JP3867182B2 - 内燃機関 - Google Patents
内燃機関 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3867182B2 JP3867182B2 JP03102598A JP3102598A JP3867182B2 JP 3867182 B2 JP3867182 B2 JP 3867182B2 JP 03102598 A JP03102598 A JP 03102598A JP 3102598 A JP3102598 A JP 3102598A JP 3867182 B2 JP3867182 B2 JP 3867182B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- catalyst
- fuel
- oxygen
- injection
- mode
- 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
Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、混合気の空燃比を理論空燃比よりも燃料希薄側に制御して燃費特性を改善した内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気中のNOx を浄化するNOx 触媒としては、酸素過剰雰囲気中ではNOx を触媒上に吸蔵させることにより排気中のNOx を浄化し、酸素濃度が低下すると付着したNOx を放出する機能を有していることが知られている。つまり、NOx 触媒は、酸素濃度過剰雰囲気では、排気中のNOx を酸化させて硝酸塩を生成し、これによりNOx を吸蔵する一方、酸素濃度が低下した雰囲気では、NOx 触媒に吸蔵した硝酸塩と排気中のCOとを反応させて炭酸塩を生成し、これによりNOx を放出させるようになっている。
【０００３】
ところで、燃料や潤滑油内には、イオウ成分（Ｓ成分）が含まれており、このようなイオウ成分も排気中に含まれている。NOx 触媒では、酸素濃度過剰雰囲気で、NOx の吸蔵とともにイオウ成分も吸蔵する。つまり、イオウ成分は燃焼し、更にNOx 触媒上で酸化されてSO3 になる。そして、このSO3 の一部はNOx 触媒上でさらにNOx 用の吸蔵剤と反応して硫酸塩となってNOx 触媒に吸蔵する。
【０００４】
従って、NOx 触媒には、硝酸塩と硫酸塩とが付着することになるが、硫酸塩は硝酸塩よりも塩としての安定度が高く、酸素濃度が低下した雰囲気になってもその一部しか分解されないため、NOx 触媒に残留する硫酸塩の量は時間とともに増加する。これにより、NOx 触媒の吸蔵能力が時間とともに低下し、NOx 触媒としての性能が悪化することになる（Ｓ被毒）。
【０００５】
NOx 触媒のNOx 吸蔵能力を低下させる硫酸塩は、温度が高くなると分解する性質を有している。このため、例えば、特開平7-217474号公報に示されているように、NOx 触媒に一定量以上のイオウ成分（SOx ）が付着したときに、排気の空燃比を酸素濃度低下雰囲気にして多量のHCやCOを発生させ、SOx を放出するようにしている（Ｓパージ運転）。
【０００６】
一方内燃機関では、燃料消費率を更に向上させるため、運転状態により車両の減速状態が検出された場合、機関の燃焼室への燃料の供給を停止する制御（燃料カットモード）が実施されている。例えば、所定車速以上でスロットル弁が所定の状態（アイドル状態）となったことが検出されると、燃料の供給を停止するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＳパージ運転と燃料カットモードとを有する内燃機関では、排気の空燃比を酸素濃度低下雰囲気にしてNOx 触媒に吸蔵したSOx を放出するＳパージ運転の最中に（もしくはＳパージ運転の終了直後に）、燃料カットモードの条件が成立して燃料の供給が停止される場合が考えられる。このような場合、排気が急激に酸素濃度過剰雰囲気になり、NOx 触媒に蓄積された可燃物質（HCやCO）と多量の酸素が反応して燃焼し、NOx 触媒の温度が一時的に急上昇してしまう。Ｓパージ運転は、SOx を放出させるために元々NOx 触媒の温度が高温側に設定されているので、燃料カットモードの運転に切り替わった時にNOx 触媒の温度が一時的に急上昇すると、NOx 触媒が耐熱温度を越える場合が考えられ、NOx 触媒の熱劣化につながる虞があった。
【０００８】
また、追加燃料の噴射以外でも、点火リタードと燃料空燃比のリッチ化との組み合わせによって、排気の空燃比を酸素濃度低下雰囲気にして触媒の温度を上昇させる場合等、触媒に可燃物質が蓄積されかつ触媒が高温となる状態の場合に、燃料カットモードが実行されると、前述と同様に触媒の温度が一時的に急上昇する虞があった。
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、排気の空燃比を酸素濃度低下雰囲気にして触媒に可燃物質が蓄積されかつ触媒の温度が高温とされた際に、燃料カットモードの条件が成立しても、触媒の温度が急上昇することがない内燃機関を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明では、制御手段により排気雰囲気を酸素濃度低下雰囲気として触媒の温度を上昇させ、運転状態に基づいて燃焼室への燃料の供給を停止する燃料カットモードの条件が制御手段の作動中もしくは制御手段の作動終了後所定時間内に成立したとき余剰酸素抑制手段により触媒へ流入する排気中の余剰酸素を抑制させ、燃料カット手段により余剰酸素抑制手段によって流入した余剰酸素を用いて触媒に蓄積された可燃物質を少量の酸素で徐々に燃焼させ該可燃物質の略燃焼終了後に燃料をカットすることで、排気が酸素濃度過剰雰囲気にならず、触媒に蓄積されたHCやCOが少量の酸素で燃焼されて触媒の温度が急上昇することがない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の一実施形態例を説明する。本実施形態例は、混合気の空燃比を理論空燃比よりも燃料希薄側に制御して燃費特性を改善した内燃機関として、燃焼室内に燃料を直接噴射するようにした多気筒型筒内噴射内燃機関を例に挙げて説明してある。図１には本発明の一実施形態例に係る内燃機関の概略構成、図２には燃料噴射制御マップを示してある。
【００１２】
多気筒型筒内噴射内燃機関としては、例えば、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジン（筒内噴射エンジン）１が適用される。筒内噴射エンジン１は、燃焼室や吸気装置及び排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）等が筒内噴射専用に設計されている。
【００１３】
筒内噴射エンジン１のシリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ３が取り付けられると共に、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁４が取り付けられている。燃焼室５内には燃料噴射弁４の噴射口が開口し、燃料噴射弁４から噴射される燃料が燃焼室５内に直接噴射されるようになっている。筒内噴射エンジン１のシリンダ６にはピストン７が上下方向に摺動自在に支持され、ピストン７の頂面には半球状に窪んだキャビティ８が形成されている。キャビティ８により、吸気流に通常のタンブル流とは逆の逆タンブル流を発生させるようになっている。
【００１４】
シリンダヘッド２には燃焼室５を臨む吸気ポート９及び排気ポート１０が形成され、吸気ポート９は吸気弁１１の駆動によって開閉され、排気ポート１０は排気弁１２の駆動によって開閉される。排気ポート１０には大径の排気ガス再循環ポート（ＥＧＲポート）１３が分岐している。
