(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス還流装置を備えたディーゼルエンジンであって、
一端部に燃焼室が形成されたシリンダと、
このシリンダ内で往復運動するピストンと、
上記燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
上記シリンダからの排気により回転されるタービン、及びこのタービンの回転により回転駆動されるコンプレッサを備えた過給機と、
上記タービンの下流側の排気通路と上記コンプレッサの上流側の吸気通路とを連通させる排気ガス還流通路と、
この排気ガス還流通路を流れる排気ガスの流量を調節する還流量制御弁と、
上記コンプレッサの下流側の吸気通路に接続されたインタークーラと、
このインタークーラと並列になるように、入口部及び出口部が吸気通路に接続された新気貯留室と、
この新気貯留室の入口部を開閉する入口開閉弁と、
上記新気貯留室の出口部を開閉する出口開閉弁と、を備え、
所定の定常運転時において、上記還流量制御弁を通して排気ガスを還流させ、上記入口開閉弁及び出口開閉弁を閉鎖させる一方、所定の加速運転時において、上記還流量制御弁を閉鎖させ、上記出口開閉弁を開放させることにより上記新気貯留室内の新気を上記燃焼室に供給すると共に、上記入口開閉弁を開放させることにより新気を上記新気貯留室内に導入することを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
さらに、上記インタークーラ及び上記新気貯留室よりも下流側の吸気通路内の酸素濃度を推定する酸素濃度推定手段を備え、定常運転時において、この酸素濃度推定手段による酸素濃度の推定値に基づいて、上記還流量制御弁を制御する請求項１記載のディーゼルエンジン。
【請求項３】
上記入口開閉弁及び上記出口開閉弁を閉鎖させる場合において、それらの開閉弁を開放させたときよりも緩やかに上記入口開閉弁及び上記出口開閉弁が閉鎖される請求項１又は２記載のディーゼルエンジン。
【請求項４】
さらに、上記タービンよりも下流で、上記排気ガス還流通路よりも上流の排気通路に接続されたパティキュレートフィルタを有する請求項１乃至３の何れか１項に記載のディーゼルエンジン。
【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に関し、特に、排気ガス還流装置を備えたディーゼルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの排気ガスを吸気側に還流させ、排気中のＮＯｘを低減させる排気ガス還流装置（ＥＧＲ）を備えたディーゼルエンジンが広く普及している。また、実開昭６３−１２５１６１号公報（特許文献１）にはエンジンの排気処理装置が記載されている。このエンジンの排気処理装置（排気ガス還流装置）では、過給機を備えたエンジンにおいて、過給機のタービン下流側の排気通路と、過給機のコンプレッサ上流側の吸気通路とを接続している。
【０００３】
このように、タービン下流側の排気通路とコンプレッサ上流側の吸気通路とを接続するタイプの排気ガス還流装置は、コンプレッサによって圧縮された多量の排気ガスを還流させることができるという利点がある。また、このタイプの排気ガス還流装置は、タービン上流側とコンプレッサ下流側を接続するタイプの排気ガス還流装置よりも排気ガスの流れる経路が長く、より低温の排気ガスを還流させることができるので、排気中のＮＯｘをより低減させることができるという利点もあり、広く採用されつつある。
【０００４】
【特許文献１】実開昭６３−１２５１６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、実開昭６３−１２５１６１号公報に記載されたタイプの排気ガス還流装置では、一般に、コンプレッサ上流側に還流された排気ガスが、コンプレッサ、インタークーラ、吸気マニホルド等を通って還流されるため、エンジン出力を増大させようとする際に、吸気中の酸素濃度を急激に増加させることが難しいという問題がある。これは、車両の加速時等に吸気中の酸素濃度を増加させるために、排気ガスを吸気側へ還流させる通路を閉鎖し、排気ガスの還流を停止させたとしても、上記のようにコンプレッサ、インタークーラ、吸気マニホルド等に既に排気ガスが還流した多量の吸気が残存しているためである。
【０００６】
