JP4453145B2 - ターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気により吸気を過給するターボ過給機を備えたディーゼルエンジンの燃料制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種のターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置として、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、エンジンが未暖機状態のときにパイロット噴射を行うことで、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、ディーゼルエンジンは一般的に振動や騒音がガソリンエンジンに比べて大きいという難があり、特に、エンジンが未暖機状態のときにはエンジン各部の機械的クリアランスがやや大きくなるので、このときの振動や騒音が問題になる。また、エンジンが未暖機状態のときには機械的摩擦も大きくなる上に、通常は燃料噴射量が増量補正されるので、この間、燃費が悪化することは避けられない。従って、ディーゼルエンジンにおいてエンジンの暖機時間をできるだけ短縮すること及びその間の振動騒音を低減することは、環境保護の観点からも極めて重要である。
【０００４】
この点について、前記従来例のものはパイロット噴射によって未暖機状態のエンジンの振動や騒音を低減するようにしていても、エンジンの暖機を促進するものではない。また、エンジンの温度状態が低いほど、パイロット噴射量を増やすようにしているので、特に寒冷地でのエンジン始動直後等にはパイロット噴射量がかなり多くなってしまい、このことが燃費悪化を助長するという不具合がある。加えて、寒冷地のように燃料の気化霧化性が極めて悪い状況では、前記従来例の如く、パイロット噴射によって燃料の着火安定性や燃焼性を高めてはいても、それだけでは失火を防止できない場合がある。
【０００５】
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、ターボ過給機を装備したディーゼルエンジンが未暖機状態になっているとき、特に始動直後のエンジン制御の手順に工夫を凝らして、エンジンの振動騒音の低減を図りつつ、該エンジンの暖機を促進することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第１の解決手段では、エンジン始動後の未暖機状態においてまずエンジンからの排気を絞って、特に燃焼室付近の温度状態を急速に上昇させるとともに、該エンジンの暖機を促し、その上で吸気絞り弁を閉じることによって、振動騒音の低減を図るようにした。
【０００７】
具体的に、請求項１の発明は、図１(a)に示すように、エンジン１の気筒２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の排気により吸気を過給するターボ過給機３１と、該ターボ過給機３１のタービン２９よりも排気下流側の排気通路２８に配置された排気浄化用の触媒３０とを備え、エンジン１が未暖機状態のときに、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ようにしたエンジンの燃料制御装置Ａを前提とする。そして、前記ターボ過給機３１のタービン２９への排気流を絞る可変ノズル機構１００と、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１０１と、エンジン１が未暖機状態のときに、該エンジン１の始動から設定期間が経過したかどうか判定する判定手段４０ｂと、該判定手段４０ｂにより設定期間の経過前と判定されたとき、前記可変ノズル機構１００を、そのノズル断面積がエンジン１のクランキング時に比べて小さくなるように作動制御する一方、設定期間の経過後はその経過前に比べてノズル断面積が大きくなるように作動制御する可変ノズル制御手段４０ｄと、前記判定手段４０ｂにより設定期間の経過後と判定されたとき、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１０１を作動制御する吸気量制御手段４０ｃとを備える構成とする。
【０００８】
前記の構成により、エンジン１が未暖機状態のときには燃料噴射弁５によりパイロット噴射及び主噴射が行われ、その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。また、エンジン１の始動から設定期間が経過するまでは、可変ノズル制御手段４０ｄにより可変ノズル機構１００のノズル断面積が相対的に小さくされ、意図的に排気抵抗が増大されることで、高温の燃焼ガスが燃焼室４に滞留するようになり、該燃焼室４の温度状態が急速に上昇するとともに、エンジン１の暖機が促進される。
【０００９】
そして、エンジン１の始動から前記設定期間が経過して、燃焼室４の温度状態が高くなると、今度は吸気量制御手段４０ｃにより吸気量調節手段１０１が作動制御されて、燃焼室４への吸入空気量が減らされる。このことで、実質的に気筒の圧縮比が小さくなってエンジン１の振動や騒音が低減するとともに、圧縮損失の低減により燃費改善が図られる。しかもこの際、可変ノズル制御手段４０ｄにより可変ノズル機構１００のノズル断面積が相対的に大きくされて、排気抵抗が減少するので、上述の如く既に燃焼室４の温度状態が高められていることとも相俟って、吸入空気量を減少させても失火を招くことはない。さらに、吸入空気量の減少によって排気中の未燃燃料が増えることで、この未燃燃料の触媒３０における反応熱が増大し、該触媒３０の早期昇温が図られる。
【００１０】
次に、本発明の第２の解決手段として、請求項２の発明は、前記請求項１の発明と同じ構成のエンジンの燃料制御装置を前提とし、このものにおいて、ターボ過給機のタービンへの排気流を絞る可変ノズル機構と、燃焼室への吸入空気量を調節する吸気量調節手段と、エンジンの冷却水の温度状態を検出する検出手段と、エンジンが未暖機状態のとき、該エンジンの始動から設定期間が経過したかどうか判定する判定手段と、エンジンのクランキング時に前記検出手段により検出された始動時冷却水温度が所定以上に高いときにのみ、遅くとも該判定手段により設定期間の経過が判定される前に、前記吸気量調節手段を、燃焼室への吸入空気量がエンジンのクランキング時に比べて少なくなるように作動制御する吸気量制御手段と、前記判定手段により設定期間の経過が判定されたとき、その経過前に比べてノズル断面積が小さくなるように、前記可変ノズル機構を作動制御する可変ノズル制御手段とを備える構成とする。
【００１１】
この構成では、前記請求項１の発明と同様に、エンジンが未暖機状態のときに、燃料噴射弁によりパイロット噴射及び主噴射が行われて、燃料の着火安定性及び燃焼性が高められるとともに、始動時の冷却水温度が所定以上に高いときには、吸気量制御手段により吸気量調節手段が作動制御されて、燃焼室への吸入空気量が減らされることで、エンジンの振動や騒音の低減と燃費改善とが図られる。また、その吸入空気量の減少によって排気中の未燃燃料が増大し、その反応熱によって触媒の早期昇温が図られる。この際、可変ノズル制御手段により可変ノズル機構のノズル断面積が相対的に大きくされて、排気抵抗が小さくなっており、また、パイロット噴射によって燃料の着火安定性が高められているので、未暖機状態であってもエンジンの温度状態がそれほど低くない場合には、上述の如く吸入空気量を減少させても失火を招くことはない。
【００１２】
一方で、例えば寒冷地でのエンジンの冷間始動直後のように燃焼室の温度状態が低いときには、前記吸気量制御手段による吸気量調節手段の制御が行われないので、吸入空気量の減少による失火の誘発を確実に回避できる。
【００１３】
そして、前記設定期間が経過すれば、今度は可変ノズル制御手段により可変ノズル機構のノズル断面積が相対的に小さくされ、高温の燃焼ガスの滞留によってエンジンの暖機が促進される。
【００１４】
次に、本発明の第３の解決手段では、エンジン始動後の未暖機状態において、パイロット噴射による着火安定性の向上を利用し、まず燃料噴射時期を大きく遅角させて排気温度を高めることにより、エンジンの暖機及び触媒の昇温を促進し、続いて、今度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、排気を絞ることで、燃焼室の温度状態を急速に高めるようにした。
【００１５】
具体的に、請求項３の発明は、図１(b)に示すように、エンジン１の気筒２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の排気により吸気を過給するターボ過給機３１と、該ターボ過給機３１のタービン２９よりも排気下流側の排気通路２８に配置された排気浄化用の触媒３０とを備え、エンジン１が未暖機状態のときに、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とを備えたエンジンの燃料制御装置Ａを前提とする。そして、前記ターボ過給機３１のタービン２９への排気流を絞る可変ノズル機構１００と、エンジン１が未暖機状態のとき、該エンジン１の始動から第１設定期間が経過したかどうか判定する判定手段４０ｂと、該判定手段４０ｂにより第１設定期間の経過前と判定されたとき、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、第１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４０ｅと、前記判定手段４０ｂにより第１設定期間の経過後と判定されたとき、その経過前に比べてノズル断面積が小さくなるように前記可変ノズル機構１００を作動制御する可変ノズル制御手段４０ｄとを備える構成とする。尚、前記第１設定時間は、例えば、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ればよい。
【００１６】
前記の構成により、エンジン１が未暖機状態のときに、該エンジン１の始動から第１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４０ｅ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よりも大幅に遅角側に設定し、これにより、排気温度を高めてエンジン１の暖機及び触媒３０の昇温を促進することができる。
【００１７】
また、前記第１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て、燃焼性がさらに高められるとともに、可変ノズル制御手段４０ｄにより可変ノズル機構１００のノズル断面積が相対的に小さくされて、意図的に排気抵抗が増大される。このことで、高温の燃焼ガスが燃焼室４に滞留し、該燃焼室４の温度状態が急速に高められることで、エンジン１の暖機も促進される。
【００１８】
請求項４の発明では、請求項３の発明における判定手段を、第１設定期間の経過後に該第１設定期間とは異なる第２設定期間が経過したかどうか判定するものとし、燃焼室への吸入空気量を調節する吸気量調節手段と、前記判定手段により第２設定期間の経過後と判定されたとき、該第２設定期間の経過前に比べて燃焼室への吸入空気量が減少するように、前記吸気量調節手段を作動制御する吸気量制御手段とを備える構成とする。
【００１９】
前記の構成では、第１設定期間の経過後にさらに第２設定期間が経過して、燃焼室の温度状態が十分に高くなったとき、吸気量制御手段により吸気量調節手段が作動制御されて、燃焼室への吸入空気量が減らされることで、エンジンの振動や騒音が低減されかつ燃費改善が図られる。また、排気中の未燃燃料が増加することで、触媒の昇温が可能になる。
【００２０】
請求項５の発明では、エンジンが未暖機状態のとき、燃料噴射弁による燃料の噴射圧力を、同一負荷状態でかつ暖機状態のときに比べて高くなるように制御する燃圧制御手段を備えるものとする。このことで、燃料噴射圧力が高められて、噴射燃料の微粒化が促進され、気化霧化性の悪いエンジン未暖機状態であっても、燃料の着火安定性を高めて失火を抑制することができる。
【００２１】
請求項６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、吸気量調節手段の作動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、吸入空気量の減少によって燃焼室を平均的に燃料の過剰な状態にすることができ、これにより排気中の未燃燃料が極めて多くなって、その反応熱により触媒を効果的に昇温できる。
【００２２】
【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。
【００２３】
（実施形態１）
図２は本発明の実施形態１に係るターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置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。
【００２４】
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内の燃料がエンジンの運転状態に応じて所定の圧力状態に保持されるようになっている。
【００２５】
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。
【００２６】
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、冷却水の温度状態（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサ１８（検出手段）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。
【００２７】
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、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。
【００２８】
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とが配設されており、さらに、この排気通路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いる。
【００２９】
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。
【００３０】
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いる。このリーンＮＯｘ触媒による排気中のＮＯｘ浄化率は、図３に一例を示すような温度依存性を示し、例えば約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、温度が低いほどＮＯｘ浄化率が急速に低下する。このため、特にエンジン１の冷間始動時には触媒コンバータ３０の温度状態を急速に高めることが望ましい。反対に、触媒の温度状態が４００°Ｃ以上になると、この触媒のＮＯｘ浄化率は温度上昇とともに低下している。
【００３１】
また、前記吸気通路２０のブロワ２４及び排気通路２８のタービン２９からなるターボ過給機３１は、図４に示すように、タービン２９を収容するタービン室に該タービン２９の全周を囲むように複数のフラップ２９ａ，２９ａ，…が設けられ、そのフラップ２９ａ，２９ａ，…がそれぞれ回動することで、該フラップ２９ａ，２９ａ，…間に形成される排気流路（ノズル）の断面積を変化させるように回動するＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）である。
【００３２】
このＶＧＴ３１の各フラップ２９ａ，２９ａ，…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により回動されるようになっていて、同図に実線で示すように、フラップ２９ａ，２９ａ，…がタービン２９に対し周方向に向くように位置付けられると、ノズル断面積が小さくなって、排気流量の少ないエンジン１の低回転域でも過給能力を高めることができる。一方、同図に仮想線示すように、フラップ２９ａ，２９ａ，…をその先端がタービン２９の中心に向くように位置付ければ、ノズル断面積を大きして、排気流量の多いエンジン１の高回転域でも高い過給能力を得ることができる。尚、前記フラップ２９ａ，２９ａ，…及びアクチュエータ３５により、ＶＧＴ３１のタービン２９への排気流を絞る可変ノズル機構が構成されている。
【００３３】
さらに、前記ＥＧＲ通路３３は、そ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、上述の如くタービン２９よりも排気上流側の排気通路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。そして、この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ＶＧＴ３１のフラップ２９ａ，２９ａ，…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の断面積がリニアに変化して、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。
【００３４】
前記各インジェクタ５、燃料供給ポンプ８、吸気絞り弁２６、ＶＧＴ３１、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。
【００３５】
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２９ａ，２９ａ，…の作動制御（ＶＧＴ制御）によってＶＧＴ３１の過給効率を高めるようにしている。
【００３６】
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の要求出力を満たすような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。
【００３７】
この噴射時期の制御としては、例えば図５(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)〜(d)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。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。
【００３８】
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。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。一方、吸気絞り弁２６の作動制御としては、前記のようなＥＧＲ制御によって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を閉じて、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は概ね全開状態にさせるようにしている。
【００３９】
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６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。
【００４０】
さらに、ＶＧＴ制御としては、エンジン回転数やエンジン負荷等の運転状態に応じて目標過給圧を設定し、この目標過給圧になるように、ＶＧＴ３１のノズル断面積を過給圧センサ２２からの出力信号に基づいて連続的にフィードバック制御する。基本的にはエンジン暖機状態においてエンジン回転数又はエンジン負荷が高くなるほど、排気流量の増大に対応するようにノズル断面積を大きくさせる一方、所定の低回転領域においてはエンジン負荷に応じて、負荷が大きいほどノズル断面積を大きくさせるようにしている。
【００４１】
具体的に、例えばエンジン１が低回転低負荷領域にあるときには、ＶＧＴ３１のフラップ２９ａ，２９ａ，…がタービン２９に対し周方向に向くように位置付けられ（ノズルが閉じられ）、これが排気の抵抗となってタービン２９手前の排気通路２８における排気の圧力状態が高くなる。このことで、ＥＧＲ通路３３による排気の還流量が確保される。また、例えば前記の低回転低負荷領域からの発進時にアクセルペダルが踏み込まれて、低回転高負荷領域に移行したときには、ＶＧＴ３１のフラップ２９ａ，２９ａ，…がその先端をタービン２９の中心に向けるように回動され（ノズルが開かれ）、ノズル断面積が大きくなり、排気通路２８の排気は下流側に抜け易くなる。このことで、ＶＧＴ３１による過給圧が滑らかに上昇し、良好な加速フィールが得られる。
【００４２】
（エンジンの未暖機状態における制御）
この実施形態１では、本発明の特徴部分として、エンジン１が始動後に未暖機状態になっているときに、まず、ＶＧＴ３１のノズルを閉じて各気筒２の燃焼室４付近の温度状態を急速に上昇させ、その温度状態が十分に高くなった後に、吸気絞り弁２６を閉じて、エンジン１の振動及び騒音を低減させるようにしている。
【００４３】