【００１５】
吸気ポート９には吸気管１４が接続され、吸気管１４には図示しないサージタンク、エアクリーナ、スロットルボデー等が接続されている。一方、排気ポート１０には排気管１５が接続され、排気管１５には触媒１６及び図示しないマフラーが備えられている。また、ＥＧＲポート１３は大径のＥＧＲパイプ１７を介して吸気管１４側に接続され、ＥＧＲパイプ１７にはステッパモータ式のＥＧＲ弁１８が設けられている。
【００１６】
触媒１６は、酸素過剰雰囲気中ではNOx を触媒上に吸蔵させることにより排気中のNOx を浄化し、酸素濃度が低下すると付着したNOx を放出する機能を有したNOx 触媒１９と、理論空燃比の雰囲気でCO,HC 及びNOx を浄化可能な三元機能を有した三元触媒２０とを備えている。触媒１６の温度は温度センサ２１により検出され、NOx 触媒１９の後流側の排気中のNOx の濃度がNOx センサ２２により検出される。尚、触媒１６の構成は、配置や機能等は上記実施形態例に限定されるものではない。
【００１７】
車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２３が設けられ、このＥＣＵ２３には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。ＥＣＵ２３によって筒内噴射エンジン１の総合的な制御が実施される。図示しないスロットル弁が略全閉状態にされてアイドル状態にされたことを検出するアイドルスイッチ２５や車速センサ２６等の各種センサ類の検出情報はＥＣＵ２３に入力され、ＥＣＵ２３は各種センサ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや燃料噴射量を始めとして点火時期やＥＧＲガスの導入量等を決定し、燃料噴射弁４や点火プラグ３、ＥＧＲ弁１８等を駆動制御する。
【００１８】
上述した筒内噴射エンジン１では、吸気ポート９から燃焼室５内に流入した吸気流が逆タンブル流を形成し、圧縮行程の中期以降に燃料を噴射して逆タンブル流を利用しながら燃焼室５の頂部中央に配設された点火プラグ３の近傍のみに少量の燃料を集め、点火プラグ３から離隔した部分で極めてリーンな空燃比状態とする。点火プラグ３の近傍のみを理論空燃比又はリッチな空燃比とすることで、安定した層状燃焼（層状超リーン燃焼）を実現しながら燃料消費を抑制する。
【００１９】
また、このエンジンから高出力を得る場合には、インジェクタ８からの燃料を吸気行程に噴射することにより燃焼室１全体に均質化し、予混合燃焼を行う。もちろん、理論空燃比もしくはリッチ空燃比による方がリーン空燃比によるよりも高出力が得られるため、この際にも、燃料の霧化及び気化が十分に行なわれるようなタイミングで燃料噴射を行ない、効率よく高出力を得るようにしている。
【００２０】
ＥＣＵ２３は、スロットル弁の開度に応じた運転中の負荷Peと機関回転速度Neとに基づき、図２の燃料噴射マップから現在の燃料噴射領域を検索して燃料噴射モードを決定する。これにより、各燃料噴射モードでの目標空燃比に応じた燃料噴射量が決定され、この燃料噴射量に応じて燃料噴射弁４が駆動制御されると共に、点火プラグ３が駆動制御される。また、同時にＥＧＲ弁１８の開閉制御も実施される。
【００２１】
アイドル運転時や低速走行時等の低負荷領域では、燃料噴射領域は図２中の後期噴射リーンモード（圧縮リーンモード）が選択される。圧縮リーンモードでは、層状超リーン燃焼によるリーン運転を実現し燃費を向上させるため、圧縮行程中（特に圧縮行程後半）に燃料噴射を行う。
【００２２】
定速走行時等の中負荷領域では、燃料噴射領域は図２中の前期噴射リーンモード（吸気リーンモード）、あるいはストイキオフィードバックモードが選択される。吸気リーンモードでは、予混合燃焼によるリーン運転を実現し緩加速による出力を得るため、吸気行程中（特に吸気行程前半）に燃料噴射を行う。ストイキオフィードバックモードでは、予混合燃焼によるストイキオ運転（理論空燃比運転）を実現し吸気リーンモードより出力を向上させるため、吸気行程中に燃料噴射を行う。
【００２３】
急加速時や高速走行時等の高負荷領域では、燃料噴射領域は図２中のオープンループモードが選択される。オープンループモードでは、予混合燃焼によるリッチ運転を実現しストイキオフィードバックモードより出力を向上させる。
【００２４】
更に、惰性走行や停止に移行する走行でスロットル弁が略全閉状態にされてアイドル状態にされた領域では、燃料噴射領域は図２中の燃料カットモードとなり、燃焼室５内への燃料の供給が停止される。つまり、アイドルスイッチ２５がオンになって図示しないスロットル弁がアイドル状態になったことが検出されると共に、図示しない車速センサにより車速の低下度合いが大きくなったことが検出されると、燃料カットモードの条件が成立し、燃料噴射が停止される。
【００２５】
触媒１６のNOx 触媒１９は、酸素過剰雰囲気中ではNOx を触媒上に吸蔵させることにより排気中のNOx を浄化する機能を有している。つまり、NOx 触媒１９は、圧縮リーンモードや吸気リーンモードにおける層状超リーン燃焼運転時のような酸素濃度過剰雰囲気では、排気中のNOx が酸化されて硝酸塩が生成され、これによりNOx が吸蔵され、排気の浄化が行われる。
【００２６】
一方、触媒１６のNOx 触媒１９は、酸素濃度が低下すると付着したNOx を放出する機能を有している。つまり、酸素濃度が低下した雰囲気では、NOx 触媒１９に吸蔵した硝酸塩と排気中のCOとが反応して炭酸塩が生成され、これによりNOx が放出される。従って、NOx 触媒１９へのNOx の吸蔵が進むと、追加の燃料噴射を行う等して酸素濃度を低下させてNOx 触媒１９からNOx を放出させ、NOx 触媒１９の機能を維持するようにしている。NOx 触媒１９からのNOx 放出は、NOx センサ２２により排気中のNOx の濃度が上昇したことが検出された場合に行うようにしてもよい。
【００２７】
ところで、燃料や潤滑油内に含まれるイオウ成分（SOx ）も排気中に存在し、NOx 触媒１９では、酸素濃度過剰雰囲気で、NOx の吸蔵とともにSOx も吸蔵する。つまり、イオウ成分は燃焼し、更にNOx 触媒１９上で酸化されてSO3 になる。そして、このSO3 の一部はNOx 触媒１９上でさらにNOx 用の吸蔵剤と反応して硫酸塩となってNOx 触媒１９に吸蔵する。
【００２８】
また、NOx 触媒１９は、酸素濃度が低下すると付着したSOx を放出する機能を有している。つまり、酸素濃度が低下した雰囲気では、NOx 触媒１９に吸蔵した硫酸塩の一部と排気中のCOとが反応して炭酸塩が生成されてSO3 が放出され、放出されたSO3 は、排気中のHCやCOにより還元される。
【００２９】
しかし、硫酸塩は硝酸塩よりも塩としての安定度が高く、酸素濃度が低下した雰囲気になってもその一部しか分解されないため、NOx 触媒１９に残留する硫酸塩の量は時間とともに増加する。これにより、NOx 触媒１９の吸蔵能力が時間とともに低下し、NOx 触媒１９としての性能が悪化することになる（Ｓ被毒）。
【００３０】
このため、NOx 触媒１９に一定量以上のイオウ成分（SOx ）が付着してNOx 触媒１９が劣化したと判定されたときには、制御手段としての燃料の投入により、排気の空燃比を酸素濃度低下雰囲気にして多量のHCやCOを発生させ、吸蔵したSOx を放出するようにしている（Ｓパージ運転）。
【００３１】
即ち、燃焼室５内の通常の燃焼のための主燃料噴射（圧縮行程や吸気行程での燃料噴射）における燃料噴射弁４の駆動とは別に、機関の出力に影響しにくいタイミング（膨張行程の末期）で燃料噴射弁４を駆動して追加燃料を噴射し、この追加燃料を燃焼させることによりNOx 触媒１９に多量のHCやCOを供給し、SO3 を還元させると共にNOx 触媒１９を高温にし、吸蔵したSOx を放出する。
