JP2012041893A - Diesel engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve acceleration performance in a diesel engine in which an EGR rate is adjusted according to the engine load.SOLUTION: The engine 1 includes an exhaust gas recirculation valve 51a for adjusting an EGR gas amount to be introduced into a cylinder 11a, and a PCM10 for adjusting oxygen concentration in the cylinder 11a by controlling the exhaust gas recirculation valve 51a. The PCM10 is configured to control the opening of the exhaust gas recirculation valve 51a according to a required load so that in-cylinder oxygen concentration is once decreased and then increased as a required load of the engine 1 increases. The PCM10, when the engine 1 is accelerated beyond a load corresponding to a minimum value from a low load side than the load corresponding to the minimum value of the in-cylinder oxygen concentration, adjusts a controlled variable of the exhaust gas recirculation valve 51a so that the oxygen concentration may be increased as an increasing rate of the required load is increased.

Description

本発明は、軽油を主成分とする燃料が供給されるディーゼルエンジンに関するものである。   The present invention relates to a diesel engine to which a fuel mainly composed of light oil is supplied.

従来より、ディーゼルエンジンにおいて、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲという）を行うことによってエミッション性能を向上させるものが知られている（特許文献１参照）。このＥＧＲを行うことによって、燃焼温度を低下させてＮＯｘ発生量を低減させることができる。そして、気筒内に導入されるＥＧＲガス量は、ＥＧＲ弁の開度を調整することによって制御される。   2. Description of the Related Art Conventionally, diesel engines that improve emission performance by performing exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) are known (see Patent Document 1). By performing this EGR, the combustion temperature can be lowered and the amount of NOx generated can be reduced. The amount of EGR gas introduced into the cylinder is controlled by adjusting the opening of the EGR valve.

特開２００９−２９３３８３号公報JP 2009-293383 A

前述の如く、エミッション性能を向上させる観点からＥＧＲガスを気筒内へ導入することが好ましいが、エンジン負荷（即ち、要求トルク）が高い運転領域ではＥＧＲガス量をあまり多くすることができない。つまり、エンジン負荷が高い運転領域においては、燃料噴射量が多いため、それに合わせて気筒内の酸素濃度を上昇させる必要がある。そのため、高負荷の運転領域では、気筒内のＥＧＲ率を下げるようにＥＧＲ弁が制御され、酸素濃度が高くなるように調整される。   As described above, it is preferable to introduce the EGR gas into the cylinder from the viewpoint of improving the emission performance, but the EGR gas amount cannot be increased so much in the operation region where the engine load (that is, the required torque) is high. In other words, in the operating region where the engine load is high, the amount of fuel injection is large, so the oxygen concentration in the cylinder must be increased accordingly. Therefore, in the high load operation region, the EGR valve is controlled so as to lower the EGR rate in the cylinder, and the oxygen concentration is adjusted to be higher.

このようにＥＧＲ弁が制御される構成においては、エンジンの加速時に以下のような問題が生じる。すなわち、エンジンの加速時には、エンジンの運転状態が高負荷側へと遷移していく。エンジン負荷を大きくするためには燃料供給量を増大させる必要があるが、燃料供給量を増やすためには、気筒内がその供給量に応じた酸素濃度になっている必要がある。つまり、加速要求に迅速に応えるには、気筒内の酸素濃度を迅速に調整する必要がある。ところが、酸素濃度を上昇させるべくＥＧＲ弁を閉じる方向へ調整しても、気筒内のＥＧＲ率が急に変化するわけではなく、その応答には遅れが生じる。つまり、ＥＧＲ弁の調整に対する気筒内の酸素濃度の応答性が悪いため、加速要求に応じた適切な量の燃料を適切なタイミングで供給することが難しい。その結果、適切に加速できないという問題がある。   In the configuration in which the EGR valve is controlled in this way, the following problems occur when the engine is accelerated. That is, when the engine is accelerated, the operating state of the engine shifts to the high load side. In order to increase the engine load, it is necessary to increase the fuel supply amount. However, in order to increase the fuel supply amount, the inside of the cylinder needs to have an oxygen concentration corresponding to the supply amount. That is, in order to quickly respond to the acceleration request, it is necessary to quickly adjust the oxygen concentration in the cylinder. However, even if the EGR valve is adjusted to close in order to increase the oxygen concentration, the EGR rate in the cylinder does not change suddenly, and a response is delayed. That is, since the responsiveness of the oxygen concentration in the cylinder to the adjustment of the EGR valve is poor, it is difficult to supply an appropriate amount of fuel according to the acceleration request at an appropriate timing. As a result, there is a problem that it cannot be accelerated appropriately.

ここに開示された技術は、か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、エンジン負荷に伴ってＥＧＲ率を調整するディーゼルエンジンにおいて加速性能を向上させることにある。   The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and an object thereof is to improve acceleration performance in a diesel engine that adjusts an EGR rate in accordance with an engine load.

ここに開示された技術は、軽油を主成分とする燃料が供給されるエンジン本体を備えたディーゼルエンジンを対象とする。このディーゼルエンジンは、前記エンジン本体の気筒内に導入するＥＧＲガス量を調整するためのＥＧＲ弁と、前記ＥＧＲ弁を制御することによって前記気筒内の酸素濃度を調整するＥＧＲ弁制御部とをさらに備え、前記ＥＧＲ弁制御部は、前記エンジン本体の要求負荷の増大に伴って前記気筒内の酸素濃度が一旦低下した後に上昇するように、前記要求負荷に応じて前記ＥＧＲ弁の開度を制御するように構成されており、前記エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、前記要求負荷の増加率が大きくなるほど前記酸素濃度が高くなるように前記ＥＧＲ弁の制御量を調整するものとする。   The technology disclosed herein is directed to a diesel engine including an engine body to which fuel mainly composed of light oil is supplied. The diesel engine further includes an EGR valve for adjusting the amount of EGR gas introduced into the cylinder of the engine body, and an EGR valve control unit for adjusting the oxygen concentration in the cylinder by controlling the EGR valve. The EGR valve control unit controls the opening degree of the EGR valve according to the required load so that the oxygen concentration in the cylinder once increases and then increases as the required load of the engine body increases. When the engine body is accelerated from a load lower than the load corresponding to the minimum value of the oxygen concentration beyond the load corresponding to the minimum value, the increase rate of the required load is The control amount of the EGR valve is adjusted so that the oxygen concentration increases as the value increases.

前記ディーゼルエンジンは、エンジン本体の要求負荷に応じて気筒内の酸素濃度（以下、単に「筒内酸素濃度」ともいう）を調整する。詳しくは、エンジン本体の要求負荷が低いときには筒内酸素濃度が高く調整される。要求負荷が低いときには燃料供給量が少ないために燃焼が不安定となるが、筒内酸素濃度を高くすることによって、燃料安定性を向上させ得る。それよりも、エンジン本体の要求負荷が大きいときには、ＥＧＲ弁が開かれ、筒内酸素濃度が低く調整される。筒内酸素濃度を低下させることによって、燃焼温度を抑制することができ、エミッション性能を向上させ得る。エンジン本体の要求負荷がさらに大きいときには、ＥＧＲ弁が閉じる方向に制御して、筒内酸素濃度が高く調整される。要求負荷が大きいときには、燃料供給量を増加させる必要があり、燃料供給量を増加させるためには筒内酸素濃度を高くしておく必要がある。つまり、要求負荷が高いときには筒内酸素濃度を高くすることによって、燃料供給量を所望の通りに増大させることができ、所望の要求負荷を出力することができるようになる。   The diesel engine adjusts the oxygen concentration in the cylinder (hereinafter also simply referred to as “in-cylinder oxygen concentration”) in accordance with the required load of the engine body. Specifically, the in-cylinder oxygen concentration is adjusted to be high when the required load on the engine body is low. When the required load is low, the fuel supply amount is small and combustion becomes unstable. However, the fuel stability can be improved by increasing the in-cylinder oxygen concentration. When the required load on the engine body is larger than that, the EGR valve is opened and the in-cylinder oxygen concentration is adjusted low. By reducing the in-cylinder oxygen concentration, the combustion temperature can be suppressed and the emission performance can be improved. When the required load on the engine main body is larger, the in-cylinder oxygen concentration is adjusted to be high by controlling the EGR valve to close. When the required load is large, it is necessary to increase the fuel supply amount. In order to increase the fuel supply amount, it is necessary to increase the in-cylinder oxygen concentration. That is, by increasing the in-cylinder oxygen concentration when the required load is high, the fuel supply amount can be increased as desired, and the desired required load can be output.

そして、筒内酸素濃度がこのような態様で制御されることを前提として、エンジン本体の要求負荷の増加率が大きいほど、ＥＧＲ弁の制御量が、筒内酸素濃度が高くなる側へ調整される。すなわち、エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、要求負荷の増大に応じて、筒内酸素濃度が上昇するようにＥＧＲ弁が制御される。筒内酸素濃度がそのような変化態様で調整される場合、要求負荷の増加率が大きいとき、即ち、急加速時には、筒内酸素濃度を早急に上昇させる必要がある。それに対して、ＥＧＲ弁の制御量を、要求負荷の増加率が大きくなるほど筒内酸素濃度が高くなるように調整している。つまり、要求負荷の増加率が大きいときには、筒内酸素濃度が予め高めに設定されることになる。その結果、要求負荷が早急に増大しても、筒内酸素濃度が前もって高めに設定されているため、要求負荷の早急な増大に伴う燃料供給量の早急な増加に応じることができる。これにより、迅速な加速を実現することができる。   Assuming that the in-cylinder oxygen concentration is controlled in this manner, the control amount of the EGR valve is adjusted to a higher in-cylinder oxygen concentration as the increase rate of the required load of the engine body is larger. The That is, when the engine body is accelerated from the low load side beyond the load corresponding to the minimum value of the oxygen concentration and exceeding the load corresponding to the minimum value, the in-cylinder oxygen concentration increases as the required load increases. Thus, the EGR valve is controlled. When the in-cylinder oxygen concentration is adjusted in such a manner of change, it is necessary to quickly increase the in-cylinder oxygen concentration when the increase rate of the required load is large, that is, during rapid acceleration. On the other hand, the control amount of the EGR valve is adjusted so that the in-cylinder oxygen concentration increases as the increase rate of the required load increases. That is, when the increase rate of the required load is large, the in-cylinder oxygen concentration is set to be high in advance. As a result, even if the required load increases rapidly, the in-cylinder oxygen concentration is set to be high in advance, so that it is possible to respond to a rapid increase in the fuel supply amount accompanying the rapid increase in required load. Thereby, quick acceleration can be realized.

また、前記ＥＧＲ弁制御部は、前記エンジン本体の要求負荷の増大に伴って前記気筒内の酸素濃度が一旦低下した後に上昇するように、前記ＥＧＲ弁の開度を前記エンジン本体の要求負荷の増大に伴って一旦増大させた後に減少させるように制御しており、前記エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、前記要求負荷の増加率が大きくなるほど前記ＥＧＲ弁の開度の極大値を小さくするように前記ＥＧＲ弁の制御量を調整するようにしてもよい。   Further, the EGR valve control unit adjusts the opening degree of the EGR valve to the required load of the engine body so that the oxygen concentration in the cylinder once increases as the required load of the engine body increases. The engine body is controlled to increase once and then decrease with increase, and the engine body is accelerated from the lower load side than the load corresponding to the minimum value of the oxygen concentration over the load corresponding to the minimum value. In this case, the control amount of the EGR valve may be adjusted so that the maximum value of the opening degree of the EGR valve decreases as the increase rate of the required load increases.

すなわち、ＥＧＲ弁の開度を大きくすると、筒内酸素濃度が低くなり、ＥＧＲ弁の開度を小さくすると、筒内酸素濃度が高くなるので、ＥＧＲ弁の開度を筒内酸素濃度の変化態様と逆の態様で変化させる。このように制御されるＥＧＲ弁の開度は、筒内酸素濃度が極小値を持つのと同様に、極大値を持つことになる。そこで、エンジン本体の要求負荷の増加率が大きくなるほどＥＧＲ弁の開度の極大値を小さくするように制御量を調整することによって、エンジン本体の要求負荷の増加率が大きくなるほど筒内酸素濃度を全体的に高くなる方向へ調整することができる。   That is, when the opening degree of the EGR valve is increased, the in-cylinder oxygen concentration is decreased, and when the opening degree of the EGR valve is decreased, the in-cylinder oxygen concentration is increased. And change in the opposite manner. The opening degree of the EGR valve controlled in this way has a maximum value in the same manner as the in-cylinder oxygen concentration has a minimum value. Therefore, by adjusting the control amount so that the maximum value of the opening degree of the EGR valve becomes smaller as the increase rate of the required load of the engine body becomes larger, the in-cylinder oxygen concentration becomes smaller as the increase rate of the required load of the engine body becomes larger. Adjustment can be made in the direction of increasing overall.

さらに、前記ＥＧＲ弁制御部は、前記エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、前記要求負荷の増加率が大きくなるほど前記ＥＧＲ弁の開弁動作速度を遅くすることによって、前記ＥＧＲ弁の制御量を調整することが好ましい。   Further, the EGR valve control unit is configured to increase the required load when the engine body is accelerated from a lower load side than the load corresponding to the minimum value of the oxygen concentration and exceeding the load corresponding to the minimum value. It is preferable to adjust the control amount of the EGR valve by slowing the valve opening operation speed of the EGR valve as the value increases.

