JP3945240B2

JP3945240B2 - ディーゼルエンジンの制御装置

Info

Publication number: JP3945240B2
Application number: JP2001381172A
Authority: JP
Inventors: 和雄小林; 寛原口; 利雄近藤; 英嗣竹本
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2021-12-14
Also published as: JP2002327643A; DE10208426A1; DE10208426B4

Description

【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制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ディーゼルエンジンでは、アクセル開度とエンジン回転数とに基づいて燃料噴射量を決定し、この燃料噴射量によってエンジンの発生トルクを制御している。一方、シリンダに吸入される空気量は、ＥＧＲバルブから還流するＥＧＲガス量とのバランスで決まる。従って、ディーゼルエンジンでは、先ず燃料噴射量が決定され、次に空気量がＥＧＲ制御との関連で決まる（これを説明の都合上、燃料優先制御と呼ぶ）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、ディーゼルの後処理技術が発達してきており、ディーゼルＮＯｘ触媒やＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）の再生制御のため、また新しい燃焼形態を実現するために、排気ガスのＯ₂濃度を目標値に精度良く一致させる要求が高まってきた。
しかしながら、従来の燃料優先制御では、応答性の早い燃料制御に応答性の遅い空気制御を合わせ込もうとするため、燃焼毎の排気Ｏ₂濃度が制御できなかったり、過渡時の排気Ｏ₂濃度が目標値からずれてしまい、精度良く排気Ｏ₂濃度を目標値に制御することが困難であった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、精度良く排気Ｏ₂濃度を制御できるディーゼルエンジンの制御装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の手段）
本発明は、エンジンの運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率算出手段と、このＥＧＲ率算出手段で算出された目標ＥＧＲ率が得られる様に、ＥＧＲ機能に具備されるＥＧＲバルブを制御するＥＧＲ制御手段と、エンジンに吸入されるＥＧＲガスを含む酸素量を推定する酸素量推定手段と、エンジンの運転状態に基づいて排気ガスの目標排気Ｏ_２濃度を設定する排気Ｏ_２濃度設定手段と、この排気Ｏ_２濃度設定手段で設定された目標排気Ｏ_２濃度が得られる様に、酸素量推定手段で推定された酸素量から燃料噴射量を算出する噴射量算出手段とを備えている。
そして、ＥＧＲバルブの制御方法を、現在のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率と等しくなる様に偏差を学習し、その偏差をオープン制御時の操作量に加える学習制御機能付オープンループ制御、もしくは目標物理値に収束するためのフィードバック制御量のゲインを十分に小さく設定したフィードバック制御の何れかで行う。
【０００５】
この構成では、エンジンに吸入される酸素量（ＥＧＲガスを含む）を推定し、その酸素量から燃料噴射量を決定しているので、応答性の遅い空気制御に応答性の早い燃料制御を合わせることができる。その結果、従来までの燃料優先制御と比較して、排気Ｏ_２濃度を精度良く目標値に制御することができる。
ところで、従来は、ＥＧＲバルブの応答性を向上させ、新気量の応答性を上げることにより、目標排気Ｏ _２濃度になるように制御している。このため、フィードバックのゲインを高く設定する必要があり、空気量がふらつく状況が存在した。従って、目標排気Ｏ _２濃度になる様に燃料量を制御する場合には、空気量のふらつきによって燃料量が変動してしまい、ドライバビリティが悪化する問題が生じる。これに対し、本発明の制御方法によれば、ＥＧＲバルブ制御量のふらつきを抑えることができるので、燃料量のふらつきを抑えることができ、良好なドライバビリティを得ることが可能である。
【０００６】
（請求項２の手段）
請求項１に記載したディーゼルエンジンの制御装置において、
排気経路に排気ガスのＯ₂濃度を検出するＯ₂センサが設置され、このＯ₂センサで検出される排気Ｏ₂濃度が目標排気Ｏ₂濃度に収束する様に、噴射量算出手段で算出された燃料噴射量を補正する。
