JP3820659B2

JP3820659B2 - Control device for lean combustion internal combustion engine

Info

Publication number: JP3820659B2
Application number: JP00380897A
Authority: JP
Inventors: 信也広田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-01-13
Filing date: 1997-01-13
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2017-01-13
Also published as: JPH10196425A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関排気系に、第１所定触媒温度を下回ると良好な排気ガス浄化性能を発揮できなくなる触媒と、可変ノズル式過給器のタービンとが配置された希薄燃焼内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノズル面積を可変とする機構を有し、タービンへ提供する排気ガス圧力を変化させることにより、コンプレッサを介しての過給圧を制御する可変ノズル式過給器が公知である。特開昭６２−７９３３号公報には、このような可変ノズル式過給器をディーゼル機関に配置し、機関出力とラック位置とによって定まる必要過給圧が実現されるように可変ノズル式過給器のノズル面積を制御することが開示されている。それにより、必要以上に空気量が増加することはなく、排気ガス温度の低下を緩和して排気ガスエコノマイザの効率低下を防止することが意図されている。
【０００３】
ディーゼル機関は、通常、燃料を空気過剰状態で燃焼させるために、その排気ガス中には有害な窒素酸化物（以下、ＮＯ_xと称する）が比較的多く含まれている。従って、ディーゼル機関の排気系には、一般的に、このＮＯ_xを浄化するためのＮＯ_x触媒が設けられている。このような排気ガス中の有害成分を浄化するための触媒は、一般的に、良好な浄化性能を発揮する所定温度範囲を有しており、触媒温度がこの所定温度範囲の下限値を下回る時には、触媒を加熱する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術において、触媒温度は、機関出力及びラック位置に直接的な関係を有していないために、触媒温度が所定温度範囲の下限値を下回る時に排気ガス温度が確実に高められることはなく、触媒の浄化性能が悪化したままとなって排気エミッションが悪化する。また、この時に触媒を加熱するために、ヒータ等の加熱装置を設けることが考えられるが、大幅なコストアップとなる。
【０００５】
従って、本発明の目的は、機関排気系に、所定触媒温度を下回ると良好な排気ガス浄化性能を発揮できなくなる触媒と、可変ノズル式過給器のタービンとが配置された希薄燃焼内燃機関において、触媒温度が所定触媒温度を下回る時の排気エミッションの悪化をコストアップを伴わずに改善することができる制御装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明による希薄燃焼内燃機関の制御装置は、機関排気系に、第１所定触媒温度を下回ると良好な排気ガス浄化性能を発揮できなくなる触媒と、可変ノズル式過給器のタービンとが配置された希薄燃焼内燃機関の制御装置において、機関運転状態毎に定まる目標過給圧を実現するための可変ノズル式過給器の目標ノズル開度を決定し、前記目標ノズル開度に基づき前記可変ノズル式過給器のノズル開度を制御するノズル開度制御手段と、前記触媒の温度が前記第１所定触媒温度を下回る時に、前記目標ノズル開度を開側に補正する第１目標ノズル開度補正手段と、前記触媒の温度が前記第１所定触媒温度以下の第２所定触媒温度を下回る時に、気筒内での排気行程の燃焼によって排気ガス温度を上昇させる排気ガス温度上昇手段と、前記触媒の温度が前記第２所定触媒温度を下回る時に、前記目標ノズル開度を前記第１目標ノズル開度補正手段による補正に加えてさらに開側に補正する第２目標ノズル開度補正手段、とを具備し、前記第２目標ノズル開度補正手段による前記目標ノズル開度のさらなる開度補正量は、気筒内での排気行程の燃焼に使用される排気行程前半の燃料噴射量が多いほど大きく設定されることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による制御装置が取り付けられた可変ノズル式過給器を備えた希薄燃焼内燃機関を示す概略図である。同図において、１はディーゼル機関等の希薄燃焼内燃機関本体、２は機関吸気系、３は機関排気系である。機関吸気系２の各気筒への分岐部上流側には、可変ノズル過給器４のコンプレッサ４ａが配置されている。機関排気系３の各気筒からの合流部下流側には、可変ノズル過給器４のタービン４ｂが配置されている。
【０００９】
５は各気筒内へ燃料を噴射するための燃料噴射弁である。各燃料噴射弁５は、燃料ポンプによって常に高圧の燃料で満たされたコモンレール６に接続されている。希薄燃焼内燃機関１は、通常、燃料を空気過剰状態で燃焼させるために、その排気ガス中には有害なＮＯ_xが比較的多く含まれている。機関排気系３のタービン４ｂの下流側には、このＮＯ_xを浄化するためのＮＯ_x触媒７が配置されている。
【００１０】
ＮＯ_x触媒７は、例えば、ゼオライトＺＳＭ−５にＣｕ等の金属をイオン交換して担持させたＮＯ_x選択還元触媒と呼ばれるものである。このＮＯ_x選択還元触媒は、排気ガス中に混入させたＨＣ等の還元剤をゼオライトの細孔に吸着して保持し、この還元剤を用いて排気ガス中のＮＯ_xを還元浄化するものである。このようなＮＯ_x選択還元触媒は、触媒温度が低過ぎても高過ぎても浄化性能が悪化し、良好な浄化性能を発揮する所定温度範囲（約３００°Ｃから５００°Ｃ）を有している。
【００１１】
可変ノズル過給器４は、ノズル面積を可変とする機構を有し、タービン４ｂへ提供する排気ガス圧力又は排気ガス流量を変化させることにより、コンプレッサ４ａを介しての過給圧を制御可能なものである。
【００１２】
２０は、可変ノズル式過給器４のノズル開度制御及び燃料噴射弁５の燃料噴射制御を担当する制御装置であり、機関運転状態を検出するための回転センサ（図示せず）及びアクセルペダルストロークセンサ（図示せず）等と、ＮＯ_x触媒７へ流入する排気ガス温度を検出するための第１温度センサ２１と、ＮＯ_x触媒７から流出する排気ガス温度を検出するための第２温度センサ２２と、コンプレッサ４ａ下流側の過給圧を検出するための圧力センサ２３とが接続されている。
【００１３】
制御装置２０による前述の制御は、図２に示すフローチャートに従って実行される。このフローチャートは、所定時間毎に繰り返されるものである。まず、ステップ１０１において、回転センサ及びアクセルペダルストロークセンサによって現在の機関回転数Ｎ及び機関負荷としてのアクセルペダルストロークＬが検出される。
【００１４】
次に、ステップ１０２において、機関回転数Ｎ及び機関負荷Ｌとに基づき定まる機関運転状態に最適な目標過給圧を実現するための可変ノズル過給器４の目標ノズル開度ＴＡｔが決定される。この決定には、機関回転数Ｎ及び機関負荷Ｌに対して目標ノズル開度ＴＡｔが予め設定されたマップ（図示せず）等が使用される。このマップにおいて、例えば、排気ガス量が比較的少なくて高い過給圧が必要とされる機関運転状態では、目標ノズル開度ＴＡｔは小さく設定されており、逆に排気ガス量が比較的多くて高い過給圧が必要とされない機関運転状態では、目標ノズル開度ＴＡｔは大きく設定されている。
【００１５】
次に、ステップ１０３において、第１温度センサ２１及び第２温度センサ２２によってＮＯ_x触媒７へ流入する流入排気ガス温度Ｔｉｎ及びＮＯ_x触媒７から流出する流出排気ガス温度Ｔｏｕｔが検出され、ステップ１０４に進む。ステップ１０４では、流出排気ガス温度Ｔｏｕｔが前述したＮＯ_x触媒７の所定温度範囲内であるか否かが判断される。流出排気ガス温度Ｔｏｕｔは、ＮＯ_x触媒温度と考えることができ、この判断が肯定される時には、ＮＯ_x触媒７は良好な浄化性能を発揮するために、ステップ１０５において、現在の機関運転状態に基づく排気ガス量等を考慮して、還元剤としての燃料噴射量ＴＡＵ１が決定される。次に、ステップ１０６に進み、燃料噴射弁５によって、圧縮行程末期の主燃料噴射とは別に、排気行程後半において燃料噴射量ＴＡＵ１の燃料噴射が実施される。排気行程後半に噴射される燃料は、気筒内で燃焼することはなく、排気ガス中に還元剤としてのＨＣが混入され、ＮＯ_x触媒７においてＮＯ_xの良好な還元浄化が実施される。
【００１６】
一方、ステップ１０４における判断が否定される時、すなわち、ＮＯ_x触媒温度が所定温度範囲内にない時には、排気ガス中に還元剤としてのＨＣを混入させてもＮＯ_x触媒７における還元が実施されず、大気中に有害なＨＣを放出することになるために、ステップ１０５及びステップ１０６の処理を実施することなくステップ１０７に進む。
【００１７】
ステップ１０７では、流入排気ガス温度ＴｉｎがＮＯ_x触媒７の所定温度範囲の下限値である第１所定触媒温度Ｔ１Ｈより低いか否かが判断される。この判断が肯定される時には、現在のＮＯ_x触媒温度が所定温度範囲内であるとしても、そのままでは直ぐに所定温度範囲を下回るようになる。本フローチャートは、この時には、ステップ１０８において、第１所定触媒温度Ｔ１Ｈと流入排気ガス温度Ｔｉｎとの差に基づき、ステップ１０２において決定した目標ノズル開度ＴＡｔの開側補正値ａが決定される。次に、ステップ１０９において、流入排気ガス温度Ｔｉｎが第２所定触媒温度Ｔ１Ｌより低いか否かが判断される。この第２所定触媒温度Ｔ１Ｌは前述の第１所定触媒温度Ｔ１Ｈよりかなり低い値である。この判断が否定される時には、ステップ１１０において、目標ノズル開度ＴＡｔに開側補正量ａを加算して実際のノズル開度ＴＡを算出し、このノズル開度ＴＡが実現されるように可変ノズル式過給器４のノズルを制御する。
【００１８】
