JP4325078B2 - Internal combustion engine having variable valve mechanism - Google Patents

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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁力を利用して吸気弁及び排気弁を開閉駆動する電磁駆動式の動弁機構を備えた内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、NOx吸蔵還元触媒に吸蔵された窒素酸化物を還元させるため、気筒を一対の気筒群に分割し、一部の気筒でリッチ混合気を燃焼せしめて高濃度の未燃HC、COを含む排気を形成し、残余の気筒でリーン混合気を燃焼させて高濃度の酸素を含む排気を形成して、これら排気をNOx吸蔵還元触媒に導いて排気中の未燃HC、COをNOx吸蔵還元触媒で燃焼させることでNOx吸蔵還元触媒の温度を高め、かつこのときにNOx吸蔵還元触媒に流入する排気全体の空燃比がリッチとなるように調整し、これによりNOx吸蔵還元触媒を再生するようにした触媒再生装置が公知である(特開平8−61052号公報参照)。
【0003】
ところで、一般に、機関が始動してからしばらくの間は排気浄化触媒が活性化しておらず、したがってこの間は排気浄化触媒の良好な排気浄化作用は期待できない。そこで従来より、排気浄化触媒上流の機関排気通路内に追加の始動時触媒、例えば三元触媒を配置した内燃機関が知られている。この始動時触媒は内燃機関に隣接して配置されると共に熱容量が小さく、内燃機関が始動した後は排気浄化触媒に比べて速やかに活性化し、したがって内燃機関が始動してから排気浄化触媒が活性化するまでの間、大気中に放出される未燃HC、COなどの量を低減させることができる。
【0004】
しかしながら、上述のような触媒再生装置にこの始動時触媒を適用すると、次のような理由からNOx吸蔵還元触媒を十分に再生することができなくなる。
この場合は各気筒群の排気ガスが、始動時触媒を流通した後にNOx吸蔵還元触媒へ流入するが、これは高濃度の未燃HC、COを含む排気ガス及び高濃度の酸素を含む排気ガスが、ほぼ同時に始動時触媒に流入することを意味する。その結果、排気中の未燃HC、COの大部分が始動時触媒において燃焼し消費されるので、NOx吸蔵還元触媒において燃焼する未燃HC、COの量が低減する。そのため、NOx吸蔵還元触媒を十分に加熱することができず、NOx吸蔵還元触媒からNOxを十分に放出、還元させることができない。
【0005】
そこで、気筒が複数の気筒群に分割され、各気筒群が分岐排気通路を介して共通の合流排気通路に接続されると共に、合流排気通路内にNOx吸蔵還元触媒が配置されて、これら気筒群のうち一部の気筒群から排出される排気の空燃比をリーンとして、残りの気筒群のうち少なくとも1つの気筒群から排出される排気の空燃比をリッチにすることが可能な多気筒内燃機関において、各排気分岐通路内に始動時触媒を配置したものが知られている(特開平11−62563号参照)。
【0006】
このようにすれば高濃度のHCを含む排気ガス、及び高濃度の酸素を含む排気ガスが同時に始動時触媒に流入することが阻止され、したがって高濃度のHC及び酸素を、始動時触媒で消費させることなくNOx吸蔵還元触媒に供給可能となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように気筒群毎にリッチとリーンの状態を作り出すには、気筒群毎の燃料供給量を大きく変えなければならず、その結果、気筒群毎に発生するトルクがばらつく等の問題があり、機関回転を円滑に行えない虞がある。言い換えれば、全ての気筒の吸入空気量はほぼ一定であるので、リッチの気筒のトルクが大きくなりトルク変動が生じることになる。
【0008】
また上記のトルク変動を解決するため、リッチの気筒のトルクをリーンの気筒のトルクに合わせるように点火遅角を実行すると燃焼が悪化し、燃費が低下する問題がある。
【0009】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、気筒群毎にリッチとリーンの状態を作り出す場合に、トルクのばらつくきを抑制することができる内燃機関を提供することを課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記したような課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る電磁駆動弁を有する内燃機関は、複数に分割された気筒群と、これらの気筒群がそれぞれ接続された分岐排気管と、これらの分岐排気管内に配置された始動時触媒と、前記分岐排気管の合流部下流に設けられたNOx吸蔵還元触媒と、前記所定気筒群毎にリッチとリーンの空燃比の排出ガスを排出させる排出ガス調整手段と、を有し、この排出ガス調整手段は少なくとも前記気筒に設けた電磁駆動式動弁機構により駆動される吸・排気弁の開閉時期を変化させて排出ガス調整を行うものであることを特徴とする。
【0011】
前記所定気筒群の排出ガスは過農状態と希薄状態とを交互に繰り返すようにすることが可能である。
本発明では、いわゆる電磁駆動弁を採用し、各気筒毎に独立に吸・排気弁の開閉時期を変化させることにより、吸入空気量及び燃料噴射量を変化させることで気筒毎のトルク変動を抑制するようにすることができる。このとき複数の始動時触媒を備える内燃機関では、一部の始動時触媒にはリッチの排気ガスが流入するように、その気筒群の空気量及び燃料量を制御し、その他の始動時触媒にはリーンの排気ガスが流入するように、その気筒群の空気量及び燃料量を制御する。
【0012】
前記始動時触媒では排気浄化ウィンドウを外れたリッチまたはリーンの排気ガスは浄化されない、即ち反応しないので、これらの排気ガスはそのまま始動時触媒を通過して、分岐排気管の合流部下流に設けたNOx吸蔵還元触媒に流入する。この場合はNOx吸蔵還元触媒に流入する排気ガスは、前記合流部においてリッチとリーンの排気ガスが混合され、ストイキまたはややリッチの排気ガスとなるように調整される。
【0013】
前記NOx吸蔵還元触媒としては、例えば流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、該NOx触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を放出しつつ還元するNOx吸蔵還元触媒や、該NOx触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であり、かつ還元剤が存在するときに排気中の窒素酸化物(NOx)を還元又は分解する選択還元型NOx触媒等を例示することができる。
【0014】
また本発明では、前記NOx吸蔵還元触媒が被毒しているか否かを判断する被毒判断手段を具備し、NOx吸蔵還元触媒が被毒していると判断されたときに前記複数の気筒群のうち一部の気筒群から排出される排気の空燃比を一時的にリーンにすると共に、残りの気筒群のうち少なくとも一つの気筒群から排出される排気の空燃比を一時的にリッチにし、それによりNOx吸蔵還元触媒を被毒再生することができる。
【0015】
本発明の前記内燃機関では、各気筒内もしくは各気筒より上流の吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射弁を更に備え、前記排出ガス調整手段は、前記気筒群の燃料噴射量を増量すべく前記燃料噴射弁を制御することが可能である。
【0016】
また前記排出ガス調整手段は、前記内燃機関のトルク変動が発生しないよう前記電磁駆動弁を制御するが、前記所定の気筒群の吸入空気量を減量すべく前記電磁駆動弁を制御することができる。
【0017】
すなわち、リッチの空燃比の気筒では、トルクを低減させるために吸入空気量を減らすことになるが、吸入空気量を減らすには吸気弁のリフト量を小さくして新気の吸入量自体を減らすこと、吸気弁の開時期を遅くすること、吸気弁の閉時期を早くすること、または排気弁の開時期を早くすること、及び排気弁の閉時期を遅くすること、等の方法がある。これらの方法の一つまたは二以上の組み合わせによって、気筒内での燃料の燃焼時間を短縮させてトルクを低減させる。
【0018】
上述のように始動時触媒では排気ガスが反応しないので、還元力のある必要量の排出ガスを下流のNOx吸蔵還元触媒に供給することが可能になると同時に、気筒群毎の空気量を調整して、リッチの気筒とリーンの気筒のトルクが均一になるように制御されるのでトルク変動を抑制できる。
【0019】
本発明によれば、気筒毎に独立にバルブタイミングを変えて吸入空気量と噴射燃料量を調整することができるので、気筒毎に空燃比を制御してリッチの気筒群とリーンの気筒群をつくり、始動時触媒での反応を抑制しつつNOx吸蔵還元触媒での還元反応を促進させることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の実施の形態について図1〜図5に基づいて説明する。
【0021】
図1及び図2は、本実施の形態に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図1及び図2に示す内燃機関1は、4つの気筒#1、#2、#3、#4を備えた4サイクルの水冷式ガソリンエンジンである。これらの各気筒はそれぞれ対応する枝管33を介して共通のサージタンク34に接続され、このサージタンク34は吸気管35を介してエアクリーナ36に接続される。
【0022】
吸気管35内には、この吸気管35内を流れる空気の質量(吸入空気質量)に対応した電気信号を出力するエアフローメータ44が取り付けられている。前記吸気管35において前記エアフローメータ44より下流の部位には、この吸気管35内を流れる吸気の流量を調整するスロットル弁39が設けられている。
【0023】
前記スロットル弁39には、ステッパモータ等からなり印加電力の大きさに応じて前記スロットル弁39を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ40と、前記スロットル弁39の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ41と、アクセルペダル42に機械的に接続され該アクセルペダル42の操作量に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ43とが取り付けられている。
【0024】
この内燃機関1において、各気筒は1番気筒#1と4番気筒#4とからなる第1の気筒群1aと、2番気筒#2と3番気筒#3とからなる第2の気筒群1bとに分割されている。第1の気筒群1aは第1の排気マニホルド8aを介して第1の始動時触媒9aを収容したケーシング10aに接続され、第2の気筒群1bは第2の排気マニホルド8bを介して第2の始動時触媒9bを収容したケーシング10bに接続される。これらケーシング10a、10bは共通の合流排気管11を介してNOx吸蔵還元触媒12を収容したケーシング13に接続される。
【0025】
なお、図1の内燃機関の燃焼順序は#1−#3−#4−#2であり、したがって各気筒群において気筒の排気行程が互いに重なり合わないようになっている。
また内燃機関1は、前記各気筒の他、冷却水路1cが形成されたシリンダブロック1bと、このシリンダブロック1bの上部に固定されたシリンダヘッド1aとを備えている。シリンダブロック1bには、機関出力軸たるクランクシャフト23が回転自在に支持され、このクランクシャフト23は、各気筒#1から#4内に摺動自在に装填されたピストン22と連結されている。
【0026】
各気筒#1から#4のピストン22上方には、ピストン22の頂面とシリンダヘッド1aの壁面とに囲まれた燃焼室24が形成されている。前記シリンダヘッド1aには、各気筒#1から#4の燃焼室24に臨むよう点火栓25が取り付けられ、この点火栓25には、該点火栓25に駆動電流を印加するためのイグナイタ25aが接続されている。
【0027】
前記シリンダヘッド1aにおいて各気筒#1から#4の燃焼室24に臨む部位には、吸気ポート26の開口端が2つ形成されるとともに、排気ポート27の開口端が2つ形成されている。そして、前記シリンダヘッド1aには、前記吸気ポート26の各開口端を開閉する吸気弁28と、前記排気ポート27の各開口端を開閉する排気弁29とが進退自在に設けられている。
【0028】
前記シリンダヘッド1aには、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記吸気弁28を進退駆動する電磁駆動機構30(以下、吸気側電磁駆動機構30と称する)が吸気弁28と同数設けられている。各吸気側電磁駆動機構30には、該吸気側電磁駆動30に励磁電流を印加するための駆動回路30a(以下、吸気側駆動回路30aと称する)が電気的に接続されている。
【0029】
前記シリンダヘッド1aには、励磁電流が印加されたときに発生する電磁力を利用して前記排気弁29を進退駆動する電磁駆動機構31(以下、排気側電磁駆動機構31と称する)が排気弁29と同数設けられている。各排気側電磁駆動機構31には、該排気側電磁駆動機構31に励磁電流を印加するための駆動回路31a(以下、排気側駆動回路31aと称する)が電気的に接続されている。
【0030】
上記した吸気側電磁駆動機構30と排気側電磁駆動機構31とは、本発明に係る可変動弁機構を実現するものである。
ここで、吸気側電磁駆動機構30と排気側電磁駆動機構31の具体的な構成について述べる。尚、吸気側電磁駆動機構30と排気側電磁駆動機構31とは同様の構成であるため、吸気側電磁駆動機構30のみを例に挙げて説明する。
【0031】
図3は、吸気側電磁駆動機構30の構成を示す断面図である。図3において内燃機関1のシリンダヘッド1aは、シリンダブロック1bの上面に固定されるロアヘッド10と、このロアヘッド10の上部に設けられたアッパヘッド11とを備えている。
【0032】
前記ロアヘッド10には、各気筒#1から#4毎に2つの吸気ポート26が形成され、各吸気ポート26の燃焼室24側の開口端には、吸気弁28の弁体28aが着座するための弁座120が設けられている。
【0033】
前記ロアヘッド10には、各吸気ポート26の内壁面から該ロアヘッド10の上面にかけて断面円形の貫通孔が形成され、その貫通孔には筒状のバルブガイド130が挿入されている。前記バルブガイド130の内孔には、吸気弁28の弁軸28bが貫通し、前記弁軸28bが軸方向へ進退自在となっている。
【0034】
前記アッパヘッド11において前記バルブガイド130と軸心が同一となる部位には、第1コア301及び第2コア302が嵌入される断面円形のコア取付孔14が設けられている。前記コア取付孔14の下部14bは、その上部14aに比して径大に形成されている。以下では、前記コア取付孔14の下部14bを径大部14bと称し、前記コア取付孔14の上部14aを径小部14aと称する。
【0035】
前記径小部14aには、軟磁性体からなる環状の第1コア301と第2コア302とが所定の間隙303を介して軸方向に直列に嵌挿されている。これらの第1コア301の上端と第2コア302の下端には、それぞれフランジ301aとフランジ302aが形成されており、第1コア301は上方から、また第2コア302は下方からそれぞれコア取付孔14に嵌挿され、フランジ301aとフランジ302aがコア取付孔14の縁部に当接することにより第1コア301と第2コア302の位置決めがされて、前記間隙303が所定の距離に保持されるようになっている。
【0036】
第1コア301の上方には、筒状のアッパキャップ305が設けられている。このアッパキャップ305は、その下端に形成されたフランジ部305aにボルト304を貫通させてアッパヘッド11上面に固定されている。この場合、フランジ部305aを含むアッパキャップ305の下端が第1コア301の上面周縁部に当接した状態で固定されることになり、その結果、第1コア301がアッパヘッド11に固定されることになる。
【0037】
一方、第2コア302の下部には、コア取付孔14の径大部14bと略同径の外径を有する環状体からなるロアキャップ307が設けられている。このロアキャップ307にはボルト307が貫通し、そのボルト307により前記ロアキャップ307が前記径小部14aと径大部14bの段部における下向きの段差面に固定されている。この場合、ロアキャップ307が第2コア302の下面周縁部に当接した状態で固定されることになり、その結果、第2コア302がアッパヘッド11に固定されることになる。
【0038】
前記第1コア301の前記間隙303側の面に形成された溝部には、第1の電磁コイル308が把持されており、前記第2コア302の間隙303側の面に形成された溝部には第2の電磁コイル309が把持されている。その際、第1の電磁コイル308と第2の電磁コイル309とは、前記間隙303を介して向き合う位置に配置されるものとする。そして、第1及び第2の電磁コイル308、309は、前述した吸気側駆動回路30aと電気的に接続されている。
【0039】
前記間隙303には、該間隙303の内径より径小な外径を有する環状の軟磁性体からなるアーマチャ311が配置されている。このアーマチャ311の中空部には、該アーマチャ311の軸心に沿って上下方向に延出した円柱状のアーマチャシャフト310が固定されている。このアーマチャシャフト310は、その上端が前記第1コア301の中空部を通ってその上方のアッパキャップ305内まで至るとともに、その下端が第2コア302の中空部を通ってその下方の径大部14b内に至るよう形成され、前記第1コア301及び前記第2コア302によって軸方向へ進退自在に保持されている。
【0040】
前記アッパキャップ305内に延出したアーマチャシャフト310の上端部には、円板状のアッパリテーナ312が接合されるとともに、前記アッパキャップ305の上部開口部にはアジャストボルト313が螺着され、これらアッパリテーナ312とアジャストボルト313との間には、アッパスプリング314が介在している。また、前記アジャストボルト313と前記アッパスプリング314との当接面には、前記アッパキャップ305の内径と略同径の外径を有するスプリングシート315が介装されている。
【0041】
一方、前記径大部14b内に延出したアーマチャシャフト310の下端部には、吸気弁28の弁軸28bの上端部が当接している。前記弁軸28bの上端部の外周には、円盤状のロアリテーナ28cが接合されており、そのロアリテーナ28cの下面とロアヘッド10の上面との間には、ロアスプリング316が介在している。
【0042】
このように構成された吸気側電磁駆動機構30では、吸気側駆動回路30aから第1の電磁コイル308及び第2の電磁コイル309に対して励磁電流が印加されていないときは、アッパスプリング314からアーマチャシャフト310に対して下方向(すなわち、吸気弁28を開弁させる方向)への付勢力が作用するとともに、ロアスプリング316から吸気弁28に対して上方向(すなわち、吸気弁28を閉弁させる方向)への付勢力が作用し、その結果、アーマチャシャフト310及び吸気弁28が互いに当接して所定の位置に弾性支持された状態、いわゆる中立状態に保持されることになる。
【0043】
尚、アッパスプリング314とロアスプリング316の付勢力は、前記アーマチャ311の中立位置が前記間隙303において前記第1コア301と前記第2コア302との中間の位置に一致するよう設定されており、構成部品の初期公差や経年変化等によってアーマチャ311の中立位置が前記した中間位置からずれた場合には、アーマチャ311の中立位置が前記した中間位置と一致するようアジャストボルト313によって調整することが可能になっている。
【0044】
また、前記アーマチャシャフト310及び前記弁軸28bの軸方向の長さは、前記アーマチャ311が前記間隙303の中間位置に位置するときに、前記弁体28aが全開側変位端と全閉側変位端との中間の位置(以下、中開位置と称する)となるように設定されている。
【0045】
前記した吸気側電磁駆動機構30では、吸気側駆動回路30aから第1の電磁コイル308に対して励磁電流が印加されると、第1コア301と第1の電磁コイル308とアーマチャ311との間に、アーマチャ311を第1コア301側へ変位させる方向の電磁力が発生し、吸気側駆動回路30aから第2の電磁コイル309に対して励磁電流が印加されると、第2コア302と第2の電磁コイル309とアーマチャ311との間にアーマチャ311を前記第2コア302側へ変位させる方向の電磁力が発生する。
【0046】
従って、上記した吸気側電磁駆動機構30では、吸気側駆動回路30aからの励磁電流が第1の電磁コイル308と第2の電磁コイル309とに交互に印加されることにより、アーマチャ311が進退動作し、それに伴って弁軸28bが進退駆動されると同時に弁体28aが開閉駆動されることになる。
【0047】
その際、第1の電磁コイル308及び第2の電磁コイル309に対する励磁電流の印加タイミングと励磁電流の大きさを変更することにより、吸気弁28の開閉タイミングを制御することが可能となる。
【0048】
また、上記した吸気側電磁駆動機構30には、吸気弁28の変位を検出するバルブリフトセンサ317が取り付けられている。このバルブリフトセンサ317は、アッパリテーナ312の上面に取り付けられた円板状のターゲット317aと、アジャストボルト313における前記アッパリテーナ312と対向する部位に取り付けられたギャップセンサ317bとから構成されている。
【0049】
このように構成されたバルブリフトセンサ317では、前記ターゲット317aが前記吸気側電磁駆動機構30のアーマチャ311と一体的に変位し、前記ギャップセンサ317bが該ギャップセンサ317bと前記ターゲット317aとの距離に対応した電気信号を出力することになる。
【0050】
その際、アーマチャ311が中立状態にあるときのギャップセンサ317bの出力信号値を予め記憶しておき、その出力信号値と現時点におけるギャップセンサ317bの出力信号値との偏差を算出することにより、アーマチャ311及び吸気弁28の変位を特定することが可能となる。
【0051】
ここで、図1及び図2に戻り、内燃機関1のシリンダヘッド1aには、4つの枝管からなる吸気枝管33が接続され、各気筒#1から#4の吸気ポート26が前記吸気枝管33の各枝管と連通している。前記シリンダヘッド1aにおいて前記吸気枝管33との接続部位の近傍には、その噴孔が吸気ポート26内に臨むよう燃料噴射弁32が取り付けられている。
【0052】
ところで前記始動時触媒9a、9bは主として、機関が始動された後、NOx吸蔵還元触媒12が活性化するまでの間にできるだけ排気、特にHCを浄化するためのものである。機関が始動された後始動時触媒9a、9bが速やかに活性化するためにこれら始動時触媒9a、9bは機関燃焼室に隣接配置され、かつ熱容量がNOx吸蔵還元触媒12よりも小さくされている。図1の内燃機関において始動時触媒9a、9bは三元触媒から形成される。この三元触媒は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えば白金Pt、パラジウムPd、イリジウムIr、ロジウムRhのような貴金属が担持されている。この三元触媒は流入する排気中のHC、COを酸化する酸化触媒として機能しうる。
【0053】
図1の内燃機関においてNOx吸蔵還元触媒12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、パラジウムPd、イリジウムIr、ロジウムRhのような貴金属とが担持されている。 排気通路内のある位置よりも上流の排気通路内、燃焼室内、および吸気通路内に供給された全燃料量に対する全空気量の比を、その位置を流通する排気の空燃比とすると、このNOx吸蔵還元触媒12は流入する排気の空燃比がリーンのときにNOxを吸蔵し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸蔵したNOxを放出するNOxの吸放出作用を行う。
【0054】
なお、NOx吸蔵還元触媒12の上流の排気通路内に燃料、或いは空気が供給されない場合には流入する排気の空燃比は内燃機関1から排出される排気の空燃比に一致し、したがってこの場合にはNOx吸蔵還元触媒12は内燃機関1から排出される排気の空燃比がリーンのときにはNOxを吸蔵し、内燃機関1から排出される排気中の酸素濃度が低下すると吸蔵したNOxを放出することになる。
【0055】
上述のNOx吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置すれば、このNOx吸蔵還元触媒は実際にNOxの吸放出作用を行うが、この吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は図8に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。このメカニズムについて担体上に白金PtおよびバリウムBaを担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【0056】
すなわち、流入する排気の空燃比がかなりリーンになると流入する排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図8(A)に示されるように、これら酸素O2 がO2-またはO2-の形で白金Ptの表面に付着する。
【0057】
一方、流入する排気中のNOは白金Ptの表面上でO2 - またはO2-と反応し、NO2 となる(2NO+O2 →2NO2 )。次いで生成されたNO2 の一部は白金Pt上でさらに酸化されつつ吸蔵材内に吸蔵されて酸化バリウムBaOと結合しながら、図8(A)に示されるように硝酸イオンNO3 -の形で吸蔵材内に拡散する。このようにしてNOxが吸蔵材内に吸蔵される。
【0058】
流入する排気中の酸素濃度が高い限り白金Ptの表面でNO2 が生成され、吸蔵材のNOx吸蔵能力が飽和しない限りNO2 が吸蔵材内に吸蔵されて硝酸イオンNO3 -が生成される。これに対して流入する排気中の酸素濃度が低下してNO2の生成量が低下すると反応が逆方向(NO3 - →NO2 )に進み、斯くして吸蔵材内の硝酸イオンNO3 -がNO2 の形で吸蔵材から放出される。すなわち、流入する排気中の酸素濃度が低下するとNOx吸蔵還元触媒からNOxが放出されることになる。流入する排気の空燃比をリッチ側にすると流入する排気中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排気の空燃比をリッチ側にすればNOx吸蔵還元触媒からNOxが放出されることになる。
【0059】
一方、このとき流入する排気の空燃比をリッチにするとNOx吸蔵還元触媒に流入する排気中に高濃度のHCまたはCOが含まれることになり、これらHCおよびCOは白金Pt上の酸素O2 - またはO2- と反応して酸化せしめられる。また、流入する排気の空燃比をリッチにすると流入する排気中の酸素濃度が極度に低下するために吸蔵材からNO2 が放出され、このNO2 は図8(B)に示されるようにHCまたはCOと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ptの表面上にNO2 が存在しなくなると、吸蔵材から次から次へとNO2 が放出される。したがって流入する排気の空燃比をリッチにすると短時間のうちにNOx吸蔵還元触媒からNOxが放出されることになる。
【0060】
このように流入する排気の空燃比がリーンになるとNOxがNOx吸蔵還元触媒12に吸蔵され、流入する排気の空燃比をリッチにするとNOxがNOx吸蔵還元触媒12から短時間のうちに放出される。
【0061】
また、内燃機関1は、クランクシャフト23の端部に取り付けられたタイミングロータ51aとタイミングロータ51a近傍のシリンダブロック1bに取り付けられた電磁ピックアップ51bとからなるクランクポジションセンサ51と、内燃機関1の内部に形成された冷却水路1cを流れる冷却水の温度を検出すべくシリンダブロック1bに取り付けられた水温センサ52とを備えている。
【0062】
このように構成された内燃機関1には、該内燃機関1の運転状態を制御するための電子制御ユニット(Electronic Control Unit:ECU)20が併設されている。
【0063】
前記ECU20には、スロットルポジションセンサ41、アクセルポジションセンサ43、エアフローメータ44、空燃比センサ48、NOxセンサ49、クランクポジションセンサ51、水温センサ52、バルブリフトセンサ317等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がECU20に入力されるようになっている。
【0064】
前記ECU20には、イグナイタ25a、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、燃料噴射弁32、スロットル用アクチュエータ40等が電気配線を介して接続され、ECU20が各種センサの出力信号値をパラメータとしてイグナイタ25a、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、燃料噴射弁32、スロットル用アクチュエータ40を制御することが可能になっている。
【0065】
ここで、ECU20は、図4に示すように、双方向性バス400によって相互に接続されたCPU401とROM402とRAM403とバックアップRAM404と入力ポート405と出力ポート406とを備えるとともに、前記入力ポート405に接続されたA/Dコンバータ(A/D)407を備えている。
【0066】
前記A/D407には、スロットルポジションセンサ41、アクセルポジションセンサ43、エアフローメータ44、空燃比センサ48、NOxセンサ49、水温センサ52、バルブリフトセンサ317等のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサと電気配線を介して接続されている。このA/D407は、上記した各センサの出力信号をアナログ信号形式からデジタル信号形式に変換した後に前記入力ポート405へ送信する。
【0067】
前記入力ポート405は、前述したスロットルポジションセンサ41、アクセルポジションセンサ43、エアフローメータ44、空燃比センサ48、NOxセンサ49、水温センサ52、バルブリフトセンサ317等のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサと前記A/D407を介して接続されるとともに、クランクポジションセンサ51のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサと直接接続されている。
【0068】
前記入力ポート405は、各種センサの出力信号を直接又はA/D407を介して入力し、それらの出力信号を双方向性バス400を介してCPU401やRAM403へ送信する。
【0069】
前記出力ポート406は、イグナイタ25a、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、燃料噴射弁32、スロットル用アクチュエータ40等と電気配線を介して接続されている。前記出力ポート406は、CPU401から出力された制御信号を双方向性バス400を介して入力し、その制御信号をイグナイタ25a、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、燃料噴射弁32、又はスロットル用アクチュエータ40へ送信する。
【0070】
前記ROM402は、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、吸気弁28の開閉タイミングを決定するための吸気弁開閉タイミング制御ルーチン、排気弁29の開閉タイミングを決定するための排気弁開閉タイミング制御ルーチン、吸気側電磁駆動機構30に印加すべき励磁電流量を決定するための吸気側励磁電流制御ルーチン、排気側電磁駆動機構31に印加すべき励磁電流量を決定するための排気側励磁電流量制御ルーチン、各気筒#1から#4の点火栓25の点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、スロットル弁39の開度を決定するためのスロットル開度制御ルーチン等のアプリケーションプログラムに加え、NOx吸蔵還元触媒12に吸蔵されたNOxを還元・浄化するための制御ルーチンを記憶している。
【0071】
前記ROM402は、前記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記した制御マップは、例えば、内燃機関1の運転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関1の運転状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関1の運転状態と吸気弁28の開閉タイミングとの関係を示す吸気弁開閉タイミング制御マップ、内燃機関1の運転状態と排気弁29の開閉タイミングとの関係を示す排気弁開閉タイミング制御マップ、内燃機関1の運転状態と吸気側電磁駆動機構30及び排気側電磁駆動機構31に印加すべき励磁電流量との関係を示す励磁電流量制御マップ、内燃機関1の運転状態と各点火栓25の点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、内燃機関1の運転状態とスロットル弁39の開度との関係を示すスロットル開度制御マップ等である。
【0072】
前記RAM403は、各センサの出力信号やCPU401の演算結果等を記憶する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ51の出力信号に基づいて算出される機関回転数等である。前記RAM403に記憶される各種のデータは、クランクポジションセンサ51が信号を出力する度に最新のデータに書き換えられる。
【0073】
前記バックアップRAM45は、内燃機関1の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであり、各種制御に係る学習値等を記憶する。
前記CPU401は、前記ROM402に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し、燃料噴射制御、点火制御、吸気弁開閉制御、排気弁開閉制御、スロットル制御、NOx浄化制御等を実行する。
【0074】
その際、CPU401は、クランクポジションセンサ51、アクセルポジションセンサ43、あるいはエアフローメータ44等の出力信号値をパラメータとして内燃機関1の運転状態を判別し、判別された運転状態に応じて各種の制御を実行する。
【0075】
例えば、CPU401は、内燃機関1の運転状態が低中負荷運転領域にあると判定した場合は、酸素過剰状態の混合気(リーン空燃比の混合気)による希薄燃焼運転を実現すべく、スロットル開度、燃料噴射量、吸気弁28の開閉タイミング、排気弁29の開閉タイミングを制御する。
【0076】
内燃機関1の運転状態が高負荷運転領域にあると判定した場合は、CPU401は、理論空燃比の混合気(ストイキ混合気)によるストイキ運転を実現すべく、スロットル開度、燃料噴射量、吸気弁28の開閉タイミング、排気弁29の開閉タイミングを制御する。
【0077】
また、内燃機関1が希薄燃焼運転されているときは、排気の空燃比がリーン空燃比となるため、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)がNOx吸蔵還元触媒12に吸蔵されることになるが、内燃機関1の希薄燃焼運転が長期間継続されると、NOx吸蔵還元触媒12のNOx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物(NOx)がNOx吸蔵還元触媒12にて除去もしくは浄化されずに大気中に放出される虞がある。
【0078】
これに対し、CPU401は、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合に、NOx吸蔵還元触媒12のNOx吸蔵能力が飽和すると、排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比として、NOx吸蔵還元触媒12に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化して、NOx吸蔵還元触媒12のNOx吸蔵能力を再生するようにした。
【0079】
ところで、上述したように始動時触媒9a、9bは、NOx吸蔵還元触媒12が活性化するまでの間にできるだけ排気を浄化するためのものである。この実施態様では第1の気筒群1aの排気は第2の気筒群1bの排気と混合されることなく始動時触媒9aを流通し、第2の気筒群1bの排気は第1の気筒群1aの排気と混合されることなく始動時触媒9bを流通する。このため、第1の気筒群1aの排気の空燃比をリッチにし、第2の気筒群1bの排気の空燃比をリーンにしたときに始動時触媒9aにおいて消費されるHC量が低減され、始動時触媒9bにおいて消費される酸素量が低減される。したがって、NOx吸蔵還元触媒12に多量のHCおよび酸素を確実に供給することができ、斯くしてNOx吸蔵還元触媒12の温度を確実に高めることができる。
【0080】
しかしながら、上記のように一部の気筒について燃料噴射の量を多くすれば、燃料噴射の量が少ない他の気筒に比べて、これらの気筒で発生するトルクは大きくなる。
【0081】
そこで燃料噴射の量が少ない、すなわちリーンの気筒において発生するトルクを求め、燃料噴射の量が多い気筒の発生トルクをこれに合致させるようにこれらの気筒の吸・排気弁の開閉時期をコントロールすることで、気筒毎にトルクがばらつくことを抑制するようにした。
【0082】
また燃料噴射量が多く、かつトルクを低減させるために吸入空気量を減らした気筒では、燃焼室から排出される排気の空燃比がリッチとなるが、燃焼室において燃焼しなかった余分の燃料は、燃焼室またはNOx吸蔵還元触媒12上流の排気通路内で完全酸化されることなく部分酸化され、このためNOx吸蔵還元触媒12においてNOxを容易に還元することができる。
【0083】
より具体的には、図1の内燃機関では通常、全気筒の1燃焼サイクルにおいて燃料噴射が1回行われ、このとき燃料噴射により供給される混合気の空燃比はリーン、例えば約16.0とされ、したがってNOx吸蔵還元触媒12に流入する排気の空燃比がリーンとされる。これに対してNOx吸蔵還元触媒12からNOxを放出すべきときは、燃焼室内に供給される混合気の空燃比は第1の気筒群1aではリッチ、例えば約12.0とされ、一方、第2の気筒群1bではリーン、例えば約16.0とされる。これらの排気は分岐排気管の合流部で合流してリッチの排気ガス、すなわち空燃比14.0となってNOx吸蔵還元触媒12に流入する。したがってこの還元力のある排気ガスによってNOx吸蔵還元触媒12の還元が促進される。
【0084】
このようにNOx吸蔵還元触媒12のNOx吸蔵量が一定量以上になったときには第1の気筒群1aにおいて、一定時間だけ燃料噴射を多く行うことにより、NOx吸蔵還元触媒12に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにし、それによりNOx吸蔵還元触媒12からNOxを放出させると共に還元するようにしている。
【0085】
ところが流入する排気中にはイオウ分が含まれており、NOx吸蔵還元触媒12にはNOxばかりでなくイオウ分例えばSOxも吸蔵される。このNOx吸蔵還元触媒12へのイオウ分の吸蔵メカニズムは、NOxの吸蔵メカニズムと同様であると考えられる。すなわち、前記のNOxの吸蔵メカニズムの場合のように、担体上に白金PtおよびバリウムBaを担持させた場合を例にとって説明すると、前述したように流入する排気の空燃比がリーンのときには酸素O2 がO2 - またはO 2-の形で白金Ptの表面に付着しており、流入する排気中のSOx、例えばSO2 は白金Ptの表面でO2 - またはO 2- と反応してSO3 となる。
【0086】
次いで生成されたSO3は白金Pt上でさらに酸化されつつ吸蔵材内に吸蔵されて酸化バリウムBaOと結合しながら、硫酸イオンSO4 2- の形で吸蔵材内に拡散する。次いでこの硫酸イオンSO4 2- はバリウムイオンBa 2+ と結合して硫酸塩BaSO4 を生成する。
【0087】
しかしながら、この硫酸塩BaSO4 は分解しづらく、流入する排気の空燃比を単にリッチにしても硫酸塩BaSO4 は分解されずにそのまま残る。したがって内には時間が経過するにつれて硫酸塩BaSO4 が増大することになり、時間が経過するにつれてNOx吸蔵還元触媒12が吸蔵できるNOx量が低下することになる。すなわち、NOx吸蔵還元触媒12がイオウ分により被毒することになる。
【0088】
NOx吸蔵還元触媒12内で生成された硫酸塩BaSO4 はNOx吸蔵還元触媒12の温度が高いときに流入する排気の空燃比がリッチ、または理論空燃比になると分解して硫酸イオンSO4 2- がSO3の形で吸蔵材から放出され、すなわちNOx吸蔵還元触媒12が被毒再生される。
【0089】
そこで図1の内燃機関では、NOx吸蔵還元触媒12がイオウ分により被毒したか否かを判断し、NOx吸蔵還元触媒12がイオウ分により被毒したと判断されたときにはNOx吸蔵還元触媒12を予め定められた設定温度、すなわちNOx吸蔵還元触媒12からイオウ分を放出させるために必要な温度よりも高くし、かつNOx吸蔵還元触媒12内に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにして、それによってNOx吸蔵還元触媒12からイオウ分を放出させて、NOx吸蔵還元触媒12を被毒再生するようにしている。なお、このとき放出されたSO3 は流入する排気中のHC、COによってただちにSO2 に還元される。
以下、本実施の形態に係る排出ガス調整制御について具体的に述べる。
【0090】
<実施の形態1>
この制御では、CPU401は、図5に示すような制御ルーチンを実行する。この制御ルーチンは、予めROM402に記憶されているルーチンであり、CPU401によって所定時間毎(例えば、クランクポジションセンサ51がパルス信号を出力する都度)に繰り返し実行されるルーチンである。
【0091】
排出ガス調整制御ルーチンでは、CPU401は、先ず、S501においてNOx吸蔵還元触媒12のNOx吸蔵能力が飽和しているか否かを判別する。
NOx吸蔵還元触媒12のNOx吸蔵能力が飽和しているか否かを判別する方法としては、例えば、内燃機関1の運転履歴(希薄燃焼運転の実行時間とストイキ運転の実行時間との偏差)に基づいてNOx吸蔵還元触媒12に吸蔵されているNOx量を推定し、その推定値とNOx吸蔵還元触媒12が吸蔵することができる最大の窒素酸化物(NOx)量とを比較することにより判定する方法、NOx吸蔵還元触媒12の触媒床温や空燃比センサ48の出力信号値からNOx吸蔵還元触媒12に吸蔵されている窒素酸化物(NOx)量を推定し、その推定値とNOx吸蔵還元触媒12が吸蔵することができる最大の窒素酸化物(NOx)量とを比較することにより推定する方法、又は、NOx吸蔵還元触媒12に流入する排気の空燃比が所定の空燃比であるときのNOxセンサ49の出力信号値に基づいて判定する方法等を例示することができる。
【0092】
尚、以下では、NOx吸蔵還元触媒12が吸蔵することができる最大の窒素酸化物(NOx)量を最大NOx吸蔵量と称するものとする。
CPU401は、前記S501においてNOx吸蔵還元触媒12のNOx吸蔵能力が飽和していないと判定した場合は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0093】
一方、S501においてNOx吸蔵還元触媒12のNOx吸蔵能力が飽和していると判定した場合は、S502へ進む。S502では、CPU401は、前記NOx吸蔵還元触媒12に吸蔵されている全ての窒素酸化物(NOx)、言い換えれば最大NOx吸蔵量の窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化するために必要となる還元剤の量(以下、目標還元剤量と称する)を算出する。
【0094】
尚、NOx吸蔵還元触媒12の最大NOx吸蔵量は、予め実験的に求めておくことが可能であるため、最大NOx吸蔵量の窒素酸化物(NOx)を浄化するために必要となる目標還元剤量も予め実験的に求めておき、ROM402等に記憶されるようにしてもよい。
【0095】
S503では、CPU401は、アクセルポジションセンサ43の出力信号値(アクセル開度)と機関回転数とをRAM403から読み出し、それらアクセル開度と機関回転数とをパラメータとして内燃機関1に要求されるトルク(以下、要求機関トルクと称する)を算出する。
【0096】
S504では、CPU401は、前記S503で算出された要求機関トルクを達成する上で、1気筒当たりに吸入可能な空気量の最大値(以下、目標気筒吸気量と称する)を算出する。
【0097】
尚、内燃機関1が所定のリッチ空燃比(例えば、内燃機関1で燃焼可能な混合気の空燃比のうち最も低い空燃比)で運転されたときに発生するトルクと、その際の1気筒当たりの吸入空気量との関係を実験的に求め、それらの関係を予めマップ化しておくことにより、CPU401が前記マップと前記要求機関トルクとを用いて目標気筒吸気量を算出するようにしてもよい。
【0098】
S505では、CPU401は、前記S502で算出された目標気筒吸気量と前記S504で算出された目標還元剤量とをパラメータとして、前記目標還元剤量を第1の気筒群1aからの排気で賄う上で、前記第1の気筒1aで燃焼すべき混合気の空燃比(以下、目標リッチ空燃比と称する)を算出する。
【0099】
S506では、CPU401は、内燃機関1の気筒群1a内に可燃混合気を形成することが可能な空燃比の範囲において最も小さい空燃比(以下、リッチ限界空燃比と称する)と、前記S505で算出された目標リッチ空燃比とを比較する。
【0100】
前記S506において前記目標リッチ空燃比が前記リッチ限界空燃比以上である、すなわち目標リッチ空燃比が前記リッチ限界空燃比よりも大きい、と判定した場合は、CPU401は、第1の気筒群1aを一回のみ目標リッチ空燃比で運転させることによって目標還元剤量の還元剤をNOx吸蔵還元触媒12へ供給することが可能であるとみなし、S507へ進む。
【0101】
S507では、CPU401は、内燃機関1の第1の気筒群1aの吸入空気量が前記目標気筒吸気量となるように吸気弁28の目標開閉タイミング(以下、目標吸気弁開閉タイミングと称する)を決定する。
【0102】
S508では、CPU401は、前記目標気筒吸気量を前記目標リッチ空燃比で除算して前記第1の気筒群1aの目標燃料噴射量を算出する。
S509では、CPU401は、前記第1の気筒群1aが前記目標気筒吸気量と前記目標リッチ空燃比で運転された際に発生するトルクが前記S503で算出された要求機関トルクとなるように、この第1の気筒群1aの排気弁29の目標開閉タイミング(以下、目標排気弁開閉タイミングと称する)を決定する。
【0103】
S510では、CPU401は、前記S507〜前記S509で決定された、目標吸気弁開閉タイミング、目標燃料噴射量、目標排気弁開閉タイミングに従って、前記第1の気筒群1aの吸気側駆動回路30a、燃料噴射弁32、排気側駆動回路31a、及びイグナイタ25aを制御する。
【0104】
ここで、気筒群1aのそれぞれの吸気弁28は燃焼室24に臨む位置に設けられているため、吸気弁28の開閉タイミングが変更されると、1番気筒#1と4番気筒#4の実際の吸入空気量が応答遅れを生じることなく直ちに変更されることになる。
【0105】
このため、前記した第1の気筒群1aの吸気弁28の開閉タイミングを目標吸気弁開閉タイミングと一致させるべく吸気側駆動回路30aが制御されると、この気筒群1aの実際の吸入空気量は、直ちに目標気筒吸気量となる。
【0106】
従って、気筒群1aの吸気弁28及び燃料噴射弁32が目標吸気弁開閉タイミング及び目標燃料噴射量に従って駆動されると、前記気筒群1aが直ちに目標リッチ空燃比で運転されることになり、この第1の気筒群1aの排気行程では目標還元剤量に相当する量の還元剤を含有した排気が排出されることになる。
【0107】
前記第1の気筒群1aから排出された排気は、排気枝管45を介してNOx吸蔵還元触媒12に流入するため、NOx吸蔵還元触媒12に吸蔵されていた全ての窒素酸化物(NOx)が還元及び浄化されることになる。
【0108】
つまり、内燃機関1の第1の気筒群1aを一回のみ目標リッチ空燃比で運転させることにより、NOx吸蔵還元触媒12に吸蔵された窒素酸化物(NOx)の全てが還元及び浄化されることになる。
【0109】
一方、前記S506において目標リッチ空燃比がリッチ限界空燃比より小さいと判定した場合は、CPU401は、第1の気筒群1aを一回のみリッチ空燃比で運転させても、目標還元剤量の還元剤をNOx吸蔵還元触媒12へ供給することができないとみなし、S511へ進む。
【0110】
S511では、CPU401は、リッチ限界空燃比を新たな目標リッチ空燃比(以下、新目標リッチ空燃比と称する)として設定する。
S512では、CPU401は、内燃機関1の第1の気筒群1aの吸入空気量が前記S504で算出された目標気筒吸気量となるように目標吸気弁開閉タイミングを決定する。
【0111】
S513では、CPU401は、前記S504で算出された目標気筒吸気量を前記S511で新たに設定された新目標リッチ空燃比で除算して、前記第1の気筒群1aでの目標燃料噴射量を算出する。
【0112】
S514では、CPU401は、前記第1の気筒群1aが前記目標気筒吸気量と前記新目標リッチ空燃比で運転された際に発生するトルクが、前記S503で算出された要求機関トルクとなるように第1の気筒群1aの目標排気弁開閉タイミングを決定する。
【0113】
S515では、CPU401は、前記S512〜前記S514で決定された、目標吸気弁開閉タイミング、目標燃料噴射量、目標排気弁開閉タイミングに従って、前記第1の気筒群1aの吸気側駆動回路30a、燃料噴射弁32、排気側駆動回路31a、及びイグナイタ25aを制御する。
【0114】
S516では、CPU401は、前記目標気筒吸気量と前記新目標リッチ空燃比とに従って運転された気筒群1aからNOx吸蔵還元触媒12へ供給される還元剤の量(以下、供給還元剤量と称する)を算出する。
【0115】
S517では、CPU401は、前記S502で算出された目標還元剤量から前記S516で算出された供給還元剤量を減算して、新たな目標還元剤量(以下、新目標還元剤量と称する)を算出する。そして、CPU401は、目標還元剤量を新目標還元剤量に置き換えて前述したS505以降の処理を実行する。
【0116】
この場合は、第1の気筒群1aを構成する1番気筒#1と4番気筒#4がリッチ空燃比で運転されることになり、それらの気筒から排出される排気に含まれる還元剤の総量が目標還元剤量となる。
【0117】
この結果、NOx吸蔵還元触媒12に吸蔵されていた全ての窒素酸化物(NOx)は、目標還元剤量の還元剤によって還元及び浄化されることになる。
このようにCPU401が排出ガス調整制御ルーチンを実行することにより、本発明の排出ガス調整手段が実現されることになる。
【0118】
すなわち、上記した排出ガス調整制御では、電磁駆動式動弁機構を利用することによって気筒#1から#4の吸入空気量を独立に制御することができるため、NOx吸蔵還元触媒12に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化する場合には、一の気筒群の吸入空気量を変更してリッチ空燃比運転させることにより、所望量の還元剤をNOx吸蔵還元触媒12へ供給することが可能となる。
【0119】
その際、リッチ空燃比で運転させるべき第1の気筒群1aの吸入空気量は、吸気弁28の開閉タイミングによって調節されるため、吸気の応答遅れなどが生じることがなく、1番気筒#1と4番気筒#4への吸入空気量及び空燃比を即座に所望の吸入空気量及びリッチ空燃比へ切り換えることが可能である。
【0120】
従って、本実施の形態に係る排出ガス調整制御によれば、NOx吸蔵還元触媒12に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化する場合には、所望量の還元剤を短時間でNOx吸蔵還元触媒12に供給することが可能となり、窒素酸化物(NOx)の浄化に係るリッチ空燃比運転の期間が不要に長くなることがなく、ドライバビリィティの悪化や燃料消費量の悪化が防止される。
【0121】
更に、本実施の形態に係る排出ガス調整制御では、第1の気筒群1aの目標気筒吸気量と目標燃料噴射量とは、この第1の気筒群1aの発生トルクが第2の気筒群1b(通常のリーン空燃比で運転される気筒群)の発生トルクと一致するように設定されるため、内燃機関1がリーン空燃比で運転されているときに第1の気筒群1aのみがリッチ空燃比(目標リッチ空燃比)で運転されてもトルク変動が発生することがない。
【0122】
尚、本実施の形態では、目標気筒吸気量は、第1の気筒群1aで発生するトルクが、第2の気筒群1bで発生するトルクと一致するように決定されるが、第1の気筒群1aが一回の吸気行程で吸入することができる最大の空気量(以下、最大気筒吸気量と称する)を目標気筒吸気量として設定するようにしてもよい。
【0123】
最大気筒吸気量が目標気筒吸気量として設定された場合は、第1の気筒群1aが一回の排気行程で排出することができる排気の量が最も多くなり、それに伴って第1の気筒群1aが一回の排気行程で排出することができる還元剤の量も最も多くなるため、NOx吸蔵還元触媒12に吸蔵された窒素酸化物(NOx)の浄化を目的としたリッチ空燃比運転の期間をより一層短くすることができる。
【0124】
但し、最大気筒吸気量が目標気筒吸気量として設定された場合には、第1の気筒群1aの発生トルクが、第2気筒群1bの発生トルクに比して大幅に大きくなることが予想されるため、第1の気筒群1aの吸気弁28、排気弁29の開閉タイミングの開閉タイミングを制御して、第1の気筒群の発生トルクを抑制することが好ましい。
<実施の形態2>
以下、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の第2の実施の形態について図7に基づいて説明する。ここでは、前述の第1の実施の形態と異なる構成について説明し、同様の構成についてはその説明を省略するものとする。
【0125】
前述した第1の実施の形態では、内燃機関1が希薄燃焼運転されている場合に、NOx吸蔵還元触媒12のNOx吸蔵能力が飽和すると、少なくとも第1の気筒群1aから排出される排気の空燃比を一時的にリッチ空燃比としてNOx吸蔵還元触媒12に吸蔵されている窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化する例について述べたが、本実施の形態では、内燃機関1の第1の気筒群1aと第2の気筒群1bを、サイクル毎に空燃比がリッチの状態とリーンの状態とを交互に繰り返すように運転させる例について述べる。
【0126】
本実施の形態に係る内燃機関1は4つの気筒#1、#2、#3、#4を備えているが、これらの気筒の全てをサイクル毎にリーンの空燃比で運転する場合と、リッチの空燃比で運転する場合を切り換える。すなわち、内燃機関1の4つの気筒#1、#2、#3、#4がリッチ空燃比で運転されたら、次のサイクルでは気筒#1、#2、#3、#4は連続してリーン空燃比で運転される。この場合は連続してリーン空燃比の排気が排出された後に、必ずリッチ空燃比の排気が排出されることになる。
【0127】
かかる場合は前記NOx吸蔵還元触媒12は、リーン空燃比で運転されたときの排気に含まれる窒素酸化物(NOx)を吸蔵した後、リッチの空燃比で運転された気筒の排気に含まれる還元剤によって吸蔵していた窒素酸化物(NOx)を放出及び還元する動作を繰り返すことになる。
【0128】
その際、リッチ運転での排気行程で排出する排気の空燃比及び量を最適化することにより、NOx吸蔵還元触媒12に吸蔵された全ての窒素酸化物(NOx)、(リーン運転時に排出された全ての窒素酸化物(NOx))を還元及び浄化することが可能となる。
【0129】
ところで、リッチ運転時に混合気が燃焼した際に発生する燃焼圧力は、リーン運転時に混合気が燃焼した際に発生する燃焼圧力に比して高くなるため、リッチ運転時の燃焼圧力がそのままクランクシャフト23の回転トルクに反映されると、気筒間でトルク変動が発生してしまう。
【0130】
そこで、本実施の形態では、CPU401は、リッチ運転時には、リッチ運転時の排気弁29の開閉タイミングを制御することにより、リッチ運転時の発生トルクをリーン運転時の発生トルクまで低下させるようにした。
【0131】
例えば、気筒#1、#2、#3、#4のそれぞれの排気弁29の開弁時期を膨張行程の途中まで進角させるようにしてもよい。この場合、気筒内の既燃ガスが膨張行程の途中で筒内から排出されて筒内の圧力が低下するため、ピストン22に作用する圧力が低下し、その結果、気筒で発生した燃焼圧力の一部のみがクランクシャフト23の回転トルクに反映されることになる。
【0132】
以下、本実施の形態に係る制御について具体的に説明する。
CPU401は、この制御を実行する場合に、図7に示すような排出ガス調整制御ルーチンを実行する。この排出ガス調整制御ルーチンは、予めROM402に記憶されているルーチンであり、所定時間毎(例えば、クランクシャフト23が720°回転する度)にCPU401によって繰り返し実行されるルーチンである。
【0133】
この制御ルーチンでは、CPU401は、先ず、S801において、機関回転数やアクセルポジションセンサ43の出力信号値(アクセル開度)等の各種データをRAM403から読み出す。
【0134】
S802では、CPU401は、前記S801で読み出された機関回転数及びアクセル開度から内燃機関1の運転状態を判別する。
S803では、CPU401は、前記S802で判別された機関運転状態が希薄燃焼運転領域にあるか否かを判別する。
【0135】
CPU401は、前記S803において機関運転状態が希薄燃焼運転領域にないと判定した場合は本ルーチンの実行を一旦終了し、前記S803において機関運転状態が希薄燃焼運転領域にあると判定した場合はS804へ進む。
【0136】
S804では、CPU401は、前記S801で読み出された機関回転数とアクセル開度とをパラメータとして要求機関トルクを算出する。その際、機関回転数とアクセル開度と要求機関トルクとの関係を予め実験的に求めておき、それらの関係をマップ化してROM402に記憶しておくようにしてもよい。
【0137】
S805では、CPU401は、前記S804で算出された要求機関トルクに基づいて1気筒当たりに要求されるトルク(以下、要求気筒トルクと称する)を算出する。尚、前述したS803の処理は、このS805の次に実行されるようにしてもよい。
【0138】
S806では、CPU401は、リーン運転気筒#1、#2、#3、#4の発生トルクが前記要求気筒トルクと同一となり、且つ、リーン運転気筒#1、#2、#3、#4の燃料噴射量が最も少なくなるように、リーン運転気筒#1、#2、#3、#4で燃焼すべき混合気の空燃比(以下、目標リーン空燃比と称する)とリーン運転気筒#1、#2、#3、#4が吸入すべき空気量(以下、目標リーン気筒吸気量と称する)とを決定する。
【0139】
S807では、CPU401は、前記S806で決定された目標リーン空燃比と目標リーン気筒吸気量とに従ってリーン運転時の気筒 の目標吸気弁開閉タイミング及び目標排気弁開閉タイミングを決定するとともに、目標リーン気筒吸気量を目標リーン空燃比で除算してリーン運転時の各気筒の目標燃料噴射量を算出する。
【0140】
S808では、CPU401は、先ず、リーン運転時の各気筒が前記S806で決定された目標リーン空燃比及び目標リーン気筒吸気量に従って運転された場合に、これらのリーン運転時の各気筒から排出される窒素酸化物(NOx)の量を推定する。この場合、CPU401は、単一の気筒における前記推定値を4倍して4つのリーン運転時に排出される窒素酸化物(NOx)の総量を算出するようにしてもよい。
【0141】
S809では、CPU401は、前記S808で推定された総NOx量の窒素酸化物(NOx)を還元するために必要となる還元剤の量(目標還元量)を算出する。
【0142】
S810では、CPU401は、先ず、リッチ運転時の気筒内に可燃混合気を形成することができる空燃比の範囲において最も低い空燃比(以下、目標リッチ空燃比と称する)を算出する。続いて、CPU401は、目標リッチ空燃比の排気の単位量当たりに含まれる還元剤の量を算出し、算出された還元剤量で前記目標還元剤量を除算することにより、リッチ運転時の気筒#1、#2、#3、#4から排出すべき排気の量、言い換えればリッチ運転時の気筒#1、#2、#3、#4に吸入すべき空気の量(以下、目標リッチ気筒吸気量と称する)を算出する。
【0143】
S811では、CPU401は、前記S810で算出された目標リッチ気筒吸気量に基づいてリッチ運転時の気筒#1、#2、#3、#4の目標吸気弁開閉タイミングを決定するとともに、前記目標リッチ気筒吸気量を前記目標リッチ空燃比で除算してリッチ運転時の気筒#1、#2、#3、#4の目標燃料噴射量を算出する。
【0144】
S812では、CPU401は、前記S810で算出された目標リッチ空燃比と目標リッチ気筒吸気量とに従ってリッチ運転時の気筒#1、#2、#3、#4が発生し得るトルクを推定する。
【0145】
S813では、CPU401は、前記S812で推定されたトルクが前記S805で算出された要求気筒トルクまで低下するように、リッチ運転時の気筒#1、#2、#3、#4の目標排気弁開閉タイミングを決定する。
S814では、CPU401は、前記S807で決定された目標吸気弁開閉タイミング、目標排気弁開閉タイミング、及び、目標燃料噴射量に従って、リーン運転時の気筒#1、#2、#3、#4の吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、及び燃料噴射弁32を制御するとともに、前記S811及び前記813で決定された目標吸気弁開閉タイミング、目標排気弁開閉タイミング、及び目標燃料噴射量に従って、リッチ運転時の気筒#1、#2、#3、#4の吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、及び燃料噴射弁32を制御する。
【0146】
この場合、内燃機関1では、リーン運転時の気筒#1、#2、#3、#4が連続して目標リーン空燃比で運転された後はリッチ運転に切り換えられ、気筒#1、#2、#3、#4が目標リッチ空燃比で運転される。これに応じて、リーン運転時の気筒#1、#2、#3、#4が連続して目標リーン空燃比の排気を排出した後に、リッチ運転時には気筒#1、#2、#3、#4が目標リッチ空燃比の排気を排出することになる。
【0147】
その際、リッチ運転時の気筒#1、#2、#3、#4から排出される排気には、リーン運転時の気筒#1、#2、#3、#4から排出された排気に含まれる窒素酸化物(NOx)の総量に対応した量の還元剤が含まれているため、NOx吸蔵還元触媒12は、リーン運転時の気筒#1、#2、#3、#4からの排気が流入した時には、その排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を吸蔵し、続いてリッチ運転時の気筒からの排気が流入すると、吸蔵していた全ての窒素酸化物(NOx)を放出及び浄化することが可能となる。
【0148】
従って、上記したような排出ガス調整制御によれば、サイクル毎にNOx吸蔵還元触媒12における窒素酸化物(NOx)の吸蔵と還元とが行われるため、窒素酸化物(NOx)の吸蔵量と還元剤の供給量とを適合させ易く、CPU401の演算負荷を低減することが可能となる。
【0149】
また、上記したような排出ガス調整制御では、リッチ運転時の気筒#1、#2、#3、#4の排気弁29の開閉タイミングを制御することによって、リッチ運転時の気筒#1、#2、#3、#4の発生トルクと、リーン運転時の気筒#1、#2、#3、#4の発生トルクが均一にされるため、内燃機関1のトルク変動が発生することがない。
【0150】
また一部の気筒が常にリッチ運転されることによるデポジットの発生や点火栓25のくすぶりなどを抑制することができる。
尚、本実施の形態では、内燃機関1のリッチ運転時には、気筒#1、#2、#3、#4の全てをリッチ運転する例について述べたが、リッチの気筒をいずれか特定の気筒に固定して所定の周期でリッチ運転をするようにしてもよい。
<実施の形態3>
次に、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の第3の実施の形態について図10に基づいて説明する。ここでは、前述した第1〜第3の実施の形態とは異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略するものとする。
【0151】
前述した第1〜第3の実施の形態では、NOx吸蔵還元触媒12に吸蔵された窒素酸化物(NOx)を還元及び浄化することにより、NOx吸蔵還元触媒12のNOx吸蔵能力を再生する例について述べたが、本実施の形態では、NOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒を再生する例について述べる。
【0152】
NOx吸蔵還元触媒12は、該NOx吸蔵還元触媒12に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を吸蔵することになるが、排気中に含まれる硫黄成分も窒素酸化物(NOx)と同様のメカニズムによって吸収してしまい、その結果、NOx吸蔵還元触媒12のNOx吸蔵能力が低下する、いわゆるSOx被毒が発生する。
【0153】
具体的には、内燃機関1の燃料に含まれている硫黄(S)成分が燃焼することによりSO2やSO3などの硫黄酸化物(SOx)が生成され、それらの硫黄酸化物(SOx)が排気とともにNOx吸蔵還元触媒12に流入する。
【0154】
その際、排気の空燃比がリーン空燃比であると、NOx吸蔵還元触媒12の担体上に担持された白金(Pt)の表面に酸素O2 -又はO2-が付着しているため、排気中に含まれる硫黄酸化物(SOx)が上記した酸素O2 -又はO2-と反応してSO3-やSO4-を形成する。
【0155】
NOx吸蔵還元触媒12の白金(Pt)上で形成されたSO3-やSO4-は、白金(Pt)上で更に酸化され、硫酸イオン(SO4 2-)としてNOx吸蔵還元触媒12に吸収される。NOx吸蔵還元触媒12内に吸収された硫酸イオン(SO4 2-)は、酸化バリウム(BaO)と結合して硫酸バリウム(BaSO4)を形成する。
【0156】
硫酸バリウム(BaSO4)は、窒素酸化物(NOx)に比して分解され難く、粗大化し易いという特性を有しているため、NOx吸蔵還元触媒12に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比となっても分解されずにNOx吸蔵還元触媒12内に残留することになる。
【0157】
従って、NOx吸蔵還元触媒12内の硫酸バリウム(BaSO4)は、時間の経過とともに増加することになるため、窒素酸化物(NOx)の吸蔵に作用することができる酸化バリウム(BaO)の量が減少し、その結果、NOx吸蔵還元触媒12のNOx吸蔵能力が低下してしまう。
【0158】
NOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒を解消するには、NOx吸蔵還元触媒12の雰囲気温度を高温(例えば、500℃〜700℃)にするとともに、NOx吸蔵還元触媒12に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比とする必要がある。
【0159】
すなわち、NOx吸蔵還元触媒12の雰囲気温度が高温になると、NOx吸蔵還元触媒12内に生成された硫酸バリウム(BaSO4)がSO3-やSO4-に熱分解される。その際、NOx吸蔵還元触媒12に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であると、SO3-やSO4-は、排気中に含まれる炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応して気体状のSO2-へ還元されてNOx吸蔵還元触媒12から放出されることになる。
【0160】
NOx吸蔵還元触媒12を高温且つリッチ雰囲気にする方法としては、例えば、未燃燃料成分と酸素とを比較的多量に含むリッチ空燃比の排気をNOx吸蔵還元触媒12へ供給し、NOx吸蔵還元触媒12において未燃燃料成分と酸素とを反応(燃焼)させることにより、NOx吸蔵還元触媒12を高温且つリッチ雰囲気とする方法を例示することができる。
【0161】
ここで、未燃燃料成分と酸素を比較的多量に含有した排気を生成する方法としては、(1)排気の空燃比をリッチ空燃比とすべく内燃機関1をリッチ空燃比の混合気で運転させるとともに、NOx吸蔵還元触媒12より上流の排気通路において排気中に二次空気を供給することにより、未燃燃料成分と酸素とを含有した排気を生成する方法、(2)内燃機関1の一部の気筒をリッチ空燃比の混合気で運転させると同時に、残りの気筒をリーン空燃比の混合気で運転させることにより、十分な量の未燃燃料成分を含む排気と十分な量の酸素を含む排気との混合させる方法等を例示することができるが、本実施の形態では、吸気弁28及び排気弁29の開閉タイミングを任意に設定することができるという電磁駆動式動弁機構の特性を利用して以下のような方法を採用した。
【0162】
すなわち、本実施の形態では、CPU401は、NOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒を解消する必要が生じた場合に、内燃機関1の各気筒#1、#2、#3、#4をリッチ空燃比の混合気で運転させるべく燃料噴射弁32を制御した上で、排気弁29の開弁時期を膨張行程の途中まで進角させることにより、燃焼途中の混合気を排気として排出するようにした。
【0163】
この場合、内燃機関1の排気は、燃焼完了後の既燃ガスが排気として排出された場合に比して、温度が高くなるとともに、未燃の燃料成分と酸素とを多量に含む排気となる。
【0164】
ところで、各気筒#1、#2、#3、#4から燃焼途中の混合気が排出されると、各気筒内で発生する燃焼圧力が低下するとともに、燃焼圧力がクランクシャフト23へ伝達される効率が低下し、内燃機関1のトルクが低下してしまう。
【0165】
これに対し、CPU401は、各気筒の吸入空気量を増加させるべく吸気弁28の開閉タイミングを変更するとともに、燃料噴射量を増量補正するようにした。各気筒#1から#4の吸入空気量を増量させる場合には、CPU401は、吸気弁28の開閉タイミングに加えて、スロットル弁39の開度も変更するようにしてもよい。
【0166】
以下、本実施の形態に係る排出ガス調整制御について具体的に説明する。
CPU401は、排出ガス調整制御を実行するにあたり、図10に示すような排出ガス調整制御ルーチンを実行する。この排出ガス調整制御ルーチンは、予めROM402に記憶されているルーチンであり、CPU401によって所定時間毎(例えば、クランクポジションセンサ51がパルス信号を出力する度)に繰り返し実行されるルーチンである。
【0167】
排出ガス調整制御ルーチンでは、CPU401は、先ずS1001において、NOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒度合いを判定する。NOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒度合いを判定する方法としては、例えば、NOx吸蔵還元触媒12に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに、NOx吸蔵還元触媒12よりも下流に配置されたNOxセンサ49の出力信号値に基づいて判定する方法、又は、内燃機関1がリーン空燃比で運転された時間の積算値、吸入空気量の積算値、およびまたは燃料噴射量の積算値等に基づいてNOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒度合いを推定する方法等を例示することができる。
【0168】
S1002では、CPU401は、前記S1001において判定されたSOx被毒度合いが所定の基準値を上回っているか否かを判別する。前記した基準値は、予め実験的に求められた値であり、ROM402等に予め記憶されている値である。
【0169】
S1002においてNOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒度合いが前記基準値以下であると判定した場合は、CPU401は、NOx吸蔵還元触媒12に対するSOx被毒解消処理を実行する必要がないとみなし、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【0170】
一方、S1002においてNOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒度合いが前記基準値を上回っていると判定した場合は、CPU401は、NOx吸蔵還元触媒12に対するSOx被毒解消処理を実行する必要があるとみなし、S1003へ進む。
【0171】
S1003では、CPU401は、機関回転数やアクセルポジションセンサ43の出力信号値(アクセル開度)をRAM403から読み出し、それらの値をパラメータとして内燃機関1の要求機関トルクを算出する。
【0172】
S1004では、CPU401は、前記S1003で算出された要求機関トルクを満たしつつ、NOx吸蔵還元触媒12へ未燃燃料成分と酸素とを含有した排気を供給すべく、吸気弁28の開閉タイミング、排気弁29の開閉タイミング、燃料噴射量を決定する。
【0173】
具体的には、CPU401は、先ず、各気筒#1から#4で燃焼すべき混合気の空燃比を決定する。続いて、CPU401は、各気筒#1から#4で燃焼途中の混合気を排気として排出させるべく排気弁29の開弁時期を進角補正する。
【0174】
そして、CPU401は、前記空燃比と前記排気弁開弁時期に従って内燃機関1が運転されたときの実際の機関トルクが前記S1003で算出された要求機関トルクと一致するように吸入空気量及び燃料噴射量を決定し、決定された吸入空気量に従って吸気弁28の開閉タイミングを決定する。
【0175】
S1005では、CPU401は、前記S1004で決定された吸気弁開閉タイミング、排気弁開閉タイミング、燃料噴射量に従って、吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31a、燃料噴射弁32、点火栓25を制御して、SOx被毒解消処理の実行を開始する。
【0176】
この場合、内燃機関1は、要求機関トルクを満たしつつ、高温且つ未燃燃料成分及び酸素を多量に含有した排気を排出することになる。内燃機関1から排出された高温且つ未燃燃料成分及び酸素を多量に含有した排気は、排気枝管45を介してNOx吸蔵還元触媒12へ流入する。NOx吸蔵還元触媒12は、排気の熱を受けて昇温するとともに、該NOx吸蔵還元触媒12の白金(Pt)上で排気中の未燃燃料成分と酸素とが反応することによって発生する反応熱によって一層昇温する。
【0177】
このようにNOx吸蔵還元触媒12の雰囲気温度が上昇すると、該NOx吸蔵還元触媒12内の硫酸バリウム(BaSO4)がSO3-やSO4-に熱分解され、それらSO3-やSO4-は、排気中の炭化水素(HC)や一酸化炭素(CO)と反応して気体状のSO2-に還元され、NOx吸蔵還元触媒12から放出されることになる。
【0178】
S1006では、CPU401は、NOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒が解消されたか否かを判別する。NOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒が解消されたか否かを判別する方法としては、NOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒度合いとSOx被毒の解消に要する時間(SOx被毒解消時間)との関係を予め実験的に求めておき、SOx被毒解消処理の実行時間がSOx被毒解消時間以上となったか否かを判別する方法、あるいはNOx吸蔵還元触媒12より下流の排気通路に排気中のSOx濃度に対応した電気信号を出力するSOxセンサを配置し、それらSOxセンサの出力信号値が所定値未満となったか否かを判別する方法などを例示することができる。
【0179】
前記S1006においてNOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒が未だ解消されていないと判定した場合は、CPU401は、前記S1005の処理を継続して実行する。
【0180】
前記S1006においてNOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒が解消されたと判定した場合は、CPU401は、S1007へ進み、吸気弁28の開閉タイミング、及び排気弁29の開閉タイミングを通常のタイミングに戻すべく吸気側駆動回路30a、排気側駆動回路31aを制御するとともに、燃料噴射量を通常の燃料噴射量に戻すべく燃料噴射弁32を制御する。
【0181】
このような排出ガス調整制御によれば、吸気弁28及び排気弁29の開閉タイミングを変更することによって、排気の状態を即座に高温且つ未燃燃料成分及び酸素を含有した状態とすることができるため、SOx被毒解消処理に係る時間を短縮することが可能となり、以てSOx被毒解消処理に係るリッチ空燃比運転の期間が不要に長くなることがなく、ドライバビリィティの悪化や燃料消費量の悪化が防止される。
【0182】
尚、本実施の形態では、NOx吸蔵還元触媒12のSOx被毒を解消する場合に、内燃機関1をリッチ空燃比の混合気で運転させるとともに排気弁29の開弁時期を進角させる例について述べたが、内燃機関1の各気筒#1から#4の吸気弁28と排気弁29の双方が開弁している時、つまりバルブオーバーラップ期間中に燃料噴射弁32を作動させ、未燃の燃料をNOx吸蔵還元触媒12へ供給することにより、前記未燃燃料をNOx吸蔵還元触媒12で燃焼せしめ、以てNOx吸蔵還元触媒12をより短時間のうちに高温且つリッチ雰囲気とするようにしてもよい。
【0183】
また、本実施の形態では排気弁の開閉時期を変更することにより、トルク制御を行ったが、吸気弁の開閉時期を変更することにより筒内への吸入空気量を調整することによりトルクを制御することも可能であり、この場合は排気弁によるトルク制御よりも燃費の点で効率がよい。
【0184】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、リッチまたはリーンの空燃比の排気のみ始動時触媒を通過するので、この始動時触媒での反応が抑制されつつNOx吸蔵還元触媒での還元反応を促進させることができ、かつリッチにされる気筒群での発生トルクがリーンの気筒で発生するトルクに合致するように制御される。よってトルクのばらつきが抑制されてトルク変動によるドライバビリティの悪化等が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電磁駆動弁を有する内燃機関の概略構成を示す平面図
【図2】本発明の電磁駆動弁を有する内燃機関の概略構成を示す断面図
【図3】吸気側電磁駆動機構の構成を示す図
【図4】ECUの内部構成を示すブロック図
【図5】実施の形態1に係る排出ガス調整制御ルーチンを示すフローチャ ート図
【図6】実施の形態2に係る排出ガス調整制御ルーチンを示すフローチャート図
【図7】実施の形態3に係る浄化支援制御ルーチンを示すフローチャート図
【図8】NOx吸蔵還元触媒のNOx吸放出作用の概略を示す図
【符号の説明】
1・・・・内燃機関
1a・・・第1の気筒群
1b・・・第2の気筒群
9a、9b・・・始動時触媒
12・・・NOx吸蔵還元触媒
20・・・ECU
25・・・点火栓
26・・・吸気ポート
27・・・排気ポート
28・・・吸気弁
29・・・排気弁
30・・・吸気側電磁駆動機構
30a・・吸気側駆動回路
31・・・排気側電磁駆動機構
31a・・排気側駆動回路
32・・・燃料噴射弁
46・・・NOx吸蔵還元触媒
49・・・NOxセンサ
51・・・クランクポジションセンサ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine including an electromagnetically driven valve mechanism that opens and closes intake and exhaust valves using electromagnetic force.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to reduce the nitrogen oxides stored in the NOx storage reduction catalyst, the cylinders are divided into a pair of cylinders, and a rich mixture is burned in some cylinders to contain high concentrations of unburned HC and CO. Exhaust is formed, and the lean mixture is burned in the remaining cylinders to form exhaust containing high-concentration oxygen. These exhausts are guided to the NOx storage reduction catalyst, and unburned HC and CO in the exhaust are stored in NOx. The temperature of the NOx occlusion reduction catalyst is increased by burning with the catalyst, and the entire air-fuel ratio flowing into the NOx occlusion reduction catalyst at this time is adjusted to be rich, thereby regenerating the NOx occlusion reduction catalyst. Such a catalyst regeneration apparatus is known (see JP-A-8-61052).
[0003]
By the way, in general, the exhaust purification catalyst has not been activated for a while after the engine is started, and therefore a good exhaust purification action of the exhaust purification catalyst cannot be expected during this period. Therefore, an internal combustion engine in which an additional start-up catalyst, for example, a three-way catalyst is arranged in the engine exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst is known. The start-up catalyst is arranged adjacent to the internal combustion engine and has a small heat capacity, and is activated more quickly than the exhaust purification catalyst after the internal combustion engine is started. Therefore, the exhaust purification catalyst is activated after the internal combustion engine is started. In the meantime, the amount of unburned HC, CO, etc. released into the atmosphere can be reduced.
[0004]
However, if this starting catalyst is applied to the catalyst regeneration device as described above, the NOx storage reduction catalyst cannot be sufficiently regenerated for the following reason.
In this case, the exhaust gas of each cylinder group flows into the NOx occlusion reduction catalyst after flowing through the start-up catalyst, which is an exhaust gas containing high concentration unburned HC and CO and exhaust gas containing high concentration oxygen. Means that the catalyst flows into the catalyst almost simultaneously. As a result, most of the unburned HC and CO in the exhaust gas is burned and consumed in the start-up catalyst, so that the amount of unburned HC and CO burned in the NOx storage reduction catalyst is reduced. Therefore, the NOx storage reduction catalyst cannot be heated sufficiently, and NOx cannot be sufficiently released and reduced from the NOx storage reduction catalyst.
[0005]
Therefore, the cylinders are divided into a plurality of cylinder groups, and each cylinder group is connected to a common combined exhaust passage through a branch exhaust passage, and a NOx storage reduction catalyst is disposed in the combined exhaust passage. The multi-cylinder internal combustion engine which can make the air-fuel ratio of exhaust discharged from at least one cylinder group out of the remaining cylinder groups rich, with the air-fuel ratio of exhaust discharged from some cylinder groups as lean Is known in which a start-up catalyst is arranged in each exhaust branch passage (see JP-A-11-62563).
[0006]
In this way, exhaust gas containing high concentration of HC and exhaust gas containing high concentration of oxygen are prevented from flowing into the start-up catalyst at the same time, so that high-concentration HC and oxygen are consumed by the start-up catalyst. The NOx occlusion reduction catalyst can be supplied without causing it.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to create a rich and lean state for each cylinder group as described above, the fuel supply amount for each cylinder group must be changed greatly, resulting in variations in torque generated for each cylinder group. There is a possibility that the engine cannot be rotated smoothly. In other words, since the intake air amount of all the cylinders is almost constant, the torque of the rich cylinder increases and torque fluctuation occurs.
[0008]
Further, in order to solve the above torque fluctuation, there is a problem that if the ignition delay is executed so that the torque of the rich cylinder is matched with the torque of the lean cylinder, combustion is deteriorated and fuel consumption is reduced.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an internal combustion engine capable of suppressing torque variation when a rich and lean state is created for each cylinder group. Let it be an issue.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems. That is, an internal combustion engine having an electromagnetically driven valve according to the present invention includes a plurality of divided cylinder groups, branch exhaust pipes to which these cylinder groups are connected, and a start-up catalyst disposed in these branch exhaust pipes. A NOx occlusion reduction catalyst provided downstream of the junction of the branch exhaust pipe, and an exhaust gas adjusting means for exhausting rich and lean air-fuel ratio exhaust gas for each of the predetermined cylinder groups. The gas adjusting means adjusts exhaust gas by changing the opening / closing timing of an intake / exhaust valve driven by at least an electromagnetically driven valve mechanism provided in the cylinder.
[0011]
The exhaust gas of the predetermined cylinder group can alternately repeat an over-farming state and a lean state.
In the present invention, so-called electromagnetically driven valves are used, and the intake and exhaust valve opening / closing timing is changed independently for each cylinder, so that the intake air amount and the fuel injection amount are changed to suppress the torque fluctuation for each cylinder. To be able to. At this time, in an internal combustion engine provided with a plurality of start-up catalysts, the air amount and fuel amount of the cylinder group are controlled so that rich exhaust gas flows into some start-up catalysts, and other start-up catalysts are used. Controls the amount of air and fuel in the cylinder group so that lean exhaust gas flows in.
[0012]
The start-up catalyst does not purify rich or lean exhaust gas outside the exhaust purification window, that is, does not react. Therefore, these exhaust gases pass directly through the start-up catalyst and are provided downstream of the junction of the branch exhaust pipe. It flows into the NOx storage reduction catalyst. In this case, the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction catalyst is adjusted so that the rich and lean exhaust gases are mixed in the junction and become a stoichiometric or slightly rich exhaust gas.
[0013]
For example, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is a lean air-fuel ratio, the NOx storage-reduction catalyst stores nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is theoretically When the air-fuel ratio or rich air-fuel ratio is the NOx occlusion reduction catalyst that reduces the nitrogen oxide (NOx) that has been occluded, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is the lean air-fuel ratio; Examples thereof include a selective reduction type NOx catalyst that reduces or decomposes nitrogen oxides (NOx) in the exhaust when a reducing agent is present.
[0014]
In the present invention, poisoning judging means for judging whether or not the NOx storage reduction catalyst is poisoned is provided, and when it is judged that the NOx storage reduction catalyst is poisoned, the plurality of cylinder groups. And temporarily making the air-fuel ratio of exhaust exhausted from some of the cylinder groups lean, and temporarily making the air-fuel ratio of exhaust exhausted from at least one of the remaining cylinder groups rich, As a result, the NOx storage reduction catalyst can be poisoned and regenerated.
[0015]
The internal combustion engine of the present invention further includes a fuel injection valve that injects fuel into each cylinder or into an intake passage upstream of each cylinder, and the exhaust gas adjusting means increases the fuel injection amount of the cylinder group. It is possible to control the fuel injection valve.
[0016]
Further, the exhaust gas adjusting means controls the electromagnetically driven valve so that the torque fluctuation of the internal combustion engine does not occur, but can control the electromagnetically driven valve to reduce the intake air amount of the predetermined cylinder group. .
[0017]
That is, in a rich air-fuel ratio cylinder, the intake air amount is reduced in order to reduce the torque, but in order to reduce the intake air amount, the intake amount of fresh air itself is reduced by reducing the lift amount of the intake valve. There are methods such as delaying the opening timing of the intake valve, increasing the closing timing of the intake valve, increasing the opening timing of the exhaust valve, and delaying the closing timing of the exhaust valve. By one or a combination of two or more of these methods, the combustion time of the fuel in the cylinder is shortened to reduce the torque.
[0018]
As described above, since the exhaust gas does not react with the start-up catalyst, it is possible to supply a necessary amount of exhaust gas having a reducing power to the downstream NOx storage reduction catalyst, and at the same time, the air amount for each cylinder group is adjusted. Thus, torque fluctuations can be suppressed because the torques of the rich cylinder and the lean cylinder are controlled to be uniform.
[0019]
According to the present invention, the intake air amount and the injected fuel amount can be adjusted by changing the valve timing independently for each cylinder. Therefore, the rich cylinder group and the lean cylinder group are controlled by controlling the air-fuel ratio for each cylinder. In this manner, the reduction reaction at the NOx occlusion reduction catalyst can be promoted while suppressing the reaction at the start-up catalyst.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of an internal combustion engine having a variable valve mechanism according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0021]
1 and 2 are diagrams showing a schematic configuration of an internal combustion engine and an intake / exhaust system thereof according to the present embodiment. The internal combustion engine 1 shown in FIGS. 1 and 2 is a four-cycle water-cooled gasoline engine having four cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4. Each of these cylinders is connected to a common surge tank 34 via a corresponding branch pipe 33, and this surge tank 34 is connected to an air cleaner 36 via an intake pipe 35.
[0022]
An air flow meter 44 that outputs an electrical signal corresponding to the mass of air flowing through the intake pipe 35 (intake air mass) is attached to the intake pipe 35. A throttle valve 39 for adjusting the flow rate of the intake air flowing through the intake pipe 35 is provided at a portion of the intake pipe 35 downstream of the air flow meter 44.
[0023]
The throttle valve 39 is composed of a stepper motor or the like, and a throttle actuator 40 that opens and closes the throttle valve 39 according to the magnitude of applied power, and a throttle that outputs an electrical signal corresponding to the opening of the throttle valve 39. A position sensor 41 and an accelerator position sensor 43 that is mechanically connected to the accelerator pedal 42 and outputs an electric signal corresponding to the operation amount of the accelerator pedal 42 are attached.
[0024]
In the internal combustion engine 1, each cylinder is a first cylinder group 1a composed of a first cylinder # 1 and a fourth cylinder # 4, and a second cylinder group composed of a second cylinder # 2 and a third cylinder # 3. It is divided into 1b. The first cylinder group 1a is connected via a first exhaust manifold 8a to a casing 10a containing a first start-up catalyst 9a, and the second cylinder group 1b is connected to a second exhaust manifold 8b via a second exhaust manifold 8b. Is connected to a casing 10b containing the starting catalyst 9b. These casings 10 a and 10 b are connected to a casing 13 containing a NOx storage reduction catalyst 12 through a common merged exhaust pipe 11.
[0025]
The combustion order of the internal combustion engine of FIG. 1 is # 1- # 3- # 4- # 2, so that the exhaust strokes of the cylinders do not overlap each other in each cylinder group.
The internal combustion engine 1 includes a cylinder block 1b in which a cooling water channel 1c is formed, and a cylinder head 1a fixed to the upper portion of the cylinder block 1b in addition to the cylinders. A crankshaft 23 serving as an engine output shaft is rotatably supported on the cylinder block 1b. The crankshaft 23 is connected to pistons 22 that are slidably loaded in the cylinders # 1 to # 4.
[0026]
A combustion chamber 24 surrounded by the top surface of the piston 22 and the wall surface of the cylinder head 1a is formed above the piston 22 of each cylinder # 1 to # 4. An ignition plug 25 is attached to the cylinder head 1a so as to face the combustion chambers 24 of the cylinders # 1 to # 4. The ignition plug 25 has an igniter 25a for applying a drive current to the ignition plug 25. It is connected.
[0027]
Two opening ends of the intake port 26 and two opening ends of the exhaust port 27 are formed at a portion of the cylinder head 1a facing the combustion chamber 24 of each cylinder # 1 to # 4. The cylinder head 1a is provided with an intake valve 28 that opens and closes each open end of the intake port 26 and an exhaust valve 29 that opens and closes each open end of the exhaust port 27 so as to freely advance and retract.
[0028]
The cylinder head 1a includes an electromagnetic drive mechanism 30 (hereinafter referred to as an intake-side electromagnetic drive mechanism 30) that drives the intake valve 28 to advance and retreat using electromagnetic force generated when an excitation current is applied. The same number as 28 is provided. Each intake side electromagnetic drive mechanism 30 is electrically connected to a drive circuit 30a (hereinafter referred to as an intake side drive circuit 30a) for applying an excitation current to the intake side electromagnetic drive 30.
[0029]
In the cylinder head 1a, an electromagnetic drive mechanism 31 (hereinafter referred to as an exhaust-side electromagnetic drive mechanism 31) that drives the exhaust valve 29 forward and backward using electromagnetic force generated when an excitation current is applied is provided in the exhaust valve. The same number as 29 is provided. Each exhaust side electromagnetic drive mechanism 31 is electrically connected to a drive circuit 31a (hereinafter referred to as an exhaust side drive circuit 31a) for applying an excitation current to the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31.
[0030]
The intake side electromagnetic drive mechanism 30 and the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31 described above implement the variable valve mechanism according to the present invention.
Here, specific configurations of the intake-side electromagnetic drive mechanism 30 and the exhaust-side electromagnetic drive mechanism 31 will be described. Since the intake side electromagnetic drive mechanism 30 and the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31 have the same configuration, only the intake side electromagnetic drive mechanism 30 will be described as an example.
[0031]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the intake-side electromagnetic drive mechanism 30. In FIG. 3, the cylinder head 1 a of the internal combustion engine 1 includes a lower head 10 fixed to the upper surface of the cylinder block 1 b and an upper head 11 provided on the upper portion of the lower head 10.
[0032]
In the lower head 10, two intake ports 26 are formed for each cylinder # 1 to # 4, and a valve element 28 a of the intake valve 28 is seated at the open end of each intake port 26 on the combustion chamber 24 side. The valve seat 120 is provided.
[0033]
The lower head 10 is formed with a through hole having a circular cross section from the inner wall surface of each intake port 26 to the upper surface of the lower head 10, and a cylindrical valve guide 130 is inserted into the through hole. The valve shaft 28b of the intake valve 28 passes through the inner hole of the valve guide 130, and the valve shaft 28b can be moved forward and backward in the axial direction.
[0034]
A core mounting hole 14 having a circular cross-section into which the first core 301 and the second core 302 are fitted is provided in a portion of the upper head 11 where the shaft center is the same as the valve guide 130. The lower portion 14b of the core mounting hole 14 is formed larger in diameter than the upper portion 14a. Hereinafter, the lower portion 14b of the core mounting hole 14 is referred to as a large diameter portion 14b, and the upper portion 14a of the core mounting hole 14 is referred to as a small diameter portion 14a.
[0035]
An annular first core 301 and second core 302 made of a soft magnetic material are fitted in the small diameter portion 14a in series in the axial direction with a predetermined gap 303 interposed therebetween. The upper end of the first core 301 and the lower end of the second core 302 are respectively formed with a flange 301a and a flange 302a. The first core 301 is from above and the second core 302 is from below the core mounting holes. 14 and the flanges 301a and 302a abut against the edge of the core mounting hole 14, whereby the first core 301 and the second core 302 are positioned, and the gap 303 is held at a predetermined distance. It is like that.
[0036]
A cylindrical upper cap 305 is provided above the first core 301. The upper cap 305 is fixed to the upper surface of the upper head 11 by passing a bolt 304 through a flange portion 305a formed at the lower end thereof. In this case, the lower end of the upper cap 305 including the flange portion 305 a is fixed in a state where the lower end of the upper cap 305 is in contact with the peripheral edge of the upper surface of the first core 301. become.
[0037]
On the other hand, a lower cap 307 made of an annular body having an outer diameter substantially the same diameter as the large-diameter portion 14 b of the core mounting hole 14 is provided at the lower portion of the second core 302. A bolt 307 passes through the lower cap 307, and the bolt 307 fixes the lower cap 307 to the downward step surface of the step portion of the small diameter portion 14a and the large diameter portion 14b. In this case, the lower cap 307 is fixed in a state where it is in contact with the peripheral edge of the lower surface of the second core 302, and as a result, the second core 302 is fixed to the upper head 11.
[0038]
A first electromagnetic coil 308 is gripped in the groove formed on the surface of the first core 301 on the gap 303 side, and the groove formed on the surface of the second core 302 on the surface of the gap 303 is The second electromagnetic coil 309 is gripped. At this time, the first electromagnetic coil 308 and the second electromagnetic coil 309 are arranged at positions facing each other with the gap 303 therebetween. The first and second electromagnetic coils 308 and 309 are electrically connected to the intake side drive circuit 30a described above.
[0039]
An armature 311 made of an annular soft magnetic material having an outer diameter smaller than the inner diameter of the gap 303 is disposed in the gap 303. A columnar armature shaft 310 extending in the vertical direction along the axis of the armature 311 is fixed to the hollow portion of the armature 311. The armature shaft 310 has an upper end passing through the hollow portion of the first core 301 and reaching the upper cap 305 above it, and a lower end passing through the hollow portion of the second core 302 and a large diameter portion below it. 14b, and is held by the first core 301 and the second core 302 so as to be movable back and forth in the axial direction.
[0040]
A disk-shaped upper retainer 312 is joined to the upper end of the armature shaft 310 extending into the upper cap 305, and an adjustment bolt 313 is screwed into the upper opening of the upper cap 305. An upper spring 314 is interposed between the upper retainer 312 and the adjusting bolt 313. A spring seat 315 having an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the upper cap 305 is interposed on the contact surface between the adjustment bolt 313 and the upper spring 314.
[0041]
On the other hand, the upper end portion of the valve shaft 28b of the intake valve 28 is in contact with the lower end portion of the armature shaft 310 extending into the large diameter portion 14b. A disc-shaped lower retainer 28 c is joined to the outer periphery of the upper end portion of the valve shaft 28 b, and a lower spring 316 is interposed between the lower surface of the lower retainer 28 c and the upper surface of the lower head 10.
[0042]
In the intake-side electromagnetic drive mechanism 30 configured as described above, when no excitation current is applied from the intake-side drive circuit 30a to the first electromagnetic coil 308 and the second electromagnetic coil 309, the intake-side electromagnetic drive mechanism 30 starts from the upper spring 314. A biasing force in the downward direction (that is, the direction in which the intake valve 28 is opened) acts on the armature shaft 310 and the upward direction from the lower spring 316 to the intake valve 28 (that is, the intake valve 28 is closed). As a result, the armature shaft 310 and the intake valve 28 come into contact with each other and are elastically supported at a predetermined position, that is, held in a so-called neutral state.
[0043]
The urging force of the upper spring 314 and the lower spring 316 is set so that the neutral position of the armature 311 coincides with an intermediate position between the first core 301 and the second core 302 in the gap 303. When the neutral position of the armature 311 is deviated from the above-described intermediate position due to initial tolerance or aging of components, the adjustment bolt 313 can be adjusted so that the neutral position of the armature 311 matches the above-described intermediate position. It has become.
[0044]
The axial lengths of the armature shaft 310 and the valve shaft 28b are such that when the armature 311 is positioned at an intermediate position of the gap 303, the valve element 28a is fully opened and fully closed. And an intermediate position (hereinafter referred to as a middle open position).
[0045]
In the intake-side electromagnetic drive mechanism 30 described above, when an excitation current is applied to the first electromagnetic coil 308 from the intake-side drive circuit 30a, the intake-side drive circuit 30a is connected between the first core 301, the first electromagnetic coil 308, and the armature 311. When an electromagnetic force is generated in a direction that displaces the armature 311 toward the first core 301, and an excitation current is applied to the second electromagnetic coil 309 from the intake side drive circuit 30 a, An electromagnetic force in a direction to displace the armature 311 toward the second core 302 is generated between the second electromagnetic coil 309 and the armature 311.
[0046]
Therefore, in the intake side electromagnetic drive mechanism 30 described above, the excitation current from the intake side drive circuit 30a is alternately applied to the first electromagnetic coil 308 and the second electromagnetic coil 309, whereby the armature 311 moves forward and backward. As a result, the valve shaft 28b is driven to advance and retract, and at the same time, the valve body 28a is driven to open and close.
[0047]
At that time, it is possible to control the opening / closing timing of the intake valve 28 by changing the excitation current application timing and the magnitude of the excitation current to the first electromagnetic coil 308 and the second electromagnetic coil 309.
[0048]
Further, a valve lift sensor 317 for detecting the displacement of the intake valve 28 is attached to the intake side electromagnetic drive mechanism 30 described above. The valve lift sensor 317 includes a disk-shaped target 317a attached to the upper surface of the apparator 312 and a gap sensor 317b attached to a portion of the adjustment bolt 313 facing the apparator 312.
[0049]
In the valve lift sensor 317 configured as described above, the target 317a is integrally displaced with the armature 311 of the intake-side electromagnetic drive mechanism 30, and the gap sensor 317b is set at a distance between the gap sensor 317b and the target 317a. A corresponding electrical signal is output.
[0050]
At this time, the output signal value of the gap sensor 317b when the armature 311 is in the neutral state is stored in advance, and the difference between the output signal value and the output signal value of the gap sensor 317b at the present time is calculated, thereby obtaining the armature. 311 and the displacement of the intake valve 28 can be specified.
[0051]
1 and 2, the cylinder head 1a of the internal combustion engine 1 is connected to an intake branch pipe 33 composed of four branch pipes, and the intake ports 26 of the cylinders # 1 to # 4 are connected to the intake branch. It communicates with each branch pipe of the pipe 33. A fuel injection valve 32 is attached to the cylinder head 1 a in the vicinity of the connection portion with the intake branch pipe 33 so that its injection hole faces the intake port 26.
[0052]
By the way, the starting catalysts 9a and 9b are mainly for purifying exhaust gas, particularly HC, as much as possible after the engine is started and before the NOx storage reduction catalyst 12 is activated. Since the starting catalysts 9a and 9b are activated quickly after the engine is started, these starting catalysts 9a and 9b are disposed adjacent to the engine combustion chamber and have a smaller heat capacity than the NOx storage reduction catalyst 12. . In the internal combustion engine of FIG. 1, the starting catalysts 9a and 9b are formed of a three-way catalyst. The three-way catalyst uses, for example, alumina as a carrier, and a noble metal such as platinum Pt, palladium Pd, iridium Ir, and rhodium Rh is supported on the carrier. This three-way catalyst can function as an oxidation catalyst for oxidizing HC and CO in the inflowing exhaust gas.
[0053]
In the internal combustion engine of FIG. 1, the NOx occlusion reduction catalyst 12 uses, for example, alumina as a carrier, and on this carrier, for example, an alkali metal such as potassium K, sodium Na, lithium Li, cesium Cs, or an alkali such as barium Ba, calcium Ca. At least one selected from rare earths such as earth, lanthanum La, and yttrium Y, and noble metals such as platinum Pt, palladium Pd, iridium Ir, and rhodium Rh are supported. If the ratio of the total amount of air to the total amount of fuel supplied in the exhaust passage upstream of a certain position in the exhaust passage, the combustion chamber, and the intake passage is the air-fuel ratio of the exhaust flowing through that position, this NOx The occlusion reduction catalyst 12 occludes NOx when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is lean, and performs NOx absorption / release action to release the stored NOx when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases.
[0054]
Note that, when fuel or air is not supplied into the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst 12, the air-fuel ratio of the exhaust flowing in coincides with the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the internal combustion engine 1, and therefore in this case The NOx storage reduction catalyst 12 stores NOx when the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the internal combustion engine 1 is lean, and releases the stored NOx when the oxygen concentration in the exhaust discharged from the internal combustion engine 1 decreases. Become.
[0055]
If the above-mentioned NOx occlusion reduction catalyst is arranged in the engine exhaust passage, this NOx occlusion reduction catalyst actually performs the NOx absorption / release action, but there is a part that is not clear about the detailed mechanism of this absorption / release action. However, this absorption / release action is considered to be performed by the mechanism shown in FIG. This mechanism will be described by taking as an example the case where platinum Pt and barium Ba are supported on the support, but the same mechanism can be obtained by using other noble metals, alkali metals, alkaline earths, and rare earths.
[0056]
That is, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes considerably lean, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas greatly increases. As shown in FIG.2Is O2-Or O2-It adheres to the surface of platinum Pt.
[0057]
On the other hand, NO in the inflowing exhaust is O on the surface of platinum Pt.2 - Or O2-Reacts with NO2 (2NO + O2 → 2NO2 ). Then the generated NO2 As shown in FIG. 8 (A), a part of is oxidized in the storage material while being further oxidized on platinum Pt and combined with barium oxide BaO.Three -It diffuses into the storage material in the form of In this way, NOx is occluded in the occlusion material.
[0058]
NO on the surface of platinum Pt as long as the oxygen concentration in the inflowing exhaust is high2 As long as the NOx storage capacity of the storage material is not saturated.2 Is stored in the storage material and nitrate ion NO.Three -Is generated. On the other hand, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases and NO2When the production amount of NO decreases, the reaction proceeds in the reverse direction (NOThree - → NO2), So nitrate ion NO in the storage materialThree -Is NO2 Is released from the storage material in the form of That is, when the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas decreases, NOx is released from the NOx storage reduction catalyst. When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas is lowered. Therefore, if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, NOx is released from the NOx storage reduction catalyst.
[0059]
On the other hand, if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in at this time is made rich, the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst contains high concentrations of HC or CO. These HC and CO are oxygen O on platinum Pt.2 - Or O2- It reacts with and is oxidized. In addition, if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, the oxygen concentration in the inflowing exhaust gas will extremely decrease, so NO is stored in the storage material.2 Is released and this NO2Is reduced by reacting with HC or CO as shown in FIG. In this way, NO on the surface of platinum Pt.2 NO from storage to next when no longer exists2 Is released. Therefore, when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, NOx is released from the NOx storage reduction catalyst in a short time.
[0060]
When the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas becomes lean in this way, NOx is stored in the NOx storage-reduction catalyst 12, and when the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is made rich, NOx is released from the NOx storage-reduction catalyst 12 in a short time. .
[0061]
The internal combustion engine 1 includes a crank position sensor 51 including a timing rotor 51a attached to an end of the crankshaft 23 and an electromagnetic pickup 51b attached to a cylinder block 1b in the vicinity of the timing rotor 51a. And a water temperature sensor 52 attached to the cylinder block 1b so as to detect the temperature of the cooling water flowing through the cooling water passage 1c.
[0062]
The internal combustion engine 1 configured as described above is provided with an electronic control unit (ECU) 20 for controlling the operating state of the internal combustion engine 1.
[0063]
Various sensors such as a throttle position sensor 41, an accelerator position sensor 43, an air flow meter 44, an air-fuel ratio sensor 48, a NOx sensor 49, a crank position sensor 51, a water temperature sensor 52, and a valve lift sensor 317 are connected to the ECU 20 through electric wiring. The output signals of the sensors are input to the ECU 20.
[0064]
The ECU 20 is connected to an igniter 25a, an intake side drive circuit 30a, an exhaust side drive circuit 31a, a fuel injection valve 32, a throttle actuator 40, and the like via electric wiring, and the ECU 20 uses output signal values of various sensors as parameters. The igniter 25a, the intake side drive circuit 30a, the exhaust side drive circuit 31a, the fuel injection valve 32, and the throttle actuator 40 can be controlled.
[0065]
Here, as shown in FIG. 4, the ECU 20 includes a CPU 401, a ROM 402, a RAM 403, a backup RAM 404, an input port 405, and an output port 406 that are connected to each other via a bidirectional bus 400. A connected A / D converter (A / D) 407 is provided.
[0066]
The A / D 407 outputs analog signals such as a throttle position sensor 41, an accelerator position sensor 43, an air flow meter 44, an air-fuel ratio sensor 48, a NOx sensor 49, a water temperature sensor 52, a valve lift sensor 317, and the like. It is connected to the sensor via electrical wiring. The A / D 407 converts the output signal of each sensor described above from an analog signal format to a digital signal format, and transmits the converted signal to the input port 405.
[0067]
The input port 405 outputs analog signal format signals such as the throttle position sensor 41, accelerator position sensor 43, air flow meter 44, air-fuel ratio sensor 48, NOx sensor 49, water temperature sensor 52, valve lift sensor 317, etc. And a sensor that outputs a signal in the form of a digital signal, such as the crank position sensor 51, is directly connected to the sensor.
[0068]
The input port 405 inputs output signals of various sensors directly or via the A / D 407 and transmits these output signals to the CPU 401 and the RAM 403 via the bidirectional bus 400.
[0069]
The output port 406 is connected to the igniter 25a, the intake side drive circuit 30a, the exhaust side drive circuit 31a, the fuel injection valve 32, the throttle actuator 40, and the like through electrical wiring. The output port 406 receives a control signal output from the CPU 401 via the bidirectional bus 400, and inputs the control signal to the igniter 25a, the intake side drive circuit 30a, the exhaust side drive circuit 31a, the fuel injection valve 32, or It transmits to the actuator 40 for throttles.
[0070]
The ROM 402 includes a fuel injection amount control routine for determining a fuel injection amount, a fuel injection timing control routine for determining fuel injection timing, an intake valve opening / closing timing control routine for determining opening / closing timing of the intake valve 28, The exhaust valve opening / closing timing control routine for determining the opening / closing timing of the exhaust valve 29, the intake side excitation current control routine for determining the amount of excitation current to be applied to the intake side electromagnetic drive mechanism 30, and the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31 Exhaust side excitation current amount control routine for determining the excitation current amount to be applied, ignition timing control routine for determining the ignition timing of the spark plugs 25 of the cylinders # 1 to # 4, and the opening degree of the throttle valve 39 In addition to application programs such as a throttle opening control routine for determination, the NOx storage reduction catalyst 12 stores the It stores a control routine for reducing and purifying NOx.
[0071]
The ROM 402 stores various control maps in addition to the application programs described above. The above-described control map is, for example, a fuel injection amount control map showing the relationship between the operation state of the internal combustion engine 1 and the fuel injection amount, a fuel injection timing control map showing the relationship between the operation state of the internal combustion engine 1 and the fuel injection timing, An intake valve opening / closing timing control map showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the opening / closing timing of the intake valve 28; an exhaust valve opening / closing timing control map showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the opening / closing timing of the exhaust valve 29; Excitation current amount control map showing the relationship between the operation state of the internal combustion engine 1 and the excitation current amount to be applied to the intake side electromagnetic drive mechanism 30 and the exhaust side electromagnetic drive mechanism 31, the operation state of the internal combustion engine 1, and each ignition plug 25 These are an ignition timing control map showing the relationship with the ignition timing, a throttle opening degree control map showing the relationship between the operating state of the internal combustion engine 1 and the opening degree of the throttle valve 39, and the like.
[0072]
The RAM 403 stores output signals of the sensors, calculation results of the CPU 401, and the like. The calculation result is, for example, the engine speed calculated based on the output signal of the crank position sensor 51. Various data stored in the RAM 403 is rewritten to the latest data every time the crank position sensor 51 outputs a signal.
[0073]
The backup RAM 45 is a non-volatile memory that retains data even after the operation of the internal combustion engine 1 is stopped, and stores learning values and the like related to various controls.
The CPU 401 operates in accordance with an application program stored in the ROM 402, and executes fuel injection control, ignition control, intake valve opening / closing control, exhaust valve opening / closing control, throttle control, NOx purification control, and the like.
[0074]
At that time, the CPU 401 determines the operating state of the internal combustion engine 1 using output signal values of the crank position sensor 51, the accelerator position sensor 43, the air flow meter 44, and the like as parameters, and performs various controls according to the determined operating state. Execute.
[0075]
For example, if the CPU 401 determines that the operation state of the internal combustion engine 1 is in the low and medium load operation region, the throttle opening is performed in order to realize the lean combustion operation with the oxygen-rich mixture (lean air-fuel ratio mixture). The fuel injection amount, the opening / closing timing of the intake valve 28, and the opening / closing timing of the exhaust valve 29 are controlled.
[0076]
When it is determined that the operation state of the internal combustion engine 1 is in the high load operation region, the CPU 401 determines the throttle opening, the fuel injection amount, the intake air in order to realize the stoichiometric operation with the stoichiometric air-fuel mixture (stoichiometric mixture). The opening / closing timing of the valve 28 and the opening / closing timing of the exhaust valve 29 are controlled.
[0077]
In addition, when the internal combustion engine 1 is in a lean combustion operation, the air-fuel ratio of the exhaust becomes a lean air-fuel ratio, so that nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust is stored in the NOx storage reduction catalyst 12. However, when the lean combustion operation of the internal combustion engine 1 is continued for a long period of time, the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion reduction catalyst 12 is saturated, and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas are removed by the NOx occlusion reduction catalyst 12 or There is a risk of being released into the atmosphere without being purified.
[0078]
On the other hand, when the internal combustion engine 1 is in a lean combustion operation and the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion reduction catalyst 12 is saturated, the CPU 401 temporarily sets the air / fuel ratio of the exhaust to be a rich air / fuel ratio, thereby reducing the NOx occlusion reduction catalyst. The NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 12 was regenerated by reducing and purifying the nitrogen oxide (NOx) stored in the NOx12.
[0079]
By the way, as described above, the starting catalysts 9a and 9b are for purifying exhaust gas as much as possible until the NOx storage reduction catalyst 12 is activated. In this embodiment, the exhaust of the first cylinder group 1a flows through the start-up catalyst 9a without being mixed with the exhaust of the second cylinder group 1b, and the exhaust of the second cylinder group 1b is the first cylinder group 1a. The start-up catalyst 9b flows without being mixed with the exhaust gas. Therefore, the amount of HC consumed in the start-up catalyst 9a when the air-fuel ratio of the exhaust of the first cylinder group 1a is made rich and the air-fuel ratio of the exhaust of the second cylinder group 1b is made lean is reduced, and The amount of oxygen consumed in the hour catalyst 9b is reduced. Therefore, a large amount of HC and oxygen can be reliably supplied to the NOx storage reduction catalyst 12, and thus the temperature of the NOx storage reduction catalyst 12 can be reliably increased.
[0080]
However, if the amount of fuel injection is increased for some cylinders as described above, the torque generated in these cylinders will be larger than that for other cylinders with a small amount of fuel injection.
[0081]
Therefore, the amount of fuel injection is low, that is, the torque generated in the lean cylinder is obtained, and the intake / exhaust valve opening / closing timings of these cylinders are controlled so that the generated torque of the cylinder with high fuel injection matches this. In this way, the torque is prevented from varying from cylinder to cylinder.
[0082]
Also, in a cylinder with a large amount of fuel injection and a reduced intake air amount to reduce torque, the air-fuel ratio of the exhaust discharged from the combustion chamber becomes rich, but the excess fuel that did not burn in the combustion chamber In addition, partial oxidation is performed without being completely oxidized in the combustion chamber or the exhaust passage upstream of the NOx occlusion reduction catalyst 12, so that the NOx occlusion reduction catalyst 12 can easily reduce NOx.
[0083]
More specifically, in the internal combustion engine of FIG. 1, normally, fuel injection is performed once in one combustion cycle of all cylinders. At this time, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied by fuel injection is lean, for example, about 16.0. Therefore, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 12 is made lean. On the other hand, when NOx should be released from the NOx occlusion reduction catalyst 12, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied into the combustion chamber is rich in the first cylinder group 1a, for example, about 12.0. In the second cylinder group 1b, lean, for example, about 16.0 is set. These exhaust gases join at the junction of the branch exhaust pipe and flow into the rich exhaust gas, that is, the air-fuel ratio 14.0 to the NOx storage reduction catalyst 12. Therefore, the reduction of the NOx occlusion reduction catalyst 12 is promoted by this reducing exhaust gas.
[0084]
As described above, when the NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst 12 becomes equal to or greater than a certain amount, the first cylinder group 1a performs fuel injection for a certain period of time, thereby exhausting the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction catalyst 12. The fuel ratio is temporarily made rich so that NOx is released from the NOx storage reduction catalyst 12 and reduced.
[0085]
However, the inflowing exhaust gas contains sulfur, and the NOx storage reduction catalyst 12 stores not only NOx but also sulfur, for example, SOx. The storage mechanism of the sulfur content in the NOx storage reduction catalyst 12 is considered to be the same as the storage mechanism of NOx. That is, in the case where platinum Pt and barium Ba are supported on the carrier as in the case of the NOx occlusion mechanism described above, oxygen O2 is generated when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing in is lean as described above. It adheres to the surface of platinum Pt in the form of O2 − or O 2−, and SOx, for example, SO2 in the inflowing exhaust gas reacts with O2 − or O 2− on the surface of platinum Pt to become SO3.
[0086]
Next, the generated SO3 is further oxidized on the platinum Pt, occluded in the occlusion material and bonded to the barium oxide BaO, and diffused in the occlusion material in the form of sulfate ions SO4 2-. The sulfate ion SO4 2- then combines with barium ion Ba 2+ to produce sulfate BaSO4.
[0087]
However, this sulfate BaSO4 is difficult to decompose, and even if the air-fuel ratio of the inflowing exhaust gas is simply made rich, the sulfate BaSO4 remains without being decomposed. Accordingly, the sulfate BaSO4 increases as time elapses, and the amount of NOx that can be stored by the NOx occlusion reduction catalyst 12 decreases as time elapses. That is, the NOx occlusion reduction catalyst 12 is poisoned by sulfur.
[0088]
The sulfate BaSO4 produced in the NOx occlusion reduction catalyst 12 is decomposed when the air-fuel ratio of exhaust flowing in when the temperature of the NOx occlusion reduction catalyst 12 is high, or when the stoichiometric air-fuel ratio is reached, and sulfate ions SO4 2- are converted into SO3. Is released from the storage material, that is, the NOx storage reduction catalyst 12 is poisoned and regenerated.
[0089]
Therefore, in the internal combustion engine of FIG. 1, it is determined whether the NOx storage reduction catalyst 12 is poisoned by the sulfur component, and when it is determined that the NOx storage reduction catalyst 12 is poisoned by the sulfur component, the NOx storage reduction catalyst 12 is removed. A predetermined set temperature, that is, a temperature higher than that required to release the sulfur component from the NOx storage reduction catalyst 12, and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 12 are temporarily made rich. Thereby, the sulfur content is released from the NOx storage reduction catalyst 12, and the NOx storage reduction catalyst 12 is poisoned and regenerated. The SO3 released at this time is immediately reduced to SO2 by HC and CO in the inflowing exhaust gas.
Hereinafter, the exhaust gas adjustment control according to the present embodiment will be specifically described.
[0090]
<Embodiment 1>
In this control, the CPU 401 executes a control routine as shown in FIG. This control routine is a routine stored in the ROM 402 in advance, and is a routine that is repeatedly executed by the CPU 401 every predetermined time (for example, every time the crank position sensor 51 outputs a pulse signal).
[0091]
In the exhaust gas adjustment control routine, the CPU 401 first determines in step S501 whether the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 12 is saturated.
As a method for determining whether or not the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 12 is saturated, for example, based on the operation history of the internal combustion engine 1 (deviation between the execution time of the lean combustion operation and the execution time of the stoichiometric operation). The NOx occlusion / reduction catalyst 12 is estimated and the NOx occlusion / reduction catalyst 12 is estimated, and the estimated value is compared with the maximum nitrogen oxide (NOx) amount that the NOx occlusion / reduction catalyst 12 can occlude. The amount of nitrogen oxide (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst 12 is estimated from the catalyst bed temperature of the NOx storage reduction catalyst 12 and the output signal value of the air-fuel ratio sensor 48, and the estimated value and the NOx storage reduction catalyst 12 are estimated. Is estimated by comparing the maximum amount of nitrogen oxide (NOx) that can be occluded, or the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction catalyst 12 is predetermined. It can be exemplified determining method or the like based on the output signal value of the NOx sensor 49 when it is an air-fuel ratio.
[0092]
Hereinafter, the maximum amount of nitrogen oxide (NOx) that can be stored by the NOx storage reduction catalyst 12 is referred to as the maximum NOx storage amount.
When the CPU 401 determines in S501 that the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion reduction catalyst 12 is not saturated, the execution of this routine is temporarily terminated.
[0093]
On the other hand, if it is determined in S501 that the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 12 is saturated, the process proceeds to S502. In S502, the CPU 401 performs reduction necessary for reducing and purifying all nitrogen oxides (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst 12, in other words, nitrogen oxides (NOx) having the maximum NOx storage amount. The amount of the agent (hereinafter referred to as the target reducing agent amount) is calculated.
[0094]
The maximum NOx occlusion amount of the NOx occlusion reduction catalyst 12 can be experimentally determined in advance, so that the target reducing agent necessary for purifying the maximum NOx occlusion amount of nitrogen oxide (NOx). The amount may be obtained experimentally in advance and stored in the ROM 402 or the like.
[0095]
In step S503, the CPU 401 reads the output signal value (accelerator opening) of the accelerator position sensor 43 and the engine speed from the RAM 403, and uses the accelerator opening and the engine speed as parameters to request the torque required for the internal combustion engine 1 ( In the following, the required engine torque is calculated.
[0096]
In S504, the CPU 401 calculates the maximum amount of air that can be sucked per cylinder (hereinafter referred to as a target cylinder intake amount) in order to achieve the required engine torque calculated in S503.
[0097]
The torque generated when the internal combustion engine 1 is operated at a predetermined rich air-fuel ratio (for example, the lowest air-fuel ratio of the air-fuel ratio combustible in the internal combustion engine 1), and per cylinder at that time The relationship between the intake air amount and the intake air amount may be obtained experimentally, and the relationship may be mapped in advance so that the CPU 401 calculates the target cylinder intake air amount using the map and the requested engine torque. .
[0098]
In S505, the CPU 401 covers the target reducing agent amount with exhaust from the first cylinder group 1a using the target cylinder intake amount calculated in S502 and the target reducing agent amount calculated in S504 as parameters. Thus, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be combusted in the first cylinder 1a (hereinafter referred to as the target rich air-fuel ratio) is calculated.
[0099]
In step S506, the CPU 401 calculates the smallest air-fuel ratio (hereinafter referred to as a rich limit air-fuel ratio) in the air-fuel ratio range in which a combustible mixture can be formed in the cylinder group 1a of the internal combustion engine 1, and calculates in step S505. The target rich air-fuel ratio is compared.
[0100]
If it is determined in S506 that the target rich air-fuel ratio is greater than or equal to the rich limit air-fuel ratio, that is, the target rich air-fuel ratio is greater than the rich limit air-fuel ratio, the CPU 401 sets the first cylinder group 1a to one. It is considered that the target reducing agent amount of reducing agent can be supplied to the NOx storage reduction catalyst 12 by operating at the target rich air-fuel ratio only once, and the process proceeds to S507.
[0101]
In S507, the CPU 401 determines the target opening / closing timing of the intake valve 28 (hereinafter referred to as the target intake valve opening / closing timing) so that the intake air amount of the first cylinder group 1a of the internal combustion engine 1 becomes the target cylinder intake amount. To do.
[0102]
In S508, the CPU 401 calculates the target fuel injection amount of the first cylinder group 1a by dividing the target cylinder intake air amount by the target rich air-fuel ratio.
In step S509, the CPU 401 determines that the torque generated when the first cylinder group 1a is operated at the target cylinder intake air amount and the target rich air-fuel ratio becomes the required engine torque calculated in step S503. A target opening / closing timing (hereinafter referred to as a target exhaust valve opening / closing timing) of the exhaust valve 29 of the first cylinder group 1a is determined.
[0103]
In S510, the CPU 401 determines the intake side drive circuit 30a of the first cylinder group 1a, the fuel injection according to the target intake valve opening / closing timing, the target fuel injection amount, and the target exhaust valve opening / closing timing determined in S507 to S509. The valve 32, the exhaust side drive circuit 31a, and the igniter 25a are controlled.
[0104]
Here, since each intake valve 28 of the cylinder group 1a is provided at a position facing the combustion chamber 24, when the opening / closing timing of the intake valve 28 is changed, the first cylinder # 1 and the fourth cylinder # 4 The actual intake air amount is immediately changed without causing a response delay.
[0105]
Therefore, when the intake side drive circuit 30a is controlled so that the opening / closing timing of the intake valve 28 of the first cylinder group 1a matches the target intake valve opening / closing timing, the actual intake air amount of the cylinder group 1a is Immediately, the target cylinder intake amount is obtained.
[0106]
Therefore, when the intake valve 28 and the fuel injection valve 32 of the cylinder group 1a are driven according to the target intake valve opening / closing timing and the target fuel injection amount, the cylinder group 1a is immediately operated at the target rich air-fuel ratio. In the exhaust stroke of the first cylinder group 1a, exhaust containing an amount of reducing agent corresponding to the target reducing agent amount is discharged.
[0107]
The exhaust discharged from the first cylinder group 1a flows into the NOx occlusion reduction catalyst 12 via the exhaust branch pipe 45, so that all the nitrogen oxides (NOx) occluded in the NOx occlusion reduction catalyst 12 are removed. It will be reduced and purified.
[0108]
That is, by operating the first cylinder group 1a of the internal combustion engine 1 only once with the target rich air-fuel ratio, all of the nitrogen oxides (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst 12 are reduced and purified. become.
[0109]
On the other hand, when it is determined in S506 that the target rich air-fuel ratio is smaller than the rich limit air-fuel ratio, the CPU 401 reduces the target reducing agent amount even if the first cylinder group 1a is operated at the rich air-fuel ratio only once. It is considered that the agent cannot be supplied to the NOx storage reduction catalyst 12, and the process proceeds to S511.
[0110]
In S511, the CPU 401 sets the rich limit air-fuel ratio as a new target rich air-fuel ratio (hereinafter referred to as a new target rich air-fuel ratio).
In S512, the CPU 401 determines the target intake valve opening / closing timing so that the intake air amount of the first cylinder group 1a of the internal combustion engine 1 becomes the target cylinder intake amount calculated in S504.
[0111]
In S513, the CPU 401 calculates the target fuel injection amount in the first cylinder group 1a by dividing the target cylinder intake air amount calculated in S504 by the new target rich air-fuel ratio newly set in S511. To do.
[0112]
In S514, the CPU 401 causes the torque generated when the first cylinder group 1a is operated at the target cylinder intake air amount and the new target rich air-fuel ratio to be the required engine torque calculated in S503. The target exhaust valve opening / closing timing of the first cylinder group 1a is determined.
[0113]
In S515, the CPU 401 determines the intake side drive circuit 30a of the first cylinder group 1a, the fuel injection according to the target intake valve opening / closing timing, the target fuel injection amount, and the target exhaust valve opening / closing timing determined in S512 to S514. The valve 32, the exhaust side drive circuit 31a, and the igniter 25a are controlled.
[0114]
In S516, the CPU 401 supplies the amount of reducing agent supplied to the NOx occlusion reduction catalyst 12 from the cylinder group 1a operated according to the target cylinder intake air amount and the new target rich air-fuel ratio (hereinafter referred to as supply reducing agent amount). Is calculated.
[0115]
In S517, the CPU 401 subtracts the supply reducing agent amount calculated in S516 from the target reducing agent amount calculated in S502 to obtain a new target reducing agent amount (hereinafter referred to as a new target reducing agent amount). calculate. Then, the CPU 401 replaces the target reducing agent amount with the new target reducing agent amount, and executes the processes after S505 described above.
[0116]
In this case, the first cylinder # 1 and the fourth cylinder # 4 constituting the first cylinder group 1a are operated at a rich air-fuel ratio, and the reducing agent contained in the exhaust discharged from these cylinders The total amount is the target reducing agent amount.
[0117]
As a result, all the nitrogen oxides (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst 12 are reduced and purified by the target reducing agent amount of the reducing agent.
As described above, when the CPU 401 executes the exhaust gas adjustment control routine, the exhaust gas adjustment means of the present invention is realized.
[0118]
That is, in the exhaust gas adjustment control described above, the intake air amount of the cylinders # 1 to # 4 can be independently controlled by using the electromagnetically driven valve mechanism, so that the NOx occlusion reduction catalyst 12 occludes. When reducing and purifying nitrogen oxide (NOx), a desired amount of reducing agent is supplied to the NOx occlusion reduction catalyst 12 by changing the intake air amount of one cylinder group and operating at a rich air-fuel ratio. Is possible.
[0119]
At this time, since the intake air amount of the first cylinder group 1a to be operated at the rich air-fuel ratio is adjusted by the opening / closing timing of the intake valve 28, there is no response delay of intake air, and the first cylinder # 1 It is possible to immediately switch the intake air amount and air-fuel ratio to the fourth cylinder # 4 to the desired intake air amount and rich air-fuel ratio.
[0120]
Therefore, according to the exhaust gas adjustment control according to the present embodiment, when nitrogen oxide (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst 12 is reduced and purified, a desired amount of reducing agent can be removed in a short period of time. It becomes possible to supply to the storage reduction catalyst 12, and the period of rich air-fuel ratio operation related to the purification of nitrogen oxides (NOx) is not unnecessarily prolonged, thereby preventing deterioration of drivability and fuel consumption. Is done.
[0121]
Further, in the exhaust gas adjustment control according to the present embodiment, the target cylinder intake air amount and the target fuel injection amount of the first cylinder group 1a are determined by the generated torque of the first cylinder group 1a being the second cylinder group 1b. Since it is set so as to coincide with the generated torque of the (cylinder group operated at a normal lean air-fuel ratio), only the first cylinder group 1a is rich when the internal combustion engine 1 is operated at the lean air-fuel ratio. Torque fluctuations do not occur even when operated at a fuel ratio (target rich air-fuel ratio).
[0122]
In the present embodiment, the target cylinder intake air amount is determined so that the torque generated in the first cylinder group 1a matches the torque generated in the second cylinder group 1b. The maximum air amount that the group 1a can inhale in one intake stroke (hereinafter referred to as the maximum cylinder intake amount) may be set as the target cylinder intake amount.
[0123]
When the maximum cylinder intake air amount is set as the target cylinder intake air amount, the first cylinder group 1a has the largest amount of exhaust that can be discharged in one exhaust stroke. Since the amount of reducing agent 1a that can be discharged in one exhaust stroke is the largest, the period of rich air-fuel ratio operation for the purpose of purifying nitrogen oxide (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst 12 Can be further shortened.
[0124]
However, when the maximum cylinder intake air amount is set as the target cylinder intake air amount, the generated torque of the first cylinder group 1a is expected to be significantly larger than the generated torque of the second cylinder group 1b. Therefore, it is preferable to suppress the torque generated in the first cylinder group by controlling the opening / closing timing of the intake valve 28 and the exhaust valve 29 of the first cylinder group 1a.
<Embodiment 2>
Hereinafter, a second embodiment of an internal combustion engine having a variable valve mechanism according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, a configuration different from that of the first embodiment will be described, and the description of the same configuration will be omitted.
[0125]
In the first embodiment described above, when the internal combustion engine 1 is operating in lean combustion, if the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 12 is saturated, at least the exhaust of the exhaust discharged from the first cylinder group 1a is empty. In the present embodiment, the first cylinder of the internal combustion engine 1 has been described in which the nitrogen oxide (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst 12 is temporarily reduced to a rich air-fuel ratio. An example in which the group 1a and the second cylinder group 1b are operated so as to alternately repeat the rich air-fuel ratio and the lean state for each cycle will be described.
[0126]
The internal combustion engine 1 according to the present embodiment includes four cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4. When all of these cylinders are operated at a lean air-fuel ratio for each cycle, the rich engine The operation is switched at the air-fuel ratio. That is, when the four cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 of the internal combustion engine 1 are operated at a rich air-fuel ratio, the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 are continuously leaned in the next cycle. It is operated at an air fuel ratio. In this case, the exhaust gas with a rich air-fuel ratio is always discharged after the exhaust gas with a lean air-fuel ratio is continuously discharged.
[0127]
In such a case, the NOx occlusion reduction catalyst 12 occludes nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust when operated at a lean air-fuel ratio, and then the reduction contained in the exhaust of the cylinder operated at a rich air-fuel ratio. The operation of releasing and reducing the nitrogen oxide (NOx) stored by the agent is repeated.
[0128]
At that time, by optimizing the air-fuel ratio and amount of exhaust discharged in the exhaust stroke in the rich operation, all the nitrogen oxides (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst 12 (the exhausted during the lean operation) All nitrogen oxides (NOx)) can be reduced and purified.
[0129]
By the way, the combustion pressure generated when the air-fuel mixture burns during the rich operation becomes higher than the combustion pressure generated when the air-fuel mixture combusts during the lean operation. When reflected in the rotational torque of 23, torque fluctuation occurs between the cylinders.
[0130]
Therefore, in the present embodiment, during the rich operation, the CPU 401 controls the opening / closing timing of the exhaust valve 29 during the rich operation to reduce the generated torque during the rich operation to the generated torque during the lean operation. .
[0131]
For example, the valve opening timings of the exhaust valves 29 of the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 may be advanced halfway through the expansion stroke. In this case, the burned gas in the cylinder is discharged from the cylinder in the middle of the expansion stroke and the pressure in the cylinder decreases, so the pressure acting on the piston 22 decreases, and as a result, the combustion pressure generated in the cylinder decreases. Only a part is reflected in the rotational torque of the crankshaft 23.
[0132]
Hereinafter, the control according to the present embodiment will be specifically described.
When executing this control, the CPU 401 executes an exhaust gas adjustment control routine as shown in FIG. This exhaust gas adjustment control routine is a routine stored in the ROM 402 in advance, and is a routine that is repeatedly executed by the CPU 401 every predetermined time (for example, every time the crankshaft 23 rotates 720 °).
[0133]
In this control routine, the CPU 401 first reads various data such as the engine speed and the output signal value (accelerator opening) of the accelerator position sensor 43 from the RAM 403 in S801.
[0134]
In S802, the CPU 401 determines the operating state of the internal combustion engine 1 from the engine speed and the accelerator opening read out in S801.
In S803, the CPU 401 determines whether or not the engine operating state determined in S802 is in the lean combustion operation region.
[0135]
If the CPU 401 determines that the engine operation state is not in the lean combustion operation region in S803, the CPU 401 ends the execution of this routine. If the CPU 401 determines in S803 that the engine operation state is in the lean combustion operation region, the process proceeds to S804. move on.
[0136]
In S804, the CPU 401 calculates the required engine torque using the engine speed and the accelerator opening read in S801 as parameters. At that time, the relationship between the engine speed, the accelerator opening, and the required engine torque may be experimentally obtained in advance, and the relationship may be mapped and stored in the ROM 402.
[0137]
In S805, the CPU 401 calculates a torque required for each cylinder (hereinafter referred to as a required cylinder torque) based on the required engine torque calculated in S804. Note that the processing of S803 described above may be executed next to S805.
[0138]
In step S806, the CPU 401 causes the generated torque of the lean operation cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 to be the same as the required cylinder torque, and the fuel of the lean operation cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be burned in the lean operating cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 (hereinafter referred to as the target lean air-fuel ratio) and the lean operating cylinders # 1 and # are set so that the injection amount is minimized. 2, # 3 and # 4 determine the amount of air to be taken in (hereinafter referred to as the target lean cylinder intake amount).
[0139]
In S807, the CPU 401 determines the target intake valve open / close timing and target exhaust valve open / close timing of the cylinder during the lean operation according to the target lean air-fuel ratio and the target lean cylinder intake air amount determined in S806, and the target lean cylinder intake air The target fuel injection amount for each cylinder during lean operation is calculated by dividing the amount by the target lean air-fuel ratio.
[0140]
In S808, the CPU 401 first discharges from each cylinder during lean operation when each cylinder during lean operation is operated according to the target lean air-fuel ratio and the target lean cylinder intake air amount determined in S806. Estimate the amount of nitrogen oxides (NOx). In this case, the CPU 401 may calculate the total amount of nitrogen oxides (NOx) discharged during four lean operations by multiplying the estimated value in a single cylinder by four.
[0141]
In step S809, the CPU 401 calculates the amount of reducing agent (target reduction amount) necessary for reducing the total NOx amount of nitrogen oxides (NOx) estimated in step S808.
[0142]
In S810, the CPU 401 first calculates the lowest air-fuel ratio (hereinafter referred to as a target rich air-fuel ratio) in an air-fuel ratio range in which a combustible mixture can be formed in the cylinder during rich operation. Subsequently, the CPU 401 calculates the amount of the reducing agent contained per unit amount of the exhaust gas having the target rich air-fuel ratio, and divides the target reducing agent amount by the calculated reducing agent amount, whereby the cylinder during the rich operation. The amount of exhaust to be discharged from # 1, # 2, # 3, and # 4, in other words, the amount of air to be taken into cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 during rich operation (hereinafter referred to as target rich cylinder) (Referred to as intake air amount).
[0143]
In S811, the CPU 401 determines the target intake valve opening / closing timing of the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 during the rich operation based on the target rich cylinder intake air amount calculated in S810, and the target rich cylinder. The target fuel injection amount for cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 during the rich operation is calculated by dividing the cylinder intake amount by the target rich air-fuel ratio.
[0144]
In S812, the CPU 401 estimates the torque that can be generated by the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 during the rich operation according to the target rich air-fuel ratio and the target rich cylinder intake air amount calculated in S810.
[0145]
In S813, the CPU 401 opens and closes the target exhaust valves of the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 during the rich operation so that the torque estimated in S812 decreases to the required cylinder torque calculated in S805. Determine timing.
In S814, the CPU 401 performs intake of the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 during lean operation according to the target intake valve opening / closing timing, the target exhaust valve opening / closing timing, and the target fuel injection amount determined in S807. The side drive circuit 30a, the exhaust side drive circuit 31a, and the fuel injection valve 32 are controlled, and rich according to the target intake valve opening / closing timing, the target exhaust valve opening / closing timing, and the target fuel injection amount determined in S811 and 813. The intake side drive circuit 30a, the exhaust side drive circuit 31a, and the fuel injection valve 32 of the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 during operation are controlled.
[0146]
In this case, in the internal combustion engine 1, after the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 in the lean operation are continuously operated at the target lean air-fuel ratio, the operation is switched to the rich operation, and the cylinders # 1 and # 2 , # 3 and # 4 are operated at the target rich air-fuel ratio. Accordingly, after the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 in the lean operation continuously exhaust the exhaust gas having the target lean air-fuel ratio, the cylinders # 1, # 2, # 3, and # are in the rich operation. 4 exhausts exhaust gas having a target rich air-fuel ratio.
[0147]
At that time, the exhaust discharged from the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 during the rich operation is included in the exhaust discharged from the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 during the lean operation. Since the amount of reducing agent corresponding to the total amount of nitrogen oxide (NOx) is contained, the NOx storage reduction catalyst 12 is exhausted from the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 during lean operation. When inflowing, nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas are occluded, and when exhaust gas from the cylinder during the rich operation flows in subsequently, all of the occluded nitrogen oxides (NOx) are released and purified. It becomes possible to do.
[0148]
Therefore, according to the exhaust gas adjustment control as described above, the storage and reduction of nitrogen oxide (NOx) in the NOx storage and reduction catalyst 12 is performed for each cycle, so the storage amount and reduction of nitrogen oxide (NOx) are performed. It is easy to match the supply amount of the agent, and the calculation load on the CPU 401 can be reduced.
[0149]
Further, in the exhaust gas adjustment control as described above, the opening and closing timings of the exhaust valves 29 of the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 during the rich operation are controlled, whereby the cylinders # 1 and # during the rich operation are controlled. 2, # 3, # 4 and the generated torque of cylinders # 1, # 2, # 3, # 4 during lean operation are made uniform, so that torque fluctuations of the internal combustion engine 1 do not occur. .
[0150]
Further, it is possible to suppress the generation of deposits and the smoldering of the spark plug 25 due to the constant operation of some cylinders.
In the present embodiment, an example is described in which the rich operation is performed on all of the cylinders # 1, # 2, # 3, and # 4 during the rich operation of the internal combustion engine 1. However, the rich cylinder is set to any specific cylinder. You may make it fix and perform rich operation with a predetermined period.
<Embodiment 3>
Next, a third embodiment of an internal combustion engine having a variable valve mechanism according to the present invention will be described with reference to FIG. Here, a configuration different from the first to third embodiments described above will be described, and the description of the same configuration will be omitted.
[0151]
In the first to third embodiments described above, the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst 12 is regenerated by reducing and purifying the nitrogen oxide (NOx) stored in the NOx storage reduction catalyst 12. As described above, in the present embodiment, an example of regenerating the SOx poisoning of the NOx storage reduction catalyst 12 will be described.
[0152]
The NOx occlusion reduction catalyst 12 occludes nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction catalyst 12 is a lean air-fuel ratio. The sulfur component contained in the NOx is also absorbed by a mechanism similar to that of nitrogen oxide (NOx), and as a result, so-called SOx poisoning occurs in which the NOx occlusion capacity of the NOx occlusion reduction catalyst 12 decreases.
[0153]
Specifically, the sulfur (S) component contained in the fuel of the internal combustion engine 1 is burned to cause SO.2Or SOThreeSuch sulfur oxides (SOx) are generated, and these sulfur oxides (SOx) flow into the NOx occlusion reduction catalyst 12 together with the exhaust gas.
[0154]
At this time, if the air-fuel ratio of the exhaust gas is a lean air-fuel ratio, oxygen O 2 is deposited on the surface of platinum (Pt) supported on the carrier of the NOx storage reduction catalyst 12.2 -Or O2-Is attached, the sulfur oxide (SOx) contained in the exhaust gas is oxygen O described above.2 -Or O2-Reacts with SO3-Or SOFour-Form.
[0155]
SO formed on platinum (Pt) of the NOx storage reduction catalyst 123-Or SOFour-Is further oxidized on platinum (Pt) and sulfate ions (SOFour 2-) Is absorbed by the NOx storage reduction catalyst 12. Sulfate ion (SO) absorbed in the NOx storage reduction catalyst 12Four 2-) Combines with barium oxide (BaO) to form barium sulfate (BaSO).Four).
[0156]
Barium sulfate (BaSOFour) Is less decomposed than nitrogen oxide (NOx) and has a characteristic of being easily coarsened. Therefore, even if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 12 becomes a rich air-fuel ratio, it is decomposed. Instead, it remains in the NOx storage reduction catalyst 12.
[0157]
Accordingly, the barium sulfate (BaSO) in the NOx storage reduction catalyst 12 is obtained.Four) Increases with time, so the amount of barium oxide (BaO) capable of acting on the storage of nitrogen oxides (NOx) decreases, and as a result, the NOx storage of the NOx storage reduction catalyst 12 decreases. The ability will be reduced.
[0158]
In order to eliminate SOx poisoning of the NOx occlusion reduction catalyst 12, the atmospheric temperature of the NOx occlusion reduction catalyst 12 is raised to a high temperature (for example, 500 ° C. to 700 ° C.) and the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx occlusion reduction catalyst 12 Needs to be a rich air-fuel ratio.
[0159]
That is, when the atmospheric temperature of the NOx storage reduction catalyst 12 becomes high, the barium sulfate (BaSO) produced in the NOx storage reduction catalyst 12 is increased.Four) Is SO3-Or SOFour-Pyrolyzed to At that time, if the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 12 is a rich air-fuel ratio, SO3-Or SOFour-Reacts with hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) contained in the exhaust gas to form gaseous SO2-To be released from the NOx storage reduction catalyst 12.
[0160]
As a method for making the NOx storage reduction catalyst 12 have a high temperature and a rich atmosphere, for example, a rich air-fuel ratio exhaust gas containing a relatively large amount of unburned fuel components and oxygen is supplied to the NOx storage reduction catalyst 12, and the NOx storage reduction catalyst The method of making the NOx occlusion reduction catalyst 12 into a high temperature and rich atmosphere by reacting (combusting) the unburned fuel component and oxygen in 12 can be exemplified.
[0161]
Here, as a method of generating exhaust gas containing a relatively large amount of unburned fuel components and oxygen, (1) the internal combustion engine 1 is operated with a rich air-fuel ratio mixture so that the air-fuel ratio of the exhaust gas is made rich. And a method of generating exhaust gas containing unburned fuel components and oxygen by supplying secondary air into the exhaust gas in the exhaust passage upstream of the NOx storage reduction catalyst 12, and (2) one of the internal combustion engine 1 By operating a part of the cylinders with a rich air-fuel ratio mixture and simultaneously operating the remaining cylinders with a lean air-fuel mixture, exhaust gas containing a sufficient amount of unburned fuel components and a sufficient amount of oxygen are produced. A method of mixing with exhaust gas can be exemplified, but in the present embodiment, the characteristics of the electromagnetically driven valve mechanism that can arbitrarily set the opening and closing timing of the intake valve 28 and the exhaust valve 29 are shown. Use Methods, such as has been adopted.
[0162]
In other words, in the present embodiment, the CPU 401 renders each cylinder # 1, # 2, # 3, # 4 of the internal combustion engine 1 rich empty when it becomes necessary to eliminate the SOx poisoning of the NOx storage reduction catalyst 12. The fuel injection valve 32 is controlled so as to operate with the air-fuel mixture, and the opening timing of the exhaust valve 29 is advanced to the middle of the expansion stroke, so that the air-fuel mixture during combustion is discharged as exhaust. .
[0163]
In this case, the exhaust gas of the internal combustion engine 1 becomes an exhaust gas that has a higher temperature and contains a large amount of unburned fuel components and oxygen as compared with the case where the burned gas after combustion is exhausted. .
[0164]
By the way, when the air-fuel mixture in the middle of combustion is discharged from each cylinder # 1, # 2, # 3, # 4, the combustion pressure generated in each cylinder decreases and the combustion pressure is transmitted to the crankshaft 23. Efficiency will fall and the torque of the internal combustion engine 1 will fall.
[0165]
On the other hand, the CPU 401 changes the opening / closing timing of the intake valve 28 to increase the intake air amount of each cylinder, and corrects the fuel injection amount to be increased. When increasing the intake air amount of each cylinder # 1 to # 4, the CPU 401 may change the opening degree of the throttle valve 39 in addition to the opening / closing timing of the intake valve 28.
[0166]
Hereinafter, the exhaust gas adjustment control according to the present embodiment will be specifically described.
In executing the exhaust gas adjustment control, the CPU 401 executes an exhaust gas adjustment control routine as shown in FIG. This exhaust gas adjustment control routine is a routine stored in the ROM 402 in advance, and is a routine that is repeatedly executed by the CPU 401 every predetermined time (for example, every time the crank position sensor 51 outputs a pulse signal).
[0167]
In the exhaust gas adjustment control routine, the CPU 401 first determines the degree of SOx poisoning of the NOx occlusion reduction catalyst 12 in S1001. As a method for determining the degree of SOx poisoning of the NOx storage reduction catalyst 12, for example, when the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the NOx storage reduction catalyst 12 is a lean air-fuel ratio, the NOx storage reduction catalyst 12 is disposed downstream of the NOx storage reduction catalyst 12. A determination method based on the output signal value of the NOx sensor 49, or an integrated value of the time when the internal combustion engine 1 is operated at a lean air-fuel ratio, an integrated value of the intake air amount, and / or an integrated value of the fuel injection amount, etc. A method for estimating the degree of SOx poisoning of the NOx storage reduction catalyst 12 based on the above can be exemplified.
[0168]
In S1002, the CPU 401 determines whether or not the SOx poisoning degree determined in S1001 exceeds a predetermined reference value. The reference value described above is a value obtained experimentally in advance and is a value stored in advance in the ROM 402 or the like.
[0169]
If it is determined in S1002 that the SOx poisoning degree of the NOx storage reduction catalyst 12 is equal to or less than the reference value, the CPU 401 considers that it is not necessary to execute the SOx poisoning elimination process for the NOx storage reduction catalyst 12, and this routine The execution of is temporarily terminated.
[0170]
On the other hand, if it is determined in S1002 that the SOx poisoning degree of the NOx storage reduction catalyst 12 exceeds the reference value, the CPU 401 considers that it is necessary to execute the SOx poisoning elimination process for the NOx storage reduction catalyst 12. , The process proceeds to S1003.
[0171]
In S1003, the CPU 401 reads out the engine speed and the output signal value (accelerator opening) of the accelerator position sensor 43 from the RAM 403, and calculates the required engine torque of the internal combustion engine 1 using these values as parameters.
[0172]
In step S1004, the CPU 401 satisfies the required engine torque calculated in step S1003, and supplies the NOx storage reduction catalyst 12 with exhaust gas containing unburned fuel components and oxygen. The opening / closing timing of 29 and the fuel injection amount are determined.
[0173]
Specifically, the CPU 401 first determines the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to be combusted in each cylinder # 1 to # 4. Subsequently, the CPU 401 corrects the advance timing of the opening timing of the exhaust valve 29 so that the air-fuel mixture in the middle of combustion in each cylinder # 1 to # 4 is discharged as exhaust.
[0174]
Then, the CPU 401 determines the intake air amount and the fuel injection so that the actual engine torque when the internal combustion engine 1 is operated according to the air-fuel ratio and the exhaust valve opening timing coincides with the required engine torque calculated in S1003. The amount is determined, and the opening / closing timing of the intake valve 28 is determined according to the determined intake air amount.
[0175]
In S1005, the CPU 401 controls the intake side drive circuit 30a, the exhaust side drive circuit 31a, the fuel injection valve 32, and the spark plug 25 according to the intake valve opening / closing timing, the exhaust valve opening / closing timing, and the fuel injection amount determined in S1004. Then, execution of the SOx poisoning elimination process is started.
[0176]
In this case, the internal combustion engine 1 discharges exhaust gas containing high amounts of unburned fuel components and oxygen while satisfying the required engine torque. Exhaust gas that is discharged from the internal combustion engine 1 and contains a large amount of unburned fuel components and oxygen flows into the NOx occlusion reduction catalyst 12 via the exhaust branch pipe 45. The NOx occlusion reduction catalyst 12 receives the heat of the exhaust gas and raises the temperature, and the reaction heat generated by the reaction between the unburned fuel component in the exhaust gas and oxygen on platinum (Pt) of the NOx occlusion reduction catalyst 12 To further increase the temperature.
[0177]
When the atmospheric temperature of the NOx storage reduction catalyst 12 rises in this way, barium sulfate (BaSO) in the NOx storage reduction catalyst 12 is increased.Four) Is SO3-Or SOFour-They are pyrolyzed into SO3-Or SOFour-Reacts with hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust to produce gaseous SO2-To be released from the NOx occlusion reduction catalyst 12.
[0178]
In S1006, the CPU 401 determines whether or not the SOx poisoning of the NOx storage reduction catalyst 12 has been eliminated. As a method of determining whether or not the SOx poisoning of the NOx storage reduction catalyst 12 has been eliminated, the SOx poisoning degree of the NOx storage reduction catalyst 12 and the time required to eliminate the SOx poisoning (SOx poisoning elimination time) The relationship is experimentally obtained in advance, and a method for determining whether or not the execution time of the SOx poisoning elimination process is equal to or longer than the SOx poisoning elimination time, or in the exhaust passage downstream from the NOx storage reduction catalyst 12 A method of arranging SOx sensors that output electrical signals corresponding to the SOx concentration and determining whether or not the output signal values of those SOx sensors are less than a predetermined value can be exemplified.
[0179]
If it is determined in S1006 that the SOx poisoning of the NOx occlusion reduction catalyst 12 has not yet been eliminated, the CPU 401 continues to execute the process of S1005.
[0180]
If it is determined in S1006 that the SOx poisoning of the NOx occlusion reduction catalyst 12 has been eliminated, the CPU 401 proceeds to S1007 and performs intake air to return the opening / closing timing of the intake valve 28 and the opening / closing timing of the exhaust valve 29 to normal timing. The side drive circuit 30a and the exhaust side drive circuit 31a are controlled, and the fuel injection valve 32 is controlled to return the fuel injection amount to the normal fuel injection amount.
[0181]
According to such exhaust gas adjustment control, by changing the opening / closing timing of the intake valve 28 and the exhaust valve 29, the exhaust state can be immediately brought into a state containing high temperature, unburned fuel components and oxygen. Therefore, it is possible to shorten the time related to the SOx poisoning elimination process, and therefore, the rich air-fuel ratio operation period related to the SOx poisoning elimination process is not unnecessarily lengthened, and the drivability is deteriorated and the fuel consumption is reduced. The deterioration of the amount is prevented.
[0182]
In the present embodiment, when SOx poisoning of the NOx storage reduction catalyst 12 is eliminated, the internal combustion engine 1 is operated with a rich air-fuel ratio mixture and the opening timing of the exhaust valve 29 is advanced. As described above, when both the intake valve 28 and the exhaust valve 29 of the cylinders # 1 to # 4 of the internal combustion engine 1 are open, that is, during the valve overlap period, the fuel injection valve 32 is operated, and unburned. Is supplied to the NOx occlusion reduction catalyst 12 so that the unburned fuel is combusted in the NOx occlusion reduction catalyst 12 so that the NOx occlusion reduction catalyst 12 is brought to a high temperature and rich atmosphere in a shorter time. May be.
[0183]
In this embodiment, torque control is performed by changing the opening / closing timing of the exhaust valve. However, torque is controlled by adjusting the amount of intake air into the cylinder by changing the opening / closing timing of the intake valve. In this case, efficiency is better in terms of fuel consumption than torque control by an exhaust valve.
[0184]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, only the rich or lean air-fuel ratio exhaust gas passes through the start-up catalyst, so that the reaction at the start-up catalyst is suppressed and the reduction reaction at the NOx storage reduction catalyst is promoted. The torque generated in the cylinder group that can be made rich is controlled to match the torque generated in the lean cylinder. Therefore, variation in torque is suppressed, and deterioration of drivability due to torque fluctuation is prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of an internal combustion engine having an electromagnetically driven valve according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an internal combustion engine having an electromagnetically driven valve according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of an intake side electromagnetic drive mechanism
FIG. 4 is a block diagram showing the internal configuration of the ECU
FIG. 5 is a flowchart showing an exhaust gas adjustment control routine according to the first embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing an exhaust gas adjustment control routine according to the second embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing a purification support control routine according to the third embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing an outline of the NOx storage / release action of the NOx storage reduction catalyst.
[Explanation of symbols]
1 ... Internal combustion engine
1a: first cylinder group
1b ... second cylinder group
9a, 9b ... Starting catalyst
12 ... NOx storage reduction catalyst
20 ... ECU
25 ... Spark plug
26 ... Intake port
27 ... Exhaust port
28 ... Intake valve
29 ... Exhaust valve
30 ... Intake side electromagnetic drive mechanism
30a ... Intake side drive circuit
31 ... Exhaust side electromagnetic drive mechanism
31a..Exhaust side drive circuit
32 ... Fuel injection valve
46 ... NOx storage reduction catalyst
49 ... NOx sensor
51 ... Crank position sensor

Claims (4)

複数に分割された気筒群と、これらの気筒群がそれぞれ接続された分岐排気管と、これらの分岐排気管内に配置された始動時触媒と、前記分岐排気管の合流部下流に設けられたNOx吸蔵還元触媒と、所定気筒群毎に空燃比がリッチとリーンの排出ガスを排出させる排出ガス調整手段と、を有し、
前記排出ガス調整手段は、前記NOx吸蔵還元触媒のNOx吸蔵能力が飽和していると判断されたときに、前記NOx吸蔵還元触媒に吸蔵されているNOxを還元及び浄化するために必要となる目標還元剤量を算出し、要求機関トルクを算出し、前記要求機関トルクを達成する1気筒当たりの目標気筒吸気量を算出し、前記目標還元剤量及び前記目標気筒吸気量に基づいて前記目標還元剤量を前記所定気筒群からの排気で賄う上で前記所定気筒群の気筒で燃焼すべき目標リッチ空燃比を算出し、前記所定気筒群の気筒の吸入空気量が前記目標気筒吸気量となるように前記所定気筒群の気筒に設けた電磁駆動弁機構により駆動される吸気弁の目標吸気弁開閉タイミングを決定し、前記目標気筒吸気量を前記目標リッチ空燃比から前記所定気筒群の目標燃料噴射量を算出し、前記所定気筒群が前記目標気筒吸気量と前記目標リッチ空燃比で運転された際に発生するトルクが前記要求機関トルクとなるように前記所定気筒群の気筒に設けた電磁駆動弁機構により駆動される排気弁の目標排気弁開閉タイミングを決定し、前記所定気筒群を前記目標リッチ空燃比で運転させる排出ガス調整を行うものであることを特徴とする可変動弁機構を有する内燃機関。
Cylinder group divided into a plurality of parts, branch exhaust pipes to which these cylinder groups are respectively connected, a start-up catalyst disposed in these branch exhaust pipes, and NOx provided downstream of the junction of the branch exhaust pipes It has a storage reduction catalyst, the exhaust gas regulating means the air-fuel ratio for each Jo Tokoro cylinder group to discharge the rich and lean exhaust gas, and
The exhaust gas adjusting means is a target required for reducing and purifying NOx stored in the NOx storage reduction catalyst when it is determined that the NOx storage capacity of the NOx storage reduction catalyst is saturated. A reducing agent amount is calculated, a required engine torque is calculated, a target cylinder intake amount per cylinder that achieves the required engine torque is calculated, and the target reduction is calculated based on the target reducing agent amount and the target cylinder intake amount. A target rich air-fuel ratio to be combusted in the cylinders of the predetermined cylinder group is calculated in order to cover the agent amount with exhaust from the predetermined cylinder group, and the intake air amount of the cylinders of the predetermined cylinder group becomes the target cylinder intake amount Thus, the target intake valve opening / closing timing of the intake valve driven by the electromagnetically driven valve mechanism provided in the cylinder of the predetermined cylinder group is determined, and the target cylinder intake air amount is determined from the target rich air-fuel ratio to the predetermined cylinder group A target fuel injection amount is calculated and provided in the cylinders of the predetermined cylinder group so that a torque generated when the predetermined cylinder group is operated at the target cylinder intake air amount and the target rich air-fuel ratio becomes the required engine torque. A variable valve operating system that determines a target exhaust valve opening / closing timing of an exhaust valve driven by an electromagnetically driven valve mechanism and performs exhaust gas adjustment for operating the predetermined cylinder group at the target rich air-fuel ratio. An internal combustion engine having a mechanism.
前記排出ガス調整手段は、前記目標リッチ空燃比を算出した後に、前記所定気筒群内に可燃混合気を形成することが可能な空燃比の範囲において最も小さいリッチ限界空燃比と、前記目標リッチ空燃比とを比較し、前記目標リッチ空燃比が前記リッチ限界空燃比以上であると判定した場合に、前記目標吸気弁開閉タイミングを決定し、前記目標燃料噴射量を算出し、前記目標排気弁開閉タイミングを決定し、前記所定気筒群を前記目標リッチ空燃比で運転させる排出ガス調整を行うものであることを特徴とする請求項1に記載の可変動弁機構を有する内燃機関。The exhaust gas adjusting means calculates the target rich air-fuel ratio, and then calculates the target rich air-fuel ratio that is the smallest rich air-fuel ratio in the range of air-fuel ratio that can form a combustible mixture in the predetermined cylinder group. When the target rich air-fuel ratio is determined to be equal to or greater than the rich limit air-fuel ratio, the target intake valve opening / closing timing is determined, the target fuel injection amount is calculated, and the target exhaust valve opening / closing is calculated. 2. An internal combustion engine having a variable valve mechanism according to claim 1, wherein timing is determined and exhaust gas adjustment is performed to operate the predetermined cylinder group at the target rich air-fuel ratio. 前記排出ガス調整手段は、前記目標リッチ空燃比を算出した後に、前記リッチ限界空燃比と前記目標リッチ空燃比とを比較し、前記目標リッチ空燃比が前記リッチ限界空燃比より小さいと判定した場合に、前記リッチ限界空燃比を新たな新目標リッチ空燃比として設定し、前記所定気筒群の気筒の吸入空気量が前記目標気筒吸気量となるように前記所定気筒群の気筒に設けた電磁駆動弁機構により駆動される吸気弁の目標吸気弁開閉タイミングを決定し、前記目標気筒吸気量を前記新目標リッチ空燃比から前記所定気筒群の目標燃料噴射量を算出し、前記所定気筒群が前記目標気筒吸気量と前記新目標リッチWhen the exhaust gas adjusting means compares the rich limit air-fuel ratio with the target rich air-fuel ratio after calculating the target rich air-fuel ratio, and determines that the target rich air-fuel ratio is smaller than the rich limit air-fuel ratio The rich limit air-fuel ratio is set as a new new target rich air-fuel ratio, and the electromagnetic drive provided in the cylinders of the predetermined cylinder group so that the intake air amount of the cylinders of the predetermined cylinder group becomes the target cylinder intake air amount A target intake valve opening / closing timing of an intake valve driven by a valve mechanism is determined, a target fuel injection amount of the predetermined cylinder group is calculated from the target cylinder intake air amount from the new target rich air-fuel ratio, and the predetermined cylinder group Target cylinder intake and new target rich
空燃比で運転された際に発生するトルクが前記要求機関トルクとなるように前記所定気筒群の気筒に設けた電磁駆動弁機構により駆動される排気弁の目標排気弁開閉タイミングを決定し、前記所定気筒群を前記新目標リッチ空燃比で運転させ、前記目標気筒吸気量と前記新目標リッチ空燃比とに従って運転された前記所定気筒群から前記NOx吸蔵還元触媒へ供給される供給還元剤量を算出し、前記目標還元剤量から前記供給還元剤量を減算して新たな新目標還元剤量を算出し、前記目標還元剤量を前記新目標還元剤量に置き換えて前記目標リッチ空燃比を算出する処理に戻るものであることを特徴とする請求項2に記載の可変動弁機構を有する内燃機関。Determining a target exhaust valve opening / closing timing of an exhaust valve driven by an electromagnetically driven valve mechanism provided in a cylinder of the predetermined cylinder group so that a torque generated when operated at an air-fuel ratio becomes the required engine torque, A predetermined cylinder group is operated at the new target rich air-fuel ratio, and a supply reducing agent amount supplied from the predetermined cylinder group operated according to the target cylinder intake air amount and the new target rich air-fuel ratio to the NOx occlusion reduction catalyst is determined. Calculating a new new target reducing agent amount by subtracting the supplied reducing agent amount from the target reducing agent amount, substituting the target reducing agent amount with the new target reducing agent amount, and calculating the target rich air-fuel ratio. The internal combustion engine having a variable valve mechanism according to claim 2, wherein the process returns to the calculation process.
内燃機関の各気筒より上流の吸気通路へ燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、前記排出ガス調整手段は、前記気筒群の燃料噴射量を増量すべく前記燃料噴射弁を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の可変動弁機構を有する内燃機関。A fuel injection valve for injecting fuel into an intake passage upstream of each cylinder of the internal combustion engine is provided, and the exhaust gas adjusting means controls the fuel injection valve to increase the fuel injection amount of the cylinder group. An internal combustion engine having the variable valve mechanism according to any one of claims 1 to 3.
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