JP3925593B2 - 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、内燃機関に係り、詳しくは、リーン空燃比での希薄燃焼運転可能な内燃機関におけるストイキオフィードバック制御の実施制御技術に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
従来のMPI(マルチポイントインジェクション)型の内燃機関では、当該内燃機関の排気通路に設けられたO2センサの出力に基づいてストイキオフィードバック制御を行うようにしている。
しかしながら、当該ストイキオフィードバック制御を比較的高負荷とされる特定運転領域において長期に亘り継続すると、燃焼温度が極めて高くなり排気通路に設けられた触媒が過昇温するという問題がある。
【0003】
そこで、このような特定運転領域でのストイキオフィードバック制御による触媒過昇温を防止すべく、例えばタイマ制御により特定運転領域でのストイキオフィードバック制御の継続時間を所定期間に制限し、さらに、当該所定期間を内燃機関への燃料供給量と基準値との偏差に基づいて加減算する技術が特開平8−121213号公報に開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記公報に開示された技術では、燃料供給量と基準値との偏差に基づいて所定期間を加減算し設定するようにしているため、例えば希薄燃焼運転可能な内燃機関のように、同一の燃料供給量に対してリーン空燃比の場合と非リーン空燃比の場合とが存在するような内燃機関の場合において、実際にはリーン空燃比であって燃焼温度が低く触媒の過昇温は問題とならないにも拘わらず所定期間が減算され、これにより特定運転領域でのストイキオフィードバック制御の継続時間が不必要に短くなってしまうという問題がある。
【0005】
このようにストイキオフィードバック制御の継続時間が不必要に制限されると、触媒の過昇温は防止される一方で燃費の悪化を招くおそれがあり好ましいことではない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、特定運転領域でのストイキオフィードバック制御の継続時間を空燃比に応じて適正に調整可能な内燃機関を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項1の発明の内燃機関では、制御手段により、機関負荷が第1の負荷領域にあるときには実空燃比が理論空燃比となるようフィードバック制御が行われ、第1の負荷領域よりも高負荷側の第2の負荷領域にあるときにはフィードバック制御が所定時間に亘り継続実施される。そして、この所定時間は、所定時間設定手段により、空燃比がリッチ空燃比とされたときには漸減させられ、リーン空燃比とされたときには漸増させられるよう構成されている。
【0007】
例えば、リッチ空燃比で運転された後に機関負荷が比較的高負荷の第2の負荷領域でストイキオフィードバック制御が実施される場合において、当該第2の負荷領域では通常はストイキオフィードバック制御が実施されると燃焼温度、ひいては排気温度が高くなるのであるが、排気温度の高くなる当該ストイキオフィードバック制御が長時間に亘って不用意に継続されてしまうことがなくなり、既にリッチ空燃比での運転時においてある程度まで昇温していた触媒がさらに昇温させられて過昇温することが抑制され、触媒の熱劣化が防止される。
【0008】
さらに、リーン空燃比で運転された後に第2の負荷領域でストイキオフィードバック制御が行われる場合において、リーン空燃比での運転時に触媒がそれほど昇温しておらずある程度は昇温しても問題ないにも拘わらず当該昇温を抑えるべくストイキオフィードバック制御の継続時間が不必要に短くされてしまうことがなくなり、燃焼効率のよい理論空燃比での運転が制限されることなく比較的長時間に亘って適正に継続実施され、燃費の向上が図られる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
図1を参照すると、車両に搭載された本発明の内燃機関の概略構成図が示されており、以下同図に基づいて本発明の内燃機関の構成を説明する。
機関本体(以下、単にエンジンという)1は、例えば、燃料噴射モード(運転モード)を切換えることで均一燃焼を行う吸気行程での燃料噴射(吸気行程噴射モード)または層状燃焼を行う圧縮行程での燃料噴射(圧縮行程噴射モード)を実施可能な筒内噴射型火花点火式直列4気筒ガソリンエンジンとされている。そして、この筒内噴射型のエンジン1は、容易にして理論空燃比(ストイキオ)での運転やリッチ空燃比での運転(リッチ空燃比運転)の他、リーン空燃比での運転(リーン空燃比運転)が実現可能とされており、特に圧縮行程噴射モードでは、超リーン空燃比での運転が可能とされている。
【0010】
