JP2000161110A - ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御装置 - Google Patents

ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御装置

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JP2000161110A
JP2000161110A JP10340129A JP34012998A JP2000161110A JP 2000161110 A JP2000161110 A JP 2000161110A JP 10340129 A JP10340129 A JP 10340129A JP 34012998 A JP34012998 A JP 34012998A JP 2000161110 A JP2000161110 A JP 2000161110A
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injection
amount
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fuel injection
fuel
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JP10340129A
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Inventor
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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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気流により駆動されるターボ過給機25を
備え、排気還流量の調節により間接的に燃焼室4の空燃
比A/Fを制御するようにしたディーゼルエンジン1にお
いて、運転状態が定常運転状態から加速運転状態に移行
したときに、燃焼状態の改善によって排気中のスモーク
増大を極力抑えながら、ターボラグの軽減を図る。 【解決手段】 エンジン1が定常運転状態から加速運転
状態に移行したときに、燃料噴射量の増量に伴い排気還
流量を減少させるとともに、インジェクタ5による燃料
噴射をBTDC90°CAでの早期噴射と、TDC近傍
での後期噴射との2段階に分けて行わせ、かつ後期噴射
タイミングを、エンジン1が加速運転状態に移行する直
前の定常運転状態におけるTDC近傍での主噴射タイミ
ングよりも遅くさせる。早期噴射をさらに2回に分けて
行わせるようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ターボ過給機が装
備されたディーゼルエンジンの加速運転開始時の燃料噴
射制御に関する技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】従来より、この種のターボ過給機付ディ
ーゼルエンジンの制御装置として、例えば特開平8−3
38318号公報に開示されるように、エンジンの吸気
系への排気還流量を調節することによって、間接的に燃
焼室の空燃比(空気過剰率)を制御するようにしたもの
が知られている。このものでは、排ガス(排気)の一部
をエンジンの吸気系に還流させるEGRパイプと、アク
チュエータにより作動されて前記EGRパイプ内の排ガ
スの還流量を調節するEGR弁とが設けられており、エ
アフローセンサにより検出される新気量、ブースト圧セ
ンサにより検出される吸気圧力、燃料噴射量等に基づい
て燃焼室の空燃比を推定し、その推定結果に応じて前記
EGR弁の開度を制御することで、燃焼室の空燃比を、
排ガス中のNOx低減及びスモーク低減を両立できるよ
うな適切な状態に制御するようにしている。
【0003】すなわち、前記従来例のものでは、新気
量、吸気圧力及び燃料噴射量等に基づいて、正確かつ迅
速に空燃比を推定できるので、この推定結果に応じてE
GR弁の作動制御を行うことで、例えば車両の発進時の
ようにエンジンの運転状態が急変するときでも、その変
化にあまり遅れずにEGRガスの還流量を調節すること
ができ、そのことで、燃焼室の空燃比を適切な範囲に保
って、排気中のNOxやスモークが増えることを抑える
ことができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、エ
ンジンの排気により駆動されて吸気を過給するターボ過
給機は、エンジンの排気エネルギーが大きい中回転域な
いし高回転域で優れた過給能力を発揮できるものの、排
気エネルギーの小さな低回転域では十分な過給能力を発
揮し得ない特性を有する。しかも、このターボ過給機を
装備するエンジンは、通常、気筒の圧縮比が非過給エン
ジンよりも小さいので、低回転域での吸気充填効率は中
回転域に比べてかなり低下する。そのため、例えば車両
の発進時のようにエンジンが低回転運転域から加速運転
状態に移行したときには、吸入空気量が不足してエンジ
ン回転数が速やかに上昇せずにもたつくという、いわゆ
るターボラグが大きな問題になる。
【0005】特に、前記従来例の如く排気還流量の調節
により間接的に燃焼室の空燃比を制御するようにしたデ
ィーゼルエンジンの場合、燃料噴射量の少ない低回転域
では多量の排気が還流されており、この状態から加速運
転状態に移行したときに直ちに排気の還流量を零にする
ことはできないので、その還流される排気により新気の
吸入が妨げられて、前記の吸入空気量不足が助長される
ことになる。
【0006】また、一般に、ディーゼルエンジンでは、
エンジンの加速運転状態への移行に伴い、要求出力の増
大に対応するように燃料噴射量が増やされるので、前記
の吸入空気量不足とも相まって燃焼室の空燃比が一時的
にリッチ側に変化し、このことが排気中のスモーク増大
を招く虞れがある。加えて、上述の如く車両の発進時に
エンジンがもたつけば、運転者はさらにアクセルペダル
を踏み込むことも多いので、そのことによりさらに燃料
が増量されて、スモークが急増するという悪循環に陥る
ことも考えられる。
【0007】これに対し、燃料噴射量の増量を一時的に
制限して空燃比のリッチ化を抑えようとすれば、そのこ
とによってエンジン出力がさらに低下し、結果的にター
ボラグが大きくなってしまうので、好ましくない。
【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、ターボ過給機付ディ
ーゼルエンジンの加速運転時の燃料噴射手順に工夫を凝
らすことにより、燃焼状態の改善によって排気中のスモ
ーク増大を極力抑えながら、ターボラグの軽減を図るこ
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、エンジンが定常運転状態か
ら加速運転状態に移行したとき、各気筒の圧縮行程で燃
料を多段階に分けて噴射(以下、多段噴射ともいう)さ
せるとともに、そのうちの最後の噴射を加速直前の定常
運転状態における燃料噴射よりも遅く終了させるように
した。
【0010】具体的に、請求項1記載の発明は、図1に
例示するように、エンジン1の気筒内燃焼室4に燃料を
噴射する燃料噴射弁5と、エンジン1の排気により吸気
を過給するターボ過給機25とを備え、エンジン1の加
速運転状態への移行時に前記燃料噴射弁5による燃料噴
射量を増加させるようにしたディーゼルエンジンの制御
装置Aが前提である。そして、エンジン1が加速運転状
態へ移行したことを判定する加速判定手段35aと、前
記加速判定手段35a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、前記燃料噴射弁5による燃
料噴射を、気筒の圧縮行程で終了する最初の噴射と、前
記加速判定直前の圧縮上死点近傍における燃料噴射より
も遅く終了する最後の噴射とを含む多段階に分けて実行
させる噴射時期制御手段35bとを設ける構成とする。
【0011】前記の構成により、車両の運転者がアクセ
ルを踏み込んで、エンジン1の運転状態が例えば定常運
転状態から加速運転状態へ移行したとき、エンジン1へ
の要求出力の増大に対応するように燃料噴射量が増量さ
れるとともに、まず、各気筒2毎に気筒の圧縮行程で噴
射を終了する最初の噴射を含むように、圧縮行程で少な
くとも1回の燃料噴射(早期噴射)が行われる。この早
期噴射された燃料は相対的に大きく広がり、気筒内の空
気の流動によって空気と十分に混合されかつ十分に気化
霧化して、ピストン3の上昇に伴う気筒内圧の上昇と共
に周囲の酸素と徐々に反応する。そして、圧縮行程終期
に燃焼室4全体の温度がいわゆる自己着火温度に達する
と、弱い燃焼状態から爆発的な燃焼状態へと移行する。
【0012】一方、前記の弱い燃焼によって燃焼室4の
温度及び圧力が上昇するため、圧縮上死点近傍で最後の
燃料噴射(後期噴射)がなされると、その燃料噴霧は高
温高圧になっている燃焼室で速やかに気化霧化され、極
く僅かな着火遅れ期間を経て急速にかつ良好に燃焼され
る。
【0013】ここで、前記後期噴射の時期は、加速判定
直前の定常運転状態における燃料噴射よりも遅く終了す
るように遅角されているので、該後期噴射された燃料の
一部は気筒の膨張行程で燃焼し、この燃焼によって排気
エネルギーが高められることで、ターボ過給機25の回
転が速やかに上昇して過給圧が高まり、このことによ
り、エンジン1の吸入空気量を迅速に増大させて、エン
ジン出力を高めることができる。しかも、上述の如く後
期噴射による燃料は高温高圧の燃焼室に噴射されて速や
かに気化霧化されるので、気筒の膨張行程であっても良
好な燃焼状態となり、スモークの生成量はあまり多くは
ならない。
【0014】したがって、この構成によれば、エンジン
1の運転状態が定常運転状態から加速運転状態へ移行し
たとき、排気中のスモーク増大を抑えながら排気エネル
ギーを高めることができ、ターボ過給機の過給圧を迅速
に高めてターボラグを大幅に軽減することができる。
【0015】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明における噴射時期制御手段は、燃料噴射弁による燃
料噴射を、各気筒毎に1回の燃焼サイクルにおける総燃
料噴射量の1/3以上が圧縮上死点前30°CA(以
下、BTDC30°CAという)以前の圧縮行程で早期
噴射され、かつ残りの燃料が圧縮上死点近傍で一括して
後期噴射されるように少なくとも2段階に分けて実行さ
せるものとする。
【0016】そのようにすれば、早期噴射を気筒の圧縮
上死点前30°CA以前の圧縮行程で実行することで、
燃料噴霧を十分に大きく広げ、空気とよく混合しかつ気
化霧化させて、空気利用率を高めることができ、このこ
とで、NOxを生成を抑えることができる。またその
際、気筒の1回の燃焼サイクルにおける燃料噴射量の1
/3以上を噴射させることで、燃料噴霧を自己着火可能
な程度の濃度状態に維持することができ、この燃料の燃
焼によって燃焼室温度を十分に高めることができる。こ
のことで、圧縮上死点近傍で後期噴射した燃料を速やか
に気化霧化させて良好に燃焼させることができ、よっ
て、後期噴射を遅角させていても、排気中のスモーク増
大を十分に抑制できる。
【0017】請求項3記載の発明では、請求項2記載の
発明における後期噴射は、気筒の膨張行程で終了するも
