JP2001090595A - ディーゼルエンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低温予混合燃焼への切換時に生じる燃焼騒音の
増大を抑制することを目的とする。 【解決手段】エンジンの運転条件に応じて、排気還流と
同時に燃料の噴射時期を遅らせて着火遅れ期間を大きく
して低温予混合燃焼を行う。低温予混合燃焼領域ではな
い運転条件、例えば燃料カット状態あるいは排気還流の
停止状態から、低温予混合燃焼に移行するときのよう
に、その直後の還流排気中の酸素濃度が高い状態を判定
したら、この酸素濃度の高い期間中は低温予混合燃焼領
域であるにもかかわらず燃料のパイロット噴射を行う。
これにより急激な燃焼圧力の上昇を抑制し、燃焼騒音を
低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はディーゼルエンジ
ンの制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平７−４２８７号公報にあるよう
に、ディーゼルエンジンにおいて、排気還流により吸気
中の酸素濃度を下げ、燃料噴射時期のリタードにより着
火遅れ期間の長期化を行い、これにより燃焼温度の低い
状態で予混合燃焼を主体とした緩やかな燃焼を実現し、
ＮＯｘ、スモークや排気微粒子（ＰＭ）さらには燃焼騒
音を低減させることができる。

【０００３】この低温予混合燃焼では、燃料の着火遅れ
期間中に大部分の燃料を噴射しきってしまうことが望ま
しく、したがってパイロット噴射は行わない。また、空
気過剰率が過小となるエンジンの高負荷域では排気還流
（ＥＧＲ）を行うことによりスモークが増大するため、
低温予混合燃焼は難しく、低温予混合燃焼は比較的空気
過剰率の大きい低中速域、低中負荷域で行われる。

【０００４】自動車用のディーゼルエンジンのように運
転条件が時々刻々と変化する場合に、このような性質を
もつ低温予混合燃焼の効果を最大限に引き出すには、運
転条件に応じてＥＧＲや燃料噴射パターンを応答よく制
御し、吸気中の酸素濃度を正確に目標値に維持制御する
ことが重要である。

【０００５】例えば、運転条件が、燃料を噴射しない減
速燃料カット状態、あるいはＥＧＲをかけない高負荷運
転状態の直後に低温予混合燃焼する運転領域に移行した
ときには、移行直後の短い期間ではあるが、実質的なＥ
ＧＲ率が小さく、吸気中の酸素濃度が高いことから低温
予混合燃焼が実現できず、大きな燃焼騒音が発生したり
する。これは、燃料カット状態から燃料噴射を再開した
直後は、ＥＧＲガスは未燃焼の空気ばかりで酸素濃度が
高く、同じくＥＧＲをカットしている状態からＥＧＲを
再開したときも、排気還流制御弁の下流に溜まっている
酸素濃度が高いＥＧＲガスが還流されるためである。

【０００６】

【発明が解決すべき課題】したがって、このようなとき
でも良好な低温予混合燃焼の効果を維持するには、吸気
中の酸素濃度を応答よく検出する必要があり、そのため
に非常に高価なセンサを必要とした。また、特開平１０
−２８０９７８号公報にあるように、センサを用いずに
運転状態から間接的に酸素濃度を推定していても、ＥＧ
Ｒガスの遅れを考慮していなかったので、実際の酸素濃
度との誤差がでて、その分だけ低温予混合燃焼への切換
直後の燃焼特性が悪化せざるをえない。

【０００７】本発明は低温予混合燃焼への切換時に生じ
る燃焼騒音の増大を効果的に抑制することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明はエンジンの
運転条件に応じて、排気還流と同時に燃料の噴射時期を
遅らせて着火遅れ期間を大きくして低温予混合燃焼を行
うディーゼルエンジンにおいて、低温予混合燃焼に移行
した直後の還流排気中の酸素濃度が高い運転状態を判定
する手段と、この酸素濃度の高い所定の期間は低温予混
合燃焼領域において燃料のパイロット噴射を行う燃焼補
正手段を備える。

