JP4019716B2 - Internal combustion engine with exhaust purification device - Google Patents

Internal combustion engine with exhaust purification device Download PDF

Info

Publication number
JP4019716B2
JP4019716B2 JP2002006746A JP2002006746A JP4019716B2 JP 4019716 B2 JP4019716 B2 JP 4019716B2 JP 2002006746 A JP2002006746 A JP 2002006746A JP 2002006746 A JP2002006746 A JP 2002006746A JP 4019716 B2 JP4019716 B2 JP 4019716B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air
fuel ratio
fuel
particulate matter
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002006746A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003206725A (en
Inventor
孝充 浅沼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2002006746A priority Critical patent/JP4019716B2/en
Publication of JP2003206725A publication Critical patent/JP2003206725A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4019716B2 publication Critical patent/JP4019716B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関、特に希薄燃焼式ガソリンエンジンの排気浄化に係り、ガソリンエンジンで発生するパティキュレート・マターの浄化に関する。
【0002】
【従来の技術】
煤等の微粒子からなる排気ガス内のパティキュレート・マターは通常ディーゼルエンジンで問題とされ、その除去のための技術が種々開発されてきた。例えば、特公平7−106290号などにその例が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、パティキュレート・マターは、ディーゼルエンジンだけでなく、ガソリンエンジンでも発生する。とりわけ、筒内直接噴射式のガソリンエンジンでは、成層リーン燃焼時すなわち、少量の燃料を成層状態として燃焼室内で燃焼させる場合に、点火プラグ近傍の燃料が過濃となってスモークが発生しやすく、スモークに伴うパティキュレート・マターの適切な除去が望まれている。ガソリンエンジンとディーゼルエンジンとでは燃料が異なること及びそれに伴う機関の運転状況が異なることから、ガソリンエンジンでは独自にパティキュレート・マターの除去を考察する必要がある。
【0004】
特に、捕捉されたパティキュレート・マターが急激に酸化して過昇温を起すと、排気浄化装置が損傷してしまいその後の排気浄化に悪影響を及すおそれがある。
【0005】
本発明はこのような観点から、パティキュレート・マターを捕捉した排気浄化装置が、急激な酸化により過昇温することを防止することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明では、燃焼室でのガソリンの燃焼に伴って発生したパティキュレート・マターを、排気通路中に設けた排気浄化装置で酸化処理する内燃機関において、次の手段を採用した。
【0007】
基本的には、排気浄化装置が過昇温となったとき、あるいは、過昇温になるおそれがあるとき、空燃比制御手段により空燃比を現状よりも過濃側へ移行して排気浄化装置への酸素供給を減らすようにする。
【0008】
このための手段として、種々の手段が考えられる。
【0009】
例えば、排気通路に設けられた排気浄化装置でのパティキュレート・マターの状態に応じて(排気浄化装置が過昇温となった場合やそのようになるおそれがあるとき)、排気ガスの空燃比を理論空燃比へと制御するストイキフィードバック制御と、燃料量を理論空燃比より過濃とするリッチフィードバック制御とを切り換える空燃比制御切換手段を備える。排気浄化装置が過昇温となった場合やそのようになるおそれがあるとき、ストイキフィードバック制御からリッチフィードバック制御へと切り換えることで酸素供給を減らすことができる。
【0010】
また、パティキュレート・マターを酸化除去可能な排気浄化装置を排気通路中に有するとともに、排気通路に設けられた酸素濃度センサの出力に基づいて空燃比を所定の目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を有する内燃機関において、前記目標値を理論空燃比とするストイキフィードバックを行う第1空燃比制御手段と、理論空燃比に対して燃料量を過濃にするリッチフィードバック制御を行う第2空燃比制御手段とを備え、第1空燃比制御手段による制御を原則として行い、排気浄化装置でのパティキュレート・マターの状態に応じて(排気浄化装置が過昇温となった場合やそのようになるおそれがあるとき)、第2空燃比制御手段に切り換えるようにする。
【0011】
リッチフィードバック制御では、燃料量を理論空燃比より過濃であり、酸素が消費され排気ガス中の酸素量が少なくなる。よって、排気浄化装置でのパティキュレート・マターの酸化が抑制されて過昇温を回避できる。
【0012】
ここで、前記排気浄化装置は、パティキュレート・マターを酸化除去可能なフィルタにNOx 吸収剤(活性酸素放出剤)を担持したフィルタ、酸化触媒を担持したフィルタ、フィルタ自体には触媒が担持されずフィルタ前段にNOをNO2 に酸化する触媒を配置し、NO2 でパティキュレート・マターを酸化するフィルタの少なくともいずれかが好ましい。
【0013】
そして、このような排気浄化装置(フィルタ)の温度が所定温度以上のときに、リッチフィードバック制御に切換えるようにすると、その後の排気浄化装置への酸素供給量が減るため、過昇温を回避できる。
【0014】
さらに、パティキュレート・マターの堆積状態を検出する堆積状態検出手段を備え、パティキュレート・マターが所定以上堆積したときで、かつ、排気浄化装置の温度が所定温度以上であるときに、リッチフィードバック制御に切換えるようにしてもよい。パティキュレート・マターの堆積量が多いときは、酸化による過昇温の生じるおそれが大きくなるので、所定温度となったことを条件にリッチフィードバック制御に切換えることは、過昇温回避の上で有効である。
【0015】
さらに、理論空燃比での燃焼である均質ストイキ燃焼モードと、理論空燃比より過薄な成層リーン燃焼モードとを切換え可能で、かつ、排気通路にはパティキュレート・マターを酸化除去可能な排気浄化装置を備えたガソリン直噴エンジンにおいて、排気浄化装置が過昇温となったとき、あるいは、過昇温になるおそれがあるとき、空燃比をリッチ側へ移行して排気浄化装置への酸素供給を減らす手法としては、成層リーン燃焼モードで運転中に、パティキュレート・マターを捕捉した排気浄化装置が過昇温状態となったときあるいは過昇温となるおそれがあるとき、空燃比切換手段で均質ストイキ燃焼モードに切換えるようにする。
【0016】
また、車両減速時に燃料噴射弁から燃料噴射を停止する燃料カットを実行するとともに、排気通路にパティキュレート・マターを酸化除去可能な排気浄化装置を備えた内燃機関に(上記した各内燃機関がこのような内燃機関である場合も含む)おいて、成層リーン燃焼モードで運転中に、パティキュレート・マターを捕捉した排気浄化装置の温度が所定温度以上となったとき、燃料カットを禁止するとよい。
【0017】
燃料カット中には、シリンダのポンピングロスを減らすため、吸気弁、排気弁を開放するが、そうすると酸素が多く供給される。このとき、排気浄化装置の温度が高くかつ所定以上のパティキュレート・マターが堆積しているとパティキュレート・マターが一気に燃焼し、排気浄化装置が過昇温を起こす。このような状態が予測されるときには、燃料カットを禁止することで、このような不都合を回避するのである。
【0018】
なお、以上の各構成は可能な限り組み合わせることができることは言うまでもない。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付した図面に基いて説明する。
【0020】
<希薄燃焼式内燃機関の例>
まず、本件発明の適用される内燃機関である希薄燃焼式ガソリンエンジンを説明する。
【0021】
図1は、本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の第一実施形態を示す概略縦断面図であり、図2は第一実施形態の気筒上部の底面図である。これらの図において、1は吸気ポート、2は排気ポートである。吸気ポート1は吸気弁3を介して、排気ポート2は排気弁4を介して、それぞれ気筒内へ通じている。5はピストンである。気筒上部にはキャビティ8が形成され、キャビティ8の上壁8aには、二つの吸気ポート1が開口すると共に、気筒上部略中心に位置する点火プラグ6が突出している。キャビティ8の側壁8bは、こうして、二つの吸気ポート1の気筒内開口と点火プラグ6とを同時に取り囲むように形成され、特に、点火プラグ6は側壁8b近傍に位置するようになっている。燃料噴射弁7は、キャビティ8の側壁8bにおける点火プラグ6の対向側に配置されている。
【0022】
また、燃料噴射弁7は、スリット状噴孔を有し、燃料を厚さの薄い扇状に噴射するものである。本実施形態の燃料噴射弁7は、特に、二つのスリット状噴孔を有し、図2に斜線で示すように、燃料を燃料の厚さ方向とキャビティ8の側壁8bの高さ方向とをほぼ一致させて、二方向に噴射するようになっている。燃料噴射弁7から二方向に噴射された燃料は、それぞれにおける燃料各部分がキャビティ8の側壁8bの延在方向に対して鋭角度で側壁8bに衝突するように、燃料噴射方向及びキャビティ8の側壁8b形状が設定されている。
【0023】
また、キャビティ8の側壁8bの横断面形状は、特に、燃料噴射弁7の中心軸線と点火プラグ6の中心軸線とを通る垂直平面に対して略対称となっており、燃料噴射弁7から噴射される二方向の扇状燃料噴霧は、この垂直平面に対して互いに略対称とされている。
【0024】
キャビティ8の側壁8bに衝突する燃料は、それぞれ、自身の慣性力によって側壁8bに沿って側壁8b近傍の点火プラグ6方向へ進行する。こうして、側壁8bの一部は、燃料を点火プラグ6近傍へ導く燃料誘導部となる。本実施形態においては、前述の構成によって、側壁8bにおける二つの燃料衝突位置から点火プラグ6近接位置までのそれぞれの距離がほぼ等しくなるために、図2に斜線で示す液状燃料は、側壁8bに衝突した後に、それぞれ、燃料誘導部を進行する際の受熱によって徐々に気化し、点火プラグ6近傍位置に達して互いに衝突することにより、この位置にドットで示す可燃混合気を形成する。燃料誘導部は、以下に説明する実施形態を含めて、燃料噴霧の高さ中心平面に対して直交するようになっているために燃料誘導部上を進行する液状燃料がキャビティ外に流出することはなく、噴射された全燃料によって可燃混合気が形成される。
【0025】
本実施形態において、燃料は気筒上部に形成されたキャビティ8内へ噴射するために、ピストン位置にかかわらずに圧縮行程初期から燃料を噴射することも可能である。それにより、比較的多量の燃料噴射も可能となるが、この場合には、特に燃料噴射後期において、これまでの燃料気化によりキャビティ8の側壁8bにおける燃料誘導部が温度低下し、燃料の燃料誘導部からの受熱が不十分となって、液状の燃料が点火プラグ6近傍に達する可能性がある。しかしながら、この液状燃料は、点火プラグ6近傍で互いに衝突して微粒化するために、容易に気化し、比較的多量の燃料を噴射しても点火プラグ6近傍に可燃混合気を形成することができる。
【0026】
圧縮行程末期となって気筒上部の排気ポート側からスキッシュ流が発生しても、このスキッシュ流は、点火プラグ6近傍に形成された可燃混合気に作用することはない。こうして、この可燃混合気は、点火プラグ6近傍から移動する要因がないために、この位置に留まり、何時でも着火燃焼が可能である。このように、本実施形態によれば、燃料噴射時期及び点火時期の自由な設定が可能であり、機関回転数にかかわらず、比較的多量の燃料を噴射しても、可燃混合気を点火時点において確実に点火プラグ近傍に位置させ、良好な成層燃焼を実現することができる。こうして、燃料消費率の低い成層燃焼の運転領域を、高回転高負荷側へ確実に拡大することが可能となる。
【0027】
また、多量の燃料が必要な機関高負荷時等には、吸気行程で燃料を噴射して均質燃焼を実施する。本実施形態において、キャビティ8の側壁8bにおける燃料誘導部の一部が吸気ポート気筒内開口に隣接しているために、均質燃焼には、燃料噴射弁7から噴射される燃料は、飛行中に吸気ポート気筒内開口を横切り、その際に吸気ポート気筒内開口から流入する吸気流によって攪拌され、また、燃料誘導部に達した燃料も、燃料誘導部を進行中に吸気流によって十分に攪拌される。それにより、本実施形態によれば、点火時点において、気筒内には十分に均質化された均質混合気が形成され、良好な均質燃焼も実現可能である。
【0028】
本実施形態において、燃料噴射弁7の燃料噴射方向を二方向として、それぞれの燃料をキャビティ8の側壁8bの燃料誘導部に沿わせて点火プラグ6近傍で衝突させるようにしたが、これは、本発明を限定するものではなく、燃料噴射方向を一方向とすることも可能である。この場合には、成層燃焼時において、噴射された燃料は、キャビティ8の側壁8bに沿って移動する細長い可燃混合気を形成することとなり、この細長い可燃混合気は、点火プラグ6の点火ギャップと比較的長い時間接触し、この間の着火燃焼が可能であるために、燃料噴射時期及び点火時期の比較的自由な設定が可能となる。それにより、機関回転数にかかわらず、比較的多量の燃料を噴射しても、可燃混合気を点火時点において確実に点火プラグ近傍に位置させ、良好な成層燃焼を実現することができる。また、この場合において、成層燃焼時に比較的多量の燃料が噴射されると、キャビティ8の側壁8bに沿っての環状の可燃混合気が形成され、この可燃混合気は常に点火プラグ6に接触していて何時でも着火燃焼が可能となり、この時にも良好な成層燃焼が実現可能である。
【0029】
もちろん、一方向の燃料噴射でも、キャビティ8の側壁8bにおける燃料誘導部の一部は吸気ポート気筒内開口に隣接しており、前述同様に、良好な均質燃焼も実現可能である。また、この実施形態におけるキャビティ8の側壁8bは、二つの吸気ポートの気筒内開口と点火プラグ6とを取り囲むようにしたが、もちろん、吸気一弁式の場合、また、吸気二弁式でも、キャビティ8の側壁8bが、一つの吸気ポートと点火プラグとだけを取り囲むようにしても良い。
【0030】
以上説明した構成により、燃焼状態を、成層燃焼、弱成層燃焼、均質リーン燃焼、均質燃焼等に制御が可能である。燃焼状態は、燃料噴射制御等に基づき、トルクと機関回転数との関係において、図3に示したマップに基づき選択可能である。
【0031】
例えば、成層燃焼時の空燃比が25〜50、弱成層燃焼時の空燃比が20〜30、均質リーン燃焼時の空燃比が15〜23、均質燃焼時の空燃比が12〜15となるように設定されたマップに従い実行される。
【0032】
低負荷運転時、スパークプラグ近傍にのみ可燃混合気を形成し、シリンダ内全体では超希薄な空燃比(例えば50:1)の成層燃焼を実現する。成層燃焼を実現するため、圧縮行程で燃料噴射弁から直接筒内へと噴射し、スパークプラグ周りに混合気を形成する。
【0033】
一方、加速時や登坂時などのような高負荷運転時には、吸気行程で燃料を噴射し、均質な混合気を生成し、高出力を実現する。成層燃焼と均質燃焼と間には、弱成層燃焼、均質リーン燃焼の領域を実現し、成層燃焼と均質燃焼との間のトルクのつながりをスムーズにする。弱成層燃焼は吸気行程と圧縮行程の2回に分けて燃料を噴射し、空燃比20〜30の弱成層燃焼状態を生成する。均質リーンは、圧縮行程において、均質燃焼時より少ない量の燃料を噴射して空燃比を15から23とする。
【0034】
このようなガソリン直噴エンジンで、成層リーンで運転した場合に排気温度が低くまたパティキュレート・マターの排出量も比較的多いので、成層リーンが続くとパティキュレート・マターが堆積してしまうおそれがある。本例では、以下に説明する空燃比制御により、このようなエンジンでのパティキュレート・マターの酸化処理が円滑に行うことができる。
【0035】
<排気浄化装置>
次に、上記内燃機関に付属の排気浄化装置について説明する。ここでは、ポート噴射式のガソリンエンジンについて説明するが、噴射タイプが前記した筒内噴射式である場合にも当然適用可能である。
【0036】
図4は排気浄化装置付きガソリンエンジンの全体概略図である。図4において、11は内燃機関本体、12は吸気通路、13は吸気通路に設けられたエアフローメータを示している。エアフローメータ13は吸入空気量を直接計測するものであって、たとえばポテンショメータを内蔵した可動ベーン式エアフローメータ等が使用され、吸入空気量に比例したアナログ電圧の出力信号を発生する。この出力信号は制御回路20のマルチプレクサ内蔵A/D変換器101に入力される。ディストリビュータ14には、その軸がたとえばクランク角に換算して720°毎に基準位置検出用パルス信号を発生するクランク角センサ15、およびクランク角に換算して30°毎にクランク角検出用パルス信号を発生するクランク角センサ16がそれぞれ設けられている。これらクランク角センサ15、16のパルス信号は制御回路20の入出力インターフェイス102に供給され、このうちクランク角センサ16の出力はCPU103の割込み端子に供給される。
【0037】
さらに、吸気通路12には各気筒毎に燃料供給系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴射弁7が設けられている。また、吸気通路12のスロットル弁26には、スロットル弁26が全閉状態か否かを示す信号、すなわちLL信号を発生するアイドルスイッチ27が設けられている。このアイドル状態出力信号LLは制御回路20の入出力インターフェイス102に供給される。
【0038】
本実施の形態では、吸気通路12にはスロットル弁26をバイパスするバイパス通路21と、このバイパス通路21を通って流れる空気量を制御するアイドルスピードコントロール弁(ISC弁)22とが設けられている。ISC弁22はステッパモータ等の適宜な形式のアクチュエータにより駆動される流量制御弁であり、制御回路20からの出力信号により作動し、アイドル時の機関吸入空気量を調節して機関のアイドル回転数を目標回転数に制御するのに用いられる。本実施の形態では、ISC弁22は、触媒が活性化していない場合に機関アイドル回転数を上昇させることにより排気流量を増大させて触媒温度を上昇させる触媒昇温手段の一部としても機能する。
【0039】
また、機関本体11のシリンダブロックのウォータジャケット18には、冷却水の温度を検出するための水温センサ19が設けられている。水温センサ19は冷却水の温度に応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。この出力もA/D変換器101に供給されている。
【0040】
機関本体11の排気マニホールド31より下流の排気系には、排気ガス中の3つの有害成分HC、CO、NOx を同時に浄化する三元触媒を収容する触媒コンバータ32が設けられている。また、触媒コンバータ12の上流側の排気マニホールド31には、空燃比センサ(本実施の形態では酸素濃度を検出するO2 センサ)33が設けられている。
【0041】
2 センサ33は、排気ガス中の酸素成分濃度を検出し、空燃比が理論空燃比に対してリーン側かリッチ側かに応じて異なる出力電圧を発生するものである。O2センサ33の出力電圧は、制御回路20のA/D変換器101に供給されている。 なお、制御回路20は、たとえばマイクロコンピュータとして構成され、A/D変換器101、入出力インターフェイス102、CPU103の他に、ROM104、RAM105、バックアップRAM106、クロック発生回路107等を有する。
【0042】
本実施の形態では、制御回路20は、機関1の燃料噴射制御、点火時期制御等の基本制御を行う他、後述のように機関空燃比を制御する空燃比制御手段、触媒32が活性状態にあるか否かを検出する触媒活性状態検出手段、機関点火時期の遅角とISC弁22とを制御して触媒暖機を行う触媒活性化手段、空燃比制御切換手段、パティキュレート・マターの堆積状態を検出する堆積状態検出手段等の本発明の各種機能実現手段をプログラムにより実現している。
【0043】
さらに、制御回路20において、ダウンカウンタ108、フリップフロップ109、および駆動回路110は燃料噴射弁7を制御するためのものである。すなわち、後述のルーチンにおいて、燃料噴射量(噴射時間)TAUが演算されると、噴射時間TAUがダウンカウンタ108にプリセットされると共にフリップフロップ109がセットされる。この結果、駆動回路110が燃料噴射弁7の付勢を開始する。他方、ダウンカウンタ108がクロック信号(図示せず)を計数して最後にその出力端子が“1”レベルとなったときに、フリップフロップ109がセットされて駆動回路110は燃料噴射弁7の付勢を停止する。つまり、上述の燃料噴射時間TAUだけ燃料噴射弁7は付勢され、時間TAUに応じた量の燃料が機関本体11の燃焼室に供給されることになる。
【0044】
また、制御回路20の入出力インターフェイス102は、点火回路112に接続されており、機関本体11の点火時期を制御している。すなわち、制御回路20は入出力インターフェイス102にクランク角センサ6の基準クランク角パルス信号を入力後、クランク軸が所定の回転角度に達する毎に点火回路112に点火信号を出力し、各気筒の点火プラグ(図示せず)にスパークを発生させる。機関本体11の点火時期は、負荷(例えば機関1回転当たりの吸入空気量)、回転数等の運転条件の関数として制御回路20のROM104に最適値が格納されており、最適な点火時期が運転条件に応じて決定される。
【0045】
エアフローメータ13の吸入空気量データおよび冷却水温データは所定時間もしくは所定クランク角毎に実行されるA/D変換ルーチンによって取込まれてRAM105の所定領域に格納される。つまり、RAM105における吸入空気量データおよび冷却水温データは所定時間毎に更新されている。また、回転速度データはクランク角センサ16の30°CA(クランク角)毎の割込みによって演算されてRAM105の所定領域に格納される。
【0046】
<三元触媒:フィルタ>
上記三元触媒33は、アルミナの表面に白金(Pt)+ロジウム(Rh)や、白金(Pt)+ロジウム(Rh)+パラジウム(Pd)等の貴金属を薄く付着させたもので、排気ガス中の三成分CO、HC、NOx を次のような反応で同時に低減させる。
【0047】
(O2、NOx )+(CO、HC、H2)→H2+H2O+CO2
なお、排気浄化装置としては、上記三元触媒に加えてパティキュレート・フィルタ(PF)をその排気上流側に備えている。
【0048】
パティキュレート・フィルタ(PF)はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路を具備するいわゆるウォールフロー型である。パティキュレート・フィルタ(PF)は例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に貴金属触媒と、周囲に過剰酸素が存在すると酸素を取込んで酸素を保持しかつ周囲の酸素濃度が低下すると保持した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤が坦持されている。
【0049】
前記排気浄化装置は、パティキュレート・マターを酸化除去可能なフィルタにNOx 吸収剤(活性酸素放出剤)を担持したフィルタを用いることができる。これは、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。機関吸気通路及びNOx 触媒上流での排気通路内に供給された空気及び燃料(炭化水素)の比をNOx 触媒への流入排気ガスの空燃比と称するとき、このNOx 触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときはNOx を吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したNOx を放出する。
【0050】
さらに、排気浄化装置としては、酸化触媒を担持したフィルタを用いることができる。酸化触媒は、例えば、触媒ペレットと呼ばれる粒状のアルミナの表面に、触媒作用をするパラジウム(Pd)またはパラジウム+白金(Pt)等の貴金属を薄く付着させたもので、排気ガス中のCOとHCとを酸化させて無害なCO2とH2Oにする。
【0051】
また、排気浄化装置としては、フィルタ自体には触媒が担持されずフィルタ前段にNOをNO2 に酸化する触媒を配置したフィルタを用いることもできる。
【0052】
なお、排気浄化装置としては、パティキュレート・マターの酸化に必要な温度は高くなるが、触媒が担持されていないタイプのフィルタのみを用いることもできる。
【0053】
<燃料噴射制御>
以下、上記のように構成される本発明の実施の形態における燃料噴射制御について説明する。この制御は制御回路20により実行される。
【0054】
三元触媒の浄化性能が期待できる状態としては、空燃比が理論空燃比付近の狭い範囲に限定される。従って、噴射する燃料量は、吸入された酸素量に対し、完全燃焼となる量(この場合の空燃比が理論空燃比)に制御することが必須となる。
【0055】
一方、理論空燃比に制御するのでは運転性や機関安全性あるいは燃費等につき、問題となる場合がある。そこで、種々の補正を行う必要がある。このために燃料噴射制御が必要となるのである。
【0056】
上記した希薄燃焼制御も燃料噴射制御によって行われるものである。
【0057】
燃料噴射制御は、CPU103が燃料噴射弁7の駆動回路110の駆動時間(燃料噴射時間TAU=噴射量)を制御することで実現される。
【0058】
燃料噴射時間TAU=噴射量は機関始動時と暖機後運転時とでは異なる。なお、以下において、燃料噴射時間と燃料噴射量とは同義である。
【0059】
★始動時の燃料噴射量は例えば以下の式で決定される。
メインの燃料噴射弁の他に始動用の燃料噴射弁がある場合、始動時に始動用の燃料噴射弁から所定時間(水温で決まる)連続的にオープンループ制御で燃料噴射を行い、エンジン回転数が所定値以上となった時点で噴射を中止する。
【0060】
一方、メインの燃料噴射弁では以下の式で燃料噴射時間TAU(噴射量)を決定する。
TAU=TAUSTU×FTHA+TAUV
ここで、TAUSTU:始動時基本噴射時間(噴射量):冷却水の水温によって決定され水温が低いほど多くなる。
【0061】
FTHA:吸気温補正値:吸気温によって空気密度が変わるのでそれを補正するために吸気温度が高いほど小さい値とされる。
【0062】
TAUV:無効噴射時間:燃料噴射弁は駆動電圧が印加されてから弁が開弁されるまでに作動遅れがあり、また、開弁するときも遅れがある。その遅れ時間は開弁時の方が長い。よって、実際に筒内に吸入されるべき量に対応する時間だけ燃料噴射弁を開弁しても実際に開弁される時間は短くなる(噴射量は少なくなる)。その燃料噴射弁から燃料噴射が行われない時間を無効噴射時間といい、その時間を補正して実際に噴射される量を要求値に合わせるための補正量がTAUVである。
【0063】
★始動後の燃料噴射量(時間)
次に、始動後には、以下の式によって決定される燃料噴射量により運転される。
TAU=TAUP×FWL×(FAF+FG)×{FASE+FAE+FOTP+FDE(D)}×FFC+TAUV
TAUP:基本噴射量(噴射時間):1回の吸入行程で吸入される空気量(センサ検出値から求められる)に基づいて決定される噴射量の基本値
FWL:暖機増量:暖機中は燃料の霧化が悪いことに起因してリッチ空燃比が要求されるので暖機中は燃料の増量補正をして空燃比をリッチにする。冷却水温に応じた補正値を機関回転数による補正係数で補正して暖機増量とする。
【0064】
FAF:空燃比フィードバック補正係数:三元触媒の浄化率が期待できる領域(理論空燃比近傍)に空燃比を制御するため、酸素センサの出力値をもとに現在の空燃比を検出して、その空燃比が上記領域に入るように空燃比をフィードバック制御する。
【0065】
FG:空燃比学習係数:機関の個体差や経時変化によって同じ運転状態であっても要求噴射量は異なる。空燃比フィードバック中であればフィードバックによって実際の要求値と計算値との間の差異は補正されるのであるが、フィードバックが実行されていないときはその差がそのまま現れ空燃比がずれる。そこでフィードバックによる修正分を記憶しておき常時補正することであらゆる運転状態時に前記差異をなくすようにする。
【0066】
FASE:始動後増量:始動後はポート付近は乾いているので、それを濡らすために始動後所定時間は噴射量を増量しエンストを防止する。この値は、始動時の冷却水温によって初期値を決定し、その後所定噴射毎に減衰させ、FASE=0となった時点で終了する。
【0067】
FAE:加速増量:加速時は吸気管握力(パティキュレート・マター)が上昇(負圧が減少)するため、噴射された燃料の内、吸気弁やその近傍に付着する燃料量が増加する。付着した燃料が燃焼室に入るまでには時間がかかるため、加速時には付着燃料の増加分だけ余分に噴射しないと空燃比がリーンとなる。この付着燃料の増加分を補うのが加速増量FAEである。
【0068】
FOTP:OTP増量:高負荷、高回転時には排気温度が高くなり、排気系部品の熱損傷の危険があるため空燃比をリッチにして排気温度を下げる。
【0069】
FDE(D):減速増量(減量):減速時にエアフローメータの検出値がアンダーシュートして実際の値よりも小さい値を出力するのでそれを補償するために減速時に増量する。また、減速時には吸気管負圧が大きくなり、吸気管に付着していた燃料が蒸発して吸入されるので、その吸入分を補償するために燃料噴射量を減量する。
【0070】
FFC:燃料カット復帰時補正係数:燃費をかせぐため燃料カットを行う場合があるが、その燃料カット復帰時にトルクが急に出ることによるショックを防止するために、燃料噴射量を減量することによって燃料カット復帰時のトルクの立ち上がりを滑らかにする。
【0071】
