JP5741408B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
複数気筒を備える内燃機関の排気通路に設けられ、排気空燃比が所定リーン域にある場合にNOxを吸蔵し、排気空燃比が所定空燃比域にある場合にNOxを還元浄化するNOx触媒と、
プレイグの発生を検出するプレイグ検出手段と、
プレイグの発生が検出された場合に、空燃比を一時的にストイキよりもリッチ側に制御するリッチスパイクを実行するリッチスパイク実行手段と、
プレイグの発生が検出された際における前記NOx触媒のNOx吸蔵量に基づいて、前記リッチスパイクの実行中の目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段と、
を備え、
前記リッチスパイク実行手段は、前記リッチスパイクの実行中に前記複数気筒に吸入される空気量を所定量まで減少させる空気量制御手段を更に備え、
前記リッチスパイク実行手段は、プレイグ検出に係るプレイグ検出気筒の空燃比制御をプレイグ非発生気筒の空燃比制御に先駆けて開始し、前記プレイグ非発生気筒に吸入される空気量が前記所定量まで減少したタイミングで前記プレイグ非発生気筒の空燃比制御を実行することを特徴とする。
内燃機関の運転状態に基づいて、プレイグの連続発生許容回数を設定する許容回数設定手段を更に備え、
前記目標空燃比算出手段は、前記連続発生許容回数に対応する機関サイクル以内に前記NOx吸蔵量の全てが還元浄化されるように前記リッチスパイクの実行中の目標空燃比を算出することを特徴とする。
プレイグ検出に係るプレイグ検出気筒に対して連続的にプレイグの発生が検出された場合、前記リッチスパイクの実行中に前記プレイグ検出気筒の目標空燃比をストイキよりもリーン側に変更する目標空燃比変更手段と、
を備えることを特徴とする。
前記目標空燃比算出手段は、プレイグ検出に係るプレイグ検出気筒の目標空燃比の方が、プレイグ非検出気筒の目標空燃比よりもリッチ側となるように前記リッチスパイクの実行中の目標空燃比を算出することを特徴とする。
前記目標空燃比算出手段は、前記リッチスパイクの実行中の目標空燃比の平均が予め設定した所定リッチ域に収まるようにプレイグ非検出気筒の目標空燃比を補正することを特徴とする。
[システム構成の説明]
先ず、図1乃至図4を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン10を備えている。なお、図1に示すエンジン10は直列4気筒型エンジン(#1〜#4は気筒番号を表す。)であるが、本実施形態に適用可能なエンジンの気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
ところで、燃費低減の観点から、目標空燃比をストイキよりもリーン側に設定するリーンバーン運転を行う場合がある。リーンバーン運転中、排気に含まれるNOxは前処理触媒26を通り抜けてNOx触媒28に流入し、NOx触媒28の吸蔵許容量が満杯となるまで吸蔵される。NOx触媒28の吸蔵許容量が満杯となると、排気に含まれるNOxがNOx触媒28をも通り抜けて大気中に排出されてしまう。そのため、NOx触媒28の吸蔵許容量が一定量に到達したタイミングでリッチスパイクが実行される。リッチスパイクは、目標空燃比を一時的にストイキよりもリッチ側に設定する制御である。リッチスパイクを実行することで、還元成分(HC、CO、H2)を含む排気をNOx触媒28に導入し、NOx触媒28からNOxを放出させて還元浄化する。
上述したように、昨今の過給エンジンに対しては、更なる燃費向上を目的として、高圧縮比化、リッチ運転回避や、低回転域での高過給化が求められているところである。そのため、今後の技術動向を考慮すると、気筒12は、プレイグ発生条件を満たし易い筒内環境に晒される可能性があると言える。そこで、本実施形態においては、上述したNOx触媒28用のリッチスパイクとは異なる開始タイミングで、リッチスパイクを実行することとしている。即ち、本実施形態においては、プレイグが検出された際に、上述したNOx触媒28用のリッチスパイクを実行することとしている。
リッチスパイクAF=ストイキ(14.7)−{吸入空気量Q×リッチスパイク実行回数/(NOxカウンタ+触媒OSC量)} ・・・(1)
上記式(1)において、NOxカウンタは上記推定手法により求めた値である。また、吸入空気量Qは、エアフローセンサ38で検出した値である。また、リッチスパイク実行回数は設定値である。
次に、図4を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図4は、本実施形態において、ECU50により実行されるリッチスパイクのルーチンを示すフローチャートである。なお、図4に示すルーチンは、定期的に繰り返して実行されるものとする。
