JP5370426B2

JP5370426B2 - ディーゼルエンジンの制御装置

Info

Publication number: JP5370426B2
Application number: JP2011160515A
Authority: JP
Inventors: 健二郎鴻海; 耕太前川; 崇波多野; 寛太河野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2031-07-22
Also published as: JP2013024154A

Description

ここに開示する技術は、ディーゼルエンジンの制御装置に関する。

自動車に搭載されたディーゼルエンジンでは、エミッション性能の向上、騒音乃至振動の低減、燃費やトルクの向上等を図るため、エンジン１サイクル中に、気筒内に複数回の燃料の噴射を行うことがある。例えば特許文献１には、ターボ過給機付ディーゼルエンジンにおいて、トルク発生のためのメイン噴射、気筒を予熱するためにメイン噴射に先立ち行われるパイロット噴射、パイロット噴射とメイン噴射との間でメイン噴射による燃料の着火遅れを抑制するためのプレ噴射、メイン噴射後において排気ガス温度を上昇させるためのアフタ噴射、及び、アフタ噴射後に排気系に燃料を直接導入して触媒の昇温を図るポスト噴射の５つのタイミングで、燃料噴射を実行することが記載されている。

また、例えば特許文献２には、メイン燃焼前の予備燃焼によって気筒内温度を高める上で、パイロット噴射の燃料噴射量をエンジンの負荷及び回転数に応じて変更する技術が記載されており、これにより、メイン噴射を行う時点での気筒内温度を燃料の自己着火可能な温度よりも確実に上回るようにして、メイン噴射によって噴射された燃料の失火を防止している。

特開２００９−２９３３８３号公報特開２００５−２４０７０９号公報

ディーゼルエンジンにおいて、ＮＯｘ排出量の低減や熱効率の向上の観点からは、幾何学的圧縮比を低くすることが有利である。しかしながら、低圧縮比のエンジンは圧縮端温度及び圧縮端圧力が低くなるため、燃料の着火性には不利になる。特にエンジンの完全暖機前は気筒内温度が低くなるため、燃焼安定性が低下し易い。

この点に関し、主噴射よりも前のタイミングで少なくとも１回の前段噴射を実行して主燃焼の開始前に前段燃焼を適切に生起させることが、主噴射開始時点における気筒内の温度及び圧力を最適化して主燃焼の安定化に有利になるという知見を、本願発明者らは、得ている。また、気筒内温度を高めると共に、気筒内の酸素濃度を適切に維持して安定した主燃焼を実現する上で、ＥＧＲガスの導入を、前述した前段噴射及び主噴射を含む燃料噴射制御と組みあわせることが好ましいことも見出した。

ところで、気筒内に導入するＥＧＲ量は、エンジン負荷とエンジン回転数とに基づくフィードバック制御において設定されることになるが、手動変速機のシフトアップ時はアクセル開度が全閉でかつクラッチが遮断されることよりエンジンが無負荷状態になり、一時的に燃料カットの状態となる。このため、シフトアップの最中は、ＥＧＲ量が一時的にゼロに設定され、気筒内には相対的に温度が低い新気のみが導入されるようになる。このことは、気筒内の温度低下を招く。

また、シフトアップの最中にＥＧＲ量を一時的にゼロにすることで、気筒内の酸素濃度が高まる一方、シフトアップ後にアクセルペダルを踏み込むことに伴い、気筒内にＥＧＲガスが再び導入されて気筒内の酸素濃度が低下するようになる。つまり、シフトアップの最中からそれの完了後において、閉じていたＥＧＲバルブの開度を開側に変更することに伴い気筒内の酸素濃度が大きく変動しようとするが、ＥＧＲ通路を介したＥＧＲガスの導入には応答遅れが生じるため、気筒内の酸素濃度が不安定になってしまう。

その結果、シフトアップ後には、気筒内の温度の低下と、気筒内の酸素濃度の不安定化とにより、特に前段燃焼の着火性が悪化し、そのことが、主燃焼の燃焼安定性を低下させて、排気エミッション性能の悪化を招く虞がある。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、手動変速機のシフトアップ後における、ディーゼルエンジンの燃焼安定性の低下を回避することにある。

ここに開示するディーゼルエンジンの制御装置は、気筒内に供給した燃料を圧縮自着火させるよう構成されたエンジンと、前記気筒内に臨んで配設されかつ、当該気筒内に燃料を直接噴射するよう構成された燃料噴射弁と、前記エンジンの排気通路と吸気通路とを連通しかつ、排気ガスを前記気筒への吸気に還流させる排気ガス還流通路、及び、当該排気ガス還流通路を介したＥＧＲ量を調整する排気ガス流量調整弁を有するＥＧＲ手段と、を備える。

