JP2007262992A - Exhaust emission control device for compression ignition type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置に関し、詳しくは、排気浄化触媒を昇温或いは還元するための手段としてポスト噴射を行う圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus for a compression ignition type internal combustion engine, and more particularly to an exhaust gas purification apparatus for a compression ignition type internal combustion engine that performs post-injection as means for raising or reducing the temperature of an exhaust gas purification catalyst.
圧縮着火式内燃機関には、排気ガス中のNOx等の有害成分を浄化するための排気浄化触媒が備えられている。NOxを内部にトラップする構造の排気浄化触媒では、ときおりトラップしたNOxを還元して排気浄化触媒から脱離させることで、その浄化能力を維持することができる。還元処理の方法としては、例えば特許文献1に記載されるように、ポスト噴射によって排気ガスの空燃比をリッチ化させることが知られている。この従来技術では、燃料(未燃HC)を還元剤として排気浄化触媒に供給することで、排気浄化触媒にトラップされているNOxの還元を図っている。 A compression ignition type internal combustion engine is provided with an exhaust purification catalyst for purifying harmful components such as NOx in the exhaust gas. In an exhaust purification catalyst having a structure for trapping NOx inside, the purification capability can be maintained by reducing the trapped NOx from time to time and desorbing it from the exhaust purification catalyst. As a reduction processing method, for example, as described in Patent Document 1, it is known to enrich the air-fuel ratio of exhaust gas by post injection. In this prior art, NOx trapped in the exhaust purification catalyst is reduced by supplying fuel (unburned HC) as a reducing agent to the exhaust purification catalyst.
また、排気浄化触媒の浄化能力は触媒温度に大きく依存する。浄化能力を維持するためには触媒温度を一定温度以上に維持する必要があり、触媒温度が低下したときには活性温度まで速やかに昇温させることが求められる。触媒温度を昇温させる方法としては、例えば特許文献2に記載されるように、ポスト噴射を行うことが知られている。この従来技術では、ポスト噴射された燃料の燃焼によって排気ガス温度を上昇させ、高温の排気ガスを排気浄化触媒に供給することで触媒温度の昇温を図っている。
ところで、ポスト噴射された燃料が燃焼するか、或いは未燃のまま排出されるかは、ポスト噴射時の筒内温度に依存する。しかし、上記の各従来技術では、筒内温度を積極的に制御することについては開示されていない。 By the way, whether the post-injected fuel is burned or discharged without being burned depends on the in-cylinder temperature at the time of post-injection. However, each of the above prior arts does not disclose positively controlling the in-cylinder temperature.
ポスト噴射時の筒内温度を積極的に制御できれば、排気浄化触媒の昇温或いは還元をより効率的に行うことが可能になる。例えば、筒内温度の制御により燃料を熱分解により改質(軽質化)することができれば、燃料の排気浄化触媒上での酸化反応を促進することができ、より効率的にNOxを還元することができる。また、燃料を完全に燃焼させるのではなく上記のように改質して排気浄化触媒に供給することで、酸化反応による反応熱によって触媒温度を昇温させることができる。燃料を燃焼させて高温の排気ガスを供給する場合、排気管からの放熱のために熱効率は低下する。しかし、改質燃料を排気浄化触媒上で酸化反応させるのであれば、放熱による熱効率の低下は小さく、より効率的に触媒温度を昇温させることができる。 If the in-cylinder temperature at the time of post-injection can be positively controlled, the temperature or reduction of the exhaust purification catalyst can be performed more efficiently. For example, if the fuel can be reformed (lightened) by thermal decomposition by controlling the in-cylinder temperature, the oxidation reaction of the fuel on the exhaust purification catalyst can be promoted, and NOx can be reduced more efficiently. Can do. Further, by reforming the fuel as described above and supplying it to the exhaust purification catalyst instead of completely burning the fuel, the catalyst temperature can be raised by the reaction heat due to the oxidation reaction. When fuel is burned and high-temperature exhaust gas is supplied, the heat efficiency is reduced due to heat radiation from the exhaust pipe. However, if the reformed fuel is subjected to an oxidation reaction on the exhaust purification catalyst, a decrease in thermal efficiency due to heat dissipation is small, and the catalyst temperature can be raised more efficiently.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ポスト噴射による排気浄化触媒の昇温或いは還元を効率的に行えるようにした、圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an exhaust purification device for a compression ignition type internal combustion engine that can efficiently raise or reduce the temperature of an exhaust purification catalyst by post injection. The purpose is to do.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の気筒内へ燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
前記内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方に設けられて開閉時期及び/又は作用角の変更を行う可変動弁機構と、
前記排気浄化触媒の昇温処理及び/又は還元処理の必要性を判定し、昇温処理或いは還元処理が必要と判断されるときには、前記燃料噴射弁にポスト噴射を実行させる触媒処理手段と、
ポスト噴射が実行されるときには、前記可変動弁機構を操作して筒内温度を制御する筒内温度制御手段と、
を備えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a first invention is an exhaust emission control device for a compression ignition type internal combustion engine,
A fuel injection valve for directly injecting fuel into the cylinder of the internal combustion engine;
An exhaust purification catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
A variable valve mechanism that is provided in at least one of an intake valve or an exhaust valve of the internal combustion engine and changes an opening / closing timing and / or an operating angle;
A catalyst processing means for determining the necessity of a temperature raising process and / or a reduction process of the exhaust purification catalyst, and when the temperature raising process or the reduction process is determined to be necessary, a catalyst processing means for causing the fuel injection valve to perform post injection;
When post injection is executed, an in-cylinder temperature control means for operating the variable valve mechanism to control the in-cylinder temperature;
It is characterized by having.
第2の発明は、第1の発明において、
前記筒内温度制御手段は、ポスト噴射の噴射タイミングにおける筒内温度が燃料の燃焼温度よりも低く設定された所定の目標温度範囲に入るように前記可変動弁機構の操作量を決定することを特徴としている。
According to a second invention, in the first invention,
The in-cylinder temperature control means determines an operation amount of the variable valve mechanism so that an in-cylinder temperature at a post injection timing falls within a predetermined target temperature range set lower than a fuel combustion temperature. It is a feature.
第3の発明は、第2の発明において、
前記筒内温度制御手段は、筒内温度に影響する環境因子及び/又は前記内燃機関の内部因子の指標値を取得し、前記指標値に基づいて前記可変動弁機構の操作量を補正することを特徴としている。
According to a third invention, in the second invention,
The in-cylinder temperature control means acquires an environmental factor affecting the in-cylinder temperature and / or an index value of the internal factor of the internal combustion engine, and corrects an operation amount of the variable valve mechanism based on the index value. It is characterized by.
第4の発明は、第2の発明において、
前記筒内温度制御手段は、ポスト噴射の噴射タイミングが圧縮上死点側に進角されるほど、筒内温度を低下させる方向に前記可変動弁機構の操作量を補正することを特徴としている。
According to a fourth invention, in the second invention,
The in-cylinder temperature control means corrects the operation amount of the variable valve mechanism in a direction to decrease the in-cylinder temperature as the injection timing of the post injection is advanced to the compression top dead center side. .
第5の発明は、第2の発明において、
ポスト噴射による燃料の燃焼を検出する燃焼検出手段と、
燃焼が検出されたときには、燃焼を抑制する方向に前記可変動弁機構の操作量及び/又はポスト噴射の噴射タイミングを補正する燃焼抑制手段と、
をさらに備えることを特徴としている。
According to a fifth invention, in the second invention,
Combustion detection means for detecting fuel combustion by post-injection;
Combustion suppression means that corrects the operation amount of the variable valve mechanism and / or the injection timing of post-injection in a direction to suppress combustion when combustion is detected;
Is further provided.
第6の発明は、第5の発明において、
前記燃焼抑制手段は、前記内燃機関から変速機への動力伝達の遮断時には、燃焼の抑制のための制御を停止することを特徴としている。
According to a sixth invention, in the fifth invention,
The combustion suppression means stops control for suppressing combustion when power transmission from the internal combustion engine to the transmission is interrupted.
第1の発明によれば、可変動弁機構の操作によりポスト噴射時の筒内温度を積極的に制御することが可能であり、ポスト噴射された燃料の燃焼状態を制御することができる。例えば、ポスト噴射された燃料を完全に燃焼させるのでなく、熱分解して改質(軽質化)することもできる。燃料の改質によって排気浄化触媒上での酸化反応が促進され、排気浄化触媒の昇温或いは還元を効率的に行うことが可能となる。 According to the first invention, the in-cylinder temperature at the time of post-injection can be positively controlled by operating the variable valve mechanism, and the combustion state of the post-injected fuel can be controlled. For example, the post-injected fuel is not completely burned, but can be thermally decomposed and reformed (lightened). The oxidation reaction on the exhaust purification catalyst is promoted by the reforming of the fuel, and it becomes possible to efficiently raise the temperature or reduce the exhaust purification catalyst.
第2の発明によれば、ポスト噴射の噴射タイミングにおける筒内温度が燃料の燃焼温度よりも低い温度に制御されることで、燃料を燃焼させることなく効率良く熱分解することができる。 According to the second aspect of the present invention, the in-cylinder temperature at the injection timing of the post injection is controlled to a temperature lower than the combustion temperature of the fuel, so that the thermal decomposition can be efficiently performed without burning the fuel.
第3の発明によれば、環境因子(吸気温度等)や内燃機関の内部因子(シリンダ壁面温度やEGR率等)の影響を受けることなく、筒内温度を燃料の熱分解に最適な温度に制御することができる。 According to the third invention, the in-cylinder temperature is set to an optimum temperature for the thermal decomposition of the fuel without being affected by environmental factors (intake air temperature, etc.) and internal factors of the internal combustion engine (cylinder wall surface temperature, EGR rate, etc.). Can be controlled.
第4の発明によれば、ポスト噴射の噴射タイミングが圧縮上死点側に進角されるときには、筒内温度を低下させることで燃料の燃焼が抑制されるので、ポスト噴射の噴射タイミングを積極的に進角することができ、ポスト噴射によるオイルの希釈を抑制することができる。 According to the fourth aspect of the invention, when the injection timing of the post injection is advanced to the compression top dead center side, the combustion of the fuel is suppressed by reducing the in-cylinder temperature. Can be advanced, and the dilution of oil by post injection can be suppressed.
第5の発明によれば、ポスト噴射された燃料が燃焼することによるトルクの上昇を防止することができる。 According to the fifth aspect, it is possible to prevent an increase in torque due to combustion of the post-injected fuel.
第6の発明によれば、トルクの変動が乗員には伝わらない動力伝達の遮断時には、燃焼の抑制のための制御が停止されることで、燃料の熱分解を促進する方向に可変動弁機構の操作量やポスト噴射の噴射タイミングを積極的に制御することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, when the power transmission in which the torque fluctuation is not transmitted to the occupant is interrupted, the control for suppressing the combustion is stopped, so that the variable valve mechanism in the direction of promoting the thermal decomposition of the fuel. It is possible to positively control the operation amount and post injection timing.
以下、図1乃至図4を参照して、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
図1は本発明の実施の形態としての圧縮着火式内燃機関の概略構成図である。図1に示す内燃機関は、直噴式のディーゼルエンジンであり、内部にピストン8が配置されたシリンダブロック4と、シリンダブロック4に組み付けられたシリンダヘッド6を備えている。ピストン8の上面からシリンダヘッド6までの空間は燃焼室10を形成しており、この燃焼室10に連通するように吸気ポート12と排気ポート14がシリンダヘッド6に形成されている。吸気ポート12には新気を燃焼室10内に導入するための吸気通路22が接続され、排気ポート14には燃焼ガスを排出するための排気通路24が接続されている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a compression ignition type internal combustion engine as an embodiment of the present invention. The internal combustion engine shown in FIG. 1 is a direct-injection diesel engine, and includes a
シリンダヘッド6において、吸気ポート12と燃焼室10との接続部には、吸気バルブ32が設けられている。吸気バルブ32には、そのバルブタイミング及び位相を可変にする可変動弁機構42が取り付けられている。可変動弁機構42としては、カム式、電磁弁、或いは油圧駆動式の何れでもよくその構造には限定はない。図2は、可変動弁機構42としてカム式を採用した場合の吸気バルブ32の作動例を示すグラフであり、横軸にクランク角をとり、縦軸に吸気バルブ32のリフト量をとっている。
In the
排気ポート14と燃焼室10との接続部には、排気バルブ34が設けられている。排気バルブ34にも、そのバルブタイミング及び位相を可変にする可変動弁機構44が取り付けられている。可変動弁機構44としては、カム式、電磁弁、或いは油圧駆動式の何れでもよくその構造には限定はない。図3は、可変動弁機構44としてカム式を採用した場合の排気バルブ34の作動例を示すグラフであり、横軸にクランク角をとり、縦軸に排気バルブ34のリフト量をとっている。
An
また、シリンダヘッド6には、燃料を燃焼室10内に直接噴射するためのインジェクタ30が燃焼室10の頂部に取り付けられている。インジェクタ30は図示しないコモンレールに接続され、コモンレールから高圧燃料の供給を受けている。コモンレールにはサプライポンプで圧縮された高圧燃料が常に蓄えられているので、インジェクタ30を開弁することにより任意のタイミングで燃料を燃焼室10内に噴射することができる。
Further, an
シリンダブロック4には、図示しないウォータジャケット内を流れる冷却水の温度に応じた信号を出力する水温センサ54が取り付けられている。冷却水温はシリンダ壁温を代表するので、水温センサ54の信号からシリンダ壁温を推定することができる。また、シリンダブロック4には、クランクシャフト16の回転角度に応じた信号を出力するクランク角センサ56が取り付けられている。
The
排気通路24には、排気浄化触媒28が配置されている。排気浄化触媒28は、少なくともHCの酸化が可能で、HCの酸化反応による温度上昇が期待できるものであればよい。例えば、酸化触媒(CCo)、DPF、或いはDPNR触媒等を用いることができる。
An
吸気通路22には、吸気絞り弁36が設けられている。吸気絞り弁36の開度を調整することで、燃焼室10内に吸入される空気量を制御することができる。吸気絞り弁36の開度はエンジンの運転状態に応じて調整されている。また、吸気通路22には、吸入空気の温度に応じた信号を出力する吸気温センサ52が取り付けられている。
An
吸気通路22における吸気絞り弁22の下流には、EGR通路26が接続されている。EGR通路26の逆側の端部は排気通路24における排気浄化触媒28の上流に接続され、一部の排気ガス(EGRガス)がEGR通路26を通って吸気通路22に導入される。EGR通路26の途中には、EGR通路26を開閉するEGR弁38が設けられている。
An
本実施形態のディーゼルエンジンは、その制御装置としてECU(Electronic Control Unit)50を備えている。ECU50の出力側には前述のインジェクタ30,吸気絞り弁36,EGR弁38,可変動弁機構42,44等の種々の機器が接続されている。ECU50の入力側には、前述の吸気温センサ52、水温センサ54、及びクランク角センサ56の他、アクセル開度センサ58や、クラッチセンサ60等の種々のセンサ類が接続されている。アクセル開度センサ58は、アクセルペダル(図示略)の開度に応じた信号を出力するセンサである。クラッチセンサ60は、エンジンとトランスミッション(図示略)とを接続するクラッチの締結/解放を検出するセンサである。ECU50は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を駆動するようになっている。
The diesel engine of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 50 as its control device. Various devices such as the
本実施形態のディーゼルエンジンは、インジェクタ30による燃料噴射として通常の燃料噴射(メイン噴射)とは別に、副次的な燃料噴射(ポスト噴射)を実行することができる。ポスト噴射は膨張行程に実行される燃料噴射であり、排気浄化触媒28の昇温処理や還元処理を目的として実行される。以下、本実施形態においてECU50により実行されるポスト噴射のためのエンジン制御について説明する。
The diesel engine of the present embodiment can execute secondary fuel injection (post injection) separately from normal fuel injection (main injection) as fuel injection by the
図4は、本実施形態においてECU50により実行されるポスト噴射のためのエンジン制御の内容をフローチャートで示したものである。本ルーチンの最初のステップS100では、ポスト噴射の許可フラグがオンになっているか否か判定される。許可フラグは、ポスト噴射の実行条件が成立したときにオフからオンに切り替えられ、ポスト噴射の実行後に再びオフに切り替えられる。ポスト噴射の実行条件としては、排気浄化触媒28の還元処理、或いは、昇温処理の何れかの要求があったことである。排気浄化触媒28の還元処理の要求は、例えば、排気浄化触媒28の浄化効率が基準効率以下まで低下したときに発せられ、排気浄化触媒28の昇温処理の要求は、例えば、排気浄化触媒28の触媒温度が所定温度以下まで低下したときに発せられる。
FIG. 4 is a flowchart showing the contents of engine control for post injection executed by the
ポスト噴射の実行条件が成立し、許可フラグがオンになった場合には、ステップS102以降の処理が実行される。まず、ステップS102では、吸気側の可変動弁機構42による筒内温度制御の開始フラグがオフからオンに切り替えられる。ここでは、TDCをポスト噴射の開始タイミングと仮定し、TDCにおける筒内温度を狙い筒内温度(目標筒内温度)としている。狙い筒内温度は、燃料を燃焼させることなく熱分解して改質(軽質化)できる最適温度に設定されている。そして、筒内温度制御時の可変動弁機構42の動作は、狙い筒内温度に応じて設定されている。
When the post-injection execution condition is satisfied and the permission flag is turned on, the processes after step S102 are executed. First, in step S102, the in-cylinder temperature control start flag by the intake side
ステップS104では、吸気温やシリンダ壁温に応じた狙い筒内温度補正の開始フラグがオフからオンに切り替えられる。吸気温とシリンダ壁温に関しては標準吸気温と標準シリンダ壁温が予め定められており、これら標準吸気温及び標準シリンダ壁温の元での狙い筒内温度が、標準狙い筒内温度として予め設定されている。 In step S104, the target cylinder temperature correction start flag corresponding to the intake air temperature or the cylinder wall temperature is switched from OFF to ON. Regarding intake air temperature and cylinder wall temperature, standard intake air temperature and standard cylinder wall temperature are determined in advance, and the target in-cylinder temperature based on these standard intake air temperature and standard cylinder wall temperature is preset as the standard target in-cylinder temperature. Has been.
次のステップS106では、吸気温センサ52の信号から測定される吸気温が標準吸気温よりも高いか否か、或いは、水温センサ54の信号から推定されるシリンダ壁温が標準シリンダ壁温よりも高いか否か判定される。判定の結果、吸気温或いはシリンダ壁温が標準値よりも高い場合にはステップS108の処理が実行され、低い場合にはステップS110の処理が実行される。
In the next step S106, whether or not the intake air temperature measured from the signal of the intake
ステップS108では、狙い筒内温度の低下補正が行われる。筒内温度は吸気温のような環境因子や、シリンダ壁温のようなエンジンの内部因子の影響を受け、エンジン制御に関する条件(回転数、空気量、燃料噴射量等)が同一であるならば、吸気温やシリンダ壁温が高いほど筒内温度も高くなる。燃料は高温に曝すことで熱分解されるが、筒内温度が高くなりすぎると燃料が完全燃焼する割合が大きくなってしまう。このため、ステップS108の処理は、吸気温或いはシリンダ壁温が高い場合には狙い筒内温度を標準狙い筒内温度よりも下げることで、実際の筒内温度を燃料の熱分解を促進できる最適温度に維持するようにしている。なお、狙い筒内温度の下げ幅は、実際の吸気温或いはシリンダ壁温と標準吸気温或いは標準シリンダ壁温との温度差に応じて設定される。 In step S108, the target in-cylinder temperature decrease is corrected. If the in-cylinder temperature is affected by environmental factors such as intake air temperature and engine internal factors such as cylinder wall temperature, the engine control conditions (speed, air amount, fuel injection amount, etc.) are the same. The higher the intake air temperature and the cylinder wall temperature, the higher the in-cylinder temperature. The fuel is thermally decomposed by exposure to high temperatures, but if the in-cylinder temperature becomes too high, the ratio of complete combustion of the fuel increases. For this reason, the processing in step S108 is optimized so that the actual in-cylinder temperature can be promoted to thermally decompose the fuel by lowering the target in-cylinder temperature from the standard target in-cylinder temperature when the intake air temperature or the cylinder wall temperature is high. I try to keep it at temperature. The target in-cylinder temperature decrease is set according to the temperature difference between the actual intake air temperature or cylinder wall temperature and the standard intake air temperature or standard cylinder wall temperature.
一方、ステップS110では、狙い筒内温度の上昇補正が行われる。筒内温度が低くなりすぎると燃料が未反応(未改質)のまま排出される割合が大きくなってしまう。このため、ステップS110の処理は、吸気温或いはシリンダ壁温が低い場合には狙い筒内温度を標準狙い筒内温度よりも上げることで、実際の筒内温度を燃料の熱分解を促進できる最適温度に維持するようにしている。なお、狙い筒内温度の上げ幅は、実際の吸気温或いはシリンダ壁温と標準吸気温或いは標準シリンダ壁温との温度差に応じて設定される。 On the other hand, in step S110, the target in-cylinder temperature rise is corrected. If the in-cylinder temperature becomes too low, the proportion of fuel that is discharged without being reacted (unreformed) increases. For this reason, when the intake air temperature or the cylinder wall temperature is low, the processing in step S110 is optimized so that the actual in-cylinder temperature can be accelerated by increasing the target in-cylinder temperature above the standard in-cylinder temperature. I try to keep it at temperature. The target cylinder temperature increase range is set according to the temperature difference between the actual intake air temperature or cylinder wall temperature and the standard intake air temperature or standard cylinder wall temperature.
ステップS112では、ステップS108或いはステップS110で補正された狙い筒内温度が最終的な狙い筒内温度として設定される。これにより、吸気温やシリンダ壁温に応じた狙い筒内温度補正は終了し、狙い筒内温度補正の開始フラグはオンからオフへ切り替えられる。 In step S112, the target in-cylinder temperature corrected in step S108 or step S110 is set as the final target in-cylinder temperature. As a result, the target in-cylinder temperature correction corresponding to the intake air temperature and the cylinder wall temperature is completed, and the target in-cylinder temperature correction start flag is switched from on to off.
次のステップS114では、ポスト噴射タイミング設定の開始フラグがオフからオンに切り替えられる。そして、ステップS116では、ステップS112で設定された狙い筒内温度に基づき、狙い噴射タイミングが膨張行程におけるTDC近傍に仮設定される。狙い噴射タイミングとは、ポスト噴射の開始タイミングの目標値である。狙い噴射タイミングをTDC近傍に仮設定するのは、ポスト噴射された燃料のシリンダボアへの付着によるオイル希釈を可能な限り抑えるためである。狙い筒内温度が低いほど、狙い噴射タイミングはTDCに近づくように仮設定される。 In the next step S114, the post injection timing setting start flag is switched from OFF to ON. In step S116, based on the target in-cylinder temperature set in step S112, the target injection timing is temporarily set in the vicinity of TDC in the expansion stroke. The target injection timing is a target value for the start timing of post injection. The reason why the target injection timing is temporarily set in the vicinity of TDC is to suppress oil dilution due to adhesion of post-injected fuel to the cylinder bore as much as possible. The target injection timing is temporarily set so as to approach TDC as the target in-cylinder temperature is lower.
ステップS118では、吸気温やシリンダ壁温に応じた狙い噴射タイミング補正の開始フラグがオフからオンに切り替えられる。狙い筒内温度の場合と同じく、吸気温とシリンダ壁温に関しては標準吸気温と標準シリンダ壁温が予め定められており、ステップS114で仮設定された狙い噴射タイミングは、これら標準吸気温及び標準シリンダ壁温の元での狙い噴射タイミング(標準狙い噴射タイミング)である。 In step S118, the target injection timing correction start flag corresponding to the intake air temperature or the cylinder wall temperature is switched from OFF to ON. As in the case of the target in-cylinder temperature, with respect to the intake air temperature and the cylinder wall temperature, the standard intake air temperature and the standard cylinder wall temperature are determined in advance, and the target injection timing temporarily set in step S114 is the standard intake air temperature and the standard cylinder wall temperature. This is the target injection timing (standard target injection timing) based on the cylinder wall temperature.
次のステップS120では、吸気温センサ52の信号から測定される吸気温が標準吸気温よりも高いか否か、或いは、水温センサ54の信号から推定されるシリンダ壁温が標準シリンダ壁温よりも高いか否か判定される。判定の結果、吸気温或いはシリンダ壁温が標準値よりも高い場合にはステップS122の処理が実行され、低い場合にはステップS124の処理が実行される。
In the next step S120, whether or not the intake air temperature measured from the signal of the intake
ステップS122では、狙い噴射タイミングの遅角補正が行われる。ポスト噴射された燃料が効率良く熱分解するかどうかは、燃料が噴射されたときの筒内温度によるが、筒内温度はTDCから遠ざかるほど低下していく。ステップS122の処理は、吸気温或いはシリンダ壁温が高い場合には狙い噴射タイミングを標準狙い噴射タイミングよりも遅角することで、筒内温度が燃料の熱分解を促進できる最適温度にあるときに燃料を噴射できるようにしている。なお、狙い噴射タイミングの遅角幅は、実際の吸気温或いはシリンダ壁温と標準吸気温或いは標準シリンダ壁温との温度差に応じて設定される。 In step S122, the target injection timing is retarded. Whether the post-injected fuel efficiently decomposes depends on the in-cylinder temperature when the fuel is injected, but the in-cylinder temperature decreases as the distance from the TDC increases. When the intake air temperature or the cylinder wall temperature is high, the process of step S122 is performed when the in-cylinder temperature is at an optimum temperature that can promote the thermal decomposition of the fuel by delaying the target injection timing from the standard target injection timing. The fuel can be injected. It should be noted that the retard width of the target injection timing is set according to the temperature difference between the actual intake air temperature or cylinder wall temperature and the standard intake air temperature or standard cylinder wall temperature.
一方、ステップS124では、狙い噴射タイミングの進角補正が行われる。筒内温度が低くなりすぎると燃料が未反応(未改質)のまま排出される割合が大きくなってしまう。このため、ステップS124の処理は、吸気温或いはシリンダ壁温が低い場合には狙い噴射タイミングを標準狙い噴射タイミングよりも進角することで、筒内温度が燃料の熱分解を促進できる最適温度にあるときに燃料を噴射できるようにしている。なお、狙い噴射タイミングの進角幅は、実際の吸気温或いはシリンダ壁温と標準吸気温或いは標準シリンダ壁温との温度差に応じて設定される。 On the other hand, in step S124, advance angle correction of the target injection timing is performed. If the in-cylinder temperature becomes too low, the proportion of fuel that is discharged without being reacted (unreformed) increases. For this reason, in the process of step S124, when the intake air temperature or the cylinder wall temperature is low, the in-cylinder temperature is set to the optimum temperature that can promote the thermal decomposition of the fuel by advancing the target injection timing with respect to the standard target injection timing. At some point, fuel can be injected. The advance angle width of the target injection timing is set according to the temperature difference between the actual intake air temperature or cylinder wall temperature and the standard intake air temperature or standard cylinder wall temperature.
次のステップS126では、ステップS122或いはステップS124で補正された狙い噴射タイミングからポスト噴射の終了タイミングが算出され、この噴射終了タイミングが所定の閾値よりも遅角側にあるか否か判定される。この閾値はオイル希釈が許容される限界の終了タイミングであり、噴射終了タイミングが閾値より遅角側にある場合には、シリンダボアへの燃料付着によってオイル希釈が許容範囲を超えてしまう。 In the next step S126, the post injection end timing is calculated from the target injection timing corrected in step S122 or step S124, and it is determined whether or not the injection end timing is on the retard side with respect to a predetermined threshold value. This threshold value is a limit end timing at which oil dilution is allowed. When the injection end timing is on the retard side of the threshold value, the oil dilution exceeds the allowable range due to fuel adhering to the cylinder bore.
このため、ステップS126の判定の結果、噴射終了タイミングが閾値よりも遅角側にある場合には、ステップS128の処理が選択される。ステップS128では、狙い筒内温度の低下補正が行われる。ステップS128の処理後は再びステップS112に戻り、ステップS128で低下補正された狙い筒内温度が最終的な狙い筒内温度として再設定される。狙い筒内温度が下げられる結果、ステップS116で仮設定される狙い噴射タイミングはTDCに近づくことになる。これにより、ポスト噴射の終了タイミングが閾値よりも遅角側になることが回避される。 For this reason, as a result of the determination in step S126, when the injection end timing is on the retard side with respect to the threshold value, the process in step S128 is selected. In step S128, the target in-cylinder temperature decrease is corrected. After the process of step S128, the process returns to step S112 again, and the target in-cylinder temperature that has been corrected to decrease in step S128 is reset as the final target in-cylinder temperature. As a result of the target in-cylinder temperature being lowered, the target injection timing temporarily set in step S116 approaches TDC. Thereby, it is avoided that the end timing of the post-injection is retarded from the threshold value.
ステップS126の判定の結果、噴射終了タイミングが閾値よりも遅角側になっていない場合には、ステップS130の処理が選択される。ステップS130では、ステップS122或いはステップS124で補正された狙い噴射タイミングが最終的な狙い噴射タイミングとして設定される。これにより、吸気温やシリンダ壁温に応じた狙い噴射タイミング補正は終了し、噴射タイミング補正の開始フラグはオンからオフへ切り替えられる。 As a result of the determination in step S126, if the injection end timing is not retarded from the threshold value, the process in step S130 is selected. In step S130, the target injection timing corrected in step S122 or step S124 is set as the final target injection timing. Thus, the target injection timing correction according to the intake air temperature and the cylinder wall temperature is completed, and the injection timing correction start flag is switched from on to off.
以上の一連の処理によって狙い筒内温度と狙い噴射タイミングとが定まると、次に、狙い筒内温度を実現するための可変動弁機構42の駆動が行われる。なお、インジェクタ30による燃料噴射は、本ルーチンと並行して実行される別のルーチン(インジェクタ駆動制御ルーチン)によって制御される。インジェクタ駆動制御ルーチンでは、車両の走行状態に応じて燃料噴射の態様が選択されている。例えば、車両が定常走行中の場合には、メイン噴射に続いてポスト噴射が実行され、車両が減速中の場合には、メイン噴射はカットされてポスト噴射のみが実行される。
When the target in-cylinder temperature and the target injection timing are determined by the series of processes described above, the
ステップS132では、狙い筒内温度を実現するために筒内温度の低下処理が必要か否か判定される。設定された狙い筒内温度がその標準値よりも高い場合には、可変動弁機構42を作動させて筒内温度を低下させる必要がある。この場合は、ステップS134の処理が実行される。一方、設定された狙い筒内温度がその標準値よりも低い場合には、可変動弁機構42を作動させて筒内温度を上昇させる必要がある。その場合には、ステップS136の処理が実行される。
In step S132, it is determined whether or not a process for reducing the in-cylinder temperature is necessary to achieve the target in-cylinder temperature. When the set target in-cylinder temperature is higher than the standard value, it is necessary to operate the
ステップS134では、可変動弁機構42によって吸気バルブ(IN弁)32の閉タイミングの進角或いは遅角が行われる。燃焼室10内の吸入空気量は吸気バルブ32の閉弁により確定し、通常、吸気バルブ32の閉タイミングは吸入空気量が略最大になるタイミング(例えば、図2中に破線で示すタイミング)に設定されている。ステップS134では、図2中に実線で示すように、閉タイミングを通常時のよりも進角(すなわち、早閉じ)したり、或いは、通常時よりも遅角(すなわち、遅閉じ)したりすることで、吸入空気量を低下させて実質的な圧縮率εを減少させるようにしている。実質的な圧縮率εが低下することで、圧縮による筒内温度の上昇は抑えられ、TDC近傍での筒内温度を低下させることが可能になる。なお、吸気バルブ32の閉タイミングの進角幅(或いは遅角幅)は、狙い筒内温度とその標準値との温度差に応じて設定される。
In step S134, the
ステップS136では、可変動弁機構42によって吸気バルブ32の開タイミングが進角され、両バルブ32,34間のオーバーラップ期間が増大される。吸気バルブ32の閉タイミングは一定タイミングに維持される。バルブオーバーラップの増大により、燃焼室10内に再導入される排気ガスの量が増大する。排気ガスは高温であるので、排気ガスの再導入量(内部EGR量)が増える分、筒内温度は上昇することになる。なお、バルブオーバーラップの増大幅は、狙い筒内温度とその標準値との温度差に応じて設定される。
In step S136, the opening timing of the
ステップS134或いはステップS136の処理が実行されることで、筒内温度は燃料を燃焼させることなく熱分解して改質できる最適温度に制御される。これにより、排気浄化触媒28の還元処理が要求されている場合には、排気浄化触媒28上での燃料の酸化反応を促進することができ、より効率的にNOxを還元することが可能になる。また、改質燃料は触媒温度が低温でも活発な反応が可能であるので、燃料を有効に利用して高いエネルギ効率を実現することができるとともに、排気浄化触媒28で反応しなかった燃料(未燃HC)が大気中へ放出されることも防止される。また、排気浄化触媒28の昇温処理が要求されている場合には、酸化反応による反応熱によって触媒温度を効率的に昇温させることが可能になる。
By executing the process of step S134 or step S136, the in-cylinder temperature is controlled to an optimum temperature at which the fuel can be decomposed and reformed without burning the fuel. Thereby, when the reduction process of the
狙い筒内温度の実現により、可変動弁機構42による筒内温度制御は終了する。ステップ138では、筒内温度制御の開始フラグがオンからオフに切り替えられる。
By realizing the target in-cylinder temperature, the in-cylinder temperature control by the
次のステップS140では、排気側の可変動弁機構44によって排気バルブ(EX弁)34の開タイミングが進角される。具体的には、図3中に破線で示すBDC近傍の開タイミング(通常の開タイミング)から、図3中に実線で示すTDC近傍のポスト噴射と略同時期のタイミングまで進角される。排気バルブ34の閉タイミングは一定タイミングに維持される。このように排気バルブ34を早開きすることで、ポスト噴射された燃料を含むガスが燃焼室10内で膨張する前に排気ポート14に排出することができる。
In the next step S140, the opening timing of the exhaust valve (EX valve) 34 is advanced by the
ステップS140の処理によれば、燃焼室10内のガスを膨張前に排出することで、膨張に伴うガスの温度低下を抑制することができる。これにより、ポスト噴射された燃料をより長い時間、高温に曝すことが可能になり、燃料の熱分解を促進することができる。また、高温のガスが排気浄化触媒28に供給されるので、触媒温度の低下を抑制することもでき、燃料の排気通路24への付着も抑制することができる。
According to the process of step S140, the temperature drop of the gas accompanying expansion | swelling can be suppressed by discharging | emitting the gas in the
以上説明した一連の処理は、車両が定常走行中か減速中かによらず、共通して実施される処理である。次のステップS142では、車両が減速中か否か判定される。車両が減速中でない場合、つまり、定常走行中に本ルーチンが実行されているときには、以上説明した一連の処理の終了をもって本ルーチンは終了する。一方、減速中に本ルーチンが実行されているときには、さらにステップS144以降の処理が実施されてから本ルーチンは終了する。 The series of processes described above is a process that is performed in common regardless of whether the vehicle is traveling normally or decelerating. In the next step S142, it is determined whether or not the vehicle is decelerating. When the vehicle is not decelerating, that is, when this routine is being executed during steady running, this routine ends upon completion of the series of processes described above. On the other hand, when the present routine is being executed during deceleration, the routine ends after further processing from step S144 is performed.
ステップS144では、ポスト噴射された燃料の燃焼が検出される。ポスト噴射された燃料が燃焼しているか否かは、例えば、以下に列挙するような方法を用いて判断することができる。 In step S144, the combustion of the post-injected fuel is detected. Whether or not the post-injected fuel is burning can be determined using, for example, the methods listed below.
第1例は、筒内圧の変化に基づいて判断する方法である。筒内圧は筒内圧センサを用いて測定する。モータリング波形に対する筒内圧の上昇が認められる場合や、TDC後に筒内圧が上昇している場合には、ポスト噴射された燃料の燃焼によってトルクが発生していると判断することができる。 The first example is a method for determining based on a change in in-cylinder pressure. The in-cylinder pressure is measured using an in-cylinder pressure sensor. When an increase in in-cylinder pressure with respect to the motoring waveform is observed, or when the in-cylinder pressure increases after TDC, it can be determined that torque is generated by the combustion of post-injected fuel.
第2例は、排気浄化触媒28の上流側における排気ガス温度に基づいて判断する方法である。排気ガス温度は温度センサを用いて測定する。排気ガス温度が上昇した場合には、ポスト噴射された燃料が燃焼していると判断することができる。
The second example is a method of making a determination based on the exhaust gas temperature on the upstream side of the
第3例は、エンジン回転数の変動に基づいて判断する方法である。クラッチの解放時にエンジン回転数が上昇した場合には、ポスト噴射された燃料の燃焼によってトルクが発生していると判断することができる。 The third example is a method of making a determination based on fluctuations in engine speed. If the engine speed increases when the clutch is released, it can be determined that torque is generated by the combustion of post-injected fuel.
次のステップS146では、クラッチセンサ60の信号に基づいてクラッチが解放されているか否か判定される。判定の結果、クラッチが締結されている場合には、さらにステップS148の判定が実施される。ステップS148では、ステップS144の検出結果が反映され、ポスト噴射された燃料が燃焼しているか否か判定される。燃料が燃焼していない場合には、筒内温度及びポスト噴射タイミングは現状のまま維持される。
In the next step S146, it is determined whether or not the clutch is released based on the signal from the
ポスト噴射された燃料が燃焼している場合には、ステップS150の処理が実施される。ステップS150では、燃料の燃焼を抑制するための制御、具体的には、筒内温度を低下させるように可変動弁機構42による筒内温度制御が実行される。或いは、オイル希釈が許容される範囲内でポスト噴射タイミングの遅角が行われる。
When the post-injected fuel is burning, the process of step S150 is performed. In step S150, control for suppressing fuel combustion, specifically, in-cylinder temperature control by the
一方、ステップS146の判定の結果、クラッチが解放されている場合には、ポスト噴射された燃料が燃焼しているか否かに関係なく、ステップS152の処理が実施される。ステップS152では、筒内温度を上昇させるように可変動弁機構42による筒内温度制御が実行される。或いは、より高温の雰囲気中に燃料を噴射するようにポスト噴射タイミングの進角が行われる。クラッチが解放されてエンジンからトランスミッションへの動力伝達が遮断されている時には、エンジンのトルクが変動してもそれが乗員に伝わることがない。したがって、この場合のトルク変動は許容することができ、燃料の熱分解を促進する方向に可変動弁機構42の操作量やポスト噴射タイミングを積極的に制御することができる。
On the other hand, if the result of determination in step S146 is that the clutch is disengaged, processing in step S152 is performed regardless of whether post-injected fuel is burning. In step S152, in-cylinder temperature control by the
本実施形態のディーゼルエンジンでは、上記ルーチンによるエンジン制御がポスト噴射のために実行される。このエンジン制御によれば、上述の通り、可変動弁機構42による筒内温度の積極的な制御によって、ポスト噴射された燃料を完全に燃焼させるのでなく、熱分解して改質することができ、排気浄化触媒上での酸化反応の促進によって排気浄化触媒28の昇温或いは還元を効率的に行うことが可能となる。
In the diesel engine of the present embodiment, engine control according to the above routine is executed for post injection. According to this engine control, as described above, the post-injected fuel can be thermally decomposed and reformed by the active control of the in-cylinder temperature by the
なお、本実施形態では、ECU50により上記ステップS100の判定が実行され、また、その判定結果に基づき上記ルーチンとは別のルーチンによってポスト噴射が実行されることで、本発明にかかる「触媒処理手段」が実現されている。また、ECU50により上記ステップS102乃至ステップS138の一連の処理が実行されることで、本発明にかかる「筒内温度制御手段」が実現されている。さらに、ECU50により上記ステップS144の処理が実行されることで、本発明にかかる「燃焼検出手段」が実現され、上記ステップS146乃至ステップS152の処理が実行されることで、本発明にかかる「燃焼抑制手段」が実現されている。
In the present embodiment, the determination in step S100 is executed by the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the following modifications may be made.
上記の実施形態にかかるエンジン制御では、吸気温やシリンダ壁温に応じて狙い筒内温度を補正しているが、筒内温度に影響する他の因子、例えば、EGR量(或いはEGR率)を考慮して狙い筒内温度を補正するのも好ましい。 In the engine control according to the above embodiment, the in-cylinder temperature is corrected in accordance with the intake air temperature or the cylinder wall temperature. However, other factors that affect the in-cylinder temperature, such as the EGR amount (or EGR rate), are corrected. It is also preferable to correct the target in-cylinder temperature in consideration.
また、上記の実施形態では、筒内温度を上昇させる場合、吸気バルブ32の開タイミングを進角することでバルブオーバーラップを増大させているが、排気側の可変動弁機構44によって排気バルブ34の閉タイミングを遅角するようにしてもよい。
In the above embodiment, when the in-cylinder temperature is increased, the valve overlap is increased by advancing the opening timing of the
筒内温度を制御する手段は、可変動弁機構42,44には限定されない。例えば、筒内温度を上昇させる手段としては、吸気絞り弁36を用いることもできる。また、排気通路に排気絞り弁を備えるエンジンであれば、筒内温度を上昇させる手段として排気絞り弁を用いることもできる。また、過給機を備えるエンジンであれば、過給圧によって筒内温度を制御することができる。
The means for controlling the in-cylinder temperature is not limited to the
8 ピストン
10 燃焼室
16 クランク角
22 吸気通路
24 排気通路
26 EGR通路
28 排気浄化触媒
30 インジェクタ
32 吸気バルブ
34 排気バルブ
36 吸気絞り弁
38 EGR弁
42 吸気側可変動弁機構
44 排気側可変動弁機構
50 ECU
52 吸気温センサ
54 水温センサ
56 クランク角センサ
58 アクセル開度センサ
60 クラッチセンサ
8
52 Intake
Claims (6)
前記内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方に設けられて開閉時期及び/又は作用角の変更を行う可変動弁機構と、
前記排気浄化触媒の昇温処理及び/又は還元処理の必要性を判定し、昇温処理或いは還元処理が必要と判断されるときには、前記燃料噴射弁にポスト噴射を実行させる触媒処理手段と、
ポスト噴射が実行されるときには、前記可変動弁機構を操作して筒内温度を制御する筒内温度制御手段と、
を備えることを特徴とする圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。 A fuel injection valve for directly injecting fuel into a cylinder of a compression ignition type internal combustion engine;
An exhaust purification catalyst disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
A variable valve mechanism that is provided in at least one of an intake valve or an exhaust valve of the internal combustion engine and changes an opening / closing timing and / or an operating angle;
A catalyst processing means for determining the necessity of a temperature raising process and / or a reduction process of the exhaust purification catalyst, and when the temperature raising process or the reduction process is determined to be necessary, a catalyst processing means for causing the fuel injection valve to perform post injection;
When post injection is executed, an in-cylinder temperature control means for operating the variable valve mechanism to control the in-cylinder temperature;
An exhaust emission control device for a compression ignition type internal combustion engine.
燃焼が検出されたときには、燃焼を抑制する方向に前記可変動弁機構の操作量及び/又はポスト噴射の噴射タイミングを補正する燃焼抑制手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項2記載の圧縮着火式内燃機関の排気浄化装置。 Combustion detection means for detecting fuel combustion by post-injection;
Combustion suppression means that corrects the operation amount of the variable valve mechanism and / or the injection timing of post-injection in a direction to suppress combustion when combustion is detected;
The exhaust gas purification apparatus for a compression ignition type internal combustion engine according to claim 2, further comprising:
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