JP2017203424A - Control unit of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒素富化装置を備える内燃機関に適用される制御装置に関する。 The present invention relates to a control device applied to an internal combustion engine provided with a nitrogen enrichment device.
酸素吸蔵能(OSC:Oxygen Storage Capacity)を具備する三元触媒が排気通路に配置さ
れる、火花点火式の内燃機関において、該内燃機関の運転途中でフューエルカット処理が実行されると、三元触媒の酸素吸蔵量が急速に増加する。そのため、フューエルカット処理の終了時における三元触媒の酸素吸蔵量が過剰に多くなる可能性がある。そのような場合において、フューエルカット処理の終了直後に内燃機関がストイキ運転(理論空燃比近傍の混合気を燃焼させる運転)されると、三元触媒がリーン雰囲気となって、NOX浄化性能が低下する。このような問題に対し、フューエルカット処理の終了から所定期間は、内燃機関をリッチ運転(リッチ空燃比の混合気を燃焼させる運転)させることにより、三元触媒がリーン雰囲気になることを抑制する技術が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。
In a spark ignition type internal combustion engine in which a three-way catalyst having an oxygen storage capacity (OSC) is disposed in an exhaust passage, when a fuel cut process is performed during the operation of the internal combustion engine, the three-way catalyst The oxygen storage capacity of the catalyst increases rapidly. Therefore, the oxygen storage amount of the three-way catalyst at the end of the fuel cut process may be excessively increased. In such a case, if the internal combustion engine is stoichiometrically operated (operation for burning the air-fuel mixture in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio) immediately after the fuel cut processing is finished, the three-way catalyst becomes a lean atmosphere, and the NO X purification performance is improved. descend. For such a problem, the three-way catalyst is prevented from becoming a lean atmosphere by performing a rich operation (operation for combusting a rich air-fuel ratio mixture) for a predetermined period from the end of the fuel cut processing. Techniques have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上記した従来技術によれば、フューエルカット処理の終了時における三元触媒の酸素吸蔵量が多くなるほど、フューエルカット処理の終了後に内燃機関をリッチ運転させる時間を長くする必要がある。内燃機関をリッチ運転させる期間が長くなると、それに伴って内燃機関の燃料消費率(単位出力あたりの燃料消費量)が増加するという問題がある。 By the way, according to the above-described prior art, as the oxygen storage amount of the three-way catalyst at the end of the fuel cut process increases, it is necessary to lengthen the time during which the internal combustion engine is richly operated after the fuel cut process ends. When the period during which the internal combustion engine is richly operated becomes longer, there is a problem that the fuel consumption rate (fuel consumption per unit output) of the internal combustion engine increases accordingly.
本発明は、上記した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フューエルカット処理の実行期間に三元触媒に吸蔵される酸素の量を少なく抑えることにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to suppress the amount of oxygen occluded in the three-way catalyst during the fuel cut process.
本発明は、上記した課題を解決するために、吸気通路に配置される窒素富化装置と、排気通路に配置される三元触媒と、を備える内燃機関において、フューエルカット処理の実行中に、窒素富化装置によって吸気の窒素比率を高めることにより、単位時間あたりに三元触媒へ流入する酸素の量を減少させるようにした。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an internal combustion engine including a nitrogen enrichment device disposed in an intake passage and a three-way catalyst disposed in an exhaust passage. The amount of oxygen flowing into the three-way catalyst per unit time was reduced by increasing the nitrogen ratio of the intake air with a nitrogen enrichment device.
詳細には、本発明は、内燃機関の吸気通路に配置されて、該吸気通路を流れるガスである吸気に窒素ガスを添加すること、又は吸気に含まれる酸素の少なくとも一部を除去することにより、吸気に含まれる酸素の量に対して吸気に含まれる窒素の量の割合である窒素比率を高める窒素富化装置と、内燃機関の排気通路に配置されて、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中の酸素を吸蔵し、且つ排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは吸蔵していた酸素を放出する三元触媒と、を備えた内燃機関に適用される制御装置である。そして、前記制御装置は、内燃機関の運転途中で燃料噴射を一時的に停止させる処理
であるフューエルカット処理が開始されてから終了されるまでの期間において、吸気の窒素比率を高めるべく窒素富化装置を制御する処理である窒素富化処理を実行するようにした。
Specifically, the present invention is arranged in an intake passage of an internal combustion engine, by adding nitrogen gas to the intake air that is a gas flowing through the intake passage, or by removing at least a part of oxygen contained in the intake air. A nitrogen enricher that increases the nitrogen ratio, which is the ratio of the amount of nitrogen contained in the intake air with respect to the amount of oxygen contained in the intake air, and an exhaust gas air-fuel ratio disposed in the exhaust passage of the internal combustion engine A three-way catalyst that stores oxygen in the exhaust gas and releases the oxygen that has been stored when the air-fuel ratio of the exhaust gas is a rich air-fuel ratio. is there. The controller enriches the nitrogen in order to increase the nitrogen ratio of the intake air during the period from the start to the end of the fuel cut process, which is a process for temporarily stopping fuel injection during the operation of the internal combustion engine. A nitrogen enrichment process, which is a process for controlling the apparatus, was performed.
