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技術 排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 根岸玲佳木部一哉
出願日 2008年2月22日 (12年9ヶ月経過) 出願番号 2008-041600
公開日 2008年7月10日 (12年4ヶ月経過) 公開番号 2008-157259
状態 特許登録済
技術分野 機関出力の制御及び特殊形式機関の制御 内燃機関に供給する空気・燃料の電気的制御 内燃機関の複合的制御
主要キーワード 温度要因 気体密度 基本補正値 フィードバック補正制御 内燃機関冷却水温 基本補正量 ガス流量センサ 残存酸素量
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課題

EGRを実行している内燃機関においてスモーク限界噴射量吸入空気量意外の要因により増加し、この増加によりEGRガス量を減少させなくても加速性の向上及びスモークの抑制を共に成立させる。

解決手段

EGRガス中における酸素量を考慮して、スモーク限界燃料噴射量QAFMを増加させるためのEGRスモーク限界補正値QAFMegrを算出し(S200〜S214)、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinを、スモーク限界燃料噴射量QAFMの値よりもEGRスモーク限界補正量QAFMegr分、増加補正して設定している(A216)。このことにより加速要求があった場合にスモーク限界燃料噴射量QAFMによるよりも、より大きな燃料噴射量の増加を可能とすることができる。このようにしてEGRガス量を減少させなくてもスモークを抑制した状態で加速性を向上できる。

概要

背景

排気再循環式内燃機関において、加速時の燃料噴射量増加の際に排気再循環量が多い場合には着火不良を生じさせて、燃費スモークの悪化を招くことがある。このような問題を解決するために加速時には排気再循環量を低減させる技術が知られている(例えば特許文献1参照)。

又、スモークとNOxとを共に十分に低減させる低温燃焼モードを実現するために、通常の排気再循環よりも大量に排気再循環している技術が知られている(例えば特許文献2参照)。
特許第2599953号公報(第4頁、第3図)
特開2000−8835号公報(第8−9頁、図14)

概要

EGRを実行している内燃機関においてスモーク限界噴射量吸入空気量意外の要因により増加し、この増加によりEGRガス量を減少させなくても加速性の向上及びスモークの抑制を共に成立させる。EGRガス中における酸素量を考慮して、スモーク限界燃料噴射量QAFMを増加させるためのEGRスモーク限界補正値QAFMegrを算出し(S200〜S214)、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinを、スモーク限界燃料噴射量QAFMの値よりもEGRスモーク限界補正量QAFMegr分、増加補正して設定している(A216)。このことにより加速要求があった場合にスモーク限界燃料噴射量QAFMによるよりも、より大きな燃料噴射量の増加を可能とすることができる。このようにしてEGRガス量を減少させなくてもスモークを抑制した状態で加速性を向上できる。

目的

本発明は、排気再循環を実行している場合に、スモーク限界噴射量を吸入空気量以外の要因により増加し、この増加により排気再循環量を減少させなくても加速性の向上及びスモークの抑制を共に成立させることを目的とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

排気再循環を実行するとともに、スモーク抑制のために吸入空気量に応じて設定されるスモーク限界燃料噴射量に基づいて、内燃機関に要求される燃料噴射量を制限する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、排気再循環量に応じて前記スモーク限界燃料噴射量を増加補正するスモーク限界燃料噴射量増加手段を備えたことを特徴とする排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置。

請求項2

請求項1において、前記スモーク限界燃料噴射量増加手段は、内燃機関回転数に応じて排気再循環量に関する基本補正量を算出し、該基本補正量と排気再循環率とから前記スモーク限界燃料噴射量を増加補正する補正量を求めることを特徴とする排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置。

請求項3

請求項1において、前記スモーク限界燃料噴射量増加手段は、内燃機関回転数に応じて排気再循環量に関する基本補正量を算出し、該基本補正量、排気再循環率、大気圧及び温度因子に基づいて前記スモーク限界燃料噴射量を増加補正する補正量を求めることを特徴とする排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置。

請求項4

請求項3において、前記温度因子は、吸入空気温度及び内燃機関冷却水温度の一方又は両方であることを特徴とする排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置。

請求項5

排気再循環を実行するとともに、スモーク抑制のために吸入空気量に応じて設定されるスモーク限界燃料噴射量に基づいて、内燃機関に要求される燃料噴射量を制限する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、内燃機関運転状態に基づいて、吸入空気量と排気再循環量との両者により総合的に許容される排気再循環時スモーク限界燃料噴射量を算出し、該排気再循環時スモーク限界燃料噴射量と前記スモーク限界燃料噴射量との内で大きい方の値に基づいて、内燃機関に要求される燃料噴射量を制限する燃料噴射量制限手段を備えたことを特徴とする排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置。

請求項6

請求項5において、前記燃料噴射量制限手段は、内燃機関運転状態に応じて排気再循環時基本スモーク限界燃料噴射量を算出し、該排気再循環時基本スモーク限界燃料噴射量と排気再循環率とから前記排気再循環時スモーク限界燃料噴射量を求めることを特徴とする排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置。

請求項7

請求項5において、前記燃料噴射量制限手段は、内燃機関回転数に応じて排気再循環時基本スモーク限界燃料噴射量を算出し、該排気再循環時基本スモーク限界燃料噴射量、排気再循環率、大気圧及び温度因子に基づいて前記排気再循環時スモーク限界燃料噴射量を求めることを特徴とする排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置。

請求項8

請求項7において、前記温度因子は、吸入空気温度及び内燃機関冷却水温度の一方又は両方であることを特徴とする排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置。

請求項9

排気再循環を実行するとともに、スモーク抑制のために吸入空気量に応じて設定されるスモーク限界燃料噴射量に基づいて、内燃機関に要求される燃料噴射量を制限する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、排気空燃比と排気再循環率とに応じて前記スモーク限界燃料噴射量算出用の吸入空気量を増加補正する吸入空気量補正手段を備えたことを特徴とする排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置。

請求項10

請求項1〜9のいずれかにおいて、内燃機関運転状態に基づいて目標吸入空気量を設定し、該目標吸入空気量に実際の吸入空気量が到達するように、前記排気再循環量を調節する吸入空気量フィードバック手段を備えたことを特徴とする排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置。

請求項11

請求項1〜9のいずれかにおいて、内燃機関運転状態に基づいて目標空燃比を設定し、該目標空燃比に実際の排気空燃比が到達するように、前記排気再循環量を調節する排気再循環量フィードバック手段を備えたことを特徴とする排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置。

請求項12

請求項1〜9、11のいずれかにおいて、前記排気再循環は、排気再循環量を過剰にすることによってスモークを抑制する低温燃焼モードにおける排気再循環であることを特徴とする排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置。

請求項13

請求項1〜12のいずれかにおいて、排気再循環式内燃機関は、排気再循環式ディーゼルエンジンであることを特徴とする排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置。

技術分野

0001

本発明は、排気再循環を実行するとともに、スモーク抑制のために吸入空気量に応じて設定されるスモーク限界燃料噴射量に基づいて、内燃機関に要求される燃料噴射量を制限する内燃機関の燃料噴射量制御装置に関する。

背景技術

0002

排気再循環式内燃機関において、加速時の燃料噴射量増加の際に排気再循環量が多い場合には着火不良を生じさせて、燃費やスモークの悪化を招くことがある。このような問題を解決するために加速時には排気再循環量を低減させる技術が知られている(例えば特許文献1参照)。

0003

又、スモークとNOxとを共に十分に低減させる低温燃焼モードを実現するために、通常の排気再循環よりも大量に排気再循環している技術が知られている(例えば特許文献2参照)。
特許第2599953号公報(第4頁、第3図)
特開2000−8835号公報(第8−9頁、図14

