JP4277350B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素過剰雰囲気でNOxを吸収して酸素濃度が減少するに伴いNOxを放出するNOx触媒を備えたエンジンの制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、低負荷運転領域でリーン運転が行われるエンジンにおいて、酸素過剰雰囲気でNOxを吸収して酸素濃度が減少するのに伴いNOxを放出する性質を有するNOx触媒を排気通路に設け、リーン運転状態のときに排気中のNOxがNOx触媒に吸収され、空燃比がリッチ側に変化したときにNOx触媒からNOxが放出されて還元されるようにしたものが知られている。このようなNOx触媒によると、NOxを還元して浄化することが困難なリーン運転時にも、NOxを吸収することによりNOxが外部に排出されるのを防止することができる。
【0003】
また、例えば特開平3−242415号公報に示されるように、運転状態検出手段によって検出された運転状態が、NOx触媒に流入する排気ガス中のHCがNOx触媒よるNOx還元に必要とされるHC量に対して不足する運転状態か否かを判断するHC不足判定手段と、HC判定手段がHC不足運転状態と判断したときに、燃料タンクからの蒸発燃料を排気管のNOx触媒上流側に導入し、HC不足判定手段がHC不足運転状態でないと判断したときに蒸発燃料をキャニスタに導入するように切り替わる切替弁とを備えた排気浄化装置が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示されるように、排気ガス中のHCがNOx触媒よるNOx還元に必要とされるHC量に対して不足する運転状態となった場合に、燃料タンクからの蒸発燃料を排気管のNOx触媒上流側に導入するように構成した場合には、この排気管に蒸発燃料が導入されることにより背圧が上昇して排気抵抗が増大するという問題があるとともに、本来キャニスタに吸着された後に、必要に応じてエンジンの燃焼室に供給されるべき蒸発燃料が、直接排気系に導出されて燃焼に寄与しないこととなって燃費が悪化するという問題がある。
【0005】
しかも、上記燃料タンクにおいて発生した蒸発燃料は、その濃度及び発生量が均一でないため、排気管に導入される蒸発燃料量を適正に制御することが困難であり、上記NOxの浄化に必要な量以上のHC及びCOがNOx触媒の上流側に導入されるのを防止することが困難であり、エミッションが悪化し易い等の問題があった。
【0006】
また、エンジンのリーン運転領域で、NOxの発生を抑制するために排気ガスの一部を吸気系に還流させるEGR手段を備えたエンジンにおいて、上記リーン運転領域からリッチ運転領域の移行時等に、上記排気ガスを吸気系に還流させるように構成した場合には、排気通路に導出される排気ガス中のHC量及びCO量と、NOx量との比率を増大させることにより、上記NOx触媒を効果的にリフレッシュさせることが可能である。しかし、このように構成した場合には、上記リーン運転領域からリッチ運転領域の移行時等に、上記EGR手段の応答遅れ及び気筒間のばらつきが生じること等に起因して、特定の気筒に多量の排気ガスが還流されることによる燃焼性の悪化が生じ易いという問題があった。
【0007】
本発明は、これらの事情に鑑み、酸素過剰雰囲気でNOxを吸収して酸素濃度が減少するに伴いNOxを放出するNOx触媒を備えたエンジンにおいて、燃焼性が悪化する等の問題を生じることなく、必要時にNOx触媒からNOxを放出させてNOx触媒を効果的にリフレッシュできるとともに、この放出されたNOxを還元できるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明は、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸蔵するキャニスタと、このキャニスタに吸蔵された蒸発燃料をパージしてエンジンの吸気系に供給するパージ通路を有する蒸発燃料供給手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流させるEGR通路を有するEGR手段と、酸素過剰雰囲気でNOxを吸収して酸素濃度が減少するのに伴いNOxを放出するNOx触媒とを備えたエンジンにおいて、上記パージ通路の下流端を、吸気系に対するEGR通路の接続部又はその近傍に接続し、かつエンジンのリーン運転領域からリッチ運転状態の移行時に、上記蒸発燃料をパージして吸気系に供給するとともに、排気ガスの一部を吸気系に還流させるように上記蒸発燃料供給手段及びEGR手段を制御することにより、NOx触媒からNOxを放出させてNOx触媒をリフレッシュさせるとともに、この放出されたNOxを還元するリフレッシュ制御手段を備え、エンジンがリーン運転領域からリッチ運転状態に移行した後、所定時間が経過した時点で、空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成したものである。
【0009】
この構成によると、エンジンがリーン運転領域からリッチ状態に移行する際に、EGR通路を通して排気ガスの一部が吸気系に還流されるとともに、キャニスタからパージされた蒸発燃料が吸気系に供給されることにより、燃焼性が維持されつつ、気筒内空燃比が所定のリッチ状態となって排気ガス中のHC量及びCO量が増加し、かつ排気ガスの還流によってNOxが低減されるため、排気通路に導出されるNOx量に対するHC量及びCO量の比率(HC/NOx,CO/NOx)が増大され、NOx触媒に吸収されたNOxの放出によるNOx触媒のリフレッシュ及び放出されたNOxの還元が促進されることになる。また、吸気系に対して上記のようにEGR通路及びパージ通路が接続されているため、多くの排気ガスが還流される気筒には蒸発燃料も多く導入されることにより、EGRの増加に起因した燃焼性の悪化が上記蒸発燃料による燃焼促進によって補われ、かつ上記NOx触媒のリフレッシュが終了した後に、上記空燃比検出手段の検出値に基づく通常のフィードバック制御状態に移行することにより、排気通路に導出されるHC量及びCO量が効果的に低減されることになる。
【0010】
請求項2に係る発明は、上記請求項1に係るエンジンの制御装置において、エンジンの低負荷運転領域をリーン運転領域とするとともに、高負荷運転領域をリッチ運転領域とし、かつリッチ運転領域における排気ガスの還流量をリーン運転領域よりも少なく設定するとともに、リーン運転領域からリッチ運転領域への移行時に、上記NOx触媒のリフレッシュ制御を実行するように構成したものである。
【0011】
この構成によると、エンジンが低負荷運転領域から高負荷運転領域に変化してリーン運転領域からリッチ運転領域に移行する際に、キャニスタからパージされた蒸発燃料が吸気系に供給されるとともに、EGR通路を通して排気ガスの一部が吸気系に還流されることにより、気筒内空燃比が所定のリッチ状態となって燃焼性が維持されつつ、排気通路に導出されるNOx量に対するHC量及びCO量の比率が増大され、NOx触媒に吸収されたNOxの放出によるNOx触媒のリフレッシュ及び上記NOxの還元が促進されることになる。
【0012】
請求項3に係る発明は、上記請求項1又は2記載のエンジンの制御装置において、エンジンのリーン運転領域からリッチ運転領域への移行時に、スロットル弁を閉じることにより、エンジントルクを急変させることなく、エンジンをリッチ運転状態とするように構成したものである。
【0013】
この構成によると、エンジンの運転領域がリーン運転領域からリッチ運転領域に変化したときに、スロットル弁が閉じられることによってエンジントルクの急変が防止されつつ、キャニスタからパージされた蒸発燃料が吸気系に供給されるとともに、EGR通路を通して排気ガスの一部が吸気系に還流されることにより、気筒内空燃比が所定のリッチ状態となって燃焼性が維持されつつ、排気通路に導出されるNOx量に対するHC量及びCO量の比率が増大され、NOx触媒に吸収されたNOxの放出によるNOx触媒のリフレッシュ及び放出されたNOxの還元が促進されることになる。
【0014】
請求項4に係る発明は、上記請求項1乃至3のいずれかに記載のエンジンの制御装置において、NOx触媒のリフレッシュ制御時に、吸気系に還流される排気ガスの還流率が30%以上となるようにEGR手段を制御するように構成したものである。なお、上記排気ガスの還流率とは、次式で求められる値である。
【0015】
(InCO2−AtCO2)/(ExCO2−InCO2)
InCO2:吸気中のCO2濃度
AtCO2:大気中のCO2濃度
ExCO2:排気中のCO2濃度
大気中のCO2濃度を近似的に0とすれば、EGR率は次のようになる。
【0016】
InCO2/(ExCO2−InCO2)
この構成によると、上記NOx触媒のリフレッシュ制御時に、多量の排気ガスが還流されて排気通路に導出されるNOx量が低減されることにより、排気ガス中のNOx量に対するHC量及びCO量の比率が顕著に増大されて上記NOx触媒が効果的にリフレッシュされる。そしてリッチ運転状態で、上記のように多量のEGRを行っても、蒸発燃料の供給によって燃焼性が良好に保たれることになる。
【0017】
請求項5に係る発明は、上記請求項1乃至4のいずれかに記載のエンジンの制御装置において、キャニスタに吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段を備え、この吸蔵量推定手段によって推定された蒸発燃料の吸蔵量に応じ、上記リフレッシュ制御時における蒸発燃料のパージ量を制御するように構成したものである。
【0018】
この構成によると、上記NOx触媒のリフレッシュ制御時に、吸気系に供給される蒸発燃料の供給量が上記吸蔵量の推定値に基づいて適正に制御されることににより、空燃比が過剰なリッチ状態となること等に起因した燃焼性の悪化が防止されることになる。
【0019】
請求項6に係る発明は、上記請求項1乃至5記載のエンジンの制御装置において、エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、NOx触媒のリフレッシュ制御時に、上記燃料供給手段によりインジェクタから燃料噴射を吸気行程の前期と中期とに分割して噴射するように構成したものである。
【0020】
この構成によると、上記NOx触媒のリフレッシュ時に、燃焼室の全体に混合気が均一に拡散されて燃料の気化及び霧化が促進されることにより、燃焼性が効果的に向上し、多量の排気ガスの還流が許容されることになる。
【0023】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明が適用される直噴エンジンの全体構造を概略的に示したものである。この図において、エンジン本体10は複数の気筒12を有し、各気筒12には、そのシリンダボアに挿入されたピストン14の上方に燃焼室15が形成されるとともに、この燃焼室15には吸気ポート及び排気ポートが開口しており、これらのポートは吸気弁17及び排気弁18によりそれぞれ開閉されるようになっている。
【0024】
上記燃焼室15の中央部には、先端部が燃焼室15内に臨むように点火プラグ20が配設され、この点火プラグ20には、点火コイル等からなる点火回路21が接続されている。また、エンジン本体10の燃焼室15内には、側方からインジェクタ22の先端部が臨み、このインジェクタ22から燃焼室15内に直接燃料が噴射されるようになっている。
【0025】
上記インジェクタ22に対して燃料を供給する燃料供給手段59は、燃料タンク60、燃料ポンプ61、燃料供給通路62及びリターン通路63を備え、上記燃料ポンプ61により燃料タンク60内の燃料が燃料供給通路62を通してインジェクタ22に供給されるようになっている。また、上記燃料供給通路62には、フューエルフィルタ64、図外の高圧燃料ポンプ及びプレッシャレギュレータ等を具備する燃料回路が接続されることにより、各気筒12のインジェクタ22に燃料が供給されるとともに、その燃圧を圧縮行程における筒内圧力よりも高い圧力とする燃料回路が構成されている。
【0026】
また、上記エンジンには、燃料タンク60内で発生した蒸発燃料を吸蔵するキャニスタ66と、このキャニスタ66からパージされた蒸発燃料を吸気系に供給するパージ通路67とを備えた蒸発燃料供給手段68が設けられている。上記パージ通路67は、上流端が燃料タンク60の上部に接続されるとともに、下流端が上記吸気通路24に接続されたEGR通路37の先端部、つまり吸気通路24に対するEGR通路37の接続部に接続されている。上記パージ通路67には、キャニスタ66に吸蔵された蒸発燃料をパージさせるとともに、この蒸発燃料のパージ量を調節するためのデューティソレノイドバルブからなるパージバルブ69と、チェックバルブ70とが設けられている。
【0027】
上記エンジン本体10には吸気通路24及び排気通路34が接続され、上記吸気通路24には、その上流側から順に、エアクリーナ25、吸気流量を検出するエアフローセンサ26、モータ27により駆動されるスロットル弁28及びサージタンク30が設けられている。また、上記排気通路34には、NOx触媒35が配設されるとともに、その上流側に三元触媒39が配設され、さらにその上流側に排気ガス中の酸素濃度の検出によって空燃比を検出するO2 センサ47からなる空燃比検出手段が設けられている。
【0028】
上記NOx触媒35は、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転状態でもNOxを浄化する性能を有するものであって、酸素過剰雰囲気で排気ガス中のNOxを吸収し、空燃比がリーンからリッチ側に変化して酸素濃度が低下したときに、吸収していたNOxを放出するとともに、雰囲気中に存在するCO等の還元材によりNOxを還元させるようになっている。
【0029】
より詳しく説明すると、上記NOx触媒35は、コージェライト製ハニカム構造体等からなる担体の上にNOx吸収材層と触媒材層とが前者を下(内側)、後者を上(外側)にして層状に形成されたものである。上記NOx吸収材層は、比表面積の大きな活性アルミナにPt成分と、NOx吸収材としてのBa成分とを担持させたものを主成分として構成されている。また、触媒材層は、ゼオライトからなる担持母材に、Pt成分及びRh成分を担持させてなる触媒材を主成分として構成されている。なお、上記触媒材層の上にセリア層を形成してもよい。
【0030】
さらに、上記排気通路34と吸気通路24との間には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるEGR手段29が設けられている。このEGR手段29は、排気通路34と吸気通路24とを接続するEGR通路37と、このEGR通路37に介設されたEGR弁38とを備え、このEGR弁38は図示を省略したアクチュエータにより駆動されて開閉作動するように構成されている。
【0031】
上記EGR通路37は、排気マニホールドから所定距離離れた下流の排気通路34に基端部が接続され、この位置から排気ガスを導くようになっている。また、上記EGR通路37の先端部は、吸気マニホールドよりも上流側でスロットル弁28の下流側に位置する吸気通路24に接続され、図例では上記部位に配設されたサージタンク30に接続されている。
【0032】
このエンジンには、上記エアフローセンサ26及びO2センサ47の他、サージタンク30内の吸気負圧を検出するブーストセンサ40、スロットル開度を検出するスロットル開度センサ41、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ42、アクセル開度(アクセル操作量)を検出するアクセル開度センサ43、吸気温を検出する吸気温センサ44、大気圧を検出する大気圧センサ45、エンジン冷却水温を検出する水温センサ46等のセンサ類が装備され、これらセンサの検出信号がECU(コントロールユニット)50に入力されている。
【0033】
このECU50には、インジェクタ22からの燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する燃料噴射制御手段52と、上記EGR弁38のアクチュエータに制御信号を出力してEGR量を制御するEGR制御手段53と、上記蒸発燃料供給手段68のパージバルブ69に制御信号を出力して蒸発燃料のパージ状態を制御するパージ制御手段54と、このパージ制御手段54、上記燃料噴射制御手段52及びEGR制御手段53等に制御信号を出力して後述するようにNOx触媒35のリフレッシュ制御を実行するリフレッシュ制御手段55と、上記キャニスタ66に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段56とが設けられている。
【0034】
