JP3796919B2 - 筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents
筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3796919B2 JP3796919B2 JP26708397A JP26708397A JP3796919B2 JP 3796919 B2 JP3796919 B2 JP 3796919B2 JP 26708397 A JP26708397 A JP 26708397A JP 26708397 A JP26708397 A JP 26708397A JP 3796919 B2 JP3796919 B2 JP 3796919B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- amount
- upstream
- downstream
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Exhaust-Gas Circulating Devices (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の気筒を二つの気筒群に分割してこれら気筒群に接続された排気通路を互いに合流せしめ、一方の気筒群から排出された排気ガスを吸入空気に導入して機関内で生成される窒素酸化物（以下、ＮＯX ）の量を低減するようにした内燃機関が公知である。また、上記内燃機関において、吸入空気に導入すべき排気ガスを取り入れる取入口の上流側の排気通路に機関から排出されるＮＯX を浄化するためのＮＯX 触媒を備えた内燃機関が公知である。ここでのＮＯX 触媒は機関内で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比より非常に大きいために排気ガス中の酸素濃度が非常に高い状態において、炭化水素（以下、ＨＣ）を触媒表面に吸着させて活性種を生成し、このＨＣの活性種とＮＯX とを反応させることによりＮＯX を浄化する。このＮＯX 触媒を備えた内燃機関では機関燃焼後の排気ガス中にＨＣが殆ど含まれていないため、機関駆動用ＨＣとは別個に還元剤としてＮＯX 浄化用ＨＣをＮＯX 触媒に供給する。ところが、機関駆動用ＨＣとは別個に浄化用ＨＣをＮＯX 触媒に供給するときにＮＯX 触媒で消費される量以上の浄化用ＨＣを供給すると、ＨＣがＮＯX 触媒を通過して大気中に放出されてしまう。そこで、ＮＯX 触媒において消費可能な量のＨＣがＮＯX 触媒に供給されるように制御する必要がある。例えば特開平６−１１７２２５では機関内で生成されるＮＯX の量が吸入空気量に概ね比例し且つ吸入空気量は機関回転数と機関負荷とに概ね比例することを利用して機関回転数と機関負荷とに基づいて機関内で生成されるＮＯX 量を推定し、このＮＯX 量に基づいて浄化用ＨＣの量を算出している。
しかしながら、ＮＯX 触媒を通過する単位時間あたりの排気ガスの量が多いとき、すなわちＮＯX 触媒を通過する排気ガスの触媒通過速度が速いときにはＨＣが触媒表面に吸着して活性種となり、ＮＯX と反応するのに確保できる時間が短くなる。したがって機関内で生成されるＮＯX の量に基づいて算出された量の浄化用ＨＣを供給しても、排気ガスの触媒通過速度が速いときには供給したＨＣがＮＯX 触媒において消費されずに大気に排出されてしまう。そこで機関に供給される吸入空気量からＮＯX 触媒を通過する単位時間あたりの排気ガス量を推定し、この排気ガス量に基づいてＮＯX 触媒に供給すべきＨＣ量を算出するようにした内燃機関が公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記一方の気筒群から排出された排気ガスを吸入空気に導入し、この一方の気筒群に接続された排気通路の排気ガス取入口の上流側にＮＯX 触媒を備えた内燃機関では、このＮＯX 触媒を通過する排気ガス内に当該一方の気筒群に接続された排気通路から導入された排気ガスが含まれているため、吸入空気量に基づいてＮＯX 触媒を通過する排気ガス量を算出することができない。したがって本発明の目的は一部の気筒から排出された排気ガスを浄化するための触媒を具備し、この触媒を通過した排気ガスの一部を吸入空気に導入する内燃機関において、触媒において消費可能な量の浄化用の還元剤、すなわちＨＣを触媒に供給することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために一番目の発明によれば、複数の気筒を二つの気筒群に分割し、これら気筒群が接続された排気通路が合流する合流部の上流側の排気通路に還元剤により排気ガスを浄化する上流側触媒を備えるとともに該合流部の下流側の排気通路に還元剤により排気ガスを浄化する下流側触媒を備え、前記上流側触媒と前記合流部との間の排気通路に吸入空気中に排気ガスを導入するための排気循環管が接続された筒内直接噴射式内燃機関において、前記上流側触媒に供給すべき還元剤の量を機関回転数と吸入空気圧とに基づいて算出する還元剤量算出手段を具備する。
【０００５】
上記課題を解決するために二番目の発明によれば、一番目の発明において、前記合流部と前記下流側触媒との間の排気通路に過給機のタービンホイールを備える。これにより排気ガスがタービンホイールを通過するときに排気ガス温度が低下する。
【０００６】
上記課題を解決するために三番目の発明によれば、一番目の発明において、前記還元剤量算出手段が前記上流側触媒に供給すべき還元剤の量を該上流側触媒の温度に基づいて補正する。
【０００７】
上記課題を解決するために四番目の発明によれば、一番目の発明において、前記還元剤量算出手段が前記下流側触媒に供給すべき還元剤の量を吸入空気量に基づいて算出する。
【０００８】
上記課題を解決するために五番目の発明によれば、四番目の発明において、前記還元剤量算出手段が前記下流側触媒に供給すべき還元剤の量を該下流側触媒の温度に基づいて補正する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１には本実施形態の筒内直接噴射式のディーゼル内燃機関の構成を示した。図１において、１は機関本体、♯１〜♯４は第一気筒、第二気筒、第三気筒および第四気筒、６ａ〜６ｄは各気筒に燃料を噴射するための第一燃料噴射弁、第二燃料噴射弁、第三燃料噴射弁および第四燃料噴射弁である。各気筒♯１〜♯４にはインテークマニホルド６６を介して吸気管９が接続される。インテークマニホルド６６にはインテークマニホルド６６内の圧力を検出する圧力センサ７２が取り付けられる。また、各気筒♯１〜♯４にはそれぞれ対応して第一排気枝管８ａ、第二排気枝管８ｂ、第三排気枝管８ｃおよび第四排気枝管８ｄが接続される。
【００１０】
第二排気枝管８ｂ、第三排気枝管８ｃおよび第四排気枝管８ｄは上流側合流部１１において合流せしめられ、共通の上流側排気管７に接続される。すなわち第二気筒♯２、第三気筒♯３および第四気筒♯４により気筒群が形成される。さらに第一排気枝管８ａと上流側排気管７とは下流側合流部１２において合流せしめられ、共通の下流側排気管６４に接続される。
【００１１】
上流側排気管７にはリーンＮＯX 触媒としてＮＯX 選択還元触媒（以下、上流側ＮＯX 触媒）１０ａが配置される。上流側ＮＯX 触媒１０ａの上流端部分にはこの上流端部分の温度を測定する上流側温度センサ７０ａが配置される。また、上流側ＮＯX 触媒１０ａの下流端部分にはこの下流端部分の温度を測定する下流側温度センサ７１ａが配置される。一方、下流側排気管６４にはリーンＮＯX 触媒としてＮＯX 選択還元触媒（以下、下流側ＮＯX 触媒）１０ｂが配置される。下流側ＮＯX 触媒１０ａの上流端部分にはこの上流端部分の温度を測定する上流側温度センサ７０ｂが配置される。また、下流側ＮＯX 触媒１０ａの下流端部分にはこの下流端部分の温度を測定する下流側温度センサ７１ｂが配置される。なお、ＮＯX 触媒は、機関で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比より非常に大きいために排気ガス中の酸素濃度が非常に高い状態において、ＨＣを触媒表面に吸着させてＨＣの活性種を生成し、このＨＣの活性種とＮＯX とを反応させることによりＮＯX を浄化する。また、ＮＯX 触媒は予め定められた温度範囲（以下、適正温度範囲）において予め定められた浄化率より高いＮＯX 浄化率を示す。本実施形態によれば一つの機関に対して二つのＮＯX 触媒を配置可能であるため、高いＮＯX 浄化率を得ることができる。
