JP3760480B2 - ディーゼルエンジンのｅｇｒ制御装置および方法 - Google Patents
ディーゼルエンジンのｅｇｒ制御装置および方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの車両において、加速時等における黒煙の発生を抑制するための、ＥＧＲ制御方法に関するものである（ＥＧＲ…Exhaust Gas Recirculation 、排気ガス再循環）。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガス中の窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を低減するための装置としては、排気の一部を吸気系へ還流するＥＧＲ装置が知られている。ＥＧＲ装置は、排気還流管の途中にＥＧＲバルブを設け、還流する時は開き（ＯＮ）、還流しない時は閉じる（ＯＦＦ）。
【０００３】
排気を還流すると、ＮＯｘは低減されるものの、黒煙が増加するという難点がある。そのため、ＥＧＲ制御は、エンジンの運転状態をみながら、ＮＯｘ低減を重視すべき時か黒煙抑制を重視すべき時かを勘案しながら行われている。電子制御式燃料噴射を行っているディーゼルエンジンでの、通常のＥＧＲ制御は、燃料の噴射量制御マップと関係づけて定めたＥＧＲバルブ制御マップに従って行われる。
【０００４】
図５は、ＥＧＲバルブ制御マップの１例を示す図である。横軸はエンジン回転数（Ｎ）であり、縦軸は燃料噴射量（Ｑ）である。曲線イは、アクセル全開時最大噴射量曲線であり、アクセル開度（Ｋ）が１００％（アクセルペダルを一杯に踏み込んだ状態）の時の、エンジン回転数と燃料噴射量との関係を示している。曲線ニは、ＥＧＲバルブ動作境界線であり、これと曲線イとの間の領域は、ＥＧＲバルブＯＦＦ領域Ｅ1 である。曲線ニより内側の領域は、ＥＧＲバルブＯＮ領域Ｅ2 である。
なお、ＥＧＲバルブ動作境界線は、エンジン運転状態がどのような時に、ＥＧＲバルブをＯＮした方がよいかＯＦＦした方がよいかにより、適宜定められる。
【０００５】
ところで、ディーゼルエンジンにおいては、加速時に排気還流を行うと黒煙が増えることが知られている。特に電子制御式燃料噴射が採用されているディーゼルエンジンにおいては、噴射量の変化にＥＧＲバルブの開閉速度が追従できないために、黒煙の発生が更に増加するという傾向がある。なぜなら、加速のために噴射量は既に増加されているのに、ＥＧＲバルブの閉じる速度が遅いので閉じ切ることが出来ず、その間は依然として排気還流が行われるからである。
【０００６】
そこで、特開平５−340310号公報には、加速時での黒煙発生を低減するための技術が提案されている。これは、エンジン回転数が所定の低回転数（ＮL 、例えば１０００ｒｐｍ）以下の場合に急加速した時は、その時から所定時間τだけＥＧＲバルブをＯＦＦする（閉じる）というものである。なお、急加速したかどうかの検出は、アクセル開度の変化率を算出し、それが所定値（ＤH ）以上になったかどうかで行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記した特開平５−340310号公報の技術では、所定の低回転数での急加速時における黒煙の増加は抑制できるものの、その条件から外れた運転時には抑制できないという問題点があった。そのような運転時の例としては、例えば、中〜高速回転数からの加速時，あるいは比較的ゆるやかな加速を行った時等がある。
黒煙やＮＯｘの低減に対する社会的要求や規制は、年々厳しさを増しており、特定の運転状態での低減だけでなく、どのような運転状態でも低減することが要求されて来ているが、前記従来技術では、そのような要求に応えることが出来ない。
【０００８】
仮に、前記従来技術を中〜高速回転数からの加速時等にも適用しようとして、設定している回転数ＮL やアクセル開度変化率ＤH の値を変えて適用すると、こんどはＮＯｘ発生量が多くなり過ぎてしまうという別の問題点が出て来てしまう。 なぜなら、中〜高速回転数からの加速時，あるいは比較的ゆるやかな加速時等は、低回転数での急加速時に比べてもともと黒煙の発生量は少ないのに、低回転数での急加速時と同様に決められた所定時間だけＥＧＲバルブがＯＦＦされることになるが、それではＯＦＦ期間が長すぎてＮＯｘが多くなるからである。かといって、高回転からの加速時に適するように所定時間を短くすると、低回転での加速時の黒煙が多くなってしまう。
本発明は、このような問題点を解決することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明では、エンジン回転数センサと、アクセル開度センサと、排気還流管の途中に設けたＥＧＲバルブと、エンジン回転数と燃料噴射量との組み合わせに対応させて前記ＥＧＲバルブのＯＮ，ＯＦＦを定めたＥＧＲバルブ制御マップを内蔵して前記ＥＧＲバルブのＯＮ，ＯＦＦを制御するコントローラとを具えたディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置において、エンジン回転数の小から大に至る範囲を複数に区分した区分範囲とアクセル開度変化率の小から大に至る範囲を複数に区分した区分範囲との組み合わせによりマップ上の領域を定め、各領域に対応させ、ＮＯｘの異常な増加を招くことなく黒煙を低減するという観点に立って前記ＥＧＲバルブを強制的にＯＦＦする時間を個別に定めたＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを前記コントローラに更に内蔵させるよう構成し、前記ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップより求められるＯＦＦ時間の値がゼロでない場合には、前記ＥＧＲバルブ制御マップによる制御よりも前記ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップによる制御を優先してＥＧＲ制御することとした。
