JP2016061171A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ率の低い高負荷領域への遷移時に生じる燃焼音の高まりとスモークの発生とを同時に抑制できるようにする。【解決手段】エンジン制御装置は、加速時に燃料を増量して過給圧を上昇させる一方、排気酸素濃度が所定の閾値を下回らないように燃料噴射量に上限値を設定する。加速時に排気を吸気系に再循環するＥＧＲ供給領域から再循環をしないＥＧＲ率の低い領域に移行したことを判定した際に、燃圧を低下させると共に、該燃圧の低下に伴って一旦燃料の増量を抑制する。【選択図】図５

Description

本発明は、エンジンの吸排気系の制御装置に関する。

排気の一部を吸気系に再循環することにより、排気に含まれる窒素酸化物の量を低減し、また、部分負荷時における燃費の向上を図る排気再循環（以下、ＥＧＲと呼ぶ。）装置が知られている。

一般に、ある負荷を超える高負荷領域、例えば加速領域では、吸気中の新気量を確保して過給性能を向上させるために、ＥＧＲの供給を行わないようにする場合がある。このときのＥＧＲの供給停止と新気量の増大とに伴って燃焼速度が急速に高まり、燃焼音が大きくなることがある。

特開平１０−０３７７８６号公報

ＥＧＲの供給停止時における燃焼音の増大を抑制すべく、燃料の噴射圧力（以下、燃圧とも呼ぶ。）を低下することも考えられる。但し、燃圧が低下すると、燃料と酸素との混合の状態が悪化して、スモークが発生することが懸念される。

本発明は、かかる点に鑑みてなされ、その課題とするところは、所定のＥＧＲ率以上のＥＧＲ供給領域から所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域への遷移時に生じる燃焼音の高まりとスモークの発生とを同時に抑制できる技術を提供することにある。

なお、上記の特許文献１には、排気酸素濃度に基づき燃料の噴射量の上限値を設定して、スモークの発生を抑制するディーゼルエンジンの制御装置が提案されている。

上記の課題を解決するため、本発明は、ＥＧＲ率が低下する領域への遷移時（加速時）に、燃圧を下げ、且つ、燃料の増量を抑制することを特徴とする。

具体的には、本発明は、エンジンの制御装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、加速時に燃料を増量して過給圧を上昇させる一方、排気酸素濃度が所定の閾値を下回らないように燃料噴射量に上限値を設定するエンジン制御装置を対象とし、加速時に排気を吸気系に再循環する所定のＥＧＲ率以上のＥＧＲ供給領域から所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域に移行したことを判定した際に、燃圧を低下させると共に、該燃圧の低下に伴って一旦燃料の増量を抑制するものである。

これによれば、燃料の噴射圧力である燃圧を低下させることにより、燃料の燃焼速度が遅くなるので、燃焼音が小さくなると共に、燃圧の低下による燃料と酸素との混合状態の悪化に伴うスモークの増大を、燃料の増量を一旦抑制することにより抑えることができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、燃圧の低下時には、排気酸素濃度の閾値を上昇させることにより、燃料の増量を抑制するものである。

これによれば、排気酸素濃度に基づいて空燃比を大きくすることにより、スモークの発生の悪化を確実に抑制することができる。

第３の発明は、上記第２の発明において、排気酸素濃度の閾値を徐々に上昇させるものである。

これによれば、急激な排気酸素濃度の閾値の変更に伴って、トルクの上昇の伸びが急激に悪化することを防止できる。

第４の発明は、上記第１の発明において、前記ＥＧＲ供給領域から所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域への移行時には、所定期間が経過した後に燃圧を低下させるものである。

これによれば、ＥＧＲ率が低い運転領域への移行後の所定期間だけ上記の制御を遅らすことにより、その間のトルクの伸びを維持することができる。

第５の発明は、上記第４の発明において、ＥＧＲ供給領域は、相対的に圧力が高い排気を用いる高圧ＥＧＲ領域、相対的に圧力が低い排気を用いる低圧ＥＧＲ領域、高圧ＥＧＲ領域及び低圧ＥＧＲ領域を併用する高圧／低圧ＥＧＲ併用領域のうち、高圧ＥＧＲ領域全域と高圧／低圧ＥＧＲ併用領域全域と、低圧ＥＧＲ領域の低中負荷域とであり、高圧／低圧ＥＧＲ併用領域及び低圧ＥＧＲ領域における所定期間を、高圧ＥＧＲ領域よりも長く設定するものである。

