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JP6281324B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
触媒などの排気浄化部には排気ガス中の硫黄化合物が堆積する場合がある。特許文献１には、触媒に堆積した硫黄を離脱させる硫黄被毒再生制御が開示されている。また、特許文献２〜４にも触媒の再生に関する技術が開示されている。
特開２０１０−２２９９１６号公報 特開平７−２４７９１６号公報 特開２００４−２４５０４６号公報 特開２０１１−１３２８３６号公報
堆積していた硫黄化合物が排気浄化部から離脱すると、排気ガスが白煙として視認される場合がある。このような白煙が視認されると、例えばユーザに不安感を与える恐れがある。
そこで、白煙が視認されにくい内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
上記目的は、内燃機関の排気系に設けられた排気浄化部と、前記排気浄化部への硫黄化合物の堆積量を推定する推定部と、前記排気浄化部の温度を検出する検出部と、前記内燃機関の吸入空気量を調整する調整部と、前記排気浄化部への硫黄化合物の堆積量が所定値以上であり前記排気浄化部の温度が所定値以上となった、排気ガスが白煙として視認され得る条件が成立した場合での吸入空気量を、前記条件が成立した場合での運転状態と同じ運転状態で前記条件が不成立の場合に設定される吸入空気量よりも増量させることによって、白煙が希釈化されるように前記調整部を制御する吸入空気量増量制御を実行する制御部と、を備えた内燃機関の制御装置によって達成できる。
前記制御部は、前記条件が成立し前記内燃機関の運転状態が所定領域に属している場合に前記吸入空気量増量制御を実行し、前記内燃機関の運転状態が前記所定領域よりも高負荷側又は高回転側の領域に属している場合には前記条件が成立した場合であっても前記吸入空気量増量制御は実行しない、構成を採用してもよい。
前記調整部は、スロットル弁、ＥＧＲ弁、過給機の排気タービンの可変ノズルベーンの少なくとも一つであり、前記吸入空気量増量制御では、前記スロットル弁を開き側に制御する、前記ＥＧＲ弁を閉じ側に制御する、前記可変ノズルベーンを閉じ側に制御する、のうちの少なくとも一つを実行される、構成を採用してもよい。
白煙が視認されにくい内燃機関の制御装置を提供できる。
図１は、本実施例のエンジンシステムの説明図である。 図２Ａ〜２Ｄは、白煙が生じる場合での各種値を示したグラフである。 図３は、白煙が視認される領域と視認されない領域とを示したマップである。 図４は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。
図１は、実施例に係るエンジンシステム１０の説明図である。ディーゼルエンジン（以下、エンジンと称する）１１は、吸気マニホールド１２、排気マニホールド１３を備えている。吸気マニホールド１２は、吸気通路１４を介してターボチャージャ１５のコンプレッサ１６の出口に連結されている。吸気通路１４には、吸気を冷却するインタークーラＩＣが設けられ、エンジン１１への吸気量を調整するスロットル弁Ｖが配置されている。排気マニホールド１３は、排気通路１７を介してターボチャージャ１５の排気タービン１８の入口に接続されている。排気タービン１８の入口には、可変ノズルベーン１８ａが設けられている。可変ノズルベーン１８ａの開度に応じて、排気タービン１８を通過する排気の流速を調整できる。排気タービン１８の出口は、排気通路１９に接続されている。エンジン１１からの排気ガスは、排気タービン１８を通って排気通路１９に排出される。エンジン１１は、４つの気筒Ｃ、４つの気筒Ｃのそれぞれに直接燃料を噴射する４つの燃料噴射弁Ｆ、を備えているがこれに限定されない。吸気通路１４と排気通路１７との間に、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路１４ａが接続されている。ＥＧＲ通路１４ａには、ＥＧＲ弁Ｖａが設けられている。エンジン１１にはエンジン回転数を検出するためのクランク角センサＣＳが設けられている。
排気通路１９には、排気を浄化する排気浄化装置Ｅが設けられている。排気浄化装置Ｅ内には、上流側から下流側の順に、ＤＯＣ（Ｄｉｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）２０、ＤＰＦ（Ｄｉｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）２１、が設けられている。ＤＯＣ２０は、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＮＯを酸化させてＨ２Ｏ、ＣＯ２に変換する酸化触媒である。ＤＰＦ２１は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を捕集する。排気浄化装置Ｅは、排気浄化部の一例である。
排気タービン１８とＤＯＣ２０との間の排気通路１９には、燃料添加弁２４、ＳＯｘセンサ２５、温度センサ２６が設けられている。ＳＯｘセンサ２５は、ＤＯＣ２０に流れる排気ガス中の硫黄濃度を検出する。尚、ＳＯｘセンサ２５の代わりに、燃料タンクに燃料性状センサを設けて燃料中の硫黄濃度を直接検出してもよい。燃料添加弁２４は、ＤＰＦ２１に堆積したＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を燃焼させるための燃料を排気ガスに添加する。温度センサ２６は、ＤＯＣ２０に流入する排気ガスの温度を検出する。
ＤＯＣ２０とＤＰＦ２１との間の排気通路１９には、温度センサ２７が設けられている。温度センサ２７は、ＤＯＣ２０を通過しＤＰＦ２１に流入する排気ガスの温度を検出する。ＤＰＦ２１よりも下流側の排気通路１９には、温度センサ２８、空燃比センサ２９が設けられている。温度センサ２８は、ＤＰＦ２１を通過した排気ガスの温度を検出する。空燃比センサ２９は、ＤＰＦ２１を通過した排気ガスの空燃比を検出する。
ＥＣＵ３０は、エンジンシステム１０の全体制御を行う。ＥＣＵ３０は、図示せぬＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等から構成されるコンピュータである。ＥＣＵ３０は、スロットル弁Ｖ、ＥＧＲ弁Ｖａや、上記センサ等が電気的に接続されている。
ＥＣＵ３０は、ＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１の硫黄化合物の堆積量を推定する。具体的には、硫黄化合物の堆積量は、エンジン１１で消費される燃料量と相関関係があるため、ＥＣＵ３０はエンジン１１で消費される燃料消費量に基づいて堆積量を推定する。しかしながら硫黄化合物の堆積量をこれ以外の方法で推定してもよい。また、本エンジンシステム１０が使用される地域で使用される燃料中の硫黄濃度をＥＣＵ３０に予め記憶させておいて、この硫黄濃度を考慮して硫黄化合物の堆積量を推定してもよい。また、ＳＯｘセンサ２５等からの出力値に基づいて推定した燃料中の硫黄濃度を考慮して硫黄化合物の堆積量を推定してもよい。ＥＣＵ３０は、排気浄化部の硫黄化合物の堆積量を推定する推定部の一例である。
ＥＣＵ３０は、温度センサ２６、２７、２８の測定値に基づいて、排気浄化装置Ｅの温度、即ち触媒床温を検出する。尚、ＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１に直接温度センサを設けてこれらの温度を検出してもよい。温度センサ２６、２７、２８は、排気浄化部の温度を検出する検出部の一例である。尚、エンジン１１の運転状態から触媒床温を推定してもよい。
次に、排気ガスが白煙として視認される場合について説明する。図２Ａ〜２Ｄは、白煙が生じる場合での各種値を示したグラフである。図２Ａの縦軸は、排気ガス中に含まれる硫黄化合物の濃度を示している。また、図２Ａでは、排気ガスが白煙として視認されない許容限界値を点線で示している。図２Ｂの縦軸は、エンジン回転数を示している。図２Ｃの縦軸は、吸入空気量を示している。図２Ｄの縦軸は触媒床温を示している。図２Ａ〜２Ｄの横軸は経過時間を示している。
ＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１にある程度の硫黄化合物が堆積しており、エンジン１１の回転数が徐々に上昇して触媒床温が徐々に高温化する場合を想定する。図２Ｂ〜２Ｄに示すように、エンジン１１の回転数が増大し吸入空気量が増大しエンジン１１の運転状態が後述する領域Ｒ１に属し触媒床温が上昇すると、図２Ａに示すように、排気ガス中の硫黄化合物濃度が許容限界値に近づく。図２Ｄに示すように触媒床温が更に上昇すると、図２Ａに示すように硫黄化合物濃度が許容限界値を超えて排気ガスが白煙として視認される。この理由は、触媒床温が所定値以上に至るとＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１から離脱する硫黄化合物（ＳＯｘ）の量が増大し排気ガス中のＳＯ３がＨ２Ｏと結合してミスト状のＨ２ＳＯ４となって白煙として排出されるからと考えられる。このような白煙は、例えば車両が登坂するときに排気ガスの温度が高い状態となった場合や、ＰＭ再生制御実行時にＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１が高温となった場合に発生し得る。
図３は、白煙が視認される領域Ｒ１と視認されない領域Ｒ２とを示したマップである。このマップは、縦軸はエンジン１１の負荷を示し、横軸はエンジン１１の回転数を示している。このマップは、予め実験等により作成されＥＣＵ３０のＲＯＭに格納されている。エンジン１１の運転状態によっては、ＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１に所定値以上の硫黄化合物が堆積した状態でＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１が高温化した場合であっても、排気ガスが白煙として視認されない場合がある。
例えば領域Ｒ１よりもエンジン回転数が高い領域Ｒ２に運転状態が属する場合、排気ガスの流速が速いため排気ガス中の硫黄化合物濃度も低下して白煙が視認されにくく、またこの場合車速も速い場合が多く白煙が視認しにくいからである。また、領域Ｒ１よりも負荷が高い領域Ｒ２に運転状態が属する場合、燃料噴射量が増量しており排気ガスの温度が高温であるため、白煙の一因である水分は排気ガスが排気通路１７から外部へ排出される前に蒸発すると考えられる。尚、領域Ｒ１よりもエンジン負荷や回転数が低い領域Ｒ２に運転状態が属する場合には、ＤＯＣ２０の温度も低いためＤＯＣ２０から離脱する硫黄化合物の量は少ないため、白煙は視認しにくい。
本実施例では白煙が視認され得る条件が成立した場合に吸入空気量を増量させることにより、白煙を希釈して視認されにくくする。図２Ａ、２Ｃには、吸入空気量が増量した場合の硫黄化合物濃度、吸入空気量を点線で示している。
図４は、ＥＣＵ３０が実行する制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ３０は、ＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１の硫黄化合物の堆積量が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１）。所定値とは、エンジン１１の運転状態が領域Ｒ１に属しＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１の温度が所定範囲にある場合に、ＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１に堆積した硫黄化合物の離脱を起因として排気ガスが白煙として視認され得る場合でのＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１の硫黄化合物の堆積量の値である。
ステップＳ１で肯定判定の場合、ＥＣＵ３０は、触媒床温度が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。所定値とは、エンジン１１の運転状態が領域Ｒ１に属しＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１の硫黄化合物の堆積量が所定値以上の場合に硫黄化合物の離脱を起因として排気ガスが白煙として視認され始める触媒床温度の値である。
ＥＣＵ３０は、エンジン１１の運転状態が領域Ｒ１に属しているか否かを判定する（ステップＳ３）。具体的には、ＥＣＵ３０は、エンジン１１の燃料噴射量と回転数とに基づいてＥＣＵ３０はエンジンの運転状態を把握し、このエンジン１１の運転状態が図３のマップに示した領域Ｒ１に属しているか否かを判定する。尚、上記のステップＳ１〜Ｓ３の処理は、白煙が発生し得る条件を満たすか否かを判定する処理に相当する。
ステップＳ１〜Ｓ３の何れかで否定判定の場合、ＥＣＵ３０は吸入空気量通常制御（以下、通常制御と称する）を実行する（ステップＳ４）。通常制御とは、吸入空気量が、要求されるエンジン１１の運転状態に対応した目標吸入空気量に至るようにＥＧＲ弁Ｖａやスロットル弁Ｖの開度を調整する制御である。ステップＳ１、Ｓ２の何れかで否定判定の場合には白煙は発生せず、又はステップＳ３で否定判定の場合には白煙が視認しにくいため、この場合には吸入空気量は通常の態様で制御しても問題がないからである。通常制御は、白煙が発生する条件が成立しない場合に実行される制御である。通常制御の実行後は、本一連の制御は終了する。
ステップＳ１〜Ｓ３の全てで肯定判定の場合には、白煙が発生して視認され得る場合である。この場合、ＥＣＵ３０は吸入空気量増量制御（以下、増量制御と称する）を実行する（ステップＳ５）。増量制御では、増量制御での運転状態と同じ運転条件で通常制御が実行された場合に設定される吸入空気量よりも、吸入空気量を増量させる制御である。具体的には、スロットル弁Ｖの開度を全開にし、ＥＧＲ弁Ｖａの開度を全閉に調整する。これにより、エンジン１１に導入される新気が増量し、エンジン１１の吸気側に還流される排気ガスの量が略ゼロとなる。これにより図２Ａ、図２Ｃに点線で示したように吸入空気量が増量して、排気ガスも増量し白煙が希釈されて視認されにくくなる。スロットル弁Ｖ、ＥＧＲ弁Ｖａは、吸入空気量を調整する調整部の一例である。
次に、ＥＣＵ３０は、増量制御を実行している期間が所定期間経過したか否かを判定する（ステップＳ６）。ここで、所定期間とは、ＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１に堆積した硫黄化合物が全て離脱するのに十分な期間である。ステップＳ６で肯定判定の場合には、本制御は終了する。本制御終了時には、ＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１への硫黄化合物の堆積量はゼロにリセットされ、再度本制御が実行され場合でのステップＳ１の処理において、堆積量がリセットされてからの燃料消費量に基づいて硫黄化合物の堆積量が推定される。
ステップＳ６で否定判定の場合には、ＥＣＵ３０はステップＳ１以降の処理を実行する。尚、この場合に再び本制御が実行されたステップＳ１の処理では、ＥＣＵ３０は増量制御が実行された実際の期間中にＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１から離脱したであろう硫黄化合物の堆積量を考慮して、現状の硫黄化合物の堆積量を推定する。
以上のように、白煙が視認され得る条件が成立した場合に増量制御を実行して白煙を視認しにくくしユーザに不安感を与えることを抑制でき、条件不成立の場合には通常制御を実行してドライバビリティへの影響を抑制できる。
尚、増量制御では、スロットル弁Ｖを全開にしＥＧＲ弁Ｖａを全閉に調整することに限られない。例えば、増量制御でのスロットル弁Ｖの開度を、増量制御での運転状態と同じ運転状態において通常制御で設定されるスロットル弁Ｖの開度よりも開き側に制御すればよい。同様に、増量制御でのＥＧＲ弁Ｖａの開度を、増量制御での運転状態と同じ運転状態において通常制御で設定されるＥＧＲ弁Ｖａの開度よりも閉じ側に制御すればよい。この場合でも通常制御時よりも吸入空気量を増量できるからである。
増量制御では、スロットル弁Ｖのみの開度を通常制御時よりも開き側に制御し、ＥＧＲ弁Ｖａの開度については通常制御を継続してもよい。また、ＥＧＲ弁Ｖａのみの開度を通常制御時よりも閉じ側に制御し、スロットル弁Ｖの開度をエンジン１１については通常制御を継続してもよい。
増量制御での可変ノズルベーン１８ａの開度を、増量制御での運転状態と同じ運転状態において通常制御で設定される可変ノズルベーン１８ａの開度よりも閉じ側に制御してもよい。これにより、過給圧が低下しエンジン１１への吸入空気量を増量させることができる。従って、増量制御では、スロットル弁Ｖを開き側に制御する、ＥＧＲ弁Ｖａを閉じ側に制御する、可変ノズルベーン１８ａを閉じ側に制御する、のうちの少なくとも一つを実行すればよい。
上記増量制御は、燃料添加弁２４から排気ガスに燃料を点火してＤＰＦ２１に堆積したＰＭを燃焼させるＰＭ再生制御を実行中でのＤＰＦ２１の昇温中にあわせて行ってもよい。
使用される燃料中の硫黄成分の濃度が濃いほど、増量制御の実行期間が長くなるように補正してもよい。また、使用される燃料中での硫黄成分の濃度が濃いほど、吸入空気量の増量分が増大するように補正してもよい。一般的に、使用される燃料中の硫黄成分の濃度が濃いほど、白煙が排出される期間も長くなり、排気ガス中の硫黄成分濃度も濃くなり、白煙が視認しやすくなるからである。また、使用される燃料中の硫黄成分の濃度が濃いほど、領域Ｒ１を拡大してもよい。
尚、吸入空気量を増大させることにより、ＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１の温度を若干低下させることができる。これによっても、ＤＯＣ２０、ＤＰＦ２１からの硫黄化合物の離脱を抑制して白煙の発生を抑制して白煙を視認しにくくすることができる。
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
１１ エンジン
１８ａ 可変ノズルベーン（調整部）
２０ ＤＯＣ（排気浄化部）
２１ ＤＰＦ（排気浄化部）
２５ ＳＯｘセンサ
２６〜２８ 温度センサ（検出部）
３０ ＥＣＵ
Ｖ スロットル弁（調整部）
Ｖａ ＥＧＲ弁（調整部）
Ｅ 排気浄化装置（排気浄化部）

Claims (3)

  1. 内燃機関の排気系に設けられた排気浄化部と、
    前記排気浄化部への硫黄化合物の堆積量を推定する推定部と、
    前記排気浄化部の温度を検出する検出部と、
    前記内燃機関の吸入空気量を調整する調整部と、
    前記排気浄化部への硫黄化合物の堆積量が所定値以上であり前記排気浄化部の温度が所定値以上となった、排気ガスが白煙として視認され得る条件が成立した場合での吸入空気量を、前記条件が成立した場合での運転状態と同じ運転状態で前記条件が不成立の場合に設定される吸入空気量よりも増量させることによって、白煙が希釈化されるように前記調整部を制御する吸入空気量増量制御を実行する制御部と、を備えた内燃機関の制御装置。
  2. 前記制御部は、前記条件が成立し前記内燃機関の運転状態が所定領域に属している場合に前記吸入空気量増量制御を実行し、前記内燃機関の運転状態が前記所定領域よりも高負荷側又は高回転側の領域に属している場合には前記条件が成立した場合であっても前記吸入空気量増量制御は実行しない、請求項１の内燃機関の制御装置。
  3. 前記調整部は、スロットル弁、ＥＧＲ弁、過給機の排気タービンの可変ノズルベーンの少なくとも一つであり、
    前記吸入空気量増量制御では、前記スロットル弁を開き側に制御する、前記ＥＧＲ弁を閉じ側に制御する、前記可変ノズルベーンを閉じ側に制御する、のうちの少なくとも一つを実行される、請求項１又は２の内燃機関の制御装置。
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