ＥＧＲ弁２４にプリセット負圧を与えるための制御フローは、図１３に示すようになる。すなわち、まず、ＥＧＲ弁操作量Ｔegrが、ＥＧＲ弁２４のリフト量が零となる操作量であるときは、リフトセンサ２６の値EGRVliFtを読み込む（ステップＤ１，Ｄ２）。そして、この値EGRVliFtがリフト量零に対応する値EGRV0よりも大きいときには、その値EGRV0と等しくなるまでＥＧＲ弁制御を行なって（ステップＤ３，Ｄ４）、前記ＥＧＲ弁駆動負圧をプリセット負圧EGRV0になるまで低下させる。
【００７０】
一方、前記ステップＤ１において、ＥＧＲ弁操作量Ｔegrが前記のリフト量零に対応する操作量でないときには、前記ステップＤ２，Ｄ３の手順は行わずに、通常のＥＧＲ弁制御を実行して（ステップＤ１→Ｄ４）、しかる後にリターンする。
【００７１】
（噴射量変化係数βに基づく加速判定時の制御）
また、図１１のステップＢ１１において加速判定がなされたときには、図１４の各ステップに示すように、まず、噴射量変化係数β、燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Neを用いて、これらの変化における最適な過渡時目標空燃比ＫＴA/F（=A/Fsol）を記録した三次元マップからＫＴA/Fを読み込む（ステップＧ１）。この過渡時目標空燃比ＫＴA/Fは、排気の還流量を低下させてスモークの生成を抑えながら速やかにエンジン出力を高めることができるように、定常時の目標空燃比ＴA/Fよりもリーン側に設定されている。前記三次元マップは、図示しないが、燃料噴射量Ｆが少ないほど、また噴射量変化係数βが大きいほど、さらにはエンジン回転数Neが低いほどそれぞれリーン側になるように、それぞれの値の変化に対する最適なＫＴA/Fの値を実験的に求めて記録したものであり、メモリ上に電子的に格納されている。
【００７２】
続いて、前記の過渡時目標空燃比ＫＴA/Fと燃料噴射量Ｆとに基づいて、過渡時の目標吸入空気量ＴＱ（=FAsol）を算出する（ステップＧ２）。そして、このＴＱに基づいて先の定常運転時と同様にＥＧＲ弁操作量を決定し、排気の還流量を速やかに減らして、吸入空気量を増大させるようにしている（以下のステップＧ５に続く図１２のステップＣ４〜Ｃ６，図１３のステップＤ１〜Ｄ４）。
【００７３】
このように過渡時目標空燃比ＫＴA/Fを定常時よりもリーン側に設定していても、エンジン１が加速運転状態に移行したときには、各気筒２の燃焼室４に噴射される燃料が一時的に過大になる虞れがある。そこで、このフローでは燃料の増量を抑制すべく一定の制限を設けている。すなわち、燃料噴射量Ｆとエンジン回転数Neのマップから限界空燃比LimitA/Fを読み込む（ステップＧ３）。そして、得られた限界空燃比LimitA/Fと現在の吸入空気量Ｑ(i)とに基づいて燃料噴射量のリミット値ＦLimitを算出し、基本噴射量Ｆ、リミット値ＦLimit及び最大噴射量Ｆmaxのうちの最も少ない値を目標噴射量ＴＦとして設定して、図１２のステップＣ４へ進む（ステップＧ４，Ｇ５）。
【００７４】
前記限界空燃比LimitA/F、過渡時の目標空燃比ＫＴA/F及び定常時の目標空燃比ＴA/Fの関係は図１５に示す通りであり、定常時の目標空燃比ＴA/Fよりもリーン側に過渡時の目標空燃比ＫＴA/Fが設定され、反対に定常時の目標空燃比ＴA/Fよりもリッチ側に限界空燃比LimitA/Fが設定されている。この限界空燃比LimitA/Fに対応する限界スモーク量は、定常時の限界スモーク量よりもやや多く、例えば２ＢＵ程度のスモーク量とされている。また、限界空燃比LimitA/Fは、基本的には燃料噴射量が多いほどリーン側に、また、エンジン回転数が高いほどリッチ側に設定することができ、燃料噴射量Ｆとエンジン回転数Neの変化に対して、実験的に求められた最適な値がメモリ上に電子的に記録されている。尚、基本噴射量Ｆは、エンジン回転数Neとアクセル開度Accとによって定まる燃料噴射量であり、最大噴射量Ｆmaxはエンジン１の破壊を招かない燃料噴射量の上限値である。
【００７５】
（吸気絞り弁制御）
次に、ＥＣＵ３５による吸気絞り弁制御について、具体的に図１６及び図１８に示すフローチャート図に基づいて説明する。この制御は排気還流制御と同様、メモリ上に電子的に格納された制御プログラムに従ってエンジン１の回転に同期して実行される。
【００７６】
まず、前記排気還流制御と同様にアクセル開度Acc及びエンジン回転数Neを検出し、燃料噴射量Ｆを読み込み（ステップＨ１〜Ｈ３）、続いて、アクセル開度センサ３２からの出力信号に基づいて、アクセル戻し状態かどうかを判定する（ステップＨ４）。すなわち、アクセル操作量が所定以上、急に減少して、アクセル開度が略零になったＹＥＳならば、ステップＨ５に進んで、アクセル戻し判定フラグFlagの値をFlag＝１とし、続くステップＨ６で、アクセル戻し状態が判定されてからの経過時間を計測するためのカウンタをリセットして（Ｔup＝０）、その後、ステップＨ９に進む。
【００７７】
一方、前記ステップＨ４でアクセル戻し状態でないＮＯと判定されて進んだステップＨ７では、前記アクセル戻し判定フラグFlagの値が１であるか否かを判別し、Flag＝０でＮＯであれば後述のステップＨ１２に進む一方、Flag＝１でＹＥＳであればステップＨ８に進んで、前記カウンタの値をインクリメントして（Ｔup＝Ｔup＋Δｔ）、ステップＨ９に進む。
【００７８】
このステップＨ９では、前記カウンタ値Ｔupが予め設定した所定時間に対応する所定値Ｔup1以下であるか否かを判定し、カウンタ値Ｔupが所定値Ｔup1よりも大きいＮＯと判定されれば、ステップＨ１１に進む一方、カウンタ値Ｔupが所定値Ｔup1以下でＹＥＳであれば、即ち、アクセル戻し状態が判定されてから所定時間が経過するまでの間は、ステップＨ１０に進んで、ＥＧＲ弁の制御ゲインを補正するためのゲイン補正係数γ１を二次元マップから読み込む。
【００７９】
