JP2001227395A - ターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＶＧＴ３１を装備した直噴式ディーゼルエン
ジン１の始動直後に、該エンジン１の暖機を促進しなが
ら、振動や騒音を低減する。 【解決手段】 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、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、設定期間ΔＴ１が経過するまで（ＳＡ
４）、ＶＧＴ３１のノズルを全閉とし、燃焼室４に高温
の燃焼ガスを滞留させて、その温度状態を急速に高める
（ＳＡ５〜ＳＡ８）。そして、設定期間ΔＴ１が経過し
て燃焼室４付近の温度状態が十分に高くなれば、ＶＧＴ
３１のノズルは全開状態にして排気抵抗を減少させる一
方、吸気絞り弁２６を全閉状態にさせることで、エンジ
ン１の振動騒音を低減し、併せて、排気中の未燃燃料を
増加させてその反応熱により触媒コンバータ３０を暖め
る（ＳＡ９〜ＳＡ１２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気に
より吸気を過給するターボ過給機を備えたディーゼルエ
ンジンの燃料制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種のターボ過給付ディー
ゼルエンジンの燃料制御装置として、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、エンジンが未暖機状態のときに
パイロット噴射を行うことで、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、ディーゼル
エンジンは一般的に振動や騒音がガソリンエンジンに比
べて大きいという難があり、特に、エンジンが未暖機状
態のときにはエンジン各部の機械的クリアランスがやや
大きくなるので、このときの振動や騒音が問題になる。
また、エンジンが未暖機状態のときには機械的摩擦も大
きくなる上に、通常は燃料噴射量が増量補正されるの
で、この間、燃費が悪化することは避けられない。従っ
て、ディーゼルエンジンにおいてエンジンの暖機時間を
できるだけ短縮すること及びその間の振動騒音を低減す
ることは、環境保護の観点からも極めて重要である。

【０００４】この点について、前記従来例のものはパイ
ロット噴射によって未暖機状態のエンジンの振動や騒音
を低減するようにしていても、エンジンの暖機を促進す
るものではない。また、エンジンの温度状態が低いほ
ど、パイロット噴射量を増やすようにしているので、特
に寒冷地でのエンジン始動直後等にはパイロット噴射量
がかなり多くなってしまい、このことが燃費悪化を助長
するという不具合がある。加えて、寒冷地のように燃料
の気化霧化性が極めて悪い状況では、前記従来例の如
く、パイロット噴射によって燃料の着火安定性や燃焼性
を高めてはいても、それだけでは失火を防止できない場
合がある。

【０００５】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、ターボ過給機を装備
したディーゼルエンジンが未暖機状態になっていると
き、特に始動直後のエンジン制御の手順に工夫を凝らし
て、エンジンの振動騒音の低減を図りつつ、該エンジン
の暖機を促進することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の第１の解決手段では、エンジン始動後の未
暖機状態においてまずエンジンからの排気を絞って、特
に燃焼室付近の温度状態を急速に上昇させるとともに、
該エンジンの暖機を促し、その上で吸気絞り弁を閉じる
ことによって、振動騒音の低減を図るようにした。

【０００７】具体的に、請求項１の発明は、図１(a)に
示すように、エンジン１の気筒２内燃焼室４に燃料を直
接、噴射する燃料噴射弁５と、エンジン１の排気により
吸気を過給するターボ過給機３１と、該ターボ過給機３
１のタービン２９よりも排気下流側の排気通路２８に配
置された排気浄化用の触媒３０とを備え、エンジン１が
未暖機状態のときに、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ように
したエンジンの燃料制御装置Ａを前提とする。そして、
前記ターボ過給機３１のタービン２９への排気流を絞る
可変ノズル機構１００と、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１０１と、エンジン１が未暖
機状態のときに、該エンジン１の始動から設定期間が経
過したかどうか判定する判定手段４０ｂと、該判定手段
４０ｂにより設定期間の経過前と判定されたとき、前記
可変ノズル機構１００を、そのノズル断面積がエンジン
１のクランキング時に比べて小さくなるように作動制御
する一方、設定期間の経過後はその経過前に比べてノズ
ル断面積が大きくなるように作動制御する可変ノズル制
御手段４０ｄと、前記判定手段４０ｂにより設定期間の
経過後と判定されたとき、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１
０１を作動制御する吸気量制御手段４０ｃとを備える構
成とする。

【０００８】前記の構成により、エンジン１が未暖機状
態のときには燃料噴射弁５によりパイロット噴射及び主
噴射が行われ、その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。
また、エンジン１の始動から設定期間が経過するまで
は、可変ノズル制御手段４０ｄにより可変ノズル機構１
００のノズル断面積が相対的に小さくされ、意図的に排
気抵抗が増大されることで、高温の燃焼ガスが燃焼室４
に滞留するようになり、該燃焼室４の温度状態が急速に
上昇するとともに、エンジン１の暖機が促進される。

【０００９】そして、エンジン１の始動から前記設定期
間が経過して、燃焼室４の温度状態が高くなると、今度
は吸気量制御手段４０ｃにより吸気量調節手段１０１が
作動制御されて、燃焼室４への吸入空気量が減らされ
る。このことで、実質的に気筒の圧縮比が小さくなって
エンジン１の振動や騒音が低減するとともに、圧縮損失
の低減により燃費改善が図られる。しかもこの際、可変
ノズル制御手段４０ｄにより可変ノズル機構１００のノ
ズル断面積が相対的に大きくされて、排気抵抗が減少す
るので、上述の如く既に燃焼室４の温度状態が高められ
ていることとも相俟って、吸入空気量を減少させても失
火を招くことはない。さらに、吸入空気量の減少によっ
て排気中の未燃燃料が増えることで、この未燃燃料の触
媒３０における反応熱が増大し、該触媒３０の早期昇温
が図られる。

【００１０】次に、本発明の第２の解決手段として、請
求項２の発明は、前記請求項１の発明と同じ構成のエン
ジンの燃料制御装置を前提とし、このものにおいて、タ
ーボ過給機のタービンへの排気流を絞る可変ノズル機構
と、燃焼室への吸入空気量を調節する吸気量調節手段
と、エンジンが未暖機状態のとき、該エンジンの始動か
ら設定期間が経過したかどうか判定する判定手段と、遅
くとも該判定手段により設定期間の経過が判定される前
に、前記吸気量調節手段を、燃焼室への吸入空気量がエ
ンジンのクランキング時に比べて少なくなるように作動
制御する吸気量制御手段と、前記判定手段により設定期
間の経過が判定されたとき、その経過前に比べてノズル
断面積が小さくなるように、前記可変ノズル機構を作動
制御する可変ノズル制御手段とを備える構成とする。