以下に、エンジン始動後の未暖機状態における制御手順を図７に示すフローチャート図に基づいて具体的に説明すると、スタート後のステップＳＡ１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。続いて、ステップＳＡ２において、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、エンジン始動後かどうか判定する。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、エンジン始動後でＹＥＳと判定して、ステップＳＡ３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。
【００４４】
続いて、ステップＳＡ３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ＳＡ４に進む。このステップＳＡ４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ΔＴ１（例えばエンジン１の始動から５秒間くらいまで）が経過したかどうか判定し、この判定がＹＥＳで設定期間ΔＴ１が経過したのであればステップＳＡ９に進む一方、判定がＮＯで設定期間ΔＴ１の経過前であれば、ステップＳＡ５に進む。
【００４５】
そして、ステップＳＡ５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ＳＡ６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。尚、通常、エンジン１のクランキング中は前記ＥＧＲ弁２４は全閉状態に、また吸気絞り弁２６は全開状態にされるので、結果として、エンジン始動直後にはＥＧＲ弁２４及び吸気絞り弁２６はそのままの状態に保持されることになり、これにより、各気筒２の燃焼室４への吸入空気量が最大とされる。
【００４６】
続いて、ステップＳＡ７において、ＶＧＴ３１のノズル断面積が最小になるように、ＶＧＴ制御の出力を補正する。すなわち、通常、エンジン１のクランキング中はＶＧＴ３１のノズル断面積は最大とされているので、ＶＧＴ３１のフラップ２９ａ，２９ａ，…はエンジン始動直後にノズルを閉じるように回動されることになる。そして、続くステップＳＡ８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て、しかる後にリターンする。
【００４７】
つまり、エンジン１の冷間始動から設定期間ΔＴ１が経過するまでは、吸入空気量を最大限に確保しながら、パイロット噴射によって着火安定性を向上させる一方で、ＶＧＴ３１のノズルを閉じて意図的に排気抵抗を増大させ、高温の燃焼ガスを燃焼室４に滞留させることで、該燃焼室４付近の温度状態を急速に上昇させるようにしている。言い換えると、前記設定期間ΔＴ１は、高温の燃焼ガスの滞留によって燃焼室４付近の温度状態を十分に高めることのできるような時間間隔とすればよい。
【００４８】
一方、前記ステップＳＡ４においてエンジン１の始動から設定期間ΔＴ１が経過したＹＥＳと判定して進んだステップＳＡ９では、前記ステップＳＡ５と同様にＥＧＲ弁２４を全閉状態にさせ、続くステップＳＡ１０では、前記ステップＳＡ６とは反対に吸気絞り弁２６が全閉状態になるよう、該吸気絞り弁２６への制御出力を補正し、ステップＳＡ１１では、前記ステップＳＡ７と反対にＶＧＴ３１のノズル断面積が最大になるよう、ＶＧＴ制御の出力を補正する。そして、ステップＳＡ１２では、前記ステップＳＡ８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として、しかる後にリターンする。
【００４９】
つまり、エンジン１の始動から設定期間ΔＴ１が経過すれば、上述の如く高温の燃焼ガスによって燃焼室４付近の温度状態が十分に高められていて、パイロット噴射とも相俟って、該燃焼室４における噴射燃料の着火安定性が極めて高くなっていると考えられる。そこで、今度は吸気絞り弁２６を閉じることで、エンジン１の振動や騒音を低減させる。また、排気抵抗を減らすために、ＶＧＴ３１のノズルは全開とする。
【００５０】
前記図７に示すフローのステップＳＡ８，ＳＡ１２により、エンジン１が始動後に未暖機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。
【００５１】
また、ステップＳＡ２，ＳＡ４により、エンジン１の始動から設定期間ΔＴ１が経過したかどうか判定する判定手段４０ｂが構成され、ステップＳＡ１０により、エンジン１の始動後に設定期間ΔＴ１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を閉じる吸気量制御手段４０ｃが構成されている。
【００５２】
さらに、前記フローのステップＳＡ７，ＳＡ１１によって、エンジン１の始動から設定期間ΔＴ１が経過するまではＶＧＴ３１のノズルを閉じる一方、設定期間ΔＴ１の経過後はその経過前に比べて排気の絞り量が小さくなるように前記ＶＧＴ３１のノズルを開く可変ノズル制御手段４０ｄが構成されている。
【００５３】
（実施形態１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８に基づいて説明する。
【００５４】
まず、エンジン１がクランキングされて始動し（ｔ＝ｔ0）、その後、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、ＥＧＲ弁２４が全閉状態にされるとともに、図８(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への吸入空気量が最大になる。また、インジェクタ５による燃料噴射量が増量補正されるとともに、主噴射に先立ってパイロット噴射が行われて、燃料の着火安定性及び燃焼性が高められる。
【００５５】
すなわち、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が高められかつ火種が形成される。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するのである。
【００５６】
そして、そのようにエンジン１の燃焼性を高めておいて、この実施形態では、同図(b)に示すようにＶＧＴ３１のノズルを閉じて、ノズル断面積を最小とする（ＶＧＴノズル全閉）。こうすると、タービン２９よりも排気上流側の排気通路２８における排気抵抗が大きくなって、高温の燃焼ガスが燃焼室４に滞留するようになるので、同図(c)に実線で示すように、燃焼室４付近の温度状態（筒内温度）は、図に仮想線で示すようにＶＧＴノズルを閉じないときに比べて、急速に上昇する。これに伴いエンジン１の暖機も促進される（図(d)参照）。
【００５７】
そうして、エンジン１の始動から設定期間ΔＴ１が経過して（ｔ＝ｔ1）、前記燃焼ガスの滞留により燃焼室４付近の温度状態が十分に高められると、今度はＶＧＴ３１のノズルが開かれるとともに（ＶＧＴノズル全開）、吸気絞り弁２６が閉じられ、燃焼室４への吸入空気量が減少して、該燃焼室４の平均的な空気過剰率λがλ＜１とされる。このことで、気筒２の圧縮比が実質的に小さくなるので、同図(f)に示すようにエンジン１の騒音レベルは大幅に低減し、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、燃費が改善される。尚、エンジン１の騒音レベルは、前記設定期間ΔＴ１の経過前であっても、パイロット噴射により燃焼初期の圧力上昇が緩和されることで、低減が図られている。
【００５８】
また、前記のように燃焼室４の平均的な空気過剰率λがλ＜１になるということは、該燃焼室４が平均的に燃料の過剰な状態になるということであり、このことで、排気中の未燃燃料が極めて多い状態になり、この未燃燃料の反応熱によって、同図(e)に示すように触媒コンバータ３０の昇温が促進される。しかも、この際、排気抵抗が小さくなるようにＶＧＴ３１のノズルが全開状態にされているので、既に燃焼室４付近の温度状態が十分に高くなっていることとも相俟って、吸入空気量が減少しても失火を招くことはない。
【００５９】
つまり、この実施形態１によれば、例えば寒冷地におけるエンジン１の冷間始動時であっても、このエンジン１の始動直後にまず、ＶＧＴ制御によって燃焼室４付近の温度状態を急速に上昇させて、燃料の着火安定性や燃焼性を確保するとともに、エンジン１の暖機を促進することができる。そして、その上で吸気絞り弁２６を閉じることで、エンジン１の失火を招くことなく、その暖機運転中に振動及び騒音を大幅に低減させることができる。
【００６０】
（実施形態２）
次に、図９は本発明の実施形態２に係るエンジン未暖機時の制御手順を示し、この実施形態２では、始動時のエンジン１の温度状態が低いときには前記実施形態１と同様の制御を行う一方、そうでないときには、該エンジン１の始動直後から吸気絞り弁２６を閉じて振動や騒音を低減し、その後しばらくしてからＶＧＴ３１のノズルを閉じるようにしている。尚、この実施形態２に係る燃料制御装置Ａの全体構成は前記実施形態１のもの（図２参照）と同じなので、実施形態１と同じ構成要素については同一符号を付して、その説明は省略する。
【００６１】
具体的に、前記図９に示すフローのステップＳＢ１〜ＳＢ３では、実施形態１のステップＳＡ１〜ＳＡ３と同じ手順でエンジン始動後の未暖機状態であることを判定する。続いて、ステップＳＢ４において、ＥＣＵ４０のメモリに記憶した始動時のエンジン水温（始動時水温）が所定値（例えば４０°Ｃ）以上かどうか判別して、始動時水温が所定値以上になっていて高ければ（ステップＳＢ４でＮＯ）、ステップＳＢ１５に進む一方、始動時水温が所定値よりも低ければ（ステップＳＢ４でＹＥＳ）、ステップＳＢ５に進み、ステップＳＢ５〜ＳＢ１３において、前記実施形態１のステップＳＡ４〜ＳＡ１２と同じ制御手順を実行する。
【００６２】
つまり、エンジン１の始動時水温が低いときは、前記実施形態１と同じく、吸気絞り弁２６を閉じる前に暫くの間、ＶＧＴ３１のノズルを閉じて、高温の燃焼ガスにより燃焼室４付近の温度状態を急速に上昇させる。また、図９のステップＳＢ１４に示すように、吸気絞り弁２６を閉じるときには燃料噴射圧を増大補正して、噴射燃料の微粒化を促進することにより、該噴射燃料の着火性及び燃焼性をさらに高めるようにしている。
【００６３】
一方、前記ステップＳＢ４において始動時水温が高いＮＯと判定して進んだステップＳＢ１５では、今度はエンジン始動から設定期間ΔＴ２（例えばエンジン１の始動から１０秒間くらいまで）が経過したかどうか判定する。この判定がＮＯで設定期間ΔＴ２の経過前であれば、前記ステップＳＢ１０に進んで吸気絞り弁２６を閉じる一方、判定がＹＥＳで設定期間ΔＴ２の経過後であれば、ステップＳＢ１６に進む。このステップＳＢ１６ではＥＧＲ弁２４を全閉状態にさせ、続くステップＳＢ１７では吸気絞り弁２６を全閉状態にさせ、続くステップＳＢ１８ではＶＧＴ３１のノズルを全閉状態にさせ、続くステップＳＢ１９では、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て、しかる後にリターンする。
【００６４】
つまり、エンジン１の始動時水温が所定値以上であれば、始動直後であっても失火の虞れは少ないので、この場合はエンジン１の始動直後から吸気絞り弁２６を閉じて、振動や騒音の低減を図り、併せて触媒コンバータ３０の昇温を促進する。そして、設定期間ΔＴ２が経過して、十分な触媒活性が得られるようになれば（例えば触媒コンバータ３０の温度状態が２００〜２５０°Ｃ以上の所定温度域に達すれば：図３参照）、今度はＶＧＴ３１のノズルを閉じて、高温の燃焼ガスにより燃焼室４付近の温度状態を急速に高めて、エンジン１の暖機を一層、促進する。また、前記設定期間ΔＴ２の経過後は燃料噴射圧は通常の値に戻して、燃料供給ポンプ８の駆動に伴う動力損失を低減するようにしている。
【００６５】
前記図９に示すフローのステップＳＢ９，ＳＢ１３，ＳＢ１９により、実施形態１と同じ燃料噴射制御手段４０ａが構成され、また、ステップＳＢ１５により、エンジン１の始動から設定期間ΔＴ２が経過したかどうか判定する判定手段４０ｂが構成されている。さらに、前記フローのステップＳＢ１１，ＳＢ１７により、エンジン１の始動時水温が所定以上に高いときには、該エンジン１の始動直後から吸気絞り弁２６を全閉状態にさせる吸気量制御手段４０ｃが構成されている。
【００６６】
また、前記フローのステップＳＢ１２，ＳＢ１８により、エンジン１の始動から設定期間ΔＴ２が経過した後に、その経過前に比べてノズル断面積が小さくなるようにＶＧＴ３１のノズルを閉じる可変ノズル制御手段４０ｄが構成されている。さらに、ステップＳＢ１４により、エンジン１が未暖機状態のとき、インジェクタ５による燃料の噴射圧力を同一負荷状態の暖機状態のときに比べて高くなるように制御する燃圧制御手段が構成されており、この燃圧制御手段は、エンジン１の温度状態が相対的に低いにも拘わらず、吸気絞り弁２６を閉じるときに、燃料噴射圧力を増大補正するものである。
【００６７】
したがって、この実施形態２によれば、前記実施形態１と同じく、エンジン１が未暖機状態のときには、インジェクタ５により主噴射に先立ってパイロット噴射が行われ、燃料の着火安定性及び燃焼性が高められるとともに、該エンジン１の温度状態が比較的高ければ、図１０(a)に示すように、エンジン１の始動直後から吸気絞り弁２６が全閉状態にされて、燃焼室４への吸入空気量が減らされる。このことで、同図(g)に示すようにエンジン１の振動騒音が低減しかつ燃費改善が図られる。また、前記の吸入空気量の減少によって排気中の未燃燃料が増大し、同図(f)に示すように触媒コンバータ３０の昇温が促進される。
【００６８】
この際、同図(b)に示すように、ＶＧＴ３１のノズルが全開状態にされていて、排気抵抗が最小とされ、しかも、同図(c)に示すように燃料噴射圧力が高められて燃料の微粒化が促進されていることで、パイロット噴射とも相俟って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、未暖機状態であってもエンジン１の温度応対が比較的高ければ、上述の如く吸気絞り弁２６によって吸入空気量を減少させても、失火を招くことはない。
【００６９】
そして、エンジン始動から設定期間ΔＴ２が経過して、触媒コンバータ３０の温度状態が十分に高くなった後、ＶＧＴ３１のノズルが全閉状態にされることで、エンジン１の暖機が一層、促進される。換言すれば、前記設定期間ΔＴ２は、エンジン１の半暖機状態からの始動時に吸気を絞って排気中の未燃燃料を増やした状態で、触媒コンバータ３０の温度状態が所定温度域に達するまでの時間とすればよい。
【００７０】
