JP2004076686A

JP2004076686A - Gas fuel internal combustion engine

Info

Publication number: JP2004076686A
Application number: JP2002240637A
Authority: JP
Inventors: Kazuji Tsuruya; 鶴谷　和司; Mitsuyuki Honda; 本田　光之; Yukihiro Tsukasaki; 塚▲崎▼　之弘; Takamitsu Asanuma; 浅沼　孝充
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: JP4182705B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To surely minimize the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from a combustion chamber in the use of gas fuel. <P>SOLUTION: In this gas fuel internal combustion engine in which the air-fuel ratio of air-fuel mixture to be burnt in the combustion chamber is kept at a lean air-fuel ratio, an NOx catalyst is arranged in its exhaust passage. When the accumulated NOx quantity in the NOx catalyst exceeds an allowable quantity, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber is temporarily switched to a rich air-fuel ratio. A part (QRc) of the fuel increment necessary for switching the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber from the lean air-fuel ratio to the rich air-fuel ratio is injected in the initial stage of a compression stroke, and the remainder (QRp) is injected in a combustion stroke. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はガス燃料内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーン空燃比に維持されているガソリン内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を配置し、燃焼室内に燃料即ちガソリンを直接噴射する燃料噴射弁を設け、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるために、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的に前記リーン空燃比よりもリッチに切り替えるようにしたガソリン内燃機関が知られている。
【０００３】
燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーンに維持されているときにはＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比もリーンに維持されており、従ってこのとき排気ガス中に含まれるＮＯ_ＸはＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられる。ところが、時間の経過と共にＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘの量が増大し、ＮＯ_Ｘ触媒が蓄えうるＮＯ_Ｘの量が減少する。そこで上述の内燃機関では、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しかつＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるために、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的にリッチに切り替え、ＮＯ_Ｘ触媒内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチになるようにしている。この場合、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比が、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘを十分に還元しかつＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を十分に減少させるために必要なリッチ空燃比に一時的に切り替えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば圧縮天然ガス（以下、ＣＮＧという）のようなガス燃料を用いたガス燃料内燃機関も従来から知られており、このガス燃料内燃機関にも上述した技術を適用できると考えられる。
【０００５】
しかしながら、例えばＣＮＧは空燃比がリッチの場合にガソリンに比べて失火しやすく、ガス燃料内燃機関において燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比を、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘを十分に還元しかつＮＯ_Ｘ触媒内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を十分に減少させるために必要なリッチ空燃比まで低下させると、失火する恐れがある。
【０００６】
そこで本発明の目的は、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を確実に小さくすることができるガス燃料内燃機関を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリーン空燃比に維持されるガス燃料内燃機関において、筒内にガス燃料を直接噴射するガス燃料噴射弁を設け、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を前記リーン空燃比よりもリッチに設定される目標空燃比に一時的に切り替えるために、燃焼行程又は排気行程にガス燃料噴射弁からガス燃料を二次的に噴射するようにしている。
【０００８】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を前記リーン空燃比から前記目標空燃比に切り替えるのに必要な燃料増分のうちの一部を吸気行程又は圧縮行程に噴射し、残りを燃焼行程又は排気行程に二次的に噴射するようにしている。
【０００９】
また、３番目の発明によれば２番目の発明において、前記目標空燃比をリッチ限界よりもリッチに設定すると共に、燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比がリッチ限界又はリッチ限界よりもわずかばかりリーンになるように、前記燃料増分のうち吸気行程又は圧縮行程に噴射されるガス燃料の量を設定している。
【００１０】
また、４番目の発明によれば１番目の発明において、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を前記リーン空燃比から前記目標空燃比に切り替えるのに必要な燃料増分の全てを燃焼行程又は排気行程に二次的に噴射するようにしている。
【００１１】
また、５番目の発明によれば１番目の発明において、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量が減少するＮＯ_Ｘ触媒を排気通路内に配置し、前記目標空燃比を、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元して蓄えられているＮＯ_Ｘの量を減少させるために必要なリッチ空燃比に設定している。