この二次元マップは、アクセル戻し状態に対応してＥＧＲ弁制御の応答性が高まるように、前記ゲイン補正係数γとして相対的に大きな値γ１を設定したもので、図１７に例示するように、吸気絞り量TH及びエンジン回転数Neに対応する最適なゲイン補正係数値γ１を実験的に決定して記録したものである。γ１の値は０＜γ１＜１の範囲でエンジン回転数Neが高いほど、また吸気絞り量THが大きいほど小さくなるように設定されている。尚、このステップで用いる吸気絞り量THは、前回の制御サイクルで設定された値である。
【００８０】
一方、前記ステップＨ９においてカウンタ値Ｔupが所定値Ｔup1よりも大きいＮＯと判定されて進んだステップＨ１１では、アクセル戻し判定フラグをクリアする（Flag＝０）。すなわち、アクセル戻し状態が判定されてから前記所定時間が経過すれば、その次の制御サイクルにおけるステップＨ７でＮＯと判定されてステップＨ１２に進むことになり、このステップＨ１２では、前記二次元マップ（図１７参照）と同様の別の二次元マップからゲイン補正係数γ２を読み込む。この別の二次元マップは、アクセル戻し状態でない通常時のゲイン補正係数γ２を設定したもので、マップの全設定領域において、γ２＜γ１になっている。
【００８１】
前記ステップＨ１０，１１，１２に続いて、図１８のフローチャート図におけるステップＨ１３では、エンジン１がアイドル運転状態にあるかどうかを判定する。すなわち、アクセル全閉でかつ車両の走行速度が零のアイドル運転状態でＹＥＳならば後述のステップＨ１７に進む一方、アイドル運転状態でないＮＯならばステップＨ１４に進み、吸気絞りマップをサーチする。この吸気絞りマップは図５のマップ５１に相当するものであるが、詳しくは図１９に示すように、燃料噴射量Ｆ及びエンジン回転数Neに対応する最適な吸気絞り量TH（＝THsol）が実験的に決定されて記録されたデジタルの二次元マップである。
【００８２】
このマップによれば、エンジン１が高回転域ないし高負荷域にあって、燃料噴射量Ｆないしエンジン回転数Neが大きければ、吸気絞り量THが零に設定されて、吸気絞り弁１４が全開状態に制御される。すなわち、エンジン１の高回転域では吸排気間の差圧が高いことから、排気還流量が多くなって吸入空気量が不足しやすく、また、高負荷域では燃料噴射量が多くなって、相対的に吸入空気量が不足しやすいので、前記吸気絞りマップによれば、エンジン１の高回転域ないし高負荷域で吸気絞り弁１４を全開状態に制御して、吸入空気量の不足に起因するスモーク増大を防止するようにしている。
【００８３】
また、前記マップによれば、高回転域ないし高負荷域を除いた相対的に低負荷の運転状態で、吸気絞り量THは、燃料噴射量Ｆが小さいほど、またエンジン回転数Neが低いほど大きくなるように設定されている。すなわち、エンジン回転数Neが低いほど吸排気間の差圧が小さくなるので、これに対応して吸気絞り弁１４の開度を小さく制御するようにして、吸排気間の差圧を高めて排気の還流量を十分に確保できるようにしている。
【００８４】
前記ステップＨ１４に続いて、ステップＨ１５では、アクセル戻し判定フラグFlagの値と吸気絞りマップのサーチ結果とに基づいて、吸気を絞るかどうかを判定する。すなわち、Flag＝０であるか、或いはFlag＝１であってもエンジン１が高負荷ないし高回転運転状態になっていて、吸気を絞らないＮＯであれば、ステップＨ１９に進む一方、Flag＝１であってかつ前記以外の運転状態で、吸気を絞るＹＥＳであれば、ステップＨ１６に進み、吸気絞りマップから読み込んだ値に従って吸気絞り量THを設定する。また、前記ステップＨ１４において、アイドル運転状態でＹＥＳと判定されて進んだステップＨ１７では、アイドル運転状態に対応して、吸気絞り弁１４が全閉になるように吸気絞り量THを設定する。
【００８５】
そして、前記ステップＨ１６又はＨ１７に続くステップＨ１８では、それらの各ステップで設定された吸気絞り量THに基づいて、負圧制御用の電磁弁１６に制御信号を出力して、吸気絞り弁１４の開度制御を実行する。続いて、ステップＨ１９では、前記ステップＨ１０又はステップＨ１２のいずれか読み込んだゲイン補正係数γに基づいて、ＥＧＲ弁制御における制御ゲインの値を決定するゲイン係数Ｋを演算して、しかる後にリターンする。
【００８６】
Ｋ  ＝  Ｋ×（１＋γ）
ここで、アクセル戻し状態に対応するゲイン補正係数γ１が読み込まれている場合、γ１の値がγ２の値よりも大きい分だけ、ゲイン係数Ｋが通常の運転状態よりも増大され、上述のＥＧＲ弁制御（図１２参照）における比例制御ゲインが大きくなって、ＥＧＲ弁２４の作動応答性が高められる。つまり、アクセル戻し状態が判定されたときから所定時間が経過するまでの間は、アクセル操作量が急変しているような状況であり、その変化に遅れないようにＥＧＲ弁２４の作動応答性を高めることができる。尚、前記所定時間は、例えばマニュアルトランスミッションの変速操作に対応する比較的短い時間（例えば１〜２秒）とすればよく、その短い時間、制御の収束性が悪化してもあまり問題はない。
【００８７】
上述の如き吸気絞り弁制御によれば、例えばエンジン１がアイドル運転状態にあって、車両の発進のためのアクセルペダルの踏み込みが予測されるときに、吸気絞り弁１４が全閉状態にされ、吸排気間の差圧が高められることで、ＥＧＲ弁２４の開度が相対的に小さく（例えば半分くらい開いた状態に）される。そして、車両の発進に伴い、エンジン１が定常運転状態から加速運転状態に移行すると、吸気絞り弁１４が速やかに開作動されるとともに、燃料噴射量の増量に伴いＥＧＲ弁２４も閉じる側に作動されることになるが、上述の如くＥＧＲ弁２４の開度が予め小さくされているので、そのＥＧＲ弁２４の閉作動の遅れを軽減して、空燃比の一時的なリッチ化を抑えることができる。よって、車両の発進時のスモーク発生を軽減することができる。
【００８８】
（燃料噴射時期の設定）