TAUV:無効噴射時間
ここで、話を簡単にするため、上記式を簡略化し、TAU=TAUP×FAF×β+γとする。
【0072】
図5は、この式を用いて燃料噴射量を演算するルーチンであって、所定クランク角たとえば360°毎に実行される。ステップ101では、RAM105より吸入空気量データQ及び回転速度データNe を読出して基本噴射量TAUP(TAUPは理論空燃比を得る噴射時間)を演算する。たとえばTAUP←α・Q/Ne (αは定数)とする。ステップ202では、最終噴射量TAUを、TAU←TAUP・FAF・β+γにより演算する。次いで、ステップ303にて、噴射量TAUをダウンカウンタ108にセットすると共にフリップフロップ109をセットして燃料噴射を開始させる。そして、ステップ104にてこのルーチンを終了する。なお、上述のごとく、噴射量TAUに相当する時間が経過すると、ダウンカウンタ108の出力信号によってフリップフロップ109がリセットされて燃料噴射は終了する。
【0073】
以上のように、燃料噴射量が決定され、これに基づき、燃料噴射が行われ、その結果として空燃比が決定される。すなわち空燃比制御がなされる。
【0074】
<空燃比フィードバック制御>
上記した燃料噴射制御において行われる空燃比フィードバック制御により、本発明における空燃比制御がなされる。
【0075】
この制御は制御回路20のCPU上にプログラムによって実現される第1の空燃比制御手段により実行される。この第1の空燃比制御手段は、目標値を理論空燃比に向けてフィードバック制御するストイキフィードバック制御手段である。排気通路に設けたO2 センサの出力値がリッチ(理論空燃比に対し過濃)であるときは、燃料噴射量を減量し、リーン(理論空燃比に対し過薄)であるときは、燃料噴射量を増量する。
【0076】
これに対し、第2の空燃比制御手段が制御回路20のCPU上にプログラムによって実現され、この第2の空燃比制御手段は、空燃比をリッチ側へとずらすリッチフィードバック制御手段である。
【0077】
図6にフィードバック制御で使用するO2 センサの出力波形とFAFの値の関係を示す。図6において、TDR、TDLは、リーンからリッチへの移行時およびリッチからリーンへの移行時のO2 センサの応答遅れを補償するための逆特性の遅れ時間設定である。O2 センサの応答性はリーンからリッチの応答性の方がその逆に比べて良い。リーンからリッチに移行する場合、センサ検出部まわりの酸素量が少ない状態のところに、過剰のO2 が到達する。逆に、リッチからリーンに移行する場合、過剰に存在するO2 と、そこに到達したHC、COとが反応してO2 が減少した状態となる。O2 とHC、COとでは分子の大きさがO2 の方が大きいのでO2 がセンサの検出部に到達するまでの時間の方が、HC、COが到達するまでの時間より長い。よって、O2 センサが空燃比の切り替わりを検出できる状態になるまでの時間が上記のように異なってくる。
【0078】
そして、リーンからリッチに移行するときの検出遅れ時間(リッチ検出遅れ)中には、実際の空燃比はリッチであるにもかかわらず、O2 センサはリーンであると出力しているので、フィードバック制御はリッチ側に補正され、よりリッチとなる。逆に、リッチからリーンに移行するときの検出遅れ時間(リーン検出遅れ)中には、実際の空燃比はリーンであるにもかかわらず、O2 センサはリッチであると出力しているので、フィードバック制御はリーン側に補正され、よりリーンとなる。全体でみると、リーン検出遅れの方が長いので、リーン側に過補正されている時間の方が長く、リーンずれする。それを防止するため、各遅れ時間の逆特性の遅れ時間を意図的に設定したのがTD(ディレー時間)である(TDR>TDL)。
【0079】
また、図6において、RSL、RSRはリッチからリーン、リーンからリッチへの移行時にステップ的に補正される燃料噴射量であり、RSLをリーンスキップ定数、RSRをリッチスキップ定数という。
【0080】
KIL、KIRは、リッチ時(リーン時)にリーン(リッチ)側へと徐々に燃料噴射量を補正していく、その傾き(積分定数)を示す。
【0081】
上記の構成の装置では、O2 センサ33の出力に基づいて第1の空燃比制御手段により空燃比補正係数FAFを演算し空燃比を理論空燃比に向けてフィードバック制御を行うことができる。
【0082】
図7、図8は、空燃比補正係数FAFを演算する空燃比制御ルーチンを示している。本ルーチンは、所定時間たとえば4ms毎に実行される。ステップ201では、O2 センサ33による空燃比の閉ループ(フィードバック)条件が成立しているか否かを判別する。たとえば、冷却水温が所定値(例えば70℃)以下の時、機関始動中、始動後増量中、暖機増量中、パワー増量中、触媒過熱防止のための燃料噴射量増量中、上流側O2 センサ33の出力信号が一度も反転していない時、燃料カット中等はいずれも閉ループ条件が不成立であり、その他の場合が閉ループ条件成立である。閉ループ条件が不成立のときには、図3、ステップ225に進み、空燃比フィードバックフラグXMFBを“0”とし、ステップ226に進みルーチンを終了する。なお、空燃比補正係数FAFを1.0としてもよい。他方、閉ループ条件成立の場合はステップ202に進む。
【0083】
ステップ202では、O2 センサ33の出力VOMをA/D変換して取込み、ステップ203にてVOMが比較電圧VR1以下か否かにより、空燃比がリッチかリーンかを判別する。比較電圧VR1は、通常O2 センサ出力の振幅中心の電圧をとり、本実施例ではVR1=0.45Vである。ステップ204から209、及びステップ210から215は、ステップ203で判定したO2 センサ33出力の値に基づくフ空燃比フラグF1の設定操作を示す。
【0084】
空燃比フラグF1は、触媒32上流側の排気空燃比がリッチかリーンかを示すフラグであり、フラグF1の値はディレイカウンタCDLYのカウントダウン(リーン空燃比時)またはカウントアップ(リッチ空燃比時)操作により(ステップ206、212)上流側O2 センサ13出力が所定の遅延時間(TDL、TDR)以上リッチまたはリーンに保持された場合1(リッチ)から0(リーン)、また は0から1に変更される(ステップ207から209、ステップ213から215)。ここで、TDL(ステップ207、208)はO2 センサ33の出力がリッチからリーンに変化してもリッチ状態であるとの判断を保持するためのリーン遅延時間であって、負の値で定義され、TDR(ステップ213、214)はO2 センサ33の出力がリーンからリッチに変化してもリーン状態であるとの判断を保持するためのリッチ遅延時間であって、正の値で定義される。
【0085】
次に、ステップ216では、空燃比フラグF1の符号が反転したか否か、すなわち遅延処理後の空燃比が反転したか否かを判別する。空燃比が反転していれば、ステップ217にて、空燃比フラグF1の値により、リッチからリーンへの反転か、リーンからリッチへの反転かを判別する。リッチからリーンへの反転であれば、ステップ218にて空燃比補正係数FAFを、FAF←FAF+RSRとスキップ的に増大させ、空燃比をリッチ側に補正する。また、逆にリーンからリッチへの反転であれば、ステップ219にて、FAF←FAF−RSLとFAFをスキップ的に減少させて空燃比をリーン側に補正する。つまり、スキップ処理を行う。
【0086】
ステップ216にて空燃比フラグF1の符号が反転していなければ、ステップ220,221,222にて積分処理を行う。つまり、ステップ220にて、F1=“1”か否かを判別し、F1=“0”(リーン)であればステップ221にてFAF←FAF+KIRとし、他方、F1=“1”(リッチ)であればステップ222にてFAF←FAF−KILとする。ここで、積分定数KIR,KILはスキップ定数RSR,RSLに比して十分小さく設定してあり、KIR(KIL)<RSR(RSL)である。従って、ステップ221はリーン状態(F1=“0”)で空燃比を徐々にリッチ側に移行させ、ステップ222はリッチ状態(F1=“1”)で空燃比を徐々にリーン側に移行させる。
【0087】
次に、ステップ223では、ステップ218,219,221,222にて演算された空燃比補正係数FAFは最小値たとえば0.8にてガードされ、また、最大値たとえば1.2にてガードされる。これにより、何らかの原因で空燃比補正係数FAFが大きくなり過ぎ、もしくは小さくなり過ぎた場合に、その値で機関の空燃比を制御してオーバリッチ、オーバリーンになるのを防ぐ。ステップ224では、空燃比フィードバックフラグXMFBを“1”とし、上述のごとく演算されたFAFをRAM105に格納して、ステップ226にてこのループは終了する。
【0088】
以上の手順を図9のタイミングチャートに示す。O2 センサ33の出力VOMにより図9(A)に示すごとくリッチ、リーン判別の空燃比信号A/Fが得られると、ディレイカウンタCDLYは、図9(B)に示すごとく、リッチ状態でカウントアップされ、リーン状態でカウントダウンされる。この結果、図9(C)に示すごとく、遅延処理された空燃比信号A/F′(フラグF1に相当)が形成される。たとえば、時刻t1 にて空燃比信号A/F′がリーンからリッチに変化しても、遅延処理された空燃比信号A/F′はリッチ遅延時間TDRだけリーンに保持された後に時刻t2 にてリッチに変化する。時刻t3 にて空燃比信号A/Fがリッチからリーンに変化しても、遅延処理された空燃比信号A/F′はリーン遅延時間(−TDL)相当だけリッチに保持された後に時刻t4 にてリーンに変化する。
【0089】
しかし空燃比信号A/F′が時刻t5,t6,t7 のごとくリッチ遅延時間TDRより短い期間で反転すると、ディレイカウンタCDLYが最大値TDRに到達するのに時間を要し、この結果、時刻t8 にて遅延処理後の空燃比信号A/F′が反転される。つまり、遅延処理後の空燃比信号A/F′は遅延処理前の空燃比信号A/Fに比べて安定となる。このように遅延処理後の安定した空燃比信号A/F′にもとづいて図9(D)に示す空燃比補正係数FAFが得られる。
【0090】
<本発明の制御>
(ストイキ燃焼時における排気浄化装置の過昇温防止)
本発明では、排気通路に設けられた排気浄化装置でのパティキュレート・マターの酸化状態あるいは堆積状態に応じて、排気ガス中の酸素量が少なくなる理論空燃比側へのフィードバック制御(第1の空燃比制御手段)と、排気ガス中の酸素量が少なくなる空燃比すなわち燃料量を理論空燃比より過濃とするリッチ側へのフィードバック制御(第2の空燃比制御手段)とを、空燃比制御切換手段で切り換える。
【0091】
実施形態では、O2 センサの出力に基づいて空燃比を理論空燃比とするストイキフィードバックを行う第1空燃比制御手段と、理論空燃比に対して燃料量を過濃にするリッチフィードバック制御を行う第2空燃比制御手段とを備え、第1空燃比制御手段による制御を原則として行い、パティキュレート・マターを捕捉した排気浄化装置が過昇温状態となったときあるいは過昇温となるおそれがあるとき、、第2空燃比制御手段に切り換える。すなわち、ストイキ運転を原則とし、パティキュレート・マターを捕捉した排気浄化装置が過昇温状態となったときあるいは過昇温となるおそれがあるとき、リッチ側へと制御を切り換えるのである。
【0092】
その具体的手法としては、前記空燃比制御において、リッチ側に空燃比が移行するように空燃比補正係数FAF2を設定することの他、空燃比制御定数としてのスキップ定数RSR,RSL、積分定数KIR,KIL、遅延時間TDR,TDL、もしくはO2 センサ13の出力VOMの比較電圧(リーン・リッチ判定電圧)VR1を可変とすることを例示できる。
【0093】
空燃比制御定数を可変とすると空燃比がどのように変動するかを説明する。たとえば、リッチスキップ定数RSRを大きくすると、制御空燃比をリッチ側に移行でき、また、リーンスキップ定数RSLを小さくしても制御空燃比をリッチ側に移行でき、他方、リーンスキップ定数RSLを大きくすると、制御空燃比をリーン側に移行でき、また、リッチスキップ定数RSRを小さくしても制御空燃比をリーン側に移行できる。
【0094】
また、リッチ積分定数KIRを大きくすると、制御空燃比をリッチ側に移行でき、また、リーン積分定数KILを小さくしても制御空燃比をリッチ側に移行でき、他方、リーン積分定数KILを大きくすると、制御空燃比をリーン側に移行でき、また、リッチ積分定数KIRを小さくしても制御空燃比をリーン側に移行できる。従って、リッチ積分定数KIRおよびリーン積分定数KILを補正することにより空燃比を制御できる。
【0095】
リッチ遅延時間TDRを大きくもしくはリーン遅延時間(−TDL)を小さく設定すれば、制御空燃比はリッチ側に移行でき、逆に、リーン遅延時間(−TDL)を大きくもしくはリッチ遅延時間(TDR)を小さく設定すれば、制御空燃比はリーン側に移行できる。
【0096】
さらにまた、比較電圧VR1を大きくすると制御空燃比をリッチ側に移行でき、また、比較電圧VR1を小さくすると制御空燃比をリーン側に移行できる。
【0097】
本発明では、中心の空燃比をリーン側にする必要があるが、以上から明かなように、中心空燃比をリッチ寄りにするには、
▲1▼リーン側へのスキップ定数RSL < リッチ側へのスキップ定数RSR、
▲2▼リーン側への積分定数KIL < リッチ側への積分定数KIR、
▲3▼リッチ判定のディレー時間TDR > リ一ン判定のディレー時間TDL(長い間リッチにとどめておける)、
▲4▼O2 センサのリーンリッチ判定電圧をストイキフィードバック時よりも上げる(図10)。判定電圧をストイキフィードバック時より上げると、リーンであると判断する頻度が多くなるので、リッチ補正の時間が長くなり中心空燃比がリッチ寄りとなる、
等のそれぞれ単独、組み合わせにより実行可能である。
【0098】
上記内燃機関では、通常、第1の空燃比制御手段で、ストイキフィードバック制御を実行しているが、パティキュレート・マターを捕捉した排気浄化装置が過昇温状態となったときあるいは過昇温となるおそれがあるとき、リッチ側に空燃比が移行するように空燃比補正係数FAF2を設定するか、あるいは、ストイキフィードバックにおける、スキップ定数RSL、RSR、積分定数KIL、KIR、ディレー時間TDR、TDLが上記条件▲1▼から▲3▼を満たすように変更すること、あるいは、▲4▼のO2 センサのリーンリッチ判定電圧をストイキフィードバック時よりも上げることで、リッチフィードバック制御を行うのである。
【0099】
このようなリッチフィードバック制御は、パティキュレート・マターを捕捉した排気浄化装置が過昇温状態となったときあるいは過昇温となるおそれがあるとき実行されるが、より具体的には以下のような条件の下で実行される。
【0100】
●パティキュレート・マターを補足したフィルタの過昇温を検知した場合
温度の過昇温の検知実施例1:一定値以上(例えば、フィルタ温度が800℃程度)
実施例2:通常のフィルタ温度推定値+過昇温判定温度上昇分(例えば、温度上昇分+50℃)
実施例3:時間あたりのフィルタ温度上昇割合が一定レベル以上である。
【0101】
●パティキュレート・マターのフィルタでの堆積量が一定値以上であり、パティキュレート・マター安全酸化温度以上である場合。
【0102】
フィルタでのパティキュレート・マターの堆積量は、以下の手法で判断できる。
【0103】
検知例1:圧力センサで圧力上昇が閾値を越えた場合
検知例2:吸入空気量の減少度合いが閾値を越えた場合
検知例3:パティキュレート・マター堆積量推定ロジックにより一定レベル以上のパティキュレート・マター堆積量が予想された場合(例えばパティキュレート・マターの酸化速度から推定する)
(これらはパティキュレート・マターの堆積状態を検出する堆積状態検出手段の一例である)
図11にこの制御ルーチンを示す。
【0104】
このルーチンは所定時間毎に繰り返し実行される。まず、パティキュレート・マターのフィルタでの堆積量が推定され、その値が一定以上か否か判定される(ステップ301)。
次に、フィルタ温度がパティキュレート・マターの安全酸化温度以上か否かを判定し(ステップ302)、安全酸化温度以上であれば、排気浄化装置が過昇温状態となったときあるいは過昇温となるおそれがあると判定し、空燃比のリッチフィードバック制御に移行する(ステップ303)。安全酸化温度以上でないときはルーチンを終了する。
【0105】
(希薄燃焼時における排気浄化装置の過昇温防止)
次に、理論空燃比での燃焼である均質ストイキ燃焼モードと、理論空燃比より過薄な成層リーン燃焼モードとを切換え可能で、かつ、排気通路にはパティキュレート・マターを酸化除去可能な排気浄化装置を備えたガソリン直噴エンジンにおいて、成層リーン燃焼モードで運転中に、パティキュレート・マターを捕捉した排気浄化装置が過昇温状態となったときあるいは過昇温となるおそれがあるとき、空燃比切換手段により、均質ストイキ燃焼モードに切換えるようにする。
【0106】
このことは、過昇温状態となったときあるいは過昇温となるおそれがあるとき、成層リーン化を禁止することを意味する。成層リーン時は排気ガス中の酸素量が多く、フィルタに補足されたパティキュレート・マターの酸化が促進されてしまうからである。成層リーン化禁止により、過昇温は回避できる。
【0107】
図12にこの制御ルーチンを示す。
このルーチンは所定時間毎に繰り返し実行される。まず、パティキュレート・マターのフィルタでの堆積量が推定され、その値が一定以上か否か判定される(ステップ401)。
次に、フィルタ温度がパティキュレート・マターの安全酸化温度以上か否かを判定し(ステップ402)、安全酸化温度以上であれば成層リーンを禁止すなわち、均質ストイキ運転に切り換える(ステップ403)。安全酸化温度以上でないときはルーチンを終了する。
【0108】
(燃料カット制御との関係)
同様に、車両減速時などに燃料噴射弁から燃料噴射を停止する燃料カットを実行するとともに、排気通路にパティキュレート・マターを酸化除去可能な排気浄化装置を備えた内燃機関にあっては、成層リーン燃焼モードで運転中に、パティキュレート・マターを捕捉した排気浄化装置が過昇温状態となったときあるいは過昇温となるおそれがあるとき、燃料カットを禁止する。
【0109】
燃料カット制御中には、燃料の燃焼が行われないので、排気通路ひいては排気浄化装置(フィルタ)への酸素供給量が多くなり、パティキュレート・マターの酸化が促進して過昇温になりやすい。よって、上記条件となった場合に、燃料カットを禁止するのである。これにより、過昇温は回避できる。
【0110】
図13にこの制御ルーチンを示す。
このルーチンは所定時間毎に繰り返し実行される。まず、パティキュレート・マターのフィルタでの堆積量が推定され、その値が一定以上か否か判定される(ステップ501)。
次に、フィルタ温度がパティキュレート・マターの安全酸化温度以上か否かを判定し(ステップ502)、安全酸化温度以上であれば燃料カットを禁止する(ステップ503)。安全酸化温度以上でないときはルーチンを終了する。
【0111】
【発明の効果】
本発明によれば、排気浄化装置に捕捉されたパティキュレート・マターが酸化が急激に進むなどで過昇温あるいはそのおそれがあると判断されたとき、空燃比を過濃側にするので、排気ガス中の酸素量が減り、その結果、パティキュレート・マターの酸化速度が減少し、過昇温を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による筒内噴射式火花点火内燃機関の実施形態を示す概略気筒縦断面図である。
【図2】気筒上部の底面図である。
【図3】燃焼方式決定用マップを示したグラフ図である。
【図4】本発明の実施の形態のハード構成を示す概略図である。
【図5】燃料噴射量の演算を説明するフローチャートである。
【図6】O2 センサの出力波形と空燃比フィードバック補正係数FAFとの関係を示す概念図である。
【図7】O2 センサ出力にもとづく空燃比制御のフローチャートの一部である。
【図8】O2 センサ出力にもとづく空燃比制御のフローチャートの一部である。
【図9】図7、図8のフローチャートを捕捉説明するタイムチャートである。
【図10】O2 センサ出力電圧の変更によるリッチフィードバック制御を示す図である。
【図11】過昇温防止制御ルーチンの一例を示すフローチャート図である。
【図12】過昇温防止制御ルーチンの他の例を示すフローチャート図である。
【図13】過昇温防止制御ルーチンのさらに他の例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
11…機関本体、20…制御回路、32…触媒、(PF)パティキュレート・フィルタ、33…O2 センサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to exhaust gas purification of an internal combustion engine, particularly a lean burn gasoline engine, and more particularly to purification of particulate matter generated in a gasoline engine.
[0002]
[Prior art]
Particulate matter in exhaust gas composed of particulates such as soot is usually a problem in diesel engines, and various techniques for removing it have been developed. For example, an example is disclosed in Japanese Patent Publication No. 7-106290.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, particulate matter occurs not only in diesel engines but also in gasoline engines. In particular, in a direct injection gasoline engine in a cylinder, during stratified lean combustion, that is, when a small amount of fuel is stratified and burned in the combustion chamber, the fuel near the spark plug is excessively concentrated and smoke is likely to occur. Appropriate removal of particulate matter associated with smoke is desired. Since gasoline engines and diesel engines have different fuels and different engine operating conditions, it is necessary for gasoline engines to consider the removal of particulate matter on their own.
[0004]
In particular, if the trapped particulate matter is rapidly oxidized and excessively heated, the exhaust purification device may be damaged, and the subsequent exhaust purification may be adversely affected.
[0005]
In view of the above, it is an object of the present invention to prevent an exhaust gas purifying apparatus that captures particulate matter from being overheated due to rapid oxidation.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the present invention, in an internal combustion engine in which particulate matter generated as a result of combustion of gasoline in a combustion chamber is oxidized by an exhaust purification device provided in an exhaust passage, the following means are provided. Adopted.
[0007]
Basically, when the exhaust purification device becomes overheated or there is a risk of overheating, the air / fuel ratio control means shifts the air / fuel ratio to the richer side than the current state, and the exhaust purification device. Try to reduce the oxygen supply.
[0008]
Various means are conceivable as means for this purpose.
[0009]
For example, depending on the state of particulate matter in the exhaust purification device provided in the exhaust passage (when the exhaust purification device becomes overheated or there is a risk of such), the air-fuel ratio of the exhaust gas Air-fuel ratio control switching means for switching between stoichiometric feedback control for controlling the fuel amount to the stoichiometric air-fuel ratio and rich feedback control for making the fuel amount richer than the stoichiometric air-fuel ratio. When the exhaust gas purification device becomes overheated or when there is a possibility of such a situation, the oxygen supply can be reduced by switching from the stoichiometric feedback control to the rich feedback control.
[0010]
A feedback control means having an exhaust purification device in the exhaust passage capable of oxidizing and removing particulate matter and feedback-controlling the air-fuel ratio to a predetermined target value based on the output of an oxygen concentration sensor provided in the exhaust passage In the internal combustion engine, the first air-fuel ratio control means for performing the stoichiometric feedback with the target value as the stoichiometric air-fuel ratio, and the second air-fuel ratio control with the rich feedback control that makes the fuel amount excessive with respect to the stoichiometric air-fuel ratio In accordance with the condition of the particulate matter in the exhaust emission control device (if the exhaust emission control device is overheated or may become so) Switch to the second air-fuel ratio control means.
[0011]
In the rich feedback control, the amount of fuel is richer than the theoretical air-fuel ratio, oxygen is consumed, and the amount of oxygen in the exhaust gas decreases. Therefore, the oxidation of particulate matter in the exhaust purification device is suppressed, and overheating can be avoided.
[0012]
In this case, the exhaust gas purifying device includes a filter that carries NOx absorbent (active oxygen release agent) on a filter capable of oxidizing and removing particulate matter, a filter that carries an oxidation catalyst, and the filter itself does not carry a catalyst. NO to NO before the filter2A catalyst that oxidizes is placed in NO2And / or a filter that oxidizes particulate matter.