【００１２】
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯのような還元剤との比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
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は吸気ポート、８は排気ポート、９は点火栓を夫々示す。吸気ポート７は対応する吸気枝管１０を介してサージタンク１１に連結され、サージタンク１１は吸気ダクト１２を介してエアクリーナ１３に連結される。吸気ダクト１２内にはステップモータ１４により駆動されるスロットル弁１５が配置される。一方、排気ポート８は排気マニホルド１６及び排気管１７を介して触媒コンバータ１８に接続される。この触媒コンバータ１８内にはＮＯ_Ｘ触媒１８ａが収容されている。
【００１４】
図１及び図２に示されるように、点火栓９はシリンダヘッド３の内壁面のほぼ中央部に配置される。これに対し、燃料噴射弁６はシリンダヘッド３の内壁面の周縁部に配置され。また、ピストン４の頂面上には、燃料噴射弁６の下方から点火栓９の下方まで延びる凹溝４ａが形成される。
【００１５】
燃料噴射弁６は筒内にガス燃料を直接噴射するためのものである。図１に示されるように、各燃料噴射弁６は共通の燃料デリバリパイプ１９に連結され、燃料デリバリパイプ１９はレギュレータ２０を介してガス燃料貯留部即ちボンベ２１に連結される。ガス燃料ボンベ２１内のガス燃料はレギュレータ２０により予め定められた圧力まで減圧された後に燃料デリバリパイプ１９に供給され、次いで燃料噴射弁６から機関に供給される。なお、図１に示される内燃機関では、ガス燃料としてＣＮＧが用いられる。しかしながら、他のガス燃料を用いることもできる。
【００１６】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、及び出力ポート３７を具備する。サージタンク１１には、サージタンク１１内の吸気圧力に比例した出力電圧を発生する圧力センサ４０が取り付けられる。この圧力センサ４０の出力信号は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。アクセルペダル（図示しない）にはアクセルペダルの踏込み量に比例した出力電圧を発生する踏み込み量センサ４１が接続され、踏み込み量センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３５に入力される。このアクセルペダルの踏み込み量は要求負荷を表している。また、入力ポート３６にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介して燃料噴射弁６、点火栓９、及びステップモータ１４にそれぞれ接続される。
【００１７】
触媒コンバータ１８内に収容されているＮＯ_Ｘ触媒１８ａは例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。
【００１８】
ＮＯ_Ｘ触媒は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯ_Ｘを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ_Ｘを還元して蓄えているＮＯ_Ｘの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【００１９】
ＮＯ_Ｘ触媒の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００２０】
即ち、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ_２がＯ_２ ⁻又はＯ^２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ_２ ⁻又はＯ^２−と反応し、ＮＯ_２となる（ＮＯ＋Ｏ_２→ＮＯ_２＋Ｏ^＊、ここでＯ^＊は活性酸素）。次いで生成されたＮＯ_２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯ_Ｘ触媒内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でＮＯ_Ｘ触媒内に拡散する。このようにしてＮＯ_ＸがＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられる。
【００２１】
これに対し、ＮＯ_Ｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ_２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ＋２Ｏ^＊）に進み、斯くしてＮＯ_Ｘ触媒内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯの形でＮＯ_Ｘ触媒から放出される。この放出されたＮＯ_Ｘは排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ_Ｘが存在しなくなるとＮＯ_Ｘ触媒から次から次へとＮＯ_Ｘが放出されて還元され、ＮＯ_Ｘ触媒内に蓄えられているＮＯ_Ｘの量が次第に減少する。
【００２２】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯ_Ｘを蓄え、ＮＯ_Ｘを放出することなくＮＯ_Ｘを還元することも可能である。また、活性酸素Ｏ^＊に着目すれば、ＮＯ_Ｘ触媒はＮＯ_Ｘの蓄積及び放出に伴って活性酸素Ｏ^＊を生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。
【００２３】
図３は図１の内燃機関の要求燃料量ＱＦを示している。この要求燃料量ＱＦは例えば燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比を目標となるリーン空燃比に維持しながら要求負荷Ｌに見合う機関出力を得るために必要な燃料量であり、要求負荷Ｌが高くなるにつれて大きくなる。
【００２４】
本発明による実施例では、図４に示されるように、例えば機関回転数Ｎと要求負荷Ｌとにより定められる機関運転領域が機関回転数Ｎの関数として定められる設定負荷Ｘ（Ｎ）により二つの領域に分割されており、即ち低負荷側の第１領域Ｉと高負荷側の第２領域ＩＩとに分割されている。
【００２５】
機関運転状態が第１領域Ｉ内にあるときには図５（Ａ）に示されるように、圧縮行程末期に要求燃料量ＱＦだけ燃料噴射弁６からピストン４の凹溝４ａ内にガス燃料が噴射される。この場合の噴射燃料Ｆは凹溝４ａの内壁面により案内されて点火栓９周りに向かい、その結果点火栓９周りに混合気が形成される。このとき、混合気周りの燃焼室５内には空気の層又は空気及びＥＧＲガスの層が形成されており、燃焼室５内に形成される混合気の平均空燃比はリーンになっている。次いで、この混合気が点火栓９により着火せしめられる。
【００２６】
一方、機関運転状態が第２領域ＩＩ内にあるときには図５（Ｂ）に示されるように、圧縮行程初期に要求燃料量ＱＦだけ燃料噴射弁６からガス燃料が噴射される。この場合の噴射燃料Ｆは燃焼室５内全体をほぼ一様に満たす混合気を形成する。次いでこの混合気は点火栓９により着火せしめられる。
【００２７】
この場合、多量の空気を吸入し次いで吸気弁が閉弁された後にガス燃料が噴射されることになるので、多量の空気を吸入することができる。しかしながら、燃焼室５内全体をほぼ一様に満たす混合気を形成するために、燃料噴射弁６から吸気行程にガス燃料を噴射するようにしてもよい。また、第２領域ＩＩのうちの低負荷側の領域において、ガス燃料を圧縮行程初期もしくは吸気行程と圧縮行程末期との２回に分けて噴射する、いわゆる二分割噴射を行うこともできる。
【００２８】
図１に示される内燃機関では通常、燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンに維持されており、ＮＯ_Ｘ触媒１８ａ内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されている。その結果、排気ガス中のＮＯ_ＸはＮＯ_Ｘ触媒１８ａ内に蓄えられる。
【００２９】