本発明の特徴は、上述の如く排気還流量の調節による間接的な空燃比制御が行われているディーゼルエンジンにおいて、排気中のＮＯｘ低減及びスモーク低減を従来よりも高次元で両立させるために、各気筒２の圧縮行程で燃料を早期及び後期の２回に分けて噴射（以下、多段噴射という）させるようにしたことにある。
【００８９】
すなわち、この参考例では、図２０に例示するように、燃料の多段噴射を行う領域（Ｉ）（同図に斜線を入れて示す領域）と、燃料を一括して噴射する領域（II）と、その一括噴射に加えてパイロット噴射を行う領域（III）とが、予めエンジン回転数Ne及び燃料噴射量Ｆに応じて領域判定マップ５３として設定されていて、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量Ｆにより求められるエンジンの運転状態に応じて、燃料噴射の形態が切換えられるようになっている。
【００９０】
より具体的に、エンジン１の低回転及び中負荷以上の運転領域（Ｉ）では、図２１（ａ）に例示するように、インジェクタ５からの燃料噴射を各気筒２の圧縮行程中期（図例ではＢＴＤＣ９０°ＣＡ）での早期噴射と、圧縮上死点近傍（図例ではＡＴＤＣ２°ＣＡ）での後期噴射とに分けて実行させる。また、それ以外の運転領域（II）及び（III）では、同図（ｂ）に例示するように各気筒２の圧縮上死点近傍（図例ではＡＴＤＣ４°ＣＡ）で、インジェクタ５から燃料を１回の主噴射で一括して噴射させるようにしており、その中でも特に、例えばエンジンのアイドル運転状態に相当する運転領域（III）においては、その主噴射の直前に所定量の燃料を噴射するパイロット噴射も行うようにしている。
【００９１】
次に、前記ＥＣＵ３５による燃料噴射時期制御の処理手順を図２２〜２４に示すフローチャート図に基づいて具体的に説明する。この制御は、前記吸気絞り弁制御等と同様、メモリ上に電子的に格納された制御プログラムに従って、クランク角センサ９からの出力信号に同期して所定クランク角毎に実行される。
【００９２】
まず、図２２に示すように、スタート後のステップＪ１、ステップＪ２において排気還流制御等と同様にしてそれぞれアクセル開度Acc及びエンジン回転数Neを検出し、続いて、水温センサからの出力信号に基づいてエンジン水温を読み込み、さらに、燃料噴射量Ｆ及びコモンレール圧力CRPを読み込む（ステップＪ３〜Ｊ５）。続いて、ステップＪ６では、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量Ｆに対応するエンジン１の運転状態を領域判定マップ５３から読み込み、続くステップＪ７において、エンジン１の運転状態が該領域判定マップ５３における低回転及び中負荷以上の運転領域（Ｉ）にあるかどうかを判定する。この判定がＹＥＳのときには、図２３に示すステップＪ８に進む一方、エンジン１の運転状態が前記運転領域（Ｉ）にないＮＯと判定されれば、図２４に示すステップＪ１５に進む。
【００９３】
図２３のステップＪ８では、コモンレール圧力CRP及び燃料噴射量Ｆに基づいて、これらの値に対応する燃料噴射パルス幅Ｗallをメモリ上のマップから読み込む。この噴射パルス幅Ｗallは、各気筒２の圧縮行程で燃料を早期噴射及び後期噴射の２回に分けて多段噴射する場合に、その２回分の噴射パルス幅を合わせたものに相当する。また、前記マップは、コモンレール圧力CRP及び燃料噴射量Ｆの変化に対応する噴射パルス幅Ｗallの最適な値を実験的に求めて記録したものであり、このマップでは、噴射パルス幅Ｗallは燃料噴射量Ｆが大きいほど長く、またコモンレール圧力CRPが高いほど短くなるように設定されている。
【００９４】
続いて、ステップＪ９では、前記ステップＪ８で求めた噴射パルス幅Ｗallに基づいて後期噴射のパルス幅Ｗ2を決定する。この後期噴射のパルス幅Ｗ2は、噴射パルス幅Ｗallに対応する最適な値が実験的に求められて、マップとしてメモリに格納されており、このマップから読み込まれる。そのマップによれば、Ｗallが相対的に小さい範囲でＷ2はＷallに等しくなる一方、Ｗallが相対的に大きな範囲では、Ｗ2はＷallの増加とともに増大するもののその増大割合は徐々に小さくなって、最終的にはＷallの約半分くらいになるように設定されている。
【００９５】
続いて、ステップＪ１０では、エンジン水温及びコモンレール圧力CRP等に基づいて、後期噴射タイミングＴW2を決定する。この後期噴射タイミングＴW2は、エンジン水温、エンジン回転数Ne及びコモンレール圧力CRPに対する最適な値が実験的に求められてマップとして記録されており、このマップから読み込まれる。そのマップによれば、噴射タイミングはエンジン水温が低いほど、またエンジン回転数Neが低いほど早められる一方、コモンレール圧力CRPが高いほど遅くなるように設定されている。これは、エンジン水温が異なれば燃料噴霧の着火遅れ時間が異なり、またコモンレール圧力CRPの変化によって燃料噴霧の貫通力が変化するので、それらの変化に伴い最適な噴射タイミングが変化するからである。
【００９６】
続いて、ステップＪ１１において、後期噴射の噴射パルス幅Ｗ2及び噴射タイミングＴW2を設定する。尚、この噴射タイミングＴW2は燃料噴射を終了するタイミングであり、噴射を開始するタイミングは前記噴射タイミングＴW2を基礎として、噴射パルス幅Ｗ2が長いほど早められる一方、噴射パルス幅Ｗ2が短いほど遅くされる。続いて、ステップＪ１２では、噴射パルス幅Ｗallから後期噴射のパルス幅Ｗ2を減算して、早期噴射の噴射パルス幅Ｗ1を算出する。そして、ステップＪ１３では、前記ステップＪ１０と同様にエンジン水温及びコモンレール圧力CRP等に基づいて、マップから早期噴射タイミングＴW1を読み込み、続くステップＪ１４では、早期噴射の噴射パルス幅Ｗ1及び噴射タイミングＴW1を設定して、しかる後にリターンする。
【００９７】
つまり、エンジン１の運転状態が低回転及び中負荷以上の運転領域（Ｉ）にあるとき、多段噴射の実行判定がなされて、各気筒２の圧縮行程で燃料を早期及び後期の２回に分けて噴射させるようにしている。
