JP2009074382A - ディーゼルエンジンの排気還流制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンの要求負荷が変化した過渡的な運転状態においても、所期の燃焼特性を得ることができ、もって燃費を向上しつつ高い排気性能を得ること。
【解決手段】少なくともディーゼルエンジン１の要求負荷を含むディーゼルエンジン１の運転状態を判定し、要求負荷が増加するほど排気還流率を低減する一方、要求負荷が低下するほど排気還流率を増加するように低温排気還流手段並びに高温排気還流手段を制御するエンジン制御手段４０を設ける。エンジン制御手段４０は、要求負荷の変化方向に基づいて低温排気還流手段と前記高温排気還流手段の何れか一方を優先的に調整制御し、その後、低温排気還流経路と高温排気還流経路との長さの差に基づく時間差を設けて低温排気還流手段と高温排気還流手段の何れか他方を調整制御するものである。
【選択図】図７

Description

本発明はディーゼルエンジンの排気還流制御装置に関する。

ディーゼル燃焼の課題として、良好な燃費を維持したまま、ＮＯｘと煤を大幅に低減することがあげられる。そのような排気性能の面からの理想的なディーゼル燃焼の条件は、当量比−温度（φ−Ｔ）マップ上のＮＯｘ生成領域と煤生成領域を回避した燃焼であることが知られている。かかる燃焼を実現するための手段として、例えば特許文献１に開示されているように、多量の排気を還流させて燃焼を低温化するとともに、比較的早期に燃料を噴射して空気と充分に混合したいわゆる予混合気を生成し、この予混合気を圧縮行程の終わりに自着火させるいわゆる予混合燃焼が知られている。

さらに、特許文献２に開示されている先行技術では、予混合燃焼が実行される運転領域で負荷に応じて吸気温度を制御するために、低温の排気を燃焼室に還流する低温排気還流装置と高温の排気を燃焼室に還流する高温排気還流装置を設け、予混合燃焼が実行される運転領域において、低負荷側では高温の排気還流率を高めて噴射された燃料の未燃化防止や燃料供給の遅れによる失火を防止するとともに、高負荷側では低温の排気還流率を高めて煤の発生を抑制する構成が採用されている。
特開２００１−８２２３３号公報 特開２０００−９７０１７号公報

ところで、過早着火による騒音を防止するとともに、時間損失、冷却損失、および機械損失の総和を最小とし、燃費を向上させるための理想的な燃焼の条件は、着火時期を圧縮上死点近傍に正確に制御することである。また、未燃焼損失を抑制する観点からは、ＣＯ、ＨＣの排出量を低減する燃焼が望まれる。

しかしながら、特許文献１の予混合燃焼によって着火時期を圧縮上死点近傍に制御した場合、空気過剰率が大きくなるほど燃料噴射タイミングを進角することになる。そのため、空気過剰率が大きな低負荷運転領域では、着火遅れが長くなり過ぎる傾向があった。そのような燃焼特性では、燃焼開始時から燃焼のピーク時までにＣＯ、ＨＣが発生しやすくなり、結果として排気性能が低減するおそれがあった。

そこで、特許文献２のように、低負荷側と高負荷側とで吸気酸素濃度と吸気温度とを制御するように低温の排気還流率と高温の排気還流率を変更することが望まれる。

しかしながら、ディーゼルエンジンの要求負荷が変化した過渡的な運転状態では、低温の排気が還流する経路と高温の排気が還流する経路の長さの相違等から、還流した排気が流入するタイミングがずれてしまい、吸気温度や排気還流率が一時的に調整したい方向と逆に増減するおそれがあった。そのような場合には、着火前の混合気や着火後の燃焼混合気がφ−Ｔマップ上のＮＯｘ生成領域や煤生成領域に入り込んでしまい、燃費が悪化したり、排気性能が低下したりするという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ディーゼルエンジンの要求負荷が変化した過渡的な運転状態においても、所期の燃焼特性を得ることができ、もって燃費を向上しつつ高い排気性能を得ることのできるディーゼルエンジンの排気還流制御装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために本発明は、低温の排気を吸気通路に還流させる低温排気還流手段と、高温の排気を吸気通路に還流させる高温排気還流手段とを備え、前記低温排気還流手段から排気を環流させる燃焼室までの低温排気還流経路が前記高温排気還流手段から排気を環流させる前記燃焼室までの高温排気還流経路と長さが異なるディーゼルエンジンに設けられ、少なくとも前記ディーゼルエンジンの要求負荷を含む前記ディーゼルエンジンの運転状態を判定する運転状態判定部と、前記運転状態判定部が判定した前記要求負荷が増加するほど排気還流率を低減する一方、前記要求負荷が低下するほど排気還流率を増加するように両排気還流手段を制御する排気還流制御部とを備えたディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、前記排気還流制御部は、前記要求負荷の変化方向に基づいて前記低温排気還流手段と前記高温排気還流手段の何れか一方を優先的に調整制御し、その後、各排気還流経路の長さの差に基づく時間差を設けて前記低温排気還流手段と前記高温排気還流手段の何れか他方を調整制御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排気還流制御装置である。この態様では、ディーゼルエンジンの要求負荷の変化に応じて筒内の燃焼温度や排気還流率を調整制御するに当たり、要求負荷の変化方向に基づいて低温排気還流手段と高温排気還流手段の優先度が変更されるので、運転状態に応じてφ−Ｔマップ上のＮＯｘ生成領域と煤生成領域を回避した燃焼特性を得ることができる。しかも、低温排気還流手段と高温排気還流手段の優先度を変更するに当たり、低温排気還流経路と高温排気還流経路との長さの差を考慮した時間差を設けているので、還流した排気が流入するタイミングを可及的に所期の優先度に適合させ、吸気温度や排気還流率をより高い確率で調整したい方向に増減することができる。そのため、着火前の混合気や着火後の燃焼混合気がφ−Ｔマップ上のＮＯｘ生成領域や煤生成領域から外れた領域で燃焼し、燃費を向上しつつ、排気性能を高めることが可能になる。

好ましい態様において、前記排気還流制御部は、要求負荷が増加する場合には、前記高温排気還流手段の流量を優先的に低減するものである。この態様では、高温排気還流手段の流量を優先的に低減することにより、失火とスモーク抑制を両立することができる。すなわち、要求負荷が増加する場合には、燃料噴射量も増加する運転状態にあることから、排気還流率を低減して酸素濃度を高め、失火を抑制する必要がある。このとき、筒内温度が高温であると、φ−Ｔマップ上の煤生成領域で燃焼が生じやすい運転領域にあることから、酸素濃度の相対的な増加とともに筒内温度の低下も優先されることになる。そこで、要求負荷が増加する場合には、高温排気還流手段の流量を優先的に低減することにより、酸素濃度の増加と筒内温度の低下を両方同時に促進させて、失火とスモーク抑制を両立するようにしているのである。

好ましい態様において、前記排気還流制御部は、要求負荷が増加する場合において前記高温排気還流手段の流量を優先的に低減した後、前記時間差を持たせて前記低温排気還流手段の流量を低減するものである。この態様では、高温排気還流手段が優先的に流量を低減して筒内温度が充分に下がった後、低温排気還流経路と高温排気還流経路との長さの差に応じた適切なタイミングでさらに低温排気還流手段の流量を低減して酸素濃度を高め、失火抑制を図ることができる。

