JP2016153619A - 排気浄化システム - Google Patents
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Abstract
【課題】SOxパージ中にアイドル運転状態になった場合においても、SOxパージの実施を効果的に継続させる。
【解決手段】内燃機関10の排気通路13に設けられて排気中のNOxを還元浄化するNOx還元型触媒32と、内燃機関10がアイドル運転状態になると空気流量をオープンループ制御するアイドル時空気系制御部52と、空気流量をフィードバック制御する空気系制御及び、燃料噴射量を増加させる噴射系制御を併用して排気を所定の目標空気過剰率まで低下させることで、NOx還元型触媒32に吸着されている硫黄酸化物を除去する触媒再生処理を実施するSOxパージ制御部60と、触媒再生処理を実施している際にアイドル運転状態になっても、アイドル時空気系制御部52によるオープンループ制御の実施を禁止する空気系オープンループ制御禁止部70とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】内燃機関10の排気通路13に設けられて排気中のNOxを還元浄化するNOx還元型触媒32と、内燃機関10がアイドル運転状態になると空気流量をオープンループ制御するアイドル時空気系制御部52と、空気流量をフィードバック制御する空気系制御及び、燃料噴射量を増加させる噴射系制御を併用して排気を所定の目標空気過剰率まで低下させることで、NOx還元型触媒32に吸着されている硫黄酸化物を除去する触媒再生処理を実施するSOxパージ制御部60と、触媒再生処理を実施している際にアイドル運転状態になっても、アイドル時空気系制御部52によるオープンループ制御の実施を禁止する空気系オープンループ制御禁止部70とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、排気浄化システムに関する。
従来、内燃機関から排出される排気中の窒素化合物(以下、NOx)を還元浄化する触媒として、NOx吸蔵還元型触媒が知られている。NOx吸蔵還元型触媒は、排気がリーン雰囲気のときに排気中に含まれるNOxを吸蔵すると共に、排気がリッチ雰囲気のときに排気中に含まれる炭化水素で吸蔵していたNOxを還元浄化により無害化して放出する。
また、NOx吸蔵還元型触媒には、排気中に含まれる硫黄酸化物(以下、SOx)も吸蔵される。SOx吸蔵量が増加すると、NOx吸蔵還元型触媒のNOx浄化能力を低下させる課題がある。このため、SOx吸蔵量が所定量に達した場合は、NOx吸蔵還元型触媒からSOxを離脱させてS被毒から回復させるべく、ポスト噴射や排気管噴射によって上流側の酸化触媒に未燃燃料を供給して排気温度をSOx離脱温度まで上昇させる所謂SOxパージを定期的に行う必要がある(例えば、特許文献1参照)。
この種の装置では、SOxパージ時に排気を所望のラムダ値まで低下させるために、吸入空気量を減少させる空気系制御と、燃料噴射量を増加させる噴射系制御とを併用するものが知られている。SOxパージ時の空気系制御は、EGRバルブを開側に開くと共に、吸気スロットルバルブを閉側に絞るフィードバック制御によって実施される。
また、一般的なエンジン制御では、アイドル運転状態になると、空気系制御がEGRバルブを閉側の所定開度に固定すると共に、吸気スロットルバルブを開側の所定開度に固定するオープンループ制御に切り替わるようになっている。このように、アイドル運転によって空気系制御がオープンループ制御に切り替えられると、エンジン出口の排気ラムダ値は大幅に上昇することになる。
このため、SOxパージ時にアイドル運転状態となり、空気系制御がオープンループ制御に切り替えられると、噴射系制御を継続させても、排気ラムダをパージに必要な所望のラムダ値に維持できなくなる課題がある。
開示のシステムは、SOxパージ中にアイドル運転状態になった場合においても、SOxパージの実施を効果的に継続させることを目的とする。
開示のシステムは、内燃機関の排気通路に設けられて排気中のNOxを還元浄化するNOx還元型触媒と、前記内燃機関がアイドル運転状態になると当該内燃機関の空気流量をオープンループ制御するオープンループ制御手段と、前記内燃機関の空気流量をフィードバック制御する空気系制御及び、燃料噴射量を増加させる噴射系制御を併用して排気を所定の目標空気過剰率まで低下させることで、前記NOx還元型触媒に吸着されている硫黄酸化物を除去する触媒再生処理を実施する触媒再生手段と、前記触媒再生手段が触媒再生処理を実施している際に前記内燃機関がアイドル運転状態になっても、前記オープンループ制御手段によるオープンループ制御の実施を禁止する禁止手段と、を備える。
開示のシステムによれば、SOxパージ中にアイドル運転状態になった場合においても、SOxパージの実施を効果的に継続させることができる。
