JP3721695B2 - ディーゼルエンジン - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量型ターボ過給機とＥＧＲ装置とを組み合わせてなるディーゼルエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子制御噴射方式を採用するディーゼルエンジンにおいては、電子制御ユニットであるコントローラがエンジン運転状態に基づく最適な目標噴射量Ｑを決定し、この目標噴射量Ｑに応じた制御信号を電子ガバナアクチュエータに送出して、ガバナアクチュエータを作動させることにより、燃料噴射ポンプから最適量の燃料を圧送させるようになっている。コントローラは、各種センサの出力信号からエンジン運転状態を常時検出しており、これらのうち特にエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃ（エンジン負荷に対応）とを示す信号に基づき、目標噴射量Ｑを決定するようになっている。
【０００３】
その手順を示せば以下のようになる。コントローラは先ず、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃとから図４に示すマップＭ３に従って基本目標噴射量ＱBASEを読み込む。ここでマップＭ３は、実機試験等により予め作成されてコントローラ内のＲＯＭにメモリされたものである。そしてＱBASEと前回の目標噴射量Ｑ-1との差ΔＱ＝ＱBASE−Ｑ-1を演算し、これに補正係数Ｋを乗じたものＫ×ΔＱを、前回の目標噴射量Ｑ-1に加算して、今回の新たな目標噴射量Ｑ＝Ｑ-1＋Ｋ×ΔＱを決定している。
【０００４】
一方、このようなディーゼルエンジンに可変容量型ターボ過給機を組み合わせたものが知られている。可変容量型ターボ過給機は、特開昭61-237831 号公報等にもあるように、タービン入口に複数の可動ノズルベーンを有し、このノズルベーンの開度制御を行うことで過給圧（コンプレッサ吐出圧）を変化させ得るものである。ノズルベーンは連動機構で連結され、この連動機構にアクチュエータ駆動力が入力されて、ノズルベーンの角度が変更され、タービン入口面積が変化されるようになっている。そしてアクチュエータはコントローラからの制御信号に基づき動作される。コントローラには、図２に示す如きノズルベーン開度制御マップ（マップＭ１）が予めメモリされており、コントローラはエンジン回転数Ｎｅと目標噴射量ＱとからマップＭ１に従って、目標となるノズルベーン開度Ｓ1 〜Ｓ4 を決定し、このノズルベーン開度となるような制御信号を出力する。
【０００５】
マップＭ１において、ベーン開度ＳはＳ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 ，Ｓ4 の４段階に変化され、全閉となるＳ1 から全開となるＳ4 に至るにつれその開度は順次段階的に増大される。即ち、低速・高負荷（燃料噴射量大）となる領域では、燃料噴射量に対し吸気量が相対的に不足しがちであるため、ベーン開度Ｓを小さく（Ｓ＝Ｓ1 ）することでタービン入口での排ガス速度を上げ、回転数を増し、過給圧を高めて吸気量を増大している。また、吸気量が十分な高速領域や燃料噴射量の少ない低負荷領域では、逆にベーン開度Ｓを大きく（Ｓ＝Ｓ4 ）することで排圧を下げ、ポンピングロスを低減している。
【０００６】
さらに、かかるディーゼルエンジンにあってＥＧＲ装置を組み合わせることも可能である。ＥＧＲ装置は、排ガスの一部を吸気中に環流して、燃焼温度を下げ、ＮＯｘの生成を抑制するためのものである。これにあっては排気通路と吸気通路とがバイパス通路としてのＥＧＲ通路で結ばれ、このＥＧＲ通路がＥＧＲ弁により開閉制御されるものである。これにおいてもやはりコントローラが、図３に示す如きＥＧＲ弁開度制御マップ（マップＭ２）に従って、目標となるＥＧＲ弁開度Ｈ0 〜Ｈ4 を決定し、制御信号を出力している。
【０００７】
このマップＭ２において、ＥＧＲ弁開度ＨはＨ0 ，Ｈ1 ，Ｈ2 ，Ｈ3 ，Ｈ4 の５段階に変化され、全閉となるＨ0 から全開となるＨ4 に至るにつれその開度は順次段階的に増大される。即ち、高負荷領域となるほど新気の量が必要となるので、弁開度Ｈを減小することによってＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を減らし、新気の量（相対量）を増して、スモークの発生を抑制しつつ、ＮＯｘの排出レベルを所定値（例えば規制値）以下に抑制している。特に所定値以上の高速或いは高負荷 （例えばＱ＞60(%) ）となる領域では、弁開度Ｈを完全全閉となるＨ0 （＝０）とし、ＥＧＲ装置を非作動と同じ状態としてＥＧＲを中止している。これによって新気のみの燃焼となり、高出力が得られるようになる。なお、エンジン暖気運転中も、シリンダ内温度が低く燃焼も安定していないため、エンジン運転状態に拘らず一律に弁開度ＨをＨ0 に固定し、ＥＧＲを中止している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記電子制御式ディーゼルエンジンに可変容量型ターボ過給機とＥＧＲ装置とを組み合わせた場合、以下のような問題が発生する。
【０００９】
即ち、加速時や急坂登坂時においてエンジン負荷が急増した場合、具体的にはアクセルペダルを急激に踏み込んだ場合、即座に高出力を得る必要があるため、ノズルベーン開度は絞ることとなる。こうすると排圧も急増するため、特開昭60-162048 号公報で示されるように、ＥＧＲ弁開度は減小し、排ガスの環流を防いでスモーク悪化を防止する必要がある。
【００１０】
しかし、従来はこれら開度変更を同時に開始しており、その変更にある程度の時間がかかるため、特にＥＧＲ弁の閉弁過程において排圧が上昇し、排ガスが環流されて一時的にスモークが悪化することがある。
【００１１】
これを図１３を用いて具体的に説明する。先ず時刻ＴA で、加速のためにアクセルペダルを踏み込んだとする。こうなると目標噴射量Ｑが次第に増大され、エンジン回転数Ｎｅが徐々に高まっていく。一方、踏み込みの直後、ノズルベーン開度及びＥＧＲ弁開度の開度変更が開始され、それら開度（実際の開度Ｓｒ，Ｈｒ）は最小のＳ1 及びＨ0 に向けて徐々に減小されていく。しかし、実際に開度変更が終了するのは所定時間経過後の時刻Ｔ1 であり、この間はＥＧＲ弁開度Ｈｒが全閉Ｈ0 になっていないので、ノズルベーン開度Ｓｒの減小とともに排圧が上昇し、過剰なＥＧＲがなされてスモークＳＭが一時的に増大してしまうことがある。
【００１２】
また、このようなスモークの悪化はエンジン負荷の急減の際にも発生することがある。即ち、図１３において、時刻ＴB で加速が終了し、定常走行に移行するためにアクセルペダルを急激に戻したとする。するとＱの減小とともに、ノズルベーン及びＥＧＲ弁の開度Ｓｒ，Ｈｒが増大方向に変更されていく。しかし、加速終了直後では排圧が高い状態にあり、この状態でＥＧＲ弁が開かれると、やはり過剰なＥＧＲがなされてスモークＳＭが一時的に増大することがある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るディーゼルエンジンは、可動ノズルベーンを有した可変容量型ターボ過給機と、ＥＧＲ弁を有したＥＧＲ装置と、エンジン運転状態に基づいて上記可動ノズルベーン及び上記ＥＧＲ弁の開度制御を行うためのコントローラであって、エンジン負荷の急増に際して、上記ＥＧＲ弁の閉制御を開始した後に上記可動ノズルベーンの閉制御を開始するコントローラとを備えたものである。
これによると、エンジン負荷の急増時に先ずＥＧＲ弁の閉制御が開始され、次いで可動ノズルベーンの閉制御が開始されるようになる。このため、排圧上昇前にＥＧＲ弁を閉じることができ、これによって加速時等におけるスモークの悪化を防止することができる。
【００１４】
また、上記コントローラが、エンジン負荷の急減に際して、上記可動ノズルベーンの開制御を開始した後に上記ＥＧＲ弁の開制御を開始するものであってもよい。こうすると前記とは逆に、排圧を下げてからＥＧＲ弁を開くことができ、これによって減速時等のスモークの悪化も防止できる。
【００１５】
また、上記コントローラが、エンジン負荷の急増に際して、上記ＥＧＲ弁の閉制御を開始するのと同時に吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開制御を開始するものであってもよい。
【００１６】
こうすれば、エンジン負荷の急増すなわち加速状態において、ＥＧＲ弁の閉制御によりタービンへの排ガス供給量が増えてブースト圧が向上し、吸気絞り弁の開制御により吸気量が増えてブースト圧が向上する。そして、かかるＥＧＲ弁の閉制御と吸気絞り弁の開制御とを同時に行っているので、ブースト圧が速やかに立上がり、加速性能が向上する。
【００１７】
また、上記コントローラが、エンジン負荷の急減に際して、吸気通路に設けられた吸気絞り弁の閉制御を開始した後に上記ＥＧＲ弁の開制御を開始するものであってもよい。
【００１８】
こうすれば、エンジン負荷の急減すなわち減速状態において、吸気絞り弁の閉制御によってその下流側に負圧が発生して吸気系と排気系との差圧が大きくなった後にＥＧＲ弁が開制御されるため、ＥＧＲ率が低下することはなく、ＮＯｘの増加を防止できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は、本発明に係るディーゼルエンジンを示す構成図である。図示するように、ディーゼルエンジン１は、エンジン本体２に可変容量型ターボ過給機３とＥＧＲ装置４とを備えて主に構成されている。可変容量型ターボ過給機３は、排気通路５の途中に設けられたタービン６と、吸気通路７の途中に設けられたコンプレッサ８とを有し、特にタービン６の入口において図示しない複数の可動ノズルベーンが設けられ、タービンホイール９に与える排ガスの速度を適宜変化させるようになっている。
【００２１】
