JP4066539B2 - ディーゼルエンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＮＯｘ（窒素酸化物）とＰＭ（粒子状物質）の同時低減をはかったディーゼルエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）量を低減するために排気の一部を吸気中に再循環させる排気還流システム（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕ１ａｔｉｏｎと称する）が有効である。
【０００３】
しかし、排気を再循環させると、ＮＯｘが低減する反面、ＰＭ（粒子状物質）が増加する傾向にある。したがって、ＰＭを抑制するため、排気還流率をそれほど大きくすることはできなかった。従来の排気還流システムとして、例えば特開明５７−１４８０４８号公報、特開平２−１１８５８公報に開示されたものがある。
【０００４】
これに対して、トレードオフの関係にあるＮＯｘとＰＭを同時に低減する技術として、低温予混合燃焼の有効性が提案されている。これは、低温燃焼によるＮＯｘ低減と予混合燃焼によるＰＭ低減を同時に実現するものである。この低温予混合燃焼を実現するために、排気の一部を吸気中に還流させることで、シリンダ内のＣＯ2，Ｈ2Ｏが増加することにより、気体の熱容量が増大し、燃焼ガスの最高温度を抑制し、ＮＯｘの発生を抑える一方で、燃焼室内でのガス流動の活性化と着火遅れ期間を拡大することによって燃料噴霧と空気（酸素）との接触機会を高め、かつ接触時間を長くし、ＰＭの発生を抑えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷機時に低温予混合燃焼をさせようとした場合に、燃焼室壁の温度が低いことにより、冷機時の圧縮端圧力と圧縮端温度は、暖機後と比べ低いため、燃料の微粒化や気化率が悪化して、予混合燃料（空気と燃料のミキシング状態）の生成が、暖機後と同様にはかれない。また燃料噴霧と空気（酸素）との接触機会を高め、かつ接触時間を長くするために、初期噴射率を抑制し、噴射期間を延長すると不完全燃焼によるＰＭが増大してしまう。
【０００６】
従って、冷機時に低温予混合燃焼を実現させようとした場合には、低温予混合燃焼が必要とする予混合燃料の生成と、着火遅れ期間の制御ができないことにより、低温予混合燃焼の実現が不十分となり、ＮＯｘとＰＭが増加するという問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するために提案されたもので、冷機時にも低温予混合燃焼を実現させて、トレードオフの関係にあるＮＯｘとＰＭを同時に低減することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、メイン噴射によって低温予混合燃焼を実現するディーゼルエンジンにおいて、エンジン温度を検出するエンジン温度検出手段と、エンジン温度に応じて目標パイロット噴射量を設定する目標パイロット噴射量設定手段と、エンジンの運転状態に応じて目標圧縮端圧力を演算する目標圧縮端圧力設定手段と、圧縮端圧力を検出する圧縮端圧力検出手段と、エンジン温度が所定値よりも低い冷機時に、パイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正して、圧縮端圧力を高めて目標圧縮端圧力に近づけることで、冷機時に圧縮端圧力を適正に維持して低温予混合燃焼を実現するパイロット噴射補正手段と、前記パイロット噴射補正手段によって補正されたパイロット噴射量又はパイロット噴射時期に基づいて、エンジンの運転状態に応じて排気管よりＥＧＲ通路を通って燃焼室内に還流される目標外部ＥＧＲ量を補正して設定する目標外部ＥＧＲ量設定手段と、前記設定された目標外部ＥＧＲ量を実現するようにＥＧＲ弁を制御する外部ＥＧＲ制御手段と、を備えるものとした。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、圧縮端圧力検出手段は圧縮圧力の変化率から圧縮端圧力を推定するものとした。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、パイロット噴射補正手段は、圧縮端圧力検出手段による圧縮端圧力検出時の次気筒または次回のパイロット噴射時に圧縮端圧力を高めて目標圧縮端圧力に近づけるようにパイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正するものとした。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、目標外部ＥＧＲ量設定手段は、パイロット噴射補正手段によって補正されたパイロット噴射量又はパイロット噴射時期に基づき内部ＥＧＲ量を演算するとともに、エンジンの運転状態に応じて要求される目標ＥＧＲ量を演算し、目標外部ＥＧＲ量を前記目標ＥＧＲ量より前記内部ＥＧＲ量を減算した値とするものとした。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、目標外部ＥＧＲ量設定手段は、検出されるエンジン温度が所定値より低い冷機時に内部ＥＧＲ量を大きく演算するものとした。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、目標圧縮端圧力設定手段は検出されるエンジン温度が所定値より低い冷機時に目標圧縮端圧力を高めるものとした。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、パイロット噴射制御手段はパイロット噴射量又はパイロット噴射時期の補正値に基づいて学習値を演算して記憶させ、その学習値を用いてパイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正するものとした。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、圧縮端圧力検出手段は筒内圧力を検出する筒内圧センサで構成するものとした。
【００１８】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の発明では、エンジン温度が所定値よりも低い冷機時に、パイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正して、圧縮端圧力を高めて目標圧縮端圧力に近づけることで、冷機時に圧縮端圧力を適正に維持して低温予混合燃焼を実現するパイロット噴射補正制御を実施することで、パイロット噴射による内部ＥＧＲガスが生成され、エンジンの運転状態に応じた目標圧縮端圧力が実現できる。従って、低温予混合燃焼に必要な予混合燃料が生成され、低温予混合燃焼を実現することによって、ＮＯｘとＰＭの同時低減が得られる。特に冷機時においては、目標圧縮端圧力と同時に圧縮端温度も適正に上昇するため、メイン噴射の燃料の微粒化と気化が適正に促進されることによって、これまで実現できなかった冷機時の低温予混合燃焼が実現でき、ＮＯｘとＰＭの同時低減が得られる。また、この内部ＥＧＲ量に応じて、目標外部ＥＧＲ量を補正することにより、適正な外部ＥＧＲ量とすることができる。
また、検出される圧縮端圧力を目標圧縮端圧力に近づけるようにパイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正することにより、応答性に優れる。また、列型ポンプ、分配型ポンプ、ユニットインジエクタを用いた噴射システムやコモンレールを持つ蓄圧式噴射システムにおいても、容易に実施可能であり、適用される噴射システムの型式に束縛されることがないため、一般的な手段として実施できる。
【００１９】
請求項２に記載の発明では、圧縮圧力の変化率より圧縮端圧力を推定して、パイロット噴射制御を行うため、圧縮端圧力の推定とパイロット噴射制御が同一の圧縮行程から実施でき、より早く低温予混合燃焼が実現できる。
