特許 6844421 ディーゼルエンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6844421

(24)【登録日】2021年3月1日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】ディーゼルエンジン

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/04 20060101AFI20210308BHJP

   F02D 21/08 20060101ALI20210308BHJP

【ＦＩ】

   F02D41/04

   F02D21/08 301D

【請求項の数】2

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-105409(P2017-105409)

(22)【出願日】2017年5月29日

(65)【公開番号】特開2018-200030(P2018-200030A)

(43)【公開日】2018年12月20日

【審査請求日】2019年9月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高井 祐

【審査官】 小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２００９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０７６５０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ４７／０８−４７／１０

Ｆ０２Ｄ ４１／００−４５／００

Ｆ０２Ｍ ２６／００−２６／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼室を有するエンジン本体と、
前記燃焼室内に燃料を噴射するように構成された燃料噴射装置と、
排気ガスに含まれるスモーク量の上限に従って決定される燃料噴射量の上限を示すスモーク限界噴射量を前記燃料噴射量が超えないように前記燃料噴射装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記燃焼室における燃焼ガス温度の低下に従って前記スモーク限界噴射量を低下させ、さらに、
前記エンジン本体を経由せずに排気通路を吸気通路と接続し、排気ガスの一部を前記吸気通路に還流するように構成されたＥＧＲ装置を備え、
前記制御装置は、前記吸気通路を流通する吸入空気量と、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲ率の上昇に伴なう前記燃焼ガス温度の低下に従って低下する前記スモーク限界噴射量との予め定められた関係を用いて、前記吸入空気量に基づいて、前記ＥＧＲ率に応じた前記スモーク限界噴射量を算出する、ディーゼルエンジン。

【請求項2】

前記制御装置は、前記吸入空気量と、前記ＥＧＲ装置の非作動時の前記スモーク限界噴射量を示す第１のスモーク限界噴射量及び前記ＥＧＲ率が最大であるときの前記スモーク限界噴射量を示す第２のスモーク限界噴射量との予め定められた関係を用いて、前記吸入空気量並びに前記第１及び第２のスモーク限界噴射量に基づいて、前記ＥＧＲ率に応じた前記スモーク限界噴射量を算出する、請求項１に記載のディーゼルエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ディーゼルエンジンに関し、特に、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御に関する。

【背景技術】

【0002】

特開平１１−３６９６２号公報（特許文献１）は、ディーゼルエンジンの燃料噴射量制御装置を開示する。この燃料噴射量制御装置では、エアフローメータによってエンジンに吸入される新気量（空気量）が検出されるとともに、検出された新気量とエンジン回転数とに応じて排気スモーク（煤）が生じない燃料噴射量の最大値が設定され、燃料噴射量がこの最大値で制限される。これにより、燃料噴射量は、吸入空気量に対してスモークが生じない範囲に設定される（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平１１−３６９６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の燃料噴射量制御装置において設定される燃料噴射量の最大値は、吸入空気量に対して排気スモークが生じない範囲（或いはスモーク量が上限を超えない範囲）に空燃比（吸入空気量と燃料噴射量との比）を維持するための燃料噴射量の上限である。すなわち、上記の燃料噴射量制御装置では、排気ガスのスモーク量は空燃比に依存するとの考えに基づいて、燃料噴射量の最大値が設定される。

【0005】

しかしながら、空燃比が維持されていても、スモークが発生し、或いはスモーク量が増加する場合がある。たとえば、空燃比が一定の下でＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置が作動することにより排気ガスが吸気側に還流されると、ＥＧＲ装置が非作動の場合に比べてスモーク量が増加する場合がある。

【0006】

本開示は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、排気ガスに含まれるスモーク量を適切に抑制可能なディーゼルエンジンを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示のディーゼルエンジンは、燃焼室を有するエンジン本体と、燃料噴射装置と、制御装置とを備える。燃料噴射装置は、燃焼室内に燃料を噴射するように構成される。制御装置は、排気ガスに含まれるスモーク量の上限に従って決定される燃料噴射量の上限を示すスモーク限界噴射量を燃料噴射量が超えないように燃料噴射装置を制御する。そして、制御装置は、燃焼室における燃焼ガス温度の低下に従ってスモーク限界噴射量を低下させる。

