JP2021165546A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】機関高負荷運転時にパティキュレートフィルタの再生を適切に行う。【解決手段】排気タービン(8b)を迂回するバイパス通路(16)内を流れる排気ガス量を制御するウェストゲートバルブ装置(17)と、排気通路(13)内に配置されたパティキュレートフィルタ(15)と、排気通路(13)を機関吸気通路に連結するEGR通路(18)と、EGRガス量制御装置とを具備している。機関高負荷運転状態においてパティキュレートフィルタ(15)の再生を行うときには、ウェストゲートバルブ装置(17)とEGRガス量制御装置とを制御して機関吸気通路内の吸入空気の一部が、EGR通路(18)を介して、パティキュレートフィルタ(15)に供給される。【選択図】図4
Description
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
過給用の排気ターボチャージャを具備しており、排気ターボチャージャの排気タービン下流の排気通路内に排気浄化装置、例えば、パティキュレートフィルタが配置されており、排気タービンとパティキュレートフィルタ間の排気通路がEGR通路を介して排気ターボチャージャの吸気コンプレッサ上流の機関吸気通路に連結されており、EGR通路内にはEGR弁が配置されており、吸気コンプレッサ下流の機関吸気通路とEGR弁上流のEGR通路とがバイパス通路を介して連結されており、機関高負荷運転時或いはパティキュレートフィルタの再生時であってEGR弁が閉弁せしめられているときに、吸気コンプレッサから排出された吸入空気の一部をバイパス通路を介してEGR通路内に供給してEGR通路内を上流側に向け逆流させ、逆流する吸入空気流によりEGR通路内に滞留する未燃燃料や凝縮水をEGR通路内から除去するようにした内燃機関が公知である(例えば特許文献1を参照)。
ところで、パティキュレートフィルタ上に堆積したパティキュレートを燃焼除去するためには、即ち、パティキュレートフィルタを再生させるためには、空気が必要である。一方、車両減速運転時の一時的な燃料の供給停止時にはパティキュレートフィルタに空気が供給され、従って、このときパティキュレートフィルタの再生が行われる。この車両減速運転は、通常、頻繁に繰り返し行われ、従って、通常は、パティキュレートフィルタの再生は問題なく行われる。ところが、トーイング登坂等のエンジン高負荷運転が継続する場合には、パティキュレートフィルタの再生が行われなくなり、従ってこのような場合には、何らかの方法によりパティキュレートフィルタの再生する必要がある。この場合、パティキュレートフィルタを再生するために、吸入空気の一部をEGR通路を介してパティキュレートフィルタに供給することが考えられる。
一方、上述したように、上述の公知の内燃機関では、吸入空気の一部がEGR通路を介してパティキュレートフィルタに供給される。しかしながら、逆流する吸入空気流によりEGR通路内に滞留する未燃燃料や凝縮水を吹き飛ばすには、逆流する吸入空気流をかなり多量にする必要と考えられ、従って、上述の公知の内燃機関では、多量の吸入空気流がパティキュレートフィルタに流入するものと考えられる。ところが、多量の吸入空気流がパティキュレートフィルタに流入すると、パティキュレートフィルタが過熱され、その結果、パティキュレートフィルタが劣化したり溶損する恐れがある。また、上述の内燃機関では、逆流する吸入空気流を生成するためのバイパス通路を追加設置しなければならず、従って、構造が複雑になるという問題がある。
本発明は、簡素な構造でもって、機関高負荷運転時であっても、パティキュレートフィルタを再生し得る内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
本発明は、簡素な構造でもって、機関高負荷運転時であっても、パティキュレートフィルタを再生し得る内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
本発明によれば、過給用の排気ターボチャージャを具備しており、機関排気通路内に排気ターボチャージャの排気タービンが配置されており、排気タービンを迂回して排気タービン上流の排気通路と排気タービン下流の排気通路とを連結するバイパス通路と、バイパス通路内を流れる排気ガス量を制御するウェストゲートバルブ装置と、排気タービン下流の排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタと、排気タービンとパティキュレートフィルタ間の排気通路を排気ターボチャージャの吸気コンプレッサ下流の機関吸気通路に連結するEGR通路と、EGR通路内に配置されて排気通路から機関吸気通路内に再循環されるEGRガス量を制御するEGRガス量制御装置とを具備しており、機関高負荷運転状態においてパティキュレートフィルタの再生を行うときには、ウェストゲートバルブ装置とEGRガス量制御装置とを制御して機関吸気通路内の吸入空気の一部を、EGR通路を介して、パティキュレートフィルタに供給する内燃機関の排気浄化装置が提供される。
ウェストゲートバルブ装置とEGRガス量制御装置とを制御するだけで、パティキュレートフィルタを再生することができる。
