JP4292895B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
機関燃焼室から排出される排気ガス中にはパティキュレートと呼ばれる粒子状物質が含まれており、この粒子状物質を捕獲し燃焼させるために機関排気通路内にパティキュレートフィルタを配置し、パティキュレートフィルタの上流に酸化触媒を配置した内燃機関が公知である(例えば特許文献1参照)。
【0003】
なお、この粒子状物質は煤等の不溶分と未燃燃料等の可溶分からなり、以下この可溶分(Soluble Organic Fraction)のことをSOFと称する。
【0004】
【特許文献1】
特公平7−106290号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
さて、排気ガス中に含まれる粒子状物質の可溶分、即ちSOFは触媒と接触したときに触媒の温度がほぼ120℃から130℃以下の低温のときには燃焼することなく触媒に吸着し堆積する。従って触媒がこのような低温に維持されていると多量のSOFが触媒上に堆積することになる。一方、触媒の温度がほぼ200℃以上に上昇すると触媒上に堆積しているSOFの燃焼が開始され、その燃焼熱によって触媒の温度が急速に上昇する。このとき触媒上に多量のSOFが堆積していたとするとこれらSOFが急速に蒸発せしめられる。
【0006】
このときに排気ガス中に十分な量の空気が含まれていれば蒸発したSOFは良好に燃焼せしめられる。ところがこのとき排気ガス中に十分な量の空気が含まれていないと蒸発したSOFは燃焼することなく排気通路内を流下し、SOFはその間に冷却され、凝集して粒子となり、斯くして白煙が発生することになる。
【0007】
本発明は、このような白煙の発生を抑制するようにした内燃機関の排気浄化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】
即ち、1番目の発明では、機関排気通路内に排気浄化用触媒が配置され、排気ガス中に含まれる粒子状物質の可溶分は触媒の温度がこの可溶分の燃焼下限温度よりも低いと触媒上に吸着し堆積する内燃機関において、機関負荷が増大したときに触媒上に吸着している可溶分により白煙が発生する可能性があるか否かを判断する判断手段と、機関負荷が増大したときに白煙が発生する可能性があると判断されたときには機関負荷が増大したときに一時的に機関から排出される排出空気量を増大させる排出空気量制御手段とを具備している。
【0009】
2番目の発明では1番目の発明において、判断手段は、触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であると判断されたときに白煙が発生する可能性があると判断する。
【0010】
3番目の発明では1番目の発明において、判断手段は、触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であると判断され、かつ触媒の温度が可溶分の燃焼下限温度よりも高いと判断されたときに白煙が発生する可能性があると判断する。
【0011】
4番目の発明では1番目の発明において、判断手段は、触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であると判断され、かつ機関負荷が予め定められた増大速度以上で増大せしめられたときには白煙が発生する可能性があると判断する。
【0012】
5番目の発明では2又は3又は4番目の発明において、触媒の温度が可溶分の燃焼下限温度よりも低い状態で機関が予め定められた時間以上運転されたときには触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であると判断される。
【0013】
6番目の発明では2又は3又は4番目の発明において、アイドリング運転が予め定められた時間以上行われたときには触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であると判断される。
【0014】
7番目の発明では2又は3又は4番目の発明において、触媒への可溶分の吸着速度と触媒上での可溶分の燃焼速度を算出し、これら吸着速度と燃焼速度に基づいて触媒上における可溶分の吸着量を算出する算出手段を具備している。
【0015】
8番目の発明では1番目の発明において、排出空気量制御手段は、再循環排気ガス量を減少させることによって排出空気量を増大させる。
【0016】
9番目の発明では1番目の発明において、排出空気量制御手段は、機関回転数を上昇させることによって排出空気量を増大させる。
【0017】
10番目の発明では1番目の発明において、触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であるか否かを判断する判断手段と、触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であると判断されたときには燃焼室からの可溶分の排出量を減少させる可溶分排出制御手段とを具備している。
【0018】
11番目の発明では10番目の発明において、可溶分排出制御手段は、機関吸気通路内に再循環される再循環排気ガス量を減少せしめることによって燃焼室からの可溶分の排出量を減少させる。
【0019】
12番目の発明では10番目の発明において、可溶分排出制御手段は、噴射時期を進角するか、又はパイロット噴射と主噴射間のインターバルを短縮するか、又はパイロット噴射かポスト噴射のいずれか一方を停止させるかの少くとも一つを行うことにより燃焼室からの可溶分の排出量を減少させる。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【0021】
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はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6は電気制御式燃料噴射弁、7は吸気弁、8は吸気ポート、9は排気弁、10は排気ポートを夫々示す。吸気ポート8は対応する吸気枝管11を介してサージタンク12に連結され、サージタンク12は吸気ダクト13を介して排気ターボチャージャ14のコンプレッサ14aに連結される。吸気ダクト13内にはステップモータ15により駆動されるスロットル弁16が配置され、更に吸気ダクト13周りには吸気ダクト13内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置17が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置17内に導びかれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【0022】
コンプレッサ14aの入口部は吸気ダクト18を介してエアクリーナ19に連結され、この吸気ダクト18内には吸入空気の質量流量を検出するための吸入空気量検出センサ20と、吸入空気温を検出するための吸入空気温センサ21とが配置される。また、シリンダブロック2には機関冷却水温を検出するための水温センサ22が取付けられる。一方、排気ポート10は排気マニホルド23および排気管24を介して排気ターボチャージャ14の排気タービン14bに連結され、排気タービン14bの出口は排気浄化用酸化触媒25を内蔵した触媒コンバータ26に連結される。
【0023】
排気マニホルド23とサージタンク12とは排気ガス再循環(以下、EGRと称す)通路27を介して互いに連結され、EGR通路27内には電気制御式EGR制御弁28が配置される。また、EGR通路27周りにはEGR通路27内を流れるEGRガスを冷却するための冷却装置29が配置される。図1に示される実施例では機関冷却水が冷却装置29内に導びかれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁6は燃料供給管30を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール31に連結される。このコモンレール31内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ32から燃料が供給され、コモンレール31内に供給された燃料は各燃料供給管30を介して燃料噴射弁6に供給される。コモンレール31にはコモンレール31内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ33が取付けられ、燃料圧センサ33の出力信号に基づいてコモンレール31内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ32の吐出量が制御される。
【0024】
電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、常時電源に接続されたバックアップRAM45、入力ポート46および出力ポート47を具備する。燃料圧センサ33の出力信号は対応するAD変換器48を介して入力ポート46に入力される。また、吸入空気量検出センサ20、吸入空気温センサ21および水温センサ22の出力信号も夫々対応するAD変換器48を介して入力ポート46に入力される。
【0025】
アクセルペダル50にはアクセルペダル50の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ51が接続され、負荷センサ51の出力電圧は対応するAD変換器48を介して入力ポート46に入力される。更に入力ポート46にはクランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ52および車速に応じた出力パルスを発生する車速センサ53が接続される。一方、出力ポート47は対応する駆動回路49を介して燃料噴射弁6、スロットル弁駆動用ステップモータ15、EGR制御弁28、および燃料ポンプ32に接続される。
【0026】
次に、本発明の実施例において用いられているスロットル弁16の制御とEGR制御弁28の制御について説明する。本発明による実施例では機関の運転状態に応じた目標吸入空気量が予め定められており、この目標吸入空気量GAOは燃料噴射量および機関回転数の関数として図2(B)に示すようなマップの形で予めROM42内に記憶されている。一方、機関の運転状態に応じた目標EGR率も予め定められており、吸入空気量を目標吸入空気量とし、EGR率を目標EGR率とするのに必要なスロットル弁16の目標開度TAが燃料噴射量および機関回転数の関数として図2(A)に示すようなマップの形で予めROM42内に記憶されている。
【0027】
次に図3を参照しつつスロットル・EGRの制御ルーチンについて説明する。
【0028】
図3を参照すると、まず初めにステップ60において図2(A)に示すマップからスロットル弁16の目標開度TAが算出される。次いでステップ61ではスロットル弁16の開度が目標開度TAとされる。次いでステップ62では図2(B)に示されるマップから目標吸入空気量GAOが算出される。次いでステップ63では吸入空気量検出センサ20により検出された吸入空気量GAが目標吸入空気量GAOに小さな値αを加算した値(GAO+α)よりも大きいか否かが判別される。GA>GAO+αのときにはステップ64に進んでEGR制御弁28の開度θに一定値Δθが加算され、次いでステップ67においてEGR制御弁28の開度θが一定値Δθだけ増大せしめられる。その結果、EGRガス量が増大し、吸入空気量GAが減少せしめられる。
【0029】
一方、ステップ63においてGA≦GAO+αであると判断されたときにはステップ65に進んで吸入空気量検出センサ20により検出された吸入空気量GAが目標吸入空気量GAOから小さな値αを減算した値(GAO−α)よりも小さいか否かが判別される。GA<GAO−αのときにはステップ66に進んでEGR制御弁28の開度θから一定値Δθが減算され、次いでステップ67においてEGR制御弁28の開度θが一定値Δθだけ減少せしめられる。その結果、EGRガス量が減少し、吸入空気量GAが増大せしめられる。
【0030】
一方、ステップ65においてGA≧GAO−αであると判断されたとき、即ち吸入空気量GAが目標吸入空気量GAOに維持されているときにはステップ67に進む。このときにはEGR制御弁28の開度θはそのまま維持される。このように本発明による実施例では吸入空気量GAが目標吸入空気量GAOとなるようにEGR制御弁28の開度θが制御される。このときEGR率はほぼ目標EGR率となる。
【0031】
図4は或る機関回転数におけるスロットル弁16の目標開度TAおよび目標吸入空気量GAOを負荷の関数として図解的に示している。図4を参照すると、機関負荷が低いときにはスロットル弁16が閉弁せしめられ、従って図4においてGGで示される燃焼室5内への全吸入ガス量も機関負荷が低くなると減少する。また、機関負荷が高くなるにつれて燃料噴射量が増大し、燃料噴射量が増大するにつれて燃焼に使用される燃焼空気量が増大する。一方、目標吸入空気量GAOは機関負荷が増大するに従って燃焼空気量とほぼ同じ傾きでもって増大し、従って目標吸入空気量GAOと燃焼空気量との差である燃焼に使用されない空気の量、即ち過剰空気量は機関負荷にかかわらずにほぼ一定となる。また、燃焼室5内への全吸入ガス量GGと目標吸入空気量GAOとの差はEGRガス量である。
【0032】
また、図4からわかるように目標吸入空気量GAOに対する燃焼空気量の割合、即ち空気利用率は無負荷のときで0.3程度であり、全負荷で0.8程度である。また、無負荷のときのEGRガス量は目標吸入空気量GAOよりも若干少なく、高負荷運転になるとEGRガス量は減少せしめられる。一方、図4に示される過剰空気はそのまま燃焼室5から排出されるので図4に示される過剰空気量は燃焼室5から排出される排出空気量に一致する。従って燃焼室5から排出される排出空気量は機関負荷にかかわらずにほぼ一定となる。
【0033】
次に排気ガス中に含まれるSOFについて説明する。図5は、排気ガス中に含まれるSOFが触媒25に吸着される割合を示すSOF吸着率Rs と、触媒25の温度TCとの関係を示している。
【0034】
図5に示されるように触媒25の温度TCがほぼ200℃以上のときにはSOF吸着率Rs は零パーセントとなる。即ち、このときには排気ガス中に含まれる全てのSOFは触媒25と接触した際に燃焼せしめられることになる。一方、触媒25の温度TCがSOFの燃焼下限温度である120℃〜130℃よりも低くなるとSOF吸着率Rs は100パーセントとなる。即ち、このときには排気ガス中に含まれる全てのSOFは触媒25上に吸着し堆積することになる。なお、触媒25の温度TCが120℃〜130℃からほぼ200℃の間にあるときには触媒25の温度TCが低くなるほどSOF吸着率Rs が高くなり、このときには一部のSOFは触媒25に吸着し、一部のSOFは触媒25上で燃焼せしめられる。
【0035】
さて、冒頭で述べたように、触媒25の温度TCが低いときに触媒25上に吸着し堆積したSOFは触媒25の温度TCがほぼ200℃以上になると燃焼しはじめる。SOFの燃焼が開始されると触媒25の温度TCが上昇する。触媒25の温度TCが上昇したときにもし多量のSOFが触媒25上に堆積していたとするとこれらSOFが触媒25から脱離し、蒸発する。このとき排気ガス中に十分な量の空気が含まれていれば蒸発したSOFは良好に燃焼せしめられる。これに対して排気ガス中に十分な量の空気が含まれていない場合には蒸発したSOFは燃焼することなく排気通路内を流下し、これらSOFはその間に冷却され、凝集して粒子となり、斯して白煙が発生することになる。
【0036】
さて、上述したように燃焼室5からは機関負荷にかかわらずに図4においてハッチングで示されるほぼ一定量の空気が排出される。しかしながら触媒25上に多量のSOFが堆積していてこれら多量のSOFが蒸発したときには図4においてハッチングで示す程度の空気が燃焼室5から排出されたとしても蒸発したSOF燃焼させるには不十分であり、斯くしてこのとき白煙を発生することになる。
【0037】
次にこのことについて図6を参照しつつ説明する。図6は長時間に亘り無負荷運転が行われていて触媒25上に多量のSOFが堆積しており、このような状態で機関負荷を一時的に増大した場合を示している。図6に示されるように機関負荷が一時的に増大せしめられる前は触媒25の温度TCは低く、このとき触媒25上に堆積したSOFは燃焼していない。次いで機関負荷が増大せしめられると排気ガス温が上昇し、触媒25上のSOFが燃焼を開始する。SOFの燃焼が開始すると図6において実線で示すように触媒25の温度TCは急速に上昇する。
【0038】
触媒25上には多量のSOFが堆積しているので触媒25の温度TCが急速に上昇すると堆積した多量のSOFが触媒25から蒸発する。図6の実線は図4のハッチングで示されるように燃焼室5から排出される排出空気量が少ないときを示しており、このときには蒸発した大部分のSOFは燃焼せしめられないので図6の矢印で示す領域において白煙が発生することになる。
【0039】
これに対し、図6における破線は燃焼室5から排出される排出空気量が多い場合を示している。具体的に言うと図6は目標吸入空気量GAOを図4に示される全吸入ガス量GGに設定した場合を示している。このように目標吸入空気量GAOを全吸入ガス量GGに設定するとEGR制御弁28が全閉し、EGRガスの供給が停止される。即ち、図4においてEGRガス量で示される部分が吸入空気に取って変わり、この吸入空気は過剰空気として燃焼室5から排出される。従ってこのとき図4からわかるように燃焼室5から排出される排出空気量がほぼ2倍に増大せしめられる。
【0040】
このように排出空気量が増大せしめられると触媒25から蒸発したSOFの全て或いは大部分は燃焼し、斯くしてこのとき白煙が発生するのを抑制することができる。なお、排出空気量が増大し、排気ガス量が増大すると排気ガス流による触媒25の冷却作用が高まり、斯くして全て或いは大部分のSOFが燃焼しているにもかかわらずに図6において破線で示されるように触媒温度TCはそれほど高くならない。
【0041】
このように触媒25上に多量のSOFが堆積しており、堆積したSOFが燃焼したときに燃焼室5から排出される排出空気量が少ないときには白煙が発生する。そこで本発明では、触媒25上に吸着しているSOFにより白煙が発生する可能性があるか否かを判断する判断手段と、白煙が発生する可能性があると判断されたときには白煙の発生を抑制するために燃焼室5からの排出空気量を増大させる排出空気量制御手段とを具備している。
【0042】
触媒25上に吸着しているSOFにより白煙が発生する可能性について考えてみると、触媒25上にSOFがほとんど吸着していないときには白煙が発生することはなく、白煙が発生する可能性があるのは触媒25上に或る程度以上のSOFが堆積しているときである。従って本発明による一実施例においては、触媒25上におけるSOFの吸着量が予め定められた量GX以上であると判断されたときに白煙が発生する可能性があると判断され、このとき白煙の発生を抑制するために排出空気量が増大せしめられる。
【0043】
また、触媒25の温度TCがSOFの燃焼下限温度以上にならないとSOFの酸化作用は行われず、従って白煙が発生する可能性があるのは触媒25の温度TCがSOFの燃焼下限温度よりも高いときである。
【0044】
従って本発明による別の実施例においては、図7に示されるように触媒25上におけるSOFの吸着量が予め定められた量GX以上であると判断され、かつ触媒25の温度TCがSOFの燃焼下限温度Tscよりも高いと判断されたときに白煙が発生する可能性があると判断され、このとき白煙の発生を抑制するために排出空気量が増大せしめられる。
【0045】
図8はこの実施例を実行するための白煙発生抑制制御ルーチンを示している。即ち、まず初めにステップ70において触媒25へのSOF吸着量が予め定められた量GX以上である可能性があるか否かが判断される。SOF吸着量が予め定められた量GX以上である可能性がある場合にはステップ71に進んで触媒25の温度TCがSOFの燃焼下限温度Tscよりも高いか否かが判断される。TC>Tscのときにはステップ72に進んで排出空気量の増大処理が行われ、次いでステップ71に戻る。従って排出空気量の増大処理はTC≦Tscになるまで続行され、この間EGR量は零となる。
【0046】
この実施例におけるようにEGR制御弁28を全閉させ、EGR量を零にすることによって排出空気量を増大させることができる。しかしながらEGR量を零にしなくても、機関回転数、例えばアイドリング回転数を上昇させることによって排出空気量を増大させることができる。
【0047】
図9はアイドリング運転状態から機関負荷が増大せしめられた場合を示している。この場合、機関負荷がゆっくりと増大せしめられると触媒25に流入する排気ガス温もゆっくり上昇する。一方、このとき触媒25上に堆積しているSOFの燃焼が開始されたとしてもアイドリング運転時に比べて排気ガスの流速が速いために触媒25はアイドリング運転時に比べて強い冷却作用を受ける。その結果、機関負荷がゆっくりと増大せしめられたときには触媒25の温度TCはゆっくり上昇することになる。
【0048】
このように触媒25の温度TCがゆっくり上昇すると触媒25上に堆積しているSOFも少しずつゆっくりと触媒25から蒸発する。従ってこのときには図4においてハッチングで示すように過剰空気量が少くなくてもSOFは良好に燃焼せしめられ、斯くしてこのとき白煙は発生しない。
【0049】
これに対して機関負荷が急速に上昇せしめられると排気ガス温が急上昇するために図9に示されるように触媒25の温度TCが急上昇する。従ってこのとき多量のSOFが触媒25上に堆積していたとすると触媒25から多量のSOFが急速に蒸発することになる。従ってこのとき図4においてハッチングで示すように過剰空気量が少ないとSOFの燃焼に対して空気量が不足するために白煙を発生することになる。
【0050】
そこで機関負荷が急速に上昇せしめられたときには白煙の発生を阻止するために図9に示されるように機関負荷の増大が開始されてから予め定められた期間Δtが経過するまでEGRガスの供給を停止し、燃焼室5から排出される排出空気量を増大するようにしている。
【0051】
図10はこの実施例を実行するために白煙発生抑制制御ルーチンを示している。即ち、まず初めにステップ75において触媒25へのSOF吸着量が予め定められた量GX以上である可能性があるか否かが判別される。SOF吸着量が予め定められた量GX以上である可能性がある場合にはステップ76に進んで機関負荷が急速に増大せしめられたか否か、即ち機関負荷の増大速度ΔLが予め定められた増大速度XL以上であるか否かが判別される。ΔL>XLのときにはステップ77に進んで排出空気量の増大処理が行われる。
【0052】
さて前述したように白煙が発生する可能性があるのは触媒25上に或る程度以上のSOFが堆積しているときであり、図8および図10に示す白煙発生抑制制御ルーチンではSOFの吸着量がGXを越えたときに白煙を発生する可能性があると判断される。この場合、極く大まかに言うと触媒25の温度TCがSOFの燃焼下限温度Tsc以下である状態が或る時間継続したときにはSOFの吸着量が白煙の発生をひき起こす量GXに達するものと考えることができる。従って触媒25の温度TCがSOFの燃焼下限温度Tscよりも低い状態で機関が予め定められた時間以上運転されたときには触媒25上におけるSOFの吸着量が予め定められた量GX以上であると判断することができる。
【0053】
また、アイドリング運転が継続すると触媒25の温度TCはSOFの燃焼下限温度Tsc以下となり、排気ガス中のSOFは触媒25に吸着し続ける。従って、アイドリング運転が予め定められた時間以上行われたときには触媒25上におけるSOFの吸着量が予め定められた量GX以上になったと判断することもできる。
【0054】
さて、機関負荷が高くなって触媒25の温度TCがSOFの燃焼下限温度Tscよりも高くなると排気ガス中に含まれるSOFはもとより触媒25上に吸着しているSOFも燃焼せしめられるのでSOFの吸着量が次第に低下する。このことを考慮して白煙の発生を抑制するようにしたルーチンが図11に示されている。
【0055】
