JP4344953B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、HC吸着触媒におけるHCの浄化効率の向上を図る技術に関する。
一般に、エンジン(内燃機関)の排気通路には、排気中の有害物質(HC、CO、NOx等)を浄化するよう三元触媒等の触媒コンバータが配設されている。
ところで、三元触媒は活性温度に達するまでは浄化性能を十分に発揮できず、三元触媒をエンジン本体に近接配置して早期活性化を図るとしても、エンジンの冷態始動時に特に多く排出されるHCを十分に浄化できないという問題があり、この問題を解決するため、HCの吸着に有効なHC吸着材を備えたHC吸着触媒が提案されている。
しかしながら、かかるHC吸着触媒は、一般に一定温度(約100℃〜150℃)に達するとHC吸着材に吸着したHCを脱離する特性を有し、この一定温度は三元触媒の活性温度(約250℃〜350℃)よりも低いため、HC吸着触媒中或いはHC吸着触媒の下流側に三元触媒を備えていても、当該三元触媒が活性温度に達する前にHC吸着触媒から脱離したHCが浄化されずに排出されてしまうという欠点を有している。
このようなことから、三元触媒の温度が活性温度に達していないような場合において、エンジンの空燃比をリーン空燃比にしたり或いはエンジンへの燃料供給を停止(燃料カット)したりして排気中の酸素量を増大させることで脱離したHCを酸化除去する構成の装置が開発されている。
また、エンジンの冷態始動時に燃料カットを行うと、特に流体継手を介してエンジンに連結された自動変速機(A/T)を搭載した車両において、車両のドライバビリティが悪化することから、一部気筒(例えば、気筒数の半分)のみ燃料カットを行うようにして残部の気筒には燃料を供給するようにし(パーシャル燃料カット)、エンジンの出力低下を防止しながらHC吸着触媒から脱離したHCを酸化除去可能な装置も開発されている。
WO2005/124130号公報
上記のようにHC吸着触媒のHC吸着材からHCが脱離しているときに排気空燃比がリーン空燃比になるようにエンジンの吸入混合気を制御する構成の場合には、脱離したHCを排気中の酸素と反応させて浄化することができる。しかし、その効果は小さくHCは酸素と十分に反応できず、HCが浄化されずに排出されてしまうという問題がある。また、一部気筒(例えば、気筒数の半分)のみ燃料カットする(パーシャル燃料カット)制御を行った場合においても、上記と同様、HCは酸素と十分に反応できず、HCを十分浄化することができない。
このような脱離したHCが酸素と十分に反応できない理由として、排気中の酸素はHC吸着材から脱離したHCと良好に反応することができず、HC吸着触媒中の酸素ストレージ機能(OSC機能)によりHC吸着触媒に一旦ストレージされた酸素が当該脱離したHCと反応性が高いことが最近の研究により確認された。これは、HC吸着触媒中のOSC機能により一旦ストレージされて放出された酸素はラジカル状態にあって大気中の酸素分子よりも反応性が高く、この反応性の高さがHC吸着触媒のHC吸着材から脱離したHCを良好に酸化できると考えられる。
しかしながら、この場合において、どのようにしてHC吸着触媒中に酸素を一旦ストレージして放出させるかが課題となる。
また、HC吸着触媒の上流に早期活性化を図るべくエンジンに近接して三元触媒を設置する構成の場合、HC吸着触媒中のOSC機能によりHC吸着触媒一旦ストレージされた酸素を放出させる際には、三元触媒にストレージされた酸素をすべて放出させてからでないと当該ストレージされた酸素を放出できないため、放出を開始するまで時間がかかり、HCを良好に酸化できる頻度が低くなるという問題もある。
また、燃費向上のため車両の減速中などでは燃料カットを行い、エンジン回転速度がある程度低下するとエンジンストールの発生を防止すべく燃料供給を復帰(燃料カット復帰)させており、これを利用してHC脱離中に燃料カットが行われた際に、HC吸着触媒中のOSC機能によりHC吸着触媒に酸素をストレージし、その後の燃料カット復帰時に当該ストレージした酸素を放出させてHCを酸化することも考えられているが、ストレージした酸素を放出させるために燃料カット復帰直後にエンジンの吸入混合気を制御し排気空燃比をリッチ側に大きく設定してこれを維持すると、エンジントルクの急激な増加を招き、燃料カット復帰後において車両のドライバビリティが悪化するという問題がある。一方で燃料カット復帰直後の排気空燃比のリッチ度合いが小さいと、ストレージした酸素を放出し難く、またエンジン筒内に残留した大量の酸素によってNOxが発生し易いという問題もある。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃料カットからの燃料カット復帰直後にHC吸着触媒中のOSC機能によりHC吸着触媒にストレージした酸素を放出させ、当該HC吸着材から脱離するHCの酸化効率の向上を図ることができ、併せてHC吸着触媒にストレージした酸素を放出する際にエンジントルクの増加やNOxの発生を抑制することの可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
上記した目的を達成するために、請求項1の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の各気筒への燃料供給を制御する燃料制御手段と内燃機関の排気通路に設けられ、酸化雰囲気下で排気中の酸素を吸蔵する一方、還元雰囲気下で該吸蔵した酸素を脱離する酸素ストレージ機能を有し、所定の低温域にあるときに排気中のHCを吸着する一方、前記所定の低温域を越えると前記吸着したHCを脱離するHC吸着触媒とを備え、前記燃料制御手段は、燃料カット条件が成立すると内燃機関の全気筒または一部気筒への燃料供給を停止して燃料カットを行うとともに燃料カット復帰条件が成立すると該燃料カットを終了して内燃機関への燃料供給を復帰する燃料カット手段を含み、前記HC吸着触媒の温度が前記所定の低温域を越えてHCがHC吸着材より脱離する所定の温度範囲内にあるとき、該燃料カットの終了時点から第1所定期間は燃料供給量を内燃機関の運転状態に応じた基本燃料量に対して第1増量度合で増量するとともに、該第1所定期間に続く第2所定期間は燃料供給量を前記基本燃料量に対して前記第1増量度合よりも少ない第2増量度合で増量するように制御することを特徴とする。