【００３２】
尚、上述した内燃機関は、燃焼室５内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジン１であるため、膨張行程で追加燃料を噴射するようにしているが、混合気を燃焼室に導入するエンジンの場合に制御手段として燃料の投入を行う時は、混合気の空燃比をリッチ側に制御して通常運転よりも多めに供給しNOx 触媒１９に多量のHCやCOを供給する。
【００３３】
NOx 触媒１９の劣化を判定する手段としては、全運転モードの燃料噴射弁４の駆動時間の積算値から求められる総燃料噴射量に基づいてNOx 触媒１９に吸蔵されるSOx の量を推定するものとなっている。尚、車両の走行距離に基づいてNOx 触媒１９に吸蔵されるSOx の量を推定するものとして構成してもよい。更に、NOx センサ２２によりNOx 触媒１９の下流のNOx 濃度の変化を検出することによりNOx 触媒１９の劣化を判定してもよい。更に、NOx 触媒１９に吸蔵されるSOx の量を直接検出できるセンサ等を用いてNOx 触媒１９の劣化を判定してもよい。
【００３４】
上記実施形態例では、排気雰囲気を酸素濃度低下雰囲気にして触媒の温度を上昇させる制御手段として、圧縮行程や吸気行程での主燃料噴射とは別に、膨張行程で追加燃料を噴射してＳパージ運転を行う制御手段を例に挙げて説明したが、本発明は追加燃料の噴射を行う制御手段に限定されるものではない。例えば、触媒に可燃物質が蓄積されかつ触媒が高温となる状態である、点火リタードと空燃比の燃料リッチ化とを制御する制御手段に適用することも可能である。また、本発明は上記制御手段をＳパージ運転以外に触媒の活性化を目的として適用することも可能である。
【００３５】
上述した筒内噴射エンジン１では、Ｓパージ運転の途中もしくはＳパージ運転が終了してから所定時間内に燃料カットモードの条件が成立した場合、余剰酸素抑制手段によりNOx 触媒１９に流入する排気中の余剰酸素を抑制し、NOx 触媒１９に蓄積されたHCやCOを少量の酸素で徐々に燃焼させ、NOx 触媒１９の温度が急上昇しないようにしている。以下、余剰酸素抑制手段の動作を含めた運転状況を図３、図４に基づいて説明する。図３には余剰酸素抑制の状況を表すフローチャート、図４には余剰酸素抑制の際の運転状況の経時変化を表すグラフを示してある。
【００３６】
Ｓパージ運転の開始条件であるNOx 触媒１９の劣化が判定されると、主燃料噴射における燃料噴射弁４の駆動とは別に、膨張行程で燃料噴射弁４を駆動して追加燃料を噴射し（Ｓパージ運転モードON，追加燃料噴射ON：図４中Ｐの時点）、この追加燃料を燃焼させることによりNOx 触媒１９に多量のHCやCOを供給し、NOx 触媒１９を高温にし、吸蔵したSOx を放出する。
【００３７】
図に示すように、ステップＳ１でＳパージ運転中か否か（Ｓパージ運転モードがONもしくはOFF)が判断され、Ｓパージ運転モードがONであると判断された場合、ステップＳ２で燃料カットモードの条件が成立しているか否か（燃料カットモードがONもしくはOFF:図４中Ｑの時点か否か）が判断される。従来の例では、Ｓパージ運転中であっても燃料カットモードがONになると燃料カットモードを優先してＳパージ運転モードをOFF にし、Ｓパージ運転を一旦完全に終了し、直ちに燃料カットモードを実施することになる。そして、燃料カットモードがOFF になった後、再びＳパージ運転に復帰することになる。
【００３８】
また、ステップＳ１でＳパージ運転モードがONではない、即ち、Ｓパージ運転モードがOFF であると判断された場合、ステップＳ３でＳパージ運転モードがOFF になってから所定時間Ｗ内か否か（図４(a) 中点線で示した場合のＷの範囲か否か）が判断される。ステップＳ３でＳパージ運転モードがOFF になってから所定時間Ｗ内であると判断された場合、ステップＳ４で燃料カットモードの条件が成立しているか否か（燃料カットモードがONもしくはOFF:図４中Ｑの時点か否か）が判断される。
【００３９】
つまり、ステップＳ１乃至ステップＳ４では、燃料カットモードの条件が、制御手段の作動中であるＳパージ運転中もしくは作動終了後所定時間Ｗ内に成立しているか否かが判断されている。燃料カットモードの条件が、Ｓパージ運転運転中もしくは作動終了後所定時間Ｗ内に成立していない場合（ステップＳ２乃至ステップＳ４でＮＯと判断された場合）、リターンとなり以下に説明する余剰酸素抑制手段の動作は実行されない。
【００４０】
燃料カットモードの条件が、Ｓパージ運転中もしくは作動終了後所定時間Ｗ内に成立していると判断された場合、（ステップＳ２もしくはステップＳ４でＹＥＳと判断された場合）、直ちに燃料カットを実行せずにステップＳ５に移行して余剰酸素抑制制御を実行する。
【００４１】
Ｓパージ運転では、NOx 触媒１９に多量にHC,CO を供給するため、Ｓパージ運転中もしくはＳパージ運転が終了した直後にはNOx 触媒１９にHCやCOが蓄積されている。このため、Ｓパージ運転中もしくはＳパージ運転が終了した直後に燃料カットモードを実行して燃料噴射をカットすると、排気が急激に酸素濃度過剰雰囲気になり、NOx 触媒１９に蓄積されたHCやCOと多量の酸素が反応して燃焼し、NOx 触媒１９の温度が一時的に急上昇してしまう。ステップＳ５では余剰酸素を抑制して蓄積されたHCやCOを少量の酸素で徐々に燃焼させてNOx 触媒１９の温度が一時的に急上昇しないようにし、蓄積されたHCやCOが略燃焼し終わった状態で燃料カットモードに切り替える。
【００４２】
ステップＳ５の余剰酸素抑制を図４に基づいて説明する。Ｓパージ運転中もしくはＳパージ運転が終了した直後に燃料カットモードの条件が成立すると（Ｑ）、図４(c) に示すように、燃料カットモードがONになる。
【００４３】
そして、余剰酸素抑制手段として、図４(b) に示すように、膨張行程での追加燃料の噴射を停止（追加燃料噴射OFF)すると同時に、図４(d) に示すように、メインの空燃比ＡＦ（追加燃料噴射を除いた通常の主燃料噴射についてのＡＦ）を、例えばストイキオ近傍からＡＦ１２程度の燃料リッチ側に変更する。尚、膨張行程での追加燃料の噴射を完全に停止させるのではなく減少させるようにしてもよい。所定時間が経過した後（Ｒ）には、NOx 触媒１９に蓄積されたHCやCOが略燃焼し終わっているので、図４(e) に示すように、燃料噴射カットをONにしてメインの燃料の噴射を停止する。
【００４４】
膨張行程での追加燃料の噴射を停止すると同時にメインの空燃比ＡＦをストイキオ近傍から燃料リッチ側に変更することにより、排気の余剰酸素が抑制され、NOx 触媒１９に蓄積されたHCやCOが少量の酸素で徐々に燃焼される。余剰酸素抑制でのNOx 触媒１９の温度は、図４(e) に実線で示すように、蓄積されたHCやCOが少量の酸素で徐々に燃焼される分だけ若干上昇し、その後低下して一定となる。
【００４５】
Ｓパージ運転中もしくはＳパージ運転が終了した直後に余剰酸素抑制を実行せずに燃料カットモードを実行すると（図４(f) 中点線で示す）、排気が急激に酸素濃度過剰雰囲気になり、図４(f) に点線で示すように、NOx 触媒１９の温度が一時的に急上昇し、NOx 触媒１９の温度が耐熱温度TSを越えてしまう。
【００４６】
従って、Ｓパージ運転中もしくはＳパージ運転が終了した直後に燃料カットモードの条件が成立した際に余剰酸素抑制を実行することにより、NOx 触媒１９の温度が一時的に急上昇することがなくなり、NOx 触媒１９の温度が耐熱温度TSを越えることがなくなる。このため、NOx 触媒１９の熱劣化を抑制することが可能となる。
【００４７】
