JP3900819B2 - ターボ過給機付エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気により吸気を過給するターボ過給機を備えたエンジンの制御装置に関し、特に、いわゆる直噴式ディーゼルエンジン等の筒内直噴式エンジンにおいて、過給圧の低いエンジン低回転域からの加速運転に対応するための燃料噴射制御の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用エンジンの出力や燃費を向上させるために、排気エネルギを利用してエンジンの吸気充填量を高めることのできる排気タービン駆動式過給機（ターボ過給機）が広く用いられている。
【０００３】
また、直噴式ディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射弁の作動特性の個体差による悪影響を排除するために、例えば特開平３−１６０１４８号公報に開示されるように、燃料噴射弁の芯弁をパルス信号の入力に応じてオンオフ動作させることにより、該燃料噴射弁からの燃料噴射量を時間的に変調させて、その噴射量を変更制御することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的にターボ過給機は、エンジンの排気エネルギの大きい中回転ないし高回転域では優れた能力を発揮するものの、排気エネルギの小さな低回転域では能力が低下するという特性を有し、しかも、ターボ過給機を装備する過給エンジンは通常、気筒の圧縮比が非過給エンジンよりも小さいことから、低回転域では吸気充填量の低下が相対的に大きくなる。このため、例えば車両の発進時のようにエンジンの低回転域で加速運転状態になったときには、エンジン回転数が速やかに上昇せずにもたつくという、いわゆるターボラグの問題がある。
【０００５】
また、一般的に筒内直噴式エンジンでは、加速運転時にエンジンの要求出力の増大に応じて燃料噴射量が増やされるが、このときに燃焼室の吸気充填量を直ちに増やすことはできないので、空気不足により局所的に燃焼状態が悪化して、炭素粒子の凝集物からなる煤の発生量が増え、排気中のスモークが増大する。しかも、このときにターボラグによってエンジンがもたつけば、運転者はさらにアクセルペダルを踏み込むことがあり、こうなると、さらなる燃料増量によってスモークが一層、増大するという悪循環に陥る。
【０００６】
加えて、ディーゼルエンジンの場合はそのように多量の燃料が供給されると、初期の予混合燃焼が過度に激しくなって、このときのＮＯｘ生成量が急増するという問題もある。
【０００７】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ターボ過給機を装備したエンジンの少なくとも低回転域における燃料噴射制御の手順に工夫を凝らし、その低回転域等からの加速運転時に排気有害成分の増大を抑えながら、十分な加速性能を得ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の解決手段では、まず、エンジンが加速運転状態になる頻度が高いと考えられる運転領域を予め特定し、エンジンがその運転領域（設定運転領域）にあるときには、噴射燃料をできるだけ長い期間をかけて、かつ良好に燃焼させることで、エンジンの出力トルクを確保しつつ、燃焼に伴うＮＯｘやスモークの生成を抑えながら、加速運転に備えて、ターボ過給機への排気エネルギを高めるようにしている。
【０００９】
具体的に、請求項１の発明は、図１に示すように、エンジン１の気筒２内燃焼室４に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射弁５と、エンジン１の排気により吸気を過給するターボ過給機３１とを備え、前記燃料噴射弁５による燃料の噴射量をエンジン１の負荷状態に応じて制御するようにしたターボ過給機付エンジンの制御装置Ａを前提とする。そして、エンジン１が低回転域にあるとき、前記燃料噴射弁５により燃料を、予混合燃焼状態になるように気筒２の圧縮行程で副噴射させるとともに、この副噴射作動の終了後に、拡散燃焼状態になるように燃料を主噴射させる燃料噴射制御手段４０ａと、エンジンの加速運転の開始を判定する加速開始判定手段（同図には示さず）とを備え、その燃料噴射制御手段４０ａを、エンジン１が低回転域における部分負荷の設定運転領域にあるとき、前記燃料噴射弁５の主噴射の噴射作動を２回以上に分割する一方、該設定運転領域よりも高負荷側では該主噴射作動を１回で行わせるとともに、前記加速開始判定手段による加速開始の判定から所定期間が経過するまでの加速初期にはエンジン１が設定運転領域よりも高負荷側にあっても、燃料噴射弁５の主噴射作動を２回以上に分割する一方、該所定期間の経過後である加速後期には該主噴射作動を１回で行わせる主噴射制御部４０ｂを有するものとする。尚、エンジン低回転域とは、例えば、エンジンの運転領域をエンジン回転数について低、中、高に３等分したときの、そのうちの低回転域を指すものとする。
【００１０】
前記の構成により、エンジン１が低回転域にあるときに、燃料噴射制御手段４０ａの制御により燃料噴射弁５の燃料噴射作動が副噴射作動と主噴射作動とに分けて行われる。そして、その副噴射作動により気筒２の圧縮行程で噴射された燃料が空気と混合されて燃焼し（予混合燃焼）、この燃焼により燃焼室４の温度及び圧力状態が高められるとともに、該燃焼室４に火種が形成されたところで、燃料噴射弁５の主噴射作動が行われると、これによる噴射燃料の着火遅れ時間は極めて短くなり、燃料の殆どが良好な拡散燃焼状態になる。ここで、エンジン１が部分負荷の設定運転領域にあれば、主噴射制御部４０ｂにより前記燃料噴射弁５の主噴射作動が２回以上に分割され、噴射燃料の燃焼期間が相対的に長くなって等容度が低下することで、エンジン１の出力トルクを確保しつつ、ターボ過給機３１への排気エネルギが増大して、吸気の過給圧が高められる。
【００１１】
つまり、エンジン１が加速運転状態になる頻度の高い設定運転領域において、燃料の副噴射による燃焼性の向上と主噴射の分割による燃焼期間の延長とを組み合わせて、過給圧を高めることにより、この状態からの加速運転時にエンジン１のターボラグを軽減して、加速性能を向上できる。しかも、燃焼性の向上と空気量の増大により加速運転時のスモークを低減でき、また、燃料の副噴射量を控えめにすれば、予混合燃焼による初期燃焼の立ち上がりを緩やかにして、ＮＯｘ生成も低減できる。尚、前記のように燃焼期間を延長するといっても、エンジン１の出力トルクが大きく落ち込まない範囲に設定する必要がある。
【００１２】
一方、エンジン１が前記設定運転領域よりも高負荷側にあるときには、燃料噴射弁５の噴射作動の回数が相対的に少なくなることで、燃焼期間が相対的に短くなり、機械効率の向上によってエンジン出力が増大する。すなわち、エンジンの高負荷側では本来、燃料噴射量が多いため、自ずと排気エネルギが増大して過給圧も高まるので、このときには、燃料の燃焼による仕事を効率良くエンジン出力に変換することで、加速性能と燃費性能との両立が図られる。
【００１３】
さらに、エンジン１が定常運転状態から加速運転状態に移行して、加速開始判定手段により加速開始が判定てから、所定期間が経過するまでの加速初期には、エンジン１が設定運転領域よりも高負荷側にあっても、燃料噴射弁５の主噴射作動が２回以上に分割され、燃焼期間の延長によって排気エネルギが増大することで、加速性能のさらなる向上が図られる。
【００１４】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、エンジンが低回転低負荷領域にあるとき、燃料噴射弁の個々の噴射作動による燃料の噴射量を該噴射作動の開始時期が遅角側にあるほど多くなるように設定する分割噴射量設定手段を備えるものとする。
【００１５】
このことで、エンジンが低回転低負荷領域にあって、燃料噴射弁により燃料が副噴射されかつ主噴射作動が分割して行われるとき、それらの個々の噴射作動による燃料の噴射量が、該噴射作動の開始時期が遅角側にあるほど多くされる。これにより、副噴射された燃料の予混合燃焼が相対的に弱まり、このときのＮＯｘ生成が抑えられるとともに、一方で、主噴射作動の終盤にエンジンの遅角側で噴射される燃料が多くなるので、その分、排気エネルギが増大する。
【００１６】
請求項３の発明では、請求項１又は２のいずれかの発明において、燃料噴射弁の主噴射作動における各噴射作動の開始時期をそれぞれ設定する噴射時期設定手段と、該噴射時期設定手段により前記各噴射作動のうちの最遅角側噴射作動の開始時期が気筒の圧縮上死点後３０°ＣＡ以降に設定されたときに、該各噴射作動による燃料噴射量をその開始時期が遅角側にあるほど少なくなるように設定する分割噴射量設定手段とを備える構成とする。
【００１７】
このことで、例えば、エンジンが低回転かつ中負荷ないし中高負荷の運転状態にあるときや、或いは加速運転状態に移行した直後等において、燃料噴射弁の主噴射作動における各噴射作動のうちの最遅角側のものが大幅に遅角側で行われることで、燃焼期間の延長による排気エネルギの増大効果を最大限に得ることができる。
【００１８】
また、そのように各噴射作動のうちの最遅角側の噴射作動を気筒の膨張行程において大幅に遅角させた場合には、燃焼室の温度状態の低下に伴い燃焼状態が悪化して、未燃燃料の増大に起因するスモークの発生が懸念されるが、この発明では各噴射作動による燃料の噴射量を遅角側ほど少なくなるように設定して、燃焼室温度が低くなっても、噴射燃料を良好に燃焼させるようにしているので、未燃燃料の増大に起因するスモークの発生を十分に抑制することができる。
【００１９】
さらに、燃料噴射弁の主噴射作動における各噴射作動による燃料噴射量を遅角側ほど少なくするということは、主噴射作動による燃料噴射割合が相対的に進角側に偏るということなので、前記のように最遅角側の噴射作動の時期を大幅に遅角化させたときでも、これに伴う出力の低下や燃費増大を抑制できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。尚、説明の便宜のため実施形態と構成が類似する参考例について先に述べる。
【００２１】
（参考例）
図２は本発明の参考例に係るディーゼルエンジンの制御装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンである。このエンジン１は４つの気筒２，２，２，２を有し、その各気筒２内に往復動可能なようにピストン（図示せず）が嵌装されていて、このピストンにより各気筒２内に燃焼室４が区画されている。また、その各燃焼室４の上面略中央部には、図には誇張して示すが、気筒２の軸線に沿って延びるようにインジェクタ（燃料噴射弁）５が配設され、この各インジェクタ５の先端部には噴射ノズルが一体的に設けられている。これらのインジェクタ５，５，…は、それぞれ、燃料を噴射圧以上の高圧状態で蓄える共通のコモンレール６に対し分岐管６ａ，６ａ，…により接続され、噴射ノズルの芯弁が図示しないアクチュエータにより開閉作動されることで、前記コモンレール６から供給される高圧の燃料を、噴射ノズル先端の複数の噴孔から燃焼室４に直接、噴射供給するようになっている。また、コモンレール６には内部の燃圧（コモンレール圧）を検出する燃圧検出手段としての燃料圧力センサ６ｂが配設されている。
【００２２】
前記コモンレール６は高圧燃料供給管７を介して燃料供給ポンプ８に接続され、その燃料供給ポンプ８は燃料供給管９を介して燃料タンク１０に接続されている。この燃料供給ポンプ８は、入力軸８ａにエンジン１のクランク軸からの回転入力を受け入れて駆動され、燃料供給管９を介して燃料タンク１０内の燃料を燃料フィルタ１１により濾過しながら吸い上げるとともに、ジャーク式圧送系により燃料をコモンレール６に圧送するようになっている。また、燃料供給ポンプ８にはその圧送系により送り出される燃料の一部を燃料戻し管１２に逃がして、ポンプの吐出量を調節する電磁弁が設けられており、この電磁弁の開度が前記燃料圧力センサ６ｂによる検出値に応じて制御されることによって、コモンレール圧が所定値にフィードバック制御される。
【００２３】
尚、同図の符号１３は、コモンレール圧が所定値以上になったときに、燃料をコモンレール６から排出させるプレッシャリミッタを示し、このプレッシャリミッタから排出された燃料は燃料戻し管１４を流通して、燃料タンク１０に戻される。また、符号１５は燃料の一部をインジェクタ５から燃料タンク１０に戻すための燃料戻し管を示している。
【００２４】
このエンジン１には、詳細は図示しないが、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１６と、動弁系カム軸の回転角度を検出するカム角センサ１７と、冷却水温度（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサ１８とが設けられている。前記クランク角センサ１６は、詳しくは図示しないが、クランク軸端に設けた被検出用プレートと、その外周に相対向するように配置した電磁ピックアップとからなり、前記被検出用プレートの外周部全周に亘って等間隔に形成された突起部の通過に対応して、パルス信号を出力するものである。また、前記カム角センサ１７は、同様にカム軸周面の所定箇所に設けた複数の突起部と、その各突起部が通過するときにパルス信号を出力する電磁ピックアップとからなる。尚、符号１９は前記カム軸により駆動されるバキュームポンプを示している。
【００２５】
また、エンジン１の一方の側（図の上側）には、図外のエアクリーナで濾過した空気を供給する吸気通路２０が接続され、この吸気通路２０の下流端部はサージタンク２１を介して気筒毎に分岐して、それぞれ吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に連通している。このサージタンク２１には、後述のターボ過給機３１により過給された吸気の圧力を検出する過給圧センサ２２が設けられている。そして、前記吸気通路２０には、上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するホットフィルム式エアフローセンサ２３と、後述のタービン２９により駆動されて吸気を圧縮するブロワ２４と、このブロワ２４により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ２５とが設けられている。
【００２６】
一方、エンジン１の反対側（図の下側）には、各気筒２の燃焼室４からそれぞれ燃焼ガスを排出する排気マニホルド２７が接続され、この排気マニホルド２７の下流端集合部に排気通路２８が接続されていて、この排気通路２８には上流側から下流側に向かって順に、排気流により回転されるタービン２９と、排気中の有害成分（未燃ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、スモーク等）を除去するための触媒３０とが配設されている。この触媒３０は、詳細は図示しないが、排気の流れる方向に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔を有するハニカム構造のコージェライト製担体を有し、その担体の各貫通孔壁面に触媒層が形成されたものである。
【００２７】
また、前記タービン２９及びブロワ２４からなるターボ過給機３１は、図３に示すように、タービン２９を収容するタービン室２６に該タービン２９の全周を囲むように複数のフラップ２９ａ，２９ａ，…が設けられ、そのフラップ２９ａ，２９ａ，…がそれぞれ回動することで、該フラップ２９ａ，２９ａ，…間に形成される排気流路面積（ノズル断面積）を変化させるように回動するＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）である。このＶＧＴの場合、同図に実線で示すように、フラップ２９ａ，２９ａ，…をタービン２９に対し周方向に向くように位置付ければ、ノズル断面積を小さくさせて、排気流量の少ないエンジン１の低回転域でも過給能力を高めることができる。一方、同図に仮想線示すように、フラップ２９ａ，２９ａ，…をその先端がタービン２９の中心に向くように位置付ければ、ノズル断面積を大きして、排気流量の多いエンジン１の高回転域でも高い過給能力を得ることができる。
【００２８】
さらに、前記排気通路２８は、タービン２９よりも排気上流側の部位で、排気の一部を吸気側に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）３３の上流端に分岐接続されている。このＥＧＲ通路３３の下流端はインタークーラ２５よりも吸気下流側の吸気通路２０に接続されており、そのＥＧＲ通路３３の途中の下流端寄りには、開度調節可能な負圧作動式の排気還流量調節弁（以下ＥＧＲ弁という）３４が配置されている。このＥＧＲ弁３４は、バキュームポンプ１９からの負圧を利用する負圧駆動式のアクチュエータ３５により開閉作動されるもので、ＥＧＲ通路３３の通路断面積をリニアに変化させて、吸気通路２０に還流される排気の流量を調節するようになっている。
【００２９】
前記各インジェクタ５、燃料供給ポンプ８、ＶＧＴ３１，ＥＧＲ弁３４等はコントロールユニット（Electronic Contorol Unit：以下ＥＣＵという）４０からの制御信号によって作動するようになっている。一方、このＥＣＵ４０には、前記燃料圧力センサ６ｂからの出力信号と、クランク角センサ１６及びカム角センサ１７からの出力信号と、エンジン水温センサ１８からの出力信号と、エアフローセンサ２３からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３６からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００３０】
