JP2017198169A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空燃比ディザ制御が実行される際には、内燃機関の気筒群におけるリーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比が、三元触媒に流入する排気の空燃比の平均値が所定の目標排気空燃比となるように、空燃比センサの検出値の平均値に基づいてフィードバック制御される。このときに、内燃機関の気筒群において、少なくとも、ガス当たり強度が最も高い気筒を、リーン気筒にして空燃比ディザ制御が実行される。
【選択図】図12
Description
燃機関の排気浄化システムにおいては、空燃比ディザ制御を実行する際に、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比を該空燃比センサの検出値に基づいてフィードバック制御する場合がある。この場合、リーン気筒から排出された排気が空燃比センサを主に通過する時は該空燃比センサの検出値は理論空燃比より高い値となる。一方、リッチ気筒から排出された排気が空燃比センサを主に通過する時は該空燃比センサの検出値は理論空燃比より低い値となる。そして、空燃比センサの検出値の平均値(以下、「平均センサ検出値」と称する場合もある。)が目標排気空燃比となるように、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比が制御される。これにより、流入排気の平均排気空燃比が目標排気空燃比に制御されることになる。
と相対的に低い気筒とが発生する場合がある。つまり、排気通路中においては、ある一の気筒から排出された排気が主に流れる部分と、他の一の気筒から排出された排気が主に流れる部分とが異なる位置に生じる。そのため、排気通路の横断面(すなわち、排気通路の軸方向と垂直に交わる断面)上においては、各気筒から排出された排気の分布は均一にはならず気筒毎にある程度の偏りが生じる。その結果、各気筒から排出されたそれぞれの排気が主に流れる経路と、排気通路における空燃比センサの設置位置との関係に起因して、ガス当たり強度が相対的に高い気筒と相対的に低い気筒とが発生することになる。
なる。
(概略構成)
図1は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関1は車両駆動用のガソリンエンジンである。内燃機関1は4つの気筒2を有する直列4気筒エンジンである。つまり、内燃機関1は4つの気筒2を含む一つの気筒群を有している。ただし、本発明に係る内燃機関において、一の気筒群に含まれる気筒数は4つに限られるものではない。例えば、一の気筒群に含まれる気筒数は3つ又は6つでもよい。
、排気通路7における空燃比センサ11の設置位置の詳細については後述する。
次に、排気通路7における空燃比センサ11の設置位置の詳細について図2〜4に基づいて説明する。図2,3は、エキゾーストマニホールド5の各排気枝管5aの集合部と排気通路7との接続部分近傍の構成を示す図である。図2は、内燃機関1に向って斜め右側から見た場合の様子を示しており、図3は、内燃機関1に向って斜め左側から見た場合の様子を示している。また、図4は、エキゾーストマニホールド5の各排気枝管5aの集合部の横断面を示している。なお、図2〜4において、各排気枝管5aに付されている#1〜#4の番号は、各排気枝管5aが内燃機関1における何番気筒に接続されているのかを表している(例えば、#1と付されている排気枝管5aは内燃機関1における1番気筒に接続されている。)。図2〜4に示すように、本実施例では、排気通路7における、2番気筒に接続された排気枝管の集合部への開口部と4番気筒に接続された排気枝管の集合部への開口部との間に対応する位置に、空燃比センサ11が配置されている。
本実施例では、三元触媒10の温度を上昇させるための所定の昇温条件が成立した場合、ECU20が、各気筒2における燃料噴射量(各燃料噴射弁8からの噴射量)を調整することで空燃比ディザ制御を実行する。本実施例に係る空燃比ディザ制御では、各気筒2における燃料噴射量を調整することで、4つの気筒2のうちの一部の気筒2における混合気の空燃比が理論空燃比よりリーンなリーン空燃比に制御され、且つ、4つの気筒2のうちの他の一部の気筒2における混合気の空燃比が理論空燃比よりリッチなリッチ空燃比に制御される。ここで、混合気の空燃比がリーン空燃比に制御される気筒を「リーン気筒」と称し、混合気の空燃比がリッチ空燃比に制御される気筒を「リッチ気筒」と称する。さらに、空燃比ディザ制御では、三元触媒10に流入する排気(流入排気)の空燃比の平均値(平均排気空燃比)が、理論空燃比近傍に設定されている所定の目標排気空燃比となるように、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比が空燃比センサ11の検出値の平均値(平均センサ検出値)に基づいてフィードバック制御される。具体的には、リーン気筒およびリッチ気筒のそれぞれにおける燃料噴射弁8からの燃料噴射量が平均センサ検出値に基づいて調整される。また、本実施例に係る空燃比ディザ制御においては、目標排気空燃比は理論空燃比近傍の空燃比に設定されている。しかしながら、本発明に係る空燃比ディザ制御における目標排気空燃比は理論空燃比近傍の空燃比に限られるものではない。例えば、目標排気空燃比を所定のリーン空燃比と所定のリッチ空燃比との間で交互に切り換えながら空燃比ディザ制御が実行されてもよい。ただし、このような場合も、空燃比ディザ制御の実行期間中における流入排気の空燃比の平均値は理論空燃比近傍となることで、該空燃比ディザ制御の実行中においても三元触媒におけるHC,CO酸化機能およびNOx還元機能が発揮される。
が、相対的にガス当たり強度が高い気筒をリッチ気筒とし、相対的にガス当たり強度が低い気筒をリーン気筒にして実行された場合の、流入排気の空燃比および空燃比センサの検出値の挙動を示すタイムチャートである。図7,8において、実線は、図5と同様、実際の流入排気の空燃比の挙動を示している。また、図7,8において、破線は、空燃比センサ11の検出値の挙動を示している。
本実施例においては、内燃機関1の各気筒から排出される排気のガス当たり強度の相対関係は実験により予め求められている。そして、空燃比ディザ制御を実行する際に、内燃機関1の1番気筒から4番気筒において、どの気筒をリーン気筒とし、どの気筒をリッチ気筒とするかが、実験により求められたガス当たり強度の相対関係に基づいて予め定められている。ここで、内燃機関1の各気筒から排出される排気のガス当たり強度の具体的な相対関係について図10,11に基づいて説明する。
検出値の平均値よりも大きい(すなわち、空燃比センサ11の検出値のリッチ度合いが相対的に小さい)ことを示している。逆に、このリッチ時センサ検出値のずれ量Dafがマイナスの値であれば、その値が、リッチ時センサ検出値の平均値よりも小さい(すなわち、空燃比センサ11の検出値のリッチ度合いが相対的に大きい)ことを示している。
図13は、空燃比ディザ制御において、リーン気筒における燃焼とリッチ気筒における燃焼とを一気筒毎に交互に繰り返す場合の、内燃機関1におけるリーン気筒とリッチ気筒の割り当てを示す図である。この場合、ガス当たり強度が最も高い気筒である2番気筒がリーン気筒に割り当てられることで、他の気筒をリーン気筒またはリッチ気筒のいずれに割り当てるのかは燃焼順序に応じて必然的に決まることになる。本実施例では、図13に示すように、内燃機関1における燃焼順序は、1番気筒、3番気筒、4番気筒、2番気筒となっている。したがって、2番気筒および3番気筒をリーン気筒とし、1番気筒および4番気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される。
図14は、内燃機関1において一つの気筒のみをリーン気筒とし、他の三つの気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合の、リーン気筒とリッチ気筒の割り当てを示す図である。この場合、ガス当たり強度が最も高い気筒である2番気筒がリーン気筒に割り当てられることで、他の気筒は必然的にリッチ気筒に割り当てられることになる。つまり、図14に示すように、2番気筒をリーン気筒とし、その他の気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される。
図15は、内燃機関1において、燃焼順序が連続する二つの気筒をリーン気筒とし、燃焼順序が連続する他の二つの気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合の、リーン気筒とリッチ気筒の割り当てを示す図である。この場合、ガス当たり強度が最も高い2番気筒がリーン気筒に割り当てられるため、2番気筒に対して燃焼順序が一つ前の4番気筒および2番気筒に対して燃焼順序が一つ後の1番気筒のいずれかがリーン気筒に割り当てられることになる。このような場合、4番気筒と1番気筒とのうちガス当たり強度がより高い方の気筒をリーン気筒に割り当ててもよい。つまり、図15に示すように
、2番気筒と、4番気筒と1番気筒とのうちガス当たり強度がより高い4番気筒をリーン気筒とし、残りの1番気筒および3番気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御を実行してもよい。
図16は、内燃機関1において三つの気筒をリーン気筒とし、残りの一つの気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合の、リーン気筒とリッチ気筒の割り当てを示す図である。この場合も、ガス当たり強度が高い順に三つの気筒をリーン気筒に割り当ててもよい。つまり、図16に示すように、ガス当たり強度が最も低い1番気筒のみをリッチ気筒とし、その他の気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御を実行してもよい。
ADafとして採用するのが好ましい。
本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は実施例1と同様である。本実施例では、内燃機関1の1番気筒から4番気筒における排気のガス当たり強度の相対関係を定義づけるためのパラメータが実施例1と異なっている。実施例1では、内燃機関1の1番気筒から4番気筒における排気のガス当たり強度の相対関係を、図11に示すような気筒毎のリッチ時センサ検出値のずれ量の平均値ADafに基づいて定義した。これに対し、本実施例では、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関1の運転領域における吸入空気量の範囲内において、各気筒におけるリッチ時センサ検出値のずれ量Dafの絶対値が最大となったときのリッチ時センサ検出値のずれ量(以下、「絶対値最大時のリッチ時センサ検出値のずれ量」と称する場合もある。)に基づいて、内燃機関1の1番気筒から4番気筒における排気のガス当たり強度の相対関係を定義する。これは、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関1の運転領域において、リッチ時センサ検出値のずれ量Dafの絶対値が最大となるときが、気筒毎に異なる排気のガス当たり強度の影響を空燃比センサ11の検出値が最も大きく受けるときであると捉えることもできるためである。
2に示すように、ガス当たり強度が三番目に高い気筒が3番気筒であり、ガス当たり強度が最も低い気筒が1番気筒であると定義されている。)。そのため、実施例1の具体例4のように、内燃機関1において三つの気筒をリーン気筒とし、残りの一つの気筒をリッチ気筒にして空燃比ディザ制御が実行される場合の、リーン気筒とリッチ気筒の割り当ては、図16とは異なり、図19に示すとおりとなる。すなわち、この場合、3番気筒のみをリッチ気筒とし、その他の気筒をリーン気筒にして空燃比ディザ制御を実行することになる。
本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は実施例1と同様である。 本実施例では、内燃機関1の1番気筒から4番気筒における排気のガス当たり強度の相対関係を定義づけるためのパラメータが実施例1,2と異なっている。本実施例では、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関1の運転領域における吸入空気量の範囲内において、吸入空気量が上限値であるときのリッチ時センサ検出値のずれ量(以下、「空気量上限時のリッチ時センサ検出値のずれ量」と称する場合もある。)に基づいて、内燃機関1の1番気筒から4番気筒における排気のガス当たり強度の相対関係を定義する。これは、空燃比ディザ制御が実行される内燃機関1の運転領域において、吸入空気量が上限値であるときが、気筒毎に異なる排気のガス当たり強度の影響を空燃比センサ11の検出値が最も大きく受けるときであると捉えることもできるためである。
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、図1に示す内燃機関1のような複数の気筒を含む一つの気筒群を有するエンジンのみならず、複数の気筒群を有するエンジンに適用することもできる。図21は、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムをV型8気筒ガソリンエンジンに適用した場合の内燃機関とその排気系の概略構成を示す図である。
のそれぞれにおける混合気の空燃比が第1空燃比センサ311の平均センサ検出値に基づいてフィードバック制御される。
2・・・気筒
3・・・燃料噴射弁
4・・・インテークマニホールド
4a・・吸気枝管
5・・・エキゾーストマニホールド
5a・・排気枝管
6・・・吸気通路
7・・・排気通路
8・・・燃料噴射弁
10・・三元触媒
11・・空燃比センサ
20・・ECU
300・・内燃機関
310・・第1気筒群
320・・第2気筒群
311・・第1空燃比センサ
321・・第2空燃比センサ
312,322・・気筒
315,325・・エキゾーストマニホールド
315a,325a・・排気枝管
317,327・・排気通路
318・・第1三元触媒
328・・第2三元触媒
Claims (4)
- 複数の気筒を含む気筒群を有する内燃機関の排気浄化システムであって、
前記気筒群の各気筒に接続された排気枝管の集合部より下流側の排気通路に設けられた三元触媒と、
前記排気通路における前記三元触媒より上流側に設けられた空燃比センサと、
前記気筒群の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比に制御し、且つ、前記気筒群の他の一部の気筒における混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチなリッチ空燃比に制御するとともに、混合気の空燃比がリーン空燃比に制御される気筒であるリーン気筒および混合気の空燃比がリッチ空燃比に制御される気筒であるリッチ気筒のそれぞれにおける混合気の空燃比を、前記三元触媒に流入する排気の空燃比の平均値が所定の目標排気空燃比となるように、前記空燃比センサの検出値の平均値に基づいてフィードバック制御する空燃比ディザ制御を実行する制御部と、を備え、
前記制御部が、前記気筒群において、少なくとも、その気筒から排出される排気の前記空燃比センサに対するガス当たりの強さであるガス当たり強度が最も高い気筒を、前記リーン気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する内燃機関の排気浄化システム。 - 前記制御部が、さらに、前記気筒群において、少なくとも、前記ガス当たり強度が最も低い気筒を、前記リッチ気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。
- 前記制御部が、前記気筒群における複数の気筒のうち二つ以上の気筒を前記リーン気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する場合、前記気筒群において前記ガス当たり強度が最も高い気筒から前記ガス当たり強度が高い順に前記リーン気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する請求項1または2に記載の内燃機関の排気浄化システム。
- 前記制御部が、前記気筒群における複数の気筒のうち燃焼順序が連続する二つの気筒を前記リーン気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する場合、前記気筒群において前記ガス当たり強度が最も高い気筒と、前記ガス当たり強度が最も高い気筒に対して燃焼順序が一つ前の気筒および前記ガス当たり強度が最も高い気筒に対して燃焼順序が一つ後の気筒のうち前記ガス当たり強度がより高い方の気筒とを、前記リーン気筒にして前記空燃比ディザ制御を実行する請求項1に記載の内燃機関の排気浄化システム。
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