JP2007077995A - Exhaust emission control device for lean burn internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能な希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置に関し、特に窒素酸化物吸蔵還元触媒を排気系に具備する希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust emission control device for a lean combustion internal combustion engine capable of combusting an air-fuel mixture in an oxygen-excess state, and more particularly to an exhaust emission purification device for a lean combustion internal combustion engine having a nitrogen oxide storage reduction catalyst in an exhaust system.
自動車等の内燃機関では、燃料消費量の低減を図るべく、理論空燃比より高い空燃比(酸素過剰状態)の混合気を燃焼可能な希薄燃焼内燃機関の開発が進められている。このような希薄燃焼内燃機関としては、燃焼室内に流入する混合気が縦渦流(タンブル流)や旋回流(スワール流)等を発生するよう形成された吸気ポートと、その噴孔が前記吸気ポートに臨むよう取り付けられた燃料噴射弁とを備える、いわゆる吸気ポート噴射式の希薄燃焼内燃機関が知られている。 In an internal combustion engine such as an automobile, a lean combustion internal combustion engine capable of combusting an air / fuel ratio (oxygen excess state) higher than the stoichiometric air / fuel ratio is being developed in order to reduce fuel consumption. As such a lean combustion internal combustion engine, an intake port formed so that an air-fuel mixture flowing into a combustion chamber generates a longitudinal vortex flow (tumble flow), a swirl flow (swirl flow), and the like, and its injection hole are the intake ports. 2. Description of the Related Art A so-called intake port injection type lean combustion internal combustion engine that includes a fuel injection valve mounted so as to face the engine is known.
吸気ポート噴射式の希薄燃焼内燃機関では、排気行程後期から吸気行程初期にかけて燃料噴射弁から燃料が噴射され、吸気ポートにて燃料と新気が均一に混ざり合って燃焼室へ流入する。その際、混合気は、タンブル流やスワール流を形成する。そして、点火栓により混合気に着火されると、点火栓近傍の火炎が前記タンブル流や前記スワール流により燃焼室内全体に拡散され、リーン状態の混合気であっても燃焼が促進されるというものである。 In a lean combustion internal combustion engine of the intake port injection type, fuel is injected from the fuel injection valve from the late stage of the exhaust stroke to the early stage of the intake stroke, and the fuel and fresh air are uniformly mixed in the intake port and flow into the combustion chamber. At that time, the air-fuel mixture forms a tumble flow or a swirl flow. When the air-fuel mixture is ignited by the spark plug, the flame in the vicinity of the spark plug is diffused throughout the combustion chamber by the tumble flow or the swirl flow, and combustion is promoted even in a lean air-fuel mixture. It is.
ところで、吸気ポート噴射式の希薄燃焼内燃機関は、燃料と新気とが略均一に混ざり合った混合気を燃焼室に導入するため、燃料噴射量を減少させて燃料濃度の希薄化を進めていくと、点火栓近傍の燃料濃度が希薄となり、点火栓による着火が不可能になる。 By the way, the lean combustion internal combustion engine of the intake port injection type introduces an air-fuel mixture in which the fuel and the fresh air are mixed almost uniformly into the combustion chamber. Therefore, the fuel concentration is reduced by reducing the fuel injection amount. As a result, the fuel concentration in the vicinity of the spark plug becomes lean, and ignition by the spark plug becomes impossible.
これに対し、その噴孔が燃焼室内に臨むよう燃料噴射弁が取り付けられた筒内噴射式の希薄燃焼内燃機関の開発が進められている。筒内噴射式の内燃機関は、吸気行程において燃焼室内に新気を導入し、次いで圧縮行程において前記燃料噴射弁から燃料を噴射し、点火栓の近傍のみに可燃な混合気を形成する。つまり、燃焼室内は、点火栓近傍が可燃混合気層となり、それ以外の領域が空気層となる、いわゆる成層化状態になる。 On the other hand, the development of an in-cylinder injection type lean combustion internal combustion engine in which a fuel injection valve is attached so that its injection hole faces the combustion chamber is underway. In a cylinder injection internal combustion engine, fresh air is introduced into a combustion chamber in an intake stroke, and then fuel is injected from the fuel injection valve in a compression stroke, so that a combustible air-fuel mixture is formed only in the vicinity of a spark plug. That is, the combustion chamber is in a so-called stratified state in which the vicinity of the spark plug is a combustible air-fuel mixture layer and the other region is an air layer.
このように筒内噴射式の希薄燃焼内燃機関によれば、燃焼室内全体の燃料濃度を吸気ポート噴射式の希薄燃焼内燃機関より希薄にすることができるとともに、点火栓近傍に可燃混合気を形成することができるので、燃料消費量の低減化と安定した燃焼とを両立させることができる。 Thus, according to the lean injection internal combustion engine of the cylinder injection type, the fuel concentration in the entire combustion chamber can be made leaner than the lean combustion internal combustion engine of the intake port injection type, and a combustible mixture is formed in the vicinity of the spark plug. Therefore, it is possible to achieve both reduction in fuel consumption and stable combustion.
一方、上記したような希薄燃焼内燃機関で希薄燃焼が行われると、排気中の酸素濃度が高くなるため、通常の三元触媒では排気中の窒素酸化物(NOx)を十分に浄化すること
ができない。このため、希薄燃焼内燃機関の排気系には、窒素酸化物吸蔵還元型触媒が配置されている。
On the other hand, when the lean combustion is performed in the lean combustion internal combustion engine as described above, the oxygen concentration in the exhaust becomes high, so that the normal three-way catalyst can sufficiently purify the nitrogen oxide (NOx) in the exhaust. Can not. Therefore, a nitrogen oxide storage reduction catalyst is disposed in the exhaust system of the lean combustion internal combustion engine.
窒素酸化物吸蔵還元型触媒は、流入する排気の酸素濃度が高い、いわゆるリーン状態のときに、排気中の窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、流入する排気中の酸素濃度が低下して
炭化水素(HC)が増加したときに、吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を排気中の一酸
化炭素(CO)や炭化水素(HC)等と反応させて窒素(N2)に還元して放出する特性を有する。
Nitrogen oxide storage reduction catalysts store nitrogen oxides (NOx) in exhaust when the oxygen concentration of the inflowing exhaust is high, that is, in a lean state, and the oxygen concentration in the inflowing exhaust decreases to carbonize. When hydrogen (HC) increases, the stored nitrogen oxides (NOx) react with carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), etc. in the exhaust gas to reduce them to nitrogen (N 2 ). Has the property of releasing.
窒素酸化物吸蔵還元型触媒を備えた希薄燃焼内燃機関では、希薄燃焼時の排気に含まれ
る窒素酸化物(NOx)を窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸収させるとともに、窒素酸化物
吸蔵還元型触媒の窒素酸化物(NOx)吸収量が飽和する前に、排気中の還元成分(一酸
化炭素CO、炭化水素HC)等を増加させる、いわゆるリッチスパイクを行い、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸収された窒素酸化物(NOx)を放出させ、触媒上で浄化させる必
要がある。
In a lean combustion internal combustion engine equipped with a nitrogen oxide storage reduction catalyst, nitrogen oxide (NOx) contained in exhaust gas during lean combustion is absorbed by the nitrogen oxide storage reduction catalyst, and the nitrogen oxide storage reduction catalyst Before the nitrogen oxide (NOx) absorption amount of saturates, the so-called rich spike that increases the reducing components (carbon monoxide CO, hydrocarbon HC), etc. in the exhaust is performed and absorbed by the nitrogen oxide storage reduction catalyst. The released nitrogen oxide (NOx) needs to be released and purified on the catalyst.
窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物(NOx)の放出及び浄化を効率的
に行う装置として、特許文献1に記載された内燃機関の排気浄化装置が知られている。
As an apparatus for efficiently releasing and purifying nitrogen oxide (NOx) stored in a nitrogen oxide storage reduction catalyst, an exhaust purification apparatus for an internal combustion engine described in Patent Document 1 is known.