【0008】

排気ガスに含まれるスモーク量は、空燃比に依存するとともに、燃焼室における燃焼ガス温度にも依存する。すなわち、空燃比が一定であっても、燃焼ガス温度が高い場合には、燃焼ガス温度が低い場合に比べて、スモーク量は少なくなる。言い換えると、燃焼ガス温度が低い場合は、燃焼ガス温度が高い場合に比べて、スモーク量が多くなる。そこで、このディーゼルエンジンにおいては、スモーク量の上限に従って決定される燃料噴射量の上限を示すスモーク限界噴射量を燃焼ガス温度の低下に従って低下させる。これにより、燃焼ガス温度が低い場合にスモーク量が増加して上限を超えるのを抑制することができる。このように、このディーゼルエンジンによれば、排気ガスに含まれるスモーク量を適切に抑制することができる。なお、ここでの燃焼ガス温度とは、燃焼室内のピーク燃焼ガス温度を示す。

【0009】

本開示のディーゼルエンジンは、ＥＧＲ装置をさらに備える。ＥＧＲ装置は、エンジン本体を経由せずに排気通路を吸気通路と接続し、排気ガスの一部を吸気通路に還流するように構成される。そして、制御装置は、ＥＧＲ装置によるＥＧＲ率（吸気ガス中に占める排気ガス量の割合）の上昇に伴なう燃焼ガス温度の低下に従って、スモーク限界噴射量を低下させる。

【0010】

空燃比が一定のままＥＧＲ装置によりＥＧＲ率が上昇する場合、出力を確保するために燃料噴射量を同一とすると、吸気ガス量（吸入空気と排気ガスの総量）が増加する。噴射された燃料によって発生する発熱量は変わらないので、燃焼ガス温度は低下する。また、吸気ガス中に不活性ガス（排気ガス）が存在し、燃焼速度が低下するとともに燃焼ピーク温度が低下するので、この点でも燃焼ガス温度は低下する。そこで、このディーゼルエンジンにおいては、燃焼ガス温度の低下に起因して増加するスモーク量が上限を超えないように、吸入空気量とＥＧＲ率とを用いてスモーク限界噴射量を低下させる。これにより、ＥＧＲ率が上昇した場合にスモーク量が増加して上限を超えるのを抑制することができる。このディーゼルエンジンによれば、ＥＧＲ率に応じてスモーク量を適切に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の実施の形態に従うディーゼルエンジンの全体構成図である。

【図2】空燃比一定の下でＥＧＲ率が変化する場合のスモーク量の変化を概念的に示した図である。

【図3】空燃比及び燃焼ガス温度とスモーク量との関係を例示した図である。

【図4】燃焼ガス温度とスモーク量との関係を例示した図である。

【図5】燃焼ガス温度とスモーク限界噴射量との関係を例示した図である。

【図6】ＥＧＲ率と燃焼ガス温度との関係を例示した図である。

【図7】ＥＧＲ率とスモーク量との関係を例示した図である。

【図8】本実施の形態に従うディーゼルエンジンにおけるスモーク限界噴射量の設定例を示した図である。

【図9】ある吸入空気量におけるスモーク限界噴射量とＥＧＲ率との関係を示した図である。

【図10】図１に示すＥＣＵにより実行される燃料噴射量の設定処理を説明するフローチャートである。

【図11】図１０のステップＳ３０において実行されるスモーク限界噴射量の算出処理の一例を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0013】

＜ディーゼルエンジンの全体構成＞
図１は、本開示の実施の形態に従うディーゼルエンジンの全体構成図である。図１を参照して、ディーゼルエンジン１は、エンジン本体１０と、エアクリーナ２０と、インタークーラ２６と、吸気マニホールド２８と、過給機３０と、排気マニホールド５０と、ＥＧＲ装置６０とを備える。

【0014】

エンジン本体１０は、複数の気筒１２と、コモンレール１４と、複数のインジェクタ１６とを含む。以下では、一例として、ディーゼルエンジン１は、直列４気筒エンジンとして説明するが、ディーゼルエンジン１は、その他の気筒レイアウト（たとえばＶ型あるいは水平型）のエンジンであってもよく、また、気筒１２の数もこれに限定されるものではない。各気筒１２内には、ピストン（図示せず）が設けられ、気筒１２とピストンとによって燃焼室が形成される。

【0015】

複数のインジェクタ１６は、複数の気筒１２にそれぞれ設けられ、各インジェクタ１６は、コモンレール１４に接続される。燃料タンク（図示せず）に貯留された燃料は、サプライポンプ（図示せず）により所定圧に加圧されてコモンレール１４に供給される。コモンレール１４に供給された燃料は、各インジェクタ１６から所定のタイミングで燃焼室内に噴射される。

【0016】

エアクリーナ２０は、第１吸気管２２に設けられ、第１吸気管２２の一方端に設けられる吸気口（図示せず）から吸入される空気に含まれている異物を除去する。第１吸気管２２の他方端は、過給機３０のコンプレッサ３２の入口に接続され、コンプレッサ３２の出口には、第２吸気管２４の一方端が接続される。コンプレッサ３２は、第１吸気管２２を通じて吸入される空気を過給して第２吸気管２４に供給する。

【0017】

第２吸気管２４の他方端には、インタークーラ２６の一方端が接続される。インタークーラ２６は、第２吸気管２４を流通する空気を冷却する空冷式又は水冷式の熱交換器である。インタークーラ２６の他方端には、第３吸気管２７の一方端が接続され、第３吸気管２７の他方端は、吸気マニホールド２８に接続される。吸気マニホールド２８は、エンジン本体１０の各気筒１２の吸気ポートに連結される。なお、図示していないが、吸気マニホールド２８の上流には、吸気絞り弁が設けられる。

【0018】

排気マニホールド５０は、エンジン本体１０の各気筒１２の排気ポートに連結される。排気マニホールド５０には、第１排気管５２の一方端が接続され、第１排気管５２の他方端は、過給機３０のタービン３６の入口に接続される。これにより、各気筒１２の排気ポートから排出される排気ガスは、排気マニホールド５０に集められた後、第１排気管５２を経由してタービン３６に供給される。

【0019】

タービン３６の出口には、第２排気管５４の一方端が接続され、第２排気管５４の他方端には、図示しない各種触媒（たとえば、ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（Diesel particulate filter）、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx Reduction）等の触媒）やマフラー等が接続される。これにより、タービン３６から排出された排気ガスは、第２排気管５４、各種触媒及びマフラー等を経由して車外に排出される。

【0020】

コンプレッサ３２とタービン３６とによって過給機３０が構成される。コンプレッサ３２のハウジング内にはコンプレッサホイール３４が設けられ、タービン３６のハウジング内にはタービンホイール３８が設けられる。コンプレッサホイール３４とタービンホイール３８とは、連結軸４２により連結されて一体的に回転する。これにより、コンプレッサホイール３４は、タービンホイール３８に供給される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動される。

【0021】

第３吸気管２７と排気マニホールド５０とは、エンジン本体１０を経由せずにＥＧＲ装置６０によって接続される。ＥＧＲ装置６０は、排気ガスの一部を吸気通路に還流するように構成され、吸気ガスが排気ガスを含むことにより燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生を抑制するものである。

【0022】

ＥＧＲ装置６０は、ＥＧＲバルブ６２と、ＥＧＲクーラ６４と、ＥＧＲ通路６６とを含む。ＥＧＲ通路６６の一方端は、第３吸気管２７に接続され、ＥＧＲ通路６６の他方端は、排気マニホールド５０に接続される。なお、ＥＧＲ通路６６の一方端は、吸気マニホールド２８に接続されてもよく、ＥＧＲ通路６６の他方端は、第１排気管５２に接続されてもよい。そして、ＥＧＲ通路６６には、ＥＧＲバルブ６２と、ＥＧＲクーラ６４とが設けられる。