同図に示すように、エンジン1のシリンダヘッド2には、各気筒毎に点火プラグ4とともに電磁式の燃料噴射弁6が取り付けられており、これにより、燃焼室8内に燃料を直接噴射可能とされている。
燃料噴射弁6には、燃料パイプを介して燃料タンクを擁した燃料供給装置(共に図示せず)が接続されている。より詳しくは、燃料供給装置には、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとが設けられており、これにより、燃料タンク内の燃料を燃料噴射弁6に対し低燃圧或いは高燃圧で供給し、該燃料を燃料噴射弁6から燃焼室内に向けて所望の燃圧で噴射可能とされている。この際、燃料噴射量は高圧燃料ポンプの燃料吐出圧と燃料噴射弁6の開弁時間、即ち燃料噴射時間とから決定される。
【0011】
シリンダヘッド2には、各気筒毎に略直立方向に吸気ポートが形成されており、各吸気ポートと連通するようにして吸気マニホールド10の一端がそれぞれ接続されている。そして、吸気マニホールド10の他端にはスロットル弁11が接続されており、該スロットル弁11にはスロットル開度θthを検出するスロットルセンサ11aが設けられている。
【0012】
さらに、吸気マニホールド10からは吸気管12が延びており、該吸気管12の先端にはエアクリーナ13が設けられている。そして、吸気管12には、吸入空気量を検出するエアフローセンサ14が設けられている。
また、シリンダヘッド2には、各気筒毎に略水平方向に排気ポートが形成されており、各排気ポートと連通するようにして排気マニホールド20の一端がそれぞれ接続されている。
【0013】
図中符号16は、クランク角を検出するクランク角センサであり、該クランク角センサ16はエンジン回転速度Neを検出可能とされている。
なお、当該筒内噴射型のエンジン1は既に公知のものであり、その構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
排気マニホールド20には、排気管22が接続されており、この排気管22には排気浄化触媒装置(三元触媒等)30を介してマフラー(図示せず)が接続されている。
【0014】
そして、排気マニホールド20には、O2センサ24が設けられている。O2センサ24は、排気中のNOxの濃度に相関する値としての酸素量を検出するものであって、これにより実際の空燃比(実A/F)を良好に検出可能となっている。
さらに、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM、不揮発性RAM等)、中央処理装置(CPU)、タイマカウンタ等を備えたECU(電子コントロールユニット)40が設置されており、このECU40により、エンジン1を含めた本発明に係る内燃機関の総合的な制御が行われる。ECU40の入力側には、上述したスロットルセンサ11a、エアフローセンサ14、クランク角センサ16、O2センサ24等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。
【0015】
一方、ECU40の出力側には、点火コイルを介して上述した点火プラグ4や燃料噴射弁6等が接続されており、これら点火コイル、燃料噴射弁6等には、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量や燃料噴射時期、点火時期等の最適値がそれぞれ出力される。これにより、燃料噴射弁6から適正量の燃料が適正なタイミングで噴射され、点火プラグ4によって適正なタイミングで点火が実施される。
【0016】
実際には、ECU40では、スロットルセンサ11aからのスロットル開度情報θthとクランク角センサ9からのエンジン回転速度情報Neとに基づいてエンジン負荷に対応する目標平均有効圧Peを求めるようにされている。そして、当該目標平均有効圧Peとエンジン回転速度情報Neとに応じて図5に示すマップより燃料噴射モードを設定するようにされている。例えば、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとが共に小さいときには、燃料噴射モードは圧縮行程噴射モード(圧縮リーンモード)とされ、燃料は圧縮行程で噴射され、一方、目標平均有効圧Peが大きくなり或いはエンジン回転速度Neが大きくなると燃料噴射モードは吸気行程噴射モードとされ、燃料は吸気行程で噴射される。吸気行程噴射モードには、リーン空燃比とされる吸気リーンモード、実A/Fを理論空燃比(ストイキオ)となるようフィードバック制御するストイキオフィードバックモード(S−F/Bモード)、及び、リッチ空燃比とされるオープンループモード(O/Lモード)がある。
【0017】
また、ECU40では、エアフローセンサ14からの吸入空気量情報に基づいて体積効率Evを求めるようにされており、図2に示すように、エンジン回転速度Neと体積効率Evとの関係において体積効率Evが所定値Ev1より大きく所定値Ev2より小さい領域(第2の負荷領域であり、以下タイマゾーンという)では、S−F/BモードとO/Lモード間の切り換えについては、通常のMPI型の内燃機関の場合と同様に体積効率Evの情報が用いられ、当該エンジン回転速度Neと体積効率Evのマップよりモードの切り換えが行われる。即ち、体積効率Evが所定値Ev2より小さい範囲では、燃料噴射モードはS−F/Bモードとされ、体積効率Evが所定値Ev2以上となると、燃料噴射モードはO/Lモードとされる。
【0018】
そして、目標平均有効圧Pe或いは体積効率Evとエンジン回転速度Neとから制御目標となる目標空燃比(目標A/F)が設定され、上記適正量の燃料噴射量は該目標A/Fに基づいて決定される。また、目標平均有効圧Peとエンジン回転速度Neとが設定されると、これに応じて燃料の噴射時期も設定される。
また、上記各燃料噴射モードの他、当該エンジン1では、燃料噴射モードの一種として、主に排気浄化触媒装置30の昇温、活性化を目的として排ガスの昇温処理、即ち燃料噴射時期を複数回(例えば2回)に分割する分割噴射(例えば2段噴射)を行うことも可能とされている(以下、2段噴射モードという)。
【0019】
2段噴射は、主噴射を圧縮行程或いは吸気行程で行うとともに副噴射を膨張行程(特に、膨脹行程中期又はそれ以降)で行い、副噴射によって供給される燃料が主噴射による主燃焼の余剰酸素と主として排気マニホールド20内で混合し再燃焼することを利用して排ガスを昇温させるものである。これにより、排気浄化触媒装置30の昇温が促進され、早期活性化が図られる。
【0020】
ところで、上記体積効率Evの所定値Ev2は、燃費の向上を目的として比較的大きな値に設定されている。つまり、O/Lモードでのリッチ空燃比運転はS−F/Bモードでの理論空燃比運転よりも燃料消費量が大きく燃費が悪いため、体積効率Evが大きくなっても極力S−F/Bモードを維持して燃費が向上するようにしている。
【0021】
しかしながら、上述したように、体積効率Evが大きい状態でS−F/Bモード、即ち理論空燃比運転を継続すると、燃焼効率が良いことから燃焼温度が上昇して排気温度が高くなり、排気浄化触媒装置30の過昇温が発生するという問題があり、ここでは、燃費の向上を重視する一方でS−F/Bモードが所定値Ev2に近い領域で長期に亘って継続されないようにし、その後はO/Lモードでリッチ空燃比運転が行われるようにしている。
【0022】
このように、リッチ空燃比運転を行うと、通常は低温(常温)である燃料の噴射量が増大することになり、所謂燃料冷却効果が得られて排気温度が低下することになる。但し、リッチ空燃比運転は、S−F/Bモードが所定値Ev2に近い領域で長期に亘って継続される場合に比べて排気温度が低くなるものの、燃焼に寄与する燃料が多いためにやはり排気昇温効果は高い。
【0023】
詳しくは、図2のマップに基づき、S−F/Bモード中に体積効率Evが所定値Ev1以下の領域(第1の負荷領域)であれば、理論空燃比運転をそのまま継続実施し、一方、S−F/Bモード中に体積効率Evが所定値Ev1を超えてタイマゾーン(第2の負荷領域)に入ると、F/Bタイマを作動させてS−F/BモードがF/Bタイマ時間TM(所定時間)を超えて継続されないようにし、F/Bタイマ時間TMを超えたら燃料噴射モードをO/Lモードに切り換えるようにしている(制御手段)。
【0024】
さらに、このF/Bタイマは排気浄化触媒装置30の過昇温を防止することを主目的としているため、体積効率Evがタイマゾーンに入る前の排気浄化触媒装置30の温度状態相関値である空燃比に応じてF/Bタイマ時間TMを調整するようにしている。
以下、本発明の内燃機関の作用、即ち当該F/Bタイマ時間TMの調整を含めた本発明に係るF/Bタイマ制御について詳しく説明する。
【0025】
図3を参照すると、本発明に係るF/Bタイマ制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、また、図4を参照すると、当該制御ルーチンに基づく制御結果の一例、即ちエンジン1の運転状態に応じて変化する体積効率Ev(a)、燃料噴射モード(b)及びこれらに応じたF/Bタイマ時間TM(c)の時間変化がタイムチャートで示されており、以下、図3を参照しながら図4のタイムチャートに沿って説明する。
【0026】
ここでは、先ず、燃料噴射モードが2段噴射モードである場合、即ち、図3のステップS10の判別結果が偽(No)で燃料噴射モードがS−F/Bモードではなく、且つ、ステップS12の判別結果も偽(No)でリーン空燃比モード(圧縮リーンモード或いは吸気リーンモード)ではない場合から説明を開始する。
2段噴射は、上述したように排気浄化触媒装置30の昇温を目的としているため、排気温度は非常に高くなっている。従って、このような場合には、体積効率Evがタイマゾーン内に有る無しに拘わらず、F/Bタイマ時間TMを基準時間(一定時間)TM1(例えば、10step(10secに対応))から例えば1step/secずつ値0に向けてカウントダウン(減算)するようにし(ステップS16)、F/Bタイマ時間TMが小さくS−F/Bモードの継続時間が短くなるようにする(所定時間設定手段)。なお、基準時間TM1(例えば、10step)は予め実験により設定された値であり、この値は即ちF/Bタイマ時間TMの上限値である。
【0027】
このように2段噴射モードである場合にF/Bタイマ時間TMを基準時間TM1からカウントダウンするようにすると、2段噴射モードが終了したときには、F/Bタイマ時間TMは十分に小さくなっている(A時点)。従って、同図に示すように、この時点でS−F/Bモードが選択され且つ体積効率Evがタイマゾーンに入っていたとしても(ステップS10の判別結果が真(Yes)であり且つステップS14の判別結果が真(Yes)の場合)、F/Bタイマ時間TMは短時間で値0までカウントダウンされ(ステップS16)、つまりS−F/Bモードは直ぐに終了されてO/Lモードに切り換えられる(B時点)。
【0028】
これにより、既に2段噴射によって昇温させられていた排気浄化触媒装置30が、所定値Ev2に近い領域でのS−F/Bモード、即ち理論空燃比運転の継続によってさらに昇温させられて過昇温してしまうといったことが好適に防止される。故に、排気浄化触媒装置30の熱劣化が好適に防止される。
なお、この2段噴射は、副噴射によって供給される燃料の多くが未燃燃料として排気マニホールド20に排出されるため、ある意味ではリッチ空燃比運転とみなすことができる。つまり、2段噴射モードでは、空燃比は擬似的にリッチ空燃比とみなすことができる。
【0029】
その後、体積効率Evが所定値Ev1以下となり、タイマゾーンを外れると(C時点)、もはやS−F/Bモードで理論空燃比運転を実施したとしても(ステップS10の判別結果が真(Yes)でステップS14の判別結果が偽(No)の場合)、燃焼温度は十分低く、排気浄化触媒装置30が過昇温するおそれはない。故に、この場合には、上記の如くカウントダウンし小さくしたF/Bタイマ時間TMをもとに戻すべく例えば0.5step/secずつカウントアップ(増算)する(ステップS18)。なお、カウントアップの勾配を0.5step/secずつとし、カウントダウン時の1step/secよりも小さくしているが、これは、O/Lモードでリッチ空燃比運転が実施された後は、排気浄化触媒装置30がある程度昇温しており過昇温し易いため、この状態ではF/Bタイマ時間TMをなるべく小さく抑えておくためである。
【0030】
そして、このF/Bタイマ時間TMのカウントアップは、燃料噴射モードがリーン空燃比モード(圧縮リーンモード或いは吸気リーンモード)とされても(ステップS12の判別結果が真(Yes)の場合)、そのまま継続される(D時点)。即ち、リーン空燃比モードでは、燃焼に寄与する燃料が非常に少ないために燃焼温度は低く、故に排気浄化触媒装置30が昇温することは考えられないため、F/Bタイマ時間TMが基準時間TM1よりも小さいときには、これを基準時間TM1に向けてカウントアップするようにする(所定時間設定手段)。なお、リーン空燃比モードでは、同図に示すように、多くの空気を必要とするために体積効率Evが所定値Ev1さらには所定値Ev2を超えてしまうことがあり得るが、F/Bタイマ時間TMは、リーン空燃比運転が実施されている間において、体積効率Evに拘わらず基準時間TM1に達するまで継続的にカウントアップされる。
【0031】
これにより、排気浄化触媒装置30が昇温することがないにも拘わらず、F/Bタイマ時間TMが不必要に少なくされることがなくなり、次回S−F/Bモードが選択されてタイマゾーンで理論空燃比運転が実施された場合において、当該S−F/Bモードでの理論空燃比運転が十分に長く継続され、燃費の向上が図られる。
【0032】
リーン空燃比モードが終了すると(E時点)、同図のように、体積効率Evが所定値Ev2を超えている場合には、図2のマップに基づき、燃料噴射モードは通常通りO/Lモードとされ、リッチ空燃比運転が実施される(ステップS12の判別結果が偽(No)の場合)。
ところで、リッチ空燃比運転は、上述したようにある程度の排気昇温効果を有している。従って、当該リッチ空燃比運転においても、上記2段噴射モードの場合と同様、F/Bタイマ時間TMをカウントダウンするようにし(ステップS16)、F/Bタイマ時間TMが小さくS−F/Bモードの継続時間が短くなるようにする(所定時間設定手段)。
【0033】
そして、このように図2のマップに基づいて燃料噴射モードが通常通りO/Lモードとされ、リッチ空燃比運転が実施された場合には、当該リッチ空燃比運転は体積効率Evが所定値Ev1以下となるまで継続実施され、この間、F/Bタイマ時間TMは値0となるまでカウントダウンされ続けることになる。
これにより、上記2段噴射モードの場合と同様に、リッチ空燃比運転によってある程度昇温させられていた排気浄化触媒装置30が、次回S−F/Bモードでの理論空燃比運転が所定値Ev2に近い領域で実施された場合において、さらに昇温させられて過昇温してしまうといったことがなくなり、やはり排気浄化触媒装置30の熱劣化が好適に防止される。
【0034】
そして、再び体積効率Evが所定値Ev1以下となりタイマゾーンを外れると(F時点)、S−F/Bモードで理論空燃比運転が継続的に実施されることになり(ステップS10の判別結果が真(Yes)でステップS14の判別結果が偽(No)の場合)、上記C時点のときと同様に、カウントダウンし小さくしたF/Bタイマ時間TMをカウントアップ(増算)するようにする(ステップS18)。
【0035】
これにより、S−F/Bモード中に体積効率Evが再びタイマゾーンに入った場合において、当該S−F/Bモードでの理論空燃比運転が十分に長く継続され、上記同様に燃費の向上が図られる。
なお、上記実施形態では、エンジン1が筒内噴射型内燃機関である場合を例に説明したが、希薄燃焼運転可能なエンジン、つまりリッチ空燃比とリーン空燃比間で空燃比を切り換え可能な所謂リーンバーンエンジンであれば、通常のMPI型のエンジンであっても本発明を好適に適用可能である。
【0036】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項1の内燃機関によれば、例えば、リッチ空燃比で運転された後に機関負荷が比較的高負荷の第2の負荷領域でストイキオフィードバック制御が実施される場合において、排気温度の高くなるようなストイキオフィードバック制御を長時間に亘って不用意に継続させないようにでき、既にリッチ空燃比での運転時においてある程度まで昇温していた触媒をさらに昇温させ過昇温させてしまわないようにでき、これにより触媒の熱劣化を防止することができる。
【0037】
さらに、リーン空燃比で運転された後に第2の負荷領域でストイキオフィードバック制御が行われる場合において、触媒の昇温を抑えるべくストイキオフィードバック制御の継続時間を不必要に短くさせてしまわないようにでき、燃焼効率のよい理論空燃比での運転を比較的長時間に亘って適正に継続実施でき、燃費の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の内燃機関を示す概略構成図である。
【図2】エンジン回転速度Neと体積効率Evの関係に基づくS−F/BモードとO/Lモードとの切り換えタイミングを示すマップであって、タイマゾーンを示す図である。
【図3】本発明に係るF/Bタイマ制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図4】図3の制御ルーチンに基づく制御結果の一例を示す図であって、エンジン1の運転状態に応じて変化する体積効率Ev(a)、燃料噴射モード(b)及びこれらに応じたF/Bタイマ時間TM(c)の時間変化を示すタイムチャートである。
【図5】目標平均有効圧Peとエンジン回転速度情報Neとに基づく燃料噴射モードの設定マップである。
【符号の説明】
1 エンジン
4 点火プラグ
6 燃料噴射弁
8 燃焼室
14 エアフローセンサ
16 クランク角センサ
24 O2センサ
40 電子コントロールユニット(ECU)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly, to an execution control technique for stoichiometric feedback control in an internal combustion engine capable of a lean combustion operation at a lean air-fuel ratio.
[0002]
[Related background]
In a conventional MPI (multipoint injection) type internal combustion engine, stoichiometric feedback control is performed based on the output of an O 2 sensor provided in the exhaust passage of the internal combustion engine.
However, if the stoichiometric feedback control is continued for a long time in a specific operation region where the load is relatively high, there is a problem that the combustion temperature becomes extremely high and the catalyst provided in the exhaust passage is excessively heated.
[0003]
Therefore, in order to prevent catalyst overheating due to stoichiometric feedback control in such a specific operation region, for example, the duration of the stoichiometric feedback control in the specific operation region is limited to a predetermined period by timer control, Japanese Patent Laid-Open No. 8-121213 discloses a technique for adding and subtracting a predetermined period based on a deviation between a fuel supply amount to an internal combustion engine and a reference value.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technique disclosed in the above publication, since the predetermined period is added and subtracted based on the deviation between the fuel supply amount and the reference value, for example, the same internal combustion engine capable of lean combustion operation is used. In the case of an internal combustion engine in which a lean air-fuel ratio and a non-lean air-fuel ratio exist with respect to the fuel supply amount, the catalyst is actually a lean air-fuel ratio, the combustion temperature is low, and overheating of the catalyst is a problem In spite of this, there is a problem that the predetermined period is subtracted in spite of the fact that the duration of the stoichiometric feedback control in the specific operation region is unnecessarily shortened.
[0005]
Thus, if the duration of the stoichiometric feedback control is unnecessarily limited, excessive heating of the catalyst is prevented, but fuel consumption may be deteriorated, which is not preferable.
The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is an internal combustion engine capable of appropriately adjusting the duration of stoichiometric feedback control in a specific operation region in accordance with the air-fuel ratio. Is to provide.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the internal combustion engine of the first aspect of the present invention, the control means performs feedback control so that the actual air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio when the engine load is in the first load region, When in the second load region on the higher load side than the first load region, the feedback control is continuously performed for a predetermined time. The predetermined time is configured to be gradually decreased by the predetermined time setting means when the air-fuel ratio is made rich, and gradually increased when the air-fuel ratio is made lean.
[0007]
For example, when the stoichiometric feedback control is performed in the second load region where the engine load is relatively high after the engine is operated at the rich air-fuel ratio, the stoichiometric feedback control is normally performed in the second load region. If this is done, the combustion temperature and thus the exhaust temperature will rise, but the stoichiometric feedback control, which increases the exhaust temperature, will not be inadvertently continued over a long period of time, and operation has already been performed at a rich air-fuel ratio. At this time, the temperature of the catalyst that has been raised to a certain level is further raised, and the excessive temperature rise is suppressed, thereby preventing thermal deterioration of the catalyst.
[0008]
Further, in the case where stoichiometric feedback control is performed in the second load region after being operated at a lean air-fuel ratio, there is a problem even if the catalyst is not heated so much when operating at a lean air-fuel ratio and the temperature is raised to some extent. In spite of this, the duration of the stoichiometric feedback control is not unnecessarily shortened in order to suppress the temperature rise, and the operation at the stoichiometric air-fuel ratio with good combustion efficiency is not limited, and it takes a relatively long time. Thus, the fuel consumption is improved properly and the fuel efficiency is improved.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
Referring to FIG. 1, there is shown a schematic configuration diagram of an internal combustion engine of the present invention mounted on a vehicle. Hereinafter, the configuration of the internal combustion engine of the present invention will be described based on the same drawing.
The engine body (hereinafter simply referred to as the engine) 1 is, for example, a fuel injection in an intake stroke (intake stroke injection mode) in which uniform combustion is performed by switching a fuel injection mode (operation mode) or a compression stroke in which stratified combustion is performed. It is an in-cylinder injection type spark ignition type in-line four-cylinder gasoline engine capable of performing fuel injection (compression stroke injection mode). The in-cylinder injection type engine 1 can be easily operated at a stoichiometric air fuel ratio (stoichio) or at a rich air fuel ratio (rich air fuel ratio operation), or at a lean air fuel ratio (lean air fuel ratio). In particular, in the compression stroke injection mode, it is possible to operate at a super lean air-fuel ratio.
[0010]
As shown in the figure, the
A fuel supply device (both not shown) having a fuel tank is connected to the
[0011]
An intake port is formed in the
[0012]
Further, an
Further, an exhaust port is formed in the
[0013]
Note that the in-cylinder injection type engine 1 is already known, and the description of the configuration thereof is omitted here.
An
[0014]
The
Further, an ECU (electronic control unit) 40 including an input / output device, a storage device (ROM, RAM, nonvolatile RAM, etc.), a central processing unit (CPU), a timer counter, and the like is installed. The overall control of the internal combustion engine according to the present invention including 1 is performed. Various sensors such as the
[0015]
On the other hand, the
[0016]
Actually, the
[0017]
Further, the
[0018]
Then, a target air-fuel ratio (target A / F) as a control target is set from the target average effective pressure Pe or volumetric efficiency Ev and the engine speed Ne, and the appropriate fuel injection amount is based on the target A / F. Determined. Further, when the target average effective pressure Pe and the engine rotational speed Ne are set, the fuel injection timing is also set accordingly.
In addition to the fuel injection modes described above, in the engine 1, as a kind of fuel injection mode, a plurality of exhaust gas temperature increase processing, that is, a plurality of fuel injection timings, mainly for the purpose of temperature increase and activation of the exhaust
[0019]
In the two-stage injection, the main injection is performed in the compression stroke or the intake stroke and the sub-injection is performed in the expansion stroke (particularly in the middle of the expansion stroke or later), and the fuel supplied by the sub-injection is the surplus oxygen of the main combustion by the main injection. The temperature of the exhaust gas is raised mainly by utilizing mixing and reburning in the
[0020]
Incidentally, the predetermined value Ev2 of the volumetric efficiency Ev is set to a relatively large value for the purpose of improving fuel consumption. In other words, the rich air-fuel ratio operation in the O / L mode consumes more fuel and has a lower fuel consumption than the theoretical air-fuel ratio operation in the SF / B mode, so that even if the volumetric efficiency Ev increases, the SF / F / B mode is maintained to improve fuel economy.
[0021]
However, as described above, if the SF / B mode, that is, the stoichiometric air-fuel ratio operation is continued in a state where the volumetric efficiency Ev is large, the combustion temperature rises and the exhaust temperature rises because the combustion efficiency is good. There is a problem that overheating of the
[0022]
As described above, when the rich air-fuel ratio operation is performed, the injection amount of fuel, which is normally at a low temperature (normal temperature), is increased, so that a so-called fuel cooling effect is obtained and the exhaust temperature is lowered. However, in the rich air-fuel ratio operation, although the exhaust temperature is lower than when the SF / B mode is continued for a long time in a region close to the predetermined value Ev2, there is still a large amount of fuel that contributes to combustion. The exhaust temperature rise effect is high.
[0023]
Specifically, based on the map of FIG. 2, if the volumetric efficiency Ev is a region (first load region) that is equal to or less than a predetermined value Ev1 during the SF / B mode, the theoretical air-fuel ratio operation is continued as it is. When the volumetric efficiency Ev exceeds the predetermined value Ev1 and enters the timer zone (second load region) during the SF / B mode, the F / B timer is activated to switch the SF / B mode to F / B. The fuel injection mode is switched to the O / L mode when the timer time TM (predetermined time) is not exceeded and the F / B timer time TM is exceeded (control means).
[0024]
Further, since this F / B timer is mainly intended to prevent overheating of the exhaust
Hereinafter, the operation of the internal combustion engine of the present invention, that is, the F / B timer control according to the present invention including the adjustment of the F / B timer time TM will be described in detail.
[0025]
Referring to FIG. 3, a control routine for F / B timer control according to the present invention is shown in a flowchart, and with reference to FIG. 4, an example of a control result based on the control routine, that is, the operating state of the engine 1. The time efficiency of the volumetric efficiency Ev (a), the fuel injection mode (b), and the F / B timer time TM (c) corresponding to the volume efficiency Ev (a) changing according to the time chart are shown in the time chart. However, it demonstrates along the time chart of FIG.
[0026]
Here, first, when the fuel injection mode is the two-stage injection mode, that is, the determination result of step S10 in FIG. 3 is false (No), the fuel injection mode is not the SF / B mode, and step S12. This determination result is false (No), and the description is started from the case where the lean air-fuel ratio mode (compression lean mode or intake lean mode) is not set.
The two-stage injection is aimed at raising the temperature of the exhaust
[0027]
Thus, when the F / B timer time TM is counted down from the reference time TM1 in the two-stage injection mode, the F / B timer time TM is sufficiently small when the two-stage injection mode ends. (Time A). Therefore, as shown in the figure, even if the SF / B mode is selected at this time and the volumetric efficiency Ev is in the timer zone (the determination result of step S10 is true and step S14). F / B timer time TM is counted down to 0 in a short time (step S16), that is, the SF / B mode is immediately terminated and switched to the O / L mode. (Time B).
[0028]
As a result, the exhaust
Note that this two-stage injection can be regarded as a rich air-fuel ratio operation in a sense because most of the fuel supplied by the sub-injection is discharged to the
[0029]
After that, when the volumetric efficiency Ev becomes equal to or less than the predetermined value Ev1 and leaves the timer zone (at time C), even if the theoretical air-fuel ratio operation is already performed in the SF / B mode (the determination result in step S10 is true) If the determination result in step S14 is false (No), the combustion temperature is sufficiently low, and there is no possibility that the exhaust
[0030]
The F / B timer time TM is counted up even when the fuel injection mode is set to the lean air-fuel ratio mode (compression lean mode or intake lean mode) (when the determination result in step S12 is true). Continue as it is (D time). That is, in the lean air-fuel ratio mode, since the fuel that contributes to combustion is very small, the combustion temperature is low, and therefore it is unlikely that the exhaust
[0031]
As a result, the F / B timer time TM is not unnecessarily reduced in spite of the fact that the temperature of the exhaust
[0032]
When the lean air-fuel ratio mode ends (at time E), as shown in the figure, when the volumetric efficiency Ev exceeds a predetermined value Ev2, the fuel injection mode is set to the normal O / L mode based on the map of FIG. And the rich air-fuel ratio operation is performed (when the determination result of step S12 is false).
By the way, the rich air-fuel ratio operation has an exhaust gas temperature raising effect to some extent as described above. Therefore, also in the rich air-fuel ratio operation, the F / B timer time TM is counted down (step S16), as in the above-described two-stage injection mode, and the F / B timer time TM is small and the SF / B mode is set. The continuation time is shortened (predetermined time setting means).
[0033]
As described above, when the fuel injection mode is set to the O / L mode as usual based on the map of FIG. 2 and the rich air-fuel ratio operation is performed, the volume efficiency Ev is a predetermined value Ev1 in the rich air-fuel ratio operation. The F / B timer time TM is continuously counted down to a value of 0 during this time.
As a result, as in the case of the above-described two-stage injection mode, the exhaust
[0034]
When the volumetric efficiency Ev becomes equal to or less than the predetermined value Ev1 and leaves the timer zone (at time F), the theoretical air-fuel ratio operation is continuously performed in the SF / B mode (the determination result in step S10 is When true (Yes) and the determination result of step S14 is false (No), the F / B timer time TM counted down and reduced is incremented (added) as in the case of the above-described time point C (addition). Step S18).
[0035]
As a result, when the volumetric efficiency Ev enters the timer zone again during the SF / B mode, the theoretical air-fuel ratio operation in the SF / B mode is continued for a sufficiently long time, and fuel efficiency is improved as described above. Is planned.
In the above-described embodiment, the case where the engine 1 is a direct injection internal combustion engine has been described as an example. If it is a lean burn engine, the present invention can be suitably applied even to a normal MPI type engine.
[0036]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the internal combustion engine of the first aspect of the present invention, for example, the stoichiometric feedback control is performed in the second load region where the engine load is relatively high after the engine is operated at the rich air-fuel ratio. When implemented, stoichiometric feedback control that raises the exhaust temperature can be prevented from being inadvertently continued for a long time, and a catalyst that has already been heated to a certain level during operation at a rich air-fuel ratio can be used. Further, the temperature can be raised and the temperature can be prevented from being excessively raised, thereby preventing thermal deterioration of the catalyst.
[0037]
Furthermore, when stoichiometric feedback control is performed in the second load region after operating at a lean air-fuel ratio, the duration of stoichiometric feedback control should not be shortened unnecessarily to suppress the temperature rise of the catalyst. Therefore, the operation at the stoichiometric air-fuel ratio with good combustion efficiency can be appropriately continued for a relatively long time, and the fuel consumption can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an internal combustion engine of the present invention.
FIG. 2 is a map showing the timing of switching between SF / B mode and O / L mode based on the relationship between engine rotational speed Ne and volumetric efficiency Ev, and shows a timer zone.
FIG. 3 is a flowchart showing a control routine of F / B timer control according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an example of a control result based on the control routine of FIG. It is a time chart which shows the time change of F / B timer time TM (c).
FIG. 5 is a fuel injection mode setting map based on a target average effective pressure Pe and engine rotational speed information Ne.
[Explanation of symbols]
1
Claims (1)
機関負荷が第1の負荷領域にあるとき実空燃比が理論空燃比となるよう空燃比のフィードバック制御を行い、前記第1の負荷領域よりも高負荷側の第2の負荷領域にあるとき前記フィードバック制御を所定時間に亘り継続可能な制御手段と、
空燃比がリッチ空燃比とされたときには前記所定時間を漸減させ、リーン空燃比とされたときには前記所定時間を漸増させる所定時間設定手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関。In an internal combustion engine that can change the air-fuel ratio between a rich air-fuel ratio and a lean air-fuel ratio according to the operating state,
When the engine load is in the first load region, feedback control of the air-fuel ratio is performed so that the actual air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio, and when the engine load is in the second load region higher than the first load region, Control means capable of continuing the feedback control for a predetermined time;
A predetermined time setting means for gradually decreasing the predetermined time when the air-fuel ratio is a rich air-fuel ratio, and gradually increasing the predetermined time when the air-fuel ratio is a lean air-fuel ratio;
An internal combustion engine comprising:
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