JP3758431B2

JP3758431B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP3758431B2
Application number: JP25920099A
Authority: JP
Inventors: 暁白河; 浩之糸山; 学三浦
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2019-09-13
Also published as: JP2001082134A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はエンジンの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガスを浄化するために、排気通路の途中に排気後処理装置を備えることが一般的に実施されている。とりわけ、ハニカムの担体に触媒種（Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ等）を層状に構成し、排気ガス自体の排気温度を利用して浄化を図る触媒が最もよく使われている。
【０００３】
その一方で、近年の二酸化炭素増大による大気温暖化への関心の高まりからエンジンの燃費改善が進められ、その結果エンジンの排気温度は相対的に低下しており、触媒の改良のほかに、触媒を活性温度に維持するために触媒を通過する排気の温度を確保することが重要になってきている。
【０００４】
この点に関し、特開平10-47112号、特開平10-61429号や特開平10-68315号には、特に排気温度の下がりやすい車両の減速中やアイドル運転時に吸気絞り弁を大きく閉じるとともに排気還流（ＥＧＲ）弁を大きく開くことによって触媒を保温し、次の加速時に直ちに高い浄化効率が得られるようにする技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかし、触媒の活性温度維持には、とりわけ手動変速機を備えた車両の場合、減速時の保温よりも、変速時に新気ガスが触媒を吹き抜けることによる温度降下のほうが問題となる。また、吸気絞りによる排気流量の制限ではコレクタ容積分の応答が遅く、かつディーゼルエンジンには適用が困難である。
【０００６】
加えて、前記従来技術で触媒温度を所望の温度に保とうとする場合、吸気絞り弁を大きく絞る必要があるが、変速時や減速後の急加速時といった吸気絞り弁を閉じた後すぐに加速が始まるような運転条件においては、特にディーゼルエンジンのように吸気側と排気側の差圧が小さいエンジンの場合、吸気絞り弁を閉めた直後の差圧が大きくなる。
【０００７】
そのため加速時中にＥＧＲガスが入りすぎる場合はスモークが発生し、逆に吸気系の遅れによりＥＧＲガスが十分入らない場合はＮＯｘが悪化する可能性がある。また、ＥＧＲの制御誤差により新気量制御（過給圧）にも誤差が生じ、運転性が悪化したり、燃費が低下したりする可能性がある。すなわち、前記技術を活用するためには、ＥＧＲ量を吸気側と排気側の差圧の変化を考慮して精度良く制御する必要がある。
【０００８】
この発明は、上記従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、排気温度が降下する運転条件において触媒温度が降下するのを抑制することを目的とする。また、触媒温度の降下を抑制している運転状態から通常の運転に復帰する際の排気組成や燃費の悪化を防止することを目的とする。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、排気通路に設けられ排気浄化効率が排気温度に依存する触媒と、触媒上流の排気通路に設けられ排気流量を制御する排気流量制御手段と、変速中であることを判断する手段とを備え、変速のタイミングに合わせて、前記排気流量制御手段により前記触媒を通過する排気流量を減少させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記排気流量制御手段としての可変容量過給機と、可変容量過給機の上流の排気を吸気通路に還流させる排気還流手段とを備え、変速のタイミングに合わせて、前記可変容量過給機のノズルを閉じて前記触媒を通過する排気流量を減少させるとともに前記排気還流手段による排気還流量を増加させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
第３の発明は、第１の発明において、吸気通路に設けられた吸気絞り弁と、前記排気流量制御手段としての可変容量過給機と、可変容量過給機上流の排気を吸気絞り弁下流の吸気通路に還流させる排気還流手段とを備え、変速のタイミングに合わせて、前記吸気絞り弁と可変容量過給機のノズルを閉じて前記触媒を通過する排気流量を減少させるとともに前記排気還流手段による排気還流量を増加させるように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
第４の発明は、第２または第３の発明において、前記吸気絞り弁と可変容量過給機のノズルを閉じて前記触媒を通過する排気流量を減少させるとともに前記排気還流手段による排気還流量を増加させている状態から通常の運転状態に復帰する際、過給機制御と排気還流制御とを協調して行うように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
第５の発明は、第１から第４の発明において、手動変速機搭載車両に搭載されることを特徴とするものである。
【００１６】
【作用及び効果】
第１の発明によると、変速のタイミングに合わせて、排気流量制御手段により触媒を通過する排気流量が減少するので、排気ガスが触媒を吹き抜けることによる触媒温度の低下を抑えることができ、触媒は高い排気浄化効率を保つことができる。吸気絞りにより排気流量を制限するものに比べてコレクタ容量分の遅れがなく応答性も高い。
【００１７】
また、第２の発明によると、変速のタイミングに合わせて、触媒を通過する排気流量を減少させるとともに排気還流量が増大されて排気温度の降下が抑えられるので、触媒温度が低下するのを一層抑えることができる。さらに、第３の発明ではこれに加えて排気温度が降下する運転条件で吸気絞り弁が閉じられるので、触媒を通過する新気ガス量が減少し、触媒温度の低下をより一層抑えることができる。
【００１８】
また、第４の発明によると、触媒を通過する排気流量を減少させて触媒温度の低下を抑制している状態から通常の運転状態に復帰する際に過給機制御と排気還流制御を協調させるので、過給機と排気還流量の制御精度が向上し、排気組成や燃費が悪化するのを防止できる。
【００２０】
また、第５の発明によると、手動変速機搭載車両に搭載することにより、特に変速時に新気ガスが触媒を吹き抜けることによる触媒温度の低下を抑えることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００２２】
図１は本発明に係るエンジン制御装置を備えた車両の概略構成を示す。なお、図示しないがこの車両は手動変速機を備えるものとする。
【００２３】
図中１はディーゼルエンジンで、エンジン１は蓄圧式燃料噴射装置２と、可変容量過給機（ＶＮＴ）３と、排気還流（ＥＧＲ）装置４と、排気後処理装置としての触媒５とを備える。
【００２４】
蓄圧式燃料噴射装置２は、燃料タンク２１と、サプライポンプ２２と、コモンレール２３と、気筒毎に設けられた燃料噴射弁２４とを備える。サプライポンプ２２で作られた高圧燃料はコモンレール２３を介して各燃料噴射弁２４に分配され、燃料噴射量及び噴射時期の制御は各燃料噴射弁２４を制御することにより行われる。コモンレール圧はコモンレール圧センサ２５によって検出される。
【００２５】
エンジン１の排気通路１８に設けられた可変容量過給機３は、ステップモータ３１によりＶＮＴノズル（図示せず）の開度を変化させることによって容量を変化させることができ、低速域では高過給を得、かつ高速域では高効率で運転することができる。またこのＶＮＴノズルを絞ることによって触媒５に流入する排気流量を制限することができる。なお、可変容量過給機３は負圧ダイヤフラムで駆動する方式や、直流モータとノズル位置センサでフィードバックしノズルを駆動する方式でもよい。
【００２６】
ＥＧＲ装置４は、可変容量過給機３の上流と吸気通路１９のコレクタ６とを結ぶＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲ通路４１を開閉するＥＧＲ弁４２と、ＥＧＲ弁４２を駆動するステップモータ４３とを備える。また、ＥＧＲ通路４１には図示しないＥＧＲガス冷却装置と、ＥＧＲ冷却装置を通過する冷却水の温度を検出する冷却水温センサが設けられる。
【００２７】
エンジン１の吸気通路１９には、吸入空気量を検出するエアフローメータ７と、吸気温度を検出する吸気温度センサ８、インタークーラ９が設けられている。さらに、コレクタ６の上流には図示しないステップモータで駆動される吸気絞り弁１０が設けられており、下流にはスワール制御弁１１が設けられている。
【００２８】
この他、車両には、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ１２、運転者によるクラッチ操作を検出するクラッチスイッチ１３、アクセルペダル操作量を検出するアクセル操作量センサ１４、車速を検出する車速センサ１５が設けられている。
【００２９】
コントローラ２０には、エアフローメータ７からの吸気量信号、吸気温度センサ８からの吸気温度信号、コモンレール圧センサ２５からのコモンレール圧信号、クラッチスイッチ１３からのクラッチ信号、アクセル操作量センサ１４からのアクセル操作量信号、車速センサ１５からの車速信号等の各種信号が入力され、コントローラ２０はこれらの信号に基づき燃料噴射弁２４の開弁時期・開弁期間、サプライポンプ２２の吐出量、ＶＮＴノズル開度、ＥＧＲ弁開度、吸気絞り弁開度、スワール制御弁開度等を制御する。
【００３０】
さらに、コントローラ２０はＮＯｘと粒子状物質（ＰＭ）を同時に浄化することができる酸素濃度とするために、エンジン回転数、負荷に応じて目標空気過剰率と目標ＥＧＲ率を予め設定し、これら目標空気過剰率と目標ＥＧＲ率が得られるようにＶＮＴノズル開度とＥＧＲ弁開度を協調して制御する。
【００３１】
そして、コントローラ２０は、車両が変速時や減速時の燃料減量運転時といった排気温度が降下する運転条件にあるときはこの協調制御を中止し、吸気絞り弁開度、ＶＮＴノズル開度を大きく絞るとともにＥＧＲ弁４２を大きく開いて排気還流量を増やし、触媒温度が降下するのを抑制する。
【００３２】
図２は排気温度が降下する運転条件にあるか否かを判断するための処理を示したフローチャートである。コントローラ２０において所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
【００３３】
これによれば、まずステップＳ１ではエンジン回転数Ne、目標燃料噴射量Qsol、アクセル開度Acc、車速VSP及びクラッチスイッチ信号CLSWが読み込まれる。
【００３４】
そしてステップＳ２ではエンジン回転数Ne、目標燃料噴射量Qsol、車速VSPが各々、所定の範囲内にあるかどうか判断され、全て満たす場合はステップＳ３へ進み、そうでない時はステップＳ５へ進む。判断に用いられる各しきい値（Ne_low、Ne_high、Vsp_low、Vsp_high、Qsol_low）は、吸気系と排気系を絞ることにより排温を上昇させたい運転条件に設定される。
【００３５】
ステップＳ３では、アクセル操作量Accが所定の低開度Acc_lowよりも小さい、あるいはクラッチが切れている（CLSW＝ON）か否か、すなわち減速中あるいは変速中であるか否か判断される。そして、車両が減速中あるいは変速中の場合はステップＳ４へ進み、いずれでもないときはステップＳ５に進む。
【００３６】
ステップＳ４では、フラグF_EXHに排気温度が降下する運転条件にあることを示す１がセットされ処理を終了する。これに対し、ステップＳ５ではフラグF_EXHに排気温度が降下する運転条件にないことを示すゼロがセットされ処理を終了する。
【００３７】
したがって、このフローを処理することにより、車両が吸気系と排気系を絞ることにより排温を上昇させたい運転条件にあり、かつ、車両が減速中あるいは変速中の場合に排気温度が降下する運転条件にあると判断されると、フラグF_EXHに１がセットされることになる。
【００３８】
図３はＥＧＲ制御とＶＮＴ制御の演算を示すブロック図である。
【００３９】
これについて説明すると、まず、空気過剰率＝（新気量／燃料量）÷理論空燃比であるから、目標空気過剰率λと燃料噴射量Qfを用いて、目標新気量Qaを次式（１）、
Qa＝λ×Qf×（理論空燃比）・・・・・（１）
により演算し（Ｂ１）、この目標新気量Qaが流れるときのＶＮＴノズルの開口面積Avntを、流体力学の公式、
Avnt＝Qa／｛２×ρ×（Pexh−Pa）｝^1/2 ・・・・・（２）
ただし、Pexh：排気圧
Pa：大気圧（コンプレッサ入口圧）
ρ：排気密度
により求め（Ｂ２）、求めた開口面積Avntを実現するステップモータ３１への指令値Svntを演算する（Ｂ３）。
【００４０】
そして、先の図２のフローで演算されるフラグF_EXHがゼロのときは、この開口面積Avntを実現するステップ数SvntをＶＮＴノズルを駆動するステップモータ３１へ出力し、フラグF_EXHが１のときは所定のステップ数Svnt_exhを出力する（Ｂ４）。この所定ステップ数Svnt_exhが出力されると、ＶＮＴノズルは、排気を触媒５側に流さないように通常運転で使う設定よりも絞った開度に固定される。
【００４１】
一方、ＥＧＲ率＝ＥＧＲ量／新気量であるから、目標新気量Qaと目標ＥＧＲ率を用いて、目標ＥＧＲ量Qeを次式（３）、
Qe＝Qa×（目標ＥＧＲ率）・・・・・（３）
により演算し（Ｂ５）、この目標ＥＧＲ量Qeが流れるときのＥＧＲ弁４２の開口面積Aegrを、流体力学の公式、
Aegr＝Qe／｛２×ρ×（Pexh−Pm）｝^1/2 ・・・・・（４）
ただし、Pexh：排気圧
Pm：吸気圧（コンプレッサ出口圧）
ρ：排気密度
により求め（Ｂ６）、求めた開口面積Aegrを実現するステップモータ４３への指令値Segrを演算する（Ｂ７）。
【００４２】
そして、先の図２のフローで演算されるフラグF_EXHがゼロのときは、この開口面積Aegrを実現するステップ数SegrをＥＧＲ弁４２を駆動するステップモータ４３へ出力し、フラグF_EXHが１のときは所定のステップ数Segr_exhを出力し、ＥＧＲ弁４２を所定の大開度に固定する（Ｂ８）。
【００４３】
したがってコントローラ２０は、フラグF_EXHがゼロのとき、すなわち車両が排気温度が降下する運転状態にないときはＶＮＴノズル開度とＥＧＲ開度を協調させて制御し、フラグF_EXHが１のとき、すなわち車両が排気温度が降下する運転状態にあるときはＶＮＴノズル開度とＥＧＲ弁開度をそれぞれ所定の開度に固定する。
【００４４】
また、図４は吸気絞り制御の演算を示すブロック図である。
【００４５】
吸気絞り制御では、エンジン回転数Neと燃料噴射量Qfに基づき所定のマップを参照して目標開度tTVOを設定し（Ｂ９）、目標開度tTVOを実現する指令値Stvoを演算する（Ｂ１０）。
【００４６】
そして、先の図２のフローで演算されるフラグF_EXHがゼロのときは、この目標開度tTVOに対応するステップ数Stvoを吸気絞り弁１０を駆動するステップモータに出力し、フラグF_EXHが１のときは所定のステップ数Stvo_exhを出力する（Ｂ１１）。所定ステップ数Stvo_exhが出力されると、吸気絞り弁１０は触媒５側に排気を流さないように通常運転で使う設定よりも絞った開度に固定される。
【００４７】
次に、作用について説明する。
【００４８】
図５は、車速ゼロから加速していく時の車速、エンジン回転数、燃料噴射量、ＥＧＲ弁開度、ＶＮＴノズル開度及び排気温度の変化を示したタイミンチャートである。図中実線が本発明を適用した場合の状態を示し、破線が本発明を適用しない場合の状態を示す。
【００４９】
これによると、本発明を適用した場合は、変速のタイミングにあわせて、可変容量過給機３のＶＮＴノズルが閉じられ触媒５を通過する排気流量が減少するとともに、ＥＧＲ弁４２が大きく開かれ排気還流量が増加することがわかる。また、図示しないがこのとき吸気絞り弁１０も閉じられている。この結果、変速中、触媒５を新気ガスが吹き抜けることによる触媒温度の降下が抑えられ、排気浄化効率を高く保つことができる。コレクタ容積分の遅れもなく高い応答性が得られる。
【００５０】
そして、変速が完了し、触媒５を通過する排気流量を減少させるとともに排気還流量を増加させている状態から通常の運転状態に復帰する際には、図３に示したＶＮＴノズル開度とＥＧＲ弁開度の協調制御が行われるので、通常運転への復帰時にＥＧＲ量や新気量の制御誤差を小さくでき、排気組成や燃費の悪化するのを防止できる。
【００５１】
これに対し、本発明を適用しない場合は、変速中、ＶＮＴノズルは開かれたままであり、ＥＧＲ弁４２も通常の開度となっているため、新気ガスが触媒５を吹き抜け、触媒温度が降下してしまう。
【００５２】
なお、ここでは変速時における作用を示したが、減速時の燃料減量運転時にも変速時と同様に可変容量過給機３のノズルが閉じられ触媒５を通過するガス流量を減少させるとともに、ＥＧＲ弁４２が大きく開かれて排気還流量が増大されるので、触媒温度の降下が抑制される。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、ここで挙げた実施例はあくまでも例示的なものであって本発明の範囲を実施例の構成に限定することを示すものではない。例えば、ここでは蓄圧式燃料噴射装置を備えるディーゼルエンジンを例として説明したが、本発明は点火着火、圧縮自着火いずれの燃焼方式のエンジンにも適用することができる。
【００５４】
また、本発明は手動変速機搭載車両に適応した場合に優れた触媒温度降下の抑制効果を示すが、手動変速機搭載車両に限らず自動変速機を備えた車両にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエンジン制御装置を備えた車両の概略構成図である。
【図２】排気温度が降下する運転条件にあるか否かを判断するための処理を示したフローチャートである。
【図３】ＥＧＲ制御とＶＮＴ制御の内容を示すブロック図である。
【図４】吸気絞り制御の内容を示すブロック図である。
【図５】本発明の作用効果を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１エンジン
２蓄圧式燃料噴射装置
３可変容量過給機（ＶＮＴ）
４排気還流（ＥＧＲ）装置
５触媒
１０吸気絞り弁
１８排気通路
１９吸気通路
２０コントローラ
４２ＥＧＲ弁

Claims

排気通路に設けられ排気浄化効率が排気温度に依存する触媒と、
触媒上流の排気通路に設けられ排気流量を制御する排気流量制御手段と、
変速中であることを判断する手段と、
を備え、変速のタイミングに合わせて、前記排気流量制御手段により前記触媒を通過する排気流量を減少させるように構成したことを特徴とするエンジンの制御装置。
前記排気流量制御手段としての可変容量過給機と、
可変容量過給機の上流の排気を吸気通路に還流させる排気還流手段と、
を備え、変速のタイミングに合わせて、前記可変容量過給機のノズルを閉じて前記触媒を通過する排気流量を減少させるとともに前記排気還流手段による排気還流量を増加させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
吸気通路に設けられた吸気絞り弁と、
前記排気流量制御手段としての可変容量過給機と、
可変容量過給機上流の排気を吸気絞り弁下流の吸気通路に還流させる排気還流手段と、
を備え、変速のタイミングに合わせて、前記吸気絞り弁と可変容量過給機のノズルを閉じて前記触媒を通過する排気流量を減少させるとともに前記排気還流手段による排気還流量を増加させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
前記吸気絞り弁と可変容量過給機のノズルを閉じて前記触媒を通過する排気流量を減少させるとともに前記排気還流手段による排気還流量を増加させている状態から通常の運転状態に復帰する際、過給機制御と排気還流制御とを協調して行うように構成したことを特徴とする請求項２または３に記載のエンジンの制御装置。
手動変速機搭載車両に搭載されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載のエンジンの制御装置。