【００２０】
請求項３に記載の発明では、圧縮端圧力検出時の次気筒または次回のパイロット噴射時に圧縮端圧力を高めて目標圧縮端圧力に近づけるようにパイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正するため、確実な検出値に基づくパイロット噴射制御が実現できる。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、パイロット噴射補正手段によって補正されたパイロット噴射量又はパイロット噴射時期から内部ＥＧＲ量を演算し、目標外部ＥＧＲ量を目標ＥＧＲ量より内部ＥＧＲ量を減算した値とすることにより、外部ＥＧＲ量の低減がはかれる。このことは、吸入負圧が得られにくく、外部ＥＧＲが燃焼室に入りにくいディーゼルエンジンにおいては、ＥＧＲ制御精度の向上に繋がる。
【００２２】
請求項５に記載の発明では、請求項４の発明をより具体的な手段として実施できる。
【００２４】
請求項６の発明では、検出されるエンジン温度が所定値より低い冷機時には、目標圧縮端圧力を高めに演算することにより、目標ＥＧＲに対する内部ＥＧＲ量割合を増加させ、外部ＥＧＲ量割合を低減する。このことは、冷機時における外部ＥＧＲが影響すると考えられる硫酸腐食や硫黄成分の析出による偏摩耗の発生の可能性を低減できる。
【００２６】
請求項７の発明では、同様なエンジンの運転状態において、実際の圧縮端圧力を目標圧縮端圧力に速やかに近づけることが可能となる。
【００２７】
請求項８の発明では、圧縮端圧力検出手段を筒内圧力を検出する筒内圧センサで構成することにより、激しい圧力変化にも追従でき、かつエンジンにおける一般的な状態検出手段で実現できるため、コストの上昇を最小限に抑制できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１は全体的な構成を示すもので、５１はディーゼルエンジン本体、５２は排気通路、５３は吸気通路である。後述するように、排気の一部を吸気通路５３に還流するための排気還流通路５４が設けられ、その途中には排気還流量を制御するためのＥＧＲ弁５５が介装される。なお、５７は吸気を加圧する過給機である。
【００３０】
エンジン燃焼室５６に直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁１が設けられる。この燃料噴射弁１には、後述するように、コモンレール（高圧燃料蓄圧室）２６に蓄圧され高圧燃料が供給される。
【００３１】
排気の一部を吸気中に還流しつつ低温予混合燃焼を実現するために、図示しないが、燃焼室５６内において燃料と空気の混合を促進するためのガス流動を生起させるスキッシュやスワールの制御手段等が設けられる。
【００３２】
この低温予混合燃焼時の着火遅れ期間が燃料噴射期間よりも大きく（長く）なるように制御するため、メイン噴射の燃料噴射時期と燃料噴射量が運転状態に応じて予め定められている。
【００３３】
コントローラ６０は燃料噴射弁１の燃料噴射時期、噴射量をエンジンの運転状態に応じた最適値に制御するものでもある。運転状態を検出するため、アクセル開度やエンジン回転数信号、冷却水温信号、燃料噴射弁１のリフトセンサ６１からの信号と、筒内圧力センサ６２からの信号等が入力する。また、運転状態に応じて前記ＥＧＲ弁５５の開度を制御し、部分負荷域等で排気還流量を大きく、高負荷域で排気還流量を小さくまたは停止させる。
【００３４】
次に図２に燃料噴射弁１、図３に燃料噴射システムのそれぞれ詳細を示すが、これ自体は本出願人により特願平９−３２２９５５号として、既に提案されている。
【００３５】
図２において、燃料噴射弁１は、噴射ノズルホルダ２、噴射ノズル３および噴射弁駆動部４から構成されており、リテーニングナット５により、噴射ノズルホルダ２と噴射ノズル３が一体化されている。噴射ノズル３内には針弁摺動孔６及び燃料溜まり室７が形成され、先端には燃料溜まり室７に連通するノズル孔８が形成されている。
【００３６】
針弁摺動孔６には、針弁９の大径部１０が摺動自在に嵌合される。この針弁９の大径部１０には連結部１１が形成されるとともに、下方先端部には小径部１２及び弁体部１３が一体形成されている。そして、この弁体部１３によって、シート部Ｘが開閉され、ノズル孔８からの燃料噴射がオン・オフされる。
【００３７】
針弁９の連結部１１の先端にはプッシュロッド１４が当接し、さらにバネ１６により閉弁方向に付勢される。また、ピン１７は噴射ノズル３と噴射ノズルホルダ２の位置決めを行う。前記プッシュロッド１４は噴射ノズルホルダ２に形成されたシリンダ１５内に摺動自在に嵌合されている。
【００３８】
噴射ノズルホルダ２の上部には、針弁９及びプッシュロッド１４を駆動する噴射弁駆動部４が配設され、噴射弁駆動部４内には電磁弁２２が配設され、コネクタ部２３を介して制御電流が供給される。
【００３９】
電磁弁２２は通電状態に応じて弁体２２ａが変位し、プッシュロッド１４の背圧室３８を燃料出口２４側の低圧室２０と連通する連通路３９を開閉する。電磁弁２２の通電が解除されると、リターンスプリング２１により弁体２２ａが引き上げられ、連通路３９が開かれる。これにより、プッシュロッド１４の背圧室３８の圧力が解放される。
【００４０】
噴射ノズルホルダ２には高圧燃料の燃料供給通路１９が形成され、その一端が噴射ノズルホルダ２のインレット１８に接続し、他端が前記燃料溜まり室７に連通すると共に前記背圧室３８にも連通する。前記コモンレール２６の高圧燃料は、前記インレット１８、燃料供給通路１９を介して燃料溜まり室７、背圧室３８に供給される。燃料噴射弁１内のリーク燃料は燃料出口２４より、燃料タンク内に戻される
なお、燃料噴射弁１内のリーク燃料は燃料出口２４より、燃料タンク内に戻される。
【００４１】
通常、針弁９は背圧室３８の圧力を受けるプッシュロッド１４により閉方向に付勢されているが、電磁弁２２への通電を解除すると、連通路３９が開かれて背圧室３８の圧力が低下し、プッシュロッド１４は背部からの押圧力が減るため、燃料溜まり室７に付加されている燃料圧力により針弁９がリフトして開弁し、燃料が噴射される。
【００４２】
電磁弁２２への通電を停止すると、弁体２２ａが連通路３９を閉じ、背圧室３８の圧力が上昇し、このときプッシュロッド１４を押し下げる方向の受圧面積が大きいために、バネ１６に抗して針弁９が押し下げられて閉弁し、燃料の噴射が停止する。
【００４３】
したがって、電磁弁２２への通電間隔、時期を制御することにより、燃料噴射量、噴射時期を自由に制御でき、またメイン噴射とは別にパイロット噴射についても、１サイクルの通電回数を複数にすることで自由に制御できる。
【００４４】
次に図３において、各気筒毎の燃料噴射弁１は噴射管２７を介して各気筒共通の高圧蓄圧配管、いわゆるコモンレール２６に接続されている。このコモンレール２６には供給管２８、チェック弁２９を介して高圧供給ポンプ３０が接続される。この高圧供給ポンプ３０は燃料タンク３１から燃料フィルタ３２を介して、燃料フィードポンプ３３を経て吸入された燃料を所定の高圧にまで昇圧制御する。この場合、エンジン回転に同期してカムを有するドライブシャフト３４が回転し、高圧供給ポンプ３０内のピストンが往復運動し、燃料フィードポンプ３３からの燃料が加圧され、コモンレール２６に供給される。また、高圧供給ポンプ３０には常にコモンレール圧を所望の圧力に制御するための吐出量制御用の電磁弁３５を備えている。
【００４５】
さらに、コモンレール内の燃料圧力（コモンレール圧）を検出する圧力センサ３７がコモンレール２６に配設され、前記コントローラ６０はこの検出圧力が予め負荷やエンジン回転数に応じて設定した最適値となるように、電磁弁３５を介して吐出量をフィードバック制御する。
【００４６】
図４に排気還流システムの具体的な構成を示すが、これ自体は本出願人により特願平９−３９３９５号として、既に提案されている。
