JP2010209789A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。特に、この発明は、触媒のNOx除去を目的としてリッチ燃焼を行う内燃機関の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine. In particular, the present invention relates to a control device for an internal combustion engine that performs rich combustion for the purpose of removing NOx from a catalyst.
内燃機関は、燃焼室で燃料を燃焼させ、この燃料の燃焼時のエネルギーによって運転をするが、燃料の燃焼時には、NOx(窒素酸化物)等の大気汚染物質が生成される。このため、内燃機関を動力源として車両に搭載する場合には、内燃機関から排出される排気ガス中の大気汚染物質を吸蔵する触媒が多用される。この場合、触媒で大気汚染物質を吸蔵することにより、排気ガスを浄化し、浄化した排気ガスを大気に放出する。しかし、触媒で大気汚染物質の吸蔵を続けた場合、触媒に大気汚染物質が溜まってしまうため、従来の内燃機関の制御装置では、触媒に溜まった大気汚染物質を除去する制御を行っているものがある。 An internal combustion engine burns fuel in a combustion chamber and is operated by the energy at the time of combustion of the fuel. At the time of combustion of the fuel, air pollutants such as NOx (nitrogen oxide) are generated. For this reason, when an internal combustion engine is mounted on a vehicle as a power source, a catalyst for storing air pollutants in exhaust gas discharged from the internal combustion engine is often used. In this case, the exhaust gas is purified by storing air pollutants with the catalyst, and the purified exhaust gas is released to the atmosphere. However, if the air pollutant continues to be occluded by the catalyst, the air pollutant accumulates in the catalyst. Therefore, the control device for the conventional internal combustion engine performs control to remove the air pollutant accumulated in the catalyst. There is.
例えば、特許文献1に記載の内燃機関の制御装置では、NOx浄化触媒に堆積した硫黄酸化物等を除去する再生処理を実行する場合などに、燃料噴射量を増量したり吸入空気流量を原料したりすることにより、空燃比リッチ化制御を行い、NOx浄化触媒に堆積した硫黄酸化物等の除去を行っている。 For example, in the control device for an internal combustion engine described in Patent Document 1, when a regeneration process for removing sulfur oxides and the like deposited on the NOx purification catalyst is executed, the fuel injection amount is increased or the intake air flow rate is used as a raw material. As a result, air-fuel ratio enrichment control is performed to remove sulfur oxides and the like deposited on the NOx purification catalyst.
しかしながら、このように空燃比をリッチ化した場合、燃料の一部は燃焼室で燃焼せず、未燃のまま排気される場合がある。この未燃の燃料にはHC(炭化水素)が多く含まれているため、この排気ガスが大気に排出された場合、エミッション性が低下する場合がある。また、HCは、NOxが堆積している触媒に流れた場合には、NOxを還元してN2(窒素)にして放出させるが、触媒に多量のHCが流れた場合、この反応による熱が多く発生する。このため、触媒の温度が上昇し過ぎ、触媒の機能が低下する場合があった。 However, when the air-fuel ratio is enriched in this way, part of the fuel may not be combusted in the combustion chamber and may be exhausted without being burned. Since this unburned fuel contains a lot of HC (hydrocarbon), when this exhaust gas is discharged to the atmosphere, the emission performance may be lowered. In addition, when HC flows through the catalyst on which NOx is deposited, NOx is reduced and released as N 2 (nitrogen). However, when a large amount of HC flows through the catalyst, heat from this reaction is reduced. Many occur. For this reason, the temperature of the catalyst has risen too much, and the function of the catalyst may be reduced.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、触媒が吸蔵したNOxをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を抑制できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can suppress a decrease in purification performance when NOx occluded by a catalyst is removed by rich combustion.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転時に燃料を燃焼させる燃焼室から排出される排気ガスに含まれるNOxの吸蔵還元を行う触媒と、前記触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、前記排気ガスの流れ方向における前記触媒の下流を流れる前記排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に流す通路であるEGR通路と、前記触媒が吸蔵したNOx量を推定する吸蔵NOx量推定手段と、前記吸蔵NOx量推定手段で推定したNOx量が所定値よりも多い場合には、前記燃焼室に供給する空気と前記燃料との比率である空燃比における前記燃料の割合を高くする制御を行う燃料割合増加手段と、前記EGR通路を流れる前記排気ガスの流量を調節可能に設けられており、且つ、前記燃料割合増加手段で前記空燃比における前記燃料の割合を高くする制御を行う場合には、前記EGR通路から前記吸気通路に流れる前記排気ガスの量を増加させると共に、前記触媒温度取得手段で取得した前記触媒の温度が所定の温度より高い場合には、前記EGR通路から前記吸気通路に流れる前記排気ガスの量を増量するEGR量調節手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an internal combustion engine control device according to the present invention performs NOx storage reduction in exhaust gas discharged from a combustion chamber that burns fuel during operation of the internal combustion engine. A catalyst temperature obtaining means for obtaining a temperature of the catalyst, an EGR passage which is a passage for flowing the exhaust gas flowing downstream of the catalyst in a flow direction of the exhaust gas to an intake passage of the internal combustion engine, The stored NOx amount estimating means for estimating the NOx amount stored by the catalyst, and the ratio of the air supplied to the combustion chamber and the fuel when the NOx amount estimated by the stored NOx amount estimating means is greater than a predetermined value Fuel ratio increasing means for performing control to increase the ratio of the fuel in the air-fuel ratio, and the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR passage is adjustable, and When performing control to increase the ratio of the fuel at the air-fuel ratio by the fuel ratio increasing means, the amount of the exhaust gas flowing from the EGR passage to the intake passage is increased and acquired by the catalyst temperature acquiring means. And an EGR amount adjusting means for increasing the amount of the exhaust gas flowing from the EGR passage to the intake passage when the temperature of the catalyst is higher than a predetermined temperature.
この発明では、触媒が吸蔵したNOx量の推定値が所定値よりも多い場合には、空燃比における燃料の割合を高くし、いわゆるリッチ燃焼を行うことによりNOxの除去を行い、また、リッチ燃焼を行う場合には、EGR通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を増加させる。EGR通路には、触媒を通過する際に触媒で吸蔵還元の反応を行うことにより高温になった排気ガスが流れるため、このようにリッチ燃焼を行う際にEGR通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を増加させることにより、燃焼室に高温の排気ガスを多く流すことができ、燃焼室で燃料を燃焼させる際の温度を高くすることができる。これにより、リッチ燃焼を行うことにより未燃焼の燃料が発生し、未燃焼の燃料に含まれるHCが排気ガスに多く含まれる状況でも、高温となった燃焼温度によってHCはCO(一酸化炭素)に変化し易くなる。触媒にCOが流れた場合には、HCが触媒に流れる場合と同様に触媒が吸蔵しているNOxの還元を行うことができ、また、HCでNOxの還元を行う場合よりも還元反応時の温度が低くなるので、触媒の温度が上昇し過ぎることを抑制できる。これにより、触媒の温度を、排気ガスを浄化する際における適切な温度に維持することができ、排気ガスの浄化を行い続けることができる。 In this invention, when the estimated value of the amount of NOx occluded by the catalyst is larger than a predetermined value, the ratio of fuel at the air-fuel ratio is increased, so-called rich combustion is performed to remove NOx, and rich combustion Is performed, the amount of exhaust gas flowing from the EGR passage to the intake passage is increased. In the EGR passage, exhaust gas that has become hot due to a reaction of occlusion and reduction by the catalyst flows through the catalyst, and thus the exhaust gas flowing from the EGR passage to the intake passage during rich combustion in this way. By increasing the amount, a large amount of high-temperature exhaust gas can flow into the combustion chamber, and the temperature at which fuel is burned in the combustion chamber can be increased. As a result, unburned fuel is generated by performing rich combustion, and even in a situation where the exhaust gas contains a lot of HC contained in the unburned fuel, HC becomes CO (carbon monoxide) due to the high combustion temperature. It becomes easy to change. When CO flows through the catalyst, the NOx stored in the catalyst can be reduced in the same manner as when HC flows through the catalyst, and moreover during the reduction reaction than when NOx is reduced by HC. Since temperature becomes low, it can suppress that the temperature of a catalyst rises too much. Thereby, the temperature of the catalyst can be maintained at an appropriate temperature when purifying the exhaust gas, and the exhaust gas can be continuously purified.
また、リッチ燃焼の制御中に触媒の温度が所定の温度より高い場合には、EGR通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を増量するので、リッチ燃焼により発生するHCを、より確実にCOに変化させることができる。つまり、空燃比における燃料の割合を高くしてリッチ燃焼を行う際には、排気ガス中にHCが多く含まれ易くなり、触媒はこのHCによって温度が上昇し易くなるため、触媒の温度が高い場合には、HCが多く発生していると推定することができる。このため、触媒の温度に基づいてEGR通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を調節し、リッチ燃焼の制御中に触媒の温度が所定の温度より高い場合には、EGR通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を増加させることにより、多く発生していると推定できるHCをCOに変化させることができる。これにより、リッチ燃焼により発生するHCを、より確実にCOに変化させることができるため、触媒の温度の上昇をより確実に抑制し、触媒の温度を、排気ガスを浄化する際における適切な温度に維持することができる。これらの結果、触媒が吸蔵したNOxをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を抑制することができる。 Further, when the temperature of the catalyst is higher than a predetermined temperature during the control of rich combustion, the amount of exhaust gas flowing from the EGR passage to the intake passage is increased, so that HC generated by rich combustion is more reliably converted to CO. Can be changed. That is, when rich combustion is performed by increasing the fuel ratio in the air-fuel ratio, the exhaust gas is likely to contain a lot of HC, and the temperature of the catalyst is likely to rise due to this HC, so the temperature of the catalyst is high. In this case, it can be estimated that a lot of HC is generated. Therefore, the amount of exhaust gas flowing from the EGR passage to the intake passage is adjusted based on the temperature of the catalyst, and when the temperature of the catalyst is higher than a predetermined temperature during the rich combustion control, the exhaust gas flows from the EGR passage to the intake passage. By increasing the amount of exhaust gas, it is possible to change HC, which can be estimated to be generated, to CO. As a result, HC generated by rich combustion can be more reliably changed to CO, so that the increase in the temperature of the catalyst can be more reliably suppressed, and the temperature of the catalyst can be set to an appropriate temperature for purifying the exhaust gas. Can be maintained. As a result, it is possible to suppress a decrease in purification performance when the NOx stored by the catalyst is removed by rich combustion.
また、この発明に係る内燃機関の制御装置は、上記発明において、前記EGR量調節手段は、前記燃料割合増加手段による前記空燃比における前記燃料の割合を高くする制御中に前記触媒温度取得手段で取得した前記触媒の温度が前記所定の温度以下の場合には、前記EGR通路から前記吸気通路に流れる前記排気ガスの量を減少させることを特徴とする。 Further, in the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, in the above invention, the EGR amount adjusting means is the catalyst temperature acquiring means during the control for increasing the fuel ratio in the air-fuel ratio by the fuel ratio increasing means. When the acquired temperature of the catalyst is equal to or lower than the predetermined temperature, the amount of the exhaust gas flowing from the EGR passage to the intake passage is reduced.
この発明では、リッチ燃焼の制御中に触媒の温度が所定の温度以下の場合には、EGR通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を減少させるので、EGR通路から吸気通路に高温の排気ガスを流すことによって触媒の温度が低くなり過ぎ、排気ガスの浄化を行い難くなることを抑制できる。つまり、触媒は所定の温度範囲の場合に活性化し、NOxの吸蔵還元を行うなど排気ガスの浄化を行うことができるので、触媒の温度が低くなり過ぎて活性温度を下回った場合には、触媒は排気ガスの浄化を行い難くなる。このため、リッチ燃焼の制御中に触媒の温度が所定の温度以下になった場合には、EGR通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を減少させることにより、リッチ燃焼により多く発生するHCをCOに変化させる割合を低減させることができ、触媒に流れるHCの量を増加させることができる。これにより、触媒で吸蔵しているNOxをHCによって還元する割合が高くなるので、この還元反応時の熱によって触媒の温度を高くすることができる。従って、EGR通路から吸気通路に流れる高温の排気ガスによってHCをCOに変化させる場合に、触媒の温度が低下し過ぎて排気ガスの浄化を行い難くなることを抑制でき、より確実に触媒で排気ガスの浄化を行うことができる。この結果、触媒が吸蔵したNOxをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を、より確実に抑制することができる。 In the present invention, when the temperature of the catalyst is equal to or lower than a predetermined temperature during the rich combustion control, the amount of exhaust gas flowing from the EGR passage to the intake passage is reduced, so that hot exhaust gas is supplied from the EGR passage to the intake passage. By flowing, it can be suppressed that the temperature of the catalyst becomes too low and it becomes difficult to purify the exhaust gas. That is, the catalyst is activated when the temperature is within a predetermined temperature range, and the exhaust gas can be purified by, for example, storing and reducing NOx. Therefore, when the temperature of the catalyst becomes too low and falls below the activation temperature, the catalyst Makes it difficult to purify the exhaust gas. For this reason, when the temperature of the catalyst becomes equal to or lower than a predetermined temperature during the control of rich combustion, the amount of exhaust gas flowing from the EGR passage to the intake passage is reduced, so that HC generated more by rich combustion is reduced to CO. Therefore, the amount of HC flowing through the catalyst can be increased. As a result, the rate at which NOx stored in the catalyst is reduced by HC increases, so that the temperature of the catalyst can be increased by the heat during the reduction reaction. Therefore, when the HC is changed to CO by the high-temperature exhaust gas flowing from the EGR passage to the intake passage, it is possible to suppress the temperature of the catalyst from being excessively lowered and it becomes difficult to purify the exhaust gas. Gas purification can be performed. As a result, it is possible to more reliably suppress the reduction in purification performance when the NOx occluded by the catalyst is removed by rich combustion.
また、この発明に係る内燃機関の制御装置は、上記発明において、前記燃料は、GTL燃料であることを特徴とする。 The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the fuel is a GTL fuel.
この発明では、燃料にGTL燃料を用いているので、リッチ燃焼時に触媒の温度が上昇し過ぎることを、より確実に抑制できる。つまり、GTL燃料は、リッチ燃焼時に燃焼温度を高くした場合、軽油と比較してHCがCOに変化し易くなっているため、より確実に触媒の温度が上昇し過ぎることを抑制できる。これにより、リッチ燃焼時における触媒の温度を、排気ガスを浄化するための適切な温度に維持することができる。この結果、触媒が吸蔵したNOxをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を、より確実に抑制することができる。 In this invention, since the GTL fuel is used as the fuel, it is possible to more reliably suppress the temperature of the catalyst from excessively rising during the rich combustion. That is, when the combustion temperature of the GTL fuel is increased at the time of rich combustion, HC is more likely to be changed to CO than light oil, so that the temperature of the catalyst can be more reliably prevented from rising excessively. Thereby, the temperature of the catalyst at the time of rich combustion can be maintained at an appropriate temperature for purifying the exhaust gas. As a result, it is possible to more reliably suppress the reduction in purification performance when the NOx occluded by the catalyst is removed by rich combustion.
本発明に係る内燃機関の制御装置は、触媒をリッチ燃焼により浄化する場合における浄化性能の低下を抑制することができる、という効果を奏する。 The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention has an effect that it is possible to suppress a decrease in purification performance when the catalyst is purified by rich combustion.
以下に、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。 Embodiments of an internal combustion engine control apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
図1は、実施例に係るエンジンの制御装置を備えるエンジンの概略構成図である。本発明に係る内燃機関の制御装置の一例である実施例に係るエンジン10の制御装置1は、例えば、車両(図示省略)に搭載され、車両の走行時の動力源として設けられるエンジン10の運転を制御可能に設けられている。このエンジン10は、圧縮した状態の空気に燃料を供給することにより燃料を燃焼させる、いわゆるディーゼルエンジンとなっており、燃料は、天然ガス等のガス燃料より生成された液体燃料であるGTL(Gas To Liquids)燃料が用いられる。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine including an engine control apparatus according to an embodiment. A control device 1 for an
このエンジン10は、4つの気筒(図示省略)が直列に配設されており、各気筒には、エンジン10の運転時に燃料を燃焼させる燃焼室11が接続されている。また、このエンジン10には、燃焼室11に連通すると共に燃焼室11に吸入される空気が流れる通路である吸気通路15と、燃焼室11で燃料を燃焼させた後、燃焼室11から排出される排気ガスが流れる排気通路16とが接続されている。これらの吸気通路15と排気通路16とは、燃焼室11の数に合わせてそれぞれ4つの通路に分岐しており、分岐した通路が4つの燃焼室11に対応し、燃焼室11に連通してエンジン10に接続されている。
The
また、各燃焼室11には、エンジン10の運転時に燃焼室11に対して燃料を供給可能な燃料供給手段である燃料インジェクタ21が配設されている。この燃料インジェクタ21は、エンジン10の運転時に燃焼室11内に燃料を噴射することにより、燃焼室11に対して燃料を供給可能に設けられている。
Each
このように各燃焼室11に配設される燃料インジェクタ21は、全てコモンレール25に接続されている。また、コモンレール25は、燃料に圧力を付与してコモンレール25に燃料を供給するサプライポンプ26に機関燃料通路31を介して接続されており、サプライポンプ26は、燃料を貯留する燃料貯留手段である燃料タンク35にメイン燃料通路30を介して接続されている。サプライポンプ26と燃料タンク35とを接続するメイン燃料通路30には、燃料に含まれる不純物を除去する燃料フィルタ36が設けられている。
Thus, all the
また、コモンレール25と燃料タンク35とには、コモンレール25に供給された燃料のうち余剰燃料を燃料タンク35に戻す通路であり、一端がコモンレール25に接続され、他端が燃料タンク35に接続された通路であるリターン通路32が接続されている。
The
また、エンジン10は、燃焼室11で吸入する空気を圧縮する過給手段であるターボチャージャ40を備えており、ターボチャージャ40が有するコンプレッサ41は吸気通路15に接続され、ターボチャージャ40が有するタービン42は排気通路16に接続されている。ターボチャージャ40は、タービン42が接続されている排気通路16を流れる排気ガスによってタービン42が作動し、タービン42の作動時の力がコンプレッサ41に伝達されてコンプレッサ41が作動することにより、吸気通路15を流れる空気をコンプレッサ41で圧縮可能に設けられている。
Further, the
ターボチャージャ40のコンプレッサ41が接続される吸気通路15は、吸気通路15を流れる空気の流れ方向におけるコンプレッサ41の下流側に、コンプレッサ41で圧縮した空気を冷却するインタークーラ45が配設されている。さらに、吸気通路15には、インタークーラ45の下流側に、吸気通路15内を開閉可能なスロットルバルブ46が配設されている。また、吸気通路15には、コンプレッサ41の上流側に、吸気通路15を流れる空気の流量を検出可能な吸入空気量検出手段であるエアフロメータ47が設けられている。
The
また、排気通路16には、タービン42の下流側に、エンジン10の運転時に燃焼室11から排出される排気ガスの浄化手段である触媒50が設けられている。この触媒50は、排気ガスに含まれるNOx(窒素酸化物)の吸蔵還元が可能な吸蔵還元型NOx触媒となっており、例えば、公知のNSR(NOx Storage Reduction)触媒やDPNR(Diesel Particulate NOx Reduction)触媒が用いられている。この触媒50には、当該触媒50の温度である触媒床温を検出可能な触媒床温検出手段である触媒床温センサ51が設けられている。
Further, the
これらのように設けられる排気通路16と吸気通路15とには、エンジン10から排出された排気ガスの一部であり、再びエンジン10に吸気させる還流ガスであるEGR(Exhaust Gas Recirculation)ガスが流れる通路であるEGR通路が接続されており、EGR通路は、2種類設けられている。2種類のEGR通路のうち、1種類のEGR通路60は、両端部のうち一方の端部が、排気通路16におけるタービン42の上流側に接続されており、他方の端部が、吸気通路15におけるスロットルバルブ46の下流側に接続されている。これにより、このEGR通路60は、排気通路16を流れる排気ガスの一部をEGRガスとして、排気通路16から吸気通路15に流すことができる。
EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas, which is a part of exhaust gas discharged from the
このように設けられるEGR通路60には、当該EGR通路60を流れるEGRガスを冷却可能な冷却手段であるEGRクーラ62が設けられている。このEGRクーラ62は、車両の運転時にエンジン10を冷却する冷却媒体である冷却水(図示省略)と、EGRガスとの間で熱交換を行うことができるように形成されており、EGRクーラ62を通るEGRガスは、冷却水との間で熱交換を行うことにより温度が低下する。
The
また、このEGR通路60には、EGRクーラ62が設けられている部分と吸気通路15に接続されている部分との間の部分、即ち、EGR通路60における吸気通路15に接続されている部分の近傍に、EGR通路60内の開度を調節可能なEGRバルブ63が配設されている。
The
また、2種類のEGR通路のうち、もう1種類のEGR通路は、触媒50を通過した排気ガスの一部を再びエンジン10に吸気させる還流ガスであるLPL(Low Pressure Loop)−EGRガスが流れる通路であるLPL−EGR通路70となっている。このLPL−EGR通路70は、排気通路16を流れる排気ガスの流れ方向における触媒50の下流を流れる排気ガスを、高温のEGRガスであるLPL−EGRガスとして吸気通路15に流すEGR通路として設けられている。詳しくは、LPL−EGR通路70は、両端部のうち一方の端部が、排気通路16における触媒50の下流側に接続されており、他方の端部が、吸気通路15におけるスロットルバルブ46の下流側に接続されている。これにより、LPL−EGR通路70は、排気通路16に設けられる触媒50を通過した排気ガスの一部をLPL−EGRガスとして、排気通路16から吸気通路15に流すことができる。
Of the two types of EGR passages, another type of EGR passage flows through a low pressure loop (LPL) -EGR gas that is a recirculation gas that causes the
このように設けられるLPL−EGR通路70には、LPL−EGR通路70内の開度を調節可能な還流側LPL−EGRバルブ71が配設されている。また、排気通路16には、LPL−EGR通路70が接続されている部分の下流側に、排気通路16内の開度を調節可能な排気側LPL−EGRバルブ72が配設されている。
In the LPL-
これらの燃料インジェクタ21、サプライポンプ26、スロットルバルブ46、エアフロメータ47、触媒床温センサ51、EGRバルブ63、還流側LPL−EGRバルブ71、排気側LPL−EGRバルブ72は、車両に搭載されると共に車両の各部を制御するECU(Electronic Control Unit)80に接続されている。さらに、ECU80には、車両の運転席に設けられるアクセルペダル75の近傍に設けられ、アクセルペダル75の開度であるアクセル開度を検出可能なアクセル開度検出手段であるアクセル開度センサ76が接続されている。
These
図2は、図1に示すエンジンの制御装置の要部構成図である。ECU80には、処理部81、記憶部100及び入出力部101が設けられており、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。また、ECU80に接続されている燃料インジェクタ21、サプライポンプ26、スロットルバルブ46、エアフロメータ47、触媒床温センサ51、EGRバルブ63、還流側LPL−EGRバルブ71、排気側LPL−EGRバルブ72は、入出力部101に接続されており、入出力部101は、これらの燃料インジェクタ21等との間で信号の入出力を行う。また、記憶部100には、エンジン10を制御するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部100は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ(CD−ROM等のような読み出しのみが可能な記憶媒体)や、RAM(Random Access Memory)のような揮発性のメモリ、或いはこれらの組み合わせにより構成することができる。
FIG. 2 is a configuration diagram of a main part of the engine control apparatus shown in FIG. The
また、処理部81は、メモリ及びCPU(Central Processing Unit)により構成されており、少なくとも、アクセル開度センサ76での検出結果よりアクセルペダル75の開度であるアクセル開度を取得可能なアクセル開度取得手段であるアクセル開度取得部82と、スロットルバルブ46の開閉の制御をすることによりエンジン10の吸入空気量の制御が可能な吸入空気量制御手段であるスロットルバルブ制御部83と、エアフロメータ47での検出結果より運転中のエンジン10の吸入空気量を取得可能な吸入空気量取得手段である吸入空気量取得部84と、燃料インジェクタ21から噴射する燃料の噴射量を制御することによりエンジン10への燃料の供給量を制御可能な燃料供給量制御手段である燃料噴射量制御部85と、EGRバルブ63の開閉の制御を行うことによりEGRガスの流量を制御可能なEGRガス量制御手段であるEGRバルブ制御部86と、を有している。
The processing unit 81 includes a memory and a CPU (Central Processing Unit), and at least an accelerator opening that can acquire an accelerator opening degree that is an opening degree of the
また、処理部81は、触媒50が吸蔵したNOx量を推定する吸蔵NOx量推定手段である吸蔵NOx量推定部87と、触媒床温センサ51での検出結果より触媒床温を取得可能な触媒温度取得手段である触媒床温取得部88と、燃焼室11に供給する空気と燃料との比率である空燃比をリッチにする際における燃料の噴射である燃料リッチ噴射を実行可能な否かを判定するリッチ噴射実行判定手段であるリッチ噴射実行判定部89と、吸蔵NOx量推定部87で推定したNOx量が所定値よりも多い場合には、空燃比における燃料の割合を高くする制御である燃料リッチ噴射の制御を行う燃料割合増加手段である燃料リッチ噴射制御部90と、を有している。
Further, the processing unit 81 is a catalyst capable of acquiring the catalyst bed temperature from the detection result of the storage NOx amount estimation unit 87 which is a storage NOx amount estimation means for estimating the NOx amount stored by the
また、処理部81は、吸蔵NOx量推定部87で推定したNOx量と、燃料リッチ噴射の制御等を行う際に用いるNOx量の閾値とを比較し、推定したNOx量と、NOx量の閾値との大小を判定する吸蔵NOx量判定手段である吸蔵NOx量判定部91と、触媒床温取得部88で取得した触媒床温と、還流側LPL−EGRバルブ71や排気側LPL−EGRバルブ72の制御を行う際に用いる触媒床温の閾値とを比較し、取得した触媒床温と、触媒床温の閾値との大小を判定する触媒床温判定手段である触媒床温判定部92と、還流側LPL−EGRバルブ71及び排気側LPL−EGRバルブ72の開閉の制御を行うことによりLPL−EGR通路70を流れるLPL−EGRガスの流量を調節可能に設けられており、且つ、燃料リッチ噴射制御部90で推定したNOx量が所定値よりも多い場合には、LPL−EGR通路70から吸気通路15に流れるLPL−EGRガスの量を増加させるEGR量調節手段であるLPL−EGRバルブ制御部93と、を有している。
Further, the processing unit 81 compares the NOx amount estimated by the occluded NOx amount estimating unit 87 with the threshold value of the NOx amount used when performing control of the fuel rich injection and the like, and the estimated NOx amount and the threshold value of the NOx amount The NOx storage determination unit 91 is a storage NOx amount determination means for determining the magnitude of the catalyst bed temperature, the catalyst bed temperature acquired by the catalyst bed temperature acquisition unit 88, the reflux side LPL-
ECU80によって制御されるエンジン10の制御は、例えば、触媒床温取得部88等の検出結果に基づいて、処理部81が上記コンピュータプログラムを当該処理部81に組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じて還流側LPL−EGRバルブ71や排気側LPL−EGRバルブ72等を作動させることにより制御する。その際に処理部81は、適宜記憶部100へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、このようにエンジン10を制御する場合には、上記コンピュータプログラムの代わりに、ECU80とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。
The control of the
この実施例に係るエンジン10の制御装置1は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。実施例に係るエンジン10の制御装置1では、エンジン10はGTL燃料により運転可能となっているため、エンジン10を運転に用いる燃料を貯留する燃料タンク35には、GTL燃料を貯留する。
The control device 1 for the
このエンジン10を搭載する車両の走行時には、車両の室内に設けられるアクセルペダル75を足で操作し、アクセルペダル75のストローク量、或いはアクセル開度が、アクセルペダル75の近傍に設けられるアクセル開度センサ76によって検出される。アクセル開度センサ76による検出結果は、ECU80の処理部81が有するアクセル開度取得部82に伝達され、アクセル開度取得部82で取得する。アクセル開度取得部82で取得したアクセル開度は、ECU80の処理部81が有するスロットルバルブ制御部83や燃料噴射量制御部85等の各部に伝達され、エンジン10はアクセル開度に応じて作動する。
When a vehicle equipped with the
例えば、スロットルバルブ制御部83は、アクセル開度取得部82から伝達されたアクセル開度に応じて、スロットルバルブ46の開度を制御する。これにより、吸気通路15にはスロットルバルブ46の開度に応じた空気が流れる。吸気通路15に空気が流れた場合、この空気の流量をエアフロメータ47で検出し、エアフロメータ47での検出結果をECU80の処理部81が有する吸入空気量取得部84で取得する。
For example, the throttle
ここで、吸気通路15には、ターボチャージャ40のコンプレッサ41が接続されている。このコンプレッサ41は、エンジン10から排出される排気ガスによってターボチャージャ40のタービン42が作動した際の力により、作動可能に設けられている。コンプレッサ41が作動した際には、吸気通路15を流れる空気の流れ方向におけるコンプレッサ41の上流側の空気を吸引し、圧縮して下流側に流す。これにより、ターボチャージャ40の作動時におけるコンプレッサ41の下流側の吸気通路15には、大気圧よりも圧力が高くなった空気が流れる。
Here, the compressor 41 of the
圧力が高くなった空気は吸気通路15を流れ、コンプレッサ41の下流側に配設されるインタークーラ45に流れる。空気を圧縮して圧力を高くした場合、温度が上昇するが、インタークーラ45は、インタークーラ45内を流れる圧縮空気とインタークーラ45の周囲を流れる空気との間で熱交換を行うことにより、インタークーラ45内を流れる空気の温度を下げる。これにより、インタークーラ45内を流れる空気の密度が高くなる。
The air whose pressure has increased flows through the
インタークーラ45で冷却され、密度が高くなった空気は、さらに吸気通路15における下流側に流れる。スロットルバルブ46は、このインタークーラ45の下流に配設されており、吸気通路15を流れる空気の流量を調整するスロットルバルブ46は、ターボチャージャ40のコンプレッサ41で圧縮され、インタークーラ45で冷却された後の空気の流量を調整する。スロットルバルブ46で流量を調整した空気は、エンジン10に供給される。即ち、エンジン10は、ターボチャージャ40によって過給した状態で吸気する。
The air cooled by the
また、エンジン10の運転時には、サプライポンプ26が作動し、燃料タンク35内の燃料をコモンレール25に供給する。つまり、サプライポンプ26が作動することにより、燃料タンク35内の燃料がメイン燃料通路30を介してサプライポンプ26に吸引される。その際に、サプライポンプ26に吸引される燃料は、メイン燃料通路30に配設される燃料フィルタ36によって不純物が除去された後、サプライポンプ26に流れる。
Further, when the
サプライポンプ26に吸引された燃料は、サプライポンプ26で圧力が高められ、機関燃料通路31を通ってコモンレール25に供給される。このため、コモンレール25内の燃料は、高圧の状態になっている。また、燃焼室11に配設されている燃料インジェクタ21は、このコモンレール25に接続されているため、燃料インジェクタ21には、コモンレール25から高圧の燃料が供給される。
The fuel sucked into the
このように、高圧の燃料が供給される燃料インジェクタ21は、ECU80の処理部81が有する燃料噴射量制御部85で制御可能になっている。つまり、燃料噴射量制御部85には、アクセル開度取得部82で取得したアクセル開度や吸入空気量取得部84で取得した吸入空気量などの運転状態に関する情報が伝達され、燃料噴射量制御部85は、伝達された運転状態に関する情報に応じて燃料インジェクタ21を制御し、作動させる。これにより、燃料インジェクタ21は、燃料噴射量制御部85での制御に応じた燃料を燃焼室11に噴射する。
Thus, the
具体的には、燃料噴射量制御部85は、エンジン10の圧縮行程で燃焼室11の空気が高圧になった時点で、運転状態に適した量の燃料を燃料インジェクタ21から燃焼室11に噴射させる。燃焼室11に噴射された燃料は、圧縮することにより高温になった空気によって燃焼し、燃焼した後の排気ガスは、排気行程で燃焼室11から排気通路16に排気される。排気通路16に排気された排気ガスは、排気通路16に接続されるターボチャージャ40のタービン42に流れ、ターボチャージャ40を作動させる。
Specifically, the fuel injection amount control unit 85 injects an amount of fuel suitable for the operating state from the
ターボチャージャ40を作動させた後の排気ガスは、さらに排気通路16を流れ、触媒50を通過する。この触媒50は、当該触媒50を通過する排気ガスを、燃焼室11で燃焼させる燃料と空気との割合である空燃比をリッチとリーンとで繰り返し変化させて流すことにより、排気ガス中のNOx(窒素酸化物)を浄化する。
The exhaust gas after operating the
詳しくは、空燃比がストイキやリーンの場合、即ち、排気ガス中に多量の酸素が含まれている場合には、触媒50はNOxを吸蔵する。また、空燃比がリッチの場合、即ち、酸素濃度が低く、さらに、燃料が多いことにより未燃焼の燃料が発生し、この未燃焼の燃料に含まれるHC(炭化水素)やCO(一酸化炭素)などの還元成分が排気ガス中に多量に含まれている場合には、触媒50はNOxをNO2(二酸化窒素)、若しくはNO(一酸化窒素)に還元して放出する。NO2やNOとして放出されたNOxは、排気ガス中のHCやCOと反応することによってさらに還元され、N2(窒素)になる。この場合、HCやCOは、NO2やNOを還元することにより酸化されて、大部分がH2O(水)やCO2(二酸化炭素)になる。触媒50は、このようにして排気ガスを浄化する。
Specifically, when the air-fuel ratio is stoichiometric or lean, that is, when a large amount of oxygen is contained in the exhaust gas, the
触媒50は、このように空燃比を変化させることにより排気ガスを浄化するが、通常の運転時は、運転性能を重視して空燃比をストイキにしたり、燃費を重視して空燃比をリーンにしたりする。この場合、触媒50は排気ガス中のNOxを吸蔵する。空燃比をストイキやリーンにして運転を続けた場合は、触媒50はNOxを吸蔵し続けるため、触媒50が吸蔵するNOx量は増加し続けるが、吸蔵するNOx量が所定量以上になった場合には、空燃比をリッチにする。これにより、触媒50が吸蔵したNOxをN2に還元して大気に放出する。
In this way, the
ここで、通常、空燃比をリッチにする場合には、ECU80の処理部81が有する燃料リッチ噴射制御部90で、燃料インジェクタ21から噴射する燃料の噴射量を増加させたり、スロットルバルブ46の開度を小さくし、EGRバルブ63の開度を大きくしたりする。これにより、燃焼室11に供給される燃料の噴射量が増加したり、燃焼室11が吸入する外気、即ち新気の流量が減少してEGRガスの流量が増加したりするため、エンジン10に吸入させる新気に対する燃料の割合は、通常の運転時の燃料の割合よりも増加する。
Here, normally, when the air-fuel ratio is made rich, the fuel rich injection control unit 90 of the processing unit 81 of the
これに対し、触媒50が吸蔵したNOxを還元することを目的として、空燃比をリッチにする場合には、還流側LPL−EGRバルブ71や排気側LPL−EGRバルブ72を制御し、触媒50を通過した後の排気ガスを、LPL−EGR通路70から吸気通路15に戻し、燃焼室11に吸入させる。具体的には、ECU80の処理部81が有するLPL−EGRバルブ制御部93で還流側LPL−EGRバルブ71と排気側LPL−EGRバルブ72との開度を制御し、排気側LPL−EGRバルブ72の開度を小さくして還流側LPL−EGRバルブ71の開度を大きくする。これにより、触媒50を通過した排気ガスは、大気に放出される量が減少し、LPL−EGR通路70を通って吸気通路に戻る量が増加する。
On the other hand, when the air-fuel ratio is made rich for the purpose of reducing NOx occluded by the
排気ガスが触媒50を通過する場合、排気ガスは触媒50で吸蔵還元などの反応をするため、温度が上昇する。このため、触媒50の通過後、LPL−EGR通路70を通って吸気通路15に還流する排気ガスであるLPL−EGRガスは、温度が高いガスとなっており、空燃比をリッチにする際にLPL−EGRガスを還流させる場合、燃焼室11に吸入されるガスは、高温のガスが吸入されることになる。これにより、燃料の着火性が向上するため、燃焼室11での燃料の燃焼時の温度は、LPL−EGRガスによって上昇する。
When the exhaust gas passes through the
図3は、リッチ燃焼を行う際のHC量の変化を示す説明図である。空燃比をリッチにしてリッチ燃焼を行う場合には、燃料の割合が多いため未燃焼の燃料が発生するが、燃料の燃焼時の温度が、LPL−EGRガスにより上昇した場合、未燃焼の燃料も温度が上昇する。このため、未燃焼の燃料に含まれるHCは、LPL−EGRガスを還流させない場合と比較して高温になる燃焼ガスによって化学変化をし、COに変化する。これにより、排気ガスはHCの量が減少し、COの量が増加する。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing changes in the HC amount when rich combustion is performed. When rich combustion is performed with the air-fuel ratio being rich, unburned fuel is generated because the ratio of fuel is large. However, when the temperature during combustion of the fuel is increased by LPL-EGR gas, unburned fuel is generated. Even the temperature rises. For this reason, HC contained in the unburned fuel undergoes a chemical change due to the combustion gas that is at a higher temperature than when the LPL-EGR gas is not recirculated, and changes to CO. As a result, the amount of HC in the exhaust gas decreases, and the amount of CO increases.