好ましい態様において、前記ディーゼルエンジンの排気浄化触媒の触媒温度に関する値を検出して前記運転状態判定部に出力する触媒温度検出手段を備え、前記運転状態判定部は、要求負荷が低下する場合において、前記触媒温度が所定の値よりも低い場合には、高温排気還流手段の流量を優先的に増加するものである。この態様では、触媒温度に応じてエンジンの過早着火の抑制を図りつつ、排気性能を確実に維持することができる。すなわち、触媒温度が極端に低い場合には、排気性能が著しく低下する一方、筒内温度も低いと考えられるので、過早着火が生じにくい運転状態にあると考えられる。そのため、エンジンの要求負荷が低下する場合に触媒温度が極端に低いときは、高温排気還流手段の流量を優先して増加し、吸気温度の低下を抑制してＣＯ、ＨＣが生じにくい燃焼領域でエンジンを運転することにより、排気性能の低下抑制を図っているのである。

好ましい態様において、前記排気還流制御部は、要求負荷が低下する場合であって前記触媒温度が所定の値よりも低いときに前記高温排気還流手段の流量を優先して増加した後、前記時間差を持たせて前記低温排気還流手段の流量を増加するものである。この態様では、高温排気還流手段の流量を優先的に増加して排気性能の高い燃焼特性を得た後、低温排気還流経路と高温排気還流経路との長さの差に応じた適切なタイミングで低温排気還流手段の流量を増加することによって、筒内温度の過度な上昇を抑制し、排気性能を維持しつつ、過早着火を防止することができる。

好ましい態様において、前記運転状態判定部は、要求負荷が低下する場合において、前記触媒温度が前記所定の値以上の場合には、低温排気還流手段の流量を優先的に増加するものである。この態様では、触媒の温度が浄化性能を充分に発揮できる運転状況では、過早着火を確実に防止することができる。すなわち、エンジンの要求負荷が低下する場合には、燃料噴射量もそれに伴って減少するので、燃焼室内の酸素濃度は相対的に高くなる方向に進み、過早着火が生じやすくなる。そのため、この運転領域では、酸素濃度を早急に低下させる必要がある。他方、吸気温度については、排気性能の観点からは、高温に維持してＣＯ、ＨＣの生成を低減する必要があるが、触媒温度が所定の値以上である場合には、充分な排気性能を発揮できると考えられる。そこで、要求負荷が低下する運転領域で触媒温度が前記所定の値以上の場合には、低温の排気を優先的に用いて過早着火を防止するようにしているのである。

好ましい態様において、前記排気還流制御部は、要求負荷が低下する場合であって前記触媒温度が前記所定の値以上のときに前記低温排気還流手段の流量を優先して増加した後、前記時間差を持たせて前記高温排気還流手段の流量を増加するものである。この態様では、低温排気還流手段の流量を優先的に増加して過早着火が生じにくい燃焼特性を得た後、低温排気還流経路と高温排気還流経路との長さの差に応じた適切なタイミングで高温排気還流手段の流量を増加することによって、筒内温度を上昇させ、φ−Ｔマップ上のＣＯ、ＨＣ生成領域から外れた燃焼領域でエンジンを運転するとともに、触媒温度をいわゆるライトオフ温度に維持することによって、排気性能を高めることができる。

好ましい態様において、前記運転状態判定部には、予混合燃焼可能な運転領域と、この運転領域に区画される所定の中負荷運転領域、この中負荷運転領域よりも低負荷側の低負荷運転領域、およびこの低負荷運転領域よりもさらに低負荷の極低負荷運転領域とが設定されており、前記排気還流制御部は、要求負荷が低下する場合であって目標負荷が前記低負荷運転領域以上のときには、前記低温排気還流手段の流量を優先して増加するものである。この態様では、エンジンの過早着火が生じやすい運転状態において、低温排気還流手段の流量が優先して増加されるので、吸気温度を緩やかに上昇しつつ排気還流率を上昇させ、排気性能の低下を抑制しつつ過早着火を確実に防止することができる。すなわち、エンジンの要求負荷が低下する場合には、燃料噴射量もそれに伴って減少するので、燃焼室内の酸素濃度は相対的に高くなる方向に進み、過早着火が生じやすくなる。そのため、この運転領域では、酸素濃度を早急に低下させる必要がある。他方、吸気温度については、排気性能の観点からは、高温に維持してＣＯ、ＨＣの生成を低減する必要があるが、吸気温度が高いと過早着火は生じやすくなる。そして、中高負荷運転領域から低負荷運転領域に要求負荷が低下する運転領域では、酸素濃度を低下し、且つ吸気温度を低減して過早着火の防止を図ったとしても、排気性能は比較的高いレベルで維持される。そこで、中高負荷運転領域から低負荷運転領域に要求負荷が低下する運転領域では、低温の排気を優先的に用いて過早着火を防止するようにしているのである。

好ましい態様において、前記排気還流制御部は、要求負荷が低下する場合であって目標負荷が前記低負荷運転領域以上のときに前記低温排気還流手段の流量を優先して増加した後、前記時間差を持たせて前記高温排気還流手段の流量を増加するものである。この態様では、低温排気還流手段の流量を優先的に増加して過早着火が生じにくい燃焼特性を得た後、低温排気還流経路と高温排気還流経路との長さの差に応じた適切なタイミングで高温排気還流手段の流量を増加することによって、筒内温度を上昇させ、φ−Ｔマップ上のＣＯ、ＨＣ生成領域から外れた燃焼領域でエンジンを運転し、排気性能を高めることができる。

好ましい態様において、前記排気還流制御部は、要求負荷が低下する場合であって目標負荷が前記極低負荷運転領域以下の低負荷側にあるときには、前記高温排気還流手段の流量を優先して増加するものである。この態様では、エンジンの過早着火の抑制を図りつつ、排気性能を確実に維持することができる。すなわち、エンジンの要求負荷が極低負荷運転領域まで低下する場合には、酸素濃度が高くなったとしても、それ以上に燃料噴射量も減少しているので、過早着火は生じにくくなる反面、燃焼温度の低下に伴ってφ−Ｔマップ上で燃焼がＣＯ、ＨＣ生成領域中に生じやすくなる。そのため、エンジンの要求負荷が極低負荷運転領域まで低下する場合には、高温排気還流手段を優先して増加し、吸気温度の低下を抑制してＣＯ、ＨＣが生じにくい燃焼領域でエンジンを運転することにより、排気性能の低下抑制を図っているのである。

好ましい態様において、前記排気還流制御部は、要求負荷が低下する場合であって目標負荷が前記極低負荷運転領域以下の低負荷側にあるときに前記高温排気還流手段の流量を優先して増加した後、前記時間差を持たせて前記低温排気還流手段の流量を増加するものである。この態様では、高温排気還流手段の流量を優先的に増加して排気性能の高い燃焼特性を得た後、低温排気還流経路と高温排気還流経路との長さの差に応じた適切なタイミングで低温排気還流手段の流量を増加することによって、筒内温度の過度な上昇を抑制し、排気性能を維持しつつ、過早着火を防止することができる。

好ましい態様において、前記運転状態判定部は、当該ディーゼルエンジンの触媒温度を検出する手段を含み、前記触媒温度高いほど前記極低負荷運転領域のしきい値が低負荷側になるように該極低負荷運転領域を決定するものである。この態様では、触媒温度が高く、いわゆるライトオフ温度以上である場合には、排気性能が高いので、過早着火防止が優先され、触媒温度が低い場合には、排気性能が優先されることから、触媒温度が高いほど、極低負荷運転領域のしきい値を低負荷側に設定することにより、運転状態に応じて優先される排気還流手段の流量を切り換えられるようにしているのである。すなわち、触媒温度が低い場合には、極低負荷運転領域が高負荷側に設定されるので、高温排気還流手段の流量が優先的に増加される傾向になり、排気性能の低下抑制が図られるとともに、触媒温度が高い場合には、低温排気還流手段の流量が優先的に増加される傾向になり、過早着火抑制が図られることになる。

以上説明したように、本発明は、ディーゼルエンジンの要求負荷の変化に応じて筒内の燃焼温度や排気還流率を調整制御するに当たり、要求負荷の変化方向に基づいて低温排気還流手段と高温排気還流手段の優先度が変更することによって、運転状態に応じてφ−Ｔマップ上のＮＯｘ生成領域と煤生成領域を回避した燃焼特性を得ることができるとともに、低温排気還流経路と高温排気還流経路との長さの差に応じた適切なタイミングで優先度の低い方の排気還流手段を稼動することができるので、ディーゼルエンジンの要求負荷が変化した過渡的な運転状態においても、所期の燃焼特性を得ることができ、もって燃費を向上しつつ高い排気性能を得ることができるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の一形態にかかるディーゼルエンジンの排気還流制御装置の一例を示す構成図である。

図１を参照して、ディーゼルエンジン１は、複数の気筒２（図１に一つのみ図示）を有している。各気筒２には、ピストン３が往復移動可能に嵌装されている。各ピストン３は、対応する気筒内に燃焼室４を区画している。この燃焼室４の天井部には、燃料噴射弁５が配設されている。燃料噴射弁５の先端部の噴口は、燃焼室４内に臨み、高圧の燃料を燃焼室４内に直接噴射するようになっている。

具体的には図示していないが、本実施形態に係る燃料噴射システムは、いわゆるコモンレールタイプであり、各燃料噴射弁５は、共通の燃料分配管に接続されている。この燃料分配管内部には、その燃圧を検出するための燃圧センサが設けられており、後述するエンジン制御ユニット４０に接続されている。

ディーゼルエンジン１の上部には、吸気弁８１および排気弁８２をそれぞれ開閉させる図略の動弁機構が配設されている。

ディーゼルエンジン１の吸気側（図の右側）面には、各気筒２の燃焼室４に対し、エアクリーナ（図示せず）で濾過した新気を供給するための吸気通路１６が接続されている。この吸気通路１６には、上流側から下流側に向かって順に、バタフライバルブからなる吸気絞り弁２２と、後述するターボ過給機３０のタービン２７に駆動されて吸気を圧縮するコンプレッサ２０と、このコンプレッサ２０により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ２１と、バタフライバルブからなるインタークーラ経路絞り弁２３とが設けられている。

一方、ディーゼルエンジン１の排気側（図の左側）面には、各気筒２の燃焼室４からそれぞれ既燃ガスを排出するための排気通路２６が接続されている。この排気通路２６の上流端部は、気筒２毎に分岐して、それぞれ排気ポートから燃焼室４に連通する排気マニホールドであり、該排気マニホールドよりも下流の排気通路２６には、上流側から下流側に向かって順に、排気流を受けて回転されるタービン２７と、排気中の有害成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ、煤等）を浄化するディーゼル酸化触媒２８およびキャタライズドＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）２９とが配設されている。本実施形態においては、触媒としてのこれらディーゼル酸化触媒２８およびキャタライズドＤＰＦ２９のライトオフ温度を管理するために、触媒温度センサ５８が設けられている。

ターボ過給機３０は、可動フラップ３１によって通路断面積を変化させるようにした可変ターボ過給機であり、エンジン制御ユニット４０によって通路断面積が調整制御（ＶＧＴ制御）されるようになっている。

排気通路２６には、キャタライズドＤＰＦ２９よりも排気下流側の部位に臨んで開口するように、排気の一部を吸気側に還流させるための低温排気還流通路３４の上流端が接続されている。この低温排気還流通路３４の下流端は、吸気絞り弁２２とコンプレッサ２０との間で吸気通路１６に接続されていて、排気通路２６から排出された既燃ガスの一部を吸気通路１６に還流させる低圧排気還流通路で具体化されている。また、低温排気還流通路３４の途中には、その内部を流通する排気を冷却するための排気還流クーラ３７と、開度調整可能に構成され、低温排気還流通路３４の排気還流量を調整する低温排気還流調整弁３５とが配置されている。本実施形態においては、これら低温排気還流通路３４、排気還流クーラ３７、並びに低温排気還流調整弁３５が低温排気還流手段を構成している。

排気マニホールドには、高温排気還流通路４４の上流端が接続されている。この高温排気還流通路４４の下流端は、インタークーラ経路絞り弁２３よりも下流側で吸気通路１６に接続された高圧排気還流通路により具体化されている。また、高温排気還流通路４４の途中には、開度調整可能に構成され、高温排気還流通路４４の排気還流量を調整する高温排気還流調整弁４５が配置されている。本実施形態においては、これら高温排気還流通路４４並びに高温排気還流調整弁４５が高温排気還流手段を構成している。

エンジン制御ユニット４０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース等を有するマイクロプロセッサで構成され、各センサを初めとする入力要素からの検出信号に基づき、種々の演算を行うとともに、燃料噴射弁５、各排気還流調整弁３５、４５、或いはターボ過給機３０等の出力要素の制御信号を出力するものである。

各燃料噴射弁５、吸気絞り弁２２、インタークーラ経路絞り弁２３、ターボ過給機３０、低温排気還流調整弁３５、高温排気還流調整弁４５等は、何れもエンジン制御ユニット４０からの制御信号を受けて作動する。一方、このエンジン制御ユニット４０には、少なくともディーゼルエンジン１のクランク軸の回転速度を検出するクランク角センサ５１、吸気の圧力状態を検出する吸気圧センサ５２、排気中の酸素濃度を検出するリニア酸素濃度センサ５３、外部からディーゼルエンジン１に吸入させる空気の流量を検出するエアフローセンサ５４、還流した両排気混合後の吸気の温度を検出する吸気温度センサ５５、図略のアクセルペダルの踏み操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５６、車速を検出する車速センサ５７、並びに触媒温度センサ５８等のセンサが入力要素として接続されている。

エンジン制御ユニット４０によるディーゼルエンジン１の基本的な制御は、主にアクセル開度に基づいて基本的な目標燃料噴射量を決定し、燃料噴射弁５の作動制御によって燃料の噴射量や噴射タイミング等を制御する点にある。また、吸気絞り弁２２や低温排気還流調整弁３５の開度の制御によって燃焼室４への排気の還流度合を制御し、ターボ過給機３０の可動フラップ３１の作動制御によって吸気の過給効率を向上させる。さらに、本発明に係る燃焼形態に特徴的な制御は、低温排気還流調整弁３５、高温排気還流調整弁４５の開度制御によって還流した排気の混合後の吸気温度を調整する点、並びに低温排気還流調整弁３５、高温排気還流調整弁４５の制御タイミングに、運転状況に応じて優先順位を設ける点、並びに低温排気還流調整弁３５から燃焼室４に至る低温排気還流経路と高温排気還流調整弁４５から燃焼室４に至る高温排気還流経路との長さの差に基づいて両排気還流調整弁３５、４５の開弁時差（時間差）Ｔｄを設定している点である。