【００４７】
図４において、エンジンの排気通路５２と吸気通路５３のインテークマニホールド６８を結ぶＥＧＲ通路５４が設けられ、ＥＧＲ通路５４の途中にはＥＧＲ弁５５が介装される。ＥＧＲ弁５５の開度が大きくなるほど、ＥＧＲ通路５４を介して吸気通路５３に還流される外部ＥＧＲ量（排気還流量）は増大する。ＥＧＲ弁５５はステップモータ６５によって駆動される。ステップモータ６５のステップ数がコントローラ６０によりエンジン運転条件に応じて制御されることにより、ＥＧＲ弁５５の開度が調節される。
【００４８】
吸気通路５３にはＥＧＲ通路５４の合流部より上流側にバタフライ式の吸気絞り弁６９が介装される。吸気絞り弁６９はダイヤフラム式アクチュエータ６６を介して開閉作動する。吸気絞り弁６９より下流側の吸気通路５３には、吸気絞り弁６９の開度が小さくなるのに伴って吸入負圧が発生し、ＥＧＲ通路５４を介して吸気通路５３に還流される外部ＥＧＲ量が増大する。
【００４９】
ダイヤフラム式アクチュエータ６６は、バキュームポンプ（図示せず）から電磁弁７１を介して導かれる負圧と、電磁弁７２とオリフィス７５を介して導かれる負圧に応じて作動する。電磁弁７１と電磁弁７２の開度がコントローラ６０によりエンジン運転条件に応じて制御されることにより、吸気絞り弁６９の開度が調節される。
【００５０】
吸気通路５３の絞り弁６９より上流側に熱線式のエアフロメータ７２が介装される。通電により加熱されるホットワイヤ（発熱抵抗体）はその抵抗値が吸入空気量に応じて変化するので、吸入新気量Ｑａｃに応じた信号を出力する。
【００５１】
吸気通路５３の絞り弁６９より下流側のインテークマニホールド６８に吸気圧センサ７３が介装される。吸気圧センサ７３はインテークマニホールド６８の吸気圧力Ｐｍに応じた信号を出力する。
【００５２】
排気通路５２に排気圧センサ７４が介装される。排気圧センサ７４は排気通路５２の排気圧力Ｐｅｘｈに応じた信号を出力する。
【００５３】
コントローラ６０は、図５に示すように、エンジン運転条件に応じて目標ＥＧＲ量を設定する目標ＥＧＲ量設定手段１０７と、目標ＥＧＲ量と後述する内部ＥＧＲ量に基づいて要求される目標外部ＥＧＲ量ＴＱｅを設定する目標外部ＥＧＲ量設定手段１０８とを備える。
【００５４】
ＥＧＲ差圧検出手段１０９は、吸気圧センサ７３によって検出される吸気圧力Ｐｍと、排気圧センサ７４によって検出される排気圧力Ｐｅｘｈとに応じて、ＥＧＲ差圧ＤｌｐをＤｌｐ＝Ｐｅｘｈ−Ｐｍとして演算する。ＥＧＲ差圧ＤｌｐはＥＧＲ通路５４の前後差圧となるため、ＥＧＲ差圧Ｄｌｐに応じて目標外部ＥＧＲ量ＴＱｅに対する目標ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖｓを的確に算出することができる。
【００５５】
吸気圧と排気圧は実際に脈動しているが、ＥＧＲ差圧Ｄｌｐは両者を平均化した圧力差として演算することにより、コントローラ６０における負担を軽減するとともに制御安定性を確保できる。
【００５６】
目標ＥＧＲ弁開口面積演算手段１１０は、目標外部ＥＧＲ量ＴＱｅとＥＧＲ差圧Ｄｌｐに応じて、目標ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖｓを
Ａｅｖｓ＝ＴＱｅ／（２×ＲＯＵ＃×Ｄｌｐ）-1/2
として演算する。ただしＲＯＵ＃は、排気ガスの粘性である。この目標ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖｓは、ＥＧＲ弁５５を通過する排気ガスの流れを非圧縮性定常流として、ベルヌーイの式から導かれる。
【００５７】
流量係数設定手段１１３は、エンジン回転数検出手段１１１として設けられる図示しないポンプ回転数センサによって検出されるエンジン回転数Ｎｅと、エンジン負荷検出手段１１２からの負荷信号として燃料噴射量Ｑｆを入力し、燃料噴射量Ｑｆに応じて流量係数ａを演算する。
【００５８】
また、補正係数設定手段１１４は、ＥＧＲ弁５５の開度に応じて補正係数ｂを設定する。
【００５９】
そして、目標ＥＧＲ弁開口面積演算手段１１５は、目標ＥＧＲ弁開口面積ＡｅｖをＡｅｖ＝ａ×Ａｅｖｓbとして演算する。
【００６０】
続いて、ＥＧＲ弁面積リフト量変換手段１１６は、目標ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖに応じてＥＧＲ弁５５のリフト量Ｔｌｉｆｔを演算する。
【００６１】
続いて、ＥＧＲ弁駆動手段１１７はリフト量Ｔｌｉｆｔに応じてステップモータ５に出力するステップ数を演算する。
【００６２】
ＥＧＲ弁５５の要求開口面積（差圧、ＥＧＲ量とからベルヌーイの式から求まる）ｘと必要開口面積（幾何学的形状によって決まる）ｙの間にはｙ＝ａ×ｘbの関係があり、係数ａはエンジン回転数と負荷に応じて変化し、傾きｂがＥＧＲ弁５５の幾何学的形状とＥＧＲ通路５４の管形状およびエンジンの吸・排気系の管形状に応じて変化する。したがって、係数ａをエンジン回転数と負荷に応じて変化させ、傾きｂをＥＧＲ弁５５の開度（流路の幾何学的形状）に応じて変化させ、目標ＥＧＲ弁開口面積ＡｅｖをＡｅｖ＝ａ×Ａｅｖｓbとして演算する構成により、外部ＥＧＲ量を精密に制御できる。
【００６３】
ところで、冷機時に低温予混合燃焼を実現しようとした場合、燃焼室壁の温度が低くなるのに伴って、着火遅れ期間は長くなるものの、圧縮端圧力が低くなる。圧縮行程で筒内に生じる最高圧力である圧縮端圧力が低くなると、燃料の微粒化が悪化するとともに気化率が低下して燃料と空気の混合が十分に行われず、低温予混合燃焼が必要とする予混合燃料の生成と着火遅れ期間の制御ができないことにより、低温予混合燃焼の実現が不十分となってしまい、ＮＯｘとＰＭが増加する。
【００６４】
これに対処して、コントローラ６０は筒内圧力センサ６２からの信号を基に圧縮端圧力を検出し、検出される圧縮端圧力を目標値に近づけるように燃料のパイロット噴射量（初期噴射量）を制御するとともに、パイロット噴射量に基づいて内部ＥＧＲ量を演算し、外部ＥＧＲ量と演算された内部ＥＧＲ量のトータルしたＥＧＲ量を要求される目標ＥＧＲ量に近づけるようにＥＧＲ弁５５の開度を制御するようになっている。
【００６５】
コントローラ６０は、図５に示すように、シリンダ内の圧力を検出する筒内圧力センサ６２からの信号を基に圧縮端圧力を検出する圧縮端圧力検出手段１０３と、エンジンの運転状態に応じて要求される圧縮端圧力を設定する目標圧縮端圧力設定手段１０４と、水温センサによって構成されるエンジン冷却水温検出手段１０１と、検出される冷却水温Ｔｗに応じて目標パイロット噴射量を設定する目標パイロット噴射量設定手段１０２と、検出される圧縮端圧力を要求される圧縮端圧力に近づけるように目標パイロット噴射量を補正するパイロット噴射量補正手段１０５と、パイロット噴射量に基づいて内部ＥＧＲ量を演算する内部ＥＧＲ量演算手段１０６とを備える。目標外部ＥＧＲ量演算手段１０８は、目標ＥＧＲ量から後述する内部ＥＧＲ量を減算した値を目標外部ＥＧＲ量ＴＱｅとして演算する。
【００６６】
以下コントローラ６０で実行される上記した制御内容について、図６に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００６７】
このフローチャートはエンジン回転に同期して繰り返されるもので、ステップＳ１でエンジン回転数Ｎｅ、冷却水温Ｔｗ等の各種エンジン運転条件を読み込む。
【００６８】
ステップＳ２では目標圧縮端圧力を図７に示す特性に基づきエンジン回転数Ｎｅ、冷却水温Ｔｗに応じて算出する。図７において、目標圧縮端圧力はエンジン回転数Ｎｅが上昇するのにしたがって次第に高くなるとともに、冷却水温Ｔｗが上昇するのにしたがって低くなるように設定されている。
【００６９】