この場合、推定される酸素量や燃料量に誤差が生じて、実際の排気Ｏ₂濃度が目標値からずれている時でも、実際にＯ₂センサで検出される排気Ｏ₂濃度と目標値とのずれをフィードバックして燃料噴射量を補正することにより、酸素量や燃料量の誤差をキャンセルできる。
【０００７】
（請求項３の手段）
請求項１または２に記載したディーゼルエンジンの制御装置において、
吸気経路にスロットルを具備するディーゼルエンジンに対し、アクセル開度とエンジン回転数から求められる目標トルクが大きい程、スロットル開度が大きく設定される。
従来のディーゼルエンジンでは、燃料量が決定された後に、その燃料量が必要な新気量が通過できる様に、過給圧やＥＧＲガス圧とのバランスによってスロットル開度が決定されていた。
【０００８】
従って、アクセル開度を大きくして噴射量を増やしていっても、必ずしもスロットル開度が大きくなるとは限らない。例えば、過給機付きエンジンの場合は、アクセル増→燃料増→過給圧増→スロットル閉（ＥＧＲガス圧とのバランスで決まる）という場合が存在する。しかしながら、エンジンに吸入される酸素量から燃料噴射量を決定する本システムでは、アクセル増→空気増→燃料増→過給圧増という流れになるので、先ず最初に空気量を増量する必要がある。そこで、目標トルクの増加に従ってスロットル開度を大きくする様に設定しておけば、アクセル開度を大きくすると空気が増量されて、加速が得られる。
【０００９】
（請求項４の手段）
請求項１〜３に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
可変絞り機構等によりターボ効率を可変する可変圧力制御機構付き過給機を備えるディーゼルエンジンに対し、アクセル開度とエンジン回転数から求められる目標トルクが大きい程、目標過給圧を大きくし、この目標過給圧に近づく様に、過給機の可変圧力制御機構をフィードバック制御する。
【００１０】
可変圧力制御機構付き過給機を備えるエンジンの場合、過給圧を大きくすることで、燃料量を増加することなく、空気量を増加することができる。そこで、目標トルクの増加に従って目標過給圧を大きくするように設定しておけば、アクセル増→過給圧増→空気増→燃料増となり、加速が得られる。
【００１３】
（請求項５の手段）
請求項１〜４に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
アクセル開度とエンジン回転数から求められる目標トルクに対して実トルクが低過ぎる時は、目標排気Ｏ_２濃度を定常時よりリッチ側に設定する。
【００１４】
例えば、急加速時のようにアクセル開度を急激に開いても、実際の空気がシリンダに入るまでの遅れがあるため、シリンダ内の空気量は徐々にしか増えていかない。このため、この空気量に見合った燃料量しか噴射しないと、燃料量がアクセルワークに応じて増加せず、加速感が不足する。そこで、目標トルクに対し実トルクが低過ぎる時は、目標排気Ｏ₂濃度をリッチ側に移動すれば、空気量に対し燃料噴射量が増加することにより、加速感が得られ、ドライバビリティの悪化を防止できる。
【００１５】
（請求項６の手段）
請求項１〜５に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
アクセル開度とエンジン回転数から求められる目標トルクに対して実トルクが低過ぎる時は、ＥＧＲバルブを閉じ側に制御するか、吸気経路にスロットルを具備するディーゼルエンジンにおいて、スロットルを開き側に制御するか、可変絞り機構等によりターボ効率を可変する可変圧力制御機構付き過給機を備えるディーゼルエンジンにおいて、過給機を効き側に制御するかのうち、少なくとも一つを実行する。
【００１６】
請求項５に記載した様に、急加速時にアクセル開度を急激に開いても、燃料量がアクセルワークに応じて増加せず、加速感が不足する。そこで、目標トルクに対して実トルクが低過ぎる時は、スロットルを開き側に制御するか、ＥＧＲバルブを閉じ側に制御するか、過給機を効き側に制御することにより、エンジンに吸入される新気量を増大させることができる。その結果、加速感が得られ、ドライバビリティの悪化を防止できる。
【００１７】
（請求項７の手段）
請求項１〜６に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
請求項１に記載した酸素量から燃料噴射量を決定する制御を空気優先制御と呼び、エンジンの運転状態から燃料噴射量を求めた後、エンジンに吸入される酸素量が決定される制御を燃料優先制御と呼ぶ時に、
エンジン始動時もしくはアイドリング時には、空気優先制御から燃料優先制御に切り替えることを特徴とする。
【００１８】
