JP2008045459A - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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Nobuhiro Akasaka
伸洋 赤坂
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for an internal combustion engine capable of reducing emission of HC generated at the start of the internal combustion engine. <P>SOLUTION: Oxygen concentration in suction air supplied into a combustion chamber during a predetermined period of time in start of the internal combustion engine is controlled to enrich oxygen and is raised (thickened) by an oxygen concentration raising device 500, and combustion of air fuel mixture is activated. Consequently, HC emitted from the engine is reduced and HC emission quantity is reduced by shortening catalyst warming up period. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車の内燃機関の始動時において炭化水素等の有害ガスを低減する内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine that reduces harmful gases such as hydrocarbons when the internal combustion engine of an automobile is started.

近年、エミッション低減の観点から、特に、自動車に搭載される内燃機関から始動時に排出される炭化水素(以下、HCと記す)を低減する技術が提案されている。例えば、ガソリンを燃料とする内燃機関において、内燃機関の始動時に、排気管に設けた触媒装置の触媒温度を上昇させて触媒を活性化させ、排気ガスに含まれるHCをはじめとする有害ガスの排出量を少なくする技術が知られている(触媒暖機技術)。触媒の暖機を早期に行うために、意図的に点火時期を大幅に遅角(リタード)制御して排気温度を高くする技術が知られている(特許文献1および特許文献2参照)。   In recent years, a technique for reducing hydrocarbons (hereinafter referred to as HC) discharged at the time of starting from an internal combustion engine mounted on an automobile has been proposed from the viewpoint of reducing emissions. For example, in an internal combustion engine using gasoline as a fuel, at the start of the internal combustion engine, the catalyst temperature of the catalyst device provided in the exhaust pipe is increased to activate the catalyst, and harmful gases such as HC contained in the exhaust gas are activated. A technology that reduces emissions is known (catalyst warm-up technology). In order to warm up the catalyst at an early stage, a technique is known in which the ignition temperature is intentionally significantly retarded (retarded) to increase the exhaust temperature (see Patent Document 1 and Patent Document 2).

ところが、上記のように点火時期を大幅に遅角(リタード)制御して燃焼を悪化させると、触媒暖機を早期に実施できるが、燃焼が悪化し燃焼そのものが安定しないため、暖機中のHC量は逆に増加してしまう。   However, if the ignition timing is greatly retarded (retarded) as described above to make the combustion worse, the catalyst can be warmed up early, but the combustion is worsened and the combustion itself is not stable. Conversely, the amount of HC increases.

そこで、この問題を解決するために、機関始動時に点火時期を遅角制御し排気昇温を行う内燃機関において、排気昇温時に主燃料に水素を添加して点火時期を遅角制御することにより、排気温度を上昇させるとともに、水素添加による燃焼促進効果によって未燃で排出されるおそれのあるHCを燃焼させ、HCの排出量を低減させる技術が示されている(特許文献3参照)。   Therefore, in order to solve this problem, in an internal combustion engine in which the ignition timing is retarded at the start of the engine and the exhaust gas temperature is raised, hydrogen is added to the main fuel when the exhaust gas temperature is raised to retard the ignition timing. In addition, there is a technology that raises the exhaust gas temperature, burns HC that may be discharged unburned due to the combustion promotion effect of hydrogen addition, and reduces the HC emission amount (see Patent Document 3).

特開平8−218852号公報JP-A-8-218852 特開平11−315741号公報JP-A-11-315741 特開2005−48631号公報JP 2005-48631 A

点火時期リタードによる触媒暖機制御は、触媒を早期に暖機させることができ、その後は活性化した触媒によるHC削減効果は大きい。しかしながら、特許文献3でも述べられているように、点火時期リタード時にはかえってHCを多く排出することになり、また、燃焼安定性の観点から、リタードできる領域が限られており、一定以上の効果を得ることが難しい。一方、特許文献3に記載されているように、燃料に水素を添加する方法は、水素自身が自着火性を有しているため、安全面の観点から、水素の生成方法や貯蔵方法に課題があることと、水素を添加するためには水素量をより精密に制御する必要がある。   The catalyst warm-up control by the ignition timing retard can warm the catalyst early, and after that, the HC reduction effect by the activated catalyst is great. However, as described in Patent Document 3, a large amount of HC is discharged when the ignition timing is retarded. In addition, from the viewpoint of combustion stability, the region where the retarding is possible is limited, and the effect above a certain level is obtained. Difficult to get. On the other hand, as described in Patent Document 3, the method of adding hydrogen to the fuel has a problem in the method of generating and storing hydrogen from the viewpoint of safety because hydrogen itself has self-ignitability. It is necessary to control the amount of hydrogen more precisely in order to add hydrogen.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、内燃機関の始動時に吸入空気を酸素富化することにより燃焼温度を上昇させてHCを燃焼させ、内燃機関から排出されるHCを低減させるとともに、触媒暖機までの時間を短縮させ、HC排出量を低減することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to increase the combustion temperature by enriching the intake air with oxygen when starting the internal combustion engine to burn HC, and from the internal combustion engine. An object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine capable of reducing the amount of HC discharged, reducing the time until catalyst warm-up, and reducing the amount of HC emission.

