JP4273985B2 - Control device for multi-cylinder internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は多気筒内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a multi-cylinder internal combustion engine.
通常、内燃機関の排気系には排気ガスを浄化するために排気浄化装置が設けられている。このような排気浄化装置としては従来より種々のものが用いられているが、その一つとして排気通路にNOx吸蔵触媒を担持したパティキュレートフィルタ(以下、「NOx吸蔵フィルタ」と言う。)を配置するようにしたものが知られている。このようなNOx吸蔵フィルタを用いた排気浄化装置によれば、排気ガス中に含まれる煤等の排気微粒子(PM:Particulate Matter)を除去すると共に窒素酸化物(NOx)を除去することが可能となる。 Usually, an exhaust gas purification device is provided in an exhaust system of an internal combustion engine to purify exhaust gas. As such an exhaust purification device, various devices have been conventionally used, and one of them is a particulate filter (hereinafter referred to as “NOx storage filter”) carrying a NOx storage catalyst in the exhaust passage. What you do is known. According to such an exhaust purification device using a NOx storage filter, it is possible to remove exhaust particulate matter (PM) such as soot contained in exhaust gas and remove nitrogen oxides (NOx). Become.
一方、上記のようなNOx吸蔵フィルタを用いた場合には、同フィルタの排気浄化性能の回復を目的とした各種の再生処理が定期的に実施されることとなる。すなわち、例えば、NOx吸蔵フィルタ上に堆積した排気微粒子を酸化除去するためのPM再生処理、NOx吸蔵触媒に吸蔵させたNOxを離脱させ還元浄化するNOx還元浄化処理、NOx吸蔵触媒に吸蔵された硫黄酸化物(SOx)を放出させる硫黄被毒再生処理等が実施される。 On the other hand, when the above NOx occlusion filter is used, various regeneration processes aiming at recovery of the exhaust gas purification performance of the filter are periodically performed. That is, for example, PM regeneration processing for oxidizing and removing exhaust particulates deposited on the NOx storage filter, NOx reduction purification processing for removing and reducing NOx stored in the NOx storage catalyst, and sulfur stored in the NOx storage catalyst A sulfur poisoning regeneration process or the like for releasing oxide (SOx) is performed.
そしてこのような再生処理を実施する場合には、上記NOx吸蔵フィルタの温度を上昇させる必要のある場合があり、そのような場合に減筒を行って一気筒当たりの負荷を増大させ排気ガスの温度を上昇せしめることによってフィルタ温度を上昇させる方法が知られている。 When such regeneration processing is performed, it may be necessary to increase the temperature of the NOx storage filter. In such a case, the number of cylinders is reduced to increase the load per cylinder and to reduce the exhaust gas. A method for increasing the filter temperature by increasing the temperature is known.
しかしながら、この方法によってフィルタ温度を上昇させて再生処理を実施する場合、上記NOx吸蔵フィルタが損傷(例えばフィルタの溶損やフィルタに担持されたNOx吸蔵触媒の熱劣化等)を受ける程昇温されてしまう場合がある。 However, when the regeneration process is performed by raising the filter temperature by this method, the temperature rises to such an extent that the NOx occlusion filter is damaged (for example, melting of the filter or thermal deterioration of the NOx occlusion catalyst carried on the filter). There is a case.
このような過昇温は、例えば上述したような再生処理の実施中にいわゆる「燃料カット」が行われた場合等に生じ得る。燃料カットとは、車両が燃料供給の必要のない減速状態(例えば、エンジンブレーキ状態)にあると判定された時等に燃料の供給を停止することであり、これによって燃費の向上が図られる。ところが、このような燃料カットが上述のように再生処理を減筒制御によってフィルタ温度を上昇させつつ行っている時に実施されると、上記NOx吸蔵フィルタを流通する排気ガスの量が急激に低下し、その結果NOx吸蔵フィルタから奪われる熱量が急低下して同フィルタが過昇温され、フィルタに担持されたNOx吸蔵触媒の熱劣化等が生じてしまう場合があるのである。 Such excessive temperature rise may occur, for example, when a so-called “fuel cut” is performed during the regeneration process as described above. The fuel cut is to stop the fuel supply when it is determined that the vehicle is in a deceleration state (for example, an engine brake state) in which fuel supply is not necessary, thereby improving the fuel consumption. However, if such fuel cut is performed when the regeneration process is performed while increasing the filter temperature by the reduced cylinder control as described above, the amount of exhaust gas flowing through the NOx storage filter rapidly decreases. As a result, the amount of heat deprived from the NOx occlusion filter suddenly decreases, the temperature of the filter is excessively increased, and the NOx occlusion catalyst carried on the filter may be thermally deteriorated.
一方、このような燃料カットに伴う触媒の劣化を防止する技術としては、例えば特許文献1に、燃料カットの実施中において触媒の温度が所定値以上ならば、少なくとも吸気弁または排気弁のどちらか一方を閉じて触媒への排気ガスの導入を禁止するようにする構成が開示されている。しかしながら、これは高温の触媒に空気がそのまま流入して触媒が酸素過多雰囲気にさらされて劣化するのを抑制するためのものであり、上述したような再生処理の実施中に燃料カットが行われる場合には適用することはできない。
On the other hand, as a technique for preventing the deterioration of the catalyst due to such fuel cut, for example, in
すなわち、例えば上記再生処理の実施中に燃料カットが行われる場合において上記NOx吸蔵フィルタへの排気ガスの導入を禁止してしまうと、流通する排気ガスによってNOx吸蔵フィルタから奪われる熱量が低下するため、フィルタ温度が急上昇し、フィルタの溶損やフィルタに担持されたNOx吸蔵触媒の熱劣化等の可能性は却って大きくなってしまう。 That is, for example, when the fuel cut is performed during the regeneration process, if the introduction of the exhaust gas into the NOx storage filter is prohibited, the amount of heat taken away from the NOx storage filter by the exhaust gas flowing in decreases. The filter temperature rises rapidly, and the possibility of melting of the filter or thermal deterioration of the NOx storage catalyst carried on the filter increases.
本発明は、以上のようなことに鑑みてなされたもので、その目的は、排気系に排気浄化手段(例えば上記NOx吸蔵フィルタ等)を備えていて同排気浄化手段に対する再生処理の際に減筒制御が行われて排気温度が上昇せしめられる多気筒内燃機関において、上記再生処理の実施に際して上記排気浄化手段が過昇温されるのを抑制することができる多気筒内燃機関の制御装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an exhaust purification means (for example, the NOx occlusion filter) in the exhaust system so that the exhaust purification means can be reduced during the regeneration process. Provided is a control apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine capable of suppressing an excessive increase in temperature of the exhaust gas purification means during the regeneration process in a multi-cylinder internal combustion engine in which cylinder control is performed and the exhaust temperature is raised. It is to be.
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された多気筒内燃機関の制御装置を提供する。 The present invention provides a control device for a multi-cylinder internal combustion engine described in each claim as a means for solving the above-mentioned problems.
1番目の発明は、排気通路に排気浄化手段を有する多気筒内燃機関に対して、上記排気浄化手段の排気浄化性能の回復を図るべく昇温を伴う再生処理を実施する時には、排気温度を上昇させるために上記多気筒内燃機関の一部の気筒について吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を閉弁停止状態にすると共に燃料供給を停止する減筒制御を実施し、上記多気筒内燃機関の搭載された車両の減速時には上記多気筒内燃機関の各気筒への燃料の供給を停止する燃料カットを実施する、多気筒内燃機関の制御装置において、上記再生処理の実施中に上記燃料カットを実施する時には、上記一部の気筒の吸気弁及び排気弁の一方が開閉動作状態になり、他方が開閉動作状態または開弁状態になるようにすることを特徴とする多気筒内燃機関の制御装置を提供する。 The first aspect of the present invention is to increase the exhaust temperature when a regeneration process with a temperature rise is performed on a multi-cylinder internal combustion engine having exhaust purification means in the exhaust passage in order to recover the exhaust purification performance of the exhaust purification means. In order to achieve this, at least one of the intake valve and the exhaust valve is in a closed valve stop state for some cylinders of the multi-cylinder internal combustion engine, and the reduced-cylinder control for stopping the fuel supply is performed, and the multi-cylinder internal combustion engine is mounted. In a control apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine that performs a fuel cut to stop fuel supply to each cylinder of the multi-cylinder internal combustion engine when the vehicle is decelerated, when performing the fuel cut during the regeneration process A control apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine, characterized in that one of the intake valves and exhaust valves of the some cylinders is opened / closed and the other is opened / closed or opened. Subjected to.