このように、可変ノズル式過給器４のノズル開度が開側に補正されると、コンプレッサ４ａの過給圧が下がり、吸気量が減少するために、気筒内から排出される排気ガス温度が上昇する。それにより、ＮＯ_x触媒温度が所定温度範囲を下回ることは防止され、又は、既にＮＯ_x触媒温度が所定温度範囲を下回っている場合には早期にＮＯ_x触媒温度を所定温度範囲内に昇温することができる。ＮＯ_x触媒７の所定温度範囲の下限値Ｔ１と流入排気ガス温度Ｔｉｎとの差が大きいほど、目標ノズル開度の開側補正量ａは大きくされ、排気ガス温度を大きく上昇させるようになっている。
【００１９】
ディーゼル機関等の希薄燃焼内燃機関は、通常の運転状態においては、空気過剰状態であるために、前述のように過給圧を下げて多少吸気量を減少させても特に問題とはならない。しかしながら、各機関運転状態毎に最小吸気量は存在し、ノズル開度を大幅に開側に補正して最小吸気量を下回ることができない。最小吸気量を下回ることは、圧力センサ２３によって過給圧を監視することによって防止される。それにより、流入排気ガス温度Ｔｉｎが非常に低い時などは排気ガス温度を所望温度へ上昇させることができないことがある。本フローチャートでは、流入排気ガス温度Ｔｉｎが非常に低くて第２所定触媒温度Ｔ１Ｌを下回る時には、ステップ１１１に進み、現在の流入排気ガス温度Ｔｉｎに応じて排気行程前半の燃料噴射量ＴＡＵ２が決定され、ステップ１１２において、燃料噴射弁５によって、圧縮行程末期の主燃料噴射及び前述の排気行程後半の燃料噴射とは別に、排気行程前半の燃料噴射量ＴＡＵ２での燃料噴射が実施される。次いでステップ１１３において、目標ノズル開度ＴＡｔに前述の開側補正量ａ及びさらなる開側補正量ｂを加算して実際のノズル開度ＴＡを算出し、このノズル開度ＴＡが実現されるように可変ノズル式過給器４のノズルを制御する。さらなる開度補正量ｂは、燃料噴射量ＴＡＵ２が多いほど大きく設定されるものである。
【００２０】
このようにして排気行程前半に噴射される燃料は、気筒内で燃焼して排気ガス温度を上昇させるために、流入排気ガス温度Ｔｉｎが非常に低い時には吸気量を大幅に減少させることなく排気ガス温度を所望温度へ上昇させることができる。こうして排気行程の燃焼により排気ガス温度が上昇すると、同じノズル開度でもタービン４ｂでの仕事量が増大してコンプレッサの過給圧が上昇する。それにより、吸気量が増加して排気ガス温度を十分に上昇できないことを防止するために、実際のノズル開度ＴＡは、開側補正量ａ及びさらなる開側補正量ｂによって大きく開側に補正されるようになっている。また、機関加速時のように多量の吸気が必要な時には、排気行程前半の燃料噴射によって排気ガス温度を上昇させれば、吸気量を減少させることなく排気ガス温度を所望温度へ上昇させることもできる。
【００２１】
ステップ１０７における判断が否定される時には、ステップ１１４に進み、流入排気ガス温度ＴｉｎがＮＯ_x触媒７の所定温度範囲における上限値Ｔ２より高いか否かが判断される。この判断が肯定される時には、現在のＮＯ_x触媒温度が所定温度範囲内であるとしても、そのままでは直ぐに所定温度範囲を上回るようになる。本フローチャートは、この時には、ステップ１１５において、流入排気ガス温度Ｔｉｎと上限値Ｔ２との差に基づき、ステップ１０２において決定した目標ノズル開度ＴＡｔの閉側補正値ｃが決定される。次に、ステップ１１６において、目標ノズル開度ＴＡｔから閉側補正量ｃを減算して実際のノズル開度ＴＡを算出し、このノズル開度ＴＡが実現されるように可変ノズル式過給器４のノズルを制御する。
【００２２】
このように、可変ノズル式過給器４のノズル開度が閉側に補正されると、コンプレッサ４ａの過給圧が上がり、吸気量が増加するために、気筒内から排出される排気ガス温度が低下する。それにより、ＮＯ_x触媒温度が所定温度範囲を上回ることは防止され、又は、既にＮＯ_x触媒温度が所定温度範囲を上回っている場合には早期にＮＯ_x触媒温度を所定温度範囲内に低下させることができる。流入排気ガス温度ＴｉｎとＮＯ_x触媒７の所定温度範囲の上限値Ｔ２との差が大きいほど、目標ノズル開度の閉側補正量ｃは大きくされ、排気ガス温度を大きく低下させるようになっている。
【００２３】
ディーゼル機関等の希薄燃焼内燃機関は、通常の運転状態においては、空気過剰状態であるために、このように過給圧を上げて多少吸気量を増加させても特に問題とはならない。ステップ１１４における判断が否定される時には、現在の流入排気ガス温度ＴｉｎはＮＯ_x触媒７の所定温度範囲内であり、排気ガス温度を変化させる必要はない。それにより、ステップ１１７において、実際のノズル開度ＴＡはステップ１０２において決定された目標ノズル開度ＴＡｔとされ、ノズルの開度補正は実施されない。
【００２４】
本発明の希薄燃焼内燃機関は、ディーゼル機関に限定されず、火花点火内燃機関でも良い。この場合において、排気ガス温度を上昇させるために、ステップ１１２及び１１３の排気行程前半の燃料噴射に代えて、点火時期を遅角して排気行程前半においても燃焼を持続させるようにしても良い。
【００２５】
本実施形態において、還元剤としての燃料噴射は、主燃料噴射と共通の燃料噴射弁５を使用したが、別の燃料噴射弁によって機関排気系に噴射するようにしても良い。また、本実施形態において、機関排気系の触媒は、所定温度範囲を有するＮＯ_x触媒としたが、これは本発明を限定するものではなく、少なくとも所定温度以下で浄化性能が悪化する触媒であれば良い。
【００２６】
【発明の効果】
このように、請求項１に記載の本発明による希薄燃焼内燃機関の制御装置によれば、ノズル開度制御手段が、機関運転状態毎に定まる目標過給圧を実現するための可変ノズル式過給器の目標ノズル開度を決定し、この目標ノズル開度に基づき可変ノズル式過給器のノズル開度を制御し、第１目標ノズル開度補正手段が、機関排気系に配置された触媒の温度が第１所定触媒温度を下回り良好な排気ガス浄化性能を発揮できなくなる時には、目標ノズル開度を開側に補正するようになっている。それにより、過給圧が低下して吸気量が減少するために、この時の排気ガス温度を上昇させることができ、触媒温度を第１所定触媒温度以上に高め、良好な浄化性能を回復させて排気エミッションの悪化を改善することができる。
【００２７】
また、排気ガス温度上昇手段が、機関排気系に配置された触媒の温度が第１所定触媒温度以下の第２所定触媒温度を下回る時には、気筒内での排気行程の燃焼によって排気ガス温度を上昇させると共に、第１目標ノズル開度補正手段に加えて第２目標ノズル開度補正手段が、目標ノズル開度をさらに開側に補正するために、排気行程燃焼による排気ガス温度上昇に伴う可変ノズル式過給器タービンでの仕事量の増大が防止され、排気ガス温度が非常に低く触媒温度が第２所定触媒温度を下回る時に、吸気量を大幅に減少させることなく排気ガス温度を良好に上昇させることができ、触媒温度を第１所定触媒温度以上に高め、良好な浄化性能を回復させて排気エミッションの悪化を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による制御装置が取り付けられた可変ノズル式過給器を備えた希薄燃焼内燃機関を示す概略図である。
【図２】可変ノズル式過給器のノズル開度制御及び燃料噴射弁の燃料噴射制御のためのフローチャートである。
【符号の説明】
１…希薄燃焼内燃機関
４…可変ノズル式過給器
５…燃料噴射弁
７…ＮＯ_x触媒
２０…制御装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control apparatus for a lean combustion internal combustion engine in which an engine exhaust system is provided with a catalyst that cannot exhibit good exhaust gas purification performance when the temperature falls below a first predetermined catalyst temperature, and a turbine of a variable nozzle supercharger. About.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A variable nozzle supercharger that has a mechanism for changing the nozzle area and controls the supercharging pressure through a compressor by changing the exhaust gas pressure provided to the turbine is known. Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-7933 discloses that a variable nozzle type supercharger is arranged in a diesel engine, and a variable nozzle type supercharger is realized so as to realize a necessary supercharging pressure determined by an engine output and a rack position. It is disclosed to control the nozzle area of the vessel. Thereby, the amount of air does not increase more than necessary, and it is intended to mitigate the decrease in exhaust gas temperature and prevent the efficiency of the exhaust gas economizer from decreasing.