図11を参照するとまず初めにステップ80において触媒25の温度TCがSOFの燃焼下限温度Tsc以下であるか否かが判別される。TC<Tscのときにはステップ81に進んで前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの経過時間ΔtがΣt1に加算され、それによってTC<Tscである時間Σt1が算出される。次いでステップ82では、時間Σt1が予め定められた時間tX1を越えたか否かが判別される。Σt1≦tX1のときにはステップ89にジャンプし、Σt1>tX1のときにはステップ83に進んで白煙が発生する可能性があることを示す可能性フラグがセットされる。次いでステップ84に進んでΣt1がクリアされ、次いでステップ89に進む。即ち、TC<Tscである時間Σt1がtX1を越えると触媒25上におけるSOFの吸着量が白煙を生じさせる量を越えていると判断され、従ってこのとき可能性フラグがセットされる。
【0056】
一方、ステップ80においてTC≧Tscであると判別されたときにはステップ85に進んで前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの経過時間ΔtがΣt2に加算され、それによってTC≧Tscである時間Σt2が算出される。次いでステップ86では時間Σt2が予め定められた時間tX2を越えたか否かが判別される。Σt2≦tX2のときにはステップ89にジャンプし、Σt2>tX2のときにはステップ87に進んで白煙が発生する可能性があることを示す可能性フラグがリセットされる。次いでステップ88に進んでΣt2がクリアされ、次いでステップ89に進む。即ち、TC≧Tscである時間がtX2を越えると触媒25上におけるSOFの吸着量がほとんどなくなり、その結果可能性フラグがリセットされる。
【0057】
ステップ89では可能性フラグがセットされているか否かが判別される。可能性フラグがセットされているときにはステップ90に進んで触媒25の温度TCがSOFの燃焼下限温度Tscよりも高いか否かが判別される。TC>Tscのときにはステップ91に進んで排気空気量の増大処理が行われる。
【0058】
次に白煙の発生を抑制する方法について説明する。
【0059】
前述したように白煙が発生するのはSOFの吸着量が多くなったときである。従って白煙の発生を抑制するにはSOFができる限り吸着しないようにすればよいことになる。この場合、燃焼室5内におけるSOFの発生を抑制すればSOFが吸着するのを抑制することができ、燃焼室5内におけるSOFの発生は例えばEGRガス量を低減することにより抑制することができる。即ち、EGRガス量を低減すれば燃焼室5内に噴射された燃料粒子周りには十分な空気が存在することになり、斯くしてSOFの発生を抑制できることになる。そこで図12に示される例ではSOFの吸着量が予め定められた量GXを超えたときにEGR量を減少させるようにしている。
【0060】
なお、噴射時期を進角するか、又はパイロット噴射と主噴射間のインターバルを短縮するか、又はパイロット噴射か主噴射後に行われるポスト噴射のいずれか一方を停止させることによっても燃焼室5内でのSOFの発生を抑制することができる。そこで図12に示されるようにSOFの吸着量が予め定められた量GX以上になったときに、噴射時期を進角するか、又はパイロット噴射と主噴射間のインターバルを短縮するか、又はパイロット噴射かポスト噴射のいずれか一方を停止するようにしてもよい。
【0061】
なお、本発明による実施例ではパイロット噴射は機関の運転状態に応じて一行程中に1回又は複数回行われる。パイロット噴射が複数回行われる場合、上述のパイロット噴射と主噴射間のインターバルとは最後のパイロット噴射と主噴射間のインターバルを意味しており、パイロット噴射を停止するとは全てのパイロット噴射を停止することを意味している。
【0062】
図13は、SOFの吸着量を算出し、算出されたSOFの吸着量が予め定められた量GXを越えたときには図12に示す例と同様にEGR量を減少せしめるようにした実施例を示している。なお、この実施例ではアイドリング運転が開始された後にSOFの吸着量が予め定められた量GXを越えるとEGR量が減少せしめられ、アイドリング運転ではなくなったとしてもSOFの吸着量が予め定められた量GX以上である限りEGR量が減少され続け、SOFの吸着量が予め定められた量以下になったときにEGR量が運転状態に応じた量まで増大せしめられる。
【0063】
なお、図13に示される例ではEGR量を減少すべきときにはEGR量は零とされる。即ち、EGRガスの再循環が停止される。
【0064】
また、図13においてEGR量を減少させる代りに、噴射時期を進角するか、又はパイロット噴射と主噴射間のインターバルを短縮するか、又はパイロット噴射かポスト噴射のいずれか一方を停止することもできる。
【0065】
図14は図10に示す実施例を実行するためのSOFの処理ルーチンを示している。
【0066】
図14を参照するとまず初めにステップ100においてSOF吸着率が算出される。このSOF吸着率の算出ルーチンは図15に示されている。次いでステップ200ではSOF吸着速度が算出される。このSOF吸着速度の算出ルーチンは図20に示されている。次いでステップ300ではSOF吸着量が算出される。このSOF吸着量の算出ルーチンは図23に示されている。次いでステップ400ではEGRガスの制御が行われる。このEGRガスの制御ルーチンは図25に示されている。
【0067】
図15に示されるSOF吸着率の算出ルーチンを参照するとまず初めにステップ101において、定常状態における基準となる触媒25の温度TCTが算出される。この基準定常触媒温度TCTは予め実験により求められており、燃料噴射量および機関回転数の関数として図16に示すようなマップの形で予めROM42内に記憶されている。次いでステップ102では次式に示す如く機関冷却水温等に基づき基準定常触媒温度TCTを補正することによって補正定常触媒温度TCAが算出される。
【0068】
TCA=TCT+KTW+KTA+KSP
ここでKTWは図17(A)に示されるように機関冷却水温TWの関数である補正係数を表しており、KTAは図17(B)に示されるように吸入空気温TAの関数である補正係数を表しており、KSPは図17(C)に示されるように車速SPの関数である補正係数KSPを表している。なお、車速SPが上昇すると触媒25は走行風により冷却され、従って図17(C)に示されるように車速SPが上昇するほど補正係数KSPは小さくなる。
【0069】
次いでステップ103では次式に基づいて現在の触媒25の推定温度TCEが算出される。
【0070】
TCE=TCEn-1 +(TCA−TCEn-1 )/時定数
ここでTCEn-1 は前回の処理サイクル時に算出された推定触媒温度TCEを示している。また、時定数は図18に示されるように吸入空気量GAの関数であり、この時定数は吸入空気量GAが少なくなると大きくなる。上式において(TCA−TCEn-1 )/時定数は触媒25の温度の追従遅れを表わしており、吸入空気量GAが少ないときには運転状態が変化したときに触媒25の温度は新たな運転状態に応じた触媒25の温度にゆっくりと近づくことを示している。一方、吸入空気量GAが多くなると時定数は1.0となり、このときTCE=TCAとなる。即ち、算出された補正定常触媒温度TCAがそのまま推定触媒温度TCEとされる。
【0071】
次いでステップ104では図19に示される関係から推定触媒温度TCEに応じたSOF吸着率Rs が算出される。このSOF吸着率Rs は図5に示すものと実質的に同一である。
【0072】
このように推定触媒温度TCEを算出し、この推定触媒温度TCEからSOF吸着率Rs が算出される。しかしながら触媒25の温度TCを直接に検出し、検出した温度TCに基づいて図5に示す関係からSOF吸着率Rs を算出することもできる。
【0073】
次に図20に示されるSOF吸着速度の算出ルーチンについて説明する。なお、SOF吸着速度は1秒間当りのSOF吸着量(g/sec )を表している。
【0074】
図20を参照するとまず初めにステップ201において燃焼室5から1秒間当りに排出されるSOF量(g/sec )が算出される。このSOF排出量GSOF(g/sec )は予め実験により求められており、燃料噴射量および機関回転数の関数として図21に示すようなマップの形で予めROM42内に記憶されている。次いでステップ202ではSOF排出量GSOFに対する補正係数KGが算出される。SOF排出量GSOFは水温TWおよび吸気温TAの関数であってこのSOF排出量GSOFは水温TWが低くなるほど増大し、吸気温TAが低くなるほど増大する。従って補正係数KGは水温TWおよび吸気温TAの関数であり、図22に示すようなマップの形で予めROM42内に記憶されている。
【0075】
次いでステップ203では燃焼室5から排出されるSOFの減少量GRが算出される。例えばEGR量が減少するとSOFの排出量は減少する。この排出SOF減少量GRは後に説明するルーチンで算出されており、ステップ203ではこの算出されている排出SOF減少量GRが読込まれる。
【0076】
次いでステップ204では次式に基づいて最終的なSOF排出量GSO(g/sec )が算出される。
【0077】
GSO=GSOF・KG−GR
次いでステップ205ではこの最終的なSOF排出量GSO(g/sec )にSOF吸着率Rs を乗算することによってSOF吸着速度SS(g/sec )(=GSO・Rs )が算出される。
【0078】
次に図23に示されるSOF吸着量の算出ルーチンについて説明する。
【0079】
図23を参照するとまず初めにステップ301において、触媒25上に吸着しているSOFの1秒間当りの燃焼量(g/sec )を示すSOF燃焼速度Rcom が算出される。このSOF燃焼速度Rcom は図24に示されるように推定触媒温度TCEの関数であり、推定触媒温度TCEがほぼ120℃〜130℃以上において推定触媒温度TCEが高くなるほど大きくなる。
【0080】
次いでステップ302ではSOF吸着速度SS(g/sec )からSOF燃焼速度Rcom (g/sec )を減算することによって触媒25上に吸着しているSOFの1秒間当りの増減量RSOF(g/sec )(=SS−Rcom )が算出される。次いでステップ303では次式に基づいてSOF吸着量GGn が算出される。
【0081】
GGn =GGn-1+RSOF・Δt
ここでGGn-1 は前回の処理サイクル時におけるSOF吸着量を示しており、Δtは前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでの経過時間を表している。
【0082】
このようにしてSOF吸着量GGn が算出され、この算出されたSOF吸着量GGn はバックアップRAM45に記憶される。次いでステップ304ではSOF吸着量GGn が上限値GGmax と下限値GGmin とでガードされる。即ち、GGn <GGmin となったときにはGGn =Gmin とされ、GGn >GGmax となったときにはGGn =GGmax とされる。この実施例では、GGmin =0とされている。
【0083】
次に図25に示されるEGRガスの制御ルーチンについて説明する。
【0084】
図25を参照するとまず初めにステップ401においてEGR制御係数KEが算出される。このEGR制御係数KEは図26に示されるようにSOF吸着量GGn の関数であり、SOFの吸着量GGn がほぼ15(g)よりも少ないときにはKE=0であり、SOF吸着量GGn がほぼ15(g)とほぼ25(g)との間ではSOF吸着量GGn が増大するにつれて0から1.0まで上昇せしめられ、SOF吸着量GGn がほぼ25(g)以上ではKE=1.0とされる。
【0085】
次いでステップ402では図2(B)に示される目標吸入空気量GAOに加算すべき補正空気量ΔGAOが算出される。この補正空気量ΔGAOは燃料噴射量および機関回転数の関数として図27に示すようなマップの形で予めROM42内に記憶されている。前述したようにEGR制御弁28は吸入空気量が目標吸入空気量GAOとなるように制御されており、目標吸入空気量GAOに加算すべき補正空気量ΔGAOはEGR制御弁28が全閉する値に設定されている。
【0086】
次いでステップ403では図2(B)に示される目標吸入空気量GAOにΔGAO・KEを加算することによって最終的な目標吸入空気量GAOが算出され、EGR制御弁28は吸入空気量がこの最終的な目標吸入空気量GAOとなるように制御される。
【0087】
KE=0のときには目標吸入空気量GAOは図2(B)に示すままである。即ち、図26からわかるようにSOF吸着量GGn がほぼ15(g)以下と少量のときには白煙は発生することはなく、このときには特にEGR量を低減させることはしない。一方、SOF吸着量GGn がほぼ25(g)よりも多くなってKE=1.0になると補正空気量ΔGAOがそのまま図2(B)に示す目標吸入空気量GAOに加算される。その結果、吸入空気量が増量せしめられ、EGRガスの再循環が停止され、排出空気量が増大せしめられる。
【0088】
このようにSOF吸着量GGn が多くなると排出空気量が増大せしめられるためにSOFが良好に燃焼せしめられ、斯くして白煙が発生するのを抑制することができる。また、このときEGRガスの再循環が停止されるので燃焼室5からのSOFの排出量は減少し、斯くして触媒25上にSOFが吸着するのを抑制することができる。
【0089】
次いでステップ404ではEGRガスの再循環を停止したときに燃焼室5から排出されるSOFの減少量GREが算出される。この基準排出SOF減少量GREは予め実験により求められており、燃料噴射量および機関回転数の関数として図28に示すマップの形で予めROM42内に記憶されている。次いでステップ405では基準排出SOF減少量GREにEGR制御係数KEを乗算することによって排出SOF減少量GR(=GRE・KE)が算出される。この排出SOF減少量GRが図20のステップ203で読込まれる。
【0090】
このようにこの実施例ではEGRガスの再循環を停止することによって白煙の発生を抑制しつつSOFの吸着を抑制するようにしている。図29はSOFの吸着を更に抑制するためにこのようなEGRガスの再循環の停止作用に加えて同時に実行されるSOFの別の処理ルーチンを示している。この処理ルーチンではSOFの吸着を更に抑制するために噴射時期が進角される。なお、図29におけるステップ100,200,300は図14に示されるステップ100,200,300と夫々同じである。
【0091】
即ち、図29を参照するとまず初めにステップ100において図15に示されるルーチンによりSOF吸着率が算出される。次いでステップ200では図20に示されるルーチンによりSOF吸着速度が算出される。次いでステップ300では図23に示されるルーチンによりSOF吸着量が算出される。次いでステップ400では噴射制御が行われる。この噴射制御のルーチンが図30に示されている。
【0092】
図30を参照するとまず初めにステップ401において噴射時期制御係数KIが算出される。この噴射時期制御係数KIは図31に示されるようにSOF吸着量GGn の関数であり、SOF吸着量GGn がほぼ15(g)よりも少ないときにはKI=0であり、SOF吸着量GGn がほぼ15(g)とほぼ25(g)との間ではSOF吸着量GGn が増大するにつれて0から1.0まで上昇せしめられ、SOF吸着量GGn がほぼ25(g)以上ではKI=1.0とされる。
【0093】
次いでステップ402では機関の運転状態に応じて予め定められている噴射時期Iθを進角するための補正進角量ΔIθが算出される。この補正進角量ΔIθは燃料噴射量および機関回転数の関数として図32に示すようなマップの形で予めROM42内に記憶されている。次いでステップ403では噴射時期Iθが補正進角量ΔIθに噴射時期制御係数KIを乗算した値ΔIθ・KIだけ進角される。
【0094】
KI=0のときには噴射時期Iθはもともと設定されている時期となる。即ち、図31からわかるようにSOF吸着量GGn がほぼ15(g)以下と少量のときには特に噴射時期Iθを進角させることはしない。一方、SOF吸着量GGn がほぼ25(g)よりも多くなってKI=1.0になると噴射時期Iθが補正進角量ΔIθだけ進角される。噴射時期Iθが進角されると燃焼室5からのSOFの排出量は減少し、斯くして触媒25上にSOFが吸着するのを抑制することができる。
【0095】
次いでステップ404では噴射時期Iθを補正進角量ΔIθだけ進角したときに燃焼室5から排出されるSOFの減少量GRIが算出される。この基準排出SOF減少量GRIは予め実験により求められており、燃料噴射量および機関回転数の関数として図33に示すマップの形で予めROM42内に記憶されている。次いでステップ405では基準排出SOF減少量GRIに噴射時期制御係数KIを乗算することによって排出SOF減少量GR(=GRI・KI)が算出される。この排出SOF減少量GRが図20のステップ203で読込まれる。
【0096】
図30に示される例ではSOFの吸着を抑制すべきときには噴射時期Iθを進角するようにしている。しかしながらこのとき前述したように、噴射時期Iθを進角する代りに、パイロット噴射と主噴射間のインターバルを短縮することもできるし、又はパイロット噴射かポスト噴射のいずれか一方を停止させることもできる。
【0097】
また、図1に示される実施例では機関排気通路内に酸化触媒25が配置されている。しかしながらこの酸化触媒25に代えて、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のNOx を吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したNOx を放出して還元するNOx 吸蔵還元型三元触媒を配置することもできる。また、酸化触媒25に代えてパティキュレートフィルタを配置することもできるし、このパティキュレートフィルタに上述のNOx 吸蔵還元型三元触媒を担持させることもできる。
【0098】
【発明の効果】
白煙が発生するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】目標スロットル開度TAおよび目標吸入空気量GAOのマップを示す図である。
【図3】スロットル開度およびEGR量の制御を行うためのフローチャートである。
【図4】目標吸入空気量GAO、過剰空気量等を示す図である。
【図5】SOF吸着率Rs を示す図である。
【図6】白煙の発生を説明するための図である。
【図7】白煙発生抑制制御を説明するためのタイムチャートである。
【図8】白煙発生抑制制御を行うためのフローチャートである。
【図9】白煙発生抑制制御を行うためのフローチャートである。
【図10】白煙発生抑制制御を行うためのフローチャートである。
【図11】白煙発生抑制制御を行うためのフローチャートである。
【図12】SOFの吸着抑制制御を示すタイムチャートである。
【図13】SOFを処理するための制御を示すタイムチャートである。
【図14】SOFの処理を行うためのフローチャートである。
【図15】SOF吸着率を算出するためのフローチャートである。
【図16】基準定常触媒温度TCTのマップを示す図である。
【図17】各補正係数KTW,KTA,KSPを示す図である。
【図18】時定数を示す図である。
【図19】SOF吸着率を示す図である。
【図20】SOF吸着速度を算出するためのフローチャートである。
【図21】SOF排出量GSOFのマップを示す図である。
【図22】補正係数KGのマップを示す図である。
【図23】SOF吸着量を算出するためのフローチャートである。
【図24】SOF燃焼速度Rcom を示す図である。
【図25】EGRガスを制御するためのフローチャートである。
【図26】EGR制御係数KEを示す図である。
【図27】補正空気量ΔGAOを示すマップである。
【図28】基準排出SOF減少量GREのマップを示す図である。
【図29】SOFを処理するためのフローチャートである。
【図30】燃料噴射を制御するためのフローチャートである。
【図31】噴射時期制御係数KIを示す図である。
【図32】補正進角量ΔIθを示すマップである。
【図33】基準排出SOF減少量GRIのマップを示す図である。
【符号の説明】
5…燃焼室
6…燃料噴射弁
16…スロットル弁
28…EGR制御弁
26…酸化触媒
Claims (12)
- 機関排気通路内に排気浄化用触媒が配置され、排気ガス中に含まれる粒子状物質の可溶分は触媒の温度が該可溶分の燃焼下限温度よりも低いと触媒上に吸着し堆積する内燃機関において、機関負荷が増大したときに触媒上に吸着している上記可溶分により白煙が発生する可能性があるか否かを判断する判断手段と、機関負荷が増大したときに白煙が発生する可能性があると判断されたときには機関負荷が増大したときに一時的に機関から排出される排出空気量を増大させる排出空気量制御手段とを具備した内燃機関の排気浄化装置。
- 上記判断手段は、触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であると判断されたときに白煙が発生する可能性があると判断する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記判断手段は、触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であると判断され、かつ触媒の温度が上記可溶分の燃焼下限温度よりも高いと判断されたときに白煙が発生する可能性があると判断する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記判断手段は、触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であると判断され、かつ機関負荷が予め定められた増大速度以上で増大せしめられたときには白煙が発生する可能性があると判断する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 触媒の温度が上記可溶分の燃焼下限温度よりも低い状態で機関が予め定められた時間以上運転されたときには触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であると判断される請求項2から4のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- アイドリング運転が予め定められた時間以上行われたときには触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であると判断される請求項2から4のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 触媒への可溶分の吸着速度と触媒上での可溶分の燃焼速度を算出し、これら吸着速度と燃焼速度に基づいて触媒上における可溶分の吸着量を算出する算出手段を具備した請求項2から4のいずれか1項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記排出空気量制御手段は、再循環排気ガス量を減少させることによって排出空気量を増大させる請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記排出空気量制御手段は、機関回転数を上昇させることによって排出空気量を増大させる請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であるか否かを判断する判断手段と、触媒上における可溶分の吸着量が予め定められた量以上であると判断されたときには燃焼室からの可溶分の排出量を減少させる可溶分排出制御手段とを具備する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記可溶分排出制御手段は、機関吸気通路内に再循環される再循環排気ガス量を減少せしめることによって燃焼室からの可溶分の排出量を減少させる請求項10に記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 上記可溶分排出制御手段は、噴射時期を進角するか、又はパイロット噴射と主噴射間のインターバルを短縮するか、又はパイロット噴射かポスト噴射のいずれか一方を停止させるかの少くとも一つを行うことにより燃焼室からの可溶分の排出量を減少させる請求項10に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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