そして、インジェクタ５の燃料噴射作動による燃料噴射量及び噴射時期がエンジン１の運転状態に応じて制御されるとともに、高圧供給ポンプ８の作動によりコモンレール圧、即ち燃料噴射圧が制御され、さらに、ＥＧＲ弁３４の作動制御やターボ過給機３１のフラップ２９ａ，２９ａ，…の作動制御（ＶＧＴ制御）が行われる。ここで、前記ＥＧＲ弁３４の制御としては、全気筒２に共通の目標空気過剰率をエンジン１の運転状態に応じて定め、各気筒２毎の燃料噴射量に応じて、前記目標空気過剰率になるように排気還流量を制御する。つまり、気筒２毎に排気の還流量を調節することにより、燃焼室４への新気の吸入空気量を変化させて、各気筒２内燃焼室４の空気過剰率を目標空気過剰率になるように制御するものである。
【００３１】
尚、一般的に、直噴式ディーゼルエンジンにおいては、排気の還流割合を高めて燃焼室の空気過剰率を小さくすると、ＮＯｘの生成が抑制されるが、その反面、図４に一例を示すように、空気過剰率λがλ＝１に近くなるとスモークの生成量が急増するという特性がある。そこで、この参考例におけるＥＧＲ弁３４の制御では、前記空気過剰率の目標値をスモークの急増しない範囲のできるだけ小さな値に設定している。
【００３２】
（燃料噴射制御）
次に、前記ＥＣＵ４０による燃料噴射制御の概要について説明する。このＥＣＵ４０のメモリには、エンジン１の目標トルク及び回転数の変化に応じて実験的に決定した基本的な燃料噴射量Ｑのマップ（図８参照）が電子的に格納されており、アクセル開度センサ３６からの出力信号に基づいて求めた目標トルクとクランク角センサ１６からの出力信号に基づいて求めたエンジン回転数とに基づいて、エンジン１の要求出力に対応する基本的な燃料噴射量Ｑbが前記燃料噴射量マップから読み込まれる。そして、その基本噴射量Ｑbの燃料をエンジン水温や吸気圧力等に応じて補正した上で、図５（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示すように、エンジン１の運転状態に応じて異なる種々の形態で噴射させるようにしている。
【００３３】
具体的に、前記ＥＣＵ４０のメモリには、図６に一例を示すように、目標トルクとエンジン回転数とに応じてインジェクタ５による燃料の噴射形態を設定した噴射形態マップが電子的に格納されており、エンジン１の目標トルクとエンジン回転数とに基づいて、前記噴射形態マップから最適な噴射形態が選択されるようになっている。この噴射形態マップは、エンジン１の運転領域を目標トルク及びエンジン回転数によって区分し、全運転領域をエンジン回転数について低、中、高回転に概略３等分したうちの低回転ないし中回転域（図例ではエンジン回転数が２５００ｒｐｍ(42s−１)以下の回転域）において、前記図５（ｂ）（ｃ）に示すように、インジェクタ５による燃料噴射を副噴射作動と主噴射作動とに分けて行わせるようにしている。
【００３４】
また、前記エンジン低回転ないし中回転域において、エンジン１の目標トルクによって区分される低負荷、中負荷ないし中高負荷の設定運転領域（イ）（図に斜線を入れて示す領域）では、前記図５（ｂ）に示すように、インジェクタ５の主噴射作動をさらに２回に分割する一方、該設定運転領域（イ）よりも高負荷側では、同図（ｃ）に示すように、前記主噴射作動は１回とする。
【００３５】
さらに、そのようにしてインジェクタ５の噴射作動を副噴射及び主噴射作動に分けて行わせるとともに、該副噴射及び主噴射作動の間の噴射停止期間INT1を変更して、主噴射作動の開始時期を進角又は遅角させることで、副噴射による燃料の燃焼と主噴射による燃料の燃焼とのつながりや主噴射燃料の燃焼状態をきめ細かく変化させて、エンジン１の振動騒音、燃費性能、加速性能、排気状態等の相反する種々の要求を、そのときの運転状態に対応して最適に満足させるようにしている。
【００３６】
以下、燃料噴射量制御の全体的な手順を図７のフローチャート図に基づいて具体的に説明する。尚、この制御手順は、ＥＣＵ４０のメモリ上に電子的に格納された制御プログラムに従い、各気筒２毎に独立して所定クランク角で実行されるものであるが、エンジンが定常運転状態にあるときには所定時間毎に実行するようにしてもよい。
【００３７】
まず、図７に示すメインフローにおいてスタート後のステップＳＡ１では、クランク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル開度、エンジン水温、コモンレール圧等のデータを入力する。続いて、ステップＳＡ２において、アクセル開度から求めた目標トルクと、クランク角信号から求めたエンジン回転数とに基づいて、燃料噴射量マップから基本噴射量Ｑbを読み込んで設定する。この燃料噴射量マップは、例えば図８に一例を示すように、エンジン１の目標トルク及びエンジン回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な燃料噴射量Ｑbを記録したものであり、基本噴射量Ｑbは、目標トルクが大きいほど、またエンジン回転数が高いほど、多くなるように設定して記録されている。
【００３８】
続いて、ステップＳＡ３において、噴射タイミングマップから基本的な燃料噴射時期（基本噴射時期ITb）を読み込んで設定する。この噴射タイミングマップは、図示省略するが、エンジン水温、コモンレール圧及びエンジン回転数に対応する基本的な噴射タイミングを実験的に求めて記録したものであり、例えば、基本噴射時期ITbはエンジン水温が低いほど、またコモンレール圧が低いほど、さらにエンジン回転数Neが高いほど、進角されるように設定記録されている。これは、エンジン水温等が異なれば噴射燃料の着火遅れ時間が異なるからであり、その着火遅れ時間の変化に対応して、燃料噴射時期をきめ細かく変更するようにしたものである。
【００３９】
続いて、ステップＳＡ４では、基本吸気量AIRbを吸気量マップから読み込んで設定する。この基本吸気量AIRbは、燃焼室４に吸入される吸気のうち還流排気等を除いた新気の吸入空気量の目標値であり、ＥＧＲ制御における目標空気過剰率に対応するように実験的に求められて、記録されたものである。言い換えると、ＥＧＲ制御は、エアフローセンサ２３により検出される新気の吸気量が前記基本吸気量AIRbに基づく目標値になるように、排気の還流量の方を制御するようにしたものである。前記吸気量マップも前記燃料噴射量マップ等と同様にＥＣＵ４０のメモリに格納されており、図示省略するが、基本吸気量AIRbはエンジン１の目標トルクが大きいほど大きくなるように、また、エンジン回転数が高いほど大きくなるように設定して記録されている。
【００４０】
続いて、ステップＳＡ５において、前記図６に示す噴射形態マップからインジェクタ５による燃料噴射回数Cinを読み込んで設定する。具体的に、例えばエンジン１が低回転かつ低負荷領域にあれば、Cin＝３とされ、或いはエンジン１が全負荷域にあれば、Cin＝２とされる。続いて、ステップＳＡ６において、前回の制御サイクルで設定された燃料噴射量Ｑiをイニシャライズして（初期設定）、全て零（Ｑi＝０）とした後、ステップＳＡ７に進んで、前記ステップＳＡ５で設定した燃料噴射回数Cinに基づいて、インジェクタ５により燃料を一括して噴射するかどうか判定する。この判定がＹＥＳならば（Cin＝１）、図９に示すサブフローに進んで、主噴射作動１回のみの噴射量及び噴射時期を設定してステップＳＡ１０に進む一方、判定がＮＯならばステップＳＡ８に進み、今度はインジェクタ５により噴射作動を２回行うかどうか判定する。
【００４１】
前記ステップＳＡ８における判定がＹＥＳならば（Cin＝２）、図１０に示すサブフローに進んで、副噴射及び主噴射作動を各１回ずつ行うための噴射量及び噴射時期をそれぞれ設定してステップＳＡ１０に進む一方、判定がＮＯならばステップＳＡ９に進んで、今度はインジェクタ５により噴射作動を３回以上行うかどうか判定する。この判定がＹＥＳならば（Cin≧３）、図１１に示すサブフローに進んで、副噴射作動１回と主噴射作動を複数回行うための噴射量及び噴射時期をそれぞれ設定してステップＳＡ１０に進む一方、判定がＮＯならばそのままでステップＳＡ１０に進む。そして、このステップＳＡ１０では、後述の如くインジェクタ５の噴射作動を実行し、しかる後にリターンする。
【００４２】
詳しくは、前記ステップＳＡ７で一括噴射と判定して進んだ図９のフローのステップＳＢ１では、インジェクタ５の主噴射作動による噴射量Ｑ1として基本噴射量Ｑbを設定し、続くステップＳＢ２では、該主噴射作動の開始時期IT1として基本噴射時期ITbを設定し、メインフローにリターンする。また、前記ステップＳＡ８で２回噴射と判定して進んだ図１０のフローのステップＳＣ１では、基本噴射量Ｑbに所定の係数α（０＜α≦１）を乗算して、例えば基本噴射量の約１０〜２０％の燃料をインジェクタ５の副噴射作動による噴射量Ｑ1として設定する。続いて、ステップＳＣ２では、前記の設定した噴射量Ｑ1に応じて、インジェクタ５の副噴射作動の開始時期IT1を設定する（例えば気筒２の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）３５°ＣＡ）。続いて、ステップＳＣ３では、基本噴射量Ｑbに所定の係数β（０＜β≦１）を乗算して、例えば基本噴射量の約８０〜９０％の燃料をインジェクタ５の主噴射作動による噴射量Ｑ2として設定する。そして、ステップＳＣ４において、副噴射作動の終了から主噴射作動の開始までの時間間隔である噴射停止期間INT1をマップから読み込んで設定し、続くステップＳＣ５において、インジェクタ５の主噴射作動の開始時期IT2を、副噴射作動の終了時期から前記噴射停止期間INT1が空くように設定して、メインフローにリターンする。
【００４３】
ここで、前記噴射停止期間INT1は、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるときには、それよりも高負荷域に比べて短くなるように、また、その設定運転領域（イ）における相対的に高負荷側では低負荷側に比べて長くなるように、予め実験的に求められて、エンジン１の目標トルク及び回転数に対応づけてマップとして記録されている。
【００４４】
また、前記ステップＳＡ９で３回以上噴射と判定して進んだ図１１のフローでは、例えば分割回数が３回の場合について説明すると、まずステップＳＤ１〜ＳＤ３において、前記ステップＳＣ１〜ＳＣ３と同様にインジェクタ５の副噴射作動による噴射量Ｑ1及び噴射時期IT1、並びに主噴射作動による総噴射量Ｑmを設定する。続いて、ステップＳＤ４において、該主噴射作動による総噴射量Ｑmを２等分して、主噴射作動の分割による噴射量Ｑ2，Ｑ3をそれぞれ設定する。そして、続くステップＳＤ５では、インジェクタ５の副噴射及び主噴射作動の間の噴射停止期間INT1を前記ステップＳＣ４と同様に設定し、続くステップＳＤ６及びステップＳＤ７において、それぞれ、主噴射作動の分割噴射時期IT2，IT3を設定して、メインフローにリターンする。
【００４５】
ここで、前記噴射停止期間INT1の設定は、上述の２回噴射の場合と同様のマップに基づいて行われるが、このマップでは、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるとき、インジェクタ５の主噴射作動の終了時期が設定運転領域（イ）における相対的に高負荷側で同じエンジン回転数の低負荷側よりも遅角するように、また、該主噴射作動の開始時期が遅くとも圧縮上死点（ＴＤＣ）前になるように、噴射停止期間INT1が設定されている。
【００４６】
さらに、前記ステップＳＡ１０におけるインジェクタ５の噴射作動は、図１２のフローに示すように、まず、スタート後のステップＳＥ１において、インジェクタ５の噴射作動の回数を示すカウンタ値ｉに初期値を与え（ｉ＝１）、続くステップＳＥ２において、当該噴射作動による目標噴射量Ｑiが正の値かどうか判定する。この判定がＮＯならば、インジェクタ５の噴射作動は行わずにリターンする一方、判定がＹＥＳならば、続くステップＳＥ３においてクランク角信号に基づいて、噴射時期になったかどうか判定し、噴射時期になるまで待って（判定がＮＯ）、噴射時期になれば（判定がＹＥＳ）、ステップＳＥ４に進んで、インジェクタ５に燃料噴射量Ｑiに対応する噴射パルス信号を出力し、噴射作動を実行させる。
【００４７】
続いて、ステップＳＥ５において、前記カウンタ値ｉをインクリメントし、続くステップＳＥ６では、該カウンタ値ｉが燃料噴射回数Cin以下かどうか判定する。そして、この判定がＹＥＳならば（ｉ≦Cin）、設定された噴射回数の燃料噴射作動が完了していないと判定し、前記ステップＳＥ２に戻って、次の噴射作動に移る一方、判定がＮＯであれば（ｉ＞Cin）、設定された噴射回数の燃料噴射作動は完了したと判定し、メインフローにリターンする。これにより、例えばCin＝２ならば、インジェクタ５の燃料噴射作動は副噴射及び主噴射作動に分けて行われ、また、Cin＝３ならば、副噴射作動１回と主噴射作動２回の合計３回に分割して行われる。
【００４８】
前記図７〜図１２に示すフローの各ステップにより、全体として、エンジン１が低回転ないし中回転域にあるとき、インジェクタ５により燃料を、予混合燃焼状態になるように気筒２の圧縮行程で副噴射させるとともに、この副噴射作動の終了後に拡散燃焼状態になるように燃料を主噴射させる燃料噴射制御手段４０ａが構成されている。
【００４９】
そして、前記図７に示すメインフローのステップＳＡ５，ＳＡ７〜ＳＡ９、並びに、各サブフローにおいて主噴射による燃料噴射量及び噴射時期を設定する各ステップ（ＳＢ１，２，ＳＣ３〜５，ＳＤ３〜７）により、エンジン１が低回転ないし中回転域における部分負荷の設定運転領域（イ）にあるとき、インジェクタ５の主噴射作動を２回に分割して行わせる一方、該設定運転領域（イ）よりも高負荷側では主噴射作動を１回とする主噴射制御部４０ｂが構成されている。
【００５０】
また、特に、図１０に示すサブフローのステップＳＣ４と図１１に示すサブフローのステップＳＤ５により、エンジン１が前記定運転領域（イ）にあるとき、インジェクタ５の副噴射作動の終了から主噴射作動の開始までの噴射停止期間INT1をエンジン全負荷域に比べて短くなるように設定する噴射時期設定手段４０ｃが構成されている。そして、この噴射時期設定手段４０ｃは、前記設定運転領域（イ）における相対的に高負荷側で、主噴射作動の終了時期が同じエンジン回転数の低負荷側に比べて遅角するように、また、遅くとも気筒２の圧縮上死点（ＴＤＣ）前になるように該主噴射作動の開始時期を設定するものである。
【００５１】
（作用効果）
したがって、この参考例に係るターボ過給機付エンジンの制御装置Ａによれば、まず、エンジン１の加速頻度が比較的高いと考えられる運転領域を含むように、設定運転領域（イ）を決定し、エンジン１がその設定運転領域（イ）にあるときに、燃料噴射制御手段４０ａにより、図５（ｂ）に示すように、インジェクタ５による燃料噴射作動を副噴射作動と主噴射作動とに分けて、かつこの主噴射作動をさらに２回以上に分割して行わせるようにしている。このため、インジェクタ５の副噴射作動により気筒２の圧縮行程（例えばＢＴＤＣ３５°ＣＡ）で噴射された燃料は、燃焼室４の空気と部分的に混合された後に、該燃焼室４が自己着火可能な温度状態になったとき（例えばＢＴＤＣ３５°ＣＡ）、略同時に急激に燃焼する（予混合燃焼）。
【００５２】
そして、その燃焼によって燃焼室４の温度及び圧力状態が高められかつ火種が形成されたところへ、インジェクタ５の主噴射作動が行われると、この主噴射作動による噴射燃料の着火遅れ時間は極めて短くなり、燃料の殆どが良好な拡散燃焼状態になる。このことで、図１３の実線の指圧波形に示されるように、主噴射による燃料の燃焼初期の立ち上がりが、図に破線で示す副噴射を行わない場合に比べてはるかに穏やかなものになり、このことにより、燃焼に伴うＮＯｘの生成を低減することができ、また、燃焼騒音も小さくなる。尚、副噴射による燃料は激しく予混合燃焼するが、燃料噴射量が主噴射による燃料に比べて格段に少ないので、問題はない。
【００５３】
また、前記インジェクタ５の主噴射作動が２回以上に分割して行われることで、該主噴射作動による噴射燃料の燃焼期間が相対的に長くなり、前記のように主噴射燃料の初期燃焼が穏やかになることとも相俟って、等容度が低下することにより、ターボ過給機３１への排気エネルギが増大して、吸気の過給圧が高められる。この際、上述の如く、インジェクタ５の主噴射作動による噴射燃料は、副噴射された燃料の燃焼によって最初から極めて良好に拡散燃焼されることになるので、その燃焼期間が相対的に長くなるといっても、局所的な燃焼速度そのものは十分に高くなっており、従って、スモークの増大を招くことはない。むしろ、過給圧の増大によって新気が燃焼室４に十分に供給されることになるので、このことによってスモーク生成を低減できる。
【００５４】
つまり、この参考例では、エンジン１が加速運転状態になる頻度の高い設定運転領域（イ）において、インジェクタ５により燃料をまず、予混合燃焼状態になるように副噴射させ、続いて、良好な拡散燃焼状態ができるだけ長く続くようにインジェクタ５の主噴射作動を２回に以上に分割することにより、スモークやＮＯｘの増大を招くことなく、排気エネルギを増大させて、ターボ過給機３１による吸気の過給圧を高めることができる。
【００５５】
これにより、例えば図１４（ａ）に模式的に示すように、エンジン１が低回転低負荷運転状態Ｐ１から加速運転状態になって、低回転中負荷運転状態Ｐ２に移行するとき、ターボラグを軽減して加速性能を向上することができる。しかも、低回転中負荷運転状態Ｐ２においては、エンジン１の負荷状態の増大に応じて噴射時期が全体的に遅角側に設定されるので、その分、排気エネルギはさらに増大し、これにより、ターボ過給機３１の過給能力が高められて、エンジン１の加速性能をより一層、向上できる。
【００５６】