【００９８】
これに対し、前記ステップＪ７でエンジン１の運転状態が運転領域（Ｉ）にない、即ち運転領域（II）又は（III）にあると判定されて進んだステップＪ１５（図２４参照）では、コモンレール圧力CRP及び燃料噴射量Ｆに基づいて、ステップＪ８と同様のマップから主噴射パルス幅Ｗmを読み込む。この主噴射パルス幅Ｗmは、各気筒２の圧縮上死点近傍で燃料を一括して噴射する主噴射のためのものである。続いて、ステップＪ１６において、エンジン水温及びコモンレール圧力CRP等に基づいて、ステップＪ１０と同様のマップから主噴射タイミングＴmを読み込み、続くステップＪ１７では、主噴射パルス幅Ｗm及び主噴射タイミングＴmを設定して、ステップＪ１８に進む。尚、この主噴射タイミングＴmも燃料噴射を終了するタイミングである。
【００９９】
続いて、ステップＪ１８，Ｊ１９では、今度はパイロット噴射の実行判定を行う。すなわち、ステップＪ１８では、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量Ｆに対応するエンジン１の運転状態を領域判定マップ５３から読み込み、続くステップＪ１９で、エンジン１の運転状態が運転領域（III）にあるかどうかを判定する。この判定がＮＯのとき、即ち運転領域（II）にあるときには、パイロット噴射は行わずにリターンする一方、判定がＹＥＳのときにはステップＪ２０に進んで、ステップＪ８，Ｊ１５と同様にして、マップからパイロット噴射パルス幅Ｗpを読み込む。このマップでは、パイロット噴射パルス幅Ｗpは主噴射パルス幅Ｗmの約１０％程度とされるとともに、コモンレール圧力CRPが高いほど短くなるように設定されている。
【０１００】
続いて、ステップＪ２１では、前記パイロット噴射パルス幅Ｗpと主噴射の噴射タイミングＴmとに基づいて、パイロット噴射の実行時期Ｔpを演算する。すなわち、パイロット噴射の終了後に所定間隔を空けて主噴射が開始されるようなパイロット噴射タイミングＴpを求める。そして、ステップＪ２２では、パイロット噴射の噴射パルス幅Ｗp及び噴射タイミングＴpを設定して、しかる後にリターンする。
【０１０１】
つまり、エンジン１の運転状態が運転領域（II）又は（III）にあるときには、各気筒２の圧縮上死点近傍での１回の主噴射により、燃料を一括して噴射させるようにしており、特に運転領域（III）、即ちエンジン１が例えばアイドル運転状態になっているときには、パイロット噴射により前記主噴射の予混合燃焼における燃焼圧力及び燃焼温度の急な立ち上がりを和らげて、エンジン１の騒音を低減させるようにしている。
【０１０２】
前記図２３に示すステップＪ８〜Ｊ１４の各ステップにより、エンジン１が低回転及び中負荷以上の運転領域（Ｉ）にあって排気還流が行われているときに、インジェクタ５による燃料噴射を、気筒２の圧縮行程中期での早期噴射と圧縮上死点近傍での後期噴射との２段階に分けて実行させる噴射時期制御手段３５ｃが構成されている。
【０１０３】
次に、参考例１に係る制御装置Ａの作用効果を図２６及び図２７に基づいて説明する。
【０１０４】
この参考例では、エンジン１の運転状態が低回転及び中負荷以上の運転領域（Ｉ）にあるときに、各気筒２の圧縮行程中期で１回の燃焼サイクルにおける総噴射量のうちの略１/３以上の燃料が早期噴射される。この早期噴射された燃料は、気筒内の空気の流動によって空気と混合されかつ十分に気化霧化して、ピストン３の上昇に伴う気筒内圧の上昇と共に周囲の酸素と徐々に反応する。そして、圧縮行程終期に燃焼室全体の温度がいわゆる自己着火温度に達すると、爆発的に燃焼する。一方、圧縮上死点近傍では残りの燃料が後期噴射され、この後期噴射の燃料噴霧は極く僅かな着火遅れ期間を経て急速に燃焼する。
【０１０５】
このような多段噴射による燃焼によれば、まず、早期噴射された燃料噴霧が相対的に大きく広がって空気と混合され、かつ十分に気化霧化して良好に燃焼するので、燃焼室４の空気利用率が極めて高くなる。しかも、その燃料噴霧は周囲の酸素と徐々に反応しながら爆発的な燃焼状態へと移行してゆくので、自己着火後の予混合燃焼が過度に激しくなることがない。すなわち、燃料の多段噴射を行ったときには、例えば図２５に実線で示すように、各気筒２の筒内圧力Ｐは圧縮上死点（ＴＤＣ）の手前で一括噴射の場合（同図に破線で示す）よりも高くなり、その後、爆発的な燃焼により立ち上がってピーク値となるが、そのピーク値が一括噴射の場合に比べて低くなっている。しかもその燃焼圧力の立ち上がりも一括噴射の場合に比べて緩やかになる。よって、ＮＯｘの生成を大幅に低減できる。
【０１０６】
一方、そのようにして多くの燃料を早期噴射した結果、１回の燃焼サイクルにおける燃料噴射量Ｆの総量がかなり多くても、後期噴射の噴射量はあまり多くはならず、しかもその後期噴射の燃料噴霧は既に燃焼が始まっている高温高圧の燃焼室４へ噴射されるので、速やかに気化霧化されて急速にかつ良好に燃焼される。このことで、燃料噴射量Ｆが多いにも拘わらずスモーク増大が抑制される。
【０１０７】
図２６は、前記多段噴射によるＮＯｘ及びスモークの低減を確かめるために本発明者が行った実験結果の一例を示すものである。その実験ではこの参考例と略同じ構成の直列４気筒直噴式ディーゼルエンジンを用い、低回転かつ中負荷の一定の運転条件の下でＥＧＲ率を所定範囲内で変化させながら、燃料を多段噴射する場合と一括噴射する場合のそれぞれについて排気中のＮＯｘ濃度とスモーク濃度をと計測している。また、この実験の際のＥＧＲ率の変化に対する燃費率の変化を計測した結果は図２７に示されている。
【０１０８】
前記図２６によれば、燃料を多段噴射した場合には、一括噴射の場合に比べてＮＯｘ濃度が大幅に低くなっており、またその際ＥＧＲ率が同図に示す点Ｘに対応する値よりも低くなっていれば、スモークも低減できることが分かる。すなわち、燃焼室への排気の還流量をあまり多くする必要のない場合には、燃料の多段噴射とＥＧＲ率の制御とを組み合わせることで、スモーク増大を招くことなくＮＯｘを大幅に低減することや、ＮＯｘ及びスモークを両方共に減らすことができるのである。