尚、膨張行程での追加燃料の噴射を停止すると同時に、メインの空燃比ＡＦをストイキオ近傍から燃料リッチ側に変更してから（Ｑ）所定時間が経過した後（Ｒ）までの時間Ｘ及びメインの空燃比ＡＦは、固定の時間にしたり、HCセンサを用いてHCを直接検出して検出結果に応じて可変にしたり、運転状態からNOx 触媒１９へのHCの吸蔵状態を予めデータとして求めておき、データに基づいてHCの量を推定して時間Ｘを設定することも可能である。また、NOx 触媒１９の温度を検出する温度センサ２１の検出値に基づいて時間Ｘを設定することも可能である。また、追加燃料の噴射の停止やメインの空燃比ＡＦの変更及びメインの燃料の噴射の停止等は徐々に行うようにしてもよい。
【００４８】
尚、Ｓパージ運転中に燃料カットモードの条件が成立した場合と、Ｓパージ運転が終了した直後に燃料カットモードの条件が成立した場合とで、異なる余剰酸素抑制手段を適用することも可能である。
【００４９】
Ｓパージ運転中に燃料カットモードの条件が成立した場合の他の実施形態例
▲１▼そのままＳパージ運転を続行するように追加燃料の噴射を続ける。この場合、制御が簡素化される。
▲２▼所定時間経過後（図４の（Ｒ））に、即全ての燃料噴射をカットせず、メインの空燃比ＡＦを徐々に大きくしてからメインの燃料噴射を停止する。また、追加燃料の噴射を（Ｒ）まで続けている場合は追加燃料の噴射を徐々に減少してから停止する。更に、両者を組み合わせてもよい。この場合、燃料カット実施の過渡時のショックを低減することができる。
【００５０】
Ｓパージ運転が終了してから所定時間内に燃料カットモードの条件が成立した場合の他の実施形態例
この時、追加燃料の噴射によるＳパージ運転から他の運転モードに移行した後に燃料カットモードの条件が成立した場合と、追加燃料の噴射によるＳパージ運転から直接燃料カットモードの条件が成立した場合とがある。
▲１▼燃料カットモード直前の運転モードの制御をそのまま所定時間続けた後、メインの燃料噴射を停止する。ただし、Ｓパージ運転から直接燃料カットモードの条件が成立した場合には、追加燃料の噴射は停止する。この場合、制御が簡素化される。
▲２▼所定時間経過後（図４の（Ｒ））に、即全ての燃料噴射をカットせず、メインの空燃比ＡＦを徐々に大きくしてからメインの燃料噴射を停止する。この場合、燃料カット実施の過渡時のショックを低減することができる。
また、惰性走行や停止に移行する走行でスロットル弁が略全閉状態とされアイドル状態とされた場合でも、機関回転速度が所定値以下となった場合には燃料カットからの復帰がなされるが、Ｓパージ運転中もしくは終了直後に燃料カットから燃料カット復帰運転に移行しても、余剰酸素が発生しないよう余剰酸素抑制手段を継続する。
【００５１】
上述したいずれの余剰酸素抑制手段を用いた場合でも、燃料カットモードの条件が成立した際に、NOx 触媒１９の温度が一時的に急上昇することがなくなり、NOx 触媒１９の温度が耐熱温度TSを越えることがなくなる。このため、NOx 触媒１９の熱劣化を抑制することが可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の内燃機関は、制御手段により排気雰囲気を酸素濃度低下雰囲気として触媒の温度を上昇させ、運転状態に基づいて燃焼室への燃料の供給を停止する燃料カットモードの条件が制御手段の作動中もしくは制御手段の作動終了後所定時間内に成立したとき余剰酸素抑制手段により触媒へ流入する排気中の余剰酸素を抑制させ、燃料カット手段により余剰酸素抑制手段によって流入した余剰酸素を用いて触媒に蓄積された可燃物質を少量の酸素で徐々に燃焼させ該可燃物質の略燃焼終了後に燃料をカットするようにしたので、排気が酸素濃度過剰雰囲気にならず、触媒に蓄積されたHCやCOが少量の酸素で燃焼されて触媒の温度が急上昇することがない。この結果、排気の空燃比を酸素濃度低下雰囲気にして触媒に可燃物質が蓄積されかつ触媒の温度が高温とされた際に、燃料カットモードの条件が成立しても、触媒の温度が急上昇することがなくなり、触媒の熱劣化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る内燃機関の概略構成図。
【図２】燃料噴射制御マップ。
【図３】余剰酸素抑制の状況を表すフローチャート。
【図４】余剰酸素抑制の際の運転状況の経時変化を表すグラフ。
【符号の説明】
１ 筒内噴射エンジン
１６ 触媒
１９ NOx 触媒
２０ 三元触媒
２１ 温度センサ
２２ NOx センサ
２３ 電子制御ユニット
２４ アイドルスイッチ
２５ 車速センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、混合気の空燃比を理論空燃比よりも燃料希薄側に制御して燃費特性を改善した内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気中のNOx を浄化するNOx 触媒としては、酸素過剰雰囲気中ではNOx を触媒上に吸蔵させることにより排気中のNOx を浄化し、酸素濃度が低下すると付着したNOx を放出する機能を有していることが知られている。つまり、NOx 触媒は、酸素濃度過剰雰囲気では、排気中のNOx を酸化させて硝酸塩を生成し、これによりNOx を吸蔵する一方、酸素濃度が低下した雰囲気では、NOx 触媒に吸蔵した硝酸塩と排気中のCOとを反応させて炭酸塩を生成し、これによりNOx を放出させるようになっている。
【０００３】
ところで、燃料や潤滑油内には、イオウ成分（Ｓ成分）が含まれており、このようなイオウ成分も排気中に含まれている。NOx 触媒では、酸素濃度過剰雰囲気で、NOx の吸蔵とともにイオウ成分も吸蔵する。つまり、イオウ成分は燃焼し、更にNOx 触媒上で酸化されてSO3 になる。そして、このSO3 の一部はNOx 触媒上でさらにNOx 用の吸蔵剤と反応して硫酸塩となってNOx 触媒に吸蔵する。
【０００４】
従って、NOx 触媒には、硝酸塩と硫酸塩とが付着することになるが、硫酸塩は硝酸塩よりも塩としての安定度が高く、酸素濃度が低下した雰囲気になってもその一部しか分解されないため、NOx 触媒に残留する硫酸塩の量は時間とともに増加する。これにより、NOx 触媒の吸蔵能力が時間とともに低下し、NOx 触媒としての性能が悪化することになる（Ｓ被毒）。
【０００５】
NOx 触媒のNOx 吸蔵能力を低下させる硫酸塩は、温度が高くなると分解する性質を有している。このため、例えば、特開平7-217474号公報に示されているように、NOx 触媒に一定量以上のイオウ成分（SOx ）が付着したときに、排気の空燃比を酸素濃度低下雰囲気にして多量のHCやCOを発生させ、SOx を放出するようにしている（Ｓパージ運転）。
【０００６】
一方内燃機関では、燃料消費率を更に向上させるため、運転状態により車両の減速状態が検出された場合、機関の燃焼室への燃料の供給を停止する制御（燃料カットモード）が実施されている。例えば、所定車速以上でスロットル弁が所定の状態（アイドル状態）となったことが検出されると、燃料の供給を停止するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＳパージ運転と燃料カットモードとを有する内燃機関では、排気の空燃比を酸素濃度低下雰囲気にしてNOx 触媒に吸蔵したSOx を放出するＳパージ運転の最中に（もしくはＳパージ運転の終了直後に）、燃料カットモードの条件が成立して燃料の供給が停止される場合が考えられる。このような場合、排気が急激に酸素濃度過剰雰囲気になり、NOx 触媒に蓄積された可燃物質（HCやCO）と多量の酸素が反応して燃焼し、NOx 触媒の温度が一時的に急上昇してしまう。Ｓパージ運転は、SOx を放出させるために元々NOx 触媒の温度が高温側に設定されているので、燃料カットモードの運転に切り替わった時にNOx 触媒の温度が一時的に急上昇すると、NOx 触媒が耐熱温度を越える場合が考えられ、NOx 触媒の熱劣化につながる虞があった。