時間の経過と共にＮＯ_Ｘ触媒１８ａ内の蓄積ＮＯ_Ｘ量は次第に増大する。そこで本発明による実施例では、例えばＮＯ_Ｘ触媒１８ａ内の蓄積ＮＯ_Ｘ量が許容量を越えたときにはＮＯ_Ｘ触媒１８ａ内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒１８ａ内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるために、ＮＯ_Ｘ触媒１８ａ内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるようにしている。
【００３０】
本発明による実施例では、機関運転状態が上述した第１領域Ｉ内にあるときにＮＯ_Ｘ触媒１８内の蓄積ＮＯ_Ｘ量が許容量を越えると、ＮＯ_Ｘ触媒１８ａ内に流入する排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる。第１領域Ｉでは吸入空気量が比較的少ないので、このようにするとＮＯ_Ｘ触媒１８ａ内に流入する排気ガスの空燃比をリッチに切り替えるのに必要なガス燃料量を低減することができる。
【００３１】
ＮＯ_Ｘ触媒１８ａ内に流入する排気ガスの空燃比をリッチに切り替えるために、本発明による実施例では燃料噴射弁６から追加のガス燃料が噴射され、従って燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比がリッチに切り替えられる。
【００３２】
ここで、ＮＯ_Ｘ触媒１８内に蓄えられているＮＯ_Ｘを確実に還元しかつＮＯ_Ｘ触媒１８内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を例えばほぼゼロまで減少させるのに必要なリッチ空燃比を必要リッチ空燃比と称すると、本発明による実施例では燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比を一時的に必要リッチ空燃比に切り替えるようにしている。
【００３３】
燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比を必要リッチ空燃比にするためには、燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比をこの必要リッチ空燃比にすればよい。ところが、この必要リッチ空燃比は図１に示される内燃機関のリッチ限界、即ち失火しない許容最小リッチ空燃比よりもリッチになっており、従って燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比を必要リッチ空燃比にすることができない。
【００３４】
そこで本発明による実施例では、ＮＯ_Ｘ触媒１８内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるべきときには、図６に実線で示されるように燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比ＡＦＭをほぼリッチ限界にすると共に、燃焼行程又は排気行程にガス燃料を二次的に噴射することにより、図６に破線で示されるように燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比ＡＦＥが必要リッチ空燃比になるようにしている。
【００３５】
なお、リッチ限界は機関の形式や燃料の種類などによって変動し、正確にどのくらいかはわからない。しかしながら、特定の内燃機関においてＣＮＧを用いた場合のリッチ限界は例えば１４．０から１４．５程度である。ここで、ＣＮＧの理論空燃比は約１６．８である。
【００３６】
一方、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比ＡＦＥを必要リッチ空燃比に切り替えるのに必要な追加のガス燃料量が図３においてＱＲで示されている。本発明による実施例では、この追加のガス燃料量ＱＲのうち一部が圧縮行程初期又は吸気行程に燃料噴射弁６から噴射され、残りが燃焼行程又は排気行程に噴射される。言い換えると、追加のガス燃料量ＱＲが２回に分けて噴射される。この場合、圧縮行程初期又は吸気行程に噴射される追加のガス燃料量は燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比ＡＦＭをリッチ限界にするのに必要なガス燃料量である。
【００３７】
圧縮行程初期又は吸気行程に噴射される追加のガス燃料は圧縮行程末期に噴射されるガス燃料により点火栓９周りに形成される混合気を囲む希薄混合気を形成する。一方、燃焼行程又は排気行程に噴射される追加のガス燃料は機関出力に寄与しない。
【００３８】
図７は本発明による実施例における燃料噴射時期の一例を示しており、図７（Ａ）は通常運転時の場合を示しており、図７（Ｂ）は燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比ＡＦＥをリッチにすべき場合を示している。図７（Ａ）に示される例では、要求負荷Ｌが設定負荷Ｘ（Ｎ）よりも低い第１領域Ｉでは圧縮行程末期にガス燃料が要求燃料量ＱＦだけ噴射され、要求負荷Ｌが設定負荷Ｘ（Ｎ）よりも高い第２領域ＩＩでは圧縮行程初期にガス燃料が要求燃料量ＱＦだけ噴射される。また、図７（Ｂ）に示される例では、ＮＯ_Ｘ触媒１８内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるために、第１領域Ｉにおいて、圧縮行程初期に追加のガス燃料量ＱＲの一部ＱＲｃが要求燃料量ＱＦと共に噴射され、燃焼行程に追加のガス燃料量ＱＲの残りＱＲｐが噴射される。
【００３９】
図８は図７に示される実施例を実行するための噴射制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。図８を参照すると、まずステップ１００では要求負荷Ｌが設定負荷Ｘ（Ｎ）よりも低いか否か、即ち機関運転状態が第１領域Ｉ内にあるか否かが判別される。Ｌ＜Ｘ（Ｎ）のとき、即ち機関運転状態が第１領域Ｉ内にあるときには次いでステップ１０１に進み、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるべきか否かが判別される。燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるべきときにはステップ１０２に進み、圧縮行程初期に要求燃料量ＱＦ及び追加のガス燃料量ＱＲの一部が噴射され、燃焼行程に追加のガス燃料量ＱＲの残りが噴射される。一方、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるべきときでないときにはステップ１０３に進み、圧縮行程末期にガス燃料が要求燃料量ＱＦだけ噴射される。これに対し、Ｌ≧Ｘ（Ｎ）のとき、即ち機関運転状態が第２領域ＩＩ内にあるときにはステップ１００からステップ１０４に進み、圧縮行程初期にガス燃料が要求燃料量ＱＦだけ噴射される。
【００４０】
上述した本発明による実施例では、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比を一時的に必要リッチ空燃比に切り替えるために、燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的にリッチ限界に切り替えている。しかしながら、この場合、燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比をリッチ限界よりもリーン側のリッチ空燃比、理論空燃比、又はリーン空燃比に切り替えるようにすることもできる。
【００４１】
このことは追加のガス燃料量ＱＲのうち燃焼行程又は排気行程に噴射される追加のガス燃料量の割合を多くし、追加のガス燃料ＱＲのうち圧縮行程初期又は吸気行程に噴射される追加のガス燃料量の割合を少なくすることを意味している。
【００４２】
圧縮行程初期又は吸気行程に噴射される追加のガス燃料量をゼロにすることもでき、即ち追加のガス燃料量ＱＲすべてを燃焼行程又は排気行程に噴射するようにすることもできる。
【００４３】
この場合の燃料噴射時期の一例が図９に示されており、図９（Ａ）は通常運転時の場合を示しており、図９（Ｂ）は燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比ＡＦＥをリッチにすべき場合を示している。
【００４４】
この場合、図１０に示されるように燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比ＡＦＥが一時的に必要リッチ空燃比に切り替えられ、しかしながら燃焼室５内で燃焼せしめられる混合気の空燃比ＡＦＭは目標となるリーン空燃比に維持されたままである。従って、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比をリッチに切り替えるときに機関出力変動が生ずるのを阻止することができる。