上記目的を達成するために、本発明の内燃機関の制御装置は、排気ガスを浄化する触媒装置を備え、燃料と空気の混合気を燃焼室で燃焼させる内燃機関において、前記内燃機関が、始動制御中に、前記燃焼室内に供給する吸入空気中の酸素を富化させる酸素濃度上昇手段を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a control device for an internal combustion engine according to the present invention comprises a catalyst device for purifying exhaust gas, and in the internal combustion engine that burns a mixture of fuel and air in a combustion chamber, the internal combustion engine is started. An oxygen concentration raising means for enriching oxygen in the intake air supplied into the combustion chamber during the control is provided.

本発明は、エンジン始動時に吸入空気の酸素濃度を濃くすることにより、燃焼時の炭化水素の発生を少なくすることができ、触媒が活性化されていないときの炭化水素の排出を少なくできるとともに、排気温度を高くでき、触媒の暖機時間を短縮することができる。   The present invention can reduce the generation of hydrocarbons at the time of combustion by increasing the oxygen concentration of the intake air when starting the engine, and can reduce the emission of hydrocarbons when the catalyst is not activated. The exhaust temperature can be increased, and the warm-up time of the catalyst can be shortened.

本発明の内燃機関の制御装置における酸素濃度上昇手段は、内燃機関が始動後所定時間経過するまで吸入空気中の酸素を富化させることを特徴としており、酸素富化制御を行う期間をタイマー等により簡単に制御することができる。   The oxygen concentration increasing means in the control device for an internal combustion engine according to the present invention is characterized in that oxygen in the intake air is enriched until a predetermined time elapses after the internal combustion engine is started. Can be controlled more easily.

本発明の内燃機関の制御装置における酸素濃度上昇手段は、内燃機関が始動後、触媒装置の検知温度または前記触媒装置の推定した温度が所定値以上となるまで吸入空気中の酸素を富化させることを特徴としており、触媒装置の温度を検知する検知センサ等により、触媒が確実に活性化する温度になるまで、酸素富化制御を行うことができる。   The oxygen concentration increasing means in the control device for an internal combustion engine of the present invention enriches oxygen in the intake air until the detected temperature of the catalyst device or the estimated temperature of the catalyst device becomes a predetermined value or higher after the internal combustion engine is started. The oxygen enrichment control can be performed until a temperature at which the catalyst is reliably activated is obtained by a detection sensor or the like that detects the temperature of the catalyst device.

本発明の内燃機関の制御装置における酸素濃度上昇手段は、内燃機関の吸気管に設けられたバイパス通路に具備された酸素富化膜と、酸素富化膜を通過する空気流量を制御する空気量制御手段と、で構成されていることを特徴としており、酸素濃度上昇手段を酸素富化膜によりコンパクトに構成することができる。   The oxygen concentration increasing means in the control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention includes an oxygen enriched film provided in a bypass passage provided in an intake pipe of the internal combustion engine, and an air amount for controlling an air flow rate passing through the oxygen enriched film. And the control means, and the oxygen concentration raising means can be made compact by the oxygen-enriched film.

本発明の内燃機関の制御装置における酸素濃度上昇手段は、内燃機関の吸気管に接続されたオゾン発生装置と、オゾン発生装置から発生するオゾン流量を制御する空気量制御手段と、で構成されていることを特徴としており、オゾン発生装置から発生するオゾンによって吸入空気の酸素濃度を高くすることができる。   The oxygen concentration increasing means in the control device for an internal combustion engine of the present invention is composed of an ozone generator connected to the intake pipe of the internal combustion engine and an air amount control means for controlling the ozone flow rate generated from the ozone generator. The oxygen concentration of the intake air can be increased by the ozone generated from the ozone generator.

さらに、本発明の内燃機関の制御装置は、機関始動時に点火時期リタード制御していることを特徴としており、吸入空気を酸素富化させることと、点火時期リタードとによる相乗作用により、排気温度をより高くし触媒暖機を一層早くすることができ、しかも、点火時期リタード制御を行っているときのHCの排出量を、吸入空気を酸素富化させることにより少なくすることができる。   Furthermore, the control device for an internal combustion engine according to the present invention is characterized in that ignition timing retard control is performed at the time of engine start, and the exhaust temperature is controlled by synergistic action of enriching intake air and ignition timing retard. The catalyst warm-up can be further increased by increasing the amount of catalyst, and the amount of HC discharged when the ignition timing retard control is performed can be reduced by enriching the intake air with oxygen.

本発明の内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の始動時に、吸気空気中の酸素濃度を高く(濃く)することにより、燃焼速度が速くなって燃焼温度が高くなり、HCが燃焼するので、エンジンから排出されるHCを削減でき、また、同時に燃焼温度が高くなることにより排気温度が高くなり触媒暖機時間を短縮することができ、活性化した触媒によりHC排出量を削減できる。   According to the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention, when the internal combustion engine is started, by increasing the oxygen concentration in the intake air, the combustion speed increases, the combustion temperature increases, and HC burns. HC discharged from the engine can be reduced, and at the same time, the combustion temperature becomes higher, the exhaust temperature becomes higher and the catalyst warm-up time can be shortened, and the activated catalyst can reduce the HC emission amount.