【０００８】
また、追加燃料の噴射以外でも、点火リタードと燃料空燃比のリッチ化との組み合わせによって、排気の空燃比を酸素濃度低下雰囲気にして触媒の温度を上昇させる場合等、触媒に可燃物質が蓄積されかつ触媒が高温となる状態の場合に、燃料カットモードが実行されると、前述と同様に触媒の温度が一時的に急上昇する虞があった。
【０００９】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、排気の空燃比を酸素濃度低下雰囲気にして触媒に可燃物質が蓄積されかつ触媒の温度が高温とされた際に、燃料カットモードの条件が成立しても、触媒の温度が急上昇することがない内燃機関を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明では、制御手段により排気雰囲気を酸素濃度低下雰囲気として触媒の温度を上昇させ、運転状態に基づいて燃焼室への燃料の供給を停止する燃料カットモードの条件が制御手段の作動中もしくは制御手段の作動終了後所定時間内に成立したとき余剰酸素抑制手段により触媒へ流入する排気中の余剰酸素を抑制させ、燃料カット手段により余剰酸素抑制手段によって流入した余剰酸素を用いて触媒に蓄積された可燃物質を少量の酸素で徐々に燃焼させ該可燃物質の略燃焼終了後に燃料をカットすることで、排気が酸素濃度過剰雰囲気にならず、触媒に蓄積されたHCやCOが少量の酸素で燃焼されて触媒の温度が急上昇することがない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の一実施形態例を説明する。本実施形態例は、混合気の空燃比を理論空燃比よりも燃料希薄側に制御して燃費特性を改善した内燃機関として、燃焼室内に燃料を直接噴射するようにした多気筒型筒内噴射内燃機関を例に挙げて説明してある。図１には本発明の一実施形態例に係る内燃機関の概略構成、図２には燃料噴射制御マップを示してある。
【００１２】
多気筒型筒内噴射内燃機関としては、例えば、燃料を直接燃焼室に噴射する筒内噴射型直列４気筒ガソリンエンジン（筒内噴射エンジン）１が適用される。筒内噴射エンジン１は、燃焼室や吸気装置及び排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）等が筒内噴射専用に設計されている。
【００１３】
筒内噴射エンジン１のシリンダヘッド２には各気筒毎に点火プラグ３が取り付けられると共に、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁４が取り付けられている。燃焼室５内には燃料噴射弁４の噴射口が開口し、燃料噴射弁４から噴射される燃料が燃焼室５内に直接噴射されるようになっている。筒内噴射エンジン１のシリンダ６にはピストン７が上下方向に摺動自在に支持され、ピストン７の頂面には半球状に窪んだキャビティ８が形成されている。キャビティ８により、吸気流に通常のタンブル流とは逆の逆タンブル流を発生させるようになっている。
【００１４】
シリンダヘッド２には燃焼室５を臨む吸気ポート９及び排気ポート１０が形成され、吸気ポート９は吸気弁１１の駆動によって開閉され、排気ポート１０は排気弁１２の駆動によって開閉される。排気ポート１０には大径の排気ガス再循環ポート（ＥＧＲポート）１３が分岐している。
【００１５】
吸気ポート９には吸気管１４が接続され、吸気管１４には図示しないサージタンク、エアクリーナ、スロットルボデー等が接続されている。一方、排気ポート１０には排気管１５が接続され、排気管１５には触媒１６及び図示しないマフラーが備えられている。また、ＥＧＲポート１３は大径のＥＧＲパイプ１７を介して吸気管１４側に接続され、ＥＧＲパイプ１７にはステッパモータ式のＥＧＲ弁１８が設けられている。
【００１６】
触媒１６は、酸素過剰雰囲気中ではNOx を触媒上に吸蔵させることにより排気中のNOx を浄化し、酸素濃度が低下すると付着したNOx を放出する機能を有したNOx 触媒１９と、理論空燃比の雰囲気でCO,HC 及びNOx を浄化可能な三元機能を有した三元触媒２０とを備えている。触媒１６の温度は温度センサ２１により検出され、NOx 触媒１９の後流側の排気中のNOx の濃度がNOx センサ２２により検出される。尚、触媒１６の構成は、配置や機能等は上記実施形態例に限定されるものではない。
【００１７】
車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２３が設けられ、このＥＣＵ２３には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。ＥＣＵ２３によって筒内噴射エンジン１の総合的な制御が実施される。図示しないスロットル弁が略全閉状態にされてアイドル状態にされたことを検出するアイドルスイッチ２５や車速センサ２６等の各種センサ類の検出情報はＥＣＵ２３に入力され、ＥＣＵ２３は各種センサ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや燃料噴射量を始めとして点火時期やＥＧＲガスの導入量等を決定し、燃料噴射弁４や点火プラグ３、ＥＧＲ弁１８等を駆動制御する。
【００１８】
上述した筒内噴射エンジン１では、吸気ポート９から燃焼室５内に流入した吸気流が逆タンブル流を形成し、圧縮行程の中期以降に燃料を噴射して逆タンブル流を利用しながら燃焼室５の頂部中央に配設された点火プラグ３の近傍のみに少量の燃料を集め、点火プラグ３から離隔した部分で極めてリーンな空燃比状態とする。点火プラグ３の近傍のみを理論空燃比又はリッチな空燃比とすることで、安定した層状燃焼（層状超リーン燃焼）を実現しながら燃料消費を抑制する。
【００１９】
また、このエンジンから高出力を得る場合には、インジェクタ８からの燃料を吸気行程に噴射することにより燃焼室１全体に均質化し、予混合燃焼を行う。もちろん、理論空燃比もしくはリッチ空燃比による方がリーン空燃比によるよりも高出力が得られるため、この際にも、燃料の霧化及び気化が十分に行なわれるようなタイミングで燃料噴射を行ない、効率よく高出力を得るようにしている。
【００２０】
ＥＣＵ２３は、スロットル弁の開度に応じた運転中の負荷Peと機関回転速度Neとに基づき、図２の燃料噴射マップから現在の燃料噴射領域を検索して燃料噴射モードを決定する。これにより、各燃料噴射モードでの目標空燃比に応じた燃料噴射量が決定され、この燃料噴射量に応じて燃料噴射弁４が駆動制御されると共に、点火プラグ３が駆動制御される。また、同時にＥＧＲ弁１８の開閉制御も実施される。
【００２１】
アイドル運転時や低速走行時等の低負荷領域では、燃料噴射領域は図２中の後期噴射リーンモード（圧縮リーンモード）が選択される。圧縮リーンモードでは、層状超リーン燃焼によるリーン運転を実現し燃費を向上させるため、圧縮行程中（特に圧縮行程後半）に燃料噴射を行う。
【００２２】
定速走行時等の中負荷領域では、燃料噴射領域は図２中の前期噴射リーンモード（吸気リーンモード）、あるいはストイキオフィードバックモードが選択される。吸気リーンモードでは、予混合燃焼によるリーン運転を実現し緩加速による出力を得るため、吸気行程中（特に吸気行程前半）に燃料噴射を行う。ストイキオフィードバックモードでは、予混合燃焼によるストイキオ運転（理論空燃比運転）を実現し吸気リーンモードより出力を向上させるため、吸気行程中に燃料噴射を行う。
【００２３】
急加速時や高速走行時等の高負荷領域では、燃料噴射領域は図２中のオープンループモードが選択される。オープンループモードでは、予混合燃焼によるリッチ運転を実現しストイキオフィードバックモードより出力を向上させる。
【００２４】