また、同図（ｂ）に示すように、エンジン１が設定運転領域（イ）よりも高負荷側の運転状態Ｐ３に移行したときには、インジェクタ５の主噴射作動は１回とされ、燃焼期間の終了時期が早められることで、機械効率が向上する。しかも、前記設定運転領域（イ）に比べて、インジェクタ５の噴射停止間隔INT1が長くなるので、該インジェクタ５の主噴射作動は、副噴射によって形成された火種が減少した後に行われることになり、噴射燃料の着火遅れ期間がやや長くなって、初期の燃焼圧力の立ち上がりが急激になる。すなわち、全負荷域を含む高負荷側の運転領域では、本来、燃料噴射量が多いため、自ずと排気エネルギが増大して過給圧も高まるので、このときには、噴射燃料の燃焼圧力をできるだけ効率良くエンジン１の出力トルクに変換させて、加速性能と燃費性能との両立を図ることができる。
【００５７】
（実施形態１）
図１５〜１８は、本発明の実施形態１に係るエンジンの制御装置を示し、この制御装置の全体的な構成は前記参考例のものと同じなので、同一の構成要素については同一符号を付して、その説明は省略する。この実施形態１の特徴は、前記した参考例と同様にエンジン１の運転領域に対応する燃料噴射制御を行うとともに、特にエンジン１が設定運転領域（イ）にあってかつ加速運転状態になったときには（加速開始）、その加速運転に伴い、エンジン１が該設定運転領域（イ）よりも高負荷側に移行したとしても、加速開始のときから予め設定した時間（設定時間）が経過するまでの加速初期の期間は、前記設定運転領域（イ）と同じようにインジェクタ５の主噴射作動を分割させるようにしたことにある。
【００５８】
具体的に、この実施形態１の燃料噴射制御では、前記参考例の図７に示すメインフローのステップＳＡ５において、燃料噴射回数Cinの設定のために図１５に示すサブフローに進み、同図に示すスタート後のステップＳＦ１において、まず、アクセル開度から求めた目標トルクとエンジン回転数とに基づいて、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるかどうか判定する。この判定がＮＯならば、ステップＳＦ５に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＦ２に進む。
【００５９】
続いて、ステップＳＦ２において、車両の運転者によるアクセルペダルの操作状態、即ちアクセル開度ないしその変化量に基づいて、エンジン１が定常運転状態から加速運転状態に移行したかどうか判定し（加速開始？）、この判定がＮＯで加速開始でなければ、ステップＳＦ４に進む。一方、判定がＹＥＳで加速開始であれば、ステップＳＦ３に進み、加速初期の期間であることを判定するためのカウントダウンタイマをセットして、ステップＳＦ４に進む。このステップＳＦ４では、噴射形態マップ（図６参照）から燃料噴射回数Cinを読み込んで設定して、しかる後にリターンする。
【００６０】
つまり、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるときには、定常運転状態であれ加速運転状態であれ、インジェクタ５による燃料噴射回数Cinは噴射形態マップから読み込んで設定する。また、エンジン１の加速開始を判定したときには、それから設定時間が経過するまでのタイマのカウントダウンを開始して、このタイマカウントの終了により加速初期の期間の判定を行えるようにしている。
【００６１】
そして、図１６に模式的に示すように、エンジン１が前記した加速運転によって設定運転領域（イ）からそれよりも高負荷側の運転領域に移行すると（Ｐ４→Ｐ５）、前記フローのステップＳＦ１においてエンジン１が設定運転領域（イ）にないＮＯと判定されて、ステップＳＦ５に進むことになる。このステップＳＦ５では、前記カウントダウンタイマがセット中であるかどうか判定し、この判定がＹＥＳならば加速初期の期間であるから、ステップＳＦ６に進んで、インジェクタ５による燃料噴射回数Cinを設定運転領域（イ）にあるときと同じ回数として（Cinの保持）、しかる後にリターンする。
【００６２】
つまり、エンジン１が加速運転に伴い設定運転領域（イ）からそれよりも高負荷側の領域に移行したとき（図１６に示す点Ｐ５）、本来、インジェクタ５の主噴射作動の分割回数が相対的に少なくなるか、或いは分割を行わない高負荷側の運転領域であっても、加速初期の期間は設定運転領域（イ）と同じように主噴射作動を分割して行うことにより、拡散燃焼時間が延長されて、ターボ過給機３１の過給圧が高められるようにしている。
【００６３】
また、エンジン１の加速開始から設定時間が経過した加速後期（図１６に示す点Ｐ５を過ぎて、点Ｐ６に至るまでの期間）には、前記カウントダウンタイマがカウント終了することになるので、前記ステップＳＦ６においてタイマセット中でないＮＯと判定し、この場合には前記ステップＳＦ４に進んで、燃料噴射回数Cinを噴射形態マップから読み込んで設定する。つまり、ターボ過給圧が十分に高い加速後期には、インジェクタ５の主噴射作動の分割回数を加速初期に比べて少なくして、機械効率の向上によりエンジン１の出力向上ないし燃費低減を図るようにしている。
【００６４】
前記図１５に示すフローのステップＳＦ２により、エンジン１の加速運転の開始を判定する加速開始判定手段４０ｄが構成されている。また、ステップＳＦ５、ＳＦ６の制御手順により、エンジン１が設定運転領域（イ）よりも高負荷側にあっても、加速初期の期間はインジェクタ５の主噴射作動を複数回に分割し、かつこの分割噴射回数が加速後期以上になるように制御する加速時噴射制御部４０ｅが構成されている。
【００６５】
さらに、この実施形態１では、上述の如く、エンジン１の加速初期に高負荷側の運転領域でインジェクタ５の主噴射作動を分割する場合に、それらの各分割噴射作動の開始時期を、最遅角側の噴射作動の開始時期が気筒２の圧縮上死点後３０°ＣＡ（ＡＴＤＣ３０°ＣＡ）以降になるように、相対的に間隔を空けて設定するとともに、それらの個々の分割噴射作動による燃料の噴射量を遅角側のものほど少なく設定するようにしている。
【００６６】
具体的に、前記図７に示すメインフローのステップＳＡ９においてインジェクタ５により噴射作動を３回行うＹＥＳと判定したときについて説明すると、この実施形態１では、図１７に示すサブフローのステップＳＧ１〜ＳＧ３において、前記参考例の図１１に示すサブフローのステップＳＤ１〜ＳＤ３と同様に、インジェクタ５の副噴射作動による噴射量Ｑ1及び噴射時期IT1、並びに主噴射作動による総噴射量Ｑmを設定する。続いて、ステップＳＧ４において、該主噴射作動による総噴射量Ｑmに所定の分割係数γ（０．５＜γ≦１）を乗算して、前記主噴射作動による総噴射量Ｑmのうちの例えば６０〜９０％くらいの燃料を進角側の分割噴射作動（以下、前段噴射という）による燃料噴射量、即ち前段噴射量Ｑ2として設定する（Ｑ2＝γ×Ｑm）。また、主噴射作動による総噴射量Ｑmの残りは、遅角側の分割噴射作動（以下、後段噴射という）による後段噴射量Ｑ3として、設定する（Ｑ3＝（１−γ）×Ｑm）。
【００６７】
続いて、ステップＳＧ５〜ＳＧ７において、インジェクタ５の副噴射及び主噴射作動の間の噴射停止期間INT1、前段及び後段噴射時期IT2，IT3をそれぞれ前記図１１に示すフローのステップＳＤ５〜ＳＤ７と同様に設定して、メインフローにリターンする。その際、前記噴射停止期間INT1、前段及び後段噴射時期IT2，IT3の設定は、上述の如く参考例の場合と同様のマップに基づいて行われるが、この実施形態１のマップでは、エンジン１が加速初期の期間に所定負荷以上の状態になっているときについて、後段噴射時期IT3がＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降になるように設定記録されている。
【００６８】
すなわち、この実施形態１では、上述の如く、加速初期の期間はエンジン１が設定運転領域（イ）よりも高負荷側にあっても、インジェクタ５の主噴射作動を２回以上に分割するようにしているが、この際、図１８（ａ）に一例を示すように、前段噴射をＴＤＣ近傍で開始させる一方、後段噴射はＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降に開始するよう、それらの間隔を相対的に大きく空けて設定するとともに、このときに前記前段噴射による燃料噴射量を後段噴射による燃料噴射量よりも多くさせるようにしている（図例では約４：１）。言い換えると、主噴射の分割した個々の噴射作動による燃料噴射量を、遅角側のものほど少なくなるように設定するようにしている。尚、加速後期には同図（ｂ）に示すように、主噴射作動は１回とする。また、少なくとも後段噴射の開始時期をＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降としながらも、加速運転時には定常運転時と比較して相対的に進角側に設定し、さらに高出力を得られるようにしてもよい。
【００６９】
前記図１７に示すフローのステップＳＧ５〜ＳＧ７が、インジェクタ５の主噴射作動における前段及び後段噴射時期IT2，IT3をそれぞれ設定するという噴射時期設定手段４０ｃによる制御手順に対応している。
【００７０】
また、ステップＳＧ４により、前記噴射時期設定部４０ｃによって前記後段噴射時期IT3（最遅角側噴射作動の開始時期）がＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降に設定されたときに、この後段噴射による燃料噴射量Ｑ3を前段噴射による燃料噴射量Ｑ2よりも少なくなるように設定する分割噴射量設定手段４０ｆが構成されている。
【００７１】
したがって、この実施形態１に係るターボ過給機付エンジンの制御装置Ａによれば、前記参考例のものと同じく、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるときにインジェクタ５による燃料噴射を副噴射作動と主噴射作動とに分け、さらにこの主噴射作動を２回以上に分割することにより、ターボ過給機３１による吸気の過給圧を高めて、その後の加速開始時のターボラグを軽減し、スモークの排出を抑制しながら、加速性能を向上できるという作用効果が得られるともに、これに加えて、加速初期の期間はエンジン１が設定運転領域（イ）よりも高負荷側にあっても、インジェクタ５の主噴射作動の分割を継続することで、ターボ過給による加速性能を一層、高めることができる。
【００７２】
また、燃料噴射量が相対的に多くなる高負荷側の運転領域においてインジェクタ５の主噴射作動を複数回に分割する場合に、最遅角側の噴射作動（後段噴射）の開始時期をＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降と大幅に遅角側に設定することで、燃焼期間を可及的に延長して、前記したターボ過給による加速性能の向上効果を最大限に得ることができるとともに、燃料噴射量が多くても、各噴射作動の間に十分な間隔を空けて空気利用率を高めることができ、これにより、スモークの増大を抑制することができる。
【００７３】
その際、前記後段噴射による燃料噴射量を相対的に少なくするようにしているので、気筒２の膨張行程において遅角側ほど燃焼室４の温度状態が低くなっていても、この温度状態の低下に対応して噴射燃料も少なくなり、このことで、未燃燃料等に起因するスモークの発生も抑制される。しかも、インジェクタ５の主噴射作動による燃料の噴射割合が相対的に進角側に偏ることにもなり、このことで、噴射時期の遅角化に伴う燃費の悪化を最小限度に抑えることができる。
【００７４】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係るエンジンの制御装置について説明する。この制御装置の全体的な構成は前記参考例や実施形態１のものと同じなので、同一の構成要素については同一符号を付して、その説明は省略する。この実施形態２の特徴は、エンジン１が設定運転領域（イ）（図６参照）にあるときに、前記実施形態１と同じくインジェクタ５の主噴射作動を複数回に分割するとともに、この各噴射作動の開始時期及び個々の燃料噴射量をエンジン１の運転状態に応じてきめ細かく変更することにより、エンジン１の出力トルクを確保しながら、排気中のスモークを可及的に低減できるようにしたことにある。
【００７５】
すなわち、本発明者らは、この実施形態に係るエンジン１と略同じ構成の直噴式ディーゼルエンジンを用いて、例えばインジェクタ５による燃料の主噴射作動を前段及び後段噴射の２回に分割する場合について、その前段及び後段噴射による各燃料噴射量と前段噴射の終了から後段噴射の開始までの間のクランク角間隔とをそれぞれ変化させながら、燃焼に伴う煤の発生量及び燃費率の変化を調べた結果、前段噴射の開始時期をＴＤＣ近傍にするとともに（但し、インジェクタ５の針弁のリフト開始時期はＴＤＣよりも以前となる）、この前段噴射による燃料の燃焼終了時点で後段噴射が開始されるようにしたときに、それらの噴射燃料の燃焼を気筒２のトルク生成に十分に寄与させながら、しかも、燃焼に伴う煤の発生を効果的に抑制できることを見出した。
【００７６】
これは、前段噴射された燃料の拡散燃焼が終了した時点では、その燃焼に因り発生した炭素粒子の凝集物（煤の成分）が筒内流動によって燃焼室４内の酸素と適度に混合された状態になっており、また燃焼室４の温度状態も高いので、この時点で後段噴射が行われて、該燃焼室４に燃料が噴射供給されると、この燃料の良好な燃焼とともに、前記炭素粒子の凝集物も燃焼し、このことによって、煤の発生が大幅に低減するからであると考えられる。
【００７７】
尚、前記した後段噴射による燃料の燃焼の際、気筒２は膨張行程にあり、また、後段噴射による燃料の燃焼は前段噴射による燃料の燃焼には継続しないので、その後段噴射燃料の燃焼温度は比較的低くなり、この結果として、燃焼期間が長くなっていても、燃焼に伴うＮＯｘの生成量は多くはならない。
【００７８】
従って、この実施形態２のエンジン制御装置では、インジェクタ５の主噴射作動を前段及び後段噴射の２回に分割する場合に、その前段噴射による燃料の燃焼終了時点で後段噴射が開始されるよう、該前段及び後段噴射による各燃料噴射量と該前段及び後段噴射の開始時期とを予め実験的に求め、これに応じて、エンジン１の運転状態に対応するように、主噴射燃料の分割係数γ、前段及び後段噴射時期IT2，IT3等をそれぞれ設定したマップを作成する。そして、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるときに、前記マップにに基づいて、インジェクタ５の作動制御を行うようにしたものである。斯かるマップにおいては、前段噴射の開始時期がＴＤＣ近傍となる一方、後段噴射の開始時期はＡＴＤＣ３０°〜５０°ＣＡの範囲において、エンジン１の高負荷ないし高回転側ほど遅角するように設定されている。
【００７９】
以下、図１９〜２４に基づいて、前記した設定運転領域（イ）においてエンジン１を負荷状態及び回転速度が異なる３つの運転状態とし、それぞれ、前段及び後段噴射による各燃料噴射量と前段噴射の終了時期から後段噴射の開始時期までの間隔（クランク角間隔）とを変化させながら、燃焼に伴う煤の発生量及び燃費率の変化を調べた実験結果について説明する。ここで、前記３つの運転状態というのは、大まかに低負荷、中負荷及び中高負荷の運転状態であって、低負荷状態としては、エンジン１の負荷状態に対応する平均有効圧力ＰｅをＰｅ＝０．３ＭＰａ、エンジン回転速度を１５００ｒｐｍ(25s−１)に維持するとともに、インジェクタ５による燃料噴射圧力を６０ＭＰａとしている。
【００８０】
また、中負荷状態では、平均有効圧力Ｐｅ＝０．６ＭＰａ、エンジン回転速度が２０００ｒｐｍ(33s−１)であり、インジェクタ５による燃料噴射圧力は８０ＭＰａである。さらに、中高負荷状態では、平均有効圧力Ｐｅ＝０．９ＭＰａ、エンジン回転速度が２５００ｒｐｍ(42s−１)であり、インジェクタ５による燃料噴射圧力は１２０ＭＰａとしている。
【００８１】
図１９(a)(b)(c)は、前記低負荷、中負荷又は中高負荷の各状態に対応していて、それぞれ、インジェクタ５による燃料の主噴射作動を１回で行った場合と（各図に実線で示す）、該主噴射作動を２回に分割し、前段噴射をＴＤＣ近傍で開始させるとともに、この前段噴射燃料の燃焼終了時点で後段噴射を開始させるようにした場合と（一点鎖線で示す）、後段噴射を相対的に進角側で行った場合と（破線で示す）について、クランク角の変化に対する熱発生率の推移を示したものである。該各図において一点差線で示すグラフでは、前段噴射燃料の燃焼が終了したときに一旦、熱発生率が０％になっており、この燃焼終了時点でのクランク角位置Ｓは、低負荷状態(a)、中負荷状態(b)、中高負荷状態(c)の順に該前段噴射による燃料噴射量の増大に伴い遅角側に移行している。
【００８２】
また、図２０(a)(b)(c)は、前記図１９(a)(b)(c)と同様に前記低負荷、中負荷又は中高負荷の各状態に対応し、それぞれ、クランク角の変化に対する質量燃焼割合の推移を示したものである。該各図において一点差線で示すように、前段噴射燃料の燃焼終了時点で後段噴射を開始させるようにした場合、その前段噴射燃料の燃焼終了時点では一旦、質量燃焼割合の増加が中断し、そのグラフが略水平に図の左右方向に延びるようになる。そして、その後、後段噴射燃料の燃焼によって、質量燃焼割合は再び増加に転じるようになる。
【００８３】
前記前段噴射燃料の燃焼終了時点の検出方法としては、実験に用いたエンジン１において各気筒２の燃焼室４内に温度状態を検出する温度センサや燃焼光を検出する燃焼光センサを配設し、この温度センサからの出力信号に基づいて、前段噴射の終了後に燃焼室温度が所定以下の低温になったとき、或いは、燃焼光の発光がなくなったときを検出するようにしている。さらに、前記温度センサによって気筒２内燃焼室４の温度状態を検出して、この検出温度から当該気筒２の断熱膨張温度を減算した値の微分値を求め、この微分値が負の値から零になった時点を検出するようにしてもよい。
