JP2015004350A - 機関制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
定義3に基づけば、熱発生率重心位置Gcは、
任意のクランク角度と燃焼開始クランク角度との差(A=θ−CAs)と、同任意のクランク角度における熱発生率(B=dQ(θ))と、の積(A・B)のクランク角度についての積分値(上記(3)式の右辺第1項の分子)を、クランク角度に対する熱発生率の波形によって画定される領域の面積(上記(3)式の右辺第1項の分母)で割って得られる値に、前記燃焼開始クランク角度(CAs)を加えることにより得られるクランク角度である、と定義される。
前記尿素水供給部から前記SCR触媒に供給される尿素水の量を制御する尿素水量制御部と、
前記機関の気筒に供給される燃料の燃焼状態を制御する燃焼制御部と、
を備える。
前記特定条件が成立している場合には、少なくとも前記機関の負荷が前記特定負荷範囲内にあるとき、前記熱発生率重心位置が「前記第1クランク角度よりも遅角側のクランク角度である第2クランク角度」に等しくなるように前記燃焼状態を変化させる。
前記特定条件が成立している場合には前記特定条件が成立していない場合に比較して前記SCR触媒に供給される尿素水の量を減少させる。この尿素水の減少は、尿素水のSCR触媒への供給を停止することも含む。前記SCR触媒に供給される尿素水の量は、熱発生率重心位置に応じたフィードフォワード制御により減少されてもよい。即ち、熱発生率重心位置が遅角されるほど尿素水の量が減少されてもよい。或いは、前記SCR触媒に供給される尿素水の量は、SCR触媒の下流に設けられたNOxセンサの出力等に基づくフィードバック制御により、SCR触媒の下流に流出するNOxの量が少ないほど減少されてもよい。
前記燃焼制御部は、
前記尿素水の残量が少なくなるほど前記第2クランク角度をより遅角側のクランク角度に設定するように構成され、
前記尿素水量制御部は、
前記第2クランク角度が遅角されるほど前記SCR触媒に供給される尿素水の量を減少させるように構成され得る。
前記尿素水量制御部は、
前記SCR触媒から流出するNOxの排出量に相関を有するNOx排出量相関値を取得するNOx排出量取得部と、
前記NOx排出量相関値に基づいて前記SCR触媒に供給される尿素水の量を制御する尿素水量調整部と、
を含む。
この場合、前記特定条件は、前記NOx排出量取得部が異常となった場合に成立する条件であることができる。
以下、図面を参照しながら本発明の第1実施形態に係る機関制御装置(以下、「第1装置」とも称呼する。)について説明する。
第1装置は、図3に示した内燃機関(機関)10に適用される。機関10は、多気筒(本例では直列4気筒)・4サイクル・ピストン往復動型・ディーゼル機関である。機関10は、機関本体部20、燃料供給系統30、吸気系統40、排気系統50及びEGRシステム60を含んでいる。
排気還流管61は、排気通路(エキゾーストマニホールド51)であってタービン44bよりも上流位置と、吸気通路(インテークマニホールド41)であってスロットル弁46の下流位置と、を連通している。排気還流管61はEGRガス通路を構成している。
EGR制御弁62は排気還流管61に配設されている。EGR制御弁62は、電子制御ユニット70からの指示に応答してEGRガス通路の通路断面積を変更することにより、排気通路から吸気通路へと再循環される排ガス量(EGRガス量)を変更し得るようになっている。
スロットル弁開度センサ72はスロットル弁開度を検出し、スロットル弁開度TAを表す信号を出力する。
吸気管圧力センサ73は、吸気通路内であってスロットル弁46よりも下流の吸気管内のガスの圧力(吸気管圧力)Pimを表す信号を出力する。吸気管圧力Pimは過給圧であると言うこともできる。
筒内圧センサ75は、各気筒(燃焼室)に対応するように配設されている。筒内圧センサ75は、対応する気筒内の圧力(即ち、筒内圧)を検出し、筒内圧Pcを表す信号を出力する。
クランク角度センサ76は、機関10の図示しないクランクシャフトの回転位置(即ち、クランク角度)に応じた信号を出力する。電子制御ユニット70は、このクランク角度センサ76及び図示しないカムポジションセンサからの信号に基づいて、所定の気筒の圧縮上死点を基準とした機関10のクランク角度(絶対クランク角度)θを取得する。更に、電子制御ユニット70は、クランク角度センサ76からの信号に基づいて、機関回転速度Neを取得する。
水温センサ78は、機関10の冷却水の温度(冷却水温)を検出し、冷却水温THWを表す信号を出力する。
SCR下流側排ガス温度センサ80は、排気管52であって「SCR触媒55の下流位置」に配設されている。SCR下流側排ガス温度センサ80は、SCR触媒55から流出する排ガスの温度を検出し、下流排ガス温Tdを表す信号を出力する。
尿素水残量センサ82は、尿素水タンク56に貯留されている尿素水の量(即ち、尿素水残量)を検出し、その残量を表す信号Urを出力する。
車速センサ84は、機関10が搭載された車両の走行速度を検出し、その走行速度(車速)Spdを表す信号を出力する。
燃料残量センサ85は、図示しない燃料タンクに貯留されている燃料の量(即ち、燃料残量)を検出し、その残量を表す信号Frを出力する。
次に、第1装置の作動の概要について説明する。第1装置は、前述した定義1、2、2’3及び3’等の何れかによって規定される熱発生率重心位置が所定の目標熱発生率重心位置(以下、単に、「目標重心位置」とも称呼する。)となるように燃焼制御を行なう(即ち、燃焼パラメータを設定する。)。目標熱発生率重心位置は、目標熱発生率重心角度又は目標クランク角度とも称呼される。なお、熱発生率重心位置は、燃焼波形が同じであれば、前述した定義1、2、2’、3及び3’の何れによっても同じクランク角度になる。
図5の破線Lfは、燃料に要する費用(上記(4)式の右辺第1項=燃料消費量・燃料価格・SI)である。
図5の実線Ltは上記(4)式により計算されるトータル・ランニングコストRCである。
次に、電子制御ユニット70のCPU(以下、単に「CPU」と表記する。)が実際に行う処理について説明する。CPUは、所定時間が経過する毎に図8にフローチャートにより示したルーチンを実行するようになっている。従って、適当なタイミングになると、CPUは図8のステップ800から処理を開始し、ステップ810に進んで種々の運転状態パラメータを上述したセンサ等から取得する。
・NOxセンサ81が異常でない。
・CPUは、検出されたNOx濃度DNOxに基づいて、SCR触媒55においてSCR触媒55に流入するNOxの実質的に総てを浄化するために必要となる尿素水の量(単位時間あたりの必要尿素水量)を算出する。
・CPUは、算出した必要尿素水量の尿素水がSCR触媒55に供給されるように、尿素水噴射弁58を制御する。
次に、熱発生率重心位置のフィードバック制御について説明する。CPUは、所定時間が経過する毎(例えば、1サイクル、即ち、任意の気筒のクランク角度が720°経過する毎)に図9にフローチャートにより示したルーチンを実行するようになっている。このルーチンにより、実際の熱発生率重心位置Gcが「図8のステップ830及びステップ860の何れかにて設定される目標重心位置Gctgt」と等しくなるように、燃焼パラメータの一つである主噴射の噴射時期CMinjがフィードバック制御により調整される。なお、本ルーチンは機関10の気筒毎に実行される。また、クランク角度θは、着目している気筒の圧縮上死点後のクランク角度(ATDC deg)によって表される。従って、圧縮上死点よりも進角側のクランク角度θは負の値となる。
その燃焼制御部は、
SCR触媒55へと流入する窒素酸化物の量を減少すべき特定条件(尿素水残量センサ82により検出される尿素水残量Urが閾値尿素水残量Urth未満であるという条件)が成立していない場合には(図8のステップ840での「No」との判定を参照。)、少なくとも機関10の負荷が第1閾値Pem1から同第1閾値よりも大きい第2閾値Pem2までの特定負荷範囲内にあるとき、「燃料の燃焼により発生する単位クランク角度あたりの熱の量により定まる熱発生率重心位置Gc」が前記負荷に依らず一定のクランク角度である第1クランク角度θp1に等しくなるように前記燃焼状態を変化させ(図8のステップ830、及び、図9のルーチンを参照。)、且つ、
前記特定条件が成立している場合には少なくとも機関10の負荷が前記特定負荷範囲内にあるとき前記熱発生率重心位置が「前記第1クランク角度θp1よりも遅角側のクランク角度である第2クランク角度θp2」に等しくなるように前記燃焼状態を変化させる(図8のステップ860、及び、図9のルーチンを参照。)。
その尿素水量制御部は、
前記特定条件が成立している場合には前記特定条件が成立していない場合に比較して前記SCR触媒に供給される尿素水の量を減少させる(図8のステップ875乃至ステップ885を参照。)。
ステップ870乃至ステップ885は、尿素水供給部からSCR触媒55に供給される尿素水の量を制御する尿素水量制御部、及び、前記NOx排出量相関値に基づいて前記SCR触媒55に供給される尿素水の量を制御する尿素水量調整部に対応している。
次に、本発明の第2実施形態に係る機関制御装置(以下、「第2装置」とも称呼する。)について説明する。第2装置は、電子制御ユニット70のCPUが図9に代えて「図10に示したルーチン」を実行する点のみにおいて第1装置と相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明する。
但し、第2装置の燃焼制御部は、SCR触媒55へ供給される尿素水の量を制御(フィードバック制御)する際に使用されるNOxセンサ81(SCR触媒55から流出するNOxの排出量に相関を有するNOx排出量相関値を取得するNOx排出量取得部)が異常であるという「SCR触媒55へと流入する窒素酸化物の量を減少すべき特定条件」が成立した場合(ステップ1010での「Yes」との判定を参照。)、少なくとも機関10の負荷が前記特定負荷範囲内にあるときには、前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度θp1よりも遅角側のクランク角度である第2クランク角度θp2’に等しくなるように前記燃焼状態を変化させる(ステップ1020を参照。)。
(2)燃料噴射弁が燃料を噴射するときの圧力である燃料噴射圧
(3)主噴射よりも進角側にて行われる燃料噴射であるパイロット噴射の噴射量
(4)パイロット噴射の回数
(5)パイロット噴射の時期
(6)パイロット噴射の燃料噴射量
(7)主噴射よりも遅角側にて行われる燃料噴射であるアフター噴射の噴射量及び噴射時期
(8)過給機44による過給圧
(9)インタークーラー45の冷却効率(冷却能力)
(10)吸入空気に対するEGRガスの比率であるEGR率(又は、EGRガスの量)
(11)機関に備えられ且つ機関の排気通路に配設された過給機のタービンよりも下流側の排ガスを機関の吸気通路へと還流させる低圧EGR装置により還流させられる低圧EGRガスの量に対する、機関に備えられ且つ過給機のタービンよりも上流側の排ガスを吸気通路へと還流させる高圧EGR装置により還流させられる高圧EGRガスの量の比(高低圧EGR率)
(12)EGRクーラー63の冷却効率(冷却能力)
(13)気筒内のスワール流の強度(例えば、スワールコントロールバルブの開度)
(1a)機関制御装置は、主噴射の時期を進角側に移動させる。
(2a)機関制御装置は、燃料噴射圧を増加させる。
(3a)機関制御装置は、パイロット噴射の噴射量を増加させる。
(4a)機関制御装置は、パイロット噴射のみに関して決まるパイロット噴射の熱発生率重心位置(以下、「パイロット熱発生率重心位置」と称呼する。)が進角側へ移動するようにパイロット噴射の回数を変更する。
(5a)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が進角側へ移動するようにパイロット噴射の時期を変更する。
(6a)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が進角側へ移動するようにパイロット噴射の燃料噴射量を変更する。
(7a)機関制御装置は、アフター噴射の噴射量を減少する、若しくは、アフター噴射を行わない。或いは、機関制御装置は、アフター噴射の噴射時期を進角側に移動させる。
(8a)機関制御装置は、過給圧を増加させる。
(9a)機関制御装置は、インタークーラー45の冷却効率を低下させる(吸気温度を上昇させる)。
(10a)機関制御装置は、EGR率を低下させる(EGR量を減少させる。)。
(11a)機関制御装置は、高低圧EGR率を低下させる。
(12a)機関制御装置は、EGRクーラーの冷却効率を低下させる(吸気温度を上昇させる)。
(13a)機関制御装置は、スワール流の強度を増大させる。
(1b)機関制御装置は、主噴射の時期を遅角側に移動させる。
(2b)機関制御装置は、燃料噴射圧を減少させる。
(3b)機関制御装置は、パイロット噴射の噴射量を減少させる。
(4b)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が遅角側へ移動するようにパイロット噴射の回数を変更する。
(5b)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が遅角側へ移動するようにパイロット噴射の時期を変更する。
(6b)機関制御装置は、パイロット熱発生率重心位置が遅角側へ移動するようにパイロット噴射の燃料噴射量を変更する。
(7b)機関制御装置は、アフター噴射の噴射量を増大する。或いは、機関制御装置は、アフター噴射の噴射時期を遅角側に移動させる。
(8b)機関制御装置は、過給圧を減少させる。
(9b)機関制御装置は、インタークーラー45の冷却効率を上昇させる(吸気温度を低下させる)。
(10b)機関制御装置は、EGR率を上昇させる(EGR量を増大させる。)。
(11b)機関制御装置は、高低圧EGR率を上昇させる。
(12b)機関制御装置は、EGRクーラーの冷却効率を上昇させる(吸気温度を低下させる)。
(13b)機関制御装置は、スワール流の強度を低下させる。
Claims (4)
- 排気通路に配設されたSCR触媒と、
尿素水を貯留する尿素水貯留部と、
前記尿素水貯留部に貯留されている前記尿素水を前記SCR触媒に供給する尿素水供給部と、
を備える内燃機関に適用され、
前記尿素水供給部から前記SCR触媒に供給される尿素水の量を制御する尿素水量制御部と、
前記機関の気筒に供給される燃料の燃焼状態を制御する燃焼制御部と、
を備えた機関制御装置において、
前記燃焼制御部は、
前記SCR触媒へと流入する窒素酸化物の量を減少すべき特定条件が成立していない場合には少なくとも前記機関の負荷が第1閾値から同第1閾値よりも大きい第2閾値までの特定負荷範囲内にあるとき前記燃料の燃焼により発生する熱の単位クランク角度あたりの量により定まる熱発生率重心位置が前記負荷に依らず一定のクランク角度である第1クランク角度に等しくなるように前記燃焼状態を変化させ、且つ、前記特定条件が成立している場合には少なくとも前記機関の負荷が前記特定負荷範囲内にあるとき前記熱発生率重心位置が前記第1クランク角度よりも遅角側のクランク角度である第2クランク角度に等しくなるように前記燃焼状態を変化させ、
前記尿素水量制御部は、
前記特定条件が成立している場合には前記特定条件が成立していない場合に比較して前記SCR触媒に供給される尿素水の量を減少させる、
機関制御装置。 - 請求項1に記載の機関制御装置において、
前記特定条件は、前記尿素水貯留部に貯留されている前記尿素水の残量が所定の閾値尿素水残量よりも少なくなったときに成立する条件である機関制御装置。 - 請求項2に記載の機関制御装置において、
前記燃焼制御部は、
前記尿素水の残量が少なくなるほど前記第2クランク角度をより遅角させるように構成され、
前記尿素水量制御部は、
前記第2クランク角度がより遅角されるほど前記SCR触媒に供給される尿素水の量を減少させるように構成された、
機関制御装置。 - 請求項1に記載の機関制御装置において、
前記尿素水量制御部は、
前記SCR触媒から流出するNOxの排出量に相関を有するNOx排出量相関値を取得するNOx排出量取得部と、
前記NOx排出量相関値に基づいて前記SCR触媒に供給される尿素水の量を制御する尿素水量調整部と、
を含み、
前記特定条件は前記NOx排出量取得部が異常となった場合に成立する条件である機関制御装置。
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