このようにＥＧＲ弁の開弁動作速度を遅くすると、ＥＧＲ弁を開くときに限り、その応答性が低下する。そのため、ＥＧＲ弁を開くときには、その開度が目標値に到達し難くなり、ひいては、筒内酸素濃度も目標値に到達し難くなる。すなわち、ＥＧＲ弁を開くときは筒内酸素濃度を減少させるときであるため、筒内酸素濃度を減少させるときには、筒内酸素濃度が目標値に達する速度が遅くなる。ここで、筒内酸素濃度をエンジン本体の要求負荷の増大に伴って一旦低下した後に上昇するように調整する構成においては、筒内酸素濃度が減少から増大に転じる際に、筒内酸素濃度が目標極小値に達する前に上昇し始めることになる。そして、ＥＧＲ弁の動作速度が遅くなるのは、開弁動作だけで、閉弁動作については動作速度が遅くなっていないため、筒内酸素濃度を上昇させるときにはＥＧＲ弁が迅速に閉じられる。   As described above, when the valve opening operation speed of the EGR valve is slowed down, the responsiveness is lowered only when the EGR valve is opened. Therefore, when the EGR valve is opened, the opening degree does not easily reach the target value, and consequently, the in-cylinder oxygen concentration also does not easily reach the target value. That is, since the EGR valve is opened when the in-cylinder oxygen concentration is decreased, the speed at which the in-cylinder oxygen concentration reaches the target value is decreased when the in-cylinder oxygen concentration is decreased. Here, in the configuration in which the in-cylinder oxygen concentration is adjusted so as to increase after decreasing once as the required load of the engine body increases, the in-cylinder oxygen concentration is reduced when the in-cylinder oxygen concentration starts to increase from the decrease. It will begin to rise before the target minimum is reached. The operation speed of the EGR valve is slow only in the valve opening operation, and the operation speed is not slow in the valve closing operation. Therefore, when the in-cylinder oxygen concentration is increased, the EGR valve is quickly closed.

その結果、要求負荷の増加率が大きいほど筒内酸素濃度が目標極小値まで低下し難くなって、一旦低下した後上昇する筒内酸素濃度は、要求負荷の増加率が大きいほど極小値の近傍を中心に濃度が高くなる方向へ調整される。   As a result, as the increase rate of the required load increases, the in-cylinder oxygen concentration is less likely to decrease to the target minimum value. The density is adjusted to increase in the center.

ここで、筒内酸素濃度を高くする方法としては、ＥＧＲ弁の開度の目標値を変更することも考えられる。しかし、筒内酸素濃度を高めに調整するのは、要求負荷が増大するときだけでよい。目標値を変更してしまうと、要求負荷が定常状態になったときであっても、ＥＧＲ弁の開度は変更後の目標値にしか達しない。それに対し、ＥＧＲ弁の動作速度を変更する場合には、応答性が低下するものの、ＥＧＲ弁の開度はいずれは目標値に達する。つまり、要求負荷の定常状態においては、目標通りの筒内酸素濃度となる。つまり、定常状態における筒内酸素濃度まで不要に変更してしまうことを防止することができる。   Here, as a method of increasing the in-cylinder oxygen concentration, it is conceivable to change the target value of the opening degree of the EGR valve. However, it is only necessary to adjust the in-cylinder oxygen concentration to be higher when the required load increases. If the target value is changed, the opening degree of the EGR valve only reaches the changed target value even when the required load is in a steady state. On the other hand, when the operating speed of the EGR valve is changed, the responsiveness decreases, but the opening degree of the EGR valve eventually reaches the target value. That is, in the steady state of the required load, the in-cylinder oxygen concentration is as intended. That is, it is possible to prevent unnecessary changes to the in-cylinder oxygen concentration in the steady state.

また、前記ディーゼルエンジンは、前記エンジン本体の燃焼状態を制御する燃焼制御部をさらに備え、前記燃焼制御部は、前記エンジン本体の要求負荷が所定の低負荷側であって且つ定常状態でＥＧＲが実行されるＥＧＲ運転領域内の所定の運転領域では、前記エンジン本体に予混合燃焼を行わせる予混合燃焼モードとなる一方、該ＥＧＲ運転領域内の、該予混合燃焼モードの運転領域よりも低負荷側の所定の運転領域と高負荷側の所定の運転領域とでは、前記エンジン本体に拡散燃焼を行わせる拡散燃焼モードとなるように構成されていると共に、該予混合燃焼モードの運転領域では、該低負荷側及び高負荷側の拡散燃焼モードの運転領域よりも前記気筒内の酸素濃度が高くなるように、前記ＥＧＲ弁制御部に前記ＥＧＲ弁を制御させており、前記低負荷側の拡散燃焼モードの運転領域から前記高負荷側の拡散燃焼モードの運転領域まで加速するときであって且つ前記要求負荷の増加率が所定値以上の急加速時には、前記予混合燃焼モードとなることなく、前記拡散燃焼モードのまま前記エンジン本体の燃焼を実行するようにしてもよい。   The diesel engine further includes a combustion control unit that controls a combustion state of the engine body, and the combustion control unit has an EGR in a steady state when a required load of the engine body is a predetermined low load side. In a predetermined operation region in the EGR operation region to be executed, a premixed combustion mode in which the engine main body performs premixed combustion is set, but in the EGR operation region, the operation region is lower than the operation region in the premixed combustion mode. The predetermined operation region on the load side and the predetermined operation region on the high load side are configured to be in a diffusion combustion mode in which the engine body performs diffusion combustion, and in the operation region in the premixed combustion mode, The EGR valve control unit controls the EGR valve so that the oxygen concentration in the cylinder is higher than the operation range of the diffusion combustion mode on the low load side and the high load side. The premixing is performed when accelerating from the low load side diffusion combustion mode operation region to the high load side diffusion combustion mode operation region and when the required load increase rate is a rapid acceleration exceeding a predetermined value. The combustion of the engine body may be performed in the diffusion combustion mode without entering the combustion mode.

前記の構成によれば、エンジン本体の負荷が所定の低負荷側であって且つ定常状態でＥＧＲが実行されるＥＧＲ運転領域内には、予混合燃焼モードとなる運転領域が含まれており、さらに、予混合燃焼モードの運転領域よりも低負荷側と高負荷側とに拡散燃焼モードとなる運転領域が含まれている。通常、ＥＧＲ運転領域では、要求負荷が増大するにつれて、低負荷側の拡散燃焼モード、予混合燃焼モード、高負荷側の拡散燃焼モードに切り替わる。ここで、予混合燃焼を実行するためには、ある程度の着火遅れが必要であり、そのためには気筒内の酸素濃度が低い必要がある。そこで、燃焼モードが前記のように切り替わる構成においては、低負荷側の拡散燃焼モードの運転領域から予混合燃焼モードの運転領域に向かっては筒内酸素濃度が低くなるように調整され、予混合燃焼モードの運転領域から高負荷側の拡散燃焼モードの運転領域に向かっては筒内酸素濃度が高くなるように調整される。   According to the above configuration, the EGR operation region where the load of the engine body is on the predetermined low load side and EGR is executed in a steady state includes the operation region in which the premixed combustion mode is set, Further, an operation region in which the diffusion combustion mode is set is included on the low load side and the high load side than the operation region in the premixed combustion mode. Normally, in the EGR operation region, as the required load increases, the diffusion combustion mode on the low load side, the premixed combustion mode, and the diffusion combustion mode on the high load side are switched. Here, in order to perform the premixed combustion, a certain ignition delay is required, and for that purpose, the oxygen concentration in the cylinder needs to be low. Therefore, in the configuration in which the combustion mode is switched as described above, the in-cylinder oxygen concentration is adjusted so as to decrease from the low load side diffusion combustion mode operation region to the premix combustion mode operation region. The in-cylinder oxygen concentration is adjusted so as to increase from the combustion mode operation region toward the high load side diffusion combustion mode operation region.

しかしながら、前述の如く、要求負荷の増加率が大きくなるほど筒内酸素濃度が高くなるようにＥＧＲ弁の制御量を調整する場合には、要求負荷の増加率が大きいときには、予混合燃焼モードとなるはずの運転領域であっても、筒内酸素濃度が予混合燃焼を実施できる程度まで上昇していない虞がある。それにもかかわらず、予混合燃焼を実行すると、燃焼が不安定になってしまう。それに対して、要求負荷の増加率が所定値以上の急加速時には、予混合燃焼モードになることなく、拡散燃焼モードのままエンジン本体の燃焼を実行する。この要求負荷の増加率の所定値は、前述の如く、要求負荷の増加率が大きくなるほど筒内酸素濃度が高くなるようにＥＧＲ弁の制御量を調整した結果、予混合燃焼モードに対応する運転領域における筒内酸素濃度が予混合燃焼を実行するのが難しい値となるような要求負荷の増加率である。こうすることによって、予混合燃焼を実行し難い環境では予混合燃焼を避けて拡散燃焼とすることで燃焼を安定化させることができる。   However, as described above, when the control amount of the EGR valve is adjusted so that the in-cylinder oxygen concentration increases as the increase rate of the required load increases, the premixed combustion mode is set when the increase rate of the required load is large. Even in the expected operating region, the in-cylinder oxygen concentration may not increase to such an extent that premixed combustion can be performed. Nevertheless, when premixed combustion is performed, the combustion becomes unstable. On the other hand, when the rate of increase of the required load is sudden acceleration of a predetermined value or more, the engine body is combusted in the diffusion combustion mode without entering the premixed combustion mode. As described above, the predetermined value of the increase rate of the required load is obtained by adjusting the control amount of the EGR valve so that the in-cylinder oxygen concentration increases as the increase rate of the required load increases. The increase rate of the required load is such that the in-cylinder oxygen concentration in the region becomes a value that makes it difficult to perform the premixed combustion. By doing so, in an environment in which premixed combustion is difficult to execute, combustion can be stabilized by avoiding premixed combustion and performing diffusion combustion.

本発明によれば、エンジン本体の要求負荷の増大に伴って気筒内の酸素濃度が一旦低下した後に上昇するようにＥＧＲ弁を制御する構成において、要求負荷の増加率が大きくなるほど気筒内の酸素濃度が高くなるようにＥＧＲ弁の制御量を調整することによって、要求負荷の増加率が大きくても要求負荷の増大に伴う燃料供給量の増加に早急に応じることができるため、適切な加速を実行することができる。   According to the present invention, in the configuration in which the EGR valve is controlled so that the oxygen concentration in the cylinder once increases and then increases as the required load of the engine body increases, the oxygen in the cylinder increases as the increase rate of the required load increases. By adjusting the control amount of the EGR valve so that the concentration becomes high, even if the increase rate of the required load is large, it is possible to respond quickly to the increase in the fuel supply amount accompanying the increase in the required load. Can be executed.

ディーゼルエンジンの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of a diesel engine. ディーゼルエンジンの制御に係るブロック図である。It is a block diagram concerning control of a diesel engine. エンジンの状態に応じた燃焼モードを示すマップである。It is a map which shows the combustion mode according to the state of the engine. 低負荷側拡散領域における拡散燃焼モードにおける燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。It is a figure which shows an example of the fuel injection form in the diffusion combustion mode in a low load side spreading | diffusion area | region, and an example of the log | history of the heat release rate accompanying it. 予混合燃焼モードにおける燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。It is a figure which shows an example of the fuel injection form in a premix combustion mode, and an example of the log | history of the heat release rate in connection with it. 高負荷側拡散領域における拡散燃焼モードにおける燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。It is a figure which shows an example of the fuel injection form in the diffusion combustion mode in a high load side diffusion area | region, and an example of the log | history of the heat release rate in connection with it. エンジン負荷及び回転数に対する筒内酸素濃度の変化特性図の一例である。It is an example of the change characteristic figure of cylinder oxygen concentration with respect to engine load and rotation speed. 排気ガス還流弁の制御量を、要求負荷の増加率に応じて調整する際のフローチャートである。It is a flowchart at the time of adjusting the control amount of an exhaust gas recirculation valve according to the increase rate of a request | requirement load. 要求負荷の増加率に応じて調整される、エンジン負荷に対する筒内酸素濃度の変化特性の一例である。It is an example of the change characteristic of the in-cylinder oxygen concentration with respect to the engine load, which is adjusted according to the increase rate of the required load. 要求負荷の増加率に応じた、エンジン負荷、回転数及び筒内酸素濃度の変化特性図の一例である。It is an example of a change characteristic figure of engine load, number of rotations, and in-cylinder oxygen concentration according to the increase rate of demand load.

以下、実施形態に係るディーゼルエンジン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ない。図１，２は、実施形態に係るエンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンであって、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン１３とを有している。このエンジン１の各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン１４の頂面にはリエントラント形燃焼室１４ａを区画するキャビティが形成されている。このピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランクシャフト１５と連結されている。   Hereinafter, the diesel engine which concerns on embodiment is demonstrated based on drawing. The following description of the preferred embodiment is merely exemplary in nature. 1 and 2 show a schematic configuration of an engine (engine body) 1 according to the embodiment. The engine 1 is a diesel engine that is mounted on a vehicle and is supplied with fuel mainly composed of light oil. The cylinder block 11 is provided with a plurality of cylinders 11a (only one is shown), and the cylinder A cylinder head 12 disposed on the block 11 and an oil pan 13 disposed on the lower side of the cylinder block 11 and storing lubricating oil are provided. In each cylinder 11a of the engine 1, a piston 14 is fitted and removably fitted. A top surface of the piston 14 is formed with a cavity defining a reentrant combustion chamber 14a. The piston 14 is connected to the crankshaft 15 via a connecting rod 14b.

