JP2018172991A - エンジン装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン７０からの排気ガス中のＰＭ量抑制とＮＯｘ量抑制とを両立させて制御できるようにする。【解決手段】本願発明のエンジン装置は、エンジン７０と、エンジン７０に燃料を噴射する燃料噴射装置１１７と、排気系からの排気ガスで駆動する過給機１００と、排気系からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置９０と、排気系からの排気ガスを浄化する後処理装置５０と、エンジン回転速度Ｎを検出する回転速度検出手段１４と、吸気系の過給圧Ｐを検出する過給圧検出手段８５と、前記エンジン７０の駆動を制御するエンジンＥＣＵ１１とを備える。エンジンＥＣＵ１１は、エンジン回転速度Ｎの変化が所定値を下回ると共に燃料噴射量Ｑの変化が所定値を上回り且つ過給圧Ｐが所定値を上回る場合に、前記ＥＧＲ装置９０のＥＧＲ弁９４を中間開度に開弁させる。【選択図】図４

Description

本願発明は、例えば建設機械、農作業機及びエンジン発電機といった作業機に搭載されるエンジン装置に関するものである。

従来、ディーゼルエンジンにおいては、エンジン回転速度の変化と燃料噴射量の変化とに基づいて過渡状態であるか否かを判断し、過渡状態であればＥＧＲ弁を閉弁させる技術が知られている（例えば特許文献１等参照）。当該従来技術では、エンジン回転速度の増加量が所定値を上回ると主に加速による過渡状態と判断され、燃料噴射量の増加量が所定値を上回ると主に負荷投入による過渡状態と判断される。いずれの過渡状態でもＥＧＲ弁は閉弁される。

特開２０１２−２１４４３号公報

前記従来技術では、緩慢な負荷投入による過渡状態であり且つ過給遅れが発生している状態であれば、過給遅れに起因して排気ガス中の粒子状物質（以下「ＰＭ」という。）量が過多になるから、ＰＭ量抑制のためにＥＧＲ弁を閉弁させるのは好ましい。

しかし、緩慢な負荷投入による過渡状態であり且つ過給遅れがないか解消している状態であってもＥＧＲ弁を閉弁させるため、排気ガス中のＰＭ量は比較的少ないものの、窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）量は逆に増加してしまうという点で改善の余地があった。

本願発明は、上記のような現状を検討して改善を施したエンジン装置を提供することを技術的課題としている。

本願発明は、エンジンと、前記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置と、排気系からの排気ガスで駆動する過給機と、排気系からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置と、排気系からの排気ガスを浄化する後処理装置と、エンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記吸気系の過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記エンジンの駆動を制御するＥＣＵとを備えるエンジン装置において、前記ＥＣＵは、エンジン回転速度の変化が所定値を下回ると共に燃料噴射量の変化が所定値を上回り且つ過給圧が所定値を上回る場合に、前記ＥＧＲ装置のＥＧＲ弁を中間開度に開弁させるというものである。

本願発明において、前記ＥＣＵは、エンジン回転速度の変化が所定値を下回ると共に燃料噴射量の変化が所定値を上回り且つ過給圧が所定値を下回る場合に、前記ＥＧＲ弁を閉弁させるようにしてもよい。

本願発明において、前記ＥＣＵは、エンジン回転速度の変化が所定値を上回る場合に、前記ＥＧＲ弁を閉弁させるようにしてもよい。

本願発明によると、緩慢な負荷投入による過渡状態であり且つ過給遅れがないか解消している状態では、排気ガス中のＰＭ量はもともと少ないので、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させてＮＯｘ量を優先的に低減できる。従って、排気ガス中のＰＭ量抑制とＮＯｘ量抑制とを両立させて制御できる。

また、本願発明によると、エンジン回転速度の変化が所定値を下回ると共に燃料噴射量の変化が所定値を上回り且つ過給圧が所定値を下回る場合に、ＥＧＲ弁を閉弁させる構成とすることで、過給圧が所定値以上であれば、過給遅れの虞がなく、ＥＧＲ弁を開弁することで、ＮＯｘ排出量を抑制することができる。

本願発明によると、エンジン回転速度の変化が所定値を上回る場合に、ＥＧＲ弁を閉弁させるから、回転速度低下を伴う急峻な負荷投入状態にＰＭ排出量過多となった状態であっても、ＥＧＲ弁を閉弁することで、排気ガス中のＰＭ量を抑制できる。

