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JP4154589B2 - Combustion control device for internal combustion engine - Google Patents

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JP4154589B2
JP4154589B2 JP2003059008A JP2003059008A JP4154589B2 JP 4154589 B2 JP4154589 B2 JP 4154589B2 JP 2003059008 A JP2003059008 A JP 2003059008A JP 2003059008 A JP2003059008 A JP 2003059008A JP 4154589 B2 JP4154589 B2 JP 4154589B2
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JP
Japan
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temperature
cylinder
passage
combustion
exhaust
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峰啓 村田
晋 纐纈
真治 中山
圭樹 田邊
大輔 春原
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Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Original Assignee
Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に係り、詳しくは、NOx吸蔵触媒に対する定常リッチ燃焼制御に適用される内燃機関の燃焼制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、NOx吸蔵触媒は、排気空燃比が希薄(リーン)のときに排気中のNOx(窒素酸化物)を吸蔵し、排気空燃比が過濃(リッチ)のときに吸蔵したNOxを放出還元(NOxパージ)する吸蔵型のNOx触媒である。
具体的には、酸素過剰状態(酸化雰囲気)において排ガス中のNOxを硝酸塩として吸蔵し、この吸蔵したNOxを一酸化炭素過剰状態(還元雰囲気)で窒素に還元させる特性を有している。そして、内燃機関は、NOx吸蔵量が飽和する前に排気空燃比を理論空燃比又はその近傍値に制御する如くの空気過剰率が低い(低λ)状態のリッチ燃焼へ定期的に切り換えるリッチスパイクを行い、NOx吸蔵触媒の再生を図る。これにより、排ガスの浄化が良好に行われる。
【0003】
また、NOx吸蔵触媒には、燃料中のS成分(硫黄成分)の酸化によるSOx(硫黄酸化物)も硫酸塩として堆積されるため、当該堆積したS成分の放出(Sパージ)を行うべく、上記と同様にリッチ燃焼を定期的に実施してNOx吸蔵触媒の再生を図る。
ここで、前記リッチ燃焼の条件は、排ガス再循環(EGR)バルブや給気量を調整する給気スロットルを用い、大量EGRを実施することにより作り出されることがある。そして、上記の如きNOx吸蔵触媒におけるNOx還元効率を高めるための排ガス浄化装置の技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
当該装置では、制御マップに基づいて大量EGRによるリッチ燃焼を行う一方、特に触媒温度センサによる触媒温度の値が所定値に満たないときには、NOx吸蔵触媒の再生を禁止しており、NOx還元効率の向上及び黒煙の排出の抑制が図られている。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−356127号公報(段落番号0005〜0018、図1等)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の排ガス浄化装置では、NOx吸蔵触媒の触媒温度が再生可能温度に達していないときにリッチ燃焼を禁止している。このように、NOx吸蔵触媒の温度が低いときには、燃焼が悪化するので、黒煙も悪化してしまうことは一般に知られている。
【0007】
一方、前記リッチ燃焼は、NOxの吸蔵量及びSの堆積量によっては、リッチ状態(低λ)を一定とし、かつ、長期間に亘って維持させる定常リッチ燃焼を行う必要がある。しかし、定常リッチ燃焼を行う如くのλを一定とした運転条件であるにも拘わらず、時間の経過とともに黒煙の発生量が次第に増加してしまうとの問題がある。
【0008】
図4は、リッチ燃焼を行う従来のエンジンシステムのタイミングチャートである。
図示のように、リッチ燃焼の条件が成立してλを低λ側に設定すると、この設定時点においては一時的に黒煙の発生量を抑制させることができる。しかし、このリッチ燃焼を長時間に亘って継続させると、黒煙の発生量が徐々に増加し始め、例えば、10〜15分程度の時間経過でも100%近くまで増加してしまうことがある。なお、定常リッチ燃焼においては、気筒内の状況を示す排気温度、EGRガス温度及び給気温度は、低λ側に設定することによっていずれも上昇する。
【0009】
このように、定常リッチ燃焼が行われている期間中にも黒煙は悪化するものである。この場合に、上記の従来技術の如く、単に制御マップを用いて定常リッチ燃焼を行ったとしても、やはり黒煙の発生量は次第に増加するので黒煙の悪化を防止することができないという問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、NOx吸蔵触媒に対する定常リッチ燃焼制御において、黒煙の悪化を防止することができる内燃機関の燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するべく、請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置は、内燃機関の気筒に連通する排気通路と、排気通路に設けられ、リーン燃焼時に排気中のNOxを吸蔵するとともに吸蔵したNOxをリッチ燃焼を行うことにより放出還元するNOx吸蔵触媒と、気筒内の温度相関値を検出する温度相関値検出手段と、NOx吸蔵触媒に吸蔵したNOx及びNOx吸蔵触媒に付着したS成分を放出させるべくリッチ燃焼が定常で行われる期間中において、温度相関値検出手段により検出された温度相関値と所定値とを比較し、温度相関値が所定値を超えたときにはリッチ燃焼を一定期間禁止させる燃焼制御手段とを備えたことを特徴としている。