また、請求項2の内燃機関の排気浄化装置では、請求項1において、前記燃料制御手段は、燃料カット手段により内燃機関の一部気筒への燃料供給を停止して燃料カットを行うとき、該燃料カットの終了後において残気筒への燃料供給を前記基本燃料量に基づいて行うことを特徴とする。
また、請求項3の内燃機関の排気浄化装置では、請求項1または2において、前記第1増量度合は、前記燃料カットの終了時点の吸気管内圧力が低いほど大きく設定されることを特徴とする。
また、請求項4の内燃機関の排気浄化装置では、請求項1乃至3のいずれかにおいて、前記燃料制御手段は、前記第2所定期間終了時点からは各気筒への燃料供給量を前記基本燃料量に向けて徐々に減量させるよう制御することを特徴とする。
また、請求項5の内燃機関の排気浄化装置では、請求項1乃至4のいずれかにおいて、内燃機関の各気筒の点火時期を制御する点火時期制御手段を備え、前記点火時期制御手段は、前記第1所定期間に供給する燃料に対する点火時期を内燃機関の運転状態に基づく基準点火時期よりも遅角させた第1遅角点火時期に制御するとともに、前記第2所定期間に供給する燃料に対する点火時期を前記基準点火時期よりも遅角させ且つ前記第1遅角点火時期よりも進角させた第2遅角点火時期を制御することを特徴とする。
また、請求項6の内燃機関の排気浄化装置では、請求項5において、前記点火時期制御手段は、前記第2遅角点火時期を前記基準点火時期に向けて徐々に進角させるよう制御することを特徴とする。
また、請求項7の内燃機関の排気浄化装置では、請求項1乃至6のいずれかにおいて、前記HC吸着触媒の排気下流側に酸素濃度検出手段を備え、前記燃料制御手段は、前記燃料カット条件が成立しているとき、該酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度が所定濃度よりも高くなった場合には燃料カットを中止し、酸素濃度が所定濃度よりも低くなった場合には燃料カットを再開することを特徴とする。
請求項1の内燃機関の排気浄化装置によれば、燃料カット条件が成立すると内燃機関の全気筒または一部気筒への燃料供給を停止して燃料カットを行うとともに、燃料カット復帰条件が成立すると該燃料カットを終了して内燃機関への燃料供給を復帰する燃料カット手段を含む燃料制御手段を備え、HC吸着触媒の温度がHC吸着触媒のHC吸着材からHCが脱離する所定の温度範囲内にあるとき、燃料カットの終了時点から第1所定期間は燃料供給量を第1増量度合で増量し、第2所定期間は第1増量度合よりも少ない第2増量度合で増量するように制御するようにしたので、燃料カットからの燃料復帰後の第1所定期間には筒内が新気で満たされているために当該新気に応じた大量の燃料を供給でき、その後の第2所定期間にはHC吸着触媒中の酸素ストレージ機能によりHC吸着触媒に吸蔵した酸素(ストレージO)を放出させてHC吸着材から脱離したHCを良好に酸化するようにできる。即ち、燃料カット復帰後、HC吸着触媒において還元雰囲気を早期に実現してHC吸着触媒に吸蔵した酸素を脱離させ、当該酸素によってHC吸着材から脱離したHCの酸化効率を向上させることが可能である。
請求項2の内燃機関の排気浄化装置によれば、燃料カット手段により内燃機関の一部気筒への燃料供給を停止して燃料カットを行うとき、燃料カットの終了後において残気筒への燃料供給を基本燃料量に基づいて行うようにするので、内燃機関の一部気筒への燃料供給を停止する燃料カット(所謂、パーシャル燃料カット)では、燃料カット中における内燃機関の出力低下を防止できるとともに、燃料カットの終了後においては燃料カットを行わなかった残気筒について不必要に燃料を増量しないようにして燃費の悪化を回避しつつ内燃機関のトルクの増加を防止することができる。
請求項3の内燃機関の排気浄化装置によれば、第1増量度合は燃料カットの終了時点の吸気管内圧力が低いほど大きく設定されるので、各気筒内の新気量に応じて燃料増量の度合を調整して排気空燃比をリッチ化するようにでき、HC吸着触媒中の酸素ストレージ機能によりHC吸着触媒に吸蔵(ストレージ)した酸素を内燃機関のトルクの増加やNOxの発生を抑制しつつより効果的に脱離させることができる。
請求項4の内燃機関の排気浄化装置によれば、第2所定期間終了時点からは各気筒への燃料供給量を基本燃料量に向けて徐々に減量させるよう制御するので、内燃機関のトルクの急激な減少をも抑制することができる。
請求項5の内燃機関の排気浄化装置によれば、点火時期遅角手段は、第1所定時間に対応して点火時期を第1遅角点火時期に遅角制御するとともに、第2所定時間に対応して第1遅角点火時期よりも進角させた第2遅角内燃機関に遅角制御するようにしたので燃料供給量に合わせて点火時期を遅角するようにでき、内燃期間のトルクの急激な増加を抑制することができる。
請求項6の内燃機関の排気浄化装置によれば、点火時期を第2遅角点火時期とした後、基準点火時期に向けて徐々に進角するよう制御するので、点火時期を燃料供給量に合わせて進角させるようにでき、失火の発生を防止することができる。
請求項7の内燃機関の排気浄化装置によれば、HC吸着触媒の排気下流側に酸素濃度検出手段を備え、酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度が所定濃度よりも高くなった場合、燃料カットを中止し、酸素濃度が所定濃度よりも低くなった場合、燃料カットを再開するので、燃料カットによりHC吸着触媒中の酸素ストレージ機能に吸蔵した酸素(ストレージO)が最大となった時に合わせてHCの酸化効率向上に必要な酸素を放出させるための還元雰囲気に移行することができるため、余分な酸素供給を抑制しつつ、燃料カット復帰直後の状態の発生頻度を高くし、より一層HCの酸化効率を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
