(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路から吸気通路へＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置を備え、機関運転状態に応じて設定される目標空燃比となるようにＥＧＲ量を制御するようにしたディーゼルエンジンの空燃比制御装置であって、
前記吸気通路の途中であって前記吸気通路とＥＧＲ通路との連結部より上流側に介装され、前記吸気通路を開閉する吸気絞り手段と、
実際の空燃比である実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、
機関運転状態が高回転高負荷領域以外の領域にある場合は、前記吸気絞り手段を第１の開度に保持する一方、機関運転状態が高回転高負荷領域にある場合は、吸気絞り制御として、前記空燃比検出手段により検出された実空燃比が前記目標空燃比より大きいときに、前記第１の開度より小さな、前記検出された実空燃比と前記目標空燃比との差に応じた第２の開度に前記吸気絞り手段を閉作動させる作動手段と、を備えたディーゼルエンジンの空燃比制御装置。
【請求項２】
前記作動手段が、前記検出された実空燃比と前記目標空燃比との差が所定値より大きい場合に、前記吸気絞り手段を閉作動させ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空燃比制御装置。
【請求項３】
前記所定値が１であ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空燃比制御装置。
【請求項４】
前記作動手段が、前記吸気絞り手段を可変作動させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの空燃比制御装置。
【請求項５】
吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を有し、
前記実空燃比検出手段が、前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて実空燃比を検出することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの空燃比制御装置に関する。より詳細には、ＥＧＲ装置を備えたディーゼルエンジンにおいて、空燃比の変動を抑えて有害成分の排出を抑える技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、定常走行から加速走行に移行した際における空燃比のリッチ化を抑え、スモーク発生量を低減するものが開示されている（特開平１１−３６９９４号公報参照）。
【０００３】
この技術は、ターボ過給機を搭載したディーゼルエンジンにおいて、定常走行時にはＥＧＲを大量に行って目標空燃比を達成する一方、過給運転領域に対しては予め目標空燃比をリーン側に設定しておき、定常走行から加速走行に移行した際における燃料噴射量の増加に併せてＥＧＲ量を減少するようにして相対的な吸入空気量を増加することで、大量のＥＧＲに伴う排気エネルギの減少による過給遅れを補い、空燃比の過度なリッチ化を防いでスモーク発生量を低減するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このものでは、加速走行に移行した際にＥＧＲ量を減少すべくＥＧＲ制御弁開度が小さく設定されるため、逆に加速走行から定常走行に移行して燃料噴射量が減少された場合には、目標空燃比を達成すべく再びＥＧＲを大量に行おうとしても、ＥＧＲ通路及びコレクタには一定の容量があるためＥＧＲガスがシリンダに流入するまでに遅れが生じ、空燃比が一時的に過度にリーン化することとなり、ＮＯｘが多量に放出されるという問題がある。
【０００５】
かかる実情に鑑み、本発明は、加速走行から定常走行に移行した場合などの燃料噴射量の減少に伴う空燃比の過度なリーン化を防いで、ＮＯｘ排出量を低減することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、排気通路から吸気通路へＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置を備え、機関運転状態に応じて設定される目標空燃比となるようにＥＧＲ量を制御するようにしたディーゼルエンジンの空燃比制御装置であって、図１に示すように、前記吸気通路の途中であって前記吸気通路とＥＧＲ通路との連結部より上流側に介装され、前記吸気通路を開閉する吸気絞り手段と、実際の空燃比である実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、機関運転状態が高回転高負荷領域以外の領域にある場合は、前記吸気絞り手段を第１の開度に保持する一方、機関運転状態が高回転高負荷領域にある場合は、吸気絞り制御として、前記空燃比検出手段により検出された実空燃比が前記目標空燃比より大きいときに、前記第１の開度より小さな、前記検出された実空燃比と前記目標空燃比との差に応じた第２の開度に前記吸気絞り手段を閉作動させる作動手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、機関運転状態が高回転高負荷領域にあり、前記検出された実空燃比が前記目標空燃比より大きいときに、前記吸気絞り手段が前記検出された実空燃比と前記目標空燃比との差に応じた開度に閉作動されて前記吸気通路を閉じることとなり、吸入空気量が減少される。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記作動手段が、前記検出された実空燃比と前記目標空燃比との差が所定値より大きい場合に、前記吸気絞り手段を閉作動させることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記所定値が１であることを特徴とする。すなわち、ＮＯｘの排出にほぼ影響しない場合の吸入空気量を維持するため、ＮＯｘの排出に実質的に影響する場合にのみ前記吸気絞り手段を閉作動させるべく前記所定値を１に設定するのである。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記作動手段が、前記吸気絞り手段を可変作動させることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を有し、前記実空燃比検出手段が、この吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて実空燃比を検出することを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、高回転高負荷領域において、吸入空気量が実空燃比（検出された実空燃比）と目標空燃比とに基づいて減少されることとなるため、空燃比がリーン側へ移行しようとする場合に、これを検出して空燃比の過度なリーン化を防ぐことができ、ＮＯｘの排出を抑えることができる。また、ＮＯｘの排出に関して支配的な高回転高負荷領域においてのみ吸気絞り手段を閉作動させるようにしたため、吸気抵抗の増大による燃費の悪化を考慮しつつＮＯｘ排出量の低減に寄与することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、特に実空燃比と目標空燃比との差が所定値より大きい場合にのみ吸気絞り手段が閉作動されるようにしたため、吸入空気量を必要以上に減少させず、空燃比のばらつきを抑えることができる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、ＮＯｘの排出にほぼ影響しない場合は吸気絞り手段を作動させずに吸入空気量を維持することとしたため、燃費の悪化を抑えることができる。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、吸気絞り手段を可変作動させることとしたので、より正確な空燃比制御が可能となる。
【００１６】
請求項５に係る発明によれば、吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて実空燃比を検出することとしたので、過渡的な空燃比の変動に対しても遅れを生じることなく制御することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を実装した内燃機関（ディーゼルエンジン）Ｅの構成を概略示している。内燃機関Ｅは、ＥＧＲ装置とターボ過給機とを備える。
【００１８】
吸気通路１に導入された空気は、図示しないエアクリーナを介した後、ターボ過給機３のコンプレッサ３ｃにより圧縮過給され、吸気通路２を通り、吸気マニホールド４により内燃機関Ｅの各燃焼室に分配される。燃焼後、各燃焼室からの排気ガスは排気マニホールド５により集められ、その一部（ＥＧＲガス）がＥＧＲ装置により排気通路６から吸気通路２に還流される。一方、ＥＧＲガス以外の排気ガスは排気通路６を進み、ターボ過給機３のタービン３ｔを回転駆動させ、排気通路７を通って大気中に放出される。ここに、前記ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路８及びＥＧＲ制御弁９を含んで構成される。
【００１９】
ＥＧＲ通路８は排気通路６から分岐されて吸気通路２と連結されており、その途中にＥＧＲ制御弁９が介装される。ＥＧＲ制御弁９は、後述する電子制御ユニットからの電気信号により内蔵されたアクチュエータが作動され、その弁開度が自在に制御されてＥＧＲガス流量を制御する。
【００２０】
本実施形態では、吸気通路２のＥＧＲ通路８との連結部より上流側に吸気絞り手段としてのスロットル弁１０が介装される。スロットル弁１０は、通常時は全開位置に保持されており、電子制御ユニットからの信号により閉作動される。
【００２１】
電子制御ユニット２１は、吸入空気量検出手段としてのエアフロメータ３１からの吸入空気量Ｑac、クランク角センサ３２からの機関回転数Ｎｅ、及びアクセル開度などに基づいて算出される燃料噴射量Ｑｆに基づき、ＥＧＲ制御弁９及びスロットル弁１０について以下の制御を実行する。
【００２２】
図３は、本実施形態に係る空燃比制御の流れを概略示している。
Ｓ１において各種信号が読み込まれた後、Ｓ２において目標空燃比A/Fmapが設定される。目標空燃比A/Fmapは、電子制御ユニット２１の記憶部に機関運転状態に応じて設定されており、機関回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｆに基づいて検索できる。
【００２３】
Ｓ３では、Ｓ２において設定された目標空燃比A/FmapとなるようにＥＧＲ量を制御する。例えば、目標空燃比A/Fmapと燃料噴射量Ｑｆとから求まる目標吸入空気量が得られるようにＥＧＲ制御弁開度を設定し、相対的な吸入空気量を増減することにより、目標空燃比A/Fmapとなるようにする。続くＳ４では、図４に示す吸気絞り制御が実行される。
【００２４】
吸気絞り制御では、まずＳ１１において機関運転状態が吸気絞り制御を実行すべき領域にあるか、即ち、機関運転状態がＮＯｘの排出に関して支配的な高回転高負荷領域にあるか否かを判定する。機関運転状態が高回転高負荷領域以外の領域１にある場合は、Ｓ１２に進んでスロットル弁１０を全開位置（「第１の開度」に相当する。）に保持し、吸気絞り制御を実行せずにリターンする。一方、機関運転状態が高回転高負荷領域２にある場合は、Ｓ１３以降の吸気絞り制御を実行する。
【００２５】
すなわち、Ｓ１３において実際の空燃比である実空燃比A/Fcalを算出し、Ｓ１４において算出された実空燃比A/Fcalと目標空燃比A/Fmapとの差ΔＡ／Ｆ（＝A/Fcal−A/Fmap）を所定値１と比較する。実空燃比A/Fcalは、空燃比センサなどを使用して検出してもよいが、本発明が解決しようとする空燃比の過渡的な変動を考慮すると、吸入空気量Ｑac及び燃料噴射量Ｑｆに基づいて算出するのが好ましい。
【００２６】
ここで、ΔＡ／Ｆが１以下の場合は、Ｓ１５に進み、スロットル弁１０を全開位置に保持してリターンする一方、ΔＡ／Ｆが１より大きい場合は、Ｓ１６に進み、スロットル弁１０を所定の閉位置（「第２の開度」に相当する。）まで作動してリターンする。尚、Ｓ１３が実空燃比検出手段を構成し、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１４及びＳ１６が作動手段を構成する。
【００２７】
以上では、スロットル弁１０が全開位置と所定の閉位置との２箇所のみに制御されたが、図５に示すごとくスロットル弁１０がΔＡ／Ｆに応じた位置に可変作動されるのが好ましい。
【００２８】
図４に示した制御と異なるステップのみを説明すると以下のようになる。すなわち、Ｓ２４においてΔＡ／Ｆが１より大きいと判定された場合は、Ｓ２６においてΔＡ／Ｆに応じたスロットル弁開度θ（＝ｆ（ΔＡ／Ｆ））が設定され、続くＳ２７においてその位置にスロットル弁１０が作動される。ここでは、ΔＡ／Ｆに応じたスロットル弁開度θが「第２の開度」に相当し、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２４、Ｓ２６及びＳ２７が作動手段を構成する。
【００２９】
この場合のスロットル弁１０の挙動をＥＧＲ制御弁９の挙動とともに示すと、図６のようになる。ＥＧＲ制御弁９は、加速走行時においてはその開度が小さく設定されるが、時刻ｔ０において加速走行から定常走行に移行したとして燃料噴射量Ｑｆが急激に減少されると、目標空燃比を達成すべくその開度が大きく設定されることとなる。このとき、燃料噴射量Ｑｆの急激な減少と、ＥＧＲガスがシリンダに流入するまでの遅れとにより、空燃比が一時的に過度にリーン化してΔＡ／Ｆが所定値１を超え、図６に示すごとくＥＧＲ制御弁開度の増大に併せてスロットル弁１０が一時的に作動されることとなる。
【００３０】
このように、本発明によれば、加速走行から定常走行に移行して燃料噴射量Ｑｆが急激に減少されたときに、図６に示すごとく吸気絞り手段としてのスロットル弁１０が一時的に作動されて吸入空気量Ｑacが一時的に減少されるので、ＥＧＲガスがシリンダに流入するまでの遅れを補い、図７に示すごとく空燃比をほぼ一定に保ち、斜線部で示すＮＯｘ排出量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を備えるディーゼルエンジンの構成を示す図
【図３】本発明の一実施形態に係る空燃比制御の流れを示す図
【図４】同上空燃比制御において実行される吸気絞り制御の一例を示す図
【図５】同上空燃比制御において実行される吸気絞り制御の他の例を示す図
【図６】同上吸気絞り制御によるスロットル弁の挙動を示す図
【図７】本発明に係る吸気絞り制御による効果を示す図
【符号の説明】
Ｅ  内燃機関（ディーゼルエンジン）
１  吸気通路
２  吸気通路
３  ターボ過給機
４  吸気マニホールド
５  排気マニホールド
６  排気通路
７  排気通路
８  ＥＧＲ通路
９  ＥＧＲ制御弁
１０  スロットル弁
２１  電子制御ユニット
３１  エアフロメータ
３２  クランク角センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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