JP2005048752A - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】再生時において、エンジントルクを発生させるための主燃焼に先立ち、所定の熱発生を形成するための予備燃焼を行わせる。予備燃焼は、第1の燃料噴射により上死点近傍で行わせ、主燃焼は、第2の燃料噴射により通常時よりも遅く、かつ予備燃焼が終了した後に行わせる。また、運転状態に応じたEGR率で排気を還流させ、再生時におけるEGR率は(S66)、同じ運転状態のもとで通常時に得られるEGR率(S64)よりも低下させる。
【選択図】 図11
Description
図1は、本発明の一実施形態に係る自動車用ディーゼルエンジン(以下「エンジン」という。)1の構成を示している。
吸気通路11の導入部には、図示しないエアクリーナが取り付けられており、エアクリーナにより吸入空気中の粉塵が除去される。吸気通路11には、可変ノズルターボチャージャ12のコンプレッサ12aが介装されており、コンプレッサ12aにより吸入空気が圧縮されて送り出される。コンプレッサ12aの下流には、インタークーラ13が設置されており、インタークーラ13により圧縮された吸入空気が冷却される。吸入空気は、さらにサージタンク14に流入し、マニホールド部で各気筒に分配される。サージタンク14の上流には、吸気絞り弁15が設置されている。吸気絞り弁15は、アクチュエータ151と接続されており、アクチュエータ151により開度が制御される。
排気通路31において、NOxトラップ触媒32と、ディーゼルパティキュレートフィルタ33との間には、圧力センサ51が設置されており、圧力センサ51により排気圧力Pexhが検出される。ディーゼルパティキュレートフィルタ33の下流には、酸素センサ52と、温度センサ53とが設置されており、酸素センサ52により排気空燃比ABYFが、温度センサ53により排気温度が検出される。温度センサ53は、検出された排気温度からNOxトラップ触媒32の温度(以下「触媒温度」という。)Tnox及びディーゼルパティキュレートフィルタ33の温度(以下「フィルタ温度」という。)Tdpfを推定するためのものである。NOxトラップ触媒32及びディーゼルパティキュレートフィルタ33のそれぞれに温度センサを設置し、それらの温度を直接検出することとしてもよい。また、エアフローメータ54、クランク角センサ55及びアクセルセンサ56が設置されている。各センサの出力は、電子制御ユニット(以下「ECU」という。)41に入力される。ECU41は、エアフローメータ54の出力に基づいて吸入空気量Qacを、クランク角センサ55の出力に基づいてエンジン回転数Neを、アクセルセンサ56の出力に基づいてアクセル開度APOを演算する。ECU41は、演算結果をもとに、インジェクタ21及び他のアクチュエータ122,151,351を制御する。
図2は、運転モード選択ルーチンのフローチャートを示している。このルーチンにより設定された運転モードに応じて燃焼形態が切り換えられる。
S1では、エンジン回転数Ne、アクセル開度APO、触媒温度Tnox及び排気圧力Pexhを読み込む。
S3では、NOxトラップ量NOXを検出する。NOxトラップ量NOXは、NOxトラップ触媒32にトラップされているNOxの量であり、エンジン回転数Neの積算値として下式(1)により算出する。符号n−1は、このルーチンを前回に実行した際に算出した値であることを示し、Δtは、このルーチンの実行周期を示す。NOxトラップ量NOXは、自動車がある一定の距離を走行するたびに所定量ずつ加算する方法で算出することもできる。
S4では、硫黄分トラップ量SOXを検出する。硫黄分トラップ量SOXは、NOxトラップ触媒32にトラップされている硫黄分の量であり、NOxトラップ量NOXと同様に、エンジン回転数Neの積算値として下式(2)により算出する。
SOX=SOXn-1+Ne×Δt ・・・(2)
S5では、パティキュレート堆積量PMを検出する。パティキュレート堆積量PMは、ディーゼルパティキュレートフィルタ33に堆積しているパティキュレートの量であり、ディーゼルパティキュレートフィルタ33の上流における排気圧力Pexhで近似する。パティキュレート堆積量PMは、エンジン回転数Neや、走行距離に基づいてエンジン1から単位時間当たりに排出されるパティキュレートの量を演算し、これを積算して算出することもできる。
S7では、脱硫再生実行フラグFdesulが0であるか否かを判定する。Fdesulは、通常は0に設定されている。Fdesulが0であるときは、S8へ進み、0でないときは、図24に示すルーチンへ進む。
