JP2015094324A - エンジン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低ＮＯｘモードから高ＮＯｘモードへのエンジン運転モードの移行をより的確に行うことのできるエンジン制御装置を提供する。【解決手段】電子制御ユニット５０は、ＮＯｘ還元触媒装置２７の触媒温度が活性判定値以上となることを移行条件の一つとして、エンジンのＮＯｘ発生量がより少なくなる低ＮＯｘモードからＮＯｘ発生量がより多くなる高ＮＯｘモードへとエンジンの運転モードを移行させる。そして、電子制御ユニット５０は、そうした活性判定値を、車速および外気温の検出結果に基づき、車速が高いとき、または外気温が低いときには、そうでないときよりも大きい値に設定している。【選択図】図１

Description

本発明は、ＮＯｘ還元触媒装置の触媒温度に基づいて、低ＮＯｘモードと高ＮＯｘモードとでエンジンの運転モードを切り換えるエンジン制御装置に関する。

ＮＯｘ還元触媒装置は、触媒が活性化するまで触媒温度が高まったときに好適なＮＯｘ浄化能力を発揮する。そこで、例えば特許文献１に見られるように、触媒温度が低いときには、エンジンのＮＯｘ発生量が少なくなる低ＮＯｘモードでエンジンを運転し、触媒温度が高いときには、エンジンのＮＯｘ発生量は多くなるものの、燃費性能等を向上できる高ＮＯｘモードでエンジンを運転するエンジン制御装置が知られている。

特表２０１０−５１９４５９号公報

ところで、エンジン制御装置は、ＮＯｘ還元触媒装置に設置された温度センサー（触媒温度センサー）を用いて直接計測したり、排気温度の検出結果から間接的に求めたりすることで、触媒温度を把握している。

一方、ＮＯｘ還元触媒装置の触媒温度は、周囲の環境要因によっても変化する。例えば外気温が低いときには、より多くの熱が外気に奪われる。また、車速が高いときには、周囲を流れる走行風がＮＯｘ還元触媒装置からより多くの熱を奪う。そのため、そうした環境条件では、ＮＯｘ還元触媒装置の管壁付近の部分では、触媒温度が上がり難くなり、ＮＯｘ還元触媒装置の中心近傍の部分では触媒温度が高くなっていても、外壁付近の部分では触媒温度は未だ低いままとなっていることがある。

そうした場合、エンジン制御装置の把握する触媒温度は、触媒の活性に十分な温度となっていても、ＮＯｘ還元触媒装置全体では、部分的にしか触媒が活性されていないことになる。そのため、従来のエンジン制御装置では、環境条件によっては、ＮＯｘ還元触媒装置のＮＯｘ浄化能力が実際には十分に高まっていない場合にも、エンジンの運転モードが高ＮＯｘモードに移行されてしまうことがあり、エンジンで発生したＮＯｘを十分に処理できなくなることがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、低ＮＯｘモードから高ＮＯｘモードへのエンジン運転モードの移行をより的確に行うことのできるエンジン制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するエンジン制御装置は、排気中のＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ還元触媒装置を備えるエンジンに適用されて、ＮＯｘ還元触媒装置の触媒温度が閾値以上となることを条件として、エンジンのＮＯｘ発生量がより少なくなる低ＮＯｘモードから同ＮＯｘ発生量がより多くなる高ＮＯｘモードへとエンジンの運転モードを移行させる。そして、車速及び外気温の少なくとも一方の検出結果に基づき、車速が高いとき、または外気温が低いときには、そうでないときに比して、上記閾値を大きくしている。

上記構成では、車速が高く、あるいは外気温が低くてＮＯｘ還元触媒装置の管壁付近の部分の触媒温度が上り難いときには、エンジン制御装置が把握する触媒温度が通常よりも高なってからしか、低ＮＯｘモードから高ＮＯｘモードへとエンジンの運転モードが移行されないようになる。そのため、ＮＯｘ還元触媒装置のＮＯｘ浄化能力が不足した状態での高ＮＯｘモードへの移行が好適に抑制される。したがって、低ＮＯｘモードから高ＮＯｘモードへのエンジン運転モードの移行をより的確に行えるようになる。

エンジン制御装置の一実施形態が適用されるエンジンの構成を模式的に示す略図。 同実施形態のエンジン制御装置が実行する運転モード切換ルーチンの処理手順を示すフローチャート。 同運転モード切換ルーチンにおいて設定される活性判定値と、車速および外気温との関係を示すグラフ。

以下、エンジン制御装置の一実施形態を、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態のエンジン制御装置は、車載用のディーゼルエンジンに適用されている。
図１に示すように、本実施形態の制御装置が適用されるエンジンの吸気通路１０には、上流側から順に、吸気を濾過するエアクリーナー１１、吸気を加圧するターボチャージャーのコンプレッサー１２、吸気を冷却するインタークーラー１３、吸気の流量を調整する吸気絞り弁１４が設置されている。吸気通路１０は、吸気絞り弁１４の下流に設けられた吸気マニホールド１５において、エンジンの気筒別に分岐される。吸気マニホールド１５には、吸気の温度を検出する吸気温センサー１６が設置されている。

一方、同エンジンの排気通路２０は、各気筒から排出された排気を合流させる排気マニホールド２１を有する。排気マニホールド２１には、排気中に燃料を添加する燃料添加弁２２が設置されている。また、排気通路２０における排気マニホールド２１の下流側には、ターボチャージャーのタービン２３が設置されている。

排気通路２０におけるタービン２３の下流の部分には、上流側から順に、ＰＭフィルター２４、尿素添加弁２５、排気温センサー２６、ＮＯｘ還元触媒装置２７、アンモニア酸化触媒装置２８が設置されている。ＰＭフィルター２４は、排気中の微粒子物質（ＰＭ）を捕集し、尿素添加弁２５は、排気中に尿素水を添加する。また、排気温センサー２６は、ＮＯｘ還元触媒装置２７に流入する排気の温度（入りガス温）を検出し、ＮＯｘ還元触媒装置２７は、尿素水の熱分解、加水分解により生成されたアンモニアを還元剤として使用して、排気中のＮＯｘを還元して浄化する。さらに、アンモニア酸化触媒装置２８は、ＮＯｘ還元触媒装置２７からスリップしたアンモニアを酸化して浄化する。なお、排気通路２０には、ＰＭフィルター２４前後の排気の差圧を検出する差圧センサー２９と、ＮＯｘ還元触媒装置２７の内部温度（触媒温度）を検出する触媒温度センサー３０とが設けられてもいる。

さらにエンジンには、排気通路２０中の排気の一部を吸気通路１０に再循環させるためのＥＧＲ通路４０が設けられている。ＥＧＲ通路４０には、再循環される排気（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラー４１と、排気の再循環量を調整するためのＥＧＲバルブ４２とが設けられている。

こうしたエンジンは、電子制御ユニット５０により制御されている。電子制御ユニット５０は、エンジン制御にかかる各種演算処理を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、制御用のプログラムやデータが記憶された読込専用メモリー（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果やセンサーの検出結果等が一時的に記憶されるランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）を備える。電子制御ユニット５０には、上述の吸気温センサー１６、排気温センサー２６、差圧センサー２９、触媒温度センサー３０を始め、エンジンの運転状態を検出する各種センサーの検出信号が入力されている。さらに、電子制御ユニット５０には、車速を検出する車速センサー５１、外気温を検出する外気温センサー５２の検出信号も入力されている。

電子制御ユニット５０は、各センサーの検出信号に基づいて、燃料噴射量や点火時期、スロットル開度などのエンジンの制御パラメーターを決定して指令することで、エンジンの運転状態を制御する。そして、電子制御ユニット５０は、そうしたエンジン制御に際して、低ＮＯｘモードと高ＮＯｘモードとでエンジンの運転モードを切り換えている。低ＮＯｘモードでは、エンジンのＮＯｘ発生量がより少なくなるように、各制御パラメーターの値が決定され、高ＮＯｘモードでは、エンジンのＮＯｘ発生量はより多くなるものの、燃費性能の向上や燃焼音の抑制により適した値となるように、各制御パラメーターの値が決定される。

図２に、そうしたエンジンの運転モードの切り換えのための電子制御ユニット５０の処理手順を示す。同図に示される運転モード切換ルーチンの処理は、エンジンの運転中、一定の制御周期毎に電子制御ユニット５０により実行される。

さて、本ルーチンの処理が開始されると、まずステップＳ１００において、車速センサー５１による車速の検出値、および外気温センサー５２による外気温の検出値がそれぞれ読み込まれる。そして、続くステップＳ１０１において、それら車速および外気温の検出値に基づいて、活性判定値の値が設定される。