そして、前記エンジンが完全暖機する前の運転状態において、前記燃料噴射弁は、拡散燃焼を主体とした主燃焼を行うために圧縮上死点又はそれよりも前に燃料噴射を開始する主噴射と、前記主燃焼の開始前に前段燃焼が生起するように、前記主噴射よりも前のタイミングで少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、を実行すると共に、アクセルの全閉とクラッチの開放とを伴う前記エンジンの無負荷運転状態のときには、燃料噴射を停止し、前記ＥＧＲ手段は、前記エンジンの運転状態に応じたＥＧＲ量となるように、前記排気ガス流量調整弁の開度を調整すると共に、前記アクセルの全閉とクラッチの開放とを伴う前記エンジンの無負荷運転状態のときには、前記排気ガス流量調整弁を閉じ、前記ＥＧＲ手段はまた、前記アクセルの全閉とクラッチの開放とを伴う前記エンジンの無負荷運転状態であっても変速機のシフトアップ操作のときには、そのシフトアッププロセスの最中に、当該シフトアッププロセスの開始直前の前記排気ガス流量調整弁の開度を保持することでＥＧＲ量を保持する。

この構成によると、エンジンの完全暖機前の運転状態においては、少なくとも１回の燃料噴射を含む前段噴射を行い、主燃焼の開始前に前段燃焼を生起させる。これによって、主噴射の開始時点における気筒内の温度及び圧力が高まる。このことにより、主噴射によって噴射された燃料の着火性が高まり、拡散燃焼を主体とした主燃焼が安定して行われる。また、ＥＧＲ手段が、エンジンの運転状態に応じたＥＧＲ量の排気還流を実行する、言い換えるとフィードバック制御を行うことによって、比較的高温の排気ガスが気筒内に導入されて気筒内の温度上昇に有利になると共に、気筒内の酸素濃度がエンジンの運転状態に応じて適切に調整される。このことは、前段燃焼及び拡散燃焼の安定化に寄与する。

その結果、エンジンの完全暖機前の運転状態における排気エミッション性能及び燃費の向上に有利になる。

そして、前記の構成ではさらに、アクセルの全閉とクラッチの開放とを伴うエンジンの無負荷運転状態のときには、燃料噴射を停止すると共に、排気ガス流量調整弁を閉じるものの、アクセルの全閉とクラッチの開放とを伴うエンジンの無負荷運転状態であっても、変速機のシフトアップ操作のときには、そのシフトアッププロセスの最中は、プロセス開始直前の前記排気ガス流量調整弁の開度を保持することでＥＧＲ量が保持される。つまり、エンジンが無負荷になって一時的に燃料カット状態となったときでもＥＧＲ量がゼロにならずに、気筒内には新気と共に排気ガスも導入される。このことは、シフトアッププロセス中の気筒内の温度低下を抑制して、気筒内の温度は比較的高い状態に維持される。

また、ＥＧＲ量を変化させずに保持するため、シフトアッププロセス中の気筒内の酸素濃度の高まりが抑制される。さらに、例えばＥＧＲ通路上に配置されたＥＧＲ量の調整のための排気ガス還流弁の開閉制御が省略されて、シフトアッププロセスの前後において排気ガス還流弁の開度がそのまま維持される。そのため、シフトアッププロセスの完了後に、アクセルペダルが踏み込み操作されたときに、気筒内の酸素濃度の変動差が小さくかつ、ＥＧＲガスの導入遅れも抑制される。

こうして、シフトアッププロセス後の、気筒内の温度低下の抑制と、筒内の酸素濃度の安定化とが実現し、特に前段燃焼の着火性の悪化が回避される。その結果、主燃焼の燃焼安定性も確保されて、排気エミッション性能の向上に有利になる。

前記ディーゼルエンジンの制御装置は、前記エンジンの吸気通路上の配設されたスロットル弁を含む吸気量調整手段をさらに備え、前記吸気量調整手段は、前記シフトアッププロセスの最中に、当該シフトアッププロセスの開始直前の前記スロットル弁の開度を保持する、としてもよい。

こうすることで、シフトアッププロセスの前後において、気筒内に導入される新気及びＥＧＲ量が共に維持されることになり、シフトアッププロセス後の気筒内の酸素濃度の安定化に、さらに有利になる。

以上説明したように、前記のディーゼルエンジンの制御装置によると、完全暖機前の運転状態において、手動変速機のシフトアッププロセス後の前段燃焼及び主燃焼の燃焼安定性が共に確保できるから、排気エミッション性能の向上に有利になる。

ディーゼルエンジンの構成を示す概略図である。ディーゼルエンジンの制御に係るブロック図である。ディーゼルエンジンの完全暖機前の運転領域における燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。シフトアッププロセス前後のクリップ制御に係るメインフローチャートである。図４に示すメインフロー中の、シフトアップ判定ステップ処理に係るフローチャートである。シフトアッププロセス前後のクリップ制御に係る、（ａ）アクセル開度信号、（ｂ）アクセル開度変化率、（ｃ）エンジン回転数、（ｄ）燃料噴射量、（ｅ）クラッチ操作信号、（ｆ）ギヤ位置信号、（ｇ）ニュートラル信号、（ｈ）シフト判定フラグ、（ｉ）シフトアップ判定ステップ信号、（ｊ）目標気筒内酸素濃度及び実気筒内酸素濃度、（ｋ）スロットル弁開度、（ｌ）排気ガス還流弁開度、及び、（ｍ）クーラバイパス弁開度、のタイミングチャートである。

