CN108979879A - 内燃机的排气净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的课题是抑制排气净化催化剂的HC中毒从而将排气净化催化剂的净化能力维持得高。一种内燃机的排气净化装置,具备:排气净化催化剂(20、24),其配置于排气通路,且能够吸藏氧;和控制装置(31),其算出向内燃机的燃烧室(5)供给的进气的EGR率,并且控制向排气净化催化剂流入的排气的空燃比。控制装置,将向排气净化催化剂流入的排气的空燃比在比理论空燃比浓的浓空燃比和比理论空燃比稀的稀空燃比之间交替地切换,并且,以算出的EGR率相对高时与其相对低时相比,在排气净化催化剂的氧吸藏量更多时将向排气净化催化剂流入的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换的方式,控制排气的空燃比。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机的排气净化装置。
背景技术
以往就已知将能吸藏氧的排气净化催化剂设置于内燃机的排气通路,并控制向该排气净化催化剂流入的排气的空燃比的排气净化装置(例如专利文献1)。在这样的排气净化装置中,进行控制以使得由配置于排气净化催化剂的排气流动方向上游侧的空燃比传感器输出的空燃比(输出空燃比)与目标空燃比一致。
而且,专利文献1中记载的排气净化装置,具备将排气的一部分再次向燃烧室供给的排气再循环(EGR)机构,EGR气体的量相对于被吸入到燃烧室中的进气的总量的比率(以下称为“EGR率”)越高,将目标空燃比设定为越高的值(越稀侧的值)。根据专利文献1,由此能够根据EGR气体的导入状况来更可靠地控制向排气净化催化剂流入的排气的空燃比。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2012/056515号
发明内容
但是,向燃烧室供给的进气的EGR率越高,从燃烧室排出的排气中的未燃的烃(HC)的量越多。这是由于:EGR率越高,在燃烧室内的燃烧越缓慢,因此在燃烧室内的燃烧残留越多。从燃烧室排出的未燃HC基本上在排气净化催化剂中被氧化从而被净化。然而,根据向排气净化催化剂流入的排气的状态,未燃HC的一部分附着于排气净化催化剂的催化剂贵金属上,使催化剂贵金属的活性降低(以下,将由未燃HC产生的这样的作用称为HC中毒)。若发生HC中毒,则招致向排气净化催化剂流入的排气中的HC、NOx的净化能力的降低。
在专利文献1记载的排气净化装置中,如上述那样修正目标空燃比以使得补偿与EGR气体的导入相伴的空燃比传感器的输出的偏移。然而,在这样的控制中,不能有效地抑制排气净化催化剂的HC中毒。
本发明是鉴于上述课题而完成的,其目的在于抑制排气净化催化剂的HC中毒,将排气净化催化剂的净化能力维持得高。
本发明是为了解决上述课题而完成的,其要旨如下。
(1)一种内燃机的排气净化装置,具备:
排气净化催化剂,其配置于内燃机的排气通路,且能够吸藏氧;和
控制装置,其算出向内燃机的燃烧室供给的进气的EGR率,并且控制向排气净化催化剂流入的排气的空燃比,
控制装置,将向排气净化催化剂流入的排气的空燃比在比理论空燃比浓的浓空燃比和比理论空燃比稀的稀空燃比之间交替地切换,并且在随着EGR率的增大而从内燃机主体排出的HC浓度变高的规定的EGR率区域,以在算出的EGR率相对高时与其相对低时相比,排气净化催化剂的氧吸藏量更多时将向排气净化催化剂流入的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换的方式,控制向排气净化催化剂流入的排气的空燃比。
(2)根据上述(1)所述的内燃机的排气净化装置,
控制装置,在规定的EGR率区域,以算出的EGR率越高则排气净化催化剂的氧吸藏量越变得更多之后将向排气净化催化剂流入的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换的方式,控制向排气净化催化剂流入的排气的空燃比。
(3)根据上述(1)或(2)所述的内燃机的排气净化装置,
控制装置,在规定的EGR率区域,以算出的EGR率相对高时与其相对低时相比,向排气净化催化剂流入的排气的空燃比被设为稀空燃比时的稀程度变大的方式,控制向排气净化催化剂流入的排气的空燃比。
(4)根据上述(3)所述的内燃机的排气净化装置,
控制装置,在规定的EGR率区域,以算出的EGR率越高,则向排气净化催化剂流入的排气的空燃比被设为稀空燃比时的稀程度越大的方式,控制向排气净化催化剂流入的排气的空燃比。
(5)根据上述(1)~(4)的任一项所述的内燃机的排气净化装置,
控制装置,在规定的EGR率区域,以算出的EGR率相对高时与其相对低时相比,向排气净化催化剂流入的排气的空燃比被设为稀空燃比时的1次的持续时间变长的方式,控制向排气净化催化剂流入的排气的空燃比。
(6)一种内燃机的排气净化装置,具备:
排气净化催化剂,其配置于内燃机的排气通路,且能够吸藏氧;和
控制装置,其算出向内燃机的燃烧室供给的进气的EGR率,并且控制向排气净化催化剂流入的排气的空燃比,
控制装置,在算出的EGR率比随着EGR率的增大而从内燃机主体排出的HC浓度变高的规定的EGR率区域内的预先设定的基准EGR率低时,控制向排气净化催化剂流入的排气的空燃比以使其成为理论空燃比,在算出的EGR率为预先设定的基准EGR率以上时,控制向排气净化催化剂流入的排气的空燃比以使向排气净化催化剂流入的排气的空燃比在比理论空燃比浓的浓空燃比和比理论空燃比稀的稀空燃比之间交替地切换。
根据本发明,能够抑制排气净化催化剂的HC中毒从而将排气净化催化剂的净化能力维持得高。
附图说明
图1为概略地表示使用第一实施方式涉及的排气净化装置的内燃机的图。
图2为表示空燃比传感器周围的排气的空燃比与空燃比传感器的输出电流的关系的图。
图3为表示内燃机运转时的、上游侧排气净化催化剂的氧吸藏量等的变化的时间图。
图4为表示目标空燃比设定控制的控制程序的流程图。
图5为表示EGR率与未燃HC的浓度及NOx的浓度的关系的图。
图6为示意性表示在将EGR率维持得较低的情况下的排气净化催化剂的表面附近的图。
图7为示意性表示在将EGR率维持得较高的情况下的排气净化催化剂的表面附近的图。
图8为进行第一实施方式涉及的空燃比控制时的EGR率等的时间图。
图9为表示EGR率与切换基准吸藏量及稀设定空燃比的关系的图。
图10为表示根据EGR率来设定切换基准吸藏量及稀设定空燃比的EGR率对应控制的控制程序的流程图。
图11为进行第二实施方式的基本的空燃比控制时的目标空燃比等的时间图。
图12为表示目标空燃比设定控制的控制程序的流程图。
图13为进行第二实施方式涉及的空燃比控制时的EGR率等的、与图11同样的时间图。
图14为表示根据EGR率来设定上限吸藏量及稀设定空燃比的EGR率对应控制的控制程序的流程图。
图15为进行第三实施方式的基本的空燃比控制时的目标空燃比等的时间图。
图16为进行第三实施方式涉及的空燃比控制时的EGR率等的、与图15同样的时间图。
图17为进行第四实施方式涉及的空燃比控制时的EGR率等的、与图13同样的时间图。
图18为表示根据EGR率来变更目标空燃比的设定方法的EGR率对应控制的控制程序的流程图。
附图标记说明
1 内燃机主体
5 燃烧室
7 进气口
9 排气口
19 排气歧管
20 上游侧排气净化催化剂
24 下游侧排气净化催化剂
25 EGR通路
26 EGR控制阀
31 ECU
40 上游侧空燃比传感器
41 下游侧空燃比传感器
46 NOx传感器
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。再者,在以下的说明中,同样的构成要素附带相同的参照标记。
<第一实施方式>
《内燃机总体的说明》
图1为概略地表示使用本发明的第一实施方式涉及的排气净化装置的内燃机的图。参照图1,1表示内燃机主体,2表示气缸体,3表示在气缸体2内进行往复运动的活塞,4表示固定于气缸体2上的气缸盖,5表示在活塞3与气缸盖4之间形成的燃烧室,6表示进气阀,7表示进气口,8表示排气阀,9表示排气口。进气阀6开闭进气口7,排气阀8开闭排气口9。
如图1所示,在气缸盖4的内壁面的中央部配置有火花塞10,在气缸盖4的内壁面周边部配置有燃料喷射阀11。火花塞10被构成为根据点火信号来产生火花。另外,燃料喷射阀11根据喷射信号向燃烧室5内喷射规定量的燃料。再者,燃料喷射阀11也可以被配置为向进气口7内喷射燃料。另外,在本实施方式中,使用理论空燃比为14.6的汽油作为燃料。然而,在使用本发明的排气净化装置的内燃机中,也可以使用汽油以外的燃料、或者与汽油的混合燃料。
