JP2011220260A - Engine control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排ガス中の粒子状物質(PM)を捕集するパティキュレートフィルタを有するエンジンを制御するエンジン制御装置に関し、特にパティキュレートフィルタに捕集されたPMの燃焼を確実に行うことができるものに関する。 The present invention relates to an engine control device that controls an engine having a particulate filter that collects particulate matter (PM) in exhaust gas, and in particular, can reliably burn PM collected in the particulate filter. About things.
自動車用のディーゼルエンジンには、燃焼時に発生するスート(煤)等の粒子状物質(PM)を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)が設けられる。このようなDPFにおいて、特にいわゆる目封じ型のフィルタエレメントを用いるクローズドタイプの場合には、PMの堆積量が増加すると性能が著しく低下する。これに対し、エンジンの燃料噴射制御において排気バルブの開弁直前又は開弁時にポスト噴射を行うことによって、DPF表面に堆積したPMを高温で燃焼(酸化)処理する再生制御を行うことが知られている。 A diesel engine for automobiles is provided with a diesel particulate filter (DPF) that collects particulate matter (PM) such as soot generated during combustion. In such a DPF, in particular, in the case of a closed type using a so-called plug-type filter element, the performance is remarkably lowered when the amount of accumulated PM increases. On the other hand, it is known to perform regeneration control in which PM deposited on the surface of the DPF is burned (oxidized) at a high temperature by performing post-injection immediately before or when the exhaust valve is opened in fuel injection control of the engine. ing.
このようなDPFの再生制御に関する従来技術として、例えば特許文献1には、DPFの温度がPMの燃焼に必要な温度に達するまでは、リッチ運転を行って排ガス中の酸素濃度を低下させるとともに、ポスト噴射によって排ガスの温度を高め、DPFを高温とした後にリーン運転に切り換えてPMを一気に燃焼させることが記載されている。 As a prior art related to such DPF regeneration control, for example, in Patent Document 1, until the temperature of the DPF reaches a temperature necessary for PM combustion, a rich operation is performed to reduce the oxygen concentration in the exhaust gas, It is described that the temperature of exhaust gas is increased by post-injection, the DPF is set to a high temperature, and then the lean operation is switched to burn PM at a stroke.
しかし、例えば全開走行などの高負荷時(燃料リッチ時)や、大気圧が低い高地走行時には、エンジンの排ガス中に含まれる酸素の量は通常の運転状態に対して低下してしまう。
このような場合には、エンジン制御としてはPMを燃焼するためにリーン運転を意図したとしても、実際にはDPFに流入する排ガス中の酸素が不足して、PMの燃焼に必要な酸素量が確保できず、未燃のPMがDPFに残ってしまうことが懸念される。
本発明の課題は、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の燃焼を確実に行うことができるエンジン制御装置を提供することである。
However, the amount of oxygen contained in the exhaust gas of the engine decreases with respect to the normal operating state during high loads such as when the vehicle is fully open (when the fuel is rich) or during high altitude travel where the atmospheric pressure is low.
In such a case, even if a lean operation is intended to burn PM as engine control, oxygen in the exhaust gas flowing into the DPF is actually insufficient, and the amount of oxygen necessary for PM combustion There is a concern that unburned PM may remain in the DPF.
The subject of this invention is providing the engine control apparatus which can perform reliably combustion of the particulate matter trapped by the particulate filter.
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項1の発明は、排ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを有するエンジンを制御するエンジン制御装置であって、前記パティキュレートフィルタに流入する前記排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段と、前記パティキュレートフィルタに流入する前記排ガス中の酸素量を検出する酸素量検出手段と、前記パティキュレートフィルタの再生要否を判定する再生要否判定手段とを備え、前記パティキュレートフィルタの再生が必要と判定された場合に、前記排ガスの温度を通常運転時に対して高温とする通常再生モードと、前記通常再生モードに対して前記排ガス中に含まれる酸素量を増加させた燃焼促進モードとを、前記排ガス温度検出手段及び前記酸素量検出手段の出力に基づいて切り換えることを特徴とするエンジン制御装置である。
これによれば、粒子状物質の燃焼に必要な酸素が不足する場合には酸素量を増加させた燃焼促進モードを実行することによって、粒子状物質を確実に燃焼させてパティキュレートフィルタを良好に再生することができる。また、排ガスが低温の場合には通常再生モードを実行することによって、パティキュレートフィルタの入口温度を確実に向上し、粒子状物質を確実に着火させることができる。
The present invention solves the above-described problems by the following means.
The invention of claim 1 is an engine control device for controlling an engine having a particulate filter that collects particulate matter in exhaust gas, and detects the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter. Means for detecting the amount of oxygen in the exhaust gas flowing into the particulate filter, and a regeneration necessity judging means for judging whether or not the particulate filter needs to be regenerated. When it is determined that regeneration is necessary, a normal regeneration mode in which the temperature of the exhaust gas is higher than that during normal operation, and a combustion promotion mode in which the amount of oxygen contained in the exhaust gas is increased with respect to the normal regeneration mode Are switched based on the outputs of the exhaust gas temperature detecting means and the oxygen amount detecting means. It is an engine control unit.