先ず、第1実施例について説明する。
図1、図2を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が正面図及び側面図としてそれぞれ示されており、以下当該排気浄化装置の構成を説明する。
図2に示すように、エンジン本体(内燃機関であって、以下、単にエンジンという)1の駆動軸2には流体継手4を介して自動変速機(A/T)10が接続されており、A/T10には、図示しないがデファレンシャルギヤユニット、車軸を介して一対の車輪が接続されている。なお、A/T10に変えて無段変速機(CVT)を用いるようにしてもよい。
エンジン1としては、例えば吸気管噴射型V型6気筒ガソリンエンジンが採用され、エンジン1の各バンクのシリンダヘッド20、21には、各気筒(#1、#2、#3、及び#4、#5、#6)の吸気ポートとそれぞれ分岐通路を連通するようにして吸気マニホールド22が接続されており、吸気マニホールド22には吸気管24が接続されている。吸気管24には、吸入空気量を調節するスロットルバルブ26及び吸気圧を検出する吸気圧センサ27が設けられている。
吸気マニホールド22の各分岐通路には、それぞれ電磁式の燃料噴射弁28が設けられており、燃料噴射弁28には、燃料パイプ29を介して燃料供給ユニット(図示せず)が接続されており、当該燃料パイプ29を介して燃料が供給される。
また、シリンダヘッド20、21には、各気筒(#1、#2、#3、及び#4、#5、#6)の排気ポートとそれぞれ分岐通路を連通するようにして排気マニホールド30、31がそれぞれ接続されており、排気マニホールド30、31には各々排気管32、33が接続されている。
さらに、シリンダヘッド20、21には、各気筒毎に燃焼室に臨んで点火プラグ39がそれぞれ配設されており、各点火プラグ39は点火コイル38を介してバッテリ(図示せず)に接続されている。
なお、シリンダヘッド20、21には、吸気ポート、排気ポートと燃焼室との連通と遮断を行う吸気弁及び排気弁の他、種々の動弁機構が設けられているが、ここでは説明を省略する。
排気管32、33には、早期活性化を図るべくエンジン1に近接して三元触媒(上流触媒)34、35がそれぞれ介装されており、排気管32、33は当該三元触媒34、35よりも排気下流側で合流して排気管36にまとめられ、当該排気管36には排気上流側から順にHCトラップ触媒(HC吸着触媒)40、三元触媒42が介装されている。
三元触媒34、35は、貴金属として白金(Pt)、ロジウム(Rh)等を含んでいる。当該貴金属は排気空燃比(排気A/F)がリーン空燃比(リーンA/F)である酸化雰囲気下で酸素(O)を吸蔵するとともに排気A/Fがリッチ空燃比(リッチA/F)となる還元雰囲気下で当該吸蔵した酸素(ストレージO)を放出する酸素吸蔵機能(Oストレージ機能)を有している。これより、三元触媒34、35は、触媒温度が所定温度(約250℃〜350℃)以上の活性状態では、排気A/Fをストイキオ(理論空燃比)近傍で変動させると、Oの吸蔵と放出とを繰り返しながら、HC、COを酸化除去するとともにNOxを良好に還元除去可能である。
なお、三元触媒42についても三元触媒34、35と同様の構成を有している。
また、三元触媒34、35は、セリウム(Ce)、ジルコニア(Zr)等の酸素吸蔵材を含むようにしてもよく、これによりOストレージ機能が強化される。
HCトラップ触媒40は、例えばゼオライト(β型ゼオライト等)を主成分とするHC吸着材を含み、所定の低温域(例えば、100℃未満の領域)で排気中のHCを吸着するとともに、触媒温度が上昇して所定温度(例えば、100℃〜150℃)以上になると吸着したHCを放出する特性を有している。つまり、HCトラップ触媒40は、エンジン1が冷態にあってHCの排出量が多く、且つ三元触媒34、35が未だ活性状態にないような場合において、排気中のHCを吸着してHCの大気中への排出量を低減する役割を有している。
そして、上記三元触媒42は、主としてこのようにHCトラップ触媒40から放出されるHCを浄化する役割を有している。
なお、HCトラップ触媒40も三元触媒34、35と同様、貴金属或いは酸素吸蔵材を有している。
流体継手4は、トルクコンバータとして公知のものであり、ポンプ4aとタービン4b及び図示しないステータとから構成されている。また、流体継手4は、ポンプ4aとタービン4bとの断接を行うロックアップクラッチ(直結クラッチ)6とロックアップクラッチ6の断接制御を行う油圧ユニット8を有しており、これにより車両或いはエンジン1の運転状況に応じて直結(ロックアップ)と非直結(スリップ状態、切り離し状態)との切換えが可能である。
また、エンジン1には、クランクシャフトの回転を監視することでクランク角を検出するクランク角センサ50が設けられており、当該クランク角センサ50によりエンジン回転速度Neが検出される。
また、エンジン1には、アクセルペダル51の操作量(アクセル開度)を検出するアクセルポジションセンサ(APS)52、冷却水温度、即ちエンジン水温を検出することでエンジン1の暖機状態を検出する水温センサ53が設けられている。
また、三元触媒34、35の排気上流側には第1のOセンサ54、55が設けられ、排気下流側には第2のOセンサ56、57が設けられている。さらに、HCトラップ触媒40には温度センサ46が設けられ、HCトラップ触媒40の排気下流側には第3のOセンサ(酸素濃度検出手段)58が設けられている。
電子コントロールユニット(ECU)60は、中央処理装置(CPU)等からなるエンジン1の制御を含む車両の各種制御を司る主制御装置であり、その入力側には、上述のクランク角センサ50、APS52、水温センサ53、第1乃至第3のOセンサ54〜58の他、各種センサ類が接続されている。
一方、ECU60の出力側には、上述の油圧ユニット8、スロットルバルブ26、燃料噴射弁28、点火コイル38の他、各種デバイス類が接続されており、これら各種出力デバイスには各種センサ類からの検出情報に基づき演算された燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等がそれぞれ出力される。詳しくは、各種センサ類からの検出情報に基づき燃焼空燃比(燃焼A/F)が適正な目標空燃比(目標A/F)に設定され、通常は第1のOセンサ54、55からの情報に基づき目標A/Fがストイキオまたはその近傍にフィードバック(A/F−F/B)制御されて当該目標A/Fに応じた量の燃料(基本燃料量)が適正なタイミングで燃料噴射弁28から噴射され(燃料制御手段)、またスロットルバルブ26が適正な開度に調整され、点火プラグ39により適正なタイミングで火花点火が実施される(点火時期制御手段)。さらに、油圧ユニット8からの制御指令に基づいてロックアップクラッチ6の断接が行われる。
また、当該エンジン1は、ECU60からの情報に基づき、燃料カット条件が成立すると燃料噴射弁28からの燃料供給を一時的に停止(休筒)する所謂燃料カット制御を実施可能に構成されている(燃料カット手段)。
詳しくは、当該エンジン1では、エンジン回転速度Neが所定回転速度以上の場合において、運転者がアクセルペダル51の踏み込みを中止して車両が減速中であると燃料カット条件が成立したとして、ECU60からの指令により燃料噴射弁28からの燃料噴射を停止して適宜燃料カットを行うようにしている。そして、当該エンジン1では、燃料カット復帰条件が成立、例えば燃料カットの実施後、エンジン回転速度Neが復帰回転速度N1以下となったときには燃料供給を復帰(燃料カット復帰)させるようにしており、特に当該燃料カット復帰直後においては、目標A/FをリッチA/Fに設定して燃料噴射弁28からの燃料噴射量を一時的に増量するようにしている。
このように燃料カット復帰直後に燃料噴射量を増量するようにすると、燃料カット復帰後において、十分なエンジン出力が得られ、また燃料カット時の新気の導入で筒内に残留する多量のOによるNOxの発生が抑制され、或いは三元触媒34、35の貴金属に多量に吸蔵されたストレージOが排ガス中の未燃HCによって放出され還元除去(Oパージ)される。
ところで、上述したようにHCトラップ触媒40も三元触媒34、35と同様に貴金属或いは酸素吸蔵材を有している。このことは、HCトラップ触媒40の温度が所定温度(例えば、100℃〜150℃)以上になってHCが脱離され始めたとき、これに合わせて燃料カットを行い、HCトラップ触媒40にOを吸蔵させ、燃料カット復帰時に当該吸蔵したOを放出させるようにすれば、当該HCトラップ触媒40に吸着されたHCを良好に酸化可能であることを意味する。
即ち、このようにHCトラップ触媒40のOSC機能によりHCトラップ触媒40に一旦吸蔵し放出されたOはラジカル状態にあって大気中の酸素分子よりも反応性が高く、前記HCトラップ触媒40のHC吸着材から脱離したHCを良好に酸化することができる。これにより、HCトラップ触媒40のHC吸着材から脱離したHCの酸化効率の向上を図ることが可能である。
なお、還元雰囲気になることで当該HCトラップ触媒40に流入するHC(ラジカル状態にないHC)が増加し、当該HCトラップ触媒40から放出されたストレージOと反応することが懸念されるが、当該HCトラップ触媒40中のHC吸着材から脱離したHCもラジカル状態にあり、当該HCトラップ触媒40から放出されたストレージOは選択的に当該HCトラップ触媒40中のHC吸着材から脱離したHCと反応し易い。
これより、本発明の第1実施例に係る内燃機関の排気浄化装置では、HCトラップ触媒40からのHCの放出に合わせて燃料カット及び燃料カット復帰を行うようにしている。
以下、上記のように構成された本発明の第1実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の制御内容及び作用について詳しく説明する。
図3を参照すると、ECU60により実行される第1実施例に係る燃料カット及び復帰制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、図4を参照すると、当該制御ルーチンの実行結果が燃料カットON/OFF、点火時期、燃料噴射量補正係数、Oセンサ出力毎にそれぞれタイムチャートで示されており、以下、図4を参照しながら図3のフローチャートに沿い本発明の第1実施例に係る排気浄化装置の制御内容について説明する。なお、図4中の符号(54、55)、(56、57)、(58)はそれぞれ第1のOセンサ54、55、第2のOセンサ56、57、第3のOセンサ58の各符号に対応する。
先ずステップS10では、燃料カット条件が成立したか否かを判別する。燃料カット条件が成立したか否かの判別は、具体的には、上述したようにAPS52からの情報等に基づき、車両が減速中であるか否かを判別して行う。判別結果が偽(No)の場合には、燃料カット条件不成立と判定して当該ルーチンを抜け、燃料カット制御を行わない。一方、判別結果が真(Yes)で車両が減速中であってエンジン出力を必要とせず、燃料カットを実施しても問題ないような状況と判定された場合には、燃料カット条件成立と判定し、ステップS12に進んで燃料カット制御を行い、全ての燃料噴射弁28からの燃料噴射を停止する。
ステップS13では、エンジン回転速度Neが復帰回転速度N1を下回ったか否かを判別する。判別結果が偽(No)の場合には、燃料カット制御を継続し、判別結果が真(Yes)の場合には燃料カット復帰条件が成立したとして、燃料カットを終了し、ステップS14に進む。
ステップS14では、HCトラップ触媒40の温度が所定の低温Tlと所定の高温Thの間の所定の温度範囲内にあるか否かを判別する。詳しくは、温度センサ46からの情報に基づき、HCトラップ触媒40の温度がHCトラップ触媒40からHCが脱離を開始する所定の低温Tl(例えば、100℃)より大であって且つHCトラップ触媒40からHCが脱離しなくなる所定の高温Th(例えば、Tl+200℃)より小であるか否かを判別する。判別結果が真(Yes)でHCトラップ触媒40の温度が所定の温度範囲内にあると判別された場合、即ちHCがHCトラップ触媒40から脱離している時期であると判定された場合には、ステップS16及びステップS28に進み、燃料カット復帰制御を開始する。
ステップS16では、燃料噴射量について第1の燃料増量補正処理を行う。
燃料カット復帰直後には、各気筒の筒内には新気しか存在していない。従って、第1の燃料増量補正処理では、主として筒内に残留する多量のOによるNOxの発生を抑制すべく、各気筒の燃料カット復帰直後の最初の1サイクルについてのみ特に燃料供給量を増大させて燃料噴射を行う。具体的には、例えば、吸気圧センサ27からの吸気圧情報に基づき、燃料カットの終了時点の吸気圧が低いほど、即ち吸入空気量(新気量)が多いほど燃料供給量を大きく設定するようにする(例えば、燃料噴射量補正係数2.0(第1増量度合))。この場合、目標A/Fは例えば値12である。
ステップS18では、第1のOセンサ54、55の出力が所定値以上であるか否かを判別する。上述したように、第1の燃料増量補正処理については基本的に各気筒の燃料カット復帰直後の最初の1サイクルについてのみ行えばよいが、ここでは、燃料噴射開始の過渡状態を逸脱し、噴射された燃料に対応する排気A/Fになったか否かを判別するため、排気A/FがリッチA/F側に移行して第1のOセンサ54、55の出力が所定値以上になったか否かを判別する(図4のA時点)。判別結果が偽(No)の場合には第1の燃料増量補正処理を継続し、判別結果が真(Yes)の場合には第1の燃料増量補正処理の期間(第1所定期間)を終了し、ステップS20に進む。
ステップS20では、燃料噴射量について引き続き第2の燃料増量補正処理を行う。
第2の燃料増量補正処理では、第1の燃料増量補正処理での目標A/F(例えば、値12)を維持するよう、燃料供給量を第1の燃料増量補正処理の場合よりも少なく設定して燃料噴射を行う(例えば、燃料噴射量補正係数1.3(第2増量度合))。このようにすると、エンジン1から排出される排ガスの排気A/Fが良好にリッチA/F側に維持されて三元触媒34、35が還元雰囲気とされ、三元触媒34、35に吸蔵されたストレージOが速やかに脱離する。
ステップS22では、第2のOセンサ56、57の出力が所定値以上であるか否かを判別する。即ち、三元触媒34、35に吸蔵されたストレージOがほぼ脱離し終え、三元触媒34、35の排気下流側において排気A/FがリッチA/F側に移行して第2のOセンサ56、57の出力が所定値以上になったか否かを判別する(図4のB時点)。判別結果が偽(No)の場合には第2の燃料増量補正処理を継続し、判別結果が真(Yes)の場合には第2の燃料増量補正処理の期間(第2所定期間)を終了し、ステップS24に進む。
ステップS24では、燃料噴射量について減量テーリング補正処理を行う。
減量テーリング補正処理では、増量していた燃料噴射量を徐々にストイキオ相当量(基本燃料量)まで戻すようにする。即ち、目標A/Fをストイキオまで戻すようにする。
ステップS26では、減量テーリング補正処理によって目標A/Fがストイキオとなったか否かを判別する。判別結果が偽(No)の場合には減量テーリング補正処理を継続し、判別結果が真(Yes)の場合には減量テーリング補正処理を終了する。
一方、ステップS28では、水温センサ53からの情報に基づき、エンジン水温Teが所定温度T1より大であるか否かを判別する。判別結果が偽(No)の場合には当該ルーチンを抜ける一方、判別結果が真(Yes)の場合にはエンジン水温Teは所定温度T1より大であって点火時期を比較的大きく遅角可能と判定でき、ステップS30に進む。
ステップS30では、点火時期について第1の点火時期遅角補正処理を行う。
上述したように、第1の燃料増量補正処理においては、特に燃料供給量を増大させて燃料噴射を行うことから、当該第1の点火時期遅角補正処理では上記第1の燃料増量補正処理に合わせて点火時期を大きく遅角させるようにする(第1遅角点火時期)。
ステップS32では、第1のOセンサ54、55の出力が所定値以上、或いは、当該第1のOセンサ54、55の出力が所定値以上の状態が所定時間t1以上継続したか否かを判別する(図4に示す)。判別結果が偽(No)の場合には第1の点火時期遅角補正処理を継続し、判別結果が真(Yes)の場合にはステップS34に進む。
ステップS34では、点火時期について第2の点火時期遅角補正処理を行う。
第2の点火時期遅角補正処理では、第1の燃料増量補正処理の終了を受けて第1の点火時期遅角補正処理を終了するとともに、遅角させていた点火時期を進角側にある程度まで戻すようにする(第2遅角点火時期)。
ステップS36では、第2遅角点火時期について進角テーリング補正処理を行う。
進角テーリング補正処理では、遅角させていた点火時期を徐々に所定値(例えば、MBT)まで第2所定期間内で進角させるようにする。
ステップS38では、進角テーリング補正処理によって点火時期が上記所定値になったか否かを判別する。判別結果が偽(No)の場合には進角テーリング補正処理を継続し、判別結果が真(Yes)の場合には進角テーリング補正処理を終了する。
このように、本発明の第1実施例に係る排気浄化装置では、排気通路にHCトラップ触媒40と当該HCトラップ触媒40の排気上流側に位置して三元触媒34、35を備え、燃料カットを行う際、HCトラップ触媒40の温度がHCの脱離する所定の温度範囲内にあるときには、燃料カットの終了時点から三元触媒34、35の排気上流側の第1のOセンサ54、55の出力が所定値以上になるまでは第1の燃料増量補正処理を行って燃料供給量を特に増大させて燃料噴射を行い、その後、三元触媒34、35の排気下流側の第2のOセンサ56、57の出力が所定値以上になるまでは第2の燃料増量補正処理を行って第1の燃料増量補正処理の場合よりも少ない量で燃料噴射を行い、さらに、点火時期を第1の燃料増量補正処理に合わせて大きく遅角させるとともに第2の燃料増量補正処理に合わせて進角側に戻すようにしている。