[0003]
Diesel engines are usually fuel for combustion in an excess air state, harmful nitrogen oxides in the exhaust gas (hereinafter, referred to as NO _x) are contained relatively large. Therefore, the exhaust system of a diesel engine is generally provided with a NO _x catalyst for purifying this NO _x . Such a catalyst for purifying harmful components in exhaust gas generally has a predetermined temperature range that exhibits good purification performance, and when the catalyst temperature falls below the lower limit value of the predetermined temperature range. It is necessary to heat the catalyst.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described prior art, since the catalyst temperature does not have a direct relationship with the engine output and the rack position, the exhaust gas temperature is reliably increased when the catalyst temperature falls below the lower limit value of the predetermined temperature range. In other words, the exhaust performance is deteriorated because the purification performance of the catalyst remains deteriorated. In order to heat the catalyst at this time, it is conceivable to provide a heating device such as a heater, but this significantly increases the cost.
[0005]
Accordingly, an object of the present invention is a lean combustion internal combustion engine in which an engine exhaust system is provided with a catalyst that cannot exhibit good exhaust gas purification performance when the temperature falls below a predetermined catalyst temperature, and a turbine of a variable nozzle supercharger. Another object of the present invention is to provide a control device that can improve the deterioration of exhaust emission when the catalyst temperature falls below a predetermined catalyst temperature without increasing the cost.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
A control apparatus for a lean combustion internal combustion engine according to claim 1 is a variable nozzle type supercharger comprising: a catalyst that can no longer exhibit good exhaust gas purification performance when the temperature falls below a first predetermined catalyst temperature; In a control device for a lean-burn internal combustion engine in which a turbine of the type is arranged, a target nozzle opening of a variable nozzle supercharger for realizing a target supercharging pressure determined for each engine operating state is determined, and the target nozzle opening is determined. Nozzle opening control means for controlling the nozzle opening of the variable nozzle type supercharger based on the degree, and when the temperature of the catalyst falls below the first predetermined catalyst temperature, the target nozzle opening is corrected to the open side. First target nozzle opening correction means and an exhaust gas temperature for increasing the exhaust gas temperature by combustion in the exhaust stroke in the cylinder when the temperature of the catalyst falls below a second predetermined catalyst temperature that is equal to or lower than the first predetermined catalyst temperature Rise And a second target nozzle opening that further corrects the target nozzle opening to the open side in addition to the correction by the first target nozzle opening correction means when the temperature of the catalyst falls below the second predetermined catalyst temperature. A further opening correction amount of the target nozzle opening by the second target nozzle opening correction means is a fuel injection amount in the first half of the exhaust stroke used for combustion of the exhaust stroke in the cylinder. The larger the number, the larger the setting .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic view showing a lean combustion internal combustion engine equipped with a variable nozzle supercharger to which a control device according to the present invention is attached. In the figure, 1 is a lean combustion internal combustion engine body such as a diesel engine, 2 is an engine intake system, and 3 is an engine exhaust system. A compressor 4a of the variable nozzle supercharger 4 is disposed on the upstream side of the branch portion to each cylinder of the engine intake system 2. A turbine 4b of the variable nozzle supercharger 4 is disposed on the downstream side of the merging portion from each cylinder of the engine exhaust system 3.
[0009]
Reference numeral 5 denotes a fuel injection valve for injecting fuel into each cylinder. Each fuel injection valve 5 is connected to a common rail 6 always filled with high-pressure fuel by a fuel pump. Since the lean burn internal combustion engine 1 normally burns fuel in an excess air state, the exhaust gas contains a relatively large amount of harmful NO _x . A NO _x catalyst 7 for purifying this NO _x is disposed on the downstream side of the turbine 4 b of the engine exhaust system 3.
[0010]
The NO _x catalyst 7 is, for example, a so-called NO _x selective reduction catalyst in which a metal such as Cu is supported on zeolite ZSM-5 by ion exchange. This NO _x selective reduction catalyst adsorbs and holds a reducing agent such as HC mixed in exhaust gas in the pores of zeolite, and uses this reducing agent to reduce and purify NO _x in the exhaust gas. is there. Such a NO _x selective reduction catalyst has a predetermined temperature range (about 300 ° C. to 500 ° C.) in which the purification performance deteriorates even when the catalyst temperature is too low or too high and exhibits good purification performance. ing.
[0011]
The variable nozzle supercharger 4 has a mechanism that makes the nozzle area variable, and can control the supercharging pressure through the compressor 4a by changing the exhaust gas pressure or the exhaust gas flow rate provided to the turbine 4b. Is.
[0012]
A control device 20 is responsible for nozzle opening control of the variable nozzle supercharger 4 and fuel injection control of the fuel injection valve 5, and includes a rotation sensor (not shown) and an accelerator pedal for detecting the engine operating state. A stroke sensor (not shown) or the like, a first temperature sensor 21 for detecting the exhaust gas temperature flowing into the NO _x catalyst 7, and a second temperature for detecting the exhaust gas temperature flowing out from the NO _x catalyst 7 A sensor 22 and a pressure sensor 23 for detecting the supercharging pressure on the downstream side of the compressor 4a are connected.
