JP2009299475A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＰＦの再生効率を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、吸気通路に設けられたコンプレッサ及び排気通路に設けられたタービンを有するターボチャージャと、排気通路上のタービンより下流側に設けられた排気浄化装置と、排気通路上の排気浄化装置より下流側の位置から、吸気通路上のコンプレッサより上流側の位置へ排気を環流させる排気環流装置と、制御手段と、を備える。制御手段は、通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼との間で切替えを行う。ここで、通常燃焼とは、いわゆる拡散燃焼を示している。制御手段は、排気浄化装置の再生制御を行う際に、予混合圧縮着火燃焼を行うとともに、排気還流装置を動作させる。このようにすることで、排気浄化装置の再生効率を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼との切換えが可能な内燃機関の制御装置に関する。

この種の技術が、例えば特許文献１乃至３に記載されている。特許文献１には、ＮＯｘトラップ量が所定値以上になると、予混合燃焼に切り換え、ＨＣ濃度を上昇させてＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘを放出・還元浄化する技術が記載されている。特許文献２には、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させるべきときに、ディーゼルエンジンの燃焼を、通常の拡散燃焼主体の燃焼から、予混合燃焼主体の燃焼に切り換える技術が記載されている。特許文献３には、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）再生時に、気体燃料による予混合圧縮着火燃焼に切り換える技術が記載されている。なお、特許文献４にも本発明と関連のある技術が記載されている。

特開２００１−１６４９６８号公報 特開平８−２１８９２０号公報 特開２００３−１３７２６号公報 特開２００２−２１６２５号公報

ところで、ディーゼルエンジンはガソリンエンジンと比較して排気温度が比較的低いため、中負荷及び高負荷運転時以外では、ＤＰＦに付着した微粒子が自然発火することはなく、排気温度が低い低負荷領域ではＤＰＦの再生処理が行われない。この点について、特許文献１、２、４には何ら記載されていない。また、特許文献３に記載の技術では、液体燃料の他に気体燃料をわざわざ備える必要があり、搭載性の観点からして現実的な選択とは言えない。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、ＤＰＦの再生効率を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、吸気通路に設けられたコンプレッサ及び排気通路に設けられたタービンを有するターボチャージャと、前記排気通路上の前記タービンより下流側に設けられた排気浄化装置と、前記排気通路上の前記排気浄化装置より下流側の位置から、前記吸気通路上の前記コンプレッサより上流側の位置へ排気を環流させる排気環流装置と、通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼との間で切替えを行う制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、前記制御手段は、前記排気浄化装置の再生制御を行う際に、予混合圧縮着火燃焼を行うとともに、前記排気還流装置を動作させる。

上記の内燃機関の制御装置は、吸気通路に設けられたコンプレッサ及び排気通路に設けられたタービンを有するターボチャージャと、前記排気通路上の前記タービンより下流側に設けられた排気浄化装置と、前記排気通路上の前記排気浄化装置より下流側の位置から、前記吸気通路上の前記コンプレッサより上流側の位置へ排気を環流させる排気環流装置と、を備える。ここで、排気浄化装置は、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）、又は、ＤＰＦと当該ＤＰＦの前段に取り付けられた触媒である。また、内燃機関の制御装置は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などの制御手段を備える。前記制御手段は、通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼との間で切替えを行う。ここで、通常燃焼とは、いわゆる拡散燃焼を示している。前記制御手段は、前記排気浄化装置の再生制御を行う際に、予混合圧縮着火燃焼を行うとともに、前記排気還流装置を動作させる。このようにすることで、排気浄化装置の再生効率を向上させることができる。

上記の内燃機関の制御装置の好適な実施例では、前記制御手段は、低負荷運転時にのみ、予混合圧縮着火燃焼を行う。

上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記排気浄化装置の温度が活性温度以上となっている場合に、予混合圧縮着火燃焼を行う。これにより、排気浄化装置の再生効率の向上をより図ることができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

［装置構成］
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置１００の概略構成を示すブロック図である。なお、図１において、実線の矢印は吸気及び排気の流れを示し、破線の矢印は制御信号を示す。

図１において、内燃機関の制御装置１００は、内燃機関１０として直列４気筒のディーゼルエンジンを備える。内燃機関１０の各気筒は、吸気マニホールド１１及び排気マニホールド１２に接続されている。内燃機関１０は、各気筒に設けられた燃料噴射弁１５と、各燃料噴射弁１５に対して高圧の燃料を供給するコモンレール１４とを備え、コモンレールには不図示の燃料ポンプにより燃料が高圧状態で供給される。クランク角センサ１８は、内燃機関１０のクランク角を検出し、検出信号Ｓ２をＥＣＵ７へ供給する。

吸気マニホールド１１に接続された吸気通路２０には、内燃機関１０への流入空気量を計測するエアフローメータ２１と、スロットル弁２２と、ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ａと、吸気を冷却するインタークーラ２４とが設けられている。一方、排気マニホールド１２に接続された排気通路２５には、ターボチャージャ２３のタービン２３ｂと、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）３０が設けられている。ＤＰＦ３０は、排気中の粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕集する機能を有する。

内燃機関の制御装置１００は、ターボチャージャの下流側からＥＧＲガスを取り出すＥＧＲ装置（以下、「低圧ループＥＧＲ装置」と呼ぶ。）と、ターボチャージャの上流側からＥＧＲガスを取り出すＥＧＲ装置（以下、「高圧ループＥＧＲ装置」と呼ぶ。）と、を備える。

低圧ループＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路３５、ＥＧＲクーラ３６、ＥＧＲ弁３７、を有している。具体的には、図示のように、ＥＧＲ通路３５は、排気通路２５上のＤＰＦ３０より下流側の位置と、吸気通路２０のコンプレッサ２３ａより上流側の位置と、を接続している。ＥＧＲ通路３５に、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３６と、ＥＧＲガス量を制御するためのＥＧＲ弁３７とが設けられている。

高圧ループＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路３１、ＥＧＲ弁３３、を有している。具体的には、図示のように、ＥＧＲ通路３１は、排気通路２５のタービン２３ｂの上流位置と、吸気通路２０のインタークーラ２４より下流位置と、を接続している。ＥＧＲ通路３１に、ＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ弁３３が設けられている。

内燃機関の制御装置１００の各要素は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）７により制御されている。例えば、ＥＣＵ７は、燃料噴射弁１５に制御信号Ｓ１を送信することにより燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する。また、ＥＣＵ７は、ＥＧＲ弁３７に制御信号Ｓ３を送信することにより、低圧ループＥＧＲ装置におけるＥＧＲガスの量、即ち、ＥＧＲ通路３５を通過するＥＧＲガスの量を調整し、ＥＧＲ弁３３に制御信号Ｓ４を送信することにより、高圧ループＥＧＲ装置におけるＥＧＲガスの量、即ち、ＥＧＲ通路３１を通過するＥＧＲガスの量を調整する。なお、ＥＣＵ７は内燃機関の制御装置１００の他の構成要素の制御も行うが、本実施形態と特に関係の無い部分については説明を省略する。

［制御方法］
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御方法について説明する。ＤＰＦ３０は、例えばセラミック多孔質フィルタなどにより構成され、排気中のＰＭを捕集する。しかし、捕集されたＰＭはフィルタ上に堆積するため、ＰＭを捕集し続けると、フィルタが目詰まりを生じる。よって、ある程度の量のＰＭがフィルタに堆積したときに、ＤＰＦ３０を通過する排気温度を上昇させ、ＤＰＦ３０に堆積したＰＭを燃焼させて除去する必要がある。この処理を「ＰＭ再生」と呼ぶ。

しかしながら、内燃機関１０は、ディーゼルエンジンであるため、ガソリンエンジンと比べて排気温度が比較的低くなる。そのため、中負荷及び高負荷運転時以外では、ＤＰＦ３０に付着した微粒子が自然発火することはなく、排気温度が低い低負荷運転時ではＤＰＦ３０の再生処理が行われない。

そこで、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、ＥＣＵ７は、ＤＰＦ３０のＰＭ再生時においては、通常燃焼から予混合圧縮着火燃焼へと切替えることとする。ここで、通常燃焼とは、いわゆる拡散燃焼を示し、燃料噴射が圧縮行程後半で行われ、圧縮により高温高圧となった燃焼室内の空気中に燃料が噴射される燃焼である。また、予混合圧縮着火燃焼とは、ＨＣＣＩ燃焼とも呼ばれ、通常燃焼時よりも燃料の噴射時期を早めて、燃料と空気とを予め混合した状態で圧縮することにより着火される燃焼である。

予混合圧縮着火燃焼が行われた場合には、通常燃焼の場合と比較して、火炎温度が低くなるため、ＮＯｘの排出が抑えられるとともに、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）が大量に排出される。従って、ＤＰＦ３０の再生時に、予混合圧縮着火燃焼を行うことにより、大量に排出されたＨＣ、ＣＯを、ＤＰＦ３０を昇温させるための燃料として利用することができる。つまり、ＤＰＦのＰＭ再生時において、予混合圧縮着火燃焼が行われることにより、通常燃焼が行われた場合と比較して、ＮＯｘの排出が抑えられるとともに、ＤＰＦ３０の昇温が促進される。また、予混合圧縮着火燃焼では、火炎温度が低くなるため、燃焼室壁面を通して逃げる熱も減少し、冷却損失を減少させることができる。従って、予混合圧縮着火燃焼では、冷却損失を減少させた分、排気エネルギーを増大させることができ、排気温度を上昇させることができる。以上に述べたことから分かるように、ＤＰＦ３０のＰＭ再生時において、予混合圧縮着火燃焼を行うことにより、低負荷運転時であっても、ＤＰＦ３０の再生促進を図ることができる。

また、本実施形態に係る内燃機関の制御方法では、ＥＣＵ７は、通常燃焼から予混合圧縮着火燃焼へと切替える際には、低圧ループＥＧＲ装置を動作させることとする。より具体的には、ＥＣＵ７は、通常燃焼から予混合圧縮着火燃焼へと切替える際に、ＥＧＲ弁３７を制御して、ＥＧＲ通路３５内を通過するＥＧＲガスの量を増加させることとする。なぜならば、高圧ループＥＧＲ装置を動作させるよりも、低圧ループＥＧＲ装置を動作させた方が、予混合圧縮着火燃焼を行うことにより発生した大量のＨＣ、ＣＯを全てＤＰＦ３０に供給することができ、ＤＰＦ３０の再生効率の向上を図ることができるからである。なお、ＥＣＵ７は、高圧ループＥＧＲ装置と低圧ループＥＧＲ装置との両方を動作させている場合には、ＥＧＲ弁３３、３７を制御して、全ＥＧＲガスのうち、低圧ループＥＧＲ装置におけるＥＧＲガスの比率を上昇させるとしても良い。また、本実施形態に係る内燃機関の制御装置１００では、高圧ループＥＧＲ装置と低圧ループＥＧＲ装置との両方を備えるとしているが、これに限られるものではなく、代わりに、低圧ループＥＧＲ装置のみを備えるとしても良い。

ここで、ＥＣＵ７は、中負荷及び高負荷運転時には通常燃焼を行い、低負荷運転時にのみ予混合圧縮着火燃焼を行うのが好適である。なぜならば、中負荷及び高負荷運転時には、通常燃焼であっても、ＤＰＦ３０に付着したＰＭが自然発火しやすくなるからであり、また、中負荷及び高負荷運転時に予混合圧縮着火燃焼を行うと急激な圧力上昇が生じて、ノッキングが発生しやすくなるからである。

また、ＥＣＵ７は、ＤＰＦ３０の温度が活性温度以上となっている場合、又は、ＤＰＦ３０の前段に酸化触媒等の前段触媒が備えられている場合には当該前段触媒が活性温度以上となっている場合に、予混合圧縮着火燃焼が行うのが好適である。このようにすることで、ＤＰＦ３０の再生効率の向上をより図ることができる。

次に、上述の本実施形態に係る内燃機関の制御処理について、図２に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ７は、ＤＰＦ３０の再生要求があるか否かについて判定する。具体的には、ＥＣＵ７は、ＤＰＦ３０の前後に取り付けられた圧力センサ（不図示）からの検出信号に基づいて、それらの排気圧力差を算出し、算出された排気圧力差に基づいて、ＤＰＦ３０内の推定堆積量を推定する。そして、ＥＣＵ７は、推定堆積量が所定値を超えているか否かについて判定する。ＥＣＵ７は、推定堆積量が所定値を超えた場合には（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ＰＭ再生要求があると判定し、ステップＳ１０２の処理へ進み、ＤＰＦ３０の再生制御を行う。一方、ＥＣＵ７は、推定堆積量が所定値以下となっている場合には、ＰＭ再生要求がないと判定して（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、本制御処理を終了する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ７は、燃料噴射弁１５に制御信号Ｓ１を送信することにより噴射時期を進角して、予混合圧縮着火燃焼を行う。続くステップＳ１０３において、ＥＣＵ７は、ＥＧＲ弁３７に制御信号Ｓ３を送信することにより、低圧ループＥＧＲ装置を動作させる、具体的には、ＥＧＲ弁３７を制御して、ＥＧＲ通路３５内を通過するＥＧＲガスの量を増加させる。このようにすることで、ＤＰＦ３０の再生の効率化を図ることができる。この後、本制御処理を終了する。

以上に述べたことから分かるように、本実施形態に係る内燃機関の制御方法によれば、ＤＰＦ３０のＰＭ再生時において、予混合圧縮着火燃焼を行うとともに、低圧ループＥＧＲ装置を動作させることにより、ＤＰＦ３０の再生効率を向上させることができる。

本実施形態に係る内燃機関の制御装置の概略ブロック図である。 本実施形態に係る内燃機関の制御処理のフローチャートである。

符号の説明

７ ＥＣＵ
１０ 内燃機関（エンジン）
１７ 燃料添加弁
２０ 吸気通路
２３ ターボチャージャ
２５ 排気通路
３０ ＤＰＦ
３１、３５ ＥＧＲ通路
３３、３７ ＥＧＲ弁

Claims (3)

1. 吸気通路に設けられたコンプレッサ及び排気通路に設けられたタービンを有するターボチャージャと、
   前記排気通路上の前記タービンより下流側に設けられた排気浄化装置と、
   前記排気通路上の前記排気浄化装置より下流側の位置から、前記吸気通路上の前記コンプレッサより上流側の位置へ排気を環流させる排気環流装置と、
   通常燃焼と予混合圧縮着火燃焼との間で切替えを行う制御手段と、を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記制御手段は、前記排気浄化装置の再生制御を行う際に、予混合圧縮着火燃焼を行うとともに、前記排気還流装置を動作させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御手段は、低負荷運転時にのみ、予混合圧縮着火燃焼を行う請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記排気浄化装置の温度が活性温度以上となっている場合に、予混合圧縮着火燃焼を行う請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。

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