前記内燃機関の排気浄化装置は、吸気ポート噴射式の希薄燃焼内燃機関において、酸素過剰状態の混合気を形成する時と同量の燃料を燃料噴射弁から噴射させると同時に、燃料タンクで発生した蒸発燃料を含むガスを内燃機関の吸気系や窒素酸化物吸蔵還元型触媒上流の排気通路に導入することで、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に流入する排気中の炭化水素(HC)を増加させ、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を放
出及び浄化せしめようとするものである。
ところで、上記した排気浄化装置では、蒸発燃料の量、濃度、あるいは蒸発燃料の供給開始から蒸発燃料が実際に窒素酸化物吸蔵還元型触媒に到達するまでに要する時間等を考慮していないため、所望量の還元成分を含む排気を窒素酸化物吸蔵還元型触媒に供給することができないばかりか、所望の時期に還元成分を含む排気を窒素酸化物吸蔵還元型触媒に供給することができない。この場合、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を十分に放出及び浄化することができず、窒素酸化物吸蔵還元型触媒が飽和
状態となり、窒素酸化物(NOx)が浄化されずに大気中に放出され、排気エミッション
が悪化する虞がある。
By the way, the above-described exhaust purification device does not consider the amount and concentration of the evaporated fuel, or the time required for the evaporated fuel to actually reach the nitrogen oxide storage reduction catalyst from the start of supply of the evaporated fuel. Exhaust gas containing a desired amount of reducing component cannot be supplied to the nitrogen oxide storage reduction catalyst, and exhaust gas containing a reducing component cannot be supplied to the nitrogen oxide storage reduction catalyst at a desired time. In this case, the nitrogen oxide (NOx) stored in the nitrogen oxide storage reduction catalyst cannot be sufficiently released and purified, and the nitrogen oxide storage reduction catalyst becomes saturated, and the nitrogen oxide (NOx) May be released into the atmosphere without being purified, and exhaust emissions may deteriorate.
また、上記した排気浄化装置を筒内噴射式の希薄燃焼内燃機関に適用した場合、特に成層燃焼時に蒸発燃料が供給されると、燃焼室内を成層化状態にすることができず、燃焼が不安定になる虞や、点火栓近傍の燃料濃度が必要以上に高くなり、点火栓で着火することができずに失火する虞等がある。 In addition, when the above-described exhaust purification device is applied to an in-cylinder injection lean-burn internal combustion engine, particularly when evaporated fuel is supplied during stratified combustion, the combustion chamber cannot be stratified and combustion is not performed. There is a risk that the fuel concentration in the vicinity of the spark plug becomes higher than necessary, and there is a risk that the ignition plug cannot be ignited and misfire occurs.
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、希薄燃焼内燃機関において、燃焼状態を不安定にすることなく、燃料タンクで発生した蒸発燃料を利用して窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を確実に浄化し、排気エミッシ
ョンの悪化防止と蒸発燃料の効率的な処理とを実現する技術を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-described problems. In a lean combustion internal combustion engine, nitrogen oxide storage is achieved by using evaporated fuel generated in a fuel tank without destabilizing the combustion state. It is an object of the present invention to provide a technique for reliably purifying nitrogen oxide (NOx) occluded in a reduction type catalyst and preventing deterioration of exhaust emission and efficient processing of evaporated fuel.
本発明は、上記課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明にかかる希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置は、酸素過剰状態の混合気を燃焼可能な希薄燃焼内燃機関と、燃料タンクで発生した蒸発燃料を含む蒸発燃料ガスを前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ供給するガス供給手段と、前記希薄燃焼内燃機関の排気系に設けられ、排気が酸素過剰状態のときは排気中の窒素酸化物を吸蔵し、排気中の酸素濃度が低下したときは吸蔵した窒素酸化物を浄化する窒素酸化物吸蔵還元触媒と、を備えた希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置であり、
前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ供給される蒸発燃料ガスの状態を判別するガス状態判別手段と、
前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化すべき時期に、前記ガス状態判別手段により判別された蒸発燃料ガスの状態に応じて、前記希薄燃焼内燃機関の燃料噴射弁と前記ガス供給手段とを選択的に制御することで前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比を所望の状態とする排気状態制御手段と、を備えることを特徴とする。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems. That is, an exhaust emission control device for a lean combustion internal combustion engine according to the present invention includes a lean combustion internal combustion engine capable of combusting an air-fuel mixture in an oxygen-excess state, and an evaporated fuel gas containing evaporated fuel generated in a fuel tank. When the exhaust is in an oxygen-excess state, nitrogen oxide in the exhaust is occluded and the oxygen concentration in the exhaust decreases. Is a lean combustion internal combustion engine exhaust gas purification device comprising a nitrogen oxide storage reduction catalyst that purifies the stored nitrogen oxides,
Gas state determining means for determining the state of the evaporated fuel gas supplied to the intake system of the lean combustion internal combustion engine;
According to the state of the evaporated fuel gas determined by the gas state determination means at a time when the nitrogen oxide stored in the nitrogen oxide storage reduction catalyst is to be purified, the fuel injection valve of the lean combustion internal combustion engine and the And an exhaust state control unit that selectively controls the gas supply unit to bring the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide storage reduction catalyst into a desired state.
このように構成された排気浄化装置によれば、窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化する、いわゆるリッチスパイク制御を行う際に、ガス状態判別手段が蒸発燃料ガスの状態を判別する。 According to the exhaust purification device configured as described above, when performing so-called rich spike control for purifying the nitrogen oxides stored in the nitrogen oxide storage reduction catalyst, the gas state determination means determines the state of the evaporated fuel gas. Determine.
蒸発燃料ガスの状態としては、例えば、蒸発燃料ガス中の燃料濃度、蒸発燃料ガスの流量、蒸発燃料ガスの流速(蒸発燃料ガスが窒素酸化物吸蔵還元型触媒に到達するまでに要する時間)等を例示することができる。 Examples of the state of the evaporated fuel gas include the fuel concentration in the evaporated fuel gas, the flow rate of the evaporated fuel gas, the flow rate of the evaporated fuel gas (the time required for the evaporated fuel gas to reach the nitrogen oxide storage reduction catalyst), etc. Can be illustrated.
そして、排気状態制御手段は、窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化すべき時期に、前記ガス状態判別手段により判別された蒸発燃料ガスの状態に応じて、前記希薄燃焼内燃機関の燃料噴射弁と前記ガス供給手段とを選択的に制御するので、希薄燃焼内燃機関での混合気の燃焼が不安定にならずに、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に流入する排気が所望の空燃比となり、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物が確実に浄化される。 The exhaust state control means is configured to provide the lean combustion internal combustion engine according to the state of the evaporated fuel gas determined by the gas state determination means at a time when the nitrogen oxide stored in the nitrogen oxide storage reduction catalyst is to be purified. Since the fuel injection valve of the engine and the gas supply means are selectively controlled, the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide storage reduction type catalyst is desired without causing unstable combustion of the air-fuel mixture in the lean combustion internal combustion engine. Thus, the nitrogen oxides stored in the nitrogen oxide storage reduction catalyst are reliably purified.
尚、ガス状態判別手段は、前記ガス供給手段により前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ供給される蒸発燃料ガス中の燃料濃度を判別する蒸発燃料濃度判別手段、ガス供給手段により前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ供給される蒸発燃料ガスの量を判別するガス供給量判別手段、あるいは、前記ガス供給手段が前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ蒸発燃料ガスの供給を開始した時点から前記蒸発燃料ガスが窒素酸化物吸蔵還元触媒に到達する時点までに要する時間を判別するガス到達時間判別手段等を具備するようにしてもよい。 The gas state determining means includes evaporated fuel concentration determining means for determining the fuel concentration in the evaporated fuel gas supplied to the intake system of the lean combustion internal combustion engine by the gas supply means, and the lean combustion internal combustion engine by the gas supply means. The gas supply amount determining means for determining the amount of the evaporated fuel gas supplied to the intake system of the engine, or the evaporated fuel from the time when the gas supply means starts supplying the evaporated fuel gas to the intake system of the lean combustion internal combustion engine You may make it comprise the gas arrival time discrimination | determination means etc. which discriminate | determine the time required until gas reaches the nitrogen oxide storage reduction catalyst.
また、排気状態制御手段は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時間と、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期と、前記ガス供給手段による蒸発燃料ガスの供給量と、前記ガス供給手段による蒸発燃料ガスの供給時期とを選択的に制御するようにしてもよい。 The exhaust state control means includes a fuel injection time of the fuel injection valve, a fuel injection timing of the fuel injection valve, a supply amount of the evaporated fuel gas by the gas supply means, and an amount of the evaporated fuel gas by the gas supply means. The supply time may be selectively controlled.
さらに、希薄燃焼内燃機関が気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備える筒内噴射式の希薄燃焼内燃機関である場合は、排気状態制御手段は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期が各気筒の圧縮行程時に設定されているときに、前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化する場合は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を各気筒の吸気行程時に変更、つまり成層燃焼制御から均質燃焼制御へ切り換えるようにしてもよい。 Further, when the lean combustion internal combustion engine is an in-cylinder injection type lean combustion internal combustion engine having a fuel injection valve that directly injects fuel into the cylinder, the exhaust state control means is configured so that the fuel injection timing of the fuel injection valve is When purifying the nitrogen oxide stored in the nitrogen oxide storage reduction catalyst when it is set during the compression stroke of the cylinder, the fuel injection timing of the fuel injection valve is changed during the intake stroke of each cylinder, that is, You may make it switch from stratified combustion control to homogeneous combustion control.
本発明にかかる希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置では、窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化する、いわゆるリッチスパイク制御を行う際に、蒸発燃料ガスの状態に応じて燃料噴射弁とガス供給手段とを制御するため、希薄燃焼内燃機関での混合気の燃焼を不安定にすることなく、窒素酸化物吸蔵還元型触媒に流入する排気を所望の空燃比にすることができる。 In the exhaust emission control device for a lean combustion internal combustion engine according to the present invention, when so-called rich spike control is performed to purify nitrogen oxides stored in the nitrogen oxide storage reduction catalyst, fuel injection is performed according to the state of the evaporated fuel gas. Since the valve and the gas supply means are controlled, the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide storage reduction catalyst can be set to a desired air-fuel ratio without destabilizing the combustion of the air-fuel mixture in the lean combustion internal combustion engine. .
この結果、燃料タンクで発生した蒸発燃料を利用して窒素酸化物吸蔵還元型触媒に吸蔵された窒素酸化物を確実に浄化し、排気エミッションの悪化防止と蒸発燃料の効率的な処理とを実現することが可能となる。 As a result, using the evaporated fuel generated in the fuel tank, the nitrogen oxide stored in the NOx storage reduction catalyst is reliably purified, preventing exhaust emission deterioration and efficient processing of the evaporated fuel. It becomes possible to do.
以下、本発明にかかる希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。 Embodiments of an exhaust emission control device for a lean combustion internal combustion engine according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の構成を示す図であり、同図に示す内燃機関は、複数の気筒を備えるとともに、各気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を具備する4サイクルの筒内噴射式内燃機関1である。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine to which an exhaust emission control device according to the present invention is applied and an intake / exhaust system thereof. The internal combustion engine shown in FIG. 1 includes a plurality of cylinders and fuel directly in each cylinder. This is a four-cycle in-cylinder injection internal combustion engine 1 that includes a fuel injection valve that injects fuel.
前記内燃機関1は、複数の気筒2が形成されたシリンダブロック1bと、このシリンダブロック1bの上部に固定されたシリンダヘッド1aとを備える。前記シリンダブロック1bの各気筒2には、軸方向へ摺動自在にピストン3が装填され、このピストン3は、機関出力軸であるクランクシャフト4と連結される。そして、前記ピストン3の上方には、前記ピストン3の頂面と前記シリンダヘッド1aとに囲まれた燃焼室5が形成される。
The internal combustion engine 1 includes a cylinder block 1b in which a plurality of cylinders 2 are formed, and a cylinder head 1a fixed to an upper portion of the cylinder block 1b. Each cylinder 2 of the cylinder block 1b is loaded with a
前記シリンダヘッド1aには、前記燃焼室5に臨むよう点火栓6が取り付けられ、この点火栓6には、点火栓6に駆動電流を印加するイグナイタ6aが取り付けられる。さらに、前記シリンダヘッド1aには、2つの吸気ポート7と2つの排気ポート8の開口端が燃焼室5に臨むよう形成されるとともに、その噴孔が前記燃焼室5に臨むよう燃料噴射弁9が取り付けられる。
An
続いて、前記シリンダヘッド1aには、前記吸排気ポート7、8の開口端を開閉する吸気弁70及び排気弁80が進退自在に支持されるとともに、これら吸排気弁70、80を開閉駆動するインテーク側カムシャフト11とエキゾースト側カムシャフト12とが回転自在に支持される。
Subsequently, an
前記インテーク側カムシャフト11及びエキゾースト側カムシャフト12は、図示しないタイミングベルトを介して前記クランクシャフト4と連結され、前記クランクシャフト4の回転力が前記タイミングベルトを介して前記インテーク側カムシャフト11及び前記エキゾースト側カムシャフト12へ伝達される。
The intake side camshaft 11 and the
また、内燃機関1は、前記クランクシャフト4の端部に取り付けられたタイミングロータ13aと前記シリンダブロック1bに取り付けられた電磁ピックアップ13bとからなるクランクポジションセンサ13を備える。
The internal combustion engine 1 includes a crank
さらに、前記シリンダブロック1bには、シリンダブロック1b内に形成された冷却水流路1c内を流れる冷却水の温度に対応した電気信号を出力する水温センサ14が取り付けられる。
Furthermore, a
次に、2つの吸気ポート7のうちの一方の吸気ポート7は、シリンダヘッド1a外壁に形成された開口端から燃焼室5に臨む開口端へ向かって直線状の流路を有するストレートポートで形成され、他方の吸気ポート7は、シリンダヘッド1a外壁の開口端から燃焼室5の開口端へ内に形成された開口部へ向かって旋回する流路を有するヘリカルポートで形成される。 Next, one of the two intake ports 7 is formed as a straight port having a straight flow path from an open end formed on the outer wall of the cylinder head 1a to an open end facing the combustion chamber 5. The other intake port 7 is formed as a helical port having a flow path that turns from the opening end of the outer wall of the cylinder head 1 a toward the opening formed in the opening end of the combustion chamber 5.
そして、前記各吸気ポート7は、前記シリンダヘッド1aに取り付けられる吸気枝管16と連通する。その際、ストレートポートと連通する吸気枝管16には、吸気枝管16の流路を開閉するスワールコントロールバルブ10が設けられ、このスワールコントロールバルブ10には、ステップモータ等からなり、印加電流に応じて前記スワールコントロールバルブ10を開閉駆動するアクチュエータ10aが取り付けられる。
Each intake port 7 communicates with an
前記吸気枝管16は、サージタンク17に接続され、このサージタンク17は、吸気管18を介してエアクリーナボックス19と接続される。前記吸気管18には、前記吸気管18内の吸気通路を開閉するスロットル弁20が設けられる。このスロットル弁20は、ステップモータ等からなるアクチュエータ21により開閉駆動される。そして、前記スロットル弁20には、スロットル弁20の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ20aが取り付けられる。
The
続いて、前記スロットル弁20より上流の吸気管18には、吸気管18内を流れる新気の質量(吸入空気質量)に対応した電気信号を出力するエアフローメータ22が取り付けられる。
Subsequently, an
前記サージタンク17には、サージタンク17内の圧力に対応した電気信号を出力するバキュームセンサ17aが取り付けられるとともに、パージ通路30が接続される。前記パージ通路30は、チャコールキャニスタ31に接続される。前記パージ通路30の途中には、デューティ制御される電磁弁34が取り付けられ、パージ通路30内の流量が調節される。
A
続いて、前記チャコールキャニスタ31には、蒸発燃料通路32と大気導入通路35が接続される。前記蒸発燃料通路32は、燃料タンク33と接続され、前記大気導入通路35は、大気中に開口端が配置される。
Subsequently, an evaporated
ここで、前記燃料タンク33で発生する蒸発燃料は、蒸発燃料通路32を経てチャコールキャニスタ31に導入され、チャコールキャニスタ31に内装される活性炭に吸着される。そして、電磁弁34が開弁され、前記パージ通路30が導通状態になると、前記サージタンク17内で発生した吸気管負圧が前記パージ通路30を介して前記チャコールキャニスタ31に導入される。
Here, the evaporated fuel generated in the
この場合、前記チャコールキャニスタ31には、大気導入通路35を介して大気が導入され、この大気は、活性炭に吸着された蒸発燃料とともに(以下、蒸発燃料を含む大気を蒸発燃料ガスと称する)パージ通路30へ吸い込まれ、次いでサージタンク17へと導入される、いわゆる蒸発燃料ガスのパージが実現される。このようにパージ通路30、電磁弁34、チャコールキャニスタ31は、本発明にかかるガス供給手段を実現する。
In this case, the atmosphere is introduced into the
そして、サージタンク17へパージされた蒸発燃料ガスは、内燃機関1の吸気弁70が開弁した際に、前記エアクリーナ19及び前記吸気管18を経てサージタンク17に導入された新気と混合されて各気筒2内へ吸入され、燃料噴射弁9から噴射される燃料とともに燃焼される。
The evaporated fuel gas purged to the
一方、前記排気ポート8は、前記シリンダヘッド1aに取り付けられる排気枝管25と連通し、この排気枝管25は、第1の触媒26を介して排気管27に接続される。次いで、前記排気管27は、下流にて図示しないマフラと接続される。
On the other hand, the
前記第1の触媒26より上流の排気枝管25には、排気枝管25内を流れる排気ガスの空燃比に対応した電気信号を出力する第1空燃比センサ29aが取り付けられる。
A first air-fuel ratio sensor 29 a that outputs an electric signal corresponding to the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in the
前記排気管27の途中には、第2の触媒28が設けられ、この第2の触媒28より下流の排気管27には、前記第2の触媒28から流出した排気ガス中の空燃比に対応した電気信号を出力する第2空燃比センサ29bが取り付けられる。
A
ここで、前記第1の触媒26は、前記第2の触媒28より容量の小さい三元触媒からなり、前記第2の触媒28は、例えば、アルミナを担体とし、この担体上にカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCs等のアルカリ金属と、バリウムBaやカルシウムCa等のアルカリ土類と、ランタンLaやイットリウムY等の希土類とから選択された少なくとも一つと、白金Pt等の貴金属とを担持して構成される、窒素酸化物吸蔵還元型触媒である(以下、NOx吸蔵触媒28と称する)。
Here, the
前記NOx吸蔵触媒28に流入する排気中の空気(酸素O2)と燃料(炭化水素HC)
との比を排気空燃比と称すると、この排気空燃比は、NOx吸蔵触媒28上流の排気管2
7内に燃料や空気が供給されなければ、前記燃焼室5に供給される混合気の空燃比に対応する。
Air (oxygen O 2 ) and fuel (hydrocarbon HC) in the exhaust gas flowing into the
The exhaust air / fuel ratio is defined as the exhaust air / fuel ratio upstream of the
If no fuel or air is supplied into the combustion chamber 7, it corresponds to the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 5.