上記のように減筒制御を実施し排気温度を上昇させて再生処理を実施している時に燃料カットが実施されると、稼動中であった気筒に吸入される空気の量が低下して同気筒から排出される排気ガスの量が低下し、結果として上記排気浄化手段を流通する排気ガスの量が急激に低下することになる。そしてこのように流通する排気ガスの量が急低下すると、上記排気浄化手段の温度が急上昇する場合がある。これは、流通する排気ガスによって上記排気浄化手段から奪われる熱量が急速に低下するためであり、この結果上記排気浄化手段が過昇温されてしまう場合がある。 If the fuel cut is performed when the cylinder reduction control is performed as described above and the exhaust gas temperature is raised to perform the regeneration process, the amount of air sucked into the cylinders that have been operating decreases, and the same As a result, the amount of exhaust gas discharged from the cylinder decreases, and as a result, the amount of exhaust gas flowing through the exhaust purification means decreases rapidly. When the amount of exhaust gas flowing in this way rapidly decreases, the temperature of the exhaust gas purification means may increase rapidly. This is because the amount of heat taken away from the exhaust purification means by the exhaust gas flowing in rapidly decreases, and as a result, the exhaust purification means may be overheated.
これに対し、一番目の発明では、上記再生処理の実施中に上記燃料カットを実施する時には、上記一部の気筒の吸気弁及び排気弁の一方が開閉動作状態になり、他方が開閉動作状態または開弁状態になるようにされる。このようにすることによって、減筒制御によって不稼動とされ吸排気を行わなくなっていた気筒が吸排気を行うようにされ排気ガスの量が補われることになるので、上記のように燃料カットの実施に伴って上記排気浄化手段を流通する排気ガスの量が急激に低下することが防止され、その結果上記排気浄化手段が過昇温されるのを抑制することができる。 On the other hand, in the first invention, when the fuel cut is performed during the regeneration process, one of the intake valves and the exhaust valves of the some cylinders is opened and closed, and the other is opened and closed. Alternatively, the valve is opened. By doing so, the cylinders that have been inoperative due to the reduced cylinder control and have stopped performing intake and exhaust are made to perform intake and exhaust, and the amount of exhaust gas is compensated. It is possible to prevent the amount of exhaust gas flowing through the exhaust purification unit from being rapidly reduced with the implementation, and as a result, it is possible to prevent the exhaust purification unit from being overheated.
なお、燃料カットが行われている場合には気筒内で燃焼が行われておらず、空気は気筒を通過するだけであるが、本明細書ではこの場合も含め気筒から排出されるガスを排気ガスと称することとする。 In addition, when fuel cut is performed, combustion is not performed in the cylinder, and air only passes through the cylinder. In this specification, however, gas exhausted from the cylinder is exhausted including this case as well. It will be referred to as gas.
2番目の発明では1番目の発明において、上記排気浄化手段の温度を検出する温度検出手段を有していて、上記再生処理の実施中に上記燃料カットを実施する時に、上記温度検出手段により検出された上記排気浄化手段の温度が予め定めた温度以上である場合にのみ、上記一部の気筒の吸気弁及び排気弁の一方が開閉動作状態になり、他方が開閉動作状態または開弁状態になるようにする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the apparatus has a temperature detection means for detecting the temperature of the exhaust purification means, and is detected by the temperature detection means when the fuel cut is performed during the regeneration process. Only when the temperature of the exhaust purifying means is equal to or higher than a predetermined temperature, one of the intake valves and exhaust valves of the some cylinders is in an open / close operation state, and the other is in an open / close operation state or a valve open state. To be.
上記排気浄化手段を流通する排気ガスの量が増えると、同排気浄化手段の温度上昇が抑制され、延いてはその温度が低下せしめられる。上記排気浄化手段の温度が低くなり過ぎると、実施中の再生処理は一旦停止されることになり、再生処理を再開する際にはもう一度上記排気浄化手段を昇温させる必要が生じる。この排気浄化手段の昇温には燃料等が必要となるので、再生処理の効率的な実施の点からは排気浄化手段の温度は必要以上に下げ過ぎないようにすることが好ましい。 When the amount of exhaust gas flowing through the exhaust purification means increases, the temperature rise of the exhaust purification means is suppressed, and the temperature is lowered. If the temperature of the exhaust purification unit becomes too low, the regeneration process being performed is temporarily stopped, and it is necessary to raise the temperature of the exhaust purification unit once again when restarting the regeneration process. In order to raise the temperature of the exhaust gas purification means, fuel or the like is required. From the viewpoint of efficient regeneration processing, it is preferable that the temperature of the exhaust gas purification means is not excessively lowered.
一方、上述したように減筒制御を実施し排気温度を上昇させて再生処理を実施している時に燃料カットが実施されると、上記排気浄化手段の温度が上昇するが、排気浄化手段のもとの温度が低い場合にはある程度の温度上昇では過昇温までには至らず問題がない。つまり、2番目の発明のようにすれば、上記予め定めた温度を適切に設定することによって、過昇温の可能性のより高い場合にのみ減筒制御によって不稼動とされ吸排気を行わなくなっていた気筒が吸排気を行うようにされて排気ガスの量が補われるようになるので、過昇温の発生を抑制しつつ再生処理の効率的な実施を図ることができる。 On the other hand, if the fuel cut is performed when the reduction control is performed and the exhaust temperature is increased to perform the regeneration process as described above, the temperature of the exhaust purification unit rises. When the temperature is low, there is no problem if the temperature rises to some extent and does not reach an excessive temperature rise. In other words, according to the second aspect of the invention, by appropriately setting the predetermined temperature, only when there is a higher possibility of excessive temperature rise, the cylinder is disabled due to the reduced cylinder control, and intake and exhaust are not performed. Since the cylinder that has been used is configured to perform intake and exhaust, the amount of exhaust gas is supplemented, so that it is possible to efficiently perform the regeneration process while suppressing the occurrence of excessive temperature rise.
3番目の発明では1番目の発明において、上記排気浄化手段の温度を検出する温度検出手段を有していて、上記再生処理の実施中に上記燃料カットを実施する時に、上記温度検出手段により検出された上記排気浄化手段の温度に基づいて、上記一部の気筒のうち、吸気弁及び排気弁の一方が開閉動作状態になり他方が開閉動作状態または開弁状態になるようにする気筒の数が決定される。 According to a third aspect, in the first aspect, the apparatus has temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust purification means, and is detected by the temperature detecting means when the fuel cut is performed during the regeneration process. The number of cylinders in which one of the intake valve and the exhaust valve is in the open / close operation state and the other is in the open / close operation state or the open state among the some cylinders based on the temperature of the exhaust purification means Is determined.
3番目の発明のようにすれば、上記排気浄化手段の温度に応じて同排気浄化手段を流通させる排気ガスの量を調整することができる。このようにすることによって、上記排気浄化手段の温度が必要以上に下げられることを抑制することができるので、過昇温の発生を抑制しつつ再生処理の効率的な実施を図ることができる。 According to the third aspect of the invention, the amount of exhaust gas flowing through the exhaust purification unit can be adjusted according to the temperature of the exhaust purification unit. By doing so, it is possible to suppress the temperature of the exhaust gas purification unit from being lowered more than necessary, and thus it is possible to efficiently perform the regeneration process while suppressing the occurrence of excessive temperature rise.
4番目の発明では1番目から3番目の何れかの発明において、上記排気浄化手段に単位時間に流入する酸素量を推定する流入酸素量推定手段を有していて、上記再生処理の実施に際して上記減筒制御を実施する時に、上記流入酸素量推定手段により推定された上記酸素量に基づいて、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を閉弁停止状態にすると共に燃料供給を停止する気筒の数が決定される。 According to a fourth aspect of the invention, in any one of the first to third aspects of the invention, the exhaust purification means further includes an inflowing oxygen amount estimation means for estimating an amount of oxygen flowing in a unit time. When the cylinder reduction control is performed, based on the oxygen amount estimated by the inflowing oxygen amount estimating means, at least one of the intake valve and the exhaust valve is brought into a closed stop state, and the number of cylinders that stop the fuel supply is determined. It is determined.
上記排気浄化手段の温度は同排気浄化手段における炭化水素等の酸化反応によっても上昇せしめられるので、この温度上昇の程度は上記排気浄化手段に単位時間に流入する酸素量に依存する。また、上記減筒制御を行った場合、稼動気筒数が減る分だけ稼動気筒一気筒当たりの吸排気量が増加すると共に吸気及び排気それぞれの間隔が長くなり、結果として上記排気浄化手段に流入する排気ガスの流れは大きく脈動することとなる。排気ガス中には酸素が含まれているので、上記のように排気浄化手段に流入する排気ガスの流れが大きく脈動すると、上記排気浄化手段に単位時間に流入する酸素量も大きく脈動することとなる。 Since the temperature of the exhaust gas purification means can be raised by an oxidation reaction of hydrocarbons or the like in the exhaust gas purification means, the degree of this temperature increase depends on the amount of oxygen flowing into the exhaust gas purification means per unit time. In addition, when the above-described cylinder reduction control is performed, the intake / exhaust amount per operating cylinder increases as the number of operating cylinders decreases, and the intervals between the intake and the exhaust become longer, and as a result, flows into the exhaust purification means. The flow of exhaust gas pulsates greatly. Since the exhaust gas contains oxygen, if the flow of the exhaust gas flowing into the exhaust purification unit pulsates as described above, the amount of oxygen flowing into the exhaust purification unit per unit time also pulsates greatly. Become.