【００８４】
そして、前記前段噴射燃料の燃焼終了時点として、一例を挙げれば、前記低負荷状態では、前段噴射燃料の終了時点に対応するクランク角位置Ｓは、ＡＴＤＣ３０°ＣＡ近傍であり、中負荷状態では、クランク角位置ＳはＡＴＤＣ３５°ＣＡ近傍である。また、中高負荷状態では、クランク角位置ＳはＡＴＤＣ４８°ＣＡ近傍である。
【００８５】
本発明者らは、まず、前記低負荷、中負荷又は中高負荷の各状態において、後段噴射の開始時期をＴＤＣ近傍からＡＴＤＣ５０°ＣＡ以降まで変化させながら、燃焼に伴う煤の発生量を計測した。この結果、図２１(a)(b)(c)にそれぞれ白い矢印で示すように、いずれの状態においても後段噴射の開始時期（後段噴射時期）を前記した前段噴射燃料の燃焼終了時点（クランク角位置Ｓ）よりも遅角側に設定することによって、煤の発生量を減少できることが分かった。
【００８６】
また、後段噴射を前記クランク角位置Ｓで開始させるとともに、インジェクタ５の主噴射作動による燃料の総噴射量に対する該後段噴射量の割合を１０％〜４０％の範囲で変化させて、このときの煤の発生量を計測したところ、低負荷、中負荷及び中高負荷の各運転状態についてそれぞれ図２２(a)(b)(c)に一点鎖線で示すようなグラフが得られた。すなわち、例えば前記低負荷状態では、同図(a)に示すように、後段噴射を前記クランク角位置Ｓ（ＡＴＤＣ３０°ＣＡ近傍）で開始させた場合には、後段噴射割合の増加に応じて煤発生量が減少したが、比較のために、後段噴射を前記クランク角位置Ｓよりも進角側（例えばＡＴＤＣ２０°ＣＡ近傍）で開始させた場合、図に破線で示すように、後段噴射割合の増加に対して、煤発生量はわずかに減少するにとどまった。
【００８７】
同様に、前記中負荷又は中高負荷状態においても、前段噴射燃料の燃焼終了時点近傍（クランク角位置Ｓ）、即ちＡＴＤＣ３５°ＣＡ近傍又はＡＴＤＣ４８°ＣＡ近傍でそれぞれ後段噴射を開始させた場合、同図(b)(c)にそれぞれ示すように、前記した低負荷状態のデータと同じく、後段噴射割合の増加に応じて煤発生量が減少するという傾向を示すデータが得られた。また、図に破線で示すように後段噴射をＡＴＤＣ２０°ＣＡ近傍で開始させた場合、その後段噴射割合の増加に対し煤発生量は前記した低負荷状態よりは減少する傾向にある。
【００８８】
以上の実験結果から、前記した前段噴射による燃料の燃焼終了時点を基準として後段噴射の開始時期を設定し、その前段噴射燃料の燃焼後に後段噴射が開始されるようにするとともに、その後段噴射による燃料噴射量を適切なものとすることで、前段噴射燃料の燃焼により生成された炭素粒子の凝集物を後段噴射燃料の燃焼によって燃焼させ、煤の発生を効果的に抑制できると考えられる。
【００８９】
続いて、前記低負荷、中負荷又は中高負荷の各状態において、それぞれ、後段噴射の開始時期をＴＤＣ近傍からＡＴＤＣ５０°ＣＡ以降まで変化させながら、燃費率の変化を計測したところ、図２３(a)(b)(c)にそれぞれすような結果が得られた。すなわち、低負荷、中負荷又は中高負荷のいずれの状態においても、後段噴射の開始時期（後段噴射時期）が遅角側に移行することによって、この後段噴射燃料の燃焼がトルクの生成に寄与し難くなり、燃費率が悪化するという傾向が見られる。特に、低負荷状態では、同図(a)に示すように、後段噴射時期がＡＴＤＣ３５°ＣＡ以降になると、燃費率の悪化の度合が大きくなり、同様に、中負荷状態ではＡＴＤＣ４５°ＣＡ以降で、また、中高負荷状態ではＡＴＤＣ５０°ＣＡ近傍以降で、燃費率の悪化の度合が大きくなることが分かる。
【００９０】
また、図２４は、前記低負荷、中負荷又は中高負荷の各状態において、それぞれ、前記と同様に後段噴射割合を変化させたときの燃費率の変化の様子を、後段噴射を前段噴射燃料の燃焼終了時点（クランク角位置Ｓ）で開始させる場合（図に一点差線で示すグラフ）と、それよりも相対的に進角側で開始させる場合（図に破線で示すグラフ）とで互いに対比して、示すものである。同図によれば、いずれの状態についても後段噴射割合が多いほど、燃費率が悪化するという傾向が見られる。特に、低負荷状態において後段噴射を前記クランク角位置Ｓで開始させた場合、同図(a)に一点鎖線で示すように、後段噴射割合が２５％以上になると、燃費率の悪化の度合が大きくなる。また、中負荷状態では後段噴射割合が２０％以上で、さらに、中高負荷状態では同じく１５％以上で、燃費率の悪化の度合が大きくなることが分かる。
【００９１】
従って、前記図２１及び図２３を参照して、エンジン１が設定運転領域（イ）における前記低負荷状態にあるときには、後段噴射の開始時期は概略、ＡＴＤＣ３０°〜３５°ＣＡの範囲に設定するのが好ましいということができる。また、前記中負荷状態では後段噴射の開始時期を概略ＡＴＤＣ３５°〜４５°ＣＡの範囲に設定するのが好ましく、特にＡＴＤＣ３５°ＣＡとするのが好ましい。さらに、前記中高負荷状態では後段噴射の開始時期はＡＴＤＣ４８°近傍に設定するのが好ましい。
【００９２】
要するに、前記の実験結果から、エンジン１が設定運転領域（イ）にあって、かつ前記した噴射圧力等の試験条件下にあるときには、インジェクタ５の主噴射作動における総噴射量を１００％として、この中に占める後段噴射量の割合を約１０〜２５％に設定するとともに、前段噴射を、実質的な燃料の噴射がＴＤＣ近傍で開始されるように設定する一方、後段噴射は、実質的な燃料の噴射時期が略ＡＴＤＣ３０°ＣＡ〜ＡＴＤＣ５０°ＣＡの範囲になるように設定することによって、燃費の悪化を最小限にとどめつつ、即ち少ない燃料でエンジン出力を確保しつつ、排気中のスモークを可及的に低減することができ、もって、エンジン１の出力や燃費の改善と排気の清浄化とを極めて高次元で両立させることができるようになるということができる。
【００９３】
したがって、この実施形態２によれば、前記の如き実験結果に基づいて、予め各気筒２毎のインジェクタ５の主噴射作動における前段噴射燃料の燃焼終了時点を求めておき、この時点（ＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降）に実質的に後段噴射が開始されて、主噴射燃料Ｑmの約１０％〜約２５％の燃料が各気筒２の燃焼室４内に噴射供給されるよう、前段及び後段噴射への燃料噴射量の分割係数γ、並びに該前段及び後段噴射時期IT2，IT3をエンジン１の運転状態に対応づけて、マップとして設定する。そして、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるときには、該マップに基づいてインジェクタ５の作動制御を行うことにより、エンジン１の出力トルクを十分に確保し、燃費率の悪化を最小限度に抑えながら、燃焼に伴う煤の発生量を減少させて、排気中のスモークを可及的に低減することができる。
【００９４】
特に、この実施形態のように、ＥＧＲ弁３４の開度を制御して排気の還流量を調節することにより、各気筒２への新気の吸入空気量を調整して、該各気筒２内の燃焼室４の空気過剰率を目標空気過剰率になるように制御するようにしたものにあっては、前記のようにスモークを大幅に低減できるということは、その分、燃焼室４の空気過剰率をリッチ側に変更できるということであり、すなわち、排気の還流量を大幅に増大できるということであるから、結果として、燃焼に伴うＮＯｘの生成が大幅に抑制されることになる。
【００９５】
しかも、参考例や実施形態１と同じく、燃焼期間の延長によって排気エネルギが増大することになり、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるときのターボ過給機３１による過給圧が相対的に高くなって、各気筒２への吸気充填量が増大するので、このことによってスモークのさらなる減少が図られるとともに、自ずと排気の還流量が増やされることになり、結果として、ＮＯｘの生成をさらに抑制することが可能になる。つまり、この実施形態においては、エンジン１の燃費率を大きく悪化させることなく、排気中のスモーク及びＮＯｘの低減を極めて高い次元で両立できるものである。
【００９６】
加えて、前記の如くＮＯｘ生成量を大幅に減少できることから、インジェクタ５の主噴射作動に先立つ副噴射作動による燃料噴射量を、騒音や振動の低減のための必要最小限度の量に限ることも可能になり、このようにすれば、燃費の悪化を極小化できる。
【００９７】
（他の実施形態）
尚、本発明は前記実施形態１、２に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記各実施形態では、図６に一例を示すように、設定運転領域（イ）を、低回転ないし中回転域における低負荷、中負荷ないし中高負荷域としているが、該設定運転領域（イ）は、エンジン回転域についてはこれを略３等分したうちの低回転域のみとしてもよい。また、エンジン負荷域については、エンジン１の低負荷域のみとしてもよく、或いは、低負荷ないし中負荷域のみとしてもよい。
【００９８】
また、前記各実施形態において、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるとき、例えば図２５（ａ）に示すように、インジェクタ５の燃料噴射作動を副噴射作動と主噴射作動とに分けるとともに、該主噴射作動を３回以上に分割するようにしてもよい。この場合、特にエンジン１が低回転低負荷領域にあるときには、同図（ｂ）に示すように、インジェクタ５の個々の噴射パルス幅を気筒２の遅角側ほど長くなるようにして、個々の噴射作動による燃料噴射量を遅角側ほど多くなるように設定してもよい。
【００９９】
こうするためには、例えば、図１１に示すフローのステップＳＤ１，ＳＤ３，ＳＤ４において、それぞれ燃料噴射量を遅角側ほど多くなるように設定すればよく、この場合には、該ステップＳＤ１，ＳＤ３，ＳＤ４により、エンジン１が低回転低負荷領域にあるとき、インジェクタ５の個々の噴射作動による燃料の噴射量を、該噴射作動の開始時期が遅角側にあるほど多くなるように設定する分割噴射量設定手段４０ｆが構成されることになる。そして、そのようにすれば、インジェクタ５の副噴射作動による噴射燃料の予混合燃焼が弱まるので、このときのＮＯｘ生成を一層、低減することが可能となる。しかも、気筒２の遅角側で噴射される燃料が多くなることで、排気エネルギの増大によって吸気の過給圧は十分に高めることができる。
【０１００】
一方、前記のようにインジェクタ５の主噴射作動を例えば３回に分割するようにする場合、エンジン１が中負荷ないし中高負荷域にあるときには、前記実施形態２のように、インジェクタ５の最遅角側の噴射作動による燃料噴射量を進角側のものに比べて少なくし、かつ、該最遅角側の噴射作動の開始時期を、この噴射作動によって噴射される燃料の実質的な噴射開始時期がその前の噴射作動による燃料の燃焼終了時点になるように設定することが好ましい。このようにすれば、燃焼期間を十分に延長して、排気エネルギを増大させながら、同時に排気中のスモークを十分に減少させることができる。
【０１０１】
さらにまた、前記実施形態１においては、エンジン１の加速初期の期間は運転領域に拘わらず、インジェクタ５の主噴射作動を分割するものであり、この際、設定運転領域（イ）からそれよりも高負荷側に移行して、該設定運転領域（イ）における燃料噴射回数（Cin≧３）を保持するようにしているが、これに限らず、例えば、加速初期の期間はインジェクタ５の主噴射作動を２回に分割する一方、加速後期になれば主噴射作動を１回とするようにしてもよい。
【０１０２】
また、前記実施形態１においては加速初期の期間の判定のために、加速開始から設定時間の経過をタイマカウントするようにしているが、これに限らず、例えば加速開始後のエンジン回転数の変化等に基づいて、加速初期の期間を判定するようにしてもよい。
【０１０３】
加えて、前記実施形態１において、エンジン１の加速初期の期間に、インジェクタ５の主噴射作動を前段及び後段噴射に分割するとき、この前段噴射と後段噴射との間の間隔を、前記実施形態２のように、前段噴射燃料の燃焼終了時点で後段噴射が開始されるように適切に設定するようにしてもよい。このようにすれば、加速初期の期間においても燃費悪化の抑制や排気エネルギの向上を図りつつ、排気中のスモークを一層、減少させることができる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１記載の発明におけるターボ過給機付エンジンの制御装置によると、エンジンが加速運転状態になる頻度の高い設定運転領域にあるときに、燃料の副噴射と主噴射の分割とによってターボ過給機による吸気の過給圧を高めておくことで、この状態からの加速開始時にエンジンのターボラグを軽減して、加速性能を向上できるとともに、燃焼改善によってＮＯｘ及びスモークを併せて低減することができる。また、相対的に過給圧の高いエンジン全負荷域では、前記主噴射作動の分割回数を少なくして、燃焼期間を短くすることにより、燃焼圧力を効率良くエンジン出力に変換して、加速性能と燃費性能とを両立できる。
【０１０５】
さらに、エンジンの加速初期の期間は、運転領域に拘わらず、燃料噴射弁の主噴射作動を分割することで、加速性能のさらなる向上が図られる。つまり、加速運転時の排気有害成分を低減しながら、加速性能を大幅に向上できる。
【０１０６】
請求項２の発明によると、燃料噴射弁の複数回の噴射作動による個々の燃料噴射量を遅角側ほど多くさせることで、燃焼初期のＮＯｘ生成を抑えながら、排気エネルギをさらに増大できる。
【０１０７】
請求項３の発明によると、燃料噴射弁の主噴射作動における最遅角側の噴射作動を気筒の圧縮上死点後３０°ＣＡ以降に開始させるようにすることで、燃焼期間の延長による排気エネルギの増大効果を最大限に得ることができる。また、燃料噴射量は遅角側ほど少なくなるように設定することで、未燃燃料に起因するスモークを十分に抑制でき、併せて、出力や燃費への悪影響を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の概略構成を示す説明図である。
【図２】 本発明の参考例に係る制御装置の全体構成図である。
【図３】 ターボ過給機のタービン室の構造を一部省略して示す断面図である。
【図４】 直噴式ディーゼルエンジンの排気中のスモーク濃度と燃焼室の平均的な空気過剰率との対応関係を示すグラフ図である。
【図５】 インジェクタの燃料噴射作動における開閉作動状態を示す説明図である。
【図６】 インジェクタの噴射形態制御マップの一例を示す図である。
【図７】 燃料噴射制御の全体的な手順を示すフローチャート図である。
【図８】 エンジンの目標トルク及びエンジン回転数に対する目標燃料噴射量の変化特性を記録した燃料噴射量マップの一例を示す図である。
【図９】 一括噴射のときの燃料噴射量及び噴射時期の設定手順を示すフローチャート図である。
【図１０】 インジェクタにより噴射作動を２回行うときの図９相当図である。
【図１１】 インジェクタにより噴射作動を３回以上行うときの図９相当図である。
【図１２】 インジェクタの噴射作動制御の手順を示すフローチャート図である。
【図１３】 インジェクタの燃料噴射作動を副噴射及び２回の主噴射作動に分割したときの指圧波形の一例を、一括噴射と対比して示すグラフ図である。
【図１４】 エンジンが低回転低負荷域で加速運転状態になったときの運転状態の変化を運転領域マップ上で示した説明図である。
【図１５】 実施形態１における加速初期の燃料噴射回数の設定手順を示すフローチャート図である。
【図１６】 実施形態１に係る図１４相当図である。
【図１７】 実施形態１に係る図１１相当図である。
【図１８】 実施形態１に係る図５相当図である。
【図１９】 エンジンを低負荷状態(a)、中負荷状態(b)、又は中高負荷状態(c)とし、この各状態において、インジェクタの主噴射作動の分割回数や噴射時期を変更しながら、クランク角の変化に対する熱発生率の推移を示したグラフ図である。
【図２０】 エンジンのクランク角の変化に対する質量燃焼割合の推移を示す図１９相当図である。
【図２１】 エンジンが低負荷状態(a)、中負荷状態(b)、又は中高負荷状態(c)にあるときの後段噴射開始時期の変化に対する煤発生量の変化を示すグラフ図である。
【図２２】 後段噴射割合の変化に対する煤発生量の変化を示す図２１相当図である。
【図２３】 後段噴射開始時期の変化に対する燃費率の変化を示す図２１相当図である。
【図２４】 後段噴射割合の変化に対する燃費率の変化を示す図２１相当図である。
【図２５】 燃料噴射量を遅角側ほど多くするようにした他の実施形態に係る図５相当図である。
【符号の説明】
Ａ エンジンの制御装置
１ ディーゼルエンジン
２ 気筒
４ 燃焼室
５ インジェクタ（燃料噴射弁）
３１ ターボ過給機
４０ コントロールユニット
４０ａ 燃料噴射制御手段
４０ｂ 主噴射制御部
４０ｃ 噴射時期設定手段
４０ｄ 加速開始判定手段
４０ｅ 加速時噴射制御部（主噴射制御部）
４０ｆ 分割噴射量設定手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気により吸気を過給するターボ過給機を備えたエンジンの制御装置に関し、特に、いわゆる直噴式ディーゼルエンジン等の筒内直噴式エンジンにおいて、過給圧の低いエンジン低回転域からの加速運転に対応するための燃料噴射制御の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用エンジンの出力や燃費を向上させるために、排気エネルギを利用してエンジンの吸気充填量を高めることのできる排気タービン駆動式過給機（ターボ過給機）が広く用いられている。
【０００３】
また、直噴式ディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射弁の作動特性の個体差による悪影響を排除するために、例えば特開平３−１６０１４８号公報に開示されるように、燃料噴射弁の芯弁をパルス信号の入力に応じてオンオフ動作させることにより、該燃料噴射弁からの燃料噴射量を時間的に変調させて、その噴射量を変更制御することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般的にターボ過給機は、エンジンの排気エネルギの大きい中回転ないし高回転域では優れた能力を発揮するものの、排気エネルギの小さな低回転域では能力が低下するという特性を有し、しかも、ターボ過給機を装備する過給エンジンは通常、気筒の圧縮比が非過給エンジンよりも小さいことから、低回転域では吸気充填量の低下が相対的に大きくなる。このため、例えば車両の発進時のようにエンジンの低回転域で加速運転状態になったときには、エンジン回転数が速やかに上昇せずにもたつくという、いわゆるターボラグの問題がある。
【０００５】
また、一般的に筒内直噴式エンジンでは、加速運転時にエンジンの要求出力の増大に応じて燃料噴射量が増やされるが、このときに燃焼室の吸気充填量を直ちに増やすことはできないので、空気不足により局所的に燃焼状態が悪化して、炭素粒子の凝集物からなる煤の発生量が増え、排気中のスモークが増大する。しかも、このときにターボラグによってエンジンがもたつけば、運転者はさらにアクセルペダルを踏み込むことがあり、こうなると、さらなる燃料増量によってスモークが一層、増大するという悪循環に陥る。
【０００６】
加えて、ディーゼルエンジンの場合はそのように多量の燃料が供給されると、初期の予混合燃焼が過度に激しくなって、このときのＮＯｘ生成量が急増するという問題もある。
【０００７】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ターボ過給機を装備したエンジンの少なくとも低回転域における燃料噴射制御の手順に工夫を凝らし、その低回転域等からの加速運転時に排気有害成分の増大を抑えながら、十分な加速性能を得ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の解決手段では、まず、エンジンが加速運転状態になる頻度が高いと考えられる運転領域を予め特定し、エンジンがその運転領域（設定運転領域）にあるときには、噴射燃料をできるだけ長い期間をかけて、かつ良好に燃焼させることで、エンジンの出力トルクを確保しつつ、燃焼に伴うＮＯｘやスモークの生成を抑えながら、加速運転に備えて、ターボ過給機への排気エネルギを高めるようにしている。
【０００９】
具体的に、請求項１の発明は、図１に示すように、エンジン１の気筒２内燃焼室４に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射弁５と、エンジン１の排気により吸気を過給するターボ過給機３１とを備え、前記燃料噴射弁５による燃料の噴射量をエンジン１の負荷状態に応じて制御するようにしたターボ過給機付エンジンの制御装置Ａを前提とする。そして、エンジン１が低回転域にあるとき、前記燃料噴射弁５により燃料を、予混合燃焼状態になるように気筒２の圧縮行程で副噴射させるとともに、この副噴射作動の終了後に、拡散燃焼状態になるように燃料を主噴射させる燃料噴射制御手段４０ａと、エンジンの加速運転の開始を判定する加速開始判定手段（同図には示さず）とを備え、その燃料噴射制御手段４０ａを、エンジン１が低回転域における部分負荷の設定運転領域にあるとき、前記燃料噴射弁５の主噴射の噴射作動を２回以上に分割する一方、該設定運転領域よりも高負荷側では該主噴射作動を１回で行わせるとともに、前記加速開始判定手段による加速開始の判定から所定期間が経過するまでの加速初期にはエンジン１が設定運転領域よりも高負荷側にあっても、燃料噴射弁５の主噴射作動を２回以上に分割する一方、該所定期間の経過後である加速後期には該主噴射作動を１回で行わせる主噴射制御部４０ｂを有するものとする。尚、エンジン低回転域とは、例えば、エンジンの運転領域をエンジン回転数について低、中、高に３等分したときの、そのうちの低回転域を指すものとする。
【００１０】
前記の構成により、エンジン１が低回転域にあるときに、燃料噴射制御手段４０ａの制御により燃料噴射弁５の燃料噴射作動が副噴射作動と主噴射作動とに分けて行われる。そして、その副噴射作動により気筒２の圧縮行程で噴射された燃料が空気と混合されて燃焼し（予混合燃焼）、この燃焼により燃焼室４の温度及び圧力状態が高められるとともに、該燃焼室４に火種が形成されたところで、燃料噴射弁５の主噴射作動が行われると、これによる噴射燃料の着火遅れ時間は極めて短くなり、燃料の殆どが良好な拡散燃焼状態になる。ここで、エンジン１が部分負荷の設定運転領域にあれば、主噴射制御部４０ｂにより前記燃料噴射弁５の主噴射作動が２回以上に分割され、噴射燃料の燃焼期間が相対的に長くなって等容度が低下することで、エンジン１の出力トルクを確保しつつ、ターボ過給機３１への排気エネルギが増大して、吸気の過給圧が高められる。
【００１１】
つまり、エンジン１が加速運転状態になる頻度の高い設定運転領域において、燃料の副噴射による燃焼性の向上と主噴射の分割による燃焼期間の延長とを組み合わせて、過給圧を高めることにより、この状態からの加速運転時にエンジン１のターボラグを軽減して、加速性能を向上できる。しかも、燃焼性の向上と空気量の増大により加速運転時のスモークを低減でき、また、燃料の副噴射量を控えめにすれば、予混合燃焼による初期燃焼の立ち上がりを緩やかにして、ＮＯｘ生成も低減できる。尚、前記のように燃焼期間を延長するといっても、エンジン１の出力トルクが大きく落ち込まない範囲に設定する必要がある。
【００１２】
一方、エンジン１が前記設定運転領域よりも高負荷側にあるときには、燃料噴射弁５の噴射作動の回数が相対的に少なくなることで、燃焼期間が相対的に短くなり、機械効率の向上によってエンジン出力が増大する。すなわち、エンジンの高負荷側では本来、燃料噴射量が多いため、自ずと排気エネルギが増大して過給圧も高まるので、このときには、燃料の燃焼による仕事を効率良くエンジン出力に変換することで、加速性能と燃費性能との両立が図られる。
【００１３】
さらに、エンジン１が定常運転状態から加速運転状態に移行して、加速開始判定手段により加速開始が判定てから、所定期間が経過するまでの加速初期には、エンジン１が設定運転領域よりも高負荷側にあっても、燃料噴射弁５の主噴射作動が２回以上に分割され、燃焼期間の延長によって排気エネルギが増大することで、加速性能のさらなる向上が図られる。
【００１４】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、エンジンが低回転低負荷領域にあるとき、燃料噴射弁の個々の噴射作動による燃料の噴射量を該噴射作動の開始時期が遅角側にあるほど多くなるように設定する分割噴射量設定手段を備えるものとする。
【００１５】
このことで、エンジンが低回転低負荷領域にあって、燃料噴射弁により燃料が副噴射されかつ主噴射作動が分割して行われるとき、それらの個々の噴射作動による燃料の噴射量が、該噴射作動の開始時期が遅角側にあるほど多くされる。これにより、副噴射された燃料の予混合燃焼が相対的に弱まり、このときのＮＯｘ生成が抑えられるとともに、一方で、主噴射作動の終盤にエンジンの遅角側で噴射される燃料が多くなるので、その分、排気エネルギが増大する。
【００１６】
請求項３の発明では、請求項１又は２のいずれかの発明において、燃料噴射弁の主噴射作動における各噴射作動の開始時期をそれぞれ設定する噴射時期設定手段と、該噴射時期設定手段により前記各噴射作動のうちの最遅角側噴射作動の開始時期が気筒の圧縮上死点後３０°ＣＡ以降に設定されたときに、該各噴射作動による燃料噴射量をその開始時期が遅角側にあるほど少なくなるように設定する分割噴射量設定手段とを備える構成とする。
【００１７】
このことで、例えば、エンジンが低回転かつ中負荷ないし中高負荷の運転状態にあるときや、或いは加速運転状態に移行した直後等において、燃料噴射弁の主噴射作動における各噴射作動のうちの最遅角側のものが大幅に遅角側で行われることで、燃焼期間の延長による排気エネルギの増大効果を最大限に得ることができる。
【００１８】
また、そのように各噴射作動のうちの最遅角側の噴射作動を気筒の膨張行程において大幅に遅角させた場合には、燃焼室の温度状態の低下に伴い燃焼状態が悪化して、未燃燃料の増大に起因するスモークの発生が懸念されるが、この発明では各噴射作動による燃料の噴射量を遅角側ほど少なくなるように設定して、燃焼室温度が低くなっても、噴射燃料を良好に燃焼させるようにしているので、未燃燃料の増大に起因するスモークの発生を十分に抑制することができる。
【００１９】
さらに、燃料噴射弁の主噴射作動における各噴射作動による燃料噴射量を遅角側ほど少なくするということは、主噴射作動による燃料噴射割合が相対的に進角側に偏るということなので、前記のように最遅角側の噴射作動の時期を大幅に遅角化させたときでも、これに伴う出力の低下や燃費増大を抑制できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。尚、説明の便宜のため実施形態と構成が類似する参考例について先に述べる。
【００２１】
（参考例）
図２は本発明の参考例に係るディーゼルエンジンの制御装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンである。このエンジン１は４つの気筒２，２，２，２を有し、その各気筒２内に往復動可能なようにピストン（図示せず）が嵌装されていて、このピストンにより各気筒２内に燃焼室４が区画されている。また、その各燃焼室４の上面略中央部には、図には誇張して示すが、気筒２の軸線に沿って延びるようにインジェクタ（燃料噴射弁）５が配設され、この各インジェクタ５の先端部には噴射ノズルが一体的に設けられている。これらのインジェクタ５，５，…は、それぞれ、燃料を噴射圧以上の高圧状態で蓄える共通のコモンレール６に対し分岐管６ａ，６ａ，…により接続され、噴射ノズルの芯弁が図示しないアクチュエータにより開閉作動されることで、前記コモンレール６から供給される高圧の燃料を、噴射ノズル先端の複数の噴孔から燃焼室４に直接、噴射供給するようになっている。また、コモンレール６には内部の燃圧（コモンレール圧）を検出する燃圧検出手段としての燃料圧力センサ６ｂが配設されている。
【００２２】
前記コモンレール６は高圧燃料供給管７を介して燃料供給ポンプ８に接続され、その燃料供給ポンプ８は燃料供給管９を介して燃料タンク１０に接続されている。この燃料供給ポンプ８は、入力軸８ａにエンジン１のクランク軸からの回転入力を受け入れて駆動され、燃料供給管９を介して燃料タンク１０内の燃料を燃料フィルタ１１により濾過しながら吸い上げるとともに、ジャーク式圧送系により燃料をコモンレール６に圧送するようになっている。また、燃料供給ポンプ８にはその圧送系により送り出される燃料の一部を燃料戻し管１２に逃がして、ポンプの吐出量を調節する電磁弁が設けられており、この電磁弁の開度が前記燃料圧力センサ６ｂによる検出値に応じて制御されることによって、コモンレール圧が所定値にフィードバック制御される。
【００２３】
尚、同図の符号１３は、コモンレール圧が所定値以上になったときに、燃料をコモンレール６から排出させるプレッシャリミッタを示し、このプレッシャリミッタから排出された燃料は燃料戻し管１４を流通して、燃料タンク１０に戻される。また、符号１５は燃料の一部をインジェクタ５から燃料タンク１０に戻すための燃料戻し管を示している。
【００２４】
このエンジン１には、詳細は図示しないが、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１６と、動弁系カム軸の回転角度を検出するカム角センサ１７と、冷却水温度（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサ１８とが設けられている。前記クランク角センサ１６は、詳しくは図示しないが、クランク軸端に設けた被検出用プレートと、その外周に相対向するように配置した電磁ピックアップとからなり、前記被検出用プレートの外周部全周に亘って等間隔に形成された突起部の通過に対応して、パルス信号を出力するものである。また、前記カム角センサ１７は、同様にカム軸周面の所定箇所に設けた複数の突起部と、その各突起部が通過するときにパルス信号を出力する電磁ピックアップとからなる。尚、符号１９は前記カム軸により駆動されるバキュームポンプを示している。
【００２５】
また、エンジン１の一方の側（図の上側）には、図外のエアクリーナで濾過した空気を供給する吸気通路２０が接続され、この吸気通路２０の下流端部はサージタンク２１を介して気筒毎に分岐して、それぞれ吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に連通している。このサージタンク２１には、後述のターボ過給機３１により過給された吸気の圧力を検出する過給圧センサ２２が設けられている。そして、前記吸気通路２０には、上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するホットフィルム式エアフローセンサ２３と、後述のタービン２９により駆動されて吸気を圧縮するブロワ２４と、このブロワ２４により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ２５とが設けられている。
【００２６】
一方、エンジン１の反対側（図の下側）には、各気筒２の燃焼室４からそれぞれ燃焼ガスを排出する排気マニホルド２７が接続され、この排気マニホルド２７の下流端集合部に排気通路２８が接続されていて、この排気通路２８には上流側から下流側に向かって順に、排気流により回転されるタービン２９と、排気中の有害成分（未燃ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、スモーク等）を除去するための触媒３０とが配設されている。この触媒３０は、詳細は図示しないが、排気の流れる方向に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔を有するハニカム構造のコージェライト製担体を有し、その担体の各貫通孔壁面に触媒層が形成されたものである。
【００２７】
また、前記タービン２９及びブロワ２４からなるターボ過給機３１は、図３に示すように、タービン２９を収容するタービン室２６に該タービン２９の全周を囲むように複数のフラップ２９ａ，２９ａ，…が設けられ、そのフラップ２９ａ，２９ａ，…がそれぞれ回動することで、該フラップ２９ａ，２９ａ，…間に形成される排気流路面積（ノズル断面積）を変化させるように回動するＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）である。このＶＧＴの場合、同図に実線で示すように、フラップ２９ａ，２９ａ，…をタービン２９に対し周方向に向くように位置付ければ、ノズル断面積を小さくさせて、排気流量の少ないエンジン１の低回転域でも過給能力を高めることができる。一方、同図に仮想線示すように、フラップ２９ａ，２９ａ，…をその先端がタービン２９の中心に向くように位置付ければ、ノズル断面積を大きして、排気流量の多いエンジン１の高回転域でも高い過給能力を得ることができる。
【００２８】
さらに、前記排気通路２８は、タービン２９よりも排気上流側の部位で、排気の一部を吸気側に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）３３の上流端に分岐接続されている。このＥＧＲ通路３３の下流端はインタークーラ２５よりも吸気下流側の吸気通路２０に接続されており、そのＥＧＲ通路３３の途中の下流端寄りには、開度調節可能な負圧作動式の排気還流量調節弁（以下ＥＧＲ弁という）３４が配置されている。このＥＧＲ弁３４は、バキュームポンプ１９からの負圧を利用する負圧駆動式のアクチュエータ３５により開閉作動されるもので、ＥＧＲ通路３３の通路断面積をリニアに変化させて、吸気通路２０に還流される排気の流量を調節するようになっている。
【００２９】
前記各インジェクタ５、燃料供給ポンプ８、ＶＧＴ３１，ＥＧＲ弁３４等はコントロールユニット（Electronic Contorol Unit：以下ＥＣＵという）４０からの制御信号によって作動するようになっている。一方、このＥＣＵ４０には、前記燃料圧力センサ６ｂからの出力信号と、クランク角センサ１６及びカム角センサ１７からの出力信号と、エンジン水温センサ１８からの出力信号と、エアフローセンサ２３からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３６からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００３０】
そして、インジェクタ５の燃料噴射作動による燃料噴射量及び噴射時期がエンジン１の運転状態に応じて制御されるとともに、高圧供給ポンプ８の作動によりコモンレール圧、即ち燃料噴射圧が制御され、さらに、ＥＧＲ弁３４の作動制御やターボ過給機３１のフラップ２９ａ，２９ａ，…の作動制御（ＶＧＴ制御）が行われる。ここで、前記ＥＧＲ弁３４の制御としては、全気筒２に共通の目標空気過剰率をエンジン１の運転状態に応じて定め、各気筒２毎の燃料噴射量に応じて、前記目標空気過剰率になるように排気還流量を制御する。つまり、気筒２毎に排気の還流量を調節することにより、燃焼室４への新気の吸入空気量を変化させて、各気筒２内燃焼室４の空気過剰率を目標空気過剰率になるように制御するものである。
【００３１】
尚、一般的に、直噴式ディーゼルエンジンにおいては、排気の還流割合を高めて燃焼室の空気過剰率を小さくすると、ＮＯｘの生成が抑制されるが、その反面、図４に一例を示すように、空気過剰率λがλ＝１に近くなるとスモークの生成量が急増するという特性がある。そこで、この参考例におけるＥＧＲ弁３４の制御では、前記空気過剰率の目標値をスモークの急増しない範囲のできるだけ小さな値に設定している。
【００３２】
（燃料噴射制御）
次に、前記ＥＣＵ４０による燃料噴射制御の概要について説明する。このＥＣＵ４０のメモリには、エンジン１の目標トルク及び回転数の変化に応じて実験的に決定した基本的な燃料噴射量Ｑのマップ（図８参照）が電子的に格納されており、アクセル開度センサ３６からの出力信号に基づいて求めた目標トルクとクランク角センサ１６からの出力信号に基づいて求めたエンジン回転数とに基づいて、エンジン１の要求出力に対応する基本的な燃料噴射量Ｑbが前記燃料噴射量マップから読み込まれる。そして、その基本噴射量Ｑbの燃料をエンジン水温や吸気圧力等に応じて補正した上で、図５（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示すように、エンジン１の運転状態に応じて異なる種々の形態で噴射させるようにしている。
【００３３】
具体的に、前記ＥＣＵ４０のメモリには、図６に一例を示すように、目標トルクとエンジン回転数とに応じてインジェクタ５による燃料の噴射形態を設定した噴射形態マップが電子的に格納されており、エンジン１の目標トルクとエンジン回転数とに基づいて、前記噴射形態マップから最適な噴射形態が選択されるようになっている。この噴射形態マップは、エンジン１の運転領域を目標トルク及びエンジン回転数によって区分し、全運転領域をエンジン回転数について低、中、高回転に概略３等分したうちの低回転ないし中回転域（図例ではエンジン回転数が２５００ｒｐｍ(42s−１)以下の回転域）において、前記図５（ｂ）（ｃ）に示すように、インジェクタ５による燃料噴射を副噴射作動と主噴射作動とに分けて行わせるようにしている。
【００３４】
また、前記エンジン低回転ないし中回転域において、エンジン１の目標トルクによって区分される低負荷、中負荷ないし中高負荷の設定運転領域（イ）（図に斜線を入れて示す領域）では、前記図５（ｂ）に示すように、インジェクタ５の主噴射作動をさらに２回に分割する一方、該設定運転領域（イ）よりも高負荷側では、同図（ｃ）に示すように、前記主噴射作動は１回とする。
【００３５】
さらに、そのようにしてインジェクタ５の噴射作動を副噴射及び主噴射作動に分けて行わせるとともに、該副噴射及び主噴射作動の間の噴射停止期間INT1を変更して、主噴射作動の開始時期を進角又は遅角させることで、副噴射による燃料の燃焼と主噴射による燃料の燃焼とのつながりや主噴射燃料の燃焼状態をきめ細かく変化させて、エンジン１の振動騒音、燃費性能、加速性能、排気状態等の相反する種々の要求を、そのときの運転状態に対応して最適に満足させるようにしている。
【００３６】
以下、燃料噴射量制御の全体的な手順を図７のフローチャート図に基づいて具体的に説明する。尚、この制御手順は、ＥＣＵ４０のメモリ上に電子的に格納された制御プログラムに従い、各気筒２毎に独立して所定クランク角で実行されるものであるが、エンジンが定常運転状態にあるときには所定時間毎に実行するようにしてもよい。
【００３７】
まず、図７に示すメインフローにおいてスタート後のステップＳＡ１では、クランク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル開度、エンジン水温、コモンレール圧等のデータを入力する。続いて、ステップＳＡ２において、アクセル開度から求めた目標トルクと、クランク角信号から求めたエンジン回転数とに基づいて、燃料噴射量マップから基本噴射量Ｑbを読み込んで設定する。この燃料噴射量マップは、例えば図８に一例を示すように、エンジン１の目標トルク及びエンジン回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な燃料噴射量Ｑbを記録したものであり、基本噴射量Ｑbは、目標トルクが大きいほど、またエンジン回転数が高いほど、多くなるように設定して記録されている。
【００３８】
続いて、ステップＳＡ３において、噴射タイミングマップから基本的な燃料噴射時期（基本噴射時期ITb）を読み込んで設定する。この噴射タイミングマップは、図示省略するが、エンジン水温、コモンレール圧及びエンジン回転数に対応する基本的な噴射タイミングを実験的に求めて記録したものであり、例えば、基本噴射時期ITbはエンジン水温が低いほど、またコモンレール圧が低いほど、さらにエンジン回転数Neが高いほど、進角されるように設定記録されている。これは、エンジン水温等が異なれば噴射燃料の着火遅れ時間が異なるからであり、その着火遅れ時間の変化に対応して、燃料噴射時期をきめ細かく変更するようにしたものである。
【００３９】
続いて、ステップＳＡ４では、基本吸気量AIRbを吸気量マップから読み込んで設定する。この基本吸気量AIRbは、燃焼室４に吸入される吸気のうち還流排気等を除いた新気の吸入空気量の目標値であり、ＥＧＲ制御における目標空気過剰率に対応するように実験的に求められて、記録されたものである。言い換えると、ＥＧＲ制御は、エアフローセンサ２３により検出される新気の吸気量が前記基本吸気量AIRbに基づく目標値になるように、排気の還流量の方を制御するようにしたものである。前記吸気量マップも前記燃料噴射量マップ等と同様にＥＣＵ４０のメモリに格納されており、図示省略するが、基本吸気量AIRbはエンジン１の目標トルクが大きいほど大きくなるように、また、エンジン回転数が高いほど大きくなるように設定して記録されている。
【００４０】
続いて、ステップＳＡ５において、前記図６に示す噴射形態マップからインジェクタ５による燃料噴射回数Cinを読み込んで設定する。具体的に、例えばエンジン１が低回転かつ低負荷領域にあれば、Cin＝３とされ、或いはエンジン１が全負荷域にあれば、Cin＝２とされる。続いて、ステップＳＡ６において、前回の制御サイクルで設定された燃料噴射量Ｑiをイニシャライズして（初期設定）、全て零（Ｑi＝０）とした後、ステップＳＡ７に進んで、前記ステップＳＡ５で設定した燃料噴射回数Cinに基づいて、インジェクタ５により燃料を一括して噴射するかどうか判定する。この判定がＹＥＳならば（Cin＝１）、図９に示すサブフローに進んで、主噴射作動１回のみの噴射量及び噴射時期を設定してステップＳＡ１０に進む一方、判定がＮＯならばステップＳＡ８に進み、今度はインジェクタ５により噴射作動を２回行うかどうか判定する。
【００４１】
前記ステップＳＡ８における判定がＹＥＳならば（Cin＝２）、図１０に示すサブフローに進んで、副噴射及び主噴射作動を各１回ずつ行うための噴射量及び噴射時期をそれぞれ設定してステップＳＡ１０に進む一方、判定がＮＯならばステップＳＡ９に進んで、今度はインジェクタ５により噴射作動を３回以上行うかどうか判定する。この判定がＹＥＳならば（Cin≧３）、図１１に示すサブフローに進んで、副噴射作動１回と主噴射作動を複数回行うための噴射量及び噴射時期をそれぞれ設定してステップＳＡ１０に進む一方、判定がＮＯならばそのままでステップＳＡ１０に進む。そして、このステップＳＡ１０では、後述の如くインジェクタ５の噴射作動を実行し、しかる後にリターンする。
【００４２】
詳しくは、前記ステップＳＡ７で一括噴射と判定して進んだ図９のフローのステップＳＢ１では、インジェクタ５の主噴射作動による噴射量Ｑ1として基本噴射量Ｑbを設定し、続くステップＳＢ２では、該主噴射作動の開始時期IT1として基本噴射時期ITbを設定し、メインフローにリターンする。また、前記ステップＳＡ８で２回噴射と判定して進んだ図１０のフローのステップＳＣ１では、基本噴射量Ｑbに所定の係数α（０＜α≦１）を乗算して、例えば基本噴射量の約１０〜２０％の燃料をインジェクタ５の副噴射作動による噴射量Ｑ1として設定する。続いて、ステップＳＣ２では、前記の設定した噴射量Ｑ1に応じて、インジェクタ５の副噴射作動の開始時期IT1を設定する（例えば気筒２の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）３５°ＣＡ）。続いて、ステップＳＣ３では、基本噴射量Ｑbに所定の係数β（０＜β≦１）を乗算して、例えば基本噴射量の約８０〜９０％の燃料をインジェクタ５の主噴射作動による噴射量Ｑ2として設定する。そして、ステップＳＣ４において、副噴射作動の終了から主噴射作動の開始までの時間間隔である噴射停止期間INT1をマップから読み込んで設定し、続くステップＳＣ５において、インジェクタ５の主噴射作動の開始時期IT2を、副噴射作動の終了時期から前記噴射停止期間INT1が空くように設定して、メインフローにリターンする。
【００４３】
ここで、前記噴射停止期間INT1は、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるときには、それよりも高負荷域に比べて短くなるように、また、その設定運転領域（イ）における相対的に高負荷側では低負荷側に比べて長くなるように、予め実験的に求められて、エンジン１の目標トルク及び回転数に対応づけてマップとして記録されている。
【００４４】
また、前記ステップＳＡ９で３回以上噴射と判定して進んだ図１１のフローでは、例えば分割回数が３回の場合について説明すると、まずステップＳＤ１〜ＳＤ３において、前記ステップＳＣ１〜ＳＣ３と同様にインジェクタ５の副噴射作動による噴射量Ｑ1及び噴射時期IT1、並びに主噴射作動による総噴射量Ｑmを設定する。続いて、ステップＳＤ４において、該主噴射作動による総噴射量Ｑmを２等分して、主噴射作動の分割による噴射量Ｑ2，Ｑ3をそれぞれ設定する。そして、続くステップＳＤ５では、インジェクタ５の副噴射及び主噴射作動の間の噴射停止期間INT1を前記ステップＳＣ４と同様に設定し、続くステップＳＤ６及びステップＳＤ７において、それぞれ、主噴射作動の分割噴射時期IT2，IT3を設定して、メインフローにリターンする。
【００４５】
ここで、前記噴射停止期間INT1の設定は、上述の２回噴射の場合と同様のマップに基づいて行われるが、このマップでは、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるとき、インジェクタ５の主噴射作動の終了時期が設定運転領域（イ）における相対的に高負荷側で同じエンジン回転数の低負荷側よりも遅角するように、また、該主噴射作動の開始時期が遅くとも圧縮上死点（ＴＤＣ）前になるように、噴射停止期間INT1が設定されている。
【００４６】
さらに、前記ステップＳＡ１０におけるインジェクタ５の噴射作動は、図１２のフローに示すように、まず、スタート後のステップＳＥ１において、インジェクタ５の噴射作動の回数を示すカウンタ値ｉに初期値を与え（ｉ＝１）、続くステップＳＥ２において、当該噴射作動による目標噴射量Ｑiが正の値かどうか判定する。この判定がＮＯならば、インジェクタ５の噴射作動は行わずにリターンする一方、判定がＹＥＳならば、続くステップＳＥ３においてクランク角信号に基づいて、噴射時期になったかどうか判定し、噴射時期になるまで待って（判定がＮＯ）、噴射時期になれば（判定がＹＥＳ）、ステップＳＥ４に進んで、インジェクタ５に燃料噴射量Ｑiに対応する噴射パルス信号を出力し、噴射作動を実行させる。
【００４７】
続いて、ステップＳＥ５において、前記カウンタ値ｉをインクリメントし、続くステップＳＥ６では、該カウンタ値ｉが燃料噴射回数Cin以下かどうか判定する。そして、この判定がＹＥＳならば（ｉ≦Cin）、設定された噴射回数の燃料噴射作動が完了していないと判定し、前記ステップＳＥ２に戻って、次の噴射作動に移る一方、判定がＮＯであれば（ｉ＞Cin）、設定された噴射回数の燃料噴射作動は完了したと判定し、メインフローにリターンする。これにより、例えばCin＝２ならば、インジェクタ５の燃料噴射作動は副噴射及び主噴射作動に分けて行われ、また、Cin＝３ならば、副噴射作動１回と主噴射作動２回の合計３回に分割して行われる。
【００４８】
前記図７〜図１２に示すフローの各ステップにより、全体として、エンジン１が低回転ないし中回転域にあるとき、インジェクタ５により燃料を、予混合燃焼状態になるように気筒２の圧縮行程で副噴射させるとともに、この副噴射作動の終了後に拡散燃焼状態になるように燃料を主噴射させる燃料噴射制御手段４０ａが構成されている。
【００４９】
そして、前記図７に示すメインフローのステップＳＡ５，ＳＡ７〜ＳＡ９、並びに、各サブフローにおいて主噴射による燃料噴射量及び噴射時期を設定する各ステップ（ＳＢ１，２，ＳＣ３〜５，ＳＤ３〜７）により、エンジン１が低回転ないし中回転域における部分負荷の設定運転領域（イ）にあるとき、インジェクタ５の主噴射作動を２回に分割して行わせる一方、該設定運転領域（イ）よりも高負荷側では主噴射作動を１回とする主噴射制御部４０ｂが構成されている。
【００５０】
また、特に、図１０に示すサブフローのステップＳＣ４と図１１に示すサブフローのステップＳＤ５により、エンジン１が前記定運転領域（イ）にあるとき、インジェクタ５の副噴射作動の終了から主噴射作動の開始までの噴射停止期間INT1をエンジン全負荷域に比べて短くなるように設定する噴射時期設定手段４０ｃが構成されている。そして、この噴射時期設定手段４０ｃは、前記設定運転領域（イ）における相対的に高負荷側で、主噴射作動の終了時期が同じエンジン回転数の低負荷側に比べて遅角するように、また、遅くとも気筒２の圧縮上死点（ＴＤＣ）前になるように該主噴射作動の開始時期を設定するものである。
【００５１】
（作用効果）
したがって、この参考例に係るターボ過給機付エンジンの制御装置Ａによれば、まず、エンジン１の加速頻度が比較的高いと考えられる運転領域を含むように、設定運転領域（イ）を決定し、エンジン１がその設定運転領域（イ）にあるときに、燃料噴射制御手段４０ａにより、図５（ｂ）に示すように、インジェクタ５による燃料噴射作動を副噴射作動と主噴射作動とに分けて、かつこの主噴射作動をさらに２回以上に分割して行わせるようにしている。このため、インジェクタ５の副噴射作動により気筒２の圧縮行程（例えばＢＴＤＣ３５°ＣＡ）で噴射された燃料は、燃焼室４の空気と部分的に混合された後に、該燃焼室４が自己着火可能な温度状態になったとき（例えばＢＴＤＣ３５°ＣＡ）、略同時に急激に燃焼する（予混合燃焼）。
【００５２】
そして、その燃焼によって燃焼室４の温度及び圧力状態が高められかつ火種が形成されたところへ、インジェクタ５の主噴射作動が行われると、この主噴射作動による噴射燃料の着火遅れ時間は極めて短くなり、燃料の殆どが良好な拡散燃焼状態になる。このことで、図１３の実線の指圧波形に示されるように、主噴射による燃料の燃焼初期の立ち上がりが、図に破線で示す副噴射を行わない場合に比べてはるかに穏やかなものになり、このことにより、燃焼に伴うＮＯｘの生成を低減することができ、また、燃焼騒音も小さくなる。尚、副噴射による燃料は激しく予混合燃焼するが、燃料噴射量が主噴射による燃料に比べて格段に少ないので、問題はない。
【００５３】
また、前記インジェクタ５の主噴射作動が２回以上に分割して行われることで、該主噴射作動による噴射燃料の燃焼期間が相対的に長くなり、前記のように主噴射燃料の初期燃焼が穏やかになることとも相俟って、等容度が低下することにより、ターボ過給機３１への排気エネルギが増大して、吸気の過給圧が高められる。この際、上述の如く、インジェクタ５の主噴射作動による噴射燃料は、副噴射された燃料の燃焼によって最初から極めて良好に拡散燃焼されることになるので、その燃焼期間が相対的に長くなるといっても、局所的な燃焼速度そのものは十分に高くなっており、従って、スモークの増大を招くことはない。むしろ、過給圧の増大によって新気が燃焼室４に十分に供給されることになるので、このことによってスモーク生成を低減できる。
【００５４】
つまり、この参考例では、エンジン１が加速運転状態になる頻度の高い設定運転領域（イ）において、インジェクタ５により燃料をまず、予混合燃焼状態になるように副噴射させ、続いて、良好な拡散燃焼状態ができるだけ長く続くようにインジェクタ５の主噴射作動を２回に以上に分割することにより、スモークやＮＯｘの増大を招くことなく、排気エネルギを増大させて、ターボ過給機３１による吸気の過給圧を高めることができる。
【００５５】
これにより、例えば図１４（ａ）に模式的に示すように、エンジン１が低回転低負荷運転状態Ｐ１から加速運転状態になって、低回転中負荷運転状態Ｐ２に移行するとき、ターボラグを軽減して加速性能を向上することができる。しかも、低回転中負荷運転状態Ｐ２においては、エンジン１の負荷状態の増大に応じて噴射時期が全体的に遅角側に設定されるので、その分、排気エネルギはさらに増大し、これにより、ターボ過給機３１の過給能力が高められて、エンジン１の加速性能をより一層、向上できる。
【００５６】
また、同図（ｂ）に示すように、エンジン１が設定運転領域（イ）よりも高負荷側の運転状態Ｐ３に移行したときには、インジェクタ５の主噴射作動は１回とされ、燃焼期間の終了時期が早められることで、機械効率が向上する。しかも、前記設定運転領域（イ）に比べて、インジェクタ５の噴射停止間隔INT1が長くなるので、該インジェクタ５の主噴射作動は、副噴射によって形成された火種が減少した後に行われることになり、噴射燃料の着火遅れ期間がやや長くなって、初期の燃焼圧力の立ち上がりが急激になる。すなわち、全負荷域を含む高負荷側の運転領域では、本来、燃料噴射量が多いため、自ずと排気エネルギが増大して過給圧も高まるので、このときには、噴射燃料の燃焼圧力をできるだけ効率良くエンジン１の出力トルクに変換させて、加速性能と燃費性能との両立を図ることができる。
【００５７】
（実施形態１）