のとする。このことで、後期噴射された燃料噴霧の多く
が気筒の膨張行程で燃焼するので、確実に排気エネルギ
ーを高めてターボラグを解消できる。
【0018】請求項4記載の発明では、請求項2記載の
発明における後期噴射による燃料噴射量は、加速判定直
前の燃料噴射量の総量よりも多いものとする。このこと
で、燃料噴射量が十分に多くなってエンジン出力が高ま
る上、排気エネルギーが十分に大きくなってターボラグ
を解消できる。
【0019】請求項5記載の発明では、請求項2記載の
発明における早期噴射は、2段階に分けて行うものとす
る。このことで、早期噴射した燃料の空気との混合が促
進され、空気利用率も高くなって、NOx及びスモーク
の生成が抑制される。
【0020】請求項6記載の発明では、請求項1又は2
において、エンジンが定常運転状態にあるときに該エン
ジンの吸気系に排気の一部を還流させる排気還流手段が
設けられている構成とする。
【0021】この構成では、エンジンが定常運転状態に
あるときに、該エンジンの吸気系に排気還流手段により
排気の一部が還流されている。そして、エンジンが定常
運転状態から加速運転状態に移行したときにも直ちに排
気の還流量を零にすることはできないので、その還流さ
れる排気によって空気の吸入が妨げられることになり、
吸入空気量不足に起因するターボラグの悪影響が大きく
なる。従って、このような構成において、燃料の多段噴
射と後期噴射の遅角とにより、スモークの増大を抑制し
つつターボラグを軽減できるという作用効果は特に有効
なものになる。
【0022】請求項7記載の発明では、請求項6記載の
発明における排気還流手段は、ターボ過給機のタービン
よりも排気上流側の排気通路と接続エンジンの吸気系と
を連通する排気還流通路を備えているものとする。この
ものでは、排気エネルギーの一部がタービンに供給され
ずに排気還流通路から吸気系に逃げてしまい、ターボラ
グが大きくなりやすい。従って、特にこのようなものに
おいてターボラグを軽減できることがさらに有効な作用
を奏する。
【0023】請求項8記載の発明では、請求項6記載の
発明において、エンジンの吸気通路における吸入空気量
を計測する吸気量センサと、アクセル操作量に応じて燃
料噴射弁による燃料噴射量を制御する噴射量制御手段と
が設けられ、排気還流手段は、前記吸気通路と排気通路
とを連通する排気還流通路と、該排気還流通路における
排気の還流量を調節する排気還流量調節弁と、該排気還
流量調節弁の開度を、前記吸気量センサにより計測した
吸入空気量及び燃料噴射量に基づいて求められる燃焼室
の空燃比がエンジンの運転状態に応じて設定された目標
値になるようにフィードバック制御する排気還流制御手
段とを備える構成とする。
【0024】この構成によれば、吸気量センサにより検
出された吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて、排気還
流制御手段により排気還流量調節弁の開度制御が行わ
れ、燃焼室の空燃比が目標値になるように高精度にフィ
ードバック制御される。従って、例えばエンジンの低回
転域では、燃料噴射量が少ないことに対応して多量の排
気が還流されているので、車両の発進時等のようにエン
ジンが低回転域での定常運転から加速運転に移行したと
き、前記排気還流制御手段により排気還流量調節弁が閉
じる側に作動されても、しばらくの間、排気の還流量が
多い状態になってしまい、吸入空気量不足に起因するタ
ーボラグの悪影響がかなり大きくなる。従って、このよ
うな構成において、スモーク増大を抑制しつつターボラ
グを軽減できるという作用効果は極めて有効なものにな
る。
【0025】請求項9記載の発明では、請求項1記載の
発明において、燃料を噴射圧以上の高圧状態で蓄える蓄
圧室に燃料噴射弁が接続されたコモンレール式燃料噴射
系を備えるものとする。このことで、燃料噴射系の構成
が具体化され、噴射時期制御手段による燃料噴射時期の
制御が実現される。
【0026】請求項10記載の発明では、請求項1記載
の発明における噴射時期制御手段は、エンジンが定常運
転状態にあるときには、燃料噴射弁による燃料噴射を圧
縮上死点近傍で一括して実行させる構成とする。
【0027】すなわち、一般に、燃料の多段噴射を行う
と、早期噴射された燃料の燃焼力の一部がいわゆる逆駆
動力になって、エンジンの燃費率が若干、悪化するとい
う難があるので、この発明では、エンジンが定常運転状
態にあるときには、多段噴射は行わずに、燃料噴射を圧
縮上死点近傍で一括して実行させることで、前記多段噴
射に起因する燃費の悪化を抑制できる。
【0028】請求項11記載の発明では、請求項1記載
の発明における噴射時期制御手段は、エンジンが定常運
転状態の低回転低負荷運転領域にあるときには、燃料噴
射弁による燃料噴射を圧縮上死点近傍での主噴射とその
直前のパイロット噴射とに分けて実行させる構成とす
る。このことで、エンジンの低回転低負荷運転領域で
は、パイロット噴射を行うことで、主噴射の予混合燃焼
時の燃焼圧力の立ち上がりを適度に緩和することがで
き、よって、エンジンの運転騒音を低減することができ
る。
【0029】
【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。
【0030】(実施形態1) (全体構成)図1は本発明の実施形態1に係るターボ過
給機付ディーゼルエンジンの制御装置Aの全体構成を示
し、1は例えばマニュアルトランスミッションを装備す
る車両に搭載された4気筒ディーゼルエンジンである。
このエンジン1は4つの気筒2,2,…(1つのみ図示
する)を有し、その各気筒2内に往復動可能にピストン
3が嵌挿されていて、このピストン3によって各気筒2
内に燃焼室4が区画されている。また、燃焼室4の上面
の略中央部には、インジェクタ5が先端部の噴孔を燃焼
室4に臨ませて配設されていて、各気筒毎に所定の噴射
タイミングで開閉作動されて、燃焼室4に燃料を直接噴
射するようになっている。
【0031】前記各インジェクタ5は高圧の燃料を蓄え
る共通のコモンレール(蓄圧室)6に接続されていて、
そのコモンレール6には、内部の燃圧(コモンレール
圧)を検出する圧力センサ6aが配設されているととも
に、クランク軸7により駆動される高圧供給ポンプ8が
接続されている。この高圧供給ポンプ8は、圧力センサ
6aにより検出されるコモンレール6内の燃圧が所定値
以上(例えば、アイドル運転時に40MPa、それ以外
の運転状態では80MPa以上)に保持されるように作
動する。また、クランク軸7の一端部にはその回転角度
を検出するクランク角センサ9が設けられている。この
クランク角センサ9は、クランク軸7の端部に設けた被
検出用プレート(図示せず)と、その外周に相対向する
ように配置された電磁ピックアップとからなり、前記被
検出用プレートの外周部全周に亘って形成された突起部
の通過に対応してパルス信号を出力するようになってい
る。
【0032】また、10はエンジン1の燃焼室4に対し
図外のエアクリーナで濾過した吸気(空気)を供給する
吸気通路であり、この吸気通路10の下流端部は、図示
しないサージタンクを介して気筒毎に分岐して、それぞ
れ吸気ポートにより各気筒2の燃焼室4に接続されてい
る。また、サージタンク内で各気筒2に供給される過給
圧力を検出する過給圧センサ10aが設けられている。
前記吸気通路10には上流側から下流側に向かって順
に、エンジン1に吸入される吸気流量を検出するエアフ
ローセンサ(吸気量センサ)11と、後述のタービン2
1により駆動されて吸気を圧縮するブロワ12と、この
ブロワ12により圧縮した吸気を冷却するインタークー
ラ13と、吸気通路10の断面積を絞る吸気絞り弁14
とがそれぞれ設けられている。この吸気絞り弁14は、
全閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設けら
れたバタフライバルブからなり、後述のEGR弁24と
同様、ダイヤフラム15に作用する負圧の大きさが負圧
制御用の電磁弁16により調節されることで、弁の開度
が制御されるようになっている。
【0033】前記エアフローセンサ11は、流速変動が
あっても空気流量を確実にとらえることのできる定温度
型ホットフィルム式エアフローセンサであり、図示しな
いが、吸気通路10に吸気流れ方向と直交するように配
置されたヒータと、このヒータを挟んで上流側と下流側
とに配置されたホットフィルムとを備えていて、両ホッ
トフィルムの温度の高低に基づいて、吸気通路10を下
流側(各気筒2の側)に向かう正方向流及び上流側に向
かう逆流をそれぞれ検出するようになっている。このエ
アフローセンサ11による計測値に基づいて、正方向の
空気流量のみを計測することができ、排気還流量の制御
に逆流による誤差が入ることを避けることができる。
【0034】また、図1において20は各気筒2の燃焼
室4から燃焼ガスを排出する排気通路で、この排気通路
20の上流端部は分岐してそれぞれ図示しない排気ポー
トにより各気筒2の燃焼室4に接続されている。この排
気通路20には、上流側から下流側に向かって順に、排
気流により回転されるタービン21と、排気中のHC、
CO及びNOx並びにパティキュレートを浄化可能な触
媒コンバータ22とが配設されている。
【0035】前記タービン21及びブロワ12からなる
ターボ過給機25は、図2に示すように、タービン21
を収容するタービン室21aに該タービン21aの全周
を囲むように複数のフラップ21b,21b,…が設け
られ、その各フラップ21bが排気流路のノズル断面積
Aを変化させるように回動するVGT(バリアブルジオ
メトリーターボ)である。このVGTの場合、同図
(a)に示すように、フラップ21b,21b,…をタ
ービン21に対し周方向に向くように位置付けてノズル
断面積Aを小さくすることで、排気流量の少ないエンジ
ン1の低回転域でも過給効率を高めることができる。一
方、同図(b)に示すように、フラップ21b,21
b,…をその先端がタービン21の中心に向くように位
置付けて、ノズル断面積Aを大きくすれば、排気流量の
多いエンジン1の高回転域でも高い過給効率が得られ
る。
【0036】前記排気通路20は、タービン21よりも
上流側の部位で、排気の一部を吸気側に還流させる排気
還流通路(以下EGR通路という)23の上流端に分岐
接続されている。このEGR通路23の下流端は吸気絞
り弁14よりも吸気下流側の吸気通路10に接続されて
おり、そのEGR通路23の途中の下流端寄りには、開
度調節可能な負圧作動式の排気還流量調節弁(以下EG
R弁という)24が配置されていて、排気通路20の排
気の一部をEGR弁24により流量調節しながら吸気通
路10に還流させるようになっている。
【0037】前記EGR弁24は、図3に示すように、
弁箱を仕切るダイヤフラム24aに弁棒24bが固定さ
れ、この弁棒24bの両端にEGR通路23の開度をリ
ニアに調節する弁本体24cとリフトセンサ26とが設
けられたものである。前記弁本体24cはスプリング2
4dによって閉方向(図の下方)に付勢されている一
方、弁箱の負圧室(ダイヤフラム24aよりも上側の
室)には負圧通路27が接続されている。この負圧通路
27は、負圧制御用の電磁弁28を介してバキュームポ
ンプ(負圧源)29に接続されており、電磁弁28が後
述のECU35からの制御信号によって負圧通路27を
連通・遮断することによって、負圧室のEGR弁駆動負
圧が調節され、そのことによって、弁本体24cにより
EGR通路23の開度がリニアに調節されるようになっ