【００４５】
図１１は図９に示される別の実施例を実行するための噴射制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。図１１を参照すると、まずステップ１１０では要求負荷Ｌが設定負荷Ｘ（Ｎ）よりも低いか否か、即ち機関運転状態が第１領域Ｉ内にあるか否かが判別される。Ｌ＜Ｘ（Ｎ）のとき、即ち機関運転状態が第１領域Ｉ内にあるときには次いでステップ１１１に進み、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるべきか否かが判別される。燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるべきときにはステップ１１２に進み、圧縮行程末期に要求燃料量ＱＦだけガス燃料が噴射され、燃焼行程に追加のガス燃料量ＱＲが噴射される。一方、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるべきときでないときにはステップ１１３に進み、圧縮行程末期にガス燃料が要求燃料量ＱＦだけ噴射される。これに対し、Ｌ≧Ｘ（Ｎ）のとき、即ち機関運転状態が第２領域ＩＩ内にあるときにはステップ１１０からステップ１１４に進み、圧縮行程初期にガス燃料が要求燃料量ＱＦだけ噴射される。
【００４６】
これまで述べてきた本発明による各実施例では、ＮＯ_Ｘ触媒１８内に蓄えられているＮＯ_Ｘを還元しＮＯ_Ｘ触媒１８内の蓄積ＮＯ_Ｘ量を減少させるために燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる場合に、本発明を適用している。しかしながら、これ以外の目的で燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比が一時的にリッチに切り替えられる場合にも、本発明を適用することができる。
【００４７】
また、燃焼室５から排出される排気ガスの空燃比が目標リーン空燃比よりもリッチの、リッチ空燃比、理論空燃比、又はリーン空燃比に切り替えられる場合にも、本発明を提供することができる。
【００４８】
【発明の効果】
ガス燃料を用いた場合に、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を確実に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ピストンの頂面図である。
【図３】要求噴射量を示す線図である。
【図４】第１及び第２領域を示す線図である。
【図５】二つの燃焼を説明するための図である。
【図６】排気ガスの空燃比を示す線図である。
【図７】燃料噴射時期を示す線図である。
【図８】噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】別の実施例における燃料噴射時期を示す線図である。
【図１０】別の実施例における排気ガスの空燃比を示す線図である。
【図１１】別の実施例における噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…機関本体
５…燃焼室
６…燃料噴射弁
１８…ＮＯ_Ｘ触媒
２１…ガス燃料ボンベ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas fueled internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the air-fuel ratio of an air-fuel mixture burned in a combustion chamber is maintained at a lean air-fuel ratio. store up NO _X, the amount of the NO _X when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stored by reducing NO _X are stored as containing a reducing agent in the exhaust gas when the drop is reduced NO _X mixed catalyst was placed, a fuel injection valve that directly injects fuel ie gasoline provided to the combustion chamber, in order to switch temporarily make the air flowing into the NO _X catalyst, which is burned in the combustion chamber There is known a gasoline internal combustion engine in which the air-fuel ratio of air is temporarily switched to be richer than the lean air-fuel ratio.
[0003]
When the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber is maintained lean, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst is also maintained lean, and therefore, the NO _X contained in the exhaust gas at this time. Is stored in the NO _X catalyst. However, increasing the amount of the NO _X that is stored in the NO _X catalyst over time, the amount of the NO _X catalyst can stored NO _X is reduced. Therefore, in the above-mentioned internal combustion engine, NO _X and NO _X which in the catalyst are stored in order to reduce the accumulated NO _X amount of the reducing vital NO in _X catalyst temporary air-fuel ratio of the mixture burned in the combustion chamber The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst is temporarily made rich. In this case, the air-fuel ratio of the mixture burned in the combustion chamber, necessary to sufficiently reduce the accumulated amount of NO _X in the reduced sufficiently vital NO _X catalyst the NO _X that is stored in the NO _X catalyst Is temporarily switched to a rich air-fuel ratio.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, for example, a gas-fueled internal combustion engine using a gas fuel such as compressed natural gas (hereinafter, referred to as CNG) has been conventionally known, and it is considered that the above-described technology can be applied to this gas-fueled internal combustion engine.
[0005]
However, for example, CNG is easy to misfire than gasoline when the air-fuel ratio is rich, the NO _X which the air-fuel ratio of the mixture burned in the combustion chamber in a gas-fueled internal combustion engine, are stored in the NO _X catalyst If the air-fuel ratio is reduced sufficiently to a rich air-fuel ratio necessary for sufficiently reducing and reducing the accumulated NO _X amount in the NO _X catalyst, a fire may occur.
[0006]
Therefore, an object of the present invention is to provide a gas-fueled internal combustion engine that can surely reduce the air-fuel ratio of exhaust gas discharged from a combustion chamber.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a gas-fueled internal combustion engine in which an air-fuel ratio of an air-fuel mixture burned in a combustion chamber is maintained at a lean air-fuel ratio. In order to temporarily switch the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber to a target air-fuel ratio set to be richer than the lean air-fuel ratio, a gas injection valve is provided in a combustion stroke or an exhaust stroke. Gas fuel is injected secondarily.
[0008]
According to a second aspect, in the first aspect, a part of the fuel increment required for switching the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber from the lean air-fuel ratio to the target air-fuel ratio is determined. Injection is performed during the intake stroke or the compression stroke, and the remainder is secondarily injected during the combustion stroke or the exhaust stroke.
[0009]
According to a third aspect, in the second aspect, the target air-fuel ratio is set to be richer than the rich limit, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber is slightly less than the rich limit or the rich limit. The amount of gaseous fuel injected during the intake stroke or the compression stroke in the fuel increment is set so that the fuel becomes lean.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, all of the fuel increments required to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber from the lean air-fuel ratio to the target air-fuel ratio are included in the combustion stroke or Secondary injection is performed during the exhaust stroke.
[0011]
Further, in the fifth invention to the first invention, according to when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas stored the NO _X in the exhaust gas flowing at the time of the lean air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lowered If the reducing agent is contained in the exhaust gas, the stored NO _X is reduced and the amount of the stored NO _X is reduced. An NO _X catalyst is disposed in the exhaust passage, and the target air-fuel ratio is set to NO _X The rich air-fuel ratio required to reduce the amount of NO _X stored by reducing the NO _X stored in the catalyst is set.
[0012]
In this specification, the ratio of the air supplied to the exhaust passage, the combustion chamber, and the intake passage upstream of a certain position of the exhaust passage to the reducing agent such as hydrocarbon HC and carbon monoxide CO is referred to as the ratio. It is called the air-fuel ratio of the exhaust gas at the position.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Referring to FIG. 1, 1 is an engine body, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is an electrically controlled fuel injection valve, 7 is an intake port, 8 is an exhaust port, 9 Indicates spark plugs, respectively. The intake port 7 is connected to a surge tank 11 via a corresponding intake branch 10, and the surge tank 11 is connected to an air cleaner 13 via an intake duct 12. A throttle valve 15 driven by a step motor 14 is arranged in the intake duct 12. On the other hand, the exhaust port 8 is connected to a catalytic converter 18 via an exhaust manifold 16 and an exhaust pipe 17. The catalytic converter 18 contains a NO _X catalyst 18a.
[0014]
As shown in FIGS. 1 and 2, the ignition plug 9 is disposed substantially at the center of the inner wall surface of the cylinder head 3. On the other hand, the fuel injection valve 6 is arranged on the peripheral portion of the inner wall surface of the cylinder head 3. On the top surface of the piston 4, a concave groove 4a extending from below the fuel injection valve 6 to below the ignition plug 9 is formed.
[0015]
The fuel injection valve 6 is for directly injecting gas fuel into the cylinder. As shown in FIG. 1, each fuel injection valve 6 is connected to a common fuel delivery pipe 19, and the fuel delivery pipe 19 is connected to a gas fuel storage unit or cylinder 21 via a regulator 20. The gas fuel in the gas fuel cylinder 21 is supplied to the fuel delivery pipe 19 after being reduced in pressure to a predetermined pressure by the regulator 20, and then supplied to the engine from the fuel injection valve 6. In the internal combustion engine shown in FIG. 1, CNG is used as gas fuel. However, other gas fuels can be used.
[0016]
The electronic control unit 30 is composed of a digital computer, and is connected to a ROM (read only memory) 32, a RAM (random access memory) 33, a CPU (microprocessor) 34, and a power supply, which are mutually connected by a bidirectional bus 31. It has a B-RAM (backup RAM) 35, an input port 36, and an output port 37. A pressure sensor 40 for generating an output voltage proportional to the intake pressure in the surge tank 11 is attached to the surge tank 11. The output signal of the pressure sensor 40 is input to the input port 36 via the corresponding AD converter 38. An accelerator pedal (not shown) is connected to a depression sensor 41 for generating an output voltage proportional to the depression amount of the accelerator pedal, and the output voltage of the depression sensor 41 is supplied to the input port 35 via the corresponding AD converter 38. Is entered. The depression amount of the accelerator pedal indicates the required load. The input port 36 is connected to a crank angle sensor 42 that generates an output pulse each time the crankshaft rotates, for example, 30 °. On the other hand, the output port 37 is connected to the fuel injection valve 6, the ignition plug 9, and the step motor 14 via the corresponding drive circuit 39.
[0017]
The NO _X catalyst 18a housed in the catalytic converter 18 uses, for example, alumina as a carrier, and on the carrier, for example, alkali metals such as potassium K, sodium Na, lithium Li, and cesium Cs, barium Ba, calcium Ca, and the like. At least one selected from alkaline earths, rare earths such as lanthanum La and yttrium Y, and noble metals such as platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh and iridium Ir are supported.
[0018]
NO _X catalyst stored the NO _X when the average air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the lean air-fuel ratio of the exhaust gas flowing is stored that contains a reducing agent in the exhaust gas when the reduced NO _X To reduce the amount of stored NO _X by reducing the amount of NOx.
[0019]
The detailed mechanism of the accumulation reduction action of the NO _X catalyst has not been completely elucidated. However, the mechanism currently considered is briefly described below, taking the case where platinum Pt and barium Ba are carried on a carrier as an example.
[0020]
That is, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst becomes significantly leaner than the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the flowing exhaust gas greatly increases, and oxygen O ₂ becomes O ₂ ⁻ or O ²⁻ . Adheres to the surface of platinum Pt in the form. On the other hand, NO in the exhaust gas that flows in adheres to the surface of platinum Pt and reacts with O ₂ ⁻ or O ²⁻ on the surface of platinum Pt to form NO ₂ (NO + O ₂ → NO ₂ + O ^* , where O ^* Is active oxygen). Next, a part of the generated NO ₂ is further oxidized on the platinum Pt, is absorbed in the NO _X catalyst and combines with the barium oxide BaO, and diffuses into the NO _X catalyst in the form of nitrate ion NO ₃ ⁻ . In this way, NO _X is stored in the NO _X catalyst.
[0021]
On the other hand, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst becomes rich or becomes the stoichiometric air-fuel ratio, the oxygen concentration in the exhaust gas decreases, the generation amount of NO ₂ decreases, and the reaction proceeds in the reverse direction (NO ₃ ^- → NO + 2O ^*) advances to, thus to NO _X catalyst in the nitrate ions NO ₃ and ^- is released from the NO _X catalyst in the form of NO. If the exhaust gas contains a reducing agent, that is, HC or CO in the exhaust gas, the released NO _X is reduced by reacting with the HC and CO. Thus NO _X with the NO _X is not present on the surface of the platinum Pt from NO _X catalyst to the next from the next is reduced is released, the amount of the NO _X that is stored in the NO _X catalyst gradually Decrease.
[0022]
Incidentally, stored without any NO _X to form a nitrate, it can be reduced without any NO _X to release NO _X. Focusing on the active oxygen O ^* , the NO _X catalyst can be regarded as an active oxygen generation catalyst that generates the active oxygen O ^* with the accumulation and release of NO _X.
[0023]
FIG. 3 shows the required fuel amount QF of the internal combustion engine of FIG. The required fuel amount QF is, for example, a fuel amount required to obtain an engine output corresponding to the required load L while maintaining the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 5 at a target lean air-fuel ratio. It increases as the load L increases.
[0024]
In the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 4, for example, an engine operation range defined by the engine speed N and the required load L is determined by two set loads X (N) determined as a function of the engine speed N. It is divided into regions, that is, a first region I on the low load side and a second region II on the high load side.
[0025]
When the engine operation state is within the first region I, as shown in FIG. 5A, gas fuel is injected from the fuel injection valve 6 into the concave groove 4a of the piston 4 by the required fuel amount QF at the end of the compression stroke. You. In this case, the injected fuel F is guided by the inner wall surface of the concave groove 4a and travels around the spark plug 9, so that an air-fuel mixture is formed around the spark plug 9. At this time, an air layer or a layer of air and EGR gas is formed in the combustion chamber 5 around the air-fuel mixture, and the average air-fuel ratio of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber 5 is lean. Next, the mixture is ignited by the spark plug 9.
[0026]
On the other hand, when the engine operation state is in the second region II, gas fuel is injected from the fuel injection valve 6 by the required fuel amount QF at the beginning of the compression stroke, as shown in FIG. 5B. In this case, the injected fuel F forms an air-fuel mixture that substantially uniformly fills the entire combustion chamber 5. The mixture is then ignited by a spark plug 9.
[0027]
In this case, the gas fuel is injected after a large amount of air is sucked and then the intake valve is closed, so that a large amount of air can be sucked. However, gas fuel may be injected from the fuel injection valve 6 during the intake stroke in order to form an air-fuel mixture that substantially uniformly fills the entire combustion chamber 5. Further, in the low-load side region of the second region II, a so-called two-split injection in which the gas fuel is injected separately at the beginning of the compression stroke or twice at the intake stroke and the end of the compression stroke can be performed.
[0028]
Normally the internal combustion engine shown in FIG. 1, the air-fuel ratio of the mixture burned in the combustion chamber 5 is maintained lean, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 18a is kept lean I have. As a result, NO _X in the exhaust gas is stored in the NO _X catalyst 18a.
[0029]
As time elapses, the amount of NO _X stored in the NO _X catalyst 18a gradually increases. Therefore, in this embodiment of the present invention, for example, NO _X when the accumulated amount of NO _X in the catalyst 18a exceeds the allowable amount is reduced the NO _X that is stored in the NO _X catalyst 18a NO _X storing NO _X in the catalyst 18a In order to reduce the amount, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 18a is temporarily switched to rich.
[0030]
In the embodiment according to the present invention, if the accumulated NO _X amount in the NO _X catalyst 18 exceeds the allowable amount while the engine operating state is within the above-described first region I, the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 18a is reduced. The air-fuel ratio is temporarily switched to rich. Since the amount of intake air is relatively small in the first region I, this can reduce the amount of gas fuel required to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 18a to rich.
[0031]
In order to richly switch the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NO _X catalyst 18a, in the embodiment according to the present invention, additional gas fuel is injected from the fuel injection valve 6, and therefore, the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is discharged. The air-fuel ratio is switched to rich.
[0032]
Here, it required rich air-fuel ratio to a rich air-fuel ratio required to reduce the NO _X that is stored in the NO _X catalyst 18 to reliably reduced vital NO _X accumulated amount of NO _X, for example, substantially zero in the catalyst 18 In the embodiment according to the present invention, the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is temporarily switched to the required rich air-fuel ratio.
[0033]
In order to set the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 to the required rich air-fuel ratio, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 5 may be set to the required rich air-fuel ratio. However, the required rich air-fuel ratio is richer than the rich limit of the internal combustion engine shown in FIG. 1, that is, the allowable minimum rich air-fuel ratio that does not cause misfiring. Therefore, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 5 is determined. The required rich air-fuel ratio cannot be achieved.
[0034]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the amount of NO _X stored in the NO _X catalyst 18 is to be reduced, the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 5 is substantially rich as shown by the solid line in FIG. In addition to the limit, the gas fuel is secondarily injected in the combustion stroke or the exhaust stroke, so that the air-fuel ratio AFE of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 becomes a necessary rich air-fuel ratio as shown by a broken line in FIG. I am trying to be.
[0035]
The rich limit varies depending on the type of engine and the type of fuel, and it is not known exactly how much. However, when CNG is used in a specific internal combustion engine, the rich limit is, for example, about 14.0 to 14.5. Here, the theoretical air-fuel ratio of CNG is about 16.8.
[0036]
On the other hand, the amount of additional gas fuel required to switch the air-fuel ratio AFE of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 to the required rich air-fuel ratio is indicated by QR in FIG. In the embodiment according to the present invention, a part of the additional gas fuel amount QR is injected from the fuel injection valve 6 in the initial stage of the compression stroke or the intake stroke, and the remainder is injected in the combustion stroke or the exhaust stroke. In other words, the additional gas fuel amount QR is injected twice. In this case, the amount of additional gas fuel injected at the beginning of the compression stroke or during the intake stroke is the amount of gas fuel required to bring the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 5 to the rich limit.
[0037]
The additional gas fuel injected at the beginning of the compression stroke or the intake stroke forms a lean mixture surrounding the mixture formed around the spark plug 9 by the gas fuel injected at the end of the compression stroke. On the other hand, the additional gas fuel injected during the combustion or exhaust stroke does not contribute to the engine output.
[0038]
FIG. 7 shows an example of the fuel injection timing in the embodiment according to the present invention. FIG. 7 (A) shows the case of normal operation, and FIG. 7 (B) shows the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5. Shows a case in which the air-fuel ratio AFE of the above should be made rich. In the example shown in FIG. 7A, in the first region I where the required load L is lower than the set load X (N), gas fuel is injected by the required fuel amount QF at the end of the compression stroke, and the required load L becomes equal to the set load. In the second region II higher than X (N), gas fuel is injected by the required fuel amount QF at the beginning of the compression stroke. In the example shown in FIG. 7B, in order to reduce the amount of NO _X stored in the NO _X catalyst 18, in the first region I, a part QRc of the additional gas fuel amount QR at the beginning of the compression stroke is reduced. The fuel is injected together with the required fuel amount QF, and the remaining QRp of the additional gas fuel amount QR is injected during the combustion stroke.
[0039]
FIG. 8 shows an injection control routine for executing the embodiment shown in FIG. This routine is executed by interruption every predetermined set time. Referring to FIG. 8, first, at step 100, it is determined whether or not the required load L is lower than the set load X (N), that is, whether or not the engine operation state is within the first region I. When L <X (N), that is, when the engine operating state is within the first region I, the routine proceeds to step 101, where the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 should be temporarily switched to rich. Is determined. When the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is to be temporarily switched to rich, the process proceeds to step 102, where the required fuel amount QF and a part of the additional gas fuel amount QR are injected at the beginning of the compression stroke, and the combustion stroke is started. The remainder of the additional gas fuel amount QR is injected. On the other hand, when it is not necessary to temporarily switch the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 to the rich state, the routine proceeds to step 103, and the gas fuel is injected by the required fuel amount QF at the end of the compression stroke. On the other hand, when L ≧ X (N), that is, when the engine operating state is within the second region II, the process proceeds from step 100 to step 104, and gas fuel is injected by the required fuel amount QF at the beginning of the compression stroke.
[0040]
In the embodiment according to the present invention described above, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 5 is temporarily changed in order to temporarily switch the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 to the necessary rich air-fuel ratio. Has switched to the rich limit. However, in this case, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 5 may be switched to a rich air-fuel ratio, a stoichiometric air-fuel ratio, or a lean air-fuel ratio leaner than the rich limit.
[0041]
This increases the proportion of the additional gas fuel amount injected into the combustion stroke or the exhaust stroke of the additional gas fuel amount QR, and increases the additional gas fuel QR injected during the initial compression stroke or the intake stroke of the additional gas fuel QR. This means reducing the proportion of gas fuel.
[0042]
The additional gas fuel quantity injected during the initial compression stroke or during the intake stroke can also be zero, i.e. the entire additional gas fuel quantity QR can be injected during the combustion or exhaust stroke.
[0043]
FIG. 9 shows an example of the fuel injection timing in this case, FIG. 9 (A) shows the case of normal operation, and FIG. 9 (B) shows the exhaust gas exhausted from the combustion chamber 5. This shows a case where the fuel ratio AFE should be made rich.
[0044]
In this case, as shown in FIG. 10, the air-fuel ratio AFE of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is temporarily switched to the required rich air-fuel ratio, however, the air-fuel ratio AFM of the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 5 Remains at the target lean air-fuel ratio. Therefore, when the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is switched to rich, it is possible to prevent the engine output from fluctuating.
[0045]
FIG. 11 shows an injection control routine for executing another embodiment shown in FIG. This routine is executed by interruption every predetermined set time. Referring to FIG. 11, first, at step 110, it is determined whether or not the required load L is lower than the set load X (N), that is, whether or not the engine operation state is within the first region I. When L <X (N), that is, when the engine operation state is within the first region I, the process then proceeds to step 111 to determine whether the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 should be temporarily switched to rich. Is determined. When the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is to be temporarily switched to rich, the process proceeds to step 112, in which gas fuel is injected by the required fuel amount QF at the end of the compression stroke, and the additional gas fuel amount QR is added to the combustion stroke. Is injected. On the other hand, when it is not necessary to temporarily switch the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 to the rich state, the process proceeds to step 113, and the gas fuel is injected by the required fuel amount QF at the end of the compression stroke. On the other hand, when L ≧ X (N), that is, when the engine operation state is within the second region II, the process proceeds from step 110 to step 114, and gas fuel is injected by the required fuel amount QF at the beginning of the compression stroke.
[0046]
In the embodiments according to the present invention described so far, it is discharged from the combustion chamber 5 to reduce the accumulated amount of NO _X in the NO _X catalyst 18 by reducing the NO _X that is stored in the NO _X catalyst 18 The present invention is applied to a case where the air-fuel ratio of exhaust gas is temporarily switched to rich. However, the present invention can be applied to a case where the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 is temporarily switched to rich for other purposes.
[0047]
Further, the present invention can be provided even when the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 can be switched to a rich air-fuel ratio, a stoichiometric air-fuel ratio, or a lean air-fuel ratio that is richer than a target lean air-fuel ratio. it can.
[0048]
【The invention's effect】
When gas fuel is used, the air-fuel ratio of exhaust gas discharged from the combustion chamber can be reliably reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a top view of a piston.
FIG. 3 is a diagram showing a required injection amount.
FIG. 4 is a diagram showing first and second regions.
FIG. 5 is a diagram for explaining two types of combustion.
FIG. 6 is a diagram showing an air-fuel ratio of exhaust gas.
FIG. 7 is a diagram showing a fuel injection timing.
FIG. 8 is a flowchart showing an injection control routine.
FIG. 9 is a diagram showing a fuel injection timing in another embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing an air-fuel ratio of exhaust gas in another embodiment.
FIG. 11 is a flowchart illustrating an injection control routine according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine body 5 ... Combustion chamber 6 ... Fuel injection valve 18 ... NO _X catalyst 21 ... Gas fuel cylinder

Claims

In a gas-fueled internal combustion engine in which the air-fuel ratio of an air-fuel mixture burned in a combustion chamber is maintained at a lean air-fuel ratio, a gas fuel injection valve for directly injecting gaseous fuel into a cylinder is provided, and exhaust gas discharged from the combustion chamber is provided. A gas fuel in which gas fuel is secondarily injected from a gas fuel injection valve during a combustion stroke or an exhaust stroke in order to temporarily switch an air-fuel ratio to a target air-fuel ratio set richer than the lean air-fuel ratio. Internal combustion engine.

A part of the fuel increment required to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber from the lean air-fuel ratio to the target air-fuel ratio is injected into the intake stroke or the compression stroke, and the remainder is injected into the combustion stroke or the exhaust stroke. 2. The gas-fueled internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel is injected secondarily during a stroke.

The target air-fuel ratio is set to be richer than the rich limit, and the air-fuel ratio of the mixture burned in the combustion chamber becomes slightly richer than the rich limit or the rich limit. 3. The gas-fueled internal combustion engine according to claim 2, wherein the amount of gas fuel injected during the compression stroke is set.

2. The fuel injection system according to claim 1, wherein all the fuel increments required to switch the air-fuel ratio of the exhaust gas discharged from the combustion chamber from the lean air-fuel ratio to the target air-fuel ratio are injected into the combustion stroke or the exhaust stroke. A gas-fueled internal combustion engine according to claim 1.

Air-fuel ratio of the exhaust gas flowing doth the NO _X in the exhaust gas flowing at the time of the lean air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is stored that contains a reducing agent in the exhaust gas when the reduced A NO _X catalyst that reduces the amount of NO _X stored by reducing NO _X is disposed in the exhaust passage, and the target air-fuel ratio is stored by reducing NO _X stored in the NO _X catalyst. a gas-fueled internal combustion engine according to claim 1 which is set to a rich air-fuel ratio required for reducing the amount of the NO _X are.