図２は、本実施形態に係るディーゼルエンジンにおける圧縮上死点経過後の燃焼状態の遷移を三段階で示したφ−Ｔマップである。

図２を参照して、同φ−Ｔマップでは、局所温度Ｔｐと局所当量比φとに関して、ＣＯ、ＨＣの生成領域、煤の生成領域、並びにＮＯｘの生成領域が示される。また、φ−Ｔマップ中の等高線は、燃焼混合気の局所状態の分布を示している。この燃焼混合気の分布は、本実施形態によって実現される理想的な燃焼状態である。

この燃焼状態は、エンジン制御ユニット４０の制御により、還流した多量の排気で局所温度を低下させ、空気余剰率が高くなるような当量比φ（φ＜１）で比較的上死点近傍（ＢＴＤＣ１５°ＣＡ〜ＢＴＤＣ１０°ＣＡ）の所定範囲で燃料を噴射してディーゼルエンジン１を稼動したもの（以下、本件の燃焼方法を「排気還流冷却燃焼」と呼称する）である。

排気還流冷却燃焼によって、還流した多量の排気によってＮＯｘの生成領域を回避しているとともに、還流した排気による燃焼混合気の温度低下を図っているため、本実施形態では余剰酸素が多く（φ＞１）、しかも極度に燃焼温度が低下しない（Ｔ＜１５００Ｋ）結果、燃焼混合気の分布は、ＣＯ、ＨＣの生成領域を回避している。また、燃焼ピーク時（ＡＴＤＣ４°ＣＡ）から最高燃焼温度時（ＡＴＤＣ７°ＣＡ）にかけて、燃焼混合気の過濃側（マップの上側）が煤の生成領域に入ってしまうが、燃焼終了時には煤の生成領域から脱している。これは、燃焼温度が過度に低下しないことに相俟って、空気過剰率を高めたことで余剰酸素が充分に存在することから、煤の酸化が促進されたからであると推測される。この結果、既燃ガスが排気通路２６から排出されるころには、スモークが排出されなくなり、従来の予混合燃焼法に比べ、着火遅れを過度に長く設定する必要がなくなるのである。

図２の特性に見られるような排気還流冷却燃焼を実現するために、エンジン制御ユニット４０には、図３〜図６に示す特性に基づくデータが、制御マップとして記憶されている。

図３は、吸気温度と燃料噴射量との関係を示すグラフである。

図３を参照して、エンジン制御ユニット４０は、図３に示すグラフに基づく制御マップによって、各排気還流調整弁３５、４５を制御することにより、吸気温度を制御する。具体的には、排気還流クーラ３７を通過して冷却された低温の排気還流量と、高温排気還流通路４４を通過する高温の排気還流量とを調整し、還流した排気の混合後の吸気の温度を調整する。

図３のグラフは、燃料噴射量（つまりエンジン負荷）に対する温度範囲を規定しており、上限値Ｌ０は、所定の着火遅れ時間を確保することが可能となる温度限界（煤の発生を抑制する上での局所当量比の限界から定まる）を示している。下限値Ｌ１は、ＣＯ、ＨＣの発生を回避する温度限界（ＣＯ、ＨＣの発生を抑制する上での局所温度の限界から定まる）を示している。また、上限値Ｌ０、下限値Ｌ１は、燃料噴射量が多いほど（換言すればエンジン負荷が高いほど）低下するように設定されている。これは、燃料噴射量が増えるほど吸気をより冷却して着火遅れを延長し、失火を防止するためである。なお、下限値Ｌ１の燃料噴射量に対する低下率（下限値Ｌ１の傾き）は、上限値Ｌ０の低下率よりも小さく設定されている。各値Ｌ０、Ｌ１を規定する要素が異なるからである。

図４は、酸素濃度と燃料噴射量との関係を示すグラフである。

次に図４を参照して、エンジン制御ユニット４０は、図４に示すグラフに基づく制御マップによって、低温排気還流調整弁３５および吸気絞り弁２２を制御することにより吸気の酸素濃度を制御する。

図４のグラフは、燃料噴射量に対する酸素濃度の範囲を規定しており、その上限値Ｌ１０は、ＮＯｘの発生を回避するための酸素濃度限界（ＮＯｘの発生を抑制する上での局所温度の限界から定まる）を示している。下限値Ｌ１１は、ＣＯ、ＨＣの発生を抑制する上での酸素濃度限界（ＣＯ、ＨＣの発生を抑制する上での局所温度の限界から定まる）を示している。また、上限値Ｌ１０、下限値Ｌ１１は、燃料噴射量に拘わらず、一定に設定されており、例えば、Ｌ１０＝１２．５ｖｏｌ％、Ｌ１１＝１１．０ｖｏｌ％に設定することが好ましい。これは実験により得られた値である。

図５は、空気過剰率と燃料噴射量との関係を示すグラフである。

次に図５を参照して、エンジン制御ユニット４０は、図５に示すグラフに基づく制御マップによって、ターボ過給機３０をＶＧＴ制御することにより空気過剰率を制御する。

図５のグラフは、燃料噴射量に対する空気過剰率の範囲を規定しており、その上限値Ｌ２０は、筒内で過早着火しない限界（ＮＯｘの発生を抑制する上での局所温度の限界から定まる）を示している。下限値Ｌ２１は、相対的に低負荷側はＣＯ、ＨＣの発生を抑制するための限界（ＣＯ、ＨＣの発生を抑制する上での局所当量比の限界から定まる）を示し、相対的に高負荷側は、ＮＯｘの発生を抑制するための限界（ＮＯｘの発生を抑制する上での局所当量比の限界から定まる）を示している。

なお、具体的には、図示していないが、エンジン制御ユニット４０には、燃料噴射タイミングを設定するためのマップ、エンジンの要求負荷に対して燃料噴射量を決定するマップ等が記憶されている。

図６は、エンジン回転速度と要求トルクとの関係を示すグラフであり、図７は、同グラフに基づいてなされた制御例を示すタイミングチャートである。

まず、図６を参照して、本実施形態の排気還流冷却燃焼運転は、いわゆる予混合燃焼が可能な所定の中速中負荷運転領域において実行される。この領域はさらに、高負荷側の中負荷運転領域Ｒ１、低負荷運転領域Ｒ２、極低負荷運転領域Ｒ３に設定される。エンジン制御ユニット４０は、図６に示すグラフに基づく制御マップによって、低温排気還流調整弁３５と高温排気還流調整弁４５の開閉動作の優先度を決定するようにしている。

具体的には、図６のＡで示すように、負荷が増加する方向に要求トルクが変更された場合、本実施形態では、図７（Ａ）に示すように吸気温度の低下を図り、所定の酸素濃度を維持するために、高温排気還流通路４４の流量を優先的に低減し、目標排気還流率を低減するようにしている。