そして、前記NOx吸蔵触媒28は、排気空燃比(混合気の空燃比)が酸素過剰状態、
いわゆるリーン状態のときは、排気中の窒素酸化物NOxを吸収し、排気中(混合気中)
の酸素濃度が低下して炭化水素(HC)の濃度が高い状態、いわゆるリッチ状態のときは、吸収していた窒素酸化物NOxを放出する。
In the
During the so-called lean state, nitrogen oxide NOx in the exhaust is absorbed and exhausted (in the mixture)
In a state where the concentration of oxygen is lowered and the concentration of hydrocarbon (HC) is high, that is, in a so-called rich state, the absorbed nitrogen oxides NOx are released.
具体的には、担体上に白金Pt及びバリウムBaが担持されたNOx吸蔵触媒の場合は
、排気空燃比がリーン状態になると、排気中の酸素O2がO2−あるいはO2−の形で白金Ptの表面上に付着する。一方、排気中の窒素酸化物NOxは、白金Ptの表面上でO
2−あるいはO2−と反応してNO2となる(2NO+O2→2NO2)。このように生成されたNO2及び排気中のNO2は、白金Pt上で酸化されつつ、酸化バリウムBaOと結合し、硝酸イオンNO3 −となる。
Specifically, in the case of a NOx storage catalyst in which platinum Pt and barium Ba are supported on a carrier, when the exhaust air-fuel ratio becomes lean, oxygen O 2 in the exhaust is in the form of O 2− or O 2− . It adheres on the surface of platinum Pt. On the other hand, the nitrogen oxides NOx in the exhaust are O on the surface of platinum Pt.
It reacts with 2- or O 2- and becomes NO 2 (2NO + O 2 → 2NO 2 ). NO 2 of NO 2 and the exhaust thus produced while being oxidized on the platinum Pt, and binds with barium oxide BaO, nitrate ions NO 3 - become.
続いて、NOx吸蔵触媒に流入する排気中の酸素濃度が低下すると、NOx吸蔵触媒では、NO2の生成量が低下し、反応が逆方向(NO3→NO2)に進むようになり、吸収されていた硝酸イオンNO3 −がNO2の形で放出される。このようにして放出されたNO2は、排気中の還元成分(HC、CO、O2)とNOx吸蔵触媒28上で反応して窒素N
2に還元せしめられる。
Subsequently, when the oxygen concentration in the exhaust gas flowing into the NOx storage catalyst decreases, the NOx storage catalyst decreases the amount of NO 2 generated, and the reaction proceeds in the reverse direction (NO 3 → NO 2 ), and absorption. The nitrate ions NO 3 − that have been released are released in the form of NO 2 . The NO 2 released in this manner reacts with the reducing components (HC, CO, O 2 ) in the exhaust gas on the
Reduced to 2 .
また、前記クランクポジションセンサ13、前記水温センサ14、前記バキュームセンサ17a、前記スロットルポジションセンサ20a、前記エアフローメータ22、前記第1及び第2空燃比センサ29a、29b等の各種センサは、電気配線を介してエンジンコントロール用の電子制御ユニット(Electronic Control Unit:ECU)36に接続され
、各種センサの出力信号が前記ECU36に入力される。
Various sensors such as the
前記ECU36には、前記イグナイタ6a、前記燃料噴射弁9、前記アクチュエータ10a、前記アクチュエータ21、前記電磁弁34等が電気配線を介して接続される。
The
そして、前記ECU36は、前記各種センサからの出力信号をパラメータとして内燃機関1の運転状態、チャコールキャニスタ31の蒸発燃料吸蔵状態、NOx吸蔵触媒28の
窒素酸化物NOx吸蔵量等を判定し、それらの判定結果に応じて、イグナイタ6a、燃料
噴射弁9、アクチュエータ10a、アクチュエータ21、電磁弁34等の各種制御を行う。
The
ここで、ECU36は、図2に示すように、双方向性バス37により相互に接続された、CPU38とROM39とRAM40とバックアップRAM41と入力ポート42と出力ポート43とを備えるとともに、前記入力ポート42に接続されたA/Dコンバータ(A/D)44を備える。
Here, as shown in FIG. 2, the
前記入力ポート42は、クランクポジションセンサ13とスロットルポジションセンサ20aとからの信号を入力し、これらの信号をCPU38あるいはRAM40へ送信する。さらに、前記入力ポート42は、水温センサ14とバキュームセンサ17aとエアフローメータ22と第1及び第2空燃比センサ29a、29bとからの信号をA/Dコンバータ44を介して入力し、これらの信号をCPU38あるいはRAM40へ送信する。
The
前記出力ポート43は、前記CPU38からの制御信号をイグナイタ6a、燃料噴射弁9、アクチュエータ10a、アクチュエータ21、電磁弁34等へ出力する。
The
前記ROM39は、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、あるいはNOx吸蔵触媒28に吸蔵された窒素酸化物NOxを放出すると同時に浄化するための窒素酸化物浄化制御ルーチン等のアプリケーションプログラムと、各種の制御マップとを記憶する。
The
前記制御マップは、例えば、内燃機関1の運転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関1の運転状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関1の運転状態と点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、蒸発燃料ガスのパージ開始から前記蒸発燃料ガスがNOx吸蔵触媒28に到達するまでに要する時
間(パージガス到達時間)と機関回転数との関係を示すパージガス到達時間制御マップ、NOx吸蔵触媒28に吸蔵された窒素酸化物NOxを浄化すべき時期に増量すべき燃料噴射量と燃料噴射時期の補正量との関係を示す燃料噴射時期補正マップ等である。
The control map is, for example, a fuel injection amount control map showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the fuel injection amount, a fuel injection timing control map showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the fuel injection timing, and the internal combustion engine An ignition timing control map showing the relationship between the operating state of the engine 1 and the ignition timing, the time required for the evaporated fuel gas to reach the
続いて、前記RAM40は、各センサからの出力信号やCPU38の演算結果等を記憶する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ13の出力信号より算出される機関回転数、チャコールキャニスタ31からサージタンク17へパージ可能な単位時間当たりの蒸発燃料量(パージベーパ量QV)、窒素酸化物NOxを放出及び浄化する際に
増加すべき燃料噴射量(燃料噴射増量QF)等である。そして、各センサからの出力信号やCPU38の演算結果等は、クランクポジションセンサ13が信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
Subsequently, the
前記バックアップRAM41は、内燃機関1停止後もデータを保持する不揮発性のメモリである。次に、前記CPU38は、前記ROM39に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、各センサの出力信号より内燃機関1の運転状態を判定し、その運転状態と各制御マップとから燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、燃料噴射増量、燃料噴射時期補正量等を算出する。そして、CPU38は、算出結果に基づいてイグナイタ6a、燃料噴射弁9、アクチュエータ10a、アクチュエータ21等を制御する。
The backup RAM 41 is a non-volatile memory that retains data even after the internal combustion engine 1 is stopped. Next, the
例えば、CPU38は、各種センサの出力信号から内燃機関1の運転状態を判別する。そして、機関運転状態が低負荷運転領域にあると判定した場合は、CPU38は、成層燃焼を実現するために、アクチュエータ10aを制御してスワールコントロールバルブ10の開度を小さくし、アクチュエータ21を駆動してスロットル弁20を実質的に全開時と同様の吸気流量となる開度に制御し、さらに各気筒2の圧縮行程時に燃料噴射弁9に駆動電流を印加して圧縮行程噴射を行う。この場合、各気筒2の燃焼室5内には、点火栓6の近傍のみに可燃混合気層が形成されるとともに、その他の領域に空気層が形成され、成層燃焼が実現される。
For example, the
また、CPU38は、機関運転状態が中負荷運転領域にあると判定した場合は、リーン混合気による均質燃焼を実現すべく、アクチュエータ10aを制御してスワールコントロールバルブ10の開度を小さくし、さらに各気筒2の吸気行程時に燃料噴射弁9に駆動電
流を印加して吸気行程噴射を行う。この場合、各気筒2の燃焼室5内の略全域にわたって、空気と燃料とが均質に混じり合ったリーン混合気が形成され、均質燃焼が実現される。
When the
また、CPU38は、機関運転状態が高負荷領域にあると判定した場合は、理論空燃比近傍の混合気による均質燃焼を実現すべく、アクチュエータ10aを制御してスワールコントロールバルブ10を全開状態とし、スロットル弁20が図示しないアクセルペダルの踏み込み量に対応した開度となるようアクチュエータ21を制御し、さらに各気筒2の吸気行程時に燃料噴射弁9に駆動電流を印加して吸気行程噴射を行う。この場合、各気筒2の燃焼室5内の略全域にわたって、空気と燃料とが均質に混じり合った理論空燃比の混合気が形成され、均質燃焼が実現される。
If the