ステップＳ３では目標パイロット噴射量を図８に示す特性に基づきエンジン回転数Ｎｅ、冷却水温Ｔｗに応じて算出する。図８において、目標パイロット噴射量はエンジン回転数Ｎｅが所定値を超えるまで一定であり、所定値を超えて上昇するのにしたがって次第に減るとともに、冷却水温Ｔｗが低下するのにしたがって増えるように設定されている。
【００７０】
ステップＳ４では筒内圧センサ６２の出力を読込み、この出力値から圧縮端圧力を算出する。算出方法は、この出力値（圧縮端圧力）の変化率とクランク角度位置より外挿（補外）して圧縮端圧力を推定して求める。
【００７１】
ステップＳ５ではパイロット噴射量補正量を図９に示す特性に基づき算出された圧縮端圧力と目標圧縮端圧力の差に応じて算出する。図９において、パイロット噴射量補正量は（圧縮端圧力−目標圧縮端圧力）が高くなるのにしたがって次第に減少するように設定されている。
【００７２】
ステップＳ６では内部ＥＧＲ量を図１０に示す特性に基づきパイロット噴射量に応じて算出する。図１０において、内部ＥＧＲ量はパイロット噴射量が増えるのにしたがって次第に増加するように設定されている。
【００７３】
ステップＳ７では現在の運転条件により要求される目標ＥＧＲ量を図１１に示す特性に基づきエンジン回転数Ｎｅとエンジンの発生トルク（燃料噴射量Ｑｆ）に応じて算出する。図１１において、要求される目標ＥＧＲ量はエンジン回転数Ｎｅが上昇するのにしたがって次第に減少し、エンジンの発生トルクが増えるのにしたがって段階的に減少するように設定されている。
【００７４】
そして、ステップＳ８では、目標外部ＥＧＲ量をステップＳ７で算出された目標ＥＧＲ量からステップＳ６で算出された内部ＥＧＲ量を減算して求め、制御を終了する。
【００７５】
以上のように構成され、次に全体的な作用について説明する。
【００７６】
冷機時に低温予混合燃焼を実現しようとした場合、燃焼室壁の温度が低くなるのに伴って、着火遅れ期間は長くなるものの、圧縮端圧力が低くなる。圧縮行程で筒内に生じる最高圧力である圧縮端圧力が低くなると、燃料の微粒化が悪化するとともに気化率が低下して燃料と空気の混合が十分に行われず、低温予混合燃焼が必要とする予混合燃料の生成と着火遅れ期間の制御ができないことにより、低温予混合燃焼の実現が不十分となってしまい、ＮＯｘとＰＭが増加する。
【００７７】
燃焼室壁の温度が低くなる冷機時に、パイロット噴射された燃料が燃焼することにより圧縮端圧力を高められる。検出される圧縮端圧力を目標値に近づけるように燃料のパイロット噴射量を制御することにより、冷機時にも圧縮端圧力が適正に維持され、燃料の微粒化と気化が促されて燃料と空気の混合がはかれ、予混合燃料の生成が十分に行われて低温予混合燃焼を実現する。
【００７８】
また、パイロット噴射された燃料が燃焼することによって不活性な内部ＥＧＲガスがつくられるが、内部ＥＧＲガス量に対応してＥＧＲ通路５４から導かれる外部ＥＧＲ量を減らすことにより、メイン噴射された燃料が燃焼するまでの間に燃焼室５６に存在する不活性なＥＧＲガス量を適正にし、燃焼温度を下げて良好な低温予混合燃焼を実現する。パイロット噴射量に基づいて内部ＥＧＲ量を演算し、この内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量を合わせたＥＧＲ量を目標値に近づけるようにＥＧＲ弁５５の開度を制御することにより、トータルしたＥＧＲ量を的確に調節することができ、ＮＯｘとＰＭのトレードオフの関係を改善できる。
【００７９】
検出される圧縮端圧力を目標値に近づけるフィードバック制御を、検出される冷却水温が所定値より低い冷機時に限定して行ってもよい。この場合、冷機時に圧縮端圧力が適正に維持され、良好な低温予混合燃焼が実現され、ＮＯｘとＰＭを同時に低減できる。暖機後は圧縮端圧力を目標値に近づけるフィードバック制御を止めても、圧縮端圧力が十分に確保され、良好な低温予混合燃焼を実現できる。
【００８０】
また、筒内圧センサ６２で検出された実際の圧縮端圧力を目標圧縮端圧力に近づけるように、次気筒または次回のパイロット噴射時にパイロット噴射制御を行ってもよい。
【００８１】
さらに、冷機時を判定するのに設けられるエンジン温度検出手段として、エンジン冷却水温度を検出するセンサのかわりにエンジン潤滑油温度を検出するセンサを設けてもよい。
【００８２】
他の実施の形態として、図１２に示すように、パイロット噴射時期を運転条件に応じて設定し、圧縮端圧力を目標値に近づけるようにパイロット噴射時期を補正してもよい。これにより、冷機時に圧縮端圧力が適正に維持され、良好な低温予混合燃焼が実現され、ＮＯｘとＰＭを同時に低減できる。
【００８３】
さらに他の実施の形態として、パイロット噴射量またはパイロット噴射時期の補正値に基づいて学習値を演算して記憶させ、学習値を用いてパイロット噴射を行ってもよい。この場合、実際の圧縮端圧力を目標値に速やかに近づけられる。
【００８４】
また、さらなる実施の形態として、図１３に示すように、コモンレール噴射システムにおいては、コモンレール圧を調節して目標圧縮端圧力が得られるようにパイロット噴射を制御してもよい。この場合、噴射圧が補正されるため、燃料の微粒化や気化においてより一層の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す全体構成図。
【図２】同じく燃料供給系統の構成図。
【図３】同じく燃料噴射弁の断面図。
【図４】同じく排気還流系統の構成図。
【図５】同じく制御系の構成図。
【図６】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図７】同じく目標圧縮端圧力とエンジン回転数および冷却水温の関係を示す特性図。
【図８】同じく目標パイロット噴射量とエンジン回転数および冷却水温の関係を示す特性図。
【図９】同じくパイロット噴射量補正量と（圧縮端圧力−目標圧縮端圧力）の関係を示す特性図。
【図１０】同じく内部ＥＧＲ量とパイロット噴射量の関係を示す特性図。
【図１１】同じくＥＧＲ量とエンジン回転数およびトルクの関係を示す特性図。
【図１２】同じくパイロット噴射時期と（圧縮端圧力−目標圧縮端圧力）の関係を示す特性図。
【図１３】同じくコモンレール圧補正量と（圧縮端圧力−目標圧縮端圧力）の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁
２２ 電磁弁
２６ コモンレール
５１ ディーゼルエンジン
５５ ＥＧＲ弁
６０ コントローラ
６１ リフトセンサ
６２ 筒内圧力センサ
【発明の属する技術分野】
この発明はＮＯｘ（窒素酸化物）とＰＭ（粒子状物質）の同時低減をはかったディーゼルエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）量を低減するために排気の一部を吸気中に再循環させる排気還流システム（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕ１ａｔｉｏｎと称する）が有効である。
【０００３】
しかし、排気を再循環させると、ＮＯｘが低減する反面、ＰＭ（粒子状物質）が増加する傾向にある。したがって、ＰＭを抑制するため、排気還流率をそれほど大きくすることはできなかった。従来の排気還流システムとして、例えば特開明５７−１４８０４８号公報、特開平２−１１８５８公報に開示されたものがある。
【０００４】
これに対して、トレードオフの関係にあるＮＯｘとＰＭを同時に低減する技術として、低温予混合燃焼の有効性が提案されている。これは、低温燃焼によるＮＯｘ低減と予混合燃焼によるＰＭ低減を同時に実現するものである。この低温予混合燃焼を実現するために、排気の一部を吸気中に還流させることで、シリンダ内のＣＯ2，Ｈ2Ｏが増加することにより、気体の熱容量が増大し、燃焼ガスの最高温度を抑制し、ＮＯｘの発生を抑える一方で、燃焼室内でのガス流動の活性化と着火遅れ期間を拡大することによって燃料噴霧と空気（酸素）との接触機会を高め、かつ接触時間を長くし、ＰＭの発生を抑えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷機時に低温予混合燃焼をさせようとした場合に、燃焼室壁の温度が低いことにより、冷機時の圧縮端圧力と圧縮端温度は、暖機後と比べ低いため、燃料の微粒化や気化率が悪化して、予混合燃料（空気と燃料のミキシング状態）の生成が、暖機後と同様にはかれない。また燃料噴霧と空気（酸素）との接触機会を高め、かつ接触時間を長くするために、初期噴射率を抑制し、噴射期間を延長すると不完全燃焼によるＰＭが増大してしまう。
【０００６】
従って、冷機時に低温予混合燃焼を実現させようとした場合には、低温予混合燃焼が必要とする予混合燃料の生成と、着火遅れ期間の制御ができないことにより、低温予混合燃焼の実現が不十分となり、ＮＯｘとＰＭが増加するという問題点があった。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するために提案されたもので、冷機時にも低温予混合燃焼を実現させて、トレードオフの関係にあるＮＯｘとＰＭを同時に低減することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、メイン噴射によって低温予混合燃焼を実現するディーゼルエンジンにおいて、エンジン温度を検出するエンジン温度検出手段と、エンジン温度に応じて目標パイロット噴射量を設定する目標パイロット噴射量設定手段と、エンジンの運転状態に応じて目標圧縮端圧力を演算する目標圧縮端圧力設定手段と、圧縮端圧力を検出する圧縮端圧力検出手段と、エンジン温度が所定値よりも低い冷機時に、パイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正して、圧縮端圧力を高めて目標圧縮端圧力に近づけることで、冷機時に圧縮端圧力を適正に維持して低温予混合燃焼を実現するパイロット噴射補正手段と、前記パイロット噴射補正手段によって補正されたパイロット噴射量又はパイロット噴射時期に基づいて、エンジンの運転状態に応じて排気管よりＥＧＲ通路を通って燃焼室内に還流される目標外部ＥＧＲ量を補正して設定する目標外部ＥＧＲ量設定手段と、前記設定された目標外部ＥＧＲ量を実現するようにＥＧＲ弁を制御する外部ＥＧＲ制御手段と、を備えるものとした。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、圧縮端圧力検出手段は圧縮圧力の変化率から圧縮端圧力を推定するものとした。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、パイロット噴射補正手段は、圧縮端圧力検出手段による圧縮端圧力検出時の次気筒または次回のパイロット噴射時に圧縮端圧力を高めて目標圧縮端圧力に近づけるようにパイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正するものとした。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、目標外部ＥＧＲ量設定手段は、パイロット噴射補正手段によって補正されたパイロット噴射量又はパイロット噴射時期に基づき内部ＥＧＲ量を演算するとともに、エンジンの運転状態に応じて要求される目標ＥＧＲ量を演算し、目標外部ＥＧＲ量を前記目標ＥＧＲ量より前記内部ＥＧＲ量を減算した値とするものとした。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、目標外部ＥＧＲ量設定手段は、検出されるエンジン温度が所定値より低い冷機時に内部ＥＧＲ量を大きく演算するものとした。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、目標圧縮端圧力設定手段は検出されるエンジン温度が所定値より低い冷機時に目標圧縮端圧力を高めるものとした。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、パイロット噴射制御手段はパイロット噴射量又はパイロット噴射時期の補正値に基づいて学習値を演算して記憶させ、その学習値を用いてパイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正するものとした。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、圧縮端圧力検出手段は筒内圧力を検出する筒内圧センサで構成するものとした。
【００１８】
【発明の作用および効果】
請求項１に記載の発明では、エンジン温度が所定値よりも低い冷機時に、パイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正して、圧縮端圧力を高めて目標圧縮端圧力に近づけることで、冷機時に圧縮端圧力を適正に維持して低温予混合燃焼を実現するパイロット噴射補正制御を実施することで、パイロット噴射による内部ＥＧＲガスが生成され、エンジンの運転状態に応じた目標圧縮端圧力が実現できる。従って、低温予混合燃焼に必要な予混合燃料が生成され、低温予混合燃焼を実現することによって、ＮＯｘとＰＭの同時低減が得られる。特に冷機時においては、目標圧縮端圧力と同時に圧縮端温度も適正に上昇するため、メイン噴射の燃料の微粒化と気化が適正に促進されることによって、これまで実現できなかった冷機時の低温予混合燃焼が実現でき、ＮＯｘとＰＭの同時低減が得られる。また、この内部ＥＧＲ量に応じて、目標外部ＥＧＲ量を補正することにより、適正な外部ＥＧＲ量とすることができる。
また、検出される圧縮端圧力を目標圧縮端圧力に近づけるようにパイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正することにより、応答性に優れる。また、列型ポンプ、分配型ポンプ、ユニットインジエクタを用いた噴射システムやコモンレールを持つ蓄圧式噴射システムにおいても、容易に実施可能であり、適用される噴射システムの型式に束縛されることがないため、一般的な手段として実施できる。
【００１９】
請求項２に記載の発明では、圧縮圧力の変化率より圧縮端圧力を推定して、パイロット噴射制御を行うため、圧縮端圧力の推定とパイロット噴射制御が同一の圧縮行程から実施でき、より早く低温予混合燃焼が実現できる。
【００２０】
請求項３に記載の発明では、圧縮端圧力検出時の次気筒または次回のパイロット噴射時に圧縮端圧力を高めて目標圧縮端圧力に近づけるようにパイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正するため、確実な検出値に基づくパイロット噴射制御が実現できる。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、パイロット噴射補正手段によって補正されたパイロット噴射量又はパイロット噴射時期から内部ＥＧＲ量を演算し、目標外部ＥＧＲ量を目標ＥＧＲ量より内部ＥＧＲ量を減算した値とすることにより、外部ＥＧＲ量の低減がはかれる。このことは、吸入負圧が得られにくく、外部ＥＧＲが燃焼室に入りにくいディーゼルエンジンにおいては、ＥＧＲ制御精度の向上に繋がる。
【００２２】
請求項５に記載の発明では、請求項４の発明をより具体的な手段として実施できる。
【００２４】
請求項６の発明では、検出されるエンジン温度が所定値より低い冷機時には、目標圧縮端圧力を高めに演算することにより、目標ＥＧＲに対する内部ＥＧＲ量割合を増加させ、外部ＥＧＲ量割合を低減する。このことは、冷機時における外部ＥＧＲが影響すると考えられる硫酸腐食や硫黄成分の析出による偏摩耗の発生の可能性を低減できる。
【００２６】
請求項７の発明では、同様なエンジンの運転状態において、実際の圧縮端圧力を目標圧縮端圧力に速やかに近づけることが可能となる。
【００２７】
