(57)【要約】【課題】窒素酸化物の低減効果をなるべく損なわずに、ディーゼルエンジンの負荷の増大の過渡期においてスモークの発生を有効に抑制する。【解決手段】本発明のディーゼルエンジンシステムは、ディーゼルエンジン２と、ディーゼルエンジン２に吸入される吸気の流量を制御するスロットル弁１２と、ディーゼルエンジン２の排気側から吸気側に排気を還流するＥＧＲ通路７と、ＥＧＲ通路７を介して還流される排気の流量を制御するＥＧＲ弁１９と、スロットル弁１２とＥＧＲ弁１９を、ディーゼルエンジン２の負荷が増大したときにスロットル弁１２の開度が小さく、且つ、ＥＧＲ弁１９の開度が大きくなるように制御する制御装置８とを具備する。制御装置８は、ＥＧＲ弁１９の開度の増大を、所定の第１保持時間だけＥＧＲ弁１９の開度を一定に保った後に行うように構成されている。【選択図】図１Ａ
2008215112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンと、
前記ディーゼルエンジンに吸入される吸気の流量を制御するスロットル弁と、
前記ディーゼルエンジンの排気側から吸気側に排気を還流するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を介して還流される前記排気の流量を制御するＥＧＲ弁と、
前記スロットル弁と前記ＥＧＲ弁を、前記ディーゼルエンジンの負荷が増大したときに前記スロットル弁の開度が小さく、且つ、前記ＥＧＲ弁の開度が大きくなるように制御する制御装置
とを具備し、
前記制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開度の増大を、所定の第１保持時間だけ前記ＥＧＲ弁の開度を一定に保った後に行うように構成された
ディーゼルエンジンシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のディーゼルエンジンシステムであって、
前記制御装置は、前記スロットル弁の開度の減少を、所定の第２保持時間だけ前記スロットル弁の開度を一定に保った後に行うように構成された
ディーゼルエンジンシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のディーゼルエンジンシステムであって、
前記第１保持時間は、１秒以上、５秒以下である
ディーゼルエンジンシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のディーゼルエンジンシステムであって、
前記第２保持時間は、１秒以上、５秒以下である
ディーゼルエンジンシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のディーゼルエンジンシステムであって、
更に、前記ディーゼルエンジンに吸入される前記吸気の流量を測定する吸気流量測定器を具備し、
前記制御装置は、前記ディーゼルエンジンの負荷から、前記吸気ポートに吸入される吸気の流量の目標値を決定し、前記吸気流量測定器によって得られた前記吸気の流量と前記目標値との誤差に基づくフィードバック制御を行うことにより、前記スロットル弁と前記ＥＧＲ弁の開度を決定する
ディーゼルエンジンシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のディーゼルエンジンシステムであって、
前記制御装置は、前記吸気流量測定器によって得られた前記吸気の流量と前記目標値との誤差に基づくＰＩＤ制御又はＰＩ制御によって第１制御パラメータを決定し、且つ、前記第１制御パラメータに対して遅延ロジックを適用することによって第２制御パラメータを決定し、前記第２制御パラメータに対して飽和演算を適用することによって第３制御パラメータを決定し、前記第３制御パラメータから前記スロットル弁と前記ＥＧＲ弁の開度を決定するように構成され、
前記遅延ロジックは、前記ＥＧＲ弁の開度を増加させる場合には前記第２制御パラメータが前記第１保持時間だけ一定に保持されるように定義されており、
前記制御装置は、前記ＰＩＤ制御又はＰＩ制御について、前記第１制御パラメータと前記第３制御パラメータとの差に基づくアンチワインドアップ補償を行うように構成された
ディーゼルエンジンシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のディーゼルエンジンシステムであって、
前記制御装置は、前記ディーゼルエンジンの負荷に基づくフィードフォーワード制御によって前記スロットル弁と前記ＥＧＲ弁の開度を決定する
ディーゼルエンジンシステム。
【請求項８】
請求項７に記載のディーゼルエンジンシステムであって、
前記第１保持時間は、１秒以上、１０秒以下である
ディーゼルエンジンシステム。
【請求項９】
ディーゼルエンジンと、
前記ディーゼルエンジンに吸入される吸気の流量を制御するスロットル弁と、
前記ディーゼルエンジンの排気側から吸気側に排気を還流するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を介して還流される前記排気の流量を制御するＥＧＲ弁と、
前記スロットル弁と前記ＥＧＲ弁を、前記ディーゼルエンジンの負荷が増大したときに前記スロットル弁の開度が小さく、且つ、前記ＥＧＲ弁の開度が大きくなるように制御する制御装置
とを具備し、
前記制御装置は、前記スロットル弁の開度の減少を、所定の保持時間だけ前記スロットル弁の開度を一定に保った後に行うように構成された
ディーゼルエンジンシステム。
【請求項１０】
ディーゼルエンジンと、
前記ディーゼルエンジンに吸入される吸気の流量を制御するスロットル弁と、
前記ディーゼルエンジンの排気側から吸気側に排気を還流するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を介して還流される前記排気の流量を制御するＥＧＲ弁
とを備えるディーゼルエンジンシステムの制御方法であって、
前記スロットル弁と前記ＥＧＲ弁を、前記ディーゼルエンジンの負荷が増大したときに前記スロットル弁の開度が小さく、且つ、前記ＥＧＲ弁の開度が大きくなるように制御するステップ
とを具備し、
前記ＥＧＲ弁の開度の増大は、所定の保持時間だけ前記ＥＧＲ弁の開度を一定に保った後に行われる
ディーゼルエンジンシステムの制御方法。
【請求項１１】
ディーゼルエンジンと、
前記ディーゼルエンジンに吸入される吸気の流量を制御するスロットル弁と、
前記ディーゼルエンジンの排気側から吸気側に排気を還流するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を介して還流される前記排気の流量を制御するＥＧＲ弁
とを備えるディーゼルエンジンシステムの制御方法であって、
