JP4502946B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、複数の空燃比リッチ化モードを切り替えるための制御装置に関するものである。

ディーゼル内燃機関の排気通路には、排出ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯ_Ｘと略称する）を還元浄化するためのリーンＮＯ_Ｘ浄化触媒（以下、ＬＮＣと略称する）が設けられることがある。このＬＮＣにおいては、排出ガスの空燃比（以下、排気Ａ／Ｆと略称する）が所定値よりも高い（以下、リーンと呼称する）時、換言すると酸素濃度が高い時に取り込んだＮＯ_Ｘを、排気Ａ／Ｆが所定値よりも低い（以下、リッチと呼称する）時、換言すると酸素濃度が低下した時に放出し且つ還元して無害化する処理を行っている。

このＬＮＣは、ＮＯ_Ｘ吸収量が増大するとその吸収性能が低下するので、適時、排出ガスをリッチ化して還元剤であるＣＯやＨＣ濃度を高めると共に酸素濃度を低下させ、それによってＬＮＣからのＮＯ_Ｘ放出を促進させ且つ十分に還元浄化させるようにしている。

この排気Ａ／Ｆをリッチ化する手法として、膨張行程で微量な燃料を燃焼室に噴射するポスト噴射を行うこと（特許文献１を参照されたい）や、排気通路から吸気通路へ再循環させる排出ガス（以下、ＥＧＲと略称す）の増量を行うこと（特許文献２を参照されたい）などが知られている。
特開２０００−３５６１２６号公報 特開２００３−１３８９７０号公報

しかるに、排気Ａ／Ｆをリッチ化するに当たり、ポスト噴射を付加した場合は、ポスト噴射によって余分に供給された燃料の一部がシリンダ壁面に当たり、それがオイル中に混入するオイルダイリューションを生じたり、エンジン出力に寄与しない燃料が噴射されるために燃費が悪化したり、あるいはミスト状の未燃燃料が触媒に直接触れることによって触媒が熱劣化したりする等の悪影響の及ぶことがある。

他方、大量のＥＧＲを導入して排気Ａ／Ｆをリッチ化した場合は、新気流入量が相対的に減少するので、燃料の噴射量を増大させずに済む反面、中高負荷領域においてスモークの大量発生を招くことや、着火性が低下した分、燃料噴射時期を進角する必要があり、それに伴って燃焼音が増大することなどが問題となる。

本発明は、このような従来技術の不都合を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、排気Ａ／Ｆをリッチ化するに当たり、上述の問題を生ぜずに済むように改善された内燃機関の制御装置を提供することにある。

このような課題を解決するため、本発明は、内燃機関の燃焼室への吸気流量を制御する吸気流量制御手段（吸気制御弁５）と、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段（燃料噴射弁１４）と、燃料噴射手段からの燃料噴射を１回の燃料噴射プロセスの中で主噴射、副噴射と複数回に分けて実行するように制御する燃料噴射制御手段（ＥＣＵ１８に含まれる）と、排気通路へ排出された排気を吸気通路へ環流させる排気環流手段（ＥＧＲ通路１１）および排気還流量を制御する排気還流量制御手段（ＥＧＲ制御弁１３）とを備えた内燃機関の制御装置において、副噴射による第１の空燃比リッチ化手段と、排気還流量による第２の空燃比リッチ化手段と、燃料性状の推定手段（セタン価マップ３２）と、第１の空燃比リッチ化手段と第２の空燃比リッチ化手段との実行を運転状況に応じて切り替える切替手段（領域判別マップ３３及び選択器３４）とを有し、第１の空燃比リッチ化手段と第２の空燃比リッチ化手段とを切り替える境界を、燃料性状の推定結果に応じて変更することを特徴とするものとした。

このような本発明によれば、排気Ａ／Ｆのリッチ化に伴う燃焼音やスモーク発生量がさほど問題にならない低負荷領域においては、ＥＧＲの増量でリッチ化を行うことにより、オイルダイリューション、燃費の悪化、並びに触媒の熱劣化を軽減させることができる。また中高負荷領域においては、ポスト噴射を行うことにより、燃焼音やスモーク発生量の増加を抑えられる。そしてリッチ化制御モードを切り替える境界線をセタン価に応じて変化させることにより、低セタン価の場合の着火性低下による悪影響を受けることを回避することができる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される内燃機関Ｅの基本的な構成図である。この内燃機関（ディーゼルエンジン）Ｅは、その機械的な構成自体は周知のものと何ら変わるところはなく、過給圧可変機構付きターボチャージャ１を備えるものであり、ターボチャージャ１のコンプレッサ側に吸気通路２が連結され、ターボチャージャ１のタービン側に排気通路３が連結されている。そして吸気通路２の上流端にエアクリーナ４が接続され、吸気通路２の適所に燃焼室に流入する新気の流量を調節するための吸気制御弁５と、低回転速度・低負荷運転域で流路断面積を絞って吸気流速を高めるためのスワールコントロール弁６とが設けられている。また排気通路３の下流端には、三元触媒（以下、ＴＷＣと略称する）７と、煤などの粒子状物質を除去するフィルタ（以下、DＰＦと略称する）８と、前記したＬＮＣ９とを、排気の流れに沿ってこの順に連設してなる排気浄化装置１０が接続されている。

スワールコントロール弁６と排気通路３における燃焼室の直後との間は、排出ガス再循環（以下、ＥＧＲと略称す）通路１１を介して互いに連結されている。このＥＧＲ通路１１は、切換弁１２を介して分岐されたクーラー通路１１ａとバイパス通路１１ｂとからなり、その合流部に、燃焼室に流入するＥＧＲ量を調節するＥＧＲ制御弁１３が設けられている。

内燃機関Ｅのシリンダヘッドには、その先端を燃焼室に臨ませた燃料噴射弁１４が設けられている。この燃料噴射弁１４は、燃料を所定の高圧状態で蓄えるコモンレール１５に連結され、コモンレール１５には、クランク軸にて駆動されて燃料タンク１６から燃料を汲み上げる燃料ポンプ１７が接続されている。

これらのターボチャージャ１の過給圧可変機構１９、吸気制御弁５、ＥＧＲ通路切換弁１２およびＥＧＲ制御弁１３、燃料噴射弁１４、燃料ポンプ１７・・・等は、電子制御装置（以下、ＥＣＵと略称する）１８からの制御信号によって作動するように構成されている（図２参照）。

一方、ＥＣＵ１８には、図２に示すように、内燃機関Ｅの所定箇所に配置された吸気弁開度センサ２０、クランク軸回転速度センサ２１、吸気流量センサ２２、過給圧センサ２３、ＥＧＲ弁開度センサ２４、コモンレール圧センサ２５、アクセルペダル操作量センサ２６、筒内圧センサ２７、クランク軸回転角度センサ２８、ＬＮＣ温度センサ２９・・・等からの出力信号が入力されている。

ＥＣＵ１８のメモリには、クランク軸回転速度および要求トルク（アクセルペダル操作量）に応じて実験等によって予め求めた最適燃料噴射量をはじめとする各制御対象の制御目標値を設定したマップが格納されており、内燃機関Ｅの運転状況に応じて最適な燃焼状態が得られるように、各部の制御が行われる。

このディーゼル内燃機関Ｅにおいては、例えば、ＬＮＣ９の再生処理の際に、Ａ／Ｆのリッチ化制御が行われる。そしてリッチ化制御に当たっては、ＥＧＲ増量モード並びにポスト噴射モードが選択的に実行される。

ポスト噴射は、燃焼音の悪化やスモークの発生が少なく、全ての運転領域で実行可能である反面、オイルダイリューション、燃費の悪化、及び触媒の熱劣化などといったデメリットがある。

他方ＥＧＲ増量は、上述のポスト噴射のデメリットが無い代わりに、高負荷域ではスモークが大量発生し、また燃焼音が悪化するので、実質的に低負荷領域でないと実行できないというデメリットがある。

そこで本発明においては、要求トルクとクランク軸回転速度とで与えられるエンジンの負荷状況に応じてＥＧＲ増量モードとポスト噴射モードとを切り替えてＡ／Ｆリッチ化制御を行うものとした。

また、ディーゼル内燃機関の場合は、燃料噴射時期が同一であってもセタン価によって実際の着火時期が変動し、セタン価が低い場合には、燃料噴射時期をある程度進角させないと燃焼安定性を確保できず、この逆に燃料噴射時期を過度に進角させると圧力上昇率が増大するために燃焼音が高くなるという不都合がある。そこで本発明においては、現在使用されている燃料のセタン価を推定し、このセタン価に応じてＡ／Ｆリッチ化制御モードを切り替える境界線を変更するものとした。

以下に本発明の制御の要領について図３〜図６を参照して説明する。

先ず、燃料噴射弁１４への作動指令信号から噴射時期を検出する（ステップ１）と共に、筒内圧センサ２７の信号により、実際の着火時期を検出する（ステップ２）。これらの信号とクランク軸回転角度センサ２８の出力とを着火遅れ角演算手段３１にて対比し、クランク軸回転角度換算の着火遅れ角を算出する（ステップ３）。

次いで、この着火遅れ角に対応するセタン価を、予め設定しておいたセタン価マップ３２（図５）を参照して推定する（ステップ４）。

その結果により、予め設定しておいたセタン価に対応した制御モード領域判別マップ３３（図６）を参照し、現在使用している燃料のセタン価に対応したＡ／Ｆリッチ化制御モードを切り替える境界線を読み取る（ステップ５）。そして現在の負荷状況に対応した適正リッチ化制御モードが、ポスト噴射モードかＥＧＲ増量モードかを判別する（ステップ６）。この結果に基づいて、ＥＧＲ増量モードとポスト噴射モードとのいずれかを選択器３４によって選択し（ステップ７、８）、Ａ／Ｆリッチ化制御を行う。

これにより、ＥＧＲの増量によるリッチ化制御を実行しても、燃焼音やスモークの大幅な増加を伴わずに済む運転領域の境界が変えられる。特に、低セタン価の燃料を使用する場合は、着火性が低下するために燃料噴射時期をある程度進角しないと燃焼安定性を確保できず、この逆に燃料噴射時期を進角し過ぎると圧力上昇率が高くなるために燃焼音の増大を招くが、この場合は、ＥＧＲ増量モード領域を狭めることで、燃焼音の増大を回避することができる。

なお、ＥＧＲ増量モードからポスト噴射モードへの移行時と、この逆のポスト噴射モードからＥＧＲ増量モードへの移行時とで、境界線付近でハンチングを生じないように、境界線には所定幅のヒステリシス領域が設けられている。

本発明が適用される内燃機関の全体構成図である。 本発明が適用される制御装置のブロック図である。 モード切替制御に関わるブロック図である。 モード切替制御に関わるフロー図である。 セタン価推定マップの概念図である。 制御モード領域判別マップの概念図である。

符号の説明

５ 吸気制御弁
１１ ＥＧＲ通路
１３ ＥＧＲ制御弁
１４ 燃料噴射弁
１８ ＥＣＵ
３２ セタン価マップ
３３ 領域判別マップ
３４ 選択器

Claims (1)

1. 内燃機関の燃焼室への吸気流量を制御する吸気流量制御手段と、前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、該燃料噴射手段からの燃料噴射を１回の燃料噴射プロセスの中で主噴射、副噴射と複数回に分けて実行するように制御する燃料噴射制御手段と、排気通路へ排出された排気を吸気通路へ環流させる排気環流手段および排気還流量を制御する排気還流量制御手段とを備えたディーゼル内燃機関の制御装置であって、
   膨張行程での前記副噴射による第１の空燃比リッチ化手段と、
   前記排気還流量による第２の空燃比リッチ化手段と、
   予め設定されたセタン価マップを参照して燃料のセタン価を推定する燃料性状の推定手段と、
   前記第１の空燃比リッチ化手段が実行される領域と前記第２の空燃比リッチ化手段が実行される領域との境界線を定める制御モード領域判別マップが備えられ、要求トルクとクランク軸回転速度とで与えられる当該内燃機関の負荷状況から該マップに応じて前記両リッチ化手段を切り替える切替手段と、を有し、
   前記推定手段により推定された前記燃料のセタン価に基づいて、前記制御モード領域判別マップの前記第１の空燃比リッチ化手段と前記第２の空燃比リッチ化手段とを選択するために、前記燃料のセタン価が低くなるに伴って前記第２の空燃比リッチ化手段が実行される領域を狭めるように前記境界線が変更されることを特徴とするディーゼル内燃機関の制御装置。

Images