そうして、このエンジン１は、その幾何学的圧縮比を１２以上１５以下（例えば１４）とした、比較的低圧縮比となるように構成されており、これによって排気エミッション性能の向上及び熱効率の向上を図るようにしている。   Thus, the engine 1 is configured to have a relatively low compression ratio with a geometric compression ratio of 12 or more and 15 or less (for example, 14), thereby improving exhaust emission performance and thermal efficiency. It is trying to improve.

上記シリンダヘッド１２には、各気筒１１ａ毎に吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されているとともに、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の燃焼室１４ａ側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。   In the cylinder head 12, an intake port 16 and an exhaust port 17 are formed for each cylinder 11a, and an intake valve 21 and an exhaust valve that open and close the opening of the intake port 16 and the exhaust port 17 on the combustion chamber 14a side. 22 are arranged respectively.

これら吸排気弁２１，２２をそれぞれ駆動する動弁系において、排気弁側には、当該排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＭ（Variable Valve Motion）と称する）が設けられている。このＶＶＭ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を１つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁に伝達するロストモーション機構を含んで構成されており、第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。   In the valve systems that drive these intake and exhaust valves 21 and 22, respectively, a hydraulically operated variable mechanism that switches the operation mode of the exhaust valve 22 between a normal mode and a special mode on the exhaust valve side (see FIG. 2 below). VVM (Variable Valve Motion). Although detailed illustration of the configuration of the VVM 71 is omitted, two types of cams having different cam profiles, a first cam having one cam peak and a second cam having two cam peaks, and the first cam When a lost motion mechanism that selectively transmits the operating state of one of the first and second cams to the exhaust valve is included, and the operating state of the first cam is transmitted to the exhaust valve 22 The exhaust valve 22 operates in a normal mode in which the valve is opened only once during the exhaust stroke, whereas when the operating state of the second cam is transmitted to the exhaust valve 22, the exhaust valve 22 is in the exhaust stroke. In addition, the valve operates in a special mode in which the exhaust is opened twice so that the valve is opened during the intake stroke.

ＶＶＭ７１の通常モードと特殊モードとの切り替えは、エンジン駆動の油圧ポンプ（図示省略）から供給される油圧によって行われ、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用され得る。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部ＥＧＲの実行としては、排気の二度開きに限定されるものではなく、例えば吸気弁２１を２回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。尚、ＶＶＭ７１による内部ＥＧＲ制御は、主に燃料の着火性が低いエンジン１の冷間時に行われる。   Switching between the normal mode and the special mode of the VVM 71 is performed by hydraulic pressure supplied from an engine-driven hydraulic pump (not shown), and the special mode can be used in the control related to the internal EGR. In order to enable switching between the normal mode and the special mode, an electromagnetically driven valve system that drives the exhaust valve 22 by an electromagnetic actuator may be employed. The execution of the internal EGR is not limited to the double opening of the exhaust. For example, the internal EGR control may be performed by opening the intake valve 21 twice, or by opening the intake twice. An internal EGR control may be performed in which the burned gas remains by providing a negative overlap period in which both the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are closed in the intake stroke. The internal EGR control by the VVM 71 is performed mainly when the engine 1 with low fuel ignitability is cold.

上記シリンダヘッド１２には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、エンジン１の冷間時に各気筒１１ａ内の吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９とが設けられている。上記インジェクタ１８は、その燃料噴射口が燃焼室１４ａの天井面から該燃焼室１４ａに臨むように配設されていて、基本的には圧縮行程上死点付近で、燃焼室１４ａに燃料を直接噴射供給するようになっている。   The cylinder head 12 is provided with an injector 18 for injecting fuel, and a glow plug 19 for warming the intake air in each cylinder 11a and improving the ignitability of the fuel when the engine 1 is cold. The injector 18 is disposed such that its fuel injection port faces the combustion chamber 14a from the ceiling surface of the combustion chamber 14a. Basically, fuel is directly supplied to the combustion chamber 14a near the top dead center of the compression stroke. The injection is supplied.

上記エンジン１の一側面には、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、上記エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室１４ａからの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、詳しくは後述するが、吸入空気の過給を行う大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２とが配設されている。   An intake passage 30 is connected to one side of the engine 1 so as to communicate with the intake port 16 of each cylinder 11a. On the other hand, an exhaust passage 40 for discharging burned gas (exhaust gas) from the combustion chamber 14a of each cylinder 11a is connected to the other side of the engine 1. In the intake passage 30 and the exhaust passage 40, as will be described in detail later, a large turbocharger 61 and a small turbocharger 62 for supercharging intake air are disposed.

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒１１ａ毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１１ａの吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。   An air cleaner 31 that filters intake air is disposed at the upstream end of the intake passage 30. On the other hand, a surge tank 33 is disposed near the downstream end of the intake passage 30. The intake passage 30 downstream of the surge tank 33 is an independent passage branched for each cylinder 11a, and the downstream end of each independent passage is connected to the intake port 16 of each cylinder 11a.

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、大型及び小型ターボ過給機６１，６２のコンプレッサ６１ａ，６２ａと、該コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、上記各気筒１１ａの燃焼室１４ａへの吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。このスロットル弁３６は、基本的には全開状態とされるが、エンジン１の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。   Between the air cleaner 31 and the surge tank 33 in the intake passage 30, compressors 61a and 62a of the large and small turbochargers 61 and 62, and an intercooler 35 for cooling the air compressed by the compressors 61a and 62a, A throttle valve 36 for adjusting the amount of intake air into the combustion chamber 14a of each cylinder 11a is provided. The throttle valve 36 is basically fully opened, but is fully closed when the engine 1 is stopped so that no shock is generated.

上記排気通路４０の上流側の部分は、各気筒１１ａ毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。   The upstream portion of the exhaust passage 40 is constituted by an exhaust manifold having an independent passage branched for each cylinder 11a and connected to the outer end of the exhaust port 17 and a collecting portion where the independent passages gather. Yes.

この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、小型ターボ過給機６２のタービン６２ｂ、大型ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置４１と、サイレンサ４２とが配設されている。   On the downstream side of the exhaust manifold in the exhaust passage 40, the turbine 62b of the small turbocharger 62, the turbine 61b of the large turbocharger 61, and exhaust for purifying harmful components in the exhaust gas in order from the upstream side. A purification device 41 and a silencer 42 are provided.

この排気浄化装置４１は、酸化触媒４１ａと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）４１ｂとを有しており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒４１ａ及びフィルタ４１ｂは１つのケース内に収容されている。上記酸化触媒４１ａは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ２及びＨ２Ｏが生成する反応を促すものである。また、上記フィルタ４１ｂは、エンジン１の排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕集するものである。尚、フィルタ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。 The exhaust purification device 41 includes an oxidation catalyst 41a and a diesel particulate filter (hereinafter referred to as a filter) 41b, which are arranged in this order from the upstream side. The oxidation catalyst 41a and the filter 41b are accommodated in one case. The oxidation catalyst 41a has an oxidation catalyst supporting platinum or platinum added with palladium or the like, and promotes a reaction in which CO and HC in the exhaust gas are oxidized to produce CO 2 and H 2 O. Is. The filter 41b collects particulates such as soot contained in the exhaust gas of the engine 1. The filter 41b may be coated with an oxidation catalyst.

上記吸気通路３０における上記サージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型コンプレッサ６２ａよりも下流側部分）と、上記排気通路４０における上記排気マニホールドと小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂとの間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりも上流側部分）とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための排気ガス還流通路５１によって接続されている（高圧ＥＧＲ手段）。この排気ガス還流通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するための排気ガス還流弁５１ａと、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２とが配設されている。この排気ガス還流弁５１ａがＥＧＲ弁を構成する。   A portion of the intake passage 30 between the surge tank 33 and the throttle valve 36 (that is, a portion downstream of the small compressor 62a of the small turbocharger 62), the exhaust manifold and the small turbocharger in the exhaust passage 40. The portion between the turbocharger 62 and the small turbine 62 b (that is, the upstream portion of the small turbocharger 62 from the small turbine 62 b) is an exhaust gas recirculation for recirculating a part of the exhaust gas to the intake passage 30. They are connected by a passage 51 (high pressure EGR means). The exhaust gas recirculation passage 51 is provided with an exhaust gas recirculation valve 51a for adjusting the recirculation amount of the exhaust gas to the intake passage 30, and an EGR cooler 52 for cooling the exhaust gas with engine cooling water. ing. This exhaust gas recirculation valve 51a constitutes an EGR valve.

大型ターボ過給機６１は、吸気通路３０に配設された大型コンプレッサ６１ａと、排気通路４０に配設された大型タービン６１ｂとを有している。大型コンプレッサ６１ａは、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３５との間に配設されている。一方、大型タービン６１ｂは、排気通路４０における排気マニホールドと酸化触媒４１ａとの間に配設されている。   The large turbocharger 61 has a large compressor 61 a disposed in the intake passage 30 and a large turbine 61 b disposed in the exhaust passage 40. The large compressor 61 a is disposed between the air cleaner 31 and the intercooler 35 in the intake passage 30. On the other hand, the large turbine 61b is disposed between the exhaust manifold and the oxidation catalyst 41a in the exhaust passage 40.

小型ターボ過給機６２は、吸気通路３０に配設された小型コンプレッサ６２ａと、排気通路４０に配設された小型タービン６２ｂとを有している。小型コンプレッサ６２ａは、吸気通路３０における大型コンプレッサ６１ａの下流側に配設されている。一方、小型タービン６２ｂは、排気通路４０における大型タービン６１ｂの上流側に配設されている。   The small turbocharger 62 has a small compressor 62 a disposed in the intake passage 30 and a small turbine 62 b disposed in the exhaust passage 40. The small compressor 62 a is disposed on the downstream side of the large compressor 61 a in the intake passage 30. On the other hand, the small turbine 62 b is disposed on the upstream side of the large turbine 61 b in the exhaust passage 40.

すなわち、吸気通路３０においては、上流側から順に大型コンプレッサ６１ａと小型コンプレッサ６２ａとが直列に配設され、排気通路４０においては、上流側から順に小型タービン６２ｂと大型タービン６１ｂとが直列に配設されている。これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂが排気ガス流により回転し、これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂの回転により、該大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂとそれぞれ連結された上記大型及び小型コンプレッサ６１ａ，６２ａがそれぞれ作動する。   That is, in the intake passage 30, a large compressor 61a and a small compressor 62a are arranged in series from the upstream side, and in the exhaust passage 40, a small turbine 62b and a large turbine 61b are arranged in series from the upstream side. Has been. The large and small turbines 61b and 62b are rotated by the exhaust gas flow, and the large and small compressors 61a and 62a connected to the large and small turbines 61b and 62b are rotated by the rotation of the large and small turbines 61b and 62b, respectively. Each operates.

小型ターボ過給機６２は、相対的に小型のものであり、大型ターボ過給機６１は、相対的に大型のものである。すなわち、大型ターボ過給機６１の大型タービン６１ｂの方が小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりもイナーシャが大きい。   The small turbocharger 62 is relatively small, and the large turbocharger 61 is relatively large. That is, the large turbine 61 b of the large turbocharger 61 has a larger inertia than the small turbine 62 b of the small turbocharger 62.

吸気通路３０には、小型コンプレッサ６２ａをバイパスする小型吸気バイパス通路６３が接続されている。この小型吸気バイパス通路６３には、該小型吸気バイパス通路６３へ流れる空気量を調整するための小型吸気バイパス弁６３ａが配設されている。この小型吸気バイパス弁６３ａは、無通電時には全閉状態（ノーマルクローズ）となるように構成されている。   A small intake bypass passage 63 that bypasses the small compressor 62 a is connected to the intake passage 30. The small intake bypass passage 63 is provided with a small intake bypass valve 63 a for adjusting the amount of air flowing to the small intake bypass passage 63. The small intake bypass valve 63a is configured to be in a fully closed state (normally closed) when no power is supplied.

一方、排気通路４０には、小型タービン６２ｂをバイパスする小型排気バイパス通路６４と、大型タービン６１ｂをバイパスする大型排気バイパス通路６５とが接続されている。小型排気バイパス通路６４には、該小型排気バイパス通路６４へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ６４ａが配設され、大型排気バイパス通路６５には、該大型排気バイパス通路６５へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ６５ａが配設されている。レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａは共に、無通電時には全開状態（ノーマルオープン）となるように構成されている。   On the other hand, the exhaust passage 40 is connected to a small exhaust bypass passage 64 that bypasses the small turbine 62b and a large exhaust bypass passage 65 that bypasses the large turbine 61b. The small exhaust bypass passage 64 is provided with a regulating valve 64a for adjusting the exhaust amount flowing to the small exhaust bypass passage 64, and the large exhaust bypass passage 65 has an exhaust amount flowing to the large exhaust bypass passage 65. A wastegate valve 65a for adjusting the pressure is provided. Both the regulating valve 64a and the waste gate valve 65a are configured to be in a fully open state (normally open) when no power is supplied.

これら大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２は、それらが配設された吸気通路３０及び排気通路４０の部分も含めて、一体的にユニット化されて、過給機ユニット６０を構成している。この過給機ユニット６０がエンジン１に取り付けられている。   The large turbocharger 61 and the small turbocharger 62 are integrated into a single unit including the intake passage 30 and the exhaust passage 40 in which the large turbocharger 61 and the small turbocharger 62 are arranged, thereby forming a supercharger unit 60. is doing. The supercharger unit 60 is attached to the engine 1.