各气缸的进气口7分别经由对应的进气歧管13与缓冲罐14连结,缓冲罐14经由进气管15与空气滤清器16连结。进气口7、进气歧管13、缓冲罐14、进气管15形成进气通路。另外,在进气管15内配置有由节流阀驱动致动器17驱动的节流阀18。通过利用节流阀驱动致动器17使节流阀18转动,能够变更进气通路的开口面积。
另一方面,各气缸的排气口9与排气歧管19连结。排气歧管19具有与各排气口9连结的多个分支部和集合了这些分支部的集合部。排气歧管19的集合部与内置了上游侧排气净化催化剂20的上游侧壳体21连结。上游侧壳体21经由排气管22与内置了下游侧排气净化催化剂24的下游侧壳体23连结。排气口9、排气歧管19、上游侧壳体21、排气管22及下游侧壳体23形成排气通路。
排气歧管19和缓冲罐14经由排气再循环(EGR)通路25相互连结,在EGR通路25内配置有电气控制式的EGR控制阀26。另外,在EGR通路25周围配置有用于冷却在EGR通路25内流动的EGR气体的冷却装置27。通过调整EGR控制阀26的开度,从而能够控制向燃烧室5内再次供给的排气的流量,其结果,能够控制被吸入燃烧室5内的进气的EGR率。在此,所谓EGR率意指:EGR气体的量相对于被吸入到燃烧室5中的进气的总量的比率。
再者,在本实施方式中,通过调整EGR控制阀26的开度来变更进气的EGR率。但是,例如,在能够变更进气阀6、排气阀8的阀定时(valve timing)以使排气的一部分暂时向进气口7逆流从而使排气向燃烧室5内再次流入的情况下,也可以通过变更这些阀定时,来变更向燃烧室5内再次流入的排气的量,由此变更EGR率。
电子控制单元(ECU)31包括数字计算机,其具备经由双向性总线32相互连接的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口36以及输出端口37。在进气管15中配置有用于检测在进气管15内流动的空气流量的空气流量计39,该空气流量计39的输出经由对应的AD转换器38而被输入至输入端口36。另外,在排气歧管19的集合部配置有用于检测在排气歧管19内流动的排气(即向上游侧排气净化催化剂20流入的排气)的空燃比的上游侧空燃比传感器40。而且,在排气管22内配置有用于检测在排气管22内流动的排气(即,从上游侧排气净化催化剂20流出而向下游侧排气净化催化剂24流入的排气)的空燃比的下游侧空燃比传感器41。这些空燃比传感器40、41的输出也经由对应的AD转换器38而被输入至输入端口36。
在本实施方式中,作为空燃比传感器40、41,使用极限电流式的空燃比传感器。因此,如图2所示,空燃比传感器40、41被构成为:空燃比传感器40、41周围的排气的空燃比越高(即越稀),来自空燃比传感器40、41的输出电流就越大。尤其是本实施方式的空燃比传感器40、41被构成为:相对于空燃比传感器40、41周围的排气的空燃比,输出电流呈线性地(成比例地)变化。再者,在本实施方式中,作为空燃比传感器40、41,使用了极限电流式的空燃比传感器,但是,只要是输出根据排气的空燃比而变化的传感器,则也可以使用极限电流式的空燃比传感器以外的空燃比传感器。作为这样的空燃比传感器,可列举例如不对构成传感器的电极间施加电压而在理论空燃比附近输出急剧地变化的氧传感器等。
进而,在本实施方式的排气净化装置中,在排气管22内配置有用于检测在排气管22内流动的排气的NOx浓度的NOx传感器46。因此,NOx传感器46被配置在上游侧排气净化催化剂20的排气流动方向下游侧,来检测从上游侧排气净化催化剂20流出而向下游侧排气净化催化剂24流入的排气的NOx浓度。NOx传感器46被构成为:排气中的NOx浓度越高,其输出就越大。NOx传感器46的输出经由对应的AD转换器38而被输入至输入端口36。再者,NOx传感器46也可以被构成为:安装于上游侧壳体21来检测上游侧排气净化催化剂20内的NOx浓度。
另外,在油门踏板42上连接有产生与油门踏板42的踏下量成比例的输出电压的负荷传感器43,负荷传感器43的输出电压经由对应的AD转换器38而被输入至输入端口36。曲轴转角传感器44例如每当曲轴旋转15度就产生输出脉冲,该输出脉冲被输入至输入端口36。在CPU35中,根据该曲轴转角传感器44的输出脉冲计算内燃机转速。另一方面,输出端口37经由对应的驱动电路45而与火花塞10、燃料喷射阀11以及节流阀驱动致动器17连接。再者,ECU31作为控制向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的目标空燃比、并且基于NOx传感器46的输出进行上游侧排气净化催化剂20的异常诊断的控制和诊断装置发挥作用。
上游侧排气净化催化剂20及下游侧排气净化催化剂24是具有氧吸藏能力的三元催化剂。具体而言,排气净化催化剂20、24是使由陶瓷构成的载体担载了具有催化作用的贵金属(例如铂(Pt))以及具有氧吸藏能力的物质(例如二氧化铈(CeO2))的三元催化剂。若将向三元催化剂流入的排气的空燃比维持为理论空燃比,则三元催化剂具有同时净化未燃HC、CO及NOx的功能。而且,在排气净化催化剂20、24吸藏有某种程度的氧的情况下,即使向排气净化催化剂20、24流入的排气的空燃比相对于理论空燃比向浓侧或者稀侧偏移了一些,也能同时净化未燃HC、CO及NOx。
即,若排气净化催化剂20、24具有氧吸藏能力,即若排气净化催化剂20、24的氧吸藏量小于最大能吸藏氧量,则在向排气净化催化剂20、24流入的排气的空燃比比理论空燃比稀一些时,排气中所含的过剩的氧会被吸藏于排气净化催化剂20、24内。因此,排气净化催化剂20、24的表面上被维持为理论空燃比。其结果,在排气净化催化剂20、24的表面上未燃HC、CO及NOx被同时净化,此时,从排气净化催化剂20、24流出的排气的空燃比成为理论空燃比。
另一方面,若排气净化催化剂20、24处于能够释放氧的状态,即若排气净化催化剂20、24的氧吸藏量大于0,则在向排气净化催化剂20、24流入的排气的空燃比比理论空燃比浓一些时,使排气中所含的未燃HC、CO还原所不足的氧从排气净化催化剂20、24释放。因此,在该情况下,排气净化催化剂20、24的表面上也被维持为理论空燃比。其结果,在排气净化催化剂20、24的表面上未燃HC、CO及NOx被同时净化,此时,从排气净化催化剂20、24流出的排气的空燃比成为理论空燃比。
这样,在排气净化催化剂20、24吸藏有某种程度的氧的情况下,即使向排气净化催化剂20、24流入的排气的空燃比相对于理论空燃比向浓侧或者稀侧偏移了一些,未燃HC、CO及NOx也被同时净化,从排气净化催化剂20、24流出的排气的空燃比成为理论空燃比。
《基本的控制》
接着,说明本实施方式涉及的内燃机的排气净化装置中的基本的空燃比控制的概要。在本实施方式的空燃比控制中,基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比来进行反馈控制,即控制来自燃料喷射阀11的燃料喷射量以使得上游侧空燃比传感器40的输出空燃比变为目标空燃比。即,在本实施方式的空燃比控制中,基于上游侧空燃比传感器40的输出空燃比进行反馈控制以使得向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比变为目标空燃比。再者,“输出空燃比”意指与空燃比传感器的输出值相当的空燃比。
另外,在本实施方式的空燃比控制中,基于下游侧空燃比传感器41的输出空燃比等来设定目标空燃比。具体而言,在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变为比理论空燃比浓的空燃比(以下称为“浓空燃比”)时,将目标空燃比设定为稀设定空燃比。其结果,向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比也变为稀设定空燃比。在此,稀设定空燃比是比理论空燃比(成为控制中心的空燃比)稀某种程度的预先设定的一定值的空燃比,例如被设为14.65~16左右。而且,在本实施方式中,在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变为比理论空燃比稍浓的浓判定空燃比(例如14.55)以下时,判断为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变为了浓空燃比。