次に、負荷が減少する方向に要求トルクが変更された場合、図６のＢ１で示すように目標負荷が低負荷運転領域Ｒ２に減少するときには、図７（Ｂ）に示すように吸気温度の低下を優先する制御が実行される。目標負荷が低負荷運転領域Ｒ２に減少する運転状態では、燃料噴射量が減少することに伴い、酸素濃度が相対的に高くなり、過早着火が生じやすくなる。他方、吸気温度に関しては、本来は増加することが好ましいが、過早着火との関係では、温度上昇を抑制する方が好ましい。そこで、目標負荷が低負荷運転領域Ｒ２に減少するときには、過早着火を防止するために、低温排気還流調整弁３５の開弁を優先的に行い、その後、高温排気還流調整弁４５を開弁して排気還流率や吸気温度を調整するようにしているのである。

次に、負荷が減少する方向に要求トルクが変更された場合、図６のＢ２で示すように目標負荷が極低負荷運転領域Ｒ３に減少するときには、図７（Ｃ）に示すように吸気温度の増加を優先する制御が実行される。目標負荷が極低負荷運転領域Ｒ３に減少する運転状態では、燃料噴射量がさらに大幅に減少することに伴い、過早着火が生じにくくなる反面、ＣＯ、ＨＣが生じやすくなる。そこで、目標負荷が極低負荷運転領域Ｒ３に減少するときには、排気性能の低下を抑制するために、高温排気還流調整弁４５の開弁を優先的に行い、その後、低温排気還流調整弁３５を開弁して排気還流率や吸気温度を調整するようにしているのである。

なお、上述した各パターンＡ、Ｂ１、Ｂ２において、一方の排気還流調整弁から他方の排気還流調整弁の切り換えは、例えばタイマーを用いて時間差Ｔｄを設定することにより実行する。この時間差Ｔｄを設定するに当たっては、低温排気還流調整弁３５から燃焼室４に至る低温排気環流経路と高温排気還流調整弁４５から燃焼室４に至る高温排気還流経路との長さの差を考慮して実験等により適切な値が設定され、マップ化された状態で記憶されている。従って、本実施形態のように、低温排気還流経路が高温排気還流経路よりも長い仕様のハードウェアに制御プログラムを実装する場合には、時間差Ｔｄは、何れも所定の正の値（Ｔｄ＞０）をとる。他方、低温排気還流経路が高温排気還流経路よりも短い仕様のハードウェアに制御プログラムを実行する場合には、この時間差Ｔｄを０に設定してもよい。本実施形態では、排気還流調整弁３５、４５を制御して、排気還流率の変更制御や温度制御を実行するに当たり、低温排気還流調整弁３５から燃焼室４に至る低温排気環流経路と高温排気還流調整弁４５から燃焼室４に至る高温排気還流経路との長さの差に応じて制御タイミングを変更する構成にしているので、還流した排気が流入するタイミングを可及的に所期の優先度に適合させ、吸気温度や排気還流率をより高い確率で調整したい方向に増減することができるのである。

次に、エンジン制御ユニット４０による制御例について説明する。

図８〜図１０は、本実施形態に係るディーゼルエンジンの制御例を示すフローチャートである。なおこのフローチャートを実行するに当たり、エンジン制御ユニット４０には、目標負荷Ａｎｏｗの初期値が予め与えられている。

図８を参照して、この制御が実行されると、エンジン制御ユニット４０は、クランク角センサ５１の検出に基づくエンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度センサ５６の検出に基づくアクセル開度θから要求トルクτnextを決定する（ステップＳ１）。

次に、エンジン制御ユニット４０は、要求トルクτnextから燃料噴射量Ｑｆを決定する（ステップＳ２）。

次に、エンジン制御ユニット４０は、図３から図６で説明した制御マップに基づき、エンジン回転速度Ｎｅ、燃料噴射量Ｑｆから、目標酸素濃度Ｏｘ、目標吸気温度Ｔ、目標空気過剰率λ、目標負荷Ａnextを決定する（ステップＳ３）。

さらに本実施形態において、エンジン制御ユニット４０は、触媒温度センサ５８の検出に基づく触媒温度Ｔｃａｔから、極低負荷運転領域Ｒ３を決定する（ステップＳ４）。

次に、エンジン制御ユニット４０は、目標酸素濃度Ｏｘ、目標吸気温度Ｔ、目標空気過剰率λから、各排気還流調整弁３５、４５の目標開度を設定する（ステップＳ５）。

次いで、エンジン制御ユニット４０は、現在制御パラメータとなっている目標負荷ＡnowとステップＳ３で決定された目標負荷Ａnextとを比較し、負荷が増加するように変化するか否かを判定する（ステップＳ６）。仮に負荷が増加するように変化する場合、エンジン制御ユニット４０は、図７の（Ａ）の態様をとり、高温排気還流調整弁４５を最初に目標開度まで閉じる（ステップＳ７）。このように負荷が増加するように変化する運転状況において、排気還流率を低減し、失火を防止するに当たり、高温排気還流通路４４の流量を優先的に低減することにより、図７（Ａ）に示したように、吸気温度が速やかに低下することによって、混合気の燃焼特性が図２のφ−Ｔマップ上で煤の生成領域から外れ、しかも、排気還流率が低減することによって、過濃領域よりもリーン側に移動するので、高い排気性能を維持しつつ、失火防止を図ることができる。

次いで、エンジン回転速度Ｎｅと吸気管流量Ｑｉｎと、低温排気還流調整弁３５から燃焼室４に至る低温排気環流経路と高温排気還流調整弁４５から燃焼室４に至る高温排気還流経路との長さの差から時間差Ｔｄを設定する（ステップＳ８）。上述したように、本実施形態のように、低温排気還流通路３４の方が高温排気還流通路４４よりも長い仕様では、時間差Ｔｄは、正の値をとるが、低温排気還流経路が高温排気還流経路よりも短い仕様においては、時間差Ｔｄを０に設定する。

次いで、エンジン制御ユニット４０は、時間差Ｔｄが経過するのを待機し（ステップＳ９）、時間差Ｔｄを経過した場合には、低温排気還流調整弁３５を目標開度まで閉じる（ステップＳ１０）。これにより、要求負荷の増加に伴って燃料噴射量が増加すると、その増加に追従して排気還流率を低減し、失火を防止することができるとともに、この失火防止対策の際に、燃焼温度を低減し、煤の発生を抑制し、高い排気性能を維持することができる。

低温排気還流調整弁３５を制御した後、エンジン制御ユニット４０は、目標負荷の値をステップＳ３で決定した値に更新し（ステップＳ１１）、ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。

他方、ステップＳ６の判定において、ステップＳ３で演算された次の目標負荷Ａnextが、現在の目標負荷Ａnow以下である場合には、エンジン制御ユニット４０は、次の目標負荷Ａnextが、図６に示した極低負荷運転領域Ｒ３内にあるか否かをさらに判定する（ステップＳ１２）。そして、この判定で、次の目標負荷Ａnextが低負荷運転領域Ｒ２内にある場合、エンジン制御ユニット４０は、図９のフローチャートを実行し、極低負荷運転領域Ｒ３内にある場合には、図１０のフローチャートを実行する。

図９を参照して、負荷が減少する方向に要求トルクが変更された場合において、図６のＢ１で示すように目標負荷が低負荷運転領域Ｒ２に減少するとき、エンジン制御ユニット４０は、図７（Ｂ）の態様をとり、低温排気還流調整弁３５を最初に目標開度まで開く（ステップＳ２０）。このように負荷が減少するように変化する運転状況において、目標吸気温度を増加し、高い排気性能を維持するに当たり、低温排気還流通路３４の流量を優先的に増加することにより、図７（Ｂ）に示したように、吸気温度が緩やかに上昇することによって、過早着火の防止を図ることができる。