図1にガソリンを燃料とする内燃機関の全体図を示す。図1を参照すると、1は機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各気筒に対して夫々設けられた燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド4の吸入空気流入口には、アクチュエータにより駆動されるスロットル弁6が配置される。吸気マニホルド4は吸気ダクト7を介して排気ターボチャージャ8の吸気コンプレッサ8aの出口に連結され、吸気コンプレッサ8aの入口は吸入空気量検出器9を介してエアクリーナ10に連結される。吸気ダクト7内には、吸気ダクト7内を流れる吸入空気を冷却するためのインタクーラ11が配置される。一方、排気マニホルド5は排気通路12を介して排気ターボチャージャ8の排気タービン8bの入口に連結され、排気タービン8bの出口は排気通路13に連結される。
排気通路13内には、排気浄化用触媒14が配置され、触媒14下流の排気通路13内にはパティキュレートフィルタ(GPF)13が配置される。図1に示される実施例では、触媒14は三元触媒からなり、また、パティキュレートフィルタ(GPF)13上には三元触媒が担持されている。一方、排気タービン8b上流の排気通路12は、排気タービン8bを迂回するバイパス通路16を介して、排気タービン8bと触媒14間の排気通路13に連結され、バイパス通路16内には、バイパス通路16内を流れる排気ガス量を制御するウェストゲートバルブを備えたウェストゲートバルブ装置17が配置される。また、触媒14とパティキュレートフィルタ15間の排気通路13は、排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路18を介して吸気マニホルド4に連結されており、このEGR通路18内にはEGR弁19が配置される。このEGR弁19が、排気通路13から機関吸気通路内に再循環されるEGRガス量を制御するEGRガス量制御装置を形成している。
図1に示されるように、吸気マニホルド4内には、吸気マニホルド4内の圧力(以下、マニホルド圧と称する)を検出するための圧力センサ20が配置されており、吸気コンプレッサ8aとインタクーラ11間の吸気ダクト7内には、吸気コンプレッサ8aの出口における吸入空気圧(以下、コンプレッサ出口圧と称する)を検出するための圧力センサ21が配置されている。また、触媒14下流の排気通路13内には、空燃比センサ22が配置されている。更に、パティキュレートフィルタ15には、パティキュレートフィルタ15前後の排気通路13内の差圧を検出するための差圧センサ23と、パティキュレートフィルタ15の温度を検出するための温度センサ24が設けられている。
電子制御ユニット30はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス31によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセスメモリ)33、CPU(マイクロプロセッサ)34、入力ポート35および出力ポート36を具備する。入力ポート35には、吸入空気量検出器9、圧力センサ20、圧力センサ21、空燃比センサ22、差圧センサ23および温度センサ24の出力信号が、対応するAD変換器37を介して入力される。また、アクセルペダル40にはアクセルペダル40の踏込み量、即ち、アクセル開度に比例した出力電圧を発生するアクセル開度センサ41が接続され、アクセル開度センサ41の出力電圧は対応するAD変換器37を介して入力ポート35に入力される。更に入力ポート35にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ42が接続される。CPU34では、このクランク角センサ42の出力パルスから機関回転数が算出される。一方、出力ポート36は対応する駆動回路38を介して燃料噴射弁3、スロットル弁6の駆動用アクチュエータ、ウェストゲートバルブ装置17、EGR制御弁19および機関本体に取り付けられた自動変速機25に接続される。
最初に、図1に示される内燃機関の通常運転時における運転制御の概要について説明する。図1に示される内燃機関では、通常、空燃比センサ22の出力信号に基づいて、空燃比が理論空燃比となるように制御されている、従って、排気ガス中に含まれる未燃HC,COおよびNOXは、触媒14において良好に浄化され、触媒14において浄化しきれなかった未燃HC,COおよびNOXは、三元触媒を担持したパティキュレートフィルタ15において浄化される。更に、排気ガス中に含まれる排気微粒子、即ち、パティキュレートはパティキュレートフィルタ15上に捕集される。一方、図1に示される内燃機関では、車両減速運転時には、一時的に燃料の供給が停止される。このとき、機関からは空気が排出され、この空気がパティキュレートフィルタ15に供給される。その結果、パティキュレートフィルタ15上に堆積しているパティキュレートは、この空気により燃焼除去され、パティキュレートフィルタ15が再生される。