発明が解決しようとする課題

0004

前記特許文献1に示す制御における燃料噴射量に対しては、一般的に排気におけるスモークを抑制するために、吸入空気量に応じたスモーク限界噴射量が設けられており、このスモーク限界噴射量より大きい燃料噴射量にて噴射がなされないように燃料噴射量が制御されている。

0005

排気再循環制御により排気再循環量の割合(排気再循環率)が大きくなれば、燃焼室に供給される吸入空気量の割合が低下するので、自ずとスモーク限界噴射量は小さくされる。したがって加速時に急激に燃料噴射量を増量しようとしても排気再循環を実行している場合にはスモーク限界噴射量により制限されやすくなり、要求される加速性能が十分に得られなくなるおそれがある。特にアイドル時や減速時からの加速においては吸入空気量が少ないので加速性の低下が顕著である。これを解決するためには前記特許文献1のごとく、排気再循環量を低減させるようにすれば良いが、これでは排気再循環による利点であるNOx低減効果が減少してしまうことになる。

0006

特に前記特許文献2のごとく通常の排気再循環よりも大量に排気再循環しているシステムでは、吸入空気量に比較して排気再循環量の割合が顕著に大きいので、加速時の急激な燃料増加要求に対応することが一層困難となり、十分な加速が困難となるおそれがある。

0007

本発明は、排気再循環を実行している場合に、スモーク限界噴射量を吸入空気量以外の要因により増加し、この増加により排気再循環量を減少させなくても加速性の向上及びスモークの抑制を共に成立させることを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0008

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置は、排気再循環を実行するとともに、スモーク抑制のために吸入空気量に応じて設定されるスモーク限界燃料噴射量に基づいて、内燃機関に要求される燃料噴射量を制限する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、排気再循環量に応じて前記スモーク限界燃料噴射量を増加補正するスモーク限界燃料噴射量増加手段を備えたことを特徴とする。

0009

スモーク限界噴射量は吸入空気中の酸素量を考慮することにより設定されている。しかし排気再循環される排気中にも残存酸素が存在する。したがって単に吸入空気量のみでスモーク限界噴射量を設定した場合にも、排気再循環の実行中であれば、スモーク限界噴射量よりも多く噴射してもスモークを防止できる燃料噴射量増加分が存在することになる。すなわち排気再循環された排気中の酸素により、吸入空気量によるスモーク限界噴射量よりも上に余裕があり、スモークを発生せずに、かつ排気再循環量を維持したままで、更に燃料噴射量を増加させることができる。

0010

したがってスモーク限界燃料噴射量増加手段が排気再循環量に応じてスモーク限界燃料噴射量を増加補正することにより、排気再循環量を減少させなくても、スモークを抑制しつつ加速性を向上できる。

0011

請求項2に記載の排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項1において、前記スモーク限界燃料噴射量増加手段は、内燃機関回転数に応じて排気再循環量に関する基本補正量を算出し、該基本補正量と排気再循環率とから前記スモーク限界燃料噴射量を増加補正する補正量を求めることを特徴とする。

0012

排気再循環量は内燃機関回転数に応じて変化するので、内燃機関回転数に応じて排気再循環量に関する基本補正量を算出できる。そしてこの基本補正量と排気再循環率とから補正量を求めれば、スモーク限界燃料噴射量を適切に増加補正できるので、排気再循環量を減少させなくても加速性の向上及びスモークの抑制を共に成立させることができる。

0013

請求項3に記載の排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項1において、前記スモーク限界燃料噴射量増加手段は、内燃機関回転数に応じて排気再循環量に関する基本補正量を算出し、該基本補正量、排気再循環率、大気圧及び温度因子に基づいて前記スモーク限界燃料噴射量を増加補正する補正量を求めることを特徴とする。

0014

内燃機関回転数及び排気再循環率以外に、大気圧及び温度因子が内燃機関の燃焼室内に吸入される排気再循環量内の酸素量に影響する。したがってスモーク限界燃料噴射量増加手段は、内燃機関回転数に応じて排気再循環量に関する基本補正量を算出し、該基本補正量と共に、排気再循環率、大気圧及び温度因子に基づいて補正量を求めるようにしている。このことで、より好適にスモーク限界燃料噴射量を増加補正でき、排気再循環量を減少させなくても加速性の向上及びスモークの抑制を共に成立させることができる。

0015

請求項4に記載の排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項3において、前記温度因子は、吸入空気温度及び内燃機関冷却水温度の一方又は両方であることを特徴とする。

0016

特に排気再循環量内の酸素量に影響する温度因子としては吸入空気温度及び内燃機関冷却水温度が挙げられる。この内の一方又は両方を前記補正量を求めるための温度因子とすることにより、より好適にスモーク限界燃料噴射量を補正でき、排気再循環量を減少させなくても加速性の向上及びスモークの抑制を共に成立させることができる。

0017

請求項5に記載の排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置では、排気再循環を実行するとともに、スモーク抑制のために吸入空気量に応じて設定されるスモーク限界燃料噴射量に基づいて、内燃機関に要求される燃料噴射量を制限する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、内燃機関運転状態に基づいて、吸入空気量と排気再循環量との両者により総合的に許容される排気再循環時スモーク限界燃料噴射量を算出し、該排気再循環時スモーク限界燃料噴射量と前記スモーク限界燃料噴射量との内で大きい方の値に基づいて、内燃機関に要求される燃料噴射量を制限する燃料噴射量制限手段を備えたことを特徴とする。

0018

スモーク限界燃料噴射量を増加補正するのではなく、内燃機関運転状態に基づいて吸入空気量と排気再循環量との両者により総合的に許容される排気再循環時スモーク限界燃料噴射量を算出しておく。すなわち吸入空気量に基づくスモーク限界燃料噴射量分と、排気再循環量に基づくスモーク限界燃料噴射量分とを合計した値に相当する排気再循環時スモーク限界燃料噴射量を算出しておく。そして燃料噴射量を制限する際にはスモーク限界燃料噴射量と排気再循環時スモーク限界燃料噴射量との大きい方にて制限するようにする。

0019

したがって燃料噴射量制限手段が、上述のごとく燃料噴射量を制限することにより、排気再循環時に、排気再循環量を減少させなくてもスモークを抑制した状態で加速性を向上できる。

0020

請求項6に記載の排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項5において、前記燃料噴射量制限手段は、内燃機関運転状態に応じて排気再循環時基本スモーク限界燃料噴射量を算出し、該排気再循環時基本スモーク限界燃料噴射量と排気再循環率とから前記排気再循環時スモーク限界燃料噴射量を求めることを特徴とする。

0021

この排気再循環時スモーク限界燃料噴射量は内燃機関運転状態に応じて変化する。したがって燃料噴射量制限手段は、まず内燃機関運転状態に応じて排気再循環時基本スモーク限界燃料噴射量を算出することで内燃機関運転状態の変化に対応させる。更に燃料噴射量制限手段は、この排気再循環時基本スモーク限界燃料噴射量と排気再循環率とから、排気再循環率に対応させた前記排気再循環時スモーク限界燃料噴射量を求める。

0022

このようにして求めた排気再循環時スモーク限界燃料噴射量とスモーク限界燃料噴射量との大きい方にて燃料噴射量を制限することにより、排気再循環量を減少させなくてもスモークを抑制した状態で加速性を向上できる。

0023

請求項7に記載の排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項5において、前記燃料噴射量制限手段は、内燃機関回転数に応じて排気再循環時基本スモーク限界燃料噴射量を算出し、該排気再循環時基本スモーク限界燃料噴射量、排気再循環率、大気圧及び温度因子に基づいて前記排気再循環時スモーク限界燃料噴射量を求めることを特徴とする。

0024

内燃機関運転状態としては内燃機関回転数が挙げられる。そしてこの内燃機関回転数及び排気再循環率以外に、大気圧及び温度因子が内燃機関の燃焼室内に吸入される排気再循環量内の酸素量に影響する。したがって燃料噴射量制限手段は内燃機関回転数に応じて排気再循環時基本スモーク限界燃料噴射量を算出し、この排気再循環時基本スモーク限界燃料噴射量と共に、排気再循環率、大気圧及び温度因子に基づいて前記排気再循環時スモーク限界燃料噴射量を求めるようにしている。このことで、より好適な排気再循環時スモーク限界燃料噴射量を設定でき、排気再循環量を減少させなくても加速性の向上及びスモークの抑制を共に成立させることができる。

0025

請求項8に記載の排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項7において、前記温度因子は、吸入空気温度及び内燃機関冷却水温度の一方又は両方であることを特徴とする。

0026

特に排気再循環量内の酸素量に影響する温度因子としては吸入空気温度及び内燃機関冷却水温度が挙げられる。この内の一方又は両方を前記排気再循環時スモーク限界燃料噴射量を求めるための温度因子とすることにより、より好適に排気再循環時スモーク限界燃料噴射量を設定でき、排気再循環量を減少させなくても加速性の向上及びスモークの抑制を共に成立させることができる。

0027

請求項9に記載の排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置では、排気再循環を実行するとともに、スモーク抑制のために吸入空気量に応じて設定されるスモーク限界燃料噴射量に基づいて、内燃機関に要求される燃料噴射量を制限する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、排気空燃比と排気再循環率とに応じて前記スモーク限界燃料噴射量算出用の吸入空気量を増加補正する吸入空気量補正手段を備えたことを特徴とする。

0028

排気空燃比には排気中の残存酸素成分割合が現れるので排気空燃比により排気再循環ガス中酸素濃度が判明する。したがってこの排気再循環ガスが吸入空気に加わることにより、排気再循環ガス中の酸素濃度に相当する分の吸入空気量が増加したものと見なすことができる。このため吸入空気量補正手段は排気空燃比と排気再循環率とに応じて前記スモーク限界燃料噴射量算出用の吸入空気量を増加補正することにより、吸入空気量に応じて設定されるスモーク限界燃料噴射量を適切に増加させることができる。このことにより排気再循環量を減少させなくてもスモークを抑制した状態で加速性を向上できる。

0029

請求項10に記載の排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項1〜9のいずれかにおいて、内燃機関運転状態に基づいて目標吸入空気量を設定し、該目標吸入空気量に実際の吸入空気量が到達するように、前記排気再循環量を調節する吸入空気量フィードバック手段を備えたことを特徴とする。

0030

このように吸入空気量フィードバック手段により吸入空気量がフィードバックされている状況では、排気再循環ガスの導入により吸入空気量が制限されている。このため排気再循環ガス内の酸素を考慮してスモーク限界燃料噴射量を設定することで、加速時において従来よりも急速な燃料噴射量増加を許容でき、排気再循環量を減少させなくてもスモークを抑制した状態で加速性を向上できる。

0031

請求項11に記載の排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項1〜9のいずれかにおいて、内燃機関運転状態に基づいて目標空燃比を設定し、該目標空燃比に実際の排気空燃比が到達するように、前記排気再循環量を調節する排気再循環量フィードバック手段を備えたことを特徴とする。

0032

このように排気再循環量フィードバック手段により排気再循環量がフィードバックされている状況では、排気再循環ガスの導入により吸入空気量が制限されている。このため排気再循環ガス内の酸素を考慮してスモーク限界燃料噴射量を設定することで、加速時において従来よりも急速な燃料噴射量増加を許容でき、排気再循環量を減少させなくてもスモークを抑制した状態で加速性を向上できる。

0033

請求項12に記載の排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項1〜9、11のいずれかにおいて、前記排気再循環は、排気再循環量を過剰にすることによってスモークを抑制する低温燃焼モードにおける排気再循環であることを特徴とする。

0034

前述したごとく、低温燃焼モードでは過剰な排気再循環がなされるため、その分、吸入空気量が低下してスモーク限界燃料噴射量は小さくなるが、本発明のごとく排気再循環量の残存酸素量を考慮したことにより、排気再循環量に応じて実質的なスモーク限界燃料噴射量を増加させることができる。

0035

したがって低温燃焼モードが実行される内燃機関においては、排気再循環量を減少させなくてもスモークを抑制した状態で加速性を向上できることにおいて、特に顕著な効果を生じる。

0036

請求項13に記載の排気再循環式内燃機関の燃料噴射量制御装置では、請求項1〜12のいずれかにおいて、排気再循環式内燃機関は、排気再循環式ディーゼルエンジンであることを特徴とする。

0037

より具体的には排気再循環式内燃機関としては排気再循環式ディーゼルエンジンを挙げることができ、このようなディーゼルエンジンにおいて、排気再循環量を減少させなくてもスモークを抑制した状態で加速性を向上できるようになる。

発明を実施するための最良の形態

0038

[実施の形態1]
図1は、上述した発明が適用された排気再循環式ディーゼルエンジン及びその制御系概略構成図である。ディーゼルエンジン2は複数気筒、具体的には4気筒あるいは6気筒からなり、各燃焼室4は吸気弁6にて開閉される吸気ポート8及び吸気マニホールド10を介してサージタンク12に連結されている。そしてサージタンク12は、吸気経路13を介して、インタークーラ14及び過給機、ここでは排気ターボチャージャ16のコンプレッサ16aの出口側に連結されている。コンプレッサ16aの入口側はエアクリーナ18に連結されている。このコンプレッサ16aとエアクリーナ18との間の吸気経路13には、下流側から排気再循環(以下、「EGR」と称する)経路20のEGRガス供給口20aが開口し、スロットル弁22、吸入空気量センサ24、及び吸気温センサ26が配置されている。

0039

各燃焼室4は排気弁28にて開閉される排気ポート30及び排気マニホールド32を介して排気ターボチャージャ16の排気タービン16bの入口側に連結され、排気タービン16bの出口側は排気経路34を介して酸化機能を有する触媒36aを内蔵した触媒コンバータ36に連結されている。触媒コンバータ36の下流にはEGR経路20のEGRガス吸入口20bが開口している。尚、EGR経路20の途中にはEGR経路20のEGRガス吸入口20b側から、EGRガスを冷却するためのインタークーラ38及びEGR弁40が配置されている。EGR弁40はEGR弁開度制御によりEGRガス供給口20aから吸気経路13へのEGRガスの供給量の調節を行うものである。

0040

各気筒に配置されて直接、各燃焼室4内に燃料を噴射する燃料噴射弁50は、燃料供給管50aを介してコモンレール52に連結されている。このコモンレール52内へは電気制御式の吐出量可変燃料ポンプ54から燃料が供給され、燃料ポンプ54からコモンレール52内に供給された高圧燃料は各燃料供給管50aを介して各燃料噴射弁50に分配供給される。コモンレール52にはコモンレール52内の燃料圧力を検出するための燃料圧センサ56が取り付けられている。

0041

電子制御ユニット(以下、「ECU」と称する)60はCPU、ROM、RAM等を備えたデジタルコンピュータと、各装置を駆動するための駆動回路とを主体として構成されている。そして前述した吸入空気量センサ24から吸入空気量GA信号、吸気温センサ26から吸入空気温度THA信号、及び燃料圧センサ56から燃料圧力Pf信号を読み込んでいる。更にスロットル開度センサ22aからスロットル弁22の開度TA信号、大気圧センサ62から大気圧Patm信号、及びアクセルペダル64の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ64aからアクセル開度ACCP信号を読み込んでいる。更にディーゼルエンジン2の冷却水温度を検出する冷却水温センサ66からは冷却水温度THW信号、クランク軸68の回転数を検出するエンジン回転数センサ70からはエンジン回転数NEパルス信号を読み込んでいる。そしてクランク軸68の回転位相あるいは吸気カムの回転位相を検出して気筒判別を行う気筒判別センサ72からは気筒判別信号G2を読み込んでいる。又、EGR経路20のEGR弁40よりも上流側に設けられたEGR圧力センサ74からEGRガス圧力Pegr信号を読み込んでいる。

0042

そしてこれらの信号から得られるエンジン運転状態に基づいて、ECU60は燃料噴射弁50による燃料噴射時期燃料噴射量制御を実行し、更にEGR弁40の開度制御、及びモータ22bによるスロットル開度制御を実行する。ここでは、例えば、EGR率(燃焼室4内に吸入される気体におけるEGRガスの重量%)がエンジン負荷とエンジン回転数NEとに基づいて設定される目標EGR率となるようにスロットル開度TAとEGR開度(EGR弁40の開度)とが調節されるEGR制御が行われる。更にエンジン負荷とエンジン回転数NEとに基づいて設定される目標吸入空気量(エンジン2の1回転当たりの目標値)となるようにEGR開度が調節される吸入空気量フィードバック制御(吸入空気量フィードバック手段に相当)が行われる。

0043

次にECU60が実行する燃料噴射量制御処理について説明する。この燃料噴射量制御処理のフローチャート図2に示す。本処理は一定のクランク角(4気筒エンジンならば180°CA、6気筒エンジンならば120°CA)毎に割り込み実行される処理である。ここで「CA」はクランク角を表す。尚、個々の処理に対応するフローチャート中のステップを「S〜」で表す。

0044

本処理が開始されると、まず前述したセンサ類によりディーゼルエンジン2の運転状態が読み込まれる(S100)。そしてステップS100にて読み込んだエンジン運転状態に基づいて演算処理を実行して、基本要求噴射量Qを算出する(S102)。この基本要求噴射量Qの算出処理は、アイドル時においては、アイドル目標回転数が実現されるように噴射量が増減計算されることで、基本要求噴射量Qに反映されるよう計算される。又、アイドル時以外においては、アクセル開度センサ64aにて検出されるアクセル開度ACCPに現れる運転者の指示に応じたトルクを出力するようにエンジン回転数NE等を考慮して計算される。

0045

次に基本要求噴射量Qが最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinより大きいか否かが判定される(S104)。ここで最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinは、後述する最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理により求められるスモーク限界燃料噴射量であり、燃料噴射量がこの最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinを越えた場合には排気中にスモークが発生する燃焼状態となることを意味する。

0046

ここでQ≦QAFMfinであれば(S104で「NO」)、最終燃料噴射量QFINCにステップS102にて求められた基本要求噴射量Qの値が設定される(S106)。
一方、Q>QAFMfinであれば(S104で「YES」)、最終燃料噴射量QFINCには最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinの値が設定される(S108)。

0047

前記ステップS106又はステップS108のいずれかにて、最終燃料噴射量QFINCの値が設定されると、次に今回噴射がなされる気筒の燃料噴射弁50に対する噴射期間Tqが最終燃料噴射量QFINCと燃料圧力Pfとに基づいて算出される(S110)。

0048

こうして一旦本処理を終了する。このことにより今回噴射がなされる気筒の燃料噴射弁50において噴射期間Tqに対応する開弁がなされて、最終燃料噴射量QFINCに相当する燃料が気筒内に噴射される。この最終燃料噴射量QFINCは最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinにて制限されているので、排気中のスモーク発生が抑制される。

0049

最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理を図3のフローチャートに示す。本処理は前述した燃料噴射量制御処理(図2)と同じ周期にて、燃料噴射量制御処理(図2)の直前に割り込み実行される処理である。

0050

本処理が開始されると、まず各センサからの検出やこの検出に基づいて算出されている各種データ(GN、NE、EGR率、Patm、THA、THW等)が、RAM内の作業領域に読み込まれる(S200)。次にこの内のエンジン1回転当たりの吸入空気量GNとエンジン回転数NEとに基づいて、スモーク限界燃料噴射量マップMapQAFMからスモーク限界燃料噴射量QAFMが算出される(S202)。ここでスモーク限界燃料噴射量QAFMとは、燃焼室4内に吸入された気体中にて燃焼させても排気中にスモークを発生しない燃料量の上限値である。このスモーク限界燃料噴射量QAFMは、吸入空気量GN(=GA/NE)とエンジン回転数NEとをパラメータとして、予め実験にて図4に示すごとくECU60のROM内にマップ化されているものである。図4においては値の傾向を一点鎖線等高線にて示している。尚、図4は一例であり、エンジンの種類により異なる。

0051

次にエンジン回転数NEに基づいて、EGRスモーク限界基本補正値マップMapQAFMegrbsからEGRスモーク限界基本補正値QAFMegrbsを算出する(S204)。このEGRスモーク限界基本補正値マップMapQAFMegrbsは、EGR率=100%、大気圧Patm=1013HPa(1気圧)、吸入空気温度THA=20℃、冷却水温度THW=80℃において、EGRガス中の酸素によるスモーク限界燃料噴射量QAFMの増加分を実験により求めたものである。このマップは図5に示すごとくである。

0052

次にEGR率に基づいて図6に示すEGR率補正係数マップMapEGRからEGR率補正係数Kegrが算出される(S206)。このEGR率補正係数マップMapEGRを実験にて求めて用いても良いが、マップでなくEGR率をそのまま用いても良い。尚、EGR率は、エンジン負荷(ここでは燃料噴射量)とエンジン回転数NEとから目標EGR率を求めて、この値をEGR率として用いても良い。又、EGRガス圧力Pegr、エンジン回転数NE及びEGR弁40の弁開度制御量において、予め実験により求められているEGR率マップから求めても良い。更に、このようなマップからEGR率を求める以外に、別途、EGR経路20でのEGRガス流量を測定するガス流量センサを設けてEGR量を求め、吸入空気量GAとともに、EGR率=EGR量/(EGR量+GA)との計算にて求めて用いても良い。

0053

次に大気圧Patmに基づいて図7に示す大気圧補正係数マップMapPaから大気圧補正係数Kpaが算出される(S208)。大気圧補正係数マップMapPaを実験にて求めて用いても良いが、マップでなく大気圧Patmと1気圧との比を計算して用いても良い。

0054

次に吸入空気温度THAに基づいて図8に示す吸入空気温度補正係数マップMapTHAから吸入空気温度補正係数Kthaが算出される(S210)。吸入空気温度補正係数マップMapTHAを実験にて求めて用いても良いが、マップでなく吸入空気温度THAと標準温度(ここでは20℃)との吸気密度の比を用いても良い。

0055

次に冷却水温度THWに基づいて図9に示す冷却水温度補正係数マップMapTHWから冷却水温度補正係数Kthwが算出される(S212)。冷却水温度補正係数マップMapTHWを実験にて求めて用いても良いが、マップでなく冷却水温度THWと標準温度(ここでは80℃)との燃焼室4内の気体密度の比を用いても良い。

0056

こうして各補正係数Kegr,Kpa,Ktha,Kthwが算出されると、次式1のごとく、EGRスモーク限界補正値QAFMegrが算出される(S214)。

0057

[数1]
QAFMegr ←
QAFMegrbs×Kegr×Kpa×Ktha×Kthw … [式1]
このEGRスモーク限界補正値QAFMegrは、現在のディーゼルエンジン2の運転状態においてEGRガスの導入によりなされるスモーク限界燃料噴射量QAFMの増加分を示している。

0058

したがって次式2のごとく、スモーク限界燃料噴射量QAFMに対してEGRスモーク限界補正値QAFMegr分の増加補正を実行して、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinを算出する(S216)。

0059

[数2]
QAFMfin ← QAFM+QAFMegr … [式2]
こうして一旦、本処理を終了する。

0060

このようにして制御周期毎に、EGRガスに応じた増加補正がなされた最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinが算出されて、前述した燃料噴射量制御処理(図2)のステップS104の判定及びステップS108の上限値設定処理に用いられる。

0061

したがって図10に示すごとく、EGR実行領域においては従来では破線のごとくスモーク限界燃料噴射量QAFMの値を用いていたが、本実施の形態ではEGR実行領域においては、実線で示す最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinのごとく限界が高くなり、より多くの燃料が噴射できることになる。

0062

上述した実施の形態1の内容と請求項との関係は、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図3)がスモーク限界燃料噴射量増加手段としての処理に相当する。EGRスモーク限界基本補正値QAFMegrbsが排気再循環量に関する基本補正量に相当し、EGRスモーク限界補正値QAFMegrがスモーク限界燃料噴射量QAFMを増加補正する補正量に相当する。

0063

以上説明した本実施の形態1によれば、以下の効果が得られる。
(イ).スモーク限界燃料噴射量QAFMは、吸入空気中の酸素量に基づいて設定されている。しかしEGRガス中にも残存酸素が存在する。したがって単に吸入空気量GNを用いるのみでスモーク限界噴射量QAFMを設定した場合にも、EGRの実行中であれば、スモーク限界噴射量QAFMよりも多く噴射してもスモークを防止できる燃料噴射量増加分が存在することになる。すなわちEGRガス中の酸素により、吸入空気量によるスモーク限界噴射量QAFMよりも上に余裕があり、スモークを発生せずに、かつEGRガス量を維持したままで、更に燃料噴射量を増加させることができる。

0064

したがって最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図3)においては、ステップS204〜ステップS214までの計算で、EGRガス中における酸素量を考慮して、スモーク限界燃料噴射量QAFMを増加させるためのEGRスモーク限界補正値QAFMegrを算出している。そして最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinを、スモーク限界燃料噴射量QAFMの値よりもEGRスモーク限界補正値QAFMegr分、増加補正して設定している(S216)。このことにより、加速要求があった場合にスモーク限界燃料噴射量QAFMによるよりも、より大きな燃料噴射量の増加を可能とすることができる。

0065

例えば、図11タイミングチャートに実線で示すごとく時刻t1にて加速操作を実行した場合を考える。スモーク限界燃料噴射量QAFM(破線)にて時刻t2で燃料噴射量が制限された場合と比較して、増加補正されている最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin(一点鎖線)で制限する場合には時刻t3まで最終燃料噴射量QFINCを上昇させることができる。このためハッチングで示すごとくの燃料噴射量がスモーク限界燃料噴射量QAFM(破線)にて制限される場合よりも、スモークを発生させることなく余計に噴射可能となり、より高い加速性を得ることができる。アイドル時や減速時からの加速では吸入空気量が少ないので、特に顕著な効果が得られる。

0066

このようにしてEGRガス量を減少させなくてもスモークを抑制した状態で加速性を向上できる。
(ロ).尚、EGRガス量は、エンジン回転数NEに応じて変化するので、エンジン回転数NEに応じてEGRスモーク限界基本補正値QAFMegrbsを算出することで、適切な増加補正の基準値を与えることができる。

0067

更に、EGR率、大気圧Patm、温度因子としての吸入空気温度THA及び冷却水温度THWが、燃焼室4内に吸入されるEGRガス内の酸素量に影響する。したがってこれらEGR率、大気圧Patm、吸入空気温度THA及び冷却水温度THWのデータに基づいて補正係数Kegr,Kpa,Ktha,Kthwを求めてEGRスモーク限界基本補正値QAFMegrbsを補正して、EGRスモーク限界補正値QAFMegrを算出している。このことにより、より好適にスモーク限界燃料噴射量QAFMを増加補正でき、EGRガス量を減少させなくても加速性の向上及びスモークの抑制を共に成立させることができる。

0068

[実施の形態2]
本実施の形態のディーゼルエンジン制御システムでは、EGR制御に伴う燃焼モードとして通常燃焼モードと低温燃焼モードとの2種類の燃焼モードを実行する。そして特にEGR率が過剰である低温燃焼モードの実行時において、前記実施の形態1に示したごとくスモーク限界燃料噴射量QAFMを増加補正して、加速時の燃料噴射量の迅速な増加が制限されるのを防止するものである。

0069

このため燃焼モード設定処理として図12に示すごとくの処理を実行している。そして前記実施の形態1の最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図3)の代わりに図16に示す最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理を実行し、燃料噴射量制御処理(図2)の代わりに図17に示す燃料噴射量制御処理を実行している。尚、エンジンには排気成分から空燃比AFを検出する空燃比センサが排気系に設けられてECUは空燃比AF信号を入力している。これ以外の構成については、前記実施の形態1に述べた構成と実質的に同じである。

0070

燃焼モード設定処理(図12)について説明する。本処理は、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図16)及び燃料噴射量制御処理(図17)とは同じ周期でこれら図16,17の処理の直前に実行される処理である。

0071

燃焼モード設定処理(図12)が実行されると、まずエンジン要求負荷(ここではアクセル開度ACCP)に基づいて燃焼モードを判定するための第1境界判定値X及び第2境界判定値Yが算出される(S300)。これらの境界判定値X,Yは図13に示すごとく、エンジン回転数NEとエンジン要求負荷(ACCP)との2次元空間に設定されている。この内、実線で示す第1境界判定値Xは低温燃焼モード時に通常燃焼モードに移行するか否かを判定するための境界判定値であり、破線で示す第2境界判定値Yは通常燃焼モード時に低温燃焼モードに移行するか否かを判定するための境界判定値である。これらの境界判定値X,Yは、それぞれエンジン回転数NEをパラメータとするマップあるいは演算式としてECUのROM内に設定されている。

0072

次に低温燃焼モード実行フラグFtが「ON」か否かが判定される(S302)。ここでFt=「ON」であれば(S302で「YES」)、現在、低温燃焼モードであることから、次にエンジン負荷要求(ACCP)が第1境界判定値X以下か否かが判定される(S304)。

0073

ACCP≦Xであれば(S304で「YES」)、次に低温燃焼を実行するための処理がなされる。すなわち、低温燃焼モード用スロットル開度マップから目標スロットル開度TAtを設定し(S306)、低温燃焼モード用EGR弁開度マップから目標EGR弁開度EGRtを設定する(S308)。この低温燃焼モード用スロットル開度マップ及び低温燃焼モード用EGR弁開度マップは、目標スロットル開度TAt及び目標EGR弁開度EGRtがEGR率=約70%と極めて大きなEGR率を実現するように設定されている。このことにより燃焼室内の空燃比は図14に示すごとく、わずかに理論空燃比よりもリーン側となる。

0074

このようにEGR率を過剰に設定することにより、燃焼温度を低下させてスモークとNOxとの両者の発生を抑制する低温燃焼モードを実現する。
尚、目標スロットル開度TAtの実現は、スロットル開度センサにて検出されたスロットル開度TAに基づいてスロットル弁駆動用モータをフィードバック制御することにより実現される。そして目標EGR弁開度EGRtに対して、図14に示した空燃比が実現されるようにフィードバック補正がなされることにより適切なEGR開度が実現される。

0075

ACCP≦Xである限りは(S304で「YES」)、ステップS306,S308の処理が継続されることで、低温燃焼が継続するとともに低温燃焼モード実行フラグFt=「ON」の状態が維持される。

0076

次に上述した低温燃焼モードが継続している時に、ACCP>Xとなった場合には(S304で「NO」)、低温燃焼モード実行フラグFtに「OFF」が設定される(S310)。したがって低温燃焼モードから通常燃焼モードに移行することになる。そして次に通常燃焼を実行するための処理がなされる。

0077

すなわち通常燃焼モード用スロットル開度マップから目標スロットル開度TAtを設定し(S312)、通常燃焼モード用EGR弁開度マップから目標EGR弁開度EGRtを設定する(S314)。この通常燃焼モード用スロットル開度マップ及び通常燃焼モード用EGR弁開度マップは、目標スロットル開度TAt及び目標EGR弁開度EGRtがEGR率=40%以下と比較的小さいEGR率を実現するように設定されている。このことにより燃焼室内の空燃比は図15に示すごとく、理論空燃比よりも可成り大きくリーン側に移動する。

0078

このようにEGR率を設定することにより、特に大量の燃料噴射量に対してもスモークの発生を抑制することができる。尚、目標スロットル開度TAtの実現については低温燃焼モードにて説明したごとくであり、目標EGR弁開度EGRtに対しては図15に示した空燃比が実現されるようにフィードバック補正がなされることにより、適切なEGR開度が実現される。

0079

次の制御周期では、Ft=「OFF」であることから(S302で「NO」)、エンジン負荷要求(ACCP)が第2境界判定値Y以上か否かが判定される(S316)。
ここではACCP≧Yであるので(S316で「YES」)、上述したステップS312,S314により通常燃焼を実行するための処理が継続される。

0080

以後、ACCP≧Yである限りは(S316で「YES」)、ステップS312,S314の処理が継続されることで、通常燃焼が継続するとともに低温燃焼モード実行フラグFt=「OFF」の状態が維持される。

0081

そして上述した通常燃焼モードが継続しているときに、ACCP<Yとなった場合には(S316で「NO」)、低温燃焼モード実行フラグFtに「ON」が設定される(S318)。したがって通常燃焼モードから低温燃焼モードに移行することになる。そして前述した低温燃焼を実行するためのステップS306,S308が実行される。このようにして燃焼モードが設定され実行される。

0082

最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図16)について説明する。尚、本処理においてステップS500,S502,S504〜S516については、前記実施の形態1の図3のステップS200〜S216と同じ処理である。

0083

前記図3の処理と異なるのは、スモーク限界燃料噴射量QAFMの算出(S502)の次に、Ft=「ON」か否かを判定している(S503)。そしてFt=「ON」である時に(S503で「YES」)、前記図3におけるステップS204〜S216と同じ処理(S504〜S516)を実行する。このことでEGRスモーク限界補正値QAFMegrを用いてスモーク限界燃料噴射量QAFMを増量補正して、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinを算出している。一方、Ft=「OFF」である時には(S503で「NO」)、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinにスモーク限界燃料噴射量QAFMを設定している(S518)。

0084

すなわちFt=「ON」である場合にはEGRスモーク限界補正値QAFMegrが最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinに反映されるが、Ft=「OFF」である場合にはEGRスモーク限界補正値QAFMegrは反映されない。したがって低温燃焼モード時では、大きな割合のEGRガスが燃焼室内に導入されるので、EGRスモーク限界補正値QAFMegrの値も自ずと大きなものになり、スモーク限界燃料噴射量QAFMに対して最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinは大きく増量補正されたものとなる。しかし通常燃焼モード時はEGRガスの割合は比較的小さいので、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinにはスモーク限界燃料噴射量QAFMをそのまま用いている。

0085

燃料噴射量制御処理(図17)について説明する。尚、本処理においてステップS400,S404〜S410については、前記図2のステップS100,S104〜S110と同じ処理である。

0086

前記図2の処理と異なるのは、エンジン運転状態の読込処理(S400)の次に、Ft=「ON」か否かを判定する(S401)。ここでFt=「ON」である時には(S401で「YES」)、低温燃焼モード用の基本要求噴射量Qを算出し、Ft=「OFF」である時には(S401で「NO」)、通常燃焼モード用の基本要求噴射量Qを算出する(S402)。尚、低温燃焼モード用の基本要求噴射量Qはアクセル開度ACCPに基づいて低温燃焼モード時のポンピング損失、加速性能等を考慮して設定され、通常燃焼モード用の基本要求噴射量Qはアクセル開度ACCPに基づいて通常燃焼モード時のポンピング損失、加速性能等を考慮して設定される。

0087

ステップS402又はステップS403にて基本要求噴射量Qが設定されると、前記図2のステップS104〜110にて説明したと同様に、現在設定されている最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinを上限として最終燃料噴射量QFINCが設定される(S404〜S408)。そして最終燃料噴射量QFINCに対応する噴射期間Tqが算出されて(S410)、燃料が噴射される。

0088

したがって図18に示すごとく、EGR実行領域でも特に低温燃焼領域においては従来では破線のごとくのスモーク限界燃料噴射量QAFMの値を用いていたが、本実施の形態では実線で示す最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinを用いているので限界がかなり高くなる。このため、より多くの燃料が噴射できることになる。

0089

上述した実施の形態2の内容と請求項との関係は、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図16)がスモーク限界燃料噴射量増加手段としての処理に相当する。目標EGR弁開度EGRtに対して、図14,15に示した空燃比が実現されるようにEGR開度に対してなされるフィードバック補正制御が排気再循環量フィードバック手段に相当する。

0090

以上説明した本実施の形態2によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態1の(イ)、(ロ)の効果を生じる。
(ロ).スモーク限界燃料噴射量QAFMの増加補正が行われるのは、低温燃焼モードであり、この低温燃焼モードでは非常に大量の排気再循環量がなされるため、吸入空気量が低下してスモーク限界燃料噴射量QAFMは小さくなる。

0091

しかしEGRガス中の残存酸素量を考慮したEGRスモーク限界補正値QAFMegr分、スモーク限界燃料噴射量QAFMを増加補正して最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinを求めていることにより、EGRガス量に応じて最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinは大きく増加される。

0092

したがって低温燃焼モードが実行されるディーゼルエンジンにおいて、EGRガス量を減少させなくてもスモークを抑制した状態での加速性を向上できることに関して特に顕著な効果を生じる。

0093

[実施の形態3]
本実施の形態のディーゼルエンジン制御システムでは、前記実施の形態1又は前記実施の形態2において、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinの算出手法が異なる。これ以外については、前記実施の形態1又は2と同じである。図19に最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理の一部を示す。この処理は、前記実施の形態1に適用する場合には、前記図3におけるステップS204〜S216の処理の代わりに実行され、前記実施の形態2に適用する場合には、前記図16におけるステップS504〜S516の処理の代わりに実行される。他の構成については前記実施の形態1又は2と同じである。

0094

図19の処理について説明する。まずエンジン回転数NEに基づいて、基本EGRスモーク限界値マップMapQAFMminbsから基本EGRスモーク限界値QAFMminbsを算出する(S604)。この基本EGRスモーク限界値QAFMminbsはEGR率=0%、大気圧Patm=1013HPa、吸入空気温度THA=20℃、冷却水温度THW=80℃においてエンジン1回転当たりの吸入空気量GN中の酸素によるスモーク限界燃料噴射量を実験により求めて図20のごとくマップ化したものである。

0095

次にEGR率に基づいて図21に示すEGR率補正係数マップMapminEGRからEGR率補正係数Kminegrが算出される(S606)。このEGR率補正係数Kminegrは、EGRガスが吸入空気に加わることにより、吸入空気とEGRガスとのトータルの酸素量を求めるための補正係数である。EGR率補正係数マップMapminEGRは実験にて求められたものである。

0096

次に大気圧Patmに基づいて前記実施の形態1の図7に示した大気圧補正係数マップMapPaから大気圧補正係数Kpaが算出される(S608)。次に吸入空気温度THAに基づいて前記実施の形態1の図8に示した吸入空気温度補正係数マップMapTHAから吸入空気温度補正係数Kthaが算出される(S610)。次に冷却水温度THWに基づいて前記実施の形態1の図9に示した冷却水温度補正係数マップMapTHWから冷却水温度補正係数Kthwが算出される(S612)。尚、ステップS608〜S612においてマップ以外にて補正係数を算出する手法は、実施の形態1のステップS208〜S212にて説明したごとくである。

0097

こうして各補正係数Kminegr,Kpa,Ktha,Kthwが算出されると、次式3のごとくEGRスモーク限界値QAFMminが算出される(S614)。

0098

[数3]
QAFMmin ←
QAFMminbs×Kminegr×Kpa×Ktha×Kthw … [式3]
このEGRスモーク限界値QAFMminは、現在のディーゼルエンジン2の運転状態においてEGRガスの導入によりなされるスモーク限界燃料噴射量の全体量に相当する。したがって次に次式4のごとく、スモーク限界燃料噴射量QAFMとEGRスモーク限界値QAFMminとの内で大きい方を、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinとして設定する(S616)。

0099

[数4]
QAFMfin ← MAX[QAFM,QAFMmin] … [式4]
ここでMAX[]は、[]内の数値の内で最大値を抽出する演算子を表している。

0100

このようにして最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinが算出されることにより、前述した燃料噴射量制御処理(図2,17)のステップS104,S404の判定及びステップS108,S408の上限値設定処理に用いられる。

0101

したがって図22(実施の形態1に適用した場合)に示すごとく、EGR実行領域において、スモーク限界燃料噴射量QAFM(破線)がEGRスモーク限界値QAFMmin(一点鎖線)を下回った場合には、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinにはEGRスモーク限界値QAFMminが設定される。このことにより、EGR実行領域においては、実線で示す最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinのごとく限界が高くなり、より多くの燃料が噴射できることになる。

0102

上述した実施の形態3の内容と請求項との関係は、図19の処理にて最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinを求める最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図3又は図16)が燃料噴射量制限手段としての処理に相当する。基本EGRスモーク限界値マップMapQAFMminbsが排気再循環時基本スモーク限界燃料噴射量に相当し、EGRスモーク限界値QAFMminが排気再循環時スモーク限界燃料噴射量に相当する。

0103

以上説明した本実施の形態3によれば、以下の効果が得られる。
(イ).本実施の形態では前記実施の形態1のごとくスモーク限界燃料噴射量QAFMを増加補正して最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinを求めるのではなく、吸入空気量と排気再循環量との両者により総合的に許容されるEGRスモーク限界値QAFMminをエンジン運転状態に応じて算出しておく。具体的には、エンジン運転状態の1つとしてのエンジン回転数NEから基本EGRスモーク限界値QAFMminbsを算出し、この基本EGRスモーク限界値QAFMminbsに対してEGR率から求めたEGR率補正係数Kminegrにて補正している。

0104

そして燃料噴射量を制限する際にはEGRスモーク限界値QAFMminとスモーク限界燃料噴射量QAFMとの大きい方を最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinに設定して制限するようにしている。

0105

このことによってもEGR制御中にはEGRガス中の酸素量を考慮した最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinにて燃料噴射量を制限できるようになり、EGRガス量を減少させなくてもスモークを抑制した状態で加速性を向上できる。アイドル時や減速時からの加速では吸入空気量が少ないので、特に顕著な効果が得られる。

0106

(ロ).大気圧Patm、温度因子としての吸入空気温度THA及び冷却水温度THWが、燃焼室4内に吸入されるEGRガス内の酸素量に影響する。したがってこれらEGR率、大気圧Patm、吸入空気温度THA及び冷却水温度THWのデータに基づいて補正係数Kpa,Ktha,Kthwを求めて更に補正を加えてEGRスモーク限界値QAFMminを算出している。このことにより、より好適にEGR制御中の燃料噴射量を制限でき、EGRガス量を減少させなくても加速性の向上及びスモークの抑制を共に成立させることができる。

0107

(ハ).特に前記実施の形態2に対して図19の処理を適用した場合には、低温燃焼時には、EGRスモーク限界値QAFMminはスモーク限界燃料噴射量QAFMよりも可成り大きい値となり、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinは大きく増加される。したがって低温燃焼モードが実行されるディーゼルエンジンにおいて、EGRガス量を減少させなくてもスモークを抑制した状態での加速性の向上ができることに関して特に顕著な効果を生じる。

0108

[実施の形態4]
本実施の形態のディーゼルエンジン制御システムでは、前記実施の形態1において、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinの算出手法が異なる。すなわち、前記実施の形態1の最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図3)の代わりに図23の処理を実行する。これ以外については前記実施の形態1と同じである。

0109

最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図23)について説明する。本処理が開始されると、まず各センサからの検出やこの検出に基づいて算出されている各種データ(GN、NE、EGR率、Patm、THA、THW等)が、RAM内の作業領域に読み込まれる(S700)。次にこの内のエンジン1回転当たりの吸入空気量GNと前記実施の形態1にて述べたごとく算出されているEGR率とに基づいて、次式5に示すごとくEGRガス量Gegr(g)を算出する(S702)。

0110

[数5]
Gegr ← GN×EGR率/(1−EGR率) … [式5]
次に次式6により、EGRガス量Gegrを吸入空気量GN分に相当する値GNegrに換算する(S704)。

0111

[数6]
GNegr ← Gegr×(λ−1) … [式6]
ここで空燃比λは理論空燃比である場合をλ=1とする空燃比値であり、酸素濃度の上昇に比例して大きくなる。この空燃比λはλセンサを排気系に配置して測定しても良いが前記図1の構成では次式7のごとく計算により算出している。

0112

[数7]
λ ← GA/(Gf×14.7) … [式7]
ここでGfは燃料噴射量指令値より得られる燃焼室内に噴射された単位時間当たりの燃料量(g)であり、吸入空気量GAは単位時間当たりの吸入空気量(g)である。

0113

次に次式8により最終吸入空気量GNfinを算出する(S706)。

0114

[数8]
GNfin ← GN+GNegr … [式8]
そして、この最終吸入空気量GNfinとエンジン回転数NEとに基づいて、スモーク限界燃料噴射量マップMapQAFMから最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinを算出する(S708)。このスモーク限界燃料噴射量マップMapQAFMは前記実施の形態1の図4に示したマップと同じものを用いる。図4ではスモーク限界燃料噴射量QAFMを求めているが、ここでは図4のスモーク限界燃料噴射量QAFMの値を最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinとして求めることになる。

0115

このようにして算出された最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinは前述した燃料噴射量制御処理(図2)のステップS104の判定及びステップS108の上限値設定処理に用いられる。このことによりEGR実行領域においては、スモーク限界が高くなり、より多くの燃料が噴射できることになる。

0116

上述した実施の形態4の内容と請求項との関係は、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図23)のステップS700〜S706が吸入空気量補正手段としての処理に相当する。

0117

以上説明した本実施の形態4によれば、以下の効果が得られる。
(イ).最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図23)においては、ステップS700〜S704までの計算で、EGRガス中における酸素量を考慮してEGRガスを吸入空気量に換算している。そしてこの換算分の値GNegrを、実際の吸入空気量GNに加算している(S706)。このためステップS708において求められる最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinは、単に吸入空気量GNを用いたスモーク限界燃料噴射量の値よりも増加した値を設定できることになる。このことにより、加速要求があった場合にも、吸入空気量GNを用いたスモーク限界燃料噴射量によるよりも、より大きな燃料噴射量の増加を可能とする。

0118

例えば、図24のタイミングチャートに実線で示すごとく時刻t11にて加速操作を実行した場合を考える。吸入空気量GNのみによるスモーク限界燃料噴射量(破線)にて時刻t12にて制限された場合と比較してEGRガス内の酸素を考慮した最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin(一点鎖線)で制限する場合には時刻t13までの加速操作に十分に対応させて最終燃料噴射量QFINCを上昇させることができる。このためハッチングで示すごとくの燃料噴射量が吸入空気量GNのみに基づくスモーク限界燃料噴射量(破線)にて制限される場合よりも、スモークを発生させることなく余計に噴射可能となり、より高応答な加速性を得ることができる。アイドル時や減速時からの加速では吸入空気量が少ないので、特に顕著な効果が得られる。

0119

このようにしてEGRガス量を減少させなくてもスモークを抑制した状態で加速性を向上できる。
[実施の形態5]
本実施の形態のディーゼルエンジン制御システムでは、前記実施の形態2において、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinの算出手法が異なる。すなわち、前記実施の形態2の最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図16)の代わりに図25に示す最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理を実行する。これ以外については前記実施の形態2と同じである。

0120

最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図25)について説明する。ここでステップS800,S802〜S808は前記実施の形態4の最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図23)の各処理(S700〜S708)と同じである。

0121

図23と異なるのはステップS800の次に低温燃焼モード実行フラグFt=「ON」か否かが判定される(S801)ことである。そしてFt=「OFF」であった場合には、吸入空気量GNとエンジン回転数NEとに基づいて、前記図4と同じマップから最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinが設定される処理(S810)が実行される点である。

0122

このことにより特にEGR率の高い低温燃焼時において吸入空気量GNに対してEGRガス中の酸素に基づく換算値GNegrが加えられて最終吸入空気量GNfinが算出され(S802〜S806)、この結果、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinが増加されることになる(S808)。

0123

上述した実施の形態5の内容と請求項との関係は、最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理(図25)のステップS800,S802〜S806が吸入空気量補正手段としての処理に相当する。

0124

以上説明した本実施の形態5によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態4の(イ)の効果を生じるが、低温燃焼モード時に最終吸入空気量GNfinが算出されるので、特に最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinの値が大きくなり、効果が顕著である。

0125

[その他の実施の形態]
(a).前記実施の形態2において、通常燃焼モード時においてもEGRガス中の酸素量を考慮してスモーク限界燃料噴射量QAFMを増加補正するようにしても良い。又、前記実施の形態5において、通常燃焼モード時においてもEGRガス中の酸素量を考慮して最終吸入空気量GNfinを求めても良い。

0126

(b).前記実施の形態1,2,3では大気圧Patm、吸入空気温度THA及び冷却水温度THWに対応する補正係数Kpa,Ktha,Kthwを求めていた。この代わりに、大気圧Patm、吸入空気温度THA及び冷却水温度THWについて最もスモーク発生に厳しいレベルで作成したマップを用いることで、大気圧Patm、吸入空気温度THA及び冷却水温度THWに基づく補正は省略しても良い。この最もスモーク発生に厳しいレベルで作成したマップとは、スモーク限界燃料噴射量マップMapQAFM、EGRスモーク限界基本補正値マップMapQAFMegrbs、基本EGRスモーク限界値マップMapQAFMminbs及びEGR率補正係数マップMapminEGRである。

0127

又、温度要因については、吸入空気温度THAと冷却水温度THWとの両方でなく、いずれか一方にて補正を実行するようにしても良い。
(c).各実施の形態において、EGR率の代わりにEGR弁の開度(目標開度あるいは検出開度)を用いても良い。

図面の簡単な説明

0128

実施の形態1としての排気再循環式ディーゼルエンジン及びその制御系の概略構成図。
上記制御系のECUが実行する燃料噴射量制御処理のフローチャート。
同じく最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理のフローチャート。
ECUが処理に用いるスモーク限界燃料噴射量マップMapQAFMの構成説明図。
同じくEGRスモーク限界基本補正値マップMapQAFMegrbsの構成説明図。
同じくEGR率補正係数マップMapEGRの構成説明図。
同じく大気圧補正係数マップMapPaの構成説明図。
同じく吸入空気温度補正係数マップMapTHAの構成説明図。
同じく冷却水温度補正係数マップMapTHWの構成説明図。
実施の形態1における最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinの設定状態を示すグラフ
実施の形態1における効果を説明するタイミングチャート。
実施の形態2のECUが実行する燃焼モード設定処理のフローチャート。
ECUが燃焼モードを判定する境界判定値X,Yの構成説明図。
低温燃焼モード時の空燃比制御マップの説明図。
通常燃焼モード時の空燃比制御マップの説明図。
実施の形態2のECUが実行する最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理のフローチャート。
同じく燃料噴射量制御処理のフローチャート。
実施の形態2における最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinの設定状態を示すグラフ。
実施の形態3のECUが実行する最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理の一部を示すフローチャート。
実施の形態3にて用いる基本EGRスモーク限界値マップMapQAFMminbsの構成説明図。
同じくEGR率補正係数マップMapminEGRの構成説明図。
実施の形態3における最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfinの設定状態を示すグラフ。
実施の形態4のECUが実行する最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理のフローチャート。
実施の形態4における効果を説明するタイミングチャート。
実施の形態5のECUが実行する最終スモーク限界燃料噴射量QAFMfin算出処理のフローチャート。

符号の説明

0129

2…ディーゼルエンジン、4…燃焼室、6…吸気弁、8…吸気ポート、10…吸気マニホールド、12…サージタンク、13…吸気経路、14…インタークーラ、16…排気ターボチャージャ、16a…コンプレッサ、16b…排気タービン、18…エアクリーナ、20…EGR経路、20a…EGRガス供給口、20b…EGRガス吸入口、22…スロットル弁、22a…スロットル開度センサ、22b…モータ、24…吸入空気量センサ、26…吸気温センサ、28…排気弁、30…排気ポート、32…排気マニホールド、34…排気経路、36…触媒コンバータ、36a…触媒、38…インタークーラ、40…EGR弁、50…燃料噴射弁、50a…燃料供給管、52…コモンレール、54…燃料ポンプ、56…燃料圧センサ、60…ECU、62…大気圧センサ、64…アクセルペダル、64a…アクセル開度センサ、66…冷却水温センサ、68…クランク軸、70…エンジン回転数センサ、72…気筒判別センサ、74…EGR圧力センサ。

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