エンジンを始動する際には、空気優先制御により排気ガスのＯ₂濃度を目標値に合わせるよりも、始動性の方が重視されるため、素早くエンジン始動させるための十分な燃料量を噴射する必要がある。従って、エンジン始動時の場合は、始動性向上のために、燃料優先制御を実行した方が良い。
また、アイドリング時（アイドル時）は、排気ガスのＯ₂濃度の変動が比較的少ないので、わざわざ空気優先制御にする必要性が少ないことと、燃料優先制御の方がトルクを直接的にコントロールできるため、アイドル時の回転数制御性が良いと言える。このため、アイドル時には、燃料優先制御を実行した方が良い。
【００１９】
（請求項８の手段）
請求項１〜７に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
請求項１に記載した酸素量から燃料噴射量を決定する制御を空気優先制御と呼び、エンジンの運転状態から燃料噴射量を求めた後、エンジンに吸入される酸素量が決定される制御を燃料優先制御と呼ぶ時に、エンジンに吸入される酸素量を推定するために必要な吸気系及びＥＧＲ系の機能に異常が発生した時は、空気優先制御から燃料優先制御に切り替えることを特徴とする。
【００２０】
吸気系及びＥＧＲ系に異常が発生した場合、例えばスロットル、ＥＧＲバルブ、エアフロメータ等に異常が発生すると、エンジンに吸入される酸素量を正確に推定できなくなるため、酸素量から決定される燃料噴射量が大きくばらつく可能性がある。これに対し、従来のディーゼルエンジンと同様の燃料優先制御であれば、エンジン回転数とアクセル開度から燃料噴射量を求めることができるので、吸気系及びＥＧＲ系に異常が発生しても燃料噴射量が大きくばらつくことはなく、安全性の点で望ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１はディーゼルエンジンの制御システムを示す全体構成図である。
先ず、システムの全体構成を図１に基づいて説明する。
本システムは、排気の一部を吸気に戻すためのＥＧＲ機能（下述する）を備えるディーゼルエンジン（以下エンジン１と略す）に適用される。
【００２２】
また、このエンジン１には、図示しないコモンレールに蓄圧されている高圧燃料を、エンジン１のシリンダヘッドに取り付けられたインジェクタ２から燃焼室１ａに噴射するコモンレール式の噴射システムが採用されている。
ＥＧＲ機能は、吸気管３と排気管４とを連通するＥＧＲ通路５と、このＥＧＲ通路５を還流する排気ガス量（ＥＧＲ量）を調節するＥＧＲバルブ６とで構成される。
【００２３】
吸気管３には、ＥＧＲ通路５との接続点より上流側にエアフロメータ７と可変ターボ８のコンプレッサ８Ａが設けられ、コンプレッサ８Ａの下流にスロットル９（ディーゼルスロットル）を具備している。更に、スロットル９より下流側には、吸気管３内の吸気圧を検出する吸気圧センサ１０と、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ１１が取り付けられている。
排気管４には、ＥＧＲ通路５との接続点より下流側に可変ターボ８の排気タービン８Ｂが設けられ、その排気タービン８Ｂより下流側には、排気ガスのＯ₂濃度を検出するＯ₂センサ１２が取り付けられている。
【００２４】
前記エアフロメータ７、吸気圧センサ１０、吸気温センサ１１、及びＯ₂センサ１２で検出される空気系の各情報は、本システムの作動を制御する電子制御装置（以下ＥＣＵ１３と呼ぶ）に出力される。
また、本システムには、上記センサ類の他にも、エンジン１の回転角に同期して信号を出力する回転角センサ１４、エンジン１の冷却水温を検出する水温センサ１５、アクセルペダル１６の踏み込み量からアクセル開度を検出するアクセル開度センサ１７等が設けられ、それぞれ検出された各種情報がＥＣＵ１３に出力される。
【００２５】
次に、ＥＣＵ１３による本システムの制御手順を以下に説明する。
まず、図２に示すベースルーチンを用いて制御全体の流れを説明する。
プログラムがスタートすると、図示されていないプログラムのイニシャライズが終了した後、Step100 の処理を実行する。
Step100 …エンジン１の運転状態を検出する。ここでは、エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度、冷却水温等のセンサ情報が取り込まれ、現在、エンジン１がどんな運転状態になっているかを検出する。
【００２６】
Step200 …エンジン１が始動時か否かを判定する。この判定には、Step100 で取り込まれたエンジン回数数、あるいはスタータ信号等の情報が用いられる。ここで、始動時と判定された場合（YES ）は、Step700 へ進み、始動時でないと判定された場合（NO）は、Step300 へ進む。