このため、車両の加速時等に急激に燃料噴射量を増加させると、排気ガスの還流吸気が燃焼室に供給されている間は酸素不足となり、多量のスモークが発生するという問題がある。また、車両の加速時等にも、噴射量が急激に増加しないように燃料噴射量を制御した場合には、車両の加速応答性が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
従って、本発明は、エンジン出力を増大させる際に、燃焼室に供給される吸気の酸素濃度を急激に上昇させることができ、加速応答性に優れたディーゼルエンジンを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、本発明は、排気ガス還流装置を備えたディーゼルエンジンであって、一端部に燃焼室が形成されたシリンダと、このシリンダ内で往復運動するピストンと、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、シリンダからの排気により回転されるタービン、及びこのタービンの回転により回転駆動されるコンプレッサを備えた過給機と、タービンの下流側の排気通路とコンプレッサの側の吸気通路とを連通させる排気ガス還流通路と、この排気ガス還流通路を流れる排気ガスの流量を調節する還流量制御弁と、コンプレッサの下流側の吸気通路に接続されたインタークーラと、このインタークーラと並列になるように、入口部及び出口部が吸気通路に接続された新気貯留室と、この新気貯留室の入口部を開閉する入口開閉弁と、新気貯留室の出口部を開閉する出口開閉弁と、を備え、所定の定常運転時において、還流量制御弁を通して排気ガスを還流させ、入口開閉弁及び出口開閉弁を閉鎖させる一方、所定の加速運転時において、還流量制御弁を閉鎖させ、出口開閉弁を開放させることにより新気貯留室内の新気を燃焼室に供給すると共に、入口開閉弁を開放させることにより新気を上記新気貯留室内に導入することを特徴としている。
【０００９】
このように構成された本発明においては、シリンダから排出された排気ガスはタービンを回転させ、タービンを回転させた排気ガスの一部が排気ガス還流通路を通って吸気通路に還流される。還流された排気ガスは、新たに導入された新気と共にコンプレッサで圧縮され、インタークーラを介してシリンダ内に導入される。燃料噴射弁は、シリンダ内に導入されて圧縮された吸気中に燃料を噴射して、これを燃焼させる。この燃焼に伴う空気の膨張によりピストンが押圧され、動力が発生される。所定の定常運転時において、還流量制御弁を通して排気ガスが還流され、入口開閉弁及び出口開閉弁が閉鎖される一方、所定の加速運転時において、入口開閉弁及び出口開閉弁が開放されることによって、新気貯留室内に貯留されていた新気が放出される。新気貯留室から放出された新気は、インタークーラを介さずにシリンダ内に導入される。
【００１０】
このように構成された本発明によれば、所定の加速運転時において、新気貯留室内に貯留されていた新気が、インタークーラを介さず、速やかにシリンダ内に導入されるので、エンジン出力を増大させる際、シリンダに供給される吸気の酸素濃度を急激に上昇させることができる。これにより多量のスモークを発生させることなく、エンジンの加速応答性を向上させることができる。
【００１１】
本発明において、好ましくは、さらに、インタークーラ及び新気貯留室よりも下流側の吸気通路内の酸素濃度を推定する酸素濃度推定手段を備え、定常運転時において、この酸素濃度推定手段による酸素濃度の推定値に基づいて、還流量制御弁を制御する。
【００１２】
このように構成された本発明によれば、シリンダ内に供給される吸気の酸素濃度が酸素濃度推定手段によって推定されるので、還流量制御弁の還流量を精度よく制御することができ、排気ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００１３】
本発明において、好ましくは、入口開閉弁及び出口開閉弁を閉鎖させる場合において、それらの開閉弁を開放させたときよりも緩やかに入口開閉弁及び出口開閉弁が閉鎖される。
【００１４】
このように構成された本発明によれば、入口開閉弁及び出口開閉弁を閉鎖させる際に、緩やかに閉鎖されるので、シリンダ内に供給される吸気の酸素濃度が急激に変化することがなく、酸素濃度の急変によるトルクショックを低減することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、さらに、タービンよりも下流で、排気ガス還流通路よりも上流の排気通路に接続されたパティキュレートフィルタを有する。
