JP2018204533A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
Description
≪内燃機関全体の説明≫
図1は、本発明の第一実施形態に係る排気浄化装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図1を参照すると1は機関本体、2はシリンダブロック、3はシリンダブロック2内で往復動するピストン、4はシリンダブロック2上に固定されたシリンダヘッド、5はピストン3とシリンダヘッド4との間に形成された燃焼室、6は吸気弁、7は吸気ポート、8は排気弁、9は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁6は吸気ポート7を開閉し、排気弁8は排気ポート9を開閉する。
次に、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置における基本的な空燃比制御の概要を説明する。本実施形態の空燃比制御では、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づいて上流側空燃比センサ40の出力空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁11からの燃料噴射量を制御するフィードバック制御が行われる。すなわち、本実施形態の空燃比制御では、上流側空燃比センサ40の出力空燃比に基づいて上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御が行われる。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力値に相当する空燃比を意味する。
OED=0.23×Qi×(AFup−AFR) …(1)
ここで、0.23は空気中の酸素濃度、Qiは燃料噴射量、AFupは上流側空燃比センサ40の出力空燃比、AFRは制御中心となる空燃比(本実施形態では、基本的には理論空燃比)をそれぞれ表している。
図3を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図3は、本実施形態の基本的な空燃比制御を行った場合における、目標空燃比AFT、上流側空燃比センサ40の出力空燃比AFup、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSA、積算酸素過不足量ΣOED、及び下流側空燃比センサ41の出力空燃比AFdwnのタイムチャートである。
図4は、目標空燃比設定制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔(例えば、数msec)で実行される。
ところで、燃焼室5から排出される排気ガス中に含まれる未燃HCの濃度は、燃焼室5へ吸入される吸気ガスのEGR率に応じて変化する。このことについて、図5を参照して説明する。
そこで、第一実施形態に係る排気浄化装置では、EGR率が予め定められた基準EGR率以上であるときには、基準EGR率未満であるときに比べて、切替基準吸蔵量Crefを多くするようにしている。換言すると、本排気浄化装置では、EGR率が基準EGR率以上であるときには基準EGR率未満であるときに比べて上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量が多いときに上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えられる。なお、基準EGR率は、EGR率の増大に伴って機関本体から排出されるHC濃度が高くなる所定のEGR率領域X(図5に示した例では、所定の値REs以上のEGR率領域。以下、「特定EGR率領域」という)内の値に設定される。
図10は、EGR率に応じて切替基準吸蔵量Cref及びリーン設定空燃比AFTleanを設定するEGR率対応制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔で実行される。
次に、図11〜図14を参照して、第二実施形態に係る排気浄化装置について説明する。第二実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様であるため、以下では、第一実施形態に係る排気浄化装置と異なる部分を中心に説明する。
まず、第二実施形態に係る排気浄化装置における基本的な空燃比制御の概要を説明する。第一実施形態に係る空燃比制御では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ空燃比になったときに、目標空燃比がリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り換えられていた。これに対して、本実施形態では、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAがゼロよりも多い下限吸蔵量Clref以下になったときに目標空燃比をリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り換えると共に、酸素吸蔵量OSAが最大吸蔵可能酸素量Cmaxよりも少ない上限吸蔵量Curef以上になったときに目標空燃比をリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り換えるようにしている。なお、酸素吸蔵量OSAの算出は、上述したように算出される酸素過不足量をリセットすることなく継続的に積算することによって行われる。
第二実施形態に係る排気浄化装置でも、EGR率が予め定められた基準EGR率以上であるときには、基準EGR率未満であるときに比べて、切替基準吸蔵量Crefを多くするようにしている。この結果、本排気浄化装置では、EGR率が特定EGR率領域内の基準EGR率以上であるときには、基準EGR率未満であるときに比べて、上流側排気浄化触媒20に流入する排気ガスの空燃比がリーン設定空燃比に設定されているときの継続時間が長くなる。加えて、本排気浄化装置でも、EGR率が基準EGR率以上であるときには、基準EGR率未満であるときに比べて、リーン設定空燃比のリーン度合いが大きくされる。
次に、図15及び図16を参照して、第三実施形態に係る排気浄化装置について説明する。第三実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態及び第二実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様であるため、以下では、第一実施形態及び第二実施形態に係る排気浄化装置と異なる部分を中心に説明する。
まず、第三実施形態に係る排気浄化装置における基本的な空燃比制御の概要を説明する。第一実施形態に係る空燃比制御では、積算酸素過不足量ΣOEDが切替基準量OEDrefに到達したときに、目標空燃比がリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り換えられていた。これに対して、本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン空燃比になったときに目標空燃比をリーン設定空燃比からリッチ設定空燃比に切り換えると共に、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリッチ空燃比になったときに目標空燃比をリッチ設定空燃比からリーン設定空燃比に切り換えるようにしている。本実施形態では、下流側空燃比センサ41の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリーンであるリーン判定空燃比(例えば、14.65)以上になったときに、下流側空燃比センサ41の出力空燃比がリーン空燃比になったと判断される。
図15に示したような制御を行った場合、上流側排気浄化触媒20の酸素吸蔵量OSAfrは定期的に最大吸蔵可能酸素量Cmaxに到達する。このため、上流側排気浄化触媒20では一時的に担体51及び貴金属52上にHCが付着しても、酸素吸蔵量OSAfrが最大吸蔵可能酸素量Cmaxに到達するときに付着したHCは基本的に酸化、浄化される。したがって、上流側排気浄化触媒20においては、HC被毒は生じにくい。
次に、図17及び図18を参照して、第四実施形態に係る排気浄化装置について説明する。第四実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は基本的に第一実施形態から第三実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様であるため、以下では、第一実施形態から第三実施形態に係る排気浄化装置と異なる部分を中心に説明する。
5 燃焼室
7 吸気ポート
9 排気ポート
19 排気マニホルド
20 上流側排気浄化触媒
24 下流側排気浄化触媒
25 EGR通路
26 EGR制御弁
31 ECU
40 上流側空燃比センサ
41 下流側空燃比センサ
46 NOxセンサ
Claims (6)
- 内燃機関の排気通路に配置された酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、前記内燃機関の燃焼室に供給される吸気ガスのEGR率を算出すると共に前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する制御装置とを備える、内燃機関の排気浄化装置であって、
前記制御装置は、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で交互に切り換え、
EGR率の増大に伴って機関本体から排出されるHC濃度が高くなる所定のEGR率領域では、前記算出されたEGR率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量がより多いときに前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えられるように前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、内燃機関の排気浄化装置。 - 前記制御装置は、前記所定のEGR率領域では、前記算出されたEGR率が高いほど、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量がより多くなってから前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に切り換えるように前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記制御装置は、前記所定のEGR率領域では、前記算出されたEGR率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比にされているときのリーン度合いが大きくなるように前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、請求項1又は2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記制御装置は、前記所定のEGR率領域では、前記算出されたEGR率が高いほど、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比にされているときのリーン度合いが大きくなるように前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記制御装置は、前記所定のEGR率領域では、前記算出されたEGR率が相対的に高いときには相対的に低いときに比べて、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比にされるときの1回の継続時間が長くなるように前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 内燃機関の排気通路に配置された酸素を吸蔵可能な排気浄化触媒と、前記内燃機関の燃焼室に供給される吸気ガスのEGR率を算出すると共に前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する制御装置とを備える、内燃機関の排気浄化装置であって、
前記制御装置は、前記算出されたEGR率が、EGR率の増大に伴って機関本体から排出されるHC濃度が高くなる所定のEGR率領域内の予め定められた基準EGR率よりも低いときには、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比になるように制御し、前記算出されたEGR率が予め定められた基準EGR率以上であるときには、排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比との間で交互に切り換えるように前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、内燃機関の排気浄化装置。
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