JP4736969B2

JP4736969B2 - ディーゼルエンジンの制御装置

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Publication number: JP4736969B2
Application number: JP2006166165A
Authority: JP
Inventors: 忍石山; 晃利友田; 道雄古橋; 尚史曲田; 好一郎中谷; 知由小郷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-06-15
Also published as: JP2007332876A

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの制御装置に関する。

近年、自動車などに搭載されるディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）に対し、エミッションをより一層低減することが求められている。この要求に応えるため、例えば、吸蔵還元型あるいは選択還元型のＮＯｘ触媒や、ＮＯｘとＰＭ(Particulate Matter)とを同時に低減するＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)などの触媒を利用することが行われている。また、そのような触媒の排気浄化作用を有効に発揮させるため、ディーゼルエンジンの吸気通路に吸気絞り弁を設けることも行われている。排気温度が低いために触媒が効きにくくなり易い軽負荷時などに、吸気絞り弁によって吸入空気量を絞ることで、排気温度を高めることができる。

また、近年のディーゼルエンジンの主流であるインタークーラ付きターボディーゼルエンジンにおいては、高出力化のために、従来よりも圧縮比を低くする傾向にある。すなわち、高出力化を図るには、多くの燃料を筒内で燃焼させる必要がある。筒内で燃焼させる燃料量を増やすと、最大筒内圧力が高くなる。しかしながら、エンジンの機械的強度上の理由から、最大筒内圧力を高くすることはなるべく回避したいという要望がある。そこで、圧縮比を従来より低くすることで、最大筒内圧力を高くせずに多量の燃料を筒内で燃焼可能とする設計がなされている。

ところで、大気圧の低い高地では、平地（低地）と比べて、空気の密度が小さくなる分、筒内の空気量が減少する。このため、圧縮端圧力（コンプレッション圧力）が低下し、よって、圧縮端温度も低下する。すなわち、燃料が噴射される時点での筒内圧力および筒内温度が低下する。その結果、ディーゼルエンジンを制御する上で、平地とは異なる運転条件が必要とされる場合がある。特開２００３−１５５９４９号公報には、気圧などの環境条件の変化の影響を受けることなしに、パイロット噴射量を狙い通りに制御することを目的とした内燃機関の燃料噴射装置が開示されている。

特開２００３−１５５９４９号公報特開平７−４９０７４号公報特開２０００−１２０４５７号公報特開２００２−２０１９４９号公報特開平６−１７６５４号公報

上述したように、高地では、平地と比べて、圧縮端の圧力および温度が低下するため、燃料が燃焼しにくくなる傾向にある。その結果、平地と同様の運転が困難となり、特に軽負荷域においては、失火し易くなったり、排出ガス中のＴＨＣ（炭化水素）が増加したりし易い。特に、近年の低圧縮比化されたディーゼルエンジンでは、圧縮端の圧力および温度が更に低くなるので、これらの問題がより発生し易くなる。

高地における失火およびＴＨＣ増大という問題を解決するため、従来は、噴射タイミングを早くして燃料が燃焼し易くなるようにしたり、吸気絞り弁を開いて吸入空気量を増大させたりしている。しかしながら、噴射タイミングを早くすると、筒内温度が高くなるので、排気ガス中のＮＯｘが増大したり、また、燃焼騒音が大きくなったりするという問題が生ずる。また、吸気絞り弁を開いて吸入空気量を増大させると、排気温度が低下するので、触媒の温度が低くなり、排気浄化作用を発揮させられなくなるという問題が生ずる。