さらに、CPU38は、成層燃焼制御から均質燃焼制御へ移行する際、あるいは均質燃焼制御から成層燃焼制御へ移行する際に、トルク変動を防止すべく、各気筒2の圧縮行程時と吸気行程時の二回に分けて燃料噴射弁9に駆動電流を印加する。この場合、各気筒2の燃焼室5内には、点火栓6の近傍に可燃混合気層が形成されるとともに、その他の領域にリーン混合気層が形成され、いわゆる弱成層燃焼が実現される。
Further, when the
次に、CPU38は、NOx吸蔵触媒28に吸蔵された窒素酸化物NOx量に対応した値を計数するリッチスパイク実行カウンタを備える。このリッチスパイク実行カウンタは、内燃機関1の負荷、機関回転数、燃料噴射量等に応じてインクリメントされるカウンタであり、レジスタ等から構成される。このリッチスパイク実行カウンタは、リッチスパイク制御の実行終了時にリセットされる。
Next, the
さらに、NOx吸蔵触媒28の窒素酸化物NOx吸蔵量が飽和状態に達したときのリッチスパイク実行カウンタの値を予め実験等で求めておき、そのカウンタ値からマージンとしての所定量を減算した値Aを前記リッチスパイク実行カウンタの上限値として設定する。
Further, a value A of a rich spike execution counter when the NOx storage amount of the
CPU38は、前記リッチスパイク実行カウンタの値が上限値Aに達したとき、排気の空燃比を所望の状態とすべくリッチスパイクを実行する。具体的には、CPU38は、蒸発燃料ガスのパージ及び燃料噴射量の増量補正によりリッチスパイクを実現する。
When the value of the rich spike execution counter reaches the upper limit value A, the
ところで、蒸発燃料ガスのパージを開始してから蒸発燃料ガスがNOx吸蔵触媒28に
到達するまでには時間がかかるため、リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が所定値Aに達した時点で蒸発燃料のパージ制御及び燃料噴射量の増量制御を開始すると、燃料噴射弁9から噴射された燃料がNOx吸蔵触媒28に到達する時間とパージされた蒸発燃料
ガスがNOx吸蔵触媒28に到達する時間との間にずれが生じ、所望量の還元成分(HC
,CO)を含む排気を所望の時期にNOx吸蔵触媒28に供給することができない。
By the way, since it takes time for the evaporated fuel gas to reach the
, CO) cannot be supplied to the
そこで、本実施の形態では、CPU38は、リッチスパイク実行カウンタの値が上限値Aからパージガス到達時間△tに対応した値△Aを減算した値(A−△A)に達した時点で蒸発燃料ガスのパージを開始し、リッチスパイク実行カウンタの値が上限値Aに達した時点で燃料噴射量の増量制御を行うようにした。この場合、噴射燃料の増量分と蒸発燃料ガスとが略同時にNOx吸蔵触媒28に流入することになる。
Therefore, in the present embodiment, the
尚、パージガス到達時間△tは、内燃機関1の吸入空気の流速が速くなるほど短くなり、吸入空気の流速は、機関回転数が高くなる程速くなるため、CPU38は、内燃機関1の機関回転数Nを算出し、図3に示すようなパージガス到達時間制御マップより、前記機関回転数Nに対応したパージガス到達時間△tを算出する。前記△Aは、予め実験等で求められた値であり、例えば、機関回転数やパージガス到達時間等をパラメータとして決定される。 The purge gas arrival time Δt decreases as the intake air flow rate of the internal combustion engine 1 increases, and the intake air flow rate increases as the engine rotational speed increases. N is calculated, and a purge gas arrival time Δt corresponding to the engine speed N is calculated from a purge gas arrival time control map as shown in FIG. ΔA is a value obtained in advance through experiments or the like, and is determined using, for example, engine speed, purge gas arrival time, and the like as parameters.
また、NOx吸蔵触媒28に吸蔵された窒素酸化物NOxを放出及び浄化するために必要な増加燃料量(リッチスパイク燃料量QRS)は、蒸発燃料ガスのパージと燃料噴射の増量とで補われるが、その際、蒸発燃料ガスのパージを主とし、蒸発燃料ガスのパージで不足する燃料量を燃料噴射増量で補うものとする。
Further, the increased fuel amount (rich spike fuel amount QRS) necessary for releasing and purifying the nitrogen oxide NOx stored in the
この場合、増量すべき燃料噴射量は、パージされる蒸発燃料ガスの状態、チャコールキャニスタ31からサージタンク17へ供給可能な燃料量(単位時間当たりの蒸発燃料量(パージベーパ量)QV・電磁弁34を全開可能な最大時間(最大開弁時間)Tmax)に応
じて変化するため、ベーパ量QVを特定した上で燃料噴射量の増量分を決定する必要がある。
In this case, the fuel injection amount to be increased includes the state of the evaporated fuel gas to be purged, the amount of fuel that can be supplied from the
前記パージベーパ量QVは、パージされる蒸発燃料ガス中の燃料濃度CPと、単位時間当たりの蒸発燃料ガス流量(パージガス流量QP)とを乗算して得られる値である。そして、パージガス流量QPは、サージタンク17に発生する吸気管負圧と大気圧との差圧△Pに応じて変化するが、本実施の形態で例示するような筒内噴射式の内燃機関1において希薄燃焼制御(成層燃焼制御)が実行されている場合は、極低負荷時を除いてスロットル弁20が実質的に全開状態と同様の吸気流量となるよう制御されるので、吸気管負圧が略一定となり、その結果、前記差圧△Pも一定となり、パージガス流量QPは一定となる。
The purge vapor amount QV is a value obtained by multiplying the fuel concentration CP in the vaporized fuel gas to be purged by the vaporized fuel gas flow rate (purge gas flow rate QP) per unit time. The purge gas flow rate QP changes in accordance with the pressure difference ΔP between the intake pipe negative pressure generated in the
前記燃料濃度CPを特定する方法としては、通常のパージ制御を行う際に、パージ実行直前の第1空燃比センサ29aの出力信号値とパージ実行時の第1空燃比センサ29aの出力信号値との差分から蒸発燃料ガスの燃料濃度を算出し、算出した燃料濃度を学習値として利用する方法、あるいは、パージ通路30やチャコールキャニスタ31に取り付けられるHCセンサ等で直接検出する方法を例示することができる。
As a method of specifying the fuel concentration CP, when performing normal purge control, the output signal value of the first air-fuel ratio sensor 29a immediately before the purge is performed and the output signal value of the first air-fuel ratio sensor 29a at the time of purge are A method of calculating the fuel concentration of the evaporated fuel gas from the difference between the two and using the calculated fuel concentration as a learning value, or a method of directly detecting with a HC sensor or the like attached to the
そして、CPU38は、算出された燃料濃度CPとパージガス流量QPとを乗算してパージベーパ量QVを算出し、次いでパージベーパ量QVと電磁弁最大開弁時間Tmaxとを
乗算して、チャコールキャニスタ31からサージタンク17へ供給可能な燃料量(パージ燃料量QV・Tmax)を算出する。続いて、CPU38は、算出したパージ燃料量QV・
Tmaxとリッチスパイク燃料量QRSとを比較する。前記パージ燃料量QV・Tmaxがリッチスパイク燃料量QRSより大きい場合は、CPU38は、リッチスパイク燃料量QRSをパージベーパ量QVで除算して、電磁弁34の開弁時間Tを算出するとともに、燃料噴射増量QFを零に設定する。
Then, the
Tmax is compared with the rich spike fuel amount QRS. When the purge fuel amount QV · Tmax is larger than the rich spike fuel amount QRS, the
この場合、CPU38は、前記開弁時間Tに従って電磁弁34を制御することによりリッチスパイクを実現する。一方、前記パージ燃料量QV・Tmaxがリッチスパイク燃料量
QRS以下である場合は、CPU38は、電磁弁34の開弁時間を電磁弁最大開弁時間Tmaxに設定するとともに、リッチスパイク燃料量QRSからパージ燃料量QV・Tmaxを減算して得られた値(QRS−QV・Tmax)を燃料噴射増量QFとして設定する。
In this case, the
この場合、燃料噴射弁9から噴射すべき燃料の総量(総燃料噴射量Qtotal)は、燃料
噴射量制御マップより算出される燃料噴射量Qと燃料噴射増量QFとを加算した値(Q+QF)となるため、この総燃料噴射量Qtotalを実現するためには、燃料噴射時期制御マ
ップより算出された燃料噴射時期ITより早い時期に燃料噴射を開始して、燃料噴射時間を長くしてやる必要がある。
In this case, the total amount of fuel to be injected from the fuel injection valve 9 (total fuel injection amount Qtotal) is a value (Q + QF) obtained by adding the fuel injection amount Q calculated from the fuel injection amount control map and the fuel injection increase amount QF. Therefore, in order to realize the total fuel injection amount Qtotal, it is necessary to start the fuel injection at a time earlier than the fuel injection timing IT calculated from the fuel injection timing control map and extend the fuel injection time.
その際、CPU38は、図4に示すような燃料噴射時期補正マップより、前記燃料噴射増量QFに対応した燃料噴射時期補正進角量△ITを算出し、前記燃料噴射時期ITと前記燃料噴射時期補正進角量△ITとを加算して、リッチスパイク実行時の燃料噴射時期I
Ttotalを算出する。そして、CPU38は、前記燃料噴射時期ITtotalに従って燃料噴射弁9を制御することによりリッチスパイクを実現する。
At that time, the
Ttotal is calculated. Then, the
上記したような制御によりリッチスパイクを実現する際、特に成層燃焼等のリーン運転時にリッチスパイクを実行する際は、蒸発燃料ガスのパージ及び燃料噴射増量により燃焼室内の空燃比が急激にリッチ状態に変化し、リッチ失火が発生する虞があるため、CPU38は、パージされた蒸発燃料ガス中の燃料量と噴射燃料量とを合わせた総燃料量の変化速度がリッチ失火を誘発しない変化速度となるよう、蒸発燃料ガスのパージによる燃料量変化速度と燃料噴射増量による燃料量変化速度とを調整するものとする。
When realizing the rich spike by the control as described above, especially when executing the rich spike during lean operation such as stratified combustion, the air-fuel ratio in the combustion chamber is suddenly made rich by purging the evaporated fuel gas and increasing the fuel injection. Since there is a possibility that a rich misfire may occur, the
尚、CPU38は、燃料噴射増量によるリッチスパイク制御を実行する際、各気筒2内の燃焼を安定させることを目的として、成層燃焼制御を禁止し、均質燃焼制御を行うようにしてもよい。
The
このように、CPU38は、ROM39のアプリケーションプログラムを実行することにより、本発明にかかるガス状態判別手段及び排気状態制御手段を実現する。
As described above, the
以下、本実施の形態にかかる作用及び効果について説明する。CPU38は、内燃機関1の成層燃焼制御実行時において、所定時間毎(クランクポジションセンサ13が信号を出力する毎)に、図5に示すような窒素酸化物浄化制御ルーチンを実行する。この窒素酸化物浄化制御ルーチンにおいて、CPU38は、先ず、S501において、RAM40へアクセスし、機関回転数Nを読み出す。続いて、CPU38は、ROM39のパージガス到達時間制御マップへアクセスし、前記機関回転数Nに対応するパージガス到達時間△tを算出し、このパージガス到達時間△tに対応する値△Aを算出する。
Hereinafter, the operation and effects according to the present embodiment will be described. The
次に、CPU38は、S502へ進み、リッチスパイク実行カウンタの上限値Aから前記S501で算出された値△Aを減算する。そして、CPU38は、リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記減算処理により得られた値(A−△A)以上であるか否かを判別する。
Next, the
前記S502においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記減算結果(A−△A)未満であると判定した場合は、CPU38は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
When it is determined in S502 that the counter value of the rich spike execution counter is less than the subtraction result (A−ΔA), the
一方、前記S502においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記減算結果(A−△A)以上であると判定した場合は、CPU38は、S503へ進み、前記リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記上限値A以上であるか否か、つまりNOx吸蔵
触媒28の窒素酸化物NOx吸蔵量が飽和状態にあるか否かを判別する。
On the other hand, if it is determined in S502 that the counter value of the rich spike execution counter is greater than or equal to the subtraction result (A−ΔA), the
前記S503において前記リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記上限値A未満であると判定した場合は、CPU38は、S507へ進み、リッチスパイク制御の実行が仮許可の状態にあるか否かを判別する。ここでいうリッチスパイク制御実行の仮許可状態とは、燃料噴射増量によるリッチスパイク制御の実行前であり、蒸発燃料ガスのパージによるリッチスパイク制御が実行中である状態をいう。
If it is determined in S503 that the counter value of the rich spike execution counter is less than the upper limit value A, the
尚、蒸発燃料ガスのパージによるリッチスパイク制御実行開始時に“1”がセットされ、蒸発燃料ガスのパージによるリッチスパイク制御実行終了時に“0”にリセットされるリッチスパイク制御実行仮許可フラグ領域をRAM40に設定しておき、CPU38は、前記リッチスパイク制御実行仮許可フラグ領域に“1”が記憶されているか、あるいは“0”が記憶されているかを判定することにより、リッチスパイク制御の実行が仮許可の状態にあるか否かを判別するようにしてもよい。
The
前記S507においてリッチスパイク制御の実行が仮許可の状態にないと判定した場合は、CPU38は、S508へ進み、RAM40のリッチスパイク制御実行仮許可フラグ領域に“1”をセットする。
If it is determined in S507 that the execution of the rich spike control is not temporarily permitted, the
次に、CPU38は、S509へ進み、NOx吸蔵触媒28に吸蔵された窒素酸化物N
Oxを放出及び浄化するのに必要な増加燃料量(リッチスパイク燃料量QRS)を決定す
る。その際、CPU38は、リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が上限値Aに達していると想定して、リッチスパイク燃料量QRSを決定する。
Next, the
An increased fuel amount (rich spike fuel amount QRS) required to release and purify Ox is determined. At this time, the
そして、CPU38は、S510へ進み、単位時間当たりのパージガス流量QPと燃料濃度CPとを乗算して、単位時間当たりにパージされる燃料量(パージベーパ量QV)を算出する。続いて、CPU38は、前記パージベーパ量QVに電磁弁最大開弁時間Tmax
を乗算してパージ燃料量QV・Tmaxを算出し、このパージ燃料量QV・Tmaxと前記S509で算出されたリッチスパイク燃料量QRSとに基づいて、電磁弁34の開弁時間Tと燃料噴射増量QFとを決定する。その際、CPU38は、パージ燃料量QV・Tmaxとリ
ッチスパイク燃料量QRSとを比較し、パージ燃料量QV・Tmaxがリッチスパイク燃料
量QRSより大きい場合は、リッチスパイク燃料量QRSをパージベーパ量QVで除算して電磁弁開弁時間Tを算出するとともに、燃料噴射増量QFを零とする。
Then, the
To calculate the purge fuel amount QV · Tmax, and based on the purge fuel amount QV · Tmax and the rich spike fuel amount QRS calculated in S509, the valve opening time T of the solenoid valve 34 and the fuel injection increase amount are calculated. QF is determined. At that time, the
一方、パージ燃料量QV・Tmaxがリッチスパイク燃料量QRS以下である場合は、C
PU38は、電磁弁開弁時間Tを電磁弁最大開弁時間Tmaxにするとともに、リッチスパ
イク燃料量QRSからパージ燃料量QV・Tmaxを減算して得られた値(QRS−QV・
Tmax)を燃料噴射増量QFとする。
On the other hand, if the purge fuel amount QV · Tmax is equal to or less than the rich spike fuel amount QRS,
The
Tmax) is defined as a fuel injection increase amount QF.
