JP2000087809A - ディーゼルエンジンの制御装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンの制御装置

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JP2000087809A
JP2000087809A JP10254923A JP25492398A JP2000087809A JP 2000087809 A JP2000087809 A JP 2000087809A JP 10254923 A JP10254923 A JP 10254923A JP 25492398 A JP25492398 A JP 25492398A JP 2000087809 A JP2000087809 A JP 2000087809A
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exhaust gas
fuel injection
gas recirculation
control
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Tomoaki Saito
智明 齊藤
Katsuaki Yasutomi
克晶 安富
Hideo Hosoya
英生 細谷
Keiji Araki
啓二 荒木
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Original Assignee
Mazda Motor Corp
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    • F02D41/005Controlling exhaust gas recirculation [EGR] according to engine operating conditions
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    • Y02T10/40Engine management systems

Abstract

(57)【要約】 【課題】排気中のNOx及びスモークを両方共に低減さ
せるべく、排気還流量を制御して空燃比を所定の目標値
に保つようにしたディーゼルエンジンの制御装置Aにお
いて、車両の加速開始時の過渡的状態においても排気中
のNOx低減及びスモーク低減の両立を図る。 【解決手段】エンジン1が加速運転状態になったことを
判定する加速判定手段35cと、排気還流制御手段35
bによる排気還流制御が行われていて、かつ加速判定手
段35cによりエンジン1の加速運転状態への移行が判
定されたとき、燃料噴射の終了が前記加速判定直前より
も早まるように燃料噴射時期を進角させる噴射進角制御
手段35eとを設ける。燃料噴射時期は、加速判定の直
後に大きく進角させた後、エンジン1の加速運転初期の
期間に対応する設定時間が経過するまで、時間経過とと
もに徐々に遅角側に戻す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの制御装置に関し、特にエンジンの吸気系に排気の一
部を還流させる排気還流装置を備え、その排気還流量を
エンジンの運転状態に応じて制御するようにしたものに
おける車両の加速開始時の制御の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種のディーゼルエンジン
の制御装置として、例えば特開昭63−50544号公
報に開示されるように、過給機付ディーゼルエンジンに
おいて排気中の窒素酸化物(NOx)を減少させるため
に、排気還流量を調節することによって空気過剰率λを
制御するようにしたものが知られている。このもので
は、エンジンの吸気通路に設けたセンサにより吸気通路
内の圧力及び温度を検出し、この検出結果に基づいてシ
リンダ充填比を求めるとともに、吸気及び排気通路を連
通する排気還流通路の途中にアクチュエータにより作動
される排気還流量調節弁(排気ガス循環調節装置)を設
け、前記シリンダ充填比に応じて、即ちエンジンの運転
状態に応じて前記排気還流量調節弁の開度を制御するこ
とにより、排気還流量を調節するようにしている。
【0003】また、特開平8−144867号公報に
は、排気通路に配設した空燃比センサからの出力信号に
基づいて空気過剰率λを検出し、空気過剰率λがエンジ
ンの運転状態(運転領域)に応じて設定されている目標
値になるように、排気還流量調節弁を開閉作動させるよ
うにしたものが開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ディーゼル
エンジンは、通常、空燃比がかなりリーン(希薄)な状
態で運転され、ガソリンエンジンに比べて燃焼温度も高
いので、NOxの排出量が多くなりやすいという特徴が
ある。これに対し、排気還流量を多くして燃焼温度の上
昇を抑制することで、NOxの排出量を低減できること
は知られている。また、排気還流により吸気温度を高め
て燃料の気化霧化を促進すれば、燃料の着火遅れ時間を
短縮させることができるので、図31に示すように、吸
気中の還流排気量の割合が10%ぐらいまでであれば、
排気還流量の増大に伴い排気中のスモーク量も減少させ
ることができる。しかし、それ以上の多量の排気還流を
行うと、吸気中の酸素量の減少により着火遅れ時間はむ
しろ増大し、そのことによって、排気中のスモーク量が
増大することになる。
【0005】このように、空燃比と着火遅れ時間との間
には図32に示すような相関関係があり、また、空燃比
とスモーク量との間にも同様の関係がある(図7参
照)。つまり、空燃比がある値を越えてリッチになると
着火遅れ時間が急増し、これに伴い排気中のスモーク量
も急増するという特性がある。従って、このような特性
を考慮して、排気中のNOx低減とスモーク低減とを両
立させるためには、スモーク量が急増し始める手前ので
きるだけリッチ側の空燃比を目標として、排気還流量を
制御するのがよいと考えられる。
【0006】しかしながら、前記従来の排気還流制御装
置では、いずれも排気還流通路の途中に設けた排気還流
量調節弁により排気還流量を調節するようにしているの
で、上述の如きできる限りリッチ側の空燃比を目標とし
て排気還流量を制御すると、例えば車両の加速開始時に
空燃比が一時的に過度にリッチな状態になって、排気中
のスモーク量が急増してしまうという不具合が生じる。
すなわち、車両の加速開始時には、運転者によるアクセ
ルペダルの踏み込みに対応して燃料噴射量が増量される
とともに、排気還流量調節弁が閉じ側に作動されて、排
気還流量の減少により吸入空気量を増大させるという制
御が行われるが、その際、前記排気還流量調節弁の作動
遅れによって、空燃比が一時的に目標よりもリッチ側に
ずれてしまうのである。
【0007】特に、アイドル運転時を含むエンジンの低
速運転状態では、排気還流量の確保のために排気還流量
調節弁が全開状態にされており、その状態でアクセルペ
ダルが急に踏み込まれた場合、全開状態の排気還流量調
節弁が全閉状態になるまでに時間がかかるので、その間
のスモーク量の増大が問題になる。
【0008】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、エンジンの運転状態
に応じて排気還流量をフィードバック制御するようにし
たディーゼルエンジンの制御装置において、車両の加速
開始時の排気還流量調節弁の作動遅れに対処すべく燃料
噴射制御の手順に工夫を凝らして、加速開始時の過渡的
状態であっても排気中のNOx低減及びスモーク低減の
両立を図ることにある。
【0009】
【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、排気還流制御が行われてい
てかつエンジンが加速運転状態になったとき、燃料噴射
量が増量されていてもその噴射の終了が早まるように燃
料噴射時期を進角させるものとする。
【0010】具体的には、請求項1記載の発明では、図
1に示すように、エンジン1の吸気系10に排気の一部
を還流させる排気還流通路23と、該排気還流通路23
における排気還流量を調節する排気還流量調節弁24
と、前記排気還流量がエンジン1の運転状態に応じて設
定された目標値になるように排気還流量調節弁24の開
度をフィードバック制御する排気還流制御手段35bと
を備えたディーゼルエンジンの制御装置Aを前提とす
る。そして、エンジン1が加速運転状態になったことを
判定する加速判定手段35cと、前記排気還流制御手段
35bによる排気還流制御が行われていて、かつ前記加
速判定手段35cによりエンジン1の加速運転状態への
移行が判定されたとき、燃料噴射の終了が前記加速判定
直前よりも早まるように燃料噴射時期を進角させる噴射
進角制御手段35eとを備える構成とする。
【0011】この構成によれば、エンジン1が定常状態
にあって排気還流制御手段35bにより排気還流制御が
行われているとき、運転者によりアクセルペダルが踏み
込まれてエンジン1が加速運転状態になると、加速判定
手段35cによりエンジン1の加速運転状態への移行が
判定され、その加速判定直前よりも燃料噴射の終了が早
まるように、噴射進角制御手段35eにより燃料噴射時
期が進角される。すなわち、通常、車両の加速開始時に
はエンジン1の出力を高めるために燃料噴射量を増量す
るので、その分、燃料噴射弁の開弁時間が長くなって燃
料噴射の開始時期が進角するが、この発明ではそれより
もさらに燃料噴射時期を進角させて、燃料噴射の終了も
早まるようにするのである。
【0012】ここで、一般に、車両の加速開始時にはエ
ンジン1の出力を高めるために吸入空気量を増やす必要
があり、そのために排気還流量調節弁が閉じ側に作動さ
れるが、この排気還流量調節弁の閉作動の遅れによって
一時的に排気還流量が過大になるため、前記の燃料噴射
量の増量と相まって空燃比がリッチ側に変化し、そのこ
とにより排気中のスモーク量が増大する虞れがある。
【0013】この問題に対し、上述の如く燃料噴射時期
を大きく進角させれば、そのことによって燃料と空気と
の予混合が十分に行われ、かつ燃料の気化霧化も十分に
進むので、燃焼速度が高まってスモークの生成が抑制さ
れる。その結果、空燃比がリッチ側に変化していても排
気中のスモーク量を低減できる。しかも、燃焼速度が高
まることで、出力も向上する。一方、急速な燃焼によっ
て燃焼温度が高まれば、NOxの排出量は増える傾向が
あるが、車両の加速開始時には、上述の如く排気還流量
調節弁24の作動遅れによって一時的に排気還流量が過
大になっていて、そのことによりNOxの生成が抑えら
れる。つまり、車両の加速開始時に排気中のNOx低減
及びスモーク低減の両立が図られる。
【0014】請求項2記載の発明では、図1に示すよう
に、エンジン1の吸気系10に排気の一部を還流させる
排気還流通路23と、該排気還流通路23における排気
還流量を調節する排気還流量調節弁24と、前記排気還
流通路23よりも上流側の吸気通路10における吸入空
気量を計測するセンサ11と、アクセル操作量に応じて
燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段35aと、前記
吸入空気量及び燃料噴射量に基づいて、空燃比が所定の
目標値になるように排気還流量調節弁24の開度を制御
する排気還流制御手段35bとを備えたディーゼルエン
ジンの制御装置Aを前提とする。そして、エンジン1が
加速運転状態になったことを判定する加速判定手段35
cと、前記排気還流制御手段35bによる排気還流制御
が行われていて、かつ前記加速判定手段35cによりエ
ンジン1の加速運転状態への移行が判定されたとき、燃
料噴射の終了が前記加速判定直前よりも早まるように燃
料噴射時期を進角させる噴射進角制御手段35eとを備
える構成とする。
【0015】この構成では、センサ11により計測され
る吸入空気量と燃料噴射制御手段35aによる燃料噴射
量とに基づいて、排気還流制御手段35bにより排気還
流量調節弁24の開度を制御するようにしたものが前提
であり、そのようなものにおいて、請求項1記載の発明
と同様の作用が得られる。すなわち、前記の前提構成に
よれば、実際の吸入空気量及び燃料噴射量に基づく排気
還流量の制御によって、空燃比を高精度に制御できる反
面、そのような高精度の空燃比制御に対して、加速開始
