JP2005009316A - ディーゼル・エンジンの制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼル・エンジンの運転モードが、通常走行に適するリーン燃焼モードから、排気通路に設けられたフィルタを再生させるに適するリッチ燃焼モードに切り替わるときに発生する出力トルクの急な上昇を緩和する。
【解決手段】リーン燃焼モードおよびリッチ燃焼モードにおける各弁開度の中間的な開度の制御パターンを用意しておき、リーン燃焼モードからリッチ燃焼モードにモード転換を実行するときには、この中間的な開度の制御パターンを順次経由するように制御を実行することにより、数秒程度の時間をかけて燃焼モードの転換を行う。このときエンジン出力トルクが上昇しても、運転者はこれを急激なトルク変動と認識することなく、自然な形態でアクセル・ペダルの踏み込み量を調節することができる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル・エンジンから排気中に排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）その他の吸収するフィルタを配置したディーゼル・エンジンの制御に利用する。本発明は、ディーゼル・エンジンの運転モードを転換して一時的にその排気温度を上昇させることにより、前記フィルタをリフレッシュする方法および装置の改良に関する。本発明は、ディーゼル・エンジンに設けた可変容量過給器（ＶＧＴ）弁、排ガス還流（ＥＧＲ）弁、その他を制御することにより、燃焼モードを転換制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル・エンジンの排気を浄化するために、排気通路にフィルタを設けるとともに、ある時間が経過するとこのフィルタに溜まる微粒子を燃焼させて、フィルタの効力を再生させる技術が知られている。フィルタの効力を再生させるために、ディーゼル・エンジンの燃焼モードを一時的に転換して、排気温度を上昇させるエンジンの制御方法が知られている。これには、ディーゼル・エンジンに設けられた可変容量過給器（ＶＧＴ）弁、排気ガス還流（ＥＧＲ）弁、燃料噴射量、燃料噴射圧、燃料噴射タイミング、その他を関連して燃焼モードを転換するように制御することが有効である。
【０００３】
すなわち、通常の走行状態では、エンジンに供給する燃料流量を小さくして経済的な走行に適する空気燃料比になるように、吸気に含まれる燃料が希薄なリーン燃焼モードで運転される。フィルタを再生させるためには排気温度を一時的に上昇させる。このため、ディーゼル・エンジンに供給する空気に対する燃料の割合を大きくしてリッチ燃焼モードで運転する。リッチ燃焼モードへのモード転換はフィルタを再生することが必要になったときに実行され、その再生が完了するまでの短い時間が経過したときにリーン燃焼モードに戻される。これは運転者の操作によることもできるが、一般に自動的に発生するトリガ信号により起動され、設定されたタイマおよびトリガ信号により自動的に終了するように構成されている。
【０００４】
特許文献１には、これら複数の弁開度を時間の経過にしたがって相互に関連して制御する技術が開示されている。この一連の弁開度は、トリガ信号により起動され、複数の要素が関連してコンピュータ制御されることが説明されている。また非特許文献１には、このようなディーゼル・エンジンの排ガス浄化について、一般的な技術が解説されている。その２８頁には、最近の関連する主要な参考文献のリストが掲載されている。
【０００５】
特許文献１には、ディーゼル・エンジンの運転中に、はじめにＶＧＴ弁を絞り、過給率を高くして空気充填量を増大させてから、ＥＧＲ弁を開き、その還流率を高くすることにより燃焼モードの切替を行うように教示されている。これは特許文献１の図１９およびその明細書の段落［００９２］に記載がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１２３８５８号公報
【非特許文献１】
三輪恵「ＰＭ低減のためのエンジン技術」 雑誌「エンジンテクノロジー」Ｖｏｌ．２ Ｎｏ．５， ２５〜２８頁、２００２年９月発行
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような燃焼モードの切替を行うと、エンジンに供給される燃料が増大し、一時的にエンジンの出力トルクが増大する。特許文献１に説明されているように複数の弁開度を時間的にずらす制御を行っても、一時的にエンジン出力トルクが急増する現象が観測された。これは、その切替時に供給される空気量の変化が、かならずしも設計値通りに制御されないことが原因であることがわかった。また複数の弁開度を時間的にずらすような制御を行うと、その弁開度の組合せにしたがって、一時的に排気に黒煙が発生することが観察された。さらにこのような各弁開度を時間的にずらす制御を行うと、可変容量過給器に含まれるターボ・チャージャの慣性により、実際の還流量には相応の遅れが生じて、過渡的に予期しない現象が発生することもわかった。
【０００８】
このように、運転操作によらない制御により出力トルクが急増すると、運転者がこれに反応してアクセル・ペダルの踏み込み量を小さくするまで、一時的に車速が増大することになる。このような運転者が予期しない制御が突然実行されることは望ましいことではない。またこの空気量の変化が遅れることがあると、状態によっては失火（ミス・ファイア）を招く場合があることも経験された。
【０００９】
本発明は、これを改良するものであって、排気通路のフィルタを再生するためにエンジンの燃焼モードを転換するに伴って発生する出力トルクの変動を緩和させる、制御方法および制御装置を提供することを目的とする。本発明は、燃焼モードの転換に伴い出力トルクの変化が発生しても、その影響を運転操作あるいは走行特性に影響がない程度に緩和させることができる制御方法および装置を提供することを目的とする。本発明は、エンジンの出力トルクの変化を相応の時間にわたり分散させ、その影響を緩和することができる制御方法および装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃焼モードの切替をその起動トリガに応じて一挙に実行するのではなく、相応の時間をかけて緩やかに、あるいは段階的に実行させて、急激な出力トルクの変動を緩和させることをその最大の特徴とする。すなわち、燃焼モードの転換を相応の時間をかけて徐々に段階的に実行することにより、運転者はこれに気づくことはなくなる。燃焼モードの転換が緩やかに実行されると、運転者は意識的にまたは無意識的にアクセル・ペダルの踏み込み量を追従させて小さくさせるなど、適応的な操作応答が可能になり、出力トルクの急変があったことを不都合であると意識することがなくなる。
【００１１】
これには、各弁開度などの制御をそれぞれ個別の遅延手段を利用して、並行的に時間をかけて実行するように構成することもできる。しかしその場合には、各弁開度が過渡的な状態にある各時点で、その組合せが必ずしも適当でなくなる場合が起こりえる。たとえば過渡的な状態で排気に黒煙が発生するなどの現象が発生することがある。このため、各弁開度などについて問題のない１または複数のパターンをあらかじめ用意しておき、それを時間の経過とともに順次入れ換えて実行させるように構成することが合理的である。
【００１２】
燃焼モードの転換に要する適当な時間は数秒ないし数十秒である。本発明を実施することにより、排気通路に設けたフィルタを再生するための燃焼モードの開始が数秒ないし数十秒遅れたとしても、これは何ら不都合を来すことではない。
【００１３】
この時間的な下限は運転者が「急激な出力トルクの変動」を感ずることのない程度の時間である。かりに出力トルクの変動が１秒間に実行されると、これは急激であると感じることがあろう。これが７〜８秒をかけて変動するのであれば、運転者はアクセル・ペダルの踏み込み量を変更して追従することができるから、急激な変動と認識しないであろう。この時間的な上限は制御に不都合を来すことがない程度の時間である。かりに２０秒をかけて緩やかに変化するのであれば問題はない。かりに数分であるとすると長すぎる。これはリッチ燃焼モードが継続実行される時間に相当する時間になり、モード転換に要する時間としての合理性を欠くことになる。
【００１４】
すなわち本発明の第一の観点は制御方法の発明であり、ＶＧＴ弁およびＥＧＲ弁の開度を含む要素を関連させて制御することにより、通常運転に適するリーン燃焼モードから、排気通路に設けたフィルタを再生するに適する温度の排気を発生するリッチ燃焼モードに転換するディーゼル・エンジンの制御方法において、供給する燃料成分について前記二つの燃焼モードの中間的なモードを経由しながら、相応の時間をかけて燃焼モードの転換を実行することを特徴とする。
【００１５】
前記リーン燃焼モードと前記リッチ燃焼モードとの間に供給する燃料成分の量がその二つの燃焼モードの中間に相当する一または複数の中間燃焼モードを設定し、あらかじめ設定された時間経過にしたがってこの中間燃焼モードを順次経由して前記リーン燃焼モードから前記リッチ燃焼モードへのモード転換を実行することができる。
【００１６】
本発明の第二の観点は制御装置の発明であり、ＶＧＴ弁開度およびＥＧＲ弁開度を含む要素を関連させて制御する手段を含み、エンジンに供給される空気燃料比を通常の運転状態に適するリーン燃焼モードと、排気通路に設けられたフィルタを再生するに適するリッチ燃焼モードとの間で切替えて設定するための燃焼モード制御手段を備えたディーゼル・エンジンの制御装置において、前記燃焼モード制御手段は、前記リーン燃焼モードおよび前記リッチ燃焼モードの他に供給される空気燃料比が前記二つのモードの中間値に相当する一または複数の中間燃焼モードを設定する手段と、前記リーン燃焼モードから前記リッチ燃焼モードへの切替えをその中間燃焼モードを順次経由することにより相応の時間をかけて実行させる手段とを含むことを特徴とする。前記相応の時間は、数秒ないし数十秒が適当である。
【００１７】
前記燃焼モード制御手段は、前記ＶＧＴ弁開度および前記ＥＧＲ弁開度とともに、燃料噴射量、燃料噴射圧、燃料噴射タイミングを関連して制御する手段を含み、前記中間燃焼モードについても、燃料噴射量、燃料噴射圧、燃料噴射タイミングを前記ＶＧＴ弁開度および前記ＥＧＲ弁開度に関連して制御する手段を含む構成とすることができる。
【００１８】
さらに詳しくは、前記燃焼モード制御手段には、前記ＶＧＴ弁開度、前記ＥＧＲ弁開度、燃料噴射量、燃料噴射圧、および燃料噴射タイミングについて、前記リーン燃焼モード、前記リッチ燃焼モード、および前記一または複数の中間燃焼モードに対応して設けられた複数の制御マップと、燃焼モード切替え指令の入力に応じてこの複数の制御マップを前記相応の時間の経過にしたがって順次入れ換えて設定する手段とを含む構成とすることが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施例図面を参照して本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。図１は本発明実施例装置の制御対象となるディーゼル・エンジンの吸排気系を説明するブロック構成図である。この図の左上から取込まれた空気はエアクリーナ１を経由してエンジンに流入する。この流入量はエアフローセンサ２により検出され制御情報として利用される。この吸気はインタークーラ３を介してエンジンに供給される。この流入量は吸気絞り弁９により調節される。エンジンの排気はＶＧＴ弁を介して排気通路から大気中に送出される。このときＶＧＴ弁５の作用によりターボを駆動し吸気を加圧する、また排気の一部はＥＧＲクーラ６およびＥＧＲ弁７を経由して吸気側に帰還される。排気通路には排気を浄化するためのフィルタ８が設けられている。
【００２０】
制御回路１２は、エアフローセンサ２、ブースト圧センサ４、排気温度センサ１０の各検出出力およびトリガ入力を取込み、ＶＧＴ弁５、ＥＧＲ弁７、および吸気絞り弁９の各弁開度を制御する装置である。トリガ入力は、内蔵のタイマから発生するほか、運転席で操作により発生するトリガ入力（図示せず）も利用される。
【００２１】
このような装置で本発明の特徴は、通常の走行状態にあるリーン燃焼モードと、排ガスの温度を上昇させて排気通路に設けられたフィルタ８を再生するリッチ燃焼モードとの切替制御にある。すなわち、通常の走行状態ではエンジン出力に対して燃料消費が最も効率的に実行されるように、エンジンに供給する燃料の混合比をリーンにする。そして排気通路に設けたフィルタ８を再生するには排気温度を一時的に高くする。すなわち、フィルタ８を再生するタイミングで、リーン燃焼モードからリッチ燃焼モードへのモード切替を実行する。本発明の制御装置および制御方法ではこれを一挙に実行することなく、この二つのモードの間に供給する燃料成分の量がその二つのモードの間に相当する中間燃焼モードを設定し、あらかじめ設定された時間的なプログラムにしたがって、この中間燃焼モードを順次経由して段階的に前記燃料成分の多いモードに変更するように制御する。
【００２２】
図２はこの制御の一例を説明するフローチャートである。通常の走行状態にあるとき、フィルタ再生を実行するモードへの切替指示が発生する。これは制御回路１２のタイマが自律的に発生する、あるいは運転操作により発生される。これにより各弁開度について、あらかじめ設定された第一のパターンを実行する。この状態で設定された時間２秒を経過すると、各弁開度についてあらかじめ設定された第二のパターンを実行する。この状態で設定された時間４秒を経過すると、各弁開度についてリッチ燃焼のパターンを実行する。リッチ燃焼のパターンはフィルタ再生に要する時間ｔだけ実行される。この時間ｔが経過すると、各弁開度については走行に適するリーン燃焼のパターンを設定する。時間ｔはエンジンの種類およびフィルタの性質、種類および大きさ、リッチ燃焼における排気温度、その他により定まる値である。この時間を設定するための要素は従来から広く知られている。一例を示すと数十秒である。
【００２３】
このように制御を実行することにより、リーン燃焼モードからリッチ燃焼モードまで、数秒間（さらに具体的には６〜１０秒程度）をかけて段階的にその燃焼モードが転換される。したがって、燃焼モードの転換にともなうトルク変動はこの数秒間をかけて徐々にかつ段階的に発生していることになり、運転者はこれを急激なトルク変動として認識することはなくなる。また、中間的な燃焼モードも、あらかじめ設定されたパターンに制御されるから、各弁開度の組合せが排気に黒煙が含まれるなど不都合な状態になることはない。
【００２４】
リッチ燃焼モードからリーン燃焼モードに戻すときにも、このように段階的な制御を逆順に実行するように構成することができるが、これは実用的にはこれはあまり意味がない。すなわち、この場合にはトルクが減少する方向であり、車両が走行中であれば車速が減る方向であるから、運転者はアクセル・ペダルの踏み込み量を変更することにより自然に対応することができる。
【００２５】
実際の車両にこの制御装置を搭載して試験を行ったところ、リーン燃焼モードからリッチ燃焼モードへの転換に際して、運転者のアクセル・ペダルの操作が自然な状態でこれに追従していることが観測された。すなわち運転者は燃焼モードの転換に事実上気づくことなく、モード転換により車速が不意に増大することもなく、モード転換が円滑に実行されていることがわかった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明により、排気通路のフィルタを再生するためにエンジンの燃焼モードを転換するに伴って発生する出力トルクの変動を緩和させることができる。本発明により、燃焼モードの転換に伴う出力トルクの変化が発生しても、これをエンジンの出力トルクの変化を相応の時間にわたり分散させ、その影響を緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例装置のブロック構成図。
【図２】本発明実施例装置の制御フローチャート。
【符号の説明】
１ エアクリーナ
２ エアフローセンサ
３ インタークーラ
４ ブースト圧センサ
５ ＶＧＴ弁
６ ＥＧＲクーラ
７ ＥＧＲ弁
８ フィルタ
９ 吸気絞り弁
１０ 排気温度センサ
１２ 制御回路

Claims (6)

1. ＶＧＴ弁およびＥＧＲ弁の開度を含む要素を関連させて制御することにより、通常運転に適するリーン燃焼モードから、排気通路に設けたフィルタを再生するに適する温度の排気を発生するリッチ燃焼モードに転換するディーゼル・エンジンの制御方法において、
   供給する燃料成分について前記二つの燃焼モードの中間的なモードを経由しながら、相応の時間をかけて燃焼モードの転換を実行することを特徴とするディーゼル・エンジンの制御方法。
2. 前記リーン燃焼モードと前記リッチ燃焼モードとの間に供給する燃料成分の量がその二つの燃焼モードの中間に相当する一または複数の中間燃焼モードを設定し、あらかじめ設定された時間経過にしたがってこの中間燃焼モードを順次経由して前記リーン燃焼モードから前記リッチ燃焼モードへのモード転換を実行する請求項１記載のディーゼル・エンジンの制御方法。
3. ＶＧＴ弁開度およびＥＧＲ弁開度を含む要素を関連させて制御する手段を含み、エンジンに供給される空気燃料比を通常の運転状態に適するリーン燃焼モードと、排気通路に設けられたフィルタを再生するに適するリッチ燃焼モードとの間で切替えて設定するための燃焼モード制御手段を備えたディーゼル・エンジンの制御装置において、
   前記燃焼モード制御手段は、前記リーン燃焼モードおよび前記リッチ燃焼モードの他に供給される空気燃料比が前記二つのモードの中間値に相当する一または複数の中間燃焼モードを設定する手段と、前記リーン燃焼モードから前記リッチ燃焼モードへの切替えをその中間燃焼モードを順次経由することにより相応の時間をかけて実行させる手段とを含むことを特徴とするディーゼル・エンジンの制御装置。
4. 前記相応の時間は、数秒ないし数十秒である請求項３記載のディーゼル・エンジンの制御装置。
5. 前記燃焼モード制御手段は、前記ＶＧＴ弁開度および前記ＥＧＲ弁開度とともに、燃料噴射量、燃料噴射圧、燃料噴射タイミングを関連して制御する手段を含み、前記中間燃焼モードについても、燃料噴射量、燃料噴射圧、燃料噴射タイミングを前記ＶＧＴ弁開度および前記ＥＧＲ弁開度に関連して制御する手段を含む請求項３記載のディーゼル・エンジンの制御装置。
6. 前記燃焼モード制御手段には、
   前記ＶＧＴ弁開度、前記ＥＧＲ弁開度、燃料噴射量、燃料噴射圧、および燃料噴射タイミングについて、前記リーン燃焼モード、前記リッチ燃焼モード、および前記一または複数の中間燃焼モードに対応して設けられた複数の制御マップと、
   燃焼モード切替え指令の入力に応じてこの複数の制御マップを前記相応の時間の経過にしたがって順次入れ換えて設定する手段と
   を含む請求項５記載のディーゼル・エンジンの制御装置。

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