JP2008286019A

JP2008286019A - エンジン

Info

Publication number: JP2008286019A
Application number: JP2007129534A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Enoki; 和広榎
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2008-11-27

Abstract

【課題】温度及び湿度の大気条件により変化するＮＯｘ排出量の適正化を図る。
【解決手段】吸入空気の温度及び湿度を検出する温度検出手段及び湿度検出手段６と、標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量に対する任意の温度湿度状態でのＮＯｘ排出量の変化率が記憶されたマップ１２と、燃料噴射タイミングを調節するための燃料噴射タイミング調節手段７と、ＥＧＲ量を調節するためのＥＧＲ量調節手段７、１０と、燃料噴射タイミング調節手段７及びＥＧＲ量調節手段７、１０を制御する制御手段７とを備え、制御手段７は、検出した温度及び湿度に基づいて、マップ１２に従って求めた推定ＮＯｘ排出量を標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量と比較して、推定ＮＯｘ排出量が標準ＮＯｘ排出量より小さい場合には、燃料噴射タイミングを進角させ、推定ＮＯｘ排出量が標準ＮＯｘ排出量より大きい場合には、ＥＧＲ量を増やすよう制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、温度及び湿度の大気条件により変化するＮＯｘ排出量の適正化を図ったエンジンに関する。

車両等に搭載されるエンジンにおいて、エンジン回転速度やエンジン負荷等のエンジン運転状態に応じて目標とするＮＯｘ排出量を設定すると共に、ＮＯｘ濃度等に基づいて実際のＮＯｘ排出量を演算し、実際のＮＯｘ排出量が目標とするＮＯｘ排出量と一致するように、エンジンの吸気側に還流させる排気ガスの量（ＥＧＲ量）及びインジェクタによってエンジンの燃焼室内に燃料を噴射する時期（燃料噴射タイミング）を制御するようにしたものがある（たとえば、特許文献１参照）。

特開平１０−２５２５７３号公報

ところで、排気ガス認証試験においては、温度や湿度等の大気条件が所定範囲に入っていれば良く、ＮＯｘ排出量はそのとき得られた値に温度や湿度等の大気補正をしてデータ（認証値）を算出しており、エンジンの開発時においては、空調制御された環境下でＮＯｘ排出量のデータ（カタログ値）の測定が行われているため、双方（認証値、カタログ値）にほとんど差異はない。

しかしながら、実際の車両では、大気条件（自然の気候条件）がＮＯｘ排出量に影響するので、エンジンの燃焼室内に噴射する燃料の量や噴射タイミング等が同じであったとしても、ＮＯｘの排出が多くなる大気条件（高温乾燥）ではＮＯｘ排出量が多くなり、ＮＯｘの排出が少なくなる大気条件（低温多湿）ではＮＯｘ排出量が少なくなることとなっている。

そこで、本発明の目的は、温度及び湿度の大気条件により変化するＮＯｘ排出量の適正化を図ることができるエンジンを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、エンジンの吸気通路を流れる吸入空気の温度を検出する温度検出手段と、上記吸気通路を流れる吸入空気の湿度を検出する湿度検出手段と、標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量に対する任意の温度湿度状態でのＮＯｘ排出量の変化率が記憶されたマップと、上記エンジンの燃料噴射タイミングを調節するための燃料噴射タイミング調節手段と、上記エンジンの排気通路から上記吸気通路に還流するＥＧＲ量を調節するためのＥＧＲ量調節手段と、上記燃料噴射タイミング調節手段及び上記ＥＧＲ量調節手段を制御する制御手段とを備え、該制御手段は、上記温度検出手段で検出した温度及び上記湿度検出手段で検出した湿度に基づいて、上記マップに従って求めた推定ＮＯｘ排出量を標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量と比較して、上記推定ＮＯｘ排出量が上記標準ＮＯｘ排出量より小さい場合には、燃料噴射タイミングを進角させるように上記燃料噴射タイミング調節手段を制御し、上記推定ＮＯｘ排出量が上記標準ＮＯｘ排出量より大きい場合には、ＥＧＲ量を増やすように上記ＥＧＲ量調節手段を制御するものである。

本発明によれば、温度及び湿度の大気条件により変化するＮＯｘ排出量の適正化を図ることができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本発明の一実施形態に係るエンジンの概略図である。

本実施形態に係るエンジンは、車両に搭載されるディーゼルエンジンである。

図１中、１はエンジン本体、２は吸気通路（吸気管）、３はエアクリーナー、４は排気通路（排気管）、５はインジェクタ（燃料噴射装置）である。

本実施形態に係るエンジンは、吸気通路２を流れる吸入空気の温度を検出するための温度検出手段と、吸気通路２を流れる吸入空気の湿度を検出するための湿度検出手段とを備えている。

吸気通路２には、吸気通路２を流れる吸入空気の温度及び湿度を検出するための温湿度センサ６が設けられる。温湿度センサ６にはＥＣＭ７が電気的に接続されており、温湿度センサ６からの検出信号がＥＣＭ７に入力される。温湿度センサ６が、上記の温度検出手段及び湿度検出手段をなす。

また、本実施形態に係るエンジンは、インジェクタ５から燃焼室内に燃料を噴射するタイミング（燃料噴射タイミング）を調節するための燃料噴射タイミング調節手段と、排気通路４から吸気通路２に還流する排気ガスの量（ＥＧＲ量）を調節するためのＥＧＲ量調節手段と、上記燃料噴射タイミング調節手段及び上記ＥＧＲ量調節手段を制御する制御手段とを備えている。

ＥＣＭ７が上記の制御手段をなす。

インジェクタ５はエンジン本体１の燃焼室内に臨んで設けられており、インジェクタ５による燃料噴射タイミングがインジェクタ５に電気的に接続されたＥＣＭ７によって進角制御或いは遅角制御される。ＥＣＭ７が上記の燃料噴射タイミング調節手段をなす。

排気通路４と吸気通路２とはＥＧＲ通路８によって連通されており、ＥＧＲ通路８には、ＥＧＲクーラ９及びＥＧＲ弁１０が設けられる。ＥＧＲ弁１０にはＥＣＭ７が電気的に接続されており、ＥＧＲ弁１０がＥＣＭ７によって開閉制御される。ＥＣＭ７及びＥＧＲ弁１０が上記のＥＧＲ量調節手段をなす。

図２に示すように、ＥＣＭ７には、標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量に対する任意の温度湿度状態でのＮＯｘ排出量の変化率（ＮＯｘ排出変化率）が記憶されたマップ１２が格納されている。マップ１２において、横軸が湿度（絶対湿度）を示し、縦軸がＮＯｘ排出変化率を示す。

ここで、ＮＯｘ排出変化率とは、標準温度湿度状態でのＮＯｘ排出量（標準ＮＯｘ排出量）に対して、エンジンの燃焼室内に噴射する燃料の量や噴射タイミング等が同じである場合に、任意の温度湿度状態でのＮＯｘ排出量（推定ＮＯｘ排出量）がどの程度ずれるか（増減するか）を表すものである。

ＮＯｘ排出変化率は、実機試験やシミュレーション等により予め求めておくものとする。

ここで、本実施形態においては、吸入空気が温度２０℃、湿度５０％である状態を標準温度湿度状態としている。温度２０℃、湿度５０％という値は、排気ガス認証試験によって得られた値を補正するときの条件と同じである。

本実施形態では、温湿度センサ６で検出した温度及び湿度をマップ１２に入力することでＮＯｘ排出変化率が求められ、求めたＮＯｘ排出変化率が負の値である場合、任意の温度湿度状態での推定ＮＯｘ排出量が標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量より小さいこととなり、一方、求めたＮＯｘ排出変化率が正の値である場合、任意の温度湿度状態での推定ＮＯｘ排出量が標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量より大きいこととなる。

ここで、エンジンの燃焼室内に噴射する燃料の量や噴射タイミング等が同じであったとしても、吸入空気の温度が低くなると燃焼温度が低くなり、又は、吸入空気の湿度が高くなると着火時期が遅くなるので、低温多湿な大気条件ではＮＯｘ排出量が減少する一方、燃料消費量が増加する。

また、エンジンの燃焼室内に噴射する燃料の量や噴射タイミング等が同じであったとしても、吸入空気の温度が高くなると燃焼温度が高くなり、又は、吸入空気の湿度が低くなると着火時期が早くなるので、高温乾燥な大気条件ではＮＯｘ排出量が増加する一方、燃料消費量が減少する。

本実施形態では、ＥＣＭ７は、温湿度センサ６で検出した温度及び湿度をマップ１２に入力してＮＯｘ排出変化率を求め、求めたＮＯｘ排出変化率が負の値であるとき（つまり、任意の温度湿度状態での推定ＮＯｘ排出量が標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量より小さい場合）には、インジェクタ５を制御して燃料噴射タイミングを進角させることで、エンジン本体１の燃焼室内に噴射した燃料のガス化を促進させて、ＮＯｘ排出量を標準ＮＯｘ排出量以下に保ちつつ増加させるようにしている。また、本実施形態では、ＥＣＭ７は、ＮＯｘ排出変化率（絶対値）が大きいほど、燃料噴射タイミングを大きく進角させるようにしている。

つまり、任意の温度湿度状態での推定ＮＯｘ排出量が標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量より小さい場合には、燃料噴射タイミングを進角させることで、ＮＯｘ排出量を標準ＮＯｘ排出量以下に保ちつつ燃費を改善し得る。

また、本実施形態では、ＥＣＭ７は、温湿度センサ６で検出した温度及び湿度をマップ１２に入力してＮＯｘ排出変化率を求め、求めたＮＯｘ排出変化率が正の値であるとき（つまり、任意の温度湿度状態での推定ＮＯｘ排出量が標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量より大きい場合）には、ＥＧＲ弁１０を制御してＥＧＲ量を増加させることで、エンジン本体１の燃焼室内に噴射した燃料の燃焼温度を低下させて、ＮＯｘ排出量を低減させるようにしている。また、本実施形態では、ＥＣＭ７は、ＮＯｘ排出変化率が大きいほど、ＥＧＲ量を多く増加させるようにしている。

つまり、任意の温度湿度状態での推定ＮＯｘ排出量が標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量より大きい場合には、ＮＯｘ排出量を標準ＮＯｘ排出量まで減少させ得る。

即ち、本実施形態においては、エンジンの燃焼室内に噴射する燃料の量や噴射タイミング等が同じであったとしても温度及び湿度の大気条件によりＮＯｘ排出量は変化するところ、吸入空気の温度及び湿度に応じて標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量に向けてＮＯｘ排出量を増減させることで、温度及び湿度の大気条件の影響を最小限にしＮＯｘ排出量の適正化を図ることが可能となる。

図３のフローチャートを用いて、ＥＣＭ７が実行する処理内容を説明する。

ステップＳ１において、吸気状況（温湿度センサ６で検出した温度及び湿度）を読み込み、ステップＳ２において、読み込んだ温度及び湿度をマップ１２に入力して、そのマップ１２からＮＯｘ排出変化率ＮＯｘｃａｌｃを求める。

次いで、ステップＳ３において、ステップＳ２で求めたＮＯｘ排出変化率ＮＯｘｃａｌｃがゼロ以下であるか否か（ＮＯｘｃａｌｃ≦０？）を判定する。

ステップＳ３での判定結果がＹＥＳであれば、ステップＳ４、Ｓ５に進み、進角マップに従ってインジェクタ５を制御して、燃料噴射タイミングを進角させる。

一方、ステップＳ３での判定結果がＮＯであれば、ステップＳ６、Ｓ７に進み、ＥＧＲマップに従ってＥＧＲ弁１０を制御して、ＥＧＲ量を増大させる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上記実施形態の温湿度センサ６は吸入空気の温度及び湿度を同時に検出できるものであるが、吸入空気の温度を検出する温度センサと吸入空気の湿度を検出する湿度センサとを別々に吸気通路２に設けても良い。

また、エンジン本体１に実際のＮＯｘ排出量を検出する実ＮＯｘ排出量検出手段を設け、ＥＣＭ７が、上記の実ＮＯｘ排出量検出手段で検出した実際のＮＯｘ排出量が標準ＮＯｘ排出量よりも大きい場合には、燃料噴射タイミングの進角を禁止し、上記の実ＮＯｘ排出量検出手段で検出した実際のＮＯｘ排出量が標準ＮＯｘ排出量よりも小さい場合には、ＥＧＲ量の増加を禁止するものであっても良い。上記の実ＮＯｘ排出量検出手段は、例えば排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度センサ等から構成される。

図１は、本発明の一実施形態に係るエンジンの概略図である。標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量に対する任意の温度湿度状態でのＮＯｘ排出量の変化率が記憶されたマップである。ＥＣＭが実行する処理フローチャートである。

符号の説明

１エンジン本体（エンジン）
２吸気通路
４排気通路
６温湿度センサ（温度検出手段、湿度検出手段）
７ＥＣＭ（ＥＧＲ量調節手段、燃料噴射タイミング調節手段、制御手段）
１０ＥＧＲ弁（ＥＧＲ量調節手段）
１２マップ

Claims

エンジンの吸気通路を流れる吸入空気の温度を検出する温度検出手段と、上記吸気通路を流れる吸入空気の湿度を検出する湿度検出手段と、標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量に対する任意の温度湿度状態でのＮＯｘ排出量の変化率が記憶されたマップと、上記エンジンの燃料噴射タイミングを調節するための燃料噴射タイミング調節手段と、上記エンジンの排気通路から上記吸気通路に還流するＥＧＲ量を調節するためのＥＧＲ量調節手段と、上記燃料噴射タイミング調節手段及び上記ＥＧＲ量調節手段を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、
上記温度検出手段で検出した温度及び上記湿度検出手段で検出した湿度に基づいて、上記マップに従って求めた推定ＮＯｘ排出量を標準温度湿度状態での標準ＮＯｘ排出量と比較して、
上記推定ＮＯｘ排出量が上記標準ＮＯｘ排出量より小さい場合には、燃料噴射タイミングを進角させるように上記燃料噴射タイミング調節手段を制御し、
上記推定ＮＯｘ排出量が上記標準ＮＯｘ排出量より大きい場合には、ＥＧＲ量を増やすように上記ＥＧＲ量調節手段を制御する
ことを特徴とするエンジン。