JP2015121177A - Device for controlling internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気浄化装置の制御を行う内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine that controls an exhaust purification device.
車両の内燃機関には、排気ガス中の有害物質(HC、CO、NOx等)を浄化する触媒(例えば、三元触媒)が備えられている。排気ガスの浄化性能を得るためには、触媒が所定の活性温度に達していることが必要である。このため、冷態始動時のように触媒温度が低い状態では、燃料を追加噴射して排気温度を高めることで、触媒を昇温させるようにしている。 A vehicle internal combustion engine is provided with a catalyst (for example, a three-way catalyst) that purifies harmful substances (HC, CO, NOx, etc.) in exhaust gas. In order to obtain exhaust gas purification performance, the catalyst needs to reach a predetermined activation temperature. For this reason, in a state where the catalyst temperature is low as in the cold start, the temperature of the catalyst is raised by additionally injecting fuel and raising the exhaust gas temperature.
そして、冷態始動時の触媒温度の昇温技術として、点火時期の変更(遅角)や、排気バルブ、吸気バルブの開閉時期の変更(オーバーラップ量の変更)により燃焼状態を制御し、空燃比を理論空燃比近傍の希薄空燃比に制御して成層燃焼を行わせることで、排気温度を上昇させる技術が従来から知られている(例えば、特許文献1)。 As a technology for raising the catalyst temperature at the cold start, the combustion state is controlled by changing the ignition timing (retarding) and changing the opening and closing timings of the exhaust valves and intake valves (changing the overlap amount). Conventionally, a technique for increasing the exhaust gas temperature by controlling the fuel ratio to a lean air-fuel ratio close to the stoichiometric air-fuel ratio and performing stratified combustion is known (for example, Patent Document 1).
ところで、近年、火花点火式の内燃機関では、排気中の微粒子(PM)を除去することが要望されており、例えば、燃焼室に燃料を直接噴射する筒内噴射型内燃機関では、内燃機関から排出される排気中の微粒子を除去するために、微粒子を捕集するフィルター(ガソリン微粒子捕集フィルター)を排気通路に備える技術が検討されている。 By the way, in recent years, there has been a demand for removal of particulate (PM) in exhaust gas in a spark ignition type internal combustion engine. For example, in a direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into a combustion chamber, In order to remove fine particles in the exhaust gas discharged, a technique in which a filter for collecting fine particles (gasoline fine particle collecting filter) is provided in the exhaust passage has been studied.
内燃機関の運転が所定の期間継続すると、フィルターに堆積する微粒子の量が多くなる。このため、所定期間毎に、追加燃料を噴射して排気温度を上昇させてフィルターに堆積した微粒子を燃焼(除去)し、フィルターを再生して捕集性能を維持している。 When the operation of the internal combustion engine continues for a predetermined period, the amount of fine particles deposited on the filter increases. For this reason, additional fuel is injected every predetermined period to raise the exhaust gas temperature to burn (remove) particulates deposited on the filter, and the filter is regenerated to maintain the collection performance.
上述したように、冷態始動時には、触媒の昇温運転が実施されている一方、微粒子が所定量捕集された際にフィルターを再生する再生運転が実施され、昇温運転の時、及び、再生運転の時には、燃料が追加噴射されるようになっている。このため、触媒の昇温運転、及び、フィルターの再生運転を制御することにより、更に、効率の良い運転が可能になると考えられる。 As described above, at the time of cold start, while the catalyst temperature raising operation is performed, the regeneration operation is performed to regenerate the filter when a predetermined amount of fine particles are collected, during the temperature raising operation, and During the regeneration operation, additional fuel is injected. For this reason, it is considered that a more efficient operation becomes possible by controlling the catalyst temperature raising operation and the filter regeneration operation.
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、触媒を昇温している運転時に、触媒を昇温させるための昇温運転を、フィルターの再生運転に利用することが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 situation, and a control device for an internal combustion engine that can use a temperature raising operation for raising the temperature of a catalyst during a temperature raising operation of the catalyst for a filter regeneration operation. The purpose is to provide.
上記目的を達成するための請求項1に係る本発明の内燃機関の制御装置は、火花点火式の内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出される排気を浄化する触媒と、前記排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出される排気中の微粒子を捕集する捕集手段と、前記触媒の昇温要求があることを含む所定の条件が成立した際に、圧縮行程で燃料を噴射するとともに空燃比を理論空燃比近傍の希薄空燃比に制御して成層燃焼を行わせる成層スライトリーン燃焼手段と、前記成層スライトリーン燃焼手段を動作させる放出制御手段とを備え、前記放出制御手段は、前記所定の条件が成立した際に、前記触媒を昇温させるように前記成層スライトリーン燃焼手段を動作させると共に、前記捕集手段に捕集された前記微粒子が所定量以上となった場合、前記微粒子が所定量未満の時よりも排気バルブ、吸気バルブの開閉時期のオーバーラップ量を拡大させるオーバーラップ量拡大動作、もしくは、前記触媒の昇温が完了した後も前記成層スライトリーン燃焼手段の動作を継続させる成層スライトリーン燃焼継続動作、の少なくとも一方を実行させることを特徴とする。
To achieve the above object, a control device for an internal combustion engine of the present invention according to
請求項1に係る本発明では、触媒の昇温要求があることを含む所定の条件が成立した際に、成層スライトリーン燃焼手段により触媒の昇温を行い、捕集手段に捕集された微粒子が所定量以上となっている場合、微粒子が所定量未満の時よりもオーバーラップ量を拡大させるオーバーラップ量拡大動作、もしくは、成層スライトリーン燃焼継続動作の少なくとも一方を実行させ、捕集手段に捕集された微粒子が捕集手段から除去されるようにする。オーバーラップ量拡大動作、及び、成層スライトリーン燃焼継続動作は、成層スライトリーン燃焼手段の動作に含まれる。
In the present invention according to
従って、触媒を昇温している運転時に、触媒を昇温させるための運転を、フィルターの再生運転に利用することが可能になる。 Therefore, the operation for raising the temperature of the catalyst during the operation for raising the temperature of the catalyst can be used for the regeneration operation of the filter.
このため、成層スライトリーン燃焼により触媒の昇温を実施しながら、微粒子の燃焼除去(除去)運転も実施することができ、捕集手段(フィルター)の微粒子を強制的に除去する再生運転の頻度を減らして燃費悪化を抑制することができる。 For this reason, it is possible to perform the combustion removal (removal) operation of fine particles while raising the temperature of the catalyst by stratified light lean combustion, and the frequency of the regeneration operation for forcibly removing the fine particles of the collecting means (filter). This can reduce fuel consumption and reduce fuel consumption.
そして、請求項2に係る本発明の内燃機関の制御装置は、請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、前記放出制御手段は、前記オーバーラップ量拡大動作を実行させる場合、前記捕集手段に捕集された前記微粒子が所定量未満になるまで、前記オーバーラップ量拡大動作を継続することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the control apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention. In the control apparatus for the internal combustion engine according to the first aspect, when the release control means performs the overlap amount expanding operation, The overlap amount expanding operation is continued until the fine particles collected by the means become less than a predetermined amount.
請求項2に係る本発明では、捕集手段の微粒子が所定量未満になるまで(所定期間の間)、オーバーラップ量拡大動作を継続することにより、即ち、微粒子が所定量未満になったらオーバーラップ量拡大動作を終了することで、触媒の昇温制御時の燃費の悪化を最小限にすることができる。 According to the second aspect of the present invention, the overlap amount expanding operation is continued until the particulate matter of the collecting means becomes less than a predetermined amount (for a predetermined period), that is, when the particulate matter becomes less than the predetermined amount, By terminating the lap amount expansion operation, it is possible to minimize deterioration in fuel consumption during temperature increase control of the catalyst.
また、請求項3に係る本発明の内燃機関の制御装置は、請求項1もしくは請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、前記放出制御手段は、前記成層スライトリーン燃焼継続動作を実行させる場合、前記捕集手段に捕集された前記微粒子が所定量未満になるまで、前記成層スライトリーン燃焼継続動作を継続することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the control apparatus for an internal combustion engine according to the first or second aspect, wherein the release control means causes the stratified light lean combustion continuation operation to be executed. In this case, the stratified light lean combustion continuation operation is continued until the fine particles collected by the collecting means become less than a predetermined amount.
請求項3に係る本発明では、捕集手段の微粒子が所定量未満になるまで(所定期間の間)成層スライトリーン燃焼継続動作を継続することにより、即ち、微粒子が所定量未満になったら成層スライトリーン燃焼継続動作を終了することで、触媒の昇温制御時の燃費の悪化を最小限にすることができる。
In the present invention according to
また、請求項4に係る本発明の内燃機関の制御装置は、請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、前記放出制御手段は、前記オーバーラップ量拡大動作を実行させても、前記触媒の昇温が完了した時点で、前記捕集手段に所定量以上前記微粒子が捕集されていた場合、前記オーバーラップ量拡大動作を終了するとともに前記成層スライトリーン燃焼継続動作を実行させることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the control apparatus for an internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, wherein the release control means is configured to perform the overlap amount expanding operation even if the release control means performs the overlap amount expanding operation. When the particulate matter is collected in the collection means when the temperature rise is completed, the overlap amount expansion operation is terminated and the stratified light lean combustion continuation operation is executed. And
請求項4に係る本発明では、オーバーラップ量拡大動作を実行させても触媒の昇温が完了した時点で微粒子が所定量未満とならなかった場合、成層スライトリーン燃焼継続動作だけを実行させるので、捕集手段(フィルター)の微粒子を強制的に除去する再生運転の頻度を減らしつつ、成層スライトリーン燃焼を実施した際の燃費の悪化を最小限にすることができる。 In the present invention according to claim 4, if the particulate matter does not become less than the predetermined amount when the temperature rise of the catalyst is completed even if the overlap amount expansion operation is executed, only the stratified sludge lean combustion continuation operation is executed. Further, it is possible to minimize the deterioration of fuel consumption when performing the stratified light lean combustion while reducing the frequency of the regeneration operation for forcibly removing the particulates of the collection means (filter).
また、請求項5に係る本発明の内燃機関の制御装置は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記捕集手段の前後の差圧を検出する差圧検出手段を備え、前記放出制御手段は、前記差圧検出手段の検出情報に基づいて前記捕集手段に捕集された前記微粒子が所定量以上となったことを認識することを特徴とする。 An internal combustion engine control apparatus according to a fifth aspect of the present invention is the internal combustion engine control apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the differential pressure before and after the collecting means is detected. And the release control means recognizes that the amount of the fine particles collected by the collection means is a predetermined amount or more based on detection information of the differential pressure detection means. And
請求項5に係る本発明では、捕集手段の前後の差圧が高くなったことが差圧検出手段により検出されることで、捕集された微粒子の量が増加したことを認識することができる。捕集された微粒子の量は、微粒子の重量を検出する微粒子量検出センサを用いて認識することも可能である。
In the present invention according to
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、触媒を昇温している運転時に、触媒の昇温運転を捕集手段(フィルター)の再生運転に利用することが可能になる。 The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention can utilize the catalyst temperature increasing operation for the regeneration operation of the collecting means (filter) during the operation of increasing the temperature of the catalyst.
本実施例の内燃機関の制御装置は、冷態始動時等、触媒を昇温する必要がある場合に、空燃比を理論空燃比近傍の希薄空燃比に制御して成層燃焼を行わせて排気温度を高め、触媒の昇温を行う成層スライトリーン燃焼運転を行う。フィルター(ガソリン微粒子捕集フィルター)に捕集された微粒子の量が所定量以上となっている場合、触媒の昇温に加え、フィルターに捕集された微粒子が燃焼(除去)されるように成層スライトリーン燃焼を実行するようにしたものである。 The control apparatus for an internal combustion engine according to the present embodiment controls the air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio near the stoichiometric air-fuel ratio and performs stratified combustion when the temperature of the catalyst needs to be raised at the time of cold start or the like. The stratified light lean combustion operation is performed to raise the temperature and raise the temperature of the catalyst. When the amount of fine particles collected by the filter (gasoline fine particle collection filter) is more than the predetermined amount, the stratification is performed so that the fine particles collected by the filter are burned (removed) in addition to the temperature rise of the catalyst. Slight lean combustion is performed.
従って、触媒を昇温している運転時に、触媒の昇温運転をフィルターの再生運転に利用することが可能になる。このため、成層スライトリーン燃焼により触媒の昇温を実施しながら、微粒子の除去運転も実施することができ、フィルターの微粒子を強制的に除去する再生運転の頻度を減らして燃費悪化を抑制することができる。 Therefore, during the operation in which the temperature of the catalyst is raised, the catalyst temperature raising operation can be used for the filter regeneration operation. For this reason, it is possible to carry out particulate removal operation while raising the temperature of the catalyst by stratified light lean combustion, and to reduce fuel consumption by reducing the frequency of regeneration operation forcibly removing particulates from the filter. Can do.
ここで、本実施例における成層スライトリーン燃焼について説明する。 Here, the stratified light lean combustion in the present embodiment will be described.
成層スライトリーン燃焼とは、点火プラグ近傍に過濃な混合気を形成(成層化)するように、燃料噴霧、燃焼室、ピストン頂面、吸気流動を構成・制御し、かつ、筒内空燃比を弱(スライト)リーン(例えば14.8〜17.0程度)に設定することで、安定な着火と燃焼を得るようにした燃焼形態をさす。 Stratified lean-lean combustion is a fuel spray, combustion chamber, piston top surface, and intake air flow configuration and control, and an in-cylinder air-fuel ratio so that a rich mixture is formed (stratified) in the vicinity of the spark plug. Is set to be weak (slight) lean (for example, about 14.8 to 17.0) to indicate a combustion mode in which stable ignition and combustion are obtained.
点火プラグ近傍の過濃な混合気は、燃焼後に成層化しない通常燃焼に比べて、高濃度のCO(例えば,0.5%以上)を生成する。また、筒内の空燃比はスライトリーンであるため、排気中には余剰の酸素が存在することになる。 A rich air-fuel mixture in the vicinity of the spark plug generates a high concentration of CO (for example, 0.5% or more) as compared with normal combustion that does not stratify after combustion. Further, since the air-fuel ratio in the cylinder is light lean, excess oxygen is present in the exhaust.
従って、成層スライトリーン燃焼では、高濃度のCOと酸素を触媒に同時に供給することができ、触媒上での酸化反応を促進して触媒昇温を早めることができる。 Therefore, in stratified light lean combustion, high concentrations of CO and oxygen can be simultaneously supplied to the catalyst, and the oxidation reaction on the catalyst can be promoted to increase the temperature of the catalyst.
以下、火花点火式の内燃機関として、燃焼室内に燃料を直接噴射する(筒内噴射する)筒内噴射型内燃機関を例に挙げて説明する。図には省略してあるが、内燃機関の排気通路と吸気通路にわたり、吸気を過給する過給機が備えられている。尚、ポート噴射と筒内噴射を組み合わせた内燃機関を本発明に適用することも可能である。 Hereinafter, as a spark ignition type internal combustion engine, a cylinder injection type internal combustion engine in which fuel is directly injected into a combustion chamber (in-cylinder injection) will be described as an example. Although not shown in the figure, a supercharger for supercharging intake air is provided across the exhaust passage and the intake passage of the internal combustion engine. An internal combustion engine that combines port injection and in-cylinder injection can also be applied to the present invention.
図に基づいて本発明の一実施例を説明する。 An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1には本発明の一実施例に係るの制御装置を備えた内燃機関の概略構成、図2には制御ブロックの構成、図3にはバルブオーバーラップの設定状況、図4にはバルブオーバーラップの量と排気温度(a)、HC排出量(b)との関係、図5には制御のフローチャートを示してある。 FIG. 1 is a schematic configuration of an internal combustion engine provided with a control device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a configuration of a control block, FIG. 3 is a setting state of valve overlap, and FIG. The relationship between the lap amount, the exhaust temperature (a), and the HC emission amount (b), and FIG. 5 shows a control flowchart.
図1に基づいて火花点火式の筒内噴射型内燃機関(エンジン)の概略構成を説明する。 A schematic configuration of a spark ignition type cylinder injection internal combustion engine (engine) will be described with reference to FIG.
エンジン1のシリンダヘッド2には気筒毎に吸気ポート3が形成され、各吸気ポート3の燃焼室4側には吸気バルブ5がそれぞれ設けられている。吸気バルブ5はエンジン回転に応じて回転するカムシャフトのカムに倣って開閉動作され、各吸気ポート3と燃焼室4との連通・遮断を行う。各吸気ポート3には吸気マニホールド6の一端がそれぞれ接続され、各吸気ポート3に吸気マニホールド6が連通している。
An
また、エンジン1のシリンダヘッド2には気筒毎に排気ポート7がそれぞれ設けられ、各排気ポート7の燃焼室4側には排気バルブ8がそれぞれ設けられている。排気バルブ8はエンジン回転に応じて回転するカムシャフトのカムに倣って開閉動作され、各排気ポート7と燃焼室4との連通・遮断を行う。各排気ポート7には排気マニホールド9の一端がそれぞれ接続され、各排気ポート7に排気マニホールド9が連通している。
Further, the
吸気バルブ5には、吸気バルブ5の開閉時期を変更するバルブタイミング調整手段10が備えられている。バルブタイミング調整手段10は、例えば、吸気カム軸の位相を調整して吸気バルブ5の開閉タイミングを調整できる機構となっている。
The
シリンダヘッド2の各気筒には、燃焼室4に臨む燃料噴射弁11が取り付けられ、図示しない高圧燃料ポンプの駆動により燃料噴射弁11に燃料が送られる。燃料噴射弁11からは、所定の時期に所定の燃料圧力で所定量の燃料が燃焼室4に噴射される。そして、シリンダヘッド2の各気筒の燃焼室4の頂部には点火プラグ12が備えられている。
A
吸気マニホールド6には吸気管15が接続され、吸気管15には吸入空気量を調整するためのスロットルバルブ16が設けられている。スロットルバルブ16の開度はスロットルポジションセンサ21で検出される。
An
排気マニホールド9には排気管17(排気通路)が接続され、排気管17には、排気中の有害成分を浄化する触媒20(三元触媒、吸蔵型NOx触媒)が備えられ、触媒20の上流部には、排気ガス温度を検出する高温センサ31、及び、排気空燃比を検出する図示しない空燃比センサが備えられている。
An exhaust pipe 17 (exhaust passage) is connected to the
触媒20の下流側には、排気中の微粒子を捕集する捕集手段としてのフィルター(ガソリン微粒子捕集フィルター)18が備えられている。フィルター18の上流側の排気管17には上流圧力センサ22が設けられ、フィルター18の下流側の排気管17には下流圧力センサ23が設けられている。上流圧力センサ22と下流圧力センサ23で検出される差圧により、フィルター18に捕集された微粒子の量が推定される。
On the downstream side of the
エンジン1には、冷却水温を検出する冷却水センサ32、クランク角(エンジン回転速度Ne)を検出するクランク角センサ33が備えられ、また、図示は省略してあるが、アクセル開度センサ、エアフローセンサ等が備えられている。
The
車両には、エンジン1を制御する電子制御ユニット(ECU)25が備えられている。ECU25には、上述したセンサの検出情報が入力され、センサの情報に基づいてエンジン1の統合制御が行われる。即ち、各種センサからの検出情報に基づいて、燃料噴射弁11の燃料噴射時期、燃料噴射圧力、燃料噴射量等が制御されると共に、点火プラグ12の点火時期が制御される。
The vehicle is provided with an electronic control unit (ECU) 25 that controls the
そして、触媒20の昇温が要求される場合、即ち、吸蔵型NOx触媒、三元触媒の温度が低下している状況では、理論空燃比よりも若干リーンな空燃比(スライトリーン)となるように空燃比が制御されると共に、点火プラグ12の点火時期と、バルブタイミング調整手段10による吸気バルブ5の開閉時期の変更が統合制御される(成層スライトリーン燃焼手段)。
When the temperature of the
これにより、CO、HCに加えて、O2が触媒20に供給されて酸化反応が促進され、冷態時であっても触媒20の昇温が促進され、早期の活性化を図ることができる。
Thereby, in addition to CO and HC, O 2 is supplied to the
また、詳細な説明は省略するが、エンジン1には、所定の運転サイクルでフィルター18に捕集された微粒子を燃焼(除去)するための再生手段が備えられている。例えば、追加燃料を供給する等してフィルター18を昇温させる状態にエンジン1を運転し、捕集された微粒子を除去するようになっている。
Although detailed description is omitted, the
本実施例では、冷態始動時等、触媒20を昇温する際に、成層スライトリーン燃焼手段により触媒の昇温を行う。この時、フィルター18に捕集された微粒子の量が所定量以上となっていることが、上流圧力センサ22と下流圧力センサ23で検出される差圧により推定されると、フィルター18に捕集された微粒子が除去されるように成層スライトリーン燃焼(バルブオーバーラップ量拡大、もしくは、成層スライトリーン燃焼継続動作)が実行される(放出制御手段)。
In this embodiment, the temperature of the
従って、触媒20を昇温している成層スライトリーン燃焼の運転時に、触媒20の昇温運転をフィルター18の再生運転に利用することが可能になる。このため、成層スライトリーン燃焼により触媒20の昇温を実施しながら、微粒子の除去運転も実施することができ、フィルター18の微粒子を強制的に除去する再生運転の頻度を減らして燃費悪化を抑制することができる。
Accordingly, the temperature increasing operation of the
図2から図4に基づいてECU25の機能を具体的に説明する。
The function of the
ECU25には、スロットルポジションセンサ21、上流圧力センサ22、下流圧力センサ23、高温センサ31、冷却水センサ32、クランク角センサ33の検出情報、空燃比の情報、再生手段によるフィルター18の再生運転情報が入力される。
The
ECU25からは、車両の運転状況に応じて、燃料噴射弁11の燃料噴射時期、燃料噴射圧力、燃料噴射量が設定されると共に点火プラグ12の点火時期が設定され、設定された情報が燃料噴射弁11及び点火プラグ12(ドライバ)に出力される。
The
そして、ECU25には、成層スライトリーン燃焼手段35、放出制御手段36が備えられている。
The
成層スライトリーン燃焼手段35により、冷態始動時等、触媒20を昇温する際に、理論空燃比よりも若干リーンな空燃比(スライトリーン)となるように空燃比が制御されると共に、点火プラグ12の点火時期が調整され、バルブタイミング調整手段10による吸気バルブ5の開閉時期が早く変更される(バルブオーバーラップ通常拡大:昇温時成層スライトリーン燃焼N)。
The air-fuel ratio is controlled by the stratified light lean combustion means 35 so that the air-fuel ratio is slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (slight lean) when the temperature of the
放出制御手段36は、フィルター18に捕集された微粒子の量が所定量以上となっていることが、上流圧力センサ22と下流圧力センサ23で検出される差圧により推定されると、フィルター18に捕集された微粒子が除去されるように成層スライトリーン燃焼を実行させる。
When it is estimated from the differential pressure detected by the
即ち、微粒子が所定量未満の時のバルブオーバーラップ通常拡大よりも、バルブオーバーラップが拡大するように、バルブタイミング調整手段10による吸気バルブ5の開閉時期を更に早く変更する(オーバーラップ量拡大動作:再生時成層スライトリーン燃焼S)。
That is, the opening / closing timing of the
尚、放出制御手段36は、昇温時成層スライトリーン燃焼Nの動作を継続させることも可能である(成層スライトリーン燃焼継続動作)。 Note that the release control means 36 can also continue the operation of the stratified slite lean combustion N during the temperature rise (stratified slite lean combustion continuation operation).
図3に点線で示すように、バルブオーバーラップ通常拡大の時のバルブオーバーラップ量Nの場合、通常の開弁時期よりも矢印Aだけ早い時期に吸気バルブ5が開き始める。つまり、図4(a)(b)に示すように、バルブオーバーラップ通常拡大の時のバルブオーバーラップ量Nで、昇温時成層スライトリーン燃焼Nが実行されるように設定され、HCの排出量が最小の状態で、排気温度がある程度高い状態となっている。
As shown by a dotted line in FIG. 3, in the case of the valve overlap amount N when the valve overlap is normally expanded, the
図3に太線で示すように、オーバーラップ量拡大動作の時のバルブオーバーラップ量S(N<S)の場合、通常の開弁時期よりも矢印B(A<B)だけ早い時期に吸気バルブ5が開き始める。つまり、図4(a)(b)に示すように、バルブオーバーラップ量拡大動作の時のバルブオーバーラップ量Sで、再生時成層スライトリーン燃焼Sが実行されるように設定され、HCの排出量があまり多くない状態で、排気温度が十分に高い状態となっている。 As shown by a thick line in FIG. 3, in the case of the valve overlap amount S (N <S) at the time of the overlap amount expansion operation, the intake valve is earlier at the timing indicated by the arrow B (A <B) than the normal valve opening timing. 5 begins to open. That is, as shown in FIGS. 4A and 4B, the regeneration stratified light lean combustion S is set to be executed with the valve overlap amount S at the time of the valve overlap amount expansion operation, and the HC emission The exhaust temperature is sufficiently high with the amount not so large.
図5に基づいて、成層スライトリーン燃焼手段35、放出制御手段36における触媒20の昇温の制御、フィルター18から微粒子を除去する制御を具体的に説明する。
Based on FIG. 5, the control of the temperature rise of the
ステップS1で運転パラメータが読込まれ、ステップS2で微粒子の堆積量Qが推定される。即ち、上流圧力センサ22及び下流圧力センサ23の検出情報に基づいて、フィルター18の前後の排気の差圧を検出し、微粒子の堆積量Qが推定される。ステップS2で微粒子の堆積量Qが推定された後、触媒20の昇温要求があることを含む所定の条件が成立しているか否かが判断される。
In step S1, the operation parameters are read, and in step S2, the accumulation amount Q of fine particles is estimated. That is, based on the detection information of the
つまり、ステップS3でアイドル運転中か否かが判断され、ステップS3でアイドル運転中であると判断された場合、ステップS4で暖機中か否かが判断される。即ち、冷却水温度(もしくは排気温度)が所定温度以下であるか否かが判断される。ステップS4で暖機中であると判断された場合、ステップS5で堆積量Qが所定量QB以上であるか否かが判断される。 That is, it is determined whether or not the engine is idling in step S3. If it is determined that the engine is idling in step S3, it is determined whether or not the engine is warming up in step S4. That is, it is determined whether or not the cooling water temperature (or exhaust temperature) is equal to or lower than a predetermined temperature. If it is determined in step S4 that the engine is warming up, it is determined in step S5 whether or not the accumulation amount Q is equal to or greater than a predetermined amount QB.
ステップS3でアイドル運転中ではないと判断された場合、及び、ステップS4で暖機中ではないと判断された場合、処理が終了となり、通常運転の制御に移行する。 If it is determined in step S3 that the engine is not idling, and if it is determined in step S4 that the engine is not warming up, the process ends and the process proceeds to normal operation control.
ステップS5で堆積量Qが所定量QB以上ではないと判断された場合、即ち、アイドル運転時の暖機中で、触媒20の昇温要求があると判断され、フィルター18に捕集された微粒子が所定量QB未満の場合、ステップS6で昇温時成層スライトリーン燃焼Nが実行されてリターンとなる。
If it is determined in step S5 that the accumulation amount Q is not equal to or greater than the predetermined amount QB, that is, it is determined that there is a request for raising the temperature of the
つまり、理論空燃比よりも若干リーンな空燃比(スライトリーン)となるように空燃比が制御されると共に、点火プラグ12の点火時期が調整され、バルブタイミング調整手段10による吸気バルブ5の開閉時期が早く変更される(図3中点線で示した状態)。これにより、触媒20が昇温される。
That is, the air-fuel ratio is controlled so that the air-fuel ratio (slight lean) is slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the ignition timing of the
ステップS5で堆積量Qが所定量QB以上であると判断された場合、即ち、アイドル運転時の暖機中で、触媒20の昇温要求があり、フィルター18に所定量QB以上の微粒子が捕集されたと判断された場合(触媒20の昇温要求があることを含む所定の条件が成立した場合)、再生時成層スライトリーン燃焼Sが実行されてリターンとなる。
When it is determined in step S5 that the accumulation amount Q is equal to or greater than the predetermined amount QB, that is, during the warm-up during the idle operation, there is a request for raising the temperature of the
つまり、微粒子が所定量QB未満の時のバルブオーバーラップ通常拡大(昇温時成層スライトリーン燃焼N)よりも、バルブオーバーラップが拡大するように、バルブタイミング調整手段10による吸気バルブ5の開閉時期が更に早く変更される(図3中太線で示した状態)。これにより、排気温度を更に高くすることができ、触媒20が昇温されると共に、フィルター18に捕集された微粒子が除去される。
That is, the opening / closing timing of the
再生時成層スライトリーン燃焼Sが実行されることにより、触媒20の昇温運転をフィルター18の再生運転に利用することができ、成層スライトリーン燃焼により触媒20の昇温を実施しながら、微粒子の除去運転も実施することができる。これにより、フィルター18の微粒子を強制的に除去する再生運転の頻度を減らして燃費悪化を抑制することができる。
By executing the regeneration-stratified slite lean combustion S, the temperature rising operation of the
図6に基づいて、成層スライトリーン燃焼手段35、放出制御手段36における触媒20の昇温の制御、フィルター18から微粒子を除去する制御の他の実施例を具体的に説明する。
Based on FIG. 6, another embodiment of the control of the temperature rise of the
ステップS11で運転パラメータが読込まれ、ステップS12で微粒子の堆積量Qが推定される。即ち、上流圧力センサ22及び下流圧力センサ23の検出情報に基づいて、フィルター18の前後の排気の差圧を検出し、微粒子の堆積量Qが推定される。
In step S11, the operation parameters are read, and in step S12, the accumulation amount Q of fine particles is estimated. That is, based on the detection information of the
ステップS12で微粒子の堆積量Qが推定された後、ステップS13でアイドル運転中か否かが判断される。ステップS13でアイドル運転中であると判断された場合、ステップS14で暖機中か否かが判断される。即ち、冷却水温度(もしくは排気温度)が所定温度以下であるか否かが判断される。ステップS14で暖機中であると判断された場合、ステップS15で堆積量Qが所定量QB以上であるか否かが判断される。ステップS13でアイドル運転中ではないと判断された場合、処理が終了となり、通常運転の制御に移行する。 After the accumulation amount Q of the fine particles is estimated in step S12, it is determined in step S13 whether or not the idling operation is being performed. If it is determined in step S13 that the engine is idling, it is determined in step S14 whether the engine is warming up. That is, it is determined whether or not the cooling water temperature (or exhaust temperature) is equal to or lower than a predetermined temperature. If it is determined in step S14 that the engine is warming up, it is determined in step S15 whether the accumulation amount Q is equal to or greater than a predetermined amount QB. If it is determined in step S13 that the idling operation is not being performed, the process ends, and the control shifts to the normal operation control.
ステップS15で堆積量Qが所定量QB以上ではないと判断された場合、即ち、アイドル運転時の暖機中で、触媒20の昇温要求があると判断され、フィルター18に捕集された微粒子が所定量QB未満の場合、ステップS16で昇温時成層スライトリーン燃焼Nが実行されてリターンとなる。
If it is determined in step S15 that the accumulation amount Q is not equal to or greater than the predetermined amount QB, that is, it is determined that there is a request for raising the temperature of the
つまり、理論空燃比よりも若干リーンな空燃比(スライトリーン)となるように空燃比が制御されると共に、点火プラグ12の点火時期が調整され、バルブタイミング調整手段10による吸気バルブ5の開閉時期が早く変更される(図3中点線で示した状態)。これにより、触媒20が昇温される。
That is, the air-fuel ratio is controlled so that the air-fuel ratio (slight lean) is slightly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the ignition timing of the
ステップS15で堆積量Qが所定量QB以上であると判断された場合、即ち、アイドル運転時の暖機中で、触媒20の昇温要求があり、フィルター18に所定量QB以上の微粒子が捕集されたと判断された場合(触媒20の昇温要求があることを含む所定の条件が成立した場合)、ステップS17で放出フラグFgpfを1にし、ステップS18で再生時成層スライトリーン燃焼Sが実行されてリターンとなる。
When it is determined in step S15 that the accumulation amount Q is equal to or greater than the predetermined amount QB, that is, during the warm-up during the idle operation, there is a request for increasing the temperature of the
つまり、微粒子が所定量QB未満の時のバルブオーバーラップ通常拡大(昇温時成層スライトリーン燃焼N)よりも、バルブオーバーラップが拡大するように、バルブタイミング調整手段10による吸気バルブ5の開閉時期が更に早く変更される(図3中太線で示した状態)。これにより、排気温度を更に高くすることができ、触媒20が昇温されると共に、フィルター18に捕集された微粒子が除去される。
That is, the opening / closing timing of the
一方、ステップS14で暖機中ではないと判断された場合、即ち、アイドル運転中であるが、触媒20の昇温が完了していると判断された場合、ステップS21で放出フラグFgpfが1であるか否かが判断される。
On the other hand, if it is determined in step S14 that the engine is not warming up, that is, if the idling operation is being performed but it is determined that the temperature increase of the
ステップS21で放出フラグFgpfが1であると判断された場合、フィルター18には所定量QB以上の微粒子が捕集されているとみなされているため、ステップS22で放出フラグFgpfの解除条件が成立しているか否かが判断される。ステップS21で放出フラグFgpfが1ではない、即ち、放出フラグFgpfが0であると判断された場合、処理が終了となり、通常運転の制御に移行する。
If it is determined in step S21 that the release flag Fgpf is 1, since it is considered that fine particles of a predetermined amount QB or more are collected in the
放出フラグFgpfの解除条件は、フィルター18に捕集された微粒子が所定量QB未満になった時、もしくは、再生時成層スライトリーン燃焼Sが実行されてから所定の時間が経過した時に設定されている。
The release condition of the release flag Fgpf is set when the particulates collected by the
ステップS22で放出フラグFgpfの解除条件が成立していると判断された場合、ステップS23で放出フラグFgpfを0に設定して、処理が終了となり、通常運転の制御に移行する。 If it is determined in step S22 that the release flag Fgpf release condition is satisfied, the release flag Fgpf is set to 0 in step S23, the process ends, and control is shifted to normal operation.
ステップS22で放出フラグFgpfの解除条件が成立していないと判断された場合、放出フラグFgpfが1となっている前提で(オーバーラップ量拡大動作を実行させた前提で)、放出フラグFgpfの解除条件が成立していないと判断されていることになる。 When it is determined in step S22 that the release flag Fgpf release condition is not satisfied, the release flag Fgpf is released on the assumption that the release flag Fgpf is 1 (on the assumption that the overlap amount expansion operation is executed). It is determined that the condition is not satisfied.
つまり、オーバーラップ量拡大動作を実行させても、触媒20の昇温が完了した時点で(ステップS14で暖機中ではないと判断された時点で)、フィルター18に微粒子が所定量QB以上捕集されていると判断されていることになる。
That is, even when the overlap amount expanding operation is executed, when the temperature of the
ステップS22で放出フラグFgpfの解除条件が成立していないと判断された場合、ステップS16で昇温時成層スライトリーン燃焼Nが実行されてリターンとなる。つまり、オーバーラップ量拡大動作である再生時成層スライトリーン燃焼Sを実行させずに、成層スライトリーン燃焼継続動作を実行させている。 If it is determined in step S22 that the release condition for the release flag Fgpf is not satisfied, the temperature-rise stratified light lean combustion N is executed in step S16, and the process returns. That is, the stratified light lean combustion continuing operation is executed without executing the regeneration stratified light lean combustion S which is the overlap amount expanding operation.
尚、ステップS22で放出フラグFgpfの解除条件が成立していないと判断された場合、ステップS18で再生時成層スライトリーン燃焼Sを実行させることも可能である。 If it is determined in step S22 that the release condition for the release flag Fgpf is not satisfied, it is possible to execute regeneration-time stratified light lean combustion S in step S18.
オーバーラップ量拡大動作を実行させても触媒20の昇温が完了した時点で、フィルター18に捕集されている微粒子が所定量QB未満とならなかった場合、成層スライトリーン燃焼継続動作(昇温時成層スライトリーン燃焼N)だけを実行させるので、フィルター18の微粒子を強制的に除去する再生運転の頻度を減らしつつ、成層スライトリーン燃焼を実施した際の燃費の悪化を最小限にすることができる。
If the particulate matter collected by the
上述した内燃機関の排気浄化装置は、触媒20を昇温している成層スライトリーン燃焼を実施している運転時に、成層スライトリーン燃焼をフィルター18の再生運転に利用することが可能になる。
The above-described exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine can use the stratified light lean lean combustion for the regeneration operation of the
本発明は、排気浄化装置を備えた内燃機関の制御装置の産業分野で利用することができる。 The present invention can be used in the industrial field of a control device for an internal combustion engine equipped with an exhaust purification device.
1 エンジン
2 シリンダヘッド
3 吸気ポート
4 燃焼室
5 吸気バルブ
6 吸気マニホールド
7 排気ポート
8 排気バルブ
9 排気マニホールド
10 バルブタイミング調整手段
11 燃料噴射弁
12 点火プラグ
15 吸気管
16 スロットルバルブ
17 排気管
18 フィルター
20 触媒
21 スロットルポジションセンサ
22 上流圧力センサ
23 下流圧力センサ
25 電子制御ユニット(ECU)
31 高温センサ
32 冷却水センサ
35 成層スライトリーン燃焼手段
36 放出制御手段
DESCRIPTION OF
31
Claims (5)
前記内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出される排気を浄化する触媒と、
前記排気通路に設けられ、前記内燃機関から排出される排気中の微粒子を捕集する捕集手段と、
前記触媒の昇温要求があることを含む所定の条件が成立した際に、圧縮行程で燃料を噴射するとともに空燃比を理論空燃比近傍の希薄空燃比に制御して成層燃焼を行わせる成層スライトリーン燃焼手段と、
前記成層スライトリーン燃焼手段を動作させる放出制御手段とを備え、
前記放出制御手段は、
前記所定の条件が成立した際に、前記触媒を昇温させるように前記成層スライトリーン燃焼手段を動作させると共に、
前記捕集手段に捕集された前記微粒子が所定量以上となった場合、
前記微粒子が所定量未満の時よりも排気バルブ、吸気バルブの開閉時期のオーバーラップ量を拡大させるオーバーラップ量拡大動作、もしくは、前記触媒の昇温が完了した後も前記成層スライトリーン燃焼手段の動作を継続させる成層スライトリーン燃焼継続動作、の少なくとも一方を実行させる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 A spark ignition internal combustion engine control device,
A catalyst that is provided in an exhaust passage of the internal combustion engine and purifies exhaust gas discharged from the internal combustion engine;
A collecting means provided in the exhaust passage for collecting particulates in the exhaust discharged from the internal combustion engine;
A stratified slightly fuel that performs stratified combustion by injecting fuel in a compression stroke and controlling the air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio when a predetermined condition including that there is a temperature increase request of the catalyst is established Combustion means,
Release control means for operating the stratified light lean combustion means,
The release control means includes
When the predetermined condition is satisfied, the stratified light lean combustion means is operated so as to raise the temperature of the catalyst,
When the fine particles collected by the collecting means are a predetermined amount or more,
The overlap amount expanding operation for increasing the overlap amount at the opening / closing timing of the exhaust valve and the intake valve than when the fine particles are less than the predetermined amount, or even after the temperature rise of the catalyst is completed, A control device for an internal combustion engine, wherein at least one of a stratified light lean combustion continuing operation for continuing the operation is executed.
前記放出制御手段は、
前記オーバーラップ量拡大動作を実行させる場合、前記捕集手段に捕集された前記微粒子が所定量未満になるまで、前記オーバーラップ量拡大動作を継続する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The release control means includes
When the overlap amount expanding operation is executed, the overlap amount expanding operation is continued until the fine particles collected by the collecting means become less than a predetermined amount.
前記放出制御手段は、
前記成層スライトリーン燃焼継続動作を実行させる場合、前記捕集手段に捕集された前記微粒子が所定量未満になるまで、前記成層スライトリーン燃焼継続動作を継続する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The release control means includes
The control of the internal combustion engine characterized in that, when the stratified light lean combustion continuing operation is executed, the stratified light lean combustion continuing operation is continued until the fine particles collected by the collecting means become less than a predetermined amount. apparatus.
前記放出制御手段は、
前記オーバーラップ量拡大動作を実行させても、前記触媒の昇温が完了した時点で、前記捕集手段に所定量以上前記微粒子が捕集されていた場合、前記オーバーラップ量拡大動作を終了するとともに前記成層スライトリーン燃焼継続動作を実行させる
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
The release control means includes
Even if the overlap amount expansion operation is executed, the overlap amount expansion operation is terminated when the particulate matter has been collected in the collection means when the temperature of the catalyst is increased. And a control device for an internal combustion engine, wherein the stratified light lean combustion continuing operation is executed.
前記捕集手段の前後の差圧を検出する差圧検出手段を備え、
前記放出制御手段は、
前記差圧検出手段の検出情報に基づいて前記捕集手段に捕集された前記微粒子が所定量以上となったことを認識する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
A differential pressure detecting means for detecting a differential pressure before and after the collecting means;
The release control means includes
A control apparatus for an internal combustion engine, characterized in that it recognizes that the amount of the fine particles collected by the collection means has become a predetermined amount or more based on detection information of the differential pressure detection means.
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