一方、エンジン１の始動時水温が所定値よりも低ければ、前記実施形態１と同じように吸気絞り弁２６やＶＧＴ３１の作動制御が行われる（図７，８参照）。すなわち、例えば寒冷地におけるエンジン１の冷間始動時のように燃焼室４付近の温度状態が低いときには、該エンジン１の始動直後に吸気絞り弁２６が閉じられることはないので、このような状態で吸入空気量が減少することによる失火を回避することができる。
【００７１】
（実施形態３）
次に、図１１は本発明の実施形態３に係るエンジン未暖機時の制御手順を示し、この実施形態３は、前記実施形態１のような制御を行う前に、燃料噴射時期を大きく遅角させて排気温度を高めることで、エンジンの暖機及び触媒コンバータ３０の昇温を促進するようにしたものである。尚、この実施形態３に係る燃料制御装置Ａの全体構成も前記実施形態１のもの（図２参照）と同じなので、同じ構成要素については同一符号を付して、その説明は省略する。
【００７２】
具体的に、前記図１１に示すフローのステップＳＣ１〜ＳＣ３では、実施形態１のステップＳＡ１〜ＳＡ３と同じ手順でエンジン始動後の未暖機状態であることを判定する。続いて、ステップＳＣ４において、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、第１設定期間ΔＴ３（例えばエンジン１の始動から１０秒間くらいまで）が経過したかどうか判定し、この判定がＹＥＳで第１設定期間ΔＴ３が経過したのであればステップＳＣ５に進む一方、判定がＮＯで第１設定期間ΔＴ３の経過前であれば、ステップＳＣ６に進む。
【００７３】
このステップＳＣ６では、ＥＧＲ弁２４を全閉状態にさせ、続くステップＳＣ７では吸気絞り弁２６を全開状態にさせ、続くステップＳＣ８ではＶＧＴ３１のノズルを全開状態にさせる。このことで、各気筒２の燃焼室４への吸入空気量が最大とされるとともに、排気抵抗が最小になる。続いて、ステップＳＣ９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ＳＣ１０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５(c)に示すように、インジェクタ５による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、しかる後にリターンする。尚、この実施形態ではエンジン１の未暖機時には常に、燃料噴射圧力を増大補正している。
【００７４】
つまり、エンジン１の冷間始動から第１設定期間ΔＴ３が経過するまでは、吸入空気量を確保しかつ排気抵抗を小さくしながら、燃料噴射量及び噴射圧を増大補正し、かつパイロット噴射を行うことで燃料の着火安定性及び燃焼性を大幅に向上させ、その上で、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の昇温を促進する。言い換えると、前記第１設定期間ΔＴ３は、エンジン１の冷間始動時に燃料噴射時期の遅角によって排気温度を高めたときに、高温の排気によって触媒コンバータ３０の温度状態が所定温度域に達するまでの時間とすればよい。
【００７５】
また、前記ステップＳＣ４においてエンジン１の始動から第１設定期間ΔＴ３が経過したＹＥＳと判定して進んだステップＳＣ５では、今度は該第１設定期間ΔＴ３の経過後にさらに第２設定期間ΔＴ４（例えば５秒くらいの時間間隔）が経過したかどうかの判定を行う。この判定がＹＥＳで第２設定期間ΔＴ４が経過したのであればステップＳＣ１６に進む一方、判定がＮＯで第２設定期間ΔＴ４の経過前であれば、ステップＳＣ１１に進む。このステップＳＣ１１では、ＥＧＲ弁２４を全閉状態にさせ、続くステップＳＣ１２では吸気絞り弁２６を全開状態にさせ、続くステップＳＣ１３ではＶＧＴ３１のノズルを全閉状態にさせる。続いて、ステップＳＣ１４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ＳＣ１５において燃料噴射量を増量補正するとともに、図５(d)に示すように、インジェクタ５によるパイロット噴射及び主噴射の開始時期を進角側に設定して、しかる後にリターンする。
【００７６】
つまり、エンジン１の始動から第１設定期間ΔＴ３が経過して、触媒コンバータ３０の温度状態が十分に高くなれば、今度は燃料噴射時期は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、ＶＧＴ３１のノズルを全閉状態にして、高温の燃焼ガスの滞留によって燃焼室４付近の温度状態を急速に高めるようにしている。
【００７７】
一方、前記ステップＳＣ５において第２設定期間ΔＴ４が経過したと判定して進んだステップＳＣ１６では、ＥＧＲ弁２４を全閉状態にさせ、続くステップＳＣ１７では吸気絞り弁２６を全閉状態にさせ、続くステップＳＣ１８ではＶＧＴ３１のノズルを全開状態にさせる。続いて、ステップＳＣ１９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ＳＣ２０において燃料噴射時期を進角側に設定し、しかる後にリターンする。つまり、前記第２設定期間ΔＴ４が経過して、エンジン１の燃焼室４付近の温度状態が十分に高くなれば、その後は吸気絞り弁２６を閉じることで、エンジン暖機中の振動や騒音を低減しかつ燃費改善を図るとともに、触媒コンバータ３０の温度状態を維持するようにしている。
【００７８】
前記図１１に示すフローのステップＳＣ９，ＳＣ１４，ＳＣ１９により、実施形態１，２と同じ燃料噴射制御手段４０ａが構成され、また、ステップＳＣ２〜ＳＣ５により、エンジン１の始動から第１設定期間ΔＴ３が経過したかどうか、及び、該第１設定期間ΔＴ３が経過してからさらに第２設定期間ΔＴ４が経過したかどうかそれぞれ判定する判定手段４０ｂが構成されている。
【００７９】
また、前記ステップＳＣ８，ＳＣ１３により、前記第１設定期間ΔＴ３の経過後にその経過前に比べてノズル断面積が小さくなるように、ＶＧＴ３１のノズルを閉じる可変ノズル制御手段４０ｄが構成され、また、ステップＳＣ１７により、前記第２設定期間ΔＴ４の経過後に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を閉じる吸気量制御手段４０ｃが構成されている。
【００８０】
さらに、ステップＳＣ１０，ＳＣ１５，ＳＣ２０により、エンジン１の始動から前記第１設定期間ΔＴ３の経過前は、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、第１設定期間ΔＴ３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４０ｅが構成されている。
【００８１】
（実施形態３の作用効果）
次に、この実施形態３による具体的な作用効果を図１２に基づいて説明すると、エンジン１がクランキングされて始動し（ｔ＝ｔ0）、その後、実質的に継続してアイドル運転状態になっているとき、まず、ＥＧＲ弁２４が全閉状態にされるとともに、図１２(a)に示すように、吸気絞り弁２６が全開状態にされて、各気筒２の燃焼室４への吸入空気量が確保される。また、同図(b)に示すように、ＶＧＴ３１のノズルが全開状態にされて、排気抵抗が最小になるとともに、同図(c)に示すように、インジェクタ５による燃料噴射量が増量補正され、かつ図示しないが燃料噴射圧も増大補正される。さらに、該インジェクタ５による燃料の主噴射に先立ってパイロット噴射が行われるとともに、同図(d)に示すように、燃料噴射時期が通常よりも大幅に遅角側に設定される。
【００８２】
すなわち、前記の吸入空気量の確保、排気抵抗の低減、燃料噴射量及び噴射圧の増大、及びパイロット噴射の実行によって、燃料の着火安定性及び燃焼性を極めて高い状態とし、このことを利用して燃料噴射時期を大幅に遅角させることにより、排気温度を極めて高い状態（約３００°Ｃ）とすることができ、これにより、同図(g)に示すように触媒コンバータ３０の温度状態が急速に上昇する。また、排気温度の上昇によってエンジン１の燃焼室４付近の温度状態も上昇する（同図(e)参照）。しかも、この際、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るので、エンジン１の騒音レベルはかなり低くなる。
【００８３】
そうして、エンジン始動から第１設定期間ΔＴ３が経過すると（ｔ＝ｔ３）、触媒コンバータ３０の温度状態は約２５０°Ｃに達し、高い排気浄化性能を発揮できるようになる。そうなると、同図(d)に示すように燃料噴射時期が進角されるとともに、同図(b)に示すようにＶＧＴ３１のノズルが閉じられ、意図的に排気抵抗が増大されて高温の燃焼ガスが燃焼室４に滞留することで、同図(e)に示すように、該燃焼室４付近の温度状態が急速に上昇する。
【００８４】
さらに、前記第１設定期間ΔＴ３の経過からさらに第２設定期間ΔＴ４が経過して（ｔ＝ｔ４）、エンジン１の燃焼室４の温度状態が十分に高くなると、今度はＶＧＴ３１のノズルが開かれるとともに、吸気絞り弁２６が閉じられ、燃焼室４への吸入空気量が減少して、該燃焼室４の平均的な空気過剰率λがλ＜１とされる。この吸入空気量の減少によって、気筒２の圧縮比が実質的に小さくなることにより、同図(h)に示すようにエンジン１の騒音レベルが大幅に低減するとともに、燃費が改善される。また、前記の吸入空気量の減少により、実施形態１，２と同様に排気中の未燃燃料が極めて多い状態になるので、同図(g)に示すように触媒コンバータ３０を昇温させたり或いはその温度状態を維持することができる。
【００８５】
つまり、この実施形態３によれば、エンジン１始動後にインジェクタ５、ＥＧＲ弁２４、吸気絞り弁２６、ＶＧＴ３１等をシーケンシャルに制御することで、まず最初に排気温度を大幅に高めて、触媒コンバータ３０を十分な排気浄化性能を発揮できる状態まで早期に昇温させ、続いて、燃焼室４付近の温度状態を急速に高め、その上で吸気絞り弁２６を閉じることで、暖機運転中のエンジン１の振動や騒音を大幅に低減することができるものである。
【００８６】
（他の実施形態）
尚、本発明は前記実施形態１〜３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、前記各実施形態において設定期間ΔＴ１，ΔＴ２，ΔＴ３，ΔＴ４はいずれも時間間隔としているが、これに限るものではなく、例えばエンジン１の燃焼室４付近や触媒コンバータ３０に温度センサを配設して、このセンサ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。
【００８７】
また、前記各実施形態では、エンジン１の始動後にＥＧＲ弁２４を強制的に全閉状態にするようにしているが、実施形態２においては必ずしもそうする必要はない。すなわち、前記各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、実施形態２のようにエンジン１の始動直後に吸気絞り弁２６が閉じられると、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。
【００８８】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１記載の発明に係るターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置によると、エンジンの未暖機状態では燃料噴射弁により主噴射に先立ってパイロット噴射を行うとともに、エンジンの始動直後にまず、可変ノズル機構のノズル断面積を小さくさせて意図的に排気抵抗を増加させることで、高温の燃焼ガスの滞留によって燃焼室付近の温度状態を急速に上昇させて、燃料の着火安定性や燃焼性を確保し、かつエンジン暖機を促進できる。そして、その上で、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、エンジンの失火を招くことなく、暖機運転中の振動及び騒音を大幅に低減させることができ、さらに、排気中の未燃燃料を増加させて、この未燃燃料の反応熱によって触媒の昇温を促進できる。
【００８９】
また、請求項２記載の発明に係るターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置によると、前記請求項１の発明と同様にエンジンの未暖機状態で燃料噴射弁により主噴射に先立ってパイロット噴射を行うとともに、エンジンの始動直後から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、振動や騒音を低減しかつ燃費を改善するとともに、触媒の昇温を促進できる。そして、その後、可変ノズル機構のノズル断面積を小さくさせて、燃焼室に高温の燃焼ガスを滞留させることで、エンジンの暖機を促進できる。
【００９０】
しかも、例えば寒冷地等で始動時のエンジンの温度状態が低いときには、始動直後にエンジンの燃焼室への吸入空気量を減少させることは回避して、失火を確実に防止できる。
【００９１】
次に、請求項３記載の発明に係るターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置によると、前記請求項１又は請求項２の発明と同様にエンジンの未暖機状態で燃料噴射弁により主噴射に先立ってパイロット噴射を行うとともに、エンジンの始動直後にまず燃料噴射時期を大きく遅角させて、排気温度を高めることにより、エンジンの暖機及び触媒の昇温を促進できる。そして、その後、今度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一方で、可変ノズル機構のノズル断面積を小さくさせて、高温の燃焼ガスの滞留によって燃焼室付近の温度状態を上昇させて、エンジンの暖機を促進できる。
【００９２】
請求項４の発明によると、請求項３の発明の効果に加えて、エンジンの燃焼室への吸入空気量を吸気量調節手段により減少させることで、エンジン暖機運転中のの振動や騒音を低減しかつ燃費を改善できるとともに、触媒を昇温できる。
【００９３】
請求項５の発明によると、エンジンが未暖機状態のときには、燃料噴射圧力を相対的に高くすることで、噴射燃料の微粒化を促進し、気化霧化性の悪いエンジン未暖機状態であっても失火を十分に抑制できる。
【００９４】
請求項６の発明によると、エンジンの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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１及び第２解決手段の概略構成をそれぞれ示す説明図である。
【図２】 本発明の実施形態１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】 ターボ過給機のタービン室の構造を一部省略して示す断面図である。
【図５】 インジェクタの燃料噴射作動タイミングを示す説明図である。
【図６】 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７】 エンジンが未暖機状態のときの制御手順を示すフローチャート図である。
【図８】 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。
【図９】 本発明の実施形態２に係る図７相当図である。
【図１０】 実施形態２に係る図８相当図である。
【図１１】 本発明の実施形態３に係る図７相当図である。
【図１２】 実施形態３に係る図８相当図である。
【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）
１８ エンジン水温センサ（検出手段）
２６ 吸気絞り弁（吸気量調節手段）
２９ タービン
２９ａ フラップ（可変ノズル機構）
３０ 触媒コンバータ
３１ ターボ過給機（ＶＧＴ）
３５ アクチュエータ（可変ノズル機構）
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 吸気量制御手段
４０ｄ 可変ノズル制御手段
４０ｅ 噴射時期設定手段

Claims (6)

1. エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁と、
   エンジンの排気により吸気を過給するターボ過給機と、
   前記ターボ過給機のタービンよりも排気下流側の排気通路に配置された排気浄化用の触媒とを備え、
   エンジンが未暖機状態のときに、前記燃料噴射弁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ようにしたエンジンの燃料制御装置において、
   前記ターボ過給機のタービンへの排気流を絞る可変ノズル機構と、
   前記燃焼室への吸入空気量を調節する吸気量調節手段と、
   エンジンが未暖機状態のときに、該エンジンの始動から設定期間が経過したかどうか判定する判定手段と、
   前記判定手段により設定期間の経過前と判定されたとき、前記可変ノズル機構を、そのノズル断面積がエンジンのクランキング時に比べて小さくなるように作動制御する一方、設定期間の経過後はその経過前に比べてノズル断面積が大きくなるように作動制御する可変ノズル制御手段と、
   前記判定手段により設定期間の経過後と判定されたとき、その経過前に比べて燃焼室への吸入空気量が減少するように前記吸気量調節手段を作動制御する吸気量制御手段とを備えていることを特徴とするターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置。
2. エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁と、
   エンジンの排気により吸気を過給するターボ過給機と、
   前記ターボ過給機のタービンよりも排気下流側の排気通路に配置された排気浄化用の触媒とを備え、
   エンジンが未暖機状態のときに、前記燃料噴射弁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ようにしたエンジンの燃料制御装置において、
   前記ターボ過給機のタービンへの排気流を絞る可変ノズル機構と、
   前記燃焼室への吸入空気量を調節する吸気量調節手段と、
   エンジンの冷却水の温度状態を検出する検出手段と、
   エンジンが未暖機状態のとき、該エンジンの始動から設定期間が経過したかどうか判定する判定手段と、
   エンジンのクランキング時に前記検出手段により検出された始動時冷却水温度が所定以上に高いときにのみ、遅くとも前記判定手段により設定期間の経過が判定される前に、前記吸気量調節手段を、燃焼室への吸入空気量がエンジンのクランキング時に比べて少なくなるように作動制御する吸気量制御手段と、
   前記判定手段により設定期間の経過が判定されたとき、その経過前に比べてノズル断面積が小さくなるように前記可変ノズル機構を作動制御する可変ノズル制御手段とを備えていることを特徴とするターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置。
3. エンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接、噴射する燃料噴射弁と、
   エンジンの排気により吸気を過給するターボ過給機と、
   前記ターボ過給機のタービンよりも排気下流側の排気通路に配置された排気浄化用の触媒と、
   エンジンが未暖機状態のときに、前記燃料噴射弁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とを備えたエンジンの燃料制御装置において、
   前記ターボ過給機のタービンへの排気流を絞る可変ノズル機構と、
   エンジンが未暖機状態のとき、該エンジンの始動から第１設定期間が経過したかどうか判定する判定手段と、
   前記判定手段により第１設定期間の経過前と判定されたとき、前記燃料噴射弁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、第１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と、
   前記判定手段により第１設定期間の経過後と判定されたとき、その経過前に比べてノズル断面積が小さくなるように前記可変ノズル機構を作動制御する可変ノズル制御手段とを備えていることを特徴とするターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置。
4. 請求項３において、
   判定手段は、第１設定期間の経過後に該第１設定期間とは異なる第２設定期間が経過したかどうか判定するものであり、
   燃焼室への吸入空気量を調節する吸気量調節手段と、
   前記判定手段により第２設定期間の経過後と判定されたとき、該第２設定期間の経過前に比べて燃焼室への吸入空気量が減少するように前記吸気量調節手段を作動制御する吸気量制御手段とを備えていることを特徴とするターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つにおいて、
   エンジンが未暖機状態のとき、燃料噴射弁による燃料の噴射圧力を同一負荷状態の暖機状態のときに比べて高くなるように制御する燃圧制御手段を備えていることを特徴とするターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１つにおいて、
   吸気量制御手段は、燃焼室の平均的な空気過剰率λがλ＜１となるように、吸気量調節手段の作動により燃焼室への吸入空気量を減少させるものであることを特徴とするターボ過給付ディーゼルエンジンの燃料制御装置。

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