JP3767157B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジンの排気浄化装置、特に排気通路に設けたNOx還元触媒に対して、排気中の未燃HCを還元剤として供給するようにしたものに関する。
【0002】
【従来の技術】
NOx触媒を排気通路に装着し、このNOx触媒によりNOxを還元浄化しようとする場合、還元剤としてのHCを必要とするのであるが、一般的にディーゼルエンジンにおいてはNOx排出量に対してHC排出量が比較的少ない(一般的にHC/NOxの比は1以下のレベル)ため、コモンレール式の燃料噴射装置を用いて、主噴射とは別に各気筒の膨張行程もしくは排気行程で小量の燃料を後噴射し、この小量の燃料をHCの状態のままNOx触媒に導くようにしたものが各種提案されている(特開平3−253713号公報、特開平6−212961号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、運転中の主噴射時期が、基準となる主噴射時期に対して、運転中の空燃比が、基準となる空燃比に対して、運転中の水温が、基準となる水温に対して、運転中のEGR率が、基準となるEGR率に対してそれぞれずれることがあり、この場合には要求HC量が基準値より変化する。
【0004】
しかしながら、従来装置のように、後噴射量をエンジンの回転数と負荷等の運転条件からマップ検索により求めるだけでは、この運転中の主噴射時期、空燃比、水温、EGR率の各ずれに対応できず、後噴射により供給されるHC量に過不足を生じる。HC量が過多となるときは燃費の悪化やHC量の増加を招き、またHC量が不足するときは触媒のNOx還元効率を最大限に引き出すことができない。
【0005】
そこで、エンジンの回転数Neとエンジンの負荷に基づいて基準HC排出量MHCと基準NOx排出量MNOxを演算し、これらに対して噴射時期補正値KITHC、KITNOx、空燃比補正値KAFHC、KAFNOX、水温補正値KTWHC、KTWNOx、EGR補正値KEGRHC、KEGRNOxを演算し、これら補正値でこれに対応する前記基準値を補正して基本HC排出量HCBと基本NOx排出量NOxBを演算し、これらの比である実際のHC/NOx比I HNrを演算し、この実際のHC/NOx比I HNrと目標HC/NOx比T HNrの差に応じて要求HC量HC0を演算し、この要求HC量HC0に基づいて後噴射量Qfaf0を演算することにより、運転中の主噴射時期、空燃比、水温、EGR率が、基準となる主噴射時期、基準となる空燃比、基準となる水温、基準となるEGR率に対してそれぞれずれることがあっても、要求HC量を過不足なく求めるようにしたもの(このものを以下先願装置2という)を本出願とほぼ同時期に提案している(特願平10−31460号参照)。この先願装置2によればエンジン回転数とエンジン負荷からマップを検索して後噴射量を求める従来装置よりも必要なHC量だけを精度良く供給できることになった。
【0006】
こうした先願装置2では、モデル規範制御によりNOx排出量を予測するため、系を物理則を用いて記述しているのであるが、その記述(モデル)が実際と合わない領域(たとえば、自動変速機付き車両によりモード走行を行わせる場合に車速を増すときシフトアップが行われるが、このシフトアップ時)があり、その領域で後噴射によるHC量の過不足が生じ、HC排出量とNOx排出量がわずかながら増えることがわかっている。
【0007】
一方、従来、車両に適用できる小型で信頼性が高くかつ安価なNOx濃度センサがなかったため、NOxセンサを実車に適用した例がほとんどみあたらなかったが、近年のNOx濃度センサの研究、製造技術の発展により、実車に適用しうるセンサが開発されつつある(たとえば、SAE960344で示される固体電解質タイプのNOx濃度センサや特開平7−325059号公報に示される単結晶様構造をもつ物質をNOx感応体としてNOx濃度を検出するものなど)。
【0008】
そこで、こうしたNOx濃度センサを用いてNOx排出量をフィードバック制御することが考えられる。
【0009】
この場合、制御したい量は触媒出口のNOx排出量であるから、NOx濃度センサを触媒の下流に設け、このセンサ検出値に基づいてフィードバック制御しても、触媒自体が大きな遅れ要素となるので、フィードバック制御の制御ゲインを大きくとれない。このため、制御応答が悪くなるほか、制御精度もよくない。
【0010】
そこで、触媒の上流にNOx濃度センサを設け、このセンサ検出値に基づいて実測NOx排出量を演算し、この実測NOx排出量をNOx排出量の予測値に代えて用いるとともに、実測NOx排出量が目標NOx排出量と一致するようにEGR弁の開度をフィードバック制御することにより、モデルが実際と合わなくなる領域においても、後噴射によるHC量の過不足を抑制して、HCとNOxの各排出量をさらに低減するとともに、NOx濃度センサを用いていても、制御応答を高め、かつ高価な低濃度型のセンサを用いなくともよいようにしたものについても上記先願装置2に提案している。
【0011】
しかしながら、固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサを用いて実験を行ってみると、燃料カットの行われる減速時にEGR弁が最大限にまで開き、その後の燃料リカバー時の大量EGRに起因して燃焼が悪化し、失火、白煙が発生したり、減速再加速時にスモークが発生することがわかった。
【0012】
これを解析すると、固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサは、減速時にエンジンへの供給燃料がカットされ、排気中の酸素濃度が大気なみに高くなると、酸素ポンプが正常に働かなくなり、センサ出力電圧が上限値に張り付いてしまうという特性を持つ。このため、このタイプのNOx濃度センサでは、減速時にNOx排出量が過多であると誤認することから、このタイプのNOx濃度センサを用いて上記のように実測NOx排出量が目標NOx排出量と一致するようにEGR弁開度をフィードバック制御したのでは、減速時にNOx排出量を減らそうとしてEGR弁リフトが最大になる。燃料カットしている間は、理論的にNOxの排出がないはずであるが、燃料カット時にEGR弁を全開にしていると、その後の燃料リカバー時になっても最大限にまで開いたEGR弁はすぐに閉じることができないため大量のEGRが行われて燃焼が悪化し、失火、白煙の発生や、減速再加速時のスモークの発生を招いてしまうことがあるのである。
【0013】
そこで本発明は、固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサを用いている場合に、減速時かどうかを判別し、減速時は、NOx濃度センサによるEGR弁開度のフィードバック制御を中止し、EGR弁開度をオープン制御することにより、燃料リカバー時の失火、白煙の発生や、減速再加速時のスモークの発生を防止することを第1の目的とする。
【0014】
また、固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサを用いて実験を行ったとき、軽負荷時にHCが悪化することも分かった。
【0015】
これを解析すると、先願装置2では、後述するように実測HC排出量RHCと実測NOx排出量RNOxの比である実際のHC/NOx比I HNrを
I HNr=RHC/RNOx
の式により演算し(図48ステップ2参照)、この実際のHC/NOx比I HNrと目標HC/NOx比T HNrから
HC0=(T HNr−I HNr)×RHC
の式により要求HC量HC0を計算し(図55ステップ4参照)、この要求HC量HC0に基づいてHC0が大きくなるほど大きくなる値の後噴射量Qfaf0を演算するので(図63参照、ただし図63では横軸が目標HC量であるT HCとなっているが、簡単にはT HCに代えてHC0を用いることができる)、噴射量が少なく排気中の酸素濃度が高くなる軽負荷時にNOx排出量が過多であると誤認する上記のタイプのNOx濃度センサによれば、上記の比I HNrが小さくなり、この影響を受けて要求HC量HC0が大きくなり、後噴射量Qfaf0が大きくなる。つまり、NOx濃度センサの検出誤差の分だけ軽負荷時の後噴射量Qfaf0が過多となってHCの増加を招くのである。
【0016】
そこで本発明は、固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサを用いている場合に、軽負荷時かどうかを判別し、軽負荷時に、NOx濃度センサ出力を用いて演算される要求HC量に基づく後噴射燃料量の演算を中止して後噴射燃料量をオープン制御することにより、軽負荷時のHCの増加を防止することを第2の目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、図74に示すように、燃料を噴射供給する装置81を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置81により後噴射を行い、この後噴射による未燃HCを、排気通路に設けたNOx触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、EGR量を制御するEGR弁82と、エンジンの回転数とエンジンの負荷に基づいて目標EGR率を演算する手段93と、この目標EGR率に基づいて前記EGR弁82の開度を制御する手段94と、固体電解質型でかつ酸素通過量から前記触媒の上流のNOx濃度を検出するセンサ83と、このセンサ検出値に基づいて実測NOx排出量RNOxを演算する手段84と、前記触媒の上流のHC濃度を検出するセンサ85と、このセンサ検出値に基づいて実測HC排出量RHCを演算する手段86と、この実測HC排出量RHCと前記実測NOx排出量RNOxとの比である実測HC/NOx比I HNrを演算する手段87と、この実測HC/NOx比I HNrと目標HC/NOx比T HNrの差または比に応じて要求HC量HC0を演算する手段88と、この要求HC量HC0に基づいて前記後噴射の燃料量Qfaf0を演算する手段89と、前記実測NOx排出量RNOxが目標NOx排出量TNOxと一致するように前記目標EGR率をフィードバック制御する手段90と、減速時であるかどうかを判別する手段91と、減速時を判別したとき前記フィードバック制御を中止して前記EGR弁の開度をオープン制御する手段92とを設けた。
【0018】
