JP4253984B2

JP4253984B2 - Diesel engine control device

Info

Publication number: JP4253984B2
Application number: JP2000035552A
Authority: JP
Inventors: 寛林原; 友巳渡辺; 一司片岡; 健一森実; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2020-02-14
Also published as: JP2001227381A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化用の触媒を備えるとともに、燃料の主噴射に先だってパイロット噴射を行うようにした直噴式ディーゼルエンジンの制御装置に関し、特に、エンジン始動後の排気有害成分の低減や騒音抑制のための対策に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のディーゼルエンジンの制御装置として、例えば特開平１１−９３７３５号公報に開示されるように、直噴式ディーゼルエンジンにおいて、エンジンの未暖機状態でパイロット噴射を行うことにより、主噴射の前に火種を形成させて着火安定性を高め、失火の防止や燃焼騒音の低減を図るようにしたものが知られている。このものでは、エンジン水温が低いほどパイロット噴射量を増やすことにより、主噴射された燃料が着火するときの燃焼室の温度状態をエンジンの未暖機状態でも暖機後と略同じに保って、上述の失火や騒音の低減とＮＯｘ生成の抑制とを両立させるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、環境保護の観点から、エンジンの排気有害成分を従来よりも大幅に低減することが求められており、これを受けて、ディーゼルエンジンにも例えば排気中のＮＯｘを除去するための触媒を装備することが提案されている。
【０００４】
しかしながら、一般に触媒の排気浄化性能はその温度状態によって大きく左右されるので、例えば自動車用ガソリンエンジンの場合には、排気有害成分の殆どが触媒の活性化していないエンジンの冷間始動直後に大気中に排出されているという実状がある。この点について、熱効率に優れるディーゼルエンジンではガソリンエンジンよりも排気温度が低いことから、例えばアイドル運転状態等の低回転低負荷の運転状態では排気によって触媒の温度状態を効果的に高めることができず、前記の問題点は極めて大きいと考えられる。
【０００５】
これに対し、エンジンの冷間始動後にアイドル運転時であっても燃料噴射量を大幅に増量したり、或いは気筒の膨張行程ないし排気行程で追加の燃料噴射を行うことで、意図的に排気温度を高めるようにすることも考えられるが、このようにした場合、燃費の著しい悪化を招くことは避けられない。また、一般に、エンジンの未暖機状態では燃料の着火安定性を高めるために燃料噴射時期を進角させることが多いので、前記のように燃料噴射量を大幅に増やすと、エンジンの振動騒音が過大になってしまう。
【０００６】
本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気浄化用触媒を備えたディーゼルエンジンの始動後に主に燃料噴射時期や吸入空気量の制御手順に工夫を凝らすことで、燃費の悪化を最小限に抑えながら触媒の早期昇温を促進し、併せてエンジンの振動騒音の低減を図ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の解決手段では、パイロット噴射による着火安定性の向上を利用して、エンジン始動後にまず、燃料噴射時期を遅角させ、排気温度を高めて触媒の早期昇温を促進し、続いて、設定期間の経過後には燃料噴射時期を進角させて着火安定性をさらに高めるとともに、エンジンの吸入空気量を強制的に減少させることで、触媒に供給される排気中の未燃燃料を増大させて、その未燃燃料の反応熱によって触媒の昇温を図るようにした。
【０００８】
具体的に、請求項１の発明は、図１に示すように、エンジン１の気筒内燃焼室４に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁５と、エンジン１からの排気を浄化する触媒３０と、エンジン１が始動後に所定の低回転低負荷運転状態になっているときに、前記燃料噴射弁５により燃料の主噴射とこれに先立つパイロット噴射とを行わせる燃料噴射制御手段４０ａとを備えたディーゼルエンジンの制御装置Ａを前提とする。そして、前記燃焼室４への吸入空気量を調節する吸気量調節手段１００と、エンジン始動後の設定期間であることを判定する判定手段４０ｂと、該判定手段４０ｂにより設定期間であると判定されたとき、前記燃料噴射弁５によるパイロット噴射及び主噴射の時期を、該主噴射が気筒の圧縮上死点後に開始されるよう遅角側に設定する一方、設定期間の経過後は該両噴射時期を相対的に進角側に変更設定する噴射時期設定手段４０ｃと、該設定期間の経過後、その経過前に比べて燃焼室４への吸入空気量が減少するように、前記吸気量調節手段１００を作動制御する吸気量制御手段４０ｄとを備える構成とする。
【０００９】
前記の構成により、エンジン１が始動後に所定の低回転低負荷運転状態になっているときに、設定期間が経過するまでは燃料噴射弁５によるパイロット噴射及び主噴射の時期が噴射時期設定手段４０ｃにより遅角側に設定される。すなわち、パイロット噴射により燃焼室４の温度及び圧力状態が高められ、かつ火種が形成されて、これに続く主噴射燃料の着火安定性及び燃焼性が向上することを利用して、該主噴射の時期を通常の運転状態に比べて大幅に遅角側に設定し、これにより、排気温度を十分に高めて触媒の早期昇温を促進することができる。しかも、前記のように燃焼性が向上しているので、噴射時期の遅角によって燃費が著しく悪化することはない。
【００１０】
また、前記設定期間の経過後は、前記パイロット噴射及び主噴射の時期が相対的に進角側に変更設定されるとともに、吸気量制御手段４０ｄによる吸気量調節手段１００の作動制御が行われて、設定期間の経過前に比べて燃焼室４への吸入空気量が減らされる。そして、この吸入空気量の減少によって排気中の未燃燃料が増え、触媒３０における未燃燃料の反応熱が増大することで、該触媒３０の昇温が図られる。この際、吸入空気量の減少によって実質的に気筒の圧縮比が小さくなるので、エンジン１の振動騒音が低減し、しかも、圧縮損失の低減により燃費改善が図られる。また、パイロット噴射と噴射時期進角とによって燃料の着火安定性が確保されているので、吸入空気量を減少させても失火に至る虞れはない。
【００１１】
従って、この発明によれば、エンジン始動後に燃費の悪化を回避しつつ、触媒３０の早期昇温を促進することができ、併せてエンジン１の振動騒音の低減が図られる。
【００１２】
請求項２の発明では、吸気量制御手段を、燃焼室の平均的な空気過剰率λがλ＜１となるように、吸気量調節手段により燃焼室への吸入空気量を減少させるものとする。こうすることで、燃焼室が平均的に燃料の過剰な状態になるので、排気中の未燃燃料が極めて多くなり、その反応熱が十分に大きくなる。
【００１３】
請求項３の発明では、設定期間を、エンジンの始動から触媒の温度状態が浄化性能の高い所定温度域に達するまでの期間とする。こうすることで、触媒の温度状態が所定温度域に達するまで、燃料噴射時期の遅角により排気温度を高めて、触媒の早期昇温を促進できる。尚、前記所定温度域とは、例えば、触媒による排気有害成分の浄化率が最高値の約８０％以上になるような温度域とすればよい。
【００１４】
請求項４の発明では、噴射時期設定手段を、吸気量制御手段による吸気量調節手段の制御によって燃焼室への吸入空気量が減少した後に、燃料噴射時期の変更設定を行う構成とする。
【００１５】
すなわち、一般的に、エンジンの吸入空気量の制御は燃料噴射時期の制御に比べて時間遅れが大きいので、該両方の制御を同時に行うと、燃焼室への吸入空気量が減少する前に燃料噴射時期が進角されてしまい、このときに過大なショックや騒音が発生するという弊害の生じる虞れがある。そこで、この発明では、燃焼室への吸入空気量が実際に減少した後に、燃料噴射時期を変更設定することで、吸気量調節手段による吸入空気量の調節の時間遅れが大きくても、前記のような弊害のことを防止できる。
【００１６】
請求項５の発明では、判定手段により設定期間であると判定されたとき、燃料噴射弁による燃料の噴射量を増量補正する噴射量補正手段を備えるものとする。こうすることで、燃料噴射量の増量補正によっても着火安定性を向上できるとともに、排気温度をさらに高めて、触媒の早期昇温を可及的に促進できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基いて説明する。
【００１８】
（全体構成）
図２は本発明の実施形態１に係るディーゼルエンジンの制御装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンである。このエンジン１は４つの気筒２，２，２，２を有し、その各気筒２内に往復動可能なようにピストン（図示せず）が嵌装されていて、このピストンにより各気筒２内に燃焼室４が区画されている。また、その各燃焼室４の上面略中央部には、図には誇張して示すが、気筒２の中心線に沿って延びるようにインジェクタ（燃料噴射弁）５が配設され、この各インジェクタ５の先端部には噴射ノズルが一体的に設けられている。これらのインジェクタ５，５，…は、それぞれ、燃料をその噴射圧以上の高圧状態で蓄える共通のコモンレール６に対し分岐管６ａ，６ａ，…により接続され、噴射ノズルの芯弁が図示しないアクチュエータにより開閉作動されることで、前記コモンレール６から供給される高圧の燃料を、噴射ノズル先端の複数の噴孔から燃焼室４に直接、噴射供給するようになっている。また、コモンレール６には内部の燃圧（コモンレール圧）を検出する燃料圧力センサ６ｂが配設されている。
