JP3867612B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中の硫黄成分を吸蔵する触媒が排気通路に設けられた内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ストイキ空燃比(理論空燃比)よりも燃料濃度を低下させたリーン空燃比とされるリーン運転モードと排気空燃比が理論空燃比とされるストイキ運転モードとを有する内燃機関が提案されている。こうした内燃機関においては、リーン運転がなされた時の排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を効率的に浄化するために排気通路にNOx吸蔵還元触媒装置が設けられている。この触媒装置は、リーン燃焼時の排気に含まれる窒素酸化物(NOx)を一時的に吸蔵する。そして、空燃比がストイキ空燃比或いはこれよりも燃料濃度の高いリッチ空燃比での燃焼が行われているときに、その吸蔵されているNOxを排気に含まれる炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)によって還元浄化して放出するようにしている。
【0003】
このNOx吸蔵還元触媒装置にあっては、燃料に含まれる硫黄成分の酸化物(SOx)がNOxと略同様のメカニズムによって吸蔵される。こうした現象は一般にSOx被毒と称され、こうしたSOx吸蔵量(SOx被毒量)が増大するとその分だけNOx吸蔵量が低下するために、触媒装置におけるNOx吸蔵能力の低下を招くこととなる。
【0004】
そのため、特開2000−80914や特開2000−161107に示されるように、上記NOx吸蔵還元触媒装置の硫黄被毒の回復を図るために、上記触媒に吸蔵されたSOx量を算出し、この算出されたSOx量が許容値を上回るときには排気空燃比をリッチ空燃比に制御する硫黄被毒回復制御が行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記NOx吸蔵還元触媒装置は排気空燃比がリーン空燃比のときに排気ガス中の硫黄成分(SOx)を吸蔵するものである。従って、上述した硫黄被毒回復制御が実行されると、内燃機関のリーン運転が中断され、内燃機関に供給される混合気の燃料濃度、すなわち、内燃機関に供給する燃料量が増大されることになる。そのため、上記硫黄被毒回復制御により燃費悪化が生じることになる。
【0006】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、リーン運転が中断されることを抑えることができるとともに、触媒から硫黄成分を効率よく脱離させることができ、もって、燃費悪化を抑制することができる内燃機関の空燃比制御装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、排気空燃比が少なくともリーン空燃比のときに排気ガス中の硫黄成分を吸蔵する触媒が排気通路に設けられた内燃機関に適用され、排気空燃比がリーン空燃比とされるリーン運転モードと排気空燃比が理論空燃比とされるストイキ運転モードとを有するとともに、機関運転状態に基づき運転モードを選択し、前記ストイキ運転モードが選択されたときには排気空燃比が理論空燃比になるよう前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、前記触媒に吸蔵された硫黄成分の吸蔵量を算出する算出手段と、この算出された吸蔵量が許容値を上回るときには排気空燃比がリッチ空燃比になるように前記混合気の空燃比を制御し、前記算出された吸蔵量が前記許容値と同許容値よりも小さな所定値との間にあるときに、前記ストイキ運転モードが選択されているときには排気空燃比をリッチ空燃比にするように前記混合気の空燃比を制御するとともに、前記リーン運転モードが選択されているときには同リーン運転モードを継続する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0008】
上記構成によれば、算出された硫黄成分の吸蔵量が許容値と許容値よりも小さな所定値との間にあるときに、ストイキ運転モードが選択されているときには排気空燃比をリッチ空燃比にするよう混合気の空燃比を制御する。このときに、触媒からの硫黄成分の脱離が促進されて触媒に吸蔵された硫黄成分の吸蔵量が許容値を上回る頻度が少なくなる。また、リーン運転モードが選択されているときにはリーン運転モードを継続する。よって、触媒から硫黄成分を脱離させるためにリーン運転が中断されることを抑えることができるとともに、効率よく触媒から硫黄成分を脱離させることができる。その結果、燃費悪化を抑制することができる。
【0009】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記制御手段は、前記触媒の温度が所定値以上であることを条件に前記算出された吸蔵量が前記所定値を上回るときには前記ストイキ運転モードが選択されたときの排気空燃比をリッチ空燃比にするよう前記混合気の空燃比を制御することを特徴とする。
【0010】
触媒の温度が低いときには排気空燃比をリッチ空燃比にするように混合気の空燃比を制御しても硫黄成分が脱離しにくく、触媒温度を上昇させるために無駄な燃料消費がある。この点に関して、請求項2の構成によれば、上記構成のように触媒の温度が所定値以上であることを条件にストイキ運転モードが選択されたときの排気空燃比をリッチ空燃比にするようにしているので、無駄な燃料消費を抑えて燃費悪化を抑制することができる。
【0011】
請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記制御手段は、前記ストイキ運転モードが選択されたときの前記リッチ空燃比での燃焼の継続時間が同リッチ空燃比に応じた継続許可時間以内となるように制限することを特徴とする。
【0012】
触媒からの硫黄成分の脱離は排気空燃比をリッチ空燃比に制御することにより行われるが、触媒温度が低く硫黄成分が脱離されにくいときには、リッチ燃焼が長期化するおそれがあり、燃費が悪化する可能性がある。この点、請求項3の構成によれば、リッチ空燃比での燃焼の継続時間がこのリッチ空燃比に応じた継続許可時間以内となるように制限されるので、リッチ燃焼が長期に亘り継続されるのを防止でき、燃費悪化を抑制することができる。
【0013】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置において、前記ストイキ運転モードが選択されたときの前記リッチ空燃比は、少なくとも前記触媒の温度が低くなるほどリッチ化度合が大きくなるように可変とされることを特徴とする。
【0014】
上記の構成によれば、リッチ空燃比を少なくとも触媒温度が低くなるほどリッチ度合が大きくなるように可変とするので、触媒温度が低くなるほど硫黄成分が脱離されにくくなるが、リッチ度合を大きくすることにより触媒からの硫黄成分の脱離を促進することができ、好適に触媒の硫黄被毒回復を行うことができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る一実施形態について図面を参照して説明する。
図1は本実施形態に係る空燃比制御装置及び同装置が適用される車両用筒内噴射式4気筒ガソリンエンジン(以下、単に「エンジン」という)10の概略構成を示している。
【0016】
図1に示されるように、エンジン10には、その各気筒#1〜#4の燃焼室12(同図1ではその一つ気筒の燃焼室のみを示す)内に燃料を直接噴射するインジェクタ14と、この噴射された燃料に点火する点火プラグ16とがそれぞれ設けられている。
【0017】
また、燃焼室12に接続される排気通路18には、三元触媒装置(以下、単に「三元触媒」という)20と、その下流側に位置してNOx吸蔵還元触媒装置(以下、単に「NOx触媒」という)22がそれぞれ配設されている。これら三元触媒20及びNOx吸蔵還元触媒22によって、排気ガスに含まれるHC(炭化水素)、CO(一酸化炭素)、及びNOx(窒素酸化物)が浄化される。
【0018】
即ち、三元触媒20においては、排気に含まれるHC、CO、及びNOxが酸化還元反応によってそれぞれ同時に浄化される。一方、NOx触媒22においては、リーン燃焼モード中の排気に含まれるNOxが一旦吸蔵され、この吸蔵されたNOxがリッチ燃焼モード(或いはストイキ燃焼モード)中の排気に含まれるHC及びCOを還元剤として還元され浄化される。
