JP4775282B2 - Exhaust control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、排気ガスを排気通路から吸気通路へ還流する排気還流通路を備える内燃機関の排気制御に関する。 The present invention relates to exhaust control of an internal combustion engine including an exhaust gas recirculation passage that recirculates exhaust gas from an exhaust passage to an intake passage.
従来から、排気通路に燃料を添加する燃料添加弁を設け、触媒やフィルタなどの排気浄化装置の再生のために燃料添加を行う内燃機関の排気浄化システムが知られている。例えば排気浄化装置として窒素酸化物(NOx)の吸蔵還元型触媒が設けられている場合、燃料添加弁から還元剤としての燃料を添加することにより、排気をリッチ状態としてNOxを還元する。特許文献1には、NOx還元のために排気中に燃料を添加する場合に、複数回の燃料添加を内燃機関のクランク角に同期させて実行する手法が記載されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an exhaust purification system for an internal combustion engine that is provided with a fuel addition valve for adding fuel to an exhaust passage and adds fuel for regeneration of an exhaust purification device such as a catalyst or a filter. For example, when a nitrogen oxide (NOx) occlusion reduction type catalyst is provided as an exhaust purification device, NOx is reduced by adding fuel as a reducing agent from a fuel addition valve to make exhaust rich. Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228667 describes a method of executing a plurality of times of fuel addition in synchronization with a crank angle of an internal combustion engine when fuel is added to exhaust gas for NOx reduction.
一方、内燃機関から排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気側に還流させることにより燃焼温度を低下させ、NOxの生成を抑制する排気還流(EGR)装置が知られている。特許文献2には、排気通路の触媒より上流側の位置から排気ガスを吸気側に還流させるEGR装置に加えて、触媒より下流側の位置から排気ガスを吸気側に還流させるEGR装置を備える排気浄化システムが記載されている。
On the other hand, an exhaust gas recirculation (EGR) device is known in which a part of exhaust gas discharged from an internal combustion engine to the exhaust passage is recirculated to the intake side to lower the combustion temperature and suppress the generation of NOx. In
特許文献2のように、燃料添加弁より下流側から排気ガスを吸気側に還流させるEGR装置を備える排気浄化システムの場合、燃料添加により触媒やDPFで発生した二酸化炭素(CO2)が吸気側に回り込むなどの原因で、内燃機関の燃焼状態が変動し、トルクが変動するという不具合が生じうる。このトルク変動を防止するには、燃料添加をクランク角に同期して等間隔に行うことが有効である。しかし、燃料添加弁は、噴射量が少なすぎると噴射量の精度が低下する性質を有するため、燃料添加の回数が増えて1回の燃料添加量が燃料添加弁の最小噴射量より小さくなると、噴射量の精度が低下し、制御性が悪化するという問題がある。
In the case of an exhaust gas purification system including an EGR device that recirculates exhaust gas to the intake side from the downstream side of the fuel addition valve as in
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、排気通路に設けられた燃料添加弁より下流から排気を還流させる排気還流装置を備える排気浄化装置において、燃料添加の精度を確保しつつ、燃料添加による燃焼の変動を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and in an exhaust gas purification apparatus including an exhaust gas recirculation device that recirculates exhaust gas downstream from a fuel addition valve provided in an exhaust passage, while ensuring the accuracy of fuel addition. It aims at suppressing the fluctuation | variation of the combustion by fuel addition.
本発明の1つの観点では、内燃機関の排気制御装置は、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置に設けられた燃料添加手段と、前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第1の排気還流装置と、前記排気通路における前記排気浄化装置の下流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第2の排気還流装置と、前記排気浄化装置の温度を検出する温度センサと、前記燃料添加手段を使用して排気中に燃料添加を行う添加制御手段と、を備え、前記添加制御手段は、1回の燃料添加により添加される燃料の量である単位添加量を、前記温度センサの反応時間に設定された制御インターバル毎に決定し、前記単位添加量が前記燃料添加手段の最小噴射量より小さい場合には、前記最小噴射量で燃料添加を行うとともに、前記最小噴射量で燃料添加を行った場合の余剰分の燃料量を次回以降の燃料添加における添加量から減量する。 In one aspect of the present invention, an exhaust control device for an internal combustion engine includes an exhaust purification device provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, and fuel addition means provided in an upstream position of the exhaust purification device in the exhaust passage. A first exhaust gas recirculation device that recirculates exhaust gas from an upstream position of the exhaust gas purification device in the exhaust passage to an intake air side of the internal combustion engine, and an internal combustion engine from a downstream position of the exhaust gas purification device in the exhaust passage. A second exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas to the intake side, a temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas purification device, and an addition control means for adding fuel into the exhaust gas using the fuel addition means. wherein the addition control means determines a single unit amount is an amount of fuel added by the fuel addition, each control interval that is set in the reaction time of the temperature sensor, the single When the addition amount is smaller than the minimum injection amount of the fuel addition means, the fuel addition is performed at the minimum injection amount, and the surplus fuel amount when the fuel addition is performed at the minimum injection amount Reduce from the amount added in the addition.
上記の内燃機関の排気制御装置では、排気通路上に、例えばDPF、NOx吸蔵還元触媒などの排気浄化装置が設けられている。排気浄化装置の上流側には、燃料添加弁などの燃料添加手段が設けられる。燃料添加手段は、DPFに対するPM再生、NOx吸蔵還元触媒に対するNOx還元及び硫黄被毒回復などの触媒再生のために、排気通路に燃料を添加することができる。また、排気浄化装置の上流側から吸気側へ排気を還流させる第1の排気還流装置と、排気浄化装置の下流側から吸気側へ排気を還流させる第2の排気還流装置とが設けられる。 In the exhaust control device for an internal combustion engine described above, an exhaust purification device such as a DPF and a NOx storage reduction catalyst is provided on the exhaust passage. Fuel addition means such as a fuel addition valve is provided upstream of the exhaust purification device. The fuel addition means can add fuel to the exhaust passage for catalyst regeneration such as PM regeneration for the DPF, NOx reduction for the NOx storage reduction catalyst, and sulfur poisoning recovery. In addition, a first exhaust gas recirculation device that recirculates exhaust gas from the upstream side of the exhaust gas purification device to the intake side and a second exhaust gas recirculation device that recirculates exhaust gas from the downstream side of the exhaust gas purification device to the intake side are provided.
触媒再生のために燃料添加を行う場合、添加制御手段は、1回の燃料添加により添加される燃料の量である単位添加量を制御インターバル毎に決定する。制御インターバルは、燃料の添加量を決定し制御する時間的単位である。そして、添加制御手段は、単位添加量が燃料添加手段の最小噴射量より小さい場合には、最小噴射量で燃料添加を行うとともに、最小噴射量で燃料添加を行った場合の余剰分の燃料量を次回以降の燃料添加における添加量から減量する。燃料添加手段は、燃料の添加量が少ない場合に、添加量の制御精度が低下するという性質を有する。よって、計算などにより得られた単位添加量が最小噴射量より小さい場合には、最小噴射量で燃料添加を行うことにより、精度を確保する。但し、その場合には、必要な量より過剰な添加がなされることとなるので、添加制御手段は、次回以降の燃料添加において、過剰な添加分を減算してトータルの添加量を適切な値となるように調整する。 When adding fuel for catalyst regeneration, the addition control means determines a unit addition amount, which is the amount of fuel added by one fuel addition, for each control interval. The control interval is a time unit for determining and controlling the amount of fuel added. When the unit addition amount is smaller than the minimum injection amount of the fuel addition unit, the addition control unit performs the fuel addition with the minimum injection amount and the excess fuel amount when the fuel addition is performed with the minimum injection amount. Is reduced from the amount added in subsequent fuel additions. The fuel addition means has a property that the control accuracy of the addition amount is lowered when the addition amount of the fuel is small. Therefore, when the unit addition amount obtained by calculation or the like is smaller than the minimum injection amount, the fuel is added with the minimum injection amount to ensure accuracy. However, in that case, excessive addition will be made in excess of the required amount. Therefore, the addition control means subtracts the excess addition in the next and subsequent fuel additions to obtain an appropriate value for the total addition amount. Adjust so that
また、上記の内燃機関の排気制御装置は、前記排気浄化装置の温度を検出する温度センサを備え、前記制御インターバルは前記温度センサの反応時間に設定される。よって、温度センサの反応時間以上に短い周期で燃料の添加量を計算することがなくなり、不要にECUに負荷を与えることが防止される。 The exhaust control device of the internal combustion engine is provided with a temperature sensor for detecting the temperature of the exhaust gas purifier, the control interval is set to a response time of the temperature sensor. Therefore , the fuel addition amount is not calculated in a cycle shorter than the reaction time of the temperature sensor, and an unnecessary load on the ECU is prevented.
本発明の他の観点では、内燃機関の排気制御装置は、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置に設けられた燃料添加手段と、前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第1の排気還流装置と、前記排気通路における前記排気浄化装置の下流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第2の排気還流装置と、前記燃料添加手段を使用して排気中に燃料添加を行う添加制御手段と、を備え、前記添加制御手段は、1回の燃料添加により添加される燃料の量である単位添加量を制御インターバル毎に決定し、前記単位添加量が前記燃料添加手段の最小噴射量より小さい場合には、前記最小噴射量以上の添加量で燃料添加を行うように燃料添加の時間間隔を延長する。 In another aspect of the present invention, an exhaust control device for an internal combustion engine includes an exhaust purification device provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, and a fuel addition means provided in an upstream position of the exhaust purification device in the exhaust passage. A first exhaust gas recirculation device that recirculates exhaust gas from an upstream position of the exhaust gas purification device in the exhaust passage to an intake air side of the internal combustion engine, and an internal combustion engine from a downstream position of the exhaust gas purification device in the exhaust passage. A second exhaust gas recirculation device that recirculates exhaust gas to the intake side of the exhaust gas, and an addition control unit that adds fuel into the exhaust gas using the fuel addition unit, wherein the addition control unit performs one fuel addition Is determined at each control interval, and when the unit addition amount is smaller than the minimum injection amount of the fuel addition means, the addition amount is equal to or greater than the minimum injection amount. Extending the time interval of the fuel addition to perform fuel addition.
上記の内燃機関の排気制御装置では、排気通路上に、例えばDPF、NOx吸蔵還元触媒などの排気浄化装置が設けられている。排気浄化装置の上流側には、燃料添加弁などの燃料添加手段が設けられる。燃料添加手段は、DPFに対するPM再生、NOx吸蔵還元触媒に対するNOx還元及び硫黄被毒回復などの触媒再生ために、排気通路に燃料を添加することができる。また、排気浄化装置の上流側から吸気側へ排気を還流させる第1の排気還流装置と、排気浄化装置の下流側から吸気側へ排気を還流させる第2の排気還流装置とが設けられる。 In the exhaust control device for an internal combustion engine described above, an exhaust purification device such as a DPF and a NOx storage reduction catalyst is provided on the exhaust passage. Fuel addition means such as a fuel addition valve is provided upstream of the exhaust purification device. The fuel addition means can add fuel to the exhaust passage for catalyst regeneration such as PM regeneration for the DPF, NOx reduction for the NOx occlusion reduction catalyst, and sulfur poisoning recovery. In addition, a first exhaust gas recirculation device that recirculates exhaust gas from the upstream side of the exhaust gas purification device to the intake side and a second exhaust gas recirculation device that recirculates exhaust gas from the downstream side of the exhaust gas purification device to the intake side are provided.
触媒再生のために燃料添加を行う場合、添加制御手段は、1回の燃料添加により添加される燃料の量である単位添加量を制御インターバル毎に決定する。制御インターバルは、燃料の添加量を決定し制御する時間的単位である。そして、添加制御手段は、単位添加量が燃料添加手段の最小噴射量より小さい場合には、最小噴射量以上の添加量で燃料添加を行うように燃料添加の時間間隔を延長する。これにより、触媒の再生要求により決定される燃料噴射量が少ない場合でも、常に燃料添加量の精度を確保することが可能となる。 When adding fuel for catalyst regeneration, the addition control means determines a unit addition amount, which is the amount of fuel added by one fuel addition, for each control interval. The control interval is a time unit for determining and controlling the amount of fuel added. When the unit addition amount is smaller than the minimum injection amount of the fuel addition unit, the addition control unit extends the fuel addition time interval so that the fuel addition is performed with an addition amount equal to or greater than the minimum injection amount. Thereby, even when the fuel injection amount determined by the catalyst regeneration request is small, it is possible to always ensure the accuracy of the fuel addition amount.
上記の内燃機関の排気制御装置の一態様は、前記第2の排気還流装置による排気還流率の変動量を検出する変動検出手段を備え、前記添加制御手段は、前記単位添加量が前記燃料添加手段の最小噴射量以上であり、かつ、前記排気還流率の変動量が所定変動量より大きい場合には、添加量を減少させるとともに燃料添加の時間間隔を短縮する。この態様では、添加した燃料が触媒などの排気浄化装置で燃焼することにより、排気還流装置による排気還流率が許容値を超えて変動する場合には、燃料添加の間隔を短くし、少量ずつ燃料を添加するようにする。これにより、燃料を添加した後の排気が吸気側に還流されることにより生じる内燃機関の燃焼状態の変動、トルク変動を抑制することができる。 One aspect of the exhaust control device for an internal combustion engine includes a variation detection means for detecting a variation amount of an exhaust gas recirculation rate by the second exhaust gas recirculation device, wherein the addition control means has the unit addition amount as the fuel addition amount. When the fuel injection amount is equal to or greater than the minimum injection amount of the means and the fluctuation amount of the exhaust gas recirculation rate is larger than the predetermined fluctuation amount, the addition amount is decreased and the fuel addition time interval is shortened. In this aspect, when the added fuel burns in an exhaust purification device such as a catalyst, and the exhaust gas recirculation rate of the exhaust gas recirculation device fluctuates beyond an allowable value, the interval between fuel additions is shortened and the fuel is added little by little. To be added. As a result, fluctuations in the combustion state and torque fluctuations of the internal combustion engine caused by recirculation of the exhaust gas after addition of fuel to the intake side can be suppressed.
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
[装置構成]
図1は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気制御装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図1において、実線の矢印は吸気及び排気の流れを示し、破線の矢印は制御信号を示す。
[Device configuration]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an exhaust control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, solid arrows indicate the flow of intake and exhaust, and broken arrows indicate control signals.
図1において、内燃機関の排気制御装置100は、第1〜第4(#1〜#4)気筒を有する直列4気筒の内燃機関(以下、「エンジン」と呼ぶ。)10を備える。エンジン10の各気筒は、吸気マニホールド11及び排気マニホールド12に接続されている。エンジン10は、各気筒に設けられた燃料噴射弁15と、各燃料噴射弁15に対して高圧の燃料を供給するコモンレール14とを備え、コモンレール14には不図示の燃料ポンプにより燃料が高圧状態で供給される。燃料噴射弁15からの燃料噴射量及び噴射タイミングは、ECU7から供給される制御信号S4により制御される。
In FIG. 1, an
吸気マニホールド11に接続された吸気通路20には、エンジン10への流入空気量を計測するエアフローメータ21と、スロットル弁22と、ターボチャージャ23のコンプレッサ23aと、吸気を冷却するインタークーラ24とが設けられている。エアフローメータ21からの検出信号S1はECU7へ供給される。また、スロットル弁22の開度は、ECU7から供給される制御信号S2により制御される。
In the
排気マニホールド12に接続された排気通路25には、ターボチャージャ23のタービン23bが設けられている。排気通路25のタービン23bの上流位置と、吸気通路20のインタークーラ24より下流位置とは、EGR通路31により接続されている。EGR通路31には、EGR量を制御するためのEGR弁33が設けられている。EGR弁33の開度は、ECU7から供給される制御信号S3により制御される。なお、このようにEGRガスの取り出し口がターボチャージャのタービンの上流側にあるEGR装置を「高圧ループ(HPL)EGR装置」と呼ぶ。
A
排気通路25のタービン23bより下流位置には触媒36が設けられている。触媒36は、例えばNOx吸蔵還元触媒、DPF(Diesel Particulate Filter)などとすることができる。排気通路25の触媒36より下流位置には排気絞り弁41が設けられている。排気絞り弁41の開度は、ECU7から供給される制御信号S7により制御される。触媒36には、その温度を検出する温度センサ42が設けられている。温度センサ42は、触媒36の温度を示す検出信号S8をECU7に供給する。
A
また、排気通路25のタービン23bより下流側の位置と、吸気通路20のコンプレッサ23aより上流側の位置とを接続するEGR通路35が設けられている。より具体的には、EGR通路35は、排気通路25に設けられた触媒36より下流側の位置から排気ガス(EGRガス)を取り出すように構成されている。EGR通路35にはEGRガス量を制御するためのEGR弁37と、EGRクーラ39とが設けられており、EGR弁37の開度はECU7からの制御信号S6により制御される。なお、このようにEGRガスの取り出し口がターボチャージャのタービンの下流側にあるEGR装置を「低圧ループ(LPL)EGR装置」と呼ぶ。
Further, an
排気通路25のタービン23bより下流側の位置には、気筒毎に設けられた燃料噴射弁15とは別に、未燃燃料を噴射する燃料添加弁17が設けられている。燃料添加弁17からの燃料添加量はECU7から供給される制御信号S5により制御される。燃料添加弁17は、主として排気通路に設けられる触媒36の再生処理のために排気中に燃料を添加する。なお、燃料添加弁は、上記の位置に設ける代わりに、例えばタービン23bより上流側の位置、もしくは排気マニホールド12に設けてもよい。但し、排気マニホールド12に設けられる場合には、燃料添加弁から添加された燃料が高圧ループEGR装置により吸気側へ還流されないような位置に燃料添加弁を配置することが必要となる。
In addition to the
ECU7は、図示しないCPU、ROM、RAMなどを有し、上記のように内燃機関の排気制御装置100の各要素を統括的に制御する。
The
上記の構成において、触媒36は本発明における排気浄化装置に相当し、EGR通路31などにより構成される高圧ループEGR装置は第1の排気還流装置に相当し、EGR通路35などにより構成される低圧ループEGR装置は第2の排気還流装置に相当する。また、燃料添加弁17は燃料添加手段に相当し、ECU7は添加制御手段及び変動検出手段に相当する。
In the above configuration, the
図2は、EGR装置の動作領域を示すマップの例であり、具体的にはエンジンの回転数及び負荷と、高圧ループEGR装置及び低圧ループEGR装置の動作領域との関係を示している。 FIG. 2 is an example of a map showing the operation region of the EGR device, and specifically shows the relationship between the engine speed and load and the operation regions of the high-pressure loop EGR device and the low-pressure loop EGR device.
図示のように、エンジン回転数が低く、エンジン負荷が小さい領域では、ECU7は高圧ループEGR装置のみを動作させる。一方、エンジンの回転数が高く、要求負荷も高い領域では、ECU7は低圧ループEGR装置のみを動作させる。エンジンの回転数及び要求負荷が、高圧ループEGR装置の動作領域と低圧ループEGR装置の動作領域の間にある場合には、ECU7は高圧ループEGR装置と低圧ループEGR装置の両方を動作させる。高圧ループEGR装置と低圧ループEGR装置の両方を同時に動作させる領域を「MPL(Mixed Pressure Loop)領域」と呼ぶ。なお、具体的には、ECU7は、図示しないクランク角センサなどによりエンジンの回転数を取得するとともに、アクセル開度センサの出力や燃料噴射量などに基づいてエンジンの負荷を算出する。そして、EGR弁33及び37に制御信号S3及びS6を供給して、高圧ループEGR装置及び低圧ループEGR装置の動作を制御する。
As shown in the figure, the
[第1実施形態]
次に、本発明の第1実施形態について説明する。第1実施形態では、触媒36の再生処理のための燃料添加において、ECU7の能力に基づいて決定された制御インターバル毎に燃料添加弁17からの燃料添加量を算出する。なお、触媒36の再生処理には、例えば触媒36がDPFである場合のPM(粒子状物質:Particulate Matter)再生、並びに、触媒36がNOx吸蔵還元触媒である場合のNOx還元処理や硫黄被毒回復処理などが含まれる。
[First Embodiment]
Next, a first embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, in the fuel addition for the regeneration process of the
まず、燃料添加量の計算周期について説明する。一般的な手法により、燃料添加1回毎に燃料添加量を計算することとすると、1回あたりの燃料添加量の計算周期が短くなり、ECU7に対する負荷が高くなってしまうという問題が生じる。例えば、燃料添加を行う際のエンジンの最高回転数を4200rpmとし、計算誤差などのエラーによる影響を10%以下に抑制するために燃料添加量を10回計算してクランク角720CA毎に燃料を添加するものと仮定する。この場合、ECU7による燃料添加1回あたりの燃料添加量の計算周期は約2.8msとなり、ECU7の計算負荷が高くなってしまう。
First, the calculation period of the fuel addition amount will be described. If the fuel addition amount is calculated for each fuel addition according to a general method, the calculation period of the fuel addition amount per time is shortened, causing a problem that the load on the
そこで、本実施形態では、燃料添加量の計算において、制御インターバルという概念を導入し、制御インターバルの単位で燃料添加量を計算し、燃料添加を制御する。一例として、上記の条件と同様に、エンジンの最高回転数を4200rpmとし、計算誤差などのエラーによる影響を10%以下に抑えるために、燃料添加量を10回計算して燃料添加を行うこととする。ここで、ECU7により過度の負荷無く計算できるように、1回あたりの燃料添加量の計算周期を16msとすると、制御インターバルは160msとなる。
Therefore, in this embodiment, the concept of the control interval is introduced in the calculation of the fuel addition amount, the fuel addition amount is calculated in units of the control interval, and the fuel addition is controlled. As an example, similar to the above conditions, the maximum engine speed is 4200 rpm, and the fuel addition amount is calculated 10 times in order to suppress the influence of errors such as calculation errors to 10% or less. To do. Here, if the calculation period of the fuel addition amount per time is 16 ms so that the
さらに、本実施形態では、燃料添加弁による燃料噴射量の制御精度を考慮して燃料添加量を変更する点に特徴を有する。燃料添加弁は、1回にある量以上の燃料を噴射する場合には、噴射量の制御精度を維持することができるが、1回の燃料噴射量が少なすぎると、その精度が低下してしまうという性質を有する。以下、必要な精度を維持できる最小の燃料噴射量を「最小噴射量(Qund)」と呼ぶ。ECU7は、1回の燃料添加による燃料添加量(以下、「単位添加量」とも呼ぶ。)が、燃料添加弁17の最小噴射量よりも小さい場合には、最小噴射量で燃料添加を実行するとともに、余剰噴射分を次回の燃料添加量から減算してトータルの燃料添加量を維持する。これにより、1回の燃料添加量が少ない場合でも、精度良く添加量を制御することができる。
Further, the present embodiment is characterized in that the fuel addition amount is changed in consideration of the control accuracy of the fuel injection amount by the fuel addition valve. The fuel addition valve can maintain the control accuracy of the injection amount when injecting more than a certain amount of fuel at one time. However, if the fuel injection amount is too small, the accuracy decreases. It has the property of end up. Hereinafter, the minimum fuel injection amount that can maintain the required accuracy is referred to as “minimum injection amount (Quund)”. The
本実施形態による燃料添加量の計算方法について、図3乃至5を参照して具体的に説明する。図3は、触媒の再生制御における触媒床温の変化例を示すグラフであり、図4は燃料添加量の計算及び燃料添加のタイミングチャートである。図5は、第1実施形態による燃料添加制御のフローチャートである。 The fuel addition amount calculation method according to the present embodiment will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 3 is a graph showing an example of changes in the catalyst bed temperature in catalyst regeneration control, and FIG. 4 is a timing chart of fuel addition amount calculation and fuel addition. FIG. 5 is a flowchart of the fuel addition control according to the first embodiment.
図5において、まず、ECU7は、触媒36の再生要求があるか否かを判定する(ステップS101)。例えば触媒36がNOx吸蔵還元触媒である場合、ECU7はNOx還元処理又は硫黄被毒回復処理の要求があるか否かを判定する。また、触媒36がDPFなどである場合、ECU7は車両の走行距離や触媒前後の差圧などにより、PM再生が要求されているか否かを判定する。
In FIG. 5, first, the
触媒36の再生要求がある場合(ステップS101;Yes)、ECU7は、目標触媒床温Ttrgと、通常触媒床温Tcatとを取得する(ステップS102)。「目標触媒床温Ttrg」とは燃料添加により最終的に触媒36を昇温する目標温度であり、「通常触媒床温Tcat」とは燃料添加を行っていないときの触媒36の温度である。なお、これらは、ECU7が予め用意されたマップなどを参照し、エンジン10のエンジン回転数及び燃料噴射量などに基づいて決定する。
When there is a regeneration request for the catalyst 36 (step S101; Yes), the
図3は、目標触媒床温Ttrgと通常触媒床温Tcatの関係を示す。燃料添加を実行すると、触媒36内で燃料が燃焼して触媒床温が上昇する。即ち、触媒36を目標触媒床温Ttrgまで昇温するためには、温度偏差(昇温量)ΔT(=Ttrg−Tcat)に対応する量の燃料を添加することが必要となる。
FIG. 3 shows the relationship between the target catalyst bed temperature Ttrg and the normal catalyst bed temperature Tcat. When the fuel addition is executed, the fuel burns in the
また、ECU7は、触媒再生用に触媒を通過するガス量(以下、「触媒通過ガス量」と呼ぶ。)Gcatを算出する(ステップS103)。触媒通過ガス量Gcatは、例えば以下の式で得られる。
Further, the
Gcat=Ga+Glp+Gf (1)
ここで、図1に示すように、「Ga」は吸気ガス量でありエアフローメータにより検出される。「Glp」は低圧ループEGR装置によるEGRガス量であり、EGR弁37の開度などに基づいて計算される。「Gf」はエンジン10に供給されるガス量である。
Gcat = Ga + Glp + Gf (1)
Here, as shown in FIG. 1, “Ga” is an intake gas amount and is detected by an air flow meter. “Glp” is the amount of EGR gas by the low-pressure loop EGR device, and is calculated based on the opening degree of the
次に、ECU7は、制御インターバルTiを算出する(ステップS104)。具体的には、ECU7が過度の負荷無く計算を行える計算周期、エンジンの最高回転数、許容誤差などを考慮して制御インターバルが計算される。上記の例では、エンジンの最高回転数を4200rpmとし、計算誤差などのエラーによる影響を10%以下に抑えるために、燃料添加量を10回計算して燃料添加を行うこととする。ECU7により過度の負荷無く計算できるように、1回あたりの燃料添加量の計算周期を16msとすると、制御インターバルは160msとなる。
Next, the
次に、ECU7は、単位添加量を計算する(ステップS105)。いま、ECU7による1回の計算で得られる要求添加量を「Qind」で示すものとする。本例では、制御インターバルTi内に、ECU7は要求添加量Qindを10回計算して積算し、制御インターバルTi単位の積算添加量Qsumを計算する。要求添加量Qindは以下の式で得られる。
Next, the
Qind=Gcat×ΔT×K×Kt
=Gcat×(Ttrg−Tcat)×K×Kt (2)
ここで、Gcatは上記式(1)で得られる。また、係数「K」は温度差及び空気量から噴射量を算出するための係数であり、通常はエンジン回転数によらず定数となる。また、係数「Kt」は排気通路などの配管に奪われる分の熱量を補正するための補正係数であり、一般的には排気温やエンジン回転数などにより変化する。
Qind = Gcat × ΔT × K × Kt
= Gcat × (Ttrg−Tcat) × K × Kt (2)
Here, Gcat is obtained by the above formula (1). The coefficient “K” is a coefficient for calculating the injection amount from the temperature difference and the air amount, and is usually a constant regardless of the engine speed. The coefficient “Kt” is a correction coefficient for correcting the amount of heat taken by the piping such as the exhaust passage, and generally varies depending on the exhaust temperature, the engine speed, and the like.
ECU7は、上記の計算を16ms毎に10回繰り返して要求添加量Qindを10回求め、図4(A)に示すようにそれらを積算して積算添加量Qsumを計算する。次に、ECU7は、実際に1回の添加で噴射する燃料の量である単位添加量Qinjを計算する。前述のように実際の燃料添加はクランク角720CA毎に行われるので、ある制御インターバルTi中にクランク角720CAの周期がX回あるとすると、単位添加量Qinjは以下の式で得られる。
The
Qinj=Qsum/X (3)
こうして、ECU7は1回の燃料添加により添加する単位添加量を得る。なお、図4(A)において、燃料添加を実行する周期である添加周期はクランク角720CAに相当し、これはエンジンの回転数により変動するため、計算周期とは必ずしも一致しない。
Qinj = Qsum / X (3)
Thus, the
このように、本発明では、制御インターバルという概念を導入し、その単位で燃料添加量を計算するので、ECU7の計算負荷が過度に高くなることを防止できる。
As described above, in the present invention, the concept of the control interval is introduced, and the fuel addition amount is calculated in the unit. Therefore, it is possible to prevent the calculation load of the
上記の式(3)により単位添加量Qinjを算出すると、ECU7は、その単位添加量Qinjが最小噴射量Qundより大きいか否かを判定する(ステップS106)。単位添加量Qinjが最小噴射量Qundより大きい場合(ステップS106;Yes)、燃料添加弁17は必要な精度で燃料を添加することができるので、ECU7は単位添加量Qinjで燃料添加を行う(ステップS107)。一方、単位添加量Qinjが最小噴射量Qundより小さい場合(ステップS106;No)、そのままでは必要な精度を確保できないので、ECU7は最小噴射量Qundで燃料添加を行う(ステップS108)。
When the unit addition amount Qinj is calculated by the above equation (3), the
図4(B)において、グラフ52は単位噴射量Qinjの積算添加量を示し、グラフ51は最小噴射量Qundで燃料添加を行った場合の積算添加量を示す。グラフ51と52の差が、最小噴射量Qundで燃料添加を実行した場合の余剰添加量の積算量である。このように、最小噴射量で燃料添加を行うと、ECU7は、計算により得られた単位添加量より多くの燃料を添加してしまうことになる。
In FIG. 4B, a
そこで、ステップS108において最小噴射量Qundで燃料添加を実行した場合、ECU7は、余剰添加量の積算量を記憶しておき、次回の制御インターバルTiにおいてその分を減量して燃料添加を行う(ステップS109)。具体的には、ECU7は、余剰添加量を、次回の制御インターバルTiにおいて計算された積算添加量Qsumから減算する。これにより、単位添加量が少ない場合でも、燃料添加量の制御精度を確保しつつ、燃料添加を実行することができる。なお、上記の場合には、余剰添加量を次回以降の制御インターバルで調整することとなり、制御インターバル単位では必ずしも要求添加量に対応する燃料添加量が添加されていない場合が生じるが、制御インターバルは、燃料添加による触媒の昇温変化速度と比較して十分に短いため問題はない。
Therefore, when the fuel addition is executed at the minimum injection amount Qund in step S108, the
(第1変形例)
次に、第1実施形態の第1変形例について説明する。上述のように、本実施形態では、燃料添加量の計算に制御インターバルという概念を導入することを特徴としており、上記の第1実施形態では、制御インターバルをECU7の計算能力に基づいて決定している。その代わりに、第1変形例では、触媒の温度を検出する温度センサの反応時間に基づいて制御インターバルを決定する。
(First modification)
Next, a first modification of the first embodiment will be described. As described above, the present embodiment is characterized in that the concept of the control interval is introduced in the calculation of the fuel addition amount. In the first embodiment, the control interval is determined based on the calculation capability of the
上述のように、燃料添加量を計算する際には触媒床温を利用する。触媒床温にはエンジンの個別の影響などがあるため、温度センサによる検出温度に基づいて触媒床温の補正を行うことがある。ここで、温度センサには触媒床温が変化してから、それが検出されるまでの反応時間(温度センサの時定数)が存在するため、制御インターバルを温度センサの時定数より短い周期に設定し、燃料添加量を計算しても、ECU7に不要な負荷を与えるだけであまり意味はない。そこで、第1変形例では、温度センサの反応時間(時定数)を制御インターバルに設定する。これにより、ECU7に不要な計算負荷を与えることが無くなるとともに、温度センサによる補正を施した安定的な燃料添加量の制御が可能となる。
As described above, the catalyst bed temperature is used when calculating the fuel addition amount. Since the catalyst bed temperature has an individual influence of the engine, the catalyst bed temperature may be corrected based on the temperature detected by the temperature sensor. Here, since the temperature sensor has a reaction time (temperature sensor time constant) from when the catalyst bed temperature changes until it is detected, the control interval is set to a cycle shorter than the temperature sensor time constant. However, even if the amount of fuel added is calculated, there is not much meaning just by applying an unnecessary load to the
なお、第1変形例は、上述の第1実施形態と比べて、制御インターバルの決定方法が異なるのみであり、それ以外の点は同様である。よって、図5に示すフローチャートにおいても、ステップS104における制御インターバルの決定方法が異なるのみであり、他の処理は同様である。 Note that the first modification is different from the first embodiment described above only in the control interval determination method, and the other points are the same. Therefore, also in the flowchart shown in FIG. 5, only the method of determining the control interval in step S104 is different, and the other processes are the same.
(第2変形例)
次に、第1実施形態の第2変形例について説明する。上記の第1実施形態では、制御インターバルをECU7の計算能力に基づいて決定している。その代わりに、第2変形例では、燃料添加弁17から添加した燃料が実際に触媒36に到達するまでの時間を制御インターバルとする。
(Second modification)
Next, a second modification of the first embodiment will be described. In the first embodiment, the control interval is determined based on the calculation capability of the
燃料添加弁17から添加した燃料が実際に触媒36に到達するまでには、その経路長などに応じた時間(以下、「添加燃料到達時間」と呼ぶ。)を要する。よって、制御インターバルを添加燃料到達時間より短い周期に設定しても、ECU7に不要な負荷を与えるだけであまり意味がない。そこで、第2変形例では、添加燃料到達時間を制御インターバルに設定する。これにより、ECU7に不要な計算負荷を与えることなく、適切な量の燃料添加を行うことができる。
In order for the fuel added from the
具体的には、添加燃料到達時間は、燃料添加弁17から触媒36までの構造上の容積、低圧ループEGR装置により吸気側に還流されるガス量などに基づいて決定される。なお、図2に例示するように、低圧ループEGR装置によるEGR量はエンジンの回転数及び負荷により変動するため、制御インターバルもエンジンの回転数及び負荷により変動することとなる。
Specifically, the addition fuel arrival time is determined based on the structural volume from the
なお、図1に示す構成では、燃料添加弁17を排気通路25上であってターボチャージャ23のタービン23bの下流側位置に設けているが、その代わりに、排気通路25上であってタービン23bの上流側位置、若しくは排気マニホールド12に設ける構造としてもよい。その場合でも、燃料添加弁17から触媒36までの構造上の容積が変わるだけであり、上述と同様に添加燃料到達時間を計算し、制御インターバルを決定すればよい。
In the configuration shown in FIG. 1, the
第2変形例は、上述の第2実施形態と比べて、制御インターバルの決定方法が異なるのみであり、それ以外の点は同様である。よって、図5に示すフローチャートにおいても、ステップS104における制御インターバルの決定方法が異なるのみであり、他の処理は全て同様である。 The second modification differs from the second embodiment described above only in the control interval determination method, and is otherwise the same. Therefore, also in the flowchart shown in FIG. 5, only the method of determining the control interval in step S104 is different, and all other processes are the same.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、低圧ループEGR装置により吸気側へ還流されるガス量を考慮して、触媒再生のための燃料添加の量及びタイミングを制御するものである。なお、第2実施形態においても、単位添加量の計算は制御インターバル単位で行われる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the amount and timing of fuel addition for catalyst regeneration are controlled in consideration of the amount of gas recirculated to the intake side by the low-pressure loop EGR device. In the second embodiment, the unit addition amount is calculated in units of control intervals.
図1に示すように、燃料添加弁17の下流側に低圧ループEGR装置の排気取り出し口がある構成では、添加した燃料や、その燃料が触媒で燃焼することにより発生する二酸化炭素(CO2)などが低圧ループEGR装置により吸気側へ戻されるため、エンジンの燃焼状態が変動する、トルク変動が生じるなどの現象が起こりうる。
As shown in FIG. 1, in the configuration in which the exhaust outlet of the low pressure loop EGR device is provided downstream of the
ここで、エンジンの燃焼状態やトルク変動への影響という観点では、まず、低圧ループEGR装置により吸気側へ戻されるガスの割合(即ち、EGR率)が大きいほど、燃焼状態やトルク変動に与える影響が大きくなる。加えて、1回の燃料添加により添加される燃料の量が大きいほど、エンジン燃焼状態やトルクの変動が大きくなる。即ち、トータルで同一量の燃料を添加する場合、1回の添加量を多くして少ない回数で添加するよりも、1回の添加量を少なくして多数回に分けて添加する方が、トルク変動は生じにくくなる。 Here, from the viewpoint of the influence on the combustion state and torque fluctuation of the engine, first, the larger the ratio of gas returned to the intake side by the low-pressure loop EGR device (that is, the EGR rate), the larger the influence on the combustion state and torque fluctuation. Becomes larger. In addition, the greater the amount of fuel added by one fuel addition, the greater the variation in engine combustion and torque. That is, when adding the same amount of fuel in total, it is better to reduce the amount added once and add in multiple times than to increase the amount added once and add less. Variations are less likely to occur.
そこで、本実施形態では、低圧ループEGR装置のEGR率を監視し、EGR率が所定の許容値を超える場合には、燃料添加の時間間隔を短くして、燃焼変動を抑制する。但し、1回あたりの単位添加量が燃料添加弁17の最小噴射量より小さくなる場合には、噴射量の制御精度を確保するため、1回の燃料添加量が最小噴射量より大きくなるように燃料添加の時間間隔を大きくする。
Therefore, in the present embodiment, the EGR rate of the low-pressure loop EGR device is monitored, and when the EGR rate exceeds a predetermined allowable value, the fuel addition time interval is shortened to suppress combustion fluctuation. However, when the unit addition amount per one time is smaller than the minimum injection amount of the
図6は、第2実施形態による燃料添加制御のフローチャートである。なお、図6において、ステップS201〜S206は、図5に示す第1実施形態の燃料添加制御におけるステップS101〜S106と同様であるので、説明を省略する。 FIG. 6 is a flowchart of fuel addition control according to the second embodiment. In FIG. 6, steps S201 to S206 are the same as steps S101 to S106 in the fuel addition control of the first embodiment shown in FIG.
ステップS206において、1回あたりの燃料添加量である単位添加量が、燃料添加弁17の最小噴射量より小さい場合(ステップS206;No)、ECU7は、燃料添加の時間間隔を延長して添加量を増加する(ステップS209)。より具体的には、燃料添加量が最小噴射量を超えるように、燃料添加の時間間隔を延長する。今、基本的な燃料添加周期は図4(A)に示すようにクランク角720CAとなっているので、例えば燃料添加の時間間隔をクランク角の1サイクル(=360CA)分延長し、クランク角1080CAとする。なお、1サイクルの延長でも未だ燃料添加量が最小噴射量を超えない場合には、燃料添加の時間間隔をさらに1サイクル分延長してもよい。こうして、最小噴射量未満で燃料添加が行われることを防止し、燃料添加量の制御精度を確保する。
In step S206, when the unit addition amount, which is the fuel addition amount per time, is smaller than the minimum injection amount of the fuel addition valve 17 (step S206; No), the
一方、ステップS206において、単位添加量が最小噴射量より大きい場合(ステップS206;Yes)、まず、ECU7は、EGRバルブ37の開度や吸気温などに基づいて、低圧ループEGR装置の通過ガス量(EGRガス量)Glpを算出する(ステップS207)。なお、EGRガス量Glpの検出はガス流量計などを用いてもよい。
On the other hand, when the unit addition amount is larger than the minimum injection amount in step S206 (step S206; Yes), first, the
次に、ECU7は、算出したEGRガス量Glpに基づいて、低圧ループEGR装置のEGR率(「LPL−EGR率」とも呼ぶ。)を算出する(ステップS208)。具体的に、LPL−EGR率は以下の式により得られる。
Next, the
LPL−EGR率=Glp/Gcyl (4)
なお、図1に示すように、「Gcyl」はエンジンの吸入ガス量であり、以下の式により得られる。
LPL-EGR rate = Glp / Gcyl (4)
As shown in FIG. 1, “Gcyl” is the amount of intake gas of the engine and is obtained by the following equation.
Gcyl=Ga+Ghp+Glp (5)
こうして、LPL−EGR率が得られると、ECU7は、LPL−EGR率の変動が所定の許容値以内であるか否かを判定する(ステップS210)。LPL−EGR率は、燃料添加により触媒でCO2が生成されることにより変動する。LPL−EGR率の変動が許容値以内である場合(ステップS210;Yes)、ECU7は単位添加量で燃料添加を行う。一方、LPL−EGR率の変動が許容値を超える場合(ステップS210;No)、ECU7は燃料添加の時間間隔を短縮するとともに、1回の燃料添加量を減少して燃料添加を行う(ステップS212)。具体的には、燃料添加の時間間隔をクランク角の1サイクル分(=360CA)短縮し、360CAとする。このように、LPL−EGR率の変動が許容値を超える場合には、少ない量の燃料添加を多数回行うようにして、低圧ループEGR装置に起因する燃焼状態の変動を抑制する。
Gcyl = Ga + Ghp + Glp (5)
Thus, when the LPL-EGR rate is obtained, the
以上のように、第2実施形態によれば、低圧ループEGR装置によるEGR量を考慮して触媒再生に要求される燃料添加量を確保するとともに、CO2の回り込みに起因する燃焼状態の変動、トルク変動を抑制することができる。 As described above, according to the second embodiment, the fuel addition amount required for the catalyst regeneration is ensured in consideration of the EGR amount by the low-pressure loop EGR device, and the combustion state fluctuation caused by the wraparound of CO 2 . Torque fluctuation can be suppressed.
7 ECU
10 エンジン
15 燃料噴射弁
17 燃料添加弁
20 吸気通路
23 ターボチャージャ
25 排気通路
31、35 EGR通路
36 触媒
33、37 EGR弁
7 ECU
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置に設けられた燃料添加手段と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第1の排気還流装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の下流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第2の排気還流装置と、
前記排気浄化装置の温度を検出する温度センサと、
前記燃料添加手段を使用して排気中に燃料添加を行う添加制御手段と、を備え、
前記添加制御手段は、1回の燃料添加により添加される燃料の量である単位添加量を、前記温度センサの反応時間に設定された制御インターバル毎に決定し、前記単位添加量が前記燃料添加手段の最小噴射量より小さい場合には、前記最小噴射量で燃料添加を行うとともに、前記最小噴射量で燃料添加を行った場合の余剰分の燃料量を次回以降の燃料添加における添加量から減量することを特徴とする内燃機関の排気制御装置。 An exhaust control device for an internal combustion engine,
An exhaust purification device provided in an exhaust passage of the internal combustion engine;
Fuel addition means provided at an upstream position of the exhaust purification device in the exhaust passage;
A first exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas from an upstream position of the exhaust gas purification device in the exhaust passage to the intake side of the internal combustion engine;
A second exhaust gas recirculation device that recirculates exhaust gas from the downstream side position of the exhaust gas purification device in the exhaust passage to the intake side of the internal combustion engine;
A temperature sensor for detecting a temperature of the exhaust purification device;
Addition control means for adding fuel into the exhaust using the fuel addition means,
The addition control means determines a unit addition amount, which is an amount of fuel added by one fuel addition, for each control interval set in a reaction time of the temperature sensor, and the unit addition amount is the fuel addition amount. When the fuel injection is smaller than the minimum injection amount of the means, the fuel addition is performed at the minimum injection amount, and the excess fuel amount when the fuel addition is performed at the minimum injection amount is reduced from the addition amount in the subsequent fuel addition. An exhaust control device for an internal combustion engine.
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置に設けられた燃料添加手段と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第1の排気還流装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の下流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第2の排気還流装置と、
前記燃料添加手段を使用して排気中に燃料添加を行う添加制御手段と、を備え、
前記添加制御手段は、1回の燃料添加により添加される燃料の量である単位添加量を制御インターバル毎に決定し、前記単位添加量が前記燃料添加手段の最小噴射量より小さい場合には、前記最小噴射量以上の添加量で燃料添加を行うように燃料添加の時間間隔を延長することを特徴とする内燃機関の排気制御装置。 An exhaust control device for an internal combustion engine,
An exhaust purification device provided in an exhaust passage of the internal combustion engine;
Fuel addition means provided at an upstream position of the exhaust purification device in the exhaust passage;
A first exhaust gas recirculation device for recirculating exhaust gas from an upstream position of the exhaust gas purification device in the exhaust passage to the intake side of the internal combustion engine;
A second exhaust gas recirculation device that recirculates exhaust gas from the downstream side position of the exhaust gas purification device in the exhaust passage to the intake side of the internal combustion engine;
Addition control means for adding fuel into the exhaust using the fuel addition means,
The addition control means determines a unit addition amount that is the amount of fuel added by one fuel addition for each control interval, and when the unit addition amount is smaller than the minimum injection amount of the fuel addition means, An exhaust control device for an internal combustion engine, wherein a fuel addition time interval is extended so that fuel is added with an addition amount equal to or greater than the minimum injection amount.
前記添加制御手段は、前記単位添加量が前記燃料添加手段の最小噴射量以上であり、かつ、前記排気還流率の変動量が所定変動量より大きい場合には、添加量を減少させるとともに燃料添加の時間間隔を短縮することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の排気制御装置。 Fluctuation detecting means for detecting a fluctuation amount of the exhaust gas recirculation rate by the second exhaust gas recirculation device,
When the unit addition amount is equal to or greater than the minimum injection amount of the fuel addition unit and the fluctuation amount of the exhaust gas recirculation rate is larger than a predetermined fluctuation amount, the addition control means reduces the addition amount and adds fuel. The exhaust gas control apparatus for an internal combustion engine according to claim 2 , wherein the time interval is shortened.
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