【００１１】この構成では、前記請求項１の発明と同様
に、エンジンが未暖機状態のときに、燃料噴射弁により
パイロット噴射及び主噴射が行われて、燃料の着火安定
性及び燃焼性が高められるとともに、吸気量制御手段に
より吸気量調節手段が作動制御されて、燃焼室への吸入
空気量が減らされることで、エンジンの振動や騒音の低
減と燃費改善とが図られる。また、その吸入空気量の減
少によって排気中の未燃燃料が増大し、その反応熱によ
って触媒の早期昇温が図られる。この際、可変ノズル制
御手段により可変ノズル機構のノズル断面積が相対的に
大きくされて、排気抵抗が小さくなっており、また、パ
イロット噴射によって燃料の着火安定性が高められてい
るので、未暖機状態であってもエンジンの温度状態がそ
れほど低くない場合には、上述の如く吸入空気量を減少
させても失火を招くことはない。

【００１２】そして、前記設定期間が経過すれば、今度
は可変ノズル制御手段により可変ノズル機構のノズル断
面積が相対的に小さくされ、高温の燃焼ガスの滞留によ
ってエンジンの暖機が促進される。

【００１３】請求項３の発明では、請求項２の発明にお
いて、エンジンの冷却水の温度状態を検出する検出手段
を設け、吸気量制御手段を、エンジンのクランキング中
に前記検出手段により検出された始動時冷却水温度が所
定以上に高いときにのみ、吸気量調節手段の作動制御を
行うものとする。

【００１４】このことで、エンジン始動時の冷却水温度
が所定以上に高いときには、請求項２の発明の作用効果
が得られる一方、例えば寒冷地でのエンジンの冷間始動
直後のように燃焼室の温度状態が低いときには、吸気量
制御手段による吸気量調節手段の制御が行われないの
で、吸入空気量の減少による失火の誘発を確実に回避で
きる。

【００１５】次に、本発明の第３の解決手段では、エン
ジン始動後の未暖機状態において、パイロット噴射によ
る着火安定性の向上を利用し、まず燃料噴射時期を大き
く遅角させて排気温度を高めることにより、エンジンの
暖機及び触媒の昇温を促進し、続いて、今度は燃料噴射
時期を進角させて着火安定性をさらに高めるとともに、
排気を絞ることで、燃焼室の温度状態を急速に高めるよ
うにした。

【００１６】具体的に、請求項４の発明は、図１(b)に
示すように、エンジン１の気筒２内燃焼室４に燃料を直
接、噴射する燃料噴射弁５と、エンジン１の排気により
吸気を過給するターボ過給機３１と、該ターボ過給機３
１のタービン２９よりも排気下流側の排気通路２８に配
置された排気浄化用の触媒３０とを備え、エンジン１が
未暖機状態のときに、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とを備えたエンジンの燃料制御装置Ａ
を前提とする。そして、前記ターボ過給機３１のタービ
ン２９への排気流を絞る可変ノズル機構１００と、エン
ジン１が未暖機状態のとき、該エンジン１の始動から第
１設定期間が経過したかどうか判定する判定手段４０ｂ
と、該判定手段４０ｂにより第１設定期間の経過前と判
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、第１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４０ｅと、前記判定手段４０ｂにより
第１設定期間の経過後と判定されたとき、その経過前に
比べてノズル断面積が小さくなるように前記可変ノズル
機構１００を作動制御する可変ノズル制御手段４０ｄと
を備える構成とする。尚、前記第１設定時間は、例え
ば、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ればよい。

【００１７】前記の構成により、エンジン１が未暖機状
態のときに、該エンジン１の始動から第１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４０ｅ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よりも大幅に遅角側に設定し、こ
れにより、排気温度を高めてエンジン１の暖機及び触媒
３０の昇温を促進することができる。

【００１８】また、前記第１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
更設定されて、燃焼性がさらに高められるとともに、可
変ノズル制御手段４０ｄにより可変ノズル機構１００の
ノズル断面積が相対的に小さくされて、意図的に排気抵
抗が増大される。このことで、高温の燃焼ガスが燃焼室
４に滞留し、該燃焼室４の温度状態が急速に高められる
ことで、エンジン１の暖機も促進される。

【００１９】請求項５の発明では、請求項４の発明にお
ける判定手段を、第１設定期間の経過後に該第１設定期
間とは異なる第２設定期間が経過したかどうか判定する
ものとし、燃焼室への吸入空気量を調節する吸気量調節
手段と、前記判定手段により第２設定期間の経過後と判
定されたとき、該第２設定期間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る構成とする。

【００２０】前記の構成では、第１設定期間の経過後に
さらに第２設定期間が経過して、燃焼室の温度状態が十
分に高くなったとき、吸気量制御手段により吸気量調節
手段が作動制御されて、燃焼室への吸入空気量が減らさ
れることで、エンジンの振動や騒音が低減されかつ燃費
改善が図られる。また、排気中の未燃燃料が増加するこ
とで、触媒の昇温が可能になる。

【００２１】請求項６の発明では、エンジンが未暖機状
態のとき、燃料噴射弁による燃料の噴射圧力を、同一負
荷状態でかつ暖機状態のときに比べて高くなるように制
御する燃圧制御手段を備えるものとする。このことで、
燃料噴射圧力が高められて、噴射燃料の微粒化が促進さ
れ、気化霧化性の悪いエンジン未暖機状態であっても、
燃料の着火安定性を高めて失火を抑制することができ
る。

【００２２】請求項７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、
吸気量調節手段の作動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、吸入空気量の減
少によって燃焼室を平均的に燃料の過剰な状態にするこ
とができ、これにより排気中の未燃燃料が極めて多くな
って、その反応熱により触媒を効果的に昇温できる。

【００２３】

【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。

【００２４】（実施形態１）図２は本発明の実施形態１
に係るターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置
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
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。

【００２５】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内の燃料がエンジンの運転状態に応じて所
定の圧力状態に保持されるようになっている。

【００２６】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。

【００２７】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、冷却水の温度状態（エンジン水温）を検出す
るエンジン水温センサ１８（検出手段）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。

【００２８】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、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。

【００２９】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
ており、さらに、この排気通路２８はタービン２９より
も排気上流側の部位で、排気の一部を吸気側に還流させ
る排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）３３の上流端
に分岐接続されている。

【００３０】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。

【００３１】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いる。このリーンＮＯ
ｘ触媒による排気中のＮＯｘ浄化率は、図３に一例を示
すような温度依存性を示し、例えば約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、温度が低いほどＮ
Ｏｘ浄化率が急速に低下する。このため、特にエンジン
１の冷間始動時には触媒コンバータ３０の温度状態を急
速に高めることが望ましい。反対に、触媒の温度状態が
４００°Ｃ以上になると、この触媒のＮＯｘ浄化率は温
度上昇とともに低下している。