そして、このように上記排気浄化手段に単位時間に流入する酸素量が大きく脈動すると、平均的な流入酸素量としては上記排気浄化手段の過昇温を生じる程ではなくても、流入酸素量のピーク時には上記排気浄化手段の過昇温を生じる恐れが生じる。つまり、上記減筒制御の実施時には、上記排気浄化手段に単位時間に流入する酸素量の脈動に起因して上記排気浄化手段の過昇温を生じる可能性がある。 When the amount of oxygen flowing into the exhaust purification unit in a unit time pulsates in this way, the average inflowing oxygen amount is the amount of the inflowing oxygen amount, even though the exhaust purification unit does not overheat. At the peak, there is a risk that the exhaust purification means will overheat. That is, when the cylinder reduction control is performed, there is a possibility that the temperature of the exhaust purification unit is excessively increased due to the pulsation of the amount of oxygen flowing into the exhaust purification unit per unit time.
これに対し、4番目の発明では、上記再生処理の実施に際して上記減筒制御を実施する時に、上記排気浄化手段に単位時間に流入すると推定される酸素量に基づいて、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を閉弁停止状態にすると共に燃料供給を停止する気筒の数が決定されるようになっている。減筒制御の実施に伴って発生する上記流入酸素量の脈動のピーク時における流入酸素量は、減筒制御において休止する気筒数を増やせば増加し、休止する気筒数を減らせば低下する傾向がある。したがって、4番目の発明のようにすることによって上記流入酸素量の脈動のピーク時における流入酸素量が上記排気浄化手段が過昇温される流入酸素量未満になるように調整することができ、上記排気浄化手段が過昇温されるのを抑制することができる。 On the other hand, according to the fourth aspect of the present invention, when the cylinder reduction control is performed when the regeneration process is performed, the intake valve and the exhaust valve are controlled based on the oxygen amount estimated to flow into the exhaust purification unit per unit time. At least one of the cylinders is brought into a closed valve stop state, and the number of cylinders for stopping the fuel supply is determined. The inflowing oxygen amount at the peak of the pulsation of the inflowing oxygen amount generated as a result of the reduced cylinder control tends to increase if the number of cylinders to be deactivated is increased in the reduced cylinder control and decrease if the number of cylinders to be deactivated is decreased. is there. Therefore, according to the fourth aspect of the invention, the inflowing oxygen amount at the peak of the inflowing oxygen amount pulsation can be adjusted to be less than the inflowing oxygen amount at which the exhaust purification means is overheated, It is possible to suppress the exhaust purification means from being overheated.
5番目の発明は、排気通路に排気浄化手段を有する多気筒内燃機関に対して、上記排気浄化手段の排気浄化性能の回復を図るべく昇温を伴う再生処理を実施する時に、排気温度を上昇させるために上記多気筒内燃機関の一部の気筒について吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を閉弁停止状態にすると共に燃料供給を停止する減筒制御を実施する、多気筒内燃機関の制御装置において、上記排気浄化手段に単位時間に流入する酸素量を推定する流入酸素量推定手段を有していて、上記再生処理の実施に際して上記減筒制御を実施する時に、上記流入酸素量推定手段により推定された上記酸素量に基づいて、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を閉弁停止状態にすると共に燃料供給を停止する気筒の数が決定される、多気筒内燃機関の制御装置を提供する。
5番目の発明によっても、4番目の発明について説明したのと同様にして、上記再生処理の実施に際して上記排気浄化手段が過昇温されるのを抑制することができる。
The fifth aspect of the invention increases the exhaust temperature when performing a regeneration process with a temperature rise to recover the exhaust purification performance of the exhaust purification means for a multi-cylinder internal combustion engine having exhaust purification means in the exhaust passage. In order to achieve this, in a control apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine, a cylinder reduction control is performed in which at least one of an intake valve and an exhaust valve is closed and the fuel supply is stopped for some cylinders of the multi-cylinder internal combustion engine And an inflowing oxygen amount estimation means for estimating the amount of oxygen flowing into the exhaust purification means per unit time, and the inflowing oxygen amount estimation means estimates when the cylinder reduction control is performed during the regeneration process. A control device for a multi-cylinder internal combustion engine in which at least one of an intake valve and an exhaust valve is closed and the number of cylinders for stopping fuel supply is determined based on the oxygen amount Subjected to.
According to the fifth aspect of the invention, it is possible to suppress the exhaust purification means from being overheated when the regeneration process is performed in the same manner as described for the fourth aspect of the invention.
各請求項に記載の発明は、排気系に排気浄化手段を備えていて同排気浄化手段に対する再生処理の際に減筒制御が行われて排気温度が上昇せしめられる多気筒内燃機関において、上記再生処理の実施に際して上記排気浄化手段が過昇温されるのを抑制することができるという共通の効果を奏する。 The invention described in each claim relates to the above-described regeneration in a multi-cylinder internal combustion engine in which an exhaust gas purification unit is provided in an exhaust system and the exhaust temperature is increased by performing a reduction cylinder control during a regeneration process for the exhaust gas purification unit. There is a common effect that the exhaust purification means can be prevented from being overheated during the processing.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において同一の部材には同一の参照符号が付けられている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals are assigned to the same members.
図1は、本発明を車両に搭載された四気筒の筒内噴射型圧縮着火式内燃機関に適用した場合について説明するための図である。なお、本発明は他の種類の多気筒内燃機関、例えば筒内噴射型火花点火式内燃機関に適用することもできる。また、図2は図1に示した内燃機関の吸気系等の概略平面図であり、図中の#1〜#4はそれぞれ第一気筒から第四気筒を示している。 FIG. 1 is a diagram for explaining a case where the present invention is applied to a four-cylinder in-cylinder injection compression ignition type internal combustion engine mounted on a vehicle. The present invention can also be applied to other types of multi-cylinder internal combustion engines, for example, in-cylinder injection spark ignition internal combustion engines. 2 is a schematic plan view of the intake system and the like of the internal combustion engine shown in FIG. 1, and # 1 to # 4 in the figure indicate the first cylinder to the fourth cylinder, respectively.
図1及び図2を参照すると、1は内燃機関本体、2は各気筒の燃焼室、3は各燃焼室2内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、4は吸気マニホルド、5は排気マニホルドをそれぞれ示す。図2中の2aは各気筒の吸気弁を示し、2bは排気弁を示している。
1 and 2, 1 is an internal combustion engine body, 2 is a combustion chamber of each cylinder, 3 is an electronically controlled fuel injection valve for injecting fuel into each
図1に示されているように、吸気マニホルド4は下流側吸気ダクト6を介して可変容量タイプの排気ターボチャージャ7のコンプレッサ7aの出口に連結され、コンプレッサ7aの入口は上流側吸気ダクト8及びエアフローメータ9を介してエアクリーナ10に連結される。下流側吸気ダクト6内にはステップモータ11により駆動されるスロットル弁12が配置され、更に下流側吸気ダクト6周りには同吸気ダクト6内を流れる吸入空気を冷却するためのインタークーラ13が配置される。図1に示される構成では機関冷却水がインタークーラ13内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
As shown in FIG. 1, the
一方、排気マニホルド5は排気ターボチャージャ7のタービン7bの入口に連結され、タービン7bの出口には、排気管14を介して、排気浄化手段を構成するNOx吸蔵触媒が担持されたパティキュレートフィルタ(すなわち、NOx吸蔵フィルタ)15を内蔵したケーシング16が連結される。ケーシング16にはNOx吸蔵フィルタ15の温度を検出もしくは推定するための温度センサ21が取付けられている。なお、このような温度センサ21を設けることなく、機関の運転状態とNOx吸蔵フィルタ15の温度との関係を予め求めておき、機関の運転状態に基づいてNOx吸蔵フィルタ15の温度を推定することもできる。
On the other hand, the exhaust manifold 5 is connected to the inlet of the turbine 7b of the exhaust turbocharger 7, and the outlet of the turbine 7b is connected to a particulate filter (supporting a NOx occlusion catalyst constituting exhaust purification means) via an
排気管14と下流側吸気ダクト6とは排気再循環(以下、EGRと称す)通路17を介して互いに連結され、EGR通路17内にはステップモータ18により駆動されるEGR制御弁19が配置される。また、EGR通路17にはEGR通路17内を流れるEGRガスを冷却するためのEGRクーラ20が配置される。図1に示される構成では機関冷却水がEGRクーラ20内に導かれ、機関冷却水によってEGRガスが冷却される。
The
また、燃料噴射弁3は燃料供給管31を介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール32に連結される。このコモンレール32内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ33から燃料が供給され、コモンレール32内に供給された燃料は各燃料供給管31を介して燃料噴射弁3に供給される。コモンレール32にはコモンレール32内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ34が取付けられ、燃料圧センサ34の出力信号に基づいてコモンレール32内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ33の吐出量が制御される。
The
電子制御ユニット50はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス51によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)52、RAM(ランダムアクセスメモリ)53、CPU(マイクロプロセッサ)54、入力ポート55及び出力ポート56を具備する。エアフローメータ9、温度センサ21、並びに燃料圧センサ34の出力信号はそれぞれ対応するAD変換器57を介して入力ポート55に入力される。
The
また、アクセルペダル44にはアクセルペダル44の踏込み量(アクセル開度)に比例した出力電圧を発生する負荷センサ45が接続され、負荷センサ45の出力電圧は対応するAD変換器57を介して入力ポート55に入力される。更に、入力ポート55には、クランクシャフトが例えば15°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ46が接続される他、内燃機関が搭載されている車両の車速を検知する車速センサ(図示なし)も接続されており、電子制御ユニット50ではこの車速センサからの信号に基づいて車両の加速度が計算されるようになっている。
The accelerator pedal 44 is connected to a
一方、出力ポート56は対応する駆動回路58を介して燃料噴射弁3、スロットル弁12駆動用ステップモータ11、EGR制御弁19駆動用ステップモータ18、及び燃料ポンプ33等に接続され、これらの各構成要素を電子制御ユニット50からの信号により制御することができるようになっている。
On the other hand, the
そして本実施形態においては、上記内燃機関が搭載された車両が減速状態(例えば、エンジンブレーキ状態)にあると判定された時に、各気筒への燃料の供給を停止する「燃料カット」が行われるようになっている。より詳細には、本実施形態では、例えば所定時間以上にわたってアクセル開度がゼロとされ、且つ機関回転数が所定回転数以上の時に燃料カットが実行される。そして燃料カット状態に入った後に機関回転数が上記所定回転数を下回った場合、または燃料カット状態に入った後にアクセル開度が増加された場合には燃料カット状態は解除され、燃料の供給が再開される。 In this embodiment, when it is determined that the vehicle on which the internal combustion engine is mounted is in a deceleration state (for example, an engine brake state), “fuel cut” is performed to stop the supply of fuel to each cylinder. It is like that. More specifically, in this embodiment, for example, the fuel cut is executed when the accelerator opening is zero over a predetermined time and the engine speed is equal to or higher than the predetermined speed. When the engine speed falls below the predetermined speed after entering the fuel cut state, or when the accelerator opening is increased after entering the fuel cut state, the fuel cut state is canceled and the fuel supply is stopped. Resumed.