According to this, when oxygen necessary for the combustion of the particulate matter is insufficient, the particulate matter is surely burned by performing the combustion promotion mode in which the amount of oxygen is increased, and the particulate filter is improved. Can be played. In addition, when the exhaust gas is at a low temperature, by executing the normal regeneration mode, the inlet temperature of the particulate filter can be reliably improved, and the particulate matter can be reliably ignited.
請求項2の発明は、前記エンジンの吸入空気量を調節するスロットルバルブと、前記エンジンの排ガスによって駆動されタービン入口部に可変ノズルが設けられたターボチャージャとを備え、前記通常再生モードにおいて、前記排ガスの温度を向上させる複数回のポスト燃料噴射を実行するとともに、通常運転時に対して前記スロットルバルブを閉じかつ前記ターボチャージャの可変ノズルを開くことを特徴とする請求項1に記載のエンジン制御装置である。
これによれば、複数回のポスト燃料噴射によってパティキュレートフィルタに入る排ガスの温度を向上させ、さらに、スロットルバルブを閉じかつターボチャージャの可変ノズルを開いて排ガスの流量を減少させることによって、パティキュレートフィルタの温度を確実に向上させ、粒子状物質を良好に着火させることができる。
The invention of claim 2 includes a throttle valve that adjusts an intake air amount of the engine, and a turbocharger that is driven by exhaust gas of the engine and is provided with a variable nozzle at a turbine inlet, and in the normal regeneration mode, 2. The engine control device according to claim 1, wherein a plurality of post fuel injections for improving the temperature of the exhaust gas are executed, the throttle valve is closed and the variable nozzle of the turbocharger is opened during normal operation. It is.
According to this, the temperature of the exhaust gas entering the particulate filter is improved by a plurality of post fuel injections, and further, the throttle valve is closed and the variable nozzle of the turbocharger is opened to reduce the flow rate of the exhaust gas. The temperature of the filter can be reliably improved and the particulate matter can be ignited satisfactorily.
請求項3の発明は、前記燃焼促進モードにおいて、前記ポスト燃料噴射の回数又は燃料噴射量を低下させるとともに、前記通常再生モードに対して前記スロットルバルブを開きかつ前記ターボチャージャの可変ノズルを閉じることを特徴とする請求項2に記載のエンジン制御装置である。
これによれば、ポスト燃料噴射の噴射回数低下又は噴射量低減によって、燃料の燃焼に費やされる酸素量を低減し、さらに、スロットルバルブを開きターボチャージャの可変ノズルを閉じて排ガスの流量を増やすことによって、パティキュレートフィルタへの酸素供給量を増やし、酸素不足による粒子状物質の燃焼不良を防止することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the combustion promotion mode, the number of post fuel injections or the fuel injection amount is reduced, and the throttle valve is opened and the variable nozzle of the turbocharger is closed with respect to the normal regeneration mode. The engine control device according to claim 2.
According to this, by reducing the number of post fuel injections or reducing the injection amount, the amount of oxygen consumed for fuel combustion is reduced, and furthermore, the throttle valve is opened and the variable nozzle of the turbocharger is closed to increase the exhaust gas flow rate. Therefore, it is possible to increase the amount of oxygen supplied to the particulate filter, and to prevent defective combustion of particulate matter due to lack of oxygen.
請求項4の発明は、前記パティキュレートフィルタの再生が必要と判定された場合に、前記排ガス中の酸素量が所定値以上である場合には前記通常再生モードを実行することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のエンジン制御装置である。
これによれば、通常再生モードにおいて粒子状物質の燃焼に必要な酸素が不足することがなく、パティキュレートフィルタの再生を確実かつ良好に行うことができる。
According to a fourth aspect of the present invention, when it is determined that regeneration of the particulate filter is necessary, the normal regeneration mode is executed when the amount of oxygen in the exhaust gas is equal to or greater than a predetermined value. The engine control device according to any one of claims 1 to 3.
According to this, in the normal regeneration mode, oxygen necessary for the combustion of the particulate matter is not deficient, and the particulate filter can be regenerated reliably and satisfactorily.
請求項5の発明は、前記パティキュレートフィルタの再生が必要と判定された場合に、前記排ガスの温度が所定値未満である場合には前記通常再生モードを実行することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のエンジン制御装置である。
これによれば、排ガスの温度が低い場合には通常再生モードによって排ガス温度を高めることから、排ガスの温度が低い状態で燃焼促進モードが実行され粒子状物質の燃焼状態が悪化することを防止できる。
According to a fifth aspect of the present invention, when it is determined that regeneration of the particulate filter is necessary, the normal regeneration mode is executed when the temperature of the exhaust gas is less than a predetermined value. The engine control device according to any one of claims 1 to 4.
According to this, when the temperature of the exhaust gas is low, the exhaust gas temperature is increased by the normal regeneration mode, so that it is possible to prevent the combustion acceleration mode from being executed in a state where the temperature of the exhaust gas is low and the combustion state of the particulate matter being deteriorated. .
請求項6の発明は、前記パティキュレートフィルタの再生が必要と判定された場合に、前記排ガス中の酸素量が所定値未満でありかつ前記排ガスの温度が所定値以上である場合には前記燃焼促進モードを実行することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のエンジン制御装置である。
これによれば、燃焼促進モードの実行により、粒子状物質燃焼用の酸素不足を解消し、パティキュレートフィルタを良好に再生することができる。
According to a sixth aspect of the present invention, when it is determined that regeneration of the particulate filter is necessary, the combustion is performed when the amount of oxygen in the exhaust gas is less than a predetermined value and the temperature of the exhaust gas is not less than a predetermined value. The engine control device according to any one of claims 1 to 3, wherein an acceleration mode is executed.
According to this, by executing the combustion promotion mode, oxygen shortage for particulate matter combustion can be solved, and the particulate filter can be regenerated well.
本発明によれば、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の燃焼を確実に行うことができるエンジン制御装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the engine control apparatus which can perform combustion of the particulate matter collected by the particulate filter reliably can be provided.
本発明は、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の燃焼を確実に行うことができるエンジン制御装置を提供する課題を、DPF再生時に、排ガス中の酸素濃度が低く排ガス温度が高い場合には、DPFへの酸素供給量を増やすPM燃焼促進モードを実行することによって解決した。 An object of the present invention is to provide an engine control device capable of reliably burning particulate matter collected by a particulate filter when the oxygen concentration in the exhaust gas is low and the exhaust gas temperature is high during DPF regeneration. Has been solved by executing the PM combustion promotion mode for increasing the oxygen supply amount to the DPF.
以下、本発明を適用したエンジン制御装置の実施例について説明する。
図1は、エンジンのシステム構成を示す模式図である。
エンジン10は、ターボチャージャ20、インテークシステム30、エキゾーストシステム40、燃料供給装置50、EGR装置60、酸化触媒(DOC)70、ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)80、エンジン制御ユニット(ECU100)等を備えて構成されている。
Embodiments of an engine control apparatus to which the present invention is applied will be described below.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a system configuration of an engine.
The
エンジン10は、例えば、乗用車等の自動車の走行用動力源として用いられる4ストロークのディーゼルエンジンである。
エンジン10は、クランクシャフト11、ピストン12、シリンダブロック13、ヘッド14、燃焼室15、グロープラグ16、グローコントローラ17等を備えて構成されている。
クランクシャフト11は、エンジン10の出力軸である。
ピストン12は、シリンダ内を往復運動し、コンロッドを介して燃焼圧力をクランクシャフト11に伝達する部材である。
シリンダブロック13は、ピストン12が収容されるシリンダ部及びクランクシャフト11が回転可能に支持されるクランクケース部を一体に形成したものである。
ヘッド14は、シリンダブロック13のピストン12の冠側の端部に設けられ、吸気ポート、排気ポート及びこれらに設けられた吸気バルブ及び排気バルブを開閉する動弁駆動機構等を備えている。
燃焼室15は、ピストン12の冠面とヘッド14のこれに対向する部分との間に形成されている。
グロープラグ16は、先端部が燃焼室15内に露出した状態でヘッド14に設けられた予備加熱装置である。
グローコントローラ17は、ECU100の制御に応じてグロープラグ16への通電量を制御するものである。
The
The
The
The
The
The head 14 is provided at the crown-side end of the
The
The
The
ターボチャージャ20は、エンジン10の排ガス(既燃ガス)のエネルギを用いて、エンジン10が吸入する燃焼用空気(新気)を圧縮するものである。
ターボチャージャ20は、コンプレッサ21、タービン22、アクチュエータ23、負圧制御弁24等を備えている。
コンプレッサ21は、燃焼用空気を圧縮する遠心型圧縮機である。
タービン22は、コンプレッサ21と同軸に設けられ、エンジン10の排ガスによって駆動されるとともに、コンプレッサ21を駆動するものである。タービン22は、タービンホイールの周囲のノズルに設けられる可動式のべーンによってノズルを開閉し、ジオメトリを連続的に変更可能な可変ジオメトリ式のものである。
アクチュエータ23は、タービン22の可動ベーンを駆動する負圧式のアクチュエータである。
負圧制御弁24は、図示しない負圧源からの負圧を、ECU100の制御に従ってアクチュエータ23に導入する電磁弁である。
The
The
The
The
