JP4151172B2 - ディーゼルエンジンの空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの空燃比制御装置に関する。より詳細には、EGR装置を備えたディーゼルエンジンにおいて、空燃比の変動を抑えて有害成分の排出を抑える技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の技術として、定常走行から加速走行に移行した際における空燃比のリッチ化を抑え、スモーク発生量を低減するものが開示されている(特開平11−36994号公報参照)。
【0003】
この技術は、ターボ過給機を搭載したディーゼルエンジンにおいて、定常走行時にはEGRを大量に行って目標空燃比を達成する一方、過給運転領域に対しては予め目標空燃比をリーン側に設定しておき、定常走行から加速走行に移行した際における燃料噴射量の増加に併せてEGR量を減少するようにして相対的な吸入空気量を増加することで、大量のEGRに伴う排気エネルギの減少による過給遅れを補い、空燃比の過度なリッチ化を防いでスモーク発生量を低減するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このものでは、加速走行に移行した際にEGR量を減少すべくEGR制御弁開度が小さく設定されるため、逆に加速走行から定常走行に移行して燃料噴射量が減少された場合には、目標空燃比を達成すべく再びEGRを大量に行おうとしても、EGR通路及びコレクタには一定の容量があるためEGRガスがシリンダに流入するまでに遅れが生じ、空燃比が一時的に過度にリーン化することとなり、NOxが多量に放出されるという問題がある。
【0005】
かかる実情に鑑み、本発明は、加速走行から定常走行に移行した場合などの燃料噴射量の減少に伴う空燃比の過度なリーン化を防いで、NOx排出量を低減することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明は、排気通路から吸気通路へEGRガスを還流させるEGR装置を備え、機関運転状態に応じて設定される目標空燃比となるようにEGR量を制御するようにしたディーゼルエンジンの空燃比制御装置であって、図1に示すように、前記吸気通路の途中であって前記吸気通路とEGR通路との連結部より上流側に介装され、前記吸気通路を開閉する吸気絞り手段と、実際の空燃比である実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、機関運転状態が高回転高負荷領域以外の領域にある場合は、前記吸気絞り手段を第1の開度に保持する一方、機関運転状態が高回転高負荷領域にある場合は、吸気絞り制御として、前記空燃比検出手段により検出された実空燃比が前記目標空燃比より大きいときに、前記第1の開度より小さな、前記検出された実空燃比と前記目標空燃比との差に応じた第2の開度に前記吸気絞り手段を閉作動させる作動手段と、を備えたことを特徴とする。
【0007】
かかる構成によれば、機関運転状態が高回転高負荷領域にあり、前記検出された実空燃比が前記目標空燃比より大きいときに、前記吸気絞り手段が前記検出された実空燃比と前記目標空燃比との差に応じた開度に閉作動されて前記吸気通路を閉じることとなり、吸入空気量が減少される。
【0008】
請求項2に係る発明は、前記作動手段が、前記検出された実空燃比と前記目標空燃比との差が所定値より大きい場合に、前記吸気絞り手段を閉作動させることを特徴とする。
【0009】
請求項3に係る発明は、前記所定値が1であることを特徴とする。すなわち、NOxの排出にほぼ影響しない場合の吸入空気量を維持するため、NOxの排出に実質的に影響する場合にのみ前記吸気絞り手段を閉作動させるべく前記所定値を1に設定するのである。
【0010】
請求項4に係る発明は、前記作動手段が、前記吸気絞り手段を可変作動させることを特徴とする。
【0011】
請求項5に係る発明は、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を有し、前記実空燃比検出手段が、この吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて実空燃比を検出することを特徴とする。
【0012】
【発明の効果】
請求項1に係る発明によれば、高回転高負荷領域において、吸入空気量が実空燃比(検出された実空燃比)と目標空燃比とに基づいて減少されることとなるため、空燃比がリーン側へ移行しようとする場合に、これを検出して空燃比の過度なリーン化を防ぐことができ、NOxの排出を抑えることができる。また、NOxの排出に関して支配的な高回転高負荷領域においてのみ吸気絞り手段を閉作動させるようにしたため、吸気抵抗の増大による燃費の悪化を考慮しつつNOx排出量の低減に寄与することができる。
【0013】
請求項2に係る発明によれば、特に実空燃比と目標空燃比との差が所定値より大きい場合にのみ吸気絞り手段が閉作動されるようにしたため、吸入空気量を必要以上に減少させず、空燃比のばらつきを抑えることができる。
【0014】
請求項3に係る発明によれば、NOxの排出にほぼ影響しない場合は吸気絞り手段を作動させずに吸入空気量を維持することとしたため、燃費の悪化を抑えることができる。
【0015】
請求項4に係る発明によれば、吸気絞り手段を可変作動させることとしたので、より正確な空燃比制御が可能となる。
【0016】
請求項5に係る発明によれば、吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて実空燃比を検出することとしたので、過渡的な空燃比の変動に対しても遅れを生じることなく制御することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図2は、本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を実装した内燃機関(ディーゼルエンジン)Eの構成を概略示している。内燃機関Eは、EGR装置とターボ過給機とを備える。
【0018】
吸気通路1に導入された空気は、図示しないエアクリーナを介した後、ターボ過給機3のコンプレッサ3cにより圧縮過給され、吸気通路2を通り、吸気マニホールド4により内燃機関Eの各燃焼室に分配される。燃焼後、各燃焼室からの排気ガスは排気マニホールド5により集められ、その一部(EGRガス)がEGR装置により排気通路6から吸気通路2に還流される。一方、EGRガス以外の排気ガスは排気通路6を進み、ターボ過給機3のタービン3tを回転駆動させ、排気通路7を通って大気中に放出される。ここに、前記EGR装置は、EGR通路8及びEGR制御弁9を含んで構成される。
【0019】
EGR通路8は排気通路6から分岐されて吸気通路2と連結されており、その途中にEGR制御弁9が介装される。EGR制御弁9は、後述する電子制御ユニットからの電気信号により内蔵されたアクチュエータが作動され、その弁開度が自在に制御されてEGRガス流量を制御する。
【0020】
本実施形態では、吸気通路2のEGR通路8との連結部より上流側に吸気絞り手段としてのスロットル弁10が介装される。スロットル弁10は、通常時は全開位置に保持されており、電子制御ユニットからの信号により閉作動される。
【0021】
電子制御ユニット21は、吸入空気量検出手段としてのエアフロメータ31からの吸入空気量Qac、クランク角センサ32からの機関回転数Ne、及びアクセル開度などに基づいて算出される燃料噴射量Qfに基づき、EGR制御弁9及びスロットル弁10について以下の制御を実行する。
【0022】
図3は、本実施形態に係る空燃比制御の流れを概略示している。
S1において各種信号が読み込まれた後、S2において目標空燃比A/Fmapが設定される。目標空燃比A/Fmapは、電子制御ユニット21の記憶部に機関運転状態に応じて設定されており、機関回転数Ne及び燃料噴射量Qfに基づいて検索できる。
【0023】
S3では、S2において設定された目標空燃比A/FmapとなるようにEGR量を制御する。例えば、目標空燃比A/Fmapと燃料噴射量Qfとから求まる目標吸入空気量が得られるようにEGR制御弁開度を設定し、相対的な吸入空気量を増減することにより、目標空燃比A/Fmapとなるようにする。続くS4では、図4に示す吸気絞り制御が実行される。
【0024】
吸気絞り制御では、まずS11において機関運転状態が吸気絞り制御を実行すべき領域にあるか、即ち、機関運転状態がNOxの排出に関して支配的な高回転高負荷領域にあるか否かを判定する。機関運転状態が高回転高負荷領域以外の領域1にある場合は、S12に進んでスロットル弁10を全開位置(「第1の開度」に相当する。)に保持し、吸気絞り制御を実行せずにリターンする。一方、機関運転状態が高回転高負荷領域2にある場合は、S13以降の吸気絞り制御を実行する。
【0025】
すなわち、S13において実際の空燃比である実空燃比A/Fcalを算出し、S14において算出された実空燃比A/Fcalと目標空燃比A/Fmapとの差ΔA/F(=A/Fcal−A/Fmap)を所定値1と比較する。実空燃比A/Fcalは、空燃比センサなどを使用して検出してもよいが、本発明が解決しようとする空燃比の過渡的な変動を考慮すると、吸入空気量Qac及び燃料噴射量Qfに基づいて算出するのが好ましい。
【0026】
ここで、ΔA/Fが1以下の場合は、S15に進み、スロットル弁10を全開位置に保持してリターンする一方、ΔA/Fが1より大きい場合は、S16に進み、スロットル弁10を所定の閉位置(「第2の開度」に相当する。)まで作動してリターンする。尚、S13が実空燃比検出手段を構成し、S11、S12、S14及びS16が作動手段を構成する。