これによれば、ＥＧＲ率の低下期間が異なる高圧ＥＧＲ領域と、低圧ＥＧＲを含む領域とにおいて、さらに緻密に制御することができる。

第６の発明は、上記第１の発明において、所定のＥＧＲ率以上のＥＧＲ供給領域から所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域への移行時には、吸気酸素濃度が所定値以上となった際に燃圧を低下させるものである。

これによれば、ＥＧＲ率の低い運転領域への移行後の所定期間だけ上記の制御を遅らすことにより、その間のトルクの伸びを維持することができる。

第７の発明は、上記第１の発明において、所定のＥＧＲ率以上のＥＧＲ供給領域から所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域への移行時には、エンジンの燃焼モードにおける噴射パターンを、より少ない噴射パターン、例えば、パイロット噴射、前噴射、主噴射及び後噴射からなる４段の噴射パターンを、前噴射及び主噴射からなる２段の噴射パターンに切り換えるものである。

これによれば、パイロット噴射のカットにより主噴射前の発熱量の高さを適正化し、燃焼音の抑制を確実に行うことができる。また、後噴射をカットして該カット分の所定量を主噴射に加えることにより、燃焼期間を高トルクが出せる期間に短縮化でき、燃料の消費量を削減することができる。

本発明によると、ＥＧＲ率が低い運転領域への遷移時に生じる燃焼音の高まりとスモークの発生とを同時に抑制することができる。

図１は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置により制御される該エンジンの概略構成図である。 図２は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置を構成するコントロールユニットとその入出力信号を示す図である。 図３は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置における基本制御を示すフロー図である。 図４は本発明の一実施形態に係るエンジン回転数とエンジン負荷（要求噴射量）におけるＥＧＲの使用領域を概略的に示した図である。 図５は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置における制御方法の要部を示すフロー図である。 図６は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置による燃圧、燃圧アクセル開度、エンジン回転数、燃料噴射量、燃焼モード、排気酸素ガード及び該排気酸素ガードに対する排気酸素濃度の動きを表したグラフである。 図７は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置におけるＥＧＲの種類別の供給領域から所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域への移行時のエンジン回転数と移行時間との関係を模式的に表したグラフである。 図８は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置における排気酸素ガードと噴射量ガードとの関係を模式的に表したグラフである。 図９は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置における制御方法をまとめた表である。 図１０は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置のＨＰ−ＥＧＲ供給領域における燃焼モード（噴射パターン）を模式的に表したグラフである。 図１１は本発明の一実施形態に係るエンジンの制御装置のＥＧＲ非供給領域における燃焼モード（噴射パターン）を模式的に表したグラフである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物又はその用途を制限することを意図しない。

（一実施形態）
図１は、一実施形態に係るエンジンの制御装置により制御されるエンジン１の概略構成を示している。エンジン１は、車両に搭載されるディーゼルエンジンであって、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、該シリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン１３とを有している。エンジン１の各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されており、ピストン１４の頂面には深皿形燃焼室１４ａを区画するキャビティが形成されている。ピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランク軸１５と連結されている。

シリンダヘッド１２には、気筒１１ａごとに吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されていると共に、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の燃焼室１４ａ側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

また、シリンダヘッド１２には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、エンジン１の冷間時に気筒１１ａ内に吸入されたガスを暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９とが設けられている。インジェクタ１８は、その燃料噴射口が燃焼室１４ａの天井面から該燃焼室１４ａに臨むように配設されており、燃焼室１４ａに燃料を直接に噴射供給するようになっている。

インジェクタ１８には、燃料供給システム５１を介して燃料が燃料タンク５２から供給されるようになっている。燃料供給システム５１は、低圧燃料ポンプ（不図示）、燃料フィルタ５３、高圧燃料ポンプ５４及びコモンレール５５を有している。高圧燃料ポンプ５４は、低圧燃料ポンプ及び燃料フィルタ５３を介して燃料タンク５２より供給されてきた低圧の燃料をコモンレール５５に高圧で圧送し、該コモンレール５５は、その圧送された燃料を、その高圧の圧力でもって蓄える。そして、インジェクタ１８が作動することによって、コモンレール５５に蓄えられている燃料がインジェクタ１８から燃焼室１４ａに噴射される。尚、低圧燃料ポンプ、高圧燃料ポンプ５４、コモンレール５５及びインジェクタ１８のそれぞれで生じた余剰の燃料は、リターン通路５６を介して燃料タンク５２に戻される。

高圧燃料ポンプ５４は、エンジン１の回転部材（例えばカムシャフト）によって駆動される。高圧燃料ポンプ５４には、電磁弁で構成された調圧弁が設けられており、該調圧弁によって、高圧燃料ポンプ５４からコモンレール５５に供給する燃料の圧力（コモンレール５５で蓄えられる燃料の圧力、燃圧）、つまり、インジェクタ１８から噴射される燃圧を調整することができる。

エンジン１の一側面には、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室１４ａからの既燃ガス（排気）を排出する排気通路４０が接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、吸入空気（後述の低圧ＥＧＲ通路８１により還流された排気を含む）の過給を行う排気ターボ過給機６１が配設されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３４が配設されている。サージタンク３４よりも下流側の吸気通路３０は、気筒１１ａごとに分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１１ａの吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３４との間には、上流側から順に、排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａと、吸気シャッタ弁３６と、コンプレッサ６１ａにより圧縮されたガスを冷却するインタークーラ３５とが配設されている。吸気シャッタ弁３６は、基本的には全開状態とされるが、後述の高圧ＥＧＲ通路７１による排気の還流量を確保するために、全開よりも小さい開度とされる場合がある。インタークーラ３５は、電動ウォータポンプ９１による冷却水の供給により、吸気を冷却するように構成されている。

排気通路４０の上流側の部分は、気筒１１ａごとに分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、エンジン１の排気中の有害成分を浄化する排気浄化装置４１と、サイレンサ４２とが配設されている。

排気浄化装置４１は、酸化触媒４１ａと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと呼ぶ。）４１ｂとを有しており、上流側から順次並んでいる。酸化触媒４１ａは、白金又は該白金にパラジウムを加えた合金等を担持した酸化触媒を有しており、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を酸化して二酸化炭素（ＣＯ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）を生成する反応を促す。また、フィルタ４１ｂは、エンジン１の排気中に含まれる煤等の微粒子を捕集する。尚、フィルタ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。

排気ターボ過給機６１は、上記のように吸気通路３０に配設されたコンプレッサ６１ａと、上記のように排気通路４０に配設されたタービン６１ｂとを有しており、該タービン６１ｂが排気流により回転し、タービン６１ｂの回転により、該タービン６１ｂと同軸上に連結されたコンプレッサ６１ａが作動する。排気通路４０におけるタービン６１ｂの上流側の近傍には、ＶＧＴ絞り弁６２が設けられており、該ＶＧＴ絞り弁６２の開度（絞り量）を制御することにより、タービン６１ｂへの排気の流速を調整することができる。これにより、排気流により回転するタービン６１ｂの回転速度、つまり排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａの圧力比（コンプレッサ６１ａへの流入直前のガス圧力に対する、コンプレッサ６１ａからの流出直後のガス圧力の比）を調整することができる。

エンジン１は、その排気の一部を排気通路４０から吸気通路３０に還流させるように構成されている。すなわち、排気の還流のために、高圧ＥＧＲ通路７１と、低圧ＥＧＲ通路８１とが設けられている。

高圧ＥＧＲ通路７１は、排気通路４０における排気マニホールドと排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂとの間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂよりも上流側部分）と、吸気通路３０におけるサージタンク３４とインタークーラ３５との間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａよりも下流側部分）とを接続している。高圧ＥＧＲ通路７１には、該高圧ＥＧＲ通路７１の断面積を変更可能な高圧ＥＧＲ弁７３が配設されている。高圧ＥＧＲ弁７３により、高圧ＥＧＲ通路７１による排気の還流量（以下、高圧ＥＧＲ量と呼ぶ。）が調節される。

低圧ＥＧＲ通路８１は、排気通路４０における排気浄化装置４１とサイレンサ４２との間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂよりも下流側部分）と、吸気通路３０における排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａとエアクリーナ３１との間の部分（つまり、排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａよりも上流側部分）とを接続している。低圧ＥＧＲ通路８１には、その内部を通過する排気を冷却する低圧ＥＧＲクーラ８２が配設されている。低圧ＥＧＲクーラ８２は、エンジン１の冷却水の供給により、排気を冷却するように構成されている。また、低圧ＥＧＲ通路８１における低圧ＥＧＲクーラ８２の下流側には、低圧ＥＧＲ通路８１の断面積を変更可能な低圧ＥＧＲ弁８３が配設されている。

排気通路４０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分よりも下流側（且つサイレンサ４２の上流側）には、排気シャッタ弁４３が配設されている。排気シャッタ弁４３は、該排気シャッタ弁４３の配設部分における排気通路４０の断面積を変更し、該断面積が小さくなる（排気シャッタ弁４３の開度が小さくなる）と、排気通路４０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分の圧力（排気の低圧ＥＧＲ通路８１への流入圧力）が高くなって、排気の低圧ＥＧＲ通路８１への流入圧力と流出圧力（吸気通路３０における低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分の圧力）との間の差圧が大きくなる。従って、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッタ弁４３の開度を制御することにより、低圧ＥＧＲ通路８１による排気の還流量（以下、低圧ＥＧＲ量と呼ぶ。）が調節される。