図１５〜１８は、本発明の実施形態１に係るエンジンの制御装置を示し、この制御装置の全体的な構成は前記参考例のものと同じなので、同一の構成要素については同一符号を付して、その説明は省略する。この実施形態１の特徴は、前記した参考例と同様にエンジン１の運転領域に対応する燃料噴射制御を行うとともに、特にエンジン１が設定運転領域（イ）にあってかつ加速運転状態になったときには（加速開始）、その加速運転に伴い、エンジン１が該設定運転領域（イ）よりも高負荷側に移行したとしても、加速開始のときから予め設定した時間（設定時間）が経過するまでの加速初期の期間は、前記設定運転領域（イ）と同じようにインジェクタ５の主噴射作動を分割させるようにしたことにある。
【００５８】
具体的に、この実施形態１の燃料噴射制御では、前記参考例の図７に示すメインフローのステップＳＡ５において、燃料噴射回数Cinの設定のために図１５に示すサブフローに進み、同図に示すスタート後のステップＳＦ１において、まず、アクセル開度から求めた目標トルクとエンジン回転数とに基づいて、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるかどうか判定する。この判定がＮＯならば、ステップＳＦ５に進む一方、判定がＹＥＳならばステップＳＦ２に進む。
【００５９】
続いて、ステップＳＦ２において、車両の運転者によるアクセルペダルの操作状態、即ちアクセル開度ないしその変化量に基づいて、エンジン１が定常運転状態から加速運転状態に移行したかどうか判定し（加速開始？）、この判定がＮＯで加速開始でなければ、ステップＳＦ４に進む。一方、判定がＹＥＳで加速開始であれば、ステップＳＦ３に進み、加速初期の期間であることを判定するためのカウントダウンタイマをセットして、ステップＳＦ４に進む。このステップＳＦ４では、噴射形態マップ（図６参照）から燃料噴射回数Cinを読み込んで設定して、しかる後にリターンする。
【００６０】
つまり、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるときには、定常運転状態であれ加速運転状態であれ、インジェクタ５による燃料噴射回数Cinは噴射形態マップから読み込んで設定する。また、エンジン１の加速開始を判定したときには、それから設定時間が経過するまでのタイマのカウントダウンを開始して、このタイマカウントの終了により加速初期の期間の判定を行えるようにしている。
【００６１】
そして、図１６に模式的に示すように、エンジン１が前記した加速運転によって設定運転領域（イ）からそれよりも高負荷側の運転領域に移行すると（Ｐ４→Ｐ５）、前記フローのステップＳＦ１においてエンジン１が設定運転領域（イ）にないＮＯと判定されて、ステップＳＦ５に進むことになる。このステップＳＦ５では、前記カウントダウンタイマがセット中であるかどうか判定し、この判定がＹＥＳならば加速初期の期間であるから、ステップＳＦ６に進んで、インジェクタ５による燃料噴射回数Cinを設定運転領域（イ）にあるときと同じ回数として（Cinの保持）、しかる後にリターンする。
【００６２】
つまり、エンジン１が加速運転に伴い設定運転領域（イ）からそれよりも高負荷側の領域に移行したとき（図１６に示す点Ｐ５）、本来、インジェクタ５の主噴射作動の分割回数が相対的に少なくなるか、或いは分割を行わない高負荷側の運転領域であっても、加速初期の期間は設定運転領域（イ）と同じように主噴射作動を分割して行うことにより、拡散燃焼時間が延長されて、ターボ過給機３１の過給圧が高められるようにしている。
【００６３】
また、エンジン１の加速開始から設定時間が経過した加速後期（図１６に示す点Ｐ５を過ぎて、点Ｐ６に至るまでの期間）には、前記カウントダウンタイマがカウント終了することになるので、前記ステップＳＦ６においてタイマセット中でないＮＯと判定し、この場合には前記ステップＳＦ４に進んで、燃料噴射回数Cinを噴射形態マップから読み込んで設定する。つまり、ターボ過給圧が十分に高い加速後期には、インジェクタ５の主噴射作動の分割回数を加速初期に比べて少なくして、機械効率の向上によりエンジン１の出力向上ないし燃費低減を図るようにしている。
【００６４】
前記図１５に示すフローのステップＳＦ２により、エンジン１の加速運転の開始を判定する加速開始判定手段４０ｄが構成されている。また、ステップＳＦ５、ＳＦ６の制御手順により、エンジン１が設定運転領域（イ）よりも高負荷側にあっても、加速初期の期間はインジェクタ５の主噴射作動を複数回に分割し、かつこの分割噴射回数が加速後期以上になるように制御する加速時噴射制御部４０ｅが構成されている。
【００６５】
さらに、この実施形態１では、上述の如く、エンジン１の加速初期に高負荷側の運転領域でインジェクタ５の主噴射作動を分割する場合に、それらの各分割噴射作動の開始時期を、最遅角側の噴射作動の開始時期が気筒２の圧縮上死点後３０°ＣＡ（ＡＴＤＣ３０°ＣＡ）以降になるように、相対的に間隔を空けて設定するとともに、それらの個々の分割噴射作動による燃料の噴射量を遅角側のものほど少なく設定するようにしている。
【００６６】
具体的に、前記図７に示すメインフローのステップＳＡ９においてインジェクタ５により噴射作動を３回行うＹＥＳと判定したときについて説明すると、この実施形態１では、図１７に示すサブフローのステップＳＧ１〜ＳＧ３において、前記参考例の図１１に示すサブフローのステップＳＤ１〜ＳＤ３と同様に、インジェクタ５の副噴射作動による噴射量Ｑ1及び噴射時期IT1、並びに主噴射作動による総噴射量Ｑmを設定する。続いて、ステップＳＧ４において、該主噴射作動による総噴射量Ｑmに所定の分割係数γ（０．５＜γ≦１）を乗算して、前記主噴射作動による総噴射量Ｑmのうちの例えば６０〜９０％くらいの燃料を進角側の分割噴射作動（以下、前段噴射という）による燃料噴射量、即ち前段噴射量Ｑ2として設定する（Ｑ2＝γ×Ｑm）。また、主噴射作動による総噴射量Ｑmの残りは、遅角側の分割噴射作動（以下、後段噴射という）による後段噴射量Ｑ3として、設定する（Ｑ3＝（１−γ）×Ｑm）。
【００６７】
続いて、ステップＳＧ５〜ＳＧ７において、インジェクタ５の副噴射及び主噴射作動の間の噴射停止期間INT1、前段及び後段噴射時期IT2，IT3をそれぞれ前記図１１に示すフローのステップＳＤ５〜ＳＤ７と同様に設定して、メインフローにリターンする。その際、前記噴射停止期間INT1、前段及び後段噴射時期IT2，IT3の設定は、上述の如く参考例の場合と同様のマップに基づいて行われるが、この実施形態１のマップでは、エンジン１が加速初期の期間に所定負荷以上の状態になっているときについて、後段噴射時期IT3がＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降になるように設定記録されている。
【００６８】
すなわち、この実施形態１では、上述の如く、加速初期の期間はエンジン１が設定運転領域（イ）よりも高負荷側にあっても、インジェクタ５の主噴射作動を２回以上に分割するようにしているが、この際、図１８（ａ）に一例を示すように、前段噴射をＴＤＣ近傍で開始させる一方、後段噴射はＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降に開始するよう、それらの間隔を相対的に大きく空けて設定するとともに、このときに前記前段噴射による燃料噴射量を後段噴射による燃料噴射量よりも多くさせるようにしている（図例では約４：１）。言い換えると、主噴射の分割した個々の噴射作動による燃料噴射量を、遅角側のものほど少なくなるように設定するようにしている。尚、加速後期には同図（ｂ）に示すように、主噴射作動は１回とする。また、少なくとも後段噴射の開始時期をＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降としながらも、加速運転時には定常運転時と比較して相対的に進角側に設定し、さらに高出力を得られるようにしてもよい。
【００６９】
前記図１７に示すフローのステップＳＧ５〜ＳＧ７が、インジェクタ５の主噴射作動における前段及び後段噴射時期IT2，IT3をそれぞれ設定するという噴射時期設定手段４０ｃによる制御手順に対応している。
【００７０】
また、ステップＳＧ４により、前記噴射時期設定部４０ｃによって前記後段噴射時期IT3（最遅角側噴射作動の開始時期）がＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降に設定されたときに、この後段噴射による燃料噴射量Ｑ3を前段噴射による燃料噴射量Ｑ2よりも少なくなるように設定する分割噴射量設定手段４０ｆが構成されている。
【００７１】
したがって、この実施形態１に係るターボ過給機付エンジンの制御装置Ａによれば、前記参考例のものと同じく、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるときにインジェクタ５による燃料噴射を副噴射作動と主噴射作動とに分け、さらにこの主噴射作動を２回以上に分割することにより、ターボ過給機３１による吸気の過給圧を高めて、その後の加速開始時のターボラグを軽減し、スモークの排出を抑制しながら、加速性能を向上できるという作用効果が得られるともに、これに加えて、加速初期の期間はエンジン１が設定運転領域（イ）よりも高負荷側にあっても、インジェクタ５の主噴射作動の分割を継続することで、ターボ過給による加速性能を一層、高めることができる。
【００７２】
また、燃料噴射量が相対的に多くなる高負荷側の運転領域においてインジェクタ５の主噴射作動を複数回に分割する場合に、最遅角側の噴射作動（後段噴射）の開始時期をＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降と大幅に遅角側に設定することで、燃焼期間を可及的に延長して、前記したターボ過給による加速性能の向上効果を最大限に得ることができるとともに、燃料噴射量が多くても、各噴射作動の間に十分な間隔を空けて空気利用率を高めることができ、これにより、スモークの増大を抑制することができる。
【００７３】
その際、前記後段噴射による燃料噴射量を相対的に少なくするようにしているので、気筒２の膨張行程において遅角側ほど燃焼室４の温度状態が低くなっていても、この温度状態の低下に対応して噴射燃料も少なくなり、このことで、未燃燃料等に起因するスモークの発生も抑制される。しかも、インジェクタ５の主噴射作動による燃料の噴射割合が相対的に進角側に偏ることにもなり、このことで、噴射時期の遅角化に伴う燃費の悪化を最小限度に抑えることができる。
【００７４】
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２に係るエンジンの制御装置について説明する。この制御装置の全体的な構成は前記参考例や実施形態１のものと同じなので、同一の構成要素については同一符号を付して、その説明は省略する。この実施形態２の特徴は、エンジン１が設定運転領域（イ）（図６参照）にあるときに、前記実施形態１と同じくインジェクタ５の主噴射作動を複数回に分割するとともに、この各噴射作動の開始時期及び個々の燃料噴射量をエンジン１の運転状態に応じてきめ細かく変更することにより、エンジン１の出力トルクを確保しながら、排気中のスモークを可及的に低減できるようにしたことにある。
【００７５】
すなわち、本発明者らは、この実施形態に係るエンジン１と略同じ構成の直噴式ディーゼルエンジンを用いて、例えばインジェクタ５による燃料の主噴射作動を前段及び後段噴射の２回に分割する場合について、その前段及び後段噴射による各燃料噴射量と前段噴射の終了から後段噴射の開始までの間のクランク角間隔とをそれぞれ変化させながら、燃焼に伴う煤の発生量及び燃費率の変化を調べた結果、前段噴射の開始時期をＴＤＣ近傍にするとともに（但し、インジェクタ５の針弁のリフト開始時期はＴＤＣよりも以前となる）、この前段噴射による燃料の燃焼終了時点で後段噴射が開始されるようにしたときに、それらの噴射燃料の燃焼を気筒２のトルク生成に十分に寄与させながら、しかも、燃焼に伴う煤の発生を効果的に抑制できることを見出した。
【００７６】
これは、前段噴射された燃料の拡散燃焼が終了した時点では、その燃焼に因り発生した炭素粒子の凝集物（煤の成分）が筒内流動によって燃焼室４内の酸素と適度に混合された状態になっており、また燃焼室４の温度状態も高いので、この時点で後段噴射が行われて、該燃焼室４に燃料が噴射供給されると、この燃料の良好な燃焼とともに、前記炭素粒子の凝集物も燃焼し、このことによって、煤の発生が大幅に低減するからであると考えられる。
【００７７】
尚、前記した後段噴射による燃料の燃焼の際、気筒２は膨張行程にあり、また、後段噴射による燃料の燃焼は前段噴射による燃料の燃焼には継続しないので、その後段噴射燃料の燃焼温度は比較的低くなり、この結果として、燃焼期間が長くなっていても、燃焼に伴うＮＯｘの生成量は多くはならない。
【００７８】
従って、この実施形態２のエンジン制御装置では、インジェクタ５の主噴射作動を前段及び後段噴射の２回に分割する場合に、その前段噴射による燃料の燃焼終了時点で後段噴射が開始されるよう、該前段及び後段噴射による各燃料噴射量と該前段及び後段噴射の開始時期とを予め実験的に求め、これに応じて、エンジン１の運転状態に対応するように、主噴射燃料の分割係数γ、前段及び後段噴射時期IT2，IT3等をそれぞれ設定したマップを作成する。そして、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるときに、前記マップにに基づいて、インジェクタ５の作動制御を行うようにしたものである。斯かるマップにおいては、前段噴射の開始時期がＴＤＣ近傍となる一方、後段噴射の開始時期はＡＴＤＣ３０°〜５０°ＣＡの範囲において、エンジン１の高負荷ないし高回転側ほど遅角するように設定されている。
【００７９】
以下、図１９〜２４に基づいて、前記した設定運転領域（イ）においてエンジン１を負荷状態及び回転速度が異なる３つの運転状態とし、それぞれ、前段及び後段噴射による各燃料噴射量と前段噴射の終了時期から後段噴射の開始時期までの間隔（クランク角間隔）とを変化させながら、燃焼に伴う煤の発生量及び燃費率の変化を調べた実験結果について説明する。ここで、前記３つの運転状態というのは、大まかに低負荷、中負荷及び中高負荷の運転状態であって、低負荷状態としては、エンジン１の負荷状態に対応する平均有効圧力ＰｅをＰｅ＝０．３ＭＰａ、エンジン回転速度を１５００ｒｐｍ(25s−１)に維持するとともに、インジェクタ５による燃料噴射圧力を６０ＭＰａとしている。
【００８０】
また、中負荷状態では、平均有効圧力Ｐｅ＝０．６ＭＰａ、エンジン回転速度が２０００ｒｐｍ(33s−１)であり、インジェクタ５による燃料噴射圧力は８０ＭＰａである。さらに、中高負荷状態では、平均有効圧力Ｐｅ＝０．９ＭＰａ、エンジン回転速度が２５００ｒｐｍ(42s−１)であり、インジェクタ５による燃料噴射圧力は１２０ＭＰａとしている。
【００８１】
図１９(a)(b)(c)は、前記低負荷、中負荷又は中高負荷の各状態に対応していて、それぞれ、インジェクタ５による燃料の主噴射作動を１回で行った場合と（各図に実線で示す）、該主噴射作動を２回に分割し、前段噴射をＴＤＣ近傍で開始させるとともに、この前段噴射燃料の燃焼終了時点で後段噴射を開始させるようにした場合と（一点鎖線で示す）、後段噴射を相対的に進角側で行った場合と（破線で示す）について、クランク角の変化に対する熱発生率の推移を示したものである。該各図において一点差線で示すグラフでは、前段噴射燃料の燃焼が終了したときに一旦、熱発生率が０％になっており、この燃焼終了時点でのクランク角位置Ｓは、低負荷状態(a)、中負荷状態(b)、中高負荷状態(c)の順に該前段噴射による燃料噴射量の増大に伴い遅角側に移行している。
【００８２】
また、図２０(a)(b)(c)は、前記図１９(a)(b)(c)と同様に前記低負荷、中負荷又は中高負荷の各状態に対応し、それぞれ、クランク角の変化に対する質量燃焼割合の推移を示したものである。該各図において一点差線で示すように、前段噴射燃料の燃焼終了時点で後段噴射を開始させるようにした場合、その前段噴射燃料の燃焼終了時点では一旦、質量燃焼割合の増加が中断し、そのグラフが略水平に図の左右方向に延びるようになる。そして、その後、後段噴射燃料の燃焼によって、質量燃焼割合は再び増加に転じるようになる。
【００８３】
前記前段噴射燃料の燃焼終了時点の検出方法としては、実験に用いたエンジン１において各気筒２の燃焼室４内に温度状態を検出する温度センサや燃焼光を検出する燃焼光センサを配設し、この温度センサからの出力信号に基づいて、前段噴射の終了後に燃焼室温度が所定以下の低温になったとき、或いは、燃焼光の発光がなくなったときを検出するようにしている。さらに、前記温度センサによって気筒２内燃焼室４の温度状態を検出して、この検出温度から当該気筒２の断熱膨張温度を減算した値の微分値を求め、この微分値が負の値から零になった時点を検出するようにしてもよい。
【００８４】
そして、前記前段噴射燃料の燃焼終了時点として、一例を挙げれば、前記低負荷状態では、前段噴射燃料の終了時点に対応するクランク角位置Ｓは、ＡＴＤＣ３０°ＣＡ近傍であり、中負荷状態では、クランク角位置ＳはＡＴＤＣ３５°ＣＡ近傍である。また、中高負荷状態では、クランク角位置ＳはＡＴＤＣ４８°ＣＡ近傍である。
【００８５】
本発明者らは、まず、前記低負荷、中負荷又は中高負荷の各状態において、後段噴射の開始時期をＴＤＣ近傍からＡＴＤＣ５０°ＣＡ以降まで変化させながら、燃焼に伴う煤の発生量を計測した。この結果、図２１(a)(b)(c)にそれぞれ白い矢印で示すように、いずれの状態においても後段噴射の開始時期（後段噴射時期）を前記した前段噴射燃料の燃焼終了時点（クランク角位置Ｓ）よりも遅角側に設定することによって、煤の発生量を減少できることが分かった。
【００８６】