このように構成された本発明によれば、排気ガス中の微粒子等がパティキュレートフィルタによって捕捉されるので、微粒子等を含んだ排気ガスが、排気ガス還流通路を通って吸気側に還流され、微粒子等がコンプレッサ等に堆積して、それらの耐久性を低下させるのを防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のディーゼルエンジンによれば、エンジン出力を増大させる際に、燃焼室に供給される吸気の酸素濃度を急激に上昇させることができ、これにより加速応答性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの全体構成を示す図である。また、図２は、本実施形態のディーゼルエンジンにおける制御を示すフローチャートである。図３は、本実施形態のディーゼルエンジンの作用を示すグラフである。
【００１８】
図１に示すように、本発明の実施形態によるディーゼルエンジン１は、一端部に燃焼室２ａが形成されたシリンダ２と、シリンダ２内で往復運動するピストン４と、ピストン４の往復運動によって回転されるクランクシャフト６と、ピストン４とクランクシャフト６を連結するコネクティングロッド８と、燃焼室２ａ内に燃料を噴射する燃料噴射弁１０と、を有する。さらに、ディーゼルエンジン１は、シリンダ２内に圧縮した空気を送り込む過給機１２と、この過給機１２下流側の排気通路から過給機１２上流側の吸気通路に排気ガスを還流させる排気ガス還流装置１４と、過給機１２の下流側の吸気通路に接続され、吸気を冷却するインタークーラ１６と、を有する。なお、図１には、シリンダ２は１つのみ図示されているが、本実施形態のディーゼルエンジン１は、排気量２０００ｃｃの４気筒エンジンである。
【００１９】
さらに、ディーゼルエンジン１は、吸気通路にインタークーラ１６と並列に接続された新気貯留室１８と、この新気貯留室１８の入口部１８ａに配置された入口開閉弁２０と、新気貯留室１８の出口部１８ｂに配置された出口開閉弁２２と、を有する。また、ディーゼルエンジン１は、排気ガス還流装置１４、入口開閉弁２０、出口開閉弁２２等を制御する制御手段であるコントローラ２４と、過給機１２下流側の排気通路に接続されたパティキュレートフィルタ２６と、吸気に混入した埃等を除去するエアフィルタ２８と、を有する。
【００２０】
ピストン４は、シリンダ２内に往復運動可能に配置され、このピストン４の往復運動がコネクティングロッド８を介してクランクシャフト６に伝達され、回転運動に変換されるように構成されている。また、シリンダ２の上端部には燃焼室２ａが形成されており、この燃焼室２ａの天井面には吸気弁３０及び排気弁３２が設けられている。
【００２１】
また、燃料噴射弁１０は、燃焼室２ａの天井面から燃焼室２ａ内に燃料を噴射するように構成されている。吸気弁３０及び排気弁３２を所定のタイミングで開閉し、所定のタイミングで燃料噴射弁１０から燃料を噴射することにより、ディーゼルエンジン１は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を繰り返して動力を発生する。
【００２２】
過給機１２は、シリンダ２からの排気により回転されるタービン１２ａと、このタービン１２ａの回転により回転駆動されるコンプレッサ１２ｂと、を有する。過給機１２のタービン１２ａは、排気弁３２によって開閉される燃焼室２ａの排気ポート３２ａに接続された排気通路３４ａに設けられており、排気通路３４ａを通って導かれた排気の圧力により、回転されるように構成されている。コンプレッサ１２ｂは、そのインペラがタービン１２ａと同一の回転軸１２ｃに取り付けられており、タービン１２ａの回転によって回転駆動されるようになっている。コンプレッサ１２ｂのインペラが回転駆動されることにより、吸気通路３６ａによって導かれた吸気が圧縮され、インタークーラ１６を介して燃焼室に送り込まれるようになっている。
【００２３】
パティキュレートフィルタ２６は、過給機１２のタービン１２ａの下流側の排気通路３４ｂに接続されている。パティキュレートフィルタ２６は、シリンダ２からの排気中に混入しているカーボン粒子等の微粒子成分を捕捉し、除去するように構成されている。これにより、排気ガス還流装置１４を介して還流した排気ガスに含まれるカーボン粒子等が、過給機１２のコンプレッサ１２ｂや、吸気系内に堆積して、コンプレッサ１２ｂ等の性能や、耐久性が低下するのを防止している。
【００２４】
排気ガス還流装置１４は、排気ガス還流通路１４ａと、この排気ガス還流通路１４ａを通過する排気ガスの流量を調整する還流量制御弁であるＥＧＲ制御弁１４ｂと、排気ガス還流通路１４ａを通過する排気ガスを冷却するＥＧＲクーラー１４ｃと、を有する。排気ガス還流通路１４ａは、パティキュレートフィルタ２６の下流側の排気通路３４ｃとコンプレッサ１２ｂの上流側の吸気通路３６ａを連通させるように構成されている。ＥＧＲクーラー１４ｃは、排気ガス還流通路１４ａの途中に設けられており、熱交換機により排気ガス還流通路１４ａを通過する排気ガスを冷却して燃焼室２ａ内における燃料の燃焼によるＮＯｘの発生を抑制するように構成されている。ＥＧＲ制御弁１４ｂは、排気ガス還流通路１４ａの途中に設けられており、排気通路３４ｃから吸気通路３６ａに還流される排気ガスの量を調節するように構成されている。
【００２５】
インタークーラ１６は、コンプレッサ１２ｂ下流側の吸気通路３６ｂに接続されており、コンプレッサ１２ｂによって圧縮された吸気を冷却するように構成されている。このインタークーラ１６によって冷却された吸気は、インタークーラ１６下流側の吸気通路３６ｃに流入する。
【００２６】
新気貯留室１８は、入口部１８ａ及び出口部１８ｂを有し、排気ガスが混入されていない新気を貯留するように構成されている。新気貯留室１８の入口部１８ａは、インタークーラ１６の上流側の吸気通路３６ｂに連通され、出口部１８ｂは、インタークーラ１６の下流側の吸気通路３６ｃに連通されている。従って、新気貯留室１８は、インタークーラ１６の上流側と下流側をバイパスするように、インタークーラ１６と並列に配置されている。本実施形態においては、新気貯留室１８は、約４リットルの内容積を有する。好ましくは、新気貯留室の容積は、エンジン排気量の約１乃至３倍とする。
【００２７】
新気貯留室１８の入口部１８ａには、入口開閉弁２０が設けられており、新気貯留室１８への新気の導入流量を調整できるように構成されている。同様に、新気貯留室１８の出口部１８ｂには、出口開閉弁２２が設けられており、新気貯留室１８からの新気の排出流量を調整できるように構成されている。
【００２８】
また、インタークーラ１６及び新気貯留室１８の下流側の吸気マニホールド３７には、吸気温度センサ３８及び吸気圧力センサ４０が配置されている。さらに、エアフィルタ２８の下流側の吸気通路２８ａには、吸気量センサ４２が配置されている。また、クランクシャフト６の近傍には、クランクシャフト６の回転数を検出するエンジン回転速度センサ４４が取り付けられている。さらに、ディーゼルエンジン１を搭載した車両には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ４６及び車両の速度を検出する車速センサ４８が備えられている。
【００２９】
コントローラ２４は、還流量制御手段２４ａ、開閉制御手段２４ｂ、及び酸素濃度推定手段２４ｃを内蔵しており、吸気温度センサ３８、吸気圧力センサ４０、吸気量センサ４２、エンジン回転速度センサ４４、アクセル開度センサ４６等の検出結果に基づいて、ディーゼルエンジン１の運転状態を制御するように構成されている。具体的には、コントローラ２４は、ＣＰＵ、メモリ、及びそれらを作動させるプログラム（以上、図示せず）等により構成されている。また、コントローラ２４は、燃料噴射弁１０による燃料噴射量及び燃料噴射時期も制御するように構成されている。
【００３０】
還流量制御手段２４ａは、ＥＧＲ制御弁１４ｂの開度を調節して、排気ガスの吸気への還流量を制御するように構成されている。開閉制御手段２４ｂは、入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２の開度を調節して、新気貯留室１８からの新気の供給、及び新気貯留室１８への新気の導入を制御するように構成されている。また、酸素濃度推定手段２４ｃは、吸気温度センサ３８、吸気圧力センサ４０、及び吸気量センサ４２の検出結果に基づいて、新気貯留室１８の下流側の吸気通路内の酸素濃度を推定するように構成されている。還流量制御手段２４ａ、開閉制御手段２４ｂ、及び酸素濃度推定手段２４ｃによる制御の詳細は、後述する。
【００３１】
次に、図１乃至図３を参照して、本発明の実施形態によるディーゼルエンジン１の作用を説明する。
まず、ディーゼルエンジン１の定常運転時における作用の概略を説明する。
エアフィルタ２８を介して導入された新気は、排気ガス還流装置１４を通って還流された排気ガスと混合され、吸気通路３６ａを通ってコンプレッサ１２ｂに流入する。コンプレッサ１２ｂに流入した吸気は、圧縮され、吸気通路３６ｂを通ってインタークーラ１６に流入する。インタークーラ１６に流入した吸気は、冷却され、温度が低下した状態で吸気通路３６ｃに流入する。吸気通路３６ｃに流入した吸気は、さらに、吸気マニホールド３７を介し、吸気弁３０が開いている吸気ポート３０ａを通って吸気行程にあるシリンダ２に吸入される。
【００３２】
シリンダ２に吸入された吸気は、圧縮行程において、ピストン４によって圧縮され、温度が上昇する。また、燃料噴射弁１０は、吸気の圧縮により温度が上昇した燃焼室２ａ内に燃料を噴射する。燃料噴射弁１０による燃料噴射量及び噴射時期は、各センサによる検出結果に基づいて、コントローラ２４によって制御される。燃焼室２ａ内に噴射された燃料は燃焼され、膨張行程に移行する。燃焼室２ａ内の空気の膨張により押し下げられたピストン４は、クランクシャフト６を回転させる。
【００３３】
次いで、排気行程では、排気弁３２が開いている排気ポート３２ａを通って、排気ガスがシリンダ２内から排気通路３４ａに流出する。排気通路３４ａによって過給機１２のタービン１２ａに導かれた排気ガスは、タービン１２ａのローターを回転させる。このタービン１２ａの発生する動力は、コンプレッサ１２ｂによる吸気の圧縮に使用される。タービン１２ａを通過した排気ガスは、排気通路３４ｂを通ってパティキュレートフィルタ２６に導かれ、パティキュレートフィルタ２６では、排気ガス中のカーボン粒子等の微小粒子成分が捕捉される。
【００３４】
パティキュレートフィルタ２６を通過した排気ガスの一部は、排気マフラ（図示せず）等を介して大気に放出される。一方、パティキュレートフィルタ２６を通過した排気ガスの残りの一部は、排気通路３４ｃから排気ガス還流通路１４ａに流入する。排気ガス還流通路１４ａに流入した排気ガスはＥＧＲクーラー１４ｃを通って冷却され、ＥＧＲ制御弁１４ｂを通過する。このＥＧＲ制御弁１４ｂの開度は、ディーゼルエンジン１の運転状態に基づいて、コントローラ２４によって制御される。ＥＧＲ制御弁１４ｂを通過した排気ガスは、エアフィルタ２８を介して導入された新気と混合され、再び吸気通路３６ａに流入する。
【００３５】
なお、ディーゼルエンジン１の定常運転時においては、入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２は閉鎖された状態にあり、新気貯留室１８がディーゼルエンジン１の運転に作用することはない。一方、入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２は所定の加速運転時に開放され、新気貯留室１８内の空気がディーゼルエンジン１の運転に作用する。また、ディーゼルエンジン１が定常運転されていない場合には、ＥＧＲ制御弁１４ｂは閉鎖され、吸気中に排気ガスが還流されることはない。
【００３６】
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態によるディーゼルエンジン１の作用の詳細を説明する。
まず、図２のステップＳ１において、コントローラ２４は、エンジン回転速度センサ４４、アクセル開度センサ４６、及び車速センサ４８から、エンジン回転速度Ｎ、アクセル開度θ、車速Ｓを夫々読み込む。次に、ステップＳ２においては、ステップＳ１で読み込まれたエンジン回転速度Ｎ、アクセル開度θ、及び車速Ｓに基づいて、車両が所定の加速運転中か否かが判断される。車両が一定速度で運転されている場合、及び緩やかな加速状態にある場合には、ステップＳ３に進み、それ以外の場合にはステップＳ７に進む。
【００３７】
次に、ステップＳ３においては、ＥＧＲ実行フラグがオンにされる。即ち、コントローラ２４に内蔵された還流量制御手段２４ａによるＥＧＲ制御弁１４ｂの制御が開始される。次いで、ステップＳ４においては、ステップＳ１において読み込まれたエンジン回転速度Ｎ、アクセル開度θに基づいて、燃焼室２ａに供給される吸気の酸素濃度の目標値が設定される。酸素濃度の目標値は、エンジン回転速度Ｎが大きいほど、また、アクセル開度θが大きいほど高く設定される。即ち、ディーゼルエンジン１の負荷が大きいほど酸素濃度の高い吸気が供給され、多くの燃料を燃焼させることができるようにしている。
【００３８】
ステップＳ５においては、コントローラ２４に内蔵された酸素濃度推定手段２４ｃによって、インタークーラ１６及び新気貯留室１８下流の吸気マニホールド３７における吸気の酸素濃度が推定される。具体的には、酸素濃度推定手段２４ｃは、吸気温度センサ３８、吸気圧力センサ４０及び吸気量センサ４２の検出結果に基づいて、酸素濃度を推定している。まず、吸気マニホールド３７に設けられた吸気温度センサ３８及び吸気圧力センサ４０の検出値に基づいて、吸気マニホールド３７内の吸気の密度が計算される。さらに、このようにして計算された吸気密度と、ディーゼルエンジン１の運転状態によって決まる体積効率によって、充填量が計算される。
【００３９】
ここで、吸気マニホールド３７内の吸気は、エアフィルタ２８を介して吸入された新気と、排気ガス還流通路１４ａを通って還流された排気ガスが混合されたものである。さらに、エアフィルタ２８を介して吸入された新気の量は、エアフィルタ２８の近傍に配置された吸気量センサ４２によって検出されているため、計算された充填量から、吸気量センサ４２によって検出された新気の量を減じることによって、還流された排気ガスの量を求めることができる。
【００４０】
ここで、エアフィルタ２８を介して吸入された新気の酸素濃度は、大気と同一であるため既知である。一方、排気ガス還流通路１４ａを通って還流された排気ガスの酸素濃度も推定することができるので、還流された排気ガスと新気が混合された吸気マニホールド３７内の吸気の酸素濃度を推定することができる。
【００４１】
ここで、還流された排気ガスの酸素濃度は、吸気マニホールド３７から吸入された吸気の酸素濃度と、燃料噴射弁１０から噴射された燃料の量から推定することができる。即ち、燃焼室２ａ内に噴射される燃料の量は、コントローラ２４によって制御されているため既知であり、その量の燃料が燃焼室内で燃焼されたとき消費される酸素の量を計算することができる。この計算された酸素消費量と、吸気マニホールド３７から吸入された吸気の酸素濃度から、排気ガスの酸素濃度を推定することができる。
【００４２】
なお、上記の酸素濃度の推定手順では、吸気の酸素濃度の推定には排気ガスの酸素濃度推定値が必要であり、排気ガスの酸素濃度の推定には吸気の酸素濃度推定値が必要であるが、排気ガス還流の開始時には、実験的に定めた所定の初期酸素濃度を用いて推定を行い、排気ガス及び吸気の酸素濃度の推定を順次繰り返すことによって、各推定値は真の酸素濃度に収束する。また、燃焼室２ａ内で燃焼された後の排気ガスは、タービン１２ａ、パティキュレートフィルタ２６、排気ガス還流装置１４、コンプレッサ１２ｂ、インタークーラ１６を通るため、吸気マニホールド３７に到達するまでに或る程度時間遅れが発生する。このため、吸気マニホールド３７内の吸気の酸素濃度を推定する際には、所定時間前に推定された排気ガスの酸素濃度を使用して行う。この時間遅れは、排気ガスが吸気マニホールド３７に還流するまでに通過する経路の長さ、容積等を考慮して、理論的又は実験的に定めることができる。
【００４３】
次に、ステップＳ６において、コントローラ２４に内蔵された還流量制御手段２４ａは、ステップＳ４において決定された酸素濃度の目標値と、ステップＳ５において推定された吸気マニホールド３７内の酸素濃度に基づいて、ＥＧＲ制御弁１４ｂを制御する。即ち、還流量制御手段２４ａは、酸素濃度の目標値が吸気マニホールド３７内の酸素濃度よりも高い場合には、ＥＧＲ制御弁１４ｂの開度を小さくすることによって排気ガスの還流量を減少させ、吸気マニホールド３７内の酸素濃度を高くする。逆に、吸気マニホールド３７内の酸素濃度が目標値よりも高い場合には、還流量制御手段２４ａはＥＧＲ制御弁１４ｂの開度を大きくして排気ガスの還流量を増大させ、吸気マニホールド３７内の酸素濃度を低下させる。
以上の処理を繰り返すことにより、燃焼室２ａに供給される吸気の酸素濃度が制御される。
【００４４】
次に、ディーゼルエンジン１が所定の加速運転されている場合の作用を説明する。ステップＳ２において、ディーゼルエンジン１が定常運転されていないと判定された場合には、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、ディーゼルエンジン１が加速運転されているか否かが判定される。ディーゼルエンジン１が加速運転されている場合にはステップＳ８に進み、減速運転されている場合にはステップＳ１１に進む。
【００４５】
ステップＳ８においては、ＥＧＲ実行フラグがオフにされる。次いで、ステップＳ９において、コントローラ２４に内蔵された還流量制御手段２４ａは、ＥＧＲ制御弁１４ｂを閉鎖させ、排気ガスの還流を停止させる。しかしながら、ＥＧＲ制御弁１４ｂよりも下流側の吸気通路３６ａ、コンプレッサ１２ｂ、吸気通路３６ｂ、インタークーラ１６、吸気通路３６ｃには、排気ガスが還流された吸気が既に充満している。このため、このままではＥＧＲ制御弁１４ｂを閉鎖させた後も、それらに充満している吸気が全て燃焼に使用されるまで、排気ガスが還流された吸気が燃焼室２ａに供給されることになり、吸気の酸素濃度が上昇するまでに大きな時間遅れが生じる。
【００４６】
ステップＳ１０において、コントローラ２４に内蔵された開閉制御手段２４ｂは、入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２を開放させる。出口開閉弁２２が開放されることにより、新気貯留室１８内に貯留されていた新気は、その出口部１８ｂ、吸気マニホールド３７、吸気ポート３０ａを通って燃焼室２ａに導入される。このように、新気貯留室１８内に貯留されていた新気が導入されることにより、燃焼室２ａに供給される吸気の酸素濃度は、加速運転開始後、急速に上昇するので、燃料噴射弁１０からの燃料噴射量を速やかに上昇させることができる。これにより、ディーゼルエンジン１は、運転者の加速操作に速やかに反応して出力を増大させる。所定時間経過後、開閉制御手段２４ｂは、入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２を閉鎖させ、新気貯留室１８内に再び新気を貯留させる。
【００４７】
図３は、本実施形態によるディーゼルエンジン１の作用の一例を示すグラフであり、その上段には燃料噴射量の時系列波形が、中段には吸気の空気過剰率の時系列波形が、下段には入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２の開度の時系列波形が示されている。また、上段及び中段のグラフには、従来のディーゼルエンジンにおける波形が一点鎖線で示されている。さらに、図３の上段及び中段のグラフの破線は、本実施形態のディーゼルエンジンにおける新気貯留室の容量をゼロとした場合、即ち、インタークーラをバイパスする管路とその管路を開閉する開閉弁のみが設けられている場合の波形である。なお、燃料噴射量の時系列波形は、吸気中の酸素不足によりスモークを発生することがないように設定されたものである。また、図３に示すグラフは、エンジン回転数１４００ｒｐｍの状態で、エンジン負荷を最大負荷の約２０％から約６０％に上昇させたときのグラフである。
【００４８】
図３の上段に実線で示すように、運転者が加速操作を行うと、コントローラ２４は、燃料噴射弁１０からの燃料噴射量を速やかに上昇させる。一方、図３の下段に示すように、開閉制御手段２４ｂは、加速開始後、入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２の開放を開始させ、全閉状態であった入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２は、約０．２秒後に全開状態となる。入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２が開放され、新気貯留室１８内の新気が吸気マニホールド３７に放出されることにより、燃焼室２ａに供給される吸気の酸素濃度は速やかに上昇する。このため、加速開始後、燃料噴射量を速やかに上昇させても酸素不足に陥ることなく、図３の中段に示すように、空気過剰率は、約０．１４秒後に上昇し始める。また、燃料噴射量を速やかに上昇させることができるため、ディーゼルエンジン１は運転者の加速操作に速やかに応答して出力を増大させる。
【００４９】
次いで、図３の下段に示すように、開閉制御手段２４ｂは、加速開始から約０．３秒後に入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２の閉鎖を開始させ、全開状態の入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２は、約１．２秒かけて全閉状態にされる。このように、開閉制御手段２４ｂは、入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２を閉鎖させる場合には、それらの開閉弁を開放させる場合よりも緩やかに閉鎖させるため、酸素濃度の急激な変化によるトルクショックが発生することがない。また、入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２が閉鎖される際には、ＥＧＲ制御弁１４ｂが閉鎖された後、十分な時間が経過しているため、吸気通路に残っていた排気ガスが混入した吸気は一掃されており、入口開閉弁２０及び出口開閉弁２２が閉鎖された後の新気貯留室１８には、排気ガスが混入していない新気が貯留される。
【００５０】
これに対して、従来のディーゼルエンジンでは、図３の上段に一点鎖線で示すように、加速開始後、速やかに燃料噴射量を上昇させることができず、約０．１秒後に燃料噴射量の上昇が開始される。このため、従来のディーゼルエンジンでは、運転者の加速操作に応じてエンジン出力が上昇するまでに、大きな時間遅れが発生する。また、このように緩やかに燃料噴射量を上昇させたにも関わらず、図３の中段に一点鎖線で示すように、従来のディーゼルエンジンにおいて空気過剰率が上昇を始めるのは、約０．３５秒後である。従って、従来のディーゼルエンジンにおいて、図３の上段に実線で示すように速やかに燃料噴射量を上昇させたとすれば、吸気が酸素不足に陥り、多量の白煙を発生することになる。
【００５１】
また、図３に破線で示すように、新気貯留室１８の容量がゼロの場合には、本実施形態のディーゼルエンジン１と、従来のディーゼルエンジンの中間的な特性となるが、加速応答性の改善は十分なものではない。
【００５２】
次に、ディーゼルエンジン１が減速運転されている場合の作用を説明する。図２のステップＳ７において、減速運転と判定された場合には、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１においては、ＥＧＲ実行フラグがオフにされる。次いで、ステップＳ１２において、コントローラ２４に内蔵された還流量制御手段２４ａは、ＥＧＲ制御弁１４ｂを閉鎖させ、排気ガスの還流を停止させる。
【００５３】
本発明の実施形態のディーゼルエンジンによれば、所定の加速運転時において、新気貯留室内に貯留されていた新気が、インタークーラを介さず、速やかにシリンダ内に導入されるので、エンジン出力を増大させる際、シリンダに供給される吸気の酸素濃度を急激に上昇させることができる。これにより多量のスモークを発生させることなく、燃料噴射量を急激に上昇させることが可能になり、エンジンの加速応答性を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施形態のディーゼルエンジンによれば、シリンダ内に供給される吸気の酸素濃度が酸素濃度推定手段によって推定されるので、還流量制御弁の還流量を精度よく制御することができ、排気ガス中のＮＯｘを低減することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態のディーゼルエンジンによれば、入口開閉弁及び出口開閉弁を閉鎖させる際に、緩やかに閉鎖されるので、シリンダ内に供給される吸気の酸素濃度が急激に変化することがなく、酸素濃度の急変によるトルクショックを低減することができる。
【００５６】
また、本実施形態のディーゼルエンジンによれば、排気ガス中の微粒子等がパティキュレートフィルタによって捕捉されるので、微粒子等を含んだ排気ガスが、排気ガス還流通路を通って吸気側に還流され、微粒子等がコンプレッサ等に堆積して、それらの耐久性を低下させるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態によるディーゼルエンジンにおける制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態によるディーゼルエンジンの作用を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１      本発明の実施形態によるディーゼルエンジン
２      シリンダ
２ａ    燃焼室
４      ピストン
６      クランクシャフト
８      コネクティングロッド
１０    燃料噴射弁
１２    過給機
１２ａ  タービン
１２ｂ  コンプレッサ
１２ｃ  回転軸
１４    排気ガス還流装置
１４ａ  排気ガス還流通路
１４ｂ  ＥＧＲ制御弁
１４ｃ  ＥＧＲクーラー
１６    インタークーラ
１８    新気貯留室
１８ａ  入口部
１８ｂ  出口部
２０    入口開閉弁
２２    出口開閉弁
２４    コントローラ
２４ａ  還流量制御手段
２４ｂ  開閉制御手段
２４ｃ  酸素濃度推定手段
２６    パティキュレートフィルタ
２８    エアフィルタ
２８ａ  吸気通路
３０    吸気弁
３０ａ  吸気ポート
３２    排気弁
３２ａ  排気ポート
３４ａ〜３４ｃ  排気通路
３６ａ〜３６ｃ  吸気通路
３７    吸気マニホールド
３８    吸気温度センサ
４０    吸気圧力センサ
４２    吸気量センサ
４４    エンジン回転速度センサ
４６    アクセル開度センサ
４８    車速センサ
【図１】
0004625982.tif 000002
【図２】
0004625982.tif 000003
【図３】
0004625982.tif 000004