この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、高地において、ＮＯｘ低減、ＴＨＣ低減、燃焼騒音低減、および失火回避を図ることのできるディーゼルエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、ディーゼルエンジンの制御装置であって、
ディーゼルエンジンの吸入空気を圧縮する過給機と、
前記過給機によって圧縮された吸入空気を冷却するインタークーラと、
前記インタークーラをバイパスして空気を吸入可能とするバイパス手段と、
大気圧が所定値以下の低大気圧環境下にあるか否かを判別する低大気圧環境判別手段と、
前記低大気圧環境下にあると判別された場合に、全部または一部の吸入空気に前記インタークーラをバイパスさせるインタークーラバイパス制御を行うインタークーラバイパス制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記インタークーラバイパス制御手段は、機関負荷が所定の低中負荷域にあるとき、または、過給圧が所定値以下のときに、前記インタークーラバイパス制御を実行することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記インタークーラバイパス制御の実行時に実質的な圧縮比を増大させる実圧縮比増大手段を更に備えることを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記実圧縮比増大手段は、吸気弁閉時期を早めることで吸気弁閉時期を下死点に近づける吸気弁早閉じ手段であることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記インタークーラバイパス制御手段は、前記インタークーラバイパス制御の実行時に、前記インタークーラの下流側における吸気温度が目標温度となるように、前記インタークーラをバイパスする空気の量を制御するバイパス量制御手段を含むことを特徴とする。

また、第６の発明は、ディーゼルエンジンの制御装置であって、
ディーゼルエンジンのスワール比を可変とする可変スワール手段と、
燃料噴射圧力を可変とする噴射圧可変手段と、
大気圧が所定値以下の低大気圧環境下にあるか否かを判別する低大気圧環境判別手段と、
前記低大気圧環境下にあると判別された場合に、スワール比を低下させ、かつ燃料噴射圧力を上昇させるスワール比低下制御を行うスワール比低下制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第７の発明は、第６の発明において、
前記スワール比低下制御手段は、機関負荷が所定の中高負荷域にあるとき、または、過給圧が所定値を超えるときに、前記スワール比低下制御を実行することを特徴とする。

また、第８の発明は、第６または第７の発明において、
前記ディーゼルエンジンは、１気筒当たり複数の吸気弁を備えるものであり、
前記可変スワール手段は、同一気筒において一部の吸気弁のバルブタイミング、作用角、およびリフト量の少なくとも一つを他の吸気弁と異ならせることにより、スワール比を可変とするものであることを特徴とする。

また、第９の発明は、ディーゼルエンジンの制御装置であって、
ディーゼルエンジンの吸入空気を圧縮する過給機と、
前記過給機によって圧縮された吸入空気を冷却するインタークーラと、
前記インタークーラをバイパスして空気を吸入可能とするバイパス手段と、
スワール比を可変とする可変スワール手段と、
燃料噴射圧力を可変とする噴射圧可変手段と、
大気圧が所定値以下の低大気圧環境下にあるか否かを判別する低大気圧環境判別手段と、
前記低大気圧環境下にあると判別された場合であって、機関負荷が所定の低中負荷域にある場合または過給圧が所定値以下である場合に、全部または一部の吸入空気に前記インタークーラをバイパスさせるインタークーラバイパス制御を行うインタークーラバイパス制御手段と、
前記低大気圧環境下にあると判別された場合であって、機関負荷が前記低中負荷域を超える場合または過給圧が前記所定値を超える場合に、スワール比を低下させ、かつ燃料噴射圧力を上昇させるスワール比低下制御を行うスワール比低下制御手段と、
を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、インタークーラ付き過給ディーゼルエンジンが低大気圧環境下（高地）にあるか否かを判別することができる。そして、低大気圧環境下にある場合に、全部または一部の吸入空気にインタークーラをバイパスさせることができる。インタークーラをバイパスさせることで、吸気温度を高くすることができるので、圧縮端温度を高くすることができる。また、インタークーラで生ずる圧力損失が低減して、吸気管圧力が高くなるので、圧縮端圧力を高くすることができる。よって、低大気圧環境下であっても、圧縮端の圧力および温度を十分に高く確保することができる。このため、ＴＨＣ排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。また、第１の発明によれば、燃料噴射タイミングを過度に進角することなしに、上記効果を得ることができる。このため、燃料噴射タイミングの進角に伴う弊害、すなわち、ＮＯｘ排出量増大や燃焼騒音増大が生ずることもない。更に、第１の発明によれば、吸入空気量を過度に多くすることなしに、上記効果を得ることができる。このため、吸入空気量を過度に多くすることの弊害、すなわち、排気温度低下による触媒の不活性化を回避することができる。

第２の発明によれば、機関負荷が所定の低中負荷域にあるとき、または、過給圧が所定値以下のときに、インタークーラバイパス制御を実行することができる。このため、低大気圧環境下において、負荷や過給圧が小さいときであっても、圧縮端の圧力および温度を十分に高くすることができる。よって、ＴＨＣ排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。

