(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンの過渡運転時にも、ＮＯｘの発生が増大するのを防止し得るようにする。【解決手段】吸気を過給してエンジン２の燃焼室に送給するための可変容量ターボ１と、エンジン２からの排ガスの一部を吸気側に還流するＥＧＲ装置１２を備えたエンジンシステムにおいて、ＥＧＲ装置１２におけるＥＧＲバルブ１３の開度の変化量を基に、エンジン２の燃焼室に噴射される燃料の指示噴射圧Ｐを制御するように構成する。【選択図】図１
2005180234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気を過給してエンジンの燃焼室に送給するための可変容量ターボと、前記エンジンからの排ガスの一部を吸気側に還流するＥＧＲ装置を備えたエンジンシステムにおいて、前記ＥＧＲ装置におけるＥＧＲバルブの開度の変化量、若しくは吸気側の不足吸気量を基に、前記エンジンの燃焼室に噴射される燃料の噴射圧を制御するようにした手段を設けたことを特徴とするエンジンシステム。
【請求項２】
吸気を過給してエンジンの燃焼室に送給するための可変容量ターボと、前記エンジンからの排ガスの一部を吸気側に還流するＥＧＲ装置を備えたエンジンシステムにおいて、加速時には、前記ＥＧＲ装置におけるＥＧＲバルブの開度の変化量、若しくは吸気側の不足吸気量を基に、前記エンジンの燃焼室に噴射される燃料の噴射圧を減少させるように制御する手段を設けたことを特徴とするエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量ターボ及びＥＧＲ装置を用いたディーゼルエンジンを急加速或は急減速するような過渡時にも、排ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量を低減させ得るようにしたエンジンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいては、エンジンからの排ガスの一部を吸気と共にエンジン燃焼室に供給し、燃料の燃焼温度を押えて窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成を抑制するようにしたＥＧＲ装置が用いられている。
【０００３】
斯かるＥＧＲ装置では、例えば急加速時のように燃料噴射量を急に増大させるような過渡時には、黒煙が発生する現象があることが知られている。このように過渡時に黒煙が発生するのは、エンジン回転が急上昇すると、排気管の内圧が上昇するが、吸気管の内圧の上昇が遅れるため、排気管からＥＧＲバルブを介して吸気側に排ガスが大量に還流し、燃焼状態が悪化するからであると考えられている。
【０００４】
そこで、過渡時に黒煙を減少させるために、吸気量や過給圧等を用いて、フィードバック制御によりＥＧＲバルブを閉止し、吸気側に還流される排ガスの量を減少させることが行われている。
【０００５】
又、排ガス中のＮＯｘを減少させるようにしたものとしては、特許文献１があり、黒煙やＮＯｘを低減するためのものとしては、特許文献２、３がある。
【特許文献１】特開２００１−１２３８５８号公報
【特許文献２】特開２００３−２１０００号公報
【特許文献３】特開２００１−３７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のごとく、過渡時に黒煙を減少させるために、吸気量や過給圧等を用いて、フィードバック制御によりＥＧＲバルブを閉止し、吸気側に還流される排ガスの量を減少させる場合には、還流される排ガスの減少に対応して吸気量が増大するため、燃焼状態は良くなるが、燃料の燃焼温度が上昇し、逆にＮＯｘの発生量が増加してしまう。
【０００７】
又、特許文献１、２、３はＮＯｘや黒煙を減少させるようにしてはいるが、手段が異なり、本件とは直接的な関連性はない。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、ディーゼルエンジンの過渡運転時にも、ＮＯｘの発生が増大するのを防止し得るようにしたエンジンシステムを提供することを目的としてなしたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、吸気を過給してエンジンの燃焼室に送給するための可変容量ターボと、前記エンジンからの排ガスの一部を吸気側に還流するＥＧＲ装置を備えたエンジンシステムにおいて、前記ＥＧＲ装置におけるＥＧＲバルブの開度の変化量、若しくは吸気側の不足吸気量を基に、前記エンジンの燃焼室に噴射される燃料の噴射圧を制御するようにした手段を設けたものである。
【００１０】
請求項２の発明は、吸気を過給してエンジンの燃焼室に送給するための可変容量ターボと、前記エンジンからの排ガスの一部を吸気側に還流するＥＧＲ装置を備えたエンジンシステムにおいて、加速時には、前記ＥＧＲ装置におけるＥＧＲバルブの開度の変化量、若しくは吸気側の不足吸気量を基に、前記エンジンの燃焼室に噴射される燃料の噴射圧を減少させるように制御する手段を設けたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のエンジンシステムによれば、エンジンの過渡運転時にも、ＮＯｘの発生が増大することを防止することができ、排ガスの性能を向上させることができる、という優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１〜図１８は本発明を実施する形態の一例である。
図１に可変容量ターボ１を備えたディーゼルエンジン２を示す。エンジン２の吸気ポート３には、吸気マニホールド４を介して吸気管５が接続され、排気ポート６には排気マニホールド７を介して排気管８が接続されている。吸気管５には吸気を冷却するためのインタクーラ９が設けられている。
【００１３】
可変容量ターボ１は、吸気管５に設けられたコンプレッサ１ａと、排気管８に設けられたタービン１ｂを備えており、タービン１ｂの駆動によりコンプレッサ１ａを駆動し得るようになっている。又、タービン１ｂはエアシリンダ又はサーボモータ等により駆動されて可変静翼の角度を調整するようにした容量可変手段１０を備えている。
【００１４】
エンジン２には排気マニホールド７内の排ガスの一部をＥＧＲパイプ１１を介して吸気マニホールド４へ還流させるＥＧＲ装置１２が設けられている。ＥＧＲ装置１２は、一端が排気マニホールド７に接続され、他端が吸気マニホールド４に接続された前記ＥＧＲパイプ１１と、ＥＧＲパイプ１１に設けられて排気マニホールド７からＥＧＲパイプ１１を通って吸気マニホールド４に還流される排ガスの流量を調整するようにしたＥＧＲバルブ１３と、同様にＥＧＲパイプ１１に設けられて吸気マニホールド４へ還流される排ガス（ＥＧＲガス）を冷却するようにしたＥＧＲクーラ１４を備えている。
【００１５】
又、図中、１５は燃料噴射ポンプ、１６は蓄圧式噴射装置（コモンレール）、１７はエンジン２の回転数（エンジン回転数Ｎ）を検出するための回転センサ、１８は踏込まれたアクセルの開度（アクセル開度Ａｃ）を検出するアクセル開度センサ、１９は吸気管５のコンプレッサ１ａよりも上流側に接続されて実吸気量Ｆを検出するための流量センサ、２０は吸気管５のコンプレッサ１ａ下流側に設けられて、吸気の過給圧Ｐｂを検出するための吸気圧センサであり、各センサで検出した出力は演算制御装置２１に与え得るようになっている。
【００１６】
又、演算制御装置２１からは、指令として、ＥＧＲバルブ１３に総補正開度Ｄｅを与え得るようになっており、タービン１ｂの容量可変手段１０に総補正開度Ｄｔを与え得るようになっており、燃料噴射ポンプ１５の圧力制御弁に指示噴射圧Ｐを与え得るようになっており、燃料噴射ポンプ１５の流量制御弁に燃料噴射量Ｑを与え得るようになっている。
【００１７】
演算制御装置２１は、図２に示すように、吸気量偏差算出部２２、補正開度算出部２３、補正噴射圧決定部２４、指示噴射圧算出部２５を備えている。又、演算制御装置２１には各種マップが記憶されている。
【００１８】
次に、上記図示例の作動を説明する。
車両の走行時には、回転センサ１７で検出したエンジン回転数Ｎ、アクセル開度センサ１８で検出したアクセル開度Ａｃ、流量センサ１９で検出した実吸気量Ｆ、吸気センサ２０で検出した過給圧Ｐｂは、演算制御装置２１へ与えられる。
【００１９】
演算制御装置２１では、エンジン回転数Ｎ及びアクセル開度Ａｃから、図６に示すマップを基に燃料噴射量Ｑが求められ、求められた燃料噴射量Ｑは吸気量偏差算出部２２、補正開度算出部２３、指示噴射圧算出部２５へ与えられる。又、エンジン回転数Ｎは、吸気量偏差算出部２２、補正開度算出部２３、補正噴射圧決定部２４、指示噴射圧算出部２５へ与えられ、実吸気量Ｆは吸気量偏差算出部２２へ与えられ、過給圧Ｐｂは、補正開度算出部２３へ与えられる。
【００２０】
吸気量偏差算出部２２では、エンジン回転数Ｎ及び燃料噴射量Ｑから、図７に示すマップを基に目標吸気量Ｆｏを求め、目標吸気量Ｆｏから流量センサ１９からの実吸気量Ｆを差引いて吸気量偏差ΔＦを求める（ΔＦ＝Ｆｏ−Ｆ）。求めた吸気量偏差ΔＦは補正開度算出部２３へ与えられる。
【００２１】
補正開度算出部２３では、エンジン回転数Ｎ及び燃料噴射量Ｑから、図８に示すマップを基にＥＧＲバルブ１３の基本開度Ｄｏが求められると共に、吸気量偏差ΔＦを基に、図９に示すマップを基にＥＧＲバルブ１３の補正開度Ｄ１が求められ、又、エンジン回転数Ｎ及び燃料噴射量Ｑの時間的変化量ΔＱから、図１０に示すマップを基にＥＧＲバルブ１３の補正開度Ｄ２が求められ、基本開度Ｄｏ及び補正開度Ｄ１，Ｄ２を合計して総補正開度Ｄｅが求められる（Ｄｅ＝Ｄｏ＋Ｄ１＋Ｄ２）。ここで、燃料噴射量Ｑの時間的変化量ΔＱは、ある時間と、その時間から僅かに異なる時間との間における燃料噴射量の差として求められる。補正開度算出部２３で求められた総補正開度ＤｅはＥＧＲバルブ１３に与えられてその開度が補正されると共に、補正噴射圧決定部２４へ与えられる。
【００２２】
本図示例では、補正開度Ｄ２は、燃料噴射量Ｑの時間的変化量ΔＱから求める場合について説明したが、アクセル開度Ａｃの時間的変化量から求めるようにしても良い。又、図１０のマップにより補正開度Ｄ２が求められるのは、エンジン２が加速或は減速の過渡時の時であり、定速走行時には、補正開度Ｄ２は零となる。
【００２３】
又、補正開度算出部２３においては、例えば燃料噴射量Ｑの時間的変化率ΔＱ等を基に急加速と判断された場合には、図３〜図５のフローに従って演算が行われ、最終ＥＧＲＶ開度（総補正開度Ｄｅ）はＥＧＲバルブ１３に与えられてＥＧＲバルブ１３は閉止され、且つ、最終ＶＧＴＶ開度（総補正開度Ｄｔ）は容量可変手段１０へ与えられて可変容量ターボ１の容量可変手段１０が調整され、タービン１ｂの静翼が絞られる。
【００２４】
補正噴射圧決定部２４では、エンジン回転数Ｎ及び総補正開度Ｄｅを基に、図１１に示すマップから補正噴射圧Ｐ１が求められ、求められた補正噴射圧Ｐ１は、指示噴射圧算出部２５へ与えられる。
【００２５】
指示噴射圧算出部２５では、エンジン回転数Ｎ及び燃料噴射量Ｑを基に、図１２に示すマップにより目標噴射圧Ｐｏが求められ、目標噴射圧Ｐｏと補正噴射圧Ｐ１が加算されて指示噴射圧Ｐが求められ（Ｐ＝Ｐｏ＋Ｐ１）、求められた指示噴射圧Ｐは燃料噴射ポンプ１５の圧力制御弁に与えられる。このため、燃料噴射ノズルから吐出される燃料は所定の圧力に制御された状態でピストン燃焼室へ噴射される。
【００２６】
上記制御においては、例えば加速時には上記したようにＥＧＲバルブ１３を略全閉にするが、ＥＧＲバルブ１３を閉め過ぎた場合には、排ガスが減少して実吸気量Ｆが多くなるため、燃料の指示噴射圧Ｐは減少するよう制御が行われる。又、このロジックは減速時においても働き、実吸気量Ｆが多くなると指示噴射圧Ｐは減少するよう制御が行われる。一方、実吸気量Ｆが少ない場合には、指示噴射圧Ｐは増加するよう制御が行われる。更に、同時に、ＥＧＲバルブ１３は開度が多くなって、実吸気量Ｆが減少するよう制御が行われる。従って、補正噴射圧Ｐ１は＋の場合も−の場合もある。
【００２７】
図１３には、アイドル運転状態を基点として、エンジンの加速時に、燃料の噴射圧制御を行った場合と行わなかった場合の黒煙とＮＯｘとの関係が図示されている。この図から、噴射圧制御が行われなかった場合には、黒煙は若干減少するが、ＮＯｘが著しく増加するのに対し、噴射圧制御を行った場合には、黒煙は噴射圧制御を行わなかった場合に比較して、若干増加するが、ＮＯｘは著しく減少することが明らかである。従って、燃料の噴射圧制御を行うことにより、過渡時のＮＯｘの増大を抑制することができ、エンジン２の過渡運転時における排ガス性能を向上させることができる。なお、加速時にはアクスル開度Ａｃを大きくしてエンジン回転数Ｎと燃料噴射量Ｑとを増加させることになる。
【００２８】
図１４には、アイドル状態を基点として同じパターンで加速を行い、指示噴射圧Ｐをどの程度減少させれば排ガス性能が向上するかが図示されている。すなわち、基点における燃料の噴射圧に対し、指示噴射圧Ｐの減少幅を５ＭＰａ、１０ＭＰａ、２０ＭＰａと変化させた場合には、減少幅を大きくするに従い黒煙は若干増加するが、ＮＯｘは減少することが分かる。これを他の加速パターンについても行ってプロットすれば、加速時に指示噴射圧Ｐをどれ程減少させれば良いかのマップを作成することができる。
【００２９】
図１５には、噴射圧制御を行わなかった場合と、噴射圧制御を行った場合のＮＯｘと黒煙の関係が図示されている。このグラフから、噴射圧制御を行うと、噴射圧制御を行わなかった場合と比較して、黒煙は若干増加するが、ＮＯｘは著しく減少することが分かる。
【００３０】
図１６〜図１８には、［背景技術］で説明した従来技術のように燃料の噴射圧を制御しなかった場合と、本図示例のように燃料の噴射圧を制御した場合のＥＧＲバルブ開度の経時的変化の状態、可変容量ターボの開度の経時的変化の状態、新気吸入量の経時的変化の状態を図示している。図１６〜図１８中、実線は本図示例の場合を示し、点線は［背景技術］に示す従来の場合を示している。これらの図から、加速のような過渡時において、従来はＥＧＲバルブ開度がそれほど絞られないのに対し、本図示例では略全閉状態まで絞られ、又、可変容量ターボ開度も従来はそれほど絞られなかったのに対し、本図示例ではかなり絞られ、その結果、新気吸入量は従来よりも本図示例において多量となることが明らかである。これは、急加速時には還流する排ガスが減少することを意味している。しかし、燃料の噴射圧を減少させる制御を行うことにより、上述のように、ＮＯｘの増加を抑制することができ、排ガス性能を向上させることができる。
【００３１】
なお、本発明は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。すなわち、燃料の指示噴射圧ＰはＥＧＲバルブ１３の開度（変化量）を基に制御する場合について説明したが、ＥＧＲバルブ開度を実吸気量によりフィードバック制御する場合には、当該ＥＧＲバルブ開度は不足する吸気量により決まるため、不足吸気量で噴射圧を制御するようにしても、本図示例と同様の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のエンジンシステムの構成図の一例である。
【図２】図１に示す演算制御装置のブロック図の一例である。
【図３】本発明のエンジンシステムにおいて急加速の際に適用するブロック図である。
【図４】図３に示すブロック図の急加速制御の部分の詳細ブロック図である。
【図５】図３に示す急加速制御割合算出の部分の詳細ブロック図である。
【図６】本発明のエンジンシステムにおいて、エンジン回転数とアクセル開度から燃料噴射量を求めるためのマップの一例である。
【図７】本発明のエンジンシステムにおいて、エンジン回転数と燃料噴射量から目標吸気量を求めるためのマップの一例である。
【図８】本発明のエンジンシステムにおいて、エンジン回転数と燃料噴射量からＥＧＲバルブの基本開度を求めるためのマップの一例である。
【図９】本発明のエンジンシステムにおいて、吸気量偏差からＥＧＲバルブの補正開度を求めるためのマップの一例である。
【図１０】本発明のエンジンシステムにおいて、エンジン回転数と燃料噴射量の時間的変化量からＥＧＲバルブの補正開度を求めるためのマップの一例である。
【図１１】本発明のエンジンシステムにおいて、エンジン回転数とＥＧＲバルブの補正開度から燃料の補正噴射圧を求めるためのマップの一例である。
【図１２】本発明のエンジンシステムにおいて、エンジン回転数と燃料噴射量から燃料の目標噴射圧を求めるためのマップの一例である。
【図１３】本発明のエンジンシステムにおいて、噴射圧制御なしと噴射圧制御ありの場合の黒煙とＮＯｘとの関係を示すグラフである。
【図１４】本発明のエンジンシステムにおいて、噴射圧を段階的に変化させた場合の黒煙とＮＯｘとの関係を示すグラフである。
【図１５】本発明のエンジンシステムにおいて、噴射圧制御なしと噴射圧制御ありの場合のＮＯｘと黒煙との関係を示すグラフである。
【図１６】従来と本図示例における過渡時のＥＧＲバルブ開度の経時的変化の状態を示すグラフである。
【図１７】従来と本図示例における過渡時の可変容量ターボ開度の経時的変化の状態を示すグラフである。
【図１８】従来と本図示例における過渡時の新気吸入量の経時的変化の状態を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１  可変容量ターボ
２  ディーゼルエンジン（エンジン）
１２  ＥＧＲ装置
１３  ＥＧＲバルブ
２１  演算制御装置（手段）
２３  補正開度算出部（手段）
２４  補正噴射圧決定部（手段）
２５  指示噴射圧算出部（手段）
Ｄ１  補正開度（開度の変化量）
Ｄ２  補正開度（開度の変化量）
Ｐ  指示噴射圧（噴射圧）
【図１】
2005180234.tif 000003
【図２】
2005180234.tif 000004
【図３】
2005180234.tif 000005
【図４】
2005180234.tif 000006
【図５】
2005180234.tif 000007
【図６】
2005180234.tif 000008
【図７】
2005180234.tif 000009
【図８】
2005180234.tif 000010
【図９】
2005180234.tif 000011
【図１０】
2005180234.tif 000012
【図１１】
2005180234.tif 000013
【図１２】
2005180234.tif 000014
【図１３】
2005180234.tif 000015
【図１４】
2005180234.tif 000016
【図１５】
2005180234.tif 000017
【図１６】
2005180234.tif 000018
【図１７】
2005180234.tif 000019
【図１８】
2005180234.tif 000020