(57)【要約】【課題】  簡単な構成にしてスモークの排出を十分に抑制可能なディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】  エンジン回転速度Ｎeとアクセル操作量とに基づき通常燃料噴射量Ｑcを設定し、該通常燃料噴射量Ｑcとエンジン回転速度とに基づき目標空気過剰率（目標λ）を設定する目標空気過剰率設定手段(B10,B12)と、ＥＧＲガス流量を上記目標空気過剰率に基づき制御するＥＧＲ制御手段(B14)と、通常燃料噴射量Ｑcとエンジン回転速度Ｎeとに応じてスモークを発生させない限界空気過剰率（限界λ）を設定する限界空気過剰率設定手段(B20)と、該限界空気過剰率に基づき制限燃料噴射量Ｑrを求める制限燃料噴射量算出手段(B22)と、通常燃料噴射量Ｑcの変化度合いが所定値以上になったとき、通常燃料噴射量Ｑcに代えて制限燃料噴射量Ｑrで燃料噴射を行う燃料噴射手段(SW1)とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン回転速度とアクセル操作量とに基づき通常燃料噴射量を設定し、該通常燃料噴射量と前記エンジン回転速度とに基づき目標空気過剰率を設定する目標空気過剰率設定手段と、
排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ通路と、
該ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス流量を前記目標空気過剰率に基づき制御するＥＧＲ制御手段と、
前記通常燃料噴射量と前記エンジン回転速度とに応じてスモークを発生させない限界空気過剰率を設定する限界空気過剰率設定手段と、
該限界空気過剰率に基づき制限燃料噴射量を求める制限燃料噴射量算出手段と、
前記通常燃料噴射量の変化度合いを検出する噴射量変化度合検出手段と、
該通常燃料噴射量の変化度合いが所定値以上になったとき、前記通常燃料噴射量に代えて前記制限燃料噴射量に基づいて燃料噴射を行う燃料噴射手段と、
を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
筒内の空気過剰率を推定する筒内空気過剰率推定手段をさらに備え、
前記制限燃料噴射量算出手段は、前記推定した筒内の空気過剰率を前記限界空気過剰率で除して空気過剰率の制限比を求め、該制限比と前記通常燃料噴射量との積から制限燃料噴射量を求め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燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記燃料噴射手段は、前記ＥＧＲ制御手段により前記ＥＧＲガス流量の制御が可能であり且つ前記通常燃料噴射量の変化度合いが所定値以上になったとき、前記通常燃料噴射量に代えて前記制限燃料噴射量に基づいて燃料噴射を行うことを特徴とする、請求項１または２記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射手段は、前記制限燃料噴射量が前記通常燃料噴射量以上となったときまたは前記制限燃料噴射量に基づく燃料噴射を開始してから所定時間が経過したとき、該制限燃料噴射量に基づく燃料噴射を終了して前記通常燃料噴射量による燃料噴射を実施することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【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の燃料噴射制御装置に係り、詳しくは、スモークの排出を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンでは、低回転高負荷領域においてスモークを発生し易い傾向にあり、斯かるスモークの発生を抑制するべく、運転状態の過渡期において新気量や過給圧等に応じて燃料噴射量を抑制する技術が開発されている。
また、低回転低負荷領域にとどまる時間が長いとスモークを発生し易いことから、エンジン回転速度の上昇速度が遅く低回転低負荷領域にとどまる時間が長いときにはエンジン回転速度の上昇速度が速いときよりも燃料噴射量に制限を加える技術も開発されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２５６９４５号公報（請求項１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ディーゼルエンジンでは、吸入空気量が多くＮＯxが発生し易いことから、主としてＮＯxの低減を目的としてＥＧＲ（排気再循環）を行い、排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるようにしており、この際、ＥＧＲガス量は燃料噴射量に応じて設定されるのが一般的である。