第３の発明によれば、インタークーラバイパス制御の実行時に実質的な圧縮比を増大させることができる。このため、圧縮端の圧力および温度を更に高めることができ、ＴＨＣ排出量の増加や失火の発生をより確実に抑制することができる。

第４の発明によれば、インタークーラバイパス制御の実行時、吸気弁閉時期を早め、吸気弁閉時期を下死点に近づけることで、実圧縮比を増大させることができる。これにより、実圧縮比を容易に増大させることができる。

第５の発明によれば、インタークーラバイパス制御の実行時に、インタークーラの下流側における吸気温度が目標温度となるように、インタークーラをバイパスする空気の量を制御することができる。これにより、ＴＨＣ排出量の増加や失火の発生をより確実に抑制することができる。

第６の発明によれば、ディーゼルエンジンが低大気圧環境下（高地）にあるか否かを判別することができる。そして、低大気圧環境下にある場合に、スワール比を低下させ、かつ燃料噴射圧力を上昇させることができる。スワール比を低下させることで、吸気系の流量係数が大きくなるので、吸入空気量を多くすることができる。よって、低大気圧環境下であっても、圧縮端の圧力および温度を十分に高く確保することができる。このため、ＴＨＣ排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。また、第６の発明によれば、燃料噴射圧力を上昇させることで、燃料をより微粒化して噴射することができる。よって、スワール比を低下させたことに伴うスモークの増大を確実に回避することができる。また、第６の発明によれば、燃料噴射タイミングを過度に進角することなしに、上記効果を得ることができる。このため、燃料噴射タイミングの進角に伴う弊害、すなわち、ＮＯｘ排出量増大や燃焼騒音増大が生ずることもない。

第７の発明によれば、機関負荷が所定の中高負荷域にあるとき、または、過給圧が所定値を超えるときに、スワール比低下制御を実行することができる。これにより、低大気圧環境下において、負荷や過給圧が大きいときに、それに見合った十分な吸入空気量を確保することができる。よって、ＴＨＣ排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。

第８の発明によれば、同一気筒において一部の吸気弁のバルブタイミング、作用角、およびリフト量の少なくとも一つを他の吸気弁と異ならせることにより、スワール比を可変とすることができる。これにより、スワール比を高い自由度で精度良く変化させることができる。

第９の発明によれば、インタークーラ付き過給ディーゼルエンジンが低大気圧環境下（高地）にあるか否かを判別することができる。そして、低大気圧環境下にある場合であって、機関負荷が所定の低中負荷域にある場合または過給圧が所定値以下である場合には、全部または一部の吸入空気にインタークーラをバイパスさせることができる。インタークーラをバイパスさせることで、吸気温度を高くすることができるので、圧縮端温度を高くすることができる。また、インタークーラで生ずる圧力損失が低減して、吸気管圧力が高くなるので、圧縮端圧力を高くすることができる。よって、低大気圧環境下であっても、圧縮端の圧力および温度を十分に高く確保することができる。このため、ＴＨＣ排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。また、第９の発明によれば、低大気圧環境下にある場合であって、機関負荷が前記低中負荷域を超える場合または過給圧が前記所定値を超える場合には、スワール比を低下させ、かつ燃料噴射圧力を上昇させることができる。スワール比を低下させることで、吸気系の流量係数が大きくなるので、吸入空気量を多くすることができる。よって、低大気圧環境下であっても、圧縮端の圧力および温度を十分に高く確保することができる。このため、ＴＨＣ排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。更に、この場合、燃料噴射圧力を上昇させることで、燃料をより微粒化して噴射することができる。よって、スワール比を低下させたことに伴うスモークの増大を確実に回避することができる。そして、第９の発明によれば、燃料噴射タイミングを過度に進角することなしに、上記効果を得ることができる。このため、燃料噴射タイミングの進角に伴う弊害、すなわち、ＮＯｘ排出量増大や燃焼騒音増大が生ずることもない。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、４サイクルのディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）１０を備えている。ディーゼルエンジン１０は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。図示のディーゼルエンジン１０は、直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