以下、実施形態に係るディーゼルエンジンを図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。図１，２は、実施形態に係るエンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンである。このエンジン１が搭載される車両は、手動変速機７３を備えたＭＴ車であって、エンジン１の駆動に伴う出力トルクは、クランクシャフト１５に対しクラッチ機構７２を介して連結された手動変速機７３を通じて駆動輪７４に伝達されることになる。

エンジン１は、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン１３とを有している。このエンジン１の各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン１４の頂面にはリエントラント形燃焼室１４ａを区画するキャビティが形成されている。このピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランクシャフト１５と連結されている。

前記シリンダヘッド１２には、各気筒１１ａ毎に吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されているとともに、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の燃焼室１４ａ側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

これら吸排気弁２１，２２をそれぞれ駆動する動弁系において、排気弁側には、当該排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＭ（Variable Valve Motion）と称する）が設けられている。このＶＶＭ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を１つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁に伝達するロストモーション機構を含んで構成されており、第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。

ＶＶＭ７１の通常モードと特殊モードとの切り替えは、エンジン駆動の油圧ポンプ（図示省略）から供給される油圧によって行われ、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部ＥＧＲの実行としては、排気の二度開きに限定されるものではなく、例えば吸気弁２１を２回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。尚、ＶＶＭ７１による内部ＥＧＲ制御は、主に燃料の着火性が低いエンジン１の冷間時に行われる。

前記シリンダヘッド１２には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、エンジン１の冷間時に各気筒１１ａ内の吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９とが設けられている。前記インジェクタ１８は、その燃料噴射口が燃焼室１４ａの天井面から該燃焼室１４ａに臨むように配設されていて、基本的には圧縮行程上死点付近で、燃焼室１４ａに燃料を直接噴射供給するようになっている。

前記エンジン１の一側面には、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、前記エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室１４ａからの既燃ガス（つまり、排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、詳しくは後述するが、吸入空気の過給を行う大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２とが配設されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒１１ａ毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１１ａの吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、大型及び小型ターボ過給機６１、６２のコンプレッサ６１ａ，６２ａと、該コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、前記各気筒１１ａの燃焼室１４ａへの吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。このスロットル弁３６は、基本的には全開状態とされるが、エンジン１の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。

前記排気通路４０の上流側の部分は、各気筒１１ａ毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。

この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、小型ターボ過給機６２のタービン６２ｂ、大型ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置４１と、サイレンサ４２とが配設されている。

この排気浄化装置４１は、酸化触媒４１ａと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）４１ｂとを有しており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒４１ａ及びフィルタ４１ｂは１つのケース内に収容されている。前記酸化触媒４１ａは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ_２及びＨ_２Ｏが生成する反応を促すものである。また、前記フィルタ４１ｂは、エンジン１の排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕集するものである。尚、フィルタ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。

前記吸気通路３０における前記サージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型コンプレッサ６２ａよりも下流側部分）と、前記排気通路４０における前記排気マニホールドと小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂとの間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりも上流側部分）とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための排気ガス還流通路５０によって接続されている。この排気ガス還流通路５０は、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するための排気ガス還流弁５１ａ及び排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２とが配設された主通路５１と、ＥＧＲクーラ５２をバイパスするためのクーラバイパス通路５３と、を含んで構成されている。このクーラバイパス通路５３には、クーラバイパス通路５３を流通する排気ガスの流量を調整するためのクーラバイパス弁５３ａが配設されている。

大型ターボ過給機６１は、吸気通路３０に配設された大型コンプレッサ６１ａと、排気通路４０に配設された大型タービン６１ｂとを有している。大型コンプレッサ６１ａは、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３５との間に配設されている。一方、大型タービン６１ｂは、排気通路４０における排気マニホールドと酸化触媒４１ａとの間に配設されている。

小型ターボ過給機６２は、吸気通路３０に配設された小型コンプレッサ６２ａと、排気通路４０に配設された小型タービン６２ｂとを有している。小型コンプレッサ６２ａは、吸気通路３０における大型コンプレッサ６１ａの下流側に配設されている。一方、小型タービン６２ｂは、排気通路４０における大型タービン６１ｂの上流側に配設されている。

すなわち、吸気通路３０においては、上流側から順に大型コンプレッサ６１ａと小型コンプレッサ６２ａとが直列に配設され、排気通路４０においては、上流側から順に小型タービン６２ｂと大型タービン６１ｂとが直列に配設されている。これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂが排気ガス流により回転し、これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂの回転により、該大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂとそれぞれ連結された前記大型及び小型コンプレッサ６１ａ，６２ａがそれぞれ作動する。

小型ターボ過給機６２は、相対的に小型のものであり、大型ターボ過給機６１は、相対的に大型のものである。すなわち、大型ターボ過給機６１の大型タービン６１ｂの方が小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりもイナーシャが大きい。

吸気通路３０には、小型コンプレッサ６２ａをバイパスする小型吸気バイパス通路６３が接続されている。この小型吸気バイパス通路６３には、該小型吸気バイパス通路６３へ流れる空気量を調整するための小型吸気バイパス弁６３ａが配設されている。この小型吸気バイパス弁６３ａは、無通電時には全閉状態（つまり、ノーマルクローズ）となるように構成されている。