ている。
【0038】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。
【0039】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。
【0040】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。一方、このECU35には、前記圧力センサ6aか
らの出力信号と、クランク角センサ9からの出力信号
と、エアフローセンサ11からの出力信号と、EGR弁
24のリフトセンサ26からの出力信号と、車両の運転
者による図示しないアクセルペダルの操作量(アクセル
開度)を検出するアクセル開度センサ32からの出力信
号と、図示しないが、エンジン1の冷却水温を検出する
水温センサからの出力信号とが少なくとも入力されてい
る。
【0041】(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、EG
R弁24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ようにしている。ま
た、高圧供給ポンプ8の作動によるコモンレール圧力の
制御と、吸気絞り弁14の作動制御と、ターボ過給機2
5のフラップ21b,21b,…の作動制御(VGT制
御)とが行われている。
【0042】前記EGR率は全排気量中の還流される排
気量(EGR量)の割合をいう。すなわち、 E
GR率=EGR量/全排気量ここで、EGR通路23か
ら吸気通路10に還流される排気の各気筒2への分配性
はそれぞれ異なり、加えて各気筒毎の空気吸入特性自体
にもばらつきがあるので、EGR通路23におけるEG
R弁24の開度を同じにしても、各気筒2におけるEG
R率及び吸入空気量偏差にはばらつきを生じ、EGR率
の高い気筒ではその吸入空気量が少なく、EGR率の低
い気筒ではその吸入空気量が多くなる。そこで、基本的
には全気筒2に共通の目標空燃比を定め、各気筒毎に吸
入空気量を検出して、この吸入空気量に応じて前記目標
空燃比となるように気筒毎に排気還流量を制御するよう
にしている。つまり、各気筒2の吸入空気量に対するE
GR量の割合の均一化を図るのではなく、所定の空燃比
を目標として気筒毎に排気還流量を制御しており、この
ことで、各気筒2の空燃比を均一かつ高精度に制御する
ことができる。
【0043】具体的に、前記ECU35には、アクセル
開度Acc及びエンジン回転数Neの変化に対して、目標ト
ルクtrqsolの最適値を実験的に決定して記録した二次元
マップ36と、エンジン回転数Ne、目標トルクtrqsol及
び新気量(吸入空気量のことであり燃料を含まない。以
下、同じ。)FAirの変化に対して、目標燃料噴射量Fsol
の最適値を実験的に決定して記録した三次元マップ37
と、エンジン回転数Neと目標トルクtrqsolの変化に対し
て、目標空燃比A/Fsolの最適値を実験的に決定して記録
した二次元マップ38とがそれぞれメモリ上に電子的に
格納されている。
【0044】前記目標空燃比A/FsolがNOxの低減とス
モークの低減とを両立させるように排気の還流量を決定
するための制御目標値となるものである。すなわち、図
6にディーゼルエンジンの空燃比と排気中のNOx量と
の関係を例示するように、空燃比が上昇するとNOx量
が増大する傾向があるので、排気還流量を多くして空燃
比を下げれば、NOxの発生を少なくすることができ
る。
【0045】しかし、図7に例示すように、同じエンジ
ンの空燃比と排気中のスモーク値との関係によれば、空
燃比がリッチ側に変化してある空燃比以下になると、ス
モーク量が急に増大することが分かる。つまり、NOx
量の低減のために排気の還流量を多くするといっても限
度があり、この実施形態の制御装置Aにおいては、排気
中のNOx量の低減とスモーク量の増大抑制との両立を
図るために、前記目標空燃比A/Fsol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値に設定されて
いる。
【0046】燃料噴射制御 具体的に、まず、アクセル開度センサ32により検出さ
れたアクセル開度Accとクランク角センサ9により検出
されたエンジン回転数Neとを用いて、目標トルク演算部
41において前記メモリ上の二次元マップ36を参照し
て目標トルクtrqsolを決定する。この目標トルクtrqsol
と、エアフローセンサ11によって計測された新気量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。そして、この目標噴射量Fs
olと後述の如く制御されたコモンレール圧力CRPとに基
づいて、各インジェクタ5の励磁時間を決定し、それぞ
れ制御する。前記目標トルク演算部41及び目標噴射量
演算部42が噴射量制御手段35c(図1参照)に対応
している。
【0047】排気還流制御 一方、前記目標トルク演算部41において求められた目
標トルクtrqsolとエンジン回転数Neとを用いて、目標空
燃比演算部43においてメモリ上の二次元マップ38を
参照して、前記のNOx及びスモークの両立を図るため
の目標空燃比A/Fsolを決定する。そして、この目標空燃
比A/Fsolと前記目標噴射量演算部42において求められ
た目標噴射量Fsolとを用いて、目標新気量演算部44に
おいて目標新気量FAsolを算出し(FAsol=Fsol×A/Fso
l)、この目標新気量FAsolを目標として、新気量制御部
45において新気量制御を行う。この新気量制御は新気
供給量自体を直接調節するのではなく、排気の還流量を
調節することによって新気量を変化させるものである。
すなわち、新気の補正量を決定するのではなく、目標と
する新気量FAsolに基づいてEGR弁24の操作量EGRso
lを決定し、その操作量EGRsolに対応するようにEGR
弁の開度を制御する。前記目標空燃比演算部43、目標
新気量演算部44及び新気量制御部45が排気還流制御
手段35dに対応している。
【0048】コモンレール圧制御 また、ECU35には、目標トルクtrqsol及びエンジン
回転数Neの変化における、実験的に決定された最適なコ
モンレール圧力CRPsolを記録した二次元マップ50がメ
モリ上に電子的に格納して備えられており、前記目標ト
ルク演算部41において得られた目標トルクtrqsolとエ
ンジン回転数Neとを用いて、コモンレール圧力演算部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。
【0049】前記マップ50において、コモンレール圧
力CRPsolはエンジン回転数Neが高いほど高くなるよう
に、また、目標トルクtrqsolが大きいほど高くなるよう
に設定されている。これは、エンジン回転数Neが高いほ
どインジェクタ5の開弁時間を相対的に短くしなくては
ならないので、噴射量を確保するために噴射圧を高める
必要があるからである。一方、エンジン1の低回転域で
は、燃料をある程度の長い時間をかけて噴射し、気筒内
の空気流動に乗せて燃料噴霧を大きく広げることが好ま
しい。そこで、インジェクタ5の開弁時間を長くするこ
とで、それに対応して噴射圧は下げるようにしている。
尚、目標トルクに関しては、エンジン1への負荷が大き
いほど燃料噴射量を多くする必要があるので、その噴射
量を確保するために噴射圧を高めるようにしてる。
【0050】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。
【0051】VGT制御 さらに、ECU35には、目標トルクtrqsol及びエンジ
ン回転数Neの変化における、実験的に決定された最適な
目標過給圧力Boostsolを記録した二次元マップ52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、目標過給圧力演算部48に
おいて当該マップ52を参照して目標過給圧力Boostsol
を演算する。そして、この目標過給圧力Boostsolと過給
圧センサ10aにより検出された吸気絞り弁14下流の
吸気通路10の吸気圧力Boostとを用いて、過給圧力制
御部49において、吸気圧力Boostが目標過給圧力Boost
solになるようなターボ過給機25のフラップ21b,
21b,…の開度VGTsolを演算し、これを用いてフラッ
プ21b,21b,…を適正な開度になるように制御す
る。
【0052】(排気還流制御及び燃料噴射量制御の全体
の流れ)次に、前記ECU35による排気還流及び燃料
噴射量制御の全体的な流れを図8に基づいて説明する。
この制御はメモリ上に電子的に格納された制御プログラ
ムに従い、エンジン1の回転に同期して実行される。
【0053】まず、同図のステップS1〜S3に示すよ
うに、エアフローセンサ11によって検出される吸入空
気量及びクランク角センサ9によって検出されるクラン
ク角度に基づいて、気筒毎に吸入空気量FAirが求められ
る。また、クランク角センサ9からの出力によって求め
られるエンジン回転数Ne、アクセル開度センサ32によ
って検出されるアクセル開度Acc及び前記吸入空気量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)。
【0054】続いて、アクセル開度Acc、エンジン回転
数Ne等に基づいてエンジン1が低負荷ないし中負荷の定
常運転状態にあるか、或いは加速運転状態にあるかの過
渡判定が行なわれ(ステップS7)、定常運転時には基
本目標空燃比が設定され、それに基づいて目標吸入空気
量が求められて、EGR弁基本制御が行なわれ、さら
に、この基本制御が気筒毎の吸入空気量FAirに基づく気
筒毎のEGR弁制御によって補正される(ステップS8
〜S11)。一方、加速運転時には加速時の目標空燃比
が設定され、加速時のEGR弁制御及び噴射量制御が行
なわれる(ステップS12〜S14)。
【0055】(気筒毎の吸入空気量の演算)前記エアフ
ローセンサ11により検出された吸入空気流量は、例え
ば図9に示すようになっている。同図の斜線を入れた部
分が吸気の逆流分であり、この逆流分を差し引いた積分
値、即ち実際に各気筒2に吸入された吸入空気量が僅か
ながら変動していることが見てとれる。
【0056】図10に、前記エアフローセンサ11を用
いた気筒毎の吸入空気量を算出するとき(図8のステッ
プS1〜S3)の具体的な制御手順を示す。すなわち、
まずエアフローセンサ11により検出した吸入空気流量
を積分するとともに、そのときの経過時間を計測してい
って、クランク角度が180°CA変化する都度、その
180度分の吸入空気流量の積分値Q(=FAir)を当該
気筒(i)の吸入空気量Qiとし、また、その所要時間(ク
ランクタイマ時間T)を当該気筒(i)のクランク間隔Ti
とする。そして、得られた4気筒の吸入空気量Qiの平
均値を基本吸入空気量Qavとして求める(ステップA1
〜A7)。尚、4気筒の各々には、便宜上、着火順に気
筒番号「0,1,2,3」を与えている。
【0057】また、当該気筒(i)の吸入空気量の変化率
ΔQi=Qi/Qi-1及びクランク間隔の変化率ΔTi=Ti/
Ti-1を、当該気筒(i)よりも1つ前に吸気行程になる気
筒(i-1)を基準として求め、続いて、吸気行程の時間を
加味した吸入空気量の変化指数ΔQti=ΔQi/ΔTiを
求める(ステップA8〜A10)。ここで、ΔTiを考
慮するのは、トルク変動(クランク軸7の角速度変動)
による外乱をできるだけ排除するためであり、この処理
は特にトルク変動の大きなアイドル運転時に効を奏す
る。そして、この変化指数ΔQtiに基づいて各気筒毎の
吸入空気量特性ΔQt'(i)を次式により求める(ステッ
プA11)。
【0058】ΔQt'(i)=ΔQti×r+ΔQti′×(1
−r) 但し、0<r≦1 ここで、ΔQti′は変化指数ΔQtiの前回値であり、前
記の演算を繰り返し実行することで、当該気筒(i)の吸
入空気量特性ΔQt'(i)に変化指数ΔQtiの今回値及び
前回値がそれぞれ所定の割合で反映されていって、吸入
空気量に関する気筒間の固体差が徐々に明瞭になってい
く。
【0059】(過渡判定)図11に過渡判定(図8のス
テップS4〜S7)の具体的な制御手順を示す。この過
渡判定は加速判定であり、アクセル開度の変化による判
定と、燃料噴射量の変化による判定とを行う。すなわ
ち、エンジン1が定常運転状態から加速運転状態に移行
したときには、燃料噴射量の増量に応じて吸入空気量を
増やす必要があるので、EGR弁24を速やかに閉じる
側に作動させて、排気の還流量を減らすようにしてお
り、そのようなEGR弁24の制御を実行するための過
渡判定である。尚、車両の減速時には、一部の運転領域
を除いて燃料噴射を中断し(フューエルカット)、その
ときには、EGR弁24の開度は零として、排気還流を
行わないようにしている。
【0060】具体的に、まずアクセル開度Accの変化に
基づく判定手順として、アクセル開度Accとエンジン回
転数Neと吸入空気量Qavとを用いて、図5の三次元マッ
プ37より燃料噴射量F(=目標噴射量Fsol)を読み込
むとともに、アクセル開度の今回値Accと前回値Acc′と
に基づいてその変化量ΔAcc=Acc−Acc′を求める(ステ
ップB1〜B3)。一方、燃料噴射量Fとエンジン回転
数Neとを用いて二次元マップから加速判定基準αccを読
み込む(ステップB4)。
【0061】この加速判定基準αccは、前記アクセル開
度変化量ΔAccに基づいて加速判定をするためのもので
あり、例えばエンジン回転数Neが高いほど大きくなって
加速と判定され難くなる一方、燃料噴射量Fが多いほど
小さくなって加速と判定され易くなるというように燃料
噴射量F及びエンジン回転数Neに対応づけて設定されて
いて、その設定されたマップがメモリ上に電子的に格納
されている。また、低負荷運転時はもともと排気還流量
が多いので、アクセル開度の増大変化(燃料噴射量の増
量)が大きいときには速やかに排気還流量を低減しなく
てはならない。そこで、前記αccは燃料噴射量が多いほ
ど小さくなるように設定されている。
【0062】そして、加速係数α=ΔAcc/αccが1より
も大のときにエンジン1が加速運転状態にあると判定
し、加速係数αと別途、求めた目標空燃比TA/F(=A/Fs
ol)とに基づいて、過渡時のEGR弁操作量KTegr(=
EGRsol)をマップから読み込む(ステップB5〜B
7)。すなわち、アクセル開度の増大変化が大きいほど
排気の還流量を速やかに減らす必要があるので、そのた
めに、前記のEGR弁操作量KTegrのマップは、加速
係数αが大きくなるほどEGR弁24の開度が小さくな
るようにその操作量が実験的に求められて設定されてい
る。
【0063】続いて、燃料噴射量の変化に基づく加速判
定を行う。前記アクセル開度に基づく加速判定の場合
は、その判定に基づいて言わば見込みでEGR弁操作量
を決定するのであるが、次の燃料噴射量に基づく加速判
定の場合は、実際の加速要求を燃料噴射量に基づいてチ
ェックし、その加速要求に見合った制御を行なうように
している。
【0064】すなわち、燃料噴射量の今回値Fと前回値
F′とに基づいてその変化率ΔF=F/F′を求め、燃
料噴射量Fとエンジン回転数Neとを用いて二次元マップ
から加速判定基準Fkを読み込む(ステップB8,B
9)。このFkも前記αccと同様に設定されてメモリ上
に電子的に格納されている。そして、噴射量変化係数β
=ΔF/Fkが1よりも大のときに加速運転状態と判定
して、加速時の制御に進む一方、小のときには定常運転
状態と判定して、定常時の制御に進む(ステップB1
0,B11)。
【0065】(定常時の制御)定常時の制御は図12に
示されており、エンジン回転数Neとアクセル開度Accと
を用いて図5の二次元マップ36から目標トルクTtrq
(=Trqsol)を読み込み、このTtrqとNeとを用いて二
次元マップ38から目標空燃比TA/F(=A/Fsol)を読み
込んで、その目標空燃比TA/Fに燃料噴射量Fを乗算し
て、目標吸入空気量TQ(=FAsol)を算出する(ステッ
プC1〜C3)。
【0066】前記目標空燃比TA/Fは、上述の如くNO
x低減とスモーク低減とを両立できるような値に設定さ
れているが、その値はエンジン1の運転領域、即ちエン
ジン回転数Ne及びエンジントルクTtrq(換言すれば、
燃料噴射量F)に応じて少しずつ異なっている。例え
ば、ターボ過給機25により十分な過給が行なわれる中
回転ないし高回転域では、吸入空気量が多いため筒内圧
縮温度も高くなる上、燃焼室4での空気流動が強くなっ
て空気と燃料との混合状態も良好になり、スモークの生
成は極めて少なくなる。従って、エンジン1の高回転域
(過給圧が高くなる領域)と低回転域とを比較すると、
前者の方が目標空燃比をより小さく(リッチ側に)設定
することができる。
【0067】目標吸入空気量TQの算出に続いて、吸入
空気量偏差Qerr=TQ−Qavを求め、この偏差Qerrが
零になるようにPID制御則に従って基本EGR弁操作
量Tegr(=EGRsol)を求める(ステップC4,C5)。
すなわち、例えば、前記偏差Qerrに比例制御動作の制
御ゲイン(Pゲイン)を積算した比例制御項と、前記偏
差Qerrの積分値に積分制御動作の制御ゲイン(Iゲイ
ン)を積算した積分制御項と、前記偏差Qerrの微分値
に微分制御動作の制御ゲイン(Dゲイン)を積算した微
分制御項とを合算して、基本EGR弁操作量Tegrを決
定する。ここで、前記比例制御動作の制御ゲインは基本
となる値にゲイン係数Kを乗算して得られるもので、後
述の如くゲイン係数Kを減少又は増大補正することで、
制御の応答性や収束性を変えることができるようになっ
ている。
【0068】基本EGR弁操作量Tegrの決定に続い
て、アクセル開度変化量ΔAccの絶対値が所定の閾値Tha
ccよりも小さい状態が所定数nサイクル連続し且つ燃料
噴射が行なわれている、という定常運転状態の確認の条
件をチェックする(ステップC6)。そして、定常運転
状態が確認されると、各気筒毎に順番に(i=0,1,
2,3)、先に求めた吸入空気量特性ΔQt'(i)とEG
R補正ゲインE(i)とに基づいて気筒毎のEGR弁補正
操作量ΔTegr(i)を算出する(ステップC7)。すなわ
ち、 ΔTegr(i)=ΔQt'(i)×E(i)+ΔTegr(i)′ 但し、ΔTegr(i)′は当該気筒(i)のEGR弁補正操作
量の前回値である。そして、この演算においてΔQt'
(i)の値自体は強調されたものであるが、演算を繰り返
すことで、EGR弁補正操作量は徐々に気筒間の固体差
に応じた適切な値に到達する。
【0069】このようにして、例えば、i=0,1,
2,3の順番に4気筒すべてのEGR弁補正操作量を求
めた後、気筒番号i=3になれば(ステップC8)、そ
の4気筒分のEGR弁補正操作量の平均値ΔTegr-avを
求める。この平均値は本来は零になるべきものである
が、前記ステップC7の演算を行なうと、種々の要因で
その平均値がマイナス又はプラスになってしまい、基本
EGR弁操作量Tegrを基準として各気筒2のEGR弁
操作量を補正制御するという本来の目的が損なわれる。
そこで、前記平均値ΔTegr-avがマイナスになれば、そ
の絶対値を前記各気筒2のΔTegr(i)に加算し、反対に
プラスになれば減算することで、平均値ΔTegr-avを零
に補正する(ステップC9)。
【0070】そして、このようにして得られたΔTegr
(i)を前記基本EGR弁操作量Tegrに加えて、各気筒2
のEGR弁操作量Tegr(i)を求め(ステップC10)、
図13のステップD1へ進む。
【0071】(加速係数αに基づく加速判定時の制御)
一方、前記図11のステップB6において加速判定がな
されたときには、ステップB7で求められる過渡時の目
標EGR弁操作量KTegrは、加速係数α及びTA/Fの大
きさに応じて異なり、加速係数αが所定以上に大きいと
きにはEGR弁24の開度は零とされる。すなわち、運
転者の加速要求が大きい場合には、排気の還流は行なわ
れず、各気筒2の吸入空気量を最大限に大きくしてスモ
ークの生成を抑えつつ、燃料噴射量を増量してエンジン
出力を高めることができる。
【0072】また、その場合には、EGR弁24に対し
プリセットを与える制御を行ない、エンジン1が前記加
速運転状態から再び定常運転状態に移行するときに、排
気還流制御に速やかに移行できるようにする。すなわ
ち、EGR弁24によりEGR通路23を閉じたとき、
弁本体24cがスプリング24dによって弁座に押圧さ
れる力ができるだけ小さくなるような、ひいては押圧力
が零となるような所定のEGR弁駆動負圧(プリセット
負圧)を負圧室に作用させて、スプリング24dによる
閉方向の押圧力とEGR弁駆動負圧とを釣り合わせるよ
うにしている。このプリセット負圧は、図4(b)に示
すように、EGR弁24を閉方向に制御しEGR弁リフ
ト量が零に到達した時点のEGR弁駆動負圧である。
【0073】具体的に、EGR弁24にプリセット負圧
を与えるための制御フローは、図13に示すようにな
る。すなわち、まず、EGR弁操作量Tegrが、EGR
弁24のリフト量が零となる操作量であるときは、リフ
トセンサ26の値EGRVliFtを読み込む(ステップD1,
D2)。そして、この値EGRVliFtがリフト量零に対応す
る値EGRV0よりも大きいときには、その値EGRV0と等しく
なるまでEGR弁制御を行なって(ステップD3,D
4)、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。
【0074】一方、前記ステップD1において、EGR
弁操作量Tegrが前記のリフト量零に対応する操作量で
ないときには、前記ステップD2,D3の手順は行わず
に、通常のEGR弁制御を実行して(ステップD1→D
4)、しかる後にリターンする。
【0075】(噴射量変化係数βに基づく加速判定時の
制御)また、図11のステップB11において加速判定
がなされたときには、図14の各ステップに示すよう
に、まず、噴射量変化係数β、燃料噴射量F及びエンジ
ン回転数Neを用いて、これらの変化における最適な過渡
時目標空燃比KTA/F(=A/Fsol)を記録した三次元マッ
プからKTA/Fを読み込む(ステップG1)。この過渡
時目標空燃比KTA/Fは、排気の還流量を低下させてス
モークの生成を抑えながら速やかにエンジン出力を高め
ることができるように、定常時の目標空燃比TA/Fより
もリーン側に設定されている。前記三次元マップは、図
示しないが、燃料噴射量Fが少ないほど、また噴射量変
化係数βが大きいほど、さらにはエンジン回転数Neが低
いほどそれぞれリーン側になるように、それぞれの値の
変化に対する最適なKTA/Fの値を実験的に求めて記録
したものであり、メモリ上に電子的に格納されている。
【0076】続いて、前記の過渡時目標空燃比KTA/F
と燃料噴射量Fとに基づいて、過渡時の目標吸入空気量
TQ(=FAsol)を算出する(ステップG2)。そして、
このTQに基づいて先の定常運転時と同様にEGR弁操
作量を決定し、排気の還流量を速やかに減らして、吸入
空気量を増大させるようにしている(以下のステップG
5に続く図12のステップC4〜C6,図13のステッ
プD1〜D4)。
【0077】このように過渡時目標空燃比KTA/Fを定
常時よりもリーン側に設定していても、エンジン1が加
速運転状態に移行したときには、各気筒2の燃焼室4に
噴射される燃料が一時的にあまりにも多くなり過ぎる虞
れがある。そこで、このフローでは燃料の過剰な増量を
抑制すべく一定の制限を設けている。すなわち、燃料噴
射量Fとエンジン回転数Neのマップから限界空燃比Limi
tA/Fを読み込む(ステップG3)。そして、得られた限
界空燃比LimitA/Fと現在の吸入空気量Q(i)とに基づい
て燃料噴射量のリミット値FLimitを算出し、基本噴射
量F、リミット値FLimit及び最大噴射量Fmaxのうちの
最も少ない値を目標噴射量TFとして設定して、図12
のステップC4へ進む(ステップG4,G5)。
【0078】前記限界空燃比LimitA/F、過渡時の目標空
燃比KTA/F及び定常時の目標空燃比TA/Fの関係は図1
5に示す通りであり、定常時の目標空燃比TA/Fよりも
リーン側に過渡時の目標空燃比KTA/Fが設定され、反
対に定常時の目標空燃比TA/Fよりもリッチ側に限界空
燃比LimitA/Fが設定されている。この限界空燃比LimitA
/Fに対応する限界スモーク量は、定常時の限界スモーク
量よりもやや多く、例えば2BU程度のスモーク量とさ
れている。また、限界空燃比LimitA/Fは、基本的には燃
料噴射量が多いほどリーン側に、また、エンジン回転数
が高いほどリッチ側に設定することができ、燃料噴射量
Fとエンジン回転数Neの変化に対して、実験的に求めら
れた最適な値がメモリ上に電子的に記録されている。
尚、基本噴射量Fは、エンジン回転数Neとアクセル開度
Accとによって定まる燃料噴射量であり、最大噴射量Fm
ax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。
【0079】(吸気絞り弁制御)次に、ECU35によ
る吸気絞り弁制御について、具体的に図16及び図18
に示すフローチャート図に基づいて説明する。この制御
は排気還流制御と同様、メモリ上に電子的に格納された
制御プログラムに従ってエンジン1の回転に同期して実
行される。
【0080】まず、前記排気還流制御と同様にアクセル
開度Acc及びエンジン回転数Neを検出し、燃料噴射量F
を読み込み(ステップH1〜H3)、続いて、アクセル
開度センサ32からの出力信号に基づいて、アクセル戻
し状態かどうかを判定する(ステップH4)。すなわ
ち、アクセル操作量が所定以上、急に減少して、アクセ
ル開度が略零になったYESならば、ステップH5に進
んで、アクセル戻し判定フラグFlagの値をFlag=1と
し、続くステップH6で、アクセル戻し状態が判定され
てからの経過時間を計測するためのカウンタをリセット
して(Tup=0)、その後、ステップH9に進む。
【0081】一方、前記ステップH4でアクセル戻し状
態でないNOと判定されて進んだステップH7では、前
記アクセル戻し判定フラグFlagの値が1であるか否かを
判別し、Flag=0でNOであれば後述のステップH12
に進む一方、Flag=1でYESであればステップH8に
進んで、前記カウンタの値をインクリメントして(Tup
=Tup+Δt)、ステップH9に進む。
【0082】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。
【0083】この二次元マップは、アクセル戻し状態に
対応してEGR弁制御の応答性が高まるように、前記ゲ
イン補正係数γとして相対的に大きな値γ1を設定した
もので、図17に例示するように、吸気絞り量TH及びエ
ンジン回転数Neに対応する最適なゲイン補正係数値γ1
を実験的に決定して記録したものである。γ1の値は0
<γ1<1の範囲でエンジン回転数Neが高いほど、また
吸気絞り量THが大きいほど小さくなるように設定されて
いる。尚、このステップで用いる吸気絞り量THは、前回
の制御サイクルで設定された値である。
【0084】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。
【0085】前記ステップH10,11,12に続い
て、図18のフローチャート図におけるステップH13
では、エンジン1がアイドル運転状態にあるかどうかを
判定する。すなわち、アクセル全閉でかつ車両の走行速
度が零のアイドル運転状態でYESならば後述のステッ
プH17に進む一方、アイドル運転状態でないNOなら
ばステップH14に進み、吸気絞りマップをサーチす
る。この吸気絞りマップは図5のマップ51に相当する
ものであるが、詳しくは図19に示すように、燃料噴射
量F及びエンジン回転数Neに対応する最適な吸気絞り量
TH(=THsol)が実験的に決定されて記録されたデジタ
ルの二次元マップである。
【0086】このマップによれば、エンジン1が高回転
域ないし高負荷域にあって、燃料噴射量Fないしエンジ
ン回転数Neが大きければ、吸気絞り量THが零に設定され
て、吸気絞り弁14が全開状態に制御される。すなわ
ち、エンジン1の高回転域では吸排気間の差圧が高いこ
とから、排気還流量が多くなって吸入空気量が不足しや
すく、また、高負荷域では燃料噴射量が多くなって、相
対的に吸入空気量が不足しやすいので、前記吸気絞りマ
ップによれば、エンジン1の高回転域ないし高負荷域で
吸気絞り弁14を全開状態に制御して、吸入空気量の不
足に起因するスモーク増大を防止するようにしている。
【0087】また、前記マップによれば、高回転域ない
し高負荷域を除いた相対的に低負荷の運転状態で、吸気
絞り量THは、燃料噴射量Fが小さいほど、またエンジン
回転数Neが低いほど大きくなるように設定されている。
すなわち、エンジン回転数Neが低いほど吸排気間の差圧
が小さくなるので、これに対応して吸気絞り弁14の開
度を小さく制御するようにして、吸排気間の差圧を高め
て排気の還流量を十分に確保できるようにしている。
【0088】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、吸気を絞るかどうか
を判定する。すなわち、Flag=0であるか、或いはFlag
=1であってもエンジン1が高負荷ないし高回転運転状
態になっていて、吸気を絞らないNOであれば、ステッ
プH19に進む一方、Flag=1であってかつ前記以外の
運転状態で、吸気を絞るYESであれば、ステップH1
6に進み、吸気絞りマップから読み込んだ値に従って吸
気絞り量THを設定する。また、前記ステップH14にお
いて、アイドル運転状態でYESと判定されて進んだス
テップH17では、アイドル運転状態に対応して、吸気
絞り弁14が全閉になるように吸気絞り量THを設定す
る。
【0089】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。
【0090】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)における比
例制御ゲインが大きくなって、EGR弁24の作動応答
性が高められる。つまり、アクセル戻し状態が判定され
たときから所定時間が経過するまでの間は、アクセル操
作量が急変しているような状況であり、その変化に遅れ
ないようにEGR弁24の作動応答性を高めることがで
きる。尚、前記所定時間は、例えばマニュアルトランス
ミッションの変速操作に対応する比較的短い時間(例え
ば1〜2秒)とすればよく、その短い時間、制御の収束
性が悪化してもあまり問題はない。
【0091】上述の如き吸気絞り弁制御によれば、例え
ばエンジン1がアイドル運転状態にあって、車両の発進
のためのアクセルペダルの踏み込みが予測されるとき
に、吸気絞り弁14が全閉状態にされ、吸排気間の差圧
が高められることで、EGR弁24の開度が相対的に小
さく(例えば半分くらい開いた状態に)される。そし
て、車両の発進に伴い、エンジン1が定常運転状態から
加速運転状態に移行すると、吸気絞り弁14が速やかに
開作動されるとともに、燃料噴射量の増量に伴いEGR
弁24も閉じる側に作動されることになるが、上述の如
くEGR弁24の開度が予め小さくされているので、そ
のEGR弁24の閉作動の遅れを軽減することができ
る。つまり、EGR弁24を迅速に全開状態にさせて、
吸入空気量を最大限に増大させることにより、車両の発
進時のスモーク発生を軽減することができる。
【0092】(燃料噴射時期の設定)本発明の特徴は、
上述の如く排気還流量の調節による間接的な空燃比制御
が行われているターボ過給機付ディーゼルエンジンにお
いて、エンジン1が定常運転状態から加速運転状態に移
行したときに、各気筒2の圧縮行程で燃料を早期及び後
期の2回に分けて噴射(以下、多段噴射という)させる
とともに、そのうちの後期噴射の時期を、加速運転状態
に移行する直前の定常運転状態の燃料噴射よりも遅い時
期に設定したことにある。
【0093】具体的に、エンジン1が定常運転状態のと
きには、図20(a)に例示するように各気筒2の圧縮
上死点近傍(図例ではATDC4°CA)で、インジェ
クタ5から燃料を1回の主噴射で一括して噴射させるよ
うにしており、特にエンジン1の低回転低負荷領域(例
えばエンジンのアイドリング運転状態に相当する運転領
域)においては、同図(b)に例示するように、その主
噴射の直前に所定量の燃料を噴射するパイロット噴射も
行うようにしている。
【0094】そして、エンジン1の運転状態が前記定常
運転状態から加速運転状態に移行したときには、同図
(c)に例示するように、インジェクタ5からの燃料噴
射を各気筒2の圧縮行程中期(図例ではBTDC90°
CA)での早期噴射と、圧縮上死点近傍での後期噴射と
に分けて実行させるとともに、該後期噴射をその終了時
期が前記定常運転状態における主噴射よりも遅くなるよ
うに遅角設定して、排気エネルギーの増大によりターボ
ラグの軽減を図るようにしている。
【0095】次に、前記ECU35による燃料噴射時期
制御の処理手順を図21〜23に示すフローチャート図
に基づいて具体的に説明する。この制御は、前記吸気絞
り弁制御等と同様、メモリ上に電子的に格納された制御
プログラムに従って、クランク角センサ9からの出力信
号に同期して所定クランク角毎に実行される。
【0096】まず、図21に示すように、スタート後の
ステップJ1、ステップJ2において排気還流制御等と
同様にしてそれぞれアクセル開度Acc及びエンジン回転
数Neを検出し、続いて、水温センサからの出力信号に基
づいてエンジン水温を読み込み、さらに、燃料噴射量F
及びコモンレール圧力CRPを読み込む(ステップJ3〜
J5)。
【0097】続いて、ステップJ6では、排気還流制御
における過渡判定(図11参照)と同様にして、エンジ
ン1が加速運転状態になったか(加速開始か?)どうか
を判定する。すなわち、アクセル開度の変化に対応する
加速係数αと燃料噴射量Fの変化に対応する噴射量変化
係数βとに基づいて、α≦1かつβ≦1の定常運転状態
からα>1又はβ>1に変化して、加速運転状態になっ
たYESと判定されたとき、ステップJ7に進む一方、
それ以外の場合、即ち前記定常運転状態であるか又は継
続して加速運転状態になっていれば、ステップJ9に進
む。
【0098】ステップJ7では、エンジン1が加速運転
状態に移行したときに多段噴射を行う期間であることを
示す多段噴射実行フラグFlagspの値を1とし(Flagsp=
1)、続くステップJ8で、前記多段噴射を行う期間を
計測するためのカウンタをリセットして(カウンタ値T
down=Tdown0)、図22のステップJ21に進み、後
述の如く燃料の多段噴射を実行する。つまり、エンジン
1の運転状態が定常運転状態から加速運転状態に移行し
たときには、燃料の多段噴射を開始させる。尚、前記カ
ウンタの初期値Tdown0は予め設定されているものであ
る。
【0099】これに対し、前記ステップJ6で、エンジ
ン1が定常運転状態であるか又は継続して加速運転状態
になっていると判定されて進んだステップJ9では、多
段噴射実行フラグFlagspの値が1であるか否かを判別
し、Flagsp=0でNOならば、多段噴射を行う期間でな
いと判定して図23のステップJ31に進む一方、Flag
sp=1でYESであればステップJ10に進んで、前記
カウンタをカウントダウンして、ステップJ11に進
む。このステップJ11では、カウンタ値Tdownが零に
なったか否かを判別し、カウンタ値Tdownが零でないN
Oと判別されれば、多段噴射を行う期間であると判定し
て図22のステップJ21に進む一方、カウンタ値Tdo
wn=0でYESであれば、多段噴射を行う期間は終了し
たと判定して、ステップJ12に進み、多段噴射実行フ
ラグFlagspをクリアして(Flagsp=0)、図23のステ
ップJ31に進む。
【0100】つまり、エンジン1の運転状態が定常運転
状態から加速運転状態に移行して、燃料の噴射形態を一
括噴射から多段噴射に切換えた後、カウンタにより計測
される設定時間が経過するまでは継続して多段噴射を行
わせる一方、その設定時間が経過すれば、エンジン1が
加速運転状態であっても一括噴射に切り換えるようにし
ている。
【0101】そして、図22のステップJ21では、コ
モンレール圧力CRP及び燃料噴射量Fに基づいて、これ
らの値に対応する燃料噴射パルス幅Wallをメモリ上の
マップから読み込む。この噴射パルス幅Wallは、各気
筒2の圧縮行程で燃料を早期噴射及び後期噴射の2回に
分けて多段噴射する場合に、その2回分の噴射パルス幅
を足し合わせたものに相当する。また、前記マップは、
コモンレール圧力CRP及び燃料噴射量Fの変化に対応す
る噴射パルス幅Wallの最適な値を実験的に求めて記録
したものであり、噴射パルス幅Wallは燃料噴射量Fが
大きいほど長く、またコモンレール圧力CRPが高いほど
短くなるように設定されている。
【0102】続いて、ステップJ22では、前記ステッ
プJ21で求めた噴射パルス幅Wallに基づいて、メモ
リに電子的に格納されたマップから後期噴射のパルス幅
W2を読み込んで決定する。このマップは、総噴射パル
ス幅Wallに対応する最適なW2の値を実験的に求めて記
録したものであり、図24に例示するように、W2はWa
llが相対的に小さい範囲ではそのWallと等しくなる一
方、Wallが相対的に大きな範囲では、W2の割合は徐々
に小さくなって最終的にWallの約半分になるように設
定されている。つまり、燃料噴射量の多いエンジン1の
加速運転状態では、後期噴射量は総噴射量の2/3〜1/
2になり、その結果、早期噴射量は総噴射量の1/3〜
1/2になる。
【0103】続いて、ステップJ23では、エンジン水
温やコモンレール圧力CRP等に基づいて、メモリに電子
的に格納された噴射タイミングマップから後期噴射タイ
ミングTW2を読み込む。この噴射タイミングマップは、
例えば図25(a)(b)に示す2つのマップ53a、
53bからなり、まず、同図(a)に示す基本マップ5
3aには、エンジン水温及びエンジン回転数Neに対応す
る基本的な後期噴射タイミングが実験的に求められて記
録されている。この基本マップ53aによれば、基本的
な後期噴射タイミングはエンジン水温が低いほど、また
エンジン回転数Neが高いほど早められるように設定され
ている。これは、エンジン水温やエンジン回転数Neが異
なれば燃料噴霧の着火遅れ時間が異なるからである。
【0104】また、同図(b)に示す遅角量マップ53
bには、コモンレール圧力CRPに対応する後期噴射タイ
ミングの最適な遅角量が実験的に求められて記録されて
おり、後期噴射タイミングの遅角量は、コモンレール圧
力CRPが極く低い間は零とされる一方、コモンレール圧
力CRPが高くなれば高いほど大きくなるように設定され
ている。
【0105】すなわち、後期噴射タイミングTW2は、基
本マップ53aに設定された基本的な噴射タイミングよ
りも遅くなるように遅角設定され、そのことによって気
筒の膨張行程での燃焼割合が高められて、ターボ過給機
25のタービン21に与えられる排気エネルギーが増大
するようになる。また、その遅角量はコモンレール圧力
CRPによって変化し、具体的には、コモンレール圧力CRP
が低いほど、燃料噴霧の形状等の燃料噴射状態が悪化す
るので、そのことによる着火遅れ時間の増大に対応する
ために噴射タイミングを早めるようにしている。一方、
コモンレール圧力CRPが高いほど、燃料液滴の微粒化が
進み着火遅れ時間が短くなるので、噴射タイミングを遅
らせることができる。
【0106】続いて、ステップJ24において、後期噴
射の噴射パルス幅W2及び噴射タイミングTW2を設定す
る。尚、この噴射タイミングTW2は燃料噴射を終了する
タイミングであり、噴射を開始するタイミングは前記噴
射タイミングTW2を基礎として、噴射パルス幅W2が長
いほど早められる一方、噴射パルス幅W2が短いほど遅
くされるようになっている。
【0107】続いて、ステップJ25では、噴射パルス
幅Wallから後期噴射のパルス幅W2を減算して、早期噴
射の噴射パルス幅W1を算出し、続くステップJ26で
は、エンジン水温及びコモンレール圧力CRPに基づい
て、例えば図26に例示するような噴射タイミングマッ
プ54から早期噴射タイミングTW1を読み込む。この噴
射タイミングマップ54には、エンジン水温及びコモン
レール圧力CRPに対応する最適な早期噴射タイミングが
実験的に求められて記録されている。このマップ54に
よれば、早期噴射タイミングはエンジン水温が高いほ
ど、またコモンレール圧力CRPが低いほど早められるよ
うになっている。
【0108】前記早期噴射の噴射タイミングマップ54
によれば、早期噴射の噴射タイミングTW1即ち燃料噴射
を終了するタイミングは、図27に例示するように気筒
の圧縮行程におけるBTDC90°〜30°CAの領域
内に設定されている。すなわち、早期噴射は燃焼室4の
筒内圧力があまり高くないときに行われるので、エンジ
ン水温が低いと、噴射した燃料の燃焼室4の壁面への付
着が問題になる。そこで、エンジン水温が低いほど噴射
タイミングを遅くさせて、燃料の壁面付着する量を減ら
すようにしている。また、コモンレール圧力CRPが低い
ほど、燃料噴霧の形状等の燃料噴射状態が悪化するの
で、噴射タイミングを早めてスモークの生成を抑える一
方、コモンレール圧力CRPが高いほど、燃料噴霧の貫徹
力が強くなって燃料が燃焼室4の壁面に付着しやすいの
で、この壁面付着を軽減するために噴射タイミングを遅
くするようにしている。
【0109】そして、ステップJ27において、早期噴
射の噴射パルス幅W1及び噴射タイミングTW1を設定し
て、しかる後にリターンする。
【0110】一方、図23のステップJ31では、コモ
ンレール圧力CRP及び燃料噴射量Fに基づいて、前記ス
テップJ21で用いたものと同様のマップから主噴射パ
ルス幅Wmを読み込む。この主噴射パルス幅Wmは、各気
筒2の圧縮上死点近傍で燃料を一括して噴射する主噴射
のためのものである。続いて、ステップJ32におい
て、エンジン水温及びエンジン回転数Neに基づいて、ス
テップJ23で用いた噴射タイミングの基本マップ53
a(図25(a)参照)から主噴射タイミングTmを読
み込み、続くステップJ33では、主噴射パルス幅Wm
及び主噴射タイミングTmを設定して、ステップJ34
に進む。尚、この主噴射タイミングTmも燃料噴射を終
了するタイミングである。
【0111】続いて、ステップJ34,J35では、今
度はパイロット噴射の実行判定を行う。すなわち、ステ
ップJ34では、エンジン回転数Ne及び燃料噴射量Fに
対応してエンジン1の運転領域を設定した領域判定マッ
プを参照し、続くステップJ35で、エンジン回転数Ne
及び燃料噴射量Fに基づいて、エンジン1の運転状態が
例えばアイドル運転時に対応する低回転低負荷運転領域
にあるかどうかを判定する。この判定がNOのときに
は、パイロット噴射は行わずにリターンする一方、判定
がYESのときにはステップJ36に進み、ステップJ
21,J31と同様にしてマップからパイロット噴射パ
ルス幅Wpを読み込む。このマップによれば、パイロッ
ト噴射パルス幅Wpは主噴射パルス幅Wmの約10%程度
で、コモンレール圧力CRPが高いほど短くなるように設
定されている。
【0112】続いて、ステップJ37では、前記パイロ
ット噴射パルス幅Wpと主噴射の噴射タイミングTmとに
基づいて、パイロット噴射の終了時期Tpを演算する。
すなわち、パイロット噴射の終了後に所定間隔を空けて
主噴射が開始されるようなパイロット噴射タイミングT
pを求める。そして、ステップJ38では、パイロット
噴射の噴射パルス幅Wp及び噴射タイミングTpを設定し
て、しかる後にリターンする。
【0113】つまり、エンジン1が定常運転状態になっ
ていて、かつ低負荷低回転運転領域にあるときには、パ
イロット噴射により前記主噴射の予混合燃焼における燃
焼圧力及び燃焼温度の急激な立ち上がりを緩和するよう
にしており、このことで、エンジン1の運転騒音を低減
させることができる。
【0114】前記図21に示すフローのステップJ6に
より、エンジン1の運転状態が定常運転状態から加速運
転状態へ移行したことを判定する加速判定手段35aが
構成されている。また、前記図22に示すフローのステ
ップJ21〜J27の各ステップにより、エンジン1の
運転状態が定常運転状態から加速運転状態に移行したこ
とが、前記加速判定手段35aにより判定されたとき
に、インジェクタ5による燃料噴射を、気筒2の圧縮行
程中期での早期噴射と圧縮上死点近傍で前記加速判定直
前の定常運転状態における主噴射よりも遅く終了する後
期噴射とに2段階に分けて実行させる噴射時期制御手段
35bが構成されている。
【0115】次に、この実施形態1に係る制御装置Aの
作用効果を、図28及び図29に基づいて説明する。
【0116】この実施形態では、車両の運転者がアクセ
ルを踏み込んで、エンジン1の運転状態が定常運転状態
から加速運転状態に移行したときに、前記アクセル操作
に応じて、エンジン1への要求出力の増大に対応するよ
うに燃料噴射量が増量されるとともに、まず、各気筒2
の圧縮行程中期で1回の燃焼サイクルにおける総噴射量
のうちの略1/3以上の燃料が早期噴射される。この早
期噴射された燃料は、気筒内の空気の流動によって空気
と混合されかつ十分に気化霧化して、ピストン3の上昇
に伴う気筒内圧の上昇と共に周囲の酸素と徐々に反応す
るようになる。そして、圧縮行程終期に燃焼室全体の温
度がいわゆる自己着火温度に達すると、弱い燃焼状態か
ら爆発的な燃焼状態へと移行する。
【0117】一方、前記の弱い燃焼によって燃焼室4の
温度及び圧力が上昇するため、圧縮上死点近傍で後期噴
射がなされると、その燃料噴霧は高温高圧になっている
燃焼室で速やかに気化霧化され、極く僅かな着火遅れ期
間を経て急速にかつ良好に燃焼される。
【0118】このような多段噴射による燃焼によれば、
まず、早期噴射された燃料噴霧が相対的に大きく広がっ
て空気と混合され、かつ十分に気化霧化して良好に燃焼
するので、燃焼室4の空気利用率が極めて高くなる。し
かも、その燃料噴霧は周囲の酸素と徐々に反応しながら
爆発的な燃焼状態へと移行してゆくので、自己着火後の
予混合燃焼が過度に激しくなることがない。すなわち、
多段噴射を行ったときには、例えば図28に実線で示す
ように各気筒2の筒内圧力Pは圧縮上死点(TDC)の
手前で一括噴射の場合(同図に破線で示す)よりも高く
なり、その後、爆発的な燃焼に移行して立ち上がるが、
そのピークは一括噴射の場合に比べてかなり低く、しか
もその燃焼圧力の立ち上がりも一括噴射の場合に比べて
緩やかになる。よって、NOxの生成が大幅に低減され
る。
【0119】また、後期噴射の時期は定常運転状態での
主噴射よりもかなり遅くされ、気筒の圧縮上死点以降に
噴射された燃料が膨張行程で燃焼するようになる。ここ
で、前記早期噴射により気筒の1回の燃焼サイクルにお
ける総燃料噴射量のうちの約1/3が既に噴射されてい
るので、総燃料噴射量がかなり多くても後期噴射される
燃料はあまり多くはならない。しかも、その後期噴射さ
れた燃料噴霧は、早期噴射の弱い燃焼によって既に高温
高圧になっている燃焼室4に噴射されて速やかに気化霧
化され、気筒の膨張行程であっても良好に燃焼される。
従って、スモークの生成量はあまり多くはならない。
【0120】さらに、後期噴射された燃料が気筒の膨張
行程で良好に燃焼される結果、ターボ過給機25のター
ビン21に供給される排気エネルギーは極めて高くな
り、ターボ過給機25の回転が速やかに上昇して過給圧
が高まる。つまり、エンジン1が加速運転状態に移行し
た直後から吸入空気量を迅速に増大させて、エンジン出
力を高めることができる。また、そのようにして過給圧
が高まれば、吸入空気量が迅速に増大する上、燃焼室4
の吸気流動が強くなるので、空気と燃料噴霧との混合状
態は極めて良くなり、そのことによってもスモークの生
成が抑制される。
【0121】図29は、燃料の多段噴射を実行したとき
の燃焼室4の熱発生率(図に実線で示す)を、一括噴射
のとき(図に破線で示す)と比較して示したものであ
り、多段噴射をしたときには、同図に斜線を入れて示す
領域(イ)の面積に相当する熱エネルギーが余計にター
ボ過給機25に与えられるようになる。また、同図に示
す領域(ロ)の面積に相当する熱エネルギーは早期噴射
された燃料の燃焼によるものであり、この発生熱によ
り、後期噴射された燃料を気筒の膨張行程であっても良
好に燃焼させることができるのである。
【0122】尚、図30には、燃料の多段噴射によるN
Oxやスモークの低減効果を示す実験結果の一例を示
し、この実験は直列4気筒直噴式ディーゼルエンジンを
用いて、低回転かつ中負荷の一定の運転条件の下でEG
R率を所定範囲内で変化させながら、燃料を多段噴射す
る場合と一括噴射する場合のそれぞれについて排気中の
NOx濃度とスモーク濃度をと計測したものである。但
し、多段噴射における後期噴射の終了時期は一括の主噴
射の終了時期と同じにしている。
【0123】同図によれば、燃料を多段噴射すること
で、一括噴射のときよりもNOx濃度が大幅に低減して
おり、特に、EGR率が同図に示す点Xに対応する値よ
りも低ければ、スモークも低減することが見て取れる。
このことから、エンジン1が加速運転状態に移行して、
燃焼室4への排気の還流量が減少した状態では、燃料の
多段噴射によってNOx及びスモークを両方共に減らす
ことができることが分かる。
【0124】したがって、この実施形態に係るターボ過
給機付ディーゼルエンジンの制御装置Aによれば、エン
ジン1の運転状態が定常運転状態から加速運転状態へ移
行したとき、エンジン1への要求出力の増大に対応する
ように燃料噴射量が増量されるとともに、各気筒毎にイ
ンジェクタ5から燃料が早期と後期の2段階に分けて噴
射され、かつ該後期噴射の時期が遅角されることで、排
気中のスモーク増大を抑えながら、排気エネルギーを極
めて大きくすることができ、そのことによりターボラグ
を解消することができる。
【0125】特にこの実施形態では、ターボ過給機25
のタービン21よりも排気上流側の排気通路20から排
気の一部を取り出して、EGR通路23により急気通路
10に還流させるようにしているので、排気エネルギー
の一部がタービン21に供給されずに前記EGR通路2
3から逃げて、ターボラグの増大を招く虞れがある。ま
た、エアフローセンサ11からの出力信号に基づいてE
GR弁24の開度を制御して、燃焼室4の空燃比が目標
値になるように前記排気の還流量を調節するようにして
いるので、例えば車両の発進時のようにエンジンが低回
転域での定常運転から加速運転に移行すると、EGR弁
24の閉作動の遅れに起因して排気還流量が過剰になっ
てしまい、吸入空気量不足に起因するターボラグの悪影
響が大きくなりやすい。従って、このような構成におい
て、燃料の多段噴射と後期噴射の遅角とにより、スモー
ク増大を抑制しつつターボラグを軽減できるという作用
効果は極めて有効なものになる。
【0126】(実施形態2)図31は、本発明の実施形
態2における早期噴射時期の設定の具体的な処理手順を
示す。この実施形態2に係るターボ過給機付ディーゼル
エンジンの制御装置Aの構成は実施形態1のものと同様
なので、実施形態1と同じ構成要素については同一符号
を付して、その説明は省略する。
【0127】そして、この実施形態2の制御装置Aにお
いては、前記実施形態1のものと同様、エンジン1が定
常運転状態から加速運転状態に移行したときに、燃料の
多段噴射が行われかつ後期噴射が遅角されるようになっ
ており、これに加えて、早期噴射をさらに2回に分けて
行わせるようにしている。
【0128】具体的に、この実施形態における燃料噴射
時期の制御では、エンジン1が定常運転状態から加速運
転状態に移行して、燃料の多段噴射を行う期間であるこ
とが判定され(図21参照)、後期噴射の噴射パルス幅
W2と噴射タイミングTW2とが設定されて(図22のス
テップJ21〜J24)、次のステップJ25で早期噴
射パルス幅W1が算出された後、図31に示すステップ
J41に進む。このステップJ41では、早期噴射パル
ス幅W1の大きさが予め設定した所定量以上であるか否
かを判別する。そして、所定量以上でないNOであれば
ステップJ48に進む一方、所定量以上でYESであれ
ば、ステップJ42及びステップJ43に進んで、早期
噴射パルス幅W1をさらに第1及び第2の2つのパルス
幅W11,W12に分割する。
【0129】すなわち、まず、ステップJ42では、早
期噴射パルス幅W1に所定の分割係数ε(ε=0.1〜
0.5)を乗算して、第1噴射パルス幅W11を算出し、
続くステップJ43では、早期噴射パルス幅W1から第
1噴射パルス幅W11を減算して、第2噴射パルス幅W12
を算出する。そして、続くステップJ44では、エンジ
ン水温及びコモンレール圧力CRPに基づいて、前記実施
形態1におけるものと同様の噴射タイミングマップ54
(図26参照)から第1噴射タイミングTW11を読み込
み、続くステップJ45で、第1噴射の噴射パルス幅W
11及び噴射タイミングTW11を設定する。
【0130】続いて、ステップJ46では、前記第1噴
射タイミングTW11、第2噴射パルス幅W12、及び予め
設定されている最小パルス間隔W0(例えば、100〜10
00マイクロ秒)に基づいて、第2噴射タイミングTW
12を演算する。すなわち、第1噴射の終了タイミング
TW11から最小パルス間隔W0及び第2噴射パルス幅W12
の分だけ遅らせた時期を第2噴射の終了タイミングTW1
2とする。そして、ステップJ47に進んで、第2噴射
の噴射パルス幅W12及び噴射タイミングTW12を設定
し、しかる後にリターンする。つまり、早期噴射の噴射
量が多くなって早期噴射パルス幅W1が所定量以上に大
きくなれば、早期噴射を第1及び第2噴射の2回に分け
るようにしている。
【0131】一方、前記ステップJ41で、早期噴射パ
ルス幅W1の大きさが予め設定した所定量よりも小さい
と判定された場合には、早期噴射の分割は行わない。す
なわち、ステップJ48及びJ49において、前記実施
形態1の場合と同様に(図22のステップJ26,J2
7参照)エンジン水温及びコモンレール圧力CRPに基づ
いて噴射タイミングマップ54から早期噴射タイミング
TW1を読み込み、その読み込んだ早期噴射タイミングT
W1と早期噴射パルス幅W1を設定して、しかる後にリタ
ーンする。
【0132】したがって、この実施形態2によれば、前
記実施形態1と同じく、エンジン1の運転状態が定常運
転状態から加速運転状態へ移行したときに、燃料の多段
噴射と後期噴射の遅角とが行われて、排気中のNOxを
低減しかつスモーク増大を抑制しながら、排気エネルギ
ーを高めてターボラグを解消することができる。
【0133】さらに、早期噴射の噴射量が多い場合に
は、その早期噴射を2回に分けて行わせ、その早期噴射
した燃料の空気との混合状態をさらに改善することがで
きる。このことで、NOx及びスモークのより一層の低
減が図られる。
【0134】(他の実施形態)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、前記実施形態1に
おける燃料の多段噴射では、早期噴射及び後期噴射を各
1回づつ行わせるようにしており、また、実施形態2で
は、早期噴射をさらに2回に分けていて、圧縮行程で合
計3段階の多段噴射を行わせるようにしているが、これ
に限らず、早期噴射を3回以上としてもよい。その場
合、各早期噴射をいずれも圧縮行程でかつBTDC30
°CAで実行し、かつそれらの早期噴射による合計の噴
射量を気筒の1燃焼サイクルにおける燃料噴射量の1/
3以上とすることが好ましい。
【0135】また、前記各実施形態では、エンジン1の
各気筒毎への排気還流量を調節することで、該各気筒2
の燃焼室4における空燃比を均一にかつ目標値になるよ
うに制御しているが、これに限らず、4つの気筒2の全
部について排気還流量をまとめて制御するようにしても
よい。また、本発明は排気還流制御が行われていないエ
ンジンにも適用でき、その場合にも排気中の有害成分を
低減することは可能である。
【0136】さらに、前記各実施形態では、本発明をコ
モンレール式燃料噴射系が装備されてい直噴式るディー
ゼルエンジン1に適用しているが、これに限らず、コモ
ンレール式燃料噴射系の代わりに各気筒毎にユニットイ
ンジェクタが設けられているディーゼルエンジンにも適
用可能である。
【0137】
【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ディーゼルエンジンの制御装
置によると、エンジンの運転状態が加速運転状態へ移行
したとき、燃料噴射弁により燃料を、気筒の圧縮行程で
噴射を終了する最初の燃料噴射と圧縮上死点近傍で行う
最後の燃料噴射とを含む多段階に分けて噴射させ、かつ
そのうちの最後の燃料噴射を、加速運転状態へ移行する
直前の圧縮上死点近傍での燃料噴射よりも遅く行わせる
ことで、該最後の燃料噴射による燃料噴霧の一部を気筒
の膨張行程で燃焼させて、排気エネルギーを高めること
により、ターボ過給機の過給圧を迅速に高めることがで
きる。また、前記最後の燃料噴射は、既に燃焼が始まっ
て高温高圧になっている燃焼室に噴射されて速やかに気
化霧化されるので、気筒の膨張行程であっても良好な燃
焼状態となり、スモークの生成量はあまり多くはならな
い。よって、排気中のスモーク増大を抑えながら排気エ
ネルギーを高めて、ターボラグを大幅に軽減することが
できる。
【0138】また、請求項2記載の発明によると、各気
筒毎に1回の燃焼サイクルにおける燃料噴射量の1/3
以上を圧縮上死点前30°CA以前の圧縮行程で早期噴
射し、かつ残りの燃料を圧縮上死点近傍で後期噴射する
ことで、請求項1記載の発明の効果を十分に得ることが
できる。
【0139】請求項3記載の発明によると、後期噴射を
気筒の膨張行程で終了させることで、後期噴射された燃
料噴霧の多くを気筒の膨張行程で燃焼させて、確実に排
気エネルギーを高めてターボラグを解消できる。
【0140】請求項4記載の発明によると、後期噴射に
よる燃料噴射量を加速判定直前の総燃料噴射量よりも多
くさせることで、エンジン出力を高めかつ排気エネルギ
ーを十分に大きくさせることができる。
【0141】請求項5記載の発明によると、早期噴射を
さらに2段階に分けることで、燃料と空気との混合状態
を改善して、NOx及びスモークの生成を抑制できる。
【0142】請求項6記載の発明によると、エンジンの
定常運転時に排気還流を行うようにしたものにおいて、
車両の発進時等に燃料の多段噴射と後期噴射の遅角とを
行って、スモークの増大を抑制しつつターボラグを軽減
できるという効果は特に有効なものになる。
【0143】請求項7記載の発明によると、前記請求項
6記載の発明による効果に加えて、ターボ過給機のター
ビンよりも排気上流側から排気を取り出すようにしたも
のにおいてターボラグを軽減できることがさらに有効な
効果を奏する。
【0144】請求項8記載の発明によると、吸気量セン
サからの信号に基づいてエンジンの吸気系への排気還流
量をフィードバック制御するようにしたものにおいて、
スモーク増大を抑制しつつターボラグを軽減できるとい
う効果が極めて有効なものになる。
【0145】請求項9記載の発明によると、いわゆるコ
モンレール式燃料噴射系によって、噴射時期制御手段に
よる燃料噴射時期の制御が実現できる。
【0146】請求項10記載の発明によると、多段階の
燃料噴射に伴う燃費の悪化を全体として抑制できる。
【0147】請求項11記載の発明によると、パイロッ
ト噴射によってエンジンの運転騒音の低減が図られる。
【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】排気還流及び燃料噴射量制御の基本フローを示
す図である。
【図9】エンジンの吸入空気流量の時間変化を示すグラ
フ図である。
【図10】吸入空気量の算出手順を示すフローチャート
図である。
【図11】過渡判定の処理手順を示すフローチャート図
である。
【図12】EGR弁操作量の算出手順を示すフローチャ
ート図である。
【図13】プリセットを与える制御の処理手順を示すフ
ローチャート図である。
【図14】過渡時の燃料噴射量制御の処理手順を示すフ
ローチャート図である。
【図15】定常時の目標空燃比、過渡時の目標空燃比及
び過渡時の限界空燃比の関係を示すグラフ図である。
【図16】排気還流制御の制御ゲインを補正する手順を
示すフローチャート図である。
【図17】吸気絞り量及びエンジン回転数に対するゲイ
ン補正係数を設定したマップの一例を示す図である。
【図18】吸気絞り弁制御の処理手順を示すフローチャ
ート図である。
【図19】燃料噴射量及びエンジン回転数に対する吸気
絞り量を設定したマップの一例を示す図である。
【図20】燃料の多段噴射及び一括噴射の時期をそれぞ
れ示すタイムチャート図である。
【図21】コントロールユニットで行われる燃料噴射時
期制御の処理手順の前半部を示すフローチャート図であ
る。
【図22】燃料噴射時期制御の後半部で多段噴射の場合
の処理手順を示すフローチャート図である。
【図23】燃料噴射時期制御の後半部で一括噴射の場合
の処理手順を示すフローチャート図である。
【図24】燃料の総噴射パルス幅に対する後期噴射パル
ス幅を設定したマップの一例を示す図である。
【図25】エンジン水温及びエンジン回転数に対する基
本的な噴射タイミングを設定した基本マップの一例を示
す図(a)、及び、コモンレール圧力に対する噴射タイ
ミングの遅角量を設定した遅角量マップの一例を示す図
(b)である。
【図26】エンジン水温及びコモンレール圧力に対する
噴射タイミングを設定した噴射タイミングマップの一例
を示す図である。
【図27】早期噴射の終了タイミングが含まれる領域を
示した説明図である。
【図28】燃料を多段噴射しかつ後期噴射を遅角させた
ときの燃焼圧波形を一括噴射したときのものと比較して
示す説明図である。
【図29】燃焼室における熱発生率のクランク角に対す
る変化を、燃料を多段噴射しかつ後期噴射を遅角させた
ときと一括噴射したときとを対比させて示す説明図であ
る。
【図30】燃料を多段噴射したときと一括噴射したとき
のそれぞれについて、EGR率を所定範囲で変化させた
ときの排気中のNOx濃度とスモーク濃度とを互いに関
連づけて示すグラフ図である。
【図31】実施形態2において、早期噴射をさらに2回
に分ける場合の噴射時期の設定手順を示すフローチャー
ト図である。
【符号の説明】
A ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御装置 1 ディーゼルエンジン 2 気筒 4 燃焼室 5 インジェクタ(燃料噴射弁) 6 蓄圧室 10 吸気通路(吸気系) 11 エアフローセンサ(吸気量センサ) 20 排気通路 21 タービン 23 EGR通路(排気還流通路) 24 EGR弁(排気還流量調節弁) 25 ターボ過給機 35a 加速判定手段 35b 噴射時期制御手段 35c 噴射量制御手段 35d 排気還流制御手段
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) 3G301 HA02 HA06 HA11 HA13 JA14 JA25 JA26 KA08 KA12 KA24 KA25 LA00 LB06 MA01 MA11 MA19 MA20 MA23 MA26 NA01 NA03 NA04 NA08 NB11 NC02 ND01 ND05 NE01 NE12 NE13 NE15 NE17 NE22 PA04Z PA07Z PB08A PB08Z PB10Z PD15A PD15Z PE01Z PE03Z PE05Z PE06Z PE08Z PF03Z PF04Z

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンの気筒内燃焼室に燃料を噴射す
    る燃料噴射弁と、 エンジンの排気により吸気を過給するターボ過給機とを
    備え、 エンジンの加速運転状態への移行時に前記燃料噴射弁に
    よる燃料噴射量を増加させるようにしたディーゼルエン
    ジンの制御装置において、 エンジンが加速運転状態へ移行したことを判定する加速
    判定手段と、 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、前記燃料噴射弁による燃料噴射
    を、気筒の圧縮行程で終了する最初の噴射と、前記加速
    判定直前の圧縮上死点近傍における燃料噴射よりも遅く
    終了する最後の噴射とを含む多段階に分けて実行させる
    噴射時期制御手段とが設けられていることを特徴とする
    ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、 噴射時期制御手段は、燃料噴射弁による燃料噴射を、各
    気筒毎の1回の燃焼サイクルにおける総燃料噴射量の1
    /3以上が圧縮上死点前30°CA以前の圧縮行程で早
    期噴射され、かつ残りの燃料が圧縮上死点近傍で一括し
    て後期噴射されるように少なくとも2段階に分けて実行
    させるものであることを特徴とするターボ過給機付ディ
    ーゼルエンジンの制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項2において、 後期噴射は気筒の膨張行程で終了することを特徴とする
    ターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項2において、 後期噴射による燃料噴射量は、加速判定直前の燃料噴射
    量の総量よりも多いことを特徴とするターボ過給機付デ
    ィーゼルエンジンの制御装置。
  5. 【請求項5】 請求項2において、 早期噴射は2段階に分けて行われることを特徴とするタ
    ーボ過給機付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、 エンジンが定常運転状態にあるときに吸気系に排気の一
    部を還流させる排気還流手段が設けられていることを特
    徴とするターボ過給機付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、 排気還流手段は、ターボ過給機のタービンよりも排気上
    流側の排気通路と接続エンジンの吸気系とを連通する排
    気還流通路を備えていることを特徴とするターボ過給機
    付ディーゼルエンジンの制御装置。
  8. 【請求項8】 請求項6において、 エンジンの吸気通路における吸入空気量を計測する吸気
    量センサと、 アクセル操作量に応じて燃料噴射弁による燃料噴射量を
    制御する噴射量制御手段とが設けられ、 排気還流手段は、 前記吸気通路と排気通路とを連通する排気還流通路と、 前記排気還流通路における排気の還流量を調節する排気
    還流量調節弁と、 前記排気還流量調節弁の開度を、前記吸気量センサによ
    り計測された吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて求め
    られる燃焼室の空燃比が、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フィードバック制御する
    排気還流制御手段とを備えていることを特徴とするター
    ボ過給機付ディーゼルエンジンの制御装置。
  9. 【請求項9】 請求項1において、 燃料を噴射圧以上の高圧状態で蓄える蓄圧室に燃料噴射
    弁が接続されたコモンレール式燃料噴射系を備えている
    ことを特徴とするターボ過給機付ディーゼルエンジンの
    制御装置。
  10. 【請求項10】 請求項1において、 噴射時期制御手段は、エンジンが定常運転状態にあると
    きには、燃料噴射弁による燃料噴射を圧縮上死点近傍で
    一括して実行させるように構成されていることを特徴と
    するターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御装置。
  11. 【請求項11】 請求項1において、 噴射時期制御手段は、エンジンが定常運転状態の低回転
    低負荷運転領域にあるときには、燃料噴射弁による燃料
    噴射を圧縮上死点近傍での主噴射とその直前のパイロッ
    ト噴射とに分けて実行させるように構成されていること
    を特徴とするターボ過給機付ディーゼルエンジンの制御
    装置。
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