JP2008280952A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置において、リッチスパイクを実施する際に、より好適にトルク変動を抑制する技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路に配置された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒より下流の排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、内燃機関の吸気通路に当該ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路と、前記ＮＯｘ触媒よりも上流の排気に燃料を添加する燃料添加弁と、前記ＮＯｘ触媒から吸蔵物質を放出及び還元させるために燃料添加弁によって燃料を添加した後に、内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁による燃料の主噴射の時期を進角させる又はパイロット噴射を実施して内燃機関のトルク変動を抑制するトルク変動抑制制御と、を備え、トルク変動抑制制御によって内燃機関のトルク変動を抑制している最中は、燃料添加弁による燃料の添加を禁止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関において、ターボチャージャを具備し、ターボチャージャのタービンより下流かつ吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒という）より下流の排気通路から排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして取り込み、ターボチャージャのコンプレッサより上流の吸気通路へ当該低圧ＥＧＲガスを還流させる低圧ＥＧＲ通路を備える。一方で、タービンより上流の排気通路から排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして取り込み、コンプレッサより下流の吸気通路へ当該高圧ＥＧＲガスを還流させる高圧ＥＧＲ通路を備える。そして、低温燃焼が行われる時に、機関要求負荷に基づいて低圧ＥＧＲ通路を流れる低圧ＥＧＲガス量及び高圧ＥＧＲ通路を流れる高圧ＥＧＲガス量を制御する技術が開示されている（特許文献１参照）。
特開２００５−０７６４５６号公報 特開２００１−２３４７７２号公報

ところで、ＮＯｘ触媒より下流の排気通路から低圧ＥＧＲガスを取り出す構造の場合において、ＮＯｘ触媒からＮＯｘやＳＯｘといった吸蔵物質を放出及び還元させるためにＮＯｘ触媒よりも上流の排気に還元剤たる燃料を添加する、いわゆるリッチスパイクを実施すると、吸気通路へ還流される低圧ＥＧＲガスのＯ_２濃度が急変し、内燃機関の燃焼が不安定になる。このため、内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁による燃料の主噴射の時期を進角させる又はパイロット噴射を実施して内燃機関のトルク変動を抑制する。しかし、前記したように内燃機関のトルク変動を抑制している最中にリッチスパイクを続行してしまうと、トルク変動が大きくなり、トルク変動を抑制しきれず、内燃機関の燃焼が不安定になってしまう。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものでその目的とするところは、内燃機関の制御装置において、リッチスパイクを実施する際に、より好適にトルク変動を抑制する技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の排気通路に配置された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流の排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、内燃機関の吸気通路に当該ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ通路と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から吸蔵物質を放出及び還元させるために前記還元剤添加手段によって還元剤を添加した後に、内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射手段による燃料の主噴射の時期を進角させる又はパイロット噴射を実施して内燃機関のトルク変動を抑制するトルク変動抑制手段と、
を備え、
前記トルク変動抑制手段によって内燃機関のトルク変動を抑制している最中は、前記還元剤添加手段による還元剤の添加を禁止することを特徴とする内燃機関の制御装置である。

ＮＯｘ触媒より下流の排気通路からＥＧＲガスを取り出す構造の場合において、ＮＯｘ触媒からＮＯｘやＳＯｘといった吸蔵物質を放出及び還元させるためにＮＯｘ触媒よりも上流の排気に還元剤を添加する、いわゆるリッチスパイクを実施すると、吸気通路へ還流されるＥＧＲガスのＯ_２濃度が急変し、内燃機関の燃焼が不安定になり、内燃機関のトルク低下を招く。このため、内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射手段による燃料の主噴射の時期を進角させる又はパイロット噴射を実施して内燃機関のトルク変動（トルク低下）を抑制する（以下、トルク変動抑制手段という）。しかし、トルク変動抑制手段によって内燃機関のトルク変動を抑制している最中にリッチスパイクを続行してしまうと、トルク変動が大きくなり、トルク変動抑制手段ではトルク変動が抑制しきれず、内燃機関の燃焼が不安定になってしまう。

そこで、本発明では、トルク変動抑制手段によって内燃機関のトルク変動を抑制している最中は、還元剤添加手段による還元剤の添加を禁止するようにした。

これによると、トルク変動抑制手段によって内燃機関のトルク変動を抑制している最中は、還元剤添加手段による還元剤の添加が禁止されるため、さらに還元剤を添加してしまってトルク変動を大きくしてしまうことがない。このため、トルク変動抑制手段によって内燃機関のトルク変動を抑制でき、内燃機関の燃焼が安定する。

本発明によると、内燃機関の制御装置において、リッチスパイクを実施する際に、より好適にトルク変動を抑制できる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼルエンジンである。各気筒２には、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁２ａが備えられている。本実施例での燃料噴射弁２ａが本発明の燃料噴射手段に相当する。また、内燃機関１には、吸気通路３及び排気通路４が接続されている。

内燃機関１に接続された吸気通路３の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが配置されている。また、コンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量を調節する第１スロットル弁６が配置されている。この第１スロットル弁６は、電動アクチュエータにより開閉される。第１スロットル弁６よりも上流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する新気吸入空気（以下、新気という）の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が配置されている。このエアフローメータ７により、内燃機関１の新気量が測定される。

コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気通路３には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ８が配置されている。そして、インタークーラ８よりも下流の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量を調整する第２スロットル弁９が設けられている。この第２スロットル弁９は、電動アクチュエータにより開閉される。

一方、内燃機関１に接続された排気通路４の途中には、ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが配置されている。また、タービンハウジング５ｂよりも下流の排気通路４には、排気浄化装置１０が配置されている。

排気浄化装置１０は、酸化触媒と当該酸化触媒の後段に配置されたパティキュレートフィルタ（以下単にフィルタという）とを有して構成されている。フィルタには吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下単にＮＯｘ触媒という）が担持されている。

また、排気浄化装置１０よりも下流の排気通路４には、該排気通路４内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１１が設けられている。この排気絞り弁１１は、電動アクチュエータにより開閉される。

一方、ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂよりも上流の排気通路４には、排気に還元剤たる燃料を添加する燃料添加弁１２が配置されている。燃料添加弁１２から燃料を添加することにより、排気浄化装置１０からＮＯｘやＳＯｘを放出及び還元させる。このような燃料添加弁１２から燃料を添加し、排気の空燃比をストイキ又はリッチ側へ低下させ、排気浄化装置１０のＮＯｘ触媒が吸蔵したＮＯｘやＳＯｘを放出及び還元させる処理をリッチスパイクという。なお、燃料添加弁１２が本発明の還元剤添加手段に相当する。また、還元剤添加手段としては、内燃機関１の気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁を用いてアフター噴射することにより、排気に燃料を添加するようにしてもよい。

そして、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を低圧で吸気通路３へ還流（再循環）させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。この低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、及び低圧ＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。

低圧ＥＧＲ通路３１は、排気浄化装置１０よりも下流、加えて排気絞り弁１１よりも下流側の排気通路４と、コンプレッサハウジング５ａよりも上流且つ第１スロットル弁６よりも下流側の吸気通路３と、を接続している。この低圧ＥＧＲ通路３１を通って、排気が低圧で内燃機関１へ送り込まれる。そして、本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を流通して還流される排気を低圧ＥＧＲガスと称している。この低圧ＥＧＲ通路３１が本発明のＥＧＲ通路に相当する。

また、低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該低圧ＥＧＲ通路３１を流れる低圧ＥＧＲガスの量を調節する。なお、低圧ＥＧＲガス量の調節は、低圧ＥＧＲ弁３２の開度の調整以外の方法によって行うこともできる。例えば、第１スロットル弁６の開度を調整することにより低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を変化させ、これにより低圧ＥＧＲガスの量を調節することができる。

さらに、低圧ＥＧＲクーラ３３は、該低圧ＥＧＲクーラ３３を通過する低圧ＥＧＲガスと、内燃機関１の機関冷却水とで熱交換をして、該低圧ＥＧＲガスの温度を低下させる。

一方、内燃機関１には、排気通路４内を流通する排気の一部を高圧で吸気通路３へ還流させる高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。この高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ通路４１、及び高圧ＥＧＲ弁４２を備えて構成されている。

高圧ＥＧＲ通路４１は、タービンハウジング５ｂよりも上流側の排気通路４と、コンプレッサハウジング５ａよりも下流側の吸気通路３と、を接続している。この高圧ＥＧＲ通路４１を通って、排気が高圧で内燃機関１へ送り込まれる。そして、本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を流通して還流される排気を高圧ＥＧＲガスと称している。

また、高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１の通路断面積を調整することにより、該高圧ＥＧＲ通路４１を流れる高圧ＥＧＲガスの量を調節する。なお、高圧ＥＧＲガス量
の調節は、高圧ＥＧＲ弁４２の開度の調整以外の方法によって行うこともできる。例えば、第２スロットル弁９の開度を調整することにより高圧ＥＧＲ通路４１の上流と下流との差圧を変化させ、これにより高圧ＥＧＲガスの量を調節することができる。また、ターボチャージャ５が可変容量型の場合には、タービンの流量特性を変更するノズルベーンの開度を調整することによっても高圧ＥＧＲガスの量を調節することができる。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１３が併設されている。このＥＣＵ１３は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ１３には、エアフローメータ７などの各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１２に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ１３には、燃料噴射弁２ａ、第１スロットル弁６、第２スロットル弁９、排気絞り弁１１、燃料添加弁１２、低圧ＥＧＲ弁３２、及び高圧ＥＧＲ弁４２の各アクチュエータが電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１３によりこれらの機器が制御される。

ところで、排気浄化装置１０より下流の排気通路４から低圧ＥＧＲ通路３１を用いて低圧ＥＧＲガスを取り出す本実施例の構造の場合においては、排気浄化装置１０のＮＯｘ触媒からＮＯｘやＳＯｘといった吸蔵物質を放出及び還元させるために、排気浄化装置１０よりも上流の排気に燃料添加弁１２から燃料を添加する、いわゆるリッチスパイクを実施する。このリッチスパイクを実施するとき、低圧ＥＧＲガスも還流されていると、吸気通路３へ還流される低圧ＥＧＲガスのＯ_２濃度が急変し、これを取り込む内燃機関１の燃焼が不安定になり、内燃機関１のトルク低下を招く。このため、内燃機関１の気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁２ａによる燃料の主噴射の時期を進角させる又はパイロット噴射を実施して内燃機関１のトルク変動（トルク低下）を抑制する。これを以下、トルク変動抑制制御という。このトルク変動抑制制御を実施するＥＣＵ１３が、本発明のトルク変動抑制手段に相当する。しかし、前記したようにトルク変動抑制制御を実施して内燃機関１のトルク変動を抑制する最中にリッチスパイクを実施し続けていると、トルク変動が大きくなり、トルク変動抑制制御ではトルク変動が抑制しきれず、内燃機関１の燃焼が不安定になってしまっていた。

そこで、本実施例では、トルク変動抑制制御によって内燃機関１のトルク変動を抑制している最中は、リッチスパイクを禁止するようにした。

これによると、トルク変動抑制制御によって内燃機関１のトルク変動を抑制している最中は、リッチスパイクが禁止されるため、トルク変動抑制制御中にさらに燃料を添加してしまってトルク変動を大きくしてしまうことがない。このため、トルク変動抑制制御によって内燃機関１のトルク変動を抑制でき、内燃機関１の燃焼が安定する。

次に、本実施例によるリッチスパイクを実施する場合の制御ルーチンについて説明する。図２は、本実施例によるリッチスパイクを実施する場合の制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ１３は、低圧ＥＧＲ通路３１を用いて低圧ＥＧＲガスを流通させているか否かを判別する。低圧ＥＧＲ通路３１を用いて低圧ＥＧＲガスを流通させているか否かは、低圧ＥＧＲ弁３２の開度を不図示の開度センサで検出し、その開閉状態により判断される。

ステップＳ１０１において、低圧ＥＧＲ弁３２が閉弁状態であり、低圧ＥＧＲガスを流通させていないと判定された場合には、ＥＣＵ１３は、本ルーチンを一旦終了する。また、低圧ＥＧＲ弁３２が開弁状態であり、低圧ＥＧＲガスを流通させていると判定された場合には、ステップＳ１０２へ進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１３は、リッチスパイク実施条件か否かを判別する。リッチスパイクの実施条件か否かは、排気浄化装置１０のＮＯｘ触媒にＮＯｘやＳＯｘが限界まで吸蔵され、いわゆるＮＯｘ還元処理やＳＯｘ被毒回復処理が必要になった場合に実施条件と判断される。

ステップＳ１０２において、リッチスパイク実施条件ではないと判定された場合には、ＥＣＵ１３は、本ルーチンを一旦終了する。また、リッチスパイク実施条件を満たすと判定された場合には、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１３は、添加禁止フラグがＯＦＦであるか否かを判別する。添加禁止フラグは、ＯＮであるとリッチスパイクを禁止し、ＯＦＦであるとリッチスパイクを許可するフラグである。

ステップＳ１０３において、添加禁止フラグがＯＮであると判定された場合には、図３の添加禁止領域にあるため、ＥＣＵ１３は、ステップＳ１０７へ進む。また、添加禁止フラグがＯＦＦであると判定された場合には、図３の燃料添加領域にあるため、ステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１３は、リッチスパイクの設定を行う。具体的には、リッチスパイク時の１度に添加する燃料添加量や、当該燃料添加量を何回添加するかの添加サイクル数を設定する。これら燃料添加量や添加サイクル数は、予め実験などから求められたマップを参照して内燃機関の運転状態などに基づいて設定される。本実施例では、例えば、図３に示すように、所定の等しい燃料添加量で４本の添加サイクルに設定される。そして、本ステップの終了後にステップＳ１０５へ移行する。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１３は、リッチスパイクを実施する。リッチスパイクは、ステップＳ１０４での設定に基づき実施される。本実施例では、例えば、図３に示すように、所定の等しい燃料添加量で４本の添加サイクルが実施される。そして、本ステップの終了後にステップＳ１０６へ移行する。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ１３は、次のリッチスパイクを禁止するよう、添加禁止フラグをＯＮにする。そして、本ステップの終了後にステップＳ１０７へ移行する。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ１３は、トルク変動抑制制御の設定を行う。具体的には、リッチスパイクの実施によって空燃比がリッチとなったガスが低圧ＥＧＲ通路３１を経由して内燃機関１に到達する遅れ時間及び内燃機関１に吸入される吸気通路３の最下流部の空燃比（図３のトルク変動抑制制御期間中の空燃比）を、排気到達時間推定マップを参照して算出する。また、内燃機関１に吸入される吸気通路３の最下流部の吸気のＯ_２濃度を、先に算出した遅れ時間、空燃比、ＥＧＲガス量などから算出する。そして、燃料噴射補正量を、先に算出された吸気のＯ_２濃度に基づいて算出する。燃料噴射補正量は、トルク変動抑制制御を行うための、内燃機関１の気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁による燃料の主噴射の時期を進角させる進角量、又はパイロット噴射を実施する際のパイロット噴射量であり、吸気のＯ_２濃度を予め求められたマップに代入することで算出される。そして、本ステップの終了後にステップＳ１０８へ移行する。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ１３は、トルク変動抑制制御を実施する。すなわち、内燃機関１の気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁による燃料の主噴射の時期を進角させる又はパイロット噴射を実施する。トルク変動抑制制御は、ステップＳ１０７での設定に基づき実施される。そして、本ステップの終了後にステップＳ１０９へ移行する。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ１３は、トルク変動抑制制御が終了したか否かを判別する。トルク変動抑制制御が終了したか否かは、内燃機関１の吸気通路３の最下流部に配置される不図示のＡ／Ｆセンサの検出値が定常状態時の所定のリーン値を示す場合や、ステップＳ１０７でのトルク変動抑制制御の設定で燃料噴射補正量が０と算出された場合に、トルク変動抑制制御が終了したと判断される。

ステップＳ１０９において、トルク変動抑制制御が終了していないと判定された場合には、ＥＣＵ１３は、本ルーチンを一旦終了する。また、トルク変動抑制制御が終了したと判定された場合には、ステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ１３は、次のリッチスパイクを許可するよう、添加禁止フラグをＯＦＦにする。そして、本ステップの終了後に本ルーチンを一旦終了する。この場合、次回の本ルーチンの実行の際に次のリッチスパイクが実施可能となる。

以上説明したルーチンによって、トルク変動抑制制御中は添加禁止フラグがＯＮになり、リッチスパイクが禁止され、トルク変動抑制制御中にさらに燃料を添加してしまってトルク変動を大きくしてしまうことが防止される。このため、トルク変動抑制制御によって内燃機関１のトルク変動を抑制でき、内燃機関１の燃焼が安定する。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係るリッチスパイクを実施する場合の制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例１に係るリッチスパイクの実施状態とトルク変動抑制制御の実施状態との関係を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
２ａ 燃料噴射弁
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ ターボチャージャ
５ａ コンプレッサハウジング
５ｂ タービンハウジング
６ 第１スロットル弁
７ エアフローメータ
８ インタークーラ
９ 第２スロットル弁
１０ 排気浄化装置
１１ 排気絞り弁
１２ 燃料添加弁
１３ ＥＣＵ
３０ 低圧ＥＧＲ装置
３１ 低圧ＥＧＲ通路
３２ 低圧ＥＧＲ弁
３３ 低圧ＥＧＲクーラ
４０ 高圧ＥＧＲ装置
４１ 高圧ＥＧＲ通路
４２ 高圧ＥＧＲ弁

Claims (1)

1. 内燃機関の排気通路に配置された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流の排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして取り込み、内燃機関の吸気通路に当該ＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ通路と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気に還元剤を添加する還元剤添加手段と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から吸蔵物質を放出及び還元させるために前記還元剤添加手段によって還元剤を添加した後に、内燃機関の気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射手段による燃料の主噴射の時期を進角させる又はパイロット噴射を実施して内燃機関のトルク変動を抑制するトルク変動抑制手段と、
   を備え、
   前記トルク変動抑制手段によって内燃機関のトルク変動を抑制している最中は、前記還元剤添加手段による還元剤の添加を禁止することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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