JP2010077860A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、排気浄化触媒の硫黄分除去に際して、吸気温度が変化する場合であっても触媒温度を一定温度に昇温させることのできる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数の気筒にそれぞれ接続された排気通路が合流する共通の合流排気通路と、前記合流排気通路内に配置された排気浄化触媒と、吸気温度を取得する吸気温度取得手段とを備える。また、硫黄分除去要求に応じて、一部の気筒を排気空燃比がリッチであるリッチ気筒とすると共に、残りの気筒のうち少なくとも１つの気筒を排気空燃比がリーンであるリーン気筒とする。第１基準温度よりも前記吸気温度が低い場合には、前記リッチ気筒のリッチ度合と前記リーン気筒のリーン度合とを上げ、前記第１基準温度以上に定めた第２基準温度よりも前記吸気温度が高い場合には、前記リッチ気筒のリッチ度合と前記リーン気筒のリーン度合とを下げる。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に、車両に搭載される内燃機関の制御を実行するのに好適な内燃機関の空燃比制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１に開示されるように、複数の気筒群にそれぞれ設けられた排気通路と、これらの排気通路が合流する共通の合流排気通路とを備え、合流排気通路内には排気浄化触媒が配置された内燃機関が知られている。また、本公報には、一方の気筒群の排気空燃比をリッチとし、他方の気筒群の排気空燃比をリーンとすることが開示されている。このような手法によれば、リッチな気筒から排出された未燃燃料と、リーンな気筒から排出された余剰酸素とを合流排気通路内で反応させて排気浄化触媒の温度を高めることができる。排気浄化触媒を目標温度まで高めることで排気浄化触媒の硫黄分を除去することが可能となる。

特開平１１−６２５６３号公報 特開平８−１８９３８８号公報 特開２００１−３２９８９７号公報

しかしながら、上記従来の内燃機関において、吸気温度が変化する場合には排気浄化触媒の温度上昇にバラつきが生じる。そして、触媒温度が目標温度に達しない場合には十分な硫黄分除去性能が得られず、触媒温度が高温になりすぎれば触媒の劣化が生じることとなる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気浄化触媒の硫黄分除去に際して、吸気温度が変化する場合であっても触媒温度を一定温度に昇温させることのできる内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の空燃比制御装置であって、
複数の気筒と、
前記複数の気筒にそれぞれ接続された排気通路が合流する共通の合流排気通路と、
前記合流排気通路内に配置された排気浄化触媒と、
吸気温度を取得する吸気温度取得手段と、
硫黄分除去要求に応じて、一部の気筒を排気空燃比がリッチであるリッチ気筒とすると共に、残りの気筒のうち少なくとも１つの気筒を排気空燃比がリーンであるリーン気筒とする空燃比制御手段と、
第１基準温度よりも前記吸気温度が低い場合には、前記リッチ気筒のリッチ度合と前記リーン気筒のリーン度合とを上げ、前記第１基準温度以上に定めた第２基準温度よりも前記吸気温度が高い場合には、前記リッチ気筒のリッチ度合と前記リーン気筒のリーン度合とを下げるリッチリーン差最適化手段と、を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、硫黄分除去要求があった場合において、吸気温度が第１基準温度よりも低い場合には、リッチ気筒のリッチ度合とリーン気筒のリーン度合とを上げることができる。リッチ度合とリーン度合とを上げることによりリッチリーン差は拡大し、リッチ気筒から排出される未燃燃料とリーン気筒から排出される余剰酸素とを増大させることができる。未燃燃料と余剰酸素とを増大させることで合流排気通路における反応量は増大する。反応量が増大すれば吸気温度が第１基準温度よりも低く熱エネルギーが低い状況下においても、反応量の増大により不足分の熱エネルギーを補うことができ、排気浄化触媒を硫黄被毒再生に好適な温度まで高めることができる。
また、第１の発明によれば、硫黄分除去要求があった場合において、吸気温度が第２基準温度よりも高い場合には、リッチ気筒のリッチ度合とリーン気筒のリーン度合とを下げることができる。リッチ度合とリーン度合とを下げることによりリッチリーン差は縮小し、リッチ気筒から排出される未燃燃料とリーン気筒から排出される余剰酸素とを低減させることができる。未燃燃料と余剰酸素を低減させることで合流排気通路における反応量は減少する。反応量が減少すれば、吸気温度が第２基準温度よりも高く熱エネルギーが高い状況下において、反応量の減少により熱エネルギーの発生を抑制することができ、排気浄化触媒の温度を必要以上に高めず触媒劣化を抑制することができる。
このため、第１の発明によれば、吸気温度が変化しても排気浄化触媒を硫黄被毒再生に好適な一定の再生温度に昇温させることができ、好適に排気浄化触媒の硫黄分を除去することができる。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は例えばＶ型６気筒エンジンである。内燃機関１０は複数の気筒１２_１〜１２_６を有している。以下、複数の気筒を区別しない場合には単に気筒１２という。気筒１２の近傍には筒内に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁（図示略）が配置されている。また、気筒１２_１〜１２_３には吸気通路（図示略）と排気通路１４₁とが連通し、気筒１２_４〜１２_６には上述の吸気通路と排気通路１４_２とが連通している。