以下、図面に基づき本発明に係る内燃機関の制御装置の実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of a control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の第1の実施形態に係る内燃機関の制御装置を示しており、酸素濃度上昇装置500を吸気管に設けた筒内噴射式エンジン2と共に示す概略構成図である。   FIG. 1 shows a control device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention, and is a schematic configuration diagram showing an oxygen concentration raising device 500 together with a direct injection engine 2 provided in an intake pipe.

エンジン2は、シリンダブロック101b、ピストン101a等によって、各気筒毎に燃焼室101cを形成している。各燃焼室101cに導入される空気は、エアクリーナ102の入口部102aから取り入れられ、吸入空気量センサ25、吸気流量を制御する電制スロットル弁140aが収容されたスロットルボディ140、酸素濃度上昇装置500を通過し、各燃焼室101cに接続された吸気管107に分配された後、吸気弁121から燃焼室101cに導かれる。   The engine 2 forms a combustion chamber 101c for each cylinder by a cylinder block 101b, a piston 101a, and the like. The air introduced into each combustion chamber 101c is taken in from the inlet portion 102a of the air cleaner 102, the intake air amount sensor 25, the throttle body 140 in which the electric throttle valve 140a for controlling the intake flow rate is accommodated, and the oxygen concentration raising device 500. And is distributed to the intake pipes 107 connected to the respective combustion chambers 101c, and then led from the intake valves 121 to the combustion chambers 101c.

吸入空気量センサ25は、吸気流量を検出しその検出した信号をECU(エンジン制御装置)11に出力する。スロットルボディ140には、電制スロットル弁140aの開度を検出するスロットルセンサ27が取り付けられており、その信号もECU11に出力される。   The intake air amount sensor 25 detects the intake flow rate and outputs the detected signal to the ECU (engine control device) 11. A throttle sensor 27 for detecting the opening degree of the electric throttle valve 140a is attached to the throttle body 140, and its signal is also output to the ECU 11.

ガソリン等の燃料は、燃料タンク50から供給され、燃料ポンプ51により一次加圧されて燃圧レギュレータ52により一定の圧力に調圧され、更に高圧ポンプ300によって高い圧力に2次加圧される。   Fuel such as gasoline is supplied from the fuel tank 50, is primarily pressurized by the fuel pump 51, is regulated to a constant pressure by the fuel pressure regulator 52, and is secondarily pressurized to a high pressure by the high pressure pump 300.

2次加圧された燃料は蓄圧室53を介して各燃焼室101cに設けられている燃料噴射弁(インジェクタ)54から燃焼室101cに噴射される。2次加圧された燃料の配管には燃圧センサ56が取り付けられている。   The secondary pressurized fuel is injected into the combustion chamber 101 c from the fuel injection valve (injector) 54 provided in each combustion chamber 101 c via the pressure accumulation chamber 53. A fuel pressure sensor 56 is attached to the secondary pressurized fuel pipe.

燃焼室101cに噴射された燃料は、点火コイル108によって高電圧化された点火信号により点火プラグ109が火花放電することによって着火されて燃焼され、排気弁120から排気管209に排出される。   The fuel injected into the combustion chamber 101c is ignited and burned by spark discharge of the spark plug 109 by the ignition signal that has been increased in voltage by the ignition coil 108, and is discharged from the exhaust valve 120 to the exhaust pipe 209.

排気管209には、排気ガス中の、例えば、酸素濃度をリニアに検出してその検出信号をECU11に出力する空燃比センサ208と、触媒装置である排気ガス浄化用触媒210等が設けられている。排気ガス浄化用触媒210には温度検出センサ211が設けられており、その検出信号がECU11に出力される。   The exhaust pipe 209 is provided with, for example, an air-fuel ratio sensor 208 that linearly detects an oxygen concentration in the exhaust gas and outputs a detection signal to the ECU 11, an exhaust gas purification catalyst 210 that is a catalyst device, and the like. Yes. The exhaust gas purification catalyst 210 is provided with a temperature detection sensor 211, and its detection signal is output to the ECU 11.

エンジン2のクランク軸101dにはクランク角センサ24が取り付けられており、クランク軸101dの回転位置を表わす信号をECU11に出力する。また、排気弁120のカム軸100にはカム角センサ117が取り付けられており、前記カム軸の回転位置を表わす基準角信号をECU11に出力する。   A crank angle sensor 24 is attached to the crankshaft 101d of the engine 2 and outputs a signal representing the rotational position of the crankshaft 101d to the ECU 11. A cam angle sensor 117 is attached to the cam shaft 100 of the exhaust valve 120 and outputs a reference angle signal representing the rotational position of the cam shaft to the ECU 11.

ECU11は、吸入空気量センサ25からの信号や、水温センサ28にて検出されるエンジン冷却水温、空燃比センサ208の検出信号等により、燃料噴射弁54の燃料噴射幅、燃料噴射タイミング等を制御する。212は吸気弁121のカム軸である。   The ECU 11 controls the fuel injection width, fuel injection timing, and the like of the fuel injection valve 54 based on the signal from the intake air amount sensor 25, the engine coolant temperature detected by the water temperature sensor 28, the detection signal of the air-fuel ratio sensor 208, and the like. To do. Reference numeral 212 denotes a cam shaft of the intake valve 121.

