JP2005048751A - Engine control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの制御装置に関し、詳細には、NOxトラップ触媒や、パティキュレートフィルタ等の排気浄化装置を備えるエンジンにおいて、排気浄化装置の状態に応じ、スモークの発生を抑えた状態で空気過剰率を低下させ、かつ排気温度を上昇させる技術に関する。 The present invention relates to an engine control device, and more particularly, in an engine equipped with an exhaust purification device such as a NOx trap catalyst or a particulate filter, in accordance with the state of the exhaust purification device, excessive air in a state in which the generation of smoke is suppressed. The present invention relates to a technique for decreasing the rate and increasing the exhaust temperature.
排気通路に触媒を備えるディーゼルエンジンにおいて、この触媒の活性促進のために排気温度を上昇させる技術として、次のものが知られている。すなわち、エンジンの運転状態に応じ、要求されるエンジントルクを発生させるための基本燃料噴射量を演算し、算出した基本燃料噴射量に対応する量の燃料を、上死点近傍で複数回に分けて噴射するものである(特許文献1)。 In a diesel engine having a catalyst in the exhaust passage, the following techniques are known as techniques for increasing the exhaust temperature in order to promote the activity of the catalyst. That is, the basic fuel injection amount for generating the required engine torque is calculated according to the operating state of the engine, and the amount of fuel corresponding to the calculated basic fuel injection amount is divided into multiple times near the top dead center. (Patent Document 1).
また、排気中の窒素酸化物(以下「NOx」という。)を処理する装置として、NOxトラップ触媒が知られている。NOxトラップ触媒は、酸化雰囲気のもとでNOxをトラップし、還元雰囲気のもとでトラップしているNOxを放出する性質を持つ。NOxトラップ触媒は、酸化雰囲気のもと、NOx以外に排気に含まれる硫黄分もトラップする。トラップしているNOx又は硫黄分を放出させ、NOxトラップ触媒を再生させるため、空気過剰率を低下させて排気空燃比を低下させることが知られている。NOxトラップ触媒から硫黄分を放出させるときは、排気空燃比を低下させるだけでなく、硫黄分の分解を促進するため、排気温度を上昇させるのが一般的である。
しかしながら、上記の分割噴射技術には、次のような問題がある。この技術は、分割して噴射された各燃料の燃焼が途切れることのないように、先に噴射された燃料の火炎中に後続の燃料を噴射していくものであるため、2回目以降に噴射された燃料の燃焼は、拡散燃焼が主体となる。このため、排気温度を上昇させることはできるものの、スモークの排出抑制の観点から空気過剰率を低下させることができず、排気空燃比の低下を要するNOxトラップ触媒の再生に適用し得るものではない。 However, the above-described divided injection technique has the following problems. In this technique, the subsequent fuel is injected into the flame of the previously injected fuel so that the combustion of each of the divided injected fuels is not interrupted. The combustion of the produced fuel is mainly diffusion combustion. For this reason, although the exhaust temperature can be raised, the excess air ratio cannot be lowered from the viewpoint of smoke emission suppression, and it cannot be applied to regeneration of a NOx trap catalyst that requires a reduction in the exhaust air-fuel ratio. .
本発明は、スモークの発生を抑えた状態で排気温度を上昇させるとともに、排気空燃比を低下させ、NOxトラップ触媒等の排気浄化装置を再生させることのできるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an engine control device that can increase the exhaust temperature while suppressing the generation of smoke, lower the exhaust air-fuel ratio, and regenerate the exhaust purification device such as a NOx trap catalyst. And
本発明は、エンジンの制御装置を提供する。本発明に係る装置は、通常時と、排気温度を通常時よりも高い温度に上昇させる排気昇温時とで燃焼形態を切り換え、エンジンに対し、通常時は、第1の燃焼形態としての通常燃焼により、排気昇温時は、第2の燃焼形態としての分割リタード燃焼により運転を行わせる。通常燃焼では、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、分割リタード燃焼では、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、通常燃焼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る。また、分割リタード燃焼による運転中に、排気温度を変化させ、かつこれに併せて空気過剰率を変化させるときは、空気過剰率の変化に応じて主燃焼を行わせる時期を変更する。 The present invention provides an engine control apparatus. The apparatus according to the present invention switches the combustion mode between the normal time and the exhaust gas temperature raising time when the exhaust gas temperature is raised to a higher temperature than the normal time. When the exhaust gas temperature rises due to combustion, the operation is performed by split retard combustion as the second combustion mode. In normal combustion, combustion for generating engine torque is performed at a time relatively close to top dead center, and in divided retard combustion, main combustion as combustion for generating engine torque and predetermined before main combustion are performed. Pre-combustion to form the heat generation of the main combustion is performed at or near top dead center, while the main combustion is slower than the corresponding combustion of the normal combustion and the pre-combustion is finished I will do it later. Further, when the exhaust temperature is changed during the operation by split retard combustion and the excess air ratio is changed accordingly, the timing for performing the main combustion is changed according to the change of the excess air ratio.
本発明によれば、燃焼形態を分割リタード燃焼とし、主燃焼を通常時の対応する燃焼よりも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。ここで、主燃焼は、時期を遅らせているが、予備燃焼が形成する熱発生により筒内温度が上昇するので、安定して行われる。主燃焼を予備燃焼が終了した後に行わせることで、各燃焼の間に時間を持たせ、主燃焼に寄与する燃料の予混合を促すことができるので、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できる。また、分割リタード燃焼による運転中に、排気温度とともに空気過剰率を変化させるときは、空気過剰率の変化に応じて主燃焼を行わせる時期を変更することで、排気温度及び空気過剰率をそれぞれの目標値に向け、効率的に変化させることができる。 According to the present invention, it is possible to raise the exhaust gas temperature by setting the combustion mode to split retard combustion and performing the main combustion at a time later than the corresponding combustion at the normal time. Here, the main combustion is delayed, but is stably performed because the in-cylinder temperature rises due to the heat generated by the preliminary combustion. By allowing the main combustion to be performed after the pre-combustion is completed, it is possible to allow time between each combustion and promote premixing of fuel that contributes to the main combustion. Occurrence can be suppressed. In addition, when changing the excess air ratio together with the exhaust temperature during operation by split retard combustion, the exhaust temperature and the excess air ratio can be changed by changing the timing for performing the main combustion according to the change in the excess air ratio. The target value can be changed efficiently.
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the configuration of an automotive diesel engine (hereinafter referred to as “engine”) 1 according to an embodiment of the present invention.
An air cleaner (not shown) is attached to the introduction portion of the
エンジン本体において、シリンダヘッドには、インジェクタ21が気筒毎に設置されている。図示しない燃料ポンプにより送り出された燃料は、コモンレール22を介してインジェクタ21に供給され、インジェクタ21により燃焼室内に直接噴射される。インジェクタ21は、燃料を複数回に分けて噴射する。インジェクタ21による通常の燃料噴射には、エンジントルクを発生させるためのメイン噴射と、メイン噴射よりも進角させて行われるパイロット噴射とが含まれる。
In the engine body, the cylinder head is provided with an
排気通路31には、マニホールド部の下流にターボチャージャのタービン12bが介装されている。排気によりタービン12bが駆動されることで、コンプレッサ12aが回転する。タービンの可動ベーン121は、アクチュエータ122と接続されており、アクチュエータ122により角度が制御される。タービン12bの下流には、NOxトラップ触媒32が設置されており、さらにその下流には、ディーゼルパティキュレートフィルタ33が設置されている。NOxトラップ触媒32は、排気空燃比に応じて異なる機能を奏し、排気がリーンであるときに排気中のNOxをトラップする一方、これがリッチであるときにトラップしているNOxを放出する。NOxは、放出される際に排気中の炭化水素(以下「HC」という。)等の還元剤により浄化される。NOxトラップ触媒32は、NOx以外に排気に含まれる硫黄分もトラップする。NOxトラップ触媒32には、このようなNOx処理機能と併せ、排気中のHC及び一酸化炭素(以下「CO」という。)を酸化させる機能を持たせている。ディーゼルパティキュレートフィルタ33は、セラミック等を素材とした多孔質のフィルタエレメントを含んで構成される。排気がフィルタエレメントによりろ過され、排気からパティキュレートが除去される。
A turbocharger turbine 12b is interposed in the exhaust passage 31 downstream of the manifold portion. When the turbine 12b is driven by the exhaust, the
排気通路31は、EGR管34により吸気通路11と接続されており、EGR管34には、EGR弁35が介装されている。EGR弁35は、アクチュエータ351に接続されており、アクチュエータ351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により空気過剰率λ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。
The exhaust passage 31 is connected to the
In the exhaust passage 31, a
以下に、ECU41の動作をフローチャートにより説明する。
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。
Hereinafter, the operation of the ECU 41 will be described with reference to a flowchart.
FIG. 2 shows a flowchart of the operation mode selection routine. The combustion mode is switched according to the operation mode set by this routine.
In S1, the engine speed Ne, the accelerator opening APO, the catalyst temperature Tnox, and the exhaust pressure Pexh are read.
S2では、触媒温度Tnoxが所定温度T11以上であるか否かを判定する。T11以上であるときは、S3へ進み、T11よりも低いときは、図32に示すルーチンへ進む。T11は、NOxトラップ触媒32の活性温度に相当する。
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。
In S2, it is determined whether or not the catalyst temperature Tnox is equal to or higher than a predetermined temperature T11. When it is T11 or more, the process proceeds to S3, and when it is lower than T11, the process proceeds to the routine shown in FIG. T11 corresponds to the activation temperature of the
In S3, the NOx trap amount NOX is detected. The NOx trap amount NOX is the amount of NOx trapped in the
NOX=NOXn-1+Ne×Δt ・・・(1)
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。
NOX = NOX n−1 + Ne × Δt (1)
In S4, the sulfur trap amount SOX is detected. The sulfur trap amount SOX is the amount of sulfur trapped in the
SOX = SOX n-1 + Ne × Δt (2)
In S5, the particulate deposition amount PM is detected. The particulate accumulation amount PM is the amount of particulates deposited on the
S6では、PM再生実行フラグFregが0であるか否かを判定する。Fregは、通常は0に設定されている。Fregが0であるときは、S7へ進み、0でないときは、図11に示すルーチンへ進む。
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20に示すルーチンへ進む。
In S6, it is determined whether the PM regeneration execution flag Freg is 0 or not. Freg is normally set to 0. When Freg is 0, the process proceeds to S7, and when it is not 0, the process proceeds to the routine shown in FIG.
In S7, it is determined whether or not the desulfurization regeneration execution flag Fdesul is zero. Fdesul is normally set to 0. When Fdesul is 0, the process proceeds to S8, and when it is not 0, the process proceeds to the routine shown in FIG.
S8では、NOx再生実行フラグFspが0であるか否かを判定する。Fspは、通常は0に設定されている。Fspが0であるときは、S9へ進み、0でないときは、図22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23に示すルーチンへ進む。
In S8, it is determined whether or not the NOx regeneration execution flag Fsp is zero. Fsp is normally set to 0. When Fsp is 0, the process proceeds to S9, and when it is not 0, the process proceeds to the routine shown in FIG.
In S9, it is determined whether or not the failure avoidance execution flag Frec is zero. Frec is normally set to 0, and is temporarily switched to 1 when PM regeneration or desulfurization regeneration is completed. When Frec is 0, the process proceeds to S10, and when it is not 0, the process proceeds to the routine shown in FIG.
S10では、PM再生要求フラグrqREGが0であるか否かを判定する。rqREGは、通常は0に設定されており、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処理するPM再生を行う時期に至ったものと判定されたときに1に切り換えられる。rqREGが0であるときは、S11へ進み、0でないときは、図25に示すルーチンへ進む。
In S10, it is determined whether or not the PM regeneration request flag rqREG is 0. The rqREG is normally set to 0, and is switched to 1 when it is determined that it is time to perform PM regeneration for processing the particulate accumulated in the
S11では、脱硫再生要求フラグrqDESULが0であるか否かを判定する。rqDESULは、通常は0に設定されており、NOxトラップ触媒32からトラップしている硫黄分を放出させる脱硫再生を行う時期に至ったものと判定されたときに1に切り換えられる。rqDESULが0であるときは、S12へ進み、0でないときは、図27に示すルーチンへ進む。
In S11, it is determined whether or not the desulfurization regeneration request flag rqDESUL is zero. The rqDESUL is normally set to 0, and is switched to 1 when it is determined that it is time to perform desulfurization regeneration in which the sulfur trapped from the
S12では、NOx再生要求フラグrqSPが0であるか否かを判定する。rqSPは、通常は0に設定されており、NOxトラップ触媒32からトラップしているNOxを放出させるNOx再生を行う時期に至ったものと判定されたときに1に切り換えられる。rqSPが0であるときは、S13へ進み、0でないときは、図28に示すルーチンへ進み、このルーチンのS701において、NOx再生実行フラグFspを1に設定する。
In S12, it is determined whether or not the NOx regeneration request flag rqSP is 0. The rqSP is normally set to 0, and is switched to 1 when it is determined that it is time to perform NOx regeneration for releasing NOx trapped from the
S13では、パティキュレート堆積量PMが規定量PM1に達したか否かを判定する。この判定は、規定量PM1のパティキュレートが堆積したときに運転状態に応じて得られるエンジン1の背圧P1と、圧力センサ51により検出された排気圧力Pexhとを比較して行う。P1は、エンジン回転数Ne及び要求噴射量Qfdrvにより図3に示すマップを検索し、Neが高く、かつQfdrvが多いときほど大きな値として算出される。要求噴射量Qfdrvは、通常時はメイン噴射による噴射量(以下「メイン噴射量」という。)Qmainを、通常時以外のときは後述する第2の噴射量Qmを指す。排気圧力PexhがP1以上であり、パティキュレート堆積量PMがPM1に達したものと判断されるときは、図29に示すルーチンへ進み、このルーチンのS801において、PM再生要求フラグrqREGを1に設定する。P1よりも低いときは、S14へ進む。PM再生が不要に繰り返されることを防止するため、rqREGを1に切り換える前提として、前回に行われたPM再生が終了してからの累積走行距離を演算し、これが所定距離に達していることを採用してもよい。
In S13, it is determined whether or not the particulate accumulation amount PM has reached the specified amount PM1. This determination is made by comparing the back pressure P1 of the
S14では、硫黄分トラップ量SOXが所定量SOX1に達したか否かを判定する。SOX1に達したときは、図30に示すルーチンへ進み、このルーチンのS901において、脱硫再生要求フラグrqDESULを1に設定する。SOX1に達していないときは、S15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31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。
In S14, it is determined whether or not the sulfur trap amount SOX has reached a predetermined amount SOX1. When SOX1 is reached, the routine proceeds to the routine shown in FIG. 30, and the desulfurization regeneration request flag rqDESUL is set to 1 in S901 of this routine. If SOX1 has not been reached, the process proceeds to S15.