【0019】
三元触媒20とNOx触媒22との間の排気通路18には排気成分中の酸素を検出する酸素センサ24が設けられている。また、NOx触媒22には触媒の温度を検出する温度センサ26が設けられている。
【0020】
車両Cには、機関回転速度を検出するための回転速度センサ31、アクセルペダル(図示略)の踏込量を検出するアクセルセンサ32、及び車両Cの走行速度(車速SPD)を検出する車速センサ33が設けられている。前記酸素センサ24の検出信号及び各センサ31〜33の検出信号は、エンジン10の各種制御を実行する電子制御装置40に入力される。
【0021】
電子制御装置40は、酸素センサ24、温度センサ26及び各センサ31〜33等によって検出されるエンジン10の運転状態や車両の走行状態に基づいて、燃料噴射制御等、各種制御を実行する。また、電子制御装置40は、こうした各種制御を実行するためのプログラムや演算用マップ、制御の実行に際して算出される各種データ等を記憶するメモリ41を備えている。
【0022】
また、本実施形態におけるエンジン10では、上記インジェクタ14による燃料噴射態様や点火プラグ16による点火時期等が変更されることにより、その機関燃焼モードが成層燃焼(リーン燃焼)モード、ストイキ燃焼モード(通常燃焼モード)、リッチ燃焼モード、並びに昇温燃焼モードとの間で切り替えられる。
【0023】
例えば、成層燃焼モードにおいては、燃料噴射時期は圧縮行程後期に設定される。従って、点火時において点火プラグ16近傍の混合気のみが部分的に点火可能な可燃混合気状態となる。また、この場合の混合気の平均的な空燃比(A/F)は各気筒#1〜#4とも一律にストイキ空燃比(A/F=14.5)よりもリーン(例えばA/F=25〜50)に設定される。
【0024】
また、ストイキ燃焼モードにおいては、燃料噴射時期は吸気行程中に設定される。従って、点火時での燃焼室12内における空燃比は略均一になり、その混合気の空燃比は各気筒#1〜#4とも一律にストイキ空燃比近傍に設定される。
【0025】
これら各機関燃焼モードの切り替えは、基本的には機関負荷及び機関回転速度といったエンジン10の運転状態に基づいて行われている。通常、機関燃焼モードは低負荷低回転運転領域では成層燃焼モードに設定され、高負荷高回転運転領域ではストイキ燃焼モードに機関燃焼モードがそれぞれ設定される。
【0026】
また、リッチ燃焼モードにおいては、燃料噴射時期はストイキ燃焼モードと同様に、吸気行程中に設定されるとともに、その混合気の空燃比は各気筒#1〜#4とも一律にストイキ空燃比よりもリッチに設定される。このリッチ燃焼モードは、例えば、NOx触媒22のNOx吸蔵量が所定量を超えたときに、排気空燃比を一時的にリッチにし、排気中に含まれるHC,COの量を増大させることで、同NOx触媒22に吸蔵されているNOxを還元浄化する処理(リッチスパイク処理)に際して選択される。
【0027】
これに対して、昇温燃焼モードは、NOx触媒22においてSOx被毒回復のための昇温要求があるとき、即ちNOx触媒22のSOx被毒量が所定量を超えるなど、所定の条件が満たされたときに選択される。
【0028】
この昇温燃焼モードでは、各気筒#1〜#4のうち、一部の気筒の空燃比がストイキ空燃比よりもリッチに、残りの気筒の空燃比がストイキ空燃比よりもリーンに設定される。また、これら全気筒#1〜#4の平均的な空燃比はストイキ空燃比或いはリッチ空燃比に設定される。
【0029】
そして、このように機関燃焼モードが昇温燃焼モードに切り替えられることにより、空燃比がリッチに設定された一部の気筒から排出される排気中の燃料未燃成分と、空燃比がリーンに設定された残りの気筒から排出される排気中の酸素とが三元触媒20或いはNOx触媒22の触媒機能によって燃焼する。その結果、その燃焼熱によってNOx触媒22が温度上昇し、NOx触媒22に吸蔵されているSOxが同触媒22から除去されるようになる。
【0030】
次に、こうしたNOx触媒22のSOx被毒回復処理の詳細について図2及び図3を参照して説明する。これら図2及び図3は、SOx被毒回復処理における処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は所定クランク角の割り込み処理として電子制御装置40により実行される。
【0031】
電子制御装置40の処理がこの一連の処理に移行すると、まず、ステップ100において、NOx触媒22に吸蔵されている総SOx量が算出される。この総SOx量はリーン空燃比でのリーン燃焼が実行されているときには加算され、リッチ空燃比でのリッチ燃焼が実行されているときには減算される。このときの加算量は、吸入空気量が多くなるほど、また空燃比が小さい(即ち燃料濃度が濃い)ときほど、大きな値に設定される。これは吸入空気量が多いときほど、また燃料濃度が濃いときほど単位時間当たりにNOx触媒22に接触してこれに吸蔵されるSOx量が増大するためである。また、SOx量算出における減算量は、空燃比がリッチであるときほど、また触媒床温が高いときほど大きな値に設定される。これは、触媒床温が高いときほど、また空燃比がリッチであるほど、NOx触媒22においてそのSOxの脱離が促進されるためである。なお、総SOx量の算出には使用燃料のイオウ含有量の要素が含まれている。例えば、高オクタン価ガソリンの場合には低オクタン価ガソリンよりもイオウ含有量は少ないので、このときの単位時間当たりに吸蔵されるSOx量は小さくなる。逆に低オクタン価ガソリンの場合には高オクタン価ガソリンよりもイオウ含有量は多いので、このときの単位時間当たりに吸蔵されるSOx量は大きくなる。因みに、高オクタン価ガソリンの場合にはノッキングが発生し難いため、エンジン10の点火時期は点火進角制御を通じてより進角側の時期に設定されるのに対し、低オクタン価ガソリンの場合はこれと比較して遅角側の時期に設定される傾向がある。このため、このような燃料種類の判定は、例えば、こうした傾向に基づいて行うことができる。また、これら吸入空気量及び空燃比とSOxの加算量、及び空燃比及び触媒床温とSOxの減算量との関係は実験等を通じて予め求められ、電子制御装置40のメモリ41に記憶されている。
【0032】
このようにして総SOx量を算出した後、SOx被毒回復処理を行う必要があることを示す被毒回復要求フラグがオンであるかどうかが判断される(ステップ102)。被毒回復要求フラグがオンでないと判断された場合には(ステップ102:NO)、処理はステップ104に進む。また、被毒回復要求フラグがオンであると判断された場合(ステップ102:YES)には、処理はステップ108に移行する。
【0033】
被毒回復要求フラグがオンでないと判断された場合には、先のステップ100にて算出された総SOx量が許容値ASt以上かどうかが判断される(ステップ104)。この許容値AStは、NOx吸蔵能力の低下が無視できない程度にまでSOx被毒量が増大したことを判定するための値である。ここで総SOx量が許容値ASt以上である旨判断された場合には(ステップ104:YES)、SOx被毒回復処理を行う必要があるものとして被毒回復要求フラグがオンに設定され(ステップ106)、この後処理はステップ108に進み、燃焼モードがリーン燃焼モードから昇温燃焼モードに切り替えられる。また、先のステップ104の判断においてSOx量が許容値ASt未満であってSOx被毒量についてまだ余裕がある旨判断された場合(ステップ104:NO)には、処理はステップ128に移行する。
【0034】
先のステップ102で被毒回復要求フラグがオンであるとされた場合、あるいはステップ106で被毒回復要求フラグがオンに設定された場合には、ステップ108において温度センサ26により検出された触媒床温が所定温度THc以上であるかどうかが判断される。この所定温度THcは、NOx触媒22がSOxを脱離することができることをその温度状態に基づいて判定するためのものである。
【0035】
触媒床温が所定温度THc未満であると判定された場合(ステップ108:NO)には、まずは触媒床温を昇温させる必要があるものとして燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ空燃比とした昇温燃焼モードに切り替えられる。上記したようにこの昇温燃焼モードでは、各気筒#1〜#4のうち、一部の気筒の空燃比がストイキ空燃比よりもリッチに、残りの気筒の空燃比がストイキ空燃比よりもリーンに設定される。また、これら全気筒#1〜#4の平均的な空燃比はストイキ空燃比に設定され、各触媒20,22に達する排気については酸素センサ24による空燃比フィードバック制御によりその平均的な空燃比がストイキ空燃比に維持される。この昇温燃焼により、空燃比がリッチに設定された一部の気筒から排出される排気中の燃料未燃成分と、空燃比がリーンに設定された残りの気筒から排出される排気中の酸素とが三元触媒20或いはNOx触媒22の触媒機能によって燃焼し、その燃焼熱によってNOx触媒22の温度が上昇する。
【0036】
一方、触媒床温が所定温度THcを上回っている場合には(ステップ108:YES)、NOx触媒22からのSOxの脱離が可能なため、後述する一連の処理により全気筒#1〜#4の平均的な空燃比をリッチ空燃比としたリッチ燃焼が実行され、まず、リッチ燃焼の継続時間Teが計測される(ステップ110)。
【0037】
次にステップ112において、触媒床温に応じて目標空燃比がリッチ側に設定される。図4に示すように、NOx触媒22からのSOx脱離量は空燃比がリッチ空燃比であるほど大きく、かつ触媒床温が高いほど大きくなる傾向がある。このリッチ燃焼の実行に際しては、図5に示されるように制御中心がストイキ空燃比よりもリッチ寄りとなるような酸素センサ24による空燃比フィードバック制御を通じてフィードバック(F/B)係数kafが算出される。従って、ステップ112では空燃比フィードバック制御に用いるフィードバック(F/B)定数が設定される。すなわち、図6(a)に示されるマップを参照し、触媒床温に応じて酸素センサ24の出力反転時期からF/B係数kafを減少させるリッチ側のスキップ量を加えるまでのディレー時間TDRが設定され、F/B係数kafを増加させるリーン側のスキップ量を加えるまでのディレー時間TDLが設定される。また、図6(b)に示されるマップを参照し、触媒床温に応じてF/B係数kafを増加させて空燃比をリッチにする積分定数CR及びF/B係数kafを減少させて空燃比をリーンにする積分定数CLが設定される。従って、このときの空燃比の制御中心は図5に鎖線で示されるように、破線で示されるストイキ空燃比の制御中心よりもリッチ側となる。なお、この昇温燃焼モードでは、先のステップ126におけるストイキ空燃比とした昇温燃焼モードでのリッチな気筒の空燃比がよりリッチに、残りの気筒の空燃比がストイキ空燃比寄りに設定され、これら全気筒#1〜#4の平均的な空燃比はリッチ空燃比に設定される。
【0038】
このようにして目標空燃比がリッチ側に設定されると、ステップ114においてリッチ燃焼の継続許可時間Tpが設定される。排気空燃比がリッチ側に設定されて実際にリッチ燃焼が行われると、燃費悪化やエミッションが悪化することとなる。この燃費悪化やエミッション悪化はリッチ燃焼の継続時間Teが長くなればなるほど悪化することとなる。そのため、図7に示されるマップを参照してリッチ燃焼時の空燃比に基づいてリッチ継続許可時間Tpが設定される。
【0039】
リッチ燃焼の継続許可時間Tpが設定された後、図5に示されるように排気空燃比がリッチ側の目標空燃比となるように制御されてリッチ燃焼が行われる(ステップ116)。
【0040】
このようにしてリッチ燃焼が行われると、リッチ燃焼の継続時間Teが先のステップ114にて設定された継続許可時間Tp以上かどうかが判断される(ステップ118)。継続時間Teが継続許可時間Tp未満であると判断された場合には(ステップ118:NO)、処理はステップ120に進む。また、継続時間Teが継続許可時間Tpであると判断された場合(ステップ118:YES)には、処理はステップ122に移行する。
【0041】
継続時間Teが継続許可時間Tp未満であると判断された場合には、先のステップ100にて算出された総SOx量が所定値ASb以上かどうかが判断される(ステップ120)。この所定値ASbは被毒回復処理の実行によりSOx被毒量が減少してNOx触媒22のNOx吸蔵能力が回復してきたことを判定するための値であり、所定値ASbはASt>ASb>0となるように設定されている。
【0042】
ここで総SOx量が所定値ASb以上であると判断された場合には(ステップ120:YES)、未だSOx被毒回復処理を継続する必要があり、この一連の処理は一旦終了される。また、先のステップ120の判断において総SOx量が所定値ASb未満であってNOx触媒22のNOx吸蔵能力が回復したと判断された場合(ステップ120:NO)には、処理はステップ122に移行する。
【0043】
先のステップ118で継続時間Teが継続許可時間Tpであると判断された場合、あるいはステップ120で総SOx量が所定値ASb未満であると判断された場合には、SOx被毒回復処理を止めるものとして被毒回復要求フラグがオフに設定される(ステップ122)。
【0044】
そして、次のステップ124では、排気空燃比がリーン空燃比となるように制御されて成層燃焼が行われる。
また、先のステップ104の判断においてSOx量が所定値ASt未満であってSOx被毒量についてまだ余裕があると判断された場合には、そのときの燃焼モードがストイキ燃焼モードであるかどうかが判断される(ステップ128)。ここでストイキ燃焼モードでないと判断された場合には(ステップ128:NO)、未だSOx被毒回復処理を行う必要がないものとしてリーン空燃比でのリーン燃焼のままとされ、この一連の処理は一旦終了される。ストイキ燃焼モードであると判断された場合(ステップ128:YES)には、処理はステップ130に進む。
【0045】
ステップ130では先のステップ100にて算出された総SOx量が第2の所定値AS0より大きいかどうかが判断される(ステップ130)。この第2の所定値AS0はNOx触媒22のNOx吸蔵能力が回復してきたことを判定するための値であり、本実施形態において所定値AS0=0に設定されている。
【0046】
ここで総SOx量が所定値AS0以下であってNOx触媒22のNOx吸蔵能力が回復したと判断された場合(ステップ130:NO)には、この一連の処理は一旦終了される。
【0047】
先のステップ130の判断において総SOx量が所定値AS0を超えていると判断された場合には(ステップ130:YES)、処理はステップ132に進む。このステップ132では温度センサ26により検出された触媒床温がSOxを脱離することができる所定温度THc以上であるかどうかが判断される。触媒床温が所定温度THc未満であると判定された場合(ステップ132:NO)には、この一連の処理は一旦終了される。
【0048】
一方、触媒床温がこの所定温度THcを上回っている場合には(ステップ132:YES)、NOx触媒22からのSOxの脱離が可能であるため、燃焼モードがリッチ空燃比でのリッチ燃焼に切り替えられてリッチ燃焼の継続時間Teが計測される(ステップ134)。
【0049】
次にステップ136において、触媒床温に応じて目標空燃比がリッチ側に設定される。この場合のリッチ燃焼も図5に示されるように制御中心がストイキ空燃比よりもリッチ寄りとなるような酸素センサ24による空燃比フィードバック制御を通じてフィードバック(F/B)係数kafが算出される。従って、ステップ136では、先のステップ112と同様にして空燃比フィードバック制御に用いるフィードバック(F/B)定数が設定される。なお、このリッチ燃焼モードでは、全気筒の空燃比がストイキ空燃比からリッチ空燃比に設定され、これら全気筒#1〜#4の平均的な空燃比もストイキ空燃比よりもリッチに設定される。
【0050】
このようにして目標空燃比がリッチ側に設定されると、ステップ138においてリッチ燃焼の継続許可時間Tp1が設定される。排気空燃比がリッチ側に設定されて実際にリッチ燃焼が行われると、燃費悪化やエミッションが悪化することとなる。この燃費悪化やエミッション悪化はリッチ燃焼の継続時間Teが長くなればなるほど悪化することとなる。そのため、図7に示されるマップを参照してリッチ燃焼時の空燃比に基づいてリッチ継続許可時間Tp1が設定される。
【0051】
リッチ燃焼の継続許可時間Tp1が設定された後、図5に示されるように排気空燃比がリッチ側の目標空燃比となるように制御されて全気筒においてリッチ燃焼が行われる(ステップ140)。
【0052】
このようにしてリッチ燃焼が行われると、リッチ燃焼の継続時間Teが先のステップ138にて設定された継続許可時間Tp1以上かどうかが判断される(ステップ142)。継続時間Teが継続許可時間Tp1未満であると判断された場合には(ステップ142:NO)、この一連の処理は一旦終了される。また、継続時間Teが継続許可時間Tp1以上であると判断された場合(ステップ142:YES)には、処理はステップ144に進む。
【0053】
そして、次のステップ144では、排気空燃比がストイキ空燃比となるように制御されてストイキ燃焼が行われてSOx被毒回復処理が終了される。
以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【0054】
・ NOx触媒22の硫黄被毒回復制御を行うに際して、硫黄被毒回復制御中の排気空燃比に応じてリッチ継続許可時間Tpが設定され、硫黄被毒回復制御におけるリッチ燃焼の継続時間Teが継続許可時間Tpに達したとき硫黄被毒回復制御が強制的に終了される。そのため、硫黄被毒回復制御が長期に亘り継続されるのを防止でき、燃費悪化やエミッションの悪化を抑制することができる。
【0055】
・ しかも、硫黄被毒回復制御によって制御される排気空燃比に応じてリッチ継続許可時間Tpが設定されるので、硫黄被毒回復制御における排気空燃比のリッチ化度合に関わらず、燃費悪化やエミッション悪化を適切に抑制することができる。
【0056】
・ また、硫黄被毒回復制御によって制御される排気空燃比は、触媒温度が低くなるほどリッチ化度合が大きくなるように可変としているので、燃費悪化やエミッション悪化の傾向が顕著に生じるが、このようにリッチ化度合を可変したとしても、好適に燃費悪化やエミッション悪化を抑制することができる。
【0057】
・ また、NOx触媒22の総SOx量が所定値AS0(<許容値ASt)を上回るときにはエンジン10のストイキ運転モードが選択されたときの排気空燃比がリッチ空燃比になるように制御される。このときに、触媒からの硫黄成分の脱離が促進されて触媒に吸蔵された硫黄成分の吸蔵量が許容値を上回る頻度が少なくなる。よって、触媒から硫黄成分を脱離させるためにリーン運転が中断されることを抑えることができるとともに、効率よく触媒から硫黄成分を脱離させることができる。その結果、燃費悪化を抑制することができる。
【0058】
・ さらに、ストイキ運転モードが選択されたときに、触媒床温が所定温度THc以上であることを条件にストイキ運転モードが選択されたときの排気空燃比がリッチ空燃比になるように制御される。そのため、触媒床温を上昇させるための無駄な燃料消費を抑えて燃費悪化を抑制することができる。
【0059】
・ また、ストイキ運転モードが選択されたときのリッチ空燃比を少なくとも触媒温度が低くなるほどリッチ度合が大きくなるように可変としている。そのため、触媒温度が低くなるほどNOx触媒22から硫黄成分が脱離されにくくなるが、リッチ度合を大きくすることによりNOx触媒22からの硫黄成分の脱離を促進することができ、好適にNOx触媒22の硫黄被毒回復を行うことができる。
【0060】
なお、実施形態は以下のように構成を変更して実施することができる。
・ 上記実施形態において、排気通路18において三元触媒20及びNOx触媒22間に設けた酸素センサ24に代えて、排気空燃比をリニアに検出する空燃比センサを設けてもよい。この場合には、被毒回復制御におけるリッチ燃焼の目標空燃比を直接的に設定するようにしてもよい。
【0061】
・ 上記実施形態では、総SOx量が許容値ASt以上であって触媒床温がTHc以上のときには昇温燃焼におけるリッチ気筒をよりリッチに、リーン気筒の空燃比をリッチ側にすることによりリッチ燃焼を実行するようにしたが、全気筒の空燃比をリッチとしたリッチ燃焼を行うようにしてもよい。
【0062】
・ 上記実施形態では、排気通路18に三元触媒20及びNOx吸蔵還元触媒22を設けてあるが、排気通路18にNOx吸蔵還元触媒22のみを設けた構成であってもよい。この場合には、ストイキ燃焼運転中において、NOx吸蔵還元触媒による排気浄化によりHC,COエミッションの悪化を避けることができる。
【0063】
・ 上記実施形態では、排気浄化装置を燃焼室12内にインジェクタ14から燃料を直接噴射する、いわゆる筒内噴射式のエンジン10に適用しているが、燃料を吸気ポート内に噴射する吸気ポート噴射式のエンジンに適用することもできる。
【0064】
・ 上記実施形態では、成層燃焼として燃料噴射時期を圧縮行程後期に設定する燃焼(強成層燃焼)のみを行うエンジンを想定していた。こうした強成層燃焼の他、例えば燃料を吸気行程と圧縮行程とに分割して噴射することにより、成層強度を弱めた燃焼(弱成層燃焼)を行うエンジンに対して本発明にかかる排気浄化装置を適用することもできる。また、均質燃焼として、空燃比をストイキ空燃比に設定した燃焼(均質ストイキ燃焼)の他、空燃比をストイキ空燃比よりもリーン側に設定した燃焼(均質リーン燃焼)を行うエンジンに対して本発明にかかる排気浄化装置を適用するようにしてもよい。
【0065】
・ 上記実施形態では温度センサ26によりNOx触媒22の触媒温度を直接検出するようにしたが、内燃機関の運転状態に基づき、より好適には内燃機関の運転履歴に基づき触媒温度を間接的に検出(推定)するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態に係る内燃機関の空燃比制御装置を示す概略構成図。
【図2】被毒回復処理の処理手順を示すフローチャート。
【図3】被毒回復処理の処理手順を示すフローチャート。
【図4】排気空燃比とSOx脱離量との関係を示す説明図。
【図5】被毒回復処理時のF/B定数と空燃比との関係を示す説明図。
【図6】(a)被毒回復制御時における目標空燃比を設定するために使用されるディレー時間を示すマップ、(b)被毒回復制御時における目標空燃比を設定するために使用される積分定数を示すマップ。
【図7】排気空燃比とリッチ継続許可時間との関係を示すマップ。
【符号の説明】
10…エンジン、14…インジェクタ、16…点火プラグ、18…排気通路、20…三元触媒、22…NOx吸蔵還元触媒、24…酸素センサ、26…温度センサ、40…算出手段及び制御手段としての電子制御装置、C…車両。
Claims (4)
- 排気空燃比が少なくともリーン空燃比のときに排気ガス中の硫黄成分を吸蔵する触媒が排気通路に設けられた内燃機関に適用され、排気空燃比がリーン空燃比とされるリーン運転モードと排気空燃比が理論空燃比とされるストイキ運転モードとを有するとともに、機関運転状態に基づき運転モードを選択し、前記ストイキ運転モードが選択されたときには排気空燃比が理論空燃比になるよう前記内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
前記触媒に吸蔵された硫黄成分の吸蔵量を算出する算出手段と、
この算出された吸蔵量が許容値を上回るときには排気空燃比がリッチ空燃比になるように前記混合気の空燃比を制御し、
前記算出された吸蔵量が前記許容値と同許容値よりも小さな所定値との間にあるときに、前記ストイキ運転モードが選択されているときには排気空燃比をリッチ空燃比にするように前記混合気の空燃比を制御するとともに、前記リーン運転モードが選択されているときには同リーン運転モードを継続する制御手段と
を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記制御手段は、前記触媒の温度が所定値以上であることを条件に前記算出された吸蔵量が前記所定値を上回るときには前記ストイキ運転モードが選択されたときの排気空燃比をリッチ空燃比にするよう前記混合気の空燃比を制御することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記制御手段は、前記ストイキ運転モードが選択されたときの前記リッチ空燃比での燃焼の継続時間が同リッチ空燃比に応じた継続許可時間以内となるように制限する
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
前記ストイキ運転モードが選択されたときの前記リッチ空燃比は、少なくとも前記触媒の温度が低くなるほどリッチ化度合が大きくなるように可変とされる
ことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
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