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係る排気浄化システムを説明する。
図1に示すように、ディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)10の各気筒には、図示しないコモンレールに畜圧された高圧燃料を各気筒内に直接噴射するインジェクタ11がそれぞれ設けられている。これら各インジェクタ11の燃料噴射量や燃料噴射タイミングは、電子制御ユニット(以下、ECUという)50から入力される指示信号に応じてコントロールされる。
エンジン10の吸気マニホールド10Aには新気を導入する吸気通路12が接続され、排気マニホールド10Bには排気を外部に導出する排気通路13が接続されている。吸気通路12には、吸気上流側から順にエアクリーナ14、吸入空気量センサ(以下、MAFセンサという)40、可変容量型過給機20のコンプレッサ20A、インタークーラ15、吸気スロットルバルブ16等が設けられている。排気通路13には、排気上流側から順に可変容量型過給機20のタービン20B、排気後処理装置30等が設けられている。なお、図1中において、符号41はエンジン回転数センサ、符号42はアクセル開度センサ、符号46はブースト圧センサ、符号47は車速センサをそれぞれ示している。
EGR装置21は、排気マニホールド10Bと吸気マニホールド10Aとを接続するEGR通路22と、EGRガスを冷却するEGRクーラ23と、EGR量を調整するEGRバルブ24とを備えている。
排気後処理装置30は、ケース30A内に排気上流側から順に酸化触媒31、NOx吸蔵還元型触媒32、パティキュレートフィルタ(以下、単にフィルタという)33を配置して構成されている。また、酸化触媒31よりも上流側の排気通路13には、ECU50から入力される指示信号に応じて、排気通路13内に未燃燃料(主にHC)を噴射する排気管噴射装置34が設けられている。
酸化触媒31は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面に酸化触媒成分を担持して形成されている。酸化触媒31は、排気管噴射装置34又はインジェクタ11のポスト噴射によって未燃燃料が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
NOx吸蔵還元型触媒32は、例えば、ハニカム構造体等のセラミック製担体表面にアルカリ金属等を担持して形成されている。このNOx吸蔵還元型触媒32は、排気空燃比がリーン状態のときに排気中のNOxを吸蔵すると共に、排気空燃比がリッチ状態のときに排気中に含まれる還元剤(HC等)で吸蔵したNOxを還元浄化する。
フィルタ33は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ33は、排気中のPMを隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、PM堆積推定量が所定量に達すると、これを燃焼除去するいわゆるフィルタ強制再生が実行される。フィルタ強制再生は、排気管噴射又はポスト噴射によって上流側の酸化触媒31に未燃燃料を供給し、フィルタ33に流入する排気温度をPM燃焼温度まで昇温することで行われる。
第1排気温度センサ43は、酸化触媒31よりも上流側に設けられており、酸化触媒31に流入する排気温度を検出する。第2排気温度センサ44は、NOx吸蔵還元型触媒32とフィルタ33との間に設けられており、フィルタ33に流入する排気温度を検出する。NOx/ラムダセンサ45は、フィルタ33よりも下流側に設けられており、NOx吸蔵還元型触媒32を通過した排気のNOx値及びラムダ値(以下、空気過剰率ともいう)を検出する。
ECU50は、エンジン10等の各種制御を行うもので、公知のCPUやROM、RAM、入力ポート、出力ポート等を備えて構成されている。これら各種制御を行うため、ECU50にはセンサ類40〜47のセンサ値が入力される。また、ECU50は、アイドル状態判定部51と、アイドル時空気系制御部52と、フィルタ再生制御部53と、SOxパージ制御部60と、MAF追従制御部80と、噴射量学習補正部90と、MAF補正係数演算部95とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるECU50に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
[アイドル時空気系制御]
アイドル状態判定部51は、アクセル開度センサ42や車速センサ47等のセンサ値に基づいて、エンジン10がアイドル運転状態にあるか否かを判定する。アイドル時空気系制御部52は、本発明のオープンループ制御手段であって、エンジン10がアイドル運転状態になると、EGRバルブ24を閉側の所定開度に固定すると共に、吸気スロットルバルブ16を開側の所定開度に固定するオープンループ制御を実施する。
アイドル状態判定部51は、アクセル開度センサ42や車速センサ47等のセンサ値に基づいて、エンジン10がアイドル運転状態にあるか否かを判定する。アイドル時空気系制御部52は、本発明のオープンループ制御手段であって、エンジン10がアイドル運転状態になると、EGRバルブ24を閉側の所定開度に固定すると共に、吸気スロットルバルブ16を開側の所定開度に固定するオープンループ制御を実施する。
[フィルタ再生制御]
フィルタ再生制御部53は、車両の走行距離、あるいは図示しない差圧センサで検出されるフィルタ前後差圧からフィルタ33のPM堆積量を推定すると共に、このPM堆積推定量が所定の上限閾値を超えると、強制再生フラグFDPFをオン(FDPF=1)にしてフィルタ再生制御を開始する(図2の時刻t1参照)。フィルタ再生制御は、排気管噴射量やポスト噴射量を所定のPM燃焼温度(例えば、約550℃)に基づいてフィードバック制御することで実施される。フィルタ再生制御は、PM堆積量推定値がPM燃焼除去を示す所定の下限閾値(判定閾値)まで低下すると、強制再生フラグFDPFをオフにして終了される(図2の時刻t2参照)。強制再生フラグFDPFをオフにする判定閾値は、例えば、フィルタ強制再生開始(FDPF=1)からの上限経過時間や上限累積噴射量を基準にしてもよい。
フィルタ再生制御部53は、車両の走行距離、あるいは図示しない差圧センサで検出されるフィルタ前後差圧からフィルタ33のPM堆積量を推定すると共に、このPM堆積推定量が所定の上限閾値を超えると、強制再生フラグFDPFをオン(FDPF=1)にしてフィルタ再生制御を開始する(図2の時刻t1参照)。フィルタ再生制御は、排気管噴射量やポスト噴射量を所定のPM燃焼温度(例えば、約550℃)に基づいてフィードバック制御することで実施される。フィルタ再生制御は、PM堆積量推定値がPM燃焼除去を示す所定の下限閾値(判定閾値)まで低下すると、強制再生フラグFDPFをオフにして終了される(図2の時刻t2参照)。強制再生フラグFDPFをオフにする判定閾値は、例えば、フィルタ強制再生開始(FDPF=1)からの上限経過時間や上限累積噴射量を基準にしてもよい。
[SOxパージ制御]
SOxパージ制御部60は、本発明の触媒再生手段であって、排気をリッチ状態にして排気温度をSOx離脱温度(例えば、約600℃)まで上昇させて、NOx吸蔵還元型触媒32をSOx被毒から回復させる制御(以下、この制御をSOxパージ制御という)を実行する。SOxパージ制御は、フィルタ再生制御の終了によってフィルタ再生フラグFDPFがオフにされると、SOxパージフラグFSPをオンにすることで開始される(図2の時刻t2参照)。
SOxパージ制御部60は、本発明の触媒再生手段であって、排気をリッチ状態にして排気温度をSOx離脱温度(例えば、約600℃)まで上昇させて、NOx吸蔵還元型触媒32をSOx被毒から回復させる制御(以下、この制御をSOxパージ制御という)を実行する。SOxパージ制御は、フィルタ再生制御の終了によってフィルタ再生フラグFDPFがオフにされると、SOxパージフラグFSPをオンにすることで開始される(図2の時刻t2参照)。
本実施形態において、SOxパージ制御部60は、図3に示すように、SOxパージリーン制御部60Aと、SOxパージリッチ制御部60Bと、空気系オープンループ制御禁止部70とを一部の機能要素として備えている。以下、これら各機能要素の詳細について説明する。
[SOxパージリーン制御]
SOxパージリーン制御部60Aは、排気の空気過剰率を定常運転時(例えば、約1.5)から理論空燃比相当値(約1.0)よりもリーン側の第1目標空気過剰率(例えば、約1.3)まで低下させるSOxパージリーン制御を実行する。以下、SOxパージリーン制御の詳細について説明する。
SOxパージリーン制御部60Aは、排気の空気過剰率を定常運転時(例えば、約1.5)から理論空燃比相当値(約1.0)よりもリーン側の第1目標空気過剰率(例えば、約1.3)まで低下させるSOxパージリーン制御を実行する。以下、SOxパージリーン制御の詳細について説明する。
図4は、SOxパージリーン制御時のMAF目標値MAFSPL_Trgtの設定処理を示すブロック図である。第1目標空気過剰率設定マップ61は、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Q(エンジン10の燃料噴射量)に基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Neとアクセル開度Qとに対応したSOxパージリーン制御時の空気過剰率目標値λSPL_Trgt(第1目標空気過剰率)が予め実験等に基づいて設定されている。
まず、第1目標空気過剰率設定マップ61から、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qを入力信号としてSOxパージリーン制御時の空気過剰率目標値λSPL_Trgtが読み取られて、MAF目標値演算部62に入力される。さらに、MAF目標値演算部62では、以下の数式(1)に基づいてSOxパージリーン制御時のMAF目標値MAFSPL_Trgtが演算される。
MAFSPL_Trgt=λSPL_Trgt×Qfnl_corrd×RoFuel×AFRsto/Maf_corr・・・(1)
数式(1)において、Qfnl_corrdは後述する学習補正された燃料噴射量(ポスト噴射を除く)、RoFuelは燃料比重、AFRstoは理論空燃比、Maf_corrは後述するMAF補正係数をそれぞれ示している。
数式(1)において、Qfnl_corrdは後述する学習補正された燃料噴射量(ポスト噴射を除く)、RoFuelは燃料比重、AFRstoは理論空燃比、Maf_corrは後述するMAF補正係数をそれぞれ示している。
MAF目標値演算部62によって演算されたMAF目標値MAFSPL_Trgtは、SOxパージフラグFSPがオンになるとランプ処理部63に入力される。ランプ処理部63は、各ランプ係数マップ63A,Bからエンジン回転数Ne及びアクセル開度Qを入力信号としてランプ係数を読み取ると共に、このランプ係数を付加したMAF目標ランプ値MAFSPL_Trgt_Rampをバルブ制御部64に入力する。
バルブ制御部64は、MAFセンサ40から入力される実MAF値MAFActがMAF目標ランプ値MAFSPL_Trgt_Rampとなるように、吸気スロットルバルブ16を閉側に絞ると共に、EGRバルブ24を開側に開くフィードバック制御を実行する。
このように、本実施形態では、第1目標空気過剰率設定マップ61から読み取られる空気過剰率目標値λSPL_Trgtと、各インジェクタ11の燃料噴射量とに基づいてMAF目標値MAFSPL_Trgtを設定し、このMAF目標値MAFSPL_Trgtに基づいて空気系動作をフィードバック制御するようになっている。これにより、NOx吸蔵還元型触媒32の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、NOx吸蔵還元型触媒32の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をSOxパージリーン制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。
また、各インジェクタ11の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Qfnl_corrdを用いることで、MAF目標値MAFSPL_Trgtをフィードフォワード制御で設定することが可能となり、各インジェクタ11の経年劣化や特性変化、個体差等の影響を効果的に排除することができる。
また、MAF目標値MAFSPL_Trgtにエンジン10の運転状態に応じて設定されるランプ係数を付加することで、吸入空気量の急激な変化によるエンジン10の失火やトルク変動によるドライバビリティーの悪化等を効果的に防止することができる。
[SOxパージリッチ制御]
SOxパージリッチ制御部60Bは、排気の空気過剰率を第1目標空気過剰率からリッチ側の第2目標空気過剰率(例えば、約0.9)までさらに低下させるSOxパージリッチ制御を実行する。以下、SOxパージリッチ制御の詳細について説明する。
SOxパージリッチ制御部60Bは、排気の空気過剰率を第1目標空気過剰率からリッチ側の第2目標空気過剰率(例えば、約0.9)までさらに低下させるSOxパージリッチ制御を実行する。以下、SOxパージリッチ制御の詳細について説明する。
図5は、SOxパージリッチ制御における排気管噴射又はポスト噴射の目標噴射量QSPR_Trgt(単位時間当たりの噴射量)の設定処理を示すブロック図である。第2目標空気過剰率設定マップ65は、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Neとアクセル開度Qとに対応したSOxパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λSPR_Trgt(第2目標空気過剰率)が予め実験等に基づいて設定されている。
まず、第2目標空気過剰率設定マップ65から、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qを入力信号としてSOxパージリッチ制御時の空気過剰率目標値λSPR_Trgtが読み取られて、噴射量目標値演算部66に入力される。さらに、噴射量目標値演算部66では、以下の数式(2)に基づいてSOxパージリッチ制御時の目標噴射量QSPR_Trgtが演算される。
QSPR_Trgt=MAFSPL_Trgt×Maf_corr/(λSPR_Trgt×RoFuel×AFRsto)−Qfnl_corrd・・・(2)
数式(2)において、MAFSPL_TrgtはSOxパージリーン時のMAF目標値であって、前述のMAF目標値演算部62から入力される。また、Qfnl_corrdは後述する学習補正されたMAF追従制御適用前の燃料噴射量(ポスト噴射を除く)、RoFuelは燃料比重、AFRstoは理論空燃比、Maf_corrは後述するMAF補正係数をそれぞれ示している。
数式(2)において、MAFSPL_TrgtはSOxパージリーン時のMAF目標値であって、前述のMAF目標値演算部62から入力される。また、Qfnl_corrdは後述する学習補正されたMAF追従制御適用前の燃料噴射量(ポスト噴射を除く)、RoFuelは燃料比重、AFRstoは理論空燃比、Maf_corrは後述するMAF補正係数をそれぞれ示している。
噴射量目標値演算部66によって演算された目標噴射量QSPR_Trgtは、後述するSOxパージリッチフラグFSPRがオンになると、排気管噴射装置34又は、各インジェクタ11に噴射指示信号として送信される。
このように、本実施形態では、第2目標空気過剰率設定マップ65から読み取られる空気過剰率目標値λSPR_Trgtと、各インジェクタ11の燃料噴射量とに基づいて目標噴射量QSPR_Trgtを設定するようになっている。これにより、NOx吸蔵還元型触媒32の上流側にラムダセンサを設けることなく、或いは、NOx吸蔵還元型触媒32の上流側にラムダセンサを設けた場合も当該ラムダセンサのセンサ値を用いることなく、排気をSOxパージリッチ制御に必要な所望の空気過剰率まで効果的に低下させることが可能になる。
また、各インジェクタ11の燃料噴射量として学習補正後の燃料噴射量Qfnl_corrdを用いることで、目標噴射量QSPR_Trgtをフィードフォワード制御で設定することが可能となり、各インジェクタ11の経年劣化や特性変化等の影響を効果的に排除することができる。
[SOxパージ制御の触媒温度調整制御]
SOxパージ制御中にNOx吸蔵還元型触媒32に流入する排気温度(以下、触媒温度ともいう)は、図2の時刻t2〜t4に示すように、排気管噴射又はポスト噴射を実行するSOxパージリッチフラグFSPRのオン・オフ(リッチ・リーン)を交互に切り替えることで制御される。SOxパージリッチフラグFSPRがオン(FSPR=1)にされると、排気管噴射又はポスト噴射によって触媒温度は上昇する(以下、この期間を噴射期間TF_INJという)。一方、SOxパージリッチフラグFSPRがオフにされると、排気管噴射又はポスト噴射の停止によって触媒温度は低下する(以下、この期間をインターバルTF_INTという)。
SOxパージ制御中にNOx吸蔵還元型触媒32に流入する排気温度(以下、触媒温度ともいう)は、図2の時刻t2〜t4に示すように、排気管噴射又はポスト噴射を実行するSOxパージリッチフラグFSPRのオン・オフ(リッチ・リーン)を交互に切り替えることで制御される。SOxパージリッチフラグFSPRがオン(FSPR=1)にされると、排気管噴射又はポスト噴射によって触媒温度は上昇する(以下、この期間を噴射期間TF_INJという)。一方、SOxパージリッチフラグFSPRがオフにされると、排気管噴射又はポスト噴射の停止によって触媒温度は低下する(以下、この期間をインターバルTF_INTという)。
本実施形態において、噴射期間TF_INJは、予め実験等により作成した噴射期間設定マップ(不図示)からエンジン回転数Ne及びアクセル開度Qに対応する値を読み取ることで設定される。この噴射時間設定マップには、予め実験等によって求めた排気の空気過剰率を第2目標空気過剰率まで確実に低下させるのに必要となる噴射期間が、エンジン10の運転状態に応じて設定されている。
インターバルTF_INTは、触媒温度が最も高くなるSOxパージリッチフラグFSPRがオンからオフに切り替えられた際に、フィードバック制御によって設定される。具体的には、SOxパージリッチフラグFSPRがオフされた際の目標触媒温度と推定触媒温度との偏差ΔTに比例して入力信号を変化させる比例制御と、偏差ΔTの時間積分値に比例して入力信号を変化させる積分制御と、偏差ΔTの時間微分値に比例して入力信号を変化させる微分制御とで構成されるPID制御によって処理される。目標触媒温度は、NOx吸蔵還元型触媒32からSOxを離脱可能な温度で設定され、推定触媒温度は、例えば、第1排気温度センサ43で検出される酸化触媒31の入口温度、酸化触媒31及びNOx吸蔵還元型触媒32の内部でのHC/CO発熱量、外気への放熱量等に基づいて推定すればよい。
図6の時刻t1に示すように、フィルタ再生フラグFDPFのオフによってSOxパージフラグFSPがオンされると、SOxパージリッチフラグFSPRもオンにされ、さらにフィードバック計算も一旦リセットされる。すなわち、フィルタ強制再生直後の初回は、噴射期間設定マップで設定した噴射期間TF_INJ_1に応じて排気管噴射又はポスト噴射が実行される(図6の時刻t1〜t2参照)。これにより、フィルタ強制再生で上昇した排気温度を低下させることなく、速やかにSOxパージ制御に移行され、燃料消費量を低減することができる。
次いで、噴射期間TF_INJ_1の経過によってSOxパージリッチフラグFSPRがオフになると、PID制御によって設定されたインターバルTF_INT_1が経過するまで、SOxパージリッチフラグFSPRはオフとされる(図6の時刻t2〜t3参照)。さらに、インターバルTF_INT_1の経過によってSOxパージリッチフラグFSPRがオンにされると、再び噴射期間TF_INJ_2に応じた排気管噴射又はポスト噴射が実行される(図6の時刻t3〜t4参照)。その後、これらSOxパージリッチフラグFSPRのオン・オフの切り替えは、後述するSOxパージ制御の終了判定によってSOxパージフラグFSPがオフ(図6の時刻tn参照)にされるまで繰り返し実行される。
このように、本実施形態では、触媒温度を上昇させると共に空気過剰率を第2目標空気過剰率まで低下させる噴射期間TF_INJをエンジン10の運転状態に基づいて参照されるマップから設定すると共に、触媒温度を降下させるインターバルTF_INTをPID制御によって処理するようになっている。これにより、SOxパージ制御中の触媒温度をパージに必要な所望の温度範囲に効果的に維持しつつ、空気過剰率を目標過剰率まで確実に低下させることが可能になる。
[空気系オープンループ制御の禁止処理]
図7は、SOxパージ制御中の空気系オープンループ制御への移行禁止処理を示すブロック図である。
図7は、SOxパージ制御中の空気系オープンループ制御への移行禁止処理を示すブロック図である。
空気系オープンループ制御禁止部70は、本発明の禁止手段であって、SOxパージ制御の実施中にエンジン10がアイドル運転状態となった場合に、アイドル時空気系制御部52による空気系オープンループ制御への移行を禁止(禁止フラグFPro_FFをオン)する。
すなわち、SOxパージ制御の実施中は、エンジン10がアイドル運転状態になっても、空気系制御はオープンループ制御に切り替わることなく、SOxパージリーン制御部60Aによるフィードバック制御で維持されるようになっている。これにより、SOxパージ制御の実施中に空気系がオープンループ制御に切り替わることで引き起こされる排気ラムダの大幅な上昇を確実に防止することが可能となり、エンジン10がアイドル運転状態になってもSOxパージ制御を効果的に継続させることができる。
[SOxパージ制御の終了判定]
SOxパージ制御は、(1)SOxパージフラグFSPのオンから排気管噴射又はポスト噴射の噴射量を累積し、この累積噴射量が所定の上限閾値量に達した場合、(2)SOxパージ制御の開始から計時した経過時間が所定の上限閾値時間に達した場合、(3)エンジン10の運転状態やNOx/ラムダセンサ45のセンサ値等を入力信号として含む所定のモデル式に基づいて演算されるNOx吸蔵還元型触媒32のSOx吸着量がSOx除去成功を示す所定の閾値まで低下した場合の何れかの条件が成立すると、SOxパージフラグFSPをオフにして終了される(図2の時刻t4、図6の時刻tn参照)。
SOxパージ制御は、(1)SOxパージフラグFSPのオンから排気管噴射又はポスト噴射の噴射量を累積し、この累積噴射量が所定の上限閾値量に達した場合、(2)SOxパージ制御の開始から計時した経過時間が所定の上限閾値時間に達した場合、(3)エンジン10の運転状態やNOx/ラムダセンサ45のセンサ値等を入力信号として含む所定のモデル式に基づいて演算されるNOx吸蔵還元型触媒32のSOx吸着量がSOx除去成功を示す所定の閾値まで低下した場合の何れかの条件が成立すると、SOxパージフラグFSPをオフにして終了される(図2の時刻t4、図6の時刻tn参照)。
このように、本実施形態では、SOxパージ制御の終了条件に累積噴射量及び、経過時間の上限を設けたことで、SOxパージが排気温度の低下等によって進捗しなかった場合に、燃料消費量が過剰になることを効果的に防止することができる。
[MAF追従制御]
MAF追従制御部80は、(1)フィルタ再生制御終了からSOxパージ制御開始によるリッチ状態への切り替え期間及び、(2)SOxパージ制御終了によるリッチ状態からリーン状態への切り替え期間に、各インジェクタ11の燃料噴射タイミング及び燃料噴射量をMAF変化に応じて補正する制御(MAF追従制御)を実行する。
MAF追従制御部80は、(1)フィルタ再生制御終了からSOxパージ制御開始によるリッチ状態への切り替え期間及び、(2)SOxパージ制御終了によるリッチ状態からリーン状態への切り替え期間に、各インジェクタ11の燃料噴射タイミング及び燃料噴射量をMAF変化に応じて補正する制御(MAF追従制御)を実行する。
[噴射量学習補正]
図8に示すように、噴射量学習補正部90は、学習補正係数演算部91と、噴射量補正部92とを有する。
図8に示すように、噴射量学習補正部90は、学習補正係数演算部91と、噴射量補正部92とを有する。
学習補正係数演算部91は、エンジン10のリーン運転時にNOx/ラムダセンサ45で検出される実ラムダ値λActと、推定ラムダ値λEstとの誤差Δλに基づいて燃料噴射量の学習補正係数FCorrを演算する。排気がリーン状態のときは、排気中のHC濃度が非常に低いので、酸化触媒33でHCの酸化反応による排気ラムダ値の変化は無視できるほど小さい。このため、酸化触媒31を通過して下流側のNOx/ラムダセンサ45で検出される排気中の実ラムダ値λActと、エンジン10から排出された排気中の推定ラムダ値λEstとは一致すると考えられる。すなわち、これら実ラムダ値λActと推定ラムダ値λEstとに誤差Δλが生じた場合は、各インジェクタ11に対する指示噴射量と実噴射量との差によるものと仮定することができる。以下、この誤差Δλを用いた学習補正係数演算部91による学習補正係数の演算処理を図9のフローに基づいて説明する。
ステップS300では、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qに基づいて、エンジン10がリーン運転状態にあるか否かが判定される。リーン運転状態にあれば、学習補正係数の演算を開始すべく、ステップS310に進む。
ステップS310では、推定ラムダ値λEstからNOx/ラムダセンサ45で検出される実ラムダ値λActを減算した誤差Δλに、学習値ゲインK1及び補正感度係数K2を乗じることで、学習値FCorrAdptが演算される(FCorrAdpt=(λEst−λAct)×K1×K2)。推定ラムダ値λEstは、エンジン回転数Neやアクセル開度Qに応じたエンジン10の運転状態から推定演算される。また、補正感度係数K2は、図8に示す補正感度係数マップ91AからNOx/ラムダセンサ45で検出される実ラムダ値λActを入力信号として読み取られる。
ステップS320では、学習値FCorrAdptの絶対値|FCorrAdpt|が所定の補正限界値Aの範囲内にあるか否かが判定される。絶対値|FCorrAdpt|が補正限界値Aを超えている場合、本制御はリターンされて今回の学習を中止する。
ステップS330では、学習禁止フラグFProがオフか否かが判定される。学習禁止フラグFProとしては、例えば、エンジン10の過渡運転時、SOxパージ制御時(FSP=1)等が該当する。これらの条件が成立する状態では、実ラムダ値λActの変化によって誤差Δλが大きくなり、正確な学習を行えないためである。エンジン10が過渡運転状態にあるか否かは、例えば、NOx/ラムダセンサ45で検出される実ラムダ値λActの時間変化量に基づいて、当該時間変化量が所定の閾値よりも大きい場合に過渡運転状態と判定すればよい。
ステップS340では、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qに基づいて参照される学習値マップ91B(図8参照)が、ステップS310で演算された学習値FCorrAdptに更新される。より詳しくは、この学習値マップ91B上には、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qに応じて区画された複数の学習領域が設定されている。これら学習領域は、好ましくは、使用頻度が多い領域ほどその範囲が狭く設定され、使用頻度が少ない領域ほどその範囲が広く設定されている。これにより、使用頻度が多い領域では学習精度が向上され、使用頻度が少ない領域では未学習を効果的に防止することが可能になる。
ステップS350では、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qを入力信号として学習値マップ91Bから読み取った学習値に「1」を加算することで、学習補正係数FCorrが演算される(FCorr=1+FCorrAdpt)。この学習補正係数FCorrは、図8に示す噴射量補正部92に入力される。
噴射量補正部92は、パイロット噴射QPilot、プレ噴射QPre、メイン噴射QMain、アフタ噴射QAfter、ポスト噴射QPostの各基本噴射量に学習補正係数FCorrを乗算することで、これら燃料噴射量の補正を実行する。
このように、推定ラムダ値λEstと実ラムダ値λActとの誤差Δλに応じた学習値で各インジェクタ11に燃料噴射量を補正することで、各インジェクタ11の経年劣化や特性変化、個体差等のバラツキを効果的に排除することが可能になる。
[MAF補正係数]
MAF補正係数演算部95は、SOxパージ制御時のMAF目標値MAFSPL_Trgtや目標噴射量QSPR_Trgtの設定及び、NOxパージ制御時のMAF目標値MAFNPL_Trgtや目標噴射量QNPR_Trgtの設定に用いられるMAF補正係数Maf_corrを演算する。
MAF補正係数演算部95は、SOxパージ制御時のMAF目標値MAFSPL_Trgtや目標噴射量QSPR_Trgtの設定及び、NOxパージ制御時のMAF目標値MAFNPL_Trgtや目標噴射量QNPR_Trgtの設定に用いられるMAF補正係数Maf_corrを演算する。
本実施形態において、各インジェクタ11の燃料噴射量は、NOx/ラムダセンサ45で検出される実ラムダ値λActと推定ラムダ値λEstとの誤差Δλに基づいて補正される。しかしながら、ラムダは空気と燃料の比であるため、誤差Δλの要因が必ずしも各インジェクタ11に対する指示噴射量と実噴射量との差の影響のみとは限らない。すなわち、ラムダの誤差Δλには、各インジェクタ11のみならずMAFセンサ40の誤差も影響している可能性がある。
図10は、MAF補正係数演算部95によるMAF補正係数Maf_corrの設定処理を示すブロック図である。補正係数設定マップ96は、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qに基づいて参照されるマップであって、これらエンジン回転数Neとアクセル開度Qとに対応したMAFセンサ40のセンサ特性を示すMAF補正係数Maf_corrが予め実験等に基づいて設定されている。
MAF補正係数演算部95は、エンジン回転数Ne及びアクセル開度Qを入力信号として補正係数設定マップ96からMAF補正係数Maf_corrを読み取ると共に、このMAF補正係数Maf_corrをMAF目標値演算部62及び噴射量目標値演算部66に送信する。これにより、SOxパージ制御時のMAF目標値MAFSPL_Trgtや目標噴射量QSPR_Trgtの設定に、MAFセンサ40のセンサ特性を効果的に反映することが可能になる。
[その他]
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
10 エンジン
11 インジェクタ
12 吸気通路
13 排気通路
16 吸気スロットルバルブ
24 EGRバルブ
31 酸化触媒
32 NOx吸蔵還元型触媒
33 フィルタ
34 排気管噴射装置
40 MAFセンサ
45 NOx/ラムダセンサ
50 ECU
11 インジェクタ
12 吸気通路
13 排気通路
16 吸気スロットルバルブ
24 EGRバルブ
31 酸化触媒
32 NOx吸蔵還元型触媒
33 フィルタ
34 排気管噴射装置
40 MAFセンサ
45 NOx/ラムダセンサ
50 ECU
Claims (1)
- 内燃機関の排気通路に設けられて排気中のNOxを還元浄化するNOx還元型触媒と、
前記内燃機関がアイドル運転状態になると当該内燃機関の空気流量をオープンループ制御するオープンループ制御手段と、
前記内燃機関の空気流量をフィードバック制御する空気系制御及び、燃料噴射量を増加させる噴射系制御を併用して排気を所定の目標空気過剰率まで低下させることで、前記NOx還元型触媒に吸着されている硫黄酸化物を除去する触媒再生処理を実施する触媒再生手段と、
前記触媒再生手段が触媒再生処理を実施している際に前記内燃機関がアイドル運転状態になっても、前記オープンループ制御手段によるオープンループ制御の実施を禁止する禁止手段と、を備える
排気浄化システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015031886A JP2016153619A (ja) | 2015-02-20 | 2015-02-20 | 排気浄化システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015031886A JP2016153619A (ja) | 2015-02-20 | 2015-02-20 | 排気浄化システム |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016153619A true JP2016153619A (ja) | 2016-08-25 |
Family
ID=56761087
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015031886A Pending JP2016153619A (ja) | 2015-02-20 | 2015-02-20 | 排気浄化システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2016153619A (ja) |
-
2015
- 2015-02-20 JP JP2015031886A patent/JP2016153619A/ja active Pending
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