エンジン１には、クランク軸１５の回転角度位置を検出することでエンジン１の回転数（以下、エンジン回転数と呼ぶ。）を検出するエンジン回転数センサ１０１が設けられている。

また、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１の下流側近傍には、吸気通路３０に吸入された吸入空気（新気）の流量を検出するエアフローセンサ１０２と、該吸入空気の温度（吸気温度）を検出する吸気温度センサ１０３とが配設されている。さらに、サージタンク３４には、エンジン１の各気筒１１ａに吸入されるガス温度を検出する吸入ガス温度センサ１０４が配設されている。また、吸気通路３０におけるインタークーラ３５の下流側近傍には、当該部分におけるガスの圧力（サージタンク３４内のガスの圧力と略同一）を検出する吸気圧センサ１０５が配設されている。

さらに、排気通路４０における高圧ＥＧＲ通路７１の接続部分の上流側（且つ排気マニホールドの下流側）には、エンジン１より排出された排気の圧力を検出する排気圧センサ１０６が配設されている。また、排気通路４０における排気浄化装置４１と低圧ＥＧＲ通路８１の接続部分との間には、当該部分における排気の温度を検出する排気温度センサ１０７が設けられている。

また、エンジン１のシリンダブロック１１には、該エンジン１の冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ１０８が設けられている。

このように構成されたエンジン１は、コントロールユニット１００によって制御される。コントロールユニット１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭ及びＲＯＭ等により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力を行う入出力（Ｉ／Ｏ）バスとを備えている。

図２に示すように、上記のエンジン回転数センサ１０１、エアフローセンサ１０２、吸気温度センサ１０３、吸入ガス温度センサ１０４、吸気圧センサ１０５、排気圧センサ１０６、排気温度センサ１０７、及びエンジン水温センサ１０８等のセンサ値の信号が、コントロールユニット１００に入力される。また、コントロールユニット１００には、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１１０（図２にのみ示す）のセンサ値の信号が入力される。

コントロールユニット１００は、上記の入力信号に基づいて、インジェクタ１８、吸気シャッタ弁３６、排気シャッタ弁４３、高圧燃料ポンプ５４（詳細には、調圧弁）、ＶＧＴ絞り弁６２、高圧ＥＧＲ弁７３、低圧ＥＧＲ弁８３、及び電動ウォータポンプ９１等を制御する。

＜エンジンの基本制御＞
以下に、コントロールユニット１００によるエンジン１の基本制御について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。

最初のステップＳ１で、各種センサからのセンサ値を読み込み、次のステップＳ２で、アクセル開度センサ１１０によるアクセル開度に基づき、目標トルクを設定する。

次のステップＳ３では、設定された目標トルクと、エンジン回転数センサ１０１によるエンジン回転数とに基づき、インジェクタ１８から噴射すべき燃料量（エンジン１（気筒１１ａ）に供給すべき燃料量）である要求噴射量及び噴射パターンを設定する。噴射パターンとは、主燃焼を生じさせるための主噴射、該主噴射よりも前に噴射され、プリ燃焼を生じさせるための前噴射、その前噴射よりも前に噴射され、プリ燃焼を生じさせ易くするためのパイロット噴射、主燃焼に継続して後燃焼を生じさせるための後噴射等を、どのタイミングでどれだけの量を噴射するかの設定パターンである。パイロット噴射、前噴射及び後噴射の噴射量が０になる場合があり、その場合、これらの噴射は行われない。

次のステップＳ４では、要求噴射量とエンジン回転数とに基づき、インジェクタ１８から噴射される燃料の圧力（燃圧）及びＶＧＴ絞り弁６２の開度を設定する。

次のステップＳ５では、要求噴射量とエンジン回転数とに基づき、エンジン１（気筒１１ａ）に吸い込まれる全吸気ガスの酸素濃度の目標値である目標吸気酸素濃度を設定する。

次のステップＳ６では、要求噴射量と、エンジン回転数と、吸気温度センサ１０３による吸気温度と、エンジン水温センサ１０８によるエンジン水温とに基づき、高圧ＥＧＲ量と低圧ＥＧＲ量との比率であるＥＧＲ併用率を設定する。ＥＧＲ併用率には、高圧ＥＧＲ量又は低圧ＥＧＲ量が０になる場合も含まれる。