図2Aの実線は、図1に示される内燃機関の等出力線を示している。図2Aに示されるように、機関の出力は、エンジントルクが大きくなるほど高くなり、エンジン回転数が高くなるほど高くなる。なお、図1に示される内燃機関では、前述したように、空燃比が理論空燃比に維持されており、従って、図2Aの実線で示される等出力線は,燃焼室2内へ供給される空気の等供給空気量線を示していると言える。従って、図2Aにおいて、エンジンの要求トルクとエンジン回転数が決まると、燃焼室2内へ供給される空気の供給空気量が定まることになる。一方、機関吸気通路内に再循環されるEGRガス量は、エンジントルクとエンジン回転数が決まるとそれに応じて定まる。従って、EGRガスの再循環が行われている状態において燃焼室2内への供給空気量がエンジンの要求トルクとエンジン回転数から決まる空気量とされたときのマニホルド圧は、このときのエンジンの要求トルクおよびエンジン回転数に応じた一定値となる。また、EGRガスの再循環が停止されている状態において燃焼室2内への供給空気量がエンジンの要求トルクとエンジン回転数から決まる空気量とされたときのマニホルド圧も、このときのエンジンの要求トルクおよびエンジン回転数に応じた一定値となる。即ち、マニホルド圧は、エンジンの要求トルクおよびエンジン回転数が決まるとそれ応じて定まることになる。このマニホルド圧Pijは、エンジントルクとエンジン回転数の関数として、図2Bに示されるようなマップの形で予めROM33内に記憶されている。
一方、図3Aは、図2Aに示される燃焼室2内への供給空気量を得るために行われるスロットル弁6の制御と過給制御の概要を示している。なお、図3Aにおいて、縦軸は、燃焼室2内への供給空気量を示しており、横軸はエンジン回転数を示している。図3Aにおいて、一点鎖線Mは、過給領域と無過給領域との境界を示していて、この境界M上では、マニホルド圧がほぼ大気圧となっており、境界Mよりも下側の領域では過給が行われず、境界Mよりも上側の領域では過給が行われる。また、図3Aには、EGR上限とEGR下限とが示されており、これらEGR上限とEGR下限との間の領域でEGRガスの再循環が行われ、EGR下限よりも下側の領域およびEGR上限よりも上側の領域ではEGRガスの再循環が停止される。なお、図3Aに示されるEGR上限とEGR下限は、一例を示すものであって機関の種類等によって異なる。特に、図3Aに示されるEGR上限は、燃焼室2内への供給空気量およびエンジン回転数以外のエンジンの運転状態に影響を与える因子、例えば、機関冷却水温によっても変化し、図3Aに示される位置に固定化されている訳ではない。即ち、図3AにおけるEGR上限は、発明を説明する上での便宜上、図3Aに示される位置に記載されているにすぎない。
さて、図3Aにおいて、境界Mよりも下側の無過給領域では、ウェストゲートバルブ装置17がバイパス通路16を全開しており、従って、このとき、排気ターボチャージャ8は、無作動状態にある。また、境界Mよりも下側の無過給領域では、燃焼室2内への供給空気量は、スロットル弁6により制御されている。一方、境界Mよりも上側の過給領域では、スロットル弁6が全開せしめられ、EGR上限よりも下側の領域ではEGRガスの再循環が行われており、およびEGR上限よりも上側の領域ではEGRガスの再循環が停止されている。また、この過給領域では、ウェストゲートバルブ装置17のウェストゲートバルブが閉弁或いは部分開状態とされており、燃焼室2内への供給空気量が、図2Aに示されるエンジンの要求トルクとエンジン回転数から定まる空気量となるように、ウェストゲートバルブ装置17によって過給圧が制御されている。このとき、マニホルド圧は、図2Bのマップで示されるマニホルド圧Pijとなっている。
さて、前述したように、車両減速運転時において一時的な燃料の供給が停止されると、パティキュレートフィルタ15の再生が行われる。この車両減速運転は、通常、頻繁に繰り返し行われ、従って、通常は、パティキュレートフィルタ15の再生は問題なく行われる。ところが、トーイング登坂等の機関高負荷運転が継続する場合には、車両減速運転が行われないためにパティキュレートフィルタ15の再生が行われなくなり、従ってこのような場合において、パティキュレートフィルタ15の再生要求があったときには、パティキュレートフィルタ15を何らかの方法により再生する必要がある。そこで本発明では、このような場合、吸入空気の一部をEGR通路18を介してパティキュレートフィルタ15に供給し、それによって、パティキュレートフィルタ15を再生するようにしている。本発明による実施例では、このパティキュレートフィルタ15の再生制御は、機関の運転状態が、図3AにおいてEGR上限と全負荷線Fとの間のSSで示される過給領域にあるときに行われる。以下、この本発明によるパティキュレートフィルタ15の再生制御が行われる過給領域を、再生制御領域SSと称する。図3Aからわかるように、再生制御領域SSは、機関高負荷運転領域である。
次に、このとき行われるパティキュレートフィルタ15の再生制御の概要について説明する。パティキュレートフィルタ15上に捕集されたパティキュレートの堆積量が一定量を越えると、パティキュレートフィルタ15の再生要求が出される。パティキュレートの堆積量が一定量を越えたか否かは、パティキュレートの堆積量の算出値、或いは、パティキュレートフィルタ15の前後差圧に基づき判断される。本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ15の前後差圧が閾値を越えたときに、パティキュレートフィルタ15を再生すべきであると判断され、パティキュレートフィルタ15の再生要求が出される。
パティキュレートフィルタ15を再生すべきときには、パティキュレートフィルタ15に空気が供給される。パティキュレートフィルタ15に空気が供給されると、パティキュレートフィルタ15上に堆積したパティキュレートが酸化せしめられ、パティキュレートフィルタ15上から燃焼除去せしめられる。この場合、パティキュレートフィルタ15に供給された全空気がパティキュレートを燃焼除去するために消費されるようにした場合において必要とされる単位時間当たりの空気量は、パティキュレートの酸化反応速度に依存しており、このパティキュレートの燃焼除去のために単位時間当たり必要とされる空気量は、パティキュレートフィルタ15の温度が高くなると増大する。本発明による実施例では、このパティキュレートを燃焼除去するための空気は、EGR通路18を介してパティキュレートフィルタ15に供給される。このパティキュレートの燃焼除去のために単位時間当たり必要とされる空気量を、以下、再生のための要求空気量tGegr と称す。
さて、前述したように、本発明による実施例では、パティキュレートフィルタ15の再生制御は、機関の運転状態が、図3Aに示される再生制御領域SS、即ち、機関高負荷運転領域にあるときに行われる。この再生制御領域SSでは、EGR弁19が閉弁されており、吸気マニホルド4へのEGRガスの再循環が停止されている。また、この再生制御領域SSでは、燃焼室2内への供給空気量が、図2Aに示されるエンジンの要求トルクとエンジン回転数から定まる空気量となるようにウェストゲートバルブ装置17によってWGV開度(ウェストゲートバルブ開度)が制御されている。前述したように、このときのマニホルド圧は、図2Bのマップで示されるマニホルド圧Pijとなっている。
さて、本発明による実施例では、機関の運転状態が再生制御領域SSであるときに、パティキュレートフィルタ15の再生要求がなされると、吸入空気の一部をEGR通路18を介してパティキュレートフィルタ15に供給するために、EGR弁19が開弁され、このとき、EGR通路18を介してパティキュレートフィルタ15に供給される空気量Gegrが、再生のための要求空気量tGegrとなるように、ウェストゲートバルブ装置17によりWGV開度が制御されると共に、EGR弁19の開度が制御される。次に、このパティキュレートフィルタ15の再生制御について、図4に示されるタイムチャートを参照しつつ説明する。
図4を参照すると、図4には、加速運転の終期から機関の運転が安定するまでの間における車速、アクセルペダル40の踏み込み量(アクセル開度)、エンジントルク、圧力(コンプレッサ出口圧Pcとマニホルド圧Pm)、WGV開度(ウェストゲートバルブ開度)、EGR通路18を介してパティキュレートフィルタ15に供給される空気量Gegr およびEGR弁開度の時間的変化が示されている。図4を参照すると、加速運転の終期においてアクセルペダル40の踏み込み量が少しずつ低下せしめられるとエンジントルクも少しずつ低下する。このとき、WGV開度も少しずつ低下せしめられる。WGV開度が低下せしめられると、過給圧が上昇せしめられるために、コンプレッサ出口圧Pcおよびマニホルド圧Pmが増大する。なお、図4に示されるように、マニホルド圧Pmは、吸入空気がインタクーラ11を流通する際の圧力低下分だけ、コンプレッサ出口圧Pcに対して低くなる。
加速運転が終了し、ほぼ定常な機関運転状態が一定期間継続すると、図4のファイアリング中GPF再生実施で示される期間、パティキュレートフィルタ15の再生制御が行われる。このパティキュレートフィルタ15の再生を行う際には、パティキュレートフィルタ15の温度に基づいて、再生のための要求空気量tGegrが算出され、機関の出力が変化しないようにマニホルド圧Pmを、機関運転状態に応じた図2Bに示されるマニホルド圧Pijに維持しつつ、パティキュレートフィルタ15への供給空気量Gegrが、再生のための要求空気量tGegrとなるように、WGV開度が徐々に減少されてコンプレッサ出口圧Pcが目標コンプレッサ出口圧tPcまで徐々に増大せしめられると共に、EGR弁19が徐々に開弁される。EGR弁19が開弁すると、吸入空気の一部がEGR通路18を介してパティキュレートフィルタ15に供給され、パティキュレートフィルタ15上に堆積したパティキュレートの燃焼除去作用が行われる。この場合、パティキュレートフィルタ15に供給された空気はパティキュレートを燃焼除去するために消費されるので、パティキュレートフィルタ15内の少なくとも下流部を流れるガスはほぼ理論空燃比となっている。従って、パティキュレートフィルタ15の再生中であっても、排気ガス中の未燃HC,COおよびNOXは、三元触媒を担持したパティキュレートフィルタ15において浄化されることになる。
ここで、上述の目標コンプレッサ出口圧tPcについて、図3Bを参照しつつ説明する。図3Bの横軸は、インタクーラ11を通って吸気マニホルド4内に流入する吸入空気量QAを示しており、図3Bの縦軸は、マニホルド圧Pmを基準としたマニホルド圧Pmとコンプレッサ出口圧Pcとの圧力差ΔPを示している。吸入空気量QAが増大するとインタクーラ11における圧力降下が増大するので、図3Bにおいて実線で示されるように、吸入空気量QAが増大するほど、マニホルド圧Pmとコンプレッサ出口圧Pcとの圧力差ΔPが大きくなる。なお、図3BにおいてQAoは、マニホルド圧Pmが、図4において破線で示される機関の運転状態に応じたマニホルド圧Pijであるときに燃焼室2内に供給される吸入空気量を表しており、ΔP0は,このときのマニホルド圧Pmとコンプレッサ出口圧Pcとの圧力差ΔPを示している。インタクーラ11を通って吸気マニホルド4内に流入する吸入空気量を、燃焼室2内への供給吸入空気量QAoを変化させることなく、言い換えると、マニホルド圧Pijを変化させることなく、再生のための要求空気量tGegrだけ増大させれば、増大された空気量だけ空気がEGR通路18を介してパティキュレートフィルタ15に供給される。従って、インタクーラ11を通って吸気マニホルド4内に流入する吸入空気量QAを、マニホルド圧Pijを変化させることなく、再生のための要求空気量tGegrだけ増大させれば、パティキュレートフィルタ15に供給される空気量Gegrを、再生のための要求空気量tGegrとすることができることになる。
図3Bからわかるように、吸気マニホルド4内に供給される吸入空気量を、再生のための要求空気量tGegrだけ増大させるには、マニホルド圧Pmとコンプレッサ出口圧Pcとの圧力差ΔPをΔPtまで増大させればよく、従って、本発明による実施例では、機関の運転状態に応じたマニホルド圧Pijよりも圧力差ΔPt分だけ高い圧力が、目標コンプレッサ出口圧tPcとされ、マニホルド圧Pijを変化させることなく、コンプレッサ出口圧Pcが目標コンプレッサ出口圧tPcになるように、ウェストゲートバルブ装置17によりWGV開度が制御されると共に、EGR弁19の開度が制御される。この場合、実際には、目標コンプレッサ出口圧tPcは、例えば、圧力センサ21により検出された機関の運転状態に応じたコンプレッサ出口圧Pc(Pm+ΔPo)に、再生のための要求空気量tGegrから求められた差圧(ΔPt―ΔPo)(図3B)を加算することによって算出される。なお、図3Bにおいて実線で示される吸入空気量QAと圧力差ΔPとの関係は、マニホルド圧Pmによって異なり、本発明による実施例では、代表的なマニホルド圧Pmに対する吸入空気量QAと圧力差ΔPとの関係が予めROM33内に記憶されている。
図5は、図4の期間t0におけるコンプレッサ出口圧Pc、マニホルド圧Pm、WGV開度(ウェストゲートバルブ開度)、EGR弁開度、およびEGR通路18を介してパティキュレートフィルタ15に供給される空気量Gegr の時間的変化を模式的に表している。なお、図5には、目標コンプレッサ出口圧tPcと、再生のための要求空気量tGegrも示されている。コンプレッサ出口圧Pcを目標コンプレッサ出口圧tPcまで上昇させるときには、図5に示されるように、WGV開度が小さな一定量だけ低下せしめられる。WGV開度が低下せしめられると、コンプレッサ出口圧Pcが少し上昇すると共に、マニホルド圧Pmが少し上昇する。マニホルド圧Pmが上昇すると、マニホルド圧Pmが元の圧力まで低下するまで、EGR弁開度が増大される。EGR弁開度が増大されると、パティキュレートフィルタ15に供給される空気量Gegrが増大される。次いで、再び、WGV開度が小さな一定量だけ低下せしめられ、それによりマニホルド圧Pmが少し上昇すると、マニホルド圧Pmが元の圧力まで低下するまで、EGR弁開度が増大される。
このようなWGV開度の低下作用とEGR弁開度の増大作用は、コンプレッサ出口圧Pcが目標コンプレッサ出口圧tPcとなるまで繰り返し行われる。コンプレッサ出口圧Pcが目標コンプレッサ出口圧tPcになると、パティキュレートフィルタ15に供給される空気量Gegrが、再生のための要求空気量tGegrとなる。なお、このようなWGV開度の低下作用とEGR弁開度の増大作用が行われている間に、パティキュレートフィルタ15の温度は変化するので、再生のための要求空気量tGegrも変化する。従って、パティキュレートフィルタ15の再生制御が行われている間、目標コンプレッサ出口圧tPcは更新され続ける。なお、パティキュレートフィルタ15の再生作用が完了したときには、同様な方法でもって、コンプレッサ出口圧Pcが元のコンプレッサ出口圧Pcとなるまで、WGV開度の増大作用とEGR弁開度の低下作用が繰り返し行われる。
次に、図6を参照しつつ、パティキュレートフィルタの再生制御について説明する。図6は、この再生制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは、例えば一定時間毎の割込みによって実行される。
図6を参照すると、まず初めにステップ50において、パティキュレートフィルタ15を再生すべきであることを示す再生フラグがセットされているか否かが判別される。再生フラグがセットされていないときにはステップ51に進んで、パティキュレートフィルタ15の再生が必要であるか否かが判別される。本発明による実施例では、差圧センサ23の出力信号からパティキュレートフィルタ15の前後差圧が閾値を越えたと判断されたときには、パティキュレートフィルタ15の再生が必要であると判別される。ステップ51において、パティキュレートフィルタ15の再生が必要でないと判別されたときには、ステップ59に進んで、WGV(ウェストゲートバルブ)の通常制御とEGR弁の通常制御、即ち、通常の過給圧制御と通常のEGR制御が行われる。
これに対し、ステップ51において、パティキュレートフィルタ15の再生が必要であると判別されたときには、ステップ52に進んで再生フラグがセットされ、次いで、ステップ53に進む。再生フラグが一旦セットされると、次の処理サイクルでは、ステップ50からステップ53にジャンプする。ステップ53では、パティキュレートフィルタ15の再生条件を満たしているか否かが判別される。本発明による実施例では、アクセル開度センサ41の出力信号に基づき、以下の三つの条件を満たしていると判断されたときに、再生条件を満たしていると判別される。
(1)アクセル開度>再生実施移行閾値
(2)上限閾値>アクセル開度時間変化率>下限閾値
(3)(1)および(2)の状態の継続時間>再生実施移行閾値
即ち、機関の運転状態が再生制御領域SS、即ち、機関高負荷運転状態であって機関負荷の変動量が小さい期間が、一定期間以上継続したときに、再生条件を満たしていると判別される。
(1)アクセル開度>再生実施移行閾値
(2)上限閾値>アクセル開度時間変化率>下限閾値
(3)(1)および(2)の状態の継続時間>再生実施移行閾値
即ち、機関の運転状態が再生制御領域SS、即ち、機関高負荷運転状態であって機関負荷の変動量が小さい期間が、一定期間以上継続したときに、再生条件を満たしていると判別される。
ステップ53において、再生条件を満たしていないと判別されたときには、ステップ59に進んで、通常の過給圧制御と通常のEGR制御が行われる。これに対し、ステップ53において再生条件を満たしていると判別されたときには、ステップ54に進んで、パティキュレートフィルタ15の温度TGが取得される。本発明による実施例では、温度センサ24によりパティキュレートフィルタ15の温度TGが取得される。次いで、ステップ55では、パティキュレートフィルタ15の温度に基づいて、再生のための要求空気量tGegrが算出される。更に、ステップ55では、圧力センサ21により検出された機関の運転状態に応じたコンプレッサ出口圧Pcに、再生のための要求空気量tGegrから求められた差圧(ΔPt―ΔPo)(図3B)を加算することによって目標コンプレッサ出口圧tPcが算出される。
次いで、ステップ56では、圧力センサ20および圧力センサ21の出力信号に基づき、図5を参照しつつ説明した方法でもって、マニホルド圧Pmを変化させることなく、コンプレッサ出口圧Pcが目標コンプレッサ出口圧tPcになるように、ウェストゲートバルブ装置17によりWGV開度が制御されると共に、EGR弁19の開度が制御される。次いで、ステップ57では、パティキュレートフィルタ15の再生が完了したか否かが判別される。本発明による実施例では、差圧センサ23の出力信号からパティキュレートフィルタ15の前後差圧が小さな一定値以下になったと判断されたときには、パティキュレートフィルタ15の再生が完了したと判別される。ステップ57において、パティキュレートフィルタ15の再生が完了していないと判別されたときには処理サイクルを終了し、パティキュレートフィルタ15の再生が完了したと判別されたときにはステップ58に進んで再生フラグがリセットされ、次いで、処理サイクルを終了する。
図7から図9に第2実施例を示す。パティキュレートフィルタ15の再生要求があったときに機関の運転状態は、図3Aに示される再生制御領域SS、即ち、機関高負荷運転領域にあるが、このときマニホルド圧Pmが低く、このときパティキュレートフィルタ15の入口の圧力よりもマニホルド圧Pmの方が低かった場合には、EGR通路18を介してパティキュレートフィルタ15に吸入空気の一部を供給することができない。この第2実施例では、このような場合でも、EGR通路18を介してパティキュレートフィルタ15に吸入空気の一部を供給し得るように、機関の運転状態を低回転、高トルク側に変更して過給圧を高めることによりマニホルド圧Pmを上昇させ、それにより、本発明による再生方法を用いたパティキュレートフィルタ15の再生を行い得るようにしている。この場合、この第2実施例では、自動変速機25の変速段を低い段位から高い段位にシフトアップすることによって、機関の運転状態を低回転、高トルク側に変更するようにしている。次に、この第2実施例によるパティキュレートフィルタ15の再生制御について、図7に示されるタイムチャートを参照しつつ説明する。
図7を参照すると、図7には、図4と同様な、加速運転の終期から機関の運転が安定するまでの間における車速、アクセルペダル40の踏み込み量(アクセル開度)、エンジントルク、圧力(コンプレッサ出口圧Pcとマニホルド圧Pm)、WGV開度(ウェストゲートバルブ開度)、EGR通路18を介してパティキュレートフィルタ15に供給される空気量Gegr およびEGR弁開度の時間的変化に加えて、自動変速機25のギヤ段およびエンジン回転数の時間的変化が示されている。また、図7は、機関が、図3Aに示される再生制御領域SS、即ち、機関高負荷運転領域において運転されているときに、パティキュレートフィルタ15の再生要求があった場合を示している。
図7を参照すると、加速運転が終了し、ほぼ定常な機関運転状態が一定期間継続すると、図7の変速で示される期間において、自動変速機25のギヤ段のシフトアップ作用が行われ、それにより、過給圧が高められてマニホルド圧Pmが上昇せしめられる。マニホルド圧Pmが上昇せしめられると、図4に示される第1実施例と同様に、図7のファイアリング中GPF再生実施で示される期間、パティキュレートフィルタ15の再生制御が行われる。このパティキュレートフィルタ15の再生を行う際には、パティキュレートフィルタ15の温度に基づいて、再生のための要求空気量tGegrが算出され、機関の出力が変化しないようにマニホルド圧Pmを、機関運転状態に応じた図2Bに示されるマニホルド圧Pijに維持しつつ、パティキュレートフィルタ15への供給空気量Gegrが、再生のための要求空気量tGegrとなるように、WGV開度が徐々に減少されてコンプレッサ出口圧Pcが目標コンプレッサ出口圧tPcまで徐々に増大せしめられると共に、EGR弁19が徐々に開弁される。
EGR弁19が開弁すると、吸入空気の一部がEGR通路18を介してパティキュレートフィルタ15に供給され、パティキュレートフィルタ15上に堆積したパティキュレートの燃焼除去作用が行われる。パティキュレートフィルタ15の再生が完了すると、図7の変速で示される期間において、今度は、自動変速機25のギヤ段のシフトダウン作用が行われ、機関が、再び、再生制御前の運転状態でもって運転されるようになる。
次に、図8および図9を参照しつつ、第2実施例におけるパティキュレートフィルタの再生制御について説明する。図8および図9は、この第2実施例における再生制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは、例えば一定時間毎の割込みによって実行される。
図8および図9を参照すると、まず初めにステップ80において、パティキュレートフィルタ15を再生すべきであることを示す再生フラグがセットされているか否かが判別される。再生フラグがセットされていないときにはステップ81に進んで、パティキュレートフィルタ15の再生が必要であるか否かが判別される。この第2実施例でも、差圧センサ23の出力信号からパティキュレートフィルタ15の前後差圧が閾値を越えたと判断されたときには、パティキュレートフィルタ15の再生が必要であると判別される。ステップ81において、パティキュレートフィルタ15の再生が必要でないと判別されたときには、ステップ93に進んで、WGV(ウェストゲートバルブ)の通常制御とEGR弁の通常制御とトランスミッションの通常制御、即ち、通常の過給圧制御と通常のEGR制御と通常の自動変速制御が行われる。
これに対し、ステップ81において、パティキュレートフィルタ15の再生が必要であると判別されたときには、ステップ82に進んで再生フラグがセットされ、次いで、ステップ83に進む。再生フラグが一旦セットされると、次の処理サイクルでは、ステップ80からステップ83にジャンプする。ステップ83では、パティキュレートフィルタ15の再生条件を満たしているか否かが判別される。この第2実施例においても、図4に示される第1実施例と同様に、アクセル開度センサ41の出力信号に基づき、以下の三つの条件を満たしていると判断されたときに、再生条件を満たしていると判別される。
(1)アクセル開度>再生実施移行閾値
(2)上限閾値>アクセル開度時間変化率>下限閾値
(3)(1)および(2)の状態の継続時間>再生実施移行閾値
即ち、機関の運転状態が再生制御領域SS、即ち、機関高負荷運転状態であって機関負荷の変動量が小さい期間が、一定期間以上継続したときに、再生条件を満たしていると判別される。
(1)アクセル開度>再生実施移行閾値
(2)上限閾値>アクセル開度時間変化率>下限閾値
(3)(1)および(2)の状態の継続時間>再生実施移行閾値
即ち、機関の運転状態が再生制御領域SS、即ち、機関高負荷運転状態であって機関負荷の変動量が小さい期間が、一定期間以上継続したときに、再生条件を満たしていると判別される。
ステップ83において、再生条件を満たしていないと判別されたときには、ステップ93に進んで、通常の過給圧制御と通常のEGR制御と通常の自動変速制御が行われる。これに対し、ステップ83において再生条件を満たしていると判別されたときには、ステップ84に進んで、圧力センサ20の出力信号に基づいて、マニホルド圧Pmが、本発明による再生方法を用いてパティキュレートフィルタ15を再生し得るマニホルド圧PmXよりも高いか否かが判別される。マニホルド圧Pmがマニホルド圧PmXよりも高いと判別されたときには、ステップ85に進んで、パティキュレートフィルタ15の温度TGが取得される。この第2実施例においても、図4に示される第1実施例と同様に、温度センサ24によりパティキュレートフィルタ15の温度TGが取得される。次いで、ステップ86では、パティキュレートフィルタ15の温度に基づいて、再生のための要求空気量tGegrが算出される。更に、ステップ86では、圧力センサ21により検出された機関の運転状態に応じたコンプレッサ出口圧Pcに、再生のための要求空気量tGegrから求められた差圧(ΔPt―ΔPo)(図3B)を加算することによって目標コンプレッサ出口圧tPcが算出される。
次いで、ステップ87では、圧力センサ20および圧力センサ21の出力信号に基づき、図5を参照しつつ説明した方法でもって、マニホルド圧Pmを変化させることなく、コンプレッサ出口圧Pcが目標コンプレッサ出口圧tPcになるように、ウェストゲートバルブ装置17によりWGV開度が制御されると共に、EGR弁19の開度が制御される。次いで、ステップ88では、パティキュレートフィルタ15の再生が完了したか否かが判別される。この第2実施例でも、差圧センサ23の出力信号からパティキュレートフィルタ15の前後差圧が小さな一定値以下になったと判断されたときには、パティキュレートフィルタ15の再生が完了したと判別される。ステップ88において、パティキュレートフィルタ15の再生が完了していないと判別されたときには処理サイクルを終了し、パティキュレートフィルタ15の再生が完了したと判別されたときにはステップ89に進んで再生フラグがリセットされ、次いで、処理サイクルを終了する。