【００１２】
上流側ＮＯX 触媒１０ａの下流側であって下流側合流部１２の上流側の上流側排気管７には排気ガスを吸入空気中に導入するための排気循環管６５が接続される。排気循環管６５の他端はインテークマニホルド６６に接続される。気筒内で生成されるＮＯX 量は気筒内における燃焼温度が低いほど少ない。また、排気ガス中に含まれる水分や二酸化炭素といった不活性ガスは気筒内における燃焼温度を低下する働きがある。したがって排気ガスを吸入空気中に導入することにより気筒内で生成されるＮＯX 量が低減される。排気循環管６５には吸入空気中に導入すべき排気ガス量を制御するための排気循環制御弁６７が取り付けられる。排気循環制御弁６７は三方弁６８を介して吸引ポンプ６９および大気に連通される。排気循環制御弁６７が三方弁６８により吸引ポンプ６９に連通されると排気循環制御弁６７に負圧がかかり開弁する。一方、排気循環制御弁６７が三方弁６８により大気に連通されると排気循環制御弁６７に大気圧がかかり閉弁する。
【００１３】
また、本実施形態の内燃機関は下流側合流部１２の下流側であって下流側ＮＯX 触媒１０ｂの上流側の下流側排気管６４内に配置された排気側タービンホイール６２と吸気管９内に配置された吸気側タービンホイール６１とを具備する過給機６３を具備する。排気側タービンホイール６２と吸気側タービンホイール６１とは一つのシャフト６０により互いに連結される。排気ガス流により排気側タービンホイール６２が回転せしめられると、シャフト６０を介して吸気側タービンホイール６１が回転せしめられる。これにより吸入空気量が増大するため、機関出力が向上される。さらに本実施形態によれば、全ての排気ガスが合流する下流側合流部１２の下流に排気側タービンホイール６２を配置したため、排気側タービンホイール６２を通過する排気ガス量が最も多く、非常に高い過給効果が得られる。なお、吸気側タービンホイール６１の上流側の吸気管９には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ２が取り付けられる。
【００１４】
また、後述するように第二気筒♯２、第三気筒♯３および第四気筒♯４において噴射されたＮＯX 浄化用のＨＣは上流側ＮＯX 触媒１０ａにおいて消費されるため、ＨＣを含んだ排気ガスは排気循環管６５には到達しない。また、下流側合流部１２の下流に排気側タービンホイール６２が配置されているため、第一気筒♯１において噴射されたＮＯX 浄化用ＨＣを含んだ排気ガスは上流側排気管７に流入することなく下流側ＮＯX 触媒１０ｂに到達せしめられる。したがって本実施形態によれば排気循環管６５が上流側ＮＯX 触媒１０ａの下流側であって下流側合流部１２の上流側の上流側排気管７に接続されているため、ＨＣを含まない排気ガスを吸入空気に導入することができる。したがってＨＣにより排気循環管６５が閉塞されることが防止される。また、下流側ＮＯX 触媒１０ｂに正確な量のＨＣを供給できる。さらにＮＯX を含まない排気ガスが吸入空気中に導入されるため、機関から排出されるＮＯX 量を低減できる。
【００１５】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１を介して相互に接続されたＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。上流側ＮＯX 触媒１０ａに配置された上流側温度センサ７０ａおよび下流側温度センサ７１ａ並びに下流側ＮＯX 触媒１０ｂに配置された上流側温度センサ７１ａおよび下流側温度センサ７１ｂはそれぞれ対応したＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に接続される。また、圧力センサ７２およびエアフローメータ２は対応するＡＤ変換器４８および５２を介して入力ポート４５に接続される。
【００１６】
さらに本実施形態の内燃機関は機関本体１のクランクシャフト（図示せず）が例えば３０度回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ１６を具備する。クランク角センサ１６は対応するＡＤ変換器４９を介して入力ポート４５に接続される。また、本実施形態の内燃機関はアクセル踏込量Ｄに比例した出力電圧を発生するアクセル踏込量センサ１８を具備する。アクセル踏込量センサ１８は対応するＡＤ変換器４９を介して入力ポート４５に接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路５１を介して各燃料噴射弁６および三方弁６８に接続される。
【００１７】
次に本実施形態の内燃機関の作動を説明する。本実施形態では各気筒♯１〜♯４における圧縮上死点の直後に主噴射を実行して各燃料噴射弁６ａ〜６ｄから駆動用の燃料、すなわちＨＣを各気筒♯１〜♯４内に噴射する。主噴射により各気筒♯１〜♯４内に噴射される駆動用燃料の量はアクセル踏込量センサ１８により検出されたアクセルペダルの踏込量Ｄに基づいて算出され、踏込量Ｄが大きくなるほど燃料量が増大される。主噴射が実行された後に該主噴射とは別個に副噴射を実行して各燃料噴射弁６ａ〜６ｄから浄化用の燃料、すなわちＨＣを還元剤として各気筒♯１〜♯４内に噴射する。
【００１８】
なお、上流側ＮＯX 触媒１０ａの温度が適正温度範囲内にあるときに気筒群において副噴射を実行し、適正温度範囲外にあるときには気筒群における副噴射の実行を停止する。また、下流側ＮＯX 触媒１０ｂの温度が適正温度範囲内にあるときに第一気筒♯１において副噴射を実行し、適正温度範囲外にあるときには第一気筒♯１における副噴射の実行を停止する。
【００１９】
また、触媒を構成する材料の違い、すなわち触媒が低温時に浄化率の高い物質を担持しているか或いは高温時に浄化率の高い物質を担持しているか、または触媒の熱容量の違い、触媒の劣化度合いの違いにより、上流側ＮＯX 触媒と下流側ＮＯX 触媒とでＮＯX を浄化できる適正温度範囲が相違するが、この場合には各ＮＯX 触媒の触媒温度が各適正温度範囲内にあるか否かに基づいて副噴射を実行する気筒を決定する。
【００２０】
したがって例えば下流側ＮＯX 触媒の温度が上流側ＮＯX 触媒の温度より低い場合でも各ＮＯX 触媒の適正温度範囲によっては気筒群および第一気筒において副噴射が実行される。このとき、気筒群における副噴射により通常より多いＨＣを供給すれば、ＨＣの一部が上流側ＮＯX 触媒で消費されずに改質され、第一気筒における副噴射により供給されたＨＣが上流側ＮＯX 触媒で改質されたＨＣと下流側ＮＯX 触媒において混合される。すなわち下流側ＮＯX 触媒に改質されて高い活性を有するＨＣが供給される。したがって触媒温度が低い下流側ＮＯX 触媒においてもＮＯX 浄化反応が行われるため、ＮＯX 浄化率がさらに向上する。
【００２１】
さらに本実施形態によれば、上流側ＮＯX 触媒１０ａにおけるＮＯX 浄化反応熱により温度が上昇した排気ガスは排気側タービンホイール６２を通過するときに熱を奪われて冷却される。したがって高温の排気ガスが下流側ＮＯX 触媒１０ｂに流入することが防止されるため、上流側ＮＯX 触媒１０ａと下流側ＮＯX 触媒１０ｂとの温度を概ね等しく適正温度範囲内に維持することができる。
【００２２】
なお、例えば、上流側ＮＯX 触媒１０ａが機関の燃焼室に非常に近い位置に配置され、下流側ＮＯX 触媒１０ｂが燃焼室から非常に遠い位置に配置された内燃機関では、上流側ＮＯX 触媒１０ａの温度が下流側ＮＯX 触媒１０ｂの温度よりも高くなることもある。
【００２３】
次に本実施形態の内燃機関における副噴射の実行タイミングの制御を説明する。なお、以下の説明においてＮＯX 触媒には上流側ＮＯX 触媒１０ａと下流側ＮＯX 触媒１０ｂとが含まれ、気筒には第一気筒♯１から第四気筒♯４がそれぞれ含まれる。また、ＮＯX 触媒の温度は例えば各ＮＯX 触媒の上流側温度センサと下流側温度センサとの平均により求める。
