JP2008144707A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料噴射量に基づいて排気絞り弁の開閉弁駆動が制御される場合に、排気絞り弁の閉弁駆動に伴う燃料噴射量の増量補正に関わらず排気絞り弁を適切に駆動することのできる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気浄化装置は、DPF24の再生時における排気絞り弁18の閉弁駆動に伴って燃料噴射量を増量補正する。燃料噴射量が判定値Ph以上となったことを条件に排気絞り弁18を閉弁状態から開弁状態に駆動し、同燃料噴射量が同判定値Phよりも小さいPl以下となったことを条件に同排気絞り弁18を開弁状態から閉弁状態に駆動する。そして、これら判定値Phと判定値Plとの偏差を燃料噴射量の増量補正量よりも大きく設定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、同フィルタの下流側において排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁とを備え、同排気絞り弁の閉弁駆動に伴って燃料噴射量を増量補正する排気浄化装置に関する。
従来、車載用ディーゼル機関等の内燃機関に適用される排気浄化装置として、内燃機関から排出される粒子状物質(PM)を捕集するフィルタを排気通路に配設し、PMの排出量を低減するものが知られている。そして、このフィルタに堆積したPMを除去するために、フィルタの下流側に排気絞り弁を設け、この排気絞り弁を閉弁して排気通路内の圧力を上昇させることにより、フィルタに堆積したPMの燃焼を促進させる技術が知られている。
この排気絞り弁の駆動にあたっては、例えば特許文献1に記載のような制御が実行されている。すなわち、排気絞り弁が駆動される際にはまずエンジン回転数と燃料噴射量に基づいて目標とする吸排圧比(以下、「目標値」という)が算出され、吸気圧センサと排気圧センサから検出される実測値がこの目標値と一致するように排気絞り弁の駆動が制御されている。
特開2003−83034号公報
このように燃料噴射量の値に基づいて排気絞り弁の駆動が制御される例としては、上述したものの他、燃料噴射量が所定値以下である場合に限り同排気絞り弁が閉弁状態とされる制御がある。ここで、排気絞り弁が閉弁駆動される内燃機関においては、この排気絞り弁が閉弁状態にあるとこれが通気抵抗となって機関トルクの損失が生じるため、この損失を補うために一時的に燃料噴射量が増量補正されている。したがって、上述のように、燃料噴射量が所定値以下である場合にのみ排気絞り弁が閉弁状態とされる場合、排気絞り弁の閉弁駆動により増量補正された燃料噴射量が同所定値よりも大きくなると排気絞り弁の閉弁状態が解除されるため、排気絞り弁の閉弁状態と開弁状態とが繰り返される現象(いわゆる、ハンチング現象)が生じるおそれがある。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は燃料噴射量に基づいて排気絞り弁の開閉弁駆動が制御される場合に、排気絞り弁の閉弁駆動に伴う燃料噴射量の増量補正に関わらず排気絞り弁を適切に駆動することのできる排気浄化装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、同フィルタの下流側において排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁とを備え、同排気絞り弁の閉弁駆動に伴って燃料噴射量を増量補正する排気浄化装置において、燃料噴射量が第1の所定値以上となったことを条件に同排気絞り弁の閉弁状態から開弁状態への駆動を許可し、同燃料噴射量が同第1の所定値よりも小さい第2の所定値以下となったことを条件に同排気絞り弁の開弁状態から閉弁状態への駆動を許可し、前記第1の所定値と前記第2の所定値との偏差を前記燃料噴射量の増量補正量よりも大きく設定することを要旨とする。
同構成によれば、排気絞り弁が閉弁駆動されて燃料噴射量が増量補正された場合であっても、第2の所定値にこの増量補正の量よりも大きい値を加えた第1の所定値を燃料噴射量が超えるまでは、排気絞り弁が閉弁状態に維持される。したがって、排気絞り弁が閉弁駆動された直後に燃料噴射量の増量補正によって開弁状態へと切り替えられることを防ぐことができ、燃料噴射量に基づいて排気絞り弁の開閉弁駆動が制御される場合に、排気絞り弁の閉弁駆動に伴う燃料噴射量の増量補正に関わらず排気絞り弁を適切に駆動することができる。
また、排気絞り弁が閉弁駆動された場合、機関運転状態に応じてその排気圧力の変化量も異なり、ひいては機関トルクの損失の度合も異なってくる。したがって、この機関トルクの損失の度合に応じて燃料噴射量の増量補正を行うことが好ましいが、その場合排気絞り弁の開閉弁駆動を判定する上記第1および第2の所定値を一律に設定すると、実際の増量補正の量が想定しているものよりも多かった場合に誤って排気絞り弁が開弁駆動されるという問題が生じる。
そこで増量補正の量が機関運転状態に基づいて設定される場合は、請求項2に記載の発明のように、第1の所定値と前記第2の所定値との偏差を増量補正量として考えられる最大値よりも大きく設定したり、請求項3に記載の発明のように、第1の所定値と第2の所定値との偏差を排気絞り弁が閉弁駆動される際に設定された増量補正量よりも大きく設定したりすることが望ましい。この場合、機関運転状態に対応する態様で設定された増量補正の量を反映して偏差を設定することができるため、このような問題の発生を抑制することができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、前記第2の所定値は機関運転状態が加速中でないと推定可能な燃料噴射量の値として予め設定されてなることを要旨とする。
機関運転状態が加速状態である場合に排気絞り弁が閉弁状態にあると、この排気絞り弁によって排気通路が昇圧されて機関トルクの損失が大きくなるため、ドライバビリティへの影響が大きくなる。そこで、同構成のように、燃料噴射量が機関運転状態が加速中でないと推定可能な燃料噴射量の値以下であることを条件に排気絞り弁が開弁状態から閉弁状態に駆動されるようにすれば、排気絞り弁の閉弁駆動に伴うドライバビリティへの影響を極力抑制することができる。
上記課題を解決するために、請求項5に記載の発明は、内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、同フィルタの下流側において排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁とを備え、燃料噴射量が所定値以下であることを条件に同排気絞り弁の閉弁駆動を許可するとともに燃料噴射量を増量補正する排気浄化装置において、前記燃料噴射量が前記所定値以下であるか否かの判定は、前記燃料噴射量の増量補正量を含まない状態の燃料噴射量に基づいて実行されることを要旨とする。
同構成では、排気絞り弁が閉弁駆動された状態において燃料噴射量が前記所定値以下であるか否かの判定は、増量補正量を含まない状態の値に基づいて実行されるため、同判定に及ぼす増量補正量の影響を排除することができるとなった。したがって、排気絞り弁が閉弁駆動された直後に燃料噴射量の増量補正によって開弁状態へと切り替えられることを防ぐことができるため、燃料噴射量に基づいて排気絞り弁の開閉弁駆動が制御される場合に、排気絞り弁の閉弁駆動に伴う燃料噴射量の増量補正に関わらず排気絞り弁を適切に駆動することができる。
(第1の実施形態)
以下、図1〜3を参照して、本発明をディーゼルエンジンの排気浄化装置に適用した第1の実施形態について説明する。
図1は、本発明に係る排気浄化装置を搭載したディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)10の構成を示す模式図である。エンジン10の吸気通路13には、その通路面積を可変とする吸気絞り弁15が設けられており、同吸気絞り弁15がアクチュエータ17によって駆動されてその開度が制御されることにより燃焼室12に吸入される吸入空気が調量される。吸気通路13に吸入された空気は、燃焼室12に設けられた燃料噴射弁16より噴射された燃料と混合されて混合気となり、燃焼室12で燃焼した後、排気通路14に排出される。また、吸気通路13において吸気絞り弁15の上流側には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ31が設けられている。
排気通路14には、排気中に含まれる有害なHC及びCOを酸化して浄化するCCO(酸化触媒コンバータ)23とPM(粒子状物質)を捕集するDPF(ディーゼルパティキュレートフィルタ)24とが順に配設され、燃焼室12での燃焼により生じた排気が送り込まれる。DPF24は、多孔質材料によって形成されており、その細孔に排気中のPMが捕集される。そして、CCO23の酸化反応により発生した熱によってDPF24に捕集されたPMが燃焼(酸化)して除去される。
また、排気通路14においてCCO23の上流側には、CCO23及びDPF24に流入する排気の温度を検出する排気温度センサ32が設けられるとともに、CCO23とDPF24との間には圧力センサ33が設けられている。この圧力センサ33は、検出値としてゲージ圧、すなわち大気圧を基準圧とした圧力を検出する。
排気通路14においてDPF24の下流側には、排気絞り弁18が設けられている。排気絞り弁18はアクチュエータ19により開弁状態と閉弁状態との間で選択的に駆動され、そのアクチュエータ19の駆動はバキュームスイッチングバルブ(図示略)により切り換えられる。
さらに、排気通路14には、排気絞り弁18の上流側と下流側とを接続し、この排気絞り弁18をバイパスするバイパス通路20が設けられている。このバイパス通路20には、排気絞り弁18の上流側の圧力を調整するウェイストゲート弁21が設けられている。このウェイストゲート弁21は、自己調圧式の弁であり、排気絞り弁18の上流側及び下流側における圧力の差が所定の圧力値を超えると開弁してその上流側の圧力を調整する。
こうしたエンジン10の各種制御は、電子制御装置40により実行される。この電子制御装置40は、機関制御に係る各種演算処理を実行するCPU、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたROM、CPUの演算結果等が一時記憶されるRAM、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等によって構成されている。
電子制御装置40の入力ポートには、上述した排気温度センサ32、圧力センサ33に加え、機関回転速度を検出する機関回転速度センサ35、アクセルペダルの操作量、すなわちアクセル開度を検出するアクセルセンサ36、吸気絞り弁15の開度を検出する吸気絞りセンサ37等が接続されている。また電子制御装置40の出力ポートには、吸気絞り弁15、燃料噴射弁16、排気絞り弁18の各駆動回路が接続されている。
電子制御装置40は、上記各センサから入力される検出信号より把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に指令信号を出力する。これにより吸気絞り弁15の開度制御、燃料噴射弁16からの燃料噴射制御、排気絞り弁18の開閉制御、及び排気絞り弁18とウェイストゲート弁21との異常判定等の各種制御が電子制御装置40により実行される。
電子制御装置40は、機関運転状態に基づいて燃料噴射量を制御する。具体的には、燃料噴射量の目標値は、基本的にアクセルセンサ36により検出されるアクセル開度及び機関回転速度センサ35により検出される機関回転速度に基づいて設定され、この設定された燃料噴射量に相当する燃料が燃料噴射弁16を通じて噴射される。
ここで、DPF24に捕集されたPMはCCO23の酸化熱によって大部分が除去されるものの、その除去能力を超える多量のPMが発生した場合や、CCO23において酸化反応が起きるための活性化温度に達していない場合には、DPF24におけるPMの堆積量が増大するようになる。そして、このPMの堆積量が過度に多くなると、DPF24における通気抵抗が大きくなって機関出力が低下したりその捕集能力が低下したりするようになる。このため、このように堆積したPMを除去するために、本実施形態のエンジン10においてはDPF24に堆積したPMを燃焼させてDPF24を浄化するフィルタ再生制御が電子制御装置40によって実行される。このフィルタ再生制御では、PMの堆積量が所定量を超えると判定されたこと条件に排気絞り弁18を閉弁して排気温度及び排気圧力を上昇させることにより、DPF24に捕集したPMを燃焼させるようにしている。
また、排気絞り弁18が閉弁駆動される他の態様としては、機関始動時等の機関低温時に機関の暖機を促進させるために、一時的に排気絞り弁18を閉弁駆動して機関温度及び排気の温度を上昇させる制御が考えられる。
そして、このように排気絞り弁18が閉弁状態とされると、排気通路14の流路断面積が減少して通気抵抗が増大するため、この通気抵抗により機関トルクに損失が生じる。このような機関トルクの損失はドライバビリティへの悪化の原因になり得るため、本実施形態においては排気絞り弁18の閉弁駆動に伴う機関トルクの損失を補填すべく燃料噴射量の増量補正が実行される。この増量補正量は、排気絞り弁18が閉弁駆動された際の機関運転状態に基づいて設定されており、例えば排気絞り弁18の閉弁駆動に伴い上昇する排気圧力を圧力センサ33により検出し、この検出された圧力を増量補正量の設定の際にパラメータとして参酌する。
ところで、機関運転状態が加速中である場合に排気絞り弁18が閉弁状態であると、機関トルクの損失のドライバビリティへの影響も他の運転状態の場合と比較して大きくなるため、この場合排気絞り弁18の閉弁駆動が実行されないよう制御される。具体的には、機関運転状態が加速中であるか否かを燃料噴射量の値から推定しており、設定された燃料噴射量が第2の所定値に該当する判定値Pl以下であることを条件に排気絞り弁18が開弁状態から閉弁状態へと駆動される。
しかしながら、このように排気絞り弁18を燃料噴射量が判定値Pl以下であることを条件に閉弁状態に駆動することとすると、次のような問題が生じるおそれがある。すなわち、排気絞り弁18を上記フィルタ再生制御等のために閉弁駆動する場合であって、その際の燃料噴射量が判定値Plよりもわずかに小さい場合であると、排気絞り弁18の閉弁駆動が実行される。しかしながら、排気絞り弁18の閉弁駆動に伴って燃料噴射量が増量補正されて、この増量補正後に燃料噴射量が判定値Plを超えてしまうため、排気絞り弁18が開弁状態から閉弁状態へと駆動されてしまい、排気絞り弁18を安定して閉弁駆動することができなかった。
そこで、本実施形態においては排気絞り弁18の駆動が以下のように制御されており、以下排気絞り弁18の駆動と燃料噴射量の変化との関係を示すタイミングチャートである図2を参照して説明する。なお、以下の説明においては燃料噴射量以外の排気絞り弁18が閉駆動されるために要する条件は全て満たされているものとする。
同図2に示されるように、排気絞り弁18の駆動モードが「open」である状態であって、燃料噴射量が判定値Pl以下となったタイミングT1において、排気絞り弁18の駆動モードが「open」から「close」へと変更されて、排気絞り弁18が開弁状態から閉弁状態へと駆動される。この駆動にともなって、燃料噴射量の増量補正が実行されて燃料噴射量が判定値Plよりも大きくなるが、排気絞り弁18の駆動モードは「close」のまま維持される。そして、その後に燃料噴射量が第1の所定値に該当する判定値Ph以上となったタイミングT2において、排気絞り弁18の駆動モードが「close」から「open」へと変更されて排気絞り弁18が閉弁状態から開弁状態へと駆動される。そして、この排気絞り弁18の開弁駆動に伴って燃料噴射量の増量補正が停止されるため、燃料噴射量が減少する。なおここで、判定値Pl,Phは、Pl<Phであって、かつPh−Pl>燃料噴射量の増量補正量、といった大小関係が成立するように設定される。また、上述したように増量補正量は、機関運転状態に基づいて設定されているが、これら判定値Pl,Phを設定する際に用いられる増量補正量としては、機関運転状態によって変化する増量補正の量として考えられる最大値が予め設定されている。すなわち、第1の所定値である判定値Phと第2の所定値である判定値Plとの偏差を、増量補正量として考えられる最大値よりも大きく設定している。
このように、排気絞り弁18の駆動が制御されることにより、排気絞り弁18の閉弁駆動に伴う燃料噴射量の増量補正が実行されても、排気絞り弁18が閉弁駆動の直後に開弁状態へと駆動されることが抑制される。そのため、排気絞り弁18の閉弁状態を安定して維持できるようになり、ひいては排気絞り弁18の駆動モードのハンチングを抑制することができるようになる。
以上に示した本実施形態の排気浄化装置においては次のような効果を奏することができる。
(1)燃料噴射量が判定値Ph以上となったことを条件に排気絞り弁18の閉弁状態から開弁状態への駆動を許可し、同燃料噴射量が同判定値Phよりも小さいPl以下となったことを条件に同排気絞り弁18の開弁状態から閉弁状態への駆動を許可することとする。そして、これら判定値Phと判定値Plとの偏差を燃料噴射量の増量補正量よりも大きく設定することとした。このように排気絞り弁18を駆動することで、排気絞り弁18が閉弁駆動されて燃料噴射量が増量補正された場合であっても、判定値Plにこの増量補正の量よりも大きい値を加えた判定値Phを燃料噴射量が超えるまでは、排気絞り弁18が閉弁状態に維持される。したがって、排気絞り弁が閉弁駆動された直後に燃料噴射量の増量補正によって開弁状態へと切り替えられることを防ぐことができるため、燃料噴射量に基づいて排気絞り弁18の開閉弁駆動が制御される場合に、排気絞り弁18の閉弁駆動に伴う燃料噴射量の増量補正に関わらず排気絞り弁18を適切に駆動することができる。また、同様にして、排気絞り弁18が開弁駆動された直後に燃料噴射量の増量補正が行われなくなることによって閉弁状態へと切り替えられることも防ぐことができる。
(2)判定値Plと判定値Phとの偏差を機関運転状態に応じて変更される増量補正の量として考えられる最大値よりも大きく設定することとした。したがって、機関トルクの損失の度合に応じて燃料噴射量の増量補正を行う場合であっても、機関運転状態に対応する態様で設定された増量補正の量を反映して偏差を設定することができる。そのため、実際の増量補正の量が想定しているものよりも多かった場合に誤って排気絞り弁18が開弁駆動されるという問題の発生を抑制することができる。
(3)判定値Plを機関運転状態が加速中でないと推定可能な燃料噴射量の値として予め設定することとした。したがって、燃料噴射量が機関運転状態が加速中でないと推定可能な燃料噴射量の値以下であることを条件に排気絞り弁18が開弁状態から閉弁状態に駆動されるようになり、排気絞り弁18の閉弁駆動に伴うドライバビリティへの影響を極力抑制することができる。
(第2の実施形態)
次に、上記第1の実施形態とは異なる構成が採用された排気浄化装置の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態においては、燃料噴射量が判定値Pl以下であるか否かの判定が、燃料噴射量の増量補正量を含まない状態の燃料噴射量に基づいて実行され、この詳細について図3を参照して説明する。図3は、排気絞り弁18の駆動と燃料噴射量の変化との関係を示すタイミングチャートである。
同図3に示されるように、排気絞り弁18の駆動モードが「open」である状態であって、燃料噴射量が判定値Pl以下となったタイミングT1において、排気絞り弁18の駆動モードが「open」から「close」へと変更されて、排気絞り弁18が開弁状態から閉弁状態へと駆動される。この駆動にともなって、燃料噴射量の増量補正が実行されて実際の燃料噴射量が判定値Plよりも大きくなるが、燃料噴射量の増量補正量を含まない状態の燃料噴射量である判定用噴射量Qvは判定値Pl以下であるため、排気絞り弁18の駆動モードは「close」のまま維持される。そして、その後も燃料噴射量が上昇して判定用噴射量Qvが判定値Plより大きくなるタイミングT2において、排気絞り弁18の駆動モードが「close」から「open」へと変更されて、排気絞り弁18が閉弁状態から開弁状態へと駆動される。
以上に示した本実施形態の排気浄化装置においては次のような効果を奏することができる。
(4)燃料噴射量が判定値Pl以下であるか否かの判定を、燃料噴射量の増量補正量を含まない状態の判定用噴射量Qvに基づいて実行することとしたため、同判定に及ぼす増量補正量の影響を排除することができるとなった。したがって、排気絞り弁18が閉弁駆動された直後に燃料噴射量の増量補正によって開弁状態へと切り替えられることを防ぐことができるため、燃料噴射量に基づいて排気絞り弁18の開閉弁駆動が制御される場合に、排気絞り弁18の閉弁駆動に伴う燃料噴射量の増量補正に関わらず排気絞り弁18を適切に駆動することができる。また、同様にして、排気絞り弁18が開弁駆動された直後に燃料噴射量の増量補正が行われなくなることによって閉弁状態へと切り替えられることも防ぐことができる。
なお、上記各実施形態は以下のように適宜変更して実施可能である。
・上記第1の実施形態においては判定値Plと判定値Phとの偏差を予め設定することとしたが、機関運転状態に基づいて変化する増量補正量に対応するようにその都度偏差を設定する方法を採用することもできる。すなわち、その都度判定値Phと判定値Plとの偏差を排気絞り弁18が閉弁駆動される際に設定された増量補正量よりも大きく設定してもよい。
・上記各実施形態においては、アクセルセンサ36により検出されるアクセル開度及び機関回転速度センサ35により検出される機関回転速度に基づいて燃料噴射量の目標値を設定したが、燃料噴射量の上限ガードや加速時補正等を考慮して燃料噴射量の目標値を設定してもよい。こうした場合であっても、第2実施形態においては、燃料噴射量が判定値Pl以下であるか否かの判定を、排気絞り弁18の閉弁駆動に伴う燃料噴射量の増量補正量を含まない状態の燃料噴射量に基づいて実行すればよい。
・また第1の実施形態及び第2の実施形態において、判定値Plを機関運転が加速状態でないと推定可能な値として設定したが、この他燃料噴射量により推定可能な機関運転状態があればこれをパラメータとして用いることもできる。
本発明の第1実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を示す模式図。 排気絞り弁の駆動モードと燃料噴射量の変化との関係を示すタイミングチャート。 排気絞り弁の駆動モードと燃料噴射量の変化との関係の変形例を示すタイミングチャート。
符号の説明
10…内燃機関、14…排気通路、18…排気絞り弁、33…圧力センサ、40…電子制御装置。

Claims (5)

  1. 内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、同フィルタの下流側において排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁とを備え、同排気絞り弁の閉弁駆動に伴って燃料噴射量を増量補正する排気浄化装置において、
    燃料噴射量が第1の所定値以上となったことを条件に同排気絞り弁の閉弁状態から開弁状態への駆動を許可し、同燃料噴射量が同第1の所定値よりも小さい第2の所定値以下となったことを条件に同排気絞り弁の開弁状態から閉弁状態への駆動を許可し、前記第1の所定値と前記第2の所定値との偏差を前記燃料噴射量の増量補正量よりも大きく設定する
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 請求項1に記載の排気浄化装置において、
    前記増量補正の量は機関運転状態に基づいて設定され、
    前記第1の所定値と前記第2の所定値との偏差を前記増量補正量として考えられる最大値よりも大きく設定する
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  3. 請求項1に記載の排気浄化装置において、
    前記増量補正の量は機関運転状態に基づいて設定され、
    前記第1の所定値と前記第2の所定値との偏差を前記排気絞り弁が閉弁駆動される際に設定された前記増量補正量よりも大きく設定する
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の排気浄化装置において、
    前記第2の所定値は機関運転状態が加速中でないと推定可能な燃料噴射量の値として予め設定されてなる
    ことを特徴とする排気浄化装置。
  5. 内燃機関から排出される粒子状物質を捕集するフィルタと、同フィルタの下流側において排気通路の流路断面積を可変とする排気絞り弁とを備え、燃料噴射量が所定値以下であることを条件に同排気絞り弁の閉弁駆動を許可するとともに燃料噴射量を増量補正する排気浄化装置において、
    前記燃料噴射量が前記所定値以下であるか否かの判定は、前記燃料噴射量の増量補正量を含まない状態の燃料噴射量に基づいて実行される
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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