【０１０９】
したがって、この参考例１では、エンジン１の低回転及び中負荷以上の運転領域（Ｉ）における大気へのＮＯｘ排出量を、燃料の多段噴射によって大幅に低減することができる。しかも、それと同時に排気還流制御における空燃比の目標値を従来よりも大きく（リーン側に）して、同じ運転状態のときの排気の還流量を従来よりも減らすようにすることで、排気中のスモークも低減できる。よって、排気中のＮＯｘ低減及びスモーク低減を従来よりも高い次元で両立させるることができる。
【０１１０】
特に、この参考例の場合、ＥＧＲ通路２３との接続部よりも上流側の吸気通路１０に吸気絞り弁１４を設け、この吸気絞り弁１４をエンジン１の低回転低負荷運転状態で所定量閉じて、吸気通路１０内の負圧を大きくさせるようにしている。そのため、例えば車両の発進時にエンジン１が前記低回転低負荷の運転状態から加速運転状態に移行したときには、前記吸気絞り弁１４により吸気通路１０の吸気の流通抵抗が増大しているため、燃焼室４への吸入空気量が不足して、スモークが増大する虞れが極めて強い。従って、そのような場合に排気還流量を減少させるとともに、燃料の多段噴射を実行して、スモークを抑制しつつＮＯｘを低減できることが、極めて有効になる。
【０１１１】
また、この参考例のディーゼルエンジン１には、排気流により駆動されて吸気を圧縮するターボ過給機２５が設けられており、ターボ過給機のないものに比べて気筒２の圧縮比が低く設定されているので、過給圧の低いエンジン低回転域における吸気充填効率の低下が著しい。そのため、例えば車両の発進時にエンジン１が加速運転状態に移行したときには、燃焼室４における吸入空気量不足が甚だしく、このことがスモーク増大を招くことになる。従って、車両の発進時等に排気還流量を減少させ、かつ燃料の多段噴射を実行することによって、スモークを抑制しつつＮＯｘを低減できることは、極めて有効である。
【０１１２】
さらに、この参考例では、エンジン１の運転状態が、低回転及び中負荷以上の運転領域（Ｉ）以外の運転領域（II）にあるときには、燃料噴射を通常通り圧縮上死点近傍で一括して実行させるようにしている。すなわち、燃料の多段噴射を実行すると、早期噴射された燃料の燃焼力の一部がいわゆる逆駆動力になるので、前記図２７に示すように、ＥＧＲ率に拘わらず一括噴射の場合よりも燃費率が悪化する。そこで、前記運転領域（Ｉ）では排気の清浄化を優先して、多段噴射をする一方、運転領域（II）では一括噴射とすることによって、多段噴射に伴う燃費の悪化を抑制することができる。
【０１１３】
（参考例２）
上述の如く参考例１では、エンジン１の低回転及び中負荷以上の運転領域（Ｉ）で燃料の多段噴射を実行するようにしているが（図２２のステップＪ６，Ｊ７）、多段噴射を実行するどうかは、主に燃焼室４の空燃比に基づいて判定するようにしてもよい。
【０１１４】
具体的に、例えば図２８のフローチャート図に示すように、ステップＪ１〜Ｊ５の各ステップにおいて、参考例１と同様にアクセル開度Acc、エンジン回転数Ne、エンジン水温、燃料噴射量Ｆ及びコモンレール圧力CRPを入力し、さらに、ステップＪ６１において、エアフローセンサ１１からの出力信号に基づいて求められる吸入空気量Ｑiを読み込み、続くステップＪ６２において前記吸入空気量Ｑiを燃料噴射量Ｆで除算して、実空燃比A/Fを算出する。
【０１１５】
続いて、ステップＪ６３では、図２９に例示するような領域判定マップ５４において、エンジン回転数Ne及び実空燃比A/Fに基づいて、燃料の多段噴射を行う運転領域（ア）（同図に斜線を入れて示す領域）であるか、又は燃料を一括して噴射する運転領域（イ）であるかを判定する。そして、エンジン１の運転状態が運転領域（ア）にあるＹＥＳならば、図２３のステップＪ８に進んで、燃料の多段噴射を実行する一方、運転領域（イ）にあるＮＯならば、図２４のステップＪ１５に進んで、燃料の一括噴射を実行する。
【０１１６】
前記領域判定マップ５４は、予めエンジン回転数Ne及び空燃比A/Fに応じて前記運転領域（ア）、（イ）を設定したもので、エンジン回転数Neが高くなるに従い徐々に値が小さくなるように設定した空燃比の境界値（設定値）A/F＊に対して、A/F≧A/F＊の側が燃料の多段噴射を行う運転領域（ア）とされ、反対側が燃料を一括して噴射する運転領域（イ）とされている。ここで、燃焼室４の空燃比A/Fは排気の還流量の調節によって間接的に制御されているので、前記領域判定マップ５４において空燃比A/F≧A/F＊になるということは、すなわちＥＧＲ率が所定値以下になっていることと対応している。
【０１１７】
つまり、この参考例２によれば、例えば図２６のグラフにおける点Ｘに対応するＥＧＲ率を基準値とし、この基準値に対応するように前記空燃比の境界値A/F＊を設定するようにすれば、エンジン１の実際のＥＧＲ率が前記基準値以下になっているときに、燃料の多段噴射を行うようにすることができる。そのようにすれば、同図にも明らかなように、前記参考例１と同様に排気中のＮＯｘ低減及びスモーク低減を高い次元で両立させることができる。
【０１１８】
また、反対に空燃比A/F＜A/F＊となる運転領域（イ）では、燃料を一括して噴射するようにしており、このことで、前記参考例１と同様に多段噴射に伴う燃費の悪化を抑制することができる。
【０１１９】
尚、前記領域判定マップ５４において、境界値A/F＊の値がエンジン１の高回転側ほど小さくなっているのは、エンジン１の低回転域で気筒２の吸気充填効率が低下していることや、高回転域では低回転域に比べてＥＧＲ率を高めても燃焼安定性が損なわれないことによるものである。
【０１２０】
（実施形態）