【００２４】
ＮＯX 触媒の温度が適正温度範囲より低いときには各気筒における膨張行程初期から膨張行程中期において副噴射を実行する。また、ＮＯX 触媒の温度が上昇するにつれて副噴射の実行タイミングを遅らせる。膨張行程初期から膨張行程中期では気筒内の温度が比較的高いため、副噴射により噴射されたＨＣのうち低沸点ＨＣに改質される割合が高い。したがって副噴射の実行タイミングが遅れるほど副噴射により噴射されたＨＣのうち低沸点ＨＣに改質される割合が低下し、高沸点ＨＣのまま残るＨＣの割合が高くなる。すなわち本実施形態によれば、触媒温度が適正温度範囲内の比較的低い温度にあるときには活性が高い低沸点ＨＣをＮＯX 触媒に供給することにより比較的容易にＮＯX 浄化作用が開始せしめられるため、ＮＯX 浄化率が向上する。また、膨張行程初期から膨張行程中期において副噴射によりＨＣを噴射すると、低沸点ＨＣとして残らずに気筒内で焼失してしまうＨＣが多い。すなわち副噴射の実行タイミングを遅らせるほど焼失してしまうＨＣが少ない。したがって本実施形態によれば、低沸点ＨＣにより浄化作用が開始され、触媒温度が上昇せしめられた後には高沸点ＨＣにより浄化作用を行うため、浄化作用に用いられる燃料量を低減できる。
【００２５】
次に本実施形態の浄化用ＨＣ噴射制御を説明する。本実施形態では、まず、圧力センサ７２により検出された過給圧と機関回転数とに基づいて上流側ＮＯX 触媒１０ａを通過する排気ガス量（以下、上流側通過排気ガス量）を算出する。上流側通過排気ガス量は過給圧が高いほど多くなり、機関回転数が高いほど多くなる。次に、上流側通過排気ガス量に基づいて上流側ＮＯX 触媒１０ａに供給すべきＨＣ量を算出する。上流側ＮＯX 触媒１０ａにおいて消費可能なＨＣ量は上流側通過排気ガス量が多いほど少なくなるため、上流側ＮＯX 触媒１０ａに供給すべきＨＣ量は上流側通過排気ガス量が多いほど少なくする。
【００２６】
また、エアフローメータ２により検出された吸入空気量に基づいて下流側ＮＯX 触媒１０ｂを通過する排気ガス量（以下、下流側通過排気ガス量）を算出する。下流側通過排気ガス量は吸入空気量が多いほど多くなる。次に、下流側通過排気ガス量に基づいて下流側ＮＯX 触媒１０ｂに供給すべきＨＣ量を算出する。下流側ＮＯX 触媒１０ｂにおいて消費可能なＨＣ量は下流側通過排気ガス量が多いほど少なくなるため、下流側ＮＯX 触媒１０ｂに供給すべきＨＣ量は下流側通過排気ガス量が多いほど少なくする。なお、圧力センサ７２により検出された過給圧と機関回転数とに基づいて全気筒に供給される吸入空気量を算出してもよい。
【００２７】
したがって本実施形態によれば、一方の気筒群から排出された排気ガスを吸入空気に導入し、この一方の気筒群に接続された排気通路の排気ガス取入口、すなわち排気循環管が接続された部位の上流側にＮＯX 触媒を備えた内燃機関において、このＮＯX 触媒において消費可能な量の浄化用還元剤、すなわちＨＣがＮＯX 触媒に供給される。
【００２８】
また、本実施形態の浄化用ＨＣ噴射制御では、各ＮＯX 触媒に取り付けられた温度センサにより検出された上流側温度および下流側温度の差に基づいて副噴射により噴射すべきＮＯX 浄化用ＨＣ量を補正する。すなわち各ＮＯX 触媒において上流側温度が下流側温度よりも高いときには下流側温度が間もなく上流側温度に追従して高くなると予想し、下流側温度が上流側温度に追従して上昇したときに下流側温度が適正温度範囲から外れることを防止するために副噴射により噴射すべきＮＯX 浄化用ＨＣ量を少なくする。
逆に上流側温度が下流側温度よりも低いときには下流側温度が間もなく上流側温度に追従して低くなると予想し、下流側温度が上流側温度に追従して低下したときに下流側温度が適正温度範囲から外れることを防止するために副噴射により噴射すべきＮＯX 浄化用ＨＣ量を多くする。したがって本実施形態によればＮＯX 触媒内における温度変化に応じて副噴射により噴射すべき浄化用ＨＣ量が制御される。このため、ＮＯX 触媒の温度を適正温度範囲内に維持でき、ＮＯX 浄化率がさらに向上する。
【００２９】
次に図２のフローチャートを参照して本実施形態の浄化用ＨＣ噴射制御を説明する。まず、ステップＳ３１０において圧力センサ７２により検出された過給圧Ｐと機関回転数Ｎとに基づいて上流側ＮＯX 触媒１０ａに流入する上流側通過排気ガス量Ｇ1 が算出される。次にステップＳ３１２に進んで上流側ＮＯX 触媒１０ａの下流側温度センサ７１ａにより検出された上流側ＮＯX 触媒１０ａの下流側温度Ｔd1とステップＳ３１０で算出された上流側通過排気ガス量Ｇ1 とに基づいて上流側ＮＯX 触媒１０ａに供給すべき基本ＨＣ量ＨＣb1が算出される。次にステップＳ３１４に進んで上流側ＮＯX 触媒１０ａの上流側温度センサ７０ａにより検出された上流側ＮＯX 触媒１０ａの上流側温度Ｔu1と上流側ＮＯX 触媒１０ａの下流側温度Ｔd1とに基づいてＨＣ補正量ＨＣk1が算出される。なお、ＨＣ補正量ＨＣk1はＴU1＜Ｔd1のときには正の値をとり、ＴU1＞Ｔd1のときには負の値をとる。次にステップＳ３１６に進んでステップＳ３１２で算出された基本ＨＣ量ＨＣb1とステップＳ３１４で算出されたＨＣ補正量ＨＣk1とに基づいてＨＣ供給量ＨＣf1が算出される。なお、ＨＣ供給量ＨＣf1は式ＨＣf1＝ＨＣb1＋ＨＣk1により算出される。次にステップＳ３１８に進んでＨＣ供給量ＨＣf1と燃料噴射弁６の噴射圧力とに基づいて副噴射時間ｔs1が算出される。次にステップＳ３２０に進んで副噴射時間ｔs1の副噴射が気筒群において実行される。
【００３０】
次にステップＳ３２２に進んでエアフローメータ２の出力に基づいて下流側ＮＯX 触媒１０ｂに流入する下流側通過排気ガス量Ｇ2 が算出される。次にステップＳ３２４に進んで下流側ＮＯX 触媒１０ｂの下流側温度センサ７１ｂにより検出された下流側ＮＯX 触媒１０ｂの下流側温度Ｔd2とステップＳ３２２で算出された下流側通過排気ガス量Ｇ2 とに基づいて下流側ＮＯX 触媒１０ｂに供給すべき基本ＨＣ量ＨＣb2が算出される。次にステップＳ３２６に進んで下流側ＮＯX 触媒１０ｂの上流側温度センサ７０ｂにより検出された下流側ＮＯX 触媒１０ｂの上流側温度Ｔu2と下流側ＮＯX 触媒１０ｂの下流側温度Ｔd2とに基づいてＨＣ補正量ＨＣk2が算出される。なお、ＨＣ補正量ＨＣk2はＴU2＜Ｔd2のときには正の値をとり、ＴU2＞Ｔd2のときには負の値をとる。次にステップＳ３２８に進んでステップＳ３２４で算出された基本ＨＣ量ＨＣb2とステップＳ３２６で算出されたＨＣ補正量ＨＣk2とに基づいてＨＣ供給量ＨＣf2が算出される。なお、ＨＣ供給量ＨＣf2は式ＨＣf2＝ＨＣb2＋ＨＣk2により算出される。次にステップＳ３３０に進んでＨＣ供給量ＨＣf2と燃料噴射弁６の噴射圧力とに基づいて副噴射時間ｔs2が算出される。次にステップＳ３３２に進んで副噴射時間ｔs2の副噴射を第一気筒♯１において実行し、処理を終了する。
【００３１】
本実施形態では気筒を第一気筒♯１と、第二気筒♯２、第三気筒♯３および第四気筒♯４とに分割したが、第三気筒♯３と第四気筒♯４とを上流側ＮＯX 触媒１０ａを介して下流側ＮＯX 触媒１０ｂに接続される第一気筒群とし、第一気筒♯１と第二気筒♯２とを上流側ＮＯX 触媒１０ａをバイパスして直接下流側ＮＯX 触媒１０ｂに接続される第二気筒群としてもよい。
【００３２】
また、副噴射を実行する頻度や副噴射一回当たりに噴射するＨＣ量を触媒温度に応じて制御してもよい。例えば、図３に示したように、触媒温度Ｔが第一温度範囲Ｔ1 内にあるときには順次到来する副噴射の噴射タイミングで毎回副噴射を実行する。触媒温度Ｔが第二温度範囲Ｔ2 内にあるときには順次到来する副噴射の噴射タイミングの二回に一回の割合で副噴射を実行する。以下、第三温度範囲Ｔ3 内では三回に一回、第四温度範囲Ｔ4 内では四回に一回副噴射を実行する。さらに、副噴射実行頻度制御と同時に、副噴射を実行する頻度が少なくなるにしたがって副噴射一回当たりに噴射するＨＣ量を増大する。
【００３３】