ディーゼルエンジン１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ１２が設置されている。各気筒のインジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ１６によって所定の燃圧まで加圧されて、コモンレール１４内に蓄えられ、コモンレール１４から各インジェクタ１２に供給される。

ディーゼルエンジン１０の排気通路１８は、排気マニホールド２０により枝分かれして、各気筒の排気ポート２２（図２参照）に接続されている。本実施形態のディーゼルエンジン１０は、ターボ過給機２４を備えている。排気通路１８は、ターボ過給機２４の排気タービンに接続されている。

排気通路１８の、ターボ過給機２４より下流側には、排気ガスを浄化する触媒２６が設けられている。触媒２６としては、例えば、吸蔵還元型または選択還元型のＮＯｘ触媒、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）、酸化触媒、またはこれらの組み合わせ、などを用いることができる。

ディーゼルエンジン１０の吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボ過給機２４の吸気圧縮機で圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３４により、各気筒の吸気ポート３５（図２参照）に分配される。

吸気通路２８の、インタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間には、吸気絞り弁３６が設置されている。軽負荷域などでは、この吸気絞り弁３６の開度を小さくして吸入空気量を制限することにより、排気温度を上昇させることができる。また、吸気通路２８の、エアクリーナ３０の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３８が設置されている。

吸気通路２８の吸気マニホールド３４の近傍には、外部ＥＧＲ通路４０の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路４０の他端は、排気通路１８の排気マニホールド２０近傍に接続されている。本システムでは、この外部ＥＧＲ通路４０を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２８に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。

外部ＥＧＲ通路４０の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４２が設けられている。外部ＥＧＲ通路４０におけるＥＧＲクーラ４２の下流には、ＥＧＲ弁４４が設けられている。このＥＧＲ弁４４の開度を大きくするほど、外部ＥＧＲ通路４０を通る排気ガス量、すなわち外部ＥＧＲ量を多くすることができる。

吸気通路２８の、インタークーラ３２と吸気絞り弁３６との間には、過給圧を検出する過給圧センサ４６と、吸気温度を検出する吸気温センサ４７とが設置されている。また、本システムは、ディーゼルエンジン１０が搭載された車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４８と、大気圧を検出する大気圧センサ７０とを備えている。

本システムには、インタークーラ３２をバイパスするバイパス通路６６が設けられている。すなわち、バイパス通路６６は、インタークーラ３２の上流側と下流側とを接続（短絡）している。本システムでは、このバイパス通路６６を設けたことにより、吸入空気の全部または一部を、インタークーラ３２を通さずにディーゼルエンジン１０に吸入させることができる。

吸気通路２８がインタークーラ３２側とバイパス通路６６側とに分岐する分岐部には、バイパス制御弁６８が設けられている。このバイパス制御弁６８の状態（姿勢）を調整することにより、インタークーラ３２を通して吸入する空気の量と、インタークーラ３２を通さずに吸入する空気の量との比率を自在に制御することができる。

また、本システムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、それらの信号や情報に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを駆動させることにより、ディーゼルエンジン１０の運転状態を制御する。

図２は、図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジン１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼルエンジン１０について更に説明する。図２に示すように、ディーゼルエンジン１０のクランク軸６０の近傍には、クランク軸６０の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ６２が取り付けられている。このクランク角センサ６２は、ＥＣＵ５０に接続されている。クランク角センサ６２からの信号によれば、機関回転数などを検出することができる。

本実施形態において、ディーゼルエンジン１０には、吸気弁５２および排気弁５６が１気筒当たり二つずつ備えられているものとする。そして、ディーゼルエンジン１０は、吸気弁５２を駆動する吸気可変動弁機構５４と、排気弁５６を駆動する排気可変動弁機構５８とを更に備えている。吸気可変動弁機構５４は、吸気弁５２のバルブタイミング、作用角、およびリフト量を連続的に変化させることができる。そして、吸気可変動弁機構５４は、同一気筒の一方の吸気弁５２と他方の吸気弁５２とで、バルブタイミング、作用角、およびリフト量を異ならせることができるものとする。また、排気可変動弁機構５８は、排気弁５６のバルブタイミング、作用角、およびリフト量の少なくとも一つを連続的に変化させることができる。これらの吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８は、ＥＣＵ５０に接続されている。吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８の具体的構成は、特に限定されず、機械的な機構であっても、電磁駆動弁や油圧駆動弁などであってもよい。

［実施の形態１の特徴］
（可変スワール）
ディーゼルエンジン１０では、吸気可変動弁機構５４により、同一気筒に設けられた二つの吸気弁５２のうちの一方の作用角およびリフト量を他方の作用角およびリフト量よりも小さくすることができる。このようにすることで、二つの吸気弁５２の作用角およびリフト量が等しい状態のときよりも、スワール比を大きくすることができる。この場合、上記一方の吸気弁５２の作用角およびリフト量を小さくするほど、スワール比を大きくすることができる。また、上記一方の吸気弁５２の作用角およびリフト量をゼロとしてもよい。スワール比を大きくすると、筒内（燃焼室内）に生ずる空気の回転運動の速度が増加して、燃焼中の燃料と空気との混合が促進されるので、スモークを低減することができる。本実施形態のシステムでは、ディーゼルエンジン１０の運転状態に応じ、上記のようにしてスワール比を変化させることができるものとする。

さて、前述したように、高地では、平地より大気圧が低いため、圧縮端圧力（コンプレッション圧力）が低下し、その結果、圧縮端温度も低下する。ここで、圧縮端とは、筒内に吸入された空気がピストン６４により圧縮され、インジェクタ１２から燃料が噴射（メイン噴射）される頃の筒内の状態のことを言うものとする。圧縮端の圧力や温度が低いと、燃料が燃焼しにくくなる。このため、高地では、平地と同様の運転が困難となり、失火し易くなったり、排出ガス中のＴＨＣ（炭化水素）が増加したりし易いという問題が生ずる（特に軽負荷域）。このような問題を解決するべく、本実施形態では、以下に説明するインタークーラバイパス制御およびスワール比低下制御を行うこととした。

（インタークーラバイパス制御）
本システムでは、大気圧センサ７０で検出される大気圧に基づいて、高地（低大気圧環境下）にいるか否かを判別することができる。そして、高地にいると判別された場合には、ターボ過給機２４により圧縮された吸入空気を、インタークーラ３２を通さずに、バイパス通路６６を通してディーゼルエンジン１０に吸入することとした。これにより、吸入空気がインタークーラ３２で冷却されなくなる分、吸気温度を高くすることができる。よって、圧縮端温度を高くすることができる。また、インタークーラ３２で生ずる圧力損失がなくなるので、吸気管圧力を高くすることができる。よって、圧縮端圧力を高くすることができる。このように、インタークーラ３２をバイパスすることで、圧縮端の圧力および温度を高くすることができる。このため、ＴＨＣ排出量の増加や失火の発生を有効に抑制することができる。

また、本実施形態では、インタークーラ３２のバイパスとともに、吸気弁５２の閉時期を早めることで、実質的な圧縮比（以下、「実圧縮比」と称する）を増大させることとした。図３は、吸気弁５２のリフト特性を示す図である。図３中、一点鎖線は通常運転時、つまり平地でのリフトカーブである。このリフトカーブに示すように、通常運転時は、高回転域において吸気慣性を有効に利用するため、吸気弁閉時期が下死点（ＢＤＣ）よりも後にされている。一方、図３中の破線はインタークーラバイパス制御実行時のリフトカーブである。このリフトカーブに示すように、インタークーラバイパス制御の実行時には、吸気弁閉時期を早めて下死点に近づけることとした。筒内の空気の圧縮が実質的に開始される時点は、吸気弁が閉じた時点である。よって、吸気弁閉時期を早めることで、筒内空気の圧縮開始時期を早くすることができるので、実圧縮比を高くすることができる。実圧縮比を高くすると、圧縮端の圧力および温度を更に高くすることができる。よって、ＴＨＣ排出量の増加や失火の発生をより確実に抑制することができる。

上記のインタークーラバイパス制御は、機関負荷が所定値以下の場合（以下、「低中負荷域」と称する）に実行されるものである。機関負荷が上記所定値を超える場合（以下、「中高負荷域」と称する）には、インタークーラバイパス制御に代えて、以下に説明するスワール比低下制御が実行される。

（スワール比低下制御）
本実施形態では、高地にいると判別された場合であって、中高負荷域にある場合には、平地走行時に比してスワール比が下がるように吸気可変動弁機構５４の動作を制御し、かつ、インジェクタ１２からの燃料噴射圧力を高くすることとした。中高負荷域では、多量の燃料を筒内で燃焼させるので、筒内に吸入される空気量を多く確保する必要がある。スワール比を小さくすると、吸気系の流量係数が大きくなる。よって、スワール比を低下させることで、筒内に吸入される空気量を多くすることができる。

一方、スワール比を小さくすると、スワールの効果、つまり燃料と空気との混合を促進する効果が低くなるので、スモークが増加する傾向がある。そこで、スワール比低下制御の実行時は、燃料噴射圧力の高圧化を併せて行うことで、スモークの増加を防止することとした。燃料噴射圧力を高くすると、燃料をより微粒化して噴射することができるので、空気との混合を促進することができる。このため、スモークを低減することができる。

また、スワール比低下制御の実行時は、インタークーラ３２をバイパスせずに、吸入空気をインタークーラ３２に通すこととした。中高負荷域では、低中負荷域と比べ、ターボ過給機２４が有効に作動するので、過給圧が高くなる。このため、ターボ過給機２４の出口の吸気温度が高くなる。このような場合には、インタークーラ３２で吸入空気を冷却することで充填効率を高め、筒内に吸入される空気量をより多くした方が、ＴＨＣを低減する上で有効である。そこで、インタークーラ３２のバイパスをせずに、吸入空気を通常のようにインタークーラ３２に通すこととした。

［実施の形態１における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。図４に示すルーチンによれば、まず、インタークーラバイパス制御やスワール比低下制御が必要なほどの高地（低大気圧環境下）にいる否かが判別される（ステップ１００）。具体的には、まず、大気圧センサ７０で検出された現在の大気圧Ｐ₀が読み込まれる。次いで、下記不等式の成否が判別される。
標準大気圧−Ｐ₀≧１０kPa ・・・（１）

上記（１）式中の標準大気圧の値は、ＥＣＵ５０に予め記憶されているものとする。上記ステップ１００において、上記（１）式が成立していない場合には、インタークーラバイパス制御やスワール比低下制御が必要なほど大気圧が低くはないと判断できる。そこで、この場合には、所定のベース制御（通常制御）が実施され（ステップ１０２）、本ルーチンの今回の処理サイクルを終了する。

一方、上記ステップ１００において、上記（１）式が成立している場合には、インタークーラバイパス制御やスワール比低下制御が必要なほど大気圧の低い高地にいると判断できる。この場合には、次に、現在の機関回転数およびアクセル開度が読み込まれ、それらの値に基づいて、低中負荷域であるか否かが判別される（ステップ１０４）。

上記ステップ１０４において、低中負荷域にあると判別された場合には、前述したインタークーラバイパス制御が実行される（ステップ１０６）。すなわち、吸入空気がインタークーラ３２を通らずにバイパス通路６６を通るようにバイパス制御弁６８の状態が制御される。更に、吸気弁５２の閉時期が早くなるように、吸気可変動弁機構５４の動作が制御される。この場合、大気圧Ｐ₀と吸気弁５２の閉時期との関係を定めたマップをＥＣＵ５０に予め記憶しておき、大気圧Ｐ₀が低いほど吸気弁５２の閉時期が早くなるように制御しても良い。

一方、上記ステップ１０４において、低中負荷域にあると判別された場合には、前述したスワール比低下制御が実行される（ステップ１０８）。このスワール比低下制御においては、例えば次の何れかの手法により、ベース制御時（平地走行時）よりもスワール比が小さくなるように制御される。
(1)同一気筒の二つの吸気弁５２のうちの一方を閉状態に保持する吸気片弁閉じを軽負荷側の領域で行うこととしている場合において、吸気片弁閉じを行う領域をベース制御時よりも軽負荷側へ移行させる。あるいは、全運転域に渡り、吸気片弁閉じを行わないようにする。
(2)同一気筒の二つの吸気弁５２のうちの一方の作用角およびリフト量を他方の作用角およびリフト量よりも小さくすることとしている場合において、上記一方の吸気弁５２の作用角およびリフト量をベース制御時よりも大きくして、両者の差を少なくする。あるいは、両方の吸気弁５２の作用角およびリフト量を等しくする。

また、上記ステップ１０８のスワール比低下制御においては、吸入空気にインタークーラ３２をバイパスさせずに、吸入空気がインタークーラ３２を通るように、バイパス制御弁６８の状態が制御される。更に、コモンレール１４内の圧力（レール圧）がベース制御時よりも大きくなるようにサプライポンプ１６の作動が制御される。これにより、インジェクタ１２からの燃料噴射圧力が高くされる。

以上説明した図４に示すルーチンの処理によれば、大気圧の低い高地を走行しているときであっても、圧縮端の圧力および温度を十分に高めることができ、また、吸入空気量を十分に確保することができる。このため、ＴＨＣ排出量を低減することができる。更に、失火の発生も確実に防止することができる。

また、図４に示すルーチンの処理によれば、燃料噴射タイミングを過度に早くすることなしに、上記効果を得ることができる。このため、ＮＯｘ排出量が増大したり、燃焼騒音が大きくなったりすることもない。更に、吸気絞り弁を開いて吸入空気量を増大させることなしに、上記効果が得られるので、排気温度が低くなり過ぎることを回避することができる。このため、触媒２６の浄化作用を有効に発揮させることができる。

また、本実施形態では、ディーゼルエンジン１０の負荷の大きさに応じて、インタークーラバイパス制御およびスワール比低下制御の何れかを行うこととしている。これにより、負荷の大小にかかわらず、上記効果を得ることができる。

なお、本実施形態では、大気圧の低い高地にいるか否かを大気圧センサ７０の信号に基づいて判断しているが、この判断の手法はこれに限定されるものではない。例えば、ＧＰＳ(Global Positioning System)を利用したカーナビゲーションシステムによって車両の走行地点の標高を求め、その標高に応じて低大気圧環境下であるか否かを判断するようにしてもよい。

また、図４に示すルーチンのステップ１０４においては、インタークーラバイパス制御を行うかスワール比低下制御を行うかを、負荷（アクセル開度）に応じて決定するようにしているが、過給圧に応じてこれを決定するようにしてもよい。すなわち、過給圧センサ４６で検出される過給圧と所定の判定値とを上記ステップ１０４において比較することとし、過給圧がその判定値以下のときにはインタークーラバイパス制御を行い、過給圧がその判定値を超えるときにはスワール比低下制御を実行するようにしてもよい。また、負荷あるいは過給圧に基づく判断に加えて、現在の機関回転数が所定値以下であること、つまり低回転側の領域にあることを条件として、インタークーラバイパス制御またはスワール比低下制御を行うようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１では、インタークーラバイパス制御の実行時、吸入空気の全量をバイパス通路６６に通すようにしているが、吸入空気の一部をバイパス通路６６に通し、残りはインタークーラ３２を通過させるようにしてもよい。更に、吸気温センサ４７で検出される吸気温度が目標温度となるようにバイパス制御弁６８の状態をフィードバック制御することで、インタークーラ３２を通過する空気量とバイパスする空気量との割合を調整するようにしてもよい。

また、上述した実施の形態１では、同一気筒の一方の吸気弁５２の作用角およびリフト量と他方の吸気弁５２の作用角およびリフト量とが異なる大きさとなるように吸気可変動弁機構５４を作動させることによってスワール比を可変としているが、スワール比を可変とする手法はこれに限定されるものではない。例えば、公知のスワール制御弁を用いてスワール比を可変とするようにしてもよい。その場合には、スワール比低下制御において、スワール制御弁の開度を調整することでスワール比を低下させることができる。

また、上述した実施の形態１では、高地での中高負荷域において、スワール比を低下させることで十分な吸入空気量を確保するようにしているが、スワール比を低下させること以外の手法、例えば次の何れかの手法によって吸入空気量を確保するようにしてもよい。
(1)図３中の実線で示すように、吸気弁５２の作用角およびリフト量の少なくとも一方を、平地走行時と比べて大きくする。
(2)排気弁５６の開時期を平地走行時よりも早くする。これにより、排気エネルギが増大し、ターボ過給機２４の回転数が上昇するので、過給圧を高くすることができる。このため、十分な吸入空気量を確保することができる。