[0013]
Then, when switching to rich feedback control when the temperature of such an exhaust purification device (filter) is equal to or higher than a predetermined temperature, the subsequent oxygen supply amount to the exhaust purification device is reduced, so that excessive temperature rise can be avoided. .
[0014]
Furthermore, a deposition state detection means for detecting the deposition state of the particulate matter is provided, and rich feedback control is performed when the particulate matter has accumulated more than a predetermined value and when the temperature of the exhaust gas purification device is equal to or higher than the predetermined temperature. You may make it switch to. When there is a large amount of particulate matter, there is a greater risk of overheating due to oxidation, so switching to rich feedback control on condition that the temperature has reached the specified temperature is effective in avoiding overheating. It is.
[0015]
Furthermore, it is possible to switch between the homogeneous stoichiometric combustion mode, which is combustion at the stoichiometric air-fuel ratio, and the stratified lean combustion mode, which is thinner than the stoichiometric air-fuel ratio, and exhaust purification that can remove particulate matter by oxidation in the exhaust passage. In a gasoline direct-injection engine equipped with a device, when the exhaust purification device becomes overheated or there is a risk of overheating, the air-fuel ratio is shifted to the rich side to supply oxygen to the exhaust purification device As a method for reducing the air-fuel ratio, the air-fuel ratio switching means may be used when the exhaust purification device that has captured particulate matter becomes overheated or overheated during operation in the stratified lean combustion mode. Switch to homogeneous stoichiometric combustion mode.
[0016]
Further, an internal combustion engine that performs a fuel cut that stops fuel injection from the fuel injection valve when the vehicle decelerates and has an exhaust gas purification device that can oxidize and remove particulate matter in the exhaust passage (the above-mentioned internal combustion engines are In such an internal combustion engine, the fuel cut may be prohibited when the temperature of the exhaust gas purification apparatus that has captured particulate matter becomes equal to or higher than a predetermined temperature during operation in the stratified lean combustion mode.
[0017]
During the fuel cut, the intake valve and the exhaust valve are opened to reduce the pumping loss of the cylinder, so that a large amount of oxygen is supplied. At this time, if the temperature of the exhaust purification device is high and particulate matter exceeding a predetermined amount is accumulated, the particulate matter burns at a stretch, and the exhaust purification device overheats. When such a state is predicted, the inconvenience is avoided by prohibiting the fuel cut.
[0018]
Needless to say, the above-described configurations can be combined as much as possible.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0020]
<Example of lean combustion internal combustion engine>
First, a lean combustion gasoline engine which is an internal combustion engine to which the present invention is applied will be described.
[0021]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a first embodiment of a direct injection spark ignition internal combustion engine according to the present invention, and FIG. 2 is a bottom view of the upper part of the cylinder of the first embodiment. In these figures, 1 is an intake port and 2 is an exhaust port. The intake port 1 communicates with the cylinder via the intake valve 3, and the exhaust port 2 communicates with the cylinder via the exhaust valve 4. 5 is a piston. A cavity 8 is formed in the upper part of the cylinder. Two intake ports 1 are opened on the upper wall 8a of the cavity 8, and a spark plug 6 located at the approximate center of the upper part of the cylinder projects. The side wall 8b of the cavity 8 is thus formed so as to simultaneously surround the in-cylinder openings of the two intake ports 1 and the spark plug 6, and in particular, the spark plug 6 is positioned in the vicinity of the side wall 8b. The fuel injection valve 7 is disposed on the side of the side wall 8 b of the cavity 8 facing the spark plug 6.
[0022]
The fuel injection valve 7 has a slit-shaped injection hole, and injects the fuel into a thin fan shape. In particular, the fuel injection valve 7 of the present embodiment has two slit-shaped injection holes. As shown by hatching in FIG. 2, the fuel is injected in the thickness direction of the fuel and the height direction of the side wall 8b of the cavity 8. The jets are jetted in two directions, almost coincident. The fuel injected in two directions from the fuel injection valve 7 is in the fuel injection direction and in the cavity 8 so that each part of the fuel collides with the side wall 8b at an acute angle with respect to the extending direction of the side wall 8b of the cavity 8. The shape of the side wall 8b is set.
[0023]
In addition, the cross-sectional shape of the side wall 8b of the cavity 8 is substantially symmetric with respect to a vertical plane passing through the center axis of the fuel injection valve 7 and the center axis of the spark plug 6, and is injected from the fuel injection valve 7. The two-direction fan-shaped fuel sprays are substantially symmetrical with respect to the vertical plane.
[0024]
The fuel that collides with the side wall 8b of the cavity 8 advances toward the spark plug 6 near the side wall 8b along the side wall 8b by its own inertial force. Thus, a part of the side wall 8b serves as a fuel guiding portion that guides fuel to the vicinity of the spark plug 6. In the present embodiment, the distance from the two fuel collision positions on the side wall 8b to the vicinity of the spark plug 6 is substantially equal due to the above-described configuration. Therefore, the liquid fuel indicated by hatching in FIG. After the collision, the fuel is gradually vaporized by the heat received when traveling through the fuel guiding portion, reaches the position near the spark plug 6 and collides with each other, thereby forming a combustible mixture indicated by a dot at this position. Including the embodiments described below, the fuel guiding section is orthogonal to the height center plane of the fuel spray, so that the liquid fuel traveling on the fuel guiding section flows out of the cavity. Rather, a combustible mixture is formed by all injected fuel.
[0025]
In the present embodiment, since the fuel is injected into the cavity 8 formed in the upper part of the cylinder, it is possible to inject the fuel from the beginning of the compression stroke regardless of the piston position. As a result, a relatively large amount of fuel can be injected. In this case, particularly in the latter stage of fuel injection, the temperature of the fuel induction portion on the side wall 8b of the cavity 8 is lowered due to the fuel vaporization so far, and the fuel induction of fuel is performed. There is a possibility that the heat received from the portion becomes insufficient, and the liquid fuel reaches the vicinity of the spark plug 6. However, since this liquid fuel collides with each other in the vicinity of the spark plug 6 and atomizes, it easily vaporizes, and even if a relatively large amount of fuel is injected, a combustible air-fuel mixture can be formed in the vicinity of the spark plug 6. it can.
[0026]
Even if a squish flow is generated from the exhaust port side above the cylinder at the end of the compression stroke, this squish flow does not act on the combustible air-fuel mixture formed in the vicinity of the spark plug 6. Thus, the combustible air-fuel mixture remains in this position because there is no factor that moves from the vicinity of the spark plug 6, and ignition combustion is possible at any time. As described above, according to the present embodiment, the fuel injection timing and the ignition timing can be freely set, and the combustible air-fuel mixture is ignited even when a relatively large amount of fuel is injected regardless of the engine speed. Therefore, it is possible to achieve good stratified combustion by reliably positioning it in the vicinity of the spark plug. In this way, it is possible to reliably expand the stratified combustion operation region with a low fuel consumption rate to the high rotation and high load side.
[0027]
In addition, when the engine is in a high load where a large amount of fuel is required, the fuel is injected during the intake stroke to perform homogeneous combustion. In the present embodiment, since a part of the fuel guiding portion on the side wall 8b of the cavity 8 is adjacent to the intake port cylinder opening, the fuel injected from the fuel injection valve 7 is in flight during the homogeneous combustion. Across the intake port cylinder opening, the fuel is agitated by the intake flow flowing from the intake port cylinder opening at that time, and the fuel that has reached the fuel induction part is also sufficiently agitated by the intake flow while traveling through the fuel induction part The Thereby, according to this embodiment, at the time of ignition, a sufficiently homogenous homogeneous mixture is formed in the cylinder, and good homogeneous combustion can also be realized.
[0028]
In this embodiment, the fuel injection direction of the fuel injection valve 7 is set to two directions, and each fuel is caused to collide in the vicinity of the spark plug 6 along the fuel guiding portion of the side wall 8b of the cavity 8, The present invention is not limited, and the fuel injection direction can be one direction. In this case, at the time of stratified combustion, the injected fuel forms an elongated combustible mixture that moves along the side wall 8 b of the cavity 8, and this elongated combustible mixture is separated from the ignition gap of the spark plug 6. Since contact is made for a relatively long time and ignition combustion is possible during this time, fuel injection timing and ignition timing can be set relatively freely. As a result, even if a relatively large amount of fuel is injected regardless of the engine speed, the combustible air-fuel mixture can be reliably positioned near the spark plug at the time of ignition, and good stratified combustion can be realized. In this case, when a relatively large amount of fuel is injected during stratified combustion, an annular combustible mixture is formed along the side wall 8b of the cavity 8, and this combustible mixture always contacts the spark plug 6. Therefore, ignition combustion is possible at any time, and good stratified combustion can also be realized at this time.
[0029]
Of course, even in one-way fuel injection, a part of the fuel guiding portion on the side wall 8b of the cavity 8 is adjacent to the intake port cylinder opening, and as described above, good homogeneous combustion can also be realized. Further, the side wall 8b of the cavity 8 in this embodiment is configured to surround the in-cylinder opening of the two intake ports and the spark plug 6. However, of course, in the case of a single intake valve type or a double intake valve type, The side wall 8b of the cavity 8 may surround only one intake port and the spark plug.
[0030]
With the configuration described above, the combustion state can be controlled to stratified combustion, weakly stratified combustion, homogeneous lean combustion, homogeneous combustion, or the like. The combustion state can be selected based on the fuel injection control or the like based on the map shown in FIG. 3 in relation to the torque and the engine speed.
[0031]
For example, the air-fuel ratio during stratified combustion is 25-50, the air-fuel ratio during weak stratified combustion is 20-30, the air-fuel ratio during homogeneous lean combustion is 15-23, and the air-fuel ratio during homogeneous combustion is 12-15. It is executed according to the map set in.
[0032]
During low-load operation, a combustible air-fuel mixture is formed only in the vicinity of the spark plug, and stratified combustion with an extremely lean air-fuel ratio (for example, 50: 1) is realized in the entire cylinder. In order to realize stratified combustion, fuel is injected directly from the fuel injection valve into the cylinder in the compression stroke, and an air-fuel mixture is formed around the spark plug.
[0033]
On the other hand, during high-load operation such as when accelerating or climbing, fuel is injected during the intake stroke to generate a homogeneous mixture and achieve high output. Between the stratified combustion and the homogeneous combustion, a weak stratified combustion and a homogeneous lean combustion are realized, and the torque connection between the stratified combustion and the homogeneous combustion is made smooth. In weak stratified combustion, fuel is injected in two steps, an intake stroke and a compression stroke, and a weak stratified combustion state with an air-fuel ratio of 20 to 30 is generated. Homogeneous lean injects a smaller amount of fuel in the compression stroke than during homogeneous combustion to bring the air-fuel ratio to 15-23.
[0034]
In such a gasoline direct injection engine, when operating in stratified lean, the exhaust temperature is low and the particulate matter emissions are relatively large, so if stratified lean continues, particulate matter may accumulate. is there. In this example, the particulate matter oxidation process in such an engine can be smoothly performed by the air-fuel ratio control described below.
[0035]
<Exhaust gas purification device>
Next, an exhaust emission control device attached to the internal combustion engine will be described. Here, a port injection type gasoline engine will be described, but the present invention is naturally applicable to the case where the injection type is the above-described in-cylinder injection type.
[0036]
FIG. 4 is an overall schematic view of a gasoline engine with an exhaust purification device. In FIG. 4, 11 is an internal combustion engine body, 12 is an intake passage, and 13 is an air flow meter provided in the intake passage. The air flow meter 13 directly measures the amount of intake air. For example, a movable vane type air flow meter with a built-in potentiometer is used to generate an analog voltage output signal proportional to the amount of intake air. This output signal is input to the multiplexer built-in A / D converter 101 of the control circuit 20. The distributor 14 has, for example, a crank angle sensor 15 that generates a reference position detection pulse signal every 720 ° when converted into a crank angle, and a crank angle detection pulse signal every 30 ° converted into a crank angle. A crank angle sensor 16 is provided for generating. The pulse signals of the crank angle sensors 15 and 16 are supplied to the input / output interface 102 of the control circuit 20, and the output of the crank angle sensor 16 is supplied to the interrupt terminal of the CPU 103.
[0037]
Further, the intake passage 12 is provided with a fuel injection valve 7 for supplying pressurized fuel from the fuel supply system to the intake port for each cylinder. The throttle valve 26 in the intake passage 12 is provided with an idle switch 27 that generates a signal indicating whether or not the throttle valve 26 is fully closed, that is, an LL signal. This idle state output signal LL is supplied to the input / output interface 102 of the control circuit 20.
[0038]
In the present embodiment, the intake passage 12 is provided with a bypass passage 21 that bypasses the throttle valve 26 and an idle speed control valve (ISC valve) 22 that controls the amount of air flowing through the bypass passage 21. . The ISC valve 22 is a flow control valve that is driven by an actuator of an appropriate type such as a stepper motor, and is operated by an output signal from the control circuit 20 to adjust the engine intake air amount during idling to adjust the engine idle speed. Is used to control to the target rotational speed. In the present embodiment, the ISC valve 22 also functions as part of a catalyst temperature raising means for increasing the exhaust gas flow rate to increase the catalyst temperature by increasing the engine idle speed when the catalyst is not activated. .
[0039]
The water jacket 18 of the cylinder block of the engine body 11 is provided with a water temperature sensor 19 for detecting the temperature of the cooling water. The water temperature sensor 19 generates an electrical signal having an analog voltage corresponding to the temperature of the cooling water. This output is also supplied to the A / D converter 101.
[0040]
The exhaust system downstream of the exhaust manifold 31 of the engine body 11 is provided with a catalytic converter 32 that contains a three-way catalyst that simultaneously purifies three harmful components HC, CO, and NOx in the exhaust gas. Further, an exhaust manifold 31 on the upstream side of the catalytic converter 12 has an air-fuel ratio sensor (in this embodiment, an oxygen concentration detection sensor).2Sensor) 33 is provided.
[0041]
O2The sensor 33 detects the concentration of oxygen components in the exhaust gas and generates different output voltages depending on whether the air-fuel ratio is leaner or richer than the stoichiometric air-fuel ratio. The output voltage of the O 2 sensor 33 is supplied to the A / D converter 101 of the control circuit 20. The control circuit 20 is configured as a microcomputer, for example, and includes a ROM 104, a RAM 105, a backup RAM 106, a clock generation circuit 107, and the like in addition to the A / D converter 101, the input / output interface 102, and the CPU 103.
[0042]
In the present embodiment, the control circuit 20 performs basic control such as fuel injection control and ignition timing control of the engine 1, as well as air-fuel ratio control means for controlling the engine air-fuel ratio as described later, and the catalyst 32 is in an active state. Catalyst activation state detection means for detecting whether or not there is present, catalyst activation means for controlling the retard of the engine ignition timing and the ISC valve 22 to warm up the catalyst, air-fuel ratio control switching means, accumulation of particulate matter Various function realizing means of the present invention such as a deposition state detecting means for detecting the state are realized by a program.
[0043]
Further, in the control circuit 20, the down counter 108, the flip-flop 109, and the drive circuit 110 are for controlling the fuel injection valve 7. That is, in a routine described later, when the fuel injection amount (injection time) TAU is calculated, the injection time TAU is preset in the down counter 108 and the flip-flop 109 is set. As a result, the drive circuit 110 starts energizing the fuel injection valve 7. On the other hand, when the down counter 108 counts the clock signal (not shown) and the output terminal finally becomes “1” level, the flip-flop 109 is set and the drive circuit 110 is attached to the fuel injection valve 7. Stop the momentum. That is, the fuel injection valve 7 is energized only during the above-described fuel injection time TAU, and an amount of fuel corresponding to the time TAU is supplied to the combustion chamber of the engine body 11.
[0044]
The input / output interface 102 of the control circuit 20 is connected to an ignition circuit 112 and controls the ignition timing of the engine body 11. That is, the control circuit 20 inputs the reference crank angle pulse signal of the crank angle sensor 6 to the input / output interface 102, and then outputs an ignition signal to the ignition circuit 112 every time the crankshaft reaches a predetermined rotation angle. A spark is generated in a plug (not shown). As for the ignition timing of the engine body 11, an optimum value is stored in the ROM 104 of the control circuit 20 as a function of operating conditions such as load (for example, the amount of intake air per engine revolution) and rotation speed, and the optimum ignition timing is operated. Determined according to conditions.
[0045]
The intake air amount data and the cooling water temperature data of the air flow meter 13 are taken in by an A / D conversion routine executed every predetermined time or every predetermined crank angle and stored in a predetermined area of the RAM 105. That is, the intake air amount data and the cooling water temperature data in the RAM 105 are updated every predetermined time. The rotational speed data is calculated by interruption every 30 ° CA (crank angle) of the crank angle sensor 16 and stored in a predetermined area of the RAM 105.
[0046]
<Three-way catalyst: filter>
The three-way catalyst 33 is obtained by thinly attaching a noble metal such as platinum (Pt) + rhodium (Rh) or platinum (Pt) + rhodium (Rh) + palladium (Pd) to the surface of alumina. These three components CO, HC and NOx are simultaneously reduced by the following reaction.
[0047]
(O2, NOx) + (CO, HC, H2→ H2+ H2O + CO2
As an exhaust purification device, a particulate filter (PF) is provided upstream of the exhaust gas in addition to the above three-way catalyst.
[0048]
The particulate filter (PF) is of a so-called wall flow type having a honeycomb structure and having a plurality of exhaust flow passages extending in parallel with each other. The particulate filter (PF) is formed of a porous material such as cordierite, for example, and a support layer made of alumina, for example, is formed on the inner wall surface of the pore. An active oxygen release agent that carries oxygen in the presence of excess oxygen in the surroundings and retains oxygen and releases the retained oxygen in the form of active oxygen when the surrounding oxygen concentration decreases is carried.
[0049]
The exhaust emission control device can use a filter carrying a NOx absorbent (active oxygen release agent) on a filter capable of oxidizing and removing particulate matter. For example, alumina is used as a carrier, and an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, and cesium Cs, an alkaline earth such as barium Ba and calcium Ca, lanthanum La, and yttrium Y are used on this carrier. At least one selected from rare earths and a noble metal such as platinum Pt are supported. When the ratio of air and fuel (hydrocarbon) supplied into the exhaust passage upstream of the engine intake passage and the NOx catalyst is referred to as the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst, this NOx catalyst When the fuel ratio is lean, NOx is absorbed, and when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, the absorbed NOx is released.
[0050]
Furthermore, a filter carrying an oxidation catalyst can be used as the exhaust purification device. An oxidation catalyst is, for example, a thin precious metal such as palladium (Pd) or palladium + platinum (Pt) that acts as a catalyst on the surface of granular alumina called catalyst pellets. CO and HC in exhaust gas Oxidizing and harmless CO2And H2Set to O.
[0051]
Further, as an exhaust purification device, the filter itself does not carry a catalyst, and NO is NO before the filter.2It is also possible to use a filter in which a catalyst that oxidizes is disposed.
[0052]
As the exhaust purification device, the temperature required for oxidizing the particulate matter becomes high, but it is also possible to use only a filter of a type that does not carry a catalyst.
[0053]
<Fuel injection control>
Hereinafter, the fuel injection control in the embodiment of the present invention configured as described above will be described. This control is executed by the control circuit 20.
[0054]
As a state where the purification performance of the three-way catalyst can be expected, the air-fuel ratio is limited to a narrow range near the stoichiometric air-fuel ratio. Therefore, it is essential to control the amount of fuel to be injected to an amount that causes complete combustion with respect to the amount of oxygen sucked (the air-fuel ratio in this case is the stoichiometric air-fuel ratio).
[0055]
On the other hand, controlling to the stoichiometric air-fuel ratio may cause problems in terms of drivability, engine safety, fuel consumption, and the like. Therefore, various corrections need to be performed. For this reason, fuel injection control is required.
[0056]
The above-described lean combustion control is also performed by fuel injection control.
[0057]
The fuel injection control is realized by the CPU 103 controlling the drive time of the drive circuit 110 of the fuel injection valve 7 (fuel injection time TAU = injection amount).
[0058]
Fuel injection time TAU = injection amount is different at the time of engine start and after warm-up operation. In the following, the fuel injection time and the fuel injection amount are synonymous.
[0059]
★ The fuel injection amount at the start is determined by the following equation, for example.
When there is a starting fuel injection valve in addition to the main fuel injection valve, fuel injection is continuously performed for a predetermined period of time (determined by the water temperature) from the starting fuel injection valve during start-up, and the engine speed is The injection is stopped when the value exceeds a predetermined value.
[0060]
On the other hand, in the main fuel injection valve, the fuel injection time TAU (injection amount) is determined by the following equation.
TAU = TAUSTU × FTHA + TAUV
Here, TAUSTU: basic injection time at start (injection amount): determined by the water temperature of the cooling water, and increases as the water temperature decreases.
[0061]
FTHA: Intake air temperature correction value: Since the air density varies depending on the intake air temperature, the lower the intake air temperature, the smaller the value for correcting it.
[0062]
TAUV: Invalid injection time: The fuel injection valve has a delay in operation from when the drive voltage is applied until the valve is opened, and there is also a delay when the valve is opened. The delay time is longer when the valve is opened. Therefore, even if the fuel injection valve is opened for a time corresponding to the amount that should actually be sucked into the cylinder, the actual valve opening time is shortened (the injection amount is reduced). The time during which fuel is not injected from the fuel injection valve is referred to as an invalid injection time, and the correction amount for correcting the time to match the amount actually injected with the required value is TAUV.
[0063]
★ Fuel injection amount after startup (time)
Next, after starting, the engine is operated with the fuel injection amount determined by the following equation.
TAU = TAUP × FWL × (FAF + FG) × {FASE + FAE + FOTP + FDE (D)} × FFC + TAUV
TAUP: Basic injection amount (injection time): Basic value of the injection amount determined based on the amount of air sucked in one intake stroke (obtained from the sensor detection value)
FWL: Warm-up increase: During warm-up, a rich air-fuel ratio is required due to poor atomization of fuel. Therefore, during warm-up, fuel increase correction is performed to make the air-fuel ratio rich. The correction value corresponding to the cooling water temperature is corrected with a correction coefficient based on the engine speed to obtain a warm-up increase.
[0064]
FAF: Air-fuel ratio feedback correction coefficient: In order to control the air-fuel ratio in a region where the purification rate of the three-way catalyst can be expected (near the theoretical air-fuel ratio), the current air-fuel ratio is detected based on the output value of the oxygen sensor, The air-fuel ratio is feedback controlled so that the air-fuel ratio falls within the above range.
[0065]
FG: Air-fuel ratio learning coefficient: The required injection amount varies even in the same operating state due to individual differences of engines and changes over time. While the air-fuel ratio feedback is in progress, the difference between the actual required value and the calculated value is corrected by the feedback. However, when the feedback is not executed, the difference appears as it is and the air-fuel ratio shifts. Therefore, the correction due to feedback is stored and corrected constantly so as to eliminate the difference in all driving states.
[0066]
FASE: Increase after start: Since the vicinity of the port is dry after start, in order to wet it, the injection amount is increased for a predetermined time after start to prevent engine stall. This value is determined by an initial value based on the cooling water temperature at the time of starting, and thereafter attenuated at every predetermined injection, and ends when FASE = 0.
[0067]
FAE: Acceleration increase: During acceleration, the intake pipe gripping force (particulate matter) increases (negative pressure decreases), so the amount of fuel adhering to the intake valve and its vicinity increases among the injected fuel. Since it takes time for the adhering fuel to enter the combustion chamber, the air-fuel ratio becomes lean unless an extra amount of the adhering fuel is injected during acceleration. The acceleration increase FAE compensates for the increase in the adhered fuel.
[0068]
FOTP: OTP increase: Exhaust temperature becomes high at high load and high rotation, and there is a risk of thermal damage of exhaust system parts, so the air-fuel ratio is made rich and the exhaust temperature is lowered.
[0069]
FDE (D): Decrease increase (decrease): The detected value of the air flow meter undershoots at the time of deceleration and outputs a value smaller than the actual value, so the amount is increased at the time of deceleration to compensate for it. Further, the intake pipe negative pressure increases during deceleration, and the fuel adhering to the intake pipe evaporates and is sucked. Therefore, the fuel injection amount is reduced to compensate for the intake.
[0070]
FFC: Correction coefficient at the time of fuel cut return: There is a case where fuel cut is performed in order to increase fuel efficiency. In order to prevent a shock due to sudden torque at the time of fuel cut return, fuel is reduced by reducing the fuel injection amount. Smooth the torque rise at the time of cutting recovery.
[0071]
TAUV: Invalid injection time
Here, in order to simplify the story, the above equation is simplified and TAU = TAUP × FAF × β + γ.
[0072]
FIG. 5 is a routine for calculating the fuel injection amount using this equation, and is executed every predetermined crank angle, for example, 360 °. In step 101, the intake air amount data Q and the rotational speed data Ne are read from the RAM 105, and the basic injection amount TAUP (TAUP is the injection time for obtaining the theoretical air-fuel ratio) is calculated. For example, TAUP ← α · Q / Ne (α is a constant). In step 202, the final injection amount TAU is calculated by TAU ← TAUP · FAF · β + γ. Next, at step 303, the injection amount TAU is set in the down counter 108 and the flip-flop 109 is set to start fuel injection. In step 104, the routine is terminated. As described above, when the time corresponding to the injection amount TAU elapses, the flip-flop 109 is reset by the output signal of the down counter 108 and the fuel injection ends.
[0073]
As described above, the fuel injection amount is determined, and based on this, fuel injection is performed, and as a result, the air-fuel ratio is determined. That is, air-fuel ratio control is performed.
[0074]
<Air-fuel ratio feedback control>
The air-fuel ratio control in the present invention is performed by the air-fuel ratio feedback control performed in the fuel injection control described above.
[0075]
This control is executed by the first air-fuel ratio control means realized by a program on the CPU of the control circuit 20. This first air-fuel ratio control means is a stoichiometric feedback control means for feedback-controlling the target value toward the theoretical air-fuel ratio. O provided in the exhaust passage2When the output value of the sensor is rich (excessive with respect to the theoretical air-fuel ratio), the fuel injection amount is decreased, and when it is lean (excessive with respect to the theoretical air-fuel ratio), the fuel injection amount is increased.
[0076]
On the other hand, the second air-fuel ratio control means is realized by a program on the CPU of the control circuit 20, and this second air-fuel ratio control means is rich feedback control means for shifting the air-fuel ratio to the rich side.
[0077]
Fig. 6 shows the O used for feedback control.2The relationship between the output waveform of a sensor and the value of FAF is shown. In FIG. 6, TDR and TDL are O at the time of transition from lean to rich and at the transition from rich to lean.2This is a reverse characteristic delay time setting for compensating the response delay of the sensor. O2As for the response of the sensor, the response from lean to rich is better than the opposite. When shifting from lean to rich, there is an excess of oxygen in a state where the amount of oxygen around the sensor detection unit is small.2Reach. Conversely, when moving from rich to lean, there is an excess of O2And HC and CO that have reached there react with O2Will be reduced. O2With HC and CO, the molecular size is O2O is larger, so O2Is longer than the time until HC and CO reach the detection part of the sensor. Therefore, O2The time until the sensor can detect the change of the air-fuel ratio differs as described above.
[0078]
During the detection delay time (rich detection delay) when shifting from lean to rich, the actual air-fuel ratio is rich even though the actual air-fuel ratio is rich.2Since the sensor outputs that it is lean, the feedback control is corrected to the rich side and becomes richer. On the other hand, during the detection delay time (lean detection delay) when shifting from rich to lean, the actual air-fuel ratio is lean even though the actual air-fuel ratio is lean.2Since the sensor outputs that it is rich, the feedback control is corrected to the lean side and becomes leaner. Overall, the lean detection delay is longer, so the time overcorrected to the lean side is longer and the lean shift occurs. In order to prevent this, TD (delay time) is intentionally set as the delay time of the reverse characteristic of each delay time (TDR> TDL).
[0079]
In FIG. 6, RSL and RSR are fuel injection amounts that are corrected stepwise at the time of transition from rich to lean, and from lean to rich. RSL is referred to as a lean skip constant, and RSR is referred to as a rich skip constant.
[0080]
KIL and KIR indicate inclinations (integral constants) of gradually correcting the fuel injection amount to the lean side when rich (lean).
[0081]
In the apparatus having the above configuration, O2Based on the output of the sensor 33, the air-fuel ratio correction coefficient FAF can be calculated by the first air-fuel ratio control means, and feedback control can be performed with the air-fuel ratio directed to the theoretical air-fuel ratio.
[0082]
7 and 8 show an air-fuel ratio control routine for calculating the air-fuel ratio correction coefficient FAF. This routine is executed every predetermined time, for example, every 4 ms. In step 201, O2It is determined whether or not an air-fuel ratio closed loop (feedback) condition by the sensor 33 is satisfied. For example, when the cooling water temperature is a predetermined value (for example, 70 ° C.) or lower, during engine start, during post-start increase, during warm-up increase, during power increase, during fuel injection increase to prevent catalyst overheating, upstream O2When the output signal of the sensor 33 has never been inverted, the closed loop condition is not satisfied in all cases such as during fuel cut, and the closed loop condition is satisfied in other cases. When the closed loop condition is not satisfied, the routine proceeds to step 225 in FIG. 3, the air-fuel ratio feedback flag XMFB is set to “0”, the routine proceeds to step 226, and the routine is terminated. The air-fuel ratio correction coefficient FAF may be 1.0. On the other hand, if the closed loop condition is satisfied, the process proceeds to step 202.
[0083]
In step 202, O2The output VOM of the sensor 33 is A / D converted and fetched. In step 203, it is determined whether the air-fuel ratio is rich or lean depending on whether the VOM is equal to or lower than the comparison voltage VR1. The comparison voltage VR1 is usually O2The voltage at the center of the amplitude of the sensor output is taken, and VR1 = 0.45V in this embodiment. Steps 204 to 209 and steps 210 to 215 are the same as the O determined in step 203.2 The setting operation of the air / fuel ratio flag F1 based on the value of the sensor 33 output is shown.
[0084]
The air-fuel ratio flag F1 is a flag indicating whether the exhaust air-fuel ratio upstream of the catalyst 32 is rich or lean, and the value of the flag F1 is counted down (during lean air-fuel ratio) or counted up (during rich air-fuel ratio) By operation (step 206, 212) upstream O2 When the output of the sensor 13 is kept rich or lean for a predetermined delay time (TDL, TDR) or more, it is changed from 1 (rich) to 0 (lean), or from 0 to 1 (from step 207 to 209, from step 213) 215). Here, TDL (steps 207 and 208) is O2Even if the output of the sensor 33 changes from rich to lean, this is a lean delay time for holding the determination that the sensor is in the rich state, and is defined as a negative value. TDR (steps 213 and 214) is O2A rich delay time for holding a determination that the sensor 33 is in a lean state even if the output of the sensor 33 changes from lean to rich, and is defined as a positive value.
[0085]
Next, in step 216, it is determined whether or not the sign of the air-fuel ratio flag F1 has been reversed, that is, whether or not the air-fuel ratio after delay processing has been reversed. If the air-fuel ratio has been reversed, it is determined in step 217 whether the reversal is from rich to lean or from lean to rich, based on the value of the air-fuel ratio flag F1. If the inversion is from rich to lean, in step 218, the air-fuel ratio correction coefficient FAF is skipped and increased to FAF ← FAF + RSR, and the air-fuel ratio is corrected to the rich side. Conversely, if the reversal is from lean to rich, in step 219, FAF ← FAF-RSL and FAF are decreased in a skipping manner to correct the air-fuel ratio to the lean side. That is, skip processing is performed.
[0086]
If the sign of the air-fuel ratio flag F1 is not reversed in step 216, integration processing is performed in steps 220, 221, 222. That is, in step 220, it is determined whether or not F1 = "1". If F1 = "0" (lean), FAF ← FAF + KIR is set in step 221, while F1 = "1" (rich). If there is, in step 222, FAF ← FAF-KIL is set. Here, the integration constants KIR and KIL are set sufficiently smaller than the skip constants RSR and RSL, and KIR (KIL) <RSR (RSL). Therefore, step 221 gradually shifts the air-fuel ratio to the rich side in the lean state (F1 = "0"), and step 222 gradually shifts the air-fuel ratio to the lean side in the rich state (F1 = "1").
[0087]
Next, at step 223, the air-fuel ratio correction coefficient FAF calculated at steps 218, 219, 221, 222 is guarded at a minimum value, eg, 0.8, and guarded at a maximum value, eg, 1.2. . Thus, when the air-fuel ratio correction coefficient FAF becomes too large or too small for some reason, the air-fuel ratio of the engine is controlled with that value to prevent over-rich or over-lean. In step 224, the air-fuel ratio feedback flag XMFB is set to “1”, the FAF calculated as described above is stored in the RAM 105, and in step 226, this loop ends.
[0088]
The above procedure is shown in the timing chart of FIG. O2When the rich / lean discrimination air-fuel ratio signal A / F is obtained by the output VOM of the sensor 33 as shown in FIG. 9A, the delay counter CDLY is counted up in the rich state as shown in FIG. 9B. Countdown in lean state. As a result, as shown in FIG. 9C, a delayed air-fuel ratio signal A / F ′ (corresponding to the flag F1) is formed. For example, even if the air-fuel ratio signal A / F ′ changes from lean to rich at time t1, the delayed air-fuel ratio signal A / F ′ is held lean for the rich delay time TDR and then at time t2. Rich change. Even if the air-fuel ratio signal A / F changes from rich to lean at time t3, the delayed air-fuel ratio signal A / F 'is held rich for the lean delay time (-TDL) and then at time t4. Changes to lean.