ここで、本発明の実施形態に係る内燃機関の制御装置の構成要素である、酸素濃度上昇装置500について、図2を参照して説明する。   Here, an oxygen concentration raising device 500, which is a component of the control device for an internal combustion engine according to the embodiment of the present invention, will be described with reference to FIG.

酸素濃度上昇装置500は酸素富化膜501と流量制御バルブ503とで構成されており、吸気管107にバイパス502を設け、このバイパス502に、酸素富化膜501が配置される。さらに、バイパス502には、酸素富化膜501の下流に、バイパス502の流量を制御する空気量制御手段としての流量制御バルブ503が設けられている。ここで、流量制御バルブ503は図2で示すようなバタフライ式に限定されるものではなく、バイパス502の流量を制御できるものであれば、例えばON/OFF式のものを用いても良い。また、本実施形態では酸素濃度上昇装置500を吸気管107に設けたバイパスに具備しているが、吸気管107内に直接配置するように構成しても良い。   The oxygen concentration raising apparatus 500 includes an oxygen enriched film 501 and a flow rate control valve 503, and a bypass 502 is provided in the intake pipe 107, and the oxygen enriched film 501 is disposed in the bypass 502. Further, the bypass 502 is provided with a flow rate control valve 503 as an air amount control means for controlling the flow rate of the bypass 502 downstream of the oxygen-enriched membrane 501. Here, the flow rate control valve 503 is not limited to the butterfly type as shown in FIG. 2, and may be an ON / OFF type as long as it can control the flow rate of the bypass 502. In the present embodiment, the oxygen concentration increasing device 500 is provided in the bypass provided in the intake pipe 107, but may be configured to be directly disposed in the intake pipe 107.

酸素富化膜501は、酸素をよく透過させて酸素と窒素を分離する膜であり、酸素富化膜501としては、例えば、シリコン性の膜が一般に知られている。図3に示すように、酸素富化膜501の上下流に圧力差を設けて空気を通過させると、酸素富化膜501は窒素より酸素の方を良く通すので、酸素富化膜501を通すことにより酸素濃度を高くすることができる。酸素富化膜501の上下流に強制的に圧力差を設けると、酸素を富化した空気の量を増やすことができ、その手段としてはコンプレッサー等を用いる手段(図示せず)も有効である。   The oxygen-enriched film 501 is a film that allows oxygen to permeate well and separates oxygen and nitrogen. As the oxygen-enriched film 501, for example, a silicon film is generally known. As shown in FIG. 3, when a pressure difference is provided on the upstream and downstream sides of the oxygen-enriched film 501 and air is allowed to pass therethrough, the oxygen-enriched film 501 passes oxygen better than nitrogen. As a result, the oxygen concentration can be increased. If a pressure difference is forcibly provided upstream and downstream of the oxygen-enriched membrane 501, the amount of oxygen-enriched air can be increased, and a means (not shown) using a compressor or the like is also effective as the means. .

次に、酸素富化膜501からなる酸素濃度上昇装置500を用いることによる効果について、図3〜図5により説明する。   Next, the effect of using the oxygen concentration raising apparatus 500 including the oxygen-enriched film 501 will be described with reference to FIGS.

図3は、酸素富化膜501の上流側と下流側の酸素と窒素の濃度割合を示しており、通常自然界の大気中では、窒素と酸素の濃度割合は約79:21であるが、図3に示すように、酸素富化膜501に空気を通過させると、下流側では酸素濃度が濃くなる、すなわち、酸素富化の状態(例えば、酸素濃度25%)となる。   FIG. 3 shows the concentration ratio of oxygen and nitrogen upstream and downstream of the oxygen-enriched film 501, and the concentration ratio of nitrogen and oxygen is usually about 79:21 in the natural atmosphere. As shown in FIG. 3, when air is passed through the oxygen-enriched film 501, the oxygen concentration is increased on the downstream side, that is, an oxygen-enriched state (for example, an oxygen concentration of 25%) is obtained.

ところで、燃焼速度vは、一般に、次の式で表すことができる。
[数式1]
v=k(燃料分子式)(Oexp(−E/RT)
ここで、kは速度定数、Rは気体定数、Eは総活性化エネルギー、Tは温度、mおよびnは定数である。
Incidentally, the combustion rate v can be generally expressed by the following equation.
[Formula 1]
v = k (fuel molecular formula) m (O 2 ) n exp (−E / RT)
Here, k is a rate constant, R is a gas constant, E is a total activation energy, T is a temperature, and m and n are constants.

すなわち、燃焼速度vは、酸素濃度の関数となっており、換言すると、酸化反応(燃焼)は、一義的ではないにせよ、酸素濃度が高いほど促進されることがわかる。   That is, it can be seen that the combustion rate v is a function of the oxygen concentration, in other words, the oxidation reaction (combustion) is promoted as the oxygen concentration increases, although it is not unique.

図4は、吸気空気中の酸素濃度を変化させたときの、内燃機関の始動後時間と燃焼温度の関係を示したものである。図4に示すように、同じ始動後時間で比較すると、酸素濃度が高くなるに従い燃焼温度が高くなることがわかる。すなわち、触媒温度は燃焼温度に比例するから、縦軸を排気ガス浄化用の触媒温度と考えることができ、触媒が所定温度まで達する時間は、酸素濃度を高くするほど早くなり、触媒暖機性能が飛躍的に向上する。   FIG. 4 shows the relationship between the time after starting the internal combustion engine and the combustion temperature when the oxygen concentration in the intake air is changed. As shown in FIG. 4, when compared at the same time after starting, it can be seen that the combustion temperature increases as the oxygen concentration increases. In other words, since the catalyst temperature is proportional to the combustion temperature, the vertical axis can be considered as the catalyst temperature for exhaust gas purification, and the time for the catalyst to reach the predetermined temperature becomes faster as the oxygen concentration increases, and the catalyst warm-up performance Will improve dramatically.

図5に内燃機関の始動後時間とエンジンから排出される炭化水素(HC)の関係を示す。酸素濃度を高くすると、火炎温度が上昇し、燃焼室101cの室壁近傍の冷却域における消炎が減少するとともに、燃焼性の改善によるクエンチングの減少より、HCの排出量が少なくなる。本発明では、以上の効果によりHC排出量の低減を可能としており、例えば、酸素濃度を25%に酸素富化すると、酸素富化しない場合と比較しHCが減少するので、機関始動時において触媒が活性化していなくても、大気中に排出されるHCは少ない。   FIG. 5 shows the relationship between the time after starting the internal combustion engine and the hydrocarbons (HC) discharged from the engine. When the oxygen concentration is increased, the flame temperature rises, the quenching in the cooling region near the chamber wall of the combustion chamber 101c decreases, and the amount of HC emission decreases due to the decrease in quenching due to the improvement in combustibility. In the present invention, the amount of HC emission can be reduced by the above effects. For example, when oxygen enrichment is performed at 25%, HC is reduced compared to the case where oxygen enrichment is not performed. Even if is not activated, less HC is released into the atmosphere.

図6のフローチャートを用いて、酸素濃度上昇装置500を作動したときの内燃機関の制御装置における始動時の制御について説明する。   Control at start-up in the control device for the internal combustion engine when the oxygen concentration increasing device 500 is operated will be described using the flowchart of FIG.

ステップ601においてエンジンが始動状態か否かを判定し、エンジンが停止している場合はこのルーチンを終了する。ステップ601において、エンジンが始動している(始動制御中)と判定された場合は、ステップ602に進み、排気ガス浄化用触媒210の温度が所定値以下どうかを判定する。排気ガス浄化用触媒210の温度が所定値よりも高い場合は、このルーチンを終了する。排気ガス浄化用触媒210の温度が所定値以下の場合は、ステップ603に進み、吸入空気の酸素濃度を上昇するための酸素濃度上昇装置500による酸素富化制御を実施する。   In step 601, it is determined whether or not the engine is in a starting state. If the engine is stopped, this routine is terminated. If it is determined in step 601 that the engine is started (starting control is in progress), the process proceeds to step 602, where it is determined whether the temperature of the exhaust gas purification catalyst 210 is equal to or lower than a predetermined value. When the temperature of the exhaust gas purifying catalyst 210 is higher than a predetermined value, this routine is finished. When the temperature of the exhaust gas purifying catalyst 210 is equal to or lower than the predetermined value, the routine proceeds to step 603, where oxygen enrichment control is performed by the oxygen concentration raising device 500 for raising the oxygen concentration of the intake air.

ステップ603の酸素富化制御では、ECU11が、図2で示した流量制御バルブ503を制御し、吸気量をバイパス502にバイパスさせ、酸素富化膜501を通過させることにより、吸気空気中の酸素濃度を上昇(濃く)させ、この酸素濃度の濃い吸入空気と燃料とを混合し、この混合気を燃焼室101cに吸入して燃焼させる。   In the oxygen enrichment control in step 603, the ECU 11 controls the flow rate control valve 503 shown in FIG. 2, bypasses the intake air amount to the bypass 502, and passes the oxygen enriched membrane 501, thereby allowing oxygen in the intake air to pass through. The concentration is increased (intensified), the intake air having a high oxygen concentration and the fuel are mixed, and the mixture is sucked into the combustion chamber 101c and combusted.

ステップ604では、排気ガス浄化用触媒210の温度が所定値以上か否かを判定し、所定値未満のときは、ステップ604を継続し、所定値以上のときは、ステップ605に進み、ECU11による酸素富化制御を終了する。   In step 604, it is determined whether or not the temperature of the exhaust gas purification catalyst 210 is equal to or higher than a predetermined value. If the temperature is lower than the predetermined value, step 604 is continued. If the temperature is higher than the predetermined value, the process proceeds to step 605. End the oxygen enrichment control.

尚、本フローチャートにおいて、排気ガス浄化用触媒210の温度を、温度検出センサ211で計測しているが、水温センサ28の出力値等のエンジン情報から推定した排気ガス浄化用触媒210の温度を使用しても良い。また、水温センサ28の出力値そのものを使っても判定しても良い。すなわち、排気ガス浄化用触媒210の温度と水温センサ28の出力値の関係は、図7に示すとおりであり、水温センサ28の出力値から排気ガス浄化用触媒210が活性化している温度に達していると推定されるときは、酸素富化制御を終了する。   In this flowchart, the temperature of the exhaust gas purification catalyst 210 is measured by the temperature detection sensor 211, but the temperature of the exhaust gas purification catalyst 210 estimated from the engine information such as the output value of the water temperature sensor 28 is used. You may do it. The determination may be made using the output value of the water temperature sensor 28 itself. That is, the relationship between the temperature of the exhaust gas purifying catalyst 210 and the output value of the water temperature sensor 28 is as shown in FIG. 7, and reaches the temperature at which the exhaust gas purifying catalyst 210 is activated from the output value of the water temperature sensor 28. When it is estimated that the oxygen enrichment control is performed, the oxygen enrichment control is terminated.

また、図6のステップ604における触媒温度の所定値は、例えば、排気ガス浄化用触媒210が充分に活性化し、排気ガス浄化用触媒210からのHC排出量が十分少なくなる温度に設定することが望ましい。   Further, the predetermined value of the catalyst temperature in step 604 of FIG. 6 may be set to a temperature at which the exhaust gas purification catalyst 210 is sufficiently activated and the HC emission amount from the exhaust gas purification catalyst 210 is sufficiently reduced. desirable.

上記実施形態では、機関始動時に点火時期リタード制御を行っていないが、点火時期リタード制御を行うと、点火時期リタードにより排気温度を高くすることができるとともに、吸入空気を酸素富化させることにより燃焼速度が速くなって燃焼温度を高くできるので、触媒暖機時間を一層短縮することができ、しかも、点火時期リタード制御を行っても燃焼温度を高くできるので、HCを燃焼させてエンジンから排出されるHCを削減できる。   In the above embodiment, ignition timing retard control is not performed when the engine is started. However, if ignition timing retard control is performed, the exhaust temperature can be increased by ignition timing retard and combustion is achieved by enriching intake air with oxygen. Because the combustion speed can be increased by increasing the speed, the catalyst warm-up time can be further shortened, and even if ignition timing retard control is performed, the combustion temperature can be increased, so that HC is burned and discharged from the engine. HC can be reduced.

次に、図8のフローチャートにより、エンジン始動後の経過時間を用いて酸素濃度上昇装置500による酸素富化制御することについて説明する。   Next, the oxygen enrichment control by the oxygen concentration raising apparatus 500 will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップ801において、エンジンが始動している(始動制御中)か否かを判定し、エンジン停止と判定された場合は、このルーチンを終了する。ステップ801において、エンジンが始動している(始動制御中)と判定された場合は、ステップ802に進み酸素濃度上昇装置500による酸素富化制御を開始する。酸素富化制御方法については、図6で詳細に説明しているとおりである。   In step 801, it is determined whether or not the engine is started (during start control). If it is determined that the engine is stopped, this routine is terminated. If it is determined in step 801 that the engine has been started (starting control is in progress), the process proceeds to step 802, where oxygen enrichment control by the oxygen concentration raising apparatus 500 is started. The oxygen enrichment control method is as described in detail in FIG.

ステップ803では、エンジン始動後、所定時間経過したか否かを判定し、所定時間経過していなければ、このステップを継続し、所定時間経過していれば、ステップ804に進み酸素富化制御を終了する。   In step 803, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed after the engine is started. If the predetermined time has not elapsed, this step is continued. If the predetermined time has elapsed, the process proceeds to step 804 and the oxygen enrichment control is performed. finish.

本実施形態では、期間始動から所定時間の間、酸素富化制御を行っているが、始動開始からのエンジン回転数の積算値が所定値となるまで酸素富化制御を行うようにしても良い。   In this embodiment, the oxygen enrichment control is performed for a predetermined time from the start of the period. However, the oxygen enrichment control may be performed until the integrated value of the engine speed from the start of the start reaches a predetermined value. .

本発明は、内燃機関の冷機始動時において触媒が暖機するまでの間のHCを削減することにあり、そのため、吸気空気中の酸素濃度を上昇(濃く)させるのであるから、始動後所定時間のみ酸素富化制御を実施するのみで充分効果が得られる。   The present invention is to reduce the HC until the catalyst warms up at the time of cold start of the internal combustion engine. For this reason, the oxygen concentration in the intake air is increased (concentrated). A sufficient effect can be obtained only by performing oxygen enrichment control.

図9は、本発明に係る第2の実施形態を示しており、酸素濃度上昇装置500’を設けた筒内噴射式エンジン2を示す概略構成図である。図1に示す第1の実施形態のものとの相違点は、酸素濃度上昇装置500’を吸気管107とは別の場所に配置し、酸素濃度上昇装置500’で酸素富化した空気を吸気管107に流入させている構成であり、筒内噴射式エンジン2等の構成の詳細は、図1に示す第1の実施形態の説明で述べたとおりであるため省略する。   FIG. 9 shows a second embodiment according to the present invention, and is a schematic configuration diagram showing a direct injection engine 2 provided with an oxygen concentration raising device 500 '. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that the oxygen concentration raising device 500 ′ is arranged at a location different from the intake pipe 107, and the air enriched by the oxygen concentration raising device 500 ′ is taken in. The details of the configuration of the in-cylinder injection engine 2 and the like are as described in the description of the first embodiment shown in FIG.

本実施例における酸素濃度上昇装置500’について、図10の概略図を参照して説明する。   An oxygen concentration raising apparatus 500 'in the present embodiment will be described with reference to the schematic diagram of FIG.

酸素濃度上昇装置500’は、吸気管107に並列になるように具備されており、酸素濃度上昇装置500’は、オゾナイザー1001と、コンプレッサー1002とで構成されている。オゾナイザー1001は、大気中の空気から、オゾン(O)を発生させる装置である。オゾナイザーによるオゾン化技術は、アルミナセラミックの表面に設けた線状の放電電極と、内部に設けた板状の誘導電極との間に、高周波高電圧を印加し、沿面放電を発生させることで実現させる技術が知られている。オゾナイザーは、オゾナイザー通過する流量が多いほど、オゾン濃度が高くなることが知られているため、本発明のように、コンプレッサー1002を設け、空気流量を制御することでより濃度の高いオゾンを発生することができる。 The oxygen concentration increasing device 500 ′ is provided in parallel with the intake pipe 107, and the oxygen concentration increasing device 500 ′ includes an ozonizer 1001 and a compressor 1002. The ozonizer 1001 is a device that generates ozone (O 3 ) from air in the atmosphere. Ozonization technology using an ozonizer is realized by applying a high-frequency high voltage between a linear discharge electrode provided on the surface of an alumina ceramic and a plate-like induction electrode provided inside to generate creeping discharge. The technology to make it known is known. The ozonizer is known to have a higher ozone concentration as the flow rate through the ozonizer increases. Therefore, as in the present invention, the compressor 1002 is provided to control the air flow rate to generate ozone with a higher concentration. be able to.

オゾンは、その分子式からもわかるように、吸入空気にオゾンを添加すると吸入空気の酸素富化が期待できる。
制御フローについては、第1の実施形態と同じ考え方が適用できるため、ここでの詳細説明は要さない。
As can be seen from the molecular formula of ozone, when ozone is added to the intake air, oxygen enrichment of the intake air can be expected.
As for the control flow, the same concept as in the first embodiment can be applied, and therefore detailed description is not necessary here.

なお、上記実施形態では、筒内噴射式のガソリンエンジンを用いているが、本発明はこれに限ったものではなく、火花点火機関、圧縮点火機関等、内燃機関の形式に制限されずに適用できる。また、エンジン自動始動停止装置を具備した、いわゆる、アイドルストップ車両や、ハイブリッド車両等でも適用することができる。   In the above embodiment, an in-cylinder injection type gasoline engine is used. However, the present invention is not limited to this, and is not limited to a type of an internal combustion engine such as a spark ignition engine or a compression ignition engine. it can. Further, the present invention can also be applied to a so-called idle stop vehicle, a hybrid vehicle, or the like that includes an engine automatic start / stop device.

また、燃料についてもガソリンに限定されるものではなく、軽油、天然ガス等酸化反応を有するものであれば適用することができる。   Further, the fuel is not limited to gasoline, and any fuel having an oxidation reaction such as light oil and natural gas can be applied.

本発明において、酸素富化の手段としては、この他にも酸素ボンベを用いる等、酸素濃度を上昇(濃く)する手段であれば、適応可能である。   In the present invention, any means for enriching oxygen can be applied as long as it is a means for increasing (increasing) the oxygen concentration, such as using an oxygen cylinder.

本発明に係る酸素濃度上昇装置を設けた内燃機関の制御装置における第1の実施形態を示すエンジン制御システムの構成図。The block diagram of the engine control system which shows 1st Embodiment in the control apparatus of the internal combustion engine which provided the oxygen concentration raising apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る酸素濃度上昇装置を設けた内燃機関の制御装置における要部を示す図。The figure which shows the principal part in the control apparatus of the internal combustion engine which provided the oxygen concentration raising apparatus which concerns on this invention. 酸素富化膜の原理の概略を示す図。The figure which shows the outline of the principle of an oxygen enrichment film | membrane. 吸気中の酸素濃度を変えたときの機関始動後の時間と燃焼温度の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the time after engine starting, and combustion temperature when the oxygen concentration in intake air is changed. 吸気中の酸素濃度を変えたときの機関始動後の時間とエンジンから排出されるHC排出量の関係を示す図。The figure which shows the relationship between the time after engine starting when the oxygen concentration in intake air is changed, and HC discharge | emission amount discharged | emitted from an engine. 本発明に係る内燃機関の制御装置において、触媒温度に基づく酸素富化制御を示すフローチャート。The flowchart which shows the oxygen enrichment control based on a catalyst temperature in the control apparatus of the internal combustion engine which concerns on this invention. 機関始動後の時間と、触媒入口温度、触媒温度及びエンジン水温との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the time after engine starting, a catalyst inlet temperature, a catalyst temperature, and an engine water temperature. 本発明に係る内燃機関の制御装置において、機関始動時間に基づく酸素富化制御を示すフローチャート。The flowchart which shows the oxygen enrichment control based on engine starting time in the control apparatus of the internal combustion engine which concerns on this invention. 本発明に係る酸素濃度上昇装置を設けた内燃機関の制御装置における第2の実施形態を示すエンジン制御システムの構成図。The block diagram of the engine control system which shows 2nd Embodiment in the control apparatus of the internal combustion engine which provided the oxygen concentration raising apparatus which concerns on this invention. オゾン発生装置を使用した酸素濃度上昇装置の概略図。Schematic of the oxygen concentration raising apparatus using an ozone generator.

符号の説明Explanation of symbols

2 筒内噴射式エンジン、11 ECU(エンジン制御装置)、24 エンジン回転数センサ、25 吸入空気流量センサ、27 スロットル弁開度センサ、28 エンジン水温センサ、50 燃料タンク、51 燃料ポンプ、52 燃圧レギュレータ、53 蓄圧室、54 燃料噴射弁、56 燃圧センサ、100 コントロールユニット、101a ピストン、101b 各シリンダ、101c 燃焼室、101d クランク軸、102 エアクリーナ、106 コレクタ、107 吸気管、108 点火コイル、109 点火プラグ、117 カム角センサ、120 排気弁、121 吸気バルブ、140 スロットルボディ、140a 電制スロットル弁、208 空燃比センサ、209 排気管、210 触媒、300 高圧燃料ポンプ、500 酸素濃度上昇装置、501 酸素富化膜、502 バイパス吸気管、503 流量制御バルブ、1001 オゾン発生装置(オゾナイザー)、1002 コンプレッサー 2 In-cylinder injection engine, 11 ECU (engine control unit), 24 engine speed sensor, 25 intake air flow rate sensor, 27 throttle valve opening sensor, 28 engine water temperature sensor, 50 fuel tank, 51 fuel pump, 52 fuel pressure regulator , 53 Pressure accumulator, 54 Fuel injection valve, 56 Fuel pressure sensor, 100 Control unit, 101a Piston, 101b Each cylinder, 101c Combustion chamber, 101d Crankshaft, 102 Air cleaner, 106 Collector, 107 Intake pipe, 108 Ignition coil, 109 Ignition plug 117 cam angle sensor, 120 exhaust valve, 121 intake valve, 140 throttle body, 140a electronic throttle valve, 208 air-fuel ratio sensor, 209 exhaust pipe, 210 catalyst, 300 high pressure fuel pump, 500 oxygen concentration Temperature increasing device, 501 oxygen-enriched membrane, 502 bypass intake pipe, 503 flow control valve, 1001 ozone generator (ozonizer), 1002 compressor

Claims (7)

排気ガスを浄化する触媒装置を備え、燃料と空気の混合気を燃焼室で燃焼させる内燃機関の制御装置であって、
前記制御装置は、内燃機関始動時に前記燃焼室内に供給する吸入空気中の酸素を富化させる酸素濃度上昇手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
A control device for an internal combustion engine that includes a catalyst device that purifies exhaust gas and burns a mixture of fuel and air in a combustion chamber,
The control apparatus for an internal combustion engine, comprising oxygen concentration raising means for enriching oxygen in intake air supplied into the combustion chamber when the internal combustion engine is started.
前記酸素濃度上昇手段は、前記内燃機関が始動後、所定時間経過するまで吸入空気中の酸素を富化させることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。   2. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the oxygen concentration increasing means enriches oxygen in intake air until a predetermined time has elapsed after the internal combustion engine is started. 前記酸素濃度上昇手段は、前記内燃機関の始動開始からのエンジン回転数の積算値が所定値となるまで吸入空気中の酸素を富化させることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。   2. The control of an internal combustion engine according to claim 1, wherein the oxygen concentration increasing means enriches oxygen in the intake air until an integrated value of the engine speed from the start of the internal combustion engine reaches a predetermined value. apparatus. 前記酸素濃度上昇手段は、前記内燃機関が始動後、前記触媒装置の検知温度または前記触媒装置の推定した温度が所定値以上となるまで吸入空気中の酸素を富化させることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。   The oxygen concentration increasing means enriches oxygen in intake air until the detected temperature of the catalyst device or the estimated temperature of the catalyst device becomes a predetermined value or higher after the internal combustion engine is started. Item 2. A control device for an internal combustion engine according to Item 1. 前記酸素濃度上昇手段は、前記内燃機関の吸気管に設けられたバイパス通路に具備された酸素富化膜と、酸素富化膜を通過する空気流量を制御する空気量制御手段と、で構成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。   The oxygen concentration increasing means is composed of an oxygen-enriched film provided in a bypass passage provided in the intake pipe of the internal combustion engine, and an air amount control means for controlling the flow rate of air passing through the oxygen-enriched film. 5. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control device is an internal combustion engine. 前記酸素濃度上昇手段は、前記内燃機関の吸気管に接続されたオゾン発生装置と、オゾン発生装置から発生するオゾン流量を制御する空気量制御手段と、で構成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。   The oxygen concentration raising means comprises an ozone generator connected to an intake pipe of the internal combustion engine, and an air amount control means for controlling the flow rate of ozone generated from the ozone generator. Item 5. The control device for an internal combustion engine according to any one of Items 1 to 4. 前記制御装置は、点火時期リタード制御していることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。   The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein the control device performs ignition timing retard control.
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