The actuator 23 is a negative pressure type actuator that drives a movable vane of the
The negative
インテークシステム30は、エンジン10に燃焼用空気を導入するものである。
インテークシステム30は、インテークダクト31、エアクリーナ32、エアフローメータ33、インタークーラ34、スロットルバルブ35、アクチュエータ36、インテークチャンバ37、吸気圧センサ38、インテークマニホールド39等を備えて構成されている。
The
The
インテークダクト31は、大気から燃焼用空気を導入し、ターボチャージャ20のコンプレッサ21を経由してエンジン10に供給する空気流路である。
エアクリーナ32は、空気を濾過して埃等を除去するフィルタエレメントを備えている。エアクリーナ32を通過した空気はターボチャージャ20のコンプレッサ21に導入され、圧縮される。
エアフローメータ33は、エアクリーナ32の出口部に設けられ、空気流量を検出するセンサを備えている。また、エアフローメータ33には、吸気温度を検出する吸気温度センサが内蔵されている。
The
The
The
インタークーラ34は、ターボチャージャ20のコンプレッサ21を出た空気を、走行風との熱交換によって冷却する熱交換器である。
スロットルバルブ35は、インタークーラ34の下流側に設けられ、エンジン10の吸入空気量を調節するものである。
アクチュエータ36は、ECU100からの制御信号に応じてスロットルバルブ35を開閉駆動するものである。
インテークチャンバ37は、スロットルバルブ35を通過した空気が導入される空気室であって、インテークマニホールド39を介してエンジン10の吸気ポートに接続されている。
吸気圧センサ38は、インテークチャンバ37に設けられ、エンジン10の吸気圧力と実質的に等しいインテークチャンバ37内の圧力を検出するものである。
インテークマニホールド39は、インテークチャンバ37からエンジン10の各気筒の吸気ポートに空気を導入する分岐管路である。
The
The
The
The
The
The
エキゾーストシステム40は、エキゾーストマニホールド41、エキゾーストパイプ42等を備えて構成されている。
エキゾーストマニホールド41は、エンジン10の各気筒の排気ポートから排出される排ガスを集合させてターボチャージャ20のタービン22に導入する管路である。
エキゾーストパイプ42は、タービン22から出た排気を車外に排出する管路である。エキゾーストパイプ42には、DOC70、DPF80等の排ガス後処理装置が設けられている。
The
The
The
燃料供給装置50は、エンジン10の燃焼室15内に燃料を供給するものである。燃料供給装置50は、サプライポンプ51、吸入調量電磁弁52、燃料温度センサ53、コモンレール54、燃圧センサ55、インジェクタ56等を備えたコモンレール式の高圧燃料噴射装置である。
The
サプライポンプ51は、例えばインナカム式の圧送系を備え、燃料である軽油を加圧してコモンレール54に供給するものである。
吸入調量電磁弁52は、サプライポンプ51の燃料の吸入量を調整するものであって、ECU100からの制御信号に応じて駆動される。
燃料温度センサ53は、サプライポンプ51における燃料の温度を検出するものである。
The
The intake
The
コモンレール54は、サプライポンプ51が吐出した高圧の燃料を貯留する蓄圧器である。
燃圧センサ55は、コモンレール54内の燃料の圧力(燃圧)を検出するものである。上述した吸入調量電磁弁52は、燃圧センサ55の出力を用いたフィードバック制御により、燃圧が例えばエンジン回転数及び負荷に応じて設定される所定の目標値となるようにその開度を調節される。
インジェクタ56は、コモンレール54から供給される燃料を各気筒の燃焼室15内に噴射するものである。インジェクタ56は、例えばピエゾ素子やソレノイド等のアクチュエータによって開閉される弁体を有し、ECU100からの噴射パルス信号に応じて開弁される。インジェクタ56の噴射タイミング及び噴射量はECU100によって制御されている。
The
The
The
EGR装置60は、燃焼温度を抑制してNOxの排出量を低減することを目的とし、エキゾーストマニホールド41から抽出したエンジン10の排ガスの一部を、インテークダクト31内に還流させるものである。
EGR装置60は、EGR通路61、EGR制御弁62、EGRクーラ63等を備えて構成されている。
EGR通路61は、エキゾーストマニホールド41からインテークダクト31に排ガスを導入する管路である。
EGR制御弁62は、ECU100の制御に応じてEGR通路61の排ガス流量(EGR量)を調節するものである。
EGRクーラ63は、EGR通路61を流れる排ガスを走行風との熱交換によって冷却するものである。
The
The
The EGR passage 61 is a conduit for introducing exhaust gas from the
The
The
DOC70は、エキゾーストパイプ42に設けられ、排ガス中の主として炭化水素(HC)を酸化処理するものである。DOC70は、例えばコーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体の表面に、白金やパラジウム等の貴金属やアルミナ等の金属酸化物を担持させて形成されている。
DOC70には、入口部分の排ガス温度を検出する温度センサ71が設けられている。
The
The
DPF80は、エキゾーストパイプ42のDOC70よりも下流側に設けられ、排ガスを濾過して粒子状物質(PM)を捕集するフィルタを備えている。ここで、PMには、スート(煤)、有機溶剤可溶性成分(SOF)、サルフェート(SO4)等が含まれる。
フィルタは、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に形成し、ガス流路となる多数のセルを、入口側、出口側が互い違いとなるように端面に封をして形成されたいわゆるクローズドタイプ(ウォールフロータイプ)のものである。
DPF80は、入口圧力と出口圧力との間の差圧を検出する差圧センサ81、及び、入口及び出口の排ガス温度をそれぞれ検出する温度センサ82、83を備えている。
差圧センサ81は、DPF80へのスート堆積量の増加に伴いより大きい差圧を検出することから、エンジン制御ユニット100と協働してスート堆積量推定手段として機能する。
The
For example, the filter is formed by forming heat resistant ceramics such as cordierite in a honeycomb structure, and sealing a large number of cells serving as gas flow paths at the end face so that the inlet side and the outlet side are staggered. It is a closed type (wall flow type).
The
Since the
ECU100は、上述したエンジン10及びその補機類を統括的に制御するものであって、CPU等の情報処理装置、ROMやRAM等の記憶装置、入出力インターフェイス、及び、A/D変換器、タイマ、カウンタ、各種ロジック回路等の周辺回路を備えている。
ECU100には、上述した各種センサのほか、アクセルペダルセンサ101、大気圧センサ102の出力が入力される。
アクセルペダルセンサ101は、ドライバが操作するアクセルペダルのポジションを検出することによって、ドライバ要求トルクを検出する要求トルク検出手段である。
大気圧センサ102は、車両の周囲雰囲気における大気圧を検出するものである。
The
In addition to the various sensors described above, the outputs of the
The
The
ECU100は、アクセルペダルセンサ101の出力に応じて設定される要求トルクに応じて、スロットルバルブ35の開度、燃料供給装置50の燃料噴射量及び時期、燃圧等を制御する。
また、ECU100は、後述するDPF再生制御を行う機能を備えている。
The
The
次に、実施例におけるDPF再生制御について説明する。
本実施例においては、ポスト噴射によってDPF80に流入する排ガス温度を高めてDPF80に堆積したPMを燃焼処理する通常DPF再生モード、及び、通常DPF再生モードに対してDPF80への酸素供給量を増加させたPM燃焼促進モードを有する。
Next, DPF regeneration control in the embodiment will be described.
In this embodiment, the temperature of exhaust gas flowing into the
図2は、DPF80の再生時におけるモード選択を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
<ステップS01:DPF再生>
ECU100は、DPF80の差圧センサ81の出力に基づいて算出されるPMの推定堆積量が所定値以上となると、DPF再生制御の実行を決定する。
その後、ステップS02に進む。
FIG. 2 is a flowchart showing mode selection during regeneration of the
Hereinafter, the steps will be described step by step.
<Step S01: DPF regeneration>
The
Thereafter, the process proceeds to step S02.
<ステップS02:酸素濃度判断>
ECU100は、エンジン10から排出される排ガス中の酸素濃度が、予め設定された閾値であるx%以上である場合は、通常DPF再生モードを実行したとしてもPMの燃焼に十分な酸素をDPFに供給可能であるものとしてステップS04に進む。一方、酸素濃度がx%未満である場合は、ステップS03に進む。
ここで、酸素濃度は、例えば、エンジン10の運転状態(回転数、燃料噴射量、過給圧、大気圧、スロットル開度、燃料噴射量及び噴射時期などの各種パラメータ)から酸素濃度の推定値が読み出し可能な運転領域マップに基づいて推定することができる。また、エキゾーストシステム40に、排ガス中の酸素濃度を検出するO2センサ(A/Fセンサ)を設けて直接検出してもよい。
<Step S02: Determination of oxygen concentration>
When the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the
Here, the oxygen concentration is, for example, an estimated value of the oxygen concentration from the operating state of the engine 10 (various parameters such as the rotational speed, fuel injection amount, supercharging pressure, atmospheric pressure, throttle opening, fuel injection amount, and injection timing). Can be estimated on the basis of a readable driving region map. Further, the
<ステップS03:DPF入口温度判断>
ECU100は、DPF80の入口部の温度センサ82が検出するDPF入口温度が、所定の閾値y℃以下である場合には、DPF入口温度を高めることが必要であるとしてステップS04に進む。一方、DPF入口温度がy℃超である場合には、PM燃焼促進モードを実行してもPMを良好に燃焼可能であると判断してステップS05に進む。
<Step S03: DPF inlet temperature determination>
If the DPF inlet temperature detected by the
<ステップS04:通常DPF再生>
ECU100は、PM燃焼促進モードフラグを0とし、通常DPF再生モードによるDPF再生を実行し、一連の処理を終了(リターン)する。
<ステップS05:PM燃焼促進>
ECU100は、PM燃焼促進モードフラグを1とし、PM燃焼促進モードによるDPF再生を実行し、一連の処理を終了する。
これらの各モードについて、以下詳細に説明する。
<Step S04: Normal DPF regeneration>
The
<Step S05: PM combustion promotion>
The
Each of these modes will be described in detail below.
ところで、PMの燃焼は、アレニウス型の反応速度式に律則するとされている。
この反応の速度定数kは、以下の式1によって表わされる。
A:温度に無関係な定数(頻度因子)
E:活性化エネルギ(アレニウスパラメータとも称される)
R:気体定数
T:絶対温度[K]
ここで、活性化エネルギE及び気体定数Rは定数であるとみなせるため、PM燃焼に影響を及ぼすパラメータは、酸素量、絶対温度(雰囲気温度)と言い換えることができる。
By the way, the combustion of PM is supposed to be governed by the Arrhenius type reaction rate equation.
The rate constant k of this reaction is represented by Equation 1 below.
A: Constant independent of temperature (frequency factor)
E: Activation energy (also called Arrhenius parameter)
R: Gas constant T: Absolute temperature [K]
Here, since the activation energy E and the gas constant R can be regarded as constants, the parameters affecting the PM combustion can be paraphrased as oxygen amount and absolute temperature (atmosphere temperature).
ディーゼルエンジンは一般的に酸素過多(燃料リーン)状態で運転されるが、DPF再生中は、排ガス温度を上昇させるため、スロットルバルブ35を閉じて吸気絞りによってポンプ損失を増大され、さらに、メイン噴射時期の遅角、後燃え噴射(アフター噴射)の実施などによって、通常走行時に対して排ガス中の酸素量は減少する
また、DPF再生中は、併せて排気行程噴射(ポスト噴射)を行うことにより、酸化触媒上で燃料を燃焼させ、触媒下流温度を上昇させている。触媒上での燃料燃焼においても酸素は消費されるため、DPF入口での酸素濃度はさらに減少する。
In general, a diesel engine is operated in an oxygen-rich (fuel lean) state. During regeneration of the DPF, in order to raise the exhaust gas temperature, the
図3は、再生中の酸素量推移を示す模式図であって、図3(a)は一般的な運転状態を示し、図3(b)は低酸素運転状態を示している。
図3(a)に示すように、再生制御を実行すると、通常走行時に対してエンジン10の出口における酸素量は減少する。そして、酸化触媒上での燃料燃焼によっても酸素量は減少するが、それでも通常はDPF上でのPM燃焼による消費分は残存しており、PMの燃焼に支障をきたすことはない。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a change in the amount of oxygen during regeneration. FIG. 3 (a) shows a general operating state, and FIG. 3 (b) shows a low oxygen operating state.
As shown in FIG. 3A, when regeneration control is executed, the amount of oxygen at the outlet of the
これに対し、例えばシリンダ内での燃料燃焼による酸素消費が増える全開走行、高負荷走行時や、エンジンの吸入酸素量が少なくなる高地走行時などでは、排ガス中の酸素量が少なくなるために、図3(b)に示すようにPM燃焼に必要な酸素量を確保できない場合がある。この場合、通常の再生制御を継続してもDPF80内には未燃のスートが残存したままとなってしまう。
On the other hand, for example, in fully open running where the oxygen consumption due to fuel combustion in the cylinder increases, during high load running, or during high altitude running where the intake oxygen amount of the engine decreases, the amount of oxygen in the exhaust gas decreases. As shown in FIG. 3B, the amount of oxygen necessary for PM combustion may not be ensured. In this case, unburned soot remains in the
こういった状況では、排ガス中の酸素量を増加させることによって、PM燃焼分の酸素量を確保することが、DPFの再生性能向上に有効である。
一方、PMの燃焼速度はその曝露温度にも依存し、例えば550〜600℃以下では燃焼速度が急激に低下することが一般に知られている。従って、酸素量を確保したとしても、DPF入口の温度が低下してしまうと、再生性能の向上は見込めない。
従って、再生性能の向上には、本実施例のように排ガス中の酸素濃度及びDPF入口温度を用いた制御が有効になる。
In such a situation, it is effective in improving the regeneration performance of the DPF to secure the oxygen amount for PM combustion by increasing the oxygen amount in the exhaust gas.
On the other hand, the PM burning rate also depends on the exposure temperature. For example, it is generally known that the burning rate rapidly decreases below 550 to 600 ° C. Therefore, even if the amount of oxygen is secured, if the temperature at the DPF inlet is lowered, the regeneration performance cannot be expected.
Therefore, in order to improve the regeneration performance, control using the oxygen concentration in the exhaust gas and the DPF inlet temperature is effective as in this embodiment.
本実施例における通常DPF再生モードと、PM燃焼促進モードとの主要パラメータの相違を表1に示す。
表1に示すように、通常DPF再生モードにおいては、ポスト噴射1、ポスト噴射2を実行するとともに、スロットルバルブ35を通常運転時に対して閉じ、ターボチャージャ20の可変ノズルを通常運転時に対して開く制御を行う。
ポスト噴射1は、上死点近傍でのメイン噴射及び膨張行程中のアフター噴射(後燃え噴射)に引き続いて、膨張行程の後期あるいは排気行程中に行われ、排ガス温度を上昇させるものである。
ポスト噴射2は、ポスト噴射1に引き続いて行われ、DPF80の入口温度を上昇させるものである。
また、通常DPF再生モードにおいては、排ガス温度を上昇させるためメイン噴射の噴射時期を遅角(遅延)させ、さらにコモンレール内燃圧を減少させる。
As shown in Table 1, in the normal DPF regeneration mode, post injection 1 and post injection 2 are executed, the
The post-injection 1 is performed after the main injection in the vicinity of the top dead center and after-injection (post-combustion injection) during the expansion stroke, and is performed at the latter stage of the expansion stroke or during the exhaust stroke, and increases the exhaust gas temperature.
The post-injection 2 is performed subsequent to the post-injection 1 and increases the inlet temperature of the
In the normal DPF regeneration mode, the injection timing of the main injection is retarded (delayed) in order to raise the exhaust gas temperature, and the common rail internal combustion pressure is further reduced.