また、予め定められた回数の副噴射の噴射タイミングにおいて副噴射の実行を停止する回数を制御してもよい。例えば、図４に示したように、触媒温度Ｔが第一温度範囲Ｔ1 内にあるときには機関サイクル五回当たり五回の副噴射を行い、第二温度範囲Ｔ2 内にあるときには機関サイクル五回当たり四回の副噴射を実行する。すなわち第二温度範囲Ｔ2 内においては副噴射の実行を一回停止する。以下順次、第三温度範囲Ｔ3 内にあるときには副噴射の実行を二回停止し、第四温度範囲Ｔ4 内にあるときには副噴射の実行を三回停止する。さらに、副噴射実行停止頻度制御と同時に、副噴射一回当たりに噴射するＨＣ量を増大する。
【００３４】
副噴射一回当たりに噴射するＨＣ量を増大すると気筒内雰囲気に晒されないＨＣ量が増大する。このため、予め定められた回数の副噴射の噴射タイミングにわたって副噴射により供給されたＨＣのうち気筒内にて焼失されるＨＣ量が従来に比べ低減される（図５参照）。したがってＮＯX 触媒１０に供給されるＨＣ量を所望の量に制御できる。さらに従来より少ない量のＨＣを気筒内に噴射しても、本実施形態によれば焼失されるＨＣ量が少ないため、適量のＨＣ量をＮＯX 触媒に供給することができる。
【００３５】
なお、本願ではディーゼル内燃機関に適用した場合の燃料噴射制御装置を挙げたが、リーンバーン型であれば筒内直接噴射火花点火式の内燃機関に本発明を適用することもできる。さらに排気ガス中の酸素濃度が非常に高い状態でＮＯX を吸収して貯蔵しておき、ＨＣが供給されて排気ガス中の酸素濃度が低下したときにＮＯX を放出してＨＣと反応させる触媒に本発明を適用することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
一番目から五番目の発明によれば、一部の気筒から排出された排気ガスを浄化する上流側触媒を具備し、この上流側触媒を通過した排気ガスの一部を吸入空気中に導入する内燃機関において、機関回転数と吸入空気圧とに基づいて上流側触媒に供給すべき還元剤の量が算出される。機関回転数と吸入空気圧とは上流側触媒を通過する排気ガス量に係わるパラメータである。したがって算出された上流側触媒に供給すべき還元剤の量は上流側触媒を通過する排気ガス量を考慮した量となる。このため、上流側触媒において消費可能な量の浄化用の還元剤が供給され、還元剤の無駄を省くことができる。
【００３７】
さらに二番目の発明によれば、上流側触媒における浄化反応により上昇せしめられた排気ガスの温度がタービンホイールにおいて低下せしめられるため、下流側触媒の温度が過剰に増大することが防止される。
【００３８】
さらに三番目および五番目の発明によれば、触媒に供給すべき還元剤の量がその触媒の温度に基づいて補正される。触媒はその温度により浄化特性が異なるが、触媒温度に基づいて還元剤量を補正することにより、触媒の浄化特性に沿った量の還元剤が触媒に供給されるため、触媒における浄化率がさらに向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の筒内直接噴射式内燃機関の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態の筒内直接噴射式内燃機関における浄化用ＨＣ噴射制御のフローチャートである。
【図３】触媒温度と副噴射間隔との関係を示す図である。
【図４】触媒温度と副噴射回数との関係を示す図である。
【図５】気筒内温度とＨＣ量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
６ａ〜６ｄ…燃料噴射弁
１０ａ…上流側ＮＯX 触媒
１０ｂ…下流側ＮＯX 触媒
６３…過給機
６５…排気循環管
７２…圧力センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の気筒を二つの気筒群に分割してこれら気筒群に接続された排気通路を互いに合流せしめ、一方の気筒群から排出された排気ガスを吸入空気に導入して機関内で生成される窒素酸化物（以下、ＮＯX ）の量を低減するようにした内燃機関が公知である。また、上記内燃機関において、吸入空気に導入すべき排気ガスを取り入れる取入口の上流側の排気通路に機関から排出されるＮＯX を浄化するためのＮＯX 触媒を備えた内燃機関が公知である。ここでのＮＯX 触媒は機関内で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比より非常に大きいために排気ガス中の酸素濃度が非常に高い状態において、炭化水素（以下、ＨＣ）を触媒表面に吸着させて活性種を生成し、このＨＣの活性種とＮＯX とを反応させることによりＮＯX を浄化する。このＮＯX 触媒を備えた内燃機関では機関燃焼後の排気ガス中にＨＣが殆ど含まれていないため、機関駆動用ＨＣとは別個に還元剤としてＮＯX 浄化用ＨＣをＮＯX 触媒に供給する。ところが、機関駆動用ＨＣとは別個に浄化用ＨＣをＮＯX 触媒に供給するときにＮＯX 触媒で消費される量以上の浄化用ＨＣを供給すると、ＨＣがＮＯX 触媒を通過して大気中に放出されてしまう。そこで、ＮＯX 触媒において消費可能な量のＨＣがＮＯX 触媒に供給されるように制御する必要がある。例えば特開平６−１１７２２５では機関内で生成されるＮＯX の量が吸入空気量に概ね比例し且つ吸入空気量は機関回転数と機関負荷とに概ね比例することを利用して機関回転数と機関負荷とに基づいて機関内で生成されるＮＯX 量を推定し、このＮＯX 量に基づいて浄化用ＨＣの量を算出している。
しかしながら、ＮＯX 触媒を通過する単位時間あたりの排気ガスの量が多いとき、すなわちＮＯX 触媒を通過する排気ガスの触媒通過速度が速いときにはＨＣが触媒表面に吸着して活性種となり、ＮＯX と反応するのに確保できる時間が短くなる。したがって機関内で生成されるＮＯX の量に基づいて算出された量の浄化用ＨＣを供給しても、排気ガスの触媒通過速度が速いときには供給したＨＣがＮＯX 触媒において消費されずに大気に排出されてしまう。そこで機関に供給される吸入空気量からＮＯX 触媒を通過する単位時間あたりの排気ガス量を推定し、この排気ガス量に基づいてＮＯX 触媒に供給すべきＨＣ量を算出するようにした内燃機関が公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記一方の気筒群から排出された排気ガスを吸入空気に導入し、この一方の気筒群に接続された排気通路の排気ガス取入口の上流側にＮＯX 触媒を備えた内燃機関では、このＮＯX 触媒を通過する排気ガス内に当該一方の気筒群に接続された排気通路から導入された排気ガスが含まれているため、吸入空気量に基づいてＮＯX 触媒を通過する排気ガス量を算出することができない。したがって本発明の目的は一部の気筒から排出された排気ガスを浄化するための触媒を具備し、この触媒を通過した排気ガスの一部を吸入空気に導入する内燃機関において、触媒において消費可能な量の浄化用の還元剤、すなわちＨＣを触媒に供給することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために一番目の発明によれば、複数の気筒を二つの気筒群に分割し、これら気筒群が接続された排気通路が合流する合流部の上流側の排気通路に還元剤により排気ガスを浄化する上流側触媒を備えるとともに該合流部の下流側の排気通路に還元剤により排気ガスを浄化する下流側触媒を備え、前記上流側触媒と前記合流部との間の排気通路に吸入空気中に排気ガスを導入するための排気循環管が接続された筒内直接噴射式内燃機関において、前記上流側触媒に供給すべき還元剤の量を機関回転数と吸入空気圧とに基づいて算出する還元剤量算出手段を具備する。
【０００５】
上記課題を解決するために二番目の発明によれば、一番目の発明において、前記合流部と前記下流側触媒との間の排気通路に過給機のタービンホイールを備える。これにより排気ガスがタービンホイールを通過するときに排気ガス温度が低下する。
【０００６】
上記課題を解決するために三番目の発明によれば、一番目の発明において、前記還元剤量算出手段が前記上流側触媒に供給すべき還元剤の量を該上流側触媒の温度に基づいて補正する。
【０００７】
上記課題を解決するために四番目の発明によれば、一番目の発明において、前記還元剤量算出手段が前記下流側触媒に供給すべき還元剤の量を吸入空気量に基づいて算出する。
【０００８】
上記課題を解決するために五番目の発明によれば、四番目の発明において、前記還元剤量算出手段が前記下流側触媒に供給すべき還元剤の量を該下流側触媒の温度に基づいて補正する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１には本実施形態の筒内直接噴射式のディーゼル内燃機関の構成を示した。図１において、１は機関本体、♯１〜♯４は第一気筒、第二気筒、第三気筒および第四気筒、６ａ〜６ｄは各気筒に燃料を噴射するための第一燃料噴射弁、第二燃料噴射弁、第三燃料噴射弁および第四燃料噴射弁である。各気筒♯１〜♯４にはインテークマニホルド６６を介して吸気管９が接続される。インテークマニホルド６６にはインテークマニホルド６６内の圧力を検出する圧力センサ７２が取り付けられる。また、各気筒♯１〜♯４にはそれぞれ対応して第一排気枝管８ａ、第二排気枝管８ｂ、第三排気枝管８ｃおよび第四排気枝管８ｄが接続される。
【００１０】
第二排気枝管８ｂ、第三排気枝管８ｃおよび第四排気枝管８ｄは上流側合流部１１において合流せしめられ、共通の上流側排気管７に接続される。すなわち第二気筒♯２、第三気筒♯３および第四気筒♯４により気筒群が形成される。さらに第一排気枝管８ａと上流側排気管７とは下流側合流部１２において合流せしめられ、共通の下流側排気管６４に接続される。
【００１１】
上流側排気管７にはリーンＮＯX 触媒としてＮＯX 選択還元触媒（以下、上流側ＮＯX 触媒）１０ａが配置される。上流側ＮＯX 触媒１０ａの上流端部分にはこの上流端部分の温度を測定する上流側温度センサ７０ａが配置される。また、上流側ＮＯX 触媒１０ａの下流端部分にはこの下流端部分の温度を測定する下流側温度センサ７１ａが配置される。一方、下流側排気管６４にはリーンＮＯX 触媒としてＮＯX 選択還元触媒（以下、下流側ＮＯX 触媒）１０ｂが配置される。下流側ＮＯX 触媒１０ａの上流端部分にはこの上流端部分の温度を測定する上流側温度センサ７０ｂが配置される。また、下流側ＮＯX 触媒１０ａの下流端部分にはこの下流端部分の温度を測定する下流側温度センサ７１ｂが配置される。なお、ＮＯX 触媒は、機関で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比より非常に大きいために排気ガス中の酸素濃度が非常に高い状態において、ＨＣを触媒表面に吸着させてＨＣの活性種を生成し、このＨＣの活性種とＮＯX とを反応させることによりＮＯX を浄化する。また、ＮＯX 触媒は予め定められた温度範囲（以下、適正温度範囲）において予め定められた浄化率より高いＮＯX 浄化率を示す。本実施形態によれば一つの機関に対して二つのＮＯX 触媒を配置可能であるため、高いＮＯX 浄化率を得ることができる。
【００１２】
上流側ＮＯX 触媒１０ａの下流側であって下流側合流部１２の上流側の上流側排気管７には排気ガスを吸入空気中に導入するための排気循環管６５が接続される。排気循環管６５の他端はインテークマニホルド６６に接続される。気筒内で生成されるＮＯX 量は気筒内における燃焼温度が低いほど少ない。また、排気ガス中に含まれる水分や二酸化炭素といった不活性ガスは気筒内における燃焼温度を低下する働きがある。したがって排気ガスを吸入空気中に導入することにより気筒内で生成されるＮＯX 量が低減される。排気循環管６５には吸入空気中に導入すべき排気ガス量を制御するための排気循環制御弁６７が取り付けられる。排気循環制御弁６７は三方弁６８を介して吸引ポンプ６９および大気に連通される。排気循環制御弁６７が三方弁６８により吸引ポンプ６９に連通されると排気循環制御弁６７に負圧がかかり開弁する。一方、排気循環制御弁６７が三方弁６８により大気に連通されると排気循環制御弁６７に大気圧がかかり閉弁する。
【００１３】
また、本実施形態の内燃機関は下流側合流部１２の下流側であって下流側ＮＯX 触媒１０ｂの上流側の下流側排気管６４内に配置された排気側タービンホイール６２と吸気管９内に配置された吸気側タービンホイール６１とを具備する過給機６３を具備する。排気側タービンホイール６２と吸気側タービンホイール６１とは一つのシャフト６０により互いに連結される。排気ガス流により排気側タービンホイール６２が回転せしめられると、シャフト６０を介して吸気側タービンホイール６１が回転せしめられる。これにより吸入空気量が増大するため、機関出力が向上される。さらに本実施形態によれば、全ての排気ガスが合流する下流側合流部１２の下流に排気側タービンホイール６２を配置したため、排気側タービンホイール６２を通過する排気ガス量が最も多く、非常に高い過給効果が得られる。なお、吸気側タービンホイール６１の上流側の吸気管９には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ２が取り付けられる。
【００１４】
また、後述するように第二気筒♯２、第三気筒♯３および第四気筒♯４において噴射されたＮＯX 浄化用のＨＣは上流側ＮＯX 触媒１０ａにおいて消費されるため、ＨＣを含んだ排気ガスは排気循環管６５には到達しない。また、下流側合流部１２の下流に排気側タービンホイール６２が配置されているため、第一気筒♯１において噴射されたＮＯX 浄化用ＨＣを含んだ排気ガスは上流側排気管７に流入することなく下流側ＮＯX 触媒１０ｂに到達せしめられる。したがって本実施形態によれば排気循環管６５が上流側ＮＯX 触媒１０ａの下流側であって下流側合流部１２の上流側の上流側排気管７に接続されているため、ＨＣを含まない排気ガスを吸入空気に導入することができる。したがってＨＣにより排気循環管６５が閉塞されることが防止される。また、下流側ＮＯX 触媒１０ｂに正確な量のＨＣを供給できる。さらにＮＯX を含まない排気ガスが吸入空気中に導入されるため、機関から排出されるＮＯX 量を低減できる。
【００１５】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１を介して相互に接続されたＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＲＯＭ（リードオンリーメモリ）４４、入力ポート４５および出力ポート４６を具備する。上流側ＮＯX 触媒１０ａに配置された上流側温度センサ７０ａおよび下流側温度センサ７１ａ並びに下流側ＮＯX 触媒１０ｂに配置された上流側温度センサ７１ａおよび下流側温度センサ７１ｂはそれぞれ対応したＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に接続される。また、圧力センサ７２およびエアフローメータ２は対応するＡＤ変換器４８および５２を介して入力ポート４５に接続される。
【００１６】
さらに本実施形態の内燃機関は機関本体１のクランクシャフト（図示せず）が例えば３０度回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ１６を具備する。クランク角センサ１６は対応するＡＤ変換器４９を介して入力ポート４５に接続される。また、本実施形態の内燃機関はアクセル踏込量Ｄに比例した出力電圧を発生するアクセル踏込量センサ１８を具備する。アクセル踏込量センサ１８は対応するＡＤ変換器４９を介して入力ポート４５に接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路５１を介して各燃料噴射弁６および三方弁６８に接続される。
【００１７】
次に本実施形態の内燃機関の作動を説明する。本実施形態では各気筒♯１〜♯４における圧縮上死点の直後に主噴射を実行して各燃料噴射弁６ａ〜６ｄから駆動用の燃料、すなわちＨＣを各気筒♯１〜♯４内に噴射する。主噴射により各気筒♯１〜♯４内に噴射される駆動用燃料の量はアクセル踏込量センサ１８により検出されたアクセルペダルの踏込量Ｄに基づいて算出され、踏込量Ｄが大きくなるほど燃料量が増大される。主噴射が実行された後に該主噴射とは別個に副噴射を実行して各燃料噴射弁６ａ〜６ｄから浄化用の燃料、すなわちＨＣを還元剤として各気筒♯１〜♯４内に噴射する。
【００１８】
なお、上流側ＮＯX 触媒１０ａの温度が適正温度範囲内にあるときに気筒群において副噴射を実行し、適正温度範囲外にあるときには気筒群における副噴射の実行を停止する。また、下流側ＮＯX 触媒１０ｂの温度が適正温度範囲内にあるときに第一気筒♯１において副噴射を実行し、適正温度範囲外にあるときには第一気筒♯１における副噴射の実行を停止する。