[0013]
The above-described control by the control device 20 is executed according to the flowchart shown in FIG. This flowchart is repeated every predetermined time. First, at step 101, the current engine speed N and the accelerator pedal stroke L as the engine load are detected by the rotation sensor and the accelerator pedal stroke sensor.
[0014]
Next, at step 102, the target nozzle opening degree TAt of the variable nozzle supercharger 4 for realizing the target supercharging pressure optimum for the engine operating state determined based on the engine speed N and the engine load L is determined. . For this determination, a map (not shown) or the like in which the target nozzle opening degree TAt is preset with respect to the engine speed N and the engine load L is used. In this map, for example, in an engine operating state where the exhaust gas amount is relatively small and a high supercharging pressure is required, the target nozzle opening degree TAt is set small, and conversely, the exhaust gas amount is relatively large. In an engine operating state where high boost pressure is not required, the target nozzle opening degree TAt is set large.
[0015]
Next, in step 103, the outflow exhaust gas temperature Tout flowing out of the inflow exhaust gas temperature Tin and NO _x catalyst 7 by the first temperature sensor 21 and the second temperature sensor 22 flows into the NO _x catalyst 7 is detected, step 104 Proceed to In step 104, it is determined whether or not the outflow exhaust gas temperature Tout is within the predetermined temperature range of the NO _x catalyst 7 described above. Outflow exhaust gas temperature Tout may be considered as the NO _x catalyst temperature, when this determination is positive, since the NO _x catalyst 7 which exhibit good cleaning performance, in step 105, the current engine operating condition The fuel injection amount TAU1 as the reducing agent is determined in consideration of the exhaust gas amount and the like. Next, the routine proceeds to step 106, where fuel injection of the fuel injection amount TAU1 is performed by the fuel injection valve 5 in the latter half of the exhaust stroke separately from the main fuel injection at the end of the compression stroke. Fuel injected in the latter half of the exhaust stroke is not be burned in the cylinder, HC as a reducing agent is mixed into the exhaust gas, good reduction purification of the NO _x is carried out in the NO _x catalyst 7.
[0016]
On the other hand, when the determination in step 104 is negative, that is, when the NO _x catalyst temperature is not within the predetermined temperature range, the NO _x catalyst 7 is reduced even if HC as a reducing agent is mixed into the exhaust gas. Therefore, since harmful HC is released into the atmosphere, the process proceeds to step 107 without performing the processing of step 105 and step 106.
[0017]
In step 107, whether the inflow exhaust gas temperature Tin is lower than the first predetermined catalyst temperature T1H which is the lower limit of the predetermined temperature range of the NO _x catalyst 7 it is determined. When this determination is affirmative, even if the current NO _x catalyst temperature is within the predetermined temperature range, it immediately falls below the predetermined temperature range as it is. In this flowchart, at this time, in step 108, the open side correction value a of the target nozzle opening degree TAt determined in step 102 is determined based on the difference between the first predetermined catalyst temperature T1H and the inflow exhaust gas temperature Tin. Next, in step 109, it is determined whether or not the inflow exhaust gas temperature Tin is lower than the second predetermined catalyst temperature T1L. The second predetermined catalyst temperature T1L is much lower than the first predetermined catalyst temperature T1H. When this determination is negative, in step 110, the actual nozzle opening TA is calculated by adding the open side correction amount a to the target nozzle opening TAt, and the variable nozzle so that this nozzle opening TA is realized. The nozzle of the supercharger 4 is controlled.
[0018]
As described above, when the nozzle opening degree of the variable nozzle type supercharger 4 is corrected to the open side, the supercharging pressure of the compressor 4a decreases and the intake air amount decreases. Rises. Thereby, the the NO _x catalyst temperature is below a predetermined temperature range is prevented, or, already heated to the NO _x catalyst temperature at an early stage in the case of the NO _x catalyst temperature is below the predetermined temperature range within a predetermined temperature range can do. The larger the difference between the lower limit value T1 of the predetermined temperature range of the NO _x catalyst 7 and the inflow exhaust gas temperature Tin, the larger the open side correction amount a of the target nozzle opening, and the higher the exhaust gas temperature. Yes.
[0019]
Since a lean combustion internal combustion engine such as a diesel engine is in an excessive air state in a normal operation state, there is no particular problem even if the boost pressure is lowered and the intake air amount is slightly reduced as described above. However, there is a minimum intake amount for each engine operating state, and the nozzle opening cannot be corrected to a large open side to fall below the minimum intake amount. The fall of the minimum intake amount is prevented by monitoring the supercharging pressure by the pressure sensor 23. Thereby, when the inflow exhaust gas temperature Tin is very low, the exhaust gas temperature may not be raised to a desired temperature. In this flowchart, when the inflow exhaust gas temperature Tin is very low and falls below the second predetermined catalyst temperature T1L, the routine proceeds to step 111 where the fuel injection amount TAU2 in the first half of the exhaust stroke is determined according to the current inflow exhaust gas temperature Tin. In step 112, the fuel injection valve 5 performs fuel injection at the fuel injection amount TAU2 in the first half of the exhaust stroke separately from the main fuel injection at the end of the compression stroke and the fuel injection in the second half of the exhaust stroke. Next, at step 113, the actual nozzle opening TA is calculated by adding the above-mentioned opening-side correction amount a and the further opening-side correction amount b to the target nozzle opening TAt so that the nozzle opening TA is realized. The nozzle of the variable nozzle supercharger 4 is controlled. The further opening correction amount b is set to be larger as the fuel injection amount TAU2 is larger.
[0020]
Since the fuel injected in the first half of the exhaust stroke in this way is combusted in the cylinder and raises the exhaust gas temperature, the exhaust gas is not reduced significantly when the inflow exhaust gas temperature Tin is very low. The temperature can be raised to the desired temperature. Thus, when the exhaust gas temperature rises due to combustion in the exhaust stroke, the amount of work in the turbine 4b increases even at the same nozzle opening, and the boost pressure of the compressor rises. Thus, in order to prevent the intake air amount from increasing and the exhaust gas temperature from being raised sufficiently, the actual nozzle opening degree TA is largely corrected to the open side by the open side correction amount a and the further open side correction amount b. It has come to be. Also, when a large amount of intake air is required, such as during engine acceleration, if the exhaust gas temperature is raised by fuel injection in the first half of the exhaust stroke, the exhaust gas temperature can be raised to a desired temperature without reducing the intake air amount. it can.
[0021]
When the result at step 107 is negative, the process proceeds to step 114, the inflow exhaust gas temperature Tin is whether higher than the upper limit T2 is determined in a predetermined temperature range of the NO _x catalyst 7. When this determination is affirmative, even if the current NO _x catalyst temperature is within the predetermined temperature range, it immediately exceeds the predetermined temperature range as it is. In this flowchart, at this time, in step 115, the close side correction value c of the target nozzle opening degree TAt determined in step 102 is determined based on the difference between the inflow exhaust gas temperature Tin and the upper limit value T2. Next, in step 116, the actual nozzle opening TA is calculated by subtracting the closing correction amount c from the target nozzle opening TAt, and the variable nozzle supercharger 4 is realized so that this nozzle opening TA is realized. Control the nozzle.
[0022]
Thus, when the nozzle opening degree of the variable nozzle type supercharger 4 is corrected to the closed side, the supercharging pressure of the compressor 4a increases and the intake air amount increases, so that the exhaust gas temperature discharged from the cylinder Decreases. As a result, the NO _x catalyst temperature is prevented from exceeding the predetermined temperature range, or when the NO _x catalyst temperature has already exceeded the predetermined temperature range, the NO _x catalyst temperature is quickly lowered into the predetermined temperature range. be able to. As the difference between the upper limit T2 at a predetermined temperature range of the inflowing exhaust gas temperature Tin and the NO _x catalyst 7 is large, the close-side correction amount c of the target nozzle opening degree is large, so large to lower the exhaust gas temperature Yes.
[0023]
Since a lean combustion internal combustion engine such as a diesel engine is in an excessive air state in a normal operation state, there is no particular problem even if the intake pressure is slightly increased by increasing the supercharging pressure in this way. When the determination at step 114 is negative, the current of the inflowing exhaust gas temperature Tin is within a predetermined temperature range of the NO _x catalyst 7 is not necessary to change the exhaust gas temperature. Thereby, in step 117, the actual nozzle opening TA is set to the target nozzle opening TAt determined in step 102, and the nozzle opening correction is not performed.
[0024]
The lean combustion internal combustion engine of the present invention is not limited to a diesel engine, but may be a spark ignition internal combustion engine. In this case, in order to raise the exhaust gas temperature, instead of the fuel injection in the first half of the exhaust stroke in steps 112 and 113, the ignition timing may be retarded to continue the combustion in the first half of the exhaust stroke.
[0025]
In the present embodiment, the fuel injection as the reducing agent uses the fuel injection valve 5 common to the main fuel injection, but may be injected into the engine exhaust system by another fuel injection valve. Further, in this embodiment, the engine exhaust system catalyst is a NO _x catalyst having a predetermined temperature range, but this is not a limitation of the present invention, and any catalyst whose purification performance deteriorates at least at a predetermined temperature or less. It ’s fine.
[0026]
【The invention's effect】
Thus, according to the control apparatus for a lean combustion internal combustion engine according to the first aspect of the present invention, the nozzle opening degree control means is a variable nozzle type overpressure for realizing a target boost pressure determined for each engine operating state. The target nozzle opening of the feeder is determined, the nozzle opening of the variable nozzle supercharger is controlled based on the target nozzle opening, and the first target nozzle opening correcting means is a catalyst disposed in the engine exhaust system. When the temperature is lower than the first predetermined catalyst temperature and the exhaust gas purification performance cannot be exhibited, the target nozzle opening is corrected to the open side. As a result, the supercharging pressure decreases and the intake air amount decreases, so the exhaust gas temperature at this time can be raised, the catalyst temperature is raised to the first predetermined catalyst temperature or higher, and good purification performance is restored. This can improve the deterioration of exhaust emissions.
[0027]
Further, exhaust gas temperature rise means, the temperature of the catalyst arranged in the engine exhaust system when below a first predetermined catalyst temperature below the second predetermined temperature of the catalyst, the exhaust gas temperature by combustion of the exhaust stroke in the cylinder In addition to the first target nozzle opening degree correcting means, the second target nozzle opening degree correcting means, in addition to the first target nozzle opening degree correcting means, makes the variable in accordance with the exhaust gas temperature rise due to the exhaust stroke combustion in order to further correct the target nozzle opening degree to the open side. The increase in work volume in the nozzle-type supercharger turbine is prevented, and when the exhaust gas temperature is very low and the catalyst temperature falls below the second predetermined catalyst temperature, the exhaust gas temperature is improved without greatly reducing the intake air amount. The catalyst temperature can be raised to the first predetermined catalyst temperature or higher, the good purification performance can be restored, and the deterioration of exhaust emission can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a lean combustion internal combustion engine equipped with a variable nozzle type supercharger equipped with a control device according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for nozzle opening control of a variable nozzle supercharger and fuel injection control of a fuel injection valve.
[Explanation of symbols]
1 ... lean-burn internal combustion engine 4 ... variable nozzle supercharger 5 ... fuel injection valves 7 ... NO _x catalyst 20 ... controller

Claims

機関排気系に、第１所定触媒温度を下回ると良好な排気ガス浄化性能を発揮できなくなる触媒と、可変ノズル式過給器のタービンとが配置された希薄燃焼内燃機関の制御装置において、機関運転状態毎に定まる目標過給圧を実現するための可変ノズル式過給器の目標ノズル開度を決定し、前記目標ノズル開度に基づき前記可変ノズル式過給器のノズル開度を制御するノズル開度制御手段と、前記触媒の温度が前記第１所定触媒温度を下回る時に、前記目標ノズル開度を開側に補正する第１目標ノズル開度補正手段と、前記触媒の温度が前記第１所定触媒温度以下の第２所定触媒温度を下回る時に、気筒内での排気行程の燃焼によって排気ガス温度を上昇させる排気ガス温度上昇手段と、前記触媒の温度が前記第２所定触媒温度を下回る時に、前記目標ノズル開度を前記第１目標ノズル開度補正手段による補正に加えてさらに開側に補正する第２目標ノズル開度補正手段、とを具備し、前記第２目標ノズル開度補正手段による前記目標ノズル開度のさらなる開度補正量は、気筒内での排気行程の燃焼に使用される排気行程前半の燃料噴射量が多いほど大きく設定されることを特徴とする可変ノズル式過給器を備えた希薄燃焼内燃機関の制御装置。In a control apparatus for a lean combustion internal combustion engine in which a catalyst that cannot exhibit good exhaust gas purification performance when the temperature falls below a first predetermined catalyst temperature and a turbine of a variable nozzle supercharger are disposed in the engine exhaust system, A nozzle for determining a target nozzle opening of a variable nozzle supercharger for realizing a target supercharging pressure determined for each state, and controlling the nozzle opening of the variable nozzle supercharger based on the target nozzle opening An opening control means, a first target nozzle opening correction means for correcting the target nozzle opening to the open side when the temperature of the catalyst is lower than the first predetermined catalyst temperature, and the temperature of the catalyst is the first temperature. An exhaust gas temperature raising means for raising the exhaust gas temperature by combustion in an exhaust stroke in a cylinder when the temperature falls below a second predetermined catalyst temperature below a predetermined catalyst temperature; and when the temperature of the catalyst falls below the second predetermined catalyst temperature , In addition to the correction by the first target nozzle opening correction means, the second target nozzle opening correction means for correcting the target nozzle opening to the open side further, the second target nozzle opening correction means by The further nozzle correction amount of the target nozzle opening is set to be larger as the fuel injection amount in the first half of the exhaust stroke used for combustion in the exhaust stroke in the cylinder is larger . A lean burn internal combustion engine control device.