S9では、故障回避実行フラグFrecが0であるか否かを判定する。Frecは、通常は0に設定されており、PM再生又は脱硫再生が終了したときに一時的に1に切り換えられる。Frecが0であるときは、S10へ進み、0でないときは、図26に示すルーチンへ進む。
S15では、NOxトラップ量NOXが所定量NOX1に達したか否かを判定する。NOX1に達したときは、図34に示すルーチンへ進み、このルーチンのS1001において、NOx再生要求フラグrqSPを1に設定する。NOX1に達していないときは、S16へ進む。
ここで、S2から図35に示すルーチンへ進み、NOxトラップ触媒32の活性を促進する場合、S6から図17に示すルーチンへ進み、PM再生を実行する場合、S7から図24に示すルーチンへ進み、脱硫再生を実行する場合、及びS8から図25に示すルーチンへ進み、NOx再生を実行する場合は、燃焼形態を切り換え、本発明に係る分割リタード燃焼により運転を行わせる。
図4及び5は、燃焼形態に応じた燃料噴射パターン及び熱発生率を示し、図4は、通常燃焼による場合のものを、図5は、分割リタード燃焼による場合のものを示している。
通常燃焼では、常用運転領域での運転に際し、パイロット噴射及びメイン噴射を行う。パイロット噴射は、メイン噴射よりも早い上死点前40〜10°CAの時期に行わせ、1ストローク当たりの噴射量は、1〜3mm3の範囲に設定する。メイン噴射は、上死点前10〜−5°CAの時期に行わせ、パイロット噴射との間隔は、10〜30°CAの範囲に設定する。
分割リタード燃焼によれば、第2の噴射時期ITmを遅らせ、主燃焼を遅い時期に行わせることで、排気温度を上昇させることができる。また、第1及び第2の燃料噴射の間隔Δtijを設定し、予備燃焼が終了した後に主燃焼を行わせることで、第2の燃料噴射により噴射された燃料の着火遅れ期間Δtigmを確保することができ、主燃焼に際して燃料の予混合割合を高くすることができる。このため、ディーゼルパティキュレートフィルタ33のPM再生等に際し、要求される高い排気温度を達成するとともに、空気過剰率の低下に対し、スモークの発生を抑えることが可能となる。ここで、第2の噴射時期ITmを遅らせるほど、排気温度を上昇させ、かつスモークを少なく抑えることができる。本実施形態では、排気空燃比を低下させる際に吸入空気量を減少させることとするが、予備燃焼により圧縮端温度が高められるので、主燃焼を安定して行わせることができる。なお、分割リタード燃焼によれば、第2の噴射時期ITmによらず、HCの排出が低いレベルに抑えられる。
S51では、燃焼形態の切り換えが指示されたか否かを判定する。燃焼形態の切り換えは、NOxトラップ触媒32の活性を促進する場合、PM再生を実行する場合、脱硫再生を実行する場合及びNOx再生を実行する場合に指示される。切り換えが指示されたときは、S52へ進み、指示されていないときは、このルーチンをリターンする。
S53では、第2の噴射量Qmを演算する。第2の噴射量Qmは、エンジン回転数Ne及びアクセル開度APOにより図9に示すマップを検索し、Neを一定としたときに、APOが大きいときほど大きな値として算出される。
S54では、第1の噴射量Qpを演算する。第1の噴射量Qpは、エンジン回転数Ne及び第2の噴射量Qmにより図10に示すマップを検索し、Neが低く、かつQmが少ないときほど大きな値として算出される。
S61では、運転状態としてエンジン回転数Ne及び要求噴射量Qfdrvを読み込むとともに、吸入空気量Qacを読み込む。
S65では、目標空気過剰率tλが1よりも大きいか否かを判定する。1よりも大きいときは、S66へ進み、1以下であるときは、S72へ進む。
S68では、触媒温度Tnoxが所定温度T12以下であるか否かを判定する。T12以下であるときは、S69へ進み、T12よりも高いときは、S70へ進む。NOxトラップ触媒32のトラップ能力が触媒温度の上昇に応じて低下することを考慮し、T12は、要求されるトラップ能力を得ることのできる上限温度に設定する。
S70では、第2のEGR率補正係数Kegr2を演算する。第2のEGR率補正係数Kegr2は、1よりも大きな値として算出される。本実施形態では、第2のEGR率補正係数Kegr2は、触媒温度Tnoxによらず一定としているが(図15)、トラップ能力の実際の低下度合いに対応させるため、Tnoxの上昇とともに増大させてもよい。
図17は、PM再生ルーチンのフローチャートを示している。PM再生は、排気温度を上昇させ、ディーゼルパティキュレートフィルタ33に堆積しているパティキュレートを燃焼させることにより行い、PM再生時の運転は、分割リタード燃焼により行わせる。第2の噴射時期ITmを制御して排気温度を上昇させ、パティキュレートを燃焼させることのできる温度(ここでは、600℃以上)にディーゼルパティキュレートフィルタ34を加熱する。このルーチンにおいて、第1及び第2の噴射時期ITp,ITmが設定される。