【0011】
このように、請求項1記載の発明は、燃料に対する着火条件が整っている定常リッチ燃焼状態であるにも拘わらず、黒煙の発生量が次第に右肩上がりになる如く、徐々に増加して悪化してしまうとの問題を解決するものである。ここで、リッチ燃焼時に黒煙が悪化する原因としては、例えば、高負荷運転時の後には筒内温度が既に高くなっている等、リッチ燃焼を行う直前の運転履歴等に左右され易いことが考えられる。つまり、直前の運転履歴等によっては、熱負荷により黒煙の悪化が生じ得ると考えられることから、単に制御マップを用いて定常リッチ燃焼を行ったり、また仮にリッチ運転の上限期間をタイマー等で設定したとしても、やはり黒煙の悪化を防止することはできないのである。
【0012】
したがって、請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置では、直前の運転履歴を示す指標として気筒内の温度相関値を設け、該気筒内の温度相関値に基づいて黒煙の発生状況を判断して定常リッチ燃焼を一定期間禁止しているので、運転履歴に関係なく黒煙の悪化が防止される。
なお、上記内燃機関としては、ディーゼル機関が好ましい。これは、低λで一定状態を保っていても、その時間が経過するに連れて気筒内の温度が上昇し、燃料の自己着火は想定される着火期間よりも早期に生じ、しかも、リッチ燃焼による空気量の少なさと相俟って、黒煙の悪化が特に生ずると考えられるからである。
【0013】
また、請求項2記載の発明では、燃焼制御手段は、予め黒煙の発生量が抑制される気筒内の温度にまで低下する所要時間として設定された一定期間が経過するまでリッチ燃焼を禁止させることを特徴としている。
従って、予め黒煙の発生量が抑制される気筒内の温度にまで低下する所要時間として一定期間が設定され、この一定期間が経過するまでリッチ燃焼が禁止される。
また、請求項記載の発明では、気筒内の温度相関値は、排気通路の排気温度であることを特徴としている。
このように、着火の早期化の原因としては、気筒内の温度、すなわち、エンジン温度の上昇によることが考えられることから、気筒内の温度相関値を、気筒内のガスが直ちに送られる排気通路の排気温度とすることにより、黒煙の悪化が早期かつ確実に防止される。
【0014】
さらに、請求項記載の発明では、内燃機関は、気筒に連通する吸気通路と排気通路とを連通するEGR通路を備え、気筒内の温度相関値は、EGR通路のEGRガス温度であることを特徴としている。
このように、EGR通路のEGRガス温度は、上記排気温度と同様に、エンジン温度の代表値として容易に計測できるので、これを気筒内の温度相関値することによっても黒煙の悪化が容易かつ確実に防止される。
【0015】
また、請求項記載の発明では、内燃機関は、気筒に連通する吸気通路と排気通路とを連通するEGR通路を備え、気筒内の温度相関値は、EGR通路のEGRガスと吸気通路の吸気との合流後の給気温度であることを特徴としている。
このように、給気温度もまた、上記排気温度及びEGRガス温度と同様に、エンジン温度の代表値として容易に計測できるので、これを気筒内の温度相関値することによっても黒煙の悪化が容易かつ確実に防止される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る燃焼制御装置が適用される4気筒のディーゼル機関(以下、単にエンジンという)1を備えたエンジンシステム構成図を示しており、以下図1に基づき本発明に係る内燃機関の燃焼制御装置の構成を説明する。
【0017】
同図に示すように、エンジン1のシリンダブロック2には、燃料噴射装置を有した燃料供給系(図示せず)の他に各気筒4に新気(吸入空気)を導くインテークマニホールド6と、各気筒4からの排出された排ガスを集合させるエキゾーストマニホールド18とが接続されている。
インテークマニホールド6からは吸気通路8が延びており、この吸気通路8の上流側には過給機14が介装され、吸気通路の8の先端部にはエアクリーナ16が接続されている。また、吸気通路8には、給気スロットル10が配設され、さらにインタークーラ12が介装されている。このインタークーラ12は、吸気通路8内を通る新気を冷却してその体積効率を高めている。
【0018】
一方、エキゾーストマニホールド18からは排気通路20が延びており、この排気通路20の下流側にはNOx吸蔵触媒22が接続されている。このNOx吸蔵触媒22は、排気空燃比がリーンのときに排気中のNOxを吸蔵し、排気空燃比がリッチ等で排ガス中にHCやCOが存在するときに、吸蔵したNOxを放出還元(NOxパージ)する機能を有しており、このNOx吸蔵触媒は公知の構成のものである。
【0019】
また、エキゾーストマニホールド18からは排気循環通路(EGR通路)24が分岐して延びており、このEGR通路24の先端は、吸気通路8の給気スロットル10の配設位置よりも下流側にて吸気通路8に接続されている。このEGR通路24は、排ガスの一部(EGRガス)を吸気通路8内に再循環させてNOxの排出を抑制させる。EGR通路24には、EGRガスの冷却を図るEGRクーラ26と、電子コントロールユニット(ECU)36に電気的に接続されたEGRバルブ28とが設けられ、EGRバルブ28によってEGR通路24の流路面積が調節される。
【0020】
なお、給気スロットル10もまたECU36に電気的に接続されており、吸気通路8の流路面積が調節されることにより、筒内リッチの際のEGRガス量を調整し、EGR通路24と吸気通路8との合流後の給気量を調整する。
エアクリーナ16からの新気は、過給機14を介してインタークーラ12に達し、給気スロットル10で調整された後、EGRガスと合流して給気となってインテークマニホールド6に至り、各気筒4内に導かれる。そして、燃料供給系から供給される燃料の燃焼により、クランク軸及びフライホイール(ともに図示せず)を作動させる。燃焼が終了すると、排ガスはエキゾーストマニホールド18に排出され、NOx吸蔵触媒22に送られる。
【0021】
ここで、排気通路20において、エキゾーストマニホールド18の下流側であってNOx吸蔵触媒22の上流側の適宜位置には、排気温度センサ30が配設されている。また、EGR通路24において、EGRクーラ26の下流側の適宜位置には、EGRガス温度センサ32が配設されている。さらに、インテークマニホールド6の適宜位置には、給気温度センサ34が配設されている。これらの各種センサは、いずれもECU36に電気的に接続されている。
【0022】
ECU36の入力側には、上述の排気温度センサ30、EGRガス温度センサ32及び給気温度センサ34の他、エンジン1の運転状態を検出する各種センサが電気的に接続され、ECU36の出力側には、上述の給気スロットル10及びEGRバルブ28等の各種アクチュエータが電気的に接続されている。
上述したように、NOx吸蔵触媒22には、NOxとともに燃料中のS成分の酸化によるSOxも堆積されるため、NOxパージとともにSパージを行うべく、リッチ燃焼を定期的に実施してNOx吸蔵触媒の再生を図る必要がある。
【0023】
そこで、ECU36は、酸化雰囲気にて排ガス中のNOxをNOx吸蔵触媒22に吸蔵する一方、定常リッチ燃焼を行わせるべく空燃比制御を実施する。すなわち、定期的にエンジン1に対して低λ状態で一定とし、かつ、長期間に亘って維持させ、NOxパージを行わせるとともにSパージを行わせてNOx吸蔵触媒の再生を図っている。
【0024】
本実施形態における定常リッチ燃焼としては、大量EGRを実施、つまり、EGRバルブ28及び給気スロットル10を用い、不完全燃焼による一酸化炭素の排出を利用する筒内リッチによってリッチ燃焼の条件を作り、この条件が成立すればNOxパージやSパージを行う。
ここで、特にECU36には、本発明に係る燃焼制御部(燃焼制御手段)38が設けられている。この燃焼制御部38では、定常リッチ燃焼が行われている期間にて、気筒4内の温度相関値が所定の閾値を超えたときにはリッチ燃焼を一定期間禁止してリーン燃焼を行わせるべく各種アクチュエータに信号を出力している。
【0025】
図2は、燃焼制御部38におけるリッチ燃焼時の判定ロジックを示す図である。
このように、燃焼制御部38では、気筒4内の温度相関値として、排気温度センサ30からの排気温度、EGRガス温度センサ32からのEGRガス温度、並びに給気温度センサ34からの給気温度を検出し、ECU36に備えられ、各エンジン回転速度及び噴射量を基にした各種閾値マップと比較する。すなわち、燃焼制御部38では、排気温度センサ30からの排気温度と上記各種閾値マップのうちの排気温度閾値との比較、EGRガス温度センサ32からのEGRガス温度と上記各種閾値マップのうちのEGRガス温度閾値との比較、並びに給気温度センサ34からの給気温度と上記各種閾値マップのうちの給気温度閾値との比較をそれぞれ行う。
【0026】
そして、上記排気温度、EGRガス温度若しくは給気温度のうち、つまり気筒4内の温度相関値のうちいずれかの温度が閾値を超えたときには、燃焼制御部38からOR回路を介して一定期間経過するまでリッチ燃焼を禁止する信号が出力される。すなわち、いずれかの温度が対応閾値を超えたときには定常リッチ燃焼を一定期間禁止する。この一定期間とは、黒煙の発生量の抑制を可能にする気筒4内の温度にまで達成するのに要する期間であり、実験等によって予め設定されている。なお、リッチ燃焼を禁止する期間はリーン燃焼が行われる。
【0027】
これにより、例えば、高負荷運転時の後に筒内温度が既に高くなっている如くの場合には、燃料の自己着火が想定される着火期間よりも早期に生じ、しかも、着火の早期化とリッチ燃焼による空気量の少なさとが相俟って、気筒4に対する熱負荷が大きくなり、黒煙の発生量が徐々に増加して黒煙を悪化させると考えられるのであるが、気筒4内の温度相関値に基づいてリッチ燃焼を一定期間禁止させることで、このような黒煙の悪化が防止される。
【0028】
図3は、上記燃焼制御装置におけるリッチ燃焼時のタイミングチャートの一例である。
同図に示すように、リッチ燃焼の条件が成立するとλが低λ側に設定され、リッチ運転が許可されると、排気温度、EGRガス温度、並びに給気温度がいずれも上昇する。
【0029】
ここで、黒煙の発生量は、この定常リッチ燃焼の時間の経過とともに、直前の運転状態に応じて徐々に増加し始めるが、本実施形態においては、まず排気温度が排気温度閾値に達している。よって、図2の判定ロジックにおいてリッチ燃焼禁止のロジックが成立し、燃焼制御部38は、エンジン1に対してリッチ燃焼を禁止し、リーン燃焼を行わせる信号を出力する。リッチ運転が禁止されてλが高λ側に設定されると、空気量が多くなるので気筒4内の温度が低下し、排気温度、EGRガス温度、並びに給気温度たる気筒4内の温度相関値も低下する。そして、黒煙の発生量は、定常リッチ燃焼をそのまま継続する場合に比して抑制される。
【0030】
以上のように、本発明では、ディーゼル機関1の気筒4に連通する排気通路20と、排気通路20に設けられたNOx吸蔵触媒22と、排気通路20内の排気温度、EGR通路24内のEGRガス温度、及びインテークマニホールド6内の給気温度を気筒4内の温度相関値とし、NOx吸蔵触媒22に吸蔵したNOx及びNOx吸蔵触媒22に付着したS成分を放出させるべくリッチ燃焼が定常で行われる期間に、例えば排気温度が排気温度閾値を超えたときにはリッチ燃焼を一定期間禁止してリーン燃焼を行わせる燃焼制御部38とを備えているので、定常リッチ燃焼制御中においても黒煙の悪化を迅速に防止することができる。
【0031】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記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種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態の図3によれば、排気通路20の排気温度が排気温度閾値に達したときにリッチ燃焼を一定期間禁止しているが、必ずしもこの実施形態に限定されるものではなく、インタークーラ12及びEGRクーラ26の大きさによっては、給気温度又はEGRガス温度の最高値が変化することから、EGRガス温度若しくは給気温度の温度が温度閾値を超えた場合にはリッチ燃焼を禁止するものであっても良く、又は、排気温度、EGRガス温度若しくは給気温度の組み合わせからリッチ燃焼を禁止するものであっても良く、これらの場合にも黒煙の悪化をより確実に防止することができる。
【0032】
また、リッチ化の方法は、本実施形態の如く大量EGRによるリッチ燃焼を行い、不完全燃焼による一酸化炭素の排出を利用する筒内リッチの他、未燃燃料(HC)を排気行程中にポスト噴射により供給する筒内リッチ、又はHCをNOx吸蔵触媒に供給する筒外リッチでも良いものである。
さらに、エンジンとしてはディーゼル機関が好ましいが、これに限定されるものではなく、本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、排気通路にNOx吸蔵触媒を備え、リッチ運転可能な全てのエンジンシステムに適用させることができる。
【0033】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、請求項1,2記載の本発明の内燃機関の燃焼制御装置によれば、燃料に対する着火条件が整っている定常リッチ燃焼状態であるにも拘わらず、黒煙の発生量が次第に右肩上がりになる如く、徐々に増加して悪化してしまうことに鑑み、燃焼制御手段が、直前の運転履歴を示す指標としての気筒内の温度相関値に基づいて黒煙の発生状況を判断して定常リッチ燃焼を一定期間禁止しているので、運転履歴に関係なく黒煙の悪化を防止することができる。
【0034】
また、請求項記載の発明によれば、気筒内の温度たるエンジン温度の上昇が着火の早期化の原因として考えられることに配慮し、気筒内の温度相関値を、気筒内のガスが直ちに送られる排気通路の排気温度とすることにより、黒煙の悪化を早期かつ確実に防止することができる。
さらに、請求項記載の発明によれば、EGR通路のEGRガス温度が、上記排気温度と同様に、エンジン温度の代表値として容易に計測できるので、これを気筒内の温度相関値することによって黒煙の悪化を容易かつ確実に防止することができる。
【0035】
また、請求項記載の発明によれば、給気温度もまた、上記排気温度及びEGRガス温度と同様に、エンジン温度の代表値として容易に計測できるので、これを気筒内の温度相関値することによって黒煙の悪化を容易かつ確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る燃焼制御装置が適用されるエンジンシステム構成図である。
【図2】図1の燃焼制御装置におけるリッチ燃焼時の判定ロジックを示す図である。
【図3】図1の燃焼制御装置におけるリッチ燃焼時のタイミングチャートである。
【図4】従来の燃焼制御装置におけるリッチ燃焼時のタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 ディーゼル機関(内燃機関)
4 気筒
8 吸気通路
20 排気通路
22 NOx吸蔵触媒
24 EGR通路
30 排気温度センサ
32 EGRガス温度センサ
34 給気温度センサ
36 電子コントロールユニット(ECU)
38 燃焼制御部(燃焼制御手段)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion control device for an internal combustion engine, and more particularly to a combustion control device for an internal combustion engine applied to steady rich combustion control for a NOx storage catalyst.
[0002]
[Prior art]
In general, the NOx storage catalyst stores NOx (nitrogen oxide) in the exhaust when the exhaust air-fuel ratio is lean (lean), and releases and reduces the stored NOx when the exhaust air-fuel ratio is excessive (rich). This is a storage-type NOx catalyst that performs (NOx purge).
Specifically, NOx in the exhaust gas is occluded as nitrate in an oxygen excess state (oxidation atmosphere), and the occluded NOx is reduced to nitrogen in an excess carbon monoxide state (reduction atmosphere). The internal combustion engine then periodically switches to rich combustion in which the excess air ratio is low (low λ) so that the exhaust air-fuel ratio is controlled to the stoichiometric air-fuel ratio or a value close thereto before the NOx storage amount is saturated. To regenerate the NOx storage catalyst. Thereby, purification of exhaust gas is performed satisfactorily.
[0003]
Further, in the NOx storage catalyst, SOx (sulfur oxide) due to oxidation of the S component (sulfur component) in the fuel is also deposited as sulfate, so that the deposited S component is released (S purge). Similar to the above, rich combustion is periodically performed to regenerate the NOx storage catalyst.
Here, the rich combustion condition may be created by performing a large amount of EGR using an exhaust gas recirculation (EGR) valve or an air supply throttle that adjusts an air supply amount. And the technique of the exhaust gas purification apparatus for improving the NOx reduction | restoration efficiency in the above NOx storage catalysts is proposed (for example, refer patent document 1).
[0004]
In this apparatus, while rich combustion is performed by a large amount of EGR based on the control map, especially when the value of the catalyst temperature by the catalyst temperature sensor is less than a predetermined value, regeneration of the NOx storage catalyst is prohibited, and NOx reduction efficiency is improved. Improvements and suppression of black smoke emissions are made.
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2000-356127 A (paragraph numbers 0005 to 0018, FIG. 1 etc.)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the exhaust gas purifying apparatus described above, rich combustion is prohibited when the catalyst temperature of the NOx storage catalyst does not reach the reproducible temperature. As described above, it is generally known that when the temperature of the NOx storage catalyst is low, the combustion deteriorates, so that the black smoke also deteriorates.
[0007]
On the other hand, in the rich combustion, it is necessary to perform steady rich combustion in which the rich state (low λ) is constant and maintained for a long period of time depending on the storage amount of NOx and the accumulation amount of S. However, there is a problem that the generation amount of black smoke gradually increases with the passage of time, even though the operating condition is such that λ is constant so that steady rich combustion is performed.
[0008]
FIG. 4 is a timing chart of a conventional engine system that performs rich combustion.
As shown in the figure, when the condition of rich combustion is satisfied and λ is set to the low λ side, the amount of black smoke generated can be temporarily suppressed at this setting time point. However, if this rich combustion is continued over a long period of time, the amount of black smoke generated begins to increase gradually, and may increase, for example, to nearly 100% even after about 10-15 minutes. In steady rich combustion, the exhaust temperature, the EGR gas temperature, and the supply air temperature, which indicate the situation in the cylinder, all rise by being set to the low λ side.
[0009]
In this way, black smoke deteriorates even during the period when steady rich combustion is performed. In this case, even if steady rich combustion is simply performed using the control map as in the above-described prior art, the amount of black smoke generated gradually increases, so that the deterioration of black smoke cannot be prevented. is there.
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a combustion control device for an internal combustion engine that can prevent deterioration of black smoke in steady rich combustion control for a NOx storage catalyst. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a combustion control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 is provided in an exhaust passage communicating with a cylinder of the internal combustion engine, and in the exhaust passage, and occludes NOx in the exhaust and occludes during lean combustion. NOx occlusion catalyst that releases and reduces the NOx by rich combustion, temperature correlation value detection means for detecting the temperature correlation value in the cylinder, NOx occluded in the NOx occlusion catalyst, and S component adhering to the NOx occlusion catalyst During a period in which rich combustion is performed in a steady manner to release , the temperature correlation value detected by the temperature correlation value detecting means is compared with a predetermined value, and if the temperature correlation value exceeds a predetermined value, rich combustion is prohibited for a certain period. And a combustion control means.
[0011]
As described above, the invention according to claim 1 gradually increases so that the amount of black smoke gradually rises to the right despite the steady rich combustion state where the ignition conditions for the fuel are in place. It solves the problem of getting worse. Here, the cause of the deterioration of the black smoke during the rich combustion is, for example, that the in-cylinder temperature is already high after the high load operation, and that it is easily influenced by the operation history immediately before the rich combustion is performed. Conceivable. In other words, depending on the previous operation history, etc., it is considered that black smoke may be deteriorated due to the heat load, so simply perform steady rich combustion using the control map, or temporarily set the upper limit period of rich operation with a timer etc. Even if it is set, the deterioration of black smoke cannot be prevented.
[0012]
Therefore, in the combustion control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, the temperature correlation value in the cylinder is provided as an index indicating the immediately preceding operation history, and the occurrence state of black smoke is determined based on the temperature correlation value in the cylinder. Therefore, the steady rich combustion is prohibited for a certain period, so that the black smoke is prevented from deteriorating regardless of the operation history.
The internal combustion engine is preferably a diesel engine. This is because even if the constant state is maintained at a low λ, the temperature in the cylinder rises as the time elapses, and the self-ignition of fuel occurs earlier than the assumed ignition period, and rich combustion This is because, in combination with the small amount of air, the black smoke is considered to deteriorate.
[0013]
In the invention according to claim 2, the combustion control means prohibits the rich combustion until a predetermined period of time set in advance as a time required for the temperature to decrease to the inside temperature of the cylinder where the amount of generated black smoke is suppressed. It is characterized by that.
Therefore, a predetermined period is set in advance as the time required for the temperature to decrease to the temperature in the cylinder where the generation amount of black smoke is suppressed, and rich combustion is prohibited until the predetermined period elapses.
The invention according to claim 3 is characterized in that the temperature correlation value in the cylinder is an exhaust temperature of the exhaust passage.
In this way, the cause of the early ignition is considered to be due to the rise in the temperature in the cylinder, that is, the engine temperature. Therefore, the temperature correlation value in the cylinder is used as the exhaust passage through which the gas in the cylinder is sent immediately. By setting the exhaust temperature to be, the deterioration of black smoke is prevented early and reliably.
[0014]
Further, in the invention according to claim 4 , the internal combustion engine includes an EGR passage that communicates the intake passage and the exhaust passage that communicate with the cylinder, and the temperature correlation value in the cylinder is the EGR gas temperature of the EGR passage. It is a feature.
As described above, the EGR gas temperature in the EGR passage can be easily measured as a representative value of the engine temperature in the same manner as the exhaust gas temperature. Therefore, the black smoke can be easily and reliably deteriorated by calculating the temperature correlation value in the cylinder. To be prevented.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, the internal combustion engine includes an EGR passage that communicates an intake passage communicating with the cylinder and an exhaust passage, and the temperature correlation value in the cylinder is an EGR gas in the EGR passage and an intake air in the intake passage. It is the supply air temperature after merging with.
As described above, the supply air temperature can also be easily measured as a representative value of the engine temperature, similarly to the exhaust gas temperature and the EGR gas temperature. Therefore, the black smoke can be easily deteriorated by calculating the temperature correlation value in the cylinder. And reliably prevented.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an engine system configuration diagram including a four-cylinder diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) 1 to which a combustion control device according to an embodiment of the present invention is applied. A configuration of a combustion control device for an internal combustion engine according to the invention will be described.
[0017]
As shown in the figure, the cylinder block 2 of the engine 1 includes an intake manifold 6 for introducing fresh air (intake air) to each cylinder 4 in addition to a fuel supply system (not shown) having a fuel injection device, An exhaust manifold 18 that collects exhaust gas discharged from each cylinder 4 is connected.
An intake passage 8 extends from the intake manifold 6, a supercharger 14 is interposed upstream of the intake passage 8, and an air cleaner 16 is connected to the tip of the intake passage 8. The intake passage 8 is provided with an air supply throttle 10 and an intercooler 12 is interposed. The intercooler 12 cools fresh air passing through the intake passage 8 to increase its volumetric efficiency.
[0018]
On the other hand, an exhaust passage 20 extends from the exhaust manifold 18, and a NOx storage catalyst 22 is connected to the downstream side of the exhaust passage 20. The NOx storage catalyst 22 stores NOx in the exhaust when the exhaust air-fuel ratio is lean, and releases and reduces the stored NOx when the exhaust air-fuel ratio is rich and HC and CO exist in the exhaust gas (NOx This NOx occlusion catalyst has a known configuration.
[0019]
Further, an exhaust circulation passage (EGR passage) 24 is branched and extended from the exhaust manifold 18, and the tip of the EGR passage 24 is inhaled at a downstream side of the intake passage 8 where the intake throttle 10 is disposed. It is connected to the passage 8. The EGR passage 24 recirculates a part of exhaust gas (EGR gas) into the intake passage 8 to suppress NOx emission. The EGR passage 24 is provided with an EGR cooler 26 that cools the EGR gas and an EGR valve 28 that is electrically connected to an electronic control unit (ECU) 36, and the flow area of the EGR passage 24 by the EGR valve 28 is provided. Is adjusted.
[0020]
The air supply throttle 10 is also electrically connected to the ECU 36. By adjusting the flow passage area of the intake passage 8, the EGR gas amount at the time of rich in the cylinder is adjusted, and the EGR passage 24 and the intake air The air supply amount after merging with the passage 8 is adjusted.
The fresh air from the air cleaner 16 reaches the intercooler 12 through the supercharger 14 and is adjusted by the air supply throttle 10, and then merges with the EGR gas to be supplied to the intake manifold 6 to reach each cylinder. 4 is led. Then, the crankshaft and the flywheel (both not shown) are operated by the combustion of the fuel supplied from the fuel supply system. When the combustion is completed, the exhaust gas is discharged to the exhaust manifold 18 and sent to the NOx storage catalyst 22.
[0021]
Here, in the exhaust passage 20, an exhaust temperature sensor 30 is disposed at an appropriate position downstream of the exhaust manifold 18 and upstream of the NOx storage catalyst 22. In the EGR passage 24, an EGR gas temperature sensor 32 is disposed at an appropriate position downstream of the EGR cooler 26. Further, an air supply temperature sensor 34 is disposed at an appropriate position of the intake manifold 6. All of these various sensors are electrically connected to the ECU 36.
[0022]
In addition to the exhaust gas temperature sensor 30, EGR gas temperature sensor 32, and supply air temperature sensor 34 described above, various sensors that detect the operating state of the engine 1 are electrically connected to the input side of the ECU 36. Are electrically connected to various actuators such as the air supply throttle 10 and the EGR valve 28 described above.
As described above, since NOx is also deposited on the NOx storage catalyst 22 along with the oxidation of the S component in the fuel, the rich combustion is periodically performed to perform the S purge together with the NOx purge, and the NOx storage catalyst. It is necessary to try to reproduce.
[0023]
Thus, the ECU 36 stores the NOx in the exhaust gas in the NOx storage catalyst 22 in an oxidizing atmosphere, and performs air-fuel ratio control so that steady rich combustion is performed. In other words, the engine 1 is regularly maintained in a low λ state and maintained for a long period of time to perform NOx purge and S purge to regenerate the NOx storage catalyst.
[0024]
As the steady rich combustion in the present embodiment, a large amount of EGR is performed, that is, the EGR valve 28 and the supply air throttle 10 are used, and rich combustion conditions are created by in-cylinder rich that uses carbon monoxide emission due to incomplete combustion. If this condition is satisfied, NOx purge or S purge is performed.
Here, in particular, the ECU 36 is provided with a combustion control unit (combustion control means) 38 according to the present invention. In the combustion control unit 38, various actuators are provided to prohibit the rich combustion for a certain period and perform the lean combustion when the temperature correlation value in the cylinder 4 exceeds a predetermined threshold during the period when the steady rich combustion is performed. Is outputting a signal.
[0025]
FIG. 2 is a diagram illustrating determination logic at the time of rich combustion in the combustion control unit 38.
Thus, in the combustion control unit 38, the exhaust gas temperature from the exhaust gas temperature sensor 30, the EGR gas temperature from the EGR gas temperature sensor 32, and the supply air temperature from the supply air temperature sensor 34 are used as temperature correlation values in the cylinder 4. And is compared with various threshold maps provided in the ECU 36 based on each engine speed and injection amount. That is, the combustion control unit 38 compares the exhaust gas temperature from the exhaust gas temperature sensor 30 with the exhaust gas temperature threshold value in the various threshold maps, and the EGR gas temperature from the EGR gas temperature sensor 32 and the EGR gas in the various threshold maps. Comparison with the gas temperature threshold value and comparison with the supply air temperature from the supply air temperature sensor 34 and the supply air temperature threshold value in the various threshold maps are performed.
[0026]
When any one of the exhaust gas temperature, EGR gas temperature, or supply air temperature, that is, the temperature correlation value in the cylinder 4 exceeds a threshold value, a certain period of time elapses from the combustion control unit 38 via the OR circuit. A signal prohibiting rich combustion is output until That is, steady rich combustion is prohibited for a certain period when any temperature exceeds a corresponding threshold value. This fixed period is a period required to achieve the temperature in the cylinder 4 that enables the amount of black smoke to be suppressed, and is set in advance by experiments or the like. Note that lean combustion is performed during a period during which rich combustion is prohibited.
[0027]
As a result, for example, in the case where the in-cylinder temperature is already high after high-load operation, fuel self-ignition occurs earlier than the assumed ignition period, and moreover, early ignition and richer ignition occur. Combined with the small amount of air due to combustion, the heat load on the cylinder 4 increases, and it is considered that the amount of black smoke generated gradually increases and worsens the black smoke. By prohibiting rich combustion for a certain period based on the correlation value, such deterioration of black smoke is prevented.
[0028]
FIG. 3 is an example of a timing chart during rich combustion in the combustion control apparatus.
As shown in the figure, when the rich combustion condition is satisfied, λ is set to the low λ side, and when the rich operation is permitted, the exhaust gas temperature, the EGR gas temperature, and the supply air temperature all increase.
[0029]
Here, the generation amount of black smoke begins to gradually increase according to the immediately preceding operation state as the steady rich combustion time elapses, but in this embodiment, the exhaust temperature first reaches the exhaust temperature threshold. Yes. Therefore, the rich combustion prohibition logic is established in the determination logic of FIG. 2, and the combustion control unit 38 outputs a signal for prohibiting the rich combustion to the engine 1 and causing the lean combustion. When the rich operation is prohibited and λ is set to the high λ side, the amount of air increases, so the temperature in the cylinder 4 decreases, and the temperature correlation in the cylinder 4 that is the exhaust temperature, the EGR gas temperature, and the supply air temperature. The value also decreases. And the generation amount of black smoke is suppressed compared with the case where steady rich combustion is continued as it is.
[0030]
As described above, in the present invention, the exhaust passage 20 communicating with the cylinder 4 of the diesel engine 1, the NOx storage catalyst 22 provided in the exhaust passage 20, the exhaust temperature in the exhaust passage 20, the EGR in the EGR passage 24. Using the gas temperature and the supply air temperature in the intake manifold 6 as temperature correlation values in the cylinder 4, the rich combustion is performed in a steady manner so that NOx stored in the NOx storage catalyst 22 and S component adhering to the NOx storage catalyst 22 are released. For example, when the exhaust gas temperature exceeds the exhaust gas temperature threshold, the combustion control unit 38 is configured to inhibit the rich combustion for a certain period and perform the lean combustion, so that the black smoke is deteriorated even during the steady rich combustion control. Can be prevented quickly.
[0031]
The description of one embodiment of the present invention is finished above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, according to FIG. 3 of the above embodiment, the rich combustion is prohibited for a certain period when the exhaust temperature of the exhaust passage 20 reaches the exhaust temperature threshold, but this is not necessarily limited to this embodiment. Depending on the size of the intercooler 12 and the EGR cooler 26, the maximum value of the supply air temperature or the EGR gas temperature changes. Therefore, when the EGR gas temperature or the supply air temperature exceeds the temperature threshold, rich combustion is performed. It may be prohibited, or it may be prohibited to make rich combustion from the combination of exhaust gas temperature, EGR gas temperature or supply air temperature. In these cases, the deterioration of black smoke is more reliably prevented. can do.
[0032]
In addition, the enrichment method performs rich combustion with a large amount of EGR as in the present embodiment, and in-cylinder rich utilizing the emission of carbon monoxide due to incomplete combustion, as well as unburned fuel (HC) during the exhaust stroke. The in-cylinder rich supplied by post injection or the out-cylinder rich supplied HC to the NOx storage catalyst may be used.
Further, the engine is preferably a diesel engine, but is not limited to this, and the combustion control device of the internal combustion engine of the present invention is applicable to all engine systems that have a NOx storage catalyst in the exhaust passage and can perform rich operation. Can be made.
[0033]
【The invention's effect】
As can be understood from the above description, according to the combustion control device for an internal combustion engine of the present invention according to claims 1 and 2 , black smoke is used in spite of a steady rich combustion state in which ignition conditions for the fuel are in place. In view of the fact that the amount of generation increases gradually and gets worse, the combustion control means makes the black smoke based on the temperature correlation value in the cylinder as an index indicating the previous operation history. Therefore, the steady rich combustion is prohibited for a certain period, so that the black smoke can be prevented from deteriorating regardless of the operation history.
[0034]
Further, according to the third aspect of the invention, it is considered that the increase in the engine temperature, which is the temperature in the cylinder, can be considered as a cause of the early ignition, and the temperature correlation value in the cylinder is immediately determined by the gas in the cylinder. By setting the exhaust temperature of the exhaust passage to be sent, deterioration of black smoke can be prevented early and reliably.
Further, according to the fourth aspect of the present invention, the EGR gas temperature in the EGR passage can be easily measured as a representative value of the engine temperature in the same manner as the exhaust gas temperature. Smoke deterioration can be easily and reliably prevented.
[0035]
According to the fifth aspect of the present invention, the supply air temperature can also be easily measured as a representative value of the engine temperature in the same manner as the exhaust gas temperature and the EGR gas temperature. Therefore, the deterioration of black smoke can be easily and reliably prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an engine system to which a combustion control device according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing determination logic at the time of rich combustion in the combustion control device of FIG. 1;
FIG. 3 is a timing chart at the time of rich combustion in the combustion control device of FIG. 1;
FIG. 4 is a timing chart during rich combustion in a conventional combustion control device.
[Explanation of symbols]
1 Diesel engine (internal combustion engine)
4 cylinder 8 intake passage 20 exhaust passage 22 NOx occlusion catalyst 24 EGR passage 30 exhaust temperature sensor 32 EGR gas temperature sensor 34 supply air temperature sensor 36 electronic control unit (ECU)
38 Combustion control unit (combustion control means)

Claims (5)

内燃機関の気筒に連通する排気通路と、
該排気通路に設けられ、リーン燃焼時に排気中のNOxを吸蔵するとともに該吸蔵したNOxをリッチ燃焼を行うことにより放出還元するNOx吸蔵触媒と、
前記気筒内の温度相関値を検出する温度相関値検出手段と、
前記NOx吸蔵触媒に吸蔵したNOx及び前記NOx吸蔵触媒に付着したS成分を放出させるべく前記リッチ燃焼が定常で行われる期間中において、前記温度相関値検出手段により検出された温度相関値と所定値とを比較し、該温度相関値が所定値を超えたときには前記リッチ燃焼を一定期間禁止させる燃焼制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
An exhaust passage communicating with the cylinder of the internal combustion engine;
A NOx storage catalyst that is provided in the exhaust passage and stores NOx in the exhaust during lean combustion and releases and reduces the stored NOx by rich combustion;
Temperature correlation value detecting means for detecting a temperature correlation value in the cylinder;
The temperature correlation value detected by the temperature correlation value detection means and a predetermined value during a period in which the rich combustion is performed in a steady manner to release NOx stored in the NOx storage catalyst and S component adhering to the NOx storage catalyst. a combustion control means for a predetermined period of time prohibits the rich combustion when compared bets, the temperature correlation value exceeds a predetermined value,
A combustion control device for an internal combustion engine, comprising:
前記燃焼制御手段は、予め黒煙の発生量が抑制される気筒内の温度にまで低下する所要時間として設定された一定期間が経過するまでリッチ燃焼を禁止させることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃焼制御装置。2. The rich combustion is prohibited until the predetermined period of time, which is set as a time required for the combustion control means to decrease to the temperature in the cylinder in which the generation amount of black smoke is suppressed, is elapsed. Combustion control device for internal combustion engine. 前記気筒内の温度相関値は、前記排気通路の排気温度であることを特徴とする請求項1又は2記載の内燃機関の燃焼制御装置。Temperature correlation value within said cylinder, a combustion control apparatus according to claim 1 or 2, wherein the internal combustion engine, wherein said an exhaust temperature of the exhaust passage. 前記内燃機関は、前記気筒に連通する吸気通路と前記排気通路とを連通するEGR通路を備え、前記気筒内の温度相関値は、前記EGR通路のEGRガス温度であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の内燃機関の燃焼制御装置。The internal combustion engine includes an EGR passage that communicates the intake passage and the exhaust passage that communicate with the cylinder, and the temperature correlation value in the cylinder is an EGR gas temperature in the EGR passage. The combustion control device for an internal combustion engine according to any one of 1 to 3 . 前記内燃機関は、前記気筒に連通する吸気通路と前記排気通路とを連通するEGR通路を備え、前記気筒内の温度相関値は、前記EGR通路のEGRガスと前記吸気通路の吸気との合流後の給気温度であることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の内燃機関の燃焼制御装置。The internal combustion engine includes an EGR passage that communicates an intake passage that communicates with the cylinder and an exhaust passage, and a temperature correlation value in the cylinder is obtained after merging of the EGR gas in the EGR passage and the intake air in the intake passage. The combustion control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4 , wherein the supply air temperature of the internal combustion engine.
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