また、上述した実施の形態１においては、ターボ過給機２４が前記第１および第９の発明における「過給機」に、バイパス通路６６およびバイパス制御弁６８が前記第１および第９の発明における「バイパス手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１、第６および第９の発明における「低大気圧環境判別手段」が、上記ステップ１０４および１０６の処理を実行することにより前記第１、第２および第９の発明における「インタークーラバイパス制御手段」が、上記ステップ１０６の処理において吸気弁５２の閉時期を早くすることにより前記第３の発明における「実圧縮比増大手段」および前記第４の発明における「吸気弁早閉じ手段」が、上記ステップ１０４および１０８の処理を実行することにより前記第６、第７および第９の発明における「スワール比低下制御手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、インタークーラバイパス制御の実行時に吸気温センサ４７で検出される吸気温度が目標温度となるようにバイパス制御弁６８の状態をフィードバック制御することにより前記第５の発明における「バイパス量制御手段」が、同一気筒の一方の吸気弁５２の作用角およびリフト量と他方の吸気弁５２の作用角およびリフト量とが異なる大きさとなるように吸気可変動弁機構５４を作動させることにより前記第６、第８および第９の発明における「可変スワール手段」が、サプライポンプ１６の作動を制御してレール圧を変化させることにより前記第６および第９の発明における「噴射圧可変手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジンの一つの気筒の断面を示す図である。本発明の実施の形態１における吸気弁のリフト特性を示す図である。本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ディーゼルエンジン
１２インジェクタ
１４コモンレール
１８排気通路
２０排気マニホールド
２２排気ポート
２４ターボ過給機
２６触媒
２８吸気通路
３４吸気マニホールド
３６吸気絞り弁
３８エアフローメータ
４０外部ＥＧＲ通路
４４ＥＧＲ弁
４６過給圧センサ
４７吸気温センサ
５０ＥＣＵ
５２吸気弁
５４吸気可変動弁機構
５６排気弁
５８排気可変動弁機構
６２クランク角センサ
６４ピストン
６６バイパス通路
６８バイパス制御弁
７０大気圧センサ

Claims

ディーゼルエンジンのスワール比を可変とする可変スワール手段と、
燃料噴射圧力を可変とする噴射圧可変手段と、
大気圧が所定値以下の低大気圧環境下にあるか否かを判別する低大気圧環境判別手段と、
前記低大気圧環境下にあると判別された場合に、スワール比を低下させ、かつ燃料噴射圧力を上昇させるスワール比低下制御を行うスワール比低下制御手段と、
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。
前記スワール比低下制御手段は、機関負荷が所定の中高負荷域にあるとき、または、過給圧が所定値を超えるときに、前記スワール比低下制御を実行することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの制御装置。
前記ディーゼルエンジンは、１気筒当たり複数の吸気弁を備えるものであり、
前記可変スワール手段は、同一気筒において一部の吸気弁のバルブタイミング、作用角、およびリフト量の少なくとも一つを他の吸気弁と異ならせることにより、スワール比を可変とするものであることを特徴とする請求項１または２記載のディーゼルエンジンの制御装置。
ディーゼルエンジンの吸入空気を圧縮する過給機と、
前記過給機によって圧縮された吸入空気を冷却するインタークーラと、
前記インタークーラをバイパスして空気を吸入可能とするバイパス手段と、
スワール比を可変とする可変スワール手段と、
燃料噴射圧力を可変とする噴射圧可変手段と、
大気圧が所定値以下の低大気圧環境下にあるか否かを判別する低大気圧環境判別手段と、
前記低大気圧環境下にあると判別された場合であって、機関負荷が所定の低中負荷域にある場合または過給圧が所定値以下である場合に、全部または一部の吸入空気に前記インタークーラをバイパスさせるインタークーラバイパス制御を行うインタークーラバイパス制御手段と、
前記低大気圧環境下にあると判別された場合であって、機関負荷が前記低中負荷域を超える場合または過給圧が前記所定値を超える場合に、スワール比を低下させ、かつ燃料噴射圧力を上昇させるスワール比低下制御を行うスワール比低下制御手段と、
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。