図3(A)及び図3(B)にNOx吸蔵フィルタ15の構造を示す。なお、図3(A)はNOx吸蔵フィルタ15の正面図を示しており、図3(B)はNOx吸蔵フィルタ15の側面断面図を示している。図3(A)及び図3(B)に示されるようにNOx吸蔵フィルタ15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60,61を具備する。これら排気流通路は下流端が栓62により閉塞された排気ガス流入通路60と、上流端が栓63により閉塞された排気ガス流出通路61とにより構成される。なお、図3(A)においてハッチングを付した部分は栓63を示している。したがって排気ガス流入通路60及び排気ガス流出通路61は薄肉の隔壁64を介して交互に配置される。言い換えると排気ガス流入通路60及び排気ガス流出通路61は各排気ガス流入通路60が4つの排気ガス流出通路61によって包囲され、各排気ガス流出通路61が4つの排気ガス流入通路60によって包囲されるように配置される。
3A and 3B show the structure of the
NOx吸蔵フィルタ15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、したがって排気ガス流入通路60内に流入した排気ガスは図3(B)において矢印で示されるように周囲の隔壁64内を通って隣接する排気ガス流出通路61内に流出する。そしてこの際、排気ガス中に含まれている排気微粒子が多孔質材料によって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の大気への放出が防止される。
The
また、上記隔壁64の表面及び内部の細孔内にはNOx吸蔵触媒が担持されている。ここで用いられるNOx吸蔵触媒は、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のような貴金属とから成る。
Further, a NOx storage catalyst is supported on the surface of the
このようなNOx吸蔵触媒は流通する排気ガスの空燃比(すなわち、NOx吸蔵フィルタ15より上流側の排気通路、燃焼室2または吸気通路等に供給された空気と燃料との比率)がリーンの時にはNOxを吸蔵し、流通する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したNOxを離脱させ還元浄化する作用(NOxの吸蔵離脱及び還元浄化作用)を有する。
Such a NOx storage catalyst is lean when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing therethrough (that is, the ratio of air and fuel supplied to the exhaust passage upstream of the
図1に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常時は燃焼空燃比、すなわち燃焼室2内における平均空燃比がリーンであるので排気ガス空燃比もリーンであり、NOx吸蔵触媒は排気ガス中のNOxの吸蔵を行う。また、燃料噴射量が増加される等して燃焼空燃比がリッチ状態にされると排気ガスの空燃比が小さくされ且つ還元剤の存在する状態にされるのでNOx吸蔵触媒は吸蔵したNOxを離脱させると共に離脱させたNOxを還元浄化する。
In the compression ignition type internal combustion engine as shown in FIG. 1, the combustion air-fuel ratio, that is, the average air-fuel ratio in the
本実施形態においては、このようなNOx吸蔵触媒のNOxの吸蔵離脱及び還元浄化作用を利用して、燃焼空燃比がリーンの状態で内燃機関を運転した時に排気ガス中のNOxをNOx吸蔵触媒に吸蔵させ、一定期間使用してNOx浄化率が低下した時等、吸蔵したNOxの離脱及び還元浄化が必要と判断された時に、内燃機関の燃焼空燃比をリッチ状態に変化させることによってNOx吸蔵触媒に吸蔵したNOxを離脱させ還元浄化するNOx還元浄化処理を実施し、NOx吸蔵触媒のNOx吸蔵能力を回復させるようにしている。 In the present embodiment, the NOx occlusion / release and reduction / purification action of the NOx occlusion catalyst is used to convert NOx in the exhaust gas into the NOx occlusion catalyst when the internal combustion engine is operated with the combustion air-fuel ratio lean. The NOx storage catalyst is changed by changing the combustion air-fuel ratio of the internal combustion engine to a rich state when it is determined that the stored NOx must be removed and reduced and purified, such as when the NOx purification rate decreases after being stored for a certain period of time. The NOx reduction and purification process for removing and purifying NOx stored in the NOx is performed to recover the NOx storage capacity of the NOx storage catalyst.
また、内燃機関の燃料には硫黄成分が含まれている場合があり、この場合には排気ガス中に硫黄酸化物(SOx)が含まれることとなる。排気ガス中にSOxが存在するとNOx吸蔵触媒はNOxの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のSOxの吸蔵を行う。 In some cases, the fuel of the internal combustion engine contains a sulfur component. In this case, the exhaust gas contains sulfur oxide (SOx). When SOx is present in the exhaust gas, the NOx storage catalyst stores SOx in the exhaust gas by exactly the same mechanism as that for storing NOx.
ところが、NOx吸蔵触媒に吸蔵されたSOxは比較的安定であり、一般にNOx吸蔵触媒に蓄積されやすい傾向がある。そしてNOx吸蔵触媒のSOx蓄積量が増大すると、NOx吸蔵触媒のNOx吸蔵容量が減少して排気ガス中のNOxの除去を充分に行うことができなくなるため、NOxの浄化効率が低下するいわゆる硫黄被毒の問題が生じる。 However, SOx stored in the NOx storage catalyst is relatively stable and generally tends to be accumulated in the NOx storage catalyst. If the amount of SOx stored in the NOx storage catalyst increases, the NOx storage capacity of the NOx storage catalyst decreases and it becomes impossible to sufficiently remove NOx in the exhaust gas. A poison problem arises.
一方、NOx吸蔵触媒に吸蔵されたSOxについても、NOxと同じメカニズムで離脱させることが可能である。但し、SOxは比較的安定した形でNOx吸蔵触媒に吸蔵されるため、通常のNOx還元浄化制御が行われる温度(例えば250℃程度以上)ではNOx吸蔵触媒に吸蔵されたSOxを離脱させることは困難である。このため、硫黄被毒を解消するためには、NOx吸蔵触媒をNOx還元浄化処理時より高い温度、すなわち硫黄分放出温度(例えば600℃以上)に昇温した上で、流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする硫黄被毒再生処理を実施する必要がある。本実施形態では、車両走行距離または燃料消費量等からNOx吸蔵触媒に蓄積されたSOx量を推定し、その値に基づいてSOxの離脱が必要と判断された時に、後述する減筒制御を実施することによってNOx吸蔵フィルタ15を昇温すると共に燃焼空燃比、すなわち燃焼室2内における平均空燃比をリッチ状態に変化させることによって上述のような硫黄被毒再生処理を実施し、フィルタに担持されているNOx吸蔵触媒のNOx吸蔵能力を回復させるようにしている。
On the other hand, SOx stored in the NOx storage catalyst can be separated by the same mechanism as NOx. However, since SOx is occluded in the NOx occlusion catalyst in a relatively stable form, the SOx occluded in the NOx occlusion catalyst cannot be released at a temperature at which normal NOx reduction purification control is performed (for example, about 250 ° C. or more). Have difficulty. For this reason, in order to eliminate sulfur poisoning, the temperature of the NOx storage catalyst is raised to a temperature higher than that during the NOx reduction purification process, that is, the sulfur content release temperature (for example, 600 ° C. or higher), It is necessary to carry out sulfur poisoning regeneration processing to make the fuel ratio rich. In the present embodiment, the amount of SOx accumulated in the NOx storage catalyst is estimated from the vehicle travel distance or the fuel consumption amount, and when it is determined that the removal of SOx is necessary based on the value, the cylinder reduction control described later is performed. As a result, the
更に、NOx吸蔵フィルタ15に捕集された排気微粒子は通常は連続的に酸化され除去されるのであるが、排気微粒子の量が極めて多い場合等には除去しきれずにフィルタ上に層状に堆積してしまう場合がある。このようになると、NOx吸蔵フィルタ15による排気微粒子除去能力が低下すると共に、担持されているNOx吸蔵触媒と排気ガスとの接触機会が減少し、結果的にそのNOx吸蔵能力も低下することになる。そのため、上記のような場合にはNOx吸蔵フィルタ15を昇温して堆積した排気微粒子を強制的に酸化させて除去するPM再生処理を行う必要がある。本実施形態では、定期的に、もしくはNOx吸蔵フィルタ15における圧力損失等に基づいて堆積した排気微粒子の除去が必要と判断された時に、後述する減筒制御を実施することによってNOx吸蔵フィルタ15を昇温して上述のようなPM再生処理を実施するようにしている。
Further, the exhaust particulates collected by the
以上で説明したように、本実施形態においては、NOx吸蔵フィルタ15のNOx吸蔵能力や排気微粒子除去能力等の排気浄化性能の回復を図るべく、種々の再生処理(NOx還元浄化処理、硫黄被毒再生処理、PM再生処理)が実施される。そしてこれら再生処理を実施する際にはNOx吸蔵フィルタ15の温度を上昇させる必要のある場合があり、本実施形態では、そのような場合、減筒制御を実施することによって排気温度を上昇させてNOx吸蔵フィルタ15の温度を上昇させるようにしている。
As described above, in this embodiment, in order to recover the exhaust purification performance such as the NOx storage capability and the exhaust particulate removal capability of the
本実施形態において、上記減筒制御は上記内燃機関の一部の気筒について吸気弁及び排気弁の両方を閉弁停止状態にすると共に燃料供給を停止することによって行われる。なお、他の実施形態においては内燃機関の一部の気筒について吸気弁及び排気弁の何れか一方を閉弁停止状態にすると共に燃料供給を停止することによって行うようにしてもよい。 In the present embodiment, the cylinder reduction control is performed by closing both the intake valve and the exhaust valve in a closed state and stopping the fuel supply for some cylinders of the internal combustion engine. In another embodiment, the operation may be performed by bringing either one of the intake valve and the exhaust valve to a closed stop state and stopping the fuel supply for some cylinders of the internal combustion engine.
そしてこの減筒制御が実施されると、上記一部の気筒が休止され、残りの気筒のみが稼動されて要求トルクを発生させる状態となるため、稼動している気筒の一気筒当たりの負荷が大きくなって排気温度が上昇し、それによってNOx吸蔵フィルタ15の温度を上昇させることができる。
When this cylinder reduction control is performed, the above-mentioned part of the cylinders are deactivated, and only the remaining cylinders are operated to generate the required torque. Therefore, the load per cylinder in operation is reduced. The exhaust gas temperature increases and the temperature of the
本実施形態における減筒制御おいて、吸・排気弁を閉弁停止状態にすると共に燃料供給を停止する気筒(すなわち、休止気筒)の数は、機関回転数や要求トルク(アクセル開度)等の機関運転状態に応じて、予め求めておいたマップに基づいて決定される。すなわち、このマップは排気温度を実施する再生処理に適する温度に上昇せしめる休止気筒数と上記機関運転状態との関係を表すものであって事前に実験等によって求めて電子制御ユニット50のROM52に記憶させておく。
In the cylinder reduction control in the present embodiment, the number of cylinders (that is, idle cylinders) in which the intake / exhaust valves are closed and stopped and the fuel supply is stopped is the engine speed, the required torque (accelerator opening), etc. Is determined on the basis of a map determined in advance according to the engine operating state. In other words, this map represents the relationship between the number of deactivated cylinders that raise the exhaust temperature to a temperature suitable for the regeneration process and the engine operating state, and is obtained in advance by experiments or the like and stored in the
ところが、このような減筒制御を実施してNOx吸蔵フィルタ15の温度を上昇させて再生処理を実施する場合、上記NOx吸蔵フィルタ15が損傷(例えばフィルタの溶損やフィルタに担持されたNOx吸蔵触媒の熱劣化等)を受ける程昇温されてしまう場合がある。
However, when such regeneration control is performed by increasing the temperature of the
そして、このような過昇温の生じ易い場合の一つが、上記再生処理の実施中に燃料カットが行われた場合である。すなわち、上記のように減筒制御を実施し排気温度を上昇させて再生処理を実施している時に燃料カットが実施されると、稼動中であった気筒に吸入される空気の量が低下して同気筒から排出される排気ガスの量が低下し、結果として上記NOx吸蔵フィルタ15を流通する排気ガスの量が急激に低下することになる。そしてこのように流通する排気ガスの量が急低下すると、流通する排気ガスによってNOx吸蔵フィルタ15から奪われる熱量が急速に低下するために、NOx吸蔵フィルタ15の温度が急上昇して過昇温されてしまう場合がある。
One of cases where such excessive temperature rise is likely to occur is when a fuel cut is performed during the regeneration process. In other words, if the fuel cut is performed when the cylinder reduction control is performed and the exhaust temperature is increased to perform the regeneration process as described above, the amount of air taken into the cylinders that have been operating decreases. As a result, the amount of exhaust gas discharged from the cylinder decreases, and as a result, the amount of exhaust gas flowing through the
本実施形態はこのような問題に鑑み、上記のようにしてNOx吸蔵フィルタ15が過昇温されてしまうのを抑制するためのものであり、次に、その実現のために図1及び図2に示した構成によって実施され得る具体的な方法について説明する。図4はこの方法を実施するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは電子制御ユニット50により一定時間毎の割込みによって実施される。
In view of such problems, the present embodiment is for suppressing the
この制御ルーチンがスタートすると、まず、ステップ101において、上述したようなNOx吸蔵フィルタ15の昇温を伴う再生処理(硫黄被毒再生処理、PM再生処理)の実施中であるか否かが判定される。そしてこの判定は、これまでの説明からも明らかなように、実質的には上述した減筒制御が実施中であるか否かの判定である。ステップ101において上記再生処理の実施中でないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、上記再生処理の実施中であると判定された場合にはステップ103に進む。
When this control routine starts, first, at
ステップ103では上述した燃料カットの実施中であるか否かが判定される。本実施形態では上述したように内燃機関が搭載された車両が減速状態(例えば、エンジンブレーキ状態)にあると判定された時に燃料カットが行われるようになっている。ステップ103において燃料カットの実施中でないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、燃料カットの実施中であると判定された場合にはステップ105に進む。
In
そして、続くステップ105において、再生処理のための減筒制御において休止されることとなった気筒の閉弁停止状態にある吸・排気弁が通常の開閉動作状態にされ、本制御ルーチンは終了する。つまり、ステップ105においては、休止気筒の吸・排気弁が、稼動気筒(但し、燃料カット実施中なので燃料供給は停止されている)の吸・排気弁と同様に気筒内の燃焼室に対して吸排気を行うようにピストンの動作に対応して開閉されるようにされる。
Then, in the following
このようにすると、減筒制御によって不稼動とされ吸排気を行わなくなっていた休止気筒が吸排気を行うようにされるので、稼動気筒からの排気ガスの量が燃料カットの実施によって低下するのをある程度補うことができ、燃料カット実施によってNOx吸蔵フィルタ15を流通する排気ガスの量が急激に低下するのを防ぐことができる。そしてこれにより、NOx吸蔵フィルタ15が過昇温されるのを抑制することができる。
なお、ステップ105において実施される制御は、燃料カット実施中であることを前提としていることを考慮すると、減筒制御の中止であるとも言える。
In this way, the idle cylinder that has been inactive due to the reduced cylinder control and has stopped performing intake and exhaust is configured to perform intake and exhaust, so the amount of exhaust gas from the active cylinder is reduced by performing the fuel cut. Can be compensated for to some extent, and the amount of exhaust gas flowing through the
Note that the control performed in
ところで、上記NOx吸蔵フィルタ15を流通する排気ガスの量が増えると、同フィルタ15の温度上昇が抑制され、延いてはその温度が低下せしめられる。上記NOx吸蔵フィルタ15の温度が低くなり過ぎると、実施中の再生処理は一旦停止されることになり、再生処理を再開する際にはもう一度上記NOx吸蔵フィルタ15を昇温させる必要が生じる。このNOx吸蔵フィルタ15の昇温には燃料等が必要となるので、再生処理の効率的な実施の点からは上記NOx吸蔵フィルタ15の温度は必要以上に下げ過ぎないようにすることが好ましい。
By the way, when the amount of exhaust gas flowing through the
一方、上述したように減筒制御を実施し排気温度を上昇させて上記再生処理を実施している時に燃料カットが実施されると、上記NOx吸蔵フィルタ15の温度が上昇するが、もとのフィルタ温度が低い場合にはある程度の温度上昇では過昇温までには至らず問題がない。
On the other hand, if the fuel cut is performed when the regeneration reduction process is performed by increasing the exhaust gas temperature as described above, the temperature of the
そこで、本発明の他の実施形態では、フィルタ温度が高く過昇温の可能性のより高い場合にのみ上述したステップ105における制御を行うようにし、過昇温の発生を抑制しつつ再生処理の効率的な実施を図るようにしてもよい。
Therefore, in another embodiment of the present invention, the control in
図5は、この場合の制御ルーチンを示すフローチャートである。ここでステップ201及びステップ203における制御は、図4のステップ101及びステップ103の制御と同様である。そして、ステップ203で燃料カットの実施中であると判定された場合にはステップ205に進み、そこでNOx吸蔵フィルタ15の温度Tcが検出される。
FIG. 5 is a flowchart showing a control routine in this case. Here, the control in
そして、続くステップ207において、ステップ205で得られた温度Tcが予め定められた所定温度Tb以上であるか否かが判定される。ここで所定温度Tbは、例えば流通排気ガス量の低下に起因してNOx吸蔵フィルタ15が過昇温される可能性のある最低温度であり、予め実験等によって求められる。つまり、ここでの判定は、NOx吸蔵フィルタ15が過昇温される可能性があるか否かについての判定であると言える。
In the
ステップ207においてNOx吸蔵フィルタ15の温度Tcが予め定められた所定温度Tb未満であると判定された場合は、NOx吸蔵フィルタ15が過昇温される可能性がない場合であり、この場合には本制御ルーチンは終了する。一方、ステップ207においてNOx吸蔵フィルタ15の温度Tcが予め定められた所定温度Tb以上であると判定された場合は、NOx吸蔵フィルタ15が過昇温される可能性がある場合であり、この場合にはステップ209に進む。
If it is determined in
ステップ209においては、図4の制御ルーチンのステップ105に相当する制御が実施される。つまり、再生処理のための減筒制御において休止されることとなった気筒の閉弁停止状態にある吸・排気弁が通常の開閉動作状態にされる。そして、このようにすることで、NOx吸蔵フィルタ15を流通する排気ガスの量が補われて、NOx吸蔵フィルタ15が過昇温されるのが抑制される。
In
以上のように、この実施形態ではフィルタ温度が高く過昇温の可能性のより高い場合にのみ、休止気筒の閉弁停止状態にある吸・排気弁を通常の開閉動作状態にする制御を行うようにされている。そしてこのことによって、上述したように過昇温の発生を抑制しつつ再生処理の効率的な実施を図ることができる。 As described above, in this embodiment, only when the filter temperature is high and the possibility of overheating is higher, the intake / exhaust valve in the closed / closed state of the deactivated cylinder is controlled to be in a normal opening / closing operation state. Has been. As a result, as described above, it is possible to efficiently perform the regeneration process while suppressing the occurrence of excessive temperature rise.
また、他の実施形態では、NOx吸蔵フィルタ15の温度Tcに応じて、閉弁停止状態にある吸・排気弁を通常の開閉動作状態にする気筒の数を変更するようにして、過昇温の発生の抑制と再生処理の効率的な実施の両立を図るようにしてもよい。
In another embodiment, the temperature rise is caused by changing the number of cylinders that bring the intake / exhaust valves in the closed / closed state into a normal open / close operation state according to the temperature Tc of the
すなわち、NOx吸蔵フィルタ15が過昇温しないようにするために必要な流通排気ガス量はNOx吸蔵フィルタ15の温度Tcに応じて定まる。また、燃料カットを実施している場合、排気ガス量は機関回転数と吸・排気弁が開閉動作状態にある気筒数とによって定まる。したがって、NOx吸蔵フィルタ15の温度Tcに応じて、機関回転数を考慮しつつ吸・排気弁を開閉動作状態にする気筒数を変更して排気ガス量を調整すれば、NOx吸蔵フィルタ15の温度Tcを調節することができ、過昇温の発生の抑制と再生処理の効率的な実施の両立を図ることができる。
That is, the flow amount of exhaust gas necessary to prevent the
図6は、このような実施形態における制御ルーチンを示すフローチャートである。ここでステップ301及びステップ303における制御は、図4のステップ101及びステップ103、並びに図5のステップ201及びステップ203の制御と同様であり、ステップ305における制御は図5のステップ205の制御と同様である。そして、ステップ305でNOx吸蔵フィルタ15の温度Tcが検出されるとステップ307に進む。
FIG. 6 is a flowchart showing a control routine in such an embodiment. Here, the control in
ステップ307においては、ステップ305で得られた温度Tcに基づいて、閉弁停止状態にしていた吸・排気弁を開閉動作状態にする気筒数が決定される。より詳細には本実施形態においては、まずステップ305で得られた温度Tcに基づいてNOx吸蔵フィルタ15が過昇温されないために必要な最低流通排気ガス量が求められ、次いでその排気ガス量を実現する気筒数、もしくはその排気ガス量を上回る排気ガス量を実現する最低気筒数が、機関回転数に応じて求められる。そして、このようにして求められた気筒数から再生処理のための減筒制御においても稼動されていた気筒(すなわち、もともと吸・排気弁が開閉動作状態である気筒)の数を差し引くことで、求めるべき気筒数を算出するようにしている。
In
このようにしてステップ307で閉弁停止状態にしていた吸・排気弁を開閉動作状態にする気筒数が決定されると、ステップ309に進む。ステップ309においては、ステップ307で得られた気筒数の気筒に対して図4の制御ルーチンのステップ105もしくは図5の制御ルーチンのステップ209に相当する制御が実施される。つまり、閉弁停止状態にある吸・排気弁が通常の開閉動作状態にされる。
In this way, when the number of cylinders for opening and closing the intake / exhaust valves that have been closed in
このようにすると結果として、吸・排気弁が通常の開閉動作状態にされている気筒の数が、その時の機関回転数において、NOx吸蔵フィルタ15が過昇温されないために必要な最低流通排気ガス量を実現する気筒数、もしくはその排気ガス量を上回る排気ガス量を実現する最低気筒数となる。そして、これにより、NOx吸蔵フィルタ15を流通する排気ガスの量が適切に調節され、NOx吸蔵フィルタ15が過昇温されてしまうこととその温度Tcが下がり過ぎてしまうこととの両方を抑制することができる。
As a result, the number of cylinders in which the intake / exhaust valves are normally opened / closed is the minimum flow exhaust gas necessary for the
以上のように、この実施形態によれば、NOx吸蔵フィルタ15の温度Tcに応じて、閉弁停止状態にある吸・排気弁を通常の開閉動作状態にする気筒の数を変更するようにすることで、過昇温の発生の抑制と再生処理の効率的な実施の両立を図ることができる。
As described above, according to this embodiment, according to the temperature Tc of the
なお、上述した実施形態では、減筒制御において休止する気筒については吸気弁及び排気弁の両方を閉弁停止状態にし、NOx吸蔵フィルタ15の過昇温を抑制すべく排気ガスの量を補う必要のある時にはその閉弁停止状態にしていた吸・排気弁を通常の開閉動作状態にするようにしていたが、他の実施形態においては、減筒制御において休止する気筒について吸気弁及び排気弁の一方を閉弁停止状態にし(この場合、他方は通常の開閉動作状態である。)、NOx吸蔵フィルタ15の過昇温を抑制すべく排気ガスの量を補う必要のある時にはその閉弁停止状態にしていた弁を開いて開弁状態とするようにしてもよい。あるいは、減筒制御において休止する気筒については吸気弁及び排気弁の両方を閉弁停止状態にし、NOx吸蔵フィルタ15の過昇温を抑制すべく排気ガスの量を補う必要のある時にはその閉弁停止状態にしていた吸気弁及び排気弁の一方を通常の開閉動作状態にすると共に他方を開弁状態とするようにしてもよい。また、上述の開閉動作状態や開弁状態にする弁の開度を調整することによってNOx吸蔵フィルタ15を流通する排気ガスの量を調整するようにしてもよい。 更に、上述の各実施形態では開閉動作状態として、ピストンの動作に同期した通常の開閉動作を行う状態をとる場合を説明したが、他の実施形態では開閉動作状態としてそれとは異なる開度やタイミングで開閉動作を行う状態をとるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, it is necessary to make up both the intake valve and the exhaust valve in the closed state for the cylinders that are deactivated in the reduced cylinder control, and to supplement the amount of exhaust gas so as to suppress the excessive temperature rise of the
更に他の実施形態においては、排気ターボチャージャ7の制御を上述した各制御と組合せて行うことで、より確実にNOx吸蔵フィルタ15の過昇温を抑制する、もしくはより詳細にNOx吸蔵フィルタ15の温度Tcを調節するようにしてもよい。この場合、排気ターボチャージャ7のタービン7bの容量を小さくして回収エネルギを大きくすると、吸気量が多くなって結果的に排気ガス量が多くなると共にタービン7b出口での排気温度(すなわちNOx吸蔵フィルタ15入口での排気温度)が低くなることを利用する。すなわち、NOx吸蔵フィルタ15の温度Tcをより低く抑えたい場合ほどタービン7bの容量を小さくするようにする。
In yet another embodiment, by controlling the exhaust turbocharger 7 in combination with the above-described controls, the excessive temperature rise of the
また、電動ターボチャージャを用いている場合においても同様に、電動ターボチャージャの制御を上述した各制御と組合せて行うことで、より確実にNOx吸蔵フィルタ15の過昇温を抑制する、もしくはより詳細にNOx吸蔵フィルタ15の温度Tcを調節するようにすることができる。すなわち、この場合には電動ターボチャージャにおける回生量を増加することによってタービン出口での排気温度(すなわちNOx吸蔵フィルタ15入口での排気温度)を低くできることを利用し、NOx吸蔵フィルタ15の温度Tcをより低く抑えたい場合ほど上記回生量を大きくするようにする。
Similarly, when the electric turbocharger is used, the control of the electric turbocharger is performed in combination with the above-described controls, so that the excessive temperature rise of the
更に電動ターボチャージャを用いている場合においては、電動ターボチャージャのコンプレッサを力行駆動すると共にEGR制御弁19を開き、新気がEGR通路17を逆流してNOx吸蔵フィルタ15に流入するようにしてNOx吸蔵フィルタ15の過昇温を抑制する、もしくはNOx吸蔵フィルタ15の温度Tcを調節することができる。
Further, in the case where an electric turbocharger is used, the compressor of the electric turbocharger is driven by power and the
すなわち、減筒制御を行っている場合に電動ターボチャージャのコンプレッサを力行駆動すると、下流側吸気ダクト6や吸気マニホルド4内の圧力は容易に排気管14内の圧力よりも高くなる。そしてこのような状態でEGR制御弁19を開くと新気がEGR通路17を逆流し、NOx吸蔵フィルタ15に流入することとなる。この時、新気はEGR通路17やEGRクーラ20を通ることになるが、気筒内での圧縮、膨張を経た排気ガスよりも低温であるため、NOx吸蔵フィルタ15を冷却する効果は大きい。
That is, if the compressor of the electric turbocharger is driven by powering when the cylinder reduction control is performed, the pressure in the downstream side intake duct 6 and the
電動ターボチャージャのコンプレッサとEGR制御弁19とを制御することでNOx吸蔵フィルタ15に流入する新気量は調節することができ、それによってNOx吸蔵フィルタ15を冷却する程度を調節することができるので、この方法によってもNOx吸蔵フィルタ15の過昇温を抑制する、もしくはNOx吸蔵フィルタ15の温度Tcを調節するようにすることができる。
By controlling the compressor of the electric turbocharger and the
ところで、減筒制御を実施してNOx吸蔵フィルタ15の温度を上昇させて再生処理を実施する場合においては、上述したような燃料カットが行われない場合であっても、上記NOx吸蔵フィルタ15が損傷(例えばフィルタの溶損やフィルタに担持されたNOx吸蔵触媒の熱劣化等)を受ける程昇温されてしまう場合がある。
By the way, when the regeneration control is performed by increasing the temperature of the
このような過昇温の発生する理由の一つは、減筒制御の実施に伴う排気ガス流の脈動である。すなわち、上記NOx吸蔵フィルタ15の温度は同フィルタ15における炭化水素等の酸化反応によっても上昇せしめられるので、その温度上昇の程度は上記NOx吸蔵フィルタ15に単位時間に流入する酸素量に依存する。また、上記減筒制御を行った場合、稼動気筒数が減る分だけ稼動気筒一気筒当たりの吸排気量が増加すると共に吸気及び排気それぞれの間隔が長くなり、結果として上記NOx吸蔵フィルタ15に流入する排気ガスの流れは大きく脈動することとなる。排気ガス中には酸素が含まれているので、上記のようにNOx吸蔵フィルタ15に流入する排気ガスの流れが大きく脈動すると、上記NOx吸蔵フィルタ15に単位時間に流入する酸素量も大きく脈動することとなる。
One of the reasons why such an excessive temperature rise occurs is the pulsation of the exhaust gas flow accompanying the execution of the reduced cylinder control. That is, the temperature of the
そして、このように上記NOx吸蔵フィルタ15に単位時間に流入する酸素量が大きく脈動すると、平均的な流入酸素量としてはNOx吸蔵フィルタ15の過昇温を生じる程ではなくても、流入酸素量のピーク時にはNOx吸蔵フィルタ15が過昇温される恐れが生じるのである。
If the amount of oxygen flowing into the
このことについて、図7を参照してより具体的に説明する。図7はNOx吸蔵フィルタ15に単位時間に流入する排気ガス量及び酸素量の経時変化を図示した一例である。図7(A)及び図7(B)は、同負荷の運転を、減筒制御を実施しないで行った場合(図7(A))と、減筒制御を実施して行った場合(図7(B))とを示している。図中、実線が排気ガス量、点線が酸素量を表しており、KはNOx吸蔵フィルタ15が過昇温されない流入酸素量の上限値を示している。
This will be described more specifically with reference to FIG. FIG. 7 is an example illustrating temporal changes in the amount of exhaust gas and the amount of oxygen flowing into the
例えば内燃機関が4サイクル内燃機関であるとすると、クランク軸が2回転する間に排出される排気ガス量(及び酸素量)は、負荷が同じであれば減筒制御の実施中であっても減筒制御を実施していない場合とほぼ同じになる。つまり、この間における単位時間当たりの流入排気ガス量(及び流入酸素量)の平均値は、減筒制御の実施中であっても減筒制御を実施していない場合とほぼ同じになる。 For example, assuming that the internal combustion engine is a four-cycle internal combustion engine, the exhaust gas amount (and oxygen amount) discharged during the two rotations of the crankshaft may be during the execution of reduced cylinder control if the load is the same. This is almost the same as when no cylinder reduction control is performed. That is, the average value of the inflow exhaust gas amount (and the inflowing oxygen amount) per unit time during this period is substantially the same as when the reduced cylinder control is not performed even during the reduced cylinder control.
ところが、上述したように、また、図7(B)から明らかように、減筒制御を実施している場合には、単位時間にNOx吸蔵フィルタ15に流入する排気ガス量(及び酸素量)が大きく脈動する。その結果、流入酸素量を平均値で考えた場合には上記上限値Kを超えていなくても流入酸素量のピーク時には上記上限値Kを超える場合があり、この時にNOx吸蔵フィルタ15の過昇温が生じる可能性がある。つまり、流入排気ガス量(及び流入酸素量)があまり脈動せず、その値が常に平均値に近い減筒制御を行っていない場合にNOx吸蔵フィルタ15の過昇温が生じなくても、同負荷で減筒制御を行った場合にはNOx吸蔵フィルタ15の過昇温が生じる可能性がある。
However, as described above and as is clear from FIG. 7B, when the cylinder reduction control is performed, the amount of exhaust gas (and the amount of oxygen) flowing into the
以下で説明する実施形態は、このようにしてNOx吸蔵フィルタ15が過昇温されてしまうのを抑制するためのものであり、その構成は図1及び図2に示した構成と同様である。図8は、本実施形態においてNOx吸蔵フィルタ15が過昇温されてしまうのを抑制するために実施され得る制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは電子制御ユニット50により一定時間毎の割込みによって実施される。
The embodiment described below is for preventing the
この制御ルーチンがスタートすると、まず、ステップ401において、上述したようなNOx吸蔵フィルタ15の昇温を伴う再生処理(硫黄被毒再生処理、PM再生処理)の実施条件が成立しているか否かが判定される。そして本実施形態においても、上記再生処理に必要なNOx吸蔵フィルタ15の昇温は減筒制御を実施することによって排気温度を上昇させて行われるので、ここでの判定は、実質的にはNOx吸蔵フィルタ15の昇温のための減筒制御の実施条件が成立しているか否かの判定である。ステップ401において上記再生処理の実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、上記再生処理の実施条件が成立していると判定された場合にはステップ403に進む。
When this control routine starts, first, in
ステップ403では減筒制御の際に休止するべき気筒の数Sが仮に決定される。すなわち、例えば、機関運転状態に応じて休止するべき気筒数が決定されるようにしたマップを予め作成しておき、そのマップに基づいてその時の機関運転状態に応じて休止気筒数Sを仮決定する。ステップ403で休止気筒数Sが仮決定されるとステップ405に進む。
In
ステップ405では、ステップ403で仮決定された休止気筒数Sで減筒制御が実施された場合にNOx吸蔵フィルタ流入酸素量が上記上限値K(すなわち、NOx吸蔵フィルタ15が過昇温されない流入酸素量の上限値であり、事前に実験等によって決定される。)以下であるか否かが判定される。すなわち、ここでは機関運転状態と休止気筒数Sに基づいて単位時間にNOx吸蔵フィルタ15に流入する酸素量(すなわち、その経時変化もしくは脈動の様子)が推定され、流入酸素量のピーク時における値が上記上限値K以下であるか否かが推定される。なお、流入酸素量の推定は、その都度計算によって行ってもよいし、予めマップを作成しておき、それに基づいて行うようにしてもよい。
In
ステップ405において、推定される流入酸素量が上記上限値Kより多くなると判定された場合には、ステップ407に進んで休止気筒数Sが一つ減らされ、再びステップ405へ戻される。そして、その新たな休止気筒数で減筒制御が実施された場合について上述したステップ405での判定がなされる。休止気筒数Sが少なくなるとNOx吸蔵フィルタ15に流入する排気ガスの脈動の程度は小さくなり、単位時間にNOx吸蔵フィルタ15に流入する酸素量のピーク時の値も小さくなるので、ステップ405での判定とステップ407での休止気筒数Sの低減を繰り返せば、推定流入酸素量が上記上限値Kを超えなくなる休止気筒数が求められる。
If it is determined in
ステップ405において推定流入酸素量が上記上限値K以下であると判定された場合にはステップ409に進み、その場合の休止気筒数Sが減筒制御に用いる休止気筒数Sとして決定される。そして、ステップ411に進んで休止気筒数Sで減筒制御が実施され本制御ルーチンは終了する。
When it is determined in
以上のように本実施形態によれば、上記再生処理のためにNOx吸蔵フィルタ15の昇温を図るべく減筒制御を実施する際に、NOx吸蔵フィルタ15に単位時間に流入する酸素量がNOx吸蔵フィルタ15の過昇温を生じ得る酸素量未満になるように休止気筒数が調整される。そしてこれにより、減筒制御の実施に伴って排気ガス流が脈動することに起因してNOx吸蔵フィルタ15が過昇温されてしまうのを抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, when the cylinder reduction control is performed to increase the temperature of the
また、他の実施形態においては、上記ステップ405における判定で推定流入酸素量が上記上限値Kを超えると判定された場合に、排気ターボチャージャ7のタービン7bの容量を小さくしてタービン7bの入口側圧力を高めるようにしてもよい。このようにすると、排気ガス流がせき止められるような形となって脈動の程度が緩和されるので流入酸素量のピーク値を下げることができ、NOx吸蔵フィルタ15の過昇温を抑制する効果がある。更に、電動ターボチャージャを用いている場合においては、電動ターボチャージャにおける回生量を増加することによって排気ガス流をせき止めるようにし、排気ガス流の脈動の程度を緩和して流入酸素量のピーク値を下げ、NOx吸蔵フィルタ15の過昇温を抑制するようにしてもよい。
In another embodiment, if it is determined in
なお、これまでの説明からも明らかであるが、図8を参照する等して後に説明した減筒制御の実施に際して生じ得るNOx吸蔵フィルタ15の過昇温を抑制する制御と、図4から図6を参照する等して先に説明した減筒制御実施中における燃料カットの実施に際して生じ得るNOx吸蔵フィルタ15の過昇温を抑制する制御とを合わせて実施するようにすることもできる。
As is clear from the above description, the control for suppressing the excessive temperature rise of the
また、上述の各実施形態においてはNOx吸蔵フィルタ15が用いられていたが、他の実施形態においてはその代わりにパティキュレートフィルタまたはNOx吸蔵触媒が用いられてもよい。
In each of the above-described embodiments, the
1…内燃機関本体
2a…吸気弁
2b…排気弁
3…燃料噴射弁
12…スロットル弁
15…NOx吸蔵フィルタ
19…EGR制御弁
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記排気浄化手段の排気浄化性能の回復を図るべく昇温を伴う再生処理を実施する時には、排気温度を上昇させるために上記多気筒内燃機関の一部の気筒について吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を閉弁停止状態にすると共に燃料供給を停止する減筒制御を実施し、
上記多気筒内燃機関の搭載された車両の減速時には上記多気筒内燃機関の各気筒への燃料の供給を停止する燃料カットを実施する、多気筒内燃機関の制御装置において、
上記再生処理の実施中に上記燃料カットを実施する時には、上記一部の気筒の吸気弁及び排気弁の一方が開閉動作状態になり、他方が開閉動作状態または開弁状態になるようにすることを特徴とする多気筒内燃機関の制御装置。 For a multi-cylinder internal combustion engine having exhaust purification means in the exhaust passage,
When performing the regeneration process with a rise in temperature in order to restore the exhaust purification performance of the exhaust purification means, at least one of the intake valve and the exhaust valve for some cylinders of the multi-cylinder internal combustion engine to increase the exhaust temperature The cylinder reduction control is performed to stop the fuel supply and stop the valve closed
In a control apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine that performs a fuel cut to stop fuel supply to each cylinder of the multi-cylinder internal combustion engine during deceleration of a vehicle on which the multi-cylinder internal combustion engine is mounted.
When the fuel cut is performed during the regeneration process, one of the intake valves and the exhaust valves of the some cylinders is opened / closed and the other is opened / closed or opened. A control apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine.
上記再生処理の実施中に上記燃料カットを実施する時に、上記温度検出手段により検出された上記排気浄化手段の温度が予め定めた温度以上である場合にのみ、上記一部の気筒の吸気弁及び排気弁の一方が開閉動作状態になり、他方が開閉動作状態または開弁状態になるようにする請求項1に記載の多気筒内燃機関の制御装置。 Temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust purification means,
When performing the fuel cut during the regeneration process, only when the temperature of the exhaust purification unit detected by the temperature detection unit is equal to or higher than a predetermined temperature, the intake valves of the some cylinders and The control device for a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 1, wherein one of the exhaust valves is in an open / close operation state and the other is in an open / close operation state or a valve open state.
上記再生処理の実施中に上記燃料カットを実施する時に、上記温度検出手段により検出された上記排気浄化手段の温度に基づいて、上記一部の気筒のうち、吸気弁及び排気弁の一方が開閉動作状態になり他方が開閉動作状態または開弁状態になるようにする気筒の数が決定される請求項1に記載の多気筒内燃機関の制御装置。 Temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust purification means,
When the fuel cut is performed during the regeneration process, one of the intake valve and the exhaust valve is opened / closed among the some cylinders based on the temperature of the exhaust purification unit detected by the temperature detection unit. 2. The control device for a multi-cylinder internal combustion engine according to claim 1, wherein the number of cylinders that are in an operating state and in which the other is in an opening / closing operation state or a valve opening state is determined.
上記再生処理の実施に際して上記減筒制御を実施する時に、上記流入酸素量推定手段により推定された上記酸素量に基づいて、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を閉弁停止状態にすると共に燃料供給を停止する気筒の数が決定される請求項1から3の何れか一項に記載の多気筒内燃機関の制御装置。 An inflowing oxygen amount estimating means for estimating the amount of oxygen flowing into the exhaust purification means per unit time;
When performing the cylinder reduction control when the regeneration process is performed, based on the oxygen amount estimated by the inflowing oxygen amount estimating means, at least one of the intake valve and the exhaust valve is closed and fuel is supplied. The control device for a multi-cylinder internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the number of cylinders for stopping the engine is determined.
上記排気浄化手段に単位時間に流入する酸素量を推定する流入酸素量推定手段を有していて、
上記再生処理の実施に際して上記減筒制御を実施する時に、上記流入酸素量推定手段により推定された上記酸素量に基づいて、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方を閉弁停止状態にすると共に燃料供給を停止する気筒の数が決定される、多気筒内燃機関の制御装置。 The multi-cylinder internal combustion engine having exhaust purification means in the exhaust passage is configured to increase the exhaust temperature when performing a regeneration process with a temperature rise in order to recover the exhaust purification performance of the exhaust purification means. In a control apparatus for a multi-cylinder internal combustion engine that performs a reduced-cylinder control that stops at least one of an intake valve and an exhaust valve in a closed valve state and stops fuel supply for some cylinders of the internal combustion engine.
An inflowing oxygen amount estimating means for estimating the amount of oxygen flowing into the exhaust purification means per unit time;
When performing the cylinder reduction control when the regeneration process is performed, based on the oxygen amount estimated by the inflowing oxygen amount estimating means, at least one of the intake valve and the exhaust valve is closed and fuel is supplied. A control device for a multi-cylinder internal combustion engine, in which the number of cylinders to stop is determined.
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