【００１０】
また、本発明では、ディーゼルエンジンの排気還流管の途中に設けたＥＧＲバルブの制御を、エンジン回転数と燃料噴射量との組み合わせに対応させて前記ＥＧＲバルブのＯＮ，ＯＦＦを定めたＥＧＲバルブ制御マップに従って行うディーゼルエンジンのＥＧＲ制御方法において、エンジン回転数の小から大に至る範囲を複数に区分した区分範囲とアクセル開度変化率の小から大に至る範囲を複数に区分した区分範囲との組み合わせによりマップ上の領域を定め、各領域に対応させ、ＮＯｘの異常な増加を招くことなく黒煙を低減するという観点に立って前記ＥＧＲバルブを強制的にＯＦＦする時間を個別に定めたＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを別途設け、前記ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップより求められるＯＦＦ時間の値がゼロでない場合には、前記ＥＧＲバルブ制御マップによる制御よりも前記ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップによる制御を優先してＥＧＲ制御することとした。
【００１１】
【作 用】
通常のＥＧＲ制御に使用するＥＧＲバルブ制御マップの他に、新たにＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを設定する。ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップは、エンジン回転数とアクセル開度変化率との組み合わせに対応させて、黒煙の低減とＮＯｘの増加抑制の立場から、ＥＧＲバルブを強制的にＯＦＦする時間を定めたマップである。そして、ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップの方を優先して適用し、強制ＯＦＦ時間が０の時に、ＥＧＲバルブ制御マップの方を適用する。
これにより、低回転数での急加速時のみならず、中〜高速回転数からの加速時，あるいは比較的ゆるやかな加速時等でも、ＮＯｘの増加を抑制しつつ黒煙を低減することが可能となる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明の装置が適用されている電子制御式燃料噴射装置を示すブロック図である。１は噴射ポンプ、２はエンジン回転数センサ、３は燃料パイプ、４はエレクトリックガバナ、５はタイミングコントロールバルブ、６は燃料パイプ、７はコントローラ、７−１はタイマ、８はアクセル開度センサ、９はＥＧＲバルブ、１０はＥＧＲバルブセンサ、１２は吸気管、１３は噴射ノズル、１４はディーゼルエンジン、１５は排気還流管、１６は排気管、１７はターボチャージャである。なお、ＥＧＲバルブセンサ１０は、ＥＧＲバルブ９が閉じているか開いているかを検出するセンサである。
【００１３】
エンジンは、ターボチャージャ付きのディーゼルエンジンであるが、それが付いていないエンジンでも勿論適用可能である。エンジン１４への吸気は、ターボチャージャ１７によって過給される。燃料は燃料パイプ３より噴射ポンプ１へ供給され、燃料パイプ６を通って噴射ノズル１３へ送られ、ディーゼルエンジン１４内に噴射される。噴射量はエレクトリックガバナ４によって制御され、噴射時期はタイミングコントロールバルブ５によって制御される。
【００１４】
エレクトリックガバナ４やタイミングコントロールバルブ５への制御信号は、図示しない種々のセンサ等からの信号やコントローラ７内に予め設定されている制御マップに基づき、コントローラ７にて生成される。燃料噴射量は、エンジン回転数センサ２で検出したエンジン回転数、アクセル開度センサ８で検出したアクセル開度等を、コントローラ７内に設定してある噴射量制御マップに適用して求められる。コントローラ７には、計時を行うためのタイマ７−１が設けられるが、これはコントローラ７の外部に設けてもよい。
【００１５】
ＥＧＲ装置は、排気還流管１５とその途中に設けられたＥＧＲバルブ９とにより構成される。ＥＧＲ制御は、コントローラ７からの制御信号で、ＥＧＲバルブ９を開閉制御することによって行われる。コントローラ７には、従来から用いられている通常のＥＧＲバルブ制御マップ（図５参照）の他に、後で図６で説明するＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを、新たに設定しておく。これらのマップに基づいてＥＧＲバルブ９に対する制御信号を生成する。マップの適用の順序については、後で説明する。
まず、それぞれのマップについて説明する。
【００１６】
図４は、噴射量制御マップと共に描いたＥＧＲバルブ制御マップを示す図である。符号は図５のものに対応している。曲線ロは、アクセル開度（Ｋ）が８０％の時の噴射量を求める曲線であり、曲線ハは１５％の時の噴射量を求める曲線である。因みに、検出されたエンジン回転数がＮA でアクセル開度が１５％である時（動作点がＡ点である時）には、噴射すべき燃料の量はＱA と求められる。
このマップに従えば、動作点Ａは、ＥＧＲバルブＯＮ領域Ｅ2 内に位置しているから、コントローラ７からＥＧＲバルブ９に対しては、ＯＮ（開く）信号が発せられ、排気還流がなされる。動作点がＣのようにＥＧＲバルブＯＦＦ領域Ｅ1 内に位置している場合は、ＯＦＦ（閉じる）信号が発せられ、排気還流は停止される。
【００１７】
図６は、ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを示す図である。横軸はエンジン回転数（Ｎ）、縦軸はアクセル開度変化率（Ｄ）である。アクセル開度変化率Ｄとは、単位時間におけるアクセル開度の変化量である。例えば、Δｔ秒の間にアクセル開度がＫ1 →Ｋ2 へ変化したとすると、Ｄは次式で求められる。
Ｄ＝（Ｋ2 −Ｋ1 ）／Δｔ
【００１８】
このマップは、エンジン回転数Ｎとアクセル開度変化率Ｄとで領域を分け、各領域の運転状況を考慮して、ＥＧＲバルブ９を強制的にＯＦＦする時間を設定したものである。強制ＯＦＦ時間の長さは、その領域に対応する運転状況を考慮に入れつつ、ＮＯｘの異常な増加を招くことなく黒煙を低減するという立場に立って設定する。
【００１９】
例えば、領域イは、エンジン回転数が０〜Ｎ1 の範囲にあり且つアクセル開度変化率が０〜Ｄ1 の範囲にある運転状況に対応しているが、この時の強制ＯＦＦ時間は０（ゼロ）と設定してある。即ち、強制ＯＦＦはしない。他方、領域ロは、エンジン回転数が０〜Ｎ1 の範囲にあり且つアクセル開度変化率がＤ3 〜Ｄ4 の範囲にある運転状況に対応しているが、この時の強制ＯＦＦ時間はＴ3 と設定してある。
このように、Ｔ 3 は領域ロに対して設定された強制ＯＦＦ時間を表しているわけであるが、Ｔ 1 ，Ｔ 2 ，Ｔ 4 〜Ｔ 12 も、同様にそれらが書き込まれている領域に対して設定された強制ＯＦＦ時間を表している。
【００２０】
図１は、本発明のディーゼルエンジンのＥＧＲ制御方法を説明するフローチャートである。本発明のＥＧＲ制御方法では、まずＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップの方を優先して適用し、それで求めた強制ＯＦＦ時間が０であった時に、ＥＧＲバルブ制御マップを適用する。
【００２１】
ステップ１…まず、図２のアクセル開度センサ８で検出したアクセル開度を読み込む。この時のアクセル開度をＫ1 とする。
ステップ２…次に、エンジン回転数センサ２で検出したエンジン回転数Ｎを読み込む。
【００２２】
ステップ３…タイマ７−１で計時を開始する。
ステップ４…予め定めてある時間Δｔ秒が、経過したかどうか調べる。Δｔ秒とは、例えば、２０ｍｓｅｃ程度の時間である。なお、タイマ７−１は、時間Δｔを計時したらリセットされる。
ステップ５…Δｔ経過時のアクセル開度Ｋ2 を読み込む。
ステップ６…アクセル開度変化率Ｄを、Ｄ＝（Ｋ2 −Ｋ1 ）／Δｔで算出する。
【００２３】
ステップ７…算出したアクセル開度変化率Ｄとステップ２で読み込んだエンジン回転数Ｎとを、図６のＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップに当てはめて、ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間Ｔを求める。
ステップ８…求めた時間Ｔが０より大かどうか調べる。０であれば、ＥＧＲバルブ制御マップによる通常のＥＧＲ制御を行うべく、ステップ１３へ進む。
ステップ９…Ｔが０より大であれば、その時間ＴだけＥＧＲバルブ９を強制的にＯＦＦせよということであるから、ＥＧＲバルブ９に対してＯＦＦせよとの制御信号を発する。
【００２４】
ステップ１０…ＥＧＲバルブ９がＯＦＦとなったかどうかを、ＥＧＲバルブセンサ１０からの検出信号によって調べる。
ステップ１１…ＯＦＦになっていれば、タイマ７−１で時間Ｔの計時を開始する。（なお、ＥＧＲバルブ９がＯＮからＯＦＦになるまでに要する時間をＴ0 とすると、Ｔ0 はＥＧＲバルブ９の機械的構造より決まる略一定時間であるから、タイマ７−１による計時をステップ９のＯＦＦ信号が出力された時から開始することとし、計時する時間の長さをＴ0 ＋Ｔとしてもよい。そのようにした場合は、ＥＧＲバルブセンサ１０を設ける必要はなくなる。）
ステップ１２…時間Ｔが経過したかどうか調べ、経過したら、ＥＧＲバルブ制御マップによる通常のＥＧＲ制御を行うべく、ステップ１３へ進む。なお、タイマ７−１は、時間Ｔを計時したらリセットされる。
【００２５】
ステップ１３…アクセル開度を読み込む。
ステップ１４…エンジン回転数を読み込む。
ステップ１５…これらを図５のＥＧＲバルブ制御マップに適用し、ＥＧＲバルブ９をＯＮすべきかＯＦＦすべきか決定する。動作点がＥＧＲバルブＯＦＦ領域Ｅ1 内にあればＯＦＦとし、ＥＧＲバルブＯＮ領域Ｅ2 内にあればＯＮとする。
ステップ１６…その決定に従い、ＥＧＲバルブ９に対して制御信号を発する。
【００２６】
次に、本発明を適用した場合のエンジンに関係する各種の量の変化を、図３によって説明する。図３（イ）はアクセル開度の変化を示し、図３（ロ），（ハ），（ニ），（ホ），（ヘ）は、それぞれ燃料噴射量の変化，エンジン回転数の変化，ＥＧＲバルブのＯＮ，ＯＦＦ変化，黒煙発生量の変化，ＮＯｘ発生量の変化を示している。ｔ0 〜ｔ4 は時間であり、図３（ニ）のＴ0 は、ＥＧＲバルブ９がＯＮからＯＦＦするまでに要する時間であり、Ｔは強制ＯＦＦ時間である。
【００２７】
図３（イ）は、ＫA であったアクセル開度が、アクセルペダル踏み込みにより、時間ｔ0 より増大され始めたことを示している。変化するアクセル開度は刻々と検出され、アクセル開度変化率Ｄの算出が繰り返される。そして、時間ｔ1 で算出されたアクセル開度変化率（点Ｐのアクセル開度変化率）を基に、図６のマップより強制ＯＦＦ時間Ｔを求めたところ、その値が０より大きい値であったとする。
すると、ＥＧＲバルブ９にＯＦＦせよとの信号が発せられて、図３（ニ）に示すように、ＥＧＲバルブ９はＯＦＦに向かって作動し始める。機械的なバルブが動作して閉じる関係上、完全にＯＦＦするまでにはＴ0 の時間を要するが、ＯＦＦしてから強制ＯＦＦ時間ＴだけＯＦＦが継続される。その後は、ＥＧＲバルブ制御マップの通常の制御によって、ＯＮとするかＯＦＦとするかが決められる（図３（ニ）の一点鎖線参照）。
【００２８】
アクセル開度ＫA ＝１５％，エンジン回転数＝ＮA であったとすると、図４での動作点は曲線ハ上のＡとなり、噴射量はＱA である。今回アクセルペダルが踏み込まれてアクセル開度がＫC に増大され（例えば、９５％程度に）、動作点がＣに移るようなものであったとすると、噴射量は、最終的には動作点Ｃに対応したＱC に増大される。
【００２９】
図４では、動作点はＡ→Ｐ→Ｂ→Ｃというように移動する。図６のＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップで求めた時間Ｔが、動作点Ｐのところで０より大となると、ＥＧＲバルブＯＮ領域Ｅ2 を抜け出す動作点Ｂを待つことなく、ＥＧＲバルブ９はＯＦＦさせられ始める。
図３（ロ）は、これらの動作点と噴射量との関係を示したものであるが、噴射量が点Ｐに対応するＱP となった時に、ＥＧＲバルブ９のＯＦＦが開始される。
【００３０】
この間は噴射量が急増されつつある期間なので、ＥＧＲバルブ９をＯＮしておくと黒煙が増大するが、本発明では早めに（動作点Ｂではなく動作点Ｐで）ＯＦＦが指令され、しかもＯＦＦした後も、運転状況を考慮しつつ噴射量の急増が続いていると思われる時間だけ強制的にＯＦＦを継続するので、黒煙の発生が低減されると共に、ＮＯｘの増加も抑制される（図３（ホ），（ヘ）のｔ3 以降参照）。
動作点がＰである場合、ＰはＥＧＲバルブ動作境界線ニの内側にあるから、従来の制御ではＥＧＲバルブはＯＮされている。しかし、本発明では、上述したように所定時間だけ強制的にＯＦＦされ、その後ＯＮに戻るという具合に制御される。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明のディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置および方法によれば、通常のＥＧＲ制御に使用するＥＧＲバルブ制御マップの他に、ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを新たに設け、ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップの方を優先して適用するようにしたので、低回転数での急加速時のみならず、中〜高速回転数からの加速時，あるいは比較的ゆるやかな加速時等でも、ＮＯｘの増加を抑制しつつ黒煙を低減することが出来るようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のディーゼルエンジンのＥＧＲ制御方法を説明するフローチャート
【図２】 本発明のディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置が適用されている電子制御式燃料噴射装置を示すブロック図
【図３】 本発明を適用した場合のエンジンに関係する各種の量の変化を示す図
【図４】 噴射量制御マップと共に描いたＥＧＲバルブ制御マップを示す図
【図５】 ＥＧＲバルブ制御マップを示す図
【図６】 ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを示す図
【符号の説明】
１…噴射ポンプ、２…エンジン回転数センサ、３…燃料パイプ、４…エレクトリックガバナ、５…タイミングコントロールバルブ、６…燃料パイプ、７…コントローラ、７−１…タイマ、８…アクセル開度センサ、９…ＥＧＲバルブ、１０…ＥＧＲバルブセンサ、１２…吸気管、１３…噴射ノズル、１４…ディーゼルエンジン、１５…排気還流管、１６…排気管、１７…ターボチャージャ
【産業上の利用分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの車両において、加速時等における黒煙の発生を抑制するための、ＥＧＲ制御方法に関するものである（ＥＧＲ…Exhaust Gas Recirculation 、排気ガス再循環）。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガス中の窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を低減するための装置としては、排気の一部を吸気系へ還流するＥＧＲ装置が知られている。ＥＧＲ装置は、排気還流管の途中にＥＧＲバルブを設け、還流する時は開き（ＯＮ）、還流しない時は閉じる（ＯＦＦ）。
【０００３】
排気を還流すると、ＮＯｘは低減されるものの、黒煙が増加するという難点がある。そのため、ＥＧＲ制御は、エンジンの運転状態をみながら、ＮＯｘ低減を重視すべき時か黒煙抑制を重視すべき時かを勘案しながら行われている。電子制御式燃料噴射を行っているディーゼルエンジンでの、通常のＥＧＲ制御は、燃料の噴射量制御マップと関係づけて定めたＥＧＲバルブ制御マップに従って行われる。
【０００４】
図５は、ＥＧＲバルブ制御マップの１例を示す図である。横軸はエンジン回転数（Ｎ）であり、縦軸は燃料噴射量（Ｑ）である。曲線イは、アクセル全開時最大噴射量曲線であり、アクセル開度（Ｋ）が１００％（アクセルペダルを一杯に踏み込んだ状態）の時の、エンジン回転数と燃料噴射量との関係を示している。曲線ニは、ＥＧＲバルブ動作境界線であり、これと曲線イとの間の領域は、ＥＧＲバルブＯＦＦ領域Ｅ1 である。曲線ニより内側の領域は、ＥＧＲバルブＯＮ領域Ｅ2 である。
なお、ＥＧＲバルブ動作境界線は、エンジン運転状態がどのような時に、ＥＧＲバルブをＯＮした方がよいかＯＦＦした方がよいかにより、適宜定められる。
【０００５】
ところで、ディーゼルエンジンにおいては、加速時に排気還流を行うと黒煙が増えることが知られている。特に電子制御式燃料噴射が採用されているディーゼルエンジンにおいては、噴射量の変化にＥＧＲバルブの開閉速度が追従できないために、黒煙の発生が更に増加するという傾向がある。なぜなら、加速のために噴射量は既に増加されているのに、ＥＧＲバルブの閉じる速度が遅いので閉じ切ることが出来ず、その間は依然として排気還流が行われるからである。
【０００６】
そこで、特開平５−340310号公報には、加速時での黒煙発生を低減するための技術が提案されている。これは、エンジン回転数が所定の低回転数（ＮL 、例えば１０００ｒｐｍ）以下の場合に急加速した時は、その時から所定時間τだけＥＧＲバルブをＯＦＦする（閉じる）というものである。なお、急加速したかどうかの検出は、アクセル開度の変化率を算出し、それが所定値（ＤH ）以上になったかどうかで行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記した特開平５−340310号公報の技術では、所定の低回転数での急加速時における黒煙の増加は抑制できるものの、その条件から外れた運転時には抑制できないという問題点があった。そのような運転時の例としては、例えば、中〜高速回転数からの加速時，あるいは比較的ゆるやかな加速を行った時等がある。
黒煙やＮＯｘの低減に対する社会的要求や規制は、年々厳しさを増しており、特定の運転状態での低減だけでなく、どのような運転状態でも低減することが要求されて来ているが、前記従来技術では、そのような要求に応えることが出来ない。
【０００８】
仮に、前記従来技術を中〜高速回転数からの加速時等にも適用しようとして、設定している回転数ＮL やアクセル開度変化率ＤH の値を変えて適用すると、こんどはＮＯｘ発生量が多くなり過ぎてしまうという別の問題点が出て来てしまう。 なぜなら、中〜高速回転数からの加速時，あるいは比較的ゆるやかな加速時等は、低回転数での急加速時に比べてもともと黒煙の発生量は少ないのに、低回転数での急加速時と同様に決められた所定時間だけＥＧＲバルブがＯＦＦされることになるが、それではＯＦＦ期間が長すぎてＮＯｘが多くなるからである。かといって、高回転からの加速時に適するように所定時間を短くすると、低回転での加速時の黒煙が多くなってしまう。
本発明は、このような問題点を解決することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明では、エンジン回転数センサと、アクセル開度センサと、排気還流管の途中に設けたＥＧＲバルブと、エンジン回転数と燃料噴射量との組み合わせに対応させて前記ＥＧＲバルブのＯＮ，ＯＦＦを定めたＥＧＲバルブ制御マップを内蔵して前記ＥＧＲバルブのＯＮ，ＯＦＦを制御するコントローラとを具えたディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置において、エンジン回転数の小から大に至る範囲を複数に区分した区分範囲とアクセル開度変化率の小から大に至る範囲を複数に区分した区分範囲との組み合わせによりマップ上の領域を定め、各領域に対応させ、ＮＯｘの異常な増加を招くことなく黒煙を低減するという観点に立って前記ＥＧＲバルブを強制的にＯＦＦする時間を個別に定めたＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを前記コントローラに更に内蔵させるよう構成し、前記ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップより求められるＯＦＦ時間の値がゼロでない場合には、前記ＥＧＲバルブ制御マップによる制御よりも前記ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップによる制御を優先してＥＧＲ制御することとした。
【００１０】
また、本発明では、ディーゼルエンジンの排気還流管の途中に設けたＥＧＲバルブの制御を、エンジン回転数と燃料噴射量との組み合わせに対応させて前記ＥＧＲバルブのＯＮ，ＯＦＦを定めたＥＧＲバルブ制御マップに従って行うディーゼルエンジンのＥＧＲ制御方法において、エンジン回転数の小から大に至る範囲を複数に区分した区分範囲とアクセル開度変化率の小から大に至る範囲を複数に区分した区分範囲との組み合わせによりマップ上の領域を定め、各領域に対応させ、ＮＯｘの異常な増加を招くことなく黒煙を低減するという観点に立って前記ＥＧＲバルブを強制的にＯＦＦする時間を個別に定めたＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを別途設け、前記ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップより求められるＯＦＦ時間の値がゼロでない場合には、前記ＥＧＲバルブ制御マップによる制御よりも前記ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップによる制御を優先してＥＧＲ制御することとした。
【００１１】
【作 用】
通常のＥＧＲ制御に使用するＥＧＲバルブ制御マップの他に、新たにＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを設定する。ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップは、エンジン回転数とアクセル開度変化率との組み合わせに対応させて、黒煙の低減とＮＯｘの増加抑制の立場から、ＥＧＲバルブを強制的にＯＦＦする時間を定めたマップである。そして、ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップの方を優先して適用し、強制ＯＦＦ時間が０の時に、ＥＧＲバルブ制御マップの方を適用する。
これにより、低回転数での急加速時のみならず、中〜高速回転数からの加速時，あるいは比較的ゆるやかな加速時等でも、ＮＯｘの増加を抑制しつつ黒煙を低減することが可能となる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図２は、本発明の装置が適用されている電子制御式燃料噴射装置を示すブロック図である。１は噴射ポンプ、２はエンジン回転数センサ、３は燃料パイプ、４はエレクトリックガバナ、５はタイミングコントロールバルブ、６は燃料パイプ、７はコントローラ、７−１はタイマ、８はアクセル開度センサ、９はＥＧＲバルブ、１０はＥＧＲバルブセンサ、１２は吸気管、１３は噴射ノズル、１４はディーゼルエンジン、１５は排気還流管、１６は排気管、１７はターボチャージャである。なお、ＥＧＲバルブセンサ１０は、ＥＧＲバルブ９が閉じているか開いているかを検出するセンサである。
【００１３】
エンジンは、ターボチャージャ付きのディーゼルエンジンであるが、それが付いていないエンジンでも勿論適用可能である。エンジン１４への吸気は、ターボチャージャ１７によって過給される。燃料は燃料パイプ３より噴射ポンプ１へ供給され、燃料パイプ６を通って噴射ノズル１３へ送られ、ディーゼルエンジン１４内に噴射される。噴射量はエレクトリックガバナ４によって制御され、噴射時期はタイミングコントロールバルブ５によって制御される。
【００１４】
エレクトリックガバナ４やタイミングコントロールバルブ５への制御信号は、図示しない種々のセンサ等からの信号やコントローラ７内に予め設定されている制御マップに基づき、コントローラ７にて生成される。燃料噴射量は、エンジン回転数センサ２で検出したエンジン回転数、アクセル開度センサ８で検出したアクセル開度等を、コントローラ７内に設定してある噴射量制御マップに適用して求められる。コントローラ７には、計時を行うためのタイマ７−１が設けられるが、これはコントローラ７の外部に設けてもよい。
【００１５】
ＥＧＲ装置は、排気還流管１５とその途中に設けられたＥＧＲバルブ９とにより構成される。ＥＧＲ制御は、コントローラ７からの制御信号で、ＥＧＲバルブ９を開閉制御することによって行われる。コントローラ７には、従来から用いられている通常のＥＧＲバルブ制御マップ（図５参照）の他に、後で図６で説明するＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを、新たに設定しておく。これらのマップに基づいてＥＧＲバルブ９に対する制御信号を生成する。マップの適用の順序については、後で説明する。
まず、それぞれのマップについて説明する。
【００１６】
図４は、噴射量制御マップと共に描いたＥＧＲバルブ制御マップを示す図である。符号は図５のものに対応している。曲線ロは、アクセル開度（Ｋ）が８０％の時の噴射量を求める曲線であり、曲線ハは１５％の時の噴射量を求める曲線である。因みに、検出されたエンジン回転数がＮA でアクセル開度が１５％である時（動作点がＡ点である時）には、噴射すべき燃料の量はＱA と求められる。
このマップに従えば、動作点Ａは、ＥＧＲバルブＯＮ領域Ｅ2 内に位置しているから、コントローラ７からＥＧＲバルブ９に対しては、ＯＮ（開く）信号が発せられ、排気還流がなされる。動作点がＣのようにＥＧＲバルブＯＦＦ領域Ｅ1 内に位置している場合は、ＯＦＦ（閉じる）信号が発せられ、排気還流は停止される。
【００１７】
図６は、ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを示す図である。横軸はエンジン回転数（Ｎ）、縦軸はアクセル開度変化率（Ｄ）である。アクセル開度変化率Ｄとは、単位時間におけるアクセル開度の変化量である。例えば、Δｔ秒の間にアクセル開度がＫ1 →Ｋ2 へ変化したとすると、Ｄは次式で求められる。
Ｄ＝（Ｋ2 −Ｋ1 ）／Δｔ
【００１８】
このマップは、エンジン回転数Ｎとアクセル開度変化率Ｄとで領域を分け、各領域の運転状況を考慮して、ＥＧＲバルブ９を強制的にＯＦＦする時間を設定したものである。強制ＯＦＦ時間の長さは、その領域に対応する運転状況を考慮に入れつつ、ＮＯｘの異常な増加を招くことなく黒煙を低減するという立場に立って設定する。
【００１９】
例えば、領域イは、エンジン回転数が０〜Ｎ1 の範囲にあり且つアクセル開度変化率が０〜Ｄ1 の範囲にある運転状況に対応しているが、この時の強制ＯＦＦ時間は０（ゼロ）と設定してある。即ち、強制ＯＦＦはしない。他方、領域ロは、エンジン回転数が０〜Ｎ1 の範囲にあり且つアクセル開度変化率がＤ3 〜Ｄ4 の範囲にある運転状況に対応しているが、この時の強制ＯＦＦ時間はＴ3 と設定してある。
このように、Ｔ 3 は領域ロに対して設定された強制ＯＦＦ時間を表しているわけであるが、Ｔ 1 ，Ｔ 2 ，Ｔ 4 〜Ｔ 12 も、同様にそれらが書き込まれている領域に対して設定された強制ＯＦＦ時間を表している。
【００２０】
図１は、本発明のディーゼルエンジンのＥＧＲ制御方法を説明するフローチャートである。本発明のＥＧＲ制御方法では、まずＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップの方を優先して適用し、それで求めた強制ＯＦＦ時間が０であった時に、ＥＧＲバルブ制御マップを適用する。
【００２１】
ステップ１…まず、図２のアクセル開度センサ８で検出したアクセル開度を読み込む。この時のアクセル開度をＫ1 とする。
ステップ２…次に、エンジン回転数センサ２で検出したエンジン回転数Ｎを読み込む。
【００２２】
ステップ３…タイマ７−１で計時を開始する。
ステップ４…予め定めてある時間Δｔ秒が、経過したかどうか調べる。Δｔ秒とは、例えば、２０ｍｓｅｃ程度の時間である。なお、タイマ７−１は、時間Δｔを計時したらリセットされる。
ステップ５…Δｔ経過時のアクセル開度Ｋ2 を読み込む。
ステップ６…アクセル開度変化率Ｄを、Ｄ＝（Ｋ2 −Ｋ1 ）／Δｔで算出する。
【００２３】
ステップ７…算出したアクセル開度変化率Ｄとステップ２で読み込んだエンジン回転数Ｎとを、図６のＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップに当てはめて、ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間Ｔを求める。
ステップ８…求めた時間Ｔが０より大かどうか調べる。０であれば、ＥＧＲバルブ制御マップによる通常のＥＧＲ制御を行うべく、ステップ１３へ進む。
ステップ９…Ｔが０より大であれば、その時間ＴだけＥＧＲバルブ９を強制的にＯＦＦせよということであるから、ＥＧＲバルブ９に対してＯＦＦせよとの制御信号を発する。
【００２４】
ステップ１０…ＥＧＲバルブ９がＯＦＦとなったかどうかを、ＥＧＲバルブセンサ１０からの検出信号によって調べる。
ステップ１１…ＯＦＦになっていれば、タイマ７−１で時間Ｔの計時を開始する。（なお、ＥＧＲバルブ９がＯＮからＯＦＦになるまでに要する時間をＴ0 とすると、Ｔ0 はＥＧＲバルブ９の機械的構造より決まる略一定時間であるから、タイマ７−１による計時をステップ９のＯＦＦ信号が出力された時から開始することとし、計時する時間の長さをＴ0 ＋Ｔとしてもよい。そのようにした場合は、ＥＧＲバルブセンサ１０を設ける必要はなくなる。）
ステップ１２…時間Ｔが経過したかどうか調べ、経過したら、ＥＧＲバルブ制御マップによる通常のＥＧＲ制御を行うべく、ステップ１３へ進む。なお、タイマ７−１は、時間Ｔを計時したらリセットされる。
【００２５】
ステップ１３…アクセル開度を読み込む。
ステップ１４…エンジン回転数を読み込む。
ステップ１５…これらを図５のＥＧＲバルブ制御マップに適用し、ＥＧＲバルブ９をＯＮすべきかＯＦＦすべきか決定する。動作点がＥＧＲバルブＯＦＦ領域Ｅ1 内にあればＯＦＦとし、ＥＧＲバルブＯＮ領域Ｅ2 内にあればＯＮとする。
ステップ１６…その決定に従い、ＥＧＲバルブ９に対して制御信号を発する。
【００２６】
次に、本発明を適用した場合のエンジンに関係する各種の量の変化を、図３によって説明する。図３（イ）はアクセル開度の変化を示し、図３（ロ），（ハ），（ニ），（ホ），（ヘ）は、それぞれ燃料噴射量の変化，エンジン回転数の変化，ＥＧＲバルブのＯＮ，ＯＦＦ変化，黒煙発生量の変化，ＮＯｘ発生量の変化を示している。ｔ0 〜ｔ4 は時間であり、図３（ニ）のＴ0 は、ＥＧＲバルブ９がＯＮからＯＦＦするまでに要する時間であり、Ｔは強制ＯＦＦ時間である。
【００２７】
図３（イ）は、ＫA であったアクセル開度が、アクセルペダル踏み込みにより、時間ｔ0 より増大され始めたことを示している。変化するアクセル開度は刻々と検出され、アクセル開度変化率Ｄの算出が繰り返される。そして、時間ｔ1 で算出されたアクセル開度変化率（点Ｐのアクセル開度変化率）を基に、図６のマップより強制ＯＦＦ時間Ｔを求めたところ、その値が０より大きい値であったとする。
すると、ＥＧＲバルブ９にＯＦＦせよとの信号が発せられて、図３（ニ）に示すように、ＥＧＲバルブ９はＯＦＦに向かって作動し始める。機械的なバルブが動作して閉じる関係上、完全にＯＦＦするまでにはＴ0 の時間を要するが、ＯＦＦしてから強制ＯＦＦ時間ＴだけＯＦＦが継続される。その後は、ＥＧＲバルブ制御マップの通常の制御によって、ＯＮとするかＯＦＦとするかが決められる（図３（ニ）の一点鎖線参照）。
【００２８】
アクセル開度ＫA ＝１５％，エンジン回転数＝ＮA であったとすると、図４での動作点は曲線ハ上のＡとなり、噴射量はＱA である。今回アクセルペダルが踏み込まれてアクセル開度がＫC に増大され（例えば、９５％程度に）、動作点がＣに移るようなものであったとすると、噴射量は、最終的には動作点Ｃに対応したＱC に増大される。
【００２９】
図４では、動作点はＡ→Ｐ→Ｂ→Ｃというように移動する。図６のＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップで求めた時間Ｔが、動作点Ｐのところで０より大となると、ＥＧＲバルブＯＮ領域Ｅ2 を抜け出す動作点Ｂを待つことなく、ＥＧＲバルブ９はＯＦＦさせられ始める。
図３（ロ）は、これらの動作点と噴射量との関係を示したものであるが、噴射量が点Ｐに対応するＱP となった時に、ＥＧＲバルブ９のＯＦＦが開始される。
【００３０】
この間は噴射量が急増されつつある期間なので、ＥＧＲバルブ９をＯＮしておくと黒煙が増大するが、本発明では早めに（動作点Ｂではなく動作点Ｐで）ＯＦＦが指令され、しかもＯＦＦした後も、運転状況を考慮しつつ噴射量の急増が続いていると思われる時間だけ強制的にＯＦＦを継続するので、黒煙の発生が低減されると共に、ＮＯｘの増加も抑制される（図３（ホ），（ヘ）のｔ3 以降参照）。
動作点がＰである場合、ＰはＥＧＲバルブ動作境界線ニの内側にあるから、従来の制御ではＥＧＲバルブはＯＮされている。しかし、本発明では、上述したように所定時間だけ強制的にＯＦＦされ、その後ＯＮに戻るという具合に制御される。
【００３１】
【発明の効果】
以上述べた如く、本発明のディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置および方法によれば、通常のＥＧＲ制御に使用するＥＧＲバルブ制御マップの他に、ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを新たに設け、ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップの方を優先して適用するようにしたので、低回転数での急加速時のみならず、中〜高速回転数からの加速時，あるいは比較的ゆるやかな加速時等でも、ＮＯｘの増加を抑制しつつ黒煙を低減することが出来るようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のディーゼルエンジンのＥＧＲ制御方法を説明するフローチャート
【図２】 本発明のディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置が適用されている電子制御式燃料噴射装置を示すブロック図
【図３】 本発明を適用した場合のエンジンに関係する各種の量の変化を示す図
【図４】 噴射量制御マップと共に描いたＥＧＲバルブ制御マップを示す図
【図５】 ＥＧＲバルブ制御マップを示す図
【図６】 ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを示す図
【符号の説明】
１…噴射ポンプ、２…エンジン回転数センサ、３…燃料パイプ、４…エレクトリックガバナ、５…タイミングコントロールバルブ、６…燃料パイプ、７…コントローラ、７−１…タイマ、８…アクセル開度センサ、９…ＥＧＲバルブ、１０…ＥＧＲバルブセンサ、１２…吸気管、１３…噴射ノズル、１４…ディーゼルエンジン、１５…排気還流管、１６…排気管、１７…ターボチャージャ
Claims (2)
- エンジン回転数センサと、アクセル開度センサと、排気還流管の途中に設けたＥＧＲバルブと、エンジン回転数と燃料噴射量との組み合わせに対応させて前記ＥＧＲバルブのＯＮ，ＯＦＦを定めたＥＧＲバルブ制御マップを内蔵して前記ＥＧＲバルブのＯＮ，ＯＦＦを制御するコントローラとを具えたディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置において、
エンジン回転数の小から大に至る範囲を複数に区分した区分範囲とアクセル開度変化率の小から大に至る範囲を複数に区分した区分範囲との組み合わせによりマップ上の領域を定め、各領域に対応させ、ＮＯｘの異常な増加を招くことなく黒煙を低減するという観点に立って前記ＥＧＲバルブを強制的にＯＦＦする時間を個別に定めたＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを前記コントローラに更に内蔵させるよう構成し、
前記ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップより求められるＯＦＦ時間の値がゼロでない場合には、前記ＥＧＲバルブ制御マップによる制御よりも前記ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップによる制御を優先してＥＧＲ制御するようにした
ことを特徴とするディーゼルエンジンのＥＧＲ制御装置。 - ディーゼルエンジンの排気還流管の途中に設けたＥＧＲバルブの制御を、エンジン回転数と燃料噴射量との組み合わせに対応させて前記ＥＧＲバルブのＯＮ，ＯＦＦを定めたＥＧＲバルブ制御マップに従って行うディーゼルエンジンのＥＧＲ制御方法において、
エンジン回転数の小から大に至る範囲を複数に区分した区分範囲とアクセル開度変化率の小から大に至る範囲を複数に区分した区分範囲との組み合わせによりマップ上の領域を定め、各領域に対応させ、ＮＯｘの異常な増加を招くことなく黒煙を低減するという観点に立って前記ＥＧＲバルブを強制的にＯＦＦする時間を個別に定めたＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップを別途設け、前記ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップより求められるＯＦＦ時間の値がゼロでない場合には、前記ＥＧＲバルブ制御マップによる制御よりも前記ＥＧＲバルブ強制ＯＦＦ時間マップによる制御を優先してＥＧＲ制御するようにした
ことを特徴とするディーゼルエンジンのＥＧＲ制御方法。
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