JP4404841B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、触媒温度と排出ガスの空燃比とを所定値に保ちつつトルク変動を生じないようにする内燃機関の制御装置に関するものである。

燃焼室に供給された燃料の燃焼開始を点火プラグで行うガソリン内燃機関に対し、自己着火により行うディーゼル内燃機関は、燃焼効率や排気性状を改善する上に燃料の噴射タイミングの制御が極めて重要である。特に、排気性状の改善および燃焼音の低減には、燃焼速度を低くすることが重要な要件であり、１回の燃料噴射プロセスの中で複数回に分けて燃料を噴射することが一般的である（例えば、パイロット噴射、メイン噴射、ポスト噴射等）。

他方、ディーゼル内燃機関の排気通路には、排出ガス中の窒素酸化物（以下、ＮＯ_Ｘと略称する）を還元浄化するためのリーンＮＯ_Ｘ浄化触媒（以下、ＬＮＣと略称する）が設けられることがある。このＬＮＣにおいては、排出ガスの空燃比（以下、排気Ａ／Ｆと略称する）が所定値よりも高い（以下、リーンと呼称する）時、換言すると酸素濃度が高い時に取り込んだＮＯ_Ｘを、排気Ａ／Ｆが所定値よりも低い（以下、リッチと呼称する）時、換言すると酸素濃度が低下した時に放出し且つ還元して無害化する処理を行っている。

このようなディーゼル内燃機関においては、高回転速度・高負荷運転域での排気Ａ／Ｆのリッチ化に伴ってスモークの排出量および燃焼音の増大を招くが、これを抑制するために、また上述したＬＮＣのＮＯ_Ｘ吸収量が飽和しないように再生処理を行うために、膨張行程で微量な燃料を燃焼室に噴射するポスト噴射を行うことが知られている（特許文献１を参照されたい）。
特開２００１−５５９４６号公報

しかるに、高回転速度・高負荷運転中に、燃焼室への吸気流量を変えずにポスト噴射を実行した場合、ポスト噴射量の増大に伴って排気中に含まれる未燃燃料分が増大するため、排気通路に設けられた触媒における酸化反応が促進され、触媒温度が上昇する。この触媒温度を適正に保つためにポスト噴射量を増減すると、排気Ａ／Ｆが適正値とならず、触媒の再生処理が不十分となり、再生処理に要する時間が長引くことによる燃費の悪化を招いてしまう。

一方、ポスト噴射を行いつつ排気Ａ／Ｆを適正値にするには、パイロット噴射あるいはメイン噴射を減量することが考えられるが、そうすると、燃焼に寄与する燃料噴射量が減少することになるので、発生トルクが低下してしまう。

本発明は、このような従来技術の不都合を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、触媒温度および排気Ａ／Ｆを所定値に保ちつつ、ポスト噴射実行時におけるトルク変動の抑制を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

このような課題を解決するために本発明の請求項１は、内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段（燃料噴射弁１４）と、該燃料噴射手段からの燃料噴射を１回の燃料噴射プロセスの中で主噴射、副噴射と複数回に分けて実行するように制御する燃料噴射制御手段（ＥＣＵ１８に含まれる）と、前記燃焼室への吸気流量を制御する吸気流量制御手段（吸気制御弁５およびＥＧＲ制御弁１３）とを有する内燃機関の制御装置において、前記吸気流量制御手段は、新気流量を制御するものであり、前記副噴射は、前記内燃機関の高負荷運転領域において実行され、前記副噴射の実行時は、該副噴射の噴射量変化に対応して前記燃焼室に供給する吸気流量を変化させることにより、予め設定された所定の排気空燃比となるように制御し、前記所定の排気空燃比の制御は、過給圧を加えない自然吸気の環境下で行われることを特徴とするものとした。
また請求項２の発明は、排気浄化装置（ＬＮＣ９）を備え、前記副噴射の実行時に当該排気浄化装置の再生処理が行われることとした。

このような本発明によれば、ポスト噴射の噴射量の変動に対応して吸気流量を変化させることによって排気Ａ／Ｆを一定に保つことができるので、出力トルクの変動を抑制すると同時に、触媒温度を適正値に保つことができる。従って、高回転速度・高負荷運転領域での排気Ａ／Ｆのリッチ化制御時にＬＮＣの再生処理を同時に行っても、排気Ａ／Ｆが一定値に維持されるので、還元剤の過度な供給による排気エミッションの悪化や燃費の悪化を回避することもできる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される内燃機関Ｅの基本的な構成図である。この内燃機関（ディーゼルエンジン）Ｅは、その機械的な構成自体は周知のものと何ら変わるところはなく、過給圧可変機構付きターボチャージャ１を備えるものであり、ターボチャージャ１のコンプレッサ側に吸気通路２が連結され、ターボチャージャ１のタービン側に排気通路３が連結されている。そして吸気通路２の上流端にエアクリーナ４が接続され、吸気通路２の適所に燃焼室に流入する新気の流量を調節するための吸気制御弁５と、低回転速度・低負荷運転域で流路断面積を絞って吸気流速を高めるためのスワールコントロール弁６とが設けられている。また排気通路３の下流端には、三元触媒（以下、ＴＷＣと略称する）７と、煤などの粒子状物質を除去するフィルタ（以下、DＰＦと略称する）８と、前記したＬＮＣ９とを、排気の流れに沿ってこの順に連設してなる排気浄化装置１０が接続されている。

スワールコントロール弁６と排気通路３における燃焼室の直後との間は、排出ガス再循環（以下、ＥＧＲと略称す）通路１１を介して互いに連結されている。このＥＧＲ通路１１は、切換弁１２を介して分岐されたクーラー通路１１ａとバイパス通路１１ｂとからなり、その合流部に、燃焼室に流入するＥＧＲ量を調節するＥＧＲ制御弁１３が設けられている。

内燃機関Ｅのシリンダヘッドには、その先端を燃焼室に臨ませた燃料噴射弁１４が設けられている。この燃料噴射弁１４は、燃料を所定の高圧状態で蓄えるコモンレール１５に連結され、コモンレール１５には、クランク軸にて駆動されて燃料タンク１６から燃料を汲み上げる燃料ポンプ１７が接続されている。

これらのターボチャージャ１の過給圧可変機構１９、吸気制御弁５、ＥＧＲ通路切換弁１２およびＥＧＲ制御弁１３、燃料噴射弁１４、燃料ポンプ１７・・・等は、電子制御装置（以下、ＥＣＵと略称する）１８からの制御信号によって作動するように構成されている（図２参照）。

一方、ＥＣＵ１８には、図２に示すように、内燃機関Ｅの所定箇所に配置された吸気弁開度センサ２０、クランク軸回転速度センサ２１、吸気流量センサ２２、過給圧センサ２３、ＥＧＲ弁開度センサ２４、コモンレール圧センサ２５、アクセルペダル操作量センサ２６、Ｏ_２センサ２７、ＴＷＣ温度センサ２８、ＬＮＣ温度センサ２９・・・等からの出力信号が入力されている。

ＥＣＵ１８のメモリには、クランク軸回転速度および要求トルク（アクセルペダル操作量）に応じて実験等によって予め求めた最適燃料噴射量をはじめとする各制御対象の制御目標値を設定したマップが格納されており、内燃機関Ｅの負荷状況に応じて最適な燃焼状態が得られるように、各部の制御が行われる。

このディーゼル内燃機関Ｅにおいては、例えば、定速走行から急加速しようとするときのように、クランク軸回転速度および要求トルクが急激に増大した場合に、Ａ／Ｆのリッチ化によってスモーク排出量の増大や燃焼音の増大を招くことがあるので、これらを抑制するために、膨張行程で補助燃料を噴射するポスト噴射が行われる。また、高負荷域でのポスト噴射を有効活用するために、ＬＮＣ９の再生処理も同時に行われる。

次に本発明の制御要領について図３、４を参照して説明する。
クランク軸回転速度と要求トルク（アクセルペダルの操作量）とをアドレスとするポスト噴射領域判別マップ３１（図５）を検索し、現在の運転状況がポスト噴射実行領域か否かを判別する（ステップ１）。このポスト噴射領域判別マップ３１は、非実行領域から実行領域へ移る境界と、実行領域から非実行領域へと移る境界との間に所定のヒステリシスが設けてあり、境界付近での判別処理にハンチングが生じないようにしてある。

ここで現状がポスト噴射実行領域にあると判断された場合は、そのときの実ＬＮＣ温度をＬＮＣ温度センサ２９にて検出し、予め設定された所定の規定温度値を維持するように、燃料噴射弁１４のポスト噴射量をフィードバック制御する（ステップ２）。

これと同時に、クランク軸回転速度と要求トルク（アクセルペダルの操作量）とをアドレスとする目標吸気量マップ３２を検索し、そのときの目標吸気量Ｑairを求め、予め設定された所定の排気Ａ／Ｆの規定値を維持するように、吸気制御弁５およびＥＧＲ制御弁１３の開度をフィードバック制御してこの目標吸気量Ｑairを補正する（ステップ３）。

更に、クランク軸回転速度と要求トルク（アクセルペダルの操作量）とをアドレスとするパイロット噴射およびメイン噴射の燃料噴射量マップ３３から得られた目標噴射量Ｑinjとなるように、燃料噴射弁１４によるパイロット噴射およびメイン噴射の噴射量を制御する（ステップ４）。

一方、ステップ１において現状がポスト噴射非実行領域にあると判断された場合は、ＬＮＣ９の温度制御のためのポスト噴射を停止し（ステップ５）、且つ排気Ａ／Ｆに基づく目標吸気量Ｑairの補正制御を停止する（ステップ６）。これと同時に、上記した噴射量マップ３３から得られたパイロット噴射およびメイン噴射の目標噴射量Ｑinjを、予め設定された所定の排気Ａ／Ｆの規定値を維持するように補正する（ステップ７）。

このようにして、ポスト噴射実行／非実行領域判別マップ３１から、そのときの内燃機関の負荷状況を判断し、ポスト噴射実行領域と判断されたときは、ＬＮＣ９の温度が所定値を維持するようにその噴射量がフィードバック制御されるポスト噴射に対応し、所定の排気Ａ／Ｆを維持するように燃焼室に流入する吸気量を補正制御することにより、ポスト噴射量の変動に伴うトルク変動の抑制を図っている。

この制御は、過給圧制御では望ましい応答性を得難いので、過給圧を実質的に加えない自然吸気の環境下で行われるようにすると良い。

なお、吸気制御弁５、ＥＧＲ制御弁１３、および燃料噴射弁１４は、デューティー比制御などによってその開度が連続的に制御される。

本発明が適用される内燃機関の全体構成図である。 本発明が適用される制御装置のブロック図である。 本発明制御に関わるブロック図である。 本発明制御に関わるフロー図である。 ポスト噴射実行／非実行領域判別マップの概念図である。

符号の説明

Ｅ 内燃機関
２ 吸気通路
５ 吸気制御弁
９ ＬＮＣ
１３ ＥＧＲ制御弁
１４ 燃料噴射弁
１８ ＥＣＵ
３１ ポスト噴射領域判別マップ
３２ 目標吸気量マップ
３３ 燃料噴射量マップ

Claims (2)

1. 内燃機関の燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射手段と、該燃料噴射手段からの燃料噴射を１回の燃料噴射プロセスの中で主噴射、副噴射と複数回に分けて実行するように制御する燃料噴射制御手段と、前記燃焼室への吸気流量を制御する吸気流量制御手段とを有する内燃機関の制御装置であって、
   前記吸気流量制御手段は、新気流量を制御するものであり、
   前記副噴射は、前記内燃機関の高負荷運転領域において実行され、
   前記副噴射の実行時は、該副噴射の噴射量変化に対応して前記燃焼室に供給する吸気流量を変化させることにより、予め設定された所定の排気空燃比となるように制御し、
   前記所定の排気空燃比の制御は、過給圧を加えない自然吸気の環境下で行われることを特徴とする内燃機関の制御装置。
   
2. 排気浄化装置を備え、前記副噴射の実行時に当該排気浄化装置の再生処理が行われることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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