また、後段噴射を前記クランク角位置Ｓで開始させるとともに、インジェクタ５の主噴射作動による燃料の総噴射量に対する該後段噴射量の割合を１０％〜４０％の範囲で変化させて、このときの煤の発生量を計測したところ、低負荷、中負荷及び中高負荷の各運転状態についてそれぞれ図２２(a)(b)(c)に一点鎖線で示すようなグラフが得られた。すなわち、例えば前記低負荷状態では、同図(a)に示すように、後段噴射を前記クランク角位置Ｓ（ＡＴＤＣ３０°ＣＡ近傍）で開始させた場合には、後段噴射割合の増加に応じて煤発生量が減少したが、比較のために、後段噴射を前記クランク角位置Ｓよりも進角側（例えばＡＴＤＣ２０°ＣＡ近傍）で開始させた場合、図に破線で示すように、後段噴射割合の増加に対して、煤発生量はわずかに減少するにとどまった。
【００８７】
同様に、前記中負荷又は中高負荷状態においても、前段噴射燃料の燃焼終了時点近傍（クランク角位置Ｓ）、即ちＡＴＤＣ３５°ＣＡ近傍又はＡＴＤＣ４８°ＣＡ近傍でそれぞれ後段噴射を開始させた場合、同図(b)(c)にそれぞれ示すように、前記した低負荷状態のデータと同じく、後段噴射割合の増加に応じて煤発生量が減少するという傾向を示すデータが得られた。また、図に破線で示すように後段噴射をＡＴＤＣ２０°ＣＡ近傍で開始させた場合、その後段噴射割合の増加に対し煤発生量は前記した低負荷状態よりは減少する傾向にある。
【００８８】
以上の実験結果から、前記した前段噴射による燃料の燃焼終了時点を基準として後段噴射の開始時期を設定し、その前段噴射燃料の燃焼後に後段噴射が開始されるようにするとともに、その後段噴射による燃料噴射量を適切なものとすることで、前段噴射燃料の燃焼により生成された炭素粒子の凝集物を後段噴射燃料の燃焼によって燃焼させ、煤の発生を効果的に抑制できると考えられる。
【００８９】
続いて、前記低負荷、中負荷又は中高負荷の各状態において、それぞれ、後段噴射の開始時期をＴＤＣ近傍からＡＴＤＣ５０°ＣＡ以降まで変化させながら、燃費率の変化を計測したところ、図２３(a)(b)(c)にそれぞれすような結果が得られた。すなわち、低負荷、中負荷又は中高負荷のいずれの状態においても、後段噴射の開始時期（後段噴射時期）が遅角側に移行することによって、この後段噴射燃料の燃焼がトルクの生成に寄与し難くなり、燃費率が悪化するという傾向が見られる。特に、低負荷状態では、同図(a)に示すように、後段噴射時期がＡＴＤＣ３５°ＣＡ以降になると、燃費率の悪化の度合が大きくなり、同様に、中負荷状態ではＡＴＤＣ４５°ＣＡ以降で、また、中高負荷状態ではＡＴＤＣ５０°ＣＡ近傍以降で、燃費率の悪化の度合が大きくなることが分かる。
【００９０】
また、図２４は、前記低負荷、中負荷又は中高負荷の各状態において、それぞれ、前記と同様に後段噴射割合を変化させたときの燃費率の変化の様子を、後段噴射を前段噴射燃料の燃焼終了時点（クランク角位置Ｓ）で開始させる場合（図に一点差線で示すグラフ）と、それよりも相対的に進角側で開始させる場合（図に破線で示すグラフ）とで互いに対比して、示すものである。同図によれば、いずれの状態についても後段噴射割合が多いほど、燃費率が悪化するという傾向が見られる。特に、低負荷状態において後段噴射を前記クランク角位置Ｓで開始させた場合、同図(a)に一点鎖線で示すように、後段噴射割合が２５％以上になると、燃費率の悪化の度合が大きくなる。また、中負荷状態では後段噴射割合が２０％以上で、さらに、中高負荷状態では同じく１５％以上で、燃費率の悪化の度合が大きくなることが分かる。
【００９１】
従って、前記図２１及び図２３を参照して、エンジン１が設定運転領域（イ）における前記低負荷状態にあるときには、後段噴射の開始時期は概略、ＡＴＤＣ３０°〜３５°ＣＡの範囲に設定するのが好ましいということができる。また、前記中負荷状態では後段噴射の開始時期を概略ＡＴＤＣ３５°〜４５°ＣＡの範囲に設定するのが好ましく、特にＡＴＤＣ３５°ＣＡとするのが好ましい。さらに、前記中高負荷状態では後段噴射の開始時期はＡＴＤＣ４８°近傍に設定するのが好ましい。
【００９２】
要するに、前記の実験結果から、エンジン１が設定運転領域（イ）にあって、かつ前記した噴射圧力等の試験条件下にあるときには、インジェクタ５の主噴射作動における総噴射量を１００％として、この中に占める後段噴射量の割合を約１０〜２５％に設定するとともに、前段噴射を、実質的な燃料の噴射がＴＤＣ近傍で開始されるように設定する一方、後段噴射は、実質的な燃料の噴射時期が略ＡＴＤＣ３０°ＣＡ〜ＡＴＤＣ５０°ＣＡの範囲になるように設定することによって、燃費の悪化を最小限にとどめつつ、即ち少ない燃料でエンジン出力を確保しつつ、排気中のスモークを可及的に低減することができ、もって、エンジン１の出力や燃費の改善と排気の清浄化とを極めて高次元で両立させることができるようになるということができる。
【００９３】
したがって、この実施形態２によれば、前記の如き実験結果に基づいて、予め各気筒２毎のインジェクタ５の主噴射作動における前段噴射燃料の燃焼終了時点を求めておき、この時点（ＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降）に実質的に後段噴射が開始されて、主噴射燃料Ｑmの約１０％〜約２５％の燃料が各気筒２の燃焼室４内に噴射供給されるよう、前段及び後段噴射への燃料噴射量の分割係数γ、並びに該前段及び後段噴射時期IT2，IT3をエンジン１の運転状態に対応づけて、マップとして設定する。そして、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるときには、該マップに基づいてインジェクタ５の作動制御を行うことにより、エンジン１の出力トルクを十分に確保し、燃費率の悪化を最小限度に抑えながら、燃焼に伴う煤の発生量を減少させて、排気中のスモークを可及的に低減することができる。
【００９４】
特に、この実施形態のように、ＥＧＲ弁３４の開度を制御して排気の還流量を調節することにより、各気筒２への新気の吸入空気量を調整して、該各気筒２内の燃焼室４の空気過剰率を目標空気過剰率になるように制御するようにしたものにあっては、前記のようにスモークを大幅に低減できるということは、その分、燃焼室４の空気過剰率をリッチ側に変更できるということであり、すなわち、排気の還流量を大幅に増大できるということであるから、結果として、燃焼に伴うＮＯｘの生成が大幅に抑制されることになる。
【００９５】
しかも、参考例や実施形態１と同じく、燃焼期間の延長によって排気エネルギが増大することになり、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるときのターボ過給機３１による過給圧が相対的に高くなって、各気筒２への吸気充填量が増大するので、このことによってスモークのさらなる減少が図られるとともに、自ずと排気の還流量が増やされることになり、結果として、ＮＯｘの生成をさらに抑制することが可能になる。つまり、この実施形態においては、エンジン１の燃費率を大きく悪化させることなく、排気中のスモーク及びＮＯｘの低減を極めて高い次元で両立できるものである。
【００９６】
加えて、前記の如くＮＯｘ生成量を大幅に減少できることから、インジェクタ５の主噴射作動に先立つ副噴射作動による燃料噴射量を、騒音や振動の低減のための必要最小限度の量に限ることも可能になり、このようにすれば、燃費の悪化を極小化できる。
【００９７】
（他の実施形態）
尚、本発明は前記実施形態１、２に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記各実施形態では、図６に一例を示すように、設定運転領域（イ）を、低回転ないし中回転域における低負荷、中負荷ないし中高負荷域としているが、該設定運転領域（イ）は、エンジン回転域についてはこれを略３等分したうちの低回転域のみとしてもよい。また、エンジン負荷域については、エンジン１の低負荷域のみとしてもよく、或いは、低負荷ないし中負荷域のみとしてもよい。
【００９８】
また、前記各実施形態において、エンジン１が設定運転領域（イ）にあるとき、例えば図２５（ａ）に示すように、インジェクタ５の燃料噴射作動を副噴射作動と主噴射作動とに分けるとともに、該主噴射作動を３回以上に分割するようにしてもよい。この場合、特にエンジン１が低回転低負荷領域にあるときには、同図（ｂ）に示すように、インジェクタ５の個々の噴射パルス幅を気筒２の遅角側ほど長くなるようにして、個々の噴射作動による燃料噴射量を遅角側ほど多くなるように設定してもよい。
【００９９】
こうするためには、例えば、図１１に示すフローのステップＳＤ１，ＳＤ３，ＳＤ４において、それぞれ燃料噴射量を遅角側ほど多くなるように設定すればよく、この場合には、該ステップＳＤ１，ＳＤ３，ＳＤ４により、エンジン１が低回転低負荷領域にあるとき、インジェクタ５の個々の噴射作動による燃料の噴射量を、該噴射作動の開始時期が遅角側にあるほど多くなるように設定する分割噴射量設定手段４０ｆが構成されることになる。そして、そのようにすれば、インジェクタ５の副噴射作動による噴射燃料の予混合燃焼が弱まるので、このときのＮＯｘ生成を一層、低減することが可能となる。しかも、気筒２の遅角側で噴射される燃料が多くなることで、排気エネルギの増大によって吸気の過給圧は十分に高めることができる。
【０１００】
一方、前記のようにインジェクタ５の主噴射作動を例えば３回に分割するようにする場合、エンジン１が中負荷ないし中高負荷域にあるときには、前記実施形態２のように、インジェクタ５の最遅角側の噴射作動による燃料噴射量を進角側のものに比べて少なくし、かつ、該最遅角側の噴射作動の開始時期を、この噴射作動によって噴射される燃料の実質的な噴射開始時期がその前の噴射作動による燃料の燃焼終了時点になるように設定することが好ましい。このようにすれば、燃焼期間を十分に延長して、排気エネルギを増大させながら、同時に排気中のスモークを十分に減少させることができる。
【０１０１】
さらにまた、前記実施形態１においては、エンジン１の加速初期の期間は運転領域に拘わらず、インジェクタ５の主噴射作動を分割するものであり、この際、設定運転領域（イ）からそれよりも高負荷側に移行して、該設定運転領域（イ）における燃料噴射回数（Cin≧３）を保持するようにしているが、これに限らず、例えば、加速初期の期間はインジェクタ５の主噴射作動を２回に分割する一方、加速後期になれば主噴射作動を１回とするようにしてもよい。
【０１０２】
また、前記実施形態１においては加速初期の期間の判定のために、加速開始から設定時間の経過をタイマカウントするようにしているが、これに限らず、例えば加速開始後のエンジン回転数の変化等に基づいて、加速初期の期間を判定するようにしてもよい。
【０１０３】
加えて、前記実施形態１において、エンジン１の加速初期の期間に、インジェクタ５の主噴射作動を前段及び後段噴射に分割するとき、この前段噴射と後段噴射との間の間隔を、前記実施形態２のように、前段噴射燃料の燃焼終了時点で後段噴射が開始されるように適切に設定するようにしてもよい。このようにすれば、加速初期の期間においても燃費悪化の抑制や排気エネルギの向上を図りつつ、排気中のスモークを一層、減少させることができる。
【０１０４】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１記載の発明におけるターボ過給機付エンジンの制御装置によると、エンジンが加速運転状態になる頻度の高い設定運転領域にあるときに、燃料の副噴射と主噴射の分割とによってターボ過給機による吸気の過給圧を高めておくことで、この状態からの加速開始時にエンジンのターボラグを軽減して、加速性能を向上できるとともに、燃焼改善によってＮＯｘ及びスモークを併せて低減することができる。また、相対的に過給圧の高いエンジン全負荷域では、前記主噴射作動の分割回数を少なくして、燃焼期間を短くすることにより、燃焼圧力を効率良くエンジン出力に変換して、加速性能と燃費性能とを両立できる。
【０１０５】
さらに、エンジンの加速初期の期間は、運転領域に拘わらず、燃料噴射弁の主噴射作動を分割することで、加速性能のさらなる向上が図られる。つまり、加速運転時の排気有害成分を低減しながら、加速性能を大幅に向上できる。
【０１０６】
請求項２の発明によると、燃料噴射弁の複数回の噴射作動による個々の燃料噴射量を遅角側ほど多くさせることで、燃焼初期のＮＯｘ生成を抑えながら、排気エネルギをさらに増大できる。
【０１０７】
請求項３の発明によると、燃料噴射弁の主噴射作動における最遅角側の噴射作動を気筒の圧縮上死点後３０°ＣＡ以降に開始させるようにすることで、燃焼期間の延長による排気エネルギの増大効果を最大限に得ることができる。また、燃料噴射量は遅角側ほど少なくなるように設定することで、未燃燃料に起因するスモークを十分に抑制でき、併せて、出力や燃費への悪影響を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の概略構成を示す説明図である。
【図２】 本発明の参考例に係る制御装置の全体構成図である。
【図３】 ターボ過給機のタービン室の構造を一部省略して示す断面図である。
【図４】 直噴式ディーゼルエンジンの排気中のスモーク濃度と燃焼室の平均的な空気過剰率との対応関係を示すグラフ図である。
【図５】 インジェクタの燃料噴射作動における開閉作動状態を示す説明図である。
【図６】 インジェクタの噴射形態制御マップの一例を示す図である。
【図７】 燃料噴射制御の全体的な手順を示すフローチャート図である。
【図８】 エンジンの目標トルク及びエンジン回転数に対する目標燃料噴射量の変化特性を記録した燃料噴射量マップの一例を示す図である。
【図９】 一括噴射のときの燃料噴射量及び噴射時期の設定手順を示すフローチャート図である。
【図１０】 インジェクタにより噴射作動を２回行うときの図９相当図である。
【図１１】 インジェクタにより噴射作動を３回以上行うときの図９相当図である。
【図１２】 インジェクタの噴射作動制御の手順を示すフローチャート図である。
【図１３】 インジェクタの燃料噴射作動を副噴射及び２回の主噴射作動に分割したときの指圧波形の一例を、一括噴射と対比して示すグラフ図である。
【図１４】 エンジンが低回転低負荷域で加速運転状態になったときの運転状態の変化を運転領域マップ上で示した説明図である。
【図１５】 実施形態１における加速初期の燃料噴射回数の設定手順を示すフローチャート図である。
【図１６】 実施形態１に係る図１４相当図である。
【図１７】 実施形態１に係る図１１相当図である。
【図１８】 実施形態１に係る図５相当図である。
【図１９】 エンジンを低負荷状態(a)、中負荷状態(b)、又は中高負荷状態(c)とし、この各状態において、インジェクタの主噴射作動の分割回数や噴射時期を変更しながら、クランク角の変化に対する熱発生率の推移を示したグラフ図である。
【図２０】 エンジンのクランク角の変化に対する質量燃焼割合の推移を示す図１９相当図である。
【図２１】 エンジンが低負荷状態(a)、中負荷状態(b)、又は中高負荷状態(c)にあるときの後段噴射開始時期の変化に対する煤発生量の変化を示すグラフ図である。
【図２２】 後段噴射割合の変化に対する煤発生量の変化を示す図２１相当図である。
【図２３】 後段噴射開始時期の変化に対する燃費率の変化を示す図２１相当図である。
【図２４】 後段噴射割合の変化に対する燃費率の変化を示す図２１相当図である。
【図２５】 燃料噴射量を遅角側ほど多くするようにした他の実施形態に係る図５相当図である。
【符号の説明】
Ａ エンジンの制御装置
１ ディーゼルエンジン
２ 気筒
４ 燃焼室
５ インジェクタ（燃料噴射弁）
３１ ターボ過給機
４０ コントロールユニット
４０ａ 燃料噴射制御手段
４０ｂ 主噴射制御部
４０ｃ 噴射時期設定手段
４０ｄ 加速開始判定手段
４０ｅ 加速時噴射制御部（主噴射制御部）
４０ｆ 分割噴射量設定手段
Claims (3)
- エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射供給する燃料噴射弁と、エンジンの排気により吸気を過給するターボ過給機とを備え、前記燃料噴射弁による燃料の噴射量をエンジンの負荷状態に応じて制御するようにしたターボ過給機付エンジンの制御装置において、
エンジンが低回転域にあるとき、前記燃料噴射弁により燃料を、予混合燃焼状態になるように気筒の圧縮行程で副噴射させるとともに、この副噴射作動の終了後に、拡散燃焼状態になるように燃料を主噴射させる燃料噴射制御手段と、
エンジンの加速運転の開始を判定する加速開始判定手段とを備え、
前記燃料噴射制御手段は、エンジンが低回転域における部分負荷の設定運転領域にあるとき、前記燃料噴射弁の主噴射の噴射作動を２回以上に分割する一方、該設定運転領域よりも高負荷側では該主噴射作動を１回で行わせるとともに、前記加速開始判定手段による加速開始の判定から所定期間が経過するまでの加速初期にはエンジンが設定運転領域よりも高負荷側にあっても、燃料噴射弁の主噴射作動を２回以上に分割する一方、該所定期間の経過後である加速後期には該主噴射作動を１回で行わせる主噴射制御部を有することを特徴とするターボ過給機付エンジンの制御装置。 - 請求項１において、
エンジンが低回転低負荷領域にあるとき、燃料噴射弁の個々の噴射作動による燃料の噴射量を、該噴射作動の開始時期が遅角側にあるほど多くなるように設定する分割噴射量設定手段を備えていることを特徴とするターボ過給機付エンジンの制御装置。 - 請求項１又は２のいずれかにおいて、
燃料噴射弁の主噴射作動における各噴射作動の開始時期をそれぞれエンジンの運転状態に応じて設定する噴射時期設定手段と、
前記噴射時期設定手段により、前記各噴射作動のうちの最遅角側噴射作動の開始時期が気筒の圧縮上死点後３０°ＣＡ以降に設定されたときに、該各噴射作動による燃料噴射量をその開始時期が遅角側にあるほど少なくなるように設定する分割噴射量設定手段とを備えていることを特徴とするターボ過給機付エンジンの制御装置。
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