JP4981743B2 - ディーゼルエンジンの燃料制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流するＥＧＲ装置を有するディーゼルエンジンの燃料制御装置に関する。
ディーゼルエンジンの排ガスで問題となる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する技術としてＥＧＲ（排気ガス再循環）が知られている。一方で、ＥＧＲ適用時には新気量（吸入空気量）が低下するため、急加速（急激なアクセル開度上昇）時においては、燃焼室の酸素不足が発生しやすいという問題がある。
これに対して、ＥＧＲ量を制御して吸入空気量を増加させる対策が考えられるが、比較的応答が遅いＥＧＲ制御だけでの対応には限界があり、応答性が速い燃料噴射制御側の対策が必要である。
しかしながら、燃料噴射量または、燃料噴射量を決めるアクセル開度信号を補正（なまらせる）することは、エンジンの応答性を損なうこととなり、排ガス性能とエンジンレスポンスの両立が技術課題となっている。
これに対して、ＥＧＲ量を制御して吸入空気量を増加させる対策が考えられるが、比較的応答が遅いＥＧＲ制御だけでの対応には限界があり、応答性が速い燃料噴射制御側の対策が必要である。
しかしながら、燃料噴射量または、燃料噴射量を決めるアクセル開度信号を補正（なまらせる）することは、エンジンの応答性を損なうこととなり、排ガス性能とエンジンレスポンスの両立が技術課題となっている。
例えば、加速時に排気スモークの発生を抑えるディーゼルエンジンの燃料噴射量制御について、特許文献１（特開平１１−３６９６２号公報）が知られている。この特許文献１には、吸入空気量とエンジン回転数に対する排気スモークが発生しない燃料噴射量の最大値を予めマップとして設定しておき、検出した吸入空気量と、エンジン回転数と、から燃料噴射量の最大値を求めて、スモークの発生を抑制するものである。
また、特許文献２（特開平９−１５１７６１号公報）には、ＥＧＲ系の応答遅れによる加速時の排気黒煙の発生を防止しつつ、良好な加速性能を維持するために、ＥＧＲ弁開度量を制御すると共に燃料噴射量を一定量ずつ増量するなまし制御を行う技術が示されている。
また、特許文献２（特開平９−１５１７６１号公報）には、ＥＧＲ系の応答遅れによる加速時の排気黒煙の発生を防止しつつ、良好な加速性能を維持するために、ＥＧＲ弁開度量を制御すると共に燃料噴射量を一定量ずつ増量するなまし制御を行う技術が示されている。
しかしながら、前記特許文献１の技術においては、吸入空気量とエンジン回転数とに対する燃料噴射量の最大値マップを予め作成する必要があり、そのために多くの工数を要する問題があり、また、特許文献２においては、ＥＧＲガス中には未燃焼の酸素が存在し、その未燃焼酸素の影響で排気スモーク発生に影響が生じるが、このように排気系から還流されるＥＧＲガス中の未燃焼空気量まで考慮しての制御はされていない。
そこで、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ＥＧＲガス中の未燃焼空気量までを考慮し、ＥＧＲ適用時の排ガス性能とエンジンレスポンスとの両立を簡単な制御によって達成することが可能なディーゼルエンジンの燃料制御装置を提供することを目的とする。
本発明はかかる目的を達成するもので、本発明は、エンジンの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流するＥＧＲ装置を有するディーゼルエンジンの燃料制御装置において、アクセル開度の操作量に対応したアクセル開度信号に基づいて燃料噴射量が制御される燃料噴射装置と、前記燃料噴射装置によってシリンダ内に噴射される燃料噴射量と吸入空気量とさらに吸気系に還流されるＥＧＲガス中の未燃焼空気量とを用いてシリンダ内の推定空気過剰率を算出する推定空気過剰率算出手段と、前記推定空気過剰率算出手段によって算出された推定空気過剰率に基づいて急加速時の燃料噴射量を制御する燃料制御手段と、を備え、 前記燃料制御手段には、前記推定空気過剰率算出手段によって算出された推定空気過剰率が一定値以下の場合に、アクセル開度信号の最大変化率を一定値以下に制限するアクセル開度信号制限手段を有していることを特徴とする。
かかる発明によれば、推定空気過剰率算出手段によって、シリンダ内に噴射される燃料噴射量と、吸気通路を通って該シリンダ内に流入される吸入空気量と、さらに吸気系に還流されるＥＧＲガス中の未燃焼空気量とを用いてシリンダ内の推定空気過剰率を算出するので、ＥＧＲガス中の未燃焼空気（酸素）も排気スモークに影響を与えるため、その未燃焼空気（酸素）も考慮した空気過剰率が推定空気過剰率として算出される。
そして、この推定空気過剰率を基にして、アクセル開度信号を制御するため、シリンダ内に存在する空気（酸素）量を的確に反映した制御が可能となる。その結果、ＥＧＲ適用時に急激な加速操作（アクセル開度上昇操作）がされても、燃焼室内の空気（酸素）不足が原因で発生するスモークを抑制しつつ、ＮＯｘの低減およびエンジンのレスポンスの低下を抑えることができる。
さらに、本発明は、前記燃料制御手段には、前記推定空気過剰率算出手段によって算出された推定空気過剰率が一定値以下の場合に、アクセル開度信号の最大変化率を一定値以下に制限するアクセル開度信号制限手段を有している。
かかる構成によると、前記推定空気過剰率が一定値以下の場合にはアクセル開度信号制限手段によって、アクセル開度信号の最大変化率を一定値以下に制限するので、ＥＧＲ適用時に急激な加速操作（アクセル開度上昇操作）がされても、燃焼室内の空気（酸素）不足が原因で発生するスモークを抑制しつつ、ＮＯｘの低減およびエンジンのレスポンスの低下を抑えることができる。
かかる構成によると、前記推定空気過剰率が一定値以下の場合にはアクセル開度信号制限手段によって、アクセル開度信号の最大変化率を一定値以下に制限するので、ＥＧＲ適用時に急激な加速操作（アクセル開度上昇操作）がされても、燃焼室内の空気（酸素）不足が原因で発生するスモークを抑制しつつ、ＮＯｘの低減およびエンジンのレスポンスの低下を抑えることができる。
また、係る発明において好ましくは、前記推定空気過剰率とアクセル開度信号の最大変化率とがあらかじめ関係付けられたテーブルを備えているとよい。
これによって、推定空気過剰率とアクセル開度信号の最大変化率のテーブルを調整することで、アクセル開度信号の最大変化率の制限値を簡単に調整できるので、排気スモークとエンジンレスポンスとのトレードオフの関係を容易に調整できるようになる。
これによって、推定空気過剰率とアクセル開度信号の最大変化率のテーブルを調整することで、アクセル開度信号の最大変化率の制限値を簡単に調整できるので、排気スモークとエンジンレスポンスとのトレードオフの関係を容易に調整できるようになる。
さらに、本発明は、エンジンの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流するＥＧＲ装置を有するディーゼルエンジンの燃料制御装置において、燃料噴射装置によってシリンダ内に噴射される燃料噴射量と吸入空気量とさらに吸気系に還流されるＥＧＲガス中の未燃焼空気量とを用いてシリンダ内の推定空気過剰率を算出する推定空気過剰率算出手段を備え、前記推定空気過剰率算出手段によって算出された推定空気過剰率に基づいて急加速時の燃料噴射量を制御する燃料制御手段を備え、前記燃料制御手段には、前記推定空気過剰率算出手段によって算出された推定空気過剰率が予め設定された目標空気過剰率に追従するようにアクセル開度信号を補正するアクセル開度信号制御手段を有していることを特徴とする。
かかる発明によれば、前記推定空気過剰率算出手段によって算出された推定空気過剰率が予め設定された目標空気過剰率に追従するように前記アクセル開度信号を補正するアクセル開度信号制御手段を備えているため、アクセル開度信号の変化率の最大値を制限するよりも木目細かいアクセル開度信号の変化率の制御が行われるため、排気スモークに直接的に作用するＥＧＲガス中の空気（酸素）濃度を考慮した推定空気過剰率を精度よく制御することで排気スモークを抑制できる。
また、加速過渡時において、排気スモーク抑制の目的でＥＧＲバルブを閉弁するが、これが原因で吸気マニホールド内の酸素濃度が急激に上昇して、ＮＯｘが上昇する問題があるが、これに対しても、推定空気過剰率が精度よく制御可能であるため、ＥＧＲバルブをやや緩慢に閉方向に制御して、応答性の速い燃料噴射制御で推定空気過剰率を精度よく制御することで、排気スモークを抑制しつつＮＯｘに対しても低減効果を発揮することも可能になる。
また、係る発明において好ましくは、前記急加速時がアクセル開度信号の変化率が一定値以上の場合にだけ前記燃料噴射量の制御を行うとよい。
これにより、空気過剰率が低い高負荷での運転時に定常的な制限もしくは補正がかかるのを防ぐことができる。
これにより、空気過剰率が低い高負荷での運転時に定常的な制限もしくは補正がかかるのを防ぐことができる。
また、本発明において好ましくは、前記推定空気過剰率算出手段に代えて、ＥＧＲ通路が吸気通路に接続する位置よりも下流側の吸気通路内に酸素濃度を検出する酸素濃度センサを設置し、該酸素濃度センサからの酸素濃度検出値に基づいて急加速時の燃料噴射量を制御する燃料制御手段を備え、前記燃料制御手段には、前記酸素濃度センサによって算出された酸素濃度が一定値以下の場合に、アクセル開度信号の最大変化率を一定値以下に制限するアクセル開度信号制限手段を有しているとよい。
ＥＧＲ通路が合流する吸気通路の下流側の吸気マニホールド内に設置した酸素濃度センサによって、ＥＧＲガス中の未燃焼空気量を含めて燃焼室に流入する酸素量を直接検出して燃料噴射量を制御するので、吸気圧力、吸気温度等を検出して、所定の算出式を用いて推定空気過剰率を算出して制御するよりも制御が簡素化される。
また、排気スモーク発生の原因となる酸素濃度の低下を直接に検出して制御するので、排気スモークの発生を確実に抑制できる。
ＥＧＲ通路が合流する吸気通路の下流側の吸気マニホールド内に設置した酸素濃度センサによって、ＥＧＲガス中の未燃焼空気量を含めて燃焼室に流入する酸素量を直接検出して燃料噴射量を制御するので、吸気圧力、吸気温度等を検出して、所定の算出式を用いて推定空気過剰率を算出して制御するよりも制御が簡素化される。
また、排気スモーク発生の原因となる酸素濃度の低下を直接に検出して制御するので、排気スモークの発生を確実に抑制できる。
本発明によれば、ＥＧＲガス中の未燃焼空気量まで考慮し、ＥＧＲ適用時の排ガス性能とエンジンレスポンスとの両立を簡単な制御によって達成することが可能なディーゼルエンジンの燃料制御装置を提供できる。
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は、本発明の第１実施形態に係るディーゼルエンジンの燃料制御装置の構成を示す。図示のように、４サイクルのディーゼルエンジン１は、シリンダ３内に往復摺動自在に嵌合されたピストン５、該ピストン５の往復動をコネクチングロッド７を介して回転に変換する図示しないクランク軸を備えている。
前記エンジン１は、ピストン５の上面とシリンダ３の内面との間に区画形成される燃焼室９を形成し、該燃焼室９には吸気通路１３が接続され、吸気ポートを開閉する吸気弁１５を備えている。さらに燃焼室９には排気通路１９が接続され、排気ポートを開閉する排気弁２１を備えている。
前記エンジン１は、ピストン５の上面とシリンダ３の内面との間に区画形成される燃焼室９を形成し、該燃焼室９には吸気通路１３が接続され、吸気ポートを開閉する吸気弁１５を備えている。さらに燃焼室９には排気通路１９が接続され、排気ポートを開閉する排気弁２１を備えている。
前記吸気通路１３には排気通路１９の途中からＥＧＲ（排気ガス再循環）通路２３が分岐して、ＥＧＲ通路２３を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲ冷却器２５、およびＥＧＲガス流量を制御するＥＧＲ弁２７を介して吸気通路１３の吸気スロットル弁２９の下流側に接続されている。
この吸気スロットル弁２９の開度を制御することで燃焼室９内に流入される吸気量が制御されるようになっている。ディーゼルエンジンの場合では、このスロットル弁２９はＥＧＲ制御時に閉方向に制御されるが、通常全開状態であり空気過剰率は、燃料噴射量によって制御されるようになっている。
この吸気スロットル弁２９の開度を制御することで燃焼室９内に流入される吸気量が制御されるようになっている。ディーゼルエンジンの場合では、このスロットル弁２９はＥＧＲ制御時に閉方向に制御されるが、通常全開状態であり空気過剰率は、燃料噴射量によって制御されるようになっている。
燃焼室９には燃料噴射弁３１が取付けられ、図示しない燃料噴射ポンプによって高圧化された燃料を、コントロールユニット（燃料制御手段）３３によって所定の噴射タイミングと噴射量とが制御されて燃焼室９内に噴射されるようになっている。
また、吸気通路１３の吸気スロットル弁２９の上流側には、吸気通路１３を通じて燃焼室９に吸入する新気量を検出するためのエアフローメータ３５が設けられ、コントロールユニット３３に信号が入力される。また、ＥＧＲガスにおいても、ＥＧＲ通路２３から吸気通路１３に流入するＥＧＲガス量を検出するためのＥＧＲガスフローメータ３７が、ＥＧＲ弁２７の上流側に設けられている。
さらに、吸気マニホールド内の圧力、温度を検出する吸気マニホールド圧力センサ３９、吸気マニホールド温度４１がそれぞれ設けられて、コントロールユニット３３に信号が入力される。
また、エンジンの回転速度センサ４３、アクセルペダルの踏み込み量、またはアクセルハンドル等の操作量を検出するアクセルセンサ４５からのアクセル開度信号も前記コントロールユニット３３に入力される。
さらに、吸気マニホールド内の圧力、温度を検出する吸気マニホールド圧力センサ３９、吸気マニホールド温度４１がそれぞれ設けられて、コントロールユニット３３に信号が入力される。
また、エンジンの回転速度センサ４３、アクセルペダルの踏み込み量、またはアクセルハンドル等の操作量を検出するアクセルセンサ４５からのアクセル開度信号も前記コントロールユニット３３に入力される。
次にコントロールユニット３３について説明する。第１実施形態におけるコントロールユニット３３には、燃料噴射装置の燃料噴射弁３１によってシリンダ３内に噴射される燃料噴射量と、エアフローメータ３５によって検出される吸入空気量と、さらに吸気通路１３に還流されるＥＧＲガス中の未燃焼空気量とを用いてシリンダ３内の推定空気過剰率を算出する推定空気過剰率算出手段４７を備えている。
さらに、推定空気過剰率算出手段４７によって算出された推定空気過剰率が一定値以下か否かを判定する推定空気過剰率判定手段４９を備え、該判定手段よって一定の閾値以下であると判定した場合に、アクセル開度信号の変化率を一定値以下に制限するアクセル開度信号の制限手段５０を有している。
図２に示すフローチャートを参照して、コントロールユニット３３におけるアクセル開度信号の制限について制御手順を説明する。
まず、ステップＳ１でアクセル開度信号の制限処理を開始すると、ステップＳ２で、アクセル開度信号を読込む。アクセル開度信号は図４（ａ）のように変化しており、始めの一定開度から立ち上がるように開度が増大していく状態を示す。次に、ステップＳ３で、アクセル開度信号の変化率に制限をかけるか否かを判定するためのアクセル開度信号の変化率の閾値Ｈ１、Ｈ２を読み込む。閾値Ｈ１以上の場合には制限ＯＮであり、閾値Ｈ２以下の場合には制限ＯＦＦとなる。閾値Ｈ１とＨ２との間にはＨ１＞Ｈ２の関係をもうけて、閾値において制限がハンチングして不安定な作動となることを防止している。
まず、ステップＳ１でアクセル開度信号の制限処理を開始すると、ステップＳ２で、アクセル開度信号を読込む。アクセル開度信号は図４（ａ）のように変化しており、始めの一定開度から立ち上がるように開度が増大していく状態を示す。次に、ステップＳ３で、アクセル開度信号の変化率に制限をかけるか否かを判定するためのアクセル開度信号の変化率の閾値Ｈ１、Ｈ２を読み込む。閾値Ｈ１以上の場合には制限ＯＮであり、閾値Ｈ２以下の場合には制限ＯＦＦとなる。閾値Ｈ１とＨ２との間にはＨ１＞Ｈ２の関係をもうけて、閾値において制限がハンチングして不安定な作動となることを防止している。
ステップＳ４では、ステップＳ２で読込んだアクセル開度信号から、アクセル開度変化率を算出する。アクセル開度信号の変化率は図４（ａ）のアクセル開度信号の傾きであり、図４（ｂ）に示すような曲線として算出される。
ステップＳ５では、前記閾値Ｈ１、Ｈ２に基づいて制限の有効、無効の判断を行う。すなわち、アクセル加速時に閾値Ｈ１以上の場合には有効と判断し、Ｈ２以下に下がったら無効と判断して、有効、無効フラグを設定する。図４（ｃ）に有効フラグの部分を凸状に示す。
このように、アクセル開度信号の変化率が一定値以上の場合にだけ制限処理を行うため、空気過剰率が低い高負荷での運転時に定常的に制限がかかるのを防ぐことができる。
このように、アクセル開度信号の変化率が一定値以上の場合にだけ制限処理を行うため、空気過剰率が低い高負荷での運転時に定常的に制限がかかるのを防ぐことができる。
次に、ステップＳ６では、推定空気過剰率の算出を行う。この推定空気過剰率λＳの算出は、推定空気過剰率算出手段４７によって行われ、次の式（１）、（２）によって算出される。
Ｇａ ： 吸入空気質量流量
Ｇｅｇｒ ： ＥＧＲガス質量流量
Ｇｅｇｒａ ： ＥＧＲガス中の空気質量流量
Ｇｆ ： 燃料噴射量
Ｌｔｈ ： 理論空燃比
（ｎ−１）： １ステップ前の演算結果
式（１）の吸入空気質量流量（Ｇａ）は、エアフローメータ３５からの検出信号によって算出され、またＥＧＲガス質量流量（Ｇｅｇｒ）はＥＧＲガスフローメータ３７から検出されるＥＧＲガス量、または、図示しないＥＧＲ冷却器２５の前後差圧を計測してその検出結果から演算処理してＥＧＲガス量を算出する。
ＥＧＲガス中の空気質量流量（Ｇｅｇｒａ）は、式（２）を用いて１ステップ前の演算処理によって算出された推定空気過剰率を用いて推定する。
ＥＧＲガス中の空気質量流量（Ｇｅｇｒａ）は、式（２）を用いて１ステップ前の演算処理によって算出された推定空気過剰率を用いて推定する。
次に、ステップＳ７では、前記算出した推定空気過剰率λＳが、推定空気過剰率の閾値Ｋ以下であるか否かを推定空気過剰率判定手段４９で判定する。閾値Ｋ以下の場合には、ステップＳ８に進んで、最大アクセル開度信号の変化率を算出する。そしてステップＳ９では該算出された最大アクセル開度信号の変化率をＰに制限して、ステップＳ１０で最大アクセル開度信号の変化率がこの制限値Ｐを超えないように制限後のアクセル開度信号を制御信号として書込み、ステップＳ１０で終了する。
このステップＳ９、１０による最大アクセル開度信号の変化率の制限は、コントロールユニット３３内のアクセル開度信号制限手段５０によって実行される。
このステップＳ９、１０による最大アクセル開度信号の変化率の制限は、コントロールユニット３３内のアクセル開度信号制限手段５０によって実行される。
図４（ｄ）に示すように、推定空気過剰率λＳが閾値Ｋ以下になったときには、燃料量が過剰でスモークの発生のおそれがあるとしてその領域では図４（ｅ）に示すように、最大アクセル開度信号の変化率を制限値Ｐに低下させる。
なお、推定空気過剰率の閾値Ｋと最大アクセル開度信号の変化率の制限値Ｐとは図３に示すように予めテーブルに設定されている。
この図３のテーブルの関係より、推定空気過剰率λＳの閾値Ｋが１．７から１．５へと小さくなるに従って、すなわち、燃料量が増加する傾向にあれば、最大アクセル開度信号の変化率の制限値Ｐを小さくして制限を強め、閾値Ｋが１．５以下では制限値Ｐを１０％の一定値として設定している。
なお、推定空気過剰率の閾値Ｋと最大アクセル開度信号の変化率の制限値Ｐとは図３に示すように予めテーブルに設定されている。
この図３のテーブルの関係より、推定空気過剰率λＳの閾値Ｋが１．７から１．５へと小さくなるに従って、すなわち、燃料量が増加する傾向にあれば、最大アクセル開度信号の変化率の制限値Ｐを小さくして制限を強め、閾値Ｋが１．５以下では制限値Ｐを１０％の一定値として設定している。
このように、推定空気過剰率の閾値Ｋと最大アクセル開度信号の変化率の制限値Ｐとをあらかじめ関係付けてテーブルとして備えているため、推定空気過剰率の閾値Ｋと最大アクセル開度信号の変化率の制限値Ｐとのテーブルを調整することで、アクセル開度信号の最大変化率の制限値Ｐを簡単に調整できるので、排気スモークとエンジンレスポンスとのトレードオフの関係を容易に調整できる。
推定空気過剰率という１つのパラメータによって、スモークの発生度合いを制御することができるようになるため、複数のパラメータを使って制御するものに比べて制御ロジックが単純化するとともに、調整が容易化する。
推定空気過剰率という１つのパラメータによって、スモークの発生度合いを制御することができるようになるため、複数のパラメータを使って制御するものに比べて制御ロジックが単純化するとともに、調整が容易化する。
以上のように、第１実施形態によると、推定空気過剰率算出手段４７によって、シリンダ３内に噴射される燃料噴射量と、吸気通路１３を通ってシリンダ３内に流入される吸入空気量と、さらに吸気系に還流されるＥＧＲガス中の未燃焼空気量とを用いてシリンダ３内の推定空気過剰率を算出するので、ＥＧＲガス中の未燃焼空気（酸素）も排気スモーク影響を与えるため、その未燃焼空気（酸素）も考慮した空気過剰率が推定空気過剰率として算出される。
そして、この推定空気過剰率を基にして、アクセル開度信号を制御するため、シリンダ内に存在する空気（酸素）量を的確に反映した制御が可能となる。また、前記推定空気過剰率が一定値以下の場合にはアクセル開度信号制限手段５０によって、アクセル開度信号の最大変化率を一定値以下に制限するので、ＥＧＲ適用時に急激な加速操作（アクセル開度上昇操作）がされても、燃焼室９内の空気（酸素）不足が原因で発生するスモークを抑制しつつ、ＮＯｘの低減およびエンジンのレスポンスの低下を抑えることができる。
図４（ａ）には、制限後のアクセル開度を点線部分Ｒで示す。制限有効フラグＯＮのときに、最大アクセル開度信号の変化率が制限値Ｐで制限されるため、アクセル開度信号の変化率が緩慢になり、燃焼室９内の空気（酸素）不足が原因で発生するスモークを抑制しつつ、ＮＯｘの低減およびエンジンのレスポンスの低下を抑えることができる。
また、第１実施形態の効果を試験によって確認した結果を図８に示す。図８（ａ）より、アクセル開度信号が実線で示すように抑えられ、図８（ｂ）に実線で示すようにアクセル開度信号が抑えられ、図８（ｃ）に実線で示すように燃料噴射量も抑えられる。そして、その結果図８（ｄ）に実線で示すように、排煙濃度が低下されたことが確認できた。
次に、図５〜図７を参照して第２実施形態を説明する。第１実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
第１実施形態においては、コントロールユニット３３内の推定空気過剰率判定手段４９によって推定空気過剰率の低下を判定してアクセル開度制限手段５０によって最大アクセル開度信号の変化率の制限を行っているが、第２実施形態では、これら推定空気過剰率判定手段４９、アクセル開度信号制限手段５０に代えて、図５、図６に示すようにコントロールユニット５１は目標空気過剰率算出手段５２、およびアクセル開度制御手段５４を備えることが相違し、その他は第１実施形態と同様である。
第１実施形態においては、コントロールユニット３３内の推定空気過剰率判定手段４９によって推定空気過剰率の低下を判定してアクセル開度制限手段５０によって最大アクセル開度信号の変化率の制限を行っているが、第２実施形態では、これら推定空気過剰率判定手段４９、アクセル開度信号制限手段５０に代えて、図５、図６に示すようにコントロールユニット５１は目標空気過剰率算出手段５２、およびアクセル開度制御手段５４を備えることが相違し、その他は第１実施形態と同様である。
図６に、第２実施形態のコントロールユニット５１の構成ブロック図を示す。目標空気過剰率算出手段５２では、エンジン回転数と目標燃料噴射量とに対する目標空気過剰率λｍが予めマップ化されてあおり、回転速度センサ４３によって検出されたエンジン回転数に基づいて、目標空気過剰率λｍがそのマップから設定される。この目標空気過剰率λｍのマップには、各運転条件においてＮＯｘ排出量とスモーク排出量とのトレードオフ関係が最適になる空気過剰率が設定されている。
そして、アクセル開度制御手段５４においては、推定空気過剰率算出手段４７によって算出される推定空気過剰率λＳを目標空気過剰率λｍに追従するように、目標空気過剰率λｍにフィードバック制御する。
コントロールユニット５１の制御について、図７のフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ２１でアクセル開度信号補正処理を開始し、ステップＳ２２でアクセルセンサ４５からアクセル開度信号を読込む。ステップＳ２３では目標空気過剰率算出手段５２によって、エンジン回転数、目標燃料噴射量を読込み、ステップＳ２４で目標空気過剰率λｍを目標空気過剰率λｍのマップから算出する。
まず、ステップＳ２１でアクセル開度信号補正処理を開始し、ステップＳ２２でアクセルセンサ４５からアクセル開度信号を読込む。ステップＳ２３では目標空気過剰率算出手段５２によって、エンジン回転数、目標燃料噴射量を読込み、ステップＳ２４で目標空気過剰率λｍを目標空気過剰率λｍのマップから算出する。
次に、ステップＳ２５では推定空気過剰率算出手段４７によって、推定空気過剰率λＳを算出する。この算出は第１実施形態で説明した式（１）、（２）に基づく算出と同様に行う。目標空気過剰率λｍと推定空気過剰率λＳとが図６に示す加減算器５６によって加減算されて、アンチワインドアップ付ＰＩ制御器５８に入力され、ここでステップＳ２６のＰＩ制御演算を行う。その後、ステップＳ２７に進み、アクセル開度信号とＰＩ出力を比較して最小値選択を図６に示す最小値選択器６０によって行う。
次のステップＳ２８〜Ｓ３０の間の処理Ｂは、第１実施形態のステップＳ３〜Ｓ５と同様で、アクセル開度信号の変化率が所定の閾値以上か否かを判定してその後の補正処理に進む。ステップＳ３１で、アクセル開度信号の変化率が所定の閾値以上でアクセル開度信号に制限をかけることが有効と判定した場合には、ステップＳ３２へ進んで、ステップＳ２７の「処理Ａ」の出力をアクセル開度補正値に設定する。すなわち、図６の最小値選択器６０からの出力Ｍｉを飽和要素６２に入力する。
一方、ステップＳ３１で無効と判定した場合には、ステップＳ３３へ進み、アクセル開度信号をアクセル開度信号の補正値に設定する。すなわち、図６のアクセル開度信号Ａｃがそのままアクセル開度信号の補正値として飽和要素６２に入力される。
一方、ステップＳ３１で無効と判定した場合には、ステップＳ３３へ進み、アクセル開度信号をアクセル開度信号の補正値に設定する。すなわち、図６のアクセル開度信号Ａｃがそのままアクセル開度信号の補正値として飽和要素６２に入力される。
その後、ステップ３４では、飽和処理される。すなわち、図６の飽和要素６２に入力されるアクセル開度信号の補正値がアクセルへの補正信号として０％〜１００％の間の信号になるように処理される。そして、ステップＳ３５で補正処理後のアクセル開度信号を制御信号として書込み、ステップＳ３６で終了する
以上のように、第２実施形態によれば、前記第１の実施形態と同様に、推定空気過剰率を基にして、アクセル開度信号を制御するため、燃焼室内に存在する空気（酸素）量を的確に反映した制御が可能となる。
そして、推定空気過剰率算出手段４７によって算出された推定空気過剰率が予め設定された目標空気過剰率に追従するようにアクセル開度信号を補正するアクセル開度信号制御手段５４を備えているため、アクセル開度信号の変化率の最大値を制限する前記第１実施形態に比べてより木目細かいアクセル開度信号の変化率の制御が行われるため、排気スモークに直接的に作用するＥＧＲガス中の空気（酸素）濃度を考慮した推定空気過剰率を精度よく制御することで排気スモークを抑制できる。
そして、推定空気過剰率算出手段４７によって算出された推定空気過剰率が予め設定された目標空気過剰率に追従するようにアクセル開度信号を補正するアクセル開度信号制御手段５４を備えているため、アクセル開度信号の変化率の最大値を制限する前記第１実施形態に比べてより木目細かいアクセル開度信号の変化率の制御が行われるため、排気スモークに直接的に作用するＥＧＲガス中の空気（酸素）濃度を考慮した推定空気過剰率を精度よく制御することで排気スモークを抑制できる。
また、加速過渡時において、排気スモーク抑制の目的でＥＧＲ弁２７を閉弁するが、これが原因で吸気マニホールド内の酸素濃度が急激に上昇して、ＮＯｘが上昇する問題があるが、これに対しても、推定空気過剰率が精度よく制御可能であるため、ＥＧＲ弁２７をやや緩慢に閉方向に制御して、応答性の速い燃料噴射制御で推定空気過剰率を精度よく制御することで、排気スモークを抑制しつつＮＯｘに対しても低減効果を発揮することも可能になる。
次に、図９を参照して第３実施形態を説明する。第１実施形態と同様の構成については同一符号を付して説明を省略する。
第１実施形態においては、コントロールユニット３３内の推定空気過剰率判定手段４９によって推定空気過剰率の低下を判定してアクセル開度信号制限手段５０によって最大アクセル開度信号の変化率の制限を行っているが、第３実施形態では、これら推定空気過剰率判定手段４９、アクセル開度制限手段５０に代えて、図９に示すようにコントロールユニット７１は酸素濃度判定手段７３、およびアクセル開度信号制限手段７５を備えることが相違し、その他は第１実施形態と同様である。
第１実施形態においては、コントロールユニット３３内の推定空気過剰率判定手段４９によって推定空気過剰率の低下を判定してアクセル開度信号制限手段５０によって最大アクセル開度信号の変化率の制限を行っているが、第３実施形態では、これら推定空気過剰率判定手段４９、アクセル開度制限手段５０に代えて、図９に示すようにコントロールユニット７１は酸素濃度判定手段７３、およびアクセル開度信号制限手段７５を備えることが相違し、その他は第１実施形態と同様である。
図９の構成図に示すように、ＥＧＲ通路２３が吸気通路１３に接続する位置よりも下流側の吸気通路である吸気マニホールド内に酸素濃度を検出する酸素濃度センサ７７を設置し、該酸素濃度センサ７７からの酸素濃度検出値に基づいて、酸素濃度判定手段７３では、第１実施形態の推定空気過剰率判定手段４９と同様に予め設定された酸素濃度閾値以下となったかを判定して、該閾値以下の時にはアクセル開度制限手段７５によって、最大アクセル開度信号の変化率が制限値を超えないようにアクセル開度信号を制御する。
酸素濃度センサ７７によって、ＥＧＲガス中の未燃焼空気量を含めて燃焼室に流入する酸素濃度を直接検出して燃料噴射量を制御するので、前記したような推定空気過剰率を算出するために吸気圧力、吸気温度等を検出して、所定の算出式を用いて制御するよりも制御が簡素化される。
また、排気スモーク発生の原因となる酸素濃度の低下を直接に検出して制御するので、排気スモークの発生を確実に抑制できる。
また、排気スモーク発生の原因となる酸素濃度の低下を直接に検出して制御するので、排気スモークの発生を確実に抑制できる。
なお、実施形態１〜３の説明において、アクセル開度信号の制御について説明したが、アクセル開度信号でなく、他の燃料噴射量の指令値であればよいことは勿論である。
本発明によれば、ＥＧＲ制御装置を備えた４サイクルガスエンジンにおいて、エンジン回転数の整定時における大幅な回転数の低下の発生を回避して、エンジンの始動性を向上する４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置を提供できる。
１ ディーゼルエンジン
３ シリンダ
９ 燃焼室
１３ 吸気通路
１９ 排気通路
２３ ＥＧＲ通路
２７ ＥＧＲ弁
３１ 燃料噴射弁
３３、５１、７１ コントロールユニット（燃料制御手段）
３５ エアフローメータ
３７ ＥＧＲガスフローメータ
４７ 推定空気過剰率算出手段
４９ 推定空気過剰率判定手段
５０、７５ アクセル開度信号制限手段
５２ 目標空気過剰率算出手段
５４ アクセル開度信号制御手段
７７ 酸素濃度センサ
３ シリンダ
９ 燃焼室
１３ 吸気通路
１９ 排気通路
２３ ＥＧＲ通路
２７ ＥＧＲ弁
３１ 燃料噴射弁
３３、５１、７１ コントロールユニット（燃料制御手段）
３５ エアフローメータ
３７ ＥＧＲガスフローメータ
４７ 推定空気過剰率算出手段
４９ 推定空気過剰率判定手段
５０、７５ アクセル開度信号制限手段
５２ 目標空気過剰率算出手段
５４ アクセル開度信号制御手段
７７ 酸素濃度センサ
Claims (6)
- エンジンの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流するＥＧＲ装置を有するディーゼルエンジンの燃料制御装置において、
アクセル開度の操作量に対応したアクセル開度信号に基づいて燃料噴射量が制御される燃料噴射装置と、
前記燃料噴射装置によってシリンダ内に噴射される燃料噴射量と吸入空気量とさらに吸気系に還流されるＥＧＲガス中の未燃焼空気量とを用いてシリンダ内の推定空気過剰率を算出する推定空気過剰率算出手段と、
前記推定空気過剰率算出手段によって算出された推定空気過剰率に基づいて急加速時の燃料噴射量を制御する燃料制御手段と、を備え、
前記燃料制御手段には、前記推定空気過剰率算出手段によって算出された推定空気過剰率が一定値以下の場合に、アクセル開度信号の最大変化率を一定値以下に制限するアクセル開度信号制限手段を有していることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料制御装置。 - 前記推定空気過剰率とアクセル開度信号の最大変化率とがあらかじめ関係付けられたテーブルを備えた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制御装置。
- エンジンの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流するＥＧＲ装置を有するディーゼルエンジンの燃料制御装置において、
燃料噴射装置によってシリンダ内に噴射される燃料噴射量と吸入空気量とさらに吸気系に還流されるＥＧＲガス中の未燃焼空気量とを用いてシリンダ内の推定空気過剰率を算出する推定空気過剰率算出手段を備え、
前記推定空気過剰率算出手段によって算出された推定空気過剰率に基づいて急加速時の燃料噴射量を制御する燃料制御手段を備え、
前記燃料制御手段には、前記推定空気過剰率算出手段によって算出された推定空気過剰率が予め設定された目標空気過剰率に追従するようにアクセル開度信号を補正するアクセル開度信号制御手段を有してい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制御装置。 - 前記目標空気過剰率はエンジン回転数と該回転数に対する目標燃料噴射量との関係からスモーク排出およびＮＯｘ排出が最も抑制される空気過剰率であることを特徴とする請求項３記載のディーゼルエンジンの燃料制御装置。
- 前記急加速時がアクセル開度信号の変化率が一定値以上の場合にだけ前記燃料噴射量の制御を行うことを特徴とする請求項１または３記載のディーゼルエンジンの燃料制御装置。
- 前記推定空気過剰率算出手段に代えて、ＥＧＲ通路が吸気通路に接続する位置よりも下流側の吸気通路内に酸素濃度を検出する酸素濃度センサを設置し、該酸素濃度センサからの酸素濃度検出値に基づいて急加速時の燃料噴射量を制御する燃料制御手段を備え、
前記燃料制御手段には、前記酸素濃度センサによって算出された酸素濃度が一定値以下の場合に、アクセル開度信号の最大変化率を一定値以下に制限するアクセル開度信号制限手段を有してい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制御装置。
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