【００３２】また、前記吸気通路２０のブロワ２４及び
排気通路２８のタービン２９からなるターボ過給機３１
は、図４に示すように、タービン２９を収容するタービ
ン室に該タービン２９の全周を囲むように複数のフラッ
プ２９ａ，２９ａ，…が設けられ、そのフラップ２９
ａ，２９ａ，…がそれぞれ回動することで、該フラップ
２９ａ，２９ａ，…間に形成される排気流路（ノズル）
の断面積を変化させるように回動するＶＧＴ（バリアブ
ルジオメトリーターボ）である。

【００３３】このＶＧＴ３１の各フラップ２９ａ，２９
ａ，…はバキュームポンプ１９からの負圧を利用する負
圧駆動式のアクチュエータ３５により回動されるように
なっていて、同図に実線で示すように、フラップ２９
ａ，２９ａ，…がタービン２９に対し周方向に向くよう
に位置付けられると、ノズル断面積が小さくなって、排
気流量の少ないエンジン１の低回転域でも過給能力を高
めることができる。一方、同図に仮想線示すように、フ
ラップ２９ａ，２９ａ，…をその先端がタービン２９の
中心に向くように位置付ければ、ノズル断面積を大きし
て、排気流量の多いエンジン１の高回転域でも高い過給
能力を得ることができる。尚、前記フラップ２９ａ，２
９ａ，…及びアクチュエータ３５により、ＶＧＴ３１の
タービン２９への排気流を絞る可変ノズル機構が構成さ
れている。

【００３４】さらに、前記ＥＧＲ通路３３は、その下流
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、上述の如くタービン２９よ
りも排気上流側の排気通路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。そして、この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ＶＧＴ３１のフラップ２９ａ，２
９ａ，…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の断面積がリニ
アに変化して、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。

【００３５】前記各インジェクタ５、燃料供給ポンプ
８、吸気絞り弁２６、ＶＧＴ３１、ＥＧＲ弁３４等は、
いずれもコントロールユニット（Electronic Contorol
Unit：以下ＥＣＵという）４０からの制御信号によって
作動する。一方、このＥＣＵ４０には、前記燃料圧力セ
ンサ６ｂからの出力信号と、クランク角センサ１６及び
カム角センサ１７からの出力信号と、エンジン水温セン
サ１８からの出力信号と、エアフローセンサ２３からの
出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペ
ダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度
センサ３６からの出力信号とが少なくとも入力されてい
る。

【００３６】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２９ａ，２９ａ，…の作動制
御（ＶＧＴ制御）によってＶＧＴ３１の過給効率を高め
るようにしている。

【００３７】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
求出力を満たすような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。

【００３８】この噴射時期の制御としては、例えば図５
(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)〜(d)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。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。

【００３９】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。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。一方、吸気絞り弁２６の作動制御としては、前
記のようなＥＧＲ制御によって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を閉じて、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
開状態にさせるようにしている。

【００４０】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６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。

【００４１】さらに、ＶＧＴ制御としては、エンジン回
転数やエンジン負荷等の運転状態に応じて目標過給圧を
設定し、この目標過給圧になるように、ＶＧＴ３１のノ
ズル断面積を過給圧センサ２２からの出力信号に基づい
て連続的にフィードバック制御する。基本的にはエンジ
ン暖機状態においてエンジン回転数又はエンジン負荷が
高くなるほど、排気流量の増大に対応するようにノズル
断面積を大きくさせる一方、所定の低回転領域において
はエンジン負荷に応じて、負荷が大きいほどノズル断面
積を大きくさせるようにしている。

【００４２】具体的に、例えばエンジン１が低回転低負
荷領域にあるときには、ＶＧＴ３１のフラップ２９ａ，
２９ａ，…がタービン２９に対し周方向に向くように位
置付けられ（ノズルが閉じられ）、これが排気の抵抗と
なってタービン２９手前の排気通路２８における排気の
圧力状態が高くなる。このことで、ＥＧＲ通路３３によ
る排気の還流量が確保される。また、例えば前記の低回
転低負荷領域からの発進時にアクセルペダルが踏み込ま
れて、低回転高負荷領域に移行したときには、ＶＧＴ３
１のフラップ２９ａ，２９ａ，…がその先端をタービン
２９の中心に向けるように回動され（ノズルが開か
れ）、ノズル断面積が大きくなり、排気通路２８の排気
は下流側に抜け易くなる。このことで、ＶＧＴ３１によ
る過給圧が滑らかに上昇し、良好な加速フィールが得ら
れる。

【００４３】（エンジンの未暖機状態における制御）こ
の実施形態１では、本発明の特徴部分として、エンジン
１が始動後に未暖機状態になっているときに、まず、Ｖ
ＧＴ３１のノズルを閉じて各気筒２の燃焼室４付近の温
度状態を急速に上昇させ、その温度状態が十分に高くな
った後に、吸気絞り弁２６を閉じて、エンジン１の振動
及び騒音を低減させるようにしている。

【００４４】以下に、エンジン始動後の未暖機状態にお
ける制御手順を図７に示すフローチャート図に基づいて
具体的に説明すると、スタート後のステップＳＡ１で
は、クランク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル
開度、過給圧、エンジン水温等のデータを入力する。続
いて、ステップＳＡ２において、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、エンジン始動後かどうか判
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、エンジン始動後でＹＥＳと判定し
て、ステップＳＡ３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。

【００４５】続いて、ステップＳＡ３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８
０°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ＳＡ４
に進む。このステップＳＡ４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ΔＴ１（例えばエンジン１の始動から
５秒間くらいまで）が経過したかどうか判定し、この判
定がＹＥＳで設定期間ΔＴ１が経過したのであればステ
ップＳＡ９に進む一方、判定がＮＯで設定期間ΔＴ１の
経過前であれば、ステップＳＡ５に進む。

【００４６】そして、ステップＳＡ５では、ＥＧＲ弁２
４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ＳＡ６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。尚、通常、エンジン１のクランキング中は前記ＥＧ
Ｒ弁２４は全閉状態に、また吸気絞り弁２６は全開状態
にされるので、結果として、エンジン始動直後にはＥＧ
Ｒ弁２４及び吸気絞り弁２６はそのままの状態に保持さ
れることになり、これにより、各気筒２の燃焼室４への
吸入空気量が最大とされる。

【００４７】続いて、ステップＳＡ７において、ＶＧＴ
３１のノズル断面積が最小になるように、ＶＧＴ制御の
出力を補正する。すなわち、通常、エンジン１のクラン
キング中はＶＧＴ３１のノズル断面積は最大とされてい
るので、ＶＧＴ３１のフラップ２９ａ，２９ａ，…はエ
ンジン始動直後にノズルを閉じるように回動されること
になる。そして、続くステップＳＡ８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
て、しかる後にリターンする。

【００４８】つまり、エンジン１の冷間始動から設定期
間ΔＴ１が経過するまでは、吸入空気量を最大限に確保
しながら、パイロット噴射によって着火安定性を向上さ
せる一方で、ＶＧＴ３１のノズルを閉じて意図的に排気
抵抗を増大させ、高温の燃焼ガスを燃焼室４に滞留させ
ることで、該燃焼室４付近の温度状態を急速に上昇させ
るようにしている。言い換えると、前記設定期間ΔＴ１
は、高温の燃焼ガスの滞留によって燃焼室４付近の温度
状態を十分に高めることのできるような時間間隔とすれ
ばよい。

【００４９】一方、前記ステップＳＡ４においてエンジ
ン１の始動から設定期間ΔＴ１が経過したＹＥＳと判定
して進んだステップＳＡ９では、前記ステップＳＡ５と
同様にＥＧＲ弁２４を全閉状態にさせ、続くステップＳ
Ａ１０では、前記ステップＳＡ６とは反対に吸気絞り弁
２６が全閉状態になるよう、該吸気絞り弁２６への制御
出力を補正し、ステップＳＡ１１では、前記ステップＳ
Ａ７と反対にＶＧＴ３１のノズル断面積が最大になるよ
う、ＶＧＴ制御の出力を補正する。そして、ステップＳ
Ａ１２では、前記ステップＳＡ８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として、しか
る後にリターンする。

【００５０】つまり、エンジン１の始動から設定期間Δ
Ｔ１が経過すれば、上述の如く高温の燃焼ガスによって
燃焼室４付近の温度状態が十分に高められていて、パイ
ロット噴射とも相俟って、該燃焼室４における噴射燃料
の着火安定性が極めて高くなっていると考えられる。そ
こで、今度は吸気絞り弁２６を閉じることで、エンジン
１の振動や騒音を低減させる。また、排気抵抗を減らす
ために、ＶＧＴ３１のノズルは全開とする。

【００５１】前記図７に示すフローのステップＳＡ８，
ＳＡ１２により、エンジン１が始動後に未暖機状態にな
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。

【００５２】また、ステップＳＡ２，ＳＡ４により、エ
ンジン１の始動から設定期間ΔＴ１が経過したかどうか
判定する判定手段４０ｂが構成され、ステップＳＡ１０
により、エンジン１の始動後に設定期間ΔＴ１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を閉じる吸気量制御手
段４０ｃが構成されている。

【００５３】さらに、前記フローのステップＳＡ７，Ｓ
Ａ１１によって、エンジン１の始動から設定期間ΔＴ１
が経過するまではＶＧＴ３１のノズルを閉じる一方、設
定期間ΔＴ１の経過後はその経過前に比べて排気の絞り
量が小さくなるように前記ＶＧＴ３１のノズルを開く可
変ノズル制御手段４０ｄが構成されている。

【００５４】（実施形態１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８に基づいて説明す
る。

【００５５】まず、エンジン１がクランキングされて始
動し（ｔ＝ｔ0）、その後、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、ＥＧＲ弁２
４が全閉状態にされるとともに、図８(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への吸入空気量が最大になる。また、インジェクタ
５による燃料噴射量が増量補正されるとともに、主噴射
に先立ってパイロット噴射が行われて、燃料の着火安定
性及び燃焼性が高められる。

【００５６】すなわち、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
態が高められかつ火種が形成される。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
性が大幅に向上するのである。

【００５７】そして、そのようにエンジン１の燃焼性を
高めておいて、この実施形態では、同図(b)に示すよう
にＶＧＴ３１のノズルを閉じて、ノズル断面積を最小と
する（ＶＧＴノズル全閉）。こうすると、タービン２９
よりも排気上流側の排気通路２８における排気抵抗が大
きくなって、高温の燃焼ガスが燃焼室４に滞留するよう
になるので、同図(c)に実線で示すように、燃焼室４付
近の温度状態（筒内温度）は、図に仮想線で示すように
ＶＧＴノズルを閉じないときに比べて、急速に上昇す
る。これに伴いエンジン１の暖機も促進される（図(d)
参照）。

【００５８】そうして、エンジン１の始動から設定期間
ΔＴ１が経過して（ｔ＝ｔ1）、前記燃焼ガスの滞留に
より燃焼室４付近の温度状態が十分に高められると、今
度はＶＧＴ３１のノズルが開かれるとともに（ＶＧＴノ
ズル全開）、吸気絞り弁２６が閉じられ、燃焼室４への
吸入空気量が減少して、該燃焼室４の平均的な空気過剰
率λがλ＜１とされる。このことで、気筒２の圧縮比が
実質的に小さくなるので、同図(f)に示すようにエンジ
ン１の騒音レベルは大幅に低減し、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、燃費が改善される。尚、エンジン１の騒音レベル
は、前記設定期間ΔＴ１の経過前であっても、パイロッ
ト噴射により燃焼初期の圧力上昇が緩和されることで、
低減が図られている。

【００５９】また、前記のように燃焼室４の平均的な空
気過剰率λがλ＜１になるということは、該燃焼室４が
平均的に燃料の過剰な状態になるということであり、こ
のことで、排気中の未燃燃料が極めて多い状態になり、
この未燃燃料の反応熱によって、同図(e)に示すように
触媒コンバータ３０の昇温が促進される。しかも、この
際、排気抵抗が小さくなるようにＶＧＴ３１のノズルが
全開状態にされているので、既に燃焼室４付近の温度状
態が十分に高くなっていることとも相俟って、吸入空気
量が減少しても失火を招くことはない。

【００６０】つまり、この実施形態１によれば、例えば
寒冷地におけるエンジン１の冷間始動時であっても、こ
のエンジン１の始動直後にまず、ＶＧＴ制御によって燃
焼室４付近の温度状態を急速に上昇させて、燃料の着火
安定性や燃焼性を確保するとともに、エンジン１の暖機
を促進することができる。そして、その上で吸気絞り弁
２６を閉じることで、エンジン１の失火を招くことな
く、その暖機運転中に振動及び騒音を大幅に低減させる
ことができる。

【００６１】（実施形態２）次に、図９は本発明の実施
形態２に係るエンジン未暖機時の制御手順を示し、この
実施形態２では、始動時のエンジン１の温度状態が低い
ときには前記実施形態１と同様の制御を行う一方、そう
でないときには、該エンジン１の始動直後から吸気絞り
弁２６を閉じて振動や騒音を低減し、その後しばらくし
てからＶＧＴ３１のノズルを閉じるようにしている。
尚、この実施形態２に係る燃料制御装置Ａの全体構成は
前記実施形態１のもの（図２参照）と同じなので、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。

【００６２】具体的に、前記図９に示すフローのステッ
プＳＢ１〜ＳＢ３では、実施形態１のステップＳＡ１〜
ＳＡ３と同じ手順でエンジン始動後の未暖機状態である
ことを判定する。続いて、ステップＳＢ４において、Ｅ
ＣＵ４０のメモリに記憶した始動時のエンジン水温（始
動時水温）が所定値（例えば４０°Ｃ）以上かどうか判
別して、始動時水温が所定値以上になっていて高ければ
（ステップＳＢ４でＮＯ）、ステップＳＢ１５に進む一
方、始動時水温が所定値よりも低ければ（ステップＳＢ
４でＹＥＳ）、ステップＳＢ５に進み、ステップＳＢ５
〜ＳＢ１３において、前記実施形態１のステップＳＡ４
〜ＳＡ１２と同じ制御手順を実行する。

【００６３】つまり、エンジン１の始動時水温が低いと
きは、前記実施形態１と同じく、吸気絞り弁２６を閉じ
る前に暫くの間、ＶＧＴ３１のノズルを閉じて、高温の
燃焼ガスにより燃焼室４付近の温度状態を急速に上昇さ
せる。また、図９のステップＳＢ１４に示すように、吸
気絞り弁２６を閉じるときには燃料噴射圧を増大補正し
て、噴射燃料の微粒化を促進することにより、該噴射燃
料の着火性及び燃焼性をさらに高めるようにしている。

【００６４】一方、前記ステップＳＢ４において始動時
水温が高いＮＯと判定して進んだステップＳＢ１５で
は、今度はエンジン始動から設定期間ΔＴ２（例えばエ
ンジン１の始動から１０秒間くらいまで）が経過したか
どうか判定する。この判定がＮＯで設定期間ΔＴ２の経
過前であれば、前記ステップＳＢ１０に進んで吸気絞り
弁２６を閉じる一方、判定がＹＥＳで設定期間ΔＴ２の
経過後であれば、ステップＳＢ１６に進む。このステッ
プＳＢ１６ではＥＧＲ弁２４を全閉状態にさせ、続くス
テップＳＢ１７では吸気絞り弁２６を全閉状態にさせ、
続くステップＳＢ１８ではＶＧＴ３１のノズルを全閉状
態にさせ、続くステップＳＢ１９では、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て、しかる
後にリターンする。

【００６５】つまり、エンジン１の始動時水温が所定値
以上であれば、始動直後であっても失火の虞れは少ない
ので、この場合はエンジン１の始動直後から吸気絞り弁
２６を閉じて、振動や騒音の低減を図り、併せて触媒コ
ンバータ３０の昇温を促進する。そして、設定期間ΔＴ
２が経過して、十分な触媒活性が得られるようになれば
（例えば触媒コンバータ３０の温度状態が２００〜２５
０°Ｃ以上の所定温度域に達すれば：図３参照）、今度
はＶＧＴ３１のノズルを閉じて、高温の燃焼ガスにより
燃焼室４付近の温度状態を急速に高めて、エンジン１の
暖機を一層、促進する。また、前記設定期間ΔＴ２の経
過後は燃料噴射圧は通常の値に戻して、燃料供給ポンプ
８の駆動に伴う動力損失を低減するようにしている。

【００６６】前記図９に示すフローのステップＳＢ９，
ＳＢ１３，ＳＢ１９により、実施形態１と同じ燃料噴射
制御手段４０ａが構成され、また、ステップＳＢ１５に
より、エンジン１の始動から設定期間ΔＴ２が経過した
かどうか判定する判定手段４０ｂが構成されている。さ
らに、前記フローのステップＳＢ１１，ＳＢ１７によ
り、エンジン１の始動時水温が所定以上に高いときに
は、該エンジン１の始動直後から吸気絞り弁２６を全閉
状態にさせる吸気量制御手段４０ｃが構成されている。

【００６７】また、前記フローのステップＳＢ１２，Ｓ
Ｂ１８により、エンジン１の始動から設定期間ΔＴ２が
経過した後に、その経過前に比べてノズル断面積が小さ
くなるようにＶＧＴ３１のノズルを閉じる可変ノズル制
御手段４０ｄが構成されている。さらに、ステップＳＢ
１４により、エンジン１が未暖機状態のとき、インジェ
クタ５による燃料の噴射圧力を同一負荷状態の暖機状態
のときに比べて高くなるように制御する燃圧制御手段が
構成されており、この燃圧制御手段は、エンジン１の温
度状態が相対的に低いにも拘わらず、吸気絞り弁２６を
閉じるときに、燃料噴射圧力を増大補正するものであ
る。

【００６８】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が未暖機状態のとき
には、インジェクタ５により主噴射に先立ってパイロッ
ト噴射が行われ、燃料の着火安定性及び燃焼性が高めら
れるとともに、該エンジン１の温度状態が比較的高けれ
ば、図１０(a)に示すように、エンジン１の始動直後か
ら吸気絞り弁２６が全閉状態にされて、燃焼室４への吸
入空気量が減らされる。このことで、同図(g)に示すよ
うにエンジン１の振動騒音が低減しかつ燃費改善が図ら
れる。また、前記の吸入空気量の減少によって排気中の
未燃燃料が増大し、同図(f)に示すように触媒コンバー
タ３０の昇温が促進される。

【００６９】この際、同図(b)に示すように、ＶＧＴ３
１のノズルが全開状態にされていて、排気抵抗が最小と
され、しかも、同図(c)に示すように燃料噴射圧力が高
められて燃料の微粒化が促進されていることで、パイロ
ット噴射とも相俟って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、未暖機状態であってもエンジン
１の温度応対が比較的高ければ、上述の如く吸気絞り弁
２６によって吸入空気量を減少させても、失火を招くこ
とはない。

【００７０】そして、エンジン始動から設定期間ΔＴ２
が経過して、触媒コンバータ３０の温度状態が十分に高
くなった後、ＶＧＴ３１のノズルが全閉状態にされるこ
とで、エンジン１の暖機が一層、促進される。換言すれ
ば、前記設定期間ΔＴ２は、エンジン１の半暖機状態か
らの始動時に吸気を絞って排気中の未燃燃料を増やした
状態で、触媒コンバータ３０の温度状態が所定温度域に
達するまでの時間とすればよい。

【００７１】一方、エンジン１の始動時水温が所定値よ
りも低ければ、前記実施形態１と同じように吸気絞り弁
２６やＶＧＴ３１の作動制御が行われる（図７，８参
照）。すなわち、例えば寒冷地におけるエンジン１の冷
間始動時のように燃焼室４付近の温度状態が低いときに
は、該エンジン１の始動直後に吸気絞り弁２６が閉じら
れることはないので、このような状態で吸入空気量が減
少することによる失火を回避することができる。

【００７２】（実施形態３）次に、図１１は本発明の実
施形態３に係るエンジン未暖機時の制御手順を示し、こ
の実施形態３は、前記実施形態１のような制御を行う前
に、燃料噴射時期を大きく遅角させて排気温度を高める
ことで、エンジンの暖機及び触媒コンバータ３０の昇温
を促進するようにしたものである。尚、この実施形態３
に係る燃料制御装置Ａの全体構成も前記実施形態１のも
の（図２参照）と同じなので、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。

【００７３】具体的に、前記図１１に示すフローのステ
ップＳＣ１〜ＳＣ３では、実施形態１のステップＳＡ１
〜ＳＡ３と同じ手順でエンジン始動後の未暖機状態であ
ることを判定する。続いて、ステップＳＣ４において、
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、第１設定期間ΔＴ３（例えばエ
ンジン１の始動から１０秒間くらいまで）が経過したか
どうか判定し、この判定がＹＥＳで第１設定期間ΔＴ３
が経過したのであればステップＳＣ５に進む一方、判定
がＮＯで第１設定期間ΔＴ３の経過前であれば、ステッ
プＳＣ６に進む。

【００７４】このステップＳＣ６では、ＥＧＲ弁２４を
全閉状態にさせ、続くステップＳＣ７では吸気絞り弁２
６を全開状態にさせ、続くステップＳＣ８ではＶＧＴ３
１のノズルを全開状態にさせる。このことで、各気筒２
の燃焼室４への吸入空気量が最大とされるとともに、排
気抵抗が最小になる。続いて、ステップＳＣ９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ＳＣ１０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５
(c)に示すように、インジェクタ５によるパイロット噴
射及び主噴射の開始時期をいずれも遅角側に補正して、
しかる後にリターンする。尚、この実施形態ではエンジ
ン１の未暖機時には常に、燃料噴射圧力を増大補正して
いる。

【００７５】つまり、エンジン１の冷間始動から第１設
定期間ΔＴ３が経過するまでは、吸入空気量を確保しか
つ排気抵抗を小さくしながら、燃料噴射量及び噴射圧を
増大補正し、かつパイロット噴射を行うことで燃料の着
火安定性及び燃焼性を大幅に向上させ、その上で、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の昇温を促進する。言い換え
ると、前記第１設定期間ΔＴ３は、エンジン１の冷間始
動時に燃料噴射時期の遅角によって排気温度を高めたと
きに、高温の排気によって触媒コンバータ３０の温度状
態が所定温度域に達するまでの時間とすればよい。

【００７６】また、前記ステップＳＣ４においてエンジ
ン１の始動から第１設定期間ΔＴ３が経過したＹＥＳと
判定して進んだステップＳＣ５では、今度は該第１設定
期間ΔＴ３の経過後にさらに第２設定期間ΔＴ４（例え
ば５秒くらいの時間間隔）が経過したかどうかの判定を
行う。この判定がＹＥＳで第２設定期間ΔＴ４が経過し
たのであればステップＳＣ１６に進む一方、判定がＮＯ
で第２設定期間ΔＴ４の経過前であれば、ステップＳＣ
１１に進む。このステップＳＣ１１では、ＥＧＲ弁２４
を全閉状態にさせ、続くステップＳＣ１２では吸気絞り
弁２６を全開状態にさせ、続くステップＳＣ１３ではＶ
ＧＴ３１のノズルを全閉状態にさせる。続いて、ステッ
プＳＣ１４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ＳＣ１５にお
いて燃料噴射量を増量補正するとともに、図５(d)に示
すように、インジェクタ５によるパイロット噴射及び主
噴射の開始時期を進角側に設定して、しかる後にリター
ンする。

【００７７】つまり、エンジン１の始動から第１設定期
間ΔＴ３が経過して、触媒コンバータ３０の温度状態が
十分に高くなれば、今度は燃料噴射時期は相対的に進角
させて着火安定性及び燃焼性をさらに高める一方で、Ｖ
ＧＴ３１のノズルを全閉状態にして、高温の燃焼ガスの
滞留によって燃焼室４付近の温度状態を急速に高めるよ
うにしている。

【００７８】一方、前記ステップＳＣ５において第２設
定期間ΔＴ４が経過したと判定して進んだステップＳＣ
１６では、ＥＧＲ弁２４を全閉状態にさせ、続くステッ
プＳＣ１７では吸気絞り弁２６を全閉状態にさせ、続く
ステップＳＣ１８ではＶＧＴ３１のノズルを全開状態に
させる。続いて、ステップＳＣ１９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ＳＣ２０において燃料噴射時期を進角側に設定
し、しかる後にリターンする。つまり、前記第２設定期
間ΔＴ４が経過して、エンジン１の燃焼室４付近の温度
状態が十分に高くなれば、その後は吸気絞り弁２６を閉
じることで、エンジン暖機中の振動や騒音を低減しかつ
燃費改善を図るとともに、触媒コンバータ３０の温度状
態を維持するようにしている。

【００７９】前記図１１に示すフローのステップＳＣ
９，ＳＣ１４，ＳＣ１９により、実施形態１，２と同じ
燃料噴射制御手段４０ａが構成され、また、ステップＳ
Ｃ２〜ＳＣ５により、エンジン１の始動から第１設定期
間ΔＴ３が経過したかどうか、及び、該第１設定期間Δ
Ｔ３が経過してからさらに第２設定期間ΔＴ４が経過し
たかどうかそれぞれ判定する判定手段４０ｂが構成され
ている。

【００８０】また、前記ステップＳＣ８，ＳＣ１３によ
り、前記第１設定期間ΔＴ３の経過後にその経過前に比
べてノズル断面積が小さくなるように、ＶＧＴ３１のノ
ズルを閉じる可変ノズル制御手段４０ｄが構成され、ま
た、ステップＳＣ１７により、前記第２設定期間ΔＴ４
の経過後に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を閉じる吸気量制御
手段４０ｃが構成されている。

【００８１】さらに、ステップＳＣ１０，ＳＣ１５，Ｓ
Ｃ２０により、エンジン１の始動から前記第１設定期間
ΔＴ３の経過前は、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、第１設定期間ΔＴ３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４０ｅが構成されている。

【００８２】（実施形態３の作用効果）次に、この実施
形態３による具体的な作用効果を図１２に基づいて説明
すると、エンジン１がクランキングされて始動し（ｔ＝
ｔ0）、その後、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、ＥＧＲ弁２４が全閉状態にされ
るとともに、図１２(a)に示すように、吸気絞り弁２６
が全開状態にされて、各気筒２の燃焼室４への吸入空気
量が確保される。また、同図(b)に示すように、ＶＧＴ
３１のノズルが全開状態にされて、排気抵抗が最小にな
るとともに、同図(c)に示すように、インジェクタ５に
よる燃料噴射量が増量補正され、かつ図示しないが燃料
噴射圧も増大補正される。さらに、該インジェクタ５に
よる燃料の主噴射に先立ってパイロット噴射が行われる
とともに、同図(d)に示すように、燃料噴射時期が通常
よりも大幅に遅角側に設定される。

【００８３】すなわち、前記の吸入空気量の確保、排気
抵抗の低減、燃料噴射量及び噴射圧の増大、及びパイロ
ット噴射の実行によって、燃料の着火安定性及び燃焼性
を極めて高い状態とし、このことを利用して燃料噴射時
期を大幅に遅角させることにより、排気温度を極めて高
い状態（約３００°Ｃ）とすることができ、これによ
り、同図(g)に示すように触媒コンバータ３０の温度状
態が急速に上昇する。また、排気温度の上昇によってエ
ンジン１の燃焼室４付近の温度状態も上昇する（同図
(e)参照）。しかも、この際、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るの
で、エンジン１の騒音レベルはかなり低くなる。

【００８４】そうして、エンジン始動から第１設定期間
ΔＴ３が経過すると（ｔ＝ｔ３）、触媒コンバータ３０
の温度状態は約２５０°Ｃに達し、高い排気浄化性能を
発揮できるようになる。そうなると、同図(d)に示すよ
うに燃料噴射時期が進角されるとともに、同図(b)に示
すようにＶＧＴ３１のノズルが閉じられ、意図的に排気
抵抗が増大されて高温の燃焼ガスが燃焼室４に滞留する
ことで、同図(e)に示すように、該燃焼室４付近の温度
状態が急速に上昇する。

【００８５】さらに、前記第１設定期間ΔＴ３の経過か
らさらに第２設定期間ΔＴ４が経過して（ｔ＝ｔ４）、
エンジン１の燃焼室４の温度状態が十分に高くなると、
今度はＶＧＴ３１のノズルが開かれるとともに、吸気絞
り弁２６が閉じられ、燃焼室４への吸入空気量が減少し
て、該燃焼室４の平均的な空気過剰率λがλ＜１とされ
る。この吸入空気量の減少によって、気筒２の圧縮比が
実質的に小さくなることにより、同図(h)に示すように
エンジン１の騒音レベルが大幅に低減するとともに、燃
費が改善される。また、前記の吸入空気量の減少によ
り、実施形態１，２と同様に排気中の未燃燃料が極めて
多い状態になるので、同図(g)に示すように触媒コンバ
ータ３０を昇温させたり或いはその温度状態を維持する
ことができる。

【００８６】つまり、この実施形態３によれば、エンジ
ン１始動後にインジェクタ５、ＥＧＲ弁２４、吸気絞り
弁２６、ＶＧＴ３１等をシーケンシャルに制御すること
で、まず最初に排気温度を大幅に高めて、触媒コンバー
タ３０を十分な排気浄化性能を発揮できる状態まで早期
に昇温させ、続いて、燃焼室４付近の温度状態を急速に
高め、その上で吸気絞り弁２６を閉じることで、暖機運
転中のエンジン１の振動や騒音を大幅に低減することが
できるものである。

【００８７】（他の実施形態）尚、本発明は前記実施形
態１〜３に限定されるものではなく、その他の種々の実
施形態を包含するものである。すなわち、前記各実施形
態において設定期間ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３，ΔＴ４は
いずれも時間間隔としているが、これに限るものではな
く、例えばエンジン１の燃焼室４付近や触媒コンバータ
３０に温度センサを配設して、このセンサ出力に基づい
て設定期間の経過を判定するようにしてもよい。

【００８８】また、前記各実施形態では、エンジン１の
始動後にＥＧＲ弁２４を強制的に全閉状態にするように
しているが、実施形態２においては必ずしもそうする必
要はない。すなわち、前記各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、実施形態２のようにエンジン１の始
動直後に吸気絞り弁２６が閉じられると、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。

【００８９】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１記載の
発明に係るターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御
装置によると、エンジンの未暖機状態では燃料噴射弁に
より主噴射に先立ってパイロット噴射を行うとともに、
エンジンの始動直後にまず、可変ノズル機構のノズル断
面積を小さくさせて意図的に排気抵抗を増加させること
で、高温の燃焼ガスの滞留によって燃焼室付近の温度状
態を急速に上昇させて、燃料の着火安定性や燃焼性を確
保し、かつエンジン暖機を促進できる。そして、その上
で、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、エンジンの失火を招くことなく、暖機運
転中の振動及び騒音を大幅に低減させることができ、さ
らに、排気中の未燃燃料を増加させて、この未燃燃料の
反応熱によって触媒の昇温を促進できる。

【００９０】また、請求項２記載の発明に係るターボ過
給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置によると、前記
請求項１の発明と同様にエンジンの未暖機状態で燃料噴
射弁により主噴射に先立ってパイロット噴射を行うとと
もに、エンジンの始動直後から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、振動や騒音を
低減しかつ燃費を改善するとともに、触媒の昇温を促進
できる。そして、その後、可変ノズル機構のノズル断面
積を小さくさせて、燃焼室に高温の燃焼ガスを滞留させ
ることで、エンジンの暖機を促進できる。

【００９１】請求項３の発明によると、エンジンの始動
時の温度状態が高いときには、請求項２の発明の効果を
得ることができる一方、例えば寒冷地等で始動時のエン
ジンの温度状態が低いときには、始動直後にエンジンの
燃焼室への吸入空気量を減少させることは回避して、失
火を確実に防止できる。

【００９２】次に、請求項４記載の発明に係るターボ過
給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置によると、前記
請求項１又は請求項２の発明と同様にエンジンの未暖機
状態で燃料噴射弁により主噴射に先立ってパイロット噴
射を行うとともに、エンジンの始動直後にまず燃料噴射
時期を大きく遅角させて、排気温度を高めることによ
り、エンジンの暖機及び触媒の昇温を促進できる。そし
て、その後、今度は燃料噴射時期を進角させて着火安定
性をさらに高める一方で、可変ノズル機構のノズル断面
積を小さくさせて、高温の燃焼ガスの滞留によって燃焼
室付近の温度状態を上昇させて、エンジンの暖機を促進
できる。

【００９３】請求項５の発明によると、請求項４の発明
の効果に加えて、エンジンの燃焼室への吸入空気量を吸
気量調節手段により減少させることで、エンジン暖機運
転中のの振動や騒音を低減しかつ燃費を改善できるとと
もに、触媒を昇温できる。

【００９４】請求項６の発明によると、エンジンが未暖
機状態のときには、燃料噴射圧力を相対的に高くするこ
とで、噴射燃料の微粒化を促進し、気化霧化性の悪いエ
ンジン未暖機状態であっても失火を十分に抑制できる。

【００９５】請求項７の発明によると、エンジンの燃焼
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１及び第２解決手段の概略構成をそ
れぞれ示す説明図である。

【図２】本発明の実施形態１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】ターボ過給機のタービン室の構造を一部省略し
て示す断面図である。

【図５】インジェクタの燃料噴射作動タイミングを示す
説明図である。

【図６】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７】エンジンが未暖機状態のときの制御手順を示す
フローチャート図である。

【図８】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。

【図９】本発明の実施形態２に係る図７相当図である。

【図１０】実施形態２に係る図８相当図である。

【図１１】本発明の実施形態３に係る図７相当図であ
る。

【図１２】実施形態３に係る図８相当図である。

【符号の説明】

Ａ エンジンの制御装置 １ ディーゼルエンジン ２ 気筒 ４ 燃焼室 ５ インジェクタ（燃料噴射弁） １８ エンジン水温センサ（検出手段） ２６ 吸気絞り弁（吸気量調節手段） ２９ タービン ２９ａ フラップ（可変ノズル機構） ３０ 触媒コンバータ ３１ ターボ過給機（ＶＧＴ） ３５ アクチュエータ（可変ノズル機構） 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 吸気量制御手段 ４０ｄ 可変ノズル制御手段 ４０ｅ 噴射時期設定手段

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 41/06 ３５５ Ｆ０２Ｄ 41/06 ３８５Ｓ ３８５ ３９５ ３９５ 41/38 Ｂ 41/38 43/00 ３０１Ｊ 43/00 ３０１ ３０１Ｒ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｑ (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） 3G005 DA02 EA04 EA16 FA00 FA11 FA12 GA04 GB24 GD07 GD09 GE08 GE09 JA06 JA12 JA23 JA39 JA42 JA51 JB00 JB02 JB20 3G084 AA01 BA00 BA05 BA08 BA09 BA13 BA14 BA15 BA20 CA01 CA02 DA00 DA39 EA05 EA07 EA11 EB09 FA10 FA12 FA13 FA20 FA33 FA36 FA38 FA39 3G092 AA02 AA17 AA18 BA01 BA04 BB01 BB06 BB12 BB13 DB03 DC01 DC09 DE03Y DE09Y EA01 EA02 EA04 EA09 EA17 EB05 EC10 FA00 FA14 GA01 GA02 HA06Z HA16Z HB01Z HE01Z HE03Z HE04Z HE05Z HE10Z HF08Z HF19Z 3G301 HA02 HA04 HA11 HA13 JA00 JA37 KA01 KA05 LA00 LA01 LB06 MA01 MA11 MA18 MA23 NA08 NB03 NC04 NE01 NE06 NE12 NE17 NE23 PA11Z PA16Z PB03Z PE01Z PE03Z PE04Z PE05Z PE08Z PF03Z PF16Z

Claims (7)

【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直接、
   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、
   前記ターボ過給機のタービンよりも排気下流側の排気通
   路に配置された排気浄化用の触媒とを備え、 エンジンが未暖機状態のときに、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
   るようにしたエンジンの燃料制御装置において、 前記ターボ過給機のタービンへの排気流を絞る可変ノズ
   ル機構と、 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、 エンジンが未暖機状態のときに、該エンジンの始動から
   設定期間が経過したかどうか判定する判定手段と、 前記判定手段により設定期間の経過前と判定されたと
   き、前記可変ノズル機構を、そのノズル断面積がエンジ
   ンのクランキング時に比べて小さくなるように作動制御
   する一方、設定期間の経過後はその経過前に比べてノズ
   ル断面積が大きくなるように作動制御する可変ノズル制
   御手段と、 前記判定手段により設定期間の経過後と判定されたと
   き、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ターボ過給付ディ
   ーゼルエンジンの燃料制御装置。
2. 【請求項２】 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、 エンジンの排気により吸気を過給するターボ過給機と、 前記ターボ過給機のタービンよりも排気下流側の排気通
   路に配置された排気浄化用の触媒とを備え、 エンジンが未暖機状態のときに、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
   るようにしたエンジンの燃料制御装置において、 前記ターボ過給機のタービンへの排気流を絞る可変ノズ
   ル機構と、 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、 エンジンが未暖機状態のとき、該エンジンの始動から設
   定期間が経過したかどうか判定する判定手段と、 遅くとも前記判定手段により設定期間の経過が判定され
   る前に、前記吸気量調節手段を、燃焼室への吸入空気量
   がエンジンのクランキング時に比べて少なくなるように
   作動制御する吸気量制御手段と、 前記判定手段により設定期間の経過が判定されたとき、
   その経過前に比べてノズル断面積が小さくなるように前
   記可変ノズル機構を作動制御する可変ノズル制御手段と
   を備えていることを特徴とするターボ過給付ディーゼル
   エンジンの燃料制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 エンジンの冷却水の温度状態を検出する検出手段が設け
   られ、 吸気量制御手段は、エンジンのクランキング時に前記検
   出手段により検出された始動時冷却水温度が所定以上に
   高いときにのみ、吸気量調節手段の作動制御を行うよう
   に構成されていることを特徴とするターボ過給付ディー
   ゼルエンジンの燃料制御装置。
4. 【請求項４】 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、 エンジンの排気により吸気を過給するターボ過給機と、 前記ターボ過給機のタービンよりも排気下流側の排気通
   路に配置された排気浄化用の触媒と、 エンジンが未暖機状態のときに、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エンジンの燃料制御装置
   において、 前記ターボ過給機のタービンへの排気流を絞る可変ノズ
   ル機構と、 エンジンが未暖機状態のとき、該エンジンの始動から第
   １設定期間が経過したかどうか判定する判定手段と、 前記判定手段により第１設定期間の経過前と判定された
   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、第１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、 前記判定手段により第１設定期間の経過後と判定された
   とき、その経過前に比べてノズル断面積が小さくなるよ
   うに前記可変ノズル機構を作動制御する可変ノズル制御
   手段とを備えていることを特徴とするターボ過給付ディ
   ーゼルエンジンの燃料制御装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 判定手段は、第１設定期間の経過後に該第１設定期間と
   は異なる第２設定期間が経過したかどうか判定するもの
   であり、 燃焼室への吸入空気量を調節する吸気量調節手段と、 前記判定手段により第２設定期間の経過後と判定された
   とき、該第２設定期間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タ
   ーボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１つにおいて、 エンジンが未暖機状態のとき、燃料噴射弁による燃料の
   噴射圧力を同一負荷状態の暖機状態のときに比べて高く
   なるように制御する燃圧制御手段を備えていることを特
   徴とするターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装
   置。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれか１つにおいて、 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、吸気量調節手段の作動により燃焼室
   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
   るターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置。