【0027】
以上では、スロットル弁10が全開位置と所定の閉位置との2箇所のみに制御されたが、図5に示すごとくスロットル弁10がΔA/Fに応じた位置に可変作動されるのが好ましい。
【0028】
図4に示した制御と異なるステップのみを説明すると以下のようになる。すなわち、S24においてΔA/Fが1より大きいと判定された場合は、S26においてΔA/Fに応じたスロットル弁開度θ(=f(ΔA/F))が設定され、続くS27においてその位置にスロットル弁10が作動される。ここでは、ΔA/Fに応じたスロットル弁開度θが「第2の開度」に相当し、S21、S22、S24、S26及びS27が作動手段を構成する。
【0029】
この場合のスロットル弁10の挙動をEGR制御弁9の挙動とともに示すと、図6のようになる。EGR制御弁9は、加速走行時においてはその開度が小さく設定されるが、時刻t0において加速走行から定常走行に移行したとして燃料噴射量Qfが急激に減少されると、目標空燃比を達成すべくその開度が大きく設定されることとなる。このとき、燃料噴射量Qfの急激な減少と、EGRガスがシリンダに流入するまでの遅れとにより、空燃比が一時的に過度にリーン化してΔA/Fが所定値1を超え、図6に示すごとくEGR制御弁開度の増大に併せてスロットル弁10が一時的に作動されることとなる。
【0030】
このように、本発明によれば、加速走行から定常走行に移行して燃料噴射量Qfが急激に減少されたときに、図6に示すごとく吸気絞り手段としてのスロットル弁10が一時的に作動されて吸入空気量Qacが一時的に減少されるので、EGRガスがシリンダに流入するまでの遅れを補い、図7に示すごとく空燃比をほぼ一定に保ち、斜線部で示すNOx排出量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図2】本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を備えるディーゼルエンジンの構成を示す図
【図3】本発明の一実施形態に係る空燃比制御の流れを示す図
【図4】同上空燃比制御において実行される吸気絞り制御の一例を示す図
【図5】同上空燃比制御において実行される吸気絞り制御の他の例を示す図
【図6】同上吸気絞り制御によるスロットル弁の挙動を示す図
【図7】本発明に係る吸気絞り制御による効果を示す図
【符号の説明】
E 内燃機関(ディーゼルエンジン)
1 吸気通路
2 吸気通路
3 ターボ過給機
4 吸気マニホールド
5 排気マニホールド
6 排気通路
7 排気通路
8 EGR通路
9 EGR制御弁
10 スロットル弁
21 電子制御ユニット
31 エアフロメータ
32 クランク角センサ
Claims (5)
- 排気通路から吸気通路へEGRガスを還流させるEGR装置を備え、機関運転状態に応じて設定される目標空燃比となるようにEGR量を制御するようにしたディーゼルエンジンの空燃比制御装置であって、
前記吸気通路の途中であって前記吸気通路とEGR通路との連結部より上流側に介装され、前記吸気通路を開閉する吸気絞り手段と、
実際の空燃比である実空燃比を検出する実空燃比検出手段と、
機関運転状態が高回転高負荷領域以外の領域にある場合は、前記吸気絞り手段を第1の開度に保持する一方、機関運転状態が高回転高負荷領域にある場合は、吸気絞り制御として、前記空燃比検出手段により検出された実空燃比が前記目標空燃比より大きいときに、前記第1の開度より小さな、前記検出された実空燃比と前記目標空燃比との差に応じた第2の開度に前記吸気絞り手段を閉作動させる作動手段と、を備えたディーゼルエンジンの空燃比制御装置。 - 前記作動手段が、前記検出された実空燃比と前記目標空燃比との差が所定値より大きい場合に、前記吸気絞り手段を閉作動させ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空燃比制御装置。
- 前記所定値が1であることを特徴とする請求項2記載のディーゼルエンジンの空燃比制御装置。
- 前記作動手段が、前記吸気絞り手段を可変作動させることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載のディーゼルエンジンの空燃比制御装置。
- 吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を有し、
前記実空燃比検出手段が、前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量と燃料噴射量とに基づいて実空燃比を検出することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1つに記載のディーゼルエンジンの空燃比制御装置。
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