【0023】

ＥＧＲバルブ６２は、ＥＧＲ通路６６を遮断してＥＧＲガス（ＥＧＲ装置６０によって吸気側に還流される排気ガス）の流通を抑制する閉状態と、ＥＧＲ通路６６においてＥＧＲガスの流通を許容する開状態とを切替えることができる切替弁である。ＥＧＲバルブ６２は、さらに、開状態において、通路断面積（ＥＧＲ開度）を変化させることによってＥＧＲガス量を変化させることができる。ＥＧＲクーラ６４は、ＥＧＲ通路６６を流通するＥＧＲガスを冷却する水冷式又は空冷式の熱交換器である。

【0024】

ＥＧＲバルブ６２が開状態である場合には、排気マニホールド５０に集められた排気ガスの一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路６６に導入され、ＥＧＲクーラ６４において冷却された後に、ＥＧＲバルブ６２により流量が調整されて第３吸気管２７に供給される。ＥＧＲガスが第３吸気管２７に供給されることで、燃焼室内における燃焼ガス温度を低下させてＮＯｘの生成量を抑制することができる。一方、ＥＧＲバルブ６２が閉状態である場合には、ＥＧＲガスの流通が遮断される。

【0025】

ディーゼルエンジン１は、さらに、エアフローメータ１０２と、吸気温センサ１０４と、吸気圧センサ１０６と、回転数センサ１０８と、水温センサ１１０と、アクセルペダルポジションセンサ１１２と、大気圧センサ１１４と、外気温センサ１１６と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００とを備える。

【0026】

エアフローメータ１０２は、第１吸気管２２を流通する吸入空気量ＦＩを検出し、その検出値をＥＣＵ２００へ出力する。吸気温センサ１０４は、吸気マニホールド２８に供給される吸気ガス（ＥＧＲ装置６０の非作動時はインタークーラ２６から出力される空気であり、ＥＧＲ装置６０の作動時は空気と排気ガスとの混合ガス）の温度ＴＩを検出し、その検出値をＥＣＵ２００へ出力する。吸気圧センサ１０６は、吸気マニホールド２８に供給される吸気ガスの圧力ＰＩを検出し、その検出値をＥＣＵ２００へ出力する。

【0027】

回転数センサ１０８は、ディーゼルエンジン１の出力軸の回転速度（エンジン回転数）ＮＥを検出し、その検出値をＥＣＵ２００へ出力する。水温センサ１１０は、ディーゼルエンジン１の冷却水の温度（エンジン冷却水温）ＴＥを検出し、その検出値をＥＣＵ２００へ出力する。

【0028】

アクセルペダルポジションセンサ１１２は、アクセルペダル（図示せず）の踏込量（以下「アクセル開度」とも称する。）ＡＰを検出し、その検出値をＥＣＵ２００へ出力する。大気圧センサ１１４は、大気圧Ｐａを検出し、その検出値をＥＣＵ２００へ出力する。外気温センサ１１６は、外気温Ｔａを検出し、その検出値をＥＣＵ２００へ出力する。

【0029】

ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、処理プログラム等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）等を含み、メモリ（ＲＯＭ及びＲＡＭ）に記憶された情報や各種センサからの情報に基づいて、所定の演算処理を実行する。そして、ＥＣＵ２００は、演算処理の結果に基づいて、インジェクタ１６及びＥＧＲ装置６０等の各機器を制御する。

【0030】

本実施の形態においては、ＥＣＵ２００は、アクセル開度ＡＰやエンジン回転数ＮＥ等に基づいて各インジェクタ１６からの燃料噴射量を算出する。また、ＥＣＵ２００は、エンジン回転数ＮＥ、燃料噴射量、環境情報（大気圧Ｐａ、外気温Ｔａ、エンジン冷却水温ＴＥ）等に基づいて、ＥＧＲ装置６０によるＥＧＲ率（エンジン本体１０に供給される吸気ガス中に占めるＥＧＲガス量の割合）を決定し、そのＥＧＲ率が実現されるようにＥＧＲバルブ６２の開度を制御する。

【0031】

＜スモーク限界噴射量の説明＞
燃料噴射量については、排気ガスに含まれるスモーク量（たとえば排気ガス中のスモーク濃度）が上限を超えないように燃料噴射量の上限（スモーク限界噴射量）が設けられる。スモーク限界噴射量は、スモーク量が上限を超えることなく、かつ、エンジン出力を不必要に抑制しないように、スモーク量に基づいて適切に設定する必要がある。

【0032】

スモーク量は、空燃比に依存する。空燃比が高ければ（燃料噴射量に対して空気量が十分であれば）、燃料が十分に燃焼されるのでスモーク量は少なく、空燃比が低ければ（空気量が少なければ）、スモーク量は多くなる。空燃比を高めることによってスモーク量を抑制し得るが、排気規制（ＮＯｘの抑制）により空燃比を高めることができない場合もある。

【0033】

上述のようにスモーク量は空燃比に依存するが、空燃比が一定であっても、スモーク量が増加する場合がある。たとえば、空燃比が一定の下でＥＧＲ装置６０が作動すると（ＥＧＲ装置６０による排気ガスの還流が行なわれると）、ＥＧＲ装置６０が非作動の場合に比べてスモーク量が増加する場合がある。その結果、スモーク量が上限を超えてしまう可能性がある。この点について以下に詳しく説明する。

【0034】

図２は、空燃比一定の下でＥＧＲ率が変化する場合のスモーク量の変化を概念的に示した図である。図２を参照して、図の左側は、ＥＧＲ装置６０が非作動の場合（ＥＧＲ無）、すなわちＥＧＲ率が０の場合の各種量を示し、図の右側は、ＥＧＲ装置６０が作動する場合（ＥＧＲ有）、すなわちＥＧＲ率が０でない場合の各種量を示す。図に示されるように、空燃比は一定であるけれども、ＥＧＲ率が上昇すると（ＥＧＲ無→ＥＧＲ有）スモーク量が増加する。この理由は以下のように説明される。

【0035】

空燃比を一定に保ち、かつ、出力を確保するために燃料噴射量を変化させずにＥＧＲ装置６０によって排気ガスを還流させると、吸気ガス量はＥＧＲガス分（排気ガス分）増加する。噴射された燃料が燃焼することによって発生する発熱量は変わらないので、吸気ガス量が増加すると燃焼ガス温度は低下する。また、吸気ガス中に不活性ガスであるＥＧＲガスが存在することにより、燃焼速度が低下し、燃焼ピーク温度が低下する。そのため、燃焼ガス温度は低下する。燃焼ガス温度が低下すると、燃料が十分に燃焼されず、スモーク量が増加する。このように、空燃比が一定であっても、燃焼ガス温度が低下するとスモーク量は増大する。すなわち、スモーク量は、空燃比に依存するとともに、燃焼ガス温度にも依存する。

【0036】

図３は、空燃比及び燃焼ガス温度とスモーク量との関係を例示した図である。図３を参照して、縦軸は空燃比を示し、横軸は燃焼ガス温度を示す。図示される実線は、スモーク量が等しいことを示す（等スモーク線）。等スモーク線よりも右上の領域は、等スモーク線が示すスモーク量よりもスモーク量が少なくなる領域であり、等スモーク線よりも左下の領域は、等スモーク線が示すスモーク量よりもスモーク量が多くなる領域である。

【0037】

図から理解されるように、スモーク量は、空燃比に依存するとともに、燃焼ガス温度にも依存する。たとえば、空燃比がＲ０で一定であっても、燃焼ガス温度が低下するとスモーク量は増加し、燃焼ガス温度が上昇するとスモーク量は減少する。