時の排気還流量調節弁24の作動遅れに起因する空燃比
のずれが相対的に大きな悪影響を及ぼすことになる。従
って、そのような前提構成において、請求項1記載の発
明と同様に排気中のスモークを低減できるという作用が
極めて有効なものになる。
【0016】請求項3記載の発明では、請求項1又は2
に記載の発明における噴射進角制御手段は、エンジンが
加速運転状態になったとき直ちに燃料噴射時期の進角制
御を開始して、加速運転初期の所定期間だけ燃料噴射時
期を進角させ、その後、該進角制御を終了する構成とす
る。ここで、前記加速運転初期の期間とは、エンジンが
加速運転状態になり、排気還流量調節弁の作動遅れによ
って排気還流量が過大になっている期間に対応するもの
で、エンジンの運転状態等により異なるが例えば気筒毎
に2〜5燃焼サイクル程度の期間である。この期間の判
定は、例えばクランク角度センサやカム角度センサから
の出力信号に基づいて行うようにすればよい。
【0017】そして、この構成によれば、エンジンが加
速運転状態になった直後の加速初期の期間、燃料噴射時
期の進角制御によりスモーク量の増大が抑制される。一
方、その期間が経過して排気還流量調節弁の開度が運転
状態に応じた適正な開度になれば、燃料噴射時期が定常
時の通常の噴射時期に戻されるので、燃料噴射時期の進
角に起因するNOxの増大も防止できる。
【0018】請求項4記載の発明では、請求項1に記載
の発明における噴射進角制御手段は、エンジンが加速運
転状態になったとき直ちに燃料噴射時期の進角制御を開
始し、加速運転状態になってから設定時間が経過した後
に該進角制御を終了する構成とする。ここで、前記設定
時間は、エンジンが加速運転状態になり、排気還流量調
節弁の作動遅れによって排気還流量が過大になっている
期間に対応するように、予めエンジンの運転状態に応じ
て設定しておけばよい。例えば、エンジンがアイドル運
転状態から加速運転状態になったときには、設定時間は
数百ミリ秒程度が好ましい。そして、この構成によれ
ば、請求項3記載の発明と同様の作用が得られる。
【0019】請求項5記載の発明では、請求項4に記載
の発明において、噴射進角制御手段による燃料噴射時期
の進角量は、加速判定後の時間経過に応じて、排気還流
量調節弁の開度の減少に対応するよう徐々に小さくされ
るものとする。
【0020】このことで、エンジンが加速運転状態にな
った直後に燃料噴射時期が進角される一方、排気還流量
調節弁が遅れて閉作動して、排気還流量の減少により空
燃比が徐々に目標値に近づく間、その空燃比のずれ量の
減少に対応するように燃料噴射時期が徐々に遅角側に戻
される。つまり、燃料噴射時期が空燃比のずれ量に対応
してきめ細かく制御されるので、スモーク低減とNOx
低減とが高次元で両立できる。
【0021】請求項6記載の発明では、請求項1又は2
に記載の発明において、排気還流通路よりも上流側の吸
気通路に吸気絞り弁が配設されており、エンジンの低速
低負荷運転状態で、排気還流制御手段により排気還流量
調節弁が全開状態よりも閉じた状態に制御されるよう
に、前記吸気絞り弁を所定量閉じた状態に制御する吸気
絞り弁制御手段が設けられている構成とする。
【0022】すなわち、一般に、吸気負圧が小さくなる
エンジンの低速低負荷運転状態において、排気還流量調
節弁を全開状態にしても十分な排気還流量を得られない
場合に、吸気通路に設けた吸気絞り弁の開度を絞って吸
排気の間の差圧を高めることで排気還流量を確保するこ
とは従来から行われている。これに対し、この発明で
は、それよりもさらに吸気絞り弁の開度を絞って、吸排
気間の差圧をさらに高めることで、前記排気還流量調節
弁の開度を全開状態よりも小さくさせている。
【0023】このことで、エンジンが低速低負荷運転状
態から加速運転状態になったとき、前記排気還流量調節
弁の開度が既に全開状態よりも小さくされているので、
その分、弁の作動遅れを減らすことができ、そのことに
よって加速開始時の排気中のスモーク量増大を抑制でき
る。
【0024】請求項7記載の発明では、請求項6に記載
の発明において、噴射進角制御手段による燃料噴射時期
の進角量は、吸気絞り弁の開度が小さいほど大きくされ
るものとする。
【0025】すなわち、前記吸気絞り弁の開度が小さい
ほど吸気の充填効率が低下するので、筒内圧縮温度の低
下によって着火遅れ時間が増大し、そのことによって、
スモーク量が増大する傾向がある。また、充填効率の低
下に伴い空燃比が過渡的にリッチ化する傾向もある。そ
こで、この発明では、吸気絞り弁の開度が小さいほど燃
料噴射時期の進角量を大きくさせることで、前記の着火
遅れ時間の増大及び空燃比のリッチ化に起因するスモー
ク量の増大を抑えることができる。
【0026】請求項8記載の発明では、請求項1又は2
に記載の発明における噴射進角制御手段は、少なくとも
エンジンが低速運転状態にあってかつ加速運転状態にな
ったときに燃料噴射時期の進角制御を実行するものとす
る。
【0027】すなわち、一般に、エンジンの吸気の充填
効率はそのエンジンの中速運転状態で最も高く、それよ
りも低速の運転状態では、エンジン回転数の低下に伴い
充填効率も低下する(図27参照)。また、車両の加速
開始時には、充填効率が低いほど吸入空気量が不足し
て、空燃比がリッチになりやすい。従って、エンジンが
低速運転状態にあってかつ加速運転状態になったときに
は、特にスモークが増大しやすいので、このようなとき
に燃料噴射時期の進角制御によりスモーク量の増大を抑
制することは、極めて有効な作用を奏する。
【0028】請求項9記載の発明では、請求項8に記載
の発明における噴射進角制御手段による燃料噴射時期の
進角量は、エンジンが低速運転状態にあってかつ加速運
転状態になったときには、中速運転状態にあってかつ加
速運転状態になったときよりも大きくされるものとす
る。
【0029】すなわち、一般に、エンジンの低速運転状
態では中速運転状態に比べて吸気の充填効率が低いので
(図27参照)、車両の加速開始時に吸入空気量が不足
して、空燃比がリッチになりやすい。つまり、車両の加
速開始時におけるスモーク排出量は、エンジンの運転状
態によって異なる。そこで、この発明では、エンジンの
運転状態に応じて、低速運転状態では中速運転状態より
も噴射時期の進角量を大きくさせることで、燃料噴射時
期を充填効率の変化に対応づけて適切に設定できる。
【0030】請求項10記載の発明では、請求項2に記
載の発明の排気還流制御手段における空燃比の目標値
は、空燃比のリッチ側への変化に伴う排気中のスモーク
量の変化特性において、該スモーク量が漸増状態から急
増状態に変化するときに対応する値とする。
【0031】このようにすると、車両の加速開始時に排
気還流量調節弁の作動遅れに起因して空燃比がリッチ側
へ変化したとき、そのことによるスモーク量の増大が極
めて大きくなる。よって、このような場合に、燃料噴射
時期の進角制御により排気中のスモーク量を低減できる
という作用が一層、有効なものになる。
【0032】請求項11記載の発明では、請求項2に記
載の発明における排気還流制御手段は、エンジンの運転
状態に対応する目標空燃比が設定された目標空燃比マッ
プを有し、燃料噴射制御手段は、エンジンの運転状態に
対応する燃料噴射量が設定された燃料噴射量マップを有
する構成とする。
【0033】このことで、燃料噴射制御手段及び排気還
流制御手段による制御はいずれも予め設定されたマップ
から目標値を読み込むことで、高精度にかつ応答性良く
実行される。一方、そのような高精度かつ高応答の制御
に対して、加速開始時の排気還流量調節弁の作動遅れが
相対的に大きな悪影響を及ぼすので、特にこのような場
合に、燃料噴射時期の進角制御により排気中のスモーク
量を低減できるという作用が有効なものになる。
【0034】請求項12記載の発明では、請求項1又は
2に記載の発明において、排気還流量調節弁の開度を検
出する弁開度検出手段を備え、噴射進角制御手段は、エ
ンジンが加速運転状態になったとき直ちに燃料噴射時期
の進角制御を開始し、その後、前記弁開度検出手段によ
り検出された排気還流量調節弁の開度が設定開度以下に
なったときに該進角制御を終了する構成とする。
【0035】この構成によれば、エンジンが加速運転状
態になった直後に燃料噴射時期の進角制御によりスモー
ク量の増大が抑制される。一方、その後、排気還流量調
節弁が遅れて閉作動して、その開度がエンジンの運転状
態に応じた適正な開度になれば、燃料噴射時期が定常時
の通常の噴射時期に戻されるので、燃料噴射時期の進角
に起因するNOxの増大も防止できる。
【0036】請求項13記載の発明では、請求項12に
記載の発明において、噴射進角制御手段による燃料噴射
時期の進角量は、弁開度検出手段により検出される排気
還流量調節弁の開度の減少に応じて、徐々に小さくされ
るものとする。
【0037】このことで、エンジンが加速運転状態にな
った直後に燃料噴射時期が進角される一方、その後、排
気還流量調節弁の開度の減少に応じて、燃料噴射時期が
徐々に遅角側に戻される。つまり、燃料噴射時期を、実
際の空燃比の目標値からのずれ量に対応づけてきめ細か
くかつ正確に制御することができるので、スモーク低減
とNOx低減とを高次元で両立できる。
【0038】請求項14記載の発明では、図1に示すよ
うに、エンジン1の吸気系10に排気の一部を還流させ
る排気還流通路23と、該排気還流通路23における排
気還流量を調節する排気還流量調節弁24と、前記排気
還流通路23よりも上流側の吸気通路10に設けられた
吸気絞り弁14と、前記排気還流通路23よりも上流側
の吸気通路10における吸入空気量を計測するセンサ1
1と、アクセル操作量に応じて燃料噴射量を制御する燃
料噴射制御手段35aと、前記吸入空気量及び燃料噴射
量に基づいて、空燃比が所定の目標値になるように排気
還流量調節弁24の開度を制御する排気還流制御手段3
5bと、エンジン1の低速低負荷運転状態で、前記排気
還流制御手段35bにより排気還流量調節弁24が全開
状態よりも閉じた状態に制御されるように、前記吸気絞
り弁14を所定量閉じた状態に制御する吸気絞り弁制御
手段35dとを備えたディーゼルエンジンの制御装置A
を前提とする。
【0039】そして、エンジン1が加速運転状態になっ
たことを判定する加速判定手段35cと、エンジン1が
低速運転状態にあって前記排気還流制御手段35bによ
る排気還流制御が行われていて、かつ前記加速判定手段
35cによりエンジン1の加速運転状態への移行が判定
されたとき、燃料噴射の終了が前記加速判定直前よりも
早まるように燃料噴射時期を進角させ、その燃料噴射時
期の進角を加速運転初期の所定期間だけ継続した後、該
進角制御を終了する噴射進角制御手段35eとを備えて
おり、該噴射進角制御手段35eによる燃料噴射時期の
進角量は、前記吸気絞り弁14の開度が小さいほど大き
くされるものとする。
【0040】すなわち、エンジン1の低速運転状態では
もともと中速運転状態に比べて吸気の充填効率が低い上
(図27参照)、吸気絞り弁14により吸気が絞られて
いれば、そのことによっても充填効率は低下する。そし
て、充填効率が低下すれば、筒内圧縮温度の低下によっ
て着火遅れ時間が増大し、排気中のスモーク量が増大し
やすい。その上さらに、車両の加速開始時には出力向上
のために燃料噴射量が増大されるので、前記の充填効率
の低下や排気還流量調節弁の作動遅れとも相まって過渡
的に吸入空気量が不足して、空燃比が一時的に過度にリ
ッチ化しやすい。つまり、この発明の前提となる構成に
よれば、エンジンが低速運転状態にあってかつ加速運転
状態になったとき、特にスモークの増大が著しい。
【0041】これに対し、この発明の構成によれば、請
求項2記載の発明と同様に、燃料噴射時期の進角制御に
よって車両の加速開始直後に排気中のNOx低減及びス
モーク低減の両立が図られ、そのことが極めて有効な作
用を奏する。そしてその後、排気還流量調節弁24の開
度が適正な開度になれば、請求項3記載の発明と同様に
燃料噴射時期が定常時の通常の噴射時期に戻されるの
で、噴射時期の進角に起因するNOx増大も防止でき
る。
【0042】
【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。
【0043】(実施形態1) (全体構成)図1は、本発明の実施形態1の全体構成を
示す。同図において、1は4つの気筒2(1つのみ図示
する)を有する直列4気筒ディーゼルエンジンであっ
て、このエンジン1はマニュアルトランスミッションを
装備した車両に搭載されている。このエンジン1の各気
筒内にはピストン3が往復動可能に嵌装され、このピス
トン3により各気筒2内に燃焼室4が区画されており、
この燃焼室4の上面の略中央部に、電磁弁からなるイン
ジェクタ(燃料噴射弁)5が設けられている。その各イ
ンジェクタ5は高圧の燃料を蓄える共通のコモンレール
(蓄圧室)6に接続されていて、各気筒毎の所定の噴射
タイミングで開閉作動されて、燃焼室4に直接燃料を噴
射するようになっている。
【0044】前記コモンレール6には、その内部の燃圧
(コモンレール圧)を検出する圧力センサ6aが配設さ
れているとともに、クランク軸7により駆動される高圧
供給ポンプ8が接続されており、該高圧供給ポンプ8は
圧力センサ6aにより検出されるコモンレール6内の燃
圧が所定値(例えば、アイドル運転時に40MPa、そ
れ以外の運転状態では80MPa以上)に保持されるよ
うに作動する。さらに、前記クランク軸7の端部には、
該クランク軸7の回転角度を検出するクランク角センサ
9が設けられている。このクランク角センサ9は電磁ピ
ックアップ等からなり、前記クランク軸7の端部に設け
た被検出用プレート(図示せず)の外周に対応する箇所
に配置されていて、その外周部に突設された突起部の通
過に対応してパルス信号を出力する。
【0045】また、10は前記エンジン1の各気筒2に
吸入空気(吸気)を供給する吸気通路であり、この吸気
通路10の下流端部は図示しないサージタンクを介して
気筒毎に分岐していて、それぞれ図示しない吸気ポート
により各気筒2の燃焼室4に接続されている。また、そ
のサージタンクには、各気筒2に過給される過給圧力が
検出できる吸気圧力センサ10aが設けられている。一
方、吸気通路10の上流端部は図示しないエアクリーナ
に接続され、その下流には上流側から順に、吸気流量を
計測するエアフローセンサ11と、後述のタービン21
により駆動されて吸気を圧縮するブロワ12と、このブ
ロワ12により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ
13と、通路断面積を絞る吸気絞り弁14とが設けられ
ている。この吸気絞り弁14は、全閉状態でも吸気が流
通可能なように切り欠きが設けられたバタフライバルブ
からなり、後述のEGR弁24と同様、ダイヤフラム1
5に作用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁16に
より調節されることで、弁の開度が制御されるようにな
っている。
【0046】前記エアフローセンサ11は、流速変動が
あっても空気流量を確実にとらえることのできる定温度
型ホットフィルム式エアフローセンサであり、図示しな
いが、吸気通路10に吸気流れ方向と直交するように配
されたヒータと、このヒータを挟んで上流側と下流側と
に配置されたホットフィルムとを備えていて、両ホット
フィルムの温度の高低に基づいて、吸気通路10を下流
側(各気筒2の側)に向かう正方向流及び上流側に向か
う逆流をそれぞれ検出するものである。このエアフロー
センサ11による計測値に基づいて、正方向の空気流量
のみを計測することができ、排気還流量の制御に逆流に
よる誤差が入ることを避けることができる。尚、前記エ
アフローセンサ11の代わりに、ブロワ12よりも上流
側の吸気通路10の吸気管圧力を検出するセンサを採用
してもよい。
【0047】前記図1において、20は各気筒2の燃焼
室4から排ガスを排出する排気通路であり、この排気通
路20の上流端部は分岐してそれぞれ図示しない排気ポ
ートにより各気筒2の燃焼室4に接続されていて、その
下流には順に、排ガスにより回転されるタービン21
と、排ガス中のHC、CO及びNOx並びにパティキュ
レートを浄化するいわゆる4ウエィ触媒を有する触媒コ
ンバータ22とが配設されている。
【0048】前記タービン21及びブロワ12からなる
ターボ過給機25は、エンジン1の加速運転時や高負荷
運転時等に十分な過給を行なうためのものであり、図2
に示すように、タービン21を収容するタービン室21
aに該タービン21aの全周を囲むように複数のフラッ
プ21b,21b,…が設けられ、その各フラップ21
bが排気流路のノズル断面積Aを変化させるように回動
可能なVGT(バリアブルジオメトリーターボ)であ
る。このVGTでは、同図(a)に示すように、フラッ
プ21b,21b,…をその先端がタービン21に対し
周方向を向くように位置付け、ノズル断面積Aを小さく
していわゆるA/Rを小さくすると、排気流量が少ない
エンジン1の低回転域では過給効率が高くなり、反対に
同図(b)に示すように、フラップ21b,21b,…
をその先端がタービン21の中心に向くように位置付け
て、ノズル断面積Aを大きくしてA/Rを大きくする
と、同じく排気流量が少ないエンジン1の低回転域では
過給効率が低くなる。
【0049】また、前記排気通路20は、タービン21
と触媒コンバータ22との間で、排ガスの一部を吸気側
に還流させる排気還流通路(以下EGR通路という)2
3の上流端に分岐接続されている。このEGR通路23
の下流端は吸気通路10におけるインタークーラ13の
下流側に接続され、その途中には、開度調節可能な負圧
作動式の排気還流量調節弁(以下EGR弁という)24
が配置されていて、排気通路20の排ガスの一部をEG
R弁24により流量調節しながら吸気通路10に還流さ
せるようになっている。
【0050】前記EGR弁24は、図3に示すように、
弁箱を仕切るダイヤフラム24aに弁棒24bが固定さ
れ、この弁棒24bの両端にEGR通路23の開度をリ
ニアに調節する弁本体24cとリフトセンサ26とが設
けられている。前記弁本体24cはスプリング24dに
よって閉方向(図の下方)に付勢されている一方、弁箱
の負圧室(ダイヤフラム24aよりも上側の室)には負
圧通路27が接続されている。この負圧通路27は、負
圧制御用の電磁弁28を介してバキュームポンプ(負圧
源)29に接続されており、電磁弁28が後述のECU
35からの制御信号(電流)によって負圧通路27を連
通・遮断することによって、負圧室のEGR弁駆動負圧
が調節され、それによって、弁本体24cによりEGR
通路23の開度がリニアに調節されるようになってい
る。
【0051】つまり、図4(a)に示すように、電流が
大きくなるに従ってEGR弁駆動負圧が大きく(圧力が
低く)なり、そのEGR弁駆動負圧に比例して、同図
(b)に示すようにEGR弁本体24cのリフト量が変
化する。但し、EGR弁本体24cのリフト量の変化に
はヒステリシスが見られる。
【0052】尚、前記ターボ過給機25のフラップ21
b,21b,…にもEGR弁24と同様にダイヤフラム
30が取り付けられていて、負圧制御用の電磁弁31に
よりダイヤフラム30に作用する負圧が調節されること
で、前記フラップ21b,21b,…の作動量が調節さ
れるようになっている。
【0053】前記各インジェクタ5、高圧供給ポンプ
8、吸気絞り弁14、EGR弁24、ターボ過給機25
のフラップ21b,21b,…等はコントロールユニッ
ト(Electronic Contorol Unit:以下ECUという)3
5からの制御信号によって作動するように構成されてい
る。このECU35には、前記圧力センサ6aからの信
号出力と、クランク角センサ9からの出力信号と、エア
フローセンサ11からの出力信号と、EGR弁24のリ
フトセンサ26からの出力信号と、車両の運転者による
図示しないアクセルペダルの操作量(アクセル開度)を
検出するアクセル開度センサ32からの出力信号とが少
なくとも入力されている。
【0054】(制御システムの全体構成)前記ECU3
5におけるエンジン制御の基本的な処理の概要は図5の
ブロック図に示されており、基本的にインジェクタ5の
作動による燃料噴射制御とEGR弁24の作動による排
気還流制御(EGR弁制御)とが行われ、これに加え
て、高圧供給ポンプ8の作動によるコモンレール圧力、
即ち燃量噴射圧の制御と、吸気絞り弁14の作動制御
と、ターボ過給機25のフラップ21b,21b,…の
作動制御(VGT制御)とが行われるようになってい
る。
【0055】排気還流及び燃料噴射制御の概要 排気還流及び燃料噴射制御は、アクセル開度に基づいて
基本となる燃料噴射量を決定するとともに、EGR弁2
4の作動によりEGR率を調節して、各気筒の空燃比を
均一かつ高精度に制御するものである。このEGR率は
全排気量中の還流される排ガス量(EGR量)の割合を
いう。
【0056】EGR率=EGR量/全排気量 ここで、EGR通路23から吸気通路10に還流される
排ガスの各気筒への分配性はそれぞれ異なり、加えて各
気筒2毎の空気吸入特性自体にもばらつきがあるので、
EGR通路23におけるEGR弁24の開度を同じにし
ても、各気筒2におけるEGR率及び吸入空気量偏差に
ばらつきを生じ、EGR率の高い気筒ではその吸入空気
量が少なく、EGR率の低い気筒ではその吸入空気量が
多くなる。そこで、基本的には全気筒に共通の目標空燃
比を定め、各気筒2毎に吸入空気量を検出して、この吸
入空気量に応じて前記目標空燃比となるように気筒毎に
排気還流量を制御するようにしている。つまり、各気筒
2の吸入空気量に対するEGR量の割合の均一化を図る
のではなく、所定の空燃比を目標として気筒毎に排気還
流量を制御することで、各気筒2の空燃比を均一かつ高
精度に制御することができる。
【0057】具体的に、前記ECU35には、アクセル
開度accel及びエンジン回転数Neの変化における、実験
的に決定された最適な目標トルクtrqsolを記録した二次
元マップ36と、エンジン回転数Ne、目標トルクtrqsol
及び新気量(吸入空気量のことであり燃料を含まない。
以下、同じ。)FAirの変化における、実験的に決定され
た最適な目標燃料噴射量Fsolを記録した燃料噴射量マッ
プとしての三次元マップ37と、エンジン回転数Neと目
標トルクtrqsolの変化における、実験的に決定された最
適な目標空燃比A/Fsolを記録した目標空燃比マップとし
ての二次元マップ38とがそれぞれメモリ上に電子的に
格納されている。
【0058】前記目標空燃比A/FsolがNOxの低減とス
モークの低減とを両立させるための排気還流量を決定す
る基準となるものである。すなわち、図6にディーゼル
エンジンの空燃比と排気中のNOx量との関係を例示す
るように、空燃比が上昇するとNOx量が増大する傾向
があるので、排気還流量を多くして空燃比を下げれば
(リッチ側にする)NOxの発生を少なくできる。
【0059】しかし、図7に例示すように、同じエンジ
ンの空燃比と排気中のスモーク値との関係に依れば、空
燃比がリッチ側に変化してある空燃比以下になると、ス
モーク量が急に増大することが分かる。このことから、
排気還流量を多くするにも限界があり、排気中のNOx
量の低減とスモーク量の増大抑制との両立を図るには、
目標とする空燃比をNOxの低減が図れるようにできる
だけリッチ側に、かつスモーク量が急増し始める手前の
値に定め、これを目標として排気還流量を制御する必要
がある、ということができる。
【0060】排気還流制御 そこで、この実施形態における排気還流制御では、ま
ず、アクセル開度センサ32により検出されたアクセル
開度accelとクランク角センサ9により検出されたエン
ジン回転数Neとを用いて、目標トルク演算部41におい
て前記メモリ上の二次元マップ36を参照して目標トル
クtrqsolを決定する。そして、この目標トルクtrqsol
と、エアフローセンサ11によって計測された新気量FA
irとエンジン回転数Neとを用いて、目標噴射量演算部4
2において前記メモリ上の三次元マップ37を参照して
目標噴射量Fsolを決定する。一方、前記目標トルクtrqs
olとエンジン回転数Neとを用いて、目標空燃比演算部4
3において前記メモリ上の二次元マップ38を参照して
前記両立を図るための目標空燃比A/Fsolを決定する。
【0061】そして、前記目標噴射量Fsolと目標空燃比
A/Fsolとを用いて、目標新気量演算部44において目標
新気量FAsolを算出し(FAsol=Fsol×A/Fsol)、この目
標新気量FAsolを目標として、新気量制御部45におい
て新気量FAirのフィードバック制御を行う。この制御は
新気供給量自体を直接調節するのではなく、排気還流量
を調節することによって新気量を変化させるというもの
であり、具体的には、新気の補正量を決定するのではな
く、目標とするEGR弁24の操作量EGRsolを決定し、
そのEGR弁24の目標操作量EGRsolに基づいて、EG
R弁制御を実行する。尚、前記目標新気量演算部44及
び新気量制御部45が排気還流手段35bに対応してい
る。
【0062】燃料噴射制御 また、ECU35には、目標トルクtrqsol及びエンジン
回転数Neの変化における、実験的に決定された最適なコ
モンレール圧力CRPsolを記録した二次元マップ50がメ
モリ上に電子的に格納して備えられており、前記目標ト
ルク演算部41において得られた目標トルクtrqsolとエ
ンジン回転数Neとを用いて、コモンレール圧力演算部4
6において当該マップ50を参照して目標コモンレール
圧力CRPsolを演算し、これを用いてコモンレール圧力を
制御する。そして、この制御されたコモンレール圧力CR
Pと、前記目標噴射量演算部42において決定された目
標噴射量Fsolとに基づいて、各インジェクタ5の励磁時
間(開弁時間)を決定し、それぞれ制御するようにして
いる。尚、前記目標噴射量演算部42が燃料噴射制御手
段35aに対応している。
【0063】吸気絞り弁制御 ECU35には、目標燃料噴射量Fsol及びエンジン回転
数Neの変化における、実験的に決定された最適な目標吸
気絞り量THsolを記録した二次元マップ51をメモリ上
に電子的に格納して備えており、前記目標噴射量演算部
42において得られた目標噴射量Fsolとエンジン回転数
Neとを用いて、目標吸気絞り量演算部47において当該
マップ51を参照して目標吸気絞り量THsolを演算し、
これを用いて吸気絞り弁14の開度を制御する。尚、前
記目標吸気絞り量演算部47が吸気絞り弁制御手段手段
35dに対応している。
【0064】VGT制御 ECU35には、目標トルクtrqsol及びエンジン回転数
Neの変化における、実験的に決定された最適な目標過給
圧力Boostsolを記録した二次元マップ52をメモリ上に
電子的に格納して備えており、前記目標トルク演算部4
1において得られた目標トルクtrqsolとエンジン回転数
Neとを用いて、目標過給圧力演算部48において当該マ
ップ52を参照して目標過給圧力Boostsolを演算する。
そして、この目標過給圧力Boostsolと吸気圧力センサ1
0aにより検出された吸気絞り弁14下流の吸気通路1
0の吸気圧力Boostとを用いて、過給圧力制御部49に
おいて、吸気圧力Boostが目標過給圧力Boostsolになる
ようなターボ過給機25のフラップ21b,21b,…
の開度(作動制御量)VGTsolを演算し、これを用いてフ
ラップ21b,21b,…を適正な開度になるように制
御する。
【0065】(排気還流及び燃料噴射制御の全体の流
れ)次に、前記ECU35による基本的な排気還流及び
燃料噴射制御の流れを図8により説明する。この制御は
メモリ上に電子的に格納された制御プログラムに従い、
エンジン1の回転に同期して実行される。
【0066】まず、同図のステップS1〜S3に示すよ
うに、エアフローセンサ11によって検出される吸入空
気量及びクランク角センサ9によって検出されるクラン
ク角度に基づいて、気筒毎に吸入空気量FAirが求められ
る。また、クランク角センサ9〜の出力によって求めら
れるエンジン回転数Ne、アクセル開度センサ32によっ
て検出されるアクセル開度accel及び前記吸入空気量FAi
rに基づいて、目標燃料噴射量Fsolが求められる(ステ
ップS4〜S6)。
【0067】続いて、アクセル開度accel、エンジン回
転数Ne等に基づいてエンジン1が低負荷ないし中負荷の
定常運転状態にあるか、或いは加速運転状態にあるかの
過渡判定が行なわれ(ステップS7)、定常運転時には
基本目標空燃比が設定され、それに基づいて目標吸入空
気量が求められて、EGR弁基本制御が行なわれ、さら
に、この基本制御が気筒毎の吸入空気量FAirに基づく気
筒毎のEGR弁制御によって補正される(ステップS8
〜S11)。一方、加速運転時には加速時の目標空燃比
が設定され、加速時のEGR弁制御及び噴射量制御が行
なわれる(ステップS12〜S14)。
【0068】(気筒毎の吸入空気流量の検出及び吸入空
気量の算出)前記エアフローセンサ11により検出され
た吸入空気流量の例は、図9に示すようになる。同図の
斜線を入れた部分が吸気の逆流分であり、この逆流分を
差し引いた積分値、即ち実際に各気筒2に吸入された吸
入空気量が僅かながら変動していることが見てとれる。
【0069】図10に前記エアフローセンサ11を用い
た気筒毎の吸入空気量の算出(図8のステップS1〜S
3)の具体的な制御手順を示す。吸入空気流量を積分し
ていくとともに、経過時間を計測していき、クランク角
度が180度に達する都度、その180度分の吸入空気
流量の積分値Qを当該気筒(i)の吸入空気量Qiとし、そ
の所要時間(クランクタイマ時間T)を当該気筒(i)の
クランク間隔Tiとし、得られた4気筒の吸入空気量Qi
の平均値を基本吸入空気量Qavとして求める(ステップ
A1〜A7)。尚、4気筒の各々には便宜上、気筒番号
「0,1,2,3」を与えている。
【0070】また、吸気行程の時期が1つの前の気筒(i
-1) を基準とする、当該気筒(i)の吸入空気量の変化率
ΔQi=Qi/Qi-1 とクランク間隔の変化率ΔTi=Ti/T
i-1を求め、吸気行程の時間を加味した吸入空気量の変
化指数ΔQti=ΔQi/ΔTiを求める(ステップA8〜
A10)。ここで、ΔTiを考慮するのは、トルク変動
(クランク軸7の角速度変動)による外乱をできるだけ
排除するためであり、この処理は特にトルク変動の大き
なアイドル運転時に効を奏する。そして、この変化指数
ΔQtiに基づいて各気筒2の吸入空気量特性ΔQt'(i)
を次式により求める(ステップA11)。
【0071】 ΔQt'(i)=ΔQti×r+ΔQti´(1−r) 但し、0<r≦1 すなわち、ΔQti´は変化指数ΔQtiの前回値であり、
今回の変化指数ΔQtiに前回値を所定の割合で反映させ
るものである。これにより、吸入空気量に関する気筒間
の固体差が徐々に明瞭になっていく。
【0072】(過渡判定)図11に過渡判定(図8のス
テップS4〜S7)の具体的な制御手順を示す。この過
渡判定は加速判定であり、アクセル開度の変化による判
定と、燃料噴射量の変化による判定とがある。エンジン
1の加速運転時には、燃料噴射量の増大に応じて吸入空
気量を増やす必要があり、そのためには、EGR弁24
を速やかに閉じ側に作動させて、排気還流量を減らす必
要がある。このような排気還流量の低減制御を行なうた
めの過渡判定である。
【0073】すなわち、アクセル開度Accとエンジン回
転数Neと吸入空気量Qavとを用いて、図5の三次元マッ
プ37より燃料噴射量F(=目標噴射量Fsol)を読み込
むとともに、アクセル開度の今回値Acc と前回値Acc'と
に基づいてその変化量ΔAcc=Acc−Acc'を求める(ステ
ップB1〜B3)。燃料噴射量Fとエンジン回転数Neと
を用いて二次元マップから加速判定基準αccを読み込む
(ステップB4)。
【0074】このαccは、前記アクセル開度変化量ΔAc
cに基づいて加速判定をするためのものであり、例えば
エンジン回転数Neが高いほど大きくなって加速が判定さ
れ難くなる一方、燃料噴射量Fが多いほど小さくなって
加速が判定され易くなるというように、燃料噴射量Fと
エンジン回転数Neの変化における最適な値が実験的に決
定されて、メモリ上に電子的に格納されている。低負荷
運転時はもともと排気還流量が多いため、アクセル開度
の増大変化(燃料噴射量の増大変化)が大きいときに、
排気還流量の低減制御に速やかに移行することができる
ように、燃料噴射量が多いほど前記αccを小さくしてい
る。
【0075】そして、加速係数α=ΔAcc/αccが1より
も大のときにエンジン1が加速運転状態にあると判定さ
れ、加速係数αと別途、求められた目標空燃比TA/Fと
に基づいて過渡時のEGR弁操作量KTegrをマップよ
り読み込む(ステップB5〜B7)。すなわち、アクセ
ル開度の増大変化が大きい場合には、排気還流によるN
Oxの低減よりも運転者の加速要求を優先させるため
に、排気還流量を速やかに減らすようにしており、その
ために、EGR弁操作量KTegrのマップは、加速係数
αが大きくなるほどEGR弁24の開度が小さくなるよ
うにその操作量が実験的に求められて作成され、メモリ
上に電子的に格納されている。
【0076】前記アクセル開度による加速判定のとき
は、その判定に基づいて言わば見込みでEGR弁操作量
を決定するものであるが、次の燃料噴射量に基づく過渡
判定は実際の加速要求を燃料噴射量に基づいてチェック
し、その加速要求に合致した燃料噴射制御を行なうため
のものである。
【0077】すなわち、燃料噴射量の今回値Fと前回値
F´とに基づいてその変化率ΔF=F/F´が求めら
れ、燃料噴射量Fとエンジン回転数Neとを用いて二次元
マップから加速判定基準Fk を読み込む(ステップB
8,B9)。このFk も前記αccと同様に設定されてメ
モリ上に電子的に格納されている。そして、噴射量変化
係数β=ΔF/Fk が1よりも大のときに加速時の制御
がなされ、小のときには定常時の制御がなされる(ステ
ップB10,B11)。
【0078】(定常時の制御)定常時の制御は図12に
示されており、エンジン回転数Neとアクセル開度Accと
を用いて図5の二次元マップ36より目標トルクTtrq
(=Trqsol)を読み込み、このTtrqとNeとを用いて二
次元マップ38より目標空燃比TA/Fを読み込んで、目
標吸入空気量TQ=TA/F×Fが求められる(ステップ
C1〜C3)。そして、吸入空気量偏差Qerr=TQ−Q
avが求められ、この偏差Qerrが零になるようにPID
制御則に従って基本EGR弁操作量Tegrを求める(ス
テップC4,C5)。
【0079】すなわち、例えば、前記偏差Qerrに比例
制御動作の制御ゲイン(Pゲイン)を積算した比例制御
項と、前記偏差Qerrの積分値に積分制御動作の制御ゲ
イン(Iゲイン)を積算した積分制御項と、前記偏差Q
errの微分値に微分制御動作の制御ゲイン(Dゲイン)
を積算した微分制御項とを合算して、基本EGR弁操作
量Tegrを決定する。ここで、前記P,I,Dの各制御
ゲインはそれぞれ基本値にゲイン係数Kを乗算して得ら
れるもので、後述の如く、ゲイン係数Kが減少又は増大
補正されることで、制御の応答性や収束性が変えられる
ようになっている。
【0080】上述のNOx低減とスモーク低減との両立
が図れる空燃比はエンジン回転数Ne及びエンジントルク
Ttrq(換言すれば、燃料噴射量F)に応じて少しずつ
異なる。特に、ターボ過給機25により十分な過給が行
なわれる運転領域では、燃焼室での空気と燃料との予混
合が良好になり、燃料の燃え残りが少なくなる(スモー
クが少なくなる)ので、高回転側の過給領域と低回転側
の非過給領域とでは前者の方が目標空燃比をよりリッチ
側に設定することが可能になり、そのことはNOxの低
減にも有利に働く。
【0081】そこで、アクセル開度変化量ΔAcc の絶対
値が所定閾値Thacc よりも小さい状態が所定数nサイ
クル連続し且つ燃料噴射が行なわれている、という定常
判定のための条件をチェックする(ステップC6)。こ
れは、このフローの制御はアイドル運転時及びその後の
定常運転時におけるエミッションの向上を目的とするか
らである。尚、車両の減速時におけるフューエルカット
領域(F=0)では、EGR弁24の開度は零とされ、
排気還流は行なわれない。
【0082】そして、定常運転が確認されると、先に求
めた吸入空気量特性ΔQt'(i)とEGR補正ゲインE(i)
とによって気筒毎のEGR弁補正操作量ΔTegr(i)が求
められる(ステップC7)。すなわち、 ΔTegr(i)=ΔQt'(i)×E(i)+ΔTegr'(i) 但し、ΔTegr'(i)は当該気筒iのEGR弁補正操作量の
前回値である。この積分は、ΔQt'(i)の値自体は強調
されたものであるが、EGR弁補正操作量をさらに気筒
間の固体差に応じた適切な補正量に到達させるためのも
のである。
【0083】そして、4気筒すべてのEGR弁補正操作
量が求められると、この4気筒のEGR弁補正操作量の
平均値ΔTegr-avが求められる。この平均値は本来は零
になるべきものであるが、前記ステップC7の処理を行
なうと、種々の要因でその平均値がマイナスになったり
プラスになったりして、基本EGR弁操作量Tegr を基
準として各気筒2のEGR弁操作量を補正制御するとい
う本来の目的が損なわれる。そこで、当該平均値にマイ
ナスが出たらその絶対値を前記各気筒2のΔTegr(i)に
加算し、プラスが出たら逆に減算することによって、平
均値を常に零にする処理を毎回行なう(ステップC8,
C9)。このようにして得られたΔTegr(i)を前記基本
EGR弁操作量Tegrに加えて、各気筒2のEGR弁操
作量Tegr(i)を求める(ステップC10)。
【0084】(加速係数αに基づく加速判定時の制御)
一方、図11のステップB6において加速判定がなされ
たときに、ステップB7で求められる過渡時の目標EG
R弁操作量KTegrは、加速係数α及びTA/Fの大きさに
応じて異なり、加速係数αが大きいときにはEGR弁2
4の開度は零になる。よって、その場合は、排気還流が
行なわれないことにより各気筒2の吸入空気量が増大す
るので、燃料噴射量が増大しても、スモーク量の増大を
招くことなくエンジン出力を高めることができる。加え
て、その場合にはEGR弁24に対しプリセットを与え
る制御を行ない、その後の排気還流制御に速やかに移行
することができるようにする。
【0085】すなわち、EGR弁24は、排気還流制御
中においてEGR通路23を閉じたときでも、弁本体2
4cがスプリング24dによって弁座に押圧される力が
小さくなるように、ひいては押圧力が零となるように、
所定のEGR弁駆動負圧(プリセット負圧)を負圧室に
及ぼすことによって、スプリング24dによる閉方向の
押圧力とEGR弁駆動負圧とを釣り合わせるようにして
いる。このプリセット負圧は、図4(b)に示すよう
に、EGR弁24を閉方向に制御しEGR弁リフト量が
零に到達した時点のEGR弁駆動負圧である。
【0086】具体的に、EGR弁24にプリセット負圧
を与えるための制御フローが図13に示されている。す
なわち、EGR弁操作量Tegr が、EGR弁リフト量が
零となる操作量であるときは、リフトセンサ26の値EG
RVliFtを読み込む(ステップD1,D2)。このEGRVli
FtがEGR弁リフト量零EGRV0よりも大きいときは、EGR
V0となるまでEGR弁制御を行なう(ステップD3,D
4)。つまり、前記EGR弁駆動負圧をプリセット負圧
EGRV0になるまで低下させる。排気還流のためにEGR
弁操作量Tegrがプリセットが零とならない操作量であ
るときは、通常のEGR弁制御が行なわれる(ステップ
D1→D4)。
【0087】このようなEGR弁24のプリセット制御
によれば、エンジン1が定常運転状態から加速運転状態
に移行したときに、一旦、排気還流量を零にし、その
後、再び定常運転状態に移行して排気還流を再開すると
き、EGR弁24にはプリセット負圧が作用しているか
ら、EGR弁24はTegrの増大に応じて応答遅れをほ
とんど生ずることなく速やかに開作動される。
【0088】(噴射量変化係数βに基づく加速判定時の
制御)また、図11のステップB11において加速判定
がなされたときには、図14の各ステップに示すような
制御が行われる。すなわち、まず、エンジン1の加速運
転状態が判定されたとき、噴射量変化係数β、燃料噴射
量F及びエンジン回転数Neを用いて、これらの変化にお
ける最適な過渡時目標空燃比KTA/Fを記録した三次元
マップを参照して、KTA/Fを読み込む(ステップG
1)。この過渡時目標空燃比KTA/Fは、排気還流量を
低下させることによって、スモークの発生を抑えながら
速やかにエンジン出力を高めることができるように、定
常時の目標空燃比TA/Fよりもリーン側に設定されてい
る。前記三次元マップは、燃料噴射量Fに応じて低負荷
側ほど、また噴射量変化係数βが大きいほど、さらには
エンジン回転数Neが低いほどそれぞれリーン側になるよ
うに、それぞれの変化における最適なKTA/Fの値を実
験的に求めてメモリ上に電子的に格納したものである。
【0089】そして、得られた過渡時目標空燃比KTA/
Fと燃料噴射量Fとに基づいて過渡時の目標吸入空気量
TQが算出され(ステップG2)、このTQに基づい
て、先の定常運転時と同様にEGR弁操作量が決定され
て、排気還流量の速やかな低減制御により吸入空気量が
増大される(以下のステップG5に続く図12のステッ
プC4〜C6,図13のステップD1〜D4)。
【0090】このように、過渡時目標空燃比KTA/Fが
定常時よりもリーン側に設定されていても、例えば、運
転者が車両を急発進させるためにアクセルペダルを特に
大きく踏み込んだとき(アクセル操作量が所定以上、急
増したとき)には、各気筒2の燃焼室4に余剰の燃料が
噴射され、その余剰燃料が殆ど燃焼されずに排出され
て、スモーク量の著しい増大を招くことがある。そこ
で、このフローでは、燃料の増量を一時的に抑制すべく
その増量に一定の制限を与えるようにしている。すなわ
ち、まず、燃料噴射量Fとエンジン回転数Neのマップよ
り限界空燃比LimitA/Fを読み込む(ステップG3)。こ
の限界空燃比LimitA/Fは、スモークの発生を抑えるため
のものであり、且つその限界スモーク量は定常時の限界
スモーク量よりも多くしている。例えば2BU程度のス
モーク量となるようにするものであり、この程度であれ
ば、エンジンの出力トルクの増大に支障はない。
【0091】前記定常時の目標空燃比TA/F、過渡時の
目標空燃比KTA/F及び限界空燃比LimitA/Fの関係は図
15に示す通りであり、定常時の目標空燃比TA/Fより
もリーン側に過渡時の目標空燃比KTA/Fが設定され、
定常時の目標空燃比TA/Fよりもリッチ側に限界空燃比L
imitA/Fが設定されている。この限界空燃比LimitA/F
は、基本的には燃料噴射量が多いほどリーン側に、ま
た、エンジン回転数が高いほどリッチ側に設定すること
ができ、燃料噴射量Fとエンジン回転数Neの変化におけ
る、実験的に求めた最適な値をメモリ上に電子的に記録
している。
【0092】得られた限界空燃比LimitA/Fと現在の吸入
空気量Q(i)とに基づいて燃料噴射量のリミット値FLim
itが算出され、基本噴射量F、リミット値FLimit及び
最大噴射量Fmaxのうちの最も少ない値が目標噴射量T
Fとして設定される(ステップG4,G5)。基本噴射
量Fは、エンジン回転数Neとアクセル開度Accとによっ
て定まる燃料噴射量であり、最大噴射量Fmaxはエンジ
ン1の破壊を招かない燃料噴射量の上限値である。この
ような燃料噴射量の設定により、車両の急加速時に排気
還流量が低下していても空燃比の過度のリッチ化を抑え
ることができ、運転者の加速要求を満たしつつ、スモー
ク量の著しい増大を防止できる。
【0093】(吸気絞り弁制御)次に、吸気絞り弁制御
について、具体的に図16に示すフローチャート図に基
づいて説明する。この吸気絞り弁制御は、排気還流制御
と同様、メモリ上に電子的に格納された制御プログラム
に従いエンジン1の回転に同期して実行される。すなわ
ち、まず、前記排気還流制御と同様にアクセル開度Acc
及びエンジン回転数Neを検出し、燃料噴射量Fを読み込
む(ステップH1〜H3)。
【0094】続いて、ステップH4において、アクセル
戻し状態か否かを判定する。すなわち、アクセル操作量
が所定以上、急減して、アクセル開度が略零になったY
ESならば、ステップH5に進んで、アクセル戻し判定
フラグFlagの値をFlag=1とし、続くステップH6で、
アクセル戻し状態が判定されてからの経過時間を計測す
るためのカウンタをリセットして(Tup=0)、その
後、ステップH9に進む。一方、前記ステップH4でア
クセル戻し状態でないNOと判定されて進んだステップ
H7では、前記アクセル戻し判定フラグFlagの値が1で
あるか否かを判定し、Flag=0でNOであれば後述のス
テップH12に進む一方、Flag=1でYESであればス
テップH8に進んで、前記カウンタの値をインクリメン
トして(Tup=Tup+Δt)、ステップH9に進む。
【0095】このステップH9では、前記カウンタ値T
upが予め設定した所定時間に対応する所定値Tup1以下
であるか否かを判定し、カウンタ値Tupが所定値Tup1
よりも大きいNOと判定されれば、ステップH11に進
む一方、カウンタ値Tupが所定値Tup1以下でYESで
あれば、即ち、アクセル戻し状態が判定されてから所定
時間が経過するまでの間は、ステップH10に進んで、
EGR弁制御の制御ゲインを補正するためのゲイン補正
係数γ1を二次元マップから読み込む。
【0096】この二次元マップは、アクセル戻し状態に
対応してEGR弁制御の応答性が高まるように、前記ゲ
イン補正係数γとして相対的に大きな値γ1を設定した
もので、図17に例示するように、吸気絞り量TH及びエ
ンジン回転数Neに対応する最適なゲイン補正係数値γ1
を実験的に決定して記録したものである。γ1の値は0
<γ1<1の範囲でエンジン回転数Neが高いほど、また
吸気絞り量THが大きいほど小さくなるように設定されて
いる。尚、このステップで用いる吸気絞り量THは、前回
の制御サイクルで設定された吸気絞り量THである。
【0097】一方、前記ステップH9においてカウンタ
値Tupが所定値Tup1よりも大きいNOと判定されて進
んだステップH11では、アクセル戻し判定フラグをク
リアする(Flag=0)。すなわち、アクセル戻し状態が
判定されてから前記所定時間が経過すれば、その次の制
御サイクルにおけるステップH7でNOと判定されてス
テップH12に進むことになり、このステップH12で
は、前記二次元マップ(図17参照)と同様の別の二次
元マップからゲイン補正係数γ2を読み込む。この別の
二次元マップは、アクセル戻し状態でない通常時のゲイ
ン補正係数γ2を設定したもので、マップの全設定領域
において、γ2<γ1になっている。
【0098】前記ステップH10,11,12に続い
て、図18のフローチャート図におけるステップH13
では、エンジン1がアイドル運転状態にあるか否かを判
定する。すなわち、アクセル全閉でかつ車両の走行速度
が零のアイドル運転状態でYESならば後述のステップ
H17に進む一方、アイドル運転状態でないNOならば
ステップH14に進み、二次元の吸気絞りマップをサー
チする。この吸気絞りマップは図5のマップ51に相当
するものであるが、詳しくは図19に示すように、燃料
噴射量F及びエンジン回転数Neに対応する最適な吸気絞
り量TH(=THsol)が実験的に決定されて記録されたデ
ジタルのマップである。
【0099】このマップによれば、エンジン1が高速な
いし高負荷運転状態にあって、燃料噴射量Fないしエン
ジン回転数Neが大きければ、吸気絞り量THが零に設定さ
れて、吸気絞り弁14が全開状態に制御される。すなわ
ち、エンジン1の高速運転状態では吸排気の間の差圧が
高いことから、排気還流量が多くなって吸入空気量が不
足する虞れがあり、一方、高負荷運転状態では燃料噴射
量が多くなるので、この燃料噴射量に対する吸入空気量
が不足する虞れがある。これに対し、吸気絞り弁14を
全開状態にして、吸入空気量を十分に確保することで、
吸入空気量の不足に起因するスモーク量の増大を防止で
きる。
【0100】また、前記以外の相対的に低負荷の運転状
態では、吸気絞り量THは燃料噴射量Fが小さいほど、ま
たエンジン回転数Neが低いほど大きく設定されている。
すなわち、エンジン回転数Neが低いほど吸排気の間の差
圧が小さくなるので、これに対応して、吸気絞り弁14
の開度を小さくさせて差圧を高めることで、低負荷運転
状態において排気還流量を十分に確保できるようにして
いる。
【0101】前記ステップH14に続いて、ステップH
15では、アクセル戻し判定フラグFlagの値と吸気絞り
マップのサーチ結果とに基づいて、吸気を絞るか否かを
判定する。すなわち、Flag=0であるか、或いはFlag=
1であってもエンジン1が高負荷ないし高回転運転状態
になっていて、吸気を絞らないNOであれば、ステップ
H19に進む一方、Flag=1であってかつ前記以外の運
転状態で、吸気を絞るYESであれば、ステップH16
に進み、吸気絞りマップに設定されている値を読み込ん
で、吸気絞り量THを設定する。また、前記ステップH1
4において、アイドル運転状態でYESと判定されて進
んだステップH17では、アイドル運転状態に対応し
て、吸気絞り弁14が全閉になるように吸気絞り量THを
設定する。
【0102】そして、前記ステップH16又はH17に
続くステップH18では、それらの各ステップで設定さ
れた吸気絞り量THに基づいて、負圧制御用の電磁弁16
に制御信号を出力して、吸気絞り弁14の開度制御を実
行する。続いて、ステップH19では、前記ステップH
10又はステップH12のいずれか読み込んだゲイン補
正係数γに基づいて、EGR弁制御における制御ゲイン
の値を決定するゲイン係数Kを演算して、しかる後にリ
ターンする。
【0103】K = K×(1+γ) ここで、アクセル戻し状態に対応するゲイン補正係数γ
1が読み込まれている場合、γ1の値がγ2の値よりも
大きい分だけ、ゲイン係数Kが通常の運転状態よりも増
大され、上述のEGR弁制御(図12参照)における制
御ゲイン、即ちP,I,Dの各制御ゲインが大きくなっ
て、その結果、EGR弁24の作動応答性が高まる。つ
まり、アクセル戻し状態が判定されたときから所定時間
が経過するまでの間は、アクセル操作量が急変している
ような状況であり、その変化に遅れないようにEGR弁
24の作動応答性を高めるのである。尚、前記所定時間
は、例えばマニュアルトランスミッションの変速操作に
対応する比較的短い時間(例えば1〜2秒)であり、そ
の間の制御の収束性の悪化は問題にならない。
【0104】上述の如き吸気絞り弁制御によれば、例え
ばエンジン1がアイドル運転状態にあって、車両の発進
のためのアクセルペダルの踏み込みが予測されるとき
に、吸気絞り弁14を全閉状態にして、EGR弁24の
開度を予め小さくさせておくことで、車両の加速開始時
にEGR弁24の閉作動の遅れを低減させることができ
るので、燃料噴射量を抑制することなく空燃比のリッチ
化を抑えて、排気中のスモーク量を低減できる。
【0105】(燃料噴射時期の制御)本発明の特徴は、
上述の如き吸気絞り弁14の制御に加えて、車両の加速
開始時に燃料噴射時期を進角させることで、NOxの増
大を招くことなく、排気中のスモーク量を一層、低減で
きるようにしたことにある。
【0106】この燃料噴射時期の進角制御は、前記吸気
絞り弁制御等と同様、メモリ上に電子的に格納された制
御プログラムに従いエンジン1の回転に同期して実行さ
れるもので、具体的には、図20のフローチャート図に
示すように、まず、アクセル開度Acc及びエンジン回転
数Neを検出し、燃料噴射量Fを読み込む(ステップJ1
〜J3)。
【0107】続いて、ステップJ4において、エンジン
1の定常時の運転状態に対応して燃料噴射時期を設定し
た噴射時期マップをサーチし、現在の燃料噴射量F及び
エンジン回転数Neに基づいて、基本噴射時期ITBASEを
読み込む。この噴射時期マップは、図21に示すよう
に、燃料噴射量F及びエンジン回転数Neに対応する定常
状態での最適な基本噴射時期ITBASEが実験的に決定さ
れて記録されたものであり、基本噴射時期ITBASEは、
燃料噴射量Fが多いほど、またエンジン回転数Neが高い
ほどそれぞれ進角側に設定されている。
【0108】前記ステップJ4に続くステップJ5で
は、エンジン1が加速運転状態になったか(加速運転の
開始か?)否かを判定する。これは、排気還流制御にお
ける過渡判定(図11参照)と同様に、アクセル開度の
変化に対応する加速係数αと燃料噴射量の変化に対応す
る噴射量変化係数βとに基づいて行われる。そして、α
≦1かつβ≦1の定常運転状態からα>1又はβ>1に
変化して、加速運転状態になったYESと判定されたと
き、ステップJ6に進む一方、それ以外の場合、即ち前
記定常運転状態であるか又は継続して加速運転状態であ
れば、図22に示す後述のステップJ12に進む。
【0109】そして、ステップJ6では、燃料噴射時期
を進角させる加速運転所記の期間であることを表す進角
補正フラグADFlagの値を1とし、続いて、ステップJ7
において、前記ステップJ5の加速判定がなされてか
ら、即ちエンジン1が加速運転状態に移行してからの時
間経過を計測するためのカウンタをリセットして(ADT
up=0)、その後、ステップJ8に進み、燃料噴射時期
の進角補正量ITadvを進角補正マップから読み込む。
【0110】この進角補正マップは、図23に示すよう
に、吸気絞り量THびエンジン回転数Neに対応する最適な
進角補正量ITadvを、実験的に決定して記録したもの
であり、進角補正量ITBASEは、エンジン1の低速運転
状態及び中速運転状態に対応する範囲において、エンジ
ン回転数Neが低いほど大きくなるように設定されてお
り、また、吸気絞り量THが大きいほど、即ち吸気絞り弁
14の開度が小さいほど、進角補正量ITBASEが大きく
なるように設定されている。
【0111】続いて、ステップJ9では、前記ステップ
J8で読み込んだ進角補正量ITadvを今回の制御サイ
クルにおける進角補正量ITadv*とし、続くステップ
J10において、基本噴射時期ITBASE及び進角補正量
ITadv*に基づいて燃料噴射時期ITsを演算して、
この燃料噴射時期ITsをインジェクタ5の励磁を開始
する噴射開始時期として設定する。続いて、ステップJ
11では、クランク角センサ9からの出力信号に基づい
て、各気筒毎に前記ステップJ10で設定した燃料噴射
時期ITsになったことを判定し、その噴射時期になれ
ばインジェクタ5に制御信号を出力して燃料噴射を実行
させ、しかる後にリターンする。
【0112】つまり、エンジン1が加速運転状態に移行
したときには、直ちに、燃料噴射時期ITsが、エンジ
ン1の運転状態に応じて求められる進角補正量ITadv
だけ進角される。
【0113】これに対し、前記ステップJ5において加
速運転の開始でないNOと判定されて進んだステップJ
12(図22参照)では、今度は、進角補正フラグADFl
agの値が1であるか否かを判別する。そして、ADFlag=
1でないNOであればステップJ17に進む一方、ADFl
ag=1でYESであれば、エンジン1の加速運転初期の
期間に対応する設定時間(例えば100〜300ミリ
秒)が未だ経過していないと判定して、ステップJ13
に進み、前記カウンタをインリメントして(ADTup=AD
Tup+Δt)、ステップJ14に進む。
【0114】このステップJ14では、前記カウンタ値
ADTupが前記設定時間に対応する所定値ADTup1以下で
あるか否かを判定し、カウンタ値ADTupが所定値ADTup
1よりも大きいNOと判定されれば、ステップJ16に
進む一方、カウンタ値ADTupが所定値ADTup1以下でY
ESであれば、即ち、エンジン1の加速運転状態への移
行から設定時間が経過するまでの間は、ステップJ15
に進む。このステップJ15では、前記ステップJ8で
読み込んだ進角補正量ITadvと加速判定後の経過時間
とに基づいて、今回の制御サイクルにおける進角補正量
ITadv*を演算し、しかる後に前記のステップJ10
〜J11に進んで、燃料噴射を実行する。
【0115】ここで、前記ステップJ15におけるIT
adv*の演算は、加速判定時のエンジン1の運転状態に
応じて進角補正マップ(図23参照)から読み込まれた
進角補正量ITadvを、その加速判定から設定時間が経
過したときにちょうど零になるように、かつ経過時間に
比例して減少させるようにしている。
【0116】 ITadv* = {(ADTup1-ADTup)/ADTup1}×ITadv 一方、前記ステップJ14においてカウンタ値ADTupが
所定値ADTup1よりも大きいNOと判定されて進んだス
テップJ16では、エンジン1の加速運転状態への移行
から設定時間が経過しているので、進角補正フラグADFl
ag=0とし、続いて、ステップJ17で、今回の制御サ
イクルにおける進角補正量を零として(ITadv*=
0)、しかる後に前記のステップJ10〜J11に進ん
で、燃料噴射を実行する。
【0117】つまり、燃料噴射時期ITsは、エンジン
1が加速運転状態になった直後、EGR弁24の閉作動
の遅れに対応して大きく進角され、その後、設定時間が
経過するまでの加速初期の期間、EGR弁24の閉作動
状態に対応するように時間経過とともに徐々に遅角側に
戻される。そして、加速判定から設定時間が経過すれ
ば、進角補正量が零になって(ITadv*=0)、燃料
噴射時期の進角制御が終了する。
【0118】前記図20及び図22に示すフローチャー
ト図において、ステップJ5は、エンジン1が加速運転
状態になったことを判定する加速判定手段35cに対応
している。また、ステップJ6〜J10、及びJ12〜
J15の各ステップは、排気還流制御手段35bによる
排気還流制御が行われていて、かつ前記加速判定手段3
5cによりエンジン1の加速運転状態への移行が判定さ
れたとき、燃料噴射の終了が前記加速判定直前よりも早
まるように燃料噴射時期ITsを進角させる噴射進角制
御手段35eに対応している。
【0119】(作用効果)次に、この実施形態1におけ
る燃料噴射時期の進角制御による作用効果を、主に図2
4に示すタイムチャート図に基づいて、図25〜図29
を参照しながら説明する。
【0120】まず、アクセルペダルが略一定に小さく踏
まれていて、エンジン1が低速低負荷運転状態になって
いるときには(図24(a)でt<t1)、同図(b)
に示す燃料噴射量及び同図(c)に示すエンジン回転数
が略一定になっており、また、同図(d)(e)(f)
に示すように、燃料噴射時期は、アクセル開度及びエン
ジン回転数に応じて決定される基本噴射時期ITBASEに
なっていて、燃料噴射時期の進角制御は行われていない
(進角補正量ITadv=0)。さらに、エンジン1が低
速低負荷域にあるので、排ガスの還流が行われていて、
同図(g)に示すように、EGR弁24の開度は略一定
に制御されている。このとき、前記燃料噴射の基本噴射
時期ITBASEは、図25に示す噴射時期マップにおい
て、運転状態(T)に対応する値が読み込まれて、設定
されている。
【0121】そして、運転者によりアクセルペダルが踏
み込まれてアクセル開度が急増すると(図24(a)で
t=t1)、これに伴い同図(b)に示すように燃料噴
射量が増量される。このとき、燃料噴射時期は、まず、
燃料噴射量の増量に対応して図25のマップ上で運転状
態(T)が運転状態(K)に移行することから、この運
転状態(K)に対応する基本噴射時期ITBASEが読み込
まれる。この運転状態(K)に対応する燃料噴射時期I
TBASEは、図26(b)に示すように燃料噴射量の増量
分だけ同図(a)よりも進角されている。
【0122】また、このとき、前記アクセル開度等に基
づいてエンジン1の加速運転状態への移行が判定され
て、進角補正量ITadv*が演算され、図26(c)に
示すように、その進角補正量ITadv*に基づいて、燃
料噴射時期がさらに進角される(図24(d)(e)
(f)を参照)。同時に、燃料噴射量の増量に応じて、
吸気絞り弁14が速やかに開作動されるとともに、図2
4(g)に示すように、EGR弁24が閉じ側に作動さ
れて排ガスの還流量が減少し、吸入空気量が増大する。
【0123】前記EGR弁24は、エンジン1の加速開
始に先立つ低速低負荷運転状態で排ガスを十分に還流で
きるように開かれた状態になっているので、アクセルペ
ダルが急に踏み込まれたときに直ちに全閉状態にはなら
ず、前記図24(g)に示すように徐々に閉じられる。
このEGR弁24の作動遅れは上述の吸気絞り弁制御に
よって低減されているものの、完全には解消されず、こ
のEGR弁24の作動遅れによって一時的に排ガスの還
流量が多くなるので、前記の燃料噴射量の増量とも相ま
って空燃比がリッチ側に変化することから、排気中のス
モーク量が増大しようとする。
【0124】これに対し、この実施形態に係るエンジン
の制御装置Aによれば、上述の如く、エンジン1が加速
運転状態になったことが判定された直後に燃料噴射時期
ITsを大きく進角させて、燃料を早期に噴射するよう
にしており、各気筒2の燃焼室6に早期に噴射された燃
料は空気と十分に予混合され、しかも気化霧化時間が十
分に長くなるので、混合気の燃焼速度が高まりスモーク
の生成が抑制される。つまり、この実施形態では、エン
ジン1が加速運転状態になったときに、燃料噴射時期I
Tsの進角制御によって燃焼速度を高めることにより、
EGR弁24の作動遅れに起因する排気中のスモーク量
の増大を抑えることができる。
【0125】しかも、燃焼速度が高まることでエンジン
出力も向上するので、図24(c)に示すようにエンジ
ン回転数が速やかに上昇し、車両の加速時に好ましい出
力特性が得られる。一方、急速な燃焼によって燃焼ガス
の温度が高まれば、NOxの排出量は増える傾向がある
が、EGR弁24の作動遅れによって一時的に排ガスの
還流量が過大になっている間は、そのことによってNO
xの生成が抑えられる。従って、車両の加速開始時に排
気中のNOx量の増大を招くことなく、従来よりもスモ
ーク量を低減できる。
【0126】また、このような燃料噴射時期ITsの進
角制御において、進角補正量ITadvは、エンジン回転
数Neが低いほど大きくなるように、また、吸気絞り量TH
が大きいほど、即ち吸気絞り弁14の開度が小さいほど
大きくなるように設定されている(図23参照)。すな
わち、図27に示すように、エンジン1の吸気の充填効
率は中速運転状態で最も高く、それよりも低速の運転状
態ではエンジン回転数Neの低下に伴い低下する。さら
に、吸気絞り弁14の開度が小さいほど吸気の流通抵抗
が大きくなるので、充填効率は低下しやすい。そして、
充填効率が低下すると、図28に破線で示すように充填
効率の高い場合に比べて筒内圧縮温度が低くなるので、
混合気の着火遅れ時間が長くなり燃焼が緩慢になってス
モーク量が増大するようになる。
【0127】詳しくは、図29に示すように、同じ噴射
タイミングで同量の燃料を噴射したとしても、気筒の充
填効率が相対的に高くて筒内温度が高くなる場合には、
同図に実線で示すように着火遅れ時間Δt1が短くな
り、また燃焼の立ち上がり時間が短くなって燃焼圧力も
大きくなって、燃焼が短時間で終了する。一方、気筒の
充填効率が相対的に低くて筒内温度が低くなる場合に
は、同図に破線で示すように着火遅れ時間Δt2が長く
なり、燃焼全体が緩慢になって長引くので、スモーク量
の増大を招くことになる。さらに、充填効率が低下すれ
ば、そのことによって新気の吸入量が不足し易くなるの
で、車両の加速開始時に空燃比が一層、リッチ化し易く
なり、このことによってもスモーク量の増大を招くこと
になる。
【0128】そこで、上述の如く、エンジン回転数Neが
低いほど、また吸気絞り量THが大きいほど燃料噴射時期
の進角補正量ITacvを大きくするようにすれば、スモ
ークが増大しやすい条件にあるほど燃料噴射時期を進角
させて、着火遅れ時間の増大や新気の吸入空気量不足を
補償することができ、排気中のスモーク増大を確実に抑
制できる。
【0129】さらに、この実施形態に係るエンジンの制
御装置Aでは、図24(e)に示すように、燃料噴射時
期の進角補正量ITadv*は、エンジン1が加速運転状
態になった直後に最大になっていて、その後、加速初期
の期間に対応する設定時間が経過するまでの間、EGR
弁24が徐々に閉じられるのに対応して徐々に小さくな
り、前記設定時間が経過したときに零になる。これによ
り、同図(f)に示すように、燃料噴射時期ITsは加
速判定の直後に最も大きく進角し、その後、EGR弁2
4の開度が徐々に小さくなって空燃比が徐々に目標値に
近づく間、その空燃比のずれ量の減少に対応するように
徐々に遅角側に戻され、設定時間の経過したときに定常
時の通常の燃料噴射時期ITBASEに戻される。
【0130】このように、燃料噴射時期ITsを空燃比
の目標値からのずれ量に対応するようにきめ細かく補正
して、空燃比のずれ量が大きいときほど大きく進角させ
る一方、ずれ量が小さくなれば進角量を小さくさせるこ
とができるので、エンジン1が加速運転状態に移行した
ときの排気中のスモーク低減とNOx低減とを高次元で
両立させることができる。
【0131】(実施形態2)図30は本発明の実施形態
2に係るエンジンの制御装置Aを示す。この制御装置A
は実施形態1のもの(図1、図5参照)と同様に構成さ
れており、主に燃料噴射時期の進角制御の手順が一部異
なるだけなので、以下、同一の部分には同一の符号を付
し異なる部分だけを説明する。すなわち、この実施形態
2においては、実施形態1のものと同様に、エンジン1
の加速運転の開始時に燃料噴射時期を大きく進角させ、
その後、EGR弁24の開度が徐々に小さくなるにつれ
て、そのEGR弁24のリフトセンサ26からの出力信
号に基づいて、燃料噴射時期の進角補正量ITadv*を
EGR弁24の開度に応じて減少させるようにしてい
る。
【0132】具体的に、この実施形態2における燃料噴
射時期の進角制御の手順を説明すると、まず、図20の
ステップJ1〜J5までの各ステップを実施形態1と同
様に行うが、特にそのうちのステップJ3において、燃
料噴射量Fの読み込みと同時にEGR弁24の開度θを
読み込み、続いて、ステップJ4では、燃料噴射量F、
エンジン回転数Neに加えて、前記EGR弁開度θに基づ
いて、基本噴射時期ITBASEを設定する。そして、ステ
ップJ5でエンジン1が加速運転状態になったと判定さ
れたときには(ステップJ5でYES)、ステップJ6
〜J11に進んで、実施形態1と同様の制御を行う。
【0133】一方、前記ステップJ5において、エンジ
ン1が加速開始ではないと判定されたときには(ステッ
プJ5でNO)、続いて、図30のステップJ20に進
み、進角補正フラグADFlagの値に基づいて、実施形態1
と同様に加速初期の期間であるか否かを判定する。そし
て、ADFlag=1でないNOであればステップJ24に進
む一方、ADFlag=1でYESであれば、加速運転初期の
期間であると判定して、ステップJ21に進み、今度
は、リフトセンサ26からの出力信号に基づいて、EG
R弁24が全閉状態になったか否かを判定する。
【0134】前記ステップJ21において、EGR弁2
4が全閉状態になっていないNOであれば、EGR弁2
4の作動遅れが未だ解消されていないので、ステップJ
22に進む。このステップJ22では、EGR弁24の
開度θに基づいて進角補正量ITadvを減少補正して、
その補正後の値を今回の制御サイクルにおける進角補正
量ITadv*とし、しかる後に、図20のステップJ1
0、J11に進む。この進角補正量ITadvの補正は、
例えばEGR弁開度θの値に比例する補正係数を乗算す
ることによって行うようにすればよく、そのようにすれ
ば、EGR弁24が徐々に全閉状態に近づくにつれて燃
料噴射時期を遅角側に戻すことができる。尚、前記補正
係数はエンジン回転数Ne及びEGR弁開度θの変化にお
ける最適な値を予め実験的に決定してマップに記録し、
このマップをECU35のメモリに電子的に格納してお
いて、そのマップから読み込むようにすればよい。
【0135】また、前記ステップJ21において、EG
R弁24が全閉状態になっているYESであれば、ステ
ップJ23に進んで、進角補正フラグをクリアし(ADFl
ag=1)、続いて、ステップJ24で今回の制御サイク
ルにおける進角補正量を零として(ITadv*=0)、
しかる後に、前記ステップJ10、J11に進んで、燃
料噴射を実行する。
【0136】前記図30に示すフローチャート図におい
ては、ステップJ20〜J22の各ステップが噴射進角
制御手段35eに対応している。
【0137】したがって、この実施形態2では、燃料噴
射時期ITsは前記実施形態1と同様にエンジン1が加
速運転状態になった直後に大きく進角され、その後、E
GR弁24が全閉状態になるまでの加速初期の期間、そ
のEGR弁24の開度θの減少に対応して徐々に遅角側
に戻される。このことで、車両の加速開始時にEGR弁
24の作動遅れに起因して空燃比が一時的にリッチ側に
ずれても、その空燃比のずれ量に対応づけて、燃料噴射
時期ITsをきめ細かくかつ正確に進角補正することが
できる。よって、この実施形態2でもエンジン1が加速
運転状態に移行したときの排気中のスモーク低減とNO
x低減とを高次元で両立させることができる。
【0138】尚、本発明は前記各実施形態に限定される
ものではなく、それ以外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、エンジン1
の各気筒2における空燃比が共通の目標空燃比になるよ
うに、各気筒毎に検出した吸入空気量に応じて、各気筒
毎に排気還流量を制御するようにしているが、これに限
らず、全気筒の平均的な吸入空気量に基づいて、排気還
流量を全気筒まとめて制御するようにしてもよい。ま
た、空燃比を目標とせず、排気還流量をエンジンの運転
状態に応じて制御するようにしてもよい。
【0139】また、前記各実施形態では、エンジン1の
吸気通路10に配設したエアフローセンサ11からの出
力信号に基づいて吸入空気量を直接的に検出するように
しているが、これに限らず、例えば、前記吸気通路10
の吸気管圧力を検出するセンサを採用し、このセンサ及
びEGR弁24のリフトセンサからの出力信号に基づい
て排気還流量を求め、この排気還流量から間接的に吸入
空気量を検出するようにしてもよい。
【0140】さらに、前期各実施形態では、エンジン1
の吸気通路10に吸気絞り弁14を配設しているが、こ
の吸気絞り弁14はなくてもよい。そして、吸気絞り弁
14がない場合、車両の加速開始時のEGR弁24の作
動遅れが大きくなるので、このことに対応して、燃料噴
射時期を進角させる設定時間を長く設定すればよい。
【0141】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
おけるディーゼルエンジンの制御装置によれば、排気還
流制御手段により排気還流制御が行われていて、かつ加
速判定手段によりエンジンの加速運転状態への移行が判
定されたとき、燃料噴射の終了が前記加速判定直前より
も早まるように燃料噴射時期を進角させることで、燃料
の気化霧化の促進及び空気との予混合の促進によって燃
焼速度を高めて、スモークの生成を抑制できる。このこ
とで、車両の加速開始時に排気還流量調節弁の閉作動の
遅れに起因して空燃比がリッチ側に変化しても、そのこ
とによるスモーク増大を抑制できる。また、一時的に排
気還流量が多くなることで、燃焼温度の上昇に伴うNO
x増大も抑制できる。
【0142】請求項2の発明によれば、排気還流制御に
より空燃比を高精度にフィードバック制御するようにし
たものにおいて、請求項1の発明と同様に燃料噴射時期
の進角制御により排気中のスモーク量を低減できるとい
う効果が、極めて有効なものになる。
【0143】請求項3又は請求項4の発明によれば、エ
ンジンの加速運転初期に燃料噴射時期の進角によりスモ
ーク量の増大を抑制でき、また、その後は該進角制御に
起因するNOx増大を防止できる。
【0144】請求項5の発明によれば、請求項2記載の
発明と同様、エンジンの加速運転初期にスモーク増大を
抑制でき、かつ燃料噴射時期のきめ細かな制御によっ
て、スモーク低減とNOx低減とを高次元で両立でき
る。
【0145】請求項6の発明によれば、エンジンの低速
低負荷運転状態で吸気絞り弁により吸気を絞ることで、
加速運転状態に移行したときの排気還流量調節弁の作動
遅れを減らすことができ、そのことによって排気中のス
モーク量を低減できる。
【0146】請求項7の発明によれば、吸気絞り弁の開
度に応じて燃料噴射時期の進角量を変えることで、燃料
噴射時期を吸気の充填効率の変化に対応づけて適切に設
定できる。
【0147】請求項8の発明によれば、少なくとも、エ
ンジンが充填効率の低い低速運転状態から加速運転状態
になったときに燃料噴射時期の進角制御を実行するよう
にしたので、スモーク量の増大を抑制する効果が極めて
高い。
【0148】請求項9の発明によれば、エンジンの運転
状態に応じて燃料噴射時期の進角量を変えることで、燃
料噴射時期を吸気の充填効率の変化に対応づけて適切に
設定できる。
【0149】請求項10の発明によれば、燃料噴射時期
の進角制御により排気中のスモーク量を低減できるとい
う効果が一層、有効なものになる。
【0150】請求項11の発明によれば、燃料噴射制御
及び排気還流制御を高精度にかつ応答性良く実行でき、
また、そのような高精度かつ高応答の制御を行う場合
に、燃料噴射時期の進角制御により排気中のスモーク量
を低減できるという効果が極めて有効なものになる。
【0151】請求項12の発明によれば、請求項3又は
4の発明と同様の効果が得られる。
【0152】請求項13の発明によれば、請求項5の発
明と同様の効果が得られる。
【0153】請求項14の発明によれば、請求項2の発
明と同様の効果が極めて有効に奏され、かつ、請求項3
の発明と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るエンジンの全体構成図
である。
【図2】ターボ過給機の一部を、A/R小の状態
(a)、又はA/R大の状態(b)でそれぞれ示す説明
図である。
【図3】EGR弁及びその駆動系の構成図である。
【図4】EGR弁の駆動電流と駆動負圧(a)、又はリ
フト量(b)との関係をそれぞれ示すグラフ図である。
【図5】エンジンの制御系の全体構成図である。
【図6】空燃比とNOx排出量との関係を示すグラフ図
である。
【図7】空燃比とスモーク値との関係を示すグラフ図で
ある。
【図8】制御の基本フローを示す図である。
【図9】エンジンの吸入空気流量の時間変化を示すグラ
フ図である。
【図10】吸入空気量算出のフローチャート図である。
【図11】過渡判定のフローチャート図である。
【図12】EGR弁操作量算出のフローチャート図であ
る。
【図13】プリセットを与える制御のフローチャート図
である。
【図14】過渡時の燃料噴射量制御のフローチャート図
である。
【図15】定常時の目標空燃比、過渡時の目標空燃比及
び過渡時の限界空燃比の関係を示すグラフ図である。
【図16】排気還流制御の制御ゲインを補正する手順を
示すフローチャート図である。
【図17】吸気絞り量及びエンジン回転数に対するゲイ
ン補正係数を設定したマップ図である。
【図18】吸気絞り弁制御のフローチャート図である。
【図19】燃料噴射量及びエンジン回転数に対する吸気
絞り量を設定したマップ図である。
【図20】燃料噴射時期を設定する制御の前半の手順を
示すフローチャート図である。
【図21】燃料噴射量及びエンジン回転数に対する基本
的な燃料噴射時期を設定したマップ図である。
【図22】燃料噴射時期を設定する制御の後半の手順を
示すフローチャート図である。
【図23】吸気絞り量及びエンジン回転数に対する燃料
噴射時期の進角補正量を設定したマップ図である。
【図24】低速低負荷運転状態から加速運転状態への移
行時における、アクセル開度、燃料噴射量、エンジン回
転数、基本噴射時期、進角補正量、進角後の燃料噴射時
期、及びEGR弁の開度の変化を互いに関係づけて示し
たタイムチャート図である。
【図25】エンジンが加速運転状態になったときの燃料
噴射量及びエンジン回転数の変化を図21のマップ上で
示した説明図である。
【図26】定常時の燃料噴射(a)、加速時の燃料噴射
(b)、及び定常時から加速時に移行した直後の燃料噴
射(c)について、それぞれ開弁期間を示した説明図で
ある。
【図27】エンジン回転数とシリンダ充填効率との関係
を示すグラフ図である。
【図28】クランク角度の変化に対する筒内圧縮温度の
変化を、シリンダ充填効率が異なる2つの場合について
対比して示したグラフ図である。
【図29】着火遅れ時間及び筒内圧力波形を、シリンダ
充填効率が異なる2つの場合について対比して示したグ
ラフ図である。
【図30】実施形態2に係る図22相当図である。
【図31】排気還流率(EGR率)と着火遅れ時間との
関係を示すグラフ図である。
【図32】空燃比と着火遅れ時間との関係を示すグラフ
図である。
【符号の説明】
A ディーゼルエンジンの制御装置 1 ディーゼルエンジン 10 吸気通路 11 エアフローセンサ 14 吸気絞り弁 20 排気通路 23 排気還流通路 24 EGR弁(排気還流量制御弁) 35a 燃料噴射制御手段 35b 排気還流制御手段 35c 加速判定手段 35d 吸気絞り弁制御手段 35e 噴射進角制御手段 37 燃料噴射量マップ 38 目標空燃比マップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細谷 英生 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 荒木 啓二 広島県安芸郡府中町新地3番1号 マツダ 株式会社内 Fターム(参考) 3G062 AA01 BA05 CA00 CA04 DA04 EA08 EB15 FA06 FA08 GA01 GA02 GA04 GA06 3G092 AA02 AA03 AA06 AA17 AA18 BB06 DC01 DC08 DE03S DE09S EA03 EA17 EA22 EB02 EB03 EC02 EC09 FA17 FA18 GA12 GA17 HA01Z HA06X HB01X HB02X HB03X HD07X HE01Z HE03Z HF08Z 3G301 HA02 HA04 HA11 HA13 JA24 JA25 KA12 KA24 LA01 LB04 LB11 LB13 LC01 MA11 MA18 NA03 NA04 NA05 NA08 NC01 NC04 ND02 ND05 NE09 NE11 NE23 PA01Z PA07Z PA11A PA16A PB03A PB05A PB08A PB08Z PD15A PE01Z PE03Z PF03Z

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの吸気系に排気の一部を還流さ
    せる排気還流通路と、 前記排気還流通路における排気還流量を調節する排気還
    流量調節弁と、 前記排気還流量がエンジンの運転状態に応じて設定され
    た目標値になるように、排気還流量調節弁の開度をフィ
    ードバック制御する排気還流制御手段とを備えたディー
    ゼルエンジンの制御装置において、 エンジンが加速運転状態になったことを判定する加速判
    定手段と、 前記排気還流制御手段による排気還流制御が行われてい
    て、かつ前記加速判定手段によりエンジンの加速運転状
    態への移行が判定されたとき、燃料噴射の終了が前記加
    速判定直前よりも早まるように燃料噴射時期を進角させ
    る噴射進角制御手段とを備えていることを特徴とするデ
    ィーゼルエンジンの制御装置。
  2. 【請求項2】 エンジンの吸気系に排気の一部を還流さ
    せる排気還流通路と、 前記排気還流通路における排気還流量を調節する排気還
    流量調節弁と、 前記排気還流通路よりも上流側の吸気通路における吸入
    空気量を計測するセンサと、 アクセル操作量に応じて燃料噴射量を制御する燃料噴射
    制御手段と、 前記吸入空気量及び燃料噴射量に基づいて、空燃比が所
    定の目標値になるように排気還流量調節弁の開度を制御
    する排気還流制御手段とを備えたディーゼルエンジンの
    制御装置において、 エンジンが加速運転状態になったことを判定する加速判
    定手段と、 前記排気還流制御手段による排気還流制御が行われてい
    て、かつ前記加速判定手段によりエンジンの加速運転状
    態への移行が判定されたとき、燃料噴射の終了が前記加
    速判定直前よりも早まるように燃料噴射時期を進角させ
    る噴射進角制御手段とを備えていることを特徴とするデ
    ィーゼルエンジンの制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、噴射進角制御手
    段は、エンジンが加速運転状態になったとき直ちに燃料
    噴射時 期の進角制御を開始して、加速運転初期の所定期間だけ
    燃料噴射時期を進角させ、その後、該進角制御を終了す
    るように構成されていることを特徴とするディーゼルエ
    ンジンの制御装置。
  4. 【請求項4】請求項1又は2において、 噴射進角制御手段は、エンジンが加速運転状態になった
    とき直ちに燃料噴射時期の進角制御を開始し、加速運転
    状態になってから設定時間が経過した後に該進角制御を
    終了するように構成されていることを特徴とするディー
    ゼルエンジンの制御装置。
  5. 【請求項5】 請求項4において、 噴射進角制御手段による燃料噴射時期の進角量は、加速
    判定後の時間経過に応じて、排気還流量調節弁の開度の
    減少に対応するよう徐々に小さくされることを特徴とす
    るディーゼルエンジンの制御装置。
  6. 【請求項6】 請求項1又は2において、 排気還流通路よりも上流側の吸気通路に吸気絞り弁が配
    設され、 前記エンジンの低速低負荷運転状態で、排気還流制御手
    段により排気還流量調節弁が全開状態よりも閉じた状態
    に制御されるように、前記吸気絞り弁を所定量閉じた状
    態に制御する吸気絞り弁制御手段が設けられていること
    を特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
  7. 【請求項7】 請求項6において、 噴射進角制御手段による燃料噴射時期の進角量は、吸気
    絞り弁の開度が小さいほど大きくされることを特徴とす
    るディーゼルエンジンの制御装置。
  8. 【請求項8】 請求項1又は2において、 噴射進角制御手段は、少なくともエンジンが低速運転状
    態にあってかつ加速運転状態になったときに燃料噴射時
    期の進角制御を実行するものであることを特徴とするデ
    ィーゼルエンジンの制御装置。
  9. 【請求項9】 請求項8において、 噴射進角制御手段による燃料噴射時期の進角量は、エン
    ジンが低速運転状態にあってかつ加速運転状態になった
    ときには、中速運転状態にあってかつ加速運転状態にな
    ったときよりも大きくされることを特徴とするディーゼ
    ルエンジンの制御装置。
  10. 【請求項10】 請求項2において、 排気還流制御手段における空燃比の目標値は、空燃比の
    リッチ側への変化に伴う排気中のスモーク量の変化特性
    において、該スモーク量が漸増状態から急増状態に変化
    するときに対応する値であることを特徴とするディーゼ
    ルエンジンの制御装置。
  11. 【請求項11】 請求項2において、 排気還流制御手段は、エンジンの運転状態に対応する目
    標空燃比が設定された目標空燃比マップを有し、 燃料噴射制御手段は、エンジンの運転状態に対応する燃
    料噴射量が設定された燃料噴射量マップを有することを
    特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
  12. 【請求項12】 請求項1又は2において、 排気還流量調節弁の開度を検出する弁開度検出手段を備
    え、 噴射進角制御手段は、エンジンが加速運転状態になった
    とき直ちに燃料噴射時期の進角制御を開始し、その後、
    前記弁開度検出手段により検出された排気還流量調節弁
    の開度が設定開度以下になったときに該進角制御を終了
    するように構成されていることを特徴とするディーゼル
    エンジンの制御装置。
  13. 【請求項13】 請求項12において、 噴射進角制御手段による燃料噴射時期の進角量は、弁開
    度検出手段により検出される排気還流量調節弁の開度の
    減少に応じて、徐々に小さくされることを特徴とするデ
    ィーゼルエンジンの制御装置。
  14. 【請求項14】 エンジンの吸気系に排気の一部を還流
    させる排気還流通路と、 前記排気還流通路における排気還流量を調節する排気還
    流量調節弁と、 前記排気還流通路よりも上流側の吸気通路に設けられた
    吸気絞り弁と、 前記排気還流通路よりも上流側の吸気通路における吸入
    空気量を計測するセンサと、 アクセル操作量に応じて燃料噴射量を制御する燃料噴射
    制御手段と、 前記吸入空気量及び燃料噴射量に基づいて、空燃比が所
    定の目標値になるように排気還流量調節弁の開度を制御
    する排気還流制御手段と エンジンの低速低負荷運転状態で、前記排気還流制御手
    段により排気還流量調節弁が全開状態よりも閉じた状態
    に制御されるように、前記吸気絞り弁を所定量閉じた状
    態に制御する吸気絞り弁制御手段とを備えたディーゼル
    エンジンの制御装置において、 エンジンが加速運転状態になったことを判定する加速判
    定手段と、 エンジンが低速運転状態にあって前記排気還流制御手段
    による排気還流制御が行われていて、かつ前記加速判定
    手段によりエンジンの加速運転状態への移行が判定され
    たとき、燃料噴射の終了が前記加速判定直前よりも早ま
    るように燃料噴射時期を進角させ、その燃料噴射時期の
    進角を加速運転初期の所定期間だけ継続した後、該進角
    制御を終了する噴射進角制御手段とを備えており、 前記噴射進角制御手段による燃料噴射時期の進角量は、
    前記吸気絞り弁の開度が小さいほど大きくされることを
    特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
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