一方、ステップ84において、マニホルド圧Pmがマニホルド圧PmXよりも高くないと判別されたときには、ステップ90に進んで、自動変速機25の現在のギヤ段S0と、本発明による再生方法を用いてパティキュレートフィルタ15を再生するのに必要な目標ギヤ段Sとが求められる。次いで、ステップ91では、現在のギヤ段S0が目標ギヤ段Sとなったか否かが判別される。現在のギヤ段S0が目標ギヤ段Sではないと判別されたときには、ステップ92に進んで、現在のギヤ段S0が1段だけシフトアップされる。次いで、処理サイクルを終了する。一方、ステップ91において、現在のギヤ段S0が目標ギヤ段Sになったと判別されたときには、処理サイクルを終了する。
このように、本発明によれば、過給用の排気ターボチャージャ8を具備しており、機関排気通路内に排気ターボチャージャ8の排気タービン8bが配置されており、排気タービン8bを迂回して排気タービン8b上流の排気通路12と排気タービン8b下流の排気通路13とを連結するバイパス通路16と、バイパス通路16内を流れる排気ガス量を制御するウェストゲートバルブ装置17と、排気タービン8b下流の排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタ15と、排気タービン8bとパティキュレートフィルタ15間の排気通路13を排気ターボチャージャ8の吸気コンプレッサ8a下流の機関吸気通路に連結するEGR通路18と、EGR通路18内に配置されて排気通路13から機関吸気通路内に再循環されるEGRガス量を制御するEGRガス量制御装置とを具備しており、機関高負荷運転状態においてパティキュレートフィルタ15の再生を行うときには、ウェストゲートバルブ装置17とEGRガス量制御装置とを制御して機関吸気通路内の吸入空気の一部が、EGR通路18を介して、パティキュレートフィルタ15に供給される。
4 吸気マニホルド
5 排気マニホルド
8 排気ターボチャージャ
15 パティキュレートフィルタ
17 ウェストゲートバルブ装置
18 EGR制御弁
5 排気マニホルド
8 排気ターボチャージャ
15 パティキュレートフィルタ
17 ウェストゲートバルブ装置
18 EGR制御弁
Claims (1)
- 過給用の排気ターボチャージャを具備しており、機関排気通路内に排気ターボチャージャの排気タービンが配置されており、排気タービンを迂回して排気タービン上流の排気通路と排気タービン下流の排気通路とを連結するバイパス通路と、バイパス通路内を流れる排気ガス量を制御するウェストゲートバルブ装置と、排気タービン下流の排気通路内に配置されたパティキュレートフィルタと、排気タービンとパティキュレートフィルタ間の排気通路を排気ターボチャージャの吸気コンプレッサ下流の機関吸気通路に連結するEGR通路と、EGR通路内に配置されて排気通路から機関吸気通路内に再循環されるEGRガス量を制御するEGRガス量制御装置とを具備しており、機関高負荷運転状態においてパティキュレートフィルタの再生を行うときには、ウェストゲートバルブ装置とEGRガス量制御装置とを制御して機関吸気通路内の吸入空気の一部を、EGR通路を介して、パティキュレートフィルタに供給する内燃機関の排気浄化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020069804A JP2021165546A (ja) | 2020-04-08 | 2020-04-08 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2020069804A JP2021165546A (ja) | 2020-04-08 | 2020-04-08 | 内燃機関の排気浄化装置 |
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JP2021165546A true JP2021165546A (ja) | 2021-10-14 |
Family
ID=78021904
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JP (1) | JP2021165546A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2614096A (en) * | 2021-05-28 | 2023-06-28 | Jaguar Land Rover Ltd | Exhaust system, controller and method for an internal combustion engine |
-
2020
- 2020-04-08 JP JP2020069804A patent/JP2021165546A/ja active Pending
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