(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に排気を浄化する触媒を有する排気後処理装置を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記排気後処理装置よりも上流側の排気通路に設けられたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービン及び前記コンプレッサを回転させる電動機と、
前記コンプレッサよりも下流側の吸気通路に設けられ、前記内燃機関に導入される吸入空気の温度を検出する吸入空気温度検出手段と、
前記吸入空気温度検出手段の検出に基づいて、前記内燃機関から排出される排気の温度を算出する排気温度算出手段と、
前記排気温度算出手段の算出値が、前記タービンを通過することで前記排気の温度が低下することを考慮して予め設定した下限閾値以下の場合に、前記触媒の温度が触媒活性温度よりも低く冷却されることを防止すべく、前記算出値が前記下限閾値よりも高くなるまで前記電動機を駆動させる駆動制御手段と、を備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記タービンよりも下流側の排気通路に設けられた低圧段タービン及び前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路に設けられた低圧段コンプレッサを有する低圧段ターボチャージャをさらに備え、
前記ターボチャージャは高圧段ターボチャージャである
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記触媒は、排気中の窒素化合物を浄化するＮＯｘ触媒と排気中の粒子状物質を捕集するフィルタとから構成される
ことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に電動機付きターボチャージャを有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジンという）においては、エンジンの熱効率向上の観点からエンジンのダウンサイジング化が行われている。ダウンサイジング化は排気量の小さなエンジンで排気量の大きなエンジンと同程度の出力を必要とするので、エンジンに導入される吸入空気を過給するターボチャージャが一般的に用いられている。特に、ターボチャージャの総合効率を上げて高出力低燃費化を図るべく、低圧段ターボチャージャと高圧段ターボチャージャとを有する二段過給システムが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には高圧段タービン及び高圧段コンプレッサを有する高圧段ターボチャージャと、低圧段タービン及び低圧段コンプレッサを有する低圧段ターボチャージャとを備えた二段過給システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−７１１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ターボチャージャを有するエンジンでは、エンジンから排出された排気はターボチャージャで膨張（ポリトロープ変化）する。そのため、エンジンの部分負荷運転時や低負荷運転時に排気の温度が低下すると、排気後処理装置のＮＯｘ触媒やディーゼル・パティキュレイト・フィルタ等の温度（以下、単に触媒温度という）は流入する低温の排気により活性温度に到達できなくなる。そして、触媒温度が活性温度に到達できないと、排気中のＮＯｘや粒子状物質を十分に浄化できず、エンジンの排気ガス性能が悪化してしまう可能性がある。特に、二段過給システムにおいては、排気の温度が高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャとの二段階で低下するため、エンジンの排気ガス性能は一段過給システムに比べて悪化してしまう傾向がある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、エンジンの運転領域全域で排気後処理装置の触媒温度を活性温度に維持することで、エンジンの排気ガス性能の低下を効果的に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の制御装置は、排気通路に排気を浄化する触媒を有する排気後処理装置を備えた内燃機関の制御装置であって、前記排気後処理装置よりも上流側の排気通路に設けられたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、前記タービン及び前記コンプレッサを回転させる電動機と、前記コンプレッサよりも下流側の吸気通路に設けられ、前記内燃機関に導入される吸入空気の温度を検出する吸入空気温度検出手段と、前記吸入空気温度検出手段の検出に基づいて、前記内燃機関から排出される排気の温度を算出する排気温度算出手段と、前記排気温度算出手段の算出値に基づいて、該算出値が前記触媒の温度を触媒活性温度よりも低く冷却する下限閾値以下の場合に、該算出値が該下限閾値よりも高くなるまで前記電動機を駆動させる駆動制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記タービンよりも下流側の排気通路に設けられた低圧段タービン及び前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路に設けられた低圧段コンプレッサを有する低圧段ターボチャージャをさらに備え、前記ターボチャージャは高圧段ターボチャージャであってもよい。
【０００９】
また、前記触媒は、排気中の窒素化合物を浄化するＮＯｘ触媒と排気中の粒子状物質を捕集するフィルタとから構成されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、エンジンの運転領域全域で排気後処理装置の触媒温度を活性温度に維持することで、エンジンの排気ガス性能の低下を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置のエンジン出口排気温度マップを示す模式的な図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置による制御内容を示すフローである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図１〜３に基づいて、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置１について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１３】
本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置１は、図１に示すように、ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジンという）２と、電動機付き高圧段ターボチャージャ（ターボチャージャ）２０と、電動機付き高圧段ターボチャージャ２０よりも大容量の低圧段ターボチャージャ３０と、排気後処理装置４０と、吸入空気温センサ（吸入空気温度検出手段）５０と、ＥＣＵ（制御部）６０とを備える。
【００１４】
エンジン２には、図１に示すように、吸気マニホールド３と排気マニホールド４とが設けられている。また、吸気マニホールド３には、吸気弁２ａの開弁により電動機付き高圧段ターボチャージャ２０から送出される高圧吸気を導入する高圧吸気通路５が接続され、排気マニホールド４には、排気弁２ｂの開弁により排気を排出する第１排気通路６が接続されている。また、高圧吸気通路５には、吸入空気を冷却するインタークーラ７が設けられている。
【００１５】
電動機付き高圧段ターボチャージャ２０は、図１に示すように、高圧吸気通路５の上流側に設けられた高圧段コンプレッサ２１と、第１排気通路６の下流側に設けられた高圧段タービン２２とを有する。高圧段タービン２２の下流側には第２排気通路９が設けられている。また、高圧段コンプレッサ２１と高圧段タービン２２とは回転軸２３で接続され、回転軸２３には電動機２４が取り付けられている。
【００１６】
電動機２４は、回転軸２３に設けられた図示しないロータと、ロータの周囲に配設された図示しないステータとを備え構成されている。また、電動機２４は、電気配線を介してＥＣＵ６０に接続されており、ＥＣＵ６０から出力される制御信号に応じて駆動がコントロールされるように構成されている。
【００１７】
すなわち、本実施形態の電動機付き高圧段ターボチャージャ２０は、排気エネルギーのみで過給を行う通常の過給機としても機能し、電動機２４を駆動させてさらなる過給を行うこともでき、さらに、排気エネルギーで高圧段タービン２２を介して電動機２４を回転させることで回生発電を行うことも可能である。
【００１８】
低圧段ターボチャージャ３０は、図１に示すように、高圧段コンプレッサ２１に低圧吸気通路１０で接続された低圧段コンプレッサ３１と、第２排気通路９の下流側に設けられた低圧段タービン３２とを有する。また、低圧段コンプレッサ３１と低圧段タービン３２とは、回転軸で接続されている。また、低圧段コンプレッサ３１の上流側には吸気通路１１を介してエアクリーナ１３が接続され、低圧段タービン３２の下流側には第３排気通路１２を介して排気後処理装置４０が接続されている。すなわち、低圧段ターボチャージャ３０は、エンジン２の排気エネルギーで低圧段タービン３２が駆動するとともに、同軸に設けられた低圧段コンプレッサ３１によりエアクリーナ１３を介して導入される吸入空気を圧縮して高圧段コンプレッサ２１に送出するように構成されている。
【００１９】
排気後処理装置４０は、図１に示すように、第３排気通路１２に設けられており、上流側から順に酸化触媒（以下、ＤＯＣという）４１と、ディーゼル・パティキュレイト・フィルタ（以下、ＤＰＦという）４２と、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＬＮＴ触媒という）４３とを備え構成されている。また、排気後処理装置４０よりも上流側の第３排気通路１２には、第３排気通路１２内に燃料を直接噴射する排気管噴射装置４５が設けられている。
【００２０】
ＤＯＣ４１は、公知の構造であって、コーディエライトハニカム構造体等よりなるセラミック製担体の表面に酸化触媒を担持して形成されている。このＤＯＣ４１は、エンジン２のポスト噴射や排気管噴射装置４５の排気管内噴射により未燃燃料が供給されるとこれを酸化するとともに、酸化により発生する熱で排気ガスを昇温して下流側のＤＰＦ４２やＬＮＴ触媒４３を昇温する。
【００２１】
ＤＰＦ４２は、公知の構造であって、セラミック製のハニカム構造体からなる多数のセル内をガス流路として備え、上流側と下流側とを交互に目封じして形成されている。このＤＰＦ４２は、排気中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集するとともに、エンジン２のポスト噴射や排気管噴射装置４５の排気管内噴射によりＤＯＣ４１で発生する酸化熱でＰＭ燃焼温度（例えば、５００℃程度）まで昇温されることで、堆積したＰＭを定期的に燃焼除去するように構成されている。
【００２２】
ＬＮＴ触媒４３は、公知の構造であって、ハニカム構造の触媒担体にＮＯｘ吸蔵材等を担持して形成されている。このＬＮＴ触媒４３は、リーン雰囲気の通常運転時にＮＯｘを吸蔵するとともに、リッチ雰囲気下で吸蔵したＮＯｘを放出してＮ2に還元浄化する。一般的にディーゼルエンジンはリーン雰囲気で運転される。したがって、ＬＮＴ触媒４３は、エンジン２のポスト噴射や排気管噴射装置４５の排気管内噴射により一時的にリッチ雰囲気にすることで、ＮＯｘをＮ2に還元浄化するように構成されている。
【００２３】
吸入空気温センサ５０は、エンジン２に導入される吸入空気の温度を検出するもので、図１に示すようにインタークーラ７よりも下流側の高圧吸気通路５に設けられている。また、吸入空気温センサ５０は、電気配線を介してＥＣＵ６０に接続されている。すなわち、吸入空気温センサ５０は、高圧段コンプレッサ２１で圧縮されてインタークーラ７で冷却された吸入空気の温度を検出するとともに、検出した吸入空気の温度をＥＣＵ６０に出力するように構成されている。
【００２４】
ＥＣＵ（電子制御ユニット）６０は、エンジン２の運転状態に応じて燃料噴射期間や燃料噴射量等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うために、ＥＣＵ６０には、エンジン回転センサ（不図示）、アクセル開度センサ（不図示）、吸入空気温センサ５０等の各種センサの出力信号がＡ／Ｄ変換された後に入力される。
【００２５】
また、ＥＣＵ６０は、排気温度算出部（排気温度算出手段）６１と、触媒温度冷却判定部（駆動制御手段）６２と、電動機駆動制御部（駆動制御手段）６３とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ６０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
【００２６】
排気温度算出部６１は、吸入空気温センサ５０の検出値に基づいて、エンジン２から排出されて第１排気通路６を流れる排気の温度（以下、排気温度ＴOUTという）を算出する。具体的には、排気温度算出部６１には、予め実験等で作成したエンジン２に導入される吸入空気の温度（以下、吸気温度ＴINという）と排気温度ＴOUTとの関係を示すエンジン出口排気温度マップ（図２参照）が記憶されている。そして、排気温度算出部６１は、このエンジン出口排気温度マップから吸入空気温センサ５０の検出値（吸気温度ＴIN）に対応する排気温度ＴOUTを読み取ることで、エンジン２から排出された排気の温度を算出するように構成されている。
【００２７】
触媒温度冷却判定部６２は、排気温度算出部６１で算出された排気温度ＴOUTに基づいて、高圧段タービン２２及び低圧段タービン３２を通過して約２００℃ほど低下する排気（以下、低温排気という）により、ＬＮＴ触媒４２やＤＰＦ４３の温度（以下、単に触媒温度ＴFという）が活性温度よりも低く冷却されるか否かを判定する。具体的には、排気温度ＴOUTが予め設定した下限閾値ＴMIN（例えば５００℃）以下の場合は、触媒温度ＴFは低温排気により活性温度（例えば３００℃）より低く冷却されると判定する。一方、排気温度ＴOUTが下限閾値（例えば５００℃）ＴMINよりも高い場合は、触媒温度ＴFは低温排気により活性温度（例えば３００℃）まで冷却されないと判定する。
【００２８】
電動機駆動制御部６３は、触媒温度冷却判定部６２により触媒温度ＴFが活性温度よりも低く冷却されると判定された場合に、電動機２４を駆動させて吸入空気を圧縮昇温することで吸気温度ＴINを上昇させる。具体的には、この電動機駆動制御部６３には、排気温度算出部６１により算出された排気温度ＴOUTが常時入力されている。そして、電動機駆動制御部６３は、排気温度ＴOUTが下限閾値ＴMINよりも高くなるまで、電動機２４を駆動させる制御信号を出力するように構成されている。なお、電動機駆動制御部６３による電動機２４の駆動は、例えば予め実験等で作成した電動機２４の回転数と圧縮吸気の温度上昇との関係を示すマップを記憶しておき、係るマップに基づいて電動機２４の駆動を制御してもよい。
【００２９】
本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置１は、以上のように構成されているので、例えば図３に示すフローに従って以下のような制御が行われる。
【００３０】
ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、排気温度算出部６１により、吸入空気温センサ５０の検出値（吸気温度ＴIN）に基づいて、エンジン２から排出される排気の温度（排気温度ＴOUT）が算出される。具体的には、エンジン出口排気温度マップから吸気温度ＴINに対応する排気温度ＴOUTが読み取られる。
【００３１】
Ｓ１１０では、触媒温度冷却判定部６２により、Ｓ１００で算出された排気温度ＴOUTに基づいて、高圧段タービン２２及び低圧段タービン３２を通過した低温排気により、触媒温度ＴFが活性温度よりも低く冷却されるか否かを判定する。排気温度ＴOUTが下限閾値ＴMIN以下の場合は、触媒温度ＴFは低温排気により活性温度より低く冷却されると判定されてＳ１２０へと進む。一方、排気温度ＴOUTが下限閾値ＴMINよりも高い場合は、触媒温度ＴFは低温排気により活性温度まで冷却されないと判定されてリターンされる。
【００３２】
Ｓ１２０では、電動機駆動制御部６３により、排気温度ＴOUTが下限閾値ＴMINよりも高くなるまで電動機２４が駆動される。すなわち、吸入空気が高圧段コンプレッサ２２の回転により圧縮昇温され、排気温度ＴOUTが下限閾値ＴMINよりも高くなるまで電動機２４の駆動が継続される。
【００３３】
Ｓ１３０では、排気温度算出部６１に、吸入空気温センサ５０の検出値（吸気温度ＴIN）が読み込まれ、排気温度ＴOUTが再び算出される。
【００３４】
Ｓ１４０では、触媒温度冷却判定部６２により、Ｓ１３０で算出された排気温度ＴOUTが下限閾値ＴMINよりも高いか否かが確認される。排気温度ＴOUTが下限閾値ＴMIN以下の場合は、電動機２４のさらなる駆動が必要と判定されてＳ１２０に戻される。一方、排気温度ＴOUTが下限閾値ＴMINよりも高い場合は、電動機２４のさらなる駆動は不要と判定されて本制御はリターンされる。
【００３５】
以上のような構成により、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置１によれば以下のような作用効果を奏する。
【００３６】
エンジン２の部分負荷運転時や低負荷運転時に、エンジン２に導入される吸気温度ＴINに基づいて算出された排気温度ＴOUTが、ＤＰＦ４２やＬＮＴ触媒４３の触媒温度ＴFを活性温度よりも低く冷却する下限閾値ＴMIN以下になると、電動機２４が駆動され高圧段コンプレッサ２２が回転することで吸入空気は圧縮昇温される。そして、電動機２４の駆動は、吸気温度ＴINの上昇により排気温度ＴOUTが下限閾値ＴMINよりも高くなるまで継続される。
【００３７】
したがって、部分負荷運転時や低負荷運転時を含めエンジン２の運転領域全域で、ＤＰＦ４２やＬＮＴ触媒４３等の触媒温度ＴFを活性温度に維持することが可能となり、エンジン２の排気ガス性能の低下を効果的に防止することができる。
【００３８】
また、触媒温度ＴFを活性温度に維持することが可能となり、エンジン２のポスト噴射量や排気管噴射装置４５による燃料噴射量も低減されるので、エンジン２の燃費を効果的に改善することもできる。
【００３９】
また、必要に応じて電動機２４の回転を大きくすれば、吸気温度ＴINが大幅に上昇され、排気温度ＴOUTも大幅に上昇することができる。したがって、ＤＰＦ４２やＬＮＴ触媒４３を昇温するために設けられたＤＯＣ４１を排気後処理装置４０から省略もしくは小型化することが可能となり、排気後処理装置４０の生産コストの上昇を効果的に抑制することもできる。
【００４０】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００４１】
例えば、上述の実施形態において、本発明は電動機付き高圧段ターボチャージャ２０と低圧段ターボチャージャ３０とを有する二段過給システムに適用されるものとして説明したが、電動機付きターボチャージャを一段のみ備える一段過給システムに適用してもよい。この場合も上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４２】
また、電動機２４は、必ずしも高圧段ターボチャージャ２０に取り付けられる必要はなく、例えば低圧段ターボチャージャ３０に取り付けられてもよい。
【００４３】
また、排気後処理装置４０は、ＬＮＴ触媒４３を備えるものとして説明したが、このＬＮＴ触媒４３に替えて、例えば、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）を適用することもできる。ＳＣＲ触媒の場合は、ＤＰＦ４２とＳＣＲ触媒との間に尿素水噴射装置を設ければよい。
【符号の説明】
【００４４】
２  エンジン（内燃機関）
２０  電動機付き高圧段ターボチャージャ（ターボチャージャ）
２１  高圧段コンプレッサ（コンプレッサ）
２２  高圧段タービン（タービン）
２４  電動機
３０  低圧段ターボチャージャ
３１  低圧段コンプレッサ
３２  低圧段タービン
４０  排気後処理装置
４２  ＤＰＦ（フィルタ）
４３  ＬＮＴ触媒（ＮＯｘ触媒）
５０  吸入空気温センサ（吸入空気温度検出手段）
６０  ＥＣＵ（排気温度算出手段、駆動制御手段）
【図１】
0005682230.tif 000002
【図２】
0005682230.tif 000003
【図３】
0005682230.tif 000004