(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気の一部を吸気系に還流する排気還流手段と、該排気還流手段を介して還流される排気を冷却する還流排気冷却手段と、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒と、排気中の粒子状物質を捕捉するパティキュレートフィルタとを備える内燃機関の制御装置において、
前記機関の温度を示す機関温度パラメータを検出する機関温度パラメータ検出手段と、
前記機関温度パラメータに基づいて、前記機関の運転状態が、前記機関の低温運転状態、安定運転状態、または低温運転状態から安定運転状態へ移行する過渡運転状態の何れであるかを判定する運転状態判定手段と、
該運転状態判定手段による判定結果に応じて前記排気還流冷却手段による還流排気の冷却を行うか否かの切換制御を行う切換制御手段とを備え、
前記切換制御手段は、前記機関の複数の燃焼モードに対応した複数の閾値テーブルを有し、前記過渡運転状態においては、前記機関の燃焼モードに応じて前記複数の閾値テーブルの１つを選択し、前記機関の負荷を示す負荷パラメータが選択した閾値テーブルを用いて算出される閾値より大きいときに、前記還流排気の冷却を行い、
前記複数の燃焼モードは、前記機関の燃焼室内の混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定されるリーン燃焼モード、前記ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元燃焼モード、前記ＮＯｘ浄化触媒に吸着された硫黄酸化物を除去するＳＯｘ除去燃焼モード、及び前記パティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させるＤＰＦ再生燃焼モードであり、前記複数の閾値テーブルは、前記リーン燃焼モード、ＮＯｘ還元燃焼モード、ＳＯｘ除去燃焼モード、及びＤＰＦ再生燃焼モードのそれぞれに対応する閾値をＬＴＨ１，ＬＴＨ２，ＬＴＨ３，及びＬＴＨ４で示したときに、ＬＴＨ１＜ＬＴＨ２＜ＬＴＨ３＜ＬＴＨ４なる関係を満たすように設定されていることを特徴とする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、還流排気を冷却する還流排気冷却装置を含む排気還流装置を備える内燃機関の制御装置に関し、特に還流排気冷却装置による還流排気の冷却を行うか否かの切換制御を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、還流排気冷却装置による還流排気の冷却を行うか否かの切換制御を行う内燃機関の制御装置を開示する。この装置によれば、機関の暖機完了前においては還流排気の冷却が実行されないように制御され、暖機完了後は機関負荷に応じた切換制御が行われる。
【０００３】
【特許文献１】特許第３９９７４７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
機関の冷間始動直後から暖機完了までの過渡的な運転状態においても、運転者がアクセルペダルを踏み込むことにより機関要求トルクが増加する場合がある。そのような場合も含めて一律に還流排気冷却を行わないように制御すると、機関温度がそれほど高くない状態でも排気温度がかなり高くなることがあり、ＮＯｘの排出量が増加するおそれがある。
【０００５】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、機関の冷間始動直後から暖機完了までの過渡的な運転状態において適切な還流排気冷却制御を行い、ＮＯｘ排出量の増加を防止することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気の一部を吸気系に還流する排気還流手段（６，７）と、該排気還流手段を介して還流される排気を冷却する還流排気冷却手段（８）と、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒（１１）と、排気中の粒子状物質を捕捉するパティキュレートフィルタ（１２）とを備える内燃機関の制御装置において、前記機関の温度を示す機関温度パラメータ（ＴＷ）を検出する機関温度パラメータ検出手段（２４）と、前記機関温度パラメータ（ＴＷ）に基づいて、前記機関の運転状態が、前記機関の低温運転状態、安定運転状態、または低温運転状態から安定運転状態へ移行する過渡運転状態の何れであるかを判定する運転状態判定手段と、該運転状態判定手段による判定結果に応じて前記排気還流冷却手段（８）による還流排気の冷却を行うか否かの切換制御を行う切換制御手段とを備え、前記切換制御手段は、前記機関の複数の燃焼モードに対応した複数の閾値テーブル（ＴＬＴＨ１〜ＴＬＴＨ４）を有し、前記過渡運転状態においては、前記機関の燃焼モードに応じて前記複数の閾値テーブルの１つを選択し、前記機関の負荷を示す負荷パラメータ（ＴＲＱ）が選択した閾値テーブルを用いて算出される閾値（ＬＴＨｉ）より大きいときに、前記還流排気の冷却を行い、前記複数の燃焼モードは、前記機関の燃焼室内の混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定されるリーン燃焼モード、前記ＮＯｘ浄化触媒（１１）に吸着されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元燃焼モード、前記ＮＯｘ浄化触媒（１１）に吸着された硫黄酸化物を除去するＳＯｘ除去燃焼モード、及び前記パティキュレートフィルタ（１２）に堆積した粒子状物質を燃焼させるＤＰＦ再生燃焼モードであり、前記複数の閾値テーブルは、前記リーン燃焼モード、ＮＯｘ還元燃焼モード、ＳＯｘ除去燃焼モード、及びＤＰＦ再生燃焼モードのそれぞれに対応する閾値をＬＴＨ１，ＬＴＨ２，ＬＴＨ３，及びＬＴＨ４で示したときに、ＬＴＨ１＜ＬＴＨ２＜ＬＴＨ３＜ＬＴＨ４なる関係を満たすように設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、機関温度パラメータに基づいて、機関の運転状態が、前記機関の低温運転状態、安定運転状態、または低温運転状態から安定運転状態へ移行する過渡運転状態の何れであるかが判定され、その判定結果に応じて還流排気の冷却を行うか否かの切換制御が行われる。そして機関運転状態が過渡運転状態であると判定されたときは、機関の負荷に応じて切換制御が行われる。したがって、安定運転状態に移行する過渡運転状態においても、例えば負荷が増加したときには還流排気の冷却を行うことにより、ＮＯｘ排出量の増加を防止できる。具体的には、過渡運転状態においては、機関の複数の燃焼モードに対応した複数の閾値テーブルのうちの１つが、機関燃焼モードに応じて選択され、機関負荷パラメータが、選択された閾値テーブルを用いて算出される閾値より大きいときに、還流排気の冷却が行われる。したがって、機関の燃焼モードに適した閾値を用いて切換制御を行うことができる。また複数の燃焼モードは、機関の燃焼室内の混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側に設定されるリーン燃焼モード、ＮＯｘ浄化触媒に吸着されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元燃焼モード、ＮＯｘ浄化触媒に吸着された硫黄酸化物を除去するＳＯｘ除去燃焼モード、及びパティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させるＤＰＦ再生燃焼モードであり、リーン燃焼モード、ＮＯｘ還元燃焼モード、ＳＯｘ除去燃焼モード、及びＤＰＦ再生燃焼モードのそれぞれに対応する閾値ＬＴＨ１，ＬＴＨ２，ＬＴＨ３，及びＬＴＨ４は、ＬＴＨ１＜ＬＴＨ２＜ＬＴＨ３＜ＬＴＨ４なる関係を満たすように設定される。これにより、ＮＯｘの還元、ＳＯｘの除去、及び粒子状物質の燃焼に適した排気温度が得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁１６が設けられている。燃料噴射弁１６は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されており、燃料噴射弁１６の開弁時間及び開弁時期は、ＥＣＵ２０により制御される。
【００１３】
エンジン１は、吸気管２、排気管４、及び排気還流通路６を備えている。排気還流通路６は、吸気管２と排気管４の間に設けられており、排気還流通路６には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）７及び還流排気を冷却する還流排気クーラ８が設けられている。ＥＧＲ弁７の弁開度はＥＣＵ２０により制御される。還流排気クーラ８をバイパスするバイパス通路９が設けられ、バイパス通路９と排気還流通路６の接続部に切換弁１０が設けられている。切換弁１０の作動はＥＣＵ２０により制御され、還流排気クーラ８を通過した排気を吸気管２に還流させるクーラオン状態と、バイパス通路９を通過した排気を吸気管２に還流するクーラオフ状態とに切り換えられる。
【００１４】
排気管４には、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒１１及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）１２が設けられている。ＮＯｘ浄化触媒１１は、排気中の酸素濃度が比較的高い酸化雰囲気にあるときＮＯｘを吸着し、排気中の還元成分濃度が比較的高い還元雰囲気にあるとき吸着したＮＯｘを脱離及び還元して放出する。ＮＯｘ浄化触媒１１のＮＯｘ吸着容量には限界があるため、ＮＯｘ吸着量が所定量に達すると、排気を還元雰囲気にするＮＯｘ還元制御が行われる。通常の燃料噴射制御では、燃料噴射量がエンジン１の運転状態（エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱ）に応じて設定され、燃料噴射弁１６による主噴射及び主噴射に先行するパイロット噴射が行われる。ＮＯｘ還元制御では主噴射実行後の膨張行程または排気行程で（換言すればエンジン１の出力トルクに寄与しないタイミングで）、燃料噴射（以下「ポスト噴射」という）を実行する。ポスト噴射によって燃料、すなわち還元成分が燃焼室に供給され、排気が還元雰囲気とされる。
【００１５】
またＮＯｘ浄化触媒１１には燃料に含まれる硫黄の酸化物（ＳＯｘ）が徐々に堆積するため、堆積した硫黄酸化物を除去するＳＯｘ除去制御が適時実行される。
【００１６】
ＤＰＦ１２は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素（Ｃ）を主成分とするパティキュレート（粒子状物質）であるスート（ｓｏｏｔ）を、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。堆積したスートを燃焼させるＤＰＦ再生処理が適時実行される。
【００１７】
吸気管２にはエンジン１に吸入される新気の流量（以下「吸入空気流量」という）ＭＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ２１が設けられている。また排気管４のＮＯｘ浄化触媒１１の上流側には、排気中の酸素濃度Ｏ２Ｃを検出する酸素濃度センサ２２が設けられている。さらにエンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２３、エンジン１の冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ２４、及びエンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの操作量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２５が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣ−ＥＣＵ２０に供給される。エンジン１の回転数ＮＥは、クランク角度位置センサ２３の出力から算出される。またエンジンの要求トルクＴＲＱは、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出され、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど増加するように設定される。
【００１８】
ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁１６、ＥＧＲ弁７に制御信号を供給する出力回路から構成される。
【００１９】
図２は、エンジン１の燃焼モードを選択する処理のフローチャートである。この処理はＥＣＵ２０のＣＰＵで所定時間毎に実行される。
ステップＳ１１では、ＮＯｘ還元制御フラグＦＮＯｘが「１」であるか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であってＮＯｘ還元制御を実行するときは、ＮＯｘ還元燃焼モードを選択し、燃焼モードパラメータＭＣを「２」に設定する（ステップＳ１２）。ＮＯｘ還元燃焼モードでは上述したようにポスト噴射により、還元成分がＮＯｘ浄化触媒１１に供給される。
【００２０】
ステップＳ１１でＦＮＯｘ＝０であるときは、ＳＯｘ除去制御フラグＦＳＯｘが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３の答が肯定（ＹＥＳ）であってＳＯｘ除去制御を実行するときは、ＳＯｘ除去燃焼モードを選択し、燃焼モードパラメータＭＣを「３」に設定する（ステップＳ１４）。ＳＯｘ除去燃焼モードでは、ポスト噴射によってＮＯｘ浄化触媒１１の温度を上昇させ、且つ還元成分をＮＯｘ浄化触媒１１に供給することにより、ＳＯｘを除去する。
【００２１】
ステップＳ１３でＦＳＯｘ＝０であるときは、ＤＰＦ再生制御フラグＦＤＰＲが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の答が肯定（ＹＥＳ）であってＤＰＦ再生制御を実行するときは、ＤＰＦ再生燃焼モードを選択し、燃焼モードパラメータＭＣを「４」に設定する（ステップＳ１６）。ＤＰＦ再生燃焼モードでは、ポスト噴射によってＤＰＦ１２の温度を上昇させることによりＤＰＦ１２に堆積したスートを燃焼させる。
【００２２】
ステップＳ１５でＦＤＰＲ＝０であるときは、リーン燃焼モードを選択し、燃焼モードパラメータＭＣを「１」に設定する（ステップＳ１７）。リーン燃焼モードでは、燃焼室内に燃料を噴射したときに生成される混合気の空燃比が理論空燃比よりリーン側の空燃比となるように燃料噴射量が設定される。
【００２３】
図３は、切換弁１０の切換制御を行う処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２０のＣＰＵで所定時間毎に実行される。
ステップＳ２１ではエンジン冷却水温ＴＷが所定低水温ＴＷＬ（例えば２０℃）より低いか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジン１は低温運転状態にあると判定し、クーラオンフラグＦＣＬを「０」に設定する（ステップＳ２６）。クーラオンフラグＦＣＬが「０」に設定されると、切換弁１０はクーラオフ状態に切り換えられ、バイパス通路９を介して排気が吸気管２に還流される。
【００２４】
ステップＳ２１でＴＷ≧ＴＷＬであるときは、エンジン冷却水温ＴＷが所定高水温ＴＷＨ（例えば７０〜７５℃）より高いか否かを判別する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジン１は安定運転状態にあると判定し、クーラオンフラグＦＣＬを「１」に設定する（ステップＳ２７）。クーラオンフラグＦＣＬが「１」に設定されると、切換弁１０はクーラオン状態に切り換えられ、還流排気クーラ８を通過した排気が吸気管２に還流される。
【００２５】
ステップＳ２２の答が否定（ＮＯ）であるとき、すなわちエンジン冷却水温ＴＷが所定低水温ＴＷＬ以上でかつ所定高水温ＴＷＨ以下であるときは、エンジン１が低温運転状態から安定運転状態へ移行する過渡運転状態にあると判定し、燃焼モードパラメータＭＣに応じて複数の閾値テーブルＴＬＴＨｉ（ｉ＝１〜４）１つを選択する（ステップＳ２３）。すなわち、ＭＣ＝１であってリーン燃焼モードが選択されているときは、図４に示す第１閾値テーブルＴＬＴＨ１が選択され、ＭＣ＝２であってＮＯｘ還元燃焼モードが選択されているときは、第２閾値テーブルＴＬＴＨ２が選択され、ＭＣ＝３であってＳＯｘ除去燃焼モードが選択されているときは、第３閾値テーブルＴＬＴＨ３が選択され、ＭＣ＝４であってＤＰＦ再生燃焼モードが選択されているときは、第４閾値テーブルＴＬＴＨ４が選択される。各閾値テーブルＴＬＴＨｉには、閾値ＬＴＨｉが設定されており、各閾値テーブルＴＬＴＨｉは、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど閾値ＬＴＨｉが増加するように設定されている。またエンジン回転数ＮＥが同一の状態では、ＬＴＨ１＜ＬＴＨ２＜ＬＴＨ３＜ＬＴＨ４なる関係が満たされる。すなわち、燃焼モードパラメータＭＣの値が増加するほど、閾値ＬＴＨｉが増加するように設定されている。これは燃焼モードパラメータＭＣが増加するほど、排気温度をより高くする必要があることを考慮したものであり、このように閾値テーブルを設定することにより、ＮＯｘの還元、ＳＯｘの除去、及び粒子状物質の燃焼に適した排気温度が得ることができる。
【００２６】
ステップＳ２４では、エンジン回転数ＮＥに応じてステップＳ２３で選択した閾値テーブルＴＬＴＨｉを検索し、閾値ＬＴＨｉを算出する。ステップＳ２５では、要求トルクＴＲＱが閾値ＬＴＨｉより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときはステップＳ２７に進み、クーラオンフラグＦＣＬを「１」に設定する。一方、ＴＲＱ≦ＬＴＨｉであるときはステップＳ２６に進み、クーラオンフラグＦＣＬを「０」に設定する。
【００２７】
以上のように本実施形態では、冷却水温ＴＷに基づいて、エンジン１の運転状態が、低温運転状態、安定運転状態、または低温運転状態から安定運転状態へ移行する過渡運転状態の何れであるかが判定され、その判定結果に応じて切換弁１０の切換制御が行われる。そしてエンジン運転状態が過渡運転状態である判定されたときは、要求トルクＴＲＱに応じて切換制御が行われる。したがって、暖機が完了した安定運転状態に移行する過渡運転状態においても、例えば負荷が増加したときには、還流排気の冷却を行うことにより、ＮＯｘ排出量の増加を防止できる。
【００２８】
またエンジン１が過渡運転状態にあるときは、エンジン１の複数の燃焼モードに対応した複数の閾値テーブルＴＬＴＨ１〜ＴＬＴＨ４の１つが、燃焼モードパラメータＭＣに応じて選択され、エンジン１の要求トルクが選択された閾値テーブルＴＬＴＨｉより大きいときに、還流排気の冷却が行われる。したがって、エンジン１の燃焼モードに適した閾値ＬＴＨｉにより、切換弁１０の制御を行うことができる。
【００２９】
本実施形態では、排気還流通路６及びＥＧＲ弁７が排気還流手段に相当し、還流排気クーラ８が還流排気冷却手段に相当し、冷却水温センサ２４が機関温度パラメータ検出手段に相当し、バイパス通路９、切換弁１０及びＥＣＵ２０が切換制御手段を構成し、ＥＣＵ２０が運転状態判定手段を構成する。具体的には、図３のステップＳ２１及びＳ２２が運転状態判定手段に相当し、ステップＳ２３〜Ｓ２７が切換制御手段に相当する。
【００３０】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、冷却水温ＴＷを機関温度パラメータとして用いたが、潤滑油の温度を検出する潤滑油温度センサを設け、この潤滑油温度センサにより検出される潤滑油温度を機関温度パラメータとして使用してもよい。また、要求トルクＴＲＱに代えて、アクセルペダル操作量ＡＰを機関負荷を示す負荷パラメータとして使用してもよい。
【００３１】
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの制御にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】機関の燃焼モードを選択する処理のフローチャートである。
【図３】図１に示す切換弁の切換制御を行う処理のフローチャートである。
【図４】図３の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  内燃機関
２  吸気管
４  排気管
６  排気還流通路（排気還流手段）
８  還流排気クーラ（還流排気冷却手段）
９  バイパス通路（切換制御手段）
１０  切換弁（切換制御手段）
１６  燃料噴射弁
２０  電子制御ユニット（切換制御手段、運転状態判定手段）
２３  クランク角度位置センサ
２４  冷却水温センサ（機関温度パラメータ検出手段）
２５  アクセルセンサ
【図１】
0004950943.tif 000002
【図２】
0004950943.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004950943.tif 000005