ステップＳ６においてＥＧＲ併用率を設定した結果、エンジン回転数とエンジン負荷（要求噴射量と対応する）とで表されるエンジン運転領域において、高圧ＥＧＲ通路７１のみにより排気の還流が行われる高圧ＥＧＲ供給領域である「ＨＰ−ＥＧＲ」領域、低圧ＥＧＲ通路８１のみにより排気の還流が行われる低圧ＥＧＲ供給領域である「ＬＰ−ＥＧＲ」領域、及び高圧ＥＧＲ通路７１と低圧ＥＧＲ通路８１との両方により排気の還流が行われる高圧／低圧ＥＧＲ併用領域である「ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用」領域は、概略的に図４のようになる。「ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用」領域では、「ＬＰ−ＥＧＲ」領域に近づくほど、高圧ＥＧＲ量の割合が減少し、低圧ＥＧＲ量の割合が増大する。

次のステップＳ７では、目標吸気酸素濃度と、ＥＧＲ併用率と、排気の酸素濃度である排気酸素濃度とに基づき、低圧ＥＧＲ量の目標値である目標低圧ＥＧＲ量を設定する。詳細には、目標吸気酸素濃度と排気酸素濃度とから、低圧ＥＧＲ量と高圧ＥＧＲ量とのトータルＥＧＲ量の目標値である目標トータルＥＧＲ量を算出して、その目標トータルＥＧＲ量とＥＧＲ併用率とから目標低圧ＥＧＲ量を設定する。排気酸素濃度は、本実施形態では、吸気酸素濃度と、気筒１１ａ内にて燃料の燃焼で使用される酸素量とに基づいて算出した値である。尚、排気酸素濃度を算出する代わりに、排気通路４０に設けた０_２センサにより排気酸素濃度を検出するようにしてもよい。

次のステップＳ８では、目標低圧ＥＧＲ量に基づき、吸気通路３０における高圧ＥＧＲ通路７１の合流直前の酸素濃度（新気の酸素濃度と低圧ＥＧＲ通路８１により実際に還流された排気の酸素濃度との和）を計算する。ここでは、低圧ＥＧＲ通路８１により還流された排気が、吸気通路３０における高圧ＥＧＲ通路７１の合流直前に達するまでの時間を考慮して、該合流直前の酸素濃度を算出する。

次のステップＳ９では、目標吸気酸素濃度と、排気酸素濃度と、合流直前の酸素濃度とに基づき、目標高圧ＥＧＲ量を設定する。すなわち、ステップＳ８で、ＥＧＲ併用率から、目標低圧ＥＧＲ量に加えて、目標高圧ＥＧＲ量を設定可能であるが、低圧ＥＧＲ通路８１により還流された排気が、吸気通路３０における高圧ＥＧＲ通路７１の合流直前に達するまでにはある程度の時間を要する。このため、その時間遅れの分だけ低圧ＥＧＲ量が不足することになり、その不足分を高圧ＥＧＲ量で補えるように目標高圧ＥＧＲ量を設定する。すなわち、本実施形態では、エンジン１の運転状態に応じて予め設定した目標吸気酸素濃度と、低圧ＥＧＲガスが排気ポート１７から高圧ＥＧＲ合流部に到達するまでの遅延時間を考慮して算出される高圧ＥＧＲ合流前ガスの酸素濃度と、排気酸素濃度と、エンジン１への総吸入ガス量とから算出される値を、目標高圧ＥＧＲ量に設定している。実低圧ＥＧＲ量は、エンジン１（気筒１１ａ）に吸入される総吸入ガス量から、エアフローセンサ１０２により検出された新気量を差し引く（「ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用」領域では、更に、高圧ＥＧＲ通路７１による還流量の実値である実高圧ＥＧＲ量も差し引く）ことによって算出する。総吸入ガス量は、吸入ガス温度センサ１０４により検出されたガス温度と、吸気圧センサ１０５により検出されたガス圧とから算出することができ、実高圧ＥＧＲ量は、吸気圧センサ１０５と排気圧センサ１０６との差圧及び高圧ＥＧＲ弁７３の実開度より算出することができる。

次のステップＳ１０では、上記の各設定に基づいて、インジェクタ１８、吸気シャッタ弁３６、排気シャッタ弁４３、高圧燃料ポンプ５４（調圧弁）、ＶＧＴ絞り弁６２、高圧ＥＧＲ弁７３、低圧ＥＧＲ弁８３、及び電動ウォータポンプ９１等の各アクチュエータの制御量を設定する。