当実施形態の筒内噴射式エンジンの基本的な制御としては、上記インジェクタ22からの燃料噴射時期及び空燃比等が異なる各種の運転モードが選択可能とされ、エンジンの運転領域によって運転モードが変更されるようになっており、例えば温間時には、図2に示すようなマップに基づいて運転領域に応じた運転モードの選択が行われる。すなわち、エンジンの低負荷運転域、好ましくは低負荷低回転側の特定運転領域が成層燃焼領域Aとされ、それ以外の高負荷運転領域、好ましくはエンジンの高負荷高回転領域が均一燃焼領域Bとされる。
【0035】
そして、上記成層燃焼領域Aでは、燃料噴射制御手段52によってインジェクタ22から圧縮行程の後期に燃料が噴射されるように制御されることにより、点火プラグ20の付近に混合気が偏在する成層状態で燃焼が行なわれるような成層燃焼モードとされ、この場合、スロットル弁28の開度が大きくされて吸入空気量が多くされることにより燃焼室全体の空燃比としては大幅なリーン状態(例えばA/F≧30)とされる。
【0036】
一方、均一燃焼領域Bでは、上記インジェクタ22から吸気行程の前期と中期とに分割して燃料が噴射されることにより、燃焼室15の全体に均一に混合気が拡散する状態で燃焼が行なわれる均一燃焼モードとされる。この均一燃焼モードでは、空燃比が理論空燃比以下とされ、例えば均一燃焼領域Bの全域もしくは大部分の領域で空気過剰率λがλ=1、つまり理論空燃比(A/F=14.7)とされるように、上記燃料噴射制御手段52により、上記インジェクタ22からの燃料供給量がフィードバック制御される。なお、均一燃焼領域Bのうち、アクセル全開域やその付近の高負荷域及び高回転域を、空燃比を理論空燃比よりもリッチ(λ<1)に設定してもよい。
【0037】
そして、上記のような運転領域の設定に基づく基本的な制御に加え、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転領域では、上記蒸発燃料供給手段68による蒸発燃料の供給を停止し、かつ上記リーン運転領域から空燃比が理論空燃比以下のリッチ運転状態への移行時には、インジェクタ22からの燃料供給による気筒内空燃比の目標値がほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御し、かつ上記蒸発燃料供給手段68による蒸発燃料のパージ量を増大させるとともに、排気ガスの一部を吸気系に還流させてNOx触媒35をリフレッシュさせる制御が上記リフレッシュ制御手段55により実行されるようになっている。
【0038】
後述のフローチャートに示す具体例では、エンジンがリーン運転領域から、予め設定された理論空燃比の運転領域に移行したとき及び上記吸蔵量推定手段56によって推定された蒸発燃料の吸蔵量が予め設定された基準値以上となったときに、上記リフレッシュ制御手段55によるNOx触媒35のリフレッシュ制御を、タイマーにより設定された所定時間に亘り実行するように構成されている。
【0039】
なお、上記吸蔵量推定手段56は、例えば蒸発燃料供給手段68により蒸発燃料をパージしている状態で、気筒内空燃比をO2センサ47の出力に基づいて運転状態に適合した値とするフィートバック制御時に算出される学習値に基づき、上記蒸発燃料の吸蔵量を推定し、この推定値を上記リフレッシュ制御手段55に出力するように構成されている。
【0040】
そして、上記リフレッシュ制御手段55は、吸蔵量推定手段56により推定された蒸発燃料の吸蔵量に応じ、上記リフレッシュ制御時における蒸発燃料のパージ量を制御するように構成されている。すなわち、上記リフレッシュ制御時に、吸蔵量推定手段56の出力信号に応じて蒸発燃料の吸蔵量が多いことが確認された場合に、この吸蔵量が少ない場合に比べ、上記パージバルブ69の開度を小さくすることにより、必要以上に多くの蒸発燃料が吸気系に供給されるのを防止する制御が、上記パージ制御手段54により実行されるようになっている。
【0041】
また、上記リフレッシュ制御手段55によるリフレッシュ制御の実行時間、つまり上記タイマーの設定時間は、NOx触媒35が充分にリフレッシュされてその下流側におけるHCの排出量が増大し始めるまでの時点までの間に設定され、上記設定時間の経過後に上記リフレッシュ制御を終了し、このリフレッシュ制御状態から、上記O2センサ47からなる空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成されている。
【0042】
例えば、図3に示すように、エンジンがリーン運転領域から理論空燃比の運転領域に移行する時点T0で、インジェクタ22からの燃料供給による気筒内空燃比が、図3の破線で示すように、ほぼ理論空燃比となるように燃料供給量を制御するとともに、上記蒸発燃料供給手段68から供給される蒸発燃料のパージを開始することにより、図3の実線で示すように、実質的な空燃比を理論空燃比以下のリッチ運転状態とするリフレッシュ制御を実行する。
【0043】
その後、上記時点T0からタイマーにより予め設定された第1設定時間t1が経過した時点、つまり上記NOx触媒35の下流側におけるHCの排出量が増大し始める状態となった時点T1で、上記リフレッシュ制御を終了して上記空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行する。その後、上記時点T0からタイマーにより予め設定された第2設定時間t2が経過した時点T2で、上記吸気系への上記蒸発燃料のパージ量を低減し、又はパージを停止して通常の燃料噴射制御状態に移行する。
【0044】
また、上記EGR制御手段53は、通常の運転時に、エンジンの運転状態が図2に示す成層燃焼領域A、つまりリーン運転領域にある場合に、上記EGR制御手段53により吸気系に還流される排気ガスの還流率を30%以上とし、エンジンが均質燃焼領域B、つまりリッチ運転領域にある場合に、上記排気ガスの還流を停止又は所定値に低減するようになっている。そして、EGR制御手段53は、上記リフレッシュ制御手段55によるリフレッシュ制御時においても、排気ガスの一部を吸気系に還流させるとともに、この吸気系に還流される排気ガスの還流率を30%以上とするように構成されている。
【0045】
また、上記ECU50は、エンジンのリーン運転領域からリーン運転領域への移行時に、上記スロットル弁28を閉じて吸入空気量を少なくすることにより、エンジントルクを急変させることなく、空燃比をほぼ理論空燃比としてエンジンをリッチ運転状態とするように構成されている。
【0046】
上記ECU50による制御の具体例を、図4及び図5のフローチャートによって説明する。このフローチャートに示す処理がスタートすると、先ず図4のステップS1でアクセル開度、クランク角信号の周期計測値、エアフローセンサ26の計測値及び水温等の各検出信号が入力され、続いてステップS2で上記周期計測値から求められるエンジン回転数と、上記アクセル開度等から求められるエンジン負荷とに基づいて、エンジンの運転状態が図2中の成層燃焼領域Aにあるか否かが判定される。
【0047】
上記ステップS2でYESと判定されて成層燃焼領域Aにあることが判定されれば、さらにステップS3で上記吸蔵量推定手段56により推定された蒸発燃料の吸蔵量Cが予め設定された基準値Rを越えているか否かが判定される。このステップS3でNOと判定されて、エンジンが成層燃焼領域(リーン運転領域)Aにあって、かつ上記蒸発燃料の吸蔵量Cが上記基準値R以下であることが確認された場合には、成層燃焼領域Aにおける通常の燃料噴射制御及び点火制御等が実行される。
【0048】
すなわち、空燃比をリーンとしつつ圧縮行程後期に燃料噴射を行うことにより成層燃焼を行わせるべく、その圧縮行程噴射の噴射量QDが算出され(ステップS4)、それに応じた噴射パルス幅TDと噴射タイミングINJDとが算出される(ステップS5)とともに、排気ガスの還流率を30%以上とするようにEGR弁38の開度EGRVがエンジン回転数Ne及び負荷Peに応じて求められ(ステップS6)、さらに点火タイミング(Igタイミング)IGTがエンジン回転数Ne及び負荷Peに応じて求められる(ステップS7)。
【0049】
そして、上記パージバルブ69の開度PRGVが0に設定された後(ステップS8)、EGR制御のタイミングであるか否かが判定され(ステップS9)、YESであれば、EGR弁38の開度EGRVが上記ステップS6で設定された開度となるように制御されるとともに(ステップS10)、パージバルブ69の開度PRGVが上記設定値(=0)となるように制御される(ステップS11)。
【0050】
また、燃料の噴射タイミングINJDであるか否かが判定され、(ステップS12)YESと判定された場合には、上記パルスTDでインジェクタ22からの燃料噴射が実行される(ステップS13)。さらに、点火タイミングIGTであるか否かが判定され(ステップS14)、YESであれば点火が実行された後(ステップS15)、上記吸蔵量推定手段56によりキャニスタ66に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量Cが推定される(ステップS16)。
【0051】
上記ステップS2でNOと判定されて成層燃焼領域Aにないことが確認されたときは、現時点が成層燃焼領域Aからλ=1とする均一燃焼領域Bに切り替わった時点であるかどうかが判定され(ステップS17)、YESと判定された場合には、上記NOx触媒35のリフレッシュ制御を実行する第1設定時間t1をカウントするための第1タイマーがセットされるとともに(ステップS18)、上記蒸発燃料のパージ制御を実行する第2設定時間t2をカウントするための第2タイマーがセットされる(ステップS19)。
【0052】
その後、空燃比を理論空燃比(もしくはそれよりリッチ)としつつ、吸気行程に燃料噴射を行うことにより均一燃焼を行わせるための燃料噴射量QPが算出された後(ステップS20)、運転状態及び上記第1タイマーのカウント状態等に応じて、気筒内空燃比をλ=1とするフィードバック(F/B)制御の実行条件が成立しているか否かが判定される(ステップS21)。この場合、運転状態が所定のフィードバック制御領域にあるとともに、上記第1タイマーがセットされていないときに、フィードバック条件が成立していると判定される。
【0053】
上記ステップS21でYESと判定されて上記フィードバック制御の実行条件の成立が確認された場合には、O2センサ47からなる空燃比検出手段の検出値に基づくフィードバック(F/B)制御により燃料噴射量QPが補正される(ステップS22)。
【0054】
一方、上記ステップS21でNOと判定された場合は、上記EGR弁38の開度EGRVが算出され、このとき少なくとも上記第1タイマーのセット中は上記リーン運転時と同じ値、つまり排気ガスの還流率を30%以上とする値に設定される(ステップS23)。そして、フィードバック制御による燃料噴射量QPの補正が行われることなく、ステップS20で求められた燃料噴射量QPを用いるオープン制御が実行される。
【0055】