第2の発明は、図75に示すように、燃料を噴射供給する装置81を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置81により後噴射を行い、この後噴射による未燃HCを、排気通路に設けたNOx触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、EGR量を制御するEGR弁82と、エンジンの回転数とエンジンの負荷に基づいて目標EGR率を演算する手段93と、この目標EGR率に基づいて前記EGR弁82の開度を制御する手段94と、固体電解質型でかつ酸素通過量から前記触媒の上流のNOx濃度を検出するセンサ83と、このセンサ検出値に基づいて実測NOx排出量RNOxを演算する手段84と、HC排出量を予測する手段101と、このHC排出量と前記実測NOx排出量RNOxとの比である実測HC/NOx比I HNrを演算する手段102と、この実測HC/NOx比I HNrと目標HC/NOx比T HNrの差または比に応じて要求HC量HC0を演算する手段88と、この要求HC量HC0に基づいて前記後噴射の燃料量Qfaf0を演算する手段89と、前記実測NOx排出量RNOxが目標NOx排出量TNOxと一致するように前記目標EGR率をフィードバック制御する手段90と、減速時であるかどうかを判別する手段91と、減速時を判別したとき前記フィードバック制御を中止して前記EGR弁の開度をオープン制御する手段92とを設けた。
【0019】
第3の発明では、第1または第2の発明において前記オープン制御にエンジンの回転数と負荷によって決まる目標EGR弁開度のマップを用いる。
【0020】
第4の発明は、図76に示すように、燃料を噴射供給する装置81を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置81により後噴射を行い、この後噴射による未燃HCを、排気通路に設けたNOx触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、EGR量を制御するEGR弁82と、エンジンの回転数とエンジンの負荷に基づいて目標EGR率を演算する手段93と、この目標EGR率に基づいて前記EGR弁82の開度を制御する手段94と、固体電解質型でかつ酸素通過量から前記触媒の上流のNOx濃度を検出するセンサ83と、このセンサ検出値に基づいて実測NOx排出量RNOxを演算する手段84と、前記触媒の上流のHC濃度を検出するセンサ85と、このセンサ検出値に基づいて実測HC排出量RHCを演算する手段86と、この実測HC排出量RHCと前記実測NOx排出量RNOxとの比である実測HC/NOx比I HNrを演算する手段87と、この実測HC/NOx比I HNrと目標HC/NOx比T HNrの差または比に応じて要求HC量HC0を演算する手段88と、この要求HC量HC0に基づいて前記後噴射の燃料量Qfaf0を演算する手段89と、前記実測NOx排出量RNOxが目標NOx排出量TNOxと一致するように前記目標EGR率をフィードバック制御する手段90と、軽負荷時であるかどうかを判別する手段111と、軽負荷時を判別したとき前記要求HC量に基づく後噴射燃料量の演算を中止して後噴射燃料量をオープン制御する手段112とを設けた。
【0021】
第5の発明は、図77に示すように、燃料を噴射供給する装置81を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置81により後噴射を行い、この後噴射による未燃HCを、排気通路に設けたNOx触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、EGR量を制御するEGR弁82と、エンジンの回転数とエンジンの負荷に基づいて目標EGR率を演算する手段93と、この目標EGR率に基づいて前記EGR弁82の開度を制御する手段94と、固体電解質型でかつ酸素通過量から前記触媒の上流のNOx濃度を検出するセンサ83と、このセンサ検出値に基づいて実測NOx排出量RNOxを演算する手段84と、HC排出量を予測する手段101と、このHC排出量と前記実測NOx排出量RNOxとの比である実測HC/NOx比I HNrを演算する手段102と、この実測HC/NOx比I HNrと目標HC/NOx比T HNrの差または比に応じて要求HC量HC0を演算する手段88と、この要求HC量HC0に基づいて前記後噴射の燃料量Qfaf0を演算する手段89と、前記実測NOx排出量RNOxが目標NOx排出量TNOxと一致するように前記目標EGR率をフィードバック制御する手段90と、軽負荷時であるかどうかを判別する手段111と、軽負荷時を判別したとき前記要求HC量に基づく後噴射燃料量の演算を中止して後噴射燃料量をオープン制御する手段112とを設けた。
【0022】
第6の発明では、第4または第5の発明において前記オープン制御にエンジンの回転数と負荷によって決まる目標後噴射燃料量のマップを用いる。
【0023】
第7の発明では、第4から第6までのいずれか一つの発明において軽負荷時を判別したとき後噴射時期をオープン制御する。
【0024】
第8の発明では、第7の発明において前記後噴射時期のオープン制御にエンジンの回転数と負荷によって決まる目標後噴射時期のマップを用いる。
【0025】
【発明の効果】
第2の発明によれば、NOx濃度センサの検出値に基づいて実測NOx排出量RNOxを演算する一方で、エンジンの回転数N e とエンジンの負荷に基づいて基準HC排出量MHCを演算し、この基準HC排出量MHCに対する噴射時期補正値KITHC、空燃比補正値KAFHC、水温補正値KTWHC、EGR補正値KEGRHCの少なくとも一つを演算し、これら補正値の少なくとも一つで前記基準HC排出量MHCを補正して基本HC排出量HCBを演算し、この基本HC排出量HCBと前記実測NOx排出量RNOxとの比である実際のHC/NOx比I HN r を演算し、この実際のHC/NOx比I HN r と目標HC/NOx比T HN r の差に応じて要求HC量HC0を演算し、この要求HC量HC0に基づいて後噴射量Q faf0 を演算するので、また、第1の発明によればNOx濃度センサの検出値に基づいて実測NOx排出量RNOxを演算すると共に、HC濃度センサの検出値に基づいて実測HC排出量RHCを演算し、これら実測HC排出量RHCと実測NOx排出量RNOxとの比である実際のHC/NOx比I HN r を演算し、この実際のHC/NOx比I HN r と目標HC/NOx比T HN r の差に応じて要求HC量HC0を演算し、この要求HC量HC0に基づいて後噴射量Q faf0 を演算するので、運転中の主噴射時期、空燃比、水温、EGR率が、基準となる主噴射時期、基準となる空燃比、基準となる水温、基準となるEGR率に対してそれぞれずれることがあっても、要求HC量を過不足なく求めることができる。
また、第1、第2、第4、第5の発明によれば触媒の上流にNOx濃度センサを設けると共に、実測NOx排出量RNOxが目標NOx排出量TNOxと一致するようにEGR弁の開度をフィードバック制御するので、モデルが実際と合わなくなる領域においても、後噴射によるHC量の過不足を抑制して、HCとNOxの各排出量をさらに低減することができる。また、NOx濃度センサを触媒の下流に設ける場合に比べて応答性がよく、かつ低濃度型のセンサでなくてもよいので、検出精度の確保や生産バラツキの抑制が可能である。
さらに、固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサを用いて実測NOx排出量が目標NOx排出量と一致するようにEGR弁開度をフィードバック制御する場合に、第1から第3までの各発明では、減速時や軽負荷時にNOx濃度センサによる目標EGR率のフィードバック制御を中止してEGR弁開度をオープン制御するので、固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサによれば、燃料カットの行われる減速時にEGR弁を誤って全開にすることに伴う燃料リカバー時の大量EGRに起因する燃焼の悪化による失火、白煙の発生を防止するとともに、減速再加速時のスモークの発生を防止できる。
【0026】
固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサを用いて実測NOx排出量が目標NOx排出量と一致するように目標EGR率をフィードバック制御する場合に、第4から第6までの各発明では、NOx濃度センサ出力を用いて演算される要求HC量に基づく後噴射燃料量の演算を軽負荷時に中止して後噴射燃料量をオープン制御し、第7、第8の各発明によればさらに後噴射時期をもオープン制御するので、軽負荷時のHCの増加を防ぐことができる。
【0027】
【発明の実施の形態】
図1において、排気通路53にNOx触媒1を備える。これはたとえば銅系ゼオライト触媒(CU/ZSM−5)である。
【0028】
エンジンには公知のコモンレール式の燃料噴射装置を備える。
【0029】
これを図2により概説すると(詳細は特開昭9−112251号公報参照)、この燃料噴射装置は、主に燃料タンク11、燃料供給通路12、サプライポンプ14、コモンレール(蓄圧室)16、気筒毎に設けられる燃料噴射弁17からなり、サプライポンプ14により加圧された燃料は燃料供給通路15を介してコモンレール16にいったん蓄えられたあと、コモンレール16の高圧燃料が気筒数分の燃料噴射弁17に分配される。
【0030】
噴射ノズル17は、針弁18、ノズル室19、ノズル室19への燃料供給通路20、リテーナ21、油圧ピストン22、針弁18を閉弁方向(図で下方)に付勢するリターンスプリング23、油圧ピストン22への燃料供給通路24、この通路24に介装される三方弁(電磁弁)25などからなり、バルブボディ内の通路20と24が連通して油圧ピストン22上部とノズル室19にともに高圧燃料が導かれる三方弁25のOFF時(ポートAとBが連通、ポートBとCが遮断)には、油圧ピストン22の受圧面積が針弁18の受圧面積より大きいことから、針弁18が着座状態にあるが、三方弁25がON状態(ポートAとBが遮断、ポートBとCが連通)になると、油圧ピストン22上部の燃料が戻し通路28を介して燃料タンク11に戻され、油圧ピストン22に作用する燃料圧力が低下する。これによって針弁18が上昇して噴射弁先端の噴孔より燃料が噴射される。三方弁25をふたたびOFF状態に戻せば、油圧ピストン22に蓄圧室16の高圧燃料が導びかれて燃料噴射が終了する。つまり、三方弁25のON時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室16の圧力が同じであれば、ON時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。26は逆止弁、27はオリフィスである。
【0031】
この燃料噴射装置10にはさらに、コモンレール圧力を制御するため、サプライポンプ14から吐出された燃料を戻す通路13に圧力制御弁31を備える。この圧力制御弁31はコントロールユニット41からのデューティ信号に応じて通路13の流路面積を変えるためのもので、コモンレール16への燃料吐出量を調整することによりコモンレール圧力を制御する。コモンレール16の燃料圧力によっても燃料噴射量は変化し、三方弁25のON時間が同じであれば、コモンレール16の燃料圧力が高くなるほど燃料噴射量が多くなる。
【0032】
コモンレール圧力PCR1を検出するセンサ32からの信号が、アクセル開度センサ33(アクセルペダルの踏み込み量に比例した出力Lを発生)、クランク角センサ34(エンジン回転数とクランク角度を検出)、クランク角センサ35(気筒判別を行う)、水温センサ36とともに入力されるコントロールユニット41では、エンジン回転数とアクセル開度に応じて主噴射の目標燃料噴射量Qfとコモンレール16の目標圧力を演算し、圧力センサ32により検出されるコモンレール圧力がこの目標圧力と一致するように圧力制御弁31を介してコモンレール16の燃料圧力をフィードバック制御する。また、演算した主噴射の目標燃料噴射量Qfに対応して三方弁25のON時間を制御するほか、主噴射とは別に各気筒の膨張行程もしくは排気行程で後噴射を行って未燃HCをNOx触媒1に供給する。
【0033】
また、エンジンには排気還流装置(EGR装置)を備える。これを図3で説明すると、51はディーゼルエンジンの本体、52は吸気通路、53は排気通路、54は排気通路53の排気の一部を吸気通路に還流するための通路(EGR通路)である。
【0034】
吸気通路52は吸入空気量を計測するためのエアフローメータ55が設置され、その下流に吸入空気を2段階に絞り込む吸気絞り弁56が設けられる。この吸気絞り弁56の下流側に前記したEGR通路54が接続され、またEGR通路54の途中には排気還流量をコントロールするための弁(EGR弁)57が介装される。
【0035】
したがって、排気通路53から吸気通路52に流れる排気の還流量は、吸気絞り弁56の開度に応じて発生する吸入負圧と、排気通路53との排気圧力との差圧に応じるとともに、そのときのEGR弁57の開度に対応して決定される。
【0036】
前記吸気絞り弁56は負圧アクチュエータ56aにより開度が2段階に制御され、負圧アクチュエータ56aには第1の電磁弁61を介して図示しないバキュームポンプからの負圧を導く第1負圧通路62と、第2の電磁弁63を介して同じく負圧を導く第2負圧通路64とが接続され、これら電磁弁61、62によって調圧された負圧により、吸気絞り弁56の開度を2段階に制御し、その下流に発生する吸入負圧をコントロールするようになっている。
【0037】
たとえば、第1の電磁弁61が負圧導入をやめ、大気圧を導入し、第2の電磁弁63が負圧を導入しているときは、負圧アクチュエータ56aの負圧は弱く、吸気絞り弁56の開度は比較的大きくなり、これに対して、第1の電磁弁61も負圧を導入しているときは負圧が強く、吸気絞り弁56の開度は小さくなる。また、第1、第2の電磁弁61、63がともに大気圧を導入しているときは、吸気絞り弁56はリターンスプリングにより、全開位置に保持される。
【0038】
前記EGR弁57はステップモータ57aの回転によってリフト量が変化し、その開度が調整され、この開度に応じてEGR通路54を通って吸気中に流入する排気還流量が増減する。なお、57bはEGR弁57の開度を検出する手段である。
【0039】
コントロールユニット41では、前記した第1、第2電磁弁61、63とステップモータ57aの作動を制御し、排気還流量を制御する。
【0040】
図1に戻り、2は排気タービン2aと吸気コンプレッサ2bとが同軸配置されるターボチャージャ、3は吸気コンプレッサ2bの下流かつコレクタ52aの上流の吸気通路に設けられるインタークーラ、4はスワール制御弁である。
【0041】
さて、運転中の主噴射時期が、基準となる主噴射時期に対して、運転中の空燃比が、基準となる空燃比に対して、運転中の水温が、基準となる水温に対して、運転中のEGR率が、基準となるEGR率に対してそれぞれずれることがあり、この場合には要求HC量が基準値より変化する。
【0042】
しかしながら、従来装置のように、後噴射量をエンジンの回転数と負荷等の運転条件からマップ検索により求めるだけでは、この運転中の主噴射時期、空燃比、水温、EGR率の各ずれに対応できず、後噴射により供給されるHC量に過不足を生じる。
【0043】
これに対処するため、先願装置2では、エンジンの回転数Neとエンジンの負荷に基づいて基準HC排出量MHCと基準NOx排出量MNOxを演算し、これらに対して噴射時期補正値KITHC、KITNOx、空燃比補正値KAFHC、KAFNOX、水温補正値KTWHC、KTWNOx、EGR補正値KEGRHC、KEGRNOxを演算し、これら補正値でこれに対応する前記基準値を補正して基本HC排出量HCBと基本NOx排出量NOxBを演算し、これらの比である実際のHC/NOx比I HNrを演算し、この実際のHC/NOx比I HNrと目標HC/NOx比T HNrの差に応じて要求HC量HC0を演算し、この要求HC量HC0に基づいて後噴射量Qfaf0を演算することにより、運転中の主噴射時期、空燃比、水温、EGR率が、基準となる主噴射時期、基準となる空燃比、基準となる水温、基準となるEGR率に対してそれぞれずれることがあっても、要求HC量を過不足なく求めるようにしている。
【0044】
こうした先願装置2では、モデル規範制御によりNOx排出量を予測するため、系を物理則を用いて記述しているのであるが、その記述(モデル)が実際と合わない領域(たとえば、自動変速機付き車両によりモード走行を行わせる場合に車速を増すときシフトアップが行われるが、このシフトアップ時)があり、その領域で後噴射によるHC量の過不足が生じ、HC排出量とNOx排出量がわずかながら増えることがわかっている。
【0045】
一方、近年のNOxセンサの研究、製造技術の発展により、固体電解質タイプのNOx濃度センサや単結晶様構造をもつ物質をNOx感応体としてNOx濃度を検出するものなど実車に適用しうるセンサが開発されつつある。
【0046】
そこで、こうしたNOx濃度センサを用いてNOx排出量をフィードバック制御することが考えられる。
【0047】
この場合、制御したい量は触媒出口のNOx排出量であるから、NOx濃度センサを触媒の下流に設け、このセンサ検出値に基づいてフィードバック制御しても、触媒自体が大きな遅れ要素となるので、フィードバック制御の制御ゲインを大きくとれない。このため、制御応答が悪くなるほか、制御精度もよくない。
【0048】
そこで、触媒の上流にNOx濃度センサを設け、このセンサ検出値に基づいて実測NOx排出量を演算し、この実測NOx排出量をNOx排出量の予測値に代えて用いるとともに、実測NOx排出量が目標NOx排出量と一致するようにEGR弁の開度をフィードバック制御することにより、モデルが実際と合わなくなる領域においても、後噴射によるHC量の過不足を抑制して、HCとNOxの各排出量をさらに低減するとともに、NOx濃度センサを用いていても、制御応答を高め、かつ高価な低濃度型のセンサを用いなくともよいようにしたものについても上記先願装置2に提案している。
【0049】
しかしながら、固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサを用いて実験を行ってみると、燃料カットの行われる減速時にEGR弁が最大限にまで開き、その後の燃料リカバー時の大量EGRに起因して燃焼が悪化し、失火、白煙が発生したり、減速再加速時にスモークが発生することがわかった。
【0050】
また、固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサを用いて実験を行ったとき、軽負荷時にHCが悪化することも分かった。
【0051】
そこで本発明の実施形態では、固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサを用いている場合に、減速時かどうかを判別し、減速時は、NOx濃度センサによる目標EGR率のフィードバック制御を中止し、エンジンの回転数と負荷によって決まる目標EGR弁リフト量のマップを用いて、EGR弁リフト量(EGR弁開度)をオープン制御するとともに、軽負荷時かどうかを判別し、軽負荷時になると、NOx濃度センサ出力を用いて演算される要求HC量に基づく後噴射燃料量の演算を中止し、目標後噴射量のマップを用いて後噴射燃料量をオープン制御する。さらに軽負荷時は、目標後噴射時期のマップを用いて、後噴射時期をもオープン制御する。
【0052】
コントロールユニット41で行われるこの制御を次に詳述する。
【0053】
EGR制御について、その制御の大まかなブロック図を図4に、詳細なフローチャートおよびそのフローに使うマップやテーブルを図5〜図28に(図5〜図21については特願平9−125892号によりすでに提案している。この装置を先願装置1とする)、目標EGR率のフィードバック制御について、その詳細のフローチャートおよびそのフローに使うマップやテーブルを図29〜図34に、また後噴射の噴射時期および後噴射量の各制御について、その制御の大まかなブロック図を図35に、詳細なフローチャートおよびそのフローに使うマップやテーブルを図36〜図66(図29〜図67については先願装置2によりすでに提案している。)にそれぞれ示す。
【0054】
ここで、コントロールユニット41で行われる制御方法はモデル規範制御(多変数入力制御系のモデルを用いた制御の一つ)である。
【0055】
このため、アクセル開度センサ33、クランク角センサ34、35、水温センサ36以外のセンサといえば、エアフローメータ55とこのエアフローメータ55の近傍に設けた吸気温度センサ71だけで、制御上で必要となる各種のパラメータ(たとえば後述する吸気圧、排気圧など)はコントロールユニット41内ですべて予測演算することになる。なお、モデル規範制御のイメージは、たとえば図4や図35において各ブロックが、その各ブロックに与えられた演算を、回りのブロックとの間でパラメータの授受を行いつつ瞬時に行うというものである。近年、モデル規範制御の理論的解析が急速に進んだことから、エンジン制御への適用が可能となり、現在、実用上も問題ないレベルにあることを実験により確認している。
【0056】
以下、EGR制御について先願装置1(特願平9−125892号参照)と同様の部分を先に説明し、その後に先願装置2の説明に移り、最後に本願発明部分の説明を行う。
【0057】
まず図5は吸気圧(吸気マニホールド内)の演算フローで、Ref信号(クランク角の基準位置信号)に同期して実行する。
【0058】
ステップ1ではシリンダ吸入新気量Qacとシリンダ吸入EGR量Qec、吸入新気温度Ta、EGR温度Te、体積効率相当値Kinを読み込むが、これら5つの各パラメータの演算については、それぞれ別のフローにしたがって後で詳しく説明する。
【0059】
ステップ2ではこれらのパラメータに基づいて
ただし、R:気体定数
Kvol:1シリンダ容積/吸気系容積
Kpm、Opm:定数
の式(理論式)により吸気圧Pmを計算する。なお、Pmの初期値はROMに記憶させておく。
【0060】
図6は排気圧(EGR取り出し口)の演算フローである。
【0061】
ステップ1ではシリンダから排出される排気量Qexh、排気温度Texh、エンジン回転数Neを読み込む。ただし、排気量Qexhと排気温度Texhの各パラメータの演算については、別のフローにより後で詳しく説明する。
【0062】
ステップ2では排気圧Pexhを
Pexh=(Qexh×Ne/Kcon)2×Texh×Kpexh+Opexh …(2)
ただし、Kcon、Kpexh、Opexh:定数
の式(次元解析より求めた実験式)により計算する。なお、Pexhの初期値はROMに記憶させておく。
【0063】
次に上記した各パラメータの演算方法について説明する。
【0064】
まず、図7はシリンダ吸入新気量Qacを演算するフローである。ステップ1ではエアフローメータAMFの出力電圧を読み込み、ステップ2でこの出力電圧からテーブル変換により吸気量を演算する。ステップ3では吸気脈動の影響をならすためこの吸気量演算値に対して加重平均処理を行う。
【0065】
ステップ4ではエンジン回転数Neを読み込み、ステップ5においてこの回転数Neと前記した吸気量の加重平均値Qas0とから、1シリンダ当たりの吸気量Qac0を、
Qac0=(Qas0/Ne)×KCON#
ただし、KCON#:定数
の式により計算する。
【0066】
ステップ6ではこのQac0のn回演算分のディレイ処理を行い、このディレイ処理後の値Qac0・Z-nをコレクタ52a入口の新気量Qacnとして算出する。これはエアフローメータ55からコレクタ52a入口までの吸入空気の遅れを考慮したものである。
【0067】
ステップ7では容積比Kvolと体積効率相当値Kinを用い、上記のコレクタ52a入口の新気量Qacnから
Qac=Qacn-1×(1−Kvol×Kin)+Qacn×Kvol×Kin …(3)
ただし、Qacn-1:Qacの前回値
の式により遅れ処理を行ってシリンダ吸入新気量(シリンダに吸入される新気量)Qacを求める。これはコレクタ52a入口からシリンダまでの吸入空気の遅れを考慮したものである。
【0068】
図8はシリンダ吸入EGR量Qecを演算するフローである。
【0069】
この演算内容は上記図7に示したシリンダ吸入新気量Qacの演算方法と同様である。ステップ1で後述(図16参照)のようにして求めるEGR量Qeを読み込み、ステップ2でエンジン回転数Neを読み込む。ステップ3でQeに対して加重平均処理を行い、ステップ4ではQeの加重平均値であるQes0とNeと定数KCON # とからコレクタ52a入口かつ1シリンダ当たりの吸入EGR量Qecnを計算する。さらに、ステップ5でこのコレクタ52a入口かつ1シリンダ当たりの吸入EGR量Qecnと容積比Kvol、体積効率相当値Kinを用いて、
Qec=Qecn-1×(1−Kvol×Kin)+Qecn×Kvol×Kin…(4)
ただし、Qecn-1:Qecの前回値
の式により遅れ処理を行ってシリンダ吸入EGR量Qecを計算する。これはコレクタ52a入口からシリンダまでのEGRガスの遅れを考慮したものである。
【0070】
図9は吸入新気温度Taを演算するフローである。ステップ1では吸気圧の前回値Pmn-1と吸気温度検出値Ta0を読み込み、この吸気圧の前回値Pmn-1に基づいてステップ2で圧力補正係数Ktmpiを、Ktmpi=Pmn-1×PA#の式より計算する。ただし、PA#は定数である。
【0071】
そして、ステップ3ではこの圧力補正係数Ktmpiに基づいてコレクタ52a入口での吸入新気温度Taを、Ta=Ta0×Ktmpi+TOFF#の式(近似式)により計算する。ただし、TOFF # は定数である。TOFF # は水温や車速等により補正してもよい。
【0072】
図10はコレクタ52a入口のEGRガス温度Teを演算するフローである。ステップ1で排気温度TexhとEGR通路内での排気温度降下係数KTLOS#を読み込み、コレクタ入口52aのEGRガス温度Teを、Te=Texh×KTLOS#の式により計算する。これはEGR取り出し口よりコレクタ入口までの温度降下を考慮したものである。なお排気温度Texhの演算については後述する。
【0073】
図11は上記した体積効率相当値Kinを演算するフローである。ステップ1でシリンダ吸入新気量Qac、主噴射の目標燃料噴射量(以下単に燃料噴射量という)Qf、エンジン回転数Neを読み込む(ただし、燃料噴射量Qfについては図19により後述する)。ステップ2、3ではシリンダ吸入新気量Qacと回転数Neとから図12を内容とするマップを検索して体積効率基本値KinH1を、また燃料噴射量Qfと回転数Neから図13を内容とするマップを検索して体積効率負荷補正値KinH2を求め、ステップ4においてこれらKinH1とKinH2を乗算して体積効率相当値Kinを求める。
【0074】
図14は排気温度Texhを演算するフローである。ステップ1、2では燃料噴射量のサイクル処理値Qf0とシリンダ吸気温度のサイクル処理値Tn0を読み込む(ただし、いずれも図18により後述する)。さらに、ステップ3で排気圧の前回値Pexhn-1を読み込む。
【0075】
ステップ4では燃料噴射量のサイクル処理値Qf0から図15を内容とするテーブルを検索して排気温度基本値Texhbを求める。
【0076】
ステップ5で前記した吸気温度のサイクル処理値Tn0から排気温度の吸気温度補正係数Ktexh1を、Ktexh1=(Tn0/TA#)KN#の式により計算する。ただし、TA#、KN#は定数である。
【0077】
次に、ステップ6で排気温度の排気圧力補正係数Ktexh2を、排気圧の前回値Pexhn-1から、Ktexh2=(Pexhn-1/PA#)(#Ke-1)/#Keの式により計算する。ただし、PA#、#Keは定数である。
【0078】
そして、ステップ7では、排気温度基本値Texhbに各補正係数Ktexh1、Ktexh2を乗じて排気温度Texhを計算する。
【0079】
図16はEGR量Qeを演算するフローである。ステップ1では上記した吸気圧Pm、排気圧Pexh、EGR弁実開度としてのEGR弁実リフト量Liftsを読み込む。あるいは、ステップモータのように目標値を与えれば実際のEGR弁リフト量が一義に決まる場合は、目標EGR弁リフト量でもよい。
【0080】
ステップ2では、このEGR弁実リフト量Liftsから図17を内容とするテーブルを検索して、EGR弁流路面積Aveを求める。
【0081】
そして、ステップ3において、EGR流量Qeを、これら吸気圧Pmと排気圧Pexh、EGR弁流路面積Aveとから、Qe=Ave×(Pexh−Pm)1/2×KR#の式により計算する。ただし、KR#は定数で、ほぼ2×ρ(ρは排気密度)に等しい。
【0082】
図18はシリンダ吸入新気量、燃料噴射量、シリンダ吸気温度のサイクル処理のフローである。ステップ1でシリンダ吸入新気量Qac、燃料噴射量Qf、シリンダ吸気温度Tnを読み込む。なお、シリンダ吸気温度Tnは、シリンダに吸入される新気とEGRガスとの混合ガスの平均温度、つまりTn=(Qac×Ta+Qec×Te)/(Qac+Qec)の式により計算している(図28により後述する)。
【0083】
ステップ2ではこれらQac、Qf、Tnを用いてQexh=Qac・Z-(CYLN#-1)、Qf0=Qf・Z-(CYLN#-2)、Tn0=Tn・Z-(CYLN#-1)の式によりサイクル処理を施すが、これらはエアフローメータの読み込みタイミングに対しての位相差に基づく補正を行うものである。ただし、CYLN#はシリンダ数である。たとえば4気筒エンジンでは、燃料の噴射は、エアフローメータの読み込みタイミングに対して180CA×(気筒数−2)ずれるので、シリンダ数から2引いた分だけディレイ処理を行う。
【0084】
図19は燃料噴射量Qfを演算するフローである。ステップ1でエンジン回転数Neとコントロールレバー開度(アクセルペダル開度により定まる)CLを読み込み、ステップ2でこれらNeとCLから図20を内容とするマップを検索して基本燃料噴射量Mqdrvを求める。
【0085】
ステップ3ではこの基本燃料噴射量に対してエンジン冷却水温等に基づいて各種の補正を行い、この補正後の値Qf1に対してさらにステップ4で図21を内容とするマップに基づいて、燃料噴射量の最大値Qf1MAXによる制限を行い、制限後の値を燃料噴射量Qfとして演算する。
【0086】
これで先願装置1と同様の部分の説明を終える。
【0087】
次に、図22〜図28は先願装置2と同様の部分である。
【0088】
まず図22はEGR弁指令開度としてのEGR弁指令リフト量Lifttを演算するフローである。ステップ1では吸気圧Pm、排気圧Pexh、要求EGR量Tqe(図24により後述する)を読み込む。ステップ2ではEGR弁要求流路面積Tavを、Tav={(Pexh−Pm)×KR#}1/2の式(流体力学の法則)で計算する。ただし、KR # は補正係数である。ステップ3ではこのEGR弁要求流路面積Tavより図23を内容とするテーブルを検索して目標EGR弁開度としてのEGR弁目標リフト量Mliftを求め、この目標リフト量Mliftに対して、ステップ4において、EGR弁の作動遅れ分の進み処理を行い、その進み処理後の値をEGR弁指令リフト量Lifttとして求める。
【0089】
このようにして求められたEGR弁指令リフト量Lifttが図示しないフローによりステップモータ57aへと出力され、EGR弁57が駆動される。
【0090】
図24は上記の要求EGR量Tqeの演算フローである。ステップ1でエンジン回転数Ne、目標EGR率Megr(図25により後述する)、シリンダ吸入新気量Qac、燃料噴射量のサイクル処理値Qf0を読み込み、ステップ2でシリンダ吸入新気量Qacに目標EGR率Megrを乗ずることで目標吸入EGR量Tqec0を計算する。
【0091】
ステップ3ではこの目標吸入EGR量Tqec0に対して
Tqec=Tqecn-1・(1−Kin・Kvol)+Tqec0・Kin・Kvol…(5)
ただし、Tqecn-1:Tqecnの前回値
の式により吸気系容量分の進み処理を行って目標シリンダ吸入EGR量Tqec(1シリンダ当たり)を求める。
【0092】
ステップ4ではこの目標シリンダ吸入EGR量Tqecと回転数Neと定数KCON#とから要求EGR流量Tqe(全気筒分)を、Tqe=(Tqec/Ne)×KCON#の式により計算する。
【0093】
図25は上記の目標EGR率Megrを演算するフローである。ステップ1でエンジン回転数Neと燃料噴射量Qfとシリンダ吸気温度Tn(図28により後述する)を読み込み、このうちNeとQfとから図26を内容とするマップを検索して、目標EGR率基本値Megr0を求める。
【0094】
ステップ3ではシリンダ吸入ガス温度Tnから図27を内容とするテーブルを検索して目標EGR率補正値Hegr1を求め、この目標EGR率補正値Hegr1を目標EGR率基本値Megr0に乗ずることによって目標EGR率Megrを計算する。
【0095】
なお、ステップ3のHegr2は目標EGR率のフィードバック補正量であり、図32により後述する。
【0096】
図28は上記のシリンダ吸気温度Tnを演算するフローである。ステップ1でシリンダ吸入新気量Qacと吸入新気温度Taとシリンダ吸入EGR量QecとEGRガス温度Teを読み込み、これらからTn=(Qac×Ta+Qec×Te)/(Qac+Qec)の式によりシリンダ吸入新気とシリンダ吸入EGRガスの平均温度を求めてこれをシリンダ吸気温度Tnとする。
【0097】
次に、触媒1の上流側に設けたNOx濃度センサ72(図1参照)からのセンサ検出値を用いたNOx排出量のフィードバック制御について説明する。この制御部分(具体的には図29〜図34、図25のステップ3)も先願装置2と同様である。
【0098】
まず図29は目標NOx排出量TNOxを演算するフローである。ステップ1で燃料噴射量Qfとエンジン回転数Neを読み込み、これらから図30を内容とするマップを検索して目標NOx排出量TNOxを求める。
【0099】
図31は実測NOx排出量RNOxを演算するフローである。ステップ1でシリンダ吸入新気量Qacと燃料噴射量のサイクル処理値Qf0を読み込み、これらを用い、ステップ2において吸気乾燥モル流量M Qacを
ただし、MOLAIR#:空気の見かけの分子量
HF#:Hの質量比
CF#:Cの質量比
AH#:Hの原子量
の式により計算する。
【0100】
ステップ3ではエンジン回転数Neを読み込む。ステップ4でNOx濃度センサ72の出力電圧NOx ioを読み込み、このセンサ出力電圧NOx ioからステップ5においてセンサ出力電圧とNOx濃度の関係を与えたテーブルを検索して、NOx濃度C NOxを求め、さらにステップ7では、このNOx濃度C NOx、上記の吸気乾燥モル流量M Qac、エンジン回転数Neを用いて、定常状態でのNOx排出量(質量流量)RNOx0を
ただし、AN:Nの分子量
AO:Oの分子量
NCYL#:気筒数
の式により計算する。
【0101】
ステップ8では、NOx濃度センサ72の検出遅れを一次遅れとみなし、
ただし、RNOxn-1:RNOxの前回値
K NOxi#:時定数相当値
の式により時定数相当値分だけの進み処理を行った値を実測NOx排出量RNOxとして求める。なお、RNOxの初期値は固定値(≒1)である。
【0102】
図32は目標EGR率のフィードバック補正量Hegr2を演算するフローである。ステップ1で上記の目標NOx排出量TNOx、実測NOx排出量RNOx、目標EGR率基本値Megr0を読み込み、ステップ2において実測NOx排出量RNOxと目標NOx排出量TNOxの差dNOx(=TNOx−RNOx)を計算し、この差dNOxからステップ3において図33を内容とするテーブルを検索して、基本EGR率フィードバック補正量KEGRHを求める。ステップ4では、図34を内容とするテーブルを検索して、フィードバック補正ゲインGEGRHを求め、ステップ5においてこの補正ゲインGEGRHを基本EGR率フィードバック補正量KEGRHに乗じて、目標EGR率のフィードバック補正量Hegr2を計算する。
【0103】
そして、図25のステップ3に示したように、この目標EGR率のフィードバック補正量Hegr2をHegr1×Megr0にさらに乗じることによって、目標EGR率をフィードバック制御する。
【0104】
ここで、図33に示したように、RNOxがTNOxより少ない(つまりdNOxが正)ときは、基本EGR率フィードバック補正量KEGRHに1.0を超える値を与えて目標EGR率Megrを大きく(NOx排出量が増える側に補正)し、この逆にRNOxがTNOxより多い(つまりdNOxが負)ときは、基本EGR率フィードバック補正量KEGRHに1.0を下回る値を与えて目標EGR率Megrを小さく(NOx排出量が減る側に補正)するのである。なお、NOx濃度センサ72により保証されるNOx濃度検出範囲に図33に示した不感帯を設けて、NOx濃度センサ72の検出精度以上での誤ったフィードバック制御の防止と、前述の目標EGR率のフィードバック制御との干渉を回避している。
【0105】
また、図34のように、目標EGR率基本値Megr0が小さくなるほどフィードバック補正ゲインGEGRHを小さくしているのは、一般的にEGR量が少ない運転条件ほどEGR率の増減によるNOx排出量の変化感度が大きいので、EGR量が少ない運転条件ではフィードバック制御の制御感度を鈍くすることで、NOx排出量が大きく変化することがないようにするためである。
【0106】
次に、NOx触媒1にHCを供給するための後噴射の時期と量の制御について図35〜図67を参照して説明する。なお、図35〜図67も先願装置2と同様の部分である。
【0107】
まず図36はターボチャージャ2のタービン2b出口温度相当値Texhcbを演算するフローである。ステップ1で排気圧(タービン入口圧でもある)Pexhと排気温度(タービン入口温度でもある)Texhと排気流量Qexhを読み込み、ステップ2において排気流量Qexhと排気温度Texhから図37を内容とするマップを検索して基準タービン回転数Ntを、また排気流量Qexhから図38を内容とするテーブルを検索してタービン出口排気圧(=触媒入口排気圧)Pexhcを求める。
【0108】
ステップ3では排気圧Pexhとこのタービン出口排気圧Pexhcの圧力比であるPexh/Pexhcとタービン回転数Ntから図39を内容とするマップ(タービン単体の圧力比、効率性能図より設定する)を検索して効率相当値ηtを求める。
【0109】
ステップ4ではこのようにして求めた効率相当値ηtを排気温度Texhに乗じた値をタービン出口温度相当値Texhcbとして求める。
【0110】
図40は触媒入口温度相当値Texhcを演算するフローである。ステップ1で上記のタービン出口温度相当値Texhcbと排気量Qexhと車速VSPとを読み込み、ステップ2において、車速VSPから図41を内容とするテーブルを検索して、車速による排気管表面からの車速温度降下係数KTELOS1を、また同じく車速VSPから図42を内容とするテーブルを検索して、排気流速による排気管面への伝熱割合を示す排気流量降下係数KTELOS2を求める。
【0111】
そして、ステップ3ではこれら係数KTELOS1とKTELOS2をタービン出口温度相当値Texhcbに乗じた値を触媒入口排気温度相当値Texhcとして計算する。これは、タービン2b出口より触媒1入口までの排気温度の低下を考慮するものである。
【0112】
図43は、目標後噴射時期(目標とする後噴射開始時期)ITafterの演算フローである。ステップ1で上記の触媒入口温度相当値Texhcを読み込み、ステップ2においてこの触媒入口温度相当値Texhcから図44を内容とするテーブルを検索して目標後噴射時期ITafterを求める。図44において触媒入口温度相当値Texhcが小さい温度域(つまり低負荷域)が主に使う領域であり、触媒入口温度相当値Texhcが大きくなる領域(つまり高負荷域)で遅角させているのは、Texhcが大きいとHCが燃えてしまうので、これを避けるためである。
【0113】
図45は触媒ベッド温度相当値Texhbdの演算フローである。ステップ1で上記の触媒入口温度相当値Texhcを読み込み、ステップ2において、
Texhbd=Texhbdn-1×TDBED#+Texhc×(1−TDBED#)…(9)
ただし、Texhbdn-1:Texhbdの前回値
TDBED#:定数(昇温時定数相当値)
の式(一次遅れの式)より触媒ベッド温度相当値Texhbdを計算する。これは、触媒入口温度に対して応答遅れをもって触媒ベッド温度が変化するので、これを考慮したものである。なお、Texhbdの初期値は一定値でよい。
【0114】
図46は触媒1表面積と触媒1を通過するガスの質量流量との比であるSV比の演算フローである。ステップ1で排気量Qexhを読み込み、ステップ2においてSV比=Qexh×ρ/SCAT#の式よりSV比を計算する。ただし、ρは排気代表比重、SCAT#は触媒総表面積である。
【0115】
図47は触媒1を通過する排気中の酸素濃度EXo2の演算フローである。ステップ1で排気量Qexh、シリンダ吸入EGR量Qec、シリンダ吸入新気量Qac、エンジン回転数Ne、燃料噴射量Qfを読み込み、ステップ2で排気量Qexhと回転数Neを用いて
Qdry=Qexh/{MOLAIR#×(Ne/2)×NCYL#×60×1000}…(10)
ただし、MOLAIR#:空気の見かけの分子量
NCYL#:気筒数
の式より乾燥空気流量Qdryを求め、ステップ3で燃料噴射量Qfを用いて
ただし、HF#:Hの質量比
CF#:Cの質量比
AC#:Cの原子量
AH#:Hの原子量
の式より要求酸素量Qoを計算し、これら乾燥空気流量Qdry、要求酸素量Qoを用い、ステップ4において
ただし、O2AIR#:大気の酸素濃度
の式により酸素濃度Ceo2を計算する。
【0116】
ステップ5では、シリンダ吸入EGR量Qecとシリンダ吸入新気量Qacを用いて実EGR率相当値Regrを、Regr=(Qec/Qac)×100の式により計算し、この実EGR率相当値Regrと上記の酸素濃度Ceo2を用い、ステップ6において、
の式により排気中の酸素濃度EXo2を計算する。
【0117】
図48は排気中の実測HC/NOx比を演算するフローである。ステップ1で上記の実測NOx排出量RNOx(NOx濃度センサ72に基づいて演算される)、実測HC排出量RHC(HC濃度センサ73(図1参照)に基づいて演算される)を読み込み、ステップ2で実測HC/NOx比であるI HNrをI HNr=RHC/RNOxの式により計算する。
【0118】
なお、エンジンの仕様によっては、HC濃度センサ73なしでも、図49に示すフローに従えばエンジンアウトのHC排出量を予測することが可能である。これを説明すると、ステップ1でシリンダ吸入新気量Qac、エンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf、目標主噴射時期(目標とする主噴射の開始時期)ITs、実EGR率相当値Regrを読み込み、ステップ2でシリンダ吸入新気量Qacと燃料噴射量Qfを用いて空燃比Lambdaを、Lambda=Qac/(THAF#×Qf)の式より計算する。ただし、THAF#は定数である。
【0119】
ステップ3ではQfとNeから図50を内容とするマップを検索して基準HC排出量MHCを求める。
【0120】
ステップ4から7まではこの基準HC排出量MHCに対する各種補正値を演算する部分である。すなわち、ステップ4で目標主噴射時期ITsから図51を内容とするテーブルを検索することにより、基準となる噴射時期に対して運転中の噴射時期がずれている分だけMHCを補正するための値KITHCを、ステップ5で空燃比Lambdaから図52を内容とするテーブルの検索により、基準となる空燃比に対して、運転中の空燃比がずれている分だけMHCを補正するための値KAFHCを、ステップ6で実EGR率相当値Regrから図53を内容とするテーブルの検索により、基準となるEGR率に対して、運転中のEGR率がずれている分だけMHCを補正するための値KEGRHCを、ステップ7で冷却水温Twから図54を内容とするテーブルの検索により、基準となる冷却水温に対して、運転中の冷却水温がずれている分だけMHCを補正するための値KTWHCをそれぞれ求める。
【0121】
ここで、基準となる噴射時期、基準となる空燃比、基準となるEGR率、基準となる冷却水温とは、標準状態(吸気温度、冷却水温、大気圧)において、エンジン回転数と負荷(燃料噴射量)で設定される定常運転時の制御目標の値のことである。
【0122】
これら補正値を用い、ステップ8では
の式により基本HC排出量HCBを計算する。そして、このときは図48において実測HC排出量RHCに代えて、この基本HC排出量HCBを用いる。
【0123】
図55は要求HC量HC0の演算フローである。ステップ1でエンジン回転数Ne、燃料噴射量Qf、空燃比Lambda、実EGR率相当値Regr、実測HC/NOx比I HNr、を読み込み、このうちNeとQfとからステップ2において図56を内容とするマップを検索して、目標HC/NOx比T HNrを求める。
【0124】
ステップ2では空燃比Lambdaと実EGR率相当値Regrから図57と図58を内容とするテーブルを検索して、目標HC/NOx比の空燃比補正値KAFHNとEGR補正値KEGRHNを求め、これら補正値を上記の目標HC/NOx比T HNrに乗じた値を、ステップ3において改めて目標HC/NOx比T HNrとする。
【0125】
ここで、空燃比補正値KAFHNは図57に示したように空燃比のリッチ側で小さくなる値である。これは、図56の目標HC/NOx比T HNrをマッチングしたときの空燃比(基準空燃比)よりリッチ側の空燃比のとき、基準空燃比の場合よりHC増加>NOx増加となるので、空燃比補正値KAFHNによりT
HNrをHCの減量側に補正するためである。
【0126】
EGR補正値KEGRHNは図58のように実EGR率相当値Regrの小さくなる側で大きくなる値である。これは、図56の目標HC/NOx比T HNrをマッチングしたときのEGR率(基準EGR率)より小さなEGR率のとき、基準EGR率の場合よりHC増加<NOx増加となるので、EGR補正値KEGRHNによりT HNrをHCの増量側に補正するためである。
【0127】
ステップ4では
HC0=(T HNr−I HNr)×RHC …(15)
の式より要求HC量HC0を計算する。
【0128】
また、HC濃度センサ73を設けることなく、前述の図49に示すフローによりエンジンアウトのHC排出量を予測するときは、(15)に代えて
HC0=(T HNr−I HNr)×HCB …(16)
を用いる。
【0129】
通常、目標HC/NOx比であるT HNrより実測HC/NOx比であるI HNrのほうが小さいので、その差に応じて要求HC量HC0を求め、この値に基づいて後噴射量を演算(図61により後述する)することで、エンジン回転数とエンジン負荷からマップ検索により後噴射量を求めるだけの従来装置と比較して、必要なHC量だけを精度良く供給できるのである。
【0130】
図59はNOx触媒1の前方もしくは内部にHC吸着剤を装着した場合に、そのHC吸着剤におけるHCの吸着・脱離量の演算フローである。ステップ1で触媒入口温度相当値Texhcを読み込み、このTexhcからステップ2において図60を内容とするテーブルを検索して、HCの吸着・脱離ゲインGKCATを求め、ステップ3においては
HCAB=HCABn-1+GKCAT …(17)
ただし、HCABn-1:HCABの前回値
の式により総HC吸着量指数HCABを計算する。
【0131】
ここで、吸着剤にHCが吸着されるときは、吸着・脱離ゲインGKCATが正となるため、総HC吸着量指数HCABがプラス側に増加し、この逆に吸着剤よりHCが脱離するときは、吸着・脱離ゲインGKCATが負となるため総HC吸着量指数HCABがマイナス側に減少する。つまり、HCABは吸着剤に吸着されているHCの総量に相当するわけである(ただし下限値は0)。
【0132】
ステップ4ではGKCAT<0(つまりHCの脱離モード)でかつ総HC吸着量指数HCABが0(つまりHCが全く吸着されていない)であるかどうか、また、ステップ5ではGKCAT>HC(つまりHCの吸着モード)でかつ総HC吸着量指数HCABがFULL(つまり吸着剤へのHC吸着量が満タン)であるかどうかみる。
【0133】
HC脱離モードでかつHCが全く吸着されていないときと、吸着モードでかつ吸着剤へのHC吸着量が満タンのときとはステップ7に進んで、上記の要求HC量HC0をそのまま目標HC量であるT HCとする。
【0134】
これに対して、上記2つのケース以外のとき(吸着剤への吸着量が満タンでなくHCが吸着されている状態や吸着剤にHCが存在し、そのHCが脱離している状態のとき)は、ステップ4、5よりステップ6に進んで、
T HC=HC0+GKCAT×KAB# …(18)
ただし、KAB#:HC量への換算係数
の式により目標HC量T HCを計算する。
【0135】
この(18)式によれば、吸着剤にHCが吸着されるときは、吸着・脱離ゲインGKCATが正となって目標HC量T HCが増量補正され、この逆に吸着剤よりHCが脱離するときは吸着・脱離ゲインGKCATが負となって目標HC量T HCが減量補正される。これは、吸着剤にHCが吸着されるときは、その分のHCが触媒1に供給されない(つまり後噴射量が不足する)ことになり、また吸着剤からHCが脱離するときは、その分のHCが触媒1に余計に供給される(つまり後噴射量が多すぎる)ことになるので、これを修正するようにしたものである。
【0136】
図61は後噴射量の演算フローである。ステップ1で触媒入口温度相当値Texhc、触媒ベッド温度相当値Texhbd、SV比、燃料噴射量Qf、エンジン回転数Neを読み込む。
【0137】
ステップ2からステップ13までは後噴射量を行う条件であるかどうかを判定する部分で、次の条件
〈1〉フラグFTEXHC=1(つまり触媒入口温度相当値Texhcがそのしきい値以上)である、
〈2〉フラグFTEXBD=1(つまり触媒ベッド温度相当値Texhbdがそのしきい値以上)である、
〈3〉SV比がそのしきい値TSV#以下である(ステップ12)、
〈4〉回転数Neがそのしきい値TNE # 以上かつ燃料噴射量Qfがそのしきい値TQf#以上である(ステップ13)
の全てを満足するとき(後噴射条件の成立時)、ステップ14以降に進んで後噴射量を算出し、上記いずれかの条件でも満足しないとき(後噴射条件の非成立時)にはステップ18に進んで後噴射量を算出しない(後噴射量Qfaf=0)。
【0138】
上記〈1〉と〈2〉は触媒1が活性化しているかどうかを確認するためのもので、触媒1が活性化していないのに後噴射を行ったのでは、燃費の悪化やHCの増大を招くので、これを防止するため、〈1〉と〈2〉を条件としたわけである。
【0139】
ここで、上記フラグFTEXHCとフラグFTEXBDは、触媒入口温度相当値Texhcと触媒ベッド温度相当値Texhbdに対するしきい値にヒステリシスを設けたために必要となるものである。2つのフラグFTEXHCとFTEXBDの設定方法は同様なので、フラグFTEXHCのほうで代表して述べると、フラグFTEXHC=1の状態で触媒入口温度相当値Texhcが高い状態にあり、この状態から温度低下してきて第1温度しきい値Ttexhc1#を下回った段階ではフラグFTEXHCを“0”に切換えず、さらに温度低下して第2温度しきい値Ttexhc2#(Ttexhc2#<Ttexhc1#)を下回ったときやっとフラグFTEXHCを“0” に切換える(ステップ2、3、4)。この逆にフラグFTEXHC=0の状態で触媒入口温度相当値Texhcが低く、この状態から温度上昇しても第2温度しきい値Ttexhc2#を上回った段階ではフラグFTEXHCを“1”に切換えず、さらに温度上昇して第1温度しきい値Ttexhc1#を超えるとフラグFTEXHCを“1”に切換える(ステップ2、5、6)のである。
【0140】
さて、後噴射条件の成立時は、ステップ14で目標HC量であるT HCと排気中の酸素濃度EXo2を読み込み、このうち酸素濃度EXo2からステップ15において図62を内容とするテーブルを検索して、HC量補正係数Kqfを求め、またステップ16において図63を内容とするテーブルを用いて目標HC量であるT HCを基本後噴射量Qfaf0に変換する。ステップ17ではこの基本噴射量Qfaf0に上記のHC量補正係数Kqfを乗じて目標後噴射量Qfaf1を算出する。
【0141】
触媒1は排気中の酸素濃度(あるいは空気過剰率)に応じてHCを酸化してしまう作用があるため(図73参照)、NOxを還元するためには排気中の酸素濃度に応じてHCが酸化される以上のHCを供給する必要があるのであるが、このように、排気中の酸素濃度EXo2に応じて基本後噴射量Qfaf0を補正することで、触媒1が排気中の酸素濃度EXo2に応じてHCを酸化する場合であっても、後噴射量を正確に算出できることになる。
【0142】
次に、図64は主噴射時期の排気温度補正フローである。ステップ1で目標主噴射時期ITsb、触媒入口温度相当値Texhc、触媒ベッド温度相当値Texhbdを読み込む。なお、目標主噴射時期ITsbはエンジンの回転数と負荷より基本的に定まり、この基本値がNOx排出量や水温などにより補正されて求められる値である。
【0143】
ステップ2では、触媒活性排気温度しきい値T1#と触媒入口温度相当値Texhcの差dT1および触媒ベッド活性温度しきい値T2#と触媒ベッド温度相当値Texhbdの差dT2をそれぞれ計算し、ステップ3においてこれら温度差dT1とdT2より図65と図66を内容とするテーブルを検索して主噴射時期の排気温度補正値ITh1と主噴射時期の触媒表面温度補正値ITh2を求める。ステップ4では目標主噴射時期ITsbからこれら2つの補正値ITh1とITh2を差し引いた値を指令主噴射時期ITsとすることによって、主噴射時期を遅角補正する。
【0144】
なお、ITsという記号は、図63までにおいては目標主噴射時期として述べているので紛らわしいが、図63までにおいて述べた目標主噴射時期ITsは図62のITsbとITsのいずれであってもかまわない。
【0145】
ここで、主噴射時期が遅角補正されるのは、触媒活性排気温度しきい値T1#に対して触媒入口温度相当値Texhcがわずかに下回る場合や触媒ベッド活性温度しきい値T2#に対して触媒ベッド温度相当値Texhbdがわずかに下回る場合である。
【0146】
これを図67を参照しながら具体的に説明すると、車速VSPの変化に対して、触媒入口温度相当値Texhcのほうは応答良く変化するものの、触媒ベッド温度相当値Texhbdのほうは遅れをもって変化している。この結果、両者がともに温度しきい値を超えるのは図示のA区間となり、図61によればこのA区間でだけ後噴射が行われる(この後噴射によるHCのNOx触媒への供給によりNOxの還元浄化が精度良く行われる)。
【0147】
この場合、A区間に隣接するB区間やC区間は触媒ベッド温度相当値Texhbdや触媒入口温度相当値Texhcがこれに対応する温度しきい値を少し下回っているだけであるから、排気温度を少し高めてやりさえすれば、触媒ベッド温度相当値Texhbdと触媒入口温度相当値Texhcがともに温度しきい値を超えることになり(つまり後噴射条件が成立し)、後噴射が行われてNOx還元効率が高められる。
【0148】
そこで、触媒入口温度相当値Texhcや触媒ベッド温度相当値Texhbdがこれに対応する温度しきい値をわずかに下回る場合は、主噴射時期を遅角補正することにより、排気温度を上昇させて触媒1の活性域を拡大し、これによってNOx還元浄化を一段と進めるようにしたのである。
【0149】
このようにして先願装置2では、触媒1の上流にNOx濃度センサ72を設け、このセンサ検出値に基づいて実測NOx排出量RNOxを演算し、この実測NOx排出量RNOxを先願装置2におけるNOx排出量の予測値に代えて用いるとともに、実測NOx排出量RNOxが目標NOx排出量TNOxと一致するように目標EGR率をフィードバック制御するようにしたので、モデルが実際と合わなくなる領域においても、後噴射によるHC量の過不足を抑制して、HCとNOxの各排出量をさらに低減することができた。また、NOx濃度センサを触媒の下流に設ける場合に比べて制御応答がよく、かつ低濃度型のセンサでなくともよいので、検出精度の確保や生産バラツキの抑制が可能である。
【0150】
以上で先願装置2の説明を終える。
【0151】
次に、図68〜図72は本発明により新たに追加したものである。
【0152】
まず図68は減速時または軽負荷時であるかどうかを判別するフローである。ステップ1、2で燃料噴射量Qf、アクセル開度TVO(コントロールレバー0開度でもかまわない)、エンジン回転数Neのほか、kサイクル前の燃料噴射量Qf・Z-k、mサイクル前のアクセル開度TVO・Z-m、pサイクル前のエンジン回転数Ne・Z-pを読み込み、ステップ3においてこれらQf、TVO、Neとこれに対応する所定の計算サイクル前の値との差分dQf、dTVO、dNeを計算する。
【0153】
ステップ4ではQf、Neから軽負荷時であるかどうか、またdQf、dTVO、dNeから減速時であるかどうかみて、軽負荷時または減速時であるときフラグF daに“1”を入れる。たとえば、Qf、Neとこれに対応する所定値A、Bを比較し、Qf<AまたはNe<Bのとき軽負荷時と、またdQf、dTVO、dNeとこれに対応する所定値C、D、Eを比較し、dQf>C、dTVO>D、dNe>Eのいずれかが成立するとき減速時と判断する。
【0154】
図69は減速時または軽負荷時の目標EGR弁リフト量、目標後噴射量および目標後噴射時期の演算フローで、上記のフラグがF da=1のときだけ走らせる。ただし、このときは図22、図43、図61のフローは走らせないようにする必要がある。
【0155】
ステップ1で燃料噴射量Qfとエンジン回転数Neを読み込み、これらからステップ2、3、4において図70、図71、図72を内容とするマップをそれぞれ検索して、目標EGR弁リフト量、目標後噴射量、目標後噴射時期を求め、これらの信号をEGR弁用ステップモータ57aおよびコモンレール式燃料噴射装置10に送る。図69はオープン制御であるため、一見制御精度が低いように思えるが、減速時や軽負荷時のNOx排出量はきわめて少ないため、このようなオープン制御でも十分なのである。
【0156】
このように、固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサを用いている場合に、本実施形態では、燃料カットの行われる減速時にNOx濃度センサ72による目標EGR率のフィードバック制御を中止し、エンジンの回転数と負荷によって決まる目標EGR弁リフト量のマップを用いて、EGR弁リフト量をオープン制御するので、固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサによれば減速時にEGR弁を誤って全開にすることに伴う燃料リカバー時の大量EGRに起因する燃焼の悪化による失火、白煙の発生を防止するとともに、減速再加速時のスモークの発生を防止できる。
【0157】
また、同じく固体電解質型でかつ酸素通過量からNOx濃度を検出するタイプのNOx濃度センサを用いて実測NOx排出量が目標NOx排出量と一致するようにEGR弁開度をフィードバック制御する場合に、本実施形態では、NOx濃度センサ出力を用いて演算される要求HC量に基づく後噴射燃料量の演算を軽負荷時に中止して後噴射燃料量をオープン制御するので、軽負荷時のHCの増加を防ぐことができる。
【0158】
なお、軽負荷時にも燃料カットの行われる減速時と同様に、NOx濃度センサ72による目標EGR率のフィードバック制御を中止してEGR弁リフト量をオープン制御している。軽負荷時を減速時と同様に扱うのは、軽負荷時はNOx濃度がもともと小さいので、減速時と同様に扱うためである。
【0159】
減速時にも要求HC量に基づく後噴射燃料量の演算を中止して後噴射燃料量をオープン制御することになっているが、減速時は燃料カットが優先されるので、減速時に実質的に後噴射が行われることはない。
【0160】
実施形態では、実測HC/NOx比I HNrと目標HC/NOx比T HNrの差に応じて要求HC量HC0を演算する場合で説明したが、実測HC/NOx比I HNrと目標HC/NOx比T HNrの比に応じて要求HC量HC0を演算してもかまわない。T HNrは簡単には一定値でもよい。
【0161】
実施形態では、排気中の酸素濃度EXo2に応じて基本後噴射量Qfaf0を補正する場合で説明したが、排気中の酸素濃度EXo2に応じてMNOx、MHCを補正することもできる。SV比はEGR制御を行わない場合にも用いることができる。
【0162】
実施形態では、コモンレール式燃料噴射装置を用いた場合で説明したが、これに限定されるものでない。たとえばユニットインジェクタを用いる場合にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の制御システム図。
【図2】コモンレール式燃料噴射装置のシステム図。
【図3】EGR制御システム図。
【図4】EGR制御システムのブロック図。
【図5】吸気圧の演算を説明するためのフローチャート。
【図6】排気圧の演算を説明するためのフローチャート。
【図7】シリンダ吸入新気量の演算を説明するためのフローチャート。
【図8】シリンダ吸入EGR量の演算を説明するためのフローチャート。
【図9】吸気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図10】EGR温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図11】体積効率相当値の演算を説明するためのフローチャート。
【図12】体積効率基本値の特性図。
【図13】体積効率負荷補正値の特性図。
【図14】排気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図15】排気温度基本値の特性図。
【図16】EGR流量の演算を説明するためのフローチャート。
【図17】EGR弁流路面積の特性図。
【図18】サイクル処理を説明するためのフローチャート。
【図19】燃料噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図20】主噴射の基本燃料噴射量の特性図。
【図21】主噴射の最大噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図22】EGR弁指令リフト量の演算を説明するためのフローチャート。
【図23】EGR弁目標リフト量の特性図。
【図24】要求EGR量の演算を説明するためのフローチャート。
【図25】目標EGR率の演算を説明するためのフローチャート。
【図26】目標EGR率基本値の特性図。
【図27】目標EGR率補正値の特性図。
【図28】シリンダ吸気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図29】目標NOx排出量の演算を説明するためのフローチャート。
【図30】目標NOx排出量の特性図。
【図31】実測NOx排出量の演算を説明するためのフローチャート。
【図32】目標EGR率のフィードバック補正量の演算を説明するためのフローチャート。
【図33】基本EGR率フィードバック補正量の特性図。
【図34】補正ゲインの特性図。
【図35】後噴射の量と時期の制御システムのブロック図。
【図36】タービン出口排気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図37】基準タービン回転数の特性図。
【図38】タービン出口排気圧の特性図。
【図39】効率の特性図。
【図40】触媒入口排気温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図41】車速温度降下係数の特性図。
【図42】排気流量効果係数の特性図。
【図43】後噴射時期の演算を説明するためのフローチャート。
【図44】目標後噴射時期の特性図。
【図45】触媒ベッド温度の演算を説明するためのフローチャート。
【図46】SV比の演算を説明するためのフローチャート。
【図47】排気中の酸素濃度の演算を説明するためのフローチャート。
【図48】実測HC/NOx比の演算を説明するためのフローチャート。
【図49】実測HC排出量の演算を説明するためのフローチャート。
【図50】基準HC排出量の特性図。
【図51】噴射時期補正値の特性図。
【図52】空燃比補正値の特性図。
【図53】EGR補正値の特性図。
【図54】水温補正値の特性図。
【図55】要求HC量の演算を説明するためのフローチャート。
【図56】目標HC/NOx比の特性図。
【図57】空燃比補正値の特性図。
【図58】EGR補正値の特性図。
【図59】HC吸着・脱離量の演算を説明するためのフローチャート。
【図60】吸着・脱離ゲインの特性図。
【図61】後噴射量の演算を説明するためのフローチャート。
【図62】HC量補正係数の特性図。
【図63】基本後噴射量の特性図。
【図64】主噴射時期の排気温度補正を説明するためのフローチャート。
【図65】主噴射時期の排気温度補正値の特性図。
【図66】主噴射時期の触媒表面温度補正値の特性図。
【図67】加速時の触媒入口温度と触媒ベッド温度の変化を示す波形図。
【図68】減速・軽負荷時の判別を説明するためのフローチャート。
【図69】減速・軽負荷時の制御量の演算を説明するためのフローチャート。
【図70】減速・軽負荷時のEGR弁目標リフトの特性図。
【図71】減速・軽負荷時の目標後噴射量の特性図。
【図72】減速・軽負荷時の目標後噴射時期の特性図。
【図73】排気酸素濃度に対するNOx転換率、HC転換率の特性図。
【図74】第1の発明のクレーム対応図。
【図75】第2の発明のクレーム対応図。
【図76】第4の発明のクレーム対応図。
【図77】第5の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
1 エンジン本体
10 コモンレール式燃料噴射装置
16 コモンレール
17 燃料噴射弁
41 電子制御ユニット
72 NOx濃度センサ
Claims (8)
- 燃料を噴射供給する装置を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置により後噴射を行い、この後噴射による未燃HCを、排気通路に設けたNOx触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
EGR量を制御するEGR弁と、
エンジンの回転数とエンジンの負荷に基づいて目標EGR率を演算する手段と、
この目標EGR率に基づいて前記EGR弁の開度を制御する手段と、
固体電解質型でかつ酸素通過量から前記触媒の上流のNOx濃度を検出するセンサと 、
このセンサ検出値に基づいて実測NOx排出量を演算する手段と、
前記触媒の上流のHC濃度を検出するセンサと、
このセンサ検出値に基づいて実測HC排出量を演算する手段と、
この実測HC排出量と前記実測NOx排出量との比である実測HC/NOx比を演算する手段と、
この実測HC/NOx比と目標HC/NOx比の差または比に応じて要求HC量を演算する手段と、
この要求HC量に基づいて前記後噴射の燃料量を演算する手段と、
前記実測NOx排出量が目標NOx排出量と一致するように前記目標EGR率をフィードバック制御する手段と、
減速時であるかどうかを判別する手段と、
減速時を判別したとき前記フィードバック制御を中止して前記EGR弁の開度をオープン制御する手段と
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。 - 燃料を噴射供給する装置を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置により後噴射を行い、この後噴射による未燃HCを、排気通路に設けたNOx触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
EGR量を制御するEGR弁と、
エンジンの回転数とエンジンの負荷に基づいて目標EGR率を演算する手段と、
この目標EGR率に基づいて前記EGR弁の開度を制御する手段と、
固体電解質型でかつ酸素通過量から前記触媒の上流のNOx濃度を検出するセンサと、
このセンサ検出値に基づいて実測NOx排出量を演算する手段と、
エンジンの回転数と負荷に基づいて基準HC排出量と基準NOx排出量を演算する手段と、
この基準HC排出量に対する噴射時期補正値、この基準HC排出量に対する空燃比補正値、この基準HC排出量に対する水温補正値、この基準HC排出量に対するEGR補正値の少なくとも一つを演算する手段と、
これら補正値の少なくとも一つで前記基準排出量を補正して基本HC排出量を演算する手段と、
この基本HC排出量と前記実測NOx排出量との比である実測HC/NOx比を演算する手段と、
この実測HC/NOx比と目標HC/NOx比の差または比に応じて要求HC量を演算する手段と、
この要求HC量に基づいて前記後噴射の燃料量を演算する手段と、
前記実測NOx排出量が目標NOx排出量と一致するように前記目標EGR率をフィードバック制御する手段と、
減速時であるかどうかを判別する手段と、
減速時を判別したとき前記フィードバック制御を中止して前記EGR弁の開度をオープン制御する手段と
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。 - 前記オープン制御にエンジンの回転数と負荷によって決まる目標EGR弁開度のマップを用いることを特徴とする請求項1または2に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 燃料を噴射供給する装置を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置により後噴射を行い、この後噴射による未燃HCを、排気通路に設けたNOx触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
EGR量を制御するEGR弁と、
エンジンの回転数とエンジンの負荷に基づいて目標EGR率を演算する手段と、
この目標EGR率に基づいて前記EGR弁の開度を制御する手段と、
固体電解質型でかつ酸素通過量から前記触媒の上流のNOx濃度を検出するセンサと、
このセンサ検出値に基づいて実測NOx排出量を演算する手段と、
前記触媒の上流のHC濃度を検出するセンサと、
このセンサ検出値に基づいて実測HC排出量を演算する手段と、
この実測HC排出量と前記実測NOx排出量との比である実測HC/NOx比を演算する手段と、
この実測HC/NOx比と目標HC/NOx比の差または比に応じて要求HC量を演算する手段と、
この要求HC量に基づいて前記後噴射の燃料量を演算する手段と、
前記実測NOx排出量が目標NOx排出量と一致するように前記目標EGR率をフィードバック制御する手段と、
軽負荷時であるかどうかを判別する手段と、
軽負荷時を判別したとき前記要求HC量に基づく後噴射燃料量の演算を中止して後噴射燃料量をオープン制御する手段と
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。 - 燃料を噴射供給する装置を備え、燃料の主噴射後の膨張または排気行程で前記燃料供給装置により後噴射を行い、この後噴射による未燃HCを、排気通路に設けたNOx触媒への還元剤として供給するようにしたディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
EGR量を制御するEGR弁と、
エンジンの回転数とエンジンの負荷に基づいて目標EGR率を演算する手段と、
この目標EGR率に基づいて前記EGR弁の開度を制御する手段と、
固体電解質型でかつ酸素通過量から前記触媒の上流のNOx濃度を検出するセンサと、
このセンサ検出値に基づいて実測NOx排出量を演算する手段と、
エンジンの回転数と負荷に基づいて基準HC排出量と基準NOx排出量を演算する手段と、
この基準HC排出量に対する噴射時期補正値、この基準HC排出量に対する空燃比補正値、この基準HC排出量に対する水温補正値、この基準HC排出量に対するEGR補正値の少なくとも一つを演算する手段と、
これら補正値の少なくとも一つで前記基準排出量を補正して基本HC排出量を演算する手段と、
この基本HC排出量と前記実測NOx排出量との比である実測HC/NOx比を演算する手段と、
この実測HC/NOx比と目標HC/NOx比の差または比に応じて要求HC量を演算する手段と、
この要求HC量に基づいて前記後噴射の燃料量を演算する手段と、
前記実測NOx排出量が目標NOx排出量と一致するように前記目標EGR率をフィードバック制御する手段と、
軽負荷時であるかどうかを判別する手段と、
軽負荷時を判別したとき前記要求HC量に基づく後噴射燃料量の演算を中止して後噴射燃料量をオープン制御する手段と
を設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。 - 前記オープン制御にエンジンの回転数と負荷によって決まる目標後噴射燃料量のマップを用いることを特徴とする請求項4または5に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 軽負荷時を判別したとき後噴射時期をオープン制御することを特徴とする請求項4から6までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
- 前記後噴射時期のオープン制御にエンジンの回転数と負荷によって決まる目標後噴射時期のマップを用いることを特徴とする請求項7に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
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