JP6354783B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
メイン噴射による燃焼後の膨張行程において前記燃料噴射装置から燃料を噴射するポスト噴射を多段化して実施するポスト噴射制御手段を備え、
前記ポスト噴射制御手段は、多段化された前記ポスト噴射のうちの最前段のポスト噴射の噴射量が前記最前段のポスト噴射の次以降のポスト噴射である次段目以降のポスト噴射の各段の噴射量よりも少量となるように前記最前段のポスト噴射の噴射量を設定し、
前記ポスト噴射は、前記最前段のポスト噴射と、前記次段目以降のポスト噴射のうちの最後段のポスト噴射を除く中段のポスト噴射と、前記最後段のポスト噴射と、を含んで構成され、
前記ポスト噴射制御手段は、
前記内燃機関への加速要求を受けて前記ポスト噴射の噴射量を目標噴射量へと増量する場合に、前記中段のポスト噴射及び前記最後段のポスト噴射の噴射量を増量するポスト噴射量増量手段を含み、
前記ポスト噴射量増量手段は、前記中段のポスト噴射の噴射量を先行して増量し、前記中段のポスト噴射の噴射量が前記目標噴射量から定まる前記中段のポスト噴射の目標値まで増量された後に、前記最後段のポスト噴射の噴射量を増量するように構成されていることを特徴としている。
前記内燃機関の過給圧を検出する過給圧センサを備え、
前記ポスト噴射量増量手段は、前記過給圧センサの検出値を段階的に取得し、取得された検出値に基づいて前記ポスト噴射の噴射量を増量させる量を段階的に設定するように構成されていることを特徴としている。
前記ポスト噴射量増量手段は、前記中段のポスト噴射が複数段ある場合に、機関負荷が低負荷又は高負荷である場合には複数段の前記中段のポスト噴射のうちの前段側から順に噴射量を増量し、機関負荷が中負荷である場合には複数段の前記中段のポスト噴射のうちの後段側から順に噴射量を増量するように構成されていることを特徴としている。
前記ポスト噴射制御手段は、前記内燃機関への加速要求を受けて前記ポスト噴射の噴射時期を遅角側に変化させる場合に、前記最前段のポスト噴射の噴射時期を前記中段のポスト噴射及び前記最後段のポスト噴射の噴射時期よりも先行して遅角側に変化させる噴射時期遅角手段を含むことを特徴としている。
前記噴射時期遅角手段は、前記ポスト噴射の噴射時期を遅角側に変化させる場合において、変化対象のポスト噴射とその一段後のポスト噴射とのインターバルが所定の最小インターバルより小さくなる場合には、前記最小インターバルが維持されるように前記一段後のポスト噴射の噴射時期を合わせて遅角側へと変化させることを特徴としている。
メイン噴射による燃焼後の膨張行程において前記燃料噴射装置から燃料を噴射するポスト噴射を多段化して実施するポスト噴射制御手段を備え、
前記ポスト噴射制御手段は、多段化された前記ポスト噴射のうちの最前段のポスト噴射の噴射量が前記最前段のポスト噴射の次以降のポスト噴射である次段目以降のポスト噴射の各段の噴射量よりも少量となるように前記最前段のポスト噴射の噴射量を設定し、
前記ポスト噴射は、前記最前段のポスト噴射と、前記次段目以降のポスト噴射のうちの最後段のポスト噴射を除く中段のポスト噴射と、前記最後段のポスト噴射と、を含んで構成され、
前記ポスト噴射制御手段は、
前記内燃機関への減速要求を受けて前記ポスト噴射の噴射量を目標噴射量へと減量する場合に、前記中段のポスト噴射及び前記最後段のポスト噴射の噴射量を減量するポスト噴射量減量手段を含み、
前記ポスト噴射量減量手段は、前記中段のポスト噴射の噴射量を先行して減量し、前記中段のポスト噴射の噴射量が前記目標噴射量から定まる前記中段のポスト噴射の目標値まで減量された後に、前記最後段のポスト噴射の噴射量を減量するように構成されていることを特徴としている。
前記内燃機関の過給圧を検出する過給圧センサを備え、
前記ポスト噴射量減量手段は、前記過給圧センサの検出値を段階的に取得し、取得された検出値に基づいて前記ポスト噴射の噴射量を減量させる量を段階的に設定するように構成されていることを特徴としている。
前記ポスト噴射制御手段は、前記内燃機関への減速要求を受けて前記ポスト噴射の噴射時期を進角側に変化させる場合に、前記最後段のポスト噴射の噴射時期を前記中段のポスト噴射及び前記最前段のポスト噴射の噴射時期に先行して進角側に変化させる噴射時期進角手段を含むことを特徴としている。
前記ポスト噴射量減量手段は、前記中段のポスト噴射が複数段ある場合に、機関負荷が低負荷又は高負荷である場合には複数段の前記中段のポスト噴射のうちの後段側から順に噴射量を減量し、機関負荷が中負荷である場合には複数段の前記中段のポスト噴射のうちの前段側から順に噴射量を減量するように構成されていることを特徴としている。
前記噴射時期進角手段は、前記ポスト噴射の噴射時期を進角側に変化させる場合に、変化対象のポスト噴射とその一段前のポスト噴射とのインターバルが所定の最小インターバルより小さくなる場合には、前記最小インターバルが維持されるように前記一段前のポスト噴射の噴射時期を合わせて進角側へと変化させることを特徴としている。
前記ポスト噴射制御手段は、前記ポスト噴射の各段の噴射量が後段ほど多量となるように前記次段目以降の各段のポスト噴射の噴射量を設定することを特徴としている。
第12の発明は、第1乃至第11の何れか1つの発明において、
前記ポスト噴射制御手段は、前記内燃機関の機関負荷及び機関回転速度に応じて前記ポスト噴射の開始時期を設定するように構成されていることを特徴としている。
第13の発明は、第12の発明において、
前記ポスト噴射制御手段は、前記内燃機関の過給圧又は吸気温に基づいて前記ポスト噴射の開始時期を補正するように構成されていることを特徴としている。
第14の発明は、第1乃至第13の何れか1つの発明において、
前記ポスト噴射制御手段は、前記内燃機関の機関負荷及び機関回転速度に応じて前記ポスト噴射の終了時期を設定するように構成されていることを特徴としている。
第15の発明は、第14の発明において、
前記ポスト噴射制御手段は、前記ポスト噴射の終了時期を前記内燃機関の過給圧と燃料噴射圧との関係又は前記内燃機関の吸気温に基づいて補正するように構成されていることを特徴としている。
第16の発明は、第1乃至第15の何れか1つの発明において、
前記内燃機関の排気通路に配置されたNOx吸蔵型還元触媒を備え、
前記ポスト噴射制御手段は、前記NOx吸蔵型還元触媒に吸蔵されたNOxが所定の吸蔵限界量に達した場合に、前記ポスト噴射を実行するように構成されていることを特徴としている。
1−1.実施の形態1の内燃機関の構成
図1は、本発明の実施の形態としての内燃機関システムの概略構成を説明するための図である。図1に示すとおり、本実施の形態のシステムは、複数気筒(図1では4気筒)を有する4サイクルのディーゼルエンジン(以下、単に「エンジン」と称する)10を備えている。エンジン10は車両に搭載され、その動力源とされているものとする。
1−2−1.ポスト噴射によるNSRの浄化動作
制御装置30は、エンジン10をリーン空燃比で運転させている。リーン空燃比による運転中はNOx等の酸化剤がHC、CO等の還元剤よりも多量に排出される。そこで、本実施の形態1のシステムは、排気通路14にNSR18を備えることとしている。NSR18は、NOxをBa(NO3)2等の硝酸塩として吸蔵する機能を有している。このため、本実施の形態1のシステムによれば、リーン運転中であっても、NOxが大気中に放出されてしまうことを効果的に抑制することができる。
ポスト噴射はメイン噴射による燃焼後の膨張行程において実施されるため、噴霧のペネトレーションが強いと燃料が筒内の壁面に付着してオイル希釈量が増加してしまう。そこで、本実施の形態のシステムでは、ポスト噴射を分割して多段化することとしている。ポスト噴射が多段化されると、1噴射当たりの噴射量が少量となり噴霧のペネトレーションが弱まるため、オイル希釈を抑制することができる。
本出願の発明者は、上述したスモーク生成領域、オイル希釈領域及びCO酸化領域を避けることが可能なポスト噴射の条件について鋭意研究を重ねた。その結果、本出願の発明者は、多段化されたポスト噴射のうちの最前段のポスト噴射の噴射量を次段目以降のポスト噴射の噴射量よりも少量にすることが、スモーク生成抑制とオイル希釈の抑制の両立を図る上で重要な条件であることを見出した。
ポスト噴射開始時期=基本噴射開始時期+過給圧補正量+吸気温補正量 ・・・(1)
ポスト噴射終了時期=基本噴射開始時期+圧力差補正量+吸気温補正量 ・・・(2)
圧力差ΔP=燃料噴射圧−係数×過給圧 ・・・(3)
次に、実施の形態1のシステムにおいて実行される具体的処理について説明する。図15は、実施の形態1のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。なお、図15に示すルーチンは、エンジン10の運転中に制御装置30によって繰り返し実行される。
次に、本発明の実施の形態2について図を参照して説明する。実施の形態2のシステムは、実施の形態1と同様のハードウェア構成を用いて、制御装置30に後述する図19に示すルーチンを実行させることにより実現される。
実施の形態1のシステムは、多段化されたポスト噴射を実行するに当たり、エンジン10の定常時を前提としている。しかしながら、エンジン10の運転条件によっては、ポスト噴射の実行中に加速要求が出されることも想定される。このようなエンジン10の過渡時には、加速要求を受けて過給圧が増大するため、筒内の空気量の増大に合わせてポスト噴射の噴射量を増大することが必要となる。
次に、実施の形態2のシステムにおいて実行される具体的処理について説明する。図19は、実施の形態2のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。なお、図19に示すルーチンは、ポスト噴射によるリッチ燃焼中が行われている期間に制御装置30によって繰り返し実行される。なお、本ルーチンの開始時において、ポスト噴射における再前段、中段及び最後段の噴射量の初期値は、それぞれ“Q1”、“Qm,0”及び“QL,0”に制御されているものとする。
Q´m,i=Qm,i+QL,i−QL,i-1 ・・・(4)
Q´L,i=QL,0 ・・・(5)
Q´m,i=Qm,end ・・・(6)
Q´L,i=Qm,i+Qm,end−Qm,i ・・・(7)
次に、本発明の実施の形態3について図を参照して説明する。実施の形態3のシステムは、実施の形態1と同様のハードウェア構成を用いて、制御装置30に後述する図22に示すルーチンを実行させることにより実現される。
実施の形態3のシステムは減速時のポスト噴射を対象としている。すなわち、ポスト噴射の実行中に減速要求が出されると過給圧が減少するため、筒内の空気量の減少に合わせてポスト噴射の噴射量を減少させることが必要となる。
次に、実施の形態3のシステムにおいて実行される具体的処理について説明する。図22は、実施の形態3のシステムが実行するルーチンのフローチャートである。なお、図22に示すルーチンは、ポスト噴射によるリッチ燃焼中が行われている期間に制御装置30によって繰り返し実行される。なお、本ルーチンの開始時において、ポスト噴射における再前段、中段及び最後段の噴射量の初期値は、それぞれ“Q1”、“Qm,0”及び“QL,0”に制御されているものとする。
次に、本発明の実施の形態4について図を参照して説明する。
実施の形態4のシステムは、加速時のポスト噴射において、複数段の中段のポスト噴射の噴射量を増量する場合に、エンジン10の機関負荷条件に応じてその増量順序を変更する動作に特徴を有している。図23は、4段のポスト噴射において噴射量増量制御が行われる場合の増量順を説明するための図である。また、図24は、圧縮行程から膨張行程にかけての筒内温度に対する筒内圧力の変化を示す図である。なお、図24において丸で囲まれた1から4の数字は、図23における1段目から4段目のポスト噴射にそれぞれ対応している。図23に示すとおり、実施の形態4のシステムにおける噴射量増量制御では、最前段(図中の1段目)のポスト噴射の噴射量は増量されず、中段(図中の2−3段目)のポスト噴射と最後段(図中の4段目)のポスト噴射の噴射量が増量される。また、このシステムの噴射量増量制御では、実施の形態2のシステムの噴射量増量制御と同様に、オイル希釈を抑制することを目的として中段のポスト噴射の噴射量が最後段のポスト噴射の噴射量よりも先行して増量される。
次に、本発明の実施の形態5について図を参照して説明する。
実施の形態5のシステムは、減速時のポスト噴射において、複数段のポスト噴射の噴射時期を進角側に変更する場合に、最後段のポスト噴射の噴射時期から順に進角側の目標値へと変更する噴射時期進角手段の構成に特徴を有している。図25は、減速時のポスト噴射の噴射時期を変更する動作を説明するための図である。なお、この図において1段目のチャートは減速開始時の噴射時期を、2段目のチャートは減速時のポスト噴射の噴射時期を変更する動作の比較例を、3段目のチャートは実施の形態5のシステムにおいて減速時のポスト噴射の噴射時期を変更する動作の実施例を、そして4段目のチャートは減速完了時の噴射時期を、それぞれ示している。また、図中においてPm(m=1, 2, …, last)はm番目のポスト噴射を示している。
次に、本発明の実施の形態6について図を参照して説明する。
12 燃料噴射弁
14 排気通路
16 排気マニホールド
18 NOx吸蔵型還元触媒(NSR)
20 吸気通路
22 吸気マニホールド
30 制御装置(ECU)
32 クランク角センサ
34 過給圧センサ
36 エアフローメータ
38 アクセルポジションセンサ
40 吸気温センサ
Claims (16)
- 筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置を有する内燃機関の制御装置において、
メイン噴射による燃焼後の膨張行程において前記燃料噴射装置から燃料を噴射するポスト噴射を多段化して実施するポスト噴射制御手段を備え、
前記ポスト噴射制御手段は、多段化された前記ポスト噴射のうちの最前段のポスト噴射の噴射量が前記最前段のポスト噴射の次以降のポスト噴射である次段目以降のポスト噴射の各段の噴射量よりも少量となるように前記最前段のポスト噴射の噴射量を設定し、
前記ポスト噴射は、前記最前段のポスト噴射と、前記次段目以降のポスト噴射のうちの最後段のポスト噴射を除く中段のポスト噴射と、前記最後段のポスト噴射と、を含んで構成され、
前記ポスト噴射制御手段は、
前記内燃機関への加速要求を受けて前記ポスト噴射の噴射量を目標噴射量へと増量する場合に、前記中段のポスト噴射及び前記最後段のポスト噴射の噴射量を増量するポスト噴射量増量手段を含み、
前記ポスト噴射量増量手段は、前記中段のポスト噴射の噴射量を先行して増量し、前記中段のポスト噴射の噴射量が前記目標噴射量から定まる前記中段のポスト噴射の目標値まで増量された後に、前記最後段のポスト噴射の噴射量を増量するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関の過給圧を検出する過給圧センサを備え、
前記ポスト噴射量増量手段は、前記過給圧センサの検出値を段階的に取得し、取得された検出値に基づいて前記ポスト噴射の噴射量を増量させる量を段階的に設定するように構成されてい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。 - 前記ポスト噴射量増量手段は、前記中段のポスト噴射が複数段ある場合に、機関負荷が低負荷又は高負荷である場合には複数段の前記中段のポスト噴射のうちの前段側から順に噴射量を増量し、機関負荷が中負荷である場合には複数段の前記中段のポスト噴射のうちの後段側から順に噴射量を増量するように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ポスト噴射制御手段は、前記内燃機関への加速要求を受けて前記ポスト噴射の噴射時期を遅角側に変化させる場合に、前記最前段のポスト噴射の噴射時期を前記中段のポスト噴射及び前記最後段のポスト噴射の噴射時期よりも先行して遅角側に変化させる噴射時期遅角手段を含むことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記噴射時期遅角手段は、前記ポスト噴射の噴射時期を遅角側に変化させる場合において、変化対象のポスト噴射とその一段後のポスト噴射とのインターバルが所定の最小インターバルより小さくなる場合には、前記最小インターバルが維持されるように前記一段後のポスト噴射の噴射時期を合わせて遅角側へと変化させることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の制御装置。
- 筒内に燃料を噴射する燃料噴射装置を有する内燃機関の制御装置において、
メイン噴射による燃焼後の膨張行程において前記燃料噴射装置から燃料を噴射するポスト噴射を多段化して実施するポスト噴射制御手段を備え、
前記ポスト噴射制御手段は、多段化された前記ポスト噴射のうちの最前段のポスト噴射の噴射量が前記最前段のポスト噴射の次以降のポスト噴射である次段目以降のポスト噴射の各段の噴射量よりも少量となるように前記最前段のポスト噴射の噴射量を設定し、
前記ポスト噴射は、前記最前段のポスト噴射と、前記次段目以降のポスト噴射のうちの最後段のポスト噴射を除く中段のポスト噴射と、前記最後段のポスト噴射と、を含んで構成され、
前記ポスト噴射制御手段は、
前記内燃機関への減速要求を受けて前記ポスト噴射の噴射量を目標噴射量へと減量する場合に、前記中段のポスト噴射及び前記最後段のポスト噴射の噴射量を減量するポスト噴射量減量手段を含み、
前記ポスト噴射量減量手段は、前記中段のポスト噴射の噴射量を先行して減量し、前記中段のポスト噴射の噴射量が前記目標噴射量から定まる前記中段のポスト噴射の目標値まで減量された後に、前記最後段のポスト噴射の噴射量を減量するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関の過給圧を検出する過給圧センサを備え、
前記ポスト噴射量減量手段は、前記過給圧センサの検出値を段階的に取得し、取得された検出値に基づいて前記ポスト噴射の噴射量を減量させる量を段階的に設定するように構成されていることを特徴とする請求項6に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記ポスト噴射制御手段は、前記内燃機関への減速要求を受けて前記ポスト噴射の噴射時期を進角側に変化させる場合に、前記最後段のポスト噴射の噴射時期を前記中段のポスト噴射及び前記最前段のポスト噴射の噴射時期に先行して進角側に変化させる噴射時期進角手段を含むことを特徴とする請求項6又は7に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ポスト噴射量減量手段は、前記中段のポスト噴射が複数段ある場合に、機関負荷が低負荷又は高負荷である場合には複数段の前記中段のポスト噴射のうちの後段側から順に噴射量を減量し、機関負荷が中負荷である場合には複数段の前記中段のポスト噴射のうちの前段側から順に噴射量を減量するように構成されていることを特徴とする請求項8に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記噴射時期進角手段は、前記ポスト噴射の噴射時期を進角側に変化させる場合に、変化対象のポスト噴射とその一段前のポスト噴射とのインターバルが所定の最小インターバルより小さくなる場合には、前記最小インターバルが維持されるように前記一段前のポスト噴射の噴射時期を合わせて進角側へと変化させることを特徴とする請求項8又は9に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ポスト噴射制御手段は、前記ポスト噴射の各段の噴射量が後段ほど多量となるように前記次段目以降の各段のポスト噴射の噴射量を設定することを特徴とする請求項1乃至10の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ポスト噴射制御手段は、前記内燃機関の機関負荷及び機関回転速度に応じて前記ポスト噴射の開始時期を設定するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ポスト噴射制御手段は、前記内燃機関の過給圧又は吸気温に基づいて前記ポスト噴射の開始時期を補正するように構成されていることを特徴とする請求項12に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ポスト噴射制御手段は、前記内燃機関の機関負荷及び機関回転速度に応じて前記ポスト噴射の終了時期を設定するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至13の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記ポスト噴射制御手段は、前記ポスト噴射の終了時期を前記内燃機関の過給圧と燃料噴射圧との関係又は前記内燃機関の吸気温に基づいて補正するように構成されていることを特徴とする請求項14に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記内燃機関の排気通路に配置されたNOx吸蔵型還元触媒を備え、
前記ポスト噴射制御手段は、前記NOx吸蔵型還元触媒に吸蔵されたNOxが所定の吸蔵限界量に達した場合に、前記ポスト噴射を実行するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至15の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
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