エンジンの燃料系統説明図である。 エンジン及び後処理装置の関係を示す機能ブロック図である。 燃料の噴射タイミングを説明する図である。 ＥＧＲ弁開閉制御の制御手順を示すフローチャートである。 回転速度過渡判定の制御手順を示すフローチャートである。 噴射量過渡判定の制御手順を示すフローチャートである。 噴射量過渡時のタイムチャートである。 回転速度過渡時のタイムチャートである。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、図１及び図２を参照しながら、エンジン７０及びその周辺の構造を説明する。図２に示すように、エンジン７０は４気筒型のディーゼルエンジンであり、上面にシリンダヘッド７２が締結されたシリンダブロック７５を備えている。シリンダヘッド７２の一側面には吸気マニホールド７３が接続されており、他側面には排気マニホールド７１が接続されている。シリンダブロック７５の側面のうち吸気マニホールド７３の下方には、エンジン７０の各気筒に燃料を供給するコモンレール装置１１７が設けられている。吸気マニホールド７３には、内部の吸気圧（過給圧）を検出する過給圧検出手段としての吸気圧センサ８５が装着され、排気マニホールド７１には、内部の排気圧を検出する排気圧センサ８６が装着されている。

図１及び図２に示すように、エンジン７０における４気筒分の各インジェクタ１１５に、燃料噴射装置としてのコモンレール装置１１７及び燃料供給ポンプ１１６を介して、燃料タンク１１８が接続される。各インジェクタ１１５は電磁開閉制御型の燃料噴射バルブ１１９を備えている。コモンレール装置１１７は円筒状のコモンレール１２０を備えている。燃料供給ポンプ１１６の吸入側には、燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料タンク１１８が接続されている。燃料タンク１１８内の燃料が燃料フィルタ１２１及び低圧管１２２を介して燃料供給ポンプ１１６に吸い込まれる。実施形態の燃料供給ポンプ１１６は吸気マニホールド７３の近傍に配置されている。一方、燃料供給ポンプ１１６の吐出側には、高圧管１２３を介してコモンレール１２０が接続されている。コモンレール１２０には、４本の燃料噴射管１２６を介して、４気筒分のインジェクタ１１５が接続されている。

上記の構成において、燃料タンク１１８の燃料は燃料供給ポンプ１１６によってコモンレール１２０に圧送され、高圧の燃料がコモンレール１２０に蓄えられる。各燃料噴射バルブ１１９がそれぞれ開閉制御されることによって、コモンレール１２０内の高圧の燃料が各インジェクタ１１５からエンジン７０の各気筒に噴射される。すなわち、各燃料噴射バルブ１１９を電子制御することによって、各インジェクタ１１５から供給される燃料の噴射圧力、噴射時期、噴射期間（噴射量）が高精度にコントロールされる。従って、エンジン７０からのＮＯｘを低減できると共に、エンジン７０の騒音振動を低減できる。

図３に示すように、コモンレール装置１１７は、上死点（ＴＤＣ）を挟む付近でメイン噴射Ａを実行するように構成されている。また、コモンレール装置１１７は、メイン噴射Ａ以外に、上死点より約６０°以前のクランク角度θ１の時期に、ＮＯｘ及び騒音の低減を目的として少量のパイロット噴射Ｂを実行したり、上死点直前のクランク角度θ２の時期に、騒音低減を目的としてプレ噴射Ｃを実行したり、上死点後のクランク角度θ３及びθ４の時期に、ＰＭの低減や排気ガスの浄化促進を目的としてアフタ噴射Ｄ及びポスト噴射Ｅを実行したりするように構成されている。

パイロット噴射Ｂは、メイン噴射Ａに対して大きく進角した時期に噴射することによって、燃料と空気との混合を促進させるものである。プレ噴射Ｃは、メイン噴射Ａに先立って噴射することによって、メイン噴射Ａでの着火時期の遅れを短縮するものである。アフタ噴射Ｄは、メイン噴射Ａに対して近接した時期に噴射することによって、拡散燃焼を活性化させＰＭを再燃焼させる（ＰＭを低減する）ものである。ポスト噴射Ｅは、メイン噴射Ａに対して大きく遅角した時期に噴射することによって、実際の燃焼過程に寄与せずに未燃焼の燃料として後述するＤＰＦ５０に供給するものである。ＤＰＦ５０に供給された未燃焼の燃料は後述するディーゼル酸化触媒５３上で反応し、その反応熱によってＤＰＦ５０内の排気ガス温度が上昇することになる。図３におけるグラフの山の高低は、大まかに言って各噴射段階Ａ〜Ｅでの燃料噴射量の差異を表現している。

なお、図２に示すように、燃料タンク１１８には、燃料戻り管１２９を介して燃料供給ポンプ１１６が接続されている。円筒状のコモンレール１２０の長手方向の端部に、コモンレール１２０内の燃料の圧力を制限する戻り管コネクタ１３０を介して、コモンレール戻り管１３１が接続されている。すなわち、燃料供給ポンプ１１６の余剰燃料とコモンレール１２０の余剰燃料とが、燃料戻り管１２９及びコモンレール戻り管１３１を介して燃料タンク１１８に回収されることになる。