次のステップＳ１１では、上記の制御量に基づいて各アクチュエータを制御し、しかる後にリターンする。

コントロールユニット１００は、高圧ＥＧＲ量が、予め設定された目標高圧ＥＧＲ量（上記のステップＳ９で設定された目標高圧ＥＧＲ量）となるように、高圧ＥＧＲ弁７３の開度を制御する。すなわち、コントロールユニット１００は、高圧ＥＧＲ弁７３の開度を、吸気圧センサ１０５と排気圧センサ１０６との差圧から、目標高圧ＥＧＲ量が得られる開度に設定する。

また、コントロールユニット１００は、低圧ＥＧＲ量が、予め設定された目標低圧ＥＧＲ量（上記のステップＳ７で設定された目標低圧ＥＧＲ量）となるように、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッタ弁４３の開度を制御する。その際、設定された目標低圧ＥＧＲ量が、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッタ弁４３の全開時に還流可能な低圧ＥＧＲ量以下である場合には、排気シャッタ弁４３が全開状態になり、その状態で、低圧ＥＧＲ弁８３の制御により低圧ＥＧＲ量を制御する（目標低圧ＥＧＲ量が多いほど、低圧ＥＧＲ弁８３の開度を大きくする）。また、目標低圧ＥＧＲ量が、低圧ＥＧＲ弁８３及び排気シャッタ弁４３の全開時に還流可能な低圧ＥＧＲ量よりも多い場合には、低圧ＥＧＲ弁８３が全開状態となり、その状態で、排気シャッタ弁４３の制御により低圧ＥＧＲ量を制御する（目標低圧ＥＧＲ量が多いほど、排気シャッタ弁４３の開度を小さくする）。

＜ＥＧＲ供給領域からＥＧＲ非供給領域への遷移時の制御＞
次に、図４に示すように、ＥＧＲ供給領域のうちのＨＰ−ＥＧＲ領域からＥＧＲ非供給領域への遷移時のエンジン制御について説明する。なお、本実施形態は、ＥＧＲ領域が、極軽負荷領域にＨＰ−ＥＧＲ領域、軽負荷領域にＨＰ／ＬＰ併用領域、中負荷領域にＨＰ−ＥＧＲ領域、高負荷領域に非ＥＧＲ領域が設定されており、ＥＧＲ領域の中におけるＥＧＲ率はＨＰ−ＥＧＲ領域が最も高く、且つ、ＬＰ−ＥＧＲ領域が最も低くなるように設定されている。各ＥＧＲ領域中では、負荷が高くなるほどＥＧＲ率は低く設定され、ＥＧＲ領域全体では、ＬＰ−ＥＧＲ領域の高負荷領域が最もＥＧＲ率が低く、所定のＥＧＲ率よりも低く設定されている。本発明は、所定のＥＧＲ率以上のＥＧＲ供給領域から、より高負荷領域又は高エンジン回転領域の所定のＥＧＲ率以下のＥＧＲ領域（ＬＰ−ＥＧＲ領域の高負荷領域）及び非ＥＧＲ領域に遷移する際に有効であり、従って、ＨＰ−ＥＧＲ領域からＬＰ−ＥＧＲ領域の高負荷領域への遷移、ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域からＥＧＲ非供給領域及びＬＰ−ＥＧＲ領域の高負荷領域への遷移、及びＬＰ−ＥＧＲ領域の低中負荷領域からＥＧＲ非供給領域及びＬＰ−ＥＧＲ領域の高負荷領域への遷移の際にも有効である。

まず、エンジン１に対する燃料制御においては、図３に示したステップＳ７及びＳ９で、目標吸気酸素濃度に沿ってＥＧＲを制御できていなくても、基本的にはステップＳ３で設定された（目標トルクとエンジン回転数とから得た）要求出力により算出された要求噴射量によって燃料を噴射する。ここで、要求噴射量が制限値よりも大きい場合は該制限値に止める。本実施形態では、この要求噴射量の制限値が、スモークに対する排気酸素濃度の制限値（排気酸素ガード値）に基づいて決定される。

例えば、加速時において、現時点の吸気酸素濃度（実吸気酸素濃度の推定値）は計算することができる。現時点での吸気酸素濃度に対して得られる排気酸素濃度が、排気酸素ガード値と整合する燃料噴射量を計算して噴射量ガード値を得る。上記の要求出力から計算した燃料の噴射量が、算出した噴射量ガード値を超えているか否かを判断する。