【0038】

図４は、燃焼ガス温度とスモーク量との関係を例示した図である。この図４では、空燃比は一定であるものとする。図４を参照して、燃焼ガス温度が高くなるに従ってスモーク量は減少する。すなわち、燃焼ガス温度が高い場合には、燃焼ガス温度が低い場合に比べて、スモーク量は少なくなる。言い換えると、燃焼ガス温度が低い場合は、燃焼ガス温度が高い場合に比べて、スモーク量が多くなる。

【0039】

そこで、この実施の形態に従うディーゼルエンジン１においては、燃焼ガス温度が低下した場合にスモーク量が増加して上限を超えるのを防ぐために、図５に示されるように、燃焼ガス温度の低下に従ってスモーク限界噴射量を低下させる。これにより、スモーク量が上限を超えるのを抑制することができる。

【0040】

なお、図２で説明したように、燃焼ガス温度はＥＧＲ率と相関を有するところ、この実施の形態に従うディーゼルエンジン１では、ＥＧＲ率の上昇に伴なう燃焼ガス温度の低下に従ってスモーク限界噴射量を低下させている。

【0041】

図６は、ＥＧＲ率と燃焼ガス温度との関係を例示した図である。この図６でも、空燃比は一定であるものとする。図６を参照して、ＥＧＲ率が上昇すると、燃焼ガス温度は低下する。これは、上述のように、ＥＧＲ率の上昇に従って、吸気ガス量が増加し、燃焼ピーク温度が低下するからである。

【0042】

図７は、ＥＧＲ率とスモーク量との関係を例示した図である。この図７でも、空燃比は一定であるものとする。図７を参照して、ＥＧＲ率が上昇すると、スモーク量は増加する。これは、図６に示したように、ＥＧＲ率が上昇すると、燃焼ガス温度が低下し、図４に示したように、燃焼ガス温度が低下すると、スモーク量が増加するからである。

【0043】

図８は、本実施の形態に従うディーゼルエンジン１におけるスモーク限界噴射量の設定例を示した図である。図８を参照して、縦軸はスモーク限界噴射量の大きさを示し、横軸は吸入空気量を示す。この実施の形態では、スモーク限界噴射量は、吸入空気量をパラメータとして設定される。

【0044】

線Ｌ０は、ＥＧＲ装置６０が非作動（ＥＧＲバルブ６２が閉状態）であるときのスモーク限界噴射量を示す。線Ｌ１は、ＥＧＲ装置６０が作動する（ＥＧＲバルブ６２が開状態）ときのスモーク限界噴射量を示す。なお、この線Ｌ１は、ＥＧＲ率が最大ＥＧＲ率（以下「ＥＧＲベース率ｅｇｒｂｓｅ」とも称する。）であるときのスモーク限界噴射量を示す。このようなスモーク限界噴射量の値は、実験やシミュレーション等によって求められ、マップとしてＥＣＵ２００のメモリに記憶される。ＥＧＲベース率ｅｇｒｂｓｅは、走行条件によって定められる。

【0045】

図に示されるように、ＥＧＲ装置６０が作動するときのスモーク限界噴射量（線Ｌ１）は、ＥＧＲ装置６０が非作動のときのスモーク限界噴射量（線Ｌ０）よりも低い値に設定される。なお、線Ｌ１は、ＥＧＲ率がＥＧＲベース率ｅｇｒｂｓｅであるときのスモーク限界噴射量であるところ、ＥＧＲベース率ｅｇｒｂｓｅよりも低いＥＧＲ率に対しては補間値が採用される。

【0046】

図９は、ある吸入空気量におけるスモーク限界噴射量とＥＧＲ率との関係を示した図である。図９を参照して、縦軸はスモーク限界噴射量の大きさを示し、横軸はＥＧＲ率を示す。点Ｐ０は、この吸入空気量において、ＥＧＲ装置６０が非作動（ＥＧＲ率＝０）であるときのスモーク限界噴射量ＱＵ１を示し、点Ｐ１は、この吸入空気量において、ＥＧＲベース率ｅｇｒｂｓｅでＥＧＲ装置６０が作動するときのスモーク限界噴射量ＱＵ２を示す。点Ｐ０と点Ｐ１との間のＥＧＲ率におけるスモーク限界噴射量については、ＥＧＲ率に応じた補間値（たとえば線形補間）が採用される。

【0047】

このように、図８に示したマップを用いるとともに図９に示したような補間をとることによって、ＥＧＲ率の上昇に従ってスモーク量が上限を超えないように、ＥＧＲ率の上昇に従ってスモーク限界噴射量を低下させることができる。

【0048】

＜燃料噴射量の設定処理＞
図１０は、図１に示したＥＣＵ２００により実行される燃料噴射量の設定処理を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、ディーゼルエンジン１の作動中に繰り返し実行される。

【0049】

図１０を参照して、ＥＣＵ２００は、アクセルペダルポジションセンサ１１２からアクセル開度ＡＰの検出値を取得し、回転数センサ１０８からエンジン回転数ＮＥの検出値を取得する（ステップＳ１０）。

【0050】

次いで、ＥＣＵ２００は、取得されたアクセル開度ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに基づいて、燃料噴射量の要求値を示す要求噴射量Ｑｒを算出する（ステップＳ２０）。アクセル開度ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに基づく要求噴射量Ｑｒの算出には、公知の種々の手法を採用することができる。たとえば、ＥＣＵ２００は、等アクセル開度に対してエンジン回転数ＮＥの上昇に従って燃料噴射量を減少させる「ガバナ制御」や、ジャーク（加加速度或いは躍度）に合わせて燃料噴射量を制御する「ジャーク制御」、急峻なアクセル開度ＡＰの変化に対して燃料噴射量の変化をなまらせる「なまし制御」等を実行し得る。

【0051】

そして、アクセル開度ＡＰ及びエンジン回転数ＮＥに基づく要求噴射量Ｑｒが算出されると、ＥＣＵ２００は、スモーク量が上限を超えないための燃料噴射量の上限を示すスモーク限界噴射量を算出する（ステップＳ３０）。上述のように、この実施の形態に従うディーゼルエンジン１では、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲ率の上昇に従ってスモーク限界噴射量が低下するようにスモーク限界噴射量を算出する。スモーク限界噴射量の具体的な算出処理については、後ほど詳しく説明する。

【0052】

スモーク限界噴射量が算出されると、ＥＣＵ２００は、ステップＳ２０において算出された要求噴射量Ｑｒをスモーク限界噴射量と比較する（ステップＳ４０）。要求噴射量Ｑｒがスモーク限界噴射量よりも大きいと判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は、要求噴射量Ｑｒにスモーク限界噴射量の値を設定する（ステップＳ５０）。一方、要求噴射量Ｑｒはスモーク限界噴射量以下であると判定されると（ステップＳ４０においてＮＯ）、ＥＣＵ２００は、ステップＳ５０を実行することなくステップＳ６０へ処理を移行する。

【0053】

そして、ＥＣＵ２００は、ステップＳ４０において要求噴射量Ｑｒがスモーク限界噴射量よりも大きいと判定された場合には、ステップＳ５０おいてスモーク限界噴射量に置換された要求噴射量Ｑｒをインジェクタ１６の燃料噴射量指令値として設定し、ステップＳ４０において要求噴射量Ｑｒがスモーク限界噴射量以下であると判定された場合には、ステップＳ２０おいて算出された要求噴射量Ｑｒを燃料噴射量指令値として設定する（ステップＳ６０）。

【0054】

図１１は、図１０のステップＳ３０において実行されるスモーク限界噴射量の算出処理の一例を説明するフローチャートである。図１１を参照して、ＥＣＵ２００は、エアフローメータ１０２から吸入空気量ＦＩの検出値を取得する（ステップＳ２０）。

【0055】

次いで、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲ装置６０が非作動であるとき（ＥＧＲ無時）のスモーク限界噴射量と吸入空気量との関係（図８の線Ｌ０）を示すマップを用いて、取得された吸入空気量ＦＩにおける、ＥＧＲ無時のスモーク限界噴射量ＱＵ１（図９）を取得する（ステップＳ１２０）。

【0056】

続いて、ＥＣＵ２００は、全負荷時の最大ＥＧＲ率を示すＥＧＲベース率ｅｇｒｂｓｅを取得する（ステップＳ１３０）。上述のように、ＥＧＲベース率ｅｇｒｂｓｅは、走行条件によって定められる。そして、ＥＣＵ２００は、ＥＧＲ装置６０がＥＧＲベース率ｅｇｒｂｓｅで作動するときのスモーク限界噴射量と吸入空気量との関係（図８の線Ｌ１）を示すマップを用いて、取得された吸入空気量ＦＩにおける、ＥＧＲベース率ｅｇｒｂｓｅでのスモーク限界噴射量ＱＵ２（図９）を取得する（ステップＳ１４０）。

【0057】

次いで、ＥＣＵ２００は、現在のＥＧＲ率を取得する（ステップＳ１５０）。ＥＧＲ率は、たとえば、エンジン本体１０に供給される吸気ガスの量（ガス量）から吸入空気量ＦＩを差引いた値をガス量で除算することによって算出することができる。ガス量については、吸気ガスの温度ＴＩ（ガス温度）が一定の下では、ガス量と吸気ガスの圧力ＰＩ（ガス圧）とは所定の関係を有しており、ガス圧に対応するガス量をガス温度で補正することによってガス量を算出することができる。

【0058】

そして、ＥＣＵ２００は、ステップＳ１２０，Ｓ１４０においてそれぞれ取得されたスモーク限界噴射量ＱＵ１，ＱＵ２を用いて、ステップＳ１５０において取得されたＥＧＲ率に対するスモーク限界噴射量を算出する（ステップＳ１６０）。具体的には、図９に示したように、ＥＧＲ率に応じたスモーク限界噴射量ＱＵ１，ＱＵ２間の補間値が算出される。

【0059】

以上のように、この実施の形態においては、排気ガスに含まれるスモーク量が上限を超えないようにスモーク限界噴射量が設けられるところ、燃焼ガス温度の低下に従って増加するスモーク量が上限を超えないように、吸入空気量とＥＧＲ装置６０によるＥＧＲ率とを用いてスモーク限界噴射量を低下させる。したがって、この実施の形態によれば、ＥＧＲ率の上昇に伴ない燃焼ガス温度が低下した場合に、スモーク量が増加して上限を超えるのを抑制することができる。

【0060】

なお、上記の実施の形態においては、ＥＧＲ率と燃焼ガス温度との関係（図６）を用いて、ＥＧＲ率の上昇に従ってスモーク限界噴射量を低下させるものとしたが（図８，図９）、燃焼ガス温度を検出又は推定できる場合には、ＥＧＲ率を用いることなく、検出又は推定された燃焼ガス温度の低下に従ってスモーク限界噴射量を低下させてもよい。

【0061】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0062】

１ エンジン、１０ エンジン本体、１２ 気筒、１４ コモンレール、１６ インジェクタ、２０ エアクリーナ、２２，２４，２７ 吸気管、２６ インタークーラ、２８ 吸気マニホールド、３０ 過給機、３２ コンプレッサ、３４ コンプレッサホイール、３６ タービン、３８ タービンホイール、４２ 連結軸、５０ 排気マニホールド、５２，５４ 排気管、６０ ＥＧＲ装置、６２ ＥＧＲバルブ、６４ ＥＧＲクーラ、６６ ＥＧＲ通路、１０２ エアフローメータ、１０４ 吸気温センサ、１０６ 吸気圧センサ、１０８ 回転数センサ、１１０ 水温センサ、１１２ アクセルペダルポジションセンサ、１１４ 大気圧センサ、１１６ 外気温センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】