フューエルカット処理が開始されてから終了されるまでの期間(以下、「フューエルカット期間」と称する)において、前記窒素富化処理が実行されると、単位時間あたり(例えば、1サイクルあたり)に内燃機関に吸入される酸素の量が減少する。 When the nitrogen enrichment process is executed in a period from the start to the end of the fuel cut process (hereinafter referred to as “fuel cut period”), the internal combustion is performed per unit time (for example, per cycle). The amount of oxygen inhaled into the engine is reduced.
例えば、窒素富化装置が吸気に窒素ガスを添加する装置である場合において、前記フューエルカット期間に前記窒素富化処理が実行されると、単位時間あたりに内燃機関に吸入される空気の量は、単位時間あたりに内燃機関に吸入される窒素ガスの量の分だけ減少する。フューエルカット期間において、単位時間あたりに内燃機関に吸入される空気量が減少すると、それに伴って単位時間あたりに内燃機関に吸入される酸素の量が減少する。 For example, when the nitrogen enrichment device is a device that adds nitrogen gas to the intake air, when the nitrogen enrichment process is executed during the fuel cut period, the amount of air taken into the internal combustion engine per unit time is The amount decreases by the amount of nitrogen gas sucked into the internal combustion engine per unit time. In the fuel cut period, when the amount of air sucked into the internal combustion engine per unit time decreases, the amount of oxygen sucked into the internal combustion engine per unit time decreases accordingly.
また、窒素富化装置が吸気に含まれる酸素の少なくとも一部を除去する装置である場合において、前記フューエルカット期間に前記窒素富化処理が実行されると、窒素富化装置によって酸素の含有量を減少させられた後の吸気が内燃機関に吸入されることになる。その結果、フューエルカット期間において、単位時間あたりに内燃機関に吸入される酸素の量が減少する。 Further, in the case where the nitrogen enrichment device is a device that removes at least a part of oxygen contained in the intake air, when the nitrogen enrichment process is performed during the fuel cut period, the nitrogen enrichment device performs oxygen content. The intake air after having been reduced is taken into the internal combustion engine. As a result, during the fuel cut period, the amount of oxygen taken into the internal combustion engine per unit time decreases.
上記したように、前記フューエルカット期間に前記窒素富化処理が実行されることで、単位時間あたりに内燃機関に吸入される酸素の量が減少すると、それに伴って単位時間あたりに内燃機関から排出される酸素の量も減少する。その結果、フューエルカット期間において、単位時間あたりに三元触媒に流入する酸素の量が減少するため、それに伴って単位時間あたりに三元触媒に吸蔵される酸素の量も減少する。よって、前記フューエルカット期間に前記窒素富化処理が実行された場合は実行されない場合に比べ、フューエルカット期間に三元触媒に吸蔵される酸素の量を少なく抑えることができる。フューエルカット期間に三元触媒に吸蔵される酸素の量が少なくなると、フューエルカット処理の終了に伴って燃料噴射が再開された場合に、内燃機関をリッチ運転させる時間が短くなり、又は内燃機関をリッチ運転させる必要がなくなる(すなわち、フューエルカット処理の終了後に内燃機関を直ちにストイキ運転させることができる)ため、燃料消費率の増加を少なく抑えることもできる。なお、前記フューエルカット期間に前記窒素富化処理を実行する方法は、前記フューエルカット期間の全期間において前記窒素富化処理を連続的に実行する方法に限られず、前記フューエルカット期間において前記窒素富化処理を断続的に実行する方法や、前記フューエルカット期間の少なくとも一部の期間において窒素富化処理を実行する方法であってもよい。 As described above, when the nitrogen enrichment process is performed during the fuel cut period, the amount of oxygen sucked into the internal combustion engine per unit time decreases, and accordingly, the exhaust gas is discharged from the internal combustion engine per unit time. The amount of oxygen produced is also reduced. As a result, in the fuel cut period, the amount of oxygen flowing into the three-way catalyst per unit time decreases, and accordingly, the amount of oxygen stored in the three-way catalyst per unit time also decreases. Therefore, when the nitrogen enrichment process is performed during the fuel cut period, the amount of oxygen stored in the three-way catalyst during the fuel cut period can be reduced. If the amount of oxygen occluded in the three-way catalyst during the fuel cut period decreases, when fuel injection is resumed at the end of the fuel cut process, the time required for rich operation of the internal combustion engine is shortened, or the internal combustion engine is Since it is not necessary to perform the rich operation (that is, the internal combustion engine can be immediately operated after the fuel cut process is completed), it is possible to suppress an increase in the fuel consumption rate. The method of executing the nitrogen enrichment process during the fuel cut period is not limited to the method of continuously executing the nitrogen enrichment process during the entire fuel cut period, and the nitrogen enrichment process during the fuel cut period. It may be a method of intermittently performing the oxidization process or a method of executing the nitrogen enrichment process in at least a part of the fuel cut period.
ここで、前記フューエルカット処理が終了されると、それに伴って前記窒素富化処理も終了されることになるが、前記フューエルカット処理の終了に伴って燃料噴射が再開されるときに内燃機関に吸入される吸気は、前記フューエルカット処理の終了直前に窒素比率が大きくされたガスとなる。ここで、前記窒素富化装置が前記吸気に窒素ガスを添加する装置であれば、大気中から吸気通路に取り込まれる空気量(吸入空気量)と内燃機関に吸入される酸素量とが相関する。そのため、前記フューエルカット処理の終了に伴って燃料噴射が再開されるときに、前記窒素富化装置によって窒素比率を大きくされたガスが内燃機関に吸入されていても、吸入空気量をパラメータとして燃料噴射量を決定するという既知の方法を利用することができる。しかしながら、前記窒素富化装置が前記吸気に含まれる酸素の一部を除去する装置である場合は、吸入空気量と内燃機関に実際に吸入される酸素量とが相関しなくなる。そのため、フューエルカット処理の終了に伴って燃料噴射が再開されるときに、上記した既知の方法を利用すると、内燃機関に実際に吸入される酸素量に適した燃料量に比して、燃料噴射量が多くなる可能性がある。 Here, when the fuel cut process is ended, the nitrogen enrichment process is also ended, but when the fuel injection is resumed with the end of the fuel cut process, the internal combustion engine is stopped. The intake air to be sucked becomes a gas whose nitrogen ratio is increased immediately before the end of the fuel cut process. Here, if the nitrogen enrichment device is a device that adds nitrogen gas to the intake air, the amount of air taken into the intake passage from the atmosphere (intake air amount) and the amount of oxygen taken into the internal combustion engine are correlated. . Therefore, when fuel injection is resumed with the end of the fuel cut processing, even if the gas whose nitrogen ratio has been increased by the nitrogen enrichment device is being sucked into the internal combustion engine, the amount of intake air is used as a parameter for the fuel. A known method of determining the injection amount can be used. However, when the nitrogen enrichment device is a device that removes a part of oxygen contained in the intake air, the intake air amount and the oxygen amount actually taken into the internal combustion engine are not correlated. Therefore, when the fuel injection is resumed with the end of the fuel cut process, if the above-described known method is used, the fuel injection is compared with the fuel amount suitable for the oxygen amount actually sucked into the internal combustion engine. The amount can be large.
そこで、前記窒素富化装置が前記吸気に含まれる酸素の少なくとも一部を除去する装置である場合においては、前記制御装置は、前記フューエルカット処理の終了に伴って燃料噴射が再開されるときに、前記フューエルカット処理の終了前に前記窒素富化装置によって前記吸気から除去された酸素量に基づいて、燃料噴射量を演算してもよい。このような構成によれば、フューエルカット処理の終了に伴って燃料噴射が再開されるときに、内燃機関に吸入される酸素量に適した量に比して、燃料噴射量が多くなることを抑制することができる。 Therefore, in the case where the nitrogen enrichment device is a device that removes at least a part of oxygen contained in the intake air, the control device is configured such that when fuel injection is resumed with the end of the fuel cut processing. The fuel injection amount may be calculated based on the amount of oxygen removed from the intake air by the nitrogen enrichment device before the end of the fuel cut process. According to such a configuration, when the fuel injection is restarted with the end of the fuel cut process, the fuel injection amount increases as compared with the amount suitable for the amount of oxygen sucked into the internal combustion engine. Can be suppressed.
本発明によれば、フューエルカット処理の実行期間に三元触媒に吸蔵される酸素の量を少なく抑えることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the amount of oxygen stored in the three-way catalyst during the fuel cut process.
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in the present embodiment are not intended to limit the technical scope of the invention to those unless otherwise specified.
図1は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、車両に搭載される内燃機関であって、複数の気筒2を備えた4ストローク・サイクルの火花点火式の内燃機関(ガソリンエンジン)である。なお、図1では、気筒数が4つの例を示しているが、3つ以下であってもよく、又は5つ以上であってもよい。内燃機関1の各気筒2には、気筒2内に火花を発生させるための点火プラグ3と、図示しない吸気ポート内へ燃料を噴射するための燃料噴射弁4とが取り付けられている。なお、燃料噴射弁4は、気筒2内に燃料を噴射するように構成されてもよい。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine to which the present invention is applied. An internal combustion engine 1 shown in FIG. 1 is an internal combustion engine mounted on a vehicle, and is a 4-stroke cycle spark ignition type internal combustion engine (gasoline engine) having a plurality of
内燃機関1は、吸気通路5と接続されている。吸気通路5は、大気中から取り込まれた空気を各気筒2へ導くための通路である。吸気通路5の上流側端部の近傍には、空気中の塵等を捕集するためのエアクリーナボックス50が取り付けられている。エアクリーナボックス50より下流の吸気通路5には、該吸気通路5内を流れる空気量を調整するためのスロットル弁51が取り付けられている。このスロットル弁51と前記エアクリーナボックス50との間の吸気通路5には、該吸気通路5内を流れる空気の温度に相関した電気信号を出力する吸気温度センサ52と、該吸気通路5内を流れる空気量(吸入空気量)に相関した電気信号を出力するエアフローメータ53が取り付けられている。
The internal combustion engine 1 is connected to the
内燃機関1は、排気通路6と接続されている。排気通路6は、気筒2内で燃焼された既燃ガス(排気)を流通させるための通路である。排気通路6の途中には、三元触媒60が配置される。三元触媒60は、該三元触媒60へ流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍にあるときに、排気中に含まれる炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)、及び窒素酸化
物(NOX)を浄化する触媒である。また、三元触媒60は、該三元触媒60へ流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中の酸素を吸蔵し、且つ該三元触媒60へ流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは吸蔵していた酸素を放出する酸素吸蔵能を有する。上記した三元触媒60より上流の排気通路6には、排気の酸素濃度に相関する電気信号を出力する酸素濃度センサ61が取り付けられる。
The internal combustion engine 1 is connected to the exhaust passage 6. The exhaust passage 6 is a passage for circulating burned gas (exhaust gas) burned in the
また、内燃機関1は、窒素富化装置54を備えている。窒素富化装置54は、吸気通路5に配置されて、吸気に含まれる酸素量に対して吸気に含まれる窒素量の割合(窒素比率)を高める装置である。具体的には、窒素富化装置54は、吸気通路5を流れるガス(吸気)に窒素ガスを添加する装置である。ここでいう窒素ガスとしては、図示しないタンクに貯蔵されている窒素ガスを用いるものとする。
Further, the internal combustion engine 1 includes a
上記したように構成される内燃機関1には、本発明に係わる「制御装置」としてのECU(Electronic Control Unit)7が併設されている。ECU7は、CPU、ROM、R
AM、バックアップRAM等から構成される。このように構成されるECU7は、前述した吸気温度センサ52、エアフローメータ53、及び酸素濃度センサ61に加え、アクセルポジションセンサ9、クランクポジションセンサ10、及び水温センサ8等の各種センサと電気的に接続され、それら各種センサの出力信号を入力することができるようになっている。なお、水温センサ8は、内燃機関1を循環する冷却水の温度に相関する電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ9は、アクセルペダルの操作量(アクセル開度)に相関する電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ10は、内燃機関1の機関出力軸(クランクシャフト)の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an ECU (Electronic Control Unit) 7 as a “control device” according to the present invention. ECU7 is CPU, ROM, R
It consists of AM, backup RAM, etc. The ECU 7 configured as described above is electrically connected to various sensors such as the
ECU7は、前述した点火プラグ3、燃料噴射弁4、スロットル弁51、窒素富化装置54等の各種機器とも電気的に接続され、それら各種機器の作動状態を制御することができるようになっている。例えば、ECU7は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、目標燃料噴射量、目標燃料噴射時期、目標点火時期、及び目標スロットル開度等を演算し、それら各種の目標値に従って、燃料噴射弁4、点火プラグ3、及びスロットル弁51等を制御する。
The ECU 7 is also electrically connected to various devices such as the
また、ECU7は、所定のフューエルカット開始条件が成立したときに燃料噴射弁4の作動を停止させ、且つ所定のフューエルカット終了条件が成立したときに燃料噴射弁4の作動を再開させることにより、内燃機関1における混合気の燃焼を一時的に停止させる、フューエルカット処理を実行する。ここでいうフューエルカット開始条件は、(1)クランクポジションセンサ10の出力信号に基づいて演算される機関回転速度が所定の第一回転速度以上であること、(2)内燃機関1が暖機完了状態にあること、(3)三元触媒60が活性状態にあること、及び(4)アクセルポジションセンサ9の出力信号(アクセル開度)が0であることの4つの条件が成立することである。また、フューエルカット終了条件は、(5)機関回転速度が所定の第2回転速度(前記第一回転速度より低く、且つアイドル回転速度より高い回転速度)以下であること、又は(6)アクセル開度が0より大きいことの少なくとも一方の条件が成立することである。上記した条件に従ってフューエルカット処理が実行されると、内燃機関1の燃料消費率を小さくすることができる。
Further, the ECU 7 stops the operation of the
ところで、前記したフューエルカット処理の開始から終了までの期間(フューエルカット期間)においては、内燃機関1の気筒2内に吸入された空気がそのまま排気通路6へ排出されることになる。そのため、フューエルカット期間中は、フューエルカット処理が実行されていない期間(内燃機関1において燃料が燃焼されている期間)に比べ、単位時間あたりに三元触媒60へ流入する酸素の量が多くなり、それに伴って単位時間あたりに三元触媒60に吸蔵される酸素の量が多くなる。その結果、フューエルカット処理の終了時
における三元触媒60の酸素吸蔵量が過剰に多くなる可能性がある。そのような場合において、フューエルカット処理の終了直後に内燃機関1がストイキ運転されると、三元触媒60がリーン雰囲気となって、NOX浄化性能が低下する。
By the way, in the period from the start to the end of the fuel cut process (fuel cut period), the air sucked into the
上記した問題に対し、フューエルカット処理の終了時における三元触媒60の酸素吸蔵量が所定の閾値を超えている場合は、フューエルカット処理が終了されてから三元触媒60の酸素吸蔵量が前記所定の閾値以下となるまでの期間において、内燃機関1をリッチ運転させることにより、三元触媒60がリーン雰囲気になることを抑制する方法が考えられる。しかしながら、フューエルカット処理の終了時における三元触媒60の酸素吸蔵量が多くなるほど、前記リッチ運転時間を長くする必要があるため、それに応じて内燃機関1の燃料消費率が増加する虞がある。
For the above-described problem, when the oxygen storage amount of the three-
そこで、本実施形態では、フューエルカット期間において、前記窒素富化装置54から吸気へ窒素ガスを添加させる処理(窒素富化処理)を実行することにより、フューエルカット期間中に三元触媒60に吸蔵される酸素の量を少なく抑えるようにした。以下、本実施形態における窒素富化処理の実行手順について説明する。
Therefore, in the present embodiment, the three-
図2は、フューエルカット期間に窒素富化処理が実行された場合における、フューエルカットフラグ(F/Cフラグ)と、窒素富化装置54のオン/オフと、三元触媒60へ流入する排気の酸素濃度と、三元触媒60の酸素吸蔵量と、リッチ運転のオン/オフと、の経時変化を示すタイミングチャートである。ここでいうF/Cフラグは、前記フューエルカット開始条件が成立したときにオンにされ、且つ前記フューエルカット終了条件が成立したときにオフにされるフラグである。
FIG. 2 shows the fuel cut flag (F / C flag), the ON / OFF of the
ここで、図2中のt1は、前記したフューエルカット開始条件が成立したタイミングを示す。図2中のt2は、前記したフューエルカット終了条件が成立したタイミングであって、リッチ運転が開始されるタイミングを示す。図2中のt3は、前記窒素富化処理が実行された場合(本実施例)におけるリッチ運転の終了タイミングを示す。図2中のt4は、前記窒素富化処理が実行されない場合(従来)におけるリッチ運転の終了タイミングを示す。また、図2中の3段目から5段目のタイミングチャートにおける一点鎖線は、前記窒素富化処理が実行されない場合における、排気の酸素濃度と、酸素吸蔵量と、リッチ運転のオン/オフとを各々示している。 Here, t1 in FIG. 2 indicates the timing at which the fuel cut start condition is satisfied. T2 in FIG. 2 is a timing at which the fuel cut end condition is satisfied, and indicates a timing at which the rich operation is started. T3 in FIG. 2 indicates the end timing of the rich operation when the nitrogen enrichment process is executed (this example). T4 in FIG. 2 indicates the end timing of the rich operation when the nitrogen enrichment process is not executed (conventional). Also, the alternate long and short dash line in the third to fifth timing charts in FIG. 2 indicates the exhaust oxygen concentration, the oxygen storage amount, and the rich operation on / off when the nitrogen enrichment process is not performed. Respectively.
図2に示すように、ECU7は、前記フューエルカット開始条件が成立してF/Cフラグがオンにされると(図2中のt1)、窒素富化装置54を作動(オン)させて、該窒素富化装置54から吸気への窒素ガスの添加を開始させる。その後、前記フューエルカット終了条件が成立してF/Cフラグがオフにされると(図2中のt2)、ECU7は、窒素富化装置54の作動を停止(オフ)させて、該窒素富化装置54から吸気への窒素ガスの添加を終了する。
As shown in FIG. 2, when the fuel cut start condition is satisfied and the F / C flag is turned on (t1 in FIG. 2), the ECU 7 operates (turns on) the
上記した方法によって窒素富化処理が実行されると、フューエルカット期間(図2中t1−t2)において、気筒2内へ吸入されるガスは、空気と窒素ガスとの混合ガスとなる。そのため、1サイクルあたりに内燃機関1に吸入される空気量は、1サイクルあたりに内燃機関1に吸入される窒素ガス量の分だけ減少する。それに伴って、1サイクルあたりに内燃機関1から排出される空気量も、1サイクルあたりに内燃機関1から排出される窒素ガス量の分だけ減少することになる。このように1サイクルあたりに内燃機関1から排出される空気量が減少すると、1サイクルあたりに内燃機関1から排出される酸素量が減少する。そのため、フューエルカット期間中に三元触媒60へ流入する排気の酸素濃度は、窒素富化処理が実行されない場合より実行された場合の方が小さくなる。その結果、窒素富化処理が実行された場合は実行されない場合に比べ、1サイクルあたりに三元触媒6
0へ流入する酸素の量が減少する。そして、フューエルカット期間における酸素吸蔵量の増加分は、窒素富化処理が実行されない場合より実行された場合の方が小さくなる。よって、フューエルカット処理の終了後におけるリッチ運転が実行されたときに、酸素吸蔵量が前記所定の閾値以下となるタイミングは、窒素富化処理が実行されない場合(図2中のt4)より実行された場合(図2中のt3)の方が早くなる。すなわち、前記窒素富化処理が実行された場合は実行されない場合に比べ、フューエルカット処理終了後のリッチ運転時間が短くなる。これにより、リッチ運転に起因する燃料消費率の増加を少なく抑えることができる。
When the nitrogen enrichment process is executed by the above-described method, the gas sucked into the
The amount of oxygen flowing into zero decreases. The increase in the oxygen storage amount during the fuel cut period is smaller when the nitrogen enrichment process is not performed than when the nitrogen enrichment process is not performed. Therefore, when the rich operation after the end of the fuel cut process is executed, the timing at which the oxygen storage amount becomes equal to or less than the predetermined threshold is executed from the case where the nitrogen enrichment process is not executed (t4 in FIG. 2). The case (t3 in FIG. 2) is faster. That is, when the nitrogen enrichment process is executed, the rich operation time after the fuel cut process is completed is shorter than when the nitrogen enrichment process is not executed. Thereby, the increase in the fuel consumption rate resulting from rich operation can be suppressed to a small extent.
なお、図2では、フューエルカット処理の終了時における酸素吸蔵量が所定の閾値を超える例を示したが、上記した窒素富化処理が実行されることにより、フューエルカット期間に三元触媒60に吸蔵される酸素の量が少なくなると、フューエルカット処理の終了時における酸素吸蔵量が所定の閾値以下に収まる場合もあり得る。そのような場合は、フューエルカット処理の終了後に内燃機関1をリッチ運転させる必要がないため、リッチ運転に起因する燃料消費率の増加を回避することができる。
Note that FIG. 2 shows an example in which the oxygen storage amount at the end of the fuel cut process exceeds a predetermined threshold value. However, by executing the nitrogen enrichment process described above, the three-
以下、本実施形態における窒素富化処理の実行手順について図3に沿って説明する。図3は、窒素富化処理が実行される際に、ECU7が実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めECU7のROMに記憶されており、内燃機関1の運転中にECU7によって周期的に実行される。 Hereafter, the execution procedure of the nitrogen enrichment process in this embodiment is demonstrated along FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a processing routine executed by the ECU 7 when the nitrogen enrichment process is executed. This processing routine is stored in advance in the ROM of the ECU 7 and is periodically executed by the ECU 7 during operation of the internal combustion engine 1.
図3の処理ルーチンでは、ECU7は、先ずS101の処理において、前述したフューエルカット開始条件が成立しているか否かを判別する。S101の処理において否定判定された場合は、ECU7は、本処理ルーチンの実行を終了する。一方、S101の処理において肯定判定された場合は、ECU7は、S102の処理へ進む。 In the processing routine of FIG. 3, the ECU 7 first determines whether or not the fuel cut start condition described above is satisfied in the processing of S101. If a negative determination is made in the processing of S101, the ECU 7 ends the execution of this processing routine. On the other hand, when an affirmative determination is made in the process of S101, the ECU 7 proceeds to the process of S102.
S102の処理では、ECU7は、F/Cフラグをオンにする。次いで、ECU7は、S103の処理へ進み、燃料噴射弁4の作動及び点火プラグ3の作動を停止させることにより、フューエルカット処理を実行する。そして、ECU7は、S104の処理へ進み、窒素富化装置54から吸気への窒素ガスの添加を開始することにより、窒素富化処理を開始する。
In the process of S102, the ECU 7 turns on the F / C flag. Next, the ECU 7 proceeds to the process of S103, and executes the fuel cut process by stopping the operation of the
S105の処理では、ECU7は、三元触媒60の酸素吸蔵量ΣO2を演算する。具体的には、ECU7は、先ず、酸素濃度センサ61の測定値と排気流量(エアフローメータ53により検出される吸入空気量と窒素ガスの添加量との総和)とをパラメータとして、単位時間あたりに三元触媒60に吸蔵される酸素量ΔO2を演算する。続いて、ECU7は、酸素吸蔵量ΣO2の前回値ΣO2oldに前記酸素量ΔO2を加算することにより、三元触媒60の酸素吸蔵量ΣO2を算出する。なお、酸素吸蔵量ΣO2が三元触媒60の飽和吸蔵量より多くなった場合は、飽和吸蔵量が酸素吸蔵量ΣO2に設定されるものとする。
In the process of S105, the ECU 7 calculates the oxygen storage amount ΣO 2 of the three-
S106の処理では、ECU7は、前記フューエルカット終了条件が成立しているか否かを判別する。S106の処理において否定判定された場合は、ECU7は、S105の処理へ戻る。一方、S106の処理において肯定判定された場合は、ECU7は、S107の処理へ進む。 In the process of S106, the ECU 7 determines whether or not the fuel cut end condition is satisfied. If a negative determination is made in the process of S106, the ECU 7 returns to the process of S105. On the other hand, if an affirmative determination is made in the process of S106, the ECU 7 proceeds to the process of S107.
S107の処理では、ECU7は、窒素富化装置54から吸気への窒素ガスの添加を終了させることにより、窒素富化処理を終了させる。続いて、ECU7は、S108の処理へ進み、F/Cフラグをオンからオフへ切り替える。
In the process of S107, the ECU 7 ends the nitrogen enrichment process by terminating the addition of nitrogen gas from the
S109の処理では、ECU7は、前記S105の処理で算出された酸素吸蔵量ΣO2が前述した所定の閾値ΣO2thrより多いか否かを判別する。ここでいう所定の閾値ΣO2thrは、三元触媒60の酸素吸蔵量ΣO2が該所定の閾値ΣO2thrを超えている状態で内燃機関1がストイキ運転されると、三元触媒60がリーン雰囲気になると想定される値であり、予め実験的に求められている値である。
In the process of S109, the ECU 7 determines whether or not the oxygen storage amount ΣO 2 calculated in the process of S105 is larger than the predetermined threshold ΣO 2 thr described above. Here, the predetermined threshold ΣO 2 thr is determined when the internal combustion engine 1 is stoichiometrically operated when the oxygen storage amount ΣO 2 of the three-
前記S109の処理において肯定判定された場合は、ECU7は、S110の処理へ進み、燃料噴射弁4の作動、及び点火プラグ3の作動を再開させることにより、フューエルカット処理を終了させる。その際、ECU7は、混合気の目標空燃比をリッチ空燃比に設定することにより、内燃機関1をリッチ運転させる。ところで、フューエルカット処理の終了直後に気筒2内で燃焼に供されるガス(燃焼ガス)は、窒素富化装置54から添加された窒素ガスを含むガスとなる。しかしながら、前記燃焼ガスに含まれる酸素量は、エアフローメータ53によって測定される空気量と相関する。よって、ECU7は、目標空燃比とエアフローメータ53の出力信号値とに基づいて、目標燃料噴射量を決定すればよい。
When an affirmative determination is made in the process of S109, the ECU 7 proceeds to the process of S110, and ends the fuel cut process by resuming the operation of the
S111の処理では、ECU7は、三元触媒60の酸素吸蔵量ΣO2を演算する。詳細には、ECU7は、先ず、混合気の空燃比と排気流量とをパラメータとして、単位時間あたりに三元触媒60から放出される酸素量ΔO2’を演算する。その際、混合気の空燃比と排気流量と単位時間あたりに三元触媒60から放出される酸素量ΔO2’との相関を予め実験的に求めておき、その相関をマップ化しておくものとする。そして、ECU7は、混合気の空燃比と排気流量と引数として前記マップへアクセスすることで、単位時間あたりに三元触媒60から放出される酸素量ΔO2’を導出する。次に、ECU7は、酸素吸蔵量ΣO2の前回値ΣO2oldから前記酸素量ΔO2’を減算することにより、三元触媒60の酸素吸蔵量ΣO2を算出する。
In the process of S111, the ECU 7 calculates the oxygen storage amount ΣO 2 of the three-
S112の処理では、ECU7は、前記S111の処理で算出された酸素吸蔵量ΣO2が前記所定の閾値ΣO2thr以下に減少したか否かを判別する。S112の処理において否定判定された場合は、ECU7は、S111の処理へ戻る。一方、S112の処理において肯定判定された場合は、ECU7は、S113の処理へ進む。 In the process of S112, the ECU 7 determines whether or not the oxygen storage amount ΣO 2 calculated in the process of S111 has decreased below the predetermined threshold ΣO 2 thr. If a negative determination is made in the process of S112, the ECU 7 returns to the process of S111. On the other hand, when a positive determination is made in the process of S112, the ECU 7 proceeds to the process of S113.
S113の処理では、ECU7は、混合気の目標空燃比をリッチ空燃比から理論空燃比へ切り替えることにより、内燃機関1の運転状態をリッチ運転からストイキ運転へ切り替える。なお、前記S109の処理において否定判定された場合は、フューエルカット処理の終了後に内燃機関1をリッチ運転させる必要がないため、ECU7は、S110−S112の処理をスキップして、S113の処理を実行するものとする。 In the process of S113, the ECU 7 switches the operation state of the internal combustion engine 1 from the rich operation to the stoichiometric operation by switching the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture from the rich air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio. If a negative determination is made in the process of S109, the ECU 7 skips the processes of S110-S112 and executes the process of S113 because there is no need to make the internal combustion engine 1 perform a rich operation after the fuel cut process is completed. It shall be.
以上述べた手順によって窒素富化処理が実行されると、フューエルカット期間に三元触媒60に吸蔵される酸素量が少なくなる。そのため、フューエルカット処理の終了後に内燃機関1がリッチ運転される時間が短くなり、又はリッチ運転させる必要がなくなる。よって、フューエルカット処理の終了後に内燃機関1をリッチ運転させることに起因する、燃料消費率の増加を少なく抑えることができ、又は燃料消費率の増加を回避することができる。
When the nitrogen enrichment process is executed according to the procedure described above, the amount of oxygen stored in the three-
なお、本実施形態では、フューエルカット期間の全期間において窒素富化処理を連続的に実行する例について述べたが、フューエルカット期間において窒素富化処理を断続的に実行してもよく、又はフューエルカット期間の少なくとも一部の期間において窒素富化処理を連続的に実行してもよい。 In the present embodiment, the example in which the nitrogen enrichment process is continuously performed in the entire fuel cut period has been described. However, the nitrogen enrichment process may be intermittently performed in the fuel cut period, or the fuel may be performed. The nitrogen enrichment process may be continuously performed during at least a part of the cut period.
<他の実施形態>
前述した実施例では、本発明に係わる窒素富化装置として、窒素ガスを吸気に添加する装置を例に挙げたが、吸気に含まれる酸素の少なくとも一部を除去する装置を用いることもできる。具体的には、吸気通路5の途中に設けられて、該吸気通路5へ取り込まれた空気から酸素を分離させる窒素富化膜と、該窒素富化膜の前後差圧を調整する調整機構と、前記窒素富化膜をバイパスするバイパス通路と、前記窒素富化膜と前記バイパス通路の何れか一方を導通させる流路切換弁と、備える窒素富化装置を用いることができる。その場合、ECU7は、前記窒素富化処理の非実行時は前記バイパス通路が導通し、且つ前記窒素富化処理の実行時は前記窒素富化膜が導通するように、前記流路切換弁を制御すればよい。
<Other embodiments>
In the above-described embodiments, as the nitrogen enrichment apparatus according to the present invention, an apparatus for adding nitrogen gas to the intake air has been described as an example. However, an apparatus for removing at least a part of oxygen contained in the intake air can also be used. Specifically, a nitrogen-rich film that is provided in the middle of the
上記したような膜分離式の窒素富化装置を備える内燃機関において、フューエルカット処理の終了直後のリッチ運転時又はストイキ運転時に気筒2内で燃焼に供されるガス(燃焼ガス)は、窒素富化装置によって酸素の含有量を減らされたガスとなる。そのため、前記燃焼ガスに含まれる酸素量は、エアフローメータ53によって測定される空気量と相関しなくなる。よって、膜分離式の窒素富化装置を備える内燃機関においては、該窒素富化装置によって除去された酸素量を考慮して、フューエルカット処理の終了直後における目標燃料噴射量を決定する必要がある。
In an internal combustion engine having a membrane separation type nitrogen enrichment apparatus as described above, a gas (combustion gas) used for combustion in the
ここで、膜分離式の窒素富化装置によって除去される酸素の量は、前記窒素富化膜の前後差圧が大きいほど、多くなる。そこで、ECU7は、窒素富化処理の実行時に調整機構によって調整される前後差圧が大きいほど、目標燃料噴射量が少ない量となるようにすればよい。例えば、ECU7は、下記の式(1)に従って、エアフローメータ53の測定値(吸入空気量)Gaを補正し、補正後の吸入空気量Ga’と目標空燃比(リッチ空燃比、又は理論空燃比)とをパラメータとして目標燃料噴射量を演算すればよい。
Ga’=Ga*k・・・(1)
Here, the amount of oxygen removed by the membrane separation type nitrogen enricher increases as the differential pressure across the nitrogen enriched membrane increases. Therefore, the ECU 7 may be configured such that the target fuel injection amount becomes smaller as the front-rear differential pressure adjusted by the adjustment mechanism when the nitrogen enrichment process is performed is larger. For example, the ECU 7 corrects the measured value (intake air amount) Ga of the
Ga ′ = Ga * k (1)
なお、上記した式(1)におけるkは、図4に示すように、0より大きく、且つ1以下の係数であって、前記窒素富化膜の前後差圧が大きくなるほど、小さくなるように定められる係数である。 In addition, as shown in FIG. 4, k in the above equation (1) is a coefficient that is larger than 0 and equal to or smaller than 1, and is determined so as to decrease as the front-rear differential pressure of the nitrogen-enriched film increases. Is a coefficient.
また、上記したような方法による目標燃料噴射量の演算は、フューエルカット処理の終了に伴う燃料噴射が再開されてから所定のサイクル数が経過するまでの期間において行われるものとする。その際の所定のサイクル数は、1サイクルあたりに内燃機関1に吸入されるガス量と、窒素富化装置より下流における吸気通路5の容積とに応じて定められればよい。
Further, the calculation of the target fuel injection amount by the method as described above is performed in a period from when the fuel injection accompanying the end of the fuel cut process is restarted until a predetermined number of cycles elapses. The predetermined number of cycles at that time may be determined according to the amount of gas sucked into the internal combustion engine 1 per cycle and the volume of the
以上述べたように目標燃料噴射量が演算されると、フューエルカット処理の終了直後のリッチ運転時又はストイキ運転時における燃料噴射量を、燃焼ガスに含まれる酸素量に適した量にすることができる。 As described above, when the target fuel injection amount is calculated, the fuel injection amount at the time of the rich operation or the stoichiometric operation immediately after the end of the fuel cut process is set to an amount suitable for the amount of oxygen contained in the combustion gas. it can.
1 内燃機関
2 気筒
3 点火プラグ
4 燃料噴射弁
5 吸気通路
6 排気通路
7 ECU
10 クランクポジションセンサ
51 スロットル弁
53 エアフローメータ
54 窒素富化装置
60 排気浄化触媒
540 窒素噴射弁
1
10
Claims (2)
前記内燃機関の排気通路に配置されて、排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中の酸素を吸蔵し、且つ排気の空燃比がリッチ空燃比であるときは吸蔵していた酸素を放出する三元触媒と、
を備えた内燃機関に適用される制御装置であって、
前記制御装置は、前記内燃機関の運転途中で燃料噴射を一時的に停止させる処理であるフューエルカット処理が開始されてから終了されるまでの期間において、前記吸気の窒素比率を高めるべく前記窒素富化装置を制御する処理である窒素富化処理を実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。 Oxygen contained in the intake air by adding nitrogen gas to the intake air that is disposed in the intake passage of the internal combustion engine and flowing through the intake passage, or by removing at least part of the oxygen contained in the intake air A nitrogen enrichment device that increases a nitrogen ratio, which is a ratio of the amount of nitrogen contained in the intake air with respect to the amount of
Oxygen stored in the exhaust passage of the internal combustion engine is stored when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, and the stored oxygen is stored when the air-fuel ratio of the exhaust gas is rich. A three-way catalyst to be released,
A control device applied to an internal combustion engine comprising:
The control device is configured to increase the nitrogen ratio of the intake air in a period from the start to the end of a fuel cut process that is a process of temporarily stopping fuel injection during the operation of the internal combustion engine. A control apparatus for an internal combustion engine, which performs a nitrogen enrichment process, which is a process for controlling the synthesizer.
前記制御装置は、前記フューエルカット処理の終了に伴って燃料噴射が再開されるときに、前記フューエルカット処理の終了前に前記窒素富化装置によって前記吸気から除去された酸素量に基づいて、燃料噴射量を演算することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の制御装置。 The nitrogen enrichment device is a device that reduces the amount of oxygen contained in the intake air,
When the fuel injection is resumed at the end of the fuel cut process, the control device is configured to perform fuel based on the amount of oxygen removed from the intake air by the nitrogen enrichment device before the end of the fuel cut process. 2. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein an injection amount is calculated.
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