以下に、ＥＧＲ供給領域からＥＧＲ非供給領域への遷移する際の制御方法の具体例を図５のフローチャート、並びに燃圧、燃圧アクセル開度、エンジン回転数、燃料噴射量、燃焼モード、排気酸素ガード及び該排気酸素ガードに対する排気酸素濃度の動きを表すグラフに基づいて説明する。

図５に示すように、まず、ステップＳＴ０１において、エンジン回転数をエンジン回転数センサ１０１から読み込む。アクセル開度をアクセル開度センサ１１０から読み込む。さらに、エンジン水温をエンジン水温センサ１０８から読み込む。なお、本ステップＳＴ０１の各データは、図３に示した基本制御フローにおけるステップＳ１で周期的に取得されており、それらの取得されたデータを用いてもよい。

次に、ステップＳＴ０２において、エンジン１の運転状態が加速中であるか否かを判定する。加速状態になければ、元のステップＳＴ０１に戻り、加速状態にあれば、次のステップＳＴ０３に進む。

次に、ステップＳＴ０３において、所定のＥＧＲ率以上のＥＧＲ供給領域から所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域に遷移したか否かを、本実施例では、ＬＰ−ＥＧＲ領域の高負荷領域以外のＥＧＲ領域から、ＥＧＲ非供給領域又はＬＰ−ＥＧＲ領域の高負荷領域に遷移したか否かを判定する。所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域に遷移していなければ、元のステップＳＴ０１に戻り、所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域に遷移していれば、次のステップＳＴ０４に進む。

次に、ステップＳＴ０４において、ＥＧＲ供給領域の種類に応じて、所定時間の経過後に、燃圧を低下させる。図６の１番目の燃圧のグラフによると、ＥＧＲ供給領域からＥＧＲ非供給領域にＡ時点で遷移したとすると、燃圧は所定時間の遅れを伴って低下している。図７は、ＥＧＲ供給領域の種類に応じて、所定時間の設定が変更される様子を模式的に表している。グラフａ１は、ＥＧＲ供給領域のうちのＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域及びＬＰ−ＥＧＲ領域における低中負荷領域の所定時間を表し、グラフａ２は、ＥＧＲ供給領域のうちのＨＰ−ＥＧＲ領域の所定時間を表している。図７から分かるように、ＨＰ／ＬＰ−ＥＧＲ併用領域及びＬＰ−ＥＧＲ領域の低中負荷領域における所定期間（ａ１）を、ＨＰ−ＥＧＲ領域の所定期間（ａ２）よりも長く設定してもよい。

なお、燃圧を下げる変更を所定時間の経過後に実行する方法に代えて、実吸気酸素濃度の推定値が所定値以上となった時点で、燃圧を低下させるようにしてもよい。このようにしても、ＥＧＲ率が低い運転領域への移行後に、燃圧を低下させる制御が遅れるので、その間のトルクの伸びを維持することができる。

次に、排気酸素濃度の制限値（排気酸素ガード）を徐々に上昇させる。図６の７番目の排気酸素ガードのグラフにおいて、ＨＰ−ＥＧＲ供給領域からＥＧＲ非供給領域にＡ時点で遷移したとする。グラフｂ１は、ＥＧＲ非供給領域における排気酸素ガードを表し、グラフｂ２は、ＨＰ−ＥＧＲ供給領域における排気酸素ガードを表し、グラフｂ３は、実際の排気酸素ガードを表している。従って、Ａ時点までは、グラフｂ３はグラフｂ２にほぼ沿っており、ＥＧＲ非供給領域に遷移したＡ時点からＢ時点の間に、グラフｂ３はグラフｂ１に漸近していることが分かる。さらに、図６の４番目の排気酸素ガードに対する排気酸素濃度の動きを表すグラフにおいて、Ａ時点からしばらく後に、実際の排気酸素濃度を表すグラフｂ４は、実際の排気酸素ガードを表すグラフｂ３から離れて、その値が上昇していることが分かる。

次に、吸気酸素濃度に基づき、徐々に上昇する排気酸素ガードの元となる燃料の噴射量を計算し、噴射量ガードして設定する。図６の６番目の燃料噴射量のグラフにおいて、グラフｂ５はガード値（制限値）であり、グラフｂ６は、実際の噴射量である。ＥＧＲ非供給領域に遷移したＡ時点の手前から、排気酸素濃度がＥＧＲ非供給領域の排気酸素ガードへのシフトが完了したＢ時点を超える期間にわたって、実噴射量のグラフｂ６は、噴射量ガードのグラフｂ５と合致している。図８は、排気酸素ガード値（閾値）の上昇に伴って、燃料の噴射量ガードが低減される様子を模式的に表している。その後、本制御フローからリターンする。

以上をまとめると、図９のようになる。すなわち、加速時に、所定のＥＧＲ率以上のＥＧＲ供給領域から所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域に遷移すると、新気量の増大により燃焼速度が上昇して燃焼音が大きくなる。そこで、燃圧を下げることにより、燃料と酸素との混合を抑え、燃焼速度の上昇を抑えることにより、燃焼音の増大を抑制する。しかしながら、燃圧を下げて燃料と酸素との混合を抑えると、燃料の微粒子化が進まず、スモークが増大するため、排気酸素ガードをリーン側に厳しくすることにより、該スモークの増大を抑える。

また、本実施形態は、図６の３番目の燃焼モードを表すグラフのように、燃焼モードを変更してもよい。例えば、所定のＥＧＲ率以上のＥＧＲ供給領域における多段噴射を、所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域においては、該多段噴射の段数を減らす燃焼モードとしてもよい。具体的には、図１０に示すように、例えば、所定のＥＧＲ率以上のＥＧＲ供給領域において、燃料の噴射パターンに、パイロット噴射、前噴射（プリ噴射）、主噴射（メイン噴射）、及び後噴射（アフタ噴射）からなる４段の噴射パターンを採用しているとすると、所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域に遷移した後は、図１１に示すように、前噴射及び主噴射からなる２段の噴射パターンを採用してもよい。

このようにすると、多段噴射によるパイロット噴射及びプリ噴射による燃焼音の増大を抑えることができる。その上、多段噴射の噴射段数を減らしたことにより、燃費も向上する。

本発明に係るエンジンの制御装置は、所定のＥＧＲ率以上のＥＧＲ供給領域から所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域に遷移するＥＧＲ制御を必要とする用途等に適用することができる。

１ エンジン
３０ 吸気通路
３１ エアクリーナ
３６ 吸気シャッタ弁
４１ 排気浄化装置
４２ サイレンサ
４３ 排気シャッタ弁
６１ 排気ターボ過給機
６１ａ コンプレッサ
６１ｂ タービン
７３ 高圧ＥＧＲ弁
８３ 低圧ＥＧＲ弁
１０１ エンジン回転数センサ
１０２ エアフローセンサ（新気量センサ）
１０３ 吸気温度センサ
１０４ 吸入ガス温度センサ
１０５ 吸気圧センサ
１０６ 排気圧センサ
１０７ 排気温度センサ
１０８ エンジン水温センサ

Claims (7)

1. 加速時に燃料を増量して過給圧を上昇させる一方、排気酸素濃度が所定の閾値を下回らないように燃料噴射量に上限値を設定するエンジン制御装置であって、
   加速時に排気を吸気系に再循環する所定のＥＧＲ率以上のＥＧＲ供給領域から所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域に移行したことを判定した際に、燃圧を低下させると共に、該燃圧の低下に伴って一旦燃料の増量を抑制することを特徴とするエンジン制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
   前記燃圧の低下時には、排気酸素濃度の閾値を上昇させることにより、燃料の増量を抑制することを特徴とするエンジン制御装置。
3. 請求項２に記載のエンジンの制御装置において、
   前記排気酸素濃度の閾値は、徐々に上昇させることを特徴とするエンジン制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記ＥＧＲ供給領域から前記所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域への移行時には、所定期間が経過した後に、前記燃圧を低下させることを特徴とするエンジン制御装置。
5. 請求項４に記載のエンジンの制御装置において、
   前記ＥＧＲ供給領域は、相対的に圧力が高い排気を用いる高圧ＥＧＲ領域、相対的に圧力が低い排気を用いる低圧ＥＧＲ領域、前記高圧ＥＧＲ領域及び低圧ＥＧＲ領域を併用する高圧／低圧ＥＧＲ併用領域のうち、前記高圧ＥＧＲ領域全域と高圧／低圧ＥＧＲ併用領域全域と、前記低圧ＥＧＲ領域の低中負荷域であり、
   前記高圧／低圧ＥＧＲ併用領域及び低圧ＥＧＲ領域における所定期間を、前記高圧ＥＧＲ領域よりも長く設定することを特徴とするエンジン制御装置。
6. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記ＥＧＲ供給領域から前記所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域への移行時には、吸気酸素濃度が所定値以上となった際に、前記燃圧を低下させることを特徴とするエンジン制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記ＥＧＲ供給領域から前記所定のＥＧＲ率よりも低い運転領域への移行時には、エンジンの燃焼モードにおける噴射パターンを、より少ない噴射パターンに切り換えることを特徴とするエンジン制御装置。

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