如果目标空燃比被变更为稀设定空燃比,则对向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的氧过剩不足量进行累积。氧过剩不足量意指:在要使向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比成为理论空燃比时变得过剩的氧的量或者不足的氧的量(过剩的未燃HC、CO等(以下称为“未燃气体”)的量)。特别是在目标空燃比变为了稀设定空燃比时,向上游侧排气净化催化剂20流入的排气中的氧变得过剩,该过剩的氧被上游侧排气净化催化剂20吸藏。因此,可以说氧过剩不足量的累积值(以下,称为“累积氧过剩不足量”)是上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA的推定值。
再者,氧过剩不足量的计算,基于根据上游侧空燃比传感器40的输出空燃比、以及空气流量计39的输出等而算出的向燃烧室5内的吸入空气量的推定值或来自燃料喷射阀11的燃料供给量等来进行。具体地说,氧过剩不足量OED例如通过下述式(1)算出。
OED=0.23×Qi×(AFup-AFR)…(1)
在此,0.23表示空气中的氧浓度,Qi表示燃料喷射量,AFup表示上游侧空燃比传感器40的输出空燃比,AFR表示成为控制中心的空燃比(在本实施方式中,基本上为理论空燃比)。
如果对这样算出的氧过剩不足量进行累积而得到的累积氧过剩不足量变为预先设定的切换基准值(相当于预先设定的切换基准吸藏量Cref)以上,则将至此为稀设定空燃比的目标空燃比设定为浓设定空燃比。浓设定空燃比是比理论空燃比(成为控制中心的空燃比)浓某种程度的预先设定的空燃比,例如被设为14~14.55左右。
其后,在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比再次变为浓判定空燃比以下时,目标空燃比再次被设为稀设定空燃比,其后,反复进行同样的操作。这样,在本实施方式中,向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的目标空燃比被交替地反复设定为稀设定空燃比和浓设定空燃比。换句话说,在本实施方式中,可以说向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比被交替地切换为浓空燃比和比理论空燃比稀的空燃比(以下称为“稀空燃比”)。
《使用了时间图的空燃比控制的说明》
参照图3,具体地说明如上述那样的操作。图3是进行了本实施方式的基本的空燃比控制的情况下的、目标空燃比AFT、上游侧空燃比传感器40的输出空燃比AFup、上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA、累积氧过剩不足量ΣOED、以及下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn的时间图。
在图示的例子中,在时刻t1以前的状态,目标空燃比AFT被设定为浓设定空燃比AFTrich,因此上游侧空燃比传感器40的输出空燃比变为浓空燃比。向上游侧排气净化催化剂20流入的排气中所含的未燃气体等在上游侧排气净化催化剂20中被净化,随之,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA逐渐减少下去。由于在上游侧排气净化催化剂20中未燃气体被净化,因此下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn大致变为理论空燃比。
当上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA逐渐地减少时,氧吸藏量OSA向零接近,随之,流入至上游侧排气净化催化剂20的未燃气体等的一部分没有在上游侧排气净化催化剂20中被净化而开始流出。由此,下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn逐渐地降低,在时刻t1到达浓判定空燃比AFrich。在本实施方式中,当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn变为浓判定空燃比AFrich以下时,为了使氧吸藏量OSA增大,将目标空燃比AFT切换为稀设定空燃比AFTlean。此时,累积氧过剩不足量ΣOED被复位(重置:reset)为0。
当在时刻t1下,将目标空燃比切换为稀空燃比时,向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比从浓空燃比变化为稀空燃比。因此,自时刻t1以后,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA增大。同样地,累积氧过剩不足量ΣOED也逐渐增大下去。
由此,从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比向理论空燃比变化,下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn也向理论空燃比收敛。此时,向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比变为了稀空燃比,但由于上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏能力有充分的富余,所以流入的排气中的氧被上游侧排气净化催化剂20吸藏,NOx被还原净化。
其后,当上游侧的排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA增大时,在时刻t2,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA到达切换基准吸藏量Cref。因此,累积氧过剩不足量ΣOED到达与切换基准吸藏量Cref相当的切换基准值OEDref。在本实施方式中,当累积氧过剩不足量ΣOED变为切换基准值OEDref以上时,为了中止氧向上游侧排气净化催化剂20的吸藏,将目标空燃比切换为浓设定空燃比AFTrich。另外,此时,累积氧过剩不足量ΣOED被复位为0。
当在时刻t2,将目标空燃比切换为浓设定空燃比AFTrich时,由于在向上游侧排气净化催化剂20流入的排气中会包含未燃气体等,因此上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA逐渐减少下去。其后,在时刻t3,与时刻t1同样地,下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn到达浓判定空燃比AFrich。由此,目标空燃比AFT被切换为稀设定空燃比AFTlean。其后,反复进行上述的时刻t1~t3的循环。通过进行这样的基本的控制,能够将来自上游侧排气净化催化剂20的NOx排出量总是抑制为较少。
再者,在上述实施方式中,在时刻t1~t2、以及在时刻t2~t3,目标空燃比分别被恒定地维持为稀设定空燃比AFTlean以及浓设定空燃比AFTrich。但是,在这样的期间,不一定需要将目标空燃比维持为恒定,也可以以变动的方式设定。
另外,这样的本实施方式中的目标空燃比AFT的设定由ECU31来进行。因此,ECU31,在由下游侧空燃比传感器41检测出的排气的空燃比变为浓判定空燃比以下时,将向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的目标空燃比设定为稀空燃比,直至被推定为上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA变为了切换基准吸藏量Cref以上为止。而且,ECU31,在被推定为上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA变为了切换基准吸藏量Cref以上时,将目标空燃比设定为浓空燃比,直至氧吸藏量OSA未达到最大能吸藏氧量Cmax而由下游侧空燃比传感器41检测出的排气的空燃比变为浓判定空燃比以下为止。
更简单而言,可以说,在本实施方式中,ECU31在由下游侧空燃比传感器41检测出的空燃比变为浓判定空燃比以下时,将目标空燃比(即,向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比)切换为稀空燃比,并且,在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA变为切换基准吸藏量Cref以上时,将目标空燃比(即,向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比)切换为浓空燃比。