In S15, it is determined whether or not the NOx trap amount NOX has reached a predetermined amount NOX1. When NOX1 is reached, the routine proceeds to the routine shown in FIG. 31, and the NOx regeneration request flag rqSP is set to 1 in S1001 of this routine. When NOX1 is not reached, the process proceeds to S16.
なお、各再生要求フラグrqREG,rqDESUL及びrqSPは、エンジン1の始動に際して0に設定される。
S16では、通常のリーン燃焼(以下「通常燃焼」という。)により運転を行わせる。
ここで、S2から図32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11に示すルーチンへ進み、PM再生を実行する場合、S7から図20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22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。
Each regeneration request flag rqREG, rqDESUL, and rqSP is set to 0 when the
In S16, the operation is performed by normal lean combustion (hereinafter referred to as “normal combustion”).
Here, the process proceeds from S2 to the routine shown in FIG. 32. When the activity of the
ここで、各燃焼形態の概念について説明する。
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。
Here, the concept of each combustion mode will be described.
4 and 5 show the fuel injection pattern and heat generation rate according to the combustion mode, FIG. 4 shows the case of normal combustion, and FIG. 5 shows the case of split retard combustion.
In normal combustion, pilot injection and main injection are performed during operation in the normal operation region. The pilot injection is performed at a timing of 40 to 10 ° CA before top dead center earlier than the main injection, and the injection amount per stroke is set in a range of 1 to 3 mm 3 . The main injection is performed at a time of 10 to −5 ° CA before top dead center, and the interval with the pilot injection is set to a range of 10 to 30 ° CA.
一方、分割リタード燃焼では、まず、圧縮行程で第1の燃料噴射を行わせ、その後の膨張行程で第2の燃料噴射を行わせる。第1の燃料噴射は、上死点位置での筒内温度(以下「圧縮端温度」という。)を上昇させるためのものであり、第1の燃料噴射により上死点又はその近傍で予備燃焼を生じさせ、熱発生Pを形成する。第1の燃料噴射の噴射量(以下「第1の噴射量」という。)Qpは、運転状態に応じて異なるが、少なくとも予備燃焼による熱発生Pが確認されるだけの量に設定する。第2の燃料噴射は、エンジントルクを発生させるためのものであり、予備燃焼が終了した後に行わせる。第2の燃料噴射により予備燃焼が終了した後に主燃焼を生じさせ、熱発生Mを形成する。第1の燃料噴射の開始時期(以下「第1の噴射時期」という。)ITpと、第2の燃料噴射の開始時期(以下「第2の噴射時期」という。)ITmとの間隔Δtijは、エンジン回転数Neにもよるが、予備燃焼が開始してから主燃焼が開始するまでに少なくとも20°CAの時間が経過するように設定する。主燃焼は、膨張行程での燃焼となるために燃焼速度が遅く、その終了時期は、上死点後50°CA以降となる。 On the other hand, in the split retard combustion, first, the first fuel injection is performed in the compression stroke, and the second fuel injection is performed in the subsequent expansion stroke. The first fuel injection is for raising the in-cylinder temperature at the top dead center position (hereinafter referred to as “compression end temperature”), and pre-combustion at or near the top dead center by the first fuel injection. And the heat generation P is formed. The injection amount Qp of the first fuel injection (hereinafter referred to as “first injection amount”) Qp varies depending on the operating state, but is set to an amount at which at least heat generation P due to preliminary combustion is confirmed. The second fuel injection is for generating engine torque and is performed after the preliminary combustion is completed. After the preliminary combustion is completed by the second fuel injection, the main combustion is generated and the heat generation M is formed. An interval Δtij between the start timing of the first fuel injection (hereinafter referred to as “first injection timing”) ITp and the start timing of the second fuel injection (hereinafter referred to as “second injection timing”) ITm is: Although it depends on the engine speed Ne, it is set so that a time of at least 20 ° CA elapses from the start of the preliminary combustion to the start of the main combustion. Since the main combustion is combustion in the expansion stroke, the combustion speed is slow, and the end timing is after 50 ° CA after top dead center.
図6は、分割リタード燃焼による効果を第2の噴射時期ITmとの関係で示している。なお、空気過剰率を一定としている。
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、NOxトラップ触媒32の脱硫再生等に際し、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。
FIG. 6 shows the effect of split retard combustion in relation to the second injection timing ITm. Note that the excess air ratio is constant.
According to the split retard combustion, the exhaust temperature can be raised by delaying the second injection timing ITm and performing the main combustion at a later timing. In addition, by setting the interval Δtij between the first and second fuel injections and performing the main combustion after the completion of the preliminary combustion, the ignition delay period Δtigm of the fuel injected by the second fuel injection is ensured. The premixing ratio of the fuel can be increased during the main combustion. For this reason, when desulfurizing and regenerating the
また、低負荷時は、本来の排気温度が低いため、脱硫再生時等の目標温度を達成するには、排気温度を大幅に上昇させる必要がある。このため、主燃焼の時期を大幅に遅らせることが必要となり、1回の予備燃焼だけでは主燃焼の時期まで筒内温度を高く維持することができない場合がある。そのような場合は、図7に示すように複数回の予備燃焼を行わせることとし、1回目の予備燃焼により上昇させた筒内温度を、2回目以降の予備燃焼により維持する。各予備燃焼の熱発生P1,P2が重ならないようにするとともに、すべての予備燃焼が終了した後に主燃焼を行わせることで、スモークの発生を抑えた状態で目標温度を達成することが可能となる。 Further, since the original exhaust temperature is low at low loads, it is necessary to raise the exhaust temperature significantly in order to achieve the target temperature during desulfurization regeneration and the like. For this reason, it is necessary to greatly delay the timing of the main combustion, and the in-cylinder temperature may not be maintained high until the timing of the main combustion with only one preliminary combustion. In such a case, as shown in FIG. 7, the preliminary combustion is performed a plurality of times, and the in-cylinder temperature raised by the first preliminary combustion is maintained by the second and subsequent preliminary combustions. It is possible to achieve the target temperature while suppressing the generation of smoke by preventing the heat generation P1 and P2 of each preliminary combustion from overlapping and causing the main combustion to be performed after all the preliminary combustion is completed. Become.
図8は、燃料噴射量設定ルーチンのフローチャートを示している。このルーチンは、分割リタード燃焼を行わせる際に実行され、このルーチンにおいて、第1の噴射量Qp及び第2の燃料噴射の噴射量(以下「第2の噴射量」という。)Qmが設定される。
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。
FIG. 8 shows a flowchart of a fuel injection amount setting routine. This routine is executed when split retard combustion is performed, and in this routine, a first injection amount Qp and a second fuel injection amount (hereinafter referred to as “second injection amount”) Qm are set. The
In S51, it is determined whether or not switching of the combustion mode is instructed. The switching of the combustion mode is instructed when the activity of the
S52では、運転状態としてエンジン回転数Ne及びアクセル開度APOを読み込む。
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。
In S52, the engine speed Ne and the accelerator opening APO are read as the operating state.
In S53, the second injection amount Qm is calculated. The second injection amount Qm is calculated as a larger value as the APO is larger, when the map shown in FIG. 9 is searched by the engine speed Ne and the accelerator opening APO and Ne is constant.
In S54, the first injection amount Qp is calculated. The first injection amount Qp is calculated by searching the map shown in FIG. 10 based on the engine speed Ne and the second injection amount Qm, and a larger value as Ne is lower and Qm is smaller.
図11,12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。
11 and 12 show a flowchart of the PM regeneration routine. The PM regeneration is performed by raising the exhaust gas temperature and burning the particulates deposited on the
S71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。パティキュレート堆積量PMにより図13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14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。
In S71, the excess air ratio is controlled to a target value tλreg corresponding to the amount of particulates accumulated in the
分割リタード燃焼による運転に際し、第1の噴射時期ITpは、エンジン回転数Ne及び第2の噴射量Qmにより図15に示すマップを検索し、Neが高く、かつQmが多いときほど早い時期に設定される。また、第2の噴射時期ITmは、Ne,Qmにより図16に示すマップを検索し、Neが低く、かつQmが少ないときほど遅い時期に設定される。ここで、検索したITmに対し、排気温度及び空気過剰率に応じた補正を施す。排気の目標温度tTexh(=tTexha)及び目標空気過剰率tλ(=tλreg)により図17に示すマップを検索し、第2の噴射時期の補正値ΔITm(=ΔITm1)を算出する。算出したΔItmをITmに加算することで、排気温度を高く、かつ空気過剰率を高く制御するときほど第2の噴射時期ITmを遅らせる。 In operation by split retard combustion, the first injection timing ITp is set to an earlier timing when Ne is higher and Qm is larger by searching the map shown in FIG. 15 based on the engine speed Ne and the second injection amount Qm. Is done. Further, the second injection timing ITm is set to a later timing as Ne is lower and Qm is smaller by searching the map shown in FIG. 16 using Ne and Qm. Here, the retrieved ITm is corrected according to the exhaust temperature and the excess air ratio. A map shown in FIG. 17 is searched based on the exhaust target temperature tTexh (= tTexha) and the target excess air ratio tλ (= tλreg), and a second injection timing correction value ΔITm (= ΔITm1) is calculated. By adding the calculated ΔItm to ITm, the second injection timing ITm is delayed as the exhaust temperature is increased and the excess air ratio is controlled to be higher.
また、第2の噴射時期ITmは、通常燃焼による場合に同じ運転状態のもとで設定されるメイン噴射の開始時期よりも大幅に遅い時期となる。燃料噴射の遅角化に伴うエンジントルクの変動を抑制するため、第2の噴射量Qm及び目標吸入空気量tQacに対し、第2の噴射時期ITmに応じた補正を施す。図18に示すテーブルを検索して補正係数Ktr1を演算し、算出したKtr1を第2の噴射量Qmに乗算することで、第2の噴射時期ITmが遅いときほどQmを増大させる。また、空気過剰率の低下に伴うポンピングロスの増大に対処するため、第2の噴射量Qm及び目標吸入空気量tQacに対し、目標空気過剰率tλに応じた補正を施す。図19に示すテーブルを検索して補正係数Ktr2を演算し、算出したKtr2を第2の噴射量Qmに乗算することで、目標空気過剰率tλが低いときほどQmを増大させる。 Further, the second injection timing ITm is much later than the main injection start timing set under the same operating condition in the case of normal combustion. In order to suppress fluctuations in engine torque due to retarded fuel injection, the second injection amount Qm and the target intake air amount tQac are corrected according to the second injection timing ITm. The table shown in FIG. 18 is searched to calculate the correction coefficient Ktr1, and the calculated Ktr1 is multiplied by the second injection amount Qm, thereby increasing Qm as the second injection timing ITm is later. Further, in order to cope with an increase in pumping loss due to a decrease in the excess air ratio, the second injection amount Qm and the target intake air amount tQac are corrected according to the target excess air ratio tλ. The table shown in FIG. 19 is searched to calculate the correction coefficient Ktr2, and the calculated Ktr2 is multiplied by the second injection amount Qm, so that Qm is increased as the target excess air ratio tλ is lower.
S72では、脱硫再生要求フラグrqDESULが1であるか否かを判定する。1であるときは、S73へ進み、1でないときは、図12に示すフローチャートのS101へ進む。S73〜78の処理は、NOxトラップ触媒32の脱硫再生から継続してPM再生を行う場合に行われる。
S73では、空気過剰率λを読み込む。
In S72, it is determined whether or not the desulfurization regeneration request flag rqDESUL is 1. When it is 1, it progresses to S73, and when it is not 1, it progresses to S101 of the flowchart shown in FIG. The processing of S73 to 78 is performed when PM regeneration is performed continuously from the desulfurization regeneration of the
In S73, the excess air ratio λ is read.
S74では、図16に示すマップを検索し、基準となる第2の噴射時期ITmを算出する。
S75では、第2の噴射時期の補正値ΔITmを算出する。図17に示すマップ上でPM再生時及び脱硫再生時のそれぞれに対応する点A,Bの座標A(tTexha,λa;λa=tλreg),B(tTexhb,λb;λb=tλdesul)を特定し、各点を通る直線Lを算出する。空気過剰率λをもとに現在の状態を示す直線L上の点Pの座標P(tTexhp,λp)を算出するとともに、点Pに対応するΔITmを読み出し、これを補正値に設定する。なお、本実施形態に関し、tTexhaは、ディーゼルパティキュレートフィルタ33を600℃に加熱するのに要求される排気温度に、tTexhbは、NOxトラップ触媒32を650℃に加熱するのに要求される排気温度に相当する。
In S74, the map shown in FIG. 16 is searched, and the second injection timing ITm serving as a reference is calculated.
In S75, a correction value ΔITm for the second injection timing is calculated. On the map shown in FIG. 17, the coordinates A (tTexha, λa; λa = tλreg) and B (tTexhb, λb; λb = tλdesul) corresponding to each of PM regeneration and desulfurization regeneration are specified, A straight line L passing through each point is calculated. Based on the excess air ratio λ, the coordinates P (tTexhp, λp) of the point P on the straight line L indicating the current state are calculated, and ΔITm corresponding to the point P is read and set as a correction value. In this embodiment, tTexha is an exhaust temperature required for heating the
S76では、基準値ITmに補正値ΔITmを加算し、得た値を第2の噴射時期ITm(=ITm+ΔITm)に設定する。この結果、脱硫再生からPM再生への移行時において、第2の噴射時期ITmは、脱硫再生時の目標時期ITm2(=ITm+ΔITm2)からPM再生時の目標時期ITm1(=ITm+ΔITm1)に向け、空気過剰率λとともに変化する。 In S76, the correction value ΔITm is added to the reference value ITm, and the obtained value is set to the second injection timing ITm (= ITm + ΔITm). As a result, during the transition from desulfurization regeneration to PM regeneration, the second injection timing ITm is excessive from the target timing ITm2 (= ITm + ΔITm2) during desulfurization regeneration toward the target timing ITm1 (= ITm + ΔITm1) during PM regeneration. It varies with the rate λ.
S77では、補正値ΔITmがPM再生時の目標値ΔITm1に達したか否かを判定する。達したときは、移行が完了したものとしてS78へ進み、脱硫再生要求フラグrqDESULを0に設定する。一方、達していないときは、このルーチンをリターンする。
なお、本実施形態では、目標空気過剰率tλをPM再生への運転モードの切り換えとともに即時にtλregに切り換えるため、実際の空気過剰率λを検出することとした。目標空気過剰率tλの変化に作動ガス等の応答性に応じたなましをかけ、tλregに向けて徐々に変化させるようにすることで、変化中のtλを実際の空気過剰率とみなして採用することもできる。
In S77, it is determined whether or not the correction value ΔITm has reached the target value ΔITm1 during PM regeneration. When it has been reached, it is determined that the transition has been completed, and the process proceeds to S78, where the desulfurization regeneration request flag rqDESUL is set to zero. On the other hand, if not reached, this routine is returned.
In the present embodiment, the actual excess air ratio λ is detected because the target excess air ratio tλ is immediately switched to tλreg together with the switching of the operation mode to PM regeneration. Applying the change of the target excess air ratio tλ according to the response of the working gas, etc., and gradually changing it toward tλreg, the tλ being changed is regarded as the actual excess air ratio. You can also
図12に示すフローチャートにおいて、S101では、フィルタ温度Tdpfを読み込む。
S102では、フィルタ温度Tdpfが所定温度T21以上であるか否かを判定する。T21は、パティキュレートの燃焼に必要な最低温度として、たとえば600℃に設定する。T21以上であるときは、S103へ進み、T21よりも低いときは、S107へ進む。S107では、第2の噴射時期ITmを遅らせ、排気温度を上昇させる。S108では、このときの遅角分をも含めて補正係数Ktr1を算出し、これを第2の噴射量Qmに乗算する。
In the flowchart shown in FIG. 12, in S101, the filter temperature Tdpf is read.
In S102, it is determined whether or not the filter temperature Tdpf is equal to or higher than a predetermined temperature T21. T21 is set to, for example, 600 ° C. as the minimum temperature necessary for burning the particulates. When it is T21 or more, the process proceeds to S103, and when it is lower than T21, the process proceeds to S107. In S107, the second injection timing ITm is delayed and the exhaust temperature is raised. In S108, the correction coefficient Ktr1 is calculated including the retard angle at this time, and is multiplied by the second injection amount Qm.
S103では、フィルタ温度Tdpfが所定温度T22以下であるか否かを判定する。T22は、ディーゼルパティキュレートフィルタ33への熱負荷を許容範囲内に抑えるうえでの限界温度として、たとえば700℃に設定する。T22以下であるときは、S104へ進み、T22よりも高いときは、S109へ進む。S109では、第2の噴射時期ITmを所定量だけ進め、S110では、このときの進角分をも含めて補正係数Ktr1を算出し、これを第2の噴射量Qmに乗算する。
In S103, it is determined whether or not the filter temperature Tdpf is equal to or lower than a predetermined temperature T22. T22 is set to, for example, 700 ° C. as a limit temperature for keeping the thermal load on the
S104では、S107又はS109で補正した第2の噴射時期ITmによる燃料噴射を実施した後、所定時間tregが経過したか否かを判定する。tregが経過したときは、PM再生が終了したものと判断してS105へ進み、tregが経過していないときは、このルーチンをリターンする。フィルタ温度Tdpfが目標範囲内に保持される間に、堆積しているパティキュレートが焼却される。 In S104, it is determined whether or not a predetermined time treg has elapsed after the fuel injection at the second injection timing ITm corrected in S107 or S109. If treg has elapsed, it is determined that PM regeneration has ended, and the process proceeds to S105. If treg has not elapsed, this routine is returned. While the filter temperature Tdpf is maintained within the target range, the accumulated particulates are incinerated.
S105では、PM再生実行フラグFregを0に設定して燃焼形態を通常燃焼に戻し、空気過剰率を通常値に、排気温度を通常温度に復帰させる。また、パティキュレート堆積量PMを0に設定する。
S106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。
In S105, the PM regeneration execution flag Freg is set to 0, the combustion mode is returned to normal combustion, the excess air ratio is returned to the normal value, and the exhaust gas temperature is returned to the normal temperature. Further, the particulate deposition amount PM is set to zero.
In S106, the failure avoidance execution flag Frec is set to 1, and control for avoiding a failure of the
図20は、脱硫再生ルーチンのフローチャートを示している。脱硫再生は、排気を通常時よりもリッチ側に制御してNOxトラップ触媒32に還元剤を供給するとともに、排気温度を上昇させ、硫黄分の分解を促進することにより行う。脱硫再生時の運転は、分割リタード燃焼により行わせる。触媒成分にBa系のものを用いたNOxトラップ触媒32は、脱硫再生に際して650℃以上の温度に加熱する必要がある。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。
FIG. 20 shows a flowchart of the desulfurization regeneration routine. The desulfurization regeneration is performed by controlling the exhaust to a richer side than usual to supply the reducing agent to the
S91では、空気過剰率を目標値tλdesul(ここでは、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。図14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15に示すマップを検索して第1の噴射時期ITpを算出するとともに、図16,17に示すマップを検索して第2の噴射時期ITmを算出する。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を算出し、算出したKtr1,Ktr2を第2の噴射量Qmに乗算する。
In S91, the excess air ratio is controlled to the target value tλdesul (here, 1). The excess air ratio is controlled by operating the
S92では、PM再生要求フラグrqREGが1であるか否かを判定する。1であるときは、S93へ進み、1でないときは、図21に示すフローチャートのS201へ進む。S93〜98の処理は、ディーゼルパティキュレートフィルタ33のPM再生から継続して脱硫再生を行う場合に行われる。すなわち、S93では、空気過剰率λを読み込み、S94では、基本となる第2の噴射時期ITmを算出する。S95では、図17に示すマップ上で点A,Bを通る直線Lを特定し、読み込んだλをもとに現在の空気過剰率に対応する補正値ΔITmを算出する。S96では、算出したΔITmを基本値ITmに加算し、得た値を第2の噴射時期ITmに設定する。S97では、補正値ΔITmが脱硫再生時の目標値ΔITm2に達したか否かを判定し、達したときは、S78へ進み、脱硫再生要求フラグrqDESULを0に設定する。一方、達していないときは、このルーチンをリターンする。
In S92, it is determined whether or not the PM regeneration request flag rqREG is 1. When it is 1, it progresses to S93, and when it is not 1, it progresses to S201 of the flowchart shown in FIG. The process of S93-98 is performed when desulfurization regeneration is performed continuously from PM regeneration of the
図21に示すフローチャートにおいて、S201では、触媒温度Tnoxを読み込む。
S202では、触媒温度Tnoxが、所定温度T13以上であるか否かを判定する。T13は、硫黄分の分解に必要な最低温度として、たとえば650℃に設定する。T13以上であるときは、S203ヘ進み、T13よりも低いときは、S207ヘ進む。S207では、第2の噴射時期ITmを遅らせ、排気温度を上昇させる。S208では、このときの遅角分をも含めた補正係数Ktr1を算出し、これを第2の噴射量Qmに乗算する。
In the flowchart shown in FIG. 21, in S201, the catalyst temperature Tnox is read.
In S202, it is determined whether or not the catalyst temperature Tnox is equal to or higher than a predetermined temperature T13. T13 is set to, for example, 650 ° C. as the minimum temperature necessary for the decomposition of the sulfur content. When it is T13 or more, the process proceeds to S203, and when it is lower than T13, the process proceeds to S207. In S207, the second injection timing ITm is delayed and the exhaust temperature is raised. In S208, a correction coefficient Ktr1 including the retard angle at this time is calculated, and this is multiplied by the second injection amount Qm.
S203では、S207で補正した第2の噴射時期ITmによる燃料噴射を実施した後、所定時間tdesulが経過したか否かを判定する。tdesulが経過したときは、脱硫再生が終了したものと判断してS204へ進み、tdesulが経過していないときは、このルーチンをリターンする。触媒温度Tnoxが目標範囲内に保持される間に、トラップされている硫黄分が分解され、NOxトラップ触媒32から放出される。硫黄分は、放出される際に排気中の還元剤により浄化される。
In S203, it is determined whether or not a predetermined time tdesul has elapsed after the fuel injection at the second injection timing ITm corrected in S207. If tdesul has elapsed, it is determined that the desulfurization regeneration has been completed, and the process proceeds to S204. If tdesul has not elapsed, this routine is returned. While the catalyst temperature Tnox is maintained within the target range, the trapped sulfur content is decomposed and released from the
S204では、脱硫再生実行フラグFdesulを0に設定して燃焼形態を通常燃焼に戻し、空気過剰率を通常値に、排気温度を通常温度に復帰させる。また、硫黄分トラップ量SOXを0に設定する。
S205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。
In S204, the desulfurization regeneration execution flag Fdesul is set to 0, the combustion mode is returned to normal combustion, the excess air ratio is returned to the normal value, and the exhaust gas temperature is returned to the normal temperature. Also, the sulfur trap amount SOX is set to zero.
In S205, the NOx trap amount NOX is set to 0, and when the NOx regeneration request flag rqSP is 1, this is set to 0. This is because when the reducing agent is supplied to the
S206では、故障回避実行フラグFrecを1に設定する。脱硫再生が終了した時点の高温下で空気過剰率を即時に通常値に復帰させたとすると、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。
図22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。
In S206, the failure avoidance execution flag Frec is set to 1. Assuming that the excess air ratio is immediately returned to the normal value at a high temperature at the time when the desulfurization regeneration is completed, the particulates accumulated in the
FIG. 22 shows a flowchart of the NOx regeneration routine. NOx regeneration is performed by temporarily controlling the exhaust to be richer than stoichiometric, and the operation during NOx regeneration is performed by split retard combustion. In NOx regeneration, unlike the desulfurization regeneration, it is not necessary to increase the exhaust temperature, but when reducing the exhaust air-fuel ratio, the intake air amount is decreased, and it is necessary to cope with the decrease in the compression end temperature. Adopting operation by split retard combustion. In this routine, the first and second injection timings ITp and ITm are set.
S301では、空気過剰率をNOx再生のために設定された目標空気過剰率tλspに制御する。NOx再生時における目標空気過剰率tλspは、リッチを示す値として、たとえば0.9に設定する。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(図14)にtλspを乗算し、目標吸入空気量tQacを算出する。算出したtQacに応じた開度に吸気絞り弁15を制御するとともに、目標空気過剰率tλspに対する乖離は、EGR弁35を作動させて調整する。また、図15〜17に示すマップを検索して第1及び第2の噴射時期ITp,ITmを設定するとともに、図18,19に示すテーブルを検索して補正係数Ktr1,Ktr2を算出し、これらを第2の噴射量Qmに乗算する。
In S301, the excess air ratio is controlled to the target excess air ratio tλsp set for NOx regeneration. The target excess air ratio tλsp during NOx regeneration is set to 0.9, for example, as a value indicating richness. The target intake air amount tQac is calculated by multiplying the reference intake air amount tQac0 (FIG. 14) that gives the excess air ratio corresponding to the stoichiometric ratio by tλsp. The
S302では、NOx再生を開始した後、所定時間tspikeが経過したか否かを判定する。tspikeが経過したときは、NOx再生が終了したものと判断してS303へ進み、tspikeが経過していないときは、このルーチンをリターンする。所定時間tspikeが経過するまでにトラップされているNOxが分解され、NOxトラップ触媒32から放出される。NOxは、放出される際に排気中の還元剤により浄化される。
In S302, it is determined whether or not a predetermined time tspike has elapsed after starting NOx regeneration. If tspike has elapsed, it is determined that NOx regeneration has ended, and the process proceeds to S303. If tspike has not elapsed, this routine is returned. The NOx trapped until the predetermined time tspike elapses is decomposed and released from the
S303では、NOx再生実行フラグFspを0に設定して燃焼形態を通常燃焼に戻し、空気過剰率を通常値に復帰させる。また、NOxトラップ量NOXを0に設定する。
図23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。
In S303, the NOx regeneration execution flag Fsp is set to 0, the combustion mode is returned to normal combustion, and the excess air ratio is returned to the normal value. Further, the NOx trap amount NOX is set to zero.
FIG. 23 shows a flowchart of a failure avoidance routine. Failure avoidance is performed by controlling the excess air ratio to 1.4 or less on the lean side than during PM regeneration and desulfurization regeneration, and operation during failure avoidance requires lowering the exhaust temperature. The normal combustion is performed.
S401では、フィルタ温度Tdpfを読み込む。
S402では、エンジン回転数Ne及びメイン噴射量Qmainにより図24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。
In S401, the filter temperature Tdpf is read.
In S402, the map shown in FIG. 24 is searched based on the engine speed Ne and the main injection amount Qmain to calculate the target intake air amount tQacrec. The
S403では、フィルタ温度Tdpfが所定温度T23以下であるか否かを判定する。T23以下であるときは、燃え残りのパティキュレートが急速に燃焼するおそれが解除されたものと判断してS404へ進み、T23よりも高いときは、このルーチンをリターンする。
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。
In S403, it is determined whether or not the filter temperature Tdpf is equal to or lower than a predetermined temperature T23. When it is equal to or less than T23, it is determined that the possibility that the unburned particulates will burn rapidly has been canceled, and the process proceeds to S404. When it is higher than T23, this routine is returned.
In S404, the failure avoidance execution flag Frec is set to 0, and the excess air ratio is returned to the normal value.
図25,27及び28は、再生実行フラグ設定ルーチンのフローチャートを示し、これらのルーチンは、PM再生要求フラグrqREG、脱硫再生要求フラグrqDESUL又はNOx再生要求フラグrqSPが1に切り換えられたときに実行される。これらのルーチンにおいて、異なる再生要求が同時に発生した場合の優先順位が決定され、各再生実行フラグFreg,Fdsul又はFspが設定される。 25, 27 and 28 show flowcharts of the regeneration execution flag setting routine, which are executed when the PM regeneration request flag rqREG, the desulfurization regeneration request flag rqDESUL or the NOx regeneration request flag rqSP is switched to 1. The In these routines, the priority order when different reproduction requests are simultaneously generated is determined, and the respective reproduction execution flags Freg, Fdul, or Fsp are set.
図25に示すフローチャートにおいて、S501では、PM再生要求フラグrqREGが1に切り換えられてから現在までの間に硫黄分の堆積が進み、脱硫再生要求フラグrqDESUL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、S502へ進み、脱硫再生実行フラグFdesulを1に設定する。これにより脱硫再生がPM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、S503へ進む。 In the flowchart shown in FIG. 25, in S501, it is determined whether or not the sulfur content has progressed since the PM regeneration request flag rqREG is switched to 1, and the desulfurization regeneration request flag rqDESUL is switched to 1. . When switched, the process proceeds to S502, and the desulfurization regeneration execution flag Fdesul is set to 1. Thereby, desulfurization regeneration is performed with priority over PM regeneration. On the other hand, when it is not switched, the process proceeds to S503.
S503では、NOx再生要求フラグrqSPが0であるか否かを判定する。0であるときは、S504へ進み、0でないときは、S506へ進む。
S504では、エンジン回転数Ne及びアクセル開度APOにより図26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。
In S503, it is determined whether or not the NOx regeneration request flag rqSP is 0. When it is 0, it progresses to S504, and when it is not 0, it progresses to S506.
In S504, the map shown in FIG. 26 is referred to based on the engine speed Ne and the accelerator opening APO, and it is determined whether or not there is an operating state in the region where the divided retard combustion is possible. Switching to split retard combustion is prohibited in the low rotation and low load region with hatching.
S505では、PM再生実行フラグFregを1に設定する。
一方、S506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、S507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、S508へ進む。
In S505, the PM regeneration execution flag Freg is set to 1.
On the other hand, in S506, it is determined whether or not the
S507では、フィルタ温度Tdpfが所定温度T24以上であるか否かを判定する。T24は、ディーゼルパティキュレートフィルタ33に担持させた触媒の活性温度として、PM再生時の目標温度T21よりも低い温度に設定する。T24以上であるときは、S504へ進み、T24よりも低いときは、目標温度T21に到達するまでに相当の時間を要するものと判断し、NOx再生を優先して行わせるべく、S508へ進む。
In S507, it is determined whether or not the filter temperature Tdpf is equal to or higher than a predetermined temperature T24. T24 is set to a temperature lower than the target temperature T21 at the time of PM regeneration as the activation temperature of the catalyst supported on the
S508では、NOx再生実行フラグFspを1に設定する。
図27に示すフローチャートにおいて、S601では、触媒温度Tnoxが所定温度T13以上であるか否かを判定する。T13は、脱硫再生の円滑な遂行に必要な温度として、脱硫再生時の目標温度T12よりも低い温度に設定する。T13以上であるときは、S602へ進み、T13よりも低いときは、目標温度T12に到達するまでに相当の時間を要するものと判断し、S604へ進む。
In S508, the NOx regeneration execution flag Fsp is set to 1.
In the flowchart shown in FIG. 27, in S601, it is determined whether or not the catalyst temperature Tnox is equal to or higher than a predetermined temperature T13. T13 is set to a temperature lower than the target temperature T12 at the time of desulfurization regeneration as a temperature necessary for smooth execution of the desulfurization regeneration. If it is equal to or higher than T13, the process proceeds to S602. If it is lower than T13, it is determined that it takes a considerable time to reach the target temperature T12, and the process proceeds to S604.
S602では、図26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、S603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。
S604では、NOx再生要求フラグrqSPが0であるか否かを判定する。0であるときは、S602へ進む。一方、0でないときは、S605ヘ進み、NOx再生実行フラグFspを1に設定する。これにより、NOx再生が脱硫再生に優先して行われる。
In S602, with reference to the map shown in FIG. 26, it is determined whether or not there is an operating state in an area where split retard combustion is possible. If it is in such a region, the process proceeds to S603, and the desulfurization regeneration execution flag Fdesul is set to 1. On the other hand, when it is not in such an area, this routine is returned.
In S604, it is determined whether or not the NOx regeneration request flag rqSP is 0. When it is 0, it progresses to S602. On the other hand, if it is not 0, the process proceeds to S605, and the NOx regeneration execution flag Fsp is set to 1. Thereby, NOx regeneration is performed with priority over desulfurization regeneration.
図28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。
図32は、急速活性ルーチンのフローチャートを示している。
S1101では、触媒温度Tnoxを読み込む。
S1102では、図26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15〜17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18に示すマップを検索して補正係数Ktr1を算出し、これを第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。
In the flowchart shown in FIG. 28, the NOx regeneration execution flag Fsp is set to 1 in S701.
FIG. 32 shows a flowchart of the rapid activation routine.
In S1101, the catalyst temperature Tnox is read.
In S1102, the map shown in FIG. 26 is referred to and it is determined whether or not there is an operating state in an area where the divided retard combustion is possible. If it is in such a region, the process proceeds to S1103, and the combustion mode is switched to split retard combustion. On the other hand, when it is not in such an area, this routine is returned. During operation by split retard combustion, the maps shown in FIGS. 15 to 17 are searched to calculate the first and second injection timings ITp and ITm. By setting the second injection timing ITm to a late timing, the exhaust temperature rises and the activity of the
S1104では、触媒温度Tnoxが所定温度T11に達したか否かを判定する。達したときは、このルーチンをリターンし、達していないときは、分割リタード燃焼による運転を継続させる。このルーチンがリターンされることで、燃焼形態が通常燃焼に切り換えられる(S16)。
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。
In S1104, it is determined whether or not the catalyst temperature Tnox has reached a predetermined temperature T11. When it reaches, this routine is returned, and when it has not reached, the operation by split retard combustion is continued. By returning this routine, the combustion mode is switched to normal combustion (S16).
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
第1に、ディーゼルパティキュレートフィルタ33のPM再生、NOxトラップ触媒32の脱硫再生及びこの触媒32の急速活性に際し、燃焼形態を分割リタード燃焼に切り換え、第2の燃料噴射を通常時のメイン噴射よりもクランク角に関して遅い時期に行わせることとした。このため、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32等を目標温度に加熱することができる。ここで、PM再生及び脱硫再生では、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、第1の燃料噴射により予備燃焼を行わせ、これにより形成される熱発生により筒内温度が上昇するので、主燃焼を安定して行わせることができる。
First, when the PM regeneration of the
第2に、第1及び第2の燃料噴射の間隔Δtijを調節し、主燃焼を予備燃焼が終了した後に行わせることとした。このため、予備燃焼と主燃焼との間に時間を持たせ、主燃焼に寄与する燃料の予混合を促すことができ、PM再生時、NOx再生時及び脱硫再生時における空気過剰率の低下に対し、予混合燃焼が主体の燃焼形態として、スモークの発生を抑えることが可能である。 Second, the interval Δtij between the first and second fuel injections is adjusted so that the main combustion is performed after the preliminary combustion is completed. For this reason, it is possible to allow time between the preliminary combustion and the main combustion to promote the premixing of fuel that contributes to the main combustion, and to reduce the excess air ratio during PM regeneration, NOx regeneration, and desulfurization regeneration. On the other hand, it is possible to suppress the generation of smoke as a combustion mode mainly composed of premixed combustion.
第3に、NOxトラップ触媒32の脱硫再生からディーゼルパティキュレートフィルタ33のPM再生への移行時及びこの逆のPM再生から脱硫再生への移行時において、まず目標空気過剰率tλを切り換えることとし(S71,91)、第2の噴射時期ITmは、実際の空気過剰率の変化に応じて変更することとした(S75,95)。このため、排気温度を良好な範囲に保ちつつ空気過剰率を変化させることができ、運転モードの移行を効率的に達成することができる。なお、本実施形態では、たとえばPM再生への移行時において、空気過剰率の上昇、すなわち、作動ガス量の増大に伴う筒内温度の上昇とともに第2の噴射時期ITmを遅角させることになる。
Thirdly, at the time of transition from desulfurization regeneration of the
また、本実施形態に関し、脱硫再生からPM再生への移行は、パティキュレート堆積量PMが規定量に達したにも拘わらず分割リタード燃焼が可能な状態になく、分割リタード燃焼が可能な領域に移行するまでに硫黄分の堆積が進み、脱硫再生を優先させて行わせる場合(S504,501)、PM再生に優先させてNOx再生を行わせている間に硫黄分の堆積が進んだ場合(S503,501)、及びPM再生中に硫黄分トラップ量SOXが規定量に達した場合等に行われる。他方、PM再生から脱硫再生への移行は、脱硫再生中にパティキュレート堆積量PMが規定量に達した場合等に行われる。 Further, with respect to the present embodiment, the transition from desulfurization regeneration to PM regeneration is not in a state where split retard combustion is possible even though the particulate accumulation amount PM has reached a specified amount, and into a region where split retard combustion is possible. Sulfur deposition progresses before the transition, and when desulfurization regeneration is prioritized (S504, 501), when sulfur deposition progresses while NOx regeneration is performed prior to PM regeneration ( S503, 501), and when the sulfur trap amount SOX reaches a specified amount during PM regeneration. On the other hand, the transition from PM regeneration to desulfurization regeneration is performed when the particulate deposition amount PM reaches a specified amount during the desulfurization regeneration.
以上では、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とを個別の装置として構成する場合を例に説明したが、本発明は、ディーゼルパティキュレートフィルタ33のフィルタエレメントにNOxトラップ触媒の触媒成分を担持させたものに適用することも可能である。
In the above description, the case where the
1…ディーゼルエンジン、11…吸気通路、12…可変ノズルターボチャージャ、15…吸気絞り弁、21…インジェクタ、22…コモンレール、31…排気通路、32…NOxトラップ触媒、33…ディーゼルパティキュレートフィルタ、34…EGR管、35…EGR弁、41…コントローラとしての電子制御ユニット、51…排気圧力センサ、52…排気空燃比センサ、53…排気温度センサ、54…エアフローメータ、55…クランク角センサ、56…アクセルセンサ。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
エンジンに対し、通常時は、第1の燃焼形態としての通常燃焼により、排気昇温時は、第2の燃焼形態としての分割リタード燃焼により運転を行わせ、
通常燃焼では、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、
分割リタード燃焼では、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、通常燃焼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、分割リタード燃焼による運転中に、排気温度を変化させ、かつこれに併せて空気過剰率を変化させるときは、空気過剰率の変化に応じて主燃焼を行わせる時期を変更するエンジンの制御装置。 Switch the combustion mode between normal time and when the exhaust gas temperature is raised to a higher temperature than normal,
The engine is operated by normal combustion as the first combustion mode at normal time, and by split retarded combustion as the second combustion mode at the time of exhaust gas temperature rise,
In normal combustion, combustion to generate engine torque is performed at a time relatively close to top dead center,
In split retard combustion, main combustion as combustion for generating engine torque and pre-combustion for forming predetermined heat generation before main combustion are performed, and pre-combustion is performed at or near top dead center. On the other hand, the main combustion is performed later than the corresponding combustion of the normal combustion and after the preliminary combustion is completed,
Also, when changing the exhaust temperature and changing the excess air ratio during operation with split retard combustion, the engine control changes the timing for performing the main combustion according to the change in the excess air ratio. apparatus.
インジェクタ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、排気温度を通常時よりも高い温度として設定された目標温度に上昇させる排気昇温時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、排気昇温時は、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、コントローラに対し、前記目標温度として第1の目標温度と、これとは異なる第2の目標温度とが設定され、コントローラは、排気昇温時において、所定の条件が成立したことにより排気温度を第1の目標温度から第2の目標温度に制御し、かつこれに併せて空気過剰率を変化させるときに、空気過剰率を変化させるための制御を行うとともに、実際の空気過剰率の変化に応じて第2の燃料噴射を行わせる時期を変更するエンジンの制御装置。 An injector that directly injects fuel into the cylinder;
And a controller that controls the operation of the injector,
The controller switches the injection mode of the injector between normal time and when the exhaust gas temperature rises to raise the exhaust temperature to a target temperature set higher than normal, and generates engine torque for the injector during normal time The first fuel injection for the pre-combustion that forms a predetermined heat generation prior to the combustion for generating the engine torque when the temperature of the exhaust gas is raised, while the fuel injection for the combustion to be performed is performed relatively early And the second fuel injection for the main combustion as the combustion for generating the engine torque is performed later than the corresponding fuel injection at the normal time and at the time when the main combustion is performed after the end of the preliminary combustion. Let
In addition, a first target temperature and a second target temperature different from the first target temperature are set as the target temperature for the controller, and the controller determines that a predetermined condition is satisfied when the exhaust gas temperature rises. Is controlled from the first target temperature to the second target temperature, and when the excess air ratio is changed accordingly, the control for changing the excess air ratio is performed, and the actual excess air ratio is changed. The engine control apparatus which changes the time which performs 2nd fuel injection according to.
コントローラは、排気浄化装置の状態に応じて通常時と排気昇温時とを定める請求項2〜4のいずれかに記載のエンジンの制御装置。 Provided in an engine having an exhaust purification device in an exhaust passage;
The engine control device according to any one of claims 2 to 4, wherein the controller determines a normal time and an exhaust temperature increase time according to a state of the exhaust gas purification device.
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