JP4764826B2 - 動作中のディーゼルエンジンのオイルの中における燃料溶解率の変化の推定方法、燃料溶解率の推定方法及び動力装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の動力装置に装備された粒子フィルタの再生に係り、動作中のディーゼルエンジンのオイルの中における燃料溶解率の変化の推定方法、燃料溶解率の推定方法及び動力装置の制御方法に関する。

過薄混合気で作動するエンジン、特にディーゼルエンジンにおける燃焼過程の不均一性によって、エンジンの中で有効に燃焼されることのない炭素粒子の生成がもたらされる。このことは、例えば、排気ラインの出口における、黒い煙の出現によって表わされる。この現象は、減少することが求められる環境汚染源である。

エンジンの排気ラインにおける粒子フィルタの存在は、大気中へ放出される塵埃及びその他の煤の粒子の量を著しく減少させ、環境汚染防止規則を満たすことを可能にする。

粒子フィルタの再生装置は、粒子フィルタの中に捕捉された粒子を定期的に燃焼させて、粒子フィルタが詰まることを回避することを可能にする。煤の粒子は、本質的に炭素を含有した成分であり、その燃焼は、酸素を消費して炭酸ガスを形成する。

このことは、粒子フィルタの中の温度を約５５０〜６５０℃の温度まで高めて実行される。この温度から、粒子フィルタの中に捕捉されていた粒子は、自発的に燃焼し始める。

粒子フィルタの再生の始動は、コンピュータによって制御される。コンピュータは、粒子フィルタの再生が行われるべきであるかどうかを決め、また粒子フィルタが再生中の場合には、粒子フィルタの再生を継続することができるかどうかを決める。このため、コンピュータは、車両の作動状態に関する情報を受ける。この情報には、例えば、エンジン冷却液の温度、粒子フィルタの上流及び下流における排気ガスの温度、車両の速度、粒子フィルタの中に蓄積された煤の質量、及び最後の粒子フィルタの再生からの経過時間が含まれる。

コンピュータは、これらの情報に基づいて条件を確認し、全ての条件が満たされた時にのみ粒子フィルタの再生を始動する。粒子フィルタの再生は、いくつかの条件が、約２分間の所定の閾値よりも短い持続時間中に満たされなくなっても持続される。少なくとも１つの条件が、上記の閾値よりも長い持続時間中に満たされなくなったら、粒子フィルタの再生過程は中断される。

粒子フィルタの再生を始動し、持続するため、エンジンの動作状態は、粒子フィルタを通過する前の排気ガスの温度を高めるように変更される。この変更は、通常燃料噴射に関し、燃料噴射は少なくとも１つの気筒について遅延される。また、ある場合には、膨張行程の最後に、後燃料噴射（ｐｏｓｔ−ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）が行われる。この後燃料噴射は、エンジンの機械出力の追加はもたらさないが、排気ガスの温度を上昇させる。このようなエンジンの動作状態の変更は、燃料消費と、シリンダとピストンの間の間隙を通過して、エンジンのオイルの中へ溶解する燃料の量を増加させる。

触媒ポットと粒子フィルタの機能が統合された新世代の粒子フィルタについては、粒子フィルタの再生の全持続時間中、フィルタの中に捕捉された煤の燃焼を可能にする条件を維持するように操作する必要がある。従って、上述の問題は、粒子フィルタの再生の全持続時間中継続される。さらに、上述の問題は、エンジンの幾つかの動作条件においては悪化され、この場合、排気ガスへ熱はほとんどもたらされない。

エンジンのオイルの中へ溶解される燃料の量は、場合によってはエンジンが壊れるまで、オイルの特性を変化させるという結果をもたらす。

本発明の目的は、エンジンのオイルの中への燃料溶解率が許容限度を越えたときに粒子フィルタの再生を禁止するために、オイルの中への燃料溶解率を最適に知ることを可能にする方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、動作中のディーゼルエンジンのオイルの中における燃料溶解率の変化の推定方法を対象とする。本発明によれば、上記燃料溶解率の変化は、各燃焼室の中への燃料噴射条件の関数である。

本発明者は、オイルの中における燃料溶解率に最も影響を及ぼすパラメータは燃料噴射条件であることを実際に確認した。これらの条件を考慮に入れることによって、エンジンのオイルの中への燃料溶解率を最適に知ることができる。

特に、上記燃料溶解率の変化は、以下のパラメータ：
−１サイクル間の上記燃焼室への燃料噴射の回数；
−各上記燃料噴射について、噴射燃料量と、燃料噴射の際における上記燃焼室内におけるピストンの位置；
−燃料供給圧力；
の関数である。このようにして、全ての燃料噴射と、それらの個々のパラメータが考慮に入れられる。

特に、上記燃料溶解率の変化は、通常の燃料噴射に対して効率が低下する遅延燃料噴射と、上記エンジンの出力の供給に貢献しない後燃料噴射について計算される。この種の操作は、粒子フィルタの再生を制御するためにしばしば使用される。例えば、吸入空気の流量または圧力によって評価されるエンジンの負荷にのみ基づく従来の幾つかの評価方法と反対に、後燃料噴射が充分考慮に入れられる。

また、各上記燃料噴射について係数を計算し、上記係数は、上記燃料噴射の間に噴射される燃料量と上記燃料噴射の開始時におけるクランクシャフトの角度位置との積に等しい乗算項と、上記燃料供給圧力に等しい除算項を含み、上記燃料溶解率の変化は、上記燃料噴射の全てに亘る上記係数の合計の関数である。本発明者は、このような係数が、オイルの中における燃料溶解率の変化に対する各燃料噴射の貢献度を有効に表すことができることを確認した。

特に、遅延燃料噴射の上記係数は、更に、遅延燃料噴射の燃料噴射流量と通常の燃料噴射の燃料噴射流量との間の燃料噴射流量の変化率に等しい乗算項を含み、後燃料噴射の上記係数は、更に、後燃料噴射の燃料噴射流量と遅延燃料噴射の燃料噴射流量との間の燃料噴射流量の変化率に等しい乗算項を含む。

特に、上記燃料溶解率の変化は、上記燃料噴射のすべてに亘る上記係数の合計が、影響閾値よりも小さいときにはゼロであり、上記影響閾値以上であるときには一次の連続関数である。本発明者は、一連の測定値との比較によって、このような関数が、燃料溶解率の変化を有効に表すことを確認した。

また、本発明は、動作中のディーゼルエンジンのオイルの中における燃料溶解率の推定方法も対象とし、上記燃料溶解率は、先に示したように推定された燃料溶解率の変化の時間に関する積分値である。

また、本発明は、エンジンと、上記エンジンの排気ガスを受けて排気ガスの粒子を捕捉する粒子フィルタを有する動力装置の制御方法も対象とし、上記制御方法は、情報を処理して、必要なときに上記粒子フィルタを再生するように上記エンジンを制御する動力装置の制御方法において、動作中のディーゼルエンジンのオイルの中における燃料溶解率の上記の推定方法によってオイルの中の燃料溶解率の推定値を明らかにし、上記燃料溶解率の推定値が、所定の閾値燃料溶解率よりも小であれば上記粒子フィルタの再生を許可する。

本発明は、添付図面を参照して行う以下の説明を読むことによってよりよく理解され、本発明のその他の特徴及び利点が明らかになるであろう。添付図面において：
−図１は、本発明に適合する動力装置の略図であり；
−図２は、様々な燃料噴射モードの時系列グラフであり；
−図３は、粒子フィルタの再生制御の流れ図であり；
−図４は、係数の合計の関数として燃料溶解率の変化を表すグラフである。

本発明を適用する、図１に示された動力装置は、ターボコンプレッサ２によって過給され、排気ガスが触媒付きの粒子フィルタ３によって処理される、ディーゼル型のエンジン１からなる。エンジン１は、空気取入口１１と、ターボコンプレッサ２のコンプレッサ１２と、圧送配管１３と、エンジン１の複数の燃焼室へ通じる吸気マニホールド１４からなる空気回路から空気を供給される。図には、１つの燃焼室１５のみが示されている。

燃焼によって生じた排気ガスは、燃焼室１５から、排気マニホールド１６を通って排出され、ターボコンプレッサ１７を通り抜け、次いで触媒付きの粒子フィルタ３を通り抜ける。排気ガス再循環回路は、排気マニホールドに設けられた分岐管１８と、セレクションバルブ１９を有する。セレクションバルブ１９は、冷却器２０を通して、または直接導管２１を通して、排気ガスを圧送配管へ導く。

コンピュータ２４は、動力装置の動作に関する情報を受け、エンジン１を制御する。コンピュータ２４は、特にエンジンの中において燃料噴射が実行される条件を決定する。図２を参照すると、３つの異なる条件における燃料噴射の時系列グラフが示されている。このグラフの横軸は、クランクシャフトの角度位置ψを表わし、角度位置のゼロは、考慮対象の燃焼室についての、ピストンの上死点（ＰＭＨ）を表す。

粒子フィルタの再生が指令されないときの通常の燃料噴射の際には、燃料噴射は２回実行される。すなわち前燃料噴射２５と、前燃料噴射２５に引き続く主燃料噴射２６が実行される。主燃料噴射２６は、一般にピストンが上死点に達する前のクランクシャフトの角度位置ψｉｎにおいて開始する。

再生が指令されたときの燃料噴射の際には、燃料噴射は遅らされるが、この場合も燃料噴射は２回実行される。すなわち前燃料噴射２７と、前燃料噴射２７に引き続く主燃料噴射２８が実行される。主燃料噴射２８は、一般にピストンが上死点に達した後のクランクシャフトの角度位置において開始する。排気ガスの温度をさらに上昇させる必要があるときには、後燃料噴射２９が実行される。後燃料噴射２９は、クランクシャフトの角度位置ψｉｐにおいて開始する。

コンピュータ２４は、再生が実行されるべきであるか否かを決定する。このため、コンピュータ２４は、幾つかの評価基準が満たされているか否かを確認する。全ての評価基準が満たされているときには、再生指令が発生される。コンピュータは、所定の持続時間の間、再生指令信号を維持する。所定の持続時間とは、その後に少なくとも１つの評価基準が満たされなくなると再生を中止する時間である。これらの評価基準の中で、コンピュータは、エンジンのオイルの中における燃料溶解率Ｐｄｉｌに関する評価基準を考慮に入れる。この燃料溶解率は、コンピュータによって推定され、推定燃料溶解率Ｐｄｉｌが、所定の閾値燃料溶解率Ｓｄｉｌを超えたら、評価基準は満たされなくなる。燃料溶解率の推定については、後に説明する。

この評価基準を検討するための、図３の流れ図を参照する。初期段階３０において、推定燃料溶解率Ｐｄｉｌは、オイルが新しいときにはゼロの値に、オイルが新しくないときには、前に推定され、メモリされた値に、初期化される。テスト段階３１において、再生が実行中でなければ段階３２へ進み、再生が実行中であれば段階３３へ進む。

段階３２においては、項ｄＰｄｉｌが、オイルの中に含まれる燃料の蒸発の関数Ｆｅｖａｐと、時間間隔ｄｔの積の符号を変えたものとして計算される。関数Ｆｅｖａｐは、回転速度Ｎと燃料流量Ｑｃの関数としてメモリされたマッピングから計算される。

段階３３においては、項ｄＰｄｉｌが、燃料溶解率の変化ＤＱｃと、時間間隔ｄｔの積によって計算される。燃料溶解率の変化ＤＱｃは、後に説明する本発明に適合する方法に従って、燃料の噴射特性から計算される。

段階３２または３３の１つの計算の後で、新しい燃料溶解率Ｐｄｉｌ（ｎ）が、前の時間間隔における燃料溶解率Ｐｄｉｌ（ｎ−１）に、項ｄＰｄｉｌを加えて計算される。このようにして、燃料溶解率の変化ＤＱｃの数値積分を実行する。

段階３５と３６においては、燃料溶解率はゼロにならないように維持される。次いで段階３７において、燃料溶解率Ｐｄｉｌを所定の閾値燃料溶解率Ｓｄｉｌと比較し、燃料溶解率Ｐｄｉｌが閾値燃料溶解率Ｓｄｉｌを超えたら、評価基準は満たされず、再生は中止される（段階３８）。燃料溶解率Ｐｄｉｌが閾値燃料溶解率Ｓｄｉｌを超えなければ、再生は許可される（段階３９）。

段階４０においては、新しい計算サイクルへ進む前に時間間隔ｄｔの経過を待って段階３１へ戻る。

燃料溶解率の変化ＤＱｃは、次式：

によって計算される。ここに：
Ｃｉｒ：遅延燃料噴射係数；
Ｃｉｐ：後燃料噴射係数；
Ｓｃ：所定の影響閾値；
ａ：比例係数；
である。

図４のグラフは、Ｃ＝Ｃｉｒ＋Ｃｉｐに対する変化ＤＱｃの関数を表す。遅延燃料噴射係数は、次式：

によって定義される。ここに：
Ｄｉｒ−ｉｎ：遅延燃料噴射と通常燃料噴射の間における燃料噴射流量の変化率；
ψｉｒ：考慮対象燃焼室のピストンの上死点に対する、遅延燃料噴射開始時におけるクランクシャフトの角度位置；
Ｑｉｒ：遅延燃料噴射フェーズ間における噴射燃料量；
Ｐｃ：燃料噴射器に燃料を供給するコモンランプの圧力；
である。

後燃料噴射係数は、次式：

によって定義される。ここに：
Ｄｉｐ−ｉｒ：遅延燃料噴射の燃料流量に対する後燃料噴射の噴射流量の比；
Ｑｉｐ：後燃料噴射フェーズ間における噴射燃料量；
ψｉｐ：後燃料噴射開始時におけるクランクシャフトの角度位置；
である。

これらの数式は、数式による計算結果と、運転の実験結果との比較によって有効性が確認された。エンジンのオイルの中における燃料に溶解率を、１時間の持続時間の間、一定の条件でエンジンを運転した後で測定した。燃料溶解率の測定は、例えば、クロマトグラフィーによって測定される。比例係数と影響閾値を決定した後で、シミュレーションは、測定結果に対して８６％の相関を示した。

本発明による方法は、複数の燃焼室が同じ方法で制御されるなら、複数の燃焼室の全体に適用することができ、あるいは、燃料噴射に特有の条件が幾つかの燃焼室にのみ適用されるなら、個々の燃焼室に対して個別に適用される。

本発明に適合する動力装置の略図である。 様々な燃料噴射モードの時系列グラフである。 粒子フィルタの再生制御の流れ図である。 係数の合計の関数として燃料溶解率の変化を表すグラフである。

Claims (5)

1. 各燃焼室（１５）内における、
   −１サイクル間の上記燃焼室（１５）への燃料噴射の回数と；
   −各上記燃料噴射について、噴射燃料量（Ｑｉｎ、Ｑｉｒ、Ｑｉｐ）と、
   −燃料噴射の際における上記燃焼室（１５）内におけるピストンの位置（ψｉｎ、ψｉｒ、ψｉｐ）と；
   −燃料供給圧力（Ｐｃ）との関数として、動作中のディーゼルエンジン（１）のオイルの中における燃料溶解率の変化（ＤＱｃ）を推定する推定方法において、
   上記燃料溶解率の変化（ＤＱｃ）は、遅延燃料噴射係数（Ｃｉｒ）と後燃料噴射係数（Ｃｉｐ）の合計（Ｃ）の関数であり、各上記燃料噴射について上記係数（Ｃｉｒ、Ｃｉｐ）は、上記燃料噴射の間に噴射される燃料量（Ｑｉｒ、Ｑｉｐ）と上記燃料噴射の開始時におけるクランクシャフトの角度位置（ψｉｒ、ψｉｐ）との積に等しい乗算項と、上記燃料供給圧力（Ｐｃ）に等しい除算項を含み、
   遅延燃料噴射の上記係数（Ｃｉｒ）は、更に、遅延燃料噴射の燃料噴射流量（Ｑｉｒ）と通常の燃料噴射の燃料噴射流量（Ｑｉｎ）との間の燃料噴射流量の変化率に等しい乗算項（Ｄｉｒ−ｉｎ）を含み、
   後燃料噴射の上記係数（Ｃｉｐ）は、更に、後燃料噴射の燃料噴射流量（Ｑｉｐ）と遅延燃料噴射の燃料噴射流量（Ｑｉｒ）との間の燃料噴射流量の変化率に等しい乗算項（Ｄｉｐ−ｉｒ）を含むことを特徴とする、動作中のディーゼルエンジンのオイルの中における燃料溶解率の変化の推定方法。
2. 上記燃料溶解率の変化（ＤＱｃ）は、通常の燃料噴射（２５、２６）に対して効率が低下する遅延燃料噴射（２７、２８）と、上記エンジンの出力の供給に貢献しない後燃料噴射（２９）について計算されることを特徴とする、請求項１に記載の動作中のディーゼルエンジンのオイルの中における燃料溶解率の変化の推定方法。
3. 上記燃料溶解率の変化は、上記係数（Ｃｉｒ、Ｃｉｐ）の、上記燃料噴射の全てに亘る合計（Ｃ）が影響閾値（Ｓｃ）よりも小さいときにはゼロであり、上記影響閾値（Ｓｃ）以上であるときには一次の連続関数であることを特徴とする、請求項１に記載の動作中のディーゼルエンジンのオイルの中における燃料溶解率の変化の推定方法。
4. 動作中のディーゼルエンジンのオイルの中における燃料溶解率（Ｐｄｉｌ）の推定方法において、上記燃料溶解率は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料溶解率の変化の推定方法よって推定された上記燃料溶解率の変化（ＤＱｃ）の時間に関する積分値であることを特徴とする、動作中のディーゼルエンジンのオイルの中における燃料溶解率の推定方法。
5. エンジン（１）と、上記エンジンの排気ガスを受けて排気ガスの粒子を捕捉する粒子フィルタ（３）を有する動力装置の制御方法であって、上記制御方法は、情報を処理して、必要なときに上記粒子フィルタ（３）を再生するようにエンジン（１）を制御する動力装置の制御方法において、請求項４に記載の動作中のディーゼルエンジンのオイルの中における燃料溶解率の推定方法によってオイルの中の燃料溶解率（Ｐｄｉｌ）の推定値を明らかにし、上記燃料溶解率（Ｐｄｉｌ）の推定値が、所定の閾値燃料溶解率（Ｓｄｉｌ）よりも小であれば上記粒子フィルタの再生を許可することを特徴とする、エンジンと、該エンジンの排気ガスを受けて排気ガスの粒子を捕捉する粒子フィルタを有する動力装置の制御方法。

Images