図３０は本発明の実施形態における燃料噴射時期制御の具体的な処理手順を示す。この実施形態に係る筒内噴射式エンジンの制御装置Ａの構成は参考例１、２のものと同様なので、参考例１と同じ構成要素については同一符号を付して、その説明は省略する。
【０１２１】
そして、この実施形態の制御装置Ａは、エンジン１が定常運転状態から加速運転状態に移行したときに排気の還流量を減らすとともに燃料の多段噴射を実行することで、排気中のＮＯｘを従来よりも低減しつつ、加速初期におけるスモーク増大の抑制を図るようにしたものである。
【０１２２】
具体的には、まず、図３０のステップＬ１〜Ｌ５の各ステップにおいて、前記参考例１の燃料噴射制御におけるステップＪ１〜Ｊ５の各ステップ（図２２参照）と同じくアクセル開度Acc、エンジン回転数Ne、エンジン水温、燃料噴射量Ｆ及びコモンレール圧力CRPを入力する。続いて、ステップＬ６では、排気還流制御における過渡判定（図１１参照）と同様にして、エンジン１が加速運転状態になったか（加速開始か？）どうかを判定する。すなわち、アクセル開度の変化に対応する加速係数αと燃料噴射量の変化に対応する噴射量変化係数βとに基づいて、α≦１かつβ≦１の定常運転状態からα＞１又はβ＞１に変化して、加速運転状態になったＹＥＳと判定されたとき、ステップＬ７に進む一方、それ以外の場合、即ち前記定常運転状態であるか又は継続して加速運転状態になっていれば、ステップＬ１０に進む。
【０１２３】
ステップＬ７では、エンジン１が加速運転状態に移行したときに多段噴射を行う期間であることを示す多段噴射実行フラグFlagspの値を１とし（Flagsp＝１）、続くステップＬ８で、前記多段噴射を行う期間を計測するためのカウンタをリセットして（カウンタ値Ｔdown＝Ｔdown0）、ステップＬ９に進む。このステップＬ９では、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６からの出力信号に基づいて、該ＥＧＲ弁２４が前記加速判定の前に比べて実際に閉じる側に動作したかどうかを判定する。すなわち、例えばＥＧＲ弁２４の開度が前記ステップＬ６における加速判定時点よりも所定以上、小さくなったか、或いはＥＧＲ弁２４の開度が予め設定した所定開度よりも小さくなったときには、ＥＧＲ弁２４が閉じる側に作動したＹＥＳと判定して、図２３のステップＪ８に進み、以下、同図のステップＪ８〜Ｊ１４の各ステップにおいて、燃料の多段噴射を実行する。一方、ＥＧＲ弁２４が未だ閉作動していないＮＯと判定したときには、図２４のステップＪ１５に進んで燃料を主に圧縮上死点近傍の主噴射により一括して噴射させる。
【０１２４】
つまり、エンジン１の運転状態が定常運転状態から加速運転状態に移行したときには、さらにＥＧＲ弁２４が実際に閉じる側に作動したことを確認した上で、燃料の多段噴射を開始させるようにしている。
【０１２５】
これに対し、前記ステップＬ６で、エンジン１が定常運転状態であるか又は継続して加速運転状態になっていると判定されて進んだステップＬ１０では、多段噴射実行フラグFlagspの値が１であるか否かを判別し、Flagsp＝０でＮＯならば、多段噴射を行う期間でないと判定して図２４のステップＪ１５に進み、以下、同図のステップＪ１５〜Ｊ２２の各ステップにおいて、燃料の一括噴射を実行する。一方、Flagsp＝１でＹＥＳであればステップＬ１１に進んで、前記カウンタをカウントダウンして、ステップＬ１２に進む。このステップＬ１２では、カウンタ値Ｔdownが零になったか否かを判別し、カウンタ値Ｔdownが零でないＮＯと判別されれば、多段噴射を行う期間であると判定して、前記ステップＬ９に進む。一方、カウンタ値Ｔdown＝０でＹＥＳであれば、多段噴射を行う期間は終了したと判定して、ステップＬ１３に進み、多段噴射実行フラグFlagspをクリアして（Flagsp＝０）、図２４のステップＪ１５に進む。
【０１２６】
つまり、エンジン１の運転状態が定常運転状態から加速運転状態に移行して、燃料の噴射形態を一括噴射から多段噴射に切換えた後、カウンタにより計測される設定時間が経過するまでは継続して多段噴射を行わせる一方、その設定時間が経過すれば、エンジン１が加速運転状態であっても一括噴射に切り換えるようにしている。このことで、加速開始時の燃料増量に伴うスモークの増大を多段噴射によって十分に抑制できるだけでなく、設定時間の経過後に一括噴射に切り換えることで、多段噴射に伴う燃費の悪化を抑制することができる。
【０１２７】
前記図３０に示す多段噴射開始判定のフローにおいて、ステップＬ９により、ＥＧＲ弁（排気還流量調節弁）２４が実際に閉じる側に作動したことを検出する閉作動検出手３５ｅが構成されている。
【０１２８】
したがって、この実施形態によれば、エンジン１の運転状態が定常運転状態から加速運転状態へ移行したときに、燃料の多段噴射制御が行われることによって、前記参考例１と同じくＮＯｘの生成を大幅に低減できる。しかも、加速運転状態への移行に伴い燃料噴射量Ｆが増量されて、ＥＧＲ弁２４が閉じる側に作動されるとともに、吸気絞り弁１４が全開状態にされて新気の吸入空気量が増加し、このことで、エンジン１の加速運転に対応して出力を高めることができる。また、そのようにして燃料の多段噴射と、ＥＧＲ率の低減とが併せて行われることで、車両の加速に伴うスモーク増大を十分に抑制できる。
【０１２９】
さらに、この実施形態では、エンジン１が加速運転状態になった後にカウンタにより計測される設定時間が経過すれば、加速運転の途中であっても一括噴射に切り換えるようにしており、このことで、加速初期の燃料増量に伴うスモーク増大を十分に抑制できるだけでなく、加速途中からは一括噴射に切り換えることで、多段噴射に伴う燃費の悪化を抑制することができる。
【０１３０】