次に、図5を参照しながら本発明の実施の形態2について説明する。本実施形態においては、プレイグが実際に発生した気筒(以下「プレイグ発生気筒」と称す。)と、他気筒(以下、「プレイグ非発生気筒」と称す。)との間で、リッチスパイクAFを異ならしめることをその特徴とする。そのため、リッチスパイクAFの算出手法を含むリッチスパイクの説明や、システム構成の説明については省略する。
リッチスパイクAFは一般に、よりリッチ側の値に設定するほど高いプレイグ抑制効果を得ることができる。何故なら、インジェクタ14からの燃料噴射量を増量して筒内冷却効果を高めれば、プレイグの発生を一層遅らせることや、火炎伝播速度の一層の抑制が可能となるからである。その一方で、リッチスパイクAFは、気筒12内において発生させる還元成分の発生量バランスを取るための最適範囲(具体的には、空燃比11.5〜12.5)が存在する。そこで、本実施形態においては、上記式(1)による算出後に、プレイグ発生気筒に対しては燃料噴射量を増量し、プレイグ非発生気筒に対しては上記最適範囲となるように、リッチスパイクAFを変更することとしている。
次に、図6を参照しながら、本発明の実施の形態3について説明する。本実施形態においては、上記実施の形態2同様、上記式(1)による算出後、プレイグ発生気筒やプレイグ非発生気筒のリッチスパイクAFを変更することをその特徴とする。そのため、リッチスパイクAFの算出手法を含むリッチスパイクの説明や、システム構成の説明については省略する。
図6は、本実施形態におけるリッチスパイクAFの一例を示した図である。上記実施形態2と同様に、プレイグ検出タイミングにおいて設定されたリッチスパイクAFが12であり、リッチスパイクAFの設定後、プレイグ発生気筒である#1のリッチスパイクAFを12から10へと変更したとする。図6に示すように、本実施形態では、プレイグ非発生気筒である#2〜#4のリッチスパイクAFを12から12.7に変更する。これにより、トータル空燃比を12にできる。即ち、プレイグ発生気筒のリッチスパイクAFのリッチ化に伴うエミッションの悪化を、プレイグ非発生気筒のリッチスパイクAFのリーン化によって打ち消すことができる。よって、本実施形態のリッチスパイクによれば、リッチスパイクの際のエミッションの悪化を略ゼロにすることが可能となる。
次に、図7を参照しながら、本発明の実施の形態4について説明する。本実施形態においては、上記式(1)による算出後、プレイグ発生気筒とプレイグ非発生気筒とでリッチスパイクAFの変更タイミングを異ならしめることをその特徴とする。そのため、リッチスパイクAFの算出手法を含むリッチスパイクの説明や、システム構成の説明については省略する。
図7は、本実施形態のリッチスパイクを説明するためのタイミングチャートである。図7に示すように、プレイグ発生気筒においては検出直後のサイクルの燃料噴射タイミング(時刻t5)において、プレイグ非発生気筒においてはそれよりも遅いタイミング(時刻t6)において、それぞれリッチスパイクAFが変更される。この理由は、次の2つである。第1の理由は、プレイグ発生気筒においては次サイクルでの発生を防止する必要があるが、プレイグ非発生気筒においてはその必要がないためである。第2の理由は、スロットルバルブ34等のアクチュエータの応答遅れを加味する必要があるためである。
次に、図8を参照しながら、本発明の実施の形態5について説明する。本実施形態においては、リッチスパイクを実行したにも関わらずプレイグが連続発生してしまった場合、その連続発生に係る気筒(以下「プレイグ連続発生気筒」と称す。)のリッチスパイクAFを変更することをその特徴とする。そのため、リッチスパイクAFの算出手法を含むリッチスパイクの説明や、システム構成の説明については省略する。
プレイグが連続発生した場合、過渡の温度上昇や過大な筒内圧に起因した筒内部品の破損可能性が高まる。この部品破損防止の最終手段としては、燃料噴射そのものを停止することが有効である。しかしながら、リッチスパイク中にフューエルカットを実施すると、プレイグ連続発生気筒から排出されたガス中の酸素がプレイグ非発生気筒から排出された既燃ガスと反応し、前処理触媒26の床温が過度に上昇してしまう可能性がある。そこで、本実施形態においては、プレイグが連続発生した場合、プレイグ連続発生気筒のリッチスパイクAFをストイキよりもリーン側に変更することとしている。
次に、図9乃至図12を参照しながら、本発明の実施の形態6について説明する。本実施形態においては、上記式(1)のリッチスパイク実行回数の代わりに、プレイグ許容回数を用いることをその特徴とする。そのため、システム構成の説明については省略する。
上記実施の形態5で述べたように、プレイグが連続発生すると筒内部品の破損可能性が高まる。しかし、この破損可能性は、プレイグ発生時の筒内部品温度や運転条件によって変動するものである。つまり、相当数の連続発生が許容される場合もある。そこで、本実施形態においては、破損可能性の変動パラメータとしてのプレイグ許容回数を設定し、このプレイグ許容回数に対応したエンジンサイクルに亘ってリッチスパイクを実行することとしている。
リッチスパイクAF=ストイキ(14.7)−{吸入空気量Q×プレイグ許容回数/(NOxカウンタ+触媒OSC量)} ・・・(2)
上記式(2)において、NOxカウンタ、触媒OSC量および吸入空気量Qは、上記式(1)の際に説明したとおりである。
次に、図12を参照しながら、上述した機能を実現するための具体的な処理について説明する。図12は、本実施形態において、ECU50により実行されるリッチスパイクのルーチンを示すフローチャートである。なお、図12に示すルーチンは、定期的に繰り返して実行されるものとする。
また、図12に示したルーチンによれば、リッチスパイクの終了後、プレイグ非発生気筒の目標空燃比を25に変更するので、前処理触媒26の床温が過度に上昇することをも良好に抑制できる。
また、上記実施の形態6においてはリッチスパイクの終了後、プレイグ連続発生気筒に対してフューエルカットを実施したが、フューエルカットを実施せずに、上記実施の形態1同様にリーンバーン運転を再開してもよい。
また、上記実施の形態6においてはリッチスパイクの終了後、プレイグ非発生気筒の目標空燃比を25に変更したが、変更後の目標空燃比は必ずしも25である必要はない。即ち、プレイグ非発生気筒の目標空燃比のそれぞれが少なくともリーン側となるような空燃比であればよい。このような目標空燃比とすれば、プレイグ非発生気筒から排出された既燃ガスと、プレイグ連続発生気筒から排出されたガス中の酸素とが反応して前処理触媒26の床温が極度に上昇することを抑制できるので、本実施形態の変形として適用が可能である。
12 気筒
14 インジェクタ
16 筒内圧センサ
22 排気通路
26 前処理触媒
28 NOx触媒
36 スロットル開度センサ
38 エアフローセンサ
40 クランク角センサ
50 ECU
Claims (5)
- 複数気筒を備える内燃機関の排気通路に設けられ、排気空燃比が所定リーン域にある場合にNOxを吸蔵し、排気空燃比が所定空燃比域にある場合にNOxを還元浄化するNOx触媒と、
プレイグの発生を検出するプレイグ検出手段と、
プレイグの発生が検出された場合に、空燃比を一時的にストイキよりもリッチ側に制御するリッチスパイクを実行するリッチスパイク実行手段と、
プレイグの発生が検出された際における前記NOx触媒のNOx吸蔵量に基づいて、前記リッチスパイクの実行中の目標空燃比を算出する目標空燃比算出手段と、
を備え、
前記リッチスパイク実行手段は、前記リッチスパイクの実行中に前記複数気筒に吸入される空気量を所定量まで減少させる空気量制御手段を更に備え、
前記リッチスパイク実行手段は、プレイグ検出に係るプレイグ検出気筒の空燃比制御をプレイグ非発生気筒の空燃比制御に先駆けて開始し、前記プレイグ非発生気筒に吸入される空気量が前記所定量まで減少したタイミングで前記プレイグ非発生気筒の空燃比制御を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 内燃機関の運転状態に基づいて、プレイグの連続発生許容回数を設定する許容回数設定手段を更に備え、
前記目標空燃比算出手段は、前記連続発生許容回数に対応する機関サイクル以内に前記NOx吸蔵量の全てが還元浄化されるように前記リッチスパイクの実行中の目標空燃比を算出することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 - プレイグ検出に係るプレイグ検出気筒に対して連続的にプレイグの発生が検出された場合、前記リッチスパイクの実行中に前記プレイグ検出気筒の目標空燃比をストイキよりもリーン側に変更する目標空燃比変更手段と、
を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の制御装置。 - 前記目標空燃比算出手段は、プレイグ検出に係るプレイグ検出気筒の目標空燃比の方が、プレイグ非検出気筒の目標空燃比よりもリッチ側となるように前記リッチスパイクの実行中の目標空燃比を算出することを特徴とする請求項1乃至3何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
- 前記目標空燃比算出手段は、前記リッチスパイクの実行中の目標空燃比の平均が予め設定した所定リッチ域に収まるようにプレイグ非検出気筒の目標空燃比を補正することを特徴とする請求項1乃至4何れか1項に記載の内燃機関の制御装置。
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