次に、上記燃料噴射量QPに対応した噴射パルス幅TDと噴射タイミングINJPとが算出された後(ステップS24)、上記第2タイマーのカウント状態に応じてパージ制御の実行条件が成立しているか否かが判定され(ステップS25)、YESと判定された場合には、補正値KPRGに基づいてパージバルブ69の開度PRGVを通常時よりも増大させるとともに、上記キャニスタ66に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量に対応した補正が実行される(ステップS26)。
【0056】
また、上記ステップS25でNOと判定された場合には、上記パージバルブ69の開度PRGVが通常の値に設定される(ステップS27)。そして、点火タイミング(Igタイミング)がエンジン回転数Ne及び負荷Peに応じて求められた後(ステップS28)、上記ステップS9に移行して上記気筒内空燃比をλ=1とするフィードバック制御又は上記リフレッシュ制御手段55によるNOx触媒35のリフレッシュ制御が実行される。
【0057】
また、上記ステップS3でYESと判定されてキャニスタ66に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量Cが基準値Rを越えていることが確認された場合には、上記ステップS18に移行してNOx触媒35のリフレッシュ制御を実行するための第1タイマーがセットされ、上記NOx触媒35をリフレッシュさせるリフレッシュ制御が実行される。
【0058】
以上のような当実施形態の制御装置を備えた筒内噴射式エンジンによると、基本的な制御としては、運転状態が低負荷低回転側の成層燃焼領域Aにあるときには、空燃比がリーンとされつつ圧縮行程で燃料が噴射されて成層燃焼が行われることにより燃費が改善される。このリーン運転状態では、上記NOx触媒35によって排気ガス中のNOxが吸収されるもとともに、上記蒸発燃料のパージが停止されることにより、エンジンの燃焼室15に供給される燃料の量が適正に制御されることになる。
【0059】
一方、運転状態が高負荷側や高回転側の均一燃焼領域Bにあるときには、空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとされつつ吸気行程で燃料が噴射されて均一燃焼が行われる。このリッチ運転状態では、三元触媒39及びNOx触媒35によりNOxが還元されて浄化され、特に理論空燃比ではNOx触媒35も三元浄化機能を有しているため、排気ガス中のNOx、CO及びHCがそれぞれ浄化される。
【0060】
そして、エンジンの運転状態が成層燃焼領域Aにおけるリッチ運転領域から均一燃焼領域Bのリーン運転領域に移行したとき等に、上記蒸発燃料をパージして吸気系に供給するとともに、排気ガスの一部を吸気系に還流させるように上記蒸発燃料供給手段68及びEGR手段29を制御することにより、NOx触媒のリフレッシュ制御を実行するように構成したため、このリフレッシュ制御の実行時に上記EGR制御手段53により排気ガスの一部を吸気系に還流させて排気通路34に導出されるNOx量を低減し、これに対応して排気通路34中に導出されるNOx量に対するHC量及びCO量の比率(HC/NOx,CO/NOx)を増大させることにより、上記NOx触媒35からNOxを充分に放出させてNOx触媒35を効果的にリフレッシュさせるとともに、この放出されたNOxを効果的に還元することができる。
【0061】
しかも、上記リフレッシュ制御時に、キャニスタ66に吸蔵された蒸発燃料をパージすることにより吸気系に供給するように構成したため、上記蒸発燃料を排気通路に導出させるようにした従来技術のように、背圧が上昇したり、燃費が悪化したりする等の問題を生じることなく、上記NOx触媒35を効果的にリフレッシュすることができるという利点がある。
【0062】
また、上記NOx触媒35のリフレッシュ制御時に、キャニスタ66に吸蔵された蒸発燃料をパージして吸気系に供給するように構成したため、上記リフレッシュ制御状態を終了して通常のリッチ運転状態に移行する際に、EGR弁38の応答遅れ及び気筒間のばらつきに起因して特定の気筒に多量の排気ガスが還流されることに起因した燃焼性の悪化を効果的に防止することができる。
【0063】
すなわち、図6に示すように、上記リフレッシュ制御の終了時点T1で、目標EGR量が低減されるのに対し、上記EGR弁38の応答遅れ及び気筒間のばらつきに起因して特定の気筒に多量の排気ガスが還流されることがある。しかし、上記のように上記吸気系に接続されたEGR通路37の先端部に、上記パージ通路67を接続し場合には、上記排気ガスの還流量に対応させて蒸発燃料のパージ量を変化させることができるため、多量の排気ガスが還流された気筒に、優れた燃焼性を有する蒸発燃料を供給することにより、上記気筒の燃焼室15内を所定のリッチ状態としてその燃焼性を良好状態に維持することができる。
【0064】
特に上記実施形態に示すように、エンジンのリーン運転領域からリーン運転領域への移行時に、スロットル弁28を閉じることにより、エンジントルクを急変させることなく、エンジンをリッチ運転状態とするように構成されたエンジンでは、上記リフレッシュ制御の終了時点T1で、スロットル弁28が閉じられることによる差圧の上昇により、特定の気筒に多量の排気ガスが還流される傾向があるため、上記構成を採用することによる効果が顕著である。
【0065】
また、上記実施形態では、NOx触媒35のリフレッシュ制御時に、吸気系に還流される排気ガスの還流率が30%以上となるようにEGR手段29を制御するように構成したため、上記リフレッシュ制御の実行時に、多量の排気ガスを吸気系に還流させて排気通路34に導出されるNOx量を低減することができる。したがって、排気通路34中に導出されるNOx量に対するHC量及びCO量の比率(HC/NOx,CO/NOx)を顕著に増大させることにより、上記NOx触媒35のリフレッシュ作用を効果的に向上させることができる。しかも、上記のようにNOx触媒のリフレッシュ制御時に、多量の排気ガスを吸気系に還流させた場合においても、これに対応させて多量の蒸発燃料を吸気系に供給することができるため、燃焼性を良好状態に維持することができる。
【0066】
また、上記実施形態では、キャニスタ66に吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量Cを推定する吸蔵量推定手段56を設け、この吸蔵量推定手段56によって推定された蒸発燃料の吸蔵量Cに応じ、上記リフレッシュ制御時における蒸発燃料のパージ量を制御するように構成したため、NOx触媒35をリフレッシュするのに適した量以上の蒸発燃料が供給されるのを防止することができる。例えば、上記リフレッシュ制御時に、吸蔵量推定手段56の出力信号に応じて蒸発燃料の吸蔵量Cが多いことが確認された場合に、この吸蔵量Cが少ない場合に比べ、上記パージバルブ69の開度を小さくすることにより、必要以上に多くの蒸発燃料が吸気系に供給されるのを防止することができる。
【0067】
なお、上記実施形態に示すように、上記蒸発燃料の吸蔵量Cが予め設定された基準値Rを越えたときに、上記リフレッシュ制御手段55によるNOx触媒35のリフレッシュ制御を所定時間に亘り実行するように構成した場合には、キャニスタ66に吸蔵された蒸発燃料を有効に利用してNOx触媒35を効果的にリフレッシュすることができるとともに、上記キャニスタ66の容量をそれ程大きくすることなく、このキャニスタ66から蒸発燃料がオーバフローするのを防止できるという利点がある。
【0068】
また、上記実施形態では、燃焼室15内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えたエンジンにおいて、リッチ運転領域で、上記燃料供給手段によりインジェクタから燃料噴射を吸気行程の前期と中期とに分割して噴射するように構成したため、エンジンが上記リッチ運転領域にある場合に、燃焼室15の全体に混合気を均一に拡散させて燃料の気化及び霧化を促進させることにより、さらに効果的に燃焼性を向上させることができる。
【0069】
そして、上記のようにエンジンがリーン運転領域からリッチ状態に移行した後、所定時間(第1設定時間t1)が経過した時点で、上記O2センサ47からなる空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成したため、上記NOx触媒35のリフレッシュが終了した後に、上記空燃比検出手段の検出値に基づく通常のフィードバック制御状態に移行することにより、排気通路34に導出されるHC量及びCO量を効果的に低減することができる。
【0070】
また上記実施形態では、NOx触媒35の上流側に三元触媒39を配設したため、エンジンの始動時等に、排気通路34の上流側に配設された上記三元触媒39を早期に活性化して排気ガス中のCO、HC及びNOxを効果的に浄化することができるとともに、上記リフレッシュ制御時に、排気通路34に導出された所定量のHC及びCOにより、排気通路34の下流側に配設された上記NOx触媒35を効果的にリフレッシュすることができる。したがって、エンジンが均一燃焼領域Bに移行して空燃比がリッチ運転状態となった場合に、NOx触媒35に吸収されたNOxを効果的に放出、還元させて排気ガスを浄化することができる。
【0071】
すなわち、上記リーン運転領域からリッチ運転領域に移行し後に所定時間t1が経過するまで、上記リフレッシュ制御手段55によるNOx触媒35のリフレッシュ制御を継続するように構成したため、このNOx触媒35を効果的にリフレッシュすることができるとともに、この間は排気ガス中のHC及びCOがNOxの還元に使用されてNOx触媒35の下流側に排出されることが防止されることになる。そして、上記所定時間t1の経過後に、上記リフレッシュ制御を終了して、上記O2センサ47からなる空燃比検出手段の検出値に基づいて燃料噴射量を制御する通常のフィードバック制御状態に移行することにより、上記三元触媒39及びNOx触媒35によってHC及びCOの排出量を効果的に低減することができる。
【0072】
なお、上記実施形態では、パージ通路67の下流端を、上記吸気通路24に接続されたEGR通路37の先端部に接続した例について説明したが、これに限られず、上記吸気通路24に対するEGR通路37の接続部近傍に、上記パージ通路67を接続した構造としてもよい。
【0073】
さらに、上記実施形態では、EGR通路37の先端部を、吸気通路24に配設されたサージタンク30等の吸気マニホールドよりも上流側でスロットル弁28の下流側に位置する部位に接続することにより、この部位に導入された排気ガス及び蒸発燃料を、上記吸気マニホールドを介して各気筒12に供給するように構成した例について説明したが、上記EGR通路37の先端部を分岐させて、上記吸気マニホールドの下流側の分岐通路に接続するとともに、その近傍に上記パージ通路67の下流端を接続して上記排気ガス及び蒸発燃料をそれぞれ個別の各気筒12に供給するように構成してもよい。
【0074】
また、上記実施形態では、インジェクタ22から燃焼室15内に直接燃料が噴射される直噴式エンジンについて説明したが、吸気ポートに燃料を噴射するようにインジェクタ22を配置して、低負荷域では吸気行程に燃料を噴射するとともに、吸気スワールで成層化を図る等によりリーン運転を行うようにしたエンジンについても本発明を適用可能である。
【0075】
【発明の効果】
以上のように本発明は、燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸蔵するキャニスタと、このキャニスタに吸蔵された蒸発燃料をパージしてエンジンの吸気系に供給するパージ通路を有する蒸発燃料供給手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流させるEGR通路を有するEGR手段と、酸素過剰雰囲気でNOxを吸収して酸素濃度が減少するのに伴いNOxを放出するNOx触媒とを備えたエンジンにおいて、上記パージ通路の下流端を、吸気系に対するEGR通路の接続部又はその近傍に接続し、かつエンジンのリーン運転領域からリッチ運転状態の移行時に、上記蒸発燃料をパージして吸気系に供給するとともに、排気ガスの一部を吸気系に還流させるように上記蒸発燃料供給手段及びEGR手段を制御することにより、NOx触媒をリフレッシュさせるリフレッシュ制御手段を設け、エンジンがリーン運転領域からリッチ運転状態に移行した後、所定時間が経過した時点で、空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成したため、このリフレッシュ制御の実行時に、排気通路に導出されるNOx量に対するHC量及びCO量の比率を増大させることにより、NOx触媒に吸収されたNOxを放出させて上記NOx触媒を効果的にリフレッシュさせるとともに、この放出されたNOxを効果的に還元することができ、しかもEGR弁の応答遅れ及び気筒間のばらつきに起因して特定の気筒に多量の排気ガスが還流されること等に起因した燃焼性の悪化を効果的に防止できる等の利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るエンジンの制御装置の実施形態を示す全体概略図である。
【図2】燃料噴射を制御等するための運転領域を示す説明図である。
【図3】上記制御装置の制御状態を示すタイムチャートである。
【図4】制御の具体例を示すフローチャートの前半部分である。
【図5】上記フローチャートの後半部分である。
【図6】排気ガスの還流状態を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
10 エンジン本体
15 燃焼室
22 インジェクタ
35 NOx触媒
37 EGR通路
38 EGR弁
47 O2センサ(空燃比検出手段)
50 ECU
52 燃料噴射制御手段
53 EGR制御手段
54 パージ制御手段
55 リフレッシュ制御手段
56 吸蔵量検出手段
60 燃料タンク
66 キャニスタ
68 蒸発燃料供給手段
Claims (6)
- 燃料タンク内で発生した蒸発燃料を吸蔵するキャニスタと、このキャニスタに吸蔵された蒸発燃料をエンジンの吸気系に供給するパージ通路を有する蒸発燃料供給手段と、排気ガスの一部を吸気系に還流させるEGR通路を有するEGR手段と、酸素過剰雰囲気でNOxを吸収して酸素濃度が減少するのに伴いNOxを放出するNOx触媒とを備えたエンジンにおいて、上記パージ通路の下流端を、吸気系に対するEGR通路の接続部又はその近傍に接続し、かつエンジンのリーン運転領域からリッチ運転状態の移行時に、上記蒸発燃料をパージして吸気系に供給するとともに、排気ガスの一部を吸気系に還流させるように上記蒸発燃料供給手段及びEGR手段を制御することにより、NOx触媒からNOxを放出させてNOx触媒をリフレッシュさせるとともに、この放出されたNOxを還元するリフレッシュ制御手段を備え、エンジンがリーン運転領域からリッチ運転状態に移行した後、所定時間が経過した時点で、空燃比検出手段の検出値に基づいて気筒内空燃比をほぼ理論空燃比とするフィードバック制御状態に移行するように構成したことを特徴とするエンジンの制御装置。
- エンジンの低負荷運転領域をリーン運転領域とするとともに、高負荷運転領域をリッチ運転領域とし、かつリッチ運転領域における排気ガスの環流量をリーン運転領域よりも少なく設定するとともに、リーン運転領域からリッチ運転領域への移行時に、上記NOx触媒のリフレッシュ制御を実行するように構成したことを特徴とする請求項1記載のエンジンの制御装置。
- エンジンのリーン運転領域からリッチ運転領域への移行時に、スロットル弁を閉じることにより、エンジントルクを急変させることなく、エンジンをリッチ運転状態とするように構成したことを特徴とする請求項1又は2記載のエンジンの制御装置。
- NOx触媒のリフレッシュ制御時に、吸気系に還流される排気ガスの還流率が30%以上となるようにEGR手段を制御するように構成したことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
- キャニスタに吸蔵された蒸発燃料の吸蔵量を推定する吸蔵量推定手段を備え、この吸蔵量推定手段によって推定された蒸発燃料の吸蔵量に応じ、上記リフレッシュ制御時における蒸発燃料のパージ量を制御するように構成したことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
- エンジンの燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタを備え、NOx触媒のリフレッシュ制御時に、上記燃料供給手段によりインジェクタから燃料噴射を吸気行程の前期と中期とに分割して噴射するように構成したことを特徴とすることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のエンジンの制御装置。
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