ノズルベーンは図示しない連動機構を介してアクチュエータ１０により駆動されるようになっている。アクチュエータ１０は、ここではダイヤフラムを利用した負圧アクチュエータが採用されるが、その形式は特に限定されない。アクチュエータ１０は負圧配管１１ａを介して負圧ポンプ１１に接続され、供給される負圧値に応じて可動ノズルベーンを開方向に駆動する。この供給負圧の大きさを制御するのが負圧制御弁１２で、負圧制御弁１２は、電子制御ユニットであるコントローラ１３から制御信号を受けて動作される。
【００２２】
ＥＧＲ装置４は、排気通路５及び吸気通路７を結ぶバイパス通路としてのＥＧＲ通路１４と、ＥＧＲ通路１４の吸気通路７側に設けられたＥＧＲ弁１５とを有している。このＥＧＲ弁１５も、アクチュエータとしてのダイヤフラムを備え、負圧によって動作されるが、その形式は限定されない。ＥＧＲ弁１５は、供給される負圧値に応じて弁体を開方向に動作させてＥＧＲ通路１４を適宜開放する。そしてＥＧＲ弁１５は、前記同様、負圧配管１６を通じて負圧ポンプ１７から負圧供給を受けると共に、その負圧値が負圧制御弁１８とコントローラ１３とによって制御される。
【００２３】
コントローラ１３は、各種センサの出力信号に基づきエンジン運転状態を検知するようになっており、代表的には、エンジン回転数センサ１９の出力信号に基づきエンジン回転数Ｎｅを、アクセル開度センサ２０の出力信号に基づきアクセル開度Ａｃｃをそれぞれ検知するようになっている。またコントローラ１３は、ベーン開度センサ２１の出力信号に基づき可動ノズルベーンの実際の開度Ｓｒを検知し、ＥＧＲ弁開度センサ２２の出力信号に基づきＥＧＲ弁１５の実際の開度Ｈｒを検知するようになっている。さらに、コントローラ１３は、エンジン運転状態に基づいて後述の如く目標噴射量Ｑを算出すると共に、この目標噴射量Ｑに見合った制御信号を、燃料噴射ポンプ２３の電子ガバナアクチュエータ２４に出力するようになっている。
【００２４】
また、コントローラ１３のＲＯＭ中には、図２、図３及び図４に示す各マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３が予めメモリされている。なおこれらマップＭ１，Ｍ２，Ｍ３は実機試験等を経て予め作成されるものである。前述したように、図２に示すマップＭ１はノズルベーン開度制御マップであり、これにおいてノズルベーン開度Ｓは、エンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑとの値に応じて、全閉となるＳ1 から全開となるＳ4 まで順次４段階に増大されるようになっている。また図３に示すマップＭ２は、ＥＧＲ装置４のＥＧＲ弁開度制御マップであり、これにおいてＥＧＲ弁１５の開度Ｈは、エンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑとの値に応じて、完全全閉となるＨ0 （＝０）から全開となるＨ4 まで順次５段階に増大されるようになっている。さらに図４に示すマップＭ３は基本目標噴射量マップであり、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃとの値に応じて、基本目標噴射量ＱBASEを読み取るためのものである。
【００２５】
これらマップＭ１，Ｍ２，Ｍ３に従い、コントローラ１３は、図５に示す制御フローチャートに沿って以下のように燃料噴射制御、ベーン開度制御及びＥＧＲ弁開度制御を実行する。
【００２６】
先ず、ステップＳＴ１では、エンジン回転数センサ１９及びアクセル開度センサ２０の出力信号に基づき、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ａｃｃの各値を入力する。次にステップＳＴ２で、マップＭ３から基本目標噴射量ＱBASEを読み込み、ステップＳＴ３で、ＱBASEと前回の目標噴射量Ｑ-1との差ΔＱ＝ＱBASE−Ｑ-1を演算する。
【００２７】
次に、ステップＳＴ４で、ΔＱの絶対値｜ΔＱ｜が予め決められた判定値αより小さいか否かを判断する。｜ΔＱ｜＜αならば、急な加減速が行われていない定常時であると判断し、ステップＳＴ５において、目標噴射量Ｑ、目標ベーン開度Ｓ及び目標ＥＧＲ弁開度Ｈを決定する。また｜ΔＱ｜≧αならば、急な加減速が行われている過渡時であると判断し、ステップＳＴ６において、加速或いは減速のいずれが行われているかを判断する。ΔＱ＞０ならば、加速であると判断し、ステップＳＴ７において、目標噴射量Ｑ、目標ベーン開度Ｓ及び目標ＥＧＲ弁開度Ｈを決定する。ΔＱ≦０ならば、減速であると判断し、ステップＳＴ８において、目標噴射量Ｑ、目標ベーン開度Ｓ及び目標ＥＧＲ弁開度Ｈを決定する。
【００２８】
ステップＳＴ５，ＳＴ７或いはＳＴ８でＱ，Ｓ，Ｈの値が決まったならば、ステップＳＴ９で、Ｑ，Ｓ，Ｈの値に見合った制御信号をそれぞれ負圧制御弁１２，１８及び電子ガバナアクチュエータ２４に出力し、所定の燃料噴射及び開度変更を実行させる。
【００２９】
次に、ステップＳＴ５，ＳＴ７及びＳＴ８のそれぞれについて詳述する。先ずステップＳＴ５については図６に示す通りである。最初にステップＳＴ５１では、得られた噴射量差ΔＱに補正係数Ｋ1 を乗じ、これに前回の目標噴射量Ｑ-1を加えたものを今回の目標噴射量Ｑ＝Ｑ-1＋Ｋ1 ×ΔＱとする。ここで定常時はΔＱの値が小さいことから、補正係数Ｋ1 は１としている。またこのときには今回と前回との噴射量差Ｑ−Ｑ-1が小さくなり、噴射量は微調整されることとなる。次に、ステップＳＴ５２で、マップＭ１から、エンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑとに基づき目標ベーン開度ＳをＳ1 ，…Ｓ4 のいずれかに決定する。なおＳ1 ，…Ｓ4 を総じてＳｎと表示する。さらにステップＳＴ５３において、マップＭ２から目標ＥＧＲ弁開度ＨをＨ0 ，…Ｈ4 のいずれかに決定する。前記同様、Ｈ0 ，，…Ｈ4 も総じてＨｎと表示する。この後は前述のステップＳＴ９に進んで各制御信号を出力する。
【００３０】
次に、ステップＳＴ７の内容は図７に示す通りである。なお、以下に説明するステップＳＴ７，ＳＴ８の内容は、図９に示すタイムチャートにも表されているので適宜参照されたい。
【００３１】
ステップＳＴ６で加速判断されると（図９の時刻ＴA ）、ステップＳＴ７では先ず、ステップＳＴ７１において、目標ＥＧＲ弁開度ＨをＨ0 に決定する。これによってＥＧＲ弁１５は全閉に向かって操作されることになる。次にステップＳＴ７２で、ＥＧＲ弁開度センサ２２の出力信号に基づきＥＧＲ弁１５の実際の開度Ｈｒを入力する。さらにステップＳＴ７３では、ＥＧＲ弁１５の実際開度Ｈｒと目標開度Ｈ＝Ｈ0 との比較を行い、これらが等しいか否かを判断している。ここでＥＧＲ弁開度が現在Ｈ0 となっていない場合（Ｈｒ≠Ｈ0 ）は、ステップＳＴ７４において、今回の目標ベーン開度Ｓを前回の目標ベーン開度Ｓ-1と等しくする。これによってノズルベーンは何等の操作もされず、現在の位置にそのまま固定されることとなる。この後はステップＳＴ７５において、Ｑ＝Ｑ-1＋Ｋ0 ×ΔＱの式によって目標噴射量Ｑを決定する。ここでＥＧＲ弁１５が未だ全閉となっていないため、補正係数Ｋ0 は０とし、これによって噴射量の増量を止め、過剰な燃料噴射がなされるのを防止している。こうしてステップＳＴ９にて所定の燃料噴射制御及び開弁制御を実行することとなる。
【００３２】
このようなフローを繰り返すうちに、所定時間が経過すればやがてはＥＧＲ弁１５の実際開度Ｈｒが目標開度Ｈ0 と等しくなる（図９の時刻Ｔ1 ）。こうなるとステップＳＴ７３の次にステップＳＴ７６に進み、こんどは目標ベーン開度Ｓを全閉であるＳ1 に決定する。そしてステップＳＴ７７で、Ｑ＝Ｑ-1＋Ｋ×ΔＱの式によって目標噴射量Ｑを決定する。ここでは補正係数ＫはＫ0 ＜Ｋ＜１となる定数とされ、具体的な値は、実際の加速感や排ガス性能等のバランスを考慮して適宜決定される。またＫ＞０であるので、燃料噴射量の増量も開始され、実質的な加速が開始されることになる。
【００３３】
次に、ステップＳＴ８の内容を説明する。なおここでは図９に示すように、加速後、時刻ＴB において、定常走行への移行のために急減速を行った場合を仮定して説明を行う。
【００３４】
図８に示すように、ステップＳＴ８では先ず、ステップＳＴ８１において、Ｑ＝Ｑ-1＋Ｋ1 ×ΔＱの式により目標噴射量Ｑを決定する。ここでは減速を速やかに行うため、補正係数をＫ1 ＝１としている。次にステップＳＴ８２で、マップＭ１から目標ベーン開度ＳをＳ1 ，…Ｓ4 のいずれか（Ｓｎ、図９の例ではＳ3 ））に決定する。これによってノズルベーンは、決定された開度Ｓｎに向かって操作されることとなる。さらにステップＳＴ８３では、ベーン開度センサ２１の出力信号によりノズルベーンの実際の開度Ｓｒを入力する。この後ステップＳＴ８４において、ノズルベーンの実際開度Ｓｒと目標開度Ｓ＝Ｓｎとの比較を行い、これらが等しいか否かを判断する。ここで減速直後はノズルベーン開度がＳ1 となっているため、定常走行のためのＳｎとは一致しないのが通常で、よってこの場合にはステップＳＴ８５に進み、今回の目標ＥＧＲ弁開度Ｈを前回の目標ＥＧＲ弁開度Ｈ-1と等しくする。これによってＥＧＲ弁開度はＨ0 に保たれ、ＥＧＲ弁１５は全閉状態が保持されることとなる。こうして決定されたＱ，Ｓ，Ｈの値に基づき、ステップＳＴ９で所定の燃料噴射制御及び開弁制御が実行される。
【００３５】
このようなフローを繰り返すうちに、所定時間が経過すればやがてはノズルベーンの実際開度Ｓｒが目標開度Ｓｎと等しくなる（図９の時刻Ｔ2 ）。こうなるとステップＳＴ８４の次にステップＳＴ８６に進み、こんどは目標ＥＧＲ弁開度Ｈを、マップＭ２に基づくＨ0 ，…Ｈ4 のいずれか（Ｈｎ、図９の例ではＨ1 ）に決定する。これによりＥＧＲ弁１５が、全閉開度Ｈ0 から所定開度Ｈｎに向けて操作されることになる。
【００３６】
以上の如きディーゼルエンジン１にあっては、急加速等のようにエンジン負荷が急増される場合に、ＥＧＲ弁１５の開度制御開始後、可動ノズルベーンの開度制御を開始する点に特徴がある。特に、ＥＧＲ弁１５を全閉とした後にノズルベーンの閉制御を開始しているため、排圧上昇の際にはＥＧＲはできないこととなり、これによって排圧上昇に伴う過剰なＥＧＲを防ぎ、一時的なスモークの悪化を確実に防止することができる。
【００３７】
またかかるディーゼルエンジン１にあっては、急減速等エンジン負荷が急減される場合に、可動ノズルベーンの開度制御開始後、ＥＧＲ弁１５の開度制御を開始している。特に、ノズルベーン開度を所定開度Ｓｎまで増大し、排圧を十分下げた後にＥＧＲ弁１５の開弁を開始するようにしている。このため、排圧が高い状態でのＥＧＲ弁１５の開弁は確実に防止され、エンジン負荷の急減時においても一時的なスモーク悪化を防止できるようになる。
【００３８】
一方、エンジン負荷の急増に際して、上記実施の形態ではＥＧＲ弁の閉弁後にノズルベーンの開度減小を開始しているが、ノズルベーンが全閉となるまである程度時間がかかるので、これを利用してノズルベーンの開度減小開始を早めるようにしてもよい。即ち、ＥＧＲ弁が閉弁を開始した後完全に閉弁される前に、つまり過度の排圧上昇及びＥＧＲが生じないようなタイミングで、例えばＥＧＲ弁の閉弁終了直前に、ノズルベーンの開度減小を開始するようにしても構わない。こうすれば、ＥＧＲ弁の閉弁開始からノズルベーンの開度減小終了までの合計時間が短縮され、制御時間の短縮が可能となる。また同様に、エンジン負荷減小の際にも、ノズルベーンの開度増大開始後終了前、例えば終了直前に、ＥＧＲ弁の開弁を開始するようにしても構わない。
【００３９】
次に、別の実施の形態について説明する。上述したように、過渡時におけるスモーク悪化の原因は、ノズルベーン及びＥＧＲ弁１５の開度変更にある程度の動作時間が必要であるからであり、よってこの時間分を見越して、以下の如くタイマー制御を行えば、上記実施の形態と同様の効果を発揮することができる。
【００４０】
即ち、具体的には、ステップＳＴ５，ＳＴ７及びＳＴ８をそれぞれ図１０、図１１及び図１２に示すように変更する。図１０に示すステップＳＴ５については、最初にステップＳＴ５１ａで、コントローラ１３中に内蔵されたタイマＴTA，ＴTBを初期値０にリセット（クリア）する。なおタイマＴTA，ＴTBは、詳しくは後述するが、加減速が判断されたと同時に順次加算され、加減速開始からの経過時間を知るためのものである。こうした後は前記と同じ要領で、ステップＳＴ５２ａで今回の目標噴射量Ｑを決定し、ステップＳＴ５３ａで目標ベーン開度Ｓを決定し、ステップＳＴ５４ａで目標ＥＧＲ弁開度Ｈを決定する。そしてステップＳＴ９（図５）で、所定の制御信号を出力することとなる。
【００４１】
図１１に示すステップＳＴ７では、先ずステップＳＴ７１ａでタイマＴTBをリセットする。そしてステップＳＴ７２ａで目標ＥＧＲ弁開度ＨをＨ0 に決定した後、ステップＳＴ７３ａに進んでタイマＴTAがカウント中であるか否かを判断する。先のステップＳＴ５１ａでタイマリセットされているため、定常走行から加速走行に移行した直後はタイマＴTAがカウント中でなく、このときはステップＳＴ７４ａに進み、タイマＴTAのカウントを開始する。この後、ステップＳＴ７５ａで目標ベーン開度Ｓを前回の値Ｓ-1に固定し、ステップＳＴ７６ａで目標噴射量Ｑを決定する。
【００４２】
一方、次回の制御では、ステップＳＴ７３ａでタイマＴTAがカウント中であるため、ステップＳＴ７７ａに進んでタイマＴTAと、予め定められた設定時間ｔ1 との比較を行う。ここで図９に示すように、加速開始（時刻ＴA ）からＥＧＲ弁１５の閉弁終了（時刻Ｔ1 ）までには時間Ｔ1 −ＴA の経過を必要とするため、設定時間ｔ1 は少なくともこの時間Ｔ1 −ＴA と等しいか或いは僅かに長い時間に設定されている。加速開始直後はＴTA≦ｔ1 であるため、このときにはステップＳＴ７５ａ、ＳＴ７６ａを経て、前記同様に目標ベーン開度Ｓ、目標噴射量Ｑを決定する。これによってベーン開度Ｓは前回の値Ｓ-1に固定され、ノズルベーンの開度変更はなされないまま、ＥＧＲ弁１５の閉弁のみが実行される。
【００４３】
この制御を繰り返すうちに、時間ｔ1 が経過してやがてはＴTA＞ｔ1 となる。こうなるとステップＳＴ７７ａからステップＳＴ７８ａに進み、ノズルベーンの閉弁制御を実行すべく目標ベーン開度ＳをＳ1 に決定する。そしてステップＳＴ７９ａで目標噴射量Ｑを決定し、所定の噴射制御及び開度制御を実行する。このときには既にＥＧＲ弁１５が全閉となっているため、ノズルベーンを閉弁していっても排圧上昇によるスモークＳＭの悪化は見られない。
【００４４】
次に、図１２に示すステップＳＴ８においては、先ず、ステップＳＴ８１ａでタイマＴTAをリセットする。そしてステップＳＴ８２ａで目標噴射量Ｑを決定した後、ステップＳＴ８３ａでノズルベーンの開制御を実行すべく、目標ベーン開度ＳをＳｎに決定する。さらに次のステップＳＴ８４ａでは、タイマＴTBがカウント中であるか否かを判断する。先のステップＳＴ７１ａでタイマＴTBがリセットされているため、ステップＳＴ８４ａではカウント中でないと判断し、次のステップＳＴ８５ａでタイマＴTBのカウントを開始する。この後ステップＳＴ８６ａで目標ＥＧＲ弁開度Ｈを前回の値Ｈ-1に固定し、ＥＧＲ弁開度Ｈを全閉に保持しつつ、ノズルベーンの開制御を開始する。
【００４５】
次回の制御ではステップＳＴ８４ａでタイマＴTBがカウント中であるため、ステップＳＴ８７ａに進んでタイマＴTBと設定時間ｔ2 との比較を行う。ここで図９に示すように、設定時間ｔ2 も、減速開始（時刻ＴB ）からノズルベーンの開制御終了（時刻Ｔ2 ）までの時間Ｔ2 −ＴB と等しいか僅かに長い時間に設定される。加速開始直後はＴTB≦ｔ2 であるため、このときにはステップＳＴ８６ａに進んで目標ＥＧＲ弁開度Ｈを前回の値Ｈ-1に固定する。またＴTB＞ｔ2 となれば、ステップＳＴ８８ａにて目標ＥＧＲ弁開度ＨをＨｎに決定し、これによりノズルベーン開制御終了後のＥＧＲ弁１５の開弁が可能となる。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は他の実施の形態を採ることもでき、また本発明は、機械噴射式ディーゼルエンジンにも適用可能である。
【００４７】
ところで、これまで説明してきた図１に示すディーゼルエンジンにおいては、低回転・低負荷時に図３のマップＭ２に基いてＥＧＲ弁を開いてＥＧＲしようとしても、排気通路５と吸気通路７との差圧が小さいため、所望のＥＧＲ率が得られない可能性がある。
【００４８】
そこで、本発明者は、図１４に示すように、図１で説明したディーゼルエンジン１の吸気通路７に、コンプレッサ８とＥＧＲ弁１５との間に位置させて吸気絞り弁３０を設け、吸気絞り弁３０を閉じることによりその下流側に負圧を生じさせ、低回転・低負荷時における上記差圧を大きくするものを開発した。吸気絞り弁３０の開度は、ここでは負圧ポンプ３１による負圧をダイヤフラムを利用した負圧制御弁３２によって調節することで変化するようになっているが、特に限定はされない。負圧制御弁３２は、コントローラ１３によって制御される。また、負圧制御弁３２の近傍には、吸気絞り弁３０の開度を検出し、コントローラ１３へ送信するセンサ３３が配置されている。なお、負圧ポンプ３１、１７、１１は全て共用としてもよい。
【００４９】
上記吸気絞り弁３０は、コントローラ１３のＲＯＭにメモリされた図１５に示すマップＭ４に従って開度制御され、エンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑとの値に応じて、低回転・低負荷時にはＩ2 （閉）となり、中回転・中負荷時にはＩ1 （中閉）となり、それ以外ではＩO （開）となる。すなわち、低回転・低負荷時には上述のように差圧が小さいため吸気絞り弁３０を大きく絞る必要があり、中回転・中負荷時にはそれほど差圧が小さくないため吸気絞り弁３０の絞りは少なくて済み、それ以外（高回転・高負荷時等）は差圧が大きいため吸気絞り弁３０は開いておけばよいのである。
【００５０】
ここで、定常状態から加速状態に移行するとき、図９で説明した考え方では先ずＥＧＲ弁１５を閉じるという考え方なので、図１６(a) に示すようにＥＧＲ弁１５をＨ4 （開）からＨ0 （閉）にした後、可動ノズルベーンをＳ4 （開）からＳ1 （閉）にし、吸気絞り弁３０を破線３４で示すようにＩ2 （閉）からＩ0 （開）にする。しかし、これではアクセルを踏込んで加速状態になった後、所定時間後に吸気絞り弁３０が開かれるため、ブースト圧の上昇が遅れ、加速性能が悪化する。
【００５１】
そこで、本発明者は、定常状態から加速状態に移行するとき、図１６(a) に実線３５で示すようにＥＧＲ弁１５の閉作動と同時に吸気絞り弁３０を開作動させる技術を開発した。こうすれば、アクセルを踏込んで加速状態になると直ちに吸気絞り弁３０が開かれるので、ブースト圧が速やかに立上がり、加速性能が向上する。また、吸気絞り弁３０を開くと、新気量が増えてＥＧＲ率が低下するため、加速時のスモークの発生も抑制できる。
【００５２】
また、定常状態から加速状態に移行するとき、ＥＧＲ弁１５を閉じると、タービン９への排ガス量が増えるためブースト圧が向上すると共に、過度のＥＧＲによるスモークの発生を抑制できる。よって、ＥＧＲ弁１５の閉作動と吸気絞り弁３０の開作動とを同時に行っても何等問題ない。また、可動ノズルベーンを閉じると、タービン９への排ガス流速が向上してブースト圧をアップするため、燃料を増量することが可能となり、加速性能が向上する。
【００５３】
なお、吸気絞り弁３０の開作動の応答遅れは、弁のサイズ、駆動方法、定常状態での位置によって異なるため、図１６(a) に実線３５で示すようにＥＧＲ弁１５と完全に一致することはないが、吸気絞り弁３０の応答性が速い一点鎖線３６で示す場合や遅い場合の二点鎖線３７で示す場合であっても、ＥＧＲ弁１５の閉作動中に過度のＥＧＲが掛かることはない。また、可動ノズルベーンの作動開始は、ＥＧＲ弁１５が全閉（Ｈ0 ）となる時間のみによって決まる。
【００５４】
他方、これまでとは逆に、加速状態から定常状態に移行するとき、図９で説明した考え方では先ず可変ノズルベーンを開くという考え方なので、図１６(b) に示すように可動ノズルベーンをＳ1 （閉）からＳ4 （開）にした後、ＥＧＲ弁１５をＨ0 （閉）からＨ4 （開）にし、吸気絞り弁３０を破線３８に示すようにＩ0 （開）からＩ2 （閉）にする。しかし、これでは吸気絞り弁３０が閉じきる前にＥＧＲ弁１５が開かれてしまうので、吸気通路７と排気通路５との差圧が小さい状態でＥＧＲされてしまい、移行時に所定のＥＧＲ率が得られずＮＯｘ排出の増加を招く。この現象は、吸気絞り弁３０の閉作動の応答性が一点鎖線３９で示すように遅い場合、特に顕著となる。
【００５５】
そこで、本発明者は、加速状態から定常状態に移行するとき、図１６(b) に実線４０で示すようにＥＧＲ弁１５の開作動に先立って吸気絞り弁３０を閉作動させる技術を開発した。こうすれば、吸気絞り弁３０が閉じられて（絞られて）吸気通路７と排気通路５との差圧が十分大きくなった後にＥＧＲ弁１５が開かれるので、ＥＧＲ弁１５の応答遅れ期間Ｘ中のＥＧＲ率が確実に増大し、移行時のＮＯｘを低く抑えることができる。
【００５６】
なお、吸気絞り弁３０の応答遅れが二点鎖線４１で示すように大きい場合であっても、ある程度の差圧が生じた後にＥＧＲ弁１５が開かれるため、破線３８または一点鎖線３９の場合に比べてＥＧＲ率のアップが可能である。よって、ＥＧＲ弁１５の開作動の開始は、吸気絞り弁３０の閉作動終了時に影響されない。
【００５７】
また、この過渡状態におけるＥＧＲ率は、加速状態から移行完了した後の定常状態における所定のＥＧＲ率を上回ることはないので、スモークの悪化を招くことはない。
【００５８】
また、この実施形態では、図１６(b) に示すように、可動ノズルベーンの開作動開始と同時に吸気絞り弁３０の閉作動を行っている。ただし、可動ノズルベーンが開かれてもコンプレッサ８の回転は慣性力のため急激には低下せず、コンプレッサ８により送り出される空気の量の低下には応答遅れがある。この状態で応答性の極めてはやい吸気絞り弁３０を閉制御すると、コンプレッサ８から吸気絞り弁３０までの吸気通路７内の圧力が異常に上昇し、破損を招く場合がある。その防止対策としては、上記吸気通路７中に所定の圧力以上で開弁するリリーフ弁を設けたり、吸気絞り弁３０の閉方向の応答性を下げる等の対策が考えられるが、本実施形態では詳細を省略する。
【００５９】
本実施形態におけるＥＧＲ弁１５と可動ノズルベーンと吸気絞り弁３０との開度制御は、具体的にはマップＭ１〜マップＭ４がメモリされたコントローラ１３によって、図１７〜図２１に示すようにして行われる。
【００６０】
図１７は、基本的には図５に示すフローチャートと同じものであり、吸気絞り弁３０を加えたことにより、ステップＳＴ５Ａ，ステップＳＴ７Ａ，ステップＳＴ８ＡおよびステップＳＴ９Ａのみが異なっている。すなわちステップＳＴ５Ａ，ステップＳＴ７Ａ，ステップＳＴ８Ａにおいては、目標噴射量Ｑ、目標ベーン開度Ｓ，目標ＥＧＲ弁開度Ｈの他に新たに目標吸気絞り弁開度Ｉを決定するようにした。ステップＳＴ９Ａにおいては、ステップＳＴ５Ａ，ステップＳＴ７Ａ，ステップＳＴ８Ａにて決定されたＱ，Ｓ，Ｈ，Ｉの値に見合った制御信号をそれぞれ負圧制御弁１２、１８、３２および電子ガバナアクチュエータ２４に出力するようにした。
【００６１】
ステップＳＴ５Ａを示す図１８は、基本的には図６に示す定常時のフローチャートと同じものであり、吸気絞り弁３０を加えたことにより、ステップＳＴ５４Ａを加えた点のみが異なっている。ステップＳＴ５４Ａでは、マップＭ４に基いてエンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑとから目標吸気絞り弁開度Ｉを、Ｉ0 ，Ｉ1 ，Ｉ2 のいずれかに決定する。なお、Ｉ0 ，Ｉ1 ，Ｉ2 を総じてＩｎと表示する。
【００６２】
ステップＳＴ７Ａを示す図１９は、基本的には図７に示す加速時のフローチャートと同じものであり、吸気絞り弁３０を加えたことにより、ステップＳＴ７１をステップＳＴ７１Ａとした点のみが異なっている。ステップＳＴ７１Ａでは、目標ＥＧＲ弁開度ＨをＨ0 に決定すると共に目標吸気絞り弁開度ＩをＩ0 に決定する。これにより、ＥＧＲ弁１５は全閉に向かって操作され、吸気絞り弁３０は全開に向かって操作される。
【００６３】
その後、ステップＳＴ７２Ａ〜ステップＳＴ７７Ａによって、ＥＧＲ弁１５の実際の開度Ｈｒが目標開度Ｈ0 になるまで、可動ノズルベーンの開度Ｓを前回の開度Ｓ-1、に保ったまま動かさず、ＥＧＲ弁１５の実際の開度Ｈｒが目標開度Ｈ0 になったなら、可動ノズルベーンの開度Ｓを全閉Ｓ1 とする（図７のフローチャートの説明を参照のこと）。
【００６４】
このように、定常状態から加速状態に移行するとき、図２１に示すようにＥＧＲ弁１５の閉作動と同時に吸気絞り弁３０を開作動させることにより、アクセルを踏込んで加速状態になると直ちに吸気絞り弁３０が開かれるので、ブースト圧が速やかに立上がり、加速性能が向上する。また、吸気絞り弁３０を開くと、新気量が増えてＥＧＲ率が低下するため、加速時のスモークの発生も抑制できる。
なお、理想的なのは、可動ノズルベーンの閉作動開始は、ＥＧＲ弁１５の閉作動および吸気絞り弁３０の開作動が終了した後が好ましい。可動ノズルベーンの閉作動により排圧が高まってＥＧＲ率が増加してしまうからである。ただし、実際には図２１に二点鎖線４３で示すように吸気絞り弁３０の開作動終了が応答遅れによって遅れても、ＥＧＲ弁１５全閉後は過度のＥＧＲが掛かる虞はない。よって、この実施形態では吸気絞り弁３０の応答遅れを管理しない。なお、吸気絞り弁３０の応答遅れが一点鎖線４４で示すように速い方が好ましいことは勿論である。
【００６５】
ステップＳＴ８Ａを示す図２０は、基本的には図８に示す減速時のフローチャートと同じものであり、吸気絞り弁３０を加えたことにより、ステップＳＴ８２をステップＳＴ８２Ａとした点のみが異なっている。ステップＳＴ８２Ａでは、マップＭ１から目標ベーン開度ＳをＳｎ（図２１ではＳ3 ）に決定すると共に、マップＭ４から目標吸気絞り弁開度ＩをＩｎ（図２１ではＩ1 ）に決定する。これにより、可動ノズルベーンは目標開度Ｓｎに向かって操作され、同時に吸気絞り弁はＩｎに向かって操作される。
【００６６】
その後、ステップＳＴ８３Ａ〜ステップＳＴ８６Ａによって、可動ノズルベーンの実際の開度Ｓｒが目標開度Ｓｎになるまで、ＥＧＲ弁１５の開度Ｈを前回の開度Ｈ-1、に保ったまま動かさず、可動ノズルベーンの実際の開度Ｓｒが目標開度Ｓｎになったなら、ＥＧＲ弁１５の開度を目標開度Ｈｎに決定する（図８のフローチャートの説明を参照のこと）。よって、可動ノズルベーンの開度制御が終了した後にＥＧＲ弁１５が目標開度Ｈｎに向けて開度制御され、吸気絞り弁３０の閉作動が開始された後にＥＧＲ弁１５が開作動されることになる（図２１参照）。
【００６７】
このように、減速時に、ＥＧＲ弁１５の開作動に先立って吸気絞り弁３０を閉作動させることにより、吸気絞り弁３０が閉じられて吸気通路７と排気通路５との差圧が十分大きくなった後にＥＧＲ弁１５が開かれるので、ＥＧＲ率が確実に増大し、ＮＯｘを低く抑えることができる。なお、吸気絞り弁３０の応答遅れが二点鎖線４２で示すように大きい場合であっても、ある程度の差圧が生じた後にＥＧＲ弁１５が開かれるため、ＥＧＲ率のアップが可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、エンジン負荷の急増時に、ＥＧＲ弁の閉制御を開始した後に可動ノズルベーンの閉制御を開始することで、排圧上昇前にＥＧＲが絞られ、過度のＥＧＲを防止できる。よって、加速時等におけるスモークの悪化を防止できる。
また、エンジン負荷の急減時に、可動ノズルベーンの開制御を開始した後にＥＧＲ弁の開制御を開始することで、排圧が下がった後にＥＧＲが行われ、過度のＥＧＲを防止できる。よって、減速時等におけるスモークの悪化を防止できる。
【００６９】
また、加速時に、ＥＧＲ弁の閉作動と同時に吸気絞り弁を開作動させることにより、ブースト圧が速やかに立上がるため、加速性能が向上する。
【００７０】
また、減速時に、ＥＧＲ弁の開作動に先立って吸気絞り弁を閉作動させることにより、ＥＧＲ率を確実に高めることができ、ＮＯｘを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディーゼルエンジンを示す構成図である。
【図２】ノズルベーンの開度制御マップである。
【図３】ＥＧＲ弁の開度制御マップである。
【図４】基本目標噴射量マップである。
【図５】本発明に係るディーゼルエンジンの制御フローチャートである。
【図６】定常時における制御フローチャートの一部である。
【図７】加速時における制御フローチャートの一部である。
【図８】減速時における制御フローチャートの一部である。
【図９】本発明に係るディーゼルエンジンの制御内容を示すタイムチャートである。
【図１０】別の実施の形態に係る定常時の制御フローチャートの一部である。
【図１１】別の実施の形態に係る加速時の制御フローチャートの一部である。
【図１２】別の実施の形態に係る減速時の制御フローチャートの一部である。
【図１３】従来のディーゼルエンジンの制御内容を示すタイムチャートである。
【図１４】更に別に実施形態に係るディーゼルエンジンを示す構成図である。
【図１５】吸気絞り弁の開度制御マップである。
【図１６】上記吸気絞り弁とＥＧＲ弁と可動ノズルベーンの制御内容を示すタイムチャートである。
【図１７】上記エンジンの制御フローチャートである。
【図１８】上記エンジンの定常時における制御フローチャートの一部である。
【図１９】上記エンジンの加速時の制御フローチャートの一部である。
【図２０】上記エンジンの減速時の制御フローチャートの一部である。
【図２１】上記エンジンの制御内容を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
３ 可変容量型ターボ過給機
４ ＥＧＲ装置
１３ コントローラ
１５ ＥＧＲ弁
３０ 吸気絞り弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量型ターボ過給機とＥＧＲ装置とを組み合わせてなるディーゼルエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電子制御噴射方式を採用するディーゼルエンジンにおいては、電子制御ユニットであるコントローラがエンジン運転状態に基づく最適な目標噴射量Ｑを決定し、この目標噴射量Ｑに応じた制御信号を電子ガバナアクチュエータに送出して、ガバナアクチュエータを作動させることにより、燃料噴射ポンプから最適量の燃料を圧送させるようになっている。コントローラは、各種センサの出力信号からエンジン運転状態を常時検出しており、これらのうち特にエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃ（エンジン負荷に対応）とを示す信号に基づき、目標噴射量Ｑを決定するようになっている。
【０００３】
その手順を示せば以下のようになる。コントローラは先ず、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃとから図４に示すマップＭ３に従って基本目標噴射量ＱBASEを読み込む。ここでマップＭ３は、実機試験等により予め作成されてコントローラ内のＲＯＭにメモリされたものである。そしてＱBASEと前回の目標噴射量Ｑ-1との差ΔＱ＝ＱBASE−Ｑ-1を演算し、これに補正係数Ｋを乗じたものＫ×ΔＱを、前回の目標噴射量Ｑ-1に加算して、今回の新たな目標噴射量Ｑ＝Ｑ-1＋Ｋ×ΔＱを決定している。
【０００４】
一方、このようなディーゼルエンジンに可変容量型ターボ過給機を組み合わせたものが知られている。可変容量型ターボ過給機は、特開昭61-237831 号公報等にもあるように、タービン入口に複数の可動ノズルベーンを有し、このノズルベーンの開度制御を行うことで過給圧（コンプレッサ吐出圧）を変化させ得るものである。ノズルベーンは連動機構で連結され、この連動機構にアクチュエータ駆動力が入力されて、ノズルベーンの角度が変更され、タービン入口面積が変化されるようになっている。そしてアクチュエータはコントローラからの制御信号に基づき動作される。コントローラには、図２に示す如きノズルベーン開度制御マップ（マップＭ１）が予めメモリされており、コントローラはエンジン回転数Ｎｅと目標噴射量ＱとからマップＭ１に従って、目標となるノズルベーン開度Ｓ1 〜Ｓ4 を決定し、このノズルベーン開度となるような制御信号を出力する。
【０００５】
マップＭ１において、ベーン開度ＳはＳ1 ，Ｓ2 ，Ｓ3 ，Ｓ4 の４段階に変化され、全閉となるＳ1 から全開となるＳ4 に至るにつれその開度は順次段階的に増大される。即ち、低速・高負荷（燃料噴射量大）となる領域では、燃料噴射量に対し吸気量が相対的に不足しがちであるため、ベーン開度Ｓを小さく（Ｓ＝Ｓ1 ）することでタービン入口での排ガス速度を上げ、回転数を増し、過給圧を高めて吸気量を増大している。また、吸気量が十分な高速領域や燃料噴射量の少ない低負荷領域では、逆にベーン開度Ｓを大きく（Ｓ＝Ｓ4 ）することで排圧を下げ、ポンピングロスを低減している。
【０００６】
さらに、かかるディーゼルエンジンにあってＥＧＲ装置を組み合わせることも可能である。ＥＧＲ装置は、排ガスの一部を吸気中に環流して、燃焼温度を下げ、ＮＯｘの生成を抑制するためのものである。これにあっては排気通路と吸気通路とがバイパス通路としてのＥＧＲ通路で結ばれ、このＥＧＲ通路がＥＧＲ弁により開閉制御されるものである。これにおいてもやはりコントローラが、図３に示す如きＥＧＲ弁開度制御マップ（マップＭ２）に従って、目標となるＥＧＲ弁開度Ｈ0 〜Ｈ4 を決定し、制御信号を出力している。
【０００７】
このマップＭ２において、ＥＧＲ弁開度ＨはＨ0 ，Ｈ1 ，Ｈ2 ，Ｈ3 ，Ｈ4 の５段階に変化され、全閉となるＨ0 から全開となるＨ4 に至るにつれその開度は順次段階的に増大される。即ち、高負荷領域となるほど新気の量が必要となるので、弁開度Ｈを減小することによってＥＧＲ量（ＥＧＲ率）を減らし、新気の量（相対量）を増して、スモークの発生を抑制しつつ、ＮＯｘの排出レベルを所定値（例えば規制値）以下に抑制している。特に所定値以上の高速或いは高負荷 （例えばＱ＞60(%) ）となる領域では、弁開度Ｈを完全全閉となるＨ0 （＝０）とし、ＥＧＲ装置を非作動と同じ状態としてＥＧＲを中止している。これによって新気のみの燃焼となり、高出力が得られるようになる。なお、エンジン暖気運転中も、シリンダ内温度が低く燃焼も安定していないため、エンジン運転状態に拘らず一律に弁開度ＨをＨ0 に固定し、ＥＧＲを中止している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記電子制御式ディーゼルエンジンに可変容量型ターボ過給機とＥＧＲ装置とを組み合わせた場合、以下のような問題が発生する。
【０００９】
即ち、加速時や急坂登坂時においてエンジン負荷が急増した場合、具体的にはアクセルペダルを急激に踏み込んだ場合、即座に高出力を得る必要があるため、ノズルベーン開度は絞ることとなる。こうすると排圧も急増するため、特開昭60-162048 号公報で示されるように、ＥＧＲ弁開度は減小し、排ガスの環流を防いでスモーク悪化を防止する必要がある。
【００１０】
しかし、従来はこれら開度変更を同時に開始しており、その変更にある程度の時間がかかるため、特にＥＧＲ弁の閉弁過程において排圧が上昇し、排ガスが環流されて一時的にスモークが悪化することがある。
【００１１】
これを図１３を用いて具体的に説明する。先ず時刻ＴA で、加速のためにアクセルペダルを踏み込んだとする。こうなると目標噴射量Ｑが次第に増大され、エンジン回転数Ｎｅが徐々に高まっていく。一方、踏み込みの直後、ノズルベーン開度及びＥＧＲ弁開度の開度変更が開始され、それら開度（実際の開度Ｓｒ，Ｈｒ）は最小のＳ1 及びＨ0 に向けて徐々に減小されていく。しかし、実際に開度変更が終了するのは所定時間経過後の時刻Ｔ1 であり、この間はＥＧＲ弁開度Ｈｒが全閉Ｈ0 になっていないので、ノズルベーン開度Ｓｒの減小とともに排圧が上昇し、過剰なＥＧＲがなされてスモークＳＭが一時的に増大してしまうことがある。
【００１２】
また、このようなスモークの悪化はエンジン負荷の急減の際にも発生することがある。即ち、図１３において、時刻ＴB で加速が終了し、定常走行に移行するためにアクセルペダルを急激に戻したとする。するとＱの減小とともに、ノズルベーン及びＥＧＲ弁の開度Ｓｒ，Ｈｒが増大方向に変更されていく。しかし、加速終了直後では排圧が高い状態にあり、この状態でＥＧＲ弁が開かれると、やはり過剰なＥＧＲがなされてスモークＳＭが一時的に増大することがある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るディーゼルエンジンは、可動ノズルベーンを有した可変容量型ターボ過給機と、ＥＧＲ弁を有したＥＧＲ装置と、エンジン運転状態に基づいて上記可動ノズルベーン及び上記ＥＧＲ弁の開度制御を行うためのコントローラであって、エンジン負荷の急増に際して、上記ＥＧＲ弁の閉制御を開始した後に上記可動ノズルベーンの閉制御を開始するコントローラとを備えたものである。
これによると、エンジン負荷の急増時に先ずＥＧＲ弁の閉制御が開始され、次いで可動ノズルベーンの閉制御が開始されるようになる。このため、排圧上昇前にＥＧＲ弁を閉じることができ、これによって加速時等におけるスモークの悪化を防止することができる。
【００１４】
また、上記コントローラが、エンジン負荷の急減に際して、上記可動ノズルベーンの開制御を開始した後に上記ＥＧＲ弁の開制御を開始するものであってもよい。こうすると前記とは逆に、排圧を下げてからＥＧＲ弁を開くことができ、これによって減速時等のスモークの悪化も防止できる。
【００１５】
また、上記コントローラが、エンジン負荷の急増に際して、上記ＥＧＲ弁の閉制御を開始するのと同時に吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開制御を開始するものであってもよい。
【００１６】
こうすれば、エンジン負荷の急増すなわち加速状態において、ＥＧＲ弁の閉制御によりタービンへの排ガス供給量が増えてブースト圧が向上し、吸気絞り弁の開制御により吸気量が増えてブースト圧が向上する。そして、かかるＥＧＲ弁の閉制御と吸気絞り弁の開制御とを同時に行っているので、ブースト圧が速やかに立上がり、加速性能が向上する。
【００１７】
また、上記コントローラが、エンジン負荷の急減に際して、吸気通路に設けられた吸気絞り弁の閉制御を開始した後に上記ＥＧＲ弁の開制御を開始するものであってもよい。
【００１８】
こうすれば、エンジン負荷の急減すなわち減速状態において、吸気絞り弁の閉制御によってその下流側に負圧が発生して吸気系と排気系との差圧が大きくなった後にＥＧＲ弁が開制御されるため、ＥＧＲ率が低下することはなく、ＮＯｘの増加を防止できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２０】
図１は、本発明に係るディーゼルエンジンを示す構成図である。図示するように、ディーゼルエンジン１は、エンジン本体２に可変容量型ターボ過給機３とＥＧＲ装置４とを備えて主に構成されている。可変容量型ターボ過給機３は、排気通路５の途中に設けられたタービン６と、吸気通路７の途中に設けられたコンプレッサ８とを有し、特にタービン６の入口において図示しない複数の可動ノズルベーンが設けられ、タービンホイール９に与える排ガスの速度を適宜変化させるようになっている。
【００２１】
ノズルベーンは図示しない連動機構を介してアクチュエータ１０により駆動されるようになっている。アクチュエータ１０は、ここではダイヤフラムを利用した負圧アクチュエータが採用されるが、その形式は特に限定されない。アクチュエータ１０は負圧配管１１ａを介して負圧ポンプ１１に接続され、供給される負圧値に応じて可動ノズルベーンを開方向に駆動する。この供給負圧の大きさを制御するのが負圧制御弁１２で、負圧制御弁１２は、電子制御ユニットであるコントローラ１３から制御信号を受けて動作される。
【００２２】
ＥＧＲ装置４は、排気通路５及び吸気通路７を結ぶバイパス通路としてのＥＧＲ通路１４と、ＥＧＲ通路１４の吸気通路７側に設けられたＥＧＲ弁１５とを有している。このＥＧＲ弁１５も、アクチュエータとしてのダイヤフラムを備え、負圧によって動作されるが、その形式は限定されない。ＥＧＲ弁１５は、供給される負圧値に応じて弁体を開方向に動作させてＥＧＲ通路１４を適宜開放する。そしてＥＧＲ弁１５は、前記同様、負圧配管１６を通じて負圧ポンプ１７から負圧供給を受けると共に、その負圧値が負圧制御弁１８とコントローラ１３とによって制御される。
【００２３】
コントローラ１３は、各種センサの出力信号に基づきエンジン運転状態を検知するようになっており、代表的には、エンジン回転数センサ１９の出力信号に基づきエンジン回転数Ｎｅを、アクセル開度センサ２０の出力信号に基づきアクセル開度Ａｃｃをそれぞれ検知するようになっている。またコントローラ１３は、ベーン開度センサ２１の出力信号に基づき可動ノズルベーンの実際の開度Ｓｒを検知し、ＥＧＲ弁開度センサ２２の出力信号に基づきＥＧＲ弁１５の実際の開度Ｈｒを検知するようになっている。さらに、コントローラ１３は、エンジン運転状態に基づいて後述の如く目標噴射量Ｑを算出すると共に、この目標噴射量Ｑに見合った制御信号を、燃料噴射ポンプ２３の電子ガバナアクチュエータ２４に出力するようになっている。
【００２４】
また、コントローラ１３のＲＯＭ中には、図２、図３及び図４に示す各マップＭ１，Ｍ２，Ｍ３が予めメモリされている。なおこれらマップＭ１，Ｍ２，Ｍ３は実機試験等を経て予め作成されるものである。前述したように、図２に示すマップＭ１はノズルベーン開度制御マップであり、これにおいてノズルベーン開度Ｓは、エンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑとの値に応じて、全閉となるＳ1 から全開となるＳ4 まで順次４段階に増大されるようになっている。また図３に示すマップＭ２は、ＥＧＲ装置４のＥＧＲ弁開度制御マップであり、これにおいてＥＧＲ弁１５の開度Ｈは、エンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑとの値に応じて、完全全閉となるＨ0 （＝０）から全開となるＨ4 まで順次５段階に増大されるようになっている。さらに図４に示すマップＭ３は基本目標噴射量マップであり、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃｃとの値に応じて、基本目標噴射量ＱBASEを読み取るためのものである。
【００２５】
これらマップＭ１，Ｍ２，Ｍ３に従い、コントローラ１３は、図５に示す制御フローチャートに沿って以下のように燃料噴射制御、ベーン開度制御及びＥＧＲ弁開度制御を実行する。
【００２６】
先ず、ステップＳＴ１では、エンジン回転数センサ１９及びアクセル開度センサ２０の出力信号に基づき、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ａｃｃの各値を入力する。次にステップＳＴ２で、マップＭ３から基本目標噴射量ＱBASEを読み込み、ステップＳＴ３で、ＱBASEと前回の目標噴射量Ｑ-1との差ΔＱ＝ＱBASE−Ｑ-1を演算する。
【００２７】
次に、ステップＳＴ４で、ΔＱの絶対値｜ΔＱ｜が予め決められた判定値αより小さいか否かを判断する。｜ΔＱ｜＜αならば、急な加減速が行われていない定常時であると判断し、ステップＳＴ５において、目標噴射量Ｑ、目標ベーン開度Ｓ及び目標ＥＧＲ弁開度Ｈを決定する。また｜ΔＱ｜≧αならば、急な加減速が行われている過渡時であると判断し、ステップＳＴ６において、加速或いは減速のいずれが行われているかを判断する。ΔＱ＞０ならば、加速であると判断し、ステップＳＴ７において、目標噴射量Ｑ、目標ベーン開度Ｓ及び目標ＥＧＲ弁開度Ｈを決定する。ΔＱ≦０ならば、減速であると判断し、ステップＳＴ８において、目標噴射量Ｑ、目標ベーン開度Ｓ及び目標ＥＧＲ弁開度Ｈを決定する。
【００２８】
ステップＳＴ５，ＳＴ７或いはＳＴ８でＱ，Ｓ，Ｈの値が決まったならば、ステップＳＴ９で、Ｑ，Ｓ，Ｈの値に見合った制御信号をそれぞれ負圧制御弁１２，１８及び電子ガバナアクチュエータ２４に出力し、所定の燃料噴射及び開度変更を実行させる。
【００２９】
次に、ステップＳＴ５，ＳＴ７及びＳＴ８のそれぞれについて詳述する。先ずステップＳＴ５については図６に示す通りである。最初にステップＳＴ５１では、得られた噴射量差ΔＱに補正係数Ｋ1 を乗じ、これに前回の目標噴射量Ｑ-1を加えたものを今回の目標噴射量Ｑ＝Ｑ-1＋Ｋ1 ×ΔＱとする。ここで定常時はΔＱの値が小さいことから、補正係数Ｋ1 は１としている。またこのときには今回と前回との噴射量差Ｑ−Ｑ-1が小さくなり、噴射量は微調整されることとなる。次に、ステップＳＴ５２で、マップＭ１から、エンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑとに基づき目標ベーン開度ＳをＳ1 ，…Ｓ4 のいずれかに決定する。なおＳ1 ，…Ｓ4 を総じてＳｎと表示する。さらにステップＳＴ５３において、マップＭ２から目標ＥＧＲ弁開度ＨをＨ0 ，…Ｈ4 のいずれかに決定する。前記同様、Ｈ0 ，，…Ｈ4 も総じてＨｎと表示する。この後は前述のステップＳＴ９に進んで各制御信号を出力する。
【００３０】
次に、ステップＳＴ７の内容は図７に示す通りである。なお、以下に説明するステップＳＴ７，ＳＴ８の内容は、図９に示すタイムチャートにも表されているので適宜参照されたい。
【００３１】
ステップＳＴ６で加速判断されると（図９の時刻ＴA ）、ステップＳＴ７では先ず、ステップＳＴ７１において、目標ＥＧＲ弁開度ＨをＨ0 に決定する。これによってＥＧＲ弁１５は全閉に向かって操作されることになる。次にステップＳＴ７２で、ＥＧＲ弁開度センサ２２の出力信号に基づきＥＧＲ弁１５の実際の開度Ｈｒを入力する。さらにステップＳＴ７３では、ＥＧＲ弁１５の実際開度Ｈｒと目標開度Ｈ＝Ｈ0 との比較を行い、これらが等しいか否かを判断している。ここでＥＧＲ弁開度が現在Ｈ0 となっていない場合（Ｈｒ≠Ｈ0 ）は、ステップＳＴ７４において、今回の目標ベーン開度Ｓを前回の目標ベーン開度Ｓ-1と等しくする。これによってノズルベーンは何等の操作もされず、現在の位置にそのまま固定されることとなる。この後はステップＳＴ７５において、Ｑ＝Ｑ-1＋Ｋ0 ×ΔＱの式によって目標噴射量Ｑを決定する。ここでＥＧＲ弁１５が未だ全閉となっていないため、補正係数Ｋ0 は０とし、これによって噴射量の増量を止め、過剰な燃料噴射がなされるのを防止している。こうしてステップＳＴ９にて所定の燃料噴射制御及び開弁制御を実行することとなる。
【００３２】
このようなフローを繰り返すうちに、所定時間が経過すればやがてはＥＧＲ弁１５の実際開度Ｈｒが目標開度Ｈ0 と等しくなる（図９の時刻Ｔ1 ）。こうなるとステップＳＴ７３の次にステップＳＴ７６に進み、こんどは目標ベーン開度Ｓを全閉であるＳ1 に決定する。そしてステップＳＴ７７で、Ｑ＝Ｑ-1＋Ｋ×ΔＱの式によって目標噴射量Ｑを決定する。ここでは補正係数ＫはＫ0 ＜Ｋ＜１となる定数とされ、具体的な値は、実際の加速感や排ガス性能等のバランスを考慮して適宜決定される。またＫ＞０であるので、燃料噴射量の増量も開始され、実質的な加速が開始されることになる。
【００３３】
次に、ステップＳＴ８の内容を説明する。なおここでは図９に示すように、加速後、時刻ＴB において、定常走行への移行のために急減速を行った場合を仮定して説明を行う。
【００３４】
図８に示すように、ステップＳＴ８では先ず、ステップＳＴ８１において、Ｑ＝Ｑ-1＋Ｋ1 ×ΔＱの式により目標噴射量Ｑを決定する。ここでは減速を速やかに行うため、補正係数をＫ1 ＝１としている。次にステップＳＴ８２で、マップＭ１から目標ベーン開度ＳをＳ1 ，…Ｓ4 のいずれか（Ｓｎ、図９の例ではＳ3 ））に決定する。これによってノズルベーンは、決定された開度Ｓｎに向かって操作されることとなる。さらにステップＳＴ８３では、ベーン開度センサ２１の出力信号によりノズルベーンの実際の開度Ｓｒを入力する。この後ステップＳＴ８４において、ノズルベーンの実際開度Ｓｒと目標開度Ｓ＝Ｓｎとの比較を行い、これらが等しいか否かを判断する。ここで減速直後はノズルベーン開度がＳ1 となっているため、定常走行のためのＳｎとは一致しないのが通常で、よってこの場合にはステップＳＴ８５に進み、今回の目標ＥＧＲ弁開度Ｈを前回の目標ＥＧＲ弁開度Ｈ-1と等しくする。これによってＥＧＲ弁開度はＨ0 に保たれ、ＥＧＲ弁１５は全閉状態が保持されることとなる。こうして決定されたＱ，Ｓ，Ｈの値に基づき、ステップＳＴ９で所定の燃料噴射制御及び開弁制御が実行される。
【００３５】
このようなフローを繰り返すうちに、所定時間が経過すればやがてはノズルベーンの実際開度Ｓｒが目標開度Ｓｎと等しくなる（図９の時刻Ｔ2 ）。こうなるとステップＳＴ８４の次にステップＳＴ８６に進み、こんどは目標ＥＧＲ弁開度Ｈを、マップＭ２に基づくＨ0 ，…Ｈ4 のいずれか（Ｈｎ、図９の例ではＨ1 ）に決定する。これによりＥＧＲ弁１５が、全閉開度Ｈ0 から所定開度Ｈｎに向けて操作されることになる。
【００３６】
以上の如きディーゼルエンジン１にあっては、急加速等のようにエンジン負荷が急増される場合に、ＥＧＲ弁１５の開度制御開始後、可動ノズルベーンの開度制御を開始する点に特徴がある。特に、ＥＧＲ弁１５を全閉とした後にノズルベーンの閉制御を開始しているため、排圧上昇の際にはＥＧＲはできないこととなり、これによって排圧上昇に伴う過剰なＥＧＲを防ぎ、一時的なスモークの悪化を確実に防止することができる。
【００３７】
またかかるディーゼルエンジン１にあっては、急減速等エンジン負荷が急減される場合に、可動ノズルベーンの開度制御開始後、ＥＧＲ弁１５の開度制御を開始している。特に、ノズルベーン開度を所定開度Ｓｎまで増大し、排圧を十分下げた後にＥＧＲ弁１５の開弁を開始するようにしている。このため、排圧が高い状態でのＥＧＲ弁１５の開弁は確実に防止され、エンジン負荷の急減時においても一時的なスモーク悪化を防止できるようになる。
【００３８】
一方、エンジン負荷の急増に際して、上記実施の形態ではＥＧＲ弁の閉弁後にノズルベーンの開度減小を開始しているが、ノズルベーンが全閉となるまである程度時間がかかるので、これを利用してノズルベーンの開度減小開始を早めるようにしてもよい。即ち、ＥＧＲ弁が閉弁を開始した後完全に閉弁される前に、つまり過度の排圧上昇及びＥＧＲが生じないようなタイミングで、例えばＥＧＲ弁の閉弁終了直前に、ノズルベーンの開度減小を開始するようにしても構わない。こうすれば、ＥＧＲ弁の閉弁開始からノズルベーンの開度減小終了までの合計時間が短縮され、制御時間の短縮が可能となる。また同様に、エンジン負荷減小の際にも、ノズルベーンの開度増大開始後終了前、例えば終了直前に、ＥＧＲ弁の開弁を開始するようにしても構わない。
【００３９】
次に、別の実施の形態について説明する。上述したように、過渡時におけるスモーク悪化の原因は、ノズルベーン及びＥＧＲ弁１５の開度変更にある程度の動作時間が必要であるからであり、よってこの時間分を見越して、以下の如くタイマー制御を行えば、上記実施の形態と同様の効果を発揮することができる。
【００４０】
即ち、具体的には、ステップＳＴ５，ＳＴ７及びＳＴ８をそれぞれ図１０、図１１及び図１２に示すように変更する。図１０に示すステップＳＴ５については、最初にステップＳＴ５１ａで、コントローラ１３中に内蔵されたタイマＴTA，ＴTBを初期値０にリセット（クリア）する。なおタイマＴTA，ＴTBは、詳しくは後述するが、加減速が判断されたと同時に順次加算され、加減速開始からの経過時間を知るためのものである。こうした後は前記と同じ要領で、ステップＳＴ５２ａで今回の目標噴射量Ｑを決定し、ステップＳＴ５３ａで目標ベーン開度Ｓを決定し、ステップＳＴ５４ａで目標ＥＧＲ弁開度Ｈを決定する。そしてステップＳＴ９（図５）で、所定の制御信号を出力することとなる。
【００４１】
図１１に示すステップＳＴ７では、先ずステップＳＴ７１ａでタイマＴTBをリセットする。そしてステップＳＴ７２ａで目標ＥＧＲ弁開度ＨをＨ0 に決定した後、ステップＳＴ７３ａに進んでタイマＴTAがカウント中であるか否かを判断する。先のステップＳＴ５１ａでタイマリセットされているため、定常走行から加速走行に移行した直後はタイマＴTAがカウント中でなく、このときはステップＳＴ７４ａに進み、タイマＴTAのカウントを開始する。この後、ステップＳＴ７５ａで目標ベーン開度Ｓを前回の値Ｓ-1に固定し、ステップＳＴ７６ａで目標噴射量Ｑを決定する。
【００４２】
一方、次回の制御では、ステップＳＴ７３ａでタイマＴTAがカウント中であるため、ステップＳＴ７７ａに進んでタイマＴTAと、予め定められた設定時間ｔ1 との比較を行う。ここで図９に示すように、加速開始（時刻ＴA ）からＥＧＲ弁１５の閉弁終了（時刻Ｔ1 ）までには時間Ｔ1 −ＴA の経過を必要とするため、設定時間ｔ1 は少なくともこの時間Ｔ1 −ＴA と等しいか或いは僅かに長い時間に設定されている。加速開始直後はＴTA≦ｔ1 であるため、このときにはステップＳＴ７５ａ、ＳＴ７６ａを経て、前記同様に目標ベーン開度Ｓ、目標噴射量Ｑを決定する。これによってベーン開度Ｓは前回の値Ｓ-1に固定され、ノズルベーンの開度変更はなされないまま、ＥＧＲ弁１５の閉弁のみが実行される。
【００４３】
この制御を繰り返すうちに、時間ｔ1 が経過してやがてはＴTA＞ｔ1 となる。こうなるとステップＳＴ７７ａからステップＳＴ７８ａに進み、ノズルベーンの閉弁制御を実行すべく目標ベーン開度ＳをＳ1 に決定する。そしてステップＳＴ７９ａで目標噴射量Ｑを決定し、所定の噴射制御及び開度制御を実行する。このときには既にＥＧＲ弁１５が全閉となっているため、ノズルベーンを閉弁していっても排圧上昇によるスモークＳＭの悪化は見られない。
【００４４】
次に、図１２に示すステップＳＴ８においては、先ず、ステップＳＴ８１ａでタイマＴTAをリセットする。そしてステップＳＴ８２ａで目標噴射量Ｑを決定した後、ステップＳＴ８３ａでノズルベーンの開制御を実行すべく、目標ベーン開度ＳをＳｎに決定する。さらに次のステップＳＴ８４ａでは、タイマＴTBがカウント中であるか否かを判断する。先のステップＳＴ７１ａでタイマＴTBがリセットされているため、ステップＳＴ８４ａではカウント中でないと判断し、次のステップＳＴ８５ａでタイマＴTBのカウントを開始する。この後ステップＳＴ８６ａで目標ＥＧＲ弁開度Ｈを前回の値Ｈ-1に固定し、ＥＧＲ弁開度Ｈを全閉に保持しつつ、ノズルベーンの開制御を開始する。
【００４５】
次回の制御ではステップＳＴ８４ａでタイマＴTBがカウント中であるため、ステップＳＴ８７ａに進んでタイマＴTBと設定時間ｔ2 との比較を行う。ここで図９に示すように、設定時間ｔ2 も、減速開始（時刻ＴB ）からノズルベーンの開制御終了（時刻Ｔ2 ）までの時間Ｔ2 −ＴB と等しいか僅かに長い時間に設定される。加速開始直後はＴTB≦ｔ2 であるため、このときにはステップＳＴ８６ａに進んで目標ＥＧＲ弁開度Ｈを前回の値Ｈ-1に固定する。またＴTB＞ｔ2 となれば、ステップＳＴ８８ａにて目標ＥＧＲ弁開度ＨをＨｎに決定し、これによりノズルベーン開制御終了後のＥＧＲ弁１５の開弁が可能となる。
【００４６】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は他の実施の形態を採ることもでき、また本発明は、機械噴射式ディーゼルエンジンにも適用可能である。
【００４７】
ところで、これまで説明してきた図１に示すディーゼルエンジンにおいては、低回転・低負荷時に図３のマップＭ２に基いてＥＧＲ弁を開いてＥＧＲしようとしても、排気通路５と吸気通路７との差圧が小さいため、所望のＥＧＲ率が得られない可能性がある。
【００４８】
そこで、本発明者は、図１４に示すように、図１で説明したディーゼルエンジン１の吸気通路７に、コンプレッサ８とＥＧＲ弁１５との間に位置させて吸気絞り弁３０を設け、吸気絞り弁３０を閉じることによりその下流側に負圧を生じさせ、低回転・低負荷時における上記差圧を大きくするものを開発した。吸気絞り弁３０の開度は、ここでは負圧ポンプ３１による負圧をダイヤフラムを利用した負圧制御弁３２によって調節することで変化するようになっているが、特に限定はされない。負圧制御弁３２は、コントローラ１３によって制御される。また、負圧制御弁３２の近傍には、吸気絞り弁３０の開度を検出し、コントローラ１３へ送信するセンサ３３が配置されている。なお、負圧ポンプ３１、１７、１１は全て共用としてもよい。
【００４９】
上記吸気絞り弁３０は、コントローラ１３のＲＯＭにメモリされた図１５に示すマップＭ４に従って開度制御され、エンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑとの値に応じて、低回転・低負荷時にはＩ2 （閉）となり、中回転・中負荷時にはＩ1 （中閉）となり、それ以外ではＩO （開）となる。すなわち、低回転・低負荷時には上述のように差圧が小さいため吸気絞り弁３０を大きく絞る必要があり、中回転・中負荷時にはそれほど差圧が小さくないため吸気絞り弁３０の絞りは少なくて済み、それ以外（高回転・高負荷時等）は差圧が大きいため吸気絞り弁３０は開いておけばよいのである。
【００５０】
ここで、定常状態から加速状態に移行するとき、図９で説明した考え方では先ずＥＧＲ弁１５を閉じるという考え方なので、図１６(a) に示すようにＥＧＲ弁１５をＨ4 （開）からＨ0 （閉）にした後、可動ノズルベーンをＳ4 （開）からＳ1 （閉）にし、吸気絞り弁３０を破線３４で示すようにＩ2 （閉）からＩ0 （開）にする。しかし、これではアクセルを踏込んで加速状態になった後、所定時間後に吸気絞り弁３０が開かれるため、ブースト圧の上昇が遅れ、加速性能が悪化する。
【００５１】
そこで、本発明者は、定常状態から加速状態に移行するとき、図１６(a) に実線３５で示すようにＥＧＲ弁１５の閉作動と同時に吸気絞り弁３０を開作動させる技術を開発した。こうすれば、アクセルを踏込んで加速状態になると直ちに吸気絞り弁３０が開かれるので、ブースト圧が速やかに立上がり、加速性能が向上する。また、吸気絞り弁３０を開くと、新気量が増えてＥＧＲ率が低下するため、加速時のスモークの発生も抑制できる。
【００５２】
また、定常状態から加速状態に移行するとき、ＥＧＲ弁１５を閉じると、タービン９への排ガス量が増えるためブースト圧が向上すると共に、過度のＥＧＲによるスモークの発生を抑制できる。よって、ＥＧＲ弁１５の閉作動と吸気絞り弁３０の開作動とを同時に行っても何等問題ない。また、可動ノズルベーンを閉じると、タービン９への排ガス流速が向上してブースト圧をアップするため、燃料を増量することが可能となり、加速性能が向上する。
【００５３】
なお、吸気絞り弁３０の開作動の応答遅れは、弁のサイズ、駆動方法、定常状態での位置によって異なるため、図１６(a) に実線３５で示すようにＥＧＲ弁１５と完全に一致することはないが、吸気絞り弁３０の応答性が速い一点鎖線３６で示す場合や遅い場合の二点鎖線３７で示す場合であっても、ＥＧＲ弁１５の閉作動中に過度のＥＧＲが掛かることはない。また、可動ノズルベーンの作動開始は、ＥＧＲ弁１５が全閉（Ｈ0 ）となる時間のみによって決まる。
【００５４】
他方、これまでとは逆に、加速状態から定常状態に移行するとき、図９で説明した考え方では先ず可変ノズルベーンを開くという考え方なので、図１６(b) に示すように可動ノズルベーンをＳ1 （閉）からＳ4 （開）にした後、ＥＧＲ弁１５をＨ0 （閉）からＨ4 （開）にし、吸気絞り弁３０を破線３８に示すようにＩ0 （開）からＩ2 （閉）にする。しかし、これでは吸気絞り弁３０が閉じきる前にＥＧＲ弁１５が開かれてしまうので、吸気通路７と排気通路５との差圧が小さい状態でＥＧＲされてしまい、移行時に所定のＥＧＲ率が得られずＮＯｘ排出の増加を招く。この現象は、吸気絞り弁３０の閉作動の応答性が一点鎖線３９で示すように遅い場合、特に顕著となる。
【００５５】
そこで、本発明者は、加速状態から定常状態に移行するとき、図１６(b) に実線４０で示すようにＥＧＲ弁１５の開作動に先立って吸気絞り弁３０を閉作動させる技術を開発した。こうすれば、吸気絞り弁３０が閉じられて（絞られて）吸気通路７と排気通路５との差圧が十分大きくなった後にＥＧＲ弁１５が開かれるので、ＥＧＲ弁１５の応答遅れ期間Ｘ中のＥＧＲ率が確実に増大し、移行時のＮＯｘを低く抑えることができる。
【００５６】
なお、吸気絞り弁３０の応答遅れが二点鎖線４１で示すように大きい場合であっても、ある程度の差圧が生じた後にＥＧＲ弁１５が開かれるため、破線３８または一点鎖線３９の場合に比べてＥＧＲ率のアップが可能である。よって、ＥＧＲ弁１５の開作動の開始は、吸気絞り弁３０の閉作動終了時に影響されない。
【００５７】
また、この過渡状態におけるＥＧＲ率は、加速状態から移行完了した後の定常状態における所定のＥＧＲ率を上回ることはないので、スモークの悪化を招くことはない。
【００５８】
また、この実施形態では、図１６(b) に示すように、可動ノズルベーンの開作動開始と同時に吸気絞り弁３０の閉作動を行っている。ただし、可動ノズルベーンが開かれてもコンプレッサ８の回転は慣性力のため急激には低下せず、コンプレッサ８により送り出される空気の量の低下には応答遅れがある。この状態で応答性の極めてはやい吸気絞り弁３０を閉制御すると、コンプレッサ８から吸気絞り弁３０までの吸気通路７内の圧力が異常に上昇し、破損を招く場合がある。その防止対策としては、上記吸気通路７中に所定の圧力以上で開弁するリリーフ弁を設けたり、吸気絞り弁３０の閉方向の応答性を下げる等の対策が考えられるが、本実施形態では詳細を省略する。
【００５９】
本実施形態におけるＥＧＲ弁１５と可動ノズルベーンと吸気絞り弁３０との開度制御は、具体的にはマップＭ１〜マップＭ４がメモリされたコントローラ１３によって、図１７〜図２１に示すようにして行われる。
【００６０】
図１７は、基本的には図５に示すフローチャートと同じものであり、吸気絞り弁３０を加えたことにより、ステップＳＴ５Ａ，ステップＳＴ７Ａ，ステップＳＴ８ＡおよびステップＳＴ９Ａのみが異なっている。すなわちステップＳＴ５Ａ，ステップＳＴ７Ａ，ステップＳＴ８Ａにおいては、目標噴射量Ｑ、目標ベーン開度Ｓ，目標ＥＧＲ弁開度Ｈの他に新たに目標吸気絞り弁開度Ｉを決定するようにした。ステップＳＴ９Ａにおいては、ステップＳＴ５Ａ，ステップＳＴ７Ａ，ステップＳＴ８Ａにて決定されたＱ，Ｓ，Ｈ，Ｉの値に見合った制御信号をそれぞれ負圧制御弁１２、１８、３２および電子ガバナアクチュエータ２４に出力するようにした。
【００６１】
ステップＳＴ５Ａを示す図１８は、基本的には図６に示す定常時のフローチャートと同じものであり、吸気絞り弁３０を加えたことにより、ステップＳＴ５４Ａを加えた点のみが異なっている。ステップＳＴ５４Ａでは、マップＭ４に基いてエンジン回転数Ｎｅと目標噴射量Ｑとから目標吸気絞り弁開度Ｉを、Ｉ0 ，Ｉ1 ，Ｉ2 のいずれかに決定する。なお、Ｉ0 ，Ｉ1 ，Ｉ2 を総じてＩｎと表示する。
【００６２】
ステップＳＴ７Ａを示す図１９は、基本的には図７に示す加速時のフローチャートと同じものであり、吸気絞り弁３０を加えたことにより、ステップＳＴ７１をステップＳＴ７１Ａとした点のみが異なっている。ステップＳＴ７１Ａでは、目標ＥＧＲ弁開度ＨをＨ0 に決定すると共に目標吸気絞り弁開度ＩをＩ0 に決定する。これにより、ＥＧＲ弁１５は全閉に向かって操作され、吸気絞り弁３０は全開に向かって操作される。
【００６３】
その後、ステップＳＴ７２Ａ〜ステップＳＴ７７Ａによって、ＥＧＲ弁１５の実際の開度Ｈｒが目標開度Ｈ0 になるまで、可動ノズルベーンの開度Ｓを前回の開度Ｓ-1、に保ったまま動かさず、ＥＧＲ弁１５の実際の開度Ｈｒが目標開度Ｈ0 になったなら、可動ノズルベーンの開度Ｓを全閉Ｓ1 とする（図７のフローチャートの説明を参照のこと）。
【００６４】
このように、定常状態から加速状態に移行するとき、図２１に示すようにＥＧＲ弁１５の閉作動と同時に吸気絞り弁３０を開作動させることにより、アクセルを踏込んで加速状態になると直ちに吸気絞り弁３０が開かれるので、ブースト圧が速やかに立上がり、加速性能が向上する。また、吸気絞り弁３０を開くと、新気量が増えてＥＧＲ率が低下するため、加速時のスモークの発生も抑制できる。
なお、理想的なのは、可動ノズルベーンの閉作動開始は、ＥＧＲ弁１５の閉作動および吸気絞り弁３０の開作動が終了した後が好ましい。可動ノズルベーンの閉作動により排圧が高まってＥＧＲ率が増加してしまうからである。ただし、実際には図２１に二点鎖線４３で示すように吸気絞り弁３０の開作動終了が応答遅れによって遅れても、ＥＧＲ弁１５全閉後は過度のＥＧＲが掛かる虞はない。よって、この実施形態では吸気絞り弁３０の応答遅れを管理しない。なお、吸気絞り弁３０の応答遅れが一点鎖線４４で示すように速い方が好ましいことは勿論である。
【００６５】
ステップＳＴ８Ａを示す図２０は、基本的には図８に示す減速時のフローチャートと同じものであり、吸気絞り弁３０を加えたことにより、ステップＳＴ８２をステップＳＴ８２Ａとした点のみが異なっている。ステップＳＴ８２Ａでは、マップＭ１から目標ベーン開度ＳをＳｎ（図２１ではＳ3 ）に決定すると共に、マップＭ４から目標吸気絞り弁開度ＩをＩｎ（図２１ではＩ1 ）に決定する。これにより、可動ノズルベーンは目標開度Ｓｎに向かって操作され、同時に吸気絞り弁はＩｎに向かって操作される。
【００６６】
その後、ステップＳＴ８３Ａ〜ステップＳＴ８６Ａによって、可動ノズルベーンの実際の開度Ｓｒが目標開度Ｓｎになるまで、ＥＧＲ弁１５の開度Ｈを前回の開度Ｈ-1、に保ったまま動かさず、可動ノズルベーンの実際の開度Ｓｒが目標開度Ｓｎになったなら、ＥＧＲ弁１５の開度を目標開度Ｈｎに決定する（図８のフローチャートの説明を参照のこと）。よって、可動ノズルベーンの開度制御が終了した後にＥＧＲ弁１５が目標開度Ｈｎに向けて開度制御され、吸気絞り弁３０の閉作動が開始された後にＥＧＲ弁１５が開作動されることになる（図２１参照）。
【００６７】
このように、減速時に、ＥＧＲ弁１５の開作動に先立って吸気絞り弁３０を閉作動させることにより、吸気絞り弁３０が閉じられて吸気通路７と排気通路５との差圧が十分大きくなった後にＥＧＲ弁１５が開かれるので、ＥＧＲ率が確実に増大し、ＮＯｘを低く抑えることができる。なお、吸気絞り弁３０の応答遅れが二点鎖線４２で示すように大きい場合であっても、ある程度の差圧が生じた後にＥＧＲ弁１５が開かれるため、ＥＧＲ率のアップが可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、エンジン負荷の急増時に、ＥＧＲ弁の閉制御を開始した後に可動ノズルベーンの閉制御を開始することで、排圧上昇前にＥＧＲが絞られ、過度のＥＧＲを防止できる。よって、加速時等におけるスモークの悪化を防止できる。
また、エンジン負荷の急減時に、可動ノズルベーンの開制御を開始した後にＥＧＲ弁の開制御を開始することで、排圧が下がった後にＥＧＲが行われ、過度のＥＧＲを防止できる。よって、減速時等におけるスモークの悪化を防止できる。
【００６９】
また、加速時に、ＥＧＲ弁の閉作動と同時に吸気絞り弁を開作動させることにより、ブースト圧が速やかに立上がるため、加速性能が向上する。
【００７０】
また、減速時に、ＥＧＲ弁の開作動に先立って吸気絞り弁を閉作動させることにより、ＥＧＲ率を確実に高めることができ、ＮＯｘを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディーゼルエンジンを示す構成図である。
【図２】ノズルベーンの開度制御マップである。
【図３】ＥＧＲ弁の開度制御マップである。
【図４】基本目標噴射量マップである。
【図５】本発明に係るディーゼルエンジンの制御フローチャートである。
【図６】定常時における制御フローチャートの一部である。
【図７】加速時における制御フローチャートの一部である。
【図８】減速時における制御フローチャートの一部である。
【図９】本発明に係るディーゼルエンジンの制御内容を示すタイムチャートである。
【図１０】別の実施の形態に係る定常時の制御フローチャートの一部である。
【図１１】別の実施の形態に係る加速時の制御フローチャートの一部である。
【図１２】別の実施の形態に係る減速時の制御フローチャートの一部である。
【図１３】従来のディーゼルエンジンの制御内容を示すタイムチャートである。
【図１４】更に別に実施形態に係るディーゼルエンジンを示す構成図である。
【図１５】吸気絞り弁の開度制御マップである。
【図１６】上記吸気絞り弁とＥＧＲ弁と可動ノズルベーンの制御内容を示すタイムチャートである。
【図１７】上記エンジンの制御フローチャートである。
【図１８】上記エンジンの定常時における制御フローチャートの一部である。
【図１９】上記エンジンの加速時の制御フローチャートの一部である。
【図２０】上記エンジンの減速時の制御フローチャートの一部である。
【図２１】上記エンジンの制御内容を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン
３ 可変容量型ターボ過給機
４ ＥＧＲ装置
１３ コントローラ
１５ ＥＧＲ弁
３０ 吸気絞り弁
Claims (4)
- 可動ノズルベーンを有した可変容量型ターボ過給機と、ＥＧＲ弁を有したＥＧＲ装置と、エンジン運転状態に基づいて上記可動ノズルベーン及び上記ＥＧＲ弁の開度制御を行うためのコントローラであって、エンジン負荷の急増に際して、上記ＥＧＲ弁の閉制御を開始した後に上記可動ノズルベーンの閉制御を開始するコントローラとを備えたことを特徴とするディーゼルエンジン。
- 上記コントローラが、エンジン負荷の急減に際して、上記可動ノズルベーンの開制御を開始した後に上記ＥＧＲ弁の開制御を開始する請求項１記載のディーゼルエンジン。
- 上記コントローラが、エンジン負荷の急増に際して、上記ＥＧＲ弁の閉制御を開始するのと同時に吸気通路に設けられた吸気絞り弁の開制御を開始する請求項１又は２記載のディーゼルエンジン。
- 上記コントローラが、エンジン負荷の急減に際して、吸気通路に設けられた吸気絞り弁の閉制御を開始した後に上記ＥＧＲ弁の開制御を開始する請求項１〜３記載のディーゼルエンジン。
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