JP4404841B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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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。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine, and more particularly to a control device for an internal combustion engine that keeps catalyst temperature and an air-fuel ratio of exhaust gas at predetermined values so as not to cause torque fluctuation.
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)。 In contrast to a gasoline internal combustion engine that uses a spark plug to start combustion of fuel supplied to the combustion chamber, a diesel internal combustion engine that performs self-ignition is extremely important in controlling the fuel injection timing in order to improve combustion efficiency and exhaust properties. is there. In particular, in order to improve the exhaust properties and reduce the combustion noise, it is an important requirement to lower the combustion speed, and it is common to inject fuel in multiple times in one fuel injection process. There are (for example, pilot injection, main injection, post injection, etc.).
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、NOXと略称する)を還元浄化するためのリーンNOX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NOX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。 On the other hand, a lean NO X purification catalyst (hereinafter abbreviated as LNC) for reducing and purifying nitrogen oxide (hereinafter abbreviated as NO X ) in exhaust gas is provided in the exhaust passage of the diesel internal combustion engine. There is. In this LNC, when the air-fuel ratio of exhaust gas (hereinafter referred to as exhaust A / F) is higher than a predetermined value (hereinafter referred to as lean), in other words, NO X taken in when the oxygen concentration is high, When the exhaust A / F is lower than a predetermined value (hereinafter referred to as rich), in other words, when the oxygen concentration is reduced, the exhaust A / F is released and reduced to be harmless.
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NOX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)。
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。 However, if post-injection is performed without changing the intake flow rate to the combustion chamber during high-speed / high-load operation, the amount of unburned fuel contained in the exhaust increases as the post-injection amount increases. The oxidation reaction in the catalyst provided in the exhaust passage is promoted, and the catalyst temperature rises. If the post-injection amount is increased or decreased to keep the catalyst temperature appropriate, the exhaust A / F does not become an appropriate value, the catalyst regeneration process becomes insufficient, and the fuel consumption deteriorates due to the prolonged time required for the regeneration process. I will.
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。 On the other hand, in order to set the exhaust A / F to an appropriate value while performing the post injection, it is conceivable to reduce the pilot injection or the main injection. However, as a result, the fuel injection amount contributing to the combustion is reduced. The generated torque will decrease.
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。 The present invention has been devised to eliminate such disadvantages of the prior art, and its main purpose is to maintain the catalyst temperature and the exhaust A / F at predetermined values while maintaining torque fluctuations during post injection. It is an object of the present invention to provide a control device for an internal combustion engine that can suppress this.
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。
In order to solve such a problem, claim 1 of the present invention provides a fuel injection means (fuel injection valve 14) for injecting fuel into a combustion chamber of an internal combustion engine, and a single fuel injection from the fuel injection means. Fuel injection control means (contained in the ECU 18) for controlling the main injection and sub-injection to be executed in a plurality of times in the fuel injection process, and intake flow rate control means for controlling the intake flow rate to the combustion chamber ( In the control apparatus for an internal combustion engine having the
Further, the invention of
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。 According to the present invention as described above, the exhaust A / F can be kept constant by changing the intake flow rate in response to the change in the injection amount of the post-injection. The temperature can be maintained at an appropriate value. Therefore, even if the regeneration process of the LNC is performed at the same time as the exhaust A / F enrichment control in the high rotation speed / high load operation region, the exhaust A / F is maintained at a constant value. It is also possible to avoid the deterioration of exhaust emission and the deterioration of fuel consumption due to.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of an internal combustion engine E to which the present invention is applied. The internal combustion engine (diesel engine) E has a mechanical structure itself that is not different from that of a known one, and includes a turbocharger 1 with a supercharging pressure variable mechanism. A
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。
The
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。
The cylinder head of the internal combustion engine E is provided with a
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)。
These turbocharger 1 supercharging
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、O2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。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the
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。
The memory of the
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。
In the diesel internal combustion engine E, for example, when the crankshaft rotational speed and the required torque are suddenly increased as in the case of sudden acceleration from constant speed running, the smoke emission amount is reduced by the enrichment of A / F. Since increase and combustion noise may be caused, post injection for injecting auxiliary fuel in the expansion stroke is performed in order to suppress these. Further, in order to effectively use post injection in a high load region, regeneration processing of the
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。
Next, the control procedure of the present invention will be described with reference to FIGS.
A post injection region determination map 31 (FIG. 5) having the crankshaft rotational speed and the required torque (accelerator pedal operation amount) as addresses is searched to determine whether or not the current driving state is the post injection execution region (step). 1). The post-injection
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)。
If it is determined that the current state is in the post-injection execution region, the actual LNC temperature at that time is detected by the
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)。
At the same time, the target intake
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)。
Further, by the
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)。
On the other hand, if it is determined in step 1 that the current state is in the post-injection non-execution region, post-injection for temperature control of the
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。
In this way, the post-injection execution / non-execution
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。 Since it is difficult to obtain a desired responsiveness in the supercharging pressure control, it is preferable that this control be performed in a natural intake environment in which the supercharging pressure is not substantially applied.
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。
In addition, the opening degree of the
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
E
13
31 Post-injection
Claims (2)
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。
Control is performed so that fuel injection means for injecting fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine and fuel injection from the fuel injection means are executed in a single fuel injection process divided into main injection and sub-injection. An internal combustion engine control device comprising fuel injection control means and intake air flow rate control means for controlling the intake air flow rate to the combustion chamber,
The intake air flow rate control means controls the fresh air flow rate,
The sub-injection is executed in a high load operation region of the internal combustion engine,
When the sub-injection is executed, the intake air flow rate supplied to the combustion chamber is changed in response to the change in the injection amount of the sub-injection, thereby controlling the exhaust air-fuel ratio to be set in advance .
The control apparatus for an internal combustion engine, wherein the control of the predetermined exhaust air-fuel ratio is performed in a natural intake environment where no supercharging pressure is applied .
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