[0089]
However, if the air-fuel ratio signal A / F 'is inverted in a period shorter than the rich delay time TDR as at times t5, t6, t7, it takes time for the delay counter CDLY to reach the maximum value TDR, and as a result, at time t8. The air-fuel ratio signal A / F ′ after the delay process is inverted at. That is, the air-fuel ratio signal A / F ′ after the delay process is more stable than the air-fuel ratio signal A / F before the delay process. In this manner, the air-fuel ratio correction coefficient FAF shown in FIG. 9D is obtained based on the stable air-fuel ratio signal A / F ′ after the delay processing.
[0090]
<Control of the present invention>
(Preventing excessive temperature rise of exhaust purification system during stoichiometric combustion)
In the present invention, feedback control to the stoichiometric air-fuel ratio side in which the amount of oxygen in the exhaust gas is reduced in accordance with the oxidation state or deposition state of the particulate matter in the exhaust purification device provided in the exhaust passage (the first control) An air-fuel ratio control means) and an air-fuel ratio at which the amount of oxygen in the exhaust gas decreases, that is, feedback control to the rich side (second air-fuel ratio control means) that makes the fuel amount richer than the stoichiometric air-fuel ratio. Switch by control switching means.
[0091]
In an embodiment, O2First air-fuel ratio control means that performs stoichiometric feedback that makes the air-fuel ratio the stoichiometric air-fuel ratio based on the output of the sensor, and second air-fuel ratio control means that performs rich feedback control that makes the fuel amount excessive to the stoichiometric air-fuel ratio When the exhaust purification device that has captured the particulate matter is in an overheated state or is likely to be overheated, the second air-fuel ratio control means is controlled in principle. Switch to air-fuel ratio control means. That is, in principle, stoichiometric operation is performed, and the control is switched to the rich side when the exhaust gas purification apparatus that has captured particulate matter becomes overheated or there is a risk of overheating.
[0092]
Specifically, in the air-fuel ratio control, in addition to setting the air-fuel ratio correction coefficient FAF2 so that the air-fuel ratio shifts to the rich side, the skip constants RSR and RSL as the air-fuel ratio control constant, the integral constant KIR , KIL, delay time TDR, TDL, or O2For example, the comparison voltage (lean / rich determination voltage) VR1 of the output VOM of the sensor 13 can be varied.
[0093]
How the air-fuel ratio varies when the air-fuel ratio control constant is variable will be described. For example, if the rich skip constant RSR is increased, the control air-fuel ratio can be shifted to the rich side, and even if the lean skip constant RSL is decreased, the control air-fuel ratio can be shifted to the rich side, while if the lean skip constant RSL is increased. The control air-fuel ratio can be shifted to the lean side, and the control air-fuel ratio can be shifted to the lean side even if the rich skip constant RSR is reduced.
[0094]
Also, if the rich integral constant KIR is increased, the control air-fuel ratio can be shifted to the rich side, and even if the lean integral constant KIL is decreased, the control air-fuel ratio can be shifted to the rich side, while if the lean integral constant KIL is increased. The control air-fuel ratio can be shifted to the lean side, and the control air-fuel ratio can be shifted to the lean side even if the rich integral constant KIR is reduced. Therefore, the air-fuel ratio can be controlled by correcting the rich integration constant KIR and the lean integration constant KIL.
[0095]
If the rich delay time TDR is set large or the lean delay time (-TDL) is set small, the control air-fuel ratio can be shifted to the rich side. Conversely, the lean delay time (-TDL) is increased or the rich delay time (TDR) is increased. If it is set smaller, the control air-fuel ratio can be shifted to the lean side.
[0096]
Furthermore, if the comparison voltage VR1 is increased, the control air-fuel ratio can be shifted to the rich side, and if the comparison voltage VR1 is decreased, the control air-fuel ratio can be shifted to the lean side.
[0097]
In the present invention, it is necessary to make the center air-fuel ratio lean, but as apparent from the above, to make the center air-fuel ratio richer,
(1) Skip constant RSL to lean side <Skip constant RSR to rich side,
(2) Integration constant KIL for lean side <Integration constant KIR for rich side,
(3) Delay time TDR for rich judgment> Delay time TDL for lean judgment (can be kept rich for a long time),
▲ 4 ▼ O2The lean rich determination voltage of the sensor is increased from that during stoichiometric feedback (FIG. 10). When the determination voltage is increased from the stoichiometric feedback, the frequency of determining that the lean is increased increases, so the time for rich correction becomes longer and the center air-fuel ratio becomes closer to rich.
Etc. can be executed individually or in combination.
[0098]
In the internal combustion engine, the stoichiometric feedback control is normally executed by the first air-fuel ratio control means. However, when the exhaust gas purification apparatus that has captured the particulate matter becomes in an overheated state, If the air-fuel ratio correction coefficient FAF2 is set so that the air-fuel ratio shifts to the rich side, or the skip constants RSL, RSR, integral constants KIL, KIR, delay times TDR, TDL in the stoichiometric feedback are Change to satisfy the above conditions (1) to (3), or O of (4)2Rich feedback control is performed by raising the lean / rich determination voltage of the sensor higher than the stoichiometric feedback.
[0099]
Such rich feedback control is executed when the exhaust purification device that has captured particulate matter becomes overheated or when there is a risk of overheating. More specifically, the following is performed. Executed under various conditions.
[0100]
● When overheating of a filter supplemented with particulate matter is detected
Detection of excessive temperature rise Example 1: More than a certain value (for example, the filter temperature is about 800 ° C)
Example 2: Normal filter temperature estimated value + excessive temperature rise determination temperature rise (for example, temperature rise + 50 ° C)
Example 3: The rate of increase in filter temperature per hour is above a certain level.
[0101]
● The amount of deposit on the particulate matter filter is above a certain value and above the particulate matter safe oxidation temperature.
[0102]
The amount of particulate matter deposited on the filter can be determined by the following method.
[0103]
Detection example 1: When the pressure rise exceeds the threshold with the pressure sensor
Detection example 2: When the amount of reduction in the intake air volume exceeds the threshold
Detection example 3: Particulate / matter deposition amount logic predicts particulate matter / matter deposition amount above a certain level (eg, estimated from particulate matter oxidation rate)
(These are examples of deposition state detection means for detecting the deposition state of particulate matter)
FIG. 11 shows this control routine.
[0104]
This routine is repeatedly executed every predetermined time. First, the amount of deposition by the particulate matter filter is estimated, and it is determined whether or not the value is a certain value or more (step 301).
Next, it is determined whether or not the filter temperature is equal to or higher than the safe oxidation temperature of the particulate matter (step 302). If the filter temperature is equal to or higher than the safe oxidation temperature, the exhaust purification device is overheated or overheated. It is determined that there is a possibility that the air-fuel ratio may become, and the routine proceeds to air-fuel ratio rich feedback control (step 303). If it is not above the safe oxidation temperature, the routine ends.
[0105]
(Preventing excessive temperature rise of exhaust purification system during lean combustion)
Next, it is possible to switch between the homogeneous stoichiometric combustion mode, which is combustion at the stoichiometric air-fuel ratio, and the stratified lean combustion mode, which is thinner than the stoichiometric air-fuel ratio, and exhaust that can oxidize and remove particulate matter in the exhaust passage. In a gasoline direct-injection engine equipped with a purification device, when operating in the stratified lean combustion mode, when the exhaust purification device that captures particulate matter becomes overheated or there is a risk of overheating, The air-fuel ratio switching means is switched to the homogeneous stoichiometric combustion mode.
[0106]
This means that stratified leaning is prohibited when an excessively high temperature state is reached or when there is a risk of an excessively high temperature. This is because during stratified lean, the amount of oxygen in the exhaust gas is large, and the oxidation of particulate matter captured by the filter is promoted. Overheating can be avoided by prohibiting stratified leaning.
[0107]
FIG. 12 shows this control routine.
This routine is repeatedly executed every predetermined time. First, the amount of deposition by the particulate matter filter is estimated, and it is determined whether or not the value is a certain value (step 401).
Next, it is determined whether or not the filter temperature is equal to or higher than the safe oxidation temperature of the particulate matter (step 402). If the filter temperature is equal to or higher than the safe oxidation temperature, the stratified lean is prohibited, that is, switched to the homogeneous stoichiometric operation (step 403). If it is not above the safe oxidation temperature, the routine ends.
[0108]
(Relation with fuel cut control)
Similarly, in an internal combustion engine that performs a fuel cut that stops fuel injection from a fuel injection valve when the vehicle decelerates and has an exhaust purification device that can oxidize and remove particulate matter in an exhaust passage, During operation in the lean combustion mode, when the exhaust purification device that has captured particulate matter becomes overheated or there is a risk of overheating, fuel cut is prohibited.
[0109]
Since fuel is not burned during fuel cut control, the amount of oxygen supplied to the exhaust passage and thus to the exhaust gas purification device (filter) increases, and oxidation of particulate matter is promoted, leading to overheating. . Therefore, fuel cut is prohibited when the above conditions are met. Thereby, overheating can be avoided.
[0110]
FIG. 13 shows this control routine.
This routine is repeatedly executed every predetermined time. First, the amount of deposition on the particulate matter filter is estimated, and it is determined whether or not the value is a certain value (step 501).
Next, it is determined whether or not the filter temperature is equal to or higher than the safe oxidation temperature of the particulate matter (step 502), and if it is equal to or higher than the safe oxidation temperature, fuel cut is prohibited (step 503). If it is not above the safe oxidation temperature, the routine ends.
[0111]
【The invention's effect】
According to the present invention, when it is determined that the particulate matter captured by the exhaust purification device is overheated or likely to be oxidized due to abrupt oxidation or the like, the air-fuel ratio is set to the rich side. As a result, the amount of oxygen in the gas is reduced, and as a result, the oxidation rate of particulate matter is reduced, and overheating can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a cylinder showing an embodiment of a direct injection spark ignition internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a bottom view of an upper part of a cylinder.
FIG. 3 is a graph showing a combustion method determination map.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a hardware configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart for explaining calculation of a fuel injection amount.
FIG. 6 O2It is a conceptual diagram which shows the relationship between the output waveform of a sensor, and the air fuel ratio feedback correction coefficient FAF.
FIG. 72It is a part of flowchart of the air fuel ratio control based on a sensor output.
FIG. 82It is a part of flowchart of the air fuel ratio control based on a sensor output.
FIG. 9 is a time chart for explaining and explaining the flowcharts of FIGS. 7 and 8;
FIG. 102It is a figure which shows rich feedback control by the change of a sensor output voltage.
FIG. 11 is a flowchart showing an example of an excessive temperature rise prevention control routine.
FIG. 12 is a flowchart showing another example of an excessive temperature rise prevention control routine.
FIG. 13 is a flowchart showing still another example of the excessive temperature rise prevention control routine.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Engine body, 20 ... Control circuit, 32 ... Catalyst, (PF) particulate filter, 33 ... O2Sensor

Claims (7)

燃焼室でのガソリンの燃焼に伴って発生したパティキュレート・マターを、排気通路中に設けた排気浄化装置で酸化処理する内燃機関において、排気通路に設けられた排気浄化装置でのパティキュレート・マターの状態に応じて、排気ガスの空燃比を理論空燃比へと制御するストイキフィードバック制御と、燃料量を理論空燃比より過濃とするリッチフィードバック制御とを切り換える空燃比制御切換手段を有することを特徴とする排気浄化装置付き内燃機関。In an internal combustion engine that oxidizes particulate matter generated by combustion of gasoline in the combustion chamber with an exhaust purification device provided in the exhaust passage, the particulate matter in the exhaust purification device provided in the exhaust passage Air-fuel ratio control switching means for switching between stoichiometric feedback control for controlling the air-fuel ratio of the exhaust gas to the stoichiometric air-fuel ratio and rich feedback control for making the fuel amount richer than the stoichiometric air-fuel ratio according to the state of An internal combustion engine with an exhaust emission control device. 燃焼室でのガソリンの燃焼に伴って発生したパティキュレート・マターを酸化除去可能な排気浄化装置を排気通路中に有するとともに、排気通路に設けられた酸素濃度センサの出力に基づいて空燃比を所定の目標値にフィードバック制御するフィードバック制御手段を有する内燃機関において、前記目標値を理論空燃比とするストイキフィードバックを行う第1空燃比制御手段と、理論空燃比に対して燃料量を過濃にするリッチフィードバック制御を行う第2空燃比制御手段とを備え、第1空燃比制御手段による制御を原則として行い、排気浄化装置でのパティキュレート・マターの状態に応じて第2空燃比制御手段に切り換えることを特徴とする排気浄化装置付き内燃機関。An exhaust gas purification device capable of oxidizing and removing particulate matter generated during combustion of gasoline in the combustion chamber is provided in the exhaust passage, and the air-fuel ratio is determined based on the output of an oxygen concentration sensor provided in the exhaust passage. In an internal combustion engine having feedback control means for performing feedback control to the target value, first air-fuel ratio control means for performing stoichiometric feedback with the target value as the stoichiometric air-fuel ratio; A second air-fuel ratio control means for performing rich feedback control, and the control by the first air-fuel ratio control means is performed in principle, and the control is switched to the second air-fuel ratio control means in accordance with the state of particulate matter in the exhaust purification device. An internal combustion engine with an exhaust emission control device. 前記排気浄化装置は、パティキュレート・マターを酸化除去可能なフィルタにNOx 吸収剤(活性酸素放出剤)を担持したフィルタ、酸化触媒を担持したフィルタ、フィルタ自体には触媒が担持されずフィルタ前段にNOをNO2 に酸化する触媒を配置し、NO2 でパティキュレート・マターを酸化するフィルタの少なくともいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載の排気浄化装置付き内燃機関。The exhaust purification device includes a filter in which particulate matter is oxidized and removed, a filter carrying a NOx absorbent (active oxygen release agent), a filter carrying an oxidation catalyst, and the filter itself does not carry a catalyst. The internal combustion engine with an exhaust emission control device according to claim 1 or 2 , wherein a catalyst that oxidizes NO to NO 2 is disposed and is a filter that oxidizes particulate matter with NO 2 . 前記排気浄化装置の温度が所定温度以上のときに、リッチフィードバック制御に切換えることを特徴とする請求項1または2に記載の排気浄化装置付き内燃機関。The internal combustion engine with an exhaust purification device according to claim 1 or 2, wherein when the temperature of the exhaust purification device is equal to or higher than a predetermined temperature, switching to rich feedback control is performed. パティキュレート・マターの堆積状態を検出する堆積状態検出手段を備え、パティキュレート・マターが所定以上堆積したときで、かつ、排気浄化装置の温度が所定温度以上であるときに、リッチフィードバック制御に切換える請求項1または2に記載の排気浄化装置付き内燃機関。A deposition state detecting means for detecting the deposition state of the particulate matter is provided, and when the particulate matter has accumulated more than a predetermined value and the temperature of the exhaust purification device is equal to or higher than the predetermined temperature, the control is switched to the rich feedback control. An internal combustion engine with an exhaust emission control device according to claim 1 or 2. 前記内燃機関は、理論空燃比での燃焼である均質ストイキ燃焼モードと、理論空燃比より過薄な成層リーン燃焼モードとをさらに切換え可能なガソリン直噴エンジンであって、成層リーン燃焼モードで運転中に、パティキュレート・マターを捕捉した排気浄化装置が過昇温状態となったときあるいは過昇温となるおそれがあるとき、均質ストイキ燃焼モードに切換える空燃比切換手段をさらに備えたことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の排気浄化装置付き内燃機関。 The internal combustion engine is a gasoline direct injection engine capable of further switching between a homogeneous stoichiometric combustion mode, which is combustion at a stoichiometric air-fuel ratio, and a stratified lean combustion mode, which is thinner than the stoichiometric air-fuel ratio, and operates in the stratified lean combustion mode. In addition, the exhaust gas purifier that captures particulate matter is further provided with air-fuel ratio switching means for switching to a homogeneous stoichiometric combustion mode when there is a risk of overheating or overheating. An internal combustion engine with an exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 5 . 車両減速時に燃料噴射弁から燃料噴射を停止する燃料カットを実行する燃料カット手段を備え、成層リーン燃焼モードで運転中に、パティキュレート・マターを捕捉した排気浄化装置が過昇温状態となったときあるいは過昇温となるおそれがあるとき、燃料カットを禁止することを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の排気浄化装置付き内燃機関。The fuel purifier that performs fuel cut to stop fuel injection from the fuel injection valve when the vehicle decelerates, and the exhaust purification system that captured particulate matter became overheated during operation in the stratified lean combustion mode The internal combustion engine with an exhaust emission control device according to any one of claims 1 to 6 , wherein fuel cut is prohibited when there is a risk of overheating or overheating.
JP2002006746A 2002-01-15 2002-01-15 Internal combustion engine with exhaust purification device Expired - Fee Related JP4019716B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002006746A JP4019716B2 (en) 2002-01-15 2002-01-15 Internal combustion engine with exhaust purification device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002006746A JP4019716B2 (en) 2002-01-15 2002-01-15 Internal combustion engine with exhaust purification device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003206725A JP2003206725A (en) 2003-07-25
JP4019716B2 true JP4019716B2 (en) 2007-12-12

Family

ID=27645422

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002006746A Expired - Fee Related JP4019716B2 (en) 2002-01-15 2002-01-15 Internal combustion engine with exhaust purification device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4019716B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4844462B2 (en) * 2007-04-26 2011-12-28 日産自動車株式会社 Control device for internal combustion engine
JP2010180743A (en) * 2009-02-04 2010-08-19 Denso Corp Exhaust emission control device of internal combustion engine
WO2022239218A1 (en) * 2021-05-14 2022-11-17 日産自動車株式会社 Hybrid vehicle control method and hybrid vehicle control device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003206725A (en) 2003-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3649188B2 (en) Internal combustion engine with exhaust purification device
US6233925B1 (en) Exhaust discharge control device for internal combustion engine
KR100375846B1 (en) Apparatus for purifing exhaust gas of internal combustion engine
US6834496B2 (en) Exhaust gas purifying apparatus for internal combustion engine and control method thereof
JPH10274031A (en) Exhaust emission control device for cylinder injection type internal combustion engine
JP5376048B2 (en) Exhaust gas purification system for internal combustion engine
JP3598894B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
US11067020B2 (en) Control device of internal combustion engine, internal combustion engine, and vehicle
JP2010127251A (en) Exhaust gas purifier for internal combustion engine
JP4475117B2 (en) Engine air-fuel ratio control device
JP2004360575A (en) Exhaust emission control system of internal combustion system
JP4019716B2 (en) Internal combustion engine with exhaust purification device
EP1256704B1 (en) Exhaust gas purification system and method for internal combustion engine
JP2002038943A (en) Exhaust emission control device for internal combustion engine
JP2004308526A (en) Exhaust emission cleaning device for internal combustion engine
JP3879515B2 (en) Internal combustion engine with exhaust purification device
JP4193553B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP3509482B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP4001045B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP3591343B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP3633312B2 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
JP3840859B2 (en) Air-fuel ratio control device for lean combustion internal combustion engine
JP2004232555A (en) Exhaust gas cleaning system for internal-combustion engine
JP6508264B2 (en) Engine control device
JP2004360569A (en) Exhaust gas purification control system of internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20041012

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060531

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060926

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061127

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070605

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070803

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070904

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070917

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101005

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101005

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111005

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111005

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121005

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121005

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131005

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees