JP2005090388A - 内燃機関の排気浄化制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 内燃機関の触媒に蓄積されたNOxを還元処理するリッチスパイク制御の処理性能を向上する。
【解決手段】 機関負荷に応じて基本リッチスパイク制御時間RSNOWTBを算出し、今回NOxトラップ触媒下流の空燃比検出値により終了判定して計測したリッチスパイク制御時間RSNOWTnowとの偏差DRSNOWTを算出し、この偏差DRSNOWTに基づいて、リッチスパイク制御時間一定に維持するようにリッチスパイク制御時のリッチレベルを学習して変更する。
【選択図】 図5
【解決手段】 機関負荷に応じて基本リッチスパイク制御時間RSNOWTBを算出し、今回NOxトラップ触媒下流の空燃比検出値により終了判定して計測したリッチスパイク制御時間RSNOWTnowとの偏差DRSNOWTを算出し、この偏差DRSNOWTに基づいて、リッチスパイク制御時間一定に維持するようにリッチスパイク制御時のリッチレベルを学習して変更する。
【選択図】 図5
Description
本発明は、内燃機関の排気浄化技術に関する。
従来、流入する排気の空燃比がリーンの時にNOx(窒素酸化物)をトラップし、該空燃比がリッチの時にトラップしたNOxを脱離、浄化するNOxトラップ触媒を備えた内燃機関において、リーン空燃比で運転した後、前記NOxトラップ触媒にトラップされたNOxを還元処理するため一時的に空燃比をリッチ化するリッチスパイク制御を行うようにしている(特許文献1参照)。
特許28365234号
ところで、触媒、特にNOxトラップ触媒の新品時は、触媒のOSC(酸素蓄積能力:NOx蓄積能力と相関する)が大きいため、リッチ化によるCO排出感度は小さく、リッチスパイク制御におけるリッチレベルを大きくすることで、十分にNOxを還元処理することができ、NOx,COともに規制値以下に留めることができる[図12(A)参照]。しかし、触媒が劣化してOSC能力が小さくなると、新品時のリッチレベルでリッチスパイク制御を行うとCO排出量が増大して規制値を超えてしまう[同図(B)参照]。触媒劣化時に合わせてリッチレベルを設定するとNOx排出量が増大する。
新品時と劣化時とでNOx、COの排出量を共に規制値以下にしようとすると、図示xのようにリッチレベルは狭められ、触媒製品や装着される機関の種類、バラツキによってこの範囲はさらに狭められることになって、将来規制が厳しくなると両立が困難になる。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、触媒の劣化に応じたリッチスパイク制御を行うことにより新品時から劣化時まで良好な排気浄化性能を確保できるようにした内燃機関の排気浄化制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、触媒の劣化に応じたリッチスパイク制御を行うことにより新品時から劣化時まで良好な排気浄化性能を確保できるようにした内燃機関の排気浄化制御装置を提供することを目的とする。
このため本発明は、リッチスパイク制御を開始してから前記触媒下流で検出された空燃比が所定値以上にリッチ化されるまでのリッチスパイク制御時間を計測し、該計測したリッチスパイク制御時間に基づいて、リッチスパイク制御毎の空燃比のリッチレベルを変更する構成とした。
このようにすれば、リッチスパイク制御時間によって触媒の劣化劣化等により変化するOSC量を高精度に検出しつつリッチレベルを変更することで、触媒の新品時から劣化時まで良好な排気浄化性能を確保できる。
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図1は、本発明にかかる排気浄化制御装置の一実施形態のシステム構成を示す。
内燃機関1は、スロットルチャンバ2で流量を調整された空気が吸入され、該吸入空気とインジェクタ3から噴射された燃料とが混合して混合気が形成される。図では、インジェクタ3は燃焼室に燃料を噴射するものを示したが、吸気ポートに燃料を噴射するものとしてもよい。
図1は、本発明にかかる排気浄化制御装置の一実施形態のシステム構成を示す。
内燃機関1は、スロットルチャンバ2で流量を調整された空気が吸入され、該吸入空気とインジェクタ3から噴射された燃料とが混合して混合気が形成される。図では、インジェクタ3は燃焼室に燃料を噴射するものを示したが、吸気ポートに燃料を噴射するものとしてもよい。
燃焼室内の混合気は、点火プラグ4による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は排気通路5へ排出され、上流側触媒としての三元触媒6、NOxトラップ触媒7を経て浄化された後、大気中に放出される。前記三元触媒6は、主として始動時に空燃比リッチ運転されるときに機関から排出されるHC、COを酸化除去するための排気浄化触媒であり、早期に活性温度に到達することができるように、機関本体近傍に設置される。一方、NOxトラップ触媒は、排気空燃比がリーンのとき流入する排気中のNOxをトラップし、排気空燃比が理論空燃比(ストイキ)またはリッチのときトラップしたNOxを脱離浄化して三元触媒層で還元処理する機能を有した触媒であり、車体床下等に設置される。なお、前記三元触媒6はHC、COを酸化除去するため酸素蓄積能力を有するが、NOxトラップ触媒7はNOxトラップのためさらに大きな酸素蓄積能力を有する。
前記三元触媒6上流側、三元触媒6とNOxトラップ触媒7との間およびNOxトラップ触媒7下流側の排気通路5には、それぞれ酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出する第1空燃比センサ8、第2空燃比センサ9および第3空燃比センサ10が備えられる。これら空燃比センサ理論空燃比を検出可能なストイキセンサであってもよいし、排気空燃比を広域に検出可能な広域空燃比センサであってもよい。
この他のセンサ類として、吸入空気量を検出するエアフローメータ11、クランク角位置や機関回転速度を検出するためのクランク角センサ12、機関冷却水温度を検出する水温センサ13が備えられ、これらセンサ類で検出された信号は、ECU(エンジンコントロールユニット)14に入力され、該ECU14は、前記検出信号に基づいて本発明に係る空燃比制御その他エンジン制御を行う。
図2は、同上システムによるリッチスパイク制御の全体フローを示す。
ステップ101では、現在の運転状態がリーン運転中か否かを判断する。
リーン運転中と判定された場合、ステップ102へ進み、リッチスパイク制御要求があるか否かを、リッチスパイク制御要求発生時にセットされるフラグFRSYKの値に基づいて判断し、FRSYK=1であればリッチスパイク制御要求ありと判断し、ステップ103へ進む。リッチスパイク制御要求は、リーン運転中のNOxトラップ触媒下流の空燃比が所定の空燃比となった時や、後述するリッチレベルに相関づけて予め記憶されたOSCと同じだけの酸素蓄積が推定された時など、従来より知られた方法でリッチスパイク要否を判断した結果要求されるものである。
ステップ101では、現在の運転状態がリーン運転中か否かを判断する。
リーン運転中と判定された場合、ステップ102へ進み、リッチスパイク制御要求があるか否かを、リッチスパイク制御要求発生時にセットされるフラグFRSYKの値に基づいて判断し、FRSYK=1であればリッチスパイク制御要求ありと判断し、ステップ103へ進む。リッチスパイク制御要求は、リーン運転中のNOxトラップ触媒下流の空燃比が所定の空燃比となった時や、後述するリッチレベルに相関づけて予め記憶されたOSCと同じだけの酸素蓄積が推定された時など、従来より知られた方法でリッチスパイク要否を判断した結果要求されるものである。
ステップ103では、リッチスパイク制御を実行する。このリッチスパイク制御は、リッチスパイク制御開始時に、三元触媒9に蓄積された酸素分(NOxを含む)を消費すると共に、NOxトラップ触媒10にトラップされたNOxを浄化する制御である。
ステップ104では、リッチスパイク制御の終了判定を行い、終了すべきと判定されたときにリッチスパイク制御を終了する。この終了判定については、後で詳述する。
ステップ104では、リッチスパイク制御の終了判定を行い、終了すべきと判定されたときにリッチスパイク制御を終了する。この終了判定については、後で詳述する。
ステップ105では、リッチレベルを更新する設定を行う。すなわち、前記リッチスパイク制御に要した時間に基づいて、現状でのリッチスパイク制御時の要求リッチレベルを算出し、次回リッチスパイク制御時に反映させるリッチレベルの算出及びバックアップを行う。このリッチレベル更新設定についても後で詳述する。
以下に、上記各制御の詳細をフローチャートに基づいて説明する。
以下に、上記各制御の詳細をフローチャートに基づいて説明する。
図3は、前記図2のステップ103で実行されるリッチスパイク制御(燃料噴射量制御)のフローを示す。
ステップ201では、リッチスパイク制御を実行中であることを示すフラグFRSNOWを1にセットする。
ステップ202では機関運転状態(機関回転速度RPM、機関負荷T、吸入空気量Q)の読み込みを行う。
ステップ201では、リッチスパイク制御を実行中であることを示すフラグFRSNOWを1にセットする。
ステップ202では機関運転状態(機関回転速度RPM、機関負荷T、吸入空気量Q)の読み込みを行う。
ステップ203では、上記機関運転状態に基づいて基本燃料噴射量TPBASEを算出する。
ステップ204では、後述するリッチスパイク制御時間に応じたリッチレベルの学習が収束しているか否かを、フラグFRSLRNが1か否かで判断する。
ステップ204でFRSLRN≠1でリッチレベル学習が収束していないと判定されたときは、ステップ205へ進んだ後、ステップ207へ進む。
ステップ204では、後述するリッチスパイク制御時間に応じたリッチレベルの学習が収束しているか否かを、フラグFRSLRNが1か否かで判断する。
ステップ204でFRSLRN≠1でリッチレベル学習が収束していないと判定されたときは、ステップ205へ進んだ後、ステップ207へ進む。
ステップ205では、リッチスパイク制御時用の燃料噴射量の補正値ALPRSをALPRSDとする。この補正値ALPRSDはリッチレベルに対し、過剰な補正を制限するように設定されるデフォルト値である。補正値ALPRSDは固定値として与えてもよいし、機関運転状態に基づいて参照されるマップにより与えてもよい。
ステップ204でFRSLRN=1でリッチレベル学習が収束していると判定されたときは、ステップ206へ進んだ後、ステップ207へ進む。
ステップ204でFRSLRN=1でリッチレベル学習が収束していると判定されたときは、ステップ206へ進んだ後、ステップ207へ進む。
ステップ206では、リッチレベル学習により算出された学習補正値ALPRSLRNを、補正値ALPRSとする。
ステップ207では、次式のように前記基本燃料噴射量TPBASEに、上記のようにセットされた補正値ALPRSを乗じて、実燃料噴射量TPNOWを算出する。
TPNOW=TPBASE×ALPRS
図4は、前記図2のステップ104で実行されるリッチスパイク制御終了判定のフローを示す。
ステップ207では、次式のように前記基本燃料噴射量TPBASEに、上記のようにセットされた補正値ALPRSを乗じて、実燃料噴射量TPNOWを算出する。
TPNOW=TPBASE×ALPRS
図4は、前記図2のステップ104で実行されるリッチスパイク制御終了判定のフローを示す。
ステップ301では、前記第3空燃比センサ10で検出されるNOxトラップ触媒7下流の空燃比VRR02を読み込む。
ステップ302では、前記NOxトラップ触媒7下流の空燃比VRR02と、リッチスパイク制御終了判定用のスライスレベルVRR02SLとの大小を判断し、VRR02≧VRR02SLとなったときに、ステップ303へ移行する。
ステップ302では、前記NOxトラップ触媒7下流の空燃比VRR02と、リッチスパイク制御終了判定用のスライスレベルVRR02SLとの大小を判断し、VRR02≧VRR02SLとなったときに、ステップ303へ移行する。
ステップ303では前記リッチスパイク制御時用の燃料噴射量補正値ALPRSを1としてリッチ化を停止し、リッチスパイク制御を終了する。
ステップ304では、前記リッチスパイク制御中を示すフラグFRSNOWを0にリセットする。
ステップ305では、前記リッチスパイク制御要求を示すフラグFRSYKを0にリセットする。
ステップ304では、前記リッチスパイク制御中を示すフラグFRSNOWを0にリセットする。
ステップ305では、前記リッチスパイク制御要求を示すフラグFRSYKを0にリセットする。
図5は、前記図2のステップ105で実行されるリッチレベル設定のフローを示す。
ステップ401では、現在の機関負荷(基本燃料噴射量TPBASE、吸入空気量Q等)に基づいて基本リッチスパイク制御時間RSNOWTBを算出する。図示のように、負荷が大きいときほど単位時間あたりのリッチ量(還元剤供給量)が大きくなるので、基本リッチスパイク制御時間RSNOWTが短く設定されている。
ステップ401では、現在の機関負荷(基本燃料噴射量TPBASE、吸入空気量Q等)に基づいて基本リッチスパイク制御時間RSNOWTBを算出する。図示のように、負荷が大きいときほど単位時間あたりのリッチ量(還元剤供給量)が大きくなるので、基本リッチスパイク制御時間RSNOWTが短く設定されている。
ステップ402では、今回のリッチスパイク制御時間RSNOWTnowを算出する。RSNOWTnowは、前記リッチスパイク制御中を示すフラグFRSNOWが1に維持されていた時間を積算したものである。
ステップ403では、前記今回のリッチスパイク制御時間RSNOWTnowから前記基本リッチスパイク制御時間RSNOWTBを減算して偏差量DRSNOWT(=RSNOWTnow−RSNOWTB)を算出する。
ステップ403では、前記今回のリッチスパイク制御時間RSNOWTnowから前記基本リッチスパイク制御時間RSNOWTBを減算して偏差量DRSNOWT(=RSNOWTnow−RSNOWTB)を算出する。
ステップ404では算出されたDRSNOWTに基づいて、リッチスパイク制御時燃料噴射量の学習補正値ALPRSLRNを算出する。ALPRSLRNの算出には、排気系のOSC量の変化(触媒の劣化状態の変化等)に基づくリッチスパイク要求時間の変化量とリッチスパイク制御時のリッチレベルの補正量との関係をモデル化した相関関数を用いて算出を行う。基本的には、触媒劣化によりOSC量が減少して偏差量DRSNOWTが減少する(<0)にしたがって、リッチレベルを減少補正してリッチスパイク制御時間を長引かせて一定に維持するように学習補正値ALPRSLRNが減少(<1)するが、新品初期にはバラツキによって偏差量DRSNOWTが大きくなる(>0)場合もあり、この場合は、リッチスパイク制御時間を短縮して一定に維持するように学習補正値ALPRSLRNを増大する。
ステップ404では、上記のようにして学習補正値ALPRSLRNの算出を終了しバックアップ(更新)したことにより、リッチレベル学習収束フラグFRSLRNを1にセットして、本制御を終了する。
次に、上記実施形態の作用を説明する。
触媒の酸素蓄積量(NOx蓄積量)が多いときはリッチスパイク制御によって蓄積された酸素を消費して終了するリッチスパイク制御時間が長引き、酸素蓄積量が少ないときはリッチスパイク制御時間が短くなる。そこで、リッチスパイク時間を計測し、計測されたリッチスパイク制御時間が、負荷に応じて設定された基本時間より長ければリッチレベルが小さすぎると判断してリッチレベルが増大補正され、基本時間より短ければリッチレベルが大きすぎると判断してリッチレベルが減少補正される。
次に、上記実施形態の作用を説明する。
触媒の酸素蓄積量(NOx蓄積量)が多いときはリッチスパイク制御によって蓄積された酸素を消費して終了するリッチスパイク制御時間が長引き、酸素蓄積量が少ないときはリッチスパイク制御時間が短くなる。そこで、リッチスパイク時間を計測し、計測されたリッチスパイク制御時間が、負荷に応じて設定された基本時間より長ければリッチレベルが小さすぎると判断してリッチレベルが増大補正され、基本時間より短ければリッチレベルが大きすぎると判断してリッチレベルが減少補正される。
このようにすれば、触媒新品時にOSC能力が大きいときなどに、リッチスパイク制御時間が長引いたときには、このときのリッチレベルでは酸素蓄積量に対して還元剤供給量(HC濃度)が不足してNOx排出量が増大するが、リッチレベルを増大補正することにより、NOxを適量に供給された還元剤(HC)によってNOxのままでの排出を抑制しつつ良好に還元処理できる。
また、触媒の劣化によりOSC能力が減少してリッチスパイク制御時間が短くなってくると、このときのリッチレベルでは酸素蓄積量に対して還元剤供給量(HC濃度)が過剰となってCO,HC排出量が増大するが、リッチレベルを減少補正することにより、NOxを良好に還元処理しつつCO,HC排出量も少なくできる。つまり、リッチスパイク制御時間を予め定めた設定値となるようにリッチレベルを決めることにより、触媒劣化に応じた単位時間当たりのOSC放出量に見合ったCO,HC量を供給できるようにしたのが本発明である。
なお、従来、機関運転状態(例えばリーン運転時間)によって触媒のOSC量を推定し、推定したOSC量が多いときには、リッチスパイク制御時間を長くし、OSC量が少ないときには、リッチスパイク制御時間を短くするようにしたものがある。しかしながら、リッチスパイク制御中の触媒の単位時間当たりのOSC放出特性は上記のように劣化度合いに応じて一定ではなく、その時点でのOSC能力が高いときほど単位時間当たりのOSC放出量は大きくなる。すなわち、新品初期に単位時間当たりのOSC放出量が大きく、劣化によってOSC能力が減少するにしたがって単位時間当たりのOSC放出量が減少する。したがって、OSC能力が大きい新品時のときにリッチレベルを変更することなく、リッチスパイク制御時間を長引かせても単位時間当たりのOSC放出量が大きいことから、還元剤供給量が不足してNOx排出量を増大させ、また、リッチスパイク制御時間が長引くと共に、その分リーン運転時間が減少することによっても排気浄化性能が低下しかねない。一方OSC能力が小さいときにリッチレベルを変更することなく、リッチスパイク制御時間を短くすると上述のようにCO,HC排出量を増大させるのみならず、残存したOSCに対し十分な還元剤を供給することができず、次回のトラップ能力が低下してやはりNOx排出量を増大させてしまうおそれがある。
また、推定OSC量に基づいてリッチレベルを変更する方式としても、機関運転状態に基づく推定OSC量では触媒劣化によるOSC量の変化には対処できず良好な制御を維持できない。
これに対し、上記本発明にかかる制御では、触媒の劣化によって変化するOSC能力を、空燃比センサによって検出される触媒下流の空燃比に基づくリッチスパイク制御時間によって常に高精度に求めることができ、該リッチスパイク制御時間に基づいてリッチレベルを変更することにより、常にOSC量に見合った適正なリッチレベルとして排気浄化性能を良好に維持できる。具体的には、図12(A)に示す触媒新品時では、NOx,COの排出を規制値以下とする最良のリッチレベルはRLnewと大きく、同図(B)に示す触媒劣化後は、同じく最良のリッチレベルはRLoldは小さい値にシフトしていく。
これに対し、上記本発明にかかる制御では、触媒の劣化によって変化するOSC能力を、空燃比センサによって検出される触媒下流の空燃比に基づくリッチスパイク制御時間によって常に高精度に求めることができ、該リッチスパイク制御時間に基づいてリッチレベルを変更することにより、常にOSC量に見合った適正なリッチレベルとして排気浄化性能を良好に維持できる。具体的には、図12(A)に示す触媒新品時では、NOx,COの排出を規制値以下とする最良のリッチレベルはRLnewと大きく、同図(B)に示す触媒劣化後は、同じく最良のリッチレベルはRLoldは小さい値にシフトしていく。
また、本実施形態のようにリッチスパイク制御時間を一定に維持するようにリッチレベルを補正することにより、以下の効果が得られる。すなわち、リッチスパイク制御時間が長引き、その分リーン運転が短縮されることを防止することにより、燃費や排気浄化性能の更なる悪化を防止できると共に、リッチスパイク制御時間が短すぎることを防止することにより、上記のようにOSC放出の遅い成分に対して還元剤を十分に与えてNOxを十分に還元処理することができる。
次に、第2の実施形態について説明する。
図6は、リッチスパイク制御の全体フローを示す。
ステップ1101、1102では、第1実施形態の図2のステップ101,102と同様に、リーン運転中の判定とリッチスパイク制御要求の判定を行い、リッチスパイク制御要求ありと判断し、ステップ1103へ進む。
図6は、リッチスパイク制御の全体フローを示す。
ステップ1101、1102では、第1実施形態の図2のステップ101,102と同様に、リーン運転中の判定とリッチスパイク制御要求の判定を行い、リッチスパイク制御要求ありと判断し、ステップ1103へ進む。
ステップ1103では、第1リッチスパイク制御を行う。この第1リッチスパイク制御は、リッチスパイク制御開始時に、三元触媒9に蓄積された酸素を消費するために空燃比をリッチ化する制御である。
次いで、ステップ1104では、リッチレベル切換判定制御、すなわち、前記第1リッチスパイク制御時の空燃比のリッチレベルから第2リッチスパイク制御時の空燃比のリッチレベルへ切り換えるタイミングを判定する制御を行う。
次いで、ステップ1104では、リッチレベル切換判定制御、すなわち、前記第1リッチスパイク制御時の空燃比のリッチレベルから第2リッチスパイク制御時の空燃比のリッチレベルへ切り換えるタイミングを判定する制御を行う。
上記リッチレベル切換判定制御で判定されたリッチレベルの切換タイミングでステップ1105へ進み、第2リッチスパイク制御に切り換える。この第2リッチスパイク制御は、本来のNOxトラップ触媒10にトラップされたNOxを浄化する制御である。
ステップ1106はリッチスパイク制御終了判定制御であり、第1,第2と続いたリッチスパイク制御の終了の判断を行い、リッチスパイク制御を終了する。
ステップ1106はリッチスパイク制御終了判定制御であり、第1,第2と続いたリッチスパイク制御の終了の判断を行い、リッチスパイク制御を終了する。
ステップ1107はリッチレベル設定制御であり、前記リッチスパイク制御に要した時間に基づいて、現状でのリッチスパイク制御時の要求リッチレベルを算出し、次回リッチスパイク制御時に反映させるリッチレベルの算出及びバックアップを行う。
以下に、上記各制御の詳細をフローチャートに基づいて説明する。
図7は、第1リッチスパイク制御のフローを示す。
以下に、上記各制御の詳細をフローチャートに基づいて説明する。
図7は、第1リッチスパイク制御のフローを示す。
ステップ1201では、リッチスパイク制御中であることを示すため、フラグFRSNOWを1にセットする。
ステップ1202では、機関運転状態(機関回転速度RPM、機関負荷T、吸入空気量Q)の読み込みを行う。
ステップ1203では、上記機関運転状態に基づいて基本燃料噴射量TPBASEを算出する。
ステップ1202では、機関運転状態(機関回転速度RPM、機関負荷T、吸入空気量Q)の読み込みを行う。
ステップ1203では、上記機関運転状態に基づいて基本燃料噴射量TPBASEを算出する。
ステップ1204では、実際に噴射される燃料噴射量TPNOWの算出を行う。第1リッチスパイク制御実行時は、ステップ1203で算出されたTPBASEに第1リッチスパイク制御時用の燃料噴射量補正値ALPRS1を乗じてTPNOWを算出する。ここで、ALPRS1は第1リッチスパイク制御時のリッチレベル相当となるように補正する値に設定されている。ALPRS1は固定値として与えてもよいし、機関運転状態に基づいて参照されるマップにより与えてもよい。
図8、図9には、リッチレベル切換判定制御のフローを示す。
図8は、リッチレベルの切換判定を三元触媒8の下流に配置された第2空燃比センサ9を用いて行う方法を示す。
ステップ1301では、第2空燃比センサ9により検出された三元触媒8下流の空燃比VMID02を読み込む。
図8は、リッチレベルの切換判定を三元触媒8の下流に配置された第2空燃比センサ9を用いて行う方法を示す。
ステップ1301では、第2空燃比センサ9により検出された三元触媒8下流の空燃比VMID02を読み込む。
ステップ1302では前記三元触媒8下流の空燃比VMID02と、リッチレベル切換判定用のスライスレベルVMIDSLとの大小を比較し、VMID02≧VMIDSLとなったときに、第1リッチスパイク制御により三元触媒6へ供給された還元剤の総量が、三元触媒6に蓄積された酸素を消費するに足る所定量に達したと判断し、第2リッチスパイク制御に切り換えるようにリッチレベルの切換を許可する。
図9は、第2空燃比センサ9を設けることなく、リッチレベルの切換判定を、三元触媒6のOSC量推定により行う方法を示す。
ステップ1401では、機関運転状態(機関回転速度RPM、機関負荷T、吸入空気量Q)の読み込みを行う。
ステップ1402では、上記機関運転状態に基づいて第1リッチスパイク制御中における三元触媒6の単位時間(本制御実行周期)当たりOSC減少量MDOSCNTMを算出する。具体的には、高回転高負荷ほどリッチスパイク制御によって三元触媒6に供給される還元剤(HC,CO)の量が増大するので、この還元剤供給量に応じてOSC減少量MDOSCNTMが減少する。
ステップ1401では、機関運転状態(機関回転速度RPM、機関負荷T、吸入空気量Q)の読み込みを行う。
ステップ1402では、上記機関運転状態に基づいて第1リッチスパイク制御中における三元触媒6の単位時間(本制御実行周期)当たりOSC減少量MDOSCNTMを算出する。具体的には、高回転高負荷ほどリッチスパイク制御によって三元触媒6に供給される還元剤(HC,CO)の量が増大するので、この還元剤供給量に応じてOSC減少量MDOSCNTMが減少する。
ステップ1403では、リッチスパイク制御前の三元触媒6のOSC量OSCCNTMoldから、前記OSC減少量MDOSCNTMを減算して、リッチスパイク制御中の三元触媒6のOSC量を算出する。前記リッチスパイク制御前の三元触媒OSC量OSCCNTMは、リーン運転中に機関運転状態に基づいて逐次算出されるOSC量を積算して算出される。
ステップ1404では、ステップ1403で算出した現在の三元触媒6のOSC量を、リッチレベル切換許可判定用のOSC量OSCCNTMSLと比較し、該OSCCNTMS以下に減少したと判定されるまではステップ1401へ戻って、リッチスパイク制御開始時空燃比による第1リッチスパイク制御を継続し、OSCCNTMS以下に減少したと判定されたときに第1リッチスパイク制御を終了し、(前記図6のステップ1105へ進んで)第2リッチスパイク制御に切り換える。
上記両方式を比較すると、図8のように三元触媒6下流の空燃比を検出する方が三元触媒6のOSC量を高精度に検出してリッチレベル切換を行えるが、NOxトラップ触媒に比較すると三元触媒の最大OSC量は小さく、劣化等による変化も小さいので、図9のようにOSC量を推定して切り換えても十分であり、第2空燃比センサ9を省略できる分コスト低下を図れる。
図10は、第2リッチスパイク制御フローを示す。本フローは、第1実施形態の図3でステップ201を除き(このステップは図7の第1リッチスパイク制御開始時にステップ1201で行っている)、同様であり、第2リッチスパイク時における燃料噴射量補正量ALPRS2を、第1リッチスパイク時における燃料噴射量補正量ALPRS1と区別した符号ALPRS2を用いているだけである。
また、図10のステップ1506で用いる学習補正値ALPRSLRNの算出も第1実施形態の図5に示した方法で行われる。第1実施形態では三元触媒とNOxトラップ触媒とを合わせて1つの触媒とみなして、リッチスパイク制御時間に基づくリッチレベル学習を行っているのに対し、第2実施形態ではNOxトラップ触媒7のみに対してリッチレベル学習を行っており、NOxトラップ触媒7の劣化等による変化も含めたOSC量をリッチスパイク制御時間によって高精度に検出しつつ第2リッチスパイク制御におけるリッチレベルが適正値に変更される。なお、三元触媒6の最大OSC量が大きい第1リッチスパイク制御中は、NOxトラップ触媒7への還元剤の供給がほとんど行われないと考えられる場合は、第2リッチスパイク制御時間のみを計測して(図7のステップ201でフラグFRSNOWを1にセットして時間計測を開始する機能を、図10のフロー開始時にシフトして行うようにしてもよい。
図11は、リッチスパイク制御終了判定のフローを示す。このフローも第1実施形態の図4と同様、ステップ1601,1602でNOxトラップ触媒7下流の空燃比VRR02が、VRR02≧VRR02SLとなったときに、(第2)リッチスパイク制御終了と判定するが、ステップ1603で第1リッチスパイク制御時用の燃料噴射量補正値ALPRS1及び第2リッチスパイク制御時用の燃料噴射量補正値ALPRS2を共に1にセットしてリッチスパイク制御を終了させる。以下、ステップ1604でフラグFRSNOWを0にリセットし、ステップ1605でフラグFRSYKを0にリセットすることは同様である。
図13は、第2実施形態によるリッチスパイク制御時の様子を示す。
所定時間以上リーン運転を行い、リッチスパイク制御に移行する直前の状態では、三元触媒6,NOxトラップ触媒7共にリーン排気中の酸素分を吸着してOSC量が増大しているが、三元触媒6のOSC量aに比較してNOxトラップ触媒7のOSC量bは十分大きい。大きなリッチレベルで第1リッチスパイク制御を開始すると供給された還元剤(HC)は主として三元触媒6のOSCを放出させつつ還元し、該還元処理によって三元触媒6のOSC量が0近くまで減少すると、三元触媒6下流の空燃比がリッチ化して第2リッチスパイク制御に切り換えられる。以降は還元剤によってNOxトラップ触媒7にトラップされたNOxが還元処理され、OSC量が減少していき、NOxトラップ触媒7のOSC量が0近くに減少したときに、NOxトラップ触媒7下流の空燃比がリッチ化したことが検出されて第2リッチスパイク制御が終了される。そして、リッチスパイク制御時間(または第2リッチスパイク制御時間)に基づいて、次回のリッチレベルが、リッチスパイク制御時間一定に維持するように適正値に変更される。ここで、従来のように、リッチレベルを一定のままであると、触媒の劣化によってリッチスパイク制御開始時のOSC量が減少するため、制御の後半でリッチレベルが大きすぎてCO排出量を増大させてしまうが、本発明ではリッチレベルを小さく変更することによってCO排出量の増大を抑制できる。
所定時間以上リーン運転を行い、リッチスパイク制御に移行する直前の状態では、三元触媒6,NOxトラップ触媒7共にリーン排気中の酸素分を吸着してOSC量が増大しているが、三元触媒6のOSC量aに比較してNOxトラップ触媒7のOSC量bは十分大きい。大きなリッチレベルで第1リッチスパイク制御を開始すると供給された還元剤(HC)は主として三元触媒6のOSCを放出させつつ還元し、該還元処理によって三元触媒6のOSC量が0近くまで減少すると、三元触媒6下流の空燃比がリッチ化して第2リッチスパイク制御に切り換えられる。以降は還元剤によってNOxトラップ触媒7にトラップされたNOxが還元処理され、OSC量が減少していき、NOxトラップ触媒7のOSC量が0近くに減少したときに、NOxトラップ触媒7下流の空燃比がリッチ化したことが検出されて第2リッチスパイク制御が終了される。そして、リッチスパイク制御時間(または第2リッチスパイク制御時間)に基づいて、次回のリッチレベルが、リッチスパイク制御時間一定に維持するように適正値に変更される。ここで、従来のように、リッチレベルを一定のままであると、触媒の劣化によってリッチスパイク制御開始時のOSC量が減少するため、制御の後半でリッチレベルが大きすぎてCO排出量を増大させてしまうが、本発明ではリッチレベルを小さく変更することによってCO排出量の増大を抑制できる。
1 内燃機関
3 燃料噴射弁
5 排気通路
6 三元触媒
7 NOxトラップ触媒
9 第2空燃比センサ
10 第3空燃比センサ
12 クランク角センサ
14 ECU(エンジンコントロールユニット)
3 燃料噴射弁
5 排気通路
6 三元触媒
7 NOxトラップ触媒
9 第2空燃比センサ
10 第3空燃比センサ
12 クランク角センサ
14 ECU(エンジンコントロールユニット)
Claims (10)
- 内燃機関の排気通路に備えた排気浄化用の触媒に蓄積したNOxを還元処理するため一時的に空燃比をリッチ化するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排気浄化制御装置であって、
前記リッチスパイク制御を開始してから前記触媒下流で検出された空燃比が所定値以上にリッチ化されるまでのリッチスパイク制御時間を計測し、該計測したリッチスパイク制御時間に基づいて、リッチスパイク制御毎の空燃比のリッチレベルを変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化制御装置。 - 前記リッチスパイク制御中、空燃比のリッチレベルを一定に保つことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 前記リッチスパイク制御時間を設定値とするように、リッチスパイク制御毎の空燃比のリッチレベルを変更することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 前記触媒が、NOxをトラップするNOxトラップ触媒を含んでいることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 内燃機関の排気通路に、NOxをトラップするNOxトラップ触媒を含む排気浄化用の触媒を備え、該触媒に蓄積したNOxを還元処理するため一時的に空燃比をリッチ化するリッチスパイク制御を行う内燃機関の排気浄化制御装置であって、
空燃比のリッチレベルを一定に保ちつつ前記リッチスパイク制御を行うと共に、該リッチスパイク制御を開始してから前記NOxトラップ触媒下流で検出された空燃比が所定値以上にリッチ化されるまでのリッチスパイク制御時間を計測し、該計測したリッチスパイク制御時間が負荷に基づいて設定された設定時間となるようにリッチスパイク制御毎の空燃比のリッチレベルを変更することを特徴とする内燃機関の排気浄化制御装置。 - 前記リッチスパイク制御時間が前記設定時間より長かった場合に、次回のリッチスパイク制御におけるリッチ度合いを増大させ、短かった場合に、次回のリッチスパイク制御におけるリッチ度合いを減少させることで、リッチスパイク制御時間が前記設定値となるようにすることを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 前記リッチスパイク制御時間の設定時間が、負荷が大きいときほど短くなるように設定されていることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 前記NOxトラップ触媒上流に排気浄化用の上流側触媒を備え、前記リッチレベルを一定に保つリッチスパイク制御の前に、後に続くリッチスパイク制御のリッチレベルよりもリッチレベルが大きなリッチスパイク制御が後に続くリッチスパイク制御に連続的に続くようにさらに付加されており、前記前側のリッチスパイク制御中に前記上流側触媒下流の空燃比が理論空燃比に対してリッチになることを推定して後側のリッチスパイク制御に移行することを特徴とする請求項5〜請求項7のいずれか1つに記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 前記上流側触媒下流で前記NOxトラップ触媒の上流に空燃比センサを配置し、該空燃比センサの出力が所定のリッチ空燃比を上回ったとき、前記上流側触媒下流の空燃比が理論空燃比に対してリッチになったと推定することを特徴とする請求項8に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
- 前記上流側触媒への酸素蓄積量を推定し、該酸素蓄積量が設定レベルを下回ったときに、前記排気浄化触媒下流の空燃比が理論空燃比に対してリッチになったと推定することを特徴とする請求項8に記載の内燃機関の排気浄化制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003326322A JP2005090388A (ja) | 2003-09-18 | 2003-09-18 | 内燃機関の排気浄化制御装置 |
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Cited By (3)
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JP2008128215A (ja) * | 2006-11-24 | 2008-06-05 | Honda Motor Co Ltd | 内燃機関の排ガス浄化装置 |
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-
2003
- 2003-09-18 JP JP2003326322A patent/JP2005090388A/ja active Pending
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