JP2024063377A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
【課題】PMの異常燃焼に伴うフィルタの耐久性の低下を抑制できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】燃料カット制御を行うことによって排気通路に設けられたフィルタに酸素を流入することにより、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させるように構成された内燃機関の制御装置であって、粒子状物質の堆積量を推定する第1推定部と、フィルタの上流側の温度に基づいてフィルタへの凝縮水の流入量を推定する第2推定部と、第1推定部により推定された粒子状物質の堆積量と、第2推定部により推定されたフィルタへの凝縮水の流入量とに基づいて、燃料カット制御を実行可能な継続時間を設定する燃料カット許可時間設定部とを備えている(ステップS1)。【選択図】図5[Problem] To provide a control device for an internal combustion engine that can suppress a decrease in the durability of a filter due to abnormal combustion of PM. [Solution] This control device for an internal combustion engine is configured to burn particulate matter accumulated on a filter provided in an exhaust passage by flowing oxygen into the filter through fuel cut control, and includes a first estimation unit that estimates the amount of accumulated particulate matter, a second estimation unit that estimates the amount of condensed water flowing into the filter based on the temperature upstream of the filter, and a fuel cut permission time setting unit that sets the duration during which fuel cut control can be executed based on the amount of accumulated particulate matter estimated by the first estimation unit and the amount of condensed water flowing into the filter estimated by the second estimation unit (step S1). [Selected Figure] Figure 5
Description
本発明は、混合気が燃焼することによって発生した粒子状物質を捕集するフィルタを備えた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 equipped with a filter that collects particulate matter generated by the combustion of an air-fuel mixture.
特許文献1には、燃料カット制御を実行してフィルタに酸素を供給することによって、フィルタに捕集された粒子状物質(以下、PMと記す。)を燃焼させるように構成された内燃機関の制御装置が記載されている。この制御装置は、PMの燃焼が過剰となってフィルタが損傷を受けることを抑制するように構成されている。具体的には、燃料カット制御の継続時間が、燃料カット制御開始時点におけるフィルタ温度、フィルタのPM堆積量、および吸入空気量に基づいて定められた時間以上となった時点で、燃料カット制御を終了することにより、フィルタ温度の過剰な増加を抑制するように構成されている。
特許文献2には、フィルタの前後差圧に応じてフィルタに堆積したPM量を推定する装置が記載されている。この推定装置は、フィルタに流動した凝縮水によりフィルタに捕集されたPMが崩落しセルを閉塞することを要因として、フィルタの前後差圧が高くなった場合に、PM堆積量が多いと誤判定されることを抑制するように構成されている。具体的には、フィルタの前後差圧が第1所定圧以上であり、水が発生したと判断され、さらにフィルタの前後差圧から推定されるPM堆積量が異常な速度で増加した場合に、PMの少なくとも一部が崩落してセルを閉塞したと判断するように構成されている。なお、特許文献2に記載された装置は、PMがセルを閉塞していると判断された場合には、フィルタの上流側に設けられた酸化触媒に未燃燃料を供給して、フィルタに流入する排ガス温度を昇温させるPM再生処理を実行するように構成されている。
特許文献1に記載された内燃機関の制御装置は、燃料カット制御が継続されてフィルタの温度が所定温度に到達するまでの時間をフィルタの堆積量などに基づいて推定し、その推定された時間を燃料カット制御の上限時間としている。一方、フィルタには、均一にPMが堆積するとは限らないため、堆積したPMの密度が高い部分では、PMの燃焼に伴う温度上昇が他の部分よりも高くなる可能性があり、そのような場合には、フィルタが部分的に損傷する可能性がある。
The control device for an internal combustion engine described in
特許文献2に記載された推定装置は、PMがセルを閉塞していることによりフィルタの前後差圧が増加していると判断するものであるから、前後差圧から推定できるPMの体積量よりも少ない量のPMが堆積していると判断することになる。したがって、特許文献1に記載された内燃機関の制御装置のように燃料カットを実行することによりフィルタに捕集されたPMを燃焼させる場合には、その燃料カット時間を長く設定することになる。しかしながら、PMがセルを閉塞した部分では、他の部分よりもPMの堆積密度が高いと考えられる。そのため、上記のように燃料カット時間を長く設定すると、PMがセルを閉塞した部分が他の部分よりも温度が高くなり、フィルタが部分的に損傷する可能性がある。
The estimation device described in
本発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであって、PMの異常燃焼に伴うフィルタの耐久性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ものである。 The present invention was made with a focus on the above technical problems, and aims to provide an internal combustion engine control device that can suppress the deterioration of filter durability caused by abnormal combustion of PM.
本発明は、上記の目的を達成するために、燃料カット制御を行うことによって排気通路に設けられたフィルタに酸素を流入することにより、前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させるように構成された内燃機関の制御装置であって、前記粒子状物質の堆積量を推定する第1推定部と、前記フィルタの上流側の温度に基づいて前記フィルタへの凝縮水の流入量を推定する第2推定部と、前記第1推定部により推定された前記粒子状物質の堆積量と、前記第2推定部により推定された前記フィルタへの凝縮水の流入量とに基づいて、前記燃料カット制御を実行可能な継続時間を設定する燃料カット許可時間設定部とを備えていることを特徴とするものである。 To achieve the above object, the present invention provides a control device for an internal combustion engine configured to perform fuel cut control to allow oxygen to flow into a filter provided in an exhaust passage, thereby burning particulate matter accumulated on the filter, and is characterized by comprising a first estimation unit that estimates the amount of accumulated particulate matter, a second estimation unit that estimates the amount of condensed water flowing into the filter based on the temperature upstream of the filter, and a fuel cut permission time setting unit that sets the duration during which the fuel cut control can be executed based on the amount of accumulated particulate matter estimated by the first estimation unit and the amount of condensed water flowing into the filter estimated by the second estimation unit.
本発明によれば、燃料カット制御を行うことによりフィルタに酸素を供給して、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させるように構成されている。その燃料カット制御の継続時間は、粒子状物質の堆積量に加えて、フィルタへの凝縮水の流入量に基づいて設定される。したがって、凝縮水によって粒子状物質がフィルタの後端側に偏って堆積している場合に、燃料カット制御の実行期間を短く設定することができる。その結果、比較的高密度で粒子状物質が堆積した部分で異常燃焼が生じることを抑制でき、フィルタの耐久性が低下することを抑制できる。 According to the present invention, fuel cut control is performed to supply oxygen to the filter and burn particulate matter accumulated on the filter. The duration of the fuel cut control is set based on the amount of condensed water flowing into the filter in addition to the amount of particulate matter accumulated. Therefore, when particulate matter is unevenly accumulated on the rear end side of the filter due to condensed water, the execution period of the fuel cut control can be set to be short. As a result, abnormal combustion can be suppressed in the area where particulate matter is accumulated at a relatively high density, and a decrease in the durability of the filter can be suppressed.
本発明を図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施形態は本発明を具体化した場合の一例に過ぎないのであって、本発明を限定するものではない。 The present invention will be described based on the embodiment shown in the figures. Note that the embodiment described below is merely one example of a specific embodiment of the present invention and does not limit the present invention.
本発明の実施形態における内燃機関およびその排気系の一例を図1に模式的に示してある。図1に示す内燃機関1は、ガソリンと空気との混合気を燃焼することにより動力を発生させるガソリンエンジンであって、従来のガソリンエンジンと同様に、エンジンボディ2に複数のシリンダ3が形成されている。便宜上、図1には、一つのシリンダ3のみを示してある。以下の説明では、内燃機関1をエンジン1と記す。
An example of an internal combustion engine and its exhaust system according to an embodiment of the present invention is shown diagrammatically in FIG. 1. The
シリンダ3の内部には、図示しないクランクシャフトの回転に連動して上下動するピストン4が設けられ、そのピストン4の上側の空間が燃焼室5として機能するように構成されている。すなわち、燃焼室5には、外気やガソリンが供給される吸気ポート6と、混合気を燃焼したことによって生じる排気を、シリンダ3から排出するための排気ポート7と、燃焼室5内の混合気を着火するための点火プラグ8とが形成されている。吸気ポート6には、その吸気ポート6を開閉するための吸気弁9が設けられ、排気ポート7には、その排気ポート7を開閉するための排気弁10が設けられている。
Inside the
排気ポート7には、排気通路11が連通して設けられている。この排気通路11は、排気を浄化しつつ外部に排出するように設けられていて、図1に示す例では、排気に含まれる粒子状物質(以下、単にPMと記す。)を捕集するためのガソリンパティキュレートフィルタ(以下、単にGPFと記す。)12が、排気通路11内に設けられている。
An
GPF12は、従来のGPFと同様に構成されていて、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、これらセルの上流端と下流端とをプラグによって交互に目封止して形成されている。
The
なお、排気通路11のうちのGPF12の上流側の部分には、排気の温度を検出するための排気温度センサ13が設けられ、GPF12を収容しているケース14には、GPF床温を検出する床温センサ15が設けられている。
An
上述したように構成されたエンジン1は、燃焼室5内で混合気が燃焼することによって生じた排気は、排気ポート7から排気通路11に流動し、GPF12を通過する過程で、排気に含まれるPMが隔壁の細孔や表面に捕集される。
In the
また、排気には、水蒸気が含まれていて、その水蒸気も同様に排気ポート7から排気通路11に流動し、排気通路11における排気ポート7とGPF12との間の空間やGPF12の内部に滞留する。したがって、エンジン1の運転を停止して排気通路11内の温度やGPF12の温度が低下すると、水蒸気が液相の水になる。すなわち、排気通路11の内壁面やGPF12のセル内部に結露水(凝縮水)が付着する。言い換えると、セル内に堆積したPMに凝縮水が浸透する。その状態で、エンジン1が始動されると、排気によって凝縮水が加熱されて蒸発することにより、セル内に堆積したPMと基材との密着性が低下するため、排気によってGPF12の下流端側にPMが流動する。すなわち、排気の流動方向においてGPF12内に堆積するPMの密度分布が下流端側に偏る。
The exhaust gas also contains water vapor, which also flows from the
上述したようにGPF12に堆積したPMを燃焼してGPF12による捕集作用を回復するためのGPF再生処理が定期的に行われる。このGPF再生処理は、GPF12の温度が所定温度以上の状態で酸素を供給することによってPMを燃焼する処理である。具体的には、エンジン1を搭載した車両が惰性走行している間に燃料の供給を停止するフューエルカット制御を実行することにより、シリンダ3に供給された空気をそのまま排気通路11に流動させることにより、GPF12に酸素を供給している。
As described above, the GPF regeneration process is periodically performed to burn the PM accumulated in the
図2は、PMの堆積量に応じたGPF12の温度変化を示す図であり、GPF12の後端から所定量上流側の部分の温度を計測した結果を示してある。実線は、第1PM堆積量での温度変化を示し、破線は、第1PM堆積量よりも少ない第2PM堆積量での温度変化を示し、一点鎖線は、第2PM堆積量よりも更に少ない第3PM堆積量での温度変化を示している。なお、図2におけるt1時点でフューエルカット制御が開始され、t2時点でフューエルカット制御を終了している。
Figure 2 shows the temperature change of the
図2に示すようにPM堆積量が多いほど、短時間で熱暴走する。すなわち、GPF12全体としてのPMの堆積量が少ない場合であっても、GPF12の一部にPMが偏って堆積している場合には、その部分では、短時間で熱暴走する。
As shown in Figure 2, the greater the amount of PM accumulation, the shorter the time for thermal runaway. In other words, even if the amount of PM accumulation in the
そのため、本発明の実施形態における内燃機関の制御装置は、PM堆積量と、凝縮水の流入量とに応じてフューエルカット制御を実行可能な継続時間を設定するように構成されている。図1には、フューエルカット制御を実行可能な継続時間を設定する電子制御装置(以下、ECUと記す。)16が設けられている。このECU16は、マイクロコンピュータを主体に構成されていて、排気温度センサ13、床温センサ15、吸入空気量などの信号が入力され、その入力された信号と予め記憶されているマップや演算式などとに基づいて、フューエルカット制御を実行可能な継続時間を設定するように構成されている。
Therefore, the control device for the internal combustion engine in the embodiment of the present invention is configured to set the duration for which fuel cut control can be executed according to the amount of PM accumulation and the amount of condensed water inflow. In FIG. 1, an electronic control device (hereinafter referred to as ECU) 16 is provided that sets the duration for which fuel cut control can be executed. This ECU 16 is mainly composed of a microcomputer, and is configured to input signals from the
図1に示すECU16は、PMの堆積量を推定する第1推定部17と、GPF12への凝縮水の流入量を推定する第2推定部18と、フューエルカット制御を実行可能な継続時間を設定するフューエルカット(F/C)許可時間設定部19とを備えている。
The
図3は、ECU16の機能を説明するためのブロック図である。図3に示すように第1推定部17によって推定されたPMの堆積量と、第2推定部18によって推定されたGPF12への凝縮水の流入量と、床温センサ15によって検出された温度(以下、GPF床温と記す。)とが、フューエルカット許可時間設定部19に入力され、フューエルカット制御の許可時間が設定される。そして、フューエルカット制御を実行してからの経過時間(F/C後カウンタ)と、フューエルカット制御の許可時間(F/C許可時間)とを比較し、F/C後カウンタが、F/C許可時間よりも長くなった場合に、フューエルカット制御の禁止フラグをオンに切り替えるように構成されている。なお、車両またはエンジン1の運転状態に応じてGPF床温を算出してもよい。
3 is a block diagram for explaining the function of the
上記の第1推定部17は、エンジン1のPMの排出量と、GPF12によるPMの燃焼量との差に基づいてPMの堆積量を推定するように構成されている。エンジン1のPMの排出量は、エンジン1への吸入空気量および燃料噴射量、点火プラグ8による点火時期などのエンジン1の運転状態に基づいたPMの排出量を累積することによって求められる。また、GPF12によるPMの燃焼量は、床温センサ15によって検出された温度に基づいたPMの燃焼量を累積することによって求められる。
The
第2推定部18は、エンジン1を冷間始動した場合における排気温度センサ13の検出値に基づいてGPF12への凝縮水の流入量を求めることができる。図4は、冷間始動時における吸入空気量、排気温度センサ13の検出値(排気温度)、GPF12への凝縮水の流入量の変化を示す図である。図4に示す例では、t11時点でエンジン1の運転(燃焼)が開始され、それに伴って、吸入空気量、排気温度が上昇し始める。また、エンジン1によって混合気を燃焼することにより不可避的に水蒸気が発生する。したがって、エンジン1の駆動時間に応じて排気通路11内に含まれる水分量が増加すると考えられ、その水分量の理論値は、排気通路11の体積、より具体的には、エンジン1とGPF12との間の体積と、吸入空気量とから求めることができる。その水分量を、図4では、「GPF流入凝縮水仮予測」と示してある。
The
t12時点からt13時点までの間は、排気温度が停滞する。これは、排気通路11内に残存していた凝縮水が気化する際の潜熱として排気温度が吸収されるためである。すなわち、このt12時点からt13時点までの温度停滞時間と、凝縮水の水量とはほぼ比例関係となる。したがって、t13時点における温度停滞時間とGPF流入凝縮水仮予想値とに基づいて、GPF12に流入する凝縮水の予測値(GPF流入凝縮水本予想)を決定する。
The exhaust temperature stagnates between time t12 and time t13. This is because the exhaust temperature is absorbed as latent heat when the condensed water remaining in the
フューエルカット許可時間設定部19は、従来と同様に、PMの堆積量とGPF12の床温とに基づいてGPF12の異常燃焼を抑制するためのフューエルカットの許可時間(仮時間)から、凝縮水の流入量に応じた補正時間を減算することによってフューエルカットの許可時間を設定するように構成されている。この補正時間は、凝縮水の流入量をパラメータとして予め定められたマップを参照することにより求めることができ、そのマップは、凝縮水の流入量が多いほど、補正時間の値が大きくなるように定められている。
The fuel cut permission
図5は、ECU16によって実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。まず、GPF12に凝縮水が流入したか否かを判断する(ステップS1)。このステップS1は、GPF12におけるPMの堆積量に偏りが生じる程度までGPF12に凝縮水が流入したか否かを判断するためのステップであって、例えば、第2推定部18によって推定される凝縮水の流入量が、予め定められた流量以上であるか否かに基づいて判断することができる。
Figure 5 is a flow chart for explaining an example of control executed by the
GPF12に凝縮水が流入していないことによりステップS1で否定的に判断された場合は、そのままこのルーチンを一旦終了する。すなわち、フューエルカット制御の実行許可時間を、従来と同様にGPF12におけるPMの堆積量と、床温とに基づいて設定する。言い換えると、凝縮水の流入量に応じた補正を行わない。それとは反対に、GPF12に凝縮水が流入していることによりステップS1で肯定的に判断された場合は、フューエルカット制御の許可時間を最適化して(ステップS2)、このルーチンを一旦終了する。すなわち、フューエルカット許可時間設定部19によってフューエルカット制御を実行可能な仮時間から補正時間を減算して、フューエルカット許可時間を設定する。
If the result of step S1 is negative because condensed water is not flowing into the
図6には、GPF12に凝縮水が流入した場合におけるフューエルカット許可時間およびGPF12の温度変化(実線)と、GPF12に凝縮水が流入していない場合におけるフューエルカット許可時間およびGPF12の温度変化(破線)とを示してある。図6に示すようにGPF12に凝縮水が流入している場合には、GPF12に凝縮水が流入していない場合よりも早期にGPF12の温度、より具体的には、GPF12の後端側の温度が上昇する。
Figure 6 shows the fuel cut-off permission time and the temperature change of
GPF12に凝縮水が流入している場合には、GPF12に凝縮水が流入していない場合よりもフューエルカット許可時間が短縮される。その結果、GPF12の温度が過剰に増加することを抑制することができる。すなわち、PMの堆積密度が高密度となったGPF12の後端部で異常燃焼が生じることを抑制でき、GPF12の耐久性が低下することを抑制できる。言い換えると、GPF12に凝縮水が流入したか否かに基づいてフューエルカット制御の許可時間を設定することにより、GPF12に凝縮水が流入していなく異常燃焼が生じにくい状態であるにも拘わらず、GPF12に凝縮水が流入している状態を想定してフューエルカット許可時間を短縮する必要がなく、フューエルカット制御を長期間実行することができる。その結果、異常燃焼を抑制するためにエンジン1を始動するなど、エンジン1の駆動期間が長くなることを抑制できるため、燃費の悪化を抑制することができる。
When condensed water has flowed into the
1 エンジン(内燃機関)
11 排気通路
12 GPF(ガソリンパティキュレートフィルタ)
13 排気温度センサ
15 床温センサ
16 ECU(電子制御装置)
17,18 推定部
19 フューエルカット許可時間設定部
1. Engine (internal combustion engine)
11
13
17, 18
Claims (1)
前記粒子状物質の堆積量を推定する第1推定部と、
前記フィルタの上流側の温度に基づいて前記フィルタへの凝縮水の流入量を推定する第2推定部と、
前記第1推定部により推定された前記粒子状物質の堆積量と、前記第2推定部により推定された前記フィルタへの凝縮水の流入量とに基づいて、前記燃料カット制御を実行可能な継続時間を設定する燃料カット許可時間設定部とを備えている
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。 A control device for an internal combustion engine configured to perform a fuel cut control to cause oxygen to flow into a filter provided in an exhaust passage, thereby burning particulate matter accumulated in the filter,
A first estimation unit that estimates the accumulation amount of the particulate matter;
A second estimation unit that estimates an amount of condensed water that flows into the filter based on a temperature on an upstream side of the filter;
a fuel cut permission time setting unit that sets a duration during which the fuel cut control can be executed based on the amount of particulate matter accumulated by the first estimation unit and the amount of condensed water inflowing into the filter estimated by the second estimation unit.
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