請求項８の発明では、圧縮端圧力検出手段を筒内圧力を検出する筒内圧センサで構成することにより、激しい圧力変化にも追従でき、かつエンジンにおける一般的な状態検出手段で実現できるため、コストの上昇を最小限に抑制できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１は全体的な構成を示すもので、５１はディーゼルエンジン本体、５２は排気通路、５３は吸気通路である。後述するように、排気の一部を吸気通路５３に還流するための排気還流通路５４が設けられ、その途中には排気還流量を制御するためのＥＧＲ弁５５が介装される。なお、５７は吸気を加圧する過給機である。
【００３０】
エンジン燃焼室５６に直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁１が設けられる。この燃料噴射弁１には、後述するように、コモンレール（高圧燃料蓄圧室）２６に蓄圧され高圧燃料が供給される。
【００３１】
排気の一部を吸気中に還流しつつ低温予混合燃焼を実現するために、図示しないが、燃焼室５６内において燃料と空気の混合を促進するためのガス流動を生起させるスキッシュやスワールの制御手段等が設けられる。
【００３２】
この低温予混合燃焼時の着火遅れ期間が燃料噴射期間よりも大きく（長く）なるように制御するため、メイン噴射の燃料噴射時期と燃料噴射量が運転状態に応じて予め定められている。
【００３３】
コントローラ６０は燃料噴射弁１の燃料噴射時期、噴射量をエンジンの運転状態に応じた最適値に制御するものでもある。運転状態を検出するため、アクセル開度やエンジン回転数信号、冷却水温信号、燃料噴射弁１のリフトセンサ６１からの信号と、筒内圧力センサ６２からの信号等が入力する。また、運転状態に応じて前記ＥＧＲ弁５５の開度を制御し、部分負荷域等で排気還流量を大きく、高負荷域で排気還流量を小さくまたは停止させる。
【００３４】
次に図２に燃料噴射弁１、図３に燃料噴射システムのそれぞれ詳細を示すが、これ自体は本出願人により特願平９−３２２９５５号として、既に提案されている。
【００３５】
図２において、燃料噴射弁１は、噴射ノズルホルダ２、噴射ノズル３および噴射弁駆動部４から構成されており、リテーニングナット５により、噴射ノズルホルダ２と噴射ノズル３が一体化されている。噴射ノズル３内には針弁摺動孔６及び燃料溜まり室７が形成され、先端には燃料溜まり室７に連通するノズル孔８が形成されている。
【００３６】
針弁摺動孔６には、針弁９の大径部１０が摺動自在に嵌合される。この針弁９の大径部１０には連結部１１が形成されるとともに、下方先端部には小径部１２及び弁体部１３が一体形成されている。そして、この弁体部１３によって、シート部Ｘが開閉され、ノズル孔８からの燃料噴射がオン・オフされる。
【００３７】
針弁９の連結部１１の先端にはプッシュロッド１４が当接し、さらにバネ１６により閉弁方向に付勢される。また、ピン１７は噴射ノズル３と噴射ノズルホルダ２の位置決めを行う。前記プッシュロッド１４は噴射ノズルホルダ２に形成されたシリンダ１５内に摺動自在に嵌合されている。
【００３８】
噴射ノズルホルダ２の上部には、針弁９及びプッシュロッド１４を駆動する噴射弁駆動部４が配設され、噴射弁駆動部４内には電磁弁２２が配設され、コネクタ部２３を介して制御電流が供給される。
【００３９】
電磁弁２２は通電状態に応じて弁体２２ａが変位し、プッシュロッド１４の背圧室３８を燃料出口２４側の低圧室２０と連通する連通路３９を開閉する。電磁弁２２の通電が解除されると、リターンスプリング２１により弁体２２ａが引き上げられ、連通路３９が開かれる。これにより、プッシュロッド１４の背圧室３８の圧力が解放される。
【００４０】
噴射ノズルホルダ２には高圧燃料の燃料供給通路１９が形成され、その一端が噴射ノズルホルダ２のインレット１８に接続し、他端が前記燃料溜まり室７に連通すると共に前記背圧室３８にも連通する。前記コモンレール２６の高圧燃料は、前記インレット１８、燃料供給通路１９を介して燃料溜まり室７、背圧室３８に供給される。燃料噴射弁１内のリーク燃料は燃料出口２４より、燃料タンク内に戻される
なお、燃料噴射弁１内のリーク燃料は燃料出口２４より、燃料タンク内に戻される。
【００４１】
通常、針弁９は背圧室３８の圧力を受けるプッシュロッド１４により閉方向に付勢されているが、電磁弁２２への通電を解除すると、連通路３９が開かれて背圧室３８の圧力が低下し、プッシュロッド１４は背部からの押圧力が減るため、燃料溜まり室７に付加されている燃料圧力により針弁９がリフトして開弁し、燃料が噴射される。
【００４２】
電磁弁２２への通電を停止すると、弁体２２ａが連通路３９を閉じ、背圧室３８の圧力が上昇し、このときプッシュロッド１４を押し下げる方向の受圧面積が大きいために、バネ１６に抗して針弁９が押し下げられて閉弁し、燃料の噴射が停止する。
【００４３】
したがって、電磁弁２２への通電間隔、時期を制御することにより、燃料噴射量、噴射時期を自由に制御でき、またメイン噴射とは別にパイロット噴射についても、１サイクルの通電回数を複数にすることで自由に制御できる。
【００４４】
次に図３において、各気筒毎の燃料噴射弁１は噴射管２７を介して各気筒共通の高圧蓄圧配管、いわゆるコモンレール２６に接続されている。このコモンレール２６には供給管２８、チェック弁２９を介して高圧供給ポンプ３０が接続される。この高圧供給ポンプ３０は燃料タンク３１から燃料フィルタ３２を介して、燃料フィードポンプ３３を経て吸入された燃料を所定の高圧にまで昇圧制御する。この場合、エンジン回転に同期してカムを有するドライブシャフト３４が回転し、高圧供給ポンプ３０内のピストンが往復運動し、燃料フィードポンプ３３からの燃料が加圧され、コモンレール２６に供給される。また、高圧供給ポンプ３０には常にコモンレール圧を所望の圧力に制御するための吐出量制御用の電磁弁３５を備えている。
【００４５】
さらに、コモンレール内の燃料圧力（コモンレール圧）を検出する圧力センサ３７がコモンレール２６に配設され、前記コントローラ６０はこの検出圧力が予め負荷やエンジン回転数に応じて設定した最適値となるように、電磁弁３５を介して吐出量をフィードバック制御する。
【００４６】
図４に排気還流システムの具体的な構成を示すが、これ自体は本出願人により特願平９−３９３９５号として、既に提案されている。
【００４７】
図４において、エンジンの排気通路５２と吸気通路５３のインテークマニホールド６８を結ぶＥＧＲ通路５４が設けられ、ＥＧＲ通路５４の途中にはＥＧＲ弁５５が介装される。ＥＧＲ弁５５の開度が大きくなるほど、ＥＧＲ通路５４を介して吸気通路５３に還流される外部ＥＧＲ量（排気還流量）は増大する。ＥＧＲ弁５５はステップモータ６５によって駆動される。ステップモータ６５のステップ数がコントローラ６０によりエンジン運転条件に応じて制御されることにより、ＥＧＲ弁５５の開度が調節される。
【００４８】
吸気通路５３にはＥＧＲ通路５４の合流部より上流側にバタフライ式の吸気絞り弁６９が介装される。吸気絞り弁６９はダイヤフラム式アクチュエータ６６を介して開閉作動する。吸気絞り弁６９より下流側の吸気通路５３には、吸気絞り弁６９の開度が小さくなるのに伴って吸入負圧が発生し、ＥＧＲ通路５４を介して吸気通路５３に還流される外部ＥＧＲ量が増大する。
【００４９】
ダイヤフラム式アクチュエータ６６は、バキュームポンプ（図示せず）から電磁弁７１を介して導かれる負圧と、電磁弁７２とオリフィス７５を介して導かれる負圧に応じて作動する。電磁弁７１と電磁弁７２の開度がコントローラ６０によりエンジン運転条件に応じて制御されることにより、吸気絞り弁６９の開度が調節される。
【００５０】
吸気通路５３の絞り弁６９より上流側に熱線式のエアフロメータ７２が介装される。通電により加熱されるホットワイヤ（発熱抵抗体）はその抵抗値が吸入空気量に応じて変化するので、吸入新気量Ｑａｃに応じた信号を出力する。
【００５１】
吸気通路５３の絞り弁６９より下流側のインテークマニホールド６８に吸気圧センサ７３が介装される。吸気圧センサ７３はインテークマニホールド６８の吸気圧力Ｐｍに応じた信号を出力する。
【００５２】
排気通路５２に排気圧センサ７４が介装される。排気圧センサ７４は排気通路５２の排気圧力Ｐｅｘｈに応じた信号を出力する。
【００５３】
コントローラ６０は、図５に示すように、エンジン運転条件に応じて目標ＥＧＲ量を設定する目標ＥＧＲ量設定手段１０７と、目標ＥＧＲ量と後述する内部ＥＧＲ量に基づいて要求される目標外部ＥＧＲ量ＴＱｅを設定する目標外部ＥＧＲ量設定手段１０８とを備える。
【００５４】
ＥＧＲ差圧検出手段１０９は、吸気圧センサ７３によって検出される吸気圧力Ｐｍと、排気圧センサ７４によって検出される排気圧力Ｐｅｘｈとに応じて、ＥＧＲ差圧ＤｌｐをＤｌｐ＝Ｐｅｘｈ−Ｐｍとして演算する。ＥＧＲ差圧ＤｌｐはＥＧＲ通路５４の前後差圧となるため、ＥＧＲ差圧Ｄｌｐに応じて目標外部ＥＧＲ量ＴＱｅに対する目標ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖｓを的確に算出することができる。
【００５５】
吸気圧と排気圧は実際に脈動しているが、ＥＧＲ差圧Ｄｌｐは両者を平均化した圧力差として演算することにより、コントローラ６０における負担を軽減するとともに制御安定性を確保できる。
【００５６】
目標ＥＧＲ弁開口面積演算手段１１０は、目標外部ＥＧＲ量ＴＱｅとＥＧＲ差圧Ｄｌｐに応じて、目標ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖｓを
Ａｅｖｓ＝ＴＱｅ／（２×ＲＯＵ＃×Ｄｌｐ）-1/2
として演算する。ただしＲＯＵ＃は、排気ガスの粘性である。この目標ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖｓは、ＥＧＲ弁５５を通過する排気ガスの流れを非圧縮性定常流として、ベルヌーイの式から導かれる。
【００５７】
流量係数設定手段１１３は、エンジン回転数検出手段１１１として設けられる図示しないポンプ回転数センサによって検出されるエンジン回転数Ｎｅと、エンジン負荷検出手段１１２からの負荷信号として燃料噴射量Ｑｆを入力し、燃料噴射量Ｑｆに応じて流量係数ａを演算する。
【００５８】
また、補正係数設定手段１１４は、ＥＧＲ弁５５の開度に応じて補正係数ｂを設定する。
【００５９】
そして、目標ＥＧＲ弁開口面積演算手段１１５は、目標ＥＧＲ弁開口面積ＡｅｖをＡｅｖ＝ａ×Ａｅｖｓbとして演算する。
【００６０】
続いて、ＥＧＲ弁面積リフト量変換手段１１６は、目標ＥＧＲ弁開口面積Ａｅｖに応じてＥＧＲ弁５５のリフト量Ｔｌｉｆｔを演算する。
【００６１】
続いて、ＥＧＲ弁駆動手段１１７はリフト量Ｔｌｉｆｔに応じてステップモータ５に出力するステップ数を演算する。
【００６２】
ＥＧＲ弁５５の要求開口面積（差圧、ＥＧＲ量とからベルヌーイの式から求まる）ｘと必要開口面積（幾何学的形状によって決まる）ｙの間にはｙ＝ａ×ｘbの関係があり、係数ａはエンジン回転数と負荷に応じて変化し、傾きｂがＥＧＲ弁５５の幾何学的形状とＥＧＲ通路５４の管形状およびエンジンの吸・排気系の管形状に応じて変化する。したがって、係数ａをエンジン回転数と負荷に応じて変化させ、傾きｂをＥＧＲ弁５５の開度（流路の幾何学的形状）に応じて変化させ、目標ＥＧＲ弁開口面積ＡｅｖをＡｅｖ＝ａ×Ａｅｖｓbとして演算する構成により、外部ＥＧＲ量を精密に制御できる。
【００６３】
ところで、冷機時に低温予混合燃焼を実現しようとした場合、燃焼室壁の温度が低くなるのに伴って、着火遅れ期間は長くなるものの、圧縮端圧力が低くなる。圧縮行程で筒内に生じる最高圧力である圧縮端圧力が低くなると、燃料の微粒化が悪化するとともに気化率が低下して燃料と空気の混合が十分に行われず、低温予混合燃焼が必要とする予混合燃料の生成と着火遅れ期間の制御ができないことにより、低温予混合燃焼の実現が不十分となってしまい、ＮＯｘとＰＭが増加する。
【００６４】
これに対処して、コントローラ６０は筒内圧力センサ６２からの信号を基に圧縮端圧力を検出し、検出される圧縮端圧力を目標値に近づけるように燃料のパイロット噴射量（初期噴射量）を制御するとともに、パイロット噴射量に基づいて内部ＥＧＲ量を演算し、外部ＥＧＲ量と演算された内部ＥＧＲ量のトータルしたＥＧＲ量を要求される目標ＥＧＲ量に近づけるようにＥＧＲ弁５５の開度を制御するようになっている。
【００６５】
コントローラ６０は、図５に示すように、シリンダ内の圧力を検出する筒内圧力センサ６２からの信号を基に圧縮端圧力を検出する圧縮端圧力検出手段１０３と、エンジンの運転状態に応じて要求される圧縮端圧力を設定する目標圧縮端圧力設定手段１０４と、水温センサによって構成されるエンジン冷却水温検出手段１０１と、検出される冷却水温Ｔｗに応じて目標パイロット噴射量を設定する目標パイロット噴射量設定手段１０２と、検出される圧縮端圧力を要求される圧縮端圧力に近づけるように目標パイロット噴射量を補正するパイロット噴射量補正手段１０５と、パイロット噴射量に基づいて内部ＥＧＲ量を演算する内部ＥＧＲ量演算手段１０６とを備える。目標外部ＥＧＲ量演算手段１０８は、目標ＥＧＲ量から後述する内部ＥＧＲ量を減算した値を目標外部ＥＧＲ量ＴＱｅとして演算する。
【００６６】
以下コントローラ６０で実行される上記した制御内容について、図６に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００６７】
このフローチャートはエンジン回転に同期して繰り返されるもので、ステップＳ１でエンジン回転数Ｎｅ、冷却水温Ｔｗ等の各種エンジン運転条件を読み込む。
【００６８】
ステップＳ２では目標圧縮端圧力を図７に示す特性に基づきエンジン回転数Ｎｅ、冷却水温Ｔｗに応じて算出する。図７において、目標圧縮端圧力はエンジン回転数Ｎｅが上昇するのにしたがって次第に高くなるとともに、冷却水温Ｔｗが上昇するのにしたがって低くなるように設定されている。
【００６９】
ステップＳ３では目標パイロット噴射量を図８に示す特性に基づきエンジン回転数Ｎｅ、冷却水温Ｔｗに応じて算出する。図８において、目標パイロット噴射量はエンジン回転数Ｎｅが所定値を超えるまで一定であり、所定値を超えて上昇するのにしたがって次第に減るとともに、冷却水温Ｔｗが低下するのにしたがって増えるように設定されている。
【００７０】
ステップＳ４では筒内圧センサ６２の出力を読込み、この出力値から圧縮端圧力を算出する。算出方法は、この出力値（圧縮端圧力）の変化率とクランク角度位置より外挿（補外）して圧縮端圧力を推定して求める。
【００７１】
ステップＳ５ではパイロット噴射量補正量を図９に示す特性に基づき算出された圧縮端圧力と目標圧縮端圧力の差に応じて算出する。図９において、パイロット噴射量補正量は（圧縮端圧力−目標圧縮端圧力）が高くなるのにしたがって次第に減少するように設定されている。
【００７２】
ステップＳ６では内部ＥＧＲ量を図１０に示す特性に基づきパイロット噴射量に応じて算出する。図１０において、内部ＥＧＲ量はパイロット噴射量が増えるのにしたがって次第に増加するように設定されている。
【００７３】
ステップＳ７では現在の運転条件により要求される目標ＥＧＲ量を図１１に示す特性に基づきエンジン回転数Ｎｅとエンジンの発生トルク（燃料噴射量Ｑｆ）に応じて算出する。図１１において、要求される目標ＥＧＲ量はエンジン回転数Ｎｅが上昇するのにしたがって次第に減少し、エンジンの発生トルクが増えるのにしたがって段階的に減少するように設定されている。
【００７４】
そして、ステップＳ８では、目標外部ＥＧＲ量をステップＳ７で算出された目標ＥＧＲ量からステップＳ６で算出された内部ＥＧＲ量を減算して求め、制御を終了する。
【００７５】
以上のように構成され、次に全体的な作用について説明する。
【００７６】