【００１９】
また、触媒を構成する材料の違い、すなわち触媒が低温時に浄化率の高い物質を担持しているか或いは高温時に浄化率の高い物質を担持しているか、または触媒の熱容量の違い、触媒の劣化度合いの違いにより、上流側ＮＯX 触媒と下流側ＮＯX 触媒とでＮＯX を浄化できる適正温度範囲が相違するが、この場合には各ＮＯX 触媒の触媒温度が各適正温度範囲内にあるか否かに基づいて副噴射を実行する気筒を決定する。
【００２０】
したがって例えば下流側ＮＯX 触媒の温度が上流側ＮＯX 触媒の温度より低い場合でも各ＮＯX 触媒の適正温度範囲によっては気筒群および第一気筒において副噴射が実行される。このとき、気筒群における副噴射により通常より多いＨＣを供給すれば、ＨＣの一部が上流側ＮＯX 触媒で消費されずに改質され、第一気筒における副噴射により供給されたＨＣが上流側ＮＯX 触媒で改質されたＨＣと下流側ＮＯX 触媒において混合される。すなわち下流側ＮＯX 触媒に改質されて高い活性を有するＨＣが供給される。したがって触媒温度が低い下流側ＮＯX 触媒においてもＮＯX 浄化反応が行われるため、ＮＯX 浄化率がさらに向上する。
【００２１】
さらに本実施形態によれば、上流側ＮＯX 触媒１０ａにおけるＮＯX 浄化反応熱により温度が上昇した排気ガスは排気側タービンホイール６２を通過するときに熱を奪われて冷却される。したがって高温の排気ガスが下流側ＮＯX 触媒１０ｂに流入することが防止されるため、上流側ＮＯX 触媒１０ａと下流側ＮＯX 触媒１０ｂとの温度を概ね等しく適正温度範囲内に維持することができる。
【００２２】
なお、例えば、上流側ＮＯX 触媒１０ａが機関の燃焼室に非常に近い位置に配置され、下流側ＮＯX 触媒１０ｂが燃焼室から非常に遠い位置に配置された内燃機関では、上流側ＮＯX 触媒１０ａの温度が下流側ＮＯX 触媒１０ｂの温度よりも高くなることもある。
【００２３】
次に本実施形態の内燃機関における副噴射の実行タイミングの制御を説明する。なお、以下の説明においてＮＯX 触媒には上流側ＮＯX 触媒１０ａと下流側ＮＯX 触媒１０ｂとが含まれ、気筒には第一気筒♯１から第四気筒♯４がそれぞれ含まれる。また、ＮＯX 触媒の温度は例えば各ＮＯX 触媒の上流側温度センサと下流側温度センサとの平均により求める。
【００２４】
ＮＯX 触媒の温度が適正温度範囲より低いときには各気筒における膨張行程初期から膨張行程中期において副噴射を実行する。また、ＮＯX 触媒の温度が上昇するにつれて副噴射の実行タイミングを遅らせる。膨張行程初期から膨張行程中期では気筒内の温度が比較的高いため、副噴射により噴射されたＨＣのうち低沸点ＨＣに改質される割合が高い。したがって副噴射の実行タイミングが遅れるほど副噴射により噴射されたＨＣのうち低沸点ＨＣに改質される割合が低下し、高沸点ＨＣのまま残るＨＣの割合が高くなる。すなわち本実施形態によれば、触媒温度が適正温度範囲内の比較的低い温度にあるときには活性が高い低沸点ＨＣをＮＯX 触媒に供給することにより比較的容易にＮＯX 浄化作用が開始せしめられるため、ＮＯX 浄化率が向上する。また、膨張行程初期から膨張行程中期において副噴射によりＨＣを噴射すると、低沸点ＨＣとして残らずに気筒内で焼失してしまうＨＣが多い。すなわち副噴射の実行タイミングを遅らせるほど焼失してしまうＨＣが少ない。したがって本実施形態によれば、低沸点ＨＣにより浄化作用が開始され、触媒温度が上昇せしめられた後には高沸点ＨＣにより浄化作用を行うため、浄化作用に用いられる燃料量を低減できる。
【００２５】
次に本実施形態の浄化用ＨＣ噴射制御を説明する。本実施形態では、まず、圧力センサ７２により検出された過給圧と機関回転数とに基づいて上流側ＮＯX 触媒１０ａを通過する排気ガス量（以下、上流側通過排気ガス量）を算出する。上流側通過排気ガス量は過給圧が高いほど多くなり、機関回転数が高いほど多くなる。次に、上流側通過排気ガス量に基づいて上流側ＮＯX 触媒１０ａに供給すべきＨＣ量を算出する。上流側ＮＯX 触媒１０ａにおいて消費可能なＨＣ量は上流側通過排気ガス量が多いほど少なくなるため、上流側ＮＯX 触媒１０ａに供給すべきＨＣ量は上流側通過排気ガス量が多いほど少なくする。
【００２６】
また、エアフローメータ２により検出された吸入空気量に基づいて下流側ＮＯX 触媒１０ｂを通過する排気ガス量（以下、下流側通過排気ガス量）を算出する。下流側通過排気ガス量は吸入空気量が多いほど多くなる。次に、下流側通過排気ガス量に基づいて下流側ＮＯX 触媒１０ｂに供給すべきＨＣ量を算出する。下流側ＮＯX 触媒１０ｂにおいて消費可能なＨＣ量は下流側通過排気ガス量が多いほど少なくなるため、下流側ＮＯX 触媒１０ｂに供給すべきＨＣ量は下流側通過排気ガス量が多いほど少なくする。なお、圧力センサ７２により検出された過給圧と機関回転数とに基づいて全気筒に供給される吸入空気量を算出してもよい。
【００２７】
したがって本実施形態によれば、一方の気筒群から排出された排気ガスを吸入空気に導入し、この一方の気筒群に接続された排気通路の排気ガス取入口、すなわち排気循環管が接続された部位の上流側にＮＯX 触媒を備えた内燃機関において、このＮＯX 触媒において消費可能な量の浄化用還元剤、すなわちＨＣがＮＯX 触媒に供給される。
【００２８】
また、本実施形態の浄化用ＨＣ噴射制御では、各ＮＯX 触媒に取り付けられた温度センサにより検出された上流側温度および下流側温度の差に基づいて副噴射により噴射すべきＮＯX 浄化用ＨＣ量を補正する。すなわち各ＮＯX 触媒において上流側温度が下流側温度よりも高いときには下流側温度が間もなく上流側温度に追従して高くなると予想し、下流側温度が上流側温度に追従して上昇したときに下流側温度が適正温度範囲から外れることを防止するために副噴射により噴射すべきＮＯX 浄化用ＨＣ量を少なくする。
逆に上流側温度が下流側温度よりも低いときには下流側温度が間もなく上流側温度に追従して低くなると予想し、下流側温度が上流側温度に追従して低下したときに下流側温度が適正温度範囲から外れることを防止するために副噴射により噴射すべきＮＯX 浄化用ＨＣ量を多くする。したがって本実施形態によればＮＯX 触媒内における温度変化に応じて副噴射により噴射すべき浄化用ＨＣ量が制御される。このため、ＮＯX 触媒の温度を適正温度範囲内に維持でき、ＮＯX 浄化率がさらに向上する。
【００２９】
次に図２のフローチャートを参照して本実施形態の浄化用ＨＣ噴射制御を説明する。まず、ステップＳ３１０において圧力センサ７２により検出された過給圧Ｐと機関回転数Ｎとに基づいて上流側ＮＯX 触媒１０ａに流入する上流側通過排気ガス量Ｇ1 が算出される。次にステップＳ３１２に進んで上流側ＮＯX 触媒１０ａの下流側温度センサ７１ａにより検出された上流側ＮＯX 触媒１０ａの下流側温度Ｔd1とステップＳ３１０で算出された上流側通過排気ガス量Ｇ1 とに基づいて上流側ＮＯX 触媒１０ａに供給すべき基本ＨＣ量ＨＣb1が算出される。次にステップＳ３１４に進んで上流側ＮＯX 触媒１０ａの上流側温度センサ７０ａにより検出された上流側ＮＯX 触媒１０ａの上流側温度Ｔu1と上流側ＮＯX 触媒１０ａの下流側温度Ｔd1とに基づいてＨＣ補正量ＨＣk1が算出される。なお、ＨＣ補正量ＨＣk1はＴU1＜Ｔd1のときには正の値をとり、ＴU1＞Ｔd1のときには負の値をとる。次にステップＳ３１６に進んでステップＳ３１２で算出された基本ＨＣ量ＨＣb1とステップＳ３１４で算出されたＨＣ補正量ＨＣk1とに基づいてＨＣ供給量ＨＣf1が算出される。なお、ＨＣ供給量ＨＣf1は式ＨＣf1＝ＨＣb1＋ＨＣk1により算出される。次にステップＳ３１８に進んでＨＣ供給量ＨＣf1と燃料噴射弁６の噴射圧力とに基づいて副噴射時間ｔs1が算出される。次にステップＳ３２０に進んで副噴射時間ｔs1の副噴射が気筒群において実行される。
【００３０】
次にステップＳ３２２に進んでエアフローメータ２の出力に基づいて下流側ＮＯX 触媒１０ｂに流入する下流側通過排気ガス量Ｇ2 が算出される。次にステップＳ３２４に進んで下流側ＮＯX 触媒１０ｂの下流側温度センサ７１ｂにより検出された下流側ＮＯX 触媒１０ｂの下流側温度Ｔd2とステップＳ３２２で算出された下流側通過排気ガス量Ｇ2 とに基づいて下流側ＮＯX 触媒１０ｂに供給すべき基本ＨＣ量ＨＣb2が算出される。次にステップＳ３２６に進んで下流側ＮＯX 触媒１０ｂの上流側温度センサ７０ｂにより検出された下流側ＮＯX 触媒１０ｂの上流側温度Ｔu2と下流側ＮＯX 触媒１０ｂの下流側温度Ｔd2とに基づいてＨＣ補正量ＨＣk2が算出される。なお、ＨＣ補正量ＨＣk2はＴU2＜Ｔd2のときには正の値をとり、ＴU2＞Ｔd2のときには負の値をとる。次にステップＳ３２８に進んでステップＳ３２４で算出された基本ＨＣ量ＨＣb2とステップＳ３２６で算出されたＨＣ補正量ＨＣk2とに基づいてＨＣ供給量ＨＣf2が算出される。なお、ＨＣ供給量ＨＣf2は式ＨＣf2＝ＨＣb2＋ＨＣk2により算出される。次にステップＳ３３０に進んでＨＣ供給量ＨＣf2と燃料噴射弁６の噴射圧力とに基づいて副噴射時間ｔs2が算出される。次にステップＳ３３２に進んで副噴射時間ｔs2の副噴射を第一気筒♯１において実行し、処理を終了する。
【００３１】
本実施形態では気筒を第一気筒♯１と、第二気筒♯２、第三気筒♯３および第四気筒♯４とに分割したが、第三気筒♯３と第四気筒♯４とを上流側ＮＯX 触媒１０ａを介して下流側ＮＯX 触媒１０ｂに接続される第一気筒群とし、第一気筒♯１と第二気筒♯２とを上流側ＮＯX 触媒１０ａをバイパスして直接下流側ＮＯX 触媒１０ｂに接続される第二気筒群としてもよい。
【００３２】
また、副噴射を実行する頻度や副噴射一回当たりに噴射するＨＣ量を触媒温度に応じて制御してもよい。例えば、図３に示したように、触媒温度Ｔが第一温度範囲Ｔ1 内にあるときには順次到来する副噴射の噴射タイミングで毎回副噴射を実行する。触媒温度Ｔが第二温度範囲Ｔ2 内にあるときには順次到来する副噴射の噴射タイミングの二回に一回の割合で副噴射を実行する。以下、第三温度範囲Ｔ3 内では三回に一回、第四温度範囲Ｔ4 内では四回に一回副噴射を実行する。さらに、副噴射実行頻度制御と同時に、副噴射を実行する頻度が少なくなるにしたがって副噴射一回当たりに噴射するＨＣ量を増大する。
【００３３】
また、予め定められた回数の副噴射の噴射タイミングにおいて副噴射の実行を停止する回数を制御してもよい。例えば、図４に示したように、触媒温度Ｔが第一温度範囲Ｔ1 内にあるときには機関サイクル五回当たり五回の副噴射を行い、第二温度範囲Ｔ2 内にあるときには機関サイクル五回当たり四回の副噴射を実行する。すなわち第二温度範囲Ｔ2 内においては副噴射の実行を一回停止する。以下順次、第三温度範囲Ｔ3 内にあるときには副噴射の実行を二回停止し、第四温度範囲Ｔ4 内にあるときには副噴射の実行を三回停止する。さらに、副噴射実行停止頻度制御と同時に、副噴射一回当たりに噴射するＨＣ量を増大する。
【００３４】
副噴射一回当たりに噴射するＨＣ量を増大すると気筒内雰囲気に晒されないＨＣ量が増大する。このため、予め定められた回数の副噴射の噴射タイミングにわたって副噴射により供給されたＨＣのうち気筒内にて焼失されるＨＣ量が従来に比べ低減される（図５参照）。したがってＮＯX 触媒１０に供給されるＨＣ量を所望の量に制御できる。さらに従来より少ない量のＨＣを気筒内に噴射しても、本実施形態によれば焼失されるＨＣ量が少ないため、適量のＨＣ量をＮＯX 触媒に供給することができる。
【００３５】
なお、本願ではディーゼル内燃機関に適用した場合の燃料噴射制御装置を挙げたが、リーンバーン型であれば筒内直接噴射火花点火式の内燃機関に本発明を適用することもできる。さらに排気ガス中の酸素濃度が非常に高い状態でＮＯX を吸収して貯蔵しておき、ＨＣが供給されて排気ガス中の酸素濃度が低下したときにＮＯX を放出してＨＣと反応させる触媒に本発明を適用することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
一番目から五番目の発明によれば、一部の気筒から排出された排気ガスを浄化する上流側触媒を具備し、この上流側触媒を通過した排気ガスの一部を吸入空気中に導入する内燃機関において、機関回転数と吸入空気圧とに基づいて上流側触媒に供給すべき還元剤の量が算出される。機関回転数と吸入空気圧とは上流側触媒を通過する排気ガス量に係わるパラメータである。したがって算出された上流側触媒に供給すべき還元剤の量は上流側触媒を通過する排気ガス量を考慮した量となる。このため、上流側触媒において消費可能な量の浄化用の還元剤が供給され、還元剤の無駄を省くことができる。
【００３７】
さらに二番目の発明によれば、上流側触媒における浄化反応により上昇せしめられた排気ガスの温度がタービンホイールにおいて低下せしめられるため、下流側触媒の温度が過剰に増大することが防止される。
【００３８】
さらに三番目および五番目の発明によれば、触媒に供給すべき還元剤の量がその触媒の温度に基づいて補正される。触媒はその温度により浄化特性が異なるが、触媒温度に基づいて還元剤量を補正することにより、触媒の浄化特性に沿った量の還元剤が触媒に供給されるため、触媒における浄化率がさらに向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の筒内直接噴射式内燃機関の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態の筒内直接噴射式内燃機関における浄化用ＨＣ噴射制御のフローチャートである。
【図３】触媒温度と副噴射間隔との関係を示す図である。
【図４】触媒温度と副噴射回数との関係を示す図である。
【図５】気筒内温度とＨＣ量との関係を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
６ａ〜６ｄ…燃料噴射弁
１０ａ…上流側ＮＯX 触媒
１０ｂ…下流側ＮＯX 触媒
６３…過給機
６５…排気循環管
７２…圧力センサ
Claims (5)
- 複数の気筒を二つの気筒群に分割し、これら気筒群が接続された排気通路が合流する合流部の上流側の排気通路に還元剤により排気ガスを浄化する上流側触媒を備えるとともに該合流部の下流側の排気通路に還元剤により排気ガスを浄化する下流側触媒を備え、前記上流側触媒と前記合流部との間の排気通路に吸入空気中に排気ガスを導入するための排気循環管が接続された筒内直接噴射式内燃機関において、前記上流側触媒に供給すべき還元剤の量を機関回転数と吸入空気圧とに基づいて算出する還元剤量算出手段を具備することを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記合流部と前記下流側触媒との間の排気通路に過給機のタービンホイールを備えたことを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記還元剤量算出手段が前記上流側触媒に供給すべき還元剤の量を該上流側触媒の温度に基づいて補正することを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記還元剤量算出手段が前記下流側触媒に供給すべき還元剤の量を吸入空気量に基づいて算出することを特徴とする請求項１に記載の筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
- 前記還元剤量算出手段が前記下流側触媒に供給すべき還元剤の量を該下流側触媒の温度に基づいて補正することを特徴とする請求項４に記載の筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26708397A JP3796919B2 (ja) | 1997-03-19 | 1997-09-30 | 筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6638497 | 1997-03-19 | ||
| JP9-66384 | 1997-03-19 | ||
| JP26708397A JP3796919B2 (ja) | 1997-03-19 | 1997-09-30 | 筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10317950A JPH10317950A (ja) | 1998-12-02 |
