JP3882401B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ディーゼル機関においては機関の低速低負荷運転時、特に機関の暖機運転時には燃焼室内の温度が低くなり、その結果多量の未燃HCが発生する。そこで機関排気通路内に排気制御弁を配置し、機関低速低負荷運転時に排気制御弁を閉弁すると共に燃料噴射量を大巾に増量することにより燃焼室内の温度を高めて噴射燃料を燃焼室内で完全燃焼させ、それによって未燃HCの発生量を抑制するようにしたディーゼル機関が公知である(特開昭49−80414号公報参照)。
【0003】
また、機関排気通路内に排気浄化用触媒を配置した場合には触媒温度が十分に高くならないと触媒による良好な排気浄化作用は行われない。そこで機関の出力を発生させるための主燃料の噴射に加え副燃料を膨張行程中に噴射し、副燃料を燃焼させることにより排気ガス温を上昇させ、それによって触媒の温度を上昇させるようにした内燃機関が公知である(特開平8−303290号公報および特開平10−212995号公報参照)。
【0004】
また、従来より未燃HCを吸着しうる触媒が知られている。この触媒は周囲の圧力が高くなればなるほど未燃HCの吸着量が増大し、周囲の圧力が低くなると吸着した未燃HCを放出する性質を有する。そこでこの性質を利用して触媒から放出された未燃HCによりNOx を還元するために、機関排気通路内にこの触媒を配置すると共に触媒下流の機関排気通路内に排気制御弁を配置し、NOx の発生量の少ない機関低速低負荷運転時には機関出力の発生のための主燃料に加え少量の副燃料を膨張行程中又は排気行程中に噴射して多量の未燃HCを燃焼室から排出させ、更にこのとき機関の出力低下が許容範囲内に納まるように排気制御弁を比較的に小さな開度まで閉弁することにより排気通路内の圧力を高めて燃焼室から排出される多量の未燃HCを触媒内に吸着させ、NOx の発生量の多い機関高速又は高負荷運転時には排気制御弁を全開にして排気通路内の圧力を低下させ、このとき触媒から放出される未燃HCによってNOx を還元するようにした内燃機関が公知である(特開平10−238336号公報参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
さて、現在ディーゼル機関はもとより火花点火式内燃機関においても機関低負荷運転時、特に機関の暖機運転時に発生する未燃HCの量をいかにして低減するかが大きな問題となっている。そこで本発明者はこの問題を解決すべく実験研究を行い、その結果機関の暖機運転時等において大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減するためには燃焼室内における未燃HCの発生量を低減しかつ同時に排気通路内における未燃HCの低減量を増大しなければならないことが判明したのである。
【0006】
具体的に言うと、膨張行程中又は排気行程中に燃焼室内に副燃料を追加噴射してこの副燃料を燃焼させ、機関排気ポートの出口からかなり距離を隔てた機関排気通路内に排気制御弁を設けてこの排気制御弁をほぼ全閉させると、これら副燃料の燃焼と排気制御弁による排気絞り作用との相乗効果によって燃焼室内における未燃HCの発生量が低減すると共に排気通路内における未燃HCの低減量が増大し、斯くして大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減しうることが判明したのである。
【0007】
もう少し詳しく言うと、副燃料が噴射されると副燃料自身が燃焼せしめられるばかりでなく主燃料の燃え残りである未燃HCが燃焼室内で燃焼せしめられる。従って燃焼室内で発生する未燃HCの量が大巾に低減するばかりでなく、主燃料の燃え残りである未燃HCおよび副燃料が燃焼せしめられるので既燃ガス温がかなり高温となる。
【0008】
一方、排気制御弁がほぼ全閉せしめられると機関の排気ポートから排気制御弁に到る排気通路内の圧力、即ち背圧がかなり高くなる。背圧が高いということは燃焼室内から排出された排気ガス温がさほど低下しないことを意味しており、従って排気ポート内における排気ガス温はかなり高温となっている。一方、背圧が高いということは排気ポート内に排出された排気ガスの流速が遅いことを意味しており、従って排気ガスは高温の状態で排気制御弁上流の排気通路内に長時間に亘って滞留することになる。この間に排気ガス中に含まれる未燃HCが酸化せしめられ、斯くして大気中に排出される未燃HCの量が大巾に低減されることになる。
【0009】
この場合、もし副燃料を噴射しなかった場合には主燃料の燃え残りの未燃HCがそのまま残存するために燃焼室内において多量の未燃HCが発生する。また副燃料を噴射しなかった場合には燃焼室内の既燃ガス温がさほど高くならないためにこのときたとえ排気制御弁をほぼ全閉させても排気制御弁上流の排気通路内での未燃HCの十分な酸化作用は期待できない。従ってこのときには多量の未燃HCが大気中に排出されることになる。
【0010】
一方、排気制御弁による排気絞り作用を行わない場合でも副燃料を噴射すれば燃焼室内で発生する未燃HCの発生量は低減し、燃焼室内の既燃ガス温は高くなる。しかしながら排気制御弁による排気絞り作用を行わない場合には燃焼室から排気ガスが排出されるや否や排気ガス圧はただちに低下し、斯くして排気ガス温もただちに低下する。従ってこの場合には排気通路内における未燃HCの酸化作用はほとんど期待できず、斯くしてこのときにも多量の未燃HCが大気中に排出されることになる。
【0011】
即ち、大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減するためには副燃料を噴射しかつ同時に排気制御弁をほぼ全閉にしなければならないことになる。
前述の特開昭49−80414号公報に記載されたディーゼル機関では副燃料が噴射されず、主燃料の噴射量が大巾に増大せしめられるので排気ガス温は上昇するが極めて多量の未燃HCが燃焼室内で発生する。このように燃焼室内において極めて多量の未燃HCが発生するとたとえ排気通路内において未燃HCの酸化作用が行われたとしても一部の未燃HCしか酸化されないので多量の未燃HCが大気中に排出されることになる。
【0012】
一方、前述の特開平8−303290号公報又は特開平10−212995号公報に記載された内燃機関では排気制御弁による排気絞り作用が行われていないので排気通路内における未燃HCの酸化作用はほとんど期待できない。従ってこの内燃機関においても多量の未燃HCが大気中に排出されることになる。
また前述の特開平10−238336号公報に記載された内燃機関では機関の出力低下が許容範囲内に納まるように排気制御弁が比較的小さな開度まで閉弁せしめられる。しかしながら機関の出力低下が許容範囲内に納まる程度の排気制御弁の閉弁量では背圧はそれほど高くなっていない。
【0013】
また、この内燃機関では触媒に吸着すべき未燃HCを発生させるために少量の副燃料が膨張行程中又は排気行程中に噴射される。この場合、副燃料が良好に燃焼せしめられれば未燃HCが発生しなくなるのでこの内燃機関では副燃料が良好に燃焼しないように副燃料の噴射制御を行っているものと考えられる。従ってこの内燃機関では少量の副燃料が既燃ガス温の温度上昇にはさほど寄与していないものと考えられる。
【0014】
このようにこの内燃機関では多量の未燃HCが燃焼室内において発生せしめられ、しかも背圧はそれほど高くならず既燃ガス温もさほど温度上昇しないと考えられるので排気通路内においても未燃HCはさほど酸化されないものと考えられる。この内燃機関ではできるだけ多量の未燃HCを触媒に吸着させることを目的としており、従ってこのように考えるのが理にかなっていると言える。
【0015】
ところで前述したように大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減するためには燃焼室から排気通路内に排出された排気ガスの温度をできる限り高温に保持する必要がある。この場合、副燃料の噴射量を増大すればするほど排気ガス温は高くなり、従って排気ガス温を高温にするには副燃料の噴射量を増大すればよいことになる。しかしながら副燃料の噴射量を増大すると燃料消費量が増大してしまう。従って燃料消費量のことを考えると排気ガス温を極度に高くすることはできず、従って排気ガス温には最適値が存在することになる。
【0016】
本発明の目的は燃料消費量を考慮しつつ大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明では、機関排気ポートの出口に接続された排気通路内に排気ポートの出口から予め定められた距離を隔てて排気制御弁を配置し、大気中への未燃HCの排出量を低減すべきであると判断されたときには排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射しかつ排気制御弁上流の排気通路内の排気ガス温が予め定められた目標温度となるように副燃料の噴射量を制御し、排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量を増量させるようにし、更に副燃料を燃焼せしめるのに十分な酸素が燃焼室内に残存しているか否かを判断する判断手段を具備し、判断手段による判断結果に基づき副燃料を燃焼せしめるのに十分な酸素の存在下でもって副燃料が燃焼せしめられるように副燃料の噴射量を制御するようにし、副燃料を燃焼せしめるのに十分な酸素が燃焼室内に残存していないと判断されたときには吸入空気量を増大させるようにしている。
【0024】
【発明の実施の形態】
図1および図2は本発明を成層燃焼式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明は均一リーン空燃比のもとで燃焼が行われる火花点火式内燃機関、および空気過剰のもとで燃焼が行われるディーゼル機関にも適用することができる。
【0025】
図1を参照すると、1は機関本体を示し、機関本体1は1番気筒#1、2番気筒#2、3番気筒#3および4番気筒#4からなる4つの気筒を有する。図2は各気筒#1,#2,#3,#4の側面断面図を示している。図2を参照すると、2はシリンダブロック、3はシリンダヘッド、4はピストン、5は燃焼室、6はシリンダヘッド3の内壁面周縁部に配置された燃料噴射弁、7はシリンダヘッド3の内壁面中央部に配置された点火栓、8は吸気弁、9は吸気ポート、10は排気弁、11は排気ポートを夫々示す。
【0026】
図1および図2を参照すると、吸気ポート9は対応する吸気枝管12を介してサージタンク13に連結され、サージタンク13は吸気ダクト14およびエアフローメータ15を介してエアクリーナ16に連結される。吸気ダクト14内にはステップモータ17により駆動されるスロットル弁18が配置される。一方、図1に示される実施例では点火順序が1−3−4−2とされており、図1に示されるように点火順序が一つおきの気筒#1,#4の排気ポート11は共通の第1の排気マニホルド19に連結され、点火順序が一つおきの残りの気筒#2,#3の排気ポート11は共通の第2の排気マニホルド20に連結される。これら第1の排気マニホルド19と第2の排気マニホルド20は共通の排気管21に連結され、排気管21は更に別の排気管22に連結される。排気管22内には負圧ダイアフラム装置又は電気モータからなるアクチュエータ23により駆動される排気制御弁24が配置される。
【0027】
図1に示されるように排気管21とサージタンク13とは排気ガス再循環(以下EGRと称す)通路25を介して互いに連結され、EGR通路25内には電気制御式EGR制御弁26が配置される。燃料噴射弁6は共通の燃料リザーバ、いわゆるコモンレール27に連結される。このコモンレール27内へは燃料タンク28内の燃料が電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ29を介して供給され、コモンレール27内に供給された燃料が各燃料噴射弁6に供給される。コモンレール27にはコモンレール27内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ30が取付けられ、燃料圧センサ30の出力信号に基づいてコモンレール27内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ29の吐出量が制御される。
【0028】
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によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45および出力ポート46を具備する。エアフローメータ15は吸入空気量に比例した出力電圧を発生し、この出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。機関本体1には機関冷却水温を検出するための水温センサ31が取付けられ、この水温センサ31の出力信号は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。
【0029】
また、第1排気マニホルド19の枝管入口部には排気ポート11出口における排気ガス温を検出するための温度センサ32が配置され、この温度センサ32の出力信号は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。更に、排気管21の集合部には副燃料を燃焼せしめるのに十分な酸素が燃焼室5内に残存しているか否かを判断するためのセンサ33が配置される。図1に示す実施例ではこのセンサ33は図3に示されるように空燃比A/Fに応じた電流Iを発生する空燃比センサからなる。この空燃比センサ33の発生する電流Iは電圧に変換されて対応するAD変換器47を介し入力ポート45に入力される。また、入力ポート45には燃料圧センサ30の出力信号が対応するAD変換器47を介して入力される。
【0030】
また、アクセルペダル50にはアクセルペダル50の踏込み量Lに比例した出力電圧を発生する負荷センサ51が接続され、負荷センサ51の出力電圧は対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。また、入力ポート45にはクランクシャフトが例えば30°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ52が接続される。一方、出力ポート46は対応する駆動回路48を介して燃料噴射弁6、点火栓7、スロットル弁制御用ステップモータ17、排気制御弁制御用アクチュエータ23、EGR制御弁26および燃料ポンプ29に接続される。
【0031】
図4は燃料噴射量Q1,Q2,Q(=Q1 +Q2 )、噴射開始時期θS1,θS2、噴射完了時期θE1,θE2および燃焼室5内における平均空燃比A/Fを示している。なお、図4において横軸Lはアクセルペダル50の踏込み量、即ち要求負荷を示している。
図4からわかるように要求負荷LがL1 よりも低いときには圧縮行程末期のθS2からθE2の間において燃料噴射Q2が行われる。このときには平均空燃比A/Fはかなりリーンとなっている。要求負荷LがL1 とL2 の間のときには吸気行程初期のθS1からθE1の間において第1回目の燃料噴射Q1が行われ、次いで圧縮行程末期のθS2からθE2の間において第2回目の燃料噴射Q2が行われる。このときにも空燃比A/Fはリーンとなっている。要求負荷LがL2 よりも大きいときには吸気行程初期のθS1からθE1の間において燃料噴射Q1が行われる。このときには要求負荷Lが低い領域では平均空燃比A/Fがリーンとされており、要求負荷Lが高くなると平均空燃比A/Fが理論空燃比とされ、要求負荷Lが更に高くなると平均空燃比A/Fがリッチとされる。なお、圧縮行程末期にのみ燃料噴射Q2が行われる運転領域、二回に亘って燃料噴射Q1およびQ2が行われる運転領域および吸気行程初期にのみ燃料噴射Q1が行われる運転領域は要求負荷Lのみにより定まるのではなく、実際には要求負荷Lおよび機関回転数により定まる。
【0032】
図2は要求負荷LがL1 (図4)よりも小さいとき、即ち圧縮行程末期においてのみ燃料噴射Q2が行われる場合を示している。図2に示されるようにピストン4の頂面上にはキャビティ4aが形成されており、要求負荷LがL1 よりも低いときには燃料噴射弁6からキャビティ4aの底壁面に向けて圧縮行程末期に燃料が噴射される。この燃料はキャビティ4aの周壁面により案内されて点火栓7に向かい、それによって点火栓7の周りに混合気Gが形成される。次いでこの混合気Gは点火栓7により着火せしめられる。
【0033】
一方、前述したように要求負荷LがL1 とL2 との間にあるときには二回に分けて燃料噴射が行われる。この場合、吸気行程初期に行われる第1回目の燃料噴射Q1によって燃焼室5内に稀薄混合気が形成される。次いで圧縮行程末期に行われる第2回目の燃料噴射Q2によって点火栓7周りに最適な濃度の混合気が形成される。この混合気が点火栓7により着火せしめられ、この着火火炎によって稀薄混合気が燃焼せしめられる。
【0034】
一方、要求負荷LがL2 よりも大きいときには図4に示されるように燃焼室5内にはリーン又は理論空燃比又はリッチ空燃比の均一混合気が形成され、この均一混合気が点火栓7により着火せしめられる。
次に図5を参照しつつまず初めに本発明による未燃HCの低減方法について概略的に説明する。なお、図5において横軸はクランク角を示しており、BTDCおよびATDCは夫々上死点前および上死点後を示している。
【0035】
図5(A)は本発明による方法によって特に未燃HCを低減する必要のない場合であって要求負荷LがL1 よりも小さいときの燃料噴射時期を示している。図5(A)に示されるようにこのときには圧縮行程末期に主燃料Qmのみが噴射され、このとき排気制御弁24は全開状態に保持されている。
これに対し、本発明による方法によって未燃HCを低減する必要がある場合には排気制御弁24がほぼ全閉せしめられ、更に図5(B)に示されるように機関出力を発生させるための主燃料Qmの噴射に加え、膨張行程中に、図5(B)に示される例では圧縮上死点後(ATDC)60°付近において副燃料Qaが追加噴射される。なおこの場合、主燃料Qmの燃焼後、副燃料Qaを完全に燃焼せしめるのに十分な酸素が燃焼室5内に残存するように主燃料Qmは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。また、図5(A)と図5(B)とは機関負荷と機関回転数が同一であるときの燃料噴射期間を示しており、従って機関負荷と機関回転数が同一である場合には図5(B)に示される場合の主燃料Qmの噴射量の方が図5(A)に示される場合の主燃料Qmの噴射量に比べて増量せしめられている。
【0036】
図6は機関排気通路の各位置における排気ガス中の未燃HCの濃度(ppm)の一例を示している。図6に示す例において黒三角は排気制御弁24を全開にした状態で図5(A)に示す如く圧縮行程末期において主燃料Qmを噴射した場合の排気ポート11出口における排気ガス中の未燃HCの濃度(ppm)を示している。この場合には排気ポート11出口における排気ガス中の未燃HCの濃度は6000ppm 以上の極めて高い値となる。
【0037】
一方、図6に示す例において黒丸および実線は排気制御弁24をほぼ全閉とし、図5(B)に示されるように主燃料Qmおよび副燃料Qaを噴射した場合の排気ガス中の未燃HCの濃度(ppm)を示している。この場合には排気ポート11出口における排気ガス中の未燃HCの濃度は2000ppm 以下となり、排気制御弁24の付近においては排気ガス中の未燃HCの濃度は150ppm 程度まで減少する。従ってこの場合には大気中に排出される未燃HCの量が大巾に低減せしめられることがわかる。
【0038】
このように排気制御弁24上流の排気通路内において未燃HCが減少するのは未燃HCの酸化反応が促進されているからである。しかしながら図6の黒三角で示されるように排気ポート11出口における未燃HCの量が多い場合、即ち燃焼室5内での未燃HCの発生量が多い場合にはたとえ排気通路内における未燃HCの酸化反応を促進しても大気中に排出される未燃HCの量はさほど低減しない。即ち、排気通路内における未燃HCの酸化反応を促進することによって大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減しうるのは図6の黒丸で示されるように排気ポート11出口における未燃HCの濃度が低いとき、即ち燃焼室5内での未燃HCの発生量が少ないときである。
【0039】
このように大気中に排出される未燃HCの量を低減させるためには燃焼室5内での未燃HCの発生量を低下させかつ排気通路内における未燃HCの酸化反応を促進させるという二つの要求を同時に満たす必要がある。そこでまず初めに2番目の要求、即ち排気通路内における未燃HCの酸化反応を促進させることから説明する。
【0040】
本発明によれば大気中に排出される未燃HCの量を低減すべきときには排気制御弁24がほぼ全閉とされる。このように排気制御弁24がほぼ全閉にされると排気ポート11内、排気マニホルド19,20内、排気管21内、および排気制御弁24上流の排気管22内の圧力、即ち背圧はかなり高くなる。
背圧が高くなるということは燃焼室5内から排気ポート11内に排気ガスが排出されたときに排気ガスの圧力がさほど低下せず、従って燃焼室5から排出された排気ガス温もさほど低下しないことを意味している。従って排気ポート11内に排出された排気ガス温はかなり高温に維持されている。一方、背圧が高いということは排気ガスの密度が高いことを意味しており、排気ガスの密度が高いということは排気ポート11から排気制御弁24に至る排気通路内における排気ガスの流速が遅いことを意味している。従って排気ポート11内に排出された排気ガスは高温のもとで長時間に亘り排気制御弁24上流の排気通路内に滞留することになる。
【0041】
このように排気ガスが高温のもとで長時間に亘り排気制御弁24上流の排気通路内に滞留せしめられるとその間に未燃HCの酸化反応が促進される。この場合、本発明者による実験によると排気通路内における未燃HCの酸化反応を促進するためには排気ポート11出口における排気ガス温をほぼ750℃以上、好ましくは800℃以上にする必要があることが判明している。
【0042】
また、高温の排気ガスが排気制御弁24上流の排気通路内に滞留している時間が長くなればなるほど未燃HCの低減量は増大する。この滞留時間は排気制御弁24の位置が排気ポート11出口から離れれば離れるほど長くなり、従って排気制御弁24は排気ポート11出口から未燃HCを十分に低減するのに必要な距離を隔てて配置する必要がある。排気制御弁24を排気ポート11出口から未燃HCを十分に低減するのに必要な距離を隔てて配置すると図6の実線に示されるように未燃HCの濃度は大巾に低減する。なお、本発明者による実験によると未燃HCを十分に低減するためには排気ポート11出口から排気制御弁24までの距離を1メートル以上とすることが好ましいことが判明している。
【0043】
ところで前述したように排気通路内における未燃HCの酸化反応を促進するためには排気ポート11出口における排気ガス温をほぼ750℃以上、好ましくは800℃以上にする必要がある。また、大気中に排出される未燃HCの量を低減するためには前述した1番目の要求を満たさなければならない。即ち燃焼室5内での未燃HCの発生量を低下させる必要がある。そのために本発明では機関出力を発生するための主燃料Qmに加え、主燃料Qmの噴射後に副燃料Qaを追加噴射して副燃料Qaを燃焼室5内で燃焼せしめるようにしている。
【0044】
即ち、副燃料Qaを燃焼室5内で燃焼せしめると副燃料Qaの燃焼時に主燃料Qmの燃え残りである多量の未燃HCが燃焼せしめられる。また、この副燃料Qaは高温ガス中に噴射されるので副燃料Qaは良好に燃焼せしめられ、従って副燃料Qaの燃え残りである未燃HCはさほど発生しなくなる。斯くして最終的に燃焼室5内で発生する未燃HCの量はかなり少なくなる。
【0045】
また、副燃料Qaを燃焼室5内で燃焼せしめると主燃料Qm自身および副燃料Qa自身の燃焼による発熱に加え、主燃料Qmの燃え残りである未燃HCの燃焼熱が追加的に発生するので燃焼室5内の既燃ガスはかなり高くなる。このように主燃料Qmに加え副燃料Qaを追加噴射して副燃料Qaを燃焼させることにより燃焼室5内で発生する未燃HCの量を低減しかつ排気ポート11出口における排気ガス温を750℃以上、好ましくは800℃以上にすることができる。
【0046】
このように本発明では副燃料Qaを燃焼室5内で燃焼せしめる必要があり、そのためには副燃料Qaの燃焼時に燃焼室5内に十分な酸素が残存していることが必要であり、しかも噴射された副燃料Qaが燃焼室5内で良好に燃焼せしめられる時期に副燃料Qaを噴射する必要がある。
そこで本発明では副燃料Qaの燃焼時に燃焼室5内に十分な酸素が残存しうるように主燃料Qmは空気過剰のもとで燃焼せしめられる。また、図2に示される成層燃焼式内燃機関において噴射された副燃料Qaが燃焼室5において良好に燃焼せしめられる噴射時期は図5において矢印Zで示される圧縮上死点後(ATDC)ほぼ50°からほぼ90°の膨張行程であり、従って図2に示される成層燃焼式内燃機関においては副燃料Qaは圧縮上死点後(ATDC)ほぼ50°からほぼ90°の膨張行程において噴射される。なお、圧縮上死点後(ATDC)ほぼ50°からほぼ90°の膨張行程において噴射された副燃料Qaは機関の出力の発生には寄与しない。
【0047】
ところで本発明者による実験によると図2に示される成層燃焼式内燃機関では副燃料Qaが圧縮上死点後(ATDC)60°付近において噴射されたときに大気中に排出される未燃HCの量は最も少なくなる。従って本発明による実施例では図5(B)に示されるように副燃料Qaの噴射時期はほぼ圧縮上死点後(ATDC)60°付近とされる。
【0048】
副燃料Qaの最適な噴射時期は機関の型式によって異なり、例えばディーゼル機関では副燃料Qaの最適な噴射時期は膨張行程中か又は排気行程中となる。従って本発明では副燃料Qaの燃料噴射は膨張行程中又は排気行程中に行われる。
一方、燃焼室5内の既燃ガス温は主燃料Qmの燃焼熱と副燃料Qaの燃焼熱の双方の影響を受ける。即ち、燃焼室5内の既燃ガス温は主燃料Qmの噴射量が増大するほど高くなり、副燃料Qaの噴射量が増大するほど高くなる。更に、燃焼室5内の既燃ガス温は背圧の影響を受ける。即ち、背圧が高くなるほど燃焼室5から既燃ガスが流出しにくくなるために燃焼室5内に残留する既燃ガス量が多くなり、斯くして排気制御弁24がほぼ全閉せしめられると燃焼室5内の既燃ガス温が上昇せしめられる。
【0049】
ところで排気制御弁24がほぼ閉弁せしめられ、それによって背圧が高くなると機関の発生トルクが最適な要求発生トルクに対して減少する。そこで本発明では図5(B)に示されるように排気制御弁24がほぼ全閉せしめられたときには図5(A)に示されるように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁24が全開せしめられた場合の機関の要求発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁24が全開せしめられた場合に比べて主燃料Qmの噴射量が増量せしめられる。なお、本発明による実施例では排気制御弁24がほぼ全閉せしめられたときにはそのときの機関の発生トルクが同一の機関運転状態のもとで排気制御弁24が全開せしめられた場合の機関の要求発生トルクに一致するように主燃料Qmが増量される。
【0050】
図7は要求負荷Lに対して機関の要求発生トルクを得るのに必要な主燃料Qmの変化を示している。なお、図7において実線は排気制御弁24がほぼ全閉せしめられた場合を示しており、破線は排気制御弁24が全開せしめられた場合を示している。
一方、図8は排気制御弁24をほぼ全閉せしめた場合において排気ポート11出口における排気ガス温をほぼ750℃からほぼ800℃にするのに必要な主燃料Qmと副燃料Qaの関係を示している。前述したように主燃料Qmを増量しても燃焼室5内の既燃ガス温は高くなり、副燃料Qaを増量しても燃焼室5内の既燃ガス温は高くなる。従って排気ポート11出口における排気ガス温をほぼ750℃からほぼ800℃にするのに必要な主燃料Qmと副燃料Qaとの関係は図8に示されるように主燃料Qmを増大すれば副燃料Qaは減少し、主燃料Qmを減少すれば副燃料Qaは増大する関係となる。
【0051】
ただし、主燃料Qmおよび副燃料Qaを同一量増大した場合には副燃料Qaを増量した場合の方が主燃料Qmを増量した場合に比べて燃焼室5内の温度上昇量がはるかに大きくなる。従って燃料消費量の低減という観点からみると副燃料Qaを増大させることによって燃焼室5内の既燃ガス温を上昇させることが好ましいと言える。
【0052】
従って本発明による実施例では排気制御弁24をほぼ全閉せしめたときに機関の発生トルクを要求発生トルクまで上昇させるのに必要な分だけ主燃料Qmを増量し、主として副燃料Qaの燃焼熱によって燃焼室5内の既燃ガス温を上昇させるようにしている。なお、このように主として副燃料Qaの燃焼熱によって燃焼室5内の既燃ガス温を上昇させるようにした場合でも主燃料Qmが増大すれば燃焼ガス温が上昇するので主燃料Qmが増大するほど副燃料Qaを減少させることができる。
【0053】
そこで本発明による実施例では副燃料の噴射量Qaを次式に基づいて算出するようにしている。
Qa=K・Qm
ここでKは補正係数を表している。この補正係数Kは図9に示されるように1.0よりも小さく、かつこの補正係数Kは主燃料の噴射量Qmが増大するにつれて小さくなる。即ち、主燃料の噴射量Qmが増大すると主燃料の噴射量Qmに対する副燃料の噴射量Qaの割合は徐々に減少することになる。
【0054】
このように排気制御弁24をほぼ全閉せしめ、排気ポート11出口における排気ガスをほぼ750℃以上、好ましくはほぼ800℃以上とするのに必要な量の副燃料Qaを噴射すると排気ポート11から排気制御弁24に至る排気通路内において未燃HCの濃度を大巾に減少することができる。このとき排気ポート11から排気制御弁24に至る排気通路内において図6に示されるように未燃HCの濃度をほぼ150p.p.m 程度まで低下させるには排気制御弁24上流の排気通路内の圧力をゲージ圧でもってほぼ80KPa 以上にする必要がある。このときの排気制御弁24による排気通路断面積の閉鎖割合はほぼ95パーセント以上である。
【0055】
従って図1に示される実施例では大気中への未燃ガスの排出量を大巾に低減すべきときには排気制御弁24による排気通路断面積の閉鎖割合がほぼ95パーセント以上となるように排気制御弁24がほぼ全閉せしめられる。なお、排気ポート11から排気制御弁24に至る排気通路内において未燃HCを600p.p.m から800p.p.m 程度まで減少せしめれば十分な場合には排気制御弁24上流の排気通路の圧力をゲージ圧でもってほぼ30KPa 程度とすれば十分である。このときには排気制御弁24による排気通路断面積の閉鎖割合はほぼ90パーセントとなる。
【0056】
内燃機関において多量の未燃HCが発生するのは燃焼室5内の温度が低いときである。燃焼室5内の温度が低いときは機関の始動および暖機運転時、および機関低負荷時であり、従って機関の始動および暖機運転時、および機関低負荷時に多量の未燃HCが発生することになる。このように燃焼室5内の温度が低いときにはたとえ排気通路内に酸化機能を有する触媒を配置しておいても触媒温度が低く触媒が活性化していないのでこのときに発生する多量の未燃HCを触媒により酸化させることは困難である。
【0057】
そこで本発明による実施例では機関の始動および暖機運転時、および機関低負荷時には排気制御弁24をほぼ全閉せしめ、主燃料Qmを増量すると共に副燃料Qaを追加噴射し、それによって大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減せしめるようにしている。
図10は機関始動および暖機運転時における主燃料Qmの変化の一例および排気制御弁24の開度を示している。なお、図10において実線Xは排気制御弁24をほぼ全閉にした場合の最適な主燃料Qmの噴射量を示しており、破線Yは排気制御弁24を全開にした場合の最適な主燃料Qmの噴射量を示している。図10からわかるように機関始動および暖機運転時には排気制御弁24がほぼ全閉せしめられ、同一の機関運転状態のもとで排気制御弁24が全開せしめられた場合の最適な主燃料Qmの噴射量Yよりも主燃料Qmの噴射量Xが増量せしめられ、更に副燃料Qaが追加噴射される。
【0058】
図11は機関低負荷時における主燃料Qmの変化の一例および排気制御弁24の開度を示している。なお、図11において実線Xは排気制御弁24をほぼ全閉にした場合の最適な主燃料Qmの噴射量を示しており、破線Yは排気制御弁24を全開にした場合の最適な主燃料Qmの噴射量を示している。図11からわかるように機関低負荷時には排気制御弁24がほぼ全閉せしめられ、同一の機関運転状態のもとで排気制御弁24が全開せしめられた場合の最適な主燃料Qmの噴射量Yよりも主燃料Qmの噴射量Xが増量せしめられ、更に副燃料Qaが追加噴射される。
【0059】
ところで前述したように排気通路内における未燃HCの酸化反応を促進するためには排気ポート11出口における排気ガス温をほぼ750℃以上、好ましくは800℃以上にする必要がある。この場合、排気ポート11出口における排気ガス温を高くするには副燃料Qaの噴射量を増大させればよいが副燃料Qaの噴射量を増大させると燃料消費量が増大する。従って燃料消費量を考慮すると排気ポート11出口における排気ガス温には最適温度が存在する。
【0060】
そこで本発明では排気制御弁24上流の排気通路内における排気ガス温が予め定められた目標温度となるように副燃料Qaの噴射量を制御するようにしている。具体的に云うと本発明による実施例では温度センサ32により排気ポート11出口における排気ガス温を検出し、この排気ガス温が予め定められた目標温度、例えば800℃よりも低くなったときには副燃料Qaの噴射量を増大し、この排気ガス温が予め定められた目標温度よりも高くなったときには副燃料Qaの噴射量を減少させるようにしている。
【0061】
また、副燃料Q2の噴射量を増大したときに燃焼室5内における酸素が不足すると多量の未燃HCが発生する。従って本発明による第1実施例では空燃比センサ32により検出された空燃比が理論空燃比に対してわずかばかりリーンである限界空燃比、例えば15.0よりも小さくなったときには副燃料Qaの増量作用を停止するようにしている。
【0062】
即ち、図12に示されるように第1実施例では空燃比A/Fが限界空燃比(A/F)。よりも大きい限り、排気ポート11出口における排気ガス温TEが目標温度TEOよりも低くければ副燃料の噴射量Qaが徐々に増大せしめられ、排気ポート11出口における排気ガス温TEが目標温度TEOよりも高くなれば副燃料の噴射量Qaが徐々に減少せしめられる。斯くして排気ポート11出口における排気ガス温TEが目標温度TEOに制御される。
【0063】
一方、空燃比A/Fが小さくなって限界空燃比(A/F)o に達すると副燃料の噴射量Qaが一定量だけ減少せしめられ、その結果空燃比A/Fが増大せしめられる。従って空燃比A/Fが限界空燃比(A/F)o より小さくなることがないので副燃料の燃焼時には燃焼室5内に副燃料を燃焼せしめるのに十分な酸素が残存していることになり、斯くして多量の未燃HCが発生するのを阻止することができる。空燃比A/Fが増大せしめられると再び副燃料の噴射量Qaが増大せしめられ、斯くして図12に示されるようにTE<TEOである間、空燃比A/Fは限界空燃比(A/F)o 付近に維持される。
【0064】
図13は第1実施例を実行するための運転制御ルーチンを示している。
図13を参照するとまず初めにステップ100において機関始動および暖機運転時であるか否かが判別される。機関始動および暖機運転時でないときにはステップ102にジャンプして機関低負荷時か否かが判別される。機関低負荷時でないときにはステップ103に進んで排気制御弁24が全開せしめられ、次いでステップ104に進んで主燃料Qmの噴射制御が行われる。このとき副燃料Qaの噴射は行われない。
【0065】
一方、ステップ100において機関始動および暖機運転時であると判断されたときにはステップ101に進んで機関の始動後、予め定められた設定期間が経過したか否かが判別される。設定期間が経過していないときにはステップ105に進み、設定期間が経過したときにはステップ102に進む。一方、ステップ102において機関低負荷時であると判別されたときにもステップ105に進む。
【0066】
ステップ105では排気制御弁24がほぼ全閉せしめられる。次いでステップ106では主燃料Qmの噴射量が算出される。即ち、機関始動および暖機運転時であれば主燃料Qmの噴射量が図10に示されるXとされ、機関低負荷時であれば主燃料Qmの噴射量が図11に示されるXとされる。次いでステップ107では機関始動時におけるように燃焼室5内の平均空燃比がリッチとされる運転状態であるか否かが判別される。燃焼室5内の平均空燃比がリッチとされる運転状態のときにはステップ109にジャンプし、主燃料Qmの噴射制御が行われる。このときには副燃料Qaの噴射は行われない。
【0067】
これに対して燃焼室5内の平均空燃比がリッチとされる運転状態でないときにはステップ108に進んで副燃料Qaの噴射量が算出される。この副燃料Qaの噴射量の算出ルーチンが図14に示されている。次いでステップ109では主燃料Qmおよび副燃料Qaの噴射制御が行われる。
図14を参照するとまず初めにステップ110において図9に示す関係から補正係数Kが算出される。次いでステップ111では主燃料の噴射量Qmに補正係数Kを乗算することによって副燃料の噴射量Qa(=K・Qm)が算出される。次いでステップ112では空燃比センサ33により検出された空燃比A/Fが限界空燃比(A/F)o よりも小さいか否かが判別される。A/F≧(A/F)o のとき、即ち空燃比がリーンのときにはステップ113に進む。
【0068】
ステップ113では温度センサ32により検出された排気ポート11出口における排気ガス温TEが目標温度TEOよりも高いか否かが判別される。TE>TEOのときにはステップ114に進んで副燃料Qaに対する補正値ΔQから一定値αが減算される。次いでステップ116に進む。これに対してTE≦TEOのときにはステップ115に進んで補正値ΔQに一定値αが加算され、次いでステップ116に進む。ステップ116ではステップ111において算出された副燃料の噴射量Qaに補正値ΔQを加算することによって最終的な副燃料の噴射量Qaが算出される。
【0069】
このようにTE>TEOになると副燃料の噴射量Qaが減少せしめられ、TE≦TEOになると副燃料の噴射量Qaが増大せしめられ、それによって排気ガス温TEが目標温度TEOに制御される。
一方、ステップ112においてA/F<(A/F)o であると判別されたときにはステップ117に進んで補正値ΔQから一定値β(>α)が減算され、次いでステップ116に進む。従ってこのときには副燃料の噴射量Qaが一定値βだけ減少せしめられる。
【0070】
図15は空燃比センサ33に代えて排気ガス中の未燃HCの濃度を検出しうるHC濃度センサ33を用いた場合を示している。副燃料Qaを噴射したときに燃焼室5内に十分な酸素が残存していない場合には排気ガス中の未燃HCの量が大巾に増大し、従って排気ガス中の未燃HCの量から副燃料Qaを燃焼せしめるのに十分な酸素が燃焼室5内に残存しているか否かを判断することができる。従って図15に示される第2実施例においては排気ガス中の未燃HCの濃度Dが予め定められた限界濃度DOに達したときには副燃料の噴射量Qaを一定量だけ減少させるようにしている。
【0071】
この第2実施例においても図13に示される運転制御ルーチンが用いられる。ただし、図13のステップ108についてだけは図16に示す副燃料の噴射量の算出ルーチンが用いられ、従って以下図16に示すルーチンのみについて説明する。
図16を参照するとまず初めにステップ150において図9に示す関係から補正係数Kが算出される。次いでステップ151では主燃料の噴射量Qmに補正係数Kを乗算することによって副燃料の噴射量Qa(=K・Qm)が算出される。次いでステップ152ではHC濃度センサ33により検出された排気ガス中のHC濃度Dが限界濃度DOよりも高いか否かが判別される。D≦DOのときにはステップ153に進む。
【0072】
ステップ153では温度センサ32により検出された排気ポート11出口における排気ガス温TEが目標温度TEOよりも高いか否かが判別される。TE>TEOのときにはステップ154に進んで副燃料Qaに対する補正値ΔQから一定値αが減算される。次いでステップ156に進む。これに対してTE≦TEOのときにはステップ155に進んで補正値ΔQに一定値αが加算され、次いでステップ156に進む。ステップ156ではステップ151において算出された副燃料の噴射量Qaに補正値ΔQを加算することによって最終的な副燃料の噴射量Qaが算出される。
【0073】
このようにTE>TEOになると副燃料の噴射量Qaが減少せしめられ、TE≦TEOになると副燃料の噴射量Qaが増大せしめられ、それによって排気ガス温TEが目標温度TEOに制御される。
一方、ステップ152においてD>DOであると判別されたときにはステップ157に進んで補正値ΔQから一定値β(>α)が減算され、次いでステップ156に進む。従ってこのときには副燃料の噴射量Qaが一定値βだけ減少せしめられる。
【0074】
図17に第3実施例を示す。この第3実施例においても空燃比センサ33により検出された空燃比A/Fが限界空燃比(A/F)o よりも大きい限り、排気ポート11出口における排気ガス温TEが目標温度TEOよりも高くなれば副燃料の噴射量Qaが減少せしめられ、排気ポート11出口における排気ガスTEが目標温度TEOよりも低くなれば副燃料の噴射量Qaが増大せしめられる。その結果、排気ポート11出口における排気ガス温TEが目標温度TEOに制御される。
【0075】
一方、この第3実施例では空燃比A/Fが限界空燃比(A/F)o まで小さくなるとスロットル弁18の開度TAが増大せしめられる。スロットル弁18の開度TAが増大せしめられると空燃比A/Fが大きくなり、その結果副燃料の噴射量Qaが増大せしめられる。副燃料の噴射量Qaが増大せしめられると空燃比A/Fは限界空燃比(A/F)o となり、その結果スロットル弁18の開度TAが増大せしめられる。従って実際には図17に示されるように空燃比A/Fが限界空燃比(A/F)o に達するとスロットル弁18の開度TAが増大せしめられると共に副燃料の噴射量Qaが増大せしめられ、この間空燃比A/Fは限界空燃比(A/F)o 付近に維持される。
【0076】
このようにこの第3実施例では排気ポート11出口における排気ガス温TEが目標温度TEOよりも低い限り、副燃料の噴射量Qaが増大し続ける。従ってこの第3実施例では排気ガス温TEを急速に目標温度TEOまで上昇させることができるという利点がある。
なお、この第3実施例では空燃比A/Fが図17に示される予め定められたリーン空燃比(A/F)r よりも大きくなったときにスロットル弁18の開度TAが徐々に減少せしめられる。
【0077】
図18は第3実施例を実行するための運転制御ルーチンを示している。
図18を参照するとまず初めにステップ200において機関始動および暖機運転時であるか否かが判別される。機関始動および暖機運転時でないときにはステップ202にジャンプして機関低負荷時か否かが判別される。機関低負荷時でないときにはステップ203に進んで排気制御弁24が全開せしめられ、次いでステップ204に進んで主燃料Qmの噴射制御が行われる。このとき副燃料Qaの噴射は行われない。次いでステップ205ではスロットル弁18が目標開度に制御される。
【0078】
一方、ステップ200において機関始動および暖機運転時であると判断されたときにはステップ201に進んで機関の始動後、予め定められた設定期間が経過したか否かが判別される。設定期間が経過していないときにはステップ206に進み、設定期間が経過したときにはステップ202に進む。一方、ステップ202において機関低負荷時であると判別されたときにもステップ206に進む。
【0079】
ステップ206では排気制御弁24がほぼ全閉せしめられる。次いでステップ207では主燃料Qmの噴射量が算出される。即ち、機関始動および暖機運転時であれば主燃料Qmの噴射量が図10に示されるXとされ、機関低負荷時であれば主燃料Qmの噴射量が図11に示されるXとされる。次いでステップ208ではスロットル弁18の目標開度STOが算出される。次いでステップ209では機関始動時におけるように燃焼室5内の平均空燃比がリッチとされる運転状態であるか否かが判別される。燃焼室5内の平均空燃比がリッチとされる運転状態のときにはステップ211にジャンプし、主燃料Qmの噴射制御が行われる。このときには副燃料Qaの噴射は行われない。
【0080】
これに対して燃焼室5内の平均空燃比がリッチとされる運転状態でないときにはステップ210に進んで副燃料Qaの噴射量が算出される。この副燃料Qaの噴射量の算出ルーチンが図19に示されている。次いでステップ211では主燃料Qmおよび副燃料Qaの噴射制御が行われる。次いでステップ212においてスロットル弁18の開度TAが目標開度STOに制御される。
【0081】
図19を参照するとまず初めにステップ213において図9に示す関係から補正係数Kが算出される。次いでステップ214では主燃料の噴射量Qmに補正係数Kを乗算することによって副燃料の噴射量Qa(=K・Qm)が算出される。
次いでステップ215では空燃比センサ33により検出された空燃比A/Fが限界空燃比(A/F)o よりも小さいか否かが判別される。A/F≧(A/F)o のとき、即ち空燃比がリーンのときにはステップ216に進む。ステップ216では空燃比センサ33により検出された空燃比A/Fが予め定められたリーン空燃比(A/F)r (図17)よりも大きいか否かが判別される。A/F≦(A/F)r のときにはステップ218にジャンプする。
【0082】
ステップ218では温度センサ32により検出された排気ポート11出口における排気ガス温TEが目標温度TEOよりも高いか否かが判別される。TE>TEOのときにはステップ219に進んで副燃料Qaに対する補正値ΔQから一定値αが減算される。次いでステップ221に進む。これに対してTE≦TEOのときにはステップ220に進んで補正値ΔQに一定値αが加算され、次いでステップ221に進む。
【0083】
一方、ステップ215においてA/F<(A/F)o であると判別されたときにはステップ223に進んでスロットル弁18の開度TAに対する補正値ΔSに一定値δが加算される。次いでステップ221に進む。また、ステップ216においてA/F>(A/F)r であると判別されたときにはステップ217に進んで補正値ΔSから一定値δが減算される。ただし、ΔSは零又は正の値とされる。次いでステップ21に進む。
【0084】
ステップ221ではステップ214において算出された副燃料の噴射量Qaに補正値ΔQを加算することによって最終的な副燃料の噴射量Qaが算出される。
次いでステップ222ではステップ208(図18)において算出されたスロットル弁18の目標開度STOに補正値ΔSを加算することによって最終的なスロットル弁18の目標開度STOが算出される。
【0085】
図19に示すルーチンからわかるようにA/F≧(A/F)o のときにはTE>TEOになると副燃料の噴射量Qaが減少せしめられ、TE≦TEOになると副燃料の噴射量Qaが増大せしめられる。斯くして排気ガス温TEが目標温度TEOに制御される。
一方、A/F<(A/F)o になるとスロットル弁18の開度TAが一定値δだけ増大せしめられ、このとき副燃料の噴射量Qaは変化せしめられない。しかしながらスロットル弁18の開度TAが増大するとA/F≧(A/F)o となるためこのときTE≦TEOであれば副燃料の噴射量Qaは増大せしめられる。副燃料の噴射量Qaが増大せしめられるとA/F<(A/F)o となり、スロットル弁18の開度TAが一定値δだけ増大せしめられる。即ち、TE≦TEOのときにはスロットル弁18の開度TAが徐々に増大せしめられると共に副燃料の噴射量Qaが徐々に増大せしめられる。
【0086】
図20は第3実施例における空燃比センサ33に代えて排気ガス中の未燃HCの濃度を検出しうるHC濃度センサ33を用いた場合を示している。図20に示される第4実施例では排気ガス中の未燃HCの濃度Dが予め定められた限界濃度DOまで上昇するとスロットル弁18の開度TAが増大せしめられると共に副燃料の噴射量Qaが増大せしめられる。
【0087】
この第4実施例においても図18に示される運転制御ルーチンが用いられる。ただし、図18のステップ210についてだけは図21に示す副燃料の噴射量の算出ルーチンが用いられ、従って以下図21に示すルーチンのみについて説明する。
図21を参照するとまず初めにステップ250において図9に示す関係から補正係数Kが算出される。次いでステップ251では主燃料の噴射量Qmに補正係数Kを乗算することによって副燃料の噴射量Qa(=K・Qm)が算出される。次いでステップ252ではHC濃度センサ33により検出された排気ガス中のHC濃度Dが限界濃度DOよりも高いか否かが判別される。D≦DOのときにはステップ253に進む。ステップ253ではHC濃度センサ33により検出されたHC濃度Dが予め定められたHC濃度DO1 (図20)よりも低いか否かが判別される。D≧DO1 のときにはステップ255にジャンプする。
【0088】
ステップ255では温度センサ32により検出された排気ポート11出口における排気ガス温TEが目標温度TEOよりも高いか否かが判別される。TE>TEOのときにはステップ256に進んで副燃料Qaに対する補正値ΔQから一定値αが減算される。次いでステップ258に進む。これに対してTE≦TEOのときにはステップ257に進んで補正値ΔQに一定値αが加算され、次いでステップ258に進む。
【0089】
一方、ステップ252においてD>DOであると判別されたときにはステップ260に進んでスロットル弁18の開度TAに対する補正値ΔSに一定値δが加算される。次いでステップ258に進む。また、ステップ253においてD<DO1 であると判別されたときにはステップ254に進んで補正値ΔSから一定値δが減算される。ただし、ΔSは零又は正の値とされる。次いでステップ255に進む。
【0090】
ステップ258ではステップ251において算出された副燃料の噴射量Qaに補正値ΔQを加算することによって最終的な副燃料の噴射量Qaが算出される。次いでステップ259ではステップ208(図18)において算出されたスロットル弁18の目標開度STOに補正値ΔSを加算することによって最終的なスロットル弁18の目標開度STOが算出される。
【0091】
図21に示すルーチンからわかるようにD≦DOのときにはTE>TEOになると副燃料の噴射量Qaが減少せしめられ、TE≦TEOになると副燃料の噴射量Qaが増大せしめられる。斯くして排気ガス温TEが目標温度TEOに制御される。
一方、D>DOになるとスロットル弁18の開度TAが一定値δだけ増大せしめられ、このとき副燃料の噴射量Qaは変化せしめられない。しかしながらスロットル弁18の開度TAが増大するとD≦DOとなるためこのときTE≦TEOであれば副燃料の噴射量Qaは増大せしめられる。副燃料の噴射量Qaが増大せしめられるとD>DOとなり、スロットル弁18の開度TAが一定値δだけ増大せしめられる。即ち、TE≦TEOのときにはスロットル弁18の開度TAが徐々に増大せしめられると共に副燃料の噴射量Qaが徐々に増大せしめられる。
【0092】
図22に別の実施例を示す。この実施例では排気制御弁24上流の排気管22内に触媒60が配置される。このように排気制御弁24上流の排気管22内に触媒60が配置されている場合には副燃料Qaが追加噴射され、排気制御弁24がほぼ全閉とされているときに触媒60は高温の排気ガスによって強力に加熱される。従って機関始動および暖機運転時に触媒60を早期に活性化することができる。
【0093】
排気管22内に配置された触媒60としては酸化触媒、三元触媒、NOx 吸収剤又はHC吸着触媒を用いることができる。NOx 吸収剤は燃焼室5内における平均空燃比がリーンのときにNOx を吸収し、燃焼室5内における平均空燃比がリッチとなるとNOx を放出する機能を有する。
このNOx 吸収剤は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムK、ナトリウムNa、リチウムLi、セシウムCsのようなアルカリ金属、バリウムBa、カルシウムCaのようなアルカリ土類、ランタンLa、イットリウムYのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ptのような貴金属とが担持されている。
【0094】
一方、HC吸着触媒では例えばゼオライト、アルミナAl2 3 、シリカアルミナSiO2 ・Al2 3 、活性炭、チタニアTiO2 のような多孔質担体上に白金Pt、パラジウムPd、ロジウムRh、イリジウムIrのような貴金属、または銅Cu、鉄Fe、コバルトCo、ニッケルNiのような遷移金属が担持されている。
【0095】
このようなHC吸着触媒では排気ガス中の未燃HCが触媒内に物理吸着し、未燃HCの吸着量は触媒の温度が低いほど増大し、触媒を流通する排気ガスの圧力が高くなるほど増大する。従って図22に示される実施例では触媒60の温度が低くかつ排気制御弁24の排気絞り作用により背圧が高められているとき、即ち機関始動および暖機運転時、および機関低負荷時に排気ガス中に含まれる未燃HCがHC吸着触媒に吸着される。従って大気中に放出される未燃HCの量を更に低下させることができる。なお、HC吸着触媒に吸着された未燃HCは背圧が低くなったとき、或いはHC吸着触媒の温度が高くなったときにHC吸着触媒から放出される。
【0096】
図23に更に別の実施例を示す。
この実施例では排気制御弁24上流の排気管22内にNOx 吸収剤又はHC吸着触媒からなる触媒60が配置され、第1排気マニホルド19と排気管21間、および第2排気マニホルド20と排気管21間には夫々酸化触媒や三元触媒のような酸化機能を有する触媒61,62が配置される。
【0097】
【発明の効果】
大気中に排出される未燃HCの量を大巾に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】内燃機関の全体図である。
【図2】燃焼室の側面断面図である。
【図3】空燃比センサが発生する電流の変化を示す図である。
【図4】噴射量、噴射時期および空燃比を示す図である。
【図5】噴射時期を示す図である。
【図6】未燃HCの濃度を示す図である。
【図7】主燃料の噴射量を示す図である。
【図8】主燃料の噴射量と副燃料の噴射量との関係を示す図である。
【図9】補正係数Kを示す図である。
【図10】主燃料の噴射量と排気制御弁の開度を示す図である。
【図11】主燃料の噴射量と排気制御弁の開度を示す図である。
【図12】第1実施例における副燃料の噴射量等の変化を示すタイムチャートである。
【図13】運転制御を行うためのフローチャートである。
【図14】第1実施例における副燃料の噴射量を算出するためのフローチャートである。
【図15】第2実施例における副燃料の噴射量等の変化を示すタイムチャートである。
【図16】第2実施例における副燃料の噴射量を算出するためのフローチャートである。
【図17】第3実施例における副燃料の噴射量等の変化を示すタイムチャートである。
【図18】運転制御を行うためのフローチャートである。
【図19】第3実施例における副燃料の噴射量を算出するためのフローチャートである。
【図20】第4実施例における副燃料の噴射量等の変化を示すタイムチャートである。
【図21】第4実施例における副燃料の噴射量を算出するためのフローチャートである。
【図22】内燃機関の別の実施例を示す全体図である。
【図23】内燃機関の更に別の実施例を示す全体図である。
【符号の説明】
6…燃料噴射弁
22…排気管
24…排気制御弁
32…温度センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust emission control device for an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In a diesel engine, the temperature in the combustion chamber becomes low during low-speed and low-load operation of the engine, particularly during warm-up of the engine, and as a result, a large amount of unburned HC is generated. Therefore, an exhaust control valve is arranged in the engine exhaust passage, and the exhaust control valve is closed at the time of engine low speed and low load operation, and the fuel injection amount is greatly increased to increase the temperature in the combustion chamber, thereby injecting the injected fuel into the combustion chamber. There is known a diesel engine that is completely burned in order to suppress the amount of unburned HC generated (see Japanese Patent Laid-Open No. 49-80414).
[0003]
Further, when an exhaust purification catalyst is disposed in the engine exhaust passage, a good exhaust purification action by the catalyst is not performed unless the catalyst temperature is sufficiently high. Therefore, in addition to the injection of the main fuel for generating the engine output, the auxiliary fuel is injected during the expansion stroke, and the auxiliary fuel is combusted to raise the exhaust gas temperature, thereby raising the temperature of the catalyst. Internal combustion engines are known (see Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-303290 and 10-212995).
[0004]
Conventionally, a catalyst capable of adsorbing unburned HC is known. This catalyst has the property of increasing the amount of unburned HC adsorbed as the ambient pressure increases, and releasing the adsorbed unburned HC as the ambient pressure decreases. Therefore, using this property, the unburned HC released from the catalyst causes NO.xIn order to reduce the NO, the catalyst is disposed in the engine exhaust passage and the exhaust control valve is disposed in the engine exhaust passage downstream of the catalyst.xDuring low-speed and low-load operation of the engine with a small amount of generation, in addition to the main fuel for generating engine output, a small amount of secondary fuel is injected during the expansion stroke or exhaust stroke to discharge a large amount of unburned HC from the combustion chamber, Further, at this time, a large amount of unburned HC discharged from the combustion chamber by increasing the pressure in the exhaust passage by closing the exhaust control valve to a relatively small opening degree so that the engine output drop falls within an allowable range. Is adsorbed in the catalyst and NO.xDuring high-speed or high-load operation with a large amount of generation, the exhaust control valve is fully opened to reduce the pressure in the exhaust passage. At this time, NO is released by unburned HC released from the catalyst.xAn internal combustion engine in which the above is reduced is known (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-238336).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Now, not only in a diesel engine but also in a spark ignition type internal combustion engine, how to reduce the amount of unburned HC generated during engine low load operation, particularly during engine warm-up operation, is a big problem. Therefore, the present inventor has conducted experimental research to solve this problem, and as a result, in order to greatly reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere during engine warm-up operation, It has been found that it is necessary to reduce the amount of generated fuel HC and at the same time increase the amount of unburned HC in the exhaust passage.
[0006]
Specifically, during the expansion stroke or the exhaust stroke, additional fuel is injected into the combustion chamber to burn the secondary fuel, and the exhaust control valve is placed in the engine exhaust passage that is considerably spaced from the outlet of the engine exhaust port. When the exhaust control valve is substantially fully closed, the amount of unburned HC generated in the combustion chamber is reduced by the synergistic effect of the combustion of these auxiliary fuels and the exhaust throttling action of the exhaust control valve. It has been found that the amount of reduced fuel HC increases, and thus the amount of unburned HC discharged into the atmosphere can be greatly reduced.
[0007]
More specifically, when the auxiliary fuel is injected, not only the auxiliary fuel is combusted but also unburned HC, which is the unburned main fuel, is combusted in the combustion chamber. Accordingly, not only the amount of unburned HC generated in the combustion chamber is greatly reduced, but also the unburned HC and auxiliary fuel, which are unburned main fuel, are burned, and the burnt gas temperature becomes considerably high.
[0008]
On the other hand, when the exhaust control valve is almost fully closed, the pressure in the exhaust passage from the exhaust port of the engine to the exhaust control valve, that is, the back pressure becomes considerably high. A high back pressure means that the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber does not decrease so much, and therefore the exhaust gas temperature in the exhaust port is considerably high. On the other hand, a high back pressure means that the flow rate of the exhaust gas discharged into the exhaust port is slow. Therefore, the exhaust gas is in a high temperature state for a long time in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve. Will stay. During this time, unburned HC contained in the exhaust gas is oxidized, and thus the amount of unburned HC discharged into the atmosphere is greatly reduced.
[0009]
In this case, if the auxiliary fuel is not injected, the unburned unburned HC of the main fuel remains as it is, so that a large amount of unburned HC is generated in the combustion chamber. Further, when the auxiliary fuel is not injected, the burnt gas temperature in the combustion chamber does not increase so much, so even if the exhaust control valve is almost fully closed at this time, unburned HC in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve. It is not possible to expect sufficient oxidizing action. Accordingly, at this time, a large amount of unburned HC is discharged into the atmosphere.
[0010]
On the other hand, even if the exhaust throttle action by the exhaust control valve is not performed, if the auxiliary fuel is injected, the amount of unburned HC generated in the combustion chamber is reduced, and the burnt gas temperature in the combustion chamber is increased. However, when the exhaust throttle action by the exhaust control valve is not performed, the exhaust gas pressure immediately decreases as soon as the exhaust gas is discharged from the combustion chamber, and thus the exhaust gas temperature also decreases immediately. Therefore, in this case, almost no oxidizing action of unburned HC in the exhaust passage can be expected, and thus a large amount of unburned HC is also discharged into the atmosphere at this time.
[0011]
That is, in order to greatly reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere, it is necessary to inject auxiliary fuel and simultaneously close the exhaust control valve almost completely.
In the diesel engine described in Japanese Patent Laid-Open No. 49-80414, the auxiliary fuel is not injected and the injection amount of the main fuel is greatly increased, so that the exhaust gas temperature rises but an extremely large amount of unburned HC. Is generated in the combustion chamber. As described above, when an extremely large amount of unburned HC is generated in the combustion chamber, even if the unburned HC is oxidized in the exhaust passage, only a part of the unburned HC is oxidized. Will be discharged.
[0012]
On the other hand, in the internal combustion engine described in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 8-303290 or Japanese Patent Laid-Open No. 10-212995, the exhaust throttle action by the exhaust control valve is not performed, so the oxidation action of unburned HC in the exhaust passage is I can hardly expect it. Accordingly, even in this internal combustion engine, a large amount of unburned HC is discharged into the atmosphere.
Moreover, in the internal combustion engine described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-238336, the exhaust control valve is closed to a relatively small opening so that the engine output falls within an allowable range. However, the back pressure is not so high when the exhaust control valve is closed so that the engine output falls within the allowable range.
[0013]
In this internal combustion engine, a small amount of auxiliary fuel is injected during the expansion stroke or the exhaust stroke in order to generate unburned HC to be adsorbed by the catalyst. In this case, since the unburned HC is not generated if the auxiliary fuel is combusted satisfactorily, it is considered that the injection control of the auxiliary fuel is performed in this internal combustion engine so that the auxiliary fuel does not burn well. Therefore, in this internal combustion engine, it is considered that a small amount of auxiliary fuel does not contribute much to the temperature increase of the burnt gas temperature.
[0014]
In this way, in this internal combustion engine, a large amount of unburned HC is generated in the combustion chamber, and the back pressure is not so high and the burnt gas temperature does not rise so much. It is thought that it is not oxidized so much. The purpose of this internal combustion engine is to adsorb as much unburned HC as possible to the catalyst, so it can be said that it makes sense to think in this way.
[0015]
As described above, in order to greatly reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere, it is necessary to keep the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber into the exhaust passage as high as possible. In this case, the exhaust gas temperature becomes higher as the injection amount of the auxiliary fuel is increased. Therefore, the injection amount of the auxiliary fuel may be increased in order to raise the exhaust gas temperature. However, if the injection amount of the auxiliary fuel is increased, the fuel consumption amount is increased. Accordingly, considering the fuel consumption, the exhaust gas temperature cannot be extremely increased, and therefore there is an optimum value for the exhaust gas temperature.
[0016]
An object of the present invention is to provide an exhaust gas purification device for an internal combustion engine that can greatly reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere while taking into account the fuel consumption.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, according to the present invention, an exhaust control valve is arranged in the exhaust passage connected to the outlet of the engine exhaust port at a predetermined distance from the outlet of the exhaust port, and unburned to the atmosphere. When it is determined that the amount of HC emissions should be reduced, the exhaust control valve is almost fully closed and the main fuel injected into the combustion chamber is burned under excess air to generate engine output. In addition, the auxiliary fuel is additionally injected into the combustion chamber at a predetermined time during the expansion stroke or the exhaust stroke in which the auxiliary fuel can burn, and the exhaust gas temperature in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve is predetermined. When the amount of secondary fuel injection is controlled so that the target temperature is reached, and the exhaust control valve is almost fully closed, the torque generated by the engine when the exhaust control valve is fully opened under the same engine operating condition. The same institution to get closer So as to increase the injection quantity of the main fuel in comparison with the case where the original exhaust control valve of the rolling state was fully openedIn addition, there is a judgment means for judging whether or not sufficient oxygen for burning the auxiliary fuel remains in the combustion chamber, and presence of sufficient oxygen for burning the auxiliary fuel based on the judgment result by the judgment means. The injection amount of the auxiliary fuel is controlled so that the auxiliary fuel can be burned down, and the intake air amount is increased when it is determined that there is not enough oxygen remaining in the combustion chamber to burn the auxiliary fuel. I try to let them.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 and 2 show a case where the present invention is applied to a stratified combustion internal combustion engine. However, the present invention can also be applied to a spark ignition type internal combustion engine in which combustion is performed under a uniform lean air-fuel ratio and a diesel engine in which combustion is performed under excess air.
[0025]
Referring to FIG. 1, reference numeral 1 denotes an engine body, and the engine body 1 has four cylinders including a first cylinder # 1, a second cylinder # 2, a third cylinder # 3, and a fourth cylinder # 4. FIG. 2 shows a side sectional view of each cylinder # 1, # 2, # 3, # 4. Referring to FIG. 2, 2 is a cylinder block, 3 is a cylinder head, 4 is a piston, 5 is a combustion chamber, 6 is a fuel injection valve disposed on the peripheral edge of the inner wall surface of the cylinder head 3, and 7 is an inside of the cylinder head 3. An ignition plug disposed at the center of the wall surface, 8 is an intake valve, 9 is an intake port, 10 is an exhaust valve, and 11 is an exhaust port.
[0026]
Referring to FIGS. 1 and 2, the intake port 9 is connected to a surge tank 13 via a corresponding intake branch pipe 12, and the surge tank 13 is connected to an air cleaner 16 via an intake duct 14 and an air flow meter 15. A throttle valve 18 driven by a step motor 17 is disposed in the intake duct 14. On the other hand, in the embodiment shown in FIG. 1, the ignition order is 1-3-3-4-2, and as shown in FIG. The exhaust ports 11 of the remaining cylinders # 2 and # 3, which are connected to a common first exhaust manifold 19 and have an alternate ignition order, are connected to a common second exhaust manifold 20. The first exhaust manifold 19 and the second exhaust manifold 20 are connected to a common exhaust pipe 21, and the exhaust pipe 21 is further connected to another exhaust pipe 22. An exhaust control valve 24 driven by an actuator 23 comprising a negative pressure diaphragm device or an electric motor is disposed in the exhaust pipe 22.
[0027]
As shown in FIG. 1, the exhaust pipe 21 and the surge tank 13 are connected to each other via an exhaust gas recirculation (hereinafter referred to as EGR) passage 25, and an electric control type EGR control valve 26 is disposed in the EGR passage 25. Is done. The fuel injection valve 6 is connected to a common fuel reservoir, so-called common rail 27. The fuel in the fuel tank 28 is supplied into the common rail 27 via an electrically controlled fuel pump 29 with variable discharge amount, and the fuel supplied in the common rail 27 is supplied to each fuel injection valve 6. A fuel pressure sensor 30 for detecting the fuel pressure in the common rail 27 is attached to the common rail 27, and a fuel pump 29 is used so that the fuel pressure in the common rail 27 becomes the target fuel pressure based on the output signal of the fuel pressure sensor 30. The discharge amount is controlled.
[0028]
The electronic control unit 40 comprises a digital computer and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 are connected. It comprises. The air flow meter 15 generates an output voltage proportional to the amount of intake air, and this output voltage is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. A water temperature sensor 31 for detecting the engine cooling water temperature is attached to the engine body 1, and an output signal of the water temperature sensor 31 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47.
[0029]
A temperature sensor 32 for detecting the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 is disposed at the branch pipe inlet of the first exhaust manifold 19, and an output signal of the temperature sensor 32 is passed through a corresponding AD converter 47. To the input port 45. Further, a sensor 33 for determining whether or not sufficient oxygen for burning the auxiliary fuel remains in the combustion chamber 5 is disposed at the collecting portion of the exhaust pipe 21. In the embodiment shown in FIG. 1, the sensor 33 comprises an air-fuel ratio sensor that generates a current I corresponding to the air-fuel ratio A / F as shown in FIG. The current I generated by the air-fuel ratio sensor 33 is converted into a voltage and input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. Further, the output signal of the fuel pressure sensor 30 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47.
[0030]
A load sensor 51 that generates an output voltage proportional to the depression amount L of the accelerator pedal 50 is connected to the accelerator pedal 50, and the output voltage of the load sensor 51 is input to the input port 45 via the corresponding AD converter 47. Is done. The input port 45 is connected to a crank angle sensor 52 that generates an output pulse every time the crankshaft rotates, for example, 30 °. On the other hand, the output port 46 is connected to the fuel injection valve 6, spark plug 7, throttle valve control step motor 17, exhaust control valve control actuator 23, EGR control valve 26, and fuel pump 29 via corresponding drive circuits 48. The
[0031]
FIG. 4 shows fuel injection amounts Q1, Q2, Q (= Q1+ Q2), Injection start timings θS1 and θS2, injection completion timings θE1 and θE2, and an average air-fuel ratio A / F in the combustion chamber 5. In FIG. 4, the horizontal axis L indicates the amount of depression of the accelerator pedal 50, that is, the required load.
As can be seen from FIG. 4, the required load L is L.1If it is lower, the fuel injection Q2 is performed between θS2 and θE2 at the end of the compression stroke. At this time, the average air-fuel ratio A / F is considerably lean. Required load L is L1And L2During the period, the first fuel injection Q1 is performed between θS1 and θE1 at the beginning of the intake stroke, and then the second fuel injection Q2 is performed between θS2 and θE2 at the end of the compression stroke. Also at this time, the air-fuel ratio A / F is lean. Required load L is L2If it is larger than that, the fuel injection Q1 is performed between θS1 and θE1 in the initial stage of the intake stroke. At this time, the average air-fuel ratio A / F is lean in the region where the required load L is low, the average air-fuel ratio A / F is made the stoichiometric air-fuel ratio when the required load L increases, and the average air-fuel ratio A / F becomes higher when the required load L becomes higher. The fuel ratio A / F is made rich. Note that only the required load L is the operation region in which the fuel injection Q2 is performed only at the end of the compression stroke, the operation region in which the fuel injections Q1 and Q2 are performed twice, and the operation region in which the fuel injection Q1 is performed only in the early stage of the intake stroke. Is actually determined by the required load L and the engine speed.
[0032]
FIG. 2 shows that the required load L is L1It shows a case where the fuel injection Q2 is performed only when it is smaller than (FIG. 4), that is, at the end of the compression stroke. As shown in FIG. 2, a cavity 4a is formed on the top surface of the piston 4, and the required load L is L.1When it is lower than that, fuel is injected from the fuel injection valve 6 toward the bottom wall surface of the cavity 4a at the end of the compression stroke. This fuel is guided by the peripheral wall surface of the cavity 4 a and travels toward the spark plug 7, whereby an air-fuel mixture G is formed around the spark plug 7. Next, the air-fuel mixture G is ignited by the spark plug 7.
[0033]
On the other hand, as described above, the required load L is L1And L2When it is between, fuel injection is performed twice. In this case, a lean air-fuel mixture is formed in the combustion chamber 5 by the first fuel injection Q1 performed at the beginning of the intake stroke. Next, an air-fuel mixture having an optimum concentration is formed around the spark plug 7 by the second fuel injection Q2 performed at the end of the compression stroke. The air-fuel mixture is ignited by the spark plug 7, and the lean air-fuel mixture is combusted by the ignition flame.
[0034]
On the other hand, the required load L is L2If it is larger, a homogeneous mixture of lean, stoichiometric air-fuel ratio or rich air-fuel ratio is formed in the combustion chamber 5 as shown in FIG. 4, and this homogeneous mixture is ignited by the spark plug 7.
Next, an unburned HC reduction method according to the present invention will be described schematically with reference to FIG. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the crank angle, and BTDC and ATDC indicate before the top dead center and after the top dead center, respectively.
[0035]
FIG. 5A shows a case where it is not particularly necessary to reduce unburned HC by the method according to the present invention, and the required load L is L.1The fuel injection timing when it is smaller than is shown. As shown in FIG. 5A, at this time, only the main fuel Qm is injected at the end of the compression stroke, and at this time, the exhaust control valve 24 is held in a fully opened state.
On the other hand, when it is necessary to reduce the unburned HC by the method according to the present invention, the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and further, as shown in FIG. In addition to the injection of the main fuel Qm, during the expansion stroke, in the example shown in FIG. 5B, the auxiliary fuel Qa is additionally injected in the vicinity of 60 ° after compression top dead center (ATDC). In this case, after combustion of the main fuel Qm, the main fuel Qm is burned under excess air so that sufficient oxygen remains in the combustion chamber 5 to completely burn the sub fuel Qa. FIG. 5A and FIG. 5B show the fuel injection period when the engine load and the engine speed are the same. Therefore, when the engine load and the engine speed are the same, FIG. The injection amount of the main fuel Qm in the case shown in FIG. 5 (B) is increased compared to the injection amount of the main fuel Qm in the case shown in FIG. 5 (A).
[0036]
FIG. 6 shows an example of the concentration (ppm) of unburned HC in the exhaust gas at each position in the engine exhaust passage. In the example shown in FIG. 6, the black triangle indicates unburned in the exhaust gas at the outlet of the exhaust port 11 when the main fuel Qm is injected at the end of the compression stroke as shown in FIG. 5A with the exhaust control valve 24 fully opened. The concentration of HC (ppm) is shown. In this case, the concentration of unburned HC in the exhaust gas at the outlet of the exhaust port 11 becomes an extremely high value of 6000 ppm or more.
[0037]
On the other hand, in the example shown in FIG. 6, the black circles and solid lines indicate that the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and the unburned gas in the exhaust gas when the main fuel Qm and the sub fuel Qa are injected as shown in FIG. 5B. The concentration of HC (ppm) is shown. In this case, the concentration of unburned HC in the exhaust gas at the outlet of the exhaust port 11 is 2000 ppm or less, and in the vicinity of the exhaust control valve 24, the concentration of unburned HC in the exhaust gas is reduced to about 150 ppm. Therefore, in this case, it can be seen that the amount of unburned HC discharged into the atmosphere is greatly reduced.
[0038]
The reason why the unburned HC is reduced in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 is that the oxidation reaction of the unburned HC is promoted. However, as shown by the black triangle in FIG. 6, when the amount of unburned HC at the outlet of the exhaust port 11 is large, that is, when the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5 is large, unburned in the exhaust passage. Even if the oxidation reaction of HC is promoted, the amount of unburned HC discharged into the atmosphere is not reduced so much. That is, by promoting the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage, the amount of unburned HC discharged into the atmosphere can be greatly reduced as shown by the black circle in FIG. This is when the concentration of unburned HC is low, that is, when the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5 is small.
[0039]
Thus, in order to reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere, the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5 is reduced and the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage is promoted. It is necessary to satisfy two requirements at the same time. First, the second requirement, that is, promoting the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage will be described.
[0040]
According to the present invention, when the amount of unburned HC discharged into the atmosphere is to be reduced, the exhaust control valve 24 is almost fully closed. Thus, when the exhaust control valve 24 is almost fully closed, the pressure in the exhaust port 11, the exhaust manifolds 19 and 20, the exhaust pipe 21, and the exhaust pipe 22 upstream of the exhaust control valve 24, that is, the back pressure is increased. It gets quite expensive.
An increase in the back pressure means that when the exhaust gas is discharged from the combustion chamber 5 into the exhaust port 11, the pressure of the exhaust gas does not decrease so much, and therefore the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber 5 also decreases significantly. It means not to. Therefore, the temperature of the exhaust gas discharged into the exhaust port 11 is maintained at a considerably high temperature. On the other hand, a high back pressure means that the density of the exhaust gas is high, and a high density of the exhaust gas means that the flow rate of the exhaust gas in the exhaust passage from the exhaust port 11 to the exhaust control valve 24 is high. Means slow. Therefore, the exhaust gas discharged into the exhaust port 11 stays in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 for a long time at a high temperature.
[0041]
As described above, when the exhaust gas is retained in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 for a long time under a high temperature, the oxidation reaction of unburned HC is promoted during that time. In this case, according to experiments by the present inventor, in order to promote the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage, the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 needs to be about 750 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher. It has been found.
[0042]
Further, as the time during which the high-temperature exhaust gas stays in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 becomes longer, the reduction amount of unburned HC increases. This residence time becomes longer as the position of the exhaust control valve 24 is further away from the outlet of the exhaust port 11, so that the exhaust control valve 24 is separated from the outlet of the exhaust port 11 by a distance necessary to sufficiently reduce unburned HC. Need to be placed. If the exhaust control valve 24 is arranged at a distance necessary to sufficiently reduce unburned HC from the outlet of the exhaust port 11, the concentration of unburned HC is greatly reduced as shown by the solid line in FIG. According to experiments by the present inventors, it has been found that the distance from the outlet of the exhaust port 11 to the exhaust control valve 24 is preferably 1 meter or more in order to sufficiently reduce unburned HC.
[0043]
As described above, in order to promote the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage, the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 needs to be about 750 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher. Further, in order to reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere, the first requirement described above must be satisfied. That is, it is necessary to reduce the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5. Therefore, in the present invention, in addition to the main fuel Qm for generating the engine output, the auxiliary fuel Qa is additionally injected after the injection of the main fuel Qm, and the auxiliary fuel Qa is burned in the combustion chamber 5.
[0044]
That is, when the auxiliary fuel Qa is burned in the combustion chamber 5, a large amount of unburned HC, which is the unburned main fuel Qm, is burned when the auxiliary fuel Qa is burned. Further, since the auxiliary fuel Qa is injected into the high-temperature gas, the auxiliary fuel Qa is burned well, so that unburned HC which is the unburned residue of the auxiliary fuel Qa is not generated so much. Thus, the amount of unburned HC finally generated in the combustion chamber 5 is considerably reduced.
[0045]
Further, when the auxiliary fuel Qa is burned in the combustion chamber 5, in addition to the heat generated by the combustion of the main fuel Qm and the auxiliary fuel Qa itself, the combustion heat of the unburned HC that is the unburned main fuel Qm is additionally generated. Therefore, the burnt gas in the combustion chamber 5 becomes considerably high. In this way, the auxiliary fuel Qa is additionally injected in addition to the main fuel Qm to burn the auxiliary fuel Qa, thereby reducing the amount of unburned HC generated in the combustion chamber 5 and reducing the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 to 750. C. or higher, preferably 800.degree. C. or higher.
[0046]
As described above, in the present invention, the auxiliary fuel Qa needs to be combusted in the combustion chamber 5, and for that purpose, it is necessary that sufficient oxygen remains in the combustion chamber 5 when the auxiliary fuel Qa is burned. It is necessary to inject the auxiliary fuel Qa at a time when the injected auxiliary fuel Qa is satisfactorily combusted in the combustion chamber 5.
Therefore, in the present invention, the main fuel Qm is burned under excess air so that sufficient oxygen can remain in the combustion chamber 5 during the combustion of the auxiliary fuel Qa. Further, the injection timing at which the auxiliary fuel Qa injected in the stratified combustion internal combustion engine shown in FIG. 2 is burned well in the combustion chamber 5 is approximately 50 after compression top dead center (ATDC) indicated by an arrow Z in FIG. Therefore, in the stratified combustion internal combustion engine shown in FIG. 2, the auxiliary fuel Qa is injected after the compression top dead center (ATDC) in the expansion stroke of approximately 50 ° to approximately 90 °. . The secondary fuel Qa injected in the expansion stroke from approximately 50 ° to approximately 90 ° after the compression top dead center (ATDC) does not contribute to the generation of engine output.
[0047]
By the way, according to an experiment by the present inventor, in the stratified combustion internal combustion engine shown in FIG. 2, the unburned HC discharged into the atmosphere when the auxiliary fuel Qa is injected in the vicinity of 60 ° after compression top dead center (ATDC). The amount is the least. Therefore, in the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 5B, the injection timing of the auxiliary fuel Qa is approximately 60 ° after compression top dead center (ATDC).
[0048]
The optimal injection timing of the auxiliary fuel Qa varies depending on the engine type. For example, in a diesel engine, the optimal injection timing of the auxiliary fuel Qa is in the expansion stroke or in the exhaust stroke. Therefore, in the present invention, the fuel injection of the auxiliary fuel Qa is performed during the expansion stroke or the exhaust stroke.
On the other hand, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is affected by both the combustion heat of the main fuel Qm and the combustion heat of the auxiliary fuel Qa. That is, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 increases as the injection amount of the main fuel Qm increases, and increases as the injection amount of the auxiliary fuel Qa increases. Furthermore, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is affected by the back pressure. That is, as the back pressure increases, the amount of burned gas remaining in the combustion chamber 5 increases because the burned gas does not easily flow out of the combustion chamber 5, and thus the exhaust control valve 24 is almost fully closed. The burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is raised.
[0049]
By the way, when the exhaust control valve 24 is almost closed, and the back pressure becomes high, the generated torque of the engine decreases with respect to the optimum required generated torque. Therefore, in the present invention, when the exhaust control valve 24 is almost fully closed as shown in FIG. 5B, the exhaust control valve 24 is operated under the same engine operating state as shown in FIG. 5A. The injection amount of the main fuel Qm is increased as compared with the case where the exhaust control valve 24 is fully opened under the same engine operating state so as to approach the required generation torque of the engine when it is fully opened. In the embodiment according to the present invention, when the exhaust control valve 24 is almost fully closed, the engine generated when the exhaust control valve 24 is fully opened under the same engine operating state at that time. The main fuel Qm is increased so as to match the required generated torque.
[0050]
FIG. 7 shows a change in the main fuel Qm required to obtain the required generation torque of the engine with respect to the required load L. In FIG. 7, the solid line indicates the case where the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and the broken line indicates the case where the exhaust control valve 24 is fully opened.
On the other hand, FIG. 8 shows the relationship between the main fuel Qm and the sub fuel Qa required to bring the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 from about 750 ° C. to about 800 ° C. when the exhaust control valve 24 is almost fully closed. ing. As described above, even if the main fuel Qm is increased, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is increased, and even if the sub fuel Qa is increased, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is increased. Therefore, the relationship between the main fuel Qm and the sub fuel Qa required to change the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 from about 750 ° C. to about 800 ° C. is shown in FIG. Qa decreases, and if the main fuel Qm is decreased, the auxiliary fuel Qa increases.
[0051]
However, when the main fuel Qm and the auxiliary fuel Qa are increased by the same amount, the temperature increase in the combustion chamber 5 is much larger when the auxiliary fuel Qa is increased than when the main fuel Qm is increased. . Therefore, it can be said that it is preferable to raise the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 by increasing the auxiliary fuel Qa from the viewpoint of reducing the fuel consumption.
[0052]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, when the exhaust control valve 24 is almost fully closed, the main fuel Qm is increased by an amount necessary to increase the generated torque of the engine to the required generated torque, and mainly the combustion heat of the auxiliary fuel Qa. Thus, the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is raised. Even when the burnt gas temperature in the combustion chamber 5 is raised mainly by the combustion heat of the auxiliary fuel Qa in this way, if the main fuel Qm increases, the combustion gas temperature rises, so the main fuel Qm increases. The secondary fuel Qa can be reduced as much as possible.
[0053]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the injection amount Qa of the auxiliary fuel is calculated based on the following equation.
Qa = K ・ Qm
Here, K represents a correction coefficient. As shown in FIG. 9, the correction coefficient K is smaller than 1.0, and the correction coefficient K decreases as the main fuel injection amount Qm increases. That is, as the main fuel injection amount Qm increases, the ratio of the sub fuel injection amount Qa to the main fuel injection amount Qm gradually decreases.
[0054]
In this way, when the exhaust control valve 24 is almost fully closed and the amount of the auxiliary fuel Qa required to bring the exhaust gas at the outlet of the exhaust port 11 to about 750 ° C. or higher, preferably about 800 ° C. or higher, is injected from the exhaust port 11. In the exhaust passage leading to the exhaust control valve 24, the concentration of unburned HC can be greatly reduced. At this time, in the exhaust passage from the exhaust port 11 to the exhaust control valve 24, the pressure in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 is used to reduce the concentration of unburned HC to about 150 ppm as shown in FIG. The gauge pressure must be approximately 80 KPa or higher. At this time, the closing ratio of the exhaust passage sectional area by the exhaust control valve 24 is approximately 95% or more.
[0055]
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, when the discharge amount of unburned gas to the atmosphere should be greatly reduced, the exhaust control is performed so that the closing ratio of the exhaust passage cross-sectional area by the exhaust control valve 24 becomes approximately 95% or more. The valve 24 is almost fully closed. If it is sufficient to reduce the unburned HC from about 600 p.pm to about 800 p.pm in the exhaust passage from the exhaust port 11 to the exhaust control valve 24, the pressure in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 is gauged. A pressure of about 30 KPa is sufficient. At this time, the closing ratio of the exhaust passage sectional area by the exhaust control valve 24 is approximately 90%.
[0056]
A large amount of unburned HC is generated in the internal combustion engine when the temperature in the combustion chamber 5 is low. When the temperature in the combustion chamber 5 is low, the engine is started and warmed up, and the engine is under a low load. Therefore, a large amount of unburned HC is generated when the engine is started and warmed up and when the engine is under a low load. It will be. Thus, when the temperature in the combustion chamber 5 is low, even if a catalyst having an oxidizing function is arranged in the exhaust passage, the catalyst temperature is low and the catalyst is not activated, so a large amount of unburned HC generated at this time is generated. It is difficult to oxidize with a catalyst.
[0057]
Therefore, in the embodiment according to the present invention, the exhaust control valve 24 is almost fully closed at the time of engine start-up and warm-up operation, and at the time of engine low load, the main fuel Qm is increased and the sub fuel Qa is additionally injected, thereby The amount of unburned HC that is discharged is greatly reduced.
FIG. 10 shows an example of changes in the main fuel Qm and the opening degree of the exhaust control valve 24 at the time of engine start and warm-up operation. In FIG. 10, the solid line X indicates the optimal injection amount of the main fuel Qm when the exhaust control valve 24 is substantially fully closed, and the broken line Y indicates the optimal main fuel when the exhaust control valve 24 is fully open. The injection quantity of Qm is shown. As can be seen from FIG. 10, when the engine is started and warmed up, the exhaust control valve 24 is almost fully closed, and the optimal main fuel Qm when the exhaust control valve 24 is fully opened under the same engine operating state. The injection amount X of the main fuel Qm is increased from the injection amount Y, and the auxiliary fuel Qa is additionally injected.
[0058]
FIG. 11 shows an example of changes in the main fuel Qm and the opening degree of the exhaust control valve 24 when the engine is under a low load. In FIG. 11, the solid line X indicates the optimum injection amount of the main fuel Qm when the exhaust control valve 24 is substantially fully closed, and the broken line Y indicates the optimum main fuel when the exhaust control valve 24 is fully opened. The injection quantity of Qm is shown. As can be seen from FIG. 11, the optimum injection amount Y of the main fuel Qm when the exhaust control valve 24 is almost fully closed at the time of low engine load and the exhaust control valve 24 is fully opened under the same engine operating state. As a result, the injection amount X of the main fuel Qm is increased, and the auxiliary fuel Qa is additionally injected.
[0059]
As described above, in order to promote the oxidation reaction of unburned HC in the exhaust passage, the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 needs to be about 750 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher. In this case, in order to increase the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11, the injection amount of the auxiliary fuel Qa may be increased. However, if the injection amount of the auxiliary fuel Qa is increased, the fuel consumption increases. Therefore, considering the fuel consumption, there is an optimum temperature for the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11.
[0060]
Therefore, in the present invention, the injection amount of the auxiliary fuel Qa is controlled so that the exhaust gas temperature in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve 24 becomes a predetermined target temperature. More specifically, in the embodiment according to the present invention, the exhaust gas temperature at the outlet of the exhaust port 11 is detected by the temperature sensor 32, and when the exhaust gas temperature becomes lower than a predetermined target temperature, for example, 800 ° C., the auxiliary fuel is detected. The injection amount of Qa is increased, and when the exhaust gas temperature becomes higher than a predetermined target temperature, the injection amount of the auxiliary fuel Qa is decreased.
[0061]
In addition, if the amount of oxygen in the combustion chamber 5 is insufficient when the injection amount of the auxiliary fuel Q2 is increased, a large amount of unburned HC is generated. Therefore, in the first embodiment according to the present invention, when the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor 32 becomes smaller than the limit air-fuel ratio that is slightly lean with respect to the stoichiometric air-fuel ratio, for example, 15.0, the increase in the auxiliary fuel Qa is increased. The action is stopped.
[0062]
That is, as shown in FIG. 12, in the first embodiment, the air-fuel ratio A / F is the limit air-fuel ratio (A / F). If the exhaust gas temperature TE at the outlet of the exhaust port 11 is lower than the target temperature TEO, the injection amount Qa of the auxiliary fuel is gradually increased, and the exhaust gas temperature TE at the outlet of the exhaust port 11 is higher than the target temperature TEO. If it becomes higher, the injection amount Qa of the auxiliary fuel is gradually decreased. Thus, the exhaust gas temperature TE at the outlet of the exhaust port 11 is controlled to the target temperature TEO.
[0063]
On the other hand, the air-fuel ratio A / F becomes smaller and the limit air-fuel ratio (A / F)oWhen the value reaches the value, the injection amount Qa of the auxiliary fuel is decreased by a certain amount, and as a result, the air-fuel ratio A / F is increased. Therefore, the air-fuel ratio A / F is the critical air-fuel ratio (A / F)oSince it will not become smaller, there will be sufficient oxygen remaining in the combustion chamber 5 to burn the secondary fuel during combustion of the secondary fuel, thus preventing the generation of a large amount of unburned HC. can do. When the air-fuel ratio A / F is increased, the injection quantity Qa of the auxiliary fuel is increased again. Therefore, as shown in FIG. 12, while TE <TEO, the air-fuel ratio A / F becomes the limit air-fuel ratio (A / F)oMaintained in the vicinity.
[0064]
FIG. 13 shows an operation control routine for executing the first embodiment.
Referring to FIG. 13, first, at step 100, it is judged if the engine is starting or warming up. When it is not during engine start-up and warm-up operation, the routine jumps to step 102 to determine whether or not the engine is under low load. When the engine load is not low, the routine proceeds to step 103 where the exhaust control valve 24 is fully opened, and then the routine proceeds to step 104 where injection control of the main fuel Qm is performed. At this time, the auxiliary fuel Qa is not injected.
[0065]
On the other hand, when it is determined at step 100 that the engine is being started and the engine is warming up, the routine proceeds to step 101 where it is determined whether or not a predetermined set period has elapsed after the engine is started. When the set period has not elapsed, the routine proceeds to step 105, and when the set period has elapsed, the routine proceeds to step 102. On the other hand, when it is determined in step 102 that the engine is under a low load, the routine also proceeds to step 105.
[0066]
In step 105, the exhaust control valve 24 is almost fully closed. Next, at step 106, the injection amount of the main fuel Qm is calculated. That is, the injection amount of the main fuel Qm is X shown in FIG. 10 when the engine is starting and warming up, and the injection amount of the main fuel Qm is X shown in FIG. The Next, at step 107, it is judged if the engine is in an operating state in which the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is made rich as at the time of engine start. When the operation state is such that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is rich, the routine jumps to step 109, where the injection control of the main fuel Qm is performed. At this time, the auxiliary fuel Qa is not injected.
[0067]
In contrast, when the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is not in an operating state in which the air-fuel ratio is rich, the routine proceeds to step 108 where the injection amount of the auxiliary fuel Qa is calculated. FIG. 14 shows a routine for calculating the injection amount of the auxiliary fuel Qa. Next, at step 109, injection control of the main fuel Qm and sub fuel Qa is performed.
Referring to FIG. 14, first, at step 110, the correction coefficient K is calculated from the relationship shown in FIG. Next, at step 111, the injection amount Qa (= K · Qm) of the auxiliary fuel is calculated by multiplying the injection amount Qm of the main fuel by the correction coefficient K. Next, at step 112, the air-fuel ratio A / F detected by the air-fuel ratio sensor 33 is the critical air-fuel ratio (A / F).oOr less is determined. A / F ≧ (A / F)oWhen the air-fuel ratio is lean, the routine proceeds to step 113.
[0068]
In step 113, it is determined whether or not the exhaust gas temperature TE at the outlet of the exhaust port 11 detected by the temperature sensor 32 is higher than the target temperature TEO. When TE> TEO, the routine proceeds to step 114, where the constant value α is subtracted from the correction value ΔQ for the auxiliary fuel Qa. Next, the routine proceeds to step 116. On the other hand, when TE ≦ TEO, the routine proceeds to step 115, where the constant value α is added to the correction value ΔQ, and then the routine proceeds to step 116. In step 116, the final auxiliary fuel injection amount Qa is calculated by adding the correction value ΔQ to the auxiliary fuel injection amount Qa calculated in step 111.
[0069]
In this way, when TE> TEO, the auxiliary fuel injection amount Qa is decreased, and when TE ≦ TEO, the auxiliary fuel injection amount Qa is increased, whereby the exhaust gas temperature TE is controlled to the target temperature TEO.
On the other hand, in step 112, A / F <(A / F)oWhen it is determined that the constant value β is determined, the routine proceeds to step 117, where the constant value β (> α) is subtracted from the correction value ΔQ, and then the routine proceeds to step 116. Therefore, at this time, the injection amount Qa of the auxiliary fuel is decreased by a constant value β.
[0070]
FIG. 15 shows a case where an HC concentration sensor 33 that can detect the concentration of unburned HC in the exhaust gas is used instead of the air-fuel ratio sensor 33. If sufficient oxygen does not remain in the combustion chamber 5 when the auxiliary fuel Qa is injected, the amount of unburned HC in the exhaust gas greatly increases. Therefore, the amount of unburned HC in the exhaust gas. Therefore, it can be determined whether or not sufficient oxygen remains in the combustion chamber 5 to combust the auxiliary fuel Qa. Accordingly, in the second embodiment shown in FIG. 15, when the unburned HC concentration D in the exhaust gas reaches a predetermined limit concentration DO, the injection amount Qa of the auxiliary fuel is decreased by a certain amount. .
[0071]
Also in the second embodiment, the operation control routine shown in FIG. 13 is used. However, the sub fuel injection amount calculation routine shown in FIG. 16 is used only for step 108 in FIG. 13, and therefore only the routine shown in FIG. 16 will be described below.
Referring to FIG. 16, first, at step 150, the correction coefficient K is calculated from the relationship shown in FIG. Next, at step 151, the injection amount Qa (= K · Qm) of the auxiliary fuel is calculated by multiplying the injection amount Qm of the main fuel by the correction coefficient K. Next, at step 152, it is judged if the HC concentration D in the exhaust gas detected by the HC concentration sensor 33 is higher than the limit concentration DO. When D ≦ DO, the process proceeds to step 153.
[0072]
In step 153, it is determined whether or not the exhaust gas temperature TE at the outlet of the exhaust port 11 detected by the temperature sensor 32 is higher than the target temperature TEO. When TE> TEO, the routine proceeds to step 154, where the constant value α is subtracted from the correction value ΔQ for the auxiliary fuel Qa. Next, the routine proceeds to step 156. On the other hand, when TE ≦ TEO, the routine proceeds to step 155, where the constant value α is added to the correction value ΔQ, and then the routine proceeds to step 156. In step 156, the final sub fuel injection amount Qa is calculated by adding the correction value ΔQ to the sub fuel injection amount Qa calculated in step 151.
[0073]
In this way, when TE> TEO, the auxiliary fuel injection amount Qa is decreased, and when TE ≦ TEO, the auxiliary fuel injection amount Qa is increased, whereby the exhaust gas temperature TE is controlled to the target temperature TEO.
On the other hand, when it is determined at step 152 that D> DO, the routine proceeds to step 157 where the constant value β (> α) is subtracted from the correction value ΔQ, and then the routine proceeds to step 156. Therefore, at this time, the injection amount Qa of the auxiliary fuel is decreased by a constant value β.
[0074]
FIG. 17 shows a third embodiment. Also in the third embodiment, the air-fuel ratio A / F detected by the air-fuel ratio sensor 33 is the limit air-fuel ratio (A / F).oIf the exhaust gas temperature TE at the outlet of the exhaust port 11 is higher than the target temperature TEO, the injection amount Qa of the auxiliary fuel is decreased, and the exhaust gas TE at the outlet of the exhaust port 11 can be lower than the target temperature TEO. In this case, the injection amount Qa of the auxiliary fuel is increased. As a result, the exhaust gas temperature TE at the outlet of the exhaust port 11 is controlled to the target temperature TEO.
[0075]
On the other hand, in this third embodiment, the air-fuel ratio A / F is the limit air-fuel ratio (A / F).oWhen the angle becomes smaller, the opening degree TA of the throttle valve 18 is increased. When the opening degree TA of the throttle valve 18 is increased, the air-fuel ratio A / F is increased, and as a result, the injection amount Qa of the auxiliary fuel is increased. When the injection amount Qa of the auxiliary fuel is increased, the air-fuel ratio A / F becomes the limit air-fuel ratio (A / F).oAs a result, the opening degree TA of the throttle valve 18 is increased. Therefore, actually, as shown in FIG. 17, the air-fuel ratio A / F is the limit air-fuel ratio (A / F).o, The opening degree TA of the throttle valve 18 is increased and the injection amount Qa of the auxiliary fuel is increased. During this time, the air-fuel ratio A / F is the critical air-fuel ratio (A / F).oMaintained in the vicinity.
[0076]
As described above, in the third embodiment, as long as the exhaust gas temperature TE at the outlet of the exhaust port 11 is lower than the target temperature TEO, the auxiliary fuel injection amount Qa continues to increase. Therefore, the third embodiment has an advantage that the exhaust gas temperature TE can be rapidly raised to the target temperature TEO.
In this third embodiment, the air-fuel ratio A / F is a predetermined lean air-fuel ratio (A / F) shown in FIG.rWhen it becomes larger, the opening degree TA of the throttle valve 18 is gradually decreased.
[0077]
FIG. 18 shows an operation control routine for executing the third embodiment.
Referring to FIG. 18, first, at step 200, it is judged if the engine is starting or warming up. When it is not during engine start-up and warm-up operation, the routine jumps to step 202, where it is judged if the engine is under low load. When the engine load is not low, the routine proceeds to step 203 where the exhaust control valve 24 is fully opened, then the routine proceeds to step 204 where injection control of the main fuel Qm is performed. At this time, the auxiliary fuel Qa is not injected. Next, at step 205, the throttle valve 18 is controlled to the target opening.
[0078]
On the other hand, when it is determined at step 200 that the engine is being started and the engine is warming up, the routine proceeds to step 201 where it is determined whether or not a predetermined set period has elapsed after the engine is started. When the set period has not elapsed, the routine proceeds to step 206, and when the set period has elapsed, the routine proceeds to step 202. On the other hand, when it is determined in step 202 that the engine is under low load, the routine also proceeds to step 206.
[0079]
In step 206, the exhaust control valve 24 is almost fully closed. Next, at step 207, the injection amount of the main fuel Qm is calculated. That is, the injection amount of the main fuel Qm is X shown in FIG. 10 when the engine is starting and warming up, and the injection amount of the main fuel Qm is X shown in FIG. The Next, at step 208, the target opening degree STO of the throttle valve 18 is calculated. Next, at step 209, it is determined whether or not the engine is in an operating state in which the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is made rich as when the engine is started. When the operation state is such that the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is rich, the routine jumps to step 211, where the injection control of the main fuel Qm is performed. At this time, the auxiliary fuel Qa is not injected.
[0080]
In contrast, when the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is not in an operation state in which the average air-fuel ratio is rich, the routine proceeds to step 210, where the injection amount of the auxiliary fuel Qa is calculated. FIG. 19 shows a routine for calculating the injection amount of the auxiliary fuel Qa. Next, at step 211, injection control of the main fuel Qm and the auxiliary fuel Qa is performed. Next, at step 212, the opening degree TA of the throttle valve 18 is controlled to the target opening degree STO.
[0081]
Referring to FIG. 19, first, at step 213, the correction coefficient K is calculated from the relationship shown in FIG. Next, at step 214, the injection amount Qa (= K · Qm) of the auxiliary fuel is calculated by multiplying the injection amount Qm of the main fuel by the correction coefficient K.
Next, at step 215, the air-fuel ratio A / F detected by the air-fuel ratio sensor 33 is the critical air-fuel ratio (A / F).oOr less is determined. A / F ≧ (A / F)oWhen the air fuel ratio is lean, the routine proceeds to step 216. In step 216, the air-fuel ratio A / F detected by the air-fuel ratio sensor 33 is a predetermined lean air-fuel ratio (A / F).rIt is determined whether or not it is larger than (FIG. 17). A / F ≦ (A / F)rJumps to step 218.
[0082]
In step 218, it is determined whether or not the exhaust gas temperature TE at the outlet of the exhaust port 11 detected by the temperature sensor 32 is higher than the target temperature TEO. When TE> TEO, the routine proceeds to step 219, where the constant value α is subtracted from the correction value ΔQ for the auxiliary fuel Qa. Next, the routine proceeds to step 221. On the other hand, when TE ≦ TEO, the routine proceeds to step 220 where the constant value α is added to the correction value ΔQ, and then the routine proceeds to step 221.
[0083]
  On the other hand, in step 215, A / F <(A / F)o When it is determined that, the routine proceeds to step 223, where the fixed value δ is added to the correction value ΔS for the opening degree TA of the throttle valve 18. Next, the routine proceeds to step 221. In step 216, A / F> (A / F)r When it is determined that, the routine proceeds to step 217, where the constant value δ is subtracted from the correction value ΔS. However, ΔS is zero or a positive value. Then step 218Proceed to
[0084]
In step 221, the final sub fuel injection amount Qa is calculated by adding the correction value ΔQ to the sub fuel injection amount Qa calculated in step 214.
Next, at step 222, the final target opening STO of the throttle valve 18 is calculated by adding the correction value ΔS to the target opening STO of the throttle valve 18 calculated at step 208 (FIG. 18).
[0085]
As can be seen from the routine shown in FIG. 19, A / F ≧ (A / F)oIn this case, when TE> TEO, the auxiliary fuel injection amount Qa is decreased, and when TE ≦ TEO, the auxiliary fuel injection amount Qa is increased. Thus, the exhaust gas temperature TE is controlled to the target temperature TEO.
On the other hand, A / F <(A / F)oThen, the opening degree TA of the throttle valve 18 is increased by a constant value δ, and at this time, the injection amount Qa of the auxiliary fuel cannot be changed. However, if the opening degree TA of the throttle valve 18 increases, A / F ≧ (A / F)oTherefore, at this time, if TE ≦ TEO, the injection amount Qa of the auxiliary fuel is increased. When the injection amount Qa of the auxiliary fuel is increased, A / F <(A / F)oThus, the opening degree TA of the throttle valve 18 is increased by a constant value δ. That is, when TE ≦ TEO, the opening degree TA of the throttle valve 18 is gradually increased and the injection amount Qa of the auxiliary fuel is gradually increased.
[0086]
  FIG. 20 shows a case where an HC concentration sensor 33 capable of detecting the concentration of unburned HC in the exhaust gas is used instead of the air-fuel ratio sensor 33 in the third embodiment. Figure20In the fourth embodiment shown in FIG. 4, when the unburned HC concentration D in the exhaust gas rises to a predetermined limit concentration DO, the opening degree TA of the throttle valve 18 is increased and the injection amount Qa of the auxiliary fuel is increased. It is done.
[0087]
Also in the fourth embodiment, the operation control routine shown in FIG. 18 is used. However, the sub-fuel injection amount calculation routine shown in FIG. 21 is used only for step 210 in FIG. 18, and therefore only the routine shown in FIG. 21 will be described below.
Referring to FIG. 21, first, at step 250, the correction coefficient K is calculated from the relationship shown in FIG. Next, at step 251, the injection amount Qa (= K · Qm) of the auxiliary fuel is calculated by multiplying the injection amount Qm of the main fuel by the correction coefficient K. Next, at step 252, it is judged if the HC concentration D in the exhaust gas detected by the HC concentration sensor 33 is higher than the limit concentration DO. When D ≦ DO, the process proceeds to step 253. In step 253, the HC concentration D detected by the HC concentration sensor 33 is set to a predetermined HC concentration DO.1It is determined whether or not it is lower than (FIG. 20). D ≧ DO1Jumps to step 255.
[0088]
In step 255, it is determined whether or not the exhaust gas temperature TE at the outlet of the exhaust port 11 detected by the temperature sensor 32 is higher than the target temperature TEO. When TE> TEO, the routine proceeds to step 256, where the constant value α is subtracted from the correction value ΔQ for the auxiliary fuel Qa. Next, the routine proceeds to step 258. On the other hand, when TE ≦ TEO, the routine proceeds to step 257 where the constant value α is added to the correction value ΔQ, and then the routine proceeds to step 258.
[0089]
On the other hand, when it is determined in step 252 that D> DO, the routine proceeds to step 260, where a fixed value δ is added to the correction value ΔS for the opening degree TA of the throttle valve 18. Next, the routine proceeds to step 258. In step 253, D <DO1When it is determined that the value is, the routine proceeds to step 254, where the constant value δ is subtracted from the correction value ΔS. However, ΔS is zero or a positive value. Next, the routine proceeds to step 255.
[0090]
In step 258, the final auxiliary fuel injection amount Qa is calculated by adding the correction value ΔQ to the auxiliary fuel injection amount Qa calculated in step 251. Next, at step 259, the final target opening STO of the throttle valve 18 is calculated by adding the correction value ΔS to the target opening STO of the throttle valve 18 calculated at step 208 (FIG. 18).
[0091]
As can be seen from the routine shown in FIG. 21, when D ≦ DO, the injection amount Qa of the auxiliary fuel is decreased when TE> TEO, and the injection amount Qa of the auxiliary fuel is increased when TE ≦ TEO. Thus, the exhaust gas temperature TE is controlled to the target temperature TEO.
On the other hand, when D> DO, the opening degree TA of the throttle valve 18 is increased by a constant value δ, and at this time, the injection amount Qa of the auxiliary fuel is not changed. However, if the opening degree TA of the throttle valve 18 is increased, D ≦ DO is satisfied. At this time, if TE ≦ TEO, the auxiliary fuel injection amount Qa is increased. When the injection amount Qa of the auxiliary fuel is increased, D> DO, and the opening degree TA of the throttle valve 18 is increased by a constant value δ. That is, when TE ≦ TEO, the opening degree TA of the throttle valve 18 is gradually increased and the injection amount Qa of the auxiliary fuel is gradually increased.
[0092]
FIG. 22 shows another embodiment. In this embodiment, a catalyst 60 is disposed in the exhaust pipe 22 upstream of the exhaust control valve 24. Thus, when the catalyst 60 is arranged in the exhaust pipe 22 upstream of the exhaust control valve 24, the auxiliary fuel Qa is additionally injected, and when the exhaust control valve 24 is almost fully closed, the catalyst 60 is at a high temperature. It is heated strongly by the exhaust gas. Therefore, the catalyst 60 can be activated early during engine start-up and warm-up operation.
[0093]
Examples of the catalyst 60 disposed in the exhaust pipe 22 include an oxidation catalyst, a three-way catalyst, and NO.xAn absorbent or an HC adsorption catalyst can be used. NOxThe absorbent is NO when the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 is lean.xWhen the average air-fuel ratio in the combustion chamber 5 becomes rich, NO is absorbed.xIt has a function of releasing.
This NOxThe absorbent is, for example, alumina as a carrier, and on this carrier, alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, alkaline earth such as barium Ba, calcium Ca, lanthanum La, yttrium Y, etc. At least one selected from rare earths and a noble metal such as platinum Pt are supported.
[0094]
On the other hand, for HC adsorption catalyst, for example, zeolite, alumina Al2OThree, Silica alumina SiO2・ Al2OThree, Activated carbon, titania TiO2A noble metal such as platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, and iridium Ir, or a transition metal such as copper Cu, iron Fe, cobalt Co, and nickel Ni is supported on the porous carrier.
[0095]
In such an HC adsorption catalyst, unburned HC in the exhaust gas is physically adsorbed in the catalyst, and the amount of unburned HC adsorbed increases as the temperature of the catalyst decreases, and increases as the pressure of the exhaust gas flowing through the catalyst increases. To do. Therefore, in the embodiment shown in FIG. 22, the exhaust gas is low when the temperature of the catalyst 60 is low and the back pressure is increased by the exhaust throttle action of the exhaust control valve 24, that is, during engine start-up and warm-up operation, and during low engine load. Unburned HC contained therein is adsorbed by the HC adsorption catalyst. Therefore, the amount of unburned HC released into the atmosphere can be further reduced. The unburned HC adsorbed on the HC adsorption catalyst is released from the HC adsorption catalyst when the back pressure becomes low or when the temperature of the HC adsorption catalyst becomes high.
[0096]
FIG. 23 shows still another embodiment.
In this embodiment, NO in the exhaust pipe 22 upstream of the exhaust control valve 24.xA catalyst 60 made of an absorbent or an HC adsorption catalyst is disposed, and an oxidation function such as an oxidation catalyst or a three-way catalyst is provided between the first exhaust manifold 19 and the exhaust pipe 21 and between the second exhaust manifold 20 and the exhaust pipe 21. Catalysts 61 and 62 having the following are arranged.
[0097]
【The invention's effect】
The amount of unburned HC discharged into the atmosphere can be greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view of an internal combustion engine.
FIG. 2 is a side sectional view of a combustion chamber.
FIG. 3 is a diagram showing a change in current generated by an air-fuel ratio sensor.
FIG. 4 is a diagram showing an injection amount, an injection timing, and an air-fuel ratio.
FIG. 5 is a diagram showing injection timing.
FIG. 6 is a diagram showing the concentration of unburned HC.
FIG. 7 is a diagram showing an injection amount of main fuel.
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between an injection amount of main fuel and an injection amount of sub fuel.
9 is a diagram showing a correction coefficient K. FIG.
FIG. 10 is a diagram showing an injection amount of main fuel and an opening degree of an exhaust control valve.
FIG. 11 is a diagram showing an injection amount of main fuel and an opening degree of an exhaust control valve.
FIG. 12 is a time chart showing changes in the injection amount of auxiliary fuel and the like in the first embodiment.
FIG. 13 is a flowchart for performing operation control.
FIG. 14 is a flowchart for calculating an injection amount of sub fuel in the first embodiment.
FIG. 15 is a time chart showing changes in the injection amount of auxiliary fuel and the like in the second embodiment.
FIG. 16 is a flowchart for calculating an injection amount of auxiliary fuel in the second embodiment.
FIG. 17 is a time chart showing changes in the injection amount of auxiliary fuel and the like in the third embodiment.
FIG. 18 is a flowchart for performing operation control.
FIG. 19 is a flowchart for calculating an injection amount of auxiliary fuel in the third embodiment.
FIG. 20 is a time chart showing changes in the injection amount of auxiliary fuel and the like in the fourth embodiment.
FIG. 21 is a flowchart for calculating an injection amount of auxiliary fuel in the fourth embodiment.
FIG. 22 is an overall view showing another embodiment of the internal combustion engine.
FIG. 23 is an overall view showing still another embodiment of the internal combustion engine.
[Explanation of symbols]
6 ... Fuel injection valve
22 ... Exhaust pipe
24. Exhaust control valve
32 ... Temperature sensor

Claims (2)

機関排気ポートの出口に接続された排気通路内に排気ポートの出口から予め定められた距離を隔てて排気制御弁を配置し、大気中への未燃HCの排出量を低減すべきであると判断されたときには排気制御弁をほぼ全閉にすると共に、機関出力を発生するために燃焼室内に噴射された主燃料を空気過剰のもとで燃焼させることに加え副燃料を副燃料が燃焼しうる膨張行程中又は排気行程中の予め定められた時期に燃焼室内に追加噴射しかつ排気制御弁上流の排気通路内の排気ガス温が予め定められた目標温度となるように副燃料の噴射量を制御し、排気制御弁がほぼ全閉せしめられたときには同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合の機関の発生トルクに近づくように同一の機関運転状態のもとで排気制御弁が全開せしめられた場合に比べて主燃料の噴射量を増量させるようにし、更に副燃料を燃焼せしめるのに十分な酸素が燃焼室内に残存しているか否かを判断する判断手段を具備し、該判断手段による判断結果に基づき副燃料を燃焼せしめるのに十分な酸素の存在下でもって副燃料が燃焼せしめられるように副燃料の噴射量を制御するようにし、副燃料を燃焼せしめるのに十分な酸素が燃焼室内に残存していないと判断されたときには吸入空気量を増大させるようにした内燃機関の排気浄化装置。An exhaust control valve should be placed in the exhaust passage connected to the outlet of the engine exhaust port at a predetermined distance from the outlet of the exhaust port to reduce the amount of unburned HC discharged into the atmosphere. When judged, the exhaust control valve is almost fully closed, and in addition to burning the main fuel injected into the combustion chamber under excess air to generate engine output, the auxiliary fuel burns the auxiliary fuel. The amount of auxiliary fuel injected so that additional injection is performed into the combustion chamber at a predetermined time during the expansion stroke or exhaust stroke, and the exhaust gas temperature in the exhaust passage upstream of the exhaust control valve becomes a predetermined target temperature. When the exhaust control valve is almost fully closed, the same engine operating condition is set so that the engine generated torque is approached when the exhaust control valve is fully opened under the same engine operating condition. To fully open the exhaust control valve. So as to increase the injection quantity of the main fuel in comparison with the case where was, though allowed to further burn the auxiliary fuel comprises a determining means for determining whether sufficient oxygen remains in the combustion chamber, said determining means Based on the result of the determination, the injection amount of the secondary fuel is controlled so that the secondary fuel can be burned in the presence of sufficient oxygen to burn the secondary fuel, and there is sufficient oxygen to burn the secondary fuel. An exhaust emission control device for an internal combustion engine, which increases an intake air amount when it is determined that the air does not remain in the combustion chamber . 副燃料を燃焼せしめるのに十分な酸素が燃焼室内に残存していないと判断されたときには吸入空気量を増大させかつ副燃料の噴射量を増大させるようにした請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装置。 2. The internal combustion engine according to claim 1 , wherein when it is determined that sufficient oxygen for burning the auxiliary fuel does not remain in the combustion chamber, the intake air amount is increased and the injection amount of the auxiliary fuel is increased . Exhaust purification device.
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