Step300 …エンジン１がアイドル状態か否かを判定する。この判定には、アクセル開度、アイドルスイッチ、車速、ギヤ位置等の情報が用いられる。ここで、アイドル状態と判定された場合（YES ）は、Step700 へ進み、アイドル状態でないと判定された場合（NO）は、Step400 へ進む。
【００２７】
Step400 …吸気系及びＥＧＲ系のセンサ類やアクチュエータ等の故障を検出する。具体的には、スロットル９、ＥＧＲバルブ６、エアフロメータ７、吸気圧センサ１０、吸気温センサ１１等の異常が各センサ類からの出力信号、電気回路の接続状態（オープンやショート）、システム作動チェック等により検出される。 Step500 …Step400 で取り込んだ情報から異常の有無を判定する。ここで、異常有りと判定された場合（YES ）は、Step700 へ進み、異常無しと判定された場合（NO）は、Step600 へ進む。
【００２８】
Step600 …空気優先制御を実行する（制御内容については後述する）。
Step700 …燃料優先制御を実行する。この燃料優先制御は、従来のディーゼルエンジンで行われている制御であり、基本的にはエンジンの必要トルクから燃料噴射量が計算され、その燃料噴射量を前提としてエンジンに吸入される酸素量（ＥＧＲガスを含む）が決定される。この燃料優先制御は、従来から公知であり、ここでの説明は割愛する。
【００２９】
上記Step200 で始動時と判定された場合、即ち、エンジン１を始動する際には、後述する空気優先制御により排気ガスのＯ₂濃度を目標値に合わせるよりも、始動性の方が重視されるため、スロットル全開で空気を十分取り入れた上で、素早くエンジン始動させるための十分な燃料量を噴射する必要がある。従って、エンジン始動時の場合は、燃料優先制御を実行した方がエンジン１の始動性が向上するため、望ましい。
【００３０】
上記Step300 でアイドル時と判定された場合、即ち、エンジン１がアイドリング状態の時は、排気ガスのＯ₂濃度の変動が比較的少ないので、わざわざ空気優先制御にする必要性が少ないことと、燃料優先制御の方がトルクを直接的にコントロールできるため、アイドル時の回転数制御性が良いと言える。このため、アイドル時には、燃料優先制御を実行する。特に、エアコンやオルタネータ等の負荷変動がアイドル時に生じた時、燃料優先制御の方が、アイドル回転数の落ち込みや、吹き上がりを最小に抑えることができる利点がある。
【００３１】
上記Step500 で異常有りと判定された場合、即ち、吸気系及びＥＧＲ系のセンサ類やアクチュエータ等が故障すると、エンジン１に吸入される酸素量を正確に推定できなくなるため、酸素量から決定される燃料噴射量が大きくばらつく可能性がある。これに対し、燃料優先制御にしておけば、従来と同様に、エンジン回転数とアクセル開度から燃料噴射量を求めることができるので、吸気系及びＥＧＲ系に異常が発生しても燃料噴射量が大きくばらつくことはなく、空気優先制御より安全性の点で望ましい。また、フェイルオペラブルの機能により制御可能となるため、走行不能になることを防止できる。
【００３２】
次に、上記Step600 の空気優先制御について説明する。
図３は空気優先制御の処理手順を示すフローチャートである。
Step6010…目標トルクＴTRG を算出する。ここでは、図４のマップに示す様に、エンジン回転数ＮＥとアクセル開度からエンジン１に要求されている目標トルクＴTRG を算出する。なお、一般にディーゼルエンジンでは、トルクと燃料噴射量は略１対１に対応しているので、目標トルクＴTRG は目標噴射量ＱTRG と置き換えて考えることもできる。しかし、この目標噴射量ＱTRG は、あくまで仮の噴射量であり、本実施例では、これによって燃料噴射量が決定される訳ではない。
【００３３】
つまり、目標噴射量ＱTRG は、単にＥＣＵ１３内のプログラム上で目標トルクＴTRG を意味するものとして、各種マップの引数として利用するに過ぎない。最近では、ＥＣＵ１３内のプログラム上でもトルクはあくまでトルクとして扱われることも多く（トルクディマンド制御もしくはトルクベース制御等と呼ばれる）、そのため、本実施例では、目標トルクＴTRG のまま説明してゆくことにする。
【００３４】
Step6020…過給圧を制御する。ここでは、図５のマップに示す様に、エンジン回転数ＮＥと目標トルクＴTRG から目標過給圧ＰbTRGを算出し、この目標過給圧ＰbTRGを目標値として可変ターボ８の圧力制御機構を制御する。なお、可変ターボ８が搭載されていないエンジンでは、この処理がスキップされる。
Step6030…スロットル開度（スロットル９の開度）を設定する。ここでは、図６のマップに示す様に、エンジン回転数ＮＥと目標トルクＴTRG からスロットル開度を算出し、そのスロットル開度が得られる様にスロットル９を制御する。
【００３５】