加えて、この実施形態では、エンジン１の加速運転状態への移行が判定されたとき、リフトセンサ２６からの出力信号に基づいてＥＧＲ弁２４の閉作動を確認した上で、多段噴射を開始するようにしている。すなわち、エンジン１が加速運転状態になった直後は、ＥＧＲ弁２４の作動遅れに起因して一時的に排気の還流量が過剰な状態になるので、この状態で燃料の多段噴射を行うと却って燃焼状態が悪化して、スモーク増大を招く虞れがある。この弊害は吸気絞り弁制御（図１８参照）によってＥＧＲ弁２４の作動遅れを軽減していても完全には解消されない。そこで、ＥＧＲ弁２４が実際に閉作動した後に燃料の多段噴射を開始することで、前記のスモーク増大を回避することができる。
【０１３１】
（実施形態の変形例）
上述の如く前記実施形態では、エンジン１が定常運転状態から加速運転状態に移行したときに、ＥＧＲ弁２４の閉作動を確認した上で燃料の多段噴射を開始することで、加速開始直後のスモーク増大を回避するようにしている。これに対し、ＥＧＲ弁２４の閉作動を検出する代わりにエンジン１の燃焼室４の空燃比を検出して、その検出結果に基づいて、多段噴射を開始するどうかを決定するようにしてもよい。
【０１３２】
具体的に、前記図３０に示す燃料噴射制御のフローのステップＬ９において、加速運転初期の多段噴射を実行する期間であると判定したとき、図３１のフローチャートに示すステップＬ１００に進んで、エアフローセンサ１１からの出力信号に基づいて求められる吸入空気量Ｑiを読み込み、続くステップＬ１０１において前記吸入空気量Ｑiを燃料噴射量Ｆで除算して、実空燃比A/Fを算出する。続いて、ステップＬ１０２では、エンジン回転数Ne及び実空燃比A/Fに基づいて、図３２に例示するような領域判定マップ５５を参照して、燃焼室４の空燃比状態が多段噴射を行う運転領域（ア）にあるか、又は一括噴射を行う運転領域（イ）にあるかを判定する。そして、空燃比A/Fが境界値A/F＊以上になっていて、前記運転領域（ア）にあるＹＥＳならば、図２３のステップＪ８に進んで燃料の多段噴射を実行する一方、空燃比A/Fが境界値A/F＊よりも小さく運転領域（イ）でＮＯならば、図２４のステップＪ１５に進んで燃料の一括噴射を実行する。
【０１３３】
尚、前記領域判定マップ５５は、図２９に示す領域判定マップ５４と同様に構成され、運転領域（ア）及び（イ）の境界A/F＊が空燃比リッチ側にシフトしたものである、すなわち、エンジン１の加速運転状態では、運転者の加速要求に応えるために出力を高める必要があり、そのためには、定常運転状態に比べて空燃比のリッチな領域まで多段噴射をさせるようにすれば、スモークの抑制という点ではやや不利になるものの、エンジン出力を十分に高めることができるのである。
【０１３４】
そして、この変形例によれば、前記実施形態と同じくエンジン１の運転状態が定常運転状態から加速運転状態へ移行したときに燃料の多段噴射が行われ、かつＥＧＲ率が小さくされることで、ＮＯｘの生成を低減しつつ、スモーク増大を十分に抑制できる。また、エンジン１の加速運転状態に対応してエンジン出力を高めることができる。
【０１３５】
また、この変形例では、エンジン１が加速運転状態になって、かつ燃焼室４の空燃比が設定値以上になったことを確認した上で、燃料の多段噴射を開始するようにしているので、エンジン１が定常運転状態から加速運転状態に移行したとき、仮に吸気絞り弁１４の開作動が遅れて吸入空気量が不足したり、或いはＥＧＲ弁２４の閉作動の遅れが大きくなったりして、燃焼室４の空燃比が一時的に過度にリッチな状態になったとしても、そのような状態では多段噴射は行われず、空燃比A/Fが確実に境界値A/F＊以上になった後に多段噴射を開始することができる。このことで、加速開始直後にスモークが増大することを前期実施形態２よりもさらに確実に回避することができる。
（他の実施形態）
なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記実施形態や参考例において燃料を多段噴射する場合には、気筒の１燃焼サイクルにおける燃料噴射量の１/３以上を１回の早期噴射で噴射し、かつ残りを後期噴射するようにしているが、これに限らず、早期噴射を２回又は３回以上としてもよい。その場合には、複数回の早期噴射をいずれも圧縮行程でかつＢＴＤＣ３０°ＣＡで実行し、かつそれらの早期噴射による総噴射量を気筒の１燃焼サイクルにおける燃料噴射量の１/３以上とすることが好ましい。
【０１３６】
また、前記参考例では、エンジン１が低回転及び中負荷以上の運転領域（Ｉ）にあるときに燃料の多段噴射を実行するようにしており、一方、実施形態では、エンジン１が定常運転状態から加速運転状態に移行したときに燃料の多段噴射を実行するようにしているが、これらを両方共に実行するようにしてもよい。
【０１３７】
また、前記実施形態や参考例では、エンジン１の各気筒毎への排気還流量を調節することで、該各気筒２の燃焼室４における空燃比を均一にかつ目標値になるように制御しているが、これに限らず、４つの気筒２の全部についてまとめて制御するようにしたものであってもよい。
【０１３８】
さらに、前記実施形態や参考例では、本発明に係る制御装置Ａを、吸気を圧縮するターボ過給機２５を備え、吸気通路１０に吸気絞り弁１４が配設されていて、コモンレール式燃料噴射系によりエンジン１の各気筒２の燃焼室４に燃料を直接、噴射供給するようにした直噴式ディーゼルエンジン１に適用しているが、これに限るものではない。すなわち、本発明はターボ過給機２５を装備していないものや、吸気絞り弁１４が設けられていないものにも適用できる。また、コモンレール式燃料噴射系の代わりに、各気筒毎にユニットインジェクタが設けられているようなディーゼルエンジンにも適用可能である。さらに、本発明はいわゆる直噴式ガソリンエンジンに適用することも可能である。