従って、燃料カット復帰時には各筒内が新気に満たされていることやシリンダ壁面に燃料が付着して気化燃料の損失することに応じた大量の燃料を先ず供給し、その後の期間には三元触媒34、35に吸蔵した酸素(ストレージO)を放出させるための燃料を過不足なく適切に供給し、燃料カットにより三元触媒34、35に吸蔵されたOをエンジントルクの急激な増加やNOxの発生を抑制しつつ早期に放出・消費させることができる。
そして、このように三元触媒34、35から早期に酸素を放出・消費させることでHCトラップ触媒40の還元雰囲気を早期に実現でき、HCトラップ触媒40中のOSC機能によりHCトラップ触媒40に吸蔵した酸素(ストレージO)を早期に放出させることができる。
このようにHCトラップ触媒40中のOSC機能により一旦吸蔵し放出されたOはラジカル状態にあって大気中の酸素分子よりも反応性が高いことから、前記HCトラップ触媒40のHC吸着材から脱離したHCを良好に酸化することが可能となり、当該HCトラップ触媒40のHC吸着材から脱離したHCの酸化効率の向上を図ることができる。
この際、燃料カットの終了時点の吸気圧が低いほど、即ち新気量が多いほど第1の燃料増量補正処理における燃料供給量を大きく設定するので、より適切に燃料供給量を制御でき、三元触媒34、35のストレージOをより効果的に脱離させることができる。
また、第2の燃料増量補正処理を実施した後には、減量テーリング補正処理を行い、燃料噴射量を徐々にストイキオ相当量まで戻すようにするので、HCトラップ触媒40に吸蔵した酸素を放出させるための余分な還元剤供給を抑制しつつ、エンジントルクの急激な減少をも抑制することができる。また、燃料噴射量に合わせて進角テーリング補正処理を行い、点火時期を徐々に所定値(例えば、MBT)まで進角させるようにするので、失火の発生をも防止することができる。
また、第2の燃料増量補正処理の終了を三元触媒34、35の排気下流側に設けられた第2のOセンサ56、57の出力が所定値以上になった時点(図4のB時点)で終了するので、三元触媒34、35のストレージOが当該三元触媒34、35からほぼ脱離し終えた時点で適切に燃料供給の増量を終了させることができる。
ここで、上記第1実施例では、燃料カット条件が成立し、上記の如く燃料カット復帰条件が成立するまで燃料カットを継続することになるため、継続的にHCトラップ触媒40に酸素が吸蔵され続けることになる。ところが、HCトラップ触媒40が酸素を吸蔵する量は、OSC機能を有するOSC材の量や貴金属量によって決まっているので、燃料カットを継続し酸素を供給しつづけても吸蔵できない余剰酸素ができ、当該余剰酸素は、後の燃料カット復帰時に起こるHCトラップ触媒40から放出された酸化効率の高いラジカル酸素と脱離したHCとのHCトラップ触媒40上での反応に有効に活用され難いものがある。
このようなことから、ここでは、例えば第3のOセンサ58の出力に基づいて燃料カットの継続/中止/再開を決定するようにするのがよい。
つまり、燃料カット中に第3のOセンサ58がリーン空燃比側の値を出力するということは、三元触媒34、35及びHCトラップ触媒40中のOSC機能によりHCトラップ触媒40に吸蔵されている酸素(ストレージO)が飽和状態となり、かつHCトラップ触媒40においては低い酸化率になっていることを示しており、このまま燃料カットを継続してHCトラップ触媒40に酸素を供給しつづけても、高い酸化率は望めないため、一旦燃料カットを中止し、三元触媒34、35に蓄えられた酸素を放出・消費させた後、HCトラップ触媒40中のOSC機能により吸着したラジカル酸素を放出させる。これにより、HCトラップ触媒40のHC吸着材から脱離したHCの酸化率をより一層向上させることができる。
その後、第3のOセンサ58が所定値以上(例えば、ストイキオ)を検出したら、HCトラップ触媒40中のストレージOがなくなったことを示すため、燃料カットを再開する。これにより、HCトラップ触媒40にストレージOを効率よく蓄えることができる。
次に、第1実施例の変形例について説明する。
第1実施例の変形例は、上記第1実施例と燃料カット及び復帰制御の制御ルーチンの一部が異なるのみであり、図5を参照すると、第1実施例の変形例に係る燃料カット及び復帰制御の制御ルーチンの一部がフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿って上記第1実施例と異なる部分を中心に説明する。
第1実施例の変形例では、上記ステップS10乃至ステップS14を経てステップS16において第1の燃料増量補正処理を行った後、ステップS18’に進み、燃料カット復帰後の点火プラグ39による点火回数が所定の点火回数X1以上になったか否かを判別する。即ち、燃料カット復帰後の実施行程数によって第1の燃料増量補正処理の終了を判定する。判別結果が偽(No)の場合には第1の燃料増量補正処理を継続し、判別結果が真(Yes)の場合にはステップS20に進む。
ステップS20において第2の燃料増量補正処理を行った後には、ステップS22’に進み、燃料カット復帰後の点火プラグ39による点火回数が所定の点火回数X2(>X1)以上になったか否かを判別する。即ち、上記同様に燃料カット復帰後の実施行程数によって第2の燃料増量補正処理の終了を判定する。判別結果が偽(No)の場合には第2の燃料増量補正処理を継続し、判別結果が真(Yes)の場合にはステップS24に進み、減量テーリング補正処理を行う。そして、ステップS26において目標A/Fがストイキオとなったか否かを判別し、判別結果が偽(No)の場合には減量テーリング補正処理を継続し、判別結果が真(Yes)の場合には減量テーリング補正処理を終了する。
一方、ステップS28ではエンジン水温Teが所定温度T1より大であるか否かを判別し、判別結果が真(Yes)の場合にはステップS30に進む。
ステップS30において第1の点火時期遅角補正処理を行った後には、ステップS32’に進み、燃料カット復帰後の点火プラグ39による点火回数が所定の点火回数X3(X2>X3>X1)以上になったか否かを判別する。即ち、ここでも燃料カット復帰後の実施行程数によって第1の点火時期遅角補正処理の終了を判定する。判別結果が偽(No)の場合には第1の点火時期遅角補正処理を継続し、判別結果が真(Yes)の場合にはステップS34に進み、第2の点火時期遅角補正処理を行う。そして、ステップS36において進角テーリング補正処理を行い、ステップS38において点火時期が上記所定値になったか否かを判別し、判別結果が真(Yes)の場合には進角テーリング補正処理を終了する。
この第1実施例の変形例の場合においても、作用及び効果については上記第1実施例と同様であり、燃料カット復帰後において三元触媒34、35のストレージOをエンジントルクの急激な増加やNOxの発生を抑制しつつ早期に放出・消費させることで、HCトラップ触媒40の還元雰囲気を早期に実現でき、HCトラップ触媒40中のOSC機能によりHCトラップ触媒40に吸蔵した酸素(ストレージO)を早期に放出させることができ、HCトラップ触媒40のHC吸着材から脱離するHCの酸化効率の向上を図ることができる。
次に、第2実施例について説明する。
第2実施例は、第1実施例では燃料カットを全気筒について実施するのに対し、一部気筒についてのみの燃料カット(パーシャル燃料カット)を実施する点において上記第1実施例と異なっている。
図6を参照すると、第2実施例に係るパーシャル燃料カット及び復帰制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下、同フローチャートに沿って上記第1実施例と異なる部分を中心に説明する。
先ずステップS10では、パーシャル燃料カット条件が成立したか否かを判別する。パーシャル燃料カット条件が成立したか否かの判別は、上記同様、APS52からの情報等に基づき、車両が減速中であるか否かを判別するとともに、ロックアップクラッチ6がOFF、即ち非直結状態であるか否かを判別して行う。
エンジン1の冷態時には、通常はA/T10も同様に冷えており、故にミッションオイル(ATF)の温度が低く、このような状況でロックアップクラッチ6を直結状態とすると変速制御が安定しないため、通常ミッションオイルの温度が所定の低温(例えば、25℃未満)であるようなときにはロックアップクラッチ6を非直結状態にしている。そして、当該非直結状態の下では、燃料カットを全気筒について行うとエンジンストールを引き起こし兼ねないことから、一部気筒のみ燃料カットを行い残気筒については燃料供給を行うパーシャル燃料カットを行うようにしている。故に、ここでは、ロックアップクラッチ6が非直結状態であることをもパーシャル燃料カット条件としている。
ステップS10の判別結果が偽(No)の場合には、パーシャル燃料カット条件不成立と判定して当該ルーチンを抜け、パーシャル燃料カット制御を行わない。一方、判別結果が真(Yes)で、車両が減速中であってエンジン出力を必要とせず、ロックアップクラッチ6が非直結状態であってパーシャル燃料カットを実施するような状況と判定された場合には、パーシャル燃料カット条件成立と判定してステップS12に進み、パーシャル燃料カット制御を行う。具体的には、エンジン1の一方のバンクの各気筒(例えば、#1、#2、#3)について燃料カットを行い、他方のバンクの各気筒(例えば、#4、#5、#6)については目標A/Fに応じた量の燃料(基本燃料量)に基づき通常制御を行う。
ステップS13では、エンジン回転速度Neが復帰回転速度N1を下回ったか否かを判別する。判別結果が偽(No)の場合には、パーシャル燃料カット制御を継続し、判別結果が真(Yes)の場合には、パーシャル燃料カットを終了し、ステップS14に進む。
ステップS14では、HCトラップ触媒40の温度が所定の低温Tlと所定の高温Thの間の所定の温度範囲内にあるか否かを判別する。判別結果が真(Yes)でHCトラップ触媒40の温度が所定の温度範囲内にあると判別された場合、即ちHCがHCトラップ触媒40から脱離している時期であると判定された場合には、ステップS15に進む。
ステップS15では、パーシャル燃料カットのうち、燃料カットを実施した気筒、即ち一方のバンクの各気筒(例えば、#1、#2、#3)を判別する。これより、燃料カットを実施した気筒以外の気筒、即ち他方のバンクの各気筒(例えば、#4、#5、#6)については、ステップS40に進み、上記通常制御を継続する。一方、燃料カットを実施した気筒、即ち一方のバンクの各気筒(例えば、#1、#2、#3)については、ステップS16及びステップS28に進み、燃料カット復帰制御を開始する。
以降、上記第1実施例の場合と同様に燃料カット復帰制御を実施する(図3のステップS16乃至ステップS38)。
また、第2実施例の変形例として、上記第1実施例の変形例と同様に燃料カット復帰制御を実施するようにしてもよい(図5のステップS16乃至ステップS38)。
このように、パーシャル燃料カットにおいても、燃料カットを実施した気筒については、上記第1実施例と同様に、燃料カット復帰後において一方のバンクに対応する三元触媒34のストレージOをエンジントルクの急激な増加やNOxの発生を抑制しつつ早期に放出させることで、HCトラップ触媒40の還元雰囲気を早期に実現でき、HCトラップ触媒40中のOSC機能によりHCトラップ触媒40に吸蔵した酸素(ストレージO)を早期に放出させることができ、HCトラップ触媒40のHC吸着材から脱離するHCの酸化効率の向上を図ることができる。
また、この場合、燃料カットを実施しない気筒については、通常制御を維持して燃料カット復帰制御を実施しないので、不要なパーシャル燃料カットの実施及び不要な燃料カット復帰制御を抑制でき、燃費の悪化を防止できる。
なお、燃料カットを実施する気筒は他方のバンクの各気筒(例えば、#4、#5、#6)であってもよい。
また、この場合にも、図2に示すとおり、HCトラップ触媒40の排気下流側に第3のOセンサ58を設け、第3のOセンサ58の出力に基づいてパーシャル燃料カットの継続/中止/再開を決定するようにしてもよい。
以上で本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施形態の説明を終えるが、実施形態は上記に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、エンジン1を吸気管噴射型V型6気筒ガソリンエンジンとしたが、これに限られず、エンジン1は燃料カット可能であれば如何なるエンジンであってもよく、例えば筒内噴射型ガソリンエンジン等であってもよい。
また、上記実施形態では、エンジン1はV型エンジンであって、バンク毎に三元触媒34と三元触媒35とをそれぞれ配設するようにしたが、これに限られず、HCトラップ触媒40のみ、或いは排気上流側に一つだけ三元触媒を配設するような構成であってもよい。
また、上記実施形態では、第3のOセンサ58をOセンサとしたが、第3のOセンサ58に代えて、リニアA/Fセンサ(UEGO)など、酸素濃度を検出できるものであればどのようなセンサを用いてもよい。
車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す正面図である。 車両に搭載された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す側面図である。 本発明の第1実施例に係る燃料カット及び復帰制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図3の制御ルーチンの実行結果を燃料カットON/OFF、点火時期、燃料噴射量補正係数、Oセンサ出力毎に示すタイムチャートである。 本発明の第1実施例の変形例に係る燃料カット及び復帰制御の制御ルーチンの一部を示すフローチャートである。 本発明の第2実施例に係るパーシャル燃料カット及び復帰制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
符号の説明
1 エンジン本体
28 燃料噴射弁
32、33 排気管
34、35 三元触媒(上流触媒)
36 排気管
39 点火プラグ
40 HCトラップ触媒(HC吸着触媒)
54、55 第1のOセンサ
56、57 第2のOセンサ
58 第3のOセンサ(酸素濃度検出手段)
60 ECU(電子コントロールユニット)

Claims (7)

  1. 内燃機関の各気筒への燃料供給を制御する燃料制御手段と、
    内燃機関の排気通路に設けられ、酸化雰囲気下で排気中の酸素を吸蔵する一方、還元雰囲気下で該吸蔵した酸素を脱離する酸素ストレージ機能を有し、所定の低温域にあるときに排気中のHCを吸着する一方、前記所定の低温域を越えると前記吸着したHCを脱離するHC吸着触媒とを備え、
    前記燃料制御手段は、燃料カット条件が成立すると内燃機関の全気筒または一部気筒への燃料供給を停止して燃料カットを行うとともに燃料カット復帰条件が成立すると該燃料カットを終了して内燃機関への燃料供給を復帰する燃料カット手段を含み、前記HC吸着触媒の温度が前記所定の低温域を越えてHCがHC吸着材より脱離する所定の温度範囲内にあるとき、該燃料カットの終了時点から第1所定期間は燃料供給量を内燃機関の運転状態に応じた基本燃料量に対して第1増量度合で増量するとともに、該第1所定期間に続く第2所定期間は燃料供給量を前記基本燃料量に対して前記第1増量度合よりも少ない第2増量度合で増量するように制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 前記燃料制御手段は、燃料カット手段により内燃機関の一部気筒への燃料供給を停止して燃料カットを行うとき、該燃料カットの終了後において残気筒への燃料供給を前記基本燃料量に基づいて行うことを特徴とする、請求項1記載の内燃機関の排気浄化装置。
  3. 前記第1増量度合は、前記燃料カットの終了時点の吸気管内圧力が低いほど大きく設定されることを特徴とする、請求項1または2記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 前記燃料制御手段は、前記第2所定期間終了時点からは各気筒への燃料供給量を前記基本燃料量に向けて徐々に減量させるよう制御することを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 内燃機関の各気筒の点火時期を制御する点火時期制御手段を備え、
    前記点火時期制御手段は、前記第1所定期間に供給する燃料に対する点火時期を内燃機関の運転状態に基づく基準点火時期よりも遅角させた第1遅角点火時期に制御するとともに、前記第2所定期間に供給する燃料に対する点火時期を前記基準点火時期よりも遅角させ且つ前記第1遅角点火時期よりも進角させた第2遅角点火時期に制御することを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 前記点火時期制御手段は、前記第2遅角点火時期を前記基準点火時期に向けて徐々に進角させるよう制御することを特徴とする、請求項5記載の内燃機関の排気浄化装置。
  7. 前記HC吸着触媒の排気下流側に酸素濃度検出手段を備え、
    前記燃料制御手段は、前記燃料カット条件が成立しているとき、該酸素濃度検出手段により検出される酸素濃度が所定濃度よりも高くなった場合には燃料カットを中止し、酸素濃度が所定濃度よりも低くなった場合には燃料カットを再開することを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
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