<目标空燃比设定控制的流程图>
图4为表示目标空燃比设定控制的控制程序的流程图。图示的控制程序以一定时间间隔(例如数毫秒)来执行。
如图4所示,首先,在步骤S11中,判定目标空燃比的设定条件是否成立。所谓设定条件成立的情况,可举出:为进行反馈控制的通常控制期间;例如不是燃料切断控制期间等;等等。在步骤S11中判定为目标空燃比的计算条件成立的情况下,进入到步骤S12。
在步骤S12中,判定稀设定标志Fl是否被设定成为OFF。当目标空燃比AFT被设定为稀空燃比时,稀设定标志Fl被设为ON,在其以外的情况下被设为OFF。当在步骤S12中判定为稀设定标志Fl被设定成为OFF的情况下,进入至步骤S13。在步骤S13中,判定下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn是否为浓判定空燃比AFrich以下。在判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn大于浓判定空燃比AFrich的情况下,在步骤S14中,维持目标空燃比AFT被设定为浓设定空燃比AFTrich的状态,结束控制程序。
另一方面,若上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA减少从而从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比降低,则在步骤S13中判定为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn为浓判定空燃比AFrich以下。在该情况下,进入至步骤S15,将目标空燃比AFT切换为稀设定空燃比AFTlean。在步骤S16中,稀设定标志Fl被设定为ON,结束控制程序。
若稀设定标志Fl被设定为ON,则在接下来的控制程序中从步骤S12进入至步骤S17。在步骤S17中,判定目标空燃比AFT被切换为稀设定空燃比AFTlean后的累积氧过剩不足量ΣOED是否为切换基准值OEDref以上。在判定为累积氧过剩不足量ΣOED小于切换基准值OEDref的情况下,进入至步骤S18,维持目标空燃比AFT接续地被设定在稀设定空燃比AFTlean的状态,结束控制程序。另一方面,若上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量增大,则不久在步骤S17中判定为累积氧过剩不足量ΣOED为切换基准值OEDref以上,进入至步骤S19。在步骤S19中,目标空燃比AFT被切换为浓设定空燃比AFTrich。在步骤S20中,稀设定标志Fl被复位为OFF,结束控制程序。
《EGR率和HC中毒》
但是,从燃烧室5排出的排气中所含的未燃HC的浓度根据被吸入至燃烧室5中的进气的EGR率而发生变化。对此参照图5进行说明。
图5为表示被吸入至燃烧室5中的进气的EGR率与从燃烧室5排出的排气中的未燃HC的浓度的关系的图。由图5可知,当EGR率变为某个规定的值REs以上时,EGR率越高,从而进气中的排气的比率越高,从内燃机主体1的燃烧室5排出的排气中的HC的浓度就越高。
在燃烧室5内进行燃烧时的空燃比(燃烧空燃比)为浓空燃比时和为稀空燃比时均发生这样的现象。因此,上述的现象意味着:与燃烧空燃比无关地在排气中也包含氧以及未燃HC,随着EGR率变高,从燃烧室5排出的排气中的HC浓度、氧浓度均变高。
这样,在EGR率为规定的值REs以上时,EGR率越高,排气中的HC浓度就越高,这是由于:EGR率越高,在燃烧室5内的混合气的燃烧越缓慢。认为当混合气的燃烧变得缓慢时,在燃烧室5内的燃烧残留的HC变多,其结果,排气中的HC浓度变高。
这样,若从燃烧室5排出的排气中的HC的浓度变高,即若向排气净化催化剂20、24流入的排气中的HC浓度变高,则排气净化催化剂容易发生HC中毒。对此参照图6及图7进行说明。
图6及图7为示意性表示排气净化催化剂的表面附近的图。如图6及图7所示,在排气净化催化剂的表面,在担载了具有氧吸藏能力的物质的载体51上担载有铂等贵金属52。再者,在图6及图7的载体51之中,51a所示的区域表示没有吸藏氧的区域,51b所示的区域表示吸藏有氧的区域,51c所示的区域表示部分地吸藏有氧的区域。另外,图6及图7示出向排气净化催化剂流入的排气的空燃比在浓空燃比和稀空燃比之间交替地变化的状况。
图6示出在EGR率被维持为中等程度(例如,上述规定的值REs附近)的情况下的排气净化催化剂的表面附近的样子。如图6的(a)所示,当浓空燃比的排气向排气净化催化剂流入时,排气净化催化剂的氧吸藏量减少,不久大致变为零(在图3的时刻t1近前的状态)。若在该状态下浓空燃比的排气流入,则由于在排气中包含未燃HC,因此在载体51、贵金属52周围附着HC。其结果,贵金属的活性降低,但是由于HC的附着量并不那么多,因此贵金属的活性的降低也并不那么大。
其后,如图6的(b)所示,当稀空燃比的排气向排气净化催化剂流入时,在排气净化催化剂中从其上游侧起依次吸藏氧。另外,随着氧的吸藏,附着于载体51、贵金属52周围的HC被氧化、净化。但是,如上述那样,向排气净化催化剂流入的排气的空燃比在氧吸藏量到达最大能吸藏氧量Cmax之前从稀空燃比被切换为浓空燃比(图3的时刻t2)。因此,在排气净化催化剂的下游侧的区域,附着于载体51、贵金属52周围的HC原样地残留。其结果,如图6的(b)所示,在区域51c上,HC微量附着而残留,在区域51a,较多的HC附着而残留。
其后,如图6的(c)所示,当浓空燃比的排气向排气净化催化剂流入时,在载体51、贵金属52周围再次附着HC。而且,如图6(d)所示,当稀空燃比的排气向排气净化催化剂流入时,随着氧的吸藏,HC被氧化、净化。然而,与图6的(b)所示的情况同样,在排气净化催化剂的下游侧HC原样地残留。此时的HC的总附着量,比上次向排气净化催化剂流入稀空燃比的排气时(图6的(b))增大。这样,HC在排气净化催化剂的表面上逐渐地附着下去。
然而,图6示出EGR率被维持为中等程度的情况。因此,向排气净化催化剂流入的排气中的HC浓度并不那么高。因此,如图6所示,未燃HC附着下去的速度并不那么快。另外,即使在排气净化催化剂的下游侧部分HC附着而残留,在车辆减速时等进行暂时停止来自燃料喷射阀11的燃料喷射的燃料切断控制时,附着的HC也会被氧化、净化,考虑到这一点,贵金属的活性极端降低的情况较少。
另一方面,图7示出在将EGR率维持得较高的情况下的排气净化催化剂的表面附近的样子。由图7可知,即使在将EGR率维持得较高的情况下,也与图6所示的EGR率被维持为中等程度的情况同样地,随着排气的空燃比交替地切换为浓空燃比和稀空燃比,反复进行HC向排气净化催化剂的载体51、贵金属52周围的附着和氧化、净化。
然而,在将EGR率维持得较高的情况下,向排气净化催化剂流入的排气中的HC浓度高。因此,如图7的(a)、(c)所示,在浓空燃比的排气向排气净化催化剂流入时,与EGR率被维持为中等程度的情况相比,较多的HC附着于载体51、贵金属52周围。其结果,如图7的(d)所示,在即使稀空燃比的排气向排气净化催化剂流入也没有吸藏氧的区域51a,在载体51、贵金属52周围大量的HC附着,尤其在该区域中,贵金属52等的活性降低。其结果,因HC中毒而使排气净化催化剂的净化能力降低,即使在排气净化催化剂中吸藏有某种程度的氧时,排气中的HC和NOx的一部分也会在排气净化催化剂中未被净化而原样地流出。
《第一实施方式中的空燃比控制》
因此,在第一实施方式涉及的排气净化装置中,在EGR率为预先设定的基准EGR率以上时,与其小于基准EGR率时相比,使切换基准吸藏量Cref变多。换言之,在本排气净化装置中,在EGR率为基准EGR率以上时与其小于基准EGR率时相比,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量多时,将向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换。再者,基准EGR率被设定为随着EGR率的增大而从内燃机主体排出的HC浓度变高的规定的EGR率区域X(在图5所示的例子中,为规定的值REs以上的EGR率区域。以下称为“特定EGR率区域”)内的值。
进行这样的控制的结果,在本排气净化装置中,在EGR率为基准EGR率以上时,与其小于基准EGR率时相比,向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比被设定为稀设定空燃比时的1次的持续时间变长。而且,在本排气净化装置中,在EGR率为基准EGR率以上时,与其小于基准EGR率时相比,使稀设定空燃比的稀程度较大。
图8为进行本实施方式涉及的空燃比控制时的EGR率等的、与图3同样的时间图。在图示的例子中,在时刻t3以前,EGR率RE小于基准EGR率REref,自时刻t3以后,EGR率RE变为基准EGR率REref以上。
如图8所示,在时刻t3以前,稀设定空燃比AFTlean被设定为较低的第1稀设定空燃比AFTlean1,另外,切换基准吸藏量Cref被设定为较小的第1切换基准吸藏量Cref1。因此,当在时刻t1下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变为浓判定空燃比AFrich以下时,将目标空燃比AFT设定为第1稀设定空燃比AFTlean1。其后,当累积氧过剩不足量ΣOED变为与第1切换基准吸藏量Cref1对应的第1切换基准值OEDref1以上时,将目标空燃比切换为浓设定空燃比AFTrich。此时,目标空燃比AFT被设定在第1稀设定空燃比AFTlean1的1次的持续期间(即,例如时刻t1~时刻t2的期间)被设为Δt1。
另一方面,自时刻t3以后,稀设定空燃比AFTlean被设定在比第1稀设定空燃比AFTlean1大的(稀程度高的)第2稀设定空燃比AFTlean2,另外,切换基准吸藏量Cref被设定为比第1切换基准吸藏量Cref1多的第2切换基准吸藏量Cref2。因此,当在时刻t4下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变为浓判定空燃比AFrich以下时,将目标空燃比AFT设定为第2稀设定空燃比AFTlean2。其后,当累积氧过剩不足量ΣOED变为与第2切换基准吸藏量Cref2对应的第2切换基准值OEDref2以上时,将目标空燃比切换为浓设定空燃比AFTrich。此时,目标空燃比AFT被设定在第2稀设定空燃比AFTlean2的1次的持续期间(即,例如时刻t4~时刻t5的期间)被设为比Δt1长的Δt2。
根据本实施方式,这样,在EGR率高时,使切换基准吸藏量Cref增大,由此能够尽可能地减小即使稀空燃比的排气向上游侧排气净化催化剂20流入也没有吸藏氧的区域(图7的(d)的区域51a)。由此,能够将发生HC中毒的区域抑制为较小。
而且,根据本实施方式,在EGR率高时,使稀设定空燃比的稀程度增大。通过这样地增大稀设定空燃比的稀程度,能够尽可能多地氧化、净化在载体51、贵金属52周围附着的HC。尤其是在EGR率高时,向上游侧排气净化催化剂20流入的排气中的HC浓度高,因此在部分地吸藏有氧的区域51c上HC也容易附着而残留。然而,通过增大稀设定空燃比AFTlean的稀程度,也能够将在这样的区域51c上附着的HC氧化、净化。
再者,在上述实施方式中,基于EGR率是否为基准EGR率以上而将切换基准吸藏量Cref及稀设定空燃比AFTlean按二阶段切换。然而,这些切换基准吸藏量Cref及稀设定空燃比AFTlean不一定需要按二阶段切换,也可以按多阶段切换或者如图9所示那样连续地切换。
图9为表示EGR率与切换基准吸藏量Cref及稀设定空燃比AFTlean的关系的图。如图9的(a)所示,在切换基准吸藏量Cref被连续地切换的情况下,在特定EGR率区域内,随着EGR率变高,使切换基准吸藏量Cref变多。另外,如图9的(b)所示,在稀设定空燃比AFTlean被连续地切换的情况下,在特定EGR率区域内,随着EGR率变高,使稀设定空燃比AFTlean变大(使稀设定空燃比AFTlean的稀程度变大)。
因此,在图9所示的例子中,以EGR率越高则上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA变得越(更)多之后将向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换的方式,控制向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比。另外,以EGR率越高则向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比被设为稀空燃比时的稀程度越大的方式,控制向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比。
综上所述,在本实施方式中,在EGR率处于特定EGR率区域内的情况下,以在EGR率相对高时与其相对低时相比,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA多时将向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换的方式,控制向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比。而且,在本实施方式中,在EGR率处于特定EGR率区域内的情况下,以EGR率相对高时与其相对低时相比,向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比被设为稀空燃比时的稀程度变大的方式,控制向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比。进而,在EGR率处于特定EGR率区域内的情况下,以EGR率相对高时与其相对低时相比,向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比被设为稀空燃比时的1次的持续时间变长的方式,控制向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比。
在上述实施方式中,在EGR率高时,使目标空燃比被设定为稀设定空燃比时的持续时间变长,并且使稀设定空燃比的稀程度变大。在此,从抑制HC中毒的观点出发,增大稀设定空燃比的稀程度较为有效,但是,若过于增大稀程度,则存在不能够在上游侧排气净化催化剂20中充分净化排气中的NOx的可能性。如上述实施方式那样,通过延长持续时间并且增大稀程度,能够减小增大稀程度的程度,因此能够可靠地抑制排气中的NOx,并且能够抑制HC中毒。
但是,在EGR率高时,如果最终切换基准吸藏量变多,则不一定需要变更这两者。因此,例如,也可以不增大稀设定空燃比的稀程度而延长持续时间,也可以不延长持续时间而增大稀设定空燃比的稀程度。
《流程图的说明》
图10为表示根据EGR率来设定切换基准吸藏量Cref及稀设定空燃比AFTlean的EGR率对应控制的控制程序的流程图。图示的控制程序以一定时间间隔来执行。
首先,在步骤S31中,算出EGR率RE。EGR率RE的计算能够利用各种方法来进行。EGR率例如基于空气流量计39的输出、EGR控制阀26的开度、节流阀18的开度等来算出。
接着,在步骤S32中,判定在步骤S31中算出的EGR率RE是否小于基准EGR率REref。在判定为EGR率RE小于基准EGR率REref的情况下,进入至步骤S33。在步骤S33中,将累积氧过剩不足量ΣOED设定为与第1切换基准吸藏量Cref1对应的第1切换基准值OEDref1。接着,在步骤S34中,将稀设定空燃比AFTlean设定为第1稀设定空燃比AFTlean1,结束控制程序。
另一方面,在步骤S32中,在判定为EGR率RE为基准EGR率REref以上的情况下,进入至步骤S35。在步骤S35中,将累积氧过剩不足量ΣOED设定为与第2切换基准吸藏量Cref2对应的第2切换基准值OEDref2(>OEDref1)。接着,在步骤S36中,将稀设定空燃比AFTlean设定为第2稀设定空燃比AFTlean2(>AFTlean1),结束控制程序。
在步骤S33及步骤S35中所设定的累积氧过剩不足量ΣOED,在图4的步骤S17中被使用。另外,在步骤S34及S36中所设定的稀设定空燃比AFTlean,在图4的步骤S15及S18中被使用。
<第二实施方式>
接着,参照图11~图14,对第二实施方式涉及的排气净化装置进行说明。第二实施方式涉及的排气净化装置的构成及控制,基本上与第一实施方式涉及的排气净化装置的构成及控制同样,因此,以下以与第一实施方式涉及的排气净化装置不同的部分为中心进行说明。
《基本的控制》
首先,说明第二实施方式涉及的排气净化装置中的基本的空燃比控制的概要。在第一实施方式涉及的空燃比控制中,在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变为浓空燃比时,将目标空燃比从浓设定空燃比切换为稀设定空燃比。与此相对,在本实施方式中,在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA变为大于零的下限吸藏量Clref以下时,将目标空燃比从浓设定空燃比切换为稀设定空燃比,并且,在氧吸藏量OSA变为小于最大能吸藏氧量Cmax的上限吸藏量Curef以上时,将目标空燃比从稀设定空燃比切换为浓设定空燃比。再者,氧吸藏量OSA的计算,通过不将如上述那样算出的氧过剩不足量复位而继续地累积来进行。
参照图11,对如上述那样的操作进行具体说明。图11为进行本实施方式的基本的空燃比控制时的目标空燃比AFT等的时间图。在图示的例子中,在时刻t1以前的状态,目标空燃比AFT被设定为浓设定空燃比AFTrich,由此,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA逐渐地减少下去,不久在时刻t1到达下限吸藏量Clref。
在本实施方式中,当氧吸藏量OSA到达下限吸藏量Clref时,为了使氧吸藏量OSA增大,将目标空燃比AFT切换为稀设定空燃比AFTlean。其结果,在氧吸藏量OSA接近于零从而未燃HC等的一部分从上游侧排气净化催化剂20开始流出之前,目标空燃比被切换为稀空燃比。因此,抑制了未燃HC等从上游侧排气净化催化剂20流出。
当在时刻t1将目标空燃比切换为稀空燃比时,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA逐渐地增大,不久在时刻t2到达上限吸藏量Curef(相当于第一实施方式的切换基准吸藏量Cref)。在本实施方式中,当氧吸藏量OSA到达上限吸藏量Curef时,为了使氧吸藏量减少,将目标空燃比AFT切换为浓设定空燃比。其结果,在氧吸藏量OSA接近于最大能吸藏氧量从而NOx等的一部分从上游侧排气净化催化剂20开始流出之前,将目标空燃比切换为浓空燃比。因此,抑制了NOx等从上游侧排气净化催化剂20流出。当将目标空燃比AFT切换为浓设定空燃比AFTrich时,其后,在t3,与t1同样,氧吸藏量OSA到达下限吸藏量Clref,目标空燃比AFT被切换为稀设定空燃比AFTlean。其后,反复进行上述的t1~t3的循环。
图12为表示目标空燃比设定控制的控制程序的流程图。图示的控制程序以一定时间间隔(例如数毫秒)来执行。图12的步骤S41、S42、S44~S46及S48~S50,分别与图4的步骤S11、S12、S14~S16及S18~S20同样,因此省略说明。
在步骤S43中,利用与累积氧过剩不足量的计算方法同样的方法推定目前的氧吸藏量OSA,并且判定所推定出的氧吸藏量OSA是否为下限吸藏量Clref以下。在判定为氧吸藏量OSA多于下限吸藏量Clref的情况下,进入至步骤S44。另一方面,在步骤S43判定为氧吸藏量OSA为下限吸藏量Clref以下的情况下,进入至步骤S45。
另外,在步骤S47中,判定所推定出的氧吸藏量OSA是否为上限吸藏量Curef以上。在判定为氧吸藏量OSA小于上限吸藏量Curef的情况下,进入至步骤S48。另一方面,在步骤S47中判定为氧吸藏量OSA为上限吸藏量Curef以上的情况下,进入至步骤S49。
《第二实施方式中的空燃比控制》
在第二实施方式涉及的排气净化装置中,在EGR率为预先设定的基准EGR率以上时,与其小于基准EGR率时相比,使切换基准吸藏量Cref变多。其结果,在本排气净化装置中,在EGR率为特定EGR率区域内的基准EGR率以上时,与其小于基准EGR率时相比,向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比被设定为稀设定空燃比时的持续时间变长。而且,在本排气净化装置中,在EGR率为基准EGR率以上时,与其小于基准EGR率时相比,使稀设定空燃比的稀程度变大。
图13为进行本实施方式涉及的空燃比控制时的EGR率等的、与图11同样的时间图。在图示的例子中,在时刻t3以前,EGR率RE小于基准EGR率REref,自时刻t3以后,EGR率RE变为基准EGR率REref以上。
如图13所示,在时刻t3以前,稀设定空燃比AFTlean被设定为较低的第1稀设定空燃比AFTlean1,另外,上限吸藏量Curef被设定为较小的第1上限吸藏量Curef1。因此,当在时刻t1上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA变为下限吸藏量Clref以下时,目标空燃比AFT被设定为第1稀设定空燃比AFTlean1。其后,当氧吸藏量OSA变为第1上限吸藏量Curef1以上时,目标空燃比AFT被切换为浓设定空燃比AFTrich。此时,将目标空燃比AFT设定在第1稀设定空燃比AFTlean1的1次的持续期间(即,例如时刻t1~时刻t2的期间)被设为Δt1。
另一方面,自时刻t3以后,稀设定空燃比AFTlean被设定为大于第1稀设定空燃比AFTlean1的第2稀设定空燃比AFTlean2,另外,上限吸藏量Curef被设定为多于第1上限吸藏量Curef1的第2上限吸藏量Curef2。因此,当在时刻t4氧吸藏量OSA变为下限吸藏量Clref以下时,目标空燃比AFT被设定为第2稀设定空燃比AFTlean2。其后,当上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA变为第2上限吸藏量Curef2以上时,目标空燃AFT比被切换为浓设定空燃比AFTrich。此时,将目标空燃比AFT设定为第2稀设定空燃比AFTlean2的1次的持续期间(即,例如时刻t4~时刻t5的期间)被设为比Δt1长的Δt2。
在本实施方式中,在EGR率高时,通过使上限吸藏量Curef增大,能够将发生HC中毒的区域抑制为较小。另外,在EGR率高时,通过增大稀设定空燃比的稀程度,能够尽可能多地氧化、净化附着于载体51、贵金属52周围的HC。
再者,在本实施方式中,上限吸藏量Curef及稀设定空燃比AFTlean也可以按多阶段切换或被连续地切换。另外,在本实施方式中,如果在EGR率高时上限吸藏量变多,则也可以仅变更目标空燃比被设定为稀设定空燃比时的1次的持续时间和稀设定空燃比中的一方。
图14为表示根据EGR率来设定上限吸藏量Curef及稀设定空燃比AFTlean的EGR率对应控制的控制程序的流程图。图示的控制程序以一定时间间隔来执行。图14的步骤S51、S52、S54及S56,分别与图10的步骤S31、S32、S34及S36同样,因此省略说明。
在图14所示的控制程序中,代替图10的步骤S33而执行步骤S53,代替图10的步骤S35而执行步骤S55。在步骤S53中,上限吸藏量Curef被设定为第1上限吸藏量Curef1。另外,在步骤S55中,上限吸藏量Curef被设定为第2上限吸藏量Curef2(>Curef1)。
<第三实施方式>
接着,参照图15及图16,对第三实施方式涉及的排气净化装置进行说明。第三实施方式涉及的排气净化装置的构成及控制,基本上与第一实施方式及第二实施方式涉及的排气净化装置的构成及控制同样,因此,以下以与第一实施方式及第二实施方式涉及的排气净化装置不同的部分为中心进行说明。
《基本的控制》
首先,说明第三实施方式涉及的排气净化装置中的基本的空燃比控制的概要。在第一实施方式涉及的空燃比控制中,在累积氧过剩不足量ΣOED到达切换基准量OEDref时,将目标空燃比从稀设定空燃比切换为浓设定空燃比。与此相对,在本实施方式中,在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变为稀空燃比时,将目标空燃比从稀设定空燃比切换为浓设定空燃比,并且,在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变为浓空燃比时,将目标空燃比从浓设定空燃比切换为稀设定空燃比。在本实施方式中,在下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变为比理论空燃比稍稀的稀判定空燃比(例如14.65)以上时,判断为下游侧空燃比传感器41的输出空燃比变为了稀空燃比。
参照图15,对上述的操作进行具体说明。图15为进行本实施方式的基本的空燃比控制时的目标空燃比AFT等的时间图。在图示的例子中,在时刻t1以前的状态,目标空燃比AFT被设定为浓设定空燃比AFTrich,由此,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAfr逐渐地减少下去,终于在时刻t1,下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn到达浓判定空燃比AFrich。
在本实施方式中,当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn到达浓判定空燃比Africh时,为了使氧吸藏量OSAfr增大,将目标空燃比AFT切换为稀设定空燃比AFTlean。此时,从上游侧排气净化催化剂20暂时地流出浓空燃比的排气,该浓空燃比的排气向下游侧排气净化催化剂24流入。其结果,在时刻t1附近,下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr减少。
当在时刻t1目标空燃比AFT被切换为稀设定空燃比AFTlean时,自时刻t1以后,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAfr逐渐地增大下去,终于在时刻t2,下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn到达稀判定空燃比AFlean。
在本实施方式中,当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn到达稀判定空燃比Aflean时,为了使氧吸藏量OSAfr减少,将目标空燃比AFT切换为浓设定空燃比AFTrrich。此时,从上游侧排气净化催化剂20暂时地流出稀空燃比的排气,该稀空燃比的排气向下游侧排气净化催化剂24流入。其结果,在时刻t2附近,下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr增大。其后,反复进行上述的t1~t2的循环。
《第三实施方式中的空燃比控制》
在进行了如图15所示那样的控制的情况下,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAfr定期性地到达最大吸藏可能氧量Cmax。因此,在上游侧排气净化催化剂20中,即使在载体51及贵金属52上暂时地附着HC,在氧吸藏量OSAfr到达最大能吸藏氧量Cmax时,附着的HC也基本上被氧化、净化。因此,在上游侧排气净化催化剂20中难以发生HC中毒。
另一方面,在EGR率高从而从燃烧室5排出的排气中的HC浓度高的情况下,在上游侧排气净化催化剂20中,HC不一定被完全地净化,一部分的HC会向下游侧排气净化催化剂24流入。因此,若将下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr以中等程度维持为恒定,则存在下游侧排气净化催化剂24的一部分发生HC中毒的可能性。
因此,在第三实施方式的排气净化装置中,以在EGR率为特定EGR率区域内的预先设定的基准EGR率以上时,与其小于基准EGR率时相比,在下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr平均性地多的状态下,向下游侧排气净化催化剂24流入的排气的空燃比在浓空燃比和稀空燃比之间变化的方式,进行目标空燃比的控制。因此,在第三实施方式的排气净化装置中,以在EGR率为预先设定的基准EGR率以上时,与其小于基准EGR率时相比,下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr多时将向下游侧排气净化催化剂24流入的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换的方式,控制向下游侧排气净化催化剂24流入的排气的空燃比。
图16为进行本实施方式涉及的空燃比控制时的EGR率等的、与图15同样的时间图。在图示的例子中,在时刻t3以前,EGR率RE小于基准EGR率REref,在时刻t3以后,EGR率RE变为基准EGR率REref以上。
如图16所示,时刻t3以前,在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAfr到达最大能吸藏氧量Cmax附近从而从上游侧排气净化催化剂20流出浓空燃比的排气时(例如,时刻t2附近)以使得下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr变为第1切换基准吸藏量Cref1的方式将目标空燃比AFT交替地设定为浓设定空燃比AFTrich和稀设定空燃比AFTlean。
另一方面,当在时刻t3,EGR率RE变为基准EGR率REref以上时,在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAfr到达最大能吸藏氧量Cmax附近从而从上游侧排气净化催化剂20流出浓空燃比的排气时,以下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr变为比第1切换基准吸藏量Cref1多的第2切换基准吸藏量Cref2的方式,将目标空燃比AFT交替地设定为浓设定空燃比AFTrich和稀设定空燃比AFTlean。
具体而言,自时刻t3以后,当下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn到达浓判定空燃比Africh时,将目标空燃比AFT切换为稀设定空燃比AFTlean。其后,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAfr逐渐增大,在时刻t5下游侧空燃比传感器41的输出空燃比AFdwn到达稀判定空燃比AFlean。然而,若在该时间点将目标空燃比AFT从稀设定空燃比AFTlean切换为浓设定空燃比AFTrich,则下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr不会增大至第2切换基准吸藏量Cref2。
因此,在本实施方式中,在下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr到达第2切换基准吸藏量Cref2附近之前,即使下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn变为稀判定空燃比AFlean以上,也将目标空燃比AFT维持在稀设定空燃比AFTlean。由此,下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr逐渐增大,不久在时刻t6到达第2切换基准吸藏量Cref2附近。
在本实施方式中,当下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr到达第2切换基准吸藏量Cref2附近时,将目标空燃比AFT切换为浓设定空燃比AFTrich。由此,从上游侧排气净化催化剂20排出的排气的空燃比从稀空燃比变化为理论空燃比,其结果,下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr被维持为第2切换基准吸藏量Cref2。其后,进行与图15所示的控制同样的控制,因此,下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr在第2切换基准吸藏量Cref2和比其少的规定量之间交替地变化。
再者,在本实施方式中,其后,在EGR率RE小于基准EGR率REref时,即使下游侧空燃比传感器41的输出空燃比Afdwn变为浓判定空燃比AFrich以下,也暂时地将目标空燃比AFT维持在浓设定空燃比AFTrich。由此,能够使下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr减少。
根据本实施方式,在EGR率高时,以多的状态维持下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSArr。由此,能够抑制下游侧排气净化催化剂24的HC中毒。
再者,在上述实施方式中,基于EGR率是否为基准EGR率以上,将下游侧排气净化催化剂24的切换基准吸藏量Cref按二阶段切换。然而,在本实施方式中,切换基准吸藏量Cref等也不一定需要按二阶段切换,也可以按多阶段切换或如图9所示那样被连续地切换。
综上所述,在本实施方式中,在EGR率处于特定EGR率区域内的情况下,以在EGR率相对高时与其相对低时相比,下游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA多时,将向下游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换的方式,控制向下游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比。
<第四实施方式>
接着,参照图17及图18,对第四实施方式涉及的排气净化装置进行说明。第四实施方式涉及的排气净化装置的构成及控制,基本上与第一实施方式~第三实施方式涉及的排气净化装置的构成及控制同样,因此以下以与第一实施方式~第三实施方式涉及的排气净化装置不同的部分为中心进行说明。
在第4实施方式涉及的排气净化装置中,在EGR率小于特定EGR率区域内的预先设定的基准EGR率时,将目标空燃比AFT恒定地维持为理论空燃比。因此,此时,控制向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比以使其变为理论空燃比。
另一方面,在EGR率为基准EGR率以上时,进行将目标空燃比AFT设定为浓空燃比和稀空燃比的主动控制。即,在本实施方式中,在EGR率为基准EGR率以上时,控制向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比以使向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比在浓空燃比和稀空燃比之间交替地切换。作为此时进行的主动控制,可以进行图3所示的控制、图11所示的控制和图15所示的控制中的任一种控制。
图17为进行本实施方式涉及的空燃比控制时的EGR率等的、与图13同样的时间图。在图示的例子中,在时刻t1以前,EGR率RE小于基准EGR率REref,在时刻t1以后,EGR率RE变为基准EGR率REref以上。另外,在图17所示的例子中,作为主动控制,示出了进行如图11所示那样的控制的情况。
如图17所示,在EGR率RE小于基准EGR率REref的时刻t1以前,目标空燃比AFT被恒定地维持为理论空燃比。因此,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA也被维持在恒定的状态。
另一方面,当在时刻t1,EGR率RE变为基准EGR率REref以上时,开始主动控制。在图17所示的例子中,在时刻t1将目标空燃比AFT设定为浓设定空燃比AFTrich。其后,当在时刻t2上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA到达下限吸藏量Clref时,目标空燃比AFT被切换为稀设定空燃比AFTlean。然后,当在时刻t3上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA到达上限吸藏量Curef时,目标空燃比AFT被切换为浓设定空燃比AFTrich。EGR率RE为基准EGR率REref以上的期间持续进行主动控制。
根据本实施方式,在EGR率为中等程度以下、难以发生HC中毒时,将目标空燃比维持为恒定,其结果,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA也被恒定地维持为中等程度的量。另一方面,在EGR率高、容易发生HC中毒时,进行主动控制,其结果,与EGR率低时相比,上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSA的最大值增大,因此能够抑制上游侧排气净化催化剂20的HC中毒。
图18为表示根据EGR率来变更目标空燃比的设定方法的EGR率对应控制的控制程序的流程图。图示的控制程序以一定时间间隔来执行。
首先,在步骤S61中,算出EGR率RE,接着,在步骤S62中,判定在步骤S61中算出的EGR率RE是否小于基准EGR率REref。在判定为EGR率RE小于基准EGR率REref的情况下,进入至步骤S63。在步骤S63中,将目标空燃比设定为理论空燃比,结束控制程序。另一方面,在步骤S62中判定为EGR率RE为基准EGR率REref以上的情况下,进入至步骤S64。在步骤S64中执行主动控制。具体而言,采用图4、图12所示的控制程序来执行目标空燃比的设定。
再者,作为本实施方式的主动控制,也可以进行上述的第一实施方式~第三实施方式涉及的控制。因此,例如在主动控制中也可以根据EGR率来使切换基准吸藏量变化。
Claims (6)
1.一种内燃机的排气净化装置,具备:
排气净化催化剂,其配置于内燃机的排气通路,且能够吸藏氧;和
控制装置,其算出向所述内燃机的燃烧室供给的进气的EGR率,并且控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比,
所述控制装置,将向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比在比理论空燃比浓的浓空燃比和比理论空燃比稀的稀空燃比之间交替地切换,并且在随着EGR率的增大而从内燃机主体排出的HC浓度变高的规定的EGR率区域,以所述算出的EGR率相对高时与其相对低时相比,在所述排气净化催化剂的氧吸藏量更多时将向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换的方式,控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比。
2.根据权利要求1所述的内燃机的排气净化装置,
所述控制装置,在所述规定的EGR率区域,以所述算出的EGR率越高,则所述排气净化催化剂的氧吸藏量越变得更多之后将向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比从稀空燃比向浓空燃比切换的方式,控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的排气净化装置,
所述控制装置,在所述规定的EGR率区域,以所述算出的EGR率相对高时与其相对低时相比,向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比被设为稀空燃比时的稀程度变大的方式,控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比。
4.根据权利要求3所述的内燃机的排气净化装置,
所述控制装置,在所述规定的EGR率区域,以所述算出的EGR率越高则向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比被设为稀空燃比时的稀程度越大的方式,控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比。
5.根据权利要求1~4的任一项所述的内燃机的排气净化装置,
所述控制装置,在所述规定的EGR率区域,以所述算出的EGR率相对高时与其相对低时相比,向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比被设为稀空燃比时的1次的持续时间变长的方式,控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比。
6.一种内燃机的排气净化装置,具备:
排气净化催化剂,其配置于内燃机的排气通路,且能够吸藏氧;和
控制装置,其算出向所述内燃机的燃烧室供给的进气的EGR率,并且控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比,
所述控制装置,在所述算出的EGR率比随着EGR率的增大而从内燃机主体排出的HC浓度变高的规定的EGR率区域内的预先设定的基准EGR率低时,控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比以使其变为理论空燃比,在所述算出的EGR率为预先设定的基准EGR率以上时,控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比以使向排气净化催化剂流入的排气的空燃比在比理论空燃比浓的浓空燃比和比理论空燃比稀的稀空燃比之间交替地切换。
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