このように構成されたディーゼルエンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０がＥＧＲ弁制御部及び燃焼制御部を構成する。ＰＣＭ１０には、図２に示すように、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、サージタンク３３に取り付けられて、燃焼室１４ａに供給される空気の圧力を検出する過給圧センサＳＷ２、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ３、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ４、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ５、吸気中の二酸化炭素濃度を検出する吸気ＣＯ２センサＳＷ６、及び、排気中の二酸化炭素濃度を検出する排気ＣＯ２センサＳＷ７の検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ１８、グロープラグ１９，動弁系のＶＶＭ７１、各種の弁３６、５１ａ、５３ａ、６３ａ、６４ａ、６５ａのアクチュエータへ制御信号を出力する。 The diesel engine 1 configured as described above is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as PCM) 10. The PCM 10 includes a microprocessor having a CPU, a memory, a counter timer group, an interface, and a path connecting these units. The PCM 10 constitutes an EGR valve control unit and a combustion control unit. As shown in FIG. 2, the PCM 10 includes a water temperature sensor SW1 that detects the temperature of the engine cooling water, a supercharging pressure sensor SW2 that is attached to the surge tank 33 and detects the pressure of the air supplied to the combustion chamber 14a, An intake air temperature sensor SW3 that detects the temperature of the intake air, a crank angle sensor SW4 that detects the rotation angle of the crankshaft 15, and an accelerator opening sensor that detects an accelerator opening corresponding to an operation amount of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle. Detection signals of SW5, an intake CO 2 sensor SW6 for detecting the carbon dioxide concentration in the intake air, and an exhaust CO 2 sensor SW7 for detecting the carbon dioxide concentration in the exhaust gas are input, and various calculations are performed based on these detection signals. To determine the state of the engine 1 and the vehicle, and according to this, the injector 18, the glow plug 19, and the valve train VVM71, various valves 36,51a, 53a, and outputs 63a, 64a, the actuator to control signals 65a.

（エンジンの燃焼制御の概要）
上記ＰＣＭ１０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要求負荷（即ち、目標トルク）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１８の作動制御によって実現するものである。要求負荷は、アクセル開度が大きくなるほど、またエンジン回転数が高くなるほど、大きくなるように設定され、要求負荷とエンジン回転数とに基づいて燃料の噴射量が設定される。噴射量は、要求負荷が高くなるほど、また、エンジン回転数が高くなるほど大きくなるように設定される。また、スロットル弁３６や排気ガス還流弁５１ａの開度の制御（外部ＥＧＲ制御）や、ＶＶＭ７１の制御（内部ＥＧＲ制御）によって、気筒１１ａ内への排気の還流割合（ＥＧＲ率）を制御する。 (Outline of engine combustion control)
The basic control of the engine 1 by the PCM 10 mainly determines the required load (that is, the target torque) based on the accelerator opening, and controls the operation of the injector 18 based on the fuel injection amount and the injection timing corresponding thereto. It is realized by. The required load is set to increase as the accelerator opening increases and the engine speed increases, and the fuel injection amount is set based on the required load and the engine speed. The injection amount is set to increase as the required load increases and as the engine speed increases. Further, the recirculation ratio (EGR rate) of the exhaust gas into the cylinder 11a is controlled by controlling the opening degree of the throttle valve 36 and the exhaust gas recirculation valve 51a (external EGR control) and by controlling the VVM 71 (internal EGR control).

図３は、エンジン１の半暖機及び温間時の、エンジンの状態に応じた燃焼モードを示すマップである。図３に示すように、エンジン１は、半暖機及び温間時には、エンジン回転数とエンジン負荷（燃料の実総噴射量）とに応じて、複数の運転領域が設定され、各運転領域毎に燃焼モードが設定されている。運転領域Ａは、定常状態においてＥＧＲが実行されると共に、燃焼モードが予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとで切り替えられる運転領域である。運転領域Ａは、相対的に低回転でかつ低負荷の運転領域である。詳しくは、運転領域Ａは、エンジンの回転数を低回転側と高回転側との２つに分けた場合の低回転側であって、エンジンの負荷を低負荷側と高負荷側との２つに分けた場合の低負荷側の領域である。   FIG. 3 is a map showing the combustion mode according to the state of the engine when the engine 1 is half warmed up and warm. As shown in FIG. 3, when the engine 1 is semi-warm and warm, a plurality of operation areas are set according to the engine speed and the engine load (actual total fuel injection amount). Is set to combustion mode. The operation region A is an operation region in which EGR is executed in a steady state and the combustion mode is switched between the premixed combustion mode and the diffusion combustion mode. The operation area A is an operation area with a relatively low rotation and a low load. Specifically, the operation region A is a low rotation side when the engine speed is divided into a low rotation side and a high rotation side, and the engine load is 2 between the low load side and the high load side. This is the area on the low load side when divided into two.

以下、各運転領域の燃料噴射形態について、図４〜６を参照しながら説明する。尚、図４〜図６に示す燃料噴射量や熱発生率は、これらの図を相互に比較したときに、必ずしも、相対的な燃料噴射量の大小や熱発生率の大小を示してはいない。   Hereinafter, the fuel injection mode in each operation region will be described with reference to FIGS. The fuel injection amount and heat generation rate shown in FIGS. 4 to 6 do not necessarily indicate the relative fuel injection amount or the heat generation rate when these figures are compared with each other. .

図４は、運転領域ａ１における燃料噴射形態（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域ａ１は、運転領域Ａ内の領域であって、アイドル領域を含む、相対的に低負荷の運転領域である。詳しくは、運転領域ａ１は、運転領域Ａを、エンジンの負荷の低負荷と中負荷と高負荷との３つに分けた場合の低負荷の領域である。この運転領域ａ１では、ＰＣＭ１０は、拡散燃焼モードとなり、エンジン１に拡散燃焼を生じさせる。拡散燃焼とは、燃料と空気とが拡散及び混合しながら燃焼が進行していく燃焼であって、換言すれば、燃料噴射と燃焼とが時間的に一部重なる燃焼である。この拡散燃焼は、予混合燃焼に比べて、着火遅れが短いため、燃焼の開始タイミングを制御し易い。また、拡散燃焼は、予混合燃焼に比べて、燃焼が緩慢であるため、燃焼圧が低く燃焼騒音が小さくなる。   FIG. 4 shows an example (lower diagram) of the history of fuel injection in the operating region a1 (upper diagram) and the associated heat release rate in the cylinder 11a. The operation region a1 is a region in the operation region A, and is a relatively low load operation region including an idle region. Specifically, the operation area a1 is an area of low load when the operation area A is divided into three, low load, medium load, and high load of the engine. In this operation region a1, the PCM 10 is in the diffusion combustion mode and causes the engine 1 to perform diffusion combustion. Diffusion combustion is combustion in which combustion proceeds while fuel and air are diffused and mixed, in other words, fuel injection and combustion partially overlap in time. Since this diffusion combustion has a shorter ignition delay than premixed combustion, it is easy to control the start timing of combustion. In addition, since diffusion combustion is slower than premixed combustion, combustion pressure is low and combustion noise is reduced.

運転領域ａ１における燃料噴射形態は、圧縮上死点前の圧縮行程中において、比較的噴射量の多い燃料噴射（プレ噴射）を、所定の時間間隔を空けて２回実行すると共に、圧縮上死点付近において、比較的パルス幅の短い主噴射を実行し、さらにその後に、１回の燃料噴射（アフタ噴射）を実行する。従って、この運転領域ａ１では、合計４回の燃料噴射を実行する。プレ噴射は、十分な熱発生率を有するプレ燃焼を、その熱発生率のピークが圧縮上死点前の所定の時期に発生するように、生起させる。換言すれば、主燃焼の開始前にプレ燃焼を生起させ、それにより主噴射を開始する時点での気筒１１ａ内の温度及び圧力を高めておく。このことは主噴射により噴射された燃料の着火遅れ時間を短くする。主噴射は、図例で示すように圧縮上死点前の所定のタイミング、又は、圧縮上死点で噴射を開始するが、着火遅れ時間が短いことで、その主噴射に伴う主燃焼は圧縮上死点付近において開始するようになる。このことは、熱効率の向上、ひいては燃費の向上に有利になり得る。また、上記の燃焼は、その後の主燃焼の熱発生率の上昇を緩慢にさせる。このことは燃焼騒音を低減させて、ＮＶＨ（Noise Vibration Harshness)性能を高める上で有利になり得る。つまり、プレ噴射及びそれに伴うプレ燃焼は、主燃焼の制御性を高めて主燃焼を所望のタイミングで発生させ、それにより、燃費の向上及びＮＶＨ性能の向上に有利になり得る。アフタ噴射は、主燃焼の最中、言い換えると主燃焼によって熱発生している最中に実行される燃料噴射であり、アフタ噴射によって噴射された燃料噴霧の少なくとも一部は、圧縮上死点後で下降しているピストン１４のキャビティ内に至る。好ましくは、アフタ噴射によって噴射された燃料噴霧の大部分がキャビティ内に至る。このアフタ噴射は、主燃焼を促進して後燃え期間を短縮させる。すなわち、アフタ噴射の実行は、主燃焼の立ち上がりに対しては何の影響を与えることなく、その燃焼期間を短くすることを可能にする。このことは、トルク向上に有利になり、ひいては燃費の向上に寄与し得る。   In the fuel injection mode in the operation region a1, during the compression stroke before the compression top dead center, fuel injection with a relatively large injection amount (pre-injection) is executed twice with a predetermined time interval, and compression top dead In the vicinity of the point, main injection with a relatively short pulse width is executed, and then one fuel injection (after injection) is executed. Accordingly, a total of four fuel injections are executed in this operation region a1. The pre-injection causes pre-combustion having a sufficient heat generation rate so that the peak of the heat generation rate occurs at a predetermined time before compression top dead center. In other words, pre-combustion occurs before the start of main combustion, thereby increasing the temperature and pressure in the cylinder 11a at the time of starting main injection. This shortens the ignition delay time of the fuel injected by the main injection. Main injection starts injection at a predetermined timing before compression top dead center or at compression top dead center as shown in the figure, but the main combustion associated with the main injection is compressed because the ignition delay time is short. Starts near top dead center. This can be advantageous for improving thermal efficiency and thus fuel economy. Moreover, said combustion makes the rise in the heat release rate of the subsequent main combustion slow. This can be advantageous in reducing combustion noise and improving NVH (Noise Vibration Harshness) performance. That is, the pre-injection and the accompanying pre-combustion can increase the controllability of the main combustion to generate the main combustion at a desired timing, which can be advantageous for improving fuel efficiency and NVH performance. After-injection is fuel injection that is performed during main combustion, in other words, during heat generation by main combustion, and at least part of the fuel spray injected by after-injection is after compression top dead center. It reaches in the cavity of the piston 14 descending. Preferably, most of the fuel spray injected by after injection reaches the cavity. This after injection accelerates the main combustion and shortens the afterburn period. That is, the execution of the after injection makes it possible to shorten the combustion period without affecting the rising of the main combustion. This is advantageous for improving the torque and can contribute to improving the fuel efficiency.

図５は、運転領域ａ２における燃料噴射形態（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域ａ２は、運転領域Ａ内の領域であって、相対的に中負荷の運転領域である。詳しくは、運転領域ａ２は、運転領域Ａを、エンジンの負荷の低負荷と中負荷と高負荷との３つに分けた場合の中負荷の領域である。この運転領域ａ２では、ＰＣＭ１０は、予混合燃焼モードとなり、エンジン１に予混合燃焼を生じさせる。予混合燃焼とは、燃料と空気とを混合させた後に着火させる燃焼であって、換言すれば、燃料噴射後に燃焼が開始する燃焼である。この予混合燃焼は、燃料と空気とがある程度混合された上での燃焼であるため、気筒１１ａ内の酸素を有効に使うことができ、筒内酸素濃度が低い場合でもスモークの発生を抑制することができる。   FIG. 5 shows an example (lower diagram) of the history of fuel injection in the operating region a2 (upper diagram) and the associated heat release rate in the cylinder 11a. The operation region a2 is a region in the operation region A, and is a relatively medium load operation region. Specifically, the operation region a2 is a medium load region in the case where the operation region A is divided into three of a low load, a medium load, and a high load of the engine. In this operation region a2, the PCM 10 enters the premixed combustion mode and causes the engine 1 to perform premixed combustion. The premixed combustion is combustion that is ignited after mixing fuel and air, in other words, combustion in which combustion starts after fuel injection. Since this premixed combustion is combustion after fuel and air are mixed to some extent, oxygen in the cylinder 11a can be used effectively, and even when the in-cylinder oxygen concentration is low, the generation of smoke is suppressed. be able to.

運転領域ａ２における燃料噴射形態は、圧縮行程中（圧縮上死点前）において、所定の時間間隔を空けて３回の燃料噴射を実行すると共に、相対的に早いタイミングで噴射する燃料噴射量を相対的に多く、相対的に遅いタイミングで噴射する燃料噴射量を相対的に少なくしている。これは、可及的に多くの燃料を早期に噴射することで、燃料の予混合性を高めるためである。また、３回の燃料噴射は、その各回の噴射によって噴射された燃料の全てが、キャビティ内に至るタイミングで実行される。こうして噴射した燃料は、空気と十分に混合された状態で圧縮上死点付近において自着火により燃焼する。このような予混合燃焼モードは、燃費及び排気エミッションの点で有利になる。すなわち、予混合燃焼（図中の実線）は、破線で示す拡散燃焼に比べて燃焼期間が短いため、所望の時期にまとまったトルクを発生することができ、燃費を向上させることができる。   The fuel injection mode in the operation region a2 is that during the compression stroke (before compression top dead center), fuel injection is performed three times with a predetermined time interval, and the fuel injection amount to be injected at a relatively early timing is set. The amount of fuel injection injected at relatively late timing is relatively small. This is because fuel premixability is improved by injecting as much fuel as possible as early as possible. Further, the three fuel injections are executed at the timing when all of the fuel injected by each injection reaches the cavity. The fuel injected in this way is burned by self-ignition near the compression top dead center while being sufficiently mixed with air. Such a premixed combustion mode is advantageous in terms of fuel consumption and exhaust emission. That is, since the premixed combustion (solid line in the figure) has a shorter combustion period than the diffusion combustion shown by the broken line, it is possible to generate a torque that is gathered at a desired time and improve fuel efficiency.

図６は、運転領域ａ３における燃料噴射形態（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域ａ３は、運転領域Ａ内の領域であって、相対的に高負荷の運転領域である。詳しくは、運転領域ａ３は、運転領域Ａを、エンジンの負荷の低負荷と中負荷と高負荷との３つに分けた場合の高負荷の領域である。この運転領域ａ３では、ＰＣＭ１０は、拡散燃焼モードとなり、エンジン１に拡散燃焼を生じさせる。運転領域ａ３における燃料噴射形態は、圧縮上死点前の圧縮行程中において、比較的噴射量の多い燃料噴射（プレ噴射）を１回実行すると共に、圧縮上死点付近において、比較的パルス幅の短い主噴射を実行し、さらにその後に、１回の燃料噴射（アフタ噴射）を実行する。従って、この運転領域ａ３では、合計３回の燃料噴射を実行する。運転領域ａ３の拡散燃焼モードにおいても、プレ噴射及びそれに伴うプレ燃焼によって、主燃焼の制御性を高めて主燃焼を所望のタイミングで発生させ、それにより、燃費の向上及びＮＶＨ性能の向上させることができる。すなわち、拡散燃焼（図中の実線）は、破線で示す予混合燃焼に比べて熱発生率の上昇が緩慢になるため、熱発生率の最大値を抑制することができ、燃焼騒音を抑制することができる。運転領域ａ３では、低負荷側の運転領域ａ１に比べて、燃料噴射量が多いため、この燃焼騒音の抑制が特に有効となる。   FIG. 6 shows an example (lower diagram) of the history of fuel injection in the operating region a3 (upper diagram) and the associated heat release rate in the cylinder 11a. The operation region a3 is a region within the operation region A and is a relatively high load operation region. Specifically, the operation area a3 is a high-load area when the operation area A is divided into three engine loads, a low load, an intermediate load, and a high load. In this operation region a3, the PCM 10 enters the diffusion combustion mode, and causes the engine 1 to perform diffusion combustion. In the fuel injection mode in the operation region a3, fuel injection (pre-injection) with a relatively large injection amount is performed once during the compression stroke before the compression top dead center, and the pulse width is relatively close to the compression top dead center. The short main injection is executed, and thereafter, one fuel injection (after injection) is executed. Accordingly, in this operation region a3, a total of three fuel injections are executed. Even in the diffusion combustion mode of the operation region a3, the pre-injection and the accompanying pre-combustion increase the controllability of the main combustion to generate the main combustion at a desired timing, thereby improving the fuel consumption and the NVH performance. Can do. That is, in diffusion combustion (solid line in the figure), since the increase in the heat generation rate is slower than in the premixed combustion indicated by the broken line, the maximum value of the heat generation rate can be suppressed and combustion noise is suppressed. be able to. Since the fuel injection amount is larger in the operation region a3 than in the operation region a1 on the low load side, this suppression of combustion noise is particularly effective.

運転領域Ｂでは、ＰＣＭ１０は、予混合燃焼モードとなることはなく、常に拡散燃焼モードとなり、エンジン１に拡散燃焼を生じさせる。運転領域Ｂにおける燃料噴射形態は、エンジン１の負荷及び回転数に応じて、プレ噴射の有無、回数及びタイミング、主噴射の回数及びタイミング、並びにアフタ噴射の有無、回数及びタイミングが様々に設定される。   In the operation region B, the PCM 10 does not enter the premixed combustion mode, always enters the diffusion combustion mode, and causes the engine 1 to perform diffusion combustion. As for the fuel injection mode in the operation region B, the presence / absence, number and timing of pre-injection, the number and timing of main injection, and the presence / absence, number and timing of after-injection are set according to the load and rotation speed of the engine 1. The

また、ＰＣＭ１０は、各運転領域で所望の燃焼を実行させるために、エンジン１の運転状態に応じて排気ガス還流弁５１ａを制御することによって気筒１１ａ内の酸素濃度を調整している。図７は、エンジン負荷及び回転数に対する筒内酸素濃度の変化特性図の一例を示している。図７に示すように、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷の増大に伴って、筒内酸素濃度が一旦減少して極小となった後、増加するように、排気ガス還流弁５１ａの開度を制御する。   Further, the PCM 10 adjusts the oxygen concentration in the cylinder 11a by controlling the exhaust gas recirculation valve 51a in accordance with the operation state of the engine 1 in order to execute desired combustion in each operation region. FIG. 7 shows an example of a change characteristic chart of the in-cylinder oxygen concentration with respect to the engine load and the rotational speed. As shown in FIG. 7, the PCM 10 increases the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51 a so that the in-cylinder oxygen concentration once decreases and becomes minimum as the required load of the engine 1 increases and then increases. Control.

詳しくは、上記低負荷側拡散領域ａ１では、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷が増大するにつれて、排気ガス還流弁５１ａを、筒内酸素濃度が減少するように、即ち、開度が大きくなるように制御する。ＰＣＭ１０は、筒内酸素濃度が所定値となるまでは、拡散燃焼モードとなる。この所定値は、予混合燃焼が可能な筒内酸素濃度である。   More specifically, in the low load side diffusion region a1, the PCM 10 causes the exhaust gas recirculation valve 51a to decrease the in-cylinder oxygen concentration, that is, to increase the opening as the required load of the engine 1 increases. To control. The PCM 10 is in the diffusion combustion mode until the in-cylinder oxygen concentration reaches a predetermined value. This predetermined value is the in-cylinder oxygen concentration capable of premixed combustion.

そして、筒内酸素濃度が所定値以上となると、ＰＣＭ１０は、予混合燃焼モードとなる。換言すれば、エンジン１の運転状態が予混合領域ａ２となるときには、ＰＣＭ１０は、筒内酸素濃度が所定値以上となるように、排気ガス還流弁５１ａを制御する。尚、図中のハッチング部分が予混合領域ａ２を示している。予混合領域では、ＰＣＭ１は、エンジン１の要求負荷が増大するにつれて、排気ガス還流弁５１ａを、筒内酸素濃度が一旦減少した後上昇に転じるように、即ち、低負荷側では開度が大きくなるものの、やがて極大となり、高負荷側では開度が小さくなるように制御する。   When the in-cylinder oxygen concentration becomes a predetermined value or more, the PCM 10 enters the premixed combustion mode. In other words, when the operating state of the engine 1 is in the premixing region a2, the PCM 10 controls the exhaust gas recirculation valve 51a so that the in-cylinder oxygen concentration becomes equal to or higher than a predetermined value. In addition, the hatching part in a figure has shown the premixing area | region a2. In the premixing region, the PCM 1 causes the exhaust gas recirculation valve 51a to turn upward after the in-cylinder oxygen concentration once decreases as the required load of the engine 1 increases, that is, the opening degree increases on the low load side. However, the maximum value is eventually reached and the opening degree is controlled to be smaller on the high load side.

予混合領域ａ２よりも高負荷側の領域である高負荷側拡散領域ａ３では、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷が増大するにつれて、排気ガス還流弁５１ａを、筒内酸素濃度が上昇するように、即ち、開度が小さくなるように制御する。つまり、エンジン１の負荷が大きくなるにつれて、気筒１１ａ内からＥＧＲガスが減少していく。   In the high load side diffusion region a3, which is a region on the higher load side than the premixing region a2, the PCM 10 causes the exhaust gas recirculation valve 51a to increase the in-cylinder oxygen concentration as the required load of the engine 1 increases. That is, control is performed so that the opening degree becomes small. That is, as the load on the engine 1 increases, the EGR gas decreases from the cylinder 11a.

このように、予混合領域ａ２では、低負荷側及び高負荷側拡散領域ａ１，ａ３よりも筒内酸素濃度が低くなるように調整される。つまり、予混合燃焼を行うためには、気筒１１ａ内に燃料を噴射した後、着火するまでの間に燃料と空気とを十分に混合する必要があるため、ある程度の着火遅れが必要である。そこで、予混合領域ａ２では、排気ガス還流弁５１ａの開度を大きくして筒内酸素濃度を低くしている。このように、予混合領域ａ２では、筒内酸素濃度を抑えることによって着火遅れを確保して、予混合燃焼を実現可能な環境を作り出している。   As described above, in the premixing region a2, the in-cylinder oxygen concentration is adjusted to be lower than that in the low load side and high load side diffusion regions a1 and a3. That is, in order to perform the premixed combustion, it is necessary to sufficiently mix the fuel and the air before the ignition is performed after the fuel is injected into the cylinder 11a. Therefore, a certain ignition delay is required. Therefore, in the premix region a2, the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a is increased to reduce the in-cylinder oxygen concentration. Thus, in the premixing region a2, an ignition delay is ensured by suppressing the in-cylinder oxygen concentration, thereby creating an environment in which premixed combustion can be realized.

一方、エンジン１の要求負荷が低い領域では、気筒１１ａ内に供給される燃料が少ないため、燃焼が不安定となる傾向にある。そのため、ＥＧＲガスを気筒１１ａ内に大量に導入することは好ましくなく、筒内酸素濃度を可及的に高めて、燃焼が安定する環境を作る必要がある。そこで、低負荷側拡散領域ａ１では、排気ガス還流弁５１ａの開度を小さくすることによって、筒内酸素濃度を高めている。そして、筒内酸素濃度が高い場合には、着火遅れを十分に確保できないため、気筒１１ａ内に燃焼を噴射すると、燃料と空気とが混合される前に燃焼が開始してしまい、予混合燃焼を行うことが難しい。そこで、この領域ａ１における燃焼形態を拡散燃焼としている。そもそも、拡散燃焼は、予混合燃焼に比べて、燃焼の開始タイミングの制御が容易であるため、このような燃焼が不安定な環境においては拡散燃焼の方が燃焼の安定化の観点からは好ましい。   On the other hand, in a region where the required load of the engine 1 is low, the amount of fuel supplied into the cylinder 11a is small, so that combustion tends to become unstable. For this reason, it is not preferable to introduce a large amount of EGR gas into the cylinder 11a, and it is necessary to increase the in-cylinder oxygen concentration as much as possible to create an environment in which combustion is stable. Therefore, in the low load side diffusion region a1, the in-cylinder oxygen concentration is increased by reducing the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a. When the in-cylinder oxygen concentration is high, the ignition delay cannot be sufficiently secured. Therefore, when the combustion is injected into the cylinder 11a, the combustion starts before the fuel and air are mixed, and the premixed combustion is performed. Difficult to do. Therefore, the combustion mode in this region a1 is diffusion combustion. In the first place, diffusion combustion is easier to control the start timing of combustion than premixed combustion, and therefore diffusion combustion is preferable from the viewpoint of stabilization of combustion in an environment where such combustion is unstable. .

また、エンジン１の要求負荷が高い領域では、燃料供給量（即ち、燃料噴射量）が多くなる。燃料供給量が多くなると、その供給量に応えるべく、筒内酸素濃度を高める必要がある。そこで、高負荷側拡散領域ａ３では、排気ガス還流弁５１ａの開度を小さくすることによって、筒内酸素濃度を高めている。そして、筒内酸素濃度が高くなると、着火遅れを十分に確保できなくなり、予混合燃焼を行うことが難しくなる。そのため、この領域ａ３における燃焼形態を拡散燃焼としている。また、高負荷側拡散領域ａ３では、燃料供給量が多いため、燃焼騒音が大きくなる。それに対して、高負荷側拡散領域ａ３では、燃焼形態を拡散燃焼とすることによって、燃焼騒音を小さくして、ＮＶＨ性能を向上させている。つまり、拡散燃焼は、予混合燃焼に比べて、燃焼圧が低いため、燃焼騒音が小さい点で有利である。   Further, in a region where the required load of the engine 1 is high, the fuel supply amount (that is, the fuel injection amount) increases. When the fuel supply amount increases, it is necessary to increase the in-cylinder oxygen concentration in order to meet the supply amount. Therefore, in the high load side diffusion region a3, the in-cylinder oxygen concentration is increased by reducing the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a. When the in-cylinder oxygen concentration becomes high, it becomes impossible to ensure a sufficient ignition delay, and it becomes difficult to perform premixed combustion. Therefore, the combustion mode in this region a3 is diffusion combustion. Moreover, in the high load side diffusion region a3, the amount of fuel supply is large, so that combustion noise increases. On the other hand, in the high load side diffusion region a3, the combustion noise is reduced and the NVH performance is improved by setting the combustion form to diffusion combustion. That is, diffusion combustion is advantageous in that the combustion noise is low because the combustion pressure is lower than that of premixed combustion.

一方、エンジン１の回転数が相対的に高回転であるときには、ＰＣＭ１０は、エンジン１の要求負荷の増大に伴って、筒内酸素濃度が一旦減少して極小となった後、上昇するように、排気ガス還流弁５１ａの開度を制御するものの、筒内酸素濃度が極小となっても予混合燃焼を実現可能な値までは減少しない。つまり、エンジン１の回転数が高回転の場合は、ピストン１４の動きが速いため、噴射された燃料の全てをキャビティ内に到達させることが可能な噴射期間は短くなる。そのため、予混合燃焼に適したタイミングで燃焼噴射を実行することが難しい。そこで、エンジン１の回転数が相対的に高回転の領域では、エンジン１の燃焼を拡散燃焼とし、それに合わせて、筒内酸素濃度を低下させ過ぎないようにし、その極小値を拡散燃焼を実行し得る範囲に収めている。こうして、エンジン１の高回転領域では拡散燃焼とすることによって燃焼を安定させることができる。それに加えて、拡散燃焼を実行し得る範囲内で筒内酸素濃度を低下させることによって、エミッション性能を向上させることができる。   On the other hand, when the rotational speed of the engine 1 is relatively high, the PCM 10 increases so that the in-cylinder oxygen concentration once decreases and becomes a minimum as the required load of the engine 1 increases. Although the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a is controlled, even if the in-cylinder oxygen concentration is minimized, it does not decrease to a value at which premixed combustion can be realized. That is, when the rotational speed of the engine 1 is high, the piston 14 moves fast, so the injection period during which all of the injected fuel can reach the cavity is shortened. Therefore, it is difficult to execute combustion injection at a timing suitable for premixed combustion. Therefore, in a region where the rotational speed of the engine 1 is relatively high, the combustion of the engine 1 is diffused combustion, and accordingly, the in-cylinder oxygen concentration is not excessively lowered, and the diffusive combustion is executed with the minimum value. It is within the possible range. Thus, combustion can be stabilized by performing diffusion combustion in the high rotation region of the engine 1. In addition, the emission performance can be improved by reducing the in-cylinder oxygen concentration within a range where diffusion combustion can be performed.

つまり、ＰＣＭ１０は、上記の燃料噴射形態の切替に加えて、排気ガス還流弁５１ａを制御することによって、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとを切り替えている。詳しくは、ＰＣＭ１０は、排気ガス還流弁５１ａを上述のように制御すると共に、各センサの出力から筒内酸素濃度を算出して、算出された筒内酸素濃度が予混合燃焼に対応する範囲（図７のハッチング領域）内であれば予混合燃焼モードとなり、算出された筒内酸素濃度が拡散燃焼に対応する範囲内であれば拡散燃焼モードとなる。筒内酸素濃度の算出は、例えば、エアフローセンサ（図示省略）、過給圧センサＳＷ２、排気流量センサ（図示省略）及び排気酸素濃度センサ（図示省略）等の出力に基づいて算出される。ただし、筒内酸素濃度の算出方法は、これに限られるものではない。   That is, the PCM 10 switches between the premixed combustion mode and the diffusion combustion mode by controlling the exhaust gas recirculation valve 51a in addition to the switching of the fuel injection mode. Specifically, the PCM 10 controls the exhaust gas recirculation valve 51a as described above, calculates the in-cylinder oxygen concentration from the output of each sensor, and the calculated in-cylinder oxygen concentration corresponds to the premixed combustion range ( If it is within the hatched region in FIG. 7, the premixed combustion mode is set, and if the calculated in-cylinder oxygen concentration is within a range corresponding to diffusion combustion, the diffusion combustion mode is set. The in-cylinder oxygen concentration is calculated, for example, based on outputs from an air flow sensor (not shown), a supercharging pressure sensor SW2, an exhaust flow rate sensor (not shown), an exhaust oxygen concentration sensor (not shown), and the like. However, the method for calculating the in-cylinder oxygen concentration is not limited to this.

尚、エンジン１が半暖機（例えば、エンジン水温が４０℃）となる前、即ち、冷間時には、排気浄化装置４１を活性化させるべく、内部ＥＧＲにより筒内温度を高めたり、グロープラグ１９がＯＮ状態となっており、予混合燃焼を行うことができない。そのため、エンジン１が半暖機となる前は、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードの切替は実行されず、拡散燃焼を基本とした冷間時特有の燃焼制御が行われる。   In addition, before the engine 1 becomes semi-warm (for example, when the engine water temperature is 40 ° C.), that is, when it is cold, the in-cylinder temperature is increased by the internal EGR or the glow plug 19 to activate the exhaust purification device 41. Is in an ON state, and premixed combustion cannot be performed. Therefore, before the engine 1 is semi-warm up, switching between the premixed combustion mode and the diffusion combustion mode is not executed, and combustion control peculiar to cold time based on diffusion combustion is performed.

このように、エンジン１においては、筒内酸素濃度が要求負荷に応じて調整される。ここで、要求負荷が増大していく場合には、筒内酸素濃度は、図７に示す、エンジン負荷及び回転数に対する筒内酸素濃度の変化特性図を低負荷側から高負荷側へ辿るように調整される。そして、この要求負荷の増大が急なときには、筒内酸素濃度も迅速に調整される必要がある。特に、筒内酸素濃度を上昇させるときは、要求負荷の増大に応じて燃料供給量を増加させるときであり、筒内酸素濃度を早急に上昇させることができないと、要求負荷に対応した燃料供給量を供給することができず、結果として、要求負荷の迅速な増大に応えることができない。   Thus, in the engine 1, the in-cylinder oxygen concentration is adjusted according to the required load. Here, when the required load increases, the in-cylinder oxygen concentration follows the change characteristic diagram of the in-cylinder oxygen concentration with respect to the engine load and the rotational speed shown in FIG. 7 from the low load side to the high load side. Adjusted to When the required load increases rapidly, the in-cylinder oxygen concentration needs to be adjusted quickly. In particular, when the in-cylinder oxygen concentration is increased, the fuel supply amount is increased in accordance with an increase in the required load. If the in-cylinder oxygen concentration cannot be increased immediately, the fuel supply corresponding to the required load is performed. The quantity cannot be supplied, and as a result, the demand load cannot be increased quickly.

そこで、ＰＣＭ１は、エンジン１が筒内酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、要求負荷の増加率が大きくなるほど筒内酸素濃度が高くなるように前記排気ガス還流弁５１ａの制御量を調整する。以下に、排気ガス還流弁５１ａの制御量の調整について詳しく説明する。図８は、排気ガス還流弁５１ａの制御量を、要求負荷の増加率に応じて調整する際のフローチャートを示し、図９は、要求負荷の増加率に応じて調整される、要求負荷に対する筒内酸素濃度の変化特性の一例を示し、図１０は、要求負荷の増加率に応じた、エンジン負荷、回転数及び筒内酸素濃度の変化特性図の一例を示している。   Therefore, when the engine 1 is accelerated from a load lower than the load corresponding to the minimum value of the in-cylinder oxygen concentration beyond the load corresponding to the minimum value, the PCM 1 increases in the cylinder as the increase rate of the required load increases. The control amount of the exhaust gas recirculation valve 51a is adjusted so that the oxygen concentration becomes high. Hereinafter, the adjustment of the control amount of the exhaust gas recirculation valve 51a will be described in detail. FIG. 8 shows a flowchart for adjusting the control amount of the exhaust gas recirculation valve 51a in accordance with the increase rate of the required load. FIG. 9 shows a cylinder for the required load that is adjusted in accordance with the increase rate of the required load. An example of the change characteristic of the internal oxygen concentration is shown, and FIG. 10 shows an example of a change characteristic diagram of the engine load, the rotational speed, and the in-cylinder oxygen concentration according to the increase rate of the required load.

ＰＣＭ１は、まず、ステップＳ１において、目標トルク（即ち、要求負荷）とエンジン回転数から筒内酸素濃度目標値Ａを算出する。   First, in step S1, the PCM 1 calculates the in-cylinder oxygen concentration target value A from the target torque (that is, the required load) and the engine speed.

次に、ステップＳ２において、目標トルクの増加率から筒内酸素濃度の調整量Δを算出する。具体的には、アクセルペダルの踏み込み量の増加率から目標トルクの増加率を算出する。ＰＣＭ１は、目標トルクの増加率に対する調整量Δのマップ、テーブル又は関数を有しており、算出された目標トルクの増加率から調整量Δを求める。ここで、調整量Δは、目標トルクの増加率が大きくなるほど、大きくなるように設定されている。   Next, in step S2, the adjustment amount Δ of the in-cylinder oxygen concentration is calculated from the increase rate of the target torque. Specifically, the increase rate of the target torque is calculated from the increase rate of the accelerator pedal depression amount. The PCM 1 has a map, table or function of the adjustment amount Δ with respect to the target torque increase rate, and obtains the adjustment amount Δ from the calculated target torque increase rate. Here, the adjustment amount Δ is set to increase as the increase rate of the target torque increases.

続いて、ステップＳ３において、筒内酸素濃度目標値Ａが現在の筒内酸素濃度指令値Ｂ以上か否かを判定する。すなわち、筒内酸素濃度を減少させるか否かを判定する。筒内酸素濃度指令値Ｂは、排気ガス還流弁５１ａに指令値を出力する際に基準となる値である。実際の筒内酸素濃度がこの筒内濃度指令値Ｂとなるように、排気ガス還流弁５１ａの開度が制御される。   Subsequently, in step S3, it is determined whether or not the in-cylinder oxygen concentration target value A is equal to or greater than the current in-cylinder oxygen concentration command value B. That is, it is determined whether to reduce the in-cylinder oxygen concentration. The in-cylinder oxygen concentration command value B is a reference value when outputting the command value to the exhaust gas recirculation valve 51a. The opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a is controlled so that the actual in-cylinder oxygen concentration becomes the in-cylinder concentration command value B.

そして、筒内酸素濃度目標値Ａが筒内酸素濃度指令値Ｂよりも小さい（Ｎｏ）ときには、ステップＳ５へ進む。筒内酸素濃度目標値Ａが筒内酸素濃度指令値Ｂよりも小さいときは、筒内酸素濃度を減少させるときであって、排気ガス還流弁５１ａの開度を大きくするときである。ステップＳ５では、筒内酸素濃度目標値Ａに調整量Δを足して、その値を筒内酸素濃度指令値Ｂとする。そして、ＰＣＭ１は、排気ガス還流弁５１ａをこの筒内酸素濃度指令値Ｂに応じた開度となるように制御する。つまり、筒内酸素濃度を減少させるときには、筒内酸素濃度目標値Ａをそのまま筒内酸素濃度指令値Ｂとするのではなく、筒内酸素濃度目標値Ａに調整量Δを足して筒内酸素濃度指令値Ｂとする。その結果、筒内酸素濃度を減少させるときには、筒内酸素濃度指令値Ｂが目標値Ａよりも高めに調整（補正）される。   When the in-cylinder oxygen concentration target value A is smaller than the in-cylinder oxygen concentration command value B (No), the process proceeds to step S5. The in-cylinder oxygen concentration target value A is smaller than the in-cylinder oxygen concentration command value B when reducing the in-cylinder oxygen concentration and increasing the opening of the exhaust gas recirculation valve 51a. In step S5, the adjustment amount Δ is added to the in-cylinder oxygen concentration target value A, and this value is used as the in-cylinder oxygen concentration command value B. Then, the PCM 1 controls the exhaust gas recirculation valve 51a so as to have an opening degree corresponding to the in-cylinder oxygen concentration command value B. That is, when reducing the in-cylinder oxygen concentration, the in-cylinder oxygen concentration target value A is not directly used as the in-cylinder oxygen concentration command value B, but the adjustment amount Δ is added to the in-cylinder oxygen concentration target value A to increase the in-cylinder oxygen concentration. The concentration command value B is assumed. As a result, when reducing the in-cylinder oxygen concentration, the in-cylinder oxygen concentration command value B is adjusted (corrected) to be higher than the target value A.

その後、ステップＳ６へ進み、筒内酸素濃度指令値Ｂが筒内酸素濃度目標値Ａ以下となるか否かを判定する。筒内酸素濃度指令値Ｂが筒内酸素濃度目標値Ａ以下（Ｙｅｓ）のときには、ステップＳ７へ進み、筒内酸素濃度指令値Ｂを筒内酸素濃度目標値Ａとする。すなわち、筒内酸素濃度目標値Ａを、調整量Δを足すことなく、筒内酸素濃度指令値Ｂとする。一方、筒内酸素濃度指令値Ｂが筒内酸素濃度目標値Ａよりも大きい（Ｎｏ）ときには、ＥＮＤへ進む。   Thereafter, the process proceeds to step S6, and it is determined whether or not the in-cylinder oxygen concentration command value B is equal to or less than the in-cylinder oxygen concentration target value A. When the in-cylinder oxygen concentration command value B is equal to or less than the in-cylinder oxygen concentration target value A (Yes), the process proceeds to step S7, and the in-cylinder oxygen concentration command value B is set as the in-cylinder oxygen concentration target value A. That is, the in-cylinder oxygen concentration target value A is set to the in-cylinder oxygen concentration command value B without adding the adjustment amount Δ. On the other hand, when the in-cylinder oxygen concentration command value B is larger than the in-cylinder oxygen concentration target value A (No), the process proceeds to END.

一方、ステップＳ３において、筒内酸素濃度目標値Ａが現在の筒内酸素濃度指令値Ｂ以上（Ｙｅｓ）のときには、ステップＳ４へ進む。筒内酸素濃度目標値Ａが現在の筒内酸素濃度指令値Ｂ以上のときは、筒内酸素濃度を上昇させるときであって、排気ガス還流弁５１ａの開度を小さくするときである。ステップＳ４では、筒内酸素濃度目標値Ａを筒内酸素濃度指令値Ｂとする。すなわち、筒内酸素濃度目標値Ａを、調整量Δを足すことなく、そのまま筒内酸素濃度指令値Ｂとする。その結果、筒内酸素濃度を上昇させるときには、筒内酸素濃度指令値Ｂが目標値Ａの通りに設定される。   On the other hand, when the in-cylinder oxygen concentration target value A is equal to or greater than the current in-cylinder oxygen concentration command value B (Yes) in step S3, the process proceeds to step S4. When the in-cylinder oxygen concentration target value A is equal to or greater than the current in-cylinder oxygen concentration command value B, it is time to increase the in-cylinder oxygen concentration and to reduce the opening of the exhaust gas recirculation valve 51a. In step S4, the in-cylinder oxygen concentration target value A is set as the in-cylinder oxygen concentration command value B. That is, the in-cylinder oxygen concentration target value A is directly used as the in-cylinder oxygen concentration command value B without adding the adjustment amount Δ. As a result, when increasing the in-cylinder oxygen concentration, the in-cylinder oxygen concentration command value B is set as the target value A.

このように制御される結果、筒内酸素濃度は、図９に示すように変化する。つまり、図中の一点鎖線で示す、要求負荷の増加率が大きい場合（即ち、急加速時）には、筒内酸素濃度が減少する際に、筒内酸素濃度が目標値よりも高めに調整される。そのため、筒内酸素濃度の極小値は、図中の実線で示す目標値に比べて、大きくなる。尚、図９の例では、調整量Δは、要求負荷が大きくなるほど大きくなっている。すなわち、筒内酸素濃度は、極小値の近傍ほど、大きく高濃度側へ調整されている。   As a result of this control, the in-cylinder oxygen concentration changes as shown in FIG. In other words, when the required load increase rate indicated by the alternate long and short dash line in the figure is large (that is, during rapid acceleration), the in-cylinder oxygen concentration is adjusted to be higher than the target value when the in-cylinder oxygen concentration decreases. Is done. Therefore, the minimum value of the in-cylinder oxygen concentration becomes larger than the target value indicated by the solid line in the figure. In the example of FIG. 9, the adjustment amount Δ increases as the required load increases. That is, the in-cylinder oxygen concentration is adjusted to a higher concentration side as it is closer to the minimum value.

やがて、筒内酸素濃度が上昇に転じるが、筒内酸素濃度が上昇し始める時点では、そのときの筒内酸素濃度（即ち、極小値）は目標値よりも高めになっている。そのため、筒内酸素濃度を目標値の通りに調整すべく排気ガス還流弁５１ａが制御されても、実際の筒内酸素濃度は、始めのうちは目標値よりも高めの値になっており、しだいに目標値に収束していく。つまり、急加速時には、筒内酸素濃度を上昇させる際に、実際の筒内酸素濃度が要求負荷に応じた本来の値（目標値）よりも前もって高めに調整される。このように、筒内酸素濃度を早めに上昇させることによって、要求負荷の増大に応じて燃料供給量を増加させようとするときには筒内酸素濃度が既に燃料供給量に応じた値となっているため、増量させた燃料をすぐに供給することができる。その結果、迅速な加速を実現することができる。   Eventually, the in-cylinder oxygen concentration starts to rise, but at the time when the in-cylinder oxygen concentration starts to rise, the in-cylinder oxygen concentration (that is, the minimum value) at that time is higher than the target value. Therefore, even if the exhaust gas recirculation valve 51a is controlled to adjust the in-cylinder oxygen concentration according to the target value, the actual in-cylinder oxygen concentration is initially higher than the target value, Gradually converge to the target value. That is, during rapid acceleration, when the in-cylinder oxygen concentration is increased, the actual in-cylinder oxygen concentration is adjusted to be higher than the original value (target value) corresponding to the required load. In this way, by increasing the in-cylinder oxygen concentration early, the in-cylinder oxygen concentration has already become a value corresponding to the fuel supply amount when attempting to increase the fuel supply amount in response to an increase in the required load. Therefore, the increased amount of fuel can be supplied immediately. As a result, rapid acceleration can be realized.

かかる構成では、要求負荷の増加率が大きいほど、筒内酸素濃度の極小値が大きくなるが、要求負荷の増加率が所定値以上となると、筒内酸素濃度の極小値が、予混合燃焼に対応する濃度（図７のハッチング領域）の上限値（例えば、１５重量％）よりも高くなる。このような場合には、エンジン１の燃焼は、拡散燃焼のまま出力トルクを増大させていく。すなわち、要求負荷の増加率が当該所定値未満のときには、要求負荷の増大に伴って、エンジン１の燃焼は、拡散燃焼、予混合燃焼、拡散燃焼の順で切り替わるが、要求負荷の増加率が当該所定値以上のときには、予混合燃焼モードにならないため、要求負荷が増大しても、拡散燃焼のままである。筒内酸素濃度の極小値が、予混合燃焼に対応する濃度よりも高いということは、筒内酸素濃度が予混合燃焼を実行できる程度に低下しないということである。このような場合には、予混合燃焼を行うことなく、拡散燃焼を実行することによって、燃焼を安定させることができる。   In such a configuration, the minimum value of the in-cylinder oxygen concentration increases as the increase rate of the required load increases. However, when the increase rate of the required load exceeds a predetermined value, the minimum value of the in-cylinder oxygen concentration becomes the premixed combustion. It becomes higher than the upper limit (for example, 15% by weight) of the corresponding density (hatched area in FIG. 7). In such a case, the combustion of the engine 1 increases the output torque while maintaining diffusion combustion. That is, when the required load increase rate is less than the predetermined value, the combustion of the engine 1 is switched in the order of diffusion combustion, premixed combustion, and diffusion combustion as the required load increases. When the value exceeds the predetermined value, the premixed combustion mode is not entered, so that the diffusion combustion remains even if the required load increases. The fact that the minimum value of the in-cylinder oxygen concentration is higher than the concentration corresponding to premixed combustion means that the in-cylinder oxygen concentration does not decrease to such an extent that premixed combustion can be performed. In such a case, combustion can be stabilized by performing diffusion combustion without performing premixed combustion.

例えば、図１０に示すように、実線の座標軸上の運転領域ａ１から加速する場合には、要求負荷の増加率が所定値未満である緩加速時には、要求負荷が増大するにつれて、筒内酸素濃度が低下し、運転領域ａ１から運転領域ａ２に突入する（実線の座標軸と一点鎖線の座標軸の間の領域参照）。運転領域ａ１では、拡散燃焼であるが、運転領域ａ２では、予混合燃焼となる。要求負荷が増大すると、筒内酸素濃度が上昇に転じ、筒内酸素濃度を上昇させながら、出力トルクを増大させていく（一点鎖線の座標軸と破線の座標軸の間の領域参照）。要求負荷のさらなる増大に伴って、筒内酸素濃度はさらに上昇し、エンジン１の運転状態は運転領域ａ３に突入し、燃焼は拡散燃焼となる（破線の座標軸と実線の座標軸の間の領域参照）。そこから、要求負荷がさらに増大し、筒内酸素濃度を上昇させつつ出力トルクを増大させていく（実線の座標軸と点線の座標軸の間に領域参照）。   For example, as shown in FIG. 10, when accelerating from the operation region a1 on the solid coordinate axis, the in-cylinder oxygen concentration increases as the required load increases during slow acceleration where the increase rate of the required load is less than a predetermined value. Decreases and enters the operation area a2 from the operation area a1 (refer to the area between the coordinate line of the solid line and the coordinate axis of the one-dot chain line). In the operation region a1, diffusion combustion is performed, but in the operation region a2, premixed combustion is performed. When the required load increases, the in-cylinder oxygen concentration starts to increase, and the output torque is increased while increasing the in-cylinder oxygen concentration (see the region between the dashed-dotted coordinate axis and the broken-line coordinate axis). As the required load further increases, the in-cylinder oxygen concentration further increases, the operating state of the engine 1 enters the operating region a3, and the combustion becomes diffusion combustion (refer to the region between the dotted coordinate axis and the solid coordinate axis). ). From there, the required load further increases, and the output torque is increased while raising the in-cylinder oxygen concentration (see the region between the solid coordinate axis and the dotted coordinate axis).

一方、要求負荷の増加率が所定値以上である急加速時の一例である、全開加速時（図９の二点鎖線に対応）には、実線の座標軸上の運転領域ａ１から筒内酸素濃度を可及的に上昇させた上で、要求負荷の増大に応じて出力トルクを増大させていく。この場合、実線の座標軸よりも、破線や一点鎖線の座標軸側の領域には突入することなく、点線の座標軸側の領域へ突入していく。つまり、運転領域ａ２に突入することがないので、拡散燃焼のまま、出力トルクを増大させていく。   On the other hand, in the case of full acceleration (corresponding to the two-dot chain line in FIG. 9), which is an example of sudden acceleration in which the increase rate of the required load is a predetermined value or more, the in-cylinder oxygen concentration from the operation region a1 on the solid coordinate axis Is increased as much as possible, and the output torque is increased as the required load increases. In this case, rather than entering the area on the coordinate axis side of the broken line or the alternate long and short dash line from the coordinate axis of the solid line, the area enters the area on the coordinate axis side of the dotted line. That is, since the engine does not enter the operation region a2, the output torque is increased while maintaining diffusion combustion.

したがって、本実施形態によれば、筒内酸素濃度を要求負荷の増大に伴って、一旦低下させた後に上昇させるように排気ガス還流弁５１ａを制御するエンジン１において、要求負荷が増加するときには、その増加率が大きいほど、排気ガス還流弁５１ａの制御量を、筒内酸素濃度が高くなる方向へ調整することによって、筒内酸素濃度の急加速時の加速遅れを抑制することができる。その結果、加速性能を向上させることができる。   Therefore, according to the present embodiment, when the required load increases in the engine 1 that controls the exhaust gas recirculation valve 51a so as to increase the in-cylinder oxygen concentration after being once reduced and then increased as the required load increases. By adjusting the control amount of the exhaust gas recirculation valve 51a in the direction in which the in-cylinder oxygen concentration increases as the increase rate increases, the acceleration delay at the time of rapid acceleration of the in-cylinder oxygen concentration can be suppressed. As a result, acceleration performance can be improved.

この際に、排気ガス還流弁５１ａの開度の極大値を小さくするように調整することによって、筒内酸素濃度の最低値を高めることができ、筒内酸素濃度が低下し過ぎることを防止することができる。その結果、筒内酸素濃度の上昇に早急に対応することができる。   At this time, by adjusting the maximum value of the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a, the minimum value of the in-cylinder oxygen concentration can be increased, and the in-cylinder oxygen concentration is prevented from excessively decreasing. be able to. As a result, it is possible to quickly cope with an increase in the in-cylinder oxygen concentration.

尚、上記の構成では、要求負荷の増加率が大きいときには、筒内酸素濃度を低下させる際の筒内酸素濃度目標値Ａを調整量Δで補正しているが、筒内酸素濃度を低下させる際の筒内酸素濃度を目標値よりも高めに調整する方法はこれに限られるものではない。例えば、要求負荷の増加率が大きいときには、筒内酸素濃度を低下させる際の筒内酸素濃度目標値Ａはそのままで、排気ガス還流弁５１ａの弁開動作速度を遅くするようにしてもよい。詳しくは、制御周期ごとに出力信号を排気ガス還流弁５１ａに出力して、排気ガス還流弁５１ａの開度を制御する構成においては、１回の出力で調整できる開度の最大調整量を小さくすることによって、排気ガス還流弁５１ａの弁開動作速度を遅くすることができる。すなわち、最大調整量を小さくすると、排気ガス還流弁５１ａの開度を所望の開度まで開かせるのに要する時間が長くなる。一方、筒内酸素濃度を上昇させる際の排気ガス還流弁５１ａの弁閉動作速度は遅くしない。詳しくは、最大調整量を元に戻す。   In the above configuration, when the increase rate of the required load is large, the in-cylinder oxygen concentration target value A when the in-cylinder oxygen concentration is decreased is corrected by the adjustment amount Δ, but the in-cylinder oxygen concentration is decreased. However, the method for adjusting the in-cylinder oxygen concentration to be higher than the target value is not limited to this. For example, when the increase rate of the required load is large, the in-cylinder oxygen concentration target value A when the in-cylinder oxygen concentration is decreased may be left as it is, and the valve opening operation speed of the exhaust gas recirculation valve 51a may be decreased. Specifically, in a configuration in which an output signal is output to the exhaust gas recirculation valve 51a at each control cycle to control the opening of the exhaust gas recirculation valve 51a, the maximum adjustment amount of the opening that can be adjusted with one output is reduced. As a result, the valve opening speed of the exhaust gas recirculation valve 51a can be reduced. That is, if the maximum adjustment amount is reduced, the time required for opening the exhaust gas recirculation valve 51a to a desired opening becomes longer. On the other hand, the valve closing operation speed of the exhaust gas recirculation valve 51a when raising the in-cylinder oxygen concentration is not slow. For details, return the maximum adjustment amount to the original value.

その結果、要求負荷が増大していくときであって且つ筒内酸素濃度を減少させるときには、排気ガス還流弁５１ａの開度が、要求負荷の増大に伴って減少していく筒内酸素濃度目標値Ａに応じた値に追従できないため、実際の筒内酸素濃度は該目標値Ａに達しない。やがて、筒内酸素濃度を上昇させることになるが、実際の筒内酸素濃度は目標値Ａに達することなく上昇に転じることになるため、結果として、筒内酸素濃度の極小値が高濃度側へ（即ち、排気ガス還流弁５１ａの開度の極大値が小さくなる方向へ）調整されることになる。また、筒内酸素濃度が上昇する際の排気ガス還流弁５１ａの動作速度は元に戻っているため、排気ガス還流弁５１ａの開度は、要求負荷の増大に伴って上昇していく筒内酸素濃度目標値Ａに応じた値に可及的に追従する。かかる構成の場合、要求負荷の増加率が大きいほど、実際の筒内酸素濃度と目標値Ａとの乖離が大きくなるため、結果として、要求負荷の増加率が大きいほど、筒内酸素濃度の極小値が高濃度側へ（即ち、排気ガス還流弁５１ａの開度の極大値が小さくなる方向へ）大きく調整されることになる。尚、最大調整量を、要求負荷の増加率が大きいほど、小さくしてもよい。   As a result, when the required load increases and the in-cylinder oxygen concentration decreases, the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a decreases as the required load increases. Since the value corresponding to the value A cannot be followed, the actual in-cylinder oxygen concentration does not reach the target value A. Eventually, the in-cylinder oxygen concentration is increased, but the actual in-cylinder oxygen concentration starts to increase without reaching the target value A. As a result, the minimum value of the in-cylinder oxygen concentration becomes higher. (That is, in the direction in which the maximum value of the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a is reduced). In addition, since the operating speed of the exhaust gas recirculation valve 51a when the in-cylinder oxygen concentration increases, the opening speed of the exhaust gas recirculation valve 51a increases as the required load increases. The value corresponding to the oxygen concentration target value A is followed as much as possible. In such a configuration, the greater the increase rate of the required load, the greater the difference between the actual in-cylinder oxygen concentration and the target value A. As a result, the greater the increase rate of the required load, the smaller the in-cylinder oxygen concentration. The value is greatly adjusted toward the high concentration side (that is, in the direction in which the maximum value of the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a decreases). The maximum adjustment amount may be reduced as the increase rate of the required load is increased.

また、このように、排気ガス還流弁５１ａの弁開動作速度を調整することによって、要求負荷の増大時には、上述のような制御を実現することができる一方、定常状態においては、排気ガス還流弁５１ａの開度を目標値に到達させることができる。すなわち、排気ガス還流弁５１ａの開度を調整するのは、要求負荷が増大するように変化しているときだけでよいため、定常状態においては、当初の目標値に達することが好ましい。しかし、上記の構成のように目標値を調整してしまうと、定常状態においても、開度は変更後の目標値までしか達しない。それに対して、排気ガス還流弁５１ａの弁開動作速度を調整する場合には、時間を要するものの、いずれは開度が目標値に達する。つまり、定常状態においては、開度を目標値に到達させることができる。   In addition, by adjusting the valve opening operation speed of the exhaust gas recirculation valve 51a as described above, the above-described control can be realized when the required load increases, while in the steady state, the exhaust gas recirculation valve The opening degree of 51a can be made to reach a target value. That is, the opening degree of the exhaust gas recirculation valve 51a needs to be adjusted only when the required load changes so that the initial target value is reached in the steady state. However, if the target value is adjusted as in the above configuration, the opening degree reaches only the changed target value even in the steady state. On the other hand, when adjusting the valve opening speed of the exhaust gas recirculation valve 51a, it takes time, but eventually the opening degree reaches the target value. That is, in a steady state, the opening degree can reach the target value.

また、要求負荷の増加率が所定値以上のときには、予混合燃焼モードとなることなく、拡散燃焼モードのまま燃焼を実行することによって、燃焼を安定させることができる。   Further, when the increase rate of the required load is equal to or greater than a predetermined value, the combustion can be stabilized by executing the combustion in the diffusion combustion mode without entering the premixed combustion mode.

また、排気ガス還流弁５１ａの制御に対する筒内酸素濃度の応答性が悪いため、筒内酸素濃度は図９の破線で示すようにオーバーシュートする傾向がある。しかし、前述の如く、要求負荷の増加率が大きいほど、排気ガス還流弁５１ａの制御量を筒内酸素濃度が高くなる方向へ調整することによって、上述のオーバーシュートも抑制することができる。   Further, since the responsiveness of the in-cylinder oxygen concentration to the control of the exhaust gas recirculation valve 51a is poor, the in-cylinder oxygen concentration tends to overshoot as shown by the broken line in FIG. However, as described above, the above-described overshoot can also be suppressed by adjusting the control amount of the exhaust gas recirculation valve 51a in a direction in which the in-cylinder oxygen concentration increases as the increase rate of the required load increases.

《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
尚、拡散燃焼モードにおけるプレ噴射、主噴射及びポスト噴射の回数は上記の回数に限定されるものではなく適宜設定すればよい。また、予混合燃焼モードにおける燃料噴射の回数は上記の回数に限定されるものではなく適宜設定すればよい。また、各燃料噴射における供給量も上記の態様に限定されるものではなく適宜設定すればよい。さらに、各燃料噴射のタイミングも上記の態様に限定されるものではなく適宜設定すればよい。 << Other Embodiments >>
The present invention may be configured as follows with respect to the above embodiment.
Note that the number of pre-injection, main injection, and post-injection in the diffusion combustion mode is not limited to the above-mentioned number, and may be set as appropriate. Further, the number of fuel injections in the premixed combustion mode is not limited to the above number and may be set as appropriate. Further, the supply amount in each fuel injection is not limited to the above-described mode, and may be set as appropriate. Furthermore, the timing of each fuel injection is not limited to the above aspect, and may be set as appropriate.

また、エンジン１が半暖機及び温間時に予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとの切替制御を行うようにしているが、これに限られるものではない。すなわち、排気浄化装置４１、特に、酸化触媒４１ａの活性化が完了し且つグロープラグ１９がＯＦＦ状態であれば、予混合燃焼を行うことができる。つまり、酸化触媒４１ａの活性化が完了し且つグロープラグ１９がＯＦＦ状態のときに、予混合燃焼モードと拡散燃焼モードとの切替制御を行うようにしてもよい。   Further, although the engine 1 is controlled to switch between the premixed combustion mode and the diffusion combustion mode when the engine 1 is warmed up and warm, the present invention is not limited to this. That is, if the activation of the exhaust purification device 41, particularly the oxidation catalyst 41a is completed and the glow plug 19 is in the OFF state, premixed combustion can be performed. That is, the switching control between the premixed combustion mode and the diffusion combustion mode may be performed when the activation of the oxidation catalyst 41a is completed and the glow plug 19 is in the OFF state.

尚、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。   In addition, the above embodiment is an essentially preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.

以上説明したように、本発明は、軽油を主成分とする燃料が供給されるエンジン本体を備えたディーゼルエンジンについて有用である。   As described above, the present invention is useful for a diesel engine including an engine body to which a fuel mainly composed of light oil is supplied.

１ エンジン（エンジン本体）
１０ ＰＣＭ（ＥＧＲ弁制御部、燃焼制御部）
１１ａ 気筒
５１ａ 排気ガス還流弁（ＥＧＲ弁） 1 Engine (Engine body)
10 PCM (EGR valve control unit, combustion control unit)
11a Cylinder 51a Exhaust gas recirculation valve (EGR valve)

Claims (4)

軽油を主成分とする燃料が供給されるエンジン本体を備えたディーゼルエンジンであって、
前記エンジン本体の気筒内に導入するＥＧＲガス量を調整するためのＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ弁を制御することによって前記気筒内の酸素濃度を調整するＥＧＲ弁制御部とをさらに備え、
前記ＥＧＲ弁制御部は、
前記エンジン本体の要求負荷の増大に伴って前記気筒内の酸素濃度が一旦低下した後に上昇するように、前記要求負荷に応じて前記ＥＧＲ弁の開度を制御するように構成されており、
前記エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、前記要求負荷の増加率が大きくなるほど前記酸素濃度が高くなるように前記ＥＧＲ弁の制御量を調整するディーゼルエンジン。 A diesel engine having an engine body that is supplied with fuel mainly composed of light oil,
An EGR valve for adjusting the amount of EGR gas introduced into the cylinder of the engine body;
An EGR valve control unit that adjusts the oxygen concentration in the cylinder by controlling the EGR valve;
The EGR valve control unit
The opening degree of the EGR valve is controlled according to the required load so that the oxygen concentration in the cylinder once decreases as the required load of the engine body increases, and then increases.
When the engine body is accelerated beyond the load corresponding to the minimum value from the load corresponding to the minimum value of the oxygen concentration and exceeding the load corresponding to the minimum value, the oxygen concentration increases as the increase rate of the required load increases. A diesel engine that adjusts the control amount of the EGR valve. 請求項１に記載のディーゼルエンジンにおいて、
前記ＥＧＲ弁制御部は、
前記エンジン本体の要求負荷の増大に伴って前記気筒内の酸素濃度が一旦低下した後に上昇するように、前記ＥＧＲ弁の開度を前記エンジン本体の要求負荷の増大に伴って一旦増大させた後に減少させるように制御しており、
前記エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、前記要求負荷の増加率が大きくなるほど前記ＥＧＲ弁の開度の極大値を小さくするように前記ＥＧＲ弁の制御量を調整するディーゼルエンジン。 The diesel engine according to claim 1,
The EGR valve control unit
After increasing the opening of the EGR valve once with an increase in the required load of the engine body so that the oxygen concentration in the cylinder once increases with an increase in the required load of the engine body Control to decrease,
When the engine body is accelerated from a lower load side than the load corresponding to the minimum value of the oxygen concentration and exceeding the load corresponding to the minimum value, the opening degree of the EGR valve increases as the increase rate of the required load increases. A diesel engine that adjusts the control amount of the EGR valve so as to reduce the local maximum value. 請求項１に記載のディーゼルエンジンにおいて、
前記ＥＧＲ弁制御部は、前記エンジン本体が前記酸素濃度の極小値に対応する負荷よりも低負荷側から当該極小値に対応する負荷を超えて加速されるときには、前記要求負荷の増加率が大きくなるほど前記ＥＧＲ弁の開弁動作速度を遅くすることによって、前記ＥＧＲ弁の制御量を調整するディーゼルエンジン。 The diesel engine according to claim 1,
The EGR valve control unit has a large increase rate of the required load when the engine body is accelerated beyond a load corresponding to the minimum value from a lower load side than a load corresponding to the minimum value of the oxygen concentration. A diesel engine that adjusts the control amount of the EGR valve by slowing the valve opening operation speed of the EGR valve. 請求項１乃至３の何れか１つに記載のディーゼルエンジンにおいて、
前記エンジン本体の燃焼状態を制御する燃焼制御部をさらに備え、
前記燃焼制御部は、
前記エンジン本体の要求負荷が所定の低負荷側であって且つ定常状態でＥＧＲが実行されるＥＧＲ運転領域内の所定の運転領域では、前記エンジン本体に予混合燃焼を行わせる予混合燃焼モードとなる一方、該ＥＧＲ運転領域内の、該予混合燃焼モードの運転領域よりも低負荷側の所定の運転領域と高負荷側の所定の運転領域とでは、前記エンジン本体に拡散燃焼を行わせる拡散燃焼モードとなるように構成されていると共に、該予混合燃焼モードの運転領域では、該低負荷側及び高負荷側の拡散燃焼モードの運転領域よりも前記気筒内の酸素濃度が高くなるように、前記ＥＧＲ弁制御部に前記ＥＧＲ弁を制御させており、
前記低負荷側の拡散燃焼モードの運転領域から前記高負荷側の拡散燃焼モードの運転領域まで加速するときであって且つ前記要求負荷の増加率が所定値以上の急加速時には、前記予混合燃焼モードとなることなく、前記拡散燃焼モードのまま前記エンジン本体の燃焼を実行するディーゼルエンジン。 The diesel engine according to any one of claims 1 to 3,
A combustion control unit for controlling a combustion state of the engine body;
The combustion control unit
A premixed combustion mode in which the engine main body performs premixed combustion in a predetermined operating region in an EGR operating region where the required load of the engine main body is a predetermined low load side and EGR is executed in a steady state; On the other hand, in the EGR operation region, in the predetermined operation region on the low load side and the predetermined operation region on the high load side than the operation region in the premixed combustion mode, diffusion that causes the engine body to perform diffusion combustion The combustion mode is configured so that the oxygen concentration in the cylinder is higher in the operation region of the premixed combustion mode than in the operation region of the diffusion combustion mode on the low load side and the high load side. The EGR valve control unit controls the EGR valve,
When accelerating from the low load side diffusion combustion mode operation region to the high load side diffusion combustion mode operation region and when the required load increase rate is a rapid acceleration exceeding a predetermined value, the premixed combustion A diesel engine that performs combustion of the engine main body in the diffusion combustion mode without entering a mode.
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