JP4622888B2 - Exhaust control device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気制御装置に関する。 The present invention relates to an exhaust control device for an internal combustion engine.
内燃機関(特に、ディーゼル機関)の燃焼室から排出される有害物質の一つである粒子状物質(パティキュレート、パティキュレート・マター(以下、本出願では「PM」と称呼する。))は、主として、カーボン等からなるSoot(スート、すす)と、未燃HCやオイル等からなるSOF(Soluble Organic Fraction)とから構成されることが広く知られている。 Particulate matter (particulate, particulate matter (hereinafter referred to as “PM” in this application)), which is one of harmful substances discharged from the combustion chamber of an internal combustion engine (particularly, diesel engine), It is widely known that it is mainly composed of soot (soot) made of carbon or the like and SOF (Soluble Organic Fraction) made of unburned HC or oil.
このPM内では、一般に、SOFはSootの表面に付着している状態(Sootの表面を取り囲んでいる状態)となっている。ここで、SOFは、可溶性有機成分であるから、不溶解成分であるSootに比して燃焼温度が低い。即ち、SOFはSootに比して排気通路に配設された触媒の酸化作用により燃焼し易い。 In this PM, the SOF is generally attached to the surface of the soot (a state surrounding the surface of the soot). Here, since SOF is a soluble organic component, it has a lower combustion temperature than Soot, which is an insoluble component. That is, SOF is more easily combusted by the oxidizing action of the catalyst disposed in the exhaust passage as compared with Soot.
加えて、燃焼し易いSOFが触媒の酸化作用により燃焼を開始すると、その燃焼熱によりSOFに取り囲まれた(SOFに包まれた)燃焼し難いSootも燃焼され得る。従って、PM中のSOFの割合を大きくすると、触媒の酸化作用によるSOFの燃焼による燃焼熱が大きくなって、SOFに加えてSootをも効果的に燃焼させることができる。 In addition, when an SOF that is easily combusted starts to combust due to the oxidizing action of the catalyst, the soot that is hardly combusted (enclosed in the SOF) surrounded by the SOF can be combusted. Therefore, when the ratio of SOF in PM is increased, the heat of combustion due to the combustion of SOF due to the oxidizing action of the catalyst increases, and soot can be effectively burned in addition to SOF.
以上のことから、特許文献1に記載の排気浄化装置は、燃料の主噴射の後にPM中のSOF割合を増大させるために燃料の追加噴射を行うようになっている。これにより、PM中のSOF量に加えてPM中のSoot量をも効果的に低減できるから、触媒から排出されるPM(≒SOF+Soot)の総量を効果的に低減できる。
ところで、PM中のSOF割合を大きくすることは、未燃HCを増大させることを意味する。従って、PM中のSOF割合を大きくし過ぎると、燃費の悪化、出力の低下等の新たな問題が発生する。即ち、燃費の悪化、出力の低下等を抑制しつつ触媒から排出されるPMの総量を低減するためには、PM中のSOF割合が或る適切な値(範囲)に積極的に制御される必要があると考えられる。 By the way, increasing the SOF ratio in PM means increasing unburned HC. Therefore, if the SOF ratio in the PM is excessively increased, new problems such as deterioration in fuel consumption and reduction in output occur. That is, in order to reduce the total amount of PM discharged from the catalyst while suppressing deterioration of fuel consumption, output decrease, etc., the SOF ratio in PM is positively controlled to a certain appropriate value (range). It is considered necessary.
しかしながら、上記文献に記載の装置では、PMの成分割合を積極的に制御することについては開示も示唆も全くなされていない。以上より、上記文献に記載の装置では、PM中のSOF割合を大きくし過ぎることで燃費の悪化、出力の低下等を増大させる可能性があるという問題がある。 However, in the apparatus described in the above document, there is no disclosure or suggestion about positively controlling the PM component ratio. As described above, the apparatus described in the above document has a problem that there is a possibility of increasing fuel efficiency deterioration, output reduction, etc. by increasing the SOF ratio in PM too much.
本発明は、係る問題に対処するためになされたものであり、その目的は、PMの成分割合を積極的に制御して、燃費の悪化、出力の低下等を抑制しつつ外部へ排出されるPMの総量を低減することができる内燃機関の排気制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to deal with such problems, and its purpose is to positively control the PM component ratio and to discharge outside while suppressing deterioration in fuel consumption, reduction in output, and the like. An object of the present invention is to provide an exhaust control device for an internal combustion engine that can reduce the total amount of PM.
本発明に係る排気制御装置は、内燃機関の排気通路に配設されたPMを捕集するPM捕集手段を備えた内燃機関に適用される。前記PM捕集手段は、少なくとも酸化作用を発揮し得る触媒(酸化触媒、DPNR触媒、三元触媒等)等である。 The exhaust control device according to the present invention is applied to an internal combustion engine provided with PM collection means for collecting PM disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine. The PM trapping means is a catalyst (oxidation catalyst, DPNR catalyst, three-way catalyst, etc.) that can exhibit at least an oxidizing action.
本発明に係る排気制御装置は、前記内燃機関の燃焼室での燃料の燃焼により発生し同燃焼室から排出されるPMの成分割合を取得する成分割合取得手段と、前記取得されたPMの成分割合が所定範囲内にあるか否かを判定し、前記取得されたPMの成分割合が前記所定範囲外のとき、前記取得されたPMの成分割合が前記所定範囲内になるように同取得されたPMの成分割合に基づいて前記内燃機関の制御パラメータを制御する成分割合制御手段とを備える。 The exhaust control apparatus according to the present invention includes a component ratio acquisition means for acquiring a component ratio of PM generated by combustion of fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine and discharged from the combustion chamber, and the acquired PM component It is determined whether or not the ratio is within a predetermined range, and when the acquired PM component ratio is outside the predetermined range, the acquired PM component ratio is acquired so as to be within the predetermined range. And a component ratio control means for controlling the control parameter of the internal combustion engine based on the PM component ratio.
より好ましくは、前記成分割合取得手段は、前記PM中のSOFの割合を取得するように構成され、前記成分割合制御手段は、前記取得されたPM中のSOFの割合が所定範囲内にあるか否かを判定し、前記取得されたPM中のSOFの割合が前記所定範囲外のとき、前記取得されたPM中のSOFの割合が前記所定範囲内になるように同取得されたSOFの割合に基づいて前記制御パラメータを制御するように構成される。 More preferably, the component ratio acquisition means is configured to acquire a ratio of SOF in the PM, and the component ratio control means determines whether the ratio of SOF in the acquired PM is within a predetermined range. When the ratio of SOF in the acquired PM is out of the predetermined range, the ratio of SOF acquired so that the ratio of SOF in the acquired PM falls within the predetermined range. Based on the control parameter.
ここで、前記制御パラメータとしては、例えば、燃料噴射圧力、燃料噴射時期、及びEGR率等が使用され得る。燃料噴射圧力を増大させること、或いはEGR率を減少させることによりSoot量が低減され得、燃料噴射時期を遅らせることにより未燃HCの量が増大してSOF量が増大され得る。従って、これらを制御することでPMの成分割合(特に、PM中のSOF割合)を調整することができる。 Here, as the control parameter, for example, fuel injection pressure, fuel injection timing, EGR rate, and the like can be used. The soot amount can be reduced by increasing the fuel injection pressure or decreasing the EGR rate, and the amount of unburned HC can be increased and the SOF amount can be increased by delaying the fuel injection timing. Accordingly, the PM component ratio (particularly, the SOF ratio in the PM) can be adjusted by controlling these.
上記構成によれば、燃料噴射圧力等の制御パラメータを制御することでPMの成分割合(特に、PM中のSOF割合)が所定範囲内になるように積極的に制御される。従って、燃費の悪化及び出力の低下等の抑制、並びにPM捕集手段から排出されるPMの総量の低減が全て考慮された適切な値(範囲)に前記所定値(所定範囲)を設定すれば、燃費の悪化、出力の低下等を抑制しつつPM捕集手段から排出される(従って、外部へ排出される)PMの総量を低減することができる。 According to the above configuration, the PM component ratio (particularly, the SOF ratio in the PM) is positively controlled to be within a predetermined range by controlling the control parameters such as the fuel injection pressure. Therefore, if the predetermined value (predetermined range) is set to an appropriate value (range) that takes into account the suppression of deterioration of fuel consumption, reduction in output, etc., and the reduction of the total amount of PM discharged from the PM trapping means. Further, it is possible to reduce the total amount of PM discharged from the PM trapping means (thus, discharged to the outside) while suppressing deterioration of fuel consumption, decrease in output, and the like.
この場合、前記成分割合取得手段は、前記燃焼室から排出されるPM中のSootの量を取得するSoot量取得手段と、前記燃焼室から排出されるPM中のSOFの量を取得するSOF量取得手段とを備え、前記PMがSootとSOFのみからなるとの仮定のもと、前記取得されたSoot量と、前記取得されたSOF量とに基づいて前記PM中のSOFの割合を取得するように構成されることが好適である。 In this case, the component ratio acquisition means includes a soot amount acquisition means for acquiring the amount of soot in the PM discharged from the combustion chamber, and an SOF amount for acquiring the amount of SOF in the PM discharged from the combustion chamber. An acquisition means, and on the assumption that the PM consists only of soot and SOF, so as to acquire the ratio of SOF in the PM based on the acquired soot amount and the acquired SOF amount It is suitable to be configured.
これによれば、上記取得されたSootの量(濃度等)と上記取得されたSOFの量(濃度等)とに基づいてPM(=Soot+SOF)中のSOF割合を簡易な計算により取得することができる。 According to this, the SOF ratio in PM (= Soot + SOF) can be acquired by simple calculation based on the acquired amount of soot (concentration, etc.) and the acquired amount of sof (concentration, etc.). it can.
なお、燃焼室から排出されるPM中のSoot量(濃度等)は、例えば、燃焼室でのSootの発生速度(Soot濃度の増加速度)を燃料噴射開始時期から排気弁開弁時までの間に亘って時間積分すること等により求めることができる。同様に、燃焼室から排出されるPM中のSOF量(濃度等)は、例えば、燃焼室でのSOFの発生速度(SOF濃度の増加速度)を燃料噴射開始時期から排気弁開弁時までの間に亘って時間積分すること等により求めることができる。 Note that the amount of soot (concentration, etc.) in the PM discharged from the combustion chamber is, for example, the soot generation rate (increase rate of soot concentration) in the combustion chamber between the fuel injection start timing and the exhaust valve opening time. For example, by time integration over a period of time. Similarly, the amount of SOF (concentration, etc.) in the PM discharged from the combustion chamber is, for example, the SOF generation rate (increase rate of SOF concentration) in the combustion chamber from the fuel injection start timing to the exhaust valve opening time. It can be obtained by time integration over time.
前記SOF量取得手段は、前記燃焼室で発生する炭化水素(HC)の量を取得する炭化水素量取得手段を備え、前記取得された炭化水素の量に基づいて前記SOFの量を取得するように構成されることが好ましい。燃焼室から排出されるPM中のSOF量(濃度、濃度の増加速度等)は、燃焼室で発生する炭化水素(HC)の量(濃度、濃度の増加速度等)に大きく依存する。従って、上記構成によれば、燃焼室から排出されるPM中のSOF量が精度良く取得され得る。 The SOF amount acquisition means includes hydrocarbon amount acquisition means for acquiring the amount of hydrocarbon (HC) generated in the combustion chamber, and acquires the SOF amount based on the acquired amount of hydrocarbon. Preferably it is comprised. The amount of SOF (concentration, concentration increase rate, etc.) in the PM discharged from the combustion chamber largely depends on the amount of hydrocarbon (HC) generated in the combustion chamber (concentration, concentration increase rate, etc.). Therefore, according to the above configuration, the SOF amount in the PM discharged from the combustion chamber can be obtained with high accuracy.
なお、この場合、具体的には、例えば、燃焼室での炭化水素の発生速度(HC濃度の増加速度)からSOFの発生速度(SOF濃度の増加速度)を求め、このSOFの発生速度を燃料噴射開始時期から排気弁開弁時までの間に亘って時間積分すること等により、燃焼室から排出されるPM中のSOF量(濃度等)を求めることができる。 In this case, specifically, for example, the SOF generation speed (SOF concentration increase speed) is obtained from the hydrocarbon generation speed (HC concentration increase speed) in the combustion chamber, and this SOF generation speed is determined as the fuel. The amount of SOF (concentration, etc.) in the PM discharged from the combustion chamber can be determined by time integration from the injection start timing to the exhaust valve opening time.
前記炭化水素量取得手段は、前記燃焼室への燃料噴射量と、前記燃焼室で発生するCO、CO 2 、及びSootの少なくとも一つの量とに基づいて前記炭化水素の量を取得するように構成されることが好適である。 The hydrocarbon amount acquisition means acquires the amount of the hydrocarbon based on the amount of fuel injected into the combustion chamber and at least one amount of CO, CO 2 and Soot generated in the combustion chamber. constructed it is Ru preferred der.
燃焼室で発生するHCの量(濃度、濃度の増加速度等)は、燃焼室への燃料噴射量(噴射速度、噴射率、燃料濃度、燃料濃度の増加速度等)と、燃焼室で発生するHC以外の炭素原子を含んだ成分(CO、CO2等)の量(濃度、濃度の増加速度等)に大きく依存する。従って、上記構成によれば、燃焼室で発生するHCの量が精度良く取得され得、この結果、燃焼室から排出されるPM中のSOF量も精度良く取得され得る。 The amount of HC generated in the combustion chamber (concentration, concentration increase rate, etc.) is generated in the combustion chamber and the amount of fuel injected into the combustion chamber (injection speed, injection rate, fuel concentration, fuel concentration increase rate, etc.) the amount of contained carbon atoms other than HC components (CO, CO 2, etc.) largely depends on (concentration, increased speed of concentration). Therefore, according to the above configuration, the amount of HC generated in the combustion chamber can be acquired with high accuracy, and as a result, the amount of SOF in PM discharged from the combustion chamber can also be acquired with high accuracy.
以下、本発明による内燃機関(ディーゼル機関)の排気制御装置(排気浄化装置)の実施形態について図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of an exhaust control device (exhaust gas purification device) for an internal combustion engine (diesel engine) according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気制御装置を4気筒内燃機関(ディーゼル機関)10に適用したシステム全体の概略構成を示している。このシステムは、燃料供給系統を含むエンジン本体20、エンジン本体20の各気筒の燃焼室(筒内)にガスを導入するための吸気系統30、エンジン本体20からの排ガスを放出するための排気系統40、排気還流を行うためのEGR装置50、及び電気制御装置60を含んでいる。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an entire system in which an exhaust control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied to a four-cylinder internal combustion engine (diesel engine) 10. This system includes an engine
エンジン本体20の各気筒の上部には燃料噴射弁(噴射弁、インジェクタ)21が配設されている。各燃料噴射弁21は、図示しない燃料タンクと接続された燃料噴射用ポンプ22に燃料配管23を介して接続されている。燃料噴射用ポンプ22は、電気制御装置60と電気的に接続されていて、電気制御装置60からの駆動信号(後述する指令最終燃料噴射圧力Pcrfinに応じた指令信号)により燃料の実際の噴射圧力(吐出圧力)が指令最終燃料噴射圧力Pcrfinになるように同燃料を昇圧するようになっている。
A fuel injection valve (injection valve, injector) 21 is disposed above each cylinder of the
これにより、燃料噴射弁21には、燃料噴射用ポンプ22から前記指令最終燃料噴射圧力Pcrfinまで昇圧された燃料が供給されるようになっている。また、燃料噴射弁21は、電気制御装置60と電気的に接続されていて、同電気制御装置60からの駆動信号(指令パイロット燃料噴射量(質量)Qp、指令メイン燃料噴射量(質量)Qmに応じた指令信号)により開弁する。これにより、前記指令最終燃料噴射圧力Pcrfinにまで昇圧された燃料が直接燃焼室内に、先ずは前記指令パイロット燃料噴射量Qpだけパイロット噴射され、その後、前記指令メイン燃料噴射量Qmだけメイン噴射されるようになっている。
Thereby, the
吸気系統30は、エンジン本体20の各気筒の燃焼室にそれぞれ接続された吸気マニホールド31、吸気マニホールド31の上流側集合部に接続され同吸気マニホールド31とともに吸気通路を構成する吸気管32、吸気管32内に回動可能に保持されたスロットル弁33、電気制御装置60からの駆動信号に応答してスロットル弁33を回転駆動するスロットル弁アクチュエータ33a、スロットル弁33の上流において吸気管32に順に介装されたインタクーラー34と過給機35のコンプレッサ35a、及び吸気管32の先端部に配設されたエアクリーナ36とを含んでいる。
The intake system 30 includes an
排気系統40は、エンジン本体20の各気筒にそれぞれ接続された排気マニホールド41、排気マニホールド41の下流側集合部に接続された排気管42、排気管42に配設された過給機35のタービン35b、及び排気管42に介装されたディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、「DPNR」と称呼する。)43を含んでいる。排気マニホールド41及び排気管42は排気通路を構成している。DPNR43はPM捕集手段に対応する。
The
EGR装置50は、排気ガスを還流させる通路(EGR通路)を構成する排気還流管51と、排気還流管51に介装されたEGR制御弁52と、EGRクーラー53とを備えている。排気還流管51はタービン35bの上流側排気通路(排気マニホールド41)とスロットル弁33の下流側吸気通路(吸気マニホールド31)を連通している。EGR制御弁52は電気制御装置60からの駆動信号に応答し、再循環される排気ガス量(排気還流量、EGRガス流量)を変更し得るようになっている。
The
電気制御装置60は、互いにバスで接続されたCPU61、CPU61が実行するプログラム、テーブル(ルックアップテーブル、マップ)、及び定数等を予め記憶したROM62、CPU61が必要に応じてデータを一時的に格納するRAM63、電源が投入された状態でデータを格納するとともに同格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップRAM64、並びにADコンバータを含むインターフェース65等からなるマイクロコンピュータである。
The
インターフェース65は、吸気管32に配置された熱線式エアフローメータ71、スロットル弁33の下流であって排気還流管51が接続された部位よりも下流の吸気通路に設けられた吸気温センサ72、スロットル弁33の下流であって排気還流管51が接続された部位よりも下流の吸気通路に配設された吸気管圧力センサ73、クランクポジションセンサ74、アクセル開度センサ75、燃料噴射用ポンプ22の吐出口の近傍の燃料配管23に配設された燃料温度センサ76、及び水温センサ77と接続されていて、これらのセンサからの信号をCPU61に供給するようになっている。
The
また、インターフェース65は、燃料噴射弁21、燃料噴射用ポンプ22、スロットル弁アクチュエータ33a、及びEGR制御弁52と接続されていて、CPU61の指示に応じてこれらに駆動信号を送出するようになっている。
The
熱線式エアフローメータ71は、吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量(単位時間当りの吸入空気量、単位時間あたりの新気量)を計測し、同質量流量Ga(空気流量Ga)を表す信号を発生するようになっている。吸気温センサ72は、エンジン10のシリンダ(即ち、燃焼室、筒内)に吸入されるガスの温度(即ち、吸気温度)を検出し、同吸気温度Tbを表す信号を発生するようになっている。吸気管圧力センサ73は、エンジン10のシリンダに吸入されるガスの圧力(即ち、吸気管圧力)を検出し、同吸気管圧力Pbを表す信号を発生するようになっている。
The hot-wire
クランクポジションセンサ74は、各気筒の絶対クランク角度を検出し、実クランク角度CAactを表すとともにエンジン10の回転速度であるエンジン回転速度NEをも表す信号を発生するようになっている。アクセル開度センサ75は、アクセルペダルAPの操作量を検出し、アクセル操作量Accpを表す信号を発生するようになっている。燃料温度センサ76は、燃料配管23を通過する燃料の温度を検出し、燃料温度Tcrを表す信号を発生するようになっている。水温センサ77は、冷却水の温度を検出し、冷却水温THWを表す信号を発生するようになっている。
The crank position sensor 74 detects the absolute crank angle of each cylinder, and generates a signal that represents the actual crank angle CAact and also represents the engine rotational speed NE that is the rotational speed of the
(燃焼室周りのガスの流れの概要)
図2は、或る一つの気筒のシリンダ内(筒内、燃焼室内)に吸気マニホールド31からガスが吸入され、燃焼室内に吸入されたガスが排気マニホールド41へ排出される様子を模式的に示した図である。図2に示したように、燃焼室内に吸入されるガス(従って、筒内ガス)には、吸気管32の先端部からスロットル弁33を介して吸入された新気と、排気還流管51からEGR制御弁52を介して吸入されたEGRガスが含まれる。
(Outline of gas flow around the combustion chamber)
FIG. 2 schematically shows a state in which gas is sucked from the
吸入される新気量(質量)と吸入されるEGRガス量(質量)の和に対するEGRガス量の割合(即ち、EGR率)は、運転状態に応じて電気制御装置60(CPU61)により適宜制御されるスロットル弁33の開度、及びEGR制御弁52の開度に応じて変化する。
The ratio of the amount of EGR gas to the sum of the amount of fresh air (mass) to be sucked and the amount of mass of EGR (mass) to be sucked (that is, the EGR rate) is appropriately controlled by the electric control device 60 (CPU 61) according to the operating state. It changes according to the opening of the
かかる新気、及びEGRガスは、吸気行程において開弁している吸気弁Vinを介してピストンの下降に伴って燃焼室内に吸入されて筒内ガスとなる。筒内ガスは、ピストンが圧縮下死点に達する時点近傍で吸気弁Vinが閉弁することにより燃焼室内に密閉され、その後の圧縮行程においてピストンの上昇に伴って圧縮される。 The fresh air and EGR gas are sucked into the combustion chamber as the piston descends via the intake valve Vin opened in the intake stroke, and become in-cylinder gas. The in-cylinder gas is sealed in the combustion chamber when the intake valve Vin closes near the time when the piston reaches compression bottom dead center, and is compressed as the piston rises in the subsequent compression stroke.
そして、所定時期になると、上述したように、先ずはパイロット噴射が行われる。パイロット噴射された(液体の)燃料は、圧縮により高温になっている筒内ガスから受ける熱により直ちに燃料蒸気になる。そして、時間の経過に伴って同筒内ガスを取り込みながら混合気となって燃焼室内において円錐状に拡散していき、所定のタイミングで自着火に起因して拡散燃焼していく。 At a predetermined time, pilot injection is first performed as described above. Pilot-injected (liquid) fuel immediately becomes fuel vapor due to heat received from the in-cylinder gas that has become hot due to compression. As the time elapses, the gas in the cylinder is taken in and becomes an air-fuel mixture that diffuses in a conical shape in the combustion chamber and diffuses and burns due to self-ignition at a predetermined timing.
その後、メイン噴射が行われる。メイン噴射された燃料もパイロット噴射された燃料と同様、混合気となって燃焼室内において円錐状に拡散していき、所定のタイミングで自着火に起因して拡散燃焼していく。そして、燃焼により発生した排気ガスは、排気行程において開弁する排気弁Voutを介してピストンの上降に伴って排気通路に排出されていく。 Thereafter, main injection is performed. As with the pilot-injected fuel, the main-injected fuel also becomes an air-fuel mixture and diffuses conically in the combustion chamber, and diffuses and burns due to self-ignition at a predetermined timing. The exhaust gas generated by the combustion is discharged into the exhaust passage as the piston moves up and down through the exhaust valve Vout that opens in the exhaust stroke.
(炭化水素量の推定方法)
上記のように構成されている本発明の実施形態に係る内燃機関の排気制御装置(以下、「本装置」と称呼する。)は、後にフローチャートを参照しながら詳述するように、燃焼室から排出されるPM中のSOFの割合(質量割合)(以下、「SOF/PM」と表記する。)を算出する。そのSOF/PMの算出過程では、燃焼室で発生する炭化水素(以下、「HC」と標記する。)の濃度[HC]の増加速度d[HC]/dtを、パイロット燃料噴射開始時期から排気弁Voutの開弁時期までの間に亘って逐次求めていく必要がある。以下、本装置によるHC濃度増加速度d[HC]/dtを求める手法について説明する。なお、本例では、「濃度」とは、燃焼室内のガス中の平均質量濃度を意味するものとする。
(Hydrocarbon content estimation method)
An internal combustion engine exhaust control device (hereinafter referred to as “the present device”) according to an embodiment of the present invention configured as described above is provided from a combustion chamber as will be described in detail later with reference to a flowchart. The ratio (mass ratio) of SOF in the discharged PM (hereinafter referred to as “SOF / PM”) is calculated. In the SOF / PM calculation process, the increase rate d [HC] / dt of the concentration [HC] of hydrocarbons (hereinafter referred to as “HC”) generated in the combustion chamber is discharged from the pilot fuel injection start timing. It is necessary to obtain sequentially until the opening time of the valve Vout. Hereinafter, a method for obtaining the HC concentration increase rate d [HC] / dt by the present apparatus will be described. In this example, “concentration” means the average mass concentration in the gas in the combustion chamber.
燃焼室内のガス中の炭素原子の数に着目すると、燃焼室内で発生するHCの増加速度を増大させる要因としては、燃焼室への燃料(本例では、C14H28とする。)の供給が考えられ、燃焼室内で発生するHCの増加速度を減少させる要因としては、燃焼室での燃料の燃焼により発生するHC以外の炭素原子Cを含んだ成分の発生が考えられる。ここで、「燃焼室で発生するHC以外の炭素原子Cを含んだ成分」の代表例としては、一酸化炭素CO、二酸化炭素CO2、及びSootが考えられる。 When attention is paid to the number of carbon atoms in the gas in the combustion chamber, supply of fuel (in this example, C14H28) to the combustion chamber is considered as a factor that increases the increase rate of HC generated in the combustion chamber. As a factor for reducing the increase rate of HC generated in the combustion chamber, the generation of components containing carbon atoms C other than HC generated by the combustion of fuel in the combustion chamber can be considered. Here, as a representative example of “a component containing carbon atoms C other than HC generated in the combustion chamber”, carbon monoxide CO, carbon dioxide CO 2 , and soot can be considered.
以上のことを考慮すれば、下記(1)式が成立する。(1)式において、d[Fuel]/dtは燃料濃度[Fuel]の増加速度、d[CO]/dtはCO濃度[CO]の増加速度、d[CO2]/dtはCO2濃度[CO2]の増加速度、d[Soot]/dtはSoot濃度[Soot]の増加速度である。MHCaveはHCの平均分子量、MC14H28は燃料(C14H28)の分子量、MCOはCOの分子量、MCO2はCO2の分子量、MSootはSootの分子量である。NHCaveはHC分子内の平均炭素原子数であり、NSootはSoot分子内の平均炭素原子数である。 Considering the above, the following equation (1) is established. In equation (1), d [Fuel] / dt is the rate of increase in the fuel concentration [Fuel], d [CO] / dt is the rate of increase in the CO concentration [CO], and d [CO 2 ] / dt is the CO 2 concentration [ The increasing rate of CO 2 ], d [Soot] / dt, is the increasing rate of the Soot concentration [Soot]. M HCave is the average molecular weight of HC, M C14H28 is the molecular weight of fuel (C14H28), M CO is the molecular weight of CO, M CO2 is the molecular weight of CO 2 , and M Soot is the molecular weight of Soot. N HCave is the average number of carbon atoms in the HC molecule, and N Soot is the average number of carbon atoms in the Soot molecule.
(1)式において、左辺は燃焼室内のガスの単位質量当たり且つ単位時間当たりに増加するHC内の炭素原子のモル数を表す。同様に、右辺第1項は燃焼室内のガスの単位質量当たり且つ単位時間当たりに増加する燃料内の炭素原子のモル数、右辺第2項は燃焼室内のガスの単位質量当たり且つ単位時間当たりに増加するCO内の炭素原子のモル数、右辺第3項は燃焼室内のガスの単位質量当たり且つ単位時間当たりに増加するCO2内の炭素原子のモル数、右辺第4項は燃焼室内のガスの単位質量当たり且つ単位時間当たりに増加するSoot内の炭素原子のモル数をそれぞれ表す。 In the formula (1), the left side represents the number of moles of carbon atoms in HC that increase per unit mass of the gas in the combustion chamber and per unit time. Similarly, the first term on the right side is the number of moles of carbon atoms in the fuel increasing per unit mass and per unit time of the gas in the combustion chamber, and the second term on the right side is per unit mass and per unit time of the gas in the combustion chamber. The number of moles of carbon atoms in CO increasing, the third term on the right side is the number of moles of carbon atoms in CO 2 increasing per unit mass and per unit time of the gas in the combustion chamber, and the fourth term on the right side is the gas in the combustion chamber Represents the number of moles of carbon atoms in the soot that increases per unit mass of the nuclei and per unit time.
ここで、燃料濃度増加速度d[Fuel]/dt、CO濃度増加速度d[CO]/dt、CO2濃度増加速度d[CO2]/dt、及びSoot濃度増加速度d[Soot]/dtはそれぞれ、後にフローチャートを参照しながら説明するように、予め作製されているテーブルを利用してクランク角度に対応させながら逐次取得することができる。 Here, the fuel concentration increase rate d [Fuel] / dt, the CO concentration increase rate d [CO] / dt, the CO 2 concentration increase rate d [CO 2 ] / dt, and the Soot concentration increase rate d [Soot] / dt As will be described later with reference to the flowchart, each can be obtained sequentially while using a previously prepared table in correspondence with the crank angle.
そこで、本装置は、上記(1)をHC濃度増加速度d[HC]/dtについて解いて得られる下記(2)式に従って、HC濃度増加速度d[HC]/dtを、パイロット燃料噴射開始時期から排気弁Voutの開弁時期までの間に亘って逐次求めていく。 Therefore, the present apparatus converts the HC concentration increase rate d [HC] / dt to the pilot fuel injection start timing according to the following equation (2) obtained by solving the above (1) for the HC concentration increase rate d [HC] / dt. To the exhaust valve Vout until the valve opening timing.
このように、本装置は、燃焼室への燃料噴射量(燃料濃度増加速度d[Fuel]/dt)と、燃焼室で発生する少なくとも一つの炭化水素以外の成分であって炭素原子を含んだ成分の量(d[CO]/dt,d[CO2]/dt,d[Soot]/dt)とに基づいて炭化水素の量(d[HC]/dt)を取得する。 As described above, this apparatus contains carbon atoms that are components other than the fuel injection amount (fuel concentration increase rate d [Fuel] / dt) into the combustion chamber and at least one hydrocarbon generated in the combustion chamber. The amount of hydrocarbon (d [HC] / dt) is acquired based on the amount of component (d [CO] / dt, d [CO 2 ] / dt, d [Soot] / dt).
(実際の作動)
次に、上記のように構成された内燃機関の排気制御装置の実際の作動について説明する。CPU61は、図3〜図5に一連のフローチャートにより示したSOF/PMの制御を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に、気筒毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU61はステップ300から処理を開始し、ステップ305に進んで吸気弁Vinが開状態から閉状態へと変化したか否か(吸気弁閉弁時(IVC時)が到来したか否か)を判定し、「No」と判定する場合、ステップ395に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
(Actual operation)
Next, the actual operation of the exhaust control device for the internal combustion engine configured as described above will be described. The
いま、吸気弁閉弁時が到来したものとすると、CPU61はステップ305に進んだとき「Yes」と判定してステップ310に進み、IVC時クランク角度CAivcをクランクポジションセンサ74から取得される現時点での実クランク角度CAactの値に設定し、IVC時筒内ガス圧力Pgivcを吸気管圧力センサ73から得られる現時点での吸気管圧力Pbの値に設定し、IVC時筒内ガス温度Tgivcを吸気温センサ72から得られる現時点での吸気温度Tbの値に設定し、IVC時エンジン回転速度NEivcをクランクポジションセンサ74から取得される現時点でのエンジン回転速度NEの値に設定し、IVC時冷却水温THWivcを水温センサ77から取得される現時点での冷却水温THWの値に設定する。
Assuming that the intake valve closing time has arrived, the
続いて、CPU61はステップ315に進んで、上記設定されたIVC時筒内ガス圧力Pgivcと、上記設定されたIVC時筒内ガス温度Tgivcと、IVC時筒内容積Vg(CAivc)と、気体の状態方程式に基づくステップ315内に記載の式とに基づいて筒内ガスの全質量Mgを求める。IVC時筒内容積Vg(CAivc)は、設計諸元等から得られるクランク角度CAの関数である筒内容積Vg(CA)においてCA=CAivcとしたときの値である。Rは気体定数(本例では、定数)である。この計算は、IVC時では、筒内ガスの圧力及び温度はそれぞれ、上記設定されたIVC時筒内ガス圧力Pgivc及び上記設定されたIVC時筒内ガス温度Tgivcに近い値になっているとの事実に基づく。
Subsequently, the
次いで、CPU61はステップ320に進み、アクセル開度センサ75により得られる現時点でのアクセル開度Accp、クランクポジションセンサ74から取得される現時点でのエンジン回転速度NE、及び図6に示したテーブル(マップ)MapQfinから指令燃料噴射量Qfin(=指令パイロット燃料噴射量Qp+指令メイン燃料噴射量Qm)を求める。テーブルMapQfinは、アクセル開度Accp及びエンジン回転速度NEと、指令燃料噴射量Qfin(=Qp+Qm)との関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。
Next, the
次に、CPU61はステップ325に進み、指令燃料噴射量Qfin、エンジン回転速度NE、及び図7に示したテーブルMapCAinjから、パイロット燃料噴射開始時期(クランク角度)CAinjp及びメイン燃料噴射開始時期(クランク角度)CAinjmを決定する。テーブルMapCAinjは、指令燃料噴射量Qfin及びエンジン回転速度NEと、パイロット燃料噴射開始時期CAinjp及びメイン燃料噴射開始時期CAinjmとの関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。
Next, the
続いて、CPU61はステップ330に進んで、指令燃料噴射量Qfin、エンジン回転速度NE、及び図8に示したテーブルMapPcrbaseから基本燃料噴射圧力Pcrbaseを決定する。テーブルMapPcrbaseは、指令燃料噴射量Qfin及びエンジン回転速度NEと、基本燃料噴射圧力Pcrbaseとの関係を規定するテーブルであり、ROM62内に格納されている。
Subsequently, the
次に、CPU61はステップ335に進み、燃焼室から排出されるSOFの濃度[SOF]、及び燃焼室から排出されるSootの濃度[Soot]を共に初期値「0」に設定する。
Next, the
続いて、CPU61はステップ340に進んで、上記IVC時エンジン回転速度NEivcと、微小クランク角度ΔCA(定数)と、NE,ΔCAを引数とする微小時間Δtを求めるための関数funcΔtとに基づいて、微小時間Δtを求める。この微小時間Δtは、エンジン回転速度NE=NEivcの場合における、微小クランク角度ΔCAに相当する時間(クランク角度が微小クランク角度ΔCAだけ進行するのに要する時間)である。
Subsequently, the
次に、CPU61はステップ345に進み、計算上のクランク角度CAを先のステップ325にて求めたパイロット燃料噴射開始時点CAinjpと等しい値に設定し、続く図4のステップ405に進む。
Next, the
CPU61はステップ405に進むと、上述のようにそれぞれ求めた、IVC時エンジン回転速度NEivc、筒内ガスの全質量Mg、IVC時筒内ガス圧力Pgivc、IVC時筒内ガス温度Tgivc、指令パイロット燃料噴射量Qp、指令メイン燃料噴射量Qm、パイロット燃料噴射開始時期CAinjp、メイン燃料噴射開始時期CAinjm、基本燃料噴射圧力Pcrbase、IVC時冷却水温THWivc(以下、これら10個の値を「特定パラメータ値」と称呼する。)と、計算上のクランク角度CA(現時点では、ステップ345の処理によりCAinjpに等しい。)と、テーブルMapdFuelとから、クランク角度CAにおける燃料濃度増加速度d[Fuel]/dtを求める。テーブルMapdFuelは、特定パラメータ値及びクランク角度と、燃料濃度増加速度d[Fuel]/dtとの関係を規定する予め実験等を通して作製されたテーブルであり、ROM62内に格納されている。
When the
続いて、CPU61はステップ410に進み、上記特定パラメータ値と、計算上のクランク角度CAと、テーブルMapdCOとから、クランク角度CAにおけるCO濃度増加速度d[CO]/dtを求める。テーブルMapdCOは、特定パラメータ値及びクランク角度と、CO濃度増加速度d[CO]/dtとの関係を規定する予め実験等を通して作製されたテーブルであり、ROM62内に格納されている。
Subsequently, the
次に、CPU61はステップ415に進み、上記特定パラメータ値と、計算上のクランク角度CAと、テーブルMapdCO2とから、クランク角度CAにおけるCO2濃度増加速度d[CO2]/dtを求める。テーブルMapdCO2は、特定パラメータ値及びクランク角度と、CO2濃度増加速度d[CO2]/dtとの関係を規定する予め実験等を通して作製されたテーブルであり、ROM62内に格納されている。
Next, the
次いで、CPU61はステップ420に進み、上記特定パラメータ値と、計算上のクランク角度CAと、テーブルMapdSootとから、クランク角度CAにおけるSoot濃度増加速度d[Soot]/dtを求める。テーブルMapdSootは、特定パラメータ値及びクランク角度と、Soot濃度増加速度d[Soot]/dtとの関係を規定する予め実験等を通して作製されたテーブルであり、ROM62内に格納されている。
Next, the
続いて、CPU61はステップ425に進んで、上記求めた燃料濃度増加速度d[Fuel]/dt、CO濃度増加速度d[CO]/dt、CO2濃度増加速度d[CO2]/dt、及びSoot濃度増加速度d[Soot]/dtと、上記(2)式とに基づいて、計算上のクランク角度CAでのHC濃度増加速度d[HC]/dtを求める。
Subsequently, the
次に、CPU61はステップ430に進んで、定数kと、上記IVC時エンジン回転速度NEivcと、指令燃料噴射量Qfinと、上記求めたHC濃度増加速度d[HC]/dtと、関数funcとに基づいて、計算上のクランク角度CAでのSOF濃度[SOF]の増加速度d[SOF]/dtを求める。
Next, the
この関数funcは、k,NE,Qfin(トルクに相当する値),d[HC]/dtを引数としてSOF濃度増加速度d[SOF]/dtを求める関数であり、例えば、非特許文献「上海交通大学 P−QTAN,Journal
of the Energy Institute,September 2004,77,pp68-75」に紹介されている。このように、SOFの量(d[SOF]/dt)は、炭化水素の量(d[HC]/dt)に基づいて取得される。
This function func is a function for obtaining the SOF concentration increase rate d [SOF] / dt with k, NE, Qfin (value corresponding to torque) and d [HC] / dt as arguments. Jiaotong University P-QTAN, Journal
of the Energy Institute, September 2004, 77, pp 68-75 ”. Thus, the amount of SOF (d [SOF] / dt) is acquired based on the amount of hydrocarbon (d [HC] / dt).
続いて、CPU61はステップ435に進み、その時点でのSOF濃度[SOF]の値(現時点では、先のステップ335の処理により「0」)に、上記求めたSOF濃度増加速度d[SOF]/dtに先のステップ340にて求めた微小時間Δtを乗じた値(=微小時間Δtの間におけるSOF濃度[SOF]の増加量)を加えることで、SOF濃度[SOF]の値を更新する。
Subsequently, the
次いで、CPU61はステップ440に進んで、その時点でのSoot濃度[Soot]の値(現時点では、先のステップ335の処理により「0」)に、先のステップ420にて求めたSoot濃度増加速度d[Soot]/dtに先のステップ340にて求めた微小時間Δtを乗じた値(=微小時間Δtの間におけるSoot濃度[Soot]の増加量)を加えることで、Soot濃度[Soot]の値を更新する。
Next, the
次に、CPU61は図5のステップ505に進み、その時点での計算上のクランク角度CA(現時点では、先のステップ345の処理によりCAinjpに等しい)に微小クランク角度ΔCAを加えることで計算上のクランク角度CAを更新し、続くステップ510にて、更新した計算上のクランク角度CAが排気弁Voutの開弁時期(クランク角度)CAEVOを超えたか否かを判定する。
Next, the
現時点では、計算上のクランク角度CA(=CAinjp+ΔCA)は、排気弁開弁時期CAEVOを超えていない。従って、CPU61はステップ510にて「No」と判定して図4のステップ405に戻り、図4のステップ405〜440及び図5のステップ505の一連の処理を再び実行する。
At present, the calculated crank angle CA (= CAinjp + ΔCA) does not exceed the exhaust valve opening timing CA EVO . Accordingly, the
図4のステップ405〜440及び図5のステップ505の一連の処理は、ステップ505の繰り返し実行により更新されていく計算上のクランク角度CAが排気弁開弁時期CAEVOを超えるまで繰り返し実行されていく。これにより、ステップ435,440にて、SOF濃度[SOF]、Soot濃度[Soot]がそれぞれ更新されていく。
A series of processes in
そして、計算上のクランク角度CAが排気弁開弁時期CAEVOを超えると、CPU61はステップ505に進んだとき「Yes」と判定してステップ515に進むようになる。なお、ステップ435,440にてそれぞれ更新されてきたSOF濃度[SOF]及びSoot濃度[Soot]のこの時点での値はそれぞれ、燃焼室から排出されるPM中のSOF量(排気ガス中のSOF濃度)及び燃焼室から排出されるPM中のSoot量(排気ガス中のSoot濃度)を表す。
When the calculated crank angle CA exceeds the exhaust valve opening timing CA EVO , when the
CPU61はステップ515に進むと、先のステップ435,440にてそれぞれ更新されているSOF濃度[SOF]及びSoot濃度[Soot]の各値と、ステップ515内に記載の式とに基づいて、燃焼室から排出されるPM中のSOF割合であるSOF/PMの値を算出する。この計算は、PMがSootとSOFのみからなるとの仮定に基づく。
When the
続いて、CPU61はステップ520に進んで、上記求めた値SOF/PMが第1所定値α1以上であって且つ第2所定値α2(>α1)以下であるか否かを判定する。この第1所定値α1は、DPNR43(PM捕集手段)から排出されるPMの総量の低減の観点から決定される値SOF/PMの下限値(本例では、定数)である。第2所定値α2は、燃費の悪化及び出力の低下等の抑制の観点から決定される値SOF/PMの上限値(本例では、一定)である。
Subsequently, the
CPU61はステップ520にて「Yes」と判定する場合(α1≦SOF/PM≦α2)、ステップ525に進んで、指令最終燃料噴射圧力Pcrfinを先のステップ330にて求めた基本燃料噴射圧力Pcrbaseと等しい値に設定する。
When the
一方、CPU61はステップ520にて「No」と判定する場合、ステップ530に進み、値SOF/PMが第1所定値α1よりも小さいか否かを判定し、「Yes」と判定する場合(SOF/PM<α1)、ステップ535に進んで、指令最終燃料噴射圧力Pcrfinを上記基本燃料噴射圧力Pcrbaseに調整値ΔPcr(正の定数)を加えた値に設定する。これは、以下の理由に基づく。
On the other hand, if the
即ち、燃料噴射圧力が大きいほど燃焼室から排出されるSoot量が減少することが知られている。これは、燃料噴射圧力が大きいほど燃料噴霧の粒径が小さくなって燃料と酸素の反応がより促進されるからであると考えられる。他方、燃焼室から排出されるSoot量が減少することは上記値SOF/PMが増大することを意味する(ステップ515内に記載の式を参照)。以上より、燃料噴射圧力を増大させると上記値SOF/PMを増大させることができる。 That is, it is known that the amount of soot discharged from the combustion chamber decreases as the fuel injection pressure increases. This is presumably because the fuel spray particle size decreases as the fuel injection pressure increases, and the reaction between fuel and oxygen is further promoted. On the other hand, a decrease in the amount of soot discharged from the combustion chamber means that the value SOF / PM increases (see the formula described in step 515). From the above, when the fuel injection pressure is increased, the value SOF / PM can be increased.
一方、CPU61はステップ520にて「No」と判定する場合(SOF/PM>α2)、ステップ540に進んで、指令最終燃料噴射圧力Pcrfinを上記基本燃料噴射圧力Pcrbaseから調整値ΔPcr(正の定数)を減じた値に設定する。これは、上記と反対に、燃料噴射圧力を減少させると上記値SOF/PMを減少させることができることに基づく。
On the other hand, when the
そして、CPU61はステップ545に進んで、燃料噴射圧力が上記求めた指令最終燃料噴射圧力Pcrfinと一致するように燃料噴射用ポンプ22に対して指示した後、ステップ395に進んで本ルーチンを一旦終了する。
Then, the
ここで、ステップ545が実行される時点は、今回の吸気弁閉弁時(IVC時)が到来した時点(ステップ305にて「Yes」と判定された時点)の直後である(即ち、今回の実際のパイロット燃料噴射開始時期CAinjpよりも十分に前の時点である)。従って、ステップ545の実行により、今回の実際のパイロット燃料噴射開始時期CAinjpよりも前の時点で燃料噴射圧力が上記求めた指令最終燃料噴射圧力Pcrfinと一致するように調整され得る。
Here, the time point at which the
この結果、今回の燃料噴射前における燃料噴射圧力(制御パラメータ)の調整により、今回の燃料噴射に基づく燃焼後において燃焼室から排出されるPM中のSOF割合(SOF/PM)が上記第1所定値α1以上、上記第2所定値α2以下(所定値、所定の範囲)に積極的に制御され得る。 As a result, by adjusting the fuel injection pressure (control parameter) before the current fuel injection, the SOF ratio (SOF / PM) in the PM discharged from the combustion chamber after the combustion based on the current fuel injection is the first predetermined value. It can be positively controlled to be not less than the value α1 and not more than the second predetermined value α2 (predetermined value, predetermined range).
また、CPU61は、図9にフローチャートにより示した燃料噴射制御を行うためのルーチンを所定時間の経過毎に、気筒毎に、繰り返し実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、CPU61はステップ900から処理を開始し、ステップ905に進んで実クランク角度CAactが先のステップ325にて決定されているパイロット燃料噴射開始時期CAinjpに一致したか否かを判定し、「No」と判定する場合、ステップ915に進んで実クランク角度CAactが先のステップ325にて決定されているメイン燃料噴射開始時期CAinjmに一致したか否かを判定し、「No」と判定する場合、ステップ995に直ちに進んで本ルーチンを一旦終了する。
Further, the
いま、実クランク角度CAactが上記パイロット燃料噴射開始時期CAinjpに一致したものとすると、CPU61はステップ905に進んだとき「Yes」と判定してステップ910に進んで、対応する燃料噴射弁21に対してステップ320にて決定されている指令パイロット燃料噴射量Qpの燃料の噴射指示を行い、続くステップ915にて「No」と判定した後、ステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、指令パイロット燃料噴射量Qpの燃料が上述した指令最終燃料噴射圧力Pcrfinをもって噴射される。
Assuming that the actual crank angle CAact coincides with the pilot fuel injection start timing CAinjp, the
その後、実クランク角度CAactが上記メイン燃料噴射開始時期CAinjmに一致したものとすると、CPU61はステップ905にて「No」と判定しステップ915に進んだとき「Yes」と判定してステップ920に進み、対応する燃料噴射弁21に対してステップ320にて決定されている指令メイン燃料噴射量Qmの燃料の噴射指示を行った後、ステップ995に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、指令メイン燃料噴射量Qmの燃料が上述した指令最終燃料噴射圧力Pcrfinをもって噴射される。
Thereafter, assuming that the actual crank angle CAact coincides with the main fuel injection start timing CAinjm, the
以上、ステップ515は成分割合取得手段に相当し、ステップ545は成分割合制御手段に相当し、ステップ435はSOF量取得手段に相当し、ステップ440はSoot量取得手段に相当し、ステップ425は炭化水素量取得手段に相当している。
As described above,
以上、説明したように、本発明による排気制御装置の実施形態によれば、今回の燃料噴射圧力を調整することにより、今回の燃料噴射に基づく燃焼後において燃焼室から排出されるPM中のSOF割合(SOF/PM)が上記第1所定値α1以上、上記第2所定値α2以下に積極的に制御され得る。これにより、燃費の悪化、出力の低下等を抑制しつつDPNR43から排出される(従って、外部へ排出される)PMの総量を低減することができる。 As described above, according to the embodiment of the exhaust control device of the present invention, the SOF in the PM discharged from the combustion chamber after combustion based on the current fuel injection is adjusted by adjusting the current fuel injection pressure. The ratio (SOF / PM) can be positively controlled to be not less than the first predetermined value α1 and not more than the second predetermined value α2. Thereby, it is possible to reduce the total amount of PM discharged from the DPNR 43 (thus, discharged to the outside) while suppressing deterioration of fuel consumption, output decrease, and the like.
また、値SOF/PMを算出するにあたり使用されるHC濃度増加速度d[HC]/dtが、燃焼室内のガス中の炭素原子の数に着目することで、燃焼室内で発生するHCの増加速度を増大させる要因となる「燃焼室への燃料の供給」、並びに、燃焼室内で発生するHCの増加速度を減少させる要因となる「燃焼室での燃料の燃焼により発生するHC以外の炭素原子Cを含んだ成分の発生」を考慮して計算される。従って、HC濃度増加速度d[HC]/dtが精度良く計算され得るから、値SOF/PMも精度良く計算され得る。 Further, the HC concentration increase rate d [HC] / dt used for calculating the value SOF / PM pays attention to the number of carbon atoms in the gas in the combustion chamber, so that the increase rate of HC generated in the combustion chamber "Supplying fuel to the combustion chamber", which causes the increase of the HC, and "carbon atoms other than HC generated by the combustion of the fuel in the combustion chamber, causing the increase rate of HC generated in the combustion chamber to decrease" It is calculated in consideration of the “generation of components containing”. Therefore, since the HC concentration increase rate d [HC] / dt can be calculated with high accuracy, the value SOF / PM can also be calculated with high accuracy.
本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態では、指令最終燃料噴射圧力Pcrfin(従って、燃料噴射圧力)を調整してSoot量を調整することで値SOF/PMが上記第1所定値α1以上上記第2所定値α2以下の範囲内に制御されているが、EGR率を調整してSoot量を調整することで値SOF/PMを上記第1所定値α1以上上記第2所定値α2以下の範囲内に制御するように構成してもよい。また、燃料噴射時期を調整して未燃HCの量(即ち、SOFの量)を調整することで値SOF/PMを上記第1所定値α1以上上記第2所定値α2以下の範囲内に制御するように構成してもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be employed within the scope of the present invention. For example, in the above embodiment, the value SOF / PM is not less than the first predetermined value α1 and not more than the second predetermined value α2 by adjusting the soot amount by adjusting the command final fuel injection pressure Pcrfin (and hence the fuel injection pressure). The value SOF / PM is controlled within the range between the first predetermined value α1 and the second predetermined value α2 by adjusting the soot amount by adjusting the EGR rate. It may be configured. Further, the value SOF / PM is controlled within the range between the first predetermined value α1 and the second predetermined value α2 by adjusting the fuel injection timing and adjusting the amount of unburned HC (that is, the amount of SOF). You may comprise.
また、上記実施形態においては、値SOF/PMが上記第1所定値α1以上上記第2所定値α2以下の範囲内に制御されているが、値SOF/PMが上記第1所定値α1以上であって上記第2所定値α2以下の或る一つの値に制御されてもよい。 In the above embodiment, the value SOF / PM is controlled within the range of the first predetermined value α1 or more and the second predetermined value α2 or less, but the value SOF / PM is the first predetermined value α1 or more. Thus, the value may be controlled to a certain value equal to or less than the second predetermined value α2.
また、上記実施形態においては、値SOF/PMの上限値及び下限値である上記第1所定値α1及び上記第2所定値α2を一定としているが、機関の運転状態に応じて上記第1所定値α1及び上記第2所定値α2を可変としてもよい。 In the above embodiment, the first predetermined value α1 and the second predetermined value α2 that are the upper limit value and the lower limit value of the value SOF / PM are constant. However, the first predetermined value α2 is constant depending on the operating state of the engine. The value α1 and the second predetermined value α2 may be variable.
また、上記実施形態においては、値SOF/PMの計算に必要となる、燃料濃度増加速度d[Fuel]/dt、CO濃度増加速度d[CO]/dt、CO2濃度増加速度d[CO2]/dt、及びSoot濃度増加速度d[Soot]/dtをそれぞれ対応するテーブルを利用して取得しているが、センサを利用してこれらの値を取得するように構成してもよい。 In the above embodiment, the fuel concentration increase rate d [Fuel] / dt, the CO concentration increase rate d [CO] / dt, and the CO 2 concentration increase rate d [CO 2 , which are necessary for calculating the value SOF / PM. ] / Dt and Soot concentration increase rate d [Soot] / dt are obtained using corresponding tables, respectively, but these values may be obtained using a sensor.
加えて、排気ガス中のPM濃度を検出するセンサを利用して排気ガス中のPM濃度[PM]を直接検出する場合、ステップ515に記載の式(SOF/PM=[SOF]/([SOF]+[Soot]))に代えて、(SOF/PM=[SOF]/[PM])なる式に従って値SOF/PMを計算してもよい。更には、(SOF/PM=([PM]−[Soot])/[PM])なる式に従って値SOF/PMを計算してもよい。 In addition, when the PM concentration [PM] in the exhaust gas is directly detected using a sensor that detects the PM concentration in the exhaust gas, the equation (SOF / PM = [SOF] / ([SOF] ] + [Soot])), the value SOF / PM may be calculated according to the equation (SOF / PM = [SOF] / [PM]). Further, the value SOF / PM may be calculated according to the equation (SOF / PM = ([PM] − [Soot]) / [PM]).
21…燃料噴射弁、43…DPNR、60…電気制御装置、61…CPU、72…吸気温センサ、73…吸気管圧力センサ、74…クランクポジションセンサ、77…水温センサ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記内燃機関の燃焼室での燃料の燃焼により発生し同燃焼室から排出されるPMの成分割合を取得する成分割合取得手段と、
前記取得されたPMの成分割合が所定範囲内にあるか否かを判定し、前記取得されたPMの成分割合が前記所定範囲外のとき、前記取得されたPMの成分割合が前記所定範囲内になるように同取得されたPMの成分割合に基づいて前記内燃機関の制御パラメータを制御する成分割合制御手段と、
を備えた内燃機関の排気制御装置。 Applied to an internal combustion engine provided with PM collecting means for collecting PM disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine;
Component ratio acquisition means for acquiring a component ratio of PM generated by combustion of fuel in the combustion chamber of the internal combustion engine and discharged from the combustion chamber;
It is determined whether or not the acquired PM component ratio is within a predetermined range. When the acquired PM component ratio is outside the predetermined range, the acquired PM component ratio is within the predetermined range. Component ratio control means for controlling the control parameter of the internal combustion engine based on the PM component ratio acquired so as to become,
An exhaust control device for an internal combustion engine comprising:
前記成分割合取得手段は、前記PM中のSOFの割合を取得するとともに、
前記成分割合制御手段は、前記取得されたPM中のSOFの割合が所定範囲内にあるか否かを判定し、前記取得されたPM中のSOFの割合が前記所定範囲外のとき、前記取得されたPM中のSOFの割合が前記所定範囲内になるように同取得されたSOFの割合に基づいて前記制御パラメータを制御するように構成された内燃機関の排気制御装置。 The exhaust control device for an internal combustion engine according to claim 1,
The component ratio acquisition means acquires the ratio of SOF in the PM,
The component ratio control means determines whether or not the acquired SOF ratio in the PM is within a predetermined range, and when the acquired SOF ratio in the PM is outside the predetermined range, the acquisition An exhaust control device for an internal combustion engine configured to control the control parameter based on the acquired SOF ratio so that the SOF ratio in the PM is within the predetermined range .
前記成分割合取得手段は、
前記燃焼室から排出されるPM中のSootの量を取得するSoot量取得手段と、
前記燃焼室から排出されるPM中のSOFの量を取得するSOF量取得手段と、
を備え、
前記成分割合取得手段は、
前記PMがSootとSOFのみからなるとの仮定のもと、前記取得されたSoot量と、前記取得されたSOF量とに基づいて前記PM中のSOFの割合を取得するように構成された内燃機関の排気制御装置。 The exhaust control device for an internal combustion engine according to claim 2,
The component ratio acquisition means includes
Soot amount acquisition means for acquiring the amount of soot in the PM discharged from the combustion chamber;
SOF amount acquisition means for acquiring the amount of SOF in the PM discharged from the combustion chamber;
With
The component ratio acquisition means includes
An internal combustion engine configured to acquire a ratio of SOF in the PM based on the acquired amount of soot and the acquired amount of SOF, on the assumption that the PM consists of only soot and SOF Exhaust control device.
前記SOF量取得手段は、
前記燃焼室で発生する炭化水素の量を取得する炭化水素量取得手段を備え、前記取得された炭化水素の量に基づいて前記SOFの量を取得するように構成された内燃機関の排気制御装置。 The exhaust control device for an internal combustion engine according to claim 3,
The SOF amount acquisition means includes
An exhaust control device for an internal combustion engine, comprising a hydrocarbon amount acquisition means for acquiring the amount of hydrocarbon generated in the combustion chamber, and configured to acquire the amount of SOF based on the acquired amount of hydrocarbon .
前記炭化水素量取得手段は、
前記燃焼室への燃料噴射量と、前記燃焼室で発生するCO、CO 2 、及びSootの少なくとも一つの量とに基づいて前記炭化水素の量を取得するように構成された内燃機関の排気制御装置。 The exhaust control device for an internal combustion engine according to claim 4,
The hydrocarbon amount acquisition means includes
Exhaust control of the internal combustion engine configured to acquire the amount of the hydrocarbon based on the amount of fuel injected into the combustion chamber and at least one amount of CO, CO 2 and Soot generated in the combustion chamber apparatus.
前記成分割合制御手段は、
前記制御パラメータとして、燃料噴射圧力を使用するように構成された内燃機関の排気制御装置。 The exhaust control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5 ,
The component ratio control means includes
An exhaust control device for an internal combustion engine configured to use a fuel injection pressure as the control parameter.
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