【００１９】
前記コモンレール６は高圧燃料供給管７を介して燃料供給ポンプ８に接続され、その燃料供給ポンプ８は燃料供給管９を介して燃料タンク１０に接続されている。この燃料供給ポンプ８は、入力軸８ａにエンジン１のクランク軸からの回転入力を受け入れて駆動され、燃料供給管９を介して燃料タンク１０内の燃料を燃料フィルタ１１により濾過しながら吸い上げるとともに、ジャーク式圧送系により燃料をコモンレール６に圧送するようになっている。また、燃料供給ポンプ８にはその圧送系により送り出される燃料の一部を燃料戻し管１２に逃がして、ポンプの吐出量を調節する電磁弁が設けられており、この電磁弁の開度が前記燃料圧力センサ６ｂによる検出値に応じて制御されることによって、コモンレール６内の燃料の圧力状態がエンジン１の運転状態に対応する所定の状態に保持されるようになっている。
【００２０】
尚、同図の符号１３は、コモンレール圧が所定値以上になったときに、燃料をコモンレール６から排出させるプレッシャリミッタを示し、このプレッシャリミッタから排出された燃料は燃料戻し管１４を流通して、燃料タンク１０に戻される。また、符号１５は燃料の一部をインジェクタ５から燃料タンク１０に戻すための燃料戻し管を示している。
【００２１】
このエンジン１には、詳細は図示しないが、クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサ１６と、動弁系カム軸の回転角度を検出するカム角センサ１７と、冷却水温度（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサ１８とが設けられている。前記クランク角センサ１６は、詳しくは図示しないが、クランク軸端に設けた被検出用プレートと、その外周に相対向するように配置した電磁ピックアップとからなり、前記被検出用プレートの外周部全周に亘って等間隔に形成された突起部の通過に対応して、パルス信号を出力するものである。また、前記カム角センサ１７は、同様にカム軸周面の所定箇所に設けた複数の突起部と、その各突起部が通過するときにパルス信号を出力する電磁ピックアップとからなる。尚、符号１９は前記カム軸により駆動されるバキュームポンプを示している。
【００２２】
また、エンジン１の一方の側（図の上側）には、図外のエアクリーナで濾過した空気を燃焼室４に供給する吸気通路２０が接続されている。この吸気通路２０の下流端部にはサージタンク２１が設けられ、このサージタンク２１から分岐した各通路がそれぞれ図示しない吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に連通している。また、サージタンク２１には、後述のターボ過給機３１により圧送される吸気の圧力状態を検出する過給圧センサ２２が配設されている。さらに、前記吸気通路２０には、上流側から下流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するホットフィルム式エアフローセンサ２３と、後述のタービン２９により駆動されて吸気を圧縮するブロワ２４と、このブロワ２４により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ２５と、バタフライバルブからなる吸気絞り弁２６（吸気量調節手段）とが設けられている。この吸気絞り弁２６は、図示しないが、弁軸がステッピングモータにより回動されて、全閉から全開までの任意の状態に位置づけられるようになっており、また、全閉状態でも空気が流入するように切り欠きが設けられている。
【００２３】
一方、エンジン１の反対側（図の下側）には、各気筒２の燃焼室４からそれぞれ燃焼ガス（排気）を排出する排気マニホルド２７が接続され、この排気マニホルド２７の下流端集合部に排気通路２８が接続されている。この排気通路２８には上流側から下流側に向かって順に、排気流により回転されるタービン２９と、排気中の有害成分（未燃ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、スモーク等）を除去するための触媒コンバータ３０とが配設されている。前記タービン２９と吸気通路２０のブロワ２４とからなるターボ過給機３１は、詳細は図示しないが、可動式のフラップによりタービン２９への排気流路の断面積（ノズル断面積）を変化させるようにしたＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）であり、前記フラップは、バキュームポンプ１９からの負圧を利用する負圧駆動式のアクチュエータ３５によって回動されるようになっている。
【００２４】
また、前記触媒コンバータ３０は、詳細は図示しないが、排気の流れる方向に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔を有するハニカム構造のコージェライト製担体を有するものであり、その担体の各貫通孔壁面にいわゆるリーンＮＯｘ触媒の触媒層が形成されている。このリーンＮＯｘ触媒は、排気中の酸素濃度が高いとき、即ち燃焼室４の平均的な空気過剰率λが１よりも大きなリーン状態であっても、排気中のＮＯｘを還元浄化できるとともに、理論空燃比付近では三元触媒としても働くものである。
【００２５】
詳しくは、前記リーンＮＯｘ触媒は、例えば、ゼオライトに白金Ｐｔを乾固担持させてなる触媒粉をバインダにより前記担体に担持させることによって触媒層を形成したものが用いられており、このリーンＮＯｘ触媒による排気中のＮＯｘ浄化性能は、図３に一例を示すような温度依存性を示す。すなわち、この触媒による排気中のＮＯｘ浄化率は約２５０〜４００°Ｃの温度範囲（所定温度域）で極めて高くなるものの、それよりも温度状態の低いときには（未活性状態）、温度が低いほどＮＯｘ浄化率も急速に低下する。また、反対に触媒の温度状態が４００°Ｃ以上になると、ＮＯｘ浄化率は温度上昇とともに低下する。
【００２６】
さらに、前記排気通路２８は、タービン２９よりも排気上流側の部位で、排気の一部を吸気側に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）３３の上流端に分岐接続されており、このＥＧＲ通路３３の下流端が吸気絞り弁２６及びサージタンク２１の中間の吸気通路２０に接続されていて、排気通路２８から取り出した排気の一部を吸気通路２０に還流させるようになっている。また、該ＥＧＲ通路３３の途中の下流端寄りには、開度調節可能な排気還流量調節弁（以下ＥＧＲ弁という）３４が配置され、このＥＧＲ弁３４が前記ターボ過給機３１のフラップと同様に負圧駆動式アクチュエータ３５により開閉作動されることで、ＥＧＲ通路３３の通路断面積がリニアに変化されて、吸気通路２０に還流される排気の流量が調節されるようになっている。
【００２７】
前記各インジェクタ５、燃料供給ポンプ８、吸気絞り弁２６、ターボ過給機３１、ＥＧＲ弁３４等は、いずれもコントロールユニット（Electronic Contorol Unit：以下ＥＣＵという）４０からの制御信号によって作動する。一方、このＥＣＵ４０には、前記燃料圧力センサ６ｂからの出力信号と、クランク角センサ１６及びカム角センサ１７からの出力信号と、エンジン水温センサ１８からの出力信号と、エアフローセンサ２３からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３６からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００２８】
そして、前記ＥＣＵ４０による基本的な制御としては、主にアクセル開度に基づいて目標燃料噴射量を決定し、インジェクタ５の作動制御によって燃料噴射量及び噴射時期をエンジン１の運転状態に応じて制御するとともに、高圧供給ポンプ８の作動によりコモンレール圧、即ち燃量噴射圧力を制御する。また、吸気絞り弁２６及びＥＧＲ弁３４の作動制御によって吸入空気量を調節することで、燃焼室４の平均的な空気過剰率を制御する。さらに、フラップの作動制御（ＶＧＴ制御）によってターボ過給機３１の過給効率を高めるようにしている。
【００２９】
具体的に、例えば燃料噴射制御については、予め、エンジン１の目標トルク及び回転数の変化に応じて実験的に決定した基本的な燃料噴射量のマップをＥＣＵ４０のメモリに電子的に格納しておいて、アクセル開度センサ３６からの出力信号に基づいて求めた目標トルクとクランク角センサ１６からの出力信号に基づいて求めたエンジン回転数とに基づいて、エンジン１の要求出力に対応する基本的な燃料噴射量を前記燃料噴射量マップから読み込み、その基本的な燃料噴射量のをエンジン水温や過給圧等に応じて補正する。また、同様のマップから噴射時期の制御データを読み込む。
【００３０】
前記噴射時期マップによれば、例えば図４(a)に模式的に示すように、エンジン１が高負荷域にあるときにはインジェクタ５により燃料を気筒２の圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍で一括して主噴射させる一方、エンジン１が低負荷ないし中負荷域にあるときには、同図(b)に示すように、前記主噴射に先立ってインジェクタ５により所定量（例えば主噴射量の１０〜４０％）の燃料を気筒２の圧縮行程でパイロット噴射させるようにしている。また、エンジン高負荷側ほど、燃料噴射量の増量に対応するように主噴射の開始時期を進角させるようにしている。
【００３１】
また、前記ＥＧＲ弁３４の作動制御（ＥＧＲ制御）としては、例えば、全気筒２に共通の目標空気過剰率をエンジン１の運転状態に応じて定めるとともに、エアフローセンサ出力に基づいて各気筒２の燃焼室４への実際の吸入空気量を検出し、この検出値と各気筒２毎の燃料噴射量とに基づいて、前記目標空気過剰率になるように排気還流量を制御するようにしている。つまり、気筒２毎の排気還流量を調節することにより、燃焼室４への新気（外気）の吸入量を変化させて、各気筒２内燃焼室４の空気過剰率を目標空気過剰率になるように制御するものである。また、吸気絞り弁２６の作動制御としては、前記のようなＥＧＲ制御により所要量の排気を還流させるために、主としてエンジン１のアイドル運転時に吸気絞り弁２６を全閉状態として、吸気通路２０に負圧を発生させる一方、それ以外の運転状態では吸気絞り弁２６は概ね全開状態とするようにしている。