つまり、実施例に係るエンジン10の制御装置1では、リッチ燃焼時にはLPL−EGRガスを還流させるため、図3に示すように、リッチ燃焼を開始した場合には、LPL−EGRガスを還流させることにより減少したHC量であるLPL−EGR時HC量HCiは、従来のエンジンにおける制御のようにLPL−EGRガスを還流させない場合に発生し、触媒50に流れるHC量である従来HC量HChと比較して大幅に減少する。
That is, in the control apparatus 1 for the
図4は、リッチ燃焼を行う際の触媒床温の変化を示す説明図である。排気通路16を流れる排気ガスは、このようにHCが減少してCOが増加した状態で触媒50に流れるが、COはHCと同様に、触媒50に吸蔵されているNOxをN2に還元する。ここで、COが触媒50に吸蔵されているNOxを還元する場合には、HCがNOxを還元する場合と比較して触媒床温が上昇し難くなっている。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing changes in the catalyst bed temperature when rich combustion is performed. The exhaust gas flowing through the
このため、リッチ燃焼を開始し、LPL−EGRガスを還流させることにより触媒50に流れるHC量を低減させた場合、LPL−EGRガスを還流させることにより上昇し難くなっている触媒床温であるLPL−EGR時触媒床温TCiは、従来のエンジンにおける制御のようにLPL−EGRガスを還流させず、HCによってNOxの還元を行う場合における触媒床温である従来触媒床温TChと比較して、大幅に低下する。
For this reason, when the amount of HC flowing through the
また、LPL−EGRバルブ制御部93は、還流側LPL−EGRバルブ71と排気側LPL−EGRバルブ72との開度を制御する際には、ECU80の処理部81が有する触媒床温取得部88で取得した触媒床温に基づいて制御する。つまり、触媒50に流れるHCが多い場合には、触媒床温は上昇し易くなるため、触媒床温取得部88で取得した触媒床温が高い場合には還流側LPL−EGRバルブ71の開度を大きくし、排気側LPL−EGRバルブ72との開度を小さくすることにより、LPL−EGR通路70から吸気通路15に流れるLPL−EGRガスの還流量を増量させる。これにより、燃焼温度が上昇し易くなり、HCがCOに変化し易くなるため、触媒床温の上昇を抑制できる。
In addition, the LPL-EGR valve control unit 93 controls the opening degree of the recirculation side LPL-
これに対し、触媒床温が低い場合には、触媒50が活性化せず、排気ガスの浄化を行い難くなるので、触媒床温取得部88で取得した触媒床温が低めの場合には、還流側LPL−EGRバルブ71の開度を小さくし、排気側LPL−EGRバルブ72との開度を大きくする。これにより、LPL−EGR通路70から吸気通路15に流れるLPL−EGRガスの還流量は減少し、燃焼温度が上昇し難くなるので、触媒50に流れるHCの量が増加し、触媒床温が上昇し易くなる。このため、触媒50は活性化し、排気ガスの浄化を行い易くなる。
On the other hand, when the catalyst bed temperature is low, the
触媒50が吸蔵しているNOxを還元することを目的としてリッチ燃焼を行う際に、LPL−EGRガスを還流させた場合、このようにHC量が減少することにより、触媒床温はあまり上昇せず、適切な温度が維持される。この状態で車両を走行させ、触媒50が吸蔵したNOxを所定量還元したと判定された場合には、リッチ燃焼を終了し、併せてLPL−EGRガスの還流も停止する、或いは、通常のリッチ燃焼時以外の流量で還流させる。
When rich combustion is performed for the purpose of reducing NOx stored in the
図5は、実施例に係るエンジンの制御装置の処理手順を示すフロー図である。次に、実施例に係るエンジン10の制御装置1による制御方法、即ち、当該エンジン10の制御装置1による処理手順について説明する。実施例に係るエンジン10の制御装置1による処理手順では、まず、触媒50に吸蔵されたNOx量(NOx_est)を推定する(ステップST101)。この推定は、ECU80の処理部81が有する吸蔵NOx量推定部87で行う。触媒50に流れるNOxの量は、エンジン10の運転状態、即ち、アクセル開度の状態により変化するが、ECU80の記憶部100には、アクセル開度に対するNOxの排出量を示すマップが予め記憶されている。吸蔵NOx量推定部87は、エンジン10の運転中は、このマップと、アクセル開度取得部82で取得したアクセル開度とに基づいてNOxの排出量を推定し続け、推定したNOxの排出量を、積算し続ける。エンジン10から排出されたNOxは、大部分が触媒50に流れるので、吸蔵NOx量推定部87は、積算したNOxの排出量より、触媒50に吸蔵されたNOx量を推定する。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a processing procedure of the engine control apparatus according to the embodiment. Next, a control method by the control device 1 of the
また、触媒50に流れるNOxの量は、排気ガスが触媒50で反応する際の反応熱によって変化する触媒床温によって推定することができ、ECU80の記憶部100には、触媒床温の変化に対するNOxの吸蔵量を示すマップが予め記憶されている。吸蔵NOx量推定部87は、エンジン10の運転中は、このマップと、触媒床温取得部88で取得した触媒床温とに基づいて触媒50で吸蔵したNOxの吸蔵量を推定し続け、推定したNOxの吸蔵量を、積算し続ける。吸蔵NOx量推定部87は、これらのように、アクセル開度と触媒床温とに基づいて、触媒50に吸蔵されたNOx量(NOx_est)を精度よく推定する。
Further, the amount of NOx flowing through the
次に、触媒50に吸蔵されたNOx量(NOx_est)はNOx量の上限値(NOx_max)より多いか否かを判定する(ステップST102)。この判定は、ECU80の処理部81が有する吸蔵NOx量判定部91で行う。この判定に用いるNOx量の上限値(NOx_max)は、触媒50に吸蔵されたNOxを除去する必要があるか否かの判定に用いる閾値として予め設定され、ECU80の記憶部100に記憶されている。吸蔵NOx量判定部91は、吸蔵NOx量推定部87で推定したNOx量(NOx_est)と、記憶部100に記憶されているNOx量の上限値(NOx_max)とを比較し、(NOx_est>NOx_max)であるか否かを判定する。吸蔵NOx量判定部91での判定により、(NOx_est>NOx_max)はないと判定された場合、即ち、(NOx_est≦NOx_max)であると判定された場合には、この処理手順から抜け出る。
Next, it is determined whether or not the NOx amount (NOx_est) stored in the
これに対し、吸蔵NOx量判定部91での判定(ステップST102)により、(NOx_est>NOx_max)であると判定された場合には、次に、燃料リッチ噴射実行条件が成立したか否かを判定する(ステップST103)。この判定は、ECU80の処理部81が有するリッチ噴射実行判定部89で行う。リッチ噴射実行判定部89は、エンジン10の運転状態を取得し、現在の運転状態が、燃料リッチ噴射が実行可能か否かを判定する。例えば、アクセル開度取得部82で取得したアクセル開度より、運転者が要求しているトルクである要求トルクを推定し、この要求トルクに基づいて、燃料リッチ噴射が実行可能であるか否かを判定する。即ち、要求トルクが大きい場合には、エンジン10はトルクを優先して運転をする必要があるため、このような場合には、リッチ噴射実行判定部89は燃料リッチ噴射が実行可能ではないと判定する。
On the other hand, if it is determined that (NOx_est> NOx_max) by the determination in the storage NOx amount determination unit 91 (step ST102), it is next determined whether or not the fuel rich injection execution condition is satisfied. (Step ST103). This determination is performed by the rich injection
つまり、リッチ噴射実行判定部89は、エンジン10の運転状態が、要求トルクが小さかったり、エンジン10の回転数が低かったりするなど、比較的出力性能が求められていない場合には、燃料リッチ噴射が実行可能であると判定する。なお、この判定に用いる要求トルクや回転数は、燃料リッチ噴射が実行可能であるか否かの判定に用いる閾値として予め設定され、ECU80の記憶部100に記憶されている。リッチ噴射実行判定部89での判定により、燃料リッチ噴射実行条件が成立していないと判定された場合には、この処理手順から抜け出る。
In other words, the rich injection
これに対し、リッチ噴射実行判定部89での判定(ステップST103)により、燃料リッチ噴射実行条件が成立したと判定された場合には、燃料リッチ噴射を開始する(ステップST104)。この燃料リッチ噴射は、ECU80の処理部81が有する燃料リッチ噴射制御部90で行う。
On the other hand, if it is determined by the rich injection execution determination unit 89 (step ST103) that the fuel rich injection execution condition is satisfied, the fuel rich injection is started (step ST104). This fuel-rich injection is performed by the fuel-rich injection control unit 90 included in the processing unit 81 of the
燃料リッチ噴射制御部90は、燃料噴射量制御部85に対して制御信号を送信することにより、燃料噴射量制御部85に対して燃料インジェクタ21から噴射する燃料の噴射量を増加させたり、スロットルバルブ制御部83やLPL−EGRバルブ制御部93に制御信号を送信することにより、スロットルバルブ46の開度を小さくし、且つ、還流側LPL−EGRバルブ71の開度を大きくすると共に排気側LPL−EGRバルブ72の開度を小さくしたりすることにより、エンジン10に吸入させる空気に対する燃料の割合を増加させる制御を行う。なお、このように触媒50に吸蔵されたNOx量(NOx_est)がNOx量の上限値(NOx_max)より多いと判定されることにより(ステップST102)、燃料リッチ噴射を開始する場合には、EGR通路60流れるEGRガスではなく、LPL−EGR通路70を流れるLPL−EGRガスを還流させる。燃料リッチ噴射を開始したら、次に、LPL−EGR量を制御するルーチンを呼び出す(ステップST105)。
The fuel rich injection control unit 90 transmits a control signal to the fuel injection amount control unit 85 to increase the injection amount of fuel injected from the
図6は、LPL−EGR量制御の処理手順を示すフロー図である。LPL−EGR量を制御する場合における処理手順では、まず、触媒床温(Cat_mea)を取得する(ステップST201)。この取得は、ECU80の処理部81が有する触媒床温取得部88で行う。触媒床温取得部88で触媒床温を取得する場合は、触媒床温センサ51で検出した触媒床温が触媒床温取得部88に伝達され、触媒床温センサ51から伝達された検出結果を取得することによって取得する。
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of LPL-EGR amount control. In the processing procedure for controlling the LPL-EGR amount, first, the catalyst bed temperature (Cat_mea) is acquired (step ST201). This acquisition is performed by the catalyst bed temperature acquisition unit 88 included in the processing unit 81 of the
次に、触媒床温取得部88で取得した触媒床温(Cat_mea)は、触媒床温の閾値(Cat_max)より高いか否かを判定する(ステップST202)。この判定は、ECU80の処理部81が有する触媒床温判定部92で行う。ここで、触媒床温は、触媒50に流れるHCの量が多い場合、触媒50が吸蔵しているNOxとHCとの反応が促進され、温度が高くなり易くなっている。つまり、触媒床温が高い場合には、排気ガスにHCが多く含まれていると推定できるため、この場合には、LPL−EGR量を増加させて、HCの量を低下させる。反対に、触媒床温が低い場合には、排気ガスに含まれているHCは少ないと推定できるため、この場合には、LPL−EGR量を減少させ、エンジン10に外気を吸入させることができる。
Next, it is determined whether or not the catalyst bed temperature (Cat_mea) acquired by the catalyst bed temperature acquisition unit 88 is higher than the catalyst bed temperature threshold (Cat_max) (step ST202). This determination is performed by the catalyst bed temperature determination unit 92 included in the processing unit 81 of the
触媒床温判定部92での判定に用いる触媒床温の閾値(Cat_max)は、触媒床温に基づいてLPL−EGR量を変化させる場合に、LPL−EGR量を増加させるか減少させるかの判定の判定に用いる閾値として予め設定され、ECU80の記憶部100に記憶されている。触媒床温判定部92は、触媒床温取得部88で取得した触媒床温(Cat_mea)と、記憶部100に記憶されている触媒床温の閾値(Cat_max)とを比較し、(Cat_mea>Cat_max)であるか否かを判定する。
The threshold (Cat_max) of the catalyst bed temperature used for the determination in the catalyst bed temperature determination unit 92 is a determination whether to increase or decrease the LPL-EGR amount when the LPL-EGR amount is changed based on the catalyst bed temperature. Is set in advance as a threshold value used for the determination, and is stored in the
触媒床温判定部92での判定(ステップST202)により、(Cat_mea>Cat_max)であると判定された場合には、次に、排気側LPL−EGRバルブ72の開度を小さくする(ステップST203)。この制御は、ECU80の処理部81が有するLPL−EGRバルブ制御部93で行う。LPL−EGRバルブ制御部93は、排気側LPL−EGRバルブ72に対して、予め設定された所定の制御量で開度を小さくする制御信号を送信することにより、排気側LPL−EGRバルブ72の開度を小さくする。
If it is determined by the determination at the catalyst bed temperature determination unit 92 (step ST202) that (Cat_mea> Cat_max), the opening degree of the exhaust side LPL-
次に、還流側LPL−EGRバルブ71の開度を大きくする(ステップST204)。この制御は、排気側LPL−EGRバルブ72の開度を小さくする場合と同様に、LPL−EGRバルブ制御部93から還流側LPL−EGRバルブ71に対して、所定の制御量で開度を大きくする制御信号を送信することにより、還流側LPL−EGRバルブ71の開度を大きくする。
Next, the opening degree of the reflux side LPL-
これらに対し、触媒床温判定部92での判定(ステップST202)により、(Cat_mea>Cat_max)ではないと判定された場合、即ち、(Cat_mea≦Cat_max)であると判定された場合には、次に、排気側LPL−EGRバルブ72の開度を大きくする(ステップST205)。即ち、LPL−EGRバルブ制御部93から排気側LPL−EGRバルブ72に対して、所定の制御量で開度を大きくする制御信号を送信することにより、排気側LPL−EGRバルブ72の開度を大きくする。
On the other hand, when it is determined that (Cat_mea> Cat_max) is not satisfied by the determination in the catalyst bed temperature determination unit 92 (step ST202), that is, when it is determined that (Cat_mea ≦ Cat_max), In addition, the opening degree of the exhaust side LPL-
さらに、LPL−EGRバルブ制御部93から還流側LPL−EGRバルブ71に対して、所定の制御量で開度を小さくする制御信号を送信することにより、還流側LPL−EGRバルブ71の開度を小さくする(ステップST206)。これらのように、排気側LPL−EGRバルブ72と還流側LPL−EGRバルブ71との開度の制御を行った後は、このLPL−EGR量を制御するルーチンを抜け出し、元の制御フローに戻る。
Furthermore, the opening degree of the reflux side LPL-
LPL−EGR量を制御するルーチンから、元の制御フローに戻った場合は、触媒50に吸蔵されたNOx量(NOx_est)を吸蔵NOx量推定部87で推定する(ステップST106)。LPL−EGR量を制御した場合には、触媒50に流れる排気ガスの成分が変化するため、触媒床温も変化するが、吸蔵NOx量推定部87では、触媒床温取得部88で取得した触媒床温も用いて触媒50に吸蔵されたNOx量を推定する。このため、LPL−EGR量を制御することにより変化した触媒床温を触媒床温取得部88で取得し、この変化した触媒床温より、触媒50に吸蔵されたNOx量(NOx_est)を推定する。
When the routine for controlling the LPL-EGR amount returns to the original control flow, the NOx amount occluded in the catalyst 50 (NOx_est) is estimated by the occluded NOx amount estimation unit 87 (step ST106). When the LPL-EGR amount is controlled, the exhaust gas component flowing in the
次に、吸蔵NOx量推定部87で推定(ステップST106)した、触媒50に吸蔵されたNOx量(NOx_est)はNOx量の下限値(NOx_min)以下である否かを判定する(ステップST107)。この判定は、触媒50に吸蔵されたNOx量(NOx_est)がNOx量の上限値(NOx_max)より多いか否かを判定(ステップST102)する場合と同様に、吸蔵NOx量判定部91で行う。この判定に用いるNOx量の下限値(NOx_min)は、触媒50に吸蔵されたNOxを除去できたか否かの判定に用いる閾値として予め設定され、ECU80の記憶部100に記憶されている。吸蔵NOx量判定部91は、吸蔵NOx量推定部87で推定したNOx量(NOx_est)と、記憶部100に記憶されているNOx量の下限値(NOx_min)とを比較し、(NOx_est≦NOx_min)であるか否かを判定する。
Next, it is determined whether or not the NOx amount (NOx_est) stored in the
吸蔵NOx量判定部91での判定(ステップST107)により、(NOx_est≦NOx_min)ではないと判定された場合、即ち、(NOx_est>NOx_min)であると判定された場合には、ステップST105に戻り、再びLPL−EGR量を制御するルーチンを呼び出し、還流側LPL−EGRバルブ71や排気側LPL−EGRバルブ72の開度を制御した後、触媒50に吸蔵されたNOx量(NOx_est)を推定する(ステップST106)。以降、吸蔵NOx量判定部91で(NOx_est≦NOx_min)であると判定されるまで、つまり、触媒50に吸蔵されたNOx量(NOx_est)はNOx量の下限値(NOx_min)以下であると判定されるまで、LPL−EGR量を制御するルーチンを呼び出し、還流側LPL−EGRバルブ71と排気側LPL−EGRバルブ72との開度の制御が繰り返される。