一般に、ガソリンエンジンでは、アクセル開度に応じてスロットル開度が変化し、アクセル操作に応じて空気量が素直に変化する特性が採用されているが、本発明の場合にも、その様な特性が望ましい。但し、本実施例の場合は、エンジン始動時やアイドル時に燃料優先制御に切り替えるため、始動時はスロットル９を全開、アイドル時は半開か全開に設定する。しかしながら、本発明において、スロットル９は必ずしも絶対に必要な要件ではない。
【００３６】
何故なら、ＥＧＲ機能を有するエンジン１では、軽負荷ほどＥＧＲ率が高く設定されるのが普通であり、この場合には、スロットル９がなくても、空気量（新気）は軽負荷ほど（即ち、アクセル開度が小さい程）少なくなり、結果的には同じ結果が得られるからである。しかしながら、スロットル９が設置されている方が、トルクの制御性がはるかに優れているため、望ましい。
【００３７】
このスロットル９は、ＤＣモータ、ステップモータ、トルクモータ等の電子制御式スロットルを用いても良いし、アクセルペダル１６と機械的に連動する機械式スロットルでも良い。但し、機械式スロットルでは、始動時とアイドル時のスロットル開度が小さいため、空気量が少なくなり、始動性やアイドル安定性が劣る可能性がある。しかし、コスト優先で考えると、機械式スロットルを選択することもできる。
【００３８】
Step6040（ＥＧＲ制御手段）…ＥＧＲバルブ６のベース開度を設定する。ここでは、図７のマップに示す様に、エンジン回転数ＮＥと目標トルクＴTRG からＥＧＲバルブ６のベース開度を算出する。この場合、目標トルクＴTRG が小さい程（即ち軽負荷）、ＥＧＲバルブ６のベース開度は大きく設定され、ＥＧＲ量は多くなる。
Step6050（ＥＧＲ率算出手段、ＥＧＲ制御手段）…目標ＥＧＲ率の算出、及びＥＧＲ学習制御を行う。一般に、高精度なＥＧＲ制御を行う場合には、例えばエアフロメータ信号を使ったフィードバックＥＧＲ制御が用いられるが、本実施例の場合には、オープンループ制御、あるいは学習制御と組み合わせたオープンループ制御の方が望ましい。
【００３９】
何故なら、フィードバックＥＧＲ制御では、シリンダに入る空気量が時間的に変動するため、本実施例の空気優先制御（目標排気Ｏ₂濃度に従って燃料量を設定するシステム）では、空気量の変動がそのまま燃料量の変動につながり、結果的に不必要なトルク変動を発生させてしまうからである。従って、時間的な空気変動が発生しにくいオープンループ制御が望ましい。もしくは、フィードバック制御量のゲインを十分に小さく設定したフィードバック制御でも良い。
【００４０】
但し、エンジン１の製作公差などの影響により、ＥＧＲ量はＥＧＲバルブ６の開度を定めてもずれてしまう場合があるため、本実施例では、単なるオープンループ制御ではなく、学習制御と組み合わせて行われる。
即ち、図８のマップに示す様に、エンジン回転数ＮＥと目標トルクＴTRG から目標ＥＧＲ率を算出し、現在のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率と等しくなる様に、偏差を学習し、その偏差をオープン制御時の操作量に加えることでＥＧＲバルブ６の開度が決定される。なお、現在のＥＧＲ率は、例えば、過給圧（吸気圧力）からシリンダ内に吸入される吸気量を推定し、その吸気量とエアフロメータ７で計測される空気量との差をＥＧＲ量として算出し、そのＥＧＲ量をシリンダ内に吸入される吸気量で除算して求めることができる。
【００４１】
ＥＧＲバルブ６は、負圧式、ステップモータ式、リニアソレノイド式、ＤＣモータ式等、いろいろなタイプのものが使用可能である。負圧式バルブの場合には、負圧通路と大気圧通路との導通比をデューティとして持ち、このデューティ比をＥＧＲバルブ６のベース開度や学習値として使うことができる。ステップモータ式の場合には、ステップ数をその値として用いることができる。また、リニアソレノイド式の場合には、デューティ比や電流値をＥＧＲバルブ６のベース開度や学習値として用いることができる。更に、リフトセンサ付リニアソレノイドバルブの場合には、リフト量をＥＧＲバルブ６のベース開度や学習値として使うことができる。
【００４２】
Step6060…定常時の目標排気Ｏ₂濃度を設定する。ここでは、図９のマップに示す様に、エンジン回転数ＮＥと目標トルクＴTRG から定常時の目標排気Ｏ₂濃度を設定する。この目標排気Ｏ₂濃度は、エミッションの要求やドライバビリティ（以下ドラビリと略す）の要求値から決定される。エミッション領域では、目標排気Ｏ₂濃度はＮＯｘ、ＰＭ、ＨＣ、ＣＯ等のエミッションを最小にすべく、適合して定められるが、より高負荷側でトルク要求の高い領域では、ドラビリをより重視した排気Ｏ₂濃度が設定される。
【００４３】
Step6070…過渡時の排気Ｏ₂濃度目標値を補正する。この目的は、加速時のドラビリを確保することにある。つまり、エンジン回転数ＮＥとアクセル開度によって目標トルクＴTRG が定まり、この目標トルクＴTRG とエンジン回転数ＮＥによって目標排気Ｏ₂濃度が定まるため、図１０に示す様に、アクセル開度を開くと、定常時の目標排気Ｏ₂濃度（実線）はアクセル開度の動きに応じたものになる。
【００４４】
しかしながら、急加速時のようにアクセル開度を急激に開いても、実際の空気がシリンダに入るまでの遅れがあるため、シリンダ内の酸素量は、徐々にしか増えていかない。このため、この酸素量に見合った燃料量しか噴射しないと、燃料量がアクセルワークに応じて増加せず、加速感が不足する。ＮＡ（自然給気）のエンジンでは、ある程度、許容されるものの、ターボ付エンジンでは、ターボラグのため、加速感が損なわれる。
【００４５】
従来のディーゼルエンジンで行われていた燃料優先制御では、必要なトルクを発生するために、先ず必要な燃料量を噴射するため、加速感は優れているが、排気Ｏ₂濃度の制御精度が著しく悪化する。そこで、本実施例では、加速時に目標排気Ｏ₂濃度をリッチ側に移動させて、排気Ｏ₂濃度を精度よく管理しながらドラビリ悪化を防ぐものである。即ち、加速状態を検出した場合は、目標排気Ｏ₂濃度を定常時の目標排気Ｏ₂濃度よりもリッチ側に補正する（図１０参照）。
【００４６】
加速状態の検出には、アクセル開度の変化率や、目標トルクＴTRG の変化率等で検出できる。あるいは、目標トルクＴTRG （目標噴射量で代用できる）と、実トルク（現在の噴射量で代用できる）の差が大きい場合に加速要求があると判断することもできる。こうした判断がなされた時は、目標排気Ｏ₂濃度を定常時の目標排気Ｏ₂濃度をベースにある量だけリッチ側にシフトする。この時、シフトする量を加速状態の強さに応じて変えることが望ましい。あるいは、加速状態が検出された場合には、一定時間だけ、予めリッチ側に定められた目標排気Ｏ₂濃度に固定し、それから徐々にリッチ度合いを減衰していくという方法等も考えられる。
【００４７】
Step6080（排気Ｏ₂濃度設定手段）…最終目標排気Ｏ₂濃度を設定する。つまり、定常時であれば、Step6060で設定された値が最終目標排気Ｏ₂濃度となり、過渡時であれば、Step6070で補正された値が最終目標排気Ｏ₂濃度となる。
Step6090（酸素量推定手段、噴射量算出手段）…最終燃料噴射量を算出する。ここでは、シリンダに吸入される酸素量がエアフロメータ信号等の情報をベースに時々刻々推定される。この推定には、エアフロメータ７の設置位置からシリンダに空気が入るまでの吸気系の伝達遅れを加味した伝達関数を用いて計算する方法や、吸気系を物理モデルで表現し、これによって計算する方法等を採用することができる。
【００４８】
さらに、ＥＧＲが実行されている場合には、シリンダに吸入されるガスに含まれるＥＧＲガス中の酸素量も考慮して、シリンダに吸入される酸素量を推定する必要がある。そのため、本実施例では、シリンダに吸入されるガス中に含まれるＥＧＲガス量と、ＥＧＲガスの酸素濃度とを求めている。
ＥＧＲガス量は、Step6050にて算出された目標ＥＧＲ率を基に算出する方法や、吸気圧信号とエアフロメータ信号からインマニホールド内のガス収支を考慮した物理モデルから算出する方法がある。
【００４９】
ＥＧＲガスの酸素濃度は、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路５から吸気管３に至るまでのＥＧＲ系の遅れ時間を考慮し、その遅れ時間分（つまり、現在よりその時間分過去）における排気Ｏ₂濃度を用いる。排気Ｏ₂濃度は、Ｏ₂センサ１２の出力値や、指令噴射量情報を用いて物理モデルにて予測した排気Ｏ₂濃度の過去の値、あるいは目標排気Ｏ₂濃度の過去の値を用いる。
このようにして求められたＥＧＲガス量とＥＧＲガス酸素濃度（遅れ時間前のＯ₂センサ１２の出力値）とを乗ずることによって、ＥＧＲガス中の酸素量が算出される。
【００５０】
また、シリンダに吸入されるガスの内、新気のガス量は、上述の如くエアフロメータ信号等によって演算される。新気ガスの酸素濃度は、大気組成によって求めることができ、これと新気ガス量との積によって、新気ガス中の酸素量が求められる。
そして、ＥＧＲガス中の酸素量と新気ガス中の酸素量とを加えることによって、シリンダに吸入される空気量（新気量＋ＥＧＲガス量）中の酸素量を求めることができる。
こうして推定されたシリンダ吸入酸素量と、Step6080で設定された目標排気Ｏ₂濃度とから、必要な燃料量（Ｆ）が算出できる。
【００５１】
Step6100…インジェクタ２に燃料噴射を指令する。Step6090で算出された燃料噴射量がインジェクタ２の駆動パルス巾に変換されてインジェクタ２に通電され、そのインジェクタ２から燃料噴射が行われる。
なお、推定された酸素量が誤差を持っていたり、インジェクタ２の製品公差等によって燃料量に誤差が発生すると、その比率である排気Ｏ₂濃度が誤差を持つため、その誤差の影響をキャンセルできる様に燃料噴射量を補正することが望ましい。即ち、実際にＯ₂センサ１２によって検出される排気ガスのＯ₂濃度が目標値に近づくように、Step6090で算出された燃料噴射量ＱBASEに補正量ΔＱF/B をフィードバックして、実際の燃料噴射量をＱBASE＋ΔＱF/B として求めることができる。
【００５２】
（本実施例の効果）
本システムでは、エンジン１に吸入される酸素量（ＥＧＲガスを含む）を推定し、その酸素量から燃料噴射量を決定しているので、応答性の遅い空気制御に応答性の早い燃料制御を合わせることができる。その結果、従来までの燃料優先制御と比較して、排気Ｏ₂濃度を精度良く目標値に制御することができる。また、推定された酸素量が誤差を持っていたり、インジェクタ２の製品公差等によって燃料量に誤差が発生する様な場合でも、実際にＯ₂センサ１２で検出される排気Ｏ₂濃度と目標値とのずれをフィードバックして燃料噴射量を補正することで、酸素量や燃料量の誤差をキャンセルでき、排気Ｏ₂濃度の制御性を向上できる。
【００５３】
また、目標トルクに対し実トルクが低過ぎる時（例えば加速時）は、目標排気Ｏ₂濃度を定常時の値よりリッチ側に設定しているので、加速感の不足が解消でき、ドラビリの悪化を防止することができる。同様に、目標トルクに対し実トルクが低過ぎる時は、スロットル９を開き側に制御するか、ＥＧＲバルブ６を閉じ側に制御するか、可変ターボ８を効き側に制御するかのうち、少なくとも一つを実行することにより、ドラビリの悪化を防止することもできる。
【００５４】
従来のフィードバックＥＧＲ制御では、ＥＧＲバルブ６の応答性を向上させるためにフィードバックのゲインを高く設定しているため、空気量がふらつく状況が存在した。このため、酸素量から燃料量が決定される空気優先制御では、従来のフィードバックＥＧＲ制御を行うと、空気量のふらつきによって燃料が変動してしまい、ドラビリが悪化する問題が生じる。これに対し、本実施例では、時間的な空気変動が発生しにくいオープンループ制御、もしくは、学習制御機能付オープンループ制御を行うことにより、不必要なトルク変動の発生を防止でき、良好なドラビリを得ることが可能である。
【００５５】
エンジン始動時もしくはアイドル時には、空気優先制御から燃料優先制御に切り替えている。つまり、エンジン始動時は、空気優先制御によって排気Ｏ₂濃度を目標値に合わせるよりも、始動性の方が重視されるため、始動性向上のために燃料優先制御が実行される。また、アイドル時は、排気ガスのＯ₂濃度の変動が比較的少ないので、わざわざ空気優先制御にする必要性が少ないことと、燃料優先制御の方がトルクを直接的にコントロールできるため、空気優先制御ではなく、燃料優先制御が実行される。
【００５６】
更に、吸気系及びＥＧＲ系に異常が発生した時は、空気優先制御から燃料優先制御に切り替えている。例えばスロットル９、ＥＧＲバルブ６、エアフロメータ７等に異常が発生すると、エンジン１に吸入される酸素量を正確に推定できなくなるため、酸素量から決定される燃料噴射量が大きくばらつく可能性がある。これに対し、従来のディーゼルエンジンと同様の燃料優先制御であれば、エンジン回転数とアクセル開度から燃料噴射量を求めることができるので、吸気系及びＥＧＲ系に異常が発生しても燃料噴射量が大きくばらつくことはなく、安全性の点で有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディーゼルエンジンの制御システムを示す全体構成図である。
【図２】本システムの制御全体の流れを示すフローチャートである。
【図３】空気優先制御の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】目標トルクを算出するためのマップである。
【図５】目標過給圧を算出するためのマップである。
【図６】スロットル開度を算出するためのマップである。
【図７】ＥＧＲバルブのベース開度を算出するためのマップである。
【図８】目標ＥＧＲ率を算出するためのマップである。
【図９】定常時の目標排気Ｏ₂濃度を算出するためのマップである。
【図１０】アクセル開度と定常時及び過渡時の目標排気Ｏ₂濃度との相関を示す図面である。
【符号の説明】
１ディーゼルエンジン
３吸気管（吸気経路）
４排気管（排気経路）
６ＥＧＲバルブ（吸気系の機能）
７エアフロメータ（吸気系の機能）
８可変ターボ（可変圧力制御機構付き過給機）
９スロットル（吸気系の機能）
１２Ｏ₂センサ
１３ＥＣＵ（制御装置）

Claims

排気の一部を吸気に還流させるＥＧＲ機能を有するディーゼルエンジンの制御装置であって、
前記エンジンの運転状態に基づいて目標ＥＧＲ率を算出するＥＧＲ率算出手段と、
このＥＧＲ率算出手段で算出された前記目標ＥＧＲ率が得られる様に、前記ＥＧＲ機能に具備されるＥＧＲバルブを制御するＥＧＲ制御手段と、
前記エンジンに吸入されるＥＧＲガス分を含む酸素量を推定する酸素量推定手段と、
前記エンジンの運転状態に基づいて排気ガスの目標Ｏ_２濃度を設定する排気Ｏ_２濃度設定手段と、
この排気Ｏ_２濃度設定手段で設定された目標排気Ｏ_２濃度が得られる様に、前記酸素量推定手段で推定された酸素量から燃料噴射量を算出する噴射量算出手段とを有し、
前記ＥＧＲバルブの制御方法を、現在のＥＧＲ率が前記目標ＥＧＲ率と等しくなる様に偏差を学習し、その偏差をオープン制御時の操作量に加える学習制御機能付オープンループ制御、もしくは目標物理値に収束するためのフィードバック制御量のゲインを十分に小さく設定したフィードバック制御の何れかで行うことを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１に記載したディーゼルエンジンの制御装置において、
排気経路に排気ガスの排気Ｏ_２濃度を検出するＯ_２センサが設置され、
このＯ_２センサで検出される排気Ｏ_２濃度が前記目標排気Ｏ_２濃度に収束する様に、前記噴射量算出手段で算出された燃料噴射量を補正することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１または２に記載したディーゼルエンジンの制御装置において、
吸気経路にスロットルを具備するディーゼルエンジンに対し、少なくともアクセル開度とエンジン回転数とから求められる目標トルクが大きい程、スロットル開度が大きく設定されることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１〜３に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
可変絞り機構等によりターボ効率を可変する可変圧力制御機構付き過給機を備えるディーゼルエンジンに対し、少なくともアクセル開度とエンジン回転数とから求められる目標トルクが大きい程、目標過給圧を大きくし、この目標過給圧に近づく様に、前記過給機の可変圧力制御機構をフィードバック制御することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１〜４に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
少なくともアクセル開度とエンジン回転数とから求められる目標トルクに対して実トルクが低過ぎる時は、前記目標排気Ｏ _２濃度を定常時よりリッチ側に設定することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１〜５に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
少なくともアクセル開度とエンジン回転数とから求められる目標トルクに対して実トルクが低過ぎる時は、前記ＥＧＲバルブを閉じ側に制御するか、吸気経路にスロットルを具備するディーゼルエンジンにおいて、スロットルを開き側に制御するか、可変絞り機構等によりターボ効率を可変する可変圧力制御機構付き過給機を備えるディーゼルエンジンにおいて、過給機を効き側に制御するかのうち、少なくとも一つを実行することを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１〜６に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
請求項１に記載した酸素量から燃料噴射量を決定する制御を空気優先制御と呼び、前記エンジンの運転状態から燃料噴射量を求めた後、前記エンジンに吸入される酸素量が決定される制御を燃料優先制御と呼ぶ時に、
エンジン始動時もしくはアイドリング時には、前記空気優先制御から前記燃料優先制御に切り替えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１〜７に記載した何れかのディーゼルエンジンの制御装置において、
請求項１に記載した酸素量から燃料噴射量を決定する制御を空気優先制御と呼び、前記エンジンの運転状態から燃料噴射量を求めた後、前記エンジンに吸入される酸素量が決定される制御を燃料優先制御と呼ぶ時に、
エンジンに吸入される酸素量を推定するために必要な吸気系及びＥＧＲ系の機能に異常が発生した時は、前記空気優先制御から前記燃料優先制御に切り替えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。