排気マニホールド７１の排気下流側に接続された排気管７７には、後述するターボ過給機１００のタービンケース１０２と、後処理装置の一例であるディーゼルパティキュレートフィルタ５０（以下「ＤＰＦ」という。）とが接続される。エンジン７０の各気筒から排気マニホールド７１に排出された排気ガスは、排気管７７、ターボ過給機１００及びＤＰＦ５０を経由して、浄化処理をされてから外部に放出される。

図１に示すように、ターボ過給機１００は、排気系と吸気系との間（実施形態では排気管７７と吸気管７６との間）に配置されていて、タービンホイール（図示省略）を内蔵したタービンケース１０２と、ブロアホイール（図示省略）を内蔵したコンプレッサケース１０１とを備えている。タービンケース１０２の排気ガス取入れ側に排気管７７が接続され、タービンケース１０２の排気ガス排出側には、排気ガス排出管１０３を介してＤＰＦ５０が接続される。エンジン７０の各気筒から排気マニホールド７１に排出された排気ガスは、ターボ過給機１００のタービンケース１０２を経由してＤＰＦ５０に送られる。

一方、コンプレッサケース１０１の給気取入れ側には、給気管１０４を介してエアクリーナ（図示省略）が接続される。コンプレッサケース１０１の給気排出側には、吸気管７６を介して吸気マニホールド７３が接続される。すなわち、エアクリーナによって除塵された外気は、コンプレッサケース１０１から、吸気管７６及び吸気マニホールド７３を介してエンジン７０の各気筒に供給される。

図１に示すように、ＤＰＦ５０は、排気ガス中のＰＭ等を捕集するためのものである。実施形態のＤＰＦ５０は、耐熱金属材料製のケーシング５１内にある略筒型のフィルタケース５２に、例えば白金等のディーゼル酸化触媒５３とスートフィルタ５４とを直列に並べて収容したものである。フィルタケース５２の排気上流側にディーゼル酸化触媒５３が配置され、排気下流側にスートフィルタ５４が配置される。スートフィルタ５４は、排気ガスをろ過可能な多孔質隔壁にて区画された多数のセルを有するハニカム構造に構成されている。

ケーシング５１の一側部には、排気管７７のうち排気絞り装置８２の排気下流側に連通する排気導入口５５が設けられている。前記ケーシング５１の一側部と、フィルタケース５２の一側部は第１側壁板５６及び第２側壁板５７にて塞がれている。ケーシング５１の他側部は第１蓋板５９及び第２蓋板６０にて塞がれている。両蓋板５９，６０の間は、フィルタケース５２内に複数の連通管６２を介して連通する排気音減衰室６３に構成されている。また、第２蓋板６０を略筒型の排気出口管６１が貫通している。排気出口管６１の外周面には、排気音減衰室６３に向けて開口する複数の連通穴５８が形成されている。排気出口管６１及び排気音減衰室６３等によって消音器６４を構成している。

ケーシング５１の一側部に形成された排気導入口５５には排気ガス導入管６５が挿入されている。排気ガス導入管６５の先端は、ケーシング５１を横断して排気導入口５５と反対側の側面に突出している。排気ガス導入管６５の外周面には、フィルタケース５２に向けて開口する複数の連通穴６６が形成されている。排気ガス導入管６５のうち排気導入口５５と反対側の側面に突出する部分は、これに着脱可能に螺着された蓋体６７にて塞がれている。

ＤＰＦ５０には、検出手段の一例として、スートフィルタ５４の詰まり状態を検出するＤＰＦ差圧センサ６８が設けられている。ＤＰＦ差圧センサ６８は、ＤＰＦ５０内におけるスートフィルタ５４の上流側と下流側との各排気圧の圧力差（入口側と出口側との排気ガス差圧）を検出するものである。この場合、排気ガス導入管６５の蓋体６７に、ＤＰＦ差圧センサ６８を構成する上流側排気圧センサ６８ａが装着され、スートフィルタ５４と排気音減衰室６３との間に、下流側排気圧センサ６８ｂが装着されている。

なお、ＤＰＦ５０の上下流間の圧力差と、スートフィルタ５４（ＤＰＦ５０）内のＰＭ堆積量との間に特定の関連性があるから、ＤＰＦ差圧センサ６８にて検出される圧力差に基づき、ＤＰＦ５０内のＰＭ堆積量が演算にて求められる。そして、ＰＭ堆積量の演算結果に基づき、コモンレール１２０を作動制御することにより、スートフィルタ５４（ＤＰＦ５０）の再生制御が実行される。