【０１３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明における筒内噴射式エンジンの制御装置によると、エンジンの運転状態が定常運転状態から加速運転状態へ移行したときに所定期間、燃料を、気筒の圧縮行程で噴射を終了する最初の燃料噴射と圧縮上死点近傍で行う最後の燃料噴射とを含む多段階に分けて噴射させるとともに、排気の還流量を減少させることで、燃焼室における空気利用率を高めつつ予混合燃焼時の燃焼圧力や燃焼温度の立ち上がりを適度に緩和して、ＮＯｘの生成を大幅に低減でき、また、燃料を速やかに気化霧化させ、急速にかつ良好に燃焼させて、スモークの増大を抑制できる。従って、排気中のスモークを十分に抑制しつつ、ＮＯｘを従来よりも低減できる。しかも、エンジンが加速運転状態に移行して前記所定期間が経過すれば、一括の燃料噴射に切り替えることで、燃費の悪化を抑制できる。
【０１４０】
請求項２記載の発明によると、エンジンが加速運転状態に移行したとき、排気還流量調節弁の実際の閉作動を確認した上で多段階の燃料噴射を開始させることで、加速開始直後のスモーク増大を回避できる。
【０１４１】
請求項３記載の発明によると、エンジンが加速運転状態に移行したとき、燃焼室の実空燃比が設定値以上になったことを確認した上で多段階の燃料噴射を開始させることで、加速開始直後のスモーク増大を確実に回避できる。
【０１４２】
請求項４記載の発明によると、吸気通路に吸気絞り弁が配設されている場合に、また、請求項５記載の発明によると、ターボ過給機を装備しているエンジンにおいて、いずれも車両の発進時等にスモーク増大を抑制しつつＮＯｘを低減できるという効果が極めて有効なものになる。
【０１４３】
請求項６記載の発明によると、いわゆるコモンレール式燃料噴射系によって、噴射時期制御手段による燃料噴射時期の制御が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態及び参考例に係るエンジンの全体構成図である。
【図２】  ターボ過給機の一部を、Ａ／Ｒ小の状態（ａ）、又はＡ／Ｒ大の状態（ｂ）でそれぞれ示す説明図である。
【図３】  ＥＧＲ弁及びその駆動系の構成図である。
【図４】  ＥＧＲ弁の駆動電流と駆動負圧（ａ）、又はリフト量（ｂ）との関係をそれぞれ示すグラフ図である。
【図５】  参考例１に係るエンジンの制御系の全体構成図である。
【図６】  空燃比とＮＯｘ排出量との関係を示すグラフ図である。
【図７】  空燃比とスモーク値との関係を示すグラフ図である。
【図８】  排気還流及び燃料噴射量制御の基本フローを示す図である。
【図９】  エンジンの吸入空気流量の時間変化を示すグラフ図である。
【図１０】  吸入空気量の算出手順を示すフローチャート図である。
【図１１】  過渡判定の処理手順を示すフローチャート図である。
【図１２】  ＥＧＲ弁操作量の算出手順を示すフローチャート図である。
【図１３】  プリセットを与える制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図１４】  過渡時の燃料噴射量制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図１５】  定常時の目標空燃比、過渡時の目標空燃比及び過渡時の限界空燃比の関係を示すグラフ図である。
【図１６】  排気還流制御の制御ゲインを補正する手順を示すフローチャート図である。
【図１７】  吸気絞り量及びエンジン回転数に対するゲイン補正係数を設定したマップの一例を示す図である。
【図１８】  吸気絞り弁制御の処理手順を示すフローチャート図である。
【図１９】  燃料噴射量及びエンジン回転数に対する吸気絞り量を設定したマップの一例を示す図である。
【図２０】  燃料の多段噴射を行うか一括噴射を行うかの判定に用いる領域マップの一例を示す図である。
【図２１】  燃料の多段噴射及び一括噴射の時期をそれぞれ示すタイムチャート図である。
【図２２】  コントロールユニットで行われる燃料噴射時期制御の処理手順の前半部を示すフローチャート図である。
【図２３】  燃料噴射時期制御の後半部で多段噴射の場合の処理手順を示すフローチャート図である。
【図２４】  燃料噴射時期制御の後半部で一括噴射の場合の処理手順を示すフローチャート図である。
【図２５】  燃料を多段噴射したときの燃焼圧波形を一括噴射したときのものと比較して示す説明図である。
【図２６】  燃料を多段噴射したときと一括噴射したときのそれぞれについて、ＥＧＲ率を所定範囲で変化させたときの排気中のＮＯｘ濃度とスモーク濃度とを互いに関連づけて示すグラフ図である。
【図２７】  燃料を多段噴射したときと一括噴射したときのそれぞれについて、ＥＧＲ率の変化に対する燃費率の変化を示すグラフ図である。
【図２８】  参考例２に係る図２２相当図である。
【図２９】  参考例２に係る図２０相当図である。
【図３０】  本発明の実施形態に係る図２２相当図である。
【図３１】  実施形態の変形例において燃焼室の空燃比に基づいて燃料の噴射形態を切替える手順を示すフローチャート図である。
【図３２】  実施形態の変形例に係る図２９相当図である。
【符号の説明】
Ａ      筒内噴射式エンジンの制御装置
１      ディーゼルエンジン
２      気筒
４      燃焼室
５      インジェクタ（燃料噴射弁）
６      蓄圧室
１０    吸気通路（吸気系）
１１    エアフローセンサ（吸気量センサ）
１２    ブロワ
１４    吸気絞り弁
２０    排気通路
２１    タービン
２３    排気還流通路
２４    ＥＧＲ弁（排気還流量調節弁）
２５    ターボ過給機
３５ａ  噴射量制御手段
３５ｂ  排気還流制御手段
３５ｃ  噴射時期制御手段
３５ｄ  吸気絞り弁制御手段
３５ｅ  閉作動検出手段
A/F     空燃比（還流状態量）
A/F＊   空燃比の境界値（設定値）
TA/F,KTA/F    空燃比の目標値
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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