一方、排気通路４０には、小型タービン６２ｂをバイパスする小型排気バイパス通路６４と、大型タービン６１ｂをバイパスする大型排気バイパス通路６５とが接続されている。小型排気バイパス通路６４には、該小型排気バイパス通路６４へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ６４ａが配設され、大型排気バイパス通路６５には、該大型排気バイパス通路６５へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ６５ａが配設されている。レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａは共に、無通電時には全開状態（つまり、ノーマルオープン）となるように構成されている。

これら大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２は、それらが配設された吸気通路３０及び排気通路４０の部分も含めて、一体的にユニット化されて、過給機ユニット６０を構成している。この過給機ユニット６０がエンジン１に取り付けられている。

このように構成されたディーゼルエンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御装置を構成する。ＰＣＭ１０には、図２に示すように、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、サージタンク３３に取り付けられて、燃焼室１４ａに供給される空気の圧力を検出する過給圧センサＳＷ２、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ３、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ４、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ５、排気中の酸素濃度を検出するＯ_２センサＳＷ６、及び、車速を検出する車速センサＳＷ７の検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ１８、グロープラグ１９，動弁系のＶＶＭ７１、各種の弁３６、５１ａ、５３ａのアクチュエータへ制御信号を出力する。

また、ＰＣＭ１０は、エンジンの運転状態において大型及び小型ターボ過給機６１、６２の動作を制御している。具体的には、ＰＣＭ１０は、小型吸気バイパス弁６３ａ、レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａの各開度をエンジン１の運転状態に応じて設定した開度にそれぞれ制御する。詳しくは、ＰＣＭ１０は、エンジン１の温間時には、低負荷かつ低回転側の所定領域では、小型吸気バイパス弁６３ａ及びレギュレートバルブ６４ａを全開以外の開度とし、ウエストゲートバルブ６５ａを全閉状態とすることによって、大型及び小型ターボ過給機６１、６２の両方を作動させる。一方、高負荷かつ高回転側の所定領域では、小型ターボ過給機６２が排気抵抗になるため、小型吸気バイパス弁６３ａ及びレギュレートバルブ６４ａを全開状態とし、ウエストゲートバルブ６５ａを全閉状態に近い開度にすることによって、小型ターボ過給機６２をバイパスさせて大型ターボ過給機６１のみを作動させる。尚、ウエストゲートバルブ６５ａは、大型ターボ過給機６１の過回転を防止するために少し開き気味に設定している。

そうして、このエンジン１は、その幾何学的圧縮比を１２以上１５以下（例えば１４）とした、比較的低圧縮比となるように構成されており、これによって排気エミッション性能の向上及び熱効率の向上を図るようにしている。

（エンジンの燃焼制御の概要）
前記ＰＣＭ１０によるエンジン１の基本的な制御は、主にアクセル開度に基づいて目標トルク（言い換えると目標となる負荷）を決定し、これに対応する燃料の噴射量や噴射時期等をインジェクタ１８の作動制御によって実現するものである。目標トルクは、アクセル開度が大きくなるほど、またエンジン回転数が高くなるほど、大きくなるように設定され、目標トルクとエンジン回転数とに基づいて燃料の噴射量が設定される。噴射量は、目標トルクが高くなるほど、また、エンジン回転数が高くなるほど大きくなるように設定される。また、スロットル弁３６、排気ガス還流弁５１ａ及びクーラバイパス弁５３ａの開度の制御（つまり、外部ＥＧＲ制御）や、ＶＶＭ７１の制御（つまり、内部ＥＧＲ制御）によって、気筒１１ａ内への排気の還流割合を制御する。

図３は、エンジン１の未暖機状態（言い換えると完全暖機前）における、燃料噴射形態（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。ＰＣＭ１０は、水温センサＳＷ１の検出結果に基づいて、エンジン１が暖機状態か未暖機状態かを判定する。詳しくは、ＰＣＭ１０は、水温が所定温度（例えば、８０℃）以上のときは暖機状態と判定し、水温が当該所定温度未満のときには未暖機状態と判定する。エンジン１が未暖機状態のときには、ＰＣＭ１０は、図３に示すように、圧縮行程中における圧縮上死点に比較的近いタイミングで、比較的短い時間間隔を空けて３回のプレ噴射（前段噴射）を実行すると共に、その後の圧縮上死点付近において主噴射を１回、実行する。つまり、合計４回の燃料噴射を実行する。３回のプレ噴射は、十分な熱発生率を有するプレ燃焼（前段燃焼に相当する）を、その熱発生率のピークが圧縮上死点前の所定の時期に発生するように、生起させる。換言すれば、主燃焼の開始前にプレ燃焼を生起させ、それにより主噴射を開始する時点での気筒１１ａ内の温度及び圧力を高めておく。このことは主噴射により噴射された燃料の着火遅れτ_ｍａｉｎを短くする。主噴射は、図例で示すように圧縮上死点前の所定のタイミング、又は、圧縮上死点で噴射を開始するが、着火遅れτ_ｍａｉｎが短いことで、その主噴射に伴う主燃焼は圧縮上死点付近において開始するようになる。このことは、熱効率の向上、ひいては燃費の向上に有利になる。ここで、図３（ｂ）の例では、主燃焼の着火遅れτ_ｍａｉｎを、主噴射の開始から、主燃焼の熱発生率が上昇を開始するまで、と定義している。この制御では、プレ燃焼による熱発生率がピークを迎えると共に、その熱発生率が低下を始めた後に、主燃焼による熱発生率の上昇が開始するように、プレ噴射の噴射態様と主噴射の噴射態様とを設定しており、プレ燃焼の熱発生率の山と主燃焼の熱発生率との山との間には、極小値が存在している。主燃焼の着火遅れτ_ｍａｉｎは、主噴射の開始から前記の極小値までと定義することも可能である。