冷機時に低温予混合燃焼を実現しようとした場合、燃焼室壁の温度が低くなるのに伴って、着火遅れ期間は長くなるものの、圧縮端圧力が低くなる。圧縮行程で筒内に生じる最高圧力である圧縮端圧力が低くなると、燃料の微粒化が悪化するとともに気化率が低下して燃料と空気の混合が十分に行われず、低温予混合燃焼が必要とする予混合燃料の生成と着火遅れ期間の制御ができないことにより、低温予混合燃焼の実現が不十分となってしまい、ＮＯｘとＰＭが増加する。
【００７７】
燃焼室壁の温度が低くなる冷機時に、パイロット噴射された燃料が燃焼することにより圧縮端圧力を高められる。検出される圧縮端圧力を目標値に近づけるように燃料のパイロット噴射量を制御することにより、冷機時にも圧縮端圧力が適正に維持され、燃料の微粒化と気化が促されて燃料と空気の混合がはかれ、予混合燃料の生成が十分に行われて低温予混合燃焼を実現する。
【００７８】
また、パイロット噴射された燃料が燃焼することによって不活性な内部ＥＧＲガスがつくられるが、内部ＥＧＲガス量に対応してＥＧＲ通路５４から導かれる外部ＥＧＲ量を減らすことにより、メイン噴射された燃料が燃焼するまでの間に燃焼室５６に存在する不活性なＥＧＲガス量を適正にし、燃焼温度を下げて良好な低温予混合燃焼を実現する。パイロット噴射量に基づいて内部ＥＧＲ量を演算し、この内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ量を合わせたＥＧＲ量を目標値に近づけるようにＥＧＲ弁５５の開度を制御することにより、トータルしたＥＧＲ量を的確に調節することができ、ＮＯｘとＰＭのトレードオフの関係を改善できる。
【００７９】
検出される圧縮端圧力を目標値に近づけるフィードバック制御を、検出される冷却水温が所定値より低い冷機時に限定して行ってもよい。この場合、冷機時に圧縮端圧力が適正に維持され、良好な低温予混合燃焼が実現され、ＮＯｘとＰＭを同時に低減できる。暖機後は圧縮端圧力を目標値に近づけるフィードバック制御を止めても、圧縮端圧力が十分に確保され、良好な低温予混合燃焼を実現できる。
【００８０】
また、筒内圧センサ６２で検出された実際の圧縮端圧力を目標圧縮端圧力に近づけるように、次気筒または次回のパイロット噴射時にパイロット噴射制御を行ってもよい。
【００８１】
さらに、冷機時を判定するのに設けられるエンジン温度検出手段として、エンジン冷却水温度を検出するセンサのかわりにエンジン潤滑油温度を検出するセンサを設けてもよい。
【００８２】
他の実施の形態として、図１２に示すように、パイロット噴射時期を運転条件に応じて設定し、圧縮端圧力を目標値に近づけるようにパイロット噴射時期を補正してもよい。これにより、冷機時に圧縮端圧力が適正に維持され、良好な低温予混合燃焼が実現され、ＮＯｘとＰＭを同時に低減できる。
【００８３】
さらに他の実施の形態として、パイロット噴射量またはパイロット噴射時期の補正値に基づいて学習値を演算して記憶させ、学習値を用いてパイロット噴射を行ってもよい。この場合、実際の圧縮端圧力を目標値に速やかに近づけられる。
【００８４】
また、さらなる実施の形態として、図１３に示すように、コモンレール噴射システムにおいては、コモンレール圧を調節して目標圧縮端圧力が得られるようにパイロット噴射を制御してもよい。この場合、噴射圧が補正されるため、燃料の微粒化や気化においてより一層の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す全体構成図。
【図２】同じく燃料供給系統の構成図。
【図３】同じく燃料噴射弁の断面図。
【図４】同じく排気還流系統の構成図。
【図５】同じく制御系の構成図。
【図６】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図７】同じく目標圧縮端圧力とエンジン回転数および冷却水温の関係を示す特性図。
【図８】同じく目標パイロット噴射量とエンジン回転数および冷却水温の関係を示す特性図。
【図９】同じくパイロット噴射量補正量と（圧縮端圧力−目標圧縮端圧力）の関係を示す特性図。
【図１０】同じく内部ＥＧＲ量とパイロット噴射量の関係を示す特性図。
【図１１】同じくＥＧＲ量とエンジン回転数およびトルクの関係を示す特性図。
【図１２】同じくパイロット噴射時期と（圧縮端圧力−目標圧縮端圧力）の関係を示す特性図。
【図１３】同じくコモンレール圧補正量と（圧縮端圧力−目標圧縮端圧力）の関係を示す特性図。
【符号の説明】
１ 燃料噴射弁
２２ 電磁弁
２６ コモンレール
５１ ディーゼルエンジン
５５ ＥＧＲ弁
６０ コントローラ
６１ リフトセンサ
６２ 筒内圧力センサ
Claims (8)
- メイン噴射によって低温予混合燃焼を実現するディーゼルエンジンにおいて、
エンジン温度を検出するエンジン温度検出手段と、
エンジン温度に応じて目標パイロット噴射量を設定する目標パイロット噴射量設定手段と、
エンジンの運転状態に応じて目標圧縮端圧力を演算する目標圧縮端圧力設定手段と、
圧縮端圧力を検出する圧縮端圧力検出手段と、
エンジン温度が所定値よりも低い冷機時に、パイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正して、圧縮端圧力を高めて目標圧縮端圧力に近づけることで、冷機時に圧縮端圧力を適正に維持して低温予混合燃焼を実現するパイロット噴射補正手段と、
前記パイロット噴射補正手段によって補正されたパイロット噴射量又はパイロット噴射時期に基づいて、エンジンの運転状態に応じて排気管よりＥＧＲ通路を通って燃焼室内に還流される目標外部ＥＧＲ量を補正して設定する目標外部ＥＧＲ量設定手段と、
前記設定された目標外部ＥＧＲ量を実現するようにＥＧＲ弁を制御する外部ＥＧＲ制御手段と、
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。 - 前記圧縮端圧力検出手段は、圧縮圧力の変化率から圧縮端圧力を推定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置。 - 前記パイロット噴射補正手段は、前記圧縮端圧力検出手段による圧縮端圧力検出時の次気筒または次回のパイロット噴射時に圧縮端圧力を高めて目標圧縮端圧力に近づけるようにパイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの制御装置。 - 前記目標外部ＥＧＲ量設定手段は、
前記パイロット噴射補正手段によって補正されたパイロット噴射量又はパイロット噴射時期に基づき内部ＥＧＲ量を演算するとともに、
前記エンジンの運転状態に応じて要求される目標ＥＧＲ量を演算し、
前記目標外部ＥＧＲ量を前記目標ＥＧＲ量より前記内部ＥＧＲ量を減算した値とする、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。 - 前記目標外部ＥＧＲ量設定手段は、検出されるエンジン温度が所定値より低い冷機時に前記内部ＥＧＲ量を大きく演算する、
ことを特徴とする請求項４に記載のディーゼルエンジンの制御装置。 - 前記目標圧縮端圧力設定手段は、検出されるエンジン温度が所定値より低い冷機時に前記目標圧縮端圧力を高める、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。 - 前記パイロット噴射補正手段は、前記パイロット噴射量又はパイロット噴射時期の補正値に基づいて学習値を演算して記憶させ、その学習値を用いてパイロット噴射量又はパイロット噴射時期を補正する、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。 - 前記圧縮端圧力検出手段は、筒内圧力を検出する筒内圧センサで構成した、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。
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