上述の吸気通路には、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサ１６が配置されている。吸気温度センサ１６の下流には吸入空気量を制御するスロットルバルブ（図示略）が配置されている。

排気通路１４_１と１４_２の上流にはそれぞれ上流触媒１８が配置されている。上流触媒１８の下流において、排気通路１４_１と１４_２とは共通の合流排気通路２０に接続されて合流している。合流排気通路２０には排気浄化触媒２２が配置されている。排気浄化触媒２２は例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒である。

本実施の形態のシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力側には、前述の吸気温度センサ１６が接続されている。ＥＣＵ５０の出力側には、前述の燃料噴射弁とスロットルバルブとが接続されている。

［実施の形態１における特徴的制御］
上述したシステムでは、排気浄化触媒２２において排気を浄化することができる。ところで、燃料には硫黄分が含まれているため、排気中にも硫黄分が含まれる。そのため、排気浄化触媒２２には排気中に含まれる硫黄分が付着することとなる。硫黄分の付着量が増大することで硫黄被毒が生じ、排気浄化触媒２２が吸蔵しうるＮＯｘの量が次第に低下することとなる。

排気浄化触媒２２を硫黄被毒から再生するためには、排気浄化触媒２２を高温の再生温度（例えば６５０℃〜７００℃）まで昇温する必要がある。触媒を昇温させる方法として、気筒１２_１〜１２_３の少なくとも１つの気筒を空燃比がリッチであるリッチ気筒とし、気筒１２_４〜１２_６の少なくとも１つの気筒を空燃比がリーンであるリーン気筒とすることが考えられる。リッチ気筒から排出される未燃燃料とリーン気筒から排出される余剰酸素とを合流排気通路２０において反応させることで、排気浄化触媒２２を昇温させることができる。

しかしながら、吸気温度が変化する場合には、吸入空気の熱エネルギーが変化することとなり触媒温度の上昇にバラつきが生じる。具体的には、吸気温度が低い場合には、熱エネルギーが小さいため触媒は被毒再生に必要な再生温度まで上昇せず、硫黄分を十分に除去できないこととなる。一方、吸気温度が高い場合には、熱エネルギーが大きいため触媒温度が上がり過ぎて触媒が劣化する可能性が生じる。

そこで、本実施の形態のシステムでは、排気浄化触媒２２の硫黄分除去に際して、吸気温度が基準温度よりも低い場合には、前述のリッチ気筒のリッチ度合と前述のリーン気筒のリーン度合とを上げることとした。また、吸気温度が基準温度よりも高い場合には、前述のリッチ気筒のリッチ度合と前述のリーン気筒のリーン度合とを下げることとした。

図２は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。ここでは、説明の簡略化のためスロットルバルブの開度を一定として説明するがこれに限定されるものではない。図２に示すルーチンでは、まず、硫黄被毒再生補正量算出処理が開始される（ステップ１００）。具体的には、他のルーチンにおいて硫黄被毒再生要求フラグがＯＮであるか否かが判断され、硫黄被毒再生要求フラグがＯＮの場合に本ルーチンのステップ１００が呼び出される。

次に、ＥＣＵ５０は吸気補正温度Ｂを算出する（ステップ１１０）。具体的には、ＥＣＵ５０は吸気温度センサ１６から現在の吸気温度を取得する。そして、この吸気温度からＢＡＳＥ温度Ａを減じて吸気補正温度Ｂを算出する。ところで、ＥＣＵ５０は排気浄化触媒２２を再生温度まで昇温させるために、空燃比をリッチとするリッチ気筒（例えば、気筒１２_１〜１２_３で示すバンク中の少なくとも１つの気筒）と、空燃比をリーンとするリーン気筒と（例えば、気筒１２_４〜１２_６で示すバンク中の少なくとも１つの気筒）とを記憶している。また、前述のＢＡＳＥ温度Ａを適合時温度として実験等で定めた硫黄被毒再生に最適なリッチ気筒の空燃比とリーン気筒の空燃比とを記憶している。

次に、ＥＣＵ５０は吸気補正温度Ｂの絶対値がＢＡＳＥ適用温度よりも大きいか否かを判断する（ステップ１２０）。ＢＡＳＥ適用温度とは、前述のＢＡＳＥ温度Ａにおいて定めたリッチ気筒の空燃比とリーン気筒の空燃比とに従って好適に硫黄被毒再生を実施しうる温度範囲を定めたものであり、例えば１０℃に設定される。吸気補正温度Ｂの絶対値がＢＡＳＥ適用温度以下の場合には、ＥＣＵ５０は前述のＢＡＳＥ温度Ａにおいて定めたリッチ気筒の空燃比とリーン気筒の空燃比とに従って好適な硫黄被毒再生が可能であると判断し、本ルーチンを終了する（ステップ１６０）。その後、他のルーチンにおいて、ＥＣＵ５０は、ＢＡＳＥ温度Ａにおいて定めたリッチ気筒の空燃比とリーン気筒の空燃比とに基づいて燃料噴射弁に燃料を噴射させる。

一方、吸気補正温度Ｂの絶対値がＢＡＳＥ適用温度よりも大きい場合には、次にＥＣＵ５０はリッチ／リーン増減量比率Ｃを算出する（ステップ１３０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、図２のステップ１３０に示される空燃比補正マップを記憶している。空燃比補正マップは吸気補正温度Ｂとリッチ／リーン増減量比率Ｃとの関係を示すマップである。空燃比補正マップでは、排気浄化触媒２２を一定の再生温度（例えば６５０℃〜７００℃）に昇温させるように、吸気補正温度Ｂに対するリッチ／リーン増減量比率Ｃが定められている。ステップ１１０において算出した吸気補正温度Ｂが負値の場合にはリッチ／リーン増減量比率Ｃが正値となり、吸気補正温度Ｂが正値の場合にリッチ／リーン増減量比率Ｃは負値となるように定められている。なお、リッチ／リーン増減量比率Ｃは、後述するステップ１４０〜１５０において算出されるリッチ気筒及びリーン気筒の補正後の各噴射量が失火限界を超えないように実験等で限界値を定めておく。

ＥＣＵ５０は、リッチ気筒に噴射すべき燃料噴射量を式（１）に基づいて算出する（ステップ１４０）。式（１）のリッチ気筒ＢＡＳＥ噴射量とは、前述のＢＡＳＥ温度Ａにおけるリッチ気筒の空燃比と吸入空気量とに基づいて算出される燃料噴射量である。ＥＣＵ５０は、ステップ１３０で算出したリッチ／リーン増減量比率Ｃを式（１）に代入して、リッチ気筒の燃料噴射弁に噴射させる補正後の燃料噴射量であるリッチ気筒噴射量を算出する。
リッチ気筒噴射量＝リッチ気筒ＢＡＳＥ噴射量 ×（１＋Ｃ／１００）・・・（１）

さらに、ＥＣＵ５０は、リーン気筒に噴射すべき燃料噴射量を式（２）に基づいて算出する（ステップ１５０）。式（２）のリーン気筒ＢＡＳＥ噴射量とは、前述のＢＡＳＥ温度Ａにおけるリーン気筒の空燃比と吸入空気量とに基づいて算出される燃料噴射量である。ＥＣＵ５０は、ステップ１３０で算出したリッチ／リーン増減量比率Ｃを式（２）に代入して、リーン気筒の燃料噴射弁に噴射させる補正後の燃料噴射量であるリーン気筒噴射量を算出する。
リーン気筒噴射量＝リーン気筒ＢＡＳＥ噴射量 ×（１−Ｃ／１００）・・・（２）

その後、本ルーチンを終了する（ステップ１６０）。そして、他のルーチンにおいて、ＥＣＵ５０は、リッチ気筒はステップ１４０でリッチ気筒噴射量、リーン気筒はステップ１５０で算出されたリーン気筒噴射量に基づいて燃料噴射弁に燃料を噴射させる。

以上説明したように、図２に示すルーチンによれば、硫黄被毒再生に際し吸気補正温度に応じて、リッチ気筒のリッチ度合とリーン気筒のリーン度合とを補正することができる。具体的には、吸気補正温度が負値の場合には、リッチ気筒のリッチ度合とリーン気筒のリーン度合とを上げることができる。そのため、リッチ気筒から排出される未燃燃料とリーン気筒から排出される余剰酸素とを増大させることができる。合流排気通路における未燃燃料と余剰酸素との反応量を増大させることで、吸気温度が低い分の熱エネルギーを補って、排気浄化触媒２２を硫黄被毒再生に好適な温度まで昇温させることができる。
一方、吸気補正温度が正値の場合には、リッチ気筒のリッチ度合とリーン気筒のリーン度合とを下げることができる。そのため、リッチ気筒から排出される未燃燃料とリーン気筒から排出される余剰酸素とを減少させることができる。合流排気通路における未燃燃料と余剰酸素との反応量を抑制することで、吸気温度が高い分の熱エネルギーを鑑み、触媒温度の必要以上の上昇を防ぎ、触媒の劣化を抑制することができる。
なお、吸気補正温度Ｂの絶対値がＢＡＳＥマップ適用温度以下の場合には、ステップ１３０〜１５０を行うことなく処理量を軽減して硫黄被毒再生を実施することができる。
このため、本実施形態のシステムによれば、硫黄被毒再生に際し、吸気温度に関わらず、排気浄化触媒２２の温度を硫黄被毒再生に好適な一定温度に保つことができる。

ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、ステップ１２０の判断を、ステップ１１０で算出した吸気補正温度Ｂに基づいて判断することとしているが、この判断方法はこれに限定されるものではない。例えば、ＢＡＳＥマップに基づいて好適な制御が可能な下限温度とそれ以上の上限温度とを定めて、吸気温度が下限温度を下回る場合や上限温度を上回る場合にステップ１２０の判断が成立することとしても良い。
加えて、ステップ１３０におけるリッチ／リーン増減量比率Ｃの算出方法は、上述の空燃比補正マップの横軸を吸気温度（℃）とし、吸気温度に対するリッチ／リーン増減量比率Ｃ（％）を定めたマップとしても良い。具体的には、吸気温度が上述の下限温度よりも低い場合にリッチ／リーン増減量比率Ｃを高め、吸気温度が上述の上限温度よりも高い場合にリッチ／リーン増減量比率Ｃを低くするようにマップを定める。

また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、内燃機関１０を、Ｖ型６気筒エンジンとしているが、この内燃機関１０はこれに限定されるものではない。例えば、図３に示す直列４気筒エンジンであっても良い。図３に示すシステム構成は、図１の気筒１２_１〜１２_６に代えて気筒１２ａ〜１２ｄを有し、排気通路１４_１に代えて気筒１２ａと１２ｄに接続される排気通路１４ａを備え、排気通路１４_２に代えて気筒１２ｂと１２ｃに接続される排気通路１４ｂを備える点を除いて図１と同様である。

ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、吸入空気量の制御を、スロットルバルブにより行うこととしているが、この制御はこれに限定されるものではない。例えば、可変動弁機構を備え、吸気バルブ開度を変更することにより吸入空気量を制御することとしても良い。

尚、上述した実施の形態１においては、気筒１２が前記第１の発明における「気筒」に、排気通路１４が前記第１の発明における「排気通路」に、合流排気通路２０が前記第１の発明における「合流排気通路」に、排気浄化触媒２２が前記第１の発明における「排気浄化触媒」に、吸気温度センサ１６が前記第１の発明における「吸気温度取得手段」に、それぞれ相当している。
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１２０〜１６０の処理を実行することにより前記第１の発明における「空燃比制御手段」が、上記ステップ１２０〜１５０の処理を実行することにより前記第１の発明における「リッチリーン差最適化手段」が、それぞれ実現されている。更に、実施の形態１のおいては、上記ステップ１２０におけるＢＡＳＥマップ適用温度が前記第１の発明における「第１基準温度」と「第２基準温度」との温度差にそれぞれ対応している。

本発明の実施形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施形態１において実行される制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施形態１のシステム構成の変形例を説明するための図である。

符号の説明

１２ 気筒
１６ 吸気温度センサ
２０ 合流排気通路
２２ 排気浄化触媒
５０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）

Claims (1)

1. 複数の気筒と、
   前記複数の気筒にそれぞれ接続された排気通路が合流する共通の合流排気通路と、
   前記合流排気通路内に配置された排気浄化触媒と、
   吸気温度を取得する吸気温度取得手段と、
   硫黄分除去要求に応じて、一部の気筒を排気空燃比がリッチであるリッチ気筒とすると共に、残りの気筒のうち少なくとも１つの気筒を排気空燃比がリーンであるリーン気筒とする空燃比制御手段と、
   第１基準温度よりも前記吸気温度が低い場合には、前記リッチ気筒のリッチ度合と前記リーン気筒のリーン度合とを上げ、前記第１基準温度以上に定めた第２基準温度よりも前記吸気温度が高い場合には、前記リッチ気筒のリッチ度合と前記リーン気筒のリーン度合とを下げるリッチリーン差最適化手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。

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