また、前記の燃焼は、その後の主燃焼の熱発生率の上昇を緩慢にさせる。このことは燃焼騒音を低減させて、ＮＶＨ（Noise Vibration Harshness）性能を高める上で有利になる。つまり、プレ噴射及びそれに伴うプレ燃焼は、主燃焼の制御性を高めて主燃焼を所望のタイミングで発生させ、それにより、燃費の向上及びＮＶＨ性能の向上に有利になる。

さらに、プレ燃焼による熱発生率の山のピークは、主燃焼による熱発生率の上昇開始よりも前にずれるため、主燃焼の燃焼音を増大させることは回避しながら、プレ燃焼により得られるエネルギによって、主燃焼の開始時点で、気筒内の温度及び圧力を、着火遅れを短くする上で必要十分な状態にまで高めることが可能になる。このことは、着火遅れを短くすることは勿論のこと、前段噴射の噴射量を必要最小限にし、燃費の向上に有利になる。

こうした噴射制御と共に、エンジン１が未暖機状態であるときには、外部ＥＧＲ制御が実行される。この制御は、排気ガス還流弁５１ａ及びクーラバイパス弁５３ａをそれぞれ、エンジン負荷及び回転数に応じた開度に設定することによるフィードバック制御である。これにより、ＥＧＲクーラ５２をバイパスした比較的高温の排気ガスが気筒１１ａ内に導入されて、未暖機状態におけるエンジン１の気筒１１ａ内の温度上昇及び気筒１１ａ内の酸素濃度の適正化が図られ、前述した前段燃焼及び主燃焼の安定化が図られる。

（シフトアッププロセス時の吸気制御）
前述したように、エンジン１の完全暖機前の運転状態では、プレ噴射と主噴射とを含む燃料噴射制御と共に、外部ＥＧＲ制御を含む吸気制御を実行する。ここで、手動変速機７３のシフトアップ操作時には、アクセルの全閉及びクラッチ機構７２の開放によって、エンジン１が無負荷状態となり、一時的に燃料カット状態となる。これにより、エンジン１の負荷及び回転数に応じて設定される排気ガス還流弁５１ａ及びクーラバイパス弁５３ａがそれぞれ全閉となって、ＥＧＲ量が一時的にゼロに設定される。そして、手動変速機７３において、ニュートラル位置を介したシフトアップ操作がなされて、クラッチ機構７２の締結及びアクセルペダルの踏み込みが行われることによりシフトアッププロセスが完了すれば、排気ガス還流弁５１ａ及びクーラバイパス弁５３ａがそれぞれ、エンジン１の回転数及び負荷に応じた所定開度に変更される。

従って、アクセルの全閉、クラッチ機構７２の開放、シフト操作、クラッチ機構７２の締結及びアクセルペダルの踏み込みを含むシフトアッププロセスの最中には、ＥＧＲ量がゼロになって、比較的低温の新気のみが気筒１１ａ内に導入される。これは、気筒１１ａ内の温度を低下させると共に、気筒１１ａ内の酸素濃度を高める。また、シフトアッププロセス中からそれの完了後において、閉じていた排気ガス還流弁５１ａ及びクーラバイパス弁５３ａが開けられて気筒１１ａ内の酸素濃度で低下するようになるが、排気ガス還流通路５０を介したＥＧＲガスの還流には、応答遅れが生じるから、シフトアッププロセス後のアクセルペダルの踏み込み時に、気筒１１ａ内の酸素濃度が不安定になってしまう。この気筒１１ａ内の温度低下と、酸素濃度の不安定性とが組み合わさって、シフトアッププロセス後は、前段燃焼の着火性が悪化し、前段燃焼の燃焼安定性の低下、ひいては主燃焼の燃焼安定性が低下してしまう。

そこで、このエンジンシステムにおいて、ＰＣＭ１０は、シフトアッププロセス後の燃焼安定性の低下を回避すべく、シフトアッププロセスの最中には、排気ガス還流弁５１ａ及びクーラバイパス弁５３ａ、並びにスロットル弁３６の開度を、シフトアッププロセスの開始直前の開度で一定に保つクリップ制御を実行する。