S102では、空気過剰率をディーゼルパティキュレートフィルタ34に堆積しているパティキュレートの量に応じた目標値tλregに制御する。空気過剰率は、吸気絞り弁15及びEGR弁35を作動させて制御する。ECU41は、パティキュレート堆積量PMにより図18に示すテーブルを検索し、PM再生時における目標空気過剰率tλreg(=1〜1.4)を算出する。目標空気過剰率tλregは、PMが多いときほど小さな値として算出される。また、エンジン回転数Ne及び第2の噴射量Qmにより図19に示すマップを検索し、ストイキに相当する空気過剰率を与える基準吸入空気量tQac0を読み出す。読み出したtQac0にtλregを乗算してPM再生時における目標吸入空気量tQac(=tQac0×tλreg)を算出し、吸気絞り弁15を算出したtQacに応じた開度に制御する。実際の空気過剰率の目標値tλregに対する乖離は、酸素センサ52の出力をフィードバックしてEGR弁35の開度を制御することにより調整する。なお、パティキュレート堆積量PMは、排気圧力Pexhから推定することができる。
S107では、故障回避実行フラグFrecを1に設定し、ディーゼルパティキュレートフィルタ33の故障を回避するのための制御を行う。パティキュレートに燃え残りが存在するときは、空気過剰率を即時に通常値に復帰させたとすると、この燃え残りが急速に燃焼し、ディーゼルパティキュレートフィルタ33に過大な熱負荷をかけるおそれがあるためである。
S202では、空気過剰率を目標値tλdesul(=1)に制御する。空気過剰率は、吸気絞り弁15及びEGR弁35を作動させて制御する。ECU41は、図19に示すマップを検索してストイキに相当する空気過剰率を与える目標吸入空気量tQac(=tQac0)を算出し、これが達成されるように吸気絞り弁15の開度を制御する。また、図20,21に示すマップを検索して第1及び第2の噴射時期ITp,ITmを算出するとともに、トルク変動を抑制し、かつポンピングロスを低減するため、図22,23に示すテーブルを検索して補正係数Ktr1,Ktr2を算出する。算出したKtr1,Ktr2を第2の噴射量Qmに乗算する。
S206では、NOxトラップ量NOXを0に設定し、NOx再生要求フラグrqSPが1であるときは、これを0に設定する。脱硫再生を行うことによりNOxトラップ触媒32に還元剤が供給されると、硫黄分とともにNOxも放出され、NOx再生が同時に行われるためである。
図25は、NOx再生ルーチンのフローチャートを示している。NOx再生は、排気を一時的にストイキよりもリッチ側に制御することにより行い、NOx再生時の運転は、分割リタード燃焼により行わせる。NOx再生では、脱硫再生とは異なり、排気温度を上昇させる必要はないが、排気空燃比を低下させる際に吸入空気量を減少させることとしており、圧縮端温度の低下に対処する必要があるため、分割リタード燃焼による運転を採用する。このルーチンにおいて、第1及び第2の噴射時期ITp,ITmが設定される。
図26は、故障回避ルーチンのフローチャートを示している。故障回避は、空気過剰率をPM再生時及び脱硫再生時よりもリーン側の1.4以下の値に制御することにより行い、故障回避時の運転は、排気温度を低下させる必要があることから、通常燃焼により行わせる。
S402では、エンジン回転数Ne及びメイン噴射量Qmainにより図27に示すマップを検索し、目標吸入空気量tQacrecを算出する。算出したtQacrecに応じて吸気絞り弁15及びEGR弁35を作動させ、目標空気過剰率tλrecを達成する。
S404では、故障回避実行フラグFrecを0に設定し、空気過剰率を通常値に復帰させる。
S502では、エンジン回転数Ne及びアクセル開度APOにより図29に示すマップを参照し、分割リタード燃焼が可能な領域に運転状態があるか否かを判定する。ハッチングを付した低回転、かつ低負荷の領域では、分割リタード燃焼への切り換えを禁止する。
一方、S504では、NOx排出量が少ない運転状態にエンジン1があるか否かを判定する。この判定は、たとえばエンジン1が定常運転状態にあるか否かを判定することにより行い、定常運転状態にあるときは、NOx排出量が少ないものと判断し、S505へ進む。一方、定常運転状態にないときは、NOx排出量が多いものと判断し、NOx再生をPM再生に優先して行わせるべく、S506へ進む。
図30に示すフローチャートにおいて、S601では、脱硫再生要求フラグrqDESULが1に切り換えられてから現在までの間に、PM再生要求フラグrqREGが1に切り換えられたか否かを判定する。切り換えられたときは、S602へ進み、PM再生実行フラグFregを1に設定する。これによりPM再生が脱硫再生に優先して行われる。一方、切り換えられていないときは、S603へ進む。
S604では、図29に示すマップを参照し、分割リタード燃焼が可能な領域に運転状態があるか否かを判定する。そのような領域にあるときは、S605へ進み、脱硫再生実行フラグFdesulを1に設定する。一方、そのような領域にないときは、このルーチンをリターンする。
図31に示すフローチャートにおいて、S701では、NOx再生実行フラグFspを1に設定する。
S1101では、触媒温度Tnoxを読み込む。
S1102では、図29に示すマップを参照し、分割リタード燃焼が可能な領域に運転状態があるか否かを判定する。そのような領域にあるときは、S1103へ進み、燃焼形態を分割リタード燃焼に切り換える。一方、そのような領域にないときは、このルーチンをリターンする。分割リタード燃焼による運転に際し、図20,21に示すマップを検索し、第1及び第2の噴射時期ITp,ITmを算出する。第2の噴射時期ITmが遅い時期に設定されることで、排気温度が上昇し、NOxトラップ触媒32の活性が促進される。また、図22に示すマップを検索して算出した補正係数Ktr1を第2の噴射量Qmに乗算する。なお、急速活性時において、目標空気過剰率tλは、通常値に設定される。
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
Claims (8)
- 排気通路に排気浄化装置を備えるエンジンに設けられ、
排気浄化装置の状態に応じ、通常時とそれ以外のときとで燃焼形態を切り換え、通常時は、エンジントルクを発生させるための燃焼を比較的に上死点に近い時期に行わせ、通常時以外のときは、エンジントルクを発生させるための燃焼としての主燃焼と、主燃焼前に所定の熱発生を形成するための予備燃焼とを行わせ、予備燃焼は、上死点又はその近傍で行わせる一方、主燃焼は、通常時の対応する燃焼よりも遅く、かつ予備燃焼が終了した後に行わせ、
また、通常時及びそれ以外のときの双方において、運転状態に応じたEGR率で排気を筒内に還流させ、通常時以外のときは、通常時に対し、同じ運転状態のもとでのEGR率を低下させるエンジンの制御装置。 - 筒内に燃料を直接噴射するインジェクタと、
排気を筒内に還流させるEGR装置と、
インジェクタ及びEGR装置の動作を制御するコントローラとを含んで構成され、
コントローラは、通常時とそれ以外のときとでインジェクタの噴射形態を切り換え、インジェクタに対し、通常時は、エンジントルクを発生させる燃焼のための燃料噴射を比較的に早い時期に行わせる一方、通常時以外のときは、エンジントルクを発生させる燃焼に先立って所定の熱発生を形成する予備燃焼のための第1の燃料噴射を行わせるとともに、エンジントルクを発生させる燃焼としての主燃焼のための第2の燃料噴射を、通常時の対応する燃料噴射よりも遅く、かつ主燃焼が予備燃焼の終了後に行われる時期に行わせ、
また、コントローラは、EGR装置の動作を制御して、通常時及びそれ以外のときの双方において、運転状態に応じたEGR率で排気を還流させ、同じ運転状態のもと、通常時は、第1のEGR率で排気を還流させ、通常時以外のときは、第1のEGR率とは異なる値の第2のEGR率で排気を還流させるエンジンの制御装置。 - 第2のEGR率が第1のEGR率よりも低い請求項2に記載のエンジンの制御装置。
- コントローラは、通常時以外のときにおいて、空気過剰率が1よりも高いときにのみ、第2のEGR率で排気を還流させる請求項2又は3に記載のエンジンの制御装置。
- コントローラは、通常時以外のときにおいて、空気過剰率が低いときほど第2のEGR率を低下させる請求項4に記載のエンジンの制御装置。
- 排気通路に排気浄化装置を備えるエンジンに設けられ、
コントローラは、排気浄化装置の状態に応じて通常時とそれ以外のときとを定め、インジェクタの噴射形態を切り換えるとともに、EGR率を切り換える請求項2〜5のいずれかに記載のエンジンの制御装置。 - 排気浄化装置としてパティキュレートフィルタ及びNOxトラップ触媒の少なくとも一方を備えるエンジンに設けられる請求項6に記載のエンジンの制御装置。
- コントローラは、パティキュレートフィルタ又はNOxトラップ触媒の再生時を通常時以外のときとする請求項7に記載のエンジンの制御装置。
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