更に、惰性走行や停止に移行する走行でスロットル弁が略全閉状態にされてアイドル状態にされた領域では、燃料噴射領域は図２中の燃料カットモードとなり、燃焼室５内への燃料の供給が停止される。つまり、アイドルスイッチ２５がオンになって図示しないスロットル弁がアイドル状態になったことが検出されると共に、図示しない車速センサにより車速の低下度合いが大きくなったことが検出されると、燃料カットモードの条件が成立し、燃料噴射が停止される。
【００２５】
触媒１６のNOx 触媒１９は、酸素過剰雰囲気中ではNOx を触媒上に吸蔵させることにより排気中のNOx を浄化する機能を有している。つまり、NOx 触媒１９は、圧縮リーンモードや吸気リーンモードにおける層状超リーン燃焼運転時のような酸素濃度過剰雰囲気では、排気中のNOx が酸化されて硝酸塩が生成され、これによりNOx が吸蔵され、排気の浄化が行われる。
【００２６】
一方、触媒１６のNOx 触媒１９は、酸素濃度が低下すると付着したNOx を放出する機能を有している。つまり、酸素濃度が低下した雰囲気では、NOx 触媒１９に吸蔵した硝酸塩と排気中のCOとが反応して炭酸塩が生成され、これによりNOx が放出される。従って、NOx 触媒１９へのNOx の吸蔵が進むと、追加の燃料噴射を行う等して酸素濃度を低下させてNOx 触媒１９からNOx を放出させ、NOx 触媒１９の機能を維持するようにしている。NOx 触媒１９からのNOx 放出は、NOx センサ２２により排気中のNOx の濃度が上昇したことが検出された場合に行うようにしてもよい。
【００２７】
ところで、燃料や潤滑油内に含まれるイオウ成分（SOx ）も排気中に存在し、NOx 触媒１９では、酸素濃度過剰雰囲気で、NOx の吸蔵とともにSOx も吸蔵する。つまり、イオウ成分は燃焼し、更にNOx 触媒１９上で酸化されてSO3 になる。そして、このSO3 の一部はNOx 触媒１９上でさらにNOx 用の吸蔵剤と反応して硫酸塩となってNOx 触媒１９に吸蔵する。
【００２８】
また、NOx 触媒１９は、酸素濃度が低下すると付着したSOx を放出する機能を有している。つまり、酸素濃度が低下した雰囲気では、NOx 触媒１９に吸蔵した硫酸塩の一部と排気中のCOとが反応して炭酸塩が生成されてSO3 が放出され、放出されたSO3 は、排気中のHCやCOにより還元される。
【００２９】
しかし、硫酸塩は硝酸塩よりも塩としての安定度が高く、酸素濃度が低下した雰囲気になってもその一部しか分解されないため、NOx 触媒１９に残留する硫酸塩の量は時間とともに増加する。これにより、NOx 触媒１９の吸蔵能力が時間とともに低下し、NOx 触媒１９としての性能が悪化することになる（Ｓ被毒）。
【００３０】
このため、NOx 触媒１９に一定量以上のイオウ成分（SOx ）が付着してNOx 触媒１９が劣化したと判定されたときには、制御手段としての燃料の投入により、排気の空燃比を酸素濃度低下雰囲気にして多量のHCやCOを発生させ、吸蔵したSOx を放出するようにしている（Ｓパージ運転）。
【００３１】
即ち、燃焼室５内の通常の燃焼のための主燃料噴射（圧縮行程や吸気行程での燃料噴射）における燃料噴射弁４の駆動とは別に、機関の出力に影響しにくいタイミング（膨張行程の末期）で燃料噴射弁４を駆動して追加燃料を噴射し、この追加燃料を燃焼させることによりNOx 触媒１９に多量のHCやCOを供給し、SO3 を還元させると共にNOx 触媒１９を高温にし、吸蔵したSOx を放出する。
【００３２】
尚、上述した内燃機関は、燃焼室５内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジン１であるため、膨張行程で追加燃料を噴射するようにしているが、混合気を燃焼室に導入するエンジンの場合に制御手段として燃料の投入を行う時は、混合気の空燃比をリッチ側に制御して通常運転よりも多めに供給しNOx 触媒１９に多量のHCやCOを供給する。
【００３３】
NOx 触媒１９の劣化を判定する手段としては、全運転モードの燃料噴射弁４の駆動時間の積算値から求められる総燃料噴射量に基づいてNOx 触媒１９に吸蔵されるSOx の量を推定するものとなっている。尚、車両の走行距離に基づいてNOx 触媒１９に吸蔵されるSOx の量を推定するものとして構成してもよい。更に、NOx センサ２２によりNOx 触媒１９の下流のNOx 濃度の変化を検出することによりNOx 触媒１９の劣化を判定してもよい。更に、NOx 触媒１９に吸蔵されるSOx の量を直接検出できるセンサ等を用いてNOx 触媒１９の劣化を判定してもよい。
【００３４】
上記実施形態例では、排気雰囲気を酸素濃度低下雰囲気にして触媒の温度を上昇させる制御手段として、圧縮行程や吸気行程での主燃料噴射とは別に、膨張行程で追加燃料を噴射してＳパージ運転を行う制御手段を例に挙げて説明したが、本発明は追加燃料の噴射を行う制御手段に限定されるものではない。例えば、触媒に可燃物質が蓄積されかつ触媒が高温となる状態である、点火リタードと空燃比の燃料リッチ化とを制御する制御手段に適用することも可能である。また、本発明は上記制御手段をＳパージ運転以外に触媒の活性化を目的として適用することも可能である。
【００３５】
上述した筒内噴射エンジン１では、Ｓパージ運転の途中もしくはＳパージ運転が終了してから所定時間内に燃料カットモードの条件が成立した場合、余剰酸素抑制手段によりNOx 触媒１９に流入する排気中の余剰酸素を抑制し、NOx 触媒１９に蓄積されたHCやCOを少量の酸素で徐々に燃焼させ、NOx 触媒１９の温度が急上昇しないようにしている。以下、余剰酸素抑制手段の動作を含めた運転状況を図３、図４に基づいて説明する。図３には余剰酸素抑制の状況を表すフローチャート、図４には余剰酸素抑制の際の運転状況の経時変化を表すグラフを示してある。
【００３６】
Ｓパージ運転の開始条件であるNOx 触媒１９の劣化が判定されると、主燃料噴射における燃料噴射弁４の駆動とは別に、膨張行程で燃料噴射弁４を駆動して追加燃料を噴射し（Ｓパージ運転モードON，追加燃料噴射ON：図４中Ｐの時点）、この追加燃料を燃焼させることによりNOx 触媒１９に多量のHCやCOを供給し、NOx 触媒１９を高温にし、吸蔵したSOx を放出する。
【００３７】
図に示すように、ステップＳ１でＳパージ運転中か否か（Ｓパージ運転モードがONもしくはOFF)が判断され、Ｓパージ運転モードがONであると判断された場合、ステップＳ２で燃料カットモードの条件が成立しているか否か（燃料カットモードがONもしくはOFF:図４中Ｑの時点か否か）が判断される。従来の例では、Ｓパージ運転中であっても燃料カットモードがONになると燃料カットモードを優先してＳパージ運転モードをOFF にし、Ｓパージ運転を一旦完全に終了し、直ちに燃料カットモードを実施することになる。そして、燃料カットモードがOFF になった後、再びＳパージ運転に復帰することになる。
【００３８】
また、ステップＳ１でＳパージ運転モードがONではない、即ち、Ｓパージ運転モードがOFF であると判断された場合、ステップＳ３でＳパージ運転モードがOFF になってから所定時間Ｗ内か否か（図４(a) 中点線で示した場合のＷの範囲か否か）が判断される。ステップＳ３でＳパージ運転モードがOFF になってから所定時間Ｗ内であると判断された場合、ステップＳ４で燃料カットモードの条件が成立しているか否か（燃料カットモードがONもしくはOFF:図４中Ｑの時点か否か）が判断される。
【００３９】
つまり、ステップＳ１乃至ステップＳ４では、燃料カットモードの条件が、制御手段の作動中であるＳパージ運転中もしくは作動終了後所定時間Ｗ内に成立しているか否かが判断されている。燃料カットモードの条件が、Ｓパージ運転運転中もしくは作動終了後所定時間Ｗ内に成立していない場合（ステップＳ２乃至ステップＳ４でＮＯと判断された場合）、リターンとなり以下に説明する余剰酸素抑制手段の動作は実行されない。