図３に、車速、外気温と、設定される活性判定値の値との関係を示す。同図に示すように、活性判定値の値は、車速が高いほど、あるいは外気温が低いほど大きい値に設定される。なお、本実施形態では、この活性判定値が、低ＮＯｘモードから高ＮＯｘモードへのエンジンの運転モードの移行条件、ＮＯｘ還元触媒装置の触媒温度が閾値以上となること、における閾値に対応している。

活性判定値の値が設定されると、ステップＳ１０２において、尿素添加弁２５による排気への尿素水の添加が実行可能か否かの判定が行われる。この判定は、排気温センサー２６により検出された入ガス温に基づき行われ、入ガス温が規定の判定値（尿素添加実行判定値）以上のときに尿素水添加が実行可能と判定される。なお、入ガス温が一定よりも低いと、尿素水が排気中で十分に蒸発せず、排気通路２０に付着してデポジットが生成されてしまう。そのため、入ガス温が尿素添加実行判定値未満のときには、尿素水添加の実行は禁止されている。ちなみに、尿素添加実行判定値の値は、ステップＳ１０１で設定される活性判定値の最大値よりも大きい値とされている。

ここで、尿素水の添加が実行可能と判定されれば（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３において、エンジンの運転モードが高ＮＯｘモードに設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、尿素水の添加が実行不可と判定されれば（Ｓ１０２：ＮＯ）、ステップＳ１０４に処理が進められる。

ステップＳ１０４に処理が進められると、そのステップＳ１０４において、触媒温度センサー３０により検出された触媒温度が、先のステップＳ１０１で設定された活性判定値以上であるか否かが判定される。ここで、触媒温度が活性判定値未満であれば（ＮＯ）、ステップＳ１０５において、エンジンの運転モードが低ＮＯｘモードに設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、触媒温度が活性判定値以上であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１０６に処理が進められる。

ステップＳ１０６に処理が進められると、そのステップＳ１０６において、ＮＯｘ還元触媒装置２７のアンモニア（ＮＨ3）吸着量が規定の判定値（無添加還元判定値）以上であるか否かが判定される。ＮＯｘ還元触媒装置２７のアンモニア吸着量は、それまでの尿素水添加の実行状況や排気温の推移などから推定して求められている。なお、ここでの判定は、尿素水添加を実行せずとも、ＮＯｘの還元浄化を十分に行えるだけのアンモニアがＮＯｘ還元触媒装置２７に吸着されているか否かを確認するために行われる。

ここで、アンモニア吸着量が無添加還元判定値以上であれば（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３に処理が進められ、そのステップＳ１０３において、エンジンの運転モードが高ＮＯｘモードに設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。一方、アンモニア吸着量が無添加還元判定値未満であれば（Ｓ１０６：ＮＯ）、ステップＳ１０５に処理が進められ、そのステップＳ１０５において、エンジンの運転モードが低ＮＯｘモードに設定された後、今回の本ルーチンの処理が終了される。

続いて、以上説明した運転モード切換ルーチンの処理による作用を説明する。
本実施形態の制御装置が適用されたエンジンでは、ＮＯｘ還元触媒装置２７の触媒温度が低く、触媒が未活性であるときには、ＮＯｘ発生量の少ない低ＮＯｘモードでエンジンが運転される。そして、触媒が十分に活性化するまでＮＯｘ還元触媒装置２７の触媒温度が高まると、低ＮＯｘモードから高ＮＯｘモードにエンジンの運転モードが移行され、ＮＯｘ発生量は多いものの、燃費性能の向上や燃焼音の抑制により適した状態でエンジンが運転される。

なお、外気温が低いときや車速が高いときには、外気による熱の持ち去りが多くなるため、ＮＯｘ還元触媒装置２７における管壁付近の部分の触媒温度が上り難くなる。そのため、触媒温度センサー３０の検出位置の触媒温度は十分高まっていても、ＮＯｘ還元触媒装置２７における管壁付近の部分の触媒温度は触媒の活性温度に達していないことがある。

その点、本実施形態では、外気温が低いときや車速が高いときには、そうでないときに比して、活性判定値が大きい値に設定される。そのため、管壁付近の部分の触媒温度が上り難い環境条件下では、触媒温度センサー３０の検出する触媒温度が通常よりも高くなるまで、低ＮＯｘモードから高ＮＯｘモードへのエンジンの運転モードの移行が行われないようになる。

一方、ＮＯｘ還元触媒装置２７の触媒が活性となっていても、排気温度が低く、排気への尿素水添加を実行できないときがある。そうした場合、通常は、還元剤となるアンモニアをＮＯｘ還元触媒装置２７に供給できないため、エンジンの運転モードを高ＮＯｘモードに移行することはできない。しかしながら、以前の尿素水添加により供給されたアンモニアがＮＯｘ還元触媒装置２７に十分な量残留している場合には、触媒が活性していれば、尿素水添加を実行できなくても、その残留したアンモニアを利用してのＮＯｘの処理が可能となる。そこで本実施形態では、尿素水添加を実行できないときにも、ＮＯｘ還元触媒装置２７の触媒が活性し、かつＮＯｘ還元触媒装置２７のアンモニア吸着量が一定量以上であれば、低ＮＯｘモードから高ＮＯｘモードにエンジンの運転モードを移行させている。

以上説明した本実施形態のエンジン制御装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、車速が高いときや外気温が低いときには、そうでないときに比して、活性判定値を大きい値に設定するとともに、触媒温度がその活性判定値以上であることを条件に低ＮＯｘモードから高ＮＯｘモードへとエンジンの運転モードを移行させている。そのため、ＮＯｘ還元触媒装置２７のＮＯｘ浄化能力が不足した状態での高ＮＯｘモードへの移行が好適に抑制される。したがって、低ＮＯｘモードから高ＮＯｘモードへのエンジン運転モードの移行をより的確に行える。

（２）本実施形態では、尿素水添加を実行できないときにも、ＮＯｘ還元触媒装置２７の触媒が活性し、かつＮＯｘ還元触媒装置２７のアンモニア吸着量が一定量以上であれば、低ＮＯｘモードから高ＮＯｘモードにエンジンの運転モードを移行させるため、高ＮＯｘモードの実行機会が増える。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、ＮＯｘ還元触媒装置２７の触媒が活性し、かつＮＯｘ還元触媒装置２７のアンモニア吸着量が一定量以上であれば、低ＮＯｘモードから高ＮＯｘモードにエンジンの運転モードを移行させることで、高ＮＯｘモードの実行機会を増やすようにしていた。もっとも、そうした状況での高ＮＯｘモードへの移行を行わずとも、上記のように車速および外気温に基づく活性判定値の設定を行えば、上記（１）の効果を得ることはできる。

・上記実施形態では、車速の検出値および外気温の検出値の双方に基づいて活性判定値を設定していたが、それら検出値のいずれか一方のみに基づいて活性判定値を設定するようにしても良い。

・上記実施形態では、ＮＯｘ還元触媒装置２７として、排気に添加された尿素水の熱分解、加水分解により生成されたアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元浄化する触媒装置を用いていた。それ以外の還元剤を使用するＮＯｘ還元触媒装置でも、車速および外気温のいずれかの検出値が大きいときには、小さいときに比して、活性判定値を大きい値に設定するようにすれば、低ＮＯｘモードから高ＮＯｘモードへのエンジン運転モードの移行をより的確に行えるようになる。

・上記実施形態のエンジン制御装置は、車載用のディーゼルエンジン以外のエンジンにも同様あるいはそれに準じた態様で適用することが可能である。

１０…吸気通路、１１…エアクリーナー、１２…コンプレッサー、１３…インタークーラー、１４…吸気絞り弁、１５…吸気マニホールド、１６…吸気温センサー、２０…排気通路、２１…排気マニホールド、２２…燃料添加弁、２３…タービン、２４…ＰＭフィルター、２５…尿素添加弁、２６…排気温センサー、２７…ＮＯｘ還元触媒装置、２８…アンモニア酸化触媒装置、２９…差圧センサー、３０…触媒温度センサー、４０…ＥＧＲ通路、４１…ＥＧＲクーラー、４２…ＥＧＲバルブ、５０…電子制御ユニット、５１…車速センサー、５２…外気温センサー。

Claims (1)

1. 排気中のＮＯｘを還元して浄化するＮＯｘ還元触媒装置を備えるエンジンに適用されて、前記ＮＯｘ還元触媒装置の触媒温度が閾値以上となることを移行条件の一つとして、前記エンジンのＮＯｘ発生量がより少なくなる低ＮＯｘモードから同ＮＯｘ発生量がより多くなる高ＮＯｘモードへと前記エンジンの運転モードを移行させるエンジン制御装置において、
   車速及び外気温の少なくとも一方の検出結果に基づき、車速が高いとき、または外気温が低いときには、そうでないときに比して、前記閾値を大きくする、
   ことを特徴とするエンジン制御装置。