次いで、エンジン回転速度Ｎｅと吸気管流量Ｑｉｎと、低温排気還流調整弁３５から燃焼室４に至る低温排気環流経路と高温排気還流調整弁４５から燃焼室４に至る高温排気還流経路との長さの差から時間差Ｔｄを設定する（ステップＳ２１）。

次いで、エンジン制御ユニット４０は、時間差Ｔｄが経過するのを待機し（ステップＳ２２）、時間差Ｔｄを経過した場合には、高温排気還流調整弁４５を目標開度まで開く（ステップＳ２３）。これにより、要求負荷の低下に伴って燃料噴射量が減少すると、その減少に追従して排気還流率を増加し、過早着火を防止しつつ、燃焼温度を上昇し、ＣＯ、ＨＣの発生を抑制して、高い排気性能を維持することができる。

高温排気還流調整弁４５を制御した後、エンジン制御ユニット４０は、ステップＳ１１に戻って処理を繰り返す。

次に、図１０を参照して、負荷が減少する方向に要求トルクが変更された場合において、図６のＢ２で示すように目標負荷が極低負荷運転領域Ｒ３に減少するとき、エンジン制御ユニット４０は、図７（Ｃ）の態様をとり、高温排気還流調整弁４５を最初に目標開度まで開く（ステップＳ３０）。このように負荷が減少するように変化する運転状況において、目標吸気温度を増加し、高い排気性能を維持するに当たり、目標負荷が極低負荷運転領域Ｒ３に減少する運転状況では高温排気還流通路４４の流量を優先的に増加することにより、図７（Ｃ）に示したように、吸気温度が速やかに上昇することによって、高い排気性能を維持することができる。

次いで、エンジン回転速度Ｎｅと吸気管流量Ｑｉｎと、低温排気還流調整弁３５から燃焼室４に至る低温排気環流経路と高温排気還流調整弁４５から燃焼室４に至る高温排気還流経路との長さの差から時間差Ｔｄを設定する（ステップＳ３１）。

次いで、エンジン制御ユニット４０は、時間差Ｔｄが経過するのを待機し（ステップＳ３２）、時間差Ｔｄを経過した場合には、低温排気還流調整弁３５を目標開度まで開く（ステップＳ３３）。これにより、要求負荷の低下に伴って燃料噴射量が減少すると、その減少に追従して高い変化率で目標吸気温度を上昇し、ＣＯ、ＨＣの発生を抑制して高い排気性能を維持しつつ、排気還流率を増加して過早着火を防止することができる。

低温排気還流調整弁３５を制御した後、エンジン制御ユニット４０は、ステップＳ１１に戻って処理を繰り返す。このように本実施形態のエンジン制御ユニット４０は、ディーゼルエンジンの運転状態を判定する運転状態判定部と、排気還流手段としての低温排気還流調整弁３５および高温排気還流調整弁４５を制御する排気還流制御部を論理的に構成している。

以上説明したように、本実施形態では、エンジン制御ユニット４０は、低温排気還流調整弁３５から燃焼室４に至る低温排気環流経路と高温排気還流調整弁４５から燃焼室４に至る高温排気還流経路との長さの差に基づく時間差Ｔｄを設定しつつ要求負荷の変化方向に基づいて低温排気還流調整弁３５と高温排気還流調整弁４５の何れか一方を優先的に調整制御するものである。このため本実施形態では、ディーゼルエンジン１の要求負荷の変化に応じて筒内の燃焼温度や排気還流率を調整制御するに当たり、要求負荷の変化方向に基づいて低温排気還流調整弁３５と高温排気還流調整弁４５の優先度が変更されるので、運転状態に応じてφ−Ｔマップ上のＮＯｘ生成領域と煤生成領域を回避した燃焼特性を得ることができる。しかも、低温排気還流調整弁３５と高温排気還流調整弁４５の優先度を変更するに当たり、低温排気還流調整弁３５から燃焼室４に至る低温排気環流経路と高温排気還流調整弁４５から燃焼室４に至る高温排気還流経路との長さの差を考慮した時間差Ｔｄを設けているので、還流した排気が流入するタイミングを可及的に所期の優先度に適合させ、吸気温度や排気還流率をより高い確率で調整したい方向に増減することができる。そのため、着火前の混合気や着火後の燃焼混合気がφ−Ｔマップ上のＮＯｘ生成領域や煤生成領域から外れた領域で燃焼し、燃費を向上しつつ、排気性能を高めることが可能になる。

また本実施形態では、エンジン制御ユニット４０は、要求負荷が増加する場合には、高温排気還流調整弁４５の流量を優先的に低減するものである。このため本実施形態では、失火とスモーク抑制を両立することができる。すなわち、要求負荷が増加する場合には、燃料噴射量も増加する運転状態にあることから、排気還流率を低減して酸素濃度を高め、失火を抑制する必要がある。このとき、筒内温度が高温であると、φ−Ｔマップ上の煤生成領域で燃焼が生じやすい運転領域にあることから、酸素濃度の相対的な増加とともに筒内温度の低下も優先されることになる。そこで、要求負荷が増加する場合には、高温排気還流調整弁４５の流量を優先的に低減することにより、酸素濃度の増加と筒内温度の低下を両方同時に促進させて、失火とスモーク抑制を両立するようにしているのである。

また本実施形態では、エンジン制御ユニット４０は、要求負荷が増加する場合において高温排気還流調整弁４５の流量を優先的に低減した後、時間差Ｔｄを持たせて低温排気還流調整弁３５の流量を低減するものである。このため本実施形態では、高温排気還流調整弁４５が優先的に流量を低減して筒内温度が充分に下がった後、低温排気還流調整弁３５から燃焼室４に至る低温排気環流経路と高温排気還流調整弁４５から燃焼室４に至る高温排気還流経路との長さの差に応じた適切なタイミングでさらに低温排気還流調整弁３５の流量を低減して酸素濃度を高め、失火抑制を図ることができる。

また本実施形態では、エンジン制御ユニット４０は、予混合燃焼可能な運転領域と、この運転領域に区画される所定の中負荷運転領域Ｒ１、この中負荷運転領域Ｒ１よりも低負荷側の低負荷運転領域Ｒ２、およびこの低負荷運転領域Ｒ２よりもさらに低負荷の極低負荷運転領域Ｒ３とが設定されており、エンジン制御ユニット４０は、要求負荷が低下する場合であって目標負荷が低負荷運転領域Ｒ２以上のときには、低温排気還流調整弁３５の流量を優先して増加するものである。このため本実施形態では、エンジンの過早着火が生じやすい運転状態において、低温排気還流調整弁３５の流量が優先して増加されるので、吸気温度を緩やかに上昇しつつ排気還流率を上昇させ、排気性能の低下を抑制しつつ過早着火を確実に防止することができる。すなわち、ディーゼルエンジン１の要求負荷が低下する場合には、燃料噴射量もそれに伴って減少するので、燃焼室４内の酸素濃度は相対的に高くなる方向に進むので、過早着火が生じやすくなる。そのため、この運転領域では、酸素濃度を早急に低下させる必要がある。他方、吸気温度については、排気性能の観点からは、高温に維持してＣＯ、ＨＣの生成を低減する必要があるが、吸気温度が高いと過早着火は生じやすくなる。そして、中高負荷運転領域から低負荷運転領域Ｒ２に要求負荷が低下する運転領域では、酸素濃度を低下し、且つ吸気温度を低減して過早着火の防止を図ったとしても、排気性能は比較的高いレベルで維持される。そこで、低負荷運転領域Ｒ２に要求負荷が低下する運転領域では、低温の排気を優先的に用いて過早着火を防止するようにしているのである。

また本実施形態では、エンジン制御ユニット４０は、要求負荷が低下する場合であって目標負荷が低負荷運転領域Ｒ２以上のときに低温排気還流調整弁３５の流量を優先して増加した後、時間差Ｔｄを持たせて高温排気還流調整弁４５の流量を増加するものである。このため本実施形態では、低温排気還流調整弁３５の流量を優先的に増加して過早着火が生じにくい燃焼特性を得た後、低温排気還流調整弁３５から燃焼室４に至る低温排気環流経路と高温排気還流調整弁４５から燃焼室４に至る高温排気還流経路との長さの差に応じた適切なタイミングで高温排気還流調整弁４５の流量を増加することによって、筒内温度を上昇させ、φ−Ｔマップ上のＣＯ、ＨＣ生成領域から外れた燃焼領域でディーゼルエンジン１を運転し、排気性能を高めることができる。

また本実施形態では、エンジン制御ユニット４０は、要求負荷が低下する場合であって目標負荷が極低負荷運転領域Ｒ３以下の低負荷側にあるときには、高温排気還流調整弁４５の流量を優先して増加するものである。このため本実施形態では、エンジンの過早着火の抑制を図りつつ、排気性能を確実に維持することができる。すなわち、エンジンの要求負荷が極低負荷運転領域Ｒ３まで低下する場合には、酸素濃度が高くなったとしても、それ以上に燃料噴射量も減少しているので、過早着火は生じにくくなる反面、燃焼温度の低下に伴ってφ−Ｔマップ上で燃焼がＣＯ、ＨＣ生成領域中に生じやすくなる。そのため、ディーゼルエンジン１の要求負荷が極低負荷運転領域Ｒ３まで低下する場合には、高温排気還流調整弁４５を優先して増加し、吸気温度の低下を抑制してＣＯ、ＨＣが生じにくい燃焼領域でエンジンを運転することにより、排気性能の低下抑制を図っているのである。この点、特許文献１に開示された先行技術では、専ら燃焼温度を低減してスモークを抑制する構成を採用していたことから、着火遅れが長くなり過ぎる傾向があるのに加え、ＣＯ、ＨＣが燃焼後期に排出されやすくなる傾向があった。本実施形態では、上述のような構成を採用することにより、図３で示した下限値Ｌ１を高めに設定し、過度な着火遅れを抑制して出力の向上を図ることが可能になる。

また本実施形態では、エンジン制御ユニット４０は、要求負荷が低下する場合であって目標負荷が極低負荷運転領域Ｒ３以下の低負荷側にあるときに高温排気還流調整弁４５の流量を優先して増加した後、時間差Ｔｄを持たせて低温排気還流調整弁３５の流量を増加するものである。このため本実施形態では、高温排気還流調整弁４５の流量を優先的に増加して排気性能の高い燃焼特性を得た後、低温排気還流調整弁３５から燃焼室４に至る低温排気環流経路と高温排気還流調整弁４５から燃焼室４に至る高温排気還流経路との長さの差に応じた適切なタイミングで低温排気還流調整弁３５の流量を増加することによって、筒内温度の過度な上昇を抑制し、排気性能を維持しつつ、過早着火を防止することができる。

また本実施形態では、ディーゼルエンジン１の触媒温度を検出する触媒温度センサ５８を設け、触媒温度高いほど極低負荷運転領域Ｒ３のしきい値が低負荷側になるように該極低負荷運転領域Ｒ３を決定するものである。このため本実施形態では、触媒温度が高く、いわゆるライトオフ温度以上である場合には、排気性能が高いので、過早着火防止が優先される一方、触媒温度が低い場合には、排気性能が優先されることから、触媒温度に応じて優先される排気還流手段の流量を切り換え、触媒温度が低い場合には、高温排気還流調整弁４５の流量を優先的に増加して、排気性能の低下抑制が図られるとともに、触媒温度が高い場合には、低温排気還流調整弁３５の流量を優先的に増加して、過早着火抑制を図るようにしているのである。

上述した実施形態は本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。

図１１は、本発明の別の実施形態に係る制御例を示したフローチャートである。

図１１を参照して、同フローチャートは、図８のフローチャートにおいてステップＳ４を省略し、ステップＳ１２において、触媒温度Ｔｃａｔを所定の値Ｔｓｔと比較することにより、優先される排気還流を切り換えるようにしている。

このように図１１の実施形態では、ディーゼルエンジン１の排気浄化触媒（ディーゼル酸化触媒２８およびキャタライズドＤＰＦ２９）の触媒温度Ｔｃａｔに関する値を検出してエンジン制御ユニット４０に出力する触媒温度検出手段としての触媒温度センサ５８を備え、エンジン制御ユニット４０は、要求負荷が低下する場合において、触媒温度Ｔｃａｔが所定の値Ｔｓｔよりも低い場合には、高温排気還流調整弁４５の流量を優先的に増加するものである。このため図１１の実施形態では、触媒温度Ｔｃａｔに応じてディーゼルエンジン１の過早着火の抑制を図りつつ、排気性能を確実に維持することができる。すなわち、触媒温度Ｔｃａｔが極端に低い場合には、排気性能が著しく低下する一方、筒内温度も低いと考えられるので、過早着火が生じにくい運転状態にあると考えられる。そのため、ディーゼルエンジン１の要求負荷が低下する場合に触媒温度Ｔｃａｔが極端に低いときは、高温排気還流調整弁４５の流量を優先して増加し、吸気温度の低下を抑制してＣＯ、ＨＣが生じにくい燃焼領域でエンジンを運転することにより、排気性能の低下抑制を図っているのである。

他方、本実施形態では、ディーゼルエンジン１制御ユニット４０は、要求負荷が低下する場合において、排気浄化触媒温度Ｔｃａｔが所定の値以上の場合には、低温排気還流調整弁３５の流量を優先的に増加するものである。このため本実施形態では、排気浄化触媒の温度が浄化性能を充分に発揮できる運転状況では、過早着火を確実に防止することができる。すなわち、ディーゼルエンジン１への要求負荷が低下する場合には、燃料噴射量もそれに伴って減少するので、燃焼室４内の酸素濃度は相対的に高くなる方向に進み、過早着火が生じやすくなる。そのため、この運転領域では、酸素濃度を早急に低下させる必要がある。他方、吸気温度については、排気性能の観点からは、高温に維持してＣＯ、ＨＣの生成を低減する必要があるが、排気浄化触媒温度Ｔｃａｔが所定の値以上である場合には、充分な排気性能を発揮できると考えられる。そこで、要求負荷が低下する運転領域で排気浄化触媒温度Ｔｃａｔが所定の値以上の場合には、低温の排気を優先的に用いて過早着火を防止するようにしているのである。

また本実施形態では、エンジン制御ユニット４０は、要求負荷が低下する場合であって排気浄化触媒温度Ｔｃａｔが所定の値以上のときに低温排気還流調整弁３５の流量を優先して増加した後、時間差Ｔｄを持たせて高温排気還流調整弁４５の流量を増加するものである。このため本実施形態では、低温排気還流調整弁３５の流量を優先的に増加して過早着火が生じにくい燃焼特性を得た後、低温排気還流調整弁３５から燃焼室４に至る低温排気環流経路と高温排気還流調整弁４５から燃焼室４に至る高温排気還流経路との長さの差に応じた適切なタイミングで高温排気還流調整弁４５の流量を増加することによって、筒内温度を上昇させ、φ−Ｔマップ上のＣＯ、ＨＣ生成領域から外れた燃焼領域でディーゼルエンジン１を運転するとともに、排気浄化触媒温度Ｔｃａｔをいわゆるライトオフ温度に維持することによって、排気性能を高めることができる。

また図１１の実施形態においても図９、図１０のフローをそのまま流用できることから、高温排気還流通路４４の流量を優先的に増加して排気性能の高い燃焼特性を得た後、低温排気還流調整弁３５から燃焼室４に至る低温排気環流経路と高温排気還流調整弁４５から燃焼室４に至る高温排気還流経路との長さの差に応じた適切なタイミングで低温排気還流通路３４の流量を増加することによって、筒内温度の過度な上昇を抑制し、排気性能を維持しつつ、過早着火を防止することができる。

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の一形態にかかるディーゼルエンジンの排気還流制御装置の一例を示す構成図である。 本実施形態に係るディーゼルエンジンにおける圧縮上死点経過後の燃焼状態の遷移を三段階で示した当量比−温度（φ−Ｔ）マップである。 吸気温度と燃料噴射量との関係を示すグラフである。 酸素濃度と燃料噴射量との関係を示すグラフである。 空気過剰率と燃料噴射量との関係を示すグラフである。 エンジン回転速度と要求トルクとの関係を示すグラフである。 同グラフに基づいてなされた制御例を示すタイミングチャートである。 本実施形態に係るディーゼルエンジンの制御例を示すフローチャートである。 本実施形態に係るディーゼルエンジンの制御例を示すフローチャートである。 本実施形態に係るディーゼルエンジンの制御例を示すフローチャートである。 本発明の別の実施形態に係るディーゼルエンジンの制御例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
２８ ディーゼル酸化触媒（触媒の一例）
２９ キャタライズドＤＰＦ（触媒の一例）
３４ 低温排気還流通路（低温排気環流手段の一例）
３５ 低温排気還流調整弁（低温排気環流手段の一例）
３７ 排気還流クーラ
４０ エンジン制御ユニット
４４ 高温排気還流通路（高温排気環流手段の一例）
４５ 高温排気還流調整弁（高温排気環流手段の一例）
５８ 触媒温度センサ（触媒温度検出手段の一例）
Ｒ１ 中負荷運転領域
Ｒ２ 低負荷運転領域
Ｒ３ 極低負荷運転領域
Ｔｄ 時間差

Claims (12)

1. 低温の排気を吸気通路に還流させる低温排気還流手段と、高温の排気を吸気通路に還流させる高温排気還流手段とを備え、前記低温排気還流手段から排気を環流させる燃焼室までの低温排気還流経路が前記高温排気還流手段から排気を環流させる前記燃焼室までの高温排気還流経路と長さが異なるディーゼルエンジンに設けられ、
   少なくとも前記ディーゼルエンジンの要求負荷を含む前記ディーゼルエンジンの運転状態を判定する運転状態判定部と、
   前記運転状態判定部が判定した前記要求負荷が増加するほど排気還流率を低減する一方、前記要求負荷が低下するほど排気還流率を増加するように両排気還流手段を制御する排気還流制御部と
   を備えたディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、
   前記排気還流制御部は、前記要求負荷の変化方向に基づいて前記低温排気還流手段と前記高温排気還流手段の何れか一方を優先的に調整制御し、その後、各排気還流経路の長さの差に基づく時間差を設けて前記低温排気還流手段と前記高温排気還流手段の何れか他方を調整制御するものである
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気還流制御装置。
2. 請求項１記載のディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、
   前記排気還流制御部は、要求負荷が増加する場合には、前記高温排気還流手段の流量を優先的に低減するものである
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気還流制御装置。
3. 請求項２記載のディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、
   前記排気還流制御部は、要求負荷が増加する場合において前記高温排気還流手段の流量を優先的に低減した後、前記時間差を持たせて前記低温排気還流手段の流量を低減するものである
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気還流制御装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、
   前記ディーゼルエンジンの排気浄化触媒の触媒温度に関する値を検出して前記運転状態判定部に出力する触媒温度検出手段を備え、前記運転状態判定部は、要求負荷が低下する場合において、前記触媒温度が所定の値よりも低い場合には、高温排気還流手段の流量を優先的に増加するものである
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気還流制御装置。
5. 請求項４記載のディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、
   前記排気還流制御部は、要求負荷が低下する場合であって前記触媒温度が所定の値よりも低いときに前記高温排気還流手段の流量を優先して増加した後、前記時間差を持たせて前記低温排気還流手段の流量を増加するものである
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気還流制御装置。
6. 請求項４または５記載のディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、
   前記運転状態判定部は、要求負荷が低下する場合において、前記触媒温度が前記所定の値以上の場合には、低温排気還流手段の流量を優先的に増加するものである
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気還流制御装置。
7. 請求項６記載のディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、
   前記排気還流制御部は、要求負荷が低下する場合であって前記触媒温度が前記所定の値以上のときに前記低温排気還流手段の流量を優先して増加した後、前記時間差を持たせて前記高温排気還流手段の流量を増加するものである
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気還流制御装置。
8. 請求項１から３の何れか１項に記載のディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、
   前記運転状態判定部には、予混合燃焼可能な運転領域と、この運転領域に区画される所定の中負荷運転領域、この中負荷運転領域よりも低負荷側の低負荷運転領域、およびこの低負荷運転領域よりもさらに低負荷の極低負荷運転領域とが設定されており、
   前記排気還流制御部は、要求負荷が低下する場合であって目標負荷が前記低負荷運転領域以上のときには、前記低温排気還流手段の流量を優先して増加するものである
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気還流制御装置。
9. 請求項８記載のディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、
   前記排気還流制御部は、要求負荷が低下する場合であって目標負荷が前記低負荷運転領域以上のときに前記低温排気還流手段の流量を優先して増加した後、前記時間差を持たせて前記高温排気還流手段の流量を増加するものである
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気還流制御装置。
10. 請求項８または９記載のディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、
    前記排気還流制御部は、要求負荷が低下する場合であって目標負荷が前記極低負荷運転領域以下の低負荷側にあるときには、前記高温排気還流手段の流量を優先して増加するものである
    ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気還流制御装置。
11. 請求項１０記載のディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、
    前記排気還流制御部は、要求負荷が低下する場合であって目標負荷が前記極低負荷運転領域以下の低負荷側にあるときに前記高温排気還流手段の流量を優先して増加した後、前記時間差を持たせて前記低温排気還流手段の流量を増加するものである
    ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気還流制御装置。
12. 請求項８から１１の何れか１項に記載のディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、
    前記運転状態判定部は、当該ディーゼルエンジンの触媒温度を検出する手段を含み、前記触媒温度高いほど前記極低負荷運転領域のしきい値が低負荷側になるように該極低負荷運転領域を決定するものである
    ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気還流制御装置。