【００４０】
燃料カットモードの条件が、Ｓパージ運転中もしくは作動終了後所定時間Ｗ内に成立していると判断された場合、（ステップＳ２もしくはステップＳ４でＹＥＳと判断された場合）、直ちに燃料カットを実行せずにステップＳ５に移行して余剰酸素抑制制御を実行する。
【００４１】
Ｓパージ運転では、NOx 触媒１９に多量にHC,CO を供給するため、Ｓパージ運転中もしくはＳパージ運転が終了した直後にはNOx 触媒１９にHCやCOが蓄積されている。このため、Ｓパージ運転中もしくはＳパージ運転が終了した直後に燃料カットモードを実行して燃料噴射をカットすると、排気が急激に酸素濃度過剰雰囲気になり、NOx 触媒１９に蓄積されたHCやCOと多量の酸素が反応して燃焼し、NOx 触媒１９の温度が一時的に急上昇してしまう。ステップＳ５では余剰酸素を抑制して蓄積されたHCやCOを少量の酸素で徐々に燃焼させてNOx 触媒１９の温度が一時的に急上昇しないようにし、蓄積されたHCやCOが略燃焼し終わった状態で燃料カットモードに切り替える。
【００４２】
ステップＳ５の余剰酸素抑制を図４に基づいて説明する。Ｓパージ運転中もしくはＳパージ運転が終了した直後に燃料カットモードの条件が成立すると（Ｑ）、図４(c) に示すように、燃料カットモードがONになる。
【００４３】
そして、余剰酸素抑制手段として、図４(b) に示すように、膨張行程での追加燃料の噴射を停止（追加燃料噴射OFF)すると同時に、図４(d) に示すように、メインの空燃比ＡＦ（追加燃料噴射を除いた通常の主燃料噴射についてのＡＦ）を、例えばストイキオ近傍からＡＦ１２程度の燃料リッチ側に変更する。尚、膨張行程での追加燃料の噴射を完全に停止させるのではなく減少させるようにしてもよい。所定時間が経過した後（Ｒ）には、NOx 触媒１９に蓄積されたHCやCOが略燃焼し終わっているので、図４(e) に示すように、燃料噴射カットをONにしてメインの燃料の噴射を停止する。
【００４４】
膨張行程での追加燃料の噴射を停止すると同時にメインの空燃比ＡＦをストイキオ近傍から燃料リッチ側に変更することにより、排気の余剰酸素が抑制され、NOx 触媒１９に蓄積されたHCやCOが少量の酸素で徐々に燃焼される。余剰酸素抑制でのNOx 触媒１９の温度は、図４(e) に実線で示すように、蓄積されたHCやCOが少量の酸素で徐々に燃焼される分だけ若干上昇し、その後低下して一定となる。
【００４５】
Ｓパージ運転中もしくはＳパージ運転が終了した直後に余剰酸素抑制を実行せずに燃料カットモードを実行すると（図４(f) 中点線で示す）、排気が急激に酸素濃度過剰雰囲気になり、図４(f) に点線で示すように、NOx 触媒１９の温度が一時的に急上昇し、NOx 触媒１９の温度が耐熱温度TSを越えてしまう。
【００４６】
従って、Ｓパージ運転中もしくはＳパージ運転が終了した直後に燃料カットモードの条件が成立した際に余剰酸素抑制を実行することにより、NOx 触媒１９の温度が一時的に急上昇することがなくなり、NOx 触媒１９の温度が耐熱温度TSを越えることがなくなる。このため、NOx 触媒１９の熱劣化を抑制することが可能となる。
【００４７】
尚、膨張行程での追加燃料の噴射を停止すると同時に、メインの空燃比ＡＦをストイキオ近傍から燃料リッチ側に変更してから（Ｑ）所定時間が経過した後（Ｒ）までの時間Ｘ及びメインの空燃比ＡＦは、固定の時間にしたり、HCセンサを用いてHCを直接検出して検出結果に応じて可変にしたり、運転状態からNOx 触媒１９へのHCの吸蔵状態を予めデータとして求めておき、データに基づいてHCの量を推定して時間Ｘを設定することも可能である。また、NOx 触媒１９の温度を検出する温度センサ２１の検出値に基づいて時間Ｘを設定することも可能である。また、追加燃料の噴射の停止やメインの空燃比ＡＦの変更及びメインの燃料の噴射の停止等は徐々に行うようにしてもよい。
【００４８】
尚、Ｓパージ運転中に燃料カットモードの条件が成立した場合と、Ｓパージ運転が終了した直後に燃料カットモードの条件が成立した場合とで、異なる余剰酸素抑制手段を適用することも可能である。
【００４９】
Ｓパージ運転中に燃料カットモードの条件が成立した場合の他の実施形態例
▲１▼そのままＳパージ運転を続行するように追加燃料の噴射を続ける。この場合、制御が簡素化される。
▲２▼所定時間経過後（図４の（Ｒ））に、即全ての燃料噴射をカットせず、メインの空燃比ＡＦを徐々に大きくしてからメインの燃料噴射を停止する。また、追加燃料の噴射を（Ｒ）まで続けている場合は追加燃料の噴射を徐々に減少してから停止する。更に、両者を組み合わせてもよい。この場合、燃料カット実施の過渡時のショックを低減することができる。
【００５０】
Ｓパージ運転が終了してから所定時間内に燃料カットモードの条件が成立した場合の他の実施形態例
この時、追加燃料の噴射によるＳパージ運転から他の運転モードに移行した後に燃料カットモードの条件が成立した場合と、追加燃料の噴射によるＳパージ運転から直接燃料カットモードの条件が成立した場合とがある。
▲１▼燃料カットモード直前の運転モードの制御をそのまま所定時間続けた後、メインの燃料噴射を停止する。ただし、Ｓパージ運転から直接燃料カットモードの条件が成立した場合には、追加燃料の噴射は停止する。この場合、制御が簡素化される。
▲２▼所定時間経過後（図４の（Ｒ））に、即全ての燃料噴射をカットせず、メインの空燃比ＡＦを徐々に大きくしてからメインの燃料噴射を停止する。この場合、燃料カット実施の過渡時のショックを低減することができる。
また、惰性走行や停止に移行する走行でスロットル弁が略全閉状態とされアイドル状態とされた場合でも、機関回転速度が所定値以下となった場合には燃料カットからの復帰がなされるが、Ｓパージ運転中もしくは終了直後に燃料カットから燃料カット復帰運転に移行しても、余剰酸素が発生しないよう余剰酸素抑制手段を継続する。
【００５１】
上述したいずれの余剰酸素抑制手段を用いた場合でも、燃料カットモードの条件が成立した際に、NOx 触媒１９の温度が一時的に急上昇することがなくなり、NOx 触媒１９の温度が耐熱温度TSを越えることがなくなる。このため、NOx 触媒１９の熱劣化を抑制することが可能となる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の内燃機関は、制御手段により排気雰囲気を酸素濃度低下雰囲気として触媒の温度を上昇させ、運転状態に基づいて燃焼室への燃料の供給を停止する燃料カットモードの条件が制御手段の作動中もしくは制御手段の作動終了後所定時間内に成立したとき余剰酸素抑制手段により触媒へ流入する排気中の余剰酸素を抑制させ、燃料カット手段により余剰酸素抑制手段によって流入した余剰酸素を用いて触媒に蓄積された可燃物質を少量の酸素で徐々に燃焼させ該可燃物質の略燃焼終了後に燃料をカットするようにしたので、排気が酸素濃度過剰雰囲気にならず、触媒に蓄積されたHCやCOが少量の酸素で燃焼されて触媒の温度が急上昇することがない。この結果、排気の空燃比を酸素濃度低下雰囲気にして触媒に可燃物質が蓄積されかつ触媒の温度が高温とされた際に、燃料カットモードの条件が成立しても、触媒の温度が急上昇することがなくなり、触媒の熱劣化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る内燃機関の概略構成図。
【図２】燃料噴射制御マップ。
【図３】余剰酸素抑制の状況を表すフローチャート。
【図４】余剰酸素抑制の際の運転状況の経時変化を表すグラフ。
【符号の説明】
１ 筒内噴射エンジン
１６ 触媒
１９ NOx 触媒
２０ 三元触媒
２１ 温度センサ
２２ NOx センサ
２３ 電子制御ユニット
２４ アイドルスイッチ
２５ 車速センサ
Claims (1)
- 排気雰囲気を酸素濃度低下雰囲気として触媒の温度を上昇させる制御手段と、運転状態に基づいて燃焼室への燃料の供給を停止する燃料カットモードの条件が前記制御手段の作動中もしくは前記制御手段の作動終了後所定時間内に成立したとき前記触媒へ流入する排気中の余剰酸素を抑制する余剰酸素抑制手段と、前記余剰酸素抑制手段により流入した余剰酸素を用いて前記触媒に蓄積された可燃物質を少量の酸素で徐々に燃焼させ該可燃物質の略燃焼終了後に燃料をカットする燃料カット手段とを備えたこと特徴とする内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03102598A JP3867182B2 (ja) | 1998-02-13 | 1998-02-13 | 内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03102598A JP3867182B2 (ja) | 1998-02-13 | 1998-02-13 | 内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11229856A JPH11229856A (ja) | 1999-08-24 |
| JP3867182B2 true JP3867182B2 (ja) | 2007-01-10 |
Family
ID=12319988
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03102598A Expired - Fee Related JP3867182B2 (ja) | 1998-02-13 | 1998-02-13 | 内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3867182B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10025044C1 (de) * | 2000-05-20 | 2001-11-29 | Daimler Chrysler Ag | Abgasreinigungsanlage für eine Verbrennungsvorrichtung und Verfahren zur Durchführung von Desulfatisierungsvorgängen |
| JP4389372B2 (ja) | 2000-09-29 | 2009-12-24 | マツダ株式会社 | エンジンの燃料制御装置 |
| KR101896833B1 (ko) * | 2017-04-04 | 2018-09-07 | 현대자동차주식회사 | 퓨얼 컷시 ｇｐｆ 소손을 방지하는 엔진의 제어방법 |
-
1998
- 1998-02-13 JP JP03102598A patent/JP3867182B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11229856A (ja) | 1999-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3067685B2 (ja) | 火花点火式筒内噴射型内燃機関の排気浄化装置 | |
| EP1574690B1 (en) | Method, computer programme and control device for the operation of an internal combustion engine | |
| US6560960B2 (en) | Fuel control apparatus for an engine | |
| JP3555559B2 (ja) | 内燃機関 | |
| JP4453060B2 (ja) | 内燃機関の排出ガス浄化制御装置 | |
| JP3867182B2 (ja) | 内燃機関 | |
| JP3646571B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP6270247B1 (ja) | エンジンの排気浄化装置 | |
| JP3334593B2 (ja) | 内燃機関 | |
| JP2000087736A (ja) | 内燃機関 | |
| JPH11229859A (ja) | 内燃機関 | |
| JP3873537B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP2001065330A (ja) | 内燃機関 | |
| JP4345202B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4161429B2 (ja) | 希薄燃焼内燃機関 | |
| JP3815023B2 (ja) | 内燃機関 | |
| JPH11294226A (ja) | 圧縮着火式内燃機関 | |
| JPH11229864A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP2002061531A (ja) | 火花点火式エンジンの燃料制御装置 | |
| JP3551797B2 (ja) | 内燃機関 | |
| JP4231958B2 (ja) | エンジンの制御装置 | |
| JP3721894B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP2004360484A (ja) | ＮＯｘパージ制御装置 | |
| JP2000080954A (ja) | 圧縮着火式内燃機関 | |
| JPH11229855A (ja) | 内燃機関 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041124 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050118 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060207 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060308 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20060315 |
|
| 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: 20060912 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060925 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091020 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101020 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101020 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111020 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121020 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121020 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131020 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |