JP2001227381A

JP2001227381A - ディーゼルエンジンの制御装置

Info

Publication number: JP2001227381A
Application number: JP2000035552A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hayashibara; 寛林原; Tomomi Watanabe; 友巳渡辺; Ichiji Kataoka; 一司片岡; Kenichi Morisane; 健一森実; Keiji Araki; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2001-08-24
Anticipated expiration: 2020-02-14
Also published as: JP4253984B2

Abstract

(57)【要約】【課題】排気浄化用触媒３０を備えた直噴式ディーゼ
ルエンジン１の始動後に、燃費の悪化を最小限に抑えな
がら触媒３０の早期昇温を促進し、併せてエンジン１の
振動騒音の低減を図る。【解決手段】直噴式ディーゼルエンジン１が冷間始動
後に実質的に継続してアイドル運転状態になっていると
き、まず設定期間が経過するまで（ｔ0〜ｔ1）、インジ
ェクタ５により燃料の主噴射に先立ってパイロット噴射
を行わせるとともに、燃料噴射量を増量補正しかつ噴射
時期を大きく遅角させて、排気温度を大幅に高めること
で、触媒の早期昇温を促進する（Ｓ５〜Ｓ８）。次に設
定期間が経過して、触媒の温度状態が所定温度域に達す
れば、吸気絞り弁２６を全閉状態にさせることで、エン
ジン１の振動騒音を低減するとともに、排気中の未燃燃
料を増加させてその反応熱により触媒を暖める（Ｓ９〜
Ｓ１２）。また、燃料噴射時期は相対的に進角させるこ
とで、失火等を防止する（Ｓ１３）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気浄化用の触媒
を備えるとともに、燃料の主噴射に先だってパイロット
噴射を行うようにした直噴式ディーゼルエンジンの制御
装置に関し、特に、エンジン始動後の排気有害成分の低
減や騒音抑制のための対策に係る。

【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、例えば特開平１１−９３７３５号公
報に開示されるように、直噴式ディーゼルエンジンにお
いて、エンジンの未暖機状態でパイロット噴射を行うこ
とにより、主噴射の前に火種を形成させて着火安定性を
高め、失火の防止や燃焼騒音の低減を図るようにしたも
のが知られている。このものでは、エンジン水温が低い
ほどパイロット噴射量を増やすことにより、主噴射され
た燃料が着火するときの燃焼室の温度状態をエンジンの
未暖機状態でも暖機後と略同じに保って、上述の失火や
騒音の低減とＮＯｘ生成の抑制とを両立させるようにし
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、環境
保護の観点から、エンジンの排気有害成分を従来よりも
大幅に低減することが求められており、これを受けて、
ディーゼルエンジンにも例えば排気中のＮＯｘを除去す
るための触媒を装備することが提案されている。

【０００４】しかしながら、一般に触媒の排気浄化性能
はその温度状態によって大きく左右されるので、例えば
自動車用ガソリンエンジンの場合には、排気有害成分の
殆どが触媒の活性化していないエンジンの冷間始動直後
に大気中に排出されているという実状がある。この点に
ついて、熱効率に優れるディーゼルエンジンではガソリ
ンエンジンよりも排気温度が低いことから、例えばアイ
ドル運転状態等の低回転低負荷の運転状態では排気によ
って触媒の温度状態を効果的に高めることができず、前
記の問題点は極めて大きいと考えられる。

【０００５】これに対し、エンジンの冷間始動後にアイ
ドル運転時であっても燃料噴射量を大幅に増量したり、
或いは気筒の膨張行程ないし排気行程で追加の燃料噴射
を行うことで、意図的に排気温度を高めるようにするこ
とも考えられるが、このようにした場合、燃費の著しい
悪化を招くことは避けられない。また、一般に、エンジ
ンの未暖機状態では燃料の着火安定性を高めるために燃
料噴射時期を進角させることが多いので、前記のように
燃料噴射量を大幅に増やすと、エンジンの振動騒音が過
大になってしまう。

【０００６】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、排気浄化用触媒を備
えたディーゼルエンジンの始動後に主に燃料噴射時期や
吸入空気量の制御手順に工夫を凝らすことで、燃費の悪
化を最小限に抑えながら触媒の早期昇温を促進し、併せ
てエンジンの振動騒音の低減を図ることにある。

【０００７】

【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、パイロット噴射による着火
安定性の向上を利用して、エンジン始動後にまず、燃料
噴射時期を遅角させ、排気温度を高めて触媒の早期昇温
を促進し、続いて、設定期間の経過後には燃料噴射時期
を進角させて着火安定性をさらに高めるとともに、エン
ジンの吸入空気量を強制的に減少させることで、触媒に
供給される排気中の未燃燃料を増大させて、その未燃燃
料の反応熱によって触媒の昇温を図るようにした。

【０００８】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の気筒内燃焼室４に燃料を直接、噴
射する燃料噴射弁５と、エンジン１からの排気を浄化す
る触媒３０と、エンジン１が始動後に所定の低回転低負
荷運転状態になっているときに、前記燃料噴射弁５によ
り燃料の主噴射とこれに先立つパイロット噴射とを行わ
せる燃料噴射制御手段４０ａ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、前記燃焼室４
への吸入空気量を調節する吸気量調節手段１００と、エ
ンジン始動後の設定期間であることを判定する判定手段
４０ｂと、該判定手段４０ｂにより設定期間であると判
定されたとき、前記燃料噴射弁５によるパイロット噴射
及び主噴射の時期を、該主噴射が気筒の圧縮上死点後に
開始されるよう遅角側に設定する一方、設定期間の経過
後は該両噴射時期を相対的に進角側に変更設定する噴射
時期設定手段４０ｃと、該設定期間の経過後、その経過
前に比べて燃焼室４への吸入空気量が減少するように、
前記吸気量調節手段１００を作動制御する吸気量制御手
段４０ｄとを備える構成とする。

【０００９】前記の構成により、エンジン１が始動後に
所定の低回転低負荷運転状態になっているときに、設定
期間が経過するまでは燃料噴射弁５によるパイロット噴
射及び主噴射の時期が噴射時期設定手段４０ｃにより遅
角側に設定される。すなわち、パイロット噴射により燃
焼室４の温度及び圧力状態が高められ、かつ火種が形成
されて、これに続く主噴射燃料の着火安定性及び燃焼性
が向上することを利用して、該主噴射の時期を通常の運
転状態に比べて大幅に遅角側に設定し、これにより、排
気温度を十分に高めて触媒の早期昇温を促進することが
できる。しかも、前記のように燃焼性が向上しているの
で、噴射時期の遅角によって燃費が著しく悪化すること
はない。

【００１０】また、前記設定期間の経過後は、前記パイ
ロット噴射及び主噴射の時期が相対的に進角側に変更設
定されるとともに、吸気量制御手段４０ｄによる吸気量
調節手段１００の作動制御が行われて、設定期間の経過
前に比べて燃焼室４への吸入空気量が減らされる。そし
て、この吸入空気量の減少によって排気中の未燃燃料が
増え、触媒３０における未燃燃料の反応熱が増大するこ
とで、該触媒３０の昇温が図られる。この際、吸入空気
量の減少によって実質的に気筒の圧縮比が小さくなるの
で、エンジン１の振動騒音が低減し、しかも、圧縮損失
の低減により燃費改善が図られる。また、パイロット噴
射と噴射時期進角とによって燃料の着火安定性が確保さ
れているので、吸入空気量を減少させても失火に至る虞
れはない。

【００１１】従って、この発明によれば、エンジン始動
後に燃費の悪化を回避しつつ、触媒３０の早期昇温を促
進することができ、併せてエンジン１の振動騒音の低減
が図られる。

【００１２】請求項２の発明では、吸気量制御手段を、
燃焼室の平均的な空気過剰率λがλ＜１となるように、
吸気量調節手段により燃焼室への吸入空気量を減少させ
るものとする。こうすることで、燃焼室が平均的に燃料
の過剰な状態になるので、排気中の未燃燃料が極めて多
くなり、その反応熱が十分に大きくなる。

【００１３】請求項３の発明では、設定期間を、エンジ
ンの始動から触媒の温度状態が浄化性能の高い所定温度
域に達するまでの期間とする。こうすることで、触媒の
温度状態が所定温度域に達するまで、燃料噴射時期の遅
角により排気温度を高めて、触媒の早期昇温を促進でき
る。尚、前記所定温度域とは、例えば、触媒による排気
有害成分の浄化率が最高値の約８０％以上になるような
温度域とすればよい。

【００１４】請求項４の発明では、噴射時期設定手段
を、吸気量制御手段による吸気量調節手段の制御によっ
て燃焼室への吸入空気量が減少した後に、燃料噴射時期
の変更設定を行う構成とする。

【００１５】すなわち、一般的に、エンジンの吸入空気
量の制御は燃料噴射時期の制御に比べて時間遅れが大き
いので、該両方の制御を同時に行うと、燃焼室への吸入
空気量が減少する前に燃料噴射時期が進角されてしま
い、このときに過大なショックや騒音が発生するという
弊害の生じる虞れがある。そこで、この発明では、燃焼
室への吸入空気量が実際に減少した後に、燃料噴射時期
を変更設定することで、吸気量調節手段による吸入空気
量の調節の時間遅れが大きくても、前記のような弊害の
ことを防止できる。

【００１６】請求項５の発明では、判定手段により設定
期間であると判定されたとき、燃料噴射弁による燃料の
噴射量を増量補正する噴射量補正手段を備えるものとす
る。こうすることで、燃料噴射量の増量補正によっても
着火安定性を向上できるとともに、排気温度をさらに高
めて、触媒の早期昇温を可及的に促進できる。

【００１７】

【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。

【００１８】（全体構成）図２は本発明の実施形態１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の中心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、燃料をその噴射圧
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）を検出する燃料圧力セン
サ６ｂが配設されている。

【００１９】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６内の燃料の圧力状態がエンジン１の運転状
態に対応する所定の状態に保持されるようになってい
る。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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燃焼室４に
供給する吸気通路２０が接続されている。この吸気通路
２０の下流端部にはサージタンク２１が設けられ、この
サージタンク２１から分岐した各通路がそれぞれ図示し
ない吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に連通してい
る。また、サージタンク２１には、後述のターボ過給機
３１により圧送される吸気の圧力状態を検出する過給圧
センサ２２が配設されている。さらに、前記吸気通路２
０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、バタ
フライバルブからなる吸気絞り弁２６（吸気量調節手
段）とが設けられている。この吸気絞り弁２６は、図示
しないが、弁軸がステッピングモータにより回動され
て、全閉から全開までの任意の状態に位置づけられるよ
うになっており、また、全閉状態でも空気が流入するよ
うに切り欠きが設けられている。

【００２３】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（排気）
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
ている。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コンバータ３０とが配設され
ている。前記タービン２９と吸気通路２０のブロワ２４
とからなるターボ過給機３１は、詳細は図示しないが、
可動式のフラップによりタービン２９への排気流路の断
面積（ノズル断面積）を変化させるようにしたＶＧＴ
（バリアブルジオメトリーターボ）であり、前記フラッ
プは、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によって回動されるように
なっている。

【００２４】また、前記触媒コンバータ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
イト製担体を有するものであり、その担体の各貫通孔壁
面にいわゆるリーンＮＯｘ触媒の触媒層が形成されてい
る。このリーンＮＯｘ触媒は、排気中の酸素濃度が高い
とき、即ち燃焼室４の平均的な空気過剰率λが１よりも
大きなリーン状態であっても、排気中のＮＯｘを還元浄
化できるとともに、理論空燃比付近では三元触媒として
も働くものである。

【００２５】詳しくは、前記リーンＮＯｘ触媒は、例え
ば、ゼオライトに白金Ｐｔを乾固担持させてなる触媒粉
をバインダにより前記担体に担持させることによって触
媒層を形成したものが用いられており、このリーンＮＯ
ｘ触媒による排気中のＮＯｘ浄化性能は、図３に一例を
示すような温度依存性を示す。すなわち、この触媒によ
る排気中のＮＯｘ浄化率は約２５０〜４００°Ｃの温度
範囲（所定温度域）で極めて高くなるものの、それより
も温度状態の低いときには（未活性状態）、温度が低い
ほどＮＯｘ浄化率も急速に低下する。また、反対に触媒
の温度状態が４００°Ｃ以上になると、ＮＯｘ浄化率は
温度上昇とともに低下する。

【００２６】さらに、前記排気通路２８は、タービン２
９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おり、このＥＧＲ通路３３の下
流端が吸気絞り弁２６及びサージタンク２１の中間の吸
気通路２０に接続されていて、排気通路２８から取り出
した排気の一部を吸気通路２０に還流させるようになっ
ている。また、該ＥＧＲ通路３３の途中の下流端寄りに
は、開度調節可能な排気還流量調節弁（以下ＥＧＲ弁と
いう）３４が配置され、このＥＧＲ弁３４が前記ターボ
過給機３１のフラップと同様に負圧駆動式アクチュエー
タ３５により開閉作動されることで、ＥＧＲ通路３３の
通路断面積がリニアに変化されて、吸気通路２０に還流
される排気の流量が調節されるようになっている。

【００２７】前記各インジェクタ５、燃料供給ポンプ
８、吸気絞り弁２６、ターボ過給機３１、ＥＧＲ弁３４
等は、いずれもコントロールユニット（Electronic Con
torolUnit：以下ＥＣＵという）４０からの制御信号に
よって作動する。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１
６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。

【００２８】そして、前記ＥＣＵ４０による基本的な制
御としては、主にアクセル開度に基づいて目標燃料噴射
量を決定し、インジェクタ５の作動制御によって燃料噴
射量及び噴射時期をエンジン１の運転状態に応じて制御
するとともに、高圧供給ポンプ８の作動によりコモンレ
ール圧、即ち燃量噴射圧力を制御する。また、吸気絞り
弁２６及びＥＧＲ弁３４の作動制御によって吸入空気量
を調節することで、燃焼室４の平均的な空気過剰率を制
御する。さらに、フラップの作動制御（ＶＧＴ制御）に
よってターボ過給機３１の過給効率を高めるようにして
いる。

【００２９】具体的に、例えば燃料噴射制御について
は、予め、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のマップを
ＥＣＵ４０のメモリに電子的に格納しておいて、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を前記燃料噴射量
マップから読み込み、その基本的な燃料噴射量のをエン
ジン水温や過給圧等に応じて補正する。また、同様のマ
ップから噴射時期の制御データを読み込む。

【００３０】前記噴射時期マップによれば、例えば図４
(a)に模式的に示すように、エンジン１が高負荷域にあ
るときにはインジェクタ５により燃料を気筒２の圧縮上
死点（ＴＤＣ）近傍で一括して主噴射させる一方、エン
ジン１が低負荷ないし中負荷域にあるときには、同図
(b)に示すように、前記主噴射に先立ってインジェクタ
５により所定量（例えば主噴射量の１０〜４０％）の燃
料を気筒２の圧縮行程でパイロット噴射させるようにし
ている。また、エンジン高負荷側ほど、燃料噴射量の増
量に対応するように主噴射の開始時期を進角させるよう
にしている。

【００３１】また、前記ＥＧＲ弁３４の作動制御（ＥＧ
Ｒ制御）としては、例えば、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るととも
に、エアフローセンサ出力に基づいて各気筒２の燃焼室
４への実際の吸入空気量を検出し、この検出値と各気筒
２毎の燃料噴射量とに基づいて、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ようにしている。つま
り、気筒２毎の排気還流量を調節することにより、燃焼
室４への新気（外気）の吸入量を変化させて、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。また、吸気絞り弁２６の作動制御
としては、前記のようなＥＧＲ制御により所要量の排気
を還流させるために、主としてエンジン１のアイドル運
転時に吸気絞り弁２６を全閉状態として、吸気通路２０
に負圧を発生させる一方、それ以外の運転状態では吸気
絞り弁２６は概ね全開状態とするようにしている。

【００３２】尚、一般的に、直噴式ディーゼルエンジン
においては、排気の還流量を増やして初期燃焼の立ち上
がりを穏やかにさせることで、ＮＯｘの生成を抑制でき
るが、排気還流量が増えればその分、新気の吸入空気量
が減少して、燃焼室の平均的な空気過剰率λが小さくな
り、図５に一例を示すようにスモークの生成量が増加す
る傾向がある。そこで、この実施形態におけるＥＧＲ弁
３４の制御では、前記空気過剰率λの目標値をスモーク
のあまり増加しない範囲においてできるだけ小さな値に
設定している。

【００３３】（エンジン始動後の制御）この実施形態で
は、本発明の特徴部分として、前記エンジン１の冷間始
動後に触媒コンバータ３０の早期昇温を促進できるよ
う、インジェクタ５による燃料噴射時期や吸気絞り弁２
６の開度を制御するようにした。以下、冷間始動後のエ
ンジン制御の手順を図６に示すフローチャート図に基づ
いて具体的に説明する。

【００３４】まず、スタート後のステップＳ１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、
過給圧、エンジン水温等のデータを入力する。続くステ
ップＳ２では、クランク角信号から求めたエンジン回転
数、アクセル開度、イグニッションのオンオフ信号等に
基づいて、エンジン１が始動後に実質的に継続してアイ
ドル運転状態になっているかどうか判定する。すなわ
ち、まずイグニッションスイッチがオン状態とされ、エ
ンジン１が吹け上がって完爆状態になった後、エンジン
回転数が所定の変動時を除いてアイドル判定回転数以下
に保たれるとともに、アクセル開度が極く短時間を除い
て零、即ちアクセルペダルの全閉状態に保持されている
とき、エンジン１が実質的に継続してアイドル運転状態
になっているＹＥＳと判定して、ステップＳ３に進む。
一方、それ以外の状態であれば、ＮＯと判定して、図外
の通常制御ルーチンへ進む。

【００３５】そして、ステップＳ３では、エンジン水温
に基づいて、エンジン１が未暖機状態であるか否か判定
する。すなわち、エンジン水温が判定温度（例えば８０
°Ｃ）以上であれば、エンジン１は暖機状態になってい
るＮＯと判定して、図外の通常制御ルーチンへ進む一
方、エンジン水温が判定温度よりも低ければ、エンジン
１は未暖機状態にあるＹＥＳと判定してステップＳ４に
進む。このステップＳ４では、前記エンジン１の始動か
らの経過時間を計測するＥＣＵ４０のタイマ値に基づい
て、設定期間（例えばエンジン始動から１０秒間）が経
過したかどうか判定し、この判定がＹＥＳで設定期間が
経過したのであればステップＳ９に進む一方、判定がＮ
Ｏで設定期間の経過前であれば、ステップＳ５に進む。

【００３６】尚、前記設定期間は、常温環境でのエンジ
ン１の冷間始動時に触媒コンバータ３０の温度状態がリ
ーンＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率の高い所定温度域に
達するまでの時間に対応するように設定しているが、寒
冷地での使用を考慮して、もう少し長い時間に設定して
もよい。或いは、触媒コンバータ３０付近の排気通路２
８に温度センサを配設し、前記ステップＳ４において、
該温度センサからの出力に基づいて設定期間の経過を判
定するようにしてもよい。

【００３７】そして、ステップＳ５では、ＥＧＲ弁２４
が全閉状態になるように、ＥＧＲ制御の出力を補正し、
続くステップＳ６では、吸気絞り弁２６が全開状態にな
るように該吸気絞り弁２６への制御出力を補正する。こ
れにより、各気筒２の燃焼室４への吸入空気量が最大限
に確保される。続いて、ステップＳ７においてインジェ
クタ５により燃料のパイロット噴射を行う設定とし、続
くステップＳ８において、燃料噴射量制御における目標
燃料噴射量を増量補正するとともに、図４(c)に模式的
に示すように、パイロット噴射及び主噴射の開始時期を
いずれも遅角側に補正して（噴射時期リタード）、しか
る後にリターンする。

【００３８】つまり、エンジン１の冷間始動からまず設
定期間が経過するまでは、吸入空気量を最大限に確保し
ながら、燃料噴射量も増量補正するとともに、パイロッ
ト噴射によって着火安定性を向上させ、その分、燃料噴
射時期を大きく遅角させることで、排気温度を大幅に高
めて、触媒コンバータ３０の早期昇温を促進するように
している。

【００３９】一方、前記ステップＳ４においてエンジン
１の始動から設定期間が経過したＹＥＳと判定して進ん
だステップＳ９では、前記ステップＳ５と同様にＥＧＲ
制御の出力を補正し、続くステップＳ１０では、前記ス
テップＳ６とは反対に吸気絞り弁２６が全閉状態になる
ように、該吸気絞り弁２６への制御出力を補正する。そ
して、ステップＳ１１において、エアフローセンサ出力
に基づいて、各気筒２の燃焼室４への吸入空気量が所定
量以下に減少したかどうか判定し、この判定がＮＯなら
ば前記ステップＳ７に進む一方、判定がＹＥＳで吸入空
気量が所定量以下に減少すれば、ステップＳ１２に進
む。

【００４０】このステップＳ１２では、前記ステップＳ
７と同様にインジェクタ５による燃料のパイロット噴射
を行う設定にするとともに、続くステップＳ１３におい
て、図４(d)に模式的に示すように、パイロット噴射及
び主噴射の開始時期を進角側に補正して、しかる後にリ
ターンする。

【００４１】つまり、前記設定期間の経過後は、上述の
如き燃料噴射時期の遅角設定によって触媒コンバータ３
０の温度状態が十分に高くなったと考えられるので、今
度は燃料噴射時期を相対的に進角させて着火安定性及び
燃焼性をさらに高める一方で、吸気絞り弁２６により吸
入空気量を減少させて、燃焼室４を燃料の過剰な状態と
することで、排気中の未燃燃料を大幅に増やし、その反
応熱によって触媒コンバータ３０を暖めるようにしてい
る。

【００４２】前記図６に示すフローのステップＳ７，Ｓ
１２により、エンジン１が始動後にアイドル運転状態
（所定の低回転低負荷運転状態）になっているときに、
インジェクタ５により燃料の主噴射とこれに先立つパイ
ロット噴射とを行わせる燃料噴射制御手段４０ａが構成
されている。また、ステップＳ２，Ｓ４により、エンジ
ン始動後の設定期間であることを判定する判定手段４０
ｂが構成されており、この判定手段４０ｂは、エンジン
１の始動から所定時間が経過して、触媒コンバータ３０
の温度状態が約２５０°Ｃ以上になるまで、設定期間で
あると判定するものである。

【００４３】また、前記フローのステップＳ８，Ｓ１３
により、エンジン１始動後の設定期間は、インジェクタ
５によるパイロット噴射及び主噴射の時期を、該主噴射
がＴＤＣ後に開始されるよう遅角側に設定する一方、設
定期間の経過後は該両噴射時期を相対的に進角側に変更
設定する噴射時期設定手段４０ｃが構成されている。特
に、前記ステップＳ８は、前記射時期設定手段４０ｃに
より燃料噴射時期が遅角側に設定されている間、インジ
ェクタ５による燃料噴射量を増量補正する噴射量補正手
段４０ｅにも対応している。

【００４４】さらに、前記フローのステップＳ１０によ
り、エンジン１の始動後に設定期間が経過した後で、そ
の経過前に比べて燃焼室４への吸入空気量が減少するよ
うに、吸気絞り弁２６を作動制御する吸気量制御手段４
０ｄが構成されている。

【００４５】（実施形態の作用効果）次に、上述の如き
制御装置Ａによる作用効果を図７に基づいて説明する
と、エンジン１の始動後に（ｔ＝ｔ0〜）該エンジン１
が実質的に継続してアイドル運転状態になっているとき
に、始動から設定期間が経過するまでは（ｔ0〜ｔ1）、
ＥＧＲ弁２４が全閉状態にされるとともに、図７(a)に
示すように、吸気絞り弁２６が全開状態にされ、各気筒
２の燃焼室４への吸入空気量が確保される。また、イン
ジェクタ５による燃料の主噴射量が増量補正されるとと
もに、該主噴射に先立ってパイロット噴射が行われ、さ
らに、それらの噴射開始時期が、同図(c)に示すように
通常よりも大幅に遅角側に設定される。

【００４６】ここで、前記インジェクタ５によりパイロ
ット噴射された燃料は、周囲の空気と混合されて予混合
燃焼し、その燃焼によって燃焼室４の温度及び圧力状態
を高めかつ火種を形成する。このため、続いて主噴射さ
れた燃料は、コモンレール式の高圧噴射によって最適に
微粒化されていることとも相俟って、着火遅れ時間が極
めて短くなり、その噴射燃料の殆どが極めて良好に拡散
燃焼されることになる。つまり、噴射圧力の高圧化とパ
イロット噴射とによって、着火安定性及び燃焼性が大幅
に向上し、このことによって、前記のように燃料噴射時
期を大幅に遅角させることが可能になるのである。

【００４７】そして、そのように燃料噴射時期を遅角側
へ設定するとともに、燃料噴射量を増量補正すること
で、相対的に多い燃料が相対的に遅角側で燃焼し、同図
(d)に示すように、エンジン１の排気温度は約３００°
Ｃと極めて高い状態になる。しかも、このときには吸気
絞り弁２６が全開状態になっていて、排気流量も十分に
多いので、触媒コンバータ３０の温度状態は同図(e)に
示すように急速に上昇する。尚、燃焼期間が相対的に遅
角側にずれていても、パイロット噴射によって燃焼性が
高められているので、スモークの増大を招くことはな
い。また、パイロット噴射と噴射時期の遅角とによって
燃焼初期の圧力上昇が緩和されているので、同図(f)に
示すように、エンジン１の騒音レベルは従来までの約半
分程度に低減される。

【００４８】このようにして、エンジン１の始動から設
定期間が経過すると（ｔ＝ｔ1）、前記のように急速に
上昇した触媒コンバータ３０の温度状態は約２５０°Ｃ
に達し、このとき、吸気量制御手段４０ｄによって吸気
絞り弁２６が閉じ側に作動される。そして、吸気絞り弁
２６が実際に回動されて全閉状態になり、同図(b)に示
すように各気筒２の燃焼室４への実際の吸入空気量が全
開時の半分以下（所定量以下）に減少したとき、即ち該
燃焼室４の平均的な空気過剰率λがλ＜１になったとき
（ｔ＝ｔ2）、今度は同図(c)に示すように、噴射時期設
定手段４０ｃによってインジェクタ５による燃料噴射時
期が相対的に進角側に変更設定される。

【００４９】すなわち、エンジン１の冷間始動後に触媒
コンバータ３０の温度状態が所定以上に高くなったと
き、今度は吸気絞り弁２６を閉じて各気筒２の燃焼室４
への吸入空気量を減少させることにより、気筒２の圧縮
比を実質的に小さくし、図(f)に示すように、エンジン
１の騒音レベルを従来までの１/４くらいに低減させる
ことができる。しかも、吸気絞りによって吸気損失は増
えるものの、圧縮損失が減ることで、燃費の改善が図ら
れる。

【００５０】また、燃料噴射時期の進角により熱効率が
高めらることで、排気温度は約２００°Ｃくらいまで低
下するものの、前記の吸入空気量の減少によって各気筒
２の燃焼室４を平均的に燃料の過剰な状態にすること
で、排気中の未燃燃料を急増させ、触媒コンバータ３０
における未燃燃料の反応熱を増大させて、触媒の温度状
態を約２５０°Ｃ以上に維持することができる。しか
も、主噴射の時期を進角させていても、これに先立つパ
イロット噴射によって主噴射の初期燃焼を緩和すること
ができるので、ＮＯｘの増大を招くこともない。

【００５１】さらに、上述の如き噴射圧力の高圧化とパ
イロット噴射とに加えて、燃料噴射時期の進角により燃
料の着火安定性や燃焼性が極めて高くなっているので、
吸気絞り弁２６を全閉状態にして吸入空気量を大幅に減
少させても、燃焼状態が悪化したり、失火を招くことは
ない。

【００５２】（他の実施形態）尚、本発明は前記実施形
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、前記実施形態ではエ
ンジン１の冷間始動時にのみ、触媒コンバータ３０の早
期昇温を促進するようにしているが、これに限るもので
はない。また、前記実施形態では、エンジンが始動後に
実質的にアイドル運転状態になっているときにのみ、触
媒コンバータ３０の早期昇温を促進するようにしている
が、アイドル運転状態に限らず、所定の低回転低負荷運
転状態になっているときに触媒コンバータ３０の早期昇
温を促進するようにしてもよい。

【００５３】また、前記実施形態では、触媒コンバータ
３０の早期昇温を促進するとき、ＥＧＲ弁２４を強制的
に全閉状態にするようにしているが、この制御は必ずし
も行う必要はない。すなわち、前記実施形態では各気筒
２の燃焼室４の平均的空気過剰率を目標値として、エア
フローセンサ出力に基づいてＥＧＲ弁２４の開度を制御
するようにしているので、エンジン１の始動後に設定期
間が経過して吸気絞り弁２６を閉じれば、これによる吸
入空気量の減少に対応してＥＧＲ弁２４が閉じられるか
らである。

【００５４】さらに、前記実施形態では、本発明をエン
ジン１が低負荷ないし中負荷域にあるときに、パイロッ
ト噴射を行うようにしたエンジンの制御装置Ａに適用し
ているが、これに限るものではなく、エンジン１がアイ
ドル運転状態のときにのみパイロット噴射を行うように
したものや、反対にエンジン１の高負荷域でもパイロッ
ト噴射を行うようにしたものにも本発明を適用すること
ができる。

【００５５】また、触媒コンバータ３０の構成が前記実
施形態のものに限られないことはもちろんであり、本発
明は、所定の温度域よりも低い温度状態で未活性になっ
て、排気浄化性能の低下するような種々の触媒に対して
適用可能である。

【００５６】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１記載の
発明におけるディーゼルエンジンの制御装置によると、
エンジンが始動後に所定の低回転低負荷運転状態になっ
ているときに、設定期間はパイロット噴射によって燃料
の着火安定性及び燃焼性を向上させるとともに、燃料噴
射時期を大きく遅角させて、排気温度を大幅に高めるこ
とで、燃費の著しい悪化を招くことなく、触媒の早期昇
温を十分に促進できる。そして、前記設定期間の経過後
は、燃料噴射時期を相対的に進角側に変更して、燃料の
着火安定性及び燃焼性をさらに高めるとともに、吸気量
調節手段により燃焼室への吸入空気量を減少させて、排
気中の未燃燃料を増加させ、この未燃燃料の反応熱によ
って触媒の昇温を図ることができる。しかも、吸入空気
量の減少によってエンジンの振動騒音を低減させ、かつ
燃費を改善することができる。

【００５７】請求項２の発明によると、エンジンの始動
から設定期間が経過した後に、燃焼室の平均的な空気過
剰率λがλ＜１となるように、吸気量調節手段により燃
焼室への吸入空気量を減少させることで、排気中の未燃
燃料が極めて多い状態にして、触媒の温度状態を十分に
高めることができる。

【００５８】請求項３の発明によると、エンジンの始動
から触媒の温度状態が所定温度域に達するまで、燃料噴
射時期の遅角によって排気温度を高めることで、触媒の
早期昇温を適切に促進して、排気有害成分の排出量を低
減できる。

【００５９】請求項４の発明によると、吸気量調節手段
によって燃焼室への吸入空気量が実際に減少した後に、
燃料噴射時期を変更することで、吸気量調節手段による
吸入空気量の調節の時間遅れが大きくても、そのことに
よるショックや騒音の弊害を防止できる。

【００６０】請求項５の発明によると、設定期間の経過
前は燃料噴射時期の遅角に加えて、燃料噴射量の増量補
正によって排気温度をさらに高め、触媒の早期昇温を可
及的に促進できる。

【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】本発明の実施形態に係る制御装置の全体構成図
である。

【図３】触媒によるＮＯｘ浄化率の温度依存特性の一例
を示すグラフ図である。

【図４】インジェクタの燃料噴射作動を示す説明図であ
る。

【図５】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６】エンジン始動後の制御手順を示すフローチャー
ト図である。

【図７】エンジンの冷間始動後における吸気絞り弁及び
燃料噴射時期の制御状態と、これに伴う吸入空気量、排
気温度、触媒温度及び騒音レベルの変化状態を示したタ
イムチャート図である。

【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）２６吸気絞り弁（吸気量調節手段）３０触媒コンバータ４０コントロールユニット（ＥＣＵ）４０ａ燃料噴射制御手段４０ｂ判定手段４０ｃ噴射時期設定手段４０ｄ吸気量制御手段４０ｅ噴射量補正手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/04 ３８０Ｆ０２Ｄ 41/04 ３８０Ｃ 41/38 41/38 Ｂ 41/40 41/40 Ｄ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｇ３０１Ｊ３０１Ｋ３０１Ｔ (72)発明者片岡一司広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者森実健一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） 3G084 AA01 BA05 BA15 CA02 DA00 DA02 DA10 DA39 FA08 FA10 FA12 FA20 FA33 FA38 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AA28 AB03 AB05 BA03 BA04 BA14 BA15 BA19 CA13 CB02 CB03 CB07 DA01 DA02 DA03 DA05 DB10 EA00 EA01 EA05 EA06 EA07 EA08 EA16 EA17 EA30 EA31 FA02 FA04 FA08 FA12 FA13 FB02 FB03 FB10 FB11 FC04 FC05 FC07 FC08 GA06 GA16 GB01X GB06W GB09W GB10X GB17X HA36 HB05 HB06 3G301 HA02 HA11 HA13 JA00 JA02 JA04 JA12 JA26 KA05 KA08 KA24 LA01 LB11 LC04 LC07 MA14 MA19 MA23 NC02 NE06 NE11 NE12 NE23 PA01Z PB08Z PD12Z PD15Z PE03Z PE08Z PE10Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接、
噴射する燃料噴射弁と、エンジンの排気を浄化する触媒と、エンジンが始動後に所定の低回転低負荷運転状態になっ
ているときに、前記燃料噴射弁により燃料の主噴射とこ
れに先立つパイロット噴射とを行わせる燃料噴射制御手
段とを備えたディーゼルエンジンの制御装置において、前記燃焼室への吸入空気量を調節する吸気量調節手段
と、エンジン始動後の設定期間であることを判定する判定手
段と、前記判定手段により設定期間であると判定されたとき、
前記燃料噴射弁によるパイロット噴射及び主噴射の時期
を、該主噴射が気筒の圧縮上死点後に開始されるよう遅
角側に設定する一方、設定期間の経過後は該両噴射時期
を相対的に進角側に変更設定する噴射時期設定手段と、前記設定期間の経過後、その経過前に比べて燃焼室への
吸入空気量が減少するように、前記吸気量調節手段を作
動制御する吸気量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。
【請求項２】請求項１において、吸気量制御手段は、燃焼室の平均的な空気過剰率λがλ
＜１となるように、吸気量調節手段により燃焼室への吸
入空気量を減少させ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。
【請求項３】請求項１において、設定期間は、エンジンの始動から触媒の温度状態が浄化
性能の高い所定温度域に達するまでの期間であることを
特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項４】請求項１において、噴射時期設定手段は、吸気量制御手段による吸気量調節
手段の制御によって燃焼室への吸入空気量が減少した後
に、燃料噴射時期の変更設定を行う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。
【請求項５】請求項１において、判定手段により設定期間であると判定されたとき、燃料
噴射弁による燃料の噴射量を増量補正する噴射量補正手
段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。