一方、PM燃焼促進モードにおいては、DOC70での燃料燃焼による酸素消費を低減するため、ポスト噴射1は停止される。
また、PM燃焼促進モードにおいては、排ガスの流量を増加させてDPF80への酸素供給量を増加させるため、通常DPF再生モードに対してスロットルバルブ35を開き、ターボチャージャ20の可変ノズルを閉じる制御を行う。
なお、上述した制御によって、排ガスの温度は通常DPF再生モードに対して低下する傾向となることから、DPF80の入口温度が低下してPMの着火不良や燃焼速度の低下、失火等が生じないよう、本実施例においては、DPF80入口での排ガス温度が閾値以下である場合にはPM燃焼促進モードは禁止されるようになっている。
On the other hand, in the PM combustion acceleration mode, post injection 1 is stopped in order to reduce oxygen consumption due to fuel combustion in the
Further, in the PM combustion promotion mode, in order to increase the flow rate of exhaust gas and increase the amount of oxygen supplied to the
In addition, since the exhaust gas temperature tends to decrease with respect to the normal DPF regeneration mode by the control described above, the inlet temperature of the
図4は、本実施例におけるDPF再生時のDPF入口温度の推移の一例を示す模式図である。図4において、横軸は時間を示し、縦軸はDPF入口温度を示している。なお、図4において、PM燃焼促進モードフラグのフラグ値も併記している。
図4に示すように、先ず、DPF80の入口温度が十分高温となり、PMが着火する温度に到達するまでは、通常DPF再生モードが実行される。その後、DPF入口温度がy℃超かつ排ガス中の酸素濃度がx%未満となると、酸素不足によるPMの燃焼不良を防止するため、PM燃焼促進モードが実行される。ただし、PM燃焼促進モードの実行中は、排ガス温度の低下及び流量の増加によってDPF80の入口における排ガスの温度は低下する。この排ガス温度がy℃以下となると、再び排ガスを昇温するため、通常DPF再生モードが実行される。
例えば高負荷走行中や高地走行中にDPF再生制御を行った場合には、以上説明したように通常DPF再生モードとPM燃焼促進モードとが順次繰り返されることになる。
このようなDPF再生制御は、例えば、差圧センサ81の出力に基づいて推定されるPM堆積量の燃焼処理が終了したと判定されるまで実行され、その後、通常運転に復帰する。
FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of the transition of the DPF inlet temperature during DPF regeneration in the present embodiment. In FIG. 4, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the DPF inlet temperature. In FIG. 4, the flag value of the PM combustion promotion mode flag is also shown.
As shown in FIG. 4, first, the normal DPF regeneration mode is executed until the inlet temperature of the
For example, when DPF regeneration control is performed during high load traveling or high altitude traveling, the normal DPF regeneration mode and the PM combustion promotion mode are sequentially repeated as described above.
Such DPF regeneration control is executed, for example, until it is determined that the combustion process of the PM accumulation amount estimated based on the output of the
以上説明した実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)スート等のPMの燃焼に必要な酸素が不足する場合には酸素量を増加させたPM燃焼促進モードを実行することによって、PMを確実に燃焼させてDPF80を良好に再生することができる。また、DPF80入口での排ガスが低温の場合には通常DPF再生モードを実行することによって、DPF80の入口温度を確実に向上し、PMを確実に着火、燃焼維持させることができる。
(2)通常DPF再生モードにおいて、スロットルバルブ35を閉じ、かつターボチャージャ20の可変ノズルを開いてポンプ損失を増大させ、さらにポスト噴射1の後燃え噴射によって排ガス温度を向上させる。また、ポスト噴射2による燃料をDOCにおいて燃焼させることにより、DPF80の温度を確実に向上させ、PMを確実に着火、燃焼維持させることができる。
(3)PM燃焼促進モードにおいて、ポスト噴射1の噴射停止によって、燃料燃焼に費やされる酸素量を低減し、さらに、スロットルバルブ35を開きターボチャージャ20の可変ノズルを閉じて排ガスの流量を増やすことによって、DPF80への酸素供給量を増やし、酸素不足によるPMの燃焼不良を防止することができる。
(4)排ガス中の酸素濃度が低くかつ排ガスの温度が高い場合には、PM燃焼促進モードを実行することによって、酸素不足によるDPF80の再生不良を防止することができる。また、排ガス中の酸素濃度が低い場合であっても、排ガス温度が低い場合には、通常DPF再生モードを実行することによって、PMの燃焼不良を防止することができる。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) When oxygen necessary for combustion of PM such as soot is insufficient, the PM combustion promotion mode in which the amount of oxygen is increased is executed, so that PM can be reliably burned and the
(2) In the normal DPF regeneration mode, the
(3) In the PM combustion acceleration mode, the amount of oxygen consumed for fuel combustion is reduced by stopping the post injection 1, and the
(4) When the oxygen concentration in the exhaust gas is low and the temperature of the exhaust gas is high, the regeneration failure of the
(変形例)
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)エンジン及びその補機類の構成は、上述した実施例のものに限らず、適宜変更することができる。例えば、実施例ではエンジンの吸入空気量の絞りをスロットルバルブによって行っているが、これに代えて、バルブの開閉時期やリフト量を可変させるバルブスロットルを用いても良い。さらに、多段階燃料噴射において、実施例で説明したもの以外の他の噴射を付加してもよい。
(2)実施例では、PM燃焼促進モードにおいて2回目のポスト燃料噴射を停止しているが、これに限らず、噴射量を通常再生モードに対して低下させるようにしてもよい。
(3)実施例では、排ガス中の酸素濃度について判定した後に排ガスの温度について判定しているが、これに限らず、排ガスの温度を先に判定したり、同時に判定するようにしてもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and changes are possible, and these are also within the technical scope of the present invention.
(1) The configurations of the engine and its accessories are not limited to those of the above-described embodiments, and can be changed as appropriate. For example, in the embodiment, the throttle valve is used to throttle the intake air amount of the engine, but a valve throttle that varies the valve opening / closing timing and the lift amount may be used instead. Further, in the multistage fuel injection, other injections than those described in the embodiments may be added.
(2) In the embodiment, the second post fuel injection is stopped in the PM combustion promotion mode. However, the present invention is not limited to this, and the injection amount may be decreased with respect to the normal regeneration mode.
(3) In the embodiment, the temperature of the exhaust gas is determined after determining the oxygen concentration in the exhaust gas. However, the present invention is not limited to this, and the temperature of the exhaust gas may be determined first or simultaneously.
10 エンジン 11 クランクシャフト
12 ピストン 13 シリンダブロック
14 ヘッド 15 燃焼室
16 グロープラグ 17 グローコントローラ
20 ターボチャージャ 21 コンプレッサ
22 タービン 23 アクチュエータ
24 負圧制御弁
30 インテークシステム 31 インテークダクト
32 エアクリーナ 33 エアフローメータ
34 インタークーラ 35 スロットルバルブ
36 アクチュエータ 37 インテークチャンバ
38 吸気圧センサ 39 インテークマニホールド
40 エキゾーストシステム 41 エキゾーストマニホールド
42 エキゾーストパイプ
50 燃料供給装置 51 サプライポンプ
52 吸入調量電磁弁 53 燃料温度センサ
54 コモンレール 55 燃圧センサ
56 インジェクタ
60 EGR装置 61 EGR通路
62 EGR制御弁 63 EGRクーラ
70 酸化触媒(DOC) 71 温度センサ
80 ディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)
81 差圧センサ 82,83 温度センサ
100 エンジン制御ユニット(ECU)
101 アクセルペダルセンサ 102 大気圧センサ
DESCRIPTION OF
81
101
Claims (6)
前記パティキュレートフィルタに流入する前記排ガスの温度を検出する排ガス温度検出手段と、
前記パティキュレートフィルタに流入する前記排ガス中の酸素量を検出する酸素量検出手段と、
前記パティキュレートフィルタの再生要否を判定する再生要否判定手段と
を備え、
前記パティキュレートフィルタの再生が必要と判定された場合に、前記排ガスの温度を通常運転時に対して高温とする通常再生モードと、前記通常再生モードに対して前記排ガス中に含まれる酸素量を増加させた燃焼促進モードとを、前記排ガス温度検出手段及び前記酸素量検出手段の出力に基づいて切り換えること
を特徴とするエンジン制御装置。 An engine control device that controls an engine having a particulate filter that collects particulate matter in exhaust gas,
Exhaust gas temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust gas flowing into the particulate filter;
Oxygen amount detection means for detecting the amount of oxygen in the exhaust gas flowing into the particulate filter;
A regeneration necessity judging means for judging whether or not the particulate filter needs to be reproduced,
When it is determined that regeneration of the particulate filter is necessary, the normal regeneration mode in which the temperature of the exhaust gas is set higher than that during normal operation, and the amount of oxygen contained in the exhaust gas is increased with respect to the normal regeneration mode. The engine control device is configured to switch between the combustion promotion mode that has been set based on the outputs of the exhaust gas temperature detection means and the oxygen amount detection means.
前記エンジンの排ガスによって駆動されタービン入口部に可変ノズルが設けられたターボチャージャとを備え、
前記通常再生モードにおいて、前記排ガスの温度を向上させる複数回のポスト燃料噴射を実行するとともに、通常運転時に対して前記スロットルバルブを閉じかつ前記ターボチャージャの可変ノズルを開くこと
を特徴とする請求項1に記載のエンジン制御装置。 A throttle valve for adjusting the intake air amount of the engine;
A turbocharger driven by exhaust gas from the engine and provided with a variable nozzle at the turbine inlet;
2. In the normal regeneration mode, a plurality of post fuel injections for improving the temperature of the exhaust gas are executed, the throttle valve is closed and the variable nozzle of the turbocharger is opened during normal operation. The engine control apparatus according to 1.
を特徴とする請求項2に記載のエンジン制御装置。 The number of post fuel injections or the amount of fuel injection is decreased in the combustion promotion mode, and the throttle valve is opened and the variable nozzle of the turbocharger is closed in the normal regeneration mode. The engine control device described in 1.
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のエンジン制御装置。 The normal regeneration mode is executed when it is determined that regeneration of the particulate filter is necessary, and the amount of oxygen in the exhaust gas is equal to or greater than a predetermined value. The engine control device according to any one of the above.
を特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のエンジン制御装置。 5. The normal regeneration mode is executed when it is determined that regeneration of the particulate filter is necessary, and the temperature of the exhaust gas is lower than a predetermined value. 5. The engine control apparatus according to claim 1.
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のエンジン制御装置。 When it is determined that regeneration of the particulate filter is necessary, the combustion promotion mode is executed when the amount of oxygen in the exhaust gas is less than a predetermined value and the temperature of the exhaust gas is not less than a predetermined value. The engine control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the engine control device is characterized in that:
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