(57)【要約】【課題】  燃料カット状態であっても、運転状態を悪化させることなく、排気浄化手段の温度低下を抑制することができ、排気浄化性能を維持することができるディーゼルエンジンの制御装置を提供すること。【解決手段】  エンジン(1)の燃料カット状態時に、吸気絞り弁(28)を全閉し、ＥＧＲバルブ(64)を全開にする。【選択図】      図１
2007016611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段を有するディーゼルエンジンの制御装置であって、
前記ディーゼルエンジンの吸気通路に設けられ、吸入空気量を調節する吸気絞り手段と、
前記ディーゼルエンジンの排気通路に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段と、
前記ディーゼルエンジンの燃焼室内に還流される排気の量を調節する排気還流調節手段と、
前記燃料噴射手段による主噴射を停止する燃料カット状態にあるときに、前記吸気絞り手段により吸入空気量を減少させるとともに、前記排気還流調節手段により還流される排気の量を増加させるように制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記排気浄化手段は、排気中のパティキュレートマターを捕捉するパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタの排気上流側に配設される酸化触媒により構成され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。
【請求項３】
さらに、前記パティキュレートフィルタにおけるパティキュレート堆積量が所定量に達したときに、前記燃料噴射手段により膨張行程または排気行程で実施する副噴射を行うことで前記パティキュレートフィルタに捕捉された前記パティキュレートマターを強制的に燃焼除去して前記パティキュレートフィルタを強制再生させる強制再生手段を備え、
前記制御手段は、前記燃料カット状態であって、前記強制再生手段による前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記吸気絞り手段により吸入空気量を減少させるとともに、前記排気還流調節手段により排気還流量を増加させるよう制御することを特徴とする請求項２記載のディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記ディーゼルエンジンの回転数の増加に応じて前記排気還流調節手段による排気還流量の増加を行う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制御装置に係り、詳しくは排気浄化装置の温度を活性温度に維持する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出される排ガスには、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等のほかにパティキュレートマター（以下ＰＭという）が含まれており、このＰＭを処理するための排気浄化手段として、ＰＭを捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦという）が提案されている。
当該ＤＰＦは、捕捉したＰＭの堆積量が許容量を越えたときには当該ＰＭを除去する必要があり、この堆積したＰＭを除去する方法としては、例えば、ＤＰＦの排気上流側に酸化触媒を設けて、膨張行程または排気行程でのポスト噴射を実施して未燃燃料（炭化水素（ＨＣ））を酸化触媒によって酸化させ、当該酸化により生じた酸化反応熱を利用することでＰＭを強制的に焼却除去する方法がある。
【０００３】
しかし、このような方法で強制再生を行うには、酸化触媒入口の温度を触媒活性温度以上に保つ必要があり、ディーゼルエンジンは排気温度が比較的低いため、アイドリング時等には触媒活性温度を下回ってしまうという問題がある。
そこで、エンジンが冷機状態で且つアイドル運転中には排気絞り弁及び吸気絞り弁を全閉とし、エンジンが冷機状態で且つ非アイドル運転中には排気絞り弁を半開とし吸気絞り弁を全閉とすることでエンジンの冷機状態の走行に際して暖機を行うという技術が開発されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１１−２３６８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示された技術では、排気絞り弁を閉じる上、吸気絞り弁も閉じるためエンジンのポンピングロスが大幅に増加してしまい、過大なエンジンブレーキ力による運転状態の悪化を招くという問題が生じる。
また、排気系に排気浄化装置を設けた車両においては、例えば下り坂での走行等で、アクセルの踏み込みがなく燃料噴射が停止し燃焼が生起されない所謂燃料カット状態では、燃焼は生起されてないがエンジンは回転しているために新気がそのまま排気通路へと流入してしまい、酸化触媒やＤＰＦの熱の持ち去りが生じ、アイドル時以上に酸化触媒やＤＰＦの急激な温度低下が生じる。
【０００５】
このようして酸化触媒やＤＰＦの温度が急激に低下すると、ＤＰＦの強制再生を行うことができなくなり排気浄化性能の悪化を招く上、燃焼が再開されたときには再び多量の燃料を用いて触媒を昇温させなければならないことから燃費の悪化も招き好ましくない。
本発明はこのような問題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、燃料カット状態であっても、運転状態を悪化させることなく、排気浄化手段の温度低下を抑制することができ、排気浄化性能を維持することができるディーゼルエンジンの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制御装置では、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射手段を有するディーゼルエンジンの制御装置であって、前記ディーゼルエンジンの吸気通路に設けられ、吸入空気量を調節する吸気絞り手段と、前記ディーゼルエンジンの排気通路に設けられ、排気を浄化する排気浄化手段と、前記ディーゼルエンジンの燃焼室内に還流される排気の量を調節する排気還流調節手段と、前記燃料噴射手段による主噴射を停止する燃料カット状態にあるときに、前記吸気絞り手段により吸入空気量を減少させるとともに、前記排気還流調節手段により還流される排気の量を増加させるように制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
つまり、吸気絞り手段と排気還流調節手段とを備えたディーゼルエンジンにおいて、燃料カット状態にあるときは、吸気絞り手段により吸入空気量を減少させ、排気還流調節手段により排気還流量を増加させる。
請求項２のディーゼルエンジンの制御装置では、請求項１において、前記排気浄化手段は、排気中のパティキュレートマターを捕捉するパティキュレートフィルタと、該パティキュレートフィルタの排気上流側に配設される酸化触媒により構成されることを特徴としている。
【０００８】
請求項３のディーゼルエンジンの制御装置では、請求項２において、さらに、前記パティキュレートフィルタにおけるパティキュレート堆積量が所定量に達したときに、前記燃料噴射手段により膨張行程または排気行程で実施する副噴射を行うことで前記パティキュレートフィルタに捕捉された前記パティキュレートマターを強制的に燃焼除去して前記パティキュレートフィルタを強制再生させる強制再生手段を備え、前記制御手段は、前記燃料カット状態であって、前記強制再生手段による前記パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、前記吸気絞り手段により吸入空気量を減少させるとともに、前記排気還流調節手段により排気還流量を増加させるよう制御することを特徴としている。
【０００９】
つまり、燃料カット状態にあり、パティキュレートフィルタの強制再生を行っているときに、吸気絞り手段により吸入空気量を減少させて新気の導入を抑制するとともに、排気還流調節手段により排気還流量を増加させることで吸気系及び排気系内の圧力の増加を軽減する。
請求項４のディーゼルエンジンの制御装置では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記制御手段は、前記ディーゼルエンジンの回転数の増加に応じて前記排気還流調節手段による排気還流量の増加を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
上記手段を用いる本発明の請求項１のディーゼルエンジンの制御装置によれば、燃料カット状態にあるときに、吸気絞り手段により吸入空気量を減少させ新気の導入を抑制することで排気浄化手段での熱の持ち去りを抑制することができ、排気還流調節手段により排気還流量を増加させることで、新気を抑制することで生じるポンピングロスの増加を軽減することができ、過大なエンジンブレーキ力の発生等を防止することができる。
【００１１】
これにより、燃料カット状態であっても、運転状態を悪化させることなく、排気浄化手段の温度低下を抑制することができ、排気浄化性能を維持することができる。
請求項２のディーゼルエンジンの制御装置によれば、連続再生式のディーゼルパティキュレートフィルタを備えたディーゼルエンジンの排気浄化性能の一時的な性能低下を効果的に抑制することができる。
【００１２】
請求項３のディーゼルエンジンの制御装置によれば、パティキュレートフィルタの強制再生を良好に行うことができる。
請求項４のディーゼルエンジンの制御装置によれば、より効率よくポンピングロスを軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係るディーゼルエンジンの制御装置の概略構成図が示されている。
図１に示すように、エンジン１はコモンレール式ディーゼルエンジンであり、詳しくは、コモンレールシステム２によりコモンレール２ａに蓄圧された高圧燃料を各気筒の燃料噴射弁４（燃料噴射手段）に供給し、任意の噴射時期及び噴射量で当該燃料噴射弁４から各気筒の燃焼室６内に噴射可能な構成を成している。
【００１４】
各気筒には上下摺動可能なピストン８が設けられており、当該ピストン８はコンロッド１０を介してクランクシャフト１２に連結されている。また、クランクシャフト１２の一端部にはフライホイール１４が設けられており、当該フライホイール１４にはクランクシャフト１２の回転速度を検出するクランク角センサ１６が設けられている。
また、燃焼室６には吸気通路２０と排気通路３０とが連通している。
【００１５】
吸気通路２０には、燃焼室６と吸気通路２０の連通と遮断を行う吸気弁２２が設けられており、排気通路３０には、燃焼室６と排気通路３０との連通と遮断を行う排気弁３２が設けられている。
また、吸気通路２０の吸気上流端にはエアクリーナ２４が設けられており、その吸気下流側には排気流を利用して吸気を過給するターボチャージャ４０が設けられている。当該ターボチャージャ４０は、詳しくは、排気により回転するタービン及び当該タービンと同期回転するコンプレッサとから構成されており、吸気通路２０はコンプレッサを収納するコンプレッサハウジングと連結している。
【００１６】
そして、当該ターボチャージャ４０の吸気下流側の吸気通路２０には、過給された吸気を冷却するインタークーラ２６が設けられている。また、インタークーラ２６の吸気下流側には、電磁式のバタフライバルブからなり吸入空気量を調節する吸気絞り弁２８（吸気絞り手段）が設けられている。
一方、排気通路３０には上記ターボチャージャ４０におけるタービンを収納するタービンハウジングと連結しており、当該ターボチャージャ４０より排気下流側には排気浄化装置５０（排気浄化手段）が設けられている。
【００１７】
当該排気浄化装置５０は、排気上流側に排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化する酸化触媒５２が配設されており、排気下流側に排気中のパティキュレート（以下ＰＭという）を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦという）５４が配設されている。即ち、酸化触媒５２とＤＰＦ５４とから連続再生式ＤＰＦが構成されている。また、酸化触媒５２の出口部分には、当該酸化触媒５２の出口温度、即ちＤＰＦ５４の入口温度を検出する温度センサ５６が設けられている。
【００１８】
また、吸気通路２０の吸気絞り弁２８よりも吸気下流側部分と、排気通路３０のターボチャージャ４０より排気上流側部分とを連通するようにＥＧＲ通路６０が設けられており、当該ＥＧＲ通路６０により排気の一部がＥＧＲガスとして吸気通路２０を経て燃焼室６内へと還流される。
また、ＥＧＲ通路６０には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ６２と、吸気通路２０とＥＧＲ通路６０との接続部分にＥＧＲガスの還流量を調節する電磁式のＥＧＲバルブ６４（排気還流調節手段）が設けられている。
【００１９】
そして、上記燃料噴射弁４、クランク角センサ１６、吸気絞り弁２８、温度センサ５６、及びＥＧＲバルブ６４等の各種装置や各種センサ類はＥＣＵ（電子コントロールユニット）７０（制御手段）と電気的に接続されており、当該ＥＣＵ７０は各種センサ類からの各情報に基づき各種装置を作動制御する。
さらに、ＥＣＵ７０は車両に設けられアクセル開度を検出するアクセルセンサ７２とも電気的に接続されている。
【００２０】
以下このように構成された本発明に係るディーゼルエンジンの制御装置の作用について説明する。
図２を参照すると、本発明に係るディーゼルエンジンの制御装置のＥＣＵ７０が実行する燃料カット時の排気浄化装置５０の保温制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下同フローチャートに基づき説明する。
【００２１】
まず、ステップＳ１では、燃料カット中か否かを判別する。即ち、トルクを発生させるための主噴射が停止されているか否かを判別し、判別結果が真（Ｙｅｓ）の場合はステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、上記クランク角センサ１６より検出されるクランクシャフト１２の回転速度からエンジン回転数を検出し、当該エンジン回転数が予め設定されている所定回転数内であるか否かを判別する。エンジン回転数が所定回転数よりも大であるような高回転数時に吸気絞り弁を閉じるとポンピングロスが急激に増加し過大なエンジンブレーキ力が発生するため、このような過大なブレーキ力の発生を防止するため当該判別を行う。判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合にはステップＳ３に進む。
【００２２】
ステップＳ３では、エンジン１がＤＰＦ５４の強制再生を行っているか否かを判別する。当該強制再生は連続再生によってもＤＰＦ５４が捕集したＰＭが次第に堆積していき、当該ＰＭ堆積量が所定量を超えた際に行われる。ここでＰＭ堆積量は、例えばＤＰＦ５４の前後差圧、即ちＤＰＦ５４の圧損、及び排気流量と相関することから、これらの関係を規定したマップに基づいて推定する。また、強制再生は、トルク発生に寄与しないよう膨張行程や排気行程での副噴射を行い、噴射された燃料が酸化触媒５２上で酸化される際の酸化熱を利用してＤＰＦ５４に堆積したＰＭの焼却除去をする（強制再生手段）。
【００２３】
当該判別結果が真（Ｙｅｓ）である場合、即ち上記のような強制再生を行っている場合はステップＳ４に進む。
ステップＳ４では、吸気絞り弁２８を全閉とし、ＥＧＲバルブ６４を全開とするようそれぞれ制御し、当該ルーチンを抜ける。
一方、上記ステップＳ１乃至Ｓ３にうちいずれか一つでも判別結果が偽（Ｎｏ）であった場合は、ステップＳ５に進み、吸気絞り弁２８及びＥＧＲバルブ６４は通常の制御を行い、当該ルーチンを抜ける。
【００２４】
ここで、図３を参照すると、上記保温制御を行う本実施形態、保温制御を行わない比較例１及びＥＧＲバルブの制御を行わない比較例２におけるタイムチャートが示されている。
同図に示すように、例えば下り坂を走行しており、アクセル開度が０となると主噴射が停止し燃料カット状態となる。ここで、本願の保温制御では、燃料カット状態となると吸気絞り弁２８が全閉されるとともにＥＧＲバルブ６４が全開される。
【００２５】
燃料カット状態となってもエンジン１は回転しているため、吸気絞り弁を全閉させない比較例１では、比較的低温である新気がそのまま排気通路へと流入していき排気浄化装置の熱を持ち去ってしまうため、ＤＰＦ入口温度は鎖線で示すように大幅に低下していき、一点鎖線で示されている触媒活性温度を早期に下回ってしまう。このように触媒活性温度を下回った状態で副噴射を行えば未燃ＨＣがそのまま大気中へと排出されるてしまうため、この触媒不活性期間は副噴射を行うことができず、つまりは強制再生を行うことができない。
【００２６】
これに対して本実施形態のように吸気絞り弁２８を全閉することで新気の導入を抑制することでそのまま排気通路３０へと流入する新気を抑制し排気浄化装置５０の熱の持ち去りを抑制することができ、ＤＰＦ５４入口温度は触媒活性温度を下回ることがなくなるため、燃料カット状態にあっても副噴射、即ち強制再生を行うことができる。
また、比較例１ではアクセルが再度踏み込まれ燃料カット状態から復帰しても、排気浄化装置の温度は大幅に低下しているために、触媒活性温度以上となるまでは副噴射を行うことはできない。したがって、まずは排気浄化装置の昇温制御を行わなければならず、余分な燃料が消費されてしまう。
【００２７】
これに対して本願では、燃料カット中の温度低下が少なく十分に触媒活性温度を保っているので昇温制御のために余分な燃料を消費することもない。
また、比較例２は燃料カット状態で吸気絞り弁を全閉とするが、ＥＧＲバルブの制御は行わず全閉であり、このような比較例２では、新気の導入を抑制したことで吸気系の負圧が上昇しポンピングロスが増加し負のトルク、即ちエンジンブレーキの作用が大きくなる。
【００２８】
ここで、本願のように吸気絞り弁２８を全閉させるとともに、ＥＧＲバルブ６４を全開とすると、ＥＧＲ通路６０を介してＥＧＲガスが還流することで吸気系の負圧の上昇を抑制し、過大なエンジンブレーキ力の発生を抑制することができる。
以上のように、本発明に係るディーゼルエンジンの制御装置では、燃料カット状態であっても、吸気絞り弁２８を全閉し、ＥＧＲバルブ６４を全開させることで、運転状態を悪化させることなく、排気浄化装置５０の温度低下を抑制することができ、排気浄化性能を維持することができる。
【００２９】
以上で本発明に係るディーゼルエンジンの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、上記実施形態において排気通路３０に排気絞り弁を設け、燃料カット状態時に吸気絞り弁バルブ２８とともに当該排気絞り弁も閉じるよう制御しても構わない。このように排気絞り弁も閉じることで排気流動が抑制され、排気浄化装置５０の保温効果をさらに向上させることができる。
【００３０】
また、上記実施形態では、ＤＰＦ５４の強制再生中且つ燃料カット状態という状況で吸気絞り弁２８を全閉に、ＥＧＲバルブ６４を全開に制御しているが、ＤＰＦ５４の強制再生中に限らず、連続再生中であっても、燃料カット状態となったときに吸気絞り弁２８を全閉に、ＥＧＲバルブ６４を全開に制御するようにしても構わない。
また、上記実施形態では、燃料カット時に吸気絞り弁２８を全閉、ＥＧＲバルブ６４を全開としているが、例えばそれぞれの開度をエンジン回転数に応じて開度を可変させるよう制御してもよいし、予め特定の開度を設定しておき当該特定開度になるよう制御してもよい。このように、エンジン回転数に応じて開度を可変させることでより効率よくポンピングロスを軽減することができる。
【００３１】
また、上記実施形態では、排気浄化手段として酸化触媒５２とＤＰＦ５４とを用いているがこれに限られるものではなく、強制再生の方法も副噴射による方法に限られるものではない。
また、上記実施形態では、排気還流調節手段として吸気通路２０と排気通路３０とを連通するＥＧＲ通路６０にＥＧＲバルブ６４を設けているが、排気還流調節手段はこれに限られるものではなく、例えば、可変動弁機構を用いて吸気弁の開弁時期や排気弁の閉弁時期を制御して吸排気のオーバーラップ期間を変化させることで所謂内部ＥＧＲ量を制御する方式であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係るディーゼルエンジンの制御装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係るディーゼルエンジンの制御装置のＥＣＵが実行する排気浄化装置の保温制御ルーチンがフローチャートである。
【図３】本実施形態、比較例１及び比較例２におけるタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１  エンジン
４  燃料噴射弁（燃料噴射手段）
６  燃焼室
２０  吸気通路
２８  吸気絞り弁（吸気絞り手段）
３０  排気通路
５０  排気浄化装置（排気浄化手段）
５２  酸化触媒
５４  ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
５６  温度センサ
６０  ＥＧＲ通路
６４  ＥＧＲバルブ（排気還流調節手段）
７０  ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
2007016611.tif 000003
【図２】
2007016611.tif 000004
【図３】
2007016611.tif 000005