【０００９】第２の発明は第１の発明において、前記判
定手段は燃料カット運転状態から低温予混合燃焼領域に
移行したときを酸素濃度の高い状態であると判定する。

【００１０】第３の発明は第１の発明において、前記判
定手段は排気還流を停止した運転状態から低温予混合燃
焼領域に移行したときを酸素濃度の高い状態であると判
定する。

【００１１】第４の発明は、第１〜第３の発明におい
て、前記燃焼補正手段は、還流排気流速が速くなるほど
パイロット噴射の維持期間が短くなるように前記所定の
期間を決定する。

【００１２】第５の発明は、第１〜第３の発明におい
て、前記燃焼補正手段は、吸気流速が速くなるほどパイ
ロット噴射の維持期間が短くなるように前記所定の期間
を決定する。

【００１３】

【作用、効果】第１〜第３の発明において、燃料カット
状態から低温予混合燃焼に移行するとき、あるいは排気
還流を停止した状態から低温予混合燃焼に移行するとき
は、排気還流による実際の燃焼ガスが吸気系（シリン
ダ）に到達するまでの遅れ期間中、吸気中の酸素濃度が
高い。この状態で燃料噴射時期を遅らせて着火遅れを大
きくすると緩やかな予混合燃焼とはならずに、着火後に
急激な燃焼が行われ、燃焼騒音や振動が大きくなる。し
かし、この酸素濃度が通常の低温予混合燃焼条件よりも
高い期間中は燃料のパイロット噴射が行われる。少量の
燃料を圧縮行程の後期にパイロット噴射することで燃焼
が段階的に行われ、圧力の急激な上昇が抑制され、燃焼
騒音の増大が防止できる。なおこの場合、吸気中の酸素
濃度が高いためスモークが悪化することはない。

【００１４】第４または第５の発明では、排気ガスが吸
気系に到達するまでの実際の遅れ時間に合わせてパイロ
ット噴射の維持期間を設定することができるため、低温
予混合燃焼への実質的な移行を正確に制御することが可
能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１６】図１において、１はディーゼルエンジン本
体であり、エンジン本体１の各気筒には燃料噴射弁２か
ら燃料が供給される。燃料噴射弁２には図示しない燃料
供給装置、例えばコモンレールからの高圧燃料が導か
れ、コントローラ４からの燃料噴射信号に基づいて燃料
噴射弁２が開弁すると、高圧燃料が各気筒に噴射供給さ
れる。

【００１７】５はエンジンの吸気通路、６は排気通路
で、排気通路６から排気の一部を吸気通路５に還流する
排気還流通路７が設けられ、この排気還流量を運転条件
に応じて制御するために排気還流制御弁８が備えられ
る。

【００１８】前記コントローラ４には、回転数センサ１
１からのエンジン回転数信号、アクセル開度センサ１２
からのアクセル開度信号、冷却水温センサ１３からのエ
ンジン冷却水温信号など運転条件を代表する信号が入力
し、これらに応じて燃料噴射量、噴射時期と共に排気還
流量を制御し、エンジンの低中速、低中負荷域などで、
排気還流制御弁８の開度を制御して所定の排気還流を行
い吸気中の酸素濃度を下げると同時に、燃料噴射弁２の
燃料噴射時期を遅らせ、かつ燃料の着火遅れ期間中に大
部分の燃料を噴射するように制御し、これにより燃焼温
度の低い状態で予混合燃焼を主体とした緩やかな燃焼、
つまり低温予混合燃焼を実現する。

【００１９】一方、コントローラ４は、エンジンの高負
荷域など要求燃料噴射量が多く、空気過剰率が過小とな
る領域では、低温予混合燃焼から通常の燃焼に切換え、
このため排気還流を停止し、燃料噴射時期を早め、ま
た、エンジンの減速走行時などでは燃料供給を停止する
燃料カットを行うが、これら高負荷や燃料カット状態か
ら運転領域が低温予混合燃焼の領域に移行するときに
は、移行直後の還流排気中の酸素濃度が高く、実質的な
排気還流が行われない所定の期間が経過するまでは、燃
料のパイロット噴射を行い、燃焼騒音の少ない燃焼を行
わせる。

【００２０】これらの高負荷や燃料カット運転状態から
低温予混合燃焼に移行した直後は、排気還流制御弁８を
開いて排気還流を行っても実際に燃焼したガスが吸気系
に到達するまでは還流排気中の酸素濃度が高く、このた
め低温予混合燃焼が難しく、燃焼騒音が増大してしま
う。そこで、移行直後の還流排気中の酸素濃度の高い状
態を判定すると、この期間中は燃料のパイロット噴射を
行い、燃焼騒音の少ない燃焼を行わせ、スモークをも抑
制する。なお、燃料のパイロット噴射は圧縮上死点前に
少量だけ行われ、その後に必要な残りの燃料が噴射（主
噴射）される。

【００２１】コントローラ４で実行されるこのような制
御内容をフローチャートにしたがって詳しく説明する。

【００２２】図２のフローチャートは、燃料カット状態
から低温予混合燃焼に移行するときの制御であり、ステ
ップＳ１で燃料噴射量Ｑをみて、噴射量がゼロ（Ｑ＝
０）のときは燃料カット状態にあると判定し、ステップ
Ｓ２で燃料カットに入ってからの経過時間ｔｆｃをカウ
ントアップして、その値を保存する。

【００２３】これに対して燃料噴射が開始されたら、ス
テップＳ３で低温予混合燃焼する運転領域かどうか判断
し、低温予混合燃焼領域ならばステップＳ４で低温予混
合燃焼に移行してからの運転時間ｔｍｋをカウントアッ
プしてその値を保存する。

【００２４】そして、ステップＳ５で前記した燃料カッ
ト時間ｔｆｃを所定の設定時間ｔｆｃ０と比較し、もし
燃料カット時間がこれよりも長ければ、排気還流を開始
しても実際に燃焼ガスが到達するまでは吸気中の酸素濃
度が通常の低温予混合燃焼のときよりも高く、直ぐには
低温予混合燃焼が実現できない可能性もあるものとし
て、ステップＳ６に進む。

【００２５】ここでは低温予混合燃焼に入ってからの運
転時間ｔｍｋを所定値ｔｍｋ０と比較し、もし所定値以
下ならば低温予混合燃焼に移行して十分な時間が経過し
ておらず、排気還流をしても吸気中の酸素濃度が十分に
低くなっていないと判断し、ステップＳ７で燃料のパイ
ロット噴射を行う。

【００２６】燃料のパイロット噴射は圧縮上死点よりも
前に少量の燃料噴射を行い、その後に主噴射により残り
の燃料を供給し、これにより燃焼を段階的に行い、燃焼
圧力の急激な上昇を抑制し、燃焼騒音を低減する。

【００２７】前記ステップＳ３で低温予混合燃焼では無
いと判断されたときはステップＳ１０で、そのときの運
転状態によって決まる燃料噴射制御を実行する。

【００２８】また、ステップＳ５で燃料カット状態の運
転時間が短時間のとき、さらにステップＳ６で燃料カッ
ト後に低温予混合燃焼に移行してからの時間が所定値を
越えたときは、低温予混合燃焼を行わせるのに必要な燃
料噴射制御、つまり燃料の噴射時期を遅らせ、かつ着火
遅れ期間中に必要燃料の大部分を噴射しきってしまうよ
うに燃料噴射を制御する。

【００２９】この後、ステップＳ９で前記したタイマカ
ウント値ｔｆｃとｔｍｋをリセットする。

【００３０】次に、図３のフローチャートは、高負荷時
など排気還流を停止した運転状態から低温予混合燃焼に
移行するときの制御であり、ステップＳ１１で運転条件
が排気還流（ＥＧＲ）を行う領域かどうか判断し、排気
還流制御弁８が閉じ、排気還流をしていないときは、ス
テップＳ１２に移行して排気還流を停止している時間ｔ
ｗｏｅをカウントアップし、その値を保存する。そし
て、ステップＳ１３ではそのときの運転状態に応じた燃
料噴射制御を行う。

【００３１】ステップＳ１１で排気還流領域であると判
断したときは、ステップＳ１４において現在の運転領域
が低温予混合燃焼かどうか判断し、もし低温予混合燃焼
であるならばステップＳ１５で低温予混合燃焼に移行し
てからの時間ｔｍｋをカウントアップしてその値を保存
する。

【００３２】そして、ステップＳ１６で前記した排気還
流停止時間ｔｗｏｅが設定値ｔｗｏｅ０よりも長いかど
うか判断し、設定値よりも長ければ、排気還流を開始し
ても燃焼ガスが到達するまでの応答遅れにより、吸気中
の酸素濃度が低くならず、低温予混合燃焼ができない可
能性があるので、このときはステップＳ１７で低温予混
合燃焼に入ってからの経過時間ｔｍｋを所定値ｔｍｋ１
と比較し、所定値以下ならば、低温予混合燃焼に移行し
た直後の酸素濃度の高い状態と判断し、ステップＳ１８
で燃料のパイロット噴射を行い、燃焼騒音の低減を図
る。

【００３３】これに対して、ステップＳ１４で低温予混
合燃焼領域でないと判断されたときは、ステップＳ１９
に進んでそのときの運転状態に応じた燃料噴射制御が行
われる。また、ステップＳ１６で排気還流時間が短いと
き、あるいはステップＳ１７で低温予混合燃焼に移行し
てから所定の時間が経過したときは、低温予混合燃焼が
可能であるので、ステップＳ２０において低温予混合燃
焼に必要な燃料噴射制御が行われる。

【００３４】そして、ステップＳ２１で前記したタイマ
カウント値ｔｗｏｅとｔｍｋをリセットする。

【００３５】以上のように構成されており、次に全体的
な作用について説明する。

【００３６】燃料カットの運転状態が継続している状態
では、排気通路６を流れるガスは未燃焼の空気である。
この状態から低温予混合燃焼領域に移行すると、排気還
流制御弁８を開いても、実際に燃焼したガスが排気還流
通路７から吸気通路５を経由してシリンダに到達するま
でに、そのときのエンジン回転数などに応じて時間遅れ
が生じる。このことは燃料カット時に排気還流制御弁８
を開弁したままにしておいたとしても同じである。

【００３７】このため、低温予混合燃焼に移行した直後
は、実質的に排気還流が行われないで、シリンダに吸入
される吸気中の酸素濃度が低くならず、燃料噴射時期が
大きく遅れることにより、燃焼騒音が増大してしまう。

【００３８】しかし本発明では、このようなときに燃料
噴射をパイロット噴射に切換えることで、燃焼圧力の急
激な上昇を抑制し、これにより燃焼騒音の増大を防ぐこ
とができる。また、吸気中の酸素濃度が十分に高いた
め、パイロット噴射によるスモークの悪化もみられな
い。

【００３９】このパイロット噴射を行う期間は、低温予
混合燃焼に移行した直後の所定の期間、つまり吸気中に
還流される排気が空気から燃焼ガスに置き換わるまでの
時間であり、その後はパイロット噴射を中止し、燃料の
噴射は単発でかつ比較的リタードして行われ、酸素の濃
度の低い条件での緩やかな低温予混合燃焼に切換わり、
これにより、ＮＯｘ、スモークや排気微粒子さらには燃
焼騒音を低減させることができる。

【００４０】また、エンジン高負荷時など燃料噴射量が
多く、空気過剰率の過小となる領域では排気還流制御弁
８を閉じ、スモークの発生を抑制するが、このように排
気還流制御弁８を閉じた状態から低温予混合燃焼領域に
移行するときも、排気還流制御弁８の下流側、つまり吸
気通路側の排気還流通路７には、燃焼ガスではなく酸素
濃度の高い空気が多く溜まっているため、排気還流制御
弁８が開いた直後には、この酸素濃度の高いガスが吸気
中に還流される。

【００４１】このため、低温予混合燃焼に切換直後の燃
焼特性が急激になるが、やはりこのときにも、実際の燃
焼ガスが吸気通路５からシリンダに到達するまでの間
は、燃料のパイロット噴射が行われるため、燃焼騒音の
増大が抑制され、かつスモークの悪化も回避できるので
ある。

【００４２】ところで、上記したように低温予混合燃焼
に移行直後にパイロット噴射を維持する必要な期間は、
正確にはそのときの還流排気ガスの流速あるいは吸気流
速に依存して変化する。

【００４３】この関係を表したのが図４と図５である。

【００４４】図４はパイロット噴射を維持する時間とＥ
ＧＲガス流速の関係を示すもので、ＥＧＲガスの流速が
速いほど、燃焼したＥＧＲガスがシリンダに吸入される
までの時間遅れが短くなる。したがって、図のように、
パイロット噴射の維持期間（ｔｍｋ０）をそのときのＥ
ＧＲガス流速に応じて変化させることで、不必要に低温
予混合燃焼を遅らせることなく、効率の良い制御が行え
る。

【００４５】なお、ＥＧＲガスの流速は、例えば排気還
流制御弁８の前後差圧と弁開度から算出したり、運転条
件から推定した吸気圧と排気圧などに基づいて算出する
ことができる。

【００４６】図５はパイロット噴射を維持する時間と吸
気流速との関係を示す。

【００４７】吸気流速が速いときほど、低温予混合燃焼
への切換直後に実際の燃焼排気が吸気系に到達するまで
の時間遅れが短くなる。

【００４８】したがって図のように、吸気流速に応じて
パイロット噴射の維持期間を設定することで、上記と同
じく正確な制御が可能となる。

【００４９】なお、吸気流速はエンジン回転数と吸気圧
とから算出したり、エアフローメータを設けて吸気流量
から推定したりすることができる。

【００５０】本発明は上記の実施の形態に限定されず
に、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がな
しうることは明白である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す概略構成図である。

【図２】制御内容を示すフローチャートである。

【図３】他の制御内容を示すフローチャートである。

【図４】パイロット噴射維持期間とＥＧＲガス流速との
関係を示す特性図である。

【図５】パイロット噴射維持期間と吸気流速との関係を
示す特性図である。

【符号の説明】

１ ディーゼルエンジン本体 ２ 燃料噴射弁 ４ コントローラ ５ 吸気通路 ６ 排気通路 ７ 排気還流通路 ８ 排気還流制御弁 １１ エンジン回転数センサ １２ アクセル開度センサ １３ 冷却水温センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G062 AA01 BA04 BA05 DA02 GA06 3G301 HA02 JA24 KA09 KA27 MA11 MA19 MA23 MA25 NE12 NE23 PA07Z PB03Z PD15A PE01Z PE08Z PF03Z

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの運転条件に応じて、排気還流と
   同時に燃料の噴射時期を遅らせて着火遅れ期間を大きく
   して低温予混合燃焼を行うディーゼルエンジンにおい
   て、 低温予混合燃焼に移行した直後の還流排気中の酸素濃度
   が高い運転状態を判定する手段と、 この酸素濃度の高い所定の期間は低温予混合燃焼領域に
   おいて燃料のパイロット噴射を行う燃焼補正手段を備え
   ることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
2. 【請求項２】前記判定手段は燃料カット運転状態から低
   温予混合燃焼領域に移行したときを酸素濃度の高い状態
   であると判定するように構成される請求項１に記載のデ
   ィーゼルエンジンの制御装置。
3. 【請求項３】前記判定手段は排気還流を停止した運転状
   態から低温予混合燃焼領域に移行したときを酸素濃度の
   高い状態であると判定するように構成される請求項１に
   記載のディーゼルエンジンの制御装置。
4. 【請求項４】前記燃焼補正手段は還流排気流速が速くな
   るほどパイロット噴射の維持期間が短くなるように前記
   所定の期間を決定するように構成される請求項１〜３の
   いずれか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。
5. 【請求項５】前記燃焼補正手段は吸気流速が速くなるほ
   どパイロット噴射の維持期間が短くなるように前記所定
   の期間を決定するように構成される請求項１〜３のいず
   れか一つに記載のディーゼルエンジンの制御装置。