図４は、ＰＣＭ１０が実行する、シフトアッププロセス時のクリップ制御に係るメインフローを示している。スタート後のステップＳ４１では、以降の制御に必要な各種信号を読み込み、ステップＳ４２では、その読み込んだ信号に基づいて、シフトアップ判定のための処理演算を行う。ステップＳ４３では、シフトアップ判定の許可範囲であるか否かを判定する。すなわち、ステップＳ４３にて、エンジン回転数が所定の上下限回転数以内でかつ、車速が所定速度以上でかつ、ギア位置が所定ギア段以下でかつ、ブレーキ信号がオフであるときにはシフトアップ判定の許可範囲であると判定し、いずれか一つでも条件が成立しなかったときには、許可範囲でないと判定する。許可範囲でないとき（ＮＯのとき）にはステップＳ４６に移行し、エラーと判定して、シフトアップ判定を終了する（ステップＳ４６）。これに対し、ステップＳ４３で、シフトアップ判定の許可範囲であるとき（ＹＥＳのとき）には、シフトアップ判定許可フラグを立てた上で（図６（ｈ）参照）、ステップＳ４４に移行する。ステップＳ４４では、図５に示すシフトアップ判定ステップ処理のフローを実行する。このシフトアップ判定ステップ処理は、シフトアッププロセスに含まれる、アクセルの全閉、クラッチ機構７２の開放、シフト操作、クラッチ機構７２の締結及びアクセルペダルの踏み込みそれぞれの実行を、順次、判断することにより、シフトアッププロセスが実行されているか否かを判断するロジックであり、この処理によって、シフトアッププロセスが実行されているときには、クリップ制御を早期に開始することを可能にする。また、シフトアッププロセスでないと判断したときには、クリップ処理を直ちに中止することも可能になる。ここで、図５のフローと、図６のタイミングチャートを参照しながら、シフトアップ判定ステップ処理について説明する。図６のタイミングチャートは、同図（ｆ）に示すように、２速から３速へのシフトアッププロセス時における、各パラメータのタイミングチャートの一例である。

先ずステップＳ５１では、シフトアップ判定ステップ１であるか否かを判定する。シフトアップ判定ステップ１は、アクセル開度の変化を検知したこと（図６（ｂ）参照）、又は、クラッチ機構７２の開放を検知したこと（図６（ｅ）参照）、である。つまり、乗員がアクセルペダルを戻してアクセル開度の偏差量が所定量を超えかつアクセル開度が所定開度以下になったとき、又は、クラッチペダルを踏み込んでクラッチ機構７２が開放されたときには、シフトアッププロセスのステップ１を判定したとして（図６（ｉ）参照）、ステップＳ５２に移行する。これに対し、それらの信号が、所定時間以上、検知されないときには、タイムアウトとして、後述するステップＳ５１６、つまり、通常の吸気制御に移行する。

ステップＳ５２では、シフト判定エラーか否かを判断する。この判定は、シフトアッププロセスとは異なる動作が行われているか否かを判定するものである。例えばクラッチ機構７２が、所定時間以上、継続して開放されたままであるときには、シフトアッププロセスではない（例えば車両の減速状態である）とエラー判定をして、ステップＳ５１６に移行する。一方、エラー判定でないとき（ＮＯのとき）にはステップＳ５３に移行する。

ステップＳ５３では、シフトアップ判定ステップ１直前の、言い換えるとシフトアッププロセスの開始直前のＥＧＲ開度と、スロットル弁３６の開度とをそれぞれ記憶する。
尚、この例でのＥＧＲ開度には、排気ガス還流弁５１ａ及びクーラバイパス弁５３ａの双方の開度を含むが、例えばＥＧＲクーラ５２が省略されたシステムにおいては、排気ガス還流弁５１ａのみの制御とすればよい。

続くステップＳ５４では、シフトアップ判定ステップ２であるか否かを判定する。シフトアップ判定ステップ２は、前述したシフトアップ判定ステップ１においてアクセル開度の変化を検知したときには、クラッチ機構７２の開放を検知することであり、シフトアップ判定ステップ１においてクラッチ機構７２の開放を検知したときには、アクセル開度の変化を検知することである。すなわち、シフトアップ判定ステップ１と、シフトアップ判定ステップ２との２つのステップにおいて、アクセルの全閉及びクラッチ機構７２の開放の２つの操作を、その順番を問わずに検知する。ステップＳ５４においてＹＥＳのときには、シフトアッププロセスのステップ２を判定したとして（図６（ｉ）参照）、ステップＳ５５に移行する。一方、アクセルの全閉又はクラッチ機構７２の開放の後、次の動作が行われずにタイムアウトになったようなときには、シフトアッププロセスではないとして、ステップＳ５４からステップＳ５１６に移行する。ここで、シフトアップ判定ステップ１やステップ２に関係するタイムアウトは、比較的短く設定されている。これは、アクセルの全閉やクラッチ機構７２の開放は、シフトアップ操作に限らずに、車両の減速時にも行われる操作であるため、シフトアップ操作でない場合は、クリップ制御ではなく、通常の吸気制御に早期に戻るために、タイムアウトを比較的短い時間に設定している。

ステップＳ５５では、シフト判定エラーか否かを判断する。エラーでない（ＮＯのとき）にはステップＳ５６に移行をして、排気ガス還流弁５１ａ及びクーラバイパス弁５３ａの開度、並びに、スロットル弁３６の開度をそれぞれ、ステップＳ５３で記憶したＥＧＲ開度やスロットル開度で保持する（図６の（ｋ）（ｌ）（ｍ）の実線参照）。一方、ステップＳ５５において、エラー判定のときにはステップＳ５１６に移行する。このステップでのエラー判定の例としては、燃料噴射量が所定量以上になった場合等を挙げることができる。

ステップＳ５７では、シフトアップ判定ステップ３であるか否かを判定する。シフトアップ判定ステップ３は、手動変速機７３の変速段がニュートラルになったことである（図６の（ｇ）参照）。つまり、手動変速機７３のシフトアップ操作においては、シフトアップ前の変速段（図例では２速）から、シフトアップ後の変速段（図例では３速）へと移行する際に、一旦は、必ずニュートラルになるためである。ニュートラル信号を検知したときには、シフトアッププロセスのステップ３を判定したとして（図６（ｉ）参照）、ステップＳ５８に移行する。これに対し、ニュートラル信号を検知しないでタイムアウトになったときには、ステップＳ５１６に移行する。

ステップＳ５８では、シフト判定エラーか否かを判断する。例えば手動変速機７３が、ニュートラルのままで所定時間が経過したとき等には、このままクリップ制御を継続するよりも、通常の吸気制御に復帰した方が好ましいとしてエラー判定をし、ステップＳ５１６に移行する。これに対し、ステップＳ５８でＮＯと判定したときには、ステップＳ５９に移行して、排気ガス還流弁５１ａ、クーラバイパス弁５３ａ及びスロットル弁３６に関し、クリップ制御をそのまま継続する。

ステップＳ５１０では、シフトアップ判定ステップ４であるか否かを判定する。シフトアップ判定ステップ４は、手動変速機７３がニュートラル以外になったことを検知したことである（図６の（ｇ）参照）。つまり、ニュートラルを介して手動変速機７３のシフトアップ操作が完了したときには、ステップＳ５１１に移行する。これに対し、ニュートラルのオフ信号を所定時間以上、検知せずにタイムアウトになったときには、ステップＳ５１０からステップＳ５１６に移行する。

ステップＳ５１１では、シフト判定エラーか否かを判断する。例えば手動変速機７３のシフトアップ操作は完了したものの、クラッチ機構７２の開放が所定時間以上、継続しているとき等には、エラー判定をして、ステップＳ５１１からステップＳ５１６に移行をする。ここで、シフトアップ判定ステップ４や後述の判定ステップ５に関係する所定時間（タイムアウト時間）は、前述したシフトアップ判定ステップ４やステップ５に関係するタイムアウト時間に比べて長く設定される。これは、シフトアップ判定ステップ４のように、手動変速機７３が一旦ニュートラルになって、別の変速段に移行した場合は、その操作はシフトアッププロセスであることに、ほぼ間違いないため、クリップ制御を止めて通常の吸気制御に早期に戻るような要求が低いためである。ステップＳ５１１の判定がＮＯのときには、ステップＳ５１２に移行をして、排気ガス還流弁５１ａ及びクーラバイパス弁５３ａの開度、並びに、スロットル弁３６の開度をそのまま維持する。つまり、クリップ制御を継続する。

ステップＳ５１３では、シフトアップ判定ステップ５であるか否かを判定する。シフトアップ判定ステップ５は、燃料噴射量が所定量以上になったことを検知する。これは、シフトアップ操作が完了して、乗員がアクセルペダルを踏み込み操作したことを判定する。ＹＥＳの判定のときには、ステップＳ５１４に移行する。これに対し、例えば燃料噴射量が所定量以上にならずにタイムアウトしたときには、ステップＳ５１３からステップＳ５１６に移行する。ステップＳ５１４では、シフト判定エラーか否かを判断し、ＹＥＳ判定の時はステップＳ５１６に移行をし、ＮＯ判定の時はステップＳ５１５に移行をする。

ステップＳ５１５では、シフトアッププロセスが完了しており、クリップ制御から通常の吸気制御にスムースにつなげるための徐変制御を行う。これは、例えばアクセル開度と燃料噴射量とに基づき、排気ガス還流弁５１ａ、クーラバイパス弁５３ａ及びスロットル弁３６の開度を徐々に変更する（図６の（ｋ）（ｌ）（ｍ））。そしてステップＳ５１６において、通常の吸気制御に復帰をし、図４のフローのステップ４５に戻って、シフトアップ判定を終了する。

こうして図６（ａ）（ｂ）（ｅ）に示すように、アクセルの全閉及びクラッチ機構７２の開放により、エンジン１は無負荷状態となり、同図（ｃ）に示すようにエンジン１の回転数は次第に低下すると共に、同図（ｄ）に示すように燃料噴射量は実質的にゼロに設定される。これにより、通常の吸気制御においては、ＥＧＲ量もゼロに設定される（同図（ｄ）の「ＥＧＲＣＵＴ条件」参照）。すなわち、通常の吸気制御では、図６（ｊ）に点線で示すように、気筒１１ａ内の目標酸素濃度が高くなり、同図（ｌ）（ｍ）に点線で示すように、排気ガス還流弁５１ａ及びクーラバイパス弁５３ａが閉じられかつ、同図（ｋ）に点線で示すように、スロットル弁３６が開けられる。その結果、通常の吸気制御においては、気筒１１ａ内の実酸素濃度が、同図（ｊ）に破線で示すように、シフトアッププロセスの最中には大幅に高くなると共に、シフトアッププロセス後には、エンジン負荷及びエンジン回転数に応じた、比較的低い濃度にまで急変されるから不安定になる。

これに対し、クリップ制御では、同図（ｊ）に実線で示すように、シフトアッププロセスの最中に、気筒１１ａ内の目標酸素濃度が、シフトアッププロセスの開始直前の値に保持され、同図（ｋ）（ｌ）（ｍ）に実線で示すように、スロットル弁３６、排気ガス還流弁５１ａ及びクーラバイパス弁５３ａの開度がそれぞれ、シフトアッププロセスの開始直前の開度に保持される。つまり、図例では、スロットル弁３６が閉じ側の所定開度で一定にされ、排気ガス還流弁５１ａ及びクーラバイパス弁５３ａが開き側の所定開度で一定にされている。クリップ制御においては、気筒１１ａ内の実酸素濃度が、同図（ｊ）に一点鎖線で示すように、シフトアッププロセスの最中に高くなることが抑制されると共に、シフトアッププロセス後に不安定になることが回避される。また、シフトアッププロセスの最中に、新気だけでなくＥＧＲガスも気筒１１ａ内に導入されるため、気筒１１ａ内の温度低下も抑制される。

その結果、シフトアッププロセス後のアクセルペダルの踏み込み時に、前段燃焼の着火性が良好になり、主燃焼の燃焼安定性が向上する。その結果、排気エミッション性の向上に有利になる。

また、シフトアッププロセスの判定を、そのシフトアッププロセスに含まれる複数の操作に対応させた、複数のステップによって行うことによって、シフトアップの検知のためだけのセンサ等を用いずとも、既存のセンサを利用して、シフトアッププロセスを早期に検知することができ、クリップ制御を速やかに開始することができる。これは、前述したシフトアッププロセス後の前段燃焼及び主燃焼の安定性を高める上で有利である。一方で、複数ステップによるシフトアッププロセスの判定は、シフトアッププロセスでないことも早期に検知でき、クリップ制御を開始していても、そのクリップ制御を速やかに終了して、通常の吸気制御（つまり、フィードバック制御）に早期に復帰することが可能になる。このこともまた、燃焼安定性の向上、ひいては排気エミッション性の向上に有利になる。

１ディーゼルエンジン（エンジン）
１０ＰＣＭ（ＥＧＲ手段、吸気量制御手段）
１１ａ気筒
１８インジェクタ（燃料噴射弁）
３０吸気通路
３６スロットル弁
４０排気通路
５０排気ガス還流通路（ＥＧＲ手段）
５１ａ排気ガス還流弁（ＥＧＲ手段）
５３ａクーラバイパス弁（ＥＧＲ手段）
７２クラッチ機構
７３手動変速機

Claims

気筒内に供給した燃料を圧縮自着火させるよう構成されたエンジンと、
前記気筒内に臨んで配設されかつ、当該気筒内に燃料を直接噴射するよう構成された燃料噴射弁と、
前記エンジンの排気通路と吸気通路とを連通しかつ、排気ガスを前記気筒への吸気に還流させる排気ガス還流通路、及び、当該排気ガス還流通路を介したＥＧＲ量を調整する排気ガス流量調整弁を有するＥＧＲ手段と、を備え、
前記エンジンが完全暖機する前の運転状態において、
前記燃料噴射弁は、拡散燃焼を主体とした主燃焼を行うために圧縮上死点又はそれよりも前に燃料噴射を開始する主噴射と、前記主燃焼の開始前に前段燃焼が生起するように、前記主噴射よりも前のタイミングで少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、を実行すると共に、アクセルの全閉とクラッチの開放とを伴う前記エンジンの無負荷運転状態のときには、燃料噴射を停止し、
前記ＥＧＲ手段は、前記エンジンの運転状態に応じたＥＧＲ量となるように、前記排気ガス流量調整弁の開度を調整すると共に、前記アクセルの全閉とクラッチの開放とを伴う前記エンジンの無負荷運転状態のときには、前記排気ガス流量調整弁を閉じ、
前記ＥＧＲ手段はまた、前記アクセルの全閉とクラッチの開放とを伴う前記エンジンの無負荷運転状態であっても変速機のシフトアップ操作のときには、そのシフトアッププロセスの最中に、当該シフトアッププロセスの開始直前の前記排気ガス流量調整弁の開度を保持することでＥＧＲ量を保持するディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
前記エンジンの吸気通路上の配設されたスロットル弁を含む吸気量調整手段をさらに備え、
前記吸気量調整手段は、前記シフトアッププロセスの最中に、当該シフトアッププロセスの開始直前の前記スロットル弁の開度を保持するディーゼルエンジンの制御装置。