前記スロットル弁と前記ＥＧＲ弁を、前記ディーゼルエンジンの負荷が増大したときに前記スロットル弁の開度が小さく、且つ、前記ＥＧＲ弁の開度が大きくなるように制御するステップ
とを具備し、
前記スロットル弁の開度の減少は、所定の保持時間だけ前記スロットル弁の開度を一定に保った後に行われる
ディーゼルエンジンシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンシステムに関し、特に、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる有害物質（例えば、ＮＯｘ（窒素酸化物）やＰＭ（粒子状物質）を低減するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気を吸気管に還流する排ガス再循環技術（EGR: Exhaust Gas Recirculation）は、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物を低減させるために使用される技術の一つである。排気には、酸素が含まれていないか、少量の酸素しか含まれていないので、排気を吸気管に還流すると、酸素濃度が低い状態で燃焼が行われる。このため、燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生が抑制される。排ガス再循環技術は、例えば、特許第３４４８８６２号、特許第３０９２５４７号、特開平１１−５０９１７号、及び特開平１１−２８０５２５号に開示されている。
【０００３】
排ガス再循環技術を採用するディーゼル機関は、概略的には、下記のように構成される。ディーゼルエンジンの排気ポートと吸気ポートとの間に、排気を吸気通路に還流するＥＧＲ通路（排気還流路）が設けられる。ＥＧＲ通路には、還流される排気の量を制御するＥＧＲ弁（排気還流制御弁）が設けられる。加えて、吸気通路に吸気の量を制御するスロットル弁（吸気絞り弁）が設けられる。
【０００４】
ＥＧＲ弁とスロットル弁の開度は、空気過剰率が目標値に一致するように制御される。より具体的には、空気過剰率が目標値よりも大きい場合には、ＥＧＲ弁の開度が増大され、これにより、還流される排気の量が増大される。ＥＧＲ弁が全開に到達したら、スロットル弁の開度が減少される。このような制御により、還流される排気の量が増大されると共に必要な場合には外気の流入量が減少され、空気過剰率が目標値に一致するように低減される。一方、空気過剰率が目標値よりも小さい場合には、スロットル弁の開度が増大される。スロットル弁が全開に到達しても空気過剰率が目標値に到達しない場合には、ＥＧＲ弁の開度が減少される。このような制御により、外気の流入量が増大されると共に必要な場合には還流される排気の量が減少され、空気過剰率が目標値に一致するように増大される。
【０００５】
重要な点は、窒素酸化物を有効に低減させるためには、ＥＧＲ弁及びスロットル弁の開度をディーゼルエンジンの負荷に依存して制御する必要があることである。これは、所望の空気過剰率を実現するためのＥＧＲ弁及びスロットル弁の開度が、エンジンの負荷に応じて異なっているからである。ＥＧＲ弁が同一の開度であっても、ＥＧＲ弁を介して還流する排気の量は、ディーゼルエンジンの負荷、特にエンジン回転数に依存して異なる。
【０００６】
より具体的には、ディーゼルエンジンの負荷が小さい場合（すなわち、エンジン回転数が低い場合）には、吸気圧が低いので、ＥＧＲ弁の開度が小さくても多くの排気を還流させることができる。このため、ディーゼルエンジンの負荷が小さい場合には、ＥＧＲ弁の開度が小さくされ、スロットル弁の開度が大きくされる。一方、ディーゼルエンジンの負荷が大きい場合には、ＥＧＲ弁の開度を大きくしなくては、所望量の排気を還流させることができなくなる。このため、ディーゼルエンジンの負荷が大きい場合には、ＥＧＲ弁の開度が大きくされ、又はスロットル弁の開度が小さくされる。このような制御によれば、最大の窒素酸化物低減効果を得ることができる。
【０００７】
このような制御の一つの問題は、ディーゼルエンジンの負荷を増大させようとする場合に、増大の過渡期においてスモークが発生しやすくなってしまう（即ち、粒子状物質が発生しやすくなってしまう）ことである。排ガスの還流量を確保して窒素酸化物を低減させるという観点からは、ディーゼルエンジンの負荷の増大と共に、ＥＧＲ弁の開度を大きくし、加えて必要であればスロットル弁の開度を小さくすることが好ましい。しかしながら、このような制御には、ディーゼルエンジンの負荷が増大する過渡期において、必要な吸気流量を確保できなくなるという副作用がある。ディーゼルエンジンの負荷が増大すると、必要な吸気流量も増大する。しかしながら、窒素酸化物を低減させるためにＥＧＲ弁の開度を大きくし、又はスロットル弁の開度を小さくすると、外部から吸気される空気の量が抑制されて必要な吸気流量を確保できなくなる。すると、ディーゼルエンジンの燃焼室で不完全燃焼が起こり、スモークが発生してしまう。確かに、ディーゼルエンジンの負荷の増大は、それ自体が吸気流量を増大させる作用を有しているので、ディーゼルエンジンの負荷の増大が完了した後は（すなわち、エンジン回転数の増大が完了した後は）、吸気流量を確保できないという問題は深刻ではない。しかしながら、吸気流量を増大させる作用が有効に発現していない過渡期では、ＥＧＲ弁の開度を大きくし、又はスロットル弁の開度を小さくすると必要な吸気流量を確保できなくなり、スモークが発生してしまう問題は重大である。
【０００８】
このような背景から、窒素酸化物の低減効果をなるべく損なわずに、エンジンの負荷の増大の過渡期においてスモークの発生を有効に抑制するための技術の提供が望まれている。
【特許文献１】特許第３４４８８６２号
【特許文献２】特許第３０９２５４７号
【特許文献３】特開平１１−５０９１７号
【特許文献４】特開平１１−２８０５２５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、窒素酸化物の低減効果をなるべく損なわずに、エンジンの負荷の増大の過渡期においてスモークの発生を有効に抑制するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は、以下に述べられる手段を採用する。その手段の記述には、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］の記載との対応関係を明らかにするために、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号が付記されている。但し、付記された番号・符号は、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲を限定的に解釈するために用いてはならない。
【００１１】
一の観点において、本発明のディーゼルエンジンシステムは、ディーゼルエンジン（２）と、ディーゼルエンジン（２）に吸入される吸気の流量を制御するスロットル弁（１２）と、ディーゼルエンジン（２）の排気側から吸気側に排気を還流するＥＧＲ通路（７）と、ＥＧＲ通路（７）を介して還流される排気の流量を制御するＥＧＲ弁（１９）と、スロットル弁（１２）とＥＧＲ弁（１９）を、ディーゼルエンジン（２）の負荷が増大したときに前記スロットル弁（１２）の開度が小さく、且つ、ＥＧＲ弁（１９）の開度が大きくなるように制御する制御装置（８）とを具備する。制御装置（８）は、ＥＧＲ弁（１９）の開度の増大を、所定の第１保持時間だけＥＧＲ弁（１９）の開度を一定に保った後に行うように構成されている。
【００１２】
このような構成によれば、所定の第１保持時間だけＥＧＲ弁（１９）の開度を一定に保たれるためにディーゼルエンジン（２）の負荷の増大それ自体によって吸気流量を増大する作用が阻害されにくい。したがって、本発明のディーゼルエンジンシステムは、ディーゼルエンジン（２）の負荷の増大の過渡期においても必要な吸気流量を確保し、スモークの発生を抑制することができる。ＥＧＲ弁（１９）の開度が一定に保持される第１保持時間は、１秒以上、５秒以下であることが好ましい。
【００１３】
スモークの発生の抑制の観点からは、制御装置（８）は、スロットル弁（１２）の開度の減少を、所定の第２保持時間だけ前記スロットル弁（１２）の開度を一定に保った後に行うように構成されることが更に好ましい。スロットル弁（１２）の開度が一定に保持される第２保持時間は、１秒以上、５秒以下であることが好ましい。
【００１４】
ディーゼルエンジン（２）に吸入される前記吸気の流量を測定する吸気流量測定器（２２）がディーゼルエンジンシステムに設けられている場合、前記スロットル弁（１２）と前記ＥＧＲ弁（１９）の開度は、前記ディーゼルエンジン（２）の負荷から、前記吸気ポートに吸入される吸気の流量の目標値（Ｇａｉｒ＊）を決定し、前記吸気流量測定器（２２）によって得られた前記吸気の流量（Ｇａｉｒ）と前記目標値（Ｇａｉｒ＊）との誤差に基づくフィードバック制御を行うことによって決定されることが好ましい。
【００１５】
より具体的には、前記吸気流量測定器（２２）によって得られた前記吸気の流量と前記目標値との誤差に基づくＰＩＤ制御又はＰＩ制御によって第１制御パラメータ（θ）が決定され、且つ、前記第１制御パラメータ（θ）に対して遅延ロジックを適用することによって第２制御パラメータ（θｄ）が決定され、第２制御パラメータ（θｄ）に対して飽和演算を適用することによって第３制御パラメータ（θｓ）が決定され、第３制御パラメータ（θｓ）からスロットル弁（１２）と前記ＥＧＲ弁（１９）の開度が決定されることが好ましい。この場合、前記遅延ロジックは、ＥＧＲ弁（１９）の開度を増加させる場合には第２制御パラメータ（θｄ）が前記第１保持時間だけ一定に保持されるように定義される必要がある。制御応答性を向上させるためには、前記ＰＩＤ制御又はＰＩ制御に対して、前記第１制御パラメータ（θ）と前記第３制御パラメータ（θｓ）との差に基づくアンチワインドアップ補償が行われることが好ましい。
【００１６】
スロットル弁（１２）とＥＧＲ弁（１９）の開度は、ディーゼルエンジン（２）の負荷に基づくフィードフォーワード制御によって決定されることも好適である。ＥＧＲ弁（１９）の開度の増大を、所定の第１保持時間だけＥＧＲ弁（１９）の開度を一定に保った後に行う制御は、フィードフォーワード制御が行われる場合に特に有効である。
【００１７】
他の観点において、本発明のディーゼルエンジンシステムは、
ディーゼルエンジン（２）と、ディーゼルエンジン（２）に吸入される吸気の流量を制御するスロットル弁（１２）と、ディーゼルエンジン（２）の排気側から吸気側に排気を還流するＥＧＲ通路（７）と、ＥＧＲ通路（７）を介して還流される前記排気の流量を制御するＥＧＲ弁（１９）と、スロットル弁（１２）とＥＧＲ弁（１９）を、ディーゼルエンジン（２）の負荷が増大したときに前記スロットル弁（１２）の開度が小さく、且つ、ＥＧＲ弁（１９）の開度が大きくなるように制御する制御装置（８）とを具備する。制御装置（８）は、スロットル弁（１２）の開度の減少を、所定の保持時間だけ前記スロットル弁（１２）の開度を一定に保った後に行うように構成されている。
【００１８】
このような構成によれば、所定の保持時間だけスロットル弁（１２）の開度を一定に保たれるためにディーゼルエンジン（２）の負荷の増大それ自体によって吸気流量を増大する作用が阻害されにくい。したがって、本発明のディーゼルエンジンシステムは、ディーゼルエンジン（２）の負荷の増大の過渡期においても必要な吸気流量を確保し、スモークの発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、窒素酸化物の低減効果をなるべく損なわずに、エンジンの負荷の増大の過渡期においてスモークの発生を有効に抑制するための技術が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１Ａは、本発明の一実施形態のディーゼルエンジンシステム１の構成を示す図である。ディーゼルエンジンシステム１は、ディーゼルエンジン２と、吸気通路３と、排気通路４と、ターボチャージャ５と、排ガス処理装置６と、ＥＧＲ通路７とを備えている。吸気通路３は、ディーゼルエンジン２の吸気ポート２ａに接続され、排気通路４は、ディーゼルエンジン２の排気ポート２ｂに接続されている。ターボチャージャ５は、排気通路４に排出される排気によって駆動されて吸気を圧縮する。排ガス処理装置６は、排気からＮＯｘやＰＭのような有害物質を取り除く。ＥＧＲ通路７は、排気ポート２ｂと吸気ポート２ａとを接続するように設けられている。
【００２１】
吸気通路３には、ターボチャージャ５のコンプレッサホイール５ａと、インタークーラ１１と、スロットル弁１２とが設けられている。ターボチャージャ５によって圧縮された吸気は、インタークーラ１１によって冷却された後、スロットル弁１２を介してディーゼルエンジン２に供給される。スロットル弁１２は吸気の量を制御するために使用される。
【００２２】
一方、排気通路４には、ＶＧＴ（variable geometry turbocharger）アクチュエータ１３と、ターボチャージャ５のタービンホイール５ｂとが設けられている。ＶＧＴアクチュエータ１３は、ターボチャージャ５のタービンホイール５ｂに導入される排気の量を制御するために使用される。タービンホイール５ｂは、それに導入された排気によって駆動され、吸気通路３に設けられたコンプレッサホイール５ａを駆動する。これにより、吸気通路３の吸気が圧縮される。ターボチャージャ５のタービンホイール５ｂから排出された排気は、排ガス処理装置６に導入される。
【００２３】
排ガス処理装置６は、還元剤添加インジェクタ１４と、ＤＯＣ（diesel oxidation catalyst）１５と、ＬＮＴ（lean NOx trap）１６と、ＤＰＦ（diesel particulate Filter）１７とを備えている。還元剤添加インジェクタ１４は、排気を還元するための還元剤を注入する。ＤＯＣ１５、ＬＮＴ１６、ＤＰＦ１７は、排気からＮＯｘ及び粒子状物質（ＰＭ）を除去するために使用される。
【００２４】
ＥＧＲ通路７は、排気ポート２ｂから吸気ポート２ａに排気を還流させることにより、ＮＯｘの排出を低減する役割を有している。ＥＧＲ通路７には、ＥＧＲクーラ１８とＥＧＲ弁１９とが設けられている。ＥＧＲクーラ１８は、還流される排気を冷却する。ＥＧＲ弁１９は、還流される排気の量を制御する。
【００２５】
上述のスロットル弁１２、ＶＧＴアクチュエータ１３、還元剤添加インジェクタ１４、及びＥＧＲ弁１９を適切に制御するために、ディーゼルエンジンシステム１の各位置には、様々な計測器やセンサが設けられる。具体的には、ディーゼルエンジン２には、その回転数Ｎを計測する回転数センサ２１が設けられ、吸気通路３には、吸気流量Ｇａｉｒ（即ち、吸気通路３の空気流量）を計測するエアフローメータ２２がターボチャージャ５の上流に設けられる。加えて、吸気ポート２ａには、吸気圧センサ２３と吸気温度センサ２４とが設けられ、排気通路４には、空燃比センサ２５と、ＮＯｘセンサ２６とが設けられている。更に、排ガス処理装置６には、排温センサ２７ａ〜２７ｄと、ＤＰＦ差圧センサ２８と、ＮＯｘセンサ２９とが設けられている。
【００２６】
図１Ｂに示されているように、回転数センサ２１、エアフローメータ２２、吸気圧センサ２３、吸気温度センサ２４、空燃比センサ２５、ＮＯｘセンサ２６、排温センサ２７ａ〜２７ｄ、ＤＰＦ差圧センサ２８、及びＮＯｘセンサ２９の出力信号は、制御装置８に供給される。制御装置８は、その出力信号に応じてスロットル弁１２、ＶＧＴアクチュエータ１３、還元剤添加インジェクタ１４、及びＥＧＲ弁１９の開度を制御する。
【００２７】
既述のように、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９の制御は、窒素酸化物及びスモーク（又は粒子状物質）の発生に影響を及ぼす。本実施形態のディーゼルエンジンシステム１の一つの特徴は、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９の適正な制御により、窒素酸化物の低減効果をなるべく損なわずに、エンジンの負荷の増大の過渡期においてスモークの発生を有効に抑制していることである。
【００２８】
より具体的には、本実施形態のディーゼルエンジンシステム１では、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９は、その開度が増大するときと減少するときとで応答の速さが異なるように制御される。より具体的には、図２Ａに示されているように、スロットル弁１２については、その開度ｘＴ／Ｖを減少すべき場合には、開度ｘＴ／Ｖが所定の保持時間だけ一定に保持された後で開度ｘＴ／Ｖの減少が開始され、逆に開度ｘＴ／Ｖを増大すべき場合には（保持時間の経過を待つことなく）速やかに開度ｘＴ／Ｖが増大される。一方、ＥＧＲ弁１９については、図２Ｂに示されているように、その開度ｘＥＧＲを増大すべき場合には所定の保持時間だけ一定に保持された後で開度ｘＥＧＲの増大が開始され、開度ｘＥＧＲを減少すべき場合には（保持時間の経過を待つことなく）速やかに開度ｘＥＧＲが減少される。
【００２９】
このような制御によれば、窒素酸化物の低減効果をなるべく損なわずに、ディーゼルエンジン２の負荷の増大の過渡期におけるスモークの発生を有効に抑制できる。ディーゼルエンジン２の負荷が増大される場合には、最終的には、窒素酸化物の発生を抑制するためにＥＧＲ弁１９の開度が増大され、更に、必要であればスロットル弁１２の開度が減少される。ＥＧＲ弁１９の開度が増大され、又はスロットル弁１２の開度が減少されると、空気が外部から吸気されにくくなるから、これは、不完全燃焼によるスモークの発生の原因になり得る。しかしながら、本実施形態では、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９の開度が所定の保持時間だけ一定に保持されるので、ディーゼルエンジン２の負荷の増大の過渡期において、ディーゼルエンジン２の負荷の増大それ自体によって吸気流量を増大する作用が阻害されにくい。したがって、過渡期においても必要な吸気流量を確保し、スモークの発生を抑制することができる。
【００３０】
一方で、ディーゼルエンジン２の負荷が減少されるときには、（保持時間の経過を待つことなく）速やかにスロットル弁１２の開度が増大され、更に、必要であればＥＧＲ弁１９の開度が減少される。これにより、空気過剰率が最適に制御され、窒素酸化物の発生を抑制することができる。
【００３１】
スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖ及びＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲの保持時間は、１秒以上５秒以下であることが好ましい。スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖ及びＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲの保持時間が過剰に短いと、ディーゼルエンジン２の負荷の増大の過渡期において必要な吸気流量を確保できない。一方、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖ及びＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲの保持時間が過剰に長いと、窒素酸化物が不必要に増大してしまう。
【００３２】
以下では、上述の制御を実現するための具体的な制御ロジックについて説明する。図３は、制御装置８で行われる、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９の開度の制御ロジックを示す図である。制御装置８には、トルク指令Ｔ＊と、回転数センサ２１によって測定されたエンジン回転数Ｎとが与えられる。トルク指令Ｔ＊は、ディーゼルエンジン２が出力すべきトルクを指定する信号である。当該ディーゼルエンジンシステム１が車両に搭載される場合には、トルク指令Ｔ＊は、例えば、アクセルペダルの動きに応答して生成されたアクセル開度信号や、燃料噴射量を指定する燃料噴射量指令から生成され得る。また、トルク指令Ｔ＊の代わりにアクセル開度信号や燃料噴射量指令が使用されてもよい。
【００３３】
制御装置８には、更に、エアフローメータ２２によって測定された吸気流量Ｇａｉｒが与えられ、吸気流量Ｇａｉｒがスロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９の開度の制御に使用される。
【００３４】
エンジン回転数Ｎとトルク指令Ｔ＊に対してローパスフィルタ処理３１、３３が行われ、更に、ローパスフィルタ処理がなされたエンジン回転数Ｎとトルク指令Ｔ＊から、吸気通路３に吸気される吸気流量の目標値Ｇａｉｒ＊が決定される。吸気流量の目標値Ｇａｉｒ＊の決定には、制御マップ３３が使用される。
【００３５】
図４は、制御マップ３３の内容を示すグラフである。制御マップ３３には、エンジン回転数Ｎ及びトルク指令Ｔ＊と、吸気流量の目標値Ｇａｉｒ＊との対応関係が記述されている。吸気流量の目標値Ｇａｉｒ＊は、エンジン回転数Ｎが増大する程、また、トルク指令Ｔ＊が増大するほど大きくなるように決定されている。
【００３６】
更に、決定された吸気流量の目標値Ｇａｉｒ＊と、エアフローメータ２２によって計測された吸気流量Ｇａｉｒの誤差ｅが減算処理３４によって算出され、誤差ｅに基づいてＰＩＤ制御３５が行われる。ＰＩＤ制御３５により、操作パラメータθが決定される。操作パラメータθとは、スロットル弁１２の開度ｘＴ／ＶとＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを決定するパラメータである。エンジンの負荷が増大すると、吸気流量の目標値Ｇａｉｒ＊が増大され、従って、操作パラメータθは小さくなる。
【００３７】
吸気流量Ｇａｉｒは、ディーゼルエンジン２の空気過剰率に相当するパラメータであるから、吸気流量Ｇａｉｒに応答してスロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９の開度を制御することは、ディーゼルエンジン２の空気過剰率に応答してスロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９の開度を制御することと等価である。従って、吸気流量Ｇａｉｒの代わりに、ディーゼルエンジン２の空気過剰率が使用されてもよい。この場合、制御マップ３３には、エンジン回転数Ｎ及びトルク指令Ｔ＊と、空気過剰率の目標値との対応関係が記述され、ディーゼルエンジン２の空気過剰率と、その目標値の誤差ｅに基づいてＰＩＤ制御３５が行われる。
【００３８】
制御装置８には、操作パラメータθからスロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖを決定する関数３７と、操作パラメータθからＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを決定する関数３８が記憶されている。制御装置８は、関数３７、３８を用いてスロットル弁１２の開度ｘＴ／ＶとＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを決定する。図５は、関数３７、３８に規定された操作パラメータθとスロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖ及びＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲの関係を示すグラフである。本実施形態では、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖは、操作パラメータθが微小な値θ０以下である場合、一定値ｘ０（％）に制御され、操作パラメータθがθ０以上１以下である場合、θに対してｘ０％から１００％まで単調に増加され、θが１以上である場合、１００％に維持される。一方、ＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲは、操作パラメータθが１以下である場合、１００％に維持され、θが１以上である場合、θに対して１００％から０％まで単調に減少される。
【００３９】
本実施形態では、関数３７、３８によるスロットル弁１２の開度ｘＴ／ＶとＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲの決定には、ＰＩＤ制御３５によって算出された操作パラメータθがそのまま使用されるのではない。制御装置８は、操作パラメータθに対して遅延ロジック３６を適用し、遅延ロジック３６が適用された後の操作パラメータθに対して関数３７、３８を適用することにより、スロットル弁１２の開度ｘＴ／ＶとＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを決定する。以下の説明では、遅延ロジック３６が適用された後の操作パラメータθは、以下、操作パラメータθｄと記載することとする。
【００４０】
遅延ロジック３６は、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９の開度を、所定の保持時間の経過後に後に減少させ、又は増加させる制御を行うためのものであり、下記のように決定されている。操作パラメータθが減少されようとする場合には、操作パラメータθｄは、所定の保持時間だけ一定に保持された後、操作パラメータθを追随するように減少される。操作パラメータθｄの減少レートは、所定の範囲内に制限される。操作パラメータθが減少する場合に操作パラメータθｄが所定の保持時間だけ一定に保持されることにより、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖを減少すべき場合に開度ｘＴ／Ｖが所定の保持時間だけ一定に保持され、加えて、ＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを増大すべき場合に開度ｘＥＧＲが所定の保持時間だけ一定に保持される。一方、操作パラメータθが増加しようとする場合には、操作パラメータθｄは、操作パラメータθに一致するように決定される。これにより、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖを増加すべき場合には（保持時間の経過を待たずに）開度ｘＴ／Ｖが速やかに増加され、ＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを減少すべき場合には（保持時間の経過を待たずに）開度ｘＥＧＲが速やかに増加される。このような制御により、窒素酸化物の低減効果をなるべく損なわずに、エンジンの負荷の増大の過渡期においてスモークの発生を有効に抑制できることは、上述の通りである。
【００４１】
なお、本実施形態では、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９の両方について、所定の保持時間の経過後に開度を減少させ、又は増加させる制御が行われているが、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９の一方についてのみ所定の保持時間の経過後に後に開度を減少させ、又は増加させる制御が行われてもよい。
【００４２】
即ち、他の実施形態では、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖを減少すべき場合には、開度ｘＴ／Ｖが所定の保持時間だけ一定に保持された後で開度ｘＴ／Ｖの減少が開始され、逆に開度ｘＴ／Ｖを増大すべき場合には（保持時間の経過を待つことなく）速やかに開度ｘＴ／Ｖが増大される。その一方で、ＥＧＲ弁１９については、保持時間の経過を待つことなく、開度ｘＥＧＲの減少及び増加が行われる。このような動作は、例えば、遅延ロジック３６が適用された後の操作パラメータθｄに関数３７を適用することにより、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖを算出する一方で、（遅延ロジック３６が適用されない）操作パラメータθに関数３８を適用することにより、ＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを算出することによって実現可能である。このような制御でも、過渡期においても必要な吸気流量を確保し、スモークの発生を抑制することができる。
【００４３】
更に他の実施形態では、ＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを増加すべき場合には、開度ＥＧＲが所定の保持時間だけ一定に保持された後で開度ｘＥＧＲの増加が開始され、逆に開度ＥＧＲＶを減少すべき場合には（保持時間の経過を待つことなく）速やかに開度ｘＥＧＲが減少される。その一方で、スロットル弁１２については、保持時間の経過を待つことなく、開度ｘＴ／Ｖの減少及び増加が行われる。このような動作は、例えば、（遅延ロジック３６が適用されない）操作パラメータθに関数３７を適用することにより、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖを算出する一方で、遅延ロジック３６が適用された後の操作パラメータθｄに関数３８を適用することにより、ＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを算出することによって実現可能である。
【００４４】
スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖが保持される保持時間とＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲが保持される保持時間とは、異なっていてもよい。このような制御は、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖについて適用される遅延ロジック３６の保持時間と、ＥＧＲ弁１９の開度ｘＴ／Ｖについて適用される遅延ロジック３６の保持時間を相違させることによって実現可能である。
【００４５】
図６は、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖ及び／又はＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲの決定に遅延ロジック３６を適用することの有効性を示すグラフであり、ディーゼルエンジン２の負荷が増大した場合における本実施形態のディーゼルエンジンシステム１の応答を示している。スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖ及びＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲの保持時間は、４秒に設定されている。詳細には、図６（ａ）は、ディーゼルエンジン２の回転数、図６（ｂ）はディーゼルエンジン２の出力トルク、図６（ｃ）は、吸気される空気の流量、図６（ｄ）は、排ガスに含まれる酸素濃度、図６（ｅ）は、排煙濃度を示している。図６（ｄ）の排ガスに含まれる酸素濃度は、ディーゼルエンジン２での燃焼に使用される酸素の量と対応しており、図６（ｄ）の排ガスに含まれる酸素濃度が低いことは、不完全燃焼が発生していることを意味している。一方、図６（ｅ）に示された排煙濃度はスモークの発生の有無に対応しており、排煙濃度が高いことは、スモークが発生していることを意味している。
【００４６】
ディーゼルエンジン２の負荷が増大すると、吸気される空気の流量Ｇａｉｒも増大する。比較例のように、遅延ロジック３６を使用しない場合には、ディーゼルエンジン２の負荷が増大される場合には、窒素酸化物の発生を抑制するためにＥＧＲ弁１９の開度が増大され、更に、スロットル弁１２の開度が減少されるために、吸気される空気の流量Ｇａｉｒの増大が遅れてしまう。空気の流量Ｇａｉｒの増大の遅れは、図６（ｄ）に示されているように、ディーゼルエンジン２において不完全燃焼を発生させ、図６（ｅ）に示されているようにスモークを長時間発生させる。スモークの長時間の発生は、排煙濃度が長時間高いままに維持されるという現象になって現れることに留意されたい。
【００４７】
一方、図６（ｃ）から明らかであるように、本発明のように遅延ロジック３６を使用することにより、吸気される空気の流量Ｇａｉｒは速やかに増加される。スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖの決定のみに遅延ロジック３６を適用する場合、ＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲの決定のみに遅延ロジック３６を適用する場合、及び両方に遅延ロジック３６を適用する場合のいずれにおいても、吸気される空気の流量Ｇａｉｒは速やかに増加される。空気の流量Ｇａｉｒが速やかに増加されることにより、図６（ｄ）に示されているように、ディーゼルエンジン２において不完全燃焼が起こりにくくなり、スモークの発生が抑制される。スモークの発生の抑制は、排煙濃度が短時間しか高い状態にならないという現象になって現れることに留意されたい。
【００４８】
図６から、最も速やかに吸気される空気の流量Ｇａｉｒが増大するのは、スロットル弁１２の開度ｘＴ／ＶとＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲの両方の決定に遅延ロジック３６が適用される場合であることが理解される。これは、スロットル弁１２の開度ｘＴ／ＶとＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲの両方に遅延ロジック３６を適用することの有効性を示している。ただし、図６から明らかであるように、一方のみに遅延ロジック３６を適用することも有効であることに留意されたい。
【００４９】
図７は、制御装置８によって行われる制御ロジックの他の例を示している。図７の制御ロジックでは、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９に飽和がある（即ち、全開位置と全閉位置がある）ことに対応して、飽和演算３９が追加される。本実施形態では、遅延ロジック３６が適用された後の制御パラメータθｄに飽和演算３９が適用され、これにより、制御パラメータθｓが算出される。より具体的には、制御パラメータθｄが０以上２以下の値をとるときには、制御パラメータθｓが制御パラメータθｄに一致され、制御パラメータθｄが０以下である場合には、制御パラメータθｓは０とされ、制御パラメータθｄが２以上である場合には、制御パラメータθｓは２とされる。制御パラメータθｓに対して関数３７、３８が適用され、これにより、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖ及びＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲが算出される。
【００５０】
一つの問題は、スロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９に飽和があるために、ワインドアップと呼ばれる問題が発生することである。スロットル弁１２又はＥＧＲ弁１９が全開、又は全閉になってしまうと、制御偏差が生じた状態のままになる。一方で、ＰＩＤ制御３５に使用される誤差ｅが０でない状態に維持されるので、ＰＩＤ制御３５における積分値が増加し続け、制御応答性が悪くなる。ワインドアップの問題は、遅延ロジック３６を使用することにより、更に顕著になってしまう。
【００５１】
ワインドアップの問題を有効に回避するために、本実施形態では、制御パラメータθに対して遅延ロジック３６が適用された後に飽和演算３９が適用され、飽和演算３９によって得られた制御パラメータθｓを基に対してアンチワインドアップ補償４１が行われる。
【００５２】
図８は、ＰＩＤ制御３５とアンチワインドアップ補償４１の内容を示す制御ブロック図である。ＰＩＤ制御３５は、誤差ｅと、微分演算４２の結果と、積分演算４４の結果を加算し、得られた和に対して比例ゲインＫＰを乗じる乗算４６を行うことによって行われる。ただし、アンチワインドアップ補償４１の結果を減じた後に誤差ｅに対して積分演算４４が適用される。（１制御ステップ前において）ＰＩＤ制御３５によって得られた制御パラメータθと飽和演算３９によって得られた制御パラメータθｓとの差が減算４０によって算出され、その差に基づいてアンチワインドアップ補償４１が行われる。アンチワインドアップ補償４１の伝達関数ＦＡＷＵ（ｓ）としては、下記式：
【数１】
2008215112.tif 000003
が使用され得る。ここで、ＫＰは、ＰＩＤ制御３５の比例ゲインであり、ＴＤは、ＰＩＤ制御３５の微分時間である。このようなアンチワインドアップ補償４１を行うことにより、ワインドアップによる制御応答性の悪化を防ぐことができる。
【００５３】
アンチワインドアップ補償４１は、本実施形態のようにＰＩＤ制御３５が行われる場合のみならず、ＰＩＤ制御３５の代わりにＰＩ制御が行われる場合にも有効である。
【００５４】
図３及び図８では、吸気流量Ｇａｉｒに基づくフィードバック制御によって制御パラメータθが決定されているが、図９に示されているように、ディーゼルエンジン２の負荷に応じたフィードフォーワード制御によって制御パラメータθを決定する（即ち、スロットル弁１２の開度ｘＴ／ＶとＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを決定する）ことも可能である。フィードフォーワード制御では、ディーゼルエンジン２の負荷の変化の発生から短時間でスロットル弁１２の開度ｘＴ／ＶとＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲが制御されるため、フィードバック制御と比較すると、スモークの発生が顕著である。従って、一定の保持時間の後にスロットル弁１２の開度ｘＴ／ＶとＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを減少させ、又は増加させる制御は、フィードフォーワード制御が行われる場合に特に有効である。
【００５５】
より具体的には、制御装置８には、エンジン回転数Ｎとトルク指令Ｔ＊とが与えられ、エンジン回転数Ｎとトルク指令Ｔ＊に対してローパスフィルタ処理３１、３３が行われる。ローパスフィルタ処理がなされたエンジン回転数Ｎとトルク指令Ｔ＊から、制御マップ３３Ａを使用して、制御パラメータθが決定される。制御マップ３３Ａには、エンジン回転数Ｎ及びトルク指令Ｔ＊と、制御パラメータθとの対応関係が記述されている。制御マップ３３Ａでは、制御パラメータθが、エンジン回転数Ｎが増大する程、また、トルク指令Ｔ＊が増大する程小さくなるように決定されている。
【００５６】
制御マップ３３Ａによって得られた制御パラメータθに対して遅延ロジック３６が適用され制御パラメータθｄが算出される。更に、（遅延ロジック３６が適用された）制御パラメータθｄに対して関数３７、３８が適用されることにより、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖ、及びＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲが決定される。上述のように、関数３７は、操作パラメータθからスロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖを決定する関数であり、関数３８は、操作パラメータθからＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを決定する関数である。
【００５７】
