JP4144485B2 - 触媒温度制御装置及び制御方法、並びにエンジンシステム - Google Patents
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Description
HC吸着燃焼触媒が吸着フェーズとなるようにその配置位置を調整するものである。
100a,急昇温制御手段100b,緩・急昇温制御実施判定手段100c,緩・急昇温制御切換手段100dから構成する。このように構成することにより、HC吸着燃焼触媒11の温度制御を、上記各フェーズに応じてHC吸着燃焼触媒11の昇温勾配を切り換えることができる。特に、HC吸着燃焼触媒11がHC吸着フェースにあるときのHC吸着燃焼触媒11の昇温勾配を、HC吸着燃焼触媒11がHC脱離フェーズにあるときのHC吸着燃焼触媒11の昇温勾配より小さくするようにする。このように構成することにより、エンジンの始動後はHC吸着燃焼触媒11の温度を緩やかに上昇させ、吸着フェーズの時間を十分に確保してHCの吸着量を増加させることができる。また、HC吸着燃焼触媒11の触媒温度が吸着フェーズを超えた場合、速やかに浄化フェーズまでHC吸着燃焼触媒の温度を速やかに上昇させ、脱離フェーズでの脱離HC量を低減することができる。
次に、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。即ち、HC吸着燃焼触媒11の下流側の温度に基づいて、EGRを用いて燃焼温度を下げた緩昇温制御を行いHC吸着性能を十分に発揮させるものである。その概念は、図7に示すように、エンジン9の排気の一部を排気還流管18を介してエンジン9の吸気側に還流する。還流量は排気還流手段100kによりEGRバルブ19を制御することにより行うものである。
TgFbyaを演算する。燃料と空気の比を当量比であつかうのは演算上都合がよいからであり、空燃比で扱うことも可能である。なお目標当量比演算部では、均質燃焼と成層燃焼のどちらを行うかも決定する(成層許可フラグ:FPSTR)。
TgTpを演算する。後述するが、目標空気量TgTpは便宜的に一サイクル当たりに一シリンダー内に流入する空気量に規格化した値としている。
EGR率マップMEGRから得られる値とする。なお、引数はTgTc,Neとしている。それ以外のときはTgEGR=0とする。ここで
TGEGR:目標EGR率
Tcn:HC吸着燃焼触媒下流温度
TgTc:目標トルク
Ne:エンジン回転数
である。TcnLは、HC吸着燃焼触媒内に吸着されたHCの脱離が始まる温度に設定するのが望ましく、センサの位置などにもよるが、一般的に100〜200℃となるが、実機性能に応じて決めるのがよい。
本実施の形態では、HC吸着燃焼触媒11の下流側の温度に基づいて、成層燃焼を行うことで燃焼温度を下げた緩昇温制御を行いHC吸着性能を十分に発揮させるものである。
Tcn:HC吸着燃焼触媒下流温度
TgTc:目標トルク
Ne:エンジン回転数
である。また、TcnLは、HC吸着触媒内の吸着HCが脱離し始める温度に設定するのが望ましく、センサの位置などにもよるが、一般的に100〜200℃となる。成層燃焼許可時は成層燃焼用目標当量比マップMtgfba_sを目標トルクTgTcと回転数
Neから参照される値を目標当量比TgFbyaとする。TgFbya=0のときは均質燃焼とし、均質燃焼用目標当量比マップMtgfbaを目標燃焼圧トルクTgTcと回転数Neから参照される値を目標当量比TgFbyaとする。成層燃焼用目標当量比マップMtgfba_sおよび均質燃焼用目標当量比マップMtgfbaの設定値は実機データから決定するのが望ましい。本実施例では、成層許可をHC吸着触媒温度のみに依存する使用としたが、燃費向上の観点から、成層可能な運転領域を別途判断させて、成層許可するのも良い。例えば、FPSTRは、水温Twn,アクセル開度Apo,回転数Neの各値が条件を満たしていればFPSTR=1とし、成層燃焼を許可する仕様も付け加えてもよい。
本実施の形態では、HC吸着燃焼触媒11の下流側の温度に基づいて、EGRを用いて燃焼温度を下げた緩昇温制御と点火リタードを用いた急昇温制御を行い、HC吸着性能及びHC燃焼性能を十分に発揮させるものである。
Tcn:HC吸着燃焼触媒下流温度
TgTc:目標トルク
Ne:エンジン回転数
である。ADVTRTD0は個々のシステムに合わせて最適となるよう決めるのが望ましい。また、MADVの値は、エンジンの性能に応じて決めるのが望ましい。TcnLは、HC吸着燃焼触媒内に吸着されたHCの脱離が始まる温度に設定するのが望ましく、センサの位置などにもよるが、一般的に100〜200℃となるが、実機性能に応じて決めるのがよい。TcnHは三元触媒の活性温度に設定するのが望ましく、触媒性能にもよるが、250℃〜400℃となる。
ここで、触媒温度制御手段100の別の具体的構成を図14に示す。この触媒温度制御手段100は、急昇温制御手段に相当するもので、エンジン9は、空燃比が理論空燃比より薄いリーン燃焼を行うリーンバーンエンジンであり、触媒温度制御装置は、リーンバーンエンジンに対しリーン燃焼を行うかを許可するリーン燃焼許可手段100lと、リーン燃焼許可手段100lの結果に基づいて目標点火時期を演算する目標点火時期演算手段
100mと、リーン燃焼許可手段100lの結果に基づいて目標燃料噴射量及び目標燃料噴射時期を演算する目標燃料噴射量・噴射時期演算手段100nと、リーン燃焼許可手段の結果に基づいて目標空気量演算手段100pと、該目標点火時期演算手段の結果に基づいて点火時期を制御する点火時期制御装置100qと、目標燃料噴射量・燃料噴射時期演算手段100nの結果に基づいて燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する燃料噴射弁と、目標空気流量演算手段の結果に基づいて空気流量を制御する空気流量制御装置とを有する。ここで、空気流量制御装置は電子スロットルが該当する。
本実施の形態では、HC吸着燃焼触媒11の下流側の温度に基づいて、EGRを用いて燃焼温度を下げた緩昇温制御と気筒別の空燃比をリッチ・リーンにばらつかせ三元触媒の反応温度を用いた急昇温制御を行い、HC吸着性能およびHC燃焼性能を十分に発揮させるものである。
Tcn:HC吸着燃焼触媒下流温度
である。
本実施の形態における、エンジンシステムは、実施の形態1におけるエンジンシステムの概略図(図8)と同じであるが、HC吸着燃焼触媒11の位置を図22に示すように、エンジン始動後T1[s]経過したときに、脱離開始温度T2[℃]に達するように調整するものである。たとえば、特定の走行モードなどで、始動後のアイドル時間相当をT1として、その後の加速に伴う、排熱上昇を利用して、脱離HCを抑制し、高効率に浄化できるようにするものである。
本実施の形態における、エンジンシステムは、実施の形態5におけるエンジンシステムの概略図(図16)と同じであるが、HC吸着燃焼触媒11の位置を、図23に示すように、三元触媒30の温度が浄化開始温度T3[℃]に達したときに、脱離開始温度T2
[℃]に達するように決めるものである。すなわち、三元触媒活性化までは、エンジンから排出されるHCをHC吸着燃焼触媒で吸着し、三元触媒活性化後は、脱離および浄化性能を発揮させることで、高効率にHCを浄化できるようにするものである。
Claims (19)
- 触媒温度が低温から高温になるにつれてHC吸着フェーズ,HC脱離フェーズ、及びHC浄化フェーズと遷移するHC吸着燃焼触媒をエンジンの排気管に設け、該HC吸着燃焼触媒の温度を制御する触媒温度制御装置であって、
前記HC吸着燃焼触媒の温度制御は、前記各フェーズに応じてHC吸着燃焼触媒の昇温勾配を切り換えることを特徴とする触媒温度制御装置。 - 請求項1に記載の触媒温度制御装置において、
前記HC吸着燃焼触媒の温度制御は、前記HC吸着燃焼触媒がHC吸着フェーズにあるときのHC吸着燃焼触媒の昇温勾配を、前記HC吸着燃焼触媒がHC脱離フェーズにあるときのHC吸着燃焼触媒の昇温勾配より小さくすることを特徴とする触媒温度制御装置。 - 請求項1に記載の触媒温度制御装置において、
HC吸着燃焼触媒の温度を第一の勾配で昇温する緩昇温制御手段と、HC吸着燃焼触媒の温度を前記第一の勾配より大きい勾配で昇温する急昇温制御手段と、HC吸着燃焼触媒の温度の温度制御を前記緩昇温制御手段若しくは前記急昇温制御手段で行うかを判定する緩・急昇温制御実施判定手段と、前記緩・急昇温制御実施判定手段の判定結果に基づいて緩昇温制御手段若しくは急昇温制御手段に切り換える緩・急昇温制御切換手段と、から構成され、HC吸着燃焼触媒の温度を制御することを特徴とする触媒温度制御装置。 - 請求項3に記載の触媒温度制御装置において、
前記緩・急昇温制御実施判定手段は、エンジン始動後の経過時間を計測する経過時間計測手段と、該経過時間計測手段で得られるエンジン始動後の経過時間が所定値を超えているかどうかを判定する判定手段とで構成されていることを特徴とする触媒温度制御装置。 - 請求項3に記載の触媒温度制御装置において、
前記緩・急昇温制御実施判定手段は、HC吸着燃焼触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、該触媒温度検出手段で得られるHC吸着燃焼触媒の温度が所定値を超えているかどうかを判定する判定手段とで構成されていることを特徴とする触媒温度制御装置。 - 請求項3に記載の触媒温度制御装置において、
前記緩・急昇温制御実施判定手段は、エンジンに流入する空気流量を検出する空気流量検出手段と、該空気流量検出手段で得られる空気流量が所定値を超えているかどうかを判定する判定手段とで構成されていることを特徴とする触媒温度制御装置。 - 請求項3に記載の触媒温度制御装置において、
前記緩昇温制御手段は、エンジンからの排気をエンジン吸気側へ還流する還流管と、該排気の還流量を調節する還流弁と、該還流弁を制御する還流弁制御手段と、から構成されることを特徴とする触媒温度制御装置。 - 請求項3に記載の触媒温度制御装置において、
前記急昇温制御手段は、点火時期をリタードするよう制御することを特徴とする触媒温度制御装置。 - 請求項4に記載の触媒温度制御装置において、
前記急昇温制御手段は、エンジンの空燃比を気筒別にリッチ・リーンに個々にばらつかせて運転するよう制御することを特徴とする触媒温度制御装置。 - 請求項4に記載の触媒温度制御装置において、
前記急昇温制御手段は、前記排気管に外部より空気若しくはO2を導入して排気管内で未燃HCを燃焼させるよう制御することを特徴とする触媒温度制御装置。 - 触媒温度が低温から高温になるにつれてHC吸着フェーズ,HC脱離フェーズ、及びHC浄化フェーズと遷移するHC吸着燃焼触媒をエンジンの排気管に設け、該HC吸着燃焼触媒の温度を制御する触媒温度制御方法であって、前記各フェーズに応じてHC吸着燃焼触媒の温度を制御することを特徴とする触媒温度制御方法。
- 請求項11に記載の触媒温度制御方法において、
前記各フェーズに応じてHC吸着燃焼触媒の昇温勾配を切り換えるよう制御することを特徴とする触媒温度制御方法。 - 請求項11に記載の触媒温度制御方法において、
前記HC吸着燃焼触媒がHC吸着フェーズにあるときのHC吸着燃焼触媒の昇温勾配を、前記HC吸着燃焼触媒がHC脱離フェーズにあるときのHC吸着燃焼触媒の昇温勾配より小さくするよう制御することを特徴とする触媒温度制御方法。 - 請求項11に記載の触媒温度制御方法において、
前記HC吸着燃焼触媒の昇温勾配の切り換えを、エンジン始動後の経過時間に基づき行うことを特徴とする触媒温度制御方法。 - 請求項12に記載の触媒温度制御方法において、
前記HC吸着燃焼触媒の昇温勾配の切り換えを、HC吸着燃焼触媒の温度に基づき行うことを特徴とする触媒温度制御方法。 - エンジンと、該エンジンの排気管に触媒温度が低温から高温になるにつれてHC吸着フェーズ,HC脱離フェーズ、及びHC浄化フェーズと遷移するHC吸着燃焼触媒を備えたエンジンシステムにおいて、前記HC吸着燃焼触媒の各フェーズに応じて該HC吸着燃焼触媒の昇温勾配を切り換る触媒温度制御装置を設けたことを特徴とするエンジンシステム。
- 請求項16に記載のエンジンシステムにおいて、
前記エンジンは、空燃比が理論空燃比より薄いリーン燃焼を行うリーンバーンエンジンであり、
前記触媒温度制御装置は、前記リーンバーンエンジンに対しリーン燃焼を行うかを許可するリーン燃焼許可手段と、該リーン燃焼許可手段の結果に基づいて目標点火時期を演算する目標点火時期演算手段と、該リーン燃焼許可手段の結果に基づいて目標燃料噴射量及び目標燃料噴射時期を演算する目標燃料噴射量・噴射時期演算手段と、該リーン燃焼許可手段の結果に基づいて目標空気量演算手段と、該目標点火時期演算手段の結果に基づいて点火時期を制御する点火時期制御装置と、該目標燃料噴射量・燃料噴射時期演算手段の結果に基づいて燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する燃料噴射弁と、該目標空気流量演算手段の結果に基づいて空気流量を制御する空気流量制御装置と、を有することを特徴とするエンジンの制御装置。 - 請求項16に記載のエンジンシステムにおいて、
前記触媒温度制御手段は、エンジン始動後の所定時間は、HC吸着燃焼触媒内にHCを吸着しうる吸着フェーズの温度となるような位置に前記HC吸着燃焼触媒を取付けることを特徴とするエンジンシステム。 - 請求項16に記載のエンジンシステムにおいて、
前記HC吸着燃焼触媒の上流側の排気管に三元触媒を備え、三元触媒での浄化性能が開始される温度になるまでは、HC吸着燃焼触媒内にHCを吸着しうる吸着フェーズの温度となるような位置に前記HC吸着燃焼触媒を取付けることを特徴とするエンジンシステム。
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