When it is determined that (NOx_est ≦ NOx_min) is not satisfied (NOx_est ≦ NOx_min) by the determination in the storage NOx amount determining unit 91 (step ST107), the process returns to step ST105. A routine for controlling the LPL-EGR amount is called again to control the opening degree of the recirculation side LPL-
これに対し、吸蔵NOx量判定部91での判定(ステップST107)により、(NOx_est≦NOx_min)であると判定された場合には、燃料リッチ噴射を終了する(ステップST108)。つまり、燃料リッチ噴射制御部90による燃料リッチ噴射の制御を終了し、燃料噴射量制御部85は、エンジン10の現在の運転状態に適した燃料を燃料インジェクタ21に噴射させ、スロットルバルブ制御部83は、スロットルバルブ46の開度を、エンジン10の現在の運転状態に適した開度にする。
On the other hand, when it is determined that (NOx_est ≦ NOx_min) is determined by the stored NOx amount determining unit 91 (step ST107), the fuel rich injection is ended (step ST108). That is, the control of the fuel rich injection by the fuel rich injection control unit 90 is finished, and the fuel injection amount control unit 85 causes the
次に、LPL−EGRバルブを初期値に戻す(ステップST109)。つまり、LPL−EGRバルブ制御部93で開度を調節した還流側LPL−EGRバルブ71や排気側LPL−EGRバルブ72の開度を、再びLPL−EGRバルブ制御部93で調節し、燃料リッチ噴射を行わない場合における開度である初期値に戻す。このようにLPL−EGRバルブを初期値に戻したら、この処理手順から抜け出る。
Next, the LPL-EGR valve is returned to the initial value (step ST109). That is, the opening degree of the recirculation side LPL-
以上のエンジン10の制御装置1は、吸蔵NOx量推定部87で推定した、触媒50に吸蔵されたNOx量(NOx_est)が、NOx量の上限値(NOx_max)より多いと吸蔵NOx量判定部91で判定した場合には、燃料リッチ噴射制御部90によって燃料リッチ噴射を行うことにより触媒50に吸蔵されたNOxの除去を行い、また、燃料リッチ噴射を行う場合には、LPL−EGR通路70から吸気通路15に流れる排気ガスであるLPL−EGRガスの量を増加させる。LPL−EGR通路70を流れるLPL−EGRガスは、触媒50を通過する際に触媒50で吸蔵還元の反応を行うことにより高温になった排気ガスとなっているため、このように燃料リッチ噴射を行う際にLPL−EGR通路70から吸気通路15に流れるLPL−EGRガスの量を増加させることにより、燃焼室11に高温のLPL−EGRガスを多く流すことができ、燃焼室11で燃料を燃焼させる際の温度を高くすることができる。これにより、燃料リッチ噴射を行うことによって燃焼室11でリッチ燃焼を行い、このリッチ燃焼によって未燃焼の燃料が多く発生してHCが排気ガスに多く含まれる状況になる場合でも、高温となった燃焼温度によって、HCはCOに変化し易くなる。触媒50にCOが流れた場合には、HCが触媒50に流れる場合と同様に触媒50が吸蔵しているNOxの還元を行うことができ、また、HCでNOxの還元を行う場合よりも還元反応時の温度が低くなるので、触媒50の温度が上昇し過ぎることを抑制できる。これにより、触媒50の温度を、排気ガスを浄化する際における適切な温度に維持することができ、排気ガスの浄化を行い続けることができる。
When the NOx amount occluded in the catalyst 50 (NOx_est) estimated by the occlusion NOx amount estimation unit 87 is larger than the upper limit value (NOx_max) of the NOx amount, the control device 1 of the
図7は、実施例に係るエンジンの制御装置でリッチ燃焼を行った場合における空燃比の説明図である。図8は、実施例に係るエンジンの制御装置でリッチ燃焼を行った場合におけるHC量の説明図である。つまり、実施例に係るエンジン10の制御装置1では、触媒50に吸蔵されたNOxを除去する場合には、燃料リッチ噴射を行うため、排気ガス中の酸素量は低減するが、LPL−EGRガスを吸気通路15に流した場合でも、排気ガス中の酸素量は変化しない。このため、実施例に係るエンジン10の制御装置1においてLPL−EGRガスを吸気通路15に流す場合における触媒50の入り口での空燃比であるLPL−EGR時空燃比AFiは、従来のエンジンのようにLPL−EGRガスを吸気通路15に流さないで燃料リッチ噴射を行う場合における触媒50の入り口での空燃比である従来空燃比AFhと同等になる。つまり、燃料リッチ噴射を行った場合には、図7に示すように、LPL−EGR時空燃比AFi、従来空燃比AFh共に、空燃比をストイキにした場合と比較して小さくなる。
FIG. 7 is an explanatory diagram of the air-fuel ratio when rich combustion is performed by the engine control apparatus according to the embodiment. FIG. 8 is an explanatory diagram of the HC amount when the rich combustion is performed by the engine control apparatus according to the embodiment. That is, in the control apparatus 1 for the
一方、燃料リッチ噴射を実行している場合に、LPL−EGRガスを吸気通路15に流した場合には、排気ガス中のHC量は減少するので、図8に示すように、LPL−EGRガスを吸気通路15に流す場合におけるHC量であるLPL−EGR時HC量HCiは、従来のエンジンのようにLPL−EGRガスを吸気通路15に流さない場合におけるHC量である従来HC量HChよりも少なくなる。このように、燃料リッチ噴射の実行中にLPL−EGRガスを吸気通路15に流した場合には、排気ガス中のHC量は、LPL−EGR時HC量HCiと従来HC量HChとの差Dの分だけ減少し、この差Dに対応するHCによるNOxの還元時に発生する熱と、COによるNOxの還元時に発生する熱との差の分だけ、触媒50は温度が上昇し難くなる。これらにより、触媒50の温度が上昇し過ぎることを抑制でき、触媒50の温度を、排気ガスを浄化する際における適切な温度に維持し、排気ガスの浄化を行い続けることができる。
On the other hand, when the fuel rich injection is being performed and the LPL-EGR gas is caused to flow into the
また、燃料リッチ噴射の実行中に、触媒床温取得部88で取得した触媒床温(Cat_mea)が、触媒床温の閾値(Cat_max)より高いと触媒床温判定部92で判定された場合には、LPL−EGRバルブ制御部93で還流側LPL−EGRバルブ71及び排気側LPL−EGRバルブ72の開度を調節することにより、LPL−EGR通路70から吸気通路15に流れるLPL−EGRガスを増量している。これにより、リッチ燃焼により発生するHCを、より確実にCOに変化させることができる。つまり、燃料リッチ噴射を実行することによってリッチ燃焼を行う際には、排気ガス中にHCが多く含まれ易くなり、触媒50はこのHCによって温度が上昇し易くなるため、触媒床温が高い場合には、HCが多く発生していると推定することができる。このため、触媒床温に基づいてLPL−EGR通路70から吸気通路15に流れるLPL−EGRガスの量を調節し、燃料リッチ噴射の実行中に触媒床温(Cat_mea)が触媒床温の閾値(Cat_max)より高いと判定された場合には、LPL−EGR通路70から吸気通路15に流れるLPL−EGRガスの量を増加させることにより、多く発生していると推定できるHCをCOに変化させることができる。これにより、リッチ燃焼により発生するHCを、より確実にCOに変化させることができるため、触媒50の温度の上昇をより確実に抑制し、触媒50の温度を、排気ガスを浄化する際における適切な温度に維持することができる。これらの結果、触媒50が吸蔵したNOxをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を抑制することができる。
Further, when the catalyst bed temperature determination unit 92 determines that the catalyst bed temperature (Cat_mea) acquired by the catalyst bed temperature acquisition unit 88 is higher than the catalyst bed temperature threshold (Cat_max) during execution of the fuel rich injection. The LPL-EGR valve control section 93 adjusts the opening degree of the recirculation side LPL-
また、燃料リッチ噴射の実行中に触媒床温取得部88で取得した触媒床温(Cat_mea)が、触媒床温の閾値(Cat_max)以下であると触媒床温判定部92で判定された場合には、LPL−EGRバルブ制御部93で還流側LPL−EGRバルブ71及び排気側LPL−EGRバルブ72の開度を調節することにより、LPL−EGR通路70から吸気通路15に流れるLPL−EGRガスの量を減少させている。これにより、LPL−EGR通路70から吸気通路15に高温のLPL−EGRガスを流すことによって触媒50の温度が低くなり過ぎ、排気ガスの浄化を行い難くなることを抑制できる。
Further, when the catalyst bed temperature determination unit 92 determines that the catalyst bed temperature (Cat_mea) acquired by the catalyst bed temperature acquisition unit 88 during execution of the fuel rich injection is equal to or less than the catalyst bed temperature threshold (Cat_max). Of the LPL-EGR gas flowing from the LPL-
つまり、触媒50は所定の温度範囲の場合に活性化し、NOxの吸蔵還元を行うなど排気ガスの浄化を行うことができるので、触媒50の温度が低くなり過ぎて活性温度を下回った場合には、触媒50は排気ガスの浄化を行い難くなる。このため、リッチ燃焼の制御中に触媒50の温度が所定の温度以下になった場合には、LPL−EGR通路70から吸気通路15に流れるLPL−EGRガスの量を減少させることにより、リッチ燃焼により多く発生するHCをCOに変化させる割合を低減させることができ、触媒50に流れるHCの量を増加させることができる。これにより、触媒50で吸蔵しているNOxをHCによって還元する割合が高くなるので、この還元反応時の熱によって触媒50の温度を高くすることができる。従って、LPL−EGR通路70から吸気通路15に流れる高温のLPL−EGRガスによってHCをCOに変化させる場合に、触媒50の温度が低下し過ぎて排気ガスの浄化を行い難くなることを抑制でき、より確実に触媒50で排気ガスの浄化を行うことができる。この結果、触媒50が吸蔵したNOxをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を、より確実に抑制することができる。
That is, the
また、触媒50に吸蔵されたNOx量が、NOx量の上限値より多い場合には、LPL−EGRガスを還流させながら燃料リッチ噴射を行い、COによってNOxを除去するので、触媒50に吸蔵されたNOx量を除去する場合に、エミッションを考慮することなく除去することができる。これにより、NOxの浄化率が向上するので、触媒50にNOxが堆積することに起因して、排気ガスが触媒50を通過する際における抵抗が増加することを抑制できる。これにより、排気抵抗が低減するので、燃費の向上を図ることができる。
Further, when the NOx amount occluded in the
また、エンジン10を運転させる燃料として、GTL燃料を用いているので、リッチ燃焼時に触媒50の温度が上昇し過ぎることを、より確実に抑制できる。つまり、GTL燃料は、リッチ燃焼時に燃焼温度を高くした場合、軽油と比較してHCがCOに変化し易くなっているため、より確実に触媒50の温度が上昇し過ぎることを抑制できる。これにより、リッチ燃焼時における触媒50の温度を、排気ガスを浄化するための適切な温度に維持することができる。この結果、触媒50が吸蔵したNOxをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を、より確実に抑制することができる。
Further, since the GTL fuel is used as the fuel for operating the
なお、実施例に係るエンジン10の制御装置1では、LPL−EGR量を制御する場合には、還流側LPL−EGRバルブ71と排気側LPL−EGRバルブ72との開度を予め定められた制御量で制御するが(ステップST203〜ST206)、この制御量は、一定値として予め設定してもよく、または、触媒床温取得部88で取得した触媒床温(Cat_mea)と触媒床温の閾値(Cat_max)との差が大きくなるに従って、制御量が大きくなるように設定してもよい。制御量を一定値にした場合には、還流側LPL−EGRバルブ71と排気側LPL−EGRバルブ72との開度の制御を容易に行うことができる。また、触媒床温取得部88で取得した触媒床温(Cat_mea)と触媒床温の閾値(Cat_max)との差が大きくなるに従って制御量が大きくなるように設定した場合には、触媒床温が所望の温度から大きく離れている場合でも、早急に触媒床温を所望の温度に近づけることができ、触媒床温を、より確実に所望の温度に維持することができる。
In the control device 1 for the
また、実施例に係るエンジン10の制御装置1では、還流させる排気ガスが流れる通路としてEGR通路60とLPL−EGR通路70とを設け、運転状況に応じて使い分けているが、還流させる排気ガスが流れる通路は、LPL−EGR通路70のみでもよい。触媒50に吸蔵されたNOxを除去するためにリッチ燃焼を行い、その際における触媒50の温度が上昇することを抑制する場合には、LPL−EGRガスを還流させることより抑制できるので、還流させる排気ガスが流れる通路としては、少なくともLPL−EGR通路70が設けられていればよい。
Further, in the control device 1 for the
また、実施例に係るエンジン10の制御装置1では、燃料はGTL燃料が用いられているが、燃料はGTL燃料以外のものでもよく、例えば、軽油を用いてもよい。燃料は、リッチ燃料を行った場合にはHCを発生すると共にLPL−EGRガスを還流させた際には、HCがCOに変化して排気通路16に流れる燃料であれば、その種類は問わない。
Further, in the control device 1 for the
以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸蔵還元型NOx触媒を有する内燃機関に有用であり、特に、リッチ燃焼を行うことにより、触媒が吸蔵したNOxを還元させる制御を行う内燃機関に適している。 As described above, the control device for an internal combustion engine according to the present invention is useful for an internal combustion engine having a storage reduction type NOx catalyst, and in particular, performs control to reduce NOx stored by the catalyst by performing rich combustion. Suitable for internal combustion engines.
1 制御装置
10 エンジン
11 燃焼室
15 吸気通路
16 排気通路
21 燃料インジェクタ
35 燃料タンク
40 ターボチャージャ
46 スロットルバルブ
50 触媒
51 触媒床温センサ
60 EGR通路
70 LPL−EGR通路
71 還流側LPL−EGRバルブ
72 排気側LPL−EGRバルブ
75 アクセルペダル
80 ECU
81 処理部
82 アクセル開度取得部
83 スロットルバルブ制御部
84 吸入空気量取得部
85 燃料噴射量制御部
86 EGRバルブ制御部
87 吸蔵NOx量推定部
88 触媒床温取得部
89 リッチ噴射実行判定部
90 燃料リッチ噴射制御部
91 吸蔵NOx量判定部
92 触媒床温判定部
93 LPL−EGRバルブ制御部
100 記憶部
101 入出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 81 Processing part 82 Accelerator opening
Claims (3)
前記触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、
前記排気ガスの流れ方向における前記触媒の下流を流れる前記排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に流す通路であるEGR通路と、
前記触媒が吸蔵したNOx量を推定する吸蔵NOx量推定手段と、
前記吸蔵NOx量推定手段で推定したNOx量が所定値よりも多い場合には、前記燃焼室に供給する空気と前記燃料との比率である空燃比における前記燃料の割合を高くする制御を行う燃料割合増加手段と、
前記EGR通路を流れる前記排気ガスの流量を調節可能に設けられており、且つ、前記燃料割合増加手段で前記空燃比における前記燃料の割合を高くする制御を行う場合には、前記EGR通路から前記吸気通路に流れる前記排気ガスの量を増加させると共に、前記触媒温度取得手段で取得した前記触媒の温度が所定の温度より高い場合には、前記EGR通路から前記吸気通路に流れる前記排気ガスの量を増量するEGR量調節手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。 A catalyst that occludes and reduces NOx contained in exhaust gas discharged from a combustion chamber that burns fuel during operation of the internal combustion engine;
Catalyst temperature acquisition means for acquiring the temperature of the catalyst;
An EGR passage which is a passage through which the exhaust gas flowing downstream of the catalyst in the flow direction of the exhaust gas flows into the intake passage of the internal combustion engine;
Occluded NOx amount estimating means for estimating the NOx amount occluded by the catalyst;
When the NOx amount estimated by the stored NOx amount estimating means is larger than a predetermined value, the fuel is controlled to increase the ratio of the fuel in the air-fuel ratio that is the ratio of the air supplied to the combustion chamber and the fuel. A rate increase means,
When the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR passage is adjustable and the control to increase the fuel ratio in the air-fuel ratio is performed by the fuel ratio increasing means, When the amount of the exhaust gas flowing into the intake passage is increased and the temperature of the catalyst acquired by the catalyst temperature acquisition means is higher than a predetermined temperature, the amount of the exhaust gas flowing from the EGR passage to the intake passage EGR amount adjusting means for increasing the amount,
A control device for an internal combustion engine, comprising:
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