図９に示された制御でも、遅延ロジック３６を適用することにより、窒素酸化物の低減効果をなるべく損なわずに、エンジンの負荷の増大の過渡期においてスモークの発生を有効に抑制できる。詳細には、操作パラメータθが減少されようとする場合には、操作パラメータθｄは、所定の保持時間だけ一定に保持された後、操作パラメータθを追随するように減少される。操作パラメータθが減少する場合に操作パラメータθｄが所定の保持時間だけ一定に保持されることにより、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖを減少すべき場合に開度ｘＴ／Ｖが所定の保持時間だけ一定に保持され、加えて、ＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを増大すべき場合に開度ｘＥＧＲが所定の保持時間だけ一定に保持される。一方、操作パラメータθが増加しようとする場合には、操作パラメータθｄは、操作パラメータθに一致するように決定される。これにより、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖを増加すべき場合には（保持時間の経過を待たずに）開度ｘＴ／Ｖが速やかに増加され、ＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲを減少すべき場合には（保持時間の経過を待たずに）開度ｘＥＧＲが速やかに増加される。このような制御により、窒素酸化物の低減効果をなるべく損なわずに、エンジンの負荷の増大の過渡期においてスモークの発生を有効に抑制できることは、上述の通りである。
【００５８】
図９のフィードフォーワード制御が行われる場合、保持時間は、図３のフィードバック制御が行われる場合よりも長いことが好ましい。フィードバック制御では、吸気流量（又は空気過剰率）が検出され、それらに基づいてスロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９の制御が行われる。したがって、比較的、現在の運転状態に必要な空気量が確保されやすい。言い換えれば、保持時間が比較的に短時間でもよい。一方、フィードフォーワード制御では吸気流量（又は空気過剰率）はスロットル弁１２及びＥＧＲ弁１９の制御において考慮されない。したがって、エンジン負荷が増大する過渡状態において、大幅な空気量不足が発生しやすい。このため、スモークの発生を充分に抑制するためには、図９のフィードフォーワード制御が行われる場合の保持時間を、図３のフィードバック制御が行われる場合よりも長く設定することが好ましい。
【００５９】
具体的には、図９のフィードフォーワード制御が行われる場合は、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖ及びＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲの保持時間は、１秒以上１０秒以下であることが好ましく、３秒以上１０秒以下であることが更に好ましい。スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖ及びＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲの保持時間が過剰に短いと、ディーゼルエンジン２の負荷の増大の過渡期において必要な吸気流量を確保できない。一方、スロットル弁１２の開度ｘＴ／Ｖ及びＥＧＲ弁１９の開度ｘＥＧＲの保持時間が過剰に長いと、窒素酸化物が不必要に増大してしまう。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の一実施形態のディーゼルエンジンシステムの構成を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａのディーゼルエンジンシステムの制御系の構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、スロットル弁の開度の変化の例を示すグラフである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ＥＧＲ弁の開度の変化の例を示すグラフである。
【図３】図３は、制御装置で行われる制御ロジックの例を示すブロック図である。
【図４】図４は、図３の制御ロジックで使用される制御マップの内容を示す概念図である。
【図５】図５は、図３の制御ロジックで使用される関数の内容を示すグラフである。
【図６】図６は、スロットル弁の開度及び／又はＥＧＲ弁の開度を所定の保持時間だけ一定に維持する制御の効果を示すグラフである。
【図７】図７は、制御装置で行われる制御ロジックの他の例を示すブロック図である。
【図８】図８は、図７の制御ロジックで行われるアンチワインドアップ補償の例を示すブロック図である。
【図９】図９は、制御装置で行われる制御ロジックの他の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６１】
１：ディーゼルエンジンシステム
２：ディーゼルエンジン
３：吸気通路
４：排気通路
５：ターボチャージャ
６：排ガス処理装置
７：ＥＧＲ通路
８：制御装置
１１：インタークーラ
１２：スロットル弁
１３：ＶＧＴアクチュエータ
１４：還元剤添加インジェクタ
１５：ＤＯＣ
１６：ＬＮＴ
１７：ＤＰＦ
１８：ＥＧＲクーラ
１９：ＥＧＲ弁
２１：回転数センサ
２２：エアフローメータ
２３：吸気圧センサ
２４：吸気温度センサ
２５：空燃比センサ
２６：ＮＯｘセンサ
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ：排温センサ
２８：ＤＰＦ差圧センサ
２９：ＮＯｘセンサ
３１、３２：ローパスフィルタ処理
３３、３３Ａ：制御マップ
３４：減算処理
３５：ＰＩＤ制御
３６：遅延ロジック
３７：関数
３８：関数
３９：飽和演算
４０：減算
４１：アンチワインドアップ補償
４２：微分演算
４３：減算
４４：積分演算
４５：加算
４６：乗算
【図１Ａ】
2008215112.tif 000004
【図１Ｂ】
2008215112.tif 000005
【図２Ａ】
2008215112.tif 000006
【図２Ｂ】
2008215112.tif 000007
【図３】
2008215112.tif 000008
【図４】
2008215112.tif 000009
【図５】
2008215112.tif 000010
【図６】
2008215112.tif 000011
【図７】
2008215112.tif 000012
【図８】
2008215112.tif 000013
【図９】
2008215112.tif 000014