従って、上記のように新気量や過給圧等に応じて、或いはエンジン回転速度の上昇速度に応じて燃料噴射量の抑制を行うと、ＥＧＲガス流量が当該抑制した燃料噴射量に応じて設定されることになり、例えば抑制により燃料噴射量が減少する一方でＥＧＲガス流量が増加するという現象が起こり得る。
【０００４】
このようにＥＧＲガス流量が増加すると、吸入空気中の新気量が減少することになり、燃料噴射量を抑制したにも拘わらず同時に新気量も減少してしまい、スモークを十分に抑制できないという問題がある。
また、燃料噴射量の抑制を終了して燃料噴射量が通常の状態に戻ったときにおいても、ＥＧＲガス流量が燃料噴射量に即座に応答できず、即ちＥＧＲガスが応答性よく減少せず、故に新気量が応答性よく増大せず、やはりスモークを十分に抑制できないという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、簡単な構成にしてスモークの排出を十分に抑制可能なディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置では、エンジン回転速度とアクセル操作量とに基づき通常燃料噴射量を設定し、該通常燃料噴射量と前記エンジン回転速度とに基づき目標空気過剰率を設定する目標空気過剰率設定手段と、排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス流量を前記目標空気過剰率に基づき制御するＥＧＲ制御手段と、前記通常燃料噴射量と前記エンジン回転速度とに応じてスモークを発生させない限界空気過剰率を設定する限界空気過剰率設定手段と、該限界空気過剰率に基づき制限燃料噴射量を求める制限燃料噴射量算出手段と、前記通常燃料噴射量の変化度合いを検出する噴射量変化度合検出手段と、該通常燃料噴射量の変化度合いが所定値以上になったとき、前記通常燃料噴射量に代えて前記制限燃料噴射量に基づいて燃料噴射を行う燃料噴射手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置では、筒内の空気過剰率を推定する筒内空気過剰率推定手段をさらに備え、前記制限燃料噴射量算出手段は、前記推定した筒内の空気過剰率を前記限界空気過剰率で除して空気過剰率の制限比を求め、該制限比と前記通常燃料噴射量との積から制限燃料噴射量を求めることを特徴としている。
また、請求項３のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置では、前記燃料噴射手段は、前記ＥＧＲ制御手段により前記ＥＧＲガス流量の制御が可能であり且つ前記通常燃料噴射量の変化度合いが所定値以上になったとき、前記通常燃料噴射量に代えて前記制限燃料噴射量に基づいて燃料噴射を行うことを特徴としている。
【０００８】
また、請求項４のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置では、前記燃料噴射手段は、前記制限燃料噴射量が前記通常燃料噴射量以上となったときまたは前記制限燃料噴射量に基づく燃料噴射を開始してから所定時間が経過したとき、該制限燃料噴射量に基づく燃料噴射を終了して前記通常燃料噴射量による燃料噴射を実施することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によれば、通常燃料噴射量の変化度合いが所定値以上になったときには通常燃料噴射量に代えて限界空気過剰率に基づく制限燃料噴射量により燃料噴射を行う一方、ＥＧＲガス流量については目標空気過剰率に基づいて制御するので、制限燃料噴射量に呼応してＥＧＲガス流量が増大し吸気中の新気量が減少することが防止され、スモークの排出を確実に抑制することができる。
【００１０】
また、制限燃料噴射量による燃料噴射から通常燃料噴射量による燃料噴射に戻したときであっても、ＥＧＲガス流量が即座に減少せずに新気量が燃料噴射量の増加に追従できないといったことが防止され、やはりスモークの排出を確実に抑制することができる。
また、請求項２のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によれば、推定した筒内の空気過剰率を限界空気過剰率で除して空気過剰率の制限比を求め、該制限比と通常燃料噴射量との積から制限燃料噴射量を求めるようにするので、簡単な構成にしてスモークの排出を確実に抑制することができる。
【００１１】
また、請求項３のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によれば、ＥＧＲ制御手段によりＥＧＲガス流量の制御が可能であり且つ通常燃料噴射量の変化度合いが所定値以上になったときに通常燃料噴射量に代えて制限燃料噴射量に基づいて燃料噴射を行うようにするので、例えばディーゼルエンジンがエンストモード或いは始動モードにあってＥＧＲガス流量の制御が不安定であるときや、例えばブーストセンサが故障した場合のようにＥＧＲガス流量が多く新気量が少ないようなときに不用意に燃料噴射量が抑制されることが防止され、燃焼悪化や始動不能、エンジンストール（エンスト）等を防止することができる。
【００１２】
また、請求項４のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によれば、制限燃料噴射量が通常燃料噴射量以上となったときまたは制限燃料噴射量に基づく燃料噴射を開始してから所定時間が経過したときに制限燃料噴射量に基づく燃料噴射を終了して通常燃料噴射量による燃料噴射を実施するので、制限燃料噴射量での燃料噴射を必要最小限に抑えてディーゼルエンジンの出力性能を損なわないようにできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の実施例を説明する。
図１を参照すると、車両に搭載された本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づき説明する。
エンジン１としては、ここでは直列４気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記す）が採用される。
【００１４】
エンジン１の燃料供給系は例えばコモンレールシステムからなり、このシステムでは、各気筒毎にインジェクタ２が設けられており、これらのインジェクタ２はコモンレール（図示せず）に接続されている。そして、各インジェクタ２は、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）４０に接続されており、ＥＣＵ４０からの燃料噴射指令に基づいて開閉弁し、コモンレール内の燃料を所望のタイミングで各燃焼室に高圧で噴射可能である。なお、当該コモンレールシステムは公知であり、該コモンレールシステムの構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
【００１５】
エンジン１の吸気ポートには、吸気マニホールド６を介して吸気管８が接続されており、吸気管８にはインタークーラ９が設けられている。また、吸気管８には吸入空気量、即ち新気量を検出するエアフローセンサ７が設けられている。
一方、排気ポートには、排気マニホールド１０を介して排気管１２が接続されている。
排気マニホールド１０からはＥＧＲ通路１４が延びており、該ＥＧＲ通路１４の終端は吸気マニホールド６に接続され、ＥＧＲ通路１４には、電磁式のＥＧＲ弁１６が介装されている。
【００１６】
そして、排気管１２には後処理装置２０が介装されている。後処理装置２０は、排ガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等）やＰＭ（パティキュレートマター）を浄化処理するための触媒コンバータやディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）からなる排気浄化装置であり、ここでは、ＤＰＦ２４の上流に触媒コンバータ２６を備えて構成されている。
【００１７】
また、排気管１２の触媒コンバータ２６の上流部分には、排気中の酸素濃度を検出することで排気中の空気過剰率λを検出する酸素センサ２２が設けられている。
ＥＣＵ４０は、エンジン１を含めた本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の総合的な制御を行うための制御装置である。
ＥＣＵ４０の入力側には、上記エアフローセンサ７、酸素センサ２２の他、エンジン回転速度Ｎeを検出するＮeセンサ４２、アクセルペダル４６の操作量、即ちアクセル開度θaccを検出するアクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）４４等の各種センサ類が接続されている。
【００１８】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、上記インジェクタ２、ＥＧＲ弁１６等の各種デバイスが接続されており、各種入力情報に基づき、空燃比、燃料噴射量、吸入空気量、点火時期等が設定され指令値として出力される。
図２を参照すると、ＥＣＵ４０において実行される本発明に係る燃料噴射制御のブロック図が示されており、以下同ブロック図に基づき本発明に係る燃料噴射制御の制御手順について説明する。
【００１９】
先ず、ブロックＢ１０では、基本噴射量、最大噴射量、オーバブースト噴射量、オーバヒート噴射量及びオーバラン噴射量のうちの最小値（Minimum値）を通常噴射量（通常燃料噴射量）Ｑcとして選択する。
ここに、基本噴射量はエンジン回転速度Ｎeとアクセル開度θaccとに基づき予め設定されたマップより読み出される燃料噴射量の基準値であり、最大噴射量はそのクリップ値であり、オーバブースト噴射量、オーバヒート噴射量、オーバラン噴射量はそれぞれブースト圧（過給圧）、冷却水温、エンジン回転速度Ｎeに応じてフェールセーフを目的として設定される燃料噴射量である。
【００２０】
実際には、基本噴射量に基づいて通常噴射量Ｑcが設定された後、当該基本噴射量がさらに最大噴射量、オーバブースト噴射量、オーバヒート噴射量、オーバラン噴射量によって制限される。
このように通常噴射量Ｑcが設定されると、ブロックＢ１２において当該通常噴射量Ｑcに基づき空気過剰率λ（λ＝単位吸入空気重量／１４．３・単位燃料重量）の目標値、即ち目標λ（目標空気過剰率）を設定し（目標空気過剰率設定手段）、ブロックＢ１４において当該目標λに基づきＥＧＲガス流量を設定する。これにより、ＥＧＲガス流量を得るべくＥＧＲ弁１６が制御される（ＥＧＲ制御手段）。
【００２１】
また、ブロックＢ２０では、通常噴射量Ｑcとエンジン回転速度Ｎeとに基づいて、スモークが発生し始める空気過剰率λ、即ち限界λ（限界空気過剰率）を設定する（限界空気過剰率設定手段）。なお、実際には、限界λは、燃料噴射量とエンジン回転速度Ｎeとに応じて実験等により予め限界λマップとして設定されており、当該限界λマップより読み出される。
【００２２】
限界λが求められたら、ブロックＢ２２において、当該限界λ、上記通常噴射量Ｑc及び推定筒内λとに基づきλ制限噴射量（制限燃料噴射量）Ｑrを算出する（制限燃料噴射量算出手段）。
ここに、推定筒内λは、目標λに対し各筒内で実現していると推定される空気過剰率λであり、エアフローセンサ７により検出される吸入空気量、ブースト圧及び燃料噴射量等から求められる（筒内空気過剰率推定手段）。
【００２３】
具体的には、λ制限噴射量Ｑrは次式(1)から算出される。
λ制限噴射量Ｑr＝通常噴射量Ｑc×推定筒内λ／限界λ  …(1)
つまり、λ制限噴射量Ｑrは通常噴射量Ｑcに制限比（推定筒内λ／限界λ）を乗算することにより求められる。
λ制限噴射量Ｑrが算出されたら、λ制限噴射量ＱrはＳＷ２の値１側に入力される。一方、ＳＷ２の値０側には通常噴射量Ｑcが入力される。つまり、ＳＷ２では、値１側に位置している場合にはλ制限噴射量Ｑrが出力され、値０側に位置している場合には通常噴射量Ｑcが出力される。
【００２４】
詳しくは、ＳＷ２の値０側と値１側の切り換えは、推定筒内λと限界λの大小比較によって行われる。具体的には、ＳＷ２は、限界λが推定筒内λ以上（限界λ≧推定筒内λ）の場合には値１側に切り換えられ、限界λが推定筒内λより小（限界λ＜推定筒内λ）の場合には値０側に切り換えられる。
つまり、限界λが推定筒内λ以上である場合には、制限比（推定筒内λ／限界λ）は１．０以下となり、上記式(1)からλ制限噴射量Ｑrは通常噴射量Ｑc以下となる一方、限界λが推定筒内λより小である場合には、制限比（推定筒内λ／限界λ）は１．０を越え、上記式(1)からλ制限噴射量Ｑrは通常噴射量Ｑcより大となってしまうため、当該ＳＷ２においてλ制限噴射量Ｑrに通常噴射量Ｑcでクリップを掛けるようにする。これにより、λ制限噴射量Ｑrは通常噴射量Ｑcよりも大きくならないよう制限される。
【００２５】
ブロックＢ３０では、通常噴射量Ｑcとλ制限噴射量Ｑrのいずれか小さい値（Minimum値）を選択して出力する。つまり、ここでは、通常噴射量Ｑcよりも限界λによって制限されたλ制限噴射量Ｑrの方が小さい場合には、λ制限噴射量Ｑrを選択する。なお、先のＳＷ２の切り換えによりλ制限噴射量Ｑrは通常噴射量Ｑcにクリップされるので、λ制限噴射量Ｑrが通常噴射量Ｑcよりも大きくなることはなく、最大でも通常噴射量Ｑcが選択される。即ち、当該ブロックＢ３０は確認的に実行されるものである。
【００２６】
ブロックＢ３０において選択されたλ制限噴射量Ｑr（通常噴射量Ｑcの場合もあるが、以下、便宜上λ制限噴射量Ｑrとする）は、ＳＷ１の値１側に入力される。一方、ＳＷ１の値０側には通常噴射量Ｑcが入力される。つまり、ＳＷ１では、値１側に位置している場合にはλ制限噴射量Ｑrが出力され、値０側に位置している場合には通常噴射量Ｑcが出力される。
【００２７】
詳しくは、ＡＰＳ４４からのアクセル開度情報θaccに基づきアクセル開度変化率θacc’、即ち通常噴射量Ｑcの変化度合いである通常噴射量変化率Ｑc’が検出され（噴射量変化度合検出手段）、ＳＷ１の値０側と値１側の切り換えは、ＥＧＲガス流量を制御可能な状態にあるか否か、及び、通常噴射量変化率Ｑc’が所定値以上であるか否かの判別によって行われる。
【００２８】
ここに、ＥＧＲガス流量を制御可能な状態とは、以下の１）〜５）の全てのＥＧＲ制御許可条件が所定時間成立してＥＧＲ弁１６を制御可能な状態であることを意味し、ＥＧＲガス流量を制御可能な状態か否かの判別は、下記ＥＧＲ制御許可条件が全て所定時間成立したか否かの判別によって行う。
１）冷却水温≧所定値
２）エンストモードでない
３）エンジン始動モードでない
４）ブースト圧センサ（図示せず）が正常
５）ＥＧＲ弁１６の駆動が正常
具体的には、ＳＷ１は、ＥＧＲガス流量を制御可能な状態にあり且つ通常噴射量変化率Ｑc’が所定値以上（Ｑc’≧所定値）になった場合には値１側に切り換えられる一方、ＥＧＲガス流量を制御可能な状態になく、或いは通常噴射量変化率Ｑc’が所定値より小（Ｑc’＜所定値）である場合には値０側に切り換えられる。
【００２９】
つまり、ＳＷ１からは、ＥＧＲガス流量を制御可能な状況であってエンジン１が所定の加速状態にある場合には、λ制限噴射量Ｑrが最終噴射量Ｑfとして出力され、ＥＧＲガス流量を制御可能な状況にない場合或いはエンジン１が所定の加速状態にない場合には、通常噴射量Ｑcが最終噴射量Ｑfとして出力される（燃料噴射手段）。
このように、本発明に係る燃料噴射制御では、ＥＧＲガス流量を制御可能な状況であってエンジン１が所定の加速状態にある場合には、スモークが発生し始める空気過剰率λ、即ち限界λから求めたλ制限噴射量Ｑrを最終噴射量Ｑfとして燃料噴射を行うようにしており、その一方で、ＥＧＲガス流量については限界λではなく目標λに基づき設定するようにしている。
【００３０】
従って、例えば低回転低負荷領域で加速運転（例えば、フリーアクセル状態）するような場合において、λ制限噴射量Ｑrにより燃料噴射量をスモークの発生しない程度に制限できるとともに、λ制限噴射量Ｑrに呼応してＥＧＲガス流量が増大し吸気中の新気量が減少してしまうことを良好に防止でき、簡単な構成でありながらスモークの排出を確実に抑制することができる。また、λ制限噴射量Ｑrによる燃料噴射から通常噴射量Ｑcによる燃料噴射に戻したときにおいて、ＥＧＲガス流量が即座に減少せずに新気量が燃料噴射量の増加に追従できないといったことをも良好に防止でき、やはりスモークの排出を確実に抑制することができる。
【００３１】
さらに、ここでは、通常噴射量変化率Ｑc’が所定値以上であり且つＥＧＲガス流量を制御可能な状況であることを条件にλ制限噴射量Ｑrでの燃料噴射を実施するようにしているので、例えばディーゼルエンジンがエンストモード或いは始動モードにあってＥＧＲガス流量の制御が不安定であるときや、例えばブーストセンサが故障した場合のようにＥＧＲガス流量が多く新気量が少ないようなときに不用意に燃料噴射量を抑制しないようにでき、燃焼悪化や始動不能、エンジンストール（エンスト）等を防止することができる。
【００３２】
また、ＳＷ１が値１側である場合の値０側への切り換えは、例えばエンジン回転速度Ｎeが上昇する等してλ制限噴射量Ｑrが通常噴射量Ｑc以上になったこと、或いは、λ制限噴射量Ｑrでの燃料噴射を開始した後、所定時間が経過したことをもって行われる。
これにより、以降、通常噴射量Ｑcで燃料噴射が実施されることになり、λ制限噴射量Ｑrでの燃料噴射が必要最小限に抑えられ、スモークの排出を確実に抑制しながら、エンジン１の出力性能を損なわないようにできる。
【００３３】
以上で、本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、主として低回転低負荷領域での加速運転を対象としているが、本発明はアイドル運転時における空ふかし運転時にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】車両に搭載された本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る燃料噴射制御のブロック図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  ディーゼルエンジン
２  インジェクタ
１４  ＥＧＲ通路
１６  ＥＧＲ弁
４０  ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
４２  Ｎeセンサ
４４  ＡＰＳ
【図１】
2005155331.tif 000003
【図２】
2005155331.tif 000004