| JP3796919B2 true JP3796919B2 (ja) | 2006-07-12 |
Family
ID=26407588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26708397A Expired - Fee Related JP3796919B2 (ja) | 1997-03-19 | 1997-09-30 | 筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3796919B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009017145A1 (ja) | 2007-08-01 | 2009-02-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 内燃機関の排気浄化装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10053904C2 (de) * | 2000-10-31 | 2003-05-22 | Emitec Emissionstechnologie | Kleinvolumiger NO¶x¶-Adsorber |
| JP2006274911A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp | 後処理装置の昇温制御装置 |
| EP1728996A1 (en) | 2005-05-31 | 2006-12-06 | Nissan Motor Co., Ltd. | Combustion control method and apparatus for a direct injection spark ignition internal combustion engine |
| JP4581867B2 (ja) * | 2005-06-27 | 2010-11-17 | 日産自動車株式会社 | 筒内直接噴射式火花点火内燃機関の制御装置 |
| JP4462282B2 (ja) | 2007-03-14 | 2010-05-12 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気制御装置 |
| JP6079056B2 (ja) * | 2012-08-28 | 2017-02-15 | 株式会社Ihi | 脱硝装置、および、脱硝方法 |
-
1997
- 1997-09-30 JP JP26708397A patent/JP3796919B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009017145A1 (ja) | 2007-08-01 | 2009-02-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 内燃機関の排気浄化装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10317950A (ja) | 1998-12-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3175491B2 (ja) | 可変気筒エンジンの制御装置 | |
| JP2007327426A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4208012B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JPH10317946A (ja) | 排気浄化装置 | |
| US20110083422A1 (en) | Systems and methods for controlling regeneration of nitrogen oxide adsorbers | |
| JP2003206785A (ja) | エンジンの制御方法及び制御装置 | |
| JP2004124758A (ja) | 火花点火式エンジンの制御装置 | |
| JPH11280452A (ja) | エンジンの排気ガス浄化制御装置 | |
| US6170260B1 (en) | Exhaust emission control apparatus for combustion engine | |
| JP5920368B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| JP3796919B2 (ja) | 筒内直接噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置 | |
| JP2007239493A (ja) | 過給機付き内燃機関 | |
| JP3442621B2 (ja) | 内燃機関の排気ガス浄化装置 | |
| JPWO2004097200A1 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| JPH10184418A (ja) | 希薄燃焼エンジンの排気浄化装置 | |
| JP4389141B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP3649073B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4526831B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP2008240675A (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| JPS62126236A (ja) | 内燃エンジン用燃料供給装置の空燃比制御方法 | |
| JP3675198B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP2773341B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JPH1193647A (ja) | 内燃機関の触媒劣化診断装置 | |
| JP2001073913A (ja) | 直噴火花点火式内燃機関の制御装置 | |
| JP3767062B2 (ja) | 内燃機関の空燃比制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060228 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060328 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060410 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090428 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100428 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100428 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110428 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120428 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120428 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130428 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140428 Year of fee payment: 8 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |