JP4821112B2 - 希薄燃焼内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、ディーゼルエンジンに設けられる自動変速機において、大気圧に基づいて黒煙発生の容易性が高いと判断したときに、変速線図をダウンシフトし易い変速線図に変更する変速制御装置が開示されている。
また、前記特許文献2のものでは、高地によるエミッション悪化が殆どない低負荷域であっても無用に変速線図が変更されてしまうという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、高地での排気性能の悪化を、出力を低下させることなく抑制でき、然も、排気性能の悪化の抑制するための制御を有効に実行させることができる希薄燃焼内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
また、本発明に係る希薄燃焼内燃機関の制御装置では、希薄燃焼内燃機関の燃料噴射量が所定以上の高負荷領域であるときに、大気圧が所定以下であれば、前記変速機の変速比を前記内燃機関の回転速度が上昇する側に変更すると共に排気還流装置による排気還流量を前記大気圧が所定より高い場合に比べて増量する構成とした。
また、大気圧の変化に応じて変速機の変速制御及び排気還流装置による排気還流量を変更することで、変速制御の変更によって機関回転速度を移行させて黒煙(排気微粒子)の発生を抑制できると共に、排気還流量の調整によってNOx量の抑制を図ることができる。
図1は、車両用のディーゼルエンジン(希薄燃焼内燃機関)1のシステム図である。
エンジン1の吸気通路2の上流に、ターボチャージャ3のコンプレッサ3aが配置されている。
エンジン1の吸入空気は、前記コンプレッサ3aによって過給された後、インタークーラ4で冷却され、吸気絞り弁6を通過した後、各気筒の燃焼室内へ流入する。
燃料は、燃料噴射ポンプ8により高圧化されてコモンレール9に送られ、各気筒の燃料噴射弁10から燃焼室内へ直接噴射される。
前記燃料噴射ポンプ8,コモンレール9及び燃料噴射弁10によって、コモンレール式燃料噴射装置が構成される。
前記排気通路12へ排出された排気の一部は、排気還流制御弁19が介装される排気還流通路11を介して吸気側へ還流される。
排気の残りは、ターボチャージャ3のタービン3bを回転駆動し、該タービン3bと同軸に設けられる前記コンプレッサ3aが吸気を過給する。
前記酸化触媒装置5は、排気中のHC,COを酸化する機能を有する触媒装置である。
前記NOx吸蔵触媒装置13は、流入する排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンのときに排気中のNOxを吸蔵し、流入する排気の空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチのときにNOxを放出して還元処理する触媒装置である。
前記DPF14は、排気中の微粒子(PM:Particulate Matter)を捕集するトラップ機能を有する。
マイクロコンピュータを内蔵するエレクトロニックコントロールユニット(以下「ECU」と称する)25には、各種センサからの検出信号が入力される。
前記ECU25は、前記各種センサの検出信号に基づく演算処理によって、燃料噴射量及び噴射時期を制御する燃料噴射弁10への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁6への開度指令信号、排気還流制御弁19への開度指令信号、前記CVT26への変速指令信号等を出力する。
前記再生処理として、DPF14に堆積した微粒子PMを高温かつリーン雰囲気で酸化させる処理(DPF再生処理)、NOx吸蔵触媒装置13に堆積したNOxをリッチ雰囲気で脱離・還元する処理(リッチスパイク処理)、NOx吸蔵触媒装置13の硫黄被毒を高温かつリッチ雰囲気で解除する処理(硫黄被毒解除処理)が行われる。
ステップS1では、エンジン回転速度Ne、アクセル開度APO、NOx吸蔵触媒装置13の温度、DPF14の入口側及び出口側の排気圧力、DPF14の温度などのエンジン運転状態、更に、前記大気圧センサ29で検出される大気圧を読み込む。
ステップS2では、NOx吸蔵触媒装置13に堆積されたNOxの量を推定する。
前記NOx堆積量は、エンジン回転速度Neや車両走行距離の積算値から推定することができる。
ステップS3では、NOx吸蔵触媒装置13に堆積した硫黄分(SOx)の量を推定する。
ステップS4では、DPF14に堆積している微粒子PMの量を推定する。
前記微粒子PMの堆積量は、排気圧力センサ17により検出されるDPF14の入口側排気圧力と、現在の運転状態(エンジン回転速度Ne,エンジン負荷)に応じた基準排気圧力とを比較することで推定される。
ステップS5では、DPF14の再生モード(微粒子PMの酸化処理)中であるか否かを示すregフラグを判定する。
一方、regフラグ=1であってDPF14の再生モード中である場合には、図3のフローチャートに示すDPF再生モードの処理を行う。
ステップS6では、NOx吸蔵触媒装置13の硫黄被毒解除モード中であるか否かを示すdesulフラグを判定する。
一方、desulフラグ=1であって硫黄被毒解除モード中である場合には、図4のフローチャートに示す硫黄被毒解除モードの処理を行う。
ステップS7では、NOx吸蔵触媒装置13に堆積したNOxを脱離・還元処理するために、排気空燃比を一時的にリッチ化するリッチスパイクモード中であるか否かを示すspフラグを判定する。
一方、spフラグ=1であってリッチスパイクモード中である場合には、図5のフローチャートに示すリッチスパイクモードの処理を行う。
ステップS8では、後述するように、大気圧が規定値Pre以下である高地において、エンジン1が所定の高負荷・高回転領域で運転されるときに1がセットされるPreフラグを判定する。
一方、Preフラグ=0であって黒煙・NOx対策モード中でない場合には、ステップS9へ進む。
そして、微粒子PMの堆積量が閾値PM1以下である場合には、ステップS10へ進む。
一方、微粒子PMの堆積量が閾値PM1を超えるには、図7のフローチャートのステップS501へ進んで、前記regフラグに1をセットする。
そして、硫黄分(SOx)の堆積量が閾値SM1以下である場合には、ステップS11へ進む。
一方、硫黄分(SOx)の堆積量が閾値SM1を超えるには、図8のフローチャートのステップS701へ進んで、前記desulフラグに1をセットする。
そして、NOxの堆積量が閾値NOx1以下である場合には、ステップS12へ進む。
一方、NOxの堆積量が閾値NOx1を超えるには、図9のフローチャートのステップS801へ進んで、前記spフラグに1をセットする。
そして、大気圧が規定値Preを超える低地走行時には、本ルーチンを終了させる。
一方、大気圧が規定値Pre以下である高地走行時には、図10に示すステップS1001へ進む。
ステップS1001では、エンジン1が、所定の高負荷・高回転領域で運転されているか否かを判別し、高地走行時であって高負荷・高回転領域で運転されているときには、ステップS1002へ進んで、前記Preフラグに1をセットする。
ステップS101では、DPF再生時における目標空燃比に制御する。
上記目標空燃比への制御は、吸気絞り弁6による吸気絞り及び/又は排気還流制御弁19による排気還流量の制御で行われる。
ステップS102では、DPF14の温度が再生中の目標上限値T1以下であるか否かを判別する。
そして、DPF14の温度が目標上限値T1以下であれば、ステップS103へ進む。
ステップS103では、DPF14の温度が再生中の目標下限値T2(<目標上限値T1)以上であるか否かを判別する。
一方、DPF14の温度が目標下限値T2を下回っている場合には、ステップS111へ進んで、燃料噴射の時期を遅角させることで排気温度の上昇を図り、DPF14の温度が目標下限値T2以上になるようにする。
即ち、燃料噴射時期の進角・遅角補正によって、DPF14の温度が前記目標下限値T2と目標上限値T1との間の温度になるようにする。
目標時間tdpfregが経過しており、DPF14に堆積していた微粒子PMの燃焼処理が完了したと判断されると、ステップS105へ進む。
ステップS105では、燃料噴射時期の進角・遅角補正を停止させて通常の噴射時期に戻し、また、空燃比を通常値に戻す。
次に、前記ステップS6でdesulフラグ=1と判定されたときのNOx吸蔵触媒装置13の硫黄被毒解除処理を、図4のフローチャートに従って説明する。
ステップS201では、NOx吸蔵触媒装置13の硫黄被毒解除のために空燃比をストイキ(理論空燃比)に制御する。
ステップS202では、NOx吸蔵触媒装置13の温度が所定温度T3以上であるか否かを判別する。
例えば、NOx吸蔵触媒装置13としてBa系のNOx吸蔵触媒を使った場合には、リッチ〜ストイキ雰囲気でNOx吸蔵触媒装置13の温度を600℃より高くする必要があることから、所定温度T3は600℃以上に設定される。
一方、触媒温度が所定温度T3よりも低い場合には、ステップS208へ進む。
ステップS208では、NOx吸蔵触媒装置13の温度が所定温度T3よりも低く、硫黄被毒解除のための温度条件が成立していないので、燃料噴射時期を遅角して排気温度を上昇させる。
前記所定の時間tdesulだけ硫黄被毒解除の処理を行うと、ステップS204へ進む。
ステップS204では、ストイキ運転及び噴射時期の遅角補正を解除し、次のステップS205ではdesulフラグを0にリセットする。
前記硫黄被毒解除の処理によってNOx吸蔵触媒装置13が長時間ストイキの空燃比に晒されることにより、硫黄被毒解除と同時にNOxの脱離・還元処理が行われるために、上記ステップS206,207の処理を行う。
ステップS301では、空燃比を、理論空燃比よりもリッチである所定の目標空燃比(リッチ空燃比)に制御する。
これにより、NOx吸蔵触媒装置13の雰囲気をリッチ(還元雰囲気)にして、NOx吸蔵触媒装置13に吸蔵されていたNOxを脱離・還元処理する。
リッチスパイク制御時間t3が所定時間tspike以上になると、ステップS303へ進み、リッチスパイクモードを示すspフラグを0にリセットする。
一方、リッチスパイク制御時間t3が所定時間tspikeを超えていない場合には、リッチスパイク制御を継続させるべく、ステップS303を迂回して本ルーチンを終了する。
ステップS401では、排気還流制御弁19を介してエンジン1に還流される排気量を、低地でのNOxの濃度と同程度になるように、増量補正する。
図11に示すように、エンジン1の低負荷域では、排気微粒子PMの量及びNOx濃度は、大気圧の影響を殆ど受けず、NOx濃度は空気過剰率λの増大に応じて増加し、排気微粒子PMの量は、空気過剰率λの影響も殆ど受けない。
そこで、Preフラグに1がセットされる高地でエンジン1が高負荷・高回転領域で運転されているときには、低地に比べて排気還流量(EGR)を増量することで低地でのNOxの濃度(予め設定されたNOx濃度)と同程度になるようにする(図12参照)。
次のステップS402では、前記無段変速機26の変速比をより低速側(エンジン1の回転速度が上昇する側)に補正する。
図11に示すように、大気圧が低下し充填効率が低下する高地では空燃比がリッチ化するから、高負荷運転時には、低地に比べて排気微粒子PM(黒煙)の量が多くなってしまう。
前記変速比の変更においては、図13に示す等出力線に基づいて、出力一定で無段変速機26の変速比をエンジン1の高回転側にシフトさせる。
これにより、高地走行時に、排気微粒子の量及びNOx濃度が増加することを抑止できると共に、高地・低地が排気微粒子PMの量及びNOx濃度に影響する高負荷時にのみ、排気還流量,変速比を補正するので、無用に排気還流量が増加され変速比が低速側にシフトされることがなく、運転性の低下を回避できる。
Claims (8)
- 動力伝達装置としての変速機を備える希薄燃焼内燃機関において、
前記内燃機関の燃料噴射量が所定以上の高負荷領域であるときに、大気圧が所定以下であれば、前記変速機の変速比を前記内燃機関の回転速度が上昇する側に変更することを特徴とする希薄燃焼内燃機関の制御装置。 - 排気還流装置及び動力伝達装置としての変速機を備える希薄燃焼内燃機関において、
前記内燃機関の燃料噴射量が所定以上の高負荷領域であるときに、大気圧が所定以下であれば、前記変速機の変速比を前記内燃機関の回転速度が上昇する側に変更すると共に前記排気還流装置による排気還流量を前記大気圧が所定より高い場合に比べて増量することを特徴とする希薄燃焼内燃機関の制御装置。 - 前記排気還流量を、予め設定された排気中のNOx濃度に基づいて変更することを特徴とする請求項2記載の希薄燃焼内燃機関の制御装置。
- 前記排気還流量の変更を予め設定された閾値に基づいて制限することを特徴とする請求項2又は3記載の希薄燃焼内燃機関の制御装置。
- 前記変速機が無段変速機であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の希薄燃焼内燃機関の制御装置。
- 大気圧が低いときに、前記変速機の変速比を低速側に変更することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の希薄燃焼内燃機関の制御装置。
- 大気圧の変化を、高度の変化として検出することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の希薄燃焼内燃機関の制御装置。
- 大気圧の変化を、大気中の酸素濃度の変化として検出することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の希薄燃焼内燃機関の制御装置。
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