【００３２】
尚、一般的に、直噴式ディーゼルエンジンにおいては、排気の還流量を増やして初期燃焼の立ち上がりを穏やかにさせることで、ＮＯｘの生成を抑制できるが、排気還流量が増えればその分、新気の吸入空気量が減少して、燃焼室の平均的な空気過剰率λが小さくなり、図５に一例を示すようにスモークの生成量が増加する傾向がある。そこで、この実施形態におけるＥＧＲ弁３４の制御では、前記空気過剰率λの目標値をスモークのあまり増加しない範囲においてできるだけ小さな値に設定している。
【００３３】
（エンジン始動後の制御）
この実施形態では、本発明の特徴部分として、前記エンジン１の冷間始動後に触媒コンバータ３０の早期昇温を促進できるよう、インジェクタ５による燃料噴射時期や吸気絞り弁２６の開度を制御するようにした。以下、冷間始動後のエンジン制御の手順を図６に示すフローチャート図に基づいて具体的に説明する。
【００３４】
まず、スタート後のステップＳ１では、クランク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル開度、過給圧、エンジン水温等のデータを入力する。続くステップＳ２では、クランク角信号から求めたエンジン回転数、アクセル開度、イグニッションのオンオフ信号等に基づいて、エンジン１が始動後に実質的に継続してアイドル運転状態になっているかどうか判定する。すなわち、まずイグニッションスイッチがオン状態とされ、エンジン１が吹け上がって完爆状態になった後、エンジン回転数が所定の変動時を除いてアイドル判定回転数以下に保たれるとともに、アクセル開度が極く短時間を除いて零、即ちアクセルペダルの全閉状態に保持されているとき、エンジン１が実質的に継続してアイドル運転状態になっているＹＥＳと判定して、ステップＳ３に進む。一方、それ以外の状態であれば、ＮＯと判定して、図外の通常制御ルーチンへ進む。
【００３５】
そして、ステップＳ３では、エンジン水温に基づいて、エンジン１が未暖機状態であるか否か判定する。すなわち、エンジン水温が判定温度（例えば８０°Ｃ）以上であれば、エンジン１は暖機状態になっているＮＯと判定して、図外の通常制御ルーチンへ進む一方、エンジン水温が判定温度よりも低ければ、エンジン１は未暖機状態にあるＹＥＳと判定してステップＳ４に進む。このステップＳ４では、前記エンジン１の始動からの経過時間を計測するＥＣＵ４０のタイマ値に基づいて、設定期間（例えばエンジン始動から１０秒間）が経過したかどうか判定し、この判定がＹＥＳで設定期間が経過したのであればステップＳ９に進む一方、判定がＮＯで設定期間の経過前であれば、ステップＳ５に進む。
【００３６】
尚、前記設定期間は、常温環境でのエンジン１の冷間始動時に触媒コンバータ３０の温度状態がリーンＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率の高い所定温度域に達するまでの時間に対応するように設定しているが、寒冷地での使用を考慮して、もう少し長い時間に設定してもよい。或いは、触媒コンバータ３０付近の排気通路２８に温度センサを配設し、前記ステップＳ４において、該温度センサからの出力に基づいて設定期間の経過を判定するようにしてもよい。
【００３７】
そして、ステップＳ５では、ＥＧＲ弁２４が全閉状態になるように、ＥＧＲ制御の出力を補正し、続くステップＳ６では、吸気絞り弁２６が全開状態になるように該吸気絞り弁２６への制御出力を補正する。これにより、各気筒２の燃焼室４への吸入空気量が最大限に確保される。続いて、ステップＳ７においてインジェクタ５により燃料のパイロット噴射を行う設定とし、続くステップＳ８において、燃料噴射量制御における目標燃料噴射量を増量補正するとともに、図４(c)に模式的に示すように、パイロット噴射及び主噴射の開始時期をいずれも遅角側に補正して（噴射時期リタード）、しかる後にリターンする。
【００３８】
つまり、エンジン１の冷間始動からまず設定期間が経過するまでは、吸入空気量を最大限に確保しながら、燃料噴射量も増量補正するとともに、パイロット噴射によって着火安定性を向上させ、その分、燃料噴射時期を大きく遅角させることで、排気温度を大幅に高めて、触媒コンバータ３０の早期昇温を促進するようにしている。
【００３９】
一方、前記ステップＳ４においてエンジン１の始動から設定期間が経過したＹＥＳと判定して進んだステップＳ９では、前記ステップＳ５と同様にＥＧＲ制御の出力を補正し、続くステップＳ１０では、前記ステップＳ６とは反対に吸気絞り弁２６が全閉状態になるように、該吸気絞り弁２６への制御出力を補正する。そして、ステップＳ１１において、エアフローセンサ出力に基づいて、各気筒２の燃焼室４への吸入空気量が所定量以下に減少したかどうか判定し、この判定がＮＯならば前記ステップＳ７に進む一方、判定がＹＥＳで吸入空気量が所定量以下に減少すれば、ステップＳ１２に進む。
【００４０】
このステップＳ１２では、前記ステップＳ７と同様にインジェクタ５による燃料のパイロット噴射を行う設定にするとともに、続くステップＳ１３において、図４(d)に模式的に示すように、パイロット噴射及び主噴射の開始時期を進角側に補正して、しかる後にリターンする。
【００４１】
つまり、前記設定期間の経過後は、上述の如き燃料噴射時期の遅角設定によって触媒コンバータ３０の温度状態が十分に高くなったと考えられるので、今度は燃料噴射時期を相対的に進角させて着火安定性及び燃焼性をさらに高める一方で、吸気絞り弁２６により吸入空気量を減少させて、燃焼室４を燃料の過剰な状態とすることで、排気中の未燃燃料を大幅に増やし、その反応熱によって触媒コンバータ３０を暖めるようにしている。
【００４２】
前記図６に示すフローのステップＳ７，Ｓ１２により、エンジン１が始動後にアイドル運転状態（所定の低回転低負荷運転状態）になっているときに、インジェクタ５により燃料の主噴射とこれに先立つパイロット噴射とを行わせる燃料噴射制御手段４０ａが構成されている。また、ステップＳ２，Ｓ４により、エンジン始動後の設定期間であることを判定する判定手段４０ｂが構成されており、この判定手段４０ｂは、エンジン１の始動から所定時間が経過して、触媒コンバータ３０の温度状態が約２５０°Ｃ以上になるまで、設定期間であると判定するものである。
【００４３】
また、前記フローのステップＳ８，Ｓ１３により、エンジン１始動後の設定期間は、インジェクタ５によるパイロット噴射及び主噴射の時期を、該主噴射がＴＤＣ後に開始されるよう遅角側に設定する一方、設定期間の経過後は該両噴射時期を相対的に進角側に変更設定する噴射時期設定手段４０ｃが構成されている。特に、前記ステップＳ８は、前記射時期設定手段４０ｃにより燃料噴射時期が遅角側に設定されている間、インジェクタ５による燃料噴射量を増量補正する噴射量補正手段４０ｅにも対応している。
【００４４】
さらに、前記フローのステップＳ１０により、エンジン１の始動後に設定期間が経過した後で、その経過前に比べて燃焼室４への吸入空気量が減少するように、吸気絞り弁２６を作動制御する吸気量制御手段４０ｄが構成されている。
【００４５】
（実施形態の作用効果）
次に、上述の如き制御装置Ａによる作用効果を図７に基づいて説明すると、エンジン１の始動後に（ｔ＝ｔ0〜）該エンジン１が実質的に継続してアイドル運転状態になっているときに、始動から設定期間が経過するまでは（ｔ0〜ｔ1）、ＥＧＲ弁２４が全閉状態にされるとともに、図７(a)に示すように、吸気絞り弁２６が全開状態にされ、各気筒２の燃焼室４への吸入空気量が確保される。また、インジェクタ５による燃料の主噴射量が増量補正されるとともに、該主噴射に先立ってパイロット噴射が行われ、さらに、それらの噴射開始時期が、同図(c)に示すように通常よりも大幅に遅角側に設定される。
【００４６】
ここで、前記インジェクタ５によりパイロット噴射された燃料は、周囲の空気と混合されて予混合燃焼し、その燃焼によって燃焼室４の温度及び圧力状態を高めかつ火種を形成する。このため、続いて主噴射された燃料は、コモンレール式の高圧噴射によって最適に微粒化されていることとも相俟って、着火遅れ時間が極めて短くなり、その噴射燃料の殆どが極めて良好に拡散燃焼されることになる。つまり、噴射圧力の高圧化とパイロット噴射とによって、着火安定性及び燃焼性が大幅に向上し、このことによって、前記のように燃料噴射時期を大幅に遅角させることが可能になるのである。
【００４７】
そして、そのように燃料噴射時期を遅角側へ設定するとともに、燃料噴射量を増量補正することで、相対的に多い燃料が相対的に遅角側で燃焼し、同図(d)に示すように、エンジン１の排気温度は約３００°Ｃと極めて高い状態になる。しかも、このときには吸気絞り弁２６が全開状態になっていて、排気流量も十分に多いので、触媒コンバータ３０の温度状態は同図(e)に示すように急速に上昇する。尚、燃焼期間が相対的に遅角側にずれていても、パイロット噴射によって燃焼性が高められているので、スモークの増大を招くことはない。また、パイロット噴射と噴射時期の遅角とによって燃焼初期の圧力上昇が緩和されているので、同図(f)に示すように、エンジン１の騒音レベルは従来までの約半分程度に低減される。
【００４８】
このようにして、エンジン１の始動から設定期間が経過すると（ｔ＝ｔ1）、前記のように急速に上昇した触媒コンバータ３０の温度状態は約２５０°Ｃに達し、このとき、吸気量制御手段４０ｄによって吸気絞り弁２６が閉じ側に作動される。そして、吸気絞り弁２６が実際に回動されて全閉状態になり、同図(b)に示すように各気筒２の燃焼室４への実際の吸入空気量が全開時の半分以下（所定量以下）に減少したとき、即ち該燃焼室４の平均的な空気過剰率λがλ＜１になったとき（ｔ＝ｔ2）、今度は同図(c)に示すように、噴射時期設定手段４０ｃによってインジェクタ５による燃料噴射時期が相対的に進角側に変更設定される。
【００４９】
すなわち、エンジン１の冷間始動後に触媒コンバータ３０の温度状態が所定以上に高くなったとき、今度は吸気絞り弁２６を閉じて各気筒２の燃焼室４への吸入空気量を減少させることにより、気筒２の圧縮比を実質的に小さくし、図(f)に示すように、エンジン１の騒音レベルを従来までの１/４くらいに低減させることができる。しかも、吸気絞りによって吸気損失は増えるものの、圧縮損失が減ることで、燃費の改善が図られる。
【００５０】
また、燃料噴射時期の進角により熱効率が高めらることで、排気温度は約２００°Ｃくらいまで低下するものの、前記の吸入空気量の減少によって各気筒２の燃焼室４を平均的に燃料の過剰な状態にすることで、排気中の未燃燃料を急増させ、触媒コンバータ３０における未燃燃料の反応熱を増大させて、触媒の温度状態を約２５０°Ｃ以上に維持することができる。しかも、主噴射の時期を進角させていても、これに先立つパイロット噴射によって主噴射の初期燃焼を緩和することができるので、ＮＯｘの増大を招くこともない。
【００５１】
さらに、上述の如き噴射圧力の高圧化とパイロット噴射とに加えて、燃料噴射時期の進角により燃料の着火安定性や燃焼性が極めて高くなっているので、吸気絞り弁２６を全閉状態にして吸入空気量を大幅に減少させても、燃焼状態が悪化したり、失火を招くことはない。
【００５２】
（他の実施形態）
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その他の種々の実施形態を包含するものである。すなわち、前記実施形態ではエンジン１の冷間始動時にのみ、触媒コンバータ３０の早期昇温を促進するようにしているが、これに限るものではない。また、前記実施形態では、エンジンが始動後に実質的にアイドル運転状態になっているときにのみ、触媒コンバータ３０の早期昇温を促進するようにしているが、アイドル運転状態に限らず、所定の低回転低負荷運転状態になっているときに触媒コンバータ３０の早期昇温を促進するようにしてもよい。
【００５３】
また、前記実施形態では、触媒コンバータ３０の早期昇温を促進するとき、ＥＧＲ弁２４を強制的に全閉状態にするようにしているが、この制御は必ずしも行う必要はない。すなわち、前記実施形態では各気筒２の燃焼室４の平均的空気過剰率を目標値として、エアフローセンサ出力に基づいてＥＧＲ弁２４の開度を制御するようにしているので、エンジン１の始動後に設定期間が経過して吸気絞り弁２６を閉じれば、これによる吸入空気量の減少に対応してＥＧＲ弁２４が閉じられるからである。
【００５４】
さらに、前記実施形態では、本発明をエンジン１が低負荷ないし中負荷域にあるときに、パイロット噴射を行うようにしたエンジンの制御装置Ａに適用しているが、これに限るものではなく、エンジン１がアイドル運転状態のときにのみパイロット噴射を行うようにしたものや、反対にエンジン１の高負荷域でもパイロット噴射を行うようにしたものにも本発明を適用することができる。
【００５５】
また、触媒コンバータ３０の構成が前記実施形態のものに限られないことはもちろんであり、本発明は、所定の温度域よりも低い温度状態で未活性になって、排気浄化性能の低下するような種々の触媒に対して適用可能である。
【００５６】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１記載の発明におけるディーゼルエンジンの制御装置によると、エンジンが始動後に所定の低回転低負荷運転状態になっているときに、設定期間はパイロット噴射によって燃料の着火安定性及び燃焼性を向上させるとともに、燃料噴射時期を大きく遅角させて、排気温度を大幅に高めることで、燃費の著しい悪化を招くことなく、触媒の早期昇温を十分に促進できる。そして、前記設定期間の経過後は、燃料噴射時期を相対的に進角側に変更して、燃料の着火安定性及び燃焼性をさらに高めるとともに、吸気量調節手段により燃焼室への吸入空気量を減少させて、排気中の未燃燃料を増加させ、この未燃燃料の反応熱によって触媒の昇温を図ることができる。しかも、吸入空気量の減少によってエンジンの振動騒音を低減させ、かつ燃費を改善することができる。
【００５７】
請求項２の発明によると、エンジンの始動から設定期間が経過した後に、燃焼室の平均的な空気過剰率λがλ＜１となるように、吸気量調節手段により燃焼室への吸入空気量を減少させることで、排気中の未燃燃料が極めて多い状態にして、触媒の温度状態を十分に高めることができる。
【００５８】
請求項３の発明によると、エンジンの始動から触媒の温度状態が所定温度域に達するまで、燃料噴射時期の遅角によって排気温度を高めることで、触媒の早期昇温を適切に促進して、排気有害成分の排出量を低減できる。
【００５９】
請求項４の発明によると、吸気量調節手段によって燃焼室への吸入空気量が実際に減少した後に、燃料噴射時期を変更することで、吸気量調節手段による吸入空気量の調節の時間遅れが大きくても、そのことによるショックや騒音の弊害を防止できる。
【００６０】
請求項５の発明によると、設定期間の経過前は燃料噴射時期の遅角に加えて、燃料噴射量の増量補正によって排気温度をさらに高め、触媒の早期昇温を可及的に促進できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概略構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る制御装置の全体構成図である。
【図３】触媒によるＮＯｘ浄化率の温度依存特性の一例を示すグラフ図である。
【図４】インジェクタの燃料噴射作動を示す説明図である。
【図５】直噴式ディーゼルエンジンの排気中のスモーク濃度と燃焼室の平均的な空気過剰率との対応関係を示すグラフ図である。
【図６】エンジン始動後の制御手順を示すフローチャート図である。
【図７】エンジンの冷間始動後における吸気絞り弁及び燃料噴射時期の制御状態と、これに伴う吸入空気量、排気温度、触媒温度及び騒音レベルの変化状態を示したタイムチャート図である。
【符号の説明】
Ａエンジンの制御装置
１ディーゼルエンジン
２気筒
４燃焼室
５インジェクタ（燃料噴射弁）
２６吸気絞り弁（吸気量調節手段）
３０触媒コンバータ
４０コントロールユニット（ＥＣＵ）
４０ａ燃料噴射制御手段
４０ｂ判定手段
４０ｃ噴射時期設定手段
４０ｄ吸気量制御手段
４０ｅ噴射量補正手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a direct-injection diesel engine having a catalyst for purifying exhaust gas and performing pilot injection prior to main injection of fuel, and in particular, reducing exhaust harmful components and suppressing noise after starting the engine. Related to measures.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a control device for this type of diesel engine, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-93735, in a direct injection type diesel engine, pilot injection is performed in an unwarmed state of the engine. It is known that a fire type is formed before the ignition to improve ignition stability, thereby preventing misfire and reducing combustion noise. In this case, by increasing the pilot injection amount as the engine water temperature is lower, the temperature state of the combustion chamber when the main injected fuel is ignited is kept substantially the same as after the warm-up even in the unwarmed state of the engine, The above-described misfire and noise reduction and NOx generation suppression are both achieved.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, from the viewpoint of environmental protection, it has been required to significantly reduce the harmful components of the exhaust of the engine as compared with the conventional one. In response to this, a catalyst for removing, for example, NOx in the exhaust of a diesel engine is also required. It has been proposed to equip.
[0004]
However, in general, the exhaust gas purification performance of a catalyst greatly depends on its temperature state. For example, in the case of an automobile gasoline engine, most of exhaust harmful components are in the atmosphere immediately after a cold start of an engine in which the catalyst is not activated. Is actually being discharged. In this regard, since the exhaust temperature of a diesel engine with excellent thermal efficiency is lower than that of a gasoline engine, the temperature state of the catalyst cannot be effectively increased by exhaust in a low rotation and low load operation state such as an idle operation state. The above problems are considered to be extremely large.
[0005]
On the other hand, the exhaust temperature is intentionally increased by significantly increasing the fuel injection amount even during idling after the engine is cold started, or by performing additional fuel injection during the expansion or exhaust stroke of the cylinder. However, in this case, it is inevitable that the fuel consumption is significantly deteriorated. In general, when the engine is not warmed up, the fuel injection timing is often advanced in order to improve the ignition stability of the fuel. Therefore, if the fuel injection amount is greatly increased as described above, the vibration noise of the engine is reduced. It becomes excessive.
[0006]
The present invention has been made in view of these points, and the object of the present invention is to mainly devise a control procedure for fuel injection timing and intake air amount after starting a diesel engine equipped with an exhaust purification catalyst. Thus, it is intended to promote early temperature rise of the catalyst while minimizing deterioration of fuel consumption and to reduce engine vibration noise.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the solution of the present invention uses the improvement in ignition stability by pilot injection to first retard the fuel injection timing after the engine is started and raise the exhaust temperature to increase the catalyst early. The exhaust gas supplied to the catalyst is promoted by promoting the temperature, and then, after the set period, the fuel injection timing is advanced to further improve the ignition stability and forcibly reduce the intake air amount of the engine. The unburned fuel inside was increased, and the temperature of the catalyst was raised by the reaction heat of the unburned fuel.
[0008]
Specifically, as shown in FIG. 1, the invention of claim 1 includes a fuel injection valve 5 that directly injects fuel into the in-cylinder combustion chamber 4 of the engine 1, and a catalyst 30 that purifies exhaust from the engine 1. And a fuel injection control means 40a for causing the fuel injection valve 5 to perform main fuel injection and pilot injection prior to the fuel injection valve 5 when the engine 1 is in a predetermined low-rotation low-load operation state after starting. A control device A for a diesel engine is assumed. Then, the intake air amount adjusting means 100 for adjusting the intake air amount into the combustion chamber 4, the determining means 40b for determining the set period after the engine start, and the determining means 40b determine that the set period is reached. In this case, the timing of pilot injection and main injection by the fuel injection valve 5 is set to the retard side so that the main injection is started after the compression top dead center of the cylinder. An injection timing setting means 40c for changing and setting the timing relatively to the advance side, and the intake air amount adjustment so that the amount of intake air into the combustion chamber 4 is reduced after the set period has elapsed, compared to before that time. An intake air amount control means 40d for controlling the operation of the means 100 is provided.
[0009]
With the above-described configuration, when the engine 1 is in a predetermined low-rotation low-load operation state after starting, the timing of pilot injection and main injection by the fuel injection valve 5 is the injection timing setting means 40c until the set period elapses. Is set to the retard side. That is, by utilizing the fact that the temperature and pressure state of the combustion chamber 4 is increased by the pilot injection and the ignition type is formed, and the ignition stability and combustibility of the main injected fuel are improved, the main injection The timing is set to be significantly retarded as compared with the normal operating state, whereby the exhaust temperature can be sufficiently increased to promote early catalyst temperature rise. In addition, since the combustibility is improved as described above, the fuel consumption is not significantly deteriorated by the retard of the injection timing.
[0010]
In addition, after the set period has elapsed, the timing of the pilot injection and the main injection is set to be relatively advanced, and the operation control of the intake air amount adjusting means 100 by the intake air amount control means 40d is performed. The amount of intake air into the combustion chamber 4 is reduced compared to before the set period has elapsed. The unburned fuel in the exhaust gas increases due to the reduction in the intake air amount, and the reaction heat of the unburned fuel in the catalyst 30 increases, whereby the temperature of the catalyst 30 is increased. At this time, since the compression ratio of the cylinder is substantially reduced by the reduction of the intake air amount, the vibration noise of the engine 1 is reduced, and the fuel consumption is improved by reducing the compression loss. Further, since the ignition stability of the fuel is ensured by the pilot injection and the injection timing advance angle, there is no possibility of misfire even if the intake air amount is reduced.
[0011]
Therefore, according to the present invention, early temperature rise of the catalyst 30 can be promoted while avoiding deterioration of fuel consumption after the engine is started, and vibration noise of the engine 1 can be reduced.
[0012]
In the invention of claim 2, the intake air amount control means is configured to reduce the intake air amount into the combustion chamber by the intake air amount adjusting means so that the average excess air ratio λ of the combustion chamber becomes λ <1. . By doing so, the combustion chamber is in an excessive fuel state on average, so the amount of unburned fuel in the exhaust gas becomes extremely large and the reaction heat becomes sufficiently large.
[0013]
In the invention of claim 3, the set period is a period from when the engine is started until the temperature state of the catalyst reaches a predetermined temperature range where the purification performance is high. By doing so, the exhaust gas temperature can be increased by delaying the fuel injection timing until the temperature state of the catalyst reaches a predetermined temperature range, and the early temperature increase of the catalyst can be promoted. The predetermined temperature range may be a temperature range where the purification rate of exhaust harmful components by the catalyst is about 80% or more of the maximum value.
[0014]
In the invention of claim 4, the injection timing setting means is configured to change and set the fuel injection timing after the intake air amount to the combustion chamber is reduced by the control of the intake air amount adjusting means by the intake air amount control means.
[0015]
That is, in general, the control of the intake air amount of the engine has a larger time delay than the control of the fuel injection timing. Therefore, if both of these controls are performed at the same time, before the intake air amount to the combustion chamber decreases, the fuel The injection timing is advanced, and there is a possibility that an adverse effect that excessive shock and noise occur at this time. Therefore, in the present invention, the fuel injection timing is changed and set after the intake air amount to the combustion chamber has actually decreased, so that even if the time delay of the intake air amount adjustment by the intake air amount adjusting means is large, the above described Such evils can be prevented.
[0016]
According to the fifth aspect of the present invention, there is provided an injection amount correcting means for increasing the amount of fuel injected by the fuel injection valve when the determining means determines that the set period is reached. By doing so, the ignition stability can be improved by correcting the increase in the fuel injection amount, and the exhaust gas temperature can be further increased to promote the early temperature rise of the catalyst as much as possible.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
(overall structure)
FIG. 2 shows an overall configuration of a control device A for a diesel engine according to Embodiment 1 of the present invention, where 1 is an in-line four-cylinder diesel engine mounted on a vehicle. The engine 1 has four cylinders 2, 2, 2, and 2. A piston (not shown) is fitted in each cylinder 2 so as to be able to reciprocate. The combustion chamber 4 is partitioned. In addition, although shown in an exaggerated manner in the drawing, an injector (fuel injection valve) 5 is disposed at the substantially upper central portion of each combustion chamber 4 so as to extend along the center line of the cylinder 2. An injection nozzle is integrally provided at the tip of 5. Each of these injectors 5, 5,... Is connected to a common common rail 6 that stores fuel in a high pressure state higher than its injection pressure by branch pipes 6a, 6a,. By opening and closing, the high-pressure fuel supplied from the common rail 6 is directly supplied to the combustion chamber 4 from a plurality of injection holes at the tip of the injection nozzle. The common rail 6 is provided with a fuel pressure sensor 6b for detecting an internal fuel pressure (common rail pressure).
[0019]
The common rail 6 is connected to a fuel supply pump 8 via a high-pressure fuel supply pipe 7, and the fuel supply pump 8 is connected to a fuel tank 10 via a fuel supply pipe 9. The fuel supply pump 8 is driven by receiving the rotational input from the crankshaft of the engine 1 on the input shaft 8a, and sucks up the fuel in the fuel tank 10 through the fuel supply pipe 9 while being filtered by the fuel filter 11. Fuel is pumped to the common rail 6 by a jerk type pumping system. Further, the fuel supply pump 8 is provided with an electromagnetic valve for allowing a part of the fuel delivered by the pressure feeding system to escape to the fuel return pipe 12 and adjusting the pump discharge amount. By controlling according to the detection value by the fuel pressure sensor 6b, the pressure state of the fuel in the common rail 6 is maintained in a predetermined state corresponding to the operating state of the engine 1.
[0020]
Reference numeral 13 in the figure denotes a pressure limiter that discharges fuel from the common rail 6 when the common rail pressure exceeds a predetermined value. The fuel discharged from the pressure limiter flows through the fuel return pipe 14. , Returned to the fuel tank 10. Reference numeral 15 denotes a fuel return pipe for returning part of the fuel from the injector 5 to the fuel tank 10.
[0021]
Although not shown in detail in the engine 1, a crank angle sensor 16 for detecting the rotation angle of the crankshaft, a cam angle sensor 17 for detecting the rotation angle of the valve operating camshaft, and a cooling water temperature (engine water temperature). And an engine water temperature sensor 18 for detecting. Although not shown in detail, the crank angle sensor 16 includes a plate to be detected provided at the end of the crankshaft and an electromagnetic pickup disposed so as to face the outer periphery of the plate. A pulse signal is output corresponding to the passage of protrusions formed at equal intervals over the circumference. Similarly, the cam angle sensor 17 includes a plurality of protrusions provided at predetermined locations on the cam shaft peripheral surface, and an electromagnetic pickup that outputs a pulse signal when each of the protrusions passes. Reference numeral 19 denotes a vacuum pump driven by the cam shaft.
[0022]
An intake passage 20 that supplies air filtered by an air cleaner (not shown) to the combustion chamber 4 is connected to one side of the engine 1 (upper side in the figure). A surge tank 21 is provided at the downstream end of the intake passage 20, and each passage branched from the surge tank 21 communicates with the combustion chamber 4 of each cylinder 2 through an intake port (not shown). The surge tank 21 is provided with a supercharging pressure sensor 22 that detects the pressure state of the intake air pumped by a turbocharger 31 described later. Further, in the intake passage 20, in order from the upstream side to the downstream side, a hot film type air flow sensor 23 that detects an intake air flow rate sucked into the engine 1 and a turbine 29 described later are used to compress the intake air. A blower 24, an intercooler 25 that cools the intake air compressed by the blower 24, and an intake throttle valve 26 (intake amount adjusting means) including a butterfly valve are provided. Although not shown, the intake throttle valve 26 is positioned in an arbitrary state from the fully closed state to the fully open state by rotating the valve shaft by a stepping motor, and air flows even in the fully closed state. A notch is provided.
[0023]
On the other hand, an exhaust manifold 27 that discharges combustion gas (exhaust gas) from the combustion chamber 4 of each cylinder 2 is connected to the opposite side of the engine 1 (the lower side in the figure). An exhaust passage 28 is connected. In the exhaust passage 28, a turbine 29 rotated by an exhaust flow in order from the upstream side to the downstream side, and a catalytic converter for removing harmful components (unburned HC, CO, NOx, smoke, etc.) in the exhaust gas. 30. Although not shown in detail, the turbocharger 31 comprising the turbine 29 and the blower 24 of the intake passage 20 changes the sectional area (nozzle sectional area) of the exhaust passage to the turbine 29 by a movable flap. The flap is rotated by a negative pressure drive type actuator 35 using a negative pressure from the vacuum pump 19.
[0024]
Further, although not shown in detail, the catalytic converter 30 has a honeycomb cordierite carrier having a large number of through holes extending in parallel with each other along the exhaust flow direction, and each through hole of the carrier. A so-called lean NOx catalyst layer is formed on the wall surface. The lean NOx catalyst can reduce and purify NOx in the exhaust gas even when the oxygen concentration in the exhaust gas is high, that is, even when the average excess air ratio λ of the combustion chamber 4 is larger than 1. In the vicinity of the air-fuel ratio, it also functions as a three-way catalyst.
[0025]
Specifically, the lean NOx catalyst is, for example, one in which a catalyst layer is formed by supporting a catalyst powder obtained by drying and solid-supporting platinum Pt on zeolite on the carrier with a binder, and this lean NOx catalyst is used. The NOx purification performance in the exhaust gas according to the above shows temperature dependence as shown in FIG. That is, the NOx purification rate in the exhaust gas by this catalyst becomes extremely high in a temperature range (predetermined temperature range) of about 250 to 400 ° C., but when the temperature is lower (inactive state), the lower the temperature, the lower the temperature. The NOx purification rate also decreases rapidly. On the contrary, when the temperature state of the catalyst becomes 400 ° C. or higher, the NOx purification rate decreases as the temperature rises.
[0026]
Further, the exhaust passage 28 is branched and connected to an upstream end of an exhaust gas recirculation passage (hereinafter referred to as an EGR passage) 33 that recirculates a part of the exhaust gas to the intake side at a portion upstream of the turbine 29. A downstream end of the EGR passage 33 is connected to an intake passage 20 in the middle of the intake throttle valve 26 and the surge tank 21, and a part of the exhaust gas taken out from the exhaust passage 28 is returned to the intake passage 20. Further, an exhaust gas recirculation amount adjustment valve (hereinafter referred to as an EGR valve) 34 whose opening degree can be adjusted is disposed near the downstream end in the middle of the EGR passage 33, and the EGR valve 34 is connected to the flap of the turbocharger 31. Similarly, the opening / closing operation is performed by the negative pressure drive type actuator 35, whereby the passage cross-sectional area of the EGR passage 33 is linearly changed, and the flow rate of the exhaust gas recirculated to the intake passage 20 is adjusted.
[0027]
Each of the injectors 5, the fuel supply pump 8, the intake throttle valve 26, the turbocharger 31, the EGR valve 34 and the like are all operated by a control signal from a control unit (Electronic Control Unit: hereinafter referred to as ECU) 40. On the other hand, the ECU 40 has an output signal from the fuel pressure sensor 6b, an output signal from the crank angle sensor 16 and the cam angle sensor 17, an output signal from the engine water temperature sensor 18, and an output signal from the airflow sensor 23. And an output signal from an accelerator opening sensor 36 for detecting an operation amount (accelerator opening) of an accelerator pedal (not shown) by a driver of the vehicle.
[0028]
As basic control by the ECU 40, the target fuel injection amount is determined mainly based on the accelerator opening, and the fuel injection amount and the injection timing are controlled according to the operating state of the engine 1 by the operation control of the injector 5. At the same time, the common rail pressure, that is, the fuel injection pressure is controlled by the operation of the high-pressure supply pump 8. Further, the average air excess rate in the combustion chamber 4 is controlled by adjusting the intake air amount by controlling the operation of the intake throttle valve 26 and the EGR valve 34. Further, the supercharging efficiency of the turbocharger 31 is increased by flap operation control (VGT control).
[0029]
Specifically, for example, for fuel injection control, a map of basic fuel injection amounts experimentally determined in advance according to changes in the target torque and rotation speed of the engine 1 is electronically stored in the memory of the ECU 40. In this case, based on the target torque obtained based on the output signal from the accelerator opening sensor 36 and the engine speed obtained based on the output signal from the crank angle sensor 16, the basic corresponding to the required output of the engine 1 A basic fuel injection amount is read from the fuel injection amount map, and the basic fuel injection amount is corrected according to the engine water temperature, the supercharging pressure, and the like. Also, the control data of the injection timing is read from the same map.
[0030]
According to the injection timing map, as schematically shown in FIG. 4 (a), for example, when the engine 1 is in a high load region, the fuel is collected in the vicinity of the compression top dead center (TDC) of the cylinder 2 by the injector 5. On the other hand, when the engine 1 is in a low load or medium load range, as shown in FIG. 5B, a predetermined amount (for example, 10 to 40% of the main injection amount) is given by the injector 5 prior to the main injection. ) Is pilot-injected in the compression stroke of the cylinder 2. Further, the start timing of the main injection is advanced so as to correspond to the increase in the fuel injection amount as the engine load becomes higher.
[0031]
Further, as the operation control (EGR control) of the EGR valve 34, for example, a target excess air ratio common to all the cylinders 2 is determined according to the operating state of the engine 1, and each cylinder 2 is controlled based on the air flow sensor output. The actual intake air amount to the combustion chamber 4 is detected, and the exhaust gas recirculation amount is controlled based on the detected value and the fuel injection amount for each cylinder 2 so as to achieve the target excess air ratio. . That is, by adjusting the exhaust gas recirculation amount for each cylinder 2, the intake amount of fresh air (outside air) into the combustion chamber 4 is changed, and the excess air ratio of the combustion chamber 4 in each cylinder 2 is set to the target excess air ratio. It controls to become. Further, as the operation control of the intake throttle valve 26, in order to recirculate a required amount of exhaust gas by the EGR control as described above, the intake throttle valve 26 is mainly fully closed during the idling operation of the engine 1, and the intake passage 20 While the negative pressure is generated, the intake throttle valve 26 is substantially fully opened in other operating states.
[0032]
In general, in a direct-injection diesel engine, NOx generation can be suppressed by increasing the exhaust gas recirculation amount to moderate the rise of initial combustion. However, if the exhaust gas recirculation amount increases, the amount of fresh air increases. The intake air amount decreases, the average excess air ratio λ of the combustion chamber decreases, and the amount of smoke generated tends to increase as shown in FIG. Therefore, in the control of the EGR valve 34 in this embodiment, the target value of the excess air ratio λ is set as small as possible within a range where the smoke does not increase so much.
[0033]
(Control after engine start)
In this embodiment, as a characteristic part of the present invention, the fuel injection timing by the injector 5 and the opening degree of the intake throttle valve 26 are controlled so as to promote early temperature rise of the catalytic converter 30 after the engine 1 is cold started. I made it. Hereinafter, the engine control procedure after the cold start will be specifically described based on the flowchart shown in FIG.
[0034]
First, in step S1 after the start, data such as a crank angle signal, an airflow sensor output, an accelerator opening, a supercharging pressure, and an engine water temperature are input. In the subsequent step S2, it is determined whether or not the engine 1 has been in an idling state substantially continuously after starting based on the engine speed, the accelerator opening, the ignition on / off signal, and the like obtained from the crank angle signal. That is, first, after the ignition switch is turned on and the engine 1 is blown up and is in a complete explosion state, the engine speed is kept below the idle determination speed except for a predetermined fluctuation, and the accelerator opening Is zero except for a very short time, that is, when the accelerator pedal is fully closed, it is determined that the engine 1 is substantially continuously in the idle operation state, and the process proceeds to step S3. . On the other hand, if the state is other than that, it is determined as NO and the process proceeds to a normal control routine not shown.
[0035]
In step S3, it is determined whether the engine 1 is in an unwarmed state based on the engine water temperature. That is, if the engine water temperature is equal to or higher than the determination temperature (for example, 80 ° C.), the engine 1 is determined to be NO in the warm-up state, and the routine proceeds to a normal control routine (not shown). If it is lower, it is determined that the engine 1 is not warmed up, and the process proceeds to step S4. In this step S4, it is determined whether or not a set period (for example, 10 seconds from the engine start) has elapsed based on the timer value of the ECU 40 that measures the elapsed time from the start of the engine 1, and this determination is YES and the set period If NO, the process proceeds to step S9. If the determination is NO and before the set period has elapsed, the process proceeds to step S5.
[0036]
The set period is set so as to correspond to the time until the temperature state of the catalytic converter 30 reaches a predetermined temperature range where the NOx purification rate by the lean NOx catalyst is high when the engine 1 is cold-started in a normal temperature environment. However, it may be set to a slightly longer time in consideration of use in a cold region. Alternatively, a temperature sensor may be provided in the exhaust passage 28 near the catalytic converter 30, and in step S4, the elapse of the set period may be determined based on the output from the temperature sensor.
[0037]
In step S5, the output of the EGR control is corrected so that the EGR valve 24 is fully closed, and in the subsequent step S6, the control to the intake throttle valve 26 is performed so that the intake throttle valve 26 is fully opened. Correct the output. Thereby, the maximum amount of intake air into the combustion chamber 4 of each cylinder 2 is ensured. Subsequently, in step S7, the pilot fuel is set to be injected by the injector 5. In subsequent step S8, the target fuel injection amount in the fuel injection amount control is corrected to be increased, and as schematically shown in FIG. The pilot injection and main injection start timings are both corrected to the retarded angle (injection timing retard), and then the routine returns.
[0038]
In other words, from the cold start of the engine 1 until the set period first elapses, the fuel injection amount is corrected to be increased while securing the maximum intake air amount, and the ignition stability is improved by pilot injection. The exhaust gas temperature is greatly increased by greatly retarding the fuel injection timing, and the early temperature increase of the catalytic converter 30 is promoted.
[0039]
On the other hand, in step S9, which is determined as YES when the set period has elapsed from the start of the engine 1 in step S4, the output of the EGR control is corrected in the same manner as in step S5, and in the subsequent step S10, Conversely, the control output to the intake throttle valve 26 is corrected so that the intake throttle valve 26 is fully closed. In step S11, it is determined whether the intake air amount into the combustion chamber 4 of each cylinder 2 has decreased below a predetermined amount based on the output of the air flow sensor. If this determination is NO, the process proceeds to step S7. If the determination is YES and the intake air amount decreases below a predetermined amount, the process proceeds to step S12.
[0040]
In step S12, the setting is made to perform pilot injection of fuel by the injector 5 as in step S7, and in the subsequent step S13, as schematically shown in FIG. 4 (d), the start of pilot injection and main injection is started. Correct the time to the advance side, and then return.
[0041]
That is, after the set period has elapsed, it is considered that the temperature state of the catalytic converter 30 has become sufficiently high due to the delay angle setting of the fuel injection timing as described above, so this time the fuel injection timing is relatively advanced. While further improving the ignition stability and combustibility, by reducing the amount of intake air by the intake throttle valve 26 and making the combustion chamber 4 in an excessive fuel state, the unburned fuel in the exhaust gas is greatly increased, The catalytic converter 30 is warmed by the reaction heat.
[0042]
When the engine 1 is in the idling operation state (predetermined low-rotation low-load operation state) after the start by the steps S7 and S12 of the flow shown in FIG. 6, the fuel injection by the injector 5 and the pilot preceding this are performed. A fuel injection control means 40a for performing injection is configured. Further, the determination means 40b for determining that it is the set period after the engine start is configured by steps S2 and S4. This determination means 40b is configured so that a predetermined time elapses after the engine 1 is started, and the catalytic converter 30. It is determined that it is the set period until the temperature state becomes about 250 ° C. or higher.
[0043]
Further, according to steps S8 and S13 of the flow, during the setting period after the engine 1 is started, the timing of pilot injection and main injection by the injector 5 is set to the retard side so that the main injection is started after TDC, After the set period, an injection timing setting unit 40c is configured to change and set both the injection timings relatively to the advance side. In particular, the step S8 also corresponds to the injection amount correction means 40e for increasing the fuel injection amount by the injector 5 while the fuel injection timing is set to the retard side by the injection timing setting means 40c.
[0044]
Further, at step S10 of the flow, after the set period has elapsed after the engine 1 has been started, the intake throttle valve 26 is controlled so that the amount of intake air into the combustion chamber 4 is reduced as compared to before that time. An intake air amount control means 40d is configured.
[0045]
(Effect of embodiment)
Next, the operation and effect of the control device A as described above will be described with reference to FIG. 7. When the engine 1 is substantially continuously in an idle operation state after the engine 1 is started (from t = t0). Further, until the set period elapses from the start (t0 to t1), the EGR valve 24 is fully closed, and the intake throttle valve 26 is fully opened as shown in FIG. An intake air amount to the combustion chamber 4 of the cylinder 2 is ensured. Further, the main injection amount of fuel by the injector 5 is corrected to be increased, pilot injection is performed prior to the main injection, and the injection start timing is higher than usual as shown in FIG. It is greatly set to the retard side.
[0046]
Here, the fuel that has been pilot-injected by the injector 5 is mixed with ambient air and premixed and combusted, and the combustion raises the temperature and pressure state of the combustion chamber 4 and forms a fire type. For this reason, the fuel that has been subsequently injected is optimally atomized by the high pressure injection of the common rail type, so that the ignition delay time becomes extremely short and most of the injected fuel diffuses very well. Will be burned. That is, by increasing the injection pressure and pilot injection, ignition stability and combustibility are greatly improved, and as a result, the fuel injection timing can be greatly retarded as described above.
[0047]
Then, while setting the fuel injection timing to the retard side and correcting the increase in the fuel injection amount, a relatively large amount of fuel burns on the relatively retard side, as shown in FIG. Thus, the exhaust temperature of the engine 1 is extremely high at about 300 ° C. Moreover, at this time, the intake throttle valve 26 is fully opened and the exhaust gas flow rate is sufficiently large, so that the temperature state of the catalytic converter 30 rises rapidly as shown in FIG. Even if the combustion period is relatively shifted to the retard side, the combustibility is enhanced by the pilot injection, so that smoke does not increase. Further, since the pressure increase at the initial stage of combustion is mitigated by the pilot injection and the retard of the injection timing, the noise level of the engine 1 is reduced to about half that of the prior art as shown in FIG. .
[0048]
In this way, when the set period elapses from the start of the engine 1 (t = t1), the temperature state of the catalytic converter 30 rapidly rising as described above reaches about 250 ° C. At this time, the intake air amount control means The intake throttle valve 26 is actuated to the closing side by 40d. Then, the intake throttle valve 26 is actually rotated to be in a fully closed state, and the actual intake air amount into the combustion chamber 4 of each cylinder 2 is less than half that when fully opened (as shown in FIG. When the average excess air ratio λ of the combustion chamber 4 becomes λ <1 (t = t2), the injection timing is set as shown in FIG. The fuel injection timing by the injector 5 is relatively changed and set to the advance side by the means 40c.
[0049]
That is, when the temperature state of the catalytic converter 30 becomes higher than a predetermined level after the cold start of the engine 1, this time, by closing the intake throttle valve 26 and reducing the amount of intake air into the combustion chamber 4 of each cylinder 2 The compression ratio of the cylinder 2 can be substantially reduced, and the noise level of the engine 1 can be reduced to about 1/4 of the conventional level as shown in FIG. In addition, although the intake loss is increased by the intake throttle, the compression loss is reduced, thereby improving the fuel consumption.
[0050]
Moreover, although the exhaust temperature is reduced to about 200 ° C. by increasing the thermal efficiency due to the advance of the fuel injection timing, the combustion chamber 4 of each cylinder 2 is fueled on average by the reduction of the intake air amount. Therefore, the unburned fuel in the exhaust gas can be rapidly increased, the reaction heat of the unburned fuel in the catalytic converter 30 can be increased, and the temperature state of the catalyst can be maintained at about 250 ° C. or higher. . Moreover, even if the timing of the main injection is advanced, the initial combustion of the main injection can be mitigated by the pilot injection prior to this, so that NOx is not increased.
[0051]
Furthermore, in addition to increasing the injection pressure and pilot injection as described above, the fuel ignition stability and combustibility are extremely high due to the advance of the fuel injection timing, so the intake throttle valve 26 is fully closed. Even if the intake air amount is greatly reduced, the combustion state does not deteriorate or misfire occurs.
[0052]
(Other embodiments)
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Other various embodiment is included. That is, in the above-described embodiment, the rapid temperature increase of the catalytic converter 30 is promoted only when the engine 1 is cold-started, but the present invention is not limited to this. Further, in the above-described embodiment, only when the engine is substantially in an idle operation state after starting, the early temperature increase of the catalytic converter 30 is promoted. You may make it accelerate | stimulate early temperature rising of the catalytic converter 30 when it is in the low rotation low load driving | running state.
[0053]
In the above embodiment, the EGR valve 24 is forcibly fully closed when promoting the early temperature rise of the catalytic converter 30, but this control is not necessarily performed. That is, in the above embodiment, the opening degree of the EGR valve 24 is controlled based on the air flow sensor output with the average excess air ratio in the combustion chamber 4 of each cylinder 2 as a target value. This is because if the intake throttle valve 26 is closed after the set period has elapsed, the EGR valve 24 is closed in response to a decrease in the intake air amount.
[0054]
Furthermore, in the above-described embodiment, the present invention is applied to the engine control apparatus A that performs pilot injection when the engine 1 is in a low load or medium load range, but is not limited thereto. The present invention can also be applied to those in which pilot injection is performed only when the engine 1 is in an idling operation state, and conversely, pilot injection is performed even in a high load region of the engine 1.
[0055]
Of course, the configuration of the catalytic converter 30 is not limited to that of the above embodiment, and the present invention becomes inactive in a temperature state lower than a predetermined temperature range, and the exhaust purification performance is lowered. It can be applied to various types of catalysts.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the control device for a diesel engine according to the first aspect of the present invention, when the engine is in a predetermined low-rotation low-load operation state after starting, the ignition of fuel is performed by pilot injection during the set period. By improving the stability and the combustibility and by greatly retarding the fuel injection timing to significantly increase the exhaust gas temperature, it is possible to sufficiently promote the early temperature increase of the catalyst without causing a significant deterioration in fuel consumption. After the set period has elapsed, the fuel injection timing is changed to the relatively advanced side to further improve the ignition stability and combustibility of the fuel, and the intake air amount to the combustion chamber by the intake air amount adjusting means The unburned fuel in the exhaust gas is increased and the temperature of the catalyst can be raised by the reaction heat of the unburned fuel. In addition, the vibration noise of the engine can be reduced and the fuel consumption can be improved by reducing the intake air amount.
[0057]
According to the second aspect of the present invention, the intake air amount into the combustion chamber by the intake air amount adjusting means so that the average excess air ratio λ of the combustion chamber becomes λ <1 after a set period has elapsed since the start of the engine. By reducing the above, the temperature state of the catalyst can be sufficiently increased by setting the amount of unburned fuel in the exhaust gas to be extremely large.
[0058]
According to the invention of claim 3, by increasing the exhaust gas temperature by retarding the fuel injection timing from the start of the engine until the temperature state of the catalyst reaches a predetermined temperature range, it is possible to appropriately promote the early temperature rise of the catalyst. Emission of harmful exhaust components can be reduced.
[0059]
According to the fourth aspect of the invention, after the intake air amount to the combustion chamber is actually decreased by the intake air amount adjusting means, the time delay of the adjustment of the intake air amount by the intake air amount adjusting means is changed by changing the fuel injection timing. Even if it is large, it can prevent the harmful effects of shock and noise.
[0060]
According to the invention of claim 5, before the set period elapses, in addition to the delay of the fuel injection timing, the exhaust gas temperature can be further increased by correcting the increase in the fuel injection amount, and the early temperature rise of the catalyst can be promoted as much as possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the present invention.
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a control device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing an example of a temperature dependence characteristic of a NOx purification rate by a catalyst.
FIG. 4 is an explanatory view showing a fuel injection operation of an injector.
FIG. 5 is a graph showing a correspondence relationship between smoke concentration in exhaust of a direct injection diesel engine and an average excess air ratio in a combustion chamber.
FIG. 6 is a flowchart showing a control procedure after the engine is started.
FIG. 7 is a time chart showing the control state of the intake throttle valve and fuel injection timing after the cold start of the engine and the change state of the intake air amount, exhaust temperature, catalyst temperature and noise level associated therewith.
[Explanation of symbols]
A Engine control device
1 Diesel engine
2-cylinder
4 Combustion chamber
5 Injector (fuel injection valve)
26 Inlet throttle valve (intake air amount adjusting means)
30 catalytic converter
40 Control unit (ECU)
40a Fuel injection control means
40b Determination means
40c Injection timing setting means
40d Intake air amount control means
40e Injection amount correction means

Claims

A fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder combustion chamber of the engine;
A catalyst that purifies the engine exhaust,
Control of a diesel engine provided with fuel injection control means for performing main injection of fuel and pilot injection prior to the fuel injection valve when the engine is in a predetermined low-rotation low-load operation state after starting In the device
An intake air amount adjusting means for adjusting an intake air amount to the combustion chamber;
Determining means for determining a set period after engine start;
When the determination means determines that the set period is reached, the timing of pilot injection and main injection by the fuel injection valve is set to the retard side so that the main injection starts after the compression top dead center of the cylinder Injection timing setting means for relatively changing and setting both the injection timings to the advance side after the lapse of the set period;
Diesel comprising: an intake air amount control means for controlling the intake air amount adjusting means so that the intake air amount into the combustion chamber is reduced after the set period has elapsed compared to before that time. Engine control device.

In claim 1,
The diesel engine characterized in that the intake air amount control means reduces the intake air amount into the combustion chamber by the intake air amount adjusting means so that the average excess air ratio λ of the combustion chamber becomes λ <1. Control device.

In claim 1,
The diesel engine control device, wherein the set period is a period from when the engine is started until the temperature state of the catalyst reaches a predetermined temperature range where the purification performance is high.

In claim 1,
The injection timing setting means is configured to change the fuel injection timing after the intake air amount to the combustion chamber is reduced by the control of the intake air amount adjusting means by the intake air amount control means. Engine control device.

In claim 1,
A control apparatus for a diesel engine, comprising: an injection amount correcting unit that increases and corrects an amount of fuel injected by the fuel injection valve when the determining unit determines that the set period is reached.