CPU38は、上記したように算出した電磁弁開弁時間Tと燃料噴射増量QFとをRAM40の所定領域に記憶させた後、S511へ進む。S511では、CPU38は、蒸発燃料ガスのパージによるリッチスパイクを実行すべく、電磁弁34を全開状態とし、本ルーチンの実行を一旦終了する。
The
その後、CPU38が本ルーチンを再度実行し、S502、S503においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が(A−△A)以上であり、且つA未満であると判定すると、S507においてリッチスパイク制御の実行が仮許可状態にあると判定することになり、本ルーチンの実行を一旦終了することになる。
Thereafter, the
このように本ルーチンを繰り返し実行し、S503においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が上限値A以上であると判定すると、CPU38は、S504へ進む。
If this routine is repeatedly executed as described above and it is determined in S503 that the counter value of the rich spike execution counter is equal to or greater than the upper limit value A, the
前記S504では、CPU38は、RAM40に設定されるリッチスパイク制御実行許可フラグ領域に“1”を書き込む。前記リッチスパイク制御実行許可フラグ領域には、燃料噴射増量によるリッチスパイク制御実行開始時に“1”がセットされ、燃料噴射増量によるリッチスパイク制御実行終了時に“0”にリセットされるものとする。
In S <b> 504, the
続いて、CPU38は、S505へ進み、燃料噴射量制御ルーチンにより決定された燃料噴射量Qと、燃料噴射時期制御ルーチンにより決定された燃料噴射時期ITと、前記S510で決定された燃料噴射増量QFと、燃料噴射時期補正マップとに従って、総燃料噴射量Qtotalと燃料噴射時期ITtotalとを算出する。
Subsequently, the
そして、CPU38は、S506へ進み、燃料噴射増量によるリッチスパイクを実行すべく、成層燃焼制御から均質燃焼制御へ切り換えるとともに、前記S505で算出した総
燃料噴射量Qtotalと燃料噴射時期ITtotalとに従って燃料噴射弁9を制御する。
Then, the
以上述べた実施の形態によれば、燃料噴射増量分と蒸発燃料ガスとが略同時期にNOx
吸蔵触媒28に到達するようリッチスパイク制御を行うため、前記蒸発燃料ガスは、増量噴射された燃料と同時期に燃焼室5内に位置することとなる。つまり、蒸発燃料ガスは、内燃機関1が成層燃焼状態から均質燃焼状態へ移行した後に燃焼室5内に導入されることになるので、成層燃焼を妨げることがなく、内燃機関1の燃焼を安定させることができる。
According to the embodiment described above, the increase in fuel injection and the evaporated fuel gas are substantially simultaneously with NOx.
Since the rich spike control is performed so as to reach the
さらに、蒸発燃料ガスの状態に応じて燃料噴射増量を行うため、必要最小限の燃料噴射増量でNOx吸蔵触媒28に吸蔵された窒素酸化物NOxを放出及び浄化させることができ、混合気が過剰なリッチ状態になることがない。この結果、混合気の燃焼が安定するとともに、リッチスパイク制御による燃料消費量の増加が抑制される。
Further, since the fuel injection increase is performed according to the state of the evaporated fuel gas, the nitrogen oxide NOx stored in the
また、キャニスタに吸着された蒸発燃料をリッチスパイクに利用するため、蒸発燃料をパージする機会が増加し、キャニスタの再生を確実に行うことができる。 Further, since the evaporated fuel adsorbed on the canister is used for the rich spike, the opportunity to purge the evaporated fuel increases, and the canister can be reliably regenerated.
〈他の実施の形態〉
以下、本発明にかかる排気浄化装置の他の実施の形態について図6に基づいて説明する。図6は、本実施の形態にかかる窒素酸化物浄化制御ルーチンを示すフローチャート図である。
<Other embodiments>
Hereinafter, another embodiment of the exhaust emission control device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart showing a nitrogen oxide purification control routine according to the present embodiment.
前述の実施の形態に示した窒素酸化物浄化制御ルーチンではリッチスパイク制御の実行が仮許可された時点でリッチスパイク燃料量QRS、電磁弁34の開弁時間T、燃料噴射増量QFを決定しているのに対し、図6に示す窒素酸化物浄化制御ルーチンでは、リッチスパイク制御の実行が仮許可される前にリッチスパイク燃料量QRS、電磁弁34の開弁時間T、燃料噴射増量QFを決定するようにした。 In the nitrogen oxide purification control routine shown in the above-described embodiment, the rich spike fuel amount QRS, the valve opening time T of the solenoid valve 34, and the fuel injection increase amount QF are determined when the execution of the rich spike control is temporarily permitted. On the other hand, in the nitrogen oxide purification control routine shown in FIG. 6, the rich spike fuel amount QRS, the valve opening time T of the solenoid valve 34, and the fuel injection increase amount QF are determined before the execution of the rich spike control is temporarily permitted. I tried to do it.
すなわち、CPU38は、S601において、RAM40へアクセスし、機関回転数Nを読み出す。続いて、CPU38は、ROM39のパージガス到達時間制御マップへアクセスし、前記機関回転数Nに対応するパージガス到達時間△tを算出し、このパージガス到達時間△tに対応する値△Aを算出する。
That is, the
続いて、CPU38は、S602へ進み、NOx吸蔵触媒28に吸蔵された窒素酸化物
NOxを放出及び浄化するのに必要な増加燃料量(リッチスパイク燃料量QRS)を決定
する。その際、CPU38は、リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が上限値Aに達していると想定して、リッチスパイク燃料量QRSを決定する。
Subsequently, the
そして、CPU38は、S603へ進み、単位時間当たりのパージガス流量QPと燃料濃度CPとを検出し、これらパージガス流量QPと燃料濃度CPとを乗算して単位時間当たりにパージされる燃料量(パージベーパ量QV)を算出する。次いで、CPU38は、前記パージベーパ量QVに電磁弁最大開弁時間Tmaxを乗算してパージ燃料量QV・Tmaxを算出し、このパージ燃料量QV・Tmaxと前記S509で算出されたリッチスパイク燃
料量QRSとに基づいて、電磁弁34の開弁時間Tと燃料噴射増量QFとを決定する。
Then, the
その際、CPU38は、パージ燃料量QV・Tmaxとリッチスパイク燃料量QRSとを
比較し、パージ燃料量QV・Tmaxがリッチスパイク燃料量QRSより大きい場合は、リ
ッチスパイク燃料量QRSをパージベーパ量QVで除算して電磁弁開弁時間Tを算出するとともに、燃料噴射増量QFを零とする。
At that time, the
一方、パージ燃料量QV・Tmaxがリッチスパイク燃料量QRS以下である場合は、C
PU38は、電磁弁開弁時間Tを電磁弁最大開弁時間Tmaxにするとともに、リッチスパ
イク燃料量QRSからパージ燃料量QV・Tmaxを減算して得られた値(QRS−QV・
Tmax)を燃料噴射増量QFとする。
On the other hand, if the purge fuel amount QV · Tmax is equal to or less than the rich spike fuel amount QRS,
The
Tmax) is defined as a fuel injection increase amount QF.
そして、CPU38は、上記したように算出した電磁弁開弁時間Tと燃料噴射増量QFとをRAM40の所定領域に記憶させる。次に、CPU38は、S604へ進み、リッチスパイク実行カウンタの上限値Aから前記S601で算出された値△Aを減算する。そして、CPU38は、リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記減算処理により得られた値(A−△A)以上であるか否かを判別する。
Then, the
前記S604においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記減算結果(A−△A)未満であると判定した場合は、CPU38は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
If it is determined in S604 that the counter value of the rich spike execution counter is less than the subtraction result (A−ΔA), the
一方、前記S604においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記減算結果(A−△A)以上であると判定した場合は、CPU38は、S605へ進み、前記リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記上限値A以上であるか否か、つまりNOx吸蔵
触媒28の窒素酸化物NOx吸蔵量が飽和状態にあるか否かを判別する。
On the other hand, if it is determined in S604 that the counter value of the rich spike execution counter is equal to or greater than the subtraction result (A−ΔA), the
前記S605において前記リッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が前記上限値A未満であると判定した場合は、CPU38は、S609へ進み、RAM40のリッチスパイク制御実行仮許可フラグ領域にアクセスし、“1”が記憶されているかもしくは“0”が記憶されているかを判定する。
If it is determined in S605 that the counter value of the rich spike execution counter is less than the upper limit value A, the
前記S609においてリッチスパイク制御実行仮許可フラグ領域に“0”が記憶されており、リッチスパイク制御の実行が仮許可状態にないと判定した場合は、CPU38は、S610へ進み、前記リッチスパイク制御実行仮許可フラグ領域に“1”をセットする。
If “0” is stored in the rich spike control execution temporary permission flag area in S609 and it is determined that the execution of the rich spike control is not in the temporary permission state, the
続いて、CPU38は、S611へ進み、RAM40の所定領域へアクセスし、前記S603で算出された電磁弁開弁時間Tを読み出す。そして、CPU38は、蒸発燃料ガスのパージによるリッチスパイクを実行すべく、電磁弁34が前記電磁弁開弁時間T継続して全開状態となるよう制御を行い、本ルーチンの実行を一旦終了する。
Subsequently, the
その後、CPU38が本ルーチンを再度実行し、S604、S605においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が(A−△A)以上であり、且つA未満であると判定すると、S609においてリッチスパイク制御の実行が仮許可状態にあると判定することになり、本ルーチンの実行を一旦終了することになる。
Thereafter, the
このように本ルーチンを繰り返し実行し、S605においてリッチスパイク実行カウンタのカウンタ値が上限値A以上であると判定すると、CPU38は、S606へ進む。
As described above, when this routine is repeatedly executed and it is determined in S605 that the counter value of the rich spike execution counter is greater than or equal to the upper limit value A, the
前記S606では、CPU38は、RAM40のリッチスパイク制御実行許可フラグ領域に“1”をセットし、S607へ進む。S607では、CPU38は、燃料噴射量制御ルーチンにより決定された燃料噴射量Qと、燃料噴射時期制御ルーチンにより決定された燃料噴射時期ITと、前記S603で決定された燃料噴射増量QFと、燃料噴射時期補正マップとに従って、総燃料噴射量Qtotalと燃料噴射時期ITtotalとを算出する。
In S606, the
そして、CPU38は、S608へ進み、燃料噴射増量によるリッチスパイクを実行すべく、成層燃焼制御から均質燃焼制御へ切り換えるとともに、前記S607で算出した総燃料噴射量Qtotalと燃料噴射時期ITtotalとに従って燃料噴射弁9を制御する。
Then, the
以上述べた実施の形態によれば、前述の実施の形態と同様の効果を得ることができる。尚、前述した2つの実施の形態では、燃料噴射弁と電磁弁とを選択的に制御する方法として、噴射燃料の増量分と蒸発燃料ガスとが略同時にNOx吸蔵触媒に流入するよう制御す
る例について述べたが、図7、8に示すように、リッチスパイクの前半に蒸発燃料ガスのパージによる排気空燃比のリッチ化を行い、後半に蒸発燃料ガスのパージのみで不足する燃料量を燃料噴射弁からの噴射増量で補うようにしてもよい。この場合、リッチスパイクにかかる燃料噴射量を減少させることが可能になるとともにキャニスタの再生を確実に行うことができる。
According to the embodiment described above, the same effects as those of the above-described embodiment can be obtained. In the two embodiments described above, as an example of a method for selectively controlling the fuel injection valve and the solenoid valve, an example in which the increased amount of injected fuel and the evaporated fuel gas are controlled to flow into the NOx storage catalyst substantially simultaneously. 7 and 8, as shown in FIGS. 7 and 8, the exhaust air / fuel ratio is enriched by purging the evaporated fuel gas in the first half of the rich spike, and the fuel amount that is insufficient only by purging the evaporated fuel gas is injected into the fuel in the latter half. You may make it supplement with the injection increase from a valve. In this case, it is possible to reduce the amount of fuel injection applied to the rich spike, and to reliably regenerate the canister.
また、図9に示すように、リッチスパイクの前半に燃料噴射増量による排気空燃比のリッチ化を行い、後半に蒸発燃料ガスのパージによる排気空燃比のリッチ化を行うようにしてもよい。 Further, as shown in FIG. 9, the exhaust air / fuel ratio may be enriched by increasing the fuel injection amount in the first half of the rich spike, and the exhaust air / fuel ratio may be enriched by purging the evaporated fuel gas in the latter half.
さらに、図10に示すように、リッチスパイクの前半に燃料噴射増量のみで排気空燃比のリッチ化を行い、燃焼室内の空燃比を燃焼が安定する空燃比(例えば、理論空燃比)とした後で、燃料噴射増量と蒸発燃料ガスのパージとを並行して行うようにしてもよい。この場合、理論空燃比近傍の混合気を燃焼させることにより、混合気(あるいは排気)の空燃比を所望の空燃比とすべく空燃比センサの出力信号に基づいて燃料噴射量や蒸発燃料ガスのパージをフィードバック制御し易く、蒸発燃料ガスのパージによるリッチ失火等を防止することができ、燃焼を不安定にすることなくリッチスパイクを実現することが可能となる。 Further, as shown in FIG. 10, after the rich air-fuel ratio is enriched only by increasing the fuel injection amount in the first half of the rich spike, the air-fuel ratio in the combustion chamber is set to an air-fuel ratio (for example, stoichiometric air-fuel ratio) at which combustion is stable Thus, the fuel injection increase and the purge of the evaporated fuel gas may be performed in parallel. In this case, by burning the air-fuel mixture in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio, the fuel injection amount and the evaporated fuel gas are controlled based on the output signal of the air-fuel ratio sensor so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture (or exhaust gas) becomes the desired air-fuel ratio. It is easy to perform feedback control of the purge, it is possible to prevent a rich misfire or the like due to the purge of the evaporated fuel gas, and it is possible to realize a rich spike without making the combustion unstable.
燃料噴射弁と電磁弁とを選択的に制御する方法は、上記した例に限られるものではなく、内燃機関の運転状態や蒸発燃料ガスの状態等に応じて最適な方法を選択することが好ましい。 The method for selectively controlling the fuel injection valve and the solenoid valve is not limited to the above-described example, and it is preferable to select an optimum method according to the operating state of the internal combustion engine, the state of the evaporated fuel gas, and the like. .
1・・・・内燃機関
5・・・・燃焼室
6・・・・点火栓
9・・・・燃料噴射弁
16・・・吸気枝管
17・・・サージタンク
18・・・吸気管
19・・・エアクリーナボックス
20・・・スロットル弁
20a・・スロットルポジションセンサ
21・・・アクチュエータ
22・・・エアフローメータ
25・・・排気枝管
26・・・第1の触媒
27・・・排気管
28・・・NOx吸蔵触媒
29a・・第1空燃比センサ
29b・・第2空燃比センサ
30・・・パージ通路
31・・・チャコールキャニスタ
32・・・蒸発燃料通路
33・・・燃料タンク
34・・・電磁弁
35・・・大気導入通路
36・・・ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 5 ...
Claims (9)
前記希薄燃焼内燃機関の吸気系へ供給される蒸発燃料ガスの状態を判別するガス状態判別手段と、
前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化すべき時期に、前記ガス状態判別手段により判別された蒸発燃料ガスの状態に応じて、前記希薄燃焼内燃機関の燃料噴射弁及び前記ガス供給手段の両方を制御することで前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比を所望の状態とする排気状態制御手段と、を備えることを特徴とする希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。 A lean combustion internal combustion engine capable of combusting an air-fuel mixture in an excess oxygen state, gas supply means for supplying an evaporated fuel gas containing evaporated fuel generated in a fuel tank to an intake system of the lean combustion internal combustion engine, and the lean combustion internal combustion engine A nitrogen oxide storage reduction catalyst that stores nitrogen oxides in the exhaust when the exhaust is in an oxygen excess state, and purifies the stored nitrogen oxides when the oxygen concentration in the exhaust decreases. , An exhaust emission control device for a lean combustion internal combustion engine,
Gas state determining means for determining the state of the evaporated fuel gas supplied to the intake system of the lean combustion internal combustion engine;
According to the state of the evaporated fuel gas determined by the gas state determination means at the time when the nitrogen oxide stored in the nitrogen oxide storage reduction catalyst is to be purified, the fuel injection valve of the lean combustion internal combustion engine and the Exhaust gas purification means for a lean combustion internal combustion engine, characterized by comprising: exhaust state control means for controlling the gas supply means to bring the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide storage reduction catalyst into a desired state apparatus.
前記排気状態制御手段は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期が各気筒の圧縮行程時に設定されているときに、前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を浄化する場合は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期を各気筒の吸気行程時に変更することを特徴とする請求項1または2記載の希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。 The lean combustion internal combustion engine is an in-cylinder injection lean combustion internal combustion engine including a fuel injection valve that directly injects fuel into a cylinder.
The exhaust state control means, when purifying the nitrogen oxide stored in the nitrogen oxide storage reduction catalyst when the fuel injection timing of the fuel injection valve is set during the compression stroke of each cylinder, 3. An exhaust emission control device for a lean burn internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injection timing of the fuel injection valve is changed during the intake stroke of each cylinder.
を特徴とする請求項1または2記載の希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。 When the exhaust state control means controls both the fuel injection valve of the lean combustion internal combustion engine and the gas supply means to bring the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide storage reduction catalyst into a desired state. The fuel vapor supplied from the gas supply means is mainly used, and the amount of fuel deficient in the fuel vapor is supplemented by an increase in fuel injection of a fuel injection valve of the lean combustion internal combustion engine. 3. An exhaust emission control device for a lean combustion internal combustion engine according to 1 or 2.
前記排気状態制御手段は、前記蒸発燃料ガスにより供給可能な燃料量が、前記窒素酸化物吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比を所望の状態とするために必要な増加燃料量以下である場合は、前記電磁弁の開弁時間を全開可能な最大時間とすることを特徴とする請求項1または2記載の希薄燃焼内燃機関の排気浄化装置。 The gas supply means supplies the evaporated fuel gas by opening a solenoid valve,
The exhaust state control means is configured such that the amount of fuel that can be supplied by the evaporated fuel gas is equal to or less than the increased amount of fuel that is necessary to bring the air-fuel ratio of the exhaust flowing into the nitrogen oxide storage reduction catalyst into a desired state. The exhaust purification device of a lean burn internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the opening time of the electromagnetic valve is a maximum time that can be fully opened.
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