上記の構成において、エンジン７０からの排気ガスは、排気導入口５５を介して排気ガス導入管６５に入って、排気ガス導入管６５に形成された各連通穴６６からフィルタケース５２内に噴出し、ディーゼル酸化触媒５３からスートフィルタ５４の順に通過して浄化処理される。排気ガス中のＰＭは、スートフィルタ５４（各セル間の多孔質隔壁）に捕集される。ディーゼル酸化触媒５３及びスートフィルタ５４を通過した排気ガスは、消音器６４を介して排気出口管６１から機外に放出される。

排気ガスがディーゼル酸化触媒５３及びスートフィルタ５４を通過するに際して、排気ガス温度が再生可能温度（例えば約２５０〜３００℃）を超えていれば、ディーゼル酸化触媒５３の作用によって、排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）が不安定なＮＯ_２（二酸化窒素）に酸化される。そして、ＮＯ_２がＮＯに戻る際に放出するＯ（酸素）にて、スートフィルタ５４に堆積したＰＭを酸化除去することにより、スートフィルタ５４のＰＭ捕集能力が回復する。すなわち、スートフィルタ５４（ＤＰＦ５０）が再生するのである。

図１に示すように、排気系と吸気系との間（実施形態では排気マニホールド７１と吸気マニホールド７３との間）は、エンジン７０の排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気マニホールド７３に還流させるＥＧＲ装置９０（排気ガス再循環装置）を介して接続されている。ＥＧＲ装置９０は、排気マニホールド７１と吸気管７６との間をつなぐ還流管路としての再循環排気ガス管９１と、還流するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ９２と、再循環排気ガス管９１を開閉してＥＧＲガス量を調節するＥＧＲ弁９３とを備えている。ＥＧＲクーラ９２及びＥＧＲ弁９３は、再循環排気ガス管９１の中途部に設けられている。

上記の構成において、エアクリーナから吸気絞り装置８１を介して吸気マニホールド７３側に新気（外部空気）を供給する一方、排気マニホールド７１から再循環排気ガス管９１を介してＥＧＲガスを吸気マニホールド７３側に供給する。従って、エアクリーナからの新気と排気マニホールド７１からのＥＧＲガスとは、混合されて吸気マニホールド７３に供給される。すなわち、エンジン７０から排気マニホールド７１に排出された排気ガスの一部が、吸気マニホールド７３からエンジン７０に還流されることによって、高負荷運転時の最高燃焼温度が低下し、エンジン７０からのＮＯｘの排出量が低減されることになる。

次に、図２等を参照しながら、エンジン７０の制御関連の構成を説明する。図２に示す如く、エンジン７０における各気筒の燃料噴射バルブ１１９を作動させるエンジンＥＣＵ１１を備えている。エンジンＥＣＵ１１は、各種演算処理や制御を実行するＣＰＵ３１の他、各種データを予め固定的に記憶させたＲＯＭ３２、制御プログラムや各種データを書換可能に記憶するＥＥＰＲＯＭ３３、制御プログラムや各種データを一時的に記憶するＲＡＭ３４、時間計測用のタイマー３５、及び入出力インターフェイス等を有しており、エンジン７０又はその近傍に配置される。

エンジンＥＣＵ１１の入力側には、少なくともコモンレール１２０内の燃料圧力を検出するレール圧センサ１２、燃料ポンプ１１６を回転又は停止させる電磁クラッチ１３、エンジン７０の回転速度（クランク軸７４のカムシャフト位置）を検出する回転速度検出手段としてのエンジン速度センサ１４、インジェクタ１１５の燃料噴射回数（１行程の燃料噴射期間中の回数）を検出及び設定する噴射設定器１５、アクセル操作具（図示省略）の操作位置を検出するスロットル位置センサ１６、吸気系の吸気温度を検出する吸気温度センサ１７、排気系の排気ガス温度を検出する排気温度センサ１８、エンジン７０の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ１９、コモンレール１２０内の燃料温度を検出する燃料温度センサ２０、過給圧検出手段としての吸気圧センサ８５、排気圧センサ８６、並びに、ＤＰＦ差圧センサ６８（上流側排気圧センサ６８ａ及び下流側排気圧センサ６８ｂ）等が接続されている。

エンジンＥＣＵ１１の出力側には、エンジン４気筒分の各燃料噴射バルブ１１９の電磁ソレノイドがそれぞれ接続されている。すなわち、コモンレール１２０に蓄えた高圧燃料が燃料噴射圧力、噴射時期及び噴射期間等を制御しながら、１行程中に複数回に分けて燃料噴射バルブ１１９から噴射されることによって、ＮＯｘの発生を抑えると共に、すすや二酸化炭素等の発生も低減した完全燃焼を実行し、燃費を向上させるように構成されている。また、エンジンＥＣＵ１１の出力側には、再循環排気ガス管９１を開閉してＥＧＲガス量を調節するＥＧＲ弁９３、エンジンＥＣＵ１１の故障を警告報知するＥＣＵ故障ランプ２２、及び、ＤＰＦ５０内における排気ガス温度の異常高温を報知する排気温度警告ランプ２３等が接続されている。

ここで、エンジン７０では、エンジン回転速度が安定している定常状態の場合には、ＥＧＲ弁９３を所定の開度で開いて排気ガスを吸気に再循環させる一方、加速や負荷投入による過渡状態の場合には、ＰＭの排出量を抑制するべく、ＥＧＲ弁９３を閉じて排気ガスを吸気に再循環させないＥＧＲ開閉制御が行われる。

そして、ＥＧＲ弁９３を閉じるか否かの判断は、エンジン回転速度Ｎ、コモンレール装置１１７の燃料噴射量Ｑ、過給圧Ｐ、ＥＧＲ弁９３が閉じられてから経過した時間（以下「経過時間」という。）Ｔに基づいて行われる。なお、経過時間Ｔは、エンジンＥＣＵ１１が有するタイマー３５によって計測される。

エンジンＥＣＵ１１のＥＥＰＲＯＭ３３には、エンジン回転速度Ｎとコモンレール装置１１７の燃料噴射量Ｑとの関係を規定する制御マップ（図示省略）が記憶されており、エンジン回転速度Ｎに応じた燃料噴射量Ｑが制御マップに基づいて所定時間毎に算出される。更に、ＥＥＰＲＯＭ３３には、所定時間毎に検知されたエンジン回転速度Ｎ及び所定時間毎に算出された燃料噴射量Ｑが、一時的に記憶（以下「バッファリング」という。）される。

ここで、ＥＥＰＲＯＭ３３にバッファリングされているエンジン回転速度Ｎのうち、直近に検知されたエンジン回転速度（以下「直近回転速度」という。）をＮｎ、直近回転速度Ｎｎの一回前に検知されたエンジン回転速度（以下「前回回転速度」）をＮｎ−１、前回回転速度Ｎｎ−１から直近回転速度Ｎｎを引いて算出された値（以下「回転速度偏差」という。）をΔＮｎ（＝（Ｎｎ−１）−Ｎｎ）、エンジン７０の目標とする回転速度（以下「目標回転速度」という。）をＮｓｅｔで表すものとする。なお、前回回転速度Ｎｎ−１に代えて、直近回転速度Ｎｎの任意前に検知されたエンジン回転速度を用いて、回転速度偏差ΔＮｎを算出してもよい。

また、ＥＥＰＲＯＭ３３にバッファリングされている燃料噴射量Ｑのうち、直近回転速度Ｎｎに応じた燃料噴射量（以下「直近噴射量」という。）をＱｎ、前回回転速度Ｎｎ−１に応じた燃料噴射量（以下「前回噴射量」という。）をＱｎ−１、直近噴射量Ｑｎから前回噴射量Ｑｎ−１を引いて算出された値（以下「噴射量偏差」という。）をΔＱｎ（＝Ｑｎ−（Ｑｎ−１））で表すものとする。なお、前回噴射量Ｑｎ−１に代えて、直近回転速度Ｎｎの任意前に検知されたエンジン回転速度に応じた燃料噴射量を用いて、噴射量偏差ΔＱｎを算出してもよい。

なお、エンジンＥＣＵ１１には、エンジン回転速度Ｎ及び燃料噴射量Ｑに係るデータがエンジン７０（エンジン出力軸）一回転毎に所定回数更新されるように、エンジン回転速度毎にバッファリング周期が設定される。

次に、ＥＧＲ開閉制御を行う場合の基準値（所定値）について説明する。直近回転速度Ｎｎに関する基準値には、エンジン７０が目標の回転速度を達成しているか否かを判断するための目標回転速度Ｎｓｅｔがあり、目標回転速度Ｎｓｅｔは、予め設定される。

回転速度偏差ΔＮｎに関する基準値には、エンジン回転速度Ｎが低下傾向にあるか否かを判断するための回転速度偏差（以下「基準過渡回転速度偏差」という。）Ａ１があり、基準過渡回転速度偏差Ａ１は、予め設定される。そして、回転速度偏差ΔＮｎが基準過渡回転速度偏差Ａ１を上回った回数（以下「過渡回転速度偏差カウント数」という。）Ｘｎが、エンジンＥＣＵ１１が有する図示せぬカウンターによって計測される。

過渡回転速度偏差カウント数Ｘｎに関する基準値には、エンジン回転速度Ｎが低下傾向にあることを連続して確認できたか否かを判断するための回数（以下「基準過渡回転速度偏差カウント数」という。）Ｘ１があり、基準過渡回転速度偏差カウント数Ｘ１は、予め設定される。

また、噴射量偏差ΔＱｎに関する基準値には、燃料噴射量Ｑが増加傾向にあるか否かを判断するための噴射量偏差（以下「基準過渡噴射量偏差」という。）Ａ２があり、基準過渡噴射量偏差Ａ２は、予め設定される。そして、噴射量偏差ΔＱｎが基準過渡噴射量偏差Ａ２を上回った回数（以下「過渡噴射量偏差カウント数」という。）Ｘｑが、エンジンＥＣＵ１１が有する図示せぬカウンターによって計測される。

過渡噴射量偏差カウント数Ｘｑに関する基準値には、燃料噴射量Ｑが増加傾向にあることを連続して確認できたか否かを判断するための回数（以下「基準過渡噴射量偏差カウント数」という。）Ｘ２があり、基準過渡噴射量偏差カウント数Ｘ２は、予め設定される。

過給圧Ｐに関する基準値には、ターボ過給機１００による過給が十分であるか否かを判断するための過給圧（以下「基準過給圧」という。）Ｐｃがある。基準過給圧Ｐｃには、任意の値を設定してもよいし、定常状態における過給圧（以下「定常時過給圧」という。）Ｐｓに、一定の比率（以下「解除比率」という。）αを掛けて算出された過給圧を設定してもよい。また、過給圧Ｐは一般に、エンジン回転速度Ｎ及びエンジン負荷が大きいほど大きくなる関係にあるため、このような関係に基づく基準過給圧Ｐｃの関数式（例えば図７の破線参照）を実験等から求めておき、当該関数式を用いて基準過給圧Ｐｃを算出することも可能である。

以上のような、目標回転速度Ｎｓｅｔ、基準過渡回転速度偏差Ａ１、基準過渡回転速度偏差カウント数Ｘ１、基準過渡噴射量偏差Ａ２、基準過渡噴射量偏差カウント数Ｘ２、並びに基準過給圧Ｐｃは、ＥＥＰＲＯＭ３３に記憶されている。更に、ＥＥＰＲＯＭ３３には、後述する制御手順に従ってＥＧＲ開閉制御を行うための制御プログラム等も記憶されている。

次に、ＥＧＲ開閉制御の制御手順について、図４〜図８を参照して説明する。図４に示すように、エンジン７０が始動されると（ステップＳ１、ＹＥＳ）、エンジンＥＣＵ１１からの信号によりＥＧＲ弁９３が所定の開度で開かれて（ステップＳ２）、排気ガスが吸気系に再循環される。

すると、エンジン回転速度Ｎの変化に基づいて過渡状態であるか否かを判断する判定（以下「回転速度過渡判定」という。）（ステップＳ３）が行われ、回転速度過渡判定で判定成立となったか否かが判断される（ステップＳ４）。回転速度過渡判定の詳細については後述する。回転速度過渡判定で判定成立となった場合は（ステップＳ４、ＹＥＳ）、急峻な加速や負荷投入による過渡状態であるから、エンジンＥＣＵ１１からの信号によりＥＧＲ弁９３が閉弁されて（ステップＳ９）、吸気系への排気ガスの再循環が一時的に停止される。そして、エンジン７０の運転中であれば（ステップＳ１２、ＮＯ）、ステップＳ３に戻って以降の制御手順が繰り返される。

回転速度過渡判定で判定不成立となった場合（ステップＳ４、ＮＯ）、燃料噴射量Ｑの変化に基づいて過渡状態であるか否かを判断する判定（以下「噴射量過渡判定」という。）（ステップＳ５）が行われ、噴射量過渡判定で判定成立となったか否かが判断される（ステップＳ６）。噴射量過渡判定の詳細については後述する。

噴射量過渡判定で判定不成立となった場合は（ステップＳ６、ＮＯ）、急峻な加速や負荷投入による過渡状態でも、緩慢な加速や負荷投入による過渡状態でもないから、エンジンＥＣＵ１１からの信号によりＥＧＲ弁９３が所定の開度で開かれて（ステップＳ１１）、排気ガスが吸気系に再循環される。そして、エンジン７０の運転中であれば（ステップＳ１２、ＮＯ）、ステップＳ３に戻って以降の制御手順が繰り返される。

噴射量過渡判定で判定成立となった場合は（ステップＳ６、ＹＥＳ）、緩慢な加速や負荷投入による過渡状態であるから、次いで、過給圧Ｐが読み込まれ（ステップＳ７）、過給圧Ｐが基準過給圧Ｐｃを下回っているか否かが判断される（Ｐ≦Ｐｃ、ステップＳ８）。なお、基準過給圧Ｐｃ自体は、下回る側に含めてもよいし、上回る側に含めてもよい。実施形態は下回る側に含めた場合である（過給圧Ｐが基準過給圧Ｐｃ以下か否かを判断している。）。

過給圧Ｐが基準過給圧Ｐｃを下回る場合は（ステップＳ８、ＹＥＳ）、緩慢な加速や負荷投入による過渡状態下であるが、ターボ過給機１００による過給が十分でなく過給遅れが生じていると判断され、エンジンＥＣＵ１１からの信号によりＥＧＲ弁９３が閉弁されて（ステップＳ９）、吸気系への排気ガスの再循環が一時的に停止される。そして、エンジン７０の運転中であれば（ステップＳ１２、ＮＯ）、ステップＳ３に戻って以降の制御手順が繰り返される。

過給圧Ｐが基準過給圧Ｐｃを上回る場合は（ステップＳ８、ＮＯ）、緩慢な加速や負荷投入による過渡状態下であると共に、ターボ過給機１００による過給が十分で過給遅れがないか解消していると判断され、エンジンＥＣＵ１１からの信号によりＥＧＲ弁９３が中間開度（全閉と全開との間の任意の開度）まで開弁される（ステップＳ１０）。その結果、ステップＳ２、Ｓ１０よりも制限された量ではあるが、排気ガス（ＥＧＲガス）が吸気系に再循環される。そして、エンジン７０の運転中であれば（ステップＳ１２、ＮＯ）、ステップＳ３に戻って以降の制御手順が繰り返される。

図５に示すように、前記回転速度過渡判定が開始されると、所定時間毎に検知された回転速度信号が随時読み込まれ（ステップＳ２１）、直近回転速度Ｎｎが目標回転速度Ｎｓｅｔより大きいか否かが判断される（ステップＳ２２）。そして、直近回転速度Ｎｎが目標回転速度Ｎｓｅｔ以下の場合は（ステップＳ２２、ＮＯ）、目標の回転速度を達成していないと判断され、引き続き、回転速度偏差ΔＮｎが算出され（ステップＳ２３）、回転速度偏差ΔＮｎが基準過渡回転速度偏差Ａ１より大きいか否かが判断される（ステップＳ２４）。

そして、回転速度偏差ΔＮｎが基準過渡回転速度偏差Ａ１を上回る場合は（ステップＳ２４、ＹＥＳ）、エンジン回転速度Ｎが低下傾向にあると判断され、過渡回転速度偏差カウント数Ｘｎに対して１増やす（以下「カウントインクリメント」という。）処理が行われる（ステップＳ２５）。すると、カウントインクリメント後の過渡回転速度偏差カウント数ＸｎがエンジンＥＣＵ１１のカウンターにより計測され（ステップＳ２７）、過渡回転速度偏差カウント数Ｘｎが基準過渡回転速度偏差カウント数Ｘ１以上か否かが判断される（ステップＳ２８）。

そして、過渡回転速度偏差カウント数Ｘｎが基準過渡回転速度偏差カウント数Ｘ１以上の場合は（ステップＳ２８、ＹＥＳ）、エンジン回転速度Ｎが低下傾向にあることを連続して確認できたと判断され、判定成立、つまり、過渡状態であると判断される（ステップＳ２９）。

一方、過渡回転速度偏差カウント数Ｘｎが基準過渡回転速度偏差カウント数Ｘ１を下回る場合は（ステップＳ２８、ＮＯ）、エンジン回転速度Ｎが低下傾向にあることを連続して確認できないと判断され、判定不成立、つまり、過渡状態でないと判断される（ステップＳ３０）。

なお、直近回転速度Ｎｎが目標回転速度Ｎｓｅｔを上回る場合（ステップＳ２２、ＹＥＳ）は、目標の回転速度を達成していると判断され、回転速度偏差ΔＮｎが基準過渡回転速度偏差Ａ１以下の場合は（ステップＳ２４、ＮＯ）、エンジン回転速度が低下傾向にないと判断され、何れの場合も過渡回転速度偏差カウント数Ｘｎに対してゼロの状態に戻す（以下「カウントクリア」という。）処理が行われた上で（ステップＳ２６）、判定不成立、つまり、過渡状態でないと判断される（ステップＳ３０）。

図６に示すように、前記噴射量過渡判定が開始されると、所定時間毎に検知された回転速度信号が随時読み込まれる（ステップＳ３１）。すると、エンジン回転速度Ｎに応じた燃料噴射量Ｑが制御マップに基づいて所定時間毎に算出され（ステップＳ３２）、引き続き、噴射量偏差ΔＱｎが算出され（ステップＳ３３）、噴射量偏差ΔＱｎが基準過渡噴射量偏差Ａ２より大きいか否かが判断される（ステップＳ３４）。なお、噴射量偏差ΔＱｎは、前述の通り、直近噴射量Ｑｎから前回噴射量Ｑｎ−１を引いて算出した値（Ｑｎ−（Ｑｎ−１））である。

そして、噴射量偏差ΔＱｎが基準過渡噴射量偏差Ａ２を上回る場合は（ステップＳ３４、ＹＥＳ）、燃料噴射量Ｑが増加傾向にあると判断され、過渡噴射量偏差カウント数Ｘｑに対してカウントインクリメント処理が行われる（ステップＳ３５）。すると、カウントインクリメント後の過渡噴射量偏差カウント数ＸｐがエンジンＥＣＵ１１のカウンターにより計測され（ステップＳ３７）、過渡噴射量偏差カウント数Ｘｐが基準過渡噴射量偏差カウント数Ｘ２以上か否かが判断される（ステップＳ３８）。

そして、過渡噴射量偏差カウント数Ｘｐが基準過渡噴射量偏差カウント数Ｘ２以上の場合は（ステップＳ３８、ＹＥＳ）、燃料噴射量Ｑが増加傾向にあることを連続して確認できたと判断され、判定成立、つまり、過渡状態であると判断される（ステップＳ３９）。

一方、過渡噴射量偏差カウント数Ｘｐが基準過渡噴射量偏差カウント数Ｘ２を下回る場合は（ステップＳ３８、ＮＯ）、燃料噴射量Ｑが増加傾向にあることを連続して確認できないと判断され、つまり、過渡状態でないと判断される（ステップＳ４０）。

なお、噴射量偏差ΔＱｎが基準過渡噴射量偏差Ａ２以下の場合は（ステップＳ３４、ＮＯ）、燃料噴射量Ｑが増加傾向にないと判断され、過渡噴射量偏差カウント数Ｘｑに対してカウントクリア処理が行われた上で（ステップＳ３６）、判定不成立、つまり、過渡状態でないと判断される（ステップＳ４０）。

図７のタイムチャートに示すように、エンジン７０が緩慢な加速や負荷投入による過渡状態になると、噴射量過渡判定が成立してフラグが立ち上がる。このとき、過給圧Ｐが基準過給圧Ｐｃよりも低ければ、ターボ過給機１００での過給遅れが生じているので、ＥＧＲ弁９３を閉弁させて吸気系への排気ガスの再循環を一時的に停止し、エンジン７０の燃焼温度を増大させて排気ガス中のＰＭ量の低減を優先する。その結果、ＤＰＦ５０を効果的に保護できる（出力低下やエンジンストールの防止、再生頻度の低減を図れる。）。

その後、過給圧Ｐが基準過給圧Ｐｃを上回ると、過給遅れが解消しているので、ＥＧＲ弁９３を中間開度まで開弁させて、制限された量の排気ガス（ＥＧＲガス）を吸気系に再循環させる。エンジン７０の燃焼温度を低下させて排気ガス中のＮＯｘ量の低減を優先する。なお、ＥＧＲ弁９３の中間開度は一定でもよいし、連続的又は段階的に大きくしてもよい。

また、図８のタイムチャートに示すように、エンジン７０が急峻な加速や負荷投入による過渡状態になると、回転速度過渡判定が成立してフラグが立ち上がり、ＥＧＲ弁９３を閉弁させて吸気系への排気ガスの再循環を一時的に停止し、エンジン７０の燃焼温度を増大させて排気ガス中のＰＭ量の低減を優先する。この場合も、ＤＰＦ５０を効果的に保護できる（出力低下やエンジンストールの防止、再生頻度の低減を図れる。）。

以上の説明から分かるように、実施形態によると、エンジン回転速度Ｎの変化、燃料噴射量Ｑの変化並びに過給圧Ｐをパラメータとして利用することによって、エンジン７０からの排気ガス中のＰＭ量抑制とＮＯｘ量抑制とを両立させて制御できる。

本願発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化できる。各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

１１ エンジンＥＣＵ
１４ エンジン速度センサ
５０ ＤＰＦ
７０ エンジン
８５ 吸気圧センサ
８６ 排気圧センサ
９０ ＥＧＲ装置
９３ ＥＧＲ弁
１００ ターボ過給機
１１７ コモンレール装置

Claims (3)

1. エンジンと、前記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射装置と、排気系からの排気ガスで駆動する過給機と、排気系からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置と、排気系からの排気ガスを浄化する後処理装置と、エンジン回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記吸気系の過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記エンジンの駆動を制御するＥＣＵとを備えるエンジン装置において、
   前記ＥＣＵは、エンジン回転速度の変化が所定値を下回ると共に燃料噴射量の変化が所定値を上回り且つ過給圧が所定値を上回る場合に、前記ＥＧＲ装置のＥＧＲ弁を中間開度に開弁させる、
   エンジン装置。
2. 前記ＥＣＵは、エンジン回転速度の変化が所定値を下回ると共に燃料噴射量の変化が所定値を上回り且つ過給圧が所定値を下回る場合に、前記ＥＧＲ弁を閉弁させる、
   請求項１に記載のエンジン装置。
3. 前記ＥＣＵは、エンジン回転速